JP2019522720A - 焼結可能な粉末の局所的に活性化された結合による三次元造形 - Google Patents

焼結可能な粉末の局所的に活性化された結合による三次元造形 Download PDF

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Abstract

粉末床は、活性化可能な結合剤を含む粉末造形材料で層ごとに充填されている。新しい各層の結合剤は、コンピュータ化された物体の三次元モデルに従って局所的に活性化されて、層ごとに、粉末床内に焼結可能なネットシェイプの物体を製造する。続いて、焼結可能なネットシェイプを除去して、適切に脱脂し、最終部品へと焼結することができる。【選択図】図９

Description

関連技術の相互参照
本出願は、２０１６年４月１４日に出願された米国仮特許出願第６２／３２２７６０号、２０１６年１２月９日に出願された米国仮特許出願第６２／４３２２９８号、および２０１７年３月１８日に出願された米国仮特許出願第６２／４７３３７２号の優先権を主張する。前述の各出願の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１７年３月２４日に出願された米国特許出願第１５／４６９１７０号および２０１７年３月２４日に出願された国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１７／０２４０６７号にも関する。前述の各出願の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
本明細書に記載された装置、システム、および方法は、付加製造に関し、より具体的には、焼結可能な粉末造形材料を用いた付加製造に関する。
付加製造技術を用いて、金属製の最終部品への脱脂および焼結に適したグリーンパーツを製造することができる。粉末床内にネットシェイプを製造するために様々な手法が使用されてきたが、焼結可能な粉末材料の床内に、層ごとにネットシェイプを製造するための技術を改良する必要性が残っている。
粉末床は、活性化可能な結合剤を含む粉末造形材料で層ごとに充填されている。新しい各層の結合剤は、コンピュータ化された物体の三次元モデルに従って局所的に活性化されて、層ごとに粉末床内に焼結可能なネットシェイプの物体を製造する。続いて、焼結可能なネットシェイプを除去して、適切に脱脂し、最終部品へと焼結することができる。
一態様では、本明細書で開示される方法は、最終部品へと焼結するために選択された材料の焼結可能な粉末と、焼結可能な粉末を選択的に接着させて成形するための活性化可能な結合剤とを含む粉末造形材料の層を粉末床に堆積させるステップと、コンピュータ化された物体の三次元モデルの二次元断面に従って、層内の活性化可能な結合剤を局所的に活性化することによって、二次元断面に従って、層内の焼結可能な粉末を活性化された結合剤と結合するステップと、粉末床内の複数の連続した層の各々に対して堆積および局所的活性化のステップを繰り返して、焼結可能な粉末および活性化された結合剤から焼結可能なネットシェイプの物体を形成するステップと、を含む。
この方法は、粉末床から焼結可能なネットシェイプの物体を除去し、焼結可能なネットシェイプの物体を脱脂するステップを含むことができる。この方法は、焼結可能なネットシェイプの物体を最終部品へと焼結するステップを含むことができる。粉末造形材料は、セラミック粉末を含むことができる。粉末造形材料は、金属粉末を含むことができる。粉末造形材料は、少なくとも５０体積％の焼結可能な粉末を含有することができる。活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップは、活性化可能な結合剤を熱的に活性化するステップを含むことができる。活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップは、活性化可能な結合剤をサーマルプリントヘッドで局所的に活性化するステップを含むことができる。活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップは、１つ以上の赤外線熱源、赤外線加熱マスク、およびレーザを用いて活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップを含むことができる。活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップは、マイクロ波エネルギーの局所的な適用によって活性化可能な結合剤を活性化するステップを含むことができる。活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップは、活性化可能な結合剤に溶媒を適用して、活性化可能な結合剤を焼結可能な粉末の隣接する粒子にリフローさせるステップを含むことができる。活性化可能な結合剤は、液体結合剤を含むことができる。液体結合剤は、１つ以上のタイプの光への曝露時に硬化する液体を含むことができ、活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップは、二次元断面に従って、層を１つ以上のタイプの光に選択的に曝露するステップを含む。活性化可能な結合剤は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、およびアクリルのうち少なくとも１つを含むことができる。この方法は、粉末床内の焼結可能なネットシェイプの物体表面の下に支持構造を製造するステップを含むことができる。この方法は、支持構造と焼結可能なネットシェイプの物体表面との間にインタフェース層を作製するステップを含むことができ、このインタフェース層は、焼結中に、焼結可能なネットシェイプの物体への結合に抵抗するように構造的に構成される。
別の態様では、本明細書に開示される焼結可能な物体の付加製造のためのシステムは、粉末床と、粉末床のための粉末造形材料であって、最終部品へと焼結するために選択された材料の焼結可能な粉末と、焼結可能な粉末を選択的に接着させて成形するための活性化可能な結合剤とを含む粉末造形材料の供給源と、粉体床にわたって層に粉末造形材料を拡散するためのスプレッダと、コンピュータ化された物体の三次元モデルの二次元断面に従って、層内の活性化可能な結合剤を局所的に活性化することによって、二次元断面に従って、層内の焼結可能な粉末を活性化された結合剤と結合するように構成されたツールと、を含む。
スプレッダは、双方向スプレッダであってもよい。システムは、層内の形状に隣接するインタフェースにインタフェース材料を適用するように構成された堆積ツールを含むことができ、このインタフェース材料は、焼結中に、形状の表面の、隣接する焼結可能な粉末への結合に抵抗する。粉末造形材料は、セラミック粉末または金属粉末のうち少なくとも１つを含むことができる。活性化可能な結合剤は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、およびアクリルのうち少なくとも１つを含むことができる。ツールは、二次元断面に従って、活性化可能な結合剤を局所的に活性化するように配置可能なサーマルプリントヘッドを含むことができる。ツールは、二次元断面に従って、活性化可能な結合剤を局所的に活性化するように構成された赤外線熱源、赤外線加熱マスク、およびレーザのうち少なくとも１つを含むことができる。ツールは、焼結可能な粉末の隣接する粒子に活性化可能な結合剤をリフローさせるように選択された溶媒を局所的に適用することによって、活性化可能な結合剤を局所的に活性化させるように構成されたインクジェットプリントヘッドを含むことができる。
一態様では、粉末床は、焼結可能な粉末および液体結合剤で層ごとに充填される。液体結合剤が適用された後、液体結合剤は、例えば、コンピュータ化された物体の三次元モデルに従って、結合剤の断面を選択的に硬化することによって活性化させることができる。この方法では、焼結可能なネットシェイプの物体を粉末床の層ごとに形成することができる。続いて、焼結可能なネットシェイプを除去して、適切に脱脂し、最終部品へと焼結することができる。
一態様では、本明細書に開示される方法は、最終部品へと焼結するように選択された材料を含む焼結可能な粉末の層を粉末床に堆積させるステップと、層に活性化可能な結合剤を適用するステップと、コンピュータ化された物体の三次元モデルの二次元断面に従って、層内の活性化可能な結合剤を局所的に活性化することにより、二次元断面に従って、層内の焼結可能な粉末を活性化された結合剤と結合するステップと、粉末床内の複数の連続した層の各々に対して堆積、適用および局所的活性化のステップを繰り返して、焼結可能な粉末および活性化された結合剤から焼結可能なネットシェイプの物体を形成するステップと、を含む。
この方法は、粉末床から焼結可能なネットシェイプの物体を除去し、焼結可能なネットシェイプの物体を脱脂するステップを含むことができる。この方法は、焼結可能なネットシェイプの物体を最終部品へと焼結するステップを含むことができる。焼結可能な粉末は、セラミック粉末を含むことができる。焼結可能な粉末は、金属粉末を含むことができる。活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップは、活性化可能な結合剤を熱的に活性化するステップを含むことができる。活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップは、活性化可能な結合剤をサーマルプリントヘッドで局所的に活性化するステップを含むことができる。活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップは、活性化可能な結合剤を、赤外線熱源、赤外線加熱マスク、およびレーザのうち１つ以上を用いて局所的に活性化するステップを含むことができる。活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップは、マイクロ波エネルギーの局所的な適用によって活性化可能な結合剤を活性化するステップを含むことができる。活性化可能な結合剤は、１つ以上のタイプの光への曝露時に硬化する液体を含んでもよく、活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップは、二次元断面に従って、層を１つ以上のタイプの光に選択的に曝露するステップを含む。この方法は、粉末床内の焼結可能なネット形状の物体表面の下に支持構造を製造するステップを含むことができる。この方法は、支持構造と焼結可能なネットシェイプの物体表面との間にインタフェース層を作製するステップを含むことができ、このインタフェース層は、焼結中に、焼結可能なネットシェイプの物体への結合に抵抗するように構造的に構成される。
別の態様では、本明細書に開示される焼結可能な物体の付加製造のためのシステムは、粉末床と、粉末床のため焼結可能な粉末であって、最終部品へと焼結するように選択された材料を含む焼結可能な粉末の供給源と、粉体床にわたって層に焼結可能な粉末を拡散するためのスプレッダと、層に活性化可能な結合剤を適用するためのアプリケータと、形状の層内の活性化可能な結合剤を、コンピュータ化された物体の三次元モデルの二次元断面に従って局所的に活性化させることによって、二次元断面に従って、層内の焼結可能な粉末を活性化された結合剤と結合するように構成されたツールと、を含む。
スプレッダは、双方向スプレッダであってもよい。システムは、層内の形状に隣接するインタフェースにインタフェース材料を適用するように構成された堆積ツールを含むことができ、このインタフェース材料は、焼結中に、形状の表面の、隣接する焼結可能な粉末への結合に抵抗する。焼結可能な粉末は、セラミック粉末または金属粉末のうち少なくとも１つを含むことができる。活性化可能な結合剤は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、およびアクリルのうち少なくとも１つを含むことができる。ツールは、二次元断面に従って活性化可能な結合剤を局所的に活性化するように配置可能なサーマルプリントヘッドを含むことができる。ツールは、二次元断面に従って活性化可能な結合剤を局所的に活性化するように構成された赤外線熱源、赤外線加熱マスク、およびレーザのうち少なくとも１つを含むことができる。ツールは、二次元断面に従って活性化可能な結合剤を局所的に活性化するように構成された光源を含むことができる。
焼結可能な造形材料とともに使用するための付加製造システムを示す説明図である。 焼結可能な造形材料による付加製造方法のフローチャートである。 溶解フィラメント製造を用いる付加製造システムを示す説明図である。 結合剤噴射を用いる付加製造システムを示す説明図である。 光造形システムを示す説明図である。 光造形システムを示す説明図である。 インタフェース層を示す説明図である。 取り外し可能な支持体用のインタフェース層の形成方法のフローチャートである。 結合剤の局部的な活性化により粉末床にネットシェイプを形成する付加製造方法のフローチャートである。 結合剤の局部的な活性化により粉末床にネットシェイプを形成する付加製造方法のフローチャートである。 焼結可能な粉末用の結合剤の選択的活性化のためのシステムを示す説明図である。
次に、添付の図面を参照して、実施形態を説明する。しかしながら、前述の内容は、多くの異なる形態で具体化されてもよく、本明細書に記載される図示された実施形態に限定されると解釈されるべきではない。
本明細書に言及された全ての文書は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。単数形の項目への言及は、明示的に別段の記載がない限り、または本文から明白でない限り、複数形の項目を含み、またその逆も可であることを理解されたい。文法上の接続詞は、別段の記載がない限り、または文脈から明白でない限り、結合された節、文、単語等の任意のおよび全ての離接的および接続的な組み合わせを表現することを意図している。従って、「または」という用語は、一般に、「および／または」等を意味すると理解すべきである。
以下の説明において、「第１」、「第２」、「上部」、「底部」、「上」、「下」等の用語は便宜的な言葉であり、限定的な用語として解釈されるべきではないことを理解されよう。
本明細書中の値の範囲に関する記載は、限定することを意図するものではなく、本明細書中に別段の指示がない限り、範囲内に含まれる任意のおよび全ての値を個別に指し、そのような範囲内の各別個の値は、本明細書において個々に列挙されたかのように明細書中に組み込まれる。数値を伴う場合の「約（ａｂｏｕｔ）」、「約（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」等の用語は、意図された目的のために満足に動作するように、当業者によって認識されるような偏差を示すものと解釈されるべきである。値および／または数値の範囲は、本明細では単なる例として提供されており、記載された実施形態の範囲を限定するものではない。本明細書で提供される任意のおよび全ての例、または例示的な用語（「例えば（ｅ．ｇ．やｓｕｃｈ ａｓ）」等）の使用は、単に実施形態をより分かりやすく示すためのものであり、実施形態の範囲を限定するものではない。明細書中のいかなる言葉も、実施形態の実施に必須であるとして、任意の請求されていない要素を示すものとして解釈されるべきではない。
図１は、焼結可能な造形材料とともに使用するための付加製造システムを示す。システム１００は、プリンタ１０２、コンベア１０４、および後処理ステーション１０６を含むことができる。
一般に、プリンタ１０２は、本明細書に記載される任意のプリンタ、または焼結可能な造形材料による製造に適合させるのに適した任意の他の三次元プリンタであってもよい。非限定的な例として、プリンタ１０２は、溶融フィラメント製造システム、結合剤噴射システム、光造形システム、選択的レーザ焼結システム、または本明細書で企図される焼結可能な造形材料を使用して、コンピュータ制御下でネットシェイプの物体を形成するのに役立つように適した任意の他のシステムを含むことができる。
プリンタ１０２の出力は、粉末をプリンタ１０２によって生成されたネットシェイプに維持する結合剤と共に、任意の適切な粉末（例えば、金属、金属合金、セラミック等、並びにそれらの組み合わせ）を含む造形材料で形成されたグリーン体等の物体１０３であることができる。本明細書で企図される造形材料として広範囲の組成物を使用することができる。例えば、粉末冶金材料等は、溶融フィラメント製造プロセス等での造形材料としての使用に適合させることができる。溶融フィラメント製造プロセスにおける押出に適した熱機械的特性を有する金属射出成形材料は、非限定的な例として、Heaney, Donald F., ed. “Handbook of Metal Injection Molding” (2012)（非特許文献１）に記載されており、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。
コンベア１０４を使用して、物体１０３をプリンタ１０２から、１つ以上の別個の処理ステーションを含み得る後処理ステーション１０６に搬送することができ、ここで、脱脂および焼結を実行することができる。コンベア１０４は、物体１０３を物理的に搬送するのに適した任意の適切な機構または装置の組み合わせであってもよい。例えば、これは、物体１０３を造形プラットフォームから除去するために、プリンタ側にロボットおよびマシンビジョンシステム等を含んでもよく、また、後処理ステーション１０６内に物体１０３を正確に配置するために、後処理側にロボットおよびマシンビジョンシステム等を含んでもよい。別の態様では、多数の物体を同時に脱脂および焼結することができるように、後処理ステーション１０６は、複数のプリンタに対応している場合があり、また、コンベア１０４は、同時に複数の印刷ジョブを調整して自動的に完了させることができるように、プリンタと後処理ステーションとを相互接続することができる。別の態様では、物体１０３は、２つの対応するステーション間を手動で搬送されてもよい。
後処理ステーション１０６は、プリンタ１０２によって、金属射出成形材料から所望のネットシェイプに形成されたグリーン体を最終目的物に変換するのに有用な任意のシステムまたはシステムの組み合わせであってもよい。後処理ステーション１０６は、例えば、溶媒等に結合剤材料を溶解させるための化学的脱脂ステーションのような脱脂ステーション、またはより一般的には、物体１０３の造形材料から結合剤システムの少なくとも一部を除去するように構成された任意の脱脂ステーションを含むことができる。また、後処理ステーション１０６は、造形材料または造形材料中の粉末材料に焼結温度で熱焼結サイクルを適用するための熱焼結ステーション、例えば粉末材料を焼結して高密度化された物体にするように構成された焼結炉を、代替的または付加的に含むことができる。後処理ステーション１０６の構成要素は、最終的な物体を生成するために順番に使用されてもよい。別の例として、一部の現代の射出成形材料は、熱脱脂用に設計されており、単一のオーブンまたは類似の装置で脱脂および焼結ステップの組み合わせを実施することができる。一般に、焼結炉の熱的仕様は、粉末材料、結合剤システム、粉末材料の結合剤システムへの体積負荷、およびグリーン体およびグリーン体を製造するために使用される材料の他の態様に依存する。熱的に脱脂され、焼結された金属射出成形（ＭＩＭ）部品用の市販の焼結炉は、通常、＋／−５℃またはそれ以上の精度で、少なくとも６００℃の温度で、または約２００℃〜約１９００℃で、長時間にわたり作動する。そのような任意の炉または同様の加熱装置は、本明細書で意図されるような後処理ステーション１０６として有効に使用され得る。真空または圧力処理も、付加的または代替的に使用することができる。一態様では、物体１０３がオーブン内に配置された後、難焼結性の外部コーティングを有する同一または類似の組成のビーズを物体と共にオーブンに入れて、焼結中に物体への結合を形成しない熱的に一致した収縮速度を有する一般的な機械的支持を提供することができる。
本明細書の文脈において、焼結は、異なるタイプの焼結を有用に含み得ることを理解されよう。例えば、焼結は、物体を完全密度またはほぼ完全密度に焼結させるよう、熱を適用するステップを含み得る。別の態様では、焼結は、例えば、低融点金属のような他の材料で部分的に焼結された部分の細孔を充填する焼結および浸透プロセスのための、例えば接触および毛細管作用による、部分的焼結を含むことで、剛性を高め、張力を増加させ、さもなければ最終部品の特性を変更または改善することができる。従って、本明細書での焼結への言及はいずれも、異なる意味が明確に述べられていない限り、または文脈から明白でない限り、焼結および浸透を意図すると理解されるべきである。同様に、焼結可能な粉末または焼結可能な造形材料への言及は、最終部品を形成するために焼結および浸透され得る粉末を含む任意の焼結可能な材料を意図すると理解されるべきである。
浸透性造形材料が使用される場合、対応するインタフェース層は、インタフェース層によって形成される障壁にわたる機械的結合の形成をもたらし得る、何らかの浸透に抵抗するように設計されるべきであることも理解すべきである。従って、例えば、浸透性造形材料を使用する場合、インタフェース層のセラミックのような粉末材料は、物体を高密度化するのに使用される溶浸材（例えば、浸透液）による浸透に対して実質的に耐性であるように選択された粒径および形状を有益に有することができる。浸透障壁は、例えば、非常に小さい粒子を生成して、インタフェース層への液体浸透剤の吸い上げを遅らせることによって、形状および粒径に基づいて機械的に生成され得るが、障壁は、付加的または代替的に、粒子を浸透性液体に対して実質的に非湿潤性の材料でコーティングすることによって、または粒子を浸透性液体に対して実質的に非湿潤性の材料から形成することによって、化学的に生成することができる。当業者に明らかであるこれらおよび任意の他の技術を用いて、本明細書で意図されるような浸透性造形材料と共に使用するためのインタフェース層を作製することができる。
広範囲の他の脱脂および焼結プロセスを使用することができることも理解されよう。例えば、結合剤は、化学的脱脂、熱脱脂、またはこれらのいくつかの組み合わせで除去されてもよい。超臨界脱脂または触媒脱脂のような他の脱脂プロセスも当技術分野においては公知であり、これらのうちのいずれかを、後処理ステーション１０６によって付加的または代替的に使用することができる。例えば、一般的なプロセスでは、グリーン体が化学的脱脂を用いて最初に脱脂され、続いて、適度な温度（本文脈では、約７００〜８００℃）で熱脱脂されて、有機結合剤を除去し、取り扱いに十分な強度を提供するように粉末材料の間に十分なネックを形成する。この段階から、物体を焼結炉に移動させて、結合剤システムの何らかの残りの成分を除去し、物体を最終部品に高密度化することができる。別の態様では、純粋な熱脱脂を使用して有機結合剤を除去することができる。より一般的には、任意の技法または技法の組み合わせを有用に使用して、本明細書で意図されるような物体を脱脂することができる。
同様に、広範の焼結技術を後処理ステーション１０６によって有効に使用することができる。一態様では、真空焼結を使用して、物体を炉内で高理論密度に圧密させることができる。別の態様では、炉は、（例えば、大気未満、大気より僅かに高い、または他の何らかの適切な圧力で）流動ガスと真空焼結との組み合わせを使用することができる。より一般的には、好ましくは、プロセスが多孔性を殆どまたは全く有しないほぼ理論密度部分を生じさせる場合には、物体密度を改善するのに適した任意の焼結または他のプロセスを使用することができる。例えば、焼結後の工程として、１０〜５０ｋｓｉ、または約１５〜３０ｋｓｉの高温および高圧を適用することによって、熱間等方圧加圧法（「ＨＩＰ」）を付加的または代替的に採用して、最終部品の密度を高めることができる。別の態様では、物体は、上記のいずれかを用いて処理することができ、中程度の過圧（焼結圧力よりも高いが、ＨＩＰ圧力よりも低い）が続く。この後者のプロセスでは、ガスは１００〜１５００ｐｓｉで加圧され、炉内または何らかの他の補助チャンバ内にて高温に維持され得る。別の態様では、物体を１つの炉内で別々に加熱してから、ダイ内の高温の粒状体に浸漬し、媒体に圧力を印加することで、物体に圧力を伝えて、ほぼ完全密度により迅速に圧密するようにすることができる。より一般的には、結合剤システムを除去し、粉末材料を圧密および高密度化に向けて駆動するのに適した任意の技術または技術の組み合わせを、後処理ステーション１０６によって使用して、製造されるグリーン体を本明細書に企図されるように処理することができる。
一態様では、後処理ステーション１０６をプリンタ１０２に組み込んで、コンベア１０４が物理的に物体１０３を搬送する必要性を排除することができる。プリンタ１０２およびその中の構成要素の構築容積は、高温の脱脂／焼結に耐えるように製造することができる。別の態様では、プリンタ１０２は、物体１０３がプリンタ１０２内の造形プラットフォーム上にある間に脱脂および／または焼結が実行されるが、任意の感熱成分または材料から熱的に絶縁されるように、構築容積内に可動壁、障壁または他のエンクロージャを提供することができる。
後処理ステーション１０６は、オフィス環境での使用のために様々な方法で最適化することができる。一態様では、後処理ステーション１０６は、不活性ガス源１０８を含むことができる。不活性ガス源１０８は、例えば、アルゴンまたは他の不活性ガス（または焼結材料に対して不活性な他のガス）を含むことができ、後処理ステーション１０６の内部に排出するために後処理ステーション１０６に結合され、続いて、内容物が使い尽くされたときに取り外され、交換される取外し可能および交換可能なカートリッジ内に収容されてもよい。後処理ステーション１０６は、付加的または代替的に、フィルタリングされていない形態でオフィス環境に放出され得るガスを排出するための炭フィルタ等のフィルタ１１０を含んでもよい。他のガスについては、換気されない領域での使用を可能にするように、外部排気またはガス容器等を設けてもよい。再利用可能な材料については、特に環境物質が高価または危険である場合に、付加的または代替的に、閉鎖的なシステムを使用することもできる。
一態様では、後処理ステーション１０６は、他のシステム構成要素に結合されてもよい。例えば、後処理ステーション１０６は、適切な脱脂および焼結プロファイルを生成するために、プリンタ１０２から、またはプリンタ用のコントローラからの物体１０３の形状、サイズ、質量および他の物理的特性に関する情報を含むことができる。別の態様では、プロファイルは、物体１０３が搬送されるときに、コントローラまたは他のリソースによって独立して生成され、後処理ステーション１０６に送信することができる。別の態様では、後処理ステーション１０６は、脱脂および焼結プロセスを監視し、物体１０３のステータス、完了までの時間、および他の処理メトリックおよび情報に関して、例えば、スマートフォンまたは他の遠隔デバイス１１２にフィードバックを提供することができる。後処理ステーション１０６は、カメラ１１４または他の監視装置を含むことで、遠隔装置１１２にフィードバックを提供するようにしてもよく、また、タイムラプスアニメーション等を提供することで圧縮された時間スケールでの焼結をグラフィカルに示してもよい。後処理は、付加的または代替的に、熱、ホットナイフ、工具、または同様のものによる仕上げを含むこともできる。後処理は、仕上げ塗料を塗布するステップを含むことができる。
別の態様では、後処理ステーション１０６は、例えば、物体１０３を製造し、続いて、外注された脱脂、焼結等のためにサービス機関に送付する、サービス機関モデル等のプリンタ１０２から離れていてもよい。従って、以下に記載される支持構造、インタフェース層等のいずれかについて、またはより一般的には、以下に記載される任意の製造品目について、本開示は、例えば、以下に記載の任意の特徴または構造等の任意のこうした特徴を含む物体または品目を受容し、続いて、限定的ではないが、成形、脱脂、焼結、仕上げ、組立等を含む１つ以上の後処理工程を実施する、対応する方法を明示的に企図する。これは、例えば、完全な結合剤システムを有するグリーン体を遠隔処理資源にて受容し、ここで、遠隔処理資源にて部品を脱脂および焼結させるステップを含むことができる。これは、付加的または代替的に、ブラウンパーツを受容するステップを含むこともでき、ここで、結合剤システムの一部または全部が別の場所で脱脂プロセスにて除去され、部品は遠隔処理資源でのみ焼結される。この後者の場合、結合剤システムの一部は、自己支持可能な焼結強度が達成されるまで、焼結中に物体の形状を保持するための骨格結合剤として、または、輸送中または他の取り扱い中における構造の完全性を改善するために部品に残された残余の一次結合剤として、部品に有用に保持されてもよい。
より一般的には、本開示は、最終部品への集中処理または分散処理に適したステップの任意の組み合わせおよび分布、並びにその中で使用され得る材料、製品、およびアセンブリの任意の中間形態を企図する。
例えば、一態様では、本明細書で開示される方法は、サービス機関、焼結サービス等のような遠隔処理資源で作成者から物品を受け取るステップを含むことができる。この物品は、第１材料から製造された支持構造と、支持構造に隣接するインタフェース層と、支持構造によって支持され、第２材料から製造された物体であって、インタフェース層に隣接する表面を有する物体とを含むことができ、第２材料は、最終部品を形成するための粉末材料と、１つ以上の結合剤を含む結合剤システムとを含み、１つ以上の結合剤は、物体の最終部品への加工中に、ネットシェイプの物体を保持し、物体を最終部品に処理するステップに、ネットシェイプを脱脂して、１つ以上の結合剤の少なくとも一部を除去するステップと、ネットシェイプを焼結して、粉末材料を接合し高密度化するステップと、を含み、インタフェース層は焼結中における支持構造の物体への接合に抵抗する。物品は、例えば、付加製造システムを有するが、焼結（および／または脱脂）資源を有しない別の設備で製作されてもよい。この方法は、遠隔処理資源にて物品を最終部品に処理するステップを含み、物品を処理するステップは、物品を脱脂し、物品を焼結するステップのうち少なくとも１つを含み、物品を処理するステップは、更に、インタフェース層にて物体を支持構造から分離するステップを含む。結果として得られた物品は、続いて、任意の意図された用途のために作成者に返還することができる。
図２は、物体の製造方法を示す。より具体的には、方法２００は、焼結可能な材料を使用する物体の層ごとの製造のための一般化された方法である。
ステップ２０２に示すように、方法２００は、製造のための材料の準備から始めることができる。これは、溶融フィラメント製造、結合剤噴射、光造形等の層に基づく製造プロセスにおいて有用に取り扱うことができる任意の様々な材料をも含むことができる。多数の適切な材料を以下により詳細に議論する。より一般的には、層ベースの製造システムでの使用に適した本明細書に言及される任意の材料をこの方法２００の材料として使用することができる。更に、例えば、粉砕または流体噴射等の減法的技術を含む、層に基づいていない他の技術を付加的または代替的に使用してもよく、任意の対応する適当な材料を、付加的または代替的に物体を製造するための造形材料として使用してもよいことを理解されよう。
更に、製造システムでは、支持材料、インタフェース層、仕上げ材料（物体の外面用）等の付加的な材料を使用することができ、これらの材料のいずれも、本明細書に企図されるシステムおよび方法にて、製造用材料として使用することができる。
ステップ２０４に示すように、本方法は、物体のための層を製作するステップを含むことができる。これは、例えば、物体自体の層または支持構造の層を含むことができる。（例えば、製造システムの特定のｚ軸位置における）特定の層に対して、付加的または代替的にインタフェース層を作製して、支持構造（またはラフト、セッター、あるいはプリントベッド等の基板）と物体との間の難焼結性インタフェースまたは同様の剥離層あるいは構造を提供することができる。別の態様では、物体の表面に所望の審美的、構造的または機能的特性を付与する材料のような外面の仕上げ材料を使用することができる。
ステップ２１０に示すように、物体（および関連する支持体等）が完了したか否かの判定を行うことができる。物体が完成していない場合、方法２００はステップ２０４に戻り、別の層を製作することができる。物体が完了している場合、続いて、方法２００は、後処理が始まるステップ２１２に進むことができる。
ステップ２１２に示すように、方法２００は、物体を成形するステップを含むことができる。脱脂および焼結の前に、物体は通常、より柔らかく、より加工可能な状態にある。このいわゆるグリーンパーツは潜在的に脆弱であり、破砕等の影響を受けやすいが、より加工可能な状態であることで、例えば、層に基づく製造プロセスの縞または他のアーチファクト、並びに物体の意図された形状のコンピュータ化されたモデルから逸脱するスプール、バリおよび他の表面欠陥を研磨し、またはスムージングによる表面仕上げの好適な機会をもたらす。この文脈では、成形には、手動成形、または、例えばコンピュータ化されたフライス盤、研削工具、または様々なブラシ、研磨剤等または任意の他の一般的な減法技術または工具を使用する自動成形が含まれ得る。一態様では、二酸化炭素のような気体の流体流を使用して、ドライアイス粒子を運搬し、表面を平滑化または成形することができる。この後者のアプローチでは、研磨剤（ドライアイス）は、通常の条件下では直接、容易に気体に相変化させることができ、それにより物体を成形した後の研磨剤の浄化を軽減することができる。
ステップ２１４に示すように、プロセス２００は、印刷された物体を脱脂するステップを含むことができる。一般に、脱脂は、プリンタによって付与されたネットシェイプの金属（またはセラミックまたは他の）粉末を含む造形材料を保持する結合剤または結合剤システムのうちの一部または全部を除去することができる。多数の脱脂技術および対応する結合剤システムが当技術分野で公知であり、本明細書で企図される造形材料中の結合剤として使用することができる。非限定的な例として、脱脂技術は、熱脱脂、化学脱脂、触媒脱脂、超臨界脱脂、蒸発等を含むことができる。一態様では、射出成形材料を使用することができる。例えば、溶融フィラメント製造プロセスに使用するのに適したレオロジー特性を有する一部の射出成形材料は、熱脱脂のために設計されており、これにより、有利には、脱脂および焼結を単一の焼成操作または２つの同様の焼成操作で行うことができる。別の態様では、多くの結合剤システムは、電子レンジ内で物体をマイクロ波で処理するか、または結合剤システムをグリーンパーツから選択的に除去するエネルギーを印加することによって、脱脂工程において迅速かつ有用に除去することができる。適切に適合された脱脂プロセスでは、結合剤システムは、単一の結合剤、例えば純粋な熱脱脂によって除去可能な結合剤を含むことができる。
より一般的には、脱脂プロセスは、ネットシェイプのグリーン物体から結合剤または結合剤システムを除去し、従って、最終形態に焼結可能であり、一般にブラウンパーツと称される金属（またはセラミックまたは他の）粒子の高密度な構造を残す。このようなプロセスに適した任意の材料および技術を、付加的または代替的に、本明細書で意図する脱脂のために使用することもできる。
ステップ２１６に示されるように、プロセス２００は、印刷され脱脂された物体を最終形態へと焼結するステップを含むことができる。一般に、焼結は、液状化することなく加熱することによって、固体の材料の塊を高密度化し形成する任意のプロセスを含むことができる。焼結プロセス中、材料の別個の粒子の間にネックが形成され、原子が粒子境界にわたり拡散して、固体片に融合することができる。焼結は溶融温度以下の温度で実施することができる故に、これは、有利には、タングステンおよびモリブデンのような非常に高い融点の材料を用いた製造を可能にする。
多数の焼結技術が当該技術分野において知られており、特定の技術の選択は、使用される造形材料、材料中の粒子のサイズおよび組成、並びに製造された物体の所望の構造的、機能的または審美的結果に依存し得る。例えば、固体状態（非活性化）焼結では、金属粉末粒子を加熱して、それらが接触している接続部（または「ネック」）を形成する。熱焼結サイクルにわたって、これらのネックは、例えば、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）または類似のプロセスによって閉鎖することができる小さな間質性空隙を残して、肉厚化し密部を形成することができる。付加的または代替的に他の技術を使用することもできる。例えば、固体状態活性化焼結は、粉末粒子間の膜を使用して、粒子間の原子の移動度を改善し、ネックの形成および肉厚化を促進することができる。別の例として、金属粒子の周囲に液体が形成される液相焼結を使用することができる。これは、粒子間の拡散および接合を改善することができるが、構造的完全性を損なう焼結された物体内の低融点相を残す可能性がある。例えば、“Accelerated sintering in phase-separating nanostructured alloys,” Park et al., Nat. Commun. 6:6858 (2015) (DOI: 10.1038/ncomms7858)（非特許文献２）に記載されているように、ナノ相分離焼結のような他の高度な技術を用いて、例えば、ネックに高拡散率の固体を形成して、接触点での金属原子の輸送を改善することができる。付加的または代替的に、焼結は、最終部品を形成するために別の材料で浸透され得る多孔質物品への部分的焼結を含み得る。
脱脂および焼結は材料損失および圧縮をもたらし、結果的に得られる物体は印刷された物体よりも著しく小さくなり得ることが理解されるであろう。しかしながら、これらの効果は一般的に集合体において線形であり、脱脂および焼結後に予測可能な寸法を有する形状を作成するために印刷する際に、ネットシェイプの物体を有効に拡大することができる。更に、上述したように、方法２００は、サービス機関または他の遠隔あるいは外注施設等の処理施設に製造された物体を送付するステップを含むことができ、方法２００は、付加的または代替的に、処理施設にて製造された物体を受容し、ステップ２１２の成形、ステップ２１４の脱脂、またはステップ２１６の焼結のような、上述した製造後のステップのうち任意の１つ以上を実行するステップを含むことができる。
図３は、付加製造システムのブロック図である。図に示す付加製造システム３００は、例えば、溶融フィラメント製造付加製造システム、または任意の他の付加製造システムまたは製造システムの組み合わせを含み、コンピュータ化されたモデルに従って造形材料３０２を堆積させて、物体を形成するプリンタ３０１と共に、任意の関連する支持構造、インタフェース層等を含む。プリンタ３０１は、一般に、焼結可能な造形材料と共に使用することが意図されているが、付加製造システム３００は、付加的または代替的に、プラスチック、セラミック等を含む他の造形材料並びに、焼結せずに最終部品を形成するインタフェース層、支持構造等の他の材料と共に使用することができる。
一態様では、プリンタ３０１は、駆動システム３０４によって推進され、加熱システム３０６によって押出可能な状態に加熱されて、続いて、１つ以上のノズル３１０を通して押し出される造形材料３０２を含むことができる。造形面３１４に対して押出し経路に沿ってノズルを位置決めするために、ロボティクス３０８を同時に制御することによって、造形チャンバ３１６内の造形面３１４上に物体３１２を製造することができる。一般に、制御システム３１８は、プリンタ３０１の動作を管理して、溶融フィラメント製造プロセス等を使用して三次元モデルに従って物体３１２を製造することができる。
本明細書で開示されるプリンタ３０１は、第１材料を押し出すための第１ノズルを含むことができる。プリンタ３０１は、第２材料を押し出すための第２ノズルも含むことができ、第２材料は補助機能（例えば、支持材料または構造）を有するか、または多材料物体を製造するために有用な異なる機械的、機能的または審美的特性を有する第２造形材料を提供する。第２材料が、支持されていないブリッジング動作中に、押出温度にて、第２ノズルと物体の凝固部分との間の構造経路を維持するのに十分な張力または剛性を有するように、第２材料は、例えば、添加剤で強化されてもよい。付加的または代替的に、他の材料を第２材料として使用してもよい。例えば、これは、充填、支持体、分離層等のための熱的に適合したポリマーを含むことができる。別の態様では、これは、第１材料を押し出すためのウィンドウまたはそれに近い高い融点を有する水溶性支持材料等の支持材料を含むことができる。有用な溶解性材料は、本明細書で意図されるように、押出しに適した熱的および機械的特性を有する塩または任意の他の水溶性材料を含むことができる。別の態様では、第２（または第３、または第４）ノズルを使用して浸透材料を導入して、例えば、材料の強度を高め、外面仕上げを安定化させる等のために、別の堆積材料の特性を改質することができる。プリンタ３０１は、２つのノズルを有益に含むことができるが、より一般には、プリンタ３０１は、特定の製造プロセスに必要または有用な材料の数に応じて、３つまたは４つ等の、任意の実用的な数量のノズルを組み込むことができることを理解されよう。
造形材料３０２は、限定するわけではないが、本明細書に記載された、または本明細書中にて参考によって組み込まれた材料内の任意の形状因子を含む様々な形状因子で提供され得る。造形材料３０２は、造形材料３０２のそれぞれの別個のユニットが加熱され、押し出されるときに、例えば、（例えば不動態化を緩和するため）密閉容器等から、連続供給物（例えばワイヤ）として、またはチャンバ等に供給され得るロッドあるいは直角プリズム等の個別の物体として、提供され得る。一態様では、造形材料３０２は、炭素繊維、ガラス繊維、ケブラー繊維（登録商標）、ホウ素シリカ繊維、グラファイト繊維、石英繊維、または押出材の張力を高めることができる任意の他の材料等の添加剤を含むことができる。一態様では、添加剤を使用して、印刷物の強度を高めることができる。別の態様では、添加剤を使用して、ノズルと製造される物体の冷却された剛性部分との間の構造的経路を維持することによって、ブリッジング能力を拡張することができる。一態様では、２つの造形材料３０２を、例えば１つのノズルが一般的な製造に使用され、別のノズルがブリッジング、支持または類似の特性のために使用される２つの異なるノズルを通して、同時に使用することができる。
一態様では、造形材料３０２は、ビレットまたは他の個別のユニットとして、造形チャンバ３１６への供給およびその後の加熱および堆積のために中間チャンバに（１つずつ）供給されてもよい。製造が真空または他の制御された環境で行われる場合、造形材料３０２は、付加的または代替的に、造形チャンバ３１６の対応する制御された環境に直接的または間接的に結合され得る真空環境（または他の制御された環境）を有するカートリッジ等に提供され得る。別の態様では、造形材料３０２、例えばワイヤ等の連続的な供給物を真空ガスケットを介して造形チャンバ３１６内に連続的に供給することができ、ここで、真空ガスケット（または、任意の類似の流体シール）により、チャンバ３１６内に制御された構築環境を維持しながら、造形材料３０２をチャンバ３１６に入れることができる。
別の態様では、造形材料３０２は、予め形成されたブロック３０３の供給源として提供されてもよく、ロボティクス３０８は、予め形成されたブロックのうち１つ以上を配置して、物体３１２内に内部構造を形成するように構成された第２のロボットシステムを含んでもよい。これは、例えば、外面の成形を必要としない比較的大きな物体の体積を迅速に造形するのに有用であり得る。
造形材料３０２は、溶融フィラメント製造プロセスにおける押出に適した任意の形状またはサイズを有することができる。例えば、造形材料３０２は、加熱および圧縮のためのペレットまたは粒状形態であってもよく、または、造形材料３０２は、押出プロセスに供給するための（例えば、スプール上の）ワイヤ、ビレット等として形成されてもよい。より一般的には、加熱および押出に適切に使用することができる任意の形状が、本明細書で企図される造形材料３０２の形状因子として使用され得る。これには、球形、楕円形、またはフレーク状の粒子等の緩いバルク形状、並びにロッド、ワイヤ、フィラメント、スプール、ブロックまたはペレット体積が連続して供給される形状等が含まれ得る。
造形材料３０２は、本明細書で企図される技術を使用して加熱および押出しのための結合剤システムに装填される金属粉末等の焼結可能な造形材料を含むことができる。結合剤システムは、組成物を押出すために流動性を有するようにし、種々の脱脂工程のいずれかによって除去する。粉末材料は、焼結により最終部品へと高密度化される。例えば、造形材料３０２は、アルミニウム、鋼、ステンレス鋼、チタン合金等で形成された金属粉末を含むことができ、結合剤システムは、ワックス、熱可塑性物質、ポリマー、または任意の他の適切な材料、並びに前述の組み合わせから形成することができる。
造形材料３０２が焼結用の粉末材料等の粒子を含む場合、微粒子は、溶融フィラメント製造プロセスにおける加熱および押出し、並びに、その後の高密度化された物体への焼結に有用な任意のサイズを有することができる。例えば、粒子は、約１ミクロン〜約１００ミクロン、例えば、約５ミクロン〜約８０ミクロン、約１０ミクロン〜約６０ミクロン、約１５ミクロン〜約５０ミクロン、約１５ミクロン〜約４５ミクロン、約２０ミクロン〜約４０ミクロン、または約２５ミクロン〜約３５ミクロンの平均直径を有することができる。例えば、一実施形態では、微粒子の平均直径は、約２５ミクロン〜約４４ミクロンである。いくつかの実施形態では、ナノメートル範囲の粒子等のより小さい粒子、または１００ミクロン超の粒子等のより大きな粒子を付加的または代替的に使用することができる。
本開示では、粒径が規則的に言及されることに留意されたい。実際には、単一の数が、粒子の混合物の形状、サイズおよびサイズ分布を正確かつ完全に特徴付けるのに十分であることはめったにない。例えば、代表的な直径は、算術平均、体積あるいは表面平均、または体積に対する平均直径を含むことができる。また、関連するレオロジー特性は、粒子の大きさと同様に粒子の形状にも依存する。非対称分布の場合、平均値、中央値およびモードは全て異なる値であってもよい。同様に、使用されるメトリックに関係なく、分布幅は大きく変化してもよく、分布は、１０パーセンタイル、５０パーセンタイル、および９０パーセンタイルをそれぞれ表すＤ１０、Ｄ５０およびＤ９０等のいくつかの値として報告され得る。本明細書において、特定のメトリックが提供される場合、それは、粒度および／または分布を特徴付けるための意図されたメトリックである。そうでなければ、特に２つ以上の分布の相対的な大きさが与えられる場合、任意の適切な方法が有用に使用され、一般に、可能な場合は両方の値に対して同じ技術（例えば、測定機器および計算）が、採用されることが好ましい。別段の記載がない限り、粒子は、本明細書で企図される方法、システム、および製品において使用するのに適した、記載されたサイズ範囲または分布内の任意の形状または寸法の組み合わせを有すると理解されるべきである。
一態様では、金属射出成形組成物は、溶融フィラメント製造システムおよび他の付加製造プロセスに有用に適合させることができる。金属射出成形は、高い金属負荷（例えば、＞５０体積％、好ましくは＞６０体積％以上（より大きな金属負荷により焼結を改善および促進することができる））を有する高度に加工された様々な材料を製造し、高温で良好な流動特性を示す成熟技術である。種々の市販のＭＩＭ組成物は、溶融フィラメント製造用の造形材料として有用に適合させることができる。５０ミクロン以上の典型的なＭＩＭ粒径は、既存の溶融フィラメント製造（ＦＦＦ）部品（例えば、出口直径が３００ミクロン以下のノズル）での使用には明らかに適していないが、より小さな粒径のＭＩＭ材料の中実ロッドは、３００ミクロンの押出直径および約２００℃の造形材料温度を有する従来のＦＦＦ機械を用いて良好に押出されることが実証されている。
一般に、造形材料用の原料粉末は、焼結に適した任意の粉末冶金材料または他の金属あるいはセラミック粉末で形成することができる。特定のプロセス、例えば、溶融フィラメント製造または光造形は、粉末材料に寸法的制約または選好を課すことができるが、より小さい粒子が一般に好ましいと思われる。ＭＩＭプロセスに使用するための微細金属粉末を大量生産するための様々な技術が開発されてきた。一般に、粉末は、圧砕、粉砕、霧化、化学反応、または電解析出によって調製することができる。サイズが５ミクロン〜１０ミクロン、またはサイズが１〜２０ミクロン、またはサイズが約１〜５０ミクロンのこのような任意の粉末は、本明細書で企図される造形材料の粉末ベースとして使用することができる。より小さい粒子が利用可能であり、著しく高価でない場合、より小さい粒子を使用することもでき、また、より大きな粒子が製造装置の印刷解像度および物理的ハードウェア（例えば、出口ノズル直径）に適合していれば、より大きな粒子を使用することもできる。絶対的な制限ではないが、押出機の排出オリフィスよりも少なくとも１桁小さい粒径は、ＦＦＦ型押出プロセスの間に良好に押出されるように見える。直径３００μｍの押出成形の一実施形態では、約１〜２２μｍの平均直径を有するＭＩＭ金属粉末を使用することができるが、ナノサイズの粉末を、付加的または代替的に、使用することができる。
多くの適切な粉末冶金材料が現在利用可能であるが、焼結のための粉末材料と、ネットシェイプを維持し、ＦＦＦ押出に適したレオロジーを提供する結合剤とを組み合わせたこのタイプの材料は、本明細書で企図される焼結可能なグリーン体の迅速な試作を容易にする多数の方法にて、更に加工され得る。例えば、上記のように、１００ミクロン以下の粒径が有用に使用され得る。一態様では、これらの粒子は、同じ材料のより小さいナノ粒子（一般に１ミクロン以下のサイズ）と更に混合されて、焼結速度を改善することができる。
広範囲の金属粉末が有用に使用され得る。ステンレス鋼、チタン、チタン合金、高ニッケル合金、ニッケル銅合金、磁性合金等を使用する粉末は、ＭＩＭ材料にて市販されており、焼結に適している。チタン、バナジウム、トリウム、ニオブ、タンタル、カルシウム、およびウランの粉末は、対応する窒化物および炭化物の高温還元によって製造される。鉄、ニッケル、ウラン、およびベリリウムのサブマイクロメートルの粉末は、金属シュウ酸塩およびギ酸塩を還元することによって実証されている。非常に微細な粒子もまた、材料を噴霧するために、溶融金属流を高温プラズマ噴射または火炎を通じて指向することによって調製される。付加的または代替的に、様々な化学的および火炎パウダリングプロセスを使用して、大気中の酸素による粒子表面の深刻な劣化を防止してもよい。より一般的には、焼結に適した粉末金属または他の材料を製造するのに適した任意の技術を、粉末状の基材の製造に適合させることができる。重要な利点として、これらの技術は、焼結に必要なかなり低い温度にて、比較的高い溶融温度の金属の処理および使用を可能にする。従って、例えば、１３００℃を超える溶融温度を有するタングステンまたは鋼合金は、７００℃未満の温度で有用に焼結することができる。
結合剤は、一般に、粉末造形材料と組み合わされて（例えば、溶融フィラメント製造プロセスにおける）堆積に適しており、焼結による最初の製造後に、製造されたネットシェイプを支持する構造マトリックスを提供することができる。現在のＭＩＭ材料では、結合システムは、バルク結合剤および骨格結合剤（一次および二次結合剤とも呼ばれる）として一般に分類することができる複数の結合剤を含み得る。バルク結合剤は、高温で流動することができ、通常の大気条件下で最初の造形後に物体の形状を保持することができる。骨格結合剤は、後に焼結プロセスに結合を提供し、実質的な焼結強度が達成される前に、焼結が始まると形状を保持するのに役立つ。骨格結合剤は、焼結プロセス中に、最後にガス抜きされる。結合剤は、意図する用途に応じて変化し得る。例えば、結合剤は、より高解像度で印刷するために、より低いガラス転移温度またはより低い粘度を有するポリマーで形成される。
一般に、市販のＭＩＭ材料用の結合剤システムは、溶融フィラメント製造プロセスでの使用のために設計されておらず、室温にて脆性のポリマー混合物を使用することが好ましいようである。一態様では、これらの市販の供給材料のポリマー系は、室温で可撓性であるポリマー結合剤システムを補充するか、またはこれと置き換えることで、造形材料をフィラメントに形成し、スプールに巻き付けて、プリンタに連続して供給するようにすることができる。また、成形プロセスを通じて射出成形部品に役立てるために、多くの異なる添加剤、例えば潤滑剤および離型オイルを従来のＭＩＭ原料に含めることができる。しかしながら、これらは望ましくない場合があり、技術は、それらを除去し、ＭＩＭ原料をより印刷可能にするＭＩＭ結合剤に成分を添加するステップを伴い得る。
本明細書に記載の結合剤システムは、付加的または代替的に、セラミック粉末または他の材料と共に使用するのに適している。押出物のレオロジーは、ポリマー結合剤システムに充填される材料とはほとんど無関係であり、粒子組成よりも粒子形状により依存する。このように、金属射出成形品、ＭＩＭ、またはＭＩＭ材料に関する何らかの言及は、異なる意味合いが明示的に示されるか、または文脈から明白でない限り、セラミック、金属酸化物および他の粉末をＭＩＭ型結合剤システムに含むと理解すべきである。
付加的または代替的に、他の添加剤を、本明細書で企図されるように設計材料に含めることができる。例えば、材料には、特に、支持材料として使用される場合、上記のような酸素または他の汚染物質のためのゲッターを組み込むことができる。別の例として、材料は、焼結プロセスを促進するために、液相または他の表面活性添加剤を含んでもよい。
任意の前述のおよび類似の組成物を、溶融フィラメント製造のような印刷技術における造形材料としての使用に適合させることができる。例えば、適切に成形されたＭＩＭ供給材料は、市販のＦＦＦ機械に典型的なノズルを通じて押し出すことができ、一般に、そのような機械の典型的な動作温度（例えば１６０〜２５０℃）内で流動可能または押出可能である。使用温度範囲は結合剤に依存してもよく、例えば、一部の結合剤は約２０５℃で適切な粘度に達し、他は約１６０〜１８０℃のようなより低い温度で適切な粘度に達成してもよい。当業者であれば、これらの範囲（および本明細書に列挙される全ての範囲）は、限定ではなく、例示として提供されることを認識するであろう。
任意の上述の金属射出成形材料または結合剤システム中に粉末状の焼結可能な材料のベースを含有する任意の他の組成物は、本明細書に企図されるように溶融フィラメント製造システム用の造形材料３０２として使用することができる。この基本的な組成の他の適合を行って、造形材料３０２を光造形または他の付加製造技術に適したものにすることができる。本明細書で使用する金属射出成形材料という用語は、任意のそのような加工材料、並びに射出成形に適した同様の結合剤中のセラミックのような他の微粉末ベースを含むことが意図されている。従って、金属射出成形という用語、または一般的に使用されている省略形のＭＩＭが本明細書で使用される場合、これは、市販の金属射出成形材料、並びに金属ではなく、または金属に加えて粉末を使用する他の粉末および結合剤システムを含むと理解されるべきであり、従って、セラミックスを含むと理解されるべきであり、全てのそのような材料は、異なる意味が明示的に示されない限り、または文脈から明白でない限り、本開示の範囲内であることが意図される。また、「ＭＩＭ材料」、「粉末冶金材料」、「ＭＩＭ原料」等の言及はいずれも、一般に、異なる意味合いが明示的示されるか、文脈から明白でない限り、本明細書で企図されるような１つ以上の結合材料または結合剤システムと混合された任意の金属粉末および／またはセラミック粉末に関する。
より一般的には、溶融フィラメント製造に適したレオロジー特性を有する焼結可能な造形材料を形成する任意の粉末および結合剤システムは、本明細書で企図される付加製造プロセスにおいて使用することができる。このような造形材料は、一般に、最終部品を形成するための金属またはセラミック粉末等の粉末材料および結合剤システムを含むことができる。結合剤システムは、典型的には、最終部品への処理中にネットシェイプの物体３１２を保持する１つ以上の結合剤を含む。上述したように、処理は、例えば、ネットシェイプを脱脂して１つ以上の結合剤の少なくとも一部を除去し、ネットシェイプを焼結して粉末材料を接合して高密度化するステップを含むことができる。本明細書では粉末冶金材料について論じているが、付加的または代替的に、他の粉末および結合剤システムを溶融フィラメント製造プロセスで使用してもよい。更により一般的には、その一部が以下に詳述される光造形または結合剤噴射等の製造技術を使用して焼結可能なネットシェイプを製造するのに適合してもよいことを理解すべきである。
駆動システム３０４は、加熱システム３０６への造形材料３０２の連続的またはインデックスされた供給のための任意の適切なギア、圧縮ピストン等を含み得る。別の態様では、駆動システム３０４は、ベローズまたは任意の他の折り畳み式あるいは入れ子式プレスを使用して、造形材料のロッド、ビレット、または同様のユニットを加熱システム３０６内に駆動させることができる。同様に、ピエゾまたはリニアステッパ駆動を使用して、非連続的な一連のステップの前進における別個の機械的増分を使用するインデックスされた方法での造形媒体のユニットを前進させることができる。より脆性のＭＩＭ材料等の場合、硬い樹脂またはプラスチック等の材料の細かい歯の駆動ギアを使用して、ひび割れ、剥がし、または造形材料を妥協する過度の切断または応力集中を生じさせずに材料を把持することができる。
加熱システム３０６は、様々な技術を使用して、造形材料が、溶融フィラメント製造プロセスにおける押出しに適したレオロジー特性を有する使用温度範囲内の温度に造形材料を加熱することができる。この作業温度範囲は、加熱システム３０６によって加熱されている造形材料３０２の種類、例えば、構成された粉末材料および結合剤システムによって可変である。必要に応じて、造形材料３０２をノズル３１０までの、およびノズル３１０を通じて駆動させる造形材料３０２における対応する使用温度範囲を維持するのに適した任意の加熱システム３０６または加熱システムの組み合わせは、本明細書で企図される加熱システム３０６として適切に使用することができる。
コンピュータ化された物体のモデルに従って、造形材料３０２から物体３１２を製造するために、ロボティクス３０８は、造形材料３０２を押出しながら、造形面３１４に対して三次元経路でノズル３１０を移動させるのに適した任意のロボット構成要素またはシステムを含むことができる。当技術分野では様々なロボットシステムが知られており、本明細書で企図されているロボティクス３０８としての使用に適している。例えば、ロボティクス３０８は、造形チャンバ３１６内のｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸において独立して動く多数の線形制御を使用するデカルト座標ロボットまたはｘｙｚロボットシステムを含むことができる。デルタロボットは、付加的または代替的に、適切に構成されていれば、固定されたモータまたは駆動要素の設計上の利便性を提供するだけでなく、速度および剛性に関して重要な利点を提供することができる。ダブルまたはトリプルデルタロボットのような他の構成は、複数のリンケージを使用して動作範囲を広げることができる。より一般的には、造形チャンバ３１６内の作動、操作、移動等に適した任意の機構または機構の組み合わせを含む、造形面３１４に対するノズル３１０の制御された位置決めに適した任意のロボティクスは、真空または同様の環境内で、有効に使用され得る。
ロボティクス３０８は、ノズル３１０および造形面３１４のうち１つ以上の動きを制御することによって、造形面３１４に対してノズル３１０を位置決めすることができる。例えば、一態様では、ノズル３１０は、構造面３１４が静止状態にある間に、ロボティクス３０８がノズル３１０を位置決めするように、ロボティクス３０８に動作可能に結合する。造形面３１４は、付加的または代替的に、ノズルが静止状態にある間に、ロボティクス３０８が造形面３１４を位置決めするように、ロボティクス３０８に動作可能に結合されてもよい。または、例えば、ノズル３１０をｚ軸制御のために上下に移動させ、造形面３１４をｘ−ｙ面内で移動させて、ｘ軸およびｙ軸の制御を提供することによって、これらの技術のいくつかの組み合わせを採用することができる。こうした一部の実装形態では、ロボティクス３０８は、造形面３１４を１つ以上の軸に沿って移動させ、および／または造形面３１４を回転させることができる。より一般には、ロボティクス３０８は、１つ以上のノズル３１０を造形面３１４に対して移動させるように動作可能なロボットシステムを形成することができる。
１つ以上の軸線に沿った制御された直線運動および／または１つ以上の軸線の周囲の制御された回転運動を達成するために、様々な構成および技術が当該技術分野において知られていることが理解されるであろう。ロボティクス３０８は、多数のステッパモータを含むことで、例えば、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸のような各軸線に沿って造形チャンバ３１６内のノズル３１０または造形面３１４の位置を独立して制御することができる。より一般的には、ロボティクス３０８は、ステッパモータ、符号化ＤＣモータ、ギア、ベルト、プーリ、ウォームギア、スレッド等の様々な組み合わせを含むが、これらに限定されない。ノズル３１０または造形面３１４を制御可能に位置決めするのに適した任意のこのような構成は、本明細書に記載の付加製造システム３００と共に使用するように適合させることができる。
ノズル３１０は、駆動システム３０４で推進され、加熱システム３０６で加熱された造形材料３０２を押し出すための１つ以上のノズルを含むことができる。単一のノズル３１０および造形材料３０２が図示されているが、ノズル３１０は、例えば、第１ノズル３１０が焼結可能な造形材料を押し出す一方、第２ノズル３１０が支持材を押し出すように、異なるタイプの材料を押し出す多数のノズルを含むことで、さもなければ造形材料３０２による製造の設計規則に背く、ブリッジ、オーバーハング、および物体３１２の他の構造的特性を支持することができることを理解されよう。別の態様では、ノズル３１０の１つは、焼結後に除去することができる取り外し可能な、または分離した支持構造用のインタフェース材料を堆積させることができる。
一態様では、ノズル３１０は、本明細書で説明するように、１つ以上の超音波トランスデューサ３３０を含むことができる。超音波は、この文脈で様々な目的のために有用に適用することができる。一態様では、超音波エネルギーは、造形材料３０２のノズル３１０の内面への付着を軽減することによって、または、隣接する層の間の材料の機械的混合を促進することによって層同士の結合を改善することにより、押出しを容易にすることができる。
別の態様では、ノズル３１０は、ノズル３１０を出る瞬間に媒体を冷却するために、不活性ガス等の入口ガスを含むことができる。より一般的には、ノズル３１０は、ノズル３１０を出る際に、造形材料３０２に冷却流体を適用するための任意の冷却システムを含むことができる。このガス噴射は、例えば、押し出された材料を直ちに硬化させて、拡張されたブリッジング、より大きいオーバーハング、または製造中に支持構造を必要とし得る他の構造を容易にすることができる。入口ガスは、付加的または代替的に、物体３１２の表面を平滑化するためのドライアイス粒子のような研磨剤を担持してもよい。
別の態様では、ノズル３１０は、堆積された材料の層を平坦化し、層を下層に結合するように圧力を印加するための１つ以上の機構を含むことができる。例えば、加熱されたニップローラ、キャスター等は、造形チャンバ３１６のｘ−ｙ面を通るその経路のノズル３１０に続くことで、堆積された（および依然として柔軟な）層を平坦化することができる。ノズル３１０は、付加的または代替的に、形成壁、平坦面等を一体化して、ノズル３１０によって堆積された際に押出物を付加的に成形または制約することができる。ノズル３１０は、このツールによるより一貫した成形および平滑化を容易にするために、非粘着材料（使用される造形材料３０２に応じて異なる）で有用にコーティングすることができる。
一般に、ノズル３１０は、リザーバと、リザーバ内の造形材料３０２を液体または他の押出可能な形態で維持するように構成されたヒータ（加熱システム３０６等）と、出口と、を含むことができる。プリンタ３０１が複数のノズル３１０を含む場合、第２ノズルは、任意の様々な追加の造形材料、支持材料、インタフェース材料等を有用に提供することができる。
例えば、第２ノズル３１０は、最終部品への加工中に物体の支持を維持するのに適した脱脂および焼結収縮特性を有する支持材料を供給することができる。例えば、これは、最終物体に焼結する粉末材料を含まない焼結可能な造形材料のための結合剤システムからなる材料を含むことができる。別の態様では、支持材料は、印刷されたグリーン体の加工中に除去され得るワックス、または何らかの他の熱可塑性あるいは他のポリマーから形成することができる。例えば、オーバーハング支持体のために、並びに、頂部または側部支持体、または任意の他の適切な支持構造のために、この支持材料を使用して、印刷および後続の焼結中に物理的支持を提供することができる。印刷および焼結は、異なる支持要件を課すことができることが理解されるであろう。従って、異なる支持材料および／または異なる支持規則を、各種類の必要な支持に採用することができる。更に、焼結の間に印刷支持体が必要でない場合には、印刷支持体を印刷後かつ焼結前に除去することができる一方で、焼結が完了するまで（または、物体が十分な焼結強度に達し、焼結支持構造の必要性が排除されるまで）、焼結支持体をグリーン体に取り付けた状態に保持することができる。
別の態様では、第２ノズル（または第３ノズル）を使用して、インタフェース材料を提供することができる。一態様において、例えば、支持材料が、非構造化粉末に脱脂して焼結するセラミック／結合剤システムである場合、支持材料は、インタフェース材料としても役立ち、物体の造形材料３０２と一緒に焼結しないインタフェース層を形成する。別の態様では、第２ノズル（または第３ノズル）は、支持材料とは異なるインタフェース材料を提供することができる。これは、例えば、造形材料３０２（または支持材料）の結合剤システムを、物体３１２を形成する造形材料３０２中の粉末材料を焼結するのに使用される時間および温度条件下で焼結しないセラミックまたは他の材料と共に、含むことができる。これは、付加的または代替的に、焼結後に容易に最終物体から離脱することができるように、焼結部品を有する脆性のインタフェースを形成する材料を含むことができる。このインタフェース材料が焼結しない場合、焼結プロセス中に構造的支持を提供し続けることができる焼結可能な支持構造と組み合わせにて使用することができる。
支持材料は、他の機能性物質を有用に統合することができる。例えば、酸素ゲッターとしてチタンを支持材料に添加することで、製造された物体にチタンを全く導入することなく、造形環境を改善することができる。より一般的には、支持材料（または支持材料と物体３１２との間の層のインタフェース材料）は、製造中の造形材料３０２の酸化を緩和するために、造形材料３０２よりも酸素に対する化学親和力が実質的に大きい成分を含むことができる。付加的または代替的に、他のタイプの添加剤を使用して、汚染物を除去することができる。例えば、ジルコニウム粉末（または他の強力な炭化物形成剤）を、焼結中に炭素汚染を抽出するために、支持材料に添加することができる。
物体３１２は、本明細書で企図される技術を使用して製造するのに適した任意の物体であってもよい。これは、機械部品、彫刻のような審美的物体、または任意の他のタイプの物体等の機能的物体、並びに、造形チャンバ３１６および造形面３１４の物理的制約内に適合し得る物体の組み合わせを含むことができる。材料を堆積させることができる物理的表面が存在しない故に、大きなブリッジやオーバーハング等の一部の構造は、ＦＦＦを使用して直接的に製造することができない。これらの場合、物体３１２の対応する特徴を支持するために、好ましくは可溶性または容易に除去可能な材料の支持構造３１３を製造することができる。また、支持構造３１３と物体３１２との間に、インタフェース層を製造または形成して、焼結または他の処理後に２つの構造体を容易に分離することができる。
造形面３１４は、ノズル３１０から堆積した金属または他の材料を受容するのに適した任意の表面または物質で形成することができる。造形面３１４の表面は、剛性かつほぼ平坦であることができる。一態様では、造形面３１４を、例えば抵抗加熱または誘導加熱して、造形チャンバ３１６または物体３１２が製造される表面の温度を制御することができる。これは、例えば、接着を改善し、熱によって誘発された変形または障害を防止し、物体３１２内の応力緩和を促進することができる。別の態様では、造形面３１４は、造形面３１４上に形成された剛性の物体３１２から分離するために、変形可能な構造または湾曲あるいは物理的に変形可能な表面であることができる。造形面３１４は、例えば、位置決めアセンブリ（例えば、ノズル３１０または異なるロボティクスを位置決めするのと同じロボティクス３０８）によって、造形チャンバ３１６内で移動可能であり得る。例えば、造形面３１４は、ｚ軸に沿って（例えば、上下に、ノズル３１０に向けて、かつノズル３１０から離れて）、または、ｘ−ｙ面に沿って（例えば、横に、例えば、ツール経路を形成し、ノズル３１０の移動と連動して、物体３１２を製作するためのツール経路を形成するパターンで）、またはこれらのいくつかの組み合わせにて移動可能である。一態様では、造形面３１４は回転可能である。
造形面３１４は、造形面３１４の少なくとも一部の温度を維持または調整するための温度制御システムを含むことができる。温度制御システムは、全体的または部分的に造形面３１４内に埋め込まれてもよい。温度制御システムは、ヒータ、冷却剤、ファン、送風機等のうち１つ以上を含むことができるが、これらに限定されない。実施形態においては、金属印刷部分の誘導加熱によって温度を制御することができる。造形面３１４は、印刷プロセス中に造形面３１４を制御可能に加熱および／または冷却するための熱制御システム３１７を有効に組み込むことができる。
一般に、造形チャンバ３１６は、造形面３１４およびノズル３１０を収容し、造形材料３０２から造形面３１４上の物体３１２を製造するのに適した造形環境を維持する。造形材料３０２にとって適切な場合、これは、真空環境、酸素枯渇環境、加熱環境、不活性ガス環境等を含むことができる。造形チャンバ３１６は、造形面３１４、物体３１２、および物体３１２を容易に製造するために造形チャンバ３１６内で使用されるプリンタ３０１の任意の他の構成要素を収容するのに適した任意のチャンバとすることができる。
プリンタ３０１は、造形チャンバ３１６に結合され、造形チャンバ３１６内に真空を生成するか、さもなければ印刷プロセス中に空気を濾過または処理するように動作可能なポンプ３２４を含むことができる。本明細書で企図される粉末冶金材料および他の粉末／結合剤システムは、典型的には真空環境を必要としないが、汚染を低減するために、または印刷プロセスのための操作環境を制御するために真空を使用することができる。多数の適切な真空ポンプが当該技術分野において公知であり、本明細書で企図されるポンプ３２４としての使用に適合させることができる。造形チャンバ３１６は、環境的に密閉されたチャンバを形成することで、ポンプ３２４で排気することができ、または造形チャンバ３１６を通る温度および空気の流れを制御するようにすることができる。環境的な封止には、例えば、造形容積内の加熱された構成要素から外部環境への過度の熱伝達を防止するための、およびその逆のための熱封止を含むことができる。造形チャンバ３１６の封止は、付加的または代替的に、圧力シールを含むことで、造形チャンバ３１６の加圧を容易にして、例えば、周囲酸素および他の周囲ガス等による浸潤に抵抗する正の圧力を提供することができる。造形チャンバ３１６の封止を維持するために、例えば、造形材料フィード、電子機器等のための造形チャンバ３１６のエンクロージャ内の任意の開口部は、適切に対応する真空シール等を含むことができる。
造形チャンバ３１６は、造形チャンバ３１６の容積（例えば、構築容積）の少なくとも一部の温度を維持または調整するための温度制御システム３２８を含むことができる。温度制御システム３２８は、ヒータ、冷却剤、ファン、送風機等のうち１つ以上を含むが、これらに限定されない。温度制御システム３２８は、造形チャンバ３１６内の所望の熱を伝達するための熱交換媒体として流体等を使用してもよい。温度制御システム３２８は、付加的または代替的に、造形チャンバ３１６内の空気（例えば、循環空気）を移動して、温度を制御し、より均一な温度を提供し、または造形チャンバ３１６内で熱を伝達することができる。
温度制御システム３２８、または本明細書に記載の温度制御システムのいずれか（例えば、加熱システム３０６の温度制御システムまたは造形面３１４の温度制御システム）は、１つ以上の能動デバイス、例えば、電流を熱に変換する抵抗素子、印加電流に応じて加熱または冷却するペルチェ効果デバイス、または任意の他の熱電加熱および／または冷却デバイスを含むことができる。従って、本明細書で説明する温度制御システムは、プリンタ３０１の構成要素に能動的な加熱を提供するヒータ、プリンタ３０１の構成要素に能動的な冷却を提供する冷却要素、またはこれらの組合せを含むことができる。温度制御システムは、制御システム３１８が制御可能にプリンタ３０１の構成要素に熱を加え、またはプリンタ３０１の構成要素から熱を除去するために、制御システム３１８と通信関係で結合されてもよい。更に、造形チャンバ３１６のための温度制御システム３２８と、加熱システム３０６の温度制御システムと、造形面３１４の温度制御システムとは、（例えば、制御システム３１８の一部として含まれるか、または制御システム３１８と通信する）単一の温度制御システムに含まれるか、またはそれらは別個の独立した温度制御システムであってもよい。従って、例えば、加熱された造形面または加熱されたノズルは、造形チャンバ３１６の加熱に寄与し、造形チャンバ３１６のための温度制御システム３２８の構成要素を形成することができる。
一般に、制御システム３１８は、プリンタ３０１の動作を制御するコンピュータ実行可能コードによって構成されたコントローラ等を含むことができる。制御システム３１８は、付加製造システム３００の構成要素、例えば、ノズル３１０、造形面３１４、ロボティクス３０８、様々な温度および圧力制御システム、および本明細書に記載の付加製造システム３００の任意の他の構成要素を制御して、三次元モデルまたは物体３１２を説明する任意の他のコンピュータ化されたモデルに基づいて造形材料３０２から物体３１２を製造することができる。制御システム３１８は、限定はしないが、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路、プログラマブルゲートアレイ、および任意の他のデジタルおよび／またはアナログ部品、並びに、それらの組み合わせと共に、制御信号、駆動信号、電力信号、センサ信号等の送受信のためのインプットおよびアウトプットを含む、本明細書に記載の付加製造システム３００の様々な構成要素を制御するのに適したソフトウェアおよび／または処理回路の任意の組み合わせを含むことができる。一態様では、制御システム３１８は、十分な計算能力を有するマイクロプロセッサまたは他の処理回路を含むことで、オペレーティングシステムの実行、グラフィカルユーザインタフェースの提供（例えば、制御システム３１８またはプリンタ３０１に結合されたディスプレイへの提供）、三次元モデル３２２のツール命令への変換、およびネットワークサーバ３６０を介して通信するためのネットワークインタフェース３６２を介したウェブサーバの操作または遠隔ユーザおよび／またはアクティビティのホスト等の関連する機能を提供することができる。
制御システム３１８は、例えば、プリンタ３０１の動作を制御する命令を提供することによって、プリンタ３０１にて実行される製造プロセスを制御および監視するのに有用なプロセッサおよびメモリ、並びに任意の他のコプロセッサ、信号プロセッサ、インプットおよびアウトプット、デジタル／アナログまたはアナログ／デジタル変換器、および他の処理回路を含むことができる。この目的のために、制御システム３１８は、造形材料３０２、駆動システム３０４、加熱システム３０６、ノズル３１０、造形面３１４、ロボティクス３０８、および温度センサ、圧力センサ、酸素センサ、真空ポンプ等の造形プロセスに関連する任意の他の計装または制御構成要素の供給源と通信関係で結合されてもよい。
制御システム３１８は、プリンタ３０１による実行のための機械対応コードを生成して、三次元モデル３２２から物体３１２を製造することができる。別の態様では、機械対応コードは、三次元モデル３２２に基づいて、独立したコンピュータ装置３６４によって生成され、ローカルエリアネットワークまたはインターネット等のインターネットワークを含むネットワーク３６０を介して制御システム３１８に通信され、また、制御システム３１８は、機械対応コードを解釈し、プリンタ３０１の構成要素に対する対応する制御信号を生成する。制御システム３１８は、得られる物理的物体を構造的または審美的に改善するための多数の戦略を展開することができる。例えば、制御システム３１８は、例えば材料を平坦化し、パッシベーション層を除去し、あるいは現在の層を材料および／または形状の次の層に準備し、材料を最終形状にトリミングするために、ノズル３１０が堆積された材料の既存の層の上を走る場所にて、耕起、しごき加工、平削り、または同様の技術を使用することができる。ノズル３１０は、この耕起処理を容易にするために非粘着性の表面を含んでもよく、また、（超音波トランスデューサを使用して）ノズル３１０を加熱および／または振動させて、スムージング効果を改善してもよい。一態様では、これらの表面準備ステップは、三次元モデルから導かれたｇコードのような最初に生成された機械準備コードに組み込まれ、製造中にプリンタ３０１を動作させるために使用することができる。別の態様では、プリンタ３０１は、堆積された層を動的に監視して、物体３１２の正常な完了のために追加の表面処理が必要か、または有用か否かを層ごとに決定することができる。従って、一態様では、金属ＦＦＦプロセスを監視し、金属材料の前の層が追加の金属材料を受容するのに不適切である場合に、加熱された、または振動する非粘着ノズルで表面準備工程を展開するプリンタ３０１が本明細書に開示される。
一般に、物体３１２の三次元モデル３２２または他のコンピュータ化されたモデルは、制御システム３１８として使用されるコンピュータ装置のローカルメモリ等のデータベース３２０、またはサーバあるいは他のリモートリソースを介してアクセス可能なリモートデータベース、または制御システム３１８にアクセス可能な任意の他のコンピュータ可読媒体に格納することができる。制御システム３１８は、ユーザインプットに応答して特定の三次元モデル３２２を検索し、プリンタ３０１によって実行されるための機械対応命令を生成して、対応する物体３１２を製造することができる。これは、ＣＡＤモデルがＳＴＬモデルまたは他の多角形メッシュあるいは他の中間表現に変換される場合のような、中間モデルの作成を含むことができ、これらを同様に処理して、プリンタ３０１による物体３１２の製造のためのｇコードのような機械命令を生成する。
動作時において、物体３１２の付加製造用に準備するために、物体３１２の設計を最初にコンピュータ装置３６４に提供することができる。設計は、ＣＡＤファイル等に含まれる三次元モデル３２２であってもよい。コンピュータ装置３６４は、一般に、自律的に操作されるか、またはユーザによって操作されて、付加製造システム３００内の他の構成要素を管理、監視、通信、または他の構成要素と相互作用する任意の装置を含むことができる。これは、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ネットワークコンピュータ、タブレット、スマートフォン、スマートウォッチ、または本明細書で企図されるシステムに参加することができる任意の他のコンピューテタ装置であってもよい。一態様では、コンピュータ装置３６４は、プリンタ３０１と一体的である。
コンピュータ装置３６４は、本明細書に記載の制御システム３１８または制御システム３１８の構成要素を含むことができる。コンピュータ装置３６４は、付加的または代替的に、制御システム３１８を補充するか、または制御システム３１８の代わりに提供されてもよい。従って、別段の記載がない限りまたは文脈から明白でない限り、コンピュータ装置３６４の任意の機能を、制御システム３１８によって実行することができ、逆もまた同様である。別の態様では、コンピュータ装置３６４は、例えば、コンピュータ装置３６４をプリンタ３０１の制御システム３１８に局所的に接続するローカルエリアネットワーク、またはコンピュータ装置３６４を制御システム３１８と通信関係で遠隔接続するインターネット等のインターネットワークであり得るネットワーク３６０を介して、制御システム３１８と通信するか、または制御システム３１８と連結している。
コンピュータ装置３６４（および制御システム３１８）は、プロセッサ３６６およびメモリ３６８を含むことで、本明細書で説明されるような付加製造システム３００の管理に関連する機能および処理タスクを実行することができる。一般に、メモリ３６８は、プロセッサ３６６によって実行することができるコンピュータコードを含むことで、本明細書に記載の多様なステップを実行することができ、メモリは、更に、付加製造システム３００の他の構成要素によって生成されるセンサデータ等のデータを格納することができる。
一般に、溶融フィラメント製造のような製造プロセスは、製造装置および造形材料の物理的制限に適応するための一連の設計規則を意味するか、または明示的に含む。例えば、オーバーハングは、支持構造を下に配置することなく製造することができない。溶融フィラメント製造（ＦＦＦ）等のプロセスの設計ルールは、本明細書に記載されているようなＦＦＦ技術を使用してグリーン体の製造に適用されるが、グリーン体も様々な脱脂および焼結の規則を受ける。これは、例えば、焼結中に部品が収縮している間に（グリーン体の組成に応じて２０％以上であり得る）、床上の抗力を回避または最小にする構造を含むことができる。同様に、溶融フィラメント製造中に必要とされる支持体とは異なる特定の支持体が焼結中に必要とされる。一対の重なり合う片持ち梁のような部品が入れ子状態にある場合、片持ち梁の捕捉および変形の可能性を防止するために、支持構造を介在させるのに、支持構造よりも僅かに速く収縮することが重要である。別の例として、射出成形は、典型的には、壁の厚さを均一にして、より薄い壁が好ましい脱脂および／または焼結動作におけるばらつきを低減することを目的としている。本明細書で企図されるシステムは、これらの異種の設計規則のセット、例えば、ラピッドプロトタイピングシステム（例えば、溶融フィラメント製造）、脱脂、焼結プロセスのための設計規則のセットを、製造用に準備されたＣＡＤモデルに適用することで、ＣＡＤモデルから物体が製作され、更に、所望のまたは意図されるネットシェイプを実質的に保持しながら処理されてもよい。
これらの規則は、特定の条件下で組み合わせることもできる。例えば、製造中のオーバーハングに必要な支持構造は、オーバーハングの底面を製造するために使用される押出／堆積プロセスの力に耐えなければならないが、焼結中の支持構造は、焼成プロセス中の重力に耐えるだけでよい。従って、製造プロセス中の異なる時点で除去される２つの別個の支持体、即ち、グリーン体への緩い機械的結合から分離するように構成され得る、製造プロセスの力に抵抗するように構成された製造支持体と、それほど広範ではなく、焼結中のグリーン体への重力に抵抗するだけでよい焼結支持体と、があり得る。これらの焼結支持体は、高密度化された最終物体から容易に除去することができるように、非焼結性層を介して物体に結合されることが好ましい。別の態様では、製造支持体は、焼結プロセスの間に完全に消滅するように、粉末または他の充填物を含まない結合剤から製造することができる。
製造中、詳細なデータを、その後の使用および分析のために集めることができる。これは、例えば、物体３１２の各層にて生じる誤差、変動等を識別するセンサおよびコンピュータビジョンシステムからのデータを含むことができる。同様に、トモグラフィー等を使用して、層ごとのインタフェース、集積部品寸法を検出および測定することができる。このデータは、例えば、エンドユーザにより変動および欠陥が物体ト３１２の使用にどのように影響を与えるかを評価することができるように、物体３１２のデジタルツイン３４０として、物体と共に集められ、エンドユーザに供給されてもよい。空間的／形状的分析に加えて、デジタルツイン３４０は、例えば、使用される材料の重量、印刷時間、造形チャンバの温度差等の集計統計値、並びに、容積堆積速度、材料温度、環境温度等の関心のある任意のプロセスパラメータの時系列ログを含むプロセスパラメータを記録することができる。
デジタルツイン３４０は、例えば、完成した物体３１２内のボクセルベースまたは他の体積ベースの、造形材料３０２の熱履歴を有用に記録することもできる。従って、一態様では、デジタルツイン３４０は、例えば、早期焼結の開始、結合剤システムの損失、または製造プロセス中に蓄積する可能性のある他の可能性のある熱的影響を推定するために使用することができる、物体３１２に組み込まれる造形材料に対する熱履歴の空間的時間マップを格納することができる。制御システム３１８は、製造中にこの情報を使用することができ、熱履歴の空間的時間マップに従って、製造中に溶融フィラメント製造システム等の熱パラメータを調整するように構成することができる。例えば、制御システム３１８は、造形チャンバを有効に冷却し、または押出温度を制御することで、製造された物体３１２全体にわたってより均一な程度の熱脱脂を維持することができる。
プリンタ３０１は、カメラ３５０または他の光学装置を含むことができる。一態様では、カメラ３５０を使用して、デジタルツイン３４０を作成し、またはデジタルツイン３４０のための空間データを提供することができる。カメラ３５０は、より一般的には、マシンビジョン機能を容易にするか、または製造プロセスの遠隔監視を容易にする。カメラ３５０からの動画または静止画像を使用して、付加的または代替的に、印刷プロセスを動的に修正し、または、自動化された、または手動による調整をすべき場所およびその方法を視覚化することができる。カメラ３５０を使用して、動作前にノズル３１０および／または造形面３１４の位置を確認することができる。一般に、カメラ３５０は、例えば、カメラ３５０がチャンバ壁内に形成された観察窓と整列している場合、造形チャンバ３１６内に配置されてもよく、または造形チャンバ３１６の外部に配置されてもよい。
付加製造システム３００は、１つ以上のセンサ３７０を含むことができる。センサ３７０は、例えば、有線または無線接続（例えば、データネットワーク３６０を介する）を介して、制御システム３１８と通信することができる。センサ３７０は、物体３１２の製造の進行を検出し、信号が物体３１２の製造の進行を特徴付けるデータを含む信号を制御システム３１８に送信するように構成されてもよい。制御システム３１８は、信号を受信し、物体３１２の製造の進行に応じて、付加製造システム３００の少なくとも１つのパラメータを調整するように構成することができる。１つ以上のセンサ３７０は、限定はしないが、接触プロフィルメータ、非接触プロフィルメータ、光学センサ、レーザ、温度センサ、動作センサ、撮像装置、カメラ、エンコーダ、赤外線検出器、体積流量センサ、重量センサ、音響センサ、光センサ、物体の存在（または不在）を検出するセンサのうち１つ以上を含むことができる。
本明細書で論じるように、制御システム３１８は、センサ３７０に応答して付加製造システム３００のパラメータを調整することができる。調整されたパラメータは、造形材料３０２の温度、造形チャンバ３１６（または造形チャンバ３１６の容積の一部）の温度、および造形面３１４の温度を含むことができる。パラメータは、付加的または代替的に、造形チャンバ３１６内の大気圧等の圧力を含むこともできる。パラメータは、付加的または代替的に、増強添加剤、着色剤、脆化材料等の造形材料と混合するための添加剤の量または濃度を含むことができる。
ノズル３１０は、制御システム３１８に、造形材料３０２の導電率、造形材料３０２の種類、ノズル３１０の出口直径、造形材料３０２を押し出すための駆動システム３０４によって印加される力、加熱システム３０６の温度、または任意の他の有用な情報等の任意の検知された状態または状況を示す信号を送信するように構成されてもよい。制御システム３１８は、そのような信号を受信し、それに応答して造形プロセスの態様を制御することができる。
一態様では、１つ以上のセンサ３７０は、造形材料３０２の温度を容積に関して監視する、即ち、押出前、押出中、押出後、またはこれらの任意の組み合わせに造形材料３０２の容積内の特定の位置での温度を捕捉するように構成されたセンサシステムを含むことができる。これは、任意の接触または非接触温度測定技術に基づいて、利用可能な場合には表面測定を含むことができる。これは、付加的または代替的に、供給経路に沿って、および完成した物体内の異なる点で、造形材料３０２の内部の温度の推定を含むことができる。この蓄積された情報を使用して、完成した物体３１２内の造形材料の各ボクセルの経時的な温度を含む熱履歴を生成することができ、これらの全ては、以下に説明され、印刷中の熱パラメータの制御、脱脂および焼結等の下流処理の制御、または物体３１２の後処理レビューおよび分析のために使用されるデジタルツイン３４０に格納することができる。
付加製造システム３００は、ネットワークインタフェース３６２を含むか、またはネットワークインタフェース３６２と通信関係で接続されてもよい。ネットワークインタフェース３６２は、制御システム３１８と、データネットワーク３６０を介して遠隔コンピュータ（例えば、コンピュータ装置３６４）と通信関係にある付加製造システム３００の他の構成要素とを結合するのに適したハードウェアおよびソフトウェアの任意の組み合わせを含むことができる。限定的ではなく単なる例示として、これには、ＩＥＥＥ８０２．１１スタンダード（またはその任意の変形）、または任意の他の短距離または長距離無線ネットワーク構成要素等に従った有線または無線イーサネット接続用の電子機器を含むことができる。これは、ブルートゥースまたは赤外線トランシーバのような短距離データ通信のためのハードウェアを含むことができ、これを使用して、同様に、インターネット等の広域データネットワークに結合されるローカルエリアネットワーク等に結合することができる。これは、付加的または代替的に、ＷｉＭＡＸ接続またはセルラネットワーク接続（例えば、ＣＤＭＡ、ＧＳＭ、ＬＴＥ、または任意の他の適切なプロトコルあるいはプロトコルの組み合わせを使用する）のためのハードウェア／ソフトウェアを含むことができる。一貫して、制御システム３１８は、例えば、ネットワーク３６０に自律的に接続して、印刷可能なコンテンツを検索することによって、または、プリンタ３０１のステータスまたは利用可能性に対する遠隔的な要求に応答することによって、ネットワークインタフェース３６２が接続されている任意のネットワーク３６０内の付加製造システム３００による参加を制御するように構成することができる。
他の有用な特徴は、上述したプリンタ３０１に統合されてもよい。例えば、プリンタ３０１は、溶媒源およびアプリケータを含むことができ、溶媒（または他の材料）を、製造中に、例えば表面特性を改質するために、物体３１２の特定の（例えば、プリンタ３０１によって制御される）表面に適用してもよい。追加された材料は、例えば、所望の電気的、熱的、光学的、機械的、または審美的特性を提供するために、特定の場所または特定の領域にわたって物体３１２の表面を意図的に酸化または改質することができる。この能力を使用して、テキストまたはグラフィックス等の審美的特性を提供する、またはＲＦ信号を受信するためのウィンドウ等の機能的特性を提供することができる。これを使用して、剥離層を適用するか、または支持体を分離するために既存の支持体または物体層を改質することができる。
いくつかの実施形態では、コンピュータ装置３６４または制御システム３１８は、製造中に、物体３１２の一部を支持する支持構造３１３を識別または作成することができる。一般に、支持構造３１３は、製造が完了した後に除去される犠牲構造であってもよい。いくつかのこのような実施形態では、コンピュータ装置３６４は、製造される物体３１２、物体３１２を製造するために使用される材料、およびユーザインプット等の要因に基づいて、支持構造３１３を製造するための技術を特定することができる。支持構造３１３は、高温ポリマーまたは造形材料３０２と脆弱な結合を形成する他の材料から製造することができる。別の態様では、支持構造３１３と物体３１２との間のインタフェースを操作して、
中間層の結合を弱化させて、分離支持体の製造を促進する。
プリンタ３０１はまた、物体３１２を製造するのに使用される三次元モデル３２２に基づく予想された物理的アウトプットから逸脱した物体３１２から材料を除去するための減法加工ツール（例えば、ドリル、フライス加工ツール、または他の多軸制御可能ツール）等の補助ツール３８０と有用に一体化されていてもよい。例えば、フライス加工ツールは、押出機３９０から押出された後、かつ物体３１４を焼結する前に、造形面３１４上の造形材料を成形するように構成されてもよい。付加技術と減法技術との組み合わせについて考慮してきたが、ＭＩＭ材料の使用は、物体１１２が比較的軟質であり、加工しやすい場合、ネットシェイプ成形後でかつ焼結（または脱脂）前にグリーン体に対して減法成形が実行される場合に、特有の利点を提供する。これにより、物体１１２が金属物体に焼結される前に、物理的に観察可能な欠陥および印刷アーチファクトを迅速かつ容易に除去することができる。これは、三次元モデル３２２またはいくつかの他のマニュアル仕様等のいずれかに従って、物体に特定の特徴または構造を課すステップを含むこともできる。例えば、これは、スレッドを物体にタッピングするステップ、または減算的な穿孔、研削、ルーティング、またはその他の減算処理によって容易に課すことができる貫通孔または他の構造を生成するステップを含むことができる。このアプローチは、対象となる特徴、例えば水平ねじ切り貫通孔が、付加製造で正確に製造することがより困難な場合に特に有利であり得る。減法製造が部品内に特定される場合、付加モデルは、例えば溶融フィラメント製造プロセスにおいて、適切な層の厚さおよび充填物を含むことで、減法特性の周りに適切な材料の隙間を提供することもできる。
別の態様では、補助ツール３８０は、本明細書に記載のオーバーヘッド支持体を製造するためのツールであってもよい。例えば、補助ツール３８０は、物体の表面上に支持構造を形成するように構成された補足的な付加製造システムを含み、表面は上向きに垂直に露出し、支持構造は、表面に結合された上部構造を含むことで、物体上の下方への垂直な負荷を支持することができる。適切なオーバーヘッド支持構造は、以下の図９〜図１０を参照して、単なる例示として説明される。
一般的な一態様において、駆動システム３０４、加熱システム３０６、ノズル３１０、および任意の他の相補的な構成要素は、本明細書に記載の材料の１つを押し出すための押出機３９０を形成してもよく、プリンタ３００は、製造プロセスにて使用される材料の数および種類に従って、任意の数のこうした押出機３９０を含むことができる。従って、本明細書では、三次元製造用のプリンタ３００が一般に開示されており、プリンタ３００は、造形面３１４と、第１押出機３９０と、第２押出機３９０と、第１押出機３９０および第２押出機３９０を造形面３１４に対して移動させるように操作可能なロボティクス３０８を含むロボットシステムと、プロセッサ（例えば、制御システム３１８のプロセッサ）と、を含むことができる。第１押出機３９０は、物体３１２を製造するための造形材料３０２の第１供給源に結合することができ、造形材料３０２は、物体３１２を形成するための粉末材料と、１つ以上の結合剤を含む結合剤システムとを含み、１つ以上の結合剤は、物体を最終部品に加工する間に、ネットシェイプの物体３１２の変形に抵抗する。第２押出機３９０は、物体３１２と支持構造３１３の隣接表面との間にインタフェース層を作製するためのインタフェース材料の第２供給源に結合されてもよく、この場合、インタフェース材料は、焼結中に、物体３１２が支持構造３１３に結合するのに抵抗する。プロセッサは、第１押出機３９０および第２押出機３９０のうち少なくとも１つから押し出しながら、造形面３１４に対する造形経路に沿ってロボットシステムを移動させて、物体３１４のコンピュータ化されたモデル（例えば、三次元モデル３２２）に基づいて、造形面３１４上に物体３１２を製造するように、コンピュータ実行可能コードによって構成することができる。
第１押出機３９０は、例えば、プリンタ３００が単一の押出機の造形材料とインタフェース材料とを切り替えるために材料を交換する第２押出機３９０であってもよい。プリンタ３００は、付加的または代替的に、支持構造３１３を製造するための支持材料の第３供給源に、または多材料製造において使用するための第２造形材料に結合された第３押出機３９０を含むことができる。別の態様では、支持構造３１３は、例えば、プロセッサが第１押出機３９０から造形材料３０２を押し出すことによって支持構造３１３を形成するように構成されている場合、物体３１２と同じ材料で形成することができる。
図４は、結合剤噴射を用いた付加製造システムを示す。本明細書で企図されるように、結合剤噴射技術を使用して、最終部品に脱脂および焼結するために、金属粒子等をネットシェイプに堆積して結合することができる。脱脂および／または焼結中に物体の変形を緩和するために支持構造が必要とされる場合、焼結中における物体の支持構造への結合を回避するために、支持構造と物体の部分との間にインタフェース層を形成することができる。
一般に、結合剤噴射用のプリンタ４００は、粉末床４０２と、粉末床４０２にわたって移動可能なスプレッダ４０４（例えばローラ）と、粉末床４０２にわたって移動可能なプリントヘッド４０６と、プリントヘッド４０６と電気通信しているコントローラ４０８と、を含むことができる。粉末床４０２は、例えば、第１金属の微粒子の充填量の粉末４１０を含むことができる。スプレッダ４０４は、粉末床４０２にわたって移動して、粉末材料の供給源４１２から粉末床４０２にわたって粉末層４１０を拡散することができる。一態様では、スプレッダ４０４は、各層の処理時間を速めるために、供給源４１２から一方向に、また、粉末床４０２の対向側の第２供給源（図示せず）から戻り方向に粉末を拡散するように構成された双方向スプレッダであってもよい。
プリントヘッド４０６は、排出オリフィスを画定することができ、ある実施形態では、（例えば、結合剤４１４と機械的に連絡している圧電素子に電流を流すことによって）プリントヘッド４０６を作動させて、結合剤４１４を排出オリフィスを通して、粉末床４０２にわたって広がる粉末層に分配することができる。結合剤４１４は、キャリアおよびキャリアに分散された第２金属のナノ粒子を含むことができ、粉末層上に分散されると、結合剤４１４のナノ粒子が、層内の粉末４１０のナノ粒子の中に分散されるように、層内の粉末４１０の空きスペースのかなりの部分を充填することができる。結合剤４１４のナノ粒子は、粉末４１０の微粒子よりも低い焼結温度を有することができ、粉末床４０２内の微粒子全体にわたるナノ粒子の分布により、粉末床４０２における三次元物体４１６内にインサイチュで焼結ネックの形成を容易にすることができる。また、特定の態様では、結合剤４１４のナノ粒子は、粉末４１０のナノ粒子と同じ金属を含むことができるが、結合剤４１４のナノ粒子は、粉末４１０のナノ粒子に対してより低い焼結温度を有することができる。そのような焼結ネックを有しない三次元物体と比較して、焼結ネックを有する三次元物体４１６は、より強い強度を有することができ、従って、三次元物体４１６がその後の処理を経て最終部品を形成する際に、弛みまたはその他の変形が生じにくい。
粉末材料の供給源４１２は、物体４１６から形成される最終部品のために選択された材料の焼結可能な粉末のような、本明細書で企図される造形材料としての使用に適した任意の材料を提供することができる。供給源４１２およびスプレッダ４０４は、例えば、粉末４１０を持ち上げて、スプレッダ４０４を用いて粉末床４０２に粉末を移動させることによって、粉末床４０２に粉末材料を供給することができ、スプレッダ４０４は、プリントヘッド４０６との結合のために粉末床４０２にわたって粉末材料を実質的に均一な層に拡散させることもできる。
使用時に、コントローラ４０８は、プリントヘッド４０６を作動させて、プリントヘッド４０６が粉末床４０２にわたって移動する際に、制御された二次元パターンで結合剤４１４をプリントヘッド４０６から粉末４１０の各層に供給することができる。結合剤４１４を供給するためのプリントヘッド４０６の移動およびプリントヘッド４０６の作動は、プリントベッドにわたるスプレッダ４０４の動きと協調して行うことができることを理解されたい。例えば、スプレッダ４０４は、粉末４１０の層をプリントヘッドにわたって拡散させることができ、プリントヘッド４０６は、制御された二次元パターンで結合剤４１４をプリントヘッドにわたって拡散される粉末４１０の層に供給して、三次元物体４１６の層を形成することができる。これらのステップは、最終的に三次元物体４１６が粉末床４０２内に形成されるまで、（例えば、各層ごとに制御された二次元パターンで）順番に繰り返して、次の層を形成することができる。従って、プリンタ４００は、物体４１６のコンピュータ化されたモデルに従って、粉末床４０２内の粉末材料（例えば、粉末４１０）の上面４１５に結合剤４１４を適用するように構成することができる。プリンタ４００は、より具体的には、コンピュータ化されたモデルの二次元断面に従って結合剤４１４を適用し、第２結合剤（物体の結合剤４１４であってもよい）を第２パターンで適用して、粉末材料の他の領域を結合し、物体４１６の少なくとも１つの表面に隣接する支持構造４２０を形成するように構成することができる。これは、例えば、物体の焼結支持体の第２のコンピュータ化されたモデルに基づくことで、例えば、焼結中の崩壊または他の変形に対して物体４１６の様々な特性を支持することができる。インタフェース層４２２が使用される場合、結合剤および第２結合剤は、単一のプリントヘッドから堆積される実質的に類似または同一の結合剤システムであってもよい。
特定の実施形態では、付加製造システムは、粉末床４０２と熱的に連通するヒータ４１８を更に含むことができる。例えば、ヒータ４１８は、粉末床４０２と熱伝達的に連絡することができる。特定の例として、ヒータ４１８は、粉末床４０２の容積を画定する１つ以上の壁に埋め込まれた抵抗ヒータとすることができる。付加的または代替的に、ヒータ４１８は誘導ヒータであってもよい。
ヒータ４１８を（例えば、コントローラ４０８との電気通信によって）制御して、粉末床４０２内の三次元物体４１６を目標温度（例えば、約１００℃超かつ約６００℃未満）に加熱することができる。例えば、ナノ粒子が微粒子よりも低い温度で焼結する場合、目標温度は、ナノ粒子の焼結温度よりも高く、かつ微粒子の焼結温度よりも低くすることができる。このような目標温度においては、微粒子が比較的未焼結の状態を維持する一方で、結合剤４１４のナノ粒子を焼結させることができることを理解されたい。ナノ粒子は、三次元物体４１６の各層の結合剤４１４の制御された二次元パターンによって、粉末床４０２に選択的に分布されている故に、粉末床４０２におけるナノ粒子のこうした優先的焼結により、三次元物体４１６全体を通じて焼結ネックを生成することができる。一般に、三次元物体４１６全体にこれらの焼結ネックが存在することで、三次元物体４１６が強化される。強化された三次元物体４１６は、粉末床４０２から除去され、焼結ネックを有しない三次元物体と比較して、変形または他の欠陥の可能性が低減された状態で、１つ以上の仕上げプロセスを経る。
上記の技術は、グリーン体または他の焼結前のネットシェイプの物体の焼結特性の改善を促進することができるが、それでもなお構造支持体を必要とする可能性がある。そのような場合、支持構造４２０を三次元物体４１６の下に製造して、焼結中の垂れ下がりまたは他の変形に対する支持を提供することができる。これらの場合、堆積ツール４６０は、粉末４１０に適した焼結温度での焼結中に、支持構造４２０の物体４１６への結合に抵抗する、支持構造４２０と物体４１６との間のインタフェースにインタフェース材料を適用するように構成することができる。従って、堆積ツール４６０を使用して、焼結を開始した際に、例えば、支持構造４２０と物体４１６との間に残っている粉末床４０２からの粉末４１０の焼結を抑制または防止することによって、支持構造４２０と物体４１６との間にインタフェース層４２２を形成することができる。一般に、堆積ツール４６０は、ジェットプリントヘッド、または制御されたパターンで材料の対応する層を堆積して、インタフェース層４２２を形成するのに適した任意の他のツールまたはツールの組み合わせであってもよい。堆積ツール４６０は、（粉末４１０に対して）高温の焼結材料の（粉末４１０に対して）小さなナノ粒子のコロイド懸濁液を堆積してもよい。例えば、粉末４１０は、少なくとも１５ミクロンの平均粒径、または約１０〜３５ミクロンの平均粒径を有する焼結可能な金属粉末等の金属粉末であってもよく、堆積ツール４６０は、物体４１６に隣接する支持構造４２０の表面において焼結可能な粉末に浸潤するように寸法決めされたセラミック粒子のコロイド懸濁液を堆積してもよい。セラミック粒子は、例えば、１ミクロン以下の平均粒径、または同様に測定された焼結可能な粉末の平均粒径よりも少なくとも１桁だけ小さい大きさを有する。これらのより小さい粒子は、インタフェース層４２２中の粉末４１０に浸潤し、粉末４１０の粒子間のネックの形成に対する障壁を形成することができる。
別の態様では、インタフェース材料は、物体４１６に隣接する支持構造４２０の表面に堆積されたセラミック粒子の層を含むことができる。これらのセラミック粒子を、例えば結合剤等で凝固させて、焼結可能な粉末の後続の層による変位を防ぎ、従って、支持構造４２０と物体４１６との間に耐焼結セラミック層を形成することができる。セラミック粒子は、例えば、粉末床４０２中の焼結可能な粉末に接触するとゲル化するキャリアに、または、例えば、光源または熱源等の硬化システムが、硬化可能なキャリアを、焼結可能な粉末の堆積とほぼ同時に硬化して、例えば、支持構造４２０または物体４１６の任意の隣接領域への望ましくない浸透を防止するように構成された硬化可能なキャリアに、堆積させることができる。別の態様では、インタフェース材料は、脱脂後、かつ、例えばセラミック粉末層を堆積し、別の層の粉末４１０が粉末床４０２にわたって拡散される前に定位置に硬化する熱焼結サイクル中に支持構造を物体から物理的に分離するインタフェース層として残る材料を含むことができる。一態様では、インタフェース材料は、支持構造４２０と物体４１６との間の非接触六角形のアレイのような間欠的なパターンで堆積されて、焼結後に支持構造と物体との間に対応するパターンの間隙を形成することができる。この後者の構造により、支持構造４２０と物体４１６との間の機械的結合を有効に弱めることで、焼結後の支持構造４２０の除去を容易にすることができる。
焼結可能な三次元物体上に焼結防止層を形成するための他の適切な技術は、非限定的な例として、Khoshnevis, et al., “Metallic part fabrication using selective inhibition sintering (SIS),” Rapid Prototyping Journal, Vol. 18:2, pp. 144-153 (2012)（非特許文献３）およびKhoshnevisの米国特許第７２９１２４２号（特許文献１）に記載されており、その各々は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。非限定的な例として、物体の表面上での焼結を抑制するための適切な技術には、巨視的な機械的阻害剤としてのセラミックの使用、巨視的な機械的阻害剤としての塩化リチウムおよび硫酸アルミニウムの適用、および化学的阻害剤としての硫酸および過酸化水素の適用を含む。より一般的には、機械的、化学的またはその他の方法で焼結を抑制する任意の技術を用いて、粉末床４１０内にインタフェース層４２２を作成して、物体４１６および支持構造４２０の焼結後の分離を容易にすることができる。
結合剤噴射を使用して支持構造と物体との間にインタフェース層を製造するプリンタ４００での使用には、様々な有用な材料システムを適合させることができる。例えば、インタフェース材料は、水酸化物、塩化物、硫酸塩、硝酸塩、酢酸塩およびステアリン酸塩の少なくとも１つを含む塩等の、脱水および加熱の際にセラミックに変換する可溶性金属塩を有効に含み得る。インタフェース材料は、付加的または代替的に、アルミニウム、ジルコニウム、イットリウム、シリコン、チタン、鉄、マグネシウムおよびカルシウム塩のうちの少なくとも１つを含んでもよい。別の態様では、結合剤は、炭素系浸透剤（例えば、カーボンブラック、スクロース）、ホウ素系浸透剤（例えば、コロイド状ホウ酸塩）、および金属塩のうち少なくとも１つのような最終部品の特性を改質するように選択された二次浸透剤を含むことができる。
異なる製造技術により、特性の異なる焼結可能なグリーンパーツ（またはブラウンパーツ）が得られ、これにより、同様に、最終部品を得るために異なるまたは追加の後処理工程が必要となる場合があることは理解されよう。例えば、ＭＩＭ、ＦＦＦ、およびＳＬＡを使用する一部の形態の付加製造とは異なり、粉末床を用いた付加製造は、二次プロセスとして化学的脱脂を含まないことがある。代わりに、粉末床を使用する付加製造は、例えば、（例えば、高温（典型的には約１００〜２００℃の範囲内）で焼成して、結合剤を除去し、部品材料を固化させるか、または粉末および結合剤の複合材料を形成する）硬化および（未結合の粉末が印刷された部分から除去される）脱パウダリングを含む。他の掲載の付加製造では存在しない後処理ステップを含むことができる。しかしながら、未焼成機械加工および焼結は、上述の付加製造プロセスのそれぞれと同じままであってもよい。
図５は光造形システムを示す。光造形システム５００を使用して、樹脂５０４を活性化光源５０６からの活性化エネルギーに選択的に曝露することによって、樹脂５０４から三次元物体５０２を形成することができる。樹脂５０４は、第１結合剤と、第１結合剤とは異なる第２結合剤とを含み得る複数の結合剤に、および第１結合剤との混合物に懸濁した粒子を含むことができる。例えば、第１結合剤は、第２結合剤が光造形システム５００内で局所的に架橋および／または重合することで、物体の層を形成し、層ごとに第２結合剤を活性化光に曝露することで、三次元物体５０２のようなグリーンパーツを形成することができるように、第２結合剤を架橋または重合させるのに十分な波長の光の下で実質的に非反応性である。以下に更に詳細に説明するように、第１結合剤は、樹脂５０４から形成されたグリーンパーツを支持するのに十分な強度を有することができ、付加的または代替的に、（例えば、第１脱脂工程を介して）三次元物体５０２から抽出して、架橋および／または重合した第２結合剤および第２結合剤内に懸濁された金属粒子を残すことができる。以下で更に説明するように、第２結合剤は、第２の脱脂処理によって粒子から除去することができ、粒子は、次の処理（例えば、焼結）を経て、三次元物体５０２から完成部品を形成することができる。付加的または代替的に、第２結合剤は、第２の脱脂処理によって、第１結合剤および／または粒子から除去することができる。従って、より一般的には、本明細書に記載の第１の脱脂工程および第２の脱脂工程は、別段の指示がない限り、あるいは文脈から明白でない限り、任意の順序で実施されることを理解すべきである。
光造形システム５００は、媒体供給源５０６および造形面５０８を含む反転システムとすることができる。使用時に、媒体供給源５０６は樹脂５０４を保持することができ、樹脂５０４内の第２結合剤を活性化光に層ごとの曝露することによって三次元物体５０２が造形される際に、造形面５０８は媒体供給源５０８から離れる方向に移動することができる。例えば、光造形システム５００は、媒体供給源５０６および造形面５０８を配置することができる作業容積５１２を画定する造形チャンバ５１０を含むことができ、光造形システム５００は、以下により詳述するように、活性化光を作業容積５１２内に、媒体供給源５０６および造形面５０８に向けた方向に指向するように配置された活性化光源５１４を含むことができる。この例を続けると、活性化光源５１４からの光を制御して、媒体供給源５０６によって保持される樹脂５０４に入射させて、所定のパターンで樹脂５０４中の第２結合剤を架橋および／または重合して、基板（例えば、造形面５０８または三次元物体５０２の前の層）上に三次元物体５０２の層を形成しつつ、光造形システム５００の反転した向きにより、三次元物体５０２から余分な樹脂５０４を排出し、媒体供給源５０６に向けて戻すことを容易にすることができる。
光造形システム５００は、付加的または代替的に、媒体供給源５０６および／または作業容積と熱的に連通する１つ以上のヒータ５１６を含むことができ、例えば、伝導、強制対流、自然対流、放射、およびこれらの組み合わせを通じて樹脂５０４の温度を制御するよう操作可能である。ヒータ５１６は、例えば、媒体供給源５０６、造形面５０８、またはシステム５００の任意の他の適切な構成要素と熱的に連絡する抵抗ヒータを含むことができる。ヒータ５１６は、付加的または代替的に、媒体供給源５０４上の作業容積５１２用の周辺ヒータを含んでもよい。１つ以上のヒータ５１６は、一般に、製造プロセス中に樹脂５０４の温度を直接的または間接的に制御するように操作可能である。光造形システム５００は、熱電対等の１つ以上の温度センサ５１８も含むことで、ヒータの制御を容易化し、作業容積５１２、樹脂５０４等の所望の熱プロファイルを達成することができる。
作業容積５１２は、金属部品の光造形製作を容易にするために本明細書に記載された様々な異なる利点のうち任意の１つ以上を達成するために様々な異なる方法で加熱することができるが、光造形システム５００の特定の部分は、有利には、作業容積５１２および／またはヒータ５１６から熱的に絶縁され得ることを理解すべきである。例えば、活性化光源５１４は、作業容積５１２および／またはヒータ５１６から熱的に絶縁され得る。活性化光源５１４のこうした熱的絶縁は、例えば、活性化光源５１４の耐用年数を延長させるのに有用であり得る。付加的にまたは代替的に、光造形システム５００は、樹脂５０４を媒体供給源５０６に供給することができる供給源を含むことができる。供給源は作業容積５１２および／またはヒータ５１６から熱的に絶縁されて、樹脂５０４の取り扱いを容易にすることができる。即ち、樹脂５０４は、実質的に固体の形態で保管することができる。付加的または代替的に、粒子が樹脂５０４の溶融形態でより速く沈降する傾向がある場合、原料を作業容積５１２および／またはヒータ５１６から熱的に隔離することにより、より長期間にわたり樹脂５０４を使用可能な形態で容易に保管することができる。
一般に、活性化光源５１４は、樹脂５０４の第２結合剤を架橋および／または重合させるのに適した波長および曝露時間の光を供給することができる。活性化光源５１４は、樹脂５０４の第２結合剤が、紫外線に十分に曝露されると架橋および／または重合する実装形態において、紫外線光源であってもよい。より具体的な例として、活性化光源５１４は、約３００ｎｍ〜約４５０ｎｍ（例えば、ブルーレイディスク規格に対応する、約４０５ｎｍ）の波長を有する光を生成する様々な異なるユビキタス光源のうち任意の１つ以上であってもよい。特定の実施形態では、活性化光源５１４は、樹脂５０４に懸濁された粒子の平均サイズよりも大きい波長を有し、これにより、粒子が樹脂５０４の第２結合剤の架橋および／または重合を妨げる可能性を低減することができる。このような低減された干渉は、例えば、樹脂５０４の第２結合剤を架橋および／または重合させるのに必要な露光時間の総量を有利に短縮することができる。付加的または代替的に、低減された干渉により、光の散乱を低減することによって解像度を向上させることができる。また、活性化光源５１４は、１つ以上の他のタイプの光（例えば、可視スペクトルの光）の光源とすることができ、ここで、樹脂５０４の第２結合剤が１つ以上の他のタイプの光に十分に曝露されたときに架橋および／または重合する。
活性化光源５１４は、樹脂５０４に入射する光のパターンを提供するように制御することができる。例えば、活性化光源５１４は、樹脂５０４上に画像をラスター化するように制御されたレーザを含むことができる。別の排他的でない例として、活性化光源５１４は、樹脂５０４上に画像を生成するように制御可能な複数のマイクロミラーを含むデジタル光処理（ＤＬＰ）プロジェクタを含むことができる。
光路内の媒体供給源５０６の存在が、活性化光源５１４から媒体供給源５０６によって搬送される樹脂５０４に指向された光とほとんどまたは全く干渉しないように、活性化光源５１４からの光は、活性化光源５１４からの光に対して光学的に透明な媒体供給源５０６の部分を通過することができる。従って、例えば、活性化光源５１４が紫外光源である実施形態では、活性化光源５１４の経路内の媒体供給源５０６の部分は、紫外光に対して透明であり得る。付加的または代替的に、活性化光源５１４が作業容積５１２の外側に配置される実施形態では、光路内の媒体供給源５０６の存在が、活性化光源５１４から媒体供給源５０６によって搬送される樹脂５０４に指向された光とほとんどまたは全く干渉しないように、活性化光源５１４からの光は、活性化光源５１４からの光に対して光学的に透明な造形チャンバ５１０の部分を通過することができる。媒体供給源５０６および／または造形チャンバ５１０は、活性化光源５１４からの光に対して光学的に透明であり得るが、媒体供給源５０６および／または造形チャンバ５１０を使用して、活性化光源５１４からの光をフィルタリングすることが望ましいことを理解されたい。
光造形システム５００は、更に、コントローラ５２０（例えば、１つ以上のプロセッサ）と、コントローラ５２０と通信し、本明細書に記載の様々な方法を実行するためのコントローラ５２０の１つ以上のプロセッサを生じさせるためのコンピュータ実行可能な命令を格納する、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体５２２と、を含むことができる。例えば、コントローラ５２０は、造形面５０８、活性化光源５１４、ヒータ５１６、および温度センサ５１８のうち１つ以上と通信して、記憶媒体５２２に格納された三次元モデル５２４に基づいて、三次元物体５０２の製造を制御することができる。特定の例では、光造形システム５００は、三次元物体５０２が形成されるときの三次元物体５０２のパラメータ（例えば、寸法）を検出することができるカメラおよびビジョンシステムを更に含むことができ、記憶媒体５２２は、三次元物体５０２の変化および欠陥を評価することができるように、三次元物体５０２のデジタルツイン５２６を格納することができる。
一般に、樹脂５０４は、第２結合剤を制御可能に架橋または重合させることができるように、コントローラ５２０によって制御される光、熱、またはそれらの組み合わせに応答することができる。従って、結合剤が最初に架橋または重合される材料と比較して、樹脂５０４の第２結合剤の架橋または重合を制御する能力は、有利には、形状の制御を容易にし、従って、光造形プロセス中に三次元物体５０２の層を形成することができる。
一般に、樹脂５０４は、第１結合剤と第２結合剤との混合物中に懸濁した粒子を含むことができる。本明細書で使用されるように、結合剤は、製造プロセスのある時点で粒子から除去可能な１つ以上の構成成分であり得る。従って、例えば、第１結合剤は、第１の脱脂プロセスによって粒子から除去可能であり、第２結合剤は、第１の脱脂プロセスとは異なり、および／または第１の脱脂プロセスから時間的に分離し得る第２の脱脂プロセスによって粒子から除去可能であり得る。付加的または代替的に、第１結合剤および第２結合剤は、例えば、第１結合剤が、第２結合剤を架橋または重合するのに十分な波長の光の照射下で実質的に非反応性であり得るように、入射光に対して異なる応答を有し得る。従って、例えば、第２結合剤の物理的特性は、第１結合剤の物理的特性を大きく変化させることなく、光造形プロセスの間に変更することができる。より一般的には、樹脂５０４中の第１結合剤および第２結合剤の物理的特性は、光造形プロセス中にエネルギー（例えば、光、熱またはそれらの組み合わせ）の選択的かつ制御された適用によって変更することで、例えば、樹脂５０４の取り扱い（例えば、拡散）、層ごとの三次元物体５０２の形成、および三次元物体５０２の第１結合剤および第２結合剤の混合物に懸濁された粒子から主に形成された固体部品への仕上げ等の光造形プロセスの異なる段階に関連する様々な要件に対処することができる。
粒子の懸濁液は、第１結合剤と第２結合剤との混合物の固体または溶融形態の粒子の分散を含むことができる。このような粒子の分散は、第１結合剤と第２結合剤との混合物内で均一またはほぼ均一であり得る（例えば、約±１０％未満だけ変化する）ことが理解されるべきである。しかしながら、より一般的には、粒子の均一性の程度は、三次元物体５０２の製造に許容される強度および／または設計公差の関数とすることができ、従って、第１結合剤と第２結合剤との混合物全体にわたって実質的に離間している粒子の任意の分配を含むことができる。
第１結合剤および第２結合剤は、例えば、第１結合剤と第２結合剤との混合物が均質であるように、互いに混和することができる。付加的または代替的に、第１結合剤および第２結合剤は、互いに不混和性であってもよい。そのような場合、第１結合剤と第２結合剤との混合物中の粒子の分散は、光造形プロセスの前またはその間に、樹脂５０４の溶融形態を振盪または攪拌することによって形成することができる。
第２結合剤は、低分子量材料（例えば、モノマーまたはオリゴマー）であり得、低分子量は、低い程度の架橋または重合を示す。例えば、第２結合剤は、約５０００ｇ／ｍｏｌ未満の分子量を有することができる。この例を続けると、第２結合剤の分子量は、第２結合剤を架橋または重合するのに十分な光の波長に曝露されて、約５０００ｇ／ｍｏｌ未満から約５０００ｇ／ｍｏｌ超（例えば、約２０００ｇ／ｍｏｌ超）まで増加可能である。結果として得られるこのような第２結合剤の分子量の増加に伴う架橋または重合は、樹脂５０４が三次元物体５０２の層の製造中に比較的安定した形状をとるように、第２結合剤の硬化に対応すると理解されるべきである。
特定の実施態様において、第２結合剤は、約３００ｎｍ〜約４５０ｎｍの波長の光に十分な時間にわたり曝露すると架橋または重合する。従って、このような実施態様では、第２結合剤は、ブルーレイディスク規格に対応し、従って偏在する光源を使用して製造される４０５ｎｍの波長にて光に曝露されると架橋または重合する。
第１結合剤および第２結合剤は、樹脂５０４に熱を加えて、例えば、樹脂５０４の取り扱いを容易にするように異なる溶融温度を有することができる。例えば、第１結合剤は第１溶融温度を有し、第２結合剤は、第１溶融温度未満であるか、または第１溶融温度にほぼ等しい第２溶融温度を有することができる。このような場合、樹脂５０４の流動は、樹脂５０４の温度を第１結合剤の溶融温度に対して制御することによって制御することができる。より具体的な例として、第１結合剤は、約８０℃未満の第１溶融温度を有し、樹脂５０４が活性化光源５１４からの入射光を受ける前に溶融するように、媒体供給源５０６、造形面５０８、および／または作業容積５１２の温度は、約８０℃超となるよう制御することができる。付加的または代替的に、第１結合剤は、樹脂５０４が実質的に固体（例えばペースト状）であることで、長期間（例えば、数週間）にわたり安定した形態での樹脂５０４の保管を容易にすることができるように、約２５℃を超える溶融温度を有することができる。特定の実施形態では、第１結合剤と第２結合剤との混合物中に懸濁した粒子の濃度は、樹脂５０４が２５℃で非ニュートン流体であるようなものである。
付加的または代替的に、第１結合剤および第２結合剤は、異なる分解温度を有することができる。例えば、第１結合剤は第１分解温度を有することができ、一般に、（第１結合剤を三次元物体５０２から脱脂した後に、）第２結合剤がより高温まで加熱されるのに耐え得るように、第２結合剤は、第１分解温度よりも高い第２分解温度を有することができる。
第１結合剤は、第２結合剤を架橋または重合するのに十分な波長の光に露光した後、結合剤システムおよび第２結合剤から抽出することができる。第２結合剤が十分に架橋または重合し、少なくとも部分的に硬化して、第１結合剤を最終的に抽出することができる三次元物体５０２の安定した層を形成するように、例えば、樹脂５０４は、活性化光源５１４からの光に曝露することができる。三次元物体５０２から第１結合剤を抽出することにより、（例えば、第２結合剤を脱脂し、残りの粒子を焼結することによって）後に加工して、完成品を形成することができるブラウンパーツを残すことを理解されたい。
一般に、第１結合剤は、第１結合剤の組成に適した様々な異なる任意のプロセスによって、第２結合剤および／または粒子から抽出可能であり得る。例えば、第１結合剤は、第２結合剤を架橋または重合させるのに十分な波長の光に曝露した後、非極性化学物質中で化学的溶媒和によって第２結合剤から抽出可能なワックスを含むことができる。別の非排他的な例として、第１結合剤は、第２結合剤を架橋または重合させるのに十分な波長の光に第２結合剤を露光後に、各成分が、同じ化学溶液（例えば、ヘキサン）によって第２結合剤から抽出可能な複数の低分子量成分（例えば、パラフィンワックスおよびステアリン酸）を含むことができる。付加的または代替的に、第１結合剤は、第２結合剤を架橋または重合させるのに十分な波長の光に第２結合剤を曝露した後に、水またはアルコールによる溶解によって第２結合剤から抽出可能なポリエチレングリコールを含むことができる。付加的または代替的に、第１結合剤は、第２結合剤を架橋または重合するのに十分な波長の光に第２結合剤を曝露した後に、超臨界二酸化炭素流体によって第２結合剤から抽出可能なワックスを含むことができる。付加的または代替的に、第１結合剤は、酸化窒素蒸気中での触媒脱脂によって第２結合剤から抽出可能な低分子量ポリオキシメチレンを含むことができる。例えば、ポリオキシメチレンは、第２結合剤が光重合可能である温度とほぼ同じ温度で溶融することができる。特定の実施形態では、第１結合剤は、第２結合剤を架橋または重合させるのに十分な波長の光に第２結合剤を曝露した後、水溶液中で加水分解および溶解することによって第２結合剤から抽出可能なポリ酸無水物を含む。一部の実施形態では、第１結合剤は、第２結合剤を架橋または重合するのに十分な波長の光に曝露した後に、第２結合剤から熱的に抽出可能なワックスを含む。熱抽出は、例えば、第２結合剤がほぼ無傷の状態を維持する（例えば、ほぼその形状を保持する）温度でワックスを沸騰させるステップを含むことができる。
第２結合剤は、第２結合剤の１つ以上の構成成分に適した様々な異なる任意の脱脂プロセスによって、第１結合剤および／または粒子から除去することができる。例えば、第２結合剤は、第２結合剤の架橋または重合後に、（例えば、加水分解または加溶媒分解のうちの１つ以上によって）第２結合剤を切断および／または脱重合することによって脱脂可能であり得る。例えば、第２結合剤は、第２結合剤を架橋または重合するのに十分な光の波長に曝露した後に、酸化窒素蒸気中で接触脱脂することによって第１結合剤から抽出可能なアセタールジアクリレートを含むことができる。付加的または代替的な例として、第２結合剤は、第２結合剤を架橋または重合させるのに十分な光の波長に曝露した後に、１種類以上の水溶液中での加水分解および溶解によって第１結合剤から抽出可能な無水ジアクリレートを含むことができる。付加的または代替的に、第２結合剤は、サッカライドジアクリレート（例えば、モノサッカライドジアクリレート、ジサッカライドジアクリレート、またはそれらの組み合わせ）を含むことができ、これらはそれぞれ、第２結合剤を架橋または重合させるのに十分な光の波長に第２結合剤を曝露した後に、架橋または重合した第２結合剤の加水分解のための触媒（例えば、１種類以上の生物学的酵素、例えばアミラーゼを含む触媒）を含む１種類以上の水溶液中の加水分解によって第１結合剤から抽出可能である。付加的または代替的に、第２結合剤が、第２結合剤を切断および／または脱重合することによって脱脂可能である場合、第１結合剤は、高分子量（例えば、約５０００ｇ／ｍｏｌ超）を有することができ、樹脂５０４中の少量の割合（例えば、約１０％未満）であり得る。
第１結合剤と第２結合剤との混合物中に懸濁した粒子は固体粒子であり、これは、一般に、焼結して固体の完成部品を形成することができる。粒子は、例えば、任意の１つ以上の様々な異なる金属を含むことができる。付加的または代替的に、粒子は、任意の１つ以上の様々な異なるセラミックスを含むことができる。部分に沿ってほぼ均一な強度特性を有する固体部品の製造を容易化するために、固体粒子は同じ組成を有することができ、付加的または代替的に、ほぼ均一な大きさを有することができる。場合によっては、粒子は、第２結合剤を架橋させるのに十分な光の波長よりも小さい平均サイズを有することが有利であり、本明細書に記載の様々な異なる利点のいずれかを有することができる。例えば、このような粒径と光の波長との比は、粒子が平均粒径よりも長い波長を有する入射光を妨害する可能性が低いと仮定すると、第２結合剤を架橋または重合させることに伴うより時間をより短縮させることができる。
一般に、樹脂５０４中に高濃度の粒子を有することが望ましい。このような高濃度は、例えば、第２結合剤を架橋または重合するのに必要な時間および／またはエネルギーの量を低減するために有用であり得る。付加的または代替的に、そのような高濃度は、第１結合剤の脱脂および／または第２結合剤の脱脂に必要な時間を短縮するのに有用であり得る。高濃度の具体例として、樹脂５０４中の粒子の濃度（体積濃度）は、粒子のタップ密度の±１５％以内であり得る。本明細書で使用されるように、粒子のタップ密度は、圧縮処理後の粒子の粉末のかさ密度であり、ＡＳＴＭ Ｂ５２７“Standard Test Method for Tap Density of Metal Powders and Compounds”に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
粒子が、粒子の下にある材料とは有利に異なる物理的または化学的特性を示すように、粒子は改質表面を含むことができる。例えば、粒子は、腐食または他の望ましくない化学反応に抵抗するのに有用な金属酸化物コーティングを有する表面のような化学的に官能化された表面を含むことができる。付加的または代替的に、粒子は、粒子が立体障害によって第１結合剤と第２結合剤との混合物中に沈降するのを防ぐように、官能基を含むことができる。ある例では、周辺条件下（例えば、大気圧で約２５℃の空気中で、相対湿度が２０〜８０％）で、第１結合剤と第２結合剤との混合物中に懸濁した粒子は、約２週間超の沈降のタイムスケールを有することができ、これは、有用な期間、樹脂５０４を安定的な形態で貯蔵することを容易にすることができる。ある例では、粒子の沈降時間は、光造形プロセスの間に第１結合剤が溶融する時間量よりも長くなり得る。
樹脂５０４は、第１結合剤と第２結合剤との混合物中に懸濁した光吸収剤（例えば、スーダン染料）を含むことができる。このような光吸収剤は、例えば、樹脂５０４を調整して、活性化光源５１４からの活性化光から特定の応答（例えば、第２結合剤の硬化時間）の達成を容易化することができる。
一般に、第２結合剤は、樹脂５０４の総体積の約１０体積％〜約５０体積％であることができる。樹脂５０４の体積組成は、とりわけ、第１結合剤および第２結合剤の組成物の関数であり得ることを理解すべきである。第１結合剤は、例えば、パラフィンワックス、カルナウバワックス、ステアリン酸、ポリエチレングリコール、ポリオキシメチレン、オレイン酸、およびジブチルフタレートのうち１つ以上を含むことができる。第２結合剤は、例えば、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリエチレングリコールジアクリレート、アクリレート基で官能化されたウレタンオリゴマー、アクリレート基で官能化されたエポキシオリゴマー、１，６−ヘキサンジオールアクリレート、またはスチレンのうち１つ以上を含むことができる。付加的または代替的に、樹脂５０４は、エチレンビニルアセテート、スリップ剤（例えば、ステアリン酸）、および／または相溶化剤（例えば、ステアリン酸金属塩（例えば、ステアリン酸亜鉛）、ステアリン酸、またはそれらの組み合わせ）を含むことができる。
例示的な配合において、第１結合剤はポリエチレングリコールを含み、第２結合剤はポリ（メチルメタクリレート）を含むことができる。例えば、ポリエチレングリコールは、第１結合剤と第２結合剤とを組み合わせた重量の約４０〜９０％であり、ポリ（メチルメタクリレート）は、第１結合剤と第２結合剤とを組み合わせた重量の約１０〜６０％であり得る。
別の例示的な配合では、第１結合剤はパラフィンワックスを含み、第２結合剤はワックス状または疎水性のジアクリレートオリゴマーを含むことができる。
結合剤噴射、溶融フィラメント製造、および光造形プロセスが図示され、かつ上述されているが、本明細書で開示される本発明の原理は、物体、支持構造、およびインタフェース層に複数の材料を堆積させて、本明細書で企図されるような分離支持構造を有する焼結可能な物体を形成するのに適した任意の他の製造技術に有用に適合させることができる。
図６は光造形システムを示す。光造形システム６００は、各層が上面で硬化され、物体６０２が樹脂６０４内に下方に移動しつつ、各層が上から紫外線等の活性化源に曝露されることを除いて、上述した光造形システムに概ね類似している。一態様では、光造形システム６００は、例えば、個々の硬化ステップの間に必要に応じた任意の洗浄または他の処理と共に、別々の樹脂浴（および樹脂浴と切り替えるためのロボットシステム）、硬化前にブラシ、テープキャスター等で塗布された異なる樹脂、または任意の他の適切な技術を使用してマルチマテリアル光造形ように構成することができる。適切な一システムが、非限定的な例として、Ｃｈｅｎ等の米国特許第９１２０２７０号（特許文献２）に記載されている。これらの技術または他の技術を用いて、焼結可能な造形材料と、インタフェース層と、例えば本明細書で一般的に意図されるような焼結支持用に適している場合は支持構造と、を堆積させることができる。
付加的または代替的に、他の技術を使用して、例えば、コロイド懸濁液中のセラミック粒子または他の耐焼結性材料の層を、インタフェース層が望まれる層の領域上にブラッシング、噴霧または他の方法で堆積させる等して、焼結可能な物体上の分離支持体のためのインタフェース層を作成することができる。例えば、硬化される前に、セラミック粒子のコロイド懸濁液を樹脂６０４の表面上に堆積させることができる。別の態様では、選択的脆化材料または物体６０２と隣接支持構造との間の結合を防止または阻害する他の材料を使用することができる。適切な制御システム、ロボット等が含まれてもよく、これらのシステムの詳細については本明細書では繰り返さないことを当業者は容易に理解されるであろう。従って、本明細書では、上述したメカニズムのいずれかを含み得るインタフェース層ツール６６０、または光造形プロセスで製造された物体に対して本明細書で企図されるようなインタフェース層６６２を形成するのに適した任意の他のツールを有する光造形システム６００が開示される。
図７は、インタフェース層を示す。支持構造体は、付加製造プロセスにおいて使用されて、より広範な物体形状の製造を可能にし、一般に、（製造中の上層の物理的支持のための）印刷支持体、（脱脂中の変形防止のための）脱脂支持体、および（焼結中の変形を防止するための）焼結支持体を含むことができる。本明細書で企図される造形材料（後に最終部品に焼結される材料）について、物体と支持体との間にインタフェース層を有用に作製することで、焼結等の後続の処理の間の、支持構造と物体との隣接する表面間の結合を抑制することができる。従って、本明細書で開示するインタフェース層は、後続の焼結プロセスの間の、支持構造と物体との間の結合の形成に抵抗する付加製造システムでの製造に適している。
上記によれば、製造物品７００は、造形材料、支持構造７０４、およびインタフェース層７０６で形成された物体７０２を含むことができ、それらの各々は、本明細書に記載の任意の付加製造技術を使用して堆積または製造され、または焼結可能層および非焼結可能層等に製造または形成される。
物体７０２の造形材料は、本明細書に記載の任意の造形材料を含むことができる。一般的な例として、造形材料は、金属射出成形材料または粉末冶金材料を含むことができる。より一般的には、造形材料は、例えば、付加製造プロセスによって堆積またはその他の成形後に、焼結可能な粉末材料を最終部品に高密度化する前に、焼結可能な粉末材料をネットシェイプの物体７０２に保持する１つ以上の結合剤を含む結合剤システムと共に、焼結温度で最終部品を形成するための焼結可能な粉末材料を含むことができる。物体７０２は、単一の水平な材料層として簡略化して描写されているが、物体７０２と支持構造７０４との間の非焼結可能な障壁が必要であるか、または有用である場合、インタフェース層７０６は、一般に、物体７０２の表面７０８に従いつつ、インタフェース層７０６に隣接する物体７０２の表面７０８は、限定的ではなく、垂直面、傾斜面、水平面、棚、隆起部、湾曲部等を含む任意の形状または三次元形状（物体７０２を製造したシステムの限度内で）を有してもよいことが理解されよう。
造形材料の１つ以上の結合剤は、最終部品への物体７０２の処理中に、ネットシェイプの物体７０２を保持するように選択された広範囲の任意の材料を含むことができる。例えば、最終部品への物体７０２の処理は、ネットシェイプを脱脂して１つ以上の結合剤の少なくとも一部を除去するステップ、ネットシェイプを焼結して焼結可能な粉末材料を結合および高密度化するステップ、またはこれらのいくつかの組み合わせを含むことができる。この文脈でネットシェイプを支持するために、１つ以上の結合剤は、焼結可能な粉末材料のネッキングにより十分な焼結強度が達成されるまで、全体的にネットシェイプを保持することができる。
造形材料の焼結可能な粉末は、焼結に適した任意の金属、金属合金、またはこれらの組み合わせを含む金属粉末を含むことができる。このような広範な粉末が粉末冶金分野で公知である。従って、造形材料は粉末冶金材料を含むことができる。焼結可能な粉末材料は、例えば、２〜５０ミクロン、例えば、約６ミクロン、約１０ミクロン、または任意の他の適切な直径の平均直径を有する粒径分布を有してもよい。付加的または代替的に、造形材料は、より粒子の小さい粉末材料、低温焼結材料の粒子等のような、焼結可能な粉末材料の焼結を促進するように選択されたサブミクロン粒子を含むこともできる。サブミクロン粒子は、付加的または代替的に、焼結可能な粉末材料との合金化のために選択された要素、または強化添加剤の粒子等を含むことができる。別の態様では、結合剤システムのサブミクロン粒子は、焼結可能な粉末材料とほぼ同一の組成および焼結可能な粉末材料よりも少なくとも１桁小さい平均粒径を有するサイズ分布を有する。
焼結可能な粉末材料は、付加的または代替的に、アルミニウム、鋼、および銅のうちの少なくとも１つの合金を含んでもよく、ここで、選択的脆化材料は、アンチモン、砒素、ビスマス、鉛、硫黄、燐、テルル、ヨウ素、臭素、塩素およびフッ素を含む。
支持構造７０４は、一般に、物体７０２用の印刷支持体、脱脂支持体、焼結支持体、またはこれらのいくつかの組み合わせを提供することができる。印刷支持体は、一般に、物体７０２の表面の下に垂直に配置されるが、垂直支持体が終了するか非水平特性を有する場合、インタフェース層７０６はまた、支持構造７０４の側面に配置されてもよく、または支持構造７０４と物体７０２との間に配置されてもよい。より一般的には、支持構造７０４は、物体７０２を最終部品に加工する間に機械的支持を提供するように物体７０２の表面７０８に隣接して配置してもよく、この文脈での「隣接」とは近接しているが、インタフェース層７０６によって適切に分離されていることを意味する。
支持材料および造形材料は、脱脂中、焼結中、またはその両方においてほぼ同様の速度で収縮するように、支持構造７０４は、物体７０２の造形材料に適合させた加工（例えば、脱脂、焼結、またはこれらの組み合わせ）中の収縮率を有する第２材料等の支持材料で形成することができる。例えば、第２材料は、造形材料であってもよく、この場合、インタフェース層７０６を使用することで、造形材料がインタフェース層にわたって焼結するのを防止する。支持構造７０４の第２材料は、付加的または代替的に、インタフェース層のセラミック粉末、または物体７０２の造形材料を焼結するために使用される焼結温度での焼結に抵抗する他のセラミック粉末または他の粉末材料等を含むことができる。例えば、支持構造７０４の第２材料は、インタフェース層７０６とほぼ同じ（または全く同じ）組成から形成されてもよく、または物体７０２のための造形材料に使用される結合剤システムを含んでもよい。このインタフェース層７０６の第２結合剤システムは、例えば、溶融フィラメント製造プロセス等での使用に適したレオロジーを提供することができる。従って、第２結合剤システムは、適切な流動性を促進し、物品７００の脱脂中にインタフェース層７０６の形状を保持することができる。第２結合剤システムは、付加的または代替的に、物体７０２の造形材料を最終部品に焼結するために使用される焼結温度での熱焼結サイクルの開始時に、インタフェース層７０６の形状を保持することができる。
別の態様では、支持材料は、脱脂中に造形材料とほぼ同じ速度で収縮し、支持材料は、焼結中に造形材料よりも実質的に速く収縮してもよい。この収縮プロファイルでは、支持材料は、熱焼結サイクル中に支持構造７０４を（インタフェース層７０６を介して）物体７０２と接触させた状態を維持する速度で収縮するように、特に構成することができる。支持材料は、付加的または代替的に、造形材料のための焼結プロセス中に物体７０２が少なくとも自己支持性になるまで、支持構造７０４を物体７０６と接触させた状態で維持する速度で収縮するように構成することができる。
一般に、支持構造７０４は、支持されている物体７０２の形状に従って変化する非平面の支持面を含むことができ、支持構造７０４は、（例えば、溶融フィラメント製造、結合剤噴射、光造形、または任意の他の適切な製造システムを使用する物品の平面製造のための製造座標系において、）物体７０２の底面７０８の下で変化するｚ軸高さを有することができる。物体７０２の底面が平坦であり、構造的支持を必要としない場合でもなお、インタフェース層７０６を有用に使用して、例えば、物体７０２を収縮ラフト、焼結セッター、または最終部品への製造中に物体７０２を運搬するのに使用される他の基板から容易に分離することができる。
インタフェース層７０６は、一般に、支持構造７０４と物体７０２の表面７０８との間に配置されてもよい。インタフェース層７０６は、焼結中における支持構造７０４の、インタフェース層７０６を介した物体７０２の表面７０８への結合に抵抗する組成物を含むことができる。例えば、インタフェース層７０６の組成は、造形材料よりも高い、または造形材料（金属造形材料等）よりも実質的に高い焼結温度を有するセラミック粉末を含むことができる。インタフェース層７０６は、付加的または代替的に、熱処理の際にセラミックに変換される任意の範囲の有機ケイ素化合物等のプレセラミックポリマーを含んでいてもよい。より具体的には、造形材料の焼結温度での焼結中に、セラミックに分解される、こうしたプレセラミックポリマーを有用に使用して、焼結中にセラミックインタフェース層を形成することができる。インタフェース層７０６は、熱可塑性結合剤または他の適切な材料を含むことで、物品内のセラミック粒子の位置を保持することもできる。一態様では、インタフェース層７０６は、例えば化学的脱脂等の焼結前に溶媒で除去するのに適した溶解性材料を含み、インタフェース層７０６は、溶解性材料が除去された後に、第１材料と第２材料との間の物理的分離層を維持するセラミック粉末も含んでもよい。
一態様では、インタフェース層７０６は、隣接する支持構造７０４と物体７０２との間の物理的に別個の障壁を形成する隣接する支持構造７０４および物体７０２を、物理的に排除する。例えば、インタフェース層７０６は、物体７０２の焼結可能な粉末材料よりも実質的に大きい平均粒径を有するセラミック粉末から形成されてもよく、セラミック粉末は、インタフェース層７０６の形状を維持する第２結合剤システムに配置されることで、例えば、物体７０２と支持構造７０４との間の混合または物理的接触を防止することができる。
別の態様では、インタフェース層７０６は、物体７０２の表面と支持構造７０４の隣接表面との間および／または、物体７０２の表面と支持構造７０４の隣接表面内、またはその両方に形成することができる。本明細書に企図される他のインタフェース層と同様に、このインタフェース層７０６は、一般に、造形材料の焼結可能な粉末材料の焼結温度での熱焼結サイクル中に、支持構造７０４の物体７０２への結合に抵抗することができる。例えば、インタフェース層７０６は、支持構造７０４および物体７０２が接触する場所で、支持構造７０４または物体７０２に浸透する焼結防止剤で形成されてもよい。従って、個別の層として図示されているが、インタフェース層７０６は、本明細書の範囲から逸脱することなく、支持構造７０４および／または物体７０２と重複してもよいことが理解されよう。このタイプの構造は、例えば、コロイド懸濁液または他の適切なキャリア中のナノスケールのセラミック粉末が、支持構造７０４または物体７０２（またはその両方）上に互いに接触して配置される前に堆積される場合に生じ得る。
例えば、コロイド懸濁液は、支持構造７０４の層と物体７０２との間の結合剤噴射または溶融フィラメント製造プロセスの間にインタフェース位置に噴霧または噴射されて、それらの間に焼結不能な組成物を生成することができる。セラミック粉末は、最終部品を形成するために使用される造形材料の焼結可能な粉末材料よりも実質的に小さい平均粒径を有することができる。表面上に懸濁液を噴霧または噴射することによって、セラミック粉末は、支持構造体７０４の外面上の焼結可能な粉末材料の粒子間に格子状に分布して、焼結温度にて焼結中に、支持構造体７０４と外側表面の周囲の物体７０２の焼結可能な粉末材料との間のネッキングに抵抗することができ、それによって、インタフェース層７０６を提供する。様々な適切な寸法が採用され得る。例えば、インタフェース層７０６のセラミック粉末は、１ミクロン未満の平均粒径を有するセラミック粒子を含むことができる。造形材料の焼結可能な粉末材料は、約１０〜３５ミクロンの平均粒径を有してもよい。より一般的には、セラミック粒子は、同様に測定された焼結可能な粉末材料の平均粒径より少なくとも約１桁小さい平均粒径を有することができる。
溶融フィラメント製造のような押出ベースのプロセスの場合、粒径は、押出開口部よりも実質的に小さい寸法で有効に維持することができる。従って、例えば、別の態様では、造形材料の粉末状金属は、溶融フィラメント製造システムの押出機の内径よりも少なくとも１桁小さい平均粒径を有することができる。同様に、インタフェース層の粉末セラミックは、溶融フィラメント製造システムの押出機の内径より少なくとも１桁小さい平均粒径を有することができる。
別の態様では、例えば、インタフェース層７０６が、セラミック粒子を有する組成物を押し出すのに好適な大きさのノズルを有する溶融フィラメント製造システムを使用して堆積される場合、セラミック粒子は、焼結可能な粉末材料の第２の平均粒径より大きな平均粒径を有することができる。これは、物体７０２中の粉末状金属または他の粉末状物質の第２の平均粒径よりも少なくとも５０％大きい平均粒径を含むことができる。セラミック粒子は、付加的または代替的に、約５〜５０ミクロン、約５〜４０ミクロン、または約２０〜３０ミクロンの平均粒径を有することができる。焼結可能な粉末材料は、約３５ミクロン超の平均粒径を有してもよい。別の態様では、造形材料の粉末金属は、約１５ミクロンの平均粒径を有してよく、インタフェース層は、少なくとも２５ミクロンの平均粒径を有する粉末セラミックを含んでもよい。
付加的または代替的に、本明細書で企図されるようなインタフェース層を形成するために、他の技術を使用してもよい。例えば、インタフェース層は、最終部品への焼結の間に、インタフェース層の支持構造および物体の少なくとも１つに亀裂欠陥を導入するように選択された選択的脆化材料を含むことができる。選択的脆化のための特定の材料は、システムに依存するが、多くの適切なシステムが当技術分野にて公知である。例えば、焼結可能な粉末は、アルミニウム、鋼および銅のうち少なくとも１つの合金を含むことができ、好適な対応する選択的脆化材料は、アンチモン、ヒ素、ビスマス、鉛、硫黄、リン、テルル、ヨウ素、臭素、塩素およびフッ素のうち少なくとも１つを含むことができる。
別の態様では、インタフェース層は、焼結中の物体の収縮速度に合致するように微視的に高密度化しながら、材料が粉末状のマクロ構造を保持する粉末状のマクロ構造を有する材料を含むことができる。非限定的な例として、適切な材料は、水酸化アルミニウムおよびガンマアルミナのうち少なくとも１つを含むことができる。
より一般的には、本明細書で企図されるインタフェース層７０６として、広範な材料および材料系を有効に使用することができる。例えば、インタフェース層７０６は、酸化鉄およびセラミック充填ポリマーのうち少なくとも１つを含むことができる。物体７０２の粉末材料は、金属粉末を含むことができ、インタフェース層は、金属粉末の焼結温度より低い融点を有する第２相材料を含む組成物から製造されて、金属粉末が焼結中に焼結強度に達すると、インタフェース層外に溶融する溶融可能インタフェースを形成する。別の態様では、インタフェース層７０６は、焼結中にセラミックに分解可能なプレセラミックポリマーから形成されるか、またはプレセラミックポリマーを含むことができる。別の態様では、インタフェース層７０６は、物体７０２の第２材料と非反応性のセラミックを含むことができる。例えば、第２材料はチタンを含み、インタフェース層７０６は、イットリアおよびジルコニアのうち少なくとも１つを含むことができる。
インタフェース層７０６は、焼結または他の処理の間に支持構造７０４の物体７０２への結合を有効に阻害することができるが、インタフェース層７０６および支持構造７０４は、処理中に、焼結中に必要に応じて、ほぼ連続的な支持を提供するために、物体７０２に適した方法で、有用に収縮することもできる。従って、例えば、インタフェース層は、第１材料および第２材料のうち少なくとも１つに適した脱脂および焼結条件の下で、支持構造の第１材料および物体の第２材料のうち少なくとも１つにほぼ適合する脱脂収縮率または焼結収縮率を有する材料で形成することができる。脱脂の間、収縮の主な経路は、システムからの結合剤の除去であり得、また、一致は、類似または同一の結合剤システムの選択を含み得る。焼結の間、粉末材料の高密度化は実質的に収縮に寄与し、支持体７０２、インタフェース層７０６、および物体７０２の異なる材料の中で類似の材料および粒径の使用によって適合を達成することができる。
一態様では、支持構造７０４の第１材料は、例えばより軽い負荷の粉末材料、より迅速に焼結する材料を使用することによって、または熱焼結サイクルの間により迅速に分解または蒸発する材料を追加することによって、物体７０２の第２材料よりも速い速度で収縮するように構成することができる。これらの材料システムを適切に構成することによって、焼結の間に、好ましくは物体７０２の焼結工程の際に、物体７０２から自己分離する支持構造７０４を製造することで、自己支持焼結強度を達成することができる。従って、支持構造７０４が、物体７０２の第２材料と同時に自己支持密度に焼結するよう物体７０２から引き離すように、より速い速度を選択することができる。別の態様では、より速い速度は、脱脂および焼結のうち少なくとも１つの間にインタフェース層７０６のセラミック材料の非収縮を補償するように選択される速度であり得る。即ち、インタフェース層７０６が焼結によって体積を減少させない場合、焼結中にインタフェース層７０６が物体７０２に機械的に侵入するのを防止するよう、支持材料の収縮率を増加させることができる。
別の態様では、インタフェース層７０６が均一な層として図示されているが、一部の例では、例えば、インタフェース層７０６が物体７０２の２つの平行な片持ちアームの間に捕捉される場合、非焼結、ひいては非収縮性セラミック粒子は、実質的な応力および変形を引き起こす可能性があることを理解されよう。これを軽減するために、インタフェース層７０６の領域間の隙間が、印刷中、脱脂中、または焼結中に物体または支持材料が隙間に入り込み得るほど大きくない限り、インタフェース層７０６は隙間等を含み、収縮が起きる際に移動または沈降を容易にすることができる。他の技術も、同様に捕捉された支持構造等に有用に使用することができる。例えば、間隙物質は、適切な焼結強度が達成された後に、隣接表面から引き離すためにより迅速に収縮しながら、脱脂および焼結を介して必要に応じて支持体と物体との間の接触を維持するように調整された収縮率で堆積することができる。別の態様では、物体が機械的に安定してからではあるが完全な焼結温度に達する前に分解して沸騰する材料を使用することができる。あるいは、ある部分が機械的に安定してからではあるが完全な焼結温度になる前に、ある温度で溶融する材料を添加してもよい。
図８は、取り外し可能な支持体のためのインタフェース層を形成する方法を示す。支持構造は、付加製造プロセスにおいて一般的に使用されており、より広範の物体形状の製造を可能にする。後に最終部品に焼結される材料（本明細書で企図される材料等）を使用する付加製造プロセスでは、焼結中の支持構造体の隣接する表面と物体との間の結合を抑制するために、物体と支持との間にインタフェース層を有用に製造することができる。
ステップ８０１に示すように、方法８００は、モデルを提供するステップを含むことができる。これは、プリンタによる実行のための物体の任意のコンピュータ化されたモデル、またはプリンタ対応またはプリンタ実行可能表現への処理に適した物体の任意の適切な表現を含むことができる。従って、例えば、ｇコードは、プリンタによる実行のための機械命令の１つの共通表現である一方、ｇコードは、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデル等の他のいくつかのモデル、または３次元三次元のポリゴンメッシュ等の他のいくつかの三次元表現から導き出すことができる。物体のコンピュータ化されたモデルを作成し、そのようなモデルをプリンタ実行可能フォーマットに処理するための様々な技術は、当技術分野では知公知であり、詳細は本明細書では繰り返さないものとする。
一態様では、プリンタ実行可能フォーマットの作成は、支持構造を必要とする物体の部分の識別を含むことで、印刷するための表面を提供するか、または最終部品への脱脂および／または焼結中に構造体を物理的に支持することができる。結果として得られた支持構造は、プリンタ用に生成された物体のコンピュータ化されたモデルに組み込むことができ、適切な場合には、プリンタによって使用される造形材料とは異なる支持構造を製造するための支持材料を指定して、物体を製造することができる。
ステップ８０２に示すように、方法８００は、本明細書に記載の任意のプリンタを使用してコンピュータ化されたモデルに基づいて、物体のための支持構造を製造するステップことを含むことができる。これは、例えば、第１材料から支持構造を製造するステップを含むことができる。一例として、物体の溶融フィラメント製造におけるプリンタを制御する方法では、これは、支持材料を用いて物体の一部のための支持構造を押し出すステップを含むことができる。
ステップ８０４に示すように、方法８００は、支持構造の表面上にインタフェース層を形成するステップを含むことができる。これは、例えば、インタフェース層を提供する別個の材料層を製造するステップを含むことができ、またはこれは、製造プロセスを変更または増強して、支持構造体、物体、またはその両方の内部または近傍にインタフェース層を形成するステップを含む。従って、本明細書で使用される場合、「インタフェース層を作製する」とは、支持構造と、後続の処理において支持構造と物体との間に非焼結性の障壁を提供する物体との間に別個の材料層を作製するステップを指す。例えば、インタフェース層（または支持構造あるいは物体）を製造するステップは、溶融フィラメント製造、結合剤噴射、および粉末装填樹脂の光硬化のうち少なくとも１つを用いてインタフェース層（または支持構造あるいは物体）を付加的に製造するステップを含むことができる。本明細書で使用される場合、「インタフェース層を形成する」という句は、焼結中にインタフェース層を介して支持構造の物体への結合に抵抗する材料システムを形成するための任意の技術をより広く参照することを意図している。本明細書で企図されるようなインタフェース層を形成することによって、インタフェース層は、焼結後に剥離または除去可能な支持体をもたらす非焼結可能な障壁を提供することができる。
両方の技術（「形成」および「製造」）の多数の例を以下に提供する。入門的で非限定的な例として、インタフェース層を製造するステップは、物体と、結合剤システム中の焼結可能な粉末金属から形成された支持構造との間に、溶融フィラメント製造システムの押出機を用いてセラミック粒子の層を堆積させるステップを含むことができる。一方、インクジェット材料が構造体内に浸透して、支持構造体および／または物体の焼結可能な粉末金属のための焼結条件下での焼結に抵抗する構造体の表面上の材料システムを生成するように、インタフェース層を形成するステップは、この技術、または微細構造セラミック粒子またはいくつかの他の焼結防止剤のコロイド懸濁液を支持構造（または物体）の層にインクジェットする等、別個の材料層の製造に関与しない他の技術を含むことができる。
方法８００は、支持体の製造、インタフェースの形成、およびその後の物体の製造を含む順序付けられた一連のステップとして示されているが、物体、支持構造およびインタフェース層は、水平壁、垂直壁、傾斜壁、湾曲壁、および全ての形態の連続的および不連続的な特性を有する複雑な可変のトポロジーを含むことができる。従って、処理中に、これらのステップのうちの任意の１つを１番目に、２番目に、または３番目に実行することができ、またはある例では、同時に実行することも、パターンを変更することもできる。例えば、垂直壁の場合には、物体を製作し、続いてインタフェース層、次いで支持体を作製することができ、続いて、支持体が最初に製造され、物体が最後に製造されるように、印刷ツールのリターンパスを切り替えることができる。あるいは、片持ち梁のような入れ子状の支持構造の場合、垂直プロセスは、物体を製造し、続いてインタフェース層、次に支持体、続いてインタフェース層、次に物体を製造するステップを含む。
別の態様において、インタフェース層は、物体の外面の一部または全部に使用するための仕上げ材料を含むことができる。従って、インタフェース層の製造は、物体を完全に包囲するステップを含むことができる。このインタフェース層の材料は、物体の露出した表面のための仕上げ材料を含むことで、例えば、所望の色、質感、強度、靭性、柔軟性、または他の特性を提供することができる。例えば、仕上げ材料は、審美的仕上げを有する合金化金属を含むことができ、またはインタフェース層は、チタンまたは他の表面強化剤を含むことができる。
別の態様では、支持構造あるいはインタフェース層またはその両方の第１材料は、容積を減少させるために圧力下で制御可能に崩壊するミクロスフェアを含む組成物で形成することができる。適切なマイクロスフェアの製造は、当該技術分野においては公知であり、圧力を印加してマイクロスフェアを崩壊させて材料を収縮させ、かつ、例えば焼結中に、支持構造を物体から分離するステップを含む方法で、支持構造および／またはインタフェース内で使用することができる。
いくつかの実施形態では、支持体およびインタフェース全体が、焼結中に粉体等に分解する焼結不能な塊を形成するように、インタフェース層は、支持構造の第１材料から有効に形成することができる。
例えば、インタフェース層が、セラミック媒体またはセラミック添加剤を有する組成物を含むことで、焼結中に支持構造と物体の表面との間の結合を阻害する場合、上述したように、インタフェース層は、溶融フィラメント製造、結合剤噴射、および光造形等の本明細書に記載の任意の付加製造技術を用いて製造することができる。分離支持体のための有用なインタフェース層を形成するために、異なる製造プロセスで特定の技術を使用することができる。例えば、溶融フィラメント製造システムにおいて、プロセッサまたは他のコントローラは、支持構造体、物体の表面およびインタフェース層のうち少なくとも１つを不透明にして、例えば、工具速度の増加および体積堆積速度の減少のうち少なくとも１つを使用することによって、隣接する層との接触面積を減少させるように構成することができる。そのようなプリンタは、付加的または代替的に、押出ビードサイズを減少させることによって、または堆積材料の道路間の間隔を増加させることによって、インタフェース層と、物体および支持構造の一方との間の接触面積を減少させるように構成することができる。物体の溶融フィラメントの製造においてプリンタを制御する方法は、付加的または代替的に、インタフェース材料を使用して支持構造体に隣接してインタフェース層を押し出すステップを含むことができる。
インタフェース層を形成するステップは、他の技術を含むことができる。例えば、インタフェース層を形成するステップは、スラリー中のセラミック粒子が支持構造を貫通して焼結を阻害するように、または、支持構造体にわたるセラミック粒子の物理的障壁を作製するために堆積される場合、任意に、支持構造体の表面上でスラリーを硬化させることができるように、支持構造（または表面が反転されている場合は物体またはその両方）上にセラミック充填スラリーをインクジェットするステップを含むことができる。同様に、懸濁液を、例えば、懸濁液が粉末材料の焼結温度での焼結に耐性のある媒体を含む場合、支持構造（または物体）上に堆積させることができる。例えば、懸濁液は、支持構造と物体の表面との間の結合を選択的に脆化させる選択的脆化材料を含むことができる。様々な適切な選択的脆化材料が当該技術分野において知られており、特定の材料は、インタフェース層の対応する材料に依存する。インタフェース層に亀裂欠陥を導入するように選択された組成物のような、インタフェース層に適した任意のこのような材料を有用に使用することができる。
インタフェース層の形成は、インタフェース材料を支持構造上にインタフェース層としてインクジェット、噴霧、マイクロピペット、塗装等することによる、任意の補助的な堆積技術を用いて支持構造（または物体）上にインタフェース材料を堆積させるステップを含むことができる。インタフェース層の形成は、付加的または代替的に、焼成中に支持構造の物体への結合を阻害するように、支持構造、インタフェース層、および物体のうち少なくとも１つを堆積させるステップを含むことができる。インタフェース層の形成は、付加的または代替的に、インタフェース層との混合を阻害するように、支持構造、インタフェース層および物体のうち少なくとも１つを堆積させるステップを含むことができる。例えば、溶融フィラメント製造の状況では、層の間に小さな追加のｚ軸インクリメントを含めることで、層間の融合を低減し、隣接する層における粒子の混在を防止することができる。このようにして、結果的に得られた物理的障壁にわたるネックの形成を阻害する隣接層の間に、結合剤のフィルムを効果的に形成することができる。結合剤システムは最終的に除去することができるが、インタフェースはより脆弱な状態に焼結して、機械的除去を容易にするように、最初のネッキングは、層にわたってではなく、各層内で優先的に起こり得る。別の態様では、インタフェース層の形成は、例えば、インタフェース層が構造体と支持体との間に属する領域でレーザを用いて表面を選択的に酸化する等して、インタフェース層を酸化することで、物体の第２材料への結合を抑制するステップを含むことができる。
ステップ８０６に示すように、方法８００は、インタフェース層に隣接するオブジェクトの層を製造するステップを含むことができる。溶融フィラメント製造の状況では、これは、造形材料を押し出して、支持構造に対向するインタフェース層の側で、インタフェース層に隣接する物体の表面を形成するステップを含むことができる。造形材料は、最終部品を形成するための粉末材料および１つ以上の結合剤を含む結合剤システムのような、本明細書で企図される任意の造形材料であり得る。
物体の層を製作するステップは、付加的または代替的に、インタフェース層に隣接する第２材料から物体の表面を製作するステップを含むことができる。第２材料は、例えば、最終部品を形成するための粉末材料と、１つ以上の結合剤を含む結合剤システムとを含むことができる。１つ以上の結合剤は、本明細書に記載の結合剤または結合剤システムのいずれかを含み得る。一般に、１つ以上の結合剤は、特に、この処理が１つ以上の結合剤の少なくとも一部を除去するためにネットシェイプを脱脂するステップと、粉末材料を結合し高密度化するためにネットシェイプを焼結するステップと、を含む場合、最終部品への物体の処理中に物体のネットシェイプの変形に抵抗することができる。これらのプロセスの間、物体は実質的な収縮および機械的応力を経る場合があり、結合剤は、これらの変化する条件下でネットシェイプを有効に保持することができる。その後の焼結は、第２材料、例えば、焼結により粉末材料の粒子間にネッキングを生じさせ、続いて、液化するまで溶融することなく、粉末材料を固体塊に融合させる、物体用の造形材料中の粉末材料から形成される高密度化された最終部品を得ることを目的としている。様々な適切な材料が、本明細書で企図される様々な製造プロセスについて当該技術分野において公知である。一態様では、支持構造の第１材料は、物体の第２材料と同様の、または実質的に同一の組成を有することができる。
例えば、第２材料は粉末冶金材料を含むことができる。より一般的には、第２材料の粉末材料は、金属粉末、セラミック粉末、または任意の他の焼結可能な材料または材料の組み合わせを含むことができる。粉末材料は、例えば、焼結のための任意の適切な寸法を有することができる。これは材料のタイプに応じて異なるが、多くの有用な焼結可能な粉末材料は、２〜５０ミクロンの平均直径を有する粒径分布を有する。粉末材料は、様々な金属または合金のいずれかを含むことができる。例えば、粉末材料は、アルミニウム、鋼、および銅のうち少なくとも１つの合金を含むことができ、懸濁液の成分は、アンチモン、ヒ素、ビスマス、鉛、硫黄、リン、テルル、ヨウ素、臭素、塩素、およびフッ素のうち少なくとも１つを含む。一態様では、第２材料は、金属浸透剤およびセラミック溶浸剤のうち少なくとも１つを有する浸透性粉末を含むことができる。
一態様では、結合剤システムは、例えば、純粋な熱脱脂によって物体から除去可能な単一の結合剤を含むことができる。これは、例えば、物体の表面を製造するステップが、結合剤噴射工程において、または単一結合剤システムおよび／または熱脱脂が有用に使用され得る任意の他の状況において、単一結合剤を適用するステップを含む場合に有用であり得る。
別の態様では、結合剤システムが、熱焼結サイクルの開始時にネットシェイプに残る第２結合剤を含む場合、結合剤システムは、焼結前に、脱脂中に第２材料から除去される第１結合剤を含むことができる。結合剤システムは、代替的または付加的に、結合剤システムが、最終部品への焼結を介してネットシェイプに残る第２結合剤を含む場合、焼結前の脱脂の間に第２材料から除去される第１結合剤を含むことができる。後者の場合、第２結合剤は、粉末材料の焼結を促進するサブミクロン粒子を有効に含むことができる。更に具体的には、サブミクロン粒子は、粉末材料と合金化するために選択された要素または要素の組み合わせを含むことができる。別の態様では、サブミクロン粒子は、粉末材料と実質的に同一の組成および粉末材料よりも少なくとも１桁小さい平均を有するサイズ分布を有することができる。
ステップ８０８に示すように、方法８００は、加工された物体を処理施設に送付するステップを含むことができる。一態様では、製造プロセス全体が局所的に実行される場合、このステップは省略されてもよい。別の態様では、物体が局所的に印刷され、続いて出荷されるか、または１つ以上の成形、脱脂、および焼結のために処理設備に搬送される場合、サービス機関等を保持して、複数の印刷場所にサービスを提供することができる。この後者の方法は、有利には、有害物質または大型で高価な焼結炉を使用する脱脂システム等の資源の共有を可能にする。
ステップ８１２に示すように、方法８００は、物体を成形するステップを含むことができる。これは、例えば、印刷アーチファクトを除去するための平滑化、例えば補正が行われるようにコンピュータモデルへの手動または自動による比較、または支持構造と物体との間のインタフェースに沿ったスコアリング、貫通孔等の追加によるインタフェース層の機械的な脆弱化を含むことができる。
ステップ８１４に示すように、方法８００は、物体を脱脂するステップを含むことができる。脱脂プロセスの詳細は、製造に使用される材料中の結合剤システムのタイプに依存する。例えば、結合剤システムは、第１結合剤および第２結合剤を含むことができ、第１結合剤は、物体の脱脂中のネットシェイプの物体の変形に耐え、第２結合剤は、物体の熱焼結サイクルの開始時に、ネットシェイプの物体の変形に抵抗する。脱脂は、物体を脱脂して、化学的脱脂、触媒脱脂、超臨界脱脂、熱脱脂等の任意の対応する脱脂プロセスを用いて第１結合剤を除去するステップを含むことができる。脱脂は、付加的または代替的に、物体を加熱して、第２結合剤を除去するステップを含むことができる。別の態様では、結合剤システムは、第１結合剤および少なくとも１つの他の結合剤を含むことができ、第１結合剤は結合剤システムの約２０体積％〜約９８体積％を構成し、脱脂は、第１結合剤を物体から脱脂して、少なくとも１つの他の結合剤の放出のための開放気孔チャネルを作製するステップを含む。
ステップ８１６に示すように、方法８００は、物体を焼結するステップを含むことができる。これは、物体中の粉末材料、支持構造体、インタフェース層、またはこれらの組み合わせに適した任意の熱焼結サイクルを含むことができる。
ステップ８１８に示すように、方法８００は、例えば、インタフェース層に沿って支持構造と物体とを物理的に分離することによって、物体から支持構造を除去するステップを含むことができる。インタフェース層の構造および材料に応じて、これは、物体をピックアップし、物体をすすぎまたは他の方法で洗浄して、何らかの粉末残留物を除去する単純な手動プロセスであり得る。別の態様では、これは、物体および／または支持体よりも弱いが、それにもかかわらず実質的な強度を有し得るインタフェース層を破壊するために、実質的な機械的力を適用する必要があり得る。
図９は、粉末床中にネットシェイプを形成するための結合剤の局部的な活性化を伴う付加製造のための方法９００のフローチャートを示す。一般に、結合剤は、焼結可能な粉末に一体化されて、層ごとに粉末床に拡散され、次いで局所的に活性化されて後続の焼結のためのネットシェイプの物体を形成することができる粉末造形材料を形成することができる。別段の記載がない限り、以下に記載される方法９００は、例えば、支持構造およびインタフェース層を形成する方法、およびこれらの複数の構造物を、関連する支持構造に取り付けられていない、または関連する支持構造に弱く取り付けられている最終物体に加工するための方法を含む、本明細書に記載の他のシステムおよび方法のいずれかを組み込んでもよい。
本明細書に記載のＭＩＭ材料を使用する付加製造のいくつかの形態とは異なり、粉末床にネットシェイプを形成するための結合剤の局部的活性化による付加製造は、百パーセントの密度でない粉末床を使用してもよい。例えば、粉末床は、その体積の一部として空気を含んでもよく、それによって、結合前および結合後に自然に多孔質の構造を作り出すことができる。
ステップ９０１に示すように、方法９００は、製造のための物体のコンピュータ化された三次元モデルを提供するステップを含むことができる。
ステップ９０２に示すように、方法９００は、粉末造形材料の層を堆積させるステップを含むことができる。結合剤噴射、選択的レーザ焼結等に使用される技術のような粉末床における粉末処理および加工のための多数の技術が知られており、それらのいずれも本明細書で企図されるような粉末造形材料の層を堆積させるのに有用に適合することができる。
一般に、粉末造形材料は、コンピュータ化された物体モデルに基づいて最終部品に焼結するように選択された、本明細書に記載の任意の焼結可能な粉末材料のような焼結可能な粉末を含むことができる。非限定的な例として、焼結可能な粉末は、本明細書に記載のセラミック粉末、金属粉末、または他の焼結可能な粉末のいずれかを含み得る。
粉末造形材料は、活性化により、また、粉末床からの除去、脱脂、および焼結等の後続の処理により、粉末床内に焼結可能な粉末を形状（例えば、物体の二次元断面、または物体の三次元形状、または物体の支持構造）に選択的に付着させるための活性化可能な結合剤も含むことができる。活性化可能な結合剤は、例えば、結合剤材料を選択的に硬化させるか、またはその他の方法で硬化あるいは凝固させるために局所的に活性化させることができる任意の材料または材料の組み合わせを含むことができ、それにより、結合剤材料が、十分な頑強さを有する焼結可能な粉末の隣接する粒子に結合して、例えば本明細書で一般的に企図されるような脱脂および焼結を介して、ネットシェイプの粉末造形材料を保持するようにする。活性化可能な結合剤は、例えば、結合剤噴射、光造形樹脂、または任意の他の適切な結合剤または結合剤の組み合わせを含み得る。例えば、金属射出成形材料のための一般的に使用される主鎖結合剤には、ポリプロピレンおよびポリエチレンが含まれ、そのいずれも本明細書で企図される活性化可能な結合剤として有用に適合され得る。アクリル、ナイロン、または任意の他の熱的および機械的に適した熱可塑性材料または他の材料のような他の材料を、付加的または代替的に使用してもよい。付加的または代替的に、シアノアクリレートまたは他の接着剤を使用してもよい。
一態様では、活性化可能な結合剤は、活性化可能な結合剤として使用するための適切な割合で焼結可能な粉末と混合された第２粉末材料であってもよい。別の態様では、焼結可能な粉末は、例えば、結合剤との混合物中で噴霧乾燥されて、焼結可能なナノ粉末と結合剤との混合物を含むより大きな、乾燥した留意を形成することによって凝集した焼結可能な材料の小さな粒子（例えば、ナノ粒子）から形成することができる。いずれの場合も、粉末造形材料は、一般に、焼結可能な粉末が高充填された結合剤を含むことができる。例えば、粉末造形材料は、焼結可能な粉末を４０体積％、焼結可能な粉末を５０体積％、焼結可能な粉末を６０体積％、焼結可能な粉末を７０体積％、焼結可能な粉末を８０体積％、または同様に高濃度に焼結可能な粉末が充填されている。
特定の態様では、粉末は、例えば結合プロセスの統合的な部分として、別の材料でコーティングまたは混合することができる。例えば、結合剤液体のための触媒として作用する材料は、粉末床に含まれてもよく、または粉末造形材料自体にコーティングされてもよい。一例として、ベーキングソーダを粉末造形材料上にコーティングしてもよく、または、例えば、ベーキングソーダがシアノアクリレート用の触媒である場合に、粉末床に含んでもよい。付加的または代替的に、タンパク質触媒（例えば、酸およびタンパク質アプローチ）を使用してもよい。
ステップ９０４に示すように、方法９００は、活性化可能な結合剤を選択的に活性化するステップを含むことができる。これは、例えば、物体のコンピュータ化された三次元モデルの二次元断面に従って粉末床の層中の活性化可能な結合剤を局所的に活性化し、それによって、二次元断面に従って層内の焼結可能な粉末を活性化された結合剤で結合するステップを含む。従って、光造形または結合剤噴射と同様の方法で、この場合、粉末造形材料中に分散された結合剤を選択的に活性化することによって焼結可能な材料が物体に接着されることを除いて、製造のための物体のコンピュータ化されたモデルを一連の断面スライスに分解し、造形材料を断面スライスのシーケンスに従って層ごとに形成することで、物体を再生することができる。
所望の断面パターンで結合剤を選択的に活性化させるために、様々な技術を有用に使用することができる。例えば、活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップは、例えばサーモクロミックペーパー上に熱印刷するために開発された十分に確立された技術およびハードウェアを有利に適用することができるサーマルプリントヘッドで活性化可能な結合剤を局所的に活性化することによって、または、活性化可能な結合剤を赤外線熱源、赤外線加熱マスク、または集束レーザで局所的に活性化することによって、活性化可能な結合剤を熱的に活性化するステップを含むことができる。例えば、赤外線熱源は、赤外線レーザを含むことができる。付加的または代替的に、マイクロ波エネルギーまたは集束レーザエネルギーの局所的な適用によって活性化可能な結合剤を活性化する等、他の技術を（結合剤システムに適切に適合させて）使用することができる。従って、活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップは、樹脂の熱的に活性化させるためのレーザ、例えば集束レーザアニーリングの使用を含むことができる。
別の態様において、活性化可能な結合剤は、溶媒を適用することによって活性化することができる。例えば、粉末造形材料は、上述したように焼結可能な粉末と活性化可能な結合剤、または焼結可能な粉末粒子と乾燥結合剤粒子との混合物の凝集粒子を含むことができる。活性化可能な結合剤が焼結可能な粉末の隣接する粒子にリフローするように、例えば、インクジェット印刷ヘッド等を用いて、粉末造形材料の層に溶剤を適用することで、活性化可能な結合剤を溶解させることができる。溶媒が蒸発するか、さもなければ活性化可能な結合剤が沈殿または再硬化すると、リフローされた結合剤によって湿潤された焼結可能な粒子は、一体化された形状に接合され得る。従って、一態様では、活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップは、一般に、活性化可能な結合剤に溶媒を適用して、活性化可能な結合剤を焼結可能な粉末の隣接する粒子にリフローするステップを含む。
別の態様では、粉末の層中の活性化可能な結合剤は、焼結可能な粉末との混合物に（例えば、懸濁液に）適用され得るか、または焼結可能な粉末の層が堆積された後に適用される液体結合剤であってもよい。いずれの場合も、液体結合剤は、活性化可能な結合剤を局所的に活性化させるステップが、二次元断面に従って、層を１つ以上のタイプの光（例えば、紫外線光）に選択的に曝露するステップを含む、１つ以上のタイプの光への曝露時に硬化する液体を含むことができる。
別の態様では、活性化可能な結合剤は、当技術分野においてしばしば「開始剤」と称される適切な重合開始化合物に曝露して架橋することができるモノマーまたはオリゴマーのセットを含むことができる。開始剤は、粉末表面上のコーティングに含まれてもよく、それによって、粉末床との接触時に結合剤を活性化する。そのような開始剤は、例えば、ラジカル重合、カチオン重合、およびアニオン重合として当技術分野で一般的に知られている。特定の態様では、複数の開始源が存在してもよい。この活性化は、更に、適切な化学的条件下での熱的および電磁的開始の組合せを介して、当技術分野で一般的な重合が開始される際、加熱または紫外線曝露ステップを含むことができる。従って、特定の態様では、モノマー、開始剤、およびエネルギー源が開始するために存在する。
ステップ９０６に示すように、物体の製造が完了したか否かを判定することができる。製造が完了していない場合、方法９００はステップ９０２に戻り、粉末造形材料の追加の層を堆積させることができる。製造が完了している場合、方法９００はステップ９１２に進むことができる。従って、方法９００は、一般に、粉末床内の複数の連続する層のそれぞれに対して堆積および局所的に活性化するステップを繰り返して、焼結可能な粉末および活性化された結合剤から焼結可能なネットシェイプの物体を形成するステップを含むことができる。
上記のように、本明細書で企図される技術は、上記の他の技術と組み合わせて使用されてもよい。従って、コンピュータ化されたモデルは、物体のための支持構造等を含むことができ、方法９００は、焼結可能なネットシェイプの物体が形成される際、粉末床内の焼結可能なネットシェイプの物体の下に支持構造を製造するステップ、並びに、支持構造と焼結可能なネットシェイプの物体の表面との間に、インタフェース層を作製するステップを含むことができる。インタフェース層は、焼結中の焼結可能なネットシェイプの物体への結合に抵抗するように構造的に構成されることで、焼結後に最終部品からの支持構造の除去を容易化してもよい。特定の態様では、インタフェース層は全体的に非焼結性であってもよい。他の態様では、インタフェース層は、焼結可能であるが、ネットシェイプの物体への焼結に関して非焼結性であり得る。
特定の態様では、発泡剤を使用して、ある領域の粉末を低密度化して、低密度発泡体を形成することができる。このようにして、次の製造された層は、低密度発泡体によって形成された発泡領域を再充填することができない。このような技術を用いて、例えば本明細書に記載のインタフェース層のための非焼結性の層を作製することができる。特定の態様において、発泡反応は光学的に活性化される。一例として、技術は、余分な結合剤を噴射し、それをＬＥＤまたはレーザ光で発泡体に加熱するステップを含むことができる。
ステップ９１２に示すように、方法９００は、粉末床から焼結可能なネットシェイプの物体を除去するステップを含むことができる。これは、更に、任意の適切な手動、半自動、または完全自動粉砕プロセス、並びに焼結によって硬化される前のネットシェイプのグリーン体の任意の成形、平滑化または他の望ましい前処理が含まれ得る。
ステップ９１４に示すように、方法９００は、例えば、完全に高密度化された部品に焼結する前に結合剤を除去するために、焼結可能なネットシェイプの物体を脱脂するステップを含むことができる。上述のように、脱脂プロセスの詳細は、製造に使用される材料中の結合剤システムのタイプに依存し得る。例えば、結合剤システムは、第１結合剤および第２結合剤を含むことができ、第１結合剤は、物体の脱脂中のネットシェイプの物体の変形に抵抗し、第２結合剤は、物体のための熱焼結サイクルの開始時に、ネットシェイプの物体の変形に抵抗する。脱脂は、化学的脱脂、触媒脱脂、超臨界脱脂、熱脱脂等の任意の対応する脱脂プロセスを用いて第１結合剤を除去するために、物体を脱脂するステップを含むことができる。脱脂は、付加的または代替的に、第２結合剤を除去するために物体を加熱するステップを含むことができる。別の態様では、結合剤システムは、第１結合剤および少なくとも１つの他の結合剤を含むことができ、第１結合剤は結合剤システムの約２０体積％〜約９８体積％を構成し、脱脂は、第１結合剤を物体から脱脂して、少なくとも１つの他の結合剤の放出のための開放気孔チャネルを作製するステップを含む。
ステップ９１６に示すように、方法９００は、最終部品に焼結可能なネットシェイプの物体を焼結するステップを含むことができる。
ステップ９１８に示すように、方法９００は、支持構造を最終部品から除去するステップ、または意図された使用または表示のために最終部品を後処理するステップを含むことができる。
図１０は、粉末床中にネットシェイプを形成するための結合剤の局部的な活性化を伴う付加製造のための方法１０００のフローチャートを示す。後述するように、粉末床は、焼結可能な粉末と液体結合剤とを層ごとに充填することができる。液体結合剤が適用された後、液体結合剤は、例えば、物体のコンピュータ化された三次元モデルに従って、結合剤の断面を選択的に硬化することによって活性化することができる。このようにして、焼結可能なネットシェイプの物体を粉末床内に層ごとに形成することができる。一般に、以下のステップは、本明細書に記載の方法およびシステムのいずれかのステップ、材料、システム、構成要素等のいずれかを含むことができる。
ステップ１００１に示すように、方法１０００は、製造のための物体のコンピュータ化された三次元モデルを提供するステップを含むことができる。
ステップ１００２に示すように、方法１０００は、焼結可能な粉末の層を粉末床に堆積させるステップを含むことができる。結合剤噴射、選択的レーザ焼結等に使用される技術のような粉末床における粉末処理および加工のための多くの技術が知られており、そのいずれも本明細書で企図されるような焼結可能な粉末の層を堆積させるのに有用である。一般に、粉末造形材料は、コンピュータ化された物体モデルに基づいて最終部品に焼結するために選択された、本明細書に記載の任意の焼結可能な粉末材料のような焼結可能な粉末を含むことができる。非限定的な例として、焼結可能な粉末は、本明細書に記載のセラミック粉末、金属粉末、または他の焼結可能な粉末のいずれかを含み得る。
ステップ１００３に示すように、方法１０００は、活性化可能な結合剤を層に適用するステップを含むことができる。これは、例えば、インクジェット法、噴霧、塗装等の任意の適切な方法で液体結合剤を含むことができる。
ステップ１００４に示すように、方法１０００は、物体のコンピュータ化された三次元モデルの二次元断面に従って、層内の活性化可能な結合剤を局所的に活性化し、それによって、二次元断面に従って、層内の焼結可能な粉末を活性化結合剤と結合させるステップを含むことができる。
粉末床中の焼結可能な粉末の層に適用される液体結合剤を局所的に活性化させるために様々な技術が有効に適用され得、液体結合剤の化学的、機械的、光学的および他の特性に依存し得る。例えば、活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップは、例えば、サーマルプリントヘッド、赤外線熱源、赤外線加熱マスク、または集束レーザを用いて、活性化可能な結合剤を熱的に活性化するステップを含むことができる。例えば、赤外線熱源は、赤外線レーザを含むことができる。活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップは、付加的または代替的に、マイクロ波エネルギーの局所適用によって活性化可能な結合剤を活性化するステップを含むことができる。別の態様では、活性化可能な結合剤は、１つ以上のタイプの光（例えば、紫外光）への曝露時に硬化する液体結合剤を含むことができ、活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップは、二次元断面に従って、例えば、紫外光源を粉末床の層にわたるパターンに選択的に指向するために、ラスタスキャンまたはデジタル光処理システムを使用して、１つ以上のタイプの光（例えば、紫外線光）に層を選択的に曝露するステップを含む。
ステップ１００６に示すように、物体の製造が完了したか否かを判定することができる。製造が完了していない場合、方法１０００はステップ１００２に戻り、追加の粉末造形材料層を堆積させることができる。製造が完了している場合、方法１０００はステップ１０１２に進むことができる。従って、方法１０００は、一般に、粉末床内の複数の連続する層のそれぞれの堆積ステップ、塗布ステップ、および局所的な活性化ステップを繰り返して、焼結可能なネットシェイプの物体を焼結可能な粉末および活性化された結合剤から形成するステップを含むことができる。
上記のように、本明細書で意図される技術は、上記の他の技術と組み合わせて使用されてもよい。従って、コンピュータ化モデルは、物体のための支持構造等を含むことができ、方法１０００は、焼結可能なネットシェイプの物体が形成される際、粉末床内の焼結可能なネットシェイプの物体の表面の下に支持構造を製造するステップ、並びに、支持構造と焼結可能なネットシェイプの物体の表面との間にインタフェース層を作製するステップを含むことができる。インタフェース層は、焼結中の焼結可能なネットシェイプの物体への結合に抵抗するように構造的に構成されることで、焼結後に最終部品からの支持構造の除去を容易化してもよい。特定の態様では、インタフェース層は全体的に非焼結性であってもよい。他の態様では、インタフェース層は、焼結可能であるが、ネットシェイプの物体への焼結に関して非焼結性であり得る。
ステップ１０１２に示すように、方法１０００は、粉末床から焼結可能なネットシェイプの物体を除去するステップを含むことができる。これは、更に、任意の適切な手動、半自動、または完全自動粉砕プロセス、並びに焼結によって硬化される前のネットシェイプのグリーン体の任意の成形、平滑化または他の望ましい前処理が含まれ得る。
ステップ１０１４に示すように、方法１０００は、例えば、完全に高密度化された部品に焼結する前に結合剤を除去するために、焼結可能なネットシェイプの物体を脱脂するステップを含むことができる。上述のように、脱脂プロセスの詳細は、製造に使用される材料中の結合剤システムのタイプに依存し得る。例えば、結合剤システムは、第１結合剤および第２結合剤を含むことができ、第１結合剤は、物体の脱脂中のネットシェイプの物体の変形に抵抗し、第２結合剤は、物体のための熱焼結サイクルの開始時に、ネットシェイプの物体の変形に抵抗する。脱脂は、化学的脱脂、触媒脱脂、超臨界脱脂、熱脱脂等の任意の対応する脱脂プロセスを用いて第１結合剤を除去するために、物体を脱脂するステップを含むことができる。脱脂は、付加的または代替的に、第２結合剤を除去するために物体を加熱するステップを含むことができる。別の態様では、結合剤システムは、第１結合剤および少なくとも１つの他の結合剤を含むことができ、第１結合剤は結合剤システムの約２０体積％〜約９８体積％を構成し、脱脂は、第１結合剤を物体から脱脂して、少なくとも１つの他の結合剤の放出のための開放気孔チャネルを作製するステップを含む。
ステップ１０１６に示すように、方法１０００は、最終部品に焼結可能なネットシェイプの物体を焼結するステップを含むことができる。
ステップ１０１８に示すように、方法１０００は、支持構造を最終部品から除去するステップ、または意図された使用または表示のために最終部品を後処理するステップを含むことができる。
図１１は、焼結可能な粉末用の結合剤を選択的に活性化するためのシステム１１００を示す。一般に、システム１１００は、図４を参照して上述した結合剤噴射システムのようなシステムの様々な構成要素、例えば粉末床４０２、粉末材料の供給源４１２（例えば、焼結可能な粉末および活性化可能な結合剤を有する粉末造形材料）、およびスプレッダ４０４を含むことができる。システム１１００は、双方向スプレッダ、または（例えば、図４のような）支持構造物４２０と物体４１６との間にインタフェース層４２２を適用するための堆積ツール４６０のような、上述した利点のうちの多くを更に組み込むことができる。
一般に、図４を参照して上述したシステムは、図１１に示すように、例えば、粉末床４０２の表面の上を移動し、任意の適切な形態の活性化エネルギーを適用することによって、粉末造形材料の活性化可能な結合剤システムを選択的に活性化するように構成された何らかの活性化ツールのようなツール１１６０を含むように修正することができる。本明細書で説明されるように、ツール１１６０は、一般に、物体のコンピュータ化された三次元モデルの二次元断面に従って、層内の活性化可能な結合剤を局所的に活性化することによって、層内の焼結可能な粉末を、製造する物体のコンピュータ化されたモデルの二次元断面に従って活性化された結合剤と結合するように構成することができる。
一態様では、ツール１１６０は、二次元断面に従って活性化可能な結合剤を局所的に活性化するように配置可能なサーマルプリントヘッドを含むことができる。別の態様では、ツール１１６は、二次元断面に従って活性化可能な結合剤を局所的に活性化するように構成された赤外線熱源、赤外線加熱マスク、または集束レーザのうち少なくとも１つを含むことができる。別の態様では、ツール１１６０は、活性化可能な結合剤を焼結可能な粉末の隣接する粒子にリフローするように選択された溶剤を局所的に適用することによって、活性化可能結合剤を局所的に活性化するように構成されたインクジェットプリントヘッドを含むことができる。この後者の実施形態では、ツール１１６０は、付加的または代替的に、プリントヘッド４０６が結合剤ではなく溶剤を局所的に適用するように適合されている点を除いて、上述したプリントヘッド４０６を含むことができる。
液体結合剤が適用される別の態様では、ツール１１６０またはプリントヘッド４０６は、粉末床４０２の上面４１５上の層に活性化可能な結合剤を適用するためのアプリケータとしての使用に適合させることができる。一態様では、液体結合剤は、紫外線硬化性結合剤を含むことができ、ツール１１６０は、例えばデジタル光処理を使用して、二次元断面に従って、例えば、光源を粉末床４０２の上面４１５上の標的に向けて指向して、活性化可能な結合剤を選択的に活性化して、物体４１６を形成するために、デジタルライトプロセッシング、または任意の他の操作可能なミラーあるいは他の光学システムを使用して、活性化可能な結合剤を局所的に活性化するように構成された紫外線光源を含むことができる。
上記のシステム、装置、方法、プロセス等は、特定の用途に適したハードウェア、ソフトウェア、またはこれらの任意の組み合わせで実現することができる。ハードウェアは、汎用コンピュータおよび／または専用コンピュータ装置を含むことができる。これには、１つ以上のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ３０８ｓ、内蔵マイクロコントローラ３０８ｓ、プログラマブルデジタル信号プロセッサまたは他のプログラマブルデバイスまたは処理回路、並びに内部および／または外部メモリでの実現が含まれる。これは、付加的または代替的に、１つ以上の特定用途向け集積回路、プログラマブルゲートアレイ、プログラマブルアレイロジック構成要素、または電子信号を処理するように構成された任意の他の装置を含む。上述のプロセスまたは装置の実現には、Ｃ等の構造化プログラミング言語、Ｃ＋＋等のオブジェクト指向プログラミング言語、または上述した装置の１つ並びにプロセッサ、プロセッサアーキテクチャ、または異なるハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせのうち異種の組み合わせにて事項されるように格納、コンパイル、または解釈され得る（アセンブリ言語、ハードウェア記述言語、およびデータベースプログラミング言語およびテクノロジーを含む）任意の他の高レベルまたは低レベルのプログラミング言語を使用して作成されたコンピュータ実行可能コードを含むことができることを更に理解されよう。別の態様では、本方法は、そのステップを実行するシステムで実施されてもよく、多数の方法で装置にわたって分散されてもよい。同時に、処理は、上述した様々なシステムのような装置に分散されてもよく、または全ての機能が専用スタンドアロンデバイスまたは他のハードウェアに統合されてもよい。別の態様では、上記のプロセスに関連するステップを実行するための手段は、上記のハードウェアおよび／またはソフトウェアのいずれかを含むことができる。そのような全ての置換および組み合わせは、本開示の範囲内に含まれることが意図される。
本明細書で開示される実施形態は、１つ以上のコンピュータ装置上で実行するときに、そのステップのいずれかおよび／または全てを実行するコンピュータ実行可能コードまたはコンピュータ使用可能コードを含むコンピュータプログラム製品を含むことができる。コードは、プログラムが実行されるメモリ（プロセッサに関連するランダムアクセスメモリ等）であってもよいコンピュータメモリ、またはディスクドライブ等のストレージドライブ、フラッシュメモリ、または任意の他の光学、電磁気、磁気、赤外線あるいはその他の装置または装置の組み合わせに非一時的な方法で格納されてもよい。別の態様では、上述したシステムおよび方法のいずれかは、コンピュータ実行可能コードおよび／またはコンピュータ実行可能コードからの任意のインプットまたはアウトプットを供給する任意の適切な送信または伝搬媒体にて実施することができる。
上記の装置、システム、および方法は、限定ではなく、単なる例示として記載されていることが理解されよう。反対の明示的な指示がない限り、開示されたステップは、本開示の範囲から逸脱することなく、修正、補足、省略、および／または再秩序することができる。多数の変形、追加、省略、および他の改変が当業者には明らかであろう。更に、上述の説明および図面における方法ステップの順序または提示は、具体的な順序が明示的に要求されていないか、または文脈から明らかでない限り、記載されたステップを実行するこの順序を要求することを意図しない。
本明細書に記載される実施形態の方法ステップは、異なる意味が明示的に提供されない限り、または文脈から明白でない限り、以下の特許請求の範囲の特許性に矛盾しない方法ステップを実行させる任意の適切な方法を含むことが意図される。従って、例えば、Ｘのステップを実行するとは、リモートユーザ、リモート処理リソース（例えば、サーバまたはクラウドコンピュータ）またはマシンのような他の当事者にＸのステップを実行させるための任意の適切な方法を含む。同様に、ステップＸ、ＹおよびＺを実行するとは、そのようなステップの利点を得るために、ステップＸ、ＹおよびＺを実行するための他の個人またはリソースの任意の組み合わせを指示または制御する任意の方法を含むことができる。従って、本明細書に記載された実施形態の方法ステップは、異なる意味が明示的に提供されていない限り、または文脈から明白でない限り、添付の特許請求の範囲の特許性に合致する１つ以上の他の当事者またはエンティティにステップを実行させる任意の好適な方法を含むことが意図される。そのような当事者またはエンティティは、任意の他の当事者またはエンティティの指示または管理下にある必要はなく、特定の管轄区域内に位置する必要はない。
上記の方法およびシステムは、限定するものではなく例示として記載されていることが理解されよう。多数の変形、追加、省略、および他の改変が当業者には明らかであろう。更に、上述の説明および図面における方法ステップの順序または提示は、具体的な順序が明示的に要求されていないか、または文脈から明らかでない限り、記載されたステップを実行するこの順序を要求することを意図しない。従って、特定の実施形態が示され、記載されているが、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、形式および詳細における様々な変更および修正を行うことができることは、当業者には明白であろう。また、これらは法律によって許容される最も広範な意味で解釈されるべきである、添付の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の一部を形成することが意図される。
米国特許第７２９１２４２号明細書 米国特許第９１２０２７０号明細書
Heaney, Donald F., ed. "Handbook of Metal Injection Molding" (2012) "Accelerated sintering in phase-separating nanostructured alloys," Park et al., Nat. Commun. 6:6858 (2015) (DOI: 10.1038/ncomms7858) Khoshnevis, et al., "Metallic part fabrication using selective inhibition sintering (SIS)," Rapid Prototyping Journal, Vol. 18:2, pp. 144-153 (2012)

Claims (44)

  1. 最終部品へと焼結するために選択された材料の焼結可能な粉末と、焼結可能な粉末を選択的に接着して成形するための活性化可能な結合剤とを含む粉末造形材料の層を粉末床に堆積させるステップと、
    コンピュータ化された物体の三次元モデルの二次元断面に従って、前記層内の活性化可能な結合剤を局所的に活性化することによって、前記層内の焼結可能な粉末を前記二次元断面に従って、活性化された結合剤と結合するステップと、
    前記粉末床内の複数の連続した層の各々に対して堆積および局所的活性化のステップを繰り返して、前記焼結可能な粉末および前記活性化された結合剤から焼結可能なネットシェイプの物体を形成するステップと、
    を含む、方法。
  2. 前記粉末床から前記焼結可能なネットシェイプの物体を除去し、前記焼結可能なネットシェイプの物体を脱脂するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記焼結可能なネットシェイプの物体を最終部品へと焼結するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
  4. 前記粉末造形材料は、セラミック粉末を含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記粉末造形材料は、金属粉末を含む、請求項１に記載の方法。
  6. 前記粉末造形材料は、少なくとも５０体積％の焼結可能な粉末を含有している、請求項１に記載の方法。
  7. 前記活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップは、前記活性化可能な結合剤を熱的に活性化するステップを含む、請求項１に記載の方法。
  8. 前記活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップは、前記活性化可能な結合剤をサーマルプリントヘッドで局所的に活性化するステップを含む、請求項７に記載の方法。
  9. 前記活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップは、１つ以上の赤外線熱源、赤外線加熱マスク、およびレーザを用いて、前記活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップを含む、請求項７に記載の方法。
  10. 前記活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップは、マイクロ波エネルギーの局所的な適用によって、前記活性化可能な結合剤を活性化するステップを含む、請求項１に記載の方法。
  11. 前記活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップは、前記活性化可能な結合剤に溶媒を適用して、前記活性化可能な結合剤を前記焼結可能な粉末の隣接する粒子にリフローさせるステップを含む、請求項１に記載の方法。
  12. 前記活性化可能な結合剤は、液体結合剤を含む、請求項１に記載の方法。
  13. 前記液体結合剤は、１つ以上のタイプの光への曝露時に硬化する液体を含み、更に、前記活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップは、前記二次元断面に従って、前記１つ以上のタイプの光に前記層を選択的に曝露するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記活性化可能な結合剤は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、およびアクリルのうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
  15. 前記粉末床内の焼結可能なネットシェイプの物体表面の下に支持構造を製造するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
  16. 前記支持構造と前記焼結可能なネットシェイプの物体表面との間にインタフェース層を作製するステップを更に含み、前記インタフェース層は、焼結中に前記焼結可能なネットシェイプの物体への結合に抵抗するように構造的に構成されている、請求項１５に記載の方法。
  17. 焼結可能な物体の付加製造のためのシステムであって、
    粉末床と、
    前記粉末床のための粉末造形材料であって、最終部品へと焼結するために選択された材料の焼結可能な粉末と、焼結可能な粉末を選択的に接着させて成形するための活性化可能な結合剤とを含む粉末造形材料の供給源と、
    前記粉体床にわたって層に前記粉末造形材料を拡散するためのスプレッダと、
    コンピュータ化された物体の三次元モデルの二次元断面に従って、前記層内の活性化可能な結合剤を局所的に活性化することによって、前記二次元断面に従って、前記層内の前記焼結可能な粉末を活性化された結合剤と結合するように構成されたツールと、
    を含む、システム。
  18. 前記スプレッダは、双方向スプレッダである、請求項１７に記載のシステム。
  19. 前記層内の形状に隣接するインタフェースにインタフェース材料を適用するように構成された堆積ツールを更に含み、前記インタフェース材料は、焼結中に、前記形状の表面の、隣接する焼結可能な粉末への結合に抵抗する、請求項１７に記載のシステム。
  20. 前記粉末造形材料は、セラミック粉末または金属粉末のうち少なくとも１つを含む、請求項１７に記載のシステム。
  21. 前記活性化可能な結合剤は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、およびアクリルのうち少なくとも１つを含む、請求項１７に記載のシステム。
  22. 前記ツールは、前記二次元断面に従って、前記活性化可能な結合剤を局所的に活性化するように配置可能なサーマルプリントヘッドを含む、請求項１７に記載のシステム。
  23. 前記ツールは、前記二次元断面に従って、前記活性化可能な結合剤を局所的に活性化するように構成された赤外線熱源、赤外線加熱マスク、およびレーザのうち少なくとも１つを含む、請求項１７に記載のシステム。
  24. 前記ツールは、前記焼結可能な粉末の隣接する粒子に前記活性化可能な結合剤をリフローさせるように選択された溶媒を局所的に適用することによって、前記活性化可能な結合剤を局所的に活性化させるように構成されたインクジェットプリントヘッドを含む、請求項１７に記載のシステム。
  25. 最終部品へと焼結するように選択された材料を含む焼結可能な粉末の層を粉末床に堆積させるステップと、
    前記層に活性化可能な結合剤を適用するステップと、
    コンピュータ化された物体の三次元モデルの二次元断面に従って、前記層内の活性化可能な結合剤を局所的に活性化することにより、前記二次元断面に従って、前記層内の前記焼結可能な粉末を活性化された結合剤と結合するステップと、
    前記粉末床内の複数の連続した層の各々に対して堆積、適用および局所的活性化のステップを繰り返して、前記焼結可能な粉末および前記活性化された結合剤から焼結可能なネットシェイプの物体を形成するステップと、
    を含む、方法。
  26. 前記粉末床から前記焼結可能なネットシェイプの物体を除去し、前記焼結可能なネットシェイプの物体を脱脂するステップを更に含む、請求項２５に記載の方法。
  27. 前記焼結可能なネットシェイプの物体を最終部品へと焼結するステップを更に含む、請求項２５に記載の方法。
  28. 前記焼結可能な粉末は、セラミック粉末を含む、請求項２５に記載の方法。
  29. 前記焼結可能な粉末は、金属粉末を含む、請求項２５に記載の方法。
  30. 前記活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップは、前記活性化可能な結合剤を熱的に活性化するステップを含む、請求項２５に記載の方法。
  31. 前記活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップは、前記活性化可能な結合剤をサーマルプリントヘッドで局所的に活性化するステップを含む、請求項３０に記載の方法。
  32. 前記活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップは、前記活性化可能な結合剤を、赤外線熱源、赤外線加熱マスク、およびレーザのうち１つ以上を用いて局所的に活性化するステップを含む、請求項３０に記載の方法。
  33. 前記活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップは、マイクロ波エネルギーの局所的な適用によって前記活性化可能な結合剤を活性化するステップを含む、請求項２５に記載の方法。
  34. 前記活性化可能な結合剤は、１つ以上のタイプの光への曝露時に硬化する液体を含み、更に、前記活性化可能な結合剤を局所的に活性化するステップは、前記二次元断面に従って、前記層を前記１つ以上のタイプの光に選択的に曝露するステップを含む、請求項２５に記載の方法。
  35. 前記粉末床内の前記焼結可能なネットシェイプの物体表面の下に支持構造を製造するステップを更に含む、請求項２５に記載の方法。
  36. 前記支持構造と前記焼結可能なネットシェイプの物体表面との間にインタフェース層を作製するステップを更に含み、前記インタフェース層は、焼結中に、前記焼結可能なネットシェイプの物体への結合に抵抗するように構造的に構成されている、請求項３５に記載の方法。
  37. 焼結可能な物体の付加製造のためのシステムであって、
    粉末床と、
    前記粉末床のため焼結可能な粉末であって、最終部品へと焼結するために選択された材料を含む焼結可能な粉末の供給源と、
    前記粉体床にわたって層に焼結可能な粉末を拡散するためのスプレッダと、
    前記層に活性化可能な結合剤を適用するためのアプリケータと、
    形状の前記層内の活性化可能な結合剤を、コンピュータ化された物体の三次元モデルの二次元断面に従って局所的に活性化させることによって、前記二次元断面に従って、前記層内の焼結可能な粉末を活性化された結合剤と結合するように構成されたツールと、
    を含む、システム。
  38. 前記スプレッダは、双方向スプレッダである、請求項３７に記載のシステム。
  39. 前記層内の形状に隣接するインタフェースにインタフェース材料を適用するように構成された堆積ツールを更に含み、前記インタフェース材料は、焼結中に、前記形状の表面の、隣接する焼結可能な粉末への結合に抵抗する、請求項３７に記載のシステム。
  40. 前記焼結可能な粉末は、セラミック粉末または金属粉末のうち少なくとも１つを含む、請求項３７に記載のシステム。
  41. 前記活性化可能な結合剤は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、およびアクリルのうち少なくとも１つを含む、請求項３７に記載のシステム。
  42. 前記ツールは、前記二次元断面に従って、前記活性化可能な結合剤を局所的に活性化するように配置可能なサーマルプリントヘッドを含む、請求項３７に記載のシステム。
  43. 前記ツールは、前記二次元断面に従って、前記活性化可能な結合剤を局所的に活性化するように構成された赤外線熱源、赤外線加熱マスク、およびレーザのうち少なくとも１つを含む、請求項３７に記載のシステム。
  44. 前記ツールは、前記二次元断面に従って、前記活性化可能な結合剤を局所的に活性化するように構成された光源を含む、請求項３７に記載のシステム。
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