JP2023075292A - グリーン体 - Google Patents
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- C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
- C04B35/632—Organic additives
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- C04B35/63468—Polyamides
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- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
- C04B35/632—Organic additives
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- C04B35/63448—Polymers obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- C04B35/63488—Polyethers, e.g. alkylphenol polyglycolether, polyethylene glycol [PEG], polyethylene oxide [PEO]
-
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- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/02—Elements
- C08K3/08—Metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
- C09J11/00—Features of adhesives not provided for in group C09J9/00, e.g. additives
- C09J11/02—Non-macromolecular additives
- C09J11/04—Non-macromolecular additives inorganic
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
- C09J125/00—Adhesives based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an aromatic carbocyclic ring; Adhesives based on derivatives of such polymers
- C09J125/02—Homopolymers or copolymers of hydrocarbons
- C09J125/04—Homopolymers or copolymers of styrene
- C09J125/06—Polystyrene
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- C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract
【課題】改善されたグリーン強度を有するグリーン体の提供。【解決手段】複数の微粒子材料の層と、０．５～６重量％のナノ粒子であって、金属ナノ粒子を含むナノ粒子と、１～２０重量％の、第１のポリマーストランドを含む熱可塑性バインダであって、前記第１のポリマーストランドは、７，０００～５０，０００ｇ／ｍｏｌの平均分子量を有し、且つポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、ポリビニルピロリドン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルメチルエーテル－無水マレイン、ポリスチレン、これらの誘導体、およびこれらの組み合わせからなる群から選択されたものである熱可塑性バインダと、を含み、前記熱可塑性バインダは、前記複数の層における微粒子材料を結合し、且つ、グリーン体部品は、ＡＳＴＭ Ｂ３１２-１４に従って測定された３点曲げ強さが７ＭＰａ以上である、グリーン体である。【選択図】図２
Description
本明細書は、２０２０年５月２６日に出願された米国仮出願第６３／０２９，９５４号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれている「付加製造法における使用のためのナノ粒子を含むバインダ溶液」と題する。
本明細書は、グリーン体に関する。より具体的には、本明細書は、付加製造法で製造されるグリーン体に関する。
付加製造法は、３Ｄプリンティングとしても知られ、材料を層ごとに積み重ねて物体を形成するプロセスである。バインダ噴射は、粉体の粒子を接合して三次元物体を形成するためのバインダの使用に基づく付加製造技術である。特に、バインダはビルドボリュームで粉体の連続した層上に噴射され、そこで粉体とバインダの層が互いに接着して三次元物体を形成する。用途によっては、プリントされた部品は最終用途に適している。
他の用途においては、プリントされた三次元部品を完成部品に変換するために、バインダの除去や粉末の焼結のようなその後の処理が必要となる場合がある。従って、プリントされた部品は、取り扱い（例えば、移送、検査、脱粉末）に適したグリーン強度を有し、脱バインダ／焼結プロセス中の歪みを最小限に抑えるのに適したブラウン強度を有することが望ましい。しかしながら、バインダ噴射３Ｄプリンティング用として従来入手可能であったバインダ溶液は、ポストプリンティング処理中のプリント部品の歪みおよび損傷を防止するために必要なブラウン強度を提供しない。
したがって、グリーン強度を維持し、ポストプリンティング処理中にプリント部品に改善されたブラウン強度を提供する代替バインダ溶液の必要性が存在する。
本明細書に開示されるバインダ溶液の様々な実施形態は、微粒子材料の焼結前に、空隙を充填し、粉末層の粒子間の接触および架橋を提供し、それによって、ブラウン強度およびプリントされた部品の全体的な剛性を改善するナノ粒子を含むことによって、これらのニーズを満たす。物品の密度を上げることは、収縮を減少させ、プリントされた部品の強度を増加させ、これによって、亀裂および歪みを減少させる。
第１の態様Ａ１によれば、バインダ溶液は、バインダ溶液の総重量に基づいて、０．５重量％以上２０重量％以下のナノ粒子と、第１のポリマーストランドを含む熱可塑性バインダであって、第１のポリマーストランドが７，０００ｇ／ｍｏｌ以上５０，０００ｇ／ｍｏｌ以下の平均分子量を有する、熱可塑性バインダと、溶媒とを含んでよい。
第２の態様Ａ２は、第１の態様Ａ１に係るバインダ溶液を含み、バインダ溶液は、バインダ溶液の総重量に基づいて、１重量％以上１０重量％以下のナノ粒子を含む。
第３の態様Ａ３は、第１の態様Ａ１または第２の態様Ａ２に係るバインダ溶液を含み、ナノ粒子は金属ナノ粒子を含む。
第４の態様Ａ４は、第３の態様Ａ３によるバインダ溶液を含み、金属ナノ粒子が、ニッケル、銀、クロム、アルミニウム、コバルト、鉄、またはそれらの組み合わせを含む。
第５の態様Ａ５は、第１の態様Ａ１または第２の態様Ａ２によるバインダ溶液を含み、ナノ粒子は、セラミックナノ粒子を含む。
第６の態様Ａ６は、第５の態様Ａ５によるバインダ溶液を含み、セラミックナノ粒子は、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、チタニア、シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素、またはこれらの組み合わせを含む。
第７の態様Ａ７は、第１の態様Ａ１～第６の態様Ａ６のいずれかに係るバインダ溶液を含み、第１のポリマーストランドは、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＡｍ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリビニルメチルエーテル－無水マレイン酸（ＰＶＭＥ－ＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、それらの誘導体、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。
第８の態様Ａ８は、第１の態様Ａ１～第７の態様Ａ７のいずれかに係るバインダ溶液を含み、熱可塑性バインダは、さらに第２のポリマーストランドを含み、第１のポリマーストランドは、第１の官能基を含み、第２のポリマーストランドは、第１の官能基とは異なる第２の官能基を含み、第１および第２の官能基は、第１のポリマーストランドを第２のポリマーストランドと非共有結合するように構成され、第２のポリマーストランドは、１００ｇ／ｍｏｌ以上１０，０００ｇ／ｍｏｌ以下の平均分子量を有する。
第９の態様Ａ９は、第８の態様Ａ８に係るバインダ溶液を含み、第２のポリマーストランドは、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリメタクリル酸（ＰｍＡＡ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＡｍ）、それらの誘導体、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。
第１０の態様Ａ１０は、第１の態様Ａ１～第９の態様Ａ９のいずれかに係るバインダ溶液を含み、バインダ溶液の粘度は１ｃＰ以上４０ｃＰ以下である。
第１１の態様Ａ１１によれば、部品の製造方法は、作業面上に微粒子材料の層を堆積させるステップと、バインダ溶液の総重量に基づいて０．５重量％以上２０重量％以下のナノ粒子と、７，０００ｇ／ｍｏｌ以上５０，０００ｇ／ｍｏｌ以下の平均分子量を有する第１のポリマーストランドを含む熱可塑性バインダと、溶媒と、を含有するバインダ溶液を、部品の層を表現するパターン（ｉｎ ａ ｐａｔｔｅｒｎ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ ｏｆ ａ ｌａｙｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｒｔ）で、微粒子材料の層に選択的に塗布するステップと、微粒子材料の堆積とバインダ溶液の選択的な塗布とを繰り返してバインダ溶液が塗布された複数層の微粒子材料の層を形成するステップと、前記バインダ溶液が塗布された複数層の微粒子材料の層中のバインダ溶液を硬化させて溶媒を蒸発させ、それによってグリーン体部品を形成するステップと、を含み得る。
第１２の態様Ａ１２は、第１１の態様Ａ１１に係る方法を含み、塗布されたバインダ溶液を硬化させるステップは、バインダ溶液が塗布された複数の微粒子材料の層を２５℃以上１００℃以下の温度で加熱するステップを含む。
第１３の態様Ａ１３は、第１１の態様Ａ１１または第１２の態様Ａ１２に係る方法を含み、ナノ粒子は、金属ナノ粒子を含み、前記金属ナノ粒子は、ニッケル、銀、クロム、アルミニウム、コバルト、鉄、またはそれらの組合せを含み、前記微粒子材料は、金属微粒子材料を含み、金属微粒子材料は、ニッケル合金、コバルト合金、コバルトクロム合金、
チタン合金、アルミニウム基合金、タングステン合金、ステンレス鋼合金、またはそれらの組合せを含む。
チタン合金、アルミニウム基合金、タングステン合金、ステンレス鋼合金、またはそれらの組合せを含む。
第１４の態様Ａ１４は、第１３の態様Ａ１３に係る方法を含み、この方法においては、前記グリーン体部品を、無酸素環境中において第１の温度より高い温度で加熱して、前記熱可塑性バインダの少なくとも一部を除去して前記金属微粒子を焼結し、前記焼結金属ナノ粒子が、前記微粒子材料の間にナノ微粒子材料のネック領域を形成するようにしてブラウン体部品を形成し、前記ブラウン体部品を、第２の温度より高い温度で加熱して前記微粒子材料を焼結し、それによって、圧密化部品を形成する。
第１５の態様Ａ１５は、第１１の態様Ａ１１または第１２の態様Ａ１２に係る方法を含み、前記ナノ粒子が、セラミックナノ粒子を含み、前記セラミックナノ粒子が、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、チタニア、シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素、またはそれらの組み合わせを含み、前記微粒子材料が、セラミック微粒子材料を含み、前記セラミック微粒子材料が、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、チタニア、シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素、またはそれらの組み合わせを含む。
第１６の態様Ａ１６は、第１１の態様Ａ１１～第１５の態様Ａ１５のいずれかに係る方法を含み、バインダ溶液の粘度が１ｃＰ以上４０ｃＰ以下である。
第１７の態様Ａ１７によれば、グリーン体部品は、微粒子材料の複数の層と、０．５重量％以上６重量％以下のナノ粒子と、１重量％以上２０重量％以下の第１のポリマーストランドを含む熱可塑性バインダとを含んでもよく、前記第１のポリマーストランドは、７，０００ｇ／ｍｏｌ以上５０，０００ｇ／ｍｏｌ以下の平均分子量を有し、熱可塑性バインダは、複数の層の微粒子材料を結合し、グリーン体部品は、ＡＳＴＭ Ｂ３１２－１４に従って測定される３点曲げ強度が７ＭＰａ以上である。
第１８の態様Ａ１８は、第１７の態様Ａ１７に係るグリーン体部品を含み、前記ナノ粒子は、金属ナノ粒子を含み、前記金属ナノ粒子は、ニッケル、銀、クロム、アルミニウム、コバルト、鉄、またはそれらの組合せを含み、前記微粒子材料は、金属微粒子材料を含み、前記金属微粒子材料は、ニッケル合金、コバルト合金、コバルトクロム合金、チタン合金、アルミニウム基合金、タングステン合金、ステンレス鋼合金、またはそれらの組合せを含む。
第１９の態様Ａ１９は、第１７の態様Ａ１７に係るグリーン体部品を含み、前記ナノ粒子は、セラミックナノ粒子を含み、前記セラミックナノ粒子は、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、チタニア、シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素、またはそれらの組み合わせを含み、前記微粒子材料はセラミック微粒子材料を含み、前記セラミック微粒子材料は、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、チタニア、シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素、またはそれらの組み合わせを含む。
第２０の態様Ａ２０は、第１７の態様Ａ１７～第１９の態様Ａ１９のいずれかに係るグリーン体部品を含み、前記第１のポリマーストランドが、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＡｍ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリビニルメチルエーテル－マレイン酸無水物（ＰＶＭＥ－ＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、その誘導体、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される。
本明細書に開示される実施形態のさらなる特徴および利点は、以下の詳細な説明に記載されており、当業者にとっては、これらの記載から自明であり、また、詳細な説明、特許
請求の範囲および添付図面に記載された実施形態を実施することによって認識される。
請求の範囲および添付図面に記載された実施形態を実施することによって認識される。
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明の双方が様々な実施形態を記述しており、クレームされた主題の性質および特徴を理解するための概観または枠組みを提供することを意図していることを理解されたい。添付図面は、種々の実施例を更に理解するために含まれ、本明細書に組み込まれ、その一部を構成するものである。図面は、本明細書に記載された様々な実施形態を図示し、説明とともに、クレームされた主題の原理および動作を説明する役割を果たす。
ここで、付加製造に使用するためのナノ粒子含有バインダ溶液の様々な実施形態を詳細に参照する。
ナノ粒子含有バインダ溶液の種々の実施形態は、特に、０．５重量％以上２０重量％以下のナノ粒子、熱可塑性バインダ、および溶媒を含む。ナノ粒子を含むバインダ溶液の様々な実施形態および付加製造におけるそのようなバインダ溶液の使用について、本明細書では、添付図面を具体的に参照しながらここに言及する。
範囲は、本明細書では、「約」１つの特定の値から、および／または「約」別の特定の値まで、と表現することができる。そのような範囲が表現されるとき、別の実施形態は、１つの特定の値および／または他の特定の値を含む。同様に、値が近似として表現されるとき、先行する「約」の使用によって、特定の値が別の実施形態を形成することが理解されるであろう。範囲の始点およびエンドポイントは、それぞれ他方の点（エンドポイントおよび始点）との関連において重要な意味を持ち、且つ、当該他方の点とは独立した意味
を有している。
を有している。
本明細書で使用される方向用語－例えば、上、下、右、左、前、後、上、下－は、描画された図を参照してのみ作成され、絶対的な向きを意味するものではない。
特に明記されていない限り、本明細書に記載される任意の方法は、そのステップが特定の順序で実行されることや、任意の装置固有の方向が要求されることを意図していない。従って、方法クレームにその工程に従うべき順序が実際に記載されない場合、あるいは、装置クレームにおいて、個々の構成要素に対して順序や向きを実際に記載されないこと、あるいは、請求項または明細書において、工程が特定の順序に限定されることが記載されていないこと、あるいは、装置の構成要素に対する特定の順序や向きが記載されていないことは、いかなる点においても、順序や向きが推測されることを意図したものではない。これは、ステップの配置、動作フロー、構成要素の順序または方向に関する論理、文法的組織または文章に由来する単純な意味、および明細書に記載された実施形態の数または種類を含む、解釈のためのあらゆる可能な非明示的根拠について成立する。
本明細書で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が他の点を明確に指示しない限り、複数の言及を含み、従って、例えば、「ａ」構成要素の言及は、文脈が他の点を明確に示さない限り、２つ以上のそのような構成要素を有する態様を含む。
本明細書で用いる「ナノ粒子」という用語は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の直径を有する粒子を指す。
本明細書で用いる「平均直径」という用語は、バインダ溶液に含まれるすべてのナノ粒子の平均直径を指す。
ここでいう「焼結成形温度」とは、ナノ粒子内で局所的な融解が起こり始める温度をいう。
本明細書で使用される「熱可塑性バインダ」という用語は、それぞれの熱可塑性ポリマーのストランドを互いにリンクするか、さもなければ、カップリングさせるために、弱い非共有結合力（例えば、相互操作、結合）を介して互いに操作し得る官能基を有する１つまたは複数のポリマーストランドを含むバインダを指す。
本明細書で使用される「弱い非共有力」という用語は、１ｋｃａｌ／ｍｏｌ以上７ ｋｃａｌ／ｍｏｌ以下の結合または力を有する水素結合、イオン結合、Ｖａｎ ｄｅｒ Ｗａａｌｓ力などを指す。
本明細書で使用される「標準温度および圧力」および「ＳＴＰ」という用語は、温度０℃、圧力１０１．３２５ｋＰａを指す。
本明細書で使用される「Ｘ基」という用語（例えば、「ニッケル基」）は、Ｘ要素が、組成物の他の構成成分と比較して、組成物の最も高い重量パーセントを構成することを意味する。
本明細書で使用される「噴射可能性」という用語は、プリンタヘッドから噴射されるように、バインダ溶液が噴射される能力を指す。バインダ溶液は、全てのポリマーおよび他の有機添加剤が可溶化され、ナノ粒子がバインダ溶液中で凝集することなく均等に浮遊し、かつバインダ溶液が１～４０センチポアズ（ｃＰ）の粘度を有する場合に、「噴射可能
」であると見なすことができる。
」であると見なすことができる。
本明細書で論じるように、バインダ溶液のパラメータ「粘度」は、ＡＳＴＭ Ｅ３１１６に準拠したレオメータを用いて測定される。
本明細書で使用される「脱バインダ」という用語は、グリーン体部品を第１の温度以上に加熱し、これにより、熱可塑性バインダの小さなオリゴマーへの熱分解が生じ、熱可塑性バインダの少なくとも一部が除去され、それによって、ブラウン体部品を形成することを指す。脱バインダの際に、ナノ粒子の焼結が起こり、これが粉末層の粒子間にナノ粒子材料のくびれ領域を形成して、ブラウン体部品により高い強度を付与し得る。
本明細書で使用する「焼結」という用語は、ブラウン体部品を第２の温度以上に加熱して、熱可塑性バインダの残存部分（例えば、脱バインダ中に形成されるオリゴマー残留物および熱分解副産物）を除去し、粉末層の粒子を圧密化させ、それによって圧密化部品を形成することを指す。
本明細書で使用される用語「くびれた領域」は、微粒子材料の隣接する粒子間のナノ微粒子材料の局所的変形を指す。
本明細書で用いる「グリーン体部品」という用語は、熱可塑性バインダを除去するための熱処理を受けていないプリント部品を指す。
本明細書で使用される「ブラウン体部品」という用語は、熱分解によって熱可塑性バインダの少なくとも一部を除去し、潜在的にナノ粒子の焼結を生じさせるために、脱バインダ」熱処理（ｄｅｂｉｎｄ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）を受けたプリントされた部品を指す。
本明細書で論じるように、部品のパラメータ「グリーン体強度」および「ブラウン体強度」は、ＡＳＴＭ Ｂ３１２－１４に準拠した３点曲げ強度試験を用いて測定される。
バインダ噴射を含む付加製造プロセスでは、バインダ溶液をプリンタヘッドから粉体の連続した層上に噴射して粉体の粒子を接合し、プリントされた三次元部品を形成する。上述したように、実施形態において、プリントされた三次元部品を圧密化部品に変換するために、引き続く処理（例えば、脱バインダおよび焼結）が必要となり得る。従って、プリントされた部品は、ハンドリング（例えば、転写、検査、脱粉末）に適したグリーン強度を有し、ポストプリンティング処理中の歪みを最小限に抑えるのに適したブラウン強度を有することが望ましい。これにより、圧密化前の反りや部品の故障の発生が減少し、それによって製造スループットが向上する。
しかしながら、従来の熱可塑性バインダを含むバインダ溶液は、典型的には、ポストプリンティング処理中のプリント部品の歪みおよび損傷を防止するために必要なブラウン強度を提供しない。具体的には、グリーン体部品の強度は、粒子摩擦および粒子の機械的インターロックからの何らかの寄与と共に、バインダ溶液によって提供される。バインダ溶液によってもたらされる強度は、熱可塑性ポリマーストランド間に形成される弱い非共有結合力（例えば、ポリマーバインダによる）によるものである。グリーン体部品が加熱されて熱可塑性バインダが除去され、ブラウン体部品（すなわち、粒子が一緒に焼結される前）を形成するため、プリントされた部品の機械的強度（すなわちブラウン強度）は、粒子間摩擦および機械的インターロックに依存し、これは、粉末層（例えば、金属粒子）を形成するために一般的に使用される比較的大きいほぼ球形の粒子に制限される。ブラウン強度が低いと、部品が反ったり、機械的な故障を引き起こしたりすることがある。
従って、本明細書に記載されるバインダ溶液の様々な実施形態は、粉体層の粒子間の空隙を充填し、微粒子材料の焼結に先立って粉体層の粒子間の接触および架橋を提供し、それによって、ブラウン強度およびプリントされた部品の全体的な剛性を向上させるナノ粒子を含有する。さらに、物品の密度を増加させることによって、収縮が減少し、プリントされた部品の強度が増加し、これによって、亀裂および歪みが減少する。
次に図１を参照すると、曲線Ａによって示されるように、熱可塑性バインダを含む従来のバインダ溶液を用いて形成された部品は、グリーン体部品が熱可塑性バインダを除去するために加熱された後、および微粒子材料の焼結ＳＴの前に、不十分なブラウン強度ＢＳを示す。対照的に、曲線Ｂによって示されるように、本明細書に開示される実施形態に従った、ナノ粒子を含むバインダ溶液を用いて形成される部品は、グリーン体部品が熱可塑性バインダを除去するために加熱された後であって微粒子材料をＳＴ焼結する前に、グリーン強度ＧＳが低下するにつれて、改善されたブラウン強度ＢＳを示す。
上述のように、本明細書に記載のバインダ溶液は、ナノ粒子、熱可塑性バインダ、および溶媒を含む。ナノ粒子は、バインダ溶液に加えると、低温焼結を可能にし、グリーン体部品とブラウン体部品の両方に強度を提供する。ナノ粒子によって提供される強度は、圧密化部品における微細な特徴の形成および／または大きな部品の形成を可能にする。例えば、張り出し部のような片持梁部分を含む部品においては、ブラウン強度が弱いと、片持梁部分の重量が、焼結前にプリントされた部品を一緒に保つ粒子間摩擦によって保持されないため、片持梁部分の崩壊または亀裂につながる可能性がある。しかしながら、ナノ粒子は、粒子間の迅速な表面ベースの物質移動を促進し、脱バインダに典型的に使用される比較的低い温度でさえも、ナノ粒子が添加されていない微粒子材料に期待されるよりもはるかに迅速に粒子間くびれ領域を形成する助けとなり得る。このことが、微粒子材料の焼結に先立って微粒子材料に接触して架橋することにより、全ての熱可塑性バインダが燃え尽きた後に、部品に強度を提供し、それにより、プリントされた部品全体の強度および剛性が向上する。
実施形態において、ナノ粒子は、金属ナノ粒子を含む。実施形態において、金属ナノ粒子は、ニッケル（例えば、Ｎｉ－ＩＪ７０－３０（３０ｗｔ％Ｎｉ) (Ａｐｐｌｉｅｄ Ｎａｎｏｔｅｃｈ、Ｉｎｃ．、Ａｕｓｔｉｎ、Ｔｅｘａｓ））、銀（例えば、ＭｉｃｒｏＰＥ（登録商標）ＰＧ－００７-AP (６０ｗｔ％Ａｇ) (Ｐａｒｕ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｓｕｎｃｈｅｏｎ－ｓｉ、Ｊｅｏｌｌａｎａｍ－ｄｏ、韓国）、クロム、アルミニウム、コバルト、鉄、またはこれらの組み合わせを含む。しかしながら、チタンナノ粒子、銅ナノ粒子などの他の金属ナノ粒子も考えられ、可能であることを理解されたい。実施形態において、金属ナノ粒子材料は、微粒子材料に依存する。例えば、ニッケルナノ粒子は、ステンレス鋼またはニッケル合金を含む微粒子材料とともに使用してもよい。
実施形態において、ナノ粒子は、セラミックナノ粒子を含む。実施形態において、セラミックナノ粒子は、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、チタニア、シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素、またはこれらの組み合わせを含む。しかし、他のセラミックナノ粒子も考えられ、可能であることを理解すべきである。実施形態において、セラミックナノ粒子材料は、微粒子材料に依存する。例えば、アルミナナノ粒子は、アルミナまたは窒化アルミニウムを含む微粒子材料とともに使用してもよい。
実施形態において、ナノ粒子は、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下の平均直径を有する。実施形態において、ナノ粒子は、１ｎｍ以上または５ｎｍ以上の平均直径を有してもよい。実施形態において、ナノ粒子は、１００ｎｍ以下の平均直径を有してもよい。例えば、ナノ粒子は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下、１０ｎｍ以上１００ｎ
ｍ以下、１５ｎｍ以上１００ｎｍ以下、または２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の平均直径、またはこれらのいずれかのエンドポイントから形成される任意のおよびすべてのサブ範囲を有し得る。
ｍ以下、１５ｎｍ以上１００ｎｍ以下、または２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の平均直径、またはこれらのいずれかのエンドポイントから形成される任意のおよびすべてのサブ範囲を有し得る。
実施形態において、ナノ粒子は、３００℃以上６００℃以下の焼結成形温度を有する。実施形態において、ナノ粒子は、６００℃以下、５５０℃以下、５００℃以下、４５０℃以下、４００℃以下、または３５０℃以下の焼結成形温度を有してよい。例えば、ナノ粒子は、３００℃以上６００℃以下、３５０℃以上６００℃以下、４００℃以上６００℃以下、４５０℃以上６００℃以下、５００℃以上６００℃以下、３００℃以上５５０℃以下、３００℃以上５００℃以下、３００℃以上４５０℃以下、３００℃以上４００℃以下、および３００℃以上３５０℃以下、３５０℃以上５５０℃以下、または４００℃以上５００℃以下、またはこれらのいずれかのエンドポイントから形成されるすべてのサブ範囲の焼結成形温度を有してよい。
実施形態において、バインダ溶液は、バインダ溶液の総重量に基づいて、０．５重量％以上２０重量％以下のナノ粒子を含む。実施形態において、バインダ溶液中のナノ粒子の量は、０．５質量％以上、１質量％以上、２質量％以上、または５質量％以上であってもよい。実施形態において、バインダ溶液中のナノ粒子の量は、２０重量％以下であっても、１５重量％以下であっても、１２重量％以下であっても、または１０重量％以下であってもよい。例えば、バインダ溶液中のナノ粒子の量は、０．５ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下、０．５ｗｔ％以上１７ｗｔ％以下、０．５ｗｔ％以上１５ｗｔ％以下、０．５ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下、０．５ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下、１ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下、１ｗｔ％以上１７ｗｔ％以下、１ｗｔ％以上１５ｗｔ％以下、１ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下、１ｗｔ％以上１０以下、２重量％以上２０重量％以下、２重量％以上１７重量％以下、２重量％以上１５重量％以下、２重量％以上１２重量％以下、２重量％以上１０重量％以下、５重量％以上２０重量％以下、５重量％以上１７重量％以下、５重量％以上１５重量％以下、５重量％以上１２重量％以下、または５重量％以上１０重量％以下、またはこれらのいずれかのエンドポイントから形成されるすべてのサブ範囲であってもよい。
バインダ溶液は、更に、少なくとも１つのバインダを含む。バインダは、バインダ溶液の溶媒の一部または全部を蒸発させる硬化工程の後に、微粒子材料およびその層を一緒に結合させることにより、グリーン体部品に強度を付与する。適切なバインダとしては、熱可塑性バインダ、熱硬化性バインダ、およびワックスや糖などの非ポリマー性バインダ（グルコース、フルクトース、それらの誘導体、またはそれらの組み合わせ）が挙げられるが、これらに限定されない。
実施形態では、バインダは、１つ以上の熱可塑性ポリマーストランドを含む熱可塑性バインダを含む。実施形態では、熱可塑性バインダは、酸素の存在を必要とせずに、一般に小さなオリゴマー、二酸化炭素および水に分解する熱可塑性ポリマーのクラスから選択される。従って、実施形態では、脱バインダおよび焼結の際に熱可塑性バインダを清浄かつ容易に除去して、熱可塑性バインダおよび分解生成物（例えば、チャーおよび金属酸化物）を実質的に含まない圧密化部品を生成することができる。
実施形態において、１つ以上の熱可塑性ポリマーストランドは、第１のポリマーストランドを含む。実施形態において、第１のポリマーストランドは、少なくとも第１の官能基を含む。第１の熱可塑性ポリマーストランドの官能基は、例えば水素結合ドナー、水素結合アクセプタ、負に荷電した基、正に荷電した基、またはこれらの組み合わせを含んでよいがこれらには限定されない。実施形態において、第１の官能基は、第１の熱可塑性ポリマーストランドのバックボーンの一部である。実施形態において、第１のポリマーストランドの第１の官能基は、第１のポリマーストランドと第２のポリマーストランドとの非共
有結合を容易にするために、熱可塑性バインダの第２のポリマーストランドの官能基を補完し得る。例えば、実施形態において、第１の官能基は、第１のポリマーストランドと第２のポリマーストランドとの弱い、非共有結合を可能にする、ヒドロキシル基、カルボキシラート基、アミン、チオール、アミド、または他の適切な官能基から選択される。
有結合を容易にするために、熱可塑性バインダの第２のポリマーストランドの官能基を補完し得る。例えば、実施形態において、第１の官能基は、第１のポリマーストランドと第２のポリマーストランドとの弱い、非共有結合を可能にする、ヒドロキシル基、カルボキシラート基、アミン、チオール、アミド、または他の適切な官能基から選択される。
実施形態において、第１のポリマーストランドは、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＡｍ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリビニルメチルエーテル－マレイン酸無水物（ＰＶＭＥ－ＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、これらの誘導体、およびこれらの組み合わせなどの１つ以上のポリマーを含むが、これらに限定されない。実施形態において、第１のポリマーストランドは、７，０００ｇ／ｍｏｌより大きく５０，０００ｇ／ｍｏｌ以下の平均分子量（Ｍｗ即ち重量平均）を有する。実施形態において、第１のポリマーストランドは、７，０００ｇ／ｍｏｌ以上５０，０００ｇ／ｍｏｌ以下の平均分子量を有していてもよい。例えば、第１のポリマーストランドは、平均分子量が７，０００ｇ／ｍｏｌ以上５０，０００ｇ／ｍｏｌ以下、７，０００ｇ／ｍｏｌ以上３０，０００ｇ／ｍｏｌ以下、７，０００ｇ／ｍｏｌ以上２５，０００ｇ／ｍｏｌ以下、７，０００ｇ／ｍｏｌ以上２３，０００ｇ／ｍｏｌ以下、９，０００ｇ／ｍｏｌ以上５０，０００ｇ／ｍｏｌ以下、９，０００ｇ／ｍｏｌ以上３０，０００ｇ／ｍｏｌ以下、９，０００ｇ／ｍｏｌ以上２５，０００ｇ／ｍｏｌ以下、９，０００ｇ／ｍｏｌ以上２３，０００ｇ／ｍｏｌ以下、１３，０００ｇ／ｍｏｌ以上５０，０００ｇ／ｍｏｌ以下、１３，０００ｇ／ｍｏｌ以上３０，０００ｇ／ｍｏｌ以下、１３，０００ｇ／ｍｏｌ以上２５，０００ｇ／ｍｏｌ以下、１３，０００ｇ／ｍｏｌ以上２３，０００ｇ／ｍｏｌ以下、２３，０００ｇ／ｍｏｌ以上５０，０００ｇ／ｍｏｌ以下、２３，０００ｇ／ｍｏｌ以上３０，０００ｇ／ｍｏｌ以下、２３，０００ｇ／ｍｏｌ以上２５，０００ｇ／ｍｏｌ以下、２５，０００ｇ／ｍｏｌ以上５０，０００ｇ／ｍｏｌ以下 ２５，０００ｇ／ｍｏｌ以上３０，０００ｇ／ｍｏｌ以下、３０，０００ｇ／ｍｏｌ以上５０，０００ｇ／ｍｏｌ以下、またはこれらのいずれかのエンドポイントから形成されるすべてのサブ範囲であってよい。
第１のポリマーストランドは、バインダ溶液中に、１重量％以上１５重量％以下、１重量％以上１０重量％以下、１重量％以上７重量％以下、３重量％以上１５重量％以下、３重量％以上１０重量％以下、３重量％以上７重量％以下、５重量％以上１５重量％以下、５重量％以上１０重量％以下、５重量％以上７重量％以下、またはこれらのいずれかのエンドポイントから形成されるすべてのサブ範囲であってよい。実施形態において、第１のポリマーストランドは、ＳＴＰで溶媒中に少なくとも８０重量％可溶性である。
実施形態において、１つ以上の熱可塑性ポリマーストランドは、第２のポリマーストランドをさらに含む。実施形態において、第２のポリマーストランドは、第１のポリマーストランドの第１の官能基とは異なる少なくとも第２の官能基を含む。第２の熱可塑性ポリマーストランドの官能基は、例えば水素結合ドナー、水素結合アクセプタ、負に荷電した基、正に荷電した基、またはこれらの組み合わせを含むがこれらには限定されない。実施形態において、第２の官能基は、第２の熱可塑性ポリマーストランドのバックボーンの一部である。実施形態において、第２のポリマーストランドの第２の官能基は、熱可塑性バインダの第１のポリマーストランドの第１の官能基を補完して、第１および第２のポリマーストランドの非共有結合を容易にする。例えば、実施形態において、第２の官能基は、第１および第２のポリマーストランドの弱い、非共有結合を可能にする、ヒドロキシル基、カルボキシラート基、アミン、チオール、アミド、または他の適切な官能基から選択されてもよい。
実施形態において、第２のポリマーストランドは、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリメタクリル酸（ＰｍＡＡ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＡｍ）、それらの誘導体、およびこ
れらの組み合わせなどの１つ以上のポリマーを含むがこれらには限定されない。実施形態において、第２のポリマーストランドは、１００ｇ／ｍｏｌ以上１０，０００ｇ／ｍｏｌ以下の平均分子量（Ｍｗ即ち重量平均）を有する。例えば、第２のポリマーストランドは、１００ｇ／ｍｏｌ以上１０，０００ｇ／ｍｏｌ以下、１００ｇ／ｍｏｌ以上５０００ｇ／ｍｏｌ以下、５００ｇ／ｍｏｌ以上１０，０００ｇ／ｍｏｌ以下、または５００ｇ／ｍｏｌ以上５０００ｇ／ｍｏｌ以下、またはこれらのエンドポイントのいずれかから形成される任意のおよびすべてのサブ範囲の平均分子量を有し得る。
れらの組み合わせなどの１つ以上のポリマーを含むがこれらには限定されない。実施形態において、第２のポリマーストランドは、１００ｇ／ｍｏｌ以上１０，０００ｇ／ｍｏｌ以下の平均分子量（Ｍｗ即ち重量平均）を有する。例えば、第２のポリマーストランドは、１００ｇ／ｍｏｌ以上１０，０００ｇ／ｍｏｌ以下、１００ｇ／ｍｏｌ以上５０００ｇ／ｍｏｌ以下、５００ｇ／ｍｏｌ以上１０，０００ｇ／ｍｏｌ以下、または５００ｇ／ｍｏｌ以上５０００ｇ／ｍｏｌ以下、またはこれらのエンドポイントのいずれかから形成される任意のおよびすべてのサブ範囲の平均分子量を有し得る。
第２のポリマーストランドは、バインダ溶液中に、バインダ溶液の総重量に基づいて１質量％以上１０質量％以下、１質量％以上９質量％以下、１質量％以上８質量％以下、１質量％以上７質量％以下、１質量％以上６質量％以下％、１質量％以上５質量％以下％、またはこれらのいずれかのエンドポイントから形成されるいずれかおよび全てのサブ範囲で存在する。実施形態において、第２のポリマーストランドは、ＳＴＰで溶媒中に少なくとも８０重量％可溶性であってもよい。
実施形態において、第１のポリマーストランドは、第２のポリマーストランドとは異なるポリマーを含む。実施形態では、第１のポリマーストランドは、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を含み、第２のポリマーストランドは、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）を含む。
第１のポリマーストランドおよび第２のポリマーストランドは、グリーン体部品がポストプリンティング処理中の取り扱いに耐えるのに十分なグリーン強度を有するように、第１のポリマーストランドと第２のポリマーストランドとの間の結合を可能にする量でバインダ溶液に含まれる。実施形態において、第１のポリマーストランドと第２のポリマーストランドとの重量比は、３：１以上７：１以下である。例えば、第１のポリマーストランドと第２のポリマーストランドとの重量比は、３：１、４：１、５：１、６：１、または７：１であり得る。
実施形態において、バインダ溶液は、ニッケル基金属ナノ粒子およびポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）を含む。
実施形態において、バインダ溶液は、銀基金属ナノ粒子およびポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）を含む。
実施形態において、バインダ溶液は、ニッケル基金属ナノ粒子およびポリスチレン（ＰＳ）を含む。
実施形態において、バインダ溶液は、銀基金属ナノ粒子およびポリスチレン（ＰＳ）を含む。加えて、バインダ溶液は、少なくとも１つの溶媒をさらに含む。
加えて、バインダ溶液は、少なくとも１つの溶媒をさらに含む。溶媒は、選択された熱可塑性バインダおよびバインダ溶液中にあり得る他の添加物に応じて、水性または非水性であり得る。溶媒は、微粒子材料、熱可塑性バインダ、またはバインダ溶液中に存在し得る任意の他の添加物と反応しないように、一般に非反応性（例えば、不活性）であってよい。実施形態では、溶媒の少なくとも一部は、熱硬化の前に、微粒子材料の層へのバインダ溶液の堆積中に容易に蒸発し得、微粒子材料の結合を容易にし得る。実施形態において、溶媒は、例えば水、２－メトキシエタノール、ブタノール、１－メトキシ－２－プロパノール、２－ブトキシエタノール、エチレングリコールブチルエーテル、ジエチレングリコール、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、またはこれらの組み合わせであってもよいが、これらには限定されない。実施形態において、溶媒は、バインダ溶液中に、バインダ溶液の総重量に基づいて、１重量％以上７５重量％以下、１
重量％以上５０重量％以下、１重量％以上２５重量％以下、１重量％以上１０重量％以下、１０重量％以上７５重量％以下、１０重量％以上５０重量％以下、１０重量％以上２５重量％以下、２５重量％以上７５重量％以下、２５重量％以上５０重量％以下、または５０重量％以上７５重量％以下、さらには５０重量％以上７５重量％以下、またはこれらのエンドポイントのいずれかから形成されるサブ範囲の量で存在し得る。
重量％以上５０重量％以下、１重量％以上２５重量％以下、１重量％以上１０重量％以下、１０重量％以上７５重量％以下、１０重量％以上５０重量％以下、１０重量％以上２５重量％以下、２５重量％以上７５重量％以下、２５重量％以上５０重量％以下、または５０重量％以上７５重量％以下、さらには５０重量％以上７５重量％以下、またはこれらのエンドポイントのいずれかから形成されるサブ範囲の量で存在し得る。
様々な実施形態において、バインダ溶液の粘度は、バインダ溶液の噴射可能性を保証するために、プリンタヘッドの仕様を満たす。実施形態において、バインダ溶液は、１ｃＰ以上４０ｃＰ以下、１ｃＰ以上３５ｃＰ以下、１ｃＰ以上２５ｃＰ以下、１ｃＰ以上２０ｃＰ以下、２ｃＰ以上４０ｃＰ以下、２ｃＰ以上３５ｃＰ以下、２ｃＰ以上３０ｃＰ以下、２ｃＰ以上２５ｃＰ以下、さらに２ｃＰ以上２０ｃＰ以下、またはこれらのいずれかのエンドポイントから形成される任意のおよびすべてのサブ範囲の粘度を有する。このような粘度を達成するために、実施形態では、レオロジー改質剤が、任意の添加剤としてバインダ溶液に含まれてもよい。
従って、実施形態において、バインダ溶液は、任意に、バインダ溶液の噴射可能性およびバインダ溶液の粘度を調節することによるバインダ溶液の微粒子材料の層中へのバインダ溶液の堆積を容易にする１つまたは複数の添加剤を含んでもよい。任意の添加剤としては、界面活性剤、希釈剤、粘度調整剤、分散剤、安定剤、または任意の他の添加剤が挙げられる。実施形態において、界面活性剤は、熱可塑性バインダおよび／または微粒子材料の特性に応じて、イオン性（例えば、双イオン性、カチオン性、アニオン性）または非イオン性であってもよい。実施形態においては、界面活性剤は、ポリプロキシ四級アンモニウムクロリド（例えば、エボニック工業から入手可能なＶＡＲＩＱＵＡＴ（登録商標）ＣＣ４２ＮＳ）、ヘキサン酸オリゴマー、アルキレンオキシド共重合体（例えば、クロダ先進物質から入手可能なＨＹＰＥＲＭＥＲ（登録商標）ＫＤ２）、脂肪酸およびアルキルアミンのアルキレンエステル、２－［４－（２，４－トリメチルペンタン－２－イル）フェノキシ］エタノール（例えば、ダウ・ケミカル・カンパニーから入手可能なＴＲＩＴＯＮ（登録商標） Ｘ－１００）、ポリオキシエチレン（８０）ソルビタンモノオレアート（例えば、クロダ・アメリカズ社から入手可能なＴＷＥＥＮＴＭ ８０）、ポリオキシエチレン－２３－ラウリルエーテル（例えば、クロダ・アメリカズ社から入手可能なＢＲＩＪＴＭ Ｌ２３）を含み得る（株）ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド（ＣＴＡＢ）、ドデシルトリメチルアンモニウムブロミド（ＤＴＡＢ）、またはその組み合わせを含み得る。
次に、図２を参照すると、本明細書に記載した実施形態によるバインダ溶液を用いて、添加剤製造を介して圧密化部品を製造する方法が１０で示されている。方法１０の態様の議論を容易にするために、方法１０を実行するために使用され得る付加製造装置３０の実施形態を示すブロック図である図３も参照されたい。方法１０は、図４に示すように、微粒子材料２４の層２２を作業面上に堆積させる（例えば、粉末ベッドを作成する）ことによってブロック１２で開始する。実施形態において、層２２は、１０ミクロン（μｍ）以上２００μｍ以下の厚さ２６を有していてもよい。部品をプリントするために使用される微粒子材料２４は、部品の種類および部品の最終使用に応じて異なる場合がある。
特に、微粒子材料２４は、ニッケル合金（例えば、インコネル６２５、インコネル７１８、Ｒｅｎｅ’１０８、Ｒｅｎｅ’８０、Ｒｅｎｅ’１４２、Ｒｅｎｅ’１９５、およびＲｅｎｅ’Ｍ２、Ｍａｒｍ－２４７）、コバルト合金（例えば、Ｈａｎｓ １８８、Ｌ６０５、Ｘ４０、Ｘ４５、およびＦＳＸ４１４）、コバルト－クロム合金、チタン合金、アルミニウム基合金、タングステン合金、ステンレス鋼合金、またはこれらの組み合わせなどの金属微粒子材料を含んでもよい。実施形態において、金属微粒子材料は、１ミクロン（μｍ）以上７５μｍ以下の粒度分布を有する粒子を含んでもよい。そのような微粒子材
料は、例えば燃料チップ、燃料ノズル、シュラウド、マイクロミキサ、またはタービンブレードを含む金属物品をプリントするために使用し得るが、これらには限定されない。
料は、例えば燃料チップ、燃料ノズル、シュラウド、マイクロミキサ、またはタービンブレードを含む金属物品をプリントするために使用し得るが、これらには限定されない。
実施形態において、微粒子材料２４は、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、チタニア、シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素、またはこれらの組み合わせなどのセラミック微粒子材料を含んでもよい。実施形態において、セラミック微粒子材料は、０．１μｍ以上１００μｍ以下の粒度分布を有する粒子を含んでもよい。このような微粒子材料は、例えば医療および輸送産業で使用するセラミック物品をプリントするために使用することができるが、これらには限定されない。
図２に戻ってブロック１４を参照すると、微粒子材料２４の堆積に続いて、方法１０は、バインダ溶液をパターンに従って層２２の一部に選択的に堆積することに続く。例えば、バインダ溶液は、プリントされた圧密化部品の層の表現を含むＣＡＤ設計に基づいて制御装置によって操作されるプリンタヘッドを用いて、微粒子材料２４の層２２に選択的にプリントすることができる。
例えば、図３に示すように、付加製造装置３０は、ブロック１４（図２）の操作に従ってバインダ溶液を層２２内に選択的に堆積させるバインダジェットプリンタであってもよい。実施形態において、付加製造装置３０（バインダジェットプリンタ）は、微粒子材料２４の層２２を支持する作業面３２と、バインダ溶液３６を格納するリザーバ３４と、リザーバ３４に流体的に結合されるプリンタヘッド３８とを含んでもよい。プリンタヘッド３８は、バインダ溶液３６を微粒子材料２４の層２２に選択的に堆積させて、バインダ溶液３６をプリントされる圧密化部品の層を表現するパターンで層２２上にプリントする。実施形態において、付加製造装置３０（バインダジェットプリンタ）は、付加製造装置３０（バインダジェットプリンタ）の動作を制御するための制御システム４２を含んでもよい。制御システム４２は、分散制御システム（ＤＣＳ）または完全または部分的に自動化された任意のコンピュータベースのワークステーションを含み得る。実施形態において、制御システム４２は、汎用コンピュータまたは特定用途向けデバイスを採用した任意の適切なデバイスであってもよく、一般に、付加製造装置３０（バインダジェットプリンタ）の動作を制御するための１つまたは複数の命令を記憶するメモリ回路４４を含んでもよい。メモリ回路４４は、プリントされる圧密化部品の構造を表現するＣＡＤ設計を記憶することができる。プロセッサは、１つまたは複数の処理装置（例えば、マイクロプロセッサ４６）を含んでもよく、メモリ回路４４は、本明細書に記載される動作を制御するために、プロセッサによって実行可能な命令を集合的に記憶する、１つまたは複数の、実体的で、非遷移的な、機械読み取り可能な媒体を含んでもよい。
材料の層に堆積されるバインダ溶液３６は、例えば、ナノ粒子３６ａおよび熱可塑性バインダ３６ｂを含む、本明細書に記載されるバインダ溶液の実施形態のいずれか１つであり得る。実施形態では、特定のバインダ溶液３６は、層２２を形成するために使用される微粒子材料２４に少なくとも部分的に基づいて選択される。実施形態において、バインダ溶液３６および微粒子材料２４のナノ粒子３６ａは、複数の同一元素のうちの１つを含んでもよい。例えば、微粒子材料２４が、ニッケル合金、コバルト合金、コバルトクロム合金、チタン合金、アルミニウム基合金、タングステン合金、ステンレス鋼合金、またはこれらの組合せを含む金属微粒子材料を含む実施形態では、ナノ粒子３６ａは、ニッケル、銀、クロム、アルミニウム、コバルト、鉄、またはこれらの組合せを含む金属ナノ粒子を含んでもよい。微粒子材料２４が、ニッケルを含む金属微粒子材料である実施形態では、バインダ溶液３６のナノ粒子３６ａは、ニッケルまたはニッケル含有化合物を含んでいてもよい。微粒子材料２４が、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、チタニア、シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素、またはこれらの組合せを含むセラミック微粒子材料を含む実施形態では、バインダ溶液３６のナノ粒子３６ａは、アルミナ、窒化アル
ミニウム、ジルコニア、チタニア、シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素、またはこれらの組合せを含んでいてもよい。
ミニウム、ジルコニア、チタニア、シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素、またはこれらの組合せを含んでいてもよい。
次に図５を参照すると、堆積後、バインダ溶液３６は、微粒子材料２４の外面５４を少なくとも部分的に被覆し、それによってバインダ被覆粒子を生成する。本明細書で議論されるように、硬化の際に、バインダ溶液３６の熱可塑性バインダは、粒子状材料２４の層２２にプリントされたバインダ溶液３６のパターンに従って粒子状材料２４を結合して、グリーン体部品６０の層を形成する。
方法１０は、ブロック１２および１４の操作を繰り返して、所望の数の層２２がプリントされるまで、層毎に部品を構成し続けることができる。バインダ溶液３６の熱可塑性バインダは、各連続層２２を結合し、プリントされた部品にある程度の強度（例えば、グリーン強度）を提供し、プリントされたグリーン体部品６０の構造の完全性が、ポストプリンティング処理（例えば、転写、検査、脱粉末）中に維持されるようにする。すなわち、バインダ溶液３６の熱可塑性バインダによってもたらされるグリーン強度は、層２２内の微粒子材料２４と、グリーン体部品６０のハンドリングおよびポストプリンティング処理中の層２２の剥離を防止するブロック（例えば、レジスト）との間の接着を維持する。
図２のブロック１２および１４に記載されているように、方法１０は、層２２の堆積およびバインダ溶液３６のプリントに続いて、ブロック１６において、バインダ溶液３６を硬化させてグリーン体部品６０を形成する。例えば、本明細書において上記されたように、バインダ溶液３６は、ナノ粒子、熱可塑性バインダ、および溶媒の混合物である。バインダ溶液３６中の溶媒の一部は、バインダ溶液３６の堆積（例えばプリント）中に蒸発させてもよいが、ある量の溶媒は、微粒子材料２４の層２２内に留まってもよい。したがって、実施形態では、バインダ溶液３６は、プリント層２２に残留する溶媒を蒸発させ、プリント層２２の効率的な結合を可能にし、それによってグリーン体部品６０を形成するのに適した温度で熱硬化されてもよい。熱は、ＩＲランプおよび／または加熱されたプレートを用いてプリントされた部品に加えることができ（例えば、オンマシン）、またはオーブンにプリントされた部品を配置することによって行うことができる（例えば、オフマシン）。実施形態において、バインダ溶液３６をオンマシン上で硬化することは、２５℃以上１００℃以下、３０℃以上９０℃以下、３５℃以上８０℃以下、更には４０℃以上７０℃以下、またはこれらのいずれかのエンドポイントから形成される全てのサブ範囲で、プリント層２２を加熱することを含む。実施形態において、プリント層２２をオンマシン上で加熱するための温度範囲は、オフマシン温度範囲とは異なる場合がある。
実施形態では、部品を硬化させて溶媒を除去した後、グリーン体部品６０に存在する熱可塑性バインダが、複数の層２２の微粒子材料２４を結合する。実施形態において、グリーン体部品６０におけるナノ粒子の量は、グリーン体部品６０の総重量に基づいて、０．５質量％以上６質量％以下、０．５質量％以上５．５質量％以下、０．５質量％以上５質量％以下、１質量％以上６質量％以下、１質量％以上５．５質量％以下、１質量％以上５質量％以下、１．５質量％以上６質量％以下、１．５質量％以上５．５質量％以下、１．５質量％以上５質量％以下、２質量％以上６質量％以下、２質量％以上５．５質量％以下、２質量％以上５質量％以下、またはこれらのいずれかのエンドポイントから形成されるいずれかおよび全てのサブ範囲である。実施形態において、グリーン体部品６０における熱可塑性バインダの量は、グリーン体部品６０の総重量に基づいて、１重量％以上２０重量％以下、１重量％以上１８重量％以下、１重量％以上１５重量％以下、１重量％以上１２重量％以下、１重量％以上１０重量％以下、５重量％以上２０重量％以下、５重量％以上１８重量％以下、５重量％以上１５重量％以下、５重量％以上１２重量％以下、５重量％以上１０重量％以下、１０重量％以上２０重量％以下、１０重量％以上１８重量％以下、１０重量％以上１５重量％以下、または１０重量％以上１２重量％以下、またはこれら
のいずれかのエンドポイントから形成される任意のおよびすべてのサブ範囲である。実施形態において、微粒子材料は、ナノ粒子の量とグリーン体部品６０内の熱可塑性バインダの量とを合計した後の残りのパーセンテージの実質的に全てを構成する。実施形態では、グリーン体部品６０中の微粒子材料、熱可塑性材料、およびナノ粒子の重量パーセントを決定するために、グリーン体部品６０を形成するために使用される微粒子材料が秤量される。その後、熱可塑性バインダを含むがナノ粒子を含まないグリーン体部品をプリントし、秤量する。熱可塑性バインダを有するプリントされたグリーン体部品の重量から微粒状材料の重量を差し引いて、熱可塑性バインダの重量を決定する。次いで、熱可塑性バインダおよびナノ粒子を用いてグリーン体部品６０をプリントし、秤量する。熱可塑性バインダを有するプリントされたグリーン体部品６０とナノ粒子との重量から熱可塑性バインダを有するプリントされたグリーン体部品の重量を差し引いて、ナノ粒子の重量を決定する。次いで、各構成要素の重量パーセンテージを計算することができる。
のいずれかのエンドポイントから形成される任意のおよびすべてのサブ範囲である。実施形態において、微粒子材料は、ナノ粒子の量とグリーン体部品６０内の熱可塑性バインダの量とを合計した後の残りのパーセンテージの実質的に全てを構成する。実施形態では、グリーン体部品６０中の微粒子材料、熱可塑性材料、およびナノ粒子の重量パーセントを決定するために、グリーン体部品６０を形成するために使用される微粒子材料が秤量される。その後、熱可塑性バインダを含むがナノ粒子を含まないグリーン体部品をプリントし、秤量する。熱可塑性バインダを有するプリントされたグリーン体部品の重量から微粒状材料の重量を差し引いて、熱可塑性バインダの重量を決定する。次いで、熱可塑性バインダおよびナノ粒子を用いてグリーン体部品６０をプリントし、秤量する。熱可塑性バインダを有するプリントされたグリーン体部品６０とナノ粒子との重量から熱可塑性バインダを有するプリントされたグリーン体部品の重量を差し引いて、ナノ粒子の重量を決定する。次いで、各構成要素の重量パーセンテージを計算することができる。
脱バインダおよび焼結などのポストプリンティング処理のためにグリーン体部品６０を準備するために、硬化後に、非結合粒子（例えば、バインダ溶液３６によって結合されていない微粒子材料２４）を粉末層から除去してもよい。
硬化後、グリーン体部品６０は任意の乾燥工程（図示せず）を経て、グリーン体部品６０内に残留する可能性のある残留溶媒および／または他の揮発性材料を除去することができる。例えば、グリーン体部品６０は、真空中、不活性雰囲気（例えば、窒素（Ｎ２）、またはアルゴン（Ａｒ））下、またはわずかに上昇した温度または室温の空気中で乾燥してもよい。
実施形態において、グリーン体部品６０は、７ＭＰａ以上、７．５ＭＰａ以上、８ＭＰａ以上、８．５ＭＰａ以上、９ＭＰａ以上、９．５ＭＰａ以上、１０ＭＰａ以上、１０．５ＭＰａ以上、１１ＭＰａ以上、１１．５ＭＰａ以上、１２ＭＰａ以上、１２．５ＭＰａ以上、１３ＭＰａ以上、１３．５ＭＰａ以上、１４ＭＰａ以上、１４．５ＭＰａ以上、または１５ＭＰａ以上の強度を有する。
グリーン体部品６０を形成するためのバインダ溶液３６の硬化に続いて、方法１０は、ブロック１８において、グリーン体部品６０を第１の温度以上に加熱して、熱可塑性バインダの少なくとも一部を除去し（例えば、脱バインダ）、ブラウン体部品６２を形成する。実施形態において、バインダ溶液３６のナノ粒子の焼結成形温度は、バルク微粒子材料２４の焼結温度よりも低い。そのように、脱バインダ中に、バインダ溶液３６のナノ粒子の少なくとも一部が分解し、粒子間の迅速な表面ベースの物質移動を促進し、ナノ粒子材料６４の粒子間くびれ領域を形成する。例えば、図６に示すように、脱バインダ工程中に、バインダ溶液３６のナノ粒子は、それ自体が焼結し、微粒子材料２４の隣接粒子間にナノ粒子材料６４のくびれ領域を形成する。ナノ粒子材料６４のくびれた領域は、微粒子材料２４を架橋し、それにより、熱可塑性バインダが燃え尽きた後、微粒子材料２４の圧密化（すなわち、焼結）に先立って、ブラウン体部品６２のブラウンの強度を増大させる。実施形態において、第１の温度は、７５℃以上７００℃以下、１００℃以上６００℃以下、１２５℃以上５００℃以下、さらには１５０℃以上４００℃以下、またはこれらのいずれかのエンドポイントから形成されるいずれかのサブ範囲の温度である。
実施形態において、グリーン体部品６０を第１の温度より高く加熱することは、無酸素環境中（例えば、真空チャンバ／不活性雰囲気）でグリーン体部品６０を加熱することを含んでもよい。実施形態において、脱バインダは、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、別の不活性ガス、減圧下、またはそれらの組み合わせの下で実施されてもよい。実施形態において、脱バインダは、空気中で、または処理される特定の材料に適した任意の他の環境で実行されてもよい。
実施形態において、グリーン体部品６０を第１の温度より高い温度で加熱するステップは、２℃／分以上、および５℃／分以下の第１の速度でグリーン体部品を加熱するステップを含み、その結果、ナノ粒子の少なくとも一部が焼結され、熱可塑性バインダの少なくとも一部が除去される。比較的速い第１の傾斜率は、熱可塑性バインダが依然として存在し、グリーン強度を助ける一方で、ナノ粒子焼結を助けることができる。比較的遅い第２の傾斜率は、熱可塑性バインダの焼尽を可能にする。
実施形態において、ブラウン体部品６２は、１ＭＰａ以上、１．５ＭＰａ以上、２ＭＰａ以上、２．５ＭＰａ以上、３ＭＰａ以上、３．５ＭＰａ以上、４ＭＰａ以上、４．５ＭＰａ以上、または５ＭＰａ以上の強度を有してよい。
図２に示す方法１０は、ブロック２０において、ブラウン体部品６２を第２の温度より高く加熱して、微粒子材料２４を焼結し、それによって圧密化部品７０を形成する。実施形態において、第２の温度は、微粒子材料２４が焼結する温度以上である。そのように、ブラウン体部品６２を第２の温度以上に加熱することによって、微粒子材料２４は、ナノ粒子材料６４（図６）と焼結し、それによって、図７に示されるように、微粒子相７２を形成する。実施形態では、第２の温度は７５℃以上１５００℃以下、７５℃以上１４５０℃以下、７５℃以上１４００℃以下、１００℃以上１５００℃以下、１００℃以上１４５０℃以下、１００℃以上１４００℃以下、２００℃以上１５００℃以下、２００℃以上１４５０℃以下、２００℃以上１４００℃以下、３００℃以上１５００℃以下、３００℃以上１４５０℃以下 ３００℃以上１４００℃以下、４００℃以上１５００℃以下、４００℃以上１４５０℃以下、４００℃以上１４００℃以下、またはこれらのいずれかのエンドポイントから形成された全てのサブ範囲の温度である。実施形態において、ニッケル合金、コバルト合金、またはステンレス鋼合金は、４００℃以上９００℃以下の温度で分解し得る。
実施形態において、ブラウン体部品６２を第２の温度より高く加熱することは、無酸素環境中（例えば、不活性雰囲気下の真空チャンバ内）でブラウン体部品６２を加熱することを含んでもよい。金属の実施形態において、焼結は、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、または別の不活性気体の下で行われてもよい。セラミックの実施形態では、焼結は、大気中または処理される特定の材料に適した任意の他の環境で行われてもよい。
実施形態において、ブロック１８の脱バインダおよび図２に示される方法１０のブロック２０の焼結は、単一の工程で生じる。
本明細書に記載される種々の実施形態は、方法１０を参照して記載されるが、本明細書に記載されるバインダ溶液の実施形態は、当業者によって公知であり、使用される種々の方法と共に使用され得ることを理解されたい。特に、硬化および焼結は、多数の異なる方法、多数の異なるステップ、および多数の異なる位置で達成され得る。
実施形態は、以下の例によってさらに明確にされる。これらの例は、上述の実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。
３つの比較および５つの例のバインダ溶液を分析のために調製した。比較および例のバインダ溶液の配合を表１に（重量％で）示す。
微粒子材料としてＮｉ‐１４０８‐９粉末を用い、バインダ溶液として表１に挙げた比較例２または実施例３のいずれかを用いて、モールド中でパック試料を作製した。鋳型にＮｉ‐１４０８‐９粉末を充填し、粉末を突き固めて（ｔａｐｐｅｄ ｄｏｗｎ）平坦な表面を作成した。バインダ溶液を粉体の表面に分配し、粉体中に完全に吸収させた。パックは、Ｎ２の環境下で、炉内で硬化された。炉の温度を４５０℃まで２時間かけて上昇させ、１２時間保持し、２時間かけて約２５℃に冷却した。
形成したグリーン体パックを硬化後に図８（比較例２）および図１０（実施例３）に示すように炉から取り出した。パックは直径１．５８インチ、厚さ０．２２インチであった。比較例２を用いて形成したパックは４．２ＭＰａのグリーン強度を有し、実施例３を用いて形成したパックは４．６ＭＰａのグリーン強度を有していた。
次いで、グリーン体パックを、５％Ｈ２および９５％Ｎ２の雰囲気中において４５０℃で１２時間加熱し、熱可塑性バインダを燃焼除去した。脱バインダ後、ブラウン体パックを図９（比較例２）および図１１（実施例３）に示すように金型から取り外した。比較例２を用いて形成したブラウン体パックは、金型から取り出す際に容易に破砕し、試験した場合、１ＭＰａ未満のブラウン強度を有していた。実施例３を用いて形成したブラウン体パックは、３～５ＭＰａのブラウン強度を示した。
理論によって拘束されることを欲するものではないが、結果は、バインダ溶液への金属ナノ粒子（すなわち、ニッケル）の添加がパックのグリーン強度およびブラウン強度の改善に役立ったことを示唆した。
比較例３および実施例５を用いた試料を作製し、図１２に示すように２つの位置決めブロックに亘るように位置決めした。試料は、矩形形状のシリコーン型に散逸性金属（ｆｕｇｉｔｉｖｅ ｍｅｔａｌ）前駆体粉末を充填し、（例えば、ドロッパを介して）熱可塑性バインダを添加して湿潤ブロックを作製することにより形成した。シリコーン型を通常のオーブンに入れ、１５０℃で１時間硬化させた。冷却後、試料ブロックを鋳型から排出した。試料を焼結炉に入れ、ピーク焼結温度１３００℃の標準焼結プロファイルで３０分間焼結した。図１３に示すように、実施例５を用いて形成した試料は、比較例３を用いて
形成した試料（０．２３インチ）よりもサギングが少なかった（０．０５インチ）ことを示した。理論に束縛されることを欲しないが、比較例３のバインダ溶液を用いて形成した試料に比べて、実施例５のバインダ溶液を用いて形成した試料のサギングが減少したことは、実施例５のバインダ溶液中に金属ナノ粒子（例えばＮｉナノ粒子）が存在したことに起因している可能性があると考えられる。
形成した試料（０．２３インチ）よりもサギングが少なかった（０．０５インチ）ことを示した。理論に束縛されることを欲しないが、比較例３のバインダ溶液を用いて形成した試料に比べて、実施例５のバインダ溶液を用いて形成した試料のサギングが減少したことは、実施例５のバインダ溶液中に金属ナノ粒子（例えばＮｉナノ粒子）が存在したことに起因している可能性があると考えられる。
各焼結試料について元素分析（ＬＥＣＯ装置: CS８４４ Ｃ／ＳアナライザおよびＯＮＨ８３６酸素／窒素／水素元素分析装置）を行った。元素分析の結果を表２に示す。
表２に示すように、実施例５を用いて形成した試料は、焼結後に比較例３から形成した試料と同様の酸素および焼結後の炭素含有量を有している。理論的に束縛したくないが、このことは、バインダ溶液にニッケルナノ粒子を添加しても何らマイナスの効果（例えば、チャーリング）がなかったことを示唆している。
発明のさらなる態様は、以下の節の主題によって提供される。
１．バインダ溶液の総重量に基づいて、０．５重量％以上２０重量％以下のナノ粒子と、第１のポリマーストランドを含み、第１のポリマーストランドが７，０００ｇ／ｍｏｌ以上５０，０００ｇ／ｍｏｌ以下の平均分子量を有する熱可塑性バインダと、溶媒とを含むバインダ溶液。
２．バインダ溶液が、バインダ溶液の総重量に基づいて、１重量％以上１０重量％以下のナノ粒子を含む、先行項のいずれかに記載のバインダ溶液。
３．ナノ粒子が金属ナノ粒子を含む、先行項のいずれかに記載のバインダ溶液。
４．前記金属ナノ粒子が、ニッケル、銀、クロム、アルミニウム、コバルト、鉄、またはこれらの組み合わせを含む、先行項のいずれかに記載のバインダ溶液。
５．前記ナノ粒子がセラミックナノ粒子を含む、先行項のいずれかに記載のバインダ溶液。
６．前記セラミックナノ粒子が、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、チタニア、シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素、またはこれらの組合せを含む、先行項のいずれかに記載のバインダ溶液。
７．第１のポリマーストランドが、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリルアミ
ド（ＰＡＡｍ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリビニルメチルエーテル－無水マレイン（ＰＶＭＥ－ＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、これらの誘導体、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される、先行項のいずれかに記載のバインダ溶液。
ド（ＰＡＡｍ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリビニルメチルエーテル－無水マレイン（ＰＶＭＥ－ＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、これらの誘導体、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される、先行項のいずれかに記載のバインダ溶液。
８．前記熱可塑性バインダが、第２のポリマーストランドをさらに含み、前記第１のポリマーストランドが、第１の官能基を含み、前記第２のポリマーストランドが、前記第１の官能基とは異なる第２の官能基を含み、前記第１および第２の官能基が、前記第１のポリマーストランドが前記第２のポリマーストランドと非共有結合するように構成され、前記第２のポリマーストランドが、１００ｇ／ｍｏｌ以上１０，０００ｇ／ｍｏｌ以下の平均分子量を有する、先行項のいずれかに記載のバインダ溶液。
９．前記第２のポリマーストランドが、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリメタクリル酸（ＰｍＡＡ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＡｍ）、これらの誘導体、およびこれらの組合せからなる群から選択される、先行項のいずれかに記載のバインダ溶液。
１０．バインダ溶液の粘度が１ｃＰ以上４０ｃＰ以下である、先行項のいずれかに記載のバインダ溶液。
１１．部品を製造する方法であって、作業面上に微粒子材料の層を堆積させる工程と、前記部品の層を表現するパターンで、前記微粒子材料の層にバインダ溶液を選択的に塗布する工程であって、前記バインダ溶液の総重量に基づいて、０．５重量％以上２０重量％以下のナノ粒子と、７，０００ｇ／ｍｏｌ以上５０，０００ｇ／ｍｏｌ以下の平均分子量を有する第１のポリマーストランドを含む熱可塑性バインダと、溶媒と、を含有するバインダ溶液を塗布する工程と、前記堆積工程と前記塗布工程とを繰り返して前記バインダ溶液が塗布された複数の微粒子材料の層を形成する工程と、前記複数の微粒子材料の層中に塗布されたバインダ溶液を硬化させて前記溶媒を蒸発させ、それによって、グリーン体部品を形成する工程と、を含む方法。
１２．塗布されたバインダ溶液を硬化させることは、２５℃以上１００℃以下の温度で、バインダ溶液が塗布された微粒子材料の複数の層を加熱することを含む、先行項のいずれかに記載の方法。
１３．前記ナノ粒子が、金属ナノ粒子を含み、前記金属ナノ粒子が、ニッケル、銀、クロム、アルミニウム、コバルト、鉄、またはこれらの組合せを含み、前記微粒子材料が、金属微粒子材料を含み、前記金属微粒子材料が、ニッケル合金、コバルト合金、コバルトクロム合金、チタン合金、アルミニウム基合金、タングステン合金、ステンレス鋼合金、またはこれらの組合せを含む、先行項のいずれかに記載の方法。
１４．前記方法が、前記グリーン体部品を無酸素環境中で第１の温度以上に加熱して、前記熱可塑性バインダの少なくとも一部を除去し、前記金属ナノ粒子の少なくとも一部を焼結して、前記焼結された金属ナノ粒子が、前記微粒子材料間にナノ微粒子材料のネック領域を形成し、それによって、ブラウン体部品を形成するようにするステップと、前記ブラウン体部品を第２の温度以上に加熱して、前記微粒子材料を焼結し、それによって、圧密化部品を形成するステップとをさらに含む、先行項のいずれかに記載の方法。
１５．前記ナノ粒子が、セラミックナノ粒子を含み、前記セラミックナノ粒子が、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、チタニア、シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素、またはこれらの組合せを含み、前記微粒子材料が、セラミック微粒子材料を含み、前記セラミック微粒子材料が、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、チタニア、
シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素、またはこれらの組合せを含む、先行項のいずれかに記載の方法。
シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素、またはこれらの組合せを含む、先行項のいずれかに記載の方法。
１６．バインダ溶液の粘度が１ｃＰ以上４０ｃＰ以下である、先行項のいずれかに記載の方法。
１７．グリーン体部品は、微粒子材料の複数の層と、０．５重量％以上６重量％以下のナノ粒子と、１重量％以上２０重量％以下の１重量％以下の１重量％を含む、第１のポリマーストランドを含む熱可塑性バインダであって、第１のポリマーストランドが７，０００ｇ／ｍｏｌ以上５０，０００ｇ／ｍｏｌ以下の平均分子量を有し、熱可塑性バインダが複数の層の微粒子材料を結合し、グリーン体部品がＡＳＴＭ Ｂ３１２-１４に従って測定された７ＭＰａ以上の３点曲げ強さを含む、複数の層を含む。
１８．前記ナノ粒子が、金属ナノ粒子を含み、前記金属ナノ粒子が、ニッケル、銀、クロム、アルミニウム、コバルト、鉄、またはそれらの組合せを含み、前記微粒子材料が、金属微粒子材料を含み、前記金属微粒子材料が、ニッケル合金、コバルト合金、コバルトクロム合金、チタン合金、アルミニウム基合金、タングステン合金、ステンレス鋼合金、またはそれらの組合せを含む、先行項のいずれかのグリーン体部品。
１９．前記ナノ粒子が、セラミックナノ粒子を含み、前記セラミックナノ粒子が、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、チタニア、シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素、またはこれらの組合せを含み、前記微粒子材料が、セラミック微粒子材料を含み、前記セラミック微粒子材料が、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、チタニア、シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素、またはこれらの組合せを含む、先行項のいずれかのグリーン体部品。
２０．前記第１のポリマーストランドが、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＡｍ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリビニルメチルエーテル－無水マレイン（ＰＶＭＥ－ＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、これらの誘導体、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される、先行項のいずれかのグリーン体部品。
上記の実施形態、およびそれらの実施形態の特徴は、例示的なものであり、開示の範囲から逸脱することなく、単独で、または本明細書に提供される他の実施形態の任意の１つ以上の特徴と任意の組み合わせで提供することができる。
開示の精神および範囲から逸脱することなく、種々の修正および変形を本開示に加えることができることは、当業者に明らかであろう。したがって、本開示は、それらが特許請求範囲およびそれらの同等物の範囲内に入ることを条件に、本開示の変形および変形をカバーすることを意図している。
Claims (2)
- 複数の微粒子材料の層と、
０．５重量％以上６重量％以下のナノ粒子であって、金属ナノ粒子を含むナノ粒子と、
１重量％以上２０重量％以下の、第１のポリマーストランドを含む熱可塑性バインダであって、前記第１のポリマーストランドは、７，０００ｇ／ｍｏｌ以上５０，０００ｇ／ｍｏｌ以下の平均分子量を有し、且つポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＡｍ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリビニルメチルエーテル－無水マレイン（ＰＶＭＥ－ＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、これらの誘導体、およびこれらの組み合わせからなる群から選択されたものである熱可塑性バインダと、
を含み、
前記熱可塑性バインダは、前記複数の微粒子材料の層において微粒子材料を結合し、且つ、
グリーン体部品は、ＡＳＴＭ Ｂ３１２-１４に従って測定された３点曲げ強さが７ＭＰａ以上である、グリーン体。 - 前記金属ナノ粒子は、ニッケル、銀、クロム、アルミニウム、コバルト、鉄、またはそれらの組み合わせを含み、前記微粒子材料は、金属微粒子材料を含み、前記金属微粒子材料は、ニッケル合金、コバルト合金、コバルトクロム合金、チタン合金、アルミニウム基合金、タングステン合金、ステンレス鋼合金、またはそれらの組合せを含む、
請求項１に記載のグリーン体。
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