JP2023554028A - 可変層厚を有する多層複合材及び関連方法 - Google Patents

Abstract

積層造形技術によって作製された３次元多層複合材構造、並びに積層造形技術によって構造を作製する方法が記載され、多層構造は、少なくとも２つの異なる厚さ及び正確な厚さの層を有する。【選択図】図１Ａ

Description

記載された発明は、積層造形技術によって作製される３次元多層複合材構造並びに積層造形技術によって構造を作製する方法に関し、多層構造は、少なくとも２つの異なる厚さの層及び正確な厚さを有する。

金属又はセラミック製の剛性体は、例示的な１種が多孔質焼結金属体又は膜であり、多種多様の産業用途で使用される。多孔質金属膜は、マイクロエレクトロニクス及び半導体製造産業、並びに処理に高純度の原料を必要とする他の産業においてフィルタ膜として使用され得る。例えば半導体及びマイクロエレクトロニクス産業では、製造プロセスへの粒子状物質の導入を防止するために、流体から粒子状物質を除去するためにインラインフィルタが使用されることが多い。流体は、気体又は液体の形態であり得る。

現在、多孔質焼結金属体を商業的に作製する一般的な方法は、多孔質体の中間体（インプロセス）形態を手動で移動及び取り扱いすることを含む、形成及び焼結工程を含む。これらの工程は労働集約的である。さらに、多孔質体は脆く、形成工程は不正確であり得る。これらの特徴により、方法は、かなりの無駄、望ましくない低効率、及び望ましくない高コストを被りがちである。さらに、多くの剛性体は、非常に正確な形状又はサイズ（例えば厚さ）に形成されなければならない。金属体は、形状又は寸法特徴の必要な精度を達成するために、初期段階で形成され、次いで機械加工工程によって処理され得る。しかし、機械加工工程によって、任意の種類の剛性体を作製する際に費用及び複雑さが増大する。さらに、いくつかの種類の金属体は、機械加工工程によって負の影響を受け、例えば機械加工工程は、多孔質膜の細孔を目詰まりさせ得る。

以下の記載は、厚さ方向（「ｚ方向」）などの少なくとも１つの寸法において高い精度を示す多層複合材の製造に有効な積層造形方法に関する。

記載された方法は、異なる厚さの層を形成することを含む工程によって多層体（即ち「多層複合材」）を形成する積層造形技術を使用して、本体の厚さに関して所望のレベルの精度、即ち「厚さ公差」を達成する。層の厚さは、厚さ公差範囲内で目標厚さに等しい測定厚さを有する多層複合材を製造するように選択される。厚さ公差が０．１ミリメートル（＋／－０．１ｍｍと表記）である場合、許容可能な多層複合材は、目標厚さを０．１ミリメートル以内で上回りかつ目標厚さを０．１ミリメートル以内で下回る測定厚さを有し得る。

多層複合材の層の少なくともいくつかを、厚さ公差の大きさよりも小さい厚さを有するように形成することによって、測定厚さは、目標厚さに対して厚さ公差内にある程度まで制御することができる。例示的な方法では、方法は、厚さ公差の大きさよりも小さい厚さを有する１つ以上の層を形成することを含み得る。他の層は、厚さ公差の大きさよりも大きい厚さを有するように形成することができる。

したがって、記載された積層造形法によって多層複合材を作製するために、複合材が目標厚さの所定の厚さ公差内にある実際の（測定された）厚さを有する場合、方法は、積層造形法によって複数の層を形成することを含み、複数の層は、少なくとも２つの異なる厚さを有し、例えば相対的により小さい厚さを有する１つ以上の「微細」層と、相対的により大きい厚さを有する１つ以上の粗層とを有する。

粗層と微細層の組み合わせは、正確な厚さと製造効率との組み合わせを生じる。より大きい厚さで形成される粗層は、特定の厚さの多層複合材を製造するために形成されねばならない層の数を減少させることによって、製造効率を改善する。微細層を使用して、複合材の厚さを所望の公差に制御することができる。

積層造形工程によって形成される多層複合材は、任意のサイズ形状及び目的を有することができ、特に、所望の高レベルの寸法精度に形成される構造であり得る。例示的な方法では、多層複合材は、所望の有用性を有する誘導構造の前駆体であるグリーン体である。グリーン体は、形成された後に処理されて、剛性無機体、例えば多孔質金属膜などの誘導構造を生成し得る。精密な厚さ寸法を示すようにグリーン体を形成することにより、誘導構造（例えば金属膜）も精密な厚さを有する。

一態様では、本発明は、積層造形工程によって３次元体を形成する方法に関する。方法は、粗フィードストック層厚を有する粗フィードストック層を形成することと、粗フィードストック層の一部を固化させて、固化粗フィードストック層厚を有する固化粗フィードストック層を形成することと、固化粗フィードストック層を形成する前又は後に、粗フィードストック層厚よりも小さい微細フィードストック層厚を有する微細フィードストック層を形成することと、微細フィードストック層の一部を固化させて、固化粗フィードストック層厚よりも小さい固化微細フィードストック層厚を有する固化微細フィードストック層を形成することとを含む。

上記は、異なる図を通して同じ参照符号が同じ部分を指している添付図面に示されるように、本開示の例示的な実施形態の以下のより具体的な説明から明らかになるであろう。図面は必ずしも縮尺通りではなく、代わりに本開示の実施形態を示すことに重点が置かれている。

ＡからEは、記載された多層複合材の例を示す。 Ａ及びＢは、記載された多層複合材から形成された後処理体の例を示す。 記載された多層複合材又は誘導体を形成する記載された方法の例示的な工程を示す。 記載された多層複合材又は誘導体を形成する記載された方法の例示的な工程を示す。 記載された多層複合材又は誘導体を形成する記載された方法の例示的な工程を示す。 記載された多層複合材又は誘導体を形成する記載された方法の例示的な工程を示す。

以下の説明は、一般に「３Ｄ印刷」技術と呼ばれる方法を含む、積層造形法によって多層３次元構造を作製するのに有用な方法に関する。

様々な形式の積層造形技術が既知である。これらの方法は、本明細書に適用される場合、一般に、固化バインダ組成物中に分散した粒子を含む固化フィードストック組成物の複数の層を個別に順次形成する一連の層形成工程（例えば「パス」）を含む。固化バインダ組成物は、固化フィードストック組成物内で粒子を共に保持する構造として作用する。一連の積層造形工程を使用して、固化フィードストックの複数の層は、固化フィードストック組成物の複数の層を含む多層複合材に順次形成される。

積層造形技術の具体例としては、様々な「バインダジェット印刷」技術を含む、「粉末床」積層造形法と一般に呼ばれる技術や、光造形技術（ＳＬＡ）と呼ばれる技術も挙げられる。本明細書に記載の方法及び材料は、これらの種類の積層造形方法と共に有用であり得て、これらの例示的な技術に関して記載されている。

本明細書によれば、積層造形技術を使用して、所望の精度レベルの厚さ（即ち「測定厚さ」又は「実際の厚さ」）を有する３次元体が作製され得る。記載されたように、本体は、目標厚さの厚さ公差範囲内にある厚さを有することができる。

製造中、製造プロセスによって作製される構造（又は「部品」）は、厚さ要件などの寸法要件を含む、所望のサイズ及び形状要件を満たさなければならないことが多い。厚さ要件は、２つの因子を使用して説明することができ、１つの因子は、所望の特定の厚さ寸法である「目標厚さ」と呼ばれる公称厚さである。第２の因子は、「厚さ公差」であり、目標厚さより大又は小のどちらかである、目標厚さからの実際の（測定された）厚さの最大許容偏差の範囲である。厚さ公差は、「プラス」（「＋」）符号、「マイナス」（「－」）符号又は「プラスマイナス」（「＋／－」）符号に続く長さの単位を有する値として示され、公差が目標厚さの値よりも大きい、小さい、又は大きい若しくは小さい方向の目標厚さからの偏差をそれぞれ与えるか否かを示す。＋／－０．１ミリメートルの公差は、目標厚さより最大０．１ミリメートル大きい、及び目標厚さより最大０．１ミリメートル小さい差を与える。＋０．１ミリメートルの公差は、目標厚さよりも最大０．１ミリメートル大きい差を与えるが、目標厚さ未満の差は与えない。同様に、－０．１ミリメートルの公差は、目標厚さよりも最大０．１ミリメートル小さい差を与えるが、目標厚さよりも大きい差は与えない。

厚さ公差の「大きさ」は公差の数値である。厚さ公差が＋／－０．１ｍｍの場合、厚さ公差の大きさは０．１ｍｍである。厚さ公差の「範囲」は、大きさに等しい、又は大きさの２倍である。厚さ公差＋／－０．１ｍｍによって許容される厚さの範囲は、目標厚さよりも０．１ｍｍ小さい厚さと、目標厚さよりも０．１ｍｍ大きい厚さとの間であり、合計０．２ｍｍに及ぶ。厚さ公差＋０．１ｍｍで許容される厚さの範囲は、目標厚さと、目標厚さより０．１ｍｍ大きい厚さとの間であり、０．１ｍｍに等しい。

記載された構造は、予め選択された目標厚さ及び厚さ公差に従って製造される種類の構造であり得る。積層造形方法は、厚さを含む広範囲の寸法を有する構造を製造することができる。本明細書に従って調製される多層複合材は、ミクロンの範囲、例えば１００ミクロン未満、数分の１インチの範囲、例えば０．２５インチ、０．５インチ、又はインチの範囲、例えば１、２インチ又はそれ以上の厚さを有し得る。

説明のための一例として、製造プロセスは、１／１０インチ、又は２．５４ミリメートルなど、数分の１インチの範囲の目的の厚さを有する部品を製造するように設計され得る。この目的の（所望の）厚さは、「目標厚さ」と呼ばれ、部品を製造するために予め選択することができる。製造プロセスは、予め選択された目標厚さと共に、予め選択された目標厚さ値の上下の許容可能な厚さの範囲を定義する「厚さ公差」も予め選択し得る。

この例によれば、許容可能な部品は、厚さ公差の大きさ以下だけ目標厚さよりも大きい又は小さい厚さを有する部品であると考えられ得る。許容可能な部品は、厚さ公差の大きさ以下だけ目標厚さと異なる厚さを有する。２．５４ミリメートルの目標厚さ及び０．１ミリメートルの公差（＋／－０．１ｍｍと表記）を有する部品の場合、許容可能な部品は、２．４４～２．６４ミリメートルの範囲の厚さを有し得る。２．５４ミリメートルの目標厚さ及び０．０５ミリメートルの公差（＋／－０．０５ｍｍと表記）を有する部品の場合、許容可能な部品は、２．４９～２．５９ミリメートルの範囲の厚さを有し得る。

本明細書の方法は、異なる厚さを有する異なる層を有する多層体の複数の層を形成することを含む工程によって、多層体（即ち「多層複合材」）を形成する積層造形技術を使用して、本体の厚さに関して所望の精度を達成する（目標厚さに対して所定の厚さ公差内にある厚さを有する多層体を形成する）。層の厚さは、厚さ公差範囲内で目標厚さに等しい測定厚さを有する完成した多層複合材を製造するように選択される。厚さ公差が０．０５ミリメートル（＋／－０．０５ｍｍと表記）である場合、許容可能な多層複合材は、目標厚さを０．０５ミリメートル以内で上回りかつ目標厚さを０．０５ミリメートル以内で下回る測定厚さを有し得る。

多層複合材の層の少なくともいくつかを厚さ公差の大きさよりも小さい厚さを有するように形成することによって、測定厚さは、多層複合材の測定厚さが目標厚さに対して厚さ公差内にあるようにできる精度に制御することができる。例示的な方法では、方法は、厚さ公差の大きさよりも小さい厚さを有する１つ以上の層を形成することを含み得る。他の層は、厚さ公差の大きさよりも大きい厚さを有するように形成することができる。

したがって、上述のような積層造形法によって多層複合材を作製するために、複合材が目標厚さの所定の厚さ公差内にある実際の（測定された）厚さを有する場合、本方法は、積層造形法によって複数の層を形成する工程であって、複数の層が少なくとも２つの異なる厚さを有する、工程を含む。本明細書の目的のために、これらの層を、より小さい厚さを有する層を指す微細層、及びより大きい厚さを有する層を指す粗層と呼ぶ。

より小さい厚さを有する複数の微細層を積層造形プロセス中に形成することは、多層複合材の製造速度を低下させ、即ち、より多数の微細（より薄い）層を形成しなければならないため、特定の厚さを有する多層複合材を製造するのに必要な工程数及び時間量を増加させ、所与の厚さの多層複合材を構築するためにより多数の積層造形工程が必要とされることを意味する。しかし、１つ以上の微細層を有する複合材を形成することによって、有利なことに、多層複合材の厚さの制御が可能となる。

微細層の厚さは、積層造形法によって形成された層の厚さの典型的な範囲内、特に範囲の下端にある厚さ、例えば３０ミクロン～１００ミクロン、例えば３０～５０、６０、７０、８０又は９０ミクロンの範囲の厚さであり得る。また厚さ公差の値に基づいて、微細層の厚みを選択することもできる。

例示的な方法では、微細層の厚さは、厚さ公差の大きさよりも小さくすることができる。厚さ公差の大きさよりも小さい厚さを有する微細層を使用することにより、微細層の厚さにほぼ等しいレベルの精度まで多層複合材を製造することができる。０．１ミリメートルの精度を達成し、＋／－０．１ミリメートルの厚さ公差内の厚さを有する多層体を形成するために、微細層の有用な厚さは０．１ミリメートルであり得る。他の例示的な方法では、微細層の厚さは、厚さ公差の大きさの数分の１、例えば厚さ公差の大きさの３／４、１／２、１／３又は１／４であり得る。即ち、０．１ミリメートルの厚さ公差では、微細層は、目標厚さの０．１ｍｍ以内の厚さを有する多層複合材を形成するために、０．０７５、０．０５、０．０３３又は０．０２５ｍｍの厚さを有し得る。

１つ以上の微細層と組み合わせて、（微細層と比較して）比較的より大きい厚さを有する１つ以上の粗層を積層造形法を使用して形成して、多層複合材の製造速度を上昇させることができる。多層複合材を形成するために比較的より厚い層を使用すると、特定の厚さの多層複合材を製造するために必要な層の総数及び必要な層形成工程の数が低減されるため、多層複合材を作製するための製造速度が上昇する（必要な時間が短縮される）。
粗層の厚さは、積層造形法によって形成される層の典型的な範囲内、例えば１００ミクロン～５００ミクロンの範囲内の厚さであり得る。粗層の厚さが厚いほど、所定の総厚の完成した多層複合材を形成するのに必要な工程数及び時間量が低減される。

記載された方法に従って作製される多層複合材は、比較的より厚い厚さを有する複数の層（「粗」層と呼ばれる）及び比較的より小さい厚さを有する複数の層（「微細」層と呼ばれる）を含む、異なる厚さの複数の層を有することができる。粗層に対する多層複合材の一部としての１つ以上の微細層の位置は、任意の有用な位置であり得る。同様に、１つ以上の微細層が１つ以上の粗層に対して形成される順序は、任意の有用な順序であることができる。粗層及び微細層の様々な位置、並びに粗層及び微細層を形成する様々な順序は、所定の目標厚さに対して所定の厚さ公差内となる厚さを有する多層複合材を提供する目的で、有効であり得る。

一例として、説明する目的で、微細層又は（任意にすべて同じ厚さに形成され得る）一連（群）の微細層が、最初に多層複合材の「底部」に形成され得る。１つ又は１群の微細層を形成した後、１つ以上の微細層の後（「上」）に、１つ又は（任意にすべて同じ厚さに形成され得る）１群の粗層が形成され得る。図１Ａ（模式的であり、縮尺通りではない）は、複合材１０の底部に形成された３つの微細層の群３０と、微細層３２の後及び上に形成された５つの粗層２２の続いて形成された群２０とを有する、多層複合材１０の一例を示す。図示するように、複合材１０の目標厚さは、６００ミクロン（０．６ミリメートル（ｍｍ））であり得て、＋／－５０ミクロン（＋－０．０５ｍｍ）の公差を有する。各粗層２２は、１００ミクロン（０．１ｍｍ）の厚さに形成され得て、各微細層３２は、３０ミクロン（０．０３ｍｍ）の厚さに形成され得る。微細層と粗層とを合わせた合計厚さは５９０ミクロン（０．５９０ｍｍ）であり、これは目標厚さ６００ミクロンから厚さ公差＋／－５０ミクロン以内である。

図１Ｂに示す他の例示的な方法では、多層複合材１２は、最初に粗層２２の群２０を形成し、続いて微細層３２の群３０を形成することによって形成され得る。粗層は最初に形成され、多層複合材に、複合材の底部の微細層の下に位置する。例示的な厚さは、図１Ａの複合材１２と同じであり得る、又は異なり得る。

図１Ｃ（模式的であり、縮尺通りではない）に示す異なる例示的な多層複合材では、例示的な多層複合材１４は、複合材１４の底部に形成された３つの微細層３２の底部群３０と、微細層３２の後及び上に形成された５つの粗層２２の続いて形成された群２０と、複合材１４の上部に形成された３つの微細層３２の第２の群３０とを含む。この実施形態では、複合材１４の２つの露出面（例えば外側「スキン」層として）それぞれに、微細層３２の群が存在する。粗層２２は、複合材の内部位置に（例えば「コア」層として）配置される。図示するように、複合材１０の目標厚さは、７００ミクロン（０．７ミリメートル（ｍｍ））であり得て、＋／－５０ミクロン（＋－０．０５ｍｍ）の公差を有する。各粗層２２は、１００ミクロン（０．１ｍｍ）の厚さに形成され得て、各微細層３２は、３０ミクロン（０．０３ｍｍ）の厚さに形成され得る。微細層と粗層とを合わせた合計厚さは６８０ミクロン（０．６８０ｍｍ）であり、これは目標厚さ７００ミクロンから厚さ公差＋／－５０ミクロン以内である。

図１Ｄ（模式的であり、縮尺通りではない）に示すなお異なる例示的な多層複合材では、多層複合材１６は、複合材１６の底部に形成された３つの粗層２２の底部群２０と、粗層２２の後及び上に形成された３つの微細層３２の続いて形成された群３０と、複合材１６の上部に形成された５つの粗層２２の第２の群２０とを含む。

例えば図１Ｅ（模式的であり、縮尺通りではない）に示す別の実施形態では、例示的な多層複合材１８は、多層複合材１８の中心を形成する粗層２２の第１の群２０と、多層複合材１８の外側面を形成する微細層３２の第２の群３０とを含み得る。

図１Ａ～図１Ｅに示すように、微細層３２は、多層複合材１０、１２、１４、１６及び１８の外部の少なくとも一部を形成し得る。図１Ａ～図１Ｅに示す実施形態はまた、微細層３２が上面、底面及び側面を含む多層複合材の外部全体を形成するように組み合わせることができる。いくつかの実施形態では、微細層３２は、上面、底面及び／又は側面の一部又は全体を形成し得る。いくつかの実施形態では、以下でより詳細に説明するように、微細層３２及び粗層２２がバインダを有する場合、バインダ飽和は、微細層３２と粗層２２との間で異なる。外側面を形成する微細層がある図１Ｅなどの実施形態では、多層複合材は、交互に、第１の粉末の層を微細層の厚さに堆積させ、微細層に対応する領域のみにバインダを堆積させ、次いで第２の層全体にバインダが堆積させて第２の粉末の層を堆積させることによって形成され得るが、粗層２２に対応する領域のバインダの飽和率は、微細層３２に対応する領域よりも高い。微細層が外面を形成する図１Ｅなどのいくつかの実施形態では、外側面から内側に向かって多孔度及び／又は密度に勾配があることができる。

図示するように、微細層及び粗層の任意の様々な配置は、目標厚さに対して所定の厚さ公差以内の厚さを有する多層複合材の製造に有効であり得る。

記載された積層造形プロセスによって直接形成された多層複合材は、一般に、複数の別個に形成された層からなり、層の各々は固化バインダ組成物によって共に保持された粒子を含む。積層造形工程によって最初に形成される多層複合材は、任意の有用な構造であり得る。特定の例では、多層複合材は、一般に「グリーン体」と呼ばれる構造であり得る。

グリーン体の形態の多層複合材は、多層複合材を形成する積層造形工程中に有用な材料である、固化バインダ材料全体に分散した粒子を含む。典型的な方法では、グリーン体は、所望の又は機能性の最終生成物ではなく、代わりに、本明細書では「後処理体」と呼ぶ、有用な誘導構造を形成するためにさらに処理が必要な中間体生成物であり得る。

後処理体は、グリーン体を形成し、次いでグリーン体を処理して誘導生成物（後処理体）を形成する積層造形技術によって製造され得る任意の構造、形態又は組成のものであることができる。後処理体の例としては、剛性（例えば自立型）体、例えば金属材料又はセラミック材料などの無機材料の少なくとも一部を含む材料からなる剛性無機体が挙げられ、金属材料又はセラミック材料のどちらかは、グリーン体の形態の多層複合材を形成するために使用される粒子から作られる。方法に従って作製された後処理体は、正確な厚さ寸法に形成されたグリーン体（多層複合材）から作製され、グリーン体の目標厚さに対して特定の許容範囲内にある厚さを意味する。有利には、（正確な厚さ寸法を有する）グリーン体から作製された後処理体はまた、正確な厚さ寸法を示すことができ、後処理体の目標厚さに対して特定の許容範囲内にある厚さを意味する。

１つの特定の例では、後処理体は、剛性無機体、例えば金属、金属合金又はセラミックを含む材料からなる剛性無機体であり得る。剛性有機体の例は、剛性無機体の正確な厚さが有用又は有利であり得るいくつかの目的を含む、様々な目的に有用であり得る。これらとしては、２つの対向する表面と、膜の領域にわたって比較的一様で正確な厚さとを有する、比較的薄く、任意に平坦な構造の形態の多孔質無機（例えば金属）膜が挙げられる。膜は、平坦なシート、ディスク又は均一な厚さを有する別の構造の形態であり得る。

より詳細には、（任意の形状の）フィルタとして使用するための多孔質焼結金属体（膜）の形態の後処理体は、典型的には、２つの対向する主表面と、濾過工程におけるフィルタとしての膜の使用中に流体が流れる、２つの対向する主表面の間の厚さとを含み得る。フィルタ膜として使用される例示的な多孔質金属膜の厚さ（例えばディスク、シート若しくはカップの厚さ、又はチューブ若しくはシリンダの本体壁の厚さ）は、フィルタシステムの一部として取り扱われ、設置され、使用されるのに十分な強度及び構造的完全性を有しつつ、例えば所与の圧力降下での十分な流れなどの所望の流れ特性、及び粒子保持率などの濾過特性をもたらす、フィルタ膜としての多孔質体の使用に有効な範囲内とすることができる。有用な厚さ（目標厚さ）の例は、０．５～５ミリメートル、例えば１～４ミリメートルの範囲であり得る。この種の後処理体の例示的な厚さ公差は、＋／－０．１ｍｍ未満であり得る。例示的な厚さ公差は、＋／－０．０９ｍｍ以下、＋／－０．０８ｍｍ以下、＋／－０．０６ｍｍ以下、又は＋／－０．０５ｍｍ以下であり得る。

本明細書に記載の方法に従って作製され得る誘導体の例を図２Ａ及び図２Ｂに示す。ディスク４０は、多孔質焼結金属体（膜）として図示されて、対向する２つの平坦表面と、表面間の厚さとを有する形態を有する。ディスク（例えば多孔質焼結金属膜）は、焼結金属粒子（例えば金属又は金属合金、代わりにセラミック）からなり、直径を有し、目標厚さに対して所望の（予め選択された）厚さ公差範囲内の測定厚さを有するように本明細書の方法に従って作製されている。

具体的には、ディスク４０は、記載された積層造形方法によって形成された多層複合材の形態のグリーン体を処理することによって形成された誘導体（後処理体）である。グリーン体は、グリーン体の目標厚さの厚さ公差以内の厚さを示すように形成される。ディスク（後処理体）はまた、正確な厚さを有することができ、後処理体の目標厚さの厚さ公差以内の厚さを意味する。目標厚さの公差以内の正確な厚さを有するように後処理体を形成するために、グリーン体は、後処理体の目標厚さよりもわずかに大きい目標厚さに形成される。１つ以上の後処理工程の間、グリーン体の厚さはわずかに縮小する。後処理体の厚さは、グリーン体の厚さよりわずかに小さい。この厚さの縮小を考慮することにより、グリーン体の目標厚さは、後処理中に生じる厚さの縮小を考慮して、後処理体の目標厚さよりもわずかに大きくなるように選択することができる。後処理工程に起因する厚さの縮小量は、経験的に求めることができる。後処理体の厚さ公差範囲は、グリーン体の厚さ公差範囲と等しい又はほぼ等しい範囲であり得て、多層複合材又はグリーン体に有用な本明細書に記載の厚さ公差のいずれかと等しい厚さ公差であり得る。

目標厚さの公差範囲内にある「測定厚さ」は、本体（例えば多層複合材、例えばグリーン体又は後処理体）の１つの位置における厚さとして測定することができ、又は好ましくは、本体の複数の位置において測定され得る。図２Ｂに示すように、後処理体（例えば多孔質焼結金属膜）の厚さは、中心位置、及び周囲の周りに等距離に離間された４つの位置など、複数（例えば番号１～５として識別される５つ）の位置にて測定され得る。好ましくは、複数（例えば５）の測定位置における本体の測定厚さは、すべての測定位置において、目標厚さに対して予め選択された厚さ公差範囲内にある。

典型的には、グリーン体の形態の多層複合材から所望の後処理生成物を形成するために、グリーン体は、形成後にさらに処理される。グリーン体は、高温を使用してバインダ組成物を硬化（例えば架橋）する硬化工程、固化バインダを除去する脱バインダ工程、複合体の粒子同士を融着させて焼結体を形成する焼結工程を含む、１つ以上の後処理工程によって処理され得る。

例示的な方法では、脱バインダ工程及び焼結工程は、単一の装置（例えばオーブン又は炉）で行われ得る、又は一連の、第１の装置における脱バインダ工程、第２の（異なる）装置で行われる、後続の焼結工程として行われ得る。脱バインダ工程に使用される温度は、焼結工程に用いられる温度よりも低い。脱バインダ工程の温度は、通常６００℃未満の範囲、例えば１００～５５０又は６００℃の範囲であり得る。特定の多層複合材の任意の特定の脱バインダ工程の選択される温度は、バインダの化学的性質に依存することができる。焼結工程の温度は、一般に脱バインダ工程の温度よりも高くてもよく、例えば５５０又は６００℃より高くてもよい。

本明細書で使用される「焼結」という用語は、この用語が多孔質焼結金属又はセラミック構造の技術分野で使用される場合に与えられる意味と一致する意味を有する。これと一致して、「焼結」という用語は、非酸化性環境において、グリーン体に形成された粒子に熱を加えて、粒子の表面が、粒子表面間の物理的（機械的）結合によって粒子表面が共に融着されるが、粒子を溶融させない（即ち、いずれの金属材料もその溶融温度に達しない）温度に達することによって、１つ以上の異なる種類（サイズ、組成、形状など）の小さい焼結性粒子の集合を共に結合させる（例えば「固相溶接」又は「融着」）プロセスを指すために使用することができる。

焼結工程は、本体の粒子の焼結点より高いが、粒子の溶融温度より低い温度で行われる。本明細書で使用される場合、粒子の「焼結点」は、粒子の材料が焼結することができる温度、即ち粒子が焼結される本体の他の粒子に付着し始め、例えば大気圧などの特定の圧力にて別の粒子に融着できる温度である。材料（例えば金属）の焼結点は、通常、材料の溶融温度より低く、材料が液体になる温度を意味する。

したがって、焼結及び脱バインダ工程を実施するための有用な温度は、脱バインダ工程のための固化バインダの組成、粒子の組成及び粒子の焼結点、並びに焼結されている粒子のサイズ、例えば粒子が「粗」（より大きい）か「微細」（より小さい）かに依存することができる。焼結工程は、炉又はオーブン内で、焼結されている本体の粒子と反応しない、又はさもなければ有害な影響を与えない非酸化性雰囲気中にて、例えば真空中又は濃縮若しくは純粋な水素、濃縮若しくは純粋な不活性ガス、又は濃縮若しくは純粋な水素と不活性ガスとの組み合わせの雰囲気中で行うことができる。

予め選択された目標厚さに対して正確な厚さを有する、記載された多層複合材を作製するために、特定の種類の積層造形方法が有用又は有利であることが見出されている。一般に、積層造形プロセスは、広範囲の形状及びサイズを示す構造を作製するのに有用であることが既知である。積層造形プロセスはまた、高度に自動化され、比較的効率的かつ費用効果的であり得る。

多層複合材を形成するための積層造形プロセスには、粒子、例えば金属粒子などの無機粒子を含む成分と、組み合わされてバインダ組成物を形成する１つ以上の成分とが必要である。バインダ組成物を粒子と組み合わせてもよく、バインダ組成物を固化（硬化（ｈａｒｄｅｎｅｄ）、硬化（ｃｕｒｅｄ）など）して、粒子の物理的支持構造（マトリックス）として作用する固化バインダ組成物を含む、固化フィードストック組成物を製造してもよい。粒子をバインダ組成物と組み合わせ、バインダ組成物を複合材の層として固化させる工程は、様々なタイプの積層造形技術によって異なり得て、例えば粒子をバインダ組成物と組み合わせる工程は、粉末床技術では、及び様々な形式の粉末床技術では、光造形技術と比較して異なり得る。

本明細書による有用な粒子は、記載される有用な多層複合材、有用なグリーン体又は有用な後処理体を形成するように処理することができる任意の粒子であり得る。粒子は、粉末の形態で、又はバインダ組成物の１つ以上の成分などの他の成分と組み合わせた（粉末形態の）粒子のスラリーの一部として、フィードストックに含まれ得る。

有用な粒子の例としては、「焼結性」であると考えられる無機粒子、例えば記載されたグリーン体に形成され、次いで粒子を互いに融着させる焼結工程によって処理され得る無機粒子が挙げられる。粒子は、金属又はセラミック材料などの任意の焼結性材料であり得る。

粒子は、ミクロン（例えば５００ミクロン未満、１００ミクロン未満、５０ミクロン未満、１０ミクロン未満又は５ミクロン未満の平均サイズを有する）規模の小さい又は比較的小さい粒子を含む、有効な任意のサイズ（例えば平均粒径）又はサイズ範囲の粒子であることができる。好ましくは、粒子の平均粒径は、記載された積層造形技術中に形成される層の厚さ未満であることができる。

本明細書で使用される「金属」という用語は、任意の金属若しくは半金属の化学元素又はこれらの元素の２つ以上の合金を指す。有用な又は好ましい粒子は、中でもニッケル、ニッケル合金及びステンレス鋼を含む金属からなり得る。

粒子は、記載された処理における有効性を達成して、フィードストックに含有され、フィードストック層に形成され、固化フィードストック及び多層複合材に形成され、次いで任意に焼結などによってさらに処理されて、例えば多孔質フィルタ膜として所望の有用性を有する多孔質焼結体を形成することができるように選択することができる。粒子のサイズ、形状及び化学的構成は、これらの目的に有効な任意のものであることができる。

方法のバインダ成分に関して、バインダ又はバインダの成分として有用であり得る材料は、ポリマー、有機（例えば液体溶媒）及び無機である材料を含む。

バインダの成分として有用であり得る無機材料の例としては、液体に懸濁され、乾燥されて固体材料を形成することができる粘土などの粒子が挙げられる。有用な粘土又は他の無機粒子型バインダ成分は、無機バインダ粒子及び（フィードストックの）無機粒子がポリマーと液体（例えば水、有機溶媒又は両方の組み合わせ）中に共に懸濁され、続いて液体を例えば蒸発によって除去することができるような方法で、無機粒子（例えば記載されたような金属又はセラミック）、溶媒（水又は有機溶媒）及びポリマーと組み合わせることができる。液体が蒸発すると、バインダの無機粒子及びポリマーは、固化フィードストック組成物の一部としてフィードストックの無機粒子を支持する固化バインダ組成物を形成する。

他のバインダ組成物としては、硬化性ポリマーバインダ材料が挙げられる。硬化性ポリマーバインダは、フィードストック層に形成された粒子に液体として組み合わされ、次いで固化され得る。硬化性ポリマーバインダの例としては、例えば高温（熱硬化性）に曝露されると反応して固化することによって、又はレーザ、例えばＵＶレーザなどからの電磁照射に曝露されると反応して固化することによって、化学的に硬化可能な材料が挙げられる。ポリマーバインダの他の例は、液体溶媒内で液体として塗布され得て、次いで溶媒を蒸発させて、粒子を支持する構造としてポリマーバインダが残され得る。バインダのポリマー成分は、多層複合材が完全に形成された後、即ち多層複合材のすべての層が形成された後に、熱（高温）、照射への曝露、又は別の反応機構によって開始される化学反応によって多層複合材のすべての層に含まれるポリマーを硬化させる単一硬化を使用して、任意に硬化され得る。

硬化性液体バインダ組成物は、化学モノマー、オリゴマー、ポリマー、架橋剤などを含有する硬化性材料を含み得て、硬化性バインダ組成物の流動、固化又は硬化を可能にする又は促進する少量の機能性成分又は添加剤をさらに含有し得る。これらとしては、流動助剤、界面活性剤、乳化剤、粒子凝集を防止するための分散剤及び電磁（例えば紫外線）照射又は高温に曝露されたときにポリマーの硬化を開始するための開始剤のいずれかが挙げられ得る。

「バインダジェット印刷」技術と呼ばれる様々な技術を含む「粉末床」技術と呼ばれる積層造形技術では、粒子は、「フィードストック層」として既知の均一な層に形成することができる「フィードストック」の床に含有される。フィードストック層は粒子を含有し、１つ以上の追加の成分、例えばバインダ組成物の１つ以上の成分を任意に含み得る。他の任意の成分としては、流動助剤又はポリマースペーサ粒子が挙げられ得る。これらの方法は、１つ以上の成分がフィードストック層に含まれ得る又はフィードストック層の部分に選択的に適用され得るバインダ組成物を固化可能にして又は固化させて、フィードストック層の選択された部分（領域）にて固化バインダ組成物を形成する工程を含む。バインダ組成物（又はその別個の部分）がフィードストック層の選択された部分に位置するようになる機構、及びフィードストック層の選択された部分のバインダ組成物が固化するようになる機構は、変わり得る。

粉末床積層造形技術は、一般に一連の複数の個々の層形成工程を含むことができ、各工程は、多層複合材の単一の断面層を形成するために使用される。第１の（底部）層を形成した後、各後続層は先行層の上面に形成される。この一連の複数の個別の層形成工程は、固化フィードストックの複数の個別に形成された層の多層複合材を形成するのに有効である。粉末床積層造形技術は、厚さ目標に対して所定の厚さ公差内にある厚さを有する複合材を製造するために、１つ以上の微細層及び１つ以上の粗層を含む、異なる厚さの複数の層を含む多層複合材を作製するために記載されたように使用され得る。

これらの技術は、他の積層造形技術と同様に、ＣＡＤ（コンピュータ支援設計）ファイルなどのデジタルデータによって記述又は定義される３次元物体を製造する。固化フィードストックの多くの薄い断面層からなる複合体（「多層複合材」）を製造するために組み合わされる一連の個々の工程を使用して、３次元体が層ごとに順次構築される。各層形成工程は、粒子を含有するフィードストックを含む単一のフィードストック層を表面上に形成することを含み得る。いくつかの例示的な方法では、フィードストック層は、バインダ組成物又はその成分を含有し得る。他の例示的な方法では、フィードストック層は、バインダ組成物又はバインダ組成物の成分を含有しない。これらの方法では、バインダ組成物は、フィードストック層の部分に選択的に添加される。

一例として、ローラ又は他の延展デバイスは、１回のパスで１回量のフィードストック組成物を塗布することによって、又は表面上に複数のパスで複数の別個の量のフィードストックを塗布することによって、粉末又はスラリーの形態のフィードストック組成物を表面上に均一に塗布する。「フィードストック層」は、ローラ又は他の塗布方法を使用してフィードストック組成物を表面に塗布し、所望の有用な奥行を有する平滑で均一なフィードストック層を形成する１つ又は複数の以上の工程によって、フィードストック組成物から形成され得る。

フィードストック層の有用な奥行は、所望に応じて、粗層を形成するための奥行、又は微細層を形成するための奥行であることができる。特定のプロセス及びシステムによって形成され得る奥行の範囲は、フィードストックの組成、及びフィードストック層に液体材料を塗布するために使用されるプリントヘッド又は他のデバイスの分解能などの因子に依存し得る。１つの非限定的な例として、１００ミクロンの分解能を有するプリントヘッドは、約１０ミクロンの奥行を有するフィードストック層と共に使用され得る。

フィードストック層を形成した後、フィードストック層の部分を選択的に処理して、フィードストック層の部分として固化フィードストック組成物を形成する。固化フィードストック組成物を形成するためのこれらの工程に続いて、フィードストック組成物の追加の薄層が完成した層の上面上に延展され、これはある量の未固化（元の）フィードストック組成物に包囲された固化フィードストック組成物を含有する。

このプロセスは、固化フィードストックを含む複数の層を形成するために反復され、固化フィードストック組成物の各新規層（第１の層の後）は、固化フィードストック組成物の前の層上に形成され、固化フィードストック組成物の前の層に付着する。複数のフィードストック層が堆積され、固化フィードストック組成物の複数の層が、完成した各層の上に１つずつ連続して形成され、多層複合材を形成する。層は異なる厚さを有し得る。各層は同じフィードストック材料からなり得る、又は異なる層は異なる原料材料からなり得る。多層複合材のすべての層が堆積された後、固化フィードストック組成物を作製するために使用されなかった元のフィードストック材料を含むフィードストック層の部分は、多層複合材から分離され得る。

所望又は有用であれば、粉末床積層造形技術で使用されるフィードストック層は、バインダ組成物の一部である、又はさもなければ固化フィードストック層の一部として有用である、１つ以上の任意の成分を含有し得る。これらは、例えばプリンタベッド内のフィードストックの流れを改善し、一様の（均一な、高さの、均質な）フィードストック層を形成するフィードストックの能力を改善するための流動助剤を含み得る。あるいは又は加えて、フィードストック層は、粒子間のスペーサとして作用する、例えば「細孔形成」材料として作用する固体ポリマー材料を任意に含有し得る。そのような固体ポリマーは、熱可塑性（室温にて固体形態の）細孔形成ポリマーであり得て、任意の所望の量、例えばフィードストックの総重量に対して０．５～１５重量％、例えばフィードストックの総重量に対して１～１２又は２～１０重量％の量でフィードストック層中に存在し得て、フィードストックの残り（重量基準）は粒子である。

より詳細には、粉末床方式の一具体例は、「ジェットバインダ印刷」と称される。これらの例示的な積層造形方法によれば、フィードストック層は粒子を含み、バインダ組成物又はバインダ組成物の成分を含み得る又は含み得ない。

固化フィードストック層は、フィードストック層の部分に液体材料を選択的に塗布して、フィードストック層の部分に固化フィードストック組成物を選択的に形成することによって形成される。所望の量の液体を選択的に分配してフィードストック層に塗布するのに有効なプリントヘッド又は他のデバイスは、フィードストック層の上面上を移動する。プリントヘッド又は他の有用なデバイスは、液体を吐出し、フィードストック層の上面の選択された部分に液体を塗布する。液体は、フィードストック層に流入し、液体が選択的に塗布される原料層の位置で固化バインダ組成物を形成するのに有用である。固化フィードストック組成物は、固化バインダ組成物全体に分散した粒子を含有する。

ジェットバインダ技術のこの一般的な説明には、異なる変形も存在する。一変形によれば、フィードストック層は、粒子及びバインダ組成物又はバインダ組成物の一部を含有し、フィードストック層に選択的に塗布される液体は、フィードストック層内のバインダ組成物又はその成分を固化させる工程において有用な液体である。

より例示的な詳細では、本明細書を限定するものではないが、この種の方法は、粒子と、排出された液体と接触したときに溶解、懸濁、又はさもなければ活性化されるバインダ組成物の成分とを含有するフィードストックを使用し得て、その後、組み合わされたバインダ組成物は、粒子を包囲するマトリックスとして固化され得る。

フィードストックに含まれるバインダ組成物の成分は、ポリマー（例えばポリビニルアルコール）又はフェノール樹脂などの有機であり得る、又は粘土などの無機粒子などの無機であり得る。液体は、フィードストック層に最初に存在するバインダ組成物と溶解、分散又は化学的に反応するのに有効な液体であり得る。いくつかの例では、液体又は液体の一部が続いて除去されて（例えば蒸発）、粒子を包囲及び支持するマトリックス構造として固化バインダ組成物を含む、固化フィードストック組成物が残され得る。

粉末床積層造形技術の別の変形として、フィードストック層は、バインダ組成物の一部である成分を含有しない（又は必要としない）。この変形例では、フィードストック層に選択的に塗布される液体は、液体形態の化学硬化性ポリマーの形態であり得るバインダ組成物のすべての必要な成分を含み得る。この変形では、液体バインダ組成物は、原料層に選択的に塗布され、固化フィードストック層を製造するために所定の位置で固化可能にされる又は固化される。

この種のシステムの例によれば、フィードストック層は粒子を含有し得て、他の材料を含有する必要はない。例えばフィードストック層は、少なくとも７０、８０、９０又は９５重量％の粒子を含有し得る。しかし、本明細書に記載されるように、細孔形成粒子、流動助剤などの他の成分が望ましいことがある。

フィードストック層に塗布される液体バインダ組成物は、液体形態のバインダ組成物をフィードストック層に選択的に分配及び塗布するために、また液体バインダ組成物が、任意にそのような蒸発又は化学反応などのさらなる処理によって固化するために必要であるバインダ組成物のすべての成分を含むことができる。液体バインダは、例えば（電磁照射への曝露による）化学硬化機構のいずれかによって又は蒸発による溶媒の除去によって固化することができるポリマー材料を含み得る。

また別の様々な積層造形技術は、光造形と呼ばれる。この方法は、パウダーベッド技術と同様の工程及び機器を使用する。これらの技術により、フィードストック層は、硬化性液体バインダ組成物中に分散された粒子を含有する。フィードストック層は、バインダジェット技術と同様に、浅い床に含有され得る。固化フィードストック組成物の複数の層は、各層が紫外線（ＵＶ）照射などの電磁照射への曝露によって選択的に硬化（固化）されることによって連続的に形成される。（ジェットバインダ技術に関して上述したように）粉末フィードストック層に液体を選択的に塗布してフィードストック層を固化させることと比較して、光造形技術は、フィードストック層の部分を化学硬化を誘導する電磁照射に曝露することによって、液体フィードストック層の部分を選択的に固化（硬化）させる。

多層複合材の作製に使用するためのこれらの異なる種類の積層造形技術は各々、バインダ組成物、（例えば粉末又は粒子の集合体の形態の）粒子、及び積層造形工程を実施するための有用な機器を必要とする。機器は、（一般に）粉末床技術、ジェットバインダ印刷技術、光造形印刷技術、又は別の有用な積層造形方法によって多層複合材を形成することができる、自動化３Ｄプリンタであり得る。有用な機器及び関連方法は、先行する層の上に、固化フィードストックの複数の層を連続的に１つずつ配置して多層複合材を形成するのに有効となる。

多層複合材の作製に有用なバインダジェット印刷積層造形技術（１００）の例を図３Ａ及び図３Ｂに示す。

図３Ａは、有用なバインダジェット印刷積層造形技術の一連の工程を示し、積層造形システムのプリンタベッドに投入された異なる形態のフィードストック１０２と、積層造形システムのプリントヘッドに投入された異なる液体１０４とによって、本方法を独立して使用できることを明示している。

フィードストック１０２は、粒子及び任意の追加の成分を含有する粉末（又は代わりにスラリー）である。例示的な方法では、フィードストック１０２はバインダ組成物又はその成分を含有せず（例えばバインダ組成物又はその成分を必要としない）、液体１０４はバインダ組成物を含有する。他の例示的な方法では、フィードストック１０２は、バインダ組成物又はバインダ組成物の成分を含有し、液体１０４は、蒸発などの任意の処理によって、又はバインダの化学反応を引き起こすことによって、フィードストック中のバインダ組成物の固化に有効である、又固化を助ける液体成分を含有する。このプロセスは、市販のバインダジェット印刷装置、本明細書に記載の粒子を、装置のプリントヘッドから分配された液体（加熱熱可塑性）ポリマーバインダ（１０４）と共に使用して実施することができる。

方法（図３Ａ）の例示的な工程によれば、フィードストック（例えば１０２）は、粉末床積層造形システムの床に投入され、装置（１１０）のビルドプレート上に所望の奥行の一様なフィードストック層として形成される。次の工程（１１２）において、プリントヘッドは、液体バインダ（１０４）を第１の層の一部に選択的に堆積させる。液体バインダ（１０４）は、フィードストック層上に配置された後に固化され得る。例えば液体バインダ（１０４）は、ポリマーを固化させるために除去することができる液体溶媒に溶解又は分散されたポリマーを含有し得る。液体バインダ（１０４）がフィードストック層に選択的に塗布された後、液体バインダ（１０４）は、例えばバインダから溶媒を除去し、その部分に固化フィードストックを形成するために液体バインダに熱を加えることによって、固化させることができる。代わりに、液体バインダ（１０４）は、液体形態のフィードストック層に塗布され、次いで化学的に反応して固化することができる硬化性ポリマーであり得る。

液体バインダは、フィードストック層の粒子の位置を固定するのに有効な量でフィードストック層に塗布される。この方法は、液体バインダがフィードストックの粒子間の空間を充填する量又は方法で塗布されることを必要としないが、フィードストック層の空隙空間を必ずしも充填することなく、粒子の位置を他の粒子に対して固定させるためにフィードストック層中の隣接又は近隣の粒子を連結又は「架橋」する量で塗布され得る。「固化」フィードストックは、粒子の位置を支持及び維持する構造として作用するのに十分に硬直、剛性化、又は硬化されているという意味で「固体」であるが、連結された粒子間に開口部、空隙空間、又は細孔を含み得る。固化フィードストックは、例えば固化フィードストック構造内の粒子の位置を連結及び維持する、乾燥、硬化、又はさもなければ連続（必ずしも固体ではないが、細孔がないことを意味する）ポリマー材料によって連結された粒子を含み得る。

塗布されたフィードストック層の、固化フィードストックに形成されていない部分は、元の粉末フィードストックとして残存している。

ビルドプレートが下方に移動され（１１４）、フィードストックの第２の層が、固化フィードストックの一部を含む第１のフィードストック層の上に、第２の一様なフィードストック層として形成される（１１６）。次いで、プリントヘッドは、第２の量の液体ポリマーバインダ（１０４）を第２のフィードストック層（１１８）の部分に選択的に堆積させ、第２の量の液体バインダは、例えば熱を使用して溶媒を除去し、乾燥（固化）ポリマーバインダを形成することによって、又はバインダ組成物の種類に基づく別の関連機構によって固化されて、第２の層から固化フィードストックを形成する。

固化フィードストックに対して形成されていない第２の層の部分は、元の粉末フィードストックとして残存する。

工程１１４、１１６及び１１８が反復されて（１２０）、元のフィードストック（１０２又は１０４）に包囲された完成した多層複合材（例えばグリーン体）が形成される。多層複合材は、形成された各層の固化フィードストックを含み、固化（固体）バインダ中に分散した粒子から構成される多層体である。任意に、ポリマーバインダが熱硬化性である場合、多層複合材は、任意に周囲の元の粉末フィードストックの存在下で加熱されて、液体ポリマーバインダ（１２２）を架橋及び硬化させることができる。元の（ルース）粉末フィードストック（１０２又は１０４）を除去して、多層複合材（１２４）から分離することができる。本明細書によれば、フィードストックの任意の１つ以上の層は、微細層又は粗層であり得る。

多層複合材は、多層複合材（例えばグリーン体）を剛性無機体などの誘導生成物に変換するのに有用又は所望であり得る任意の後続のタイプの処理（後処理）の位置に移動することができる。図示されていない例示的な工程は、固化バインダを多層複合材から除去する脱バインダ工程と、多層複合材の粒子を焼結させて粒子を連結させ、剛性無機体を形成する焼結工程とを含み得る。

図３Ｂは、関連するプロセス装置及びフィードストックを有する技術１００の工程を模式的に示す。

図３Ｂを参照すると、例示的なプロセスは、市販のバインダジェット印刷装置（１３０）、本明細書に記載されたフィードストック（１３２）、及び装置（１３０）のプリントヘッド（１３６）から分配された液体（１３３）を使用して実施することができる。本方法の例示的な工程によれば、フィードストック（１３２）は、装置（１３０）のビルドプレート（１３８）上に一様な厚さ及び高さのフィードストック層（１３４）として形成される。フィードストック層（１３４）は、ローラ又は他のレベリングデバイスを使用して、所望の奥行のフィードストック（１３２）を均一に形成及び分配するために１回の通過又は複数回の通過を使用して形成され得る。フィードストック層（１３４）は、本明細書に記載の微細層又は粗層であり得る。プリントヘッド（１３６）は、第１の層（１３４）の一部に液体（１３３）を選択的に堆積させる。

液体１３３は、例えば（図３Ａに関して記載された）液体バインダ組成物であり得る、又は本明細書に記載された別の液体であり得る。液体バインダ組成物の形態の液体（１３３）は、例えば熱で乾燥させてバインダの溶媒を蒸発させ、固体ポリマーを含有する第１の固化フィードストック（１４０）をその部分に形成することによって、又は化学反応を引き起こしてフィードストックを固化させることによって固化される。

固化フィードストック（１４０）に形成されていないフィードストック層１３４の部分は、元のフィードストック（１３２）として残存する。ビルドプレート（１３８）が下方に移動され（１１４）、第２又は後続のフィードストック層（１４２）が第１の層（１３４）及び第１の固化フィードストック（１４０）の上に形成される。次いで、プリントヘッド（１３６）は、第２の量の液体ポリマーバインダ（１３３）を第２の層（１４２）の部分に選択的に堆積させ、第２の量の液体ポリマーバインダ（１３３）を固化させて、第２の層から固化フィードストックを形成する。固化フィードストックに形成されていない第２の層の部分は、元のフィードストックとして残存する。フィードストック層（１４２）は、本明細書に記載された微細層又は粗層であり得る。

前の層の上に原料層を塗布して、新規フィードストック層にバインダを塗布して新規フィードストック層の固化フィードストックを生成するこの一連の工程は、元の粉末フィードストック（１３２）に包囲された完成した多層複合材（１５２）を形成するために反復される（１５０）。多層複合材（１５２）は、各形成された層の固化フィードストックを含む本体であり、固化（固体）ポリマーバインダ中に分散したフィードストックからの粒子で構成されている。複合材（１５２）は、１つ以上の微細層及び１つ以上の粗層を含む、異なる厚さの層を含むように形成されている。必要に応じて、多層複合材は、脱バインダ及び焼結を含む後処理によって、グリーン体の形態の多層複合材を剛性有機体（例えば多孔質焼結金属膜）に変換することなどによって、さらに処理して、誘導生成物を製造することができる。

例えば図示するように、任意に周囲の元の粉末フィードストック（１３２）の存在下の多層複合材（１５２）を加熱して、液体ポリマーバインダ（１２２）を硬化させることができる。

元の（ルース）粉末フィードストック（１３２）を除去して、多層複合材（１５２）から分離することができる。多層複合材（１５２）をオーブンに移動して、多層複合材（１５２）から固化バインダを除去（脱バインダ）するのに有効な温度に加熱することができる。必要に応じて、脱バインダ工程に続いて、多層複合材（１５２）は、剛性無機体（１６０）などの誘導構造を形成するために炉内の焼結工程によってさらに処理され得る。

光造形（ＳＬＡ）と呼ばれる技術は、多層複合材を層ごとに形成するために使用できる積層造形技術の形式であり、光（電磁照射）を使用して、液体フィードストックの層のモノマー、オリゴマー、架橋剤などの（共に「ポリマー」又は「液体ポリマーバインダ」と呼ばれる）反応性化学成分を選択的に重合、架橋、又はさもなければ化学的に反応させて、フィードストック層の固化フィードストックの硬化ポリマー反応生成物（「固化ポリマー」）を形成する光化学プロセスを含む。液体ポリマーバインダは、紫外線（ＵＶ）光などの電磁照射への曝露によって選択的に硬化可能である。フィードストックは液体形態であり、粒子と組み合わせて硬化性液体ポリマー（「液体ポリマーバインダ」）を含有する。

多層複合材は、より大きな３次元構造（複合材）の多数の薄い断面（本明細書における「層」の「固化フィードストック」）を生成する一連の工程によって構築される。電磁照射源（例えばレーザ）は、液体フィードストックの層の一部にわたって電磁照射を選択的に適用し、液体フィードストックは、本明細書によれば、粒子及び電磁照射への曝露時に化学的に硬化することにより固化させることができる液体ポリマーバインダを含む。例えばレーザによって供給される電磁照射は、液体フィードストックの層の一部に層の表面で選択的に照射する。電磁照射は、液体ポリマーバインダを化学反応によって固化させて（即ち硬化させて）、粒子及び固化（硬化）ポリマーを含有する固化フィードストックを形成する。

固化フィードストックの初期層が形成された後、固化フィードストックを含む完成した層の上面上に液体フィードストックの追加の薄層が堆積され、プロセスが反復されて、それぞれが前の層の上面の上にあり、前の層の上面に付着する複数の層が形成される。複数の層が各層の上に１層ずつ連続して堆積されて、固化フィードストックの各層の複合材である多層複合材が形成される。複数の層は、本明細書に記載された１つ以上の微細層及び１つ以上の粗層を含むことができる。多層複合材のすべての層が形成された後、固化フィードストックを調製するために使用されなかった元の液体フィードストックを含有する層の部分は、多層複合材から分離される。続いて、多層複合材は、例えば固化（硬化）ポリマーの粒子からの除去（即ち「脱バインダ」）及び任意の焼結を含む工程によって必要ならば処理されて、剛性無機体（例えば多孔質焼結金属膜）などの誘導構造を形成することができる。

光造形積層造形技術は、記載されたように使用されて、厚さ目標に対して所定の厚さ公差内にある厚さを有する複合材を製造するために、１つ以上の微細層及び１つ以上の粗層を含む、異なる厚さの複数の層を含む多層複合材を作製し得る。

記載された多層複合材の作製に有用な光造形積層造形技術（２００）の一例を図４Ａに示す。フィードストック２０２は、液体硬化性ポリマーバインダと組み合わせて粒子を含有する液体である。

このプロセスは、市販の光造形積層造形機器及びフィードストックを形成するために粒子と組み合わせた液体ポリマーバインダを使用して実施することができる。例示的な方法（図４Ａに示すように、カッコで番号付けされた工程）の例示的な工程によれば、光造形積層造形装置によって収容された液体フィードストック（２０２）は、装置（２０４、２０６）のビルドプレート上に一様な層として形成される。次の工程（２０８）において、電磁照射源（例えばＵＶ（紫外線）レーザ）は、フィードストックの液体ポリマーバインダを化学的に硬化させて固化させる波長の照射をこの第１の層の一部に選択的に照射する。固化した液体ポリマーバインダは、照射部分にて固化フィードストックを形成する。液体フィードストックの層は、微細層又は粗層であり得る。

固化フィードストックに対して形成されていない層の部分は、元の液体フィードストックとして残存する。

ビルドプレートが下に移動され（２１０）、液体フィードストックの第２の層（微細層又は粗層のいずれか）が、第１のフィードストック層の上及び第１のフィードストック層の固化フィードストックの上に第２の一様な層として形成される（２１２）。次いで、電磁照射源は、第２の層（２１４）の一部を選択的に照射して、第２の層の液体フィードストックの一部を固化（硬化）させて、第２の層の部分に固化フィードストックを形成する。固化フィードストックに形成されていない第２の層の部分は、元の液体フィードストックとして残存する。工程２１２、２１４及び２１６が反復されて（２１８）、元の液体フィードストック（２０２）に包囲された完成した多層固化フィードストック複合材（「最終部品」）が形成される。

多層固化フィードストック複合体は、形成された各層の固化フィードストックを含む本体であり、液体フィードストックの固化（固体）ポリマーバインダ中に分散した粒子から構成される。元の液体フィードストック（２０２）を除去して、多層複合材（２１８）から分離することができる。次いで、多層複合材をさらに処理して、剛性無機体などの誘導構造を形成することができる。

図４Ｂを参照すると、例示的なプロセスは、市販の光造形積層造形装置（２３０）を使用し、本明細書による液体フィードストック（２３２）を使用して実施することができる。本方法の例示的な工程によれば、液体フィードストック（２３２）は、装置（２３０）のビルドプレート（２３８）上に一様なフィードストック層（２３４）として形成される。レーザ（２３６）は、第１の層（２３４）の一部に電磁照射（２３３）を照射して、その部分に第１の固化フィードストック（２４０）を形成する。固化フィードストック（２４０）に形成されていないフィードストック層（２３４）の部分は、元の液体フィードストック（２３２）として残存する。ビルドプレート（２３８）が下方に移動され（２１４）、第１の層（２３４）及び第１の固化フィードストック（２４０）の上に第２の又は後続の液体フィードストック層（２４２）が形成される。次いで、レーザ（２３６）は、第２の層（２４２）の部分に電磁照射（２３３）を選択的に照射して、第２の層から固化フィードストックを形成する。固化フィードストックに形成されていない第２の層の部分は、元の液体フィードストックとして残存する。このシーケンスを反復し（２５０）、元の液体フィードストック（２３２）に包囲された完成した多層固化原料複合体（２５２）を形成する。多層固化フィードストック複合材（２５２）は、形成された各層の固化フィードストックを含有する本体であり、フィードストックの固化（固体）硬化ポリマー中に分散したフィードストックからの粒子で構成されている。

元の液体フィードストック（２３２）を除去して、多層複合材（２５２）から分離することができる。次いで、多層複合材（２５２）を炉中での焼結工程によってさらに処理して、剛性無機体（２６０）などの誘導構造を形成することができる。

態様
第１の態様では、積層造形工程によって３次元体を形成する方法は、粗フィードストック層厚を有する粗フィードストック層を形成することと、粗フィードストック層の一部を固化させて、固化粗フィードストック層厚を有する固化粗フィードストック層を形成することと、固化粗フィードストック層を形成する前又は後に、粗フィードストック層厚よりも小さい微細フィードストック層厚を有する微細フィードストック層を形成することと、微細フィードストック層の一部を固化させて、固化粗フィードストック層厚よりも小さい固化微細フィードストック層厚を有する固化微細フィードストック層を形成することとを含む。

固化粗フィードストック層を形成することが、粗フィードストック層を形成することと、粗フィードストック層の一部に液体を塗布することと、粗フィードストック層の一部を固化させて固化粗フィードストック層を形成することとを含み、固化微細フィードストック層を形成することが、微細フィードストック層を形成することと、微細フィードストック層の一部に液体を塗布することと、微細フィードストック層の一部を固化させて固化微細フィードストック層を形成することとを含む、第１の態様に記載の第２の態様。

固化粗フィードストック層を形成することが、粗フィードストック層を形成することと、粗フィードストック層の一部に照射することによって粗フィードストック層の一部を固化させて、固化粗フィードストック層を形成することとを含み、固化微細フィードストック層を形成することが、微細フィードストック層を形成することと、微細フィードストック層の一部に照射することによって微細フィードストック層の一部を固化させて、固化粗フィードストック層を形成することとを含む、第１の態様に記載の第３の態様。

固化微細フィードストック層が、３次元体の外部の少なくとも一部を形成する、第１から第３の態様のいずれかに記載の第４の態様。

固化微細フィードストック層が、３次元体の外部の上面を形成する、第４の態様に記載の第５の態様。

固化微細フィードストック層が、３次元体の外部の上面及び底面を形成する。第５の態様に記載の第６の態様。

固化微細フィードストック層が、３次元体の外部の側面の少なくとも一部を形成する、第４から第６の態様のいずれかに記載の第７の態様。

固化フィードストック層が３次元体の外部全体を形成する、第４から第７の態様のいずれかに記載の第８の態様。

固化微細フィードストック層の厚さが、固化粗フィードストック層の厚さの７０％以下である、第１から第８の態様のいずれかに記載の第９の態様。

微細フィードストック層が焼結性金属粒子又は焼結性セラミック粒子を含み、粗フィードストック層が焼結性金属粒子又は焼結性セラミック粒子を含む、第１から第９の態様のいずれかに記載の第１０の態様。

本体の目標厚さ及び厚さ公差を指定することと、各々が厚さ公差の大きさよりも大きい厚さを有する複数の固化粗層を形成することと、厚さ公差の大きさよりも小さい厚さを有する少なくとも１つの固化微細層を形成すること、厚さ公差の大きさ以下だけ目標厚さと異なる測定厚さを有するように３次元体を形成することと、をさらに含む、第１から第１０の態様のいずれかに記載の第１１の態様。

目標厚さが１～５ミリメートルの範囲内であり、厚さ公差が＋／－０．０８ｍｍ以下であり、測定厚さが、目標厚さよりも大きい又は小さい厚さ公差の大きさ以下である、第６の態様に記載の第１２の態様。

厚さ公差が＋／－５０ミクロン未満であり、方法が、各々が少なくとも５０ミクロンの厚さを有する複数の固化粗層を形成することと、８０ミクロン未満の厚さを有する少なくとも１つの固化微細層を形成することとを含む、第１２の態様に記載の第１３の態様。

粗フィードストック層又は微細フィードストック層のためのフィードストックが、金属粒子及びバインダ組成物又はバインダ組成物の成分を含む、第１から第１３の態様のいずれかに記載の第１４の態様。

微細フィードストック層の粗フィードストック層中の液体が、１つの水、有機溶媒又はそれら両方を含む、第１４の態様に記載の第１５の態様。

粗フィードストック層又は微細フィードストック層のためのフィードストックは金属粒子を含み、粗フィードストック層又は微細フィードストック層中の液体がバインダ組成物のポリマーを含む、第１から第１３の態様のいずれかに記載の第１６の態様。

バインダ組成物が硬化性ポリマーを含み、方法が、液体バインダ組成物をフィードストック層の部分に選択的に塗布することと、液体バインダ組成物を化学反応によって硬化させることとを含む、第１６の態様に記載の第１７の態様。

固化粗フィードストック層及び微細フィードストック層の部分を固化していない粗フィードストック層及び微細フィードストック層の部分から分離することと、固化粗フィードストック層及び微細フィードストック層を焼結して、固化３次元無機体を形成することとをさらに含む、第１から第１７の態様のいずれかに記載の第１８の態様。

固化粗フィードストック層及び微細フィードストック層が無機粒子を含み、固化粗フィードストック層及び微細フィードストック層を焼結することにより、無機粒子に焼結膜を形成させる、第１８の態様に記載の第１９の態様。

膜の目標厚さ及び膜の厚さ公差を指定することと、複数の固化粗フィードストック層を形成することと、少なくとも１つの固化微細フィードストック層を形成することと、固化粗フィードストック層及び微細フィードストック層の部分を、固化していない粗フィードストック層及び微細フィードストック層の部分から分離することと、固化粗フィードストック層及び微細フィードストック層を焼結して焼結膜を形成することとをさらに含み、焼結膜が、膜の厚さ公差以下だけ膜目標厚さと異なる厚さを有する、第１９の態様に記載の第２０の態様。

第２１の態様では、焼結膜は、第２０の態様の方法に従って形成される。

膜が多孔質金属膜である、第２１の態様に記載の第２２の態様。

第２３の態様では、第１～第１９の態様のいずれかの方法により３次元体が形成される。

Claims (23)

1. 積層造形工程によって３次元体を形成する方法であって、
   粗フィードストック層厚を有する粗フィードストック層を形成することと、
   粗フィードストック層の一部を固化させて、固化粗フィードストック層厚を有する固化粗フィードストック層を形成することと、
   固化粗フィードストック層を形成する前又は後に、粗フィードストック層厚よりも小さい微細フィードストック層厚を有する微細フィードストック層を形成することと、
   微細フィードストック層の一部を固化させて、固化粗フィードストック層厚よりも小さい固化微細フィードストック層厚を有する固化微細フィードストック層を形成することと
   を含む方法。
2. 固化粗フィードストック層を形成することが、
   粗フィードストック層を形成することと、
   粗フィードストック層の一部に液体を塗布することと、
   粗フィードストック層の一部を固化させて固化粗フィードストック層を形成することと
   を含み、
   固化微細フィードストック層を形成することが、
   微細フィードストック層を形成することと、
   微細フィードストック層の一部に液体を塗布することと、
   微細フィードストック層の一部を固化させて固化微細フィードストック層を形成することと
   を含む、請求項１に記載の方法。
3. 固化粗フィードストック層を形成することが、
   粗フィードストック層を形成することと、
   粗フィードストック層の一部に照射することによって粗フィードストック層の一部を固化させて、固化粗フィードストック層を形成することと
   を含み、
   固化微細フィードストック層を形成することが、
   微細フィードストック層を形成することと、
   微細フィードストック層の一部に照射することによって微細フィードストック層の一部を固化させて、固化粗フィードストック層を形成することと
   を含む、請求項１に記載の方法。
4. 固化微細フィードストック層が、３次元体の外部の少なくとも一部を形成する、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 固化微細フィードストック層が、３次元体の外部の上面を形成する、請求項４に記載の方法。
6. 固化微細フィードストック層が、３次元体の外部の上面及び底面を形成する、請求項５に記載の方法。
7. 固化微細フィードストック層が、３次元体の外部の側面の少なくとも一部を形成する、請求項４から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 固化フィードストック層が、３次元体の外部全体を形成する、請求項４から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 固化微細フィードストック層の厚さが、固化粗フィードストック層の厚さの７０％以下である、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 微細フィードストック層が焼結性金属粒子又は焼結性セラミック粒子を含み、粗フィードストック層が焼結性金属粒子又は焼結性セラミック粒子を含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 本体の目標厚さ及び厚さ公差を指定することと、
    各々が厚さ公差の大きさよりも大きい厚さを有する複数の固化粗層を形成することと、
    厚さ公差の大きさよりも小さい厚さを有する少なくとも１つの固化微細層を形成することと、
    厚さ公差の大きさ以下だけ目標厚さと異なる測定厚さを有するように３次元体を形成することと
    を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 目標厚さが１～５ミリメートルの範囲であり、
    厚み公差が＋／－０．０８ｍｍ以下であり、
    測定厚さが、厚さ公差の大きさ以下であり、目標厚さよりも大きい又は小さい、
    請求項１１に記載の方法。
13. 厚さ公差が＋／－５０ミクロン未満であり、方法が、
    各々が少なくとも５０ミクロンの厚さを有する複数の固化粗層を形成することと、
    ８０ミクロン未満の厚さを有する少なくとも１つの固化微細層を形成することと
    を含む、請求項１２に記載の方法。
14. 粗フィードストック層又は微細フィードストック層のためのフィードストックが、金属粒子及びバインダ組成物又はバインダ組成物の成分を含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 微細フィードストック層の粗フィードストック層中の液体が、１つの水、有機溶媒又はそれら両方を含む、請求項１４に記載の方法。
16. 粗フィードストック層又は微細フィードストック層のためのフィードストックが金属粒子を含み、
    粗フィードストック層又は微細フィードストック層中の液体がバインダ組成物のポリマーを含む、
    請求項１から１３のいずれかに記載の方法。
17. バインダ組成物が硬化性ポリマーを含み、方法が、
    液体バインダ組成物をフィードストック層の部分に選択的に塗布することと、
    液体バインダ組成物を化学反応によって硬化させることと
    を含む、請求項１６に記載の方法。
18. 固化粗フィードストック層及び微細フィードストック層の部分を固化していない粗フィードストック層及び微細フィードストック層の部分から分離することと、
    固化粗フィードストック層及び微細フィードストック層を焼結して、固化３次元無機体を形成することと
    をさらに含む、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 固化粗フィードストック層及び微細フィードストック層が無機粒子を含み、
    固化粗フィードストック層及び微細フィードストック層を焼結することにより、無機粒子に焼結膜を形成させる、
    請求項１８に記載の方法。
20. 膜の目標厚さ及び膜の厚さ公差を指定することと、
    複数の固化粗フィードストック層を形成することと、
    少なくとも１つの固化微細フィードストック層を形成することと、
    固化粗フィードストック層及び微細フィードストック層の部分を、固化していない粗フィードストック層及び微細フィードストック層の部分から分離することと、
    固化粗フィードストック層及び微細フィードストック層を焼結して焼結膜を形成することと
    をさらに含み、焼結膜が、膜の厚さ公差以下だけ膜目標厚さと異なる厚さを有する、請求項１９に記載の方法。
21. 請求項２０に記載の方法に従って形成された焼結膜。
22. 膜が多孔質金属膜である、請求項２１に記載の焼結膜。
23. 請求項１から１９のいずれか一項に記載の方法によって形成された３次元体。
    

Images