JP6874029B2

JP6874029B2 - 付加製造

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Publication number: JP6874029B2
Application number: JP2019022332A
Authority: JP
Inventors: ナウカ，クシシトフ; ガナパシアパン，シヴァパキア; チャオ，リファ; トム，ハワード，エス; チャオ，ヤン; ング，ホウ，ティー
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2019-02-12
Filing date: 2019-02-12
Publication date: 2021-05-19
Anticipated expiration: 2034-12-15
Also published as: JP2019089348A

Description

付加製造装置は３Ｄ（３次元）物体を、材料の層を積み重ねることによって製造する。幾つかの付加製造装置は一般に、「３Ｄプリンター」と呼ばれているが、これはそれらが多くの場合、インクジェットまたは他の印刷テクノロジーを使用して、製造材料のいくらかを適用するからである。３Ｄプリンターおよびその他の付加製造装置は、ＣＡＤ（コンピューター支援設計）モデルまたは物体（オブジェクト）の他のデジタル表現を、物理的な物体へと直接に変換することを可能にする。

複合物体を付加製造する一つの例を示す断面図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する一つの例を示す断面図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する一つの例を示す断面図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する一つの例を示す断面図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する一つの例を示す断面図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する一つの例を示す断面図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する一つの例を示す断面図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する一つの例を示す断面図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する一つの例を示す断面図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する一つの例を示す断面図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する一つの例を示す断面図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する一つの例を示す断面図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する一つの例を示す斜視図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する一つの例を示す斜視図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する一つの例を示す斜視図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する一つの例を示す斜視図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する一つの例を示す斜視図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する一つの例を示す斜視図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する一つの例を示す斜視図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する一つの例を示す斜視図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する一つの例を示す斜視図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する一つの例を示す斜視図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する一つの例を示す斜視図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する一つの例を示す斜視図のシーケンスの中の一つを示す。

付加製造プロセスの例を説明する流れ図である。付加製造プロセスの例を説明する流れ図である。

複合物体を付加製造する第二の例を示す断面図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す断面図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す断面図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す断面図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す断面図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す断面図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す断面図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す断面図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す断面図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す断面図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す断面図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す断面図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す断面図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す断面図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す断面図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す断面図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す斜視図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す斜視図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す斜視図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す斜視図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す斜視図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す斜視図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す斜視図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す斜視図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す斜視図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す斜視図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す斜視図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す斜視図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す斜視図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す斜視図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す斜視図のシーケンスの中の一つを示す。複合物体を付加製造する第二の例を示す斜視図のシーケンスの中の一つを示す。

付加製造プロセスの別の例を説明する流れ図である。付加製造プロセスの別の例を説明する流れ図である。

付加製造装置で複合物体を形成するのを助ける命令を有するプロセッサ可読媒体の一例を示すブロック図である。

図３２に示すような媒体であるプロセッサ可読媒体を備えたコントローラを実施する付加製造装置の一例を示すブロック図である。

図３２に示すような媒体であるプロセッサ可読媒体を備えたＣＡＤコンピュータプログラム製品を実施する付加製造システムの一例を示すブロック図である。

図面全体を通して、同じ部材番号は同一または類似の部材を示す。

付加製造装置のあるものは、３Ｄ物体を、粉末状の構築材料の層を融合させることによって作成する。付加製造装置は物体を、例えばＣＡＤコンピュータプログラム製品を用いて創造されたモデルのデータに基づいて作成する。このモデルのデータは処理されて薄切り状（スライス）とされ、スライスの各々は融合される構築材料の一層または多数の層の対応部分を画定する。以下に記載する付加製造の例は、ヒューレットパッカード社によって開発されたマルチジェットフュージョン（ＭｕｌｔｉＪｅｔＦｕｓｉｏｎ^TM（ＭＪＦ））と呼ばれる技術を用いており、そこでは光吸収性のインクまたは他の適切な融合剤が構築材料の層上に所望のパターンで「印刷」され、次いで光に曝露されてパターン化構築材料が融合される。ＭＪＦ融合剤は光吸収を増大させて、焼結、溶融またはその他によりパターン化構築材料を融合させるために十分な熱を発生し、直接的に（焼結の場合など）または冷却を通じて間接的に（溶融の場合など）固化を行う。

ＭＪＦを用いた付加製造に一般的に使用されるポリマーは、幾つかの製造物体については所望とされる性質を達成するのに適さないことがある。そこで、個別の部材を一体化して「印刷された」物体とすることにより、ＭＪＦで製造してよい物体の範囲を拡大するための、新たなプロセスが開発された。得られる複合体は、例えば強度のためにセラミックを一体化したり、導電性のために金属を一体化するなど、所望の特性を達成するように特別に構成してよい。一つの例では、付加製造プロセスは、粉末状その他の未融合の構築材料の層を形成し、各々の層の構築材料を融合し、融合した構築材料に部材を埋設することを含んでいる。この部材は溶融した構築材料の一層またはより多くの層の中へと押し込み、後続の層で覆うようにしてよく、またはこの部材は固形の構築材料の層上に配置して、後続の層で覆うようにしてもよい。

この新規なプロセスの例は、種類の異なる付加製造システムで実施してよいが、この新規なプロセスは特に、ＭＪＦに非常に適している。ＭＪＦは開放型の積層プロセスであって、構築材料が積層され融合されるに際し、所望とする時点および位置において個別の部材を挿入することに対して容易に適合できる。各層で新たに融合される構築材料は、追加的な加熱を行うことなしに、依然として溶融している構築材料へと個別の部材を押し込むのに十分長い間、溶融状態を維持してよい。個別部材を挿入する前に融合材料が固化する場合には、挿入に先立って短時間の加熱が追加的に行われて、融合材料が溶融状態とされる。

複合体をＭＪＦまたはその他の付加製造によって構築するためのプロセス命令を有するプロセッサ可読媒体は、例えば、付加製造装置のためのコントローラ、ＣＡＤコンピュータプログラム製品、またはオブジェクトモデルプロセッサにおいて実施してよい。

この文書で使用するところでは：「融合剤」は構築材料の融合を生じさせまたは補助する物質を意味し；「融合改質剤」は、例えば融合剤の効果を変性させることによって、構築材料の固化を阻止または防止する物質を意味し；そして「スライス」は多数のスライスからなる物体（オブジェクト）の一つまたはより多くのスライスを意味する。

図１Ａ〜図１２Ａおよび図１Ｂ〜図１２Ｂに示された断面図または斜視図のシーケンス（連続）は、複合物体１０を製造する一例を説明するものである。（複合体１０は図１２Ａおよび図１２Ｂに示されている。）図１３は、図１Ａ〜図１２Ａ、図１Ｂ〜図１２Ｂにおいて実施される付加製造プロセス１００の一例を説明する流れ図である。図１Ａ〜図１２Ａ、図１Ｂ〜図１２Ｂおよび図１３を参照すると、構築材料１４の第一の層１２は図１Ａ、図１Ｂに示すようにして形成され（図１３のブロック１０２）、そして融合剤１６が図２Ａ、図２Ｂに示すように物体のスライスに対応するパターン２０でもって、例えばインクジェットタイプのディスペンサー１８を用いて構築材料１４上に配給される（図１３のブロック１０４）。硬質または軟質でよく、剛直または可撓性でよく、弾性または非弾性でよい、図１２Ａおよび図１２Ｂに示された物体１０を作成するために、どのような適切な構築材料１４を使用してもよい。また、この例では粉末状の構築材料１４は粒子２２によって描かれているが、適切な非粉末状の構築材料もまた使用できる。

図３Ａ、図３Ｂにおいては、融合剤でパターン化された層１２の領域２０は光源２６からの光２４に曝露されて構築材料が融合され、固化したならば、第一の物体スライス２８が形成される（図１３のブロック１０６）。構築材料１４、融合剤１６、および構築材料１４に適用される光２４の特性に応じ、例えば液状に溶融しまたは固体状に焼結されることによって、構築材料は融合されてよい。構築材料が溶融される場合は、冷却によって固化が生ずる。

図４Ａ〜図６Ａおよび図４Ｂ〜図６Ｂにおいては、構築材料１４の第二の層３０が第一の層１２の上に形成され（図１３のブロック１０８）、融合剤１６が第二の物体スライスに対応するパターン３２で配給され（図１３のブロック１１０）、そしてこのパターン化構築材料が光２４に曝露されて（図１３のブロック１１２）構築材料が融合され、また固化することにより、第二の物体スライス３４が形成される。次いで、図７Ａ、図８Ａおよび図７Ｂ、図８Ｂに示されるように、個別の部材３６が融合した構築材料３４中へと押し込まれる（図１３のブロック１１４）。幾つかの実施形態においては、損傷を生ずるような何らかの熱的衝撃を回避し、また部材が完全に挿入されるまで構築材料を軟らかく保つのを助けるために、構築材料との接触に先立って部材３６を加熱することが望ましいであろう。部材３６にとって望ましい温度は具体的な実施形態に応じて変動してよいが、通常は、融合した構築材料の融点の±５℃以内の温度に部材３６を加熱するのが十分であると予想される。

パターン化構築材料の固化が溶融およびその後の冷却を通じて生ずる一つの例においては、部材３６は構築材料がまだ溶融状態の間に、融合した構築材料３４中へと押し込んでよい。パターン化構築材料の固化が溶融なしに生ずるか（焼結の場合のように）、または溶融した構築材料が部材３６の挿入前に冷却され固化される別の例においては、固体状の構築材料を加熱して溶融させ、そして溶融した構築材料に部材３６を押し込んでよい。別の例においては、他は固体状であっても挿入中に周囲の構築材料を溶融するのに十分なだけ部材が熱ければ、部材３６を固体状の構築材料中へと押し込むことも可能であろう。

図９Ａ〜図１１Ａおよび図９Ｂ〜図１１Ｂでは、構築材料１４の第三の層３８が、部材３６を覆って第二の層３０の上に形成され（図１３のブロック１１６）、融合剤１６が第三の物体スライスに対応するパターン４０で適用され（図１３のブロック１１８）、そしてパターン化構築材料が光２４に曝露されて（図１３のブロック１２０）構築材料が融合され、そして固化したならば、第三の物体スライス４２が形成される。図１１Ａでは個別のスライス２８、３４、および４２が示されているが、隣接しているスライスは実際には、融合および固化に際して一緒に結合して単一の部材となる。結合したスライス２８、３４、および４２は、埋設された部材３６と共に、場合によっては「ケーキ出し（ｕｎｃａｋｉｎｇ）」と称されるプロセスにおいて、図１２Ａおよび図１２Ｂに示す完成した複合体１０として構築材料から分離される（図１３のブロック１２２）。埋設された単一の部材３６を備えた単純な三層スライスの物体１０を示したが、より複雑な多重スライスの物体をより多くの様々な部材３６を備えて形成するために、同じプロセスを使用してよい。

図示の例においては、部材３６は構築材料に完全に埋設されている。他の例では、部材３６のいくらかまたは全部を露出したままにすることが望ましくありうる。また図示の例においては、部材３６は層３０およびスライス３４とほぼ同じ厚みである。他の例においては、部材３６は未融合の構築材料および／または物体スライスの層よりも厚く、または薄くてよい。図１Ａ〜図１２Ａ、図１Ｂ〜図１２Ｂ、および図１３において説明したプロセスのような、ＭＪＦ付加製造プロセスにおいては、部材（単数または複数）３６による構築材料の望ましくない押しのけは、押しのけられた構築材料を構築材料の後続の層（単数または複数）で覆い、押しのけられた材料を後続のスライス（単数または複数）の中へと結合させることによって補正してよい。個別部材３６の配置は、例えば在来のロボット工学を用いて自動化し、処理能力を増大させると共に再現性を改善するようにしてよい。ＭＪＦ付加製造については、部材の配置のためのロボットの配向および整列は、融合剤を配給するためにプリントヘッドの配置を制御するのと同じシステム部品に連動させ、または同じシステム部品を使用するようにしてよい。

図１４は、複合物体１０を製造するためのプロセス１３０の別の例を説明する流れ図である。図１４を参照すると、例えば図１Ａ、図１Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ、図９Ａ、および図９Ｂを参照して上記に説明したようにして、未融合の構築材料の多数の層がブロック１３２において形成される。各々の層にある構築材料は、例えば図２Ａ〜図３Ａ、図２Ｂ〜図３Ｂ、図５Ａ〜図６Ａ、図５Ｂ〜図６Ｂ、図１０Ａ〜図１１Ａ、および図１０Ｂ〜図１１Ｂを参照して上記に説明したようにして、ブロック１３４で融合される。ブロック１３６においては、例えば図７Ａ〜図８Ａおよび図７Ｂ〜図８Ｂを参照して上記に説明したようにして、部材が融合した構築材料中に埋設される。

図１５Ａ〜図３０Ａおよび図１５Ｂ〜図３０Ｂに示した断面図および斜視図のシーケンスは、複合物体１０（図３０Ａおよび図３０Ｂに示す）を製造するための第二の例を説明する。図３１Ａおよび図３１Ｂは、図１Ａ〜図１２Ａ、図１Ｂ〜図１２Ｂにおいて実施される付加製造プロセス１４０の一例を説明する流れ図である。図１５Ａ〜図３０Ａ、図１５Ｂ〜図３０Ｂ、および図３１Ａ、図３１Ｂを参照すると、構築材料１４の第一の層１２が、図１５Ａ、図１５Ｂに示すように形成される（図３１Ａのブロック１４２）。幾つかの実施形態においては、融合および固化の間に各々の層を平坦に保持するのを助けるように、第一の層１２または最初の数層にある構築材料１４を予熱するのが望ましいであろう。図１６Ａに示すように個別の層の構築材料１４を予熱してよく（図３１Ａのブロック１４４）、あるいは積層の前に、供給リザーバにある構築材料１４を予熱してもよい。図７Ａ〜図８Ａおよび図７Ｂ〜図８Ｂに関して上記に説明したように、部材３６を埋設するため、固体状の構築材料を加熱または再加熱すべくヒーター４４を用いてもよい。

図１７Ａ、図１７Ｂにおいては、例えばインクジェットタイプのディスペンサー１８を用いて、物体スライスに対応するパターン２０でもって、融合剤１６が構築材料１４上へと配給される（図３１Ａのブロック１４６）。図１８Ａ、図１８Ｂにおいては、例えばインクジェットタイプのディスペンサー５０を用いて、融合剤１６のパターン２０を取り囲む領域４８を覆って、融合改質剤４６が層１２中の構築材料１４上へと配給される（図３１Ａのブロック１４８）。

融合剤は、所望とするパターンの外側にある構築材料中へと浸みだして、構築材料の望ましくない融合を生じうる。また、パターン化構築材料中で発生する熱は、場合によっては、周囲にあるパターン化されていない構築材料に伝播して融合を生じさせうる。構築材料の望ましくない融合は、製造される物体の全体的な寸法正確性や外観を劣化させうる。従って、構築材料の望ましくない融合を制御するために、融合剤の効果を阻止しまたは中和する改質剤を使用してよい。融合改質剤４６は構築材料層１４の他の領域上に配給して、物体スライスの他の特性を規定するのを補助してよいが、これには融合剤のパターンに散布して、スライスの材料特性を変化させることが含まれる。図示されたのは二つの個別のインクジェットタイプのディスペンサー１８、５０であるが、剤１６および４６は、例えば単一のインクジェットプリントヘッドアセンブリにある異なるプリントヘッド（またはプリントヘッドの群）を用いて、単一のデバイスに一体化された複数のディスペンサーから配給することができる。

図１９Ａ、図１９Ｂにおいては、融合剤でパターン付けされた層１２の領域２０が光２４に曝露されて構築材料が融合され、そして固化することにより、第一の物体スライス２８が形成される（図３１Ａのブロック１５０）。図２０Ａ〜図２０Ｂおよび図２１Ａ〜図２１Ｂに示すように、個別の部材３６が第一のスライス２８上に配置される（図３１Ａのブロック１５２）。図２２Ａ、図２２Ｂでは、構築材料１４の第二の層３０が、部材３６を取り囲んでいる第一の層１２の上に形成される（図３１Ａのブロック１５４）。この例においては、部材３６は層３０よりも厚く、したがって層３０にある未融合の構築材料の上方に突出する。部材３６は層３０と同じ厚みでもよく、または層３０より薄くてもよい。層３０よりも薄い部材については、部材３６を覆うための第三の層／スライスは不要または不所望でありうる。幾つかの実施形態においては、スライス２８上に配置するのに先立って部材３６を加熱して、スライス２８または部材３６を囲んで形成された構築材料１４に対する損傷的な熱的衝撃を回避するのが望ましいであろう。上に記載したように、部材３６に望ましい温度は具体的な実施形態に応じて変化してよいが、通常は、融合した構築材料の融点の±５℃以内の温度に部材３６を加熱するのが十分であると予想される。

図２３Ａ、図２３Ｂにおいては、融合剤１６が層３０上に、部材３６の二つの側に沿ったストリップ状で、第二の物体スライス３４に対応するパターン３２において配給される（図３１Ａのブロック１５６）。図２４Ａ、図２４Ｂでは、融合改質剤４６が、融合剤１６のパターン３２を囲む領域５２を覆って、層３０にある構築材料１４上へと配給される（図３１Ａのブロック１５８）。融合剤でパターン付けされた構築材料は、図２５Ａ、図２５Ｂに示すように光２４に曝露されて（図３１Ａのブロック１６０）構築材料が融合され、そして固化されることにより、第二の物体スライス３４を形成する。

図２６Ａ〜図２７Ａ、図２６Ｂ〜図２７Ｂにおいては、構築材料１４の第三の層３８が第二の層３０上に形成されて部材３６を覆い（図３１Ｂのブロック１６２）、融合剤１６が、第三の物体スライスに対応するパターン４０で適用される（図３１Ｂのブロック１６４）。図２８Ａ、図２８Ｂでは、融合改質剤４６が層３８にある構築材料１４上へと配給されて、融合剤１６のパターン４０を囲む領域５３を覆う（図３１Ｂのブロック１６６）。融合剤でパターン化された構築材料は、図２９Ａ、図２９Ｂに示すように光２４に曝露されて（図３１Ｂのブロック１６８）構築材料が融合され、そして固化されることにより、第三の物体スライス４２を形成する。こうして結合されたスライス２８、３４、および４２は埋設された部材３６と共に、図３０Ａ、図３０Ｂに示す完成した複合体１０として、構築材料からケーキ出しされる（図３１Ｂのブロック１７０）。この例では、部材３６は物体１０の両端面で露出されており、例えば導電性部材３６が外部回路に接続されるようになっている。

図３２は、図１２Ａ、図１２Ｂおよび図３０Ａ、図３０Ｂに示す物体１０のような複合物体を製造するのを助ける命令５６を備えた、プロセッサ可読媒体５４を示すブロック図である。プロセッサ可読媒体５４は何らかの非一時的有形媒体であり、プロセッサによって使用される命令を具体化し、収容し、格納し、または維持することができる。プロセッサ可読媒体は、例えば、電子的、磁気的、光学的、電磁的、または半導体媒体などを含んでいる。適切なプロセッサ可読媒体のより特定的な例には、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、メモリカードおよびメモリスティック、ならびに他の可搬性記憶装置などが含まれる。

１つの例では、複合体用命令５６は、溶融した構築材料の単一層または多重層に、個別部材を部分的または完全に埋設するための命令を含んでいる。別の例では、複合体用命令５６は、未融合の構築材料の層を形成させ、各々の層にある構築材料を融合させ、融合した構築材料に部材を埋設させる命令を含んでいる。複合体用命令５６は、図１３、図１４および図３１Ａ〜図３１Ｂ（および図１Ａ〜図１２Ａ、図１Ｂ〜図１２Ｂおよび図１５Ａ〜図３０Ａ、図１５Ｂ、図３０Ｂに示す製造シーケンス）を参照して上記に説明した、例示的な付加製造プロセスを具体化する命令を含んでよい。命令５６を備えたプロセッサ可読媒体５４は、例えば、ＣＡＤコンピュータプログラム製品、オブジェクトモデルプロセッサ、または付加製造装置のためのコントローラにおいて具体化してよい。複合物体を製造するための制御データは、例えば、通常はＣＡＤコンピュータプログラム製品であるソースアプリケーション上のプロセッサ読み取り可能な命令によって、オブジェクトモデルプロセッサ中において、または付加製造装置上のプロセッサ読み取り可能な命令によって、発生させることができる。

図３３は、複合体用命令５６をプロセッサ可読媒体５４上に備えたコントローラ６０を実施している、付加製造装置５８の一例を説明するブロック図である。図３３を参照すると、装置５８は、コントローラ６０、製造用床またはその他の適切な支持体６２、構築材料積層デバイス６４、融合剤ディスペンサー１８、融合改質剤ディスペンサー５０、ヒーター４４、および光源２６を含んでいる。装置５８はまた、例えば図７Ａ〜図８Ａ、図７Ｂ〜図８Ｂおよび図２１Ａ〜図２２Ａ、図２１Ｂ〜図２２Ｂを参照して上に記載したような部材３６を配置するために、ロボット装置その他の適切なシステム６６を含む。

プロセス中の物体構造体は、製造の間支持体６２上に支持される。また装置５８によっては、支持体６２は可動であって、例えば構築材料の層が製造時に付加されるに際しての、プロセス中の構造体の厚みの変動を補償するようにされる。構築材料積層デバイス６４は構築材料を支持体６２に、そしてまた下側にあるプロセス中の構造体上に積層するものであり、例えば、構築材料を配給するためにデバイスと、各々の層について望ましい厚みへと構築材料を均一に分配するためのブレードまたはローラーを含んでよい。ディスペンサー１８および５０はそれぞれの剤を選択的に、例えば図１３および図３１Ａ〜図３１Ｂを参照して上述したようにして、コントローラ６０の指示に応じて配給する。適切などのようなディスペンサー１８および５０を使用してもよいが、付加製造装置においてはインクジェットプリントヘッドがしばしば使用される。これは、それらが剤を配給することのできる精確さと、異なる種類および配合の剤を配給できる融通性とによるものである。光源２６は、コントローラ６０の指示に応じて光エネルギーを選択的に適用して、融合剤で処理された構築材料が融合するのを助ける。

コントローラ６０は、プロセッサ（またはマルチプロセッサ）、関連するメモリ（または多重メモリ）および命令、ならびに装置５８の作動要素を制御するのに必要な電子回路および部品を表している。特に、コントローラ６０は、複合体用命令５６を備えたプロセッサ可読媒体５４を有するメモリ６８と、命令５６を読み取り実行するためのプロセッサ７０とを含んでいる。コントローラ６０は例えば、埋設部材を含む物体を作成するための制御データおよび他の命令をＣＡＤプログラムから受け取り、物体を作成するプロセスの一部として、ローカルな複合体用命令５６を実行する。

代替的に、複合体用命令５６はコントローラ６０とは別に、例えば図３４に示すＣＡＤコンピュータプログラム製品の一部として、プロセッサ可読媒体５４において具体化してよい。図３４を参照すると、付加製造システム７２は、プロセッサ可読媒体５４上に存在している複合体用命令５６を備えたＣＡＤコンピュータプログラム製品７４と関連動作するよう接続された付加製造装置５８を含んでいる。装置５８へと命令および制御データを通信するため、装置５８とＣＡＤプログラム製品７４の間では適切などのような接続を使用してもよいが、それには例えば、有線リンク、無線リンク、およびフラッシュデバイスまたはコンパクトディスクのような可搬性接続が含まれる。

上述したように、光源２６は光エネルギーを構築材料に適用して、融合剤が分配されまたは貫通された個所に従って、構築材料の部分を融合させる。幾つかの例においては、光源２６は赤外（ＩＲ）または近赤外光源、あるいはハロゲン光源である。光源２６は単独光源または多数の光源のアレイであってよい。幾つかの例においては、光源２６は構築材料の層の全表面に対して光エネルギーを実質的に均一な仕方で同時に適用するように構成される。他の例においては、光源２６は構築材料の層の全表面の選択された領域にのみ光エネルギーを適用するように構成される。

構築材料、融合剤、改質剤、および光エネルギーはの組み合わせは、（１）融合剤を含まない構築材料はエネルギーが適用された場合に融合せず、（２）融合剤のみを含む構築材料はエネルギーが適用された場合に融合し、または（３）融合剤と改質剤の両方を含む構築材料は、エネルギーが適用された場合またはエネルギーの適用なしで、修正された度合いの融合を行うように、物体スライスについて選択されてよい。

構築材料は、粉末、液体、ペースト、またはゲルであってよい。適切な構築材料の例には、５℃より大きな処理ウインドウ（すなわち融点と再結晶化温度の間の温度範囲）を持つ半結晶性熱可塑性プラスチックが含まれる。適切な構成材料の幾つかの具体例には、ナイロン１２のようなポリアミドが含まれる。構築材料は、同程度の大きさの粒子または大きさの異なる粒子の、単一の材料又は多数の材料を含んでよい。構築材料はまた、摩擦帯電を抑制するための帯電防止剤および／または流動性を改善するための流動助剤を含んでよい。

適切な融合剤には、活性の放射線吸収結合剤を備えた、水系の分散物が含まれる。この活性剤は例えば、赤外線吸収剤、近赤外線吸収剤、または可視光吸収剤であってよい。一つの例において、融合剤は、活性剤としてカーボンブラックを含むインクタイプの配合物であってよい。このインクタイプの配合物の一例は、ＣＭ９９７Ａとして商業的に知られており、ヒューレットパッカード社から入手可能である。活性剤として可視光エンハンサーを含むインクの例は、染料系のカラーインクおよび顔料系のカラーインクである。顔料系のインクの例には、ヒューレットパッカード社から入手可能な市販のインクであるＣＭ９９３ＡおよびＣＥ０４２Ａが含まれる。幾つかの融合剤は水系の性質を有することにより、融合剤が構築材料の層に貫通することを可能にする。疎水性の構築材料については、融合剤中における共溶媒および／または界面活性剤の存在が、所望の濡れ性を得るのを支援するであろう。各々のスライスを形成するについて、一つまたはより多くの融合剤を配給してよい。

適切な融合改質剤は、構築材料の個々の粒子を分離して、それらの粒子がスライスの一部として一緒に結合して固化するのを防止するようにしてよい。この種の融合改質剤の例には、コロイド状、染料系、およびポリマー系のインク、ならびに構築材料の平均粒径よりも小さな平均粒径を有する固体粒子が含まれる。融合改質剤の分子量およびその表面張力は、その剤が構築材料中へと十分に貫通して所望とする機械的分離を達成することができるようなものでなければならない。一つの例においては、融合改質剤として塩の溶液を使用してよい。他の例においては、ヒューレットパッカード社から入手可能でＣＭ９９６ＡおよびＣＮ６７３Ａとして商業的に知られているインクを、融合改質剤として用いてよい。

適切な融合改質剤は、加熱の間に構築材料がその融点を超える温度に達するのを防止することによって、融合剤の効果を修正するように作用してよい。この種の融合改質剤としては、適切な冷却作用を示す液体を使用してよい。例えば、構築材料が冷却液体で処理された場合、構築材料に対して適用されるエネルギーは吸収されて液体を蒸発させてよく、構築材料がその融点に到達するのが防止される。従って例えば、水分含有量の高い液体は、適切な融合改質剤でありうる。

他の種類の融合改質剤を使用してもよい。融合の度合いを増大させうる融合改質剤の例には、例えば可塑剤が含まれてよい。融合の度合いを増大させうる融合改質剤の別の例は、構築材料の粒子の濡れ性を増大させるための、表面張力変性剤を含んでよい。

一つの例においては、改質剤は、無機塩、界面活性剤、共溶媒、湿潤剤、殺生物剤、および水を含む。幾つかの例では、改質剤はこれらの成分からなり、他に成分は含まない。成分のこの特定の組み合わせは、部分的には無機塩の存在によって、融合剤の浸みだしを有効に低減または阻止することが見出されている。改質剤に使用される無機塩は、比較的高い熱容量を有するが、しかし比較的低い熱放射率を有する。これらの特性は、改質剤がそれに適用された放射線（およびそれに伴う熱エネルギー）を吸収することが可能で、また熱エネルギーの大半を内部に保持することが可能であるようにする。こうして、改質剤から構築材料へは、あったとしても非常に僅かな熱エネルギーしか伝達されない。

加えて、無機塩はまた、構築材料の熱伝導率および／または融点、そして場合によっては融合剤中の活性材料のそれらよりも低い熱伝導率および／または高い融点を有してよい。放射線および熱エネルギーの吸収に際して、無機塩は溶融せず、そしてまた周囲の構築材料に対して十分な量の熱を伝達しない。従って改質剤は、構築材料が融合剤および改質剤の両方と接触している場合には、構築材料の硬化を効果的に低減させることができ、また構築材料が改質剤のみと接触している場合には、硬化を阻止する。

特許請求の範囲に用いられた単数形は、一つまたはより多くを意味する。

図面に示され上記に記載された例は、本発明の主題の範囲を例示するものではあるが限定するものではなく、それは以下の特許請求の範囲に規定されている。

以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施形態を示す。
１．実行されると付加製造装置に、溶融した構築材料の単一層または多重層中に部材を部分的にまたは完全に埋設させる命令を有する、有形の非一時的なプロセッサ可読媒体。
２．上記１のプロセッサ可読媒体を含む、付加製造装置コントローラ。
３．上記１のプロセッサ可読媒体を含む、コンピュータプログラム製品。
４．溶融した構築材料の単一層または多重層中に部材を埋設させる命令が：
粉末状の構築材料の第一の層を形成し；
第一の層にある構築材料を固化して第一のスライスを形成し；
第一のスライスの幾らかまたは全部を溶融し；および
部材を第一のスライスの溶融部分に押し込む
命令を含む、上記１の媒体。
５．溶融した構築材料の単一層または多重層中に部材を埋設させる命令が：
部材を覆う第一のスライス上に第二の構築材料の層を形成し；および
第二の層にある構築材料を固化して、部材を覆う第二のスライスを形成する
命令を含む、上記４の媒体。
６．溶融した構築材料の単一層または多重層中に部材を埋設させる命令が：
粉末状の構築材料の第一の層を形成し；
第一の層にある構築材料を固化して第一のスライスを形成し；
第一のスライス上に部材を配置し；
部材を取り囲む、粉末状の構築材料の第二の層を形成し；および
第二の層にある構築材料を固化して、部材を取り囲む第二のスライスを形成する
命令を含む、上記１の媒体。
７．溶融した構築材料の単一層または多重層中に部材を埋設させる命令が：
部材を取り囲む第二のスライス上に構築材料の第三の層を形成し；および
第三の層にある構築材料を固化して、部材を覆う第三のスライスを形成する
命令を含む、上記６の媒体。
８．粉末状の構築材料を積層する第一のデバイス；
構築材料上に融合剤を配給する第二のデバイス；
構築材料に光エネルギーを適用する光源；
部材を配置する第三のデバイス；および
コントローラであって：
第一のデバイスに粉末状の構築材料を積層させ；
第二のデバイスに、積層された構築材料上に融合剤を配給させ；
光源に、融合剤が配給された個所で構築材料に光エネルギーを適用させて、各々の層において構築材料を融合させ；および
第三のデバイスに、融合した構築材料の層内または層上に部材を配置させる
命令を実行させるコントローラ
を含む、付加製造装置。
９．構築材料上に融合改質剤を配給する第四のデバイスを含み、融合剤を含む構築材料および／または融合剤を含む構築材料に隣接する構築材料上へと、第三のデバイスが融合改質剤を配給するように、コントローラが命令を実行する、上記８の装置。
１０．未融合の構築材料の層を形成し；
各々の層にある構築材料を融合させ；および
融合した構築材料中に部材を埋設することを含む、付加製造プロセス。
１１．融合した構築材料中に部材を埋設する前に部材を加熱することを含む、上記１０のプロセス。
１２．埋設が、溶融した構築材料中に部材を押し込むことを含む、上記１０のプロセス。
１３．融合および埋設が：
構築材料を固化し；
固化した構築材料を溶融し；そして次いで
部材を溶融した構築材料に押し込むことを含む、請求項１２のプロセス。
１４．形成、融合、および埋設が、部材を未融合の構築材料で覆い、部材を覆っている構築材料を融合させることを含む、上記１０のプロセス。
１５．形成、融合、および埋設が、部材を未融合の構築材料で取り囲み、部材を囲んでいる構築材料を融合させることを含む、上記１０のプロセス。
１６．埋設が、融合した構築材料中に部材を完全に埋設することを含む、上記１０のプロセス。
１７．形成、融合、および埋設が：
粉末状の構築材料の第一の層を形成し；
第一の層にある構築材料を融合させ；
第一の層上に粉末状の構築材料の第二の層を形成し；
第二の層にある構築材料を融合させ；
第二の層を形成する前に、第一の層にある融合した構築材料へと部材を押し込み；
部材を第二の層にある粉末状の構築材料で覆い；および
部材を覆う第二の層中の構築材料を融合させることを含む、上記１０のプロセス。
１８．形成、融合、および埋設が：
粉末状の構築材料の第一の層を形成し；
第一の層にある構築材料を融合させ；
第一の層上に粉末状の構築材料の第二の層を形成し；
第二の層にある構築材料を融合させ；
第二の層を形成する前に、第一の層にある融合した構築材料上に部材を配置し；
部材を第二の層にある粉末状の構築材料で取り囲み；および
部材を囲む第二の層中の構築材料を融合させることを含む、上記１０のプロセス。
１９．構築材料の第二の層の形成が、多数の層を次々に重ねて連続して形成することを含み；
部材を第二の層にある粉末状の構築材料で取り囲むことが、部材を多数の層で覆うことを含み；および
第二の層中の構築材料を融合させることが、部材を覆う多数の層の各々において構築材料を順次融合させることを含む、上記１８のプロセス。

Claims

実行されると付加製造装置に、構築材料の単一層または多重層中に部材を部分的にまたは完全に埋設させる命令を有する、有形の非一時的なプロセッサ可読媒体であって、
構築材料の単一層または多重層中に部材を埋設させる命令が：
未融合の粉末状の構築材料の第一の層を形成し；
第一のスライスに対応するパターンで第一の層に融合剤を配給し；
融合剤が配給された個所で構築材料に光エネルギーを適用させることにより第一の層にある構築材料を融合および固化して第一のスライスを形成し；
第一のスライス上に個別の部材を配置し；
個別の部材を取り囲む、未溶融の粉末状の構築材料の第二の層を形成し；
第二のスライスに対応するパターンで第二の層に融合剤を配給し；および
融合剤が配給された個所で構築材料に光エネルギーを適用させることにより第二の層にある構築材料を融合および固化して個別の部材を取り囲む第二のスライスを形成する命令を含み、
融合剤は光吸収を増大させて構築材料を融合させるために十分な熱を発生する、媒体。
構築材料の単一層または多重層中に部材を埋設させる命令が：
個別の部材を覆う構築材料の第三の層を第二のスライス上に形成し；
第三のスライスに対応するパターンで第三の層に融合剤を配給し；および
融合剤が配給された個所で構築材料に光エネルギーを適用させることにより第三の層にある構築材料を融合および固化して、部材を覆う第三のスライスを形成する命令を含む、請求項１の媒体。
構築材料の単一層または多重層中に部材を埋設させる命令が：
融合剤を含む構築材料および／または融合剤を含む構築材料に隣接する構築材料上へと融合改質剤を配給する命令を含む、請求項１または２の媒体。
請求項１から３のいずれかのプロセッサ可読媒体を含む、付加製造装置コントローラ。
請求項１から３のいずれかのプロセッサ可読媒体を含む、コンピュータプログラム製品。
付加製造装置であって：
未融合の粉末状の構築材料を積層する第一のデバイス；
構築材料上に融合剤を配給する第二のデバイス；
構築材料に光エネルギーを適用する光源；
部材を配置する第三のデバイス；および
コントローラであって：
第一のデバイスに未溶融の粉末状の構築材料を積層させ；
第二のデバイスに、積層された構築材料上に融合剤を配給させ；
光源に、融合剤が配給された個所で構築材料に光エネルギーを適用させて、各々の層において構築材料を融合および固化させ；
第三のデバイスに、融合した構築材料の層上に個別の部材を配置させ；
第一のデバイスに未溶融の粉末状の構築材料をさらに積層させて部材を構築材料で取り囲み；
第二のデバイスに、部材を取り囲む構築材料上に融合剤をさらに配給させ；および
光源に、部材を取り囲む構築材料に光エネルギーを適用させる命令を実行させるコントローラ
を含み、
融合剤は光吸収を増大させて構築材料を融合させるために十分な熱を発生する、付加製造装置。
構築材料上に融合改質剤を配給する第四のデバイスを含み、融合剤を含む構築材料および／または融合剤を含む構築材料に隣接する構築材料上へと、第四のデバイスが融合改質剤を配給するように、コントローラが命令を実行する、請求項６の装置。
構築材料の単一層または多重層中に個別の部材を部分的にまたは完全に埋設させる付加製造プロセスであって：
未融合の粉末状の構築材料の第一の層を形成し；
第一の層に融合剤を配給し；
融合剤が配給された個所で構築材料に光エネルギーを適用させることにより第一の層にある構築材料を融合および固化させ；
未溶融の粉末状の構築材料の第二の層を第一の層上に形成し；
第二の層に融合剤を配給し；
第二の層を形成する前に、第一の層にある融合した構築材料上に部材を配置し；
部材を第二の層にある粉末状の構築材料で取り囲み；および
融合剤が配給された個所で構築材料に光エネルギーを適用させることにより部材を囲む第二の層中の構築材料を融合および固化させることを含み、
融合剤は光吸収を増大させて構築材料を融合させるために十分な熱を発生する、付加製造プロセス。
融合した構築材料中に部材を埋設する前に部材を加熱することを含む、請求項８のプロセス。
形成、配給、融合および埋設が、部材を未融合の粉末状の構築材料の層で覆い、この層に融合剤を配給し、融合剤が配給された個所で構築材料に光エネルギーを適用させることによりこの層にある構築材料を融合および固化させて部材を覆うことを含む、請求項８または９のプロセス。
未融合の構築材料の第二の層の形成が、多数の層を次々に重ねて連続して形成することを含み；
部材を第二の層にある粉末状の構築材料で取り囲むことが、部材を多数の層で覆うことを含み；および
第二の層中の構築材料を融合および固化させることが、部材を覆う多数の層の各々において構築材料を順次融合および固化させることを含む、請求項９のプロセス。
融合剤を含む構築材料および／または融合剤を含む構築材料に隣接する構築材料上へと融合改質剤を配給することを含む、請求項８から１１のいずれかのプロセス。