JP6706327B2 - 三次元（３ｄ）印刷 - Google Patents

Description

三次元（３Ｄ）印刷は、デジタルモデルから三次元の固体部品を作成するために使用される、付加的印刷プロセスでありうる。３Ｄ印刷はしばしば、製品のラピッドプロトタイピング、金型の作成、および金型マスターの作成に用いられている。幾つかの３Ｄ印刷技術は付加的プロセスであると考えられるが、それはそれらが、連続する材料層の適用を伴うためである。これは、多くの場合に材料の除去に依拠して最終的な部品を作成する、伝統的な機械加工プロセスとは異なっている。３Ｄ印刷で用いられる材料はしばしば、硬化または融合を必要とするが、これは一部の材料については、熱補助式の押し出しまたは焼成を使用して達成されてよく、また他の材料については、デジタル光投影技術を使用して達成されてよい。

本開示の実施例の特徴は、以下の詳細な説明および図面を参照することによって明らかとなるが、そこでは同様の参照番号は、同一ではないとしても類似している部品に対応している。簡潔にするために、先に説明された機能を有する参照番号または特徴は、それらが現れる他の図面に関しては、記載される場合も記載されない場合もある。

図１は本願で開示される３Ｄ印刷方法の一例を説明する流れ図である。

図２は本願で開示される３Ｄ印刷システムの一例の単純化された等角図である。

図３は本願で開示される３Ｄ印刷方法の一例により形成された３Ｄ印刷部品の写真画像である。

図４は本願で開示される３Ｄ印刷方法の別の例により形成された他の３Ｄ印刷部品の写真画像である。

本願で開示される三次元（３Ｄ）印刷方法および３Ｄ印刷システムの例は、マルチジェットフュージョン（Multi Jet Fusion（ＭＪＰ））を使用する。マルチジェットフュージョンに際しては、構築材料（構築材料粒子とも称される）の層全体が放射線に曝露されるが、構築材料の選択領域（幾つかの場合には層全体より小さい）が融合され硬化されて、３Ｄ部品の層となる。本願に開示される例においては、融合剤が選択的に配置されて、構築材料の選択領域と接触される。融合剤（単数または複数）は、構築材料の層内へと貫通し、また構築材料の外側表面上に拡がることができる。この融合剤は放射線を吸収し、吸収した放射線を熱エネルギーに変換することが可能であり、次いで熱エネルギーは、融合剤と接触している構築材料を溶融または焼結させる。これは構築材料の融着、結合、硬化などを生じさせ、３Ｄ部品の層が形成される。

マルチジェットフュージョンで使用される融合剤は、可視領域（４００ｎｍ〜７８０ｎｍ）において著しい吸収（例えば８０％）を有する傾向がある。この吸収の結果、強く着色された、例えばブラックの、または強く着色された３Ｄ部品が得られる。本願で開示される方法およびシステムの例は、水性または非水性ビヒクル中に分散されたプラズモン共振吸収剤を含有する融合剤を用いる。プラズモン共振吸収剤を含有するこの融合剤は、８００ｎｍから４０００ｎｍの範囲の波長において吸収を有し、４００ｎｍから７８０ｎｍの範囲の波長においては透明性を有する。本願で使用するところでは、「吸収」とは、８００ｎｍから４０００ｎｍの範囲の波長を有する放射線の少なくとも８０％が吸収されることを意味する。本願で使用するところでは、「透明性」とは、４００ｎｍから７８０ｎｍの範囲の波長を有する放射線の２０％またはそれ未満が吸収されることを意味する。この吸収性および透明性は、融合剤がそれと接触している構築材料を融合させるのに十分な放射線を吸収する一方で、３Ｄ部材が白色または僅かに着色となることを許容する。

本願で使用するところでは、「３Ｄ印刷部品」、「３Ｄ部品」、または「部品」という用語は、完成された３Ｄ印刷された部品または３Ｄ印刷された部品の層を示すものでありうる。

３Ｄ印刷方法１００の一例が図１に描かれている。例として、この方法１００は、僅かに着色されたまたは白色の３Ｄ部品を作成するために使用されてよい。

参照番号１０２で示すように、この方法１００は、高分子構築材料または高分子複合構築材料１２を適用することを含む。構築材料１２の一つの層１４が既に適用されている。

構築材料１２は、粉末、液体、ペースト、またはゲルであってよい。構築材料１２は、高分子（ポリマー）材料、またはポリマーとセラミックスの複合材料であってよい。高分子構築材料１２の例には、５℃を超える幅広い処理ウィンドウ（すなわち融点と再結晶温度の間の温度範囲）を有する半結晶性熱可塑性材料が含まれる。高分子構築材料１２の幾つかの特定的な例には、ポリアミド（ＰＡ）（例えばＰＡ１１／ナイロン１１、ＰＡ１２／ナイロン１２、ＰＡ６／ナイロン６、ＰＡ８／ナイロン８、ＰＡ９／ナイロン９、ＰＡ６６／ナイロン６６、ＰＡ６１２／ナイロン６１２、ＰＡ８１２／ナイロン８１２、ＰＡ９１２／ナイロン９１２その他）が含まれる。高分子構築材料１２の他の特定的な例には、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、およびこれらの材料のアモルファス形態が含まれる。適切な高分子構築材料１２のさらに他の例には、ポリスチレン、ポリアセタール、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエステル、熱可塑性ポリウレタン、他のエンジニアリングプラスチック、および本願で列挙したポリマーのうち任意の二つまたはより多くのブレンドが含まれる。これらの材料のコアシェル型ポリマー粒子もまた使用してよい。

先に列挙した任意の高分子構築材料１２はセラミックス粒子と組み合わせて、複合構築材料１２を形成してよい。適切なセラミックス粒子の例には、金属酸化物、無機ガラス、炭化物、窒化物、およびホウ化物が含まれる。幾つかの特定的な例には、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、ガラス、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、またはこれらの組み合わせが含まれる。高分子構築材料１２と組み合わせてよいセラミックス粒子の量は、使用される高分子構築材料１２、使用されるセラミックス粒子、および形成される３Ｄ部品３８に依存してよい。一つの例では、セラミックス粒子は構築材料１２の合計の重量％に基づいて、約１重量％から約２０重量％の範囲の量で存在してよい。

構築材料１２は、５０℃から約４００℃の範囲の融点を有するものであってよい。例を挙げると、構築材料１２は１８０℃の融点を有するポリアミド、または約１００℃から約１６５℃の範囲の融点を有する熱可塑性ポリウレタンでありうる。

構築材料１２は、同様の粒径の粒子または異なる粒径の粒子から構成されてよい。本願で示される例においては、構築材料１２は同様の粒径の粒子を含む。「粒径」という用語は、構築材料１２に関して本願で使用するところでは、球形粒子の直径、または非球形粒子の平均径（すなわち粒子の多数の径の平均）を参照している。一例では、構築材料１２の平均粒径は５μｍから約１００μｍの範囲にある。

構築材料１２は、ポリマーまたは複合粒子に加えて、帯電剤、流動助剤、またはこれらの組み合わせを含んでよいことが理解されよう。帯電剤（単数または複数）は、摩擦帯電を抑制するために添加されてよい。適切な帯電剤（単数または複数）の例には、脂肪族アミン（エトキシル化されていてよい）、脂肪族アミド、四級アンモニウム塩（例えばベヘントリモニウムクロリドまたはコカミドプロピルベタイン）、リン酸エステル、ポリエチレングリコールエステル、またはポリオールが含まれる。幾つかの適切な商業的に入手可能な帯電剤には、ＨＯＳＴＡＳＴＡＴ^登録商標ＦＡ３８（天然系エトキシル化アルキルアミン）、ＨＯＳＴＡＳＴＡＴ^登録商標ＦＥ２（脂肪酸エステル）、およびＨＯＳＴＡＳＴＡＴ^登録商標ＨＳ１（アルカンスルホネート）が含まれ、これらはそれぞれClariant Int. Ltd.から入手可能である。一つの例では、帯電剤は構築材料１２の合計の重量％に基づいて、０重量％を超える量から５重量％未満の量の範囲で添加される。

流動助剤（単数または複数）は、構築材料１２の被覆流動性を改善するために添加されてよい。流動助剤（単数または複数）は、構築材料１２の粒子が２５μｍ未満の大きさである場合に、特に有用であり得る。流動助剤は、摩擦、横方向の抗力、および摩擦帯電の蓄積を低減させる（粒子の導電性を増大させることにより）ことにより、構築材料１２の流動性を改善する。適切な流動助剤の例には、トリカルシウムホスフェート（Ｅ３４１）、粉末セルロース（Ｅ４６０（ｉｉ））、マグネシウムステアレート（Ｅ４７０ｂ）、重炭酸ナトリウム（Ｅ５００）、フェロシアン化ナトリウム（Ｅ５３５）、フェロシアン化カリウム（Ｅ５３６）、フェロシアン化カルシウム（Ｅ５３８）、骨質ホスフェート（Ｅ５４２）、ケイ酸ナトリウム（Ｅ５５０）、二酸化ケイ素（Ｅ５５１）、ケイ酸カルシウム（Ｅ５５２）、三ケイ酸マグネシウム（Ｅ５５３ａ）、タルカムパウダー（Ｅ５５３ｂ）、アルミノケイ酸ナトリウム（Ｅ５５４）、ケイ酸アルミニウムカリウム（Ｅ５５５）、アルミノケイ酸カルシウム（Ｅ５５６）、ベントナイト（Ｅ５５８）、ケイ酸アルミニウム（Ｅ５５９）、ステアリン酸（Ｅ５７０）、またはポリジメチルシロキサン（Ｅ９００）が含まれる。一つの例では、流動助剤は構築材料１２の合計の重量％に基づいて、０重量％を超える量から５重量％未満の量の範囲で添加される。

参照番号１０２で示されている例において、構築材料を適用することは、印刷システム１０を使用することを含んでいる。印刷システム１０は、供給床１６（供給用構築材料１２を含む）、配送ピストン１８、ローラー２０、製造床２２（接触表面２３を有する）、および製造ピストン２４を含んでよい。これらの物理的要素のそれぞれは動作可能なように、印刷システムの中央処理ユニット（図示せず）に対して接続されていてよい。中央処理ユニット（例えば一時的でない有形のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された、実行中のコンピュータで読み取り可能な命令）は、プリンタのレジスタおよびメモリ内の物理的（電子的）な量として表されたデータを操作し変換し、 これらの物理的要素を制御して、３Ｄ部品３８を作成する。構築材料１２、融合剤２６、その他の選択的な配送のためのデータは、形成される３Ｄ部品のモデルから導かれるものでありうる。

配送ピストン１８および製造ピストン２４は同じ種類のピストンであってよいが、反対方向に移動するようにプログラムされている。一つの例では、３Ｄ部品３８の層を形成する場合、配送ピストン１８は所定量の構築材料１２を供給床１６にある開口から押し出すようにプログラムされてよく、そして製造ピストン２４は製造床２２の深さを増大させるために、配送ピストン１８と反対方向に動くようにプログラムされてよい。配送ピストン１８は十分に押し上げられ、かくしてローラー２０が構築材料１２を製造床２２内かつ接触表面２３上へと押し出した場合に、製造床２２の深さは十分にあって、構築材料１２の層１４が製造床２２に形成されうる。ローラー２０は構築材料１２を製造床２２の中に拡げて層１４を形成することができ、この層は厚みが比較的均一である。一つの例では、層１４の厚さは約９０μｍから約１１０μｍの範囲にあるが、より薄いまたはより厚い層を使用してもよい。例えば層１４の厚さは、約５０μｍから約２００μｍの範囲にあってよい。

理解されるように、ローラー２０は、異なる種類の粉末を拡げるのに有用でありうるブレードのような他の工具、またはローラーとブレードの組み合わせで置き換えてもよい。

図１において参照番号１０４で示されているように、構築材料１２の層１４は、層１４が製造床２２に堆積された後に（そして融合剤２６を選択的に適用する前に）、加熱を受けるようにしてよい。加熱は構築材料１２を予備加熱するために行われ、したがって加熱温度は構築材料１２の融点未満であってよい。かくして選択される温度は、使用される構築材料１２に依存することになる。例として、加熱温度は構築材料１２の融点より約５℃から約５０℃下であってよい。一つの例では、加熱温度は約５０℃から約３５０℃の範囲にわたる。別の例では、加熱温度は約１５０℃から約１７０℃の範囲にわたる。

構築材料１２の層１４の予備加熱は、製造床２２にある構築材料１２のすべてを熱に対して曝露する、任意の適切な熱源を用いて達成されてよい。熱源の例には、加熱熱源（例えば製造床２２のヒーター（図示せず））または電磁放射源（例えば赤外線（ＩＲ）、マイクロ波その他）が含まれる。

参照番号１０２において構築材料１２が堆積された後、および／または参照番号１０４において構築材料１２が予備加熱された後、参照番号１０６で示されているように、層１４中の構築材料１２の少なくとも一部３０に対して、融合剤２６が選択的に適用される。

図１において参照番号１０６で示されているように、融合剤２６は、インクジェットプリントヘッド２８のようなインクジェットアプリケータから分配してよい。図１においては参照番号１０６の個所で、単一のプリントヘッドが示されているが、製造床２２の幅全体にわたる多数のプリントヘッドを使用してもよいことが理解されよう。プリントヘッド２８は可動式のＸＹステージまたは平行移動するキャリッジ（そのどちらも示されていない）に取り付けられてよく、これらはプリントヘッド２８を製造床２２に隣接して移動させて、融合剤２６を所望の領域（単数または複数）３０に配置させる。

プリントヘッド２８は中央処理ユニットから命令を受信し、形成する３Ｄオブジェクト（物品）の層についての断面のパターンにしたがって、融合剤２６を配置するようにプログラムされてよい。本願で使用するところでは、形成するオブジェクトの層についての断面とは、接触表面２３に平行な断面を参照するものである。図１において参照番号１０６で示す例において、プリントヘッド２８は融合剤２６を選択的に、３Ｄ部品３８の最初の層となるように融合される層１４の部分（単数または複数）３０上へと適用する。一つの例として、最初の層が立方体または円筒形のように成形される場合には、融合剤２６は構築材料１２の層１４の少なくとも一部の上に、それぞれ正方形パターンまたは円形パターン（上から見て）で配置される。図１において参照番号１０６で示す例において、融合剤２６は層１４の一部３０の上に正方形パターンで配置され、部分３２には配置されない。

融合剤２６はプラズモン共振吸収剤を含んでいる。プラズモン共振吸収剤は、融合剤２６が放射線を８００ｎｍから４０００ｎｍの範囲の波長で吸収することを許容し、それによって融合剤２６が、構築材料１２が融合するのに十分な放射線を熱エネルギーに変換することを可能ならしめる。プラズモン共振吸収剤はまた、融合剤２６が４００ｎｍから７８０ｎｍの範囲の波長で透明性を有することを許容し、それによって３Ｄ部品３８が白色となり、または僅かに着色されることを可能にする。

プラズモン共振吸収剤の吸収は、プラズモン共振効果の結果として生ずる。プラズモン共振吸収剤の原子に関連する電子は、電磁放射線によって集団で励起されうるものであり、その結果、電子は集団で振動する。これらの電子を集団で励起し振動させるのに必要な波長は、プラズモン共振吸収剤粒子中に存在する電子の数に依存しており、電子数はプラズモン共振吸収剤粒子の大きさに依存している。粒子の電子を集団で振動させるのに必要なエネルギーの量は十分に低く、非常に小さな粒子（例えば１〜１００ｎｍ）が粒子の大きさの数倍（例えば８から８００倍またはそれ以上）の波長の電磁放射線を吸収しうる。これらの粒子を使用すると、融合剤２６をインクジェット可能とすることができると同時に、電磁的に選択性を有する（例えば８００ｎｍから４０００ｎｍの範囲の波長において吸収性を有し、４００ｎｍから７８０ｎｍの範囲の波長において透明性を有する）ようにすることができる。

一つの例において、プラズモン共振吸収剤は、０ｎｍより大きく２２０ｎｍ未満の範囲の平均粒径を有する。別の例において、プラズモン共振吸収剤は、０ｎｍより大きく１２０ｎｍまでの範囲の平均粒径を有する。さらに別の例において、プラズモン共振吸収剤は、約１０ｎｍから約２００ｎｍの範囲の平均粒径を有する。

一つの例において、プラズモン共振吸収剤は無機顔料である。適切な無機顔料の例には、六ホウ化ランタン（ＬａＢ_６）、タングステンブロンズ（Ａ_ｘＷＯ_３）、酸化インジウムスズ（Ｉｎ_２Ｏ_３：ＳｎＯ_２，ＩＴＯ）、アルミニウム酸化亜鉛（ＡＺＯ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、鉄輝石（Ａ_ｘＦｅ_ｙＳｉ_２Ｏ_６ここでＡはＣａまたはＭｇ、ｘ＝１.５〜１.９、そしてｙ＝０.１〜０.５）、変性リン酸鉄（Ａ_ｘＦｅ_ｙＰＯ_４）、および変性ピロリン酸銅（Ａ_ｘＣｕ_ｙＰ_２Ｏ_７）が含まれる。タングステンブロンズは、アルカリドープした酸化タングステンであってよい。適切なアルカリドーパントの例（すなわちＡ_ｘＷＯ_３におけるＡ）は、セシウム、ナトリウム、カリウム、またはルビジウムでありうる。一つの例において、アルカリドープした酸化タングステンは、アルカリドープした酸化タングステンの全モル％に基づいて、０モル％を超える量から約０.３３モル％の量でドープしてよい。適切な変性リン酸鉄（Ａ_ｘＦｅ_ｙＰＯ_４）には、銅リン酸鉄（Ａ＝Ｃｕ，ｘ＝０.１〜０.５およびｙ＝０.５〜０.９）、マグネシウムリン酸鉄（Ａ＝Ｍｇ，ｘ＝０.１〜０.５およびｙ＝０.５〜０.９）、および亜鉛リン酸鉄（Ａ＝Ｚｎ，ｘ＝０.１〜０.５およびｙ＝０.５〜０.９）を含んでよい。変性リン酸鉄については、理解されるように、リン酸の数は陽イオンとの電荷のバランスに基づいて変化してよい。適切な変性ピロリン酸銅（Ａ_ｘＣｕ_ｙＰ_２Ｏ_７）には、鉄ピロリン酸銅（Ａ＝Ｆｅ，ｘ＝０〜２およびｙ＝０〜２）、マグネシウムピロリン酸銅（Ａ＝Ｍｇ，ｘ＝０〜２およびｙ＝０〜２）、および亜鉛ピロリン酸銅（Ａ＝Ｚｎ，ｘ＝０〜２およびｙ＝０〜２）が含まれる。これらの無機顔料の組み合わせもまた使用してよい。

融合剤２６中に存在するプラズモン共振吸収剤の量は、融合剤２６の合計重量％に基づいて、約１.０重量％から約２０.０重量％の範囲にある。幾つかの例では、融合剤２６中に存在するプラズモン共振吸収剤の量は、約１.０重量％から約１０.０重量％までである。他の例では、融合剤２６中に存在するプラズモン共振吸収剤の量は、４.０重量％を超える量から約１５.０重量％までの範囲にある。プラズモン共振吸収剤のこれらの装荷量は、融合剤２６の噴射安定性と電磁放射線吸収効率の間にバランスをもたらすものと考えられる。

本願で使用するところでは、「ビヒクル」は液状流体を参照してよく、その中にプラズモン共振吸収剤が入れられて融合剤２６が形成される。水性ビヒクルおよび非水性ビヒクルを含む多様なビヒクルを、プラズモン共振吸収剤と共に使用してよい。幾つかの場合には、ビヒクルを水のみを含み、または非水性溶媒（例えばジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、エタノールなど）のみを含む。他の場合には、ビヒクルはさらに分散用添加剤、界面活性剤、共溶媒、殺生物剤、抗コゲーション剤、シランカップリング剤、キレート剤、およびこれらの組み合わせを含んでよい。

ビヒクルが水系である場合、融合剤２６が水性であるという性質は、融合剤２６が少なくとも部分的に、構築材料１２の層１４中へと浸透することを可能にする。構築材料１２は疎水性であってよく、融合剤２６中における共溶媒、界面活性剤、および／または分散用添加剤の存在は、融合剤２６が水系または非水性である場合に、特定の湿潤挙動を得るのを支援しうる。

融合剤２６中のプラズモン共振吸収剤は、幾つかの場合においては、分散用添加剤で分散させてよい。こうして分散用添加剤は、プラズモン共振吸収剤を融合剤２６全体に一様に分散させるのを助ける。上記したように、分散用添加剤はまた、構築材料１２上への融合剤２６の濡れを補助してよい。分散用添加剤の幾つかの例には、水溶性アクリル酸ポリマー（例えばＬｕｂｒｉｚｏｌ社から入手可能なＣＡＲＢＯＳＰＥＲＳＥ^登録商標Ｋ７０２８）、スチレン−アクリル顔料分散樹脂（例えばＢＡＳＦ社から入手可能なＪＯＮＣＲＹＬ^登録商標６７１）、顔料親和性基を有する高分子量ブロックコポリマー（例えばBYK Additives and Instruments社から入手可能なＤＩＳＰＥＲＢＹＫ^登録商標１９０）、およびこれらの組み合わせが含まれる。単独の分散用添加剤を使用するか、分散用添加剤の組み合わせを使用するかを問わず、融合剤２６中の分散用添加剤（単数または複数）の合計量は、融合剤２６中のプラズモン共振吸収剤の重量％に基づいて、約１０重量％から約２００重量％の範囲であってよい。

ビヒクル中ではまた界面活性剤（単数または複数）を使用して、融合剤２６の湿潤特性を改善してよい。適切な界面活性剤の例には、アセチレンジオールの化学的性質に基づいた自己乳化性のノニオン湿潤剤（例えばAir Products and Chemicals社からのＳＵＲＦＹＮＯＬ^登録商標ＳＥＦ）、ノニオン性フルオロ界面活性剤（例えばＤｕＰｏｎｔ社からのＣＡＰＳＴＯＮＥ^登録商標フルオロ界面活性剤、これは以前はＺＯＮＹＬ ＦＳＯとして知られていた）、およびこれらの組み合わせが含まれる。他の例においては、界面活性剤はエトキシル化された低発泡性湿潤剤（例えばAir Products and Chemical社からのＳＵＲＦＹＮＯＬ^登録商標４４０またはＳＵＲＦＹＮＯＬ^登録商標ＣＴ−１１１）またはエトキシル化湿潤剤および分子消泡剤（例えばAir Products and Chemical社からのＳＵＲＦＹＮＯＬ^登録商標４２０）である。さらに他の適切な界面活性剤には、ノニオン性湿潤剤および分子消泡剤（例えばAir Products and Chemical社からのＳＵＲＦＹＮＯＬ^登録商標０４Ｅ）または水溶性ノニオン性界面活性剤（例えばThe Dow Chemical社のＴＥＲＧＩＴＯＬ^ＴＭＴＭＮ−６）が含まれる。幾つかの例では、親水性親油性バランス（ＨＬＢ）が１０未満の界面活性剤を用いることが望ましいであろう。

単独の界面活性剤を使用するか、界面活性剤の組み合わせを使用するかを問わず、融合剤２６中の界面活性剤（単数または複数）の合計量は、融合剤２６の合計重量％に基づいて、約０.１重量％から約３重量％の範囲にあってよい。

添加することができる共溶媒の幾つかの例には、１−（２−ヒドロキシエチル）−２−ピロリジノン、２−ピロリジノン、１,５−ペンタンジオール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、２−メチル−１,３−プロパンジオール、１,６−ヘキサンジオール、トリプロピレングリコールメチルエーテル、Ｎ−メチルピロリドン、エトキシル化グリセロール−１（ＬＥＧ−１）、およびこれらの組み合わせが含まれる。単独の共溶媒を使用するか、共溶媒の組み合わせを使用するかを問わず、融合剤２６中の共溶媒（単数または複数）の合計量は、融合剤２６の合計重量％に関して、約１０重量％から約８０重量％の範囲にあってよい。

殺生物剤または抗菌剤を融合剤２６に添加することができる。適切な殺生物剤の例には、１,２−ベンゾイソチアゾリン−３−オン（例えばArch Chemicals社からのＰＲＯＸＥＬ^登録商標ＧＸＬ）、四級アンモニウム塩化合物（例えば、すべてＬｏｎｚａ社からのＢＡＲＤＡＣ^登録商標２２５０および２２８０、ＢＡＲＱＵＡＴ^登録商標５０−６５ＢおよびＣＡＲＢＯＱＵＡＴ^登録商標２５０−Ｔ）、およびメチルイソチアゾリン水溶液（例えばThe Dow Chemical社からのＫＯＲＤＥＫ^登録商標ＭＬＸ）が含まれる。単独の殺生物剤を使用するか、殺生物剤の組み合わせを使用するかを問わず、融合剤２６中の殺生物剤（単数または複数）の合計量は、融合剤２６の合計重量％に基づいて、約０.１重量％から約１重量％の範囲にあってよい。

抗コゲーション剤を融合剤２６に含めることができる。コゲーションとは、サーマルインクジェットプリントヘッドの加熱素子上への、乾燥したインク（例えば融合剤２６）の堆積を参照したものである。抗コゲーション剤（単数または複数）は、コゲーションの蓄積を防止するのを補助するために含有される。適切な抗コゲーション剤の例には、オレス−３−リン酸（例えばＣｒｏｄａ社から商業的に入手可能なＣＲＯＤＡＦＯＳ^ＴＭＯ３ＡまたはＣＲＯＤＡＦＯＳ^ＴＭＮ−３酸）、またはオレス−３−リン酸と低分子量（例えば＜５,０００）のポリアクリル酸ポリマー（例えばLubrizol社からＣＡＲＢＯＳＰＥＲＳＥ^ＴＭＫ−７０２８ポリアクリレートとして商業的に入手可能）の組み合わせが含まれる。単独の抗コゲーション剤を使用するか、抗コゲーション剤の組み合わせを使用するかを問わず、融合剤２６中の抗コゲーション剤（単数または複数）の合計量は、融合剤２６の合計重量％に基づいて、約０.１重量％から約０.２重量％の範囲にあってよい。

シランカップリング剤を融合剤２６に添加して、有機材料と無機材料が結合するのを助けてよい。適切なシランカップリング剤の例には、Momentive社により製造されているＳＩＬＱＵＥＳＴ^登録商標Ａシリーズが含まれる。

単独のシランカップリング剤を使用するか、シランカップリング剤の組み合わせを使用するかを問わず、融合剤２６中におけるシランカップリング剤（単数または複数）の合計量は、融合剤２６中のプラズモン共振吸収剤の重量％に基づいて、約０.１重量％から約５０重量％の範囲にあってよい。一つの例においては、融合剤２６中におけるシランカップリング剤（単数または複数）の合計量は、融合剤２６中のプラズモン共振吸収剤の重量％に基づいて、約１重量％から約３０重量％の範囲にある。別の例においては、融合剤２６中におけるシランカップリング剤（単数または複数）の合計量は、融合剤２６中のプラズモン共振吸収剤の重量％に基づいて、約２.５重量％から約２５重量％の範囲にある。

融合剤２６はまた、キレート剤のような他の添加剤を含んでよい。適切なキレート剤の例には、エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム（ＥＤＴＡ−Ｎａ）およびメチルグリシン二酢酸（例えばＢＡＳＦ社からのＴＲＩＬＯＮ^登録商標Ｍ）が含まれる。単独のキレート剤を使用するか、キレート剤の組み合わせを使用するかを問わず、融合剤２６中のキレート剤（単数または複数）の合計量は、融合剤２６の合計重量％に基づいて、０重量％から約１重量％の範囲にあってよい。

融合剤２６はまた、プラズモン共振吸収剤に加えて、着色剤を含んでよい。プラズモン共振吸収剤は主として電磁放射線吸収剤として機能するが、追加の着色剤は融合剤に対して、そして得られる３Ｄ部品３８に対して、色を付与することができる。融合剤２６中に存在してよい着色剤の量は、融合剤２６の合計重量％に基づいて、顔料（単数または複数）で約１重量％から約１０重量％の範囲にわたる。着色剤は、任意の適切な色を有する顔料および／または染料であってよい。色の例には、シアン、マゼンタ、イエロー、その他が含まれる。着色剤の例には、アシッドイエロー２３（ＡＹ２３）、アシッドイエロー１７（ＡＹ１７）、アシッドレッド５２（ＡＲ５２）、アシッドレッド２８９（ＡＲ２８９）、リアクティブレッド１８０（ＲＲ１８０）、ダイレクトブルー１９９（ＤＢ１９９）のような染料、またはピグメントブルー１５：３（ＰＢ１５：３）、ピグメントレッド１２２（ＰＲ１２２）、ピグメントイエロー１５５（ＰＹ１５５）、およびピグメントイエロー７４（ＰＹ７４）のような顔料が含まれる。

着色剤を含む融合剤２６の幾つかの例が、以下の表１に示されている。

図１に示されてはいないが、方法１００はさらに、融合剤２６の調製を含むことができる。一つの例において、融合剤２６は、プラズモン共振吸収剤をミルベースに添加して混合物を形成することによって調製してよい。ミルベースは、水、シランカップリング剤（例えばMomentive社により製造されているＳＩＬＱＵＥＳＴ^登録商標Ａなど）、クエン酸、共溶媒（例えば２−ピロリドン）、湿潤剤（例えばイソプロピルアルコール）、またはこれらの組み合わせを含むものであってよい。この混合物は粉砕されてプラズモン共振吸収剤の平均粒径を２２０ｎｍ未満に低減させ、分散物を形成するようにしてよい。任意の適切な粉砕技術を使用してよい。一つの例においては、ウルトラアペックスビーズミル（寿工業社）を５０μｍのジルコニアビーズと共に使用してよい。ウルトラアペックスビーズミルのローター速度は、約８ｍ／秒から約１０ｍ／秒の範囲にあってよい。別の例においては、実験室用シェイカーを６５０μｍのジルコニウムビーズと共に使用することができる。さらに別の例においては、Fritsch社のミルを２００μｍのジルコニアビーズと共に用いることができる。Fritsch社のミルのローター速度は、毎分４００回転であってよい。これらの例のいずれにおいても、混合物は約１時間から約１０時間にわたって粉砕することができる。代替的には、上記の例のいずれにおいても混合物は、約１分間から約３分間にわたって粉砕し約３分間から約１０分間にわたって休止することを交互に、約１００回から約１４０回繰り返すようにしてよい。分散物は水を加えることによってビーズから回収することができ、約５重量％から約１０重量％の非揮発性固体（ＮＶＳ）（分散物の合計重量％に基づき）が得られる。一つの例において、プラズモン共振吸収剤の量は、分散物の合計重量％の約３重量％から約５重量％であってよい。分散物は次いで、水性または非水性ビヒクルに取り入れられて、融合剤２６を形成してよい。着色剤を融合剤２６中に含める場合には、着色剤はプラズモン共振吸収剤と共に粉砕することができ、または水性または非水性ビヒクルに添加することができる。

別の例において融合剤２６は、最初にプラズモン共振吸収剤を別の分散物から抽出しまたは取り出すことによって調製される。このプロセスは、分散物を希釈し、希釈された分散物を遠心分離して、プラズモン共振吸収剤を分散物の他の成分から分離することを含むことができる。プラズモン共振吸収剤は次いで粉砕され、水性または非水性ビヒクルに添加されて、融合剤２６が形成される。着色剤を融合剤２６中に含める場合には、着色剤はプラズモン共振吸収剤と共に粉砕することができ、または水性または非水性ビヒクルに添加することができる。

さらに別の例においては、融合剤２６は、タングステンブロンズ分散物（セシウム酸化タングステン分散物の如き）を２−ピロリドンにより１：１のｗ／ｗ比で希釈し、希釈された分散物を形成することによって調製してよい。一つの例において、セシウム酸化タングステン分散物は希釈に先立って、約２５重量％のセシウム酸化タングステンおよび７５重量％の溶媒（例えばブチルアセテート、２−メトキシ−１−メチルエチルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル（ＤＰＭ）その他）を含んでいてよい（セシウム酸化タングステン分散物の合計重量％に基づく）。希釈された分散物は約６０℃の温度および約２０ｍｍＨｇの圧力で蒸留して、プラズモン共振吸収剤を含む貯蔵分散液を形成することができる。貯蔵分散液は次いで水性または非水性ビヒクルに取り入れられて、融合剤２６を形成することができる。着色剤を含める場合には、水性または非水性ビヒクルに添加してよい。一つの例においては、融合剤２６は約２５重量％から約５０重量％の、プラズモン共振吸収剤を含む貯蔵分散液（融合剤２６の合計重量％を基準とする）を含む。

単一の融合剤２６を選択的に適用して３Ｄ部品３８の層を形成してもよく、または多数の融合剤２６を選択的に適用して３Ｄ部品３８の層を形成してもよいことが理解されよう。

融合剤２６が所望の部分（単数または複数）３０に対して選択的に適用された後、構築材料１２の層１４の全体（その少なくとも一部に対して適用された融合剤２６を含む）が電磁放射線３６に曝露される。これが図１の参照番号１０８で示されている。

電磁放射線３６は、ＩＲまたは近ＩＲ硬化ランプ、ＩＲまたは近ＩＲ発光ダイオード（ＬＥＤ）、マイクロ波を放出するマグネトロン、または所望の電磁波長を有するレーザーといった、放射源３４から発せられる。一つの例として、放射源３４は、約８００ｎｍから約２μｍの範囲の波長を有する近赤外線光源である。

一つの例において、電磁放射線３６は、約１００ｎｍ（ＵＶ）から約１０μｍの範囲の波長を含むことができる。さらに別の例において、光源の電磁波長は約４００ｎｍから約３μｍまたは４μｍ（近赤外放射線および中赤外放射線を含む）の範囲にわたる。一つの例として、電磁放射線３６は黒体放射線であり、約１１００ｎｍの波長において最大強度を有する。

電磁放射線を放出する任意の放射源３４を使用することができる。放射源３４は例えば、インクジェットプリントヘッド（単数または複数）２８をも保持するキャリッジに取り付けることができる。このキャリッジは放射源３４を、製造床２２に隣接する位置へと移動させることができる。放射源３４は、中央処理ユニットからコマンドを受け取り、融合剤２６および構築材料１２を含めて、層１４を電磁放射線３６に曝露するようにプログラムすることができる。

放射線３６が照射される時間の長さ、すなわちエネルギー曝露時間の長さは、例えば：放射源３４の特性；構築材料１２の特性；および／または融合剤２６の特性の一つまたはより多くに依存してよい。

融合剤２６は、放射線３６の吸収を増大させ、吸収した放射線を熱エネルギーに変換し、それと接触している（すなわち部分３０において）構築材料１２に対する熱の伝達を促進する。一つの例において、融合剤２６は構築材料１２の温度を融点（単数または複数）を十分に超えて上昇させ、融合剤２６と接触している構築材料１２の粒子の硬化（例えば焼結、結合、融着その他）が行われることを許容する。一つの例においては、温度は構築材料１２の溶融温度の約５０℃上まで上昇される。融合剤２６はまた例えば、構築材料１２の融点未満であるが軟化および結合を生じさせるのに適した温度への、構築材料１２の加熱を生じさせることができる。適用された融合剤２６を有していない構築材料１２の部分３２は、融合するために十分なエネルギーを吸収しないことが理解されよう。放射線３６に対する曝露は、図１において参照番号１０８で示すように、３Ｄ層または部品３８を形成せしめる。

３Ｄ部品３８は単層として示されているが、３Ｄ部品３８は幾つもの層を含むことができることが理解されよう。３Ｄ部品３８の付加的な層の各々は、参照番号１０２〜１０８を繰り返すことによって形成されてよい。例えば、３Ｄ部品３８の一つの追加的な層を形成するためには、参照番号１０８で示す３Ｄ部品３８に対して構築材料１２の一つの追加的な層を適用し、そしてこの追加的な層を予備加熱し、これに対して融合剤２６を選択的に適用し、そして放射線３６に対して曝露を行って、当該追加的な層を形成することができる。任意の数の追加的な層を形成してよい。３Ｄオブジェクト３８が完成した時点で、それは製造床２２から取り出され、未硬化の構築材料１２は洗浄し、次いで再使用することができる。

さて図２を参照すると、印刷システム１０’の別の例が描かれている。このシステム１０’は中央処理ユニット４６を含み、これは付加的印刷システム１０’の全般的な動作を制御する。例として、中央処理ユニット４６はマイクロプロセッサに基づくコントローラであってよく、これは例えば通信バス（図示せず）を介してメモリ５０に結合されている。メモリ５０は、コンピュータで読み取り可能な命令４８を格納している。中央処理ユニット４６は命令４８を実行することができ、かくして命令４８にしたがって、システム１０’の動作を制御することができる。例えばその命令はコントローラに、構築材料分配器５６を用いて構築材料１２を分配させ、そして融合剤分配器２８（例えばインクジェットアプリケータ２８）を用いて融合剤２６を選択的に分配させて、三次元部品を形成させることができる。

この例において印刷システム１０’は、融合剤分配器２８を含み、支持部材５８上に提供された構築材料１２の層（この図面には示されていない）の部分（単数または複数）３０に対して融合剤２６を選択的に分配する。

中央処理ユニット４６は分配制御データ５２にしたがって、構築材料１２の層に対する融合剤２６の選択的な分配を制御する。

図２に示された例において、分配器２８はプリントヘッド（単数または複数）、サーマルプリントヘッド（単数または複数）またはピエゾ電子インクジェットプリントヘッド（単数または複数）であることが理解されよう。プリントヘッド２８（単数または複数）は、ドロップオンデマンド式のプリントヘッド（単数または複数）または連続ドロップ式のプリントヘッド（単数または複数）であることができる。

プリントヘッド２８（単数または複数）は、適切な流体形態である場合に、融合剤２６を選択的に分配するように使用することができる。上述したように、融合剤２６は、それをプリントヘッド２８（単数または複数）を介して分配可能とするように、水、共溶媒（単数または複数）、界面活性剤（単数または複数）その他のような、水性または非水性のビヒクルを含んでいる。

一つの例において、プリントヘッド２８（単数または複数）は、融合剤２６の液滴をインチ当たり約３００ドット（ＤＰＩ）から約１２００ＤＰＩの範囲の解像度において分配するように選択することができる。他の例においては、プリントヘッド（単数または複数）２８は、融合剤２６の液滴をより高い、またはより低い解像度において分配可能なように選択することができる。液滴速度は約５ｍ／秒から約２４ｍ／秒の範囲にわたることができ、そして発射頻度は約１ｋＨｚから約１００ｋＨｚの範囲にわたることができる。

プリントヘッド２８（単数または複数）はノズルのアレイ（列）を含んでよく、それを介してプリントヘッド２８（単数または複数）は、流体の液滴を選択的に吐出することが可能である。一つの例において、液滴の各々は液滴当たり約１０ピコリットル（ｐｌ）のオーダーであることができるが、より大きいまたはより小さい液滴サイズを使用してもよいことが考慮されている。幾つかの例においては、プリントヘッド２８（単数または複数）は、可変サイズの液滴を分配することができる。

プリントヘッド２８（単数または複数）は、印刷システム１０’と一体の部分であってよく、またはユーザーにより交換可能であってよい。プリントヘッド２８（単数または複数）がユーザーにより交換可能である場合、それは適合する分配器レシーバまたはインタフェースモジュール（図示せず）へと着脱可能に挿入可能であってよい。

図２に示されているように、分配器２８はページ幅アレイ構成でもって、支持部材５８の幅全体に広がることを可能にするだけの長さを有してよい。一つの例において、ページ幅アレイ構成は、多数のプリントヘッドの適切な配置を通じて達成される。別の例において、ページ幅アレイ構成は、支持部材５８の全幅に広がることを可能にする長さを有するノズルアレイを備えた、単一のプリントヘッドを通じて達成される。印刷システム１０’の他の例においては、分配器２８は、支持部材５８の幅全部に広がることのできない、より短い長さを有してよい。

図２には示されていないが、分配器２８は、図示のＹ軸に沿ってそれを支持部材５８の長さ方向に双方向に移動することを可能にする、可動キャリッジ上に設けてよいことが理解されよう。このことは、支持部材５８の全幅および全長にわたり、融合剤２６を一回のパス（通過）で選択的に分配することを可能にする。他の例においては、分配器２８を固定してよく、他方支持部材５８は、それに対して相対的に移動するように構成される。

本願で使用するところでは、用語「幅」は、図２に示されたＸ軸およびＹ軸に対して平行な平面における最も短い寸法を一般的に示しており、用語「長さ」は、その平面における最も長い寸法を示している。しかしながら理解されるように、他の例において、用語「幅」は用語「長さ」と交換可能であってよい。一つの例として、分配器２８はそれが支持部材５８の全長に広がることを可能にするだけの長さを有してよく、これに対して可動キャリッジは、支持部材５８の幅方向に双方向に移動するものであってよい。

分配器２８が短い長さを有し、支持部材５８の全幅にわたって広がることができない例においては、分配器２８もまた図示のＸ軸に沿って、支持部材５８の全幅にわたり双方向に移動可能であってよい。この構成は、多数回のパスを用いて、支持部材５８の全幅および全長にわたり、融合剤２６を選択的に分配することを可能にする。

分配器２８はその中に、ある供給量の融合剤２６を含んでいてもよく、または別体の融合剤２６の供給元に対し、関連動作するように接続されていてもよい。

図２に示されているように、印刷システム１０’はまた、構築材料分配器５６を含んでいる。この分配器５６は支持部材５８上に、構築材料１２の層（例えば層１４）を提供するように用いられる。適切な構築材料分配器５６は、例えば、ワイパーブレード、ローラー、またはこれらの組み合わせを含むものであってよい。

構築材料１２は、ホッパーまたは他の適切な分配システムから、構築材料分配器５６に供給することができる。図示の例においては、構築材料分配器５６は支持部材５８の長さ（Ｙ軸）方向に移動して、構築材料１２の層を配置する。先に記載したように、構築材料１２の第一の層は支持部材５８上に堆積されるが、これに対して後続の構築材料１２の層は、先に堆積された（そして固化された）層（例えば層３８）の上に堆積される。

また理解されるように、支持部材５８はＺ軸に沿っても可動であってよい。一つの例においては、支持部材５８はＺ方向に移動されて、構築材料１２の新たな層が堆積されるに際し、一番最後に形成された層の表面と分配器２８の下側表面との間に所定のギャップが維持されるようにされる。しかしながら他の例においては、支持部材５８はＺ軸に沿って固定されていてよく、そして分配器２８がＺ軸に沿って可動であってよい。

システム１０（図１に示す）と同様に、システム１０’もまた放射源３４を含んでおり、堆積された構築材料１２の層および融合剤２６に対してエネルギーを適用して、構築材料１２の部分（単数または複数）３０の固化を生じさせる。前述した放射源３４の任意のものを使用してよい。一つの例では、放射線３４は堆積された材料に対してエネルギーを均一に適用することが可能な単独のエネルギー源であり、そして別の例では、放射源３４は堆積された材料に対してエネルギーを均一に適用するエネルギー源のアレイを含む。

本願に開示の例においては、放射源３４は、堆積された構築材料１２の全表面に対してエネルギーを実質的に均一な仕方で適用するように構成される。この種の放射源３４は、非集束エネルギー源と称することができる。層全体をエネルギーに対して同時に曝露することは、三次元オブジェクトを作成することのできる速度を増大させるのに役立ちうる。

図示されてはいないが、放射源３４は可動キャリッジ上に設けてもよく、または固定した位置にあってもよいことが理解されよう。

中央処理ユニット４６が放射源３４を制御することができる。適用されるエネルギーの量は、分配制御データ５２にしたがうものであってよい。

システム１０’はまた、堆積された構築材料１２を予備加熱する（図１に関して参照番号１０４で図示し記載したように）ために使用される、予備ヒーター６０を含むこともできる。予備ヒーター６０の使用は、放射源３４によって適用しなければならないエネルギーの量を低減させるのに役立つものでありうる。

本開示をさらに説明するために、以下で実施例を記載する。これらの実施例は説明の目的で提供されるものであり、本開示の範囲を限定するものと解釈されるべきでないことが理解されよう。

実施例１

プラズモン共振吸収剤の三つの例を調製した。これらの例で使用したプラズモン共振吸収剤は、六ホウ化ランタン（ＬａＢ_６）であった。六ホウ化ランタンの試料は、Aldrich社またはSkySpring Nanosystems社によって製造されたものである。プラズモン共振吸収剤の例のそれぞれはミルベースに添加され、粉砕されて粒径が低減された。ミルのそれぞれについて使用したミルベース組成物の一般処方を、使用したそれぞれの成分の重量％と共に表２に示す。

ミル１で使用した六ホウ化ランタンは、約１μｍの初期平均粒径を有していた。六ホウ化ランタンおよびミル１で使用したミルベースから形成されたスラリーは、８.０のｐＨを有していた。ミル１のスラリーは、ウルトラアペックスビーズミル（寿工業社製造のＵＡＭ−０１５）中で５０μｍのジルコニアビーズを用いて、約８ｍ／秒から約１０ｍ／秒のローター速度において５時間にわたり粉砕された。粉砕後の六ホウ化ランタンの粒径は１２７ｎｍであった。

ミル２で使用した六ホウ化ランタンは、約１μｍの初期平均粒径を有していた。六ホウ化ランタンおよびミル２で使用したミルベースから形成されたスラリーは、８.５のｐＨを有していた。ミル２のスラリーは、ウルトラアペックスビーズミル（寿工業社製造のＵＡＭ−０１５）中で５０μｍのジルコニアビーズを用いて、約８ｍ／秒から約１０ｍ／秒のローター速度において２時間にわたり粉砕された。粉砕後の六ホウ化ランタンの粒径は８ｎｍであった。

ミル３で使用した六ホウ化ランタンは、約１μｍの初期平均粒径を有していた。六ホウ化ランタンおよびミル３で使用したミルベースから形成されたスラリーは、実験室用シェイカーで６５０μｍのジルコニウムビーズを用いて、９時間にわたり粉砕された。粉砕後の六ホウ化ランタンの粒径は２１０ｎｍであった。

この例は、種々の形態の六ホウ化ランタンを処理して、インクジェット印刷に適した、そして融合剤において使用するのに適した粒径を得ることができることを示している。

実施例２

融合剤の三つの例を調製した。これらの融合剤組成物の例において使用したプラズモン共振吸収剤は、セシウム酸化タングステン（貯蔵分散液中）または六ホウ化ランタン（ＬａＢ_６）のいずれかであった。融合剤組成物の例の一般処方を、使用したそれぞれの成分の重量％と共に表３に示す。

融合剤１および２で使用したセシウム酸化タングステン貯蔵分散液は、商業的に入手可能なセシウム酸化タングステン分散物、すなわちＹＭＳ−０１Ａ−２（住友金属社製造）を用いて調製した。製造者により化学物質等安全データシートに記載された、ＹＭＳ−０１Ａ−２の一般処方が、各成分の重量％と共に表４に示されている。

セシウム酸化タングステン分散物ＹＭＳ−０１Ａ−２は、２−ピロリドンで１：１のｗ／ｗ比において希釈した。希釈した分散物は、６０℃の温度および２０ｍｍＨｇの圧力において蒸留した。得られた分散物は濃青色の不透明でない流体であって２５重量％の固形分を含有しており（分散物の合計重量％に基づき）、融合剤１および２においてセシウム酸化タングステン貯蔵分散液として使用された。

融合剤１および２は、セシウム酸化タングステン貯蔵分散液を除く、融合剤の全ての成分（すなわち２−ピロリドン、ＣＲＯＤＡＦＯＳ^登録商標Ｏ３Ａ、ＳＵＲＦＹＮＯＬ^登録商標ＳＥＦ、ＣＡＰＳＴＯＮＥ^登録商標ＦＳ−３５、ＣＡＲＢＯＳＰＥＲＳＥ^登録商標Ｋ７０２８、ＴＲＩＬＯＮ^登録商標Ｍ、ＰＲＯＸＥＬ^登録商標ＧＸＬ、ＫＯＲＤＥＫ^登録商標ＭＬＸ、および水）を一緒に混合することによって調製された。この混合物をマグネチックスターラー上に置き、一定に混合しながらセシウム酸化タングステン貯蔵分散液を滴下により添加した。得られたセシウム酸化タングステン融合剤（すなわち融合剤１および２）は薄青色で、僅かに不透明な流体であった。

融合剤３に使用した六ホウ化ランタンは、実施例１のミル３によって作成した。ミル３から得られた分散溶液中の成分を除き、融合剤３のための他の全ての融合剤成分（すなわち１８.４重量％の２−ピロリドン、ＣＲＯＤＡＦＯＳ^登録商標Ｏ３Ａ、ＳＵＲＦＹＮＯＬ^登録商標ＳＥＦ、ＣＡＰＳＴＯＮＥ^登録商標ＦＳ−３５、ＣＡＲＢＯＳＰＥＲＳＥ^登録商標Ｋ７０２８、ＴＲＩＬＯＮ^登録商標Ｍ、ＰＲＯＸＥＬ^登録商標ＧＸＬ、ＫＯＲＤＥＫ^登録商標ＭＬＸ、および７１.９３重量％の水（融合剤の合計重量％に基づく））を一緒に混合し、スターラーバーを置いた。一定に混合しながら、ミル３から得られた分散溶液（すなわち六ホウ化ランタン（Aldrich社）、ＪＯＮＣＲＹＬ^登録商標６７１、イソプロピルアルコール、１.６重量％の２−ピロリドン、および４.６４重量％の水（融合剤の合計重量％に基づく））を滴下により添加した。得られた六ホウ化ランタン融合剤（すなわち融合剤３）は緑色で、僅かに不透明な流体であった。

この例は、本願に開示されたプラズモン共振吸収剤の例を使用して、種々の融合剤を処方可能であることを示している。

実施例３

引張テスト用の試験片（「ドッグボーン（亜鈴形）」）の二つの実施例および一つの比較例を印刷した。実施例および比較例のドッグボーンを印刷するのに使用した構築材料はポリアミド−１２（ＰＡ−１２）であった。実施例のドッグボーンを印刷するのに使用した融合剤は、実施例２の融合剤１または実施例２の融合剤３であった。比較例のドッグボーンを印刷するのに使用した融合剤は、カーボンブラック系の融合剤であった。カーボンブラック系の融合剤は、ＨＰ８８プリントヘッドのブラックインクに類似の処方を有していた。

実施例および比較例のドッグボーンのそれぞれについて、融合剤はＨＰ７６１プリントヘッド（Hewlett-Packard社製造）を用いて、連続する層のＰＡ−１２の一部の上に、あるパターンでサーマルインクジェット印刷された。層の各々は約１００μｍの厚さであった。新たな層は製造床上に、ローラーを用いて供給領域から広げられた。供給領域の温度は１３０℃に設定された。印刷領域の温度は１６０℃に設定され、その下側のプラテンは１６５℃に加熱された。実施例および比較例のドッグボーンは、ピクセル当たり１.２５滴のインク密度で、６００ｄｐｉの解像度において印刷された。実施例および比較例のドッグボーンは次いで、製造床上を通過される二つの５００ワットのハロゲン電球の二組からの、高輝度光に曝露された。融合剤が適用された後、製造床は層当たり三回の露光を受けた。全ての層が印刷された後、実施例および比較例のドッグボーンは製造床から取り出し、サンドブラストによって過剰の粉末を除去した。

比較例１については、１２個のドッグボーンを印刷した（ＣＬＢ＿＃、ＣＲＦ＿＃、ＣＲＢ＿＃、ＣＬＦ＿＃と表示、ここで＃は使用した融合速度に対応する）。ハロゲン電球が製造床上を通過する速度（すなわち融合速度）は、２０インチ毎秒（ｉｐｓ）、２３ｉｐｓ、または２８ｉｐｓのいずれかであった。密度は、カーボンブラック系融合剤で印刷したドッグボーンのそれぞれについて測定した。密度の測定結果を以下の表５において示す。

融合剤１で印刷された実施例については、７個のドッグボーンを印刷した（ＬＢ＿＃、ＲＦ＿＃、ＲＢ＿＃、ＬＦ＿＃と表示、ここで＃は使用した融合速度に対応する）。融合速度は２０ｉｐｓまたは１６ｉｐｓのいずれかであった。融合剤１で印刷されたドッグボーンの各々について、強度、パーセント（％）伸び、ヤング率、および質量を測定した。これらの引張試験は、ＩＮＳＴＲＯＮ^登録商標引張試験機上で実施した。これらの測定の結果を以下の表６において示す。

融合剤１で印刷されたドッグボーンについて得られた質量は、セシウム酸化タングステンで融合された部品についての１.８ｇという理論（完全に融合した）質量の１０％（＋／−）以内であった。融合剤１を用いて２０ｉｐｓで作成されたドッグボーンは、カーボンブラック系融合剤を用いて同じ融合速度で作成した黒色のドッグボーンと、密度が非常に近接している。融合剤１の光学濃度はカーボンブラック系融合剤の光学濃度よりも実質的に低い（以下を参照）ため、そのような高い密度が融合剤１を用いて得られることは、予測されていなかった。融合剤１で印刷されたドッグボーンの質量と、カーボンブラック系融合剤で印刷されたドッグボーンの質量を全体的に比較すると、より遅い融合速度が高い密度を得るのに役立つことが示される。

融合剤１で印刷されたドッグボーンの伸びは、カーボンブラック系融合剤で印刷されたドッグボーンの典型的な伸び（すなわち１４％）と比較して優れていた。融合剤１で印刷されたドッグボーンの強度およびヤング率は、許容範囲内にあり（すなわちそれぞれ≧３６ＭＰａおよび≧９００ＭＰａ）、カーボンブラック系融合剤で印刷されたドッグボーンに典型的な強度（すなわち〜４３ＭＰａ）およびヤング率（すなわち１６５０ＭＰａ）よりも僅かに低いだけであった。弾性挙動および／または塑性挙動の増大（伸びの測定によって示される）並びに許容可能な強度およびヤング率の測定値は、融合剤１が融合剤として十分に働くことを例証している。

これらの結果は、セシウム酸化タングステン系の融合剤が、許容可能な融合速度、強度、パーセント（％）伸び、ヤング率、および質量でもって、部品を印刷するための融合剤として十分に機能しうることを示している。

融合剤３で印刷された実施例については、４個のドッグボーンを印刷した。融合速度は１６ｉｐｓであった。融合剤３で印刷されたドッグボーンの各々について質量を測定した。これらの測定結果を以下の表７において示す。

融合剤３で印刷されたドッグボーンについて得られた質量は、六ホウ化ランタンで融合された部品についての１.８ｇという理論（完全に融合した）質量の３９％であった。融合剤３で印刷されたドッグボーンの質量が低いことは恐らく、少なくとも部分的には、融合剤３中のプラズモン吸収剤の量が少ないことに起因している。

これらの結果は、六ホウ化ランタン系の融合剤が、固体部品を印刷するための融合剤として機能しうることを示している。融合剤３で形成された部品の質量は、融合剤中により多くのプラズモン吸収剤を取り入れることによって、増大することができるであろう。

融合剤１、融合剤３、およびカーボンブラック系融合剤の光学濃度は、X-rite社のｅＸａｃｔ^ＴＭ濃度計を使用して測定した。光学濃度の測定結果を以下の表８において示す。

表８に示されているように、融合剤１の光学濃度は、カーボンブラック系融合剤よりも０.３１低い。融合剤１で印刷されたドッグボーンは、薄青がかった色相を有していた。融合剤１で印刷された試験片ＲＢ＿２０、ＬＢ＿２０、ＬＦ＿２０、およびＲＦ＿２０の白黒写真のイメージが図３に示されている（右から左へ）。また表８には、融合剤３の光学濃度がカーボンブラック系融合剤の光学濃度よりも０.７１低いことも示されている。融合剤３で印刷されたドッグボーンは、薄緑がかった色相を有していた。融合剤３で印刷された試験片ＲＢ、ＬＢ、ＬＦ、およびＲＦの白黒写真のイメージが図４に示されている（右から左へ）。これらの結果は、セシウム酸化タングステン系の融合剤または六ホウ化ランタン系の融合剤のいずれも、（例えばカーボンブラック系融合剤で印刷された部品よりも）低い光学濃度および／または薄い色相でもって、部品を印刷するのに使用可能であることを示している。

明細書全体を通じての「一つの例」、「別の例」、「一例」などに対する参照は、例に関して記述した特定の要素（例えば特徴、構造、および／または特性）が、本願に記載される少なくとも一つの例に含まれており、他の例においても存在してよく、または存在しなくてもよいことを意味している。加えて、いずれかの例について記載した要素は、文脈が明らかに別のことを示すのでない限り、任意の適切な仕方で種々の例と組み合わせてよいことが理解されよう。

本願で提示された範囲は、記載した範囲、および記載した範囲内の任意の値または部分範囲を含むことが理解されよう。例えば約５０℃から約３５０℃の範囲は、約５０℃から約３５０℃という明示的に挙げられた境界を含むだけでなく、５７℃、９５℃、２２５℃、３００℃その他といった個別の値、および約７０℃から約３２５℃、約６０℃から約１７０℃その他といった部分範囲をも含むように解釈されるべきである。さらにまた、値を表現するのに「約」が用いられる場合には、それは示された値からの僅かな変動（＋／−１０％まで）を包含することを意味している。

本願に開示した例を記載し特許請求するに当たっては、「ある」、「あの」、「その」といった単数形は、文脈が明らかに別のことを示すのでない限り、複数の対象を含んでいる。

幾つかの例について詳細に説明してきたが、開示した例は修正してよいことが理解されよう。したがって、以上の記載は非限定的なものと考えられるべきである。

Claims (13)

1. 三次元（３Ｄ）印刷の方法であって：
   高分子構築材料または高分子複合構築材料を適用し；
   高分子構築材料または高分子複合構築材料の少なくとも一部に融合剤を選択的に適用し、この融合剤が：
   水性または非水性ビヒクル；および
   六ホウ化ランタン、タングステンブロンズ、酸化インジウムスズ、アルミニウム酸化亜鉛、酸化ルテニウム、銀、金、白金、鉄輝石、変性リン酸鉄（Ａ_ｘＦｅ_ｙＰＯ_４）、変性ピロリン酸銅（Ａ_ｘＣｕ_ｙＰ_２Ｏ_７）、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される無機顔料を含み；
   無機顔料は、０ｎｍより大きく２２０ｎｍ未満の範囲の平均粒径を有し；
   融合剤は、１重量％から２０重量％の無機顔料を含み；
   そして
   高分子構築材料または高分子複合構築材料を電磁放射線に曝露し、それにより融合剤と接触している高分子構築材料または高分子複合構築材料の部分を融合して層を形成することを含む、方法。
2. 無機顔料をミルベースに添加して混合物を形成し；
   混合物を粉砕して無機顔料の平均粒径を２２０ｎｍ未満に低減させて分散物を形成し；そして
   分散物を水性または非水性ビヒクルに取り入れることによって融合剤を調製することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 水性ビヒクルが、水、共溶媒、抗コゲーション剤、界面活性剤、分散用添加剤、キレート剤、殺生物剤、およびシランカップリング剤を含む、請求項２に記載の方法。
4. セシウム酸化タングステン分散物を２−ピロリドンで１：１のｗ／ｗ比で希釈して希釈分散物を形成し；
   希釈分散物を約６０℃の温度および約２０ｍｍＨｇの圧力で希釈して無機顔料を含む貯蔵分散液を形成し；そして
   貯蔵分散液を水性または非水性ビヒクルに取り入れることによって融合剤を調製することをさらに含む、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
5. 水性ビヒクルが、水、共溶媒、抗コゲーション剤、界面活性剤、分散用添加剤、キレート剤、および殺生物剤を含む、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
6. 着色剤を水性または非水性ビヒクルに取り入れることをさらに含む、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
7. 方法が、融合剤を選択的に適用するに先立って、高分子構築材料または高分子複合構築材料を約５０℃から約３５０℃の範囲の温度に加熱することをさらに含む、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
8. 三次元（３Ｄ）印刷システムであって：
   ある供給量の高分子構築材料または高分子複合構築材料；
   構築材料分配器；
   ある供給量の融合剤であって：
   水性または非水性ビヒクル；および
   六ホウ化ランタン、タングステンブロンズ、酸化インジウムスズ、アルミニウム酸化亜鉛、酸化ルテニウム、銀、金、白金、鉄輝石、変性リン酸鉄（Ａ_ｘＦｅ_ｙＰＯ_４）、変性ピロリン酸銅（Ａ_ｘＣｕ_ｙＰ_２Ｏ_７）、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される０ｎｍより大きく２２０ｎｍ未満の範囲の平均粒径を有する無機顔料を１重量％から２０重量％含む融合剤；
   融合剤を選択的に分配するためのインクジェットアプリケータ；
   コントローラ；および
   コントローラに：
   構築材料分配器を用いて構築材料を分配させ；そして
   インクジェットアプリケータを用いて融合剤を選択的に分配させて三次元部品を形成させる、コンピュータにより実行可能な命令を格納している非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体を含む、３Ｄ印刷システム。
9. 水性ビヒクルが：
   融合剤の合計重量％に基づいて約１０重量％から約８０重量％の範囲の量で存在する共溶媒；
   融合剤の合計重量％に基づいて約０.１重量％から約２重量％の範囲の量で存在する抗コゲーション剤；
   融合剤の合計重量％に基づいて約０.１重量％から約３重量％の範囲の量で存在する界面活性剤；
   無機顔料の約１０重量％から約２００重量％の範囲の量で存在する分散用添加剤；
   融合剤の合計重量％に基づいて０重量％から約１重量％の範囲の量で存在するキレート剤；
   融合剤の合計重量％に基づいて約０.１重量％から約１重量％の範囲の量で存在する殺生物剤；
   無機顔料の約０.１重量％から約５０重量％の範囲の量で存在するシランカップリング剤；および
   残部の水を含む、請求項８に記載の３Ｄ印刷システム。
10. 融合剤が約１重量％から約１０重量％の無機顔料を含む、請求項８または９に記載の３Ｄ印刷システム。
11. 水性ビヒクルが：
    融合剤の合計重量％に基づいて約１０重量％から約８０重量％の範囲の量で存在する共溶媒；
    融合剤の合計重量％に基づいて約０.１重量％から約２重量％の範囲の量で存在する抗コゲーション剤；
    融合剤の合計重量％に基づいて約０.１重量％から約３重量％の範囲の量で存在する界面活性剤；
    無機顔料の約１０重量％から約２００重量％の範囲の量で存在する分散用添加剤；
    融合剤の合計重量％に基づいて０重量％から約１重量％の範囲の量で存在するキレート剤；
    融合剤の合計重量％に基づいて約０.１重量％から約１重量％の範囲の量で存在する殺生物剤；および
    残部の水を含む、請求項８から１０のいずれかに記載の３Ｄ印刷システム。
12. 融合剤が無機顔料を含む約２５重量％から約５０重量％の貯蔵分散物を含む、請求項８から１１のいずれかに記載の３Ｄ印刷システム。
13. 融合剤がさらに着色剤を含む、請求項８から１２のいずれかに記載の３Ｄ印刷システム。

Images