(57)【要約】  本開示は、三次元物体を形成するためのシステム及び方法を提供する。三次元物体を形成する方法は、粉末床内の粉末材料層の領域に結合物質を含む流れを適用するステップと、その領域内の三次元物体の少なくとも１つの外周を生成するステップと、を交互にかつ順次に含むことができる。流れは、三次元物体のモデル設計に従って適用することができる。少なくとも１つの外周は、モデル設計に従って生成することができる。
2019532834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元物体を形成するための方法であって、
（ａ）粉末材料を含む粉末床を提供するステップと、
（ｂ）前記粉末床の粉末材料の第１層の第１の領域に第１の結合物質を付着させるステップと、
（ｃ）第１の外周生成器を使用して、コンピュータメモリ内の前記三次元物体のモデル設計に従う前記第１層の１又はそれ以上の外周を生成するステップと、
（ｄ）前記第１層に隣接した粉末材料の第２層を堆積させるステップと、
（ｅ）前記粉末床の粉末材料の第２層の第２の領域に第２の結合物質を付着させるステップと、
（ｆ）第２の外周生成器を使用して、前記三次元物体の前記モデル設計に従う粉末材料の前記第２層の１又はそれ以上の外周を生成し、それによって前記三次元物体の少なくとも一部を生成する、ステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の結合物質及び／又は前記第２の結合物質は、（ｉ）前記粉末床に前記第１の結合物質及び／又は前記第２の結合物質が溜まらない、又は、（ｉｉ）前記粉末材料の個々の粒子を物理的に乱さない、ように適用される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の結合物質及び前記第２の結合物質が同一の結合物質である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の外周生成器及び前記第２の外周生成器が同一の外周生成器である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
（ｆ）に続いて、前記三次元物体の前記少なくとも前記一部を加熱するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記加熱するステップは、前記三次元物体の前記少なくとも前記一部をバルク加熱するステップであり、前記バルク加熱するステップは、前記三次元物体の前記少なくとも前記一部に前記粉末材料の個々の粒子を焼結させるステップを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の外周生成器及び／又は前記第２の外周生成器が多軸工作機械である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の外周生成器又は前記第２の外周生成器が第１のカッター又は第２のカッターである、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１又は第２のカッターが接触カッターである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１又は第２のカッターは、前記第１層又は前記第２層の前記１又はそれ以上の外周をそれぞれ生成する際に前記粉末床に接触しない非接触カッターである、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記非接触カッターが少なくとも１つのレーザーを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の結合物質及び／又は前記第２の結合物質が、インクジェットヘッド、噴霧スプレー、超音波スプレー又はネブライザーにより付着される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
（ｂ）において、前記インクジェットヘッド、噴霧スプレー、超音波スプレー又はネブライザーが、前記第１層に垂直な軸に対して０°よりも大きい角度で傾斜している、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記粉末材料が、ステンレス鋼粉末、青銅粉末、青銅合金粉末、金粉末又はそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の結合物質又は前記第２の結合物質は、前記第１層の前記第１の領域又は前記第２層の前記第２の領域にそれぞれ付着されるときに、０.１マイクロメートル〜１００マイクロメートルの液滴サイズを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の領域又は前記第２の領域が前記粉末床の露出領域の全体である、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
（ｉ）（ｂ）に続いて前記第１の領域の少なくとも一部を加熱するステップ、又は、（ｉｉ）（ｅ）に続いて前記第２の領域の少なくとも一部を加熱するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
三次元物体を形成するための方法であって、
（ａ）粉末材料を含む粉末床を提供するステップと、
（ｂ）前記粉末床の粉末材料の第１層の第１の領域に第１の結合物質を付着させるステップと、
（ｃ）前記第１層に隣接した粉末材料の第２層を堆積させるステップと、
（ｄ）前記粉末床の粉末材料の第２層の第２の領域に第２の結合物質を付着させるステップと、
（ｅ）少なくとも１つの外周生成器を使用して、コンピュータメモリ内の前記三次元物体のモデル設計に従う粉末材料の前記第１層及び前記第２層の１又はそれ以上の外周を生成し、それによって前記三次元物体の少なくとも一部を生成するステップと、
を含む方法。
【請求項１９】
前記粉末材料の前記第１層及び前記第２層の前記１又はそれ以上の外周が前記カッターの単一パスで生成される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１層及び前記第２層の前記１又はそれ以上の外周は、多軸工作機械、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）スピンドル、切削工具ビット又はブレードにより生成される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１層の前記第１の領域又は前記第２層の前記第２の領域を加熱するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの外周生成器が複数の外周生成器である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
（ｅ）において、前記第１層及び前記第２層の前記１又はそれ以上の外周は、同時に生成される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
（ｅ）において、前記第１層及び／又は前記第２層の前記１又はそれ以上の外周は、前記モデル設計から逸脱している、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１の結合物質及び／又は前記第２の結合物質は、（ｉ）前記粉末床に前記第１の結合物質及び／又は前記第２の結合物質が溜まらない、又は、（ｉｉ）前記粉末材料の個々の粒子を物理的に乱さない、ように適用される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
（ｅ）に続いて、前記三次元物体の前記少なくとも前記一部を加熱するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２７】
前記加熱するステップは、前記三次元物体の前記少なくとも前記一部をバルク加熱するステップであり、前記バルク加熱するステップは、前記三次元物体の前記少なくとも前記一部に前記粉末材料の個々の粒子を焼結させるステップを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１の結合物質及び／又は前記第２の結合物質が、インクジェットヘッド、噴霧スプレー、超音波スプレー又はネブライザーにより付着される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２９】
前記粉末材料が、０.５マイクロメートル〜５０マイクロメートルのサイズの粒子を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１の領域又は前記第２の領域は、前記粉末床の露出領域の全体である、請求項１８に記載の方法。
【請求項３１】
三次元物体を形成するための方法であって、
（ａ）粉末材料を含む粉末床を提供するステップと、
（ｂ）前記粉末床の粉末材料の第１層の第１の領域に第１の結合物質を付着させるステップと、
（ｃ）前記三次元物体のモデル設計からのものである前記第１の領域の第１の小区分を加熱するステップと、
（ｄ）前記第１層に隣接した粉末材料の第２層を堆積させるステップと、
（ｅ）粉末材料の前記第２層の第２の領域に第２の結合物質を付着させるステップと、
（ｆ）前記三次元物体の前記モデル設計からのものである前記第２の領域の第２の小区分を加熱するステップと、
を含む方法。
【請求項３２】
前記第２層の少なくとも一部が前記第１層に結合する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
（ｄ）〜（ｆ）を少なくとも１０回繰り返すステップをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
少なくとも１０分間少なくとも７０℃の温度で前記三次元物体の第１の硬化を行うステップをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
少なくとも５分間少なくとも５００℃の温度で前記三次元物体の第２の硬化を行うステップをさらに含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記第２の硬化が少なくとも５分間少なくとも１０００℃の温度で行われる、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記粉末材料が、ポリマー、金属、金属合金、セラミック又はそれらの任意の組み合わせを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
前記粉末材料が、ステンレス鋼粉末、青銅粉末、青銅合金粉末、金粉末又はそれらの任意の組み合わせを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３９】
前記粉末材料が、０.５マイクロメートル〜２マイクロメートルのサイズの粒子を含む、請求項３１又は請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１層が少なくとも０.０１ミリメートルの厚さを有する、請求項３１に記載の方法。
【請求項４１】
前記粉末床から形成された結合粉末材料から非結合粉末材料を分散させるステップをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項４２】
前記分散させるステップが、前記粉末床を収容する容器からの非結合粉末材料の除去によるものである、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記第１の結合物質及び前記第２の結合物質が同一の結合物質である、請求項３１に記載の方法。
【請求項４４】
前記結合物質が液体である、請求項３１又は請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記第１の領域の前記第１の小区分の前記加熱は、電磁放射源又は抵抗加熱素子の助けによる、請求項３１に記載の方法。
【請求項４６】
前記電磁放射線源が少なくとも１つのレーザーである、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記第１の領域の前記第１の小区分が、前記第１の領域の９９％未満である、請求項３１に記載の方法。
【請求項４８】
前記第１の結合物質を前記付着させるステップは、インクジェットヘッド、噴霧スプレー又はネブライザーにより行われる、請求項３１に記載の方法。
【請求項４９】
前記第１の結合物質は、前記第１層の前記第１の領域に付着されるときに、０.１マイクロメートル〜１００マイクロメートルの液滴サイズを有する、請求項３１に記載の方法。
【請求項５０】
前記第１の結合物質は、前記第１層の前記第１の領域に付着されるときに、１マイクロメートル〜１０マイクロメートルの液滴サイズを有する、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記モデル設計が前記三次元物体の少なくとも１０個の平行な断面を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項５２】
前記第２の結合物質を前記第２の領域に付着させると、前記第２の結合基板が前記第２層を通って前記第１層まで延在する、請求項３１に記載の方法。
【請求項５３】
（ｃ）又は（ｆ）における前記加熱するステップは、前記粉末材料の個々の粒子を焼結させるステップを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項５４】
（ｃ）又は（ｆ）における前記加熱するステップは、前記粉末材料の個々の粒子を焼結させない、請求項３１に記載の方法。
【請求項５５】
（ｂ）において、前記第１の結合基板が多くとも前記第１の領域に付着される、請求項３１に記載の方法。
【請求項５６】
三次元物体を形成するための方法であって、
（ａ）粉末材料を含む粉末床を提供するステップと、
（ｂ）前記粉末床の粉末材料の第１層の第１の領域に第１の結合物質を付着させるステップであって、前記第１の結合物質を付着させると、前記第１の領域の第１の外周が、前記三次元物体のモデル設計の少なくとも対応する部分から逸脱する、ステップと、
（ｃ）前記第１層の前記第１の領域の第１の小区分を加熱するステップと、
（ｄ）前記第１層に隣接して粉末材料の第２層を堆積させるステップと、
（ｅ）粉末材料の前記第２層の第２の領域に第２の結合物質を付着させるステップであって、前記第２の結合物質を付着させると、前記第２の領域の第２の外周が、前記三次元物体の前記モデル設計の少なくとも対応する部分から逸脱する、ステップと、
（ｆ）粉末材料の前記第２層の前記第２の領域の第２の小区分を加熱するステップと、
を含む方法。
【請求項５７】
前記第１の領域が、前記三次元物体の前記第１層の前記モデル設計よりも少なくとも１％大きい、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記第２層の一部が前記第１層に結合する、請求項５６に記載の方法。
【請求項５９】
（ｄ）〜（ｆ）を少なくとも１０回繰り返すステップをさらに含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項６０】
少なくとも１０分間少なくとも７０℃の温度で前記三次元物体の第１の硬化を行い、少なくとも５分間少なくとも５００℃の温度で前記三次元物体の第２の硬化を行ってもよい、ステップをさらに含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項６１】
前記粉末材料は、ポリマー、金属、金属合金、セラミック又はそれらの組み合わせを含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項６２】
前記粉末材料が、０.２マイクロメートル〜１００マイクロメートルのサイズの粒子を含む、請求項５６又は請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
前記第１層が１０ｍｍ未満の厚さを有する、請求項５６に記載の方法。
【請求項６４】
前記第１の結合物質及び前記第２の結合物質が同一の結合物質である、請求項５６に記載の方法。
【請求項６５】
前記第１の領域の前記第１の小区分の前記加熱は、電磁放射源又は抵抗加熱素子の助けによる、請求項５６に記載の方法。
【請求項６６】
前記第１の領域の前記第１の小区分が前記第１の領域よりも小さい、請求項５６に記載の方法。
【請求項６７】
前記第１の領域の前記第１の小区分が前記第１の領域の９９％未満である、請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
前記結合物質を前記付着させるステップは、インクジェットヘッド、噴霧スプレー又はネブライザーにより行われる、請求項５６に記載の方法。
【請求項６９】
前記インクジェットヘッド、噴霧スプレー又はネブライザーが、５〜１０００マイクロメートルのサイズの最大オリフィス寸法を有する、請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
前記モデル設計が前記三次元物体の少なくとも１０個の平行な断面を含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項７１】
三次元物体を形成するための方法であって、（ａ）結合物質を含み前記三次元物体のモデル設計に従って適用される流れを粉末床内の粉末材料層の領域に適用するステップと、（ｂ）前記粉末材料層の多くとも一部にエネルギービームを導くステップと、を交互にかつ順次に含み、
前記エネルギービームが前記三次元物体の前記モデル設計に従って導かれ、
前記流れが第１の断面寸法を有し、前記エネルギービームが第２の断面寸法を有し、
前記第１の断面寸法が前記第２の断面寸法より大きい、方法。
【請求項７２】
前記流れがエアロゾル粒子を含む、請求項７１に記載の方法。
【請求項７３】
前記流れが液体の流れである、請求項７１に記載の方法。
【請求項７４】
前記第１の断面寸法が前記第２の断面寸法より少なくとも１％大きい、請求項７１に記載の方法。
【請求項７５】
前記第１の断面寸法が前記第２の断面寸法より少なくとも１０％大きい、請求項７４に記載の方法。
【請求項７６】
三次元物体を形成するためのシステムであって、
粉末床を収容するように構成された容器と、
前記粉末床の粉末材料層の領域に結合物質を適用するように構成された結合物質アプリケータと、
前記粉末材料層の多くとも一部に導かれるエネルギービームを供給するように構成されたエネルギー源と、
前記結合物質アプリケータ及び前記エネルギー源に動作可能に結合された１又はそれ以上のコンピュータプロセッサと、を具備し、
前記１又はそれ以上のコンピュータプロセッサは、
（ａ）前記結合物質アプリケータに、前記結合物質を含み前記三次元物体のモデル設計に従って適用される流れを前記粉末床の粉末材料層の領域に適用するよう指示するように、かつ、
（ｂ）前記粉末材料層の多くとも一部に導かれる前記エネルギービームを供給するよう前記エネルギー源に指示するように、
個別に又は集合的にプログラムされ、
前記エネルギービームが、前記三次元物体の前記モデル設計に従って導かれ、
前記流れが第１の断面寸法を有し、
前記エネルギービームが第２の断面寸法を有し、
前記第１の断面寸法が前記第２の断面寸法より大きい、システム。
【請求項７７】
前記エネルギー源は少なくとも１つのレーザーを含む、請求項７６に記載のシステム。
【請求項７８】
三次元物体を形成するための方法であって、
（ａ）結合物質を含み前記三次元物体のモデル設計に従って適用される流れを粉末床内の粉末材料層の領域に適用するステップと、
（ｂ）前記領域内に前記モデル設計に従う前記三次元物体の少なくとも１つの外周を生成するステップと、
を交互にかつ順次に含む方法。
【請求項７９】
前記少なくとも１つの外周が機械的に生成される、請求項７８に記載の方法。
【請求項８０】
前記少なくとも１つの外周が前記領域の少なくとも一部を加熱すると生成される、請求項７８に記載の方法。
【請求項８１】
前記少なくとも１つの外周が、前記領域の前記少なくとも前記一部を加熱するエネルギービームを提供するエネルギー源を使用して生成される、請求項８０に記載の方法。
【請求項８２】
前記少なくとも１つの外周がレーザーを使用して生成される、請求項７８に記載の方法。
【請求項８３】
三次元物体を形成するためのシステムであって、
粉末床を収容するように構成された容器と、
前記粉末床の粉末材料層の領域に結合物質を適用するように構成された結合物質アプリケータと、
前記領域内の前記三次元物体の少なくとも１つの外周を生成するように構成された外周生成器と、
前記結合物質アプリケータ及び前記外周生成器に動作可能に結合された１又はそれ以上のコンピュータプロセッサと、を具備し、
前記１又はそれ以上のコンピュータプロセッサが、
（ａ）前記結合物質アプリケーションに、前記結合物質を含み前記三次元物体のモデル設計に従って適用される流れを前記粉末床内の前記粉末材料層の前記領域に適用するように指示するように、かつ、
（ｂ）前記外周生成器に、前記領域において前記モデル設計に従う前記三次元物体の前記少なくとも１つの外周を生成するように指示するように、
個別に又は集合的にプログラムされる、システム。
【請求項８４】
三次元物体を形成するための方法であって、
（ａ）粉末材料を含む粉末床を提供するステップと、
（ｂ）前記粉末床の粉末材料の第１層の第１の領域に第１の結合物質を付着させるステップと、
（ｃ）前記第１層に隣接して粉末材料の第２層を堆積させるステップと、
（ｄ）前記粉末床の粉末材料の第２層の第２の領域に第２の結合物質を付着させるステップと、
（ｅ）少なくとも１つのカッターを使用して、粉末材料の前記第１層及び前記第２層の１又はそれ以上の外周を同時に生成するステップと、を含み、
前記第１層の前記１又はそれ以上の外周は、前記第１層のモデル設計から逸脱し、及び／又は、前記第２層の前記１又はそれ以上の外周は、前記三次元物体の前記第２層のモデル設計から逸脱している、方法。
【請求項８５】
前記第１層の前記１又はそれ以上の外周は、前記三次元物体の前記第１層の前記モデル設計からシフトされた少なくとも半分の層である、請求項８４に記載の方法。
【請求項８６】
前記第１層の前記１又はそれ以上の外周は、前記三次元物体の前記第１層の前記モデル設計からシフトされた多くとも半分の層である、請求項８４に記載の方法。
【請求項８７】
三次元物体を形成するためのシステムであって、
粉末床を収容するように構成された容器と、
粉末ディスペンサであって、（ｉ）粉末材料を分配して、前記粉末床の一部として前記粉末材料の第１層を形成し、（ｉｉ）前記粉末材料を分配して、前記第１層に隣接する前記粉末材料の第２層を形成する粉末ディスペンサと、
粉末材料の前記第１層及び前記第２層の１又はそれ以上の外周を同時に生成する少なくとも１つのカッターと、
前記粉末ディスペンサ及び前記少なくとも１つのカッターに動作可能に結合された１又はそれ以上のコンピュータプロセッサと、を具備し、
前記１又はそれ以上のコンピュータプロセッサが、
（ｉ）前記粉末ディスペンサに、前記粉末材料を分配して前記第１層及び前記第２層を形成するよう指示するように、かつ、
（ｉｉ）前記少なくとも１つのカッターに、粉末材料の前記第１層及び前記第２層の前記１又はそれ以上の外周を同時に生成するよう指示するように、
個別に又は集合的にプログラムされ、
前記第１層の前記１又はそれ以上の外周が、前記第１層のモデル設計から逸脱し、及び／又は、前記第２層の前記１又はそれ以上の外周が、前記三次元物体の前記第２層のモデル設計から逸脱している、システム。
【請求項８８】
粉末材料の前記第１層の前記１又はそれ以上の外周が、前記三次元物体の前記第１層の前記モデル設計からシフトした半分の層である、請求項８７に記載のシステム。
【請求項８９】
粉末層の切削深さが結合物質の侵入深さと同等である、請求項８７に記載のシステム。
【請求項９０】
三次元物体を形成するための方法であって、
（ａ）コンピュータメモリ内に前記三次元物体のモデル設計を提供するステップと、
（ｂ）（ｉ）各々が層厚（Ｌ）を有する１又はそれ以上の層と、（ｉｉ）各々が厚さ（Ｐ）を有する１又はそれ以上の外周と、を含むように前記モデル設計を変換するステップであって、前記１又はそれ以上の層の各々は、粉末材料の規定された層に対応し、前記１又はそれ以上の外周の各々は、前記１又はそれ以上の層のうちの所与の層内で別々に定義された個々の外周に対応し、それによってコンピュータメモリ内に変換されたモデル設計を提供する、ステップと、
（ｃ）前記変換されたモデル設計を使用して、前記三次元物体を生成するために使用可能な命令を生成するステップであって、前記命令は、前記１又はそれ以上の外周の生成から独立して前記１又はそれ以上の層の生成を提供する、ステップと、
を含む方法。
【請求項９１】
前記命令を使用して、前記三次元物体を生成するステップをさらに含む、請求項９０に記載の方法。
【請求項９２】
前記１又はそれ以上の外周の生成のための構成を決定するステップをさらに含む、請求項９０に記載の方法。
【請求項９３】
前記構成を決定するステップが、切削経路を評価するステップを含み、前記切削経路が、前記第１層内の第１の切削経路及び前記第２層内の第２の切削経路と重なる、請求項９２に記載の方法。
【請求項９４】
層に対して侵入深さに等しい総切削深さを決定するステップをさらに含む、請求項９０に記載の方法。
【請求項９５】
前記総切削深さが層厚に等しくない、請求項９４に記載の方法。
【請求項９６】
前記侵入深さが層の高さに等しい、請求項９４に記載の方法。
【請求項９７】
三次元物体を形成するための装置を制御するコンピューティングシステムであって、１又はそれ以上のコンピュータプロセッサと、コンピュータメモリと、方法を実施するために前記１又はそれ以上のコンピュータプロセッサにより個別に又は集合的に実行可能なコンピュータコードと、を具備し、
前記方法が、
（ａ）前記三次元物体のモデル設計を、（ｉ）各々が層厚（Ｌ）を有する複数の層と、（ｉｉ）各々が厚さ（Ｐ）を有する複数の外周と、に変換するステップであって、前記複数の層の各々は、粉末材料の規定された層に対応し、前記複数の外周の各々は、前記複数の外周とは別に定義された前記複数の層のうちの所与の層内の個々の外周に対応し、これにより、コンピュータメモリ内に変換されたモデル設計を提供する、ステップと、
（ｂ）前記変換されたモデル設計に基づいて前記三次元物体を生成するように前記装置を制御するための機械命令を生成するステップと、
を含む、コンピューティングシステム。
【請求項９８】
１又はそれ以上のプロセッサにより実行されるときに、三次元物体を形成するための方法を実行する、機械により実行可能なコードを含む非一時的コンピュータ可読媒体であって、
前記方法が、
（ａ）前記三次元物体のモデル設計を、（ｉ）各々が層厚（Ｌ）を有する複数の層と、（ｉｉ）各々が厚さ（Ｐ）を有する複数の外周と、に変換するステップであって、前記複数の層の各々は、粉末材料の規定された層に対応し、前記複数の外周の各々は、前記複数の外周とは別に定義された前記複数の層のうちの所与の層内の個々の外周に対応し、これにより、コンピュータメモリ内に変換されたモデル設計を提供する、ステップと、
（ｂ）前記変換されたモデル設計に基づいて前記三次元物体を生成するように前記装置を制御するための機械命令を生成するステップと、
を含む、非一時的コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
相互参照
本出願は、２０１６年８月３日に出願された米国仮特許出願第６２／３７０,６４４号、２０１７年１月１３日に出願された米国仮特許出願第６２／４４６,２９１号及び２０１７年４月１１日に出願された米国仮特許出願第６２／４８４,０５９号の優先権を主張する。これらの出願の各々は、参照により本明細書に全体が組み込まれている。
【０００２】
連邦政府による資金提供を受けた研究に関する記載
本発明は、国立科学財団から授与された助成金第１６４６９４２号の下で政府の支援を受けてなされた。政府は本発明において一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
三次元印刷（３Ｄ印刷）は、様々な形状の三次元物体を作製するためのプロセスである。三次元物体は、モデル設計に基づいて形成することができ、モデル設計は、コンピュータ、図面、又は別の物体により形成される。
【０００４】
金属、金属合金、ポリマー、紙及びセラミックを含む様々な材料を三次元印刷に使用することができる。三次元印刷は、伝統的な方法では作るのが困難であり得る物体を効率的に形成することができる。モデル設計に従って三次元物体全体が形成されるまで、材料層を互いに隣接して置くことができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様では、本開示は、三次元物体を形成するための方法を提供し、本方法は、（ａ）粉末材料を含む粉末床を備える表面を提供するステップと、（ｂ）粉末床の粉末材料の第１層の第１の領域に第１の結合物質を付着させるステップと、（ｃ）第１の領域の第１の小区分を加熱するステップであって、第１の小区分は、三次元物体のモデル設計から生成される、ステップと、（ｄ）容器内の粉末材料の第１層に隣接して粉末材料の第２層を堆積させるステップと、（ｅ）粉末材料の第２層の第２の領域に第２の結合物質を付着させるステップと、（ｆ）第２の領域の第２の小区分を加熱するステップであって、第２の小区分は、三次元物体のモデル設計から生成される、ステップと、を含む。いくつかの実施形態では、第２層の少なくとも一部は第１層に結合する。いくつかの実施形態では、本方法は、（ｄ）〜（ｆ）を少なくとも１０回繰り返すステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、本方法は、（ｄ）〜（ｆ）を少なくとも１００回繰り返すステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、本方法は、（ｄ）〜（ｆ）を少なくとも２００回繰り返すステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、本方法は、少なくとも１０分間少なくとも７０℃の温度で三次元物体の第１の硬化を行うステップをさらに含む。
【０００６】
いくつかの実施形態では、本方法は、少なくとも１０分間少なくとも２５０℃の温度で三次元物体の第１の硬化を行うステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、粉末材料はポリマー、金属、金属合金、セラミック、又はそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、粉末材料は、ステンレス鋼粉末、青銅粉末、青銅合金粉末、金粉末、又はそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、粉末材料は、０．２マイクロメートル〜１００マイクロメートルのサイズの粒子を含む。いくつかの実施形態では、粉末材料は、０．５マイクロメートル〜２マイクロメートルのサイズの粒子を含む。いくつかの実施形態では、粉末材料の第１層は少なくとも０．１ミリメートルの厚さを有する。いくつかの実施形態では、粉末材料の第１層は少なくとも０．２ミリメートルの厚さを有する。いくつかの実施形態では、粉末材料の第１層は０．１ミリメートル〜１００ミリメートルの厚さを有する。
【０００７】
いくつかの実施形態では、本方法は、粉末床から形成された結合粉末材料から非結合粉末材料を分散させるステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、分散は、容器からの非結合粉末材料の除去による。いくつかの実施形態では、本方法は、少なくとも５分間少なくとも５００℃の温度で三次元物体の第２の硬化を行うステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、第２の硬化は少なくとも５分間少なくとも１０００℃の温度においてである。いくつかの実施形態では、第２の硬化は少なくとも２４時間少なくとも１０００℃の温度においてである。いくつかの実施形態では、第２の硬化は金属又は金属合金の注入を含む。いくつかの実施形態では、第２の硬化は、青銅粉末、青銅合金、金粉末、又はそれらの任意の組み合わせの注入を含む。
【０００８】
いくつかの実施形態では、第１の結合物質及び第２の結合物質は同一の結合物質である。いくつかの実施形態では、結合物質は液体である。いくつかの実施形態では、結合物質は５００ｃＰ未満の粘度を有する。いくつかの実施形態では、第１の領域の第１の小区分の加熱は、電磁放射源又は抵抗加熱素子の助けによる。いくつかの実施形態では、電磁放射線源は少なくとも１つのレーザーである。いくつかの実施形態では、第１の領域の第１の小区分は第１の領域の９９％未満である。いくつかの実施形態では、第１の領域の第１の小区分は第１の領域の９０％未満である。いくつかの実施形態では、結合物質を付着させるステップは、インクジェットヘッド、噴霧スプレー、又はネブライザーにより行われる。いくつかの実施形態では、インクジェットヘッド、噴霧スプレーノズル、又はネブライザーは、サイズが１０〜１０００ミクロンの最大オリフィス寸法を有する。いくつかの実施形態では、インクジェットヘッド、噴霧器、又はネブライザーは、サイズが１０〜５００ミクロンの最大オリフィス寸法を有する。いくつかの実施形態では、結合物質は、粉末材料の第１層の第１の領域に付着されるときに、０．１マイクロメートル〜１００マイクロメートルの液滴サイズを有する。いくつかの実施形態では、結合物質は、粉末材料の第１層の第１の領域に付着されたときに、１マイクロメートル〜１０マイクロメートルの液滴サイズを有する。
【０００９】
いくつかの実施形態では、三次元物体は１週間未満の期間で形成される。いくつかの実施形態では、三次元物体は３日未満の期間で形成される。いくつかの実施形態では、三次元物体は３６時間未満の期間で形成される。いくつかの実施形態では、三次元物体は、１０ｍ×１０ｍ×１０ｍ未満の寸法を有する。いくつかの実施形態では、三次元物体は、１ｍ×１ｍ×１ｍ未満の寸法を有する。いくつかの実施形態では、三次元物体は、０．５ｍ×０．５ｍ×０．５ｍ未満の寸法を有する。いくつかの実施形態では、モデル設計は三次元物体の少なくとも１０個の平行な断面を含む。いくつかの実施形態では、モデル設計は三次元物体の少なくとも１００個の平行な断面を含む。いくつかの実施形態では、第２の結合物質を第２の領域に付着させると、第２の結合基板が第２層を通って第１層まで延在する。いくつかの実施形態では、（ｃ）又は（ｆ）における加熱するステップは、粉末材料の個々の粒子を焼結させるステップを含む。いくつかの実施形態では、（ｃ）又は（ｆ）における加熱するステップｄは、粉末材料の個々の粒子を焼結させない。いくつかの実施形態では、（ｂ）において、第１の結合基板は、多くとも第１の領域に付着される。いくつかの実施形態では、（ｅ）において、第２の結合基板は、多くとも第２の領域に付着される。
【００１０】
別の態様では、本開示は、三次元物体を形成するための方法を提供し、本方法は、（ａ）粉末材料を含む粉末床を備える表面を提供するステップと、（ｂ）粉末床の粉末材料の第１層の第１の領域に第１の結合物質を付着させるステップであって、第１の結合物質を付着させると、第１の領域の第１の外周は、三次元物体のモデル設計の少なくとも対応する部分から逸脱する、ステップと、（ｃ）粉末材料の第１層の第１の領域の第１の小区分を加熱するステップと、（ｄ）容器内の粉末材料の第１層に隣接して粉末材料の第２層を堆積させるステップと、（ｅ）粉末材料の第２層の第２の領域に第２の結合物質を付着させるステップであって、第２の結合物質を付着させると、第２の領域の第２の外周は、三次元物体のモデル設計の少なくとも対応する部分から逸脱する、ステップと、（ｆ）粉末材料の第２層の第２の領域の第２の小区分を加熱するステップと、を含む。
【００１１】
いくつかの実施形態では、第１の領域は、三次元物体の第１層のモデル設計よりも大きい。いくつかの実施形態では、第１の領域は、三次元物体の第１層のモデル設計よりも少なくとも１％大きい。いくつかの実施形態では、第１の領域は、三次元物体の第１層のモデル設計よりも少なくとも２０％大きい。いくつかの実施形態では、第２層の一部は第１層に結合する。いくつかの実施形態では、本方法は、（ｅ）〜（ｇ）を少なくとも１０回繰り返すステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、本方法は、（ｅ）〜（ｇ）を少なくとも１００回繰り返すステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、本方法は、少なくとも１０分間少なくとも７０℃の温度で三次元物体の第１の硬化を行うステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、本方法は、少なくとも２０分間少なくとも２５０℃の温度で三次元物体の第１の硬化を行うステップをさらに含む。
【００１２】
いくつかの実施形態では、粉末材料はポリマー、金属、金属合金、セラミック、又はそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、粉末材料は、０．２マイクロメートル〜１００マイクロメートルのサイズの粒子を含む。いくつかの実施形態では、粉末材料は０．５〜２マイクロメートルのサイズの粒子を含む。いくつかの実施形態では、粉末材料の第１層は１０ｍｍ未満の厚さを有する。いくつかの実施形態では、粉末材料の第１層は１ｍｍ未満の厚さを有する。いくつかの実施形態では、本方法は、結合粉末材料から非結合粉末材料を分散させるステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、分散は、容器からの非結合粉末材料の除去による。いくつかの実施形態では、本方法は、少なくとも５分間少なくとも５００℃の温度で三次元物体の第２の硬化を行うステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、本方法は、少なくとも１２時間少なくとも１０００℃の温度で三次元物体の第２の硬化を行うステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、第２の硬化は金属又は金属合金の注入を含む。
【００１３】
いくつかの実施形態では、第１の結合物質及び第２の結合物質は同一の結合物質である。いくつかの実施形態では、結合物質は液体である。いくつかの実施形態では、結合物質は１００ｃＰ未満の粘度を有する。いくつかの実施形態では、第１の領域の第１の小区分の加熱は、電磁放射源又は抵抗加熱素子の助けによる。いくつかの実施形態では、電磁放射線源は少なくとも１つのレーザーである。いくつかの実施形態では、第１の領域の第１の小区分は第１の領域より小さい。いくつかの実施形態では、第１の領域の第１の小区分は第１の領域の９９％未満である。いくつかの実施形態では、第１の領域の第１の小区分は第１の領域の９０％未満である。
【００１４】
いくつかの実施形態では、結合物質を付着させるステップは、インクジェットヘッド、噴霧スプレー、又はネブライザーにより行われる。いくつかの実施形態では、インクジェットヘッド、噴霧器、又はネブライザーは、５〜１０００マイクロメートルのサイズの最大オリフィス寸法を有する。いくつかの実施形態では、インクジェットヘッド、噴霧器、又はネブライザーは、サイズが１０〜５００マイクロメートルの最大オリフィス寸法を有する。いくつかの実施形態では、三次元物体は１週間未満の期間で形成される。いくつかの実施形態では、三次元物体は３日未満の期間で形成される。いくつかの実施形態では、三次元物体は３６時間未満の期間で形成される。いくつかの実施形態では、三次元物体は、１ｍ×１ｍ×１ｍ未満の寸法を有する。いくつかの実施形態では、モデル設計は三次元物体の少なくとも１０個の平行な断面を含む。いくつかの実施形態では、モデル設計は三次元物体の少なくとも１００個の平行な断面を含む。いくつかの実施形態では、第１の領域の第１の外周は、三次元物体のモデル設計の対応する部分から逸脱している。
【００１５】
さらに別の態様では、本開示は、三次元物体を形成するための方法を提供し、本方法は、（ａ）結合物質を含む流れを粉末床内の粉末材料層の領域に適用するステップであって、流れは、三次元物体のモデル設計に従って適用される、ステップと、（ｂ）粉末材料層の多くとも一部にエネルギービームを導くステップと、を交互にかつ順次に含み、エネルギービームは、三次元物体のモデル設計に従って導かれ、流れは第１の断面寸法を有し、エネルギービームは第２の断面寸法を有し、第１の断面寸法は第２の断面寸法より大きい。いくつかの実施形態では、流れはエアロゾル粒子を含む。いくつかの実施形態では、流れは液体の流れである。
【００１６】
別の態様では、本開示は、三次元物体を形成するための方法を提供し、本方法は、（ａ）結合物質を含む流れを粉末床内の粉末材料層の領域に適用するステップであって、流れは、三次元物体のモデル設計に従って適用される、ステップと、（ｂ）領域内に三次元物体の少なくとも１つの外周を生成するステップであって、少なくとも１つの外周は、モデル設計に従って生成される、ステップと、を交互にかつ順次に含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの外周は機械的に生成される。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの外周はエアナイフを使用して生成される。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの外周はナイフを使用して生成される。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの外周は、領域の少なくとも一部を加熱すると生成される。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの外周は、領域の全部ではなく一部を加熱すると生成される。
【００１７】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つの外周はレーザーを使用して生成される。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの外周は、接触カッターを使用して生成される。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの外周は、非接触カッターを使用して生成される。
【００１８】
別の態様では、本開示は、三次元物体を形成するための方法を提供し、本方法は、粉末材料を含む粉末床を備える表面を提供するステップと、粉末床の粉末材料の第１層の第１の領域に第１の結合物質を付着させるステップと、第１のカッターを使用して、粉末材料の第１層の１又はそれ以上の外周を生成するステップであって、第１層の１又はそれ以上の外周は、三次元物体のモデル設計に従う、ステップと、容器内の粉末材料の第１層に隣接して粉末材料の第２層を堆積させるステップと、粉末床の粉末材料の第２層の第２の領域に第２の結合物質を付着させるステップと、第２のカッターを使用して、粉末材料の第２層の１又はそれ以上の周囲を生成するステップであって、第２層の１又はそれ以上の周囲は、三次元物体のモデル設計に従う、ステップと、を含む。
【００１９】
いくつかの実施形態では、切削は２回以上の切削パスを含む。いくつかの実施形態では、切削は３回以上の切削パスを含む。いくつかの実施形態では、第１層の第１の外周の少なくとも一部は、１回の切削パスによって生成される。いくつかの実施形態では、第１層の第１の外周の少なくとも一部は、２回の切削パスによって生成される。いくつかの実施形態では、層の１又はそれ以上の外周の生成は、多軸（例えば、２、３、４、又は５軸）工作機械により行われる。いくつかの実施形態では、第１のカッターは接触カッターである。いくつかの実施形態では、接触カッターはナイフである。いくつかの実施形態では、第１のカッターは非接触カッターである。いくつかの実施形態では、非接触カッターはレーザーである。いくつかの実施形態では、第２のカッターは第１のカッターである。
【００２０】
別の態様では、本開示は、三次元物体を形成するための方法を提供し、本方法は、粉末材料を含む粉末床を備える表面を提供するステップと、粉末床の粉末材料の第１層の第１の領域に第１の結合物質を付着させるステップと、容器内の粉末材料の第１層に隣接して粉末材料の第２層を堆積させるステップと、粉末床の粉末材料の第２層の第２の領域に第２の結合物質を付着させるステップと、カッターを使用して、粉末材料の第１層及び第２層の１又はそれ以上の外周を生成するステップであって、第１層及び第２層の１又はそれ以上の外周は、三次元物体のモデル設計に従う、ステップと、を含む。いくつかの実施形態では、粉末材料の第１層及び第２層の１又はそれ以上の外周の生成は、１回（又は単一）のパスによる。いくつかの実施形態では、粉末材料の第１層及び第２層の１又はそれ以上の外周の生成は、２回以上のパスによる。いくつかの実施形態では、層の１又はそれ以上の外周の生成は、多軸（例えば５軸）工作機械、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）スピンドル、切削工具ビット、又はブレードにより行われる。
【００２１】
いくつかの実施形態では、層の１又はそれ以上の外周の生成は、多軸（例えば、２、３、４、又は５軸）工作機械により行われる。いくつかの実施形態では、第１の結合物質は液体である。いくつかの実施形態では、第１の結合物質は、粉末材料の第１層の第１の領域に付着されるときに、０．１マイクロメートル〜１００マイクロメートルの液滴サイズを有する。いくつかの実施形態では、本方法は、粉末材料の第１層の第１の領域を加熱するステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、第１の物質を粉末材料の第１層の第１の領域に付着させて少なくとも０．１秒後に加熱が行われる。
【００２２】
さらに別の態様では、本開示は、三次元物体を形成するための方法を提供し、本方法は、粉末材料を含む粉末床を備える表面を提供するステップと、粉末床の粉末材料の第１層の第１の領域に第１の結合物質を付着させるステップと、容器内の粉末材料の第１層に隣接して粉末材料の第２層を堆積させるステップと、粉末床の粉末材料の第２層の第２の領域に第２の結合物質を付着させるステップと、少なくとも１つのカッターを使用して、第１層及び第２層の粉末材料の１又はそれ以上の外周を生成するステップであって、第１層の外周は、三次元物体の第１層のモデル設計に従い、かつそれから逸脱する、ステップと、を含む。いくつかの実施形態では、粉末材料の第１層の外周は、三次元物体の第１層の設計からシフトした層の半分である。いくつかの実施形態では、第１の結合物質は粉末材料への侵入深さを有し、第１の粉末層の切削深さは粉末物質の第１層への結合物質の侵入深さと同等ではない。
【００２３】
一態様では、本開示は、三次元物体を形成するためのシステムを提供し、システムは、粉末ディスペンサであって、（ｉ）粉末材料を分配して、粉末床の一部として粉末材料の第１層を形成し、（ｉｉ）粉末材料を分配して、第１層に隣接する粉末材料の第２層を形成する粉末ディスペンサと、粉末材料の第１層の１又はそれ以上の外周を生成する少なくとも１つのカッターと、を含み、第１層の外周は、三次元物体の第１層のモデル設計に従い、かつそれから逸脱する。いくつかの実施形態では、粉末材料の第１層の外周は、三次元物体の第１層の設計からシフトした層の半分である。いくつかの実施形態では、粉末層の切削深さは、結合物質の侵入深さと同等である。
【００２４】
さらに別の態様では、本開示は、三次元物体を形成するための方法を提供し、本方法は、コンピュータメモリ内に三次元物体のモデル設計を提供するステップと、（ｉ）各々が層厚（Ｌ）を有する１又はそれ以上の層と、（ｉｉ）各々が厚さ（Ｐ）を有する１又はそれ以上の外周と、を含むようにモデル設計を変換するステップであって、１又はそれ以上の層の各々は、粉末材料の規定された層に対応し、１又はそれ以上の外周の各々は、１又はそれ以上の層のうちの所与の層内で別々に定義された個々の外周に対応し、それによってコンピュータメモリ内に変換されたモデル設計を提供する、ステップと、変換されたモデル設計を使用して、三次元物体を生成するために使用可能な命令を生成するステップであって、命令は、１又はそれ以上の周囲の生成から独立して１又はそれ以上の層の生成を提供する、ステップと、を含む。いくつかの実施形態では、本方法は、命令を使用して、三次元物体を生成するステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、Ｌ＝ｎ＊Ｐであり、ここで「ｎ」は１より大きい数である。いくつかの実施形態では、Ｐ＝ｎ＊Ｌであり、ここで「ｎ」は１より大きい数である。いくつかの実施形態では、粉末層の切削深さは、結合物質の侵入深さと同等である。
【００２５】
一態様では、本開示は、三次元物体を形成する装置を制御するためのコンピューティングシステムを提供し、コンピューティングシステムは、コンピュータプロセッサ、コンピュータメモリ及び動作を実行するためにコンピュータプロセッサによって実行可能なコンピュータコードを具備し、動作は、三次元物体のモデル設計を、（ｉ）各々が層厚（Ｌ）を有する複数の層と、（ｉｉ）各々が厚さ（Ｐ）を有する複数の外周と、に変換する動作であって、複数の層の各々は、粉末材料の規定された層に対応し、複数の外周の各々は、複数の外周とは別に定義された複数の層のうちの所与の層内の個々の外周に対応し、それによってコンピュータメモリ内に変換されたモデル設計を提供する、動作と、変換されたモデル設計に基づいて三次元物体を生成するように装置を制御するための機械命令を作成する動作と、を含む。いくつかの実施形態では、動作は、層に対して侵入深さに等しい総切削深さを決定する動作を含む。いくつかの実施形態では、総切削深さは層厚に等しくない。いくつかの実施形態では、侵入深さは層の高さに等しい。いくつかの実施形態では、動作は、層を切削するための構成を決定する動作を含む。
【００２６】
いくつかの実施形態では、構成を決定する動作は、複数の層のうちの第１層の形状及びサイズを評価する動作を含む。いくつかの実施形態では、構成を決定する動作は、複数の層のうちの第２層の形状及びサイズを評価する動作を含む。いくつかの実施形態では、構成を決定する動作は、切削経路を評価するステップを含み、切削経路は、第１層内の第１の切削経路及び第２層内の第２の切削経路と重なる。いくつかの実施形態では、構成を決定する動作は、切り取り領域を評価する動作を含む。いくつかの実施形態では、切り取り領域を評価する動作は、境界オフセット領域、現在層の領域、元の層の領域、第１層の領域及び第２層の領域に少なくとも部分的に基づく。いくつかの実施形態では、動作は、複数の層の幾何学的補償を決定する動作を含む。いくつかの実施形態では、幾何学的補償を決定する動作は、統計的スケーリングアルゴリズムを使用する動作を含む。いくつかの実施形態では、幾何学的補償を決定する動作は、機械学習アルゴリズムを使用する動作を含む。
【００２７】
一態様では、本開示は、１又はそれ以上のプロセッサによる実行時に、三次元物体を形成する装置を制御するための動作を実施する機械実行可能コードを含む非一時的コンピュータ可読媒体を提供し、動作は、三次元物体のモデル設計を、（ｉ）各々が層厚（Ｌ）を有する複数の層と、（ｉｉ）各々が厚さ（Ｐ）を有する複数の外周と、に変換する動作であって、複数の層の各々は、粉末材料の規定された層に対応し、複数の外周の各々は、複数の外周とは別に定義された複数の層のうちの所与の層内の個々の外周に対応し、それによってコンピュータメモリ内に変換されたモデル設計を提供する、動作と、変換されたモデル設計に基づいて三次元物体を生成するように装置を制御するための機械命令を作成する動作と、を含む。いくつかの実施形態では、動作は、層に対して侵入深さに等しい総切削深さを決定する動作を含む。いくつかの実施形態では、総切削深さは層厚に等しくない。いくつかの実施形態では、侵入深さは層の高さに等しい。いくつかの実施形態では、動作は、層を切削する構成を決定する動作を含む。
【００２８】
いくつかの実施形態では、構成を決定する動作は、複数の層のうちの第１層の形状及びサイズを評価する動作を含む。いくつかの実施形態では、構成を決定する動作は、複数の層のうちの第２層の形状及びサイズを評価する動作を含む。いくつかの実施形態では、構成を決定する動作は、切削経路を評価するステップを含み、切削経路は、第１層内の第１の切削経路及び第２層内の第２の切削経路と重なる。いくつかの実施形態では、構成を決定する動作は、切り取り領域を評価する動作を含む。いくつかの実施形態では、切り取り領域を評価する動作は、境界オフセット領域、現在層の領域、元の層の領域、前の層の領域及び次の層の領域に基づく。いくつかの実施形態では、動作は、複数の層の幾何学的補償を決定する動作を含む。いくつかの実施形態では、幾何学的補償を決定する動作は、統計的スケーリングアルゴリズムを使用する動作を含む。いくつかの実施形態では、幾何学的補償を決定する動作は、機械学習アルゴリズムを使用する動作を含む。
【００２９】
一態様では、本開示は、三次元物体を形成するための方法を提供し、本方法は、（ａ）粉末材料を含む粉末床を提供するステップと、（ｂ）粉末床の粉末材料の第１層の第１の領域に第１の結合物質を付着させるステップと、（ｃ）第１の領域の第１の小区分を加熱するステップであって、第１の小区分は、三次元物体のモデル設計からのものである、ステップと、（ｄ）第１層に隣接して粉末材料の第２層を堆積させるステップと、（ｅ）粉末材料の第２層の第２の領域に第２の結合物質を付着させるステップと、（ｆ）第２の領域の第２の小区分を加熱するステップであって、第２の小区分は、三次元物体のモデル設計からのものである、ステップと、を含む。いくつかの実施形態では、第２層の少なくとも一部は第１層に結合する。いくつかの実施形態では、本方法は、（ｄ）〜（ｆ）を少なくとも１０回繰り返すステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、本方法は、少なくとも１０分間少なくとも７０℃の温度で三次元物体の第１の硬化を行うステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、本方法は、少なくとも５分間少なくとも５００℃の温度で三次元物体の第２の硬化を行うステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、第２の硬化は少なくとも１０００℃の温度で少なくとも５分間行われる。
【００３０】
いくつかの実施形態では、粉末材料はポリマー、金属、金属合金、セラミック、又はそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、粉末材料は、ステンレス鋼粉末、青銅粉末、青銅合金粉末、金粉末、又はそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、粉末材料は、０．５マイクロメートル〜２マイクロメートルのサイズの粒子を含む。いくつかの実施形態では、第１層は少なくとも０．１ミリメートルの厚さを有する。いくつかの実施形態では、本方法は、粉末床から形成された結合粉末材料から非結合粉末材料を分散させるステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、分散は、粉末床を含む容器からの非結合粉末材料の除去による。いくつかの実施形態では、第１の結合物質及び第２の結合物質は同一の結合物質である。いくつかの実施形態では、結合物質は液体である。いくつかの実施形態では、第１の領域の第１の小区分の加熱は、電磁放射源又は抵抗加熱素子の助けによる。いくつかの実施形態では、電磁放射線源は少なくとも１つのレーザーである。いくつかの実施形態では、第１の領域の第１の小区分は第１の領域の９９％未満である。いくつかの実施形態では、第１の結合物質を付着させるステップは、インクジェットヘッド、噴霧スプレー、又はネブライザーによる。いくつかの実施形態では、第１の結合物質は、第１層の第１の領域に付着されるときに、０．１マイクロメートル〜１００マイクロメートルの液滴サイズを有する。いくつかの実施形態では、第１の結合物質は、第１層の第１の領域に付着されるときに、１マイクロメートル〜１０マイクロメートルの液滴サイズを有する。
【００３１】
いくつかの実施形態では、モデル設計は三次元物体の少なくとも１０個の平行な断面を含む。いくつかの実施形態では、第２の結合物質を第２の領域に付着させると、第２の結合基板が第２層を通って第１層まで延在する。いくつかの実施形態では、（ｃ）又は（ｆ）における加熱するステップは、粉末材料の個々の粒子を焼結させるステップを含む。いくつかの実施形態では、（ｃ）又は（ｆ）における加熱するステップは、粉末材料の個々の粒子を焼結させない。いくつかの実施形態では、（ｂ）において、第１の結合基板は、多くとも第１の領域に付着される。
【００３２】
一態様では、本開示は、三次元物体を形成するための方法を提供し、本方法は、（ａ）粉末材料を含む粉末床を提供するステップと、（ｂ）粉末床の粉末材料の第１層の第１の領域に第１の結合物質を付着させるステップであって、第１の結合物質を付着させると、第１の領域の第１の外周は、三次元物体のモデル設計の少なくとも対応する部分から逸脱する、ステップと、（ｃ）第１層の第１の領域の第１の小区分を加熱するステップと、（ｄ）第１層に隣接して粉末材料の第２層を堆積させるステップと、（ｅ）粉末材料の第２層の第２の領域に第２の結合物質を付着させるステップであって、第２の結合物質を付着させると、第２の領域の第２の外周は、三次元物体のモデル設計の少なくとも対応する部分から逸脱する、ステップと、（ｆ）粉末材料の第２層の第２の領域の第２の小区分を加熱するステップと、を含む。いくつかの実施形態では、第１の領域は、三次元物体の第１層のモデル設計よりも少なくとも１％大きい。いくつかの実施形態では、第２層の一部は第１層に結合する。いくつかの実施形態では、本方法は、（ｄ）〜（ｆ）を少なくとも１０回繰り返すステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、本方法は、少なくとも１０分間少なくとも７０℃の温度で三次元物体の第１の硬化を行い、少なくとも５分間少なくとも５００℃の温度で三次元物体の第２の硬化を行ってもよい、ステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、粉末材料はポリマー、金属、金属合金、セラミック、又はそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、粉末材料は、０．２マイクロメートル〜１００マイクロメートルのサイズの粒子を含む。いくつかの実施形態では、第１層は１０ｍｍ未満の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第１の結合物質及び第２の結合物質は同一の結合物質である。
【００３３】
いくつかの実施形態では、第１の領域の第１の小区分の加熱は、電磁放射源又は抵抗加熱素子の助けによる。いくつかの実施形態では、第１の領域の第１の小区分は第１の領域より小さい。いくつかの実施形態では、第１の領域の第１の小区分は第１の領域の９９％未満である。いくつかの実施形態では、結合物質を付着させるステップは、インクジェットヘッド、噴霧スプレー、又はネブライザーにより行われる。いくつかの実施形態では、インクジェットヘッド、噴霧器、又はネブライザーは、５〜１０００マイクロメートルのサイズの最大オリフィス寸法を有する。いくつかの実施形態では、モデル設計は三次元物体の少なくとも１０個の平行な断面を含む。
【００３４】
一態様では、本開示は、三次元物体を形成するための方法を提供し、本方法は、（ａ）結合物質を含む流れを粉末床内の粉末材料層の領域に適用するステップであって、流れは、三次元物体のモデル設計に従って適用される、ステップと、（ｂ）粉末材料層の多くとも一部にエネルギービームを導くステップと、を交互にかつ順次に含み、エネルギービームは、三次元物体のモデル設計に従って導かれ、流れは第１の断面寸法を有し、エネルギービームは第２の断面寸法を有し、第１の断面寸法は第２の断面寸法より大きい。いくつかの実施形態では、流れはエアロゾル粒子を含む。いくつかの実施形態では、流れは液体の流れである。いくつかの実施形態では、第１の断面寸法は第２の断面寸法より少なくとも１％大きい。いくつかの実施形態では、第１の断面寸法は第２の断面寸法より少なくとも１０％大きい。
【００３５】
一態様では、本開示は、三次元物体を形成するためのシステムを提供し、システムは、粉末床を収容するように構成された容器と、粉末床の粉末材料層の領域に結合物質を適用するように構成された結合物質アプリケータと、粉末材料層の多くとも一部に導かれるエネルギービームを供給するように構成されたエネルギー源と、結合物質アプリケータ及びエネルギー源に動作可能に結合された１又はそれ以上のコンピュータプロセッサと、を具備し、１又はそれ以上のコンピュータプロセッサは、（ａ）結合物質アプリケータに、結合物質を含む流れを粉末床の粉末材料層の領域に適用するように指示し、流れは、三次元物体のモデル設計に従って適用され、（ｂ）エネルギー源に、粉末材料層の多くとも一部に導かれるエネルギービームを供給するように指示するように、個別に又は集合的にプログラムされ、エネルギービームは、三次元物体のモデル設計に従って導かれ、流れは第１の断面寸法を有し、エネルギービームは第２の断面寸法を有し、第１の断面寸法は第２の断面寸法より大きい。いくつかの実施形態では、エネルギー源は少なくとも１つのレーザーを含む。
【００３６】
一態様では、本開示は、三次元物体を形成するための方法を提供し、本方法は、（ａ）結合物質を含む流れを粉末床内の粉末材料層の領域に適用するステップであって、流れは、三次元物体のモデル設計に従って適用される、ステップと、（ｂ）領域内に三次元物体の少なくとも１つの外周を生成するステップであって、少なくとも１つの外周は、モデル設計に従う、ステップと、を交互にかつ順次に含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの外周は機械的に生成される。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの外周は、領域の少なくとも一部を加熱すると生成される。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの外周は、領域の少なくとも一部を加熱するエネルギービームを提供するエネルギー源を使用して生成される。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの外周はレーザーを使用して生成される。
【００３７】
一態様では、本開示は、三次元物体を形成するためのシステムを提供し、システムは、粉末床を収容するように構成された容器と、粉末床の粉末材料層の領域に結合物質を適用するように構成された結合物質アプリケータと、領域内の三次元物体の少なくとも１つの外周を生成するように構成された外周生成器と、結合物質アプリケータ及び外周生成器に動作可能に結合された１又はそれ以上のコンピュータプロセッサと、を具備し、１又はそれ以上のコンピュータプロセッサは、（ａ）結合物質アプリケーションに、結合物質を含む流れを粉末床内の粉末材料層の領域に適用するように指示し、流れは、三次元物体のモデル設計に従って適用され、（ｂ）外周生成器に、領域内の三次元物体の少なくとも１つの外周を生成するように指示し、少なくとも１つの外周は、モデル設計に従うように、個別に又は集合的にプログラムされる。
【００３８】
一態様では、本開示は、三次元物体を形成するための方法を提供し、本方法は、（ａ）粉末材料を含む粉末床を提供するステップと、（ｂ）粉末床の粉末材料の第１層の第１の領域に第１の結合物質を付着させるステップと、（ｃ）第１のカッターを使用して、第１層の１又はそれ以上の外周を生成するステップであって、第１層の１又はそれ以上の外周は、コンピュータメモリ内の三次元物体のモデル設計に従う、ステップと、（ｄ）第１層に隣接して粉末材料の第２層を堆積させるステップと、（ｅ）粉末床の粉末材料の第２層の第２の領域に第２の結合物質を付着させるステップと、（ｆ）第２のカッターを使用して、粉末材料の第２層の１又はそれ以上の外周を生成するステップであって、第２層の１又はそれ以上の外周は三次元物体のモデル設計に従う、ステップと、を含む。いくつかの実施形態では、（ｂ）における切削は２つ以上の切削パスを含む。いくつかの実施形態では、層の１又はそれ以上の外周の生成は、多軸工作機械による。いくつかの実施形態では、第１のカッターは接触カッターである。いくつかの実施形態では、第１のカッターは非接触カッターである。
【００３９】
一態様では、本開示は、三次元物体を形成するための方法を提供し、本方法は、（ａ）粉末材料を含む粉末床を提供するステップと、（ｂ）粉末床の粉末材料の第１層の第１の領域に第１の結合物質を付着させるステップと、（ｃ）第１層に隣接して粉末材料の第２層を堆積させるステップと、（ｄ）粉末床の粉末材料の第２層の第２の領域に第２の結合物質を付着させるステップと、（ｅ）カッターを使用して、粉末材料の第１層及び第２層の１つ又は複数外周を生成するステップであって、第１層及び第２層の１又はそれ以上の外周は、コンピュータメモリ内の三次元物体のモデル設計に従う、ステップと、を含む。いくつかの実施形態では、粉末材料の第１層及び第２層の１又はそれ以上の外周は、カッターの単一パスで生成される。いくつかの実施形態では、第１層及び第２層の１又はそれ以上の外周は、多軸工作機械、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）スピンドル、切削工具ビット、又はブレードにより生成される。いくつかの実施形態では、第１層及び第２層の１又はそれ以上の外周は、多軸工作機械により生成される。いくつかの実施形態では、本方法は、（ｂ）において、第１層の第１の領域を加熱するステップをさらに含む。
【００４０】
一態様では、本開示は、三次元物体を形成するための方法を提供し、本方法は、（ａ）粉末材料を含む粉末床を提供するステップと、（ｂ）粉末床の粉末材料の第１層の第１の領域に第１の結合物質を付着させるステップと、（ｃ）第１層に隣接して粉末材料の第２層を堆積させるステップと、（ｄ）粉末床の粉末材料の第２層の第２の領域に第２の結合物質を付着させるステップと、（ｅ）少なくとも１つのカッターを使用して、粉末材料の第１層及び第２層の１又はそれ以上の外周を同時に生成するステップと、を含み、第１層の１又はそれ以上の外周は、第１層のモデル設計から逸脱し及び／又は第２層の１又はそれ以上の外周は、三次元物体の第２層のモデル設計から逸脱している。
【００４１】
いくつかの実施形態では、第１層の１又はそれ以上の外周は、三次元物体の第１層のモデル設計からシフトした層の少なくとも半分である。いくつかの実施形態では、第１層の１又はそれ以上の外周は、三次元物体の第１層のモデル設計からシフトした層の多くとも半分である。
【００４２】
一態様では、本開示は、三次元物体を形成するためのシステムを提供し、システムは、粉末床を収容するように構成された容器と、粉末ディスペンサであって、（ｉ）粉末材料を分配して、粉末床の一部として粉末材料の第１層を形成し、（ｉｉ）粉末材料を分配して、第１層に隣接する粉末材料の第２層を形成する粉末ディスペンサと、第１層の１又はそれ以上の外周を同時に生成する少なくとも１つのカッターと、粉末ディスペンサ及び少なくとも１つのカッターとに動作可能に結合された１又はそれ以上のコンピュータプロセッサと、を具備し、１又はそれ以上のコンピュータプロセッサは、（ｉ）粉末ディスペンサに、粉末材料を分配して第１層及び第２層を形成するように指示し、（ｉｉ）少なくとも１つのカッターに、粉末材料の第１層及び第２層の１又はそれ以上の外周を同時に生成するように指示するように、個別に又は集合的にプログラムされ、第１層の１又はそれ以上の外周は、第１層のモデル設計から逸脱し及び／又は第２層の１又はそれ以上の外周は、三次元物体の第２層のモデル設計から逸脱している。いくつかの実施形態では、粉末材料の第１層の外周は、三次元物体の第１層のモデル設計からシフトした層の半分である。いくつかの実施形態では、粉末層の切削深さは、結合物質の侵入深さと同等である。
【００４３】
一態様では、本開示は、三次元物体を形成するための方法を提供し、本方法は、（ａ）コンピュータメモリ内に三次元物体のモデル設計を提供するステップと、（ｂ）（ｉ）各々が層厚（Ｌ）を有する１又はそれ以上の層と、（ｉｉ）各々が厚さ（Ｐ）を有する１又はそれ以上の外周と、を含むようにモデル設計を変換するステップであって、１又はそれ以上の層の各々は、粉末材料の規定された層に対応し、１又はそれ以上の外周の各々は、１又はそれ以上の層のうちの所与の層内で別々に定義された個々の外周に対応し、それによってコンピュータメモリ内に変換されたモデル設計を提供する、ステップと、（ｃ）変換されたモデル設計を使用して、三次元物体を生成するために使用可能な命令を生成するステップであって、命令は、１又はそれ以上の周囲の生成から独立して１又はそれ以上の層の生成を提供する、ステップと、を含む。いくつかの実施形態では、本方法は、命令を使用して、三次元物体を生成するステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、本方法は、１又はそれ以上の外周の生成のための構成を決定するステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、構成を決定する動作は、切削経路を評価するステップを含み、切削経路は、第１層内の第１の切削経路及び第２層内の第２の切削経路と重なる。
【００４４】
一態様では、本開示は、三次元物体を形成する装置を制御するためのコンピューティングシステムを提供し、コンピューティングシステムは、１又はそれ以上のコンピュータプロセッサ、コンピュータメモリ、並びに方法を実施するために１又はそれ以上のコンピュータプロセッサによって個別に又は集合的に実行可能なコンピュータコードを具備し、本方法は、（ａ）三次元物体のモデル設計を、（ｉ）各々が層厚（Ｌ）を有する複数の層と、（ｉｉ）各々が厚さ（Ｐ）を有する複数の外周と、に変換するステップであって、複数の層の各々は、粉末材料の規定された層に対応し、複数の外周の各々は、複数の外周とは別に定義された複数の層のうちの所与の層内の個々の外周に対応し、それによってコンピュータメモリ内に変換されたモデル設計を提供する、ステップと、（ｂ）変換されたモデル設計に基づいて三次元物体を生成するように装置を制御するための機械命令を作成するステップと、を含む。いくつかの実施形態では、動作は、層に対して侵入深さに等しい総切削深さを決定する動作を含む。いくつかの実施形態では、総切削深さは層厚に等しくない。いくつかの実施形態では、侵入深さは層の高さに等しい。
【００４５】
一態様では、本開示は、１又はそれ以上のプロセッサによる実行時に、三次元物体を形成するための方法を実施する機械実行可能コードを含む非一時的コンピュータ可読媒体を提供し、本方法は、（ａ）三次元物体のモデル設計を、（ｉ）各々が層厚（Ｌ）を有する複数の層と、（ｉｉ）各々が厚さ（Ｐ）を有する複数の外周と、に変換するステップであって、複数の層の各々は、粉末材料の規定された層に対応し、複数の外周の各々は、複数の外周とは別に定義された複数の層のうちの所与の層内の個々の外周に対応し、それによってコンピュータメモリ内に変換されたモデル設計を提供する、ステップと、（ｂ）変換されたモデル設計に基づいて三次元物体を生成するように装置を制御するための機械命令を作成するステップと、を含む。いくつかの実施形態では、動作は、層に対して侵入深さに等しい総切削深さを決定する動作を含む。いくつかの実施形態では、総切削深さは層厚に等しくない。いくつかの実施形態では、侵入深さは層の高さに等しい。いくつかの実施形態では、動作は、層を切削する構成を決定する動作を含む。いくつかの実施形態では、構成を決定する動作は、複数の層のうちの第１層の形状及びサイズを評価する動作を含む。いくつかの実施形態では、幾何学的補償を決定する動作は、統計的スケーリングアルゴリズム又は機械学習アルゴリズムを使用する動作を含む。
【００４６】
一態様では、本開示は、三次元物体を形成するための方法を提供し、本方法は、（ａ）粉末材料を含む粉末床を提供するステップと、（ｂ）粉末床の粉末材料の第１層の第１の領域に第１の結合物質を付着させるステップと、（ｃ）第１の外周生成器を使用して、第１層の１又はそれ以上の外周を生成するステップであって、第１層の１又はそれ以上の外周は、コンピュータメモリ内の三次元物体のモデル設計に従う、ステップと、（ｄ）第１層に隣接して粉末材料の第２層を堆積させるステップと、（ｅ）粉末床の粉末材料の第２層の第２の領域に第２の結合物質を付着させるステップと、（ｆ）第２の外周生成器を使用して、粉末材料の第２層の１又はそれ以上の外周を生成するステップであって、第２層の１又はそれ以上の外周は、三次元物体のモデル設計に従い、それによって三次元物体の少なくとも一部を生成する、ステップと、を含む。いくつかの実施形態では、第１の結合物質及び／又は第２の結合物質は、（ｉ）粉末床に第１の結合物質及び／又は第２の結合物質が溜まらない、又は、（ｉｉ）粉末材料の個々の粒子を物理的に乱さない、ように適用される。
【００４７】
いくつかの実施形態では、第１の結合物質及び第２の結合物質は同一の結合物質である。いくつかの実施形態では、第１の外周生成器及び第２の外周生成器は同一の外周生成器である。いくつかの実施形態では、本方法は、（ｆ）に続いて、三次元物体の少なくとも一部を加熱するステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、加熱するステップは、三次元物体の少なくとも一部のバルク加熱するステップであり、バルク加熱するステップは、三次元物体の少なくとも一部に粉末材料の個々の粒子を焼結させるステップを含む。いくつかの実施形態では、第１の外周生成器及び／又は第２の外周生成器は多軸工作機械である。いくつかの実施形態では、第１又は第２の外周生成器は、第１又は第２のカッターである。
【００４８】
いくつかの実施形態では、第１又は第２のカッターは接触カッターである。いくつかの実施形態では、第１又は第２のカッターは、第１層又は第２層の１又はそれ以上の外周をそれぞれ生成する際に粉末床に接触しない非接触カッターである。いくつかの実施形態では、非接触カッターは少なくとも１つのレーザーを含む。いくつかの実施形態では、第１の結合物質及び／又は第２の結合物質は、インクジェットヘッド、噴霧スプレー、超音波スプレー、又はネブライザーにより付着される。いくつかの実施形態では、（ｂ）において、インクジェットヘッド、噴霧スプレー、超音波スプレー、又はネブライザーは、第１層に垂直な軸に対して０°よりも大きい角度で傾斜している。いくつかの実施形態では、粉末材料は、ステンレス鋼粉末、青銅粉末、青銅合金粉末、金粉末、又はそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、第１の結合物質又は第２の結合物質は、第１層の第１の領域又は第２層の第２の領域にそれぞれ付着されるときに、０．１マイクロメートル〜１００マイクロメートルの液滴サイズを有する。いくつかの実施形態では、第１の領域又は第２の領域は、粉末床の露出領域の全体である。いくつかの実施形態では、本方法は、（ｉ）（ｂ）に続いて第１の領域の少なくとも一部を加熱するステップ、又は（ｉｉ）（ｅ）に続いて第２の領域の少なくとも一部を加熱するステップをさらに含む。
【００４９】
一態様では、本開示は、三次元物体を形成するための方法を提供し、本方法は、（ａ）粉末材料を含む粉末床を提供するステップと、（ｂ）粉末床の粉末材料の第１層の第１の領域に第１の結合物質を付着させるステップと、（ｃ）第１層に隣接して粉末材料の第２層を堆積させるステップと、（ｄ）粉末床の粉末材料の第２層の第２の領域に第２の結合物質を付着させるステップと、（ｅ）少なくとも１つの外周生成器を使用して、粉末材料の第１層及び第２層の１又はそれ以上の外周を生成するステップと、を含み、第１層及び第２層の１又はそれ以上の外周は、コンピュータメモリ内の三次元物体のモデル設計に従い、それによって三次元物体の少なくとも一部を生成する。いくつかの実施形態では、粉末材料の第１層及び第２層の１又はそれ以上の外周は、カッターの単一パスで生成される。いくつかの実施形態では、第１層及び第２層の１又はそれ以上の外周は、多軸工作機械、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）スピンドル、切削工具ビット、又はブレードにより生成される。
【００５０】
いくつかの実施形態では、本方法は、第１層の第１の領域又は第２層の第２の領域を加熱するステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの外周生成器は複数の外周生成器である。いくつかの実施形態では、（ｅ）において、第１層及び第２層の１又はそれ以上の外周は同時に生成される。いくつかの実施形態では、（ｅ）において、第１層及び／又は第２層の１又はそれ以上の外周はモデル設計から逸脱している。いくつかの実施形態では、第１の結合物質及び／又は第２の結合物質は、（ｉ）粉末床に第１の結合物質及び／又は第２の結合物質が溜まらない、又は、（ｉｉ）粉末材料の個々の粒子を物理的に乱さない、ように適用される。
【００５１】
いくつかの実施形態では、本方法は、（ｅ）に続いて、三次元物体の少なくとも一部を加熱するステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、加熱するステップは、三次元物体の少なくとも一部のバルク加熱するステップであり、バルク加熱するステップは、三次元物体の少なくとも一部に粉末材料の個々の粒子を焼結させるステップを含む。いくつかの実施形態では、第１の結合物質及び／又は第２の結合物質は、インクジェットヘッド、噴霧スプレー、超音波スプレー、又はネブライザーにより付着される。いくつかの実施形態では、粉末材料は、０．５マイクロメートル〜５０マイクロメートルのサイズの粒子を含む。いくつかの実施形態では、第１の領域又は第２の領域は、粉末床の露出領域の全体である。
【００５２】
本開示のさらなる態様及び利点は、以下の詳細な説明から当業者には容易に明らかになるであろう。詳細な説明では、本開示の例示的な実施形態のみが示され説明されている。理解されるように、本開示は他の及び異なる実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細は、すべてが本開示から逸脱することなく、様々な明白な点で変更が可能である。したがって、図面及び説明は、本質的に例示的なものとみなすべきであり、限定的なものとみなすべきではない。
【００５３】
参照による組み込み
本明細書で言及されたすべての刊行物及び特許出願は、あたかも各個々の刊行物又は特許出願が具体的かつ個別に参照により組み込まれることが示されるのと同程度に、参照により本明細書に組み込まれる。
【００５４】
本発明の新規な特徴は、添付の特許請求の範囲に詳細に記載されている。本発明の特徴及び利点のより良い理解は、本発明の原理が利用される例示的な実施形態を説明する以下の詳細な説明、並びに添付の図面（本明細書では「図」とも呼ぶ）を参照することによって得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、三次元印刷プロセスのフローチャートの概略図である。
【００５６】
【図２Ａ】図２Ａは、三次元物体を形成する方法を概略的に示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、三次元物体を形成する方法を概略的に示す図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、三次元物体を形成する方法を概略的に示す図である。
【００５７】
【図３Ａ】図３Ａは、大きな層厚及び細かい切削厚を有する積層技術を使用して三次元物体を形成する方法を概略的に示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、大きな層厚及び細かい切削厚を有する積層技術を使用して三次元物体を形成する方法を概略的に示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、大きな層厚及び細かい切削厚を有する積層技術を使用して三次元物体を形成する方法を概略的に示す図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、大きな層厚及び細かい切削厚を有する積層技術を使用して三次元物体を形成する方法を概略的に示す図である。
【００５８】
【図４Ａ】図４Ａは、大きな層厚及び大きな切削厚を有する積層技術を使用して三次元物体を形成する方法を概略的に示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、大きな層厚及び大きな切削厚を有する積層技術を使用して三次元物体を形成する方法を概略的に示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、大きな層厚及び大きな切削厚を有する積層技術を使用して三次元物体を形成する方法を概略的に示す図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、大きな層厚及び大きな切削厚を有する積層技術を使用して三次元物体を形成する方法を概略的に示す図である。
【００５９】
【図５Ａ】図５Ａは、大きな層厚及び細かい切削厚と大きな切削厚との組み合わせを有する積層技術を使用して三次元物体を形成する方法を概略的に示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、大きな層厚及び細かい切削厚と大きな切削厚との組み合わせを有する積層技術を使用して三次元物体を形成する方法を概略的に示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、大きな層厚及び細かい切削厚と大きな切削厚との組み合わせを有する積層技術を使用して三次元物体を形成する方法を概略的に示す図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、大きな層厚及び細かい切削厚と大きな切削厚との組み合わせを有する積層技術を使用して三次元物体を形成する方法を概略的に示す図である。
【００６０】
【図６Ａ】図６Ａは、位置合わせされた切削パスを使用して大きな層厚及び大きな切削厚を有する積層技術を使用して三次元物体を形成する方法を概略的に示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、位置合わせされた切削パスを使用して大きな層厚及び大きな切削厚を有する積層技術を使用して三次元物体を形成する方法を概略的に示す図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、位置合わせされた切削パスを使用して大きな層厚及び大きな切削厚を有する積層技術を使用して三次元物体を形成する方法を概略的に示す図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、位置合わせされた切削パスを使用して大きな層厚及び大きな切削厚を有する積層技術を使用して三次元物体を形成する方法を概略的に示す図である。
【００６１】
【図７Ａ】図７Ａは、三次元物体を形成するためのサンプル設定を概略的に示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、三次元物体を形成するためのサンプル設定を概略的に示す図である。
【００６２】
【図８】図８は、三次元物体を形成するために使用することができるスプレーシステムの様々な図を概略的に示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、三次元物体を形成するために使用することができるスプレーシステムの様々な図を概略的に示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、三次元物体を形成するために使用することができるスプレーシステムの様々な図を概略的に示す図である。
【００６３】
【図１０】図１０は、三次元物体の層を硬化させるために使用することができる加熱システムを示す図である。
【００６４】
【図１１】図１１は、三次元物体の形成中に余分な材料を除去するために使用することができる切削システムを示す図である。
【００６５】
【図１２】図１２は、所望の３Ｄ物体を形成するために使用することができる切削方針を示す図である。
【００６６】
【図１３】図１３は、所望の３Ｄ物体を形成するために使用することができる、図１２に対する代替的な切削方針を示す図である。
【００６７】
【図１４】図１４は、積層技術を用いて三次元物体を形成するために使用することができる形成方針を示す図である。
【００６８】
【図１５】図１５は、ステレオリソグラフィ（ＳＴＬ）ファイルとしての三角形に分割されたデジタルモデルを示す図である。
【００６９】
【図１６】図１６は、図１５のモデルの所与のスライスに対する三角形の交点を示す図である。
【００７０】
【図１７】図１７は、さらなる明確化のための図１６のスライスの関連ループを示す図である。
【００７１】
【図１８】図１８は、図１５の物体に対する切削方針を示す図である。
【００７２】
【図１９】図１９は、図１５の物体に対する代替的な切削方針を示す図である。
【００７３】
【図２０】図２０は、図１５の物体の特定面を示す図である。
【００７４】
【図２１】図２１は、切削順序を最適化するために所望の物体の表面を分類する方法を示す図である。
【００７５】
【図２２Ａ】図２２Ａは、三次元製品のスライス又は層への１つのアプローチを示す図である。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、三次元製品のスライス又は層への１つのアプローチを示す図である。
【図２２Ｃ】図２２Ｃは、三次元製品のスライス又は層への１つのアプローチを示す図である。
【００７６】
【図２３Ａ】図２３Ａは、三次元製品のスライス又は層への代替的なアプローチを示す図である。
【図２３Ｂ】図２３Ｂは、三次元製品のスライス又は層への代替的なアプローチを示す図である。
【図２３Ｃ】図２３Ｃは、三次元製品のスライス又は層への代替的なアプローチを示す図である。
【００７７】
【図２４Ａ】図２４Ａは、所望の印刷部品を示す図である。
【図２４Ｂ】図２４Ｂは、所望の印刷部品を示す図である。
【図２４Ｃ】図２４Ｃは、所望の印刷部品を示す図である。
【００７８】
【図２５】図２５は、異なる切削速度で作製することができる所望の印刷部品を示す図である。
【００７９】
【図２６】図２６は、概略的な超音波ミスト発生器システムを示す図である。
【００８０】
【図２７Ａ】図２７Ａは、結合材料を粉末床上の粉末材料層に向けて導くときに使用することができる１つの可能なスプレーパターンを示す図である。
【図２７Ｂ】図２７Ｂは、結合材料を粉末床上の粉末材料層に向けて導くときに使用することができる１つの可能なスプレーパターンを示す図である。
【００８１】
【図２８】図２８は、（スプレーマスク）の真後ろに真空を有する装置を示す図である。
【００８２】
【図２９】図２９は、真空支援スプレーを有するスプレーモジュールを示す図である。
【００８３】
【図３０】図３０は、均一な流れを実現することができる１つの方法を示す図である。
【００８４】
【図３１】図３１は、本明細書に記載の方法で形成することができる複数の部品を示す図である。
【００８５】
【図３２】図３２は、本明細書で提供される方法を実施するようにプログラムされた、あるいは構成されたコンピュータ制御システムを示す図である。
【００８６】
【図３３】図３３は、単一の粉末床に使用される複数のスピンドルの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００８７】
本明細書では本発明の様々な実施形態を示し説明しているが、そのような実施形態が例としてのみ提供されていることは当業者には明らかであろう。当業者であれば、本発明から逸脱することなく、多数の変形、変更及び置換を想到することができる。本明細書に記載されている本発明の実施形態に対する様々な代替例を採用することができることを理解されたい。
【００８８】
本明細書で使用される「小区分」という用語は、総面積の１００％、９５％、９０％、８０％、７０％、６０％、５０％、４０％、３０％、２０％、又は１０％未満の面積を指すことができる。
【００８９】
本明細書で使用される「層」という用語は、基板などの表面上の原子又は分子の層を指す。場合によっては、層は、１つのエピタキシャル層又は複数のエピタキシャル層（又は下位層）を含む。層は一般に、約１単原子単層（ＭＬ）から数十単層、数百単層、数千単層、数百万単層、数十億単層、数兆単層又はそれ以上の厚さを有する。一例では、層は、１単原子単層を超える厚さを有する多層構造である。さらに、層は複数の材料層を含むことができる。
【００９０】
本明細書で使用される「外周」という用語は、一般に、所与の領域の境界を形成する連続的又は非連続的な線を指す。領域は閉鎖領域であってもよい。外周は、所与の領域の境界の少なくとも一部であってもよい。例えば、所与の領域は、粉末材料層内の領域であってもよい。外周は、境界の全体又は境界の一部であってもよい。外周は、より大きい外周などの、他の外周の一部であってもよい。外周は、新生の又は最終の三次元製品の一部であってもよい。
【００９１】
本明細書で使用される「粉末」という用語は、一般に、微粒子などの粒子を有する固体を指す。粉末は「粒状材料」とも呼ばれる。粉末は、少なくとも約５ナノメートル（ｎｍ）、１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍ、１μｍ、５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、３５μｍ、３０μｍ、４０μｍ、４５μｍ、５０μｍ、５５μｍ、６０μｍ、６５μｍ、７０μｍ、７５μｍ、８０μｍ、又は１００μｍの断面（例えば、直径）を有する個々の粒子を含んでもよい。個々の粒子は、例えば、球形、楕円形、立方形、不規則形状、又は部分形状、又はそれらの形状の任意の組み合わせなどの様々な形状であってもよい。
【００９２】
本明細書で使用される「支持体」という用語は、一般に、３Ｄ物体を形成するために使用される材料が上に置かれる任意の加工物を指す。３Ｄ物体は、ベース上に直接、ベースから直接、又はベースに隣接して形成されてもよい。３Ｄ物体はベースの上方に形成されてもよい。支持体は基板であってもよい。支持体はエンクロージャ（例えば、チャンバ）内に配置されてもよい。エンクロージャは、元素金属、金属合金（例えば、ステンレス鋼）、セラミック、又は元素炭素の同素体などの様々な種類の材料で形成された１又はそれ以上の壁を有することができる。エンクロージャは、円形、三角形、正方形、長方形、又は部分形状、あるいはそれらの組み合わせなど、様々な断面形状を有することができる。エンクロージャは断熱されてもよい。エンクロージャは断熱材を含んでもよい。エンクロージャは断熱又は環境絶縁を提供してもよい。ベースは、元素金属、金属合金、セラミック、炭素の同素体、又はポリマーを含むことができる。ベースは、石、ゼオライト、粘土又はガラスを含むことができる。元素金属は、鉄、モリブデン、タングステン、銅、アルミニウム、金、銀又はチタンを含むことができる。金属合金は鋼（例えばステンレス鋼）を含んでもよい。セラミック材料はアルミナを含んでもよい。ベースは、シリコン、ゲルマニウム、シリカ、サファイア、酸化亜鉛、炭素（例えば、グラファイト、グラフェン、ダイヤモンド、アモルファスカーボン、カーボンファイバ、カーボンナノチューブ又はフラーレン）、ＳｉＣ、ＡＮ、ＧａＮ、スピネル、被覆シリコン、酸化物上のシリコン、酸化物上の炭化ケイ素、窒化ガリウム、窒化インジウム、二酸化チタン、窒化アルミニウムを含むことができる。場合によっては、ベースはサセプタ（すなわち、電磁エネルギーを吸収しそれを熱に変換することができる材料）を含む。ベース、基板及び／又はエンクロージャは静止していても並進可能であってもよい。
【００９３】
エンクロージャは、大気に開放されていてもよく、又は制御された環境に維持されていてもよい。いくつかの例では、エンクロージャは、不活性ガス（例えば、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ２、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｈ２、ＣＯ、ＣＯ２、又はＮｅ）などの不活性雰囲気下にある。エンクロージャは、非反応性ガスで満たされてもよい。
【００９４】
代替例として、エンクロージャは真空下に維持されてもよい。チャンバ内の圧力は、少なくとも１０−７Ｔｏｒｒ、１０−６Ｔｏｒｒ、１０−５Ｔｏｒｒ、１０−４Ｔｏｒｒ、１０−３Ｔｏｒｒ、１０−２Ｔｏｒｒ、１０−１Ｔｏｒｒ、１Ｔｏｒｒ、１０Ｔｏｒｒ、１００Ｔｏｒｒ、１ｂａｒ、２ｂａｒ、３ｂａｒ、４ｂａｒ、５ｂａｒ、１０ｂａｒ、２０ｂａｒ、３０ｂａｒ、４０ｂａｒ、５０ｂａｒ、１００ｂａｒ、２００ｂａｒ、３００ｂａｒ、４００ｂａｒ、５００ｂａｒ、１０００ｂａｒ、又はそれ以上であってもよい。エンクロージャ内の圧力は、少なくとも１００Ｔｏｒｒ、２００Ｔｏｒｒ、３００Ｔｏｒｒ、４００Ｔｏｒｒ、５００Ｔｏｒｒ、６００Ｔｏｒｒ、７００Ｔｏｒｒ、７２０Ｔｏｒｒ、７４０Ｔｏｒｒ、７５０Ｔｏｒｒ、７６０Ｔｏｒｒ、９００Ｔｏｒｒ、１０００Ｔｏｒｒ、１１００Ｔｏｒｒ、１２００Ｔｏｒｒであってもよい。エンクロージャ内の圧力は、多くとも１０−７Ｔｏｒｒ、１０−６Ｔｏｒｒ、１０−５Ｔｏｒｒ、１０−４Ｔｏｒｒ、１０−３Ｔｏｒｒ、１０−２Ｔｏｒｒ、１０−１Ｔｏｒｒ、１Ｔｏｒｒ、１０Ｔｏｒｒ、１００Ｔｏｒｒ、２００Ｔｏｒｒ、３００Ｔｏｒｒ、４００Ｔｏｒｒ、５００Ｔｏｒｒ、６００Ｔｏｒｒ、７００Ｔｏｒｒ、７２０Ｔｏｒｒ、７４０Ｔｏｒｒ、７５０Ｔｏｒｒ、７６０Ｔｏｒｒ、９００Ｔｏｒｒ、１０００Ｔｏｒｒ、１１００Ｔｏｒｒ、又は１２００Ｔｏｒｒであってもよい。場合によっては、エンクロージャ内の圧力は標準大気圧であってもよい。
【００９５】
数又は数値範囲について言及するときの「約」という用語は、一般に、言及された数又は数値範囲が実験変動性内（又は統計的実験誤差内）での近似であることを意味し、したがって数又は数値範囲は、例えば、記載した数又は数値範囲の１％〜１５％の間で変化してもよい。
【００９６】
本明細書で使用される「隣接する」又は「に隣接する」という用語は、一般に、「の隣の」、「隣接する」、「に接触している」、又は「に近接している」を指す。隣接するとは、層などの１つの特徴が、別の層などの別の特徴の「上方」又は「下方」にあることを指してもよい。第２層に隣接する第１層は、第２層と直接接触していてもよく、あるいは第１層と第２層との間に１又はそれ以上の介在層があってもよい。
【００９７】
三次元印刷（３Ｄ印刷）は、三次元物体を形成するプロセスを指すことができる。三次元物体を形成するために、粉末材料の複数の層を互いに隣接して順次積層することができる。粉末材料層は、粉末材料の粒子が互いに融着又は溶融するように、個別に又は同時に加熱、硬化、又は化学的に処理することができる。
【００９８】
モデル設計は、結合材料、熱、化学物質、又はそれらの任意の組み合わせで処理される粉末材料の特定の領域又は小区分の形成を導くために使用することができる。モデル設計は、３Ｄ印刷ソフトウェアを使用するなどのコンピュータにより生成される設計とすることができる。粉末材料層は、形成された物体が三次元物体のモデル設計の形状をとるまで順次積層することができる。
【００９９】
材料
表面上に三次元物体を形成することができる。三次元物体を形成するために、粉末床を表面に隣接して適用することができる。表面は、平坦な表面、凹凸のある表面、容器、構築ボックス、ボックス、テーブル、又はそれらの任意の組み合わせであってもよい。
【０１００】
場合によっては、容器又はボックスは、容器又はボックスと一体化された、又はそれに隣接した加熱機構を有することができる。粉末材料の個々の粒子が互いに凝集しないようにするために、容器又はボックスを本明細書に記載の方法の全体にわたって高温で加熱することができる。場合によっては、粉末材料は、粉末材料への結合剤の適用前、適用中、適用後のいずれにおいても凝集しない。容器又はボックスは、少なくとも約２５℃、３０℃、４０℃、５０℃、６０℃、７０℃、８０℃、９０℃、１００℃、１１０℃、１２０℃、１３０℃、１４０℃、１５０℃、１６０℃、１７０℃、１８０℃、１９０℃、２００℃、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃、９００℃、１０００℃、又はそれ以上の温度に加熱してもよい。場合によっては、三次元物体の形成方法の全体を通して、容器又はボックスを２５℃〜５００℃、５０℃〜２００℃、７０℃〜１５０℃、又は８０〜１２０℃の温度に加熱してもよい。
【０１０１】
粉末材料は、ポリマー、金属、金属合金、セラミック、サーメット、又はそれらの任意の組み合わせの粉末であってもよい。粉末材料は、固体、液体、ゲル、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。粉末材料は、ステンレス鋼、青銅、鋼、金、ニッケル、ニッケル鋼、アルミニウム、チタン、炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェン、プラスチックに埋め込まれたグラフェン、ニチノール、吸水性プラスチック、プラスチック、砂、導電性カルボモルフ、紙、コンクリート、食品、糸、又はそれらの任意の組み合わせを含むことができる。粉末材料は、プラスチック、有機材料、又はそれらの任意の組み合わせによるコーティングなどのコーティングによってコーティングすることができる。場合によっては、粉末材料は金属粒子を含んでもよい。場合によっては、粉末材料は金粒子を含んでもよい。場合によっては、粉末材料はステンレス鋼粒子を含んでもよい。ステンレス鋼粒子は、金属射出成形（ＭＩＭ）グレードのステンレス鋼を含んでもよい。ステンレス鋼粒子は、３１６Ｌ、１７−４ＰＨ、４３０Ｌ、４４０Ｃ、３１０Ｓ、４２０Ｊ、９０４Ｌグレードであってもよい。ステンレス鋼粒子は、ＭＩＭグレード１７−４ＰＨであってもよい。粉末材料は、炭素、マンガン、リン、硫黄、ケイ素、クロム、ニッケル、銅、ニオブ、又は鉄を含んでもよい。粉末材料は、クロム、ニッケル、銅、ニオブ、又は鉄を含んでもよい。
【０１０２】
場合によっては、表面に付着される粉末材料層は、２つ以上の異なる材料を含むことができ、これら２つ以上の材料は、表面への堆積中、結合材料の付着中、硬化中、焼結中、又はそれらの任意の組み合わせの間に互いに反応する。２つ以上の材料は、粉末床上への粉末材料の堆積前又は堆積中に組み合わせることができる。場合によっては、粉末材料層は、ステンレス鋼粒子及び青銅粒子を含んでもよい。
【０１０３】
場合によっては、単一層を加熱してもよい。あるいは、複数の層を同時に加熱してもよい。粉末材料の複数の層が未加工部品を形成することがあり、それ以上の層は追加されないであろう。場合によっては、未加工部品全体を同時に加熱することができる。例えば、未加工部品全体を炉内で加熱することができる。
【０１０４】
三次元物体は、加熱又は焼結後に線収縮を有することがある。場合によっては、物体は、多くとも５０％、４０％、３０％、２０％、１５％、１０％、５％、１％、又はそれ以下の線収縮率を有することがある。場合によっては、物体は、約５％〜３０％、１０％〜２０％、又は１５％〜２０％の線収縮率を有することがある。三次元物体は、少なくとも５０メガパスカル（ＭＰａ）、１００ＭＰａ、１００ＭＰａ、２００ＭＰａ、３００ＭＰａ、４００ＭＰａ、５００ＭＰａ、又はそれ以上の降伏強さ、又は降伏応力を有することができる。場合によっては、三次元物体は、三次元物体のコンピュータモデルとは異なることがある。完成した物体は、コンピュータモデルから一次元（例えば、長さ、幅、高さ）のサイズが多くとも約１０％、５％、４％、３％、２％、１％、０．９％、０．８％、０．７％、０．６％、０．５％、０．４％、０．３％、０．２％、０．１％又はそれ以下だけ異なることがある。
【０１０５】
本明細書で使用される場合、粉末材料は、一般に、微粒子を有する固体を指す。粉末は個々の粒子を含むことができ、粒子は球形、楕円形、立方体、不規則形状、若しくは部分形状、又はそれらの形状の任意の組み合わせであってもよい。粉末材料は、ホール流、粉末流、安息角、タップ密度、形態、多孔度、レーザー回折、ふるい分析、含水量、化学組成、又はそれらの任意の組み合わせを含むがこれらに限定されない、様々な技術によって特徴付けることができる。場合によっては、粉末材料は実質的に球形である。
【０１０６】
粉末材料は、実質的に均一なサイズの粒子を含んでもよい。粉末材料は、少なくとも約０．１マイクロメートル、０．２マイクロメートル、０．３マイクロメートル、０．４マイクロメートル、０．５マイクロメートル、０．６マイクロメートル、０．７マイクロメートル、０．８マイクロメートル、０．９マイクロメートル、１マイクロメートル、２マイクロメートル、５マイクロメートル、１０マイクロメートル、２０マイクロメートル、３０マイクロメートル、４０マイクロメートル、５０マイクロメートル、６０マイクロメートル、７０マイクロメートル、８０マイクロメートル、９０マイクロメートル、１００マイクロメートル、２００マイクロメートル、３００マイクロメートル、４００マイクロメートル、５００マイクロメートル、６００マイクロメートル、７００マイクロメートル、８００マイクロメートル、９００マイクロメートル、又は１ミリメートルの粒子を含んでもよい。場合によっては、粉末材料は、１０マイクロメートル〜１００マイクロメートル、２０マイクロメートル〜９０マイクロメートル、３０マイクロメートル〜８０マイクロメートル、又は４０マイクロメートル〜６０マイクロメートルの粒子を含んでもよい。場合によっては、粉末材料は約５０マイクロメートルの粒子を含んでもよい。
【０１０７】
粉末材料は、種々のメッシュサイズによって分類することができる。粉末材料は、少なくとも約４、６、８、１２、１６、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、１００、１４０、２００、２３０、２７０、３２５、４００、６２５、１２５０、又は２５００のメッシュサイズの粒子を含んでもよい。場合によっては、粉末材料は、約１００〜６２５、２３０〜４００、又は２７０〜４００のメッシュサイズの粒子を含んでもよい。場合によっては、粉末材料は２７０のメッシュサイズを有する。場合によっては、粉末材料は３２５のメッシュサイズを有する。場合によっては、粉末材料は４００のメッシュサイズを有する。
【０１０８】
場合によっては、粉末材料は異なるメッシュサイズの粒子を含んでもよい。場合によっては、粉末材料は、異なるメッシュサイズの粒子が意図的に一緒に混合されている多峰性（例えば、二峰性）粉末材料であってもよい。
【０１０９】
三次元物体を形成する方法は、粉末材料への複数の層の堆積を必要とすることがある。三次元物体を形成する方法は、物体を形成するために少なくとも２層、３層、４層、５層、６層、７層、８層、９層、１０層、５０層、１００層、２００層、５００層、７００層、１０００層、又はそれ以上の粉末材料を必要とすることがある。物体は、物体の形成を完了するために、１〜１０００層、１０〜７００層、１００〜５００層、又は２００〜４００層の粉末材料を必要とすることがある。物体は、物体の形成を完了するために、１０〜１０００層、１００〜７００層、２００〜６００層、又は３００〜５００層の粉末材料を必要とすることがある。
【０１１０】
粉末材料層は、１又はそれ以上の種類の粉末材料を含んでもよい。場合によっては、粉末材料層を形成するために、２つ以上の元素金属、２つ以上の金属合金、２つ以上のセラミック、又は２つ以上の元素炭素の同素体を使用することができる。
【０１１１】
粉末材料層は表面上に均一に分配されてもよい。粉末材料層は、表面又は表面床の少なくとも一部に厚さを有していてもよい。粉末材料層は、少なくとも約０．００１ミリメートル、０．０１ミリメートル、０．１ミリメートル、０．２ミリメートル、０．３ミリメートル、０．４ミリメートル、０．５ミリメートル、０．６ミリメートル、０．７ミリメートル、０．８ミリメートル、０．９ミリメートル、１ミリメートル、２ミリメートル、５ミリメートル、１０ミリメートル、２０ミリメートル、３０ミリメートル、４０ミリメートル、５０ミリメートル、６０ミリメートル、７０ミリメートル、８０ミリメートル、９０ミリメートル、又は１００ミリメートルの厚さを有することができる。粉末材料層は、０．１ミリメートル〜１０ミリメートル、０．３ミリメートル〜５ミリメートル、０．４ミリメートル〜２ミリメートル、０．５ミリメートル〜１ミリメートルの厚さを有することができる。場合によっては、粉末材料層は、約１００マイクロメートル（μｍ）、２００μｍ、３００μｍ、４００μｍ、５００μｍ、６００μｍ、７００μｍ、８００μｍ、９００μｍ、又は１０００μｍの厚さを有してもよい。場合によっては、粉末材料層は約３００μｍの厚さを有してもよい。場合によっては、三次元物体は２つ以上の層を含んでもよく、各粉末層の厚さは同じでもよく、ほぼ同じでもよく、異なっていてもよい。
【０１１２】
結合物質
結合物質（例えば、結合剤）を用いて個々の粉末粒子を互いに結合することができる。結合物質を粉末材料層に付着させて個々の粉末粒子を互いに結合することができる。結合物質は、液体、ゲル、粘性溶液、又はそれらの任意の組み合わせであってもよい。場合によっては、結合物質は液体である。
【０１１３】
結合物質は、糖、接着剤、樹脂、ポリマー、又はそれらの組み合わせであってもよい。結合物質は、スクロース、エポキシ樹脂、Ｇｏｒｉｌｌａ  Ｇｌｕｅ、ポリウレタン、Ｌｉｑｕｉｄ  Ｎａｉｌｓ、Ｓｕｐｅｒ  Ｇｌｕｅ、ウッドステイン、マニキュア、又はそれらの任意の組み合わせであってもよい。結合物質は、有機溶媒、水性溶媒、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。
【０１１４】
結合物質は購入して変更なしに使用することができる。本開示の方法を用いて、結合物質を希釈して、三次元物体の形成における使用に適した特定の特性を達成することができる。場合によっては、溶液を少なくとも約１．１、１．２、１．５、１．７、２、５、１０、２０、５０、１００、２００、又は５００の係数で希釈物に希釈することができる。
【０１１５】
結合物質は、約０．１ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）、１ｐｓｉ、５ｐｓｉ、１０ｐｓｉ、５０ｐｓｉ、１００ｐｓｉ、２００ｐｓｉ、３００ｐｓｉ、４００ｐｓｉ、５００ｐｓｉ、６００ｐｓｉ、７００ｐｓｉ、８００ｐｓｉ、９００ｐｓｉ、１０００ｐｓｉ、１５００ｐｓｉ、２０００ｐｓｉ、２５００ｐｓｉ、３０００ｐｓｉ、４０００ｐｓｉ、５０００ｐｓｉ、又はそれ以上より大きい結合強度、接合強度、強度、接着強度、又は引張せん断力を有してもよい。場合によっては、結合物質は、１００ｐｓｉ〜３０００ｐｓｉ、３００ｐｓｉ〜２５００ｐｓｉ、又は５００ｐｓｉ〜２０００ｐｓｉの接着強度を有してもよい。
【０１１６】
結合物質は、約１０００センチポアズ（ｃＰ）、９００ｃＰ、８００ｃＰ、７００ｃＰ、６００ｃＰ、５００ｃＰ、４００ｃＰ、３００ｃＰ、２００ｃＰ、１００ｃＰ、５０ｃＰ、１０ｃＰ、９ｃＰ、８ｃＰ、７ｃＰ、６ｃＰ、５ｃＰ、４ｃＰ、３ｃＰ、２ｃＰ、１ｃＰ、又はそれ以下の粘度を有することができる。結合物質は、１０００ｃＰ〜１００ｃＰ、７００ｃＰ〜２００ｃＰ、又は６００ｃＰ〜３００ｃＰの粘度を有することができる。
【０１１７】
結合物質は、容器、瓶、カップ、又は容器に保存することができる。
【０１１８】
結合物質（例えば、結合剤）が粉末材料層の表面に付着されると、結合物質のいくらかは粉末材料の最上層を通って次の粉末材料層まで延在することができる。結合物質は、特定のｚ軸侵入深さ又は結合剤侵入深さを有することができる。ｚ軸侵入深さ又は結合剤侵入深さは、堆積技術、床加熱、結合物質の粘度、又はそれらの任意の組み合わせの結果であってもよい。ｚ軸侵入深さは、約１マイクロメートル、５マイクロメートル、１０マイクロメートル、５０マイクロメートル、１００マイクロメートル、２００マイクロメートル、３００マイクロメートル、４００マイクロメートル、５００マイクロメートル、６００マイクロメートル、７００マイクロメートル、８００マイクロメートル、９００マイクロメートル、１ミリメートル、２ミリメートル、５ミリメートル、１０ミリメートル、２０ミリメートル、３０ミリメートル、４０ミリメートル、５０ミリメートル、６０ミリメートル、７０ミリメートル、８０ミリメートル、９０ミリメートル、１００ミリメートル、２００ミリメートル、３００ミリメートル、４００ミリメートル、５００ミリメートル、６００ミリメートル、７００ミリメートル、８００ミリメートル、９００ミリメートル、１メートル、又はそれ以上より大きくてもよい。場合によっては、ｚ軸侵入深さは、１０マイクロメートル〜４００マイクロメートル、又は１００マイクロメートル〜２００マイクロメートルであってもよい。場合によっては、結合材料の侵入深さは、１００マイクロメートル〜８００マイクロメートル、２００マイクロメートル〜５００マイクロメートル、又は３００マイクロメートル〜５００マイクロメートルであってもよい。場合によっては、結合材料の侵入深さは、約４５０マイクロメートルであってもよい。
【０１１９】
結合物質が粉末材料層に付着されるとき、結合物質は、１０００マイクロメートル、９００マイクロメートル、８００マイクロメートル、７００マイクロメートル、６００マイクロメートル、５００マイクロメートル、４００マイクロメートル、３００マイクロメートル、２００マイクロメートル、１００マイクロメートル、７５マイクロメートル、５０マイクロメートル、４０マイクロメートル、３０マイクロメートル、２０マイクロメートル、１０マイクロメートル、５マイクロメートル、３マイクロメートル、２マイクロメートル、又は１マイクロメートル未満の液滴サイズを有することができる。結合物質が粉末材料層に付着されるとき、結合物質は、１マイクロメートル〜７００マイクロメートル、２マイクロメートル〜６００マイクロメートル、１０マイクロメートル〜５００マイクロメートル、又は１００マイクロメートル〜２００マイクロメートルの液滴サイズを有することができる。
【０１２０】
結合物質は、約１０マイクロメートル、５マイクロメートル、３マイクロメートル、２マイクロメートル、１マイクロメートル、０．５マイクロメートル、０．２５マイクロメートル又はそれ以下の小さい液滴サイズを有してもよい。結合物質は、約１マイクロメートルの平均液滴サイズを有してもよい。結合物質は、約１〜２マイクロメートルの平均液滴サイズを有してもよい。
【０１２１】
結合物質（例えば、結合剤）が粉末材料層の表面に付着されるとき、結合物質の一部は粉末材料の粒子を乱すか又は置換することがある。粉末材料の乱れ、粉末材料の凝集、又は粉末材料層の表面上の結合物質液滴の切削効果は望ましくない場合がある。結合材料の付着中に粉末材料の凝集を最小限に抑えることが望ましい場合がある。結合剤材料の液滴を使用することは、粉末材料層の表面に対する粉末材料の乱れの望ましくない影響を軽減することができる。
【０１２２】
スプレーヘッドを使用して、所望の結合材料液滴サイズを形成することができる。スプレーヘッドは超音波スプレーヘッドであってもよい。工業用超音波技術を使用する場合、スプレーは出口断面設計と真空の使用を組み合わせて行うことができる。余分なプルームは、機械の他の部分を汚染しないように真空によって取り込むことができる。超音波ミスト製造システムの使用は、市販の工業用超音波スプレーヘッドを使用することに代わる費用効率の高い代替手段となり得る。超音波ミスト製造システムも液滴の生成に使用することができる。
【０１２３】
三次元物体は、大気条件下で形成することができる。装置は、三次元物体が形成されるときに存在する湿度の量を制御するための除湿器を含んでもよい。空気中の湿度の量は、少なくとも約０グラム／立方メートル（ｇ／ｍ３）、１ｇ／ｍ３、２ｇ／ｍ３、３ｇ／ｍ３、４ｇ／ｍ３、５ｇ／ｍ３、６ｇ／ｍ３、７ｇ／ｍ３、８ｇ／ｍ３、９ｇ／ｍ３、１０ｇ／ｍ３、１５ｇ／ｍ３、２０ｇ／ｍ３、２５ｇ／ｍ３、又は３０ｇ／ｍ３であってもよい。除湿器は装置の一部であってもよい。あるいは、除湿器は、三次元物体プリンタの一部ではない。除湿器は自動であってもよく、設定された仕様又は条件に従ってオン又はオフされてもよい。除湿器は、装置レベルであってもよく、又は対象物が印刷される部屋レベルであってもよい。
【０１２４】
三次元物体は、高さ、幅及び長さを有することができ、それらは同じでも異なっていてもよい。三次元物体は、個々にかつ独立に、約０．１ミリメートル、０．５ミリメートル、１ミリメートル、２ミリメートル、５ミリメートル、１０ミリメートル、２０ミリメートル、３０ミリメートル、４０ミリメートル、５０ミリメートル、６０ミリメートル、７０ミリメートル、８０ミリメートル、９０ミリメートル、１００ミリメートル、２００ミリメートル、３００ミリメートル、４００ミリメートル、５００ミリメートル、６００ミリメートル、７００ミリメートル、８００ミリメートル、９００ミリメートル、１メートル又はそれ以上を超える高さ、幅、又は長さを有することができる。三次元物体は、約２０ミリメートル、５０ミリメートル、１００ミリメートル、２００ミリメートル、３００ミリメートル、４００ミリメートル、５００ミリメートル、６００ミリメートル、７００ミリメートル、８００ミリメートル、９００ミリメートル、１メートル、２メートル、３メートル、５メートル、１０メートル、又はそれ以上を超える高さを有することができる。三次元物体は、約２０ミリメートル、５０ミリメートル、１００ミリメートル、２００ミリメートル、３００ミリメートル、４００ミリメートル、５００ミリメートル、６００ミリメートル、７００ミリメートル、８００ミリメートル、９００ミリメートル、１メートル、２メートル、３メートル、５メートル、又は１０メートルを超える幅を有することができる。三次元物体は、約２０ミリメートル、５０ミリメートル、１００ミリメートル、２００ミリメートル、３００ミリメートル、４００ミリメートル、５００ミリメートル、６００ミリメートル、７００ミリメートル、８００ミリメートル、９００ミリメートル、１メートル、２メートル、３メートル、５メートル、又は１０メートルを超える長さを有することができる。場合によっては、三次元物体は、約１ｍ×１ｍ×１ｍの寸法を有してもよい。場合によっては、三次元物体は、約５００ミリメートル×５００ミリメートル×５００ミリメートルの寸法を有してもよい。場合によっては、三次元物体は、約２００ミリメートル×２００ミリメートル×２００ミリメートルの寸法を有してもよい。
【０１２５】
方法
別の態様では、本開示は三次元物体を形成するための方法を提供する。図１は、三次元印刷プロセスの流れプロセスを示す。いくつかの例では、動作１１０において、粉末床が表面に設けられる。次に、動作１２０において、粉末材料層が表面に隣接して堆積されて堆積層を提供する。その後に、結合物質が動作１３０において粉末材料層に付着される。動作１４０において、基板を硬化させることができる。
【０１２６】
図２Ａ〜図２Ｃは、本開示の三次元物体を形成する方法を説明するための上面図である。粉末材料層２０５が図２Ａに示されている。図２Ｂは、結合物質が付着された粉末材料層の領域２１０を示す。図２Ｃは、加熱され硬化された領域２１０の小区分２１５を示す。
【０１２７】
粉末材料層は、粉末ディスペンサを介して粉末床上に堆積させることができる。粉末ディスペンサは、印刷ヘッド又はノズルヘッドなどの複数の構成要素を含んでもよい。粉末ディスペンサの構成要素と表面上の粉末材料層との間の距離は、少なくとも１センチメートル（ｃｍ）、５ｃｍ、１０ｃｍ、２０ｃｍ、３０ｃｍ、４０ｃｍ、５０ｃｍ、６０ｃｍ、７０ｃｍ、８０ｃｍ、９０ｃｍ、１ｍ、又はそれ以上であってもよい。粉末ディスペンサの構成要素と粉末材料層との間の距離は、三次元物体の形成過程にわたって変化してもよい。場合によっては、粉末ディスペンサの構成要素と粉末材料層との間の距離は、三次元物体の形成過程にわたって減少してもよい。
【０１２８】
粉末材料は、粉末材料のリザーバ又は容器に貯蔵することができる。リザーバは、少なくとも約１０グラム（ｇｒ）、１００ｇｒ、２００ｇｒ、５００ｇｒ、７５０ｇｒ、１キログラム（ｋｇ）、２ｋｇ、５ｋｇ、１０ｋｇ、又はそれ以上の粉末材料を保持することができる。
【０１２９】
粉末ディスペンサは、少なくとも１立方ミリメートル／秒（ｍｍ３／ｓ）、５ｍｍ３／ｓ、１０ｍｍ３／ｓ、１００ｍｍ３／ｓ、５００ｍｍ３／ｓ、１０００ｍｍ３／ｓ、２０００ｍｍ３／ｓ、３０００ｍｍ３／ｓ、４０００ｍｍ３／ｓ、５０００ｍｍ３／ｓ、６０００ｍｍ３／ｓ、７０００ｍｍ３／ｓ、８０００ｍｍ３／ｓ、９０００ｍｍ３／ｓ、又は１０，０００ｍｍ３／ｓの平均速度で粉末を分配することができる。
【０１３０】
粉末材料層は、粉末床上への堆積後に平滑化されてもよい。層は、ローラー、ブレード、ナイフ、ガスナイフ又はエアナイフ、レベラー、又はそれらの任意の組み合わせにより平滑化されてもよい。場合によっては、粉末材料層は、粉末床上への堆積後にレベラーによって平滑化される。レベラーは、プラスチック、金属、金属合金、ガラス、セラミック、又はそれらの任意の組み合わせなどのいくつかの材料を含んでもよい。
【０１３１】
粉末床は、振動装置によって粉末材料層を堆積した後に振動させることができる。振動装置は、少なくとも２０ヘルツ（Ｈｚ）、３０Ｈｚ、４０Ｈｚ、５０Ｈｚ、６０Ｈｚ、７０Ｈｚ、８０Ｈｚ、９０Ｈｚ、１００Ｈｚ、１１０Ｈｚ、１２０Ｈｚ、１３０Ｈｚ、１４０Ｈｚ、１５０Ｈｚ、１６０Ｈｚ、１７０Ｈｚ、１８０Ｈｚ、１９０Ｈｚ、２００Ｈｚ、２１０Ｈｚ、２２０Ｈｚ、２３０Ｈｚ、２４０Ｈｚ、２５０Ｈｚ、２６０Ｈｚ、２７０Ｈｚ、２８０Ｈｚ、２９０Ｈｚ、３００Ｈｚ、３５０Ｈｚ、４００Ｈｚ、４５０Ｈｚ、５００Ｈｚ、５５０Ｈｚ、６００Ｈｚ、７００Ｈｚ、８００Ｈｚ、９００Ｈｚ、又は１０００Ｈｚの周波数で振動することができる。
【０１３２】
結合物質は、インクジェットヘッド、噴霧スプレー、超音波アトマイザー、エアネブライザー、アトマイザージェットネブライザー、超音波ネブライザー、コンプレッサーベースのネブライザー、振動メッシュネブライザー、大型ドロッパー、マイクロドロッパー、ピエゾドロッパー、又はそれらの任意の組み合わせにより粉末材料層に付着させることができる。場合によっては、結合物質は、超音波ネブライザー、コンプレッサーベースのネブライザー、又は超音波スプレーにより付着される。結合物質は、流れの中で、液滴の中で、又はそれらの任意の組み合わせで付着させることができる。
【０１３３】
結合物質は、容器、印刷ヘッド、ノズル、又はポンプから一定の流量で粉末材料層に付着させることができる。場合によっては、結合物質は、約１００ｍＬ／Ｓ、９０ｍＬ／Ｓ、８０ｍＬ／Ｓ、７０ｍＬ／Ｓ、６０ｍＬ／Ｓ、５０ｍＬ／Ｓ、４０ｍＬ／Ｓ、３０ｍＬ／ｓ、２０ｍＬ／ｓ、１０ｍＬ／ｓ、９ｍＬ／ｓ、８ｍＬ／ｓ、７ｍＬ／ｓ、６ｍＬ／ｓ、５ｍＬ／ｓ、４ｍＬ／ｓ、３ｍＬ／ｓ、２ｍＬ／ｓ、又は１ｍＬ／ｓで、あるいはそれ以下の流量で付着されてもよい。
【０１３４】
結合物質は、粉末材料層の領域に付着させることができる。結合物質は、粉末床の表面の約１％、５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％又は９９％より大きい領域に付着されてもよい。場合によっては、結合物質は、粉末床の表面の５％〜９０％、１０％〜８０％、３０％〜７０％、４０％〜６０％、又は４０％〜６０％に付着される。
【０１３５】
結合物質を含む流れは、粉末床中の粉末材料層の領域に適用されてもよく、ここで流れは第１の断面寸法を有する。エネルギービームは、粉末材料層の一部に向けられてもよく、エネルギービームは第２の断面寸法を有する。いくつかの実施形態では、流れの第１の断面寸法はエネルギービームの第２の断面寸法より大きい。第１の断面寸法は、第２の断面寸法より少なくとも１％、５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％又は９９％大きい。
【０１３６】
結合物質印刷ヘッド又はノズルヘッドと表面上の粉末材料層との間の距離は、結合物質の単一層を付着させる間中一定に保たれる。結合物質印刷ヘッド又はノズルヘッドと表面上の粉末材料層との間の距離は、層の１回の付着と、結合物質の層の別の付着とで異なってもよい。場合によっては、三次元物体の層数が増加するにつれて、印刷ヘッド又はノズルヘッドと粉末材料層との間の距離が減少する。結合物質印刷ヘッド又はノズルヘッドと表面上の粉末材料層との間の距離は、少なくとも０．１ミリメートル（ｍｍ）、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４００ｍｍ、５００ｍｍ、６００ｍｍ、７００ｍｍ、８００ｍｍ、９００ｍｍ、１０００ｍｍ、又はそれ以上であってもよい。
【０１３７】
粉末材料層が硬化すると、結合物質が付着された領域の小区分のみが硬化し得る。結合物質が付着された領域の小区分は、その領域の多くとも約９９％、９５％、９０％、８０％、７０％、６０％、５０％、４０％、３０％、２０％、又は１０％であってもよい。ある領域の小区分は、その領域の約１００、９９％、９５％、９０％、８０％、７０％、６０％、５０％、４０％、３０％、２０％、又は１０％未満であってもよい。ある領域の小区分は、その領域の約１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％又は９９％を超えてもよいが、その領域の１００％でなくてもよい。硬化した領域の小区分は、その領域自体より小さくてもよい。場合によっては、その領域の小区分は硬化され、その小区分はその領域の１００％未満である。場合によっては、小区分はその領域の９０％、８０％、７０％、６０％、又は５０％未満である。
【０１３８】
結合物質が付着された後に、熱源、電磁放射、又は抵抗加熱素子を使用して、粉末材料の領域の小区分を硬化させることができる。レーザー、オーブン、炉、エネルギービーム、電子ビーム、ランプ、加熱ロッド、放射器、又はそれらの任意の組み合わせを使用して粉末材料を硬化させることができる。場合によっては、粉末材料の領域を硬化させるために使用される熱源はレーザー又は加熱ロッドである。熱源が光学的である状況では、熱源は直接又は１又はそれ以上の光学系（例えば（１又はそれ以上の）ミラー、（１又はそれ以上の）レンズなど）の使用を通して粉末床にエネルギーを提供してもよい。
【０１３９】
エネルギー源は、レーザー又は複数のレーザーであってもよい。複数のレーザーは、レーザーアレイの一部であってもよい。レーザーは、直接又は１つ若しくは複数の光学系（例えば、（１又はそれ以上の）ミラー、（１又はそれ以上の）レンズなど）を使用することによって粉末床にエネルギー源を供給することができる。場合によっては、レーザーは、少なくとも１００ナノメートル（ｎｍ）、５００ｎｍ、１０００ｎｍ、１０１０ｎｍ、１０２０ｎｍ、１０３０ｎｍ、１０４０ｎｍ、１０５０ｎｍ、１０６０ｎｍ、１０７０ｎｍ、１０８０ｎｍ、１０９０ｎｍ、１１００ｎｍ、１２００ｎｍ、１５００ｎｍ、１６００ｎｍ、１７００ｎｍ、１８００ｎｍ、１９００ｎｍ、又は２０００ｎｍの波長で光エネルギーを提供することができる。
【０１４０】
エネルギー源は、常温又は高温の温度で粉末材料層に加えることができる。結合物質を粉末材料層に付着させた後に、三次元物体の層を少なくとも約２５℃、３０℃、４０℃、５０℃、６０℃、７０℃、８０℃、９０℃、１００℃、１１０℃、１２０℃、１３０℃、１４０℃、１５０℃、１６０℃、１７０℃、１８０℃、１９０℃、２００℃、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃、９００℃、１０００℃、１１００℃、１２００℃、１３００℃、１４００℃、１５００℃、１６００℃、１７００℃、１８００℃、１９００℃、又は２０００℃の温度でエネルギー源によって硬化させることができる。層は２５℃、３０℃、４０℃、５０℃、６０℃、７０℃、８０℃、９０℃、１００℃、１１０℃、１２０℃、１３０℃、１４０℃、１５０℃、１６０℃、１７０℃、１８０℃、１９０℃、２００℃、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃、９００℃、１０００℃、１１００℃、１２００℃、１３００℃、１４００℃、１５００℃、１６００℃、１７００℃、１８００℃、１９００℃、又は２０００℃より高い温度で硬化させることができる。層は、２５℃〜１０００℃、５０℃〜５００℃、７０℃〜２００℃、１００℃〜１５０℃の温度で硬化させることができる。三次元物体は、２５℃〜１０００℃、１０℃〜７００℃、１００℃〜６００℃、３００℃〜５００℃の温度で硬化させることができる。
【０１４１】
温度上昇は、粉末材料の２つ以上の粒子を溶融状態に変換するのに十分であってもよい。粉末は少なくとも１フェムト秒、５０フェムト秒、１００フェムト秒、又はそれ以上の間溶融状態を維持することができる。
【０１４２】
三次元物体の層は、限られた空間の内部又は容器内に形成されてもよく、又は部分的に形成されてもよい。限られた空間は、水素、窒素、アルゴン、酸素、二酸化炭素、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。場合によっては、限られた空間内の酸素のレベルは、１００，０００百万分率（ｐｐｍ）、１０，０００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、４００ｐｐｍ、２００ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、５ｐｐｍ、又は１ｐｐｍ未満であってもよい。限られた空間は水蒸気を含んでもよい。限られた空間内の水の量は、１００，０００百万分率、１０，０００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、４００ｐｐｍ、２００ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、５ｐｐｍ、又は１ｐｐｍ未満であってもよい。三次元物体は、雰囲気に曝されている間に形成されてもよいし、部分的に形成されてもよい。雰囲気は、水素、窒素、アルゴン、酸素、二酸化炭素、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。
【０１４３】
三次元物体は、金属又は金属合金の注入を可能にするために硬化させることができる。三次元物体の注入は、ステンレス鋼、青銅、鋼、金、ニッケル、ニッケル鋼、アルミニウム、チタン、又は他の遷移金属若しくは金属合金を用いてもよい。
【０１４４】
三次元物体は、物体の形成中に少なくとも一度硬化させることができる。三次元物体は、物体の形成中に少なくとも２回、３回、４回、５回、６回、７回、８回、９回、１０回、５０回、１００回、２００回、５００回、７００回、１０００回、又はそれ以上硬化させることができる。三次元物体は、物体の形成中に１〜１０００回、１０〜７００回、１００〜５００回、又は２００〜４００回硬化させることができる。三次元物体は、物体の形成中に１０〜１０００回、１００〜７００回、２００〜６００回、又は３００〜５００回硬化させることができる。
【０１４５】
三次元物体の粉末材料層は、約０．１秒、１秒、１０秒、２０秒、３０秒、１分、２分、３分、４分、５分、６分、７分、８分、９分、１０分３０分、１時間、２時間、５時間、１０時間、２０時間、３０時間、４０時間、５０時間、１００時間、又はそれ以上を超える期間硬化させることができる。三次元物体の粉末材料層は、１秒〜１０時間、２０秒〜５時間、３０秒〜３時間、１分〜１時間、２分〜３０分、又は３分〜１０分の期間硬化させることができる。
【０１４６】
三次元物体は、約１秒、１０秒、３０秒、１分、２分、３分、４分、５分、６分、７分１、８分、９分、１０分３０分、１時間、２時間、５時間、１０時間、２０時間、２４時間、３０時間、４０時間、５０時間、１００時間、２００時間、３００時間、４００時間、５００時間、又はそれ以上を超える期間硬化させることができる。三次元物体は、１分〜１００時間、３０分〜５０時間、１時間〜３０時間、又は２時間〜２４時間の期間硬化させることができる。
【０１４７】
粉末材料層は、２５℃を超える温度で１０秒を超える時間、３０℃を超える温度で３０秒を超える時間、５０℃を超える温度で１分を超える時間、１００℃を超える温度で２分を超える時間、２００℃を超える温度で３０分を超える時間、３００℃を超える温度で１時間を超える時間、４００℃を超える温度で２時間を超える時間、又は５００℃を超える温度で３時間を超える時間の期間硬化させることができる。
【０１４８】
三次元物体は、硬化した後に、研磨、バフ研磨、タンブリング、機械加工、仕上げ、又は仕上げでコーティングすることができる。物体は、塗料、金属研磨剤、金研磨剤、銀研磨剤、又はそれらの任意の組み合わせでコーティングすることができる。物体は、少なくとも１回、２回、３回、５回、又はそれ以上、研磨、バフ研磨、仕上げ、又はコーティングされてもよい。
【０１４９】
三次元物体は、少なくとも約１分、２分、３分、４分、５分、６分、７分、８分、９分、１０分３０分、１時間、２時間、３時間、４時間、５時間、１０時間、２０時間、３０時間、４０時間、５０時間、７５時間、４日、５日、１週間、２週間、３週間、又は４週間で形成することができる。三次元物体は、１分〜５０時間、３０分〜３０時間、１時間〜２０時間、２時間〜１０時間、又は３時間〜１０時間で形成することができる。
【０１５０】
場合によっては、粉末材料層の付着及びそれに続く各層の硬化を含む印刷プロセスは、約３０秒、１分、２分、３分、４分、５分、６分、７分、８分、９分、１０分３０分、１時間、２時間、５時間、１０時間、２０時間、３０時間、４０時間、５０時間、１００時間、又はそれ以上を超える期間を占めてもよい。印刷プロセスは、３０秒〜１０時間、１分〜１０時間、２分〜５時間、又は３分〜３時間の量の時間を要することがある。
【０１５１】
本開示の方法では、コンピュータシステム又はコントローラを使用して、三次元物体のモデルを設計し、粉末材料層を堆積させ、粉末材料層を水平にし、粉末材料層を硬化させ、又はそれらの任意の組み合わせを行うことができる。コンピュータシステムは、物体の形成前に情報により予めプログラムされてもよい。モデル設計は、三次元物体の形成開始前に生成されてもよく、又はモデル設計は、リアルタイムで（すなわち、三次元物体の形成プロセス中に）生成されてもよい。モデル設計はコンピュータ上で生成することができる。
【０１５２】
モデル設計を使用して、結合物質を付着させる領域又は粉末材料の領域若しくは小区分を決定することができる。
【０１５３】
場合によっては、形成された三次元物体はモデル設計の寸法からのずれを有することがある。形成された三次元物体とモデル設計とのずれは、多くとも１ｃｍ、９ｍｍ、８ｍｍ、７ｍｍ、６ｍｍ、５ｍｍ、４ｍｍ、３ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍ、９０マイクロメートル、８０マイクロメートル、７０マイクロメートル、６０マイクロメートル、５０マイクロメートル、４０マイクロメートル、３０マイクロメートル、２０マイクロメートル、１０マイクロメートル、５マイクロメートル、又はそれ以下であってもよい。
【０１５４】
形成された三次元物体とモデル設計との間には、ずれが存在し得る。三次元物体の個々の部分は、モデル設計の対応する部分から少なくとも約０．１％、１％、２％、３％、４％、５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％又は９９％逸脱することがある。
【０１５５】
場合によっては、結合材料は、３Ｄ物体のモデル設計に従って付着される。結合物質が付着されるノズルは、結合物質をスプレー又は流れで堆積させることができる。スプレッド又は流れは、スポットサイズによって特徴付けられ得るスプレッドを有してもよい。スポットサイズは、モデル設計の対応する寸法より大きくてもよい。場合によっては、スプレー又は流れは、モデル設計の対応する寸法よりも大きい半値全幅を有する。いくつかの例では、スプレー又は流れは、モデル設計の対応する寸法と比較して、結合物質を粉末床のより広い領域に付着させる。
【０１５６】
場合によっては、粉末材料層の第１の領域に結合物質を付着させる。第１の領域は、三次元物体のモデル設計の対応する部分から逸脱してもよく、第１の領域はモデル設計の対応する部分よりも少なくとも０．１％、１％、２％、３％、４％、５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９９％、又はそれ以上大きい。場合によっては、ずれは、１％〜９０％、５％〜８０％、１０％〜７０％、２０％〜６０％、又は３０％〜５０％である。
【０１５７】
モデル設計は、対象物の１〜１０００個の断面（又はスライス）、１０〜７００個の断面、１００〜５００個の断面、又は２００〜４００個の断面を含むことができる。モデル設計は、三次元物体の１０〜１０００個の断面、１００〜７００個の断面、２００〜６００個の断面、又は３００〜５００個の断面を含むことができる。モデル設計は、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１００、１０００、１０，０００、５０，０００、又は１００，０００個の断面を含んでもよい。そのような断面（又はスライス）は、３Ｄ印刷ソフトウェアによって生成されてもよい。
【０１５８】
領域の小区分の加熱は、粉末材料の個々の粒子の焼結を含んでもよい。領域の小区分の加熱は、粉末材料の個々の粒子の焼結を含まなくてもよい。
【０１５９】
粉末材料層の領域の小区分が硬化された後に、非結合粉末材料を結合粉末材料から分散させることができる。非結合粉末材料は、非結合粉末を除去することによって、真空によって、吸引によって、ダスティングによって、粉末床を含む表面の振盪によって、粉末床を含む容器の振盪によって、又はそれらの任意の組み合わせによって分散させることができる。
【０１６０】
場合によっては、対応する断面のモデル設計に対応する粉末材料層の領域の小区分は硬化されない。場合によっては、小区分の外周は、機械的に生成され、エアナイフを使用して生成され、ナイフを使用して生成され、加熱され、燃焼され、分解され、又はその他の方法で除去される。一態様では、本開示は、三次元物体を形成するための方法を提供し、本方法は、粉末材料を含む粉末床を備える表面を提供するステップと、粉末床の粉末材料の第１層の第１の領域に第１の結合物質を付着させるステップと、１又はそれ以上の切削パスにより粉末材料の第１層の１又はそれ以上の外周を生成するステップであって、第１層の１又はそれ以上の外周は、三次元物体のモデル設計に従う、ステップと、容器内の粉末材料の第１層に隣接して粉末材料の第２層を堆積させるステップと、粉末床の粉末材料の第２層の第２の領域に第２の結合物質を付着させるステップと、１又はそれ以上の切削パスにより粉末材料の第２層の１又はそれ以上の周囲を生成するステップであって、第２層の１又はそれ以上の周囲は、三次元物体のモデル設計に従う、ステップと、を含む。場合によっては、三次元物体を形成する方法は、１回の切削パスを含んでもよい。本方法は、２回、３回、４回、５回、又はそれ以上の切削パスを含んでもよい。
【０１６１】
場合によっては、粉末材料の第１層の全外周が１回の切削パスによって形成される。場合によっては、粉末材料の第１層の全外周が１又はそれ以上の切削パスによって生成される。場合によっては、粉末材料の第２層の全外周が１回の切削パスによって形成される。場合によっては、粉末材料の第２層の全外周が２回以上の切削パスによって生成される。
【０１６２】
場合によっては、第１層及び第２層の全外周が１回の切削パスによって生成される。場合によっては、第１層及び第２層の全外周が２回以上の切削パスによって生成される。場合によっては、第１層の外周の少なくとも一部は、１回の切削パスによって生成される。場合によっては、２つ以上の層の外周の少なくとも一部は、単一の切削パスによって生成される。場合によっては、２つ以上の層の外周の少なくとも一部は、１又はそれ以上の切削パスによって生成される。
【０１６３】
図３Ａ〜図３Ｄは、大きな層厚及び細かい切削厚を有する積層技術を使用して三次元物体を形成する方法を示す。図３Ａの物体を形成するために、図３Ｂの大きな層厚３０５を有する複数の粉末材料層を付着させることができる。図３Ｃの切削厚さ３１０を有する複数の細かい切削パスを行って、高解像度の最終部分の図３Ｄを生成することができる。
【０１６４】
図４Ａ〜図４Ｄは、大きな層厚及び大きな切削厚を有する積層技術を使用して三次元物体を形成する方法を示す。図４Ａの物体を形成するために、図４Ｂの大きな層厚４０５を有する複数の粉末材料層を付着させることができる。図４Ｃの切削厚さ４１０の１回の切削パスを行って、最終部分の図４Ｄを生成することができる。
【０１６５】
図５Ａ〜図５Ｄは、大きな層厚及び細かい切削厚と大きな切削厚の組み合わせを有する積層技術を使用して三次元物体を形成する方法を概略的に示す。図５Ａの物体を形成するために、図５Ｂの大きな層厚５０５を有する複数の粉末材料層を付着させることができる。図５Ｃの切削厚さ５１０を有する複数の細かい切削パス及び切削厚さ５１５を有する１つの大きな切削パスを行って、最終部分の図５Ｄを生成することができる。
【０１６６】
粉末材料層の外周は機械的に生成されてもよい。場合によっては、多軸（例えば、２、３、４、又は５軸）工作機械、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）スピンドル、切削工具ビット、又はブレードを用いて外周を生成することができる。工作機械は多軸ロボットであってもよい。工作機械は、三次元物体が生成される支持体に対して移動可能であってもよい。代替例として、支持体が移動可能であり、工作機械が静止していてもよい。別の代替例として、工作機械と支持体の両方が、複数の軸に沿ってなど、互いに対して移動可能であってもよい。
【０１６７】
ＣＮＣスピンドルは、所望の切削特性に応じて特定の速度で回転することができる。いくつかの実施形態では、切削工具又はＣＮＣスピンドルは、少なくとも約５００ｒｐｍ、１，０００ｒｐｍ、１０，０００ｒｐｍ、５０，０００ｒｐｍ、７５，０００ｒｐｍ又は１００，０００ｒｐｍの毎分回転数（ｒｐｍ）を有することができる。固定軸の周りの回転数は、約５００ｒｐｍ〜１００，０００ｒｐｍ、約１，０００〜７５，０００ｒｐｍ、又は約１０，０００ｒｐｍ〜５０，０００ｒｐｍであってもよい。
【０１６８】
装置の切削工具は手動で交換することもできるし、自動工具交換装置で交換することもできる。場合によっては、物体は、印刷プロセスをスピードアップするために複数の切削工具を利用してもよい。場合によっては、１つの粉末床に対して１スピンドルしか使用されない。場合によっては、１つの粉末床に対して複数のスピンドルが使用される。場合によっては、物体は、印刷プロセスをスピードアップするために少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、又はそれ以上の切削工具（例えば、スピンドル）を利用してもよい。図３３は、単一の粉末床に複数のスピンドルを使用する例を示す。
【０１６９】
したがって、自動工具交換装置は、設定されたパラメータ及び／又は所望の印刷される物体の仕様に基づいて切削工具を自動的に交換するようにプログラムされてもよい。
【０１７０】
図６Ａ〜図６Ｄは、位置合わせされた切削パスを使用して大きな層厚及び大きな切削厚を有する積層技術を使用して三次元物体を形成する方法を概略的に示す。図６Ａの物体を形成するために、図６Ｂの大きな層厚６０５を有する複数の粉末材料層を付着させることができる。図６Ｃの切削厚さ６１０を有する１つの大きな切削パスが、１つの位置合わせされた切削パスと共に生成されて、最終部分の図６Ｄを形成する。
【０１７１】
本明細書に記載の三次元物体の形成のために切削方針を開発することができる。
【０１７２】
切削方針は、三次元物体のスライス全体に基づいてもよい。
【０１７３】
所望の３Ｄ物体は図１２に概略的に示されている。複数のスライスが層を形成し、物体の層には番号が付けられている。スライス内の任意の部分（又はＳＴＬ内の三角形）の傾斜が下向きである場合には、スライス全体は「下向き」として特徴付けることができる。同様に、スライスの任意の部分の傾斜が上向きであり、下向きの部分がない場合には、スライス全体は「上向き」として特徴付けることができる。スライス全体の傾斜が垂直である場合には、そのスライスは「２．５Ｄ」として特徴付けることができる。垂直方向に隣接するスライス、特徴、表面、あるいはその両方がすべて「上向き」及び／又は「２．５Ｄ」の場合は、切削順を最適化することができる。図１２の例では、スライス厚は層厚よりはるかに薄い。図１２では、各層は、すべてのスライスについて、「上向き」、「下向き」、「２．５Ｄ」の指定で表されている。単一の切削パスが層１の後に行われ、単一の切削パスが層２の後に行われる。より洗練された傾斜を得るために、層３に対していくつかの切削パスが行われる。残りの層に対して単一の切削パスが行われる。
【０１７４】
三次元物体を切削するとき、物体の所望の物理的寸法を生み出すために階段のステップを最小限に抑えることが有益であり得る。層厚はスライスの厚さに等しくなるように選択されてもよく、層を切削するステップは各層が広げられて噴霧された後に行われてもよい。あるいは、積層効果が問題ではない場合には、速度を最適化するために層サイズ及び／又は切削厚さをより大きくすることができる。
【０１７５】
図１４は、積層技術を用いて三次元物体を形成するための複数の可能性を示す。領域１４１５は垂直領域を有するので、その領域は１回の切削パスを用いて切削される。領域１４１０は上向きの傾斜を有する。１０個のスライスで表されるこの領域１４１０は、各層の後で切削される。領域１４０５は、下向きの斜面を有する。１つのスライスを含むこの領域１４０５は１回の切削パスで切削される。層の厚さは、所望の３Ｄ物体の形状及びその物体が形成される所望の速度に基づいて変更及び選択することができる。
【０１７６】
切削方針は、三次元物体の特徴に基づいてもよい。
【０１７７】
特徴は、三次元物体の幾何学的小区分であってもよい。特徴は、所与の層内の１又はそれ以上のループによって表すことができる。ＳＴＬファイルの場合、ループは特定の平面とその平面をまたぐすべての三角形（又は多角形）との交差を記述することができる。図１５は、ステレオリソグラフィ（ＳＴＬ）ファイルとしての三角形に分割されたデジタルモデルを示す。図１６は、図１５のモデルの所与のスライスに対する三角形の交点を示す。垂直カラムなどの垂直円筒状特徴の場合、平面の交差点は円である。図１７は、さらなる明確化のためのその層の関連ループを示す。
【０１７８】
図１８は、各層が「上向き」、「下向き」、又は「２．５Ｄ」として指定及びラベル付けされている図１５の物体を示す。層１８０５及び層１８１０は「下向き」として指定され、残りの層は「上向き」として指定される。あるいは、図１５の物体は、物体の製造をさらに最適化するために異なるように指定されてもよい。図１９に示すように、所与のスライス又は層は異なって識別されてもよい。例えば、１９０５は「下向き」とラベル付けされてもよいが、１９１０は「２．５Ｄ」と指定されてもよい。このようにして、いくつかの層がスプレーされ広げられるまで、１９１０のカラム特徴の切削を延期しながら、残りの層（又はスライス）をより段階的に切削することが可能であり得る。この例及び他の例では、ループが三角形を共有する場合には、ループは同じ特徴に属するものとして記述することができる。同様に、異なるスライス内の隣接するループが同じ三角形と交差する場合には、それらは同じ特徴を共有することができる。
【０１７９】
切削方針は、三次元物体の表面に基づいてもよい。表面は、三次元物体の特徴の幾何学的小区分であってもよい。所与のスライスに対して、表面は所与のループ内の単一の線分又は一組の線分によって表すことができる。表面２００５が図２０に示されている。表面の分類は、切削厚さ及び順序決定に利用することができる。所与の特徴の区分は、異なるように分類されてもよい（例えば、いくつかの表面は「２．５Ｄ」であり、いくつかは「下向き」である）。
【０１８０】
図２１は、切削順序を最適化するために所望の物体の表面を分類する方法を示す。スライス２１０５は「下向き」として分類され、２１１０は「２．５Ｄ」として分類される。
【０１８１】
図２２Ａ〜図２２Ｃは、三次元製品のスライス又は層への１つのアプローチを示す。所与のＣＡＤモデルについて、モデル（図２２Ａ）は、図２２Ｂに示すように、定義された厚さでスライスすることができ、次いで各スライスを層に変換することができる。次いで、各層は、図２２Ｃの結果として得られる物体を製造するために、それぞれの機械において一度に１つずつ構築することができる。
【０１８２】
図２３Ａ〜図２３Ｃは、三次元製品のスライス又は層への代替的なアプローチを示す。所与のＣＡＤモデルについて、モデル（図２３Ａ）は、図２３Ｂに示すように、定義された厚さでスライスすることができ、次いで各スライスを層に変換することができる。次いで、各層は、製造のためにそれぞれの機械において一度に１つずつ構築することができる。図２３Ｃの結果として生じる物体を製造するために、切削工具２３０５を用いてすべての層を単一パスで切削することができ、図２２Ｃの物体と比較して解像度が付加される。層が平面から切り取られ、水平方向の層の必要性を排除する。３軸又は５軸機械を用いて一度に複数の層を切削するというこのアプローチは、階段のステップの必要性を排除することができ、結果として生じる物体における層の可視性を排除することができる。
【０１８３】
切削工具又は切削ビットは、少なくとも約１μｍ、１０μｍ、１００μｍ、２５０μｍ、５００μｍ、７５０μｍ、又は１０００μｍの直径を有してもよい。場合によっては、切削ビットは、約５００μｍの直径を有してもよい。切削工具又は切削ビットは、粉末材料の幅、又は特定の分割線間隔を残してもよい。
【０１８４】
切削工具又は切削ビットは、少なくとも約１ｍｍ／分、１０ｍｍ／分、１００ｍｍ／分、２００ｍｍ／分、３００ｍｍ／分、４００ｍｍ／分、５００ｍｍ／分、６００ｍｍ／分、７００ｍｍ／分、８００ｍｍ／分、９００ｍｍ／分、１０００ｍｍ／分、１２５０ｍｍ／分、１５００ｍｍ／分、１７５０ｍｍ／分、又は２０００ｍｍ／分のハッチカット速度を有してもよい。
【０１８５】
粉末材料層の境界が切削される速度は、少なくとも約１ｍｍ／分、１０ｍｍ／分、１００ｍｍ／分、２００ｍｍ／分、３００ｍｍ／分、４００ｍｍ／分、５００ｍｍ／分、６００ｍｍ／分、７００ｍｍ／分、８００ｍｍ／分、９００ｍｍ／分、１０００ｍｍ／分、１２５０ｍｍ／分、１５００ｍｍ／分、１７５０ｍｍ／分、又は２０００ｍｍ／分であってもよい。
【０１８６】
一態様では、本開示は、三次元物体を形成するための方法を提供し、本方法は、粉末材料を含む粉末床を備える表面を提供するステップと、粉末床の粉末材料の第１層の第１の領域に第１の結合物質を付着させるステップと、容器内の粉末材料の第１層に隣接して粉末材料の第２層を堆積させるステップと、粉末床の粉末材料の第２層の第２の領域に第２の結合物質を付着させるステップと、１又はそれ以上の切削パスにより粉末材料の第１層及び第２層の１又はそれ以上の外周を生成するステップであって、第１層及び第２層の１又はそれ以上の外周は、三次元物体のモデル設計に従う、ステップと、を含む。
【０１８７】
三次元物体を形成するための方法は、粉末材料を含む粉末床を備える表面を提供するステップと、粉末床の粉末材料の第１層の第１の領域に第１の結合物質を付着させるステップと、容器内の粉末材料の第１層に隣接して粉末材料の第２層を堆積させるステップと、粉末床の粉末材料の第２層の第２の領域に第２の結合物質を付着させるステップと、１又はそれ以上の切削パスにより粉末材料の第１層及び第２層の１又はそれ以上の外周を生成するステップであって、第１層の外周は、三次元物体の第１層のモデル設計によって決定されるが、それと同等ではない、ステップと、を含む。場合によっては、粉末材料の第１層の外周は、三次元物体の第１層の設計からシフトした層の半分である。
【０１８８】
粉末材料層に付着される結合物質は、粉末材料への特定の侵入深さを有してもよい。場合によっては、結合物質の侵入深さは、粉末材料層の厚さ（又は層厚）にほぼ等しい。場合によっては、結合物質の侵入深さは粉末材料層の厚さよりも小さい。場合によっては、結合物質の侵入深さは粉末材料層の厚さよりも大きい。これにより、粉末材料層が互いに付着することを確実にすることができる。
【０１８９】
切削パスを使用して、粉末材料の第１層の周りに外周を生成することができる。場合によっては、切削パスの深さ（又は切削厚さ）は、粉末材料への結合物質の侵入深さにほぼ等しくてもよい。場合によっては、切削パスの深さは、粉末材料への結合物質の侵入深さよりも小さくてもよい。場合によっては、切削パスの深さは、粉末材料への結合物質の侵入深さよりも大きくてもよい。
【０１９０】
場合によっては、粉末材料層の周りに生成される外周は、粉末床に対して垂直であってもよい。場合によっては、粉末材料層の外周に生成される外周は、粉末床に対して垂直ではない。外周は、多軸（例えば５軸）工作機械を用いて生成されてもよい。多軸工作機械は、粉末床の表面に対して約０°、１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°、７０°、８０°、又は９０°の角度で粉末床を切削することができる。
【０１９１】
一態様では、本開示は、三次元物体を形成するシステムを提供し、システムは、粉末ディスペンサであって、粉末材料を分配して、粉末床に隣接する粉末材料の第１層を形成し、粉末材料を分配して、第１層に隣接する粉末材料の第２層を形成する粉末ディスペンサと、粉末床と、粉末材料の第１層の１又はそれ以上の外周を生成する切削工具と、を具備し、第１層の外周は、三次元物体の第１層のモデル設計によって決定されるが、それと同等ではない。
【０１９２】
非結合粉末は外部リザーバに堆積させることができる。非結合粉末は、他の三次元物体の形成などの将来の用途に使用することができる。
【０１９３】
案内システム又は案内ベルトを使用して、ＣＮＣスピンドル、マスクスプレーシステム、又は設定の他の構成要素を案内することができる。いくつかの実施形態では、案内システムは、ベルト、ループ、ワイヤ、トラック、又はコンピュータシステムであってもよい。
【０１９４】
図７Ａ及び図７Ｂは、三次元物体を形成するためのサンプル設定を概略的に示す。図７Ａは、支持体上に存在する粉末床７１０を示す。案内システム７０５を使用してコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）７１５スピンドルを案内して粉末材料層に切り込みを入れることができる。図７Ｂは設定の側面図であり、ＣＮＣスピンドル７１５が粉末材料層に切削するために存在する。
【０１９５】
図８は、本開示の三次元物体の形成に使用することができるサンプルスプレーシステムの側面図である。液圧スプレーヘッド８０５及びコネクタ８１０は、結合剤の細かいミストを粉末床上にスプレーすることを可能にする圧力ポットに接続する。スプレーシステムの他の部分は、特定のスプレー領域のみを通過させて粉末材料と接触させるスプレーマスク８１５、スプレーシステム洗浄ステーション８２０、マスク洗浄用真空ライン８２５及びプルーム取り込み用真空ライン８３０を含んでもよい。
【０１９６】
図９Ａは、図８のサンプルスプレーシステムの底面図である。図９Ｂは、図８のサンプルスプレーシステムの断面図である。プルーム真空オリフィス９０５がシステムに構築され、スプレーリザーバ９１０は、粉末材料上にスプレーする準備が整うまで結合剤材料を保持し、スプレーマスク及びスプレーヘッドを含む、システム内の過剰な大きな液滴を同時に洗浄するために、真空洗浄ドッキングステーション９１５を使用することができる。
【０１９７】
図１０は、三次元物体の層を硬化させるために使用することができる加熱システムを示し、スプレッダ１００５が粉末材料を粉末床上に広げ、カートリッジヒータ１０１０が最近付着された結合剤を硬化させる。異なる電力の異なる種類のヒータを使用することができる。ヒータは、少なくとも約１ワット（Ｗ）、１０Ｗ、１００Ｗ、５００Ｗ、１０００Ｗ、２０００Ｗ、３０００Ｗ、４０００Ｗ、５０００Ｗ、６０００Ｗ、７０００Ｗ、８０００Ｗ、９０００Ｗ、又はそれ以上の電力レベルを有してもよい。
【０１９８】
図２６は、概略的な超音波ミスト発生器システム２６３５を示す。少なくとも１つの超音波トランスデューサが、結合剤タンク２６１０に収容されている結合剤流体の表面の下の特定の距離に沈められる。結合剤充填リザーバ２６２０がシステムの上方に位置している。流体の高さ又はレベルはフロートバルブ２６１５、２６３０で制御することができ、そのレベルは結合剤タンクの上方の充填リザーバで維持される。トランスデューサに電力が供給されると、小さな液滴が生成される。ファン２６２５は、スプレー出口２６０５への液滴の流れを調整するためにＰＷＭによって制御される。システム２６３５の出口ホースは、波形の配管又は平滑なボアであってもよい。
【０１９９】
結合物質アプリケータはスプレー出口又はスプレーヘッドモジュールであってもよい。スプレー出口又はスプレーヘッドモジュールは、いくつかの異なる形状であってもよい。スプレー出口は、円形、楕円形長円形、正方形、長方形、三角形、又は他の形状を有してもよい。スプレー出口の形状は、得られる三次元物体の所望の寸法及び構造に基づいて変えてもよい。スプレー出口は粉末タンクの幅に跨がってもよい。あるいは、スプレー出口は粉末タンクの幅又は長さよりも小さくてもよい。スプレー出口又はスプレーヘッドモジュールは、少なくとも約１ミリメートル（ｍｍ）、２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍ、６０ｍｍ、７０ｍｍ、８０ｍｍ、９０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４００ｍｍ、５００ｍｍ、６００ｍｍ、７００ｍｍ、８００ｍｍ、９００ｍｍ、１０００ｍｍ、又はそれ以上の寸法を有してもよい。装置は、いくつかのスプレー出口又はスプレーヘッドモジュールを有してもよい。装置は少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、又はそれ以上のスプレー出口を有してもよい。
【０２００】
スプレー出口又はスプレーヘッドモジュールは、粉末材料層に対してある角度で傾斜していてもよい。スプレー出口は、粉末材料層の真上（例えば、粉末材料層に対して０°の角度）であってもよく、又はスプレー出口は、粉末材料層に対して少なくとも約１°、２°、３°、４°、５°、６°、７°、８°、９°、１０°、１５°、２０°、２５°、３０°、３５°、４０°、４５°、５０°、６０°、７０°、８０°、又はそれ以上の角度であってもよい。
【０２０１】
図２７Ａ〜図２７Ｂは、結合材料を粉末床上の粉末材料層に向けて導くときに使用することができる２つの可能なスプレーパターンを示す。図２７Ａは、１つの可能なスプレーパターンシステムを示す。図２６からの出口２６０５などの円形スプレー出口は、円形であってもよい。スプレーの方向はｙ方向である。２７０５において、円形スプレー出口は結合材料を粉末材料層に導く。結合材料は２７１０においてカラム内の粉末材料を透過し、カラムの側面と比較してより多くの結合材料がカラムの中央に存在する。この効果は望ましい場合がある。
【０２０２】
図２７Ｂは、別の可能なスプレーパターンシステムを示す。長方形のスプレー出口を使用することができ、２７２０において結合材料が粉末材料層に向けて導かれる。スプレーの方向はｙ方向である。結合剤は２７２５においてカラム内の粉末材料に直接均一になり、結合材料は均一なカラム内の粉末材料を通って浸透する。この効果は望ましい場合がある。
【０２０３】
本開示の装置内に真空が存在してもよい。真空はマスクから逃げるすべての過剰なスプレープルームを取り込むことができる。真空は、過剰なプルームが逃げて装置の他の部分の上に沈降するのを防ぐことができる。過剰な結合材料の望ましくない沈降は望ましくない効果をもたらす可能性がある。真空は、結合材料のスプレーの流れ、速度及び均一性を導くのに役立つことができる。真空は粉末材料層の上に渦を発生させることがある。
【０２０４】
真空は、結合材料スプレーがスプレーマスクを出るときに結合材料スプレーの方向及び速度を制御することができる。真空強度を変えることができる。真空強度は、多くとも約７５９Ｔｏｒｒ、７５０Ｔｏｒｒ、７００Ｔｏｒｒ、６５０Ｔｏｒｒ、６００Ｔｏｒｒ、５５０Ｔｏｒｒ、５００Ｔｏｒｒ、４５０Ｔｏｒｒ、４００Ｔｏｒｒ、３５０Ｔｏｒｒ、３００Ｔｏｒｒ、２５０Ｔｏｒｒ、２００Ｔｏｒｒ、１００Ｔｏｒｒ、５０Ｔｏｒｒ、１Ｔｏｒｒ、又はそれ以下であってもよい。
【０２０５】
真空マスク又は真空オリフィスの形状は、いくつかの異なる形状であってもよい。真空マスクは、円形、楕円形長円形正方形、長方形、三角形、又は他の形状を有してもよい。真空は粉末床から特定の距離に固定されてもよく、又は三次元物体を合成する過程で変化してもよい。真空は、粉末床から少なくとも約１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍ、６０ｍｍ、７０ｍｍ、８０ｍｍ、９０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４００ｍｍ、５００ｍｍ、６００ｍｍ、７００ｍｍ、８００ｍｍ、９００ｍｍ、１０００ｍｍ、又はそれ以上であってもよい。場合によっては、乱流が発生することがあり、それは粉末床からの真空の距離に依存することがある。結合剤スプレーの渦が存在することがあり、それは粉末床からの真空の距離に依存することがある。結合剤スプレーの渦は結合剤の付着に有利であり、付着速度を高めることができる。真空度も絞りバルブで変えることができる。真空ラインを開放し、吸引領域全体を囲まないことによって、真空度を変えることもできる。
【０２０６】
図２８は、（スプレーマスクの）真後ろに真空を有する装置を示す。この図では、スプレープルームはスプレーマスク２８１０を出て２８１５で粉末と接触し、ｙの正方向に移動する。真空マスク２８０５がオンの場合には、結合材料プルームは、それが真空に引き込まれるまで、真空の方向（ｙの負方向）に粉末表面に沿って移動することができる。
【０２０７】
図２９は、真空支援スプレーを有するスプレーモジュールを示す。長方形から円形のスプレーアダプタ２９２５は結合剤タンクからのものである。長方形から円形の真空アダプタ２９０５は真空チューブに接続される。矢印は、プルームスプレーの方向を示しており、最初は結合剤タンクからアダプタ２９２５を通り、最後に真空アダプタ２９０５を通って真空に向かって出る。カラム２９３０、２９３５、２９１０は、スプレーと真空との間のＹ及びＺ間隔を制御する１つの方法である。延長された長さは、新しい断面にわたって均一なスプレープルーム分布を作り出すために使用することができる。スプレーマスク２９４０及びスプレーマスク出口２９４５は、過剰なプルームがＸ方向に逃げるのを防ぐために、また粉末床上にスプレーを導くためにも使用される。壁２９２０は、過剰なプルームが正のＹ方向に前方に移動するのを防ぐことができる。角度のついたスプレー出口は、スプレーを真空に向けるのに役立つ。意図的な空間２９１５は、真空度を含む真空プロファイルを変えるために残される。
【０２０８】
均一なスプレー材料を結合剤タンク又はスプレー出口からスプレーマスク出口まで移動させることが望ましい場合がある。図３０は、均一な流れを実現することができる１つの方法を示す。断面３００５は、均一に分布した流れを確実にするために使用することができるハニカム構造経路を有するように示されている。カラム２９１０内の構造は、ハニカム形状のように、円形、正方形、長方形、五角形、又は六角形のチューブで構成することができる。カラム内の構造は、カラムの体積の少なくとも約１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、又は１００％を占めてもよい。
【０２０９】
カラム２９１０の長さは、スプレー出口からスプレーマスクまで広がるプルーム時間及び距離を与えるために使用されてもよい。場合によっては、結合剤タンクとスプレーマスクとの間のカラムの長さは、少なくとも約１ミリメートル（ｍｍ）、２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍ、６０ｍｍ、７０ｍｍ、８０ｍｍ、９０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４００ｍｍ、５００ｍｍ、６００ｍｍ、７００ｍｍ、８００ｍｍ、９００ｍｍ、１０００ｍｍ、又はそれ以上であってもよい。
【０２１０】
ミスト発生器システム（例えば、超音波ミスト発生器システム）の出口ホースは、少なくとも約１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍ、６０ｍｍ、７０ｍｍ、８０ｍｍ、９０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４００ｍｍ、５００ｍｍ、６００ｍｍ、７００ｍｍ、８００ｍｍ、９００ｍｍ、１０００ｍｍ、又はそれ以上の直径を有してもよい。
【０２１１】
ミスト発生器システム（例えば、超音波ミスト発生器システム）のファンは、少なくとも約１ミリメートル（ｍｍ）、２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍ、６０ｍｍ、７０ｍｍ、８０ｍｍ、９０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４００ｍｍ、５００ｍｍ、６００ｍｍ、７００ｍｍ、８００ｍｍ、９００ｍｍ、１０００ｍｍ、又はそれ以上の直径を有してもよい。
【０２１２】
ミスト発生器システム（例えば、超音波ミスト発生器システム）のファン内の空気流速度は変化してもよい。空気流速度は、少なくとも約０．０１立方メートル／秒（ｍ３／ｓ）、０．１ｍ３／ｓ、１ｍ３／ｓ、２ｍ３／ｓ、３ｍ３／ｓ、４ｍ３／ｓ、５ｍ３／ｓ、６ｍ３／ｓ、７ｍ３／ｓ、８ｍ３／ｓ、９ｍ３／ｓ、１０ｍ３／ｓ、１５ｍ３／ｓ、２０ｍ３／ｓ、３０ｍ３／ｓ、４０ｍ３／ｓ、５０ｍ３／ｓ、６０ｍ３／ｓ、７０ｍ３／ｓ、８０ｍ３／ｓ、９０ｍ３／ｓ、１００ｍ３／ｓ、又はそれ以上であってもよい。
【０２１３】
ミスト発生器システム（例えば、超音波ミスト発生器システム）に電力を供給するために必要な電力の量は、少なくとも約１ワット（Ｗ）、２Ｗ、３Ｗ、４Ｗ、５Ｗ、１０Ｗ、２５Ｗ、５０Ｗ、７５Ｗ、１００Ｗ、２００Ｗ、３００Ｗ、４００Ｗ、５００Ｗ、６００Ｗ、７００Ｗ、８００Ｗ、９００Ｗ、１キロワット（ｋＷ）、２ｋＷ、３ｋＷ、４ｋＷ、５ｋＷ、６ｋＷ、７ｋＷ、８ｋＷ、９ｋＷ、１０ｋＷ、２０ｋＷ、３０ｋＷ、４０ｋＷ、５０ｋＷ、６０ｋＷ、７０ｋＷ、８０ｋＷ、９０ｋＷ、１００ｋＷ、又はそれ以上であってもよい。トランスデューサを使用して、ミスト発生器システム内でエネルギーをある形態から別の形態に変換することができる。
【０２１４】
図１１は、三次元物体の形成及び三次元物体の形成中の余分な材料の除去にも使用できる切削システム又はシステム設定を示す。圧力ポット１１１５は、システムの圧力を制御する制御バルブ１１２０に接続されている。制御バルブ１１２０は、粉末床又は粉末材料を結合剤で噴霧するマスクスプレーシステム１１２５に接続されている。プルーム真空ライン１１０５は、噴霧プロセスに利用されていない余分な結合剤を除去する。ＣＮＣスピンドル１１１０は、層又は材料又は三次元物体の切削及び形成中に余分な材料を除去するために使用される。
【０２１５】
場合によっては、粉末材料の特定の数の層を付着させて硬化させた後に、粉末床を含む容器又はボックスをオーブンなどの加熱環境に入れて硬化させることができる。容器又はボックスは、少なくとも約２５℃、３０℃、４０℃、５０℃、６０℃、７０℃、８０℃、９０℃、１００℃、１１０℃、１２０℃、１３０℃、１４０℃、１５０℃、１６０℃、１７０℃、１８０℃、１９０℃、２００℃、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃、９００℃、１０００℃、又はそれ以上の温度に加熱してもよい。
【０２１６】
容器又はボックスは、少なくとも約１分、２分、３分、４分、５分、６分、７分、８分、９分、１０分３０分、１時間、２時間、５時間、１０時間、２０時間、３０時間、４０時間、５０時間、１００時間、又はそれ以上の期間加熱することができる。
【０２１７】
物体を製造するときには、種々の加熱素子を使用することができる。石英管加熱素子を使用することができる。場合によっては、物体の形成中に少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、又はそれ以上の石英管加熱素子が使用される。より多くの加熱素子は硬化プロセスをスピードアップすることができる。石英管加熱素子は、少なくとも約１００ワット（Ｗ）、２００Ｗ、３００Ｗ、４００Ｗ、５００Ｗ、６００Ｗ、７００Ｗ、８００Ｗ、９００Ｗ、１０００Ｗ、１５００Ｗ、１８００Ｗ、２０００Ｗ、３０００Ｗ、４０００Ｗ、５０００Ｗ、又はそれ以上の出力を有してもよい。
【０２１８】
容器又はボックスの中の水分量は、硬化後に減少する可能性がある。容器又はボックスの中の水の量は、約１００，０００ｐｐｍ、１０，０００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、４００ｐｐｍ、２００ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、５ｐｐｍ、又は１ｐｐｍ未満であってもよい。
【０２１９】
三次元物体の各断面が積層され硬化された後に、三次元物体全体が二度目に硬化されてもよい。対象物を第２の容器又はボックスに入れることができ、容器又はボックスは、酸化アルミニウムグリットなどのより大きな又はセラミックグリットで充填することができる。大きなセラミックグリットは、少なくとも約４、６、８、１２、１６、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、１００、１４０、２００、２３０、２７０、３２５、４００、６２５、１２５０、又は２５００のメッシュサイズを有してもよい。
【０２２０】
三次元物体への金属粉末の注入のために、金属粉末を第２の容器又はボックスに加えてもよい。
【０２２１】
第２の容器又はボックスは、少なくとも２５℃、３０℃、４０℃、５０℃、６０℃、７０℃、８０℃、９０℃、１００℃、１１０℃、１２０℃、１３０℃、１４０℃、１５０℃、１６０℃、１７０℃、１８０℃、１９０℃、２００℃、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃、９００℃、１０００℃、又はそれ以上の温度で、少なくとも約１分、２分、３分、４分、５分、６分、７分、８分、９分、１０分３０分、１時間、２時間、５時間、１０時間、２０時間、３０時間、４０時間、５０時間、１００時間、又はそれ以上の期間加熱してもよい。
【０２２２】
三次元物体は、０．０２５、００５、０．１、０．２、０．４、０．８、１．６、３．２、６．３、１２．５、２５、又は５０マイクロメートルの粗さ平均（Ｒａ）を有してもよい。三次元物体は、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４、Ｎ５、Ｎ６、Ｎ７、Ｎ８、Ｎ９、Ｎ１０、Ｎ１１、又はＮ１２グレード数の粗さ（Ｎ）を有してもよい。三次元物体は、少なくとも約１グラム／立方センチメートル（ｇ／ｃｍ３）、２ｇ／ｃｍ３、３ｇ／ｃｍ３、４ｇ／ｃｍ３、５ｇ／ｃｍ３、６ｇ／ｃｍ３、７ｇ／ｃｍ３、８ｇ／ｃｍ３、９ｇ／ｃｍ３、１０ｇ／ｃｍ３、１５ｇ／ｃｍ３、２０ｇ／ｃｍ３、又はそれ以上の密度を有してもよい。三次元物体は、少なくとも約７ｇ／ｃｍ３の密度を有してもよい。
【０２２３】
場合によっては、本明細書に記載の方法は完全に自動化されたプロセスであってもよい。場合によっては、本明細書に記載の方法は、完全に自動化されたプロセスではなく、作業者を必要としてもよい。
【０２２４】
本開示の方法、装置及びシステムは、様々な使用及び用途に使用することができる三次元物体を形成するために使用することができる。場合によっては、使用及び用途には、限定はしないが、機械、機械の部品、自動車部品、インプラント、硬組織、軟組織、ファッションアイテム、衣料品、宝石類、家庭用装飾品、電子機器、又は電気部品が含まれる。
【０２２５】
コンピュータを使用して、本開示の方法、例えば、三次元物体を製造する方法などの様々な態様を調整し制御することができ、それには粉末床の移動、粉末材料アプリケータの移動、結合材料アプリケータの移動、切削ユニット、加熱ユニット及びレーザーユニットが含まれるが、これらに限定されない。
【０２２６】
コンピュータは、コンピュータ数値制御に基づいて工具経路を生成するための機械命令を含むことができる。コンピュータは、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ソフトウェアによって生成された設計を数値に変換することができる。これらの数値は、噴霧、切削、加熱及び他のすべての電気機械的機能に関してプリンタの動きを制御することができる。
【０２２７】
コンピュータは、統計的スケーリングに基づいて幾何学的補償を実行するための機械命令を含むことができる。コンピュータは、焼結収縮を補償するためにＣＡＤソフトウェアによって生成された元の設計をスケーリングすることができる。コンピュータは、遺伝的学習アルゴリズムなどの機械学習アルゴリズムを使用することができる。これは適切な補償を決定するためのいくつかの試行を含むことができる。
【０２２８】
工具経路生成では、入力は、３Ｄ印刷用の標準ファイルであるステレオリソグラフィ（ＳＴＬ）ファイルであってもよい。場合によっては、ファイルは三角メッシュのデータを含んでもよい。工具経路生成の出力は、ＣＮＣ機械用の制御言語であるＧＣｏｄｅフォーマットのファイルであってもよい。ＧＣｏｄｅは、所望の速度で様々なポイントに移動し、スピンドル速度を制御し、様々なプリンタ機能（噴霧、加熱など）をオン／オフするように機械に指示するための方法である。工具経路生成のためのパラメータの例には、これに限定されないが、工具サイズ（例えば、切削ビットの直径）、Ｘスケールファクタ（例えば、Ｘ方向の部分スケーリング）、Ｙスケールファクタ（例えば、Ｙ方向の部分スケーリング）、Ｚスケールファクタ（例えば、Ｚ方向の部分スケーリング）、層厚、侵入深さ（例えば、噴霧された結合剤がＺ方向に侵入する距離）、分割線の間隔（分割線の間隔は、分割線の水平方向と垂直方向のグリッド間隔を表す）、ハッチ間隔（例えば、層をハッチングするときの工具経路オフセットを表す）、ハッチ切削速度（例えば、層内でハッチング切削をしながらスピンドルが移動するＸＹ速度）、境界切削速度（例えば、境界切削をしながらスピンドルが移動するＸＹ速度）、移動速度（例えば、スピンドルが切削していないときに移動する速度）、１層当たりの切削数（例えば、「侵入深さ」全体を切削するために切削工具が通過するパス数。例えば、１５０μｍの３つの切削深さは、４５０μｍ全体を構成することができる）、各切り込みの深さ（例えば、「１層当たりの切り込み数」を考慮して行われた各切り込みの深さ）、ＧＣｏｄｅの分解能（例えば、Ｇコード内の所与の層についての点間の距離）及び第１の層の厚さが含まれる。
【０２２９】
いくつかの実装形態は、侵入深さが層厚よりも大きいと考えることができる。後続の層は互いに固着することがある。しかしながら、それは過剰侵入が前の層を破壊するおそれがあるという点で問題を生じさせる可能性がある。Ｘ−Ｙ平面内にある間、本明細書に記載の技術は、縁部を正確に画定するための「微細パス」を行うことができる。さらに、各層について部品の輪郭を切削することを検討する場合には、部品を外周から物理的に分離する方法がない可能性がある。本明細書に記載の技術は、層シフトを介して工具経路を作成するための根本的に新しい方法を採用することができる。ステップ１：層の総切削深さは、層厚ではなく侵入深さに等しくてもよい。ステップ２：第１層の高さは侵入深さの高さであってもよい。ステップ３：現在の層を切削するときに、その前の層及び次の層の形状とサイズを考慮することができる。現在の切削経路は、前の切削経路及び次の切削経路と重なってもよい。切り込みを前の層形状領域に作製して、すべての層を半分の層だけ効果的に下方にシフトすることができる。ステップ４：最終的な層の工具経路は輪郭の全領域をカバーすることができる。
【０２３０】
いくつかの実装形態は以下のアルゴリズムを採用することができる。所与の現在の層の切り取り面積（ＡＣＡ）は、ＡＣＡ＝ＡＢＯ＋ＡＮ−Ｏ＋ＡＰ−Ｏとして計算することができ、ここで、ＡＢＯ（境界オフセット面積）は以下のブール減算を記述し、ＡＢＯ＝ＡＯｆｆ−ＡＯ、ＡＯｆｆは現在の層の面積をツールオフセットを含めて表し、ＡＯは元の現在の層面積を表し、ＡＮ−Ｏは、以下のブール減算を記述し、ＡＮ−Ｃ＝ＡＮ−ＡＯ、ＡＮは次の層の面積を記述し、ＡＰ−Ｏは、次のブール減算を記述し、ＡＰ−Ｏ＝ＡＰ−ＡＯ、ＡＰは前の層の面積を表す。このアルゴリズムは、１又はそれ以上のコンピュータプロセッサによって実行される機械実行可能コードによって実施することができる。
【０２３１】
コンピュータ制御システム
本開示は、本開示の方法を実施するようにプログラムされているコンピュータ制御システムを提供する。図３２は、三次元物体を生成するようにプログラムされているか、あるいは構成されているコンピュータ制御システム３２０１を示している。コンピュータ制御システム３２０１は、本開示の方法、例えば、三次元物体を製造する方法などの様々な態様を調整することができ、それには粉末床の移動、粉末材料アプリケータの移動、結合物質アプリケータの移動、切削工具及び加熱ツールが含まれるが、これらに限定されない。コンピュータ制御システム３２０１は、ユーザの電子装置、又は電子装置に対して遠隔に配置されているコンピュータシステム上に実装することができる。電子装置は携帯電子装置であってもよい。
【０２３２】
コンピュータシステム３２０１は中央処理装置（ＣＰＵ、ここでは「プロセッサ」及び「コンピュータプロセッサ」ともいう）３２０５を含み、これはシングルコア又はマルチコアプロセッサ、あるいは並列処理のための複数のプロセッサとすることができる。コンピュータ制御システム３２０１はまた、メモリ又はメモリ位置３２１０（例えば、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、フラッシュメモリ）、電子記憶ユニット３２１５（例えば、ハードディスク）、１つ又は複数他のシステムと通信するための通信インターフェース３２２０（例えば、ネットワークアダプタ）、キャッシュ、他のメモリ、データ記憶装置及び／又は電子ディスプレイアダプタなどの周辺装置３２２５を含む。メモリ３２１０、記憶ユニット３２１５、インターフェース３２２０及び周辺装置３２２５は、マザーボードなどの通信バス（実線）を介してＣＰＵ３２０５と通信する。記憶ユニット３２１５は、データを格納するためのデータ記憶ユニット（又はデータリポジトリ）とすることができる。コンピュータ制御システム３２０１は、通信インターフェース３２２０を用いてコンピュータネットワーク（「ネットワーク」）３２３０に動作可能に結合することができる。ネットワーク３２３０は、インターネット、インターネット及び／又はエクストラネット、あるいはインターネットと通信するイントラネット及び／又はエクストラネットとすることができる。場合によっては、ネットワーク３２３０は、遠隔通信及び／又はデータネットワークである。ネットワーク３２３０は、クラウドコンピューティングなどの分散コンピューティングを可能にすることができる１又はそれ以上のコンピュータサーバを含むことができる。ネットワーク３２３０は、場合によっては、コンピュータシステム３２０１の助けを借りて、コンピュータシステム３２０１に結合されたデバイスがクライアント又はサーバとして振る舞うことを可能にし得るピアツーピアネットワークを実現することができる。
【０２３３】
ＣＰＵ３２０５は、プログラム又はソフトウェアで具現化することができる一連の機械可読命令を実行することができる。命令は、メモリ３２１０などのメモリ位置に格納することができる。命令はＣＰＵ３２０５に向けることができ、ＣＰＵ３２０５は続いて、本開示の方法を実施するようにＣＰＵ３２０５をプログラムするか又は別の方法で構成することができる。ＣＰＵ３２０５によって実行される動作の例は、フェッチ、デコード、実行及びライトバックを含むことができる。
【０２３４】
ＣＰＵ３２０５は、集積回路などの回路の一部とすることができる。システム３２０１の１又はそれ以上の他の構成要素を回路に含めることができる。場合によっては、回路は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）である。
【０２３５】
記憶ユニット３２１５は、ドライバ、ライブラリ、保存したプログラムなどのファイルを格納することができる。記憶ユニット３２１５は、ユーザデータ、例えば、ユーザの好み及びユーザプログラムを格納することができる。場合によっては、コンピュータシステム３２０１は、コンピュータシステム３２０１の外部にある１又はそれ以上の追加のデータ記憶ユニットを含むことができ、それはイントラネット又はインターネットを介してコンピュータシステム３２０１と通信するリモートサーバ上などに配置される。
【０２３６】
コンピュータシステム３２０１は、ネットワーク３２３０を介して１又はそれ以上のリモートコンピュータシステムと通信することができる。例えば、コンピュータシステム３２０１は、ユーザ（例えば、三次元物体の製造を管理するユーザ）のリモートコンピュータシステムと通信することができる。リモートコンピュータシステムの例には、パーソナルコンピュータ（例えばポータブルＰＣ）、スレート又はタブレットＰＣ（例えばアップル（登録商標）ｉＰａｄ(登録商標）、サムスン（登録商標）ギャラクシータブ）、電話、スマートフォン（例えばアップル（登録商標）ｉＰｈｏｎｅ(登録商標）、アンドロイド対応デバイス、ブラックベリー（登録商標））、又は携帯情報端末が含まれる。ユーザはネットワーク３２３０を介してコンピュータシステム３２０１にアクセスすることができる。
【０２３７】
本明細書に記載の方法は、例えばメモリ３２１０又は電子記憶ユニット３２１５などのコンピュータシステム３２０１の電子記憶位置に格納された機械（例えばコンピュータプロセッサ）実行可能コードによって実施することができる。機械実行可能コード又は機械可読コードはソフトウェアの形で提供することができる。使用中に、コードはプロセッサ３２０５によって実行することができる。場合によっては、コードは記憶ユニット３２１５から読み出され、プロセッサ３２０５による容易なアクセスのためにメモリ３２１０に記憶することができる。状況によっては、電子記憶ユニット３２１５を除外することができ、機械実行可能命令はメモリ３２１０に格納される。
【０２３８】
コードは、コードを実行するように適合されたプロセッサを有する機械と共に使用するために予めコンパイルし構成することができ、あるいは実行時にコンパイルすることができる。コードは、コードを事前コンパイル方式又はコンパイル時方式で実行できるように選択することができるプログラミング言語で供給することができる。
【０２３９】
コンピュータシステム３２０１など、本明細書に提供されるシステム及び方法の態様は、プログラミングで具現化することができる。本技術の様々な態様は、通常、機械（又はプロセッサ）実行可能コード及び／又はある種の機械可読媒体で運ばれる又はその中に具現化された関連データの形をとる「製品」又は「物品」と考えることができる。機械実行可能コードは、メモリ（例えば、読み出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、フラッシュメモリ）又はハードディスクなどの電子記憶ユニットに格納することができる。「記憶」タイプの媒体は、コンピュータ、プロセッサなどの有形メモリ、又は様々な半導体メモリ、テープドライブ、ディスクドライブなどの関連モジュールのいずれか又はすべてを含むことができ、これらはソフトウェアプログラミングのためにいつでも非一時的記憶を提供することができる。ソフトウェアのすべて又は一部は、インターネット又は他の様々な電気通信ネットワークを介して通信することができる。そのような通信は、例えば、あるコンピュータ又はプロセッサから別のコンピュータ又はプロセッサへ、例えば管理サーバ又はホストコンピュータからアプリケーションサーバのコンピュータプラットフォームへのソフトウェアのロードを可能にすることができる。したがって、ソフトウェア要素を担持することができる別の種類の媒体は、光、電気及び電磁波を含み、これらは、有線及び光の地上通信ネットワークを介して及び様々なエアリンクを介して、ローカルデバイス間の物理的なインターフェースを越えて使用される。そのような波を搬送する物理的要素、例えば有線又は無線リンク、光リンクなどもまた、ソフトウェアを担持する媒体とみなすことができる。本明細書では、非一時的で有形の「記憶」媒体に限定されない限り、コンピュータ又は機械の「可読媒体」などの用語は、実行のためにプロセッサに命令を提供することに関与する任意の媒体を指す。
【０２４０】
したがって、コンピュータ実行可能コードなどの機械可読媒体は、有形の記憶媒体、搬送波媒体、又は物理伝送媒体を含むがこれらに限定されない多くの形態をとることができる。不揮発性記憶媒体は、例えば、図面に示されるデータベースなどを実装するために使用することができるものなど、任意のコンピュータなどの任意の記憶装置などの光ディスク又は磁気ディスクを含む。揮発性記憶媒体は、そのようなコンピュータプラットフォームのメインメモリなどのダイナミックメモリを含む。有形の伝送媒体は同軸ケーブル、銅線及び光ファイバを含み、コンピュータシステム内のバスを構成するワイヤを含む。搬送波伝送媒体は、電気又は電磁信号、あるいは無線周波数（ＲＦ）及び赤外線（ＩＲ）データ通信中に発生するものなどの音波又は光波の形態をとることができる。したがって、一般的な形態のコンピュータ可読媒体には、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、他の任意の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ若しくはＤＶＤ−ＲＯＭ、他の任意の光学媒体、パンチカード紙テープ、穴のパターンを有する他の任意の物理記憶媒体、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ及びＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ−ＥＰＲＯＭ、他の任意のメモリチップ若しくはカートリッジ、データ若しくは命令を搬送する搬送波、このような搬送波を伝送するケーブル若しくはリンク、又はコンピュータがプログラミングコード及び／若しくはデータを読み取ることができる他の任意の媒体が含まれる。これらの形態のコンピュータ可読媒体の多くは、実行のために１又はそれ以上の命令の１又はそれ以上のシーケンスをプロセッサに搬送することに関与することができる。
【０２４１】
コンピュータシステム３２０１は、例えば、三次元物体を生成するためのパラメータを提供するためのユーザインターフェース（ＵＩ）３２４０を具備する電子ディスプレイ３２３５を含むか、又はそれと通信することができる。ＵＩの例には、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）及びウェブベースのユーザインターフェースが含まれるが、これらに限定されない。
【０２４２】
［例］
［例１］
常温常圧の１メートル（ｍ）×１ｍ×１ｍの構築ボックス型容器内で、球形の３２５メッシュのステンレス鋼合金粉末材料層を容器内に堆積させて粉末床を形成する。ステンレス鋼レベラーを粉末材料層の上を通過させて、粉末材料の平らな表面を確保する。平らにした後に、未硬化の粉末材料は１００マイクロメートルの層状厚さを有する。
【０２４３】
購入したポリウレタンを、超音波ネブライザーにより粉末材料の第１層の第１の領域に付着させる。次に、レーザーを粉末床の上を通過させて、第１の領域の第１の小区分を加熱し硬化させる。小区分は第１の領域の５０％を占める。小区分は、三次元物体のモデル設計の対応する断面に従う。
【０２４４】
次に粉末材料の別の層を付着させて平らにする。ポリウレタンの第２層を粉末材料の第２層の第２の領域に付着させる。レーザーを再び粉末床の上を通過させて第２の領域の第２の小区分を硬化させる。第２の小区分は第２の領域の５０％を占める。第２の小区分は、三次元物体のモデル設計の対応する第２の断面に従う。
【０２４５】
続いて、層の数がモデル設計の断面の数と同等になるまで、粉末材料層を付着させ、平らにし、硬化させる。
【０２４６】
構築ボックスをアルゴン雰囲気下のオーブンに６００℃の温度で６０分間入れる。冷却した後に、非結合粉末材料を真空により三次元物体から除去する。三次元物体を、酸化アルミニウムグリットを充填した別の構築ボックスに入れ、１２００℃の温度のオーブンに６０分間入れる。
【０２４７】
冷却した後に、三次元物体は最終製品として構築ボックスから取り出される。
【０２４８】
［例２］
常温常圧の０．５ｍ×０．５ｍ×０．５ｍの構築ボックス型容器内で、球状の３２５メッシュの青銅粉末材料層を容器内に堆積させて、粉末床を形成する。ステンレス鋼レベラーを粉末材料層の上を通過させて、粉末材料の平らな表面を確保する。平らにした後に、未硬化の粉末材料は０．５ｍｍの層状厚さを有する。
【０２４９】
購入したマニキュア液を、コンプレッサーベースのスプレーにより粉末材料の第１層の第１の領域に付着させる。次に、レーザーを粉末床の上を通過させて、第１の領域の第１の小区分を加熱し硬化させる。小区分は第１の領域の８０％を占める。小区分は、三次元物体のモデル設計の対応する断面に従う。
【０２５０】
次に粉末材料の別の層を付着させて平らにする。マニキュアの第２層を粉末材料の第２層の第２の領域に付着させる。レーザーを再び粉末床の上を通過させて第２の領域の第２の小区分を硬化させる。第２の小区分は第２の領域の７０％を占める。第２の小区分は、三次元物体のモデル設計の対応する第２の断面に従う。
【０２５１】
続いて、層の数がモデル設計の断面の数と同等になるまで、粉末材料層を付着させ、平らにし、硬化させる。
【０２５２】
構築ボックスを５００℃の温度のオーブンに６０分間入れる。冷却した後に、非結合粉末材料を真空により三次元物体から除去する。三次元物体を、酸化アルミニウムグリット及び青銅合金を充填した別の構築ボックスに入れ、８００℃の温度のオーブンに６０分間入れる。
【０２５３】
冷却した後に、三次元物体を構築ボックスから取り出して研磨する。
【０２５４】
［例３］
所望の物体の幾何学的特徴に応じて、切削速度は、速度及び高解像度の特徴についても変化し最適化することができる。
【０２５５】
図２４Ａ〜図２４Ｃは３つの異なる部品を示す。
【０２５６】
図２４Ａの部品のための工具経路は、比較的高い線形切削速度で切削される標準サイズの特徴を有する。高い線速度で切削すると、部品をより早く完成させることができる。
【０２５７】
輪郭２４０５内に示すように、図２４Ｂのより小さい特徴を考えると、部品は比較的低い切削速度で工具を用いて切削される。
【０２５８】
図２４Ｃの部品は、高い切削速度で切削される標準サイズの特徴と、輪郭２４１０内に示すように比較的低い切削速度において工具で切削されるより小さな特徴と、の両方を含む。
【０２５９】
図２５の部品は、２５０５などの特徴が製造時間を最小にしながら正確に作られるように、遅い線形切削速度及び高い回転切削速度で作られる。
【０２６０】
［例４］
常温常圧の０．５ｍ×０．５ｍ×０．５ｍの構築ボックス型容器内で、粉末材料層を容器内に堆積させて、粉末床を形成する。
【０２６１】
粉末材料及び結合剤の層を粉末床上に堆積させる。粉末材料及び結合剤の層をモデル設計に従って切削する。
【０２６２】
所望の３Ｄ物体を図１３に概略的に示す。複数のスライスが層を形成し、物体の層には番号が付けられている。層は単一の切削パスによって切削され、層１〜８はスライスの厚さと同等の層厚を有する。層９〜１３は、その領域のスライスの厚さよりも大きい厚さを有する。層９〜１３では、層ごとに単一の切削パスが行われる。
【０２６３】
所望の数の層が作られ切削された後に、三次元物体が構築ボックスから取り出され、研磨される。
【０２６４】
［例５］
図３１は、本明細書に記載の方法で形成することができる複数の部品を示している。
【０２６５】
本明細書では本発明の好適な実施形態を示し説明しているが、そのような実施形態が例としてのみ提供されていることは当業者には明らかであろう。本発明が本明細書内に提供される特定の実施例によって限定されることを意図していない。本発明を前述の明細書を参照して説明したが、本明細書の実施形態の説明及び例示は限定的な意味で解釈されることを意味するものではない。当業者であれば、本発明から逸脱することなく、多数の変形、変更及び置換を想到するであろう。さらに、本発明のすべての態様は、様々な条件及び変数に依存する、本明細書に記載の特定の描写、構成、又は相対比率に限定されないことを理解されたい。本明細書中に記載された本発明の実施形態に対する様々な代替例を、本発明を実施する際に使用することができることを理解されたい。したがって、本発明はそのような代替例、修正例、変形例又は均等例も網羅すると考えられる。以下の特許請求の範囲が本発明の範囲を規定し、これらの特許請求の範囲の方法及び構造並びにそれらの均等例がそれによって包含されることが意図される。
【図１】
2019532834.tif 000003
【図２Ａ】
2019532834.tif 000004
【図２Ｂ】
2019532834.tif 000005
【図２Ｃ】
2019532834.tif 000006
【図３Ａ】
2019532834.tif 000007
【図３Ｂ】
2019532834.tif 000008
【図３Ｃ】
2019532834.tif 000009
【図３Ｄ】
2019532834.tif 000010
【図４Ａ】
2019532834.tif 000011
【図４Ｂ】
2019532834.tif 000012
【図４Ｃ】
2019532834.tif 000013
【図４Ｄ】
2019532834.tif 000014
【図５Ａ】
2019532834.tif 000015
【図５Ｂ】
2019532834.tif 000016
【図５Ｃ】
2019532834.tif 000017
【図５Ｄ】
2019532834.tif 000018
【図６Ａ】
2019532834.tif 000019
【図６Ｂ】
2019532834.tif 000020
【図６Ｃ】
2019532834.tif 000021
【図６Ｄ】
2019532834.tif 000022
【図７Ａ】
2019532834.tif 000023
【図７Ｂ】
2019532834.tif 000024
【図８】
2019532834.tif 000025
【図９Ａ】
2019532834.tif 000026
【図９Ｂ】
2019532834.tif 000027
【図１０】
2019532834.tif 000028
【図１１】
2019532834.tif 000029
【図１２】
2019532834.tif 000030
【図１３】
2019532834.tif 000031
【図１４】
2019532834.tif 000032
【図１５】
2019532834.tif 000033
【図１６】
2019532834.tif 000034
【図１７】
2019532834.tif 000035
【図１８】
2019532834.tif 000036
【図１９】
2019532834.tif 000037
【図２０】
2019532834.tif 000038
【図２１】
2019532834.tif 000039
【図２２Ａ】
2019532834.tif 000040
【図２２Ｂ】
2019532834.tif 000041
【図２２Ｃ】
2019532834.tif 000042
【図２３Ａ】
2019532834.tif 000043
【図２３Ｂ】
2019532834.tif 000044
【図２３Ｃ】
2019532834.tif 000045
【図２４Ａ】
2019532834.tif 000046
【図２４Ｂ】
2019532834.tif 000047
【図２４Ｃ】
2019532834.tif 000048
【図２５】
2019532834.tif 000049
【図２６】
2019532834.tif 000050
【図２７Ａ】
2019532834.tif 000051
【図２７Ｂ】
2019532834.tif 000052
【図２８】
2019532834.tif 000053
【図２９】
2019532834.tif 000054
【図３０】
2019532834.tif 000055
【図３１】
2019532834.tif 000056
【図３２】
2019532834.tif 000057
【図３３】
2019532834.tif 000058
【国際調査報告】
2019532834.tif 000059
2019532834.tif 000060
2019532834.tif 000061