JP2021521333A

JP2021521333A - ３ｄ印刷用の金属粉末

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Publication number: JP2021521333A
Application number: JP2020555828A
Authority: JP
Inventors: ヴァインマンマークス; ブルムホルガー; シュニッタークリストフ; メラニー　シュテンツェル; シュテンツェルメラニー
Original assignee: Taniobis GmbH
Current assignee: Taniobis GmbH
Priority date: 2018-04-13
Filing date: 2019-04-09
Publication date: 2021-08-26
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Abstract

本発明は、３Ｄ印刷工程において用いるために適した金属粉末、並びに前記粉末の製造方法に関する。

Description

本発明は、３Ｄ印刷法において用いるために適した金属粉末、並びに前記粉末の製造方法に関する。

３Ｄ印刷は、コンピュータの制御下で材料が接合されるかまたは固化されて、材料が一緒に付加され（例えば液体分子または粉末粒が一緒に融合され）、三次元物体を創出する方法に関する。３Ｄ印刷はラピッドプロトタイピングおよび付加製造（ａｄｄｉｔｉｖｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ；ＡＭ）の両方において使用される。物体はほぼあらゆる形または幾何学的形状のものであってよく、典型的には３Ｄモデルからのデジタルモデルのデータ、または他の電子データ源、例えば付加製造ファイル（ＡＭＦ）のファイルを使用して（通常は連続層において）製造される。多くの異なる技術、例えばステレオリソグラフィ（ＳＴＬ）または熱溶解積層法（ＦＤＭ）がある。従って、従来の機械的方法における素材からの材料除去、つまり除去製造とは異なり、３Ｄ印刷またはＡＭは、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデルまたはＡＭＦファイルから、通常は材料を１層ずつ連続的に付加することによって三次元の物体を構築する。

現在のシナリオでは、３Ｄ印刷またはＡＭは製造、医療、産業および社会文化的な分野において使用され、そのことが３Ｄ印刷またはＡＭが成功した商業的技術となることを促進する。

３Ｄ印刷を介して製造される機器についての１つの用途は医療分野であり、そこでは、手術器具の正確な製造だけでなく、特別注文の医療機器も高い需要がある。手術の仮想的な計画、および３Ｄ印刷され、個人化された器具を使用したガイダンスは、関節全置換および頭蓋顎顔面再建術を含む多くの領域の手術に適用され、大きな成功を収めている。この１つの例は、ミシガン大学で開発された、気管気管支軟化症を有する新生児を治療するための生体吸収性の気管の副子である。補聴器および歯科産業は、特注の３Ｄ印刷技術を使用する将来の開発の最大の分野であると予測されている。

患者に合わせたインプラントは、一個人に合う本当に個人化されたインプラントをもたらし、この研究の自然な延長であった。オッセオインテグレーションを容易にする多孔質の表面構造を効率的に作り出せる能力ゆえに、整形インプラント（金属）の連続化された製造のための付加製造の使用も増えている。

しかしながら、該分野において開発が進行しているが、特に患者に合わせたインプラントの製造に関して、まだ取り組まなければならない問題がある。

整形インプラント材料は高い機械的負荷に晒される。ステンレス鋼またはコバルト・クロム合金に基づく従来の材料は適切な機械的強度を示すのだが、それらの使用は、隣接する組織において炎症反応をもたらす有毒またはアレルギー性の要素の放出に起因して、毒性の懸念を生じる。チタン、タンタルおよびニオブに基づく金属および金属合金は、より高い生体適合性を示すと共に、応力遮蔽および続発するインプラントのゆるみを回避するために適切な機械的特性を有する。しかしながら、使用可能な金属粉末の多くは、これまでのところ、３Ｄ印刷法における材料としてそれらを用いることが、期待される品質を有する製品をもたらさなかったという欠点を有する。

米国特許出願公開第２０１６／００７４９４２号明細書(US2016/0074942)は、実質的に球状の金属粉末の製造方法を開示している。前記方法は、一次粒子を含み且つ平均出発粒子サイズを有する粒子状の原料金属を準備すること、前記粒子状の原料金属をバインダおよび任意の溶剤と混合してスラリーを形成すること、前記スラリーを造粒して実質的に球状の顆粒を形成すること（ここで、各々の粒は粒子状の原料金属の集塊を含む）、前記顆粒を脱バインダ温度で脱バインダして、顆粒のバインダ含有率を減少させて、脱バインダされた顆粒を形成すること、脱バインダされた顆粒を焼結温度で少なくとも部分的に焼結し、各々の顆粒内の粒子が融合して、部分的または完全に焼結された顆粒を形成すること、および焼結された顆粒を回収して、実質的に球状の金属粉末を形成することを含む。

国際公開第２０１７／０４８１９９号(WO2017/048199)は、１０質量％〜７０質量％の範囲のチタン含有率を有するチタン・タンタル合金に関し、ここで、前記合金は体心立方構造を有する。さらに、チタン・タンタル合金の形成方法が記載されており、前記方法は、（ａ）形成されるべき部品の３ＤＣＡＤモデルを２Ｄの画像層へとスライスする段階、（ｂ）チタン粉末とタンタル粉末との均質な粉末混合物を準備する段階、（ｃ）前記粉末混合物の層を処理ベッド上に分配する段階、（ｄ）真空環境または不活性ガス環境の１つにおいて、２Ｄの画像層の１つに従って前記粉末混合物の層の粉末床の融合を実施する段階を含み、段階（ｃ）および（ｄ）を複数の２Ｄの画像層の各々について連続して実施する。

しかしながら、努力が行われているにもかかわらず、以下の問題に取り組む３Ｄ印刷のために適した金属粉末についての要求がまだある：
３Ｄ印刷法における金属粉末の使用は、その粉末が特定の特性を有することを必要とする。例えば、均質且つ無孔の物品を製造するためには、粉末は流動性でなければならない。さらに、通常は特定の粒子サイズ分布が必要とされ、それは使用される具体的な３Ｄ法に依存して変わることがある。従って、選択的レーザー溶融法において用いられる粉末について必要とされる粒子サイズ分布は、電子線溶融法において用いられるものとは異なり得る。さらに、後の物品の機械的特性を改善するためには、粉末中の酸素、窒素および水素の含有率が低いことが好ましい。最後だが大事なことには、機械的に安定であり且つ無孔の物品を製造するために必要とされる十分な溶融を可能にするために、用いられる粉末は別個の波長のレーザー光または電子線について十分な吸収を有するべきである。従って、３Ｄ印刷法において用いるために特に設計された粉末、並びに前記粉末の製造方法についての要求がまだある。

米国特許出願公開第２０１６／００７４９４２号明細書国際公開第２０１７／０４８１９９号

本発明は、３Ｄ印刷のために適した金属粉末、並びに前記粉末の製造方法を提供することによって前記の要求に取り組む。

従って、本発明の第１の対象は、３Ｄ印刷法において使用するために適した金属粉末であって、前記金属粉末の粒子が平均アスペクト比ψＡ０．７〜１、好ましくは０．８〜１、より好ましくは０．９〜１、さらにより好ましくは０．９５〜１を有し、ここでψＡ＝ｘ_{最小フェレット}／ｘ_{最大フェレット}であることを特徴とする、前記金属粉末である。

フェレット直径は、規定の方向に沿った物体のサイズの尺度である。一般に、その物体をその方向に対して垂直に限定する２つの平行な面の間の距離として定義できる。この尺度は、例えば顕微鏡での粒子サイズの解析において使用され、ここで、それは三次元（３Ｄ）の物体の２Ｄ面への投影に適用される。そのような場合、フェレット直径は、面というよりは２つの平行な接線間の距離として定義される（図１参照）。本発明に関し、ψＡは粒子の最小フェレット直径［μｍ］とそれぞれの粒子の最大フェレット直径［μｍ］との比として定義される。本発明の意味における平均アスペクト比ψＡは、粉末の粒子のアスペクト比の分布に関し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の統計的な解析によって決定される。

意外なことに、特許請求される範囲内の平均アスペクト比を有する粒子が、３Ｄ印刷法において用いるために特に適しており、且つ良好な流動性を有することが判明した。

タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）およびニオブ（Ｎｂ）などの金属は、毒性が低く、生体適合性が高く、且つ製造された物品の機械的安定性が高いので、整形インプラントを製造するための材料として好ましい。従って、粉末がタンタル、チタン、ニオブおよびそれらの合金からなる群から選択される金属を含むか、または前記金属からなる、本発明の実施態様が好ましい。特に好ましい実施態様において、本発明による粉末は、チタンとニオブとの合金を含む。特に好ましい実施態様において、前記合金はさらにタンタルを含む。代替的に好ましい実施態様において、粉末はタンタルとニオブとの合金を含む。

粉末の組成を、特定のケースの要請に従って適合させることができる。好ましい実施態様において、本発明の金属粉末は、該粉末の総質量に対して５０〜７５質量％、好ましくは５７〜６１質量％の量のＴｉを含む合金粉末を含む。

さらに好ましい実施態様において、本発明の金属粉末は、該粉末の総質量に対して２５〜５０質量％、好ましくは３９〜４３質量％の量のＮｂを含む合金粉末を含む。

特に好ましい実施態様において、前記粉末は、該粉末の総質量に対してそれぞれ５０〜７５質量％、好ましくは５７〜６１質量％の量のＴｉおよび２５〜５０質量％、好ましくは３９〜４３質量％の量のＮｂを含む合金粉末を含む。

前記粉末がＴｉとＮｂとＴａとの合金を含む本発明の実施態様がさらに好ましい。そのような場合、Ｔａの量は、粉末の総質量に対して２〜２０質量％、好ましくは２〜１５質量％、特に２〜６質量％であることが好ましい。好ましくは、前記合金は、粉末の総質量に対してそれぞれ５０〜７５質量％、より好ましくは５５〜７０質量％、さらにより好ましくは５５〜６１質量％の量のＴｉ、２５〜５０質量％、好ましくは２７〜４３質量％の量のＮｂを、合計で１００質量％になるように含む。

特定の不純物の含有率ができるだけ少なく保たれる場合、物体、特に整形インプラントの機械的特性、例えば弾性を非常に改善できることが判明した。好ましい実施態様において、本発明の粉末中の酸素のレベルは、３０００ｐｐｍ未満、特に１５００ｐｐｍ未満、および特に１０００ｐｐｍ未満、より特に５００ｐｐｍ未満、さらにより特に３００ｐｐｍ未満であり、ｐｐｍは粉末の質量に関する。本発明の粉末中の窒素のレベルは、好ましくは２００ｐｐｍ未満、特に１００ｐｐｍ未満、特に５０ｐｐｍ未満、さらにより特に３０ｐｐｍ未満である。

本発明の粉末中のリチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）の含有率は好ましくは８０ｐｐｍ未満である。意外なことに、前記元素の含有率が特許請求されるレベルより下に保持された場合、製造される製品の品質を非常に改善できたことが判明した。好ましい実施態様において、本発明の粉末中のＬｉ含有率は８０ｐｐｍ未満、好ましくは５０ｐｐｍ未満、および特に３０ｐｐｍ未満である。他の好ましい実施態様において、本発明の粉末中のＮａ含有率は８０ｐｐｍ未満、好ましくは５０ｐｐｍ未満、および特に３０ｐｐｍ未満である。本発明の好ましい実施態様において、Ｋ含有率は８０ｐｐｍ未満、好ましくは５０ｐｐｍ未満、および特に３０ｐｐｍ未満である。特に好ましい実施態様において、本発明の粉末中のＬｉとＮａとＫとの合計の含有率は、１００ｐｐｍ未満、好ましくは５０ｐｐｍ未満である。

金属粉末が３Ｄ印刷法において用いられるために適するためには、該粉末は特定の流動性並びに特定のタップ密度を有さなければならない。好ましい実施態様において、本発明の粉末は、ＡＳＴＭＢ５２７に準拠して測定して、理論密度の４０〜８０％、好ましくは６０〜８０％のタップ密度を有する。

本発明の粉末がＴａ、ＮｂまたはＴｉの金属粉末、またはそれらの合金粉末である場合、前記粉末は好ましくは、１．８〜１３．３ｇ／ｃｍ³、好ましくは２．７〜１３．３ｇ／ｃｍ³のタップ密度を有する。例えば、完全に密なタンタルは１６．６５ｇ／ｃｍ³の密度を有する。従って、好ましい実施態様において、本発明のＴａ粉末は６．６〜１３．３ｇ／ｃｍ³、好ましくは１０．０〜１３．３ｇ／ｃｍ³のタップ密度を有する。さらに、完全に密なニオブは８．５８ｇ／ｃｍ³の密度を有する。従って、好ましい実施態様において、本発明のＮｂ粉末は３．４〜６．９ｇ／ｃｍ³、好ましくは５．１〜６．９ｇ／ｃｍ³のタップ密度を有する。本発明の粉末が二元合金、特にＴｉ／Ｎｂ合金を含む場合、タップ密度は好ましくは２．２〜５．２ｇ／ｃｍ³、好ましくは３．３〜５．２ｇ／ｃｍ³である。前記粉末が三元合金、特にＴｉ／Ｎｂ／Ｔａ合金を含む場合、該粉末は好ましくは２．３〜６．５ｇ／ｃｍ³、好ましくは３．５〜６．５ｇ／ｃｍ³のタップ密度を有する。

さらに好ましい実施態様において、本発明の粉末はＡＳＴＭＢ２１３に準拠して測定して２５秒／５０ｇ未満、特に２０秒／５０ｇ未満、さらにより好ましくは１５秒／５０ｇ未満の流動性を有する。意外なことに、本発明による粉末は容易に施与され得るが、正確且つ明確な端部の物品の製造を可能にするために適切な不動性を依然として示すことが判明した。

上述のとおり、本発明の粉末の粒子サイズ分布を、特に使用される具体的な印刷方法による要求に従って適合させることができる。印刷された物品における種々の加工および要請に起因して、粉末の特性に関する需要は、使用される方法によって異なり得る。例えば、選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）は微細な粉末を使用して、十分に解像された構造的特徴を有する正確に成型された物品を得る。電子線溶融（ＥＢＭ）はより粗い粒子を必要とし、それは主に、電子線との相互作用に起因して静電帯電した粒子の反発に起因する。そのような反発は非常に微細な粉末について明らかに顕著である。レーザクラッディング（ＬＣ）は、オーバースプレーおよび関連する実質的な粉末の損失を回避するために、さらにより粗い粉末を必要とする。

好ましい実施態様において、本発明の粉末は、ＡＳＴＭＢ８２２に準拠して測定して２μｍを上回る、好ましくは５μｍを上回るＤ１０、および８０μｍ未満、好ましくは７０μｍ未満、さらにより好ましくは６２μｍ未満のＤ９０と共に、２０〜５０μｍ、好ましくは２５〜５０μｍのＤ５０の粒子サイズ分布を有する。好ましい実施態様において、篩別による分級によって得られる粉末の分級物は＜６３μｍである。そのような粉末は、選択的レーザー溶融法（ＳＬＭ）における用途のために特に適している。

代替的に好ましい実施態様において、本発明の粉末は、ＡＳＴＭＢ８２２に準拠して測定して２０μｍを上回る、好ましくは５０μｍを上回る、さらにより好ましくは６５μｍを上回るＤ１０、および１５０μｍ未満、好ましくは１２０μｍ未満、さらにより好ましくは１００μｍ未満のＤ９０と共に、４０〜９０μｍ、好ましくは６０〜８５μｍのＤ５０の粒子サイズ分布を有する。好ましい実施態様において、篩別による分級によって得られる粉末の分級物は６３〜１００μｍである。そのような粉末は、電子線溶融法（ＥＢＭ）における用途のために特に適している。

他の代替的に好ましい実施態様において、本発明の粉末は、ＡＳＴＭＢ８２２に準拠して測定して５０μｍを上回る、好ましくは８０μｍを上回る、さらにより好ましくは１００μｍを上回るＤ１０、および２４０μｍ未満、好ましくは２１０μｍ未満のＤ９０と共に、６０〜１５０μｍ、好ましくは１００〜１５０μｍのＤ５０の粒子サイズ分布を有する。好ましい実施態様において、篩別による分級によって得られる粉末の分級物は１００〜３００μｍである。そのような粉末は、レーザークラッディング法（ＬＣ）における用途のために特に適している。

意外なことに、用いられる金属粉末の粒子が樹枝状の微細構造を有する場合、３Ｄ印刷法によって製造された物品の機械的安定性並びに元素分布の均質性を大々的に改善できることが判明した。従って、前記粉末が、化学組成における局所的な偏りを有する樹枝状の微細構造を有する本発明の粉末の実施態様が好ましい。意外なことに、Ｘ線回折による本発明の分析は、粉末における樹枝状の微細構造が、組成において異なるにもかかわらず全て同じ結晶構造を有することを示し、組成の局所的な偏りが通常は異なる結晶構造と関連してＸ線回折において１つより多くの相を生じる通常の粉末とは対照的に、本発明による粉末の場合には１つだけの相が検出された。これは、例示的な本発明の粉末の粉末Ｘ線回折パターンを示す図８によって確認される。

本発明の他の対象は、本発明の粉末の製造方法である。本発明の方法は、
ａ）粉末の粉末状成分をプレスするか、またはプレスおよび焼結して、金属体を得る段階、
ｂ）前記金属体を噴霧化して、金属粉末を得る段階、
ｃ）ＡＳＴＭＢ８２２に準拠して測定して、２μｍ未満、好ましくは５μｍ未満、さらにより好ましくは１０μｍ未満の粒子サイズを有する粒子を分離して、本発明の金属粉末を得る段階、および
ｄ）本発明の金属粉末の粒子サイズをスクリーニングによって分級して、所望の粒子サイズ分布を得る段階
を含む。

意外なことに、本発明による方法が、３Ｄ印刷法のために特に適した金属粉末の製造を可能にすることが判明した。

好ましい実施態様において、本発明の方法の段階ｃ）における分離を、粉末の篩別、特に空気分級によって実現する。

代替的に好ましい実施態様において、本発明の方法の段階ｃ）における分離を、超音波を使用した水浴中での解凝集および引き続く傾瀉によって実現する。代替的に好ましい実施態様において、解凝集を、水浴中での攪拌および引き続く傾瀉によって実現する。他の代替的に好ましい実施態様において、解凝集を、水浴中での強力分散および引き続く傾瀉によって実現する。強力分散は、例えば、ＩＫＡ（登録商標）−ＷｅｒｋｅＧｍｂＨ＆Ｃｏ．ＫＧ（ドイツ）から入手可能なＵｌｔｒａ−Ｔｕｒｒａｘ（登録商標）を使用して行うことができる。

好ましい実施態様において、微細粒子の傾瀉の度合いを、分散液のゼータ電位を操作することによって調節できる。この方法で、例えば、ｐＨ値の調節を達成できる。従って、解凝集において使用される水浴のｐＨを調節することによって粒子の傾瀉の度合いを調節する、本発明の方法の実施態様が好ましい。

低い酸素含有率を有する金属粉末を得ることが望ましい。従って、好ましい実施態様において、本発明の方法はさらに、脱酸素段階を含む。本発明の粉末の脱酸素を、好ましくは本発明の粉末の段階ｃ）に引き続いて行う。好ましくは、脱酸素を還元剤、好ましくはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、ＭｇおよびＣａ、並びにそれらの混合物からなる群から選択される還元剤の存在下で行う。さらに好ましい実施態様において、本発明の粉末を、脱酸素の後に浸出段階に供して、脱酸素の間に生成された望ましくない不純物を除去する。侵出を、好ましくは無機酸を使用して実施する。粉末の特性を、特定の用途の要請に合うように調節するために、粉末の表面をドープすることができる。従って、粉末の表面が好ましくはリン、ホウ素、ケイ素、イットリウム、カルシウム、マグネシウムおよびそれらの混合物からなる群から選択されるドーピング剤でドープされる実施態様が好ましい。ドーピングの方法は当業者には周知である。従って、当業者は、どのようにドーピング剤を導入すべきかをよく知っている。

３Ｄ印刷法における性能を改善するために、本発明の粉末をさらに操作できる。従って、本発明の粉末がさらに酸処理に供され、前記酸が好ましくはフッ化水素または錯体形成カルボン酸である実施態様が好ましい。意外なことに、粉末をそのような酸処理に供する場合、印刷工程の間のレーザー光線の吸収を改善できることが判明した。理論に束縛されるものではないが、前記処理は粉末表面を粗くして、光線の表面吸収を高めることをみちびき得ると考えられる。

好ましい実施態様において、錯体形成カルボン酸は、カルボン酸、ジカルボン酸およびα−ヒドロキシ酸並びにそれらの混合物からなる群から選択される。

本発明の粉末は、３Ｄ印刷法における用途のために特に適している。従って、本発明のさらなる対象は、付加製造法における本発明の粉末の使用である。好ましくは、前記方法は、選択的レーザー溶融（ＳＬＭまたはＬＢＭ）、電子ビーム溶融（ＥＢＭ）およびレーザークラッディング（ＬＣ）からなる群から選択される。

本発明の他の対象は、本発明の粉末を使用する三次元物品の製造方法であって、前記三次元物品を１層ずつ構築される前記方法である。

本発明のさらに他の対象は、本発明の方法により得られ且つ／または本発明の粉末を含む、三次元物品である。前記三次元物品は、その三次元物品を特に医療用途のため適したものにする好ましい特性を特徴とする。医療の目的のために使用される物品についての要請は、生体適合性から機械的な強度まで多岐にわたる。意外なことに、本発明による粉末から、特に３Ｄ印刷法を使用して製造された三次元物品が、特に有利な特性を示すことが判明した。その弾性率（ヤング率、ｍ_E）は、約４０ＧＰａの弾性率を有する天然の骨のものに近いことが判明した。現在使用されている通常の材料は、１００ＧＰａを上回る遙かに高い弾性率を示し、インプラントの低い適合性をもたらす。従って、本発明において達成される対象である、天然の骨に非常に近い特性を有するインプラントを得ることが望ましい。従って、好ましい実施態様において、本発明による三次元物品はＤＩＮＥＮＩＳＯ６８９２−１に準拠して測定して、２０〜１００ＧＰａ、好ましくは４０〜９０ＧＰａ、特に４０〜８０ＧＰａの弾性率ｍ_Eを有する。

さらに好ましい実施態様において、本発明による三次元物品はＤＩＮＥＮＩＳＯ６８９２−１に準拠して測定して、６００〜１４００ＭＰａ、好ましくは６００〜１２００ＭＰａ、特に６００〜６９９ＭＰａの極限強さ（Ｒ_m）を有する。

本発明による三次元物品がＤＩＮＥＮＩＳＯ６８９２−１に準拠して測定して、５００〜１２００ＭＰａ、好ましくは５００〜１０００ＭＰａ、特に５００〜６９９ＭＰａの降伏強さＲ_p0.2を有する実施態様も好ましい。

特に好ましい実施態様において、本発明の三次元物品は、
・ＤＩＮＥＮＩＳＯ６８９２−１に準拠して測定して２０〜１００ＧＰａ、好ましくは４０〜９０ＧＰａ、特に４０〜８０ＧＰａの弾性率ｍ_E、
・ＤＩＮＥＮＩＳＯ６８９２−１に準拠して測定して６００〜１４００ＭＰａ、好ましくは６００〜１２００ＭＰａ、特に６００〜６９９ＭＰａの極限強さＲ_m、および
・ＤＩＮＥＮＩＳＯ６８９２−１に準拠して測定して５００〜１２００ＭＰａ、好ましくは５００〜１０００ＭＰａ、特に５００〜６９９ＭＰａの降伏強さＲ_p0.2
を有する。

さらに好ましい実施態様において、本発明の三次元物品は、ＤＩＮＥＮＩＳＯ６８９２−１に準拠して測定してそれぞれ０．５％を上回る、好ましくは１％を上回る、特に４％を上回る、極限強さＲ_mでのひずみ値Ａ_gを特徴とする。

三次元物品が、ＤＩＮＥＮＩＳＯ６８９２−１に準拠して測定してそれぞれ２％を上回る、好ましくは４％を上回る、特に１０％を上回る、破壊ひずみＡ₃₀の値を有する、本発明の三次元物品の実施態様がさらに好ましい。

好ましくは、前記物品はインプラント、特に医療用のインプラント、例えば歯科用インプラント、股関節インプラント、膝インプラント、肩インプラント、頭蓋顔面インプラントまたは脊髄インプラントである。他の好ましい実施態様において、前記物品は高温用途、例えばオーブンおよび反応器用である。

図１は、上記で説明したフェレット直径の定義を図示したものである。図２は、例２による本発明の粉末のＳＥＭ像を示す。図３は、比較例４による粉末のＳＥＭ像を示す。図４は、例１１による本発明の粉末のＳＥＭ（断面）像を示す。図５は、粉末の表面を粗くすることをもたらすＨＦでの処理後の例１２による本発明の粉末のＳＥＭ像を示す。図６は、例１１による本発明の粉末の粉末粒子のＳＥＭ像／ＥＤＸ断面を示す。図７は、例１３による本発明の粉末の粉末粒子のＳＥＭ像／ＥＤＸ断面を示す。図８は、例１（Ｎｂ）、７（Ｔｉ４２Ｎｂ）および１３（Ｔｉ４０Ｎｂ４Ｔａ）による本発明の粉末のＸ線回折パターンを示す。

本発明を以下の実施例を用いてより詳細に説明するが、本発明が該実施例に限定されると理解されるべきではない。

上記の方法の段階ａ）およびｂ）に従っていくつかの粉末を製造した。結果を表１にまとめる。

得られた粉末を、本発明による方法の段階ｃ）において記載したように、
１）篩別／空気分級
２）超音波処理
３）水の傾瀉（ｐＨ５〜８で）
によって分ける段階に供した。

前記粉末を引き続き脱酸素し、且つ表２に示される分級物のとおり篩別することによって分級した。結果を表２にまとめる。

例９、１２、１３および１４の本発明の粉末を選択的レーザー溶融法において用い、三次元試験物品１、２、３および４をそれぞれ製造し、その特性をＤＩＮＥＮＩＳＯ６８９２−１：２０１６に準拠して試験した。それぞれの結果を表３に示し、示された値は一連の試験にわたって得られた平均的な結果である。

ｍ_E：ＤＩＮＥＮＩＳＯ６８９２−１：２０１６に準拠して測定された弾性率
Ｒ_p0.2：ＤＩＮＥＮＩＳＯ６８９２−１：２０１６に準拠して測定された降伏強さ
Ｒ_m：ＤＩＮＥＮＩＳＯ６８９２−１：２０１６に準拠して測定された極限強さ
Ｆ_m：ＤＩＮＥＮＩＳＯ６８９２−１：２０１６に準拠して測定された最大力
Ａ_g：ＤＩＮＥＮＩＳＯ６８９２−１：２０１６に準拠して測定されたＲ_mでのひずみ
Ａ₃₀：ＤＩＮＥＮＩＳＯ６８９２−１：２０１６に準拠して測定された破壊ひずみ
Ｓ₀：ＤＩＮＥＮＩＳＯ６８９２−１：２０１６に準拠して測定された断面の面積
表３：

図１は、上記で説明したフェレット直径の定義を図示したものである。

図２は、例２による本発明の粉末のＳＥＭ像を示す。明らかに理解できるとおり、粒子は均質な球形度および粒子サイズ分布を有する。

図３は、比較例４による粉末のＳＥＭ像を示す。本発明の粉末とは対照的に、慣例的な粉末は高度の凝集を示すので、３Ｄ印刷において使用するには不適である。

図４は、例１１による本発明の粉末のＳＥＭ（断面）像を示し、それは粉末の均質性、および粉末を３Ｄ印刷法のために不適にし得るサイズを有するいかなる望ましくない粒子もないことを明らかに示す。

図５は、粉末の表面を粗くすることをもたらすＨＦでの処理後の例１２による本発明の粉末のＳＥＭ像を示す。

図６は、例１１による本発明の粉末の粉末粒子のＳＥＭ像／ＥＤＸ断面を示す。該像は、
１：Ｔｉ７０．８質量％、Ｎｂ２６．３質量％、Ｔａ２．９質量％
２：Ｔｉ７２．４質量％、Ｎｂ２５．４質量％、Ｔａ２．２質量％
３：Ｔｉ５４．０質量％、Ｎｂ３８．２質量％、Ｔａ７．８質量％
４：Ｔｉ５４．６質量％、Ｎｂ３８．０質量％、Ｔａ７．４質量％
を有する粉末の樹枝状の特徴を明らかに示す。

図７は、例１３による本発明の粉末の粉末粒子のＳＥＭ像／ＥＤＸ断面を示す。該像は、
１：Ｔｉ５６．４質量％、Ｎｂ４０．０質量％、Ｔａ３．６質量％
２：Ｔｉ６４．４質量％、Ｎｂ３２．１質量％、Ｔａ３．４質量％
３：Ｔｉ６７．４質量％、Ｎｂ３１．４質量％、Ｔａ１．２質量％
４：Ｔｉ５３．７質量％、Ｎｂ４１．４質量％、Ｔａ４．９質量％
５：Ｔｉ５３．５質量％、Ｎｂ４２．０質量％、Ｔａ４．５質量％
を有する粉末の樹枝状の特徴を明らかに示す。

図８は、例１（Ｎｂ）、７（Ｔｉ４２Ｎｂ）および１３（Ｔｉ４０Ｎｂ４Ｔａ）による本発明の粉末のＸ線回折パターンを示す。明らかにわかるとおり、各々のパターンにおいて、二元系および三元系についても、１つの結晶相だけが同定された。

Claims

３Ｄ印刷法において使用するために適した金属粉末であって、前記粉末はタンタル、チタン、ニオブおよびそれらの合金からなる群から選択される金属を含むか、または前記金属からなり、且つ前記金属粉末の粒子は、平均アスペクト比ψ_A ０．７〜１、好ましくは０．８〜１、より好ましくは０．９〜１、さらにより好ましくは０．９５〜１を有し、ここでψ_A＝ｘ_{最小フェレット}／ｘ_{最大フェレット}である、前記粉末。
前記粉末がチタンとニオブとの合金を含むか、またはチタンとニオブとの合金からなる、請求項１に記載の粉末。
前記合金がさらにタンタルを含有する、請求項１または２に記載の粉末。
前記粉末がチタンとニオブとタンタルとの金属合金を含むか、またはチタンとニオブとタンタルとの金属合金からなる、請求項１から３までのいずれか１項に記載の粉末。
前記粉末が、ＡＳＴＭＢ５２７に準拠して測定して、理論密度の４０〜８０％、好ましくは理論密度の６０〜８０％のタップ密度を有する、請求項１から４までのいずれか１項に記載の粉末。
前記粉末が、ＡＳＴＭＢ２１３に準拠して測定して２５秒／５０ｇ未満、特に２０秒／５０ｇ未満、さらにより好ましくは１５秒／５０ｇ未満の流動性を有する、請求項１から５までのいずれか１項に記載の粉末。
前記粉末が、ＡＳＴＭＢ８２２に準拠して測定して２μｍを上回る、好ましくは５μｍを上回るＤ１０、および８０μｍ未満、好ましくは７０μｍ未満のＤ９０と共に、２０〜５０μｍ、好ましくは２５〜５０μｍのＤ５０の粒子サイズ分布を有する、請求項１から６までのいずれか１項に記載の粉末。
前記粉末が、ＡＳＴＭＢ８２２に準拠して測定して２０μｍを上回る、好ましくは５０μｍを上回るＤ１０、および１５０μｍ未満、好ましくは１２０μｍ未満のＤ９０と共に、４０〜９０μｍ、好ましくは６０〜８５μｍのＤ５０の粒子サイズ分布を有する、請求項１から６までのいずれか１項に記載の粉末。
前記粉末が、ＡＳＴＭＢ８２２に準拠して測定して５０μｍを上回る、好ましくは８０μｍを上回るＤ１０、および２４０μｍ未満、好ましくは２１０μｍ未満のＤ９０と共に、６０〜１５０μｍ、好ましくは１００〜１５０μｍのＤ５０の粒子サイズ分布を有する、請求項１から６までのいずれか１項に記載の粉末。
前記粉末中の酸素のレベルが３０００ｐｐｍ未満、特に１５００ｐｐｍ未満、および特に１０００ｐｐｍ未満、より特に５００ｐｐｍ未満、さらにより特に３００ｐｐｍ未満である、請求項１から９までのいずれか１項に記載の粉末。
請求項１から１０までのいずれか１項に記載の粉末の製造方法であって、
ａ）粉末の粉末状成分をプレスするか、またはプレスおよび焼結して、金属体を得る段階、
ｂ）段階ａ）の金属体を噴霧化して、金属粉末を得る段階、
ｃ）ＡＳＴＭＢ８２２に準拠して測定して、２μｍ未満、好ましくは５μｍ未満、さらにより好ましくは１０μｍ未満の粒子サイズを有する粒子を分離して、本発明の金属粉末を得る段階、および
ｄ）本発明の金属粉末の粒子サイズをスクリーニングによって分級する段階
を含む、前記方法。
前記方法の段階ｃ）における分離を、粉末を篩別することによって実現する、請求項１１に記載の方法。
前記方法の段階ｃ）における分離を、超音波を使用した水浴中での解凝集および引き続く傾瀉によって実現する、請求項１１に記載の方法。
前記方法の段階ｃ）における分離を、水浴中での攪拌および引き続く傾瀉によって実現する、請求項１１に記載の方法。
前記方法がさらに脱酸素の段階を含む、請求項１１から１４までのいずれか１項に記載の方法。
前記粉末をさらに酸処理に供する、請求項１１から１５までのいずれか１項に記載の方法。
付加製造法における、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の粉末の使用。
請求項１から１０までのいずれか１項に記載の粉末を使用する三次元物品の製造方法であって、前記三次元物品が１層ずつ構築される、前記方法。
前記方法が、選択的レーザー溶融（ＳＬＭ、ＬＢＭ）、電子ビーム溶融（ＥＢＭ）およびレーザークラッディング（ＬＣ）からなる群から選択される、請求項１８に記載の方法。
請求項１８に記載の方法によって得られる三次元物品。
前記三次元物品が、ＤＩＮＥＮＩＳＯ６８９２−１に準拠して測定して２０〜１００ＧＰａ、好ましくは４０〜９０ＧＰａ、特に４０〜８０ＧＰａの弾性率ｍ_Eを有することを特徴とする、請求項２０に記載の三次元物品。
前記三次元物品が、ＤＩＮＥＮＩＳＯ６８９２−１に準拠して測定して６００〜１４００ＭＰａ、好ましくは６００〜１２００ＭＰａ、特に６００〜６９９ＭＰａの極限強さＲ_mを有することを特徴とする、請求項２０または２１に記載の三次元物品。
前記三次元物品が、ＤＩＮＥＮＩＳＯ６８９２−１に準拠して測定して５００〜１２００ＭＰａ、好ましくは５００〜１０００ＭＰａ、特に５００〜６９９ＭＰａの降伏強さＲ_p0.2有することを特徴とする、請求項２０から２２までのいずれか１項に記載の三次元物品。
前記三次元物品が、
・ＤＩＮＥＮＩＳＯ６８９２−１に準拠して測定して２０〜１００ＧＰａ、好ましくは４０〜９０ＧＰａ、特に４０〜８０ＧＰａの弾性率ｍ_E、
・ＤＩＮＥＮＩＳＯ６８９２−１に準拠して測定して６００〜１４００ＭＰａ、好ましくは６００〜１２００ＭＰａ、特に６００〜６９９ＭＰａの極限強さＲ_m、および
・ＤＩＮＥＮＩＳＯ６８９２−１に準拠して測定して５００〜１２００ＭＰａ、好ましくは５００〜１０００ＭＰａ、特に５００〜６９９ＭＰａの降伏強さＲ_p0.2
を有することを特徴とする、請求項２０から２３までのいずれか１項に記載の三次元物品。
前記三次元物品が医療用物品、特に医療用インプラントであることを特徴とする、請求項２０から２４までのいずれか１項に記載の三次元物品。