(57)【要約】      （修正有）【課題】付加製造プロセスでバインダを適用して選択的に硬化させるための方法の提供。【解決手段】構成要素７６をレイヤーバイレイヤーで生産するための方法は、第１のエリアを有する粒子材料Ｐの層をビルドプラットフォーム１４上に堆積させるステップと、放射エネルギ硬化性のバインダＢを層に、第１のエリアの選択した部分がバインダＢで均一に被覆されるように、適用するステップと、第１のエリアの選択した部分よりも小さい層の第２のエリアを、構成要素７６の断面層のジオメトリを画定する特定のパターンでの放射エネルギの適用を用いて、選択的に硬化させるステップと、複数の層のために、構成要素７６が完了するまで、堆積させる、適用する、および、硬化させるというステップを繰り返すステップと、を含む方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構成要素（７６）をレイヤーバイレイヤーで生産するための方法であって、
第１のエリアを有する粒子材料（Ｐ）の層をビルドプラットフォーム（１４）上に堆積させるステップと、
放射エネルギ硬化性の第１のバインダ（Ｂ）を前記層に、前記第１のエリアの選択した部分が前記第１のバインダ（Ｂ）で均一に被覆されるように、適用するステップと、
前記第１のエリアの前記選択した部分よりも小さい前記層の第２のエリアを、前記構成要素（７６）の断面層のジオメトリを画定する特定のパターンでの放射エネルギの適用を用いて、選択的に硬化させるステップと、
複数の層のために、前記構成要素（７６）が完了するまで、堆積させる、適用する、および、硬化させるという前記ステップを繰り返すステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記選択した部分は、前記第１のエリアの大部分を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記選択した部分は、前記構成要素（７６）の前記断面層の周囲に概略近似する形状を含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記粒子材料（Ｐ）は、適用され、したがって、前記層のうちの少なくとも１つの前記粒子材料（Ｐ）は、異なった組成物、ひいては、前記層のうちの他の１つの前記粒子材料（Ｐ）、を有する、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記層のうちの少なくとも１つは、２つ以上の部分に分割され、前記粒子材料（Ｐ）は、適用され、したがって、前記部分のうちの少なくとも１つの前記粒子材料（Ｐ）は、異なった組成物、ひいては、前記部分のうちの他の１つの前記粒子材料（Ｐ）、を有する、請求項１記載の方法。
【請求項６】
放射エネルギの前記適用は、複数のピクセルを含むパターン画像（６４）を投影することによって適用される、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記放射エネルギは、少なくとも１つのビルドビーム（７２）で前記粒子材料（Ｐ）の表面上をスキャンすることによって適用される、請求項１記載の方法。
【請求項８】
追加の放射エネルギは、少なくとも１つのビルドビーム（７２）で前記粒子材料（Ｐ）の表面上をスキャンすることによって適用される、請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記第１のバインダ（Ｂ）は、１つまたは複数のスプレーノズル（５０）を用いて適用される、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記粒子材料（Ｐ）は、２より多い材料の混合物を含有する、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記バインダ（Ｂ）を焼尽して前記粒子材料（Ｐ）を合併するために、前記構成要素（７６）を焼結することをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
焼結中または後に低融解温度の材料を前記構成要素（７６）に浸透させることをさらに含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
堆積および適用の前記ステップは、前記第１のバインダ（Ｂ）と予混合された粒子材料（Ｐ）の層を堆積させることによって同時に実行される、請求項１記載の方法。
【請求項１４】
適用の前記ステップは、前記ビルドプラットフォーム（１４）を硬化可能な第２のバインダ（Ｂ）を適用することを含み、前記第１および第２のバインダ（Ｂ）は、それぞれ第１および第２の硬化プロセスを用いて硬化可能であり、
硬化の前記ステップは、前記第１および第２の硬化プロセスを用いることによって前記第１および第２のバインダ（Ｂ）を硬化させることを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１５】
前記第１および第２のバインダ（Ｂ）は、連続して硬化される、請求項１４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には付加製造に関し、より詳細には、付加製造プロセスでバインダを適用して選択的に硬化させるための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
付加製造は、材料が一部片の資源から加工除去されて構成要素が形成される従来の製造とは対照的に、材料がレイヤーバイレイヤーでビルドアップされて構成要素が形成されるプロセスである。付加製造は、「レイヤードマニュファクチャリング」、「ラピッドマニュファクチャリング」、「フリーフォームマニュファクチャリング」、および「３Ｄプリンティング」などの用語でも参照される。そういった用語は、本発明の目的のために同義語と扱われる。
【０００３】
従来技術の付加製造プロセスの１つのカテゴリは、完成した構成要素の境界を画定するパターンのビルドエリア上に液体バインダを堆積させることによって粉末を選択的に結合することによって働く。バインダは、例えば、極めて微細なノズルを複数有する動くプリントヘッドによって適用される。バインダは、エネルギを全ビルドエリアに投入することによって非選択的に硬化される。
【０００４】
これらのタイプの従来技術の付加製造プロセスゆえの１つの課題は、それらが遅い場合があるということであり、その理由は、バインダが、平らな表面を横切って移動するリニアソース（プリントヘッド）から適用されるからであり、バインダが、層間で硬化しなければならないからである。加えて、これらのタイプの従来技術の付加製造プロセスは、比較的貧弱な精度を有する傾向があり、その理由は、パターンがプリントヘッドからのバインダの液滴によって画定されるからである。より速く動くプリントヘッドは、バインダの配置の精密さを低下させる可能性が高い。必要とされるバインダの体積が大きめであることは、ピクセル寸法を大きくさせる可能性が高い。加えて、バインダの分布（ピクセル寸法）は、制御が困難であり、その理由は、どのようにしてバインダが材料中にしみ込むかが影響を及ぼすからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第９，６８２，４２５号公報
【発明の概要】
【０００６】
これらの課題のうちの少なくとも１つは、バインダが選択的に硬化される付加製造の方法によって扱われる。
【０００７】
本明細書で説明する技術の一態様によれば、構成要素をレイヤーバイレイヤーで生産するための方法は、ビルドプラットフォーム上に第１のエリアを有する粒子材料の層を堆積させるステップと、放射エネルギ硬化性のバインダを層に、第１のエリアの選択した部分がバインダで均一に被覆されるように、適用するステップと、構成要素の断面層のジオメトリを画定する特定のパターンでの放射エネルギの適用を用いて、第１のエリアの選択した部分よりも小さい層の第２のエリアを選択的に硬化させるステップと、複数の層のために、構成要素が完了するまで、堆積させる、適用する、および、硬化させるというステップを繰り返すステップと、を含む。
【０００８】
本明細書で説明する技術の他の態様によれば、構成要素をレイヤーバイレイヤーで生産するための方法は、ビルドプラットフォーム上に、放射エネルギ硬化性のバインダと予混合された粒子材料の層であって第１のエリアをカバーする層を堆積させるステップと、構成要素の断面層のジオメトリを画定する特定のパターンでの放射エネルギの適用を用いて、第１のエリアよりも小さい層の選択した部分を選択的に硬化させるステップと、複数の層のために、構成要素が完了するまで、堆積させる、および、硬化させるというステップを繰り返すステップと、を含む。
【０００９】
本明細書で説明する技術の他の態様によれば、構成要素をレイヤーバイレイヤーで生産するための方法は、粒子材料と、第１の放射エネルギ波長で硬化可能な第１のバインダと、第２の放射エネルギ波長で硬化可能な第２のバインダと、を含む層であって第１のエリアをカバーする層をビルドプラットフォーム上に堆積させるステップと、層のバインダのうちの少なくとも１つが堆積され、したがって、第１のエリアの選択した部分が少なくとも１つのバインダで均一に被覆されることと、第１および第２のバインダを、第１および第２の波長での放射エネルギの適用によって、硬化させるステップであって、バインダのうちの少なくとも１つが、構成要素の断面層のジオメトリを画定する特定のパターンで放射エネルギを用いて、第１のエリアよりも小さい層の第２のエリアで選択的に硬化される、ステップと、複数の層のために、構成要素が完了するまで、堆積させる、および、硬化させるというステップを繰り返すステップと、を含む。
【００１０】
本発明は、添付の図面と併せて解釈される以下の説明を参照することによって最もよく理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】例示的な付加製造装置を例示する概略図である。
【図２】図１の装置の一部分の概略上部平面図である。
【図３】代替の付加製造装置を例証する概略図である。
【図４】ビルドプレートに適用される粒子材料のパターンを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面を参照すると、同様の参照数字が各種の図を通して同じ要素を指しており、図１は、本明細書で説明するような付加製造方法を実行するための適切な装置１０のうちの１つのタイプの例を概略的に示す。より詳細に下で解説するように、理解されるであろうことは、機器の他の構成が、本明細書で説明される方法を実行するために使用されることがあるということである。例示的な装置１０の基本的な構成要素は、テーブル１２、ビルドチャンバ１６によって囲まれるビルドプラットフォーム１４、粒子材料供給源１８、オーバーフローコンテナ２０、バインダアプリケータ２２、および、放射エネルギ装置２４を含む。任意選択で、装置１０の構成要素は、ハウジング２６によって囲まれることがあり、該ハウジングは、ガスポート２８を用いるシールドまたは不活性なガス雰囲気を提供するために使用されることがある。これらの構成要素の個々については、より詳細に下で説明する。
【００１３】
テーブル１２は、剛性のある構造体であり、平坦な作業表面３０を画定する。作業表面３０は、同一平面上にある仮想の作業平面を画定する。例証する例では、ビルドチャンバ１６と連通してビルドプラットフォーム１４を曝露するビルド開口３２と、粒子材料供給源１８と連通する供給開口３４と、が含まれる。
【００１４】
簡便な説明の目的上、作業表面３０の平面は、装置１０のＸＹ平面に平行に配向されていると考えられてもよく、ＸＹ平面に垂直な方向は、Ｚ方向として示される（Ｘ、Ｙ、およびＺは、３つの相互に垂直な方向である）。
【００１５】
手段は、ビルドプラットフォーム１４をＺ方向に平行に移動させるために設けられることがある。図１では、これらの手段は、空気圧シリンダ、液圧シリンダ、ボールスクリュー電気アクチュエータ、または、リニア電気アクチュエータなどのデバイスがこの目的のために使用されることがあるという理解の下で、単純なアクチュエータ３６として概略的に示される。
【００１６】
粒子材料供給源１８は、作業表面に粒子材料「Ｐ」の層を適用して粒子材料Ｐを平らにするために使用できる任意のデバイスまたはデバイスの組合せでよい。図１に示す例では、粒子材料供給源１８は、下にあって供給開口３４と連通する供給コンテナ３８と、エレベータ４０と、を含む。エレベータ４０は、プレートのような構造体であって、供給コンテナ３８内を鉛直方向に摺動可能である。エレベータは、エレベータ４０を上または下に選択的に移動させるために使用できるアクチュエータ４２（概略的に図示する）に連結される。エレベータ４０が降下するとき、粒子材料Ｐの供給は、供給コンテナ３８の中に装荷されることがある。エレベータ４０は、上昇するとき、作業表面３０の上に粒子材料Ｐを曝露する。
【００１７】
例証する例では、粒子材料供給源１８は、リコータ４４を含み、該リコータは、作業表面３０上に横たわる剛性のある横方向に細長い構造体である。リコータは、アクチュエータ４６（概略的に図示する）に連結され、該アクチュエータは、作業表面３０に沿ってリコータ４４を選択的に移動させて粒子材料Ｐを供給コンテナ３８から移動させてビルドチャンバ１６の中でそれを平らにするために使用できる。留意されたいのは、ビルドチャンバが使用されないかまたは要求されない粒子材料供給源用の公知の構成が存在することであり、例えば、ビルドチャンバは、単に排除されることがあり、あるいは、装置１０は、ビルドプロセスの一部として犠牲チャンバ壁を構築するために使用されることがある。
【００１８】
他のタイプの粒子材料供給源は、使用されることがあり、例えば、１つまたは複数のローラ（図示せず）は、粒子材料Ｐを移動させて平らにするために、設けられることがある。代替的に、粒子材料は、ビルドチャンバ１６を振動させることによって平らにされることがある。代替的に、粒子材料Ｐは、頭上デバイス（図示せず）によってビルドチャンバ１６の中にそれを降下させることによって適用されることがある。使用する粒子材料供給源のタイプにもよるが、Ｚ軸に平行な移動のための手段が備え付けられることがあり、ビルドプラットフォーム１４は、ビルドプロセス中に不動に存続することがある。
【００１９】
バインダアプリケータ２２は、バインダＢの層をビルドチャンバ１６の中の粒子材料Ｐの上に適用するために使用できる任意のデバイスまたはデバイスの組合せでよい。従来技術のハードウエアおよび方法と対照的に、適用済みバインダの境界は、完了済み構成要素の境界を画定せず、したがって、バインダアプリケータ２２は、任意の特定レベルの精度でバインダを適用する能力を有する必要が無い。バインダアプリケータ２２は、バインダＢを粒子材料Ｐの全露出表面エリアの上に適用するように構成されることがあり、あるいは、より詳細に下で説明するように、バインダＢを小さめの所定エリアの上に適用するように構成されることがある。いずれの場合にも、バインダＢは、全体的に適用され、したがって、硬化したバインダの表面エリアが存在するであろうよりも、より多くの適用済みバインダの表面エリアが存在する。
【００２０】
適切なバインダ適用デバイスの非限定の例には、シュート、ホッパ、ポンプ、スプレーノズル、スプレーバー、あるいは、インクジェット印刷ヘッドなどの精密なスプレーデバイスが含まれる。
【００２１】
図１および２は、バインダアプリケータ２２の１つの可能な構成を示す。複数の離隔スプレーノズル５０を担持するスプレーバー４８は、ビルドチャンバ１６の上に実装される。適切なバインダの供給源は、バインダリザーバ５２に包含され、該バインダリザーバは、スプレーバー４８と流体連通式に連結される。スプレーバー４８は、スプレーノズル５０を個別にまたは１つまたは複数のグループで開閉するのを可能にする弁調整を組み込むことがある。
【００２２】
スプレーバー４８は、アクチュエータ５４に実装されており、該アクチュエータは、スプレーバー４８の長軸に垂直で作業表面３０に平行な軸（例えば、Ｙ軸）に沿った選択的な動きを可能にする。スプレーノズル５０およびアクチュエータ５４の協調動作は、任意のパターンでのビルドチャンバ１６の上へのバインダの適用を可能にするであろう。
【００２３】
放射エネルギ装置２４は、より詳細に下で説明するビルドプロセス中にバインダＢを硬化させるために、放射エネルギを発生させて、適切なパターンで、適切なエネルギレベルおよび他の動作特性で、粒子材料Ｐに投射するために使用できる任意のデバイスまたはデバイスの組合せを含むことがある。
【００２４】
図１に示すような１つの例示的な実施形態では、放射エネルギ装置２４は、バインダＢを硬化させるために適切なエネルギレベルおよび他の動作特性の放射エネルギパターン画像を発生させるために使用できる任意のデバイスを概ね指すために本明細書で使用する「プロジェクタ」５６を含むことがある。本明細書で使用するとき、用語「パターン画像」は、個別ピクセルの配列を含む放射エネルギの投影を指す。パターン画像デバイスの非限定の例には、デジタルライトプロセシング（「ＤＬＰ」）プロジェクタもしくは別のデジタルマイクロミラーデバイス、ＬＥＤの２Ｄアレイ、レーザの２Ｄアレイ、または、光アドレス型ライトバルブが含まれる。例証する例では、プロジェクタ５６は、ＵＶランプなどの放射エネルギ源５８と、ソースビーム６２を放射エネルギ源５８から受け取ってパターン画像６４を発生させて粒子材料Ｐの表面上に投射するために使用できる画像形成装置６０と、１つまたは複数のレンズなどの任意選択の集束光学系６６と、を含む。
【００２５】
放射エネルギ源５８は、バインダＢを硬化させるために適切なエネルギレベルおよび周波数特性のビームを発生させるために使用できる任意のデバイスを含むことがある。例証する例では、放射エネルギ源５８は、ＵＶフラッシュランプを含む。
【００２６】
画像形成装置６０は、１つまたは複数のミラー、プリズム、および／または、レンズを含むことがあり、適切なアクチュエータを具備して配置され、したがって、放射エネルギ源５８からのソースビーム６２は、作業表面３０に一致するＸＹ平面のピクセル化画像に変換される場合がある。例証する例では、画像形成装置６０は、デジタルマイクロミラーデバイスであることがある。例えば、プロジェクタ５６は、市販のＤＬＰプロジェクタであることがある。
【００２７】
図３に示すような別の例示的な実施形態では、放射エネルギ装置２４は、バインダＢを硬化させると共にビームで作業表面３０上を所望のパターンでスキャンするために、適切なエネルギレベルおよび他の動作特性の１つまたは複数の放射エネルギビームを発生させるために使用できる任意のデバイスを一般的に参照するために本明細書で使用する「スキャンビーム装置」６７を含むことがある。例証する例では、スキャンビーム装置６７は、放射エネルギ源６８およびビーム操縦装置７０を含む。
【００２８】
放射エネルギ源６８は、バインダを硬化させるために適切なパワーおよび他の動作特性のビームを発生させるために使用できる任意のデバイスを含むことがある。適切な放射エネルギ源の非限定の例には、レーザや電子ビーム銃が含まれる。
【００２９】
ビーム操縦装置７０は、１つまたは複数のミラー、プリズム、および／または、レンズを含み、適切なアクチュエータを具備することがあり、したがって、放射エネルギ源６８からのビーム７２は、所望のスポット寸法に焦点を合わせられると共に作業表面３０に一致する平面内の所望の位置まで操縦されるように配置される場合がある。ビーム７２は、本明細書で「ビルドビーム」と呼ぶことがある。他のタイプのスキャンビーム装置は、使用されることがある。例えば、複数のビルドビームを使用するスキャンビーム源は、放射エネルギ源自体が１つまたは複数のアクチュエータを介して移動可能であるスキャンビーム源として知られている。
【００３０】
装置１０は、コントローラ７４を含むことがある。図１のコントローラ７４は、装置１０の動作を制御するために要求されるハードウエア及びソフトウエアの一般化した表示であって、粒子材料供給源１８、バインダアプリケータ２２、放射エネルギ装置２４、および、上で説明した様々なアクチュエータ、の幾つかまたはすべてを含む。コントローラ７４は、例えば、プログラマブルロジックコントローラ（「ＰＬＣ」）またはマイクロコンピュータなどの１つまたは複数のデバイスで具体化される１つまたは複数のプロセッサ上で動作するソフトウエアによって具体化されることがある。そういったプロセッサは、例えば、有線または無線の接続を介してセンサおよび動作構成要素に連結されることがある。同じプロセッサは、統計的分析のためおよびフィードバック制御のためセンサデータを取り出して分析するために使用されることがある。
【００３１】
粒子材料Ｐは、「微少の物体」と慣習的に定義される粒子を事実上含む。粒子材料Ｐは、実質上平らな層に敷設され得ると共に選択したバインダと化学的および物理的に互換性のある任意の材料を含むことがある。一般に、「微粒子で構成される乾燥材料」と慣習的に定義される用語「粉末」は、用語「粒子材料」のための同義語とみなされることがある。
【００３２】
理解されるであろうことは、装置およびプロセスの分解能、すなわち、作り出すことのできる最小の特徴寸法（ｆｅａｔｕｒｅ  ｓｉｚｅ）が、粒子材料Ｐの粒子寸法に関係する、ということである。粒子は、形状が規則的または不規則なことがあり、寸法が均一または不均一なことがあり、可変のアスペクト比を有することがある。例えば、粒子は、小球または顆粒の形状を採ることがあり、あるいは、小ロッドまたはファイバのような形状付けされることがある。
【００３３】
その化学的性質およびミクロ構造を含む粒子材料Ｐの組成は、特定の用途に適するために要望どおり選択されることがある。例えば、粒子材料Ｐは、金属、セラミック、重合体および／または、有機物であることがある。異なった組成の混合物は、使用されることがある。
【００３４】
粒子材料は、「可融性」を有することがあり、それは熱および／または圧力の適用を介して焼結などのさらなる処理時に合併してかたまりになることが可能であるということを意味する。例えば、可融性は、多くの入手可能なセラミックおよび金属粉末の特徴である。
【００３５】
バインダＢは、放射エネルギ硬化性を有すると共に硬化状態の粒子材料Ｐと接着または相互結合が可能である材料を含む。本明細書で使用するとき、用語「放射エネルギ硬化性」は、特定の周波数およびエネルギレベルの放射エネルギの適用に応答して凝固する任意の材料を指す。例えば、バインダＢは、光開始剤化合物を含有するフォトポリマ樹脂の公知タイプを含むことがあり、重合反応の引き金を引くように機能して、樹脂を液体状態から固体状態に変化させる。代替的に、バインダＢは、放射エネルギの適用によって蒸発し得る溶剤を含む材料を含むことがある。硬化していないバインダＢは、固体、液体、または蒸気の形式で提供されることがある。
【００３６】
バインダＢの組成は、特定の用途に適するために要望どおり選択されることがある。異なった組成の混合物は、使用されることがある。
【００３７】
バインダＢは、上で説明した焼結プロセスなどのさらなる処理中に、ガス放出または焼尽する能力を有するために選択されることがある。
【００３８】
装置１０の動作の例については、今から図１〜３を参照して詳細に説明する。装置１０を用いた構成要素７６の生産の前駆体として、構成要素７６が、Ｚ軸に沿ってアレイ化された平らな層の積重ねとしてソフトウエアモデル化される、ということが理解されるであろう。使用される硬化方法のタイプにもよるが、各層は、ピクセルのグリッドに分割されることがある。現実の構成要素７６は、数十、数百の層の積重ねとしてモデル化および／または製造されることがある。適切なソフトウエアモデル化のプロセスは、当技術分野で知られている。
【００３９】
ビルドプロセスを始めるために、装置１０は、選択した層の増分を画定するために位置決めされる。例えば、ビルドプラットフォーム１４は、選択した層の増分だけ作業表面３０の下に位置決めされることがある。層の増分は、付加製造プロセスの速度および構成要素７６の分解能に影響する。層の増分は可変である場合があり、大きめの層増分は、高い精度を要求しない構成要素７６の部分のプロセスを速めるために使用され、小さめの層増分は、プロセス速度を犠牲にして高い精度が要求されるところに使用される。
【００４０】
１つの例示的な実施形態では、粒子材料供給源１８は、バインダなしで、ビルドプラットフォーム１４上に粒子材料Ｐを堆積させるために使用される。例えば、供給コンテナ３８のエレベータ４０は、上昇して、供給開口３４に粒子材料Ｐを押し通してそれを作業表面３０上に曝露させる。リコータ４４は、作業表面３０を横切って移動して、ビルドプラットフォーム１４の上で上昇した粒子材料Ｐを水平方向に広げると共に平らな表面を形成する。何らかの余分な粒子材料Ｐは、リコータ４４が左から右に通過する際に、オーバーフローコンテナ２０の中に落下する。その後に、リコータ４４は、開始位置まで後退することがある。平らにされた粒子材料Ｐは、「ビルドレイヤー」と呼ばれることがあり、その露出した上側表面は、「ビルド表面」と呼ばれることがある。他の公知のタイプの粒子材料供給源は、乗り上げる作業表面に依存しないでビルドプラットフォームの上に移動するリコータアームを利用する。
【００４１】
任意選択で、異なった層は、２つ以上の粒子材料を含むことがある。例えば、１つの層は、第１の組成の粒子材料を含むことがあり、もう１つの層は、第２の組成の粒子材料を含むことがある。異なった粒子材料は、図１に見られるように、例えば、１つまたは複数の追加の粒子材料供給源コンテナ７８を設けることによって、提供されることがある。
【００４２】
任意選択で、どの層も２つ以上の粒子材料を含んでいてもよい。図４は、その上に重ね合わせた構成要素７６の断面を示す模範層８０を例証している。層８０は、第１の組成の粒子材料を含む第１のセクション８２と、第２の組成の粒子材料を含む第２のセクション８４と、に分割される。破線８６は、２つのセクション８２、８４間の分割を表す。セクションの形状、寸法、および、数、ならびに、所与の層内の異なった粒子材料の組成物の数は、自由裁量で選択されることがある。多数の粒子材料が１つの層に使用される場合、上で説明した堆積ステップは、層の各セクションのために実行されるであろう。
【００４３】
次に、バインダＢは、バインダアプリケータ２２を用いて、粒子材料Ｐの上に適用される。例えば、液体バインダＢが使用される場合、スプレーバー４８のスプレーノズル５０から放出されることがあり、その際、スプレーバーは、ビルド表面上を横送りされる。
【００４４】
２つの選択肢は、バインダＢの適用において可能である。どちらの選択肢でも、適用されるバインダＢの表面積は、最終的に硬化されるであろう断面の表面積よりも大きい。第１の選択肢では、バインダＢは、プラットフォーム１４の大部分の上で概ね均一であって全プラットフォーム１４をカバーし得る選択したエリア８８（図２）の露出した粒子材料Ｐの表面上に適用される。材料の無駄や不要な片付けを回避する目的で、選択したエリア８８は、ビルドチャンバ１６の寸法よりも幾らか小さいことがある。この選択肢の場合、構築中の構成要素７６の周囲に一致させるためまたはそれを画定するために、バインダＢを使用するための努力が概ね無いであろう。
【００４５】
第２の選択肢では、バインダＢは、検討下の特定層のために構築中の構成要素７６の断面に適合される選択したエリア９０の露出した粒子材料Ｐの表面上に適用されるであろう。例えば、選択したエリア９０は、各軸の構成要素断面積の最大の大きさよりも僅かに大きい最小の大きさを有する多角形などの規則的な形状であることがある。他の例では、選択したエリア９０は、追加の限界的な境界９２を備えた構成要素断面の最も外側の周囲に概ね従う自由裁量または不規則な形状であることがある。この形状は、構成要素断面の形状に概略近似させて説明されることがある。
【００４６】
第２の選択肢は、バインダの「グロス」や「ラフ」や「コース」適用と呼ばれることがあり、これらの用語は、達成される精度のレベルを指す。このバインダのグロス、ラフ、または、コース適用が、上で説明した簡単なスプレーバー装置を用いて達成できることがあり、従来のプリントヘッド装置の使用を要求する必要がない、ということが理解されるであろう。
代替的に、このバインダのグロス、ラフ、またはコース適用は、従来のプリントヘッド装置（図示せず）を用いて達成されることがある。
【００４７】
任意選択で、異なった層は、異なった組成の２つ以上のバインダを含むことがある。例えば、１つの層は、第１の組成のバインダを含むことがあり、第２の層は、第２の組成のバインダを含むことがある。異なったバインダは、例えば、図１に見られるように、スプレーバー４８に連結された１つまたは複数の追加のバインダリザーバ９４を設けることによって、提供されることがある。２つの異なったバインダの使用のための追加の選択肢については、より詳細に下で説明する。
【００４８】
他の例示的な実施形態では、粒子材料Ｐは、バインダＢと予混合され、次いで、粒子材料供給源１８の中に装荷されるであろうし、粒子材料供給源１８は、粒子材料およびバインダＢの混合物をビルドプラットフォーム１４上に堆積させるために使用されるであろう。本明細書で使用するとき、用語「予混合」は、粒子材料およびバインダの機械的混合物、ならびに、バインダ層で成分粒子が被覆された粒子材料、を指す。上で言及したように、異なった層は、異なった粒子材料組成物を有することがあり、あるいは、個別の層は、異なった粒子材料組成物を備えた多数のセクションを含むことがある。
【００４９】
ひとたび粒子材料ＰおよびバインダＢが適用されたら、放射エネルギ装置２４は、構築中の構成要素７６の２次元断面または層を硬化させるために使用される。
【００５０】
プロジェクタ５６が図１に示すように使用されるところでは、プロジェクタ５６は、バインダ被覆粒子材料Ｐの表面上に、構成要素７６の断面を代表するパターン画像６４を投影する。放射エネルギへの曝露は、バインダＢのパターンを硬化および凝固させる。このタイプの硬化は、本明細書では「選択的」硬化と呼ぶ。他の層の増分は、例えば、層の増分によって鉛直方向下向きに動いているプラットフォーム１４によって画定され、粒子材料ＰおよびバインダＢは、上で説明したように適用される。プロジェクタ５６は、パターン画像６４を再度投影する。放射エネルギへの曝露は、バインダＢのパターンを硬化および凝固させ、それを既に硬化した下の層に接合させる。層を増分し、粒子材料ＰおよびバインダＢを適用し、そしてバインダＢを硬化させる、このサイクルは、全構成要素７６が完了するまで繰り返される。
【００５１】
スキャンビーム装置がプロジェクタの代わりに使用されるところでは、放射エネルギ源６８は、ビーム７２を放出し、ビーム操縦装置７０は、露出粒子材料ＰおよびバインダＢの上で適切なパターンでビルドビーム７２の焦点を操縦することによってバインダＢを選択的に硬化させるために使用される。放射エネルギへの曝露は、バインダＢのパターンを硬化および凝固させる。
【００５２】
他の層の増分は、例えば、層の増分によって鉛直方向下向きに動いているビルドプラットフォーム１４によって画定され、粒子材料ＰおよびバインダＢの他の層は、同様の厚さで適用される。放射エネルギ源６８は、ビルドビーム７２を再度放出し、ビーム操縦装置７０は、露出粒子材料Ｐの上で適切なパターンでビルドビーム７２の焦点を操縦するために使用される。粒子材料Ｐの露出層は、放射エネルギに曝露され、それは、バインダＢのパターンを硬化および凝固させ、それを既に硬化した下の層に接合させる。層を増分し、粒子材料ＰおよびバインダＢを適用し、そしてバインダＢを硬化させる、このサイクルは、全ワークピースＷが完了するまで繰り返される。
【００５３】
任意選択で、スキャンビーム装置は、プロジェクタと組み合わせて使用されることがある。例えば、スキャンビーム装置は、露出した粒子材料Ｐの表面上を１つまたは複数のビームでスキャンすることによって、放射エネルギ（プロジェクタによって適用されるものに加えて）を適用するために、使用されることがある。これは、プロジェクタの使用と同時かまたはそれに引き続いて、であることがある。
【００５４】
パウダーベッドメタルプロセスとは違って、上で説明したプロセスが、既に硬化済み層の再溶解を伴わない、ということが理解されるであろう。幾つかのタイプのバインダＢのために、バインダＢの硬化の割合は、放射エネルギがどのぐらい適用されるかに依存する。例えば、バインダＢは、硬化対エネルギ曲線において指数関数的な特徴を呈することがある。したがって、多層構成要素がこのタイプのバインダＢを用いて作られるとき、放射エネルギ装置２４のエネルギ出力は、後の層が適用されるときにその次層からのエネルギが下側の層の硬化を完了させるであろうという見込みで、下にある層を部分的に硬化または「不十分に硬化（ｕｎｄｅｒ−ｃｕｒｅ）」させるために慎重に選択されることがある。
【００５５】
両プロセスの精度は、生産できる最小の構成要素の特徴寸法と定義されるところ、粒子材料Ｐの粒子寸法およびプロジェクタ５６もしくはスキャンビーム装置６７の分解能に主として関係する。
【００５６】
両硬化方法（プロジェクタやスキャン）は、粒子材料Ｐが硬化バインダＢによって固形形状に保持される構成要素７４をもたらす。ポリマバインダＢが使用される場合、多層プロセスの結果は、充填の割合が極めて高い硬化充填ポリマである。それは、「グリーン」構成要素と呼ばれることがある。このグリーン構成要素は、低温状態のために最終生成物として使用できることがある。
【００５７】
硬化ステップの後で、グリーン構成要素は、ビルドチャンバ１６から取り外されることがあり、余分な粒子材料Ｐおよび／または未硬化バインダＢは、取り外されて、もしかすると再使用されることがある。
【００５８】
最終生成物が純粋にセラミックまたは金属であることを意図されている場合、構成要素７６は、バインダＢを焼尽するためおよびセラミック粒子または金属粒子を合併するために、従来の焼結プロセスで処理されることがある。任意選択で、知られている浸透プロセスは、材料が粒子材料Ｐよりも低い融解温度を有する構成要素中のボイドを満たす目的で、焼結プロセスの間または後に実行されることがある。浸透プロセスは、構成要素の物理的特性を改善する。
【００５９】
上で説明したビルドプロセスは、異なった硬化プロセスを有する異なった組成の多数のバインダの組み込みによって修正されることがある。本明細書で使用するとき、用語「異なった硬化プロセス」は、硬化の様相や特定の様相に関するプロセスパラメータなどの硬化プロセスの任意の態様における差異を指す。例えば、第１および第２のバインダが設けられることがあり、第１のバインダは、放射エネルギの第１の波長を用いて硬化可能であり、第２のバインダは、放射エネルギの第２の波長を用いて硬化可能である。他の例として、第１および第２のバインダが設けられることがあり、第１のバインダは、放射エネルギの特定の波長を用いて硬化可能であり、第２のバインダは、高温（例えば、加熱空気中）に曝露することによって硬化可能である。他のバインダを硬化させることなく、バインダのうちの１つを選択的に硬化させる目的で、放射エネルギ装置２４は、異なった波長で放射エネルギを適用するように構成されることがあり、または、１つまたは複数の放射エネルギ装置２４は、装置１０に設けられることがあり、あるいは、上で説明したような放射エネルギ装置２４は、放射加熱要素、石英灯等々などの非選択的または均一な硬化結果を生み出すことを意図した他のタイプの硬化装置と結合されることがある。これらのタイプの硬化装置は、放射エネルギを上で説明したパターンで適用しないで、むしろ、全ビルドチャンバ１６を放射エネルギに晒す。
【００６０】
異なったバインダは、上で説明したバインダ適用ステップの一部として組み込まれることがある。代替的に、バインダのどちらかまたは双方は、上で説明したような予混合の一部として組み込まれることがある。
【００６１】
少なくとも１つのバインダは、予混合物によって提供され、あるいは、第１の硬化ステップが実行される前に適用される。残りのバインダは、硬化ステップが実行される前または後に適用されることがある。
【００６２】
少なくとも１つのバインダは、上で説明したように選択的に硬化される。残りのバインダは、選択的に硬化または均一に硬化される場合がある。
【００６３】
２つ以上のバインダの使用は、各バインダが特定の機能に適合するのを可能にする。例えば、第１のバインダは、最終構成要素を形成するであろう粒子を連結するのに役立つために使用されることがあり、その一方、第２のバインダは、ビルドプロセスを通して構成要素に強度を与えるために支持構造体として使用されることがある。
【００６４】
本明細書で説明した方法は、従来技術に対して幾つかの利点を有する。特に、優れた特徴部忠実度で構成要素の経済的に実行可能な生産が可能であり、材料選択の自由が与えられ、高速で作動し、低コストである。グロスバインダ適用プロセスの１つの特定の利点は、バインダが噴霧されなかったエリアの未硬化粒子材料の再使用や再利用を容易にさせるに違いないということである。
【００６５】
前述では、付加製造プロセスのための方法を説明した。本明細書（任意の添付の特許請求の範囲、要約書および図面を含む）に開示された特徴のすべて、および／または、そのように開示された任意の方法もしくはプロセスのステップのすべては、そういった特徴および／またはステップの少なくとも幾つかが相互に排他的である組合せを除いて、任意の組合せで組み合わすことができる。
【００６６】
本明細書（任意の添付の特許請求の範囲、要約書および図面を含む）に開示された各特徴は、明示的に異なった宣言がされている場合を除いて、同一、同等、または同様の目的にかなう代替の特徴で差し替えることができる。このように、明示的に異なった宣言がされている場合を除いて、開示された各特徴は、一般的な一連の同等または同様の特徴の単なる１つの例である。
【００６７】
本発明は、前述の実施形態の細部に限定されない。本発明は、本明細書（任意の添付の特許請求の範囲、要約書および図面を含む）に開示された特徴についての任意の新規なものや任意の新規の組合せ、あるいは、そのように開示された任意の方法やプロセスのステップについての任意の新規なものや任意の新規の組合せ、に及ぶ。
【００６８】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
構成要素（７６）をレイヤーバイレイヤーで生産するための方法であって、
第１のエリアを有する粒子材料（Ｐ）の層をビルドプラットフォーム（１４）上に堆積させるステップと、
放射エネルギ硬化性のバインダ（Ｂ）を前記層に、前記第１のエリアの選択した部分がバインダ（Ｂ）で均一に被覆されるように、適用するステップと、
前記第１のエリアの前記選択した部分よりも小さい前記層の第２のエリアを、前記構成要素（７６）の断面層のジオメトリを画定する特定のパターンでの放射エネルギの適用を用いて、選択的に硬化させるステップと、
複数の層のために、前記構成要素（７６）が完了するまで、堆積させる、適用する、および、硬化させるという前記ステップを繰り返すステップと、
を含む、方法。
［実施態様２］
前記選択した部分は、前記第１のエリアの大部分を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様３］
前記選択した部分は、前記構成要素（７６）の前記断面層の周囲に概略近似する形状を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様４］
前記粒子材料（Ｐ）は、適用され、したがって、前記層のうちの少なくとも１つの前記粒子材料（Ｐ）は、異なった組成物、ひいては、前記層のうちの他の１つの前記粒子材料（Ｐ）、を有する、実施態様１に記載の方法。
［実施態様５］
前記層のうちの少なくとも１つは、２つ以上の部分に分割され、前記粒子材料（Ｐ）は、適用され、したがって、前記部分のうちの少なくとも１つの前記粒子材料（Ｐ）は、異なった組成物、ひいては、前記部分のうちの他の１つの前記粒子材料（Ｐ）、を有する、実施態様１に記載の方法。
［実施態様６］
放射エネルギの前記適用は、複数のピクセルを含むパターン画像（６４）を投影することによって適用される、実施態様１に記載の方法。
［実施態様７］
前記放射エネルギは、少なくとも１つのビルドビーム（７２）で前記粒子材料（Ｐ）の表面上をスキャンすることによって適用される、実施態様１に記載の方法。
［実施態様８］
追加の放射エネルギは、少なくとも１つのビルドビーム（７２）で前記粒子材料（Ｐ）の表面上をスキャンすることによって適用される、実施態様６に記載の方法。
［実施態様９］
前記バインダ（Ｂ）は、１つまたは複数のスプレーノズル（５０）を用いて適用される、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１０］
前記粒子材料（Ｐ）は、２より多い材料の混合物を含有する、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１１］
前記バインダ（Ｂ）を焼尽して前記粒子材料（Ｐ）を合併するために、前記構成要素（７６）を焼結することをさらに含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１２］
焼結中または焼結後に低融解温度の材料を前記構成要素（７６）に浸透させることをさらに含む、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１３］
構成要素（７６）をレイヤーバイレイヤーで生産するための方法であって、
放射エネルギ硬化性のバインダと予混合された粒子材料（Ｐ）の層であって第１のエリアをカバーする層を、ビルドプラットフォーム（１４）上に、堆積させるステップと、
前記第１のエリアよりも小さい前記層の選択した部分を、前記構成要素（７６）の断面層のジオメトリを画定する特定のパターンでの放射エネルギの適用を用いて、選択的に硬化させるステップと、
複数の層のために、前記構成要素（７６）が完了するまで、堆積させる、および、硬化させるという前記ステップを繰り返すステップと、
を含む、方法。
［実施態様１４］
前記選択した部分は、前記第１のエリアの大部分を含む、実施態様１３に記載の方法。
［実施態様１５］
前記選択した部分は、前記構成要素（７６）の前記断面層の周囲に概略近似する形状を含む、実施態様１３に記載の方法。
［実施態様１６］
前記粒子材料（Ｐ）は、適用され、したがって、前記層のうちの少なくとも１つの前記粒子材料（Ｐ）は、異なった組成物、ひいては、前記層のうちの他の１つの前記粒子材料（Ｐ）、を有する、実施態様１３に記載の方法。
［実施態様１７］
前記層のうちの少なくとも１つは、２つ以上の部分に分割され、前記粒子材料（Ｐ）は、適用され、したがって、前記部分のうちの少なくとも１つの前記粒子材料（Ｐ）は、異なった組成物、ひいては、前記部分のうちの他の１つの前記粒子材料（Ｐ）、を有する、実施態様１３に記載の方法。
［実施態様１８］
放射エネルギの前記適用は、複数のピクセルを含むパターン画像（６４）を投影することによって適用される、実施態様１３に記載の方法。
［実施態様１９］
前記放射エネルギは、少なくとも１つのビルドビーム（７２）で前記粒子材料（Ｐ）の表面上をスキャンすることによって適用される、実施態様１３に記載の方法。
［実施態様２０］
追加の放射エネルギは、少なくとも１つのビルドビーム（７２）で前記粒子材料（Ｐ）の表面上をスキャンすることによって適用される、実施態様１８に記載の方法。
［実施態様２１］
前記バインダ（Ｂ）は、１つまたは複数のスプレーノズル（５０）を用いて適用される、実施態様１３に記載の方法。
［実施態様２２］
前記粒子材料（Ｐ）は、２より多い材料の混合物を含有する、実施態様１３に記載の方法。
［実施態様２３］
前記バインダ（Ｂ）を焼尽して前記粒子材料（Ｐ）を合併するために、前記構成要素（７６）を焼結することをさらに含む、実施態様１３に記載の方法。
［実施態様２４］
焼結中または焼結後に低融解温度の材料を前記構成要素（７６）に浸透させることをさらに含む、実施態様２３に記載の方法。
［実施態様２５］
構成要素（７６）をレイヤーバイレイヤーで生産するための方法であって、
粒子材料と、第１の硬化プロセスを用いて硬化可能な第１のバインダと、第２の硬化プロセスを用いて硬化可能な第２のバインダと、を含む層であって第１のエリアをカバーする層をビルドプラットフォーム（１４）上に堆積させるステップと、
前記層の前記バインダのうちの少なくとも１つが堆積され、したがって、前記第１のエリアの選択した部分が前記少なくとも１つのバインダで均一に被覆されることと、
前記第１および第２のバインダを、前記第１および第２の硬化プロセスを用いて、硬化させるステップであって、前記バインダのうちの少なくとも１つが、前記構成要素（７６）の断面層のジオメトリを画定する特定のパターンで放射エネルギを用いて、第１のエリアよりも小さい前記層の第２のエリアで選択的に硬化される、ステップと、
複数の層のために、前記構成要素（７６）が完了するまで、堆積させる、適用する、および、硬化させるという前記ステップを繰り返すステップと、
を含む、方法。
［実施態様２６］
前記第１および第２のバインダのうちの少なくとも１つは、前記粒子材料と予混合される、実施態様２５に記載の方法。
［実施態様２７］
前記第１および第２のバインダのうちの少なくとも１つは、前記粒子材料の堆積後に前記作業表面の上に適用され、したがって、前記第１のエリアの選択した部分は、バインダで均一に被覆される、実施態様２５に記載の方法。
［実施態様２８］
前記選択した部分は、前記第１のエリアの大部分を含む、実施態様２７に記載の方法。
［実施態様２９］
前記選択した部分は、前記構成要素（７６）の前記断面層の周囲に概略近似する形状を含む、実施態様２７に記載の方法。
［実施態様３０］
前記第１および第２のバインダのうちの少なくとも１つは、前記他方のバインダの堆積前に硬化される、実施態様２５に記載の方法。
［実施態様３１］
前記第１および第２のバインダは、連続して硬化される、実施態様２５に記載の方法。
［実施態様３２］
前記粒子材料（Ｐ）は、適用され、したがって、前記層のうちの少なくとも１つの前記粒子材料（Ｐ）は、異なった組成物、ひいては、前記層のうちの他の１つの前記粒子材料（Ｐ）、を有する、実施態様２５に記載の方法。
［実施態様３３］
前記層のうちの少なくとも１つは、２つ以上の部分に分割され、前記粒子材料（Ｐ）は、適用され、したがって、前記部分のうちの少なくとも１つの前記粒子材料（Ｐ）は、異なった組成物、ひいては、前記部分のうちの他の１つの前記粒子材料（Ｐ）、を有する、実施態様２５に記載の方法。
［実施態様３４］
放射エネルギの前記適用は、複数のピクセルを含むパターン画像（６４）を投影することによって適用される、実施態様２５に記載の方法。
［実施態様３５］
前記放射エネルギは、少なくとも１つのビルドビーム（７２）で前記粒子材料（Ｐ）の表面上をスキャンすることによって適用される、実施態様２５に記載の方法。
［実施態様３６］
追加の放射エネルギは、少なくとも１つのビルドビーム（７２）で前記粒子材料（Ｐ）の表面上をスキャンすることによって適用される、実施態様３４に記載の方法。
［実施態様３７］
前記粒子材料（Ｐ）は、２より多い材料の混合物を含有する、実施態様２５に記載の方法。
［実施態様３８］
前記バインダ（Ｂ）を焼尽して前記粒子材料（Ｐ）を合併するために、前記構成要素（７６）を焼結することをさらに含む、実施態様２５に記載の方法。
［実施態様３９］
焼結中または焼結後に低融解温度の材料を前記構成要素（７６）に浸透させることをさらに含む、実施態様３８に記載の方法。
【符号の説明】
【００６９】
１０  装置
１２  テーブル
１４  ビルドプラットフォーム
１６  ビルドチャンバ
１８  粒子材料供給源
２０  オーバーフローコンテナ
２２  バインダアプリケータ
２４  放射エネルギ装置
２６  ハウジング
２８  ガスポート
３０  作業表面
３２  ビルド開口
３４  供給開口
３６  アクチュエータ
３８  供給コンテナ
４０  エレベータ
４２  アクチュエータ
４４  リコータ
４６  アクチュエータ
４８  スプレーバー
５０  スプレーノズル
５２  バインダリザーバ
５４  アクチュエータ
５６  プロジェクタ
５８  放射エネルギ源
６０  画像形成装置
６２  ソースビーム
６４  パターン画像
６６  集束光学系
６７  スキャンビーム装置
６８  放射エネルギ源
７０  ビーム操縦装置７０
７２  ビーム
７４  コントローラ
７６  構成要素
７８  材料供給コンテナ
８０  層
８２  第１のセクション
８４  第２のセクション
８６  破線
８８  選択したエリア
９０  選択したエリア
９２  限界的な境界
９４  バインダリザーバ
【図１】
2019077173.tif 000003
【図２】
2019077173.tif 000004
【図３】
2019077173.tif 000005
【図４】
2019077173.tif 000006
【外国語明細書】
2019077173000001.pdf