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(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】
(24)【登録日】2022-10-05
(45)【発行日】2022-10-14
(54)【発明の名称】３次元（３Ｄ）印刷
(51)【国際特許分類】
B22F 10/14 20210101AFI20221006BHJP
B22F 3/10 20060101ALI20221006BHJP
B22F 3/105 20060101ALI20221006BHJP
B22F 3/16 20060101ALI20221006BHJP
【ＦＩ】
B22F10/14
B22F3/10 C
B22F3/105
B22F3/16
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2020500212
(86)(22)【出願日】2017-07-06
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2020-08-27
(86)【国際出願番号】 US2017040937
(87)【国際公開番号】W WO2019009906
(87)【国際公開日】2019-01-10
【審査請求日】2020-01-06
(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】100195693
【弁理士】
【氏名又は名称】細井 玲
(72)【発明者】
【氏名】カスパーチク，ヴラデク
(72)【発明者】
【氏名】ナウカ，クリストフ
(72)【発明者】
【氏名】イングル，デイヴィッド，マイケル
【審査官】瀧口 博史
(56)【参考文献】
【文献】特開平０６－２１８７１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００７／０９７７４７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００４－３３０７４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１７／０７９２８２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１５／１６７５２０（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２２Ｆ ３／００
Ｂ２２Ｆ １０／００
Ｂ２２Ｆ １２／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
３次元オブジェクトを印刷するための方法であって：（i）金属構築材料の層を適用し；
（ii）金属構築材料の層の少なくとも一部の上にバインダー流体を選択的に適用し、ここでバインダー流体は、液体ビヒクルおよび液体ビヒクル中に分散したラテックスポリマー粒子を含み、そしてラテックスポリマー粒子は２５０℃から６００℃の熱分解温度を有し；
（iii）０.５Ｊ／ｃｍ２から２０Ｊ／ｃｍ２のエネルギー密度を有する単一のエネルギー束を１秒未満適用することにより、選択的に適用されたバインダー流体をラテックスポリマーの熱分解を生ずることなしに、気体放電光エネルギーエミッタを用いるフラッシュ定着して、金属構築材料の層および選択的に適用されたバインダー流体を結合させ；そして
（iv）（i）、（ii）、および（iii）を少なくとも１回繰り返して３次元オブジェクトを形成することを含む、方法。
【請求項2】
（ii-ａ）バインダー流体から殆どの液体を除去することによって、選択的に適用されたバインダー流体を乾燥することをさらに含む、請求項１の方法。
【請求項3】
（v）３次元オブジェクトを焼結温度に加熱することをさらに含む、請求項１または２の方法。
【請求項4】
ラテックスポリマー粒子は２５℃から１２５℃のガラス転移温度を有する、請求項１から３のいずれか１の方法。
【請求項5】
フラッシュ定着の温度は１２５℃から４００℃である、請求項１から４のいずれか１の方法。
【請求項6】
フラッシュ定着は、金属構築材料の層および選択的に適用されたバインダー流体に対して非コヒーレント光エネルギーを少なくとも１つのパルスとして適用する光エネルギーエミッタを使用して行われる、請求項１から５のいずれか１の方法。
【請求項7】
フラッシュ定着は金属構築材料の層およびバインダー流体を照射する、請求項１から６のいずれか１の方法。
【請求項8】
気体放電光エネルギーエミッタで用いられる気体は、キセノン、クリプトン、アルゴン、ヘリウム、ネオン、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項１から７のいずれか１の方法。
【請求項9】
ラテックスポリマー粒子はバインダー流体中に、バインダー流体の合計重量に基づいて２重量％から３０重量％の範囲にわたる量で存在する、請求項１から８のいずれか１の方法。
【請求項10】
３次元オブジェクトを印刷するための印刷システムであって：金属構築材料の供給部と；
金属構築材料の層を形成する構築材料分配器と；
バインダー流体の供給部と、このバインダー流体が液体ビヒクルおよび液体ビヒクル中に分散されたラテックスポリマー粒子を含むことと、ここでラテックスポリマー粒子は２５０℃から６００℃の熱分解温度を有し；
バインダー流体を選択的に分配するためのインクジェットアプリケータと；および０.５Ｊ／ｃｍ２から２０Ｊ／ｃｍ２のエネルギー密度を有する単一のエネルギー束を１秒未満適用することにより、選択的に適用されたバインダー流体をラテックスポリマーの熱分解を生ずることなしにフラッシュ定着して、金属構築材料の層および選択的に適用されたバインダー流体を結合させるための気体放電光エネルギーエミッタとを含む、印刷システム。
【請求項11】
コントローラと；およびコンピュータ実行可能な命令を記憶している非一時的なコンピュータ可読媒体とをさらに含み：
構築材料分配器およびインクジェットアプリケータを使用して、選択的に適用されたバインダー流体を有する金属構築材料の少なくとも１つの層を繰り返して形成させ、そして０.５Ｊ／ｃｍ２から２０Ｊ／ｃｍ２のエネルギー密度を有する単一のエネルギー束を１秒未満適用することにより、光エネルギーエミッタを使用して選択的に適用されたバインダー流体をラテックスポリマーの熱分解を生ずることなしにフラッシュ定着させ、金属構築材料の層および選択的に適用されたバインダー流体を結合させることにより、コントローラに３次元オブジェクトを印刷させることをさらに含む、請求項１０の印刷システム。
【請求項12】
非一時的なコンピュータ可読媒体は：さらに少なくとも１つの熱源を使用して３次元オブジェクトを焼結温度まで加熱することにより、コントローラに３次元オブジェクトを印刷させるための、コンピュータ実行可能な命令を記憶している、請求項１１の印刷システム。
【請求項13】
３次元オブジェクトを焼結温度まで加熱することは、１０分間から４８時間の範囲にわたる焼結期間について行われる、請求項１２の印刷システム。
【請求項14】
３次元オブジェクトを焼結温度まで加熱することは、不活性ガス、低反応性ガス、還元性ガス、またはこれらの組み合わせを含む環境において行われる、請求項１２または１３の印刷システム。
【請求項15】
ラテックスポリマー粒子は、スチレン、ｐ-メチルスチレン、α-メチルスチレン、メチルメタクリレート、ヘキシルアクリレート、ヘキシルメタクリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、２-エチルヘキシルアクリレート、２-エチルヘキシルメタクリレート、プロピルアクリレート、プロピルメタクリレート、オクタデシルアクリレート、オクタデシルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、ビニルベンジルクロリド、イソボルニルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、２-フェノキシエチルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、ベンジルアクリレート、エトキシル化ノニルフェノールメタクリレート、エトキシル化ベヘニルメタクリレート、ポリプロピレングリコールモノアクリレート、イソボルニルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ｔ-ブチルメタクリレート、ｎ-オクチルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、トリデシルメタクリレート、アルコキシル化テトラヒドロフルフリルアクリレート、イソデシルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、イソボルニルアクリレート、ジメチルマレエート、ジオクチルマレエート、アセトアセトキシエチルメタクリレート、ジアセトンアクリルアミド、Ｎ-ビニルイミダゾール、Ｎ-ビニルカルバゾール、Ｎ-ビニル-カプロラクタム、これらの組み合わせ、これらの誘導体、およびこれらの混合物からなる群より選択されるモノマーのフリーラジカル重合によって生成されたラテックスポリマー粒子である、請求項１０から１４のいずれか１の印刷システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
３次元（３Ｄ）印刷は、デジタルモデルから３次元の固体部品を作成するために使用される、付加的印刷プロセスであってよい。３Ｄ印刷は多くの場合に、製品のラピッドプロトタイピング、金型の作成、金型マスターの作成、および短期的な製造に用いることができる。幾つかの３Ｄ印刷技術は付加的プロセスであると考えられるが、それはそれらが、連続する材料層の適用を伴うためである。これは、多くの場合に材料の除去に依拠して最終的な部品を作成する、伝統的な機械加工プロセスとは異なっている。３Ｄ印刷は多くの場合に、構築材料の硬化または融合を用いることができるが、これは一部の材料については、熱補助式の押し出し、溶融、または焼成を使用して達成されてよい。
【図面の簡単な説明】
【0002】
本開示の例の特徴は、以下の詳細な説明および図面を参照することによって明らかとなるが、そこでは同様の参照番号は、同一ではないとしても類似している部品に対応している。簡潔にするために、先に説明された機能を有する参照番号または特徴は、それらが現れる他の図面に関しては、記載される場合も記載されない場合もある。
【0003】
図１は、本願で開示される例示的な３Ｄ印刷システムの単純化された等角図である。
【0004】
図２Ａから図２Ｆは、本願で開示される３Ｄ印刷方法の例を使用した、パターン化３次元オブジェクト、３次元オブジェクト、少なくとも実質的にポリマーを含まない部品、および３Ｄ金属部品の形成を示す概略図である。
【0005】
図３は、同じスチレンアクリルラテックスバインダーの異なる温度における時間と重量百分率の関係のグラフである。
【0006】
【0007】
【0008】
【0009】
【0010】
図８は、本願で開示される３Ｄ印刷方法の例によって形成された３次元オブジェクトの概略図である。
【0011】
図９は、本願で開示される３Ｄ印刷方法の例を表す流れ図である。
【0012】
図１０は、バインダー添加量と、ポリマー粒子および金属粒子を融合して３次元オブジェクトを形成するために使用されるエネルギー密度との間の相関関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
３次元（３Ｄ）印刷の幾つかの例では、バインダー流体（液体機能剤／材料としても知られている）が構築材料の層に対して選択的に適用され、そして次いで構築材料の別の層がその上に適用される。バインダー流体は、この構築材料の別の層に対して適用されてよく、そして３次元オブジェクトを形成するために、これらのプロセスが繰り返されてよい。バインダー流体は、３次元オブジェクトの構築材料を一緒に保持するバインダーを含んでいてよい。３次元オブジェクトは、層ごとの構築の間に、または構築後に、３次元オブジェクト中の構築材料を焼結するために光エネルギーおよび／または熱に曝露されてよく、焼結３Ｄ部品が形成される。
【0014】
本願で使用するところでは、用語「３Ｄ印刷部品」、「３Ｄ部品」、「部品」、「３Ｄ印刷オブジェクト」、「３Ｄオブジェクト」または「オブジェクト」は、完成された３Ｄ印刷部品またはオブジェクト、または３Ｄ印刷部品またはオブジェクトの層であってよい。
【0015】
本願で使用するところでは、幾つかの用語の末尾の「（単数または複数）」は、それらの用語／語句が幾つかの例では単数であってよく、また幾つかの例では複数であってよいことを示している。「（単数または複数）」が付いていない用語もまた、多くの例において単数または複数で用いられてよいことが理解されよう。
【0016】
パターン化３次元オブジェクト中のポリマー粒子を溶融するためにパウダーベッド（粉体床）の全体を加熱するという、広く受け入れられている手法を使用して３次元オブジェクトを製造する場合、熱は一般的に、数秒より長く適用される。このことは、３次元オブジェクトを製造するために使用されるエネルギーの量を増大させうるだけではなく、ポリマー粒子の溶融を達成するためにパターン化オブジェクトが加熱される時間の長さに少なくとも起因して、バインダー中のポリマー粒子の熱分解をも生じさせうる。
【0017】
したがって、ポリマーの劣化なしに結合を促進させるエネルギーを適用することによって、バインダー中のポリマー粒子を迅速に溶融させることに対する要望が存在している。
【0018】
本願で使用するところでは、用語「パターン化３次元オブジェクト」は、最終的な３Ｄ印刷部品を表す形状を有し、バインダー流体でパターン化された金属構築材料を含む、中間部品を参照している。パターン化３次元オブジェクトにおいては、金属構築材料粒子は、バインダー流体の少なくとも１つの成分によって、および／または金属構築材料粒子とバインダー流体の間の引力（単数または複数）によって、相互に弱く結合されていてよく、またはされていなくてよい。幾つかの場合においては、パターン化３次元オブジェクトの機械的強度は、それを取り扱うことができないか、または構築材料プラットフォームから取り出すことができない程度のものである。さらにまた、バインダー流体でパターン化されていない任意の金属構築材料は、それがパターン化３次元オブジェクトに隣接し、またはそれを取り囲んでいるとしても、パターン化３次元オブジェクトの一部としては考慮されないことが理解されよう。
【0019】
本願で使用するところでは、用語「３次元オブジェクト」は、約０.５Ｊ／ｃｍ２から約２０Ｊ／ｃｍ２のエネルギー密度を有するエネルギー束を約１秒未満適用することにより、選択的に適用されたバインダー流体をフラッシュ定着（溶融）し、金属構築材料および選択的に適用されたバインダー流体を結合することから形成される、パターン化３次元オブジェクトを参照している。
【0020】
本願で使用するところでは、用語「焼結３次元オブジェクト」は、フラッシュ定着プロセスに暴露されたパターン化３次元オブジェクトを参照しており、このプロセスはバインダー流体中でのポリマー粒子の溶融を開始させ、そしてまたバインダー流体の液体成分の蒸発に寄与してよく、かくしてポリマー粒子がポリマーの膠（接着剤）を形成して、それが金属構築材料粒子を被覆し、そして金属構築材料粒子相互間の結合を生成または強化させるようにする。換言すれば、「焼結３次元オブジェクト」は、最終的な３Ｄ印刷部品を表す形状を備えた中間部品であり、バインダー流体（金属構築材料をパターン化するのに用いた）のポリマー粒子を少なくとも実質的に溶融することによって相互に結合された金属構築材料を含んでいる。パターン化３次元オブジェクトに比較すると、焼結３次元オブジェクトの機械的強度はより大きい。
【0021】
本願で使用するところでは、用語「焼結３次元オブジェクト」はまた、焼結温度に加熱された「３次元オブジェクト」を参照している。
【0022】
本願で使用するところでは、用語「３Ｄ印刷部品」、「３Ｄ部品」、または「金属部品」は、完成された焼結３次元オブジェクトを参照している。
【0023】
幾つかの例においては、３次元オブジェクトを印刷するための方法は：
（i）金属構築材料を適用し；
（ii）金属構築材料の少なくとも一部の上にバインダー流体を選択的に適用し、ここでバインダー流体は、液体ビヒクルおよび液体ビヒクル中に分散したポリマー粒子を含み；
（iii）約０.５Ｊ／ｃｍ２から約２０Ｊ／ｃｍ２のエネルギー密度を有するエネルギー束を約１秒未満適用することにより、選択的に適用されたバインダー流体をフラッシュ定着して、金属構築材料および選択的に適用されたバインダー流体を結合させ；そして
（iv）（i）、（ii）、および（iii）を少なくとも１回繰り返して３次元オブジェクトを形成することを含むことができる。
（i）金属構築材料を適用し；
（ii）金属構築材料の少なくとも一部の上にバインダー流体を選択的に適用し、ここでバインダー流体は、液体ビヒクルおよび液体ビヒクル中に分散したポリマー粒子を含み；
（iii）約０.５Ｊ／ｃｍ２から約２０Ｊ／ｃｍ２のエネルギー密度を有するエネルギー束を約１秒未満適用することにより、選択的に適用されたバインダー流体をフラッシュ定着して、金属構築材料および選択的に適用されたバインダー流体を結合させ；そして
（iv）（i）、（ii）、および（iii）を少なくとも１回繰り返して３次元オブジェクトを形成することを含むことができる。
【0024】
幾つかの例においては、バインダー流体中の液体の少なくとも部分的な蒸発は、フラッシュ定着の結果として生ずる。
【0025】
幾つかの例においては、３次元オブジェクトを印刷するための方法は、（ii-ａ）バインダー流体から実質的に殆どの液体を除去することによって、選択的に適用されたバインダー流体を乾燥することをさらに含むことができる。
【0026】
幾つかの例においては、３次元オブジェクトを印刷するための方法は、（v）３次元オブジェクトを焼結温度まで加熱することをさらに含むことができる。
【0027】
幾つかの例においては、ポリマー粒子は約２５℃から約１２５℃のガラス転移温度を有することができ；そしてポリマー粒子は約２５０℃から約６００℃の熱分解温度を有することができる。
【0028】
幾つかの例においては、フラッシュ定着温度は約１２５℃から約４００℃であることができ、または幾つかの例において約１２５℃から約４５０℃であることができる。
【0029】
幾つかの例においては、フラッシュ定着は、金属構築材料および選択的に適用されたバインダー流体へと、非コヒーレント光エネルギーを少なくとも１つのパルスとして適用する、光エネルギーエミッタ（放出器）を使用して行われることができる。
【0030】
幾つかの例においては、フラッシュ定着は金属構築材料およびバインダー流体を照射することができる。
【0031】
幾つかの例においては、フラッシュ定着は気体放電光エネルギーエミッタを使用して行われることができ；そして気体放電光エネルギーエミッタに用いられる気体は、キセノン、クリプトン、アルゴン、ヘリウム、ネオン、およびこれらの組み合わせからなる群より選択することができる。
【0032】
幾つかの例においては、ポリマー粒子はバインダー流体中に、バインダー流体の合計重量に基づいて約２重量％から約３０重量％の範囲の量で存在することができる。
【0033】
幾つかの例においては、３次元オブジェクトを印刷するための印刷システムが記載される。この印刷システムは：金属構築材料の供給部と；構築材料分配器と；バインダー流体の供給部と、バインダー流体は液体ビヒクルおよび液体ビヒクルに分散したポリマー粒子を含むことと；バインダー流体を選択的に分配するインクジェットアプリケータと；および約０.５Ｊ／ｃｍ２から約２０Ｊ／ｃｍ２のエネルギー密度を有するエネルギー束を約１秒未満適用することにより、選択的に適用されたバインダー流体をフラッシュ定着して金属構築材料および選択的に適用されたバインダー流体を結合するための光エネルギーエミッタを含むことができる。
【0034】
幾つかの例においては、光エネルギーエミッタは、約０.５Ｊ／ｃｍ２から約２５Ｊ／ｃｍ２、または約２０Ｊ／ｃｍ２未満、または約１０Ｊ／ｃｍ２未満、または約５Ｊ／ｃｍ２未満、または約２Ｊ／ｃｍ２未満、または約１Ｊ／ｃｍ２未満のエネルギー密度を有するエネルギー束を適用することができる。このエネルギー密度は、層ごとに、または２層ごとに、または３層ごとに、またはその他のように適用することができ、またはパターン化３次元オブジェクトが完全にパターン化された場合に適用することができる。
【0035】
幾つかの例においては、光エネルギーエミッタはエネルギー束を、約１秒未満、または約０.５秒未満、または約０.１秒未満、または約０.０１秒未満にわたって適用することができる。この期間は層ごとに、または２層ごとに、または３層ごとに、またはその他のように適用することができ、またはパターン化３次元オブジェクトが完全にパターン化された場合に適用することができる。
【0036】
幾つかの例においては、印刷システムはさらに：コントローラと；および非一時的なコンピュータ可読媒体とを含むことができ、この可読媒体は：構築材料分配器およびインクジェットアプリケータを使用して選択的に適用されたバインダー流体を有する少なくとも１層の金属構築材料を繰り返し形成し、そして光エネルギーエミッタを使用して約０.５Ｊ／ｃｍ２から約２０Ｊ／ｃｍ２のエネルギー密度を有するエネルギー束を約１秒未満適用することにより、選択的に適用されたバインダー流体をフラッシュ定着させて金属構築材料および選択的に適用されたバインダー流体を結合させることにより、コントローラに３次元オブジェクトを印刷させるための、コンピュータ実行可能な命令を記憶している。
【0037】
幾つかの例においては、非一時的なコンピュータ可読媒体は：さらに少なくとも１つの熱源を使用して３次元オブジェクトを焼結温度まで加熱することにより、コントローラに３次元オブジェクトを印刷させるための、コンピュータ実行可能な命令を記憶している。
【0038】
幾つかの例においては、３次元オブジェクトを焼結温度まで加熱することは、約１０分間から約４８時間、または約３６時間未満、または約２４時間未満、または約１２時間未満、または約１０時間未満、または約８時間未満、または約６時間未満、または約４時間未満、または約２時間未満、または約１時間未満の範囲にわたる焼結期間について実行することができる。
【0039】
幾つかの例においては、３次元オブジェクトを焼結温度まで加熱することは、不活性ガス、低反応性ガス、還元性ガス、真空を包含する環境において、これらの少なくとも１つに対するステージでの暴露において、またはこれらの組み合わせにおいて行われることができる。
【0040】
幾つかの例においては、ポリマー粒子は、スチレン、ｐ-メチルスチレン、α-メチルスチレン、メチルメタクリレート、ヘキシルアクリレート、ヘキシルメタクリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、２-エチルヘキシルアクリレート、２-エチルヘキシルメタクリレート、プロピルアクリレート、プロピルメタクリレート、オクタデシルアクリレート、オクタデシルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、ビニルベンジルクロリド、イソボルニルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、２-フェノキシエチルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、ベンジルアクリレート、エトキシル化ノニルフェノールメタクリレート、エトキシル化ベヘニルメタクリレート、ポリプロピレングリコールモノアクリレート、イソボルニルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ｔ-ブチルメタクリレート、ｎ-オクチルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、トリデシルメタクリレート、アルコキシル化テトラヒドロフルフリルアクリレート、イソデシルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、イソボルニルアクリレート、ジメチルマレエート、ジオクチルマレエート、アセトアセトキシエチルメタクリレート、ジアセトンアクリルアミド、Ｎ-ビニルイミダゾール、Ｎ-ビニルカルバゾール、Ｎ-ビニル-カプロラクタム、これらの組み合わせ、これらの誘導体、およびこれらの混合物からなる群より選択された（しかしこれらに限定されるものではない）モノマーのフリーラジカル重合によって生成された、ラテックスポリマー粒子であることができる。
【0041】
本願に開示された幾つかの例において、バインダー流体はポリマー粒子を含むことができ、ポリマー粒子はバインダー流体の液体ビヒクル全体に分散されている。金属構築材料の層に対して適用された場合に、液体ビヒクルは構築材料を濡らすことが可能であり、そしてポリマー粒子は層の微細な孔（すなわち、金属構築材料粒子相互の間の間隙）の中へと侵入することができる。こうして、ポリマー粒子は金属構築材料粒子相互の間の空の間隙の中へと動くことができる。バインダー流体中のポリマー粒子は、バインダー流体中のポリマー粒子をフラッシュ定着することによって、活性化され、硬化され、および／または溶融されることができる。フラッシュ定着に際して、約０.５Ｊ／ｃｍ２から約２０Ｊ／ｃｍ２のエネルギー密度を有するエネルギー束を約１秒未満にわたって適用することにより、選択的に適用されたバインダー流体は、金属構築材料を結合する。活性化され、硬化され、または溶融された場合に、バインダー流体中のポリマー粒子は、金属構築材料粒子を３次元オブジェクトの形状へと接着する、少なくとも実質的に連続するネットワークを形成する。３次元オブジェクトは十分な機械的強度を有しており、かくしてそれは、有害な影響を受けることなしに（例えば、形状が失われない）、構築材料プラットフォームからの取り出しに耐えることができる。
【0042】
幾つかの例においては、一旦取り出してから、３次元オブジェクトをポリマー粒子の熱分解温度まて加熱してポリマー粒子を熱分解させることにより、３次元オブジェクトは脱バインダーすることができる。ポリマー粒子の少なくとも幾らかが熱分解されると、少なくとも実質的にポリマーを含まない部品を形成することができる。次いで、少なくとも実質的にポリマーを含まない部品は焼結温度まで加熱して、金属構築材料粒子を焼結させ、そして金属部品を形成することができる。
【0043】
幾つかの例においては、一旦取り出してから、３次元オブジェクトを焼結温度まで加熱して金属構築材料粒子を焼結させ、そして焼結３次元オブジェクトまたは金属部品を形成することができる。
【0044】
本願の図面を参照するとき、図示された部材およびスケールは、機能および目標とする結果に影響を与えない仕方において、異なる大きさおよび位置へと再構成可能であることが理解されよう。
【0045】
さて図１を参照すると、３Ｄ印刷システム１０の例が示されている。３Ｄ印刷システム１０は追加の部品を含んでいてよいこと、および本願に記載された部品の幾つかは取り外しおよび／または改造してよいことが理解されよう。さらにまた、図１に示された３Ｄ印刷システム１０の部品は縮尺通りでない可能性があり、かくして、３Ｄ印刷システム１０は本願に示されたものと異なる大きさおよび／または構成を有していてよい。
【0046】
３次元（３Ｄ）印刷システム１０は一般に、金属構築材料１６の供給部１４と；構築材料分配器１８と；バインダー流体３６の供給部と、このバインダー流体３６が液体ビヒクルおよび液体ビヒクル中に分散されたポリマー粒子を含むことと；バインダー流体３６（図２Ｃ）を選択的に分配するためのインクジェットアプリケータ２４と；少なくとも１つの光エネルギーエミッタ３２、３２’と；コントローラ２８と；および非一時的なコンピュータ可読媒体とを含んでおり、この可読媒体はコントローラ２８に：構築材料分配器１８およびインクジェットアプリケータ２４を使用して、構築材料分配器１８によって適用されバインダー流体３６を受け取っている金属構築材料１６の複数の層３４（図２Ｂ）を繰り返して形成させ、それによってパターン化３次元オブジェクト４２（図２Ｅ）を生成し、そして少なくとも１つの光エネルギーエミッタ３２、３２’を使用してパターン化３次元オブジェクト４２中のポリマー粒子をフラッシュ定着させ、３次元オブジェクト４２’を生成し、そして熱源４８を使用して３次元オブジェクト４２’を焼結温度まで加熱して金属部品５０を形成するための、コンピュータ実行可能な命令を記憶している。
【0047】
図１に示されているように、印刷システム１０は、構築領域プラットフォーム１２と、金属構築材料粒子１６を含有している構築材料供給部１４と、および構築材料分配器１８とを含んでいる。
【0048】
構築領域プラットフォーム１２は、金属構築材料１６を構築材料供給部１４から受け取る。構築領域プラットフォーム１２は、印刷システム１０と一体化されていてもよく、または印刷システム１０へと別個に挿入可能な部材であってもよい。例えば、構築領域プラットフォーム１２は、印刷システム１０とは別個に入手可能なモジュールであってよい。図示されている構築領域プラットフォーム１２はまた１つの例であって、プラテン、製造ベッド／印刷ベッド、ガラス板、または他の構築表面といった、別の支持部材で置き換えられていてもよい。
【0049】
構築領域プラットフォーム１２は、矢印２０によって示されている方向、例えばｚ軸に沿って移動されてよく、かくして金属構築材料１６はプラットフォーム１２に対して分配されてよく、または先に形成された金属構築材料１６の層（図２Ｄ参照）に対して分配されてよい。ある例では、金属構築材料粒子１６が分配される場合に、構築領域プラットフォーム１２は十分に前進する（例えば、下方へ）ようにプログラムされてよく、かくして構築材料分配器１８が金属構築材料粒子１６をプラットフォーム１２上に押し付けて、その上に金属構築材料１６の層３４を形成することができるようにする（例えば、図２Ａおよび図２Ｂ参照）。構築領域プラットフォーム１２はまた、例えば新たな部品を構築する場合に、元の位置に復帰してよい。
【0050】
構築材料供給部１４は、容器、ベッド、または金属構築材料粒子１６を構築材料分配器１８と構築領域プラットフォーム１２の間に配置するための他の表面であってよい。幾つかの例においては、構築材料供給部１４は表面を含んでいてよく、金属構築材料粒子１６はその上へと、例えば構築材料供給部１４の上方に配置された構築材料源（図示せず）から供給されてよい。構築材料源の例には、ホッパー、オーガーコンベア、またはその他が含まれていてよい。加えて、または代替的に、構築材料供給部１４は、金属構築材料粒子１６を貯蔵位置から、構築領域プラットフォーム１２の上へと、または先に形成された金属構築材料１６の層の上へと拡延するための位置に付与するための、例えば移動させるための機構（例えば配送ピストン）を含んでいてよい。
【0051】
構築材料分配器１８は、構築材料供給部１４を越え、そして構築領域プラットフォーム１２を横断して、矢印２２によって示されている方向、例えばｙ軸に沿って移動されてよく、金属構築材料１６の層を構築領域プラットフォーム１２上に拡延する。構築材料分配器１８はまた、金属構築材料１６の拡延に続いて、構築材料供給部１４に隣接する位置へと復帰してよい。構築材料分配器１８は、ブレード（例えば、ドクターブレード）、ローラー、ローラーとブレードの組み合わせ、および／または金属構築材料粒子１６を構築領域プラットフォーム１２上に拡延することのできる、任意の他の装置であってよい。例えば、構築材料分配器１８は、逆方向に回転するローラーであってよい。
【0052】
金属構築材料１６は、任意の粒状金属材料であってよい。ある例では、金属構築材料１６は粉体であってよい。別の例では、金属構築材料１６は、焼結温度（例えば、約８５０℃から約２５００℃の範囲の温度）に加熱された場合に、焼結して連続体となり、金属部品５０（例えば、図２Ｆ参照）を形成する性質を有していてよい。「連続体」によって意味するところは、金属構築材料粒子が相互に融合して、空隙が殆どまたは全くなく、そして目標とする最終的な金属部品５０の条件に合致する十分な機械的強度を備えた、単一の部品を形成することである。
【0053】
例示的な焼結温度の範囲について示唆したが、この温度は、部分的には金属構築材料１６の組成および相（単数または複数）に応じて変動してよいことが理解されよう。
【0054】
ある例では、金属構築材料１６は１つの元素から構成される単相の金属材料である。この例においては、焼結温度はこの単一元素の融点よりも低くてよい。
【0055】
別の例では、金属構築材料１６は２つまたはより多くの元素から構成されることができ、単相合金または多相合金の形態であることができる。これら別の例においては、溶融は一般に、ある温度範囲にわたって生ずる。幾つかの単相合金については、溶融は固相線温度（溶融が開始される温度）のすぐ上で開始され、液相線温度（すべての固体が溶融した温度）を超えるまでは完了しない。他の単相合金については、溶融は包晶温度のすぐ上で開始される。包晶温度は、単相固体が二相固体に液体が加わった混合物に転化する点によって定義され、そこでは包晶温度を超える固体は包晶温度未満の固体とは異なる相にある。金属構築材料１６は二相またはより多くの相から構成され（例えば、２つまたはより多くの元素から作成された多相合金）、溶融は一般に、共晶温度または包晶温度を超えた場合に開始される。共晶温度は、単相液体が二相固体へと完全に固化する温度によって定義される。一般に、単相合金または多相合金の溶融は、固相線温度、共晶温度、または包晶温度のすぐ上で開始され、液相線温度を超えるまでは完了しない。幾つかの例においては、焼結は、固相線温度、包晶温度、または共晶温度未満において生ずる可能性がある。他の例においては、焼結は固相線温度、包晶温度、または共晶温度より上で生ずる。固相線温度より上での焼結は、超固相線焼結として参照され、この技術は、より大きな構築材料粒子を使用する場合、および／または高密度を達成する場合に有用でありうる。ある例では、構築材料組成物は、金属構築材料の少なくとも４０体積％が、目標とする焼結温度を超える融点を有する相（単数または複数）で構成されるように選択されてよい。焼結温度は、隣接する粒子の間での原子の移動性を許容するのに十分なエネルギーをもたらすよう、十分に高くてよいことが理解されよう。幾つかの例においては、金属構築粒子の大きさは、焼結温度が固相線温度より約１００℃から１５０℃低くてよいように、十分に小さなものとすることができる。理論に拘束されることを望むものではないが、金属構築粒子の大きさが小さくなるほど、焼結プロセスを速くすることができ、そして焼結プロセスの間により低い温度を使用することができる。
【0056】
単一の元素または合金を、金属構築材料１６として使用してよい。金属構築材料１６の幾つかの例には、鋼、ステンレススチール、ブロンズ、チタン（Ｔｉ）およびその合金、アルミニウム（Ａｌ）およびその合金、ニッケル（Ｎｉ）およびその合金、コバルト（Ｃｏ）およびその合金、鉄（Ｆｅ）およびその合金、ニッケルコバルト（ＮｉＣｏ）合金、金（Ａｕ）およびその合金、銀（Ａｇ）およびその合金、白金（Ｐｔ）およびその合金、および銅（Ｃｕ）およびその合金が含まれる。幾つかの具体的な例には、ＡｌＳｉ１０Ｍｇ、２０００番系のアルミニウム、４０００番系のアルミニウム、ＣｏＣｒ ＭＰ１、ＣｏＣｒ ＳＰ２、マルエージング鋼ＭＳ１、ハステロイＣ、ハステロイＸ、ニッケルアロイＨＸ、インコネルＩＮ６２５、インコネルＩＮ７１８、ＳＳ ＧＰ１、ＳＳ １７-４ＰＨ、ＳＳ ３１６Ｌ、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ、およびＴｉ-６Ａｌ-４Ｖ ＥＬＩ７が含まれる。幾つかの例示的な合金について示唆してきたが、ＰｂＳｎハンダ合金のような他の合金構築材料も使用してよいことが理解されよう。
【0057】
本願で開示される３Ｄ印刷方法（単数または複数）の開始時において、粉体形態である任意の金属構築材料１６を使用してよい。かくして、金属構築材料１６の融点、固相線温度、共晶温度、および／または包晶温度は、この３Ｄ印刷方法のパターン化部分が実行される環境温度よりも高くてよい（例えば、４０℃を超える）。幾つかの例においては、金属構築材料１６は約８５０℃から約３５００℃の範囲にある融点を有してよい。他の例においては、金属構築材料１６はある範囲にわたる融点を有する合金であってよい。合金は、低いもので約-３９℃（例えば、水銀）、または約３０℃（例えば、ガリウム）、または約１５７℃（例えば、インジウム）の融点を持つ金属を含んでいてよい。
【0058】
金属構築材料１６は、類似の大きさの粒子または異なる大きさの粒子から構成されていてよい。本願に示された例では（図１および図２Ａから図２Ｆ）、金属構築材料１６は類似の大きさの粒子を含んでいる。用語「大きさ」は、金属構築材料１６に関して本願で使用するところでは、実質的に球形の粒子の直径（すなわち、＞０.８４の真球度を有する球形の粒子またはほぼ球形の粒子）、または非球形粒子の平均径（すなわち、粒子を横切る直径の複数個の平均）を参照している。この粒径の実質的に球形の粒子は、良好な流動性を有し、比較的簡単に拡延可能である。例として、金属構築材料１６の粒子の平均粒径は、約１μｍから約２００μｍの範囲にあってよい。別の例として、金属構築材料１６の粒子の平均粒径は、約１０μｍから約１５０μｍの範囲にある。さらに別の例として、金属構築材料１６の粒子の平均粒径は、約１５μｍから約１００μｍの範囲にある。
【0059】
【0060】
バインダー流体３６は、少なくとも液体ビヒクルおよびポリマー粒子を含んでいる。幾つかの場合においては、バインダー流体３６は何ら他の成分なしに、液体ビヒクルおよびポリマー粒子からなる。
【0061】
ポリマー粒子は、形成される３次元オブジェクト４２、４２’（図２Ｅに示す）の種々の段階において存在し、次いで最終的に除去され（熱分解を通じて）、そしてそれゆえ最終的な焼結３Ｄ部品５０（図２Ｆに示す）に存在しないという点において、犠牲的な中間バインダーである。
【0062】
本願に開示される例において、ポリマー粒子は液体ビヒクルに分散されていてよい。ポリマー粒子は幾つかの異なる形態構造を有していてよい。例えば、ポリマー粒子は、ＩＰＮ（相互貫入ネットワーク（網目構造））にしたがって相互分散されていてよい、高いＴｇの親水性（ハード）成分（単数または複数）および／または低いＴｇの疎水性（ソフト）成分（単数または複数）のポリマー組成物を含有する、個々の球形粒子であってよいが、高いＴｇの親水性成分および低いＴｇの疎水性成分が他の仕方で相互分散されていてよいことも考慮されている。別の例として、ポリマー粒子は、低いＴｇの連続または不連続な疎水性コアが連続または不連続の高いＴｇの親水性シェルによって取り囲まれ、または親水性シェルのドメインと部分的に合体することによって作成されていてよい。別の例として、ポリマー粒子の形態構造はラズベリーに類似していてよく、そこでは低いＴｇの疎水性コアが、コアに付着された高いＴｇの幾つかの小さな親水性粒子によって取り囲まれている。さらに別の例として、ポリマー粒子は、少なくとも部分的に相互に付着した、２個、３個、または４個の粒子を含んでいてよい。
【0063】
本願の例において、高いＴｇの親水性成分（単数または複数）／シェル／粒子、および低いＴｇの親水性成分（単数または複数）／コア／粒子は、お互いとの関係において定義されてよい（すなわち、高いＴｇの親水性成分（単数または複数）／シェル／粒子は、低いＴｇの親水性成分（単数または複数）／コア／粒子よりも高いＴｇを有しており、そして低いＴｇの親水性成分（単数または複数）／コア／粒子は、高いＴｇの親水性成分（単数または複数）／シェル／粒子）よりも低いＴｇを有している。幾つかの例においては、高いＴｇの親水性成分（単数または複数）／シェル／粒子は、２５℃よりも高いＴｇを有している。他の例では、高いＴｇの親水性成分（単数または複数）／シェル／粒子は、４５℃よりも高いＴｇを有している。幾つかの例においては、低いＴｇの親水性成分（単数または複数）／コア／粒子は、２５℃よりも低いＴｇを有している。他の例では、低いＴｇの親水性成分（単数または複数）／コア／粒子は、５℃よりも低いＴｇを有している。
【0064】
ポリマー粒子は、インクジェット印刷（例えば、サーマルインクジェット印刷または圧電（ピエゾ）インクジェット印刷）を介して噴射可能な、任意のラテックスポリマー（すなわち、乳化重合および／またはミニエマルジョン重合として知られる技術によって作成されることが可能なポリマー）であってよい。本願に開示される幾つかの例において、ポリマー粒子はヘテロポリマーまたはコポリマーである。ヘテロポリマーは、より疎水性の成分と、より親水性の成分とを含んでいてよい。これらの例において、親水性成分は粒子をバインダー流体３６中で分散可能なものとし、これに対して疎水性成分は光エネルギーに曝露された場合に合体可能であって、３次元オブジェクト４２’を形成するために、金属構築材料粒子１６を相互に一時的に結合する。
【0065】
の疎水性成分を形成するのに使用してよい、低いＴｇのモノマーの例には、Ｃ４からＣ８のアルキルアクリレートまたはメタクリレート、スチレン、置換メチルスチレン、ポリオールアクリレートまたはメタクリレート、ビニルモノマー、ビニルエステル、またはその他が含まれる。幾つかの具体的な例には、メチルメタクリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタクリレート、ヘキシルアクリレート、ヘキシルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、プロピルアクリレート、プロピルメタクリレート、２-エチルヘキシルアクリレート、２-エチルヘキシルメタクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、ラウリルアクリレート、ラウリルメタクリレート、オクタデシルアクリレート、オクタデシルメタクリレート、イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、アルコキシル化テトラヒドロフルフリルアクリレート、２-フェノキシエチルメタクリレート、ベンジルアクリレート、エトキシル化ノニルフェノールメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、トリメチルシクロヘキシルメタクリレート、ｔ-ブチルメタクリレート、ｎ-オクチルメタクリレート、トリデシルメタクリレート、イソデシルアクリレート、ジメチルマレエート、ジオクチルマレエート、アセトアセトキシエチルメタクリレート、ジアセトンアクリルアミド、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジビニルベンゼン、スチレン、メチルスチレン（例えば、α-メチルスチレン、ｐ-メチルスチレン）、ビニルクロリド、ビニリデンクロリド、ビニルベンジルクロリド、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、Ｎ-ビニルイミダゾール、Ｎ-ビニルカルバゾール、Ｎ-ビニル-カプロラクタム、これらの組み合わせ、これらの誘導体、またはこれらの混合物が含まれる。
【0066】
幾つかの例においては、メチルメタクリレート、メチルアクリレート、エチルメタクリレートおよびエチルアクリレートを使用することができる。
【0067】
幾つかの例においては、特定のモノマーは、それが組み合わせられるモノマーに応じ、親水性として、または疎水性として考慮されてよい。メチルメタクリレート、メチルアクリレート、エチルメタクリレート、およびエチルアクリレートは、疎水性の群および親水性の群の両方に属することができる。幾つかの例においては、アクリロニトリルおよびメタクリロニトリルを使用することができる。
【0068】
幾つかの例においては、２つまたはより多くの疎水性モノマーを使用することが可能であるが、これは相互に非相溶性であることからある程度の相分離を導きうるものであって、それによって粒子内に小さなドメインの形成を導く。代替的には、２つまたはより多くの親水性モノマーを使用することができる。
【0069】
幾つかの例においては、任意のポリマー組成物の親水性を変性する（例えば、増大させる）ために、酸の官能性を使用してよい。
【0070】
ヘテロポリマーは、上掲のモノマーの少なくとも２つ、または上掲のモノマーの少なくとも１つと、酸性モノマーのような高いＴｇの親水性モノマーで形成されてよい。ポリマー粒子を形成するについて重合することのできる酸性モノマーの例には、アクリル酸、メタクリル酸、エチルアクリル酸、ジメチルアクリル酸、無水マレイン酸、マレイン酸、ビニルスルホン酸、シアノアクリル酸、ビニル酢酸、アリル酢酸、エチリジン酢酸、プロピリジン酢酸、クロトン酸、フマル酸、イタコン酸、ソルビン酸、アンゲリカ酸、ケイ皮酸、スチリルアクリル酸、シトラコン酸、グルタコン酸、アコニット酸、フェニルアクリル酸、アクリロキシプロピオン酸、アコニット酸、フェニルアクリル酸、アクリロキシプロピオン酸、ビニル安息香酸、Ｎ-ビニルスクシナミン酸、メサコン酸、メタクリロイルアラニン、アクリロイルヒドロキシグリシン、スルホエチルメタクリル酸、スルホプロピルアクリル酸、スチレンスルホン酸、スルホエチルアクリル酸、２-メタクリロイルオキシメタン-１-スルホン酸、３-メタクリロイルオキシプロパン-１-スルホン酸、３-（ビニルオキシ）プロパン-１-スルホン酸、エチレンスルホン酸、ビニル硫酸、４-ビニルフェニル硫酸、エチレンホスホン酸、ビニルリン酸、ビニル安息香酸、２-アクリルアミド-２-メチル-１-プロパンスルホン酸、これらの組み合わせ、これらの誘導体、またはこれらの混合物が含まれる。高いＴｇの親水性モノマーの他の例には、アクリルアミド、メタクリルアミド、モノヒドロキシル化モノマー、モノエトキシル化モノマー、ポリヒドロキシル化モノマー、またはポリエトキシル化モノマーが含まれる。
【0071】
本願に開示のヘテロポリマーにおいて、低いＴｇの疎水性成分（単数または複数）はポリマーの約０％から約４０％を構成し、そして高いＴｇの親水性成分（単数または複数）はポリマーの約６５％から約１００％を構成する。
【0072】
ある例では、選択されたモノマー（単数または複数）が重合されてヘテロポリマーが形成される。任意の適切な重合プロセスを使用してよい。例えば、疎水性-親水性ポリマー粒子は：i）高いＴｇの親水性ポリマーを低いＴｇの疎水性ポリマーの形成後に生成すること、ii）低いＴｇの疎水性モノマーおよび高いＴｇの親水性モノマーを、高いＴｇの親水性モノマーがより多くなる比率で逐次共重合すること、iii）高いＴｇのモノマー組成物の親水的性質を増大させて、粒子の表面付近に高いＴｇがより高い濃度であるようにすること、またはiv）高いＴｇの親水性外側成分またはシェルが内側成分またはコアに対してより多くなるように生成する、任意の他の一般的な方法といった、多くの技術の任意のものによって形成することができる。これらの疎水性-親水性ポリマー粒子は、コア-シェル粒子であってよい。しかしながら理解されるように、これらの技術はまた、他の形態構造を有するポリマー粒子を形成するものであってもよく、そうした形態構造には本願で記載したものが含まれるが、それらに限定されるものではない。
【0073】
ポリマー粒子は、サーマルインクジェット印刷または圧電印刷または連続インクジェット印刷を通じて噴射可能な粒径を有していてよい。ある例においては、ポリマー粒子の粒径は約１０ｎｍから約３００ｎｍの範囲にある。
【0074】
幾つかの例においては、ポリマー粒子は、周囲温度よりも高い（例えば、＞）ガラス転移温度（Ｔｇ）を有している。他の例においては、ポリマー粒子は、周囲温度よりもずっと高い（例えば、＞＞）ガラス転移温度（Ｔｇ）を有している（すなわち、周囲よりも少なくとも１５°高い）。本願で使用するところでは、「周囲温度」は室温（例えば、約１８℃から約２２℃の範囲にある）を参照してよく、または３Ｄ印刷方法が実行される環境の温度を参照してよい。３Ｄ印刷環境の周囲温度の例は、約４０℃から約５０℃の範囲にあってよい。ポリマー粒子のバルク材料（例えば、より疎水性の部分）のガラス転移温度Ｔｇは、２５℃から約１２５℃の範囲にあってよい。ある例では、ポリマー粒子のバルク材料（例えば、より疎水性の部分）のガラス転移温度Ｔｇは、約４０℃またはそれを上回っていてよい。バルク材料のガラス転移温度Ｔｇは、プリンタの動作温度において、軟らかくなり過ぎることなしにポリマー粒子をインクジェット印刷可能とする、任意の温度であってよい。
【0075】
ポリマー粒子は、約５０℃から約１５０℃の範囲にある融点を有していてよい。ある例では、ポリマー粒子は約９０℃の融点を有していてよい。
【0076】
ポリマー粒子の重量平均分子量は、約５,０００Ｍｗから約５００,０００Ｍｗの範囲にあってよい。幾つかの例においては、ポリマー粒子の重量平均分子量は、約１００,０００Ｍｗから約５００,０００Ｍｗの範囲にある。幾つかの他の例においては、ポリマー粒子の重量平均分子量は、約１５０,０００Ｍｗから３００,０００Ｍｗの範囲にある。
【0077】
ポリマー粒子はバインダー流体３６中に、約２重量％から約３０重量％、または約３重量％から約２０重量％、または約５重量％から約１５重量％（バインダー流体３６の合計の重量％に基づく）の範囲にわたる量で存在していてよい。別の例においては、ポリマー粒子はバインダー流体３６中に、約２０体積％から約４０体積％（バインダー流体３６の合計の体積％に基づく）の範囲にわたる量で存在していてよい。ポリマー粒子のこうした添加量は、バインダー流体３６の有する噴射信頼性および結合効率の間にバランスをもたらすものと考えられる。
【0078】
バインダー流体３６が金属構築材料層またはベッド上に適用される場合、各回のパスにおいて付着されるバインダー流体の量は、約０.１マイクロリットルから約１０００マイクロリットル、または約１マイクロリットルから約５００マイクロリットル、または約５マイクロリットルから約１００マイクロリットル、または約１０マイクロリットルから約５０マイクロリットル、または約１０００マイクロリットル未満、または約５００マイクロリットル未満、または約１００マイクロリットル未満、または約０.１マイクロリットル超、または約１マイクロリットル超、または約１０マイクロリットル超である。
【0079】
幾つかの例においては、バインダー流体３６は、ポリマー粒子に加えて合体溶媒を含んでいる。これらの例においては、合体溶媒はポリマー粒子を可塑化し、金属構築材料粒子１６を一時的に相互に結合させて３次元オブジェクト４２’を形成させるために、光エネルギーへの曝露に際してポリマー粒子の合体を強化させる。幾つかの例においては、バインダー流体３６は、ポリマー粒子および合体溶媒からなっていてよい（他の成分を有しない）。これらの例においては、液体ビヒクルは合体溶媒からなり（他の成分を有しない）、そして合体溶媒はバインダー流体３６の残部を構成する。
【0080】
幾つかの例においては、合体溶媒は、２-ピロリジノンまたは１-（２-ヒドロキシエチル）-２-ピロリドンのようなラクトンであってよい。他の例においては、合体溶媒は、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、トリプロピレングリコールモノｎ-ブチルエーテル、プロピレングリコールフェニルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノｎ-ブチルエーテルアセテート、またはエチレングリコールモノｎ-ブチルエーテルアセテートのような、グリコールエーテルまたはグリコールエーテルエステルであってよい。さらに別の例においては、合体溶媒は、２-メチル-１,３-プロパンジオールのような水溶性多価アルコールであってよい。さらに他の例においては、合体溶媒は、上記した例の任意の組み合わせであってよい。さらに他の例においては、合体溶媒は、２-ピロリジノン、１-（２-ヒドロキシエチル）-２-ピロリドン、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、トリプロピレングリコールモノｎ-ブチルエーテル、プロピレングリコールフェニルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノｎ-ブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノｎ-ブチルエーテルアセテート、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からなる群より選択される。
【0081】
合体溶媒はバインダー流体３６中に、約０.１重量％から約５０重量％の範囲にわたる量（バインダー流体３６の合計の重量％に基づく）で存在していてよい。幾つかの例においては、部分的にはアプリケータ２４の噴射アーキテクチャに依存して、より多い量またはより少ない量の合体溶媒を使用してよい。
【0082】
ある例においては、ポリマー粒子はバインダー流体中に、約２重量％から約３０重量％の範囲にわたる量で存在し、そして合体溶媒はバインダー流体中に、約０.１重量％から約５０重量％の範囲にわたる量で存在する。
【0083】
上述したように、バインダー流体３６はポリマー粒子および液体ビヒクルを含んでいる。本願で使用するところでは、「液体ビヒクル」は、その中にポリマー粒子が分散されてバインダー流体３６を形成するところの、液体の流体を参照していてよい。バインダー流体３６については、水性ビヒクルおよび非水性ビヒクルを含む、種々多様な液体ビヒクルが使用されてよい。幾つかの場合においては、液体ビヒクルは主溶媒からなり、他の成分を有しない。
【0084】
他の例においては、バインダー流体３６を分配するために使用されるアプリケータ２４に部分的に依存して、バインダー流体３６は他の成分を含んでいてよい。他の適切なバインダー流体成分の例には、共溶媒（単数または複数）、界面活性剤（単数または複数）、抗微生物剤（単数または複数）、抗コゲーション剤（単数または複数）、粘度調節剤（単数または複数）、ｐＨ調節剤（単数または複数）、および／または金属イオン封鎖剤（単数または複数）が含まれる。バインダー流体３６中に共溶媒および／または界面活性剤が存在すると、金属構築材料１６について特定の濡れ挙動を得るのが補助されうる。
【0085】
主溶媒は、水または非水性溶媒（例えば、エタノール、アセトン、ｎ-メチルピロリドン、または脂肪族炭化水素）であってよい。幾つかの例においては、バインダー流体３６はポリマー粒子および主溶媒からなる（他の成分を有しない）。これらの例においては、主溶媒はバインダー流体３６の残部を構成してよい。
【0086】
水性のバインダー流体３６において使用されてよい有機共溶媒の種類には、脂肪族アルコール、芳香族アルコール、ジオール、グリコールエーテル、ポリグリコールエーテル、２-ピロリドンのようなラクタム、カプロラクタム、ホルムアミド、アセトアミド、グリコール、および長鎖アルコールが含まれる。これらの共溶媒の例には、一級脂肪族アルコール、二級脂肪族アルコール、１,２-アルコール、１,３-アルコール、１,５-アルコール、エチレングリコールアルキルエーテル、プロピレングリコールアルキルエーテル、ポリエチレングリコールアルキルエーテルの高級同族体（Ｃ６-Ｃ１２）、Ｎ-アルキルカプロラクタム、未置換のカプロラクタム、置換および未置換の両方のホルムアミド、置換および未置換の両方のアセトアミド、およびその他が含まれる。
【0087】
幾つかの適切な共溶媒の例には、水溶性高沸点溶媒（すなわち、保湿剤）が含まれ、これは少なくとも約１２０℃の沸点、またはこれを上回る沸点を有している。高沸点溶媒の幾つかの例には、２-ピロリドン（沸点約２４５℃）、２-メチル-１,３-プロパンジオール（沸点約２１２℃）、およびこれらの組み合わせが含まれる。こうした共溶媒（単数または複数）はバインダー流体３６中に、アプリケータ２４の噴射アーキテクチャに依存して、バインダー流体３６の合計の重量％に基づいて約１重量％から約５０重量％の範囲にわたる合計量で存在してよい。
【0088】
界面活性剤（単数または複数）は、バインダー流体３６の濡れ特性および噴射特性を改善するために使用されてよい。適切な界面活性剤の例には、自己乳化性の、アセチレン系ジオールの化学特性に基づくノニオン性湿潤剤（例えば、エアプロダクツ社の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、デュポン社の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。他の例においては、界面活性剤はエトキシル化低発泡性湿潤剤（例えば、エアプロダクツ社のＳＵＲＦＹＮＯＬ登録商標４４０またはＳＵＲＦＹＮＯＬ登録商標ＣＴ-１１１）またはエトキシル化湿潤剤および分子消泡剤（例えば、エアプロダクツ社のＳＵＲＦＹＮＯＬ登録商標４２０）である。さらに他の適切な界面活性剤には、ノニオン性湿潤剤および分子消泡剤（例えば、エアプロダクツ社のＳＵＲＦＹＮＯＬ登録商標１０４Ｅ）または水溶性のノニオン性界面活性剤（例えば、ダウ・ケミカル社のＴＥＲＧＩＴＯＬＴＭＴＭＮ-６またはＴＥＲＧＩＴＯＬＴＭ１５-Ｓ-７）が含まれる。幾つかの例においては、１０未満の親水性-親油性バランス（ＨＬＢ）を有する界面活性剤を使用することが有用でありうる。
【0089】
単独の界面活性剤を使用する場合でも、界面活性剤の組み合わせを使用する場合でも、バインダー流体３６中にある界面活性剤（単数または複数）の合計量は、バインダー流体３６の合計重量％に基づいて、約０.０１重量％から約１０重量％の範囲にあってよい。別の例においては、バインダー流体３６中にある界面活性剤（単数または複数）の合計量は、バインダー流体３６の合計重量％に基づいて、約０.５重量％から約２.５重量％の範囲にあってよい。
【0090】
液体ビヒクルはまた、抗微生物剤（単数または複数）を含んでいてよい。適切な抗微生物剤には、殺生物剤および殺菌剤が含まれる。例示的な抗微生物剤には、ＮＵＯＳＥＰＴＴＭ（トロイ社）、ＵＣＡＲＣＩＤＥＴＭ（ダウ・ケミカル社）、ＡＣＴＩＣＩＤＥ登録商標Ｍ２０（ソー社）、およびこれらの組み合わせが含まれてよい。適切な殺生物剤の例には、１,２-ベンゾイソチアゾリン-３-オンの水溶液（例えば、アーチケミカルズ社のＰＲＯＸＥＬ登録商標ＧＸＬ）、四級アンモニウム化合物（例えば、すべてロンザ社の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）、およびメチルイソチアゾロンの水溶液（例えば、ダウ・ケミカル社のＫＯＲＤＥＫ登録商標ＭＬＸ）が含まれる。殺生物剤または抗微生物剤は、バインダー流体３６の合計重量％に関して、約０.０５重量％から約０.５重量％の範囲にわたる任意の量（標準的な用量レベルで示されるところにより）で添加されてよい。
【0091】
抗コゲーション剤が、バインダー流体３６中に含まれていてよい。コゲーションは、サーマルインクジェットプリントヘッドの加熱素子上の、乾燥したバインダー流体３６の堆積物を参照する。抗コゲーション剤（単数または複数）は、コゲーションの蓄積防止を補助するために含有される。適切な抗コゲーション剤の例には、オレス-３-ホスフェートホスフェート（例えば、クロダ社からＣＲＯＤＡＦＯＳＴＭＯ３ＡまたはＣＲＯＤＡＦＯＳＴＭＮ-３アシッドとして商業的に入手可能）、またはオレス-３-ホスフェートおよび低分子量（例えば、＜５,０００）のポリアクリル酸ポリマー（例えば、ルブリゾール社からＣＡＲＢＯＳＰＥＲＳＥＴＭＫ-７０２８ポリアクリレートとして商業的に入手可能）が含まれる。単一の抗コゲーション剤が使用される場合でも、抗コゲーション剤の組み合わせが使用される場合でも、バインダー流体中の抗コゲーション剤（単数または複数）の合計量は、バインダー流体の合計の重量％に基づいて、０.２０重量％超から約０.６２重量％の範囲にあってよい。ある例では、オレス-３-ホスフェートは約０.２０重量％から約０.６０重量％の範囲内の量で含有され、そして低分子量ポリアクリル酸ポリマーは約０.００５重量％から約０.０３重量％の範囲内の量で含有される。
【0092】
ＥＤＴＡ（エチレンジアミン４酢酸）のような金属イオン封鎖剤を含有させて、重金属不純物の有害な影響を排除するようにしてよく、そしてバッファ溶液を使用して、バインダー流体３６のｐＨを調節するようにしてよい。例えば、これらの成分の各々は、０.０１重量％から２重量％を使用することができる。粘度調節剤およびバッファもまた、バインダー流体３６の性質を修正するための他の添加剤と同様に存在していてよい。こうした添加剤は、約０.０１重量％から約２０重量％の範囲内の量において存在することができる。
【0093】
アプリケータ２４は、矢印２６によって示されている方向、例えばｙ軸に沿って、構築領域プラットフォーム１２を横切って走査されてよい。アプリケータ２４は例えば、サーマルインクジェットプリントヘッドまたは圧電プリントヘッドのような、インクジェットアプリケータであってよく、そして構築領域プラットフォーム１２の幅方向に延在していてよい。アプリケータ２４は図１において単一のアプリケータとして示されているが、アプリケータ２４は構築領域プラットフォーム１２の幅にわたって延在する複数のアプリケータを含んでいてよいことが理解されよう。加えて、アプリケータ２４は複数のプリントバーに配置されていてよい。アプリケータ２４はまた、例えばアプリケータ２４が構築領域プラットフォーム１２の幅にわたって延在されていない構成においては、アプリケータ２４がバインダー流体３６を金属構築材料１６の層のより大きな面積に対して付着させることができるように、ｘ軸に沿って走査されてもよい。かくしてアプリケータ２４は、構築領域プラットフォーム１２に隣接してアプリケータ２４を移動させる、移動式ＸＹステージまたは平行移動キャリッジ（いずれも示されていない）に取り付けられて、本願に開示された方法（単数または複数）にしたがって、構築領域プラットフォーム１２上に形成された金属構築材料１６の層の所定の領域にバインダー流体３６を付着させてよい。アプリケータ２４は複数のノズル（図示せず）を含んでいてよく、バインダー流体３６はそれらを介して吐出される。
【0094】
アプリケータ２４はバインダー流体３６の液滴を、インチ当たり約１５０ドット（ＤＰＩ）から約１２００ＤＰＩの範囲の解像度において分配してよい。他の例においては、アプリケータ２４はバインダー流体３６の液滴を、より高い解像度またはより低い解像度で分配してよい。液滴の速度は、約２ｍ／ｓから約２４ｍ／ｓの範囲にあってよく、そして噴射頻度（周波数）は約１ｋＨｚから約１００ｋＨｚの範囲にあってよい。１つの例では、各々の液滴は液滴当たり約１０ピコリットル（ｐｌ）程度であってよいが、より大きな液滴サイズまたはより小さな液滴サイズを使用してよいことも考慮されている。例えば、液滴サイズは約１ｐｌから約４００ｐｌの範囲にあってよい。幾つかの例においては、アプリケータ２４はサイズが可変のバインダー流体３６の液滴を分配することができる。
【0095】
上述した物理的な要素の各々は、印刷システム１０のコントローラ２８に対して接続され、作動可能であってよい。コントローラ２８は、構築領域プラットフォーム１２、構築材料供給部１４、構築材料分配器１８、およびアプリケータ２４の動作を制御してよい。例として、コントローラ２８は、３Ｄ印刷システム１０の部品の種々の動作を制御するための、アクチュエータ（図示せず）を制御してよい。コントローラ２８は、コンピューティング装置、半導体ベースのマイクロプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、および／または別のハードウェア装置であってよい。図示されていないが、コントローラ２８は通信ラインを経由して、３Ｄ印刷システム１０の部品に接続されていてよい。
【0096】
コントローラ２８は、物理的な要素を制御するために、プリンタのレジスタおよびメモリの内部で物理的（電子的）な量として表されてよいデータを操作し、および変換して、３Ｄ部品５０を生成する。そのためコントローラ２８は、データストア３０と通信状態にあるものとして示されている。データストア３０は、３Ｄ印刷システム１０によって印刷される３Ｄ部品５０に関連するデータを含んでいてよい。金属構築材料粒子１６および／またはバインダー流体３６の選択的な分配のためのデータは、形成される３Ｄ部品５０のモデルから導出されてよい。例えばデータは、アプリケータ２４がバインダー流体３６を付着させる、金属構築材料粒子１６の各々の層上の位置を含んでいてよい。１つの例において、コントローラ２８は、バインダー流体３６を選択的に適用するために、アプリケータ２４を制御するためのデータを使用してよい。データストア３０はまた、構築材料供給部１４によって供給される金属構築材料粒子１６の量、構築領域プラットフォーム１２の動き、構築材料分配器１８の動き、またはアプリケータ２４の動きを、コントローラ２８が制御するようにさせる、機械読み取り可能な命令（非一時的なコンピュータ可読媒体に記憶されている）を含んでいてよい。
【0097】
図１に示されているように、印刷システム１０はまた、光エネルギーエミッタ３２、３２’を含んでいてよい。幾つかの例においては、光エネルギーエミッタ３２は、金属構築材料粒子１６および選択的に適用されたバインダー流体３６に対して光エネルギー４６を放出することのできる、ストロボランプのような少なくとも１つのエネルギー源を含むことができる。例えば、この少なくとも１つのエネルギー源はＸｅ（キセノン）ストロボランプであってよく、構築材料粒子１６の各々の層および選択的に適用されたバインダー流体３６に対して、短い光のパルスを適用する。幾つかの例においては、光エネルギーエミッタ３２は、構築材料粒子１６の層および選択的に適用されたバインダー流体３６に対して移動可能であってよい。
【0098】
いずれの場合でも、コントローラ２８は光エネルギーエミッタ３２を制御して、エネルギー４６の短いバーストを種々のエネルギーレベルで適用してよい。例えば、コントローラ２８は少なくとも１つのエネルギー源を制御して、特定の低いエネルギーレベルにおいて約１５ｍｓにわたり、一度フラッシュする（閃光を発する）ようにしてよい。同様に、コントローラ２８は少なくとも１つのエネルギー源を制御して、特定の付加的なエネルギーレベルにおいて約１５ｍｓにわたり、一度フラッシュするようにしてよい。同様に、コントローラ２８は少なくとも１つのエネルギー源を制御して、特定の高いエネルギーレベルにおいて約１５ｍｓにわたり、一度フラッシュするようにしてよい。他の例においては、コントローラ２８は、光エネルギーエミッタ３２が種々のエネルギーレベルにおいてフラッシュされる回数および／または時間の長さを変化させてよい。例えば時間の長さは、金属構築材料１６の金属の種類、粒径、および／または分布について変動されてよい。
【0099】
幾つかの例によれば、光エネルギーエミッタ３２は、複数のエネルギーレベル、例えば、特定の低いエネルギーレベル、特定の付加的なエネルギーレベル、または特定の高いエネルギーレベルにおいて作動されてよい、単一のエネルギー源であってよい。他の例においては、この少なくとも１つのエネルギー源は、複数のエネルギー源であってよい。これらの例においては、コントローラ２８は第１のエネルギー源を制御してエネルギーを特定の低いエネルギーレベルで適用してよく、第２のエネルギー源を制御してエネルギーを特定の付加的なエネルギーレベルで適用してよく、第３のエネルギー源を制御してエネルギーを特定の高いエネルギーレベルで適用してよい、といった具合である。これらの例のいずれにおいても、少なくとも１つのエネルギー源はキセノン（Ｘｅ）ストロボランプのような光溶融源であることができるが、他の種類のストロボランプもまた実施に供されてよい。
【0100】
幾つかの例においては、少なくとも１つのエネルギー源は、キセノン、アルゴン、ネオン、クリプトン、ナトリウム蒸気、金属ハロゲン化物、または水銀蒸気などを含む、連続波放電ランプであってよい。別の例においては、少なくとも１つのエネルギー源はパルスレーザーのアレイ、連続波レーザーのアレイ、発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイ、またはこれらの組み合わせであってよい。この例においては、アレイは一様に分散されたビームを生成してよい。さらに別の例においては、少なくとも１つのエネルギー源は、キセノンまたはクリプトンを含むフラッシュ放電ランプであってよい。さらに別の例においては、少なくとも１つのエネルギー源は、タングステン-ハロゲンの連続波ランプであってよい。さらに別の例においては、少なくとも１つのエネルギー源は、２００ｎｍを超える波長を有する光を発するシンクロトロン光源であってよい。
【0101】
光エネルギーエミッタ３２は、バインダー流体３６中のポリマー粒子をフラッシュ定着させることにより金属構築材料１６を融合させるための、十分なエネルギーを発生することができる。少なくとも１つのエネルギー源が単一パルスの光源である場合、少なくとも１つのエネルギー源は、約０.５Ｊ／ｃｍ２から約２５Ｊ／ｃｍ２を分配することができるものであってよい。少なくとも１つのエネルギー源が分配することのできるエネルギーの量は、少なくとも１つのエネルギー源が複数パルスの光源である場合には約２０Ｊ／ｃｍ２未満であってよく、または少なくとも１つのエネルギー源が複数パルスの光源である場合には約１０Ｊ／ｃｍ２未満であってよく、または少なくとも１つのエネルギー源が複数パルスの光源である場合には約５Ｊ／ｃｍ２未満であってよく、または少なくとも１つのエネルギー源が複数パルスの光源である場合には約２Ｊ／ｃｍ２未満であってよく、または少なくとも１つのエネルギー源が複数パルスの光源である場合には約１Ｊ／ｃｍ２未満であってよい。
【0102】
少なくとも１つのエネルギー源を含むこの種類の光エネルギーエミッタ３２は、バインダー流体３６中のポリマー粒子をフラッシュ定着させて金属構築材料１６を層ごとに結合するために、および／または印刷が完了した後に、構築材料のケーキ（塊）４４の全体（図２Ｅ参照）をフラッシュ定着させるために使用されてよい。
【0103】
さて図２Ａから図２Ｆを参照すると、３Ｄ印刷方法の例が描かれている。方法１００を実行する前に、または方法１００の一部として、コントローラ２８は、印刷すべき３Ｄ部品５０に関係してデータストア３０に記憶されているデータにアクセスしてよい。コントローラ２８は、形成すべき金属構築材料粒子１６の層の数を決定してよく、そしてそれぞれの個々の層上でアプリケータ２４からバインダー流体３６を付着すべき位置を決定してよい。
【0104】
図２Ａおよび図２Ｂに示されているように、方法１００は金属構築材料１６を適用することを含んでいる。図２Ａにおいて、構築材料供給部１４は金属構築材料粒子１６を、それらが構築領域プラットフォーム１２上へと拡延される準備位置へと供給してよい。図２Ｂにおいて、構築材料分配器１８は供給された金属構築材料粒子１６を、構築領域プラットフォーム１２上へと拡延してよい。コントローラ２８は、構築材料供給制御命令を実行してよく、構築材料供給部１４を制御して金属構築材料粒子１６を適宜位置決めし、そして拡延制御命令を実行してよく、構築材料分配器１８を制御して供給された金属構築材料粒子１６を構築領域プラットフォーム１２上に拡延させて、その上に金属構築材料粒子１６の層３４を形成する。図２Ｂに示されているように、金属構築材料粒子１６の１つの層３４が適用されている。
【0105】
層３４は、構築領域プラットフォーム１２にわたって、実質的に一様な厚さを有している。ある例では、層３４の厚さは約３０μｍから約３００μｍの範囲にあるが、より薄い層またはより厚い層を使用してもよい。例えば、層３４の厚さは、約２０μｍから約５００μｍの範囲にあってよい。この層の厚さは、部品をより微細に定義するためには、最小限で粒径の約２×であってよい（図２Ｂに示すように）。幾つかの例においては、層の厚さは粒径の約１.２×（すなわち、１.２倍）であってよい。
【0106】
さて図２Ｃを参照すると、方法１００は続いて、金属構築材料１６の一部３８上にバインダー流体３６を選択的に適用する。図２Ｃに示されているように、バインダー流体３６はアプリケータ２４から分配されてよい。アプリケータ２４はサーマルインクジェットプリントヘッドまたは圧電プリントヘッドであってよく、そしてバインダー流体３６の選択的な適用は、関連するインクジェット印刷技術によって達成されてよい。かくして、バインダー流体３６の選択的な適用は、サーマルインクジェット印刷または圧電インクジェット印刷によって達成させてよい。
【0107】
コントローラ２８は命令を実行してアプリケータ２４を制御してよく（例えば、矢印２６によって示された方向に）、バインダー流体３６を、パターン化３次元オブジェクト４２の一部となり、そして最終的には焼結されて３Ｄ部品５０を形成することになる、金属構築材料１６の所定の部分３８（単数または複数）の上に付着させる。アプリケータ２４は、コントローラ２８からコマンドを受け取り、そして形成すべき３Ｄ部品５０の層についての断面パターンにしたがって、バインダー流体３６を付着させるようにプログラムされていてよい。本願で使用するところでは、形成すべき３Ｄ部品５０の層についての断面パターンとは、構築領域プラットフォーム１２の表面と平行な断面を参照している。図２Ｃに示された例においては、アプリケータ２４は、バインダー流体３６を、融合されて３Ｄ部品５０の最初の層になる、層３４の部分３８（単数または複数）の上に選択的に適用する。例として、形成すべき３Ｄ部品が立方体または円筒（円柱）形に形成される場合、バインダー流体３６は、金属構築材料粒子１６の層３４の少なくとも一部の上にに、それぞれ正方形のパターンまたは円形のパターン（上面図で見て）で付着される。図２Ｃに示された例においては、バインダー流体３６は層３４の部分３８上に正方形のパターンで付着されており、部分４０には付着されていない。
【0108】
上述したように、バインダー流体３６はポリマー粒子および液体ビヒクルを含んでいる。やはり上述したように、幾つかの例において、バインダー流体３６はまた、合体溶媒を含んでいる（液体ビヒクルとして、または液体ビヒクルに加えて）。単一のバインダー流体３６が選択的に適用されて層３４をパターン化してよく、または複数のバインダー流体３６が選択的に適用されて層３４をパターン化してよいことが理解されよう。
【0109】
図示されてはいないが、方法１００は、バインダー流体３６を選択的に適用するのに先立って、バインダー流体３６を調製することを含んでよい。バインダー流体３６を調製することは、ポリマー粒子を調製し、そして次に液体ビヒクルへとポリマー粒子を添加することを含んでよい。
【0110】
ポリマー粒子の各々が、低いＴｇの疎水性成分および高いＴｇの親水性成分を含有する場合、ポリマー粒子は任意の適切な方法によって調製されてよい。例えば、ポリマー粒子は以下の方法の１つによって調製されてよい。
【0111】
ある例においては、各々のポリマーは、低いＴｇの疎水性モノマーを重合させて低いＴｇの疎水性成分を形成し；次いで高いＴｇの親水性モノマーを重合させて高いＴｇの親水性成分を形成することにより、独立して調製されてよい。乳化重合においては、第１（低いＴｇ）の成分はシードポリマーとして作用し、その中に、またはその上に、第２（高いＴｇ）の成分が重合される。
【0112】
別の例では、ポリマー粒子の各々は、最初に低いＴｇの疎水性モノマーを重合させ、そして次に高いＴｇの親水性モノマーを、低いＴｇの疎水性モノマーの高いＴｇの親水性モノマーに対する比が５：９５から３０：７０の範囲となるようにして重合させることによって、調製されてよい。この例においては、ソフトな低いＴｇの疎水性ポリマーは、ハードな高いＴｇの親水性ポリマー中に溶解されてよい。
【0113】
さらに別の例において、ポリマー粒子の各々は、重合プロセスを低いＴｇの疎水性モノマーで開始し、次いで高いＴｇの親水性モノマーを添加し、そして次いで重合プロセスを終了させることによって調製されてよい。この例において重合プロセスは、高濃度の高いＴｇの親水性モノマーが、低いＴｇの疎水性成分の表面またはその付近において重合するようにさせうる。このプロセスは、多くの場合にパワーフィードとして参照される技術の１つの実施形態である。
【0114】
さらに別の例において、ポリマー粒子の各々は、共重合プロセスを低いＴｇの疎水性モノマーおよび高いＴｇの親水性モノマーで開始し、次いで追加の高いＴｇの親水性モノマーを添加し、そして次いで共重合プロセスを終了させることによって調製されてよい。この例において共重合プロセスは、高濃度の高いＴｇの親水性モノマーが、低いＴｇの疎水性成分の表面またはその付近において共重合するようにさせうる。このプロセスは、パワーフィードの別の実施形態である。このプロセスはパワーフィードの別の実施形態である。
【0115】
これらの例のいずれかにおいて使用される低いＴｇの疎水性モノマーおよび／または高いＴｇの親水性モノマーは、上掲の低いＴｇの疎水性モノマーおよび／または高いＴｇの親水性モノマー（のそれぞれ）のいずれであってもよい。ある例では、低いＴｇの疎水性モノマーは、Ｃ４からＣ８のアルキルアクリレートモノマー、Ｃ４からＣ８のアルキルメタクリレートモノマー、スチレンモノマー、置換メチルスチレンモノマー、ビニルモノマー、ビニルエステルモノマー、およびこれらの組み合わせからなる群より選択され；そして高いＴｇの親水性モノマーは、酸性モノマー、未置換のアミドモノマー、アルコール系アクリレートモノマー、アルコール系メタクリレートモノマー、Ｃ１からＣ２のアルキルアクリレートモノマー、Ｃ１からＣ２のアルキルメタクリレートモノマー、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される。
【0116】
得られたポリマー粒子は、コアシェル構造、部分閉塞構造または相互混合重合構造、または何らかの他の形態構造を示すものであってよい。
【0117】
バインダー流体３６が目標部分（単数または複数）３８に選択的に適用された場合、ポリマー粒子（バインダー流体３６中に存在する）は、金属構築材料粒子１６の中の粒子間空隙に侵入する。パターン化部分３８において金属構築材料１６の単位当たりに適用されるバインダー流体３６の容積は、層３４の部分３８の厚さ部分に存在する間隙の主要部分、または殆どを満たすのに十分なものであってよい。
【0118】
適用されたバインダー流体３６を有しない金属構築材料１６の部分４０は、その中に導入されたポリマー粒子をも有しないことが理解されよう。かくして、これらの部分は、最終的に形成されるパターン化３次元オブジェクト４２の一部にはならない。
【0119】
【0120】
図２Ｄは、バインダー流体３６でパターン化された層３４の上に、金属構築材料１６の第２の層を形成する始まりを例示している。図２Ｄにおいて、金属構築材料１６の層３４の所定の部分（単数または複数）３８の上にバインダー流体３６が付着された後に、コントローラ２８は命令を実行して、矢印２０によって示された方向へと構築領域プラットフォーム１２を相対的に小さな距離だけ移動させてよい。換言すれば、構築領域プラットフォーム１２は降下されて、金属構築材料１６の次の層の形成を可能にしてよい。例えば構築材料プラットフォーム１２は、層３４の高さと等しい距離だけ降下されてよい。加えて、構築領域プラットフォーム１２の降下に続いて、コントローラ２８は構築材料供給部１４を制御して追加の金属構築材料１６を供給してよく（例えば、エレベーター、オーガー、またはその他の作動を通じて）、そして構築材料分配器１８を制御して、先に形成された層３４の上部に、追加の金属構築材料１６を用いて金属構築材料粒子１６の別の層を形成してよい。新たに形成された層は、バインダー流体３６でパターン化してよい。
【0121】
図２Ｃに戻って参照すると、別の例においては、バインダー流体３６が層３４に適用された後、そして別の層が形成される前に、光エネルギーエミッタ３２’を用いて、層３４をフラッシュ定着に曝露してよい。層ごとに印刷を行う間にバインダー流体３６を活性化するために、そして安定した３次元オブジェクト層を生成するために、少なくとも１つのエネルギー源を含む光エネルギーエミッタ３２’を使用してよい。３次元オブジェクト層を形成するためのフラッシュ定着は、バインダー流体３６を活性化する（または硬化する）ことができるが、しかし金属構築材料１６を溶融または焼結することができない温度において行われてよい。この例では、図２Ａから図２Ｃに示されたプロセス（層３４のフラッシュ定着を含む）を繰り返して、幾つかのフラッシュ定着層を繰り返して構築し、そして３次元オブジェクト４２’を生成してよい。３次元オブジェクト４２’は次いで、図２Ｆに関して説明するプロセスで処理されることができる。
【0122】
幾つかの例においては、新たな層を繰り返して形成し、そしてパターン化すると（各々の層をフラッシュ定着せずに）、その結果として図２Ｅに示されたような構築材料ケーキ４４が形成されることになるが、これは金属構築材料１６の層３４の各々の非パターン化部分４０の中に存在する、パターン化３次元オブジェクト４２を含んでいる。パターン化３次元オブジェクト４２は、金属構築材料１６および粒子間空隙内部のバインダー流体３６で充填された、ある体積の構築材料ケーキ４４である。構築材料ケーキ４４の残部は、パターン化されていない金属構築材料１６から作られている。
【0123】
やはり図２Ｅに示されているように、構築材料ケーキ４４は少なくとも１つのエネルギー源を含む光エネルギーエミッタ３２に曝露されてよく、エネルギー束 ４６を介してフラッシュ定着される。適用されるエネルギーは、パターン化３次元オブジェクト４２にあるバインダー流体３６内のポリマー粒子を溶融し、そして３次元オブジェクト４２’を製造するのに十分なものであってよい。１つの例においては、光エネルギーエミッタ３２が使用されて、構築材料ケーキ４４にエネルギーを適用してよい。図２Ｅに示された例では、光エネルギーエミッタ３２によってフラッシュ定着されている間に、構築材料ケーキ４４は、構築領域プラットフォーム１２上に残っていてよい。別の例では、構築領域プラットフォーム１２は、その上にある構築材料ケーキ４４と共にアプリケータ２４から取り外され、そして光エネルギーエミッタ３２に配置されてよい。
【0124】
活性化／硬化温度は部分的には：ポリマー粒子のＴｇ、ポリマー粒子の溶融粘度、および／または合体溶媒を使用するか、どの合体溶媒を使用するかの、少なくとも１つに依存してよい。ある例では、フラッシュ定着して３次元オブジェクト４２’を形成することは、バインダー流体３６を活性化（または硬化）することができるが、しかし金属構築材料１６の焼結またはバインダー流体３６のポリマー粒子の熱分解を行うことが可能ではない温度において行われてよい。ある例では、活性化温度はバインダー流体３６のポリマー粒子のバルク材料のほぼ融点であり、そしてポリマー粒子の熱分解温度より低い（すなわち、熱分解が生ずる温度閾値より低い）。適切なラテックス系ポリマー粒子の大多数について、活性化／硬化温度の上限は、約２５０℃から約２７０℃の範囲にある。この温度閾値より上では、ポリマー粒子は揮発性成分へと化学的に分解され、そしてパターン化３次元オブジェクト４２が残されることになり、かくしてその機能を発揮することがなくなる。換言すれば、バインダー流体３６の活性化温度は、ポリマー粒子の融点よりも高くてよい。例として、バインダー流体の活性化温度は、約４０℃から約２００℃の範囲にあってよい。別の例として、バインダー流体の活性化温度は約１００℃から約２００℃の範囲にあってよい。さらに別の例として、バインダー流体の活性化温度は、約８０℃から約２００℃の範囲にあってよい。さらに別のれいとして、バインダー流体の活性化温度は、約５０℃から約１５０℃の範囲にあってよい。さらに別の例として、バインダー流体の活性化温度は、約９０℃であってよい。
【0125】
エネルギー束４６が適用される時間の長さ、およびパターン化３次元オブジェクト４２がフラッシュ定着される速度は、例えば：光エネルギーエミッタ源３２、３２’の特性、ポリマー粒子の特性、金属構築材料１６の特性（例えば、金属の種類および／または粒径）、および／または３Ｄ部品５０の特性（例えば、壁厚）の少なくとも１つに依存していてよい。パターン化３次元オブジェクト４２は、バインダー流体の活性化温度において、約１秒未満の範囲の活性化／硬化時間にわたってフラッシュ定着されてよい。
【0126】
幾つかの例においては、パターン化３次元オブジェクト４２は、層ごとに、または２層ごとに、または３層ごとに、またはその他でフラッシュ定着させてよい。幾つかの例においては、パターン化３次元オブジェクト４２は、パターン化の終わりにフラッシュ定着させてよい。
【0127】
ポリマー粒子を大体融点でフラッシュ定着させることにより、パターン化された３次元オブジェクト４２の金属構築材料粒子１６の中で、ポリマー粒子は連続するポリマー相へと合体するようになる。上述したように、合体溶媒（バインダー流体３６中に含まれている場合）はポリマー粒子を可塑化し、そしてポリマー粒子の合体を強化させる。連続するポリマー相は金属構築材料粒子１６相互間で接着剤として作用してよく、安定した３次元オブジェクト４２’を形成する。
【0128】
またフラッシュ定着して３次元オブジェクト４２’を形成すると、パターン化３次元オブジェクト４２から液体のうち相当量が蒸発する結果となりうる。蒸発された液体は、バインダー流体成分の任意のものを含んでいてよい。液体の蒸発の結果として、毛管作用を通じ、３次元オブジェクト４２’の幾らかの稠密化が行われうる。
【0129】
安定化された３次元オブジェクト４２’は、取り扱い可能な機械的耐久性を示す。
【0130】
３次元オブジェクト４２’は次いで、構築材料ケーキ４４から取り出されてよい。３次元オブジェクト４２’は、任意の適切な手段によって取り出されてよい。ある例では、３次元オブジェクト４２’は、パターン化されていない金属構築材料粒子１６から３次元オブジェクト４２’を持ち上げることによって取り出されてよい。ピストンおよびバネを含む取り出し工具を使用してよい。
【0131】
３次元オブジェクト４２’が構築材料ケーキ４４から取り出されたなら、３次元オブジェクト４２’は構築領域プラットフォーム１２から取り外して、加熱機構中に配置してよい。この加熱機構は、ヒーター４８であってよい。
【0132】
幾つかの例においては、３次元オブジェクト４２’は清浄化して、パターン化されていない金属構築材料粒子１６をその表面から取り除いてよい。ある例では、３次元オブジェクト４２’はブラシおよび／またはエアジェットで清浄化してよい。
【0133】
３次元オブジェクト４２’の取り出しおよび／または清浄化の後に、幾つかの例において３次元オブジェクト４２’は加熱してよく、活性化されたポリマー粒子（合体して連続するポリマー相となったもの）を取り除いて、少なくとも実質的にポリマーを含まない部品を製造してよい。
【0134】
幾つかの例においては、３次元オブジェクト４２’の取り出しおよび／または清浄化の後に、３次元オブジェクト４２’はヒーター４８を用いて焼結温度まで加熱すること（すなわち、焼結すること）ができ、やはり図２Ｆに示されているようにして、最終的な３Ｄ部品５０が形成される。
【0135】
幾つかの例においては、脱バインダーのための加熱および焼結のための加熱は、２つの異なる温度において行われ、そこでは脱バインダー温度は焼結温度よりも低い。脱バインダー加熱段階および焼結加熱段階の両者が全体的に図２Ｆに示されており、そこでは熱または熱を発生させるための放射が、熱源４８から矢印４６によって示されているようにして適用されてよい。.
【0136】
幾つかの例においては、脱バインダーのための加熱は、連続するポリマー相を熱分解するのに十分な、熱分解温度において達成可能である。かくして、脱バインダーのための温度は、バインダー流体３６のポリマー粒子の材料に依存する。ある例では、熱分解温度は約２５０℃から約６００℃の範囲にある。別の例では、熱分解温度は約２８０℃から約６００℃の範囲にあり、または約５００℃である。連続するポリマー相は、明確な熱分解機構（例えば、当初のバインダーの＜５重量％の固体残渣を残し、そして幾つかの場合においては、当初のバインダーの＜１重量％の固体残渣を残す）を有していてよい。残渣の割合がより少なければ（例えば、０％に近い）、より適切である。脱バインダー段階の間、連続するポリマー相の長鎖はまず分解して短い分子断片となり、それらは低粘度の液相に転化する。この液体が蒸発する際に生成される毛管圧力は金属構築材料粒子１６を相互に引き寄せ、さらなる稠密化、および少なくとも実質的にポリマーを含まない部品の形成を導く。
【0137】
何らかの理論に拘束されるものではないが、少なくとも実質的にポリマーを含まない部品はその形状を、例えば：i）物理的な取り扱いが行われないため、少なくとも実質的にポリマーを含まない部品が受ける応力の量が小さいこと、ii）ポリマー粒子の熱分解温度において金属構築材料粒子１６相互間で生ずるネッキング（局部収縮）のレベルが低いこと、および／またはiii）連続するポリマー相の除去によって生成される毛管圧力が金属構築材料粒子１６を相互に押しやること、の少なくとも１つに起因して維持しうるものと考えられる。少なくとも実質的にポリマーを含まない部品は、連続するポリマー相が少なくとも実質的に除去され、そして金属構築材料粒子１６がまだ焼結されていなくても、その形状を維持しうる。実質的にポリマーを有しない部品を形成するための加熱は、焼結の初期段階を開始してよく、これが結果的に形成しうる弱い結合は、最終的な焼結の間に強化される。
【0138】
焼結のための加熱は、残っている金属構築材料粒子１６を焼結するのに十分な焼結温度において達成される。焼結温度は、金属構築材料粒子１６の組成に大きく依存している。加熱／焼結の間に、３次元オブジェクト４２’または少なくとも実質的にポリマーを含まない部品はヒーター４８を使用して、金属構築材料１６の融点または固相線温度、共晶温度、または包晶温度の約８０％から約９９.９％の範囲の温度へと加熱されてよい。別の例では、３次元オブジェクト４２’は、金属構築材料１６の融点または固相線温度、共晶温度、または包晶温度の約９０％から約９５％の範囲の温度へと加熱されてよい。さらに別の例では、３次元オブジェクト４２’は、金属構築材料１６の融点または固相線温度、共晶温度、または包晶温度の約６０％から約８５％の範囲の温度へと加熱されてよい。焼結加熱温度はまた、粒径および焼結時間（すなわち、長い温度曝露時間）にも依存してよい。
【0139】
例として、焼結温度は約８５０℃から約２５００℃の範囲にあってよい。別の例においては、焼結温度は少なくとも９００℃である。ブロンズについての焼結温度の例は約８５０℃であり、ステンレススチールについての焼結温度の例は約１３００℃である。これらの温度は焼結温度の例として提示されたものであるが、焼結加熱温度は使用される金属構築材料１６に依存するものであり、そして本願の例よりも高い温度または低い温度であってよいことが理解されよう。適切な温度での加熱は、金属構築材料粒子１６を焼結および融合させて、完成品の３Ｄ部品５０を形成させるが、これは３次元オブジェクト４２’と比較して、よりさらに稠密化されていてよい。例えば、焼結の結果として、密度は５０％の密度から９０％を超えるようになってよく、そして幾つかの場合には理論密度の１００％に非常に近くなる。
【0140】
熱５２（焼結用）が適用される時間の長さ、および３次元オブジェクト４２’が加熱される速度は、例えば：熱源または放射源４８の特性、ポリマー粒子の特性、金属構築材料１６の特性（例えば、金属の種類および／または粒径）、および／または３Ｄ部品５０の特性（例えば、壁厚）の、少なくとも１つに依存してよい。
【0141】
幾つかの例においては、３次元オブジェクト４２’は熱分解温度において、約１０分から約７２時間の範囲にある熱分解期間にわたって加熱されてよい。ある例では、熱分解期間は６０分である。別の例では、熱分解期間は１８０分である。３次元オブジェクト４２’は熱分解温度へと、約０.５℃／分から約２０℃／分の範囲の速度において加熱されてよい。この加熱速度は部分的には：３次元オブジェクト４２’中にある連続するポリマー相の量、３次元オブジェクト４２’の空隙率、および／または３次元オブジェクト４２’／３Ｄ部品５０の特性（例えば、大きさまたは壁厚）の少なくとも１つに依存していてよい。
【0142】
３次元オブジェクト４２’は焼結温度において、約２０分から約１５時間の範囲にある焼結期間にわたって加熱されてよい。ある例では、焼結期間は２４０分である。別の例では、焼結期間は３６０分である。３次元オブジェクト４２’は焼結温度へと、約１℃／分から約２０℃／分の範囲の速度において加熱されてよい。ある例では、３次元オブジェクト４２’は焼結温度へと、約１０℃／分から約２０℃／分の範囲の速度において加熱されてよい。焼結温度までの昇温速度が速いと、より好ましい粒状構造または微細構造を製造するのに有効でありうる。しかしながら、幾つかの場合においては、より遅い昇温速度がより有効でありうる。かくして、別の例においては、３次元オブジェクト４２’は焼結温度へと、約１℃／分から約３℃／分の範囲の速度において加熱される。さらに別の例においては、３次元オブジェクト４２’焼結温度へと、約１.２℃／分の速度において加熱される。さらに別の例においては、３次元オブジェクト４２’は焼結温度へと、約２.５℃／分の速度で加熱される。
【0143】
幾つかの例においては、熱５２（脱バインダーおよび焼結の各々についての）は、不活性ガス、低反応性ガス、還元性ガス、またはこれらの組み合わせを含有する環境下に適用される。換言すれば、３次元オブジェクト４２’の焼結温度への加熱は、不活性ガス、低反応性ガス、還元性ガス、またはこれらの組み合わせを含有する環境下で達成される。金属構築材料１６が焼結され、金属３Ｄ部品５０を生成することのできない他の反応（例えば、酸化反応）を受けることがないように、焼結は、不活性ガス、低反応性ガス、および／または還元性ガスを含有する環境下に達成されてよい。不活性ガスの例には、アルゴンガスおよびヘリウムガスが含まれる。低反応性ガスの例には窒素ガスが含まれ、そして還元性ガスの例には水素ガスおよび一酸化炭素ガスが含まれる。
【0144】
幾つかの例においては、低いガス圧力または真空下で焼結を行うと、空隙の潰れはより完全に、またはより速く生ずることが可能となり、かくしてより高密度の部品となる。しかしながら真空は、金属構築材料１６（例えば、Ｃｒ）がそのような条件下で蒸発可能である場合には、焼結の際には使用されなくてよい。ある例では、低圧力環境とは、約１Ｅ-５ｔｏｒｒ（１×１０-５ｔｏｒｒ）から約１０ｔｏｒｒの範囲にある圧力である。
【0145】
【0146】
図３に示されているように、スチレンアクリルラテックスバインダーの熱劣化（分解）に対する温度の影響がグラフに示されている。このグラフに示されているように、高い重量損失率は、速い熱劣化に対応している。理論に拘束されることを望むものではないが、これは、ポリマー粒子の熱分解温度まで加熱すると、高い機械的強度を有しない３次元オブジェクトがもたらされうることを示唆している。したがって、高いエネルギー密度での短時間のバーストの結果として、溶融によりポリマー粒子のフラッシュ定着を行うことがより効果的であるが、その理由は、ポリマー粒子がポリマーの分解を生ずるのに十分な長さの時間にわたって光エネルギーに曝されることがないからである。
【0147】
図４Ａから図４Ｃは、金属構築材料の層４２０にバインダー流体４１０を重ねることにより、バインダー流体４１０が構築材料のベッド４３０に適用されることを示している（図４Ａ）。次いで光エネルギーエミッタ４４０が使用されて、パターン化が完了した後、またはバインダー流体４１０の各層が金属構築材料の層４２０に適用された後に、構築材料のベッド４３０上へとエネルギー束４５０が放出され、フラッシュ定着によりバインダー流体４１０中のポリマー粒子を金属構築材料４２０と結合し、それによって３次元オブジェクトが形成される（図４Ｂ）。次いで、３次元オブジェクト４６０は構築材料のベッド４３０から取り出される（図４Ｃ）。
【0148】
図５Ａから図５Ｃにおいては、金属構築材料のベッド５１０に照射された上部層５２０を形成する光エネルギーエミッタ５３０の概略図が示されている（図５Ａ）。図５Ｂは、構築材料のベッド５１０の上部層を照射するように矢印５４０の方向に移動する光エネルギーエミッタ５３０を示しており（図５Ｂ）、かくして構築材料のベッド５１０の上部層の実質的に大部分が照射５２０される（図５Ｃ）。
【0149】
図９においては、流れ図が３次元オブジェクトを印刷するための方法９００を示しており、これは：
（i）金属構築材料を適用し９１０；
（ii）金属構築材料の少なくとも一部の上にバインダー流体を選択的に適用し９２０、ここでバインダー流体は、液体ビヒクルおよび液体ビヒクル中に分散したポリマー粒子を含み；
（iii）約０.５Ｊ／ｃｍ２から約２０Ｊ／ｃｍ２のエネルギー密度を有するエネルギー束を約１秒未満適用することにより、選択的に適用されたバインダー流体をフラッシュ定着して、金属構築材料および選択的に適用されたバインダー流体を結合させ９３０；そして
（iv）（i）、（ii）、および（iii）を少なくとも１回繰り返して３次元オブジェクトを形成すること９４０を含んでいる。
（i）金属構築材料を適用し９１０；
（ii）金属構築材料の少なくとも一部の上にバインダー流体を選択的に適用し９２０、ここでバインダー流体は、液体ビヒクルおよび液体ビヒクル中に分散したポリマー粒子を含み；
（iii）約０.５Ｊ／ｃｍ２から約２０Ｊ／ｃｍ２のエネルギー密度を有するエネルギー束を約１秒未満適用することにより、選択的に適用されたバインダー流体をフラッシュ定着して、金属構築材料および選択的に適用されたバインダー流体を結合させ９３０；そして
（iv）（i）、（ii）、および（iii）を少なくとも１回繰り返して３次元オブジェクトを形成すること９４０を含んでいる。
【0150】
特に明記しない限り、以上に記載したいずれの特徴も、本願に記載の任意の例または任意の他の特徴と組み合わせることができる。
【0151】
本願に開示された例を記述し特許請求するについては、単数形「ある」、「１つの」、および「その」は、特に別様に明記されていない限り、複数への参照を含むものである。
【0152】
本開示においては、濃度、量、および他の数値データは、範囲形式で表現または提示されてよいことが理解されよう。そうした範囲形式は、単に便宜上と簡潔さのために使用されるものであり、よって範囲の端点として明確に示された数値だけでなく、その範囲内に包含される全ての個々の数値または部分範囲をも、あたかも各々の数値および部分範囲が明示的に示されているかのようにして含むよう、柔軟に解釈されるべきであることが理解されよう。例を示せば、「約１重量％から約５重量％」の数値範囲は、明示的に示された約１重量％から約５重量％の値だけを含むようにではなく、示された範囲内の個々の値および部分範囲をも含むように解釈されるべきである。よって、この数値範囲に含まれるものは、２、３.５、および４といった個別の値と、１～３、２～４、および３～５等といった部分範囲である。同じことが、単一の数値を示す範囲に対しても適用される。
【0153】
明細書全体を通じて、「１つの例」、「幾つかの例」、「別の例」、「例」等々に対する参照は、その例に関連して記載される特定の要素（例えば特徴、構造、および／または特性）が、本願に記載の少なくとも１つの例に含まれており、他の例においては存在しても存在しなくてもよいことを意味している。加えて、特に明記しない限り、任意の例について記載された要素は、種々の例において任意の適切な仕方で組み合わせてよいことが理解されよう。
【0154】
特に明記しない限り、本願において成分の「重量％」に対する参照は、その成分を含む組成物全体の百分率としての、その成分の重量に関するものである。例えば本願においては、例えば液体組成物中に分散されたポリウレタン（単数または複数）または着色剤（単数または複数）のような固形材料の「重量％」に対する参照は、組成物中におけるそれらの固形分の重量百分率に関するものであり、組成物の非揮発性固形分の合計の百分率としての、それらの固形分の量に対するものではない。
【0155】
本願において標準試験が言及される場合、特に明記しない限り、参照される試験のバージョンは、本件特許出願の出願時に最も近いものである。
【0156】
本願および実施例で開示されているすべての量は、特に別様に示されていない限りは重量％である。
【0157】
本件開示をさらに例証するために、ここで実施例を提示する。これらの実施例は例示を行う理由で提示されたものであり、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるものではないことが理解されよう。
【実施例】
【0158】
組成例１
例示的な３Ｄ金属部品（「部品例１」と称する）を印刷した。部品例１を印刷するのに用いたバインダー流体は、ポリマー粒子としてアクリル系バインダーラテックス分散物を含み、合体溶媒として２-メチル-１,３-プロパンジオールおよび２-ピロリジノンを含んでいた。部品例１を印刷するために使用したバインダー流体の一般的な配合を表１に、使用した各々の成分の重量％と共に示している。アクリル系バインダーラテックス分散物の重量％は、活性分の百分率、すなわち最終的な配合物中に存在するアクリル系バインダーラテックスの固形分の合計を表している。
例示的な３Ｄ金属部品（「部品例１」と称する）を印刷した。部品例１を印刷するのに用いたバインダー流体は、ポリマー粒子としてアクリル系バインダーラテックス分散物を含み、合体溶媒として２-メチル-１,３-プロパンジオールおよび２-ピロリジノンを含んでいた。部品例１を印刷するために使用したバインダー流体の一般的な配合を表１に、使用した各々の成分の重量％と共に示している。アクリル系バインダーラテックス分散物の重量％は、活性分の百分率、すなわち最終的な配合物中に存在するアクリル系バインダーラテックスの固形分の合計を表している。
【表1】
【0159】
部品例を印刷するために用いた金属構築材料は、球形のステンレススチール（３１６Ｌ）粉体であり、Ｄ５０（すなわち粒径分布のメジアンであり、全体の１／２がこの値より高く、または１／２がこの値より低い）は４２μｍであった。上記の表１に記載したバインダー流体を使用して、以下の実施例における部品例を印刷した。
【0160】
部品例は、ステンレススチール粉体の層およびバインダー流体を適用してパターン化３次元オブジェクトを形成することによって印刷された。各々の層の厚さは約５０μｍから約２００μｍであった。バインダー流体は、ステンレススチール粉体の層上に、ストリップ（細長い片）の形態で選択的に適用され、サーマルインクジェットプリンターによって１０ピコリットルのバインダー流体液滴を生成した。金属粒子の効果的な結合を達成するために使用されたバインダー流体の量を特徴付けるために、バインダー流体の目標量を付着させるについて、プリンターの２回のパスまたは６回のパス（以下それぞれ２×および６×と称する）を使用した。各回のパスにおいて、約１０マイクロリットルのバインダー流体がストリップの形態で付着された。
【0161】
ステンレススチール粉体上に付着されたバインダー流体を風乾した後、ステンレススチール粉体上に選択的に付着されたバインダー流体は、市販のキセノンストロボランプを使用して、パルス照射-すなわちフラッシュ定着-に曝露した。各々の場合について、単一の１５ミリ秒のパルスを使用した。粉体の表面に分配されたエネルギーは、ランプの放電電圧を変化させることによって調節した。
【0162】
フラッシュ定着の後に、バインダー流体中でのポリマー粒子の溶融を実証するものとして、アクリル系バインダーラテックスポリマー粒子が存在していた領域内の金属粒子を「固体」３次元ストリップ部片として持ち上げた。対照的に、この領域の外側では（バインダー流体が付着されなかったため、そこにはポリマー粒子が存在しない）、以下で説明する図６、図７、および図８に示されているように、ステンレススチール粉体はゆるい（固まっておらず流動的）なままである。
【0163】
【0164】
図６Ａは、フラッシュ定着を行う前のステンレススチール粉体６１０を示している。２００μｍの厚さの１層のステンレススチール粉体６１０を水晶基板６００上に拡延した。次いでバインダー流体のストリップ６２０をステンレススチール粉体６１０上に付着させた。バインダー流体は６回のパスで付着させた。各回のパスにおいて、約１０マイクロリットルのバインダー流体がストリップ６２０の形態で付着された。
【0165】
図６Ｂは、９.７４Ｊ／ｃｍ２のエネルギー束が粉体６１０およびストリップ領域６２０の全体に適用された後に、図６Ａで付着された材料に何が生じたかを示している。このエネルギー束はバインダー流体が付着された箇所６２０において、ステンレススチール粉体の上部の約６０％をフラッシュ定着させた。フラッシュ定着が行われた後、このストリップ領域６２０の上部の約６０％が固化し、そしてこの固化したストリップは固体部片６４０として取り外され、ステンレススチール粉体６１０の下側領域に十分なバインダー流体が欠如していたことから結合されなかった、ゆるいステンレススチール粉体６３０が後に残された。
【0166】
図６Ｃは、図６Ｂとすべて同じ要素および同じ３次元オブジェクトを示しており、付着されたストリップ形態のバインダー流体６２０を受け取らなかったステンレススチール粉体６１０が容易に掻き取れる６５０ことをさらに示しているが、これは、粉体６１０およびストリップ領域６２０の全体がエネルギー束に曝露されたにも拘わらず、この領域にはバインダー流体が存在していなかったためである。
【0167】
【0168】
図７Ａは、水晶基板７００の上に２００μｍの厚さで付着された１層のステンレススチール粉体７１０を示している。次いでバインダー流体のストリップ７２０をステンレススチール粉体７１０上に６回のパス-すなわち６×で付着させた。各回のパスにおいて、約１０マイクロリットルのバインダー流体がストリップ７２０の形態で付着された。ステンレススチール粉体７１０およびバインダー流体ストリップ７２０の全体が７.４７Ｊ／ｃｍ２で照射され、固体の３次元ストリップの形成が行われた。固化されたストリップ７４０は取り去られ、幾らかのゆるいステンレススチール粉体７３０が後に残された。
【0169】
図７Ｂは、図７Ａとすべて同じ要素および同じ３次元オブジェクトを示しており、さらに、水晶基板７００上に２００μｍの厚さで付着された１層のステンレススチール粉体７１０を示している。次いでバインダー流体のストリップ７２０をステンレススチール粉体７１０上に２回のパス-すなわち２×で付着させた。各回のパスにおいて、約１０マイクロリットルのバインダー流体がストリップ７２０の形態で付着された。ステンレススチール粉体７１０およびバインダー流体ストリップ７２０の全体が、より高いエネルギー束１２.９８Ｊ／ｃｍ２で照射された。ストリップ７２０は固化せず、ストリップ部片の取り去りはできなかった。代わりに、ストリップ７２０は簡単に掻き取り７５０することができた。
【0170】
図１０は、バインダー添加量と、ポリマー粒子と金属粒子を融合させて３次元オブジェクトを形成するのに使用されるエネルギー密度との間の相関を示すグラフであり、図７Ａおよび図７Ｂを比較している。このグラフは、２回のパスでバインダー流体が付着された場合は、金属粒子およびポリマー粒子を結合するための融合を達成するのに、より高いエネルギー束が使用されたことを示している。６回のパスでバインダー流体が付着された場合には、金属粒子およびポリマー粒子を結合するための融合を達成するのに、より低いエネルギー束が使用されている。
【0171】
ラテックスポリマー粒子の溶融を開始させるために約３.１２Ｊ／ｃｍ２の光エネルギーが使用され、そして約２１.１Ｊ／ｃｍ２を超える光エネルギーは、バインダーの急速な沸騰および分解を生ずることが見いだされた。
【0172】
３次元印刷オブジェクト-実施例３
図８は、上記の組成例１に記載された組成を使用する方法によって形成された３次元オブジェクトの概略的図である。
図８は、上記の組成例１に記載された組成を使用する方法によって形成された３次元オブジェクトの概略的図である。
【0173】
図８は、３層のステンレススチール粉体８１０を示しており、各層は水晶基板８００上に拡延された約５０μｍの厚さを有している。次いでバインダー流体のストリップ８２０がステンレススチール粉体８１０上に６回のパス-６×で付着され、それによってステンレススチール粉体８１０の各層の上に２層のバインダー流体が付着された。各回のパスにおいて、約１０マイクロリットルのバインダー流体がストリップ８２０の形態で付着された。
【0174】
９.７４Ｊ／ｃｍ２のエネルギー束が、粉体８１０およびストリップ領域８２０の全体に対して適用された。このエネルギー束は、バインダー流体が付着された箇所８２０において、実質的にすべてのステンレススチール粉体の領域をフラッシュ定着させた。フラッシュ定着の後、このストリップ領域８２０は固化し、固化したストリップの全体が固体部片８４０として取り去られ、幾らかのゆるいステンレススチール粉体８３０が後に残された。
【0175】
上記の例は、金属構築材料粉体上に付着されたバインダー流体中に十分なポリマー粒子が存在し、そして光エネルギーエミッタを使用して十分なエネルギー束が適用された場合には、強固な３次元オブジェクトを調製可能であることを示している。
【0176】
上記の例はまた、フラッシュ定着に際してのエネルギー束の適用によるポリマー粒子の迅速な溶融は、ポリマーの熱分解を生ずることなしに約１秒未満において、バインダー流体中のポリマー粒子の高い温度（すなわち、摂氏数百度まで）への溶融を促進することを示している。
【0177】
上記の例はまた、フラッシュ定着は、溶融したポリマー粒子を金属粉体と結合させる、ポリマー粒子の層ごとの融合を促進しうることを示している。これにより、パターン化３次元オブジェクトの形成の終わりにおいて、わざわざ別個に硬化プロセスを行う必要性なしに、３次元オブジェクトを生成するために使用される時間の量を低減することができる。
【0178】
層ごとのフラッシュ定着によって強固な３次元オブジェクトを調製可能であることから、３次元オブジェクトを形成するためのこの方法はより経済的であるが、その理由は、３次元オブジェクトの形成の間に熱エネルギーが使用されないだけでなく、電気的エネルギーの使用量も、在来の水晶タングステンハロゲン加熱ランプとフラッシュ定着用の光エネルギーエミッタ（例えば、キセノンランプでのフラッシュ定着）との間では、大きさが約３桁減少された相違を示すと計算されうるからである。３次元オブジェクトを形成するためのエネルギーのこの低減は、エネルギー束生成の効率の増大、金属粉体による吸収とランプの発光スペクトルの間での相性の改善、および構築材料ベッドの全体を加熱する必要性の排除の、少なくとも１つに起因しうる。
【0179】
以上においては幾つかの例について詳細に記載してきたが、開示された例は修正されてよいことが理解されよう。したがって、以上の説明は非限定的なものと考えられるべきである。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図2F】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】