(57)【要約】積層造形プロセスは、シート材料間において結合剤材料を用いずに複数のシート材料を用いてオブジェクト材料の積層体を形成することと、対応するシート材料内に３Ｄオブジェクトの断面層の特徴を形成することとを含む。別のプロセスは、積層スートシートのスート層内に３Ｄオブジェクトの断面層の特徴を形成することを含む。製品は、ガラス層間においていかなる結合剤材料も用いずに一体に積層された３層以上のガラス層を含む。ガラス層のうちの少なくとも１つのガラス層はシリカまたはドーピングされたシリカで構成され、ガラス層のうちの少なくとも１つのガラス層内に少なくとも１つの特徴が形成される。
2018530501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オブジェクトを形成するために互いに重ねられ得る１組の少なくとも２つの断面層としての前記オブジェクトの記述を供給する工程と、
前記断面層のうちの１つの断面層に各シート材料が対応する複数のシート材料を供給する工程と、
前記シート材料を互いに重ね、該シート材料間において結合剤材料を用いずに、上にある各シート材料をその下にあるシート材料に接合することにより、オブジェクト材料の積層体を形成する工程と、
対応する前記シート材料内に、少なくとも１つの断面層の少なくとも１つの特徴を形成する工程と、
を含むことを特徴とする積層造形プロセス。
【請求項２】
前記少なくとも１つの特徴を形成する前記工程が、（ｉ）前記少なくとも１つの断面層の選択された領域から材料を除去すること、（ｉｉ）前記少なくとも１つの断面領域の選択された領域に材料を追加すること、および（ｉｉｉ）前記少なくとも１つの断面層の選択された領域の少なくとも１つの材料特性を変性することのうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載のプロセス。
【請求項３】
前記オブジェクト材料の積層体を形成する前記工程が、前記オブジェクト材料の積層体にシート材料を一度に１つずつ追加することを含み、対応する前記シート材料が前記オブジェクト材料の積層体に追加された後に、対応する前記シート材料内に前記少なくとも１つの断面層の前記少なくとも１つの特徴が形成される、請求項１または２記載のプロセス。
【請求項４】
前記シート材料がガラススートシートであり、前記シート材料が前記オブジェクト材料の積層体に追加された後に、前記シート材料を焼結する工程を更に含む、請求項１〜３のいずれか一項記載のプロセス。
【請求項５】
上にある各前記シート材料をその下にある前記シート材料に接合するのと同時に、上にある各前記シート材料が焼結される、請求項４記載のプロセス。
【請求項６】
オブジェクトを形成するために互いに重ねられ得る１組の少なくとも２つの断面層としての前記オブジェクトの記述を供給する工程と、
前記断面層のうちの１つの断面層に各スート層が対応する少なくとも２つのスート層を含む積層スートシートを形成する工程と、
対応する前記スート層内に、前記断面層のうちの少なくとも１つの断面層の少なくとも１つの特徴を形成する工程と、
前記積層スートシートを緻密化したガラスになるよう焼結する工程
を含むことを特徴とする積層造形プロセス。
【請求項７】
前記積層スートシートを形成する前記工程が、第１のスート層を形成するために付着面上にガラススート粒子を付着させることと、前記第１のスート層上に第２のスート層を形成するために前記第１のスート層上にガラススート粒子を付着させることとを含む、請求項６記載のプロセス。
【請求項８】
前記積層スートシートを緻密化したガラスになるよう焼結する前に、全ての前記断面層の特徴が、対応する前記スート層内に形成される、請求項６記載のプロセス。
【請求項９】
各ガラス層が別のガラス層と少なくとも部分的に重なった状態でガラス層間においていかなる結合剤材料も用いずに一体に積層された３層以上のガラス層であって、各前記ガラス層が１μｍ〜５００μｍの範囲内の厚さを有し、前記ガラス層のうちの少なくとも１つのガラス層がシリカまたはドーピングされたシリカで構成された、ガラス層と、
前記ガラス層のうちの少なくとも１つのガラス層内に形成された少なくとも１つの特徴であって、前記ガラス層のうちの前記少なくとも１つのガラス層内の貫通孔、非貫通孔、チャネル、スロット、空隙、刻印、または差別化された領域である少なくとも１つの特徴と
を含むことを特徴とする製品。
【請求項１０】
前記ガラス層のうちの少なくとも１つのガラス層が該層内において変化する組成を有する、請求項９記載の製品。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの特徴が空隙であり、該空隙に少なくとも部分的に気体材料、液体材料、またはガラス以外の固体材料が充填されている、請求項９または１０記載の製品。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの特徴が差別化された領域であり、該差別化された領域が、前記ガラス層のうちの前記少なくとも１つのガラス層の残りの部分と比較して異なる少なくとも１つの材料特性を有する、請求項９〜１１のいずれか一項記載の製品。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの材料特性が組成、屈折率、熱膨張係数、結晶化度、伝導率、透過率、または損失である、請求項１２記載の製品。
【請求項１４】
前記ガラス層のうちの前記少なくとも１つのガラス層に隣接した別のガラス層内の別の特徴を更に含み、前記少なくとも１つの特徴および前記別の特徴が、前記ガラス層のうちの前記少なくとも１つのガラス層と前記別のガラス層との間に少なくとも１つの空隙を画成する、請求項９〜１３のいずれか一項記載の製品。
【請求項１５】
前記ガラス層のうちの前記少なくとも１つのガラス層内の前記少なくとも１つの特徴と前記積層されたガラス層の外面との間の接続部を更に含む、請求項９〜１４のいずれか一項記載の製品。
【発明の詳細な説明】
【優先権の主張】
【０００１】
本願は、合衆国法典第３５巻第１１９条に基づき、２０１５年８月１３日に出願された米国仮特許出願第６２／２０４６２７号による優先権を主張するものであり、その内容に依拠すると共に、その全体を参照して本明細書に組み込む。
【技術分野】
【０００２】
本願は、積層造形プロセスおよび製品に関する。
【背景技術】
【０００３】
平坦なガラスを、例えば、モールド成形およびプレス成形等の等のプロセスを用いて形成して三次元（３Ｄ）ガラス物品にすることができる。しかし、これらの方法を用いて、例えば、内部チャネル等の内部の特徴（即ち、物品内に完全に収容されている特徴）を有する複雑な３Ｄガラス部品を形成することは、ほぼ不可能である。ガラスブロックに孔を機械加工することはできる。しかし、従来の機械加工を用いて、ガラスブロックに複雑な内部の特徴（例えば、入り組んだチャネル等）を形成することは困難である。
【０００４】
一般的に３Ｄプリントと称される積層造形（ＡＭ）は、３Ｄオブジェクトを、そのオブジェクトのコンピューター支援設計（ＣＡＤ）モデルから直接造形することを可能にする。３Ｄオブジェクトは原材料から一層ずつ造形され、これにより、特徴が各層内に造形されること、および、所望であれば、特徴が内部の特徴としてオブジェクトに収容されることが可能になる。しかし、利用可能なＡＭ技術のうち、ガラスを適切な原料として示している技術は非常に少なく、透明な３Ｄガラスを製造できる能力を主張している技術は事実上存在しない。
【０００５】
背景の目的で、以下の表に、ASTM International（ＡＳＴＭ Ｆ２７９２−１２ａ）によって識別されているＡＭプロセスの７つのカテゴリー、各カテゴリーに属する技術の例、および各カテゴリーにおいて用いられる原材料のリストを示す。（非特許文献１を参照。）
【０００６】
【表１】
2018530501.tif 000003
【０００７】
上の表から、粉末に基づくＡＭプロセス（例えば、結合剤噴射および粉末床溶融結合等）は、非晶質ガラススート粉末の入手し易さを理由として、３Ｄガラス物品を製造するために用いられ得る可能性がある。しかし、ゆるいガラススートは、例えば金属粉末とは異なり、非常に多孔質であり、固体になるよう焼結される際に体積が何分の一かに収縮するので、良好な寸法精度を有する３Ｄガラスを達成するのは困難である。結合剤噴射は、液体の結合剤を粉末床に注ぐことを含む。オブジェクトの造形が完了したら、オブジェクトから結合剤を除去しなければならない。オブジェクトの微細構造からの添加剤の除去が不完全である場合には、完全に透明ではない最終的な３Ｄガラス、または従来の方法によって製造された３Ｄガラスと比較して透過率が劣る最終的な３Ｄガラスが生じ得る。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ASTM F2792-12a, Standard Terminology for Additive Manufacturing Technologies, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2012, www.astm.org, and "The 7 Categories of Additive Manufacturing." Additive Manufacturing Research Group. Loughborough University, n.d. Web. 31 May 2015, www.lboro.ac.uk/research/amrg/about/the7categoriesofadditivemanufacturing
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
３Ｄオブジェクトを製造するためのＡＭプロセスが開示される。本開示のＡＭプロセスは、複雑な特徴を有する透明な３Ｄガラスオブジェクトを製造するのに適している。このＡＭプロセスは、ガラス以外の他のタイプの材料にも適用され得る。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
事例的な一実施形態において、ＡＭプロセスは、オブジェクトを形成するために互いに重ねられ得る１組の少なくとも２つの断面層としての前記オブジェクトの記述を供給する工程を含む。このプロセスは、オブジェクトの断面層のうちの１つの断面層に各シート材料が対応する複数のシート材料を供給する工程を含む。このプロセスは、シート材料を互いに重ね、シート材料間において結合剤材料を用いずに、上にある各シート材料をその下にあるシート材料に接合することにより、オブジェクト材料の積層体を形成する工程を含む。このプロセスは、対応するシート材料内に少なくとも１つの断面層の少なくとも１つの特徴を形成する工程を含む。
【００１１】
別の事例的な実施形態において、ＡＭプロセスは、オブジェクトを形成するために互いに重ねられ得る１組の少なくとも２つの断面層としてのオブジェクトの記述を供給する工程を含む。このプロセスは、少なくとも２つのスート層を含む積層スートシートを形成する工程を含む。各スート層は、断面層のうちの１つに対応する。このプロセスは、対応するスート層内に、断面層のうちの少なくとも１つの断面層の少なくとも１つの特徴を形成する工程を含む。このプロセスは、積層スートシートを緻密化したガラスになるよう焼結する工程を含む。
【００１２】
更に別の事例的な実施形態において、製品は、各ガラス層が別のガラス層と少なくとも部分的に重なった状態でガラス層間においていかなる結合剤材料も用いずに一体に積層された３層以上のガラス層を含む。各ガラス層は１μｍ〜５００μｍの範囲内の厚さを有し、ガラス層のうちの少なくとも１つのガラス層はシリカまたはドーピングされたシリカで構成される。ガラス層のうちの少なくとも１つのガラス層内に少なくとも１つの特徴が形成される。少なくとも１つの特徴は、ガラス層のうちの少なくとも１つのガラス層内の貫通孔、非貫通孔、チャネル、スロット、空隙、刻印、または差別化された領域であり得る。
【００１３】
以下において、添付の図面について説明する。図面は必ずしも縮尺通りではなく、明確さおよび簡潔さのために、特定の図面は縮尺が誇張して示され得るか、または、模式的に示され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態による、３Ｄオブジェクトを製造するためのプロセスを示すフローチャート
【図２Ａ】３Ｄオブジェクトの一例を示す
【図２Ｂ】図２Ｂに示されている３Ｄオブジェクトの断面図
【図２Ｃ】複数の断面層になるようスライスされた図２Ａおよび図２Ｂの３Ｄオブジェクトを示す
【図３Ａ】図１のプロセスを用いて、図２Ｃに示されている断面層を有する３Ｄオブジェクトを形成する処理を示す
【図３Ｂ】図１のプロセスを用いて、図２Ｃに示されている断面層を有する３Ｄオブジェクトを形成する処理を示す
【図３Ｃ】図１のプロセスを用いて、図２Ｃに示されている断面層を有する３Ｄオブジェクトを形成する処理を示す
【図３Ｄ】図１のプロセスを用いて、図２Ｃに示されている断面層を有する３Ｄオブジェクトを形成する処理を示す
【図３Ｅ】図１のプロセスを用いて、図２Ｃに示されている断面層を有する３Ｄオブジェクトを形成する処理を示す
【図３Ｆ】図１のプロセスを用いて、図２Ｃに示されている断面層を有する３Ｄオブジェクトを形成する処理を示す
【図４】別の実施形態による、３Ｄオブジェクトを製造するためのプロセスを示すフローチャート
【図５】図１または図４のプロセスを用いて製造され得る例示的な物品を示す
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、一実施形態による、３Ｄオブジェクトを製造するためのＡＭプロセスを示す。このプロセスは、一般的に、シート材料を互いに重ね、結合材料を用いずに、重ねられたシート材料を一体に接合し、シート材料内に、３Ｄオブジェクトの断面層の特徴を選択的に形成することを含む。
【００１６】
一実施形態において、このプロセスは、３Ｄオブジェクトを形成するために互いに重ねられ得る１組の断面層を定義すること（８）を含む。そのような定義は、３Ｄプリントの技術分野において知られているように、適切なＣＡＤおよびスライス処理ソフトウェアを用いて、または他の適切なドローイングツールを用いて行われ得る。一実施形態において、１組の断面層は少なくとも２つの断面層を含む。別の実施形態では、１組の断面層は少なくとも３つの断面層を含む。
【００１７】
一実施形態において、このプロセスは、３Ｄオブジェクトの断面層を造形する際に用いられる１組のシート材料を調製すること（１０）を含む。３Ｄオブジェクトの各断面層は、１以上のシート材料を用いて造形され得る。シート材料は、１枚のシートになるよう形成される材料の１以上の層を有し得る。シート材料の調製は、適切な供給源からシート材料を取得すること、リボン状の材料をスライスまたはダイシングしてシート材料にすること、例えば、シート材料の粗いエッジを除去するため、および／または、表面を平滑化するために、シート材料を機械加工すること、並びに、シート材料をネットサイズおよびネットシェイプになるよう切断することのうちの１以上を含み得る。シート材料の調製は、シート材料を予熱することも含み得る。
【００１８】
一実施形態において、材料の効率的なレーザ加工を可能にするために、シート材料は非常に薄い。一実施形態において、各シート材料の厚さは１μｍ〜１ｍｍの範囲内であり得る。別の実施形態では、各シート材料の厚さは１μｍ〜５００μｍの範囲内であり得る。更に別の実施形態では、各シート材料の厚さは１μｍ〜１５０μｍの範囲内であり得る。組内のシート材料の厚さは同じであってもよく、または同じでなくてもよい。一般的に、組内の各シート材料は均一な厚さを有する。しかし、不均一な厚さを有するシート材料がより適切であり得る場合もあり得る。
【００１９】
シート材料の材料組成は、最終的な３Ｄオブジェクトの所望の特性に応じて、同じであってもよく、または異なっていてもよい。一実施形態において、シート材料はガラスシートである。一実施形態において、ガラスシートはスートシートであり得る。Hawtofらの米国特許第７，６７７，０５８号明細書に記載されているように、スートシートは、ゆるいガラススート粒子（またはガラス粉末）とは対照的に、ガラススート粒子がその粒子に近接した粒子の少なくとも一部に接続および結合された少なくとも１つのスート層を有するシート材料である。ガラススートシートは、均一な組成または変化する組成を有し得る。
【００２０】
別の実施形態では、ガラスシートは焼結されたシートであり得る。そのような焼結されたシートは、例えば、米国特許第７，６７７，０５８号明細書に記載されているように、スートシートを焼結することによって製造され得る。米国特許第７，６７７，０５８号明細書において説明されているように、焼結されたシートは、標準的な温度および圧力条件下（１０１．３２５ｋＰａ、２７３Ｋ）における、同じ化学組成および微細構造を有するガラス材料の可能な最も高い密度の９５％以上の密度を有する。
【００２１】
更に別の実施形態では、ガラスシートは、フュージョン形成されたガラスシート、即ち、フュージョン法によって形成されたガラスリボンから得られたガラスシートであり得る。他の実施形態では、ガラスシートは他のプロセス（例えば、フロート法等）によって製造され得る。
【００２２】
一実施形態において、ガラスシートは高純度の溶融シリカまたはドーピングされたシリカでできている。ドーピングされたシリカについては、ドーパントは、最終的な３Ｄオブジェクトの所望の属性に基づいて選択される。例えば、超低膨張ガラスを形成するために、シリカにチタニアがドーピングされ得る。別の例では、ガラスシートは、アルカリアルミノシリケートガラス、または、イオン交換可能な他のタイプのガラスであり得る。別の実施形態では、シート材料はガラスセラミックシートであり得る。一般的に、シート材料は無機材料で作られ得る。
【００２３】
図１のプロセスは、シート材料と３Ｄオブジェクトの断面層の定義とを用いて３Ｄオブジェクトを造形すること（１２）を含む。一実施形態において、造形プロセスは、第１のシート材料を支持体上に配置すること（１２Ａ）を含む。シート材料を物理的に支持体に取り付ける必要はないが、シート材料に対する作業を行う際には、シート材料を支持体に対して締め付けるための力が加えられ得る。第１のシート材料は、３Ｄオブジェクトの第１の断面層に対応する。
【００２４】
造形プロセスは、第１のシート材料内に３Ｄオブジェクトの第１の断面層の１以上の特徴を形成すること（１２Ｂ）を含み得る。一般的に、特徴は、シート材料の選択された領域から材料を除去する方法、シート材料の選択された領域に材料を追加する方法、および、シート材料の選択された領域内における少なくとも１つの材料特性を変性する方法のうちの１以上を用いてシート材料内に形成され得る。
【００２５】
シート材料の選択された領域から材料を除去することによって形成され得る特徴の例としては、貫通孔、非貫通孔、チャネル、スロット、空隙、および刻印が挙げられるが、それらに限定されない。貫通孔および非貫通孔は、典型的には円筒形の形状であり、３０マイクロメートル以下の直径を有し得る。空隙は、円筒形または非円筒形の形状であり得、貫通孔および非貫通孔と同程度またはそれらより遥かに大きいサイズを有し得る。刻印は、一般的に、或るパターンまたは設計を構成する浅い溝で構成される。一実施形態において、材料は、レーザ加工によってシート材料から除去され得る。一般的に、レーザ加工は、シート材料の選択された領域を少なくとも１つのレーザビームで照射することを含む。シート材料が、十分なパワー密度を有するレーザビームからの放射に晒されている部分では、レーザビームがシート材料を加熱してアブレーションを行う。ガラスおよびガラスセラミック材料については、レーザビームは赤外線ビームであり得る。一般的に、レーザビームは、シート材料が吸収性を持つ波長で供給されるべきである。別の実施形態では、材料は、他のビーム加工方法またはＣＮＣ加工によってシート材料から除去され得る。
【００２６】
シート材料の選択された領域に材料を追加することによって形成され得る特徴の例としては、非貫通孔、チャネル、スロット、および空隙が挙げられるが、それらに限定されない。例えば、チャネルまたはスロットを形成するために、シート材料に部分的なシート材料が追加され得る。シート材料への特徴材料の追加は、特徴材料をシート材料に結合することを含み得る。そのような何らかの結合は、結合剤材料の使用を含まないのが好ましい。例えば、特徴材料をシート材料に追加するために、熱結合が用いられ得る。
【００２７】
シート材料の選択された領域内における少なくとも１つの材料特性を変性することによって形成される特徴は、「差別化された領域」と称され得る。差別化された領域を生じるために変性され得る材料特性の例としては、組成、屈折率、熱膨張係数、結晶化度、伝導率、透過率、および損失が挙げられるが、それらに限定されない。差別化された領域は、シート材料内に、例えば、導波路パターン等の選択されたパターンを形成し得る。一実施形態において、差別化された領域は、シート材料の選択された領域に少なくとも１つのレーザビームを照射することによってシート材料内に形成され得る。このレーザビームは、シート材料内に他のタイプの特徴を形成するために用いられるレーザビームとは異なり得る。
【００２８】
一実施形態において、シート材料は感光性ガラスであり得る。感光性ガラスとは、短波長の放射（例えば、紫外線放射等）で照射された際に、照射領域内で発色し、非照射領域内では不変のガラスである。米国特許第２，５１５，９３６号明細書（Armistead, Jr., 1950）は、シリケートガラスに塩化銀またはハロゲン化銀を導入することによって製造される感光性ガラスを記載している。このガラスは、紫外線で照射されると黄色または琥珀色を発色する機能がある。米国特許第３，２０８，８６０号明細書（Armistead, Jr., 1965）は、シリケートガラス内に、塩化銀、臭化銀、およびヨウ化銀から選択される少なくとも１つのハロゲン化銀の微結晶を形成することによって製造される感光性ガラスの別の例を開示している。差別化された領域は、シート材料の選択された領域を紫外線放射で照射することによって、感光性シート材料内に形成され得る。
【００２９】
造形プロセスは、例えば、第１のシート材料が第１の断面層のネットシェイプを有していない場合に、第１のシート材料をネットシェイプになるよう形成すること（１２Ｂ１）を含み得る。第１のシート材料をネットシェイプになるよう形成することは、第１のシート材料の周囲から材料を除去すること、または、第１のシート材料の周囲に材料を追加することを含み得る。ネットシェイプを形成するために第１のシート材料の周囲から材料を除去するために、任意の適切な方法（例えば、レーザ加工もしくは他のビーム加工方法、またはＣＮＣ加工等）が用いられ得る。同様に、第１のシート材料の周囲に材料を追加するために、任意の適切な方法（典型的には、結合剤材料（例えば、接着剤等）の使用を含まない方法）が用いられ得る。或いは、第１のシート材料のネットシェイピングは、３Ｄオブジェクトの造形が完了してから行われてもよい。
【００３０】
第１のシート材料がガラススートシートである場合には、造形プロセスは、第１のシート材料を焼結すること（１２Ｃ）を含み得る。焼結は、完全に緻密化したガラスを生じてもよく、または生じなくてもよい。一実施形態において、ガラススートシートは、少なくとも１つのレーザビームからの熱を用いて焼結され得る。別の実施形態では、ガラススートシートは、レーザビーム以外の熱源を用いたオーブン内で焼結され得る。
【００３１】
造形プロセスは、第２のシート材料を第１のシート材料の上に重ねること（１２Ｄ）を含む。造形プロセスは、第２のシート材料を第１のシート材料に接合すること（１２Ｅ）を更に含み、それにより、オブジェクト材料の積層体を形成する。オブジェクト材料の積層体は、既に積層体内にあるシート材料に更なるシート材料が接合された際に成長し得る。一実施形態において、シート材料の接合は、シート材料間における結合剤材料（例えば、接着剤等）の使用を含まない。一実施形態において、少なくとも１つのレーザビームによって発生した熱を用いて、第２のシート材料が第１のシート材料に接合される。接合プロセスは、第１および第２のシート材料の積層体上に（例えば、第１のシート材料と第２のシート材料との間の界面またはその付近に）少なくとも１つのレーザビームを集光することを含み得る。レーザビームは、点、線、または体積に合わせて集光され得る。次に、集光されたレーザビームは、積層体にわたって走査される。走査中、第１および第２のシート材料のいずれかまたは両方が溶融および／または焼結されて、シート材料が一体に融着され得る。溶融および／または焼結は、シート材料間の界面における局所的なものであってもよく、または、積層体の体積全体に適用されてもよい。他の実施形態では、レーザビーム以外の異なる熱源が、シート材料の接合のために用いられ得る。
【００３２】
一実施形態において、シート材料を接合するためにレーザビームを用いている間、材料の積層体にクランプ力が加えられる。クランプ力は、シート材料を一体に押し付けることにより、シート材料間の界面における密な接触を確実にし、それにより、シート材料間において閉じ込められた空気および粒子が存在しない良好な結合が生じるのが可能になる。クランプ力を供給するために任意の適切な装置が用いられ得る。例えば、積層体の上に配置された錘付きのローラが、クランプ力を供給し得る。別の例は、積層体の上に気体のジェットを向かわせるノズル等である。気体のジェットの力は、積層体を支持体の方向に押し、それにより、積層体内のシート材料を一体に押し付ける。別の例は、真空クランプである。例えば、第１のシート材料に真空孔が形成され、シート材料の接合中に第２のシート材料を第１のシート材料に引き付けるために、これらの真空孔を通して真空が加えられ得る。
【００３３】
造形プロセスは、第２のシート材料内に、３Ｄオブジェクトの第２の断面層の特徴を形成すること（１２Ｆ）を含み得る。そのような特徴を形成するためのプロセス、および特徴の例は、第１のシート材料について上述した通りである。例えば、第２のシート材料が第２の断面層のネットシェイプを有していない場合には、第２のシート材料は、ネットシェイプになるよう形成され得る（１２Ｆ１）。ネットシェイピングは、第１のシート材料について上述した通りである。
【００３４】
第２のシート材料がガラススートシートである場合には、造形プロセスは、第２のシート材料を焼結する（１２Ｇ）ことを含み得る。ガラススートシートは、完全に緻密化したガラスになるよう焼結されてもよく、またはされなくてもよい。また、焼結は、少なくとも１つのレーザビームによって発生した熱によって、または、レーザビーム以外の熱源を用いたオーブン内で行われ得る。一実施形態において、第２のシート材料のレーザ焼結は、少なくとも１つのレーザビームを用いて第２のシート材料を第１のシート材料に接合する間に行われ得る。即ち、レーザビームを用いて第１および第２のシート材料を一体に接合することが、自動的に、第２のシート材料の少なくとも部分的な焼結を生じ得る。また、第１のシート材料がガラススートシートとして供給され、１２Ｅの接合前に焼結されていない場合には、第１のシート材料を第２のシート材料に接合する間に、または、第１のシート材料を第２のシート材料に接合した後に、第１のシート材料が焼結され得る。
【００３５】
造形プロセスは、３Ｄオブジェクトの全ての断面層が対応するシート材料内に造形されたか否かを決定する（１２Ｈ）ことを含む。否定された場合には、オブジェクトの材料の積層体の上に別のシート材料が積み重ねられ（１２Ｄの繰り返し）、オブジェクトの材料の積層体の最上部に接合される（１２Ｅの繰り返し）。これらの積み重ねるサブプロセスおよび接合するサブプロセスの両方は、第１および第２のシート材料について上述した通りである。第２のシート材料について上述したように、オブジェクト材料の積層体内の新たなシート材料内に、次の断面層の特徴が形成される（１２Ｆの繰り返し）。第２のシート材料について上述したように、新たなシート材料のネットシェイピングが行われ得る（１２Ｆ１の繰り返し）。第２のシート材料について上述したように、必要に応じて新たなシート材料が焼結され得る（１２Ｇの繰り返し）。３Ｄオブジェクトの造形が完了するまで、各新たなシート材料について、これらのサブプロセス（１２Ｄ〜１２Ｇ）が繰り返される。
【００３６】
３Ｄオブジェクトを製造するプロセスは、必要に応じて（例えば、３Ｄオブジェクトの造形中に焼結サブプロセス（１２Ｃ、１２Ｇ）が行われなかった場合、または、部分的にしか行われなかった場合に）、３Ｄオブジェクトの最終的な焼結（１４）を含み得る。この最終的な焼結のための熱源は、レーザビームまたは当該技術分野において知られている他の適切な熱源であり得る。３Ｄオブジェクトの造形中にシート材料を一体に接合する際に、結合剤を用いていないので、３Ｄオブジェクトから結合剤を除去する必要はない。また、３Ｄオブジェクト内の内部応力を解放するために、３Ｄオブジェクトをアニールこと（１６）が必要であり得る。
【００３７】
図１のプロセスの１つの変形例は、３Ｄオブジェクトの造形中に、選択された特徴内に充填材料を配置することを含む。例えば、オブジェクト材料の積層体内の第２のシート材料内に空隙の特徴が形成されており、３Ｄオブジェクトが完成したときには、この空隙は気体を収容しているべきであるとする。この場合には、オブジェクト材料の積層体に第３のシート材料を追加する前に、第２のシート材料内の空隙に気体が充填されるのを可能にするために、オブジェクト材料の積層体は気体流の中に配置され得る。気体を空隙内に閉じ込めるために、第３のシート材料が第２のシート材料の上に積み重ねられ、第２のシート材料に接合される。この積み重ねおよび接合は、気体流内で行われ得る。或いは、第２のシート材料内の空隙に液体材料または固体材料を充填するために、充填材料が空隙内に詰め込まれ、充填材料を空隙内に閉じ込めるために、第２のシート材料の上に第３のシート材料が積み重ねられ得る。このように、空隙の充填は、一般的に、オブジェクト材料の積層体内の以前のシート材料に新たなシート材料を積み重ねて接合するのと同時に行われ得る。
【００３８】
図１のプロセスの別の変形例は、シート材料が比較的高い熱膨張を有する材料でできている場合に、シート材料を予熱することを含み得る。従って、例えば、シリカは低熱膨張材料である。シート材料がシリカでできている場合には、シート材料の予熱は不要であり得る。しかし、シート材料がシリカと比較して高い熱膨張を有する材料でできている場合には、シート材料の予熱が必要であり得る。そのような予熱は、シート材料を支持体上に配置する前に、または、シート材料を積層体内の別のシート材料に接合する前に行われ得る。更に、比較的高い熱膨張を有するシート材料については、図１のプロセスは、３Ｄオブジェクトの造形中または造形後にシート材料をアニールすることを含み得る。
【００３９】
図１のプロセスは、例えば、図２Ａおよび図２Ｂの１００において示されているような例示的な３Ｄオブジェクトを用いて更に説明され得る。例示的な３Ｄオブジェクト１００は、孔１０２、１０４およびチャネル１０６が内部に形成された平坦な基体１０１を含む。３Ｄオブジェクト１００は、図２Ｃに示されているスライス線１０８、１００に沿って複数の断面層にスライスされ得る。スライス線の位置および数は、３Ｄオブジェクトの構築を容易にするために選択され得るものであり、図２Ｃに示されているものに限定されない。第１の断面層１００Ａは、孔１０２の底部を含む。第２の断面層１００Ｂは、孔１０２の最上部、チャネル１０６全体、および孔１０４の底部を含む。第３の断面層１００Ｃは、孔１０４の最上部を含む。孔１０２、１０４およびチャネル１０６は、それぞれの断面層の特徴である。３Ｄオブジェクト１００を造形するためには、３つの断面層１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃの各々について１つずつの３つのシート材料が必要である。シート材料の厚さは、断面層の厚さに対応すべきである。
【００４０】
図３Ａは、支持体１３０上に配置されたシート材料Ｓ１を示す。レーザ装置１３２は、シート材料Ｓ１にレーザビーム１３４を供給するよう配置される。レーザ装置１３２は、材料のレーザ加工のためのレーザビームを供給するための任意の適切な構成を有し得る。一例では、レーザ装置１３２は、レーザ源１３６と、レーザ源１３６からのビームを反射するためのミラー１３８と、反射されたビームをシート材料Ｓ１に対して集光するためのレンズ１４０とを含み得る。レーザビーム１３４の焦点が支持体１３０に対して相対的な異なる位置に配置されるのを可能にするために、支持体１３０に対して相対的なレンズ１４０の高さは調節可能であり得る。支持体１３０はモーション平行移動ステージ１４１上に取り付けられ、これにより、レーザビーム１３４がシート材料Ｓ１を走査できるように、支持体１３０がレーザビーム１３４に対して相対移動するのが可能になる。或いは、レーザ装置１３２は、例えば、走査ミラー等の光学部品を用いて、レーザビーム１３４をシート材料Ｓ１にわたって移動させてもよい。或いは、レーザ装置１３２自体、またはその一部が、シート材料Ｓ１にわたるレーザビーム１３４の所望の走査を提供するために可動であってもよい。図示しないが、レーザ装置１３２は、レーザビーム１３４を非円形の形状（例えば、長方形形状または楕円形状等）に成形するためのビーム成形器を含み得る。
【００４１】
図３Ｂは、シート材料Ｓ１内に第１の断面層（図２Ｃの１００Ａ）の特徴を形成するためのレーザビーム１３４を示す。この例では、レーザビーム１３４は、シート材料Ｓ１内に孔１４２（図２Ｃの孔１０２の底部に対応する）を加工している。レーザビーム１３４は、シート材料Ｓ１の、孔を形成すべき局所的な領域に熱を送出することによって、孔１４２を加工する。孔を形成するために、熱がシート材料Ｓ１の領域を焼失または気化させる。加熱の持続時間および加熱の強度は、シート材料Ｓ１内における孔１４２の深さに影響する。レーザ源１３６は、シート材料Ｓ１の特性に基づいて選択される必要がある。一般的に、レーザ源１３６は、選択された領域のアブレーションを行うことができるように、シート材料Ｓ１の吸収範囲内のレーザビーム１３４を供給できる必要がある。
【００４２】
孔１４２を加工する前または後に、孔１４２を加工するための用いられるパワーレベルと同じまたは異なるパワーレベルで供給され得るレーザビーム１３４が、シート材料Ｓ１を緻密化したガラスになるよう焼結するために（即ち、シート材料Ｓ１がガラススートシートである場合に）、シート材料Ｓ１にわたって掃引され得る。
【００４３】
図３Ｃは、シート材料Ｓ１の上に積み重ねられたシート材料Ｓ２を示す。レーザ装置１３２は、シート材料Ｓ１、Ｓ２を接合してオブジェクト材料の積層体１４５を形成するために、レーザビーム１３４をシート材料Ｓ１、Ｓ２の積層体に向ける。シート材料Ｓ１、Ｓ２を一体に接合するために、レーザビーム１３４は積み重ねられたシート材料Ｓ１、Ｓ２にわたって走査され、レーザビーム１３４によって発生した熱が、少なくともシート材料間の界面Ｓ１、Ｓ２付近においてシート材料Ｓ１、Ｓ２を溶融および／または焼結することで、シート材料Ｓ１、Ｓ２間の結合が形成される。この例では、少なくともレーザビーム１３４が照射されるゾーン１４７内においてシート材料Ｓ１、Ｓ２が密に接触するように、ノズル１４４からの気体のジェット１４３が、シート材料の積層体にクランプ力を加える。このクランプ力は、レーザエネルギーによってシート材料Ｓ１、Ｓ２間に良好な結合が形成されるのを可能にする。積層体にクランプ力を加えるために、気体のジェットの代わりに、例えば、錘付きローラ等の機械的手段が用いられてもよい。また、気体のジェットの代わりに、真空クランプが用いられてもよい。
【００４４】
図３Ｄは、シート材料Ｓ２内に第２の断面層（図２Ｃの１００Ｂ）の特徴を加工するレーザビーム１３４を示す。この例では、レーザビーム１３４は、シート材料Ｓ２内に、孔１４６、１４８（図２Ｃの孔１０２、１０４に対応する）、およびチャネル１５０（図２Ｃのチャネル１０６に対応する）を加工する。レーザビーム１３４は、シート材料Ｓ１内に孔１４２を加工すること（図３Ｂ）について説明したのと同じ方法で、孔１４６、１４８およびチャネル１５０を加工する。孔１４６、１４８およびチャネル１５０は同時に加工されてもよく、レーザビーム１３４はシート材料Ｓ２にわたって往復移動され、シート材料Ｓ２にわたる必要な部分に熱を届ける。シート材料Ｓ２内に孔１４６、１４８およびチャネル１５０を加工する前または後に、レーザビーム１３４は、シート材料Ｓ２を緻密化したガラスになるよう焼結するために（即ち、シート材料がガラススートシートである場合に）、シート材料Ｓ２にわって掃引され得る。また、シート材料Ｓ１がガラススートシートであり、まだ完全に固化されていない場合には、レーザビーム１３４は、シート材料Ｓ１も焼結し得る。シート材料Ｓ１、Ｓ２を一体に接合しながら、シート材料Ｓ１、Ｓ２のいずれかまたは両方が焼結されてもよい。即ち、焼結は、シート材料の接合と別々の工程で行われなくてもよい。一方、シート材料の完全な焼結は、３Ｄオブジェクトが完全に造形された後で行うことも可能である。
【００４５】
図３Ｅは、シート材料Ｓ２の上に積み重ねられたシート材料Ｓ３を示す。レーザ装置１３２は、シート材料Ｓ３をシート材料Ｓ２に接合するために、レーザビーム１３４をシート材料Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の積層体に向ける。この接合後、オブジェクト材料の積層体１４５は、３つのシート材料Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を有する。図３Ｆは、３Ｄオブジェクト１００を完成させるために、シート材料Ｓ３内に孔１５２（図２Ｃの孔１０４の最上部に対応する）を加工するレーザビーム１３４を示す。シート材料Ｓ３内に孔１５２を加工する前または後に、レーザビーム１３４は、シート材料Ｓ３を緻密化したガラスになるよう焼結するために（即ち、シート材料Ｓ３がガラススートシートである場合に）、シート材料Ｓ３にわたって掃引され得る。
【００４６】
上述の例および本明細書に記載される実施形態では、シート材料Ｓ１〜Ｓ３が比較的高い（例えば、シリカと比較して比較的高い）熱膨張を有する材料でできている場合には、シート材料Ｓ１〜Ｓ３は、それらを用いて３Ｄオブジェクト１００を造形する前に、予熱される必要があり得る。また、シート材料Ｓ１〜Ｓ３は、造形プロセス中または造形プロセス後に、３Ｄオブジェクト内の内部応力を解放するためにアニールされ得る。
【００４７】
ガラスでできているシート材料を加工するためには、典型的にはＣＯ２レーザが用いられる。一般的に、加工されるシート材料の層厚さとほぼ同じ適切な浸透深さのレーザ源を有するのが好ましい。しかし、ガラス内におけるＣＯ２レーザの浸透深さは、典型的には１０□□未満に制限され、これは、このプロセスで用いることができるシート材料の最大層厚さを制限する。５□□レーザ（ＣＯレーザ）は、より深い浸透深さを有し、このプロセスで用いることができるシート材料厚さの範囲を広げ得る。別の手法では、このプロセスで可視光レーザまたは近赤外線レーザを用いることができるように、シート材料の組成が調整され得る。
【００４８】
上述の例および本明細書に記載される実施形態では、シート材料内に断面層の特徴を形成するため、シート材料を一体に接合するため、および、シート材料を焼結するために、単一のレーザが用いられ得る。或いは、シート材料内に断面層の特徴を形成するため、シート材料を一体に接合するため、および、シート材料を焼結するために、シート材料の材料組成に応じて、異なる波長を有する複数のレーザ源が用いられ得る。
【００４９】
図４は、別の実施形態による、３Ｄガラスオブジェクトを製造するためのＡＭプロセスを示す。このプロセスは、一般的に、レーザによって、積層されたシートを形成すると共に、積層されたシートの層内に３Ｄオブジェクトの断面層の特徴を選択的に形成することにより、３Ｄオブジェクト層を造形することを含む。一実施形態において、このプロセスは、３Ｄオブジェクトを形成するために互いに重ねられ得る１組の断面層を定義すること（２００）を含む。先に述べたプロセスの実施形態のように、１組の断面層は少なくとも２つの断面層を含む。一部の実施形態では、１組の断面層は少なくとも３つの断面層を含む。
【００５０】
このプロセスは、第１のスート層を形成するために付着面上にガラススート粒子を付着させること（２０２）を含む。第１のスート層の厚さは、３Ｄオブジェクトの第１の断面層の厚さに対応する。一実施形態において、第１のスート層および後続の各スート層の厚さは、１μｍ〜５００μｍの範囲内であり得る。一実施形態において、スート粒子は高純度のシリカスート粒子またはドーピングされたシリカスート粒子である。スート粒子は、例えば、Hawtofらの米国特許第７，６７７，０５８号明細書に記載されているように、火炎加水分解プロセスによって製造され得る。火炎加水分解プロセスは、一般的に、シリカプレカーサ、酸素、燃料、および必要に応じてドーピング材料を１以上のバーナーに供給することを含む。各バーナーは酸素および燃料を用いて火炎を発生し、火炎がシリカプレカーサおよびドーピング材料（あれば）と反応して、スートを形成する。スートは付着面上に付着される。米国特許第７，６７７，０５８号明細書では、付着面として回転ドラムが用いられる。しかし、付着面は回転ドラムに限定される必要はない。例えば、付着面は平面であってもよい。スート層内において変化する組成が所望される場合には、スートを付着面上に付着させている間に、火炎に送出される材料が変えられ得る。
【００５１】
第１のスート層が形成された後、３Ｄオブジェクトの第１の断面層の特徴が第１のスート層内に形成される（２０４）。特徴は、図１のプロセスについて上述した通りであり、図１のプロセスについて上述したのと同じ方法で、即ち、スートを第１のスート層の選択された領域から除去すること、スートまたは他の材料を第１のスート層の選択された領域に追加すること、および／または、スート層の選択された領域内においてスートを変性することによって、形成され得る。特徴は、図１のプロセスについて説明したように、レーザエネルギーを用いて、または他の適切な方法を用いて形成され得る。特徴が、第１のスート層にスートを追加することによって形成される場合には、特徴のスートは、上述のように、火炎加水分解によって第１のスート層上に選択的に付着され得る。
【００５２】
第１のスート層内に３Ｄオブジェクトの第１の断面層の特徴が形成された後、第１のスート層はスート形成領域に戻される。第１のスート層の上に第２のスート層を形成するために、第１のスート層上にスート粒子が付着される（２０６）。第２のスート層の厚さは、３Ｄオブジェクトの第２の断面層の厚さに対応する。第２のスート層および第１のスート層は積層スートシートを構成する。スート粒子が付着される温度では、層間の界面において、第２のスート層用のスート粒子の一部が第１のスート層に付着し、比較的安定な構造を設ける。第１のスート層内に形成された特徴が、開口した特徴（例えば、孔等）である場合には、第１のスート層上にスート粒子を付着させる間に、これらの特徴がスート粒子で充填される可能性がある。そのような充填が所望されない場合には、第２のスート層を第１のスート層の上に付着させる前に、第１のスート層内の開口した特徴に犠牲材料が充填され得る。積層スートシートは、造形領域に転送され、そこで、第２のスート層内に第２の断面層の特徴が形成され得る（２０８）。
【００５３】
積層スートシートの層を増加させるため、および、積層スートシートの新たなスート層内に３Ｄオブジェクトの次の断面層の特徴を形成するために、以前のスート層の上に新たなスート層を付着させることは、３Ｄオブジェクトの全ての断面層が対応するスート層内に造形されるまで（２１０）継続され得る。最終的に、造形された３Ｄオブジェクトは、完全に緻密化したガラスになるよう焼結され得る（２１２）。３Ｄオブジェクト内の開口した特徴に充填される犠牲材料が用いられた場合には、この犠牲材料は焼結中に焼失され得る。図１のプロセスについて上述したように、気体材料、液体材料、またはガラス以外の固体材料を用いて空隙を充填することは、図４のプロセスとも組み合わされ得る。また、３Ｄオブジェクトは、内部応力を解放するためにアニールされ得る（２１４）。
【実施例】
【００５４】
実施例１
Hawtofらの米国特許第７，６７７，０５８号明細書に記載されているプロセスを用いて、１００％のシリカで構成された１００μｍ厚のガラススートシートを調製した。２インチ（５．０８ｃｍ）の幅および２インチの長さのシートを、ＣＯ２レーザに近接させて平行移動台の上に置いた。同様の１００％シリカガラススートシートを、第１のシートの上に置いた。レーザは、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ社によるＤｉａｍｏｎｄ Ｅ−４００ ＣＯ２パルスレーザであった。このレーザは、４００Ｗの出力パワーと、４０〜４００Ｗのパワー範囲とを有する。レーザとガラススートシートの積層体との間に非対称非球面レンズを配置した。この非対称非球面レンズは、長軸および短軸の両方にわたって均一な強度分布を有する長さ５０ｍｍ、幅約１ｍｍのラインビームを生じる。レンズは、スートシート積層体の最上部からおよそ３８０ｍｍ離して配置された。これらのガラスを一体に溶融するために、５０ｍｍのビーム幅において１８５Ｗのレーザパワーを用いた。ビームをガラスシート積層体にわたって１．６ｍｍ／秒で移動させた。ビームの経路内において、完全に緻密化し一体に結合した透明な焼結ガラスが生じた。この例は、レーザエネルギーを用いて、同時に、ガラススートシートを一体に接合すると共にガラススートシートを緻密化したガラスになるよう焼結することの実行可能性を示すものである。
【００５５】
実施例２
Hawtofらの米国特許第７，６７７，０５８号明細書に記載されているプロセスを用いて、１００％のシリカで構成された１００μｍ厚のスート層を調製した。ＣＯ２レーザビームを約２００μｍの直径になるよう集光した。集光されたレーザビームを、ガルバノメータスキャナを用いて操作して、スート層上に２Ｄパターンを切り出した。切断速度は１５０ｍｍ／秒とした。この例は、スート層またはシート内に特徴を形成することの実行可能性を示すものである。
【００５６】
図１および図４に記載されているＡＭプロセス、並びにそれらの変形例は、透明な３Ｄオブジェクトの製造を可能にする。これらのプロセスは結合剤を用いない（３Ｄオブジェクトからの結合剤の除去が不完全である場合には、オブジェクトの完全な透明性を欠く結果となり得る）。３Ｄオブジェクトは、３Ｄオブジェクトを造形する際に用いられるシート材料またはスート層の組成に応じて、可視範囲内または可視範囲以外の他の範囲内において透明性を有し得る。一実施形態において、３Ｄオブジェクトは、分光光度計によって測定される３９０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内における少なくとも８０％の透明度を有する場合に、透明であると見なされ得る。
【００５７】
図１および図４に記載されているＡＭプロセスは、例えば、数マイクロメートル〜数ミリメートル厚の非常に薄い形状因子内に様々な複雑度の特徴を有する３Ｄガラス物品の製造を可能にする。３Ｄガラス物品の厚さは、物品を造形する際に用いられるシート材料またはスート層の厚さの組合せによって決定される。
【００５８】
図１および図４に記載されているＡＭプロセス、並びにそれらの変形例は、良好な寸法精度を有する３Ｄガラス物品の製造を可能にする。物品のいかなる焼結も、粉末に基づくＡＭプロセスが典型的に伴う大きな収縮を伴わない。
【００５９】
図１および図４のプロセス並びにそれらの変形例に従って製造される３Ｄガラス物品は、物品の特徴の構造および配置に応じて、多くの検出器および／または分析器の用途で用いられ得る。そのような用途の例としは、マイクロ流体装置、フレキシブルバイオセンサ、創薬ツール、バイオテロリズムの検出、食品の安全性の検出、水質汚染の検出、酸素レベルおよび他の属性についての血液検査、薬物検査、電気的レベルの測定、磁気レベルの測定、放射線レベルの測定、重力レベルの測定、光のレベルの測定、指紋の検出、およびバイオセンシングが挙げられるが、それらに限定されない。
【００６０】
一実施形態において、図１または図４に記載されているプロセスを用いて製造された３Ｄガラス物品は、少なくとも３つのガラス層を有する。ガラス層は、各ガラス層が少なくとも部分的に別のガラス層と重なるように、一体に積層される。各ガラス層は、図１のプロセスのように、シート材料によって与えられてもよく、または、図４のプロセスのように、スート層によって与えられてもよい。ガラス層の積層は、レーザビームからガラス層に熱を加えることによって、または、ガラス層間における結合剤材料の使用を含まない別の方法によって行われ得る。図１および図４に記載されているプロセスによれば、ガラス層間に結合剤材料は存在しない。一実施形態において、各ガラス層は、１μｍ〜１ｍｍの範囲内の厚さを有し得る。別の実施形態では、各ガラス層は、１μｍ〜５００μｍの範囲内の厚さを有し得る。更に別の実施形態では、各ガラス層は、１μｍ〜１５０μｍの範囲内の厚さを有し得る。一実施形態において、ガラス層のうちの少なくとも１つのガラス層は、シリカまたはドーピングされたシリカで構成される。一実施形態において、ガラス層のうちの少なくとも１つのガラス層は、少なくとも１つの特徴を含む。一実施形態において、特徴は、貫通孔、非貫通孔、チャネル、スロット、空隙、刻印、または差別化された領域から選択され得る。
【００６１】
一実施形態において、３Ｄガラス物品のガラス層は焼結されたシートであり得る。
【００６２】
一実施形態において、３Ｄガラス物品のガラス層のうちの少なくとも１つのガラス層は、層内において変化する組成を有し得る。
【００６３】
一実施形態において、３Ｄガラス物品のガラス層のうちの少なくとも１つのガラス層は多孔質ガラスである。多孔質ガラスは０．４〜２．２ｇ／ｃｍ３の範囲内の密度を有し得る。
【００６４】
一実施形態において、３Ｄガラス物品のガラス層のうちの少なくとも１つのガラス層は多孔質ガラスであり、３Ｄガラス物品の少なくとも１つの別のガラス層は完全に緻密化したガラスである。
【００６５】
一実施形態において、３Ｄガラス物品のガラス層のうちの少なくとも１つのガラス層は、特徴として空隙を含み、空隙には少なくとも部分的に気体材料、液体材料、またはガラス以外の固体材料が充填されている。
【００６６】
一実施形態において、３Ｄガラス物品の隣接するガラス層間の屈折率の差は２％未満である。
【００６７】
一実施形態において、３Ｄガラス物品は、内部に露出した表面を有し、内部に露出した表面の表面平滑度は５０ｎｍＲａ未満である。
【００６８】
一実施形態において、３Ｄガラス物品は９３％以上の透過率を有する。
【００６９】
図５は、上述の特性を示す、かなり複雑な３Ｄガラス物品３００を示す。なお、３Ｄガラス物品３００内の特徴の数、構造、および配置は、３Ｄガラス物品の特定の用途に応じて異なるものであり、図５に示されているものに限定されない。説明の目的で、３Ｄガラス物品３００は、ガラス層３０１、３０２、３０３、３０４、３０５を有する。第１のガラス層３０１内には貫通孔３０１Ａおよび非貫通孔３０１Ｂが形成されている。第２のガラス層３０２内には貫通孔３０２Ａ、チャネル３０２Ｂ、および非貫通孔３０２Ｃが形成されている。第３のガラス層３０３内には貫通孔３０３Ａが形成されている。第４のガラス層３０４内には空隙３０４Ａおよび貫通孔３０４Ｂが形成されている。一実施形態では、空隙３０４Ａ内には、気体材料、液体材料、またはガラス以外の固体材料であり得るフィラー材料が配置される。第５のガラス層３０５内には差別化された領域３０５Ａおよび貫通孔３０５Ｂが形成されている。差別化された領域３０５Ａは、第５のガラス層３０５の残りの部分と比較して異なる少なくとも１つの材料特性を有する。一実施形態において、少なくとも１つの材料特性は、組成、屈折率、熱膨張係数、結晶化度、伝導率、透過率、および損失から選択され得る。様々な孔は、３０マイクロメートル以下の直径を有し得る。孔およびチャネルの表面は内部に露出している。これらの表面は５０ｎｍＲａ未満の表面平滑度を有し得る。非貫通孔３０１Ｂおよび３０２Ｃは、ガラス層３０１、３０２間の空隙を画成する。チャネル３０１Ｃは、空隙と３Ｄガラス物品の外面との間の接続部を構成し得る。
【００７０】
本発明を限られた数の実施形態に関して説明したが、本開示の利益を有する当業者には、本明細書に開示された本発明の範囲から逸脱しない他の実施形態が考案され得ることが認識されよう。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲のみによって限定されるべきである。
【００７１】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００７２】
実施形態１
オブジェクトを形成するために互いに重ねられ得る１組の少なくとも２つの断面層としての前記オブジェクトの記述を供給する工程と、
前記断面層のうちの１つの断面層に各シート材料が対応する複数のシート材料を供給する工程と、
前記シート材料を互いに重ね、該シート材料間において結合剤材料を用いずに、上にある各シート材料をその下にあるシート材料に接合することにより、オブジェクト材料の積層体を形成する工程と、
対応する前記シート材料内に、少なくとも１つの断面層の少なくとも１つの特徴を形成する工程と
を含むことを特徴とする積層造形プロセス。
【００７３】
実施形態２
前記シート材料が、該シート材料に少なくとも１つのレーザビームを照射することによって接合される、実施形態１記載のプロセス。
【００７４】
実施形態３
前記少なくとも１つの特徴が、前記少なくとも１つの断面層の選択された領域に少なくとも１つのレーザビームを照射することによって形成される、実施形態１または２記載のプロセス。
【００７５】
実施形態４
前記少なくとも１つの特徴を形成する前記工程が、（ｉ）前記少なくとも１つの断面層の選択された領域から材料を除去すること、（ｉｉ）前記少なくとも１つの断面領域の選択された領域に材料を追加すること、および（ｉｉｉ）前記少なくとも１つの断面層の選択された領域の少なくとも１つの材料特性を変性することのうちの少なくとも１つを含む、実施形態１〜３のいずれか１つに記載のプロセス。
【００７６】
実施形態５
前記オブジェクト材料の積層体を形成する前記工程が、前記オブジェクト材料の積層体にシート材料を一度に１つずつ追加することを含み、対応する前記シート材料が前記オブジェクト材料の積層体に追加された後に、対応する前記シート材料内に前記少なくとも１つの断面層の前記少なくとも１つの特徴が形成される、実施形態１〜４のいずれか１つに記載のプロセス。
【００７７】
実施形態６
前記シート材料がガラスシートである、実施形態５記載のプロセス。
【００７８】
実施形態７
前記シート材料がスートシートであり、前記シート材料が前記オブジェクト材料の積層体に追加された後に、前記シート材料を焼結する工程を更に含む、実施形態５記載のプロセス。
【００７９】
実施形態８
少なくとも１つのレーザビームを用いて、前記シート材料が完全に緻密化したガラスになるよう焼結される、実施形態７記載のプロセス。
【００８０】
実施形態９
上にある各前記シート材料をその下にある前記シート材料に接合するのと同時に、上にある各前記シート材料が焼結される、実施形態７記載のプロセス。
【００８１】
実施形態１０
前記シート材料がスートシートであり、前記オブジェクト材料の積層体を焼結する工程を更に含む、実施形態５記載のプロセス。
【００８２】
実施形態１１
前記オブジェクト材料の積層体を焼結する工程の前に、全ての前記断面層の特徴が、対応する前記シート材料内に形成される、実施形態１０記載のプロセス。
【００８３】
実施形態１２
前記シート材料がシリカまたはドーピングされたシリカを含む、実施形態１〜１１のいずれか１つに記載のプロセス。
【００８４】
実施形態１３
前記シート材料がガラスセラミックシートである、実施形態１〜１２のいずれか１つに記載のプロセス。
【００８５】
実施形態１４
各前記シート材料が１μｍ〜１ｍｍの範囲内の厚さを有する、実施形態１〜１３のいずれか１つに記載のプロセス。
【００８６】
実施形態１５
上にある前記シート材料を下にある前記シート材料に接合する間、上にある前記シート材料を下にある前記シート材料に対して締め付ける力を加えることを更に含む、実施形態１〜１４のいずれか１つに記載のプロセス。
【００８７】
実施形態１６
オブジェクトを形成するために互いに重ねられ得る１組の少なくとも２つの断面層としての前記オブジェクトの記述を供給する工程と、
前記断面層のうちの１つの断面層に各スート層が対応する少なくとも２つのスート層を含む積層スートシートを形成する工程と、
対応する前記スート層内に、前記断面層のうちの少なくとも１つの断面層の少なくとも１つの特徴を形成する工程と、
前記積層スートシートを緻密化したガラスになるよう焼結する工程と
を含むことを特徴とする積層造形プロセス。
【００８８】
実施形態１７
前記積層スートシートを形成する前記工程が、第１のスート層を形成するために付着面上にガラススート粒子を付着させることと、前記第１のスート層上に第２のスート層を形成するために前記第１のスート層上にガラススート粒子を付着させることとを含む、実施形態１６記載のプロセス。
【００８９】
実施形態１８
前記ガラススート粒子が火炎加水分解によって生成される、実施形態１７記載のプロセス。
【００９０】
実施形態１９
前記スート層が前記積層スートシートに一度に１つずつ追加され、対応する前記スート層が前記積層スートシートに追加された後に、対応する前記スート層内に前記少なくとも１つの断面層の前記少なくとも１つの特徴が形成される、実施形態１８記載のプロセス。
【００９１】
実施形態２０
前記積層スートシートを緻密化したガラスになるよう焼結する前に、全ての前記断面層の特徴が、対応する前記スート層内に形成される、実施形態１８記載のプロセス。
【００９２】
実施形態２１
前記少なくとも１つの特徴が、少なくとも１つのレーザビームを用いて形成される、実施形態１６〜２０のいずれか１つに記載のプロセス。
【００９３】
実施形態２２
前記スート層がシリカまたはドーピングされたシリカを含む、実施形態１６〜２１のいずれか１つに記載のプロセス。
【００９４】
実施形態２３
各前記スート層が１μｍ〜５００μｍの範囲内の厚さを有する、実施形態１６〜２２のいずれか１つに記載のプロセス。
【００９５】
実施形態２４
各ガラス層が別のガラス層と少なくとも部分的に重なった状態でガラス層間においていかなる結合剤材料も用いずに一体に積層された３層以上のガラス層であって、各前記ガラス層が１μｍ〜５００μｍの範囲内の厚さを有し、前記ガラス層のうちの少なくとも１つのガラス層がシリカまたはドーピングされたシリカで構成されたガラス層と、
前記ガラス層のうちの少なくとも１つのガラス層内に形成された少なくとも１つの特徴であって、前記ガラス層のうちの前記少なくとも１つのガラス層内の貫通孔、非貫通孔、チャネル、スロット、空隙、刻印、または差別化された領域である少なくとも１つの特徴と
を含むことを特徴とする製品。
【００９６】
実施形態２５
前記ガラス層のうちの少なくとも１つのガラス層が該層内において変化する組成を有する、実施形態２４記載の製品。
【００９７】
実施形態２６
前記ガラス層のうちの少なくとも１つのガラス層が多孔質ガラスである、実施形態２４または２５記載の製品。
【００９８】
実施形態２７
前記ガラス層のうちの少なくとも１つの別のガラス層が、完全に緻密化したガラスである、実施形態２６記載の製品。
【００９９】
実施形態２８
前記少なくとも１つの特徴が空隙であり、該空隙に少なくとも部分的に気体材料、液体材料、またはガラス以外の固体材料が充填されている、実施形態２４〜２７のいずれか１つに記載の製品。
【０１００】
実施形態２９
前記少なくとも１つの特徴が差別化された領域であり、該差別化された領域が、前記ガラス層のうちの前記少なくとも１つのガラス層の残りの部分と比較して異なる少なくとも１つの材料特性を有する、実施形態２４〜２８のいずれか１つに記載の製品。
【０１０１】
実施形態３０
前記少なくとも１つの材料特性が組成、屈折率、熱膨張係数、結晶化度、伝導率、透過率、または損失である、実施形態２９記載の製品。
【０１０２】
実施形態３１
前記ガラス層のうちの前記少なくとも１つのガラス層に隣接した別のガラス層内の別の特徴を更に含み、前記少なくとも１つの特徴および前記別の特徴が、前記ガラス層のうちの前記少なくとも１つのガラス層と前記別のガラス層との間に少なくとも１つの空隙を画成する、実施形態２４〜３０のいずれか１つに記載の製品。
【０１０３】
実施形態３２
前記積層されたガラス層内の少なくとも２つの特徴と、該少なくとも２つの特徴間の接続部とを含む、実施形態２４〜３１のいずれか１つに記載の製品。
【０１０４】
実施形態３３
前記ガラス層のうちの前記少なくとも１つのガラス層内の前記少なくとも１つの特徴と前記積層されたガラス層の外面との間の接続部を更に含む、実施形態２４〜３２のいずれか１つに記載の製品。
【０１０５】
実施形態３４
隣接する前記ガラス層間の屈折率の差が２％未満である、実施形態２４〜３３のいずれか１つに記載の製品。
【０１０６】
実施形態３５
前記積層されたガラス層内における少なくとも１つの内部に露出したガラス面を含み、該少なくとも１つの内部に露出したガラス表面の表面平滑度が５０ｎｍＲａ未満である、実施形態２４〜３４のいずれか１つに記載の製品。
【０１０７】
実施形態３６
少なくとも９３％の透過率を有する、実施形態２４〜３５のいずれか１つに記載の製品。
【０１０８】
実施形態３７
実施形態２４〜３６のいずれか１つに記載の製品を含む検出器。
【０１０９】
実施形態３８
実施形態２４〜３６のいずれか１つに記載の製品を含む分析器。
【符号の説明】
【０１１０】
１００  ３Ｄオブジェクト
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ  断面層
１３２  レーザ装置
１３４  レーザビーム
３００  ３Ｄガラス物品
３０１、３０２、３０３、３０４、３０５  ガラス層
３０１Ａ、３０３Ａ、３０４Ｂ、３０５Ｂ  貫通孔
３０１Ｂ、３０２Ｃ  非貫通孔
３０２Ｂ、３０１Ｃ  チャネル
３０４Ａ  空隙
３０５Ａ  差別化された領域
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３  シート材料
【図１】
2018530501.tif 000004
【図２Ａ】
2018530501.tif 000005
【図２Ｂ】
2018530501.tif 000006
【図２Ｃ】
2018530501.tif 000007
【図３Ａ】
2018530501.tif 000008
【図３Ｂ】
2018530501.tif 000009
【図３Ｃ】
2018530501.tif 000010
【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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