(57)【要約】  ３次元（３Ｄ）印刷方法の例において、金属製構築材料が適用される。バインダー流体が、金属製構築材料の少なくとも一部分の上に選択的に適用される。バインダー流体は液体ビヒクルおよび液体ビヒクルに分散したポリマー粒子を含有する。金属製構築材料の適用およびバインダー流体の選択的適用は反復されてパターン化グリーン部品が生成される。パターン化グリーン部品はポリマー粒子の融点付近まで加熱されてバインダー流体が活性化され、硬化グリーン部品が生成される。硬化グリーン部品はポリマー粒子の熱分解温度に加熱されて、少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品が生成される。少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品は焼結温度に加熱されて、金属部品が形成される。
2019534385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元（３Ｄ）印刷方法であって：
金属製構築材料を適用し；
金属製構築材料の少なくとも一部分の上にバインダー流体を選択的に適用し、バインダー流体が液体ビヒクルおよび液体ビヒクルに分散したポリマー粒子を含有し；
金属製構築材料の適用およびバインダー流体の選択的な適用を繰り返してパターン化グリーン部品を生成し；
パターン化グリーン部品をポリマー粒子の融点付近まで加熱し、それによってバインダー流体を活性化して硬化グリーン部品を生成し；
硬化グリーン部品をポリマー粒子の熱分解温度に加熱し、それによって少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品を生成し；そして
少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品を焼結温度に加熱して金属部品を形成することを含む、方法。
【請求項２】
請求項１に規定された方法であって：
ポリマー粒子が約２５℃から約１２５℃の範囲にあるガラス転移温度（Ｔｇ）を有し；
融点が約１２５℃から約２００℃の範囲にあり；
熱分解温度が約２５０℃から約６００℃の範囲にあり；そして
焼結温度が約８５０℃から約１４００℃の範囲にある、方法。
【請求項３】
請求項１に規定された方法であって：
硬化グリーン部品の熱分解温度への加熱が約３０分から約７２時間の熱分解期間にわたって行われ；そして
少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品の焼結温度への加熱が約２０分から約１５時間の範囲の焼結期間にわたって行われる、方法。
【請求項４】
請求項１に規定された方法であって：
硬化グリーン部品の熱分解温度への加熱が約０.５℃／分から約１０℃／分の範囲の速度において達成され；そして
少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品の焼結温度への加熱が約１℃／分から約２０℃／分の範囲の速度において達成される、方法。
【請求項５】
請求項１に規定された方法であって、硬化グリーン部品の熱分解温度への加熱および少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品の焼結温度への加熱が、不活性ガス、低反応性ガス、還元性ガス、またはこれらの組み合わせを含有する環境下で達成される、方法。
【請求項６】
請求項５に規定された方法であって、環境がさらに炭素を含有する、方法。
【請求項７】
請求項１に規定された方法であって：
金属製構築材料の適用、バインダー流体の選択的適用、適用および選択的適用の繰り返し、およびパターン化グリーン部品の融点付近への加熱が構築領域プラットフォーム上で達成され；そして
パターン化グリーン部品を融点付近まで加熱した後、方法がさらに：
硬化グリーン部品を構築領域プラットフォームから取り外し；そして
硬化グリーン部品を加熱機構内に置くことを含む、方法。
【請求項８】
請求項１に規定された方法であって、バインダー流体がさらに、２−ピロリジノン、１−（２−ヒドロキシエチル）−２−ピロリドン、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、トリプロピレングリコールモノｎ−ブチルエーテル、プロピレングリコールフェニルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノｎ−ブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノｎ−ブチルエーテルアセテート、２−メチル−１,３−プロパンジオール、およびこれらの組み合わせからなる群より選択された合体溶媒を含む、方法。
【請求項９】
請求項８に規定された方法であって：
ポリマー粒子がバインダー流体中に約２重量％から約３０重量％の範囲の量で存在し；そして
合体溶媒がバインダー流体中に約０.１重量％から約５０重量％の範囲の量で存在する、方法。
【請求項１０】
請求項１に規定された方法であって、ポリマー粒子の各々が低いＴｇの疎水性成分および高いＴｇの親水性成分を含有し、方法がさらに：
ポリマー粒子の各々を：
（i）低いＴｇの疎水性モノマーを重合して低いＴｇの疎水性成分を形成し、高いＴｇの親水性モノマーを重合して高いＴｇの親水性成分を形成し、そして高いＴｇの親水性成分を低いＴｇの疎水性成分の表面上に付着させること；または
（ii）低いＴｇの疎水性モノマーおよび高いＴｇの親水性モノマーを、低いＴｇの疎水性モノマーの高いＴｇの親水性モノマーに対する比率が５：９５から３０：７０となるように重合させること；または
（iii）低いＴｇの疎水性モノマーで重合プロセスを開始し、次いで高いＴｇの親水性モノマーを添加し、そして次いで重合プロセスを完了させ、それにより高いＴｇの親水性モノマーが高い濃度で低いＴｇの疎水性成分の表面またはその付近に重合するようにさせること；または
（iｖ）低いＴｇの疎水性モノマーおよび高いＴｇの親水性モノマーで共重合プロセスを開始し、次いで高いＴｇの親水性モノマーを追加的に添加し、そして次いで共重合プロセスを完了させ、それによって、高いＴｇの親水性モノマーが高い濃度で低いＴｇの疎水性成分の表面またはその付近に共重合するようにさせること
の１つによって調製し；および
次いでポリマー粒子を液体ビヒクルに添加することによってバインダー流体を調製することを含む、方法。
【請求項１１】
請求項１０に規定された方法であって：
低いＴｇの疎水性モノマーが、Ｃ４からＣ８のアルキルアクリレートモノマー、Ｃ４からＣ８のアルキルメタクリレートモノマー、スチレンモノマー、置換メチルスチレンモノマー、ビニルモノマー、ビニルエステルモノマー、およびこれらの組み合わせからなる群より選択され；そして
高いＴｇの親水性モノマーが、酸性モノマー、未置換アミドモノマー、アルコールアクリレートモノマー、アルコールメタクリレートモノマー、Ｃ１からＣ２のアルキルアクリレートモノマー、Ｃ１からＣ２のアルキルメタクリレートモノマー、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される、方法。
【請求項１２】
請求項１に規定された方法であって、バインダー流体の選択的適用が、サーマルインクジェット印刷または圧電インクジェット印刷によって達成される、方法。
【請求項１３】
請求項１に規定された方法であって：
金属製構築材料が約１０μｍから約１５０μｍの範囲の平均粒径を有する粉体であり；
金属製構築材料が焼結温度に加熱された場合に焼結されて連続体となり金属部品を形成し；そして
焼結温度が金属製構築材料の融点、固相線温度、共晶温度、または包晶温度未満である、方法。
【請求項１４】
請求項１に規定された方法であって、金属製構築材料が約３０μｍから約３００μｍの範囲の厚さの層で適用される、方法。
【請求項１５】
３次元（３Ｄ）印刷システムであって：
金属製構築材料の供給部と；
構築材料分配器と；
バインダー流体の供給部と、バインダー流体が液体ビヒクルおよび液体ビヒクルに分散したポリマー粒子を含むことと；
バインダー流体を選択的に供給するインクジェットアプリケータと；
少なくとも１つの熱源と；
コントローラと；および
コントローラに：
構築材料分配器およびインクジェットアプリケータを用いて、構築材料分配器によって適用されると共にバインダー流体を受け取った金属製構築材料の層を複数繰り返して形成させ、それによってパターン化グリーン部品を生成させ；および
少なくとも１つの熱源を用いて：
パターン化グリーン部品をポリマー粒子の融点付近まで加熱して、それによってバインダー流体を活性化して硬化グリーン部品を生成させ；
硬化グリーン部品をポリマー粒子の熱分解温度まで加熱して、それによって少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品を生成させ；そして
少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品を焼結温度まで加熱して金属部品を形成させる、コンピュータが実行可能な命令を格納している非一時的なコンピュータ可読媒体とを含む、システム。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
３次元（３Ｄ）印刷は、デジタルモデルから３次元固体部品を作成するために使用される付加印刷プロセスでありうる。３Ｄ印刷はしばしば、製品のラピッドプロトタイピング、金型の製造、金型マスターの製造、および短期的製造に用いられている。幾つかの３Ｄ印刷技術は付加的プロセスであると考えられているが、それはそれらの技術が、材料の層を連続的に適用することを包含しているからである。これは、最終部品を作成するために、多くの場合に材料の削除を行う在来の機械加工プロセスとは異なっている。３Ｄ印刷は多くの場合に、構築材料の硬化または融合を必要としているが、これは幾つかの材料については、熱補助式押出、溶融、または焼結を用いて達成されてよく、また他の材料については光投影技術を使用して達成されてよい。
【図面の簡単な説明】
【０００２】
本開示における例の特徴は、以下の詳細な説明および図面を参照することによって明らかになるが、そこにおいては同様の参照番号は、同一ではないかも知れないが類似する部品に対応している。簡潔さのために、先に説明した機能を有する参照番号または特徴については、それらが表されている他の図面との関連では説明される場合も、されない場合もある。
【０００３】
図１は本願で開示する３Ｄ印刷システムの例の単純化した等測図である。
【０００４】
図２Ａから図２Ｆは、本願に開示する３Ｄ印刷方法の例を使用した、パターン化グリーン部品、硬化グリーン部品、および少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品、および３Ｄ金属部品の形成を示す概略図である。
【０００５】
図３Ａおよび図３Ｂは、本願に開示する３Ｄ印刷方法の例によって形成された、硬化グリーン部品（図３Ａ）および３Ｄ金属部品（図３Ｂ）を示す白黒写真である。
【０００６】
図４Ａおよび図４Ｂは、本願に開示する３Ｄ印刷方法の別の例によって形成された、別の硬化グリーン部品（図４Ａ）および別の３Ｄ金属部品（図４Ｂ）を示す白黒写真である。
【０００７】
図５は、本願に開示する３Ｄ印刷方法の例を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
３次元（３Ｄ）印刷の幾つかの例においては、バインダー流体（液体機能剤／材料としても知られている）が構築材料の層に対して選択的に適用され、次いで構築材料の別の層がその上に適用される。バインダー流体は、この構築材料の別の層に対しても適用されてよく、そしてこれらのプロセスが繰り返されて、最終的に形成される３Ｄ部品のグリーン部品（グリーン体とも呼ばれる）が形成される。バインダー流体は、グリーン部品の構築材料を一体に保持するバインダーを含んでいてよい。このグリーン部品は次いで電磁放射線および／または熱に曝露されてよく、グリーン部品中の構築材料が焼結されて３Ｄ部品が形成される。
【０００９】
本願に開示の３Ｄ印刷方法およびシステムの例はバインダー流体を使用し、これは金属製構築材料からパターン化グリーン部品を製造するためにポリマー粒子を含んでおり、またポリマー粒子を活性化して硬化グリーン部品を作成するために熱を使用する。硬化グリーン部品は、バインダー流体でパターン化されなかった金属製構築材料から、硬化グリーン部品の構造に有害な影響を与えることなしに、取り出すことができる。取り出された硬化グリーン部品は、次いで脱バインダーを行って、少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品を精製することができ、そして少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品は次いで焼結されて、最終の３Ｄ印刷部品／オブジェクトが形成されてよい。
【００１０】
本願で使用するところでは、用語「パターン化グリーン部品」は、最終の３Ｄ印刷部品を表す形状を有し、またバインダー流体でパターン化して所定の形に形成された金属製構築材料を含む、中間部品を指している。パターン化グリーン部品において、金属製構築材料粒子は、バインダー流体の１つまたはより多くの成分、および／または金属製構築材料粒子とバインダー流体の間の引力によって、一体に弱く結合されている場合もあり、またされていない場合もある。幾つかの場合においては、パターン化グリーン部品の機械的強度は、それを取り扱ったり構築材料プラットフォームから取り出したりできない程度のものである。さらに、バインダー流体でパターン化されていない金属製構築材料は、それがパターン化グリーン部品に隣接したりパターン化グリーン部品を取り囲んだりしている場合でも、パターン化グリーン部品の一部とは見なされないことが理解されるべきである。
【００１１】
本願で使用するところでは、用語「硬化グリーン部品」は、加熱プロセスに曝露されたパターン化グリーン部品を指しており、この加熱プロセスは、バインダー流体中でのポリマー粒子の溶融（合体溶媒によって促進されてよい）を開始させ、またバインダー流体の液体成分の蒸発に寄与してよく、かくしてポリマー粒子は金属製構築材料粒子を被覆するポリマー接着剤を形成し、金属製構築材料粒子同士の間に結合を作り出しまたは結合を強化する。換言すれば、「硬化グリーン部品」は、最終の３Ｄ印刷部品を表す形状を有し、バインダー流体の少なくとも実質的に硬化されたポリマー粒子（それによって金属製構築材料がパターン化される）によって一体に結合された金属製構築材料を含む、中間部品である。パターン化グリーン部品と比較すると、硬化グリーン部品の機械的強度はより大きく、そして幾つかの場合には、硬化グリーン部品は取り扱い可能であり、または構築材料プラットフォームから取り出し可能である。
【００１２】
用語「グリーン」は、パターン化グリーン部品または硬化グリーン部品を参照している場合には、色を示唆するものではなく、その部品がまだ完全に処理されていないことを示すものであることが理解されよう。
【００１３】
本願で使用するところでは、用語「少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品」は、加熱プロセスに曝露された硬化グリーン部品を指しており、この加熱プロセスはポリマー粒子の熱分解を開始させ、かくしてポリマー粒子は少なくとも部分的に除去される。幾つかの場合には、ポリマー粒子の揮発性有機成分またはポリマー粒子の熱分解により生成された揮発性有機成分が完全に除去され、非常に僅かな量の、熱分解されたポリマー粒子由来の不揮発性残渣が残存してよい（例えば、当初のバインダーの＜１重量％）。他の場合には、熱分解されたポリマー粒子（すべての生成物および残渣を含む）は完全に除去される。換言すれば、「少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品」は、最終の３Ｄ印刷部品を表す形状を有し、i）弱い焼結（すなわち、部品の形状を保持することが可能な、粒子相互間の低レベルのネッキング）、またはii）残存する少量の硬化ポリマー粒子、またはiii）ポリマー粒子の除去の結果としての毛管力および／またはファンデルワールス力、および／またはiｖ）i、ii、および／またはiiiの任意の組み合わせの結果として一体に結合された、金属製構築材料を含んでいる。
【００１４】
用語「グレー」は、少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品を参照している場合には、色を示唆するのではなく、その部品がまだ完全には処理されていないことを示すものであることが理解されよう。
【００１５】
少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品は、硬化グリーン部品と同様の、またはそれよりも大きな多孔度を有してよいが（ポリマー粒子の除去に基づいて）、しかしこの多孔度は、３Ｄ印刷部品への遷移の間に、少なくとも実質的に排除される。
【００１６】
本願で使用するところでは、用語「３Ｄ印刷部品」、「３Ｄ部品」、または「金属部品」は、完成された焼結部品を指している。
【００１７】
本願に開示する例においては、バインダー流体はポリマー粒子を含み、ポリマー粒子はバインダー流体の液体ビヒクル全体に分散されている。金属製構築材料の層に対して適用された場合、液体ビヒクルは構築材料を濡らすことができ、ポリマー粒子は層の微視的な細孔（すなわち、金属製構築材料粒子相互間の空間）中へと貫入することができる。したがって、ポリマー粒子は金属製構築材料粒子相互間の空所内へと移動可能である。バインダー流体中のポリマー粒子は、バインダー流体を大体ポリマー粒子の融点まで加熱すること（少なくともその一部分にバインダー流体が選択的に適用されている金属製構築材料の層全体を加熱することによって達成してよい）によって、活性化または硬化することができる。活性化または硬化されると、バインダー流体は、金属製構築材料粒子を硬化グリーン部品の形状へと接着する、少なくとも実質的に連続したネットワークを形成する。この硬化グリーン部品は十分な機械的強度を有し、有害な影響を受けることなしに（例えば、形状が失われない）、構築材料プラットフォームからの取り出しに耐えることができる。
【００１８】
一旦取り出されたなら、硬化グリーン部品は、硬化グリーン部品をポリマー粒子の熱分解温度まで加熱してポリマー粒子を熱分解することによって、脱バインダーすることができる。ポリマー粒子の少なくとも幾らかが熱分解されると、少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品が形成される。次いで、少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品は焼結温度まで加熱して金属製構築材料粒子を焼結し、金属部品を形成することができる。
【００１９】
さて図１を参照すると、３Ｄ印刷システム１０の例が示されている。理解されるように、この３Ｄ印刷システム１０は付加的な部材を含んでいてよく、またここに記載する部材の幾つかは除去および／または修正してよい。さらにまた、図１に示された３Ｄ印刷システム１０の部材は縮尺通りに描かれていない場合があり、したがって３Ｄ印刷システム１０は、図示のものと異なる寸法および／または構成を有する場合がある。
【００２０】
３次元（３Ｄ）印刷システム１０は一般に、金属製構築材料１６の供給部１４と；構築材料分配器１８；バインダー流体３６の供給部と、バインダー流体３６が液体ビヒクルおよび液体ビヒクル中に分散したポリマー粒子を含むこと；バインダー流体３６（図２Ｃ）を選択的に分配するインクジェットアプリケータ２４と；少なくとも１つの熱源３２、３２'と；コントローラ２８と；コントローラ２８に：構築材料分配器１８およびインクジェットアプリケータ２４を用いて、構築材料分配器１８によって適用されバインダー流体３６を受け取った金属製構築材料１６の層３４（図２Ｂ）を複数繰り返して形成させ、それによってパターン化グリーン部品４２（図２Ｅ）を生成し、少なくとも１つの熱源３２、３２'を使用して、パターン化グリーン部品４２をポリマー粒子の融点付近まで加熱して、それによってバインダー流体３６を活性化して硬化グリーン部品４２'を生成させ、硬化グリーン部品４２'をポリマー粒子の熱分解温度まで加熱して、それによって少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品４８を生成させ、そして少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品４８を焼結温度まで加熱して、金属部品５０を形成させる、コンピュータが実行可能な命令を格納している非一時的なコンピュータ可読媒体とを含んでいる。
【００２１】
図１に示されているように、印刷システム１０は、構築領域プラットフォーム１２と、金属製構築材料粒子１６を含有する構築材料供給部１４と、構築材料分配器１８とを含む。
【００２２】
構築領域プラットフォーム１２は、構築材料供給部１４から金属製構築材料１６を受け取る。構築領域プラットフォーム１２は印刷システム１０と一体化されていてよく、または印刷システム１０内へと別個に挿入可能な部品であってよい。例えば、構築領域プラットフォーム１２は、印刷システム１０とは別個に入手可能なモジュールであってよい。図示されている構築領域プラットフォーム１２はまた１つの例であり、プラテン、製造／印刷ベッド、ガラス板、または別の構築表面といった、別の支持部材で置き換えてもよい。
【００２３】
構築領域プラットフォーム１２は、矢印２０によって示されている方向に、例えばｚ軸に沿って移動されてよく、かくして金属製構築材料１６は、プラットフォーム１２に対して、または先に形成された金属製構築材料１６の層に対して分配されてよい（図２Ｄ参照）。１つの例では、金属製構築材料粒子１６が分配される場合、構築領域プラットフォーム１２は、構築材料分配器１８が金属製構築材料粒子１６をプラットフォーム１２上に押し付けて、その上に金属製構築材料１６の層を形成するのに十分なだけ、前進（例えば下方に）される（例えば、図２Ａおよび図２Ｂ参照）ようにプログラムされてよい。構築領域プラットフォーム１２はまた、例えば新たな部品が構築される場合には、元の位置へと戻されてよい。
【００２４】
構築材料供給部１４は、金属製構築材料粒子１６を構築材料分配器１８と構築領域プラットフォーム１２の間に位置決めするための、容器、ベッド、その他の表面であってよい。幾つかの例では、構築材料供給部１４は表面を含んでいてよく、その上に対して金属製構築材料粒子１６が、例えば構築材料供給部１４の上方に位置する構築材料源（図示せず）から供給されてよい。構築材料源の例には、ホッパー、オーガーコンベア、その他が含まれてよい。付加的に、または代替的に、構築材料供給部１４は、金属製構築材料粒子１６を貯蔵位置から構築領域プラットフォーム１２上へと、または先に形成された金属製構築材料１６の層上へと拡延される位置まで供給する、例えば移動させる機構（例えば供給ピストン）を含んでよい。
【００２５】
構築材料分配器１８は、矢印２２によって示されている方向に、例えばｙ軸に沿って、構築材料供給部１４を越え構築領域プラットフォーム１２を横断して、金属製構築材料１６を構築領域プラットフォーム１２の上に拡延するように移動されてよい。構築材料分配器１８はまた、金属製構築材料１６の拡延に続いて、構築材料供給部１４に隣接する位置まで戻されてよい。構築材料分配器１８は、ブレード（例えばドクターブレード）、ローラー、ローラーとブレードの組み合わせ、および／または金属製構築材料粒子１６を構築領域プラットフォーム１２上に拡延することのできる任意の他の装置であってよい。例えば、構築材料分配器１８は逆回転するローラーであってよい。
【００２６】
金属製構築材料１６は、任意の粒子状金属材料であってよい。１つの例では、金属製構築材料１６は粉体であってよい。別の例では、金属製構築材料１６は、焼結温度（例えば、約８５０℃から約１４００℃の範囲にある温度）に加熱された場合に、焼結により連続する物体となり金属部品５０を形成する（例えば図２Ｆ参照）になる能力を有してよい。「連続する物体」により意味するところは、金属製構築材料粒子が一体的に合体して空隙の殆どまたは全く無い単一の部品を形成し、所望とする最終的な金属部品５０の条件に合致する十分な機械的強度を有することである。
【００２７】
例示的な焼結温度範囲について提示したが、この温度は、部分的には金属製構築材料１６の組成および相（単数または複数）に応じて変化してよいことが理解されよう。
【００２８】
１つの例では、金属製構築材料１６は、１つの元素からなる単相の金属材料である。この例では、焼結温度はこの単一の元素の融点よりも下であってよい。
【００２９】
別の例では、金属製構築材料１６は２つまたはより多くの元素からなり、これらは単相の金属合金または多相の金属合金の形態であってよい。これらの他の例においては、溶融は一般にある温度範囲にわたって生ずる。幾つかの単相金属合金については、溶融は固相線温度（ここで溶融が開始される）のすぐ上で開始され、液相線温度（全ての固体が溶融した温度）を超えるまで完了しない。他の単相の金属合金については、溶融は包晶温度のすぐ上で開始される。包晶温度とは、単相固体が二相固体と液相の混合物へと変換される点によって定義され、そこでは包晶温度より高い固体は包晶温度より低い固体とは相が異なる。金属製構築材料１６が二相またはより多くの相によって構成されている場合（例えば、２またはより多くの元素から作成された多相合金）、溶融は一般に、共晶温度または包晶温度を超えた場合に始まる。共晶温度とは、単相の液相が二相固体へと完全に固化する温度によって定義される。一般に、単相の金属合金または多相の金属合金の溶融は、固相線温度、共晶温度、または包晶温度のすぐ上で開始され、液相線温度を超えるまで完了しない。幾つかの例では、焼結は、固相線温度、共晶温度、または包晶温度よりも下で生じうる。他の例においては、焼結は、固相線温度、共晶温度、または包晶温度の上で生ずる。固相線温度よりも上での焼結は、超固相線温度焼結として知られており、この技術は、大きな構築材料粒子を使用する場合、および／または高密度を達成する場合に望ましいであろう。１つの例では、構築材料組成物は、金属製構築材料の少なくとも４０容量％が、所望とする焼結温度よりも高い融点を有する相（単数または複数）から構成されるように選択されてよい。隣接する粒子相互間における原子の移動性を許容するのに十分なエネルギーを与えるために、焼結温度は十分に高くてよいことが理解されよう。
【００３０】
単一の元素または合金が、金属製構築材料１６として使用されてよい。金属製構築材料１６の幾つかの例には、鋼鉄、ステンレス鋼、ブロンズ、チタン（Ｔｉ）およびその合金、アルミニウム（Ａｌ）およびその合金、ニッケル（Ｎｉ）およびその合金、コバルト（Ｃｏ）およびその合金、鉄（Ｆｅ）およびその合金、ニッケルコバルト（ＮｉＣｏ）合金、金（Ａｕ）およびその合金、銀（Ａｇ）およびその合金、白金（Ｐｔ）およびその合金、および銅（Ｃｕ）およびその合金が含まれる。幾つかの具体的な例には、ＡｌＳｉ１０Ｍｇ、２０００番系のアルミニウム、４０００番系のアルミニウム、ＣｏＣｒ  ＭＰ１、ＣｏＣｒ  ＳＰ２、マルエージング鋼ＭＳ１、ハステロイＣ、ハステロイＸ、ＮｉｃｋｅｌＡｌｌｏｙ  ＨＸ、インコネルＩＮ６２５、インコネルＩＮ７１８、ＳＳ  ＧＰ１、ＳＳ  １７−４ＰＨ、ＳＳ  ３１６Ｌ、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ、およびＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ  ＥＬＩ７が含まれる。合金の幾つかの例を提示したが、ＰｂＳｎハンダ合金のような他の合金構築材料も使用してよいことが理解されよう。
【００３１】
本願に開示する３Ｄ印刷方法（単数または複数）の開始時において、粉体の形態である任意の金属製構築材料１６を使用してよい。かくして、金属製構築材料１６の融点、固相線温度、共晶温度、および／または包晶温度は、３Ｄ印刷方法のパターン化部分が行われる温度環境よりも高い（例えば、４０℃より高い）。幾つかの例では、金属製構築材料１６は、約８５０℃から約３５００℃の範囲にある融点を有してよい。他の例では、金属製構築材料１６は、ある範囲にわたる融点を有する合金であってよい。合金は、−３９℃のような低い融点（例えば、水銀）、または３０℃（例えば、ガリウム）、または１５７℃（インジウム）、などの融点を持つ金属を含んでよい。
【００３２】
金属製構築材料１６は、同様の粒径の粒子または異なる粒径の粒子からなるものであってよい。本願に示す例（図１および図２Ａ〜図２Ｆ）においては、金属製構築材料１６は同様の粒径の粒子を含んでいる。用語「粒径」は、金属製構築材料１６に関して本願で使用するところでは、実質的に球形の粒子（すなわち、球形粒子または真球度＞０.８４を有する近球形粒子）の粒径、または非球形粒子の平均粒径（すなわち、粒子を横断する複数の径の平均）を指している。この粒径の実質的に球形の粒子は良好な流動性を有し、比較的容易に拡延可能である。１つの例として、金属製構築材料１６の粒子の平均粒径は、約１μｍから約２００μｍの範囲にあってよい。別の例として、金属製構築材料１６の粒子の平均粒径は、約１０μｍから約１５０μｍの範囲にある。さらに別の例として、金属製構築材料１６の粒子の平均粒径は、１５μｍから約１００μｍの範囲にある。
【００３３】
図１に示されているように、印刷システム１０はまたアプリケータ２４を含んでおり、これは本願に開示のバインダー流体３６（図２Ｃに示す）を含んでいてよい。
【００３４】
バインダー流体３６は、少なくとも液体ビヒクルおよびポリマー粒子を含有している。幾つかの場合には、バインダー流体３６は液体ビヒクルおよびポリマー粒子からなり、他の成分を含まない。
【００３５】
ポリマー粒子は、それが形成されるグリーン部品４２、４２'（図２Ｅに示す）の種々の段階において存在し、次いで究極的にはグレー部品４８から取り除かれ（熱分解を通じて）、かくして最終の焼結された３Ｄ部品５０（図２Ｆに示す）には存在しないという点で、犠牲的な中間バインダーである。
【００３６】
本願に開示の例において、ポリマー粒子は液体ビヒクル中に分散していてよい。ポリマー粒子は幾つかの異なる形態を有していてよい。例えば、ポリマー粒子は、高いＴｇの親水性（ハード）成分（単数または複数）および／または低いＴｇの疎水性（ソフト）成分（単数または複数）がＩＰＮ（相互侵入ネットワーク）にしたがって相互分散していてよいポリマー組成物を含有する個別の球形粒子であってよいが、高いＴｇの親水性成分および低いＴｇの疎水性成分が他の仕方で相互分散していてよいことも考慮されている。別の例として、ポリマー粒子は、低いＴｇの疎水性コアが連続的または非連続的な高いＴｇの親水性シェルによって取り囲まれて作成されていてよい。別の例として、ポリマー粒子の形態はラズベリーに類似したものであってよく、その場合には低いＴｇの疎水性コアが、コアに付着した幾つかの小さな高いＴｇの親水性粒子によって取り囲まれている。さらに別の例では、ポリマー粒子は、少なくとも相互に付着した２つ、３つ、または４つの粒子を含んでいてよい。
【００３７】
本願の例において、高いＴｇの親水性成分（単数または複数）／シェル／粒子、および低いＴｇの親水性成分（単数または複数）／コア／粒子は、相互の関係において定義されてよい（すなわち、高いＴｇの親水性成分（単数または複数）／シェル／粒子は、低いＴｇの親水性成分（単数または複数）／コア／粒子よりも高いＴｇを有し、そして低いＴｇの親水性成分（単数または複数）／コア／粒子は、高いＴｇの親水性成分（単数または複数）／シェル／粒子）よりも低いＴｇのを有する。幾つかの例では、高いＴｇの親水性成分（単数または複数）／シェル／粒子は、２５℃よりも高いＴｇを有する。別の例では、高いＴｇの親水性成分（単数または複数）／シェル／粒子は、４５℃よりも高いＴｇを有する。幾つかの例では、低いＴｇの親水性成分（単数または複数）／コア／粒子は、２５℃よりも低いＴｇを有する。別の例では、低いＴｇの親水性成分（単数または複数）／コア／粒子は、５℃よりも低いＴｇを有する。
【００３８】
ポリマー粒子は、インクジェット印刷（例えば、サーマルインクジェット印刷または圧電インクジェット印刷）を介して噴射可能な、任意のラテックスポリマー（すなわち、水性媒体中に分散可能なポリマー）であってよい。本願に開示する幾つかの例では、ポリマー粒子はヘテロポリマーまたはコポリマーである。ヘテロポリマーは、より多くの疎水性成分およびより多くの親水性成分を含んでよい。こうした例では、親水性成分は粒子をバインダー流体３６中に分散可能なものとし、その一方で疎水性成分は熱に曝露された場合に合体可能であって、金属製構築材料粒子１６を一体に一時的に結合して硬化グリーン部品４２'を形成する。
【００３９】
疎水性成分を形成するのに使用してよい、低いＴｇのモノマーの例には、Ｃ４からＣ８のアルキルアクリレートまたはメタクリレート、スチレン、置換メチルスチレン、ポリオールアクリレートまたはメタクリレート、ビニルモノマー、ビニルエステルその他が含まれる。幾つかの具体的な例には、メチルメタクリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタクリレート、ヘキシルアクリレート、ヘキシルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、プロピルアクリレート、プロピルメタクリレート、２‐エチルヘキシルアクリレート、２‐エチルヘキシルメタクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、ラウリルアクリレート、ラウリルメタクリレート、オクタデシルアクリレート、オクタデシルメタクリレート、イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、アルコキシル化テトラヒドロフルフリルアクリレート、２−フェノキシエチルメタクリレート、ベンジルアクリレート、エトキシル化ノニルフェノールメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、トリメチルシクロヘキシルメタクリレート、ｔ−ブチルメタクリレート、ｎ−オクチルメタクリレート、トリデシルメタクリレート、イソデシルアクリレート、ジメチルマレエート、ジオクチルマレエート、アセトアセトキシエチルメタクリレート、ジアセトンアクリルアミド、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジビニルベンゼン、スチレン、メチルスチレン（例えば、α−メチルスチレン、ｐ−メチルスチレン）、塩化ビニル、塩化ビニリデン、塩化ビニルベンジル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、Ｎ−ビニルイミダゾール、Ｎ−ビニルカルバゾール、Ｎ−ビニルカプロラクタム、これらの組み合わせ、これらの誘導体、またはこれらの混合物が含まれる。
【００４０】
ヘテロポリマーは、上記にリストしたモノマーの少なくとも２つから形成されてよく、または上記にリストしたモノマーの少なくとも１つおよび酸モノマーのような高いＴｇの親水性モノマーから形成されてよい。ポリマー粒子を形成するについて重合可能な酸性モノマーの例には、アクリル酸、メタクリル酸、エタクリル酸、ジメチルアクリル酸、無水マレイン酸、マレイン酸、ビニルスルホン酸、シアノアクリル酸、ビニル酢酸、アリル酢酸、エチリジン酢酸、プロピリジン酢酸、クロトン酸、フマル酸、イタコン酸、ソルビン酸、アンゲリカ酸、ケイ皮酸、スチリルアクリル酸、シトラコン酸、グルタコン酸、アコニット酸、フェニルアクリル酸、アクリロキシプロピオン酸、アコニット酸、フェニルアクリル酸、アクリロキシプロピオン酸、ビニル安息香酸、Ｎ−ビニルコハクアミド酸、メサコン酸、メタクロイルアラニン、アクリロイルヒドロキシグリシン、スルホエチルメタクリル酸、スルホプロピルアクリル酸、スチレンスルホン酸、スルホエチルアクリル酸、２−メタクリロイルオキシメタン−１−スルホン酸、３−メタクリロイルオキシプロパン−１−スルホン酸、３−（ビニルオキシ）プロパン−１−スルホン酸、エチレンスルホン酸、ビニル硫酸、４−ビニルフェニル硫酸、エチレンホスホン酸、ビニルホスホン酸、ビニル安息香酸、２−アクリルアミド−２−メチル−１−プロパンスルホン酸、これらの組み合わせ、これらの誘導体、またはこれらの混合物が含まれる。高いＴｇの親水性モノマーの他の例には、アクリルアミド、メタクリルアミド、モノヒドロキシル化モノマー、モノエトキシル化モノマー、ポリヒドロキシル化モノマー、またはポリエトキシル化モノマーが含まれる。
【００４１】
本願に開示のヘテロポリマーでは、低いＴｇの疎水性成分（単数または複数）はポリマーの約６５％から約１００％を構成し、高いＴｇの親水性成分（単数または複数）はポリマーの約０.１％から約３５％を構成する。
【００４２】
１つの例において、選択されたモノマー（単数または複数）は重合されて所望のヘテロポリマーを形成する。適切な任意の重合プロセスを使用してよい。例えば、疎水性−親水性ポリマー粒子は：i）低いＴｇの疎水性ポリマーの表面上への高いＴｇの親水性ポリマーの付着、ii）より高いＴｇの親水性外側成分またはシェルをもたらす比率を用いての、低いＴｇの疎水性モノマーおよび高いＴｇの親水性モノマーの共重合、iii）高いＴｇの親水性モノマーが表面またはその付近に高い濃度で共重合されるように、共重合プロセスの終盤に高いＴｇの親水性モノマー（または過剰の高いＴｇの親水性モノマー）を添加すること、またはiｖ）内側成分またはコアに対してより多くの高いＴｇの親水性外側成分またはシェルが生成されるようにする、技術的に知られた任意の他の方法、のような多数の技術の任意のものによって形成可能である。これらの疎水性−親水性ポリマー粒子は、コア−シェル粒子であってよい。しかしながら理解されるように、これらの技術は、本願で記載した他の形態のポリマー粒子を形成してもよい。
【００４３】
ポリマー粒子は、サーマルインクジェット印刷または圧電インクジェット印刷または連続式インクジェット印刷を通じて噴射可能な粒径を有してよい。１つの例では、ポリマー粒子の粒径は約１０ｎｍから約３００ｎｍの範囲にある。
【００４４】
幾つかの例では、ポリマー粒子は、雰囲気温度よりも高い（例えば、＞）ガラス転移温度（Ｔｇ）を有する。他の例では、ポリマー粒子は雰囲気温度よりもかなり高い（例えば、＞＞）ガラス転移温度（Ｔｇ）を有する（すなわち、雰囲気温度より少なくとも１５℃高い）。本願で使用するところでは、「雰囲気温度」は室温（例えば、約１８℃から約２２℃の範囲）を指してよく、または３Ｄ印刷方法が行われる環境の温度を指してよい。３Ｄ印刷環境の雰囲気温度の例は、約４０℃から約５０℃の範囲であってよい。ポリマー粒子のバルク材料（例えば、より疎水性の部分）のガラス転移温度Ｔｇは、２５℃から約１２５℃の範囲にあってよい。１つの例では、ポリマー粒子のバルク材料（例えば、より疎水性の部分）のガラス転移温度Ｔｇは、約４０℃またはそれより高い。バルク材料のガラス転移温度Ｔｇは、ポリマー粒子がプリンターの作動温度において軟らかくなり過ぎずにインクジェット印刷可能となる任意の温度であってよい。
【００４５】
ポリマー粒子は、約１２５℃から約２００℃の範囲の融点を有してよい。１つの例では、ポリマー粒子は約１６０℃の融点を有してよい。
【００４６】
ポリマー粒子の重量平均分子量は、約５,０００Ｍｗから約５００,０００Ｍｗの範囲にあってよい。幾つかの例では、ポリマー粒子の重量平均分子量は約１００,０００Ｍｗから約５００,０００Ｍｗの範囲にある。幾つかの他の例では、ポリマー粒子の重量平均分子量は約１５０,０００Ｍｗから３００,０００Ｍｗの範囲にある。
【００４７】
ポリマー粒子はバインダー流体３６中に、約２重量％から約３０重量％、または約３重量％から約２０重量％、または約５重量％から約１５重量％の範囲（バインダー流体３６の合計重量％に基づいて）の量で存在してよい。別の例では、ポリマー粒子はバインダー流体３６中に、約２０容量％から約４０容量％の範囲（バインダー流体３６の合計容量％に基づいて）の量で存在してよい。こうしたポリマー粒子の充填量は、バインダー流体３６が有する噴射信頼性および結合効率の間に、バランスをもたらすと考えられる。
【００４８】
幾つかの例では、バインダー流体３６はポリマー粒子に加えて合体溶媒を含んでいる。こうした例では、合体溶媒はポリマー粒子を可塑化し、熱に曝露された場合にポリマー粒子の合体を増大させ、金属製構築材料粒子１６を一体に一時的に結合させて硬化グリーン部品４２'を形成する。幾つかの例では、バインダー流体３６はポリマー粒子および合体溶媒からなるものであってよい（他の成分を含まない）。こうした例では、液体ビヒクルは合体溶媒からなり（他の成分を含まない）、そして合体溶媒がバインダー流体３６の残部を構成する。
【００４９】
幾つかの例では、合体溶媒は、２−ピロリジノン、１−（２−ヒドロキシエチル）−２−ピロリドンなどのようなラクトンであってよい。他の例においては、合体溶媒は、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、トリプロピレングリコールモノｎ−ブチルエーテル、プロピレングリコールフェニルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノｎ−ブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノｎ−ブチルエーテルアセテート、その他のようなグリコールエーテルまたはグリコールエーテルエステルであってよい。さらに別の例においては、合体溶媒は、２−メチル−１,３−プロパンジオール、その他のような、水溶性多価アルコールであってよい。さらに別の例においては、合体溶媒は上記の例の任意のものの組み合わせであってよい。さらに別の例においては、合体溶媒は、２−ピロリジノン、１−（２−ヒドロキシエチル）−２−ピロリドン、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、トリプロピレングリコールモノｎ−ブチルエーテル、プロピレングリコールフェニルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノｎ−ブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノｎ−ブチルエーテルアセテート、２−メチル−１,３−プロパンジオール、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される。
【００５０】
合体溶媒はバインダー流体３６中に、約０.１重量％から約５０重量％の範囲（バインダー流体３６の合計重量％に基づいて）の量で存在してよい。幾つかの例では、部分的にはアプリケータ２４の噴射アーキテクチャに基づいて、より多い量またはより少ない量の合体溶媒を使用してよい。
【００５１】
１つの例では、ポリマー粒子はバインダー流体中に、約２重量％から約３０重量％の範囲の量で存在し、そして合体溶媒はバインダー流体中に、約０.１重量％から約５０重量％の範囲の量で存在する。
【００５２】
上述したように、バインダー流体３６はポリマー粒子および液体ビヒクルを包含する。本願で使用するところでは、「液体ビヒクル」はその中にポリマー粒子が分散してバインダー流体３６を形成する液体流体を指してよい。水性ビヒクルおよび非水性ビヒクルを含む多種多様の液体ビヒクルを、バインダー流体３６について使用してよい。幾つかの場合には、液体ビヒクルは主溶媒からなり他の成分を含まない。他の例では、バインダー流体３６を分配するのに使用されるアプリケータ２４に部分的に依存して、バインダー流体３６は他の成分を含んでよい。適切な他のバインダー流体成分の例には、共溶媒（単数または複数）、界面活性剤（単数または複数）、抗微生物剤（単数または複数）、抗コゲーション剤（単数または複数）、粘度調節剤（単数または複数）、ｐＨ調節剤（単数または複数）、および／または金属イオン封鎖剤（単数または複数）が含まれる。共溶媒および／または金属イオン封鎖剤界面活性剤がバインダー流体３６中に存在すると、金属製構築材料１６について特定の湿潤挙動を得るのが助けられうる。
【００５３】
主溶媒は、水または非水性溶媒（例えば、エタノール、アセトン、ｎ−メチルピロリドン、脂肪族炭化水素、その他）であってよい。幾つかの例では、バインダー流体３６はポリマー粒子および主溶媒からなる（他の成分を含まない）。こうした例では、主溶媒はバインダー流体３６の残部を構成する。
【００５４】
水性のバインダー流体３６に使用してよい有機共溶媒の種類には、脂肪族アルコール、芳香族アルコール、ジオール、グリコールエーテル、ポリグリコールエーテル、２−ピロリドン、カプロラクタム、ホルムアミド、アセトアミド、グリコール、および長鎖アルコールが含まれる。これらの共溶媒の例には、１級脂肪族アルコール、２級脂肪族アルコール、１,２−アルコール、１,３−アルコール、１,５−アルコール、エチレングリコールアルキルエーテル、プロピレングリコールアルキルエーテル、ポリエチレングリコールアルキルエーテルの高級同族体（Ｃ６−Ｃ１２）、Ｎ−アルキルカプロラクタム、未置換のカプロラクタム、置換および未置換の両方のホルムアミド、置換および未置換の両方のアセトアミド、その他が含まれる。
【００５５】
幾つかの適切な共溶媒の例には、少なくとも１２０℃、またはより高い沸点を有する水溶性高沸点溶媒（例えば、保湿剤）が含まれる。高沸点溶媒の幾つかの例には、２−ピロリドン（沸点約２４５℃）、２−メチル−１,３−プロパンジオール（沸点約２１２℃）、およびこれらの組み合わせが含まれる。共溶媒（単数または複数）はバインダー流体３６中に、アプリケータ２４の噴射アーキテクチャに応じ、バインダー流体３６の合計重量％に基づいて、合計量で約１重量％から約５０重量％の範囲の量で存在してよい。
【００５６】
界面活性剤（単数または複数）は、バインダー流体３６の濡れ特性および噴射性を改善するために使用されてよい。適切な界面活性剤の例には、アセチレンジオールの化学反応に基づく自己乳化性のノニオン性湿潤剤（例えば、エアプロダクツ社のＳＵＲＦＹＮＯＬ登録商標ＳＥＦ）、ノニオン性フルオロ界面活性剤（例えば、これまでＺＯＮＹＬ  ＦＳＯとして知られていた、ＤｕＰｏｎｔ社のＣＡＰＳＴＯＮＥ登録商標フルオロ界面活性剤）、およびこれらの組み合わせが含まれる。他の例では、界面活性剤はエトキシル化低発泡湿潤剤（例えば、エアプロダクツ社のＳＵＲＦＹＮＯＬ登録商標４４０またはＳＵＲＦＹＮＯＬ登録商標ＣＴ−１１１）またはエトキシル化湿潤性および分子消泡剤（例えば、エアプロダクツ社のＳＵＲＦＹＮＯＬ登録商標４２０）を含む。さらに別の適切な界面活性剤には、ノニオン性湿潤性および分子消泡剤（例えば、エアプロダクツ社のＳＵＲＦＹＮＯＬ登録商標１０４Ｅ）または水溶性ノニオン性界面活性剤（例えば、ダウケミカル社のＴＥＲＧＩＴＯＬＴＭＴＭＮ−６またはＴＥＲＧＩＴＯＬＴＭ１５−Ｓ−７）が含まれる。幾つかの例では、親水性親油性バランス（ＨＬＢ）が１０未満の界面活性剤を使用することが望ましいであろう。
【００５７】
単独の界面活性剤が使用される場合でも、界面活性剤の組み合わせが使用される場合でも、バインダー流体３６中の界面活性剤（単数または複数）の合計量は、バインダー流体３６の合計重量％に基づいて約０.０１重量％から約１０重量％の範囲にあってよい。別の例では、バインダー流体３６中の界面活性剤（単数または複数）の合計量は、バインダー流体３６の合計重量％に基づいて約０.５重量％から約２.５重量％の範囲にあってよい。
【００５８】
液体ビヒクルはまた、抗微生物剤（単数または複数）を含んでよい。適切な抗微生物剤の例には、殺生物剤および抗菌剤が含まれる。例示的な抗微生物剤には、ＮＵＯＳＥＰＴＴＭ（トロイ社）、ＵＣＡＲＣＩＤＥＴＭ（ダウケミカル社）、ＡＣＴＩＣＩＤＥ登録商標Ｍ２０（ソーケミカルズ社）、およびこれらの組み合わせが含まれてよい。適切な殺生物剤の例には、１,２−ベンズイソチアゾリン−３−オン水溶液（例えば、アーチケミカルズ社のＰＲＯＸＥＬ登録商標ＧＸＬ）、４級アンモニウム化合物（例えば、ＢＡＲＤＡＣ登録商標２２５０および、ＢＡＲＱＵＡＴ登録商標５０−６５Ｂ、およびＣＡＲＢＯＱＵＡＴ登録商標２５０−Ｔ、すべてロンザ社）、およびメチルイソチアゾリン水溶液（例えば、ダウケミカル社のＫＯＲＤＥＫ登録商標ＭＬＸ）が含まれる。殺生物剤または抗微生物剤、バインダー流体３６の合計重量％に関し、約０.０５重量％から約０.５重量％の範囲の任意の量で添加されてよい（規制使用レベルに応じて）。
【００５９】
抗コゲーション剤は、バインダー流体３６中に含まれてよい。コゲーションとは、サーマルインクジェットプリントヘッドの加熱要素上への、乾燥したインク（例えばバインダー流体３６）の堆積物を意味している。抗コゲーション剤（単数または複数）は、コゲーションの蓄積防止を補助するために含有される。適切な抗コゲーション剤の例には、オレス−３−リン酸（例えばクロダ社からＣＲＯＤＡＦＯＳＴＭＯ３ＡまたはＣＲＯＤＡＦＯＳＴＭＮ−３酸として市販されている）、またはオレス−３−リン酸と低分子量（例えば＜５０００）のポリアクリル酸ポリマー（例えばルブリゾール社からＣＡＲＢＯＳＰＥＲＳＥＴＭＫ−７０２８ポリアクリレートとして市販されている）の組み合わせが含まれる。単一の抗コゲーション剤を使用する場合も、抗コゲーション剤の組み合わせを使用する場合も、バインダー流体３６中の抗コゲーション剤（単数または複数）の合計量は、バインダー流体３６の合計重量％に基づいて、０.２０重量％より多くから約０.６２重量％の範囲にあってよい。１つの例では、オレス−３−リン酸は約０.２０重量％から約０.６０重量％の範囲の量で含有され、そして低分子量ポリアクリル酸ポリマーは約０.００５重量％から約０.０３重量％の範囲の量で含有される。
【００６０】
ＥＤＴＡ（エチレンジアミン４酢酸）のような金属イオン封鎖剤は、重金属不純物の有害な影響を排除するために含有されてよく、そしてバッファ溶液を用いてバインダー流体３６のｐＨを制御してよい。例えばこれらの成分はそれぞれ、０.０１重量％から２重量％で使用することができる。粘度調節剤およびバッファもまた存在してよく、バインダー流体３６の性質を所望に応じて修正することが当業者に知られた他の添加剤も存在してよい。そうした添加剤は、約０.０１重量％から約２０重量％の範囲の量で存在することができる。
【００６１】
アプリケータ２４は、矢印２６によって示された方向、例えばｙ軸に沿って、構築領域プラットフォーム１２を横切って走査されてよい。アプリケータ２４は例えば、サーマルインクジェットプリントヘッドまたは圧電インクジェットプリントヘッドなどのような、インクジェットアプリケータであってよく、構築領域プラットフォーム１２の幅にわたって延在してよい。アプリケータ２４は図１において単独のアプリケータとして示されているが、アプリケータ２４は構築領域プラットフォーム１２の幅にわたる複数のアプリケータを含んでよいことが理解されよう。加えて、複数のアプリケータ２４は複数のプリントバー上に配置されてよい。アプリケータ２４はまた、例えば、アプリケータ２４が構築領域プラットフォーム１２の幅にわたって延在しておらず、アプリケータ２４がバインダー流体３６を金属製構築材料１６の層の広い領域にわたって付着させることができない構成においては、ｘ軸に沿って走査されてよい。アプリケータ２４はかくして可動のＸＹステージまたは平行移動キャリッジ（いずれも図示されていない）に取り付けてよく、これらはアプリケータ２４を構築領域プラットフォーム１２に隣接して移動させて、本願に開示の方法（単数または複数）にしたがって構築領域プラットフォーム１２上に形成された金属製構築材料１６の層の所定の領域に、バインダー流体３６を付着させる。アプリケータ２４は複数のノズル（図示せず）を含んでよく、それらを介してバインダー流体３６が射出される。
【００６２】
アプリケータ２４は、約３００ドット毎インチ（ＤＰＩ）から約１２００ＤＰＩの範囲の解像度で、バインダー流体３６の液滴を分配してよい。他の例では、アプリケータ２４はバインダー流体３６の液滴をより高い、またはより低い解像度で分配してよい。液滴の速度は約２ｍ／ｓから約２４ｍ／ｓの範囲にあってよく、発射周波数は約１ｋＨｚから約１００ｋＨｚの範囲にあってよい。１つの例では、各々の液滴は約１０ピコリットル（ｐｌ）毎液滴程度であってよいが、より大きな、またはより小さな液滴寸法を使用してよいことも考慮されている。例えば、液滴寸法は約１ｐｌから約４００ｐｌの範囲にあってよい。幾つかの例では、アプリケータ２４はバインダー流体３６を可変の液滴寸法で分配可能である。
【００６３】
上記した物理的要素のそれぞれは、印刷システム１０のコントローラ２８に関連して動作するように接続されてよい。コントローラ２８は、構築領域プラットフォーム１２、構築材料供給部１４、構築材料分配器１８、およびアプリケータ２４の動作を制御してよい。１つの例として、コントローラ２８はアクチュエータ（図示せず）を制御して、３Ｄ印刷システム１０の部品の種々の動作を制御してよい。コントローラ２８は、コンピューティングデバイス、半導体ベースのマイクロプロセッサ、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、および／または別のハードウェアデバイスであってよい。図示されてはいないが、コントローラ２８は３Ｄ印刷システム１０に対して、通信線を介して接続されていてよい。
【００６４】
コントローラ２８は、プリンタのレジスタおよびメモリ内において物理（電子）量として表されてよいデータを操作および変換して、物理的な要素を制御し、３Ｄ部品５０を生成する。したがって、コントローラ２８はデータストア３０と通信しているものとして描かれている。データストア３０は、３Ｄ印刷システム１０によって印刷される３Ｄ部品５０に対応するデータを含んでいてよい。金属製構築材料粒子１６、バインダー流体３６、その他の選択的な分配のためのデータは、形成すべき３Ｄ部品５０のモデルから導出してよい。例えばデータは、アプリケータ２４がバインダー流体３６を付着させる、金属製構築材料粒子１６のそれぞれの層上の位置を含んでよい。１つの例では、コントローラ２８はデータを使用してアプリケータ２４を制御し、バインダー流体３６を選択的に適用する。データストア３０はまた、コントローラ２８に、構築材料供給部１４によって供給される金属製構築材料粒子１６の量、構築領域プラットフォーム１２の動き、構築材料分配器１８の動き、アプリケータ２４の動き、その他を制御するようにさせる、機械読み取り可能な命令（非一時的なコンピュータ可読媒体に記憶されている）を含んでよい。
【００６５】
図１に示されているように、印刷システム１０はまたヒーター３２、３２'を含んでよい。幾つかの例では、ヒーター３２は在来の炉またはオーブン、マイクロ波、またはハイブリッド加熱（すなわち、在来の加熱およびマイクロ波加熱）が可能な装置を含んでいる。この種のヒーター３２は、印刷が完了した後に構築材料ケーキ（固形物）４４（図２Ｅ参照）の全体を加熱するために、または硬化グリーン部品４２'を加熱するために、または硬化グリーン部品４２'が構築材料ケーキ４４から取り出された後に少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品４８（図２Ｆ参照）を加熱するために、使用されてよい。幾つかの例では、パターン化は印刷システム１０内で行われてよく、そして次いでパターン化グリーン部品４２をその上に有する構築材料プラットフォーム１２は、システム１０から取り外されてヒーター３２内に置かれ、種々の加熱段階が行われてよい。他の例では、ヒーター３２は、システム１０と一体化された導電性ヒーターまたは放射性ヒーター（例えば、赤外線ランプ）であってよい。これらの別の種類のヒーター３２は、構築領域プラットフォーム１２の下側に配置されてよく（例えば、プラットフォーム１２の下側からの導電性加熱）または構築領域プラットフォーム１２の上側に配置されてよい（例えば、構築材料層表面の放射性加熱）。これらの種類の加熱の組み合わせもまた使用されてよい。これらの別の種類のヒーター３２は、３Ｄ印刷プロセスの全体を通じて使用してよい。さらに別の例では、ヒーター３２'は放射性加熱源（例えば、硬化ランプ）であってよく、層３４の各々（図２Ｃ参照）をバインダー流体３６が適用された後に加熱するように配置される。図１に示す例では、ヒーター３２'はアプリケータ２４の側部に取り付けられており、印刷および加熱が１回のパスで行われるようになっている。幾つかの例では、ヒーター３２およびヒーター３２'が使用されてよい。
【００６６】
さて図２Ａから図２Ｆを参照すると、３Ｄ印刷方法の例が示されている。方法１００の実行に先立ち、または方法１００の一部として、コントローラ２８はデータストア３０中に格納された、印刷される３Ｄ部品５０に対応するデータにアクセスしてよい。コントローラ２８は、形成される金属製構築材料粒子１６の層の数を決定してよく、またアプリケータ２４からのバインダー流体３６が層のそれぞれに付着される個所を決定してよい。
【００６７】
図２Ａおよび図２Ｂに示されているように、方法１００は、金属製構築材料１６を適用することを含む。図２Ａにおいて、構築材料供給部１４は金属製構築材料粒子１６を、構築領域プラットフォーム１２上へと拡延する準備位置へと供給してよい。図２Ｂにおいて、構築材料分配器１８は、供給された金属製構築材料粒子１６を構築領域プラットフォーム１２上に拡延してよい。コントローラ２８は構築材料供給制御命令を実行して、金属製構築材料粒子１６を適切に配置するよう構築材料供給部１４を制御してよく、そして拡延器制御命令を実行して構築材料分配器１８を制御し、供給された金属製構築材料粒子１６を構築領域プラットフォーム１２上に拡延して、その上に金属製構築材料粒子１６の層３４を形成してよい。図２Ｂに示されているように、金属製構築材料粒子１６の１つの層３４が適用されている。
【００６８】
層３４は、構築領域プラットフォーム１２にわたって実質的に均一な厚さを有している。１つの例では、層３４の厚さは約３０μｍから約３００μｍの範囲にあってよいが、より薄いまたはより厚い層もまた使用されてよい。例えば、層３４の厚さは約２０μｍから約５００μｍの範囲にあってよい。層の厚さは、部品を微細に定義するため最小で粒径の約２×（図２Ｂに示すように）であってよい。幾つかの例では、層の厚さは粒径の約１.２×（すなわち、１.２倍）であってよい。
【００６９】
さて図２Ｃを参照すると、方法１００は続いて、バインダー流体３６を金属製構築材料１６の部分３８に対して選択的に適用する。図２Ｃに示されているように、バインダー流体３６はアプリケータ２４から分配されてよい。アプリケータ２４は、サーマルインクジェットプリントヘッド、圧電プリントヘッド、その他であってよく、そしてバインダー流体３６の選択的適用は、関連するインクジェット印刷技術によって達成されてよい。したがって、バインダー流体３６の選択的適用は、サーマルインクジェット印刷または圧電インクジェット印刷によって達成されてよい。
【００７０】
コントローラ２８は、アプリケータ２４を制御する（例えば、矢印２６によって示された方向に）命令を実行してよく、パターン化グリーン部品４２の一部分になる、そして究極的には焼結されて３Ｄ部品５０を形成する、金属製構築材料１６の所定の部分（単数または複数）３８上へとバインダー流体３６を付着させる。アプリケータ２４は、コントローラ２８からコマンドを受け取り、そしてバインダー流体３６を、形成される３Ｄ部品５０の層についての断面パターンにしたがって付着させるようにプログラムされてよい。本願で使用するところでは、形成される３Ｄ部品５０の層についての断面とは、構築領域プラットフォーム１２の表面に平行な断面を指している。図２Ｃに示す例においては、アプリケータ２４は３Ｄ部品５０の最初の層となるように溶融される、層３４の部分（単数または複数）３８上へと、バインダー流体３６を選択的に適用する。１つの例として、形成される３Ｄ部品が立方体または円柱状に形成される場合には、バインダー流体３６はそれぞれ、金属製構築材料粒子１６の層３４の少なくとも一部分の上に、正方形パターンまたは円形パターン（上から見て）で付着される。図２Ｃに示す例では、バインダー流体３６は正方形パターンでもって層３４の部分３８上に付着されているが、部分４０上には付着されていない。
【００７１】
上述したように、バインダー流体３６はポリマー粒子および液体ビヒクルを含有する。またやはり上述したように、幾つかの例ではバインダー流体３６はまた、合体溶媒を含有する（液体ビヒクルとして、または液体ビヒクルに加えて）。単一のバインダー流体３６を選択的に適用して層３４をパターン化してもよく、または複数のバインダー流体３６を選択的に適用して層３４をパターン化してもよいことが理解されよう。
【００７２】
図示されていないが、方法１００は、バインダー流体３６を選択的に適用するのに先立って、バインダー流体３６を調製することを含んでよい。バインダー流体３６を調製することは、ポリマー粒子を調製し、次いでポリマー粒子を液体ビヒクルに添加することを含んでよい。
【００７３】
ポリマー粒子のそれぞれが低いＴｇの疎水性成分および高いＴｇの親水性成分を含有する場合は、ポリマー粒子は、任意の適切な方法によって調製してよい。例として、ポリマー粒子は以下の方法の１つによって調製してよい。
【００７４】
１つの例では、ポリマー粒子のそれぞれは、低いＴｇの疎水性モノマーを重合して低いＴｇの疎水性成分を形成し、高いＴｇの親水性モノマーを重合して高いＴｇの親水性成分を形成し、そして高いＴｇの親水性成分を低いＴｇの疎水性成分の表面上に付着させることによって調製してよい。
【００７５】
別の例では、ポリマー粒子のそれぞれは、低いＴｇの疎水性モノマーおよび高いＴｇの親水性モノマーを、低いＴｇの疎水性モノマーの高いＴｇの親水性モノマーに対する比率が５：９５から３０：７０となる範囲において重合することによって調製されてよい。この例では、ソフトな低いＴｇの疎水性モノマーは、ハードな高いＴｇの親水性モノマー中に溶解してよい。
【００７６】
さらに別の例においては、ポリマー粒子のそれぞれは、低いＴｇの疎水性モノマーで重合プロセスを開始し、次いで高いＴｇの親水性モノマーを添加し、そして次いで重合プロセスを完了させることによって調製してよい。この例では、重合プロセスは、高いＴｇの親水性モノマーが高い濃度において、低いＴｇの疎水性成分の表面またはその付近に重合するようにさせてよい。
【００７７】
さらに別の例においては、ポリマー粒子のそれぞれは、低いＴｇの疎水性モノマーおよび高いＴｇの親水性モノマーで共重合プロセスを開始し、次いで高いＴｇの親水性モノマーを追加的に添加し、そして次いで共重合プロセスを完了させることによって調製してよい。この例では、共重合プロセスは、高いＴｇの親水性モノマーが高い濃度において、低いＴｇの疎水性成分の表面またはその付近に共重合するようにさせてよい。
【００７８】
これらの例の任意のもので使用される低いＴｇの疎水性モノマーおよび／または高いＴｇの親水性モノマーは、上掲の低いＴｇの疎水性モノマーおよび／または高いＴｇの親水性モノマー（それぞれ）のリストのうち任意のものであってよい。１つの例では、低いＴｇの疎水性モノマーは、Ｃ４からＣ８のアルキルアクリレートモノマー、Ｃ４からＣ８のアルキルメタクリレートモノマー、スチレンモノマー、置換メチルスチレンモノマー、ビニルモノマー、ビニルエステルモノマー、およびこれらの組み合わせからなる群より選択され；そして高いＴｇの親水性モノマーは、酸性モノマー、未置換アミドモノマー、アルコールアクリレートモノマー、アルコールメタクリレートモノマー、Ｃ１からＣ２のアルキルアクリレートモノマー、Ｃ１からＣ２のアルキルメタクリレートモノマー、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される。
【００７９】
得られるポリマー粒子は、コアシェル構造、混合または混ざり合った重合構造、または何らかの他の形態を示してよい。
【００８０】
バインダー流体３６が選択的に所望の部分（単数または複数）３８に適用された場合、ポリマー粒子（バインダー流体３６中に存在する）は、金属製構築材料粒子１６相互間の粒子間空隙に浸透する。パターン化部分３８にある金属製構築材料１６の単位当たりに適用されるバインダー流体３６の容積は、層３４の部分３８の厚さ範囲内に存在する空隙の主要部分、または殆どを充填するのに十分なものであってよい。
【００８１】
金属製構築材料１６のうち、適用されたバインダー流体３６を有していない部分４０はまた、そこに導入されるポリマー粒子を有していないことが理解されよう。したがって、それらの部分は、最終的に形成されるパターン化グリーン部品４２の一部とはならない。
【００８２】
図２Ａから図２Ｃにかけて示されたプロセスは、幾つかのパターン化された層を反復して構築し、パターン化グリーン部品４２（図２Ｅ参照）を形成するために、繰り返されてよい。
【００８３】
図２Ｄは、バインダー流体３６でパターン化された層３４の上に、金属製構築材料１６の第２の層を形成する初期を示している。図２Ｄにおいては、金属製構築材料１６の層３４の所定の部分（単数または複数）３８上へのバインダー流体３６の付着に続いて、コントローラ２８は、構築領域プラットフォーム１２を矢印２０によって示された方向へと相対的に僅かな距離だけ移動させる命令を実行してよい。換言すれば、構築領域プラットフォーム１２は、金属製構築材料１６の次の層の形成を可能にするように降下されてよい。例えば、構築材料プラットフォーム１２は、層３４の高さに等しい距離だけ降下されてよい。加えて、構築領域プラットフォーム１２の降下に続いて、コントローラ２８は構築材料供給部１４を制御して追加の金属製構築材料１６を供給してよく（例えば、エレベーター、オーガー、その他の作動を通じて）、そして構築材料分配器１８を制御して、その追加の金属製構築材料１６により、先に形成された層３４の表面上に金属製構築材料粒子１６の別の層を形成してよい。新たに形成された層は、バインダー流体３６でパターン化してよい。
【００８４】
図２Ｃに戻って参照すると、方法１００の別の例において、層３４は、バインダー流体３６が層３４に対して適用された後で、そして別の層が形成される前に、ヒーター３２'を用いた加熱に曝露されてよい。ヒーター３２'は、層ごとに印刷を行う間にバインダー流体３６を活性化するために、そして安定化された硬化グリーン部品層を生成するために使用されてよい。加熱による硬化グリーン部品層の形成は、バインダー流体３６の活性化（または硬化）が可能な、しかし金属製構築材料１６の溶融または焼結が可能ではない温度において行われてよい。１つの例では、活性化温度は大体、ポリマー粒子の融点である。適切な活性化温度の他の例については以下に提示する。この例では、図２Ａから図２Ｃに示すプロセス（層３４の加熱を含む）は、幾つかの硬化された層を反復して構築し、硬化グリーン部品４２'を生成するために繰り返してよい。硬化グリーン部品４２'に対しては次いで、図２Ｆを参照して記載するプロセスを行ってよい。
【００８５】
新たな層を繰り返して形成しパターン化する（各々の層を硬化せずに）結果として、図２Ｅに示すように構築材料のケーキ４４が形成されるが、これは金属製構築材料１６の層３４のそれぞれの非パターン化部分４０内に存在するパターン化グリーン部品４２を含んでいる。パターン化グリーン部品４２は、金属製構築材料１６および粒子間空隙内のバインダー流体３６で充填された、ある容積の構築材料ケーキ４４である。構築材料ケーキ４４の残部は、パターン化されていない金属製構築材料１６から構成されている。
【００８６】
やはり図２Ｅに示されているように、構築材料ケーキ４４は、矢印４６によって示されるように、熱または熱を生成する放射線に曝露されてよい。適用される熱は、パターン化グリーン部品４２中のバインダー流体３６を活性化し、そして安定化された硬化グリーン部品４２'を生成するのに十分なものであってよい。１つの例では、熱源３２を使用して構築材料ケーキ４４に熱を適用してよい。図２Ｅに示す例では、構築材料ケーキ４４は、熱源３２によって加熱されている間、構築領域プラットフォーム１２上にとどまっていてよい。別の例では、構築領域プラットフォーム１２は、その上の構築材料ケーキ４４と共にアプリケータ２４から取り外され、熱源３２中に置かれてよい。前述した熱源３２および／または３２'の任意のものを使用してよい。
【００８７】
活性化／硬化温度は、部分的には：ポリマー粒子のＴｇ、ポリマー粒子の溶融粘度、および／または合体溶媒を使用するか、またどの合体溶媒を使用するかの、１つまたはより多くのものに依存してよい。１つの例では、硬化グリーン部品４２'を形成するための加熱は、バインダー流体３６の活性化（または硬化）を行うことが可能であるが、金属製構築材料１６の焼結またはバインダー流体３６中のポリマー粒子の熱劣化を生ずることが可能でない温度において行われてよい。１つの例では、活性化温度はおおよそバインダー流体３６のポリマー粒子のバルク材料の融点であり、ポリマー粒子の熱分解温度よりも低い（すなわち、熱分解が生ずる温度閾値未満）。適切なラテックス系のポリマー粒子の殆どについて、活性化／硬化温度の上限は約２５０℃から約２７０℃の範囲にある。この温度閾値を超えると、ポリマー粒子は化学的に分解して揮発種となってパターン化グリーン部品４２から離脱し、したがってその機能を果たさなくなる。他の例では、バインダー流体３６の活性化温度はポリマー粒子の溶融温度より高くてよい。１つの例として、バインダー流体の活性化温度は約５０℃から約２００℃の範囲にあってよい。別の例として、バインダー流体の活性化温度は約１００℃から約２００℃の範囲にあってよい。さらに別の例として、バインダー流体の活性化温度は、約８０℃から約２００℃の範囲にあってよい。さらに別の例として、バインダー流体の活性化温度は約９０℃であってよい。
【００８８】
熱４６が適用される時間の長さ、およびパターン化グリーン部品４２が加熱される速度は、例えば：熱源または放射源３２、３２'の特性、ポリマー粒子の特性、金属製構築材料１６の特性（例えば、金属の種類、粒径、その他）、および／または３Ｄ部品５０の特性（例えば、壁厚）の、１つまたはより多くに依存してよい。パターン化グリーン部品４２は、バインダー流体活性化温度において、約１分から約３６０  分の範囲の活性化／硬化時間にわたって加熱されてよい。１つの例では、活性化／硬化時間は３０分である。別の例では、活性化／硬化時間は約２分から約２４０分の範囲にわたってよい。パターン化グリーン部品４２はバインダー流体活性化温度に向けて、約１℃／分から約１０℃／分の速度で加熱されてよいが、より遅い、またはより速い加熱速度を使用してよいことも考慮されている。加熱速度は部分的に：使用されるバインダー流体３６、金属製構築材料１６の層３４の寸法（すなわち、厚さおよび／または面積（ｘ−ｙ平面にわたる））、および／または３Ｄ部品５０の特性（例えば、寸法、壁厚、その他）の１つまたはより多くに依存してよい。１つの例では、パターン化グリーン部品４２はバインダー流体活性化温度に向けて、約２.２５℃／分の速度で加熱される。
【００８９】
ポリマー粒子の融点付近に向けて加熱を行うと、ポリマー粒子は合体して、パターン化グリーン部品４２の金属製構築材料粒子１６の中に連続したポリマー相を生ずる。上述したように、合体溶媒（バインダー流体３６中に含まれている場合）はポリマー粒子を可塑化して、ポリマー粒子の合体を向上させる。連続したポリマー相は金属製構築材料粒子１６相互間の熱活性化された接着剤として働いてよく、安定化された硬化グリーン部品４２'を形成する。
【００９０】
加熱により硬化グリーン部品４２'を形成する結果としてまた、パターン化グリーン部品４２から流体の相当部分の蒸発が行われてよい。蒸発した流体はバインダー流体の成分の任意のものを含んでいてよい。流体の蒸発の結果として、毛管作用を通じ、硬化グリーン部品４２'の幾らかの高密度化が生じてよい。
【００９１】
安定化された硬化グリーン部品４２'は、取り扱い可能な機械的耐久性を示す。
【００９２】
硬化グリーン部品４２'は次いで、構築材料ケーキ４４から取り出されてよい。硬化グリーン部品４２'は任意の適切な手段によって取り出されてよい。１つの例では、硬化グリーン部品４２'は、硬化グリーン部品４２'をパターン化されていない金属製構築材料粒子１６から持ち上げることによって取り出されてよい。ピストンおよびバネを含む取り出し工具が使用されてよい。
【００９３】
硬化グリーン部品４２'が構築材料ケーキ４４から取り出された場合、硬化グリーン部品４２'は構築領域プラットフォーム１２から取り外して、加熱機構内に置いてよい。加熱機構はヒーター３２であってよい。
【００９４】
幾つかの例では、硬化グリーン部品４２'は洗浄して、パターン化されていない金属製構築材料粒子１６をその表面から除去するようにしてよい。１つの例では、硬化グリーン部品４２'はブラシおよび／またはエアジェットで洗浄してよい。
【００９５】
硬化グリーン部品４２'の取り出しおよび／または洗浄の後、硬化グリーン部品４２'は加熱して活性化されたポリマー粒子（合体して連続したポリマー相となっている）を除去し、少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品４８を図２Ｆに示すように生成してよい。換言すれば、硬化グリーン部品４２'は、連続したポリマー相を除去するために加熱してよい。次いで、少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品４８は焼結して、やはり図２Ｆに示すように最終の３Ｄ部品５０を形成してよい。加熱による脱バインダーおよび加熱による焼結は、２つの異なる温度において行われてよく、そこでは脱バインダー温度は焼結温度よりも低い。脱バインダー加熱および焼結加熱の両方の段階が図２Ｆに概略的に示されており、そこでは熱または熱を生成するための放射が、熱源３２から矢印４６によって示されているようにして適用されてよい。
【００９６】
加熱による脱バインダーは、連続したポリマー相を熱分解するのに十分な、熱分解温度において達成される。したがって、脱バインダーのための温度は、バインダー流体３６のポリマー粒子の材料に依存する。１つの例では、熱分解温度は約２５０℃から約６００℃の範囲にある。別の例では、熱分解温度は約２８０℃から約６００℃、または約５００℃の範囲にある。連続したポリマー相は、明確な熱分解機構（例えば、当初のバインダーの＜５重量％の固形残渣、幾つかの場合には当初のバインダーの＜１重量％の固形残渣を残す）を有してよい。残渣の割合がより小さい（例えば、０％に近い）ことがより望ましい。脱バインダー段階の間に、連続したポリマー相の長鎖成分はまず分解してより短い分子フラグメントとなり、これらは次いで低粘度の液相となる。この液体の蒸発に際して生成される毛管圧力は、金属製構築材料粒子１６を相互に引き寄せ、さらなる高密度化および少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品４８の形成をもたらす。
【００９７】
何らかの理論に拘束されるものではないが、少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品４８はその形状を、例えば：i）少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品４８が物理的に処理されていないことから僅かな量の応力しか受けていないこと、ii）ポリマー粒子の熱分解温度において金属製構築材料粒子１６相互間に生ずる低レベルのネッキング、および／またはiii）連続したポリマー相の除去によって生成され金属製構築材料粒子１６を一体に押し付ける毛管力、の１つまたはより多くに基づいて維持しうるものと考えられる。少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品４８はその形状を維持しうるが、連続したポリマー相は少なくとも実質的に除去され、そして金属製構築材料粒子１６はまだ焼結されていない。加熱による実質的にポリマーを含まないグレー部品４８の形成は、焼結の初期段階を開始させてよく、その結果として形成されうる弱い結合は、最後の焼結の間に強化される。
【００９８】
加熱による焼結は、残存する金属製構築材料粒子１６を焼結するのに十分な焼結温度において達成される。焼結温度は、金属製構築材料粒子１６の組成に大きく依存する。加熱／焼結の間、少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品４８は、金属製構築材料１６の融点、または固相線温度、共晶温度、または包晶温度の約８０％から約９９.９％の範囲の温度に加熱されてよい。別の例では、少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品４８は、金属製構築材料１６の融点、または固相線温度、共晶温度、または包晶温度の約９０％から約９５％の範囲の温度に加熱されてよい。さらに別の例では、少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品４８は、金属製構築材料１６の融点、または固相線温度、共晶温度、または包晶温度の約６０％から約８５％の範囲の温度に加熱されてよい。この焼結加熱温度はまた、粒径および焼結時間（すなわち、長い温度曝露時間）にも依存してよい。１つの例として、焼結温度は約８５０℃から約１４００℃の範囲にあってよい。別の例では、この焼結温度は少なくとも９００℃である。ブロンズについての例示的な焼結温度は約８５０℃であり、ステンレス鋼についての例示的な焼結温度よりもは約１３００℃である。これらの温度は焼結温度の例として提示されているものであるが、焼結加熱温度は使用される金属製構築材料１６に依存しており、提示された例よりも高い場合もありまたは低い場合もあることが理解されよう。適切な温度での加熱は、金属製構築材料粒子１６を焼結および溶融して完成した３Ｄ部品５０を形成するが、これは少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品４８に対してさらに高密度化されていてよい。例えば、焼結の結果として、密度は５０％の密度から９０％を超えるものとなってよく、そして幾つかの場合には理論的密度の１００％に非常に近いものとなってよい。
【００９９】
熱４６が適用される時間の長さ（脱バインダーおよび焼結のそれぞれについて）、および部品４２'、４８が加熱される速度は、例えば：熱源または放射源３２の特性、ポリマー粒子の特性、金属製構築材料１６の特性（例えば、金属の種類、粒径、その他）、および／または３Ｄ部品５０の特性（例えば、壁厚）の１つまたはより多くに依存してよい。
【０１００】
硬化グリーン部品４２'は、熱分解温度において、約１０分から約７２時間の範囲の熱分解期間にわたって加熱されてよい。１つの例では、熱分解期間は６０分である。別の例では、熱分解期間は１８０分である。硬化グリーン部品４２'は熱分解温度に向けて、約０.５℃／分から約２０℃／分の範囲の速度において加熱されてよい。加熱速度は部分的に：硬化グリーン部品４２'中の連続したポリマー相の量、硬化グリーン部品４２'の空隙率、および／または硬化グリーン部品４２'／３Ｄ部品５０の特性（例えば、寸法、壁厚、その他）の１つまたはより多くに依存してよい。
【０１０１】
少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品４８は焼結温度において、約２０分から約１５時間の範囲の焼結期間にわたって加熱されてよい。１つの例では、焼結期間は２４０分である。別の例では、焼結期間は３６０分である。少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品４８は焼結温度に向けて、約１℃／分から約２０℃／分の範囲の速度で加熱されてよい。１つの例では、少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品４８は焼結温度に向けて、約１０℃／分から約２０℃／分の範囲の速度で加熱される。より好ましい粒状構造または微細構造を生成するためには、焼結温度に向けた温度上昇率が高いことが望ましい場合がある。しかしながら幾つかの場合には、より低い上昇率が望ましい場合がある。したがって別の例では、少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品４８は焼結温度に向けて、約１℃／分から約３℃／分の範囲の速度で加熱される。さらに別の例では、少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品４８は焼結温度に向けて、約１.２℃／分の速度で加熱される。さらに別の例においては、少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品４８は焼結温度に向けて、約２.５℃／分の速度で加熱される。
【０１０２】
方法１００の例において：硬化グリーン部品４２'の熱分解温度に向けての加熱は、約３０分から約７２時間の範囲の熱分解期間にわたって行われ；そして少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品４８の焼結温度に向けての加熱は、約２０分から約１５時間の範囲の焼結期間にわたって行われる。方法１００の別の例では：硬化グリーン部品４２'の熱分解温度に向けての加熱は、約０.５℃／分から約１０℃／分の範囲の速度で達成され；そして少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品４８の焼結温度に向けての加熱は、約１℃／分から約２０℃／分の範囲の速度で達成される。
【０１０３】
方法１００の幾つかの例において、熱４６（脱バインダーおよび焼結のそれぞれについて）は、不活性ガス、低反応性ガス、還元性ガス、またはこれらの組み合わせを含有する環境下に適用される。換言すれば、硬化グリーン部品４２'の熱分解温度に向けての加熱、および少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品４８の焼結温度に向けての加熱は、不活性ガス、低反応性ガス、還元性ガス、またはこれらの組み合わせを含有する環境下に達成される。脱バインダーは、不活性ガス、低反応性ガス、および／または還元性ガスを含有する環境下に達成してよく、それによって連続したポリマー相は熱分解され、代替的な反応が生じて少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品４８を生成し損なったり、および／または金属製構築材料１６の酸化を防止できなかったりすることはない。焼結は、不活性ガス、低反応性ガス、および／または還元性ガスを含有する環境下に達成してよく、それによって金属製構築材料１６は焼結され、代替的な反応（例えば、酸化反応）が生じて金属製３Ｄ部品５０を生成し損なったりすることはない。不活性ガスの例には、アルゴンガス、ヘリウムガス、その他が含まれる。低反応性ガスの例には窒素ガスが含まれ、そして還元性ガスの例には水素ガス、一酸化炭素ガス、その他が含まれる。
【０１０４】
方法１００の他の例において、熱４６（脱バインダー（すなわち、硬化したグリーン本体４２'の熱分解温度に向けての加熱）および焼結（すなわち、少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品の焼結温度に向けての加熱）のそれぞれについて）は、不活性ガス、低反応性ガス、還元性ガス、またはこれらの組み合わせに加えて炭素を含有する環境下に適用される。脱バインダーおよび焼結は炭素を含有する環境下に達成してよく、その環境下での酸素の分圧を低下させ、脱バインダーおよび焼結に際しての金属製構築材料１６の酸化をさらに防止する。加熱環境下に設置してよい炭素の例には、グラファイトのロッドが含まれる。他の例では、グラファイト炉を使用してよい。
【０１０５】
方法１００のさらに他の例において、熱４６（脱バインダーおよび焼結のそれぞれについて）は、低いガス圧または真空環境において適用される。脱バインダーおよび焼結は、低いガス圧または真空環境において達成されてよく、それによって連続したポリマー相が熱分解され、および／または金属製構築材料１６の酸化が防止される。さらにまた、低いガス圧または真空下における焼結は、より完全またはより速い空隙の崩壊、かくしてより高密度の部品を許容してよい。しかしながら真空は、金属製構築材料１６（例えば、Ｃｒ）がその条件下で蒸発可能である場合には、焼結の際には使用されなくてよい。１つの例において、低い圧力環境は約１Ｅ−５ｔｏｒｒ（１×１０−５ｔｏｒｒ）から約１０ｔｏｒｒの範囲の圧力である。
【０１０６】
図示されてはいないが、図２Ｅおよび図２Ｆに示された動作は自動化されてよく、そしてコントローラ２８がそれらの動作を制御してよい。
【０１０７】
３Ｄ印刷方法２００の例が図５に示されている。図５に示された方法２００の例は、例えば図２Ａから図２Ｆ、およびそれらに対応する説明において、本願で詳細に説明されていることが理解されよう。
【０１０８】
参照番号２０２で示されているように、この方法２００は、金属製構築材料１６を適用することを含んでいる。
【０１０９】
参照番号２０４で示されているように、方法２００はさらに、金属製構築材料１６の少なくとも部分３８上にバインダー流体３６を選択的に適用することを含み、バインダー流体３６は液体ビヒクルおよび液体ビヒクルに分散したポリマー粒子を含んでいる。
【０１１０】
参照番号２０６で示されているように、方法２００はさらに、金属製構築材料１６の適用およびバインダー流体３６の選択的な適用を繰り返して、パターン化グリーン部品４２を生成することを含んでいる。
【０１１１】
参照番号２０８で示されているように、方法２００はさらに、パターン化グリーン部品４２をポリマー粒子の融点付近まで加熱し、それによってバインダー流体３６を活性化し、硬化グリーン部品４２'を生成することを含んでいる。
【０１１２】
参照番号２１０で示されているように、方法２００はさらに、硬化グリーン部品４２'をポリマー粒子の熱分解温度に向けて加熱し、それによって少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品４８を生成することを含んでいる。
【０１１３】
参照番号２１２で示されているように、方法２００はさらに、少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品４８を焼結温度に向けて加熱して、金属部品５０を形成することを含んでいる。
【０１１４】
方法２００の１つの例において：ポリマー粒子は約２５℃から約１２５℃の範囲のガラス転移温度を有し；融点は約１２５℃から約２００℃の範囲にあり；熱分解温度は約２５０℃から約６００℃の範囲にあり；そして焼結温度は約８５０℃から約１４００℃の範囲にある。
【０１１５】
方法２００の別の例において：金属製構築材料１６の適用、バインダー流体３６の選択的な適用、適用および選択的適用の繰り返し、およびパターン化グリーン部品４２の融点付近への加熱は、構築領域プラットフォーム１２上で達成されてよく；そしてパターン化グリーン部品４２の融点付近への加熱の後に、この方法はさらに：硬化グリーン部品４２'を構築領域プラットフォーム１２から取り出し；そして硬化グリーン部品を加熱機構３６内に置くことを含む。
【０１１６】
方法２００のさらに別の例において：金属製構築材料は平均粒径が約５μｍから約２００μｍの範囲にある粉体であり；金属製構築材料は焼結温度に加熱された場合に焼結して連続体となって金属部品を形成し；そして焼結温度は金属製構築材料の融点、固相線温度、共晶温度、または包晶温度未満である。
【０１１７】
本開示をさらに説明するために、本願における実施例を提示する。これらの実施例は説明の目的で提示されるものであり、本開示の範囲を制限するものとして解釈してはならないことが理解されよう。
【実施例】
【０１１８】
実施例１
【０１１９】
３Ｄ金属部品の１つの例（「部品例１」と称する）を印刷した。部品例１の印刷に使用した金属製構築材料は球形のブロンズ粉体（９０重量％のＣｕおよび１０重量％のＳｎ）であって、Ｄ５０（すなわち、粒径分布のメジアンであり、全個体の１／２はこの値より大きく１／２はこの値より小さい）は３２μｍであった。部品例１の印刷に使用したバインダー流体は、ポリマー粒子としてアクリル系バインダーラテックス分散物を含み、２−メチル−１,３−プロパンジオールおよび２−ピロリジノンを合体溶媒として含んでいた。部品例１の印刷に使用したバインダー流体の一般的な処方を表１に、使用したそれぞれの成分の重量％と共に示している。アクリル系バインダーラテックス分散物の重量パーセントは活性分％、すなわち最終的な配合物中に存在するアクリル系バインダーラテックス固形分の合計量を表している。
【表１】
2019534385.tif 000003
【０１２０】
部品例１の印刷は、ブロンズ粉体の層およびバインダー流体を適用して、パターン化グリーン部品をギアの形態に形成することによって行われた。各層の厚さは約１００μｍであった。パターン化グリーン部品は、粉体床の全体と構築材料ケーキをオーブン中で加熱することによって硬化された。パターン化グリーン部品は、室温から１８０℃まで２.２５℃／分の速度で加熱され、１８０℃において３０分間保持された。硬化グリーン部品は次いで、パターン化されていないブロンズ粉体から容易に取り出され、ブラシとエアジェットを用いて、パターン化されていないブロンズ粉体がきれいに除去された。脱ケーキした後の硬化グリーン部品が図３Ａに示されている。
【０１２１】
次いで、硬化グリーン部品はチューブ炉（ＭＴＩ社のＯＴＦ−１２００Ｘ−Ｓ−ＵＬ）内で、硬化グリーン部品の周囲に良好なガス流を得るために高くしたアルミナ製スタンド上に置かれ、窒素ガスと水素ガスの混合物（９６％のＮ２および４％のＨ２）が室温および大気圧下に、ほぼ１４ｃｃ／分の速度で流された。硬化グリーン部品は、１８０℃から３００℃まで０.５℃／分の速度で加熱され、ポリマー粒子が完全に燃え尽きるのを確実にするため３００℃において６０分間保持されて、少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品が生成された。少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品は、３００℃から８５０℃まで１.２℃／分の速度で加熱され、そして８５０℃において３６０分間保持されて、少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品が焼結されて部品例１が生成された。部品例１は８５０℃から室温まで、５℃／分の速度で冷却された。
【０１２２】
部品例１を図３Ｂに示す。部品例１の密度はガスピクノメトリーによって測定し、８.６３ｇ／ｃｍ３であることが判明したが、これは嵩密度である８.７ｇ／ｃｍ３の９８％である。
【０１２３】
実施例２
【０１２４】
３Ｄ金属部品の別の例（「部品例２」と称する）を印刷した。部品例２の印刷に使用した金属製構築材料は球形のステンレス鋼粉体（３１６Ｌ）であって、Ｄ５０  （すなわち、粒径分布のメジアンであり、全個体の１／２はこの値より大きく１／２はこの値より小さい）は４２μｍであった。部品例２の印刷に使用したバインダー流体は、実施例１で説明したバインダー流体であった。
【０１２５】
部品例２の印刷は、ステンレス鋼粉体の層およびバインダー流体を適用して、パターン化グリーン部品をギアの形態に形成することによって行われた。各層の厚さは約１００μｍであった。パターン化グリーン部品は、粉体床の全体と構築材料ケーキをオーブン中で加熱することによって硬化された。パターン化グリーン部品は、室温から１８０℃まで２.２５℃／分の速度で加熱され、１８０℃において３０分間保持された。硬化グリーン部品は次いで、パターン化されていないステンレス鋼粉体から容易に取り出され、ブラシとエアジェットを用いて、パターン化されていないステンレス鋼粉体がきれいに除去された。脱ケーキした後の硬化グリーン部品が図４Ａに示されている。
【０１２６】
次いで、硬化グリーン部品はチューブ炉（ＭＴＩ社のＧＳＬ−１６００Ｘ−５０−ＵＬ）内で、硬化グリーン部品の周囲に良好なガス流を得るために高くしたアルミナ製スタンド上に置かれ、窒素ガスと水素ガスの混合物（９６％のＮ２および４％のＨ２）が室温および大気圧下に、ほぼ１４ｃｃ／分の速度で流された。グラファイトのロッドが硬化グリーン部品のごく近傍に配置されて、バインダーの除去および焼結に際しての、炉内の酸素分圧が低減された。硬化グリーン部品は、２３８℃から３００℃まで０.５℃／分の速度で加熱され、ポリマー粒子が完全に燃え尽きるのを確実にするため３００℃において１８０分間保持されて、少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品が生成された。少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品は、３００℃から１３５０℃まで２.５℃／分の速度で加熱され、そして１３５０℃において２４０分間保持されて、少なくとも実質的にポリマーを含まないグレー部品が焼結されて部品例２が生成された。部品例２は１３５０℃から室温まで、５℃／分の速度で冷却された。
【０１２７】
部品例２を図４Ｂに示す。部品例２の密度はアルキメデス法によって測定し、７.８８ｇ／ｃｍ３であることが判明したが、これは嵩密度である８.０ｇ／ｃｍ３の９８.５％である。
【０１２８】
明細書全体を通じて、「１つの例」、「別の例」、「例」、その他に対する参照は、その例に関して説明された特定の要素（例えば、特徴、構造、および／または特性）が、本願に記載の少なくとも１つの例に含まれており、他の例においては存在する場合も存在しない場合もあることを意味している。加えて、任意の例について記載した要素は、文脈が明らかに別のことを示しているのでない限り、種々の例において任意の適切な仕方で組み合わせてよいことが理解されよう。
【０１２９】
本願で提示する範囲は、記載した範囲およびその記載した範囲内の任意の値および部分範囲を含むことが理解されよう。例えば、約１μｍから約２００μｍの範囲は、明確に記載された限界である約５μｍから約２００μｍ、ならびに７.１５μｍ、１５μｍ、６５μｍ、１００.５μｍ、１２５μｍ、１９５μｍ、その他のような個別の値、および約７５μｍから約１７５μｍ、約２０μｍから約１２５μｍ、その他のような部分範囲を含むように解釈されるべきである。さらにまた、値を記述するために「約」が用いられる場合、それは記載された値からの僅かな変動（＋／−１０％まで）を包含することを意味している。
【０１３０】
本願に開示の例を記述し特許請求するについて、「ある」、「１つの」および「その」といった単一形は、文脈が明らかに別のことを示しているのでない限り、複数の指示対象を含んでいる。
【０１３１】
以上においては幾つかの例について詳細に記載してきたが、開示された例を修正してよいことが理解されよう。したがって、以上の記載は非限定的なものと考えられるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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