(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元物体を印刷するためのラピッドプロトタイピング法であって、
塩基性成分及び酸性成分を含んでいる乾燥粉末からなる複数の層に、前記塩基性成分と前記酸性成分との間の架橋反応を促進し得る水性バインダー溶液を層毎に浸透させることを包含し、前記浸透された複数の粉末層が前記３次元印刷物体を形成できるように互いに隣接して形成され、
この場合、前記塩基性成分が、金属酸化物、及び１つ又は複数のアルミノ珪酸塩ガラスから成る群から選択され、且つ前記酸性成分が、有機ポリ酸、モノマー酸、前記塩基性金属酸化物からの金属イオンによって架橋し得る、ヒドロゲル塩を形成し得るアニオンを有するモノマー、及び前記塩基性金属酸化物とオキシ塩ポリマーマトリックスを形成できる加水分解し得る金属塩から成る群から選択される１つ以上の酸性成分である、方法。
【請求項２】
前記塩基性成分が、金属酸化物であり、且つ前記酸性成分が、ポリカルボン酸、又は前記金属酸化物とオキシ塩結合を形成する金属塩化物又は硫酸塩である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記酸性成分が、オルトリン酸及びポリリン酸から成る群から選択される少なくとも１つの成分である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記塩基性成分がアルミノ珪酸塩ガラスであり、前記酸性成分が、有機ポリ酸及びモノマー酸を含む群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記有機ポリ酸がポリアクリル酸である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記水性バインダー溶液及び／又は乾燥粉末の個々の層に、錯形成剤が添加されている、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
３次元物体を印刷するためのラピッドプロトタイピング法であって、
塩基性成分を含んでいる乾燥粉末からなる複数の層に、酸性成分を溶解しており且つ前記塩基性成分と前記酸性成分との間の架橋反応を促進し得る水性バインダー溶液を層毎に浸透させることを包含し、前記浸透された複数の粉末層が前記３次元印刷物体を形成できるように互いに隣接して形成され、
この場合、前記塩基性成分が、金属酸化物、及び１つ又は複数のアルミノ珪酸塩ガラスから成る群から選択され、且つ前記酸性成分が、有機ポリ酸、モノマー酸、前記塩基性金属酸化物からの金属イオンによって架橋し得る、ヒドロゲル塩を形成し得るアニオンを有するモノマー、及び前記塩基性金属酸化物とオキシ塩ポリマーマトリックスを形成できる加水分解し得る金属塩から成る群から選択される１つ以上の酸性成分である、方法。
【請求項８】
前記乾燥粉末が、前記水性バインダー中に溶解している前記酸性成分と同じ酸性成分をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記塩基性成分が、金属酸化物であり、且つ前記酸性成分が、ポリカルボン酸、又は前記金属酸化物とオキシ塩結合を形成する金属塩化物又は硫酸塩である、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
前記酸性成分が、オルトリン酸及びポリリン酸から成る群から選択される少なくとも１つの成分である、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１１】
前記塩基性成分がアルミノ珪酸塩ガラスであり、前記酸性成分が、有機ポリ酸及びモノマー酸を含む群から選択される、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１２】
前記有機ポリ酸がポリアクリル酸である、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１３】
前記水性バインダー溶液及び／又は乾燥粉末の個々の層に、錯形成剤が添加されている、請求項７又は８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラピッドプロトタイピングの分野に関する。より詳細には、本発明は、ラピッドプロトタイピングにおいて用いるための材料システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ラピッドプロトタイピングは、セラミック構造物及びセラミックセル成形物のような試作部品及び治具をはじめとする、三次元物体を製造するための主要な方法になりつつある。ラピッドプロトタイピングの一形態には、所望の最終製品の層を順次形成する工程が含まれる。
【０００３】
この工程では、粉末状の材料を用いて、所望の製品の個別の層の各々を形成する。
【０００４】
当該印刷工程は、迅速な組立、並びに材料コストの低減という利点をもたらす。それは、最も速いラピッドプロトタイピング方法の１つと考えられており、その上、種々のカラーを用いて実施することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、在来の粉末をベースとしたラピッドプロトタイピング工程には、得られる製品の脆さをはじめとした、幾つかの欠点がある。最終製品の劣った機械的特性は、低弾性率及び低破壊強度に依って特徴付けられる。低い応力での圧縮及び引っ張りによる破損といった弱点は、低い密度、粉末粒子間の不十分な結合、低い粒子密度、及び空隙の存在に起因する場合がある。層内及び層間の両レベルにおいて、粉末粒子は、緩く互いに結合しているのみである。より詳細には、現在市場で用いられている粉末は、石膏、及び／又はデンプン、ＰＶＡ等のような水膨潤性高分子をベースとする。これらの粉末と水性バインダーとの相互作用が、試作物体の不十分な機械的強度並びに高多孔率に帰着する。また、粉末をベースとするラピッドプロトタイピングと同様、噴射直接構造化タイプのラピッドプロトタイピングによって作製された部品もまた、強度不良を被る。後者は、高分子量の高分子は粘度が高過ぎて、比較的低分子量の高分子（即ち、それらの溶液）しか噴射することができないという事実に起因する。
【０００６】
さらに、得られる製品の劣った機械的特性は、粉末床状の層を印刷することにより製造されるところの、基材、即ち「未完成」物体を労働集約的な後処理にかけなければならないという事実へと導く。この後処理には、多くの場合、表面から浸透し、バルク内部の相互接続している細孔を充填するところの、シアノアクリレートにかわ（膠）等のような結合剤又は強化剤に、印刷された物体を浸すことによってそれを補強することが包含される。現在利用できる石膏をベースとする粉末及び水膨潤性高分子は、膨潤時間が長く、３０分以上になることがある。本プロセス及び類似プロセスの他の欠点は、製品の粒状感のある外見によって表されるように、乏しい分解能を有することである。
【０００７】
得られる物品の後処理乾燥によって、その機械的特性は僅かに改善するものの、その改善は微々たるものであり、且つ乾燥工程も極めて緩慢である。その他の後処理法には、シアノアクリレートなどの重合性にかわによる補強、又は表面仕上げが包含されるが、これらの方法は、費用がかかり且つ労働集約的でもある。結局、機械的特性及び表面の仕上りは、均一に混合し且つ十分に反応する材料システムの能力に関するそれらの特性に依存する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
多くの実施し得る実施形態の１つにおいて、本発明は、好ましくは、金属酸化物、及び１つ又は複数のアルミノ珪酸塩ガラスから成る群から選択される塩基性成分と；酸性成分と；３次元の印刷物体を形成すべく、塩基性成分と酸性成分との間の架橋反応を促進し得る水性バインダーとを含んで成る、ラピッドプロトタイピングシステムを提供する。
【０００９】
本発明のその他の利点及び新規な特徴は、以下の記載において説明するし、これらの資料を読んだり、本発明を実施することによって、当業者には習得されるであろう。本発明の利点は、添付の特許請求の範囲において説明する手段によって達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
広範な実施形態において、本発明は、ラピッドプロトタイピングのためのシステム、当該システムに含まれる組成物、及び当該システムを取り入れたラピッドプロトタイピング方法を提供する。ラピッドプロトタイピングのためのシステムは、好ましくは、所謂、酸−塩基セメントを利用する。当該システムに含まれる成分には、好ましくは、金属酸化物あるいはアルミノ珪酸塩ガラスのような塩基、高分子の酸あるいはその他の酸、及び水性バインダーが含まれる。塩基性の粉末は、水の存在下で酸と相互作用して、イオン性架橋ヒドロゲル塩を生成する。当該架橋ヒドロゲルの生成によって、当該混合物の凝結が引き起こされるのである。
【００１１】
本発明によるラピッドプロトタイピングシステムに含まれるシステム及び材料の実施形態には、３つのおおまかな実行可能形態がある。第一に、両反応成分、即ち、酸性成分と塩基性成分を、乾燥した粉末混合物内に存在させることができる。この場合、当該粉末を、セメントを形成する反応成分を何も含んでいない水性あるいは極性溶媒のバインダー溶液と共にインクジェット印刷する。第二に、塩基性成分のみを乾燥粉末混合物に含有させることができる。この場合、印刷工程時に、酸性成分を含有する水性あるいは極性溶媒のバインダー溶液を粉末床の上に噴射する。第三に、塩基性成分に加え、酸性成分の幾らかを混合物として乾燥粉末に含有させることができる。この場合、粉末混合物と水性バインダーの両方が反応性の酸性成分の幾らかを含有するように、酸性成分の幾らかをその中に溶解させて含有している水性あるいは極性溶媒のバインダー溶液を用いる。そして、水性あるいは極性溶媒のバインダー溶液と酸性成分との混合物を、酸性成分と塩基性成分との混合物を含有する粉末床の上に噴射する。
【００１２】
本発明の化学的側面は別にして、当該印刷工程は、印刷工程を利用するラピッドプロトタイピングに関連する在来の機構に類似する。複数の平面層を印刷し、そして互いに接合させることで、３次元の物体を形成する。印刷は、各層が所望の最終製品の一部の断面を表すよう、層毎に実施する。粉末材料は、個別の層の各々を形成し、そして、ローラのような圧縮手段によって平らに分布され且つ圧縮される。ラピッドプロトタイピング法に用いられるプリンタがインクジェットプリンタである場合、印刷ヘッドは、バインダーを粉末の上に二次元パターンにて付着させ、そして接着剤が付着している領域に粉末を結合させて、それによって、製造すべき最終物体の印刷層を形成する。隣接する印刷層の所定の部分を、水性バインダーを用いて交互に付着させることで、最終製品の個々の断面が接合することになる。バインダーは、各個別層の印刷と同時に適用する。次いで、接着剤が適用されていない「未印刷」領域を、接着剤が適用されている印刷領域から分離させて、３次元の印刷基材、即ち「未完成」製品を残す。
【００１３】
次に、本発明の化学的側面に関し説明する。ラピッドプロトタイピングシステムの酸性成分は、水／溶媒可溶性であり、且つ水／溶媒に関して酸性である。従って、酸性成分が水性あるいは極性溶媒のバインダー溶液と接触すると、酸性成分からプロトンが解離する。遊離プロトンは、直ぐに、ラピッドプロトタイピングシステムの塩基性成分へと引き付けられ、そしてその塩基性成分は、それらがプロトンと置換される際に多価カチオン（Ｍｅ＋ｚ）を放出する。
【００１４】
ラピッドプロトタイピングシステムの塩基性成分から放出されたカチオンは、酸性成分を構成する化合物の架橋を媒介する。酸性化合物のイオン架橋によって、酸性成分の移動性が低減する。結局、架橋プロセスは、ヒドロ（又は溶媒）ゲル塩の形成のため、溶液における酸の凝固に帰着し、次いで、セメント生成物が凝固しさらに硬化する。
【００１５】
この化学プロセスの代表的な（且つ最も単純化された）例には、ラピッドプロトタイピングシステムにおける酸性成分がポリアクリル酸のようなポリ酸である場合の、ガラス−イオノマーの化学作用が含まれる。この例における塩基性成分は、例えば、アルミノ珪酸塩ガラスである。水性バインダー中にポリアクリル酸が溶解する際、ポリアクリル酸からプロトンが遊離し、そして当該プロトンがガラスを攻撃し、多価カチオンが遊離する。次いで、そのカチオンが、イオン結合の形成を介してポリ酸を架橋し、そして当該結合によって、セメントが完全に凝固し且つ極度に硬化するまでポリ酸成分は圧縮され固化する。
【００１６】
ラピッドプロトタイピングシステムの基本的な３つの化学成分、即ち、活性酸性成分、活性塩基性成分、及び水性バインダーがある。塩基性成分は金属酸化物とし得、また、アルミノ珪酸塩ガラスともし得る。水性バインダーは、３次元の印刷物体を形成すべく塩基性成分と酸性成分との間の架橋反応を促進することができなければならない。酸性成分は、有機ポリ酸、モノマー酸、オリゴマー酸、前記塩基性金属酸化物由来の金属イオンによって架橋結合し得るところの、ヒドロゲル（又は溶媒ゲル）塩を形成し得るアニオンを有するモノマー、及び前記塩基性金属酸化物とオキシ塩ポリマーマトリックスを形成し得る、加水分解し得る金属塩などのうちの、１つ又は複数の酸性成分とし得る。
【００１７】
ラピッドプロトタイピング用のセメントシステムを形成する酸−塩基の組合せの例としては、以下が挙げられる。
【００１８】
ａ．酸化亜鉛−ポリカルボン酸セメント
【００１９】
ｂ．金属酸化物（即ち、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、又はその他の金属の酸化物）−オルトリン酸若しくはポリ（リン酸）セメント。この場合、金属カチオンがリン酸塩アニオンを架橋し、ヒドロゲルマトリックスの形成に帰着する。
【００２０】
ｃ．反応性アルミノ珪酸塩ガラス（即ち、ｘＣａＯ＊ｙＡｌ２Ｏ３＊ｚＳｉＯ２＊ｎＣａＦ２、即ち、場合によってフッ素を含有する）と、オルトリン酸若しくはポリ（リン酸）との混合物。この場合、セメントの凝固は、シリカゲルとイオン架橋リン酸イオンとのヒドロゲルマトリックスの形成を伴う。ガラスの平均粒径は、好ましくは、約３０−５０μｍ以下であり、それより小さい直径をもつガラス粒子は分散させるのが困難な場合がある。
【００２１】
ｄ．オキシ塩結合セメント。これらは、金属酸化物はこれらの金属酸化物に限定されるわけではないが、ＺｎＯあるいはＭｇＯなどの金属酸化物粉末と、金属が、例えばＺｎあるいはＭｇである金属塩化物又は金属硫酸塩の濃縮溶液との酸−塩基反応によって形成される。
【００２２】
ｅ．ガラス−イオノマーセメント。この場合、当該システムの塩基性成分は、反応性アルミノ珪酸塩ガラス（即ち、ｘＣａＯ＊ｙＡｌ２Ｏ３＊ｚＳｉＯ２＊、しばしば、ＣａＦ２の形態でフッ素を含有する）であり、当該システムの酸性成分は、−ＣＯＯＨ、−ＳＯ３Ｈ、及び−ＰＯ３Ｈ２などの官能基を含む有機ポリ酸である。ガラスイオノマー混合物はまた、セメント凝固過程の反応速度を調節するために、Ｌ−又はＤ−酒石酸のような低分子量の錯形成剤も少量含有し得る。場合によっては、ガラス−イオノマーセメントを前処理して、ポリ酸粉末の表面をより低親水性にし、それによって水分吸収に起因する凝集をより受けにくくすべきである。望ましい前処理には、ある種の抗粘結性の疎水性薬剤を乾燥したセメントミックスに付加することが包含される。当該薬剤として、濃度０．０１〜１３．０ｗｔ％のある種のステアリン酸塩（Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ）あるいはレシチンを挙げることができる。
【００２３】
上記の種類のセメントは、ラピッドプロトタイピングシステムに典型的に用いられる通常のシステムに比較して、卓越した圧縮強度並びに著しく優れた機械的特性をもたらす。これらのセメントを用いれば、補強のための後処理は何ら必要とされない。当該セメントの凝固／硬化時間は、極めて短い。水性バインダー中の水は酸−塩基凝固反応時に消費されて固体相の一部となるため、乾燥も必要とされず、これによって、一般的に、市場に現存する材料から構成された試作物体を乾燥させる場合よりもはるかに速く完成体が得られるのである。さらに、当該セメントによって生成された材料は、連続的な外見を有する。
【００２４】
本発明のセメントは、特に水、又はその他の極性溶媒の存在下で、中和、塩形成、キレート化、結晶化、又はイオン架橋結合及び共有架橋結合のような、イオン反応によって硬化する。上述のように、当該システムに含まれる成分としては、好ましくは、金属酸化物あるいはアルミノ珪酸塩ガラスのような塩基、酸性成分、及び水性バインダーが含まれる。酸性成分は、通常、高分子酸（ポリカルボン酸、ポリスルホン酸、ポリホスホン酸）又はその他の酸（リン酸、サリチル酸誘導体）、又は加水分解可能な金属塩である。バインダーは、水性のものに限定されない。酸と塩基成分とを相互作用させ得る極性溶媒はどれも、それが当該成分を溶解又は可溶化することができ且つ架橋結合反応を促進することができる限り、有用であり得る。
【００２５】
本発明の一実施形態では、酸−塩基セメントの酸あるいは高分子酸成分は、部分的に又は完全に、モノマーあるいはオリゴマーの性質をもつ不飽和重合性酸性成分及びそれらの塩やその他の酸誘導体基によって置換することができる。そのような場合においては、セメント成分の酸−塩基の相互作用後に形成される架橋結合ヒドロゲルは、重合によって、即ち、不飽和成分の共有架橋結合によって、さらに強化することができる。酸基あるいは反応性酸誘導体基と重合可能な不飽和モノマー、オリゴマーあるいはプレポリマーの例として、以下を挙げることができる。
【００２６】
リン酸及びホスホン酸の不飽和有機エステル（独国ＡＳ  Ｎｏ．２  ７１１  ２３４  及び独国ＯＳ  Ｎｏ．３  １５０  ２８５）、
【００２７】
モノフルオロリン酸の不飽和有機エステル（米国特許第３，９９７，５０４号）、
【００２８】
リンに直接結合した塩素又は臭素のいずれかを含む、リン酸の不飽和有機エステル（欧州特許第０  ０５８  ４８３号）、
【００２９】
ピロリン酸塩（無水物）の形態の、リン酸の不飽和有機エステル（独国ＯＳ  Ｎｏ．３  ０４８  ４１０）、
【００３０】
不飽和カルボン酸、
【００３１】
−ＳＯ２Ｈ、−ＳＯ３Ｈ、−Ｏ−ＳＯ３Ｈタイプの基を有する、不飽和含硫黄有機酸成分、
【００３２】
ホウ酸の不飽和有機誘導体、即ち、基−Ｂ（ＯＨ）２、Ｂ（ＯＨ）（ＯＲ）、−Ｏ−Ｂ（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｂ（ＯＨ）（ＯＲ）、式中、ＲはＨ又はアルキル、を含有するもの、
【００３３】
ＮＲ２Ｈ＋、−ＲＲ２Ｈ＋（式中、ＲはＨ又はアルキル）などのカチオン性酸基を含む不飽和有機酸成分、及び／又は
【００３４】
ａ）〜ｈ）に挙げられた酸性種の種々の組合せを含む、不飽和有機酸部分。
【００３５】
反応性酸誘導体は、酸ハロゲン化物、酸無水物、及び酸アミド、ニトリル、及びエステルによって置換することができ、それらは、水又はその他の極性溶媒の存在下で容易に酸へと加水分解し、そのため、酸−塩基セメントの塩基成分、即ち、金属酸化物、セラミック、ゼオライト又は浸出可能な反応性ガラス、とのイオン交換、中和、塩形成、又はキレート化反応を始めることができる。特に望ましいのは、カルボン酸塩、リン酸塩、ホスホン酸塩、スルホン酸塩、又はホウ酸塩といった酸基の形態の、又はそれらの反応性誘導体の形態の、酸基又は反応性酸誘導体である。
【００３６】
本発明による重合性セメント混合物内の重合性不飽和モノマー、オリゴマー、又はプレポリマーは、アルケニル、アルケノキシ、シクロアルケニル、アラルケニル、又はアルケンアリール基を含むことができ、この場合、アクリル、メタクリル、ビニル、又はスチリル基が好ましく、中でも、多くのモノマーにおいて重合性基を構成するところのアクリル及びメタクリル基が特に好ましい。特に適切なものは、少なくとも２つの重合性基、又は少なくとも２つの酸基若しくは酸誘導体基を含む化合物である。例は、グリセリンジメタクリレート又は１−メタクリルオキシエタン−１，１−ジホスホン酸のリン酸エステルである。
【００３７】
酸−塩基セメントシステムに重合性不飽和酸性成分が存在すると共に、混合物に重合開始剤が存在することが極めて望ましい。当該開始剤の役割は、セメントの酸と塩基成分との相互作用によって引き起こされる初期の凝固の後に、不飽和種の重合を誘発することである。セメントの不飽和成分の共有重合は、光照射（光）あるいは熱のいずれかによって開始させることができる。光誘発重合に用いられる開始剤の例は、ａ−ジケトンと第三アミンとの混合物である。熱誘発重合に用いられる典型的な開始剤には、限定はしないが、過酸化ベンゾイルなどの有機あるいは無機の過酸化物、又は過硫酸アンモニウムが含まれる。
【００３８】
水性又は極性溶媒をベースとするバインダーの主なる目的は、セメントの酸性成分と塩基性成分との相互作用を助長し及び／又は可能にすることである。水及び／又は溶媒とは別に、液体バインダーは以下のものも含有し得る。
ａ．バインダーによる粉末表面の急速な湿潤を促進するための界面活性剤／湿潤剤、
ｂ．印刷対象物に色を付与するための染料あるいは顔料などの着色剤、
ｃ．バインダーへの染料の溶解性を改善するための共溶媒、
ｄ．レオロジー挙動を改質し、バインダーの噴射性を改善するための可溶性ポリマー、
ｅ．酸−塩基反応システムの凝固挙動や速度を制御するための錯形成剤、即ち、酒石酸又はＥＤＴＡ。
【００３９】
システムの酸性部分が共有重合性酸性成分を含む場合においても、いわゆる「未完成」物体を印刷し生成するためには、成分の初期の酸−塩基相互作用を利用する。初期印刷後、光又は熱への曝露による当該物体の材料硬化をはじめとする後処理によって、当該「未完成」物体の機械的特性、取扱いの容易さ、及び環境因子（湿気及び／又は湿度）に対する耐性は著しく高められる。「未完成」物体内の不飽和成分の重合は、共有架橋結合に帰着し、且つさらに、初期の酸−塩基相互作用によって形成されたヒドロゲル塩マトリックスの強化に帰着する。
【００４０】
本発明の他の実施形態では、不飽和重合性成分の共有架橋結合は、粉末への水性又は極性溶媒をベースとするバインダーの供給直後に開始させ得る。この場合、共有架橋結合は、酸−塩基相互作用によって生じるイオン架橋結合と平行して起こる。当該方法の機械的実施形態は、印刷粉末表面上に、可視あるいはＵＶ範囲の光源又は例えばＩＲ放射由来の熱、の存在を伴う。この場合の「未完成」物体は、層毎に印刷されると同時に硬化される。
【００４１】
本発明の一実施形態では、反応性ガラス−イオノマー成分を含む一例の反応混合物は、約６０ｗｔ％〜約９０ｗｔ％の反応性アルミノ珪酸塩ガラスを含む。平均分子量約２，０００〜約１，０００，０００の酸性粉末が、約５ｗｔ％〜約４０ｗｔ％にて存在する。この場合、酸成分は、平均分子量約１０，０００〜約１５０，０００のポリアクリル酸であることが望ましい。Ｌ−又はＤ−酒石酸もまた含まれる。最終的に、インクジェットし得る水性バインダーは、乾燥混合物の約５ｗｔ％〜約５０ｗｔ％にて存在する。
【００４２】
本発明の原理に従って用い得るその他のセメント系も存在する。例えば、従来より、歯科及び外科用として用いられてきた酸−塩基セメントを、本願のラピッドプロトタイピングシステムに用いてもよく、それらには、参照することでここに取り入れることとする米国特許第３，７５１，３９１号に記載されたもののような酸化亜鉛及びポリアクリル酸をベースとする外科用セメントのようなポリカルボキシレートセメント、及び参照することでここに取り入れることとする米国特許第３，８１４，７１７号及びこれも参照することでここに取り入れることとする英国特許第１，３１６，１２９号に記載されたもののようなガラス−イオノマーセメントが含まれる。
【００４３】
本願のラピッドプロトタイピングシステムに上述の材料を用いる場合、幾つかの適用法を案出し改良することができる。第一の適用法によれば、酸性及び塩基性成分を、水性バインダーの付加に先立って、互いに混合させて乾燥粉末状にする。好ましくは、この適用法においては、塩基性成分は、上述のように金属酸化物又は反応性ガラスであり、酸性成分は、有機ポリ酸又は金属塩である。酸性成分を溶解し且つ凝固反応を開始させるところの、インクジェット可能な水性バインダーによって、粉末表面を印刷する。当該方法は、酸性成分が高分子量のポリ酸である場合に特に有用である。
【００４４】
この第一の適用法及びその他の適用法によれば、水性バインダーは、インクジェットすることで供給することができ、且つ錯形成剤及び着色剤もまた含むことができる。成分がガラス−イオノマーシステムを含む場合、ポリ酸は、水性バインダーに接触すると溶解する。粘性のある液相が形成され、部分的に反応したガラス粒子を互いに結合させる。ポリ酸が高分子量の化合物である場合、最終製品の機械的特性が著しく改善される。有機ポリ酸は、好ましくは、約１０，０００〜約１５０，０００の範囲の平均分子量であるが、その範囲は、約２，０００〜約１，０００，０００に及ぶように拡張することができる。最も好ましくは、有機ポリ酸の分子量は、１００，０００未満である。
【００４５】
本願のラピッドプロトタイピングシステムの第二の適用法によれば、酸性成分は、液体の状態で、粉末とは別個に保存される。好ましくは、酸性成分は、水性バインダーと混合されている。そのように限定するわけではないが、当該方法は、酸性成分が比較的低い平均分子量である場合の典型である。いずれの場合にも、酸成分は、液体バインダーに溶解され、従って、インクジェット印刷が適用される場合においてはインクジェットによって塩基性成分を含有する粉末へと供給される。当該方法の１つの利点は、印刷時に酸性成分を水性バインダーに溶解させる必要がないため、より効率的な反応であることである。
【００４６】
本発明の印刷システムの第三の適用法によれば、先の２つの適用法を組み合わせることで、水性バインダーの付加に先立って、酸性成分の幾らかと塩基性成分の全てが乾燥粉末状にて一緒に混ざり合うようにする。さらに、水性バインダーは、別個に、印刷に先立って、残りの量の酸性成分と混合されている。当該方法によれば、乾燥粉末内の酸性成分の平均分子量は、水性バインダーと混合されている酸性成分のそれよりも高いことが望ましい。当該方法は、第一及び第二の方法の利点を併せ持つ。さらに、バインダーに最初から酸性ポリマーが存在すること、並びに比較的高い平均分子量の酸ポリマーの、粉末と混合する能力に起因して、最終的に生成される物体の完全さが改善される。当該方法のさらなる利点は、粉末内に存在する酸性成分の溶解性が改善されることである。液体バインダー中に存在する酸性成分が、粉末中の酸性バインダーが溶解するのを支援し、そして印刷物体のより優れた構造均一性に帰着する。
【実施例１】
【００４７】
【表１】
0004776232.tif 000002
【００４８】
液体バインダーの組成（％、ｗｔ）：
２−ピロリドン                                   ５．２％
Ｔｅｒｇｉｔｏｌ−１５−Ｓ−７                  ０．２５％
Ｔｅｒｇｉｔｏｌ−１５−Ｓ−５                  ０．２０％
ポリエチレングリコール（Ｍ〜１０Ｋ）            １．００％
Ｄｏｗｆａｘ−８３９０                          ０．１５％
水                                              残部
【００４９】
上記処方の無色バインダーを、粉末（ガラス−イオノマー混合物）へと噴射した。印刷時のバインダー／粉末の質量比は、１．５：１０であった。セメント混合物の初期の凝固は、バインダーを粉末混合物に噴射後２分で発生した。当該印刷によって白色物体が生成した。当該物体は、印刷が終了した直後に十分取り扱え且つ非反応粉末を十分洗浄できるほどの機械的強度を示した。
【実施例２】
【００５０】
【表２】
0004776232.tif 000003
【００５１】
液体バインダーの組成（％、ｗｔ）：
透明
２−ピロリドン                                   ５．２％
Ｔｅｒｇｉｔｏｌ−１５−Ｓ−７                  ０．２５％
Ｔｅｒｇｉｔｏｌ−１５−Ｓ−５                  ０．２０％
ポリエチレングリコール（Ｍ〜１０Ｋ）            １．００％
Ｄｏｗｆａｘ−８３９０                          ０．１５％
水                                              残部
イエロー
２−ピロリドン                                   ５．２％
Ｔｅｒｇｉｔｏｌ−１５−Ｓ−７                  ０．２５％
Ｔｅｒｇｉｔｏｌ−１５−Ｓ−５                  ０．２０％
ポリエチレングリコール（Ｍ〜１０Ｋ）            １．００％
Ｄｏｗｆａｘ−８３９０                          ０．１５％
Ａｃｉｄ  Ｙｅｌｌｏｗ  ２３（イエロー染料）    ０．６％
水                                              残部
シアン
２−ピロリドン                                   ５．２％
Ｔｅｒｇｉｔｏｌ−１５−Ｓ−７                  ０．２５％
Ｔｅｒｇｉｔｏｌ−１５−Ｓ−５                  ０．２０％
ポリエチレングリコール（Ｍ〜１０Ｋ）            １．００％
Ｄｏｗｆａｘ−８３９０                          ０．１５％
Ｄｉｒｅｃｔ  Ｂｌｕｅ  １９９（シアン染料）    ０．６％
水                                              残部
マゼンタ
２−ピロリドン                                   ５．２％
Ｔｅｒｇｉｔｏｌ−１５−Ｓ−７                  ０．２５％
Ｔｅｒｇｉｔｏｌ−１５−Ｓ−５                  ０．２０％
ポリエチレングリコール（Ｍ〜１０Ｋ）            １．００％
Ｄｏｗｆａｘ−８３９０                          ０．１５％
Ｉｌｆｏｒｄ  Ｍ３７７（マゼンタ染料）          ０．６％
水                                              残部
【００５２】
上記処方のバインダーを、粉末（ガラス−イオノマー混合物）へと噴射した。印刷時のバインダー／粉末の質量比は、１．７：１０であった。セメント混合物の初期の凝固は、バインダーを粉末混合物へと噴射後４分で発生した。当該印刷によって、着色物体が生成した。当該物体は、印刷の終了後５分で十分取り扱え且つ非反応粉末を十分洗浄できるほどの機械的強度を示した。
【００５３】
これまでの説明は、本発明を例示し且つ記述するためにのみ提示したものである。網羅的であるつもりも、又は開示した厳密な形態に本発明を限定しようとするつもりもない。上記教示を考慮して、多数の修正並びに変更もまた可能である。
【００５４】
本発明の原理及びその実践的適用法を最も良く説明するために、好ましい実施形態を選択し且つ記述した。これまでの説明は、他の当業者が、意図する具体的用途に適うように種々の実施形態において且つ種々の修正を施して本発明を最良に利用できるようにすることを意図したものである。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって限定されるべきものとする。