特許 6494769 ３次元（３Ｄ）印刷

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6494769

(24)【登録日】2019年3月15日

(45)【発行日】2019年4月3日

(54)【発明の名称】３次元（３Ｄ）印刷

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/393 20170101AFI20190325BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20190325BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20190325BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20190325BHJP

   B29C 64/165 20170101ALI20190325BHJP

   B29C 64/209 20170101ALI20190325BHJP

【ＦＩ】

   B29C64/393

   B33Y10/00

   B33Y30/00

   B33Y50/02

   B29C64/165

   B29C64/209

【請求項の数】15

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2017-538996(P2017-538996)

(86)(22)【出願日】2015年4月30日

(65)【公表番号】特表2018-502752(P2018-502752A)

(43)【公表日】2018年2月1日

(86)【国際出願番号】US2015028421

(87)【国際公開番号】WO2016175817

(87)【国際公開日】20161103

【審査請求日】2017年7月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】511076424

【氏名又は名称】ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー．

【氏名又は名称原語表記】Ｈｅｗｌｅｔｔ‐Ｐａｃｋａｒｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｌ．Ｐ．

(74)【代理人】

【識別番号】100087642

【弁理士】

【氏名又は名称】古谷 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100082946

【弁理士】

【氏名又は名称】大西 昭広

(74)【代理人】

【識別番号】100121061

【弁理士】

【氏名又は名称】西山 清春

(74)【代理人】

【識別番号】100195693

【弁理士】

【氏名又は名称】細井 玲

(72)【発明者】

【氏名】シャオ，リファ

(72)【発明者】

【氏名】シャオ，ヤン

(72)【発明者】

【氏名】ング，ホウ，ティー

【審査官】 関口 貴夫

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００７−５３４５２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１４−５２７４８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５３３４８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｃ ６４／００−６４／４０

Ｂ３３Ｙ ３０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

３次元(３Ｄ)カラー機能性部材を製造する３Ｄ印刷のための方法であって：
焼結性材料を適用し；
色が、シアン、マゼンタ、イエロー、またはこれらの組み合わせからなる群より選択される着色融着剤を焼結性材料の部分上に選択的に適用し；
第一の量の放射エネルギーを焼結性材料の当該部分に適用して予備融着させ；そして
第一の量の放射エネルギーと異なる第二の量の放射エネルギーを焼結性材料の当該部分に適用して融着させることを含む方法。

【請求項2】

第一の量の放射エネルギーの適用が、加熱ランプを焼結性材料の当該部分を横切って第一の速度で掃引することを含み；そして
第二の量の放射エネルギーの適用が、加熱ランプを焼結性材料の当該部分を横切って、第一の速度と異なる第二の速度で掃引することを含む、請求項１の方法。

【請求項3】

加熱ランプを焼結性材料の当該部分を横切って第二の速度で掃引することが、加熱ランプを焼結性材料の当該部分を横切って第一の速度より遅い第二の速度で掃引することを含む、請求項２の方法。

【請求項4】

加熱ランプを焼結性材料の当該部分を横切って第一の速度で掃引することが、加熱ランプを焼結性材料の当該部分を横切って、毎秒１５インチから毎秒２０インチの間の速度で掃引することを含む、請求項２または３の方法。

【請求項5】

加熱ランプを焼結性材料の当該部分を横切って第二の速度で掃引することが、加熱ランプを焼結性材料の当該部分を横切って、毎秒５インチから毎秒１５インチの間の速度で掃引することを含む、請求項２から４の何れか１の方法。

【請求項6】

ディテール化剤を焼結性材料の当該部分、別の部分、または当該部分および他の部分の両者に選択的に適用することをさらに含む、請求項１から５の何れか１の方法。

【請求項7】

着色融着剤を適用する前に焼結性材料を加熱することをさらに含む、請求項１から６の何れか１の方法。

【請求項8】

焼結性材料を加熱することが、焼結性材料を約５０℃から約４００℃の範囲の温度に加熱することを含む、請求項７の方法。

【請求項9】

３次元(３Ｄ)カラー機能性部材を製造する３Ｄ印刷のためのシステムであって：
焼結性材料用の支持体；
焼結性材料の層を支持体上にもたらすための焼結性材料ディストリビュータ；
焼結性材料の層の部分上に、色がシアン、マゼンタ、イエロー、またはこれらの組み合わせからなる群より選択される着色融着剤を選択的に供給するための融着剤ディストリビュータ；および
予備融着動作の間に着色融着剤が供給された焼結性材料の層に対して第一の量の放射エネルギーを適用して予備融着させ、そして融着段階の間に焼結性材料の層に対して第二の量の放射エネルギーを適用して焼結性材料を融着させるように放射線源を制御するための予備融着／融着モジュールを含むシステム。

【請求項10】

ディテール化剤を焼結性材料の層の部分上に選択的に適用するためのディテール化剤ディストリビュータ；および
融着剤ディストリビュータを制御して焼結性材料の層についての３Ｄオブジェクトの断面のイメージパターンに従って着色融着剤を堆積させ、そしてディテール化剤ディストリビュータを制御して焼結性材料の層についての詳細パターンに従ってディテール化剤を堆積させるイメージングモジュールをさらに含む、請求項９のシステム。

【請求項11】

融着剤ディストリビュータが、プリントヘッドのノズルの第一のアレイを含み、およびディテール化剤ディストリビュータが、プリントヘッドのノズルの第二のアレイを含む、請求項９または１０のシステム。

【請求項12】

着色融着剤を供給する前に焼結性材料を約５０℃から約４００℃の範囲の温度に加熱する熱源をさらに含む、請求項９から１１の何れか１のシステム。

【請求項13】

非一時的機械可読式記憶媒体であって、命令を格納しており、３次元(３Ｄ)カラー機能性部材を製造するために３Ｄ印刷機のプロセッサによって実行された場合に、３Ｄ印刷装置に：
焼結性材料を製造ベッド上に堆積させて３Ｄオブジェクト層を形成させ；
焼結性材料を約５０℃から約４００℃の範囲の温度に加熱させ；
３Ｄオブジェクト層の断面のイメージパターンに従って、色がシアン、マゼンタ、イエロー、またはこれらの組み合わせからなる群より選択される着色融着剤を焼結性材料の部分上に堆積させ；
予備融着段階において第一の期間にわたり焼結性材料を放射線に曝露させて焼結性材料を予備融着し；そして
融着段階において第二の期間にわたり焼結性材料を放射線に曝露させて焼結性材料を融着し、第二の期間が第一の期間よりも長い、媒体。

【請求項14】

前記命令がさらに、３Ｄ印刷装置にディテール化剤を、焼結性材料の当該部分、別の部分、または当該部分と他の部分の両者に堆積させる、請求項１３の媒体。

【請求項15】

前記命令がさらに３Ｄ印刷装置に、焼結性材料の製造ベッド内への伸展、焼結性材料の加熱、着色融着剤の堆積、第一の期間にわたる焼結性材料の放射線への曝露、および第二の期間にわたる焼結性材料の放射線への曝露を繰り返させ、３Ｄオブジェクトの後続のオブジェクト層を形成する、請求項１３または１４の媒体。

【発明の詳細な説明】

【発明の背景】

【0001】

３次元(３Ｄ)印刷は付加製造プロセスであり、そこでは材料の連続する層が堆積されて、３次元のオブジェクト(物品)がデジタルモデルから形成される。付加製造においては、連続する材料層は、焼結、押し出し、および照射を含むプロセスを通じて、融着、接合、または固化によって合体される。こうしたシステムによって作成されるオブジェクトの品質、強度、および機能性は、使用される付加製造技術の種類に応じて変動しうる。典型的には、低品質で低強度のオブジェクトは低コストのシステムを用いて製造可能であるが、高品質で高強度のオブジェクトは高コストのシステムを用いて製造可能である。

【図面の簡単な説明】

【0002】

以下では添付図面を参照して、例について説明する。添付図面において：

【0003】

【図1】ブラック(黒色の)部材に匹敵する改善された機械的強度および密度を有するカラー(有色の)機能性部材を含む３Ｄオブジェクトを製造するための３次元(３Ｄ)印刷システムの一例を示す。

【0004】

【図2】イメージングおよび予備融着／融着機能といった３Ｄ印刷システムの機能を実行するためのエンジンを含む、３Ｄ印刷システムの例示的なコントローラを示す。

【0005】

【図3】３Ｄ印刷システムにおける３Ｄカラー機能性部材の製造に関する例示的な方法を示す流れ図である。

【図4】３Ｄ印刷システムにおける３Ｄカラー機能性部材の製造に関する例示的な方法を示す流れ図である。

【図5】３Ｄ印刷システムにおける３Ｄカラー機能性部材の製造に関する例示的な方法を示す流れ図である。

【0006】

【図6a】３Ｄオブジェクトを製造するための３Ｄ印刷システムの別の例を示す。

【図6b】３Ｄオブジェクトを製造するための３Ｄ印刷システムの別の例を示す。

【図6c】３Ｄオブジェクトを製造するための３Ｄ印刷システムの別の例を示す。

【図6d】３Ｄオブジェクトを製造するための３Ｄ印刷システムの別の例を示す。

【図6e】３Ｄオブジェクトを製造するための３Ｄ印刷システムの別の例を示す。

【図6f】３Ｄオブジェクトを製造するための３Ｄ印刷システムの別の例を示す。

【0007】

図面全体を通じて、同じ参照番号は、必ずしも同一ではないが、類似の要素を示している。

【発明を実施するための形態】

【0008】

３次元(３Ｄ)印刷の幾つかの例では、３Ｄオブジェクトは光領域処理技術を用いて形成される。光領域処理に際しては、焼結性材料のような構築材料の層全体が、放射線に曝露される。焼結性構築材料の選択領域は融着され(すなわち融合され)、続いて固化または硬化されて、３Ｄオブジェクトの層になる。幾つかの例では、融合剤または融着剤が、焼結性材料の選択領域と接触して選択的に堆積される。融着剤は、焼結性材料の層の中に浸透し、また焼結性材料の外側表面上で拡散することが可能である。融着剤は放射線を吸収し、吸収した放射線を熱エネルギーに変換することが可能であり、熱エネルギーは次いで、融着剤と接触している焼結性材料を溶融または焼結する。これは焼結性材料の融着、結合、硬化等を生じさせ、３Ｄオブジェクトの層が形成される。このプロセスを焼結性材料の多数の層について繰り返すことにより、それらの層は合体され、３Ｄオブジェクトが形成される結果になる。

【0009】

焼結性材料に対して大量の熱エネルギーが与えられ、層が合体して焼結および融着された場合には、改善された機械的強度および機能性を有する高密度の３Ｄ部材を製造することができる。しかしながら、焼結に利用可能な熱エネルギーの量は、融着剤が放射線を吸収する強度に部分的に依存しており、また融着剤の放射線吸収性は部分的に、融着剤の色に依存している。例えば、シアン、マゼンタ、またはイエロー(Ｃ、Ｍ、またはＹ)のカラー染料を備えた近赤外染料系融着剤の吸収強度は、一般に、カーボンブラック系融着剤のそれよりも低い。従って、３Ｄ印刷されたカラー部材について、焼結性材料の融着レベルは、３Ｄ印刷されたブラック部材の場合よりも低く、このことは、カラー部材が相当するブラック部材よりも、低い密度および小さい機械的強度ならびに機能性を有するという結果を招来しうる。幾つかの例では、近赤外とカラー染料で製造されたカラー機能性部材の機械的強度は、類似のブラック機能性部材よりも６０％から８０％小さい。

【0010】

本書に開示される３次元(３Ｄ)印刷の例は、３Ｄブラック部材に匹敵する、高い密度および改善された機械的強度を有する３Ｄカラー機能性部材の製造を可能にする。一般には、着色融着剤が選択的に堆積されたカラーイメージ領域(すなわち、３Ｄオブジェクトのカラー断面)を含む、焼結性材料(例えば粉末)の３Ｄオブジェクト層に対して、予備融着動作が適用される。予備融着動作は、放射線に対する３Ｄオブジェクト層の短縮された曝露を含む。カラーイメージ領域内での放射線のより大きな吸収は、追加の熱を生成し、これがカラーイメージ領域内で焼結性材料の温度を上昇させる。次いでこの予備融着動作には融着動作が続き、３Ｄオブジェクト層に対するより長い放射線曝露がもたらされ、焼結性材料はカラーイメージ領域内で融着され、結果として改善された相間接着が行われる。

【0011】

一例では、３次元(３Ｄ)印刷の方法が、焼結性材料を適用し、焼結性材料の部分に融着剤を選択的に適用し、第一の量の放射エネルギーを焼結性材料の当該部分に適用し、そして第一の量の放射エネルギーと異なる第二の量の放射エネルギーを焼結性材料の当該部分に適用することを含む。

【0012】

別の例では、３Ｄ印刷のシステムが、焼結性材料のための支持体を含んでいる。このシステムは、支持体上に焼結性材料の層をもたらすための焼結性材料ディストリビュータ(分配器)と、焼結性材料の層の部分上に融着剤を選択的に供給するための融着剤ディストリビュータとを含む。このシステムは、放射線源および予備融着／融着モジュールを含み、放射線源を制御して、第一の予備融着動作の間に焼結性材料の層に対して第一の量の放射エネルギーを適用し、融着段階の間に焼結性材料の層に対して第二の量の放射エネルギーを適用する。

【0013】

別の例では、非一時的機械可読式記憶媒体が命令を記憶しており、３Ｄ印刷装置のプロセッサによって実行されると、３Ｄ印刷装置に、焼結性材料を製造ベッド(床)上に堆積させて３Ｄオブジェクト層を形成させ、焼結性材料を約５０℃から約４００℃の範囲の温度に加熱させ、融着剤を焼結性材料の部分上に３Ｄオブジェクト層の断面のイメージパターンに従って堆積させ、予備融着段階において焼結性材料を放射線に第一の期間にわたり曝露させ、そして融着段階において焼結性材料を放射線に対して第二の期間にわたり曝露させ、ここで第二の期間は第一の期間よりも長い。

【0014】

図１は、ブラック部材に匹敵する改善された機械的強度および密度を有するカラー機能性部材を含む、３Ｄオブジェクトを製造するための３Ｄ印刷システム１００の一例を示す。図１の３Ｄ印刷システムは支持部材１０２を含み、これは製造ベッドとして作用して、３Ｄオブジェクトを形成するための焼結性材料(図１には示されていない)を受け取り保持する。一例では、支持部材１０２は約１０ｃｍ×１０ｃｍから約１００ｃｍ×１００ｃｍまでの範囲にわたる寸法を有するが、形成される３Ｄオブジェクトに応じて、支持部材１０２はより大きな、またはより小さな寸法を有してよい。

【0015】

焼結性材料ディストリビュータ１０４は、焼結性材料の層を支持部材１０２上に供給する。適切な焼結性材料ディストリビュータの例には、ワイパーブレード、ローラー、およびこれらの組み合わせが含まれる。幾つかの例では、焼結性材料ディストリビュータ１０４は供給ベッドと製造ピストンを含んでよく、以下でさらに説明するようにして、焼結性材料を支持部材１０２へと押し出す。焼結性材料は、焼結性材料ディストリビュータ１０４へと、ホッパーその他の適切な配給システムから供給可能である。図１に示された例示的なシステム１００においては、焼結性材料ディストリビュータ１０４は支持部材１０２の長さ方向(Ｙ軸)に移動して、焼結性材料の層を堆積させる。

【0016】

以下で記述するように、第一の焼結性材料の層が支持部材１０２上に堆積され、続いて先に堆積された(そして固化された)層の上に、後続の焼結性材料の層が堆積される。そこで、焼結性材料の新たな層が堆積される場合に、直前に形成された層の表面と、融着剤ディストリビュータ１０６ａおよびディテール化剤(仕上剤)ディストリビュータ１０６ｂとして例示された添加剤ディストリビュータ１０６の下側表面との間に、所定のギャップが維持されるように、支持部材１０２はＺ軸に沿って移動可能であってよい。他の例では、支持部材１０２はＺ軸に沿って固定されてよく、こうした所定のギャップを維持するため、添加剤ディストリビュータ１０６がＺ軸に沿って移動可能とされてよい。

【0017】

添加剤ディストリビュータ１０６は融着剤および／またはディテール化剤を、融着剤ディストリビュータ１０６ａおよびディテール化剤ディストリビュータ１０６ｂのそれぞれを介して、支持部材１０２上にもたらされた焼結性材料の層の部分上へと選択的な仕方で供給する。例えば、融着剤ディストリビュータ１０６ａは融着剤を焼結性材料の層の選択部分へと供給してよく、他方ディテール化剤ディストリビュータ１０６ｂはディテール化剤を、支持部材１０２上にもたらされた焼結性材料の層の同じ部分および／または他の部分へと供給してよい。添加剤ディストリビュータ１０６ａおよび１０６ｂはそれぞれ、供給量の融着剤およびディテール化剤を含んでいてもよく、或いはそれぞれ、融着剤およびディテール化剤の別個の供給元に対して作動可能に接続されていてもよい。

【0018】

他の種類の添加剤ディストリビュータも使用可能でありまた本書で考慮されたものであるが、図１の３Ｄ印刷システム１００の例で示されている添加剤ディストリビュータ１０６(すなわち１０６ａ、１０６ｂ)は、一つまたは多数の、サーマルインクジェットプリントヘッドまたは圧電(ピエゾ)インクジェットプリントヘッドのようなプリントヘッドを含んでいる。プリントヘッド１０６ａおよび１０６ｂは、ドロップオンデマンド式のプリントヘッドまたは連続液滴式プリントヘッドであってよい。プリントヘッド１０６ａおよび１０６ｂは、融着剤およびディテール化剤のそれぞれを、それらの添加剤が適切な液体形態である場合に、選択的に供給するように使用してよい。印刷システム１００の他の例では、単一のプリントヘッド１０６を用いて、融着剤およびディテール化剤の両者を選択的に供給してよい。そのような例では、単一のプリントヘッド１０６にあるプリントヘッドノズルの第一の組が融着剤を供給可能であり、そして単一のプリントヘッド１０６にあるプリントヘッドノズルの第二の組がディテール化剤を供給可能である。以下に記載するように、融着剤およびディテール化剤の各々は水のような水性ビヒクル、共溶媒(単数または複数)、界面活性剤(単数または複数)等を含み、プリントヘッド１０６ａおよび１０６ｂを介しての供給を可能にしている。

【0019】

各々のプリントヘッド１０６はノズルのアレイを含むことができ、これを介して液滴を選択的に吐出することができる。一例では、各々の液滴は一滴当たり約１０ピコリットル(ｐｌ)程度であってよいが、より大きなまたはより小さなサイズの液滴を使用してよいことが考慮されている。幾つかの例では、プリントヘッド１０６ａおよび１０６ｂは、可変のサイズの液滴を供給可能である。一例では、プリントヘッド１０６ａおよび１０６ｂは融着剤およびディテール化剤の液滴を、インチ当たり約３００ドット(ＤＰＩ)から約１２００ＤＰＩの範囲の解像度で供給可能である。他の例では、プリントヘッド１０６ａおよび１０６ｂは融着剤およびディテール化剤の液滴を、より高いまたはより低い解像度で供給機能である。液滴速度は約５ｍ／ｓから約２４ｍ／ｓの範囲にあってよく、噴射周波数は約１ｋＨｚから約１００ｋＨｚの範囲にあってよい。

【0020】

プリントヘッド１０６ａおよび１０６ｂは印刷システム１００と一体の部分であってよく、またはユーザーが交換可能なものであってもよい。プリントヘッド１０６ａおよび１０６ｂをユーザー交換可能なものとする場合は、それらを適切なディストリビュータ受けまたはインタフェースモジュール(図示せず)中に着脱可能なものとしてよい。

【0021】

図１に示されているように、添加剤ディストリビュータ１０６ａおよび１０６ｂの各々は、ページ幅アレイ構成でもって、支持部材１０２の幅全体にわたることが可能な長さを有する。一例では、ページ幅アレイ構成は、多数のプリントヘッドの適切な配置を通じて達成される。別の例では、ページ幅アレイ構成は、支持部材１０２の幅にわたることが可能な長さを有するノズルのアレイを備えた、単一のプリントヘッドを通じて達成される。印刷システム１００のさらに別の例では、添加剤ディストリビュータ１０６ａおよび１０６ｂは、支持部材１０２の幅全体にわたることが可能でない、より短い長さを有してよい。

【0022】

幾つかの例では、添加剤ディストリビュータ１０６ａおよび１０６ｂは可動キャリッジ上に設けられて、支持部材１０２の長さ方向に図示のＹ軸に沿って、双方向に移動することが可能である。これは融着剤およびディテール化剤を支持部材１０２の全長および全幅にわたり、単一のパスで選択的に供給することを可能にする。他の例では、支持部材１０２が、固定された位置にとどまる添加剤ディストリビュータ１０６ａおよび１０６ｂに対して相対的に移動することが可能である。

【0023】

本書で使用するところでは、「幅」という用語は一般に、図１に示されたＸ軸およびＹ軸に平行な平面における、最も短い寸法を示し、「長さ」という用語は、その平面における最も長い寸法を示す。しかしながら、他の例において、「幅」という用語は「長さ」という用語と交換可能であってよい。一例として、添加剤ディストリビュータ１０６は、支持部材１０２の全長におよぶことが可能な長さを有してよく、他方可動キャリッジは、支持部材１０２の幅にわたって双方向に移動可能であってよい。

【0024】

添加剤ディストリビュータ１０６ａおよび１０６ｂが、支持部材１０２の幅全体にわたることが可能でない、短い長さを有する例では、ディストリビュータ１０６ａおよび１０６ｂはまた、図示のＸ軸において、支持部材１０２の幅に対して双方向に移動可能であってよい。この構成は、融着剤およびディテール化剤を多数回パスを用いて、支持部材１０２の全幅および全長にわたって選択的に供給することを可能にする。

【0025】

図１に示されているように、３Ｄ印刷システム１００は放射線源１０８を含み、放射線Ｒを放出する。放射線源１０８は種々の手法で実施可能であり、例えば、赤外、近赤外、ＵＶ、または可視光硬化ランプ、赤外、近赤外、ＵＶ、または可視光発光ダイオード(ＬＥＤ)、または特定波長のレーザーが含まれる。使用される放射線源１０８は、少なくとも部分的に、使用される融着剤の種類に依存する。放射線源１０８は例えば、プリントヘッド(単数または複数)１０６をも保持するキャリッジ(図示せず)に取り付けてよい。キャリッジは放射線源１０８を、支持部材１０２に隣接する位置へと運んでよい。異なる例では、放射線源１０８はエネルギーを、堆積された焼結性材料の層、融着剤、およびディテール化剤に対して適用するものであり、焼結性材料の部分の固化を生じさせる。一例では、放射線源１０８は、支持部材１０２上に堆積された材料に対してエネルギーを一様に適用可能な単一のエネルギー源である。別の例では、放射線源１０８はエネルギー源のアレイを含み、堆積された材料に対してエネルギーを一様に適用する。

【0026】

幾つかの例では、放射線源１０８は、支持部材１０２上に堆積された焼結性材料の層の全表面に対して、エネルギーを実質的に一様な仕方で適用可能である。この種の放射線源１０８は、非合焦エネルギー源として参照してよい。焼結性材料の層の全体をエネルギーに同時に曝露することは、３次元オブジェクトが生成される速度を増大させるのを助けうる。

【0027】

図１に示されているように、３Ｄ印刷システム１００はコントローラ１１０を含む。図１に示された例示的なコントローラ１１０は、印刷システム１００を制御して、本書に記載の予備融着動作および融着動作を実施して、３Ｄブラック部材に匹敵する高い密度と改善された機械的強度とを有する３Ｄカラー機能性部材の製造を可能にするのに適している。コントローラ１１０は一般に、プロセッサ(ＣＰＵ)１１２およびメモリ１１４を含み、また付加的に、３Ｄ印刷システム１００の種々の部品と通信し制御するためのファームウェアおよび他の電子回路を含んでよい。

【0028】

メモリ１１４は、揮発性メモリ部品(すなわちＲＡＭ)および不揮発性メモリ部品(例えばＲＯＭ、ハードディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、フラッシュメモリ等)の両方を含むことができる。メモリ１１４の部品は、３Ｄ印刷システム１００のプロセッサ１１２によって実行可能な、機械可読式コード化プログラム命令、データ構造、プログラム命令モジュール、ＪＤＦ(ジョブ定義フォーマット)、およびその他のデータおよび／または命令の格納を行う、非一時的、機械可読式(例えばコンピュータ／プロセッサ可読式)媒体を含む。メモリ１１４に格納される命令の例には、モジュール１１６および１１８に関連する命令が含まれ、他方、格納されるデータの例には、分配(供給)制御データ１２０が含まれる。モジュール１１６および１１８は、プロセッサ１１２によって実行可能なプログラム命令であって、３Ｄ印刷システム１００に以下で図３および図４のそれぞれについて記載する、方法３００および４００の動作のような、種々の一般的および／または特定的な機能を行わせるプログラム命令を含むことができる。

【0029】

メモリ１１４に格納されたプログラム命令、データ構造、モジュール等は、本書で記載する例のような種々の例を実施するため、プロセッサ１１２によって実行可能なインストールパッケージの一部であってよい。かくして、メモリ１１４はＣＤ、ＤＶＤ、またはフラッシュドライブのような可搬式媒体であってよく、あるいはサーバによって保持されていて、インストールパッケージをダウンロードしてインストール可能なメモリであってよい。別の例では、メモリ１１４に格納されたプログラム命令、データ構造、モジュール等は、アプリケーションまたは既にインストールされたアプリケーションの一部であってよく、その場合はメモリ１１４はハードドライブのような一体的なメモリを含んでよい。

【0030】

上記したように、コントローラ１１０は３Ｄ印刷システム１００を制御して、３Ｄブラック部材に匹敵する高い密度および改善された機械的強度を有する３Ｄカラー機能性部材の製造を可能にする、予備融着動作および融着動作を実施する。幾つかの例では、コントローラ１１０はメモリ１１４からの供給制御データ１２０およびプログラム命令(例えばモジュール１１６、１１８にある命令)を使用して、印刷システム１００内での焼結性材料、融着剤およびディテール化剤、および放射線の照射を管理し、３Ｄ部材の製造を促進する。より具体的には、コントローラ１１０はコンピュータのようなホストシステムから供給制御データ１２０を受け取り、データ１２０をメモリ１１４に格納する。データ１２０は例えば、印刷すべき３Ｄオブジェクトを定義するオブジェクトファイル、焼結性材料の層に対する融着剤およびディテール化剤の選択的な供給を制御するための関連する添加剤供給データ、および適用される放射エネルギーの量および放射線源１０８によって焼結性材料の層に対して放射線が照射される態様を制御する、関連する放射線源制御データを表す。かくしてデータ１２０は、印刷システム１００のための一つまたはより多くの３Ｄ印刷ジョブを形成し、印刷ジョブの各々は、印刷ジョブコマンドおよび／またはコマンドパラメータを含んでいる。データ１２０からの印刷ジョブを使用して、コントローラ１１０にあるプロセッサ１１２は命令を実行し(例えばモジュール１１６、１１８からの)、印刷システム１００の部品(例えば、支持部材１０２、焼結性材料ディストリビュータ１０４、添加剤ディストリビュータ１０６、放射線源１０８)を制御し、以下でより詳細に説明する３Ｄ印刷プロセスを通じて、３Ｄオブジェクトを一度に一層ずつ形成する。

【0031】

イメージングモジュール１１６は、供給制御データ１２０に従って、支持部材１０２上への焼結性材料の層の適用を制御するために実行可能なプログラム命令を含んでいる。イメージングモジュール１１６からの命令はさらに、供給制御データ１２０に従って、３Ｄオブジェクトの断面を規定する焼結性材料層の選択部分上への、融着剤の適用を制御するために実行可能である。例えば、イメージングモジュール１１６からの命令を実行すると、コントローラ１１０はプリントヘッド１０６ａに、供給制御データ１２０に従って焼結性材料の層の選択された部分上へと、液体形態の融着剤を噴射させることができる。幾つかの例では、イメージングモジュール１１６からの命令はさらに、焼結性材料の層上へのディテール化剤の適用を制御するために実行される。例えば、イメージングモジュール１１６からの命令を実行すると、コントローラ１１０はプリントヘッド１０６ｂに、供給制御データ１２０に従って焼結性材料の層の上の選択された他の部分および／または同じ部分上へと、液体形態のディテール化剤を噴射(即ち吐出)させることができる。

【0032】

予備融着／融着モジュール１１８は、融着剤(および場合によってはディテール化剤)が焼結性材料上へと噴射された後に、各々の焼結性材料の層に対する放射線源１０８からのエネルギーの適用を制御するために実行可能なプログラム命令を含んでいる。第一の予備融着動作では、第一の量の放射エネルギーが焼結性材料の層に適用される。幾つかの例では、放射エネルギーは焼結性材料の層の全域にわたる放射線源１０８の高速掃引で適用され、層の「イメージングされたばかりの」領域(すなわち、融着剤を受容したばかりの領域)の温度を、周囲の焼結性材料の温度まで、またはそれより僅かに高く上昇させる。第二の融着動作では、第二の量の放射エネルギーが焼結性材料の層に適用される。幾つかの例では、これは焼結性材料の層の全域にわたる放射線源１０８の低速掃引で放射エネルギーを適用することを含み、イメージングされたばかりの領域の温度をずっと高く、層のイメージングされたばかりの領域を完全に融着させる温度へと上昇させる。

【0033】

３Ｄ印刷システム１００の他の例では、モジュール１１６および１１８の機能性は、３Ｄ印刷システム１００のエンジンのそれぞれとして実施されてよく(例えばイメージングエンジンおよび予備融着／融着エンジン)、各々のエンジンは以下に記載するように、そのエンジンの機能性を実施するためのハードウェアおよびプログラムの任意の組み合わせを含む。かくして、図２に示されているように、３Ｄ印刷システム１００のコントローラ１１０’は、イメージングエンジン１１６’および予備融着／融着エンジン１１８’を含むことができる。エンジン１１６’および１１８’は例えば、以下で図３および図４に関してそれぞれ記載される方法３００および４００における動作のような、指定された機能を実行するためのハードウェアおよびプログラムの種々の組み合わせを含むことができる。エンジン１１６’および１１８’の各々のためのハードウェアは、例えば、個別の電子部品、ＡＳＩＣ(特定用途向け集積回路)、プロセッサ、およびメモリを含むことができ、他方プログラム命令はエンジンのメモリおよび／またはメモリ１１４に格納され、指摘された機能を行うべくプロセッサにより実行されてよい。

【0034】

図３、図４、および図５はそれぞれ、３Ｄ印刷システム１００のような３Ｄ印刷システムにおける３Ｄカラー機能性部材の製造に関する例示的な方法３００、４００および５００を示す流れ図である。方法３００〜５００は、図１〜２、および図６ａ〜図６ｆ(後述)に関して本書で記述される例に関連しており、これらの方法において示された動作の詳細は、それらの例に関連する記述中に見出すことができる。方法３００〜５００の動作は、図１に示されたメモリ１１４のような、非一時的な機械可読式(例えばコンピュータ／プロセッサ可読式)の媒体に格納されたプログラム命令として具体化してよい。幾つかの例では、方法３００〜５００の動作の実施は、メモリ１１４に格納されたモジュール１１６および１１８からの命令のようなプログラム命令を読み出して実行する、図１に示されたプロセッサ１１２のようなプロセッサによって達成可能である。幾つかの例では、方法３００〜５００の動作の実施は、ＡＳＩＣ(特定用途向け集積回路)および／または他のハードウェア部品ようなハードウェアを単独で、またはプロセッサによって実行可能なプログラム命令と組み合わせて含む、３Ｄ印刷システムのエンジンを使用して達成可能である。

【0035】

幾つかの例では、方法３００〜５００は一つより多い実施形態を含んでよく、方法３００〜５００の異なる実施形態は、図３〜図５の流れ図のそれぞれに表された全ての動作を用いなくともよい。従って、方法３００〜５００の動作は流れ図中において特定の順序で提示されているが、それらの提示順序は、動作が実際に実施されてよい順序について、あるいは、動作の全てが実施されてよいかどうかについて、限定することを意図したものではない。例えば、方法４００の一つの実施形態は、多数の初期動作を行い、後続の動作の一つまたはより多くを行わないことによって達成されてもよく、他方、方法４００の別の実施形態は、動作の全てを行うことによって達成されてもよい。

【0036】

さて図３の流れ図を参照すると、３次元(３Ｄ)印刷の例示的な方法３００はブロック３０２で開始され、焼結性材料のような構築材料が適用される。焼結性構築材料の適用は、焼結性材料の層を３Ｄ印刷システムの支持部材または製造ベッド上へと、例えば、堆積し、蓄積し、配設し、構築し、またはその他により置くことを含みうる。焼結性材料の適用の一例には、図６ａ〜図６ｆを参照して後述するように、供給床のような焼結性材料ディストリビュータを使用して、焼結性材料を支持部材上へと押し出すことが含まれる。

【0037】

ブロック３０４に示されているように、方法３００は続いて、焼結性材料の層の部分に対して、融着剤を選択的に適用することができる。焼結性材料の部分に対して融着剤を選択的に適用することは、インクジェットプリントヘッドのような融着剤ディストリビュータから焼結性材料上へと、供給制御データに従い、３Ｄオブジェクトの断面を規定するパターンでもって、融着剤を供給することを含み得る。幾つかの例では、融着剤は、３Ｄオブジェクトのカラーイメージ領域断面を規定するカラー融着剤である。

【0038】

ブロック３０６に示されているように、方法３００は続いて、第一の量の放射エネルギーを焼結性材料の当該部分に適用することができる。第一の量の放射エネルギーを焼結性材料の当該部分に適用することは、カラーイメージ領域内で焼結性材料に熱を生じさせて温度を上昇させる、予備融着動作を含む。このような予備融着動作にには次いで、融着動作が続くことができ、これはブロック３０８で示すように、第一の量の放射エネルギーと異なる第二の量の放射エネルギーを、焼結性材料の当該部分に適用することを含む。融着動作は第一の量の放射エネルギーよりも大きな第二の量の放射エネルギーをもたらして、カラーイメージ領域内で焼結性材料を融着させることができる。

【0039】

今度は図４の流れ図を参照して、３Ｄ印刷の例示的な方法４００について記述すると、そこでは方法３００の動作の幾つかに対して付加的な、または代替的な動作が含まれている。方法４００はブロック４０２で開始され、焼結性材料が適用される。上述したように、焼結性材料の適用には、焼結性材料ディストリビュータを使用して焼結性材料を支持部材上へと押し出すような、３Ｄ印刷システムの支持部材または製造ベッド上へと焼結性材料の層を堆積する各種の手法が含まれうる。方法４００は続いて、ブロック４０４において、焼結性材料の層の部分に対して融着剤を選択的に適用することができるが、これは例えば、インクジェットプリントヘッドのような融着剤ディストリビュータから焼結性材料上へと、供給制御データに従い、３Ｄオブジェクトの断面を規定するパターンでもって、融着剤を供給することを含み得る。幾つかの例では、融着剤は、３Ｄオブジェクトのカラーイメージ領域断面を規定するカラー融着剤である。

【0040】

ブロック４０６に示されているように、方法４００は続いて、予備融着動作において、第一の量の放射エネルギーを焼結性材料の当該部分に適用することができ、カラーイメージ領域内で焼結性材料に熱を生じさせ、温度を上昇させる。幾つかの例では、第一の量の放射エネルギーを適用することは、焼結性材料の当該部分を横切って加熱ランプを第一の速度で掃引することを含む。方法４００では、焼結性材料の当該部分を横切って加熱ランプを第一の速度で掃引することは、加熱ランプを焼結性材料の当該部分を横切って、例えば、毎秒１５インチから毎秒２０インチの間の速度で掃引することを含んでよい。

【0041】

次いで方法４００は続いて、ブロック４０８に示されたような融着動作において、第一の量の放射エネルギーと異なる第二の量の放射エネルギーを焼結性材料の当該部分に適用することができる。幾つかの例では、第二の量の放射エネルギーを適用することは、加熱ランプを焼結性材料の当該部分を横切って、第一の速度とは異なる第二の速度で掃引することを含む。方法４００において、加熱ランプを焼結性材料の当該部分を横切って第二の速度で掃引することは、加熱ランプを焼結性材料の当該部分を横切って、第一の速度よりも遅い速度で掃引することを含んでよい。幾つかの例では、加熱ランプを焼結性材料の当該部分を横切って第二の速度で掃引することは、加熱ランプを焼結性材料の当該部分を横切って、毎秒５インチから毎秒１５インチの間の速度で掃引することを含む。

【0042】

ブロック４１０において示されているように、方法４００は、焼結性材料の同じ部分、別の部分、または同じ部分と他の部分の両方に対して、ディテール化剤を選択的に適用することを含み得る。幾つかの例では、ディテール化剤を選択的に適用することは、無機塩、界面活性剤、共溶媒、湿潤剤、殺生物剤、および水を含むディテール化剤を適用することを含む。

【0043】

方法４００のブロック４１２で示されているように、幾つかの例では、ブロック４０４に示すように融着剤を適用する前に、焼結性材料を可能することができる。幾つかの例では、焼結性材料を加熱することは、焼結性材料を約５０℃から約４００℃の範囲の温度に加熱することを含むことができる。

【0044】

さて図５の流れ図を参照すると、３Ｄ印刷に関する例示的な方法５００はブロック５０２で開始され、焼結性材料が製造ベッド上へと堆積されて、３Ｄオブジェクト層が形成される。ブロック５０４において、この方法は続いて、焼結性材料を約５０℃から約４００℃の範囲の温度に加熱する。融着剤が次いで、ブロック５０６に示されるように、焼結性材料の部分上へと、３Ｄオブジェクト層の断面のイメージパターンに従って堆積される。融着剤を堆積することは、シアン、マゼンタ、イエロー、およびこれらの組み合わせを含む色の群から選択された色を有する、着色融着剤を堆積することを含み得る。

【0045】

方法５００は続いてブロック５０８において、予備融着段階で焼結性材料を放射線に対し、第一の期間にわたり曝露する。ブロック５１０において、焼結性材料は次いで融着段階において、第二の期間にわたり放射線に曝露される。この第二の期間は、第一の期間より長い。ブロック５１２に示されるように、次いでディテール化剤が、焼結性材料の当該部分、別の部分、または当該部分と別の部分の両方に対して堆積される。次いで、ブロック５１４に示されるように、方法５００は続いて、焼結性材料を製造ベッドへと展開し、焼結性材料を加熱し、融着剤を堆積し、焼結性材料を第一の期間にわたり放射線に曝露し、そして焼結性材料を第二の期間にわたり放射線に曝露する動作を繰り返し、３Ｄオブジェクトの後続のオブジェクト層を形成する。

【0046】

次に図６(図６ａ〜図６ｆ)を参照すると、３Ｄ印刷システム１００’の別の例が描かれている。このシステム１００’は、供給床１２２、供給ピストン１２６、ローラー１２８、製造ベッド１３０(接触表面１３２を有する)、および製造ピストン１３４を含んでいる。供給／分配床１２２は、焼結性材料１２４のような構築材料の供給量を含んでいる。システム１００’の物理的要素の各々は、図１に示された印刷システム１００のコントローラ１１０のようなコントローラ(図示せず)に対して、作動可能に接続されてよい。非一時的な、有形のコンピュータ可読記憶媒体に格納されたプログラム命令を実行するプロセッサが、プリンタのレジスタやメモリ内の物理(電子)量として表されたデータを操作し変換して、物理的要素を制御し、３Ｄオブジェクトを生成する。焼結性材料１２４、融着融合剤等の選択的な供給のためのデータは、形成すべき３Ｄオブジェクトのモデルから導いてよい。

【0047】

供給ピストン１２６および製造ピストン１３４は、同じ種類のピストンであってよいが、逆の方向に移動するように制御可能である(例えば図１のコントローラ１１０によって)。一例では、３Ｄオブジェクトの第一の層を形成する場合、供給ピストン１２６は焼結性材料１２４の所定量を供給床１２２にある開口から押し出すように制御されてよく、そして製造ピストン１３４は製造ベッド１３０の深さを増大させるべく、供給ピストン１２６と反対方向に移動するように制御されてよい。ローラー１２８が焼結性材料１２４を製造ベッド１３０内部へ、そして接触表面１３２上へと押し出した場合に、製造ベッド１３０の深さが十分にあって焼結性材料１２４の層１３６がベッド１３０に形成されうるように、供給ピストン１２６は十分に前進される。ローラー１２８は、焼結性材料１２４を製造ベッド１３０内へと広げることができ、厚みが比較的一様な層１３６を形成する。一例では、層１３６の厚みは約９０μｍから約１１０μｍの範囲にあるが、より薄い、またはより厚い層を使用してもよい。焼結性材料１２４を広げるために、種類の異なる粉末を広げる場合に望ましいであろうブレードや、またはローラーとブレードの組み合わせといった、ローラー１２８以外の道具を使用してよい。

【0048】

焼結性材料１２４の層１３６が製造ベッド１３０に堆積された後、図６ｂに示すように、層１３６は熱に曝露することができる。加熱は、焼結性材料１２４の融点未満の温度へと、焼結性材料１２４を予備加熱するように行うことができる。よって、選択される温度は、使用される焼結性材料１２４に依存することになる。例として、加熱温度は焼結性材料の融点の約５℃から約５０℃下であってよい。一例では、加熱温度は約５０℃から約４００℃の範囲にわたる。別の例では、加熱温度は約１５０℃から約１７０℃の範囲にわたる。焼結性材料１２４の層１３６の予備加熱は、製造ベッド１３０にある焼結性材料１２４の全部を熱に曝露する、任意の適切な熱源を用いて達成してよい。熱源の例には、サーマル熱源または光放射源が含まれる。

【0049】

層１３６を予備加熱した後、図６ｃに示すように、層１３６にある焼結性材料１２４の部分に対して、融着剤１３８が選択的に適用される。図６ｃに示されているように、融着剤１３８は、インクジェットプリントヘッド１０６ａから供給されてよい。図６ｃには単一のプリントヘッドが示されているが、理解されるように、製造ベッド１３０の幅全部にわたる、多数のプリントヘッドを使用してよい。プリントヘッド１０６ａは、融着剤１３８を所望の領域(単数または複数)に付着させるためにプリントヘッド１０６ａを製造ベッド１３０に隣接して移動させる、可動式のＸＹステージまたは平行移動キャリッジ(そのいずれも示されていない)に取り付けてよい。

【0050】

プリントヘッド１０６ａは、形成する３Ｄオブジェクトの層についての断面のパターンに従って融着剤１３８を堆積するために、コントローラ１１０ によって制御されてよい。本書で使用するところでは、形成するオブジェクトの層についての断面とは、接触表面１３２に平行な断面を参照するものである。プリントヘッド１０６ａは、融着されて３Ｄオブジェクトの最初の層になる層１３６の部分(単数または複数)に対して、融着剤１３８を選択的に適用する。一例として、最初の層が立方体または円筒のような形状とされる場合には、融着剤１３８はそれぞれ、焼結性材料１２４の層１３６の少なくとも一部に対して、正方形のパターンまたは円形のパターン(上から見て)で堆積される。図６ｃに示された例では、融着剤１３８は層１３６の部分１４０に対して正方形のパターンで堆積されているが、部分１４２には堆積されていない。

【0051】

適切な融着剤１３８の例は水性分散物であり、放射線吸収性の結合剤(すなわち活性材料)を含んでいる。この活性剤は赤外光吸収剤、近赤外光吸収剤、または可視光吸収剤であってよい。一例として、融着剤１３８はインク型の配合物であってよく、活性剤としてカーボンブラックを含む。このインク型の配合物の例は、Ｈｅｗｌｅｔｔ−ＰａｃｋａｒｄＣｏｍｐａｎｙから入手可能なＣＭ９９７Ａとして商業的に既知である。活性剤として可視光エンハンサを含むインクの例は、染料系の着色インクおよび顔料系の着色インクである。顔料系インクの例には、Ｈｅｗｌｅｔｔ−ＰａｃｋａｒｄＣｏｍｐａｎｙから入手可能な市販のインクＣＭ９９３ＡおよびＣＥ０４２Ａが含まれる。

【0052】

融着剤１３８が水性であるという性質は、融着剤１３８を少なくとも部分的に、焼結性材料１２４の層１３６の中へと浸透させることを可能にする。焼結性材料１２４は疎水性であってよく、そして融着剤１３８中における共溶媒および／または界面活性剤の存在は、所望とする濡れ挙動を獲得するのを補助しうる。幾つかの例では、単一の融着剤１３８を選択的に適用して３Ｄオブジェクトの層を形成してよく、これに対し他の例においては、多数の融着剤１３８を選択的に適用して３Ｄオブジェクトの層を形成してよい。

【0053】

融着剤１３８が所望の部分(単数または複数)１４０に選択的に適用された後、焼結性材料１２４の同じ部分(単数または複数)および／または異なる部分(単数または複数)に対して、ディテール化剤１４４を選択的に適用可能である。ディテール化剤１４４の選択的な適用の一例は、図６ｄに概略的に示されており、そこでは参照番号１４２が、ディテール化剤１４４が選択的に適用された焼結性材料１２４の部分を表している。

【0054】

ディテール化剤１４４は、無機塩、界面活性剤、共溶媒、湿潤剤、殺生物剤、および水を含む。幾つかの例では、ディテール化剤１４４はこれらの成分を含み、他の成分を含まない。成分のこの特定の組み合わせは、部分的には無機塩の存在のゆえに、意図しない融合のはみ出しを効果的に低減させまたは防止することが見出されいてる。

【0055】

ディテール化剤１４４に使用される無機塩は比較的高い熱容量を有しているが、しかし熱放射性は比較的低い。こうした特性によってディテール化剤１４４は、照射された放射線(およびそれに伴う熱エネルギー)を吸収し、そして熱エネルギーの大部分を保持することが可能になる。それゆえディテール化剤１４４からは、あったとしても非常に僅かな熱エネルギーだけしか、ディテール化剤と接触する焼結性材料１２４へは伝達されない。加えて、無機塩はまた、焼結性材料１２４の熱伝導度および／または融点よりも、そして幾つかの場合には融着剤１３８中の活性材料よりも、低い熱伝導度および／または高い融点を有してよい。放射線および熱エネルギーの吸収に際して、無機塩は溶融せず、そしてまた周囲の焼結性材料１２４へと十分な量の熱を伝達しない。従ってディテール化剤１４４は、焼結性材料１２４が融着剤１３８およびディテール化剤１４４の両者と接触している場合は、焼結性材料１２４の硬化を効果的に低減させることができ、そして焼結性材料１２４がディテール化剤１４４のみと接触している場合は、焼結性材料１２４の硬化を防止することができる。

【0056】

無機塩は水溶性である。適切な水溶性無機塩の例には、ヨウ化ナトリウム、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、水酸化ナトリウム、硫酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、ヨウ化カリウム、塩化カリウム、臭化カリウム、水酸化カリウム、硫酸カリウム、炭酸カリウム、リン酸カリウム、ヨウ化マグネシウム、塩化マグネシウム、臭化マグネシウム、リン酸マグネシウム、およびこれらの組み合わせが含まれる。無機塩は、ディテール化剤１４４の合計重量に関して、約５.０重量％から約５０重量％の範囲の量で存在してよい。

【0057】

ディテール化剤１４４はまた、界面活性剤を含む。界面活性剤の種類と量は、焼結性材料１２４の接触線との接触角Θが４５°未満となるように選択されてよい。接触角Θが４５°未満であると、ディテール化剤１４４が焼結性材料１２４を十分に濡らすことが確実になる。ディテール化剤１４４の成分は一緒に混合されてよく、そのとき界面活性剤の量を調節して、所望の接触角を達成してよい。所望とする接触角Θを達成するのに適切な界面活性剤の量は、ディテール化剤１４４の合計重量に関して、約０.１重量％から約１０重量％の範囲であってよいことが見出されている。適切な界面活性剤の例には、テトラエチレングリコール、Ｌｉｐｏｎｉｃエチレングリコール１(ＬＥＧ−１)、アセチレンジオールの化学的性質に基づく自己乳化性のノニオン性湿潤剤(例えばＡｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ, Ｉｎｃ.からのＳＵＲＦＹＮＯＬ^登録商標ＳＥＦ)、ノニオン性フルオロ界面活性剤(例えば以前はＺＯＮＹＬ ＦＳＯとして知られていた、ＤｕＰｏｎｔからのＣＡＰＳＴＯＮＥ^登録商標フルオロ界面活性剤)、およびこれらの組み合わせが含まれる。

【0058】

上記したように、ディテール化剤１４４はまた共溶媒、湿潤剤、および殺生物剤を含む。共溶媒は約１.０重量％から約２０重量％の範囲の量で存在し、湿潤剤は約０.１重量％から約１５重量％の範囲の量で存在し、そして殺生物剤は約０.０１重量％から約５重量％の範囲の量で存在し、それらの各々は、ディテール化剤１４４の合計重量に対してのものである。適切な共溶媒には、２−ヒドロキシエチル−２−ピロリジノン、２−ピロリジノン、１,６−ヘキサンジオール、およびこれらの組み合わせが含まれる。適切な湿潤剤の例には、ジ−(２−ヒドロキシエチル)−５,５−ジメチルヒダントイン(例えば、Ｌｏｎｚａ, Ｉｎｃ.からのＤＡＮＴＯＣＯＬ^登録商標ＤＨＦ)、プロピレングリコール、ヘキシレングリコール、ブチレングリコール、グリセリルトリアセテート、ビニルアルコール、ネオアガロビオース、グリセロール、ソルビトール、キシリトール、マルチトール、ポリデキストロース、キラヤ、グリセリン、２−メチル−１,３−プロパンジオール、およびこれらの組み合わせが含まれる。適切な殺生物剤の例には、１,２−ベンズイソチアゾリン−３−オン(例えば、Ａｒｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ, Ｉｎｃ.からのＰＲＯＸＥＬ^登録商標ＧＸＬ)、四級アンモニウム化合物(例えば、ＢＡＲＤＡＣ^登録商標２２５０および２２８０、ＢＡＲＱＵＡＴ^登録商標５０−６５Ｂ、およびＣＡＲＢＯＱＵＡＴ^登録商標２５０−Ｔ、すべてＬｏｎｚａＬｔｄ. Ｃｏｒｐ.から)、およびメチルイソチアゾロンの水溶液(例えば、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ.からのＫＯＲＤＥＫ^登録商標ＭＬＸ)が含まれる。

【0059】

ディテール化剤１４４の残部は水である。よって、水の量は、含まれている無機塩、界面活性剤、共溶媒、湿潤剤、および殺生物剤の量に応じて変化してよい。

【0060】

ディテール化剤１４４は、融着剤１３８に類似した仕方で選択的に適用されてよい。一例では、ディテール化剤１４４は単一のパスを用いて、または多数のパスを用いて、融着剤１３８が供給されるのと同時に適用されてよい。別の例では、ディテール化剤１４４は融着剤１３８が供給された後に適用されてよい。図６ｄに示されているように、ディテール化剤１４４は、インクジェットプリントヘッド１０６ｂから供給されてよい。図６ｄには単一のプリントヘッドが示されているが、理解されるように、製造ベッド１３０の全幅にわたる多数のプリントヘッドを使用してよい。プリントヘッド１０６ｂは、ディテール化剤１４４を所望の領域(単数または複数)に付着させるためにプリントヘッド１０６ｂを製造ベッド１３０に隣接して移動させる、可動式のＸＹステージまたは平行移動キャリッジ(そのいずれも示されていない)に取り付けてよい。プリントヘッド１０６ｂは、部分(単数または複数)１４０および／または１４２といった所望の部分(単数または複数)にディテール化剤１４４を堆積するように制御されてよい。

【0061】

一例では、形成されつつある３Ｄオブジェクトの層の縁またはエッジ(単数または複数)を強化、精密化、平滑化等することが望ましいであろう。この例では、融着剤１３８は３Ｄオブジェクトの層のための断面(これは接触表面１３２に平行である)のパターンに従って選択的に適用されてよく、そしてディテール化剤１４４は、図６ｄ(システム１００’の側部断面図)に示されているように、その断面のエッジ境界１４６の少なくとも一部に沿って、選択的に適用されてよい。図示の例では、形成される３Ｄオブジェクト層の形状は直方体の角柱であり、そして接触表面１３２に平行な断面のパターンは、エッジ境界１４６を有する正方形または長方形である。エッジ境界１４６の内側にある焼結性材料１２４は部分１４０であり、その上に融着剤１３８が選択的に適用される。エッジ境界１４６と、製造ベッド１３０の端との間に配置された焼結性材料１２４は、断面のパターンの外側にあり、かくしてディテール化剤１４４が選択的に適用される部分１４２である。

【0062】

一般に、ディテール化剤１４４は焼結性材料１２４の部分１４２の硬化(融着、焼結、その他)を防止することができ、これに対して融着剤１３８は、焼結性材料１２４の部分１４０の硬化(融着、焼結、その他)を増進させることができる。幾つかの例では、形成されつつある３Ｄオブジェクトの層の内部で、異なるレベルの硬化／融着／焼結を得ることが望ましいであろう。異なるレベルの硬化／融着／焼結は、３Ｄオブジェクトの内部応力分散、反り、機械的強度性能、および／または伸長性能を制御するのに望ましいであろう。そうした例では、融着剤１３８は、３Ｄオブジェクトの層のための断面(接触表面１３２に平行)のパターンに従って選択的に適用されてよく、そしてディテール化剤１４４は、その断面の少なくとも一部の中に選択的に適用されてよい。こうしてディテール化剤１４４は、融着剤１３８が適用された焼結性材料１２４の部分１４０の全部または一部に対して適用される。一例として、ディテール化剤１４４は、焼結性材料１２４の部分１４０の中央またはその付近に適用されてよく、焼結性材料１２４の部分１４０のエッジ境界１４６付近には適用されなくてよい。この型式の適用は、形成される層のエッジが層の内側よりも機械的強度を高くされる場合に望ましいであろう。この例では、ディテール化剤１４４は、焼結性材料１２４の部分１４０の中央において、硬化(融着、焼結、その他)のレベルを低減させることができる。部分１４０においてはディテール化剤１４４と共に融着剤１３８が存在するから、硬化は完全には妨げられない。また理解されるように、ディテール化剤１４４が融着剤１３８と同じ部分１４０中に適用される場合、ディテール化剤１４４は所望とする任意のパターンで適用されてよい。

【0063】

さらに別の例では、形成されつつある３Ｄオブジェクトの層の縁またはエッジ(単数または複数)を強化、精密化、平滑化等し、そして形成されつつある３Ｄオブジェクトの層の内部で、異なるレベルの硬化／融着／焼結を得ることが望ましいであろう。この例では、融着剤１３８は３Ｄオブジェクトの層のための断面(これは接触表面１３２に平行である)のパターンに従って選択的に適用されてよく、そしてディテール化剤１４４は、その断面のエッジ境界１４６の少なくとも一部に沿って／外側に(すなわち部分１４２において)選択的に適用されてよく、またその断面の少なくとも一部の中に(すなわち部分１４０において)選択的に適用されてよい。

【0064】

３Ｄオブジェクトの層がＺ方向に組み上げられていくにつれて、硬化／融着／焼結の均一性または変動を、ＸＹ平面に沿っておよび／またはＺ軸に沿って達成してよい。実質的に均一な硬化／融着／焼結は、融着剤１３８を各々の層のパターンの断面内に適用し、ディテール化剤１４４を各々の層のエッジ境界１４６の外側に、同じボクセル(立体ピクセル)密度で適用することによって達成してよい。一つの例では、層の断面内での硬化／融着／焼結の変動は、融着剤１３８を各々の層に同じボクセル密度で適用し、そしてまたディテール化剤１４４をそれぞれの層の各々の断面にわたって、異なるボクセル密度で適用することによって達成してよい。一例として、硬化／融着／焼結のレベルを層から層へとＺ軸に沿って低減させることが望ましい場合には、それぞれの断面内に堆積されるディテール化剤１４４のボクセル密度は、最初の層で最も低く、次々に形成される層において増大するようにしてよい。

【0065】

融着剤１３８およびディテール化剤１４４が所望の部分１４０および／または１４２に選択的に適用された後、図６ｅに示すように、焼結性材料１２４の層１３６の全体が、放射線源１０８から発せられる放射線Ｒに曝露される。幾つかの例では、図１〜５に関して上記したように、焼結性材料の層１２４は融着剤１３８が適用された後に、しかしディテール化剤１４４を適用されることなしに、放射線Ｒに曝露することができる。さらにまた上記したように、焼結性材料層は予備融着動作において第一の期間にわたって放射線に曝露され、次いで再度、融着動作の間に第二の期間にわたって放射線に曝露されることができる。例えば予備融着動作においては、焼結性材料を横切って放射線源１０８(例えば加熱ランプ)を第一の速度で掃引可能であり(例えば高速曝露のため)、続いて融着動作が行われ、そこでは放射線源１０８が焼結性材料を横切って第二の速度で掃引される(例えば低速曝露のため)。

【0066】

放射線源１０８は、赤外、近赤外、ＵＶ、または可視光硬化ランプ、赤外、近赤外、ＵＶ、または可視光発光ダイオード(ＬＥＤ)、または特定波長のレーザーのように、放射線Ｒを放出してよい。使用される放射線源１０８は少なくとも部分的に、使用される融着剤１３８の種類に依存する。放射線源１０８は、例えば、プリントヘッド(単数または複数)１０６ａ、１０６ｂをも保持するキャリッジに取り付けてよい。キャリッジは放射線源１０８を、製造ベッド１３０に隣接する位置へと移動させてよい。放射線源１０８は層１３６を、融着剤１３８およびディテール化剤１４４を含めて、放射線Ｒに曝露するように制御されてよい。放射線Ｒが照射される時間の長さ、すなわちエネルギー曝露時間は、例えば：放射線源１０８の特性；焼結性材料１２４の特性；および／または融着剤１３８の特性の一つまたはより多くに依存してよい。

【0067】

融着剤１３８は放射線Ｒの吸収を増進し、吸収した放射線を熱エネルギーに変換し、そしてそれが接触している焼結性材料１２４へのサーマル熱の伝達を促進する(すなわち部分１４０において)。一例では、融着剤１３８は部分１４０において、焼結性材料１２４の温度を融点(単数または複数)超へと十分に昇温し、焼結性材料１２４の粒子の硬化(例えば焼結、結合、融着、その他)を可能にする。

【0068】

部分(単数または複数)１４０の少なくとも一部において、ディテール化剤１４４が融着剤１３８と共に適用されている場合には、異なる硬化レベルを達成してよい。この例では、ディテール化剤１４４の存在は、融着剤１３８に、焼結性材料１２４をその融点未満であるが、焼結性材料１２４の粒子の軟化および結合を生ずるのに適切な温度まで加熱させるようにしてよい。さらにまた、適用された融着剤１３８は有さないが適用されたディテール化剤１４４を有している焼結性材料１２４の部分１４２は、エネルギーを吸収する。しかしながら、変性を行っているディテール化剤１４４は、吸収したエネルギーを、隣接する焼結性材料１２４に放出しない。従って、これらの場合には、部分(単数または複数)１４２の中にある焼結性材料粒子１２４は、一般に融点を超えず、硬化しない。

【0069】

図６ｆに示されているように、放射線Ｒに対する曝露は、形成する３Ｄオブジェクト１５６の一つの層１４８を形成する。図６ａ〜図６ｆに関して上述した動作は繰り返すことが可能であり、層１５０、１５２、および１５４(図６ｆ)のような後続する層が生成されて、そして最終的に、３Ｄオブジェクト１５６が形成される。放射エネルギーの照射の間、融着剤１３８が供給されまたは浸透している焼結性材料１２４の部分で吸収された熱は、層１４８のような先に固化された層に伝播されてよく、そうした層の少なくとも幾らかが、その融点を超えて加熱されるようになる。この効果は、３Ｄオブジェクト１５６の隣接する層の間で、強い層間結合が生成されるのを助ける。図６ｆは、３Ｄオブジェクト１５６の一つの例を示している。しかしながら、３Ｄオブジェクトを形成する層(例えば、層１４８、１５０、１５２、１５４)の形状、大きさ、および厚みにおける変化を通じて、無限の多様性を持つ３Ｄオブジェクトを実現可能である。

【0070】

図６ｆに示されているように、層１４８、１５０、１５２、および１５４が形成されるにつれて、供給ピストン１２６は供給床１２２の開口付近まで押し上げられ、供給床１２２にある焼結性材料１２４の供給量は減少する(例えば図６ａにある供給量と比較して)。製造ピストン１３４は、焼結性材料１２４の後続する層(単数または複数)、選択的に適用された融着剤１３８、および選択的に適用されたディテール化剤１４４を収容するために、製造ベッド１３０の開口からさらに離れて押し下げられる。各々の層１４８、１５０、１５２、および１５４が形成された後、焼結性材料１２４の少なくとも幾らかは未硬化のままであるから、３Ｄオブジェクト１５６は少なくとも部分的に、製造ベッド１３０内で未硬化の焼結性材料１２４およびディテール化剤１４４によって囲まれている。３Ｄオブジェクト１５６が完成したなら、それは製造ベッド１３０から取り出してよく、そして未硬化の焼結性材料１２４およびディテール化剤１４４は相互に分離してよい。一例では、ディテール化剤１４４を焼結性材料１２４から除去するために、水での処理(例えば、ディテール化剤の溶解、濾過、その他)を用いてよい。未硬化の焼結性材料１２４は洗浄し、次いで再使用してよい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6a】

【図6b】

【図6c】

【図6d】

【図6e】

【図6f】