JP2004538184A - 三次元構造印刷 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元構造印刷の提供。
【解決手段】成形品のデジタルモデルにしたがった連続層における三次元成形品を形成する方法。本方法は、粉体又は液体材料を画定すること、デジタルモデルに対応するパターンにて層に液体試薬を適用すること、及び連続層を形成させる為にこれらの段階を繰り返すことからなる。粉体又は液体材料は第一反応成分を含み、そして適用された液体は、成形品が層中で構築されるように第一反応成分と反応し得る第二活性成分を含む。層の特徴は、それら層にわたり様々に変化し及び／又は特徴は層から層へと変化する。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元構造印刷、より特にはコンピューターモデルを使用するジェット印刷技術により複雑な３Ｄ物体を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
成形品又は部品を製造することに関連する方法は、高い処理能力を有する高速デスクトップコンピューティング、複雑な３Ｄ物体を創造及び表示し得る多用途ＣＡＤソフトウェア、及び世界的な配布の為の創造されたデジタルファイルの高速伝達の出現により可能となったワークフローの相当の能率化を受けている。この発展シナリオ内で、創造された三次元デジタルファイルを該デジタルファイルを正確に表すか又は“実証”する取り扱える物体に変換する能力を持つことの重要性が増している。これは特に、創造された物体が最終的に製造される物体の機能を実際に有するときに該当する。この場合、創造された物体は、サービス使用における短時間製造された物体として直接に使用され得る。世界的普及ベースでの短時間、迅速ターンラウンド製造は必要が高まり、そしてこの製造方法はまた、ここに記載されるような方法から利益を得るであろう。
【０００３】
“高速プロトタイプ作製”システムが、そのような能力を提供するために数年前に案出された。特に、ステレオリソグラフィーは、光ポリマーの層毎のデジタル硬化を使用して高精度の３Ｄ物体を創造し得る技術として発達している。これは、ＵＶレーザーと液体感光性光重合性樹脂混合物とを使用してＣＡＤファイルから三次元物体を製造するための先駆的な技術として顕著に発達しているが、しかしながら、該装置は現在では高価であり、また熟練の使用者を必要とする。
【０００４】
この例は、ＵＳ−Ａ−４，５７５，３３０で見られ得る。この場合、３Ｄ物体のデジタル表示が取り入れられ、そして一連のデジタル層に変換される。ＵＶ感光性硬化性液体ポリマーの薄層がプラットフォーム上に形成され、そしてこれは各々の積層のデジタル表示に従い液体層上の適切な位置に向けたＵＶレーザー源を使用して所望のパターンで硬化される。これはその後に繰り返される。このシステムに伴う問題は、利用可能な材料が制限されること、及び物体の組成における多様かつ複雑な変化が容易に可能でないことである。しかしながら、硬化した物体中の選択的着色の為に種々の特性を達成するある能力を示す例がＵＳ６１３３３３６に記載されている。
【０００５】
ある意味で類似したもう一つの既存の技術は、ＵＳ４８６３５３８で表されるような連続した圧縮粉体層のレーザー焼成である。他のシステムの例は、ＵＳ−Ａ−５，２０４，０５５及びＵＳ−Ａ−５，３４０，６５６で見出されることができる。これらは、粉体層を所要のパターンで結合するために連続した粉体層に液体を塗布することを記載している。ＵＳ−Ａ−５，８０７，４３７では、液滴の様々な偏向を可能にするインクジェットノズルを使用して液体が効果的に塗布される。これらのシステムの重要な点は、金属複合材料の為の成形品又はプレフォームの為に、さらなる加工後に、セラミック又は密に充填された粉体と一緒に結合し、そして形成した物体を連続して利用することである。これらのシステムの欠点は、（さらなる加工前に）最初に製造された物体が脆弱であり、そして損傷し易いことである。より良好な最終強度が達成される為に、例えば、硬化性樹脂又はワックスを使用した浸透が、表面に結合した粉体と層の間の細孔を充填する為に要求される。
【０００６】
より最近に発達したのは、ＵＳ−Ａ−５，８５５，８３６で記載されるホット−メルトシステムである。この場合では、固体配合物が溶融するまで加熱され、そして基材上に所望のパターンで噴霧される。それはその後冷却及び固化され、及び一連の作業が３Ｄ物体を作る為に繰り返される。該配合物は、物体を硬化する為に最終的に活性化される反応性成分を含む。ここでの欠点は再び、利用出来る材料が極端に限定されることである。
【０００７】
関連した方法が、硬化性材料の直接噴射を伴いＵＳ５０５９２６６及びＵＳ５１４０９３７中に記載されている。この方法は、層厚を最終的に形成する材料の全体の噴射を必要とし、そしてこれは遅いようである。
【特許文献１】
ＵＳ−Ａ−４，５７５，３３０
【特許文献２】
ＵＳ６１３３３３６
【特許文献３】
ＵＳ４８６３５３８
【特許文献４】
ＵＳ−Ａ−５，２０４，０５５
【特許文献５】
ＵＳ−Ａ−５，３４０，６５６
【特許文献６】
ＵＳ−Ａ−５，８０７，４３７
【特許文献７】
ＵＳ−Ａ−５，８５５，８３６
【特許文献８】
ＵＳ５０５９２６６
【特許文献９】
ＵＳ５１４０９３７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来技術のシステムの欠点を被らない３Ｄ物体の形成方法を提供することが本発明の目的である。より特異的には、本発明は、頑丈で、及び形成された又は予備形成された機能性パターン又は物体を現場で埋封する能力を含む複雑な種々の微視的及び巨視的な特性を有する物体を製造できる方法を提供することを求める。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一つの局面にしたがうと、成形品の原型に従う連続断面層で三次元成形品を形成する方法であって、該方法は、
第一の材料層を画定する段階；
前記モデルに対応するパターンにて前記第一材料層に液体試薬の形態の第二材料を適用する段階；
及びこれらの段階を繰り返して連続層を形成する段階；
からなり、かつこの方法において、堆積した層は第一反応性成分を含み、そして前記適用された液体材料は、該第一反応性成分と反応し得るか又は該第一反応性成分がそれ自体と反応することを促進し得る第二活性成分を含み、それにより、成形品は層の形態で構築され；及び該層の少なくとも幾つかの層の特徴が該層に渡り様々に変化し及び／又はそれら層の特性は層から層へと変化する方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
このように、二種の反応性成分が、所要のパターンで硬化層を形成する為に接触で反応して、そしてこれが硬化した成形品を形成する為に繰り返される。例えば、ＵＳ−Ａ−５０５９２６６及びＵＳ−Ａ−５１４０９３７のシステムとは対照的に、本発明は、噴射された反応触媒から層材料のバルクを分離し：これがより迅速な処理となる。さらに、形成された物体の自己支持がある。前に引用した技術において、付加的な支持体は複雑な部分の為に噴射される必要があり：これら支持体はその後廃棄される必要がある。
【００１１】
２つの型の堆積された層が存在する：粉体型、及び液体又はペースト型である。
【００１２】
第一材料は好ましくは、第一反応性成分を実質的に含む粉体であり得る。粉体はまた、異なった粒度分布を有する反応性粉体の物理的混合物であり得る。好ましくは、適用された液体試薬は付加的に、粘度低下希釈剤を含む。最も好ましい場合において、適用された液体中の稀釈剤は反応性稀釈剤であり、その為に適用された液体全てが粉体と共に配合されて適用された液体と粉体のシームレス複合材料を形成することが非常に重要である。
【００１３】
反応は、粉体粒子の初期の膨潤及び粘着付与及び粉体への液体の浸入、続く溶解した粉体と液体の間の、液体自体内での化学反応の形態であり得る。この方法において、形成された複合材料はボイドがなく、及び透明／半透明である。
【００１４】
反応性粉体と液体は化学的に反応して新規化学成分を形成するので、本発明にしたがったシステムは、形成された製品を比較的頑丈にし得ることが分かった。化学結合はまた、層間に形成し得、そしてその為に従来技術による機械的結合に依存しなくてもよい。
【００１５】
希釈剤の効果は二重である。第一に、粘度の低下は、温度を非常に高い数値（例えば、およそ１２０℃）まで上昇させる必要無しに、液体がより小さな口径のノズルから噴射され、それにより優れた解像度を達成することを可能にする。第二に、粉体の本体への液体の浸透を改良し、それにより、粉体の急速な凝集を同様に可能にする一方で反応物のより均一な分布を達成して、解像度を改良し、そしてさらに噴射液中に存在する反応性液体が粉体の表面及び内部と強固に反応できるようにする。反応性稀釈剤は、これらが反応に介入するので好ましく、そして最終的に形成された物体は低い揮発物含量を有する。
【００１６】
粉体層は、全て同じ配合のものでもよいが、異なった材料が異なった層、又は同じ層に対してさえも使用され得る。
【００１７】
好ましくは、粉体は、反応性有機又は有機金属ポリマー、オリゴマー又はモノマーを含み、そして液体試薬は硬化性樹脂を含む。粉体はまた、有機又は無機充填剤、顔料、ナノ粒子、染料及び／又は界面活性剤を含んでいてもよい。添加剤は、完全に相容性であり、そして適用された液体及び適用された液体／溶解された反応性粉体の複合材料により湿潤されることが重要である。これは、最終的に形成された複合材料中に残存するボイドが最少になることをまたも確実にする：ボイドは脆弱を導きそしてそれゆえ最終的に硬化された３Ｄ物体の強度及び靭性のような特性の損失に帰するであろう。
【００１８】
粉体は第一に、例えばＫｉｒｋ Ｏｔｈｍｅｒ Ｅｎｃｙｃｌｏｐａｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（２３巻“Ｖｉｎｙｌ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ”）に記載されるような反応性基を有する熱可塑性材料である。反応性基はヒドロキシ基、アミノ基、スルホ基、ケト基、エステル基、アミド基、酸基、無水物基、アセタール基であり得る。適用された液体中に溶解性であるものが望ましい。代表的な材料は、ポリビニルアセタール、ポリビニルアセタール（とりわけ部分的に加水分解されたもの）、ポリ（メチルビニルエーテル）コポリマー（例えば、ガントレッツ（Ｇａｎｔｒｅｚ）型材料）、ヒドロキシ官能化されたポリエステル粉体、エポキシポリエステル粉体、ヒドロキシ及びエポキシ官能化されたアクリル粉体及びヒドロキシエチル化されたポリアミン、ヒドロキシ又はアクリレート末端基を有するポリテトラヒドロフラン（結晶化された高分子量ポリマー）、ノボラック、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸（及びコポリマー）、ポリマレイン酸無水物（コポリマーを含む）である。
【００１９】
無機又は有機粒子は、噴射された架橋性樹脂との反応に参加し得る付加的な反応性官能基を有するモノマー、オリゴマー又はポリマー化合物により反応的に囲まれ／処理され得る。好ましくは、それゆえ、液体中の稀釈剤は粉体を膨潤及び／又は溶解し得る反応基を有する。
【００２０】
硬化性／重合性／架橋性の適用された液体は、反応性粉体との縮合反応を受け得る化合物を含み得る。これら反応は、エポキシ／アミン又はイソシアネート／ポリオール／アミン等のような熱硬化性反応により引き起こされ得るか、又は環状エーテル化合物（エポキシ、オキセタン、脂環式エポキシ等）、環状ラクトン、環状アセタール化合物、環状チオエーテル化合物、スピロオルトエステル化合物及びビニル化合物、カチオン性光開始剤塩（例えばジアゾニウム、スルホニウム、ヨードニウム又はフェロセニウム）のような電磁放射線により引き起こされるカチオン性系、又はアクリレート、メタクリレート、アリルウレタン、ウレタンアクリレート、エポキシ−アクリレート、不飽和ポリエステル化合物、ラジカル光開始剤（例えば、アセトフェノン群、ベンジオン（ｂｅｎｚｉｏｎ）群、ベンゾフェノン群、チオキサントン群、酸化ホスフィン、アルキルトリフェニルボレート、ヨードニウム塩）のようなラジカル硬化性系により引き起こされ得る。
【００２１】
熱硬化の場合において、反応物は、液体及び粉体中に別々に（例えば、液体中にエポキシ、及び粉体中にアミン又はその他）含まれ得、噴射により、二つの成分が反応して縮合生成物を形成する。電磁放射線により引き起こされる場合、同様に、光開始剤は噴射液、又は粉体中に、別々に又は硬化性樹脂組成物と一緒に存在し得る。硬化性樹脂と一緒の場合、希釈剤は、希釈剤を含有する噴射液及び反応を引き起こす電磁放射線照射の適用で、ずっと速い反応速度が得られることを可能にし得る。電磁放射線照射は、液体噴射活性化と同時に、ピクセル、線又は層全体毎の照射で、画像的に与えられることができる。
【００２２】
適用された液体は、純粋な液体、稀釈された液体としての又は水中エマルジョンとしてのエポキシ、アクリル、イソシアネート、エポキシ−アクリレート、アミノ、ヒドロキシベースの組成物又はこれら成分の混合組成物であり得る。最も好ましくは、適用された反応性組成物は、液体が粉体へと浸入した後に完全に硬化する。液体は、好ましくは粉体だけでなく、完全には硬化していない印刷された領域へと溶解／浸入する。これらは、印刷された層の下の領域、又は同じ層内の隣接した領域であり得る。この“縫い目”は、異なった特性を有する領域の間をより強く結合し、これは弱点及び破壊点の形成を防止する。２つの液体の相容性は、領域の間の良好な縫合を確実にするのに、例えば、類似の機構により両方とも硬化する２つの材料の使用に重要である。各々の層は、その後の層を印刷する−比較的ゆっくりと硬化する（例えばエポキシカチオン性硬化）が、他の刺激なしに完全に硬化するであろう液体の一部の使用の前に不完全に硬化することが望ましい。
【００２３】
電磁的に活性化された架橋反応の場合において、液体は、液体を噴射する上で、電磁的に活性の光開始剤化合物が架橋活性剤、例えばラジカル又は酸又は塩基を放出するように、電磁感応性光開始剤化合物を含んでいてもよい。適用された液体は、セラミックス、有機ミクロ粒子、金属及び合金のコロイド粒子又はナノ粒子を含んでいてもよい。
【００２４】
適用された液体の粘度は室温で２ないし５００ｃｐｓであり得、そしてより高い操作温度でずっと低い粘度を有する。好ましくは、樹脂組成物の粘度は低く、例えば室温で２ないし２０ないし３０ｃｐｓであり、ピエゾ噴射システムと適合する。希釈剤（反応性又はそうでない）は低い粘度を与えることができるだけでなく、驚くべきことに、架橋性液体と反応性粉体との間の密接な硬化を助けることが分かった。この硬化はずっとより強靭な複合材料を生じる。最も好ましくは、適用された樹脂組成物の粘度は、７０ないし１００℃において３０ｃｐｓ又はそれ以下であり；この樹脂の適用は、適切に選択された反応性粉体により、粉体への最適の浸入を与え、粘度及び反応性を上げる。
【００２５】
択一的な系において、第一材料は、層として堆積される第一液体材料であり、そして好ましくは、室温で２０ないし５００ｃｐｓの範囲内の粘度を有するが、３０００ｃｐｓよりも高く及びペースト様になり得る。この第一材料は、最終的に形成された層の大部分を含んでいてもよい。
【００２６】
このように、２つの反応性成分は、接触して反応して要求されたパターンで固体層を形成し、そしてこれは固体成形品を形成する為に繰り返される。本発明にしたがったシステムは、活性成分が化学的に反応して新規化学成分を形成するので形成された製品を比較的頑丈にすることが分かった。化学結合はまた、層間に形成し得る。透明な製品は本発明のこの特殊な面によりたやすく与えられる。
【００２７】
第一及び第二活性成分は、液体／粉体系により記載されるように、それぞれ活性化合物の混合物を含む。好ましくは、第一活性成分及び／又は第二液体は実質的に、第二活性成分を含んでよい。好ましくは、第二液体は、第一液体及び／又は第一活性成分の一部を含む。好ましくは、モデルはデジタルモデルである。
【００２８】
好ましくは、液体／粉体系として、第二液体は、望ましい粘度を達成する為に慣習的に粘度低下稀釈剤を含む。第二液体の低粘度の効果は、温度を上げる必要なしに、液体がより小さな口径のノズルから噴射され、それにより優れた解像度を達成することを可能にすることである。さらに、第一及び第二液体のより良好な混合は、とりわけ第一材料がペースト様である場合において、稀釈剤を有することにより効果が与えられる。好ましくは、稀釈剤は反応性であり、適用された液体の全てが第一の液体に配合される。
【００２９】
液体／粉体系として、流動性／被覆性の第一液体からの物体の層ごとの構築の利点は、液体により形成するプログラムされた物体の自己支持を含み、そしてさらに未使用の液体は再利用され得る。
【００３０】
異なった液体配合物は、同じ層の異なった位置において又は異なった層のどちらかに適用される第二の液体として使用され得る。都合良く、液体は、第一液体層の上を通過される直線状のノズルの配列を使用して適用される。この異なった液体は、異なったノズルの為に供給され得、及び／又は異なった液体は、各々の連続通過において、同じ液体層又は次の層のどちらかに適用され得る。
【００３１】
三次元物体の層毎の構成は、このように、異なった液体が各層の構成の間に、又は異なる全層又は多層において画像様に噴射／噴霧され、それ故、異なる微視的又は巨視的特性の強度、靭性及び柔軟性を付与する。無作為に又は繰り返してプログラムされたパターンは、円滑、ボイドフリーな最終的な特性を達成する為に形成され得る。意図的に生成した繰り返しボイドは、複合メンブランを得る為に靭性がある樹脂基材により囲まれて形成されてもよい。他の液体は、前もってすでに噴射された領域に対して噴射／噴霧されてもよい。そのような技術は、例えば周囲の領域とは異なった屈折率を有する軌道又はパターンを製造する為に使用され得、そしてこれは波誘導の目的の為に使用される。パターンは１層に平坦に堆積され、又は幾つかの層により三次元的に堆積され得る。
【００３２】
構造内に完全な“外来”体、例えば導電性、半導性又は磁気性軌道、又は金属成分／装置を組み込むこと、或いは外来液体、例えば液体結晶系のミクロ封入配合物を組み込むことがまた可能であり得る。導電性、半導性又は磁気性軌道、又は金属部品／装置はそれら自体、溶融された又は導電性、半導性、又は磁気性、有機又は無機金属又は組成物を分配する二次噴射を使用して層内において現場で製造され得る。二次噴射は、巨大層構造を形成するより素晴らしい解像度のものとする。
【００３３】
本方法は、成形品を照射するさらなる段階を含み得る。成形品は、ピクセルごと、線ごと又は層ごとに、及び／又は数層が形成された後に、及び／又は全ての層が形成された後に照射され得る。好ましくは、電磁放射線が用いられる。適した源は、ＵＶ光、マイクロ波放射線、可視光、レーザー線、及び光放射ダイオード配列並びに他の同様な放射線源である。光バルブ配列技術を含み得る。
【００３４】
好ましくは、照射は、層材料へ噴射適用された液体の吸収及び反応速度に対して同期させてもよい。粉体／液体の場合において、これは、液体が粉体へと浸入した後の電磁波照射の適用を含み得るが、液体／液体の場合においては、照射は、噴射装置から堆積された液体層の表面への適用された液体が飛んでいる間であり得る。
【００３５】
使用されたノズルシステムは好ましくは、インクジェットシステム、好ましくはピエゾインクジェット又は噴霧システムにおいて使用されるものと同等又は同一である。好ましくは、ノズル開口部の寸法は１０ないし２００μｍの範囲内であり、及び／又はノズル開口部が１μｍよりも小さく、さらには数ナノメートル程度に小さくても、対応する寸法の液滴が適用できるならば、適用される液滴の寸法は１０ないし２００μｍの範囲内である。好ましくは、本方法は、成形品中で様々な特性を達成するために、ピクセルごと、線ごと及び／又は層ごとに、ピクセル液滴の数を変化させ、及び／又は適用される液体を変化させる工程を含む。他の続く噴射又は噴霧が同じ所定の領域を覆い得る。［液滴は、ノズルと受容器の間で飛んでいる液滴の直径として定義される。］
【００３６】
組成物とプログラム可能なピエゾ（配列）印刷ヘッド技術とを組み合せることにより、実際に機能的な３Ｄ物体で必要とされる強度、感触及び様々な巨視的特性を達成する為に、形成された物体の微小材料特性を変化させることが可能である。ピエゾ印刷ヘッドでのピクセルアドレス指定能力は２０μｍスポット程度に高くすることができるので、生じる解像度は、レーザーアドレスシステムを使用して達成可能な解像度に匹敵する。このアドレス指定能力は、ピコリットル又はそれ以下の体積の液体を送達するナノジェット技術の使用でさらに高まるであろう。
【００３７】
一態様において、物体は静止しており、そして２つのノズルがそれを横断する。しかしながら、ノズルは固定して保たれそして物体が移動されてもよい。どちらの場合においても、幾つかの物体は、それぞれの物体において連続して層を形成することにより、ノズルを移動して幾つかの物体を覆うか、又はノズルに対応して幾つかの物体を移動することにより同時に形成され得る。
【００３８】
高精度で複雑な物体が素晴らしく詳細に作製され得る。異なった液体／成分が、無作為又は定まった方法におけるピクセル、線及び層中のクラスタ−化を通して起こり得るさらなる区分で、これらのアドレス計画内でピクセルごと、線ごと又は層ごとに配分されて、柔軟、弾性及び順応から硬質及び強化へのさらに多くの材料特性変化を提供することができる。異なった材料特性（機械的及び組織的）の他に、形成された物体における真の正確な色解釈が、着色化可能又は脱色化可能な反応性粉体又は第一液体を有することにより、または配分する液中に着色剤を配合することにより利用可能である。
【００３９】
光学的特性はまた変化し得、例えば選択的波長の屈折／透過特性は、無作為の又は一定の方法において作られ得る。さらに、層は異なる厚さのものであり得、異なった材料を含み（これは、無作為の又は一定の通路における層から層の屈折率を変化させる）、そして各々の層は、その全体にわたって厚さを変化させることにより所定の局所形状でそれ自身形成されることができる。層間及び層内の局所形状はパターン化され、これは、光学又は機械的効果を達成することができる。パターン（光学的、電気的、又は完全な電気−光学的、又は磁気的）は、平面的（即ち層内）であり得、又は積層構造内で三次元的に表された回路であり得る。物体内の領域は透明又は不透明であってもよい。本発明の技術を使用して、埋封されたマイクロチップ及びホログラム、写真（デジタル的にインク噴射され及び着色された）又はウォーターマーク様特徴（ＵＶ蛍光であり得る）のような他の特徴を含み得るいわゆる“スマート”なカードを製造することが可能となることがまた認識される。内部−積層関係の積層構造及び接着性は、かなりの安全度に導く。
【００４０】
典型的に、形成された層は３００μｍまでの厚さであり得るが、より慣用的には、それは２００μｍまでであり得る。８０μｍ又は５０μｍまでの薄層が達成され得、３０μｍ又は１μｍのさらに薄い層も可能である。
【００４１】
しかしながら、隣接するノズル噴射の配列の使用を介してこれらの能力を達成するために、まず最初に、低粘度の液体（周囲温度、より好ましくは８０ないし１００℃にて４０ｃｐｓ未満、好ましくは２ないし３０ｃｐｓ）を有することが望ましく、好ましくは５ないし２０ＫＨｚの線周期、また好ましくは４０ないし１００ＫＨｚの個々の噴射周期の高い噴射発射周期で噴射され得る。３００ＫＨｚに到達するより高い周期噴射が将来可能になるであろう。
【００４２】
従って、希釈剤が、通常の重合性混合物の粘度を４０ｃｐｓ以上から１５ｃｐｓ以下（より有用な粘度範囲）にまで通常の重合性混合物の粘度を減少させるように作用する噴射液中に存在し、噴射の為の粘度低下、及び粉体が第一材料として配給される場合に、液体中にまた存在する噴射された重合性樹脂との粉体間及び粉体内での架橋を可能にすることの二つの目的を補助することが驚くべきことに見出された。希釈剤自体は適した粉体粒子（即ち、熱硬化性又は熱可塑性の粉体）と一緒に付着して、粉体を成すバルクポリマー／複合材料の特性を有するコーティング又は３Ｄ物体を与える。この付着効果はおそらく、粉体粒子が粉砕を形成するボイドの存在無しに滑らかに合着するような湿潤、膨潤、及び部分溶解の現象を含む。
【００４３】
しかしながら最も驚くべきことに、希釈剤はまた、分散液中に存在する重合性／架橋性液体が、おそらくポリマー膨潤／部分溶解作用を通して粉体に湿潤及び浸透することを可能にする。このように、重合／架橋は、粉体の表面及び内部、並びに粉体粒子間に残存する噴射された液体内で生じ得る。
【００４４】
さらにその上、噴射された液体中の重合／架橋成分に対して相互化学を有する粉体を使用する場合、効果的なミクロ／ナノ混合及び反応が成され得、粉砕破壊の開始源となり得るボイド無しに、より高強度の複合材料を得る。
【００４５】
反応性稀釈剤は、粘度を低下させ得、粉体又は液体の浸入及び噴射された液体のその後の完全な硬化を可能にするので好ましい。適切な反応性稀釈剤はヒドロキシ基、アミノ基、エポキシ基、オキセタン、アクリレート、ビニルエーテルエステルのような反応基を有する低分子量液体（＜２００）である。例は、ヒドロキシメチルオキセタン、１，４−ジビニルエーテルブタンジオール、１，４−ブタンジオール、トリプロピレングリコールジアクリレートである。
【００４６】
堆積された層を液体とみなす状況は同様である。典型的に、形成された層は３００μｍの厚さまでであり得るが、さらに慣習的には２００μｍまでであり得る。８０μｍ又は５０μｍまでの薄層が達成され得、及び３０μｍ又は２０μｍ、又は１．０μｍまでのさらに薄い層までも可能である。
【００４７】
しかしながら、隣接するノズル噴射の配列の使用を介してこれらの能力を達成するために、最初の場合において、低粘度の液体（周囲温度にて４０ｃｐｓ未満、好ましくは２ないし３０ｃｐｓ）を有することが望ましく、高い噴射発射周期（好ましくは１０ないし３０ｋＨｚの線周期、及び好ましくは４０ないし１００ＫＨｚの個々の噴射周期）で噴射され得る。
【００４８】
好ましくは、稀釈剤は、第二液体を３０ｃｐｓ以上から１５ｃｐｓ以下の粘度まで低下させる為に添加される。反応性稀釈剤は、いかなるその後の蒸気の放出及び／又は遊離の液体が存在しないように、最終的に形成された３Ｄ物体に配合されるようになるので非常に好ましい。
【００４９】
好ましくは、第一材料が液体である場合、第一活性成分は、開環性化合物、例えばエポキシ、ポリエポキシ、チイラン、アジリジン、オキセタン、環状ラクトン、環状アセタール及びビニルエーテルを有する樹脂、；エチレン及び（メタ）アクリレート、ヒドロキシアクリレート、ウレタンアクリレート及びポリアクリレートのような重合性化合物；エポキシ−アクリレート、イソシアヌレート−エポキシ、エポキシ−シランでアドバンスされた樹脂及びポリウレタン−シランのようなハイブリッド化合物；開環性及び重合性基を含むシロキサン；及びイソシアヌレートのような縮重合樹脂を含む。樹脂は上記活性成分のハイブリッド組成物であってもよい。樹脂層は付加的に、反応性である又はそうではない有機（例えばコアシェル）、無機（ガラス球／ファイバー／フレーク、アルミナ、シリカ、炭酸カルシウム等）充填剤、顔料、染料、可塑剤、孔形成剤等を含んでいてもよい。
【００５０】
ＵＳ５，７２６，２１６に記載されるもののようなより靭性が高い材料が第一液体に添加されるか、又はプログラムされた噴射手順において第二液体に対して選択的に導入されてもよい。
【００５１】
好ましくは、第二活性成分はそして、放射光感応性ラジカル及び／又はカチオン性光開始剤及び／又は触媒である。第二液体中の活性成分はナノ粒子を含み得、表面基（エポキシ、アクリル、ヒドロキシ、アミノ等）により直接的に反応性であるか又は活性成分中で分散体として含まれる。
【００５２】
硬化性／重合性／架橋性の液体は、エポキシ／アミン型のような熱硬化性反応により、又は電磁的に放出された、エポキシとスルホニウム、ヨードニウム、フェロセニウム（ｆｅｒｒｏｃｅｎｉｕｍ）塩のようなカチオン系、又はアクリレートとラジカル光開始剤、例えばアセトフェノン、ベンゾフェノン、チオキサントン、アルキルボレート、ヨードニウム塩等のようなラジカル系により引き起こされる縮合反応を受け得る化合物を含み得る。熱硬化の場合において、反応物は２種の液体中に別々に含まれ得、噴射により、二つの成分が反応して縮合生成物を形成する。電磁的の場合、電磁放射線は、液体噴射活性化と同時に、ピクセル、線又は層全体の照射で、画像様に与えられ得る。各々の液体中に２種の成分、１種の成分を含む開始剤がまた使用され得、噴射で活性誘発種が形成される。
【００５３】
活性成分は、純粋な液体、稀釈された液体のような又は水中エマルジョンとしての、エポキシ、アクリル、アミノ、ヒドロキシベースの組成物であり得る。電磁的に活性化された架橋反応の場合、噴射で第二液体、電磁的に活性化された化合物が架橋活性剤、例えばラジカル又は酸又は塩基を放出するように、第二液体は電磁感応性化合物を含み得る。
【００５４】
１種又は両方の液体はナノ粒子を含んでいてもよい。ナノ粒子は反応性であり得るか又はそうでない有機（ミクロエマルジョンから）、有機金属、セラミック、コロイド金属／合金であり得、及び選択された樹脂中で安定化された懸濁液であってもよい。
【００５５】
第一液体の粘度は室温で３０ないし３００００ｃｐｓ以上であり得、そしてより高い粘度の液体はより高い操作温度でずっと低い粘度を有する。より高い温度でのより低い粘度は、最終的な３Ｄ製品をなす第一液体の層のより迅速な再コーティングの為に、並びに未使用の第一液体を除去する為に利用され得る。
【００５６】
好ましくは、第二液体組成物の粘度は低く、現行の配列ピエゾ噴射システムと適合する為に、例えば室温で２ないし２０−３０ｃｐｓである。８０ないし１００℃で３０ｃｐｓ以下の粘度がさらに好ましい。さらに好ましくは、粘度は、良好な解像度と組合せて、迅速な噴射／噴霧ピエゾ作用の手頃なバランスとして１０ないし２０ｃｐｓである。低過ぎる粘度は過剰の画像の拡がりにより解像度の損失を導き得る。
【００５７】
反応性の低粘度第二液体中に溶解されたか又は分散された触媒（例えば、縮合又は架橋又は重合の為の開始剤）は、樹脂のピクセル形成縮合を引き起こす為に第一液体の樹脂組成物（３０ないし３００００ｃｐｓ以上の範囲内の層粘度）に噴射されてもよい。
【００５８】
第二液体の為のより高い粘度（すなわち、室温で５００ｃｐｓ以上）が、ペースト液滴が樹脂層中で靭性付与剤となるように、第一液体上又は中にペースト様液滴を噴射する為に使用されてもよい。ペーストは、反応性又はそうでなくともよい、同様に例えば、溶融された金属又は有機導電性又は半導性ポリマーが、第一液体上に／中に直接に噴射されてもよい。
【００５９】
同時の電磁波照射が、光活性触媒を使用した場合において使用されてもよい。この場合における粘度の低下は、光触媒された重合／縮合反応にさらに介入し得る、低粘度の反応性成分（例えば、ＵＣＢ社からのＵＶＲ６０００のようなオキセタン）及び稀釈剤（例えばポリオール）を使用することにより達成される。アルコールは、エポキシ化合物のカチオン重合の為に使用されるカチオン性イオンの効率的な光分解を補助する。
【００６０】
最も驚くべきことに、噴射された低粘度の第二液体中に存在する少量の第一活性成分又は液体が、同時の電磁波照射を有するそれらのシステムの為に、反応の制御を大いに補助することが見出された。これは、噴射された液体と液体層の間を適合させる改良された表面張力、並びに第一液体層に噴射された触媒の、解像度を有しながら、さらに迅速な及びより高い率の配合によると信じられている。
【００６１】
噴射された液体は、噴射されるか又はミクロ噴霧され得る。２種又はそれ以上の液体が同時に隣接する噴射または噴霧印刷ヘッドから、該液体が飛んでいる内に又は第一液体の表面上又は表面で混合するように噴射又は噴霧されてもよい。この方法は、使用まで分けたままにしなければならない噴射／噴霧性の慣習的な２成分接着性樹脂混合物の為に特に有益である。
【００６２】
液体／粉体システムの場合において、好ましくは稀釈剤は、３０ないし６０体積％、より好ましくは３０ないし４０体積％の範囲内で存在する。好ましいのは、反応性成分が粉体の３０ないし８０％、より好ましくは５０ないし７０％を占める。好ましくは、粉体層の厚さは、２００ないし５μｍ、より好ましくは１５０ないし２０μｍの範囲内にある。これらは粉体の寸法、反応部位の数、例えばヒドロキシ基又はアミノ基の数、及び希釈剤／硬化性液体樹脂の添加における粉体の膨潤特性に依存して変動可能な特性であることが認められる。
【００６３】
粉体層が作り上げられ得る様々な方法がある。例えば、粉体材料が囲いに供給され、そして成形品が囲い内のプラットフォーム上で形成され得る。各々の連続層が形成される場合、プラットフォームは囲い内に下がり、そして粉体の新たな供給が前の層上で行われる。粉体はその後、所要の厚さに、例えばブレードにより水平に均され得る。この方法において、成形品は、それが形成される間、粉体により支持される。択一的に、粉体層は、前の層を越えて層形成仕上げにおけるホッパー供給システムから堆積される。
【００６４】
三次元構築後、過剰の粉体は除去され、そして部品は好ましくはさらに熱により、または電磁波照射（例えば、ＵＶ、可視、赤外、マイクロ波等）を使用することにより後硬化される。
【００６５】
液体／液体システムの場合において、好ましくは、第二液体中のいかなる稀釈剤も２０ないし５０体積％の範囲内で存在し、さらに好ましくは２０ないし３０％である。好ましくは、第一液体層の厚さは０．１ないし２００μｍの範囲内にあり、さらに好ましくは０．１ないし１００μｍである。
【００６６】
１つの好ましいシステムにおいて、第一液体は、囲い内に含まれそして成形品は、囲い内のプラットフォーム上で形成される。各々の連続層が形成される場合、プラットフォームは囲い内に、そして第一液体の供給へと下がる。この方法において、成形品は、それが形成される間、粉体により支持される。層が要求されたパターンで形成された後、プラットフォームは第一液体内で非常に低いレベルまで下がり得、そしてその後要求されたレベルまで上げられ、それにより、第一液体の量を調整する。第一液体はその後、要求された厚さまで例えばブレードにより水平に均され得るか、又はそれ自体のレベル及び厚さを見つけ得る。択一的に、第一液体は、前の層を越えて層形成仕上げにおいて、再被覆バーにより適用される。
【００６７】
三次元構成後、過剰の液体は排出され、そして部品は好ましくは熱により、または電磁波照射（例えば、ＵＶ、可視、赤外、マイクロ波等）を使用することにより後硬化される。
【００６８】
本方法は、コンピューターにより形成されたデジタル表示からの成形品の製造に非常に都合が良く、及びＣＡＤシステムによる使用に特に適している。それ故、成形品はＣＡＤソフトウェアを使用して設計され、デジタル情報がデジタルな形態で一連の積層に変換され、そして層のデジタル表示が、三次元において成形品を再現するために、堆積された材料（粉体又は液体／ペースト）の連続層への適用された液体の連続的な送達を制御するために使用され得る。該技術は、迅速なプロトタイプ作製及び迅速な造成に使用され得る。
【００６９】
製造された物体は、実際の技術的機能部品として使用され得るか、又は実際の製造の前のＣＡＤファイルの実証を与えるために使用され得る。該技術はまた、電気分野における層状の封入剤としてのインライン製造使用の為に、又は印刷された光学部品の製造の為に、個々に又は層状構造内で堆積されたパターンの部分として適している。該技術はまた、偏光した光学効果又は導波効果を有する多層構造フィルムの形成に有用であり得る。
【００７０】
本発明の技術を使用することにより、複雑な形状を有する積層されたブロック又は物品の形成で三次元物体を作り上げることが可能になることが認められるだろう。形成時に、所望により微小な規模で、層厚を含む層にわたる特徴を変化させることにより、最終成形品に少なくとも機能性を導入することが可能となる。この機能性は、例えば電気回路及び光学部品を含む多くの形態を取ることができる。電気回路の場合、本発明の技術は、顕微鏡寸法の入り組んだ回路を製造する方法を提供する。予め形成された回路は、層中に埋封され得る。光学部品の場合、本発明は部品の光学特性を層ごとに及び各層にわたって変更することを可能にし、そして各層は様々な厚さ及び屈折率を有することができ、それにより複合光学多層フィルムの製造が可能となる。
【００７１】
複雑な層構造の成形品が実現され得、光学的、電子光学的、電磁気的等のパターン、並びにマクロ機械的、色彩及び組織特性を有する積層フィルムブロックを有する統合された複雑な形状を有する。
【００７２】
最終仕上げ成形品の一部として保持された基材上に部品を作り上げることも可能である。そのような基材は、例えば光学部品の一部を形成し得るガラス又はプラスチックのシートであり得る。
【実施例】
【００７３】
本発明を種々の方法で実践し、そして幾つかの態様を以下の実施例の例示によってここ記載する。
実施例：
【表１】

【００７４】
実施例１ 粉体上に堆積された交互の液体層
本実施例は、堆積された粉体への層ごとに適用された液体の変動性を示す。３層の堆積物を製造し、ここで、層１及び３はポリビニルアセタール粉体及びオキセタン開環性化合物を含むカチオン的に硬化性の液体の複合材料であり、そして層２はポリビニルアセタール粉体とラジカル硬化性アクリレート液体である。３層は層内及び層間で固く結合している。アクリレート層２は青色透明であるが、層１及び３は不透明で白濁している。
【表２】

段階１．
ブトバー（Ｂｕｔｖａｒ）Ｂ７６粉体（＜８０μｍに粉砕）の層（１０００μｍ）をＸＹステージに置かれた金属シート上に塗布した。オキセタン液体Ａを、シエメンス（Ｓｉｅｍｅｎｓ）印刷ヘッド（ユーロマーク（Ｅｕｒｏｍａｒｋ）より供給された）から、およそ長さ３ｃｍ及び幅３ｍｍのストリップ中で０．２ｃｍｓ^-1で基材を移動することにより、粉体に噴射した。これをその後、ＵＶランプ（４Ｗ）下に３分間置いて液体を硬化した。
段階２．
Ｂ７６の層（４００μｍ）を前の粉体層に塗布した。段階１と同様の方法において、アクリレート液体Ｂを前に硬化したストリップの頂に噴射した。これをその後、ＵＶランプ（４Ｗ）下に３分間置いて、アクリレート液体／粉体複合材料を硬化すると、青色層を与える。
段階３．
段階２を繰り返すが、オキセタン液体Ａを使用する。成形品を粉体から除去しそして１００℃にて１５分間硬化した。
１ｍｍ厚の最終的な成形品は３層からなり、層１及び３は同じ材料及び白色であり、層２は青色で化学構成が異なる。試料を通した光学顕微鏡による観察は明らかに、試料の層形成した特徴を示している。
【００７５】
実施例２ 交互の液体樹脂層に噴射された開始剤
交互３層からなる成形品を、堆積された液体樹脂の交互の層上への低粘度光開始剤組成物の噴射により構築した。
【表３】

段階１．
樹脂Ａの層（１．０ｇ、６００μｍ厚）を直径５５ｍｍの浅皿中に置いた。実施例１と同様の方法において、２．４ｃｍｓ^-1の速度で基材を移動させながら、光開始剤液体Ｃを樹脂に噴射した。試料をその後、ＵＶランプ（４Ｗ）下に３分間置いて液体を硬化した。
段階２．
樹脂Ｂの層（０．２ｇ）を前の層及び硬化したストリップに塗布し、そして同一の方法で、液体Ｃを前の硬化したストリップに再び噴射した。試料をＵＶ下に再び硬化した。
段階３．
樹脂Ａの層（０．２ｇ）を前の層及び噴射した硬化連続層に塗布した。
試料を未硬化層から除去し、過剰の樹脂を拭い去り、そして交互３層からなる成形品を、ＵＶ下に１時間硬化させて３５０μｍ厚のストリップを与えた。
【００７６】
実施例３ 液体層への開始剤組成物の噴射によるＬＥＤの封入
ＬＥＤを、以下の方法において、液体樹脂組成物への光開始剤組成物の適用により、硬化した樹脂を層中でＬＥＤの周囲に構築することにより、硬化した樹脂の積層成形品中に封入した。
段階１．
樹脂Ａ（１．０ｇ）を、５ｃｍ×１０ｃｍの型に噴霧して樹脂の平坦な層（およそ２００μｍ厚）を与えた。前述の実施例のとおりに、液体Ｃの形態にある開始剤組成物を、２ｃｍｓ^-1で樹脂基材を移動させながら、シーメンス印刷ヘッドを使用して堆積された樹脂層に噴射した。樹脂層を、開始剤組成物を用いて適用された領域にのみＵＶ下に硬化した。
段階２．
樹脂Ａ（０．２５ｇ）を、エアブラシを用いて前の層の上に噴霧し、そして噴霧及び硬化手順を繰り返した。発光ダイオード‘ＬＥＤ’（プラスチック材料をやすりがけにより９００μｍまで厚さを低下させた場合のプラスチックである、ＲＳ成分）を硬化した樹脂の頂に平坦に置いた。
段階３．
樹脂Ａ（０．２５ｇ）を前の層の頂に噴霧し、過剰の樹脂をＬＥＤのいかなる突起した部分の上から拭い去り、そして噴射及び硬化手順を繰り返した。
段階４．
ＬＥＤが固体樹脂中に完全に封入されるまで段階３を繰り返した。これは、合計１５層の適用された開始剤組成物による堆積及び硬化を要した。
段階５．
成形品を未硬化の樹脂から除去し、過剰の樹脂を拭い去り、そして成形品をＵＶ下に１時間硬化した。ＬＥＤの突起した接触面に３Ｖ出力の供給元を接続して、ＬＥＤが光を放射することを観察した。
こうして電子部品を、液体樹脂の層への光開始剤組成物の繰り返した適用により、層形成した成形品に導入した。
【００７７】
実施例４ 液体樹脂層に開始剤を噴射することによる詳細化されたパターン
本実施例は、光開始剤組成物のプログラムされた適用により硬化した堆積された樹脂層を使用したパターンの製造を示す。生じた示されたパターン化の原理は、層形成した成形品内で固体パターン又はプログラムされたボイドを形成する能力を示している。
【表４】

段階１．
樹脂Ｄ（０．１０ｇ）を２．５ｃｍ×７．５ｃｍのスライドガラス上に平坦に塗布する。
段階２．
液体Ｃを、２ｃｍｓ^-1の速度で基材を移動させながら、文字“ＶＡＮＴＩＣＯ”を与えるパターンで樹脂上に噴射する。パターンをその後、４ＷのＵＶランプ下に３分間硬化する。
段階３．
過剰の樹脂をスライドから拭い、そしてトリ（プロピレングリコール）メチルエーテルを用いてスライドをゆすぐと、スライドに付着した硬化した樹脂から形成した文字“ＶＡＮＴＩＣＯ”が残る。
このように、詳細化された及び多孔性の成形品は、硬化性樹脂上に光開始剤を噴射することにより作成され得る。
【００７８】
実施例５ 液体に開始剤を噴射することによるＬＥＤ及びファイバー光学素子の封入
ＬＥＤ及びファイバー光学素子を、以下の方法において、液体樹脂組成物への光開始剤組成物の適用により、硬化した樹脂を埋封された成形品の周囲に構築することにより、硬化した樹脂の積層成形品中に封入した。
【表５】

段階１．
樹脂Ａ（１．０ｇ）を、１０ｃｍ×１０ｃｍの型内に置き、及び塗布して樹脂の平坦な層（およそ１００μｍ厚）を与えた。前述の実施例のとおりに、液体Dの形態にある開始剤を、２ｃｍｓ^-1で基材を移動させながら、全長８ｃｍのシエメンス印刷ヘッドを使用して樹脂に噴射した。樹脂層を、開始剤組成物を用いて適用された領域にのみＵＶ下に硬化した。
段階２．
樹脂Ａ（０．５ｇ）を、前の層の上に塗布し、そして噴射及び硬化手順を繰り返した。これを繰り返して合計３層の硬化した樹脂を与えた。
段階３．
ファイバー光学素子Ａ（直径４００μｍ、長さ５ｃｍ）を、ファイバーの長さが硬化したストリップの末端を越えて突起（２ｃｍ）するように、硬化した樹脂上に置いた。
段階４．
樹脂Ａ（０．５ｇ）を前の層の上に塗布し、そして噴射及び硬化手順を繰り返した。
段階５．
ファイバー光学素子が硬化した樹脂中に完全に封入するまで段階４を２回繰り返した。
段階６．
未硬化の樹脂を型から除去し、そして樹脂Ｅで置換して前の樹脂Ａのレベルまで液体のレベルを持っていった。
段階７．
樹脂Ｅ（０．５ｇ）を前の層の上に塗布し、そして噴射及び硬化手順を繰り返した。
段階８．
樹脂Ｅ（０．５ｇ）を、前の層の上に塗布し、そしてＬＥＤ（やすりがけにより９００μｍまで厚さを減少させた）を硬化した樹脂の表面に置き、そしてファイバー光学素子Ｂ（直径４００μｍ、長さ５ｃｍ）を、一方の末端がＬＥＤに接触しそして他方の末端が樹脂の硬化した部分の末端を越えるように硬化した樹脂の表面に置いた。噴射及び硬化手順を繰り返した。
段階９．
樹脂Ｅ（０．５ｇ）を前の層の表面に塗布し、過剰の樹脂をＬＥＤの表面から拭い去り、そして噴射及び硬化手順を繰り返した。
段階１０．
硬化した樹脂中にＬＥＤ及びファイバー光学素子が完全に封入されるまで段階９を繰り返した。これは、合計１５層の適用された開始剤組成物による堆積及び硬化を要求した。
段階１１．
成形品を未硬化の樹脂から除去し、過剰の樹脂を拭い去り、そして成形品をＵＶ下にて９０分間硬化した。
最終的な成形品（１．２ｍｍ厚、幅１ｃｍ、長さ８ｃｍ）は不透明の硬化した樹脂の底部からなり、ファイバー光学素子Ａが封入されている。第二の透明硬化樹脂層はＬＥＤ及びファイバー光学素子Ｂを封入している。ＬＥＤの突起した接触面に３Ｖ出力の供給元を接続して、ＬＥＤが、その幾らかがファイバー光学素子Ｂを透過するがファイバー光学素子Ａを透過しない黄色光を放射することを観察した。
【００７９】
実施例６ 堆積された粉体の同一の層における交互の液体
本実施例は、堆積された粉体の同一の層への適用された液体の変動性を示す。各々の層が２つの部分からなる２層成形品を製造する。部分１はポリビニルアセタール粉体とカチオン硬化性エポキシベースの液体（Ｅ）の複合材料であり、そして部分２はポリビニルアセタール粉体とラジカル硬化性アクリレート液体（Ｆ）である。
【表６】

段階１．
ブトバーＢ７６粉体（＜８０μｍに粉砕）の層（５００μｍ）をローリング技術により金属シート上に塗布し、その後それをＸＹＺステージに置いた。液体Ａを、シーメンス印刷ヘッドから、０．１ｃｍｓ^-1の速度で粉体に噴射した。液体噴射されたストリップは長さおよそ４ｃｍ及び幅３ｍｍである。このストリップと周囲の粉体の間に現れた小さなギャップは、粉体と液体の混合物の収縮による。検体をその後、ＵＶランプ（４Ｗ）下に４分間置いて液体を硬化した。
段階２．
非常に薄い粉体層（５０μｍ）を、ストリップと粉体の間のギャップを充填する為に前の層に塗布した。その後、液体Ｂを、存在するストリップの末端から始めて粉体層に噴射した（液体Ａと共に噴射した）。わずかな重複部分は２種のストリップの接続を高める為に好ましい。残りは段階１に記載されたと同様の方法である。
段階３．
もう１種の粉体層（３００μｍ）を前の層に堆積した。液体Ａ及びＢを粉体層にそれぞれ噴射した。この段階において、液体−噴射されたストリップ間に明確なギャップは見えない。前の液体−噴射された層に堆積された粉体はわずかにしか除去されない。形成した層をＵＶランプにて４分間硬化し、そしてその後、粉体から除去し、そして６０℃にて２０分間熱硬化した。
６０μｍ厚及び長さ８ｃｍの最終的な成形品は２層からなり、各々の層は、同じ粉体からなるが異なった液体を有する２つの部分から構成される。したがって、これら２つの部分の間に異なった機械的特性；液体Ａを有するものは液体Ｂを有するものよりさらに硬いことが観察される。
【００８０】
実施例７ 異なった機械的特性の異なった領域を有する単一の部品を与える為に慣習的な粉体に適用された多重噴射液体
【表７】

段階１．
モウイタル（Ｍｏｗｉｔａｌ）Ｂ６０Ｔの層（５００μｍ）を金属プレート上に塗布し、それをＵＳＡテキサス州のミクロファブ テクノロジー社（ＭｉｃｒｏＦａｂ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｌｔｄ）からのジェットラブ（Ｊｅｔｌａｂ）装置中に内蔵されたＸ−Ｙステージ上に置いた。
段階２．
樹脂Ｇを、７０℃まで加熱したミクロファブの５０μｍ一噴射ヘッドを使用し、液滴密度３００滴／ｍｍにて、２５０μｍごとに間隔のあいた線からなるパターンにおいて、粉体に噴射した。２つの正方形（以下に示すように、２０ｍｍ辺、１０ｍｍ間隔）からなる前記パターンをその後、ＵＶ光（４Ｗ、ＵＶＡ、１２０ｍＪ／ｃｍ²）に曝露することにより硬化した。
段階３．
粉体のさらなる層（３００μｍ）を前の層に塗布し、そして段階２を繰り返した。
段階４．
粉体のさらなる層（３００μｍ）を前の層に塗布し、そして段階２をＵＶ硬化なしに繰り返した。
段階５．
樹脂Ｈを、７０℃まで加熱した同じ印刷ヘッドを使用し、液滴密度３００滴／ｍｍにて、２５０μｍごとに間隔のあいた線からなるパターンにおいて、粉体に噴射した。２つの矩形（幅５ｍｍ、長さ１８ｍｍ、２つの前に印刷した正方形に結合する）からなる前記パターンをその後、ＵＶ光（４Ｗ、ＵＶＡ、１２０ｍＪ／ｃｍ²）に曝露することにより硬化した。
段階６．
粉体のさらなる層（３００μｍ）を前の層に塗布し、そして段階５を繰り返した。
段階７．
段階６を繰り返した。
段階８．
遊離した粉体から部品を除去した。
液体樹脂Ｇから製造された領域は硬い一方で、液体Ｈから製造された領域は非常に可撓性であり、効果的な蝶番を製造した。両方の領域は粉体の溶解により透明であった。粉体の単一層への多層液体の適用（層４において生じるように）は、異なった液体から作成された領域間の良好な結合を与える。慣習的な粉体の使用にもかかわらず、２つの領域の材料特性は大いに異なる。
【００８１】
実施例８及び９ ２種の液体を用いた印刷したパターンの変動性（交互の層及び交錯した線）
【表８】

実施例７に記載された方法を用い、同じ部分において２種の異なった液体を使用して、粉体（モウイタルＢ６０Ｔ）の６層から作成された引張試験用のバー（８０ｍｍ×１０ｍｍ）を構築た。液体Ｉを３００滴／ｍｍの印刷密度にて使用した。より大きい液滴を有する液体Ｊを１７５滴／ｍｍの印刷密度にて使用した。こうして、単位領域あたりの液体の同じ量を各々の液体に使用した。単独で製造された液体Ｊは、層のカールにより良好な品質で構築することが困難な非常に可撓性の部分であった。
２つの型の試料を調製した。実施例８は、液体Ｉ及び液体Ｊを交互に使用することにより製造した層からなり：実施例９は、液体Ｉ及び液体Ｊから交互に各々の層内で線を印刷し、そして線がまた垂直に交互になるように層を配列することにより調製した。比較例を、全ての層に対して液体Ｋ（ＩとＪの１：１ブレンド）を使用することにより調製した。
引張試験結果：（ＩＳＯ ５２７−１１（１９９３）によって試験試料を調製し、そして試験速度０．０８ｍｍ／秒、グリップ距離５５ｍｍにて、ステーブル ミクロシステムズ（Ｓｔａｂｌｅ Ｍｉｃｒｏ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ＴＡ−ＨＤｉ 引張分析器を使用して試験することにより実施した。）
【表９】

比較例１は、実施例８又は９のいずれよりも低い引張強さ及び引張弾性率を有する。硬い部分を生成する実施例８及び９における液体Ｉの存在は、より低い可撓性部分を生じるが、衝撃耐性等を改善し得る可撓性の領域を保持している。
このように、異なったパターンにおいて２つの液体を印刷することは、２つの液体のブレンドよりも非常に異なった結果を生じる。使用されたパターンはまた、部分全体の特性に影響する。これは、その部分全体を構築するのに不適切である材料を使用してその部分のある一定の体積を構築することを可能にする。

Claims (48)

1. 成形品の原型に従う連続層で三次元成形品を形成する方法であって、該方法は、
   第一の材料層を画定する段階；
   前記モデルに対応するパターンにて前記第一材料層に液体試薬の形態の第二材料を適用する段階；
   及びこれらの段階を繰り返して連続層を形成する為に段階；
   からなり、かつ、この方法において、堆積した層は第一反応性成分を含み、そして前記適用された液体材料は、該第一反応性成分と反応し得るか又は該第一反応性成分がそれ自体と反応することを促進し得る第二活性成分を含み、それにより、成形品は層の形態で構築され；及び該層の少なくとも幾つかの層の特徴が該層に渡り様々に変化し及び／又はそれら層の特性は層から層へと変化する方法。
2. 前記第一材料層は、粉体である請求項１記載の方法。
3. 前記粉体は、実質的に第一反応性成分からなる請求項２記載の方法。
4. 前記適用された液体試薬は、粘度低下希釈剤を含む請求項１記載の方法。
5. 前記稀釈剤は、３０ないし６０体積％の範囲内で存在する請求項４記載の方法。
6. 前記粉体は、反応性有機又は有機金属ポリマー、オリゴマー又はモノマーを含み、及び前記液体試薬は硬化性樹脂を含む請求項２ないし５のうちいずれか１項記載の方法。
7. 前記粉体及び／又は適用された液体は、有機又は無機充填剤、顔料、ナノ粒子、染料及び／又は界面活性剤を含む請求項６記載の方法。
8. 前記適用された液体試薬は、反応性稀釈剤をさらに含む請求項１ないし７のうちいずれか１項記載の方法。
9. 前記液体中の反応性稀釈剤は、前記粉体を膨潤及び又は溶解し得る反応基を有する請求項８記載の方法。
10. 前記適用された粉体層の厚さは、１ないし１０００μｍの範囲内にある請求項２ないし９のうちいずれか１項記載の方法。
11. 前記第一材料は、第一液体材料である請求項１記載の方法。
12. 前記第一液体材料は第一活性成分を実質的に含み、及び／又は前記適用された液体は第二の活性成分を実質的に含む請求項１１記載の方法。
13. 前記適用された液体材料は、前記第一材料中の前記第一活性成分の一部を含む請求項１１又は１２記載の方法。
14. 前記第一液体材料は、硬化性の架橋性又は重合性化合物を含み、及び前記適用された液体は開始剤を含む請求項１１ないし１３のうちいずれか１項記載の方法。
15. 前記第一活性成分は、開環性化合物、例えば環状エーテル（エポキシ、ポリエポキシ、オキセタン、脂環式エポキシ）、チイラン、アジリジン、環状アセタール、環状ラクトン又はビニルエーテルを有する樹脂、及びビニル、エチレン及び（メタ）アクリレート、ヒドロキシアクリレート、ウレタンアクリレート及びポリアクリレートのような重合性化合物；エポキシ−アクリレート、イソシアヌレート−エポキシ、エポキシ−シランでアドバンスされた樹脂及びポリウレタン−シランのようなハイブリッド化合物；開環性基（例えばエポキシ、オキセタン、脂環式−エポキシ等）を含むシロキサン；イソシアヌレートのような縮重合樹脂；及びそれらの混合物から選択される請求項１１ないし１４のうちいずれか１項記載の方法。
16. 前記第一液体材料は、有機、無機、又は金属充填剤、顔料、ナノ粒子、染料、界面活性剤及び／又は分散剤を含む請求項１１ないし１５のうちいずれか１項記載の方法。
17. 前記第一液体材料は、着色されている請求項１１ないし１６のうちいずれか１項記載の方法。
18. 前記第二活性成分は、ラジカル及び／又はカチオン性光開始剤及び／又は触媒である請求項１１ないし１７のうちいずれか１項記載の方法。
19. 前記第一反応性成分は、前記第一液体材料の本質的に１００％をなす請求項１１ないし１８のうちいずれか１項記載の方法。
20. 前記第二活性成分は、前記適用された液体材料の１ないし８０％をなす請求項１１ないし１９のうちいずれか１項記載の方法。
21. 前記第一液体材料の堆積した層の厚さは、０．１ないし２００μｍの範囲内にある請求項１１ないし２０のうちいずれか１項記載の方法。
22. 前記適用された液体材料は、着色されている請求項１ないし２１のうちいずれか１項記載の方法。
23. 前記適用された液体材料は、シリカ、有機コア−シェル（マイクロエマルジョンから製造）、金属又は合金のようなコロイド粒子又はナノ粒子を含む請求項１ないし２２のうちいずれか１項記載の方法。
24. 前記適用された液体材料の粘度は、室温にて２ないし５００ｃｐｓの範囲内にある請求項１ないし２３のうちいずれか１項記載の方法。
25. 前記第二活性成分は、第一反応性成分の架橋を促進する触媒として作用する請求項１ないし２４のうちいずれか１項記載の方法。
26. 前記適用された液体材料は、複数のノズルを通して分散される請求項１ないし２５のうちいずれか１項記載の方法。
27. 前記ノズルは、インクジェットプリンターの一部又はインクジェット印刷ヘッドと一般に同等な一連のノズルを含む装置の一部を形成する請求項２６記載の方法。
28. 前記ノズルは、ピエゾインクジェット技術の原理で作動する請求項２７記載の方法。
29. 前記ノズル開口部の寸法は、１０ないし２００μｍの範囲内にあり、及び／又は適用される液滴の寸法は１０ないし２００μｍの範囲内にある請求項２６ないし２８のうちいずれか１項記載の方法。
30. 前記ノズル開口部の寸法は、０．１ないし２００μｍの範囲内にあり、及び／又は適用される液滴の寸法は０．１ないし２００μｍの範囲内にある請求項１ないし２８のうちいずれか１項記載の方法。
31. 前記適用された液体材料は、周囲温度にて２ないし３０ｃｐｓの範囲内にある粘度を有する請求項１ないし３０のうちいずれか１項記載の方法。
32. 前記成形品を照射する段階をさらに含む請求項１ないし３１のうちのいずれか１項記載の方法。
33. 前記成形品は、ピクセル毎、線毎又は層毎に、無作為に又はクラスターで照射される請求項３２記載の方法。
34. 前記成形品は、幾つかの層が形成された後に照射される請求項３２記載の方法。
35. 前記成形品は、全ての層が形成された後に照射される請求項３２記載の方法。
36. 前記照射段階は、電磁放射線を使用する請求項３２ないし３５のうちのいずれか１項記載の方法。
37. 前記照射段階は、UＶ線を使用する請求項３２ないし３５のうちのいずれか１項記載の方法。
38. 前記モデルは、デジタルモデルである請求項１ないし３７のうちのいずれか１項記載の方法。
39. 前記第一及び／又は第二活性成分は、それぞれの活性成分の混合物からなる請求項１ないし３８のうちのいずれか１項記載の方法。
40. 前記形成された層の厚さは、３０μｍないし２００μｍである請求項１ないし３９のうちのいずれか１項記載の方法。
41. 複数の異なった液体が、それぞれの第一材料の堆積された層に適用される請求項１ないし４０のうちのいずれか１項記載の方法。
42. 複数の異なった液体が、同じ又は異なった位置において、１つの第一材料の堆積された層に適用される請求項１ないし４１のうちのいずれか１項記載の方法。
43. 前記異なった液体は、一通過で適用される請求項４２記載の方法。
44. 前記異なった液体は、一連の通過のそれぞれの通過で適用される請求項４２記載の方法。
45. 前記堆積された層の少なくとも１層は異なった材料からなる請求項１ないし４４のうちのいずれか１項記載の方法。
46. 前記形成された層は、異なる厚さを有する請求項１ないし４５のうちのいずれか１項記載の方法。
47. 層は、その範囲に渡り、異なった厚さで形成される請求項１ないし４６のうちのいずれか１項記載の方法。
48. 前記成形品中で様々な特性を達成する為に、ピクセル毎、線毎及び／又は層毎に、ピクセル液滴の数を変化させ、かつ／または適用される液体を変化させるさらなる段階を特徴とする、請求項２０ないし２３のうちのいずれか一項に記載の方法。