(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】2024-11-01
(45)【発行日】2024-11-12
(54)【発明の名称】３ｄ印刷物のｚ軸強度を向上させるための磁性粒子の利用
(51)【国際特許分類】
B29C 64/336 20170101AFI20241105BHJP
B29C 64/118 20170101ALI20241105BHJP
B29C 64/153 20170101ALI20241105BHJP
B29C 64/188 20170101ALI20241105BHJP
B29C 64/295 20170101ALI20241105BHJP
B29C 64/386 20170101ALI20241105BHJP
B29C 64/393 20170101ALI20241105BHJP
B33Y 10/00 20150101ALI20241105BHJP
B33Y 30/00 20150101ALI20241105BHJP
B33Y 40/20 20200101ALI20241105BHJP
B33Y 50/00 20150101ALI20241105BHJP
B33Y 50/02 20150101ALI20241105BHJP
B33Y 70/10 20200101ALI20241105BHJP
【ＦＩ】
B29C64/336
B29C64/118
B29C64/153
B29C64/188
B29C64/295
B29C64/386
B29C64/393
B33Y10/00
B33Y30/00
B33Y40/20
B33Y50/00
B33Y50/02
B33Y70/10
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2021026438
(22)【出願日】2021-02-22
(65)【公開番号】P2021146734
(43)【公開日】2021-09-27
【審査請求日】2024-02-21
(31)【優先権主張番号】16/818,754
(32)【優先日】2020-03-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】596170170
【氏名又は名称】ゼロックス コーポレイション
【氏名又は名称原語表記】ＸＥＲＯＸ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100067013
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 文昭
(74)【代理人】
【識別番号】100086771
【弁理士】
【氏名又は名称】西島 孝喜
(74)【代理人】
【氏名又は名称】上杉 浩
(74)【代理人】
【識別番号】100120525
【弁理士】
【氏名又は名称】近藤 直樹
(74)【代理人】
【識別番号】100139712
【弁理士】
【氏名又は名称】那須 威夫
(72)【発明者】
【氏名】チュンリアン・ル
(72)【発明者】
【氏名】クリストファー・ウォルフ
(72)【発明者】
【氏名】ジョン・ランニ
(72)【発明者】
【氏名】マーク・メルカンデッチ
(72)【発明者】
【氏名】ジョン・ポーラック
(72)【発明者】
【氏名】チーミン・チェン
【審査官】坂本 薫昭
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－０６３６４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２２０４４２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】独国特許出願公開第１０２０１５０１６９５９（ＤＥ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２２Ｆ
Ｂ２９Ｃ ６４／００
Ｂ３３Ｙ
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
方法であって、ポリマー及び磁性粒子を含む印刷材料を用いて３次元（３Ｄ）オブジェクトを印刷することと、
前記３Ｄオブジェクトを前記ポリマーの融解温度の温度に加熱することと、
前記３Ｄオブジェクトに磁場を印加して、前記ポリマー中の前記磁性粒子を局所的に運動させて熱を発生させ、前記ポリマーを前記磁性粒子の周囲で融合させて、前記３Ｄオブジェクトのｚ軸における強度を向上させ、前記印加によって振動パターンに従って前記磁場を振動させて前記磁性粒子を前方向及び後方向に回転させ前記３Ｄオブジェクトの様々な内部位置に局所的な熱を発生させることと、を含む、方法。
【請求項2】
前記印刷が、前記ポリマーを用いて前記３Ｄオブジェクトの層を印刷することと、
前記層の上に前記磁性粒子を分配することと、
前記３Ｄオブジェクトが印刷されるまで前記層の前記印刷及び前記分配を繰り返すことと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記印刷が、粉末焼結積層造形法（ＳＬＳ）プリンタによって実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記磁性粒子が、前記ポリマーと混合されて、前記磁性粒子を前記ポリマーの粒子に埋め込まれる、請求項３に記載の方法。
【請求項5】
前記磁性粒子が、前記印刷材料の０．１重量パーセント～１５重量パーセントを構成する、請求項３に記載の方法。
【請求項6】
前記磁性粒子が、１ナノメートル～５マイクロメートルの平均粒径を有する、請求項３に記載の方法。
【請求項7】
前記印刷が、熱溶解積層法（ＦＤＭ）プリンタを使用して実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記磁性粒子が、延伸プロセス中に前記ポリマーの押し出されたフィラメント上に融合される、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
前記磁性粒子が、１重量パーセント～１０重量パーセントを構成する、請求項７に記載の方法。
【請求項10】
前記磁性粒子が、１０ナノメートル～１０マイクロメートルの平均粒径を有する、請求項７に記載の方法。
【請求項11】
前記磁場は、約１０ヘルツから５００メガヘルツの範囲で振動させられる、請求項１に記載の方法。
【請求項12】
複数の命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記命令は、プロセッサによって実行されると、前記プロセッサに動作を実行させ、前記動作が、ポリマー及び磁性粒子を含む印刷材料を用いて３次元（３Ｄ）オブジェクトを印刷することと、
前記３Ｄオブジェクトを前記ポリマーの融解温度の温度に加熱することと、
前記３Ｄオブジェクトに磁場を印加して、前記ポリマー中の前記磁性粒子を局所的に運動させて熱を発生させ、前記ポリマーを前記磁性粒子の周囲で融合させて、前記３Ｄオブジェクトのｚ軸における強度を向上させ、前記印加によって振動パターンに従って前記磁場を振動させて前記磁性粒子を前方向及び後方向に回転させ前記３Ｄオブジェクトの様々な内部位置に局所的な熱を発生させることと、を含む、複数の命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項13】
前記印刷が、前記ポリマーを用いて前記３Ｄオブジェクトの層を印刷することと、
前記層の上に前記磁性粒子を分配することと、
前記３Ｄオブジェクトが印刷されるまで前記層の前記印刷及び前記分配を繰り返すことと、を含む、請求項１２に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項14】
前記磁性粒子が、前記ポリマーと混合されて、前記磁性粒子を前記ポリマーの粒子に埋め込まれる、請求項１２に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項15】
前記磁性粒子が、０．１重量パーセント～１５重量パーセントを構成する、請求項１４に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項16】
前記磁性粒子が、１ナノメートル～５マイクロメートルの平均粒径を有する、請求項１４に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項17】
前記磁性粒子が、延伸プロセス中に前記ポリマーの押し出されたフィラメント上に融合される、請求項１２に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項18】
前記磁性粒子が、前記印刷材料の１重量パーセント～１０重量パーセントを構成する、請求項１７に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項19】
前記磁性粒子が、１０ナノメートル～１０マイクロメートルの平均粒径を有する、請求項１７に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項20】
方法であって、ポリマー及び磁性粒子を含む印刷材料を用いて３次元（３Ｄ）オブジェクトを印刷することと、前記磁性粒子が、１ナノメートル～１０マイクロメートルの平均粒径を有し、前記印刷材料の０．１重量パーセント～１５重量パーセントを構成し、
前記３Ｄオブジェクトを前記ポリマーの融解温度の温度に加熱することと、
振動磁場を３Ｄオブジェクトに印加して、前記ポリマー中の磁性粒子を整列させ、振動パターンに従って前記磁性粒子を前方向及び後方向に回転させ、前記３Ｄオブジェクトの層間の領域を溶融する熱を発生させ、層間のポリマー鎖の絡み合いを促進し、前記３Ｄオブジェクトのｚ軸における強度を向上させることと、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、概して３次元（３Ｄ）印刷物に関し、より具体的には、３Ｄ印刷物のｚ軸強度を向上させるために３Ｄ印刷材料を用いた磁性粒子の使用に関する。
【背景技術】
【0002】
３Ｄオブジェクトを印刷するために、３次元プリンタを使用することができる。３Ｄプリンタは、異なる種類の材料を使用して様々な異なる種類のオブジェクトを印刷するために使用することができる。３Ｄ印刷には、異なる種類のプロセスを使用することができる。例えば、３Ｄ印刷は、サブトラクティブプロセス（例えば、材料のブロックをエッチングして最終オブジェクトを印刷する）又は添加プロセス（例えば、３Ｄオブジェクトを層ごとに印刷する）を使用することができる。
【0003】
付加３Ｄ印刷プロセスの１つのタイプは、熱溶解積層法（ＦＤＭ）であってもよい。ＦＤＭプロセスは、材料の層をプラットフォーム上に分配することができる。バインダ液は、材料の層上に印刷されてもよい。エネルギーは、層に印加されてもよく、バインダ液を受ける層の部分を互いに融合させることができる。プロセスは繰り返されてもよく、各層の非融合部分は、脱ケーキングプロセスによって除去されてもよい。しかし、現在のＦＤＭプロセスは、比較的弱いｚ軸強度（例えば、層の断面方向）に悩まされる可能性がある。
【発明の概要】
【0004】
本明細書に示される態様によれば、３Ｄ印刷物のｚ軸強度を改善するための方法、非一時的コンピュータ可読媒体、及び装置が提供される。実施形態の１つの開示された特徴は、ポリマー及び磁性粒子を用いて３次元（３Ｄ）オブジェクトを印刷し、３Ｄオブジェクトをポリマーのほぼ融解温度の温度に加熱し、３Ｄオブジェクトに磁場を印加してポリマー中の磁性粒子を局所的に運動させて熱を発生させ、磁性粒子の周囲でポリマーを融合させ、３Ｄオブジェクトのｚ軸強度を向上させる方法である。
【0005】
実施形態の別の開示された特徴は、複数の命令を記憶した非一時的コンピュータ可読媒体であり、複数の命令は、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、ポリマー及び磁性粒子を用いて３次元（３Ｄ）オブジェクトを印刷する動作を実行させ、３Ｄオブジェクトをポリマーのほぼ融解温度の温度に加熱し、３Ｄオブジェクトに磁場を印加してポリマー中の磁性粒子を局所的に運動させて熱を発生させ、磁性粒子の周囲でポリマーを融合させ、３Ｄオブジェクトのｚ軸強度を向上させる命令を含む。
【0006】
実施形態の別の開示された特徴は、プロセッサと、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、ポリマー及び磁性粒子を用いて３次元（３Ｄ）オブジェクトを印刷する動作を実行させ、３Ｄオブジェクトをポリマーのほぼ融解温度の温度に加熱し、３Ｄオブジェクトに磁場を印加してポリマー中の磁性粒子を局所的に運動させて熱を発生させ、磁性粒子の周囲でポリマーを融合させ、３Ｄオブジェクトのｚ軸強度を向上させる複数の命令を記憶したコンピュータ可読媒体を含む装置である。
【図面の簡単な説明】
【0007】
本開示の教示は、添付図面と併せて以下の詳細な説明を考慮することによって容易に理解することができる。
【0008】
【図1】本開示のシステムのブロック図を示す。
【0009】
【図2】本開示のポリマー及び磁性粒子を使用して３Ｄオブジェクトを印刷する概略図を示す。
【0010】
【図3】本開示のポリマー及び磁性粒子を使用して３Ｄオブジェクトを印刷する別の概略図を示す。
【0011】
【図4】本開示の３Ｄ印刷物のｚ軸強度を向上させるための例示的な方法のフローチャートを示す。
【0012】
【図5】本明細書に記載される機能を実施する際に使用するのに好適な例示的なコンピュータの高レベルブロック図を示す。
【0013】
理解を容易にするために、可能なかぎり、同一の参照番号が、図面に共通する同一の要素を示すのに使用されている。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本開示は、３Ｄ印刷物のｚ軸強度を向上させるために磁性粒子を含む方法及び印刷材料を広く開示する。上述のように、いくつかの３Ｄ印刷プロセスは、ＦＤＭプロセスを使用することができる。しかし、各層間の結合は、比較的弱い場合がある。したがって、ｚ軸強度（例えば、３Ｄオブジェクトの各層を通って垂直に走る軸）は、比較的弱い場合がある。
【0015】
本開示は、磁性粒子を含む３Ｄ印刷用の独特の印刷材料を提供する。印刷材料は、粉末形態又はフィラメント形態であってもよく、ＦＤＭ ３Ｄ印刷プロセスのために分配されてもよい。各層を印刷した後に磁場を印加して磁場を生成し、磁性粒子を局所的に運動させて熱を発生させ、層間のポリマー粉末を更に局所的に融合させ、層間の結合強度を向上させることができる。加えて、磁場は、磁性粒子を整列させ、結合強度を更に向上させることができる。その結果、本開示の方法及び印刷材料は、３Ｄ印刷物のｚ軸強度を向上させることができる。
【0016】
図１は、本開示の例示的なシステム１００を示す。一実施形態では、システム１００は、３Ｄプリンタ１０２、オーブン１０４、及び磁場１１６を印加するための装置１０６を含んでもよい。オーブン１０４及び装置１０６は、別個のデバイスとして示されているが、オーブン１０４及び装置１０６は、単一のデバイスとして組み合わせることができることに留意されたい。
【0017】
一実施形態では、３Ｄプリンタは、３Ｄオブジェクト１０８を印刷するための印刷材料１１４の供給を含んでもよい。３Ｄプリンタ１０２は、印刷材料１１４の層上に印刷用流体を分配するための印字ヘッド１１２を含んでもよい。３Ｄオブジェクト１０８は、層ごとに印刷されてもよい。図１では、３Ｄオブジェクト１０８が球体として示されているが、任意の形状のオブジェクトが印刷されてもよいことに留意されたい。３Ｄオブジェクト１０８は、異なる形状、サイズ、及び複雑さに印刷することができる。
【0018】
一実施形態では、印刷材料１１４は、ポリマー及び磁性粒子の組み合わせを使用して、３Ｄオブジェクト１０８のｚ軸１１０の強度を向上させることができる。ｚ軸１１０は、３Ｄオブジェクト１０８の各印刷層を通って垂直に走る方向であってもよい。磁性粒子は、印刷材料１１４が粉末又はフィラメントとして分配されるかどうかに応じて、１０ナノメートル（ｎｍ）～１０マイクロメートル（μｍ）及び０．１重量パーセント（重量％）～１５重量％の範囲であってもよい。
【0019】
以下で更に詳細に論じられるように、３Ｄオブジェクトに印加される磁場１１６は、３Ｄオブジェクト１０８内の磁性粒子を整列させるのに役立ち得る。磁性粒子の整列は、磁性粒子の磁気引力のために、ｚ軸強度を向上させることができる。加えて、磁場１１６は、磁性粒子の運動から局所的に熱を発生させ、より多くの層間融合及び層間ポリマー鎖を生成し、３Ｄオブジェクト１０８のｚ軸強度を更に向上させることができる。例えば、局所的運動は、磁性粒子の摩擦を生じさせて、熱を発生させることができる。加えて、磁気誘導及びヒステリシスは、熱を発生させることができる。
【0020】
一実施形態では、３Ｄプリンタ１０２は、任意のタイプの３Ｄプリンタであってもよい。例えば、３Ｄプリンタは、粉末焼結積層造形法（ＳＬＳ）プリンタ、熱溶解積層法（ＦＤＭ）プリンタなどであってもよい。印刷材料１１４は、ＳＬＳプリンタの場合は粉末形態で、又はＦＤＭプリンタの場合は連続フィラメントで提供することができる。
【0021】
図２は、ポリマー２０２及び磁性粒子２０４が一緒に混合される印刷材料１１４を使用する３Ｄプリンタの概略図を示す。次いで、ポリマー２０２及び磁性粒子２０４の組み合わせを分配して、３Ｄオブジェクト１０８の各層を印刷することができる。
【0022】
図２は、供給／容器２１４におけるポリマー２０２及び磁性粒子２０４の粉末ベースの組み合わせの例を示す。例えば、粉末ベースの組み合わせは、ＳＬＳ ３Ｄプリンタで使用することができる。
【0023】
一実施形態では、ポリマー２０２は、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ナイロン（例えば、ナイロン６、１０、又は１２）、ポリカルボナート、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）などの材料を含んでもよい。ポリマー２０２は、特定の３Ｄプリンタ２００に適切な任意の平均直径サイズを有する粉末形態で分配することができる。
【0024】
一実施形態では、磁性粒子２０４は、フェライト、酸化鉄、フェライト及び二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）コアシェルナノ粒子、磁気／金属ナノ粒子、鉄、コバルト、ニッケル、これらの金属合金などの磁性金属を含んでもよい。粉末ベースの印刷材料１１４の場合、磁性粒子２０４は、１ｎｍ～５μｍの平均粒径サイズを有し得る。一実施形態では、平均粒径サイズは、約５０ｎｍ～３μｍであってもよい。一実施形態では、平均粒径サイズは、約７５ｎｍ～１μｍであってもよい。
【0025】
一実施形態では、磁性粒子２０４は、印刷材料１１４の約０．１重量％～１５重量％（例えば、ポリマー２０２及び磁性粒子２０４の組み合わせの総重量）を構成することができる。一実施形態では、磁性粒子２０４は、約３重量％～１０重量％を構成することができる。一実施形態では、磁性粒子２０４は、約４重量％～６重量％を構成することができる。
【0026】
一実施形態では、磁性粒子２０４は、ポリマー２０２と混合されてもよい。磁性粒子２０４及びポリマー２０２は、磁性粒子２０４がポリマー２０２に部分的に埋め込まれてもよいように、高い混合力を有する温度制御ブレンダー内で混合されてもよい。
【0027】
一実施形態では、ポリマー２０２及び磁性粒子２０４の組み合わせは、プラットフォーム２１０上に分配されて、層２１２１を形成することができる。プロセッサ又はコントローラの制御下で、印字ヘッド２０６は、層２１２１の所望の部分に印刷用流体を分配することができる。印字ヘッド２０６は、層２１２１の上方のｘ－ｙ座標平面に沿って移動することができる。印刷用流体は、ポリマー２０２を溶融させて、エネルギー源２０８に曝露されたときに印刷される３Ｄオブジェクト１０８の部分を形成するのに役立つバインダであってもよい。印刷用流体を受け取らない部分は、融合されなくてもよく、層２１２１～２１２ｎの全てが印刷された後に、脱ケーキングプロセス中に除去されてもよい。
【0028】
プラットフォーム２１０は、垂直に移動することができる（矢印２１８によって示されるように）。層２１２１が印刷された後、プラットフォーム２１０を下降させ、ポリマー２０２及び磁性粒子２０４の別の層２１２ｎを受け取ることができる。印刷プロセスは、各層２１２１～２１２ｎに対して繰り返すことができる。
【0029】
上記のように、図２は、ＳＬＳプリンタの一例を示す。しかし、３Ｄプリンタ２００はまた、連続フィラメントを用いて印刷するＦＤＭプリンタであってもよい。結果として、磁性粒子２０４は、ポリマー２０２の連続フィラメントと組み合わせることができる。フィラメントは、ポリマー２０２及び磁性粒子２０４の両方を含むように形成することができる。
【0030】
一実施形態では、磁性粒子２０４は、延伸プロセス中に、ポリマー２０２の押し出されたフィラメント上に吸収又は融合され得る（例えば、ポリマー２０２のフィラメントが押し出し中に融解温度を超える場合）。磁性粒子２０４は、ポリマー２０２の押し出されたフィラメント上に粉末噴霧されて、ポリマー２０２の層が堆積するように組み合わせることができる。
【0031】
一実施形態では、ポリマー２０２及び磁性粒子２０４が連続フィラメントとして分配される場合、磁性粒子２０４の平均粒径は、約１０ｎｍ～１０μｍであってもよい。一実施形態では、磁性粒子２０４の平均粒径は、約９０ｎｍ～８μｍであってもよい。一実施形態では、磁性粒子２０４の平均粒径は、約１μｍ～５μｍであってもよい。
【0032】
一実施形態では、磁性粒子２０４は、フィラメントの約１重量％～１０重量％（例えば、ＦＤＭプリンタのフィラメントとして送達される場合のポリマー２０２及び磁性粒子２０４の総重量）を構成することができる。一実施形態では、磁性粒子２０４は、約１重量％～８重量％を構成することができる。一実施形態では、磁性粒子２０４は、約２重量％～５重量％を構成することができる。したがって、磁性粒子２０４のサイズ及びおよその重量パーセントは、ポリマー２０２がＳＬＳプリンタ用の粉末、又はＦＤＭプリンタ用の連続フィラメントとして送達されるかどうかの関数であってもよい。
【0033】
図３は、印刷材料１１４のポリマー３０２及び磁性粒子３０４が別々に送達されるプリンタ３００の一例を示す。一実施形態では、プリンタ３００はＳＬＳ ３Ｄプリンタであってもよい。プリンタ３００は、粉末形態のポリマー３０２の供給容器３１４を含んでもよい。ポリマー３０２を分配して、移動可能なプラットフォーム３１０上にポリマー３０２の層３１２を形成することができる。プロセッサ又はコントローラの制御下にある印字ヘッド３０６は、層３１２の所望の部分に印刷用流体を分配することができる。印刷用流体は、（上記のように）エネルギー源３０８に曝露されると、層３１２の選択された部分を融合するのに役立つバインダ液であってもよい。
【0034】
層３１２が印刷された後、磁性粒子３０４の層３１６をポリマー３０２の層３１２上に分配することができる。一実施形態では、印字ヘッド３０６は、層３１６上に印刷用流体を分配し、層３１６をエネルギー源３０８に曝露させることができる。
【0035】
層３１２及び３１６が印刷された後、プラットフォーム３１０は、（矢印３１８によって示されるように）下降又は垂直に移動させることができる。次いで、３Ｄオブジェクト１０８の全ての層が印刷されるまで、プロセスを繰り返すことができる。
【0036】
一実施形態では、磁性粒子３０４の平均粒径及び重量パーセントは、ＳＬＳ又は粉末ベースの印刷について上述したものと同じであってもよい。例えば、磁性粒子３０４は、１ｎｍ～５μｍの平均粒径サイズを有し得る。一実施形態では、平均粒径サイズは、約５０ｎｍ～３μｍであってもよい。一実施形態では、平均粒径サイズは、約７５ｎｍ～１μｍであってもよい。
【0037】
一実施形態では、磁性粒子３０４は、印刷材料１１４の約０．１重量％～１５重量％（例えば、ポリマー２０２及び磁性粒子２０４の組み合わせの総重量）を構成することができる。一実施形態では、磁性粒子３０４は、約３重量％～１０重量％を構成することができる。一実施形態では、磁性粒子３０４は、約４重量％～６重量％を構成することができる。
【0038】
粉末ベースのプリンタの一例が図３に示されているが、プリンタ３００はまた、フィラメント形態のポリマー３０２の供給を使用するＦＤＭ ３Ｄプリンタであってもよい。したがって、層３１２は、押し出されたフィラメントからポリマー３０２を分配することによって形成することができる。層３１２を印刷することができる（例えば、印字ヘッド３０６からの印刷用流体を用いて、エネルギー源３０８により融合される）。次いで、層３１６を分配して、ポリマー３０２の層３１２の上に別々に磁性粒子３０４の層を堆積させることができる。
【0039】
一実施形態では、磁性粒子３０４の平均粒径及び重量パーセントは、ＦＤＭ又はフィラメントベースの印刷について上述したものと同じであってもよい。例えば、磁性粒子３０４は、１０ｎｍ～１０μｍの平均粒径サイズを有し得る。一実施形態では、平均粒径サイズは、約９０ｎｍ～８μｍであってもよい。一実施形態では、平均粒径サイズは、約１μｍ～５μｍであってもよい。
【0040】
一実施形態では、磁性粒子３０４は、印刷材料１１４の約１重量％～１０重量％（例えば、ポリマー２０２及び磁性粒子２０４の組み合わせの総重量）を構成することができる。一実施形態では、磁性粒子３０４は、約１重量％～８重量％を構成することができる。一実施形態では、磁性粒子３０４は、約２重量％～５重量％を構成することができる。
【0041】
再び図１を参照すると、３Ｄオブジェクト１０８がポリマー及び磁性粒子の両方を含む印刷材料１１４で印刷された後、３Ｄオブジェクト１０８を、オーブン１０４内に配置することができる。次いで、３Ｄオブジェクト１０８を、ポリマー２０２又は３０２の融解温度に近い温度まで加熱することができる。換言すれば、温度は、３Ｄオブジェクト１０８が溶融によって形状を失うことなく、ポリマー２０２又は３０２の融解温度付近の温度であってもよい。例えば、温度は、ポリマー２０２又は３０２の融解温度よりも約摂氏２０度（℃）低い温度から、ポリマー２０２又は３０２のほぼ融解温度であってもよい。
【0042】
３Ｄオブジェクト１０８を所望の温度に上げた後、磁場１１６を３Ｄオブジェクト１０８に印加することができる。一実施形態では、磁場１１６の強度は、約１エルステッド（Ｏｅ）であってもよい。一実施形態では、磁場１１６は、３Ｄオブジェクト１０８内の磁性粒子２０４又は３０４の極運動を整列させるのに役立ち得る。磁性粒子２０４又は３０４の整列は、磁性粒子２０４又は３０４間に磁気引力を発生させ、層間結合強度の向上に役立ち得る。これにより、３Ｄオブジェクト１０８の全体のｚ軸強度を向上させることができる。
【0043】
一実施形態では、磁場１１６は、振動又はパルス化されてもよい。磁場１１６の振動は、３Ｄオブジェクト内の磁性粒子２０４又は３０４の局所的運動を生じさせることができる。例えば、磁場１１６の振動は、磁場１１６の振動パターンに従って磁性粒子２０４又は３０４を前後に回転させることができる。この運動は、磁性粒子２０４又は３０４とポリマー２０２又は３０２との間の摩擦を生じさせて、３Ｄオブジェクト１０８の様々な内部位置に局所的な熱を発生させることができる。運動及び摩擦は、３Ｄオブジェクト１０８の層（例えば、層２１２）の間及び磁性粒子２０４又は３０４の周囲の領域において、ポリマー２０２又は３０２を溶融するのに役立ち得る。磁場１１６はまた、磁気誘導及び／又はヒステリシスを生じさせ、熱を発生させ、３Ｄオブジェクト１０８の層（例えば、層２１２）の間の領域において、ポリマー２０２又は３０２を溶融させることができる。層間の領域の溶融は、ポリマー鎖の更なる混合及び絡み合いを促進して、３Ｄオブジェクト１０８のｚ軸強度を向上させることができる。
【0044】
一実施形態では、磁場１１６は、約１０ヘルツ（Ｈｚ）～５００メガヘルツ（ＭＨｚ）の範囲で振動又はパルス化されてもよい。一実施形態では、磁場１１６は、約２５０Ｈｚ～１００ＭＨｚの範囲で振動又はパルス化されてもよい。一実施形態では、磁場１１６は、約５００Ｈｚ～１０ＭＨｚの範囲で振動又はパルス化されてもよい。
【0045】
一実施形態では、フィードバックループを実装することができる。例えば、３Ｄオブジェクト１０８のｚ軸強度は、磁場１１６が印加された後に試験されてもよい。ｚ軸強度の試験が失敗した場合、３Ｄオブジェクト１０８は、更なる加熱及び磁場１１６の印加のために、オーブン１０４及び／又は装置１０６内に戻されてもよい。
【0046】
図４は、本開示の３Ｄ印刷物のｚ軸強度を向上させるための例示的な方法４００のフローチャートを示す。一実施形態では、方法４００の１つ又は複数のブロックは、システム１００によって、又は図５に示し、以下で論じるようにシステム１００の動作を制御するコンピュータ／プロセッサによって実行されてもよい。
【0047】
ブロック４０２において、方法４００は開始する。ブロック４０４において、方法４００は、ポリマー及び磁性粒子を用いて３次元（３Ｄ）オブジェクトを印刷する。例えば、ＳＬＳ又はＦＤＭベースの３Ｄプリンタは、ポリマー及び磁性粒子の混合物を含む印刷材料を使用することができる。一実施形態では、ＳＬＳベースの３Ｄプリンタは、磁性粒子と組み合わせた粉末ベースのポリマーを使用することができる。ＳＬＳベースの３Ｄプリンタは、上記のように、ポリマー及び磁性粒子の組み合わせを用いて各層を印刷することができ、又は上記のように、ポリマー及び磁性粒子の別々の層を印刷することができる。
【0048】
一実施形態では、ＳＬＳベースの３Ｄプリンタの場合、磁性粒子は、１ｎｍ～５μｍの平均粒径サイズを有し得る。一実施形態では、平均粒径サイズは、約５０ｎｍ～３μｍであってもよい。一実施形態では、平均粒径サイズは、約７５ｎｍ～１μｍであってもよい。
【0049】
一実施形態では、磁性粒子は、印刷材料の約０．１重量％～１５重量％（例えば、ポリマー及び磁性粒子の組み合わせの総重量）を構成することができる。一実施形態では、磁性粒子は、約３重量％～１０重量％を構成することができる。一実施形態では、磁性粒子は、約４重量％～６重量％を構成することができる。
【0050】
一実施形態では、ＦＤＭベースの３Ｄプリンタは、磁気ポリマーと組み合わせたフィラメントベースのポリマーを使用することができる。磁性粒子をポリマーと混合して、フィラメントを形成することができる。別の実施形態では、フィラメントが押し出される際に、磁性粒子をポリマーのフィラメント上に噴霧することができる。次いで、押し出される溶融ポリマーと磁性粒子を融合することができる。
【0051】
別の実施形態では、ＦＤＭベースの３Ｄプリンタは、ポリマー及び磁性粒子の別々の層を印刷することができる。例えば、ポリマーの層をフィラメントから押し出すことができ、磁性粒子の層を、上述のように、ポリマー層の上に分配することができる。
【0052】
一実施形態では、ＦＤＭベースの３Ｄプリンタの場合、磁性粒子は、７５ｎｍ～１０μｍの平均粒径サイズを有し得る。一実施形態では、平均粒径サイズは、約９０ｎｍ～８μｍであってもよい。一実施形態では、平均粒径サイズは、約１μｍ～５μｍであってもよい。
【0053】
一実施形態では、磁性粒子は、印刷材料の約１重量％～１０重量％（例えば、ポリマー及び磁性粒子の組み合わせの総重量）を構成することができる。一実施形態では、磁性粒子は、約１重量％～８重量％を構成することができる。一実施形態では、磁性粒子は、約２重量％～５重量％を構成することができる。
【0054】
ブロック４０６において、方法は、３Ｄオブジェクトをポリマーのほぼ融解温度の温度に加熱する。例えば、温度は、ポリマーの融解温度よりも約摂氏２０度（℃）低い温度から、ポリマーのほぼ融解温度であってもよい。
【0055】
ブロック４０８において、方法は、３Ｄオブジェクトに磁場を印加して、ポリマー中の磁性粒子を局所的に運動させて熱を発生させ、ポリマーを磁性粒子の周囲で融合させて、３Ｄオブジェクトのｚ軸強度を向上させる。例えば、３Ｄオブジェクトを所望の温度に上げた後、磁場を３Ｄオブジェクトに印加することができる。磁場の強度は、約１Ｏｅであってもよい。
【0056】
一実施形態では、磁場は、振動又はパルス化されてもよい。磁場の振動は、３Ｄオブジェクト内の磁性粒子の局所的運動を生じさせることができる。例えば、磁場の振動は、磁場の振動パターンに従って磁性粒子を前後に回転させることができる。この運動は、３Ｄオブジェクトの様々な内部位置に局所的な熱を発生させ、３Ｄオブジェクトの層間の領域を溶融させることができる。層間の領域の溶融は、ポリマー鎖の更なる混合及び絡み合いを促進して、３Ｄオブジェクトのｚ軸強度を向上させることができる。
【0057】
一実施形態では、磁場は、約１０ヘルツ（Ｈｚ）～５００メガヘルツ（ＭＨｚ）の範囲で振動又はパルス化されてもよい。一実施形態では、磁場は、約２５０Ｈｚ～１００ＭＨｚの範囲で振動又はパルス化されてもよい。一実施形態では、磁場は、約５００Ｈｚ～１０ＭＨｚの範囲で振動又はパルス化されてもよい。
【0058】
一実施形態では、磁場は、３Ｄオブジェクト内の磁性粒子の極運動を整列させるのに役立ち得る。磁性粒子の整列は、磁性粒子間の磁気引力を発生させ、層間結合強度の向上に役立ち得る。これにより、３Ｄオブジェクトの全体のｚ軸強度を向上させることができる。ブロック４１０において、方法４００は終了する。
【0059】
図５は、本明細書に記載される機能を実行するための専用のコンピュータの高レベルのブロック図を示す。図５に描写されるように、コンピュータ５００は、１つ又は複数のハードウェアプロセッサ要素５０２（例えば、中央処理ユニット（central processing unit、ＣＰＵ）、マイクロプロセッサ、又はマルチコアプロセッサ）、メモリ５０４、例えばランダムアクセスメモリ（random access memory、ＲＡＭ）及び／又は読み出し専用メモリ（read only memory、ＲＯＭ）、３Ｄ印刷物のｚ軸強度を向上させるためのモジュール５０５、及び様々な入力／出力デバイス５０６（例えば、テープドライブ、フロッピードライブ、ハードディスクドライブ又はコンパクトディスクドライブを含むが、これらに限定されない、記憶デバイス、受信機、送信機、スピーカ、ディスプレイ、音声合成器、出力ポート、入力ポート及びユーザ入力デバイス（キーボード、キーパッド、マウス、マイクロフォンなど））を含む。１つのプロセッサ要素のみが示されているが、コンピュータは、複数のプロセッサ要素を採用してもよいことに留意されたい。
【0060】
本開示は、例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含むプログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）、若しくはハードウェアデバイス上に展開されたステートマシン、コンピュータ、又は任意の他のハードウェア等価物、例えば、上で考察される方法（複数可）に関連し、上記に開示した方法のステップ、機能、及び／又は動作を実行するハードウェアプロセッサを構成するために使用することができるコンピュータ可読命令を使用して、ソフトウェア及び／又はソフトウェアとハードウェアとの組み合わせで実装することができることに留意されたい。一実施形態では、３Ｄ印刷物のｚ軸強度を向上させるための本モジュール又はプロセス５０５に対する命令及びデータ（例えば、コンピュータ実行可能命令を含むソフトウェアプログラム）は、メモリ５０４にロードされ、ハードウェアプロセッサ要素５０２によって実行され、例示的な方法４００に関連して上記に論じたようなステップ、機能又は動作を実装することができる。更に、ハードウェアプロセッサが命令を実行して「動作」を行うときに、これはハードウェアプロセッサが直接的に動作を実行するかつ／あるいは動作を行う別のハードウェアデバイス又は構成要素（例えば、コプロセッサなど）を容易にする、それに指向する、あるいはそれと協働することを含むことができる。
【0061】
上記に説明した方法に関するコンピュータ読み取り可能又はソフトウェア命令を実行するプロセッサは、プログラムされたプロセッサ又は専門プロセッサとして認識されることができる。したがって、本開示の３Ｄ印刷物のｚ軸強度を向上させるための本モジュール５０５（関連するデータ構造を含む）は、有形又は物理的（広義的には非一時的）コンピュータ可読記憶デバイス又は媒体、例えば、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、ＲＯＭメモリ、ＲＡＭメモリ、磁気又は光学ドライブ、デバイス又はディスケットなどに記憶することができる。より具体的には、コンピュータ読み取り可能記憶デバイスが、プロセッサ又はコンピュータ、アプリケーションサーバなどの計算デバイスによってアクセスされるデータ、命令などの情報を記憶する能力を提供する任意の物理的デバイスを含んでもよい。
【0062】
上記で開示されたものの変形、並びに他の特徴及び機能、又はこれらの代替物が、他の異なるシステム又は用途に組み合わされ得ることは理解されるであろう。様々な現在予期されていない、又は先行例のない代替物、修正、変形、又は改善が、その後に当業者によってなされてもよく、それらも以下の特許請求の範囲によって包含されることを意図している。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
