JP2008531841A - 未焼結体を成形する方法及び当該方法により製造された物 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は未焼結体(グリーンボディ)を成形する方法及び未焼結体から焼結物を形成する方法に関する。特に、本発明は焼結物とほぼ同じ形状を有する未焼結物を作るために焼結の前に未焼結体中間体をエネルギ流及び/若しくは物質流により切断して成形し、その後当該未焼結成形体を焼結して焼結物を形成することに関する。
工具、機械部品、若しくは製造(物)のための他の金属又はセラミック部品を設計及び用意することは面倒であり時間がかかる。正しい寸法及び特性を備える金属若しくはセラミック品を製造するために要求される一連の繰り返しは重要な問題であり且つコスト問題になる(特にいくつかのより最近の製造物の複雑性を考慮すると)。研究及び開発に付随する長いリードタイム(企画から完成までの時間)及び高いコストは、金属又はセラミック物を完成させるために必要な反復の製造工程の回数が組み合わさるとき、製品化までの時間及び関連コストを増加させる。
本明細書では、用語「未焼結」は製造物の状態のことを意味し、当該物は有機結合剤により互いに保持される金属若しくはセラミック粒子のような複数の焼結可能粒子からなる。従って、初期段階の未焼結体は未焼結成形体を形成するためにエネルギ及び/若しくは物質の流れにより成形される(所定の形にされる)。
一実施例では、未焼結体を作るのに役立つ金属を基にした混合物は複数の焼結可能金属粒子を含むことができる。金属粒子は例えばアルミニウム、ニッケル、チタニウム、銅、コバルト、ステンレススチール等、及びこれらの合金を含む。さらに特定の例では、金属粒子はニッケルチタン合金の粉末から構成される。さらに明確には、金属粒子は微粉状にされた及び/若しくは粉末状にされた金属(後に焼結される)からなる金属粒子が好ましい。例えば、もし耐食性のステンレススチールの歯車が望まれるならば、前もって合金化された細かい粒子のステンレススチール粉末を使用することができる。
図1は歯列矯正具10の形状の未焼結体12の実施例を示している。未焼結体12は有機結合剤により互いに保持された焼結可能金属及び/若しくはセラミック粒子からなり、 当該歯列矯正具10の形状は外面16により区画形成される。よって、未焼結体12は少なくとも1つの結合翼18を含んでおり、結合翼18は突出凹部30に隣接する突出部28を有することにより特徴付けられる。また、未焼結体12は上面(若しくは唇)側が開いたアーチワイヤ溝20を有する。図示されたように、未焼結体12は複数の突出部及び切り込み(切欠)部を含む形態を有する結合面22を含んでいる。
図4乃至10は未焼結体及び未焼結体から作られた焼結物の形成に使用される処理・加工システム及び装置・機器の実施例の様々な概要図である。なお、これらは処理システム及び装置の概要の例を示しているだけであり、本発明の未焼結体及び焼結物を作るために様々な変更が上記処理システム及び装置に成されうることを理解すべきである。よって、焼結可能未焼結体及び焼結物のほとんどの種類を作るための従来知られている若しくは後に開発される様々なシステム及び装置は本発明の範囲に含まれると考えられる。又、概略図における配置、形状、大きさ、方向、若しくはこれらに関して記述された形状(特徴)は限定的意味に解釈するべきではない。このようなことを考慮した上で、本発明に基づく未焼結体及び焼結物を作ることができるいくつかのシステム及び装置の例は以下で詳しく説明される。
図6は本発明に基づく粒子結合剤処理システム200の実施例の概要図である。以下に記述された粒子結合剤処理システム200の様々な実施例は図4に記述された混合装置106により表されることができる。特に、粒子結合剤処理システム200は本発明に基づく未焼結体を作るための型に導入されることができる混合物を形成するために粒子と結合剤を混合するのに使用されうる。
図4に戻り且つ特に成型装置108を参照しつつ、未焼結体を成型するシステム及び処理の実施例をより詳しく説明する。成型装置108は本発明及び/若しくは図6に関連して記述されことに基づき作られた粒子と結合剤との混合物を受け入れる。
図7は本発明に基づく走査システム230(例えば、走査及び成形システム230)の概要図である。このような走査システム230は図4の3次元(「3D」)仮想イメージ生成器114の少なくとも一部分として使用することができる。よって、走査システム230は走査制御装置236に制御データを供給することにより様々な走査部品・要素の動きを制御するためのコンピュータシステム232を含む。また、コンピュータシステム232はデータ取得を制御し、走査の間に生じた画像データがデータ保存装置243に保存されるように指示する。データ保存装置234は当該技術分野では周知であり、フロッピードライブ、ハードディスクドライブ、磁気ディスクドライブ、光学ディスクドライブ、リードアクセスメモリ(RAM)、リードオンリーメモリ(ROM)などを含むことができるが、これらだけに制限されない。走査システムは様々な周知の走査プロトコル及び後に開発される走査プロトコルと同様に操作・作動することができる。
再び図4を参照して、流れ切断装置112の実施例のさらに明確な詳細が本発明に基づき記述される。流れ切断装置112は様々な流れ切断技術を有する若しくは使用するように構成されることができる。このような流れ切断技術はエネルギ流及び/若しくは物質流を利用することができる。エネルギ流は上記されたように光子、電磁気放射、原子、及び準原子材料を含む。一方、物質流は原子のサイズの粒子よりも大きな材料を含むと考えられ、微視的な大きさ若しくは巨視的な大きさでありうる。いずれにせよ、図4に関連して上記に記述されたように、流れ切断装置112は成型装置108で作られた初期状態の未焼結体110にエネルギ流若しくは物質流を向けるように構成される。
未焼結体及び製造された焼結物の成形のための本発明の方法は歯列矯正具の製造に特に適しており、歯列矯正具は比較的小さく複雑な形状を有しており、歯列矯正具は成型及び/若しくは機械加工により成形をすると費用がかかる。図1は本発明に基づく歯列矯正具510の実施例を示している。歯列矯正具510は本体512及びこれに一体的に形成されたベースプレート514を含む。また、歯列矯正具510は矯正具510の外形を区画形成する外面516を含んでいる。本体512は少なくとも1つの結合翼518及び本体512の上側に開口するアーチワイヤ溝520を含んでいる。ベースプレート514は複数の凸部、凹部、及び/若しくは切り込み(切欠)部を含む荒い(ラフな)形態544を有する結合面522を含んでいる。さらに、結合面522は歯の舌側若しくは頬側に合う(フィットする)ように反転された形状に構成される。
焼結体の製造方法は本発明に基づき未焼結成形体から作られた焼結物を提供する。簡単には、焼結体は焼結可能粒子と結合剤との混合物を未焼結体中間体に成型することにより作られた未焼結体から得る(作る)ことができる。未焼結体中間体が型内に形成された後、所望の形状を有する未焼結体を得るためにエネルギ流及び/若しくは物質流により成形処理を行う。未焼結成形体は所望の形状を有する焼結物を製造するためにその後焼結される。焼結は図5に示されたような焼結装置126により実施される。いずれにせよ、未焼結成形体を焼結すると使用の準備が整った製造物又は追加の処理若しくは仕上げ工程が要求される製造物のどちらかが得られる。
Claims (31)
- 未焼結成形体の製造方法であって、
焼結可能粒子と有機結合剤との混合物を初期段階の未焼結体の所望形状に成型することにより初期段階の未焼結体を形成するステップと、
エネルギー流若しくは物質流の少なくとも一方を使用し前記初期段階の未焼結体から前記焼結可能粒子の一部を除去することにより前記初期段階の未焼結体を成形して前記未焼結成形体を作るステップと、からなり、前記焼結可能粒子は金属粒子若しくはセラミック粒子の少なくとも一方を含むことを特徴とする方法。 - 前記初期段階の未焼結体を形成するステップは、
前記焼結可能粒子を型に導入するステップと、
前記初期段階の未焼結体として前記型から取り外された後に前記粒子同士を保持し合うために十分な量及び配分の前記有機結合剤を前記型に導入するステップと、を有し、
前記初期段階の未焼結体は成形の間に亀裂若しくは破壊に耐えるために十分に形状が安定していることを特徴とする請求項1記載の方法。 - 前記焼結可能粒子及び有機結合剤はほぼ同時に前記型に注入されることを特徴とする請求項2記載の方法。
- 前記焼結可能粒子を混合機に導入するステップと、
前記有機結合剤を前記混合機に導入するステップと、
混合物を形成するために前記粒子と結合剤とを混合するステップと、をさらに有することを特徴とする請求項3記載の方法。 - 前記型に導入される前に前記焼結可能粒子の少なくとも一部は前記有機結合剤に覆われていることを特徴とする請求項3記載の方法。
- 前記成形はレーザビームを使用し行われることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記成形は電子ビーム、放電、若しくはイオンビームの少なくとも1つからなるエネルギー流を使用し行われることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記成形はウォータージェット、サンドブラスト、化学薬品噴射、流体噴射の少なくとも1つからなる物質流を使用し行われることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記ウォータージェットは研磨用粒子を含むことを特徴とする請求項8記載の方法。
- 前記流れ切断面において前記金属粒子の一部若しくは前記有機結合剤の一部の少なくとも一方を熱ビームにより融解するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1記載の方法。
- 請求項1に基づき形成された未焼結成形体であって、
複数の前記焼結可能粒子と、
前記成形の間に形状を安定させるために複数の結合可能粒子同士を十分に保持する前記有機結合剤と、
前記未焼結成形体に形成された少なくとも1つの流れ切断面と、からなることを特徴とする未焼結成形体。 - 前記未焼結成形体はほぼ金属粒子のみからなり且つレーザ切断面を有し、前記レーザ切断面は融解した金属粒子若しくは融解した有機結合剤の少なくとも一方を含むとして特徴付けられることを特徴とする請求項11記載の未焼結成形体。
- 前記未焼結成形体は前記未焼結成形体を焼結することにより得られる焼結体よりも約10%から約30%大きい体積を有することを特徴とする請求項11記載の未焼結成形体。
- 前記未焼結成形体は歯列矯正具の形状に基づいていることを特徴とする請求項11記載の未焼結成形体。
- 前記焼結可能粒子はアルミニウム、ニッケル、チタニウム、銅、コバルト、及びステンレススチールの群から選択される少なくとも1つの金属からなることを特徴とする請求項14記載の未焼結成形体。
- 焼結成形体の製造方法であって、
請求項1に基づき未焼結成形体を製造するステップと、
前記未焼結成形体を焼結して焼結成形物を製造するステップと、からなることを特徴とする製造方法。 - 前記焼結により前記焼結成形品が前記未焼結成形体の体積よりも約10%から約30%小さい体積を持つことを特徴とする請求項16記載の方法。
- 前記成形は前記焼結の前にレーザを使用し行われ、前記焼結の後に焦げがほぼ無い前記物のレーザ切断面を提供することを特徴とする請求項16記載の方法。
- 前記方法は焼結の間に前記流れ切断面を滑らかにするステップをさらに含むことを特徴とする請求項16記載の方法。
- 請求項16に基づき形成される焼結物であって、
硬化した焼結体と、
前記焼結物に形成された流れ切断面と、からなり、
前記焼結体は金属材料若しくはセラミック材料の少なくとも一方を含んでおり、
前記流れ切断面は焼結前と比べると焼結後に滑らかな形態を有していることにより特徴付けられることを特徴とする焼結物。 - 前記焼結体はほぼ焼結金属のみからなることを特徴とする請求項20記載の焼結物。
- 前記焼結体はほぼセラミックのみからなることを特徴とする請求項20記載の焼結物。
- 前記流れ切断面の少なくとも一部は凹部、凸部、若しくは切り込み部の少なくとも1つを有する歯列矯正具の結合表面を含むことを特徴とする請求項20記載の焼結物。
- 複数の焼結可能粒子と、
エネルギー流若しくは物質流の少なくとも一方により成形されたときに未焼結成形体の形状を安定させるために前記複数の焼結可能粒子同士を保持する量及び配分の有機結合剤と、
エネルギー流若しくは物質流の少なくとも一方により形成された前記未焼結成形体の少なくとも1つの流れ切断面と、からなることを特徴とする未焼結成形体。 - 前記複数の焼結可能粒子はほぼセラミック粒子のみからなることを特徴とする請求項24記載の未焼結成形体。
- 前記複数の焼結可能粒子はほぼ焼結可能金属粒子にみからなることを特徴とする請求項24記載の未焼結成形体。
- 前記有機結合剤はワックス、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリル酸ポリマー、ポリスチレン、ポリエチレン・ビニルアセテート、ポリエチレンビニルアルコール、ポリエチレンアセテート、塩素化ポリエチレン、ポリイソプレン、ポリブタジエン、スチレン・ブタジエンジブロックポリマー及びスチレン・ブタジエントリブロックポリマー、ポリクロロプレン、ポリエチレン・プロピレンコポリマー、クロロスルホン化ポリエチレン、ポリウレタン、スチレン・イソプレンコポリマー、スチレン・エチルブチレンコポリマー、スチレン・ブタジエンゴムラテックス、ポリクロロプレンラテックス、ポリメチルメタクリル酸塩、ポリエチルメタクリル酸塩、並びにポリジメチルシロキサンからなる群から選択された少なくとも1つの要素を含むことを特徴とする請求項24記載の未焼結成形体。
- 未焼結流れ成形体を作るときに用いる未焼結体であって、
金属材料若しくはセラミック材料の少なくとも一方を含む複数の焼結可能粒子と、
前記焼結可能粒子同士を結合させる有機結合剤からなる有機結合剤マトリックスと、からなり、
前記有機結合剤は前記複数の焼結可能粒子内の各焼結可能粒子の一部を少なくとも部分的に覆い、前記有機結合剤は、
前記複数の焼結可能粒子同士を保持するのに十分な接着・粘着性を有していることと、
前記未焼結体に亀裂を入れない若しくは前期未焼結体を破損せずにエネルギー流若しくは物質流の少なくとも一方により成形できる形状安定性を有する未焼結体を形成することと、から特徴付けられることを特徴とする未焼結体。 - 前記焼結可能粒子はほぼセラミック粒子のみからなることを特徴とする請求項28記載の未焼結体。
- 前記焼結可能粒子はほぼ焼結可能金属粒子のみからなることを特徴とする請求項28記載の未焼結体。
- 前記有機結合剤はワックス、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリル酸ポリマー、ポリスチレン、ポリエチレン・ビニルアセテート、ポリエチレンビニルアルコール、ポリエチレンアセテート、塩素化ポリエチレン、ポリイソプレン、ポリブタジエン、スチレン・ブタジエンジブロックポリマー及びスチレン・ブタジエントリブロックポリマー、ポリクロロプレン、ポリエチレン・プロピレンコポリマー、クロロスルホン化ポリエチレン、ポリウレタン、スチレン・イソプレンコポリマー、スチレン・エチルブチレンコポリマー、スチレン・ブタジエンラバーラテックス、ポリクロロプレンラテックス、ポリメチルメタクリル酸塩、ポリエチルメタクリル酸塩、並びにポリジメチルシロキサンからなる群から選択された少なくとも1つの要素を含むことを特徴とする請求項28記載の未焼結成形体。
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