(57)【要約】【解決手段】  本発明では、積層造形法を利用して、当該積層造形工程中に製造される少なくとも１つの小直径流体流通孔（６）を有する造形品（２）を製造する。本発明は、また、少なくとも１つの小直径流体流通孔（６）を含む造形品（２）も含み、当該造形品（２）および当該小直径流通孔（６）は、積層造形法により同時に製造される。【選択図】      図１
2007528810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの小直径流体流通孔を有する造形品を製造するために、積層造形法を使用する方法であり、少なくとも１つの前記小直径流体流通孔は、前記積層造形法により前記造形品内に製造される方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、この方法は、さらに、
ａ）粉末層を提供する工程と、
ｂ）前記粉末層の事前選択された領域で前記粉末を結合させることにより、前記造形品の層を転写する工程と
を有するものである。
【請求項３】
請求項２記載の方法において、前記粉末は、金属と、セラミックと、ポリマーと、複合材料とからなる群から選択される少なくとも１つを含有するものである。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、少なくとも１つの前記小直径流体流通孔は、約０．０２ｃｍ〜約０．２５ｃｍ範囲の直径を有するものである。
【請求項５】
請求項１記載の方法において、この方法は、さらに、
前記造形品内に配置された少なくとも１つの前記小直径流体流通孔を伴う前記造形品の表現を含む電子ファイルを作成する工程を有するものである。
【請求項６】
請求項５記載の方法において、この方法は、さらに、
ａ）アルゴリズムを提供する工程と、
ｂ）コンピュータで前記アルゴリズムを実行する工程であって、
ｉ）少なくとも１つの前記小直径流体流通孔を設計する工程と、
ｉｉ）前記造形品内に少なくとも１つの前記小直径流体流通孔の位置を選択する工程と、
ｉｉｉ）前記造形品の表面の少なくとも一部について、複数の前記小直径流体流通孔用にアレイ密度を選択する工程と、
ｉｖ）少なくとも１つの前記小直径流体流通孔の電子表現を、前記造形品の電子表現に組み込む工程と、
ｖ）層ごとに前記造形品を転写する工程
のうち少なくとも１つを行うため、コンピュータで前記アルゴリズムを実行する工程と
を有するものである。
【請求項７】
請求項１記載の方法において、この方法は、さらに、
ａ）前記造形品の表現を含む第１電子ファイルを作成する工程であって、少なくとも１つの前記流体流通孔が前記造形品の前記表現において不在である工程と、
ｂ）少なくとも１つの前記不在の小直径流体流通孔の表現を含む第２電子ファイルを作成する工程と、
ｃ）前記第１電子ファイルを前記第２電子ファイルと組み合わせて、前記造形品内に配置された少なくとも１つの前記不在の小直径流体流通孔を伴う前記造形品の表現を含む第３の電子ファイルを作成する工程と
を有するものである。
【請求項８】
請求項１記載の方法において、前記造形品はＥＰＳビーズ金型のコンポーネントである。
【請求項９】
請求項８記載の方法において、この方法は、さらに、
ａ）前記造形品を使用して型を製造する工程と、
ｂ）消失模型鋳造法で前記型を使用する工程と
を有するものである。
【請求項１０】
請求項１記載の方法において、前記造形品は、射出成形金型と、真空成形ツールと、熱伝導装置と、流体調整装置からなる群から選択される少なくとも１つのコンポーネントである。
【請求項１１】
請求項１記載の方法において、この方法は、さらに、
ＥＰＳビーズ成形工程と、射出成形法と、真空成形法と、熱伝導装置と、流体調整装置からなる群から選択される少なくとも１つにおいて、前記造形品を使用する工程を有するものである。
【請求項１２】
請求項１記載の方法において、この方法は、さらに、
少なくとも１つの前記小直径流体流通孔を、当該小直径流体流通孔が終端する表面に対し、実質的に法線方向でない方向に配向する工程をさらに有する方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法において、前記造形品は複数の小直径流体流通孔を有し、また使用時において開口部の方向を有するマルチピース金型のコンポーネントであり、前記配向する工程は、前記開口部の方向と平行に配向された中心線を有するよう、少なくとも１つの前記複数の小直径流体流通孔を配向する工程を含むものである。
【請求項１４】
請求項１記載の方法において、この方法は、さらに、
前記造形品を溶浸材で溶浸する工程を有するものである。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法において、前記溶浸材は金属である。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法において、前記溶浸材は青銅である。
【請求項１７】
請求項１記載の方法において、前記積層造形法は３次元転写法である。
【請求項１８】
請求項１７記載の方法において、この方法は、さらに、
ａ）金属粉末を含有する粉末層を提供する工程と、
ｂ）前記粉末層上に結合剤を溶着して当該粉末層の事前選択された領域内の前記金属粉末を結合させることにより、前記造形品の層を転写する工程と
を含むものである。
【請求項１９】
請求項１記載の方法において、前記結合剤は、ポリマーおよび炭水化物の少なくとも一方を含有するものである。
【請求項２０】
請求項１９記載の方法において、前記金属粉末はステンレス鋼粉末を含有するものである。
【請求項２１】
請求項１７記載の方法において、この方法は、さらに、前記造形品を溶浸材で溶浸する工程を有するものである。
【請求項２２】
請求項２１記載の方法において、前記溶浸材は金属を含有するものである。
【請求項２３】
請求項１記載の方法において、前記積層造形法は粉末焼結積層造形法である。
【請求項２４】
請求項２３記載の方法において、この方法は、さらに、
ａ）金属粉末および結合剤を含有する粉末層を提供する工程と、
ｂ）レーザービームで前記粉末層をスキャンして、当該粉末層の事前選択された領域内で前記結合剤が前記金属粉末を結合させることにより、前記造形品の層を転写する工程と
を含むものである。
【請求項２５】
請求項２４記載の方法において、前記金属粉末はステンレス鋼粉末である。
【請求項２６】
請求項２３記載の方法において、この方法は、さらに、
前記造形品を溶浸材で溶浸する工程を有するものである。
【請求項２７】
請求項２６記載の方法において、前記溶浸材は金属を含有する。
【請求項２８】
請求項１記載の方法により製造される造形品。
【請求項２９】
請求項２記載の方法により製造される造形品。
【請求項３０】
請求項３記載の方法により製造される造形品。
【請求項３１】
請求項４記載の方法により製造される造形品。
【請求項３２】
請求項８記載の方法により製造される造形品。
【請求項３３】
請求項１０記載の方法により製造される造形品。
【請求項３４】
請求項１２記載の方法により製造される造形品。
【請求項３５】
請求項１３記載の方法により製造される造形品。
【請求項３６】
請求項１４記載の方法により製造される造形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小直径流体流通孔を少なくとも１つ具備した積層造形品に関する。より具体的には、本発明は、このような造形品であって、積層造形工程中にこのような流通孔が少なくとも１つ製造される造形品に関する。また、本発明は、このような造形品を製造する方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの造形品は、当該造形品またはその一部の内部に流体が流入および／または外部へ流出できるようにする小直径の流体流通孔を含む。例えば、発泡ポリスチレン（略称ＥＰＳ）などの膨張したポリマービーズから物品を製造するための金型は、その内部に蒸気を流通させることにより、前記ポリマービーズをさらに膨張させ互いに結合させるため、複数の小直径流体流通孔を含む。射出成形金型は、射出工程中に、閉じ込められた空気の当該金型からの流出を可能にする小直径流体流通孔を含む。プラスチックシートの熱成形などに使用される真空成形ツールは、当該ツールの表面に対して成形される前記プラスチックシートと前記ツールとの間で真空に引くための小直径流体流通孔を具備する。また、衝撃吸収などに使用される流体調整装置も、小直径流体流通孔を少なくとも１つ具備する。開ループ熱交換器または閉ループ熱交換器のいずれかを使用する熱交換器も、小直径流体流通孔を具備する場合がある。
【０００３】
現在、１つまたは複数の小直径流体流通孔を製造するには、何らかの機械的、電気的、光学的、または化学的手段による穿孔や掘削など、何らかのタイプの穿孔工程を造形品に施すことが必要である。ＥＰＳビーズ金型の場合、流通孔の製造には、約０．１６ｃｍ〜約０．６４ｃｍの段付き穴を掘削し、スロット付き端面を有する円筒型ハードウェアをこれらの穴に適合させ、金型面を機械加工して、前記ハードウェアが確実に前記金型面と同一平面に重なるようにすることが必要となる。あるいは、このような流通孔を、レーザー掘削後に金型面を手作業で浄化して、レーザー掘削工程によるばりおよび他の凹凸を除去することによって製造する場合もある。また、このような流通孔は、放電加工、化学エッチング、または化学的掘削によっても製造可能である。
【０００４】
このような流通孔製造工程は、コスト高で時間がかかる。さらに、その工程では、流通孔の配置は、流通孔製造用ツールによってアクセス可能な領域に制限されている。通常であればアクセス不能な領域に流通孔が必要な場合は、所望の領域をアクセス可能するために造形品を切断し、取り外した部分に１つまたは複数の流通孔を製造し、次に、取り外した領域を造形品に再び一体化することが必要になる。
【０００５】
先行技術の別の欠点は、使用する穿孔技術と、個々の小直径流体流通孔を配置する表面部分へのアクセスの容易さにより、造形品面に対する小直径流体流通孔の配向が制限されるということである。表面形状が、湾曲あるいは複雑な場合、若しくはアクセスが制限されている場合、小直径流体流通孔は最適でない配向を有する可能性が高い。レーザー掘削または化学掘削などの技術が使われる場合、小直径流体流通孔の配向は、通常、造形品面に対し略垂直に限定される。
【０００６】
そのため、小直径流体流通孔を少なくとも１つ含んだ造形品を製造する方法が必要とされており、この方法により、１つまたは複数の流通孔を製造するための穿孔技術に付随した問題とコストとを回避するものである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一目的は、先行技術固有の１若しくはそれ以上の欠点を回避する、少なくとも１つの小直径流体流通孔を具備した造形品の製造方法を提供することである。この目的を達するため、本発明では、積層造形法を利用して、少なくとも１つの小直径流体流通孔を有する造形品を製造し、１つまたは複数の前記流通孔を前記積層造形工程中に製造するものである。
【０００８】
本明細書および添付の請求項における用語「積層造形法」は、有用な３次元の造形品が結果として得られ、前記造形品の形状を１層ずつ順次成形する工程を含む任意の工程を指す。また、積層造形法は、少数の特定造形品の製造に層ごとの構築工程が採用される場合、当該技術分野で「ラピッドプロトタイピング法」としても知られている。この積層造形法は、前記造形品の物理的および／または機械的な特性を強化する１若しくはそれ以上の成形後処理を含む場合がある。好適な積層造形法は、３次元転写（Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｐｒｉｎｔｉｎｇ、略称「３ＤＰ」）法および粉末焼結積層造形（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ、略称「ＳＬＳ」）法を含む。前記３ＤＰ法の例は、Ｓａｃｈｓの２０００年３月１４日発行済み米国特許第６，０３６，７７７号公報などに見られる。前記ＳＬＳ法の例は、Ｂｏｕｒｅｌｌらの１９９１年１２月３１日発行済み米国特許第５，０７６，８６９号公報などに見られる。本発明に係る積層造形法は、金属か、ポリマーか、セラミックか、複合材料から成る造形品の製造に使用できる。
【０００９】
本明細書および添付の請求項における用語「小直径」は、約０．２５ｃｍまたはそれ未満の直径を指す。本発明に関しては、この小直径流体流通孔は約０．０２ｃｍ〜約０．２５ｃｍのサイズ範囲の直径を有することが好ましい。
【００１０】
先行技術と対照的に、本発明は、前記造形品を切断および再組み立てすることなく、１つまたは複数の前記小直径流体流通孔をそれらが最も必要とされる場所に配置する自由を、前記造形品の設計者に与える。また、本発明により、前記造形品の設計者が１つまたは複数の前記流通孔の配向と複数の流通孔の配置密度の双方を最適化することも可能になる。例えば、本発明では、設計者がＥＰＳビーズ金型の流通孔を当該金型の開口部の方向と平行に配向できるため、成形されたＥＰＳ部品の取り外しが容易になり、また流通孔内へ押し出されるＥＰＳ材料により流通孔が詰まる可能性を低減することが可能になる。また、本発明により、設計者は、大量の通気が必要な領域内で流通孔の配置密度を高くしつつ、比較的通気が必要でない領域では流通孔の配置密度を低くすることもできる。さらに、本発明が提供する柔軟性により、設計者は、コンピュータで実行されるアルゴリズムを使用して流通孔の設計と配置とアレイ密度とを最適化できるようになる。前記アルゴリズムを含むコンピュータプログラムは、前記流通孔を前記造形品に組み込む電子ファイルさえも作成でき、設計基準の選択後は、ほとんど、またはまったく人間が介入することなく、当該造形品の転写が可能になる。
【００１１】
本発明の別の目的は、少なくとも１つの小直径流体流通孔を含む造形品を提供することであり、その場合、当該造形品および１つまたは複数の当該小直径流通孔は、積層造形法により同時に製造される。
【００１２】
本発明により製造される造形品は、特に消失模型鋳造法における型、飲料用カップ、クリスマス装飾品、梱包材、救命具、および断熱材として使用するためのＥＰＳ成形発泡造形品の製造に適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この項では、現時点で好適な本発明の実施形態のいくつかを、本発明を実施する上で当業者に十分な程度詳細に説明する。ただし、本明細書で説明する現在好適な実施形態の数が限定されているからといって、添付の請求項に記載の本発明の範囲が限定されることは一切ないことを理解すべきである。
【００１４】
例示を明瞭および簡潔にするため、現時点で好適な実施形態の説明はＥＰＳビーズ金型の製造に関する説明のみに限定し、使用する積層造形法は３ＤＰ法とする。当業者であれば、本発明が、１若しくはそれ以上の小直径流体流通孔を有する任意タイプの造形品を製造する工程を含み、前記小直径流体流通孔は、当該造形品の層ごとの構築中、当該造形品内に１若しくはそれ以上の小直径流体流通孔を含める上で、適用可能な任意の積層造形法におけるサイズおよび材料能力の範囲内であることが理解できるであろう。
【００１５】
従来のＥＰＳビーズ成形法では、２部分品から成り閉じたＥＰＳビーズ金型内に部分的に発泡したＥＰＳビーズを充填する。次に、ＥＰＳビーズ金型を取り囲むチャンバ内へ蒸気を導入する。前記蒸気がこのＥＰＳビーズ金型に設けられた複数の小直径流体流通孔を通じて流通すると、部分的に発泡したＥＰＳビーズに含まれるペンタンなどの発泡剤が当該ビーズをさらに発泡させ、次に、これらビーズはＥＰＳビーズ金型により画成された形状内で互いに融着する。この蒸気工程の完了後、ＥＰＳビーズ金型を取り囲むチャンバを真空にする、および／またはＥＰＳビーズ金型の外面に水を噴霧することにより成形品を冷却する。次に、このＥＰＳビーズ金型を開き、成形された部品を取り外す。従来のＥＰＳビーズ成形法は、Ｂｉｓｈｏｐの１９９５年１０月３日発行済み米国特許第５，４５４，７０３号公報に説明されている。
【００１６】
前記ＥＰＳビーズ金型内に蒸気を流通させる流通孔の直径は、ビーズが流通孔を閉塞することを防ぐため、またビーズが流通孔を通じて金型の空洞内から流出するのを防ぐため、部分的に発泡したＥＰＳビーズのサイズより小さくなければならない。通常、部分的に発泡したＥＰＳビーズの直径は約０．０５ｃｍである。一部はこの小サイズのため、また他方はＥＰＳビーズ金型の空洞内に充填された部分的に発泡した全ＥＰＳビーズが蒸気と接触する必要があるため、ＥＰＳビーズ金型の表面にできる限り多くの小直径流体流通孔を配置することが望ましい。しかし、ＥＰＳビーズ金型の成形面の複雑な領域または凹部の領域には穿孔ツールが届き難いという問題があるため、従来のＥＰＳビーズ金型製造技術では流通孔配置の最適化が困難である。
【００１７】
本発明の一態様によれば、３ＤＰ法などの積層造形法によるＥＰＳビーズ金型部品の製造中に、複数の小直径流体流通孔をＥＰＳビーズ金型の各部分に組み込む場合がある。
【００１８】
この３ＤＰ法は、インクジェット印刷に概念的に類似している。ただし、３ＤＰ法では、インクの代わりに最上層である粉末床に結合剤を溶着する。この結合剤は、製造される造形品における３次元電子表現の２次元スライスに従って粉末層に転写される。このように、造形品全体が成形されるまで順次、層を転写していく。前記粉末は、金属か、セラミックか、ポリマーか、複合材料を含有する可能性がある。前記結合剤は、ポリマーおよび炭水化物の少なくとも一方を含有可能性がある。適切な結合剤の例は、Ｂｏｕｒｅｌｌらの１９９１年１２月３１日発行済み米国特許第５，０７６，８６９号公報，およびＬｉｕらの２００３年７月１日発行済み米国特許第６，５８５，９３０号公報に挙げられている。
【００１９】
転写された前記造形品は、通常、粉末の充填密度に応じて約３０体積パーセントから６０を超える体積パーセントまでの粉末と、約１０体積パーセントの結合剤とから成り、残りは空隙空間となる。この段階において、転写された造形品はやや脆弱である。そのため、転写された造形品の物理的および／または機械的な特性を強化するよう、転写後処理を実施する場合がある。通常、このような転写後処理には、転写された造形品を熱処理して前記結合剤を溶浸材に置き換え、次にこの溶浸材が硬化または固化することにより、望ましい物理特性および機械特性を有する高密度の造形品を製造する工程が含まれる。溶浸工程を使用する場合は、溶浸により小直径流体流通孔が閉塞しないようにする必要がある。本発明に従い製造した造形品の流通孔を溶浸材が閉塞するのを防止するには、積層造形品内に成形された冷却剤流路の溶浸材による閉塞を防止することに関して、Ｓａｃｈｓらが１９９８年７月７日発行済みの米国特許第５，７７５，４０２号公報で説明している技術を使用することが可能である。
【００２０】
積層造形法に使用する造形品の３次元電子表現は、通常、コンピュータ支援設計（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ、略称「ＣＡＤ」）ソフトウェアを使って作成する。３次元電子表現のＣＡＤファイルは、通常、当分野で光造形（ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ、別称「ステレオリソグラフィ」）ファイル形式、標準三角パッチ言語（ｓｔａｎｄａｒｄ  ｔｒｉａｎｇｌｅ  ｌａｎｇｕａｇｅ、略称「ＳＴＬ」）ファイル形式、あるいはＳＴＬ形式として公知の別のファイル形式に変換される。次に、このＳＴＬ形式ファイルは適切なスライスプログラムにより処理され、前記造形品の３次元電子表現を、造形品の２次元スライスとして表現したＳＴＬ形式ファイルへと変換する電子ファイルが生成される。前記スライスの厚さは、通常、約０．００８ｃｍ〜約０．０３ｃｍの範囲であるが、製造する造形品の設計基準と使用する積層造形法によって、この範囲と実質的に異なる場合もある。これら種々の電子ファイルを製造するための適切なプログラムは、当業者には周知のものである。
【００２１】
以下、２部分品ＥＰＳビーズ金型のうちの１部分品の製造について、本発明の一態様の実施例として説明する。本明細書において、ＥＰＳビーズ金型の各部分品は別個の造形品と見なされ、第２の部分品は第１の部分品と別個または同時に製造する場合がある。
【００２２】
まず、前記金型部分品の３次元電子表現をＣＡＤファイルとして作成し、次に、ＳＴＬ形式ファイルに変換する。次に、造形品が有するべき小直径流体流通孔のアレイの３次元電子表現のＣＡＤファイルを作成する。次に、この流通孔アレイのＣＡＤファイルを、ＳＴＬ形式のファイルに変換する。
【００２３】
当業者であれば、前記造形品および流通孔の各ＣＡＤファイルを製造する際は、製造工程中に起こりうる収縮など、いかなる寸法変更も考慮できるよう、前記造形品および流通孔の寸法を調整しなければならないことが理解できるであろう。例えば、特定造形品の３ＤＰ法による製造中に収縮に対する補正を行う場合は、最終的に０．０４６ｃｍの直径を有すべき流通孔を直径０．０７１ｃｍで転写するよう設計しうる。
【００２４】
これら２つのＳＴＬ形式ファイルを比較し、個々の流通孔が造形品内で確実に望ましい位置になるようにする。このＳＴＬファイルには任意の望ましい補正または修正を施してもよい。次に、前記２つのＳＴＬ形式ファイルを、前記流通孔の３次元表現を前記造形品の３次元表現から減算処理する２項減算など、ブール演算を実行する適切なソフトウェアプログラムを使って組み合わせる。このようなプログラムの例としては、Ｍａｇｉｃｓ  ＲＰソフトウェアがある（ベルギー、ルーバン（Ｌｅｕｖｅｎ）のＭａｔｅｒｉａｌｉｓｅ  ＮＶ社から入手可能）。また、その結果得られた電子表現にも、望ましくない領域から流通孔を除去するといった所望の修正または補正を施すことができる。
【００２５】
このファイル組み合わせ工程の結果、望ましい小直径流体流通孔アレイを含む造形品の３次元電子ファイルが得られる。本明細書ではこのような電子ファイルを「流通孔付き造形品３Ｄファイル」（３−Ｄ  ｖｅｎｔｅｄ−ａｒｔｉｃｌｅ  ｆｉｌｅ）と呼ぶ。次に従来のスライスプログラムを使い、この流通孔付き造形品３Ｄファイルを、２次元スライスとして表現された当該造形品を有する電子ファイルに変換する。本明細書ではこのような電子ファイルを「流通孔付き造形品２Ｄスライスファイル」（ｖｅｎｔｅｄ  ａｒｔｉｃｌｅ  ２−Ｄ  ｓｌｉｃｅ  ｆｉｌｅ）と呼ぶ。この流通孔付き造形品２Ｄスライスファイルに誤りがないかチェックし、また望ましい任意の補正または修正を施すことが可能である。次に、この流通孔付き造形品の２Ｄスライスファイルが３ＤＰ法用の機器で使用されて、当該造形品の転写バージョンが作成されたのち、この転写バージョンは、物理的および／または機械的な特性を改善するためさらに処理される。このような３ＤＰ法用の機器の例としてはＰｒｏＭｅｔａｌ（登録商標）Ｍｏｄｅｌ  ＲＴＳ  ３００  ユニットがあり、これはＥｘｔｒｕｄｅ  Ｈｏｎｅ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社（米国、Ｉｒｗｉｎ，ＰＡ  １５６４２）から入手可能である。
【００２６】
上記の項で開示した、前記１つまたは複数の望ましい小直径流体流通孔を含む造形品の電子表現を作成する方法であって、前記造形品を層ごとに製造する際に積層造形工程機器で使用可能な方法は、このような電子表現を作成する多数の方法のうちの単なる１方法であることが理解されるものである。実際に使用される特定方法は設計者の判断によって決定され、前記造形品の複雑度およびサイズ、前記造形品が有する小直径流体流通孔のサイズおよび数、利用可能なコンピュータ処理設備、１つまたは複数の電子ファイル処理に利用できる計算時間といった要因に依存する。例えば、単純な造形品が小直径流体流通孔を１つだけ具備する場合は、この造形品の３次元電子表現を含む初期ＣＡＤファイルに前記流通孔を含めると作業を迅速化することができる。他の場合は、前記流通孔アレイおよび造形品のＳＴＬファイルを組み合わせる前に、相互比較する工程のみを排除することが望ましい場合もある。一部の積層造形工程ではスライス工程は利用者にとって透過的であり、その場合、利用者がオブジェクトの３次元表現のＣＡＤファイルまたはＳＴＬファイルを処理機器に入力するだけで、前記造形品を層ごとに構築するための２次元スライス生成に必要な追加演算が前記機器により自動的に実行されることが、当業者であれば理解できるであろう。その場合でも、このような工程での前記スライス演算は実行される。積層造形工程機器において利用可能な、１つまたは複数の小直径流体流通孔を有する造形品の電子表現の作成における実施可能な変形形態は、すべて本発明の意図の範囲内であることを理解すべきである。
【００２７】
本発明において、設計者は、コンピュータで実行されるアルゴリズムを使用して流通孔の設計と配置とアレイ密度を最適化することができる。このアルゴリズムを含むコンピュータプログラムは、上記の方法などで前記流通孔を前記造形品に組み込むための電子ファイルを作成する際にも使用することもできる。また、前記プログラムにより造形品を転写することも可能である。このように、本発明のこの態様によって、設計者は、設計基準を選択後、ほとんど、またはまったく介入することなく、設計基準から造形品転写までのすべてを行えるようになる。このようなアルゴリズムおよびそれに関連して実行するソフトウェアの設計は、流体力学と造形品設計と機械自動化とコンピュータプログラミングの原理を総合すれば当業者の理解しうる範囲内である。
【００２８】
本発明の別の目的は、少なくとも１つの小直径流体流通孔を含む造形品を提供することであり、その場合、当該造形品および１つまたは複数の当該流通孔は、積層造形法により同時に製造される。このような造形品の例としては（これに限定はされないが）、ＥＰＳビーズ金型およびその一部、流通孔付き射出成形金型、真空成形ツール、熱伝導装置、衝撃吸収などに使用される流体調整装置などがある。
【００２９】
当業者であれば、本発明の意図の範囲内である造形品は他の方法で製造された小直径流体流通孔を有する造形品と区別可能であることが理解できるであろう。例えば、一部のケースでは、このような造形品は、他のいかなる製造手段によっても実現不可能な１つまたは複数の流通孔の配置および配向により区別することが可能である。これは、先行技術による流通孔の配置および配向が穿孔ツールのアクセスの容易さにより制限されているのに対し、本発明では流通孔を造形品のいかなる場所にも配置可能で、また、いかなる方向にも配向できるためである。本発明に従って製造した造形品は個々の流通孔の壁の質感によっても区別が可能である。これは、穿孔手段で製造された流通孔の壁は、使用された流通孔成形方法の痕跡を呈するのに対し、本発明に従い作成された流通孔の壁は、造形品製造で使用される層ごとの構築工程に特徴的な質感を呈するためである。
【００３０】
小直径流体流通孔を含む造形品であって、当該造形品および当該流通孔が積層造形法により同時に製造される造形品の例を図１に示す。この図に示した造形品は、デモンストレーション用単気筒エンジンの先端のための消失模型の型を製造するのに使用されるＥＰＳビーズ金型の下半分である。金型半分２は複雑な金型表面４を有し、転写段階では長さ２８．２ｃｍ、幅２３．１ｃｍ、厚さ５．８ｃｍである。前記金型半分２は、数百個の小直径流体流通孔６を含んでいる。前記流通孔６の各孔は、それぞれ円筒型で丸い断面を伴い、幅は０．０９ｃｍである。これらの流通孔６は、すべてこのＥＰＳビーズ金型の開口部方向８、すなわちＺ方向と平行に配向されている。前記金型表面４の曲線は複雑であるため、一部の前記流通孔４は金型表面４の終端部で細長くなる。転写されたこの金型半分２は、−１７０メッシュ／＋３２５メッシュの粒子サイズを有するグレード４２０のステンレス鋼粉末および転写結合剤を使った３ＤＰ法で製造されたものである。前記転写結合剤は、ＰｒｏＭｅｔａｌ（登録商標）ＳＢＣ−１で、Ｅｘｔｒｕｄｅ  Ｈｏｎｅ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社（米国、Ｉｒｗｉｎ，ＰＡ  １５６４２）から入手可能な炭水化物／アクリル結合剤である。
【００３１】
次に、物理的および機械的な特性を強化するため、前記転写された造形品は、９０重量パーセントの銅と、１０重量パーセントのスズ青銅合金で溶浸された。この溶浸工程中、溶浸材を転写された造形品に流入させる溶浸材源より前記転写された造形品を高くして、溶浸の毛管力と前記溶浸材の静的出口圧力とで平衡をとるよう制御することにより、前記溶浸材が実質的に前記流通孔内へ流入することを阻止した。この高さ制御技術により、前記流通孔６が前記溶浸材で閉塞され、小形化されることなく、前記造形品を完全に溶浸することが可能になった。この高さ制御技術の代わりに、またはそれに加え、前記溶浸材によって、前記流通孔が閉塞され、小形化されることを防止するための別の技術は、前記流通孔６の内面が溶浸材により多少狭まることを想定して、前記流通孔６を大型化することである。
【００３２】
前記金型表面４の望ましい表面仕上げの製造には、比較的少量の表面仕上げ作業のみを必要とした。
【００３３】
本明細書に示し説明した本発明の実施形態は少数であるが、当業者であれば、以下の請求項に説明されている本発明の精神および要旨を逸脱しない範囲で、多数の変更および修正が可能であることが自明である。本明細書で言及した米国特許はすべて、言及によりその全体を本明細書に組み込むものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
本発明の特徴および利点の重要性は、添付の図面を参照することでより理解されるであろう。ただし、これらの図面は例示目的のみで意図されたものであり、本発明を限定する定義として意図されたものではないことを理解すべきである。
【図１】図１は、本発明に従って製造された流通孔を含むＥＰＳビーズ金型の半分の斜視図である。
【図１】
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【国際調査報告】
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