JP2023502977A - 付加製造のための熱脱バインダ技術、関連システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

溶媒脱バインダや触媒脱バインダを必要とせず、炉内での熱脱バインダのみで実施可能な付加造形部品の脱バインダ技術について説明する。その結果、少なくともいくつかのケースでは、脱バインダと焼結が単一の炉の中で順次行われることがある。いくつかの実施形態では、本技術は、部品に悪影響を与えない熱脱バインダプロセスを可能にするバインダとして、特定の材料を利用することができる。【選択図】図３

Description

本開示の様々な態様は、一般に、付加製造（additive manufacturing）によって形成された部品の脱バインダのためのシステム及び方法、及び、場合によっては、付加製造によって形成された金属部品の脱バインダのためのシステム及び方法に関する。

金属射出成形（ＭＩＭ）は、様々な金属製の物体を作るのに有効な金属加工プロセスである。粉末状の金属と１つ以上のバインダからなる混合物は、加熱すると所望の物体の形状に成形できる「フィードストック（feedstock）」を形成することができる。最初に成形された部品は「グリーン部品（green part）」とも呼ばれ、次に予備脱バインダ工程（例えば溶剤脱バインダ）を経て第１のバインダを除去し、第２のバインダをそのまま残し、その後焼結工程に入る。焼結では、部品を加熱して第２のバインダを蒸発除去し（熱脱バインダ）、粉末金属の融点付近の温度にすることで、金属粉末を緻密化して固まりとし、目的の金属造形物を製造することができる。同様の工程で、セラミックや複合材料などの他の材料も成形することができる。金属や合金だけでなく、上記の材料のほぼすべてを含むプロセスは、粉末射出成形（ＰＩＭ）として知られている。

三次元（３Ｄ）プリントを含む付加製造は、造形物の部分を連続的に形成する（例えば、層を連続的に形成する）ことによって三次元造形物を製造するための様々な技術を含む。付加製造装置は、場合によっては、ＭＩＭまたはＰＩＭで使用されるものと同等のフィードストックから部品を形成し、それによって、金型を必要とせずにグリーン部品を作成することができる。グリーン部品は、その後、脱バインダおよび焼結工程を経て、最終部品となる。

いくつかの態様によれば、付加製造のためのビルド材料が提供され、該ビルド材料は、少なくとも１種の金属又はセラミック粉末と、少なくとも３０ｖｏｌ％以上６０ｖｏｌ％未満のバインダ内のｖｏｌ％を有する有機第１のバインダ成分、及び第２のバインダ成分を含むバインダとを備え、第１のバインダ成分は疎水性部位及び親水性部位を含み、疎水性部位は１０～２０個の炭素原子を有する置換又は非置換脂肪族鎖である、付加形成用材料であって、この付加形成用材料は、少なくとも３０ｖｏｌ％以上６０ｖｏｌ％未満のバインダを含む。

いくつかの実施形態によれば、脂肪族鎖は、非置換脂肪族鎖である。

いくつかの実施形態によれば、親水性部位は、水素結合部位である。

いくつかの実施形態によれば、水素結合部位は、水素結合ドナー及び水素結合アクセプターである。

いくつかの実施形態によれば、第１のバインダ成分は、アルコール、カルボン酸、またはアミンである。

いくつかの実施形態によれば、第１のバインダ成分は、脂肪アルコールである。

いくつかの実施形態によれば、第１のバインダ成分は、オクタデカノールである。

いくつかの実施形態によれば、第１のバインダ成分は、１－オクタデカノールである。

いくつかの実施形態によれば、第２のバインダ成分は、ポリプロピレンを含んでいる。

いくつかの実施形態によれば、第２のバインダ成分は、バインダ内のｖｏｌ％が少なくとも４０ｖｏｌ％以上６０ｖｏｌ％未満である。

いくつかの実施形態によれば、バインダは、粘着付与剤をさらに含む。

いくつかの実施形態によれば、粘着付与剤はエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）を含んでいる。

いくつかの実施形態によれば、粘着付与剤は、少なくとも１０ｖｏｌ％以上１５ｖｏｌ％未満のバインダ内のｖｏｌ％を有する。

いくつかの実施形態によれば、バインダは、湿潤剤をさらに含む。

いくつかの実施形態によれば、湿潤剤は、ステアリン酸、ステアリン酸ナトリウム、リノール酸、ベヘン酸、パルミチン酸、及びチタン酸イソステアリルのうちの少なくとも１種を含む。

いくつかの態様によれば、付加製造のためのビルド材料が提供され、該ビルド材料は、少なくとも１種の金属粉末と、第１のバインダ成分、及び第２のバインダ成分を含むバインダとを含み、第１のバインダ成分は４０℃超１００℃以下の融点を有し、第１のバインダ成分は５０℃から１６０℃までのすべての温度で０．０５ Ｔｏｒｒ以上の蒸気圧を有している。

いくつかの実施形態によれば、第１のバインダ成分は、バインダ内のｖｏｌ％が少なくとも３０ｖｏｌ％であり、６０ｖｏｌ％未満である。

いくつかの実施形態によれば、第１のバインダ成分は、バインダ内のｖｏｌ％が少なくとも４０ｖｏｌ％であり、５０ｖｏｌ％未満である。

いくつかの実施形態によれば、第１のバインダ成分は、４０℃を超え、１００℃以下の融点を有する。

いくつかの実施形態によれば、第１のバインダ成分は、脂肪アルコールである。

いくつかの実施形態によれば、第１のバインダ成分は、オクタデカノールである。

いくつかの実施形態によれば、第２のバインダ成分は、ポリプロピレンを含んでいる。

いくつかの実施形態によれば、第２のバインダ成分は、バインダ内のｖｏｌ％が少なくとも４０ｖｏｌ％以上６０ｖｏｌ％未満である。

いくつかの実施形態によれば、バインダは、粘着付与剤をさらに含む。

いくつかの実施形態によれば、粘着付与剤はエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）を含んでいる。

いくつかの実施形態によれば、バインダは、湿潤剤をさらに含む。

いくつかの実施形態によれば、湿潤剤は、ステアリン酸、ステアリン酸ナトリウム、リノール酸、ベヘン酸、パルミチン酸、およびチタン酸イソステアリルのうちの少なくとも１種を含む

いくつかの態様によれば、付加造形（additive fabrication）を介して金属部品を形成する方法が提供され、この方法は、付加造形を介してビルド材料（build material）から三次元部品を形成することを含む方法であって、前記ビルド材料は、少なくとも１種の金属粉末と、第１のバインダ成分および第２のバインダ成分を含むバインダと、を含み、前記部品の形成は、堆積温度（deposition temperature）にビルド材料を加熱し、基板（substrate）上に加熱ビルド材料を押し出し、前記部品を堆積温度未満の第１の温度で炉内で加熱して第１のバインダ成分の蒸発および／または昇華を起こさせること、および、前記第１の温度での加熱に続き、前記部品を炉内で第２の温度で加熱して第２のバインダ成分のガスへの転換を起こさせること、第２の温度での加熱に続き、前記部品を第３の温度で加熱して少なくとも一種の金属粉を焼結することにより行われる。ここで、第１の温度は第２のバインダ成分の融点以下であり、第２の温度は第２のバインダ成分の融点より大きく、第３の温度は第２の温度より大きい。

いくつかの実施形態によれば、第１の温度は、５０℃以上、１００℃以下である。

いくつかの実施形態によれば、本方法は、第１の温度での前記加熱の間、１０Ｔｏｒｒ未満の内部周囲圧力（internal ambient pressure）を有するように炉を操作することをさらに含む。

いくつかの実施形態によれば、方法は、第２の温度での前記加熱の間、１０Ｔｏｒｒ未満の内部周囲圧力を有するように炉を操作することをさらに含む。

いくつかの実施形態によれば、１０Ｔｏｒｒ未満の内部周囲圧力を有するように炉を操作することは、１０Ｔｏｒｒ未満の内部周囲圧力を維持しながら炉内から第１のバインダ成分を除去するために炉を通るガス流を制御することを含んでいる。

いくつかの実施形態によれば、本方法は、第１の温度での前記加熱の間、炉内にガスを送り込むことをさらに含む。

いくつかの実施形態によれば、第２の温度は、２５０℃以上、５００℃以下である。

いくつかの実施形態によれば、第３の温度は、８００℃以上、１５００℃以下である。

前述の装置および方法の実施形態は、上記または以下でさらに詳細に説明される局面、特徴、および行為の任意の好適な組み合わせで実施され得る。本教示のこれらおよび他の態様、実施形態、および特徴は、添付の図面と併せて以下の説明からより完全に理解することができる。

以下の図を参照して、様々な態様および実施形態について説明する。図が必ずしも縮尺通りに描かれていないことを理解されたい。図面において、様々な図に図示されている各同一またはほぼ同一の構成要素は、同数の数字で表されている。明確にするために、すべての図面においてすべての構成要素がラベル付けされていない場合がある。
図１Ａは、いくつかの実施形態による付加製造システムのブロック図である。 図１Ｂは、いくつかの実施形態による、図１Ａのシステムの例示的な溶融フィラメント造形（ＦＦＦ）サブシステムのブロック図である。 図１Ｃは、いくつかの実施形態による、図１Ａのシステムの例示的な脱バインダサブシステムのブロック図である。 図１Ｄは、いくつかの実施形態による、図１Ａのシステムの例示的な炉のサブシステムのブロック図である。 図２Ａは、いくつかの実施形態による付加製造システムのブロック図である。 図２Ｂは、いくつかの実施形態による、図２Ａのシステムの炉のサブシステムの断面図を示す。 図３は、いくつかの実施形態による、熱処理工程中の時間経過に伴う炉内温度のスケジュールを示すチャートである。 図４Ａは、金属粉末からなる原料で形成された造形部品の例示的な拡大断面の模式図である。 図４Ｂは、熱脱バインダを受けた図４Ａの例示的な製造された部品の概略図である。 図５Ａは、ある実施形態による従来のフィードストックの熱重量分析を示す図である。 図５Ｂは、ある実施形態による従来のフィードストックの熱重量分析を示す図である。 図６Ａは、ある実施形態による、様々な第１のバインダ成分の熱重量分析を示す。 図６Ｂは、ある実施形態による、様々な第１のバインダ成分の熱重量分析を示す。 図６Ｃは、ある実施形態による、様々な第１のバインダ成分の熱重量分析を示す。 図７は、いくつかの実施形態による、付加造形および熱脱バインダ技術によって金属部品を形成する方法のフローチャートである。 図８は、本発明の態様が実施され得るコンピューティングシステム環境の一例を示す図である。

ＦＦＦ（溶融フィラメント造形：Fused Filament Fabrication）は付加造形の一種で、ビルド材料（フィードストックともいう）をビルドプラットフォームなどの基板上に押し出し、造形物（object）を形成するものである。一般に、ビルド材料には熱可塑性プラスチックが含まれ、加熱された押出機ヘッドから押し出される。場合によっては、加熱された押出機ヘッドは、堆積プロセス中にビルドプラットフォームに対して相対的に移動し、その結果、造形物が連続的に形成されることがある。バウンドメタルデポジション（ＢＭＤ）と呼ばれるＦＦＦスタイルの製造方法の１つでは、ビルド材料は１つ以上の粉末を含み、造形された部品は他の成分に加えて粉末形態の固体を含むようにすることができる。ビルド材料内の粉末は、金属粉末、セラミック粉末、酸化物粉末、および／または炭化物粉末を個別にまたは粉末の混合物の一部として含むことができる。いくつかのアプローチでは、これらの他の成分は、粉末を一緒に保持し、部品の製造後に除去される１種または複数種のバインダを含むことができる。この結合材は、部品の造形後に除去される。脱バインダされた（バインダが除去された）部品は、炉の中で焼結され、固体の金属物体となる。

脱バインダ工程は、従来、いくつかの段階を含み、いくつかの異なるハードウェアを利用する。例えば、第１の脱バインダ段階は、バインダの少なくとも一部を化学的に除去する溶媒浴中で行われ、次いで第２の脱バインダ段階は、炉内で行われることがある。しかし、この溶媒脱バインダ段階は、いくつかの理由で問題がある場合がある。まず、バインダを溶解するために化学溶媒を部品に浸透させなければならず、第１のバインダが溶媒に溶解するのに時間がかかるため、この段階には数時間から数日かかる場合がある。第二に、第１のバインダの溶解により、部品に開口部ができることがある。第三に、溶媒によって部品が膨張することがある。溶媒が部品に浸透する時間が不均一なため、部品の比較的厚い部分に比べ、比較的薄い部分が早く膨張したり、部品の比較的薄い部分がより膨張したりすることがある。このような膨潤により、部品（特に薄肉部と厚肉部の交点）に歪みやクラックが発生することがある。

他の脱バインダ方法は、溶剤脱バインダには依存しない。このような方法のひとつに、高温の硝酸蒸気の中で部品を脱バインダする触媒脱バインダがある。しかし、触媒脱バインダを行うには、その後の焼結工程とは別に炉を用意しなければならないため、この方法にも問題がある。さらに、硝酸蒸気の健康への危険な影響からユーザを守るための管理、１００℃～１４０℃の酸性で攻撃的な硝酸蒸気を扱うための炉の部品設計が必要である。

本発明者らは、溶媒脱バインダや触媒脱バインダを必要とせず、炉内での熱脱バインダのみで実施し得る付加造形部品の脱バインダ技術を認識し、評価している。その結果、少なくともいくつかの場合において、脱バインダ及び焼結は、単一の炉内で順次行われ得る。いくつかの実施形態において、本技術は、部品に悪影響を与えない熱脱バインダプロセスを可能にするバインダとして、特定の材料を利用してもよい。

従来、熱のみの脱バインダにおける１つの課題は、脱バインダ中にバインダ材料が不完全に除去された場合、部品が加熱されている間に残りの材料が流れ始め、それによって部品の形状が変形する、またはその他の方法で形状が変化する可能性があるということである。例えば、第１のバインダが不完全に除去された場合、通常、ビルド材料の残りの成分に対して可塑化および潤滑効果を有し、炉内で温度が上昇するにつれてビルド材料の流動を促進させる。このような流れは、ＦＦＦを用いて部品を最初に形成する際に材料が流れた方法と同様である可能性があり、これにより造形物が流れ、反り、傾き、スランプ、崩壊、ブリスター形成、及び／又はクラックが生じる可能性がある。

いくつかの実施形態によれば、付加造形のためのビルド材料（本明細書ではフィードストックとも呼ばれる）は、部品内の残りの材料の前述の望ましくない流動を引き起こすことなく、熱処理中に部品から完全に（又はほぼ完全に）除去できる特定の材料特性を有する第１のバインダ成分を含んでもよい。本発明者らは、第１のバインダ成分の融点及び／又は蒸気圧が、適切な第１のバインダ成分（ここでは「第１のバインダ」とも称する）を選択する際に考慮すべき重要な特性であると認識及び理解しており、第１のバインダ成分が、加熱によって成分を完全に除去できるように（第１のバインダ成分の蒸発及び／又は昇華を引き起こし）、部品の変形を引き起こすことを抑制できる。

例えば、第１のバインダ成分の融点は、熱処理によって第１のバインダ成分を除去できる温度を規定し、また室温でのバインダを含む部品の機械的特性の少なくとも一部に影響を与える可能性がある。融点が高すぎると、熱処理中に部品に悪影響を及ぼすことなく第１のバインダ成分を除去することができない場合があり、逆に融点が低すぎると、部品が室温で軟らかくなりすぎる場合がある。対照的な例として、本発明者らは、フィードストック内の従来の第１のバインダ成分としてパラフィンワックスを使用すると、熱脱バインダを行うだけでは造形された部品の変形を引き起こすことがあることを観察している。本発明者らは、パラフィンワックスが蒸発する温度が十分に高く、パラフィンワックスを安全に除去する前に、フィードストックの残りの成分を軟化及び流動させ、それによって部品を損傷させるためにこの現象が起こることを認識及び理解した。したがって、従来、パラフィンワックスを含むフィードストックから形成された部品は、熱処理前に化学的に脱バウンドされるのが一般的である。

いくつかの実施形態によれば、付加造形用のビルド材料は、バインダに加えて、金属粉末及び／又はセラミック粉末を含んでよい。バインダは、バインダの３０体積％以上６０体積％以下を構成する第１の有機バインダ成分を含んでもよい。第１の有機バインダ成分は、４０℃を超え１４０℃以下の融点を有していてもよく、５０℃から１６０℃の間のすべての温度において０．０５Ｔｏｒｒを超える蒸気圧を有していてもよい。これらの特性は、部品に損傷を与えることなくビルド材料からバインダ成分を除去することを可能にする、熱処理中の前述の挙動をもたらす可能性がある。いくつかの実施形態において、有機バインダ成分は、疎水性部位及び親水性部位の両方を含んでいてもよい。例えば、有機バインダ成分は、アルコール、カルボン酸、又はアミンであってもよい。いくつかの実施形態では、有機バインダ成分は、１０～２０個の炭素原子を有する、置換または非置換の脂肪族鎖である疎水性部位を含んでいてもよい。このような部位は、上述の望ましい融点及び蒸気圧特性をもたらすことができる。

上述したようなビルド材料は、以下に説明するような適切な熱プロセスと相まって、溶剤脱バインダ及び触媒脱バインダの上述した欠点に対処し得る。本明細書に記載される技術は、溶媒脱バインダおよび触媒脱バインダにおいて実行されるような、装置間または装置内で脱バインダ部品（繊細であり得る）を移動させる必要性を取り除くことに加えて、最終部品の欠陥につながりにくい、より速い脱バインダプロセスを提供してもよい。

グリーン部品、ひいては最終部品を形成するためのフィードストックは、粉末（例えば、金属粉末粒子および／またはセラミック粉末）、第１のバインダおよび第２のバインダから構成されてもよい。フィードストックは、湿潤剤、滑り剤／潤滑剤、及び離型剤をさらに含んでもよい。また、フィードストックは、連続相と離散相とを含んでいてもよく、この場合、フィードストックの成分（例えば、バインダ、金属粒子、潤滑剤、湿潤剤、粘着付与剤等）は、所定の機能を有する各相に割り当てられていてもよい。

いくつかの実施形態では、グリーン部品が形成されるビルド材料は、第１のバインダ（例えば、昇華性バインダ、又は蒸発性バインダ）及び第２のバインダを含んでもよい。グリーン部品は、炉に入れ、第１のバインダの昇華を引き起こすように、適切な真空（または特定の個々のガス種またはガス種の混合物の低分圧または制御された分圧）および温度条件下に所定時間保持されてもよい。真空または低分圧を維持することで、ガス状の成分が部品上または炉内に戻って堆積しないようにすることができる。代替的に又は追加的に、ガス形態のバインダが部品及び／又は炉内に戻って堆積しないことを保証することは、ガス流（又はチャンバ回転）の速度が圧力と共に増加し得る、任意の圧力の掃引ガスで達成されてもよい。このような実施形態では、以下でさらに説明するように、第１のバインダはガスに変化し、第２のバインダはそのままの状態を維持することができる。

いくつかの実施形態では、炉を第１のバインダ成分の融点直下まで加熱して、成分のガスへの変換速度（例えば、昇華による）を最大にすること、およびガスを（部品または部品の近傍から）流動ガス掃引または真空のいずれかによって除去することを含むことができる。また、真空レベル／圧力に関係なく、炉内で流動ガスを使用することができ、これにより、任意の温度／真空の組み合わせで昇華速度を向上させることができる。圧力を調整することで、昇華のための温度条件を調整することができるので、これは利点となり得る。これは、ほとんどの昇華性材料候補（例えば、デュレン）の融点が圧力によって変化する可能性があるためであると考えられる。昇華温度を（範囲内で）選択できることは、有利には、どの第２のバインダを第１のバインダと対にすることができるかについて、より多くの選択肢を提供することができる。

説明のために、図１Ａ～１Ｄは、付加製造部品を形成する従来のプロセスを示す。グリーン部品を製造するために溶融フィラメント製造（ＦＦＦ）を使用し、次いでブラウン部品を製造するために溶媒脱バインダを行い、次いで最終部品を製造するために炉で焼結する。

図１Ａは、本開示のいくつかの実施形態による付加製造システムのブロック図である。システム１００は、溶融フィラメント造形（ＦＦＦ）サブシステム１０２などの付加造形装置（３次元（３Ｄ）プリンタとも呼ばれることがある）、脱バインダサブシステム１０４、及び製造後のグリーン部品を処理するための加熱炉サブシステム１０６を含む。溶融フィラメント造形サブシステム１０２は、例えば、ビルドプレートの上にビルド材料の連続した層を堆積させることによって、ビルド材料から造形物を形成するために使用されてもよい。ビルド材料は、金属粉末及び少なくとも１種のバインダ材料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ビルド材料は、第１のバインダ及び第２のバインダ（例えば、ポリプロピレンなどのポリマー）を含んでもよい。

脱バインダサブシステム１０４は、溶融フィラメント造形サブシステム１０２によって製造されたグリーン部品を処理して、第１のバインダ材料がグリーン部品から除去され得る第１の脱バインダプロセスを実行するように構成され得る。上述したように、第１の脱バインダ工程は、図１Ｃを参照してさらに詳細に説明されるように、従来、溶剤脱バインダ工程であってもよい。そのような場合、第１のバインダ材料は脱バインダ液に溶解し、第２のバインダ材料は残って、金属粒子をブラウン部品の所定の位置に保持することができる。

炉サブシステム１０６は、第２のバインダ及び／又は任意の残りの第１のバインダが気化されてプリント部品から除去され得る第２の脱バインダプロセスを行うことによって、ブラウン部品を処理するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、第２の脱バインダプロセスは、炉サブシステム１０６が部品を加熱して第２のバインダを気化させる（又はそうでなければ第２のバインダをガスに変換する）ように動作する熱脱バインダプロセスを含んでもよい。

図１Ａに示すように、システム１００はまた、ユーザインターフェース１１０を含んでもよく、これは、例えば、溶融フィラメント造形サブシステム１０２、脱バインダサブシステム１０４、および炉サブシステム１０６など、１つ以上のコンポーネントに動作的に結合されてもよい。いくつかの実施形態では、ユーザインターフェース１１０は、リモートデバイス（例えば、コンピュータ、タブレット、スマートフォン、ラップトップなど）、またはシステム１００に組み込まれたインターフェース、例えば、コンポーネントの１つまたは複数上にあるものであってもよい。ユーザインターフェース１１０は、溶融フィラメント造形サブシステム１０２、脱バインダサブシステム１０４、及び／又は炉サブシステム１０６のうちの１つ以上に有線又は無線で接続されてもよい。システム１００はまた、制御サブシステム１１６を含んでもよく、これは、ユーザインターフェース１１０に含まれてもよく、または別個の要素であってもよい。

溶融フィラメント造形サブシステム１０２、脱バインダサブシステム１０４、炉サブシステム１０６、ユーザインターフェース１１０、及び／又は制御サブシステム１１６はそれぞれ、システム１００の他の構成要素に直接又はネットワーク１１２を介して接続されてもよい。ネットワーク１１２は、インターネットを含んでもよく、システム１００の様々な構成要素を含む１つ以上のコンピュータ、サーバ、及び／又は携帯型モバイルデバイスを介した通信を提供してもよい。例えば、ネットワーク１１２は、様々な構成要素間のデータ転送接続を提供し、例えば、１つ以上の部品またはプリントされる１つ以上の部品に対する部品形状、プリント材料、１つ以上の支持体および／または支持体インターフェースの詳細、プリント指示、バインダ、加熱および／または焼結時間および温度等を含むデータの転送を許可しても良い。

さらに、ネットワーク１１２は、クラウドベースのアプリケーション１１４に接続されてもよく、このアプリケーションは、上述したように、データ転送接続を提供するために、様々な構成要素とクラウドベースのアプリケーション１１４との間のデータ転送接続も提供することができる。クラウドベースのアプリケーション１１４は、ウェブブラウザでユーザによってアクセスされてもよく、様々なユーザ入力詳細に基づいてプリントされる部品または造形品を形成するための様々な指示、アプリケーション、アルゴリズム、動作方法、プリファレンス、履歴データなどを含んでもよい。代替的または追加的に、様々な指示、アプリケーション、アルゴリズム、操作方法、好み、履歴データなどは、ローカルサーバ（図示せず）にローカルに格納されてもよいし、溶融フィラメント造形サブシステム１０２、脱バインダサブシステム１０４、焼結炉サブシステム１０６、ユーザインターフェース１１０、および／または制御サブシステム１１６のうちの１以上の内部のストレージおよび／または処理デバイスに、またはこれらのうちの１以上に動作可能に結合されたストレージおよび／または処理デバイスに格納されてもよい。この態様において、溶融フィラメント造形サブシステム１０２、脱バインダサブシステム１０４、炉サブシステム１０６、ユーザインターフェース１１０、および／または制御サブシステム１１６は、インターネットおよび／または他のネットワークから切断されてよく、これは、システム１００の構成要素のセキュリティ保護を増加させ得る。いずれの態様においても、追加のコントローラ（図示せず）は、溶融フィラメント造形サブシステム１０２、脱バインダサブシステム１０４、及び炉サブシステム１０６等のうちの１つ又は複数に関連してもよく、プリント造形物を形成する指示を受け取り、プリント造形物を形成するようにシステム１００の１つ又は複数のコンポーネントに指示するように構成されてもよい。

図１Ｂは、いくつかの実施形態による、例示的な溶融フィラメント造形（ＦＦＦ）サブシステムのブロック図である。図１Ｂの例では、溶融フィラメント造形サブシステム１０２は、三次元部品を形成するためにビルド材料１２４（これは、フィードストック１２４とも呼ばれ得る）を押し出してもよい。上述したように、ビルド材料は、金属粉末と、１つ以上の成分を含むバインダとの混合物を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ビルド材料は、セラミック粉末と、１つ以上の成分を含むバインダとの混合物を含んでもよい。一般に、ビルド材料は、金属粉末、プラスチック、ワックス、セラミック、ポリマーなどの任意の組合せを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ビルド材料１２４は、金属粉末と１つ以上のバインダ成分（例えば、第１のバインダと第２のバインダ）の組成物からなるロッドまたはフィラメントの形態であってよい。

溶融フィラメント造形サブシステム１０２は、押出ヘッド１３２を含む押出アセンブリ１２６を含んでもよい。溶融フィラメント造形サブシステム１０２は、ビルド材料１２４を押出ヘッド１３２の中に移動させるように構成された作動アセンブリ１２８を含んでもよい。例えば、作動アセンブリ１２８は、ビルド材料１２４のロッドを押出ヘッド１３２の中に移動させるように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ビルド材料１２４は、例えば、フィーダアセンブリ１２２から作動アセンブリ１２８に供給フィードストックフィラメント又は繊維のスプールとして連続的に提供されてもよく、この作動アセンブリは、今度はビルド材料１２４を押出ヘッド１３２の中に移動させることができる。いくつかの実施形態では、作動アセンブリ１２８は、フィーダアセンブリ１２２から押出ヘッド１３２に向かって、及び押出ヘッド１３２の中へビルド材料１２４を連続的に把持又は押し込むために、線形アクチュエータを採用してもよい。

いくつかの実施形態では、溶融フィラメント造形サブシステム１０２は、押出ヘッド１３２に移動されたビルド材料１２４が加工可能な状態に加熱され得るように熱１３６を生成するように構成されたヒーター１３４を含む。いくつかの実施形態では、ヒーター１３４は、押出ヘッド１３２に一体化されてもよい。本明細書で使用されるように、ビルド材料の「加工可能な状態」は、押出ヘッドを通して作動させることができるビルド材料を指す場合がある。場合によっては、「加工可能な状態」は、ビルドプレートに付着することができる状態のビルド材料、及び／又は連続的に堆積されたボリュームに凝集することができる状態のビルド材料を指すこともある。

ビルド材料１２４は、ビルド材料がヒーターに近接している時間及び／又はビルド材料がヒーターにどれだけ近いかに応じて、ヒーターの温度又はそれ以下の温度まで加熱されてもよい。例えば、ヒーターは、作動すると、１６０℃と２００℃の間である温度まで加熱してもよく、ビルド材料が押出装置（上述のようにヒーターが一体であってもよい）を通して押し出されると、ビルド材料は、ヒーターの作動温度の数度以内まで加熱されてもよい。一例として、１６５℃のヒーター温度の場合、ビルド材料の温度は、最大で１６５℃まで加熱されてもよい。押出中のビルド材料の温度は、本明細書において、"堆積温度"と称されることがある。上記の例では、例えば、ビルド材料の堆積温度は１６５℃である。

いくつかの実施形態によれば、付加造形中の堆積温度は、１００℃、１２０℃、１４０℃、１６０℃、１７０℃、１８０℃、１９０℃、又は２００℃以上であってよい。いくつかの実施形態によれば、付加造形中の堆積温度は、２００℃、１９０℃、１８０℃、１７０℃、１６０℃、１４０℃、１２０℃、又は１００℃以下であってよい。上記範囲の任意の好適な組み合わせも可能である（例えば、１４０℃以上、１７０℃以下の付加造形中の堆積温度）。

いくつかの実施形態では、加熱されたビルド材料１２４は、ノズル１３３を通して押し出され、加工可能なビルド材料１４２をビルドプレート１４０上に押し出してもよい。ヒーター１３４は、熱１３６を生成するための例示的な装置であり、熱１３６は、任意の適切な方法で、例えば、代替の実施形態において、押出アセンブリ１２６と相互作用するビルド材料１２４の摩擦を介して生成されてもよいことが理解される。図１Ｂに示されているノズル１３３は１つであるが、押出アセンブリ１２６は、他の実施形態において１つより多いノズルから構成されてもよいことが理解される。いくつかの実施形態において、溶融フィラメント造形サブシステム１０２は、非焼結セラミック材料をビルドプレート１４０上に押し出すように構成された別の押出アセンブリ（図１Ｂに示されていない）を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、溶融フィラメント造形サブシステム１０２は、コントローラ１３８を備える。コントローラ１３８は、加工可能なビルド材料がビルドプレート１４０上に堆積して三次元グリーン部品１３０を造形するように、ビルドプレート１４０に対する押出経路（ツールパスとも呼ばれる）に沿ってノズル１３３を位置付けるように構成されてもよい。コントローラ１３８は、３次元モデルに従ってグリーン部品１３０を造形するために、溶融フィラメント作製サブシステム１０２の動作を管理するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、コントローラ１３８は、金属プリントサブシステム１０２に対してリモートであってもローカルであってもよい。コントローラ１３８は、集中型又は分散型システムであってよい。いくつかの実施形態では、コントローラ１３８は、フィーダアセンブリ１２２を制御してビルド材料１２４を吐出させるように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、コントローラ１３８は、押出アセンブリ１２６、例えば、作動アセンブリ１２８、ヒータ１３４、押出ヘッド１３２、またはノズル１３３を制御するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、コントローラ１３８は、制御サブシステム１１６に含まれてもよい。

溶融フィラメント造形サブシステム１０２は、プリンタ内の制御された周囲環境を提供するために、プリンタの内部および外部の周囲環境（例えば、実験室またはオフィス空間）を分離してもよい。サブシステムはまた、プリントプロセスから（昇華、蒸発、またはガス状化合物への反応から）バインダを離れる任意の材料を捕捉するための濾過機構を含んでもよい。代替的に又は追加的に、溶融フィラメント造形サブシステム１０２は、制御された造形温度及び雰囲気、並びに濾過機構を提供し得るシステムを含むか又はそれと連通していてもよい。

図１Ｃは、グリーン部品１３０を脱バインダするための従来の化学的脱バインダサブシステム１０４のブロック図を示している。化学的脱バインダサブシステム１０４は、第１の脱バインダプロセスのためにグリーン部品１３０が挿入され得るプロセスチャンバ１５０を含んでもよい。第１の脱バインダ工程は、脱バインダ液、例えば、溶媒を含む貯蔵チャンバ内で実行されてもよい溶媒脱バインダ工程であってもよい。貯蔵チャンバ１５６は、貯蔵チャンバ１５６を脱バインダ流体で充填、再充填、及び／又は排出するために使用され得るポートを含んでいてもよい。貯蔵チャンバ１５６は、脱バインダサブシステム１０４に取り外し可能に取り付けられてもよい。例えば、貯蔵チャンバ１５６は、脱バインダサブシステム１０４内の脱バインダ流体を補充するために取り外され、交換用貯蔵チャンバ（図１Ｃに示されていない）と交換されてもよい。貯蔵チャンバ１５６は、取り外され、脱バインダ液で補充され、脱バインダサブシステム１０４に再装着されてもよい。上述したように、本開示の実施形態は、化学的脱バインダの必要性を排除してもよく、第１のバインダは、以下でさらに説明されるように、昇華を介して除去されてもよい。このような実施形態では、昇華による第１のバインダの除去、気化による第２のバインダの除去、及び金属部品の焼結を含む全ての熱処理は、炉で行われてもよい。

図１Ｄは、例示的な実施形態による炉サブシステム１０６のブロック図である。炉サブシステム１０６は、炉チャンバ１６２、隔離システム１６４、空気注入器１６９（酸素注入器とも呼ばれ、空気又は酸素ガスをシステムに導入してもよい）、及び触媒コンバータシステム１７０のうちの１つ又は複数を含んでもよい。

炉チャンバ１６２は、制御された雰囲気を封入するように設計された密閉可能で断熱されたチャンバであってよい。いくつかの実施態様では、チャンバ内の雰囲気は、実質的に酸素を含まないように制御されてもよい。いくつかの実施形態では、雰囲気は、燃焼を防止するために、実質的に酸素を含まないように構成されてもよい。本開示の文脈では、制御された雰囲気とは、少なくとも組成及び圧力が制御されている雰囲気を指す。雰囲気は、実質的に酸素を含まないように制御されてもよく、いくつかの実施形態では、雰囲気は、燃焼を防止するために実質的に酸素を含まないように構成される。

炉チャンバ１６２は、炉チャンバ１６２内に封入されたチャンバ内容物を加熱するための１つまたは複数の加熱要素１８２を含んでもよい。図１Ｄに示すように、ブラウン部品１３１は、熱処理のために炉チャンバ１６２に配置されてもよい。例えば、熱脱バインダ工程又は高密度化工程である。いくつかの実施形態では、炉チャンバ１６２は、ブラウン部品１３１に含まれる任意のバインダ成分を除去するために、熱脱バインダプロセスの一部として適切な温度に加熱されてもよく、その後、部品を緻密化するために焼結温度に加熱されてもよい。炉チャンバ１６２は、ブラウン部品１３１が位置する領域を部分的に又は完全に囲む壁を有するレトルト１８４を含んでもよい。いくつかの実施形態では、炉チャンバ１６２、具体的にはレトルト１８４は、炉チャンバ１６２内でグリーン部品１３０が置かれ得る１つ又は複数の棚を含んでもよい。

プリント部品１３１が熱処理中、例えば熱脱バインダ処理中に加熱される際に、熱処理中のプリント造形物の周囲の雰囲気に影響を与えるために、ガスが炉チャンバに導入されてもよい。いくつかの実施形態では、炉内雰囲気の時間当たりのある量は、炉チャンバ１６２からポンプアウトされ、隔離システム１６４を通って流れ、触媒コンバータシステム１７０の方に向けられることがある。隔離システム１６４は、下流物質、ガス、またはガス成分（例えば、ガス、特に空気注入器１６９からの酸素ガス）が、炉チャンバ１６２に向かって輸送されて戻るのを防止するように構成されてもよい。隔離システム１６４又は触媒コンバータシステム１７０は、有毒ガスの少なくとも一部、例えば、揮発したバインダ成分の少なくとも一部を除去するように構成されてもよい。

上述したように、図１Ａ～１Ｄのシステムは、溶媒脱バインダステップを含む付加製造のための従来のシステムを表している。１Ａ～１Ｄは、溶媒脱バインダステップを含む付加製造のための従来のシステムを表している。本明細書に記載される技術は、溶媒脱バインダステップを排除し、熱脱バインダステップのみを必要とすることによって、このようなシステムを改善する。結果として得られるシステムは、いくつかの実施形態による、本開示の実施形態を実施するのに適した付加製造システムのブロック図である図２Ａによって表され得る。

図２Ａに見られるように、付加製造システム２００は、図１Ａに示され、上述されたような構成要素１０２、１１０、１１２、１１４および１１６を含むが、特に脱バインダサブシステム１０４を必要とせず、むしろ以下に説明する炉サブシステム２０６を必要とするだけである。図２Ａの例では、炉サブシステム２０６は、溶融フィラメント造形サブシステム１０２によって製造されたグリーン部品を脱バインダし、得られたブラウン部品を焼結するように操作することができる。

図２Ｂは、いくつかの実施形態による、図２Ａの炉サブシステム２０６の断面図を示している。以下でさらに議論されるように、本明細書に記載される熱脱バインダのための技術によれば、炉を通る圧力及びガス流の適切な制御は、第１のバインダ成分を適切に除去するために重要である。炉サブシステム２０６は、炉内の圧力を制御しながらグリーン部品２１０を加熱するように構成される。

炉２０６は、周囲の雰囲気をチャンバの内部の領域から分離する真空（または他の分離）チャンバ２０２と、厚みのある高温断熱材２０４と、一連の加熱要素（明確にするために図示せず）とからなり、これらは、前述の要素の内部に座するレトルト２０８のいくつかの側に存在してもよい。示されるように、レトルトは、部品２１０を支持する一連の棚を含んでもよく、レトルトは、焼結される造形物に対して(across)スイープガスを分配するための一体型（または別個の）ガス流マニホルドをさらに備えて構成されてもよい。ガスが造形物と相互作用した後、下流マニホールドは、ポンプまたは他の同様の機構に向かう出口を介してガスを収集し除去するように構成されてもよい。入口および出口マニホールドの上流または下流には、炉チャンバ内外へのガス種の流量および圧力を制御するための様々な装置が採用される場合がある。例えば、１つ以上のポンプ（例えば、圧力ポンプ、真空ポンプ）が、炉２０６のチャンバ内の圧力を制御するために、入口及び／又は出口に結合されて操作されてもよい。

炉２０６は、以下にさらに説明するように、蒸発、昇華、または他の手段によって気体に変換され得る第１のバインダ成分と共に使用するように構成されてもよい。例えば、炉は、部品内の第１のバインダ及び第２のバインダを昇華及び／又は気化させるための温度及び圧力条件を達成することができるものであってよい。炉は、昇華した成分が、ポンプを通して排気されるか、または触媒コンバータによって反応させられて排気され得る材料に変換、燃焼、反応、または熱分解され得る温度以上に構成されたフローラインまたはインライン加熱要素から構成されていてもよい。例えば、炉は、少なくとも、真空状態を達成し、維持することが可能であってもよい（例えば。１０^－４～１０Ｔｏｒｒ、０．２Ｔｏｒｒと低い範囲、または少なくとも約５～１０Ｔｏｒｒ、しかしおそらく３００Ｔｏｒｒまたは２２００Ｔｏｒｒと高い範囲を含む）、いくつかの実施形態では、約２５℃～１４００℃（例えば鉄金属の焼結に使用し得るように）、他の実施形態では約２５℃～２８００℃（例えばセラミックおよび炭化物の焼結に使用し得るように）温度範囲である。また、温度範囲は、金属セラミック粉末を焼結するのに適した範囲を含んでもよい。例えば８００～１２００℃のピーク温度は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、またはこの範囲に融点を有する他の金属、合金、およびセラミックスに使用されてもよい。鉄系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の金属や合金には、１２００～１４００℃のピーク温度を使用することができる。一部の炭化物やセラミックスでは、１４００～１６００℃のピーク温度を使用することができる。

炉２０６は、部品の汚染を避けるために、バインダ（複数可）または熱脱バインダプロセスの他の副産物からのガス状流出物を管理するようにさらに構成されてもよい。これは、例えば、触媒コンバータを含む１つ以上のゲッター（例えば、活性炭、または金属粉末、フレーク、ターニング（turning）、チップ、または酸素に対して高い親和性を有する材料の顆粒）、または流出物を管理するために利用できる任意の適切な構造または構造の組み合わせを含むスイープガスの使用を可能にすることによって達成されてもよい。流出物は、レトルトおよび炉チャンバから離れた（distal）位置として捕捉されてもよい。別の実施形態では、昇華した材料は、流出物が高温要素と密接かつ直接接触するように、流出物を高温要素のアセンブリに通すことによって変換、熱分解、またはその他の方法で反応されてもよく、一部の実施形態では、要素は２００℃～５００℃の間の温度に保持されてもよい。他の実施形態では、エレメントは４００℃から８００℃の間の温度で保持されてもよい。流出物が高温要素のアセンブリを通過すると、昇華した材料は、触媒コンバータ、ポンプシステム等によって管理できる気体成分または不活性固体に実質的に変換される。さらに、炉は、熱脱バインダ及び／又は焼結を含む熱処理の状態を監視するための圧力又は温度ゲージを含んでもよい。図３に関連して説明した炉サブシステム２０６は、これらの説明された特徴のうちの１つ以上を含んでもよい。

グリーン部品を熱的に脱バインダおよび焼結するために炉２０６がどのように操作され得るかをさらに説明するために、図３は、いくつかの実施形態による、時間経過に伴う炉の温度を示すグラフを示す。上述したように、本明細書に記載される技術は、部品内のビルド材料を流動させることなく熱的脱バインダを可能にする。この結果は、ビルド材料内の適切なバインダと結合された図３に描かれたプロセスによって生成され得る。図３内では、部品が第１のバインダ成分、第２のバインダ成分、及び金属又はセラミックなどの少なくともいくつかの他の材料を含むと仮定されているが、プロセス及び材料の両方が以下にさらに詳細に説明される。

図３の例では、炉はまず第１の温度Ｔ_１に加熱される。以降の議論において、炉の温度が言及される場合、これは炉が運転されている温度を指し、炉内の部品の温度は必ずしも同時にはならないものとする。炉を温度Ｔ_１まで加熱した後、炉はこの温度で一定時間保持され、第１のバインダの昇華および／または蒸発により部品から第１のバインダ成分を除去することができる。この期間は、図３では段階３１０と表示されている。

温度Ｔ_１は、以下の方法で選択することができる。まず、Ｔ_１は、グリーン部品の製作中の堆積温度以下であることが望ましい。Ｔ_１がこの温度以上であった場合，加工時と同様に材料が流動してしまい，部品が変形してしまう可能性がある。さらに、Ｔ_１は、第２のバインダ成分の融点未満であることが望ましく、そうでなければ、第２のバインダの溶融により部品がより可動化することになる。段階３１０の間、炉内の圧力は、部品からの第１のバインダの除去を助けるために低圧に保持されてもよい。

図３のプロセスの間、炉の条件（例えば、圧力および温度）を第１のバインダの所望の条件（例えば、第１のバインダの昇華が起こり得る条件であって、安定しているが遅すぎない昇華速度）に設定することによって、第１のバインダ成分を除去するために炉を操作してもよい。例えば、昇華により部品から第１のバインダを除去するために、炉を第１のバインダの融点未満の温度（例えば、約６０℃）および第１のバインダの昇華を引き起こすのに適した圧力（例えば、約５～１０ｔｏｒｒ未満）に設定することができる。第１のバインダを除去するための温度（又は温度範囲）は、第１のバインダの融点（例えば、標準的な周囲温度及び圧力で分離した場合の第１のバインダの融点）未満の温度であってよい。このような条件は、少なくともいくつかの場合において、第１のバインダの固体から液体への相変化を回避し、代わりに固体から気体への相変化を直接引き起こす可能性がある。第１のバインダが所望の条件にさらされると、第１のバインダは昇華し、部品から排出されることがある。言い換えれば、固体の第１のバインダは、適切な昇華条件にさらされると、固体から気体に直接相変化する（昇華する）可能性がある。昇華する際に、固体の第１のバインダは、グリーン部品から除去されてもよい。いくつかの実施形態では、炉内の圧力は、システム全体の圧力ではなく、昇華した種の分圧を参照してもよい。

いくつかの実施形態によれば、Ｔ_１は、５０℃、６０℃、７０℃、８０℃、９０℃、１００℃、１１０℃、１２０℃、１３０℃、１４０℃、又は１５０℃以上であってもよい。いくつかの実施形態によれば、Ｔ_１は、１６０℃、１５０℃、１４０℃、１３０℃、１２０℃、１１０℃、１００℃、９０℃、８０℃、７０℃、又は６０℃以下であってよい。上記範囲の任意の好適な組み合わせも可能である（例えば、５０℃以上、１００℃以下のＴ_１）。

いくつかの実施形態によれば、炉が温度Ｔ_１に保持される時間は、１時間、３時間、４時間、５時間、２４時間、４８時間、７２時間、または２００時間に等しいか、またはそれ以上であってよい。いくつかの実施形態によれば、炉が温度Ｔ_１に保持される時間は、３００時間以下、８０時間、６０時間、３０時間、１５時間、１０時間、５時間、又は２時間であってよい。上記範囲の任意の好適な組み合わせも可能である（例えば、１０時間以上６０時間以下の時間）。

いくつかの実施形態によれば、段階３１０の間の炉内の圧力は、１Ｔｏｒｒ、２Ｔｏｒｒ、３Ｔｏｒｒ、５Ｔｏｒｒ、７Ｔｏｒｒ、１０Ｔｏｒｒ、または１５Ｔｏｒｒに等しいか、またはそれ以上であってよい。いくつかの実施形態によれば、段階３１０の間の炉内の圧力は、２０Ｔｏｒｒ、１５Ｔｏｒｒ、１０Ｔｏｒｒ、８Ｔｏｒｒ、５Ｔｏｒｒ、または３Ｔｏｒｒ以下であってよい。上記範囲の任意の好適な組み合わせも可能である（例えば、２Ｔｏｒｒ以上、８Ｔｏｒｒ以下の圧力）。

段階３１０の終了時には、部品から第１のバインダの大部分またはすべてが除去される。段階３１０の後、昇温期間（ramp period）３１５において、炉はＴ_１よりも高い第２の温度Ｔ_２まで加熱される。一部の実施形態では、Ｔ_１とＴ_２の間の温度上昇期間に第１のバインダの一部が除去される場合がある。炉を温度Ｔ_２まで加熱した後、炉はこの温度で一定期間保持され、第２のバインダ成分が部品から除去されるようにする。この期間は、図３において段階３２０と表示されている。段階３２０において、第２のバインダは、部品からガスが放出又は発生されることになる様々なプロセスを通じて除去されることがある。ガスは、第２のバインダの気体形態を含んでもよく、及び／又は、第２のバインダの加熱を通じて、又は加熱に助けられて生成される他の任意の気体物質を含んでもよい。段階３２０は、第２のバインダのガスへの変換を含んでもよく、第２のバインダの熱分解のような工程を含んでもよい。

温度Ｔ_２は、以下の方法で選択することができる。まず、Ｔ_２が、第２のバインダを効果的に除去するための第２のバインダ成分の融点（例えば、標準的な周囲温度及び圧力で分離したときの第２のバインダの融点）超えであることが典型的に望ましい。しかしながら、いくつかの実施形態では、第２のバインダ成分は、明らかな融点を示さないか、そうでなければ、融点がもはや明確でない又は適用できないように、堆積ステップ中に（例えば、架橋によって）修飾されるようになった可能性がある。より一般的には、温度Ｔ_２は、熱重量分析からの質量減少曲線または他の関連技術の検討によって決定される場合がある。熱重量分析の場合、ビルド材料または分離された第２のバインダのサンプルの質量が監視されながら、温度上昇に曝される。温度Ｔ_２、第２のバインダの質量損失が始まる温度として特定することができる。質量損失の速度がプロセス変数または制約となる場合があるので、温度Ｔ_２、所望の質量損失の速度に基づいて選択することができる。さらに、第２のバインダの質量損失の速度および第２のバインダの質量損失が始まる温度は、プロセスガス圧力、プロセスガス流、および／またはプロセスガス種に依存する場合がある。例として、温度Ｔ_２は、プロセスガスとして水素がアルゴンに対して使用される場合、より低くてもよい。段階３２０の間、炉内の圧力は、部品からの第２のバインダ（又は第２のバインダの変換により生成されたガス）の除去を助けるために低圧に保持されてもよい。

いくつかの実施形態によれば、Ｔ_２は、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃、又は５００℃に等しいか、又はそれ以上であってもよい。いくつかの実施形態によれば、Ｔ_２は、６００℃、５００℃、４００℃、３５０℃、３００℃、２５０℃、又は２００℃以下であってよい。上記範囲の任意の好適な組み合わせも可能である（例えば、２５０℃以上、５００℃以下のＴ_２）。

いくつかの実施形態によれば、炉が温度Ｔ_２に保持される時間は、１時間、２時間、３時間、４時間、５時間、６時間、７時間、または８時間に等しいか、またはそれ以上であってよい。いくつかの実施形態によれば、炉が温度Ｔ_２に保持される時間は、８時間、７時間、６時間、５時間、４時間、３時間、２時間、または１時間以下であってよい。上記の範囲の任意の適切な組み合わせも可能である（例えば、２時間以上３時間以下の時間）。

いくつかの実施形態によれば、段階３２０の間の炉内の圧力は、１Ｔｏｒｒ、２Ｔｏｒｒ、３Ｔｏｒｒ、５Ｔｏｒｒ、７Ｔｏｒｒ、１０Ｔｏｒｒ、又は１５Ｔｏｒｒ以上であってよい。いくつかの実施形態によれば、段階３２０の間の炉内の圧力は、２０Ｔｏｒｒ、１５Ｔｏｒｒ、１０Ｔｏｒｒ、８Ｔｏｒｒ、５Ｔｏｒｒ、または３Ｔｏｒｒ以下であってよい。さらなる実施形態が存在してもよく、段階３２０の間の炉内の圧力は、５０Ｔｏｒｒ、１００Ｔｏｒｒ、または３００Ｔｏｒｒに等しいか、またはそれ以上であってもよい。他のさらなる実施形態によれば、段階３２０の間の炉内の圧力は、３７５Ｔｏｒｒ、１７５Ｔｏｒｒ、または７５Ｔｏｒｒ以下であってよい。上記範囲の任意の好適な組み合わせも可能である（例えば、２Ｔｏｒｒ以上、８Ｔｏｒｒ以下の圧力）。

段階３２０の終了時までに、部品から第２のバインダの大部分または全てが除去される。段階３２０の後、昇温期間３２５において、炉はＴ_２よりも高い第３の温度Ｔ_３に加熱される。段階３３０において、炉は部品内の金属を焼結するために選択された温度Ｔ_３に保持され、その過程は図１Ｄに関連して上述されている。

いくつかの実施形態によれば、Ｔ_３は、４００℃、６００℃、８００℃、１０００℃、１２００℃、又は１４００℃以上であってよい。いくつかの実施形態によれば、Ｔ_３は、１５００℃、１２００℃、１０００℃、８００℃、６００℃、又は４００℃以下であってよい。上記範囲の任意の好適な組み合わせも可能である（例えば、８００℃以上、１５００℃以下のＴ_３）。さらなる実施形態では、典型的には、常にではないが、耐火物（耐火金属、セラミック、炭化物などを含むが、これらに限定されない）を含む部品に適用され、Ｔ_３は１５００℃、１８００℃、２０００℃、または２５００℃と同等またはそれより高くてもよい。これらのさらなる実施形態によれば、Ｔ_３、２１００℃、１９００℃、または１６００℃以下であってよい。上記の範囲のいずれかの適切な組み合わせも可能である（例えば、８００℃以上、１５００℃以下のＴ_３）。

いくつかの実施形態によれば、段階３３０の間の炉内の圧力は、０．０５Ｔｏｒｒ、１Ｔｏｒｒ、１０Ｔｏｒｒ、または２０Ｔｏｒｒ以上であってよい。いくつかの実施形態によれば、段階３３０の間の炉内の圧力は、３０Ｔｏｒｒ、２０Ｔｏｒｒ、１０Ｔｏｒｒ、又は１Ｔｏｒｒ未満であってよい。他の実施形態では、段階３３０の間の炉内の圧力は、５０Ｔｏｒｒ、２５０Ｔｏｒｒ、３００Ｔｏｒｒ、６００Ｔｏｒｒ、７００Ｔｏｒｒ、または１０００Ｔｏｒｒ以上であってよい。いくつかの実施形態によれば、段階３３０の間の炉内の圧力は、１１００Ｔｏｒｒ、８００Ｔｏｒｒ、７００Ｔｏｒｒ、４００Ｔｏｒｒ、３５０Ｔｏｒｒ、または１００Ｔｏｒｒ以下であってよい。上記範囲の任意の好適な組み合わせも可能である（例えば、０．０５Ｔｏｒｒ以上、１０Ｔｏｒｒ以下の圧力）。

いくつかの実施形態によれば、昇温期間３１５及び３２５の各々の間の温度上昇の速度は、０．１℃／分、０．２５℃／分、０．５℃／分、１℃／分、２℃／分、又は５℃／分以上にであってもよい。いくつかの実施形態によれば、ランプ期間３１５及び３２５の各々の間の温度上昇の速度は、５℃／分、２℃／分、１℃／分、０．５℃／分、０．２５℃／分、又は０．１℃／分以下であってもよい。上記範囲の任意の好適な組み合わせも可能である（例えば、２℃／分以上５℃／分以下の速度での温度上昇）。いくつかの実施形態では、温度上昇の速度は３℃／分であってもよい。上記で言及された温度上昇率は、熱プロセス中の炉内の所望の温度の変化として定義されてもよく、実際の温度上昇率（又は変化）は、炉内の位置によって、及び炉内に置かれた造形物（部品を含む）のサイズ、形状、及び種類によって変化してもよいことが理解されるであろう。さらに、図３に示された温度および温度範囲は、炉内の所望の温度であると考えられるが、実際には、炉内で実現される実際の温度は、炉との位置関係、および炉内に置かれる物体（部品を含む）のサイズ、形状、および種類に応じて変化し得る。

図３の概略的な経時的温度チャートは例示として提供され、経時的な正確な温度プロファイルは図３に示されるほど単純化されない可能性があることも理解されるであろう。例えば、温度ホールド段階は数度にわたって変化してもよく、焼結段階はかなりの期間温度ホールドを含まなくてもよく、示されたよりも高いまたは低い温度で追加の温度変化およびホールドがあってもよい。

図３のように運転された炉内の部品の挙動について、図３の工程は次のように進行する。低温では、部品の粘性は極めて大きく（あるいは無限大、あるいは未定義）、材料は本質的に固体である。温度が上昇すると、粘性流動と同時に部品の軟化が起こることがある。この現象が起こる温度は、バインダ成分の材料特性に依存する。第１のバインダがまだ部品に残っている状態で第２のバインダが軟化し始めると、部品の流動が低すぎる温度で起こり、部品が変形してしまうことがある。あるいは、第１のバインダが適切な低温で除去できるように選択されている場合、材料の軟化の開始を第１のバインダの除去によって遅らせることができる。つまり、第１のバインダを除去すると、材料は特定温度で軟化を示さなくなる場合があり、これは第１のバインダが存在する場合と比べて、材料が同じ特定温度以上になる場合に対して、軟化が始まる前に第１のバインダが適切かつ十分に除去されていれば、流動に対する抵抗は高いままであり、変形のための駆動力は実質的な変形を生じさせるには不十分であろう。さらに、セグメント３１５を通じて温度が上昇すると、粘度は低下し続け、残存するバインダの除去が進行する。部品に残っているバインダの粘度が低下するにもかかわらず、第１のバインダの除去は、粉末粒子の濃度が十分に大きく、粒子自体が機械的に停止して互いに支え合い、部品に作用する重力または他の力によって引き起こされる運動を緩和するという条件で、粉末粒子間の潤滑性運動を防止する。さらに、バインダ成分が除去されると、部品はバインダ成分が注入された粉末構造ではなく、粉末のみの構造に変化する。

このプロセスの側面を小規模で描くために、図４Ａ及び図４Ｂは、いくつかの実施形態による、第１のバインダ成分の除去前及び除去後のグリーン部品内の材料をそれぞれ描いている。図４Ａ及び図４Ｂの例では、部品は粒子（本明細書の他の箇所に記載されているように、金属又は別の材料であってもよい）４０１と、バインダ４０３と、１以上の粘着付与剤、湿潤剤、抗酸化剤、可塑剤及び／又は界面活性剤等の他の添加剤と、を含み、バインダ４０３は、堆積温度と比較して低い温度で昇華、蒸発、又は気体に変換できる第１のバインダ、第１のバインダより高い温度で除去する第２のバインダを含んでいる。

上述したように、第１のバインダは、純粋な熱的手段、例えば、温度Ｔ_１および低圧または真空圧で炉内でプリント造形物を加熱することによって除去することができる。第１のバインダを気体種に変換するこのプロセスは、第１のバインダの完全又はほぼ完全な除去をもたらし、さらに、図４Ｂにチャネル４０５によって示されるように、プリント部品に接続された孔のネットワークを形成してもよい。次いで、残りの第２のバインダは、上述したように、より高い温度及び分圧での熱脱バインダによって除去されてもよい。

第１のバインダ除去温度とビルド材料軟化温度の分離は、上述のプロセスを介した造形物の熱脱バインダにおける材料の性能に非常に重要である可能性がある。さらに、フィードストックは、熱処理中にプリント造形物の機械的安定性を維持することを助け得るよう（粉末の体積分率に関して）多くロードされることが望まれ、妥当な時間（例えば、２０ｍｍを超える厚さの部品に対して数時間のオーダーで）脱バインダするために、フィードストックは理想的には優れた特徴忠実度と良い接着力を有する造形物をプリントすることが望まれる。高負荷のさらなる利点は、焼結時に収縮として現れる線形収縮と体積収縮の合計量を減らすことです。

フィードストックの従来のバインダ化学物質は、これらの目的を達成するために不適切に配合され、かつ不適切に処理されている。さらに説明するために、図５Ａは、いくつかの実施形態による、従来のフィードバックの熱重量（ＴＧＡ）分析を示す図である。ＴＧＡ分析は、試料の温度が変化するにつれて、試料の質量を経時的に示す。図５Ａに見られるように、質量は、実線の薄い灰色の曲線（左軸）で初期質量の割合として表され、時間に対する質量の変化率は、より濃い点線の曲線（右軸）で表される。これらのデータは、バインダ製剤の第１の成分（２６０℃付近で一次損失）と第２の成分（４５０℃付近で二次損失）の質量損失の速度がほぼ連続的であることを示している。さらに、第１のバインダの質量減少が起こる温度域（少なくとも１９０℃から３９０℃の範囲）は、フィードストック自体の軟化温度と重なるかそれを超えるため、過剰なフィードストックの流動と変形を引き起こす。例えば、示された従来のフィードストックは、溶融フィラメント堆積法を用いたグリーン部品の作製中に１００℃程度で堆積されるかもしれないにもかかわらず、加熱によって第１のバインダを除去するために、フィードストックをこの温度を十分に超える温度に加熱することが必要である。少なくともこのような理由から、このようなフィードバックは、従来、溶媒脱バインダなどの非熱的手段で除去されている。この結果は、パラフィンワックスである図５Ａの従来の供給フィードストック中の第１のバインダのＴＧＡ分析の観点から理解され得る。パラフィンワックスのＴＧＡ分析が図５Ｂに示されており、試料が約２００℃以上に加熱されるまで、パラフィンワックスサンプルの質量に著しい減少がないことが示されている。

本発明者らは、本明細書に記載されるような熱のみの脱バインダプロセスを介して脱バインダされるべきビルド材料に対する望ましい第１のバインダ成分が、わずかに極性を有する有機分子を含み得ることを認識し理解している。第１のバインダは、所定の鎖長を有する有機分子であってよく、それにより、第１のバインダは、室温で固体であるべく十分高い融点を有する一方、製造中のビルド材料の堆積温度未満の温度で加熱された第１のバインダの蒸発及び／又は昇華を引き起こすべく十分低い融点及び蒸気圧を有している。

温度範囲にわたる様々な極性および非極性化合物の蒸気圧は、本明細書で言及されるが、例えば、「The Yaws Handbook of Vapor Pressure」、Carl L. Yaws、Gulf Professional Publishing、2015などの文献に従って決定されてよく、その全体は参照によりここに組み込まれるものとする。

いくつかの実施形態によれば、ビルド材料は、バインダに加え、少なくとも１種の金属粉末及び／又は少なくとも１種のセラミック粉末を含んでもよい。バインダは、第１のバインダ成分及び第２のバインダ成分を含んでよく、第１のバインダ成分は、疎水性部位及び親水性部位を含んでいる。いくつかの実施態様において、親水性部位は、水素結合供与体及び／又は水素結合受容体などの水素結合部位であってよい。いくつかの実施形態において、第１のバインダ成分は、アルコール、カルボン酸、またはアミンであってもよい。第１のバインダがアルコールである場合、それは、オクタデカノール（例えば、１－オクタデカノール、別名ステアリルアルコール）、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、セチルアルコール、又はオレイルアルコールなどの脂肪アルコールであってもよい。疎水性部位は、飽和であっても不飽和であってもよい。

いくつかの実施形態によれば、第１のバインダ成分は、不飽和オレフィンであってよい。いくつかの実施形態によれば、第１のバインダ成分は、鎖に沿って飽和度１を有していてもよい。いくつかの実施形態によれば、第１のバインダ成分は、鎖に沿って２つ以上の飽和度を有していてもよい。いくつかの実施形態によれば、第１のバインダ成分は、α炭素が鎖の末端にある脂肪族アルコールであってよい。いくつかの実施形態によれば、第１のバインダ成分は、α炭素が鎖の末端以外の位置に存在する脂肪族アルコールであってもよい。いくつかの実施形態によれば、第１のバインダ成分は、長鎖の酸性オレフィン、酸性オレフィンのエステル形態、またはチモールなどのテルペンであってもよい。

いくつかの実施形態によれば、第１のバインダ成分の疎水性部位は、少なくとも１０個の炭素原子、少なくとも１２個の炭素原子、少なくとも１４個の炭素原子、少なくとも１６個の炭素原子、少なくとも１８個の炭素原子、又は少なくとも２０個の炭素原子の置換又は非置換脂肪族鎖であってよい。いくつかの実施形態によれば、第１のバインダ成分の疎水性部位は、２２個の炭素原子、２０個の炭素原子、１８個の炭素原子、１６個の炭素原子、１４個の炭素原子、又は１２個の炭素原子以下の置換又は非置換脂肪族鎖であってよい。上記の範囲の任意の適切な組み合わせも可能である（例えば、第１のバインダ成分の疎水性部位は、少なくとも１８個の炭素原子および２２個以下の炭素原子の置換または非置換の脂肪族鎖であってもよい）。

いくつかの実施形態によれば、ビルド材料は、バインダに加えて、少なくとも１種の金属粉末及び／又は少なくとも１種のセラミック粉末を含んでもよい。バインダは、第１のバインダ成分及び第２のバインダ成分から構成されてもよい。いくつかの実施形態では、第１のバインダ成分は、１５％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、又は５５％以上である、全バインダの体積による量（そのｖｏｌ％）を構成している。いくつかの実施形態では、第１のバインダ成分は、６０％、５０％、４５％、４０％、３５％、３０％、または２５％以下である、全バインダの体積による量を構成する。上記の範囲の任意の好適な組み合わせも可能である（例えば、第１のバインダ成分は、バインダの少なくとも３０体積％以上４０体積％以下を構成する）。

いくつかの実施形態では、第１のバインダ成分は、３０℃、３５℃、４０℃、４５℃、５０℃、５５℃、６０℃、６５℃、７０℃、７５℃、８０℃、８５℃、又は９０℃以上の大気圧での融点を有する。いくつかの実施形態では、第１のバインダ成分は、９０℃、８５℃、８０℃、７５℃、７０℃、６５℃、６０℃、５５℃、５０℃、４５℃、４０℃、３５℃、又は３０℃以下の大気圧での融点を有する。上記の言及された範囲の任意の適切な組み合わせも可能である（例えば、第１のバインダ成分は、５０℃以上６５℃以下である大気圧での融点を有する）。本明細書において、バインダ成分の融点への言及は、標準圧力（例えば、１気圧）におけるその材料の融点を指す。

いくつかの実施形態において、第１のバインダ成分は、第１のバインダ成分が１５０℃、１６０℃、１７０℃、１８０℃、１９０℃、２００℃、２１０℃、又は２２０℃以上の温度であるときに、１０Ｔｏｒｒの蒸気圧を有している。いくつかの実施形態では、第１のバインダ成分が２２０℃、２１０℃、２００℃、１９０℃、１８０℃、１７０℃、１６０℃、又は１５０℃以下の温度であるとき、第１のバインダ成分は１０Ｔｏｒｒの蒸気圧を有する。上記範囲の任意の好適な組み合わせも可能である（例えば、第１のバインダ成分が１９０℃以上、２１０℃以下の温度であるときに、第１のバインダ成分は１０Ｔｏｒｒの蒸気圧を有する）。

いくつかの実施形態では、第１のバインダ成分は、蒸気圧が、０．０１Ｔｏｒｒ、０．０２Ｔｏｒｒ、０．０５Ｔｏｒｒ、０．１０Ｔｏｒｒ、０．２０Ｔｏｒｒ、０．５０Ｔｏｒｒ、又は１Ｔｏｒｒ以上であるか、または、例えば、第１のバインダ成分が５０℃～１６０℃の範囲内の任意の温度にあるとき、第１のバインダ成分の蒸気圧は、１Ｔｏｒｒである（例えば、第１のバインダ成分が５０℃、５１℃、５２℃、…または１６０℃にあるとき、第１のバインダ成分の蒸気圧は、０．０５Ｔｏｒｒである）。いくつかの実施形態では、第１のバインダ成分は、第１のバインダ成分が５０℃～１６０℃の範囲内の任意の温度にあるとき、２Ｔｏｒｒ、１Ｔｏｒｒ、０．７５Ｔｏｒｒ、０．５０Ｔｏｒｒ、０．２５Ｔｏｒｒ、０．１０Ｔｏｒｒ又は０．０５Ｔｏｒｒ以下である蒸気圧を有する。上記の範囲の任意の適切な組み合わせも可能である（例えば、第１のバインダ成分は、５０℃から１６０℃の間のすべての温度において、０．０５Ｔｏｒｒ以上、１Ｔｏｒｒ以下の蒸気圧を有する）。

さらに例示的な第１のバインダ成分としては、カンファー、ナフタレン、デュレン（１，２，４，５－テトラメチルベンゼン）、Ｎ－フェニルウレタン、バニリン、ジメチルバニリン、ステアリルアルコール、ドコサノール（ベヘニルアルコール）レゾルシノール、フェニル酢酸、パルミチン酸、ジアンヒドロ－Ｄ－グルシトール、ステアリン酸、ドコサン、エイコサン、オクタデカン、１－ドコサノール、１－エイコサノール、１－オクタデカノール、ｎ－ドコサノール、ｎ－エイコサノール、ｎ－オクタデカノール、チモールなどが含まれる。

いくつかの実施形態によれば、バインダは、複数の異なる第１のバインダ成分から構成されてもよい。これらの複数の第１のバインダは、１つ以上の第１のバインダ成分が、第１の脱バインダ温度Ｔ_１において、バインダ中の少なくとも１種の他の第１のバインダ成分と比較して高い（または低い）蒸気圧を示すように選択されてもよい。実際には、このようなバインダ成分の組み合わせによって、高い蒸気圧を有する第１のバインダを提供することができる。高い蒸気圧を有する材料は、フィードストックが保管されている間（すなわち、部品の堆積の前）にフィードストックを離れ、フィードストックの化学的特性および流動特性に回復不能な、そしておそらく悪影響を及ぼす可能性がある。

さらに、本発明者らは、部品からの第１のバインダの除去又は損失が時差を有する（staggered）ように、複数の第１のバインダ成分を段階的に除去することが望ましい場合があることを認識している。第１のバインダ成分のこのような時差のある除去は、いくつかの理由で有利であり得る。第一に、材料の時差除去は、第１のバインダがガス状で材料から蒸発する速度を減少させ、炉内の真空またはポンプシステムに課される最大ガス負荷に関する理由から望ましい場合がある。第二に、材料の除去をずらすことで、個々の部品のより積極的な除去を可能にする。ガス状物質の発生速度およびこれらの物質が部品の様々な部分、厚さ、および構成要素を通過する際の流れに対する抵抗の結果として、部品内に応力が発生する場合があるので、一次的な個別または第１のバインダのセットの発生速度を低減し、その後、二次的なセットまたは個々の第１のバインダをより迅速に除去することが望まれる場合がある。初期の第１のバインダまたはバインダを除去することにより、開孔性を生じ、物体内の流れに対する抵抗、したがって応力を減少させることにより、二次的なセットまたは個々の第１のバインダをより迅速に除去することを促進することができる。

このリストから選択された材料のＴＧＡ分析の結果を図６Ａ－６Ｃに示す。特に、デュレン、Ｎ－フェニルウレタン、及びステアリルアルコール（１－オクタデカノール）についてのＴＧＡ分析を、図６Ａ、６Ｂおよび６Ｃにそれぞれ示す。これらの図からわかるように、ＴＧＡ曲線は、これらの材料のそれぞれについて、パラフィンワックスの場合よりも低い温度で、質量損失が始まり完了することを示している。

第１のバインダ成分に関する上記の議論のいくつかは、熱処理による第１のバインダの除去のための１つの経路が第１のバインダ成分の昇華を経由することを示すが、本技術は、他の機構を通じて熱処理により部品から除去される第１のバインダ成分にも適用され得るので、本明細書に記載される技術は昇華性バインダのみに限定されるべきではないことが理解されよう。例えば、同じ方法、プロセス、およびシステムを、熱分解（例えば、気体への変換）を受けるバインダに使用することができる。昇華は分子変化を伴わない相の変化を含むことがあるが、熱分解は分子変化を伴う固体から気体への移動を伴うことがある。このような材料／化合物は、溶剤脱バインダの問題を回避するために、第１のバインダとして使用することもできる。熱分解を受ける可能性のある例示的なバインダとしては、炭酸水素アンモニウムを挙げることができ、これは、以下によれば、約４０～５０℃でガス状生成物に分解される可能性がある。
ＮＨ_４ＨＣＯ_３（固）→ＮＨ_３（気）＋Ｈ_２Ｏ（気）＋ＣＯ_２（気）

熱分解を起こし得るさらに別の分解性バインダとしては、少なくともカルバミド（尿素）が挙げられ、これも大気圧下で３００℃程度で同様のガス状化合物に分解され得る。
ＮＨ_２－ＣＯ－ＮＨ_２（液または気）→ＮＨ_３（気）＋ＨＮＣＯ（気）

上記揮発性有機化合物は、無臭かつ生体適合性を有する場合があるため、第１のバインダとして（または第１のバインダの中に）揮発性有機化合物を１種類以上用いてもよい

上述のように、バインダを含むビルド材料は、バインダの第１の成分及び第２の成分から構成される場合がある。第２のバインダは、一般に、第１のバインダが熱脱バインダ（例えば、先に述べたように昇華させるか、さもなければ気体に変換するようにされる）を介して除去された後に、熱脱バインダを用いて除去されてもよい。第２のバインダの材料は、第１のバインダの除去温度よりも高い除去温度（例えば、図３の例ではＴ_１よりも高い）を有するように選択することができる。さもなければ、第１のバインダ及び第２のバインダの両方が同時に除去された場合、部品の構造を保持するバインダが存在しない可能性があり、全てのバインダを一度に除去すると、プリントされた部品に反り又は他の不規則性が発生する可能性がある。また、部品の変形についてさらなる問題点が生じる場合があり、同程度の除去温度の場合は、同様の軟化温度および流動温度も示すため、流動温度（重力によって流動が生じ得る温度）にもたらされた物体は、実質的に変形し、所望の形状を維持できない可能性がある。このように、バインダの第２の成分は、第１のバインダが除去された後に部品の形状を保持するために、グリーン部品内に粒子（例えば、金属粒子）を固定するように構成されてもよい。

第１のバインダと共に使用するための適切な第２のバインダは、ポリプロピレンなどのポリマーであってもよい。第１のバインダが溶融する温度は、大気圧下での第２のバインダの融点と比較してかなり低くてもよい（例えば、約８０℃、ただし、いくつかの実施形態では５０℃～１００℃の範囲である）。ポリプロピレンは、第１のバインダの融点よりも高い約１６０℃で溶融してもよい。融点に加えて、または融点の代わりに、ポリマーの軟化温度も、ポリマーの融点が明確に定義されていない場合に、ポリマーが変形する可能性のある温度の関連指標となる場合がある。例えば、ビカット軟化温度測定（例えば、ＡＳＴＭ規格Ｄ１５２５－００「プラスチックのビカット軟化温度に関する標準試験方法」に記載されているように）は、第２のバインダが流動または変形することを期待する温度を示すことができる。そのような場合、熱脱バインダプロセスを実行するために炉を構成する際に（例えば、図３のプロセスにおいてＴ_２を選択する際に）、第２のバインダの融点の代わりにこの軟化温度に依拠することができる。場合によっては、上記ＡＳＴＭ規格に記載された様々な負荷条件によって、ビカット軟化温度の異なる値が得られることがあり、その場合関連する条件は、部品が構成されるフィードストックに課される実際の負荷を最もよく反映するものである。

いくつかの実施形態は、同様の圧力条件下での第１のバインダの融点よりも高いがそれに近い融点を有する第２のバインダの使用を含むことができる。いくつかの態様において、実施形態は、融点が第１のバインダの融点より高い限り、例えば、ポリプロピレンの融点より低い融点を有する第２のバインダを含んでもよい。例えば、約１３０～１６０℃で溶融し得るポリプロピレンが使用されてもよい。ポリプロピレンとポリエチレンは、第２のバインダの２つの例に過ぎない。第２のバインダのための他の例示的な化合物または材料は、１つ以上の熱可塑性プラスチック、ポリアミドイミド、メチルエチルケトン、ポリスチレン、ポリビニルブチル、フタル酸ジブチル、メタクリル酸エステルコポリマー、ポリ乳酸／ポリラクチド、アクリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニルまたはそれらの組合せを含むことができる。さらに、第２のバインダのための他の例示的な化合物又は材料は、スチレン系熱可塑性エラストマー、熱可塑性ポリオレフィンエラストマー、熱可塑性ポリエステルなどの１つ又は複数の熱可塑性エラストマーを含んでもよい。他の具体的な例示的化合物としては、例えば、（株）クラレのＥａｒｎｅｓｔｏｎ、（株）クラレのＨｙｒｂｒａｒ、（株）クラレのＳｅｐｔｏｎ、ＤｕＰｏｎｔ社のＨｙｔｒｅｌ、およびＤｕｐｏｎｔ社のＭｕｌｔｉｆｌｅｘなどの商品名のポリマーが挙げられる。これらの第２のバインダのいずれについても、融点は、同一または類似の圧力条件下で、選択された第１のバインダの融点より高いが、それに近いものであってよい。

第１のバインダと第２のバインダの融点が近いと、フィードストック（ロッドやフィラメント）を製造する際にバインダのブレンドが容易になる。融点が大きく異なるバインダを混合してフィードストックを作製する場合、第１のバインダは混合時のフィードストックの温度に比べて融点が著しく低い（したがって蒸気圧が大きい）ため、一部が昇華するなどして除去される可能性がある。融点が大きく異なるバインダの混合は、フィードストックの製造と組成の制御を困難にする可能性がある。その結果、第２のバインダの選択は、蒸発が予想される第１のバインダが使用されるかどうかに少なくとも部分的に基づいている場合がある。

第２のバインダは、一例として、混合の容易さのためにその融点が第１のバインダの融点に近いことに基づいて選択されてもよいが、第１のバインダの目標昇華／蒸発温度付近に融点を有する第２のバインダを選択すると、熱脱型中に変形（例えばスランピング）する可能性がある。本開示の実施形態は、フィードストックの効率的な混合及び成形を可能にするために第１のバインダの融点に十分に近い融点を有するが、焼結まで安定した構造を確保するために十分に高い融点を有する第２のバインダを含んでもよい。

いくつかの実施形態では、第２のバインダ成分は、例えば、平均粒径が例えば１～５０μｍの超微粒子（マイクロファインとも呼ばれる）の形態であってよい。そして、第１のバインダは、フィードストックを作る際に、超微細な未溶融の第２のバインダおよび金属粉末とブレンドされてもよく、その後、ロッドまたはフィラメントに成形されてもよい。例えば、昇華性バインダと、例えば未溶融ポリプロピレン（または他の第２のバインダ）の分散液とを含む造形部品が生成されてもよい。この未溶融の第２のバインダは、熱脱バインダの第一段階で第１のバインダがガスに変換する（例えば、昇華する）間、部品を一緒に保持することができる。その後、温度、ガス組成、圧力を調整して、部品を焼結する前に第２のバインダを熱分解するか、さもなければＣＯ、ＣＯ_２、ＣＨ_４、Ｈ_２Ｏなどのガス種に完全に変換することができる。

いくつかの実施形態によれば、第２のバインダ成分は、初期フィードストックの混合及び配合中に溶融されない超微細高温ポリマー粉末を含んでもよい。これは、粉末粒子がネックを形成することを可能にするために、高温でプリント造形物に保持され得る高温第２のバインダの組み込みを可能にし得るか、又は可能にする。これは、バインダ／フィードストック混合工程及びプリント工程が、低温の第１のバインダの損失を制限するために比較的低い温度（例えば、１００℃以下）で実施されなければならない場合があるので、重要であり得る。上記のような例示的なバインダシステムにおいて、２つ以上の第２のバインダが使用されてもよい。例えば、１つの第２のバインダは混合温度で溶融してもよく、別の第２のバインダは微細な分散粉末として固相に残ってもよい。いくつかの実施形態では、この分散粉末バインダは、混合及びプリントプロセスの間、固体のままであってもよい。超微細な第２のバインダの存在は、第２のバインダの漸次除去を助け、熱脱バインダ中に低温の第２のバインダが最初に除去され、その後、高温の第２のバインダが除去されるようにしてもよい。他の実施形態は、連続相を経る又は連続相を有する可能性のあるバインダを含んでもよい。

第２のバインダを超微粒子にすることで、第２のバインダが部品の形状を保持し、熱脱バインダ時に早く除去されないようにすることができる。超微粒子は、フィードストック中および部品全体に、より均一に混合される可能性がある。超微粒子をフィードストック中に均一に分布させることで、プリントされた部品のどの方向にも第２のバインダをより均一に分布させることができる。このようにして、第２のバインダは、より均一に溶融し、部品から蒸発し、第２のバインダが除去されるにつれて、プリント造形物の形状をよりよく保持するために、徐々に、より均一なバインダ除去を可能にすることができる場合がある。

いくつかの実施形態によれば、バインダは複数の第２のバインダを含んでいてもよい。例えば、いくつかの実施形態は、相対的に低い融点を有する（及び評価できるほど昇華しない）一次的な第２のバインダと、一次的な第２のバインダと比較して相対的に高い融点を有する二次的な第２のバインダの両方を採用してもよい。一次的な第２のバインダは、第１のバインダを除去した後に存在してもよい。一次的な第２のバインダの融点によっては、例えば、フィードストックの製造中にバインダと金属粉末を混合する際に、一次的な第２のバインダが二次的な第２のバインダよりも低い温度で溶融し始めたり、燃え尽き始めたりすることがある。上述したように、二次的な第２のバインダは、微細な分散した粉末粒子として供給フィードストックに含まれてもよい。この微小な二次的な第２のバインダは、フィードストック作製時に固体であってもよく、その微小な構造は、金属粉末粒子及び一次的な第２のバインダとの混合を容易にすることができる。

いくつかの実施形態では、二次的な第２のバインダは、一次的な第２のバインダが除去された後、部品に存在し続けることができる。熱脱バインダ工程は、以下のように複数の段階で進行してもよい。（１）第１のバインダの除去、（２）低融点の一次的な第２のバインダの除去、次いで（３）高融点の二次的な第２のバインダの除去。バインダの除去は、必ずしも融点と相関がない場合もある。複数の第２のバインダを有する利点は、第２のバインダの全てが一度に焼き切られるとは限らないので、第２のバインダの除去をより制御できる二段階で第２のバインダを除去する点であると考えられる。低融点である一次的な第２のバインダの例としては、例えば、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）などを挙げることができる。二次的な第２のバインダの例としては、より高い融点を有するナイロン系極細ポリマー粉末、例えば、ポリプロピレン又はポリイミドを挙げることができる。

いくつかの実施形態によれば、ビルド材料は、バインダに加えて、少なくとも１種の金属粉末及び／又は少なくとも１種のセラミック粉末を含んでもよい。バインダは、第１のバインダ成分及び第２のバインダ成分を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、第２のバインダ成分は、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、又は６５％以上である、全バインダの体積による量（そのｖｏｌ％）を構成している。いくつかの実施形態では、第２のバインダ成分は、７５％、６５％、６０％、５５％、５０％、４５％、４０％、または３５％以下である、全バインダの体積による量を構成する。上記範囲の任意の好適な組み合わせも可能である（例えば、第２のバインダ成分は、バインダの少なくとも６０体積％を構成し、６５体積％以下である）。

いくつかの実施形態では、第２のバインダ成分は、１４０℃、１５０℃、１６０℃、１７０℃、１８０℃、２００℃、２２５℃、又は２５０℃以上の大気圧での融点を有する。いくつかの実施形態では、第２のバインダ成分は、２５０℃、２２５℃、２００℃、１８０℃、１７０℃、１６０℃、１５０℃、又は１４０℃以下である大気圧での融点を有する。上記言及された範囲の任意の好適な組み合わせも可能である（例えば、第２のバインダ成分は、１４０℃以上、１６０℃以下である大気圧での融点を有する）。本明細書において、バインダ成分の融点への言及は、標準圧力（例えば、１気圧）におけるその材料の融点を指す。

金属粉末、１つ以上の第１のバインダ（例えば、昇華及び／又は蒸発により気体種に変換し得る少なくとも１種の第１のバインダを含む）、及び１つ以上の第２のバインダに加え、フィードストックは、金属粉末粒子及びバインダの混合物をより均質に、粘度を低く、及びプリント可能にするのを助ける１つ以上の界面活性剤、潤滑剤又は可塑剤からなる場合がある。均質で粘度の低いフィードストック処方を有することは、混合及びプリントを強化し得る。いくつかの実施形態では、界面活性剤、潤滑剤、又は可塑剤のうちの１つ以上は、室温、又は押出／プリント温度に近い温度で液体であってよい。これは、フィードストック自体をより流動的にし、いくつかの例では、１種以上の、界面活性剤、潤滑剤、又は可塑剤を含むフィードストックは、ロッドではなく、フィラメント又はコイルとして形成されてもよい。例示的な界面活性剤は、ステリン酸を含んでもよい。フィードストックは、付加プリントされた３Ｄ部品の層の接着を促進し得る１つ以上の粘着付与剤をさらに含んでもよい。

粘着付与剤／可塑剤／界面活性剤は、例えば、以下のものを含むことができる。ステアリン酸、ＥＶＡ、エチレン－プロピレン共重合体、ポリイソブテン、水素化スチレン－イソプレン重合体、水素化イソプレン重合体、ポリメタクリレート、ポリアクリレート、ポリアルキルスチレン、アルケニルアリール共役ジエン共重合体、ポリオレフィン、エステル、機能化ポリオレフィン、エチレン－プロピレン共重合体、４－ヒドロキシ安息香酸等の１以上を挙げることができる。有機化合物（複数可）の１つは、室温で液体であってもよい。例示的な有機化合物は、油、例えば、オレイン酸等を含んでもよい。

部品を製造するために使用されるフィードストックは、図１Ｂを参照して上述したように、部品が層ごとにプリントされるときに部品の層が互いに付着するのを助けるために、１つ以上の粘着付与剤をさらに含んでもよい。つの例示的な粘着付与剤は、金属によく付着し得るエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）を含んでもよい。例示的な粘着付与剤は、ポリマーの個々の繰り返し単位（例えば、Ａ）が相互作用して材料に付着するポリマー（Ａ－Ａ－Ａ－Ａ－Ａ－．．．－Ａなど）を含んでもよい。他の例示的な粘着付与剤は、ポリマー中にグループ（例えば、「ブロック」）を形成する異なる繰り返し単位を含むことができ、ここで、いくつかのグループは（他のバインダ及びフィードストック成分に関して）粘着性があり、いくつかはないことがある。例えば、ジ－およびマルチブロックポリマーの場合、基は異なる方法で繰り返してもよい（例えば、Ａ－Ｂ－Ｃ－Ａ－Ｂ－Ｃ・・・またはＡ－Ａ－Ａ－Ａ－・・・－Ｂ－Ｂ－Ｂ）。例示的なジブロックポリマー型Ａ－Ａ－Ａ－Ａ－Ａ－．．．－Ｂ－Ｂ－Ｂについては、ブロックの１つ（例えば、Ａ－Ａ－Ａ）は、バインダシステムの第１の成分、または金属、またはその両方と相互作用するように構成されてもよく、第２の成分（例えば、Ｂ－Ｂ－Ｂ）は、第１の成分または金属以外のバインダの成分、またはその両方と相互作用するように調整されたものであってもよい。

ビルド材料は、第１のバインダ成分及び第２のバインダ成分に加えて、粘着付与剤を含むバインダを含んでもよい。好適な粘着付与剤としては、デュポン社のエルバックス（エチレンビニルアセテート系ポリマー）、デュポン社のバイネル（無水物変性ポリエチレン）、デュポン社のエルバロイ（アクリレートコポリマー樹脂（エチレンブチル－、エチル－、メチル－アクリレート））、デュポン社のヌクレル（エチレンアクリル酸ポリマー）、ＫｒａｔｏｎのＦＧ１９０１ Ｇ（トリブロック：スチレンエチレン／ブチレン無水マレイン酸）、Ｗｅｓｔｌａｋｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのＥＭＡＣ（エチレンメチルアクリレートコポリマー）、Ｗｅｓｔｌａｋｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのＥｏｐｏｌｅｎｅ Ｅ－２５およびＥ－４３（無水マレイン酸グラフトポリプロピレン）、ＤｕＰｏｎｔからのＦｕｓａｂｏｎｄ（無水変性ポリプロピレン）などがある。プロピレンとエチレンのコポリマー（イーストマンケミカル社のＥａｓｔｏｆｌｅｘライン）、イーストマンケミカル社のＥａｓｔｏｔａｃライン、樹脂系粘着付与剤（ポリテルペン系、Ｐｉｎｏｖａ）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（酢酸）またはそれらの組合せなどが挙げられる。

いくつかの実施形態によれば、ビルド材料は、バインダに加え、少なくとも１種の金属粉末及び／又は少なくとも１種のセラミック粉末を含んでもよい。バインダは、第１のバインダ成分、第２のバインダ成分、及び少なくとも１種の粘着付与剤を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、粘着付与剤は、０．２５％、０．５％、１％、３％、５％、１０％、または１５％以上である、全バインダの体積による量（そのｖｏｌ％）を構成している。いくつかの実施形態では、粘着付与剤は、２０％、１５％、１０％、７％、５％、１％、または０．５％以下である、全バインダの体積による量を構成している。上記の範囲の任意の好適な組み合わせも可能である（例えば、粘着付与剤は、バインダの少なくとも０．５体積％および２体積％以下の量を構成する）。

いくつかの実施形態によれば、ビルド材料は、バインダに加えて、少なくとも１種の金属粉末及び／又は少なくとも１種のセラミック粉末を含んでもよい。バインダは、第１のバインダ成分、第２のバインダ成分、及び少なくとも１種の湿潤剤を含んでいてもよい。いくつかの実施形態によれば、湿潤剤は、以下のうちの少なくとも１種を含んでもよい。（１）ステアリン酸、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸亜鉛、又は他の類似の金属ステアレート；（２）リノール酸又は他の類似の多価不飽和脂肪酸；（３）ベヘン酸、パルミチン酸、又は炭素数４～４０の他の類似の脂肪酸。（４）チタン酸カップリング剤：例えば、チタン酸イソステアリル、チタン酸ステアリル、チタン酸オレイル、チタン酸ピロリン酸、オルトチタン酸テトラエチル、チタン酸モノアルキル、チタン酸ネオアルキルなど。（５）アミノプロピルトリメトキシシラン等のシランカップリング剤、グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等、ビニルトリメトキシシラン、ビニルシラン、ビニルトリイソプロピルシラン、ビニルトリエトキシシラン等が挙げられる。（６）ジルコネート系カップリング剤：ネオアルキルジルコネート、ジルコニウムテトラプロポキシド、ジルコニウムテトラブトキシド、ジルコニウムプロピオネート、ジルコニウムメタクリレート、ジルコニウムアセチルアセトネートなど；（７）アルミン系カップリング剤：ジルコアルミン、プレナクトＡＬ－Ｍ（アルキルアセト酢酸アルミニウムジイソプロピレート、味の素ファインテック株式会社製）、（８）双性イオン界面活性剤、例えばアミノ基とスルホン酸基の両方を有する界面活性剤（例えば、３－（Ｎ，Ｎ－ジメチルミリスチルアミノ）プロパンスルホン酸、ＣＨＡＰＳ等）、（９）カテコール、４－エチルカテコール、３－メトキシカテコール、４－メチルカテコール、エチルガレートなどのカテコール含有分子等があげられる。

湿潤剤の具体的な選択は、配合される標的離散相（例えば、特定の粉末）、および選択された、または所望の特性のバインダ成分によって決まる。例えば、耐火性離散相を有する材料は、チタン、ジルコニウム、および／またはアルミニウムが離散相に有利に組み込まれ得るチタネート、シラン、またはジルコネートカップリング剤の使用を好むかもしれない。さらに、金属ベースの湿潤剤を避けたい場合には、ステアリン酸、多価不飽和脂肪酸、または飽和脂肪酸の使用が好ましい場合がある。

いくつかの実施形態によれば、ビルド材料は、バインダに加えて、少なくとも１種の金属粉末及び／又は少なくとも１種のセラミック粉末を含んでもよい。バインダは、第１のバインダ成分、第２のバインダ成分、及び少なくとも１種の湿潤剤を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、湿潤剤は、０．２５％に等しいか又はそれを超える、全バインダの体積による量（そのｖｏｌ％）を構成する。いくつかの実施形態では、粘着付与剤は、１５％以下である全バインダの体積による量を構成する。上記の範囲の任意の好適な組み合わせも可能である（例えば、粘着付与剤は、バインダの体積で少なくとも０．５％、０．７５％以下を構成する）。

次に、高分子量成分を第２のバインダとして含む、いくつかの例示的なバインダ配合を紹介する。高分子量成分は、熱処理中にきれいに燃え尽きる能力に基づいて選別され、また、製造プロセス中に造形物が作成されるときに適切な特徴定義および部品品質を付与する。さらに、すべての成分は、固体の高い（＞６０％）負荷と、造形中によく接着した部品を可能にする十分な層の接着を可能にするように選択された。いくつかの処方実施形態が、以下に示す表１に提供されている。

この表は、第２のポリマーの軟化前に第１の成分を除去することを含む我々の要求によって定義された、より有望な処方とそうでない処方の両方を示している。処方Ｆ１は、熱処理時の第２のバインダ軟化温度より前に第１のバインダの質量減少に優れているが、フィードストックの加工・堆積時および造形の間のフィードストックの保管時に第１のバインダ（デュレン）の損失があり、加工が困難な処方であることがわかる。

配合Ｆ２は、低分子量ポリマー（立体酸は通常、ポリマーと離散固相を相溶させるための湿潤剤として添加される）をあまり含まず、主にポリ（プロピレンカーボネート）および高分子量ポリ（プロピレン）を含む。この配合で作られたフィードストックは、炉内処理の結果、許容できない量の変形を示す。故障のメカニズムは、バインダの除去温度と流動温度を分離できないことに関連している。

配合Ｆ２と同様に、配合Ｆ３およびＦ５は、熱処理中に性能が低下する。材料の変形は、第２のバインダが溶けて物体が可動性になる前に、より低い融点の第１のバインダを除去することができないことに再び関係している。この場合、エチレンビス（ステアリン酸アミド）ワックスは、第２のバインダの溶融とフィードストックの流動が始まる前に、あまりにも大きな温度範囲にわたって持続する。

配合物Ｆ４、Ｆ６、Ｆ７、およびＦ８は、熱処理中に許容可能な挙動を示すことが観察された。これらの配合物において、「第１のバインダ成分」として挙げられた要素は、ドコサン、エイコサン、オクタデカン、１－ドコサノール、１－エイコサノール、１－オクタデカノール、ｎ－ドコサノール、ｎ－エイコサノール、ｎ－オクタデカノールまたはこれらの組み合わせなどの上述の第１のバインダ成分のいずれかを含むことができる。

図７は、三次元金属部品を造形するための方法７００のフローチャートである。方法７００は、図２Ａに示す付加製造システム２００のような適切な付加造形システムによって実行されてもよい。行為７０２において、溶融フィラメント堆積法（ＦＦＦ）のような付加製造プロセスを用いて部品が作製される。部品は、金属粉末及びバインダを含むビルド材料から作製されてもよく、バインダは、第１のバインダ成分及び第２のバインダ成分を含む。いくつかの実施形態では、部品は、セラミック粉末を含む第２のビルド材料で部分的に作製されてもよい。第２のビルド材料は、金属粉末からなるビルド材料と異なるバインダ、又は同じバインダを含んでもよい。いくつかの実施形態において、行為７０２は、セラミック及び金属のフィードストックを別々の所望の位置に堆積させるための複数の堆積ノズルを含むＦＦＦ装置を用いた部品の造形を含んでよい。

いくつかの実施形態では、付加造形システムの堆積機構（例えば、図１Ｂに示され、上述した溶融フィラメント造形サブシステム１０２の押出ヘッド１３２）による使用に適した特定の形態でビルド材料をパッケージング及び／又は成形することが望ましい場合がある。いくつかの例示的な形態は、制御された長さ及び直径（例えば、１０ｍｍ～３００ｍｍの間の長さ、及び１ｍｍ～１０ｍｍの間の直径）のロッドとして形作られたビルド材料、ロープ又は長いコード（すなわち、直径と比較して長い、例えば、５ｍの長さと直径１．７５ｍｍ）として巻かれたビルド材料、顆粒などの一連の小さなセグメントとして提供されたビルド材料などを含むことができる。

いくつかの実施形態において、成形されたビルド材料は、成形された形態（例えば、ロッド）のビルド材料と周囲の環境との間の任意の相互作用を防止又は実質的に低減するために、薄いコーティングでパッケージング及び／又はカプセル化されてもよい。これらの相互作用は、例えば、成形されたビルド材料内の前記バインダ成分の濃度低下をもたらす蒸発又は昇華による気体としての任意のバインダ成分（第１のバインダ成分を含む）の変化を含んでもよい。薄いコーティングは、固体、液体、または気体の形態のバインダ種の輸送に対して不浸透性、ほぼ不浸透性、または高い抵抗性を有する物理的バリアを形成することによって、これらの作用を抑制するように作用してもよい。コーティングの材料を選択する際には、例えば、第２のバインダの薄膜または第２のバインダの成分を利用するなど、ビルド材料中に既に存在する材料を利用することが望ましい場合がある。また、ある材料が第１のバインダや粉末と混ざりやすい（そして良好な第２のバインダである）のに対し、他の材料が不浸透性でコーティングに適している（そして良好な物理的障壁である）場合のために、ビルド材料に存在しない材料を利用することが望ましい場合もある。既に特定された第２のバインダに加え、いくつかの追加の材料は、ポリ（酢酸ビニル）、アクリル、ポリ（カーボネート）、ポリ（カプロラクトン）、ポリ（エチレンイミン）、およびパラフィンワックスを含んでもよい。非限定的な例として、これらの材料は、溶媒キャスト技術、噴霧乾燥技術、または共押出しによって、薄膜として堆積させることができる。選択された材料によっては、コーティングの含有は、パッケージ化されたビルド材料の機械的強度を向上させるという付加的な利点を有するか、さもなければ、コーティングがない同じパッケージ化されたビルド材料と比較して、機械的損傷、破断、および／または破損の影響を受けにくくすることができる。

図７の後続の行為７０４、７０６及び７０８は、図３に関連して上述したような炉によって実行されてもよい。特に、行為７０４は図３の段階３１０に関連してもよく、行為７０６は段階３２０に関連してもよく、行為７０８は段階３３０に関連してもよい。このように、図３のこれらの部分に関連する上述した操作およびパラメータは、図７のこれらの行為に適用されると仮定してもよい。

行為７０４において、炉チャンバは、第１のバインダの全て又は大部分が昇華及び／又は蒸発して部品から抜け出るまで、第１の温度及び圧力に維持されてもよい。いくつかの態様では、炉チャンバは、第１のバインダ（または実質的にすべての第１のバインダ）の除去が起こるのに十分な時間、第１の温度および圧力を維持してもよく、一方、他の態様では、炉チャンバの１つまたは複数の圧力を、例えば１つまたは複数の圧力計を用いて監視し、第１のバインダのガスへの変化、およびその昇華の終了の時間を検出してもよい。例えば、第１のバインダが気体になり、部品から抜けると、チャンバ内に加わった気体が圧力上昇を引き起こすことがある。したがって、圧力が上昇する場合は、気体への変換が継続していることを示し、圧力上昇の変化（停止など）は、第１のバインダのすべてまたは大部分が除去された（すなわち、部品から昇華または蒸発した）ことを示す可能性がある。気体への変換と圧力との間の相関関係は直接的でない場合がある。例えば、部品の他の成分も第１の熱脱バインダ中に気化する場合があるが、変換プロセスの監視を可能にする既知の関係が存在する場合がある。

いくつかの実施形態では、質量分析器または残留ガス分析器などのセンサーを炉の排気に接続して、流出物を監視してもよい。第１の脱バインダプロセスの進捗の判断は、流出ガス流中の第１のバインダに関連する種の濃度又は存在によって示されてもよい。さらなる実施形態では、流出ガス流は、脱バインダされた第１のバインダ種と酸素または一酸化炭素などの参加ガスの両方を消費し変換する触媒コンバータを通して流されるようにしてもよい。酸素または一酸化炭素などの参加ガスの濃度は、第１のバインダ種の変換または消費の間に消費されることがあるので、参加ガスの濃度の結果（chance）は、第１のバインダ種が存在する程度、したがって第１の脱バインダプロセスが完了する程度を示すことができる。

第１のバインダ材料の第１の脱バインダが終了すると、炉は、炉チャンバ内の分圧を達成し、第１の温度よりも高い第２の温度まで加熱するように調整されてもよい（行為７０６）。この時点で、三次元物体は、第２のバインダと金属粉末粒子とで構成されてもよく、第１のバインダは、第１の脱バインダステップ中に三次元物体から既に除去されている。

第２の温度及び分圧は、第２のバインダの脱バインダ温度及び圧力に対応してもよい。この第２の温度は、第１のバインダの脱バインダ温度よりも高く、焼結される粉末粒子の融点（または焼結温度）よりも低くてもよい。炉チャンバは、第２のバインダが燃焼して造形物から気化するのに十分な時間、第２の温度及び分圧に維持されてもよい。行為７０４を参照して上述したように、炉チャンバ内の圧力を監視して、第２のバインダの除去が完了したかどうかを判断してもよいし、炉チャンバは単に所定の時間、温度及び圧力を維持してもよい。

第２のバインダが造形物から除去されると、炉は、第３の温度まで加熱されてもよい（行為７０８）。第３の温度は、第１の温度及び第２の温度より高く、金属粉末粒子の融点温度より低くてもよい。第３の温度は、金属粉末の焼結温度に対応してもよく、第３の温度は、金属造形物を焼結するのに十分な時間維持されてもよい。三次元物体は、この時点で、例えば行為７０４及び７０６の間に第１のバインダ及び第２のバインダの両方が除去されている可能性があるので、金属（又は粉末が構成される他の材料）から構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、行為７０２及び７０４は、少なくとも部分的に同時に発生してもよく、行為７０２において部品が造形されている間に行為７０４の最初の脱バインダステップが発生する可能性がある。例えば、付加造形装置は、指向性エネルギー源（レーザー、放射ビーム、強い光など）を動作させて、設定された時間の間、形成された造形物の選択された領域にエネルギーを向けることにより、部品が形成されている間に第１の脱バインダを開始するように構成されてもよい。特定の領域は、指向性エネルギー源の性質と数に応じて、点、線、または面であってもよい。指向性エネルギー源は、堆積された造形物の温度を局所的に上昇させ、蒸発及び昇華を個別に又は協働して、第１のバインダのガスへの変換を促進することができる。さらに、堆積工程は、指向性エネルギー源の適用を提供するために中断されてもよく、または、堆積工程は、指向性エネルギー源が製造中に部品に向けられ作用している間、中断されずに進行してもよい。

いくつかの実施形態では、行為７０４における第１の脱バインダは、堆積装置内の温度を上昇させることによって行為７０２の作製プロセス中に開始されてもよい。これは、例えば、作製される部品が載っているビルドプラットフォームに結合された導電性ヒータ、加熱ガスの強制対流、及び／又は他の同様の熱伝達機構を操作することによって達成されてもよい。先に説明したように、堆積装置は、任意に、脱バインダ流出物を収集及び管理するためのフィルタ又は濾過システムを備えて構成されてもよい。非限定的な例として、このような収集及び管理システムは、炭システム、高表面積を有し、流れに対して透過性のある冷却表面、又はチャンバの温度よりも低い温度で、気体として存在する任意の第１のバインダ種を捕らえるために十分に低温に保持された他の高表面積物体を含んでもよい。

方法７００は、単純化のために、１種の第１のバインダ及び１種の第２のバインダからなる物体を参照して説明されているが、上述したように、付加製造物体を形成するために、１種以上の第１のバインダ又は１種以上の第２のバインダが使用されてよいことが認識されている。このような実施形態では、炉は、１つ以上の第１の脱バインダ温度又は１つ以上の第２の脱バインダ温度に加熱されてもよい。従って、炉が温度をある期間一定に制御するように操作され得る場合、炉は、少なくとも３つの漸進的に高い保持温度を有する温度範囲を達成することによって造形物を処理するように構成されてもよい。炉のこのような動作は、昇華と気化の個別または複合作用により、複数の第１のまたは第２のバインダを順次除去する結果となりうる。

いくつかの実施形態では、少なくとも１つのコントローラは、行為７０４、７０６及び７０８を実行するために炉を自動的に操作するように構成されてもよい。例えば、少なくとも１つのコントローラは、図３に示されるような計画された温度処理スケジュールに従って、時間をかけて炉の温度を調整するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのコントローラはまた、スケジュールに従って、１つまたは複数のポンプおよびバルブなどの、炉に入るおよび／または炉から出るガス流を制御するためのコンポーネントを操作するように構成されてもよい。少なくとも１つのコントローラは、部品に存在する金属粉末の種類、第１のバインダ、第２のバインダ、および／または他の入力など、炉に提供される入力に基づいて、炉の温度（およびオプションとして圧力）を経時的に制御する適切なスケジュールを選択するように構成されていてもよい。前記入力は、ユーザによって（例えば、炉上のユーザインターフェース又は炉と通信するように構成されたデバイスを介して）、及び／又は行為７０２において部品（複数可）を形成するために用いられる製造デバイスなどの付加製造システム内の別のデバイスによって提供されてもよい。

上述した技術のいずれかに従って炉を制御するために使用され得るコンピュータシステム８００の例示的な実装が、図８に示されている。コンピュータシステム８００は、１つ以上のプロセッサ８１０と、１つ以上の非一時的コンピュータ可読記憶媒体（例えば、メモリ８２０及び１つ以上の不揮発性記憶媒体８３０）とを含んでもよい。プロセッサ８１０は、本明細書に記載される本発明の態様がこの点で限定されないように、任意の適切な方法でメモリ８２０及び不揮発性記憶装置８３０へのデータの書き込み及びそこからのデータの読み出しを制御してもよい。本明細書に記載された機能性および／または技術を実行するために、プロセッサ８１０は、プロセッサ８１０による実行のための命令を格納する非一時的コンピュータ可読記憶媒体（例えば、メモリ８２０、記憶媒体など）として機能し得る１つまたは複数の命令に格納されているものを実行することができる。

本明細書で説明される技術に関連して、例えば、実行されると、付加造形装置に１つ以上の部品を製造させ、炉に熱処理のスケジュールを自動的に実行させる命令を生成するために用いられるコードは、コンピュータシステム８００の１つ以上のコンピュータ可読記憶媒体に格納されてもよい。プロセッサ８１０は、本明細書で説明されるような上述の技術のいずれかを実行するために、任意のそのようなコードを実行してもよい。本明細書に記載される任意の他のソフトウェア、プログラム、または命令も、コンピュータシステム８００によって記憶および実行されてもよい。コンピュータコードが、本明細書に記載される方法および技法の任意の態様に適用されてもよいことが理解されよう。例えば、コンピュータコードは、従来のオペレーティングシステムプロセスを通じて付加製造装置または炉に命令を送信するために、オペレーティングシステムと相互作用するように適用されてもよい。

本明細書で概説する様々な方法またはプロセスは、様々なオペレーティングシステムまたはプラットフォームのうちの任意の１つを採用する１つまたは複数のプロセッサ上で実行可能なソフトウェアとしてコード化されてもよい。さらに、そのようなソフトウェアは、多数の適切なプログラミング言語および／またはプログラミングもしくはスクリプトツールのいずれかを使用して書かれてもよく、また、仮想マシンまたは適切なフレームワーク上で実行される実行可能な機械語コードまたは中間コードとしてコンパイルされてもよい。

この点で、様々な発明概念は、本発明の様々な実施形態を１つまたは複数のコンピュータまたは他のプロセッサ上で実行されると、実施する１つまたは複数のプログラムで符号化された少なくとも１つの非一過性のコンピュータ可読記憶媒体（例えば、コンピュータメモリ、１つまたは複数のフロッピーディスク、コンパクトディスク、光ディスク、磁気テープ、フラッシュメモリ、Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙｓまたは他の半導体装置の回路構成など）として具現されてもよい。非一過性のコンピュータ可読媒体またはメディアは、その上に格納されたプログラムまたはプログラムを任意のコンピュータリソースにロードして、上述したように本発明の様々な態様を実施することができるように、搬送可能であってよい。

「プログラム」、「ソフトウェア」、および／または「アプリケーション」という用語は、本明細書では、上述したように実施形態の様々な態様を実施するためにコンピュータまたは他のプロセッサをプログラムするために採用できる任意のタイプのコンピュータコードまたはコンピュータ実行可能命令のセットを指す一般的意味で使用されている。さらに、一態様によれば、本発明の方法を実行する１つまたは複数のコンピュータプログラムは、単一のコンピュータまたはプロセッサ上に存在する必要はなく、本発明の様々な態様を実施するために異なるコンピュータまたはプロセッサ間でモジュール方式で分散されてもよいことを理解されたい。

コンピュータ実行可能な命令は、１つ以上のコンピュータまたは他のデバイスによって実行されるプログラムモジュールなど、多くの形態であってもよい。一般に、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行する、または特定の抽象的なデータ型を実装するルーチン、プログラム、造形物、コンポーネント、データ構造などを含む。一般に、プログラムモジュールの機能は、様々な実施形態において所望に応じて組み合わせたり、分散させたりすることができる。

また、データ構造は、任意の適切な形態で非一時的なコンピュータ可読記憶媒体に格納されてもよい。データ構造は、データ構造内の位置を介して関連するフィールドを有していてもよい。このような関係は、同様に、フィールド間の関係を伝える非一時的なコンピュータ可読媒体中の位置を有するフィールドのためのストレージを割り当てることによって達成されてもよい。しかし、データ構造のフィールドの情報間の関係を確立するために、ポインタ、タグ、またはデータ要素間の関係を確立する他の機構を使用するなど、任意の適切な機構を使用することができる。

前述のように、熱脱バインダは、溶剤脱バインダの現在の問題に対処することができる。熱脱バインダは、１種以上の第１のバインダと、第１のバインダが昇華するための温度および圧力条件を達成するように構築された炉を使用することを含むことができる。炉は昇華した第１のバインダを回収して再利用し、第１のバインダの完全昇華を検知するように構成することもできる。第２のバインダも、第１のバインダの使用を考慮して選択することができる。例えば、フィードストック製造時に第１のバインダとよく溶ける（または混和する）第２のバインダは、従来の第２のバインダよりも好ましい場合がある。さらに、様々なバインダが熱処理によって除去される際にプリント造形物の形状を維持するために、複数の第２のバインダが使用される場合がある。第２のバインダの中には、最終脱バインダ段階で溶融／気化するまで固体のままであってもよい超微細な分散粉末粒子が含まれる場合がある。このような超微粉末バインダの融点は、他のバインダの融点より高くてもよいが、フィードストック／プリント造形物中の金属粉末粒子の融点より低くてもよい。他の実施形態では、超微粉バインダは、完全に又は全く溶融しない場合がある；そのような実施形態では、超微粉は、架橋の程度が１～１０％、５～５０％、又は最大１００％の範囲であってよい架橋ポリマー（例えば、架橋ポリメタクリル酸メチル、架橋ポリブチルメタクリル酸、又は他の同様のポリマー）から構成されてもよい。架橋された材料が超微粒子として利用される場合、適切な温度（３００℃）に加熱すると分解する（例えば、溶融しない）可能性がある。

このようにして、この発明の少なくとも１つの実施形態のいくつかの態様を説明してきたが、当業者には様々な変更、修正、および改良が容易に生じることが理解されるであろう。

このような変更、修正、および改良は、本開示の一部であり、本発明の精神および範囲に含まれることが意図されている。さらに、本発明の利点が示されているが、本明細書に記載された技術のすべての実施形態が、記載されたすべての利点を含むわけではないことを理解されたい。いくつかの実施形態は、本明細書で有利であると説明された特徴を実装しない可能性があり、いくつかの事例では、説明された特徴の１つまたは複数が、さらなる実施形態を実現するために実装される可能性がある。したがって、前述の説明及び図面は、例示に過ぎない。

本発明の様々な態様は、単独で、組み合わせて、または前述の実施形態で特に説明されていない様々な配置で使用することができ、したがって、前述の説明で規定されたまたは図面に例示された構成要素の詳細および配置にその適用が制限されることはない。例えば、ある実施形態で説明した態様は、他の実施形態で説明した態様と任意の態様で組み合わせることができる。

また、本発明は、一例を示した方法として具現化することもできる。方法の一部として実行される行為は、任意の適切な方法で順序付けされてもよい。したがって、例示的な実施形態では連続した行為として示されているが、いくつかの行為を同時に行うことを含む、例示とは異なる順序で行為が行われる実施形態が構築されてもよい。

本明細書に記載される実装の方法ステップは、異なる意味が明示的に提供されるか、または他の文脈から明らかでない限り、以下の請求項の特許性と一致する、当該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。したがって、例えば、ステップＸを実行することは、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）または機械などの他の当事者に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み、同様に、ステップＸ、ＹおよびＺを実行することは、かかる手順の利益を得るために、ステップＸ、ＹおよびＺを実行するためのかかる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んでもよい。したがって、本明細書に記載される実装の方法ステップは、異なる意味が明示的に提供されるか、または他の文脈から明らかでない限り、以下の請求項の特許性と一致する、１つまたは複数の他の当事者または実体に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。そのような当事者または実体は、他の当事者または実体の指示または制御下にある必要はなく、また、特定の法域内に位置している必要もない。

上述した方法およびシステムは、例として挙げられたものであり、限定されたものではないことが理解されよう。多数の変形、追加、省略、および他の修正は、当業者には明らかであろう。さらに、上記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、特定の順序が明示的に要求されるか、または文脈から他の方法で明らかでない限り、言及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ていない。したがって、特定の実施形態が示され、説明されてきたが、当業者には、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、形態および詳細における種々の変更および修正がそこでなされ得ることが明らかであり、法律により許される最も広い意味に解釈されるべき以下の請求項により定義される本発明の一部を形成することが意図される。

さらに、いくつかのアクションは、"ユーザ"によって行われるものとして説明される。「ユーザ」は単一の個人である必要はなく、いくつかの実施形態では、「ユーザ」に起因するアクションは、個人のチームおよび／またはコンピュータ支援ツールまたは他の機構と組み合わせた個人によって実行され得ることを理解されたい。

特許請求の範囲において、請求項要素を修飾するために「第１」、「第２」、「第３」などの序数を使用することは、それ自体、ある請求項要素の他の請求項要素に対する優先、優先順位、または方法の行為が実行される時間順序を意味せず、単にある名前を有するある請求項要素と同じ名前を有する他の要素（ただし序数を使用する）を区別するためにラベルとして使用されているに過ぎない。

用語「約」及び「約」は、いくつかの実施形態において目標値の±２０％以内、いくつかの実施形態において目標値の±１０％以内、いくつかの実施形態において目標値の±５％以内、及びさらにいくつかの実施形態において目標値の±２％以内を意味するために使用されてもよい。用語「約」及び「約」は、目標値を含んでもよい。用語「実質的に等しい」は、いくつかの実施形態において互いの±２０％以内、いくつかの実施形態において互いの±１０％以内、いくつかの実施形態において互いの±５％以内、及びいくつかの実施形態において互いの±２％以内である値を指すために使用されてもよい。

用語「実質的に」は、いくつかの実施形態において比較尺度の±２０％以内、いくつかの実施形態において±１０％以内、いくつかの実施形態において±５％以内、さらにいくつかの実施形態において±２％以内である値を指すために使用されてもよい。例えば、第２の方向に対して「実質的に」垂直である第１の方向は、いくつかの実施形態において第２の方向と９０°の角度を作ることの±２０％以内、いくつかの実施形態において第２の方向と９０°の角度を作ることの±１０％以内、いくつかの実施形態において第２の方向と９０°の角度を作ることの±５％以内、及びいくつかの実施形態において第２の方向と９０°の角度を作ることの±２％以内にある第１の方向が参照されてもよい。

また、本明細書で使用される言い回しや用語は、説明のためのものであり、限定的なものと見なしてはならない。本明細書における「含む」、「構成される」、または「有する」、「含有する」、「備える」、およびそのバリエーションの使用は、その後に記載された項目およびその同等物、ならびに追加の項目を包含することを意図している。

Claims (35)

1. 付加造形用のビルド材料であって、該ビルド材料は以下：
   少なくとも１種の金属またはセラミック粉末；およびバインダを含み、
   前記バインダは、バインダ中、ｖｏｌ％として少なくとも３０ｖｏｌ％以上６０ｖｏｌ％未満の有機質の第１のバインダ成分；および第２のバインダ成分を含み、
   前記第１のバインダ成分は、疎水性部位と親水性部位とで構成され、前記疎水性部位は、１０～２０個の炭素原子を有する置換または非置換の脂肪族鎖である、ビルド材料。
2. 前記脂肪族鎖が非置換脂肪族鎖である、請求項１記載のビルド材料。
3. 前記親水性部位が水素結合部位である、請求項１に記載のビルド材料。
4. 前記水素結合部位が、水素結合ドナーおよび水素結合アクセプターである、請求項３記載のビルド材料。
5. 前記第１のバインダ成分が、アルコール、カルボン酸、またはアミンである請求項３記載のビルド材料。
6. 前記第１のバインダ成分が脂肪アルコールである、請求項５記載のビルド材料。
7. 前記第１のバインダ成分がオクタデカノールである、請求項６に記載のビルド材料。
8. 前記第１のバインダ成分が１－オクタデカノールである、請求項７に記載のビルド材料。
9. 前記第２のバインダ成分がポリプロピレンで構成される、請求項１に記載のビルド材料。
10. 前記第２のバインダ成分が、バインダ中、ｖｏｌ％として少なくとも４０ｖｏｌ％以上６０ｖｏｌ％未満である、請求項１記載のビルド材料。
11. 前記バインダがさらに粘着付与剤を含む、請求項１記載のビルド材料。
12. 前記粘着付与剤がエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）で構成される、請求項１１に記載のビルド材料。
13. 前記粘着付与剤は、バインダ中、ｖｏｌ％として少なくとも１０ｖｏｌ％以上１５ｖｏｌ％未満である、請求項１１に記載のビルド材料。
14. 前記バインダがさらに湿潤剤を含む、請求項１に記載のビルド材料。
15. 前記湿潤剤が、ステアリン酸、ステアリン酸ナトリウム、リノール酸、ベヘン酸、パルミチン酸、及びチタン酸イソステアリルから選ばれる少なくとも１種を含む、請求項１４に記載のビルド材料。
16. 付加造形用のビルド材料であって、該ビルド材料は以下：
    少なくとも１種の金属粉末；およびバインダを含み、
    前記バインダは、第１のバインダ成分；および第２のバインダ成分を含み、
    前記第１のバインダ成分は、４０℃を超え１４０℃以下の融点を有し、かつ５０℃から１６０℃の間のすべての温度において、０．０５Ｔｏｒｒ以上の蒸気圧を有する、ビルド材料。
17. 前記第１のバインダ成分が、バインダ中、ｖｏｌ％として少なくとも３０ｖｏｌ％以上６０ｖｏｌ％未満である、請求項１６に記載のビルド材料。
18. 前記第１のバインダ成分が、バインダ中、ｖｏｌ％として少なくとも４０ｖｏｌ％以上５０ｖｏｌ％未満である、請求項１７に記載のビルド材料。
19. 前記第１のバインダ成分が５０℃を超え８０℃以下の融点を有する、請求項１６に記載のビルド材料。
20. 前記第１のバインダ成分が脂肪アルコールである、請求項１６に記載のビルド材料。
21. 前記第１のバインダ成分がオクタデカノールである、請求項２０に記載のビルド材料。
22. 前記第２のバインダ成分がポリプロピレンで構成される、請求項１６に記載のビルド材料。
23. 前記第２のバインダ成分が、バインダ中、ｖｏｌ％として少なくとも４０ｖｏｌ％以上６０ｖｏｌ％未満である、請求項１６に記載のビルド材料。
24. 前記バインダがさらに粘着付与剤を含む、請求項１６に記載のビルド材料。
25. 前記粘着付与剤がエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）を含む、請求項２４に記載のビルド材料。
26. 前記バインダがさらに湿潤剤を含む、請求項１６に記載のビルド材料。
27. 前記湿潤剤が、ステアリン酸、ステアリン酸ナトリウム、リノール酸、ベヘン酸、パルミチン酸、およびチタン酸イソステアリルから選ばれる少なくとも１種を含む、請求項２６に記載のビルド材料。
28. 付加造形により金属部品を形成する方法であって、該方法は、
    付加造形を通じてビルド材料から三次元部品を形成する工程であって、前記ビルド材料は、少なくとも１種の金属粉末と、第１のバインダ成分および第２のバインダ成分を含むバインダとを含み、部品の形成は、前記ビルド材料を堆積温度に加熱し、加熱したビルド材料を基板上に押し出す工程；
    前記部品を炉の中で堆積温度より低く、第２のバインダ成分の融点未満である第１の温度で加熱して、前記第１のバインダ成分の蒸発および／または昇華を引き起こす工程；
    前記第１の温度での部品の前記加熱の後に、前記炉の中で前記部品を、第２のバインダ成分の融点より大きい第２の温度で加熱して、第２のバインダ成分のガスへの変換を引き起こす工程；および
    前記第２の温度での前記部品の加熱の後に、前記少なくとも１種の金属粉末を焼結するために前記部品を前記炉内で前記第２の温度よりも大きい第３の温度で加熱する工程を含む、方法。
29. 前記第１の温度が５０℃以上、１００℃以下である、請求項２８に記載の方法。
30. 前記第１の温度での前記加熱の間、１０Ｔｏｒｒ未満の内部周囲圧力を有するように炉を操作する工程をさらに含む、請求項２８に記載の方法。
31. 前記第２の温度での前記加熱の間、１０Ｔｏｒｒ未満の内部周囲圧力を有するように炉を操作する工程をさらに含む、請求項２８に記載の方法。
32. 内部周囲圧力が１０Ｔｏｒｒ未満になるように炉を操作することが、内部周囲圧力を１０Ｔｏｒｒ未満に維持しながら炉内から第１のバインダ成分を除去するために炉を通るガス流を制御する工程を含む、請求項３０に記載の方法。
33. 前記第１の温度での前記加熱中に炉内にガスを送り込む工程をさらに含む、請求項２８に記載の方法。
34. 前記第２の温度が２５０℃以上、５００℃以下である、請求項２８に記載の方法。
35. 前記第３の温度が８００℃以上、１５００℃以下である、請求項２８に記載の方法。

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