(57)【要約】  未焼結体の成形方法は多数の焼結可能粒子と有機結合剤とからなる未焼結成形体を提供する。この方法は（１）焼結可能粒子と有機結合剤との混合物を初期段階の未焼結体若しくは中間物の形状に成型するステップと、（２）未焼結体中間物をエネルギ流若しくは物質流の少なくとも一方により成形するステップとを含む。焼結可能粒子は金属粒子若しくはセラミック粒子の少なくとも一方を含んでいる。当該成形は望まれた形状を有する未焼結体を生じる。未焼結成形体は未焼結成形体のほぼ形状を有する硬化した物体を提供するために焼結される。当該処置は歯列矯正具の製造に特に役立つ。【特許請求の範囲】
【請求項１】
未焼結成形体の製造方法であって、
焼結可能粒子と有機結合剤との混合物を初期段階の未焼結体の所望形状に成型することにより初期段階の未焼結体を形成するステップと、
エネルギー流若しくは物質流の少なくとも一方を使用し前記初期段階の未焼結体から前記焼結可能粒子の一部を除去することにより前記初期段階の未焼結体を成形して前記未焼結成形体を作るステップと、からなり、前記焼結可能粒子は金属粒子若しくはセラミック粒子の少なくとも一方を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記初期段階の未焼結体を形成するステップは、
前記焼結可能粒子を型に導入するステップと、
前記初期段階の未焼結体として前記型から取り外された後に前記粒子同士を保持し合うために十分な量及び配分の前記有機結合剤を前記型に導入するステップと、を有し、
前記初期段階の未焼結体は成形の間に亀裂若しくは破壊に耐えるために十分に形状が安定していることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記焼結可能粒子及び有機結合剤はほぼ同時に前記型に注入されることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記焼結可能粒子を混合機に導入するステップと、
前記有機結合剤を前記混合機に導入するステップと、
混合物を形成するために前記粒子と結合剤とを混合するステップと、をさらに有することを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記型に導入される前に前記焼結可能粒子の少なくとも一部は前記有機結合剤に覆われていることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記成形はレーザビームを使用し行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記成形は電子ビーム、放電、若しくはイオンビームの少なくとも１つからなるエネルギー流を使用し行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記成形はウォータージェット、サンドブラスト、化学薬品噴射、流体噴射の少なくとも１つからなる物質流を使用し行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記ウォータージェットは研磨用粒子を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記流れ切断面において前記金属粒子の一部若しくは前記有機結合剤の一部の少なくとも一方を熱ビームにより融解するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１１】
請求項１に基づき形成された未焼結成形体であって、
複数の前記焼結可能粒子と、
前記成形の間に形状を安定させるために複数の結合可能粒子同士を十分に保持する前記有機結合剤と、
前記未焼結成形体に形成された少なくとも１つの流れ切断面と、からなることを特徴とする未焼結成形体。
【請求項１２】
前記未焼結成形体はほぼ金属粒子のみからなり且つレーザ切断面を有し、前記レーザ切断面は融解した金属粒子若しくは融解した有機結合剤の少なくとも一方を含むとして特徴付けられることを特徴とする請求項１１記載の未焼結成形体。
【請求項１３】
前記未焼結成形体は前記未焼結成形体を焼結することにより得られる焼結体よりも約１０％から約３０％大きい体積を有することを特徴とする請求項１１記載の未焼結成形体。
【請求項１４】
前記未焼結成形体は歯列矯正具の形状に基づいていることを特徴とする請求項１１記載の未焼結成形体。
【請求項１５】
前記焼結可能粒子はアルミニウム、ニッケル、チタニウム、銅、コバルト、及びステンレススチールの群から選択される少なくとも１つの金属からなることを特徴とする請求項１４記載の未焼結成形体。
【請求項１６】
焼結成形体の製造方法であって、
請求項１に基づき未焼結成形体を製造するステップと、
前記未焼結成形体を焼結して焼結成形物を製造するステップと、からなることを特徴とする製造方法。
【請求項１７】
前記焼結により前記焼結成形品が前記未焼結成形体の体積よりも約１０％から約３０％小さい体積を持つことを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記成形は前記焼結の前にレーザを使用し行われ、前記焼結の後に焦げがほぼ無い前記物のレーザ切断面を提供することを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記方法は焼結の間に前記流れ切断面を滑らかにするステップをさらに含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
請求項１６に基づき形成される焼結物であって、
硬化した焼結体と、
前記焼結物に形成された流れ切断面と、からなり、
前記焼結体は金属材料若しくはセラミック材料の少なくとも一方を含んでおり、
前記流れ切断面は焼結前と比べると焼結後に滑らかな形態を有していることにより特徴付けられることを特徴とする焼結物。
【請求項２１】
前記焼結体はほぼ焼結金属のみからなることを特徴とする請求項２０記載の焼結物。
【請求項２２】
前記焼結体はほぼセラミックのみからなることを特徴とする請求項２０記載の焼結物。
【請求項２３】
前記流れ切断面の少なくとも一部は凹部、凸部、若しくは切り込み部の少なくとも１つを有する歯列矯正具の結合表面を含むことを特徴とする請求項２０記載の焼結物。
【請求項２４】
複数の焼結可能粒子と、
エネルギー流若しくは物質流の少なくとも一方により成形されたときに未焼結成形体の形状を安定させるために前記複数の焼結可能粒子同士を保持する量及び配分の有機結合剤と、
エネルギー流若しくは物質流の少なくとも一方により形成された前記未焼結成形体の少なくとも１つの流れ切断面と、からなることを特徴とする未焼結成形体。
【請求項２５】
前記複数の焼結可能粒子はほぼセラミック粒子のみからなることを特徴とする請求項２４記載の未焼結成形体。
【請求項２６】
前記複数の焼結可能粒子はほぼ焼結可能金属粒子にみからなることを特徴とする請求項２４記載の未焼結成形体。
【請求項２７】
前記有機結合剤はワックス、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリル酸ポリマー、ポリスチレン、ポリエチレン・ビニルアセテート、ポリエチレンビニルアルコール、ポリエチレンアセテート、塩素化ポリエチレン、ポリイソプレン、ポリブタジエン、スチレン・ブタジエンジブロックポリマー及びスチレン・ブタジエントリブロックポリマー、ポリクロロプレン、ポリエチレン・プロピレンコポリマー、クロロスルホン化ポリエチレン、ポリウレタン、スチレン・イソプレンコポリマー、スチレン・エチルブチレンコポリマー、スチレン・ブタジエンゴムラテックス、ポリクロロプレンラテックス、ポリメチルメタクリル酸塩、ポリエチルメタクリル酸塩、並びにポリジメチルシロキサンからなる群から選択された少なくとも１つの要素を含むことを特徴とする請求項２４記載の未焼結成形体。
【請求項２８】
未焼結流れ成形体を作るときに用いる未焼結体であって、
金属材料若しくはセラミック材料の少なくとも一方を含む複数の焼結可能粒子と、
前記焼結可能粒子同士を結合させる有機結合剤からなる有機結合剤マトリックスと、からなり、
前記有機結合剤は前記複数の焼結可能粒子内の各焼結可能粒子の一部を少なくとも部分的に覆い、前記有機結合剤は、
前記複数の焼結可能粒子同士を保持するのに十分な接着・粘着性を有していることと、
前記未焼結体に亀裂を入れない若しくは前期未焼結体を破損せずにエネルギー流若しくは物質流の少なくとも一方により成形できる形状安定性を有する未焼結体を形成することと、から特徴付けられることを特徴とする未焼結体。
【請求項２９】
前記焼結可能粒子はほぼセラミック粒子のみからなることを特徴とする請求項２８記載の未焼結体。
【請求項３０】
前記焼結可能粒子はほぼ焼結可能金属粒子のみからなることを特徴とする請求項２８記載の未焼結体。
【請求項３１】
前記有機結合剤はワックス、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリル酸ポリマー、ポリスチレン、ポリエチレン・ビニルアセテート、ポリエチレンビニルアルコール、ポリエチレンアセテート、塩素化ポリエチレン、ポリイソプレン、ポリブタジエン、スチレン・ブタジエンジブロックポリマー及びスチレン・ブタジエントリブロックポリマー、ポリクロロプレン、ポリエチレン・プロピレンコポリマー、クロロスルホン化ポリエチレン、ポリウレタン、スチレン・イソプレンコポリマー、スチレン・エチルブチレンコポリマー、スチレン・ブタジエンラバーラテックス、ポリクロロプレンラテックス、ポリメチルメタクリル酸塩、ポリエチルメタクリル酸塩、並びにポリジメチルシロキサンからなる群から選択された少なくとも１つの要素を含むことを特徴とする請求項２８記載の未焼結成形体。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
１．発明の分野
本発明は未焼結体（グリーンボディ）を成形する方法及び未焼結体から焼結物を形成する方法に関する。特に、本発明は焼結物とほぼ同じ形状を有する未焼結物を作るために焼結の前に未焼結体中間体をエネルギ流及び／若しくは物質流により切断して成形し、その後当該未焼結成形体を焼結して焼結物を形成することに関する。
【０００２】
２．関連技術
工具、機械部品、若しくは製造（物）のための他の金属又はセラミック部品を設計及び用意することは面倒であり時間がかかる。正しい寸法及び特性を備える金属若しくはセラミック品を製造するために要求される一連の繰り返しは重要な問題であり且つコスト問題になる（特にいくつかのより最近の製造物の複雑性を考慮すると）。研究及び開発に付随する長いリードタイム（企画から完成までの時間）及び高いコストは、金属又はセラミック物を完成させるために必要な反復の製造工程の回数が組み合わさるとき、製品化までの時間及び関連コストを増加させる。
【０００３】
それに応じて、ラピッドプロトタイピング及びラッピドドマニュファクチャリング技術を作り出すための研究及び開発が行われている。一部では、コンピュータ支援設計及び試作品の正確な３次元コンピュータイメージを作り出す能力（時々物理的モックアップを走査することによる）は物理的モックアップではなく仮想イメージを調整・操作する反復処理を可能にする。
【０００４】
ラピッドプロトタイピングはラッピドツール（rapid tool）を生じる。これはラピッドプロトタイピング処理により作られる型から実用模型を製造するための間接的な方法である。仮想物体はコンピュータイメージを操作調整することにより精密に設計することができ、物理的物体を実際に作る前の物理的な型を製作するために使われる。このような処理により作られた物理的物体をテストすることにより当該物体の所望の機能を発揮するかどうかを判断することができる。
【０００５】
ラピッドプロトタイピング技術はラピッドマニュファクチャリングシステムを生じさせる。ラピッドマニュファクチャリングシステムはコンピュータ支援プロトタイピング能力（技術）と光造形（空間リソグラフィ）のようなコンピュータ支援製造技術とを統合したものである。他のラピッドマニュファクチャリングとしては例えば噴射凝固、３次元溶接、シェイプデポジッション製造（shape-deposition manufacturing）、及びレーザを基にした製造システムが挙げられる。一般的なレーザを基にした製造技術としては選択的レーザ焼結（selective laser sintering）、直接金属レーザ焼結（direct metal laser sintering）、及びレーザエンジニアードネットシェイピング（laser engineered net shaping）が挙げられる。
【０００６】
上記のレーザを基にした製造技術は物が完成されるまで金属又はセラミック粉末を焼結若しくは硬化させる（一度に一層ずつ作る）ためにレーザを使用し層状に試作品を作る。さらに、追加の焼結及び金属溶浸工程は工作部品（模型）を製造するために要求されることがある。一方、上記のレーザを基にした製造技術は突出部、張出部、若しくは一度に１つの層を作ることが困難な他の形状を有する複雑な物を作るのに不十分である。さらに、これらの技術は大量の最終使用品を製造するのに通常不適当である。よって、高い精度の試作品及び最終使用品を製造するためにはラピッドマニュファクチャリング処理を改造すべきであるという要求がまだ残っている。
【０００７】
金属部品の製造が有利である１つの分野は歯科矯正分野である。歯列矯正具（歯科矯正用のブラケット）は曲がった歯若しくは歯と歯の間の大きな隙間のような歯の不恰好な形状を矯正するために広く用いられている。治療は歯を正しい配列に動かすために歯に力を付与することが必要である。矯正具はアーチ状に並んだ歯に力を付与すして整列させるように構成される。各歯列矯正具は歯に付着するように構成された結合面を有している。結合は結合面と歯との間に形成され、治療の間、歯を適切に整列させるために要求される力に耐えることができる。
【０００８】
様々な種類の材料が歯列矯正具を作るために使用され、材料には金属、ポリマー、及びこれらの混合・複合物が含まれる。金属が歯列矯正具として通常使用されるのは、所定の強度を有し及び異なる形状に製造できるからである。歯列矯正具は金属粒子を成型及び焼結することにより形成されるか、若しくはベースプレートの形状に金属部品をミル加工することにより形成される。歯列矯正具を製造する１つの方法は未焼結金属体を型内で形成するステップ及び当該未焼結金属体を最終部品に焼結するステップを含んでいる。
【０００９】
典型的には、接着剤はブラケット（歯列矯正具）の結合面と歯との間の化学的結合を形成するために使用される。凹部若しくは切り込み（切欠）部が歯列矯正具と歯との間の結合強度を増大させることができるのは、接着剤はこれらの物理的構造に入り込み且つ結合に機械的な強度を提供するために硬化するからである。型は基礎表面に凸部、凹部、若しくは凸凹部を含むように構成することができる。又は、金属の矯正具を、凹部若しくは切り込み部を含むように切断若しくは形成してもよい。これは硬化した金属結合面内にレーザ若しくはミル加工機械により切り込まれることにより実施される。レーザにより金属矯正具を切断すること及びミル加工することは焦げる、黒くなる、若しくは酸化するために矯正具の生体適合性を減少させる。
【００１０】
従って、必要とされることは金属若しくはセラミック物の製造及び成形の改良された方法であり、例えば、当該方法によれば硬化した金属若しくはセラミック材料を切断若しくはミル加工しないで歯列矯正具を作ることができる。又、一度に１つの層が製造される試作品若しくは工作品（模型）を必要とする製造処理をしないで済ませることは有益である。
【発明の開示】
【００１１】
概して、未焼結体を成形するための方法の実施例は所望の形状を有する未焼結体を提供でき、所望の形状は未焼結成形体から作られる焼結物(例えば、歯列矯正具若しくは歯列矯正具のベースプレート)とほぼ同じ形状である。このような方法には焼結可能粒子と有機結合剤との混合物を初期段階の未焼結体の形状に成型するステップが含まれる。さらに、この方法には所望の形状を有する未焼結成形体を得るためにエネルギ流及び／若しくは物質流により初期段階の未焼結体を成形する（所定の形にする）ステップも含まれている。成形を容易にするために、初期段階の未焼結体中間体は複数の焼結可能粒子と有機結合剤とからなり、有機結合剤は成形の間、焼結可能粒子の除去の際にも安定した形状であるために上記複数の焼結可能粒子同士を十分保持するための量及び配分を有する。未焼結成形体は少なくとも１つの「流れ（ストリーム）切断面」を有することにより特徴付けられる。
【００１２】
他の実施例では、製造方法は焼結体からなる製造物を提供できる。この方法は焼結可能粒子と有機結合剤との混合物を初期段階の未焼結体中間体の形状に成型するステップを含む。エネルギ流及び／若しくは物質流により初期段階の未焼結体中間体を成形することは所望の形状を有する未焼結体をもたらし、当該所望の形状は最終の焼結物の形状とほぼ同じである。さらに、未焼結成形体を焼結することが、要求された形状を有する物を製造するために行われる。
【００１３】
他の実施例は流れ成形された未焼結体を作るときに使用するための初期段階の未焼結体を含んでいる。初期段階の未焼結体は前記複数の焼結可能粒子からなり、当該焼結可能粒子は金属材料若しくはセラミック材料の少なくとも一方を含んでいる。さらに、未焼結体は有機結合剤マトリックスからなり、有機体結合剤は複数の焼結可能粒子内の各焼結可能粒子を少なくとも部分的に覆う。有機結合剤は１つの焼結可能粒子を他の焼結可能粒子から分離すべく複数の焼結可能粒子の一部の周りに所定の厚さを有することにより特徴づけられ、焼結可能粒子同士を保持するのに十分な接着性を有することにより特徴付けられ、複数の焼結可能粒子が結合剤により互いに最初に結合がなされた形状の安定した物体を形成することにより特徴付けられる。当該形状の安定した物体はエネルギ流若しくは物質流の少なくとも一方により成形されることができるが、流れ除去処理を受けていない領域には安定した形状が残っている。
【００１４】
歯列矯正具の製造に関しては、未焼結成形体の外面はエネルギ流及び／若しくは物質流により形成された少なくとも１つの部分を含んでいてもよく、複数の凹部及び／若しくは凸部（金属粒子からなる）により特徴付けられる形態を有している。このような凹部及び／若しくは凸部は最終的な歯列矯正具を製造するための焼結の後も残ったままである。結合面に関しては、凹部及び／若しくは凸部は例えば増大された表面積並びに凹部及び／若しくは凸部の内部及び周囲の接着剤の力学的な結合により歯列矯正具と人の歯との結合を助ける。未焼結金属体の他の部分（たとえばアーチワイヤ溝、結合翼など）はエネルギ流及び／若しくは物質流により成形されてもよい。いくつかの実施例では、成形のために使われたレーザ若しくは他のエネルギ流の熱により、未焼結体表面の上若しく近傍に配置された金属粒子の少なくとも一部分は焼結される前に互いに溶解されてもよい。
【００１５】
典型的には、エネルギ流及び／若しくは物質流により除去された金属若しくはセラミック粒子は未焼結金属体の表面上に再び付着せず、完全に除去され破棄される。焼結可能粒子が再び付着するかどうかは有機結合剤が溶ける、燃焼する、若しくは分解する温度と焼結可能粒子が溶ける若しくは蒸発する温度との間の関係に大きく依存している。温度差が大きくなればなるほど、レーザ若しくは他のエネルギ流が焼結可能粒子を実際に融解若しくは蒸発させることなしに結合剤を融解、燃焼、分解する可能性が高くなる。さらに、当業者は本明細書の教示に照らして除去粒子等が未焼結金属体表面上に再び付着することを防止するために焼結可能粒子のきれいな除去を確実にするためのエネルギ流（例えば、レーザ）及び／若しくは切断方法を選択することができる。
【００１６】
本発明の一実施例は未焼結の歯列矯正具の未焼結体の製造方法を提供する。この方法は焼結可能粒子を型に入れる（例えば、注入・射出する）ステップと、焼結可能粒子同士を十分に保持するような量の結合剤を型に入れる（例えば、注入・射出する）ステップとを含むことができる。焼結可能粒子及び結合剤は初期段階の未焼結体に形成されるが、この形は、有利には、ほぼ歯列矯正具及び／若しくはベースプレートと同じ形状である。又は、当該初期段階の未焼結体は歯列矯正具の形状にさらに成形されうる形状にプレス加工されてもよい。
【００１７】
初期段階の未焼結体は外面を切断するエネルギ流及び／若しくは物質流を使用し成形され、歯列矯正具及び／若しくはベースプレートの形状を形成する。又、未焼結金属体（さらに明確には結合面の形を呈する未焼結金属体の表面）はエネルギ流及び／又若しくは物質流により表面に形成された複数の凸部、凹部及び／若しくは切り込み（切欠）部を有すことができる。
【００１８】
本発明の他の実施例は未焼結成形体から歯列矯正具及び／若しくはベースプレートを製造する方法を提供する。よって、未焼結金属体は未焼結成形体を焼結体に焼結することにより歯列矯正具及び／若しくはベースプレートに加工されることができる。焼結体の外面は歯列矯正具の形状を区画形成し、エネルギ流及び／若しくは物質流により成形された部分を含むことができる。成形部は焼結される前にエネルギ流及び／若しくは物質流により初期段階（当初）の未焼結体を切断することにより作られる。これにより焼結金属体の成形部に焦げはほぼ無い。焦げは金属体がレーザにより切断されたときに通常起こる。又、成形部は外面、さらに明確には歯列矯正具及び／若しくはベースプレートの結合面に形成された凹部（例えば、切り込み部）でありえる。
【００１９】
未焼結成形体は最終の焼結歯列矯正具とほぼ同じ形状であるにもかかわらず、未焼結成形体は最終の焼結歯列矯正具よりも典型的には約１５％乃至３０％大きいので歯列矯正具ではない。大きさが大きいことに加えて、未焼結成形体は歯科矯正治療（例えば、治療の間、患者の歯の位置を変えるためにアーチワイヤがアーチワイヤ溝内において矯正具を押さえつける）の間に実際の歯列矯正具が受ける高いトルクの力に耐えるのに十分な強度を欠いている。未焼結成形体は焼結されると歯列矯正具の大きさに縮み、歯列矯正具として機能するための十分な強度を得る。
【００２０】
本発明のこれらの利点及び特徴並びに他の利点及び特徴は以下の記述及び付随の特許請求の範囲からさらに完全に明確となるか、本発明の実施により理解されるであろう。
【発明の実施の形態】
【００２１】
本発明の上記された利点及び特徴並びに他の利点及び特徴をさらに明らかにするために、本発明のさらに明確な説明は添付図面に示された特定の実施例を参照することにより成される。これらの図は本発明の典型的な実施例だけを示していることが認識されるべきであり、本発明の範囲を制限すると考えてはいけない。本発明は添付図面の使用により詳しい内容で説明される。
【００２２】
本発明の実施例は金属若しくはセラミック粒子からなる初期段階の未焼結体（グリーンボディ）と、初期段階の未焼結体から作られた未焼結成形体と、未焼結成形体から作られた焼結体と、これらに関連した製造方法及び使用方法とを含む。初期段階の未焼結体は最終的な硬化した物に焼結される前に所望の形状を有するようにエネルギ及び／若しくは物質の流れの少なくとも一方により成形される。
【００２３】
Ｉ．一般的な定義
本明細書では、用語「未焼結」は製造物の状態のことを意味し、当該物は有機結合剤により互いに保持される金属若しくはセラミック粒子のような複数の焼結可能粒子からなる。従って、初期段階の未焼結体は未焼結成形体を形成するためにエネルギ及び／若しくは物質の流れにより成形される（所定の形にされる）。
【００２４】
本明細書では、用語「形状」、「形」、及びこれらに類似する用語は製造物の３次元構造若しくは外観を示す。従って、歯車の形状の未焼結体は未焼結体が歯車のように見えるということを示す（意味する）と解釈される。しかし、未焼結体は歯車の形状にされた未焼結体を焼結することにより作られた実際の歯車とは異なる組成、寸法、及び比率を有していてもよい。例えば、歯車のような未焼結成形体は歯車の外観を有するが、焼結された歯車よりも約１０％から約３０％大きい。又、未焼結体は意図されたように機能するのに十分な強度を欠いていてもよい。典型的にはこのような強度は焼結の結果として発生する。
【００２５】
本明細書では、用語「流れ（ストリーム）切断」はレーザ若しくは電子ビームのようなエネルギ流又は粒子の流れ若しくはウォータジェットのような物質の流れにより物体を切断することにより所望の形状を有する物体若しくは物を作る処理のことを意味している。流れ切断をすることにより、物体若しくは物は形状が変わるように切断される。「流れ切断面」はエネルギ流若しくは物質流の少なくとも一方により焼結可能粒子を除去することにより形成された表面のことである。
【００２６】
本明細書では、用語「レーザ切断」はレーザにより物体を切断することにより所望の形状を有する物体若しくは物を成形処理することを意味している。レーザ切断することにより、物体若しくは物は形状が変わるようにレーザにより切断される。
【００２７】
本明細書では、用語「エネルギ流」はほぼ線形の軌道で伝播するエネルギの流れ若しくはビームのことを意味している。従って、エネルギ流はレーザビーム若しくは他の電磁放射線のビームを含むことができる。さらに、原子ビーム又はプラズマ、イオン、若しくは電子のような原子未満の大きさの物質ビームもまたエネルギ流と考えられる。原子若しくは原子未満のエネルギ流の例は電子ビーム、放電、プラズマビーム、イオンビーム等である。
【００２８】
本明細書では、用語「物質流」はほぼ線形の軌道の物質の流れのことを意味し、物質は原子の大きさよりも大きく、肉眼で見える（巨視的な）大きさの粒子及び顕微鏡で見なければ見えない（微視的な）大きさの粒子を含んでいる。肉眼で見える物質流の例はウォータジェット、流体噴射、薬品噴射、サンドブラスト（砂吹き）等である。
【００２９】
割合（濃度）、量、粒子の大きさ、及び他の数値データは範囲形式で示されても良い。このような範囲形式表示は単に利便性且つ簡潔性のために用いられ、範囲の限度として明示された数値を含むことだけでなく当該範囲内の個々の数値の全て若しくは部分的範囲も含むと柔軟に解釈されるべきであり、あたかも上記各数値および上記部分的範囲が明確に列挙されたように理解されるべきである。例えば、焼結可能粒子は様々な未焼結体混合物（組成）において総重量の約５０％から約９０％の範囲内で存在する。この明示された範囲は約５０％及び約９８％という明示された限度を含むだけでなく、５５、６２、７０、及び８８のような個々の混合物（組成）の百分率及びこれらの個々の百分率（５５％、６２％、７０％、８８％）の間の部分的な範囲も含むと解釈されるべきである。この解釈は範囲の幅若しくは記述される指標・特徴・特性に関わらず適用するべきであり且つ上限値及び下限値を有する範囲並びに１つの数値だけで列挙するオープンエンド範囲にも適用すべきである。
【００３０】
ＩＩ．未焼結体混合物（組成物）
一実施例では、未焼結体を作るのに役立つ金属を基にした混合物は複数の焼結可能金属粒子を含むことができる。金属粒子は例えばアルミニウム、ニッケル、チタニウム、銅、コバルト、ステンレススチール等、及びこれらの合金を含む。さらに特定の例では、金属粒子はニッケルチタン合金の粉末から構成される。さらに明確には、金属粒子は微粉状にされた及び／若しくは粉末状にされた金属（後に焼結される）からなる金属粒子が好ましい。例えば、もし耐食性のステンレススチールの歯車が望まれるならば、前もって合金化された細かい粒子のステンレススチール粉末を使用することができる。
【００３１】
一実施例では、未焼結体若しくは中間体を作るのに役立つセラミックを基にした混合物は複数の焼結可能セラミック粒子を含むことができる。焼結可能粒子若しくは粒子内の材料の例はハイドロキシアパタイト、ムライト、結晶酸化物、非結晶酸化物、炭化物、窒化物、シリサイド 、ホウ化物、リン化物、硫化物、テルル化物、セレン化物、アルミニウム酸化物、ケイ素酸化物、チタニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、アルミナジルコニア、ケイ素炭化物、チタニウム炭化物、チタニウムホウ化物、アルミニウム窒化物、ケイ素窒化物、フェライト、硫化鉄などである。従って、どのような焼結可能セラミック粒子でも本発明の焼結可能未焼結体を作るのに使われうる。
【００３２】
よって、様々な種類の焼結可能金属粉末及び／若しくはセラミック粉末が初期段階の未焼結体を作るときに使用される。いくつかの例では、未焼結体を焼結することにより作られた物の使用は所望の若しくは必要とされた物理的特性を提供するために所定の（特定の）焼結可能材料を要求する。従って、最終的な物の特定の種類に使用されるために材料の種類の選択若しくは制限があってもよい。一つには、これは異なる物は使用の間に異なる応力若しくは歪みを与える外力（付与された力）に耐えることが必要となるからである。いくつかの場合では標準的な使用の際に容易に損傷を受けないように、高いレベルの強度及び耐性（靭性）を有する焼結体が好ましい。又は、曲がる若しくは歪む焼結物が好ましい場合があってもよい。いくつかの物はとても高い若しくはとても低い温度に耐えることが必要とされるだろう。従って、金属粒子がセラミック粒子よりも好まれる場合があり、逆の場合も同様にある。
【００３３】
よって、本発明に基づき使用される粒子の特性は焼結物の構造と未焼結成形体の構造とに依存する場合がある。一つには、焼結物の大きさ及び表面の質が粒子の大きさを決定する。例えば、より小さな物若しくは滑らかな表面を有する物はより小さな粒子を要求する。例えば、通常は焼結可能粒子の直径の平均値は約０．０１μｍから約５ｍｍの間の値を取ることができる。好ましいより小さな粒子の範囲は約０．１μｍから約５０μｍであり、さらに好ましい範囲は約０．５μｍから約２５μｍであり、最も好ましい範囲は約１μｍから約１０μｍである。一方、好ましいより大きな粒子の範囲は約５０μｍから約５ｍｍであり、さらに好ましい範囲は約１００μｍから約１ｍｍであり、 最も好ましい範囲は約０．２５ｍｍから約０．７５ｍｍである。さらに、前記好ましいより小さな粒子の範囲内及びより大きな粒子の範囲内にある比較的小さい粒子の組み合わせを使用することは有益である。
【００３４】
さらに、未焼結体混合物内の焼結可能粒子の割合は複数の要因に大きく依存して変化する。例えば、この要因は粒子の大きさ、金属若しくはセラミックの種類、有機結合剤の量及び種類、並びに未焼結成形体及び未焼結成形体から作られた焼結体の物理的特性である。例えば、焼結可能粒子は未焼結体混合物の重量の約２５％から約９８％の範囲、好ましくは未焼結体混合物の重量の約３５％から約９５％の範囲内、さらに好ましくは未焼結体混合物の重量の約５０％から約９０％の範囲内、最も好ましくは未焼結体混合物の重量の約６０％から約８５％の範囲内にある。一方、金属、セラミック、炭化物、若しくは他の強化充填剤（strengthening filler）が含まれるとき、焼結可能粒子はより低い割合で存在してもよい。
【００３５】
焼結可能粒子同士を結合させるために、金属若しくはセラミックを基にした混合物は有機結合剤を含んでいる。本発明に基づき焼結可能粒子同士を結合させるために使用される有機結合剤の例は様々なポリマー、ポリオレフィン、ケイ素、アクリル樹脂、ラテックス、ワックス、オイル、グリース、可塑剤、リグノスルホン酸塩、多糖類、セルロース及びセルロースの派生物、デンプン及びデンプンの派生物、他の天然のポリマー（例えば、蛋白質）、天然ゴム及び合成ゴム等である。ポリマーの結合剤のさらに特定の例は、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリル酸ポリマー、ポリスチレン、ポリエチレンビニルアセテート、ポリエチレンビニルアルコール、ポリエチレンアセテート、塩素化ポリエチレン、ポリイソプレン、ポリブタジエン、スチレン・ブタジエンジブロックポリマー及びスチレン・ブタジエントリブロックポリマー、ポリクロロプレン、ポリエチレン・プロピレン、クロロスルホン化ポリエチレン、ポリウレタン、スチレンイソプレンポリマー、スチレンエチルブチレンポリマー、スチレンブタジエンゴムラテックス、ポリクロロプレンラテックス、ポリメチルメタクリル酸塩、ポリエチルメタクリル酸塩、ポリジメチルシロキサン等である。なお、当該技術分野で知られている他の有機結合剤を用いて焼結可能粒子を結合して未焼結体を作り、これに本発明に基づく処理を行うことができる。
【００３６】
よって、未焼結体を作るときに役立つ混合物は複数の焼結可能粒子内に焼結可能粒子同士を十分に保持する量及び配分の結合剤を含んでいる。さらに、金属粒子及び／若しくはセラミック粒子と結合剤とからなる初期段階の成型された未焼結体若しくは中間体は安定した形状になるように十分に圧縮若しくは加圧され、自由に立つこと及び自己保持ができる。さらに明確には、結合剤の量及び配分はレーザ、ウォータジェット、若しくは電子ビームのような物質流及び／若しくはエネルギ流により未焼結中間体を成形するのに十分である。従って、有機結合剤は所望の形状に焼結可能粒子同士を保持することができ、且つ成形処理の間粒子同士を保持し続けることができる。
【００３７】
さらに、未焼結体混合物内の焼結可能粒子と混合された有機結合剤の割合は前述の要因に依存し大きく変わりえる。例えば、有機結合剤は未焼結体の重量の約２％から７５％の範囲の割合であり、好ましくは未焼結体の重量の約５％から約６５％であり、さらに好ましくは未焼結体の重量の約１０％から約５０％であり、最も好ましくは未焼結体の重量の約１５％から約４０％である。上述されたように、未焼結体若しくは中間体がエネルギ流若しくは物質流により処理・調整される若しくは成形されるのに十分に保持されている限り、焼結可能粒子と結合剤とのどのような割合でも使用することができる。
【００３８】
一実施例では、有機結合剤は型内に注入・射出できる流動性を有する粒子と結合剤との混合物を形成するのに十分な量及び配分の焼結可能粒子と混合若しくは結合される。この流動性を有する粒子と結合剤との混合物は焼結可能粒子の回り及び／若しくは焼結可能粒子同士の間に結合剤を分散するように前もって混合してもよい。これは粒子と結合剤とを接着すること及び粒子を懸濁するための媒質（媒体）を用意することも含む。
【００３９】
本発明に基づく未焼結体と当該未焼結体を製造するための様々な方法と、未焼結成形体から作られる色々な物の例が以下においてさらに詳しく説明される。
【００４０】
ＩＩＩ．未焼結体
図１は歯列矯正具１０の形状の未焼結体１２の実施例を示している。未焼結体１２は有機結合剤により互いに保持された焼結可能金属及び／若しくはセラミック粒子からなり、 当該歯列矯正具１０の形状は外面１６により区画形成される。よって、未焼結体１２は少なくとも１つの結合翼１８を含んでおり、結合翼１８は突出凹部３０に隣接する突出部２８を有することにより特徴付けられる。また、未焼結体１２は上面（若しくは唇）側が開いたアーチワイヤ溝２０を有する。図示されたように、未焼結体１２は複数の突出部及び切り込み（切欠）部を含む形態を有する結合面２２を含んでいる。
【００４１】
この実施例では、外面１６は未焼結体１２から焼結可能粒子及び結合剤を除去することにより形成された複数の切り込み部２４により特徴付けられた形態を有する流れ切断（例えば、レーザ切断）表面３２ａを少なくとも１つ含んでいる。一般的には、このような形状形成切断により形成される形状は巨視的若しくは微視的に見ることができるかのどちらかである。本明細書では、用語「巨視的」は拡大することなく裸眼により可視される形状を意味する。一方、本明細書では用語「微視的」は形状を視覚化するために使用される拡大装置・機構を必要とする場合を言う。
【００４２】
一実施例では、未焼結体１２は外面１６に他の流れ切断面３２ｂを有することができる。この流れ切断面３２ｂは未焼結体１２内に切り込まれ、歯列矯正具１０の形状を形成するために多量の未焼結材料が除去される。よって、未焼結体１２は点線３４により示されるような長方形の断面（例えば、初期段階の未焼結体）を最初に有することができる。さらに明確には、未焼結体１２の第一の部分３６は未焼結体の第二の部分３８から切り離されるので、切断された部分にレーザ切断面３２ｂを形成する。
【００４３】
さらに、小さな流れ切断面３２ｃは少量の未焼結体材料だけを除去するために若しくは事前の切断部を改善するために形成されることができる。従って、特定形状（特徴部）形成用の流れ切断面３２ａ、重要な流れ切断面３２ｂ、及び／若しくは小さな流れ切断面３２ｃは本発明に基づく流れ切断により成形された未焼結体の外面の一部となる。
【００４４】
図２は未焼結体５０から形成される物の別の実施例を例示している。ひとつの初期段階の未焼結体５０は歯車５２、ローラー５４、スピンドル５６、若しくは他の所望の物の形状を有する未焼結成形体になるように流れ切断されることができる。これは余分な材料を切り取ることにより初期段階の未焼結体５０からほぼ所望の形状に形成する流れ切断処理（ストリームカット処理）によりなされる。従って、ほぼ円筒形状に成形された初期状態の未焼結体５０は無数の未焼結体形の形状に切断されうる。
【００４５】
よって、初期状態の未焼結体５０は流れ切断面５８を形成するように流れ切断処理により成形される。従って、流れ切断面５８は外面全体を含むことができ、歯車の歯６０及び開口部６２を含む歯車５２の形状は未焼結材料をエネルギ流若しくは物質流により切断することにより形成される。従って、歯６０及び開口部６２は流れ切断面５８によりそれぞれ区画形成される。
【００４６】
同様に、流れ切断面５８はローラー５４の形状を形成するように未焼結体５０が切断された表面である。図示されたように、ローラー５４はほぼ滑らかな環状の流れ切断外面５８を含む。また、滑らかな流れ切断外面５８により区画形成された開口部６４は初期段階の未焼結体５０に穴が開けられた部分である。
【００４７】
また、流れ切断面５８を有するスピンドル５６は初期段階の未焼結体５０から流れ切断される。
【００４８】
未焼結成形体の様々な実施例が図示され説明されたが、本発明はこのような形状に制限されない。よって、未焼結成形体は本明細書で記述されたように切断及び焼結されるいかなる形状でもよい。つまり、焼結することにより作られるどのような形状若しくは物でも本発明に基づく未焼結成形体として作ることができる。
【００４９】
図３Ａ及び図３Ｂは流れ切断面７０の実施例を示している。図３Ａの流れ切断面７０は未焼結体７４の外面の形状を区画形成する形態７２を含む。この実施例では、形態７２は複数の巨視的な不規則な隆起を含み、隆起は凸部７６、凹部７８及び／若しくは切り込み部８０の形状であり、且つほぼ凸凹した若しくは荒い表面８１となる。大きな不規則な隆起は微視的な若しくは小さい不規則な隆起も含んでおり、当該隆起は微視的な凸部８２、微視的な凹部８４、及び微視的な切り込み部８６である。
【００５０】
また、図３Ｂに示されるように、流れ切断面７０はほぼ滑らかな表面８８を区画形成する形態７２を生じるようにエネルギ流若しくは物質流により切断されてもよい。従って、未焼結体７４はほぼ凸凹（図３Ａ）からほぼ滑らか（図３Ｂ）まで変わる形態若しくは表面を有するように形成されることができる。
【００５１】
凸凹若しくは荒い表面８１又は滑らかな表面８８により特徴付けられた形態７２は未焼結体７４を形成するために複数の焼結可能粒子同士を保持している結合剤からなる。一実施例では、形態７２の金属粒子の一部は溶けた（溶解・融解）表面層を形成するために溶かされる。他の実施例では、形態７２の焼結可能粒子は溶けた結合剤により互いに接着（接合）される。
【００５２】
さらに他の実施例では、形態７２の一部は焦げた若しくは黒くなった層を含んでおり、焦げた若しくは黒くなった層は特にレーザのようなエネルギ流により形成されるとき生じる。焦げた若しくは黒くなった層は未焼結体７４の表面を高温に加熱するエネルギ流により未焼成体（７４）を切断する処理に伴う結合剤の蒸発、融解、及び／若しくは燃焼から生じる表面形状により特徴付けられる。
【００５３】
ＩＶ．未焼結体及び焼結物の製造
図４乃至１０は未焼結体及び未焼結体から作られた焼結物の形成に使用される処理・加工システム及び装置・機器の実施例の様々な概要図である。なお、これらは処理システム及び装置の概要の例を示しているだけであり、本発明の未焼結体及び焼結物を作るために様々な変更が上記処理システム及び装置に成されうることを理解すべきである。よって、焼結可能未焼結体及び焼結物のほとんどの種類を作るための従来知られている若しくは後に開発される様々なシステム及び装置は本発明の範囲に含まれると考えられる。又、概略図における配置、形状、大きさ、方向、若しくはこれらに関して記述された形状（特徴）は限定的意味に解釈するべきではない。このようなことを考慮した上で、本発明に基づく未焼結体及び焼結物を作ることができるいくつかのシステム及び装置の例は以下で詳しく説明される。
【００５４】
図４は初期段階の未焼結体から未焼結成形体を作るための成形システム１００の一般的（基本的）な実施例の概要図である。初めに、焼結可能粒子は粒子供給装置１０２から得られ、且つ有機結合剤は有機結合剤供給装置１０４から得られる。その後、焼結可能粒子及び有機結合剤は混合装置１０６に導入され混合物が作られる。その後、当該混合物は所望の初期段階の形状の初期段階の未焼結体若しくは中間体１１０を形成する成型装置１０８に導入される。初期段階の未焼結体１１０は成型装置１０８により区画形成された型空洞（モールドキャビティ）とほぼ同じ形状の外面を有していることにより特徴付けられる。
【００５５】
その後、型空洞（モールドキャビティ）の形状を有する初期段階の未焼結体若しくは中間体１１０は流れ切断装置１１２に供給される。流れ切断装置１１２は未焼結成形体１１６の所望の形状の３Ｄ仮想イメージを作り出すことができる３次元（「３Ｄ」）仮想イメージ生成装置１１４と所定の時点で通信していてもよい。又は、３Ｄ仮想イメージは３Ｄ仮想イメージ生成装置１１４内で作られ、その後データ保存装置に保存され、データ保存装置に保存された３Ｄ仮想イメージはその後流れ切断装置１１２に提供されてもよい。
【００５６】
いずれにせよ、流れ切断装置１１２は初期段階の未焼結体１１０を未焼結成形体１１６に流れ切断（ストリームカット）することができる。好ましくは、流れ切断装置１１２は精密な形状が未焼結体材料に形成されるようにエネルギ流及び／若しくは物質流を供給するためのコンピュータを使用した技術（computer-guided technology）を使用する。図示されたように、未焼結成形体１１６は歯車の形状若しくは任意の他の所望の流れ切断形状に作られることができる。
【００５７】
図５は未焼結成形体を焼結体に焼結するための焼結システム１２０の一般的（基本的）な実施例の概要図である。未焼結成形体１２４は図４に示された成形システム１００を使用することにより得られてもよい。また、本発明に基づく成形システムの様々な他の実施例は未焼結成形体１２４を提供できる。いずれにせよ、未焼結成形体１２４は焼結装置１２６に導入される。その後、焼結装置１２６は焼結可能粒子同士を焼結し、内部から結合剤を除去する。いくつかの場合では、結合解除（脱脂）（de-binding）処理等により結合剤を溶かすか若しくは蒸発することにより結合剤を除去するのが好ましい。
【００５８】
未焼結体材料を焼結した後、焼結体１２８は焼結装置１２６から取り出される。好適な実施例によれば、焼結体１２８と未焼結成形体１２４の比較は、焼結が物の体積を約１０％から約３０％減少させたことを示す。焼結体１２８はその後焼結体を最終品１３２に仕上げることができる仕上げ装置１３０により処理されてもよい。多くの処理が焼結物を仕上げるのに使用することができ、どの処理を選ぶかは仕上げの性質に依存している。このような仕上げ処理の例は研削、サンダー仕上げ、ショットピーニング、パウダーコーティング、ペイントすることなどを含んでいる。
【００５９】
Ｖ．粒子と結合剤との混合物の製造
図６は本発明に基づく粒子結合剤処理システム２００の実施例の概要図である。以下に記述された粒子結合剤処理システム２００の様々な実施例は図４に記述された混合装置１０６により表されることができる。特に、粒子結合剤処理システム２００は本発明に基づく未焼結体を作るための型に導入されることができる混合物を形成するために粒子と結合剤を混合するのに使用されうる。
【００６０】
一実施例では、焼結可能粒子は容器、保存瓶、ホッパー、混合機（ミキサ）等のような粒子保存容器２０２に保有される。焼結可能粒子を懸濁する懸濁溶液は懸濁液容器２０８に保有される。さらに、結合剤Ａは結合剤保存容器２０４に保有され、結合剤を溶かす若しくは懸濁する結合剤溶媒は溶媒容器２１０内に保有される。
【００６１】
よって、容器２０２からの粒子は容器２０８からの懸濁溶液と結合される。懸濁溶液は粒子との融和性を有しており、粒子懸濁若しくは他の流体混合物を形成し、これらは粒子と結合剤との混合物を作るための処理がなされうる。懸濁溶液は有機溶媒若しくは水からなり、非ニュートンのせん断特性を与えるセルロースエーテル若しくは懸濁液内に粒子を保持する濃化剤を含む。よって、粒子と懸濁溶液は粒子容器２０２、懸濁液容器２０８、若しくは混合機２０６内において混合することができる。
【００６２】
同様に、容器２０４からの結合剤Ａは容器２１０からの溶媒と混合され、当該混合は結合剤Ａ容器２０４、溶媒容器２１０、若しくは混合機２０６内において実施される。よって、溶媒は結合剤Ａと混合され、この混合は結合剤Ａを溶かす若しくは流動性の懸濁液を形成するかのどちらかである。結合剤Ａと溶媒との混合物は、粒子を有し且つ懸濁液を有する若しくは有しない粒子結合剤混合物を作るときに役立つ。
【００６３】
一実施例では、懸濁した粒子は混合機２０６に供給される。さらに、溶媒中に懸濁された若しくは溶解された結合剤Ａも混合機２０６に供給される。混合機２０６は粒子及び結合剤Ａからなる混合物を形成するように構成されたハイシアミキサ（high sheer mixer）若しくは低速混合機である。さらに、懸濁溶液及び／若しくは溶媒は混和性若しくは非混和性のどちらかにより混合を良くすることができる。どちらの場合でも、粒子と結合剤との混合物は混合機２０６内で作ることができる。または、懸濁溶液なしの粒子は混合機２０６内において溶媒を伴う若しくは伴わないで結合剤Ａと混合される。
【００６４】
一実施例では、懸濁された粒子は混合機２０６において結合剤溶媒を伴わず結合剤Ａと結合される。従って、結合剤Ａは、結合剤Ａを液化するように加熱装置２２０により加熱される。加熱装置２２０により結合剤Ａを液化することにより、結合剤は容易に取り扱うことができ混合機２０６内に注入される。従って、加熱装置２０２は結合剤Ａ容器２０４に熱を供給するように構成されるか、あるいは、結合剤Ａが加熱装置２２０に供給される。いずれにせよ、結合剤Ａは流れることができるように加熱され、流動性（液体）の結合剤は混合機２０６に容易に注入される。溶媒を用いずに熱により結合剤Ａが液化される場合、粒子懸濁は粒子と結合剤Ａとの間の混合を向上させることができる。このようにしない場合、懸濁溶液なしの粒子は混合機２０６内において加熱された結合剤と混合される。
【００６５】
一実施例では、容器２０２からの乾いた粒子（乾燥粒子）及び容器２０４からの結合剤２０４は懸濁溶液、溶媒、若しくは熱を伴わず混合機２０６に直接供給される。この場合では、混合機２０６はドライグラニュライジングミキサ（dry granulizing mixer）であり、ドライグラニュライジング（粒化）ミキサは粒子及び結合剤Ａを粒状にさせ且つ均一の粒状の混合物に混合することができる。よって、このような粒子化された混合物は本発明に基づきさらに処理することができる。
【００６６】
一実施例では、容器２０８からの懸濁溶液を伴う若しくは伴わない容器２０２からの粒子は調節容器２１２内に供給される。調節容器２１２は結合剤との混合をよくするように粒子を調節するためのコンディショナ（例えば、調節用混合物・組成物）を含むことができる。このようなコンディショナは粒子の結合、被覆、及び／若しくは結合剤Ａ内へ散在させられる性質を向上させるような様々なワックス、ポリオレフィン、分散剤、流動性を変更する薬品、表面活性剤、及び類似の材料のいずれでもよい。一実施例では、コンディショナは有機結合剤である。混合の後、コンディショナは粒子と結合剤Ａとの間の相互作用を増大させるように少なくとも部分的に粒子を覆うことができる。従って、調節装置２１２において調節された粒子はその後結合剤Ａと共に混合機２０６に供給される。
【００６７】
一方、粒子が調節容器２１２に供給された後、調節された粒子が乾燥／冷却装置２１４に供給されるのは有益である。従って、調節装置は揮発性の溶媒からなってもよく、乾燥機２１２が加熱されると、溶媒は乾燥された調整粒子を残し蒸発する。一方、調節容器２１２は加熱されてもよく、冷却機２１４はさらに処理がなされる前に調節された粒子を冷却する。乾燥若しくは冷却どちらかがなされた調整粒子は混合機２０６内において混合されることによりさらに処理される。
【００６８】
いずれにせよ、粒子若しくは結合剤Ａが処理される仕方にかかわらず、混合機２０６は粒子及び結合剤Ａからなるほぼ均一の混合物を提供するように構成される。
【００６９】
一実施例では、混合物２０６は押出機として構成される。よって、このような押出機は単軸押出機、二軸押出機、若しくはピストン型押出機でありえる。これは粒子及び結合剤Ａからなる押出物を作るのに有益である。押出機は熱塑性の結合剤が使用されるときに粒子と結合剤との混合物の温度を上げるために加熱装置を含むことができる。加熱装置はどのような溶媒でも蒸発させることができ、押し出すために十分な温度まで混合物を加熱することができる。
【００７０】
一実施例では、粒子と結合剤との混合物の作られ方に依存せず、このような混合物は乾燥機／冷却機２１４に供給される。乾燥機２１４は混合物から溶媒若しくは他の揮発性の物質を取り除くように構成される。よって、乾燥された混合物は湿重量（wet  weight）の約２０％よりも少ない水分含有量、さらに好ましくは湿重量の約１０％よりも少ない水分含有量、最も好ましくは湿重量の約５％よりも少ない水分含有量を有することができる。又は、冷却機２１４は加熱された混合物（例えば、押出物）の温度を、さらに処理されうるように下げることができる。冷却機２１４は約３５℃、さらに好ましくは約３０℃、最も好ましくは２５℃以下まで温度を下げることができる。
【００７１】
一実施例では、混合機２０６内で得られた混合物は乾燥／冷却なしで済ませてもよく、ペレタイザ２１６に直接供給されてもよく、これは特に押出物の形状のときである。又は、乾燥機／冷却機２１４から得られた乾燥した若しくは冷却された混合物がペレタイザ２１６に供給される。いずれにせよ、粒子と結合剤との混合物は様々な大きさ若しくは形状を有する小さなペレットを形成するために小球状（細粒化）にされる。このような形状は比較的球形であり、凸凹であり、及び／若しくはぎざぎざである。
【００７２】
ペレタイザ２１６は乾燥した若しくは冷却された粒子と結合剤との混合物を様々な大きさを有するペレット若しくはビーズ（ビード）に切断するように構成される。例えば、ペレタイザ２１６は約０．２ｍｍから約２ｃｍの平均直径を有するペレットを形成し、平均直径はさらに好ましくは約０．３ｍｍから約１ｃｍの範囲内であり、最も好ましくは約０．５ｍｍから０．８ｃｍの範囲内である。しかし、未焼結成形体の大きさ及び表面特性はペレットの大きさを決めるので、どんなペレットの大きさでも得られる。
【００７３】
他の実施例では、粒子と結合剤との混合物は本発明に基づく未焼結体中間体にする処理２１８のために役立つ形状若しくは粘稠度で混合機２０６から取り出されることが好ましい。
【００７４】
一実施例では、追加の結合剤Ｂは結合剤Ｂ保存容器２２２に保有されることができ、少なくとも２つの種類の結合剤を有する粒子結合剤（システム）を形成するのに使用される。このように、ここで記述されたように粒子結合剤Ａ混合物を形成し、その後当該混合物を追加の結合剤Ｂと共に処理をすることは有益である。容器２２２から得られた結合剤Ｂは容器２０４からの結合剤Ａと同様に容器２１０からの溶媒内に溶かされる若しくは懸濁される又は加熱装置２２０により液化されることにより処理されうる。よって、結合剤Ｂは混合機２０６内に粒子結合剤Ａ混合物を伴い供給され、二重結合剤混合物（dual-binder composition）を形成できる。
【００７５】
又は、粒子結合剤Ａペレットがペレタイザ２１６内に作られた後、当該ペレットは結合剤Ｂと共に混合機２０６に供給されうる。ペレタイザ２１６から得られたペレットは結合剤Ｂによりほぼ覆われているか結合剤Ｂ内に懸濁するようになる。また、結合剤Ａ及び結合剤Ｂと結合した粒子は混合機２０６において混合された後にここで記述されたような処理をさらに受ける。
【００７６】
他の実施例では、粒子と結合剤との混合物を形成するために粒子及び結合剤を処理することは噴霧（スプレー）／液体噴射装置２２４において実施される。従って、容器２０２からの粒子は噴霧（スプレー）／液体噴射装置２２４内に供給される。上記粒子は、粒子が液状化した結合剤と共に噴霧されるように、運搬装置若しくは粒子を保持する他の手段により供給されてもよい。上記運搬装置等は粒子が全ての側面若しくは表面に容易に噴霧されるようにする振動する運搬装置若しくは他の種類の保持装置を含むことができる。
【００７７】
一実施例では、噴霧／液体噴射装置２２４は結合剤を噴霧するためのノズルを有する円柱状の噴霧（スプレー）タワーを有することができる。この実施例では、粒子は粒子を少なくとも部分的に覆うために結合剤を噴霧するノズルの側を通り過ぎ、自由落下するように噴霧タワーの頂上から落下させることにより噴霧／液体噴射装置２２４に供給される。さらに、噴霧処理は懸濁された若しくは調節された粒子又はあらかじめ結合剤により覆われた粒子を用いて行われる。
【００７８】
噴霧／液体噴射装置２２４内に形成された粒子と結合剤との混合物に関わらず、このような混合物はどのような揮発性の溶媒をも乾燥させ除去するため、若しくは粒子結合剤混合物を冷却するために乾燥／冷却装置２２６に供給してもよい。従って、粒子と結合剤との混合物は本発明に基づく次の処理２２８のための準備がなされるように装置２２６により乾燥若しくは冷却することができる。
【００７９】
粒子と結合剤との混合物を作るための装置、システム、及び方法は図６に基づいて記述されたが、初期段階の未焼結体若しくは中間体を作るための粒子と結合剤との混合物を形成するための様々な他の装置、システム、及び方法が使用されうる。従って、初期段階の未焼結体を作る処理が以下にさらに詳しく説明される。
【００８０】
ＶＩ．未焼結体の成型
図４に戻り且つ特に成型装置１０８を参照しつつ、未焼結体を成型するシステム及び処理の実施例をより詳しく説明する。成型装置１０８は本発明及び／若しくは図６に関連して記述されことに基づき作られた粒子と結合剤との混合物を受け入れる。
【００８１】
いずれにせよ、粒子と結合剤との混合物は成型物を提供するためのよく知られた手法により操作・作動される成型装置１０８に供給される。従って、成型装置１０８は成型された物体を形成するために高温及び／若しくは高圧において作動される。なお粒子が互いにしっかりと締め付けられる高圧を生じるように成型装置を作動することは有益であり得る。このように、結合剤粒子混合物内の隙間（空隙）、エアポケット、若しくは他の異形は圧縮されることにより除去され、高密度の安定した形状の成型物が作られる。
【００８２】
一実施例では、成型装置１０８は成型の間に粒子と結合剤との混合物を加圧できる可動型体（movable mold body）を有すように構成される。この構成では、粒子と結合剤との混合物の最初の所定量は成型装置１０８内にほぼ満たされるまで供給され、その後圧縮成型技術により成型装置は粒子と結合剤との混合物の体積を減少させることができる。混合物を圧縮することにより、さらに高密度の成型未焼結体中間体が得られる。このような圧縮はピストン押出機のような様々な種類の押出機を使うこと若しくは成型装置１０８内の成型空洞の体積を減少させることにより成型内の圧力を増加させることにより達成される。
【００８３】
一実施例では、未焼結体中間体を成型する方法は注入成型するときのような高圧及び／若しくは高温において粒子と結合剤との混合物を型内に注入するステップを含んでいる。又は、結合剤及び焼結可能粒子は異なる時間若しくは同時に供給される別々の供給する物として型に注入してもよい。別々の供給物として粒子及び結合剤が注入されるとき、結合剤が粒子に関して粘着力の高い作用を有することにより粒子を容易に覆うこと若しくは型内において粒子と共に加熱され混合されることは有利となる。
【００８４】
さらに、成型装置１０８は射出成型、キャスティング（鋳造）成型、圧力成型、熱成型、若しくは他の成型技術により操作・作動するように構成されている。
【００８５】
一実施例では、未焼結体中間体は焼結可能粒子及び結合剤が互いに型空洞（モールドキャビティ）の形状に圧縮されるように温度を上昇すること及び／若しくは圧力を増加することにより形成される。よって、型は粒子及び結合剤の温度を約８０℃から約４００℃まで上げることができ、この温度はさらに好ましくは約１００℃から約３８０℃、最も好ましくは約１２０℃から約３４０℃である。また、粒子及び結合剤は約２ＭＰａから約２００ＭＰａまでの範囲の圧力において互いに圧縮（圧接）され、この圧力はさらに好ましくは約１０ＭＰａから約２００ＭＰａ、最も好ましくは１００ＭＰａから約２００ＭＰａの範囲である。
【００８６】
成型装置１０８内の型空洞の形状は立方体、円柱、球などの一般的な形状である。又は、型空洞は成型された未焼結体中間体から作られる最終物の形状と同様の複雑な形状を有することもできる。
【００８７】
さらに、その他の形状が未焼結体中間体である成型物を得るために成型装置１０８内において実施される成型処理において作られても良い。
【００８８】
ＶＩＩ．仮想イメージの生成
図７は本発明に基づく走査システム２３０（例えば、走査及び成形システム２３０）の概要図である。このような走査システム２３０は図４の３次元（「３Ｄ」）仮想イメージ生成器１１４の少なくとも一部分として使用することができる。よって、走査システム２３０は走査制御装置２３６に制御データを供給することにより様々な走査部品・要素の動きを制御するためのコンピュータシステム２３２を含む。また、コンピュータシステム２３２はデータ取得を制御し、走査の間に生じた画像データがデータ保存装置２４３に保存されるように指示する。データ保存装置２３４は当該技術分野では周知であり、フロッピードライブ、ハードディスクドライブ、磁気ディスクドライブ、光学ディスクドライブ、リードアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）などを含むことができるが、これらだけに制限されない。走査システムは様々な周知の走査プロトコル及び後に開発される走査プロトコルと同様に操作・作動することができる。
【００８９】
いずれにせよ、走査制御装置２３６はコンピュータシステム２３２と通信している。これは走査制御装置２３６の性能を調整及び制御するために使用者によりコンピュータシステム２３２にプログラムが組み込まれることを可能にする。走査プロトコルが走査制御装置２３６に入力された後に、走査制御装置２３６は走査される物体２４４の表面２４２へ走査ビーム２４０ａを放射するように構成されるエミッタ２３８を制御する。物体２４４ａの表面２４２に向けられた走査ビーム２４０ａは３Ｄ画像データの取得を可能にする。走査制御装置２３６により取得されたこのようなデータは記憶保存装置２３４に物体２４４ａの仮想３Ｄ画像を生成するために調整されたデータ若しくは未加工のデータとして保存される。
【００９０】
さらに、物体２４４ａの走査を容易にするために、走査システム２３０は物体２４４ａを回転させることができる回転板（タレット）２４６並びにｘ、ｙ、ｚ軸方向への動き及びｘ、ｙ、ｚ軸の周りの回転を可能にする機械要素２４８を含むことができる。従って、３Ｄ仮想イメージは得られ且つ記憶保存装置２３４に保存され、様々なコンピュータ支援製図プログラム（ＣＡＤ）に使用される。物体２４４ａの３Ｄ仮想イメージを取得することにより、使用者は未焼結体及び焼結された物の所望の形状の正確な若しくは精密な３Ｄ仮想イメージを得るためにこのような仮想イメージを調整・操作することができる。
【００９１】
いずれにせよ、所望の最終品の原寸模型は走査システム２３０内に置かれることができ、破壊的若しくは非破壊的な走査は仮想イメージを作るのに使用されうる。このような破壊的な走査技術及び非破壊的な走査技術並びに３次元仮想イメージを作るために使用する走査関連装置及びソフトウェアは周知である。尚、ＣＡＤプログラムを使用することにより３Ｄ画像を生成することも可能であり、未焼結体の形状は原寸模型なしに仮想イメージから完全に生成することができる。また、ＣＡＤプログラムを使用して未焼結体の所望の形状を提供するために仮想イメージを取得し且つ形状及び大きさを部分的に変更することができる。
【００９２】
ＶＩＩＩ．未焼結体の流れ切断
再び図４を参照して、流れ切断装置１１２の実施例のさらに明確な詳細が本発明に基づき記述される。流れ切断装置１１２は様々な流れ切断技術を有する若しくは使用するように構成されることができる。このような流れ切断技術はエネルギ流及び／若しくは物質流を利用することができる。エネルギ流は上記されたように光子、電磁気放射、原子、及び準原子材料を含む。一方、物質流は原子のサイズの粒子よりも大きな材料を含むと考えられ、微視的な大きさ若しくは巨視的な大きさでありうる。いずれにせよ、図４に関連して上記に記述されたように、流れ切断装置１１２は成型装置１０８で作られた初期状態の未焼結体１１０にエネルギ流若しくは物質流を向けるように構成される。
【００９３】
再び図７を参照すると、概要図は成形システム２３０（例えば、走査及び成形システム）の実施例を示している。成形システム２３０は図４の流れ切断装置１１２内において使用される。以下においてさらに詳しく記述されるように、成形システム２３０は走査及び成形システム２３０となるように走査システム２３０と結合してもよい。いずれにせよ、成形システム２３０はコンピュータシステム２３２若しくはデータ保存装置２３４からあらかじめ生成された３Ｄ仮想イメージを取得することができる。
【００９４】
成形システム２３０はコンピュータシステム２３２と通信する物質制御装置２５０及び／若しくはエネルギ制御装置２５２を含むことができる。物質制御装置２５０はエミッタ２３８ｂが物質流２４０ｂを成形される未焼結体２４４ｂの表面２４２ｂに向けて放出することを可能にする。物質制御装置２５０は化学薬品、水、砂、若しくは他の粒子のような物質流２４０ｂが未焼結体２４４ｂに向けられるようにエミッタ２３８を制御できる。物質流２４０ｂはコンピュータシステム２３２のデータ保存装置２３４に保存された仮想イメージに基づいて未焼結体２４４ｂを成形することができる。
【００９５】
他の実施例では、エネルギ制御装置２５２は仮想イメージに一致する形状を得るためにレーザ、電子ビーム、イオンビームなどのエネルギ流２４０ｃを未焼結体２４４ｂへ放出するようにエミッタ２３８ｃを制御できる。
【００９６】
本発明に基づく成形システムの前述の全体的な記述を考慮しつつ、ここで使用される様々な種類のエネルギ流及び物質流は以下に詳しく記述される。従って、流れ切断装置のこれ以後の実施例は図７の成形システム２３０と同様に図４の流れ切断装置１１２内において使用されうる。
【００９７】
一実施例では、エネルギ流は当該エネルギ流れが未焼結体材料と交差する位置において熱を生じることにより未焼結体中間体質を切断及び成形することができる。従って、エネルギは結合剤及び焼結可能粒子と熱相互作用を有するように熱を生じさせるために使用される。熱相互作用はバルク（bulk）未焼結体材料の残りから結合剤粒子混合物の一部を切断、結合解除（脱脂）、融解、及び／若しくは蒸発させる値まで局所的な温度を上昇させる。
【００９８】
よって、流れ切断装置の一実施例は熱相互作用により未焼結体中間体を調整及び成形することができる。従って、ここで記述された熱処理はどれでも熱切断に使用されうる。例えば、このような熱相互作用はレーザビーム処理、レーザビーム機械加工、電子ビーム機械加工、放電機械加工、イオンビーム機械加工、及びプラズマビーム機械加工から生じ得る。従って、流れ切断面はレーザ切断面、電子ビーム切断面、放電切断面、イオンビーム切断面、若しくはプラズマビーム切断面でありえる。
【００９９】
一実施例では、未焼結体混合物の成分は多量の結合材料からなる（を含む）ことが知られているので、熱切断処理は焼結のために使用されるまたは硬化した金属物若しくはセラミック物に使用される類似の技術と比較して小さなエネルギしか要求されない。従って、結合剤の熱特性を知ることにより、正確なエネルギ必要量は熱ビームが焼結可能粒子の大部分の融解若しくは部分的焼結なしに結合剤を融解及び／若しくは蒸発させるための適切な若しくは最小のエネルギを提供するように計算される。又は、エネルギは焼結可能粒子の融解及び／若しくは部分焼結をするために増大してもよい。
【０１００】
例えば、レーザビームは流れ切断装置１１２に使用されるエネルギ流の一般的な形態である。典型的なレーザ切断機械は未焼結体の複雑な外側の形状を正確に作ることができる。なぜならレーザビームは通常は切断面において約０．０２ｍｍから約０．２ｍｍの間の直径であり且つ約２，０００ワットまでの出力を有することができるためである。しかし、この発明の利点は低出力レーザの使用を含むことである。さらに、得られる物の性質及び未焼結体の特性によっては、レーザが全ての他の流れ切断技術よりも好まれる場合がある。
【０１０１】
よって、レーザは未焼結体を切断でき、レーザの出力若しくは生じた熱は切断する材料の組成に依存している。レーザ出力を変えることは異なる結合剤及び／若しくは焼結可能粒子のために生じる。レーザ出力はビームにより伝達されるエネルギの割合・速度により定義され、通常はジュール／秒若しくはワットを単位として測定される。
【０１０２】
レーザ手術に典型的に使用されるレーザは約１０ワットのオーダーの出力を有し、このような低いワット数はいくつかの結合剤を溶かすために使用され未焼結体を成形する。一方、YAGレーザ若しくはエキシマレーザのような硬化したスチールを切断するために典型的に使用されるレーザは約２，０００ワットの出力を有することができる。よって、より柔らかい結合剤を伴う未焼結体は約５００ワット以下、さらに好ましくは約４００ワット以下、最も好ましくは約２００ワット以下のレーザにより成形される。より堅い結合剤の場合、また金属粒子若しくはセラミック粒子をさらに融解及び／若しくは蒸発する場合は約５００ワット以上、さらに好ましくは約７５０ワット以上、最も好ましくは約１，０００ワット以上のレーザが使用される。
【０１０３】
一実施例では、放電機械加工は未焼結金属体を成形するために使用される。従って、放電機械加工はチタニウム、ハステロイ、コバール、インコネル、硬工具鋼、カーバイドなどを含むエキゾチック金属のような電導材料の全ての種類を切断することができる。放電では、エネルギ流と未焼結体との間の主要な相互作用は熱的相互作用であり、熱は放電を生じることにより発生する。これは融解及び蒸発により取り除かれた未焼結体材料を生じる。放電加工のいくつかの例はワイヤ放電機械加工、ＣＮＣ制御放電機械加工、形彫り放電機械加工、細穴放電機械加工などを含んでいる。
【０１０４】
他の実施例では、流れ切断装置１１２は荷電粒子ビームを使用することができ、荷電粒子ビームの例は電子ビーム及びイオンビームである。荷電粒子ビームはおおよそ同じ運動エネルギを有し、おおよそ同じ方向に運動する電気的に帯電された粒子の集団である。通常は、常温において上記運動エネルギは同様の粒子の熱エネルギよりもかなり高い。ここで記述されるように、これら荷電粒子ビームの高い運動エネルギ及び方向性は未焼結体の切断及び成形のために役立つ。さらに、電子ビーム若しくはイオンビームが他の切断技術よりも好まれるいくつかの場合がある。
【０１０５】
一実施例では、流れ切断装置１１２は未焼結体を成形するために化学物質流を使用できる。例えば、化学物質噴射切削（粉砕）加工（ミル加工）は噴射及び化学作用により選択的で制御された物質除去を提供する。従って、この処理（方法）はウォータジェット切断に似ており、以下により詳しく説明される。いずれにせよ、化学物質噴射切削（粉砕）加工はバルク未焼結体材料から様々な種類の結合剤を除去するのに役立ち、複雑な形状を作る能力を提供する。さらに詳しくは、特定の溶液若しくは溶媒に化学的に溶かされた結合剤は反応性の良い化学物質流を向けることにより化学的に切削・粉砕される。
【０１０６】
他の実施例では、電気化学成形は金属焼結可能粒子からなる未焼結体の化学物質噴射切削（粉砕）加工と同様の制御された電気化学溶解処理に基づいている。従って、未焼結金属体は成形時に電流を利用することができるように電源に接触される。
【０１０７】
一実施例では、流れ切断装置１１２がハイドロカット装置若しくはウォータジェットカッタとして構成されることは有益である。ハイドロカットは本質的にウォータジェット技術であり、ウォータジェット技術は未焼結体を所望の形に切断及び成形するために未焼結体に向けられた高い力及び高圧の水流を使用する。ハイドロカット加工が他の流れ切断技術のいくつかよりも好まれる場合がある。なぜなら熱、炎、及び化学反応がないこと及び正確な冷間成形技術を提供できるからである。しかし、反応性の良い化学物質を添加した若しくは添加していない加熱水も使用されうる。
【０１０８】
硬化した材料のための典型的なハイドロカット加工装置は約４０，０００ｐｓｉ（約２．７×１０4Ｐａ）の単流として未焼結体に向けられた単位分数当たり約２．５ガロン（約９．５リットル）の水を使用できる。例えば、本発明に基づくハイドロカット加工装置は約０．２５ガロン／分（約０．９５リットル／分）から約１５ガロン／分（約５７リットル／分）、さらに好ましくは約０．５ガロン／分（約１．４リットル／分）から約１０ガロン／分（約３８リットル／分）、いっそう好ましくは約１ガロン／分（約３．８リットル／分）から約５ガロン／分（約１９リットル／分）、一番好ましくは約２ガロン／分（約７．６リットル／分）から約４ガロン／分（約１５リットル／分）を使用できる。しかし、より高い若しくはより低い流量を使用することができ、流量は流れの直径及び圧力に依存して変えることができることを理解すべきである。
【０１０９】
さらに、ハイドロカット加工装置は約５０ｐｓｉ（約３．４×１０5Ｐａ）から約６０，０００ｐｓｉ（約４．１×１０8Ｐａ）の範囲の力の水を噴射できる。これはなぜなら約５０ｐｓｉ（約３．４×１０5Ｐａ）から約５００ｐｓｉ（約３．４×１０6Ｐａ）のようなより低い圧力が柔らかい結合剤の除去に使用される場合があり、耐久性があり堅い結合剤には約１５，０００ｐｓｉ（約１．０×１０8Ｐａ）から約６０，０００ｐｓｉ（約４．１×１０8Ｐａ）を使ってもよい場合があり、これは特に自動車部品若しくは飛行機部品のような大きな部品若しくは建築材料を成形する場合があるからである。さらに、洗浄の目的のために使用されるのと同様のウォータジェットは中間の堅さの結合剤と結合した未焼結体を成形するために約１，０００ｐｓｉ（約６．２×１０6Ｐａ）から約５，０００ｐｓｉ（約３．４×１０7Ｐａ）の水を噴射する。従って、幅広い範囲の水圧が使用されうる。
【０１１０】
さらに、様々な（多種類の）直径の水流が使用される。これは流れ（水流）の直径が切断若しくはエッチングの複雑さに大きく影響を与えるからであり、超小型回路基板用の未焼結体をエッチングする場合は約０．５ｍｍ程度の極度に細い直径の流れを要求することがあり、おおまかな形状及び／若しくはトラクタのホイールリムのような大きな物を刻む場合は約２．５４ｃｍの直径の流れを使用することがある。しかし、約１ｍｍの噴射（ジェット）により細く正確な形状を作る前に約６ｍｍのような大きな直径が大まかな形状を作るために最初に使用される場合がある。また、より大きな直径若しくはより小さな直径のウォータジェットが使用されうることが予想される。
【０１１１】
さらに、ハイドロカット加工は給水管内に粒状の材料を導入することにより向上（強化）される。従って、いくつかのハイドロカット加工技術は水自身により加えられる力に加えて研磨剤の切断力を利用するためにガーネット若しくは他の堅く強い材料を使用する。また、本発明のハイドロカット加工処理はこのような研磨剤を含む若しくは含まずに使用されうる。
【０１１２】
また、ハイドロカット加工の利点の１つは使われたウォータジェット材料を再び利用すること及びリサイクルできることである。従って、未焼結体材料は使われた水から容易に分けられることができ、従ってハイドロカット加工処理の間に水のリサイクル及び再使用が可能になる。
【０１１３】
一実施例では、物質流切断の条件に合うサンドブラストは未焼結体材料に砂粒子の高エネルギ流を放射することにより未焼結体を成形するのに使用されうる。サンドブラストによる材料切断はハイドロカット加工に類似しており、このことは特にウォータジェットに研磨粒子が添加されたとき類似している。さらに、砂以外の様々な他の粒子流が流れ切断技術及び機械・装置に使用されうる。
【０１１４】
図８は流れ切断機アセンブリ３５０の実施例を示している。流れ切断機アセンブリ３５０は図４に図示されたような流れ切断装置１１２及び／若しくは図７の成形システム２３０の少なくとも一部でありえる。よって、流れ切断機アセンブリ３５０は流れ供給器３５２を含むことができ、流れ供給器３５２の少なくとも一部はハウジング３５４内に配置されている。流れ供給器３５２は流れ若しくはエネルギを生成及び／若しくは供給するように構成されうる。又は、流れ供給器３５２は物質流を保存及び／若しくは供給するように構成してもよい。
【０１１５】
さらに、ハウジングは照準装置３５６を任意に含むことができる。従って、流れ供給器３５２は照準装置３５６を介して所定の方向に向けられたエネルギ流及び／若しくは物質流を供給するように構成され、照準装置はエネルギ流若しくは物質流を未焼結体３６４の方向に照準を合わせさらに向けるように作用する。従って、照準装置３５６は未焼結体３６４上の切断位置３６０に照準が合わされた軌道の照準に沿った流れ３５８を生成することができ、流れ切断面３６２が未焼結体上に形成される。
【０１１６】
一実施例では、正確な３次元切断及び成形を可能にするために、未焼結体３６４は未焼結体を回転させる回転台（タレット）３６６に保持されることができる。さらに、流れ切断機アセンブリ３５０は照準が合わされた流れ３５８が様々な切断位置３６０において未焼結体３６４に衝突することができるように未焼結体を様々な３次元運動及び／若しくは回転させる機械的要素３６８を含むことができる。回転台（タレット）３６６と協働する機械的要素３６８は未焼結体３６４をｘ、ｙ、ｚ軸方向に動かすことができ、且つ、ｚ軸の周りの回転「ｕ」、ｙ軸の周りの回転「ｗ」、及びｘ軸の周りの回転「ｖ」の回転をさせることもできる。これにより流れ切断機アセンブリ３５０内の未焼結体３６４を精密な構造及び複雑な構造に切断成形することができる。又は、以下においてさらに詳しく記述されるように、流れ切断機アセンブリは固定された未焼結体３６４に対して流れ（物質流、エネルギ流）を動かすことができる。
【０１１７】
よって、機械的要素３８６はゴムで覆われた若しくは他の展性のある端点を装備されることにより未焼結体３６４を動かす及び／若しくは回転させることができ、端点は未焼結体３６４を変形させないように未焼結体３６４と接触する。従って、これらの展性のある端点は流れ切断処理の間、未焼結体３６４に変形、くぼみ、ひび、応力、疲労を起こさないように未焼結体３６４との好ましい相互作用を提供する。
【０１１８】
他の実施例では、流れ切断機アセンブリ３５０のハウジング３５４は同軸気体補助装置３７０を含むことができる。このような同軸気体補助（ガスアシスト）装置３７０は流れ切断ステップの間に補助気体（アシストガス）３７２を噴出するように構成される。補助気体（アシストガス）はエネルギ流若しくは物質流と同時に供給され、時々外周に位置する空気の流れ（または他の種類の気体）である。又は、水のような液体（例えば、補助流体）の流れが補助気体（アシストガス）の代わりに使用される。補助気体を用いた流れ切断の重要な特徴は物体から切断される材料がエネルギ流若しくは物質流と同軸の気体噴流（ジェット）の力により排出若しくは除去され比較的滑らかな流れ切断面を生じることである。補助気体を用いた切断に使用されうる異なる種類の気体のいくつかの例は酸素、窒素、アルゴンなどを含んでいる。好ましくは、この気体は約１５バール（約１５×１０5Ｐａ）までの圧力で伝達される。同軸補助気体（アシストガス）３７２についての追加の情報は以下に説明される。
【０１１９】
他の実施例では、流れ切断機アセンブリ３５０は走査装置３７４を含んでいる。図４の３次元仮想イメージ生成装置１１４及び／若しくは図７の走査システム２３０と同様に、走査装置３７４は流れ切断機アセンブリ３５０に設けることができる。走査装置３７４は未焼結体３６４の表面の連続の走査若しくは周期的な走査に使用されうる。よって、走査装置３７４は走査ビーム３７６を未焼結体３６４に向けて、さらに明確には任意の流れ切断面３６２に向けて発する。これにより流れ切断面３６２及び切断位置３６０をモニター（監視）することができる。流れ切断機アセンブリ３５０に走査装置３７４を設けることにより、切断及び成形はそこに形成された形状が３次元仮想イメージに一致するか十分に類似することを保証するためにモニター（監視）される。走査ビーム３７６及び走査装置３７４は当該技術分野で周知の３次元画像の走査手段の一部であってもよい。
【０１２０】
他の実施例では、流れ切断機アセンブリ３５０はパワー送風装置３７８を含む。流れ切断機アセンブリ３５０は同軸補助気体（アシストガス）３７２を噴射するために同軸気体供給装置３７０を含むことができるが、このような同軸気体３７２はバルク未焼結体３６４から切断された未焼結体材料の大きな片を除去するには不十分である場合もある。よって、パワー送風装置３７８は粒子若しくは大きな材料片を除去するために空気、気体、若しくは他の流体を未焼結体を横切って（わたって）強力に送風するために使用される。または、パワー送風装置３７８は真空装置として構成してもよい。パワー送風装置３８７と同様に、真空装置も未焼結体３６４からの切断された材料の大きな破片もしくは粒子を除去するために使用される。従って、パワー送風装置３７８は流れ切断プロトコルの間断続的に使用されうる。
【０１２１】
他の実施例では、同軸気体供給装置３７２と共に、パワー送風装置３７８は未焼結体３６４を冷やすために冷却用空気若しくは冷却用流体を送風できる。これは未焼結体から不必要な熱を取り除くため、または結合剤若しくは焼結可能粒子の望まれない融解を防ぐために使用することができる。
【０１２２】
図９Ａ、９Ｂ、及び９Ｃを参照すると、照準装置４００の様々な特徴及び要素が図示されており及びこれらについて以下に説明する。このような照準装置４００は図８の流れ切断機アセンブリや図７の成形システム２３０と共に使用することができる。
【０１２３】
いずれにせよ、照準装置４００はエネルギ流４０４を噴射するように構成されたノズル４０２を含んでおり、エネルギがノズルを通る方向は矢印により示されている。さらに、ノズル４０２は物質流４０６を噴射するように構成され、物質流はノズル４０２を通る複数の点の流れとして示されている。よって、ノズル４０２はエネルギ流４０４及び／若しくは物質流４０６を未焼結体４０８の切断面４１０に向けて照準を合わすように構成される。従って、ノズル４０２の照準を合わすことにより、精密及び複雑な形状を形成することができる。
【０１２４】
特に図９Ｂを参照すると、照準装置４００は外側ノズル４０２ｂの管に設けられた内部ノズル４０２ａを含んでおり、内部ノズルは外側ノズルと共に同軸ノズル４１２を構成する。このような同軸ノズル４１２はエネルギ流４０４及び／若しくは物質流４０６の照準を合わすための内部チャンバ４１３を含んでいる。さらに、同軸ノズル４１２は外側若しくは同軸チャンバ４１５を含み、外側若しくは同軸チャンバ４１５は補助気体（アシストガス）４１４の流れを所定の方向に向ける。
【０１２５】
図９Ｂに図示されるように、同軸ノズル４１２は同軸ノズル開口部４１６を含んでいる。同軸ノズル開口部４１６はエネルギ流４０４及び／若しくは物質流４０６のための第一開口部４１９を含み、補助気体（アシストガス）４１４を提供する第二開口部４２１からは分かれて独立している。この構成では、同軸ノズル開口部４１６は切断した粒子若しくは材料を除去及び吹き飛ばすように補助気体（アシストガス）４１４の同軸渦４１８を生成する。
【０１２６】
次に図９Ｃを参照すると、同軸ノズル４０２の他の実施例が図示されている。このように、同軸ノズル４０２は合同（合流）開口部４２０を含むことができる。このような合同（合流）開口部４２０は補助気体（アシストガス）４１４とエネルギ流４０４及び／若しくは物質流４０６のための１つの開口部を含む。合同開口部４２０は渦４２２を生成して未焼結体４０８から粒子若しくは物質を除去する。
【０１２７】
いずれにせよ、流れ（ストリーム）ノズル４０２の様々な構成は仮想イメージ若しくは他の所望の形状に基づき精密に切断された未焼結体４０８を製造するために提供される。上記構成は流れ切断処理を改善する（強化する）ように補助気体（アシストガス）４１４と共にエネルギ流４０４及び／若しくは物質流４０６の供給を含むことができる。
【０１２８】
図１０を参照すると、３次元切断システム４５０の実施例が図示され及び以下に説明される。このような３次元切断システム４５０はここで記載されている他の流れ切断システム若しくは方法に設け使用することができると共に図４の流れ切断装置１１２に設けることができる。よって、３次元切断システム４５０は３軸方向に動くように構成される３次元切断装置４５２を含む。従って、切断装置４５２は各軸の周りを回転すること及びｚ軸、ｘ軸、ｙ軸の長手軸方向に動くことができる。これにより切断装置４５２は切断されている未焼結体４５６の回りを動くことができる。
【０１２９】
図示された実施例では、切断装置４５２はスイベルカップリング４５７に取り付けられた第一の主要部４５４を含み、スイベルカップリングはｚ軸の回りの回転「ｕ」を伴い第一の主要部４５４を回転させることを可能にする。スイベルカップリング４５７は第一の主要部４５４と追加の自動装置（ロボット等：図示せず）を連結させ様々な自由度の動きを可能にする。さらに明確には、他のスイベルカップリング（図示せず）はｙ軸の回りの回転「ｗ」を可能にする自動装置に含まれる。これら回転により第一の主要部４５２は未焼結体４５６の回りを動くことができる。
【０１３０】
切断装置４５２はまたスイベルカップリング４６０により第一の主要部４５４と結合された切断ノズル４５８を含むことができる。従って、切断ノズル４５８もまた第一の主要部４５４と共にｘ、ｙ、ｚ軸方向に動くことができる。さらに、スイベルカップリング４６０により切断ノズル４５８はｘ軸の周りに回転（「ｖ」）することができる。回転「ｖ」が可能であるので、３次元切断装置４５２は様々な形状を提供するために未焼結体４５６を精密及び複雑な形状に切断することができる。
【０１３１】
他の実施例では、３次元切断装置４５０は図８の機械要素３８６とほぼ同様の機械要素４６２を含む。簡単には、機械要素４６２は切断装置４５２に対して未焼結体４５６を動かすように構成される。従って、機械要素４５８はｘ、ｙ、ｚ軸方向に動くことができ、回転「ｕ」、「ｖ」、「ｗ」の回転もできる。従って、機械要素４６２は切断ノズル４５８から独立して動くこと及び／若しくは切断ノズルと協働して動くことができ、改良された切断技術を提供することができる。
【０１３２】
一実施例では、流れ切断装置、システム、及び／若しくは方法はコンピュータ及びソフトウェアにより作動及び制御されるように構成される。従って、コンピュータは未焼結体に切断されるべき形状の３次元画像から入力データを受信する制御ソフトウェアを使用する。制御ソフトウェアはＣＡＤソフトウェアにより生成若しくは変更された画像から入力データを得ることができる。よって、図７に図示されたデータ保存装置２３４のようなコンピュータ記憶装置に保存された画像は未焼結体材料から３次元構造を作るために流れ切断装置により使用及び制御されうる。
【０１３３】
一実施例では、未焼結体を成形する処理若しくは方法はレーザ、電子ビーム、若しくはウォータジェットのようなエネルギ流若しくは物質流により第二の部分から未焼結体中間体の第一の部分を切断分離し、得られた未焼結成形体上にレーザ切断面、電子ビーム切断面、若しくはウォータジェット切断面のような流れ切断面を形成する。これはほぼ滑らかな表面若しくはでこぼこした表面どちらかを形成することができる。
【０１３４】
一実施例では、未焼結体の流れ切断処理若しくは方法は真空若しくは低圧のもとにおいて実施される。また、流れ切断される表面は下方向に向かされる（逆さにされる）ことができ、表面から除去された材料は表面から落ちる。流れ切断が逆さにされた表面上において実施されるとき、未焼結体は回転され、各切断部位で除去された未焼結体材料は流れ切断面から自由落下し流れ切断面上に存在しなくなる。よって、除去された粒子及び／若しくは結合剤は除去された材料により形成されている形状に近接して再付着することなしに、表面から離れる。これは切断される場所において流れ切断処理が熱を生じ結合剤の融解するときに特に有利である。なぜなら融解された結合剤は再配置された後に再凝結して不規則（凸凹）な形状を生成するからである。従って、未焼結体の流れ切断処理は流れ切断面上若しくは流れ切断面付近に不規則な形状を形成する再付着材料を伴わずに、滑らかな表面及び曲線的な形状が外面に形成されるように実行することができる。
【０１３５】
流れ切断装置、システム、及び方法の様々な態様及び実施例が本発明に基づき記載されたが、様々な変更が加えられても発明の概念を保持している。従って、様々な他のエネルギ流若しくは物質流は所望の形状を提供するために未焼結体材料を切断するのに使用されてもよい。さらに、エネルギ流若しくは物質流を今まで通り使用し未焼結体中間体を成形する限り流れ切断装置、システム、及び方法を変更及び変形してもよい。
【０１３６】
ＩＸ．歯列矯正具
未焼結体及び製造された焼結物の成形のための本発明の方法は歯列矯正具の製造に特に適しており、歯列矯正具は比較的小さく複雑な形状を有しており、歯列矯正具は成型及び／若しくは機械加工により成形をすると費用がかかる。図１は本発明に基づく歯列矯正具５１０の実施例を示している。歯列矯正具５１０は本体５１２及びこれに一体的に形成されたベースプレート５１４を含む。また、歯列矯正具５１０は矯正具５１０の外形を区画形成する外面５１６を含んでいる。本体５１２は少なくとも１つの結合翼５１８及び本体５１２の上側に開口するアーチワイヤ溝５２０を含んでいる。ベースプレート５１４は複数の凸部、凹部、及び／若しくは切り込み（切欠）部を含む荒い（ラフな）形態５４４を有する結合面５２２を含んでいる。さらに、結合面５２２は歯の舌側若しくは頬側に合う（フィットする）ように反転された形状に構成される。
【０１３７】
本体５１２はアーチワイヤを矯正具５１０に固定するために結紮糸若しくは留め金具と共に使用される矯正具（結紮糸を要求する矯正具）として構成される。結紮糸は引っ張られたアーチワイヤが歯のアーチに沿って正確に位置するようにし（位置することを保証し）、且つ食べる、歯を磨く等の日常の行為の間、及び歯を動かし整列させるのに力が要求されたときに矯正具５１０からワイヤが移動する（ずれる）のを防ぐ。例えば、結紮糸は小さなエラストマＯリングであり、アーチワイヤの周りに張られ且つ本体５１２に固定される。また、金属結紮糸を使うこともできる（金属結紮糸は当該技術分野では周知である）。
【０１３８】
結紮糸を保持するために、各矯正具の本体５１２は結合翼５１８（結合翼５１８ａの対）を含むことができる。結合翼５１８は本体５１２から突き出る少なくとも１つの突出部５１８を含むことができる。よって、結合翼５１８は結紮溝５３０に曲がる各突出部５３４を有することにより結紮糸と連結可能になるように構成される。結紮溝５３０は外面５１６と連続しており、外面５１６は突出物の周りにおいて本体５１２の中心方向に曲がる。本体５１２が一対の結合翼５１８ａを含むとき、外面５１６により区画形成される突出部隙間（スペーサー）５３２は２つの結合翼５１８を２つの結合翼対５１８ａに分ける。さらに詳しくは、突出部隙間（スペーサー）５３２は溝（スロット）若しくは切れ目（ギャップ）であり、本体５１２の近い方の側５３６上の突出物５１８を本体の遠い方の側５３８から分離する。
【０１３９】
アーチワイヤ溝５２０はそこにアーチワイヤを保持するように構成される。従って、アーチワイヤ溝５２０は近い方の端５４０から遠い方の端５４２まで本体５１２を横切る。四角若しくは曲線断面領域を有するアーチワイヤを収容するためにアーチワイヤ溝５２０の断面は四角若しくは曲面（丸みをおびた形）である。また、他のアーチワイヤ溝５２０の形状を矯正具５１０に形成してもよい。また、アーチワイヤ溝５２０の深さ及び／若しくは幅は変えることができる。
【０１４０】
他の実施例では、歯列矯正具はセルフライゲーティング（自己結紮する）ブラケット（self-ligating bracket）（図示せず）として構成される。セルフライゲーティング（自己結紮する）ブラケットは本体と結合された結紮カバーを含む一体（ワンピースの）品であり、結紮カバーはアーチワイヤ上を閉じ且つアーチワイヤを矯正具に固定する。結紮カバーは典型的には結紮糸を交換する場合に使用され、アーチワイヤをカバーと本体との間に含むように本体と取り外し可能に結合する取付部材を含む。
【０１４１】
さらに、ベースプレート５１４の結合面５２２は複数の凸部、凹部、及び／若しくは切欠部（図１２Ａ及び図１２Ｂに示されている）を含む部材５４４を有するように構成される。部材５４４は歯との結合を良くするように構成される。よって、部材５４４の凸部、凹部、及び／若しくは切欠部はそこへ付与される結合剤のための結合面５２２の表面積を増加させるのに役立つ（独立して役立つか共に役立つ）。様々な実施例では、部材５４４は摩擦箇所を減少させる曲線的な形状を有し、且つ／又は、凸部、凹部、及び／若しくは切り込み部は互いに隣接して設けられるか結合面５２２の全域に分散して設けられる。また、部材内の形状は一様に配置されるか不規則に配置される。結合剤は突起（凸部）を囲むことができ且つ凹部及び／若しくは切り込み部内に入り込むことができ、結合面５２２と歯との間の結合に機械的な強度を与える。これは結合剤が固化して矯正具５１０を歯に連結させるときに起こる。
【０１４２】
一実施例では、各歯列矯正具５１０は人間の口の特定の種類の歯若しくは特定の歯に合うように成形できる。よって、結合面５２２は接着される歯と一致する曲率を有するように成形されうる。結合面５２２がどの歯と結合するのかを識別するために、結合面５２２は結合面に刻まれた識別印５２２を含むことができる。識別印５４５は歯科医にどの歯に矯正具が適用されるのかを知らせる。識別印５４５はユニバーサルナンバリングシステム、パルマー表記法（Palmer Notation）、及びＦＤＩ・２ディジット表記法（FDI-Two Digit Notation）を含むことができる。例えば、番号「２２」を含む結合面５２２はＦＤＩ・２ディジット表記法を使用し上部左の側切歯を示す。図示されたように、識別印は凹部、凸部としてベースに刻まれるか切欠部、凹部、及び凸部により形成されるかのどちらかである。
【０１４３】
他の実施例では、患者の歯の３次元モデルは結合面５２２の形状を形成するのに使用されうる。歯の３次元モデルを確定して且つコンピュータに入力される。コンピュータはその後特定の歯のための各矯正具の結合面５２２の正しい形状を決定できる。また、コンピュータは矯正具５１０に含まれるべき形状及び位置決部を生成することができる。よって、ベースはコンピュータ設計書と特定の角度・傾斜（角度測定）と溝の位置に基づき成形されることができる。
【０１４４】
図１２Ａ及び図１２Ｂは本発明に基づく未焼結成形体２５０の他の実施例を示している。図１２Ａは歯列矯正具５１０の形状に成形された未焼結体５５０を示しており、図１２Ｂは図示された歯列矯正具５１０の形状に処理されるベースプレートの形状の未焼結成形体５０を示している。未焼結成形体５５０は外面５１６により区画形成される歯列矯正具５１０の形状を共同して作る本体５１２及びベースプレート５１４を含む。本体５１２は結合翼５１８及び本体５１２の上面に開口部を有するアーチワイヤ溝５２０を含む。各結合翼５１８は突出凹部５３０に近接する凸部５３４を含む。ベースプレート５１４は複数の凸部５２４、凹部５２６、及び／若しくは切り込み部（切欠部）５２８からなる結合面５２２を含んでいる。未焼結成形体５５０の「結合面５２２」と称される構造は実際の「結合面」ではない。なぜなら焼結して最終的な焼結矯正具を形成する前では未焼結成形体５５０は矯正具としての使用に適さず、最終的な焼結矯正具の前駆体にすぎないからである。
【０１４５】
未焼結成形体５５０は歯列矯正具の形状を有しており、未焼結成形体５５０を焼結することにより歯列矯正具を作るのに使用されうる。本明細書では、用語「形状」、「形」、若しくは他の類似の用語は物体の外観を示すのに使用され、物体の寸法及び割合を正確に意味することを意図するわけではない。例えば、未焼結成形体５５０は歯列矯正具の形状であるが、これは歯に正確に一致するために要求される正確な寸法及び焼結の間に縮む未焼結成形体の大き目の寸法を含むと解釈されるべきである。このようなこととして、歯列矯正具の形状の未焼結成形体５５０は歯に装着する準備がされた最終的な焼結された矯正具よりも大きい。
【０１４６】
好ましくは、未焼結成形体５５０はこの本明細書の他の部分に記述されたような複数の焼結できる金属粒子若しくはセラミック粒子を含む。好適実施例では、金属粒子は例えばニッケル・チタニウム合金粉末からなる。又は、粒子はセラミックと金属との混合物からなることもできる。もしステンレススチール矯正具が望まれるならば、前もって合金化された細粒のステンレススチール粉末が使用される。未焼結成形体５５０は金属粒子同士を十分に保持する量及び配分の結合剤を前記複数の焼結可能粒子内に含む。本明細書に記述された結合剤のいずれも使用することができる。
【０１４７】
引き続き図１２Ａ及び図１２Ｂを参照すると、未焼結成形体５５０はエネルギ流及び／若しくは物質流により成形された外面５１６に少なくとも１つの成形部５５２を含むことができる。外面５１６は未焼結成形体５５０の外面を指す。従って、外面５１６は金属粒子により形成された複数の不規則な隆起により特徴付けられる部材５４４を有する成形部５５２を少なくとも１つ含むことができる。又、不規則な隆起は巨視的に可視可能な大きさの範囲若しくは微視的に可視可能な大きさの範囲のどちらかである。本明細書では、用語「巨視的」は裸眼により見るできる形状を含んでいる。例えば、巨視的な不規則な隆起は拡大することなしに裸眼により容易に観察（観測）することができる。一方、本明細書では用語「微視的」は不規則な隆起を可視（観察）するために拡大が必要とされることを意味する。
【０１４８】
一実施例では、未焼結成形体５５０は外面５１６に成形部５５２を有することができる。未焼結成形部５５２は未焼結成形体５５０内に切り込まれ、歯列矯正具の形状の部品を形成するために多量の未焼結体材料が取り除かれる。よって、未焼結成形体５５０は点線６５６により示される長方形の断面を最初に有することができる。従って、成形部５５２は未焼結体５５０を図示されたような歯列矯正具の形状に切断することにより形成される外面５１６を含むことができる。又は、未焼結体５５０はセルフライゲーティングブラケット（示されていない）の形状に切断されてもよい。従って、外面５１６の小さい部分若しくは重要な部分は成形部に含まれる。
【０１４９】
他の実施例では、成形部５５２は複数の凸部５２４、凹部５２６、及び／若しくは切り込み部５２８を含んでいる。従って、外面５１６は複数の凸部５２４、凹部５２６、及び／若しくは切り込み部５２８を含むことができ、焼結可能粒子により形成される形態をそれぞれ有する。いくつかの場合では、凸部５２４、凹部５２６、及び／若しくは切り込み部５２８又は部材５４４に配置された焼結可能粒子の少なくとも一部は少なくとも部分的に融解若しくは互いに溶かされてもよい（例えば、成形に使用されるレーザ若しくは他のエネルギ流による局所的な加熱の結果として）。これが起きるかどうかは焼結可能粒子が未焼結体から除去される若しくは排出される前に、十分高温に加熱されるかどうかに依存している。上記加熱は焼結可能粒子同士を保持する有機結合剤の局所的な融解、燃焼、若しくは分解の結果生じるものである。
【０１５０】
図１２Ｂは歯列矯正具５１０（点線５５８により示される）を形成すべく本体５１２と一体化される歯列矯正具ベースプレート５１４を示している。よって、ベースプレート５１４もまた少なくとも１つの成形（例えば、レーザ切断）部５５２及び／若しくは複数の凸部５２４、凹部５２６、及び／若しくは切り込み部５２８を含んでいる。さらに、結合面５２２若しくは他の成形部５５２は焼結可能粒子により形成された形態５４４を有することができ、いくつかの場合では、粒子の一部は溶ける若しくは互いに融解してもよい。
【０１５１】
ベースプレート５１４の形状の未焼結成形体５５０は焼結される前若しくは後に本体５１２と一体化される。本体５１２は金属、セラミック、若しくはプラスチックからなる。例えば、ベースプレート５１４の形状の未焼結金属体５５０はセラミック若しくはプラスチックを用いて成型する前に形成若しくは焼結でき、点線５５８により示される歯列矯正具の形状を形成する。
【０１５２】
図１３Ａは本発明に基づく成形（例えば、レーザ切断）部５５２を有する未焼結成形体５５０の他の実施例を示している。成形部５５２はレーザ切断部５５２の外面を区画形成する形態・部分・部位５４４を含み、この形態は結合面５２２にある。形態５４４は複数の巨視的な若しくは大きい隆起部５６２を含んでおり、隆起部５６２は凸部５２４、凹部５２６、及び／若しくは切り込み部５２８である。上記大きな隆起部５６２はほぼ滑らかな形態５４４を有することにより特徴付けられるように未焼結体５５０に切り込まれ（切断加工され）、大きな不規則な隆起部５６２は微視的に不規則な隆起部がほぼない表面５６３を有する。よって、未焼結成形体５５０のレーザ切断部５５２の形態５４４は粗い表面から滑らかな表面の範囲で色々な形状を取ることができる。
【０１５３】
特定の方法に拘束されることなしに、図３Ａの形態４４（前に説明された）と比べて図１３Ａに示された滑らかな形態５４４はレーザ若しくは他のエネルギ流により未焼結金属体５５０を切断する様々な方法を使用することにより得られると考えられる。よって、エネルギ源の電力（大きさ）、雰囲気、及び／若しくは成形される表面の配置は変えられる。また、未焼結体の組成は滑らかさ若しくは荒さの異なる度合を有する部材にするために変えられる。
【０１５４】
図１３Ｂは本発明に基づく成形（例えば、レーザ切断）部５５２を有する未焼結成形体５５０の他の実施例を示している。成形部５５２は台形状凹部５２６を切断して未焼結体５５０に切り込み部５２８を形成することにより形成された複数の台形状突起５２４を含む。凸部５２４、凹部５２６、及び切り込み部５２８は最終的な焼結歯列矯正具と人の歯との結合を増す結合面５２２をもたらす。
【０１５５】
いくつかの実施例では、レーザ切断部のより滑らかな形態はほぼ長方形の未焼結体を歯列矯正具の形状にレーザ成形するのを助けることができる。なぜなら未焼結体の滑らかな形態は焼結された後も滑らかであるからである。従って、焼結体はほぼ滑らかであり、当該焼結体は口に置かれるのに適した特性を有する表面にするための焼結の後の研削若しくはサンダー仕上げを必要としない。また、結合翼、突出部、アーチワイヤ溝、結紮溝、セルフライゲーティング形状、及び他の形状はエネルギ流及び／若しくは物質流により未焼結体に刻まれる（形成される）。
【０１５６】
図１４Ａ乃至図１４Ｃは歯列矯正具形状（図示されていない）及び／若しくはベース５１４の形状を有する未焼結体５５０の結合面５２２の成形（例えば、レーザ切断）部５５２の様々な代替例を示している（これら代替例だけに制限されない）。図１４Ａでは、形成部５５２は成形部５２の表面により区画形成された深い凹部５８２により分けられた長い（高い）柱状隆起部５８０からなる。さらに、長い柱状隆起部５８０は柱状隆起部に切り込まれた（切断加工された）小さい凹部５８４を含むことができる。また、長い柱状隆起部５８０は歯列矯正具と歯との機械的結合を助けるための切り込み部５８６を含むように形成してもよい。
【０１５７】
他の実施例として、図１４Ｂ及び図１４Ｃは結合面５２２に切り込まれた成形部５５２を有する未焼結体５５０のベース５１４を示している。この成形は未焼結体５５０の一部を取り除き、凹部５８８、切り込み部５８９、及び張出部５９０を形成することができる。凹部５８８、切り込み部５８９、及び張出部５９０は結合面５２２内に切り込まれたくさび状部分（部位）であり、矯正具が歯に付けられるときに結合剤若しくは接着剤を受け取る（保有する）ための隙間を提供する。図示されたように、切り込み部５８９は所定の角度でレーザ若しくは他のエネルギ流又は物質流を結合面に当てることにより形成され、レーザ若しくは他のエネルギ流又は物質流は張出部５９０も形成する。
【０１５８】
さらに、未焼結体はエネルギ流及び／若しくは物質流により切断され、矯正具がどの歯のための矯正具なのかを示す識別印を形成する。識別印は凹部、凸部、若しくは複数の不規則な隆起部により形成される。未焼結体に刻まれた識別印はユニバーサルナンバリングシステム、パルマー表記法、ＦＤＩ・２ディジット表記法を含む。
【０１５９】
他の実施例では、患者の歯の３次元モデルは未焼結金属体に結合面５２２の形状を形成するために使用される。３次元モデルを確定してコンピュータに入力する。コンピュータはその後未焼結金属体の結合面の正確な形状を決める（求める）ことができる。また、コンピュータは未焼結金属体に刻まれるべき他の形状及び位置指標を生成することができる。よって、未焼結金属体は特定の角度及び溝の位置を含むようにコンピュータ設計書に基づいて成形される。
【０１６０】
上記において、凹部、凸部、及び切り込み部の幾つかの形状及び配置が図示され説明されたが、本発明はそれらだけに限定されると解釈されるべきではない。よって、本発明の特徴は他の形状にも適用されることができ、矯正具と歯との機械的結合のための増大された表面積を提供する。
【０１６１】
焼結可能な様々な種類の金属粉末が本発明では使用でき、当該金属粉末はアルミニウム、ニッケル、チタン、銅、コバルト、ステンレススチールなど、及びこれらの様々な合金から選ぶことができる。しかし、未焼結体は歯列矯正具及び／若しくはベースプレートに焼結されるので、チタン、チタン合金、及びステンレススチールなどの歯と適合性のある材料の使用が好ましい。これは矯正具が高いレベルの張力を伝えるアーチワイヤ及び／若しくは結紮により矯正具に加えられる力に耐えることが必要であるからである。従って、矯正具は使用の間に損傷を受けない（破損しない）ように高いレベルの強度及び靱性を有するべきである。好ましくは、使用金属は人の口への使用に安全なものである（すなわち、毒性をほとんど若しくは全く有していない金属を使用する）。もちろん、矯正具を作るのに用いられた金属がコーティングされておらず安全でない場合に、追加的に安全性を提供するために最終的な矯正具に保護コーティングをすることは本発明の範囲内である。
【０１６２】
未焼結体の特定の位置へのレーザの照射時間及び／若しくは温度に依存し、未焼結体から焼結可能粒子をきれいに除去することは可能である。これは、金属若しくは他の焼結可能粒子が蒸発温度未満においてそのままである一方で結合剤が融解、燃焼、分解するときではいつでも生じる。このような場合では、焼結可能粒子は排出されるか、重力により落下するか、若しくは未焼結体から完全に除去される。未焼結金属体から除去された金属若しくは他の焼結可能粒子の少なくとも一部が未焼結体表面に再付着するシステムを構成することは可能かもしれない。少なくとも理論的には、これは金属粒子が融解及び／若しくは気化されるが、金属が再び固化して金属粒子と未焼結体表面に付着するのを防ぐほどには遠くへ未焼結体から排出されない場合おこる。典型的な場合では、焼結可能粒子の全部若しくは大部分は未焼結金属体からきれいに除去されて再付着することはない。
【０１６３】
ＩＸ．未焼結体の焼結
焼結体の製造方法は本発明に基づき未焼結成形体から作られた焼結物を提供する。簡単には、焼結体は焼結可能粒子と結合剤との混合物を未焼結体中間体に成型することにより作られた未焼結体から得る（作る）ことができる。未焼結体中間体が型内に形成された後、所望の形状を有する未焼結体を得るためにエネルギ流及び／若しくは物質流により成形処理を行う。未焼結成形体は所望の形状を有する焼結物を製造するためにその後焼結される。焼結は図５に示されたような焼結装置１２６により実施される。いずれにせよ、未焼結成形体を焼結すると使用の準備が整った製造物又は追加の処理若しくは仕上げ工程が要求される製造物のどちらかが得られる。
【０１６４】
一実施例では、結合解除（脱脂）処理は未焼結成形体を焼結する前に結合剤を除去するために行われる。従って、結合解除（脱脂）は酸化雰囲気若しくは非酸化雰囲気において熱処理を行うことにより実施され、例えば真空若しくは低圧のもとで実施される。例えば、結合解除（脱脂）は約１×１０-1Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ）から約１×１０-6Ｔｏｒｒ（１．３×１０-4Ｐａ）の圧力において実施されることができる。又は、結合解除（脱脂）は窒素、アルゴン、若しくは他の不活性気体内において約１×１０-1Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ）から約１×１０3Ｔｏｒｒ（１．３×１０5Ｐａ）若しくは約１×１０3Ｔｏｒｒ（１．３×１０5Ｐａ）以上のような高圧のもとで実施されてもよい。また、結合解除（脱脂）温度は約８０℃から約７５０℃の範囲、さらに好ましくは約１００℃から約６００℃の範囲、最も好ましくは約１５０℃から約４５０℃の範囲である。いずれにせよ、結合解除（脱脂）は結合剤の融解、蒸発、若しくは分解により起こる。
【０１６５】
一実施例では、焼結処理は酸化雰囲気若しくは不活性雰囲気内において約１×１０-1Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ）から約１×１０-6Ｔｏｒｒ（１．３×１０-4Ｐａ）の低圧且つ高温において実施されうる。又は、焼結は約１×１０-1Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ）から約１×１０3Ｔｏｒｒ（１．３×１０5Ｐａ）若しくは約１×１０3Ｔｏｒｒ（１．３×１０5Ｐａ）以上のような高圧且つ高温において実施されてもよい。よって、結合剤は焼結処理の間にほぼ取り除くことができる。又は、焼結処理は多量の結合剤を取り除くが全ての結合剤を取り除くのではなく、結合剤のいくらかは結合システム（種類）に応じ残るようにしてもよい。焼結温度は約７５０℃から約２，５００℃、さらに好ましくは約９００℃から２，０００℃、最も好ましくは約１０００℃から約１５００℃の範囲である。
【０１６６】
さらに、焼結時間は約０．５時間から約１５時間、さらに好ましくは約１時間から約１０時間、最も好ましくは約２時間から約８時間の範囲である。しかし、時々焼結は最大で約２４時間続けることもできる。さらに、焼結処理は焼結可能粉末粒が高密度の焼結体になるように調節される。よって、焼結体は未焼結体と比較して低い孔隙率を伴う高密度を有する。
【０１６７】
未焼結体が焼結されるとき、孔隙率が減少し且つ密度が増加するのに伴い体積は減少する。これは焼結可能粒子同士を近づけるように結合剤の大部分が融解若しくは蒸発するとき起こりえる。よって、未焼結体は焼結の間の体積の減少に対応できるように（減少を考慮して）得られる焼結物よりも大きく製造及び成形される。未焼結体の大きさと焼結物の大きさとの間の体積の減少は約１０％から約３５％、さらに好ましくは約１２％から約３０％、最も好ましくは約１５％から約２５％の範囲である。しかし、典型的な体積の減少は約２０％である。
【０１６８】
焼結の間、未焼結体の体積は徐々に減少するので、未焼結成形体に刻まれた様々な形状は縮みを考慮し形成される。よって、流れ切断形状が誤差を伴い切断されること若しくは焼結処理の後にもたらされる形状よりも大きく切断されることを可能にする。従って、未焼結体が流れ切断されるとき、複雑な形状は焼結の後にさらに正確且つ複雑な形状を生じる。
【０１６９】
縮むことにより生じる他の結果は、例えば焼結前の未焼結体と比較すると焼結体が滑らかになることである。さらに明確には、流れ切断の間に不規則な形状が形成されたとき、これらの形状は焼結の間に滑らかにされる。一方、この滑らかにする効果は全ての荒い形状を取り除くことを必ずしも必要としないが、鈍い若しくは鋭い縁がより少ないよりよい表面を作ることができる。
【０１７０】
一実施例では、焼結若しくは結合解除（脱脂）処理は不純物若しくは好ましくない付着物を焼結体表面から除去することができる。未焼結体の焼結の前に結合剤を融解及び／蒸発させるために熱を生じるレーザ、電子ビーム、イオンビームなどのエネルギ流により未焼結体が切断されると、焼結体の熱切断面は焼結処理の後に焦がされた所がほとんど無い。例えば、焼結された物がレーザ切断されたとき、これらのレーザ切断面は焦げる及び黒くなる傾向にあり、焦げた若しくは黒くなった材料を除去するために追加の処理若しくは仕上げ加工が要求される。焦げた物体は多くの用途に好ましくない特性をもたらす。
【０１７１】
よって、焼結処理及び／若しくは結合解除（脱脂）処理は部分的若しくは全体的に粒子から焦げを取り除くように作用するので、焼結体は熱切断面において焦がされた若しくは黒くなった部分をほぼ有していない。理論に拘束されることなく、結合剤が溶ける若しくは未焼結体から除去されるとき、結合剤は焦げた材料を未焼結体から奪うと考えられる。これは、結合剤の一部が融解し熱切断面上を流れて粒子から焦げた材料を奪うので、焼結若しくは結合解除（脱脂）の間起こることができる。従って、未焼結体が熱を生じるエネルギ流により切断されると、熱切断面は表面を焦がす。しかし、焼結後の熱切断面は焼結前の未焼結体の熱切断面と比べると焦げた表面がより小さい。
【０１７２】
また、理論に拘束されることなしに、未焼結体が焼結されると酸化層は未焼結体の外面上に形成されると考えられ、このことは特に酸化雰囲気内において焼結が行われるときにおこる。よって、焼結前にエネルギ流若しくは物質流により未焼結体を成形すると、酸化層を焼結の間に流れ切断面上に形成することができる。酸化層は耐食性、生体適合性などの好ましい特性を提供すると考えられる。一方、焼結物を切断すると、酸化表面層が破壊され、これらの好ましい特性を減少若しくは抑制する。従って、焼結体の少なくとも１つの流れ切断面は焼結により形成された酸化層により特徴付けられる形態を有することができ、焼結は本明細書に記述されたように未焼結体が切断及び成形された後に実施される。
【０１７３】
さらに、焼結体は焼結後に研削、サンダー仕上げ、及び類似の処理のようなさらなる処理がなされ、向上された表面特性を提供することができる。従って、焼結体の外面上の少なくとも１つの流れ切断面は未焼結成形体の外面の少なくとも１つの流れ切断面と比べより滑らかな形態を有することができる。
【０１７４】
よって、歯列矯正具は結合剤により保持される複数の焼結可能粒子からなる未焼結成形体を焼結することより形成される焼結体を含む。焼結体は歯列矯正具の形状を区画形成する外面を含んでいる。また、焼結体の外面の少なくとも１つの成形（例えば、レーザ切断）部はエネルギ流及び／若しくは物質流により未焼結体が切断されることにより形成される。
【０１７５】
本発明の実施例は本発明の意図若しくは必須の特性から逸脱せずに他の特定の形状を含んでいてもよい。記述された実施例はすべて例示のためであり且つ本発明の範囲を制限しないと考えられるべきである。従って、本発明の範囲は上述の記述ではなく付随の特許請求の範囲により示される。請求の範囲と均等の意味及び範囲内の変更は特許請求の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１７６】
【図１】歯列矯正具の形状の未焼結成形体の実施例の側面図である。
【図２】焼結可能粒子の流れによる除去により初期段階の未焼結体から成形される未焼結成形体の異なる実施例を示す概要図である。
【図３Ａ】流れ切断面の典型的な形態の実施例の断面図である。
【図３Ｂ】流れ切断面の典型的な形態の実施例の断面図である。
【図４】未焼結成形体を作るためのシステムの実施例を示す概要図である。
【図５】未焼結成形体から焼結体を作るためのシステムの実施例を示す概要図である。
【図６】初期段階の未焼結体を形成するために使われた粒子と結合剤との混合物を処理・加工するためのシステムの実施例を示す概要図である。
【図７】走査及び／若しくは成形システムの実施例を示す概要図である。
【図８】流れ切断装置の実施例を示す概要図である。
【図９Ａ】流れ切断ノズルの実施例を示す概要図である。
【図９Ｂ】同軸流れ切断ノズルの実施例を示す概要図である。
【図９Ｃ】同軸流れ切断ノズルの実施例を示す概要図である。
【図１０】３次元流れ切断システムの実施例を示す概要図である。
【図１１】本発明により形成された典型的な歯列矯正具を示す斜視図である。
【図１２Ａ】歯列矯正具の形状の典型的な未焼結体を示す側面図である。
【図１２Ｂ】歯列矯正具ベースプレートの形状の典型的な未焼結体を示す側面図である。
【図１３Ａ】歯列矯正具の結合面の一部を形成する未焼結体の側面図である。
【図１３Ｂ】歯列矯正具の結合面の一部を形成する未焼結体の側面図である。
【図１４Ａ】歯列矯正具の結合面の一部を形成する未焼結金属体の実施例を示す側面図である。
【図１４Ｂ】歯列矯正具の結合面の一部を形成する未焼結金属体の実施例を示す側面図である。
【図１４Ｃ】歯列矯正具の結合面の一部を形成する未焼結金属体の実施例を示す側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【国際調査報告】
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