JPH07507508A - 三次元印刷技法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本出願は、１９８９年１２月８日に出願された、”Ｔｈｒｅｅ−Ｏｉａｅｎ＋１ ｏｎｔｌ　？１ｎｌｉＢ　ＴｅｃｈｎｉＱｌｅｓ　＠　と題する米国特許出願第 ０７／４４７６７７号の一部継続出願である。特許出願第０７／４４７６７７号 の開示を、引用によって本明細書に合体する。

［序　論］ 本発明は、全般的にはツーリングおよび原型部品の製造に関し、詳細には、コン ピュータ・モデルを使用する三次元印刷技法の使用に関する。

［発明の背景］ 効果的な工業生産力および競争力を提供するうえでの２つのニーズは、新製品を 市場に出すのに必要とされる時間の短縮と、少量の製品を柔軟に製造できるよう にする必要である。したがって、ツーリングへの投資を最小限に抑えて迅速な部 品のターンアラウンドを提供することが望ましい。それを行うための技法は、特 定の作業に対して設計を翼整する能力、設計から製造までのサイクル・タイムを 短縮する能力、ないし単一の構成要素と同程度の非常に小さなロット・サイズで すべてのものを合理的なコストで製造する能力を有するべきである。新製品を市 場に出すのに必要とされる時間の主な原因は、機能原型を製造するのに必要とさ れる時間である。原型を迅速に製造すると、製品開発サイクルを短縮し、かつ迅 速で効果的なフィードバックを設計者に提供することによって設計プロセスを向 上することができる。さらに、いくつかの応用例は、設計の審美学的局面または 設計の適合性および組立を評価する際に使用するための非機能部品の原型を迅速 に製作することを必要とする。

製品を市場に出すための時間の他の主な原因は、鋳型およダイス型などのツーリ ングを開発するのに必要とされる時間である。射出成形ダイス型などある種のツ ーリングの場合、工具の設計および製造のためのターンアラウンド・タイムは通 常、数か月に及ぶ。長いリード・タイムは、ツーリングが、１種類のものである ことが多く、かつ極めて複雑で、細部への人間の入念な注意を必用とすることが あることによるものである。したがって、ツーリングは、リード・タイムだけで なく製造コストにも影響を及ぼす。実際には、ツーリング拳コストが、所与のプ ロセスに関する最小経済バッチ・サイズを決定することが多い。原型製作要件と ツーリング・リード・タイムとツーリング・コストとは、生産で使用されるのと 同じプロセスで生産前原型を製造することを実際的でなくするのが長いリード・ タイムと高いコストの組合せであるという点で関係している。

過去数年間、ツーリングが必用とされない「デスクトップ製造」技法と呼ばれる こともあるコンピユータ化された三次元技法にかなりの関心がもたれている。そ のようなシステムの１つは、カリフォルニア州バレンンアの３Ｄシステムズ（３ ＤＳｙｓｔｅｍｓ）社が製造し販売している周知のＳＬＡ　１システム（ＳＬＡ 　Ｉ　Ｓｙｓｔｅｍ）である。このシステムは、合焦された紫外線レーザが光重 合可能な液体ポリマー・プラスチック材料の檜の頂部でベクトル走査されるステ レオリソグラフィと呼ばれる原則に基づいて動作する。ＵＶレーザによってレー ザ光線が当たる攬の表面を重合し、その表面とそのすぐ下に第１の個体プラスチ ック層を形成する。次いで、固体層を槽内に下降させ、レーザ生成重合プロセス を繰り返して次の層を形成する。所望の部品を形成する複数の重畳層が得られる までこれを続ける。各ケースで最後に形成する層は常に、液体層の表面よりもわ ずかに下に次の層を形成できるような位置に下降させる。

テキサス州オースチンのＤＴＭ社によって、選択的レーザ焼結（Ｓ　Ｌ　Ｓ）と 呼ばれることもある代替手法も提案されている。

そのようなシステムでは、レーザービームを使用して、層ごとに加えられて粗に 成形されたプラスチック粉体層の各領域が焼結される。「焼結」の語は、粉状プ ラスチックなどの微粒子を外部から加えられたエネルギーによって固体質量とし て付着させるプロセスを指す。ＳＬＳシステムは、そのような目的のためにレー ザによって供給される光学エネルギーを使用する。したがって、ローラ機構によ って薄い粉体層を平坦な表面として均等に広げる。次いで、高出力レーザ・ビー ムによって薄粉体表面を上からラスク走査する。レーザ・ビームが当たった粉体 材料は溶融する。レーザ・ビームが当たらなかった領域は粗のままであり、部品 をシステムから取り外すと部品から落ちる。

部品全体が完成するまで、連続粉体層を積み重ねるように堆積させてラスク走査 する。各層をその前の層に結合できるほど深く焼結する。類似のレーザ焼結法が イリノイ州ンカゴのＨｙ　ｄｒｏｎｅｔｉｃｓ社によって提案されている。同社 によって提案された他のプロセスは、薄い金属箔層を部品を形成するように適当 な形状に切り取り、成形された積層ピースを相互に積み重ね、適当に結合して関 与する部品を形成する積層物製造（ＬＯＭ）技法と呼ぶ。

粒子製造（ＢＰＭ）と呼ばれることもある、三次元モデルおよび原型を製作する ために提案された他のプロセスは、ニューヨーク州トロイのオートメイテッド・ ダイナミック社（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏ ｎ）によって提案された。このプロセスは、インクジェット・プリンタが二次元 グラフィック印刷を行うのと同様に、融解された液体金属のインクジェット流ま たは金属複合材料を使用してコンピュータの制御下で三次元オブジェクトを製作 するインクジェット印刷技法である。金属部品または金属複合部品は、粒子と連 続層を結合させる冷間圧接（すなわち、急速な凝固）技法を使用して、目標に対 して層ごとに連続断面のインクジェット印刷を施すことによって製作される。カ リフォルニア州バークレーのＦｏｒｍｉｇｒａｐｈｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅ社によっ て提案された光化学加工と呼ばれることもある他の技法は、交差するレーザ光線 を使用してポリマー・プラスチック・ブロックを選択的に硬化または軟化するも のである。使用される基礎機構は、材料の光化学架橋または劣化である。

セラミック材料または金属材料、あるいはそのような材料の相互の組合せまたは 他の材料との組合せと共に適切に機能するが、プラスチック粒子またはその他の 無機材料とも適切に機能するそのような積層部品を提供するための技法を構想す ることが望ましい。そのような技法は、現在提案されている技法よりも様々な材 料からの構成要素の製造に、より普遍的に使用することができる。

［発明の簡単な概要］ 本発明の好ましい実施例によれば、粉状材料、たとえば粉状セラミックや粉状金 属または粉状プラスチックを、相互に積み重ねられた連続層として堆積させる。

粉状材料の各層を堆積した後、形成中の三次元部品のコンピュータ・モデルに従 って、インクジェット印刷技法を使用して粉状材料層に液体結合剤材料を選択的 に供給する。必要とされるすべての粉体層および結合剤材料を順次適用して当該 部品を形成した後、結合されていない粉体を適切に除去し、所望の三次元部品を 形成する。そのような技法によって、複雑な金属部品、セラミック部品、または 金属セラミック複合部品を非常に高度の分解能で合理的に短い期間で形成できる ことが分かった。

そのような技法は、たとえば金属鋳造用の鋳型を迅速に製作し、金属マトリック ス複合材料の荒地を迅速に形成するうえで特に有用なはずである。そのような技 法をプラスチック材料と共に使用して、様々な目的のためのプラスチック構成要 素またはプラスチック部品を形成することもできる。

［発明の説明コ 本発明は、添付の図面によってさらに詳細に説明することができる。

第１図は、本発明の特定の一実施例の等角投影図である。

第２図は、本発明によって部品を形成する際の異なる段階の概略図である。

第３．４、および５図は、機械的振動および音響エネルギーを粉体粒子に加える ことによって前記粒子を凝結させるための様々な典型的な技法を示す図である。

第６図は、本発明によって粉体粒子を堆積させるためのドロップピストン装置を 使用する際の典型的な段階を示す図である。

第７図は、粉体層を押し広げて成形するためのローラ装置の概略図である。

第８Ａないし８０図は、粉体層を押し広げて成形する方法を示す。

第９図は、粉体層を平滑化するためのドクター・ブレード装置を示す図である。

第１０図は、本発明によって三次元オブジェクトを印刷するうえで有用な浮動ピ ストンを示す図である。

第１−１ないし１３図は、印刷時に粉体材料の本体を拘束する方法を示す図であ る。

第１４図は、粉体材料列を堆積させるためのンーブ・ドラム装置を示す図である 。

第１５図は、印刷の前に粉体層を押し広げるためのンーブ・ドラム装置を示す図 である。

いくつかの図にわたって対応する参照符号は対応する部品を示す。

本発明の特定の一実施例を第１図に示す。第１図は、実質的に同じ６つの部品を 鋳造するために使用できる６つのキャビティ１２Ａないし１２Ｆを有するセラミ ック製鋳型を形成するための装置１０を示す。粉体分散ヘッド１３は、形成中の 鋳型の長さに沿って連続往復運動で往復駆動される。適当な線形ステップ・モー タ・アセンブリ１８を使用して粉体分散ヘッド１３および結合剤付着ヘッド１５ （以下で論じる）を移動することができる。たとえばフオーム１４によって形成 された拘束された領域に粉状材料、たとえばセラミック粉を吐出する。粉体は、 吐出ヘッド１３が鋳型の長さに沿って離散ステップで移動する際に一列に吐出さ れ、たとえば、典型的な厚さが約１００ミクロンないし２００ミクロンの比較的 粗な粉体層が形成される。

材料は、本明細書では粉状材料として説明しているが、応用例によっては、たと えば繊維の形で分散することができる。本発明を説明する都合上、粉体材料の語 は、繊維材料を含むと解釈される。ステップ・モータは、ヘッド１３の運動が実 際上連続するような高い速度で移動することができる。また、モータは、サーボ 制御モータなど、固有に連続運動を提供するものでよい。

最初の層をフオーム１４の底部に分散し、それに続く各層を前の層上に順次、分 散する。

複数のインクジェット・ディスペンサを有するインクジェット印刷ヘッド１５も 、粉体ヘッドの運動に従い、各キャビティの壁を表す選択された領域１６で液体 結合剤材料のジェットを選択的に生成し、それによって、そのような領域で粉状 材料を結合させるように、ステップ・モータ・アセンブリによって同様に往復駆 動される。結合剤ジェットは、粉体材料の吐出ヘッド１３と実質的に同様に、す なわち、それぞれの場合に、上記でヘッド１３に関して論したようにヘッド１５ の実際上連続的な運動を提供する高速ステップ動作または連続サーボ・モータ動 作によって移動される一列の印刷ヘッド１５に沿って吐出される。典型的な結合 剤滴下寸法はたとえば、約１５ミク。ンないし５０ミクロンである。粉体／結合 剤層形成プロセスを繰り返して、鋳型部品を層ごとに形成する。

本発明によって製造中の部品を示す図を、製造の流れを概略的に示す第２図に示 す。当該部品４ｏに関しては、すでに結合剤材料を堆積させである、フオーム４ ２内の前に堆積させた層上に粉体吐出ヘッド４１から粉体層を堆積させる（Ａ） 。次いで、結合ジェット・ヘッド４３から粉体層上に結合剤層を印刷して、次の 結合粉体粒子層４４を形成する（Ｆ３）。それに続く各層ごとにそのような操作 を繰り返す。部品４ｏの形成の典型的な中間段階を（Ｃ）で示す。（Ｄ）で示し たように最終結合層を印刷したときに、余分の結合されていない粉体を除去する 。

最終的に形成される部品自体を（Ｅ）で示す。

各層を堆積させるにつれて層が硬化し、あるいは少なくとも部分的に硬化するが 、所望の最終部品形状が達成され、層化プロセスが完了した後、応用例によって は、フオームとその内容物を加熱し、あるいは適当に選択された温度で硬化させ 、粉体粒子の結合をさらに促進することが望ましい。いずれの場合も、次の硬化 が必要とされるかどうかにかかわらず、たとえば超音波洗浄など適当な技法を使 用して、たとえば領域１７（第１図）にある粗く結合されていない粉体粒子を除 去し、使用するための最終部品を残す。

効果的に使用できるようにするために、粉体粒子は、この技法が使用される応用 例に従って選択された比較的高い率で一様に堆積させるべきである。多数の有用 な応用例の場合、粉体粒子を比較的高い密度で圧縮できることが好ましいが、よ り高い多孔性を有する部品が望まれる他の応用例では、密度はかなり低いもので よい。コロイド科学および粉体分散化学の分野で使用される知られている技法を 使用して、必要とされる率および密度で、そのような粉体の所望の一様な堆積を 行うことができる。したがって、そのような粉体は、乾燥粉体として吐出するこ とも、コロイド分散剤や水性懸濁などの液体ビヒクルで吐出することもできる。

乾燥状態では、機械的振動成形技法を使用し、あるいは堆積した粉体に音響エネ ルギー、すなわち音波振動または超音波振動を加え、あるいは堆積した粉体に圧 電スクレーパを適用することによって、粒子の所望の成形を行うことができる。

そのような技法をギれぞれ、たとえば第３．４．５図に示す。

第３図は、フォーム１４自体に粉体粒子６２を沈降させるために振動トランスデ ユーサ・システム６１を使用して矢印６０で示したように機械的に振動されるフ オーム１４を示す。第４図では、そのような目的のために、音ｍｌ・ランスデュ ーサ６３を使用して、粉体６２の表面層に音響エネルギー６４を供給している。

第５図では、振動トランスデユーサ６５を使用して、矢印６７で示した圧電スク レーパ６６が矢印６８の典型的な方向に移動するときに前記圧電スクレーパを振 動し、粉体６２を沈降させている。

粉体は、乾燥した粉体または湿潤な粉体を」−下方向に移動可能なピストン−１ −に堆積させ、ピストンを下向きにチャンバ内へ移動し、余分な粉体を適当なス クレーパ装置でがき取るドロップ・ピストン手法を使用して乾燥した形でも湿潤 な形でも堆積することができる。

第６図に示したように、ピストン７０は、図（Ａ）でチャンバ７２内に部分的に 形成されたものとして示した部品７１を保持する。図（Ｂ）で、粉体層を堆積さ せるには、ピストンを下向きにチャンバ内へ移動して、粉体粒子を堆積させるた めの領域をチャンバ７３の頂部に残す。図（Ｃ）で、粉体粒子７４をそのような 領域に堆積させ、たとえばドクター・ブレードを使用して余分な粉体をかき取る 。そうすると、図（Ｄ）で、新たに堆積させた粉体層７６を有する部品７１は、 それに結合剤材料を塗布する準備ができている。

粉体をレベリングすると同時に高密度化または成形するための機構を第７図に示 す。この機構には、回転と振動の両方を同時に行うための水平ローラ１０１が据 え付けられている。ローラ１０１の端軸は軸受１０３および１０５に据え付けら れ、前記軸受はさらに、垂直に対して約４５’の角度で傾斜した板ばね上に据え 付けられている。ローラ１０１は、適当なモータ（図示せず）によって回転駆動 され、ローラ・システム全体は、全体的に参照符号１０９て指定された電磁ドラ イバによって振動される。粉体層を平滑化するには、新たに堆積させた層の表面 を横切ってローラを並進させ、層を平滑化して成形する。したがって、理解され るように、振動はローラに対して長手方向の成分と、粉体層に対して垂直であり 、したがって粉体の高密度化または成形を助ける成分とを有する。押広げステッ プ中に余分な粉体がローラの前方に押し出されるように、ローラの回転は並進の 方向の逆であることが好ましい。最大の平滑度を得るには、まず振動によってロ ーラを走査し、次いで回転だけを使用して走査し、できるだけ平滑な頂部表面を 達成すると好都合である。

顕著な成形が望まれる場合、押広げの後、成形の前に、粉体塊と形成中の部品を 保持するピストンを引き上げておくべきである。そのような手順を第８人ないし ８０図に示す。第８Ａ図で、印刷領域を横切って並進しく図のように左から右へ ）、走行とは逆の方向に回転する（図のように逆時計回り）ローラ１１４を使用 して、シリンダ１１２内に拘束され、ピストン１１３によって支持される粉体塊 の頂部を横切って、新たに堆積させた粉体を押し広げ、余分の粉体をローラの前 方に押し出す。

押広げの後、第８Ｂ図に示したように、所望の成形の程度に対応する量だけピス トンを引き上げる。次いで、第８ｃ図に示したように、新たに押し広げられた粉 体層が成形されるように、ローラを横行運動に対応する方向で回転しながら印刷 領域を横切って横行させる。第８Ｃ図の圧延ステップの代替ステップは、新たに 押し広げられた層上に押し付ける平坦なプラテンを使用することである。理解さ れるように、部品の前に製作された部分が圧縮によってゆがむ恐れがあるので、 変形は頂部層だけに限らなければならない。幸いなことに、粒状システムは、比 較的狭い範囲の成形密度で塑性挙動から弾性挙動に変態する。したがって、形成 プロセス中に最小密度が確立された場合、成形時の変形は、頂部層に限られると 予測することができる。材料の設計によって成形を最頂部層に限定するための多 数の機会が存在する。多数の粉体圧縮操作は、粒状粉体を使用して流動性を向上 している。粉粒体は通常、スプレー乾燥によって生成され、微粒子と有機結合剤 とから成る。結合剤は、圧縮時に容易に変形するように強く可塑化させる。粉粒 体が非常に非線形の機械的特性を示すので、圧縮された本体は驚くほど一様な圧 縮密度を示す。最終的な本体は基本的に、積層によって形成された乾燥圧縮され た構成要素となる。乾燥圧縮は、本体の寸法が、負荷が加えられる方向で小さい 場合に、粒子圧縮をうまく制御することが知られている。印刷された構成要素の 除去は、スプレー乾燥された粉粒体には水溶性結合剤を、インク・ジェット印刷 にはラテックス結合剤を使用することによって行われる。

その場合、乾燥したラテックスは水中で再分散しないので、積層構造を水中で超 音波処理すると、余分な材料だけが除去される。

代替手法は、粒子を乾燥時に再圧縮できるようにする、表面上への少量の液体の 吹き付けによって高密度化または成形を行うことである。−例は、０．５ミクロ ンないし５ミクロンの範囲のアルミニウム粒子を押し広げ、次いで押し広げた層 上に水を吹き付けることである。水によって、粒子は再構成されて再圧縮され、 高密度層が形成される。少量の水を使用する場合、印刷の１１１に層を乾燥する 必要はなくなる。より多くの水を使用する場合、印刷の前に層を部分的に乾燥し ておくことが必要とされることがある。

ローラによる押広げは多数の状況で適切なものであるが、いくつかの材料は、前 述のドクター・ブレードで押し広げた方がよい。改良された形のドクター・ブレ ードを第９図に示す。ドクター・ブレードは、参照符号１１７によって指定され ており、除雪車構成として最もよく表すことができる形状を有する。すなわち、 押し広げるべき材料に面する表面は凹状であり、印刷領域に接触する端縁で終わ っている。したがって、ブレードが印刷領域を横切って並進すると、余分に堆積 した粉体は実際上、粉体塊から削り取られ、前進するブレードの前方に押し出さ れる。

改良された形のピストン機構を第１０図に示す。シリンダ壁によって案内される ピストンは多数の状況で機能できるが、ピストンとシリンダの間の摺動界面に粉 体粒子が進入したときにピストンの詰まりまたは膠着が発生【２がちである。第 １０図の機構では、シリンダ内でピストンを整列させるための別の手段が提供さ れ、ピストンとシリンダの間にかなりのギャップを提供している。第１０図で、 シリンダは参照符号１２０で指定され、粉体層を運ぶプレート、すなわちピスト ンは参照符号１２１で指定されている。プレート１２１は、真空チャンク１２３ によってプランジャ１２５の端部上に固定されている。

プランジャの他端は、線形軸受１２９に沿って走るキャリッジ１２７上に据え付 けられている。線形軸受システムは、シリンダ１２０とピストン・プレート１２ １の間のどんな接触とも独立に、シリンダ内のピストン・プレートの厳密な位置 を提供する。ピストンの垂直移動は線形アクチュエータ１３０によって制御され る。ピストンとシリンダの間のギャップは繊維シール１３１によって充填される 。このシールは絶対的なものである必要はない。いくらかの粉体がシールから漏 れる場合、害はないが、印刷が完了した後、ピストンの下にある空間からこの粉 体を除去することができる。ピストン領域から線形軸受およびギヤリッジへの粉 体の漏れは、ベロー・シール１３３によって妨げられる。場合によっては、粉体 の自然な架橋傾向が過度の量の漏れのを妨げるのに十分なものであるため、コン ブライアント・シールを提供することが必要とされないこともある。

この構成の他の利点は、ピストン・プレート１２１とシリンダ１２０が、印刷プ ロセス後に、粉体層中の所定の位置にある印刷された部品を含む駆動機構から取 り外すことができるモジュラ・ユニットを形成することである。次いで、このモ ジュラ・ユニットを炉中で焼成し、焼成後に粉体層から構成要素を取り外すこと ができる。このように、もろい部品が影響を受ける前にこの部品を焼成しておく ことができる。やはり理解されるように、１つの部品を印刷している間に他の部 品を焼成することができるように、複数のそのようなモジュラ・ユニットを使用 することができる。

印刷中の結合剤材料が十分に硬化するならば、実際上、拘束側の壁部材を印刷す ることによって、印刷される体積の深さ全体にわたってシリンダ壁を提供するこ とを不要にすることができる。そのような手順を第１１ないし１３図に示す。印 刷ヘッドは、形成すべき部品１４１を印刷するだけでなく、粉体層の周辺の周り の壁または容器も印刷する。周辺壁の印刷は、部品の印刷と同様に段階的に実行 される。各段階で、第１１図に示したように、ピストン１４３を固定プラテン１ ４５に対して１増分だけ下降し、次いで、第１２図に示したように、新しい粉体 層を層上で押し広げる。この押広げはたとえば、第７図に示した回転振動シリン ダ機構によって実行することができる。プラテン１４５は、押し広げられたばか りの粉体層を粗に拘束する開口部を有する。押広げの後、第１３図に示したよう に、印刷ステップを実行する。この間、インク・ジェット１５１は、部品を形成 するための必要に応じて結合剤を堆積させるだけでなく、それによって、図のよ うにプラテン開口部の端縁かられずかに内側に離間する周辺壁１４４も形成する 。次いで、ピストン・プレートが次の増分だけ下降されると、新たに印刷された 周辺壁部分が、プラテンの開口部の下で粉体層を拘束するように働く。

第１１ないし１３図は、粉体層が、固定されたプラテンに対して下向きに移動さ れると仮定しているが、プラテンと関連する粉体押広げ印刷機構を−Ｆ向き、す なわち、増分的に形成された周辺壁を含む粉体層を支持する固定ベースに対して 移動する場合に、支持周辺壁を製作するのと同じ方法を使用できることを理解さ れたい。この後者の構成は、形成中の部品が特に大型であり、粉体層を下降する よりもプラテンおよび印刷構成要素を持ち上げる方が容易である場合に特に有用 である。

状況によっては、印刷時にノリンダを使用して粉体を拘束する場合でも周辺埜部 材を印刷することが有用であることがある。

そのように形成された周辺壁部材は、シリンダから取り外した後、たとえば最終 加熱処理または焼結の前の構成要素の取扱いを容易にすることができる。

次いで粉体層を横切って押し広げられる粉体のビーズを堆積させるための改良さ れた機構を第１４図に示す。図の機構は、傾斜した円筒形ハウジングの形であり 、印刷領域の一端縁を横切って横行し、出口１６３を介して粉体を吐出できる粉 体吐出ヘッドを使用する。円筒形ハウジング１６１内に回転可能なドラム１６５ がある。ドラム１６５の円筒形壁は、適当なスクリーン材料またはシーブ材料で 構成され、ドラムは長手方向軸の周りで回転できるようにジャーナルされている 。ドラムの下端は、図のように、固体であり、かつ閉鎖され、ドラムの上端は、 押し広げるべき材料をドラムの内側に導入するための開口部１、６７を含むこと が好ましい。適当なソース容器が全体的に参照符号１７１で指定されており、前 記容器は、ディスペンサが走行の終り、すなわち、図のように左側にあるときに ドラムに材料を導入するために開放できる弁１７３を備えている。

適当な量の粉体をドラム１６５内に導入した後、ドラムの回転が、印刷領域の端 縁を横切る横行運動と共に開始される。含まれている材料が撹拌されるが、遠心 力によってドラムの表面に当たって保持されることのないように回転の速度を選 択する。

同様に、ドラムが回転するときしか材料が排出されないように粉体粒子の寸法に 対してスクリーニングの寸法を選択する。材料がこの機構から排出される速度は 、スクリーンの漸進的に閉塞する部分、たとえばシーブ材料上にはまる穴なしス リーブによって調整することができる。形成中の粉体の線に沿って吐出される量 も、吐出ヘッドが横行する速度を変化させることによって調整することができる 。たとえば、線の始めおよび終りにより多くの粉体を堆積させることが望ましい ことが分かっている場合、吐出ヘッドをこのような領域でより低速で移動するこ とによってこれを行うことができる。

代鉾構成は、印刷領域の幅と同し長さのシーブ・ドラムを提供１２、前記ドラム を印刷領域を横切って回転しながら横行させて基本的に一様な層を堆積させるも のである。そのような構成を第１５図に示す。縦長のシーブ・ドラムは、全体的 に参照符号１７１て指定されており、ドラムが印刷領域を横切って、すなわぢ、 たとえば第１０図に関して詳細に説明したタイプのものでよいピストン・シリン ダ機構１７３上て横行し回転できるようにするキャリッジ（図示せず）上に据え 付けられている。

一般に、たとえば寸法が約２０ミクロン以上の大きな粒子は乾燥状態で堆積させ ることが好ましいが、たとえば寸法が約５ミクロン以下の小さな粒子は、乾燥状 態でも、液体ビヒクルにおける湿潤状態でも堆積させることができることがわか っている。

粒子のコロイド分散は、化学分散剤を添加することによって液体ビヒクルで得る ことができる。湿潤粉体分散技法で使用される液体は、次の層を堆積させる前に 除去され、あるいは部分的に除去される。すなわち、そのような液体は、インク ジェット結合剤印刷が行われる前に急速に蒸発させられる。そのような蒸発はた とえば、赤外線加熱技法、温気暖房技法、またはマイクロ波加熱技法を使用する ことによって行うことができる。

結合剤材料のインクジェット印刷は、製作中の部品の硬化時に前記部品の寸法公 差が維持されるように収縮特性が選択される材料の滴下を使用すべきである。結 合剤溶液は比較的高い結合剤含有量をもたなければならないが、その粘度は、印 刷ヘッドを通過して流れて粉体材料に滴下できるほど低いものであるべきである 。結合剤材料は、層を貫通して、各層で比較的急速に結合作用を実行し、それに よって、続いて次の粉体粒子層が結合剤材料に当たるように選択すべきである。

ある種のインクジェット技法を使用すると、特に、たとえば、結合剤溶液滴下が ヘッドから放出されるときに前記滴下上で電荷を確立するのに十分な導電性を必 要とする現在使用可能な連続ジェット印刷ヘッドを使用するとき、結合剤材料に 少なくとも最小の導電性が必要とされることがある。ある種の有機溶剤の場合の ように、結合剤で導電性を確立することができない場合、ドロップ・オン・デマ ンド印刷ヘッドを使用して結合剤を塗布することができる。

結合剤材料は、すべての層が結合されたとき、それによって形成された構成要素 がさらに処理しなくても使用することができるように、各層を堆積させたときに 結合された粒子が高い結合力を有するようなものでよい。場合によっては、部品 をさらに処理することが望ましく、あるいは必要とされる。たとえば、このプロ セスは形成すべき構成要素に合理的な力を与えるようなものでよいが、部品が形 成された後に前記部品をさらに加熱し、あるいは硬化させて粒子の結合力をさら に拡張することができる。結合剤は、ある場合には、そのような加熱プロセスま たは焼成プロセス中に除去することができ、他の場合には、焼成後に材料中に残 すことができる。どちらの操作を行うかは、使用のために選択された特定の結合 剤材料と、加熱プロセスまたは焼成プロセスが実行される条件、たとえば温度と に依存する。部品形成の後に他の後処理操作を実行することもできる。

セラミック構成要素、金属構成要素、プラスチック構成要素、または複合構成要 素を製作できる速度は、粉体を堆積させ、結合剤液体を供給するために使用され る速度と、各層を相互に堆積させるときに結合された各層が硬化する速度とに依 存する。

乾燥粉体分散を使用する場合、粉体塗布ステップは、全体的な印刷速度を決定す る制限因子としてそれほど重大なものではない。しかし、液体ビヒクル中の粉体 分散を使用する場合、層は、結合剤材料をインクジェット塗布する前に少なくと も部分的に乾燥していなければならない。この乾燥時間は、粉体、結合剤、およ び使用される溶剤の特定の性質に依存する。

「フィーチャ」寸法と呼ばれることもある、形成中の構成要素の個別の部分の寸 法は主として、使用される結合剤滴下の寸法に依存するが、そのような寸法に関 する公差は主として、使用される結合剤材料の滴下伸張特性の再現性の程度に依 存する。

現在知られているインクジェット装置を使用する液体結合剤のインクジェット印 刷は、たとえば１５ミクロン程度のジェット滴下寸法を提供することができる。

ずっと小さな滴下寸法を実際的なものにすることが可能であり、滴下寸法に対す る下限は、新しい表面積の作成と、小さなジェットの詰まりの公算の増加におい て表面エネルギーを検討することがら生じる。

全体的な部品公差は、滴下の広がりだけでなく、材料の収縮と収縮特性の再現性 にも依存する。−例として、結合剤／粉体の組合せが１％収縮し、その収縮が、 公称値である１％の５％以内まで再現可能である場合、収縮による全体的な変動 は約０．０００５インチ／インチ（０，０１２７ｍｍ／ｍｍ）である。結合剤の 硬化または堆積時に発生する実際の収縮は、粒子の再構成の比較的強力な関数で ある。寸法公差および粒子の圧縮は、各ケースの最良の結果ごとに経験によって 決定することができる。

アルミナ、ジルコニア、ジルコン（すなわちケイ酸ジルコニウム）および炭化ケ イ素は、本発明の技法を使用して結合できる代表的なセラミック材料である。天 然分散剤と合成分散剤は共に、６機ビヒクル中のこれらの材料に使用可能である 。たとえば、アルミナは、電子パッケージ業界での誘電基板の生産において薄い 粒子シートを鋳造するために使用されているように、トルエン／ＭＥＫ溶剤中の グリセリド界面活性剤によって非常に効果的に分散される。たとえば、炭化ケイ 素は、少量の０ＬＯＡ１２００　（たとえば、カリフォルニア州すンフランシス コのＣｈｅｖ＋ｏｎ　Ｃｈｅｍｉｃｘｌ　Ｃｏ、　０＋ｏｎｉｌ＋　Ａｄｄｉｌ ｉｔｅ＋　Ｄｉｖ、　から入手できるもの）が存在する場合、ヘキサン中で容易 に分散することができる。０ＬＤＡは主として、クランク・ケース・オイルの添 加物として使用され、エンジンの磨耗によって生成される金属粒子用の分散剤と して働（。有機結合剤は、セラミクス業界で使用されており、通常、様々な供給 元から入手できる高分子樹脂である。有機結合剤は、押出し技法で使用されるセ ルロース結合剤など水溶性のものでも、テープ鋳造技法で使用されるブチラル樹 脂など揮発性有機溶剤でしか溶解できないものでもよい。後者の水溶性システム は、比較的迅速に除去することができ、本発明の技法で特に有用であるように思 える。他のタイプの有機結合剤はポリカーボシラザンなどのセラミック前駆物質 材料である。無機結合剤は、結合剤を最終構成要素に取り込む場合に有用である 。そのような結合剤は一般に、ケイ素塩基であり、通常、水溶液中のケイ酸また はその塩の重合によって形成される。使用できる他の典型的な無機結合剤はＴＥ ０１　（テトラエチルオルソシリケート）である。乾燥時に、コロイド・シリカ がマトリックス粒子の首部に集合してセメント状のボンドを形成する。焼成時に 、シリカが流れて、表面張力の作用を介してマトリックス粒子を再構成するよう に働き、焼成後に残る。可溶性のケイ素材料は、たとえば鋳造可能な耐火材料で 結合剤として使用されており、本発明の技法で使用すると、鋳造業界で使用され る成形耐火物と実質的に同じタイプの成形耐火物を生産する利点を有する。

応用例によっては、前の層の表面上に置かれた次の粒子層が毛管力による粒子の 再構成に従わないように、結合剤が堆積時に比較的急速に硬化することが好まし いことがある。さらに、硬化した結合剤は、粉体の堆積で使用できる溶剤による 汚染を受けない。場合によっては、眉間で結合剤が完全に硬化することと、次の 粉体粒子層が、まだ完全には硬化されていない前の層上に堆積できることが必要 とされないことがある。結合剤が堆積するときに硬化が発生する場合、そのよう な目的で熱硬化を発生させ、すなわち結合剤キャリア液体を蒸発させるには一般 に、結合剤材料の印刷を実行するときに形成中の構成要素を暖め、インクジェッ ト・ヘッドの容器中の印刷されていない結合剤材料がその所望の特性を保持する ように印刷ヘッド自体を冷却する必要がある。そのような硬化は、たとえば部品 を形成中の装置全体を適当な外部熱源を使用して加熱するなど結合剤材料を間接 的に加熱し、あるいは結合剤材料に温気を当て、または結合剤材料に赤外線エネ ルギーまたはマイクロ波エネルギーを当てるなど結合剤材料を直接加熱すること によって行うことができる。また、熱によって活性化される嘩々な化学反応を使 用して結合剤を硬化することもできる。たとえば、有機試薬の分解に伴うｐＨの 変化によってアルカリ・ケイ酸塩溶液をゲル化させることができる。したがって 、アルカリ・ケイ酸塩とホルムアミドの混合物を、形成中の高温の構成要素上に 印刷することができる。温度が急激に上がるとホルムアミドの分解速度が大幅に 増加し、したがって結合剤のｐ　Ｉ（が急速に変化する。

結合剤自体の堆積物上で結合剤を硬化させるために熱または薬品によって開始さ れる技法は当業者によって構想することができる。たとえば、金属鋳造用の鋳型 として使用するだめの耐火セラミック本体を製作する際、セラミック粉体を押し 広げて、マサチューセッツ州アッシュランドのＮｙａｃｏ１社から販売されてい るＮｙａｃｏ１８３０などのコロイド・シリカを印刷することによって結合する ことができる。この材料は、コロイド・シリカのアルカリ製剤であり、酸にさら すことを介してｐ　Ｈを低下させることによって凝集させゲル化させることがで きる。コロイド・シリカが印刷され、粉体に当たったときにゲル化するように、 粉体に酸成分を添加することができる。たとえば、クエン酸を粒状化してアルミ ナ粉体層に添加し、ゲル化を推進することができる。そのようなゲル化は、コロ イド・シリカの印刷時に急速に発生する。そのような急速なゲル化は、次の層を 迅速に押し広げられるようにし、結合剤を迅速に所定の位置にロックするように も働き、それによって粉体層中の結合剤のブリーディングを妨げる。そのような ブリーディングによって、部品表面および部品寸法が形成されなくなる恐れがあ る。粉体を押し広げるときに前記粉体に取り込む代替物として、ゲル化誘発材料 、たとえば酸を、粉体層を印刷する前に粉体層に吹き付けることができる。上記 で液体コロイド結合剤材料について論じたが、応用例によっては、液体中に混入 された結合剤粒子の形で結合剤材料を堆積させることができる。そのような結合 剤材料は、そのような混入された結合剤材料を提供できる特別に設計された複合 インクジェット構造を介して供給することができる。そのような複合構造の一例 は、たとえば論文ｒｌｎｋ−Ｊｅｔ　ＰｒｉｎｔｉｎｇＪ　（Ｊ、Ｔｌｅｉｎｚ ｌｅおよびＣ，Ｉｌ、　ｌｉｅ　ｒ　ｔ　ｚ、＾ｄマｚｎｃ＋＋　Ｉｎ　Ｅｌ＋ ｃｌ＋ｏｎｉｃ＋　ｅｎｄＥｌｅｃｔｉｏｎ　Ｐｈｙ＋ｉｃ＋、第６５巻）で論 じられている。高固体載荷材料を直接印刷することは、圧縮密度を高くし、表面 の仕上げを向上し、構造をマイクロ設計にすることができるので特に魅力的であ る。たとえば、半連続円心分級を使用してアルミナ９濁（Ｒｅｙｎｏｌｄｓ　Ｒ Ｃ−ＤＢＭ１７２）から寸法が０．５ｍないし０．８ｍの粒子を選択した。それ によって得られたスラリのｐＨを、硝酸を添加することによって３．６に維持し 、分散されたアルミナ粒子を２０％体積懸濁に維持した。

次いで、６０ｍｍのセラミック・ノズルを介して１．５ｃｃ／分の流量でこのス ラリをアルミナ粉体層上に印刷した。

さらに、部品製造における応用例によっては、使用される結合剤材料は単一の結 合剤材料である必要がなく、別々の結合剤堆積ヘッドから供給される異なる結合 剤材料を、形成中の部品の異なる傾城に使用することができる。二重ヘッド・シ ステムを第２図に示す。第２図で、第２のヘッド４３Ａは（Ｂ）に想像線で示さ れている。

本発明に従って、粉体材料と結合剤材料の多数の可能な組合せを選択することが できる。たとえば、セラミック粉体またはセラミック繊維は、無機または有機結 合剤材料と共に使用することも、あるいは金属結合剤材料と共に使用することも できる。

金属粉体は、金属結合剤と共に使用することも、セラミック結合剤と共に使用す ることもできる。プラスチック粉体は、溶剤結合剤と共に使用することも、プラ スチック結合材、たとえば低粘度エポキシ・プラスチック材料と共に使用するこ ともできる。当業者には、様々な応用例に関する粉体材料と結合剤材料の他の適 当な組合せが認識されよう。

球形粉体を使用すると、３Ｄ印刷の特殊な利点が提供される。

球形粉体は、低凝集力粉体アセンブリまたは内部摩擦の小さな粉体を生成するこ とで知られている。このため、そのような粉体は極めて良好な流動性を有する。

面のある粉体または異方性粉体は付着する傾向がずっと強く、したがって、薄い 層として押し広げるのがずっと困難である。そのような粉体が示す内部摩擦の増 大は、粒子間の接触が球形粉体の場合と比べてずっと頻繁であることに関係して いる。３Ｄ印刷機でスプレッダ・マシンへの一定量の粉体を調整する際には流動 性を向上することも助けとなる。高流動性の粉体は、供給システムで詰まらない 傾向がある。このような詰まりは、流れのくびれ部を横切って形成されるブリッ ジに関連することが非常に多い。球形粉体は、粉体が流体のように流れ、流れに 対してよどみを発生させる大きな体積を有さない、「質量流量」特性をそのよう なくびれ部を介して示すことが多い。３Ｄ印刷の実施に球形粉体は必要とされな いが、乾燥圧縮などの形成操作に一般的に使用される粉体に勝るある種のプロセ ス上の利点を提供することは明らかである。流動性の高い球形粒子を提供するた めの１つの手段は、結合剤によってまとめて保持された小さな粉体粒子から成る 球塊を生成するスプレー乾燥技法を使用することである。ある種の材料、具体的 には、基本的に球形の粒子から成る粉体など、流動性の高いものでは、押し広げ られた各連続層を印刷する前に前記層に何らかの補強を行うことが望ましい。こ の補強によって、粉体層は、結合剤滴下の衝撃によって発生する粉体のへこみお よびはねを防ぐことができる。これは、粉体層に引き込まれる液体結合剤の毛管 応力が粉体層の凝集力よりも大きいときに発生する可能性があるボイドの形成を 防止するうえでも助けとなる。

適当な補強はたとえば、印刷プロセス自体によって実施される結合機構よりも弱 く、あるいは永久的でない何らかの機構を使用して、押し広げられた層で粒子を 連結することによって得ることができる。そのような連結を確立する１つの方法 は、層中の粒子間にボンドを形成するためのエネルギーを与えることによるもの である。たとえば、粉体層がアルミナとワックスの複合材料から成る場合、フラ ッシュ加熱を使用して１番上の層中のワックスを融解して多孔性マトリックスを 形成することができる。前の例のように、コロイド・シリカの結合剤による印刷 によって部品が形成され、印刷後の焼成による蒸発または熱分解によってワック スが除去され、それによって、余分の材料粒子を容易に除去することができる。

しかし、選択された領域にシリカが存在するので、印刷された部品は残る。印刷 すべき層の凝集性は、わずかな湿潤によって得ることもできる。少量の液体で粒 子表面が湿潤し、液体は、粒子間の次の接触点に優先的に偏析する。液体の表面 張力によって発生する毛管応力は、粒子を分離するのに必要とされる応力を増大 する。したがって、少量、すなわち、層の基本的に多孔性の性質を破壊しない量 の液体のみを添加することによって、層の凝集力は大幅に増加する。たとえば、 流動性の高い球形金属粒子層は、単なる水のミスチングによってかなり補強する ことができる。したがって、印刷はラテックスを使用して実施できる。印刷され ていない領域を除去した後、加熱によって部品を焼結することができる。

揮発性の液体は、粉体層中の液体の堆積を低減するので、粉体を連結し、あるい は補強するうえで好都合である。物質の混合物を使用して、すきまを充填せずに 適切な押広げを行うことができる。たとえば、少量のオクタツールを添加された メタノールを粉体層上に吹き付けることができる。メタノールは急速に蒸発し、 オクタツールは粉体層上の薄い層として分散されて残る。したがって、次の粉体 層を押し広げるときには、少量の液体しか残されていない。

他のタイプの連結剤または固定材料を印刷の前に粉体表面上に吹き付けておくこ ともできる。有機固定剤でも無機固定剤でも使用することができる。たとえば、 水に溶解された少量の塩は、水が蒸発した後に非常に効果的な固定剤となること ができる。同様に、少量のポリビニル・アルコール（ＰＶＡ）を水に溶解するこ ともできる。これに続く粉体層の焼成によって固定剤は消散するが、部品を印刷 し形成するために使用される無機結合剤は残る。溶剤除去システムの代わりに相 の変化を示す材料を使用することもできる。たとえば、粉体材に接触すると凍結 する高温の液体を使用することができる。そのような液体の一例は、室温付近で 融解する２−メチルプロパン−２−ＯＬである。この代替方法は、接触すると架 橋またはゲル化する２つの液体を吹き付けることである。そのような混合物の１ つは、接触すると急速に重合するシアンアクリル・モノマーと水である。他の代 替方法は、押し広げられた粉体層と、押広げの後に活性化される固定剤を混合す ることである。たとえば、有機固定剤を粉体層に混合し、次いで、押広げの後に 層上に溶剤を吹き付けることによって前記有機固定剤を活性化することができる 。溶解された固定剤材料は、乾燥する際に粉体粒子どうしを連結し、この場合も 、本発明によって印刷できる多孔性マトリックスが残る。二次結合材材料または 二次連結材料の一例は、層を押し広げた後に水ミストによって溶解できる水溶性 ポリマである。祖な粉体に加えられたこのような材料は、連結機能または粗結合 を実行するだけでなく、活性化機能を提供することもでき、たとえば、印刷機能 実行時に添加される材料のゲル化をトリガするための酸を構成することができる 。

押し広げられた流動粉体層を補強する代替方法は、後で各層内と眉間の両方で粒 子を永久結合するために印刷される中間成形された多孔性粒子材料層または多孔 性粒子材料ウェブを導入することである。前記で示したように、有機結合剤を使 用してセラミック粒子のテープまたはシートを鋳造することが知られている。そ のような技法はたとえば、従来、電気コンデンサの製造で使用されている。有機 結合剤は、シートまたはテープが取り扱いやす（なるようにそれらに十分な一体 性を提供するが、次いで焼成蒸発または化学手段によって除去される一時連結材 料または一時固定材料として働く。そのようなシートあるいはテープは、ごく薄 い多孔層として形成することもできる。したがって、そのようなシートを印刷領 域上に連続的に重ね、次いで各シートを順次印刷して、粒子を各シート内でおよ び下のシートに、より永久的に連結することによって、前の実施例に基本的に類 似する方法で複雑な部品を形成することができる。プレキャスト・ウェブまたは プレキャスト・シートを使用することの他の利点は、普通なら取り扱いが困難な 微細粒子を使用してそれらを製造できることである。

当業者には、本発明の上記で論じた実施例の他に、上記で開示した技法の他の変 形または修正が構想されよう。たとえば、結合剤は、湿潤状態で加える代わりに 、加えられて加熱されたときに、融解した材料が粉体粒子を貫通し、硬化したと きに粉体粒子どうしを結合するように、低い融点を有する材料を使用して乾燥状 態で加えることができる。さらに、２つ以上の別々の粉体分散ヘッドを介して２ つ以上の異なるタイプの粉体粒子を加えて、形成中の部品の異なる領域に異なる 粒子を堆積させることができる。次いて、そのような異なる領域で異なる物理特 性が得られるように、同しまたは異なる結合剤材料を使用してそのような領域に ある粉体を結合することができる。当業者は、本発明の趣旨および範囲内で本発 明の他の修正または拡張を構想することができる。したがって、本発明は、添付 の請求の範囲で定義されるものを除き、上記で説明した特定の実施例に限るもの として解釈すべきものではない。

ＦＩＧ、９ ＦＩＧ、ＩＩ　ＦＩＧ、＋２ シーブ・ドラム／粉体印刷ヘッド によって形成された粉体層 ＦＩＧ、＋４ ＦＩＧ、＋５ フロントベージの続き （７２）発明者　ブランカジオ、ディピッドアメリカ合衆国、マサチューセッツ ・ ０２１４０、ケンブリッジ、ジャーマン・ストリート・ナンバー・２・１５９ （７２）発明者　ブレッド、ジエームズ・エフアメリカ合衆国、マサチューセッ ツ・ ０２１７２、ウォータータウン、パークウェイ、テンブレトン・７３ （７２）発明者　チュールク、ハラルドアメリカ合衆国、マサチューセッツ・ ０２１４１−１９３９、ケンブリッジ、プリマウス・ストリート・ナンバー・２ ・５５ （７２）発明者　リー、サンージエイーオン・ジョンアメリカ合衆国、マサチュ ーセッツ・ ０２１３８、ケンブリッジ、タウンブリッジ・ストリート・ナンバー・３７・６ （７２）発明者　クルトウー、アラン アメリカ合衆国、マサチューセッツ・ ０２１３９、ケンブリッジ、メモリアル・ドライブ・ナンバー・５１２・ビー・ ３０５（７２）発明者　カニュージャ、サトビーアメリカ合衆国、マサチューセ ッツ・ ０２１４１、ケンブリッジ、フルカーソン・ストリート・９ （７２）発明者　シマ、マイケル アメリカ合衆国、マサチューセッツ・ ０２１７３、レキシントン、バーリントン・ストリート・２８ （７２）発明者　ファン、タイリン アメリカ合衆国、マサチューセッツ・ ０２１３９、ケンブリッジ、メイン・ストリート・ナンバー・５・７８４ （７２）発明者　マイケルズ、ステイーブン・ピーアメリカ合衆国、マサチュー セッツ・ ０２１７６、メルローズ、バーレル・ストリート・７９ （７２）発明者　ローダ−、アラン アメリカ合衆国、マサチューセッツ・ ０２１１５、ケンブリッジ、ウェストランド・アベニュー・ナンバー・７１４・ ９１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．構成要素を製作する方法において、（１）事前に選択された量の粉体材料を 堆積させるステップと、 （２）前記粉体材料を所定の拘束された領域にわたつて事前に選択された厚さの 層として押し広げるステップと、（３）前記粉体材料層を選択された領域で結合 させる次の材料を前記粉体材料層の前記選択された領域に加えるステップと、（ ４）ステップ（１）、（２）、（３）を選択された回数だけ繰り返して、選択さ れた数の連続層を形成し、前記次の材料によつて前記連続層が相互に結合される ステップと、（５）前記１つまたは複数の選択された領域にない結合されていな い粉体材料を除去して構成要素を提供するステップとを含むことを特徴とする方 法。 ２．前記粉体が基本的に球形の粒子から成ることを特徴とする請求の範囲第１項 に記載の方法。 ３．前記粉体材料が、前記領域を横行する縦長のローラによつて押し広げられる ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 ４．前記ローラが、横行運動とは逆の方向に回転駆動されることを特徴とする請 求の範囲第３項に記載の方法。 ５．前記ローラが振動されることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の方法。 ６．前記振動が、前記層に垂直な成分を含むことを特徴とする請求の範囲第５項 に記載の方法。 ７．振動が、前記ローラに対して長手方向の成分と前記層に垂直な成分を共に含 むことを特徴とする請求の範囲第５項に記載の方法。 ８．前記粉体材料がドクター・ブレードによつて押し広げられることを特徴とす る請求の範囲第１項に記載の方法。 ９．前記ドクター・ブレードが、堆積した余分の粉体を削つて押し広げるために 除雪車の形状をしていることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の方法。 １０．構成要素を製作する方法において、（１）粉体材料層を堆積させるステッ プと、（２）前記粉体材料層の選択された内側領域に、前記粉体材料層を前記選 択された領域で結合させる次の材料を加えて、前記層の事前に選択された周辺領 域にも次の材料を加えるステップと、 （３）ステップ（１）および（２）を選択された回数だけ繰り返して、選択され た数の連続層を形成し、前記次の材料によつて前記連続層が相互に結合されるス テップと、（４）前記周辺領域を除去し、前記１つまたは複数の選択された領域 にない結合されていない粉体材料を除去して構成要素を提供するステップとを含 むことを特徴とする方法。 １１．前記粉体層が最初は、プラテンの開口部に拘束されることを特徴とする請 求の範囲第１０項に記載の方法。 １２．前に印刷された層が、結合された周辺領域によつて拘束されることを特徴 とする請求の範囲第１１項に記載の方法。 １３．連続層を印刷する前に、前に印刷された層が下降されることを特徴とする 請求の範囲第１０項に記載の方法。 １４．前に印刷された層が固定され、連続層が連続的に高くなるレベルに形成さ れることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の方法。 １５．構成要素を製作する方法において、（１）プレキャスト・ウェブの形をし た、相互接続された孔を有する多孔性材料層を堆積させるステップと、（２）前 記多孔性材料層の１つまたは複数の選択された領域に、前記多孔性材料層を前記 １つまたは複数の選択された領域で結合させる次の材料を加えるステップと、（ ３）ステップ（１）および（２）を選択された回数だけ繰り返して、選択された 数の連続層を形成し、前記次の材料によつて前記連続層が相互に結合されるステ ップと、（４）前記１つまたは複数の選択された領域にない多孔性材料を除去し て構成要素を提供するステップとを含むことを特徴とする方法。 １６．前記プレキャスト・ウェブが、有機バインダによつてまとめて保持された セラミック拉子から成ることを特徴とする請求の範囲第１５項に記載の方法。 １７．構成要素を製作するための装置において、中空シリンダと、 周辺にすきまが空いた状態で前記シリンダ内にはまるピストンと、 前記シリンダとは独立に前記ピストンの走行を案内するための手段を含む、前記 シリンダを介して前記ピストンを横行させるための手段と、 前記ピストン上で粉体材料層を押し広げるための手段と、前記粉体材料層の選択 された領域に結合材料を加えるための手段を備えることを特徴とする装置。 １８．さらに、前記ピストンと前記シリンダの間にコンプライアント・シールを 備えることを特徴とする請求の範囲第１７項に記載の装置。 １９．前記シールが繊維シールであることを特徴とする請求の範囲第１８項に記 載の装置。 ２０．前記案内手段が線形軸受であることを特徴とする請求の範囲第１７項に記 載の装置。 ２１．プランジャの一端にピストンが、他端に前記線形軸受が据え付けられ、前 記装置が、前記ピストンを前記軸受から分離するベロー・シールを含むことを特 徴とする請求の範囲第２０項に記載の装置。 ２２．粉体材料の列を吐出するための装置において、上端に開口部があり、周辺 壁に穴が空いている、垂直から傾斜した軸の周りに回転できるように据え付けら れたシーブ・ドラムと、 ある量の前記粉体材料を前記開口部を介して導入するための手段と、 前記ドラムを前記軸の周りで回転し、前記周辺壁を介して前記粉体材料を調整す るための手段とを備えることを特徴とする装置。 ２３．前記ドラムが、その下端で閉鎖していることを特徴とする請求の範囲第２ ２項に記載の装置。 ２４．さらに、周辺で前記ドラムを密閉し、前記ドラムの周辺壁を介して調整さ れた粉体材料を出口自体を介して収集し方向付けるように、底部にロート状出口 を備えるハウジングを備えることを特徴とする請求の範囲第２２項に記載の装置 。 ２５．さらに、前記粉体材料層を押し広げる領域の一端縁に沿って前記ドラムお よびハウジンを横行させて、堆積した粉体材料の線を形成するための手段を備え ることを特徴とする請求の範囲第２４項に記載の装置。 ２６．さらに、堆積した粉体材料の前記線を前記領域を横切って押し広げるため の手段を備えることを特徴とする請求の範囲第２５項に記載の装置。 ２７．構成要素を製作する方法において、（１）流動性の高い粉体材料層の層を 、拘束された領域に堆積させるステップと、 （２）前記粉体材料の流動性を少なくとも一時的に低減する連結材料を前記層に 加えるステップと、（３）前記粉体材料層を選択された領域で結合させる次の材 料を前記層の前記選択された領域に加えるステップと、（４）ステップ（１）、 （２）、（３）を選択された回数だけ繰り返して、選択された数の連続層を形成 し、前記次の材料によって前記連続層が相互に結合れれるステップと、（５）前 記１つまたは複数の選択された領域にない結合されていない粉体材料を除去して 構成要素を提供するステップとを含むことを特徴とする方法。 ２８．前記連結材料が、前記層の多孔性をなくさずに表面張力によって前記粉体 材料の粒子を連結し、続いて、各前記層の結合されていない領域の粉体材料の流 動性を復元するために除去できる液体であることを特徴とする請求の範囲第２７ 項に記載の方法。 ２９．前記粉体材料が、基本的に球形の金属粒子であることを特徴とする請求の 範囲第２７項に記載の方法。 ３０．前記連結材料が微細なスプレーまたはミストとして加えられることを特徴 とする請求の範囲第２８項に記載の方法。 ３１．前記連結材料が水であることを特徴とする請求の範囲第３０項に記載の方 法。 ３２．前記次の材料が硬化可能な有機材料であることを特徴とする請求の範囲第 ２９項に記載の方法。 ３３．前記有機材料が、前記粉体材料の焼結時に消散することを特徴とする請求 の範囲第３２項に記載の方法。 ３４．前記次の材料がラテックスであることを特徴とする請求の範囲第３３項に 記載の方法。 ３５．前記粉体材料が、基本的に球形の粒子から成ることを特徴とする請求の範 囲第２７項に記載の方法。 ３６．前記粉体材料が、流動性を増加するスプレー乾燥プロセスの生成物である ことを特徴とする請求の範囲第２７項に記載の方法。 ３７．前記層が、ステップ（２）の後にドクター・ブレードによってレベリング されることを特徴とする請求の範囲第２７項に記載の方法。 ３８．前記層が、堆積した後にローラによって圧縮されることを特徴とする請求 の範囲第２７項に記載の方法。 ３９．前記粉体材料の位子が、前記連結材料によって活性化される接着材料で塗 布されることを特徴とする請求の範囲第２７項に記載の方法。 ４０．前記接着材料が、ミストを加えることによって活性化され、かつステップ （５）で結合されていない領域の粉体材料を除去するために洗浄によって溶解で きるポリマーであることを特徴とする請求の範囲第３９項に記載の方法。 ４１．前記ミストが水であることを特徴とする請求の範囲第４０項に記載の方法 。 ４２．前記連結材料が、揮発性の高い液体と揮発性のより低い液体の混合物であ ることを特徴とする請求の範囲第２７項に記載の方法。 ４３．前記連結材料が、メタノールとオクタノールの混合物であることを特徴と する請求の範囲第２７項に記載の方法。 ４４．構成要素を製作する方法において、（１）活性化されたときに粉体材料の 粒子どうしを連結して一時的に流動性を低減する（除去可能な）成分を含む粉体 材料の層を、拘束された領域に堆積させるステップと、（２）前記成分を活性化 するステップと、（３）前記粉体材料層を選択された領域で結合させる次の材料 を前記粉体材料層の前記選択された領域に加えるステップと、（４）ステップ（ １）、（２）、（３）を選択された回数だけ繰り返して、選択された数の連続層 を形成し、前記次の材料によって前記連続層が相互に結合されるステップと、（ ５）前記１つまたは複数の選択された領域にない結合されていない粉体材料を除 去し、それによって構成要素を提供するステップとを含むことを特徴とする方法 。 ４５．前記成分が、加熱によって活性化されることを特徴とする請求の範囲第４ ４項に記載の方法。 ４６．前記成分が、液体ミストを加えることによって活性化されることを特徴と する請求の範囲第４４項に記載の方法。 ４７．構成要素を製作する方法において、（１）事前に選択されたコロイド懸濁 のゲル化を発生させる材料を含む、粉体材料の層を、拘束された領域に堆積させ るステップと、 （２）前記粉体材料層の選択された領域に事前に選択されたコロイド懸濁を加え 、それによって、前記粉体材料層を前記選択された領域で結合するステップと、 （３）ステップ（１）および（２）を選択された回数だけ繰り返して、選択され た数の連続層を形成し、前記次の材料によって前記連続層が相互に結合されるス テップと、（４）前記１つまたは複数の選択された領域にない結合されていない 粉体材料を除去して構成要素を提供するステップとを含むことを特徴とする方法 。 ４８．前記コロイド懸濁が、コロイド・シリカのアルカリ製剤であり、前記ゲル 化を発生させる材料が酸であることを特徴とする請求の範囲第４７項に記載の方 法。 ４９．前記酸が、粒状クエン酸であることを特徴とする請求の範囲第４８項に記 載の方法。 ５０．前記構成要素がさらに、加熱によって処理されることを特徴とする請求の 範囲第４７項に記載の方法。 ５１．さらに、前記構成要素を焼結するステップを含むことを特徴とする請求の 範囲第４７項に記載の方法。 ５２．構成要素を製作する方法において、（１）事前に選択された量の粉体材料 を堆積させるステップと、 （２）前記粉体材料を所定の拘束された領域にわたって事前に選択された厚さの 層として押し広げるステップと、（３）前記層を圧縮してその厚さを減らすステ ップと、（４）前記粉体材料層を選択された領域で結合させる次の材料を前記粉 体材料層の前記選択された領域に加えるステップと、（５）ステップ（１）ない し（４）を選択された回数だけ繰り返して、選択された数の連続層を形成し、前 記次の材料によって前記連続層が相互に結合されるステップと、（６）前記１つ または複数の選択された領域にない結合されていない粉体材料を除去し、それに よって構成要素を提供するステップとを含むことを特徴とする方法。 ５３．前記層が、圧力を加えることによって圧縮されることを特徴とする請求の 範囲第５２項に記載の方法。 ５４．前記圧力が、前記領域上を通過するローラによって加えられることを特徴 とする請求の範囲第５３項に記載の方法。 ５５．前記層が、表面張力によって圧縮されることを特徴とする請求の範囲第５ ２項に記載の方法。 ５６．前記表面張力が、前記粉体層に液体を加えることによって生成されること を特徴とする請求の範囲第５５項に記載の方法。 ５７．構成要素を製作する方法において、（１）穴あき周辺壁を有するシーブ・ ドラムに粉体材料を入れるステップと、 （２）所定の領域にわたって前記ドラムを回転し横行させ、それによって、前記 領域にわたって前記粉体材料層を堆積させるステップと、 （３）前記粉体材料層を選択された領域で結合させる次の材料を前記粉体材料層 の前記選択された領域に加えるステップと、（４）ステップ（１）、（２）、（ ３）を選択された回数だけ繰り返して、選択された数の連続層を形成し、前記次 の材料によって前記連続層が相互に結合されるステップと、（５）前記１つまた は複数の選択された領域にない結合されていない粉体材料を除去し、それによっ て構成要素を提供するステップとを含むことを特徴とする方法。 ５８．前記ドラムの長さが、少なくとも前記領域の幅に等しく、前記ドラムが水 平軸の周りで回転できるようにジャーナルされることを特徴とする請求の範囲第 ５７項に記載の方法。