JP2024520760A - 二重壁要素を備えた三次元プリント構造体 - Google Patents

Abstract

高アスペクト比の三次元金属構造体の三次元（３Ｄ）プリントを改善するために、金属含有材料からなる中央部分と、第１及び第２の支持壁要素を形成するプラスチック材料からなる左右部分とを備える壁を造るプリント方法が提供される。プラスチック支持材料は、高アスペクト比の３Ｄ構造体の積み上げを可能にするために使用される。提案されたプリント戦略は、溶融堆積成形（ＦＤＭ）などの費用対効果の高い３Ｄプリント技術に適用可能である。

Description

本発明は、三次元プリントに関する。本発明はさらに、構成要素の三次元プリントの方法、方法によって取得可能な構成要素、積層造形装置、及びコンピュータプログラム製品に関する。

近年、物体に関する三次元（３Ｄ）データを使用することによって、物体と同じ形状を有する三次元製品を形成することができる３Ｄプリンタの利用が増加している。３Ｄプリント技術は、Ｘ線システムにおける構成要素の製造にも使用されている。例えば、大面積散乱線除去グリッド（ＡＳＧ）の生産では、これまでのところ、一次元（１Ｄ）積層技術のみが知られている。二次元（２Ｄ）ＡＳＧは、例えば、直接金属レーザー焼結（ＤＭＬＳ）の３Ｄプリント技術を用いるようなコンピュータ断層撮影（ＣＴ）で知られている。Ｘ線吸収金属粉末は、レーザー溶融によって３Ｄ構造体内に組み込まれる。平面パネルの大面積ＡＳＧの場合、２Ｄ構造体も有することが魅力的である。ただし、壁厚をより薄くし、ピクセルピッチをより小さくする必要がある。こうすると、ＣＴ用途と比べて壁間の距離が短くなる。

高アスペクト比の三次元構造体の３Ｄプリントを改善する必要性が存在する。

本発明の目的は、独立請求項の主題によって解決され、さらなる実施形態が、従属請求項に組み込まれる。後述する本発明の態様はまた、構成要素の三次元プリントの方法、構成要素、積層造形装置、及びコンピュータプログラム製品にも適用することに留意されたい。

本発明の第１の態様によれば、電磁放射線、特に、Ｘ線放射線を選択的に透過するグリッドの三次元プリントの方法が提供され、方法は、
ａ）プラスチック材料の層を基板上に堆積させて、第１の支持壁要素を形成するステップと、
ｂ）第１の支持壁要素と平行に、基板上にプラスチック材料の層を堆積させて、第２の支持壁要素を形成するステップであって、第２の支持壁要素が、第１の支持壁要素から離間されて、それらの間に限定領域を形成する、ステップと、
ｃ）限定領域内に金属含有材料の層を堆積させて、中央壁要素を形成するステップであって、第１の支持壁要素、第２の支持壁要素、及び中央壁要素が、サンドイッチ壁を形成し、金属含有材料が、プラスチック材料中の金属粉末の混合物、又は結合剤材料中の金属粉末の混合物を含み、金属含有材料が、放射線不透過性材料である、ステップと、
ｄ）所定のパターンに従って、選択された数の連続層を生成して、構成要素をプリントするために、ステップａ）～ｃ）を選択された回数繰り返すステップであって、所定のパターンがグリッド状パターンである、ステップとを有する。

言い換えれば、三次元金属構造体を製造するための１つ又は複数の技法が提供される。提案されるプリント方法は、プラスチック材料からなる第１及び第２の支持壁要素によって挟まれた金属含有材料からなる中央部分を備えるサンドイッチ壁を造る。

いくつかの例では、１つ、２つ、３つ、又はそれ以上の第１の支持壁要素が提供される。いくつかの例では、１つ、２つ、３つ、又はそれ以上の第２の支持壁要素が提供される。第１及び第２の支持壁要素の数は、構築されているグリッドの特定の特性によって異なることが理解されるであろう。

金属含有材料は、機能材料とも呼ばれる。金属含有材料は、プラスチック材料中の金属粉末の混合物、又は結合剤材料中の金属粉末の混合物である。金属粉末のタイプ及び／又は粒径は、構築されているグリッドの特定の特性によって異なる。金属含有材料は、Ｘ線フィルタ、Ｘ線遮蔽機能を有するグリッド、Ｘ線コリメータ、散乱線除去デバイス、及び／又はＸ線回折格子のような構成要素を構築するための放射線不透過性材料を含む。中央壁要素は、約５ミクロン～約２５０ミクロンの壁厚を有する。

放射線不透過性材料は、透過性でない材料又は放射線吸収材料とも呼ばれる。グリッドは様々な放射線エネルギーに使用されるため、金属含有材料が放射線不透過性であると考えられるかどうか、又は本質的に放射線不透過性であると考えられるかどうかは、用途及び構造体サイズ（例えば、放射線吸収壁の厚さ）によって異なる。マンモグラフィー用途では、約２０ｋｅＶのＸ線エネルギーが使用される。これらのエネルギーに対して、銅は、本質的に放射線不透過性であると考えられ、このことは、壁厚（例えば、２０μｍ）、チャネル高さ（例えば、２ｍｍ）などのようなある特定の形状パラメータの要件を満たすグリッド壁が、選択的に吸収されるべき種類の放射線の吸収をもたらし、放射線検出の品質パラメータが顕著に改善されることを意味する。品質パラメータは、散乱放射線対一次放射線比（ＳＰＲ）、又は信号対雑音比（ＳＮＲ）などである。例えば１２０ｋｅＶの範囲のＣＴ用途では、モリブデン（Ｍｏ）又は他の耐火性材料（例えばタングステン）は、本質的に放射線不透過性であると考えられるが、銅又はチタンのような他の材料も、構造体が適切な厚さで作られていれば、同様に本質的に放射線不透過性である。金属含有材料は、粉末含有量が十分に高ければ、放射線不透過性であると考えられる。その結果、得られるグリッドが満足のいく選択的放射線透過特性を有していれば、金属含有材料は、放射線不透過性であると考えられる。純粋なプラスチック材料での放射線検出の品質パラメータの改善はほとんど目に見えないため、純粋なプラスチック材料は、医学的に関連するＸ線エネルギーのすべての範囲に対して放射線透過性があると考えられることは明らかである。プラスチック材料は構造材料とも呼ばれ、それらの耐荷重能力に応じて選択される。各支持壁要素は、約５ミクロン～約２５０ミクロンの壁厚を有する。プラスチック支持材料を使用すると、様々な用途の構成要素にとって魅力的な高アスペクト比の三次元（３Ｄ）構造体の積み上げが可能になる。例えば、大面積ＡＳＧを生産する場合、提案された方法は、壁厚がより薄く、ピクセルピッチがより小さい二次元構造体を有するＡＳＧを製造するのに魅力的である。

基板は、平坦な薄い炭素基板又はポリマー基板である。いくつかの例では、基板は、Ｘ線吸収率が低く、１Ｄ又は２ＤのＸ線散乱線除去グリッドのカバーとして機能することができる。

提案されたプリント戦略は、費用対効果の高い３Ｄプリント技術に適用可能である。例えば、提案されたプリント戦略を実現するために、溶融堆積成形（ＦＤＭ）が使用される。ＦＤＭは、加熱されたノズル内でフィラメントを溶融させ、材料は、小径の孔を通して連続的な流れの中で層ごとに重ねて堆積される。提案されたプリント戦略では、ＦＤＭは、例えば、金属粉末を充填したプラスチックフィラメントを使用して中央壁要素を作成し、プラスチック支持材料を使用して第１及び第２の支持壁要素を作成することができる。提案されたプリント戦略は、粉末ベースの選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）プロセス、マルチジェット熱溶解プリントプロセス、シングルノズル堆積プロセス、及びマルチノズル堆積プロセスを有するがこれらに限定されない、任意の好適なポリマーベースの３Ｄプリント技術に適用可能である。

本発明の一実施形態によれば、ステップｃ）は、第１の支持壁要素及び第２の支持壁要素が、プラスチック材料の少なくとも２つの層を有するときに開始する。

言い換えれば、プラスチック層を適用する順序は、支持壁要素が１層余分な高さでプリントされることから開始し、その後、金属含有材料を有する中央層が支持壁要素間にプリントされて溝を埋める。

本発明の一実施形態によれば、金属含有材料は、プラスチック材料中の金属粉末の混合物、又は結合剤材料中の金属粉末の混合物を含む。

本発明の一実施形態によれば、中央壁要素は、約５ミクロン～約２５０ミクロンの間の壁厚を有する。

本発明の一実施形態によれば、サンドイッチ壁は、約５ミクロン～約４００ミクロンの壁厚を有する。

一例では、グリッド状パターンは、サンドイッチ壁の一連の平行なストライプで構築された一次元グリッドである。

別の例では、グリッド状パターンは、サンドイッチ壁を有する閉じた線（例えば、長方形、正方形、又は六角形）のアレイで構築された二次元グリッドである。

本発明の一実施形態によれば、所定のパターンは、上部カバー及び／又は下部カバーをさらに備える。

上部カバー及び／又は下部カバーは、炭素基板又はポリマー基板であり、これは同時に、例えばグリッドパッケージングとして機能する。

いくつかの例では、金属含有材料は、Ｘ線放射線不透過性材料とも呼ばれる、Ｘ線吸収材料を含む。

Ｘ線撮像にとって興味深いＸ線吸収材料は、高いｚ数を有する材料である。薄い材料層（例えば、散乱線除去グリッド壁）を通る吸収が被撮像物体に比べて著しく高く、医療撮像に使用される典型的なエネルギースペクトルを有するＸ線放射線の強力なビーム吸収が可能であれば、より魅力的になる。

高いＺ数を有する材料の例としては、タングステン、モリブデン、鉛、ビスマス、銀、金、タンタル、錫、及び低融点はんだ、例えばＢｉ５８Ｓｎ４２などのうちの１つ又は複数が挙げられる。

本発明の一実施形態によれば、第１の放射線不透過性材料を含む第１の金属含有材料と、第２の放射線不透過性材料を含む第２の金属含有材料とを含む、少なくとも２つの金属含有材料が提供される。第１の放射線不透過性材料及び第２の放射線不透過性材料は、異なる放射線吸収特性を有する。

第１の放射線不透過性材料及び第２の放射線不透過性材料を選ぶと、グリッドの散乱線除去性能などの最適化が可能になる。

本発明の一実施形態によれば、サンドイッチ壁は、第１の放射線不透過性材料と第２の放射線不透過性材料との一連の交互の層で構築されている。

本発明の一実施形態によれば、グリッドは、第１のＸ線吸収材料と第２のＸ線吸収材料との一次元又は二次元の交互のサンドイッチ壁で構築されたグリッド状構造体を有する。

本発明の一実施形態によれば、グリッドは、Ｘ線フィルタ、Ｘ線遮蔽機能を有する構成要素、Ｘ線コリメータ、散乱線除去デバイス、及びＸ線回折格子のうちの１つ又は複数を備える。

本発明の一実施形態によれば、構成要素の三次元プリントには、ＦＤＭプロセス、粉末ベースのＳＬＳプロセス、マルチジェット熱溶解プリントプロセス、シングルノズル堆積プロセス、又はマルチノズル堆積プロセスの技法のうちの少なくとも１つが使用される。

本発明の第２の態様によれば、第１の態様及び任意の関連する例による方法によって取得可能な、電磁放射線、特に、Ｘ線放射線を選択的に透過するグリッドが提供される。

一例では、グリッドは、医療システムの構成要素である。

別の例では、グリッドは、非医療システム、例えば、食品検査、ホイール及びタイヤ検査、工業用ＣＴ、電子機器検査における構成要素である。

本発明の第３の態様によれば、第２の態様のグリッド及び任意の関連する例を備える医療撮像デバイスが提供される。

グリッドの恩恵を受ける医療撮像デバイスの例としては、例えば、Ｘ線デバイス（例えばマンモグラフィーデバイス）、ＣＴスキャナ、ＳＰＥＣＴデバイス、及びＰＥＴスキャナが挙げられるが、これらに限定されない。

本発明の第４の態様によれば、積層造形装置が提供され、積層造形装置は、目標エリアに材料を堆積するための材料堆積システムと、材料を溶融するためのエネルギー源と、第１の態様及び任意の関連する例による方法を実行するために材料堆積システム及びエネルギー源を制御するように構成されたコントローラとを備える。

例えば、ＦＤＭプロセスの場合、エネルギー源は加熱部材である。例えば、ＳＬＳプロセスの場合、エネルギー源は、レーザー又は他の指向性エネルギー源である。

本発明の一実施形態によれば、積層造形装置は、
－ 溶融堆積成形（ＦＤＭ）プロセスを実施するように構成された積層造形装置、
－ 粉末ベースの選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）プロセスを実施するように構成された積層造形装置、
－ マルチジェット熱溶解プリントプロセスを実施するように構成された積層造形装置、
－ シングルノズル堆積プロセスを実施するように構成された積層造形装置、又は
－ マルチノズル堆積プロセスを実施するように構成された積層造形装置のうちの１つ若しくは複数を備える。

例えば、ＦＤＭプロセスを実施するように構成された積層造形装置（ＦＤＭ ３Ｄプリンタとも呼ばれる）は、１つ又は複数のノズルを備え、このノズルに、ロールの回転によって固体状又は粉末状のフィラメントが連続的に供給される。ＦＤＭ ３Ｄプリンタは、フィラメントを加熱するための加熱部材を備える。ＦＤＭ ３Ｄプリンタは、１つ又は複数のノズルが取り付けられている搬送デバイスをさらに備えており、ＸＹＺの３方向に位置制御される。ＦＤＭ ３Ｄプリンタは、三次元プログラムによってリアルタイムで計算された経路に沿って移動するように三次元搬送デバイスを制御し、支持壁要素を形成するために材料を溶融及び注入するように加熱部材及びノズルを制御するように構成されたコントローラを備える。積層造形装置は、ポリマーベースの３Ｄプリンタであり、この３Ｄプリンタは、（従来の機械加工プロセスを用いるような材料除去とは対照的に）層ごとの構築又は付加造形を伴う。好適なポリマーベースの３Ｄプリント技術としては、粉末ベースのＳＬＳプロセス、マルチジェット熱溶解プリントプロセス、シングルノズル堆積プロセス、及びマルチノズル堆積プロセスが挙げられるが、これらに限定されない。

例えば、ＳＬＳ ３Ｄプリンタとも呼ばれる粉末ベースのＳＬＳプロセスを実施するように構成された積層造形装置は、指向性エネルギービームを選択的に放出するためのビーム手段を備える。ビーム手段は、レーザー又は他の指向性エネルギー源を含む。レーザー制御機構は、レーザービームを移動させるように動作し、レーザーを変調して、目標エリア内に吐出された粉末の層を選択的に焼結させる。コントローラは、画定された境界内に配置された粉末だけを選択的に焼結して、所望の層を生成するように動作する。本発明のさらなる態様によれば、第３の態様による積層造形装置に、第１の態様による方法のステップ及び任意の関連する例を実行させる命令を含む、コンピュータプログラムが提供される。

本発明のさらに別の態様によれば、コンピュータプログラムを内部に記憶したコンピュータ可読媒体が提供される。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に説明する実施形態を参照して明らかとなり、解明されるであろう。

本発明のこれら及び他の態様は、以下の説明において例として説明される実施形態を参照し、添付の図面を参照して明らかとなり、さらに解明されるであろう。

構成要素の三次元プリントの例示的な方法のフローチャートを示す。 三次元プリント技法を使用して製造された例示的な層を示す。 構成要素の構造体の例を示す。 構成要素の例示的な壁構造体を示す。 三次元プリント技法を使用して製造された別の例示的な層を示す。

図は単に概略的なものであり、一定の縮尺で描かれていないことに留意されたい。図中、すでに説明した要素に対応する要素は、同じ参照番号を有する。例、実施形態、又は任意選択の特徴は、非限定的であるかどうかにかかわらず、特許請求される本発明を限定するものとして理解されるべきではない。

電磁放射線を選択的に透過するグリッドは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナ及び単光子放出コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）デバイス、又は陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）スキャナなどの医療撮像デバイスで特に知られている。他のデバイス、例えば非破壊Ｘ線検査デバイスも、当該グリッドを使用する。このようなグリッドは、放射線源（ＣＴスキャナではＸ線源であり、ＳＰＥＣＴ／ＰＥＴでは患者内に注入される放射性同位元素が放射線源を形成する）と放射線感知検出デバイスとの間に位置決めされ、放射線検出デバイスに衝突してはならないある種の放射線の含有量を選択的に低減するために使用され、その低減は通常、吸収によって実現される。例えばＣＴスキャナでは、当技術分野で知られているように、散乱放射線が測定されると医療画像の品質は劣化するため、グリッドは、照明された物体内で生成される散乱放射線の量を低減するために使用される。現在のＣＴスキャナはコーンビームジオメトリを適用することが多く、この場合は大量の物体に照射するため、散乱放射線の量は非散乱一次放射線を運ぶ医療情報の量を超えることが多い（例えば、散乱放射線は、全体的な放射線強度の９０％以上に容易に達することがある）。したがって、散乱放射線を効率的に低減するグリッドに対する要求は大きい。この要求を満たすグリッドは、二次元の放射線吸収構造体を有するグリッド、いわゆる二次元散乱線除去グリッド（２Ｄ ＡＳＧ）である。ただし、ＡＳＧの壁厚をより薄くし、ピクセルピッチをより小さくする必要がある。こうすると、ＣＴ用途と比べて壁間の距離が短くなる。

この目的に向け、図１は、電磁放射線、特に、Ｘ線放射線を選択的に透過するグリッドの三次元プリントの方法１００のフローチャートを示している。図２に示される例示的な層を参照して、以下のステップを説明する。

一般に、構成要素は、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ソフトウェアによって生成された、又はデジタルスキャナによって取得された三次元モデルに基づいて構築される。三次元モデルは、１つ又は複数のスライスに分解される。スライスの数は、３Ｄプリンタの能力及び／又は構成要素の三次元構造体の高さ寸法の関数である。例えば、ＦＤＭ ３Ｄプリンタは、約５ミクロン～約１００ミクロンの範囲の厚さを有する層を現像するように構成されている。そしてモデルは、特定の数のスライスに適宜分解される。例えば、一次元及び／又は二次元の散乱線除去グリッドの場合、散乱線除去グリッドの高さは一般に、約５ミリメートル～約５０ミリメートルの範囲にある。したがって、散乱線除去グリッドを表すモデルは、約５０～約１００００のスライスに分解される。それぞれのスライスがプリントパターンを表すことが理解されるであろう。換言すれば、三次元モデルをスライスに分解することによって、それぞれのパターンがモデルのスライスに対応するプリントパターンが生成される。プリントパターンが生成されると、構成要素は、構成要素の三次元モデルを記憶するファイル、例えば、ステレオリソグラフィファイルフォーマット（ＳＴＬ）ファイルから３Ｄプリンタによってプリントされることが可能である。

積層造形装置は、目標エリアに材料を堆積するための材料堆積システムと、材料を溶融するためのエネルギー源と、第１の態様及び任意の関連する例による方法を実行するために材料堆積システム及びエネルギー源を制御するように構成されたコントローラとを備える。説明のみを目的として、ＦＤＭの構成要素の生産について後述する。ＦＤＭは、材料注入法に属し、これは、固体状又は粉末状のフィラメントに高温の熱を加えたものを、溶融状態でノズルから注入する方法である。このようにして、材料は小径の孔を通して連続的な流れで層ごとに重ねて堆積される。しかしながら、上述及び後述する方法は、（従来の機械加工プロセスを用いるような材料除去とは対照的に）層ごとの構築又は付加造形を伴う、任意の好適なポリマーベースの３Ｄプリント技術に適合できることが理解されるであろう。例えば、さらに好適な３Ｄプリント方法としては、粉末ベースのＳＬＳプロセス、マルチジェット熱溶解プリントプロセス、シングルノズル堆積プロセス、及びマルチノズル堆積プロセスが挙げられるが、これらに限定されない。したがって、以下に記載される例は、特許請求の範囲に記載された発明に対する一般性を少しも失わせることなく、またそれに限定を課すことなく述べられる。

ステップ１１０、すなわちステップａ）において、基板上にプラスチック材料の層を堆積させて、第１の支持壁要素１０を形成することによってプリントが始まる。基板は、平坦な薄い炭素基板又はポリマー基板である。第１の支持壁要素の例を図２に示す。この例では、第１の支持壁要素を１つだけ示す。いくつかの例（図示せず）では、例えば、付加的な安定性を提供するために、２つ以上の第１の支持壁要素が堆積される。

一般に、プラスチック材料は、プラスチック材料の薄い層（例えば、厚さ５～約１００ミクロン）が形成されるように、基板上に堆積される。第１の支持壁要素１０の壁厚は、構築されている構成要素の特定の特性によって異なる。例えば、第１の支持壁要素１０の壁厚は、約５ミクロン～約２５０ミクロンの壁厚を有する。プラスチック材料は、その耐荷重能力に応じて選択してよい。プラスチック材料としては、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ＰＣ／ＡＢＳ、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＧ）、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳＵ）、及び耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）を含む様々なポリマーが使用されるが、これらに限定されない。

上述したように、第１の支持壁要素１０は、ＦＤＭ ３Ｄプリンタによって製造される。このために、固体状又は粉末状のフィラメントが、ロールの回転によってＦＤＭ ３Ｄプリンタのノズルに連続的に供給される。フィラメントを注入するために、ノズル内に加熱部材が配置される。ノズルは、ＸＹＺの３方向に位置制御される三次元搬送デバイスに取り付けられる。三次元搬送デバイスは、三次元プログラムによってリアルタイムで計算された経路に沿って自由に移動する。次いで、溶融及び注入された材料が基板上に積層されて、第１の支持壁要素を形成する。

ステップ１２０、すなわちステップｂ）において、第１の支持壁要素１０と平行に、プラスチック材料の層が堆積されて、第２の支持壁要素１２を形成する。第２の支持壁要素１２の一例を図２に示す。この例では、１つの第２の支持壁要素１２のみを示す。いくつかの例（図示せず）では、２つ以上の第２の支持壁要素が堆積される。

第２の支持壁要素１２は、第１の支持壁要素１０から離間して、それらの間に限定領域１４を形成し、それによって金属含有材料のための空孔を残す。構築されている構成要素に応じて、第２の支持壁要素１２は、第１の支持壁要素１０から、例えば、約５ミクロン～約２５０ミクロンだけ離間される。

第２の支持壁要素１２も、ＦＤＭ ３Ｄプリンタによって製造される。溶融及び注入されたプラスチック材料が基板上に積層されて、第１の支持壁要素から離間した第２の支持壁要素を形成する。

いくつかの例では、第２の支持壁要素１２は、第１の支持壁要素１０の後に堆積される。例えば、第２の支持壁要素１２と第１の支持壁要素１０とは、同じノズルから注入されるが、順次注入される。

いくつかの他の例では、第２の支持壁要素１２と第１の支持壁要素１０とは、同時に堆積される。例えば、第２の支持壁要素１２と第１の支持壁要素１０とは、２つの異なるノズルから同時に注入される。

ステップ１３０、すなわちステップｃ）において、金属含有材料の層が限定領域内に堆積されて、中央壁要素１６を形成する。第１の支持壁要素、第２の支持壁要素、及び中央壁要素は、サンドイッチ壁１８を形成する。

いくつかの例では、金属含有材料は、プラスチック材料中の金属粉末の混合物である。金属含有材料に使用されるプラスチック材料と、第１及び第２の支持壁要素に使用されるプラスチック材料とは、同じプラスチック材料であるが、それに加えて金属粒子を含んでもよい。金属含有材料のプラスチック材料が溶融し、ある種の「液体」フィラメントとして限定領域内に充填されると、金属含有材料は、第１及び第２の支持壁要素のプラスチック材料と組み合わさって、冷却時に、安定した「３要素壁」を形成する。

いくつかの例では、金属含有材料は、結合剤材料中の金属粉末の混合物である。結合剤材料は、金属粒子を互いに付着させるために使用されるものであり、粉末を結合するための当業者に知られている特性を有する樹脂、エポキシ、及び／又は他の材料からなる。このようにして、結合剤が適用される場所に空間的に非常に近接した金属粒子がともに接着されるか、又は別様に付着／接合される。

金属粉末のタイプ及び／又は粒径は、構築されている構成要素の特定の特性によって異なる。例えば、金属含有材料は、構成要素を構築するための放射線不透過性材料を含む。グリッドは様々な放射線エネルギーに使用されるため、どの放射線不透過性材料が使用されるかは、用途によって異なる。以下では、説明のみを目的として、放射線不透過性材料を、Ｘ線デバイス（例えば、マンモグラフィーデバイス）用のＸ線放射線不透過性材料として示す。しかしながら、上述及び後述する放射線不透過性材料は、例えばＳＰＥＣＴデバイス又はＰＥＴスキャナ用の他の電磁放射線を選択的に透過させるための放射線不透過性材料であることが理解されるであろう。

Ｘ線放射線不透過性材料を例に挙げると、グリッドは、Ｘ線放射線を選択的に透過するＸ線グリッドである。Ｘ線放射線不透過性材料は、本開示ではＸ線吸収材料とも呼ばれる。グリッドの例としては、Ｘ線フィルタ、Ｘ線遮蔽機能を備えた構成要素、Ｘ線コリメータ、散乱線除去デバイス、及び／又はＸ線回折格子が挙げられるが、これらに限定されない。Ｘ線吸収材料の粉末としては、タングステン、モリブデン、鉛、タンタル、錫、低融点はんだ、例えばＢｉ５８Ｓｎ４２、及び／又はその他の高密度金属が挙げられるが、これらに限定されない。このような用途では、粉末金属の好ましい粒径は、例えば、直径約５ミクロン～５０ミクロンの範囲である。

金属粉末と結合剤材料又はプラスチック材料との混合比は、特定の機能を達成するために選択される。例えば、金属粉末は、高いＸ線吸収を達成するために、あるレベルの体積パーセントまでプラスチック材料又は結合剤材料に埋め込まれる。

いくつかの例では、金属含有材料とプラスチック材料とは、同時に堆積される。例えば、中央壁要素１６と、第２の支持壁要素１２と、第１の支持壁要素１０とは、３つの異なるノズルから同時に注入される。

いくつかの他の例では、金属含有材料とプラスチック材料とは、順次堆積される。例えば、図２に示すように、２つの支持壁要素の２つの層が最初に堆積され（ステップＡ及びＢ）、金属含有材料のための空孔が残される。次に、金属含有材料の１つの層を空孔内に堆積させて、中央壁要素を形成する（ステップＣ）。後述するように、壁構造体が所望の高さに達し、金属含有材料の最後の層が空孔内に堆積されるまで、上述したステップを繰り返す（ステップＤ及びＥ）。

ＦＤＭプロセスの場合、プラスチック材料及び金属含有材料の温度パラメータは、堆積後に両方の材料が互いに溶融し合って強力な壁構造体を造るように適合される。熱容量が異なるため、ノズルごとにフィラメントの速度とフィラメントの温度が異なる場合がある。さらに、マルチノズルＦＤＭ ３Ｄプリンタ（例えば、二重ノズル３Ｄプリンタ又は３ノズル３Ｄプリンタ）の異なるノズルは、構築されている構成要素の公差を満たすように、ＦＤＭ ３Ｄプリンタによって正確に位置決めされる。

ステップ１４０、すなわちステップｄ）において、所定のパターンに従って、選択された数の連続層を生成して構成要素をプリントするために、ステップａ）～ｃ）が選択された回数繰り返される。

上記の動作は、適用可能な場合、特定の順序が必要とされることを条件として、任意の好適な順序、例えば、連続的に、同時に、又はそれらの組み合わせで実施されることが理解されるであろう。したがって、処理ステップの一部を交換することが可能である。

いくつかの例では、ステップａ）とｂ）とを交換することも可能である。このプロセスは、ｂ）→ａ）→ｃ）→ｄ）となる。

いくつかの例では、ステップａ）とｂ）とを同時に実施することが可能である。このプロセスは、ａ）、ｂ）→ｃ）→ｄ）となる。

いくつかの例では、ステップａ）、ｂ）、及びｃ）を同時に実施することが可能である。このプロセスは、ａ）、ｂ）、ｃ）→ｄ）となる。

３Ｄプリント技術で製造された構成要素には、ある程度の生産後処理が必要になる。例えば、画像取得又は較正における妨害効果を少なくするために、例えばＡＳＧの表面粗さを最適化するための後処理プロセスが実施される。

一般に、上述した方法は、任意の所望のパターンを有する構成要素を生成するために使用される。一例として、グリッド状パターンが挙げられる。グリッド状パターンは、サンドイッチ壁の一連の平行なストライプから構築される一次元グリッドである。グリッド状パターンは、サンドイッチ壁を有する閉じた構造体（例えば、長方形構造体、正方形構造体など）のアレイから構築される二次元構造体である。

図３Ａ～図３Ｅは、上述した方法によって生成された構成要素の例を示している。説明のみを目的として、構成要素は、二次元グリッド状構造体を有している。上述したように、プラスチック支持材料は、二次元グリッド状構造体などの、高アスペクト比の三次元（３Ｄ）構造体の積み上げを可能にするのに有益である。

図３Ａに示される構成要素は、サンドイッチ壁を有する閉じた構造体のアレイで構築される。隣接する閉じた構造体間の各サンドイッチ壁は、Ｍ２で示される金属含有材料の２つの中央壁要素と、Ｍ１で示されるプラスチック材料の３つの支持壁要素とによって構築される。これにより、良好な安定性が得られる。

図３Ｂに示される構成要素も、サンドイッチ壁を有する閉じた構造体のアレイで構築される。隣接する閉じた構造体間の各サンドイッチ壁は、Ｍ２で示される金属含有材料の１つの中央壁要素と、Ｍ１で示されるプラスチック材料の２つの支持壁要素とによって構築される。図３Ｂに示される構成要素は、金属含有材料の連続したグリッドを有する。

図３Ｃに示される構成要素も、サンドイッチ壁を有する閉じた構造体のアレイで構築される。隣接する閉じた構造体間の各サンドイッチ壁は、Ｍ２で示される金属含有材料の１つの中央壁要素と、Ｍ１で示されるプラスチック材料の２つの支持壁要素とによって構築される。図３Ｂに示される構成要素とは異なり、図３Ｃに示される構成要素は、金属含有材料の中断されたグリッドを有する。

図３Ｄに示される構成要素も、サンドイッチ壁を有する閉じた構造体のアレイで構築される。隣接する閉じた構造体間の各サンドイッチ壁は、Ｍ２で示される金属含有材料の１つの中央壁要素と、Ｍ１で示されるプラスチック材料の２つの支持壁要素とによって構築される。図３Ｃに示される構成要素とは異なり、図３Ｄに示される構成要素は、付加的な安定性を提供するために、ブリッジを作成する付加的な二次元グリッドを有する。ブリッジは垂直、水平だけでなく、斜め、又は斜めの十字（Ｘ）のようなものでもある。

図３Ｅに示される構成要素も、サンドイッチ壁を有する閉じた構造体のアレイで構築される。隣接する閉じた構造体間の各サンドイッチ壁は、Ｍ２で示される金属含有材料の１つの中央壁要素と、Ｍ１で示されるプラスチック材料の２つの支持壁要素とによって構築される。図３Ｅに示されるパターンにより、点Ａから点ＢまでのＭ１の連続的なＦＤＭ書き込みが可能になり、それによって、特定の位置に対するプラスチック材料の蓄積が回避される。

図３Ａ～図３Ｅにおいて示される例では、金属含有材料は、Ｘ線粉末が充填されたプラスチックフィラメントとして示されている。適用される金属含有材料の特性又はタイプは、三次元構成要素の意図された用途の機能であることが理解されるであろう。

図４Ａ～図４Ｃは、３つの壁構造化オプションを示している。

図４Ａの例では、金属含有材料が１つだけ提供されている。

いくつかの例では、少なくとも２つの金属含有材料が提供され、例えばこれは、第１のＸ線吸収材料を含む第１の金属含有材料と、第２のＸ線吸収材料を含む第２の金属含有材料と、を含む。第１のＸ線吸収材料と第２のＸ線吸収材料とは、異なる放射線吸収特性を有する。例えば、第１のＸ線吸収材料は、主にＸ線を吸収する機能に使用され、第２のＸ線吸収材料は、３Ｄプリント技術で構造体を造るために使用される。例えば、第１のＸ線吸収材料は、タングステン金属からなり、第２のＸ線吸収材料は、粉末モリブデン金属からなる。例えば、図４Ｂに示すように、各サンドイッチ壁は、Ｍ２で示される第１のＸ線吸収材料とＭ３で示される第２のＸ線吸収材料との一連の交互の層で構築される。さらなる例を図４Ｃに示すが、これは、Ｍ２で示される第１のＸ線吸収材料と、Ｍ３で示される第２のＸ線吸収材料との一次元又は二次元の交互のサンドイッチ壁で構築されるグリッド状構造体を有する。第１のＸ線吸収材料及び第２のＸ線吸収材料を選ぶと、グリッド散乱線除去性能などの最適化が可能になる。

任意選択で、図３Ａ～図３Ｅに示される構成要素は、閉じた構造体を形成するための上層及び／又は下層（図示せず）を有する。上層及び／又は下層は炭素基板又はポリマー基板であり、同時にグリッドパッケージングとして機能する。

任意選択で、外部デバイスに接続して位置合わせするために、１つ又は複数の固定具がプリントされる。例えば、大面積ＡＳＧの生産では、Ｘ線検出器に接続して位置合わせするための固定具がプリントされる。

いくつかの例では、図３Ａ～図３Ｅに示される構成要素は、ＡＳＧである。各サンドイッチ壁は、隔壁とも呼ばれる散乱線除去プレートを表している。一般に、図３Ａ～図３Ｅに示される例示的なＡＳＧは、約５ミリメートル～５０ミリメートルの高さを有し、放射線がＸ線検出器アレイのチャネルによって検出されないように放射線を吸収する、減衰する、又は別様に変化させるように構成されている。例示的なＡＳＧ用の金属含有材料は、モリブデン、タングステン、及び／又は散乱線除去隔壁に衝突する放射線を吸収する又は別様に変化させることができる特性を有する他の材料から構成されている。

図３Ａ～図３Ｅに示される構成要素は、非集束グリッド又は集束グリッドに適用される。非集束グリッドでは、隔壁が互いに平行に取り付けられており、これは、グリッドが無限の距離で「集束」していることを意味する。このようなグリッドは、小さな場と一緒に、又は非常に長い焦点距離で使用される。

提案された３Ｄプリント戦略では、壁の位置を層ごとに変更して、集束グリッドを有する構成要素を製造することも可能であることが理解されるであろう。集束グリッドでは、隔壁が角度付けされ、特定の距離で集束し、これは、グリッドが特定の焦点距離でのみ使用できることを意味する。角度付けされた隔壁は、壁の位置を層ごとに変更することによってプリントされる。例えば、図５は、三次元プリント技法を使用して製造された別の例示的な層を示している。図２に示される例とは異なり、サンドイッチ壁は層ごとに壁の位置を変更することで角度付けされる。集束グリッドは、特定の焦点距離でのみ使用される。

グリッドは、一次元グリッドであっても二次元グリッドであってもよい。上で提案したプリント戦略はまた、サンドイッチ壁を有する閉じた線（例えば、長方形、正方形、又は六角形）のアレイから構築される二次元グリッドをプリントするために使用される。本発明の別の例示的な実施形態では、前述の実施形態のうちの１つによる方法の方法のステップを適切なシステム上で実行するように適合されることによって特徴付けられる、コンピュータプログラム又はコンピュータプログラム要素が提供される。

したがって、コンピュータプログラム要素は、コンピュータユニット上に記憶され、コンピュータユニットも本発明の一実施形態の一部である。このコンピューティングユニットは、上述した方法のステップを実施する、又は実施を誘発するように適合される。さらにそれは、上述した装置の構成要素を動作させるように適合される。コンピューティングユニットは、自動的に動作するように、及び／又はユーザの命令を実行するように適合され得る。コンピュータプログラムは、データプロセッサの作業メモリ内に読み込まれる。したがって、データプロセッサは、本発明の方法を実行するように装備される。

本発明のこの例示的な実施形態は、最初から本発明を使用するコンピュータプログラムも、更新によって既存のプログラムを本発明を使用するプログラムに変えるコンピュータプログラムも包含する。

さらに、コンピュータプログラム要素は、上述したような方法の例示的な実施形態の手順を実現するために、すべての必要なステップを提供することも可能である。

本発明のさらなる例示的な実施形態によれば、ＣＤ－ＲＯＭなどのコンピュータ可読媒体が提供され、このコンピュータ可読媒体は、コンピュータプログラム要素を内部に記憶しており、このコンピュータプログラム要素は、前節によって説明されたものである。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに若しくは他のハードウェアの一部として供給される光記憶媒体又は固体媒体などの好適な媒体に記憶及び／又は分散されるが、インターネット又は他の有線若しくは無線電気通信システムを介するものなど、他の形態で分散されてもよい。

しかし、コンピュータプログラムは、ワールドワイドウェブなどのネットワークを介して提供されてもよく、そのようなネットワークからデータプロセッサの作業メモリ内にダウンロードされることが可能である。本発明のさらなる例示的な実施形態によれば、コンピュータプログラム要素をダウンロードできるようにするための媒体が提供され、このコンピュータプログラム要素は、本発明の前述の実施形態のうちの１つに従う方法を実施するように配置される。

本発明の実施形態が、様々な主題を参照して説明されることに留意されたい。特に、いくつかの実施形態は、方法タイプの特許請求の範囲を参照して説明され、他の実施形態は、デバイスタイプの特許請求の範囲を参照して説明される。しかし、当業者であれば、上述及び後述の説明から、別段に示さない限り、１つのタイプの主題に属する特徴の任意の組み合わせに加えて、異なる主題に関係する特徴の任意の組み合わせも本出願で開示されるものと考えられる。しかし、すべての特徴が組み合わされて、それらの特徴の単純な足し合わせを超える相乗効果を提供することができる。

本発明は、図面及び前述の説明で詳細に図示されて説明されているが、そのような図示及び説明は、説明的又は例示的なものと考えられ、限定的なものと考えられるべきではない。本発明は、開示される実施形態に限定されない。開示される実施形態に対する他の変形形態は、特許請求される本発明を実施する当業者によって、図面、本開示、及び従属請求項の考察により理解され、実現され得る。

特許請求の範囲において、「備える」という語は他の要素又はステップを排除するものではなく、単数形の要素は複数を排除するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、特許請求の範囲に再掲される複数の項目の機能を実現する。特定の手段が相互に異なる従属請求項に再掲されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを有利に使用できないことを示すものではない。特許請求の範囲におけるいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. 電磁放射線、特に、Ｘ線放射線を選択的に透過するグリッドの三次元プリントの方法であって、前記方法が、
   ａ）プラスチック材料の層を基板上に堆積させて、第１の支持壁要素を形成するステップと、
   ｂ）前記第１の支持壁要素と平行に、前記基板上に前記プラスチック材料の層を堆積させて、第２の支持壁要素を形成するステップであって、前記第２の支持壁要素が、前記第１の支持壁要素から離間されて、それらの間に限定領域を形成する、ステップと、
   ｃ）前記限定領域内に金属含有材料の層を堆積させて、中央壁要素を形成するステップであって、前記第１の支持壁要素、前記第２の支持壁要素、及び前記中央壁要素が、サンドイッチ壁を形成し、前記金属含有材料が、プラスチック材料中の金属粉末の混合物、又は結合剤材料中の金属粉末の混合物を含み、金属含有材料が、放射線不透過性材料である、ステップと、
   ｄ）所定のパターンに従って、選択された数の連続層を生成して構成要素をプリントするために、ステップａ）～ｃ）を選択された回数繰り返すステップであって、前記所定のパターンが、グリッド状パターンである、ステップとを有する、方法。
2. ステップｃ）は、前記第１の支持壁要素及び前記第２の支持壁要素が、前記プラスチック材料の少なくとも２つの層を有するときに開始する、請求項１に記載の方法。
3. 前記中央壁要素が、約５ミクロン～約２５０ミクロンの壁厚を有する、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記サンドイッチ壁が、約５ミクロン～約４００ミクロンの壁厚を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記所定のパターンが、上部カバー及び／又は下部カバーをさらに備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 第１の放射線不透過性材料を含む第１の金属含有材料と、第２の放射線不透過性材料を含む第２の金属含有材料とを含む、少なくとも２つの金属含有材料が提供され、
   前記第１の放射線不透過性材料及び前記第２の放射線不透過性材料が、異なる放射線吸収特性を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記サンドイッチ壁が、前記第１の放射線不透過性材料と前記第２の放射線不透過性材料との一連の交互の層で構築されており、及び／又は、
   前記構成要素が、前記第１の放射線不透過性材料と前記第２の放射線不透過性材料との一次元又は二次元の交互のサンドイッチ壁で構築されたグリッド状構造体を有する、請求項６に記載の方法。
8. 前記グリッドが、
   Ｘ線フィルタ、
   Ｘ線遮蔽機能を有する構成要素、
   Ｘ線コリメータ、
   散乱線除去デバイス、及び
   Ｘ線回折格子のうちの１つ又は複数を備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 溶融堆積成形（ＦＤＭ）プロセス、
   粉末ベースの選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）プロセス、
   マルチジェット熱溶解プリントプロセス、
   シングルノズル堆積プロセス、又は
   マルチノズル堆積プロセスの技法のうちの少なくとも１つが、前記構成要素の三次元プリントに使用される、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の方法によって取得可能な、電磁放射線、特に、Ｘ線放射線を選択的に透過するグリッド。
11. 請求項１０に記載のグリッドを備える、医療撮像デバイス。
12. 目標エリアに材料を堆積させる材料堆積システムと、
    前記材料を溶融するエネルギー源と、
    請求項１から９のいずれか一項に記載の方法を実行するための前記材料堆積システム及び前記エネルギー源を制御するコントローラとを備える、積層造形装置。
13. 溶融堆積成形（ＦＤＭ）プロセスを実施する積層造形装置、
    粉末ベースの選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）プロセスを実施する積層造形装置、
    マルチジェット熱溶解プリントプロセスを実施する積層造形装置、
    シングルノズル堆積プロセスを実施する積層造形装置、又は
    マルチノズル堆積プロセスを実施する積層造形装置のうちの１つ若しくは複数を備える、請求項１２に記載の積層造形装置。
14. 請求項１２又は１３に記載の積層造形装置に、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法のステップを実行させる命令を含む、コンピュータプログラム。
15. 請求項１４に記載のコンピュータプログラムを格納した、コンピュータ可能媒体。

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