JP4914341B2 - レーザ技術およびインキジェット法による吸収体の塗布によって３次元の対象物を製造するための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、粉末状の基材（サブストレート；Substrat）の一部をたとえば溶融または焼結により結合することによって粉末状の基材から３次元の対象物を製造するための方法であって、粉末状の基材を層状に塗布し、基材の溶融のために必要となる電磁的なエネルギを、１００〜３０００ｎｍの波長を有するレーザによって発生させて、吸収体（Absorber）内に導入し、そして該吸収体を介して前記電磁的なエネルギを前記基材の部分範囲に送出する形式の方法に関する。これにより、これらの部分範囲は層毎に溶融されて、冷却後に互いに結合して所望の成形体を形成する。

プロトタイプ（試作品）を素早く（ラピッドに）供給することが、最近では頻繁に課せられる課題である。公知先行技術では、第１に光造形法（Stereolithographie）が記載されている。光造形法には次のような欠点がある。すなわち、液体（樹脂）からプロトタイプを製作する間、手間のかかるサポート構造が必要となり、また得られたプロトタイプも比較的悪い機械的特性を有している。このような悪い機械的特性は制限された使用物質数に帰因し得る。

公知先行技術においてしばしば挙げられる、ラピッドプロトタイピングの目的のために好適である別の方法は、選択的なレーザ焼結（Selektiv. Laser Sintern）法、つまり「粉末焼結造形（ＳＬＳ）」法である。この粉末焼結造形法は既に広く普及している。この方法では、プラスチック粉末またはプラスチックで被覆された金属、セラミックスまたは砂の粒子がチャンバ内で選択的に短時間、レーザビームで照射され、これにより、レーザビームにより衝突される粉末粒子が溶融する。溶融した粒子は互いにリンクし合って、比較的迅速に凝固して、再び固形の材料を形成する。常に新しく被着された層に繰り返しレーザビームを照射することにより、この方法を用いると、複雑な三次元の物体を簡単かつ迅速に製造することができる。

粉末状のポリマから成形体を製造するためのレーザ焼結（ラピッドプロトタイピング）の方法は、米国特許第６１３６９４８号明細書および国際公開第９６／０６８８１号パンフレット（両者共にDTM Corporation）に詳しく説明されている。公知先行技術に説明されているＳＬＳ法には、この方法のためにコストのかかるレーザ技術が必要となるという欠点がある。エネルギ源として働くレーザも、レーザビームの調整および操向のために必要となる光学装置、たとえばレンズ、エクスパンダ（Aufweiter）および変向ミラーも、極めて高価でかつ敏感である。

しかし、公知の方法において不都合となるのは、市販されている全てのレーザを使用することができるわけではないことである。プラスチック粉末またはプラスチックで被覆された粒子を焼結し得るようにするためには、ＣＯ_２レーザが必要となるが、ＣＯ_２レーザは調達の点で高価であり、かつ手入れ、取扱いおよび保守の点で手間がかかる。ＣＯ_２レーザの特徴となるのは、１０６００ｎｍの波長であり、この波長は遠赤外領域に相当する。すなわち、レーザビームを構成平面にわたって案内するためには、手間のかかるミラー系が使用されなければならず、またこのレーザは永続的に冷却されなければならない。光導波路の使用は不可能である。運転のためには、たいてい特に熟練した専門のオペレータが確保されなければならない。これにより、このようなシステムは多くのエンドユーザにとっては対象外となる。しかし、中赤外領域、近赤外領域、可視光線領域または紫外線領域にある波長を有する廉価なレーザを使用することはできない。なぜならば、このようなレーザを用いてもプラスチックはたいてい溶融され得ないか、もしくはレーザ焼結のために必要となる程度には溶融され得ないからである。
ドイツ連邦共和国特許第１９９１８９８１号明細書には、１００〜３０００ｎｍの波長を有するレーザによる電磁的なエネルギの導入によって、吸収体を含有する粉末層の範囲を選択的に溶融させることにより３次元の対象物を製造するための方法が開示されている。請求項１に記載の本発明による方法はこの公知の方法とは、懸濁液の形の吸収体または液状の吸収体をインキジェット法により、焼結させたい範囲へ選択的に塗布する点で異なっている。

それゆえに、本発明の課題は、レーザ焼結されたプロトタイプを製造するための一層廉価な解決手段を可能にする方法を開発することである。

意想外にも、特許請求の範囲に記載されているように、各層の、溶融したい範囲へ選択的にインキジェット法により特殊な吸収体が塗布され、そしてこの吸収体が、電磁的なエネルギの導入により生じた熱を、焼結させたい粒子へ引き渡すようにすると、１００〜３０００ｎｍの波長を有するレーザを用いる方法によって成形部分を製造することができることが判った。レーザビームは通常通りに集束され得る。しかし、構成プロセスを促進するためには、特に集束されないレーザ、たとえばダイオードレーザを使用し、吸収体の塗布によってのみ選択性を達成することが有利である。これによって得られる精度ならびに方法の迅速性は、ＣＯ_２レーザを用いたコンベンショナルなレーザ焼結の場合に等しいか、またはそれよりも高い。当該方法は従来のものよりも著しく廉価であり、かつ取扱いの点で一層簡単でかつフレキシブルである。さらに、インキジェット法により最終製品に別の性質を付与するか、もしくは製造プロセス時に、たとえば導電性の範囲または色を一緒に印刷することも可能である。

使用されるレーザは、１００〜３０００ｎｍの波長、有利には８００〜１０７０ｎｍの波長または１９００〜２１００ｎｍの波長および特に有利には８００〜１０００ｎｍ（ダイオードレーザ）または１０６４ｎｍ（Ｎｄ：ＹＡＧレーザ）の波長を有する電磁放射線を発生させる。レーザビームはパルス出力式または連続出力式（ＣＷ式；continous wave）であってよい。特に、本発明を制限することなしに、４８８〜５１４ｎｍの波長を有するアルゴンレーザ、５４３ｎｍ、６３３ｎｍもしくは１１５０ｎｍの波長を有するヘリウム・ネオンレーザ、３３７ｎｍの波長を有する窒素レーザ、２６００〜３０００ｎｍの波長を有する水素レーザ、３３０〜３６０ｎｍまたは４２０〜８００ｎｍの波長を有するクリプトンレーザ、６９４ｎｍの波長を有するルビーレーザ、５３２ｎｍの波長を有するＫＴＰレーザ（周波数２倍にされたＮｄ：ＹＡＧレーザ）、３５５ｎｍの波長を有する周波数３倍にされたＮｄ：ＹＡＧレーザまたは２６６ｎｍの波長を有する周波数４倍にされたＮｄ：ＹＡＧレーザ、７５５ｎｍの波長を有するアレクサンドライトレーザならびにＹＡＧレーザが挙げられる。YAGレーザはレーザ媒質としてイットリウム・アルミニウム・ガーネット結晶ロッドを有している。この結晶ロッドは希土類金属、たとえばネオジム（Nd：YAG、波長１０６０ｎｍ）、エルビウム（Er:YAG、波長２９４０ｎｍ）、ホルミウム（Ho：YAG、波長２０７０ｎｍ）あるいはまたツリウム（Tm、波長２０７４ｎｍ）またはクロム（Cr）またはこれらの組合せ物でドーピングされている。その他の例はTm：YLFレーザまたはHo:YLFレーザである。これらのレーザは別のレーザ媒質を使用していて、同じく約２０００ｎｍの波長を有している。さらに、８００〜１０００ｎｍの波長を有する高い出力を備えたダイオードレーザならびに１９３ｎｍまたは３５２ｎｍの波長を有するエキシマレーザを使用することができる。エキシマレーザの場合、特に１５７ｎｍの波長を有するＦ２エキシマレーザ、１９３ｎｍの波長を有するＡｒＦエキシマレーザ、２２２ｎｍの波長を有するＫｒＣｌエキシマレーザ、２４８ｎｍの波長を有するＫｒＦエキシマレーザ、３０８ｎｍの波長を有するＸｅＣｌエキシマレーザおよび３５１ｎｍの波長を有するＸｅＦエキシマレーザが挙げられる。

レーザは、固体レーザ（たとえばルビーレーザもしくはＮｄ：ＹＡＧレーザ）、半導体レーザまたは気体レーザ（たとえばアルゴンレーザ、ヘリウム・ネオンレーザまたはクリプトンレーザ）またはファイバレーザであってよい。

使用されるレーザは通常、１〜１２００ワット、有利には１０〜５００ワットおよび特に有利には１２〜１００ワットの出力で作動することができる。レーザビームの焦点は、当該方法を用いて得られる構成部分解像度のための重要な量を成す。通常、焦点は０．０５〜１ｍｍ、有利には０．１〜０．４ｍｍの半径にある。しかしこの方法では、より粗い焦点もしくはビームスポットも有利になり得る。なぜならば、選択性が既に吸収体により与えられているからである。より粗い焦点もしくはビームスポットは１つの層の照射の一層迅速な走査を可能にする。特に有利になるのは、ダイオードレーザから知られているバー（Barren）である。すなわち、エネルギ導入は矩形の、より大きな面を介して行われる。このためには、個々のダイオードバーが組み立てられて、いわゆる「スタック」を形成する。電磁的なエネルギを導入するために使用される面の寸法はその場合、ミリメートル領域またはそれどころかセンチメートル領域にある。この場合、矩形の面の寸法は、たとえば０．１〜１００ｍｍ幅であってよい。長さ寸法は好都合にはＲＰ器具の構成スペース奥行きに合わせられているか、またはそれよりも小さく設定されていてよいので、構成面はいわば行毎にレーザビームによって照射される。照射速度は通常、１０〜１００００ｍｍ／ｓ、有利には７００〜５０００ｍｍ／ｓである。この速度は、レーザ放射線が粉末床にわたり運動する際の速度を意味する。すなわち、ビームは、たとえばミラーまたはフレキシブルな光ファイバケーブルあるいはまた粉末床を介して可動であってよい。

本発明によるポリマ粉末を層毎に溶融させることができるようにするためには、方法パラメータが適宜に選択されなければならない。たとえば、層厚さ、レーザ出力および速度ならびにレーザの波長および使用される粉末、および特に吸収体ならびに単位面積当たりの塗布された吸収体の量がとりわけ重要となる。

吸収体の量を、与えられた構成部分条件に適合させることが有利である。すなわち、たとえば面の中心には、特に既に幾つかの、その下に位置する溶融された範囲が存在する場合には、少量の吸収体しか塗布することができない。溶融させたい範囲の第１の層が、後続の層とは異なる様式で吸収体で被覆されると、別の利点を得ることができる。

「吸収」とは、物質を通過する際のビーム（光線、電子等）のエネルギの低減として定義されている。送出されたエネルギはこの場合、別のエネルギ形態、たとえば熱に変換される。これに相応して、吸収体は、放射線を吸収するべき物質片もしくは物体である(www.wissen.de)。このテキストでは、吸収体とは、１００〜３０００ｎｍの範囲のレーザ放射線を完全にまたは大部分吸収することのできる付加剤（Additiv）を意味している。この場合、吸収体の一部がこの機能を満たせば十分である。

したがって、本発明の対象は、以下に挙げるステップ；
ａ）粉末状の基材の層を準備し、
ｂ）構成空間を調温し、
ｃ）吸収体を懸濁液または液状の吸収体の形でインキジェット法により、焼結させたい範囲へ選択的に塗布し、
ｄ）規定の特性を有する別の特殊な液体または懸濁液を塗布し、
ｅ）１００〜３０００ｎｍの波長、有利には８００〜１０７０ｎｍの波長を有するレーザ、特に有利にはＹＡＧレーザまたはダイオードレーザによって電磁的なエネルギを導入することにより粉末層の範囲を選択的に溶融させ、
ｆ）溶融された範囲と溶融されていない範囲とを、成形部分の破壊なしの取出しを可能にする温度にまで冷却し、
ｇ）成形部分を取り出す、
のステップにより成ることを特徴とする、３次元の対象物を製造するための方法ならびに該方法により製造された成形体である。ステップａ）〜ｅ）は、層毎に所望の成形部分が加工成形されるまで繰り返される。ステップｂ）は材料に依存しており、したがってオプショナルである。ステップｄ）もやはりオプショナルである。塗布された層の厚さは、たとえば０．０５〜２ｍｍ、有利には０．０８〜０．２ｍｍである。

択一的なシーケンスは、第１の層でステップｅ）を不要にし、そして第２の層から択一的にステップａ）の後にステップｅ）を実施することである。このことは、他ならぬ、最上位の粉末層と、その下に位置する粉末層との間の境界層において粉末粒子の溶融をもたらし、このことは特に良好な結合をもたらすと同時に加工窓を拡大させる。なぜならば、これによりカール（溶融された範囲の縁部または端部の巻上がり）の形成が十分に回避されるからである。

別の択一的なシーケンスは、ステップｅ）を各ループで実施するのではなく、インターバルを置くか、または極端な場合にはステップｆ）およびステップｇ）の直前に一度だけ実施することである。
意想外にも、１００〜３０００ｎｍの波長を有するレーザを用いて、粉末状の基材から成る３次元の対象物を製造することが比較的簡単に可能となることが判った。この場合、上で挙げたレーザのエネルギを吸収しないか、または極めて劣悪にしか吸収しない粉末状の基材から成る層の結合したい範囲へ、吸収体を有する材料が塗布され、この吸収体はレーザエネルギを吸収することができるので、吸収されたエネルギは熱の形で、この吸収体を取り囲む基材へ引き渡される。これにより、前記層の基材もしくは場合によってはその下またはその上に位置する層の基材が前記範囲において溶融または焼結によって結合される。吸収体および場合よっては使用される別の付加剤の被着は、１つまたは複数のノズルを備えた印刷ヘッド、たとえばインキジェットプリンタの印刷ヘッドに類似して圧電効果またはバブルジェット原理により作動する印刷ヘッドを用いて行うことができる。レーザのエネルギの導入は集束されて行われるか、あるいは集束されずに行われ得る。このことは方法の迅速性の利点を意味する。

同じく、本発明の対象は、３次元の対象物を層状に製造するための装置において、
−当該装置が、粉末状の基材を作業プラットホームまたは場合によっては既に作業プラットホーム上に存在する、処理済みまたは未処理の粉末状の基材（２）の層へ層状に塗布するための可動の装置を有しており、
−当該装置が、吸収体を有する材料（４）と、場合によっては使用される別の付加剤とを、粉末状の基材から成る層の選択された範囲へ塗布するための、ｘ、ｙ平面で運動可能な装置（３）を有しており、
−当該装置が、１００〜３０００ｎｍの波長、有利には８００〜１０７０ｎｍの波長または１９００〜２１００ｎｍの波長を有するレーザを有しており、エネルギ導入が、集束されているか、または集束されていなくてよく、有利には集束されていない
ことを特徴とする、３次元の対象物を層状に製造するための装置である。

択一的には、当該装置もしくはレーザと作業プラットホームとの互いに相対的な運動を、可動の作業プラットホームによって引き受けることもできる。また、ｘ方向における相対運動を作業プラットホームまたは各装置もしくはレーザによって実現し、ｙ方向における運動を各装置もしくはレーザまたは作業プラットホームによって実現することも可能である。

本発明による方法は、慣用の方法よりも簡単で迅速で正確でかつ好都合であるという利点を持っている。層の規定の個所におけるエネルギの的確な作用は、１００〜３０００ｎｍの波長を有するレーザのために適した吸収体により得られる。この吸収体は層の所望の範囲に被着される。

本発明による方法により、１００〜３０００ｎｍの波長を有するレーザを適当な吸収体との組合せで使用することに基づき、３次元の対象物の層状の自動化された形成が簡単に可能となる。吸収体によって処理されなかった粉末は簡単に再使用され得る。さらに、導電性または色のような特別な特性を直接に、いわば一緒に印刷することができる。こうしてこの部分には、選択的に設定された特性を一緒に付与することができる。

３次元の対象物を製造するための本発明による方法の機能原理は、原理的には他のあらゆるラピッドプロトタイピング法において使用される原理に基づいている。３次元の対象物は層状に形成される。この対象物の形成は、液体層の一部（光造形法）または粉末層の一部（レーザ焼結法もしくは粉末焼結造形法）を互いに一緒に、もしくはその下に位置する層の一部と一緒に硬化させるか、もしくは溶融させることにより行なわれ、この場合、前記層のこれらの部分にエネルギが供給される。前記層の、エネルギが供給されなかった部分は、引き続き液体または粉末として存在する。粉末もしくは液体の施与および溶融もしくは硬化を繰り返すことにより、３次元の対象物が層状に得られる。反応されなかった粉末もしくは反応されなかった液体を除去した後に、３次元の対象物が得られ、この３次元の対象物の解像度（輪郭に関する）は、粉末の使用の場合には、とりわけ使用された粉末状の基材の層厚さおよび粒度に関連している。

従来公知の方法とは異なり、エネルギは直接に、結合したい基材に供給されるのではなく、吸収体を介して供給され、この吸収体がエネルギを吸収して、熱エネルギの形で、この吸収体を取り囲む基材へ引き渡す。これにより、使用可能な粉末状の基材の帯域幅は慣用のレーザ焼結法もしくは粉末焼結造形法に比べて著しく増大される。エネルギは吸収体に本発明による方法では１００〜３０００ｎｍの波長、有利には８００〜１０７０ｎｍの波長または１９００〜２１００ｎｍの波長を有するレーザ放射直接に隣接した線の形で供給され、このレーザ放射線は吸収体によって吸収されて、熱エネルギに変換され、そして、上に挙げたレーザの放射線を吸収することができないか、または十分に吸収することができない、直接に隣接した粉末状の基材部分へ引き渡される。「十分に吸収することができない」とはこの場合、１００〜３０００ｎｍの波長を有するレーザによる放射線の吸収によっても、隣接した基材粒子との溶融または焼結による結合を成立させ得る程度にまで粉末状の基材が加熱され得ないか、もしくはこのために必要とされる時間が極めて長くなることを意味する。しかし、吸収体により引き渡された熱は、吸収体に隣接した粉末状の基材を溶融または焼結により互いにかつ吸収体にも結合させるためには十分となる。こうして、本発明による方法を用いて、粉末状の基材の溶融または焼結により３次元の対象物が製造される。

通常、横断面を計算するためのＣＡＤ適用の使用下にコンピュータ制御されて行われるステップｃ）における吸収体の被着に基づき、処理された粉末状の基材だけが後続の処理ステップｅ）で溶融されることになる。それゆえに、吸収体を有する材料は、ステップａ）からの層の、製造したい３次元の対象物の横断面に所属する選択された範囲にしか被着されない。被着自体は、たとえば１つまたは複数のノズルを装備した印刷ヘッドによって行うことができる。最後の層の最終的な処理ステップｅ）の後に、本発明による方法を用いて、部分的に結合された粉末材料を有するマトリックスが得られる。このマトリックスは結合されていない粉末の冷却および除去の後に、中実な３次元の対象物を解放する。

以下に、本発明による方法を例示的に説明するが、ただし本発明はこれに制限されるものではない。

３次元の対象物を製造するための本発明による方法は以下のステップ；
ａ）粉末状の基材の層を準備し、
ｂ）構成空間を調温し、
ｃ）吸収体を懸濁液または液状の吸収体の形でインキジェット法により、焼結させたい範囲へ選択的に塗布し、
ｄ）規定の特性を有する別の特殊な液体または懸濁液を塗布し、
ｅ）１００〜３０００ｎｍの波長、有利には８００〜１０７０ｎｍまたは１９００〜２１００ｎｍの波長を有するレーザ、特に有利にはＹＡＧレーザまたはダイオードレーザによって電磁的なエネルギを導入することにより粉末層の範囲を選択的に溶融させ、
ｆ）溶融された範囲と溶融されていない範囲とを、成形部分の破壊なしの取出しを可能にする温度にまで冷却し、
ｇ）成形部分を取り出す、
のステップにより成ることによりすぐれている。さらに本発明の対象は、該方法により製造された成形体である。ステップａ）〜ｅ）は、層毎に所望の成形部分が加工成形されるまで繰り返される。ステップｂ）は材料に依存しており、したがってオプショナルである。ステップｄ）もやはりオプショナルである。塗布された層の厚さは、たとえば０．０５〜２ｍｍ、有利には０．０８〜０．２ｍｍである。

択一的なシーケンスは、第１の層でステップｅ）を不要にし、そして第２の層から択一的にステップａ）の後にステップｅ）を実施することである。このことは、他ならぬ、最上位の粉末層と、その下に位置する粉末層との間の境界層において粉末粒子の溶融をもたらし、このことは特に良好な結合をもたらすと同時に加工窓を増大させる。なぜならば、これによりカール（溶融された範囲の縁部または端部の巻上がり）の形成が十分に回避されるからである。
粉末状の層の準備は、たとえば基材としての粉末材料をボトムプレートへ被着させるか、もしくは既に存在している場合には、ステップｂ）〜ｅ）により処理された既存の層へ被着させることにより行われ得る。被着はドクタ塗布、ローラ塗布、堆積塗布および続いて行われる引取りまたは類似の方法により行われ得る。層の準備が満たさなければならない唯一つの前提条件は、層が均一な高さを有していることである。有利には、ステップａ）で準備された層は３ｍｍよりも小さな高さ、有利には２０〜２０００μｍ、特に有利には８０〜２００μｍの高さを有している。層の高さはこの場合、解像度を決定し、ひいては製造された３次元の対象物の外側の構造の滑らかさを決定する。ボトムプレートあるいは層を準備するための機器は、高さ方向で可動に形成されていてよいので、ステップｄ）またはステップｅ）の実施後に、得られた層を、次に被着させたい層の高さ分だけ降下させるか、または機器を次の層の高さ分だけ、先行した層に対して持ち上げることができる。

粉末状の基材として有利に使用される粉末材料は、１０〜１５０μｍ、特に有利には２０〜１００μｍ、極めて特に有利には４０〜７０μｍの平均粒度（ｄ５０）を有している。しかし、使用目的に応じて、特に小さな粒子あるいはまた特に大きな粒子を有する粉末材料を使用することも有利になり得る。できるだけ高い解像度およびできるだけ平滑な表面を有する３次元の対象物を得るためには、１０〜４５μｍ、有利には１０〜３５μｍおよび特に有利には２０〜３０μｍの平均粒度を有する粒子が使用されると有利になり得る。

２０μｍよりも小さい微細な材料、特に１０μｍよりも小さい微細な材料はほとんど加工不可能である。なぜならば、このような材料は流動性を有しず、かつ嵩密度は劇的に低下するので、より多くの空隙が生じてしまう恐れがあるからである。ハンドリングを一層容易にするためには、６０〜１５０μｍの平均粒度、有利には７０〜１２０μｍの平均粒度および特に有利には７５〜１００μｍの平均粒度を有する粒子が使用されると有利になり得る。

粉末状の基材としては、粉砕、沈降および／またはアニオン重合またはこれらの組合せにより製造された粉末材料が使用されると有利である。引き続き、分別および／または流動助剤（Rieselhilfe）の装備を続けることができる。粉砕時に生じた、角の尖った粒子を丸め、ひいては薄い層の塗布可能性を改善するために、たとえば高速ミキサ中で機械的な後処理を行うことも同じく有利になり得る。

粒度分布は、粉末材料の、記載された平均粒度において任意に選択され得る。広幅または小幅の粒度分布、有利には小幅の粒度分布を有する粉末材料が使用されると有利である。また、二頂粒度分布も有利である。本発明による方法における使用のための特に有利な粉末材料は、Ｄ９０値とＤ１０値との差として規定された不均一性が、Ｄ５０値に関して０．０５〜１５、有利には０．１〜１０および特に有利には０．５〜５であるような粒度分布を有している。粒度分布は、たとえばマルバーン・マスタサイザＳ（Malvern Mastersizer S）を用いてレーザ回折によって求められる。粒度分布は汎用の分級法、たとえば風力分級等によって調節可能である。できるだけ小幅の粒度分布により、本発明による方法では、極めて均一な表面を有しかつ、存在する場合には極めて均一な気孔を有する３次元の対象物が得られる。

使用される粉末状の基材の少なくとも一部は非晶質、結晶性または部分結晶性であってよい。さらに、芳香族の構造体が含まれていてよい。有利な粉末材料は線状構造または分岐構造を有している。本発明による方法で使用される特に有利な粉末材料は、少なくとも一部が５０〜３５０℃、有利には７０〜２００℃の溶融温度を有している。

本発明による方法において基材としては、１００〜３０００ｎｍの波長を有するレーザによる放射線による加熱性の点で、選択された吸収体よりも劣っている物質が適している。使用される粉末状の基材はさらに、溶融された状態において十分な流動性を呈示することが望ましい。粉末状の基材としては、特にポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリアセタール、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチロール、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリアリーレンエーテル、ポリウレタン、ポリラクチド、熱可塑性のエラストマ、ポリオキシアルキレン、ポリ−（Ｎ−メチルメタクリルイミド）（ＰＭＭＩ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、イオノマ、ポリアミド、コポリエステル、コポリアミド、シリコーンポリマ、ターポリマ、アクリルニトリル・ブタジエン・スチロール・コポリマ（ＡＢＳ）またはこれらの混合物から選択されたポリマまたはコポリマが使用され得る。

本発明による方法では、粉末状の基材として、ポリアミド、有利には少なくとも１つのポリアミド６、ポリアミド１１および／またはポリアミド１２またはコポリエステルまたはコポリアミドを有する材料が使用されると特に有利である。ポリアミドの使用により、特に形状安定的な３次元の成形体を製造することができる。ポリアミド１２粉末、有利にはドイツ連邦共和国特許第１９７０８９４６号明細書あるいはまたドイツ連邦共和国特許第４４２１４５４号明細書に記載されているように製造されかつ特に有利には欧州特許第０９１１１４２号明細書に記載されているような溶融温度と溶融エンタルピとを有するポリアミド１２粉末の使用が特に有利である。これらのポリアミド１２粉末は制御されているか、部分制御されているか、または未制御であってよく、有利には未制御である。ポリアミド１２粉末は線状脂肪族に形成されているか、あるいはまた芳香族の構成成分を有していてもよい。有利なコポリアミドまたはコポリエステルとしては、デグサ社（Degussa AG）の商標名「ベスタメルト（VESTAMELT）」で入手可能であるようなものが使用されると有利である。特に有利なコポリアミドは、示差走査熱量計（DSC）によって測定された、７６〜１５９℃、有利には９８〜１３９℃および特に有利には１１０〜１２３℃の溶融温度を有している。コポリアミドは、たとえば適当なモノマ、たとえば二官能性の成分であるラウリンラクタムおよび／またはカプロラクタム、酸官能基を有する成分であるスベリン酸、アゼライン酸、ドデカン二酸、アジピン酸および／またはセバシン酸およびジアミンである１，６−ヘキサンジアミン、イソホロンジアミンおよび／またはメチル−ペンタ−メチレン−ジアミンから選択されたモノマの混合物の重合によって製造され得る。芳香族の構成成分も使用され得る。適当な別のコモノマおよびその選択のための法則は、当業者には知られており、たとえばＪ．Ｇ．Ｄｏｌｄｅｎ著の「Ｐｏｌｙｍｅｒ」（１９７６年，１７）、第８７５〜第８９２頁に記載されている。

粉末状の基材の一層良好な加工可能性を達成するためには、付加剤を有する粉末材料が使用されることが有利になり得る。このような付加剤は、たとえば流動助剤（Rieselhilfe）であってよい。使用される粉末状の基材が、付加剤０．０５〜５重量％、有利には０．１〜１重量％を有していると特に有利である。流動助剤は、たとえば熱分解法シリカ、ステアレートまたは他の文献公知の流動助剤、たとえばトリカルシウムホスフェート、カルシウムシリケート、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＭｇＣｏ_３またはＺｎＯであってよい。熱分解法シリカは、たとえばデグサ社（Degussa AG）の商品名「アエロジル（Aerosil）」で提供される。さらに、使用される粉末状の基材が既に吸収体を有しているが、ただし、選択されていない範囲の不本意な溶融を生ぜしめるような量では有していないことが有利になり得る。当業者であれば、適当な実験により適当な範囲を確認することができる。

このような部分的に無機質の流動助剤または別の付加剤と共に、またはその代わりに、本発明により使用される粉末状の基材は無機充填体を有していてもよい。このような充填体の使用には次のような利点がある。すなわち、このような充填体は結合時の処理によりその形状をほぼ維持し、ひいては３次元の対象物の収縮を減少させる。さらに、充填体の使用により、たとえば対象物の塑性特性および物理的な特性を変えることが可能となる。すなわち、金属粉末を有する粉末材料の使用により、３次元の対象物の透明性および色も、磁気的または電気的な特性も調節され得る。充填材もしくは充填体としては、粉末材料がたとえばガラス粒子、セラミック粒子または金属粒子を有していてよい。典型的な充填剤は、たとえば金属粗粒、アルミニウム粉末、鋼球またはガラス球である。充填体としてガラス球を有する粉末材料が使用されると特に有利である。有利な変化実施例では、本発明による粉末材料が充填材１〜７０重量％、有利には５〜５０重量％、特に有利には１０〜４０重量％を有している。

無機流動助剤または充填材と共に、またはその代わりに、本発明により使用される粉末状の基材が無機顔料または有機顔料を有していてよい。これらの顔料は、製造したい３次元の対象物の色外観を決定する着色顔料の他に、製造したい３次元の対象物のその他の物理的な特性に影響を与える顔料、たとえば対象物の磁性もしくは導電性を変える磁性顔料または導電性顔料、たとえば導電性に改質された二酸化チタンまたは酸化スズであってもよい。しかし、使用したい粉末材料が、白亜、黄土、アンバ、緑土、バーントシェンナ（Terra di Siena gebrannt）、黒鉛、チタン白（二酸化チタン）、鉛白、スズ白、リトポン、アンチモン白、カーボンブラック、酸化鉄黒、マンガン黒、コバルト黒、アンチモン黒、クロム酸鉛、鉛丹、亜鉛黄、亜鉛緑、カドミウム赤、コバルト青、ベルリンブルー、ウルトラマリン、マンガン紫、カドミウム黄、シュバインフルトグリーン（Schweinfurter Gruen）、モリブデンオレンジ、モリブデン赤、クロムオレンジ、クロム赤、酸化鉄赤、酸化クロム緑、ストロンチウム黄、メタルエフェクト顔料（メタリック顔料）、パール光沢顔料、蛍光顔料および／または燐光顔料を有する発光顔料、アンバ、雌黄、骨炭、カッセルブラウン（Kasseler Braun）、インジゴ、クロロフィル、アゾ染料、インジゴイド、ジオキサジン顔料、シナクリドン顔料、フタロシアニン顔料、イソインドリノン顔料、ペリレン顔料、ペリノン顔料、金属錯体顔料、アルカリブル顔料およびジケトピロロピロルから選択された無機着色顔料または有機着色顔料を有していると特に有利である。使用可能な顔料に関する別の情報は、たとえば「レンプ レキシコン ヒェミー（Roempp Lexikon Chemie）−バージョン２．０（Stuttgart/New York: Georg Thieme Verlag 1999）」ならびに該刊行物に記載の文献から知ることができる。しかし、粉末中のこれらの顔料の濃度は、これらの顔料が、せいぜい導入されたエネルギの僅かな吸収しか生ぜしめないように設定されていなければならない。すなわち、顔料の濃度は所定の閾値よりも下になければならず、この閾値のときに粉末粒子は、これらの粉末粒子に引き渡された熱により焼結する。

粉末材料としては、上に挙げた充填体または顔料の特別形とみなすことのできる物質を使用することもできる。このような種類の粉末材料の場合、粉末は粉末材料のための上で挙げた寸法よりも小さなサイズを有する第１の材料から成る粒子を有している。これらの粒子は第２の材料の層で被覆されており、この場合、第２の層の厚さは、第１の材料の粒子と、第２の材料を有する被覆体との組合せから成る粉末材料が、上で記載したようなサイズを有するように設定されている。第１の材料の粒子は、粉末材料のサイズから２５％よりも少ない偏差、有利には１０％よりも少ない偏差、特に有利には５％よりも少ない偏差を有するサイズを有していると有利である。粒子の被覆体を成す第２の材料は、選択された吸収体に比べて１０〜３０００ｎｍの波長を有するレーザによる放射線による加熱性の点で劣る材料である。第２の材料はさらに、加熱された状態において十分な流動性を呈示することが望ましく、そして熱作用（熱は吸収体により提供される）により焼結され得るか、または溶融され得ることが望ましい。被覆材料として、粉末状の基材（粉末材料）は特に上で挙げたポリマまたはコポリマ、有利にはポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリアセタール、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチロール、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリアリーレンエーテル、ポリウレタン、熱可塑性のエラストマ、ポリラクチド、ポリオキシアルキレン、ポリ−（Ｎ−メチルメタクリルイミド）（ＰＭＭＩ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、イオノマ、ポリアミド、コポリエステル、コポリアミド、シリコーンポリマ、ターポリマ、アクリルニトリル・ブタジエン・スチロール・コポリマ（ＡＢＳ）またはこれらの混合物、またはフェノール樹脂から選択されたポリマまたはコポリマを有していてよい。粉末材料のこのような特別形の第１の材料は、たとえば砂、セラミックス、金属および／または合金から成る粒子を有していてよい。このような種類の特に有利な粉末材料はフェノール樹脂または熱可塑性のプラスチックで被覆された砂、すなわち「鋳物砂」である。

吸収体が、十分な熱量を伝達することができると、粉末材料として金属粉末、特に低融点を有する金属、たとえば鉛またはスズまたは、たとえばスズまたは鉛を有する合金を使用することも可能となる。このような粉末材料も、上で挙げた寸法を有していると有利である。金属粉末を使用する場合には、まず、この金属が１００〜３０００ｎｍの波長を有するレーザを用いた処理のために適しているかどうか、または火花形成またはその他の障害を生じないかどうかがチェックされなければならない。このようなチェックは簡単な予備実験により可能である。

すなわち、本発明による方法を用いると、１つまたは複数の機能化された層を装備することのできる３次元の対象物が製造可能となる。たとえば、機能化すること、たとえば成形部分全体あるいはまた規定された範囲だけに導電性特性を装備させることは、吸収体と同様に相応する顔料または物質を塗布するか、またはこの顔料を有する粉末状の物質から成る層を準備することにより行うことができる。

吸収体の被着は、国際公開第０１／３８０６１号パンフレットに記載の阻害剤の被着と同様にして行うことができる。吸収体の被着は、ｘ、ｙ−平面内で運動可能な装置を用いて行われると有利である。この装置は、液状および／または粉末状の吸収体を、ステップａ）により準備された層の規定の個所でこの層へ送出するための手段を有している。この装置は、たとえばインキジェットプリンタにおいて使用されるような、１つまたは複数のノズルを備えた印刷ヘッドであってよい。印刷ヘッドを位置決めするための装置の制御は、やはりインキジェットプリンタの印刷ヘッドの制御と同様にして行うことができる。この装置を用いて、吸収体はステップａ）で準備された層の、基材を焼結または溶融により結合させたい個所に被着される。
本発明による方法では、１００〜３０００ｎｍの波長を有するレーザの電磁放射線により加熱されるあらゆる吸収体を使用することができる。

最も単純な事例では、吸収体が「着色剤」を有している。「着色剤」とは、ＤＩＮ５５９４４による全ての着色性の物質を意味し、これらの着色性の物質は無機着色剤および有機着色剤ならびに天然着色剤および合成着色剤に分類可能である（Roempps Chemielexikon、１９８１年、第８版、第１２３７ページ参照）。ＤＩＮ５５９４３（１９８４年９月）およびＤＩＮ５５９４５（１９８３年８月）によれば、顔料は、使用媒体中に実質的に不溶性である無機または有機の、多彩または無彩の着色剤である。染料は溶剤および／または結合剤に可溶の無機または有機の、多彩または無彩の着色剤である。

しかし、吸収体は、当該吸収体が添加剤を有することにより、吸収作用を得ることもできる。添加剤は、たとえばメラミンシアヌレートを主体とした難燃剤（ＤＳＭのＭｅｌａｐｕｒ）であるか、またはリン、有利にはホスフェート、ホスファイト、ホスホナイトまたは元素の赤リンを主体とした難燃剤であってよい。炭素繊維、有利には粉砕された炭素繊維、ガラス球（中空のものも含めて）またはカオリン、白亜、ウォラストナイトまたは黒鉛も同じく添加剤として適している。

本発明による粉末中に含まれている吸収体は、主成分としてカーボンブラックまたはＫＨＰ（銅ヒドロキシドホスフェート）または白亜、骨炭、炭素繊維、黒鉛、難燃剤または干渉顔料を有していると有利である。干渉顔料は、いわゆるパール光沢顔料である。パール光沢顔料は天然の鉱物雲母を主体として金属酸化物、たとえば二酸化チタンおよび／または酸化鉄から成る薄い層で被覆され、１〜６０μｍの平均粒度分布で提供されている。干渉顔料は、たとえばメルク社（Fa. Merck）から商標名「イリオジン（Iriodin）」で提供される。メルク社のイリオジンパレットはパール光沢顔料および金属酸化物被覆された雲母顔料ならびに下位クラス：干渉顔料、金属光沢−エフェクト顔料（雲母コアの酸化鉄被覆体）、銀ホワイト−エフェクト顔料、金光沢エフェクト顔料（二酸化チタンおよび酸化鉄で被覆された雲母コア）を包含している。イリオジン−ＬＳシリーズのイリオジンタイプ、つまりイリオジンＬＳ８２０、イリオジンＬＳ８２５、イリオジンＬＳ８３０、イリオジンＬＳ８３５およびイリオジンＬＳ８５０の使用が特に有利である。イリオジンＬＳ８２０およびイリオジンＬＳ８２５の使用が極めて特に有利である。

その他に、同じく雲母もしくは雲母顔料、二酸化チタン、カオリン、有機着色顔料、無機着色顔料、酸化アンチモン（ＩＩＩ）、金属顔料、オキシ塩化ビスマスを主体とした顔料（たとえばメルク社のシリーズバイフレアBiflar、高光沢顔料）、酸化インジウムスズ（Nanogate Technologie GmbH社のNano ITO-PulverまたはDegussa社のAdNano^ｔｍ ITO）、ＡｄＮａｎｏｔｍ酸化ジルコニウム（Degussa社）、ランタンヘキサクロリド、クリアウエルド（ClearWeld）（WO 0238677）ならびに市場で入手可能な、メラミンシアヌレートまたはリン、有利にはホスフェート、ホスファイト、ホスホナイトまたは元素の（赤）リンを有する難燃剤も同じく適している。

成形体の固有色に対する妨害を回避したい場合には、吸収体は有利には干渉顔料、特に有利にはメルク社（Merck）のイリオジンＬＳ−シリーズまたはクリアウェルド（Clearweld）から成る干渉顔料を有している。

ＫHＰの化学的な名称は、銅ヒドロキシドホスフェートである。この銅ヒドロキシドホスフェートは、約３μｍの平均粒子直径を有する、明緑色の微細な結晶性の粉末として使用される。

カーボンブラックはファーネスブラック法、ガスブラック法またはランプブラック法、有利にはファーネスブラック法により製造され得る。一次粒度は１０〜１００ｎｍ、有利には２０〜６０ｎｍであり、粒度分布は小幅または広幅に形成されていてよい。ＤＩＮ５３６０１によるＢＥＴ表面は１０〜６００ｍ^２／ｇ、有利には７０〜４００ｍ^２／ｇである。煤粒子は表面機能性を調節するために酸化後処理されていてよい。煤粒子は疎水性（たとえばデグサ社のPrintex 55またはFlammruss 101）または親水性（たとえばデグサ社のFarbruss FW20またはPrintex150T）に調節されていてよい。煤粒子は高ストラクチャまたは低ストラクチャに形成されていてよく、これによって一次粒子の凝集度が表される。特殊な導電性カーボンブラックを使用することにより、本発明による粉末から製造された構成部分の導電率を調節することができる。パール光沢付与されたカーボンブラックの使用により、湿式混合法の場合にも乾式混合法の場合にも、一層良好な分散可能性を利用することができる。カーボンブラック分散液の使用も有利になり得る。

骨炭（ボーンブラックは、元素の炭素を含有する鉱物質の黒色顔料である。骨炭はその７０〜９０％がリン酸カルシウムから成り、３０〜１０％が炭素から成っている。密度は典型的には２．３〜２．８ｇ／ｍｌである。

吸収体は、たとえば顆粒または粉末または液体として供給され得る。１つまたは複数の微細なノズルを備えた印刷ヘッド内での分配のためには粒子ができるだけ微細であることが有利になるので、過度に粗大な粒子または顆粒は、有利には低い温度で粉砕されるか、または後粉砕され、そして場合によっては引き続き分級され得る。

吸収体として使用されるこのような付加剤は、たとえばメルク社（Firma Merck）において商品名「イリオジン（Iriojdin）」で入手可能である。「カーボンブラック」とは、たとえばデグサ社（Firma Degussa AG）、カボートコープ社（Firma Cabot Corp）またはコンチネンタルカーボン社（Firma Continental Carbon）により提供されているような市販の標準カーボンブラックを意味する。

一般に適当な吸収体のための商業的に入手可能な例は、メルク社のイリオジンＬＳ８２０またはイリオジンＬＳ８２５またはイリオジンＬＳ８５０である。カーボンブラックのための例としては、デグサ社のプリンテックス（Printex）６０、プリンテックスＡ、プリンテックスＸＥ２またはプリンテックスアルファを使用することができる。適当なＫＨPはやはりデグサ社により商標名「Ｖｅｓｔｏｄｕｒ ＦＰ−ＬＡＳ」で提供されている。

印刷ヘッド内でインキと同様に粉末状の基材へ被着可能となるようにするためには、吸収体を含有する液体を製造することが有利である。固体の吸収体の混合物、液体の吸収体の混合物または固体の吸収体および液体の吸収体の混合物を使用することが可能である。また、固形物として提供される吸収体を、吸収体ではない液体中に懸濁させることも同じく有利になり得る。これにより、準備された層の全高にわたって、固形物として提供された吸収体の一層良好な分配が達成される。液体中での固形の吸収体の沈殿を阻止する特別なレオロジ的な添加剤の添加も有利である。基材の濡らしを改善するためには、吸収体、特に液状の吸収体または液体中の固形の吸収体の懸濁液に界面活性剤、たとえばアルキルフェノールエトキシレート、脂肪アルコールエトキシレート、脂肪酸エトキシレート、脂肪アミンエトキシレートが施与されると、別の利点を得ることができる。液体は、本発明を制限することなく、水、有利には蒸留水またはアルコール、たとえばイソプロパノール、グリセリン、ジエチレングリコールを含有していてよい。

市販の分散液、たとえばデグサ社のシリーズ デルソール（Serie Derussol）から成る分散液の使用が特に有利になり得る。

同じく、液状の吸収体、たとえばクリアウェルド（Cleaweld）の使用も有利である。
このような本発明による方法では、さらに多くの吸収体／基材組合せが考えられる。この場合、当該方法のためには、当該方法の終了時に、溶融された（つまり吸収体によって処理された）基材と、溶融されていない基材との間に明確な境界を達成するマトリックスが得られるようにするために、１００〜３０００ｎｍの波長を有するレーザの放射線により励起される能力の点で、吸収体と基材との間に十分に大きな差異が存在することが重要となる。このようにしてのみ、製造された３次元の対象物が十分に平滑な輪郭を有し、かつ結合されていない基材から簡単に剥離され得るようになることが確保されている。当該方法の精度は、たとえばレーザ焼結の方法よりもすぐれている。なぜならば、レーザ焼結法の場合よりもエネルギをはるかに的確に導入することができるからである。

吸収体から基材への十分に大きくかつ長い熱伝達を可能にするためには、吸収体の沸点または吸収体混合物の場合には少なくとも一種の吸収体の沸点が、使用される基材の融点よりも高く設定されていることが望ましい。特に液状の吸収体の使用時に、吸収体が層を貫いて延びるのではなく、濡らしたい粉末範囲によってのみ収容されるようにするためには、吸収体を含有する液体の調量ならびに粉末および吸収体ならびに液体の全体的な特性が互いに調和されていなければならない。このような調和は、たとえば粘度の調節および吸収体を含有する液体の使用される量によって行なわれ得る。この場合、使用される液体の量は特に粉末の層厚さ、粉末の多孔度および液体または固体の吸収体の粒度および含量に関連している。個々の材料組合せのためには、最適の量および粘度を簡単な予備実験において求めることができる。粘度を調節するためには、公知の粘度調整剤（Viskositaetsvermittler）、たとえば熱分解シリカあるいはまた有機媒体を使用することができる。さらに、吸収体を含有する液体が湿潤剤および／または殺生剤および／または保湿剤を有していると有利である。液体は、たとえば水、有利には蒸留水または溶剤またはアルコールを有していてよい。吸収体もしくは吸収体を含有する液体は溶融液もしくは成形体中に残留することができる。このことは、補強の場合または吸収体によるその他の特性の調節時（導電性または導磁性）にはそれどころか有利になり得る。担持液は、１種の担持液が使用された場合には、同じく構成部分内に残留するか、または蒸発する。使用される吸収体、液体およびその他の添加剤が、オフィス環境での問題のない取扱いを可能にする有毒でない物質であると有利である。

吸収体の加熱のために必要となるエネルギは、１００〜３０００ｎｍ、有利には８００〜１０７０ｎｍまたは１９００〜２１００ｎｍの範囲での電磁放射線の形で供給される。焼結させたい層を熱の供給により、使用されたポリマの溶融温度または焼結温度よりも下にある、高められた温度にまでもたらすか、またはこの高められた温度に保持することが有利になり得る。こうして、選択的な溶融のために必要とされる電磁的なエネルギを減少させることができる。このことは、調温された構成フィールドの存在を前提条件とするが、しかしカール（構成平面からの角隅および縁部の巻上がりのこと；ステップａ）の新たな実施を不可能にしてしまう恐れがある）の発生の確率を減少させる。また、吸収体もしくは吸収体を含有する液体が予熱されても有利になり得る。

本発明による方法のために必要となる放射線は、１００〜３０００ｎｍの範囲の電磁的な放射線を発するレーザにより形成される。このレーザは、上で説明したように、そのビームが、たとえばミラー、レンズおよび／または光ファイバによってたいてい集束されるようなレーザであってよい。しかし、必ずしも集束されたレーザビームを送出しないレーザ、たとえばダイオードレーザであってもよい。ダイオードレーザは、複数のダイオードバーをスタックの形に組み立てることによって、より大きな、たいていは矩形の面をも十分な出力で照射することができる。

しかし本発明による方法では、集束されていないエネルギ導入またはそれどころか面状のエネルギ導入も十分に有利である。なぜならば、各層の選択性が既に、インキジェット法により選択的に被着された吸収体もしくは吸収体を含有する液体を介して行われるからである。これにより、当該方法は一層迅速となる。

本発明による方法によって、３次元の成形体が製造可能となる。このような層状に製造された３次元の対象物は、最後に本発明よる方法の完結後に、複数の層から形成されるマトリックスの形で存在する。結合された粉末状の基材と、結合されていない粉末状の基材と、吸収体とから成る前記マトリックスから対象物を取り出すことができる。結合されていない基材は、場合によっては、たとえば篩いによる後処理後に再び使用され得る。本発明による成形体は、ガラス球、ケイ酸または金属粒子から選択された充填体を有していてよい。

本発明による方法は、３次元の対象物を層状に製造するための本発明による装置において実施されると有利である。本発明による装置は、
−当該装置が、粉末状の基材を作業プラットホームまたは場合によっては既に作業プラットホーム上に存在する、処理済みまたは未処理の粉末状の基材（２）の層へ層状に塗布するための可動の装置を有しており、
−当該装置が、吸収体を有する材料（４）と、場合によっては使用される別の付加剤とを、粉末状の基材から成る層の選択された範囲へ塗布するための、ｘ、ｙ平面で運動可能な装置（３）を有しており、
−当該装置が、１００〜３０００ｎｍの波長、有利には８００〜１０７０ｎｍの波長または１９００〜２１００ｎｍの波長を有するレーザを有しており、エネルギ導入が、集束されているか、または集束されていなくてよく、有利には集束されていない
ことにより特徴付けられている。

択一的には、当該装置もしくはレーザと作業プラットホームとの互いに相対的な運動を、可動の作業プラットホームによって引き受けることもできる。また、ｘ方向における相対運動を作業プラットホームまたは各装置もしくはレーザによって実現し、ｙ方向における運動を各装置もしくはレーザまたは作業プラットホームによって実現することも可能である。

当該装置は複数の貯え容器を備えていると有利である。これらの蓄え容器からは、処理したい粉末状の基材が、層を形成するための装置に供給され得ると共に、１種または数種の使用される吸収体が、粉末状の基材から成る層の選択された範囲へ吸収体を塗布するための装置に供給され得る。１つまたは複数のノズルを備えた印刷ヘッドと、ミキサとの使用により、層の規定のゾーン、たとえば特にフィリグリ（filigran.）な範囲またはたとえば製造したい対象物の縁部で、製造したい対象物のコア範囲にとは異なる吸収体の混合物が使用されることを達成することができる。こうして、層の種々異なる位置へ種々異なるエネルギ供給を行うことができる。

同じく本発明の対象は、本発明による方法における使用のために適している、前で説明したような粉末材料である。この粉末材料は特に、１０〜１５０μｍの平均粒度と、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリアセタール、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチロール、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリアリーレンエーテル、ポリウレタン、熱可塑性のエラストマ、ポリラクチド、ポリオキシアルキレン、ポリ−（N−メチルメタクリルイミド）（PMMI）、ポリメチルメタクリレート（PMMA）、イオノマ、ポリアミド、コポリエステル、コポリアミド、シリコーンポリマ、ターポリマ、アクリルニトリル−ブタジエン−スチロールコポリマ（ABS）またはこれらの混合物から選択された少なくとも１種のポリマまたはコポリマとを有することによりすぐれている。

以下に、本発明による方法および本発明による装置を図１につき詳しく説明する。ただし、本発明はこの実施例に限定されるものではない。図１には、本発明による装置が概略的に図示されている。可動の底部（６）には、貯え容器（１）内に装入される未処理の粉末状の基材（２）が堆積されて、マトリックス（８）を形成する。基材はドクタ（２）によって、可動の底部に載置された薄い層もしくは予め被着された層に分配される。

ｘ、ｙ−平面で運動可能な装置（３）を介して、吸収体（４）もしくは吸収体を含有する液体が、粉末状の基材から成る層の選択された範囲へ被着される。吸収体を用いた各処理の後に、粉末状の基材の新しい層が被着される。レーザまたはその他のエネルギ源（５）による１００〜３０００ｎｍの波長でのエネルギ導入によって、被着された基材の、吸収体を用いて処理された個所が結合されて、３次元の対象物、たとえばカップ（７）を形成する。このステップは次の粉末層の塗布の前に行うこともできる。

以下の実施例につき、本発明による方法を詳しく説明する。ただし、本発明はこれに制限されるものではない。

例１：ダイオードレーザを用いたコポリアミドから成るプレートの製造
図１につき説明した装置において、コポリアミド粉末（VESTAMELT 170、 デグサ社；Degussa-AG, Marl）から成る寸法３＊２０＊１ｍｍ^３を有するプレートのモデルを製造する。吸収体としては、蒸留水４０質量％、ＫＨＰ４０質量％およびイソプロパノール２０質量％を有する、ＫＨＰ（デグサ社のVestodur FP-LAS）を主体とした懸濁液を使用する。当該装置は約４０℃の作動温度を有している。１．５×３．５ｍｍのビームスポットの寸法を有するダイオードレーザの波長は９４０ｎｍである。層厚さは０．１５ｍｍである。層１つ当たり、２００ワットの出力を有するダイオードレーザを、７００ｍｍ／秒の速度で行毎に構成プラットホームにわたって運動させる。粉末のＤ_５０値は６０μｍである。

例２：ダイオードレーザを用いたポリアミド１２から成るプレートの製造
既に説明した装置において、ポリアミド１２粉末（EOSINT P PA 2200, EOS GmbH Electro Optical Systems, Krailling, ドイツ連邦共和国）から成る、３＊２０＊１ｍｍ^３の寸法を有する別のプレートを製造する。吸収体としては、イリオジン（Iriodin）ＬＳ８２５を使用する。インキジェット法により分配された液体は、その３０重量％がイリオジンから成り、５９％がイソプロパノールから成り、そして１％がプリル（Henkel）から成っていた。当該装置は約１６０℃の作動温度を有している。面状のダイオードレーザの波長は９４０ｎｍであり、ビームスポットは１．５×３．５ｍｍである。粉末層が塗布された高さは０．１５ｍｍであった。層１つ当たり、ダイオードレーザは構成平面を行毎に２００ワットの出力および５００ｍｍ／秒の速度で走査する。使用された粉末は５５μｍのD_５０値を有していた。
例３：Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用いたポリアミド１２から成るプレートの製造
１０×１０ｃｍの上側の開いたボックスに底部を装備した。この底部はスピンドルを介して移動可能である。この底部を上側の縁部へ１／２センチメートルのところにまで運動させ、残った空間を粉末で充填し、そして金属プレートによって均した。装置を、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ スターマーク（Star Mark）６５（製造者 Carl Basel Lasertechnik）の構成空間内へ設置した。ボックスの開口を半分だけカバーし、そして噴霧器（市販、香水用）を用いて、吸収体を有する液体を塗布した。このときに、均一な濡らしならびに滴下の回避に配慮しなければならない。その後にカバーを取り除き、面全体をレーザエネルギで走査した。

次のステップ、すなわち０．１ｍｍだけ底部を降下させるためのスピンドルの回転ならびに次の粉末層の塗布物を均し、カバーし、かつ半分だけ吸収体で被覆し、カバーを除去し、引き続き粉末の溶融のためのＮｄ：ＹＡＧレーザによる再度の露光を数回繰り返した。

使用されたポリマはデグサ社のポリアミド１２、つまりベストジント（Vestosint）２１５７であった。吸収体としては、やはりデグサ社のプリンテックス（Printex）６０が使用される。この場合、プリンテックス６０の１０部が蒸留水７０部、イソプロパノール１８部およびプリル（Henkel）２部と混合された。当該装置は約１６５℃の作動温度を有している。Nd：YAGレーザの波長は１０６４ｎｍである。層１つ当たり、Nd：YAGレーザは構成平面を選択的に３０ワットの出力および３００ｍ／秒の速度で走査する。使用された粉末は５５μｍのD_５０値を有していた。この実験では、吸収体を備えた範囲から成るプレートを製造することができた。吸収体を添加されなかった粉末は溶融しなかった。しかし、特に温度案内はなお最適化されなければならなかった。なぜならば、自動化されていないハンドリングおよび冷たい吸収体の塗布により、カールが発生したからである。

本発明による装置の概略図である。

Claims (24)

1. 粉末状の基材の層を準備しかつレーザを使用することにより３次元の対象物を製造するための方法において、１００〜３０００ｎｍの範囲のレーザ放射線を完全にまたは大部分吸収することのできる付加剤を含む、懸濁液の形の吸収体または液状の吸収体をインキジェット法により、焼結させたい範囲へ選択的に塗布し、粉末層の範囲の選択的な溶融を、１００〜３０００ｎｍの波長を有するレーザによる電磁的なエネルギの導入によって行うことを特徴とする、３次元の対象物を製造するための方法。
2. 当該方法が、以下のステップ；
   ａ）粉末状の基材の層を準備し、
   ｂ）構成空間を調温し、
   ｃ）１００〜３０００ｎｍの範囲のレーザ放射線を完全にまたは大部分吸収することのできる付加剤を含む、懸濁液の形の吸収体または液状の吸収体をインキジェット法により、焼結させたい範囲へ選択的に塗布し、
   ｄ）規定された特性を有する別の特殊な液体または懸濁液を塗布し、
   ｅ）１００〜３０００ｎｍの波長を有するレーザによる電磁的なエネルギの導入によって粉末層の範囲を選択的に溶融させ、
   ｆ）溶融された範囲および溶融されていない範囲を、成形部分の破壊なしの取出しを可能にする温度にまで冷却し、
   ｇ）成形部分を取り出す、
   より成る、請求項１記載の３次元の対象物を製造するための方法。
3. 初期に、一度ステップａ）〜ｄ）を実施し、引き続きステップｂ）を実施し、その後にもう一度ステップａ）を実施した後に、一度ステップｅ）を実施し、引き続き別のステップを順序ｃ）、ｄ）、ａ）、ｂ）およびｅ）で実施する、請求項２記載の方法。
4. 使用される粉末状の基材が、１０〜１５０μｍの平均粒度を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. ８００〜１０７０ｎｍの波長を有するレーザを使用する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. １９００〜２１００ｎｍの波長を有するレーザを使用する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. Ｎｄ：ＹＡＧレーザを使用する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. ダイオードレーザを使用する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 集束されていないビーム、細長いビームまたは面状のビームを有するレーザを使用する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 吸収体が着色剤を有している、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
11. 吸収体が顔料を有している、請求項１０記載の方法。
12. 吸収体が染料を有している、請求項１０記載の方法。
13. 吸収体がカーボンブラック、ＫＨＰ、骨炭、黒鉛、炭素繊維、白亜または干渉顔料を有している、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
14. 吸収体がカーボンブラック、ＫＨＰ、骨炭、黒鉛、炭素繊維、白亜または干渉顔料と共に別の成分を有している、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
15. 吸収体が、リンまたはメラミンシアヌレートを主体とした難燃剤を有している、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
16. 吸収体が付加的に蒸留水またはアルコールまたは溶剤を有している、請求項１０から１５までのいずれか１項記載の方法。
17. 吸収体が付加的に界面活性剤および／または湿潤剤および／または殺生剤および／または保湿剤を含有している、請求項１０から１５までのいずれか１項記載の方法。
18. 粉末状の基材としてポリマを使用する、請求項１から１７までのいずれか１項記載の方法。
19. 粉末状の基材として、ポリマ材料によって被覆されている砂、金属粒子またはセラミック粒子を使用する、請求項１から１７までのいずれか１項記載の方法。
20. ポリマとして、有利にはポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリアセタール、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチロール、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリアリーレンエーテル、ポリウレタン、熱可塑性のエラストマ、ポリラクチド、ポリオキシアルキレン、ポリ−（Ｎ−メチルメタクリルイミド）（ＰＭＭＩ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、イオノマ、ポリアミド、コポリエステル、コポリアミド、シリコーンポリマ、ターポリマ、アクリルニトリル・ブタジエン・スチロール・コポリマ（ＡＢＳ）またはこれらの混合物から選択されたポリマまたはコポリマを使用する、請求項１８または１９記載の方法。
21. 流動助剤０．０５〜５重量％を有する粉末状の基材を使用する、請求項１８から２０までのいずれか１項記載の方法。
22. 無機充填体を有する粉末状の基材を使用する、請求項１８から２１までのいずれか１項記載の方法。
23. 充填体としてガラス球を使用する、請求項２２記載の方法。
24. 無機顔料または有機顔料を有する粉末状の基材を使用する、請求項１８から２３までのいずれか１項記載の方法。

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