(57)【要約】  付加製造によって三次元モデルを製造するための方法は、粉末材料及び凝固可能な非粉末材料で層状の態様で未加工のブロックを構築することを含む。前記未加工のブロックは、未加工の使用可能なモデルを含む。凝固した非粉末材料は、未加工のブロックから除去され、未加工のブロックから未加工の使用可能なモデルを抽出し、冷間等方圧加圧法（ＣＩＰ）を適用することによって未加工の使用可能なモデルの密度が増加される。未加工の使用可能なモデルは、次いで焼結され、三次元モデルを製造する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
付加製造によって三次元モデルを製造するための方法であって、粉末材料及び凝固可能な非粉末材料で層状の態様で未加工のブロックを構築すること、但し前記未加工のブロックは、未加工の使用可能なモデルを含む；未加工のブロックから凝固した非粉末材料を除去し、未加工のブロックから未加工の使用可能なモデルを抽出すること；冷間等方圧加圧法（ＣＩＰ）を適用することによって未加工の使用可能なモデルの密度を増加すること；及び未加工の使用可能なモデルを焼結し、三次元モデルを製造することを含む方法。
【請求項２】
前記ＣＩＰが、未加工の使用可能なモデルを含む未加工のブロックに適用される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＣＩＰが、未加工のブロックからの抽出後に未加工の使用可能なモデルに適用される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第一ＣＩＰが、未加工の使用可能なモデルを含む未加工のブロックに適用され、第二ＣＩＰが、未加工のブロックからの分離後に未加工の使用可能なモデルに適用される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
未加工の使用可能なモデルが、使用可能なモデルの未加工のコンパクトである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
層状の態様で未加工のブロックを構築する工程が、（１）凝固可能な非粉末材料でパターンを印刷し、未加工の使用可能なモデルの輪郭をトレースすること；（２）前記パターンの上に粉末材料を吐出及び展延すること；及び（３）粉末層を前記パターンで圧縮することによって層を構築するように構成された付加製造システムによって実施される、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記粉末材料が、合金粉末、純金属粉末、セラミック粉末、ポリマー粉末、及びそれらのいずれかの組み合わせ又は混合物から選択される、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
粉末材料が、アルミニウム合金である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記凝固可能な非粉末材料が、光硬化性インク、ワックス、サーマルインク、及びそれらのいずれかの組み合わせから選択される凝固可能なインクである、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
未加工のブロックから凝固した非粉末材料を除去する工程が、前記未加工のブロックを加熱して前記凝固した非粉末材料を溶融、燃焼又は蒸発することによってなされる、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
未加工の使用可能なモデルが、未加工の支持体要素を除去することによって未加工のブロックから抽出される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
ＣＩＰを未加工のブロックに適用することが、前記未加工のブロックを湿潤バッグ中に挿入し、任意選択的に湿潤バッグから空気を除去し、前記湿潤バッグをＣＩＰ室中に置き、未加工のブロックを含む前記湿潤バッグに等方圧力を適用することを含む、請求項２又は４に記載の方法。
【請求項１３】
等方圧力が、２５００ｂａｒ以下である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
未加工のブロックからの抽出後に未加工の使用可能なモデルにＣＩＰを適用することが、前記未加工の使用可能なモデルをクッション材とともに湿潤バッグ中に挿入し、任意選択的に湿潤バッグから空気を除去し、前記湿潤バッグをＣＩＰ室中に置き、未加工の使用可能なモデルを含む湿潤バッグに等方圧力を適用することを含む、請求項３又は４に記載の方法。
【請求項１５】
等方圧力が、二工程で適用され、第一工程が、クッション材を溶融するために十分な第一等方圧力を適用し、未加工の使用可能なモデルの中空構造内でそれを流動させることを含み、第二工程が、第二等方圧力を適用し、未加工の使用可能なモデルを圧縮することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
クッション材が、粉末化されたワックスであり、第一等方圧力が、５０ｂａｒ以下であり、第二等方圧力が、２６００ｂａｒ以下である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
ＣＩＰ中に適用される温度が、約４０℃である、請求項１〜１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
付加製造によって三次元モデルを製造するための方法であって、
粉末材料及び凝固可能な非粉末材料で層状の態様で未加工のブロックを構築すること、但し前記未加工のブロックは、使用可能なモデルの一つ以上の未加工のコンパクト及び支持体要素の一つ以上の未加工のコンパクトを含み、使用可能なモデル及び支持体要素が、凝固可能な非粉末材料の選択的堆積によって形成されたパターン化線によって画定される；
ＣＩＰを未加工のブロックに適用することによって使用可能なモデルの一以上の未加工のコンパクトの密度を増加すること；
未加工のブロックを加熱し、凝固された非粉末材料を除去すること；
支持体要素の一つ以上の未加工のコンパクトを除去することによって未加工のブロックから使用可能なモデルの一つ以上の未加工のコンパクトを抽出すること；及び
使用可能なモデルの一つ以上の未加工のコンパクトを焼結し、三次元モデルを製造すること
を含む方法。
【請求項１９】
付加製造によって三次元モデルを製造するための方法であって、
粉末材料及び凝固可能な非粉末材料で層状の態様で未加工のブロックを構築すること、但し前記未加工のブロックは、使用可能なモデルの一つ以上の未加工のコンパクト及び支持体要素の一つ以上の未加工のコンパクトを含み、使用可能なモデル及び支持体要素が、凝固可能な非粉末材料の選択的堆積によって形成されたパターン化線によって画定される；
第一ＣＩＰを未加工のブロックに適用することによって使用可能なモデルの一以上の未加工のコンパクトの密度を増加すること；
未加工のブロックを加熱し、凝固された非粉末材料を除去すること；
支持体要素の一つ以上の未加工のコンパクトを除去することによって未加工のブロックから使用可能なモデルの一つ以上の未加工のコンパクトを抽出すること；
未加工のブロックからの抽出後に第二ＣＩＰを前記一つ以上の未加工のコンパクトに適用することによって使用可能なモデルの一つ以上の未加工のコンパクトの密度をさらに増加すること；及び
使用可能なモデルの一つ以上の未加工のコンパクトを焼結し、三次元モデルを製造すること
を含む方法。
【請求項２０】
付加製造によって三次元モデルを製造するための方法であって、
粉末材料及び凝固可能な非粉末材料で層状の態様で未加工のブロックを構築すること、但し前記未加工のブロックは、使用可能なモデルの一つ以上の未加工のコンパクト及び支持体要素の一つ以上の未加工のコンパクトを含み、使用可能なモデル及び支持体要素が、凝固可能な非粉末材料の選択的堆積によって形成されたパターン化線によって画定される；
未加工のブロックを加熱し、凝固された非粉末材料を除去すること；
支持体要素の一つ以上の未加工のコンパクトを除去することによって未加工のブロックから使用可能なモデルの一つ以上の未加工のコンパクトを抽出すること；
未加工のブロックからの抽出後にＣＩＰを前記一つ以上の未加工のコンパクトに適用することによって使用可能なモデルの一つ以上の未加工のコンパクトの密度を増加すること；及び
使用可能なモデルの一つ以上の未加工のコンパクトを焼結し、三次元モデルを製造すること
を含む方法。
【請求項２１】
未加工の使用可能なモデルの密度を増加するための方法であって、前記未加工の使用可能なモデルをクッション材とともに湿潤バッグ中に挿入し、任意選択的に湿潤バッグから空気を除去し、前記湿潤バッグをＣＩＰ室中に置き、等方圧力を前記湿潤バッグに適用して前記未加工の使用可能なモデルの密度を増加することを含む方法。
【請求項２２】
等方圧力が、二工程で適用され、第一工程が、クッション材を溶融するために十分な第一等方圧力を適用し、未加工の使用可能なモデルの中空構造内でそれを流動させることを含み、第二工程が、クッション材が未加工の使用可能なモデルの構造的一体性を維持するのを助けながら、第二等方圧力を適用し、未加工の使用可能なモデルの密度を増加することを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
クッション材が、粉末化されたワックスであり、第一等方圧力が、５０ｂａｒ以下であり、第二等方圧力が、２６００ｂａｒ以下である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
付加製造によって三次元モデルを製造するためのシステムであって、
印刷プラットフォームステーション、粉末吐出ステーション、粉末展延ステーション、及び圧縮ステーションを含む付加製造システム；
追加の独立した圧縮ステーション；及び
焼結ステーション
を含むシステム。
【請求項２５】
前記追加の独立した圧縮ステーションが、ＣＩＰステーションである、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
粉末吐出ステーション及び粉末展延ステーションが、単一の粉末送出ステーション中に含まれる、請求項２４又は２５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、その一部の実施形態において、付加製造の分野に関し、特に限定されないが、高い材料密度を有する三次元印刷モデルを製造するための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
粉末材料の連続層を使用した付加製造によって立体的物体を作製するための多数の様々なプロセスが知られている。一部の公知の付加製造技術は、物体の三次元（３Ｄ）モデルに基づいて液体結合材を選択的に塗布し、層毎に粉末材料を結合して立体構造物を形成する。一部のプロセスでは、構築プロセスの最後に材料の結合をさらに強化するように、物体は加熱および／または焼結される。
【０００３】
選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）は、粉末材料の層を焼結するためのパワー源としてレーザを使用する。レーザは３Ｄモデルによって画定される空間内の点に照準するように制御され、材料を層毎に結合して立体構造を形成する。選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）は、焼結の代わりに材料の完全な溶融を含むＳＬＳと同等の技術である。ＳＬＭは、一般的に、粉末の溶融温度が均一であるとき、例えば純金属粉末が構築材料として使用されるときに適用される。
【０００４】
内容を本明細書に援用する「ＭＯＬＤＩＮＧ  ＰＲＯＣＥＳＳ」と題する米国特許第４２４７５０８号明細書は、３Ｄ物品を層状に形成するための成形プロセスを記載している。一実施形態では、材料の平面的な層が順次堆積される。各層において、次の層の堆積前に、その領域の一部分が凝固され、その層における物品のその部分が画定される。各層の選択的凝固は、熱および選択されたマスクを使用することによって、または制御された熱走査プロセスを使用することによって達成され得る。レーザを使用して各層を選択的に溶融する代わりに、各層毎の別々のマスク、および熱源を使用してもよい。マスクは、それに関連する層の上に配置され、熱源は、マスクの上に位置する。マスクの開口部を通過する熱は、マスクの開口から露出した粒子を融合させる。直接加熱に曝露されない粒子は溶融しない。
【０００５】
内容を本明細書に援用する「ＭＵＬＴＩＰＬＥ  ＭＡＴＥＲＩＡＬ  ＳＹＳＴＥＭＳ  ＦＯＲ  ＳＥＬＥＣＴＩＶＥ  ＢＥＡＭ  ＳＩＮＴＥＲＩＮＧ」と題する米国特許第５０７６８６９号明細書は、粉末の層を選択的に焼結し、複数の焼結された層を含む部品を生産する方法および装置を記載している。装置は、レーザエネルギーを粉末上に向かわせて焼結塊を生産するようにレーザを制御するコンピュータを含む。各断面に対し、レーザビームの照準は粉末の層上で走査され、ビームは断面の境界内の粉末だけを焼結するようにスイッチオンされる。完成した部品が形成されるまで、粉末が塗布され、連続層が焼結される。粉末は、異なる解離温度または接合温度を有する複数の材料を含むことが好ましい。粉末は、配合材料または被覆材料を含むことが好ましい。
【０００６】
内容を本明細書に援用する「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ３Ｄ  ＰＲＩＮＴＩＮＧ  ＢＹ  ＳＥＬＥＣＴＩＶＥ  ＳＩＮＴＥＲＩＮＧ」と題する国際公開第２０１５／１７０３３０号パンフレットは、構築トレイ上に粉末の層を設けるステップと、層にダイ圧縮を実行するステップと、ダイ圧縮された層を選択的レーザ焼結または選択的レーザ溶融により焼結するステップと、三次元物体が完成するまで層を設けること、ダイ圧縮、および層毎の焼結を繰り返すステップとを含む、３Ｄ印刷により物体を形成する方法を開示している。開示された選択的焼結は、焼結すべき層の部分のネガを画定するマスクパターンによる。
【発明の概要】
【０００７】
本開示の一部の実施形態の態様によれば、粉末層を用いた付加製造によって構築された未加工のコンパクトを後処理するためのシステム及び方法が提供される。一部の例示的な実施形態では、アルミニウム合金粉末は、構築材料として使用される。任意選択的に、純粋なアルミニウム金属、他の金属粉末、粉末セラミック材料、粉末プラスチックポリマー材料又は粉末材料のいずれかの組み合わせのような他の材料を使用してもよい。任意選択的に、層構築プロセスの終わりに、未加工のコンパクトブロックが形成され、それは、一つ以上の未加工物体を画定するパターンをその中に埋め込まれて含む。一部の例示的な実施形態によれば、未加工のコンパクトは、冷間等方圧加圧法（ＣＩＰ）によって圧縮される。任意選択的に、ＣＩＰは、コンパクト、例えばコンパクトブロック内に埋め込まれる未加工物体のような一つ以上の未加工体の密度を増加するために適用される。ＣＩＰは、未加工物体を形成する材料の密度を構築材料の加工密度（ｗｒｏｕｇｈｔ  ｄｅｎｓｉｔｙ）の約９０〜９７％に増加してもよい。残りの３〜１０％は、空気であってもよい。任意選択的に、ＣＩＰ前の未加工体の密度は、構築材料の加工密度の８５〜９０％であってもよい。
【０００８】
ＣＩＰ後、未加工のコンパクト内に埋め込まれた未加工物体は、周囲の支持体要素から分離され、焼結されてもよい。一部の例示的な実施形態では、第二ＣＩＰプロセスは、焼結前に複数の未加工物体（又は一つの未加工物体）の密度をさらに増加するために適用されてもよい。任意選択的に、第二ＣＩＰプロセスは、未加工のコンパクト中の凝固可能なインク及び支持体材料を除去した後に未加工物体自身に適用される。一部の例示的な実施形態では、第二ＣＩＰプロセスは、その加工密度の９５％以上１００％近くの物体を形成する材料の密度をもたらしてもよい。
【０００９】
一部の例示的な実施形態の態様によれば、付加製造によって三次元モデルを製造するための方法であって、粉末材料及び凝固可能な非粉末材料で層状の態様で未加工のブロックを構築すること、但し前記未加工のブロックは、未加工の使用可能なモデルを含む；未加工のブロックから凝固した非粉末材料を除去し、未加工のブロックから未加工の使用可能なモデルを抽出すること；冷間等方圧加圧法（ＣＩＰ）を適用することによって未加工の使用可能なモデルの密度を増加すること；及び未加工の使用可能なモデルを焼結し、三次元モデルを製造することを含む方法が提供される。
【００１０】
任意選択的に、前記ＣＩＰが、未加工の使用可能なモデルを含む未加工のブロックに適用される。
【００１１】
任意選択的に、前記ＣＩＰが、未加工のブロックからの抽出後に未加工の使用可能なモデルに適用される。
【００１２】
任意選択的に、第一ＣＩＰが、未加工の使用可能なモデルを含む未加工のブロックに適用され、第二ＣＩＰが、未加工のブロックからの分離後に未加工の使用可能なモデルに適用される。
【００１３】
任意選択的に、未加工の使用可能なモデルが、使用可能なモデルの未加工のコンパクトである。
【００１４】
任意選択的に、層状の態様で未加工のブロックを構築する工程が、（１）凝固可能な非粉末材料でパターンを印刷し、未加工の使用可能なモデルの輪郭をトレースすること；（２）前記パターンの上に粉末材料を吐出及び展延すること；及び（３）粉末層を前記パターンで圧縮することによって層を構築するように構成された付加製造システムによって実施される。
【００１５】
任意選択的に、前記粉末材料が、合金粉末、純金属粉末、セラミック粉末、ポリマー粉末、及びそれらのいずれかの組み合わせ又は混合物から選択される。
【００１６】
任意選択的に、粉末材料が、アルミニウム合金である。
【００１７】
任意選択的に、前記凝固可能な非粉末材料が、光硬化性インク、ワックス、サーマルインク、及びそれらのいずれかの組み合わせから選択される凝固可能なインクである。
【００１８】
任意選択的に、未加工のブロックから凝固した非粉末材料を除去する工程が、前記未加工のブロックを加熱して前記凝固した非粉末材料を溶融、燃焼又は蒸発することによってなされる。
【００１９】
任意選択的に、未加工の使用可能なモデルが、未加工の支持体要素を除去することによって未加工のブロックから抽出される。
【００２０】
任意選択的に、ＣＩＰを未加工のブロックに適用することが、前記未加工のブロックを湿潤バッグ中に挿入し、任意選択的に湿潤バッグから空気を除去し、前記湿潤バッグをＣＩＰ室中に置き、未加工のブロックを含む前記湿潤バッグに等方圧力を適用することを含む。
【００２１】
任意選択的に、等方圧力が、２５００ｂａｒ以下である。
【００２２】
任意選択的に、未加工のブロックからの抽出後に未加工の使用可能なモデルにＣＩＰを適用することが、前記未加工の使用可能なモデルをクッション材とともに湿潤バッグ中に挿入し、任意選択的に湿潤バッグから空気を除去し、前記湿潤バッグをＣＩＰ室中に置き、未加工の使用可能なモデルを含む湿潤バッグに等方圧力を適用することを含む。
【００２３】
任意選択的に、等方圧力が、二工程で適用され、第一工程が、クッション材を溶融するために十分な第一等方圧力を適用し、未加工の使用可能なモデルの中空構造内でそれを流動させることを含み、第二工程が、第二等方圧力を適用し、未加工の使用可能なモデルを圧縮することを含む。
【００２４】
任意選択的に、クッション材が、粉末化されたワックスであり、第一等方圧力が、５０ｂａｒ以下であり、第二等方圧力が、２６００ｂａｒ以下である。
【００２５】
任意選択的に、ＣＩＰ中に適用される温度が、約４０℃である。
【００２６】
一部の例示的な実施形態の態様によれば、付加製造によって三次元モデルを製造するための方法であって、粉末材料及び凝固可能な非粉末材料で層状の態様で未加工のブロックを構築すること、但し前記未加工のブロックは、使用可能なモデルの一つ以上の未加工のコンパクト及び支持体要素の一つ以上の未加工のコンパクトを含み、使用可能なモデル及び支持体要素が、凝固可能な非粉末材料の選択的堆積によって形成されたパターン化線によって画定される；ＣＩＰを未加工のブロックに適用することによって使用可能なモデルの一以上の未加工のコンパクトの密度を増加すること；未加工のブロックを加熱し、凝固された非粉末材料を除去すること；支持体要素の一つ以上の未加工のコンパクトを除去することによって未加工のブロックから使用可能なモデルの一つ以上の未加工のコンパクトを抽出すること；及び使用可能なモデルの一つ以上の未加工のコンパクトを焼結し、三次元モデルを製造することを含む方法が提供される。
【００２７】
一部の例示的な実施形態の態様によれば、付加製造によって三次元モデルを製造するための方法であって、粉末材料及び凝固可能な非粉末材料で層状の態様で未加工のブロックを構築すること、但し前記未加工のブロックは、使用可能なモデルの一つ以上の未加工のコンパクト及び支持体要素の一つ以上の未加工のコンパクトを含み、使用可能なモデル及び支持体要素が、凝固可能な非粉末材料の選択的堆積によって形成されたパターン化線によって画定される；第一ＣＩＰを未加工のブロックに適用することによって使用可能なモデルの一以上の未加工のコンパクトの密度を増加すること；未加工のブロックを加熱し、凝固された非粉末材料を除去すること；支持体要素の一つ以上の未加工のコンパクトを除去することによって未加工のブロックから使用可能なモデルの一つ以上の未加工のコンパクトを抽出すること；未加工のブロックからの抽出後に第二ＣＩＰを前記一つ以上の未加工のコンパクトに適用することによって使用可能なモデルの一つ以上の未加工のコンパクトの密度をさらに増加すること；及び使用可能なモデルの一つ以上の未加工のコンパクトを焼結し、三次元モデルを製造することを含む方法が提供される。
【００２８】
一部の例示的な実施形態の態様によれば、付加製造によって三次元モデルを製造するための方法であって、粉末材料及び凝固可能な非粉末材料で層状の態様で未加工のブロックを構築すること、但し前記未加工のブロックは、使用可能なモデルの一つ以上の未加工のコンパクト及び支持体要素の一つ以上の未加工のコンパクトを含み、使用可能なモデル及び支持体要素が、凝固可能な非粉末材料の選択的堆積によって形成されたパターン化線によって画定される；未加工のブロックを加熱し、凝固された非粉末材料を除去すること；支持体要素の一つ以上の未加工のコンパクトを除去することによって未加工のブロックから使用可能なモデルの一つ以上の未加工のコンパクトを抽出すること；未加工のブロックからの抽出後にＣＩＰを前記一つ以上の未加工のコンパクトに適用することによって使用可能なモデルの一つ以上の未加工のコンパクトの密度を増加すること；及び使用可能なモデルの一つ以上の未加工のコンパクトを焼結し、三次元モデルを製造することを含む方法が提供される。
【００２９】
一部の例示的な実施形態の態様によれば、未加工の使用可能なモデルの密度を増加するための方法であって、前記未加工の使用可能なモデルをクッション材とともに湿潤バッグ中に挿入し、任意選択的に湿潤バッグから空気を除去し、前記湿潤バッグをＣＩＰ室中に置き、等方圧力を前記湿潤バッグに適用して前記未加工の使用可能なモデルの密度を増加することを含む方法が提供される。
【００３０】
任意選択的に、等方圧力が、二工程で適用され、第一工程が、クッション材を溶融するために十分な第一等方圧力を適用し、未加工の使用可能なモデルの中空構造内でそれを流動させることを含み、第二工程が、クッション材が未加工の使用可能なモデルの構造的一体性を維持するのを助けながら、第二等方圧力を適用し、未加工の使用可能なモデルの密度を増加することを含む。
【００３１】
任意選択的に、クッション材が、粉末化されたワックスであり、第一等方圧力が、５０ｂａｒ以下であり、第二等方圧力が、２６００ｂａｒ以下である。
【００３２】
一部の例示的な実施形態の態様によれば、付加製造によって三次元モデルを製造するためのシステムであって、印刷プラットフォームステーション、粉末吐出ステーション、粉末展延ステーション、及び圧縮ステーションを含む付加製造システム；追加の独立した圧縮ステーション；及び焼結ステーションを含むシステムが提供される。
【００３３】
任意選択的に、前記追加の独立した圧縮ステーションが、ＣＩＰステーションである。
【００３４】
任意選択的に、粉末吐出ステーション及び粉末展延ステーションが、単一の粉末送出ステーション中に含まれる。
【００３５】
別途定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術的用語および／または科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に記載される方法および材料と類似または同等である方法および材料を本発明の実施または試験において使用することができるが、例示的な方法および／または材料が下記に記載される。矛盾する場合には、定義を含めて、本特許明細書が優先する。加えて、材料、方法および実施例は例示にすぎず、限定であることは意図されない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
本明細書では本発明のいくつかの実施形態を単に例示し添付の図面を参照して説明する。特に詳細に図面を参照して、示されている詳細が例示として本発明の実施形態を例示考察することだけを目的としていることを強調するものである。この点について、図面について行う説明によって、本発明の実施形態を実施する方法は当業者には明らかになるであろう。
【００３７】
【図１】図１は、本発明の一部の実施形態による例示的な付加製造システムの簡略化した概略図である。
【００３８】
【図２】図２は、本発明の一部の実施形態による例示的な層ごとの構築プロセスの簡略化した概略図（側面図）である。
【００３９】
【図３】図３は、本発明の一部の実施形態による層を構築するための例示的な循環プロセスの簡略化したブロック図である。
【００４０】
【図４Ａ−４Ｂ】図４Ａ−４Ｂは、本発明の一部の実施形態による解放及び圧縮された状態のそれぞれの例示的な圧縮システムの簡略化した概略図（側面図）である。
【００４１】
【図５Ａ−５Ｂ】図５Ａ−５Ｂは、本発明の一部の実施形態による物体を構築するために層で形成された例示的なパターンの簡略化した概略図（平面図）である。
【００４２】
【図６】図６は、本発明の一部の実施形態によるＣＩＰステーションで処理される圧縮粉末層を含む未加工ブロックの簡略化したブロック図である。
【００４３】
【図７】図７は、本発明の一部の実施形態による三次元モデルを製造するための例示的な方法の簡略化したフローチャートである。
【００４４】
【図８】図８は、本発明の一部の実施形態によるＣＩＰステーションで圧縮される使用可能なモデルの未加工のコンパクトの簡略化したブロック図である。
【００４５】
【図９】図９は、本発明の一部の実施形態による使用可能なモデルの未加工のコンパクトのＣＩＰプロセス中に適用される例示的な圧力の簡略化したグラフである。
【００４６】
【図１０】図１０は、本発明の一部の実施形態による三次元モデルを製造するための追加の例示的な方法の簡略化したフローチャートである。
【００４７】
【図１１】図１１は、本発明の一部の実施形態による三次元モデルを製造するためのさらなる例示的な方法の簡略化したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
本発明は、その一部の実施形態において、付加製造の分野に関し、特に限定されないが、高い材料密度を有する３Ｄ印刷モデルを製造するための方法、装置及びシステムに関する。
【００４９】
本明細書で使用される用語「未加工のブロック（ｇｒｅｅｎ  ｂｌｏｃｋ）」及び「未加工のコンパクト（ｇｒｅｅｎ  ｃｏｍｐａｃｔ）」は、交換可能である。さらに、本明細書で使用される「使用可能なモデルの未加工のコンパクト」及び「未加工体」は、交換可能である。本明細書で使用される用語「物体」、「モデル」及び「使用可能なモデル」は、交換可能である。
【００５０】
さらに、本明細書で使用される「支持体要素の未加工のコンパクト」、「支持体要素」、「支持体領域の個別区域」及び「個別区域」は、交換可能である。
【００５１】
本明細書で使用される用語「未加工のブロック」、「未加工のコンパクト」、「使用可能なモデルの未加工のコンパクト」、「未加工体」、「支持体要素の未加工のコンパクト」はそれぞれ、「ブロック（ｂｌｏｃｋ）」、「コンパクト（ｃｏｍｐａｃｔ）」、「使用可能なモデルのコンパクト」、「体（ｂｏｄｉｅｓ）」、及び「支持体要素のコンパクト」に関するものであり、それらの主要成分は、焼結プロセスを受ける前の、一般的には結合された粉末の形の、結合材料である。
【００５２】
さらに、用語「マスク」、「パターン」、「マスクパターン」又は「印刷パターン」は、凝固可能な非粉末材料、例えば凝固可能なインクで形成されたパターンに関するものとされる。
【００５３】
一部の付加製造プロセスは、粉末層、及び粉末層から独立して印刷又は堆積された非粉末凝固材料を含む未加工のブロックを生み出す。一部の実施形態では、未加工のブロックは、粉末層を圧縮することによって製造されることができ、そこでは圧縮された層の少なくとも一部について、凝固可能な非粉末材料が圧縮前に堆積されている。未加工のブロックは、一般的に使用可能なモデル（「物体」としても言及される）の未加工のコンパクト、支持体要素の未加工のコンパクト、及び非粉末の凝固された材料、例えばインクジェット印刷ヘッドによって堆積され、かつ噴射後に凝固するインク（「凝固可能なインク」として言及される）を含む。一部の実施形態では、凝固可能なインクは、モデルの輪郭又は形状を画定し、ブロック内で他のモデル又は支持体要素の表面からその表面を分離するために特定のパターンに従って堆積される。一部の実施形態では、凝固可能なインクは、前の粉末層が圧縮された後、付加製造プロセス時に３Ｄプリンターによって選択的に吐出される。印刷されたパターンは、物体と周囲の粉末材料の間の境界、例えば物理的分離を規定してもよい。パターンはまた、ブロック内の支持体領域を個別区域に分割し、ブロックから使用可能なモデルの未加工のコンパクトを分離又は抽出するときに支持体要素の除去を容易にすることができる。付加製造プロセス中、ダイ圧縮は、層ごとに適用され、層から過剰な空気を除去してもよい。任意選択的に、粉末層は、粉末が形成される材料の加工密度の８５〜９０％の密度に達することができる。
【００５４】
一部の実施形態では、パターンは、凝固可能な非粉末材料、例えば凝固可能なインクで印刷される。本明細書で言及される凝固可能なインクは、周囲温度では固体であり、印刷の瞬間に液体であるインク材料に関する。凝固可能なインクの限定されない例は、光硬化性インク、ワックス、サーマルインク、及びそれらのいずれかの組み合わせを含む。本明細書で使用されるサーマルインク及び相変化インクは、交換可能な用語であり、室温で固体であり、１２０℃未満の融点、融点と１２０℃の間で５０ｃＰｓ未満の粘度を有し、１００℃以上の温度で実質的に炭素痕跡なしで蒸発する材料として規定されることができる。実質的には、炭素の痕跡がないとは、凝固されたインクの５重量％未満又は１重量％未満として規定されることができる。サーマルインクは、５５〜６５℃の溶融温度及び約６５〜７５℃の加工温度を持ち、粘度は、１５〜１７ｃＰｓであることができる。サーマルインクは、炭素痕跡なしか又はほとんどなしで加熱することに反応して蒸発するように構成されている。
【００５５】
一部の例示的な実施形態によれば、使用可能なモデルの未加工のコンパクトは、さらに後処理されてもよい。例えば焼結前に一つ以上の工程にわたって過剰な空気を除去するようにさらに圧縮されてもよい。後処理プロセスは、冷間等方圧加圧法（ＣＩＰ）、パターン除去プロセス（一般に「脱ワックス（ｄｅ−ｗａｘｉｎｇ）プロセス」として言及される）及び炉焼結プロセスを含んでもよい。一部の例示的な実施形態によれば、未加工のブロックの構築プロセスの終わりに、未加工のブロックのさらなる圧縮がＣＩＰステーションで達成される。ＣＩＰステーションは、焼結前に未加工のブロック内に含められる使用可能なモデルの未加工のコンパクトの密度を増加するために使用されてもよい。一部の例示的な実施形態では、ＣＩＰ中、未加工のブロックは、任意選択的に布帛内に包装され、湿潤バッグ中で封止されてもよい。湿潤バッグを封止する前に湿潤バッグから空気を除去するために真空を適用してもよい。ＣＩＰは、未加工のブロックに含まれる凝固可能なインクと共に適用してもよい。その方法では、ブロック内に含められる使用可能なモデルの未加工のコンパクトの密度は、構築材料の加工密度の約８５〜９０％から約９０〜９５％に増加されてもよい。構築材料の加工密度の９５％より上に達することは、未加工のブロック中の凝固された非粉末材料の存在のために難しい。なぜなら凝固された非粉末材料は、圧縮できないか、又は粉末材料より圧縮性に劣るからである。
【００５６】
一部の例示的な実施形態によれば、ＣＩＰの終わりに、未加工のブロックは、脱ワックスステーションに置かれ、そこでそれは、凝固された非粉末材料（例えば凝固されたインク）を燃焼、液化、又は蒸発させる温度に加熱されることができる（即ち、脱ワックスプロセス）。例えば、約１００〜１０００℃、２００〜８００℃、３００〜６００℃、又は３５０〜５００℃の範囲の温度を適用してもよい。凝固された非粉末材料の除去後、未加工のブロックに含まれる使用可能なモデルの未加工のコンパクトは、支持体要素の未加工のコンパクトを除去することによって未加工のブロックから分離又は抽出されてもよい。未加工の使用可能なモデルは、次いで焼結されることができる。
【００５７】
追加の例示的な実施形態によれば、ＣＩＰプロセスは、脱ワックスプロセスの後で焼結前に適用され、未加工のブロックからのそれらの分離又は抽出の後に未加工の使用可能なモデルの密度をさらに増加してもよい。このＣＩＰプロセス中、未加工の使用可能なモデルは、湿潤バッグ中に挿入されてもよく、ＣＩＰプロセス中にモデルを保護し、それらの構造的一体性を維持することを意図される材料を詰められるか又はそれで包囲されるか、及び／又はそれで充填されてもよい。一部の実施形態では、クッション材は、ワックス、例えばパラフィンワックスから形成された粉末であってもよい。空気は、湿潤バッグを封止する前に除去されてもよい。このＣＩＰプロセス中、圧力をまず第一レベル、例えばクッション材が溶融し、流動しはじめるレベルまで高めてもよい。クッション材の流動は、物体の幾何学的形状がＣＩＰプロセス中に完全に支持される（即ち、変形から保護される）ように裂け目、溝、管又はオリフィスのような物体に含まれる中空部分中へのその浸透を可能にしてもよい。クッション材の粘度は、圧縮プロセス中に崩壊することを意味する物体内の孔を満たすことを避けるように選択されてもよい。規定された遅れの後、未加工の使用可能なモデルを圧縮するために圧力を第二レベルまでさらに高めてもよい。任意選択的に、このＣＩＰプロセスは、物体を形成する材料が加工密度の１００％の密度又は１００％近くの密度、例えば９７％及びそれより上の密度を有するように、物体中の粉末粒子間の実質的に全ての空気を除去するために未加工の使用可能なモデルを圧縮する。
【００５８】
本発明の少なくとも１つの実施形態を詳しく説明する前に、本発明は、その適用において、下記の説明に示されるか、および／または図面および／または実施例において例示される構成要素および／または方法の組み立ておよび構成の細部に必ずしも限定されないことを理解しなければならない。本発明は他の実施形態が可能であり、または様々な方法で実施または実行されることが可能である。
【００５９】
図を参照すると、図１は、本発明による一部の実施形態による例示的な付加製造システムの簡略化されたブロック図を示す。本発明の一部の実施形態によれば、付加製造システム１００は、加工プラットフォーム５００を含み、その上で構築トレイ２００は、未加工のブロック、例えば粉末層のブロック１５を一回で一層、構築するために複数のステーションを通って進められる。典型的には、精密ステージ２５０は、構築トレイ２００を循環プロセスにおけるステーションの各々に進める。ステーションは、非粉末の凝固可能な材料のパターンを印刷するための印刷プラットフォームステーション３０、粉末層を吐出するための粉末吐出ステーション１０、吐出された粉末の層を展延するための粉末展延ステーション２０、及び粉末の層及び／又は印刷されたパターンを圧縮するための圧縮ステーション４０を含んでもよい。典型的には、各層について、構築トレイ２００は、ステーションの各々に前進し、次いで全ての層が印刷されるまでプロセスを繰り返す。本発明の一部の実施形態によれば、コントローラー３００は、加工プラットフォーム５００の上でステーションの各々の操作を制御し、精密ステージ２５０の上でトレイ２００の動き及び／又は位置決めとステーションの各々の操作を調和させる。典型的には、コントローラー３００は、メモリー及び処理能力を含むか、及び／又はそれと関連される。任意選択的に、粉末吐出ステーション１０と粉末展延ステーション２０は、単一の粉末送達ステーション中に組み込まれる。
【００６０】
一部の例示的な実施形態によれば、付加製造システムは、追加の圧縮ステーション６０、例えばＣＩＰステーションを含む。一部の例示的な実施形態では、加工プラットフォーム５００の上で製造された未加工のブロックは、層構築プロセスが完了した後に追加の圧縮ステーション６０にさらに含められてもよい。任意選択的に、圧縮前、未加工のブロックは、湿潤バッグ中に置かれ、湿潤バッグから空気が抜き取られる。湿潤バッグは、可撓性の囲いであり、それを通して流体が浸透しない（例えばゴムバッグ）。一部の例示的な実施形態では、追加の圧縮ステーション６０は、未加工のブロックを圧縮し、次いでいったん使用可能なモデルの未加工のブロックが未加工のブロックから抽出されたら使用可能なモデルの未加工のブロックを圧縮するために使用されてもよい。
【００６１】
一部の実施形態では、炉焼結は、一つ又は二つのＣＩＰプロセスの後に適用されてもよい。焼結の温度及び時間は、一般的には、使用される粉末材料、及び任意選択的に物体のサイズに依存する。任意選択的に、焼結は、不活性ガス環境において実施される。任意選択的に、不活性ガス源５１０は、窒素源である。
【００６２】
一部の実施形態では、本明細書に記載された付加製造システムは、改良されたスピードで印刷することをもたらす。例えば層ごとの印刷時間は、２５〜３５秒であることができ、４００層を含む未加工のブロックのための想定される構築時間は、約４時間であることができる。構築トレイ２００の上に構築される未加工のブロック１５は、複数の未加工の使用可能なブロック、例えば１〜１５のモデルを含むことができる。ブロックの一例の底面は、２０×２０ｃｍであることができる。
【００６３】
焼結ステーション７０及び追加の圧縮ステーション６０は、加工プラットフォーム５００から分離される独立型ステーションであることができる。任意選択的に、未加工のブロック１５は、追加の圧縮ステーション６０中に、次いで焼結ステーション７０中に、但し精密ステージ２５０を介さず、手で位置される。任意選択的に、追加の圧縮ステーション６０及び焼結ステーション７０の各々は、それぞれのステーションを操作するための別個のコントローラーを持つ。
【００６４】
図２を参照すると、それは、本発明の一部の実施形態による例示的な層ごとの構築プロセスの簡略化された概略図を示す。図２は、例示的な第一層５０２及び第二層５０４の上に構築されるプロセスにおける例示的な第三層５０６を示す。一部の例示的な実施形態では、パターン５１０は、三次元プリンターを用いて層ごとに吐出される。一部の例示的な実施形態によれば、パターン５１０は、凝固可能なインクのような凝固可能な非粉末材料から形成される。パターン５１０は、前の層（単数又は複数）、例えば層５０４及び５０２においてパターン５１０と物理的に接触してもよく、又は粉末材料を含む前の層の領域の上にパターン化されてもよい。層ごとのパターン５１０の高さは、層の高さと実質的に同じであってもよく、又は任意選択的に、層の高さ、例えば層５０４中のパターン５１０の部分５１０Ａより短くてもよい。
【００６５】
一部の例によれば、粉末５１は、パターン５１０の上に、かつ構築トレイ２００の底面を横切って展延される。一部の例示的な実施形態では、粉末５１は、ローラー２５で展延される。任意選択的に、ローラー２５は、その軸２４のまわりに回転し、Ｘ軸に沿って構築トレイ２００を横切って移動するように作動される。いったん粉末５１がトレイ２００の底面を横切って展延されると、圧縮５２０は、層５０６を圧縮するために層全体の上に適用されてもよい。一般的には、層５０６の高さ、及び任意選択的に前の層５０２及び５０４の高さは、圧縮処理によって減少される。
【００６６】
図３を参照すると、それは、本発明の一部の実施形態による未加工のブロック層を構築するための例示的な循環プロセスの簡略化されたブロック図を示す。一部の例示的な実施形態によれば、物体（即ち、使用可能なモデルの未加工のコンパクト）は、循環プロセスにおいて未加工のブロック内で層ごとに構築されてもよい。循環プロセスの各サイクルは、印刷プラットフォームステーション３０でパターンを印刷し（ブロック２５０）、吐出ステーション１０及び展延ステーション２０でパターンの上に粉末材料を吐出し（ブロック２６０）、展延し（ブロック２７０）、圧縮ステーション４０でパターンを含む粉末層を圧縮する（ブロック２８０）工程を含むことができる。一部の実施形態では、吐出及び展延ステーション１０及び２０は、「粉末送出ステーション」としても言及される単一のステーションへと組み合わされる。一部の例示的な実施形態では、パターンは、凝固可能なインクのような凝固可能な非粉末材料から形成される。圧縮は、層ごとのダイ圧縮を含んでもよい。本発明の実施形態によれば、各サイクルは、未加工のブロックの一つの層を形成し、サイクルは、全ての層が構築されるまで繰り返される。任意選択的に、一つ以上の層は、パターンを必要とせず、パターンを印刷する工程（ブロック２５０）を選択された層から除外してもよい。任意選択的に、一つ以上の層は、粉末材料を必要とせず、粉末材料を吐出及び展延する工程（ブロック２６０及び２７０）は、選択された層から除外されてもよい。この循環プロセスは、未加工のブロックを生み出し、それは、使用可能なモデルの一つ以上の未加工のコンパクト、支持体要素の一つ以上の未加工のコンパクト、及び凝固された非粉末材料を含む。
【００６７】
図４Ａ及び４Ｂを参照すると、それは、本発明の一部の実施形態による解放及び圧縮状態のそれぞれで示された例示的なダイ圧縮ステーションの簡略化された概略図を示す。圧縮ステーション４０は、層３００を圧縮するための圧縮圧力を与えるピストン４２を含むことができる。圧縮中、ピストン４２は、ボア４９を通って上昇されてもよく、任意選択的に加工プラットフォーム５００又は精密ステージ２５０においてロッド４２Ａを押し、構築トレイ２００の上に位置される表面４５に向かって構築トレイ２００を上昇させる。ロッド４２Ａは、ピストン４２が圧縮を達成するために移動することが要求される距離を減少するように機能してもよい。
【００６８】
任意選択的に、いったん層３００が表面４５と接触すると、壁４３は、層３００のまわりに閉じ、圧縮中の層３００の一定の底面積を維持する。
【００６９】
構築トレイ２００は、ピストン４２がトレイ２００を上昇及び／又は下降するときにリニア軸受４６に沿って動く一つ以上のリニアガイド４１に固定されてもよい。任意選択的に、トレイ２００は、一つ以上の圧縮ばね４７に対して上昇される。重力並びにばね４７は、層３００を圧縮した後にピストン４２を下降することをもたらしてもよい。
【００７０】
２５０ＭＰａ又は３００ＭＰａまでの圧力が、層を圧縮するために付与されることができる。典型的には、付与された圧力は、層３００中の空気を除去して、層３００中の粉末がその弾性状態を通り越して層の永続的な変形が達成されるようにする。任意選択的に、圧縮は、層の相対密度を粉末材料の加工密度の約７０％〜７５％に増加することをもたらす。幾つかの合金に対しては、相対密度は、加工密度の９０％まで達することができる。任意選択的に、圧縮は、層の厚さを２５％まで減少する。任意選択的に、約３０〜９０ＭＰａの圧縮圧力が付与される。任意選択的に、圧縮は、室温で実施される。
【００７１】
一部の実施形態では、上部表面４５は、加熱されることができ、例えば圧縮中に加熱要素４４で予備加熱されることができる。表面４５を加熱する場合、層３００は、層の上に付与される圧力が少なくてもその塑性変形及び／又は永久変形の状態を達成することができる。任意選択的に、アルミニウム粉末の場合には、上部表面４５は、１５０℃の温度に、例えば１５０〜２００℃に加熱される。典型的には、圧縮温度と圧力の間にトレードオフがある。圧縮中に温度を高めることは、低圧での塑性変性をもたらすことができる。他方、上部表面４５の温度を低下することは、圧縮のエネルギー効率を低下しうる。なぜならより高い圧力が要求されるからである。
【００７２】
図５Ａ及び５Ｂを参照すると、それは、本発明の一部の実施形態による三次元物体を構築するために一つの層で形成された例示的パターンの簡略化された概略図を示す。例示的な実施によれば、凝固可能な非粉末材料、例えば凝固可能なインクは、物体７５０の輪郭１５０をトレースし、また、パターン化された線１５５を有する支持体領域を、未加工のブロック構築プロセスの終わりに物体７５０から容易に分離されることができる区域に分割する。一部の支持体領域は、大きな支持体区域７１０に分割される。他の支持体領域は、物体７５０の幾何学的形状をより注意深く考慮する小さい支持体区域７２０に分割され（図５Ａ）、未加工のブロック構築プロセスの終わりに物体７５０からの支持体区域７２０の分離を容易にすることができる。一部の例示的な実施形態では、支持体区域７２０は、未加工のブロックからの物体７５０の抽出を容易にするために希望のドラフト角度を与えるように規定されることができる。支持体区域７２０のサイズ及び形状はともに、未加工のブロックからの物体の抽出を容易にするように規定されることができる。小さい支持体区域７２０は、物体７５０の表面の近くに規定されることができ、大きい支持体区域７１０は、物体７５０の表面から離れて規定されることができる。
【００７３】
図５Ｂを参照すると、ネガマスキングが、規定された支持体領域において適用されることができ、そこでは例えば物体７５０によって規定されたキャビティ内のような凝固された支持体区域全体を除去することは難しいかもしれない。ネガマスキングは、凝固可能な非粉末材料が除去された後に粉末状態で残り、従って（プロセス中に個別区域へと凝固する他の支持体領域とは反対に）キャビティから容易に除去可能である支持体区域７３０を作る。一部の例示的な実施形態によれば、ネガマスキングは、規定された領域７３０において凝固可能な非粉末材料をディザリングすることによって形成される。ディザリングの程度は、層中の凝固可能な非粉末材料の５〜５０％又は５〜１００％の範囲であることができる。典型的には、凝固された非粉末材料の仕切りは、物体からネガマスクを分離する。層のある部分は、ネガマスクでパターン化されてもよく、一方、他の部分は、支持体領域を個別区域７１０に分割するパターンを含んでもよい。凝固可能な非粉末材料はまた、未加工のブロックに構造的支持を与えるために層の領域中に含まれてもよい。
【００７４】
未加工のブロックの簡略化されたブロック図を示す図６を参照すると、それは、本発明の一部の実施形態によるＣＩＰステーションで圧縮される凝固された非粉末材料（例えば凝固されたインク）を任意選択的に含む圧縮された粉末材料を含む。一部の例示的な実施形態によれば、追加の圧縮ステーション６０は、ＣＩＰ室６５０を含むＣＩＰステーションであり、そこで物体は、ＣＩＰ室６５０に含まれる流体６１５で湿潤バッグ６２０中に置かれた物体のまわりに実質的に均一な圧力６３０を付与することによって圧縮されることができる。一部の実施形態では、付加製造（ＡＭ）法によって構築された未加工のブロック６００は、圧縮ステーション６０の室中で圧縮される。未加工のブロック６００は、粉末材料及び凝固された非粉末材料、例えば凝固可能なインクを含んでもよい。圧縮中、未加工のブロック６００は、湿潤バッグ６２０中に挿入される。任意選択的に、空気は、減圧で湿潤バッグ６２０の体積から抜き出される。未加工のブロック６００を含む湿潤バッグ６２０は、次いでＣＩＰによって圧縮されることができる。ＣＩＰは、未加工のブロック６００、並びに圧縮中にそこに埋め込められる使用可能なモデルの割合を実質的に維持することができる。ＣＩＰは、約２５００ｂａｒまでの圧力で、かつ任意選択的に４０℃までの温度で実施されてもよい。一部の例示的な実施形態では、未加工のブロック６００は、湿潤バッグへの挿入前に布で包まれる。
【００７５】
図７を参照すると、それは、本発明の一部の実施形態による三次元モデルを製造するための例示的な方法の簡略化されたフローチャートを示す。層構築プロセスは、粉末材料及び凝固された非粉末材料、例えば凝固されたインクを含む未加工のブロックを構築するために実施されることができ、そこでは使用可能なモデルの一つ以上の未加工のコンパクト及び支持体要素の一つ以上の未加工のコンパクトが、凝固された非粉末材料によって画定される（ブロック９０５）。構築プロセスの終わりに、ＣＩＰは、追加の圧縮を与えるために未加工のブロックに適用されてもよい（ブロック９１０）。ＣＩＰ中、等方圧力は、層構築プロセス中に層ごとに適用される一方向性の圧力とは反対にブロックを包囲する液体によって適用されてもよい。ＣＩＰの終わりに、未加工のブロックは、そこに含まれる非粉末の凝固された材料を溶融、燃焼又は蒸発するために加熱されることができる（ブロック９１５）。いったん凝固された非粉末材料が除去されると、未加工の使用可能なモデルは、未加工の支持体要素から分離されることができ（ブロック９２０）、未加工の使用可能なモデルは、焼結されることができる（ブロック９２５）。
【００７６】
図８及び図９を参照すると、図８は、ＣＩＰステーションで圧縮される未加工のモデルの簡略化されたブロック図を示し、図９は、本発明の一部の実施形態によるＣＩＰプロセス時に付与される例示的な圧力の簡略化されたグラフを示す。任意選択的に、このＣＩＰプロセスは、焼結前に未加工のモデルをさらに圧縮することを意図され、未加工のモデルを含む未加工のブロックに第一ＣＩＰを適用し、前記ブロックから未加工のモデルを抽出した後に行なわれる。任意選択的に、このＣＩＰプロセス中、未加工の使用可能なモデルを構築するために使用される粉末中の実質的に全ての空気が除去されることができる。例えば、物体を構築するために使用される粉末材料の加工密度の１００％（又は少なくとも９７％もしくは９８％）を生み出す。このＣＩＰプロセス中、未加工の使用可能なモデルは、クッション材６４０、例えば粉末化されたワックスとともに湿潤バッグ６２０中に挿入されることができ、空気は、湿潤バッグ６２０から除去されることができる。このＣＩＰプロセスは、二工程で実施されることができる。第一工程にわたって、湿潤バッグ６２０は、第一圧力レベル６８０（図９）まで、例えば湿潤バッグ６２０中のクッション材６４０が溶融されることができる５０ｂａｒまで加圧されることができる。いったんクッション材６４０が溶融すると、それは、物体の幾何学的形状によって画定されるいずれかの中空構造（例えば溝、裂け目）中に流れ、圧縮時のモデルの構造的一体性の維持を助けることができる。任意選択的に、クッション材を溶融するために熱を適用してもよい。このＣＩＰプロセスの第二段階は、いったんクッション材が溶融され、中空構造中に分散されたら実施されることができる。一部の例示的な実施形態では、第二段階中、追加の圧力（６９０）が規定された時間にわたって付与され、未加工のモデル７５０を圧縮する。任意選択的に、２６００Ｂａｒまでが付与されることができる。圧力６９０が解放された後、未加工のモデルは、湿潤バッグ６２０から除去され、焼結されることができる。一部の実施形態では、第一圧力レベル６８０が、１〜６０分、２〜３０分、又は５〜１５分の時間窓の間、付与される。粉末形態のクッション材、例えば粉末化されたワックスを使用し、前記粉末の溶融が、熱によってなされる場合、完全な圧力付与に到達するための遅れ時間は、短くすることができ、１分まで続けることができる。
【００７７】
図１０を参照すると、それは、本発明の一部の実施形態による三次元モデルを製造するための追加の例示的な方法の簡略化されたフローチャートを示す。層構築プロセスは、粉末材料及び非粉末材料、例えば凝固されたインクを含む未加工のブロックを構築するために実施されることができ、そこでは使用可能なモデルの一つ以上の未加工のコンパクト及び支持体要素の一つ以上の未加工のコンパクトが、凝固された非粉末材料によって画定される（ブロック９０５）。構築プロセスの終わりに、ＣＩＰは、追加の圧縮を与えるために未加工のブロックの上に適用されることができる（ブロック９１０）。ＣＩＰ中、物体を形成する構築材料の密度は、材料の加工密度の約８５〜９０％から約９０〜９７％までに到達してもよい。ＣＩＰの終わりに、未加工のブロックは、非粉末の凝固された材料が溶融、燃焼又は蒸発する温度まで加熱されることができる（ブロック９１５）。いったん凝固された材料が除去されると、一つ以上の未加工のモデルが、未加工の支持体要素から分離されることができる（ブロック９２０）。抽出された未加工のモデルは、次いで第二ＣＩＰプロセスにわたって再び圧縮されることができる（ブロック９２２）。第二ＣＩＰプロセス中、モデルは、モデルの構造的一体性を保持することを助けるためにクッション材を詰めたり、又はそれで包囲したり、及び／又はそれで満たしたりされる。一部の実施形態では、クッション材は、ワックス、例えばパラフィンワックスから形成された粉末であることができる。この第二ＣＩＰプロセスは、クッション材が溶融する第一圧力レベルを適用し、次いで未加工のモデルが粉末材料の加工密度のほとんど１００％に到達するように圧縮される第二圧力レベルを適用することを含むことができる。あるいは、連続的に増加する圧力を適用してもよい。第二ＣＩＰプロセスの後、未加工のモデルは、最終的な三次元モデルを形成するために焼結されることができる（ブロック９２５）。
【００７８】
図１１を参照すると、それは、本発明の一部の実施形態による３Ｄ印刷モデルを製造するための追加の例示的な方法の簡略化されたフローチャートを示す。層構築プロセスは、粉末材料及び非粉末の凝固された材料、例えば凝固されたインクを含む未加工のブロックを構築するために実施されることができ、そこでは使用可能なモデルの一つ以上の未加工のコンパクト及び支持体要素の一つ以上の未加工のコンパクトが、凝固された非粉末材料によって画定される（ブロック９０５）。層構築プロセスの終わりに、未加工のブロックは、非粉末の凝固された材料が溶融、燃焼又は蒸発する温度まで加熱されることができる（ブロック９１５）。いったん非粉末の凝固された材料が除去されると、モデルの一つ以上の未加工のコンパクトが支持体要素から分離されることができる（ブロック９２０）。抽出されたモデルは、次いでＣＩＰプロセスにわたって圧縮されることができ（ブロック９２２）、そこでは抽出されたモデルは、モデルの構造的一体性を保持することを助けるためにクッション材を詰めたり、又はそれで包囲したり、及び／又はそれで満たしたりされることができる。一部の実施形態では、クッション材は、ワックス、例えばパラフィンワックスから形成された粉末であることができる。このＣＩＰプロセスは、クッション材が溶融する第一圧力レベルを適用し、次いでモデルが粉末材料の加工密度のほとんど１００％に到達するようにさらに圧縮される第二圧力レベルを適用することを含むことができる。あるいは、連続的に増加する圧力を適用してもよい。このＣＩＰプロセスの後、未加工のモデルは、最終的な三次元モデルを形成するために焼結されることができる（ブロック９２５）。
【００７９】
用語「含む／備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ、ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ、ｉｎｃｌｕｄｅｓ、ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、およびそれらの同根語は、「含むが、それらに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」ことを意味する。
【００８０】
用語「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」は、「含み、それらに限定される（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ａｎｄ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」ことを意味する。
【００８１】
表現「から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」は、さらなる成分、工程および／または部分が、主張される組成物、方法または構造の基本的かつ新規な特徴を実質的に変化させない場合にだけ、組成物、方法または構造がさらなる成分、工程および／または部分を含み得ることを意味する。
【００８２】
明確にするため別個の実施形態の文脈で説明されている本発明の特定の特徴が、単一の実施形態に組み合わせて提供されることもできることは分かるであろう。逆に、簡潔にするため単一の実施形態で説明されている本発明の各種の特徴は別個にまたは適切なサブコンビネーションで、あるいは本発明の他の記載される実施形態において好適なように提供することもできる。種々の実施形態の文脈において記載される特定の特徴は、その実施形態がそれらの要素なしに動作不能である場合を除いては、それらの実施形態の不可欠な特徴であると見なされるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ−４Ｂ】
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【図５Ａ−５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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