(57)【要約】  粉末床融合（ＰＢＦ）における支持構造のシステムおよび方法が、提供される。支持構造は、例えば圧密させた粉末、圧密させて焼結した粉末、結合剤を塗布した粉末などであり得る結合粉末から形成することができる。支持構造は、発泡体などの非粉末支持材料から形成することができる。支持構造は共振振動数をかけることによって除去することができる共振構造を含むように形成することができる。支持構造は、容易な除去のために電流がかけられると溶融するように構成される構造を含むように形成することができる。【選択図】図４Ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末材料の複数のレイヤを堆積させるデポジタと、
エネルギービームを発生させるエネルギービーム源と、
前記レイヤのうちの第１のレイヤにおける第１のエリアで前記粉末材料を融合させるために前記エネルギービームをあてる偏向器と、
前記レイヤのうちの第２のレイヤにおいて、前記第１のエリアの下にある第２のエリアで前記粉末材料を結合する粉末フィクサと
を備える、粉末床融合のための装置。
【請求項２】
前記レイヤのうちの第３のレイヤが前記第２のエリアの下にある粉末材料の第３のエリアを含み、前記偏向器および前記粉末フィクサが前記第３のエリアにある前記粉末材料が融合せず、結合しないように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記粉末フィクサが前記第２のエリアにある前記粉末材料を圧密させる圧密装置を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記圧密装置が機械的なローラを含む、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記圧密装置が機械的なプレスを含む、請求項３に記載の装置。
【請求項６】
前記粉末フィクサが前記第２のエリアにある前記粉末材料を部分的に焼結させるヒータを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記粉末フィクサが前記第２のエリアにある前記粉末材料に結合剤を塗布するアプリケータを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記結合剤が液体を含む、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記結合剤がゲルを含む、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記結合剤がレジンを含む、請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
前記アプリケータが前記結合剤を堆積させるノズルを含み、前記ノズルが前記デポジタの後を追う、請求項７に記載の装置。
【請求項１２】
粉末材料の複数のレイヤを堆積させるデポジタと、
エネルギービームを発生させるエネルギービームと、
前記レイヤのうちの第１のレイヤにおける第１のエリアで前記粉末材料を融合させるために前記エネルギービームをあてる偏向器と、
前記レイヤのうちの第２のレイヤにおいて、前記第１のエリアの下にある第２のエリアで支持材料を設置する支持システムと
を備える、粉末床融合のための装置。
【請求項１３】
前記支持材料が発泡体を含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記支持システムが前記レイヤのうちの前記第２のレイヤの前記第２のエリアにある前記支持材料を設置するために前記デポジタを使用するように構成される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記支持システムが、前記支持材料の前記設置に先立って、前記第２のエリアにある前記粉末材料を除去する真空を含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
造形片の下にある粉末床内で融合粉末から形成されるベースと、
前記ベースから延在し前記造形片を支持するように構成される融合粉末から形成される、１つまたは複数の延在部と
を備える、粉末床融合システムにおいて形成される前記造形片を支持するための支持構造。
【請求項１７】
前記１つまたは複数の延在部が第１の方向に横切る共振振動数を有する、請求項１６に記載の支持構造。
【請求項１８】
前記１つまたは複数の延在部のそれぞれが、前記ベースから最も遠い前記延在部の端部においてテーパ付けられた部分を含む、請求項１６に記載の支持構造。
【請求項１９】
前記１つまたは複数の延在部のそれぞれが、前記ベースに最も近い前記延在部の端部においてテーパ付けられた部分を含む、請求項１６に記載の支持構造。
【請求項２０】
前記支持構造が、
前記１つまたは複数の延在部が前記ベースから延在する方向とは反対の方向に、前記ベースから延在する１つまたは複数の第２の延在部
をさらに備える、請求項１６に記載の支持構造。
【請求項２１】
前記１つまたは複数の第２の延在部が、前記１つまたは複数の延在部の共振振動数に対応する前記共振振動数を有する、請求項２０に記載の支持構造。
【請求項２２】
融合粉末から形成されるコイルをさらに備え、前記コイルが前記１つまたは複数の延在部のうちの１つの周りに巻き付けられる、請求項１６に記載の支持構造。
【請求項２３】
前記造形片をさらに備え、前記造形片が前記１つまたは複数の延在部に取り付けられるように構成される１つまたは複数の取り付けポイントを含む、請求項１６に記載の支持構造。
【請求項２４】
粉末床融合システムによって形成される支持構造と、
電流源と、
前記電流源を前記支持構造へ接続する接続と、
前記接続を通じて前記電流源から前記支持構造へ電流をかけるコントローラと
を備える、粉末床融合システムのための装置。
【請求項２５】
前記接続が、前記支持構造に接触するように構成される接点を含み、前記装置が前記支持構造によって支持される造形片に接触するように構成される第２の接点をさらに備え、前記造形片が１つまたは複数の取り付けポイントにおいて前記支持構造によって支持され、前記電流が前記１つまたは複数の取り付けポイントを通じて通過し、前記支持構造の少なくとも一部を溶融するように構成される、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記造形片をさらに備える、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記接続が前記支持構造の第１の場所に接触するように構成される第１の接点を含み、前記装置が前記支持構造の第２の場所に接触するように構成される第２の接点をさらに備え、それによって、前記電流が前記支持構造の電気機械的な変換器にわたってかけられる、請求項２４に記載の装置。
【請求項２８】
支持構造に共振振動数をかける振動子を備える、
粉末床融合システムの造形片から前記支持構造を分離するための装置。
【請求項２９】
前記振動子が圧電変換器を備える、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記振動子が超音波振動数より少ない振動数で振動するように構成される、請求項２８に記載の装置。
【請求項３１】
粉末材料の第１および第２のレイヤを堆積させるステップと、
エネルギービームを発生させるステップと、
前記第１のレイヤの第１のエリアにある前記粉末材料を融合させるために前記エネルギービームをあてるステップと、
前記第２のレイヤにおいて、前記第１のエリアの下にある第２のエリアにある前記粉末材料を結合するステップと
を含む、粉末床融合の方法。
【請求項３２】
前記第２のエリアの下にある粉末材料の第３のエリアを融合させることなく、および前記第３のエリアを結合させることなく、前記粉末材料の第３のレイヤを堆積させるステップと、をさらに含む、請求項３１の方法。
【請求項３３】
前記粉末材料を結合させるステップが前記第２のエリアにある前記粉末材料を圧密させるステップを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記粉末材料を圧密させるステップが、前記第２のエリアにある前記粉末材料を機械的にロールするステップを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記粉末材料を圧密させるステップが、前記第２のエリアにある前記粉末材料を機械的にプレスするステップを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記粉末材料を結合させるステップが、前記第２のエリアにある前記粉末材料を部分的に焼結させるステップを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
前記粉末材料を結合させるステップが、前記第２のエリアにある前記粉末材料に結合剤を塗布するステップを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
前記結合剤が液体を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記結合剤がゲルを含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
前記結合剤がレジンを含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４１】
前記結合剤を塗布するステップが、デポジタの後を追うノズルで前記結合剤を堆積させるステップを含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４２】
粉末材料の第１および第２のレイヤを堆積させるステップと、
エネルギービームを発生させるステップと、
前記第１のレイヤの第１のエリアにある前記粉末材料を融合させるために前記エネルギービームをあてるステップと、
前記第２のレイヤにおいて、前記第１のエリアの下にある第２のエリアに支持材料を設置するステップと、
を含む、粉末床融合の方法。
【請求項４３】
前記支持材料が発泡体を含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記第１および第２のレイヤがデポジタを使用して堆積され、前記支持材料を設置するステップが前記支持材料を設置するために前記デポジタを使用するステップを含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
前記支持材料を設置するステップに先立って、前記第２のエリアにある前記粉末材料を除去するステップをさらに含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４６】
支持構造を接地するステップと、
前記支持構造に電流をかけるステップと
を含む、粉末床融合システムの造形片から前記支持構造を分離するための方法。
【請求項４７】
前記電流をかけるステップが、前記造形片と、前記支持構造の少なくとも一部を溶融する前記支持構造と、の間の取り付けポイントにわたって前記電流をかけるステップを含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記電流をかけるステップが、前記支持構造の電気機械的変換器にわたって前記電流をかけるステップを含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
支持構造に共振振動数をかけるステップ
を含む、粉末床融合システムの造形片から前記支持構造を分離するため方法。
【請求項５０】
前記支持構造に圧電変換器を取り付けるステップをさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記共振振動数が超音波振動数より少ない、請求項４９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、その全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれている２０１７年４月２８日に出願した「ＳＵＰＰＯＲＴ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ  ＩＮ  ＡＤＤＩＴＩＶＥ  ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ」と題する米国特許出願第１５／５８２，４０９号の利益を主張するものである。
【０００２】
本開示は一般的に付加製造（additive manufacturing）に関し、より詳細には、付加製造のための支持構造および造形片からの支持構造の除去に関する。
【背景技術】
【０００３】
粉末床融合（ＰＢＦ：Ｐｏｗｄｅｒ−Ｂｅｄ−Ｆｕｓｉｏｎ）システムは、従来の製造プロセスでは作成することが困難または不可能ないくつかの形状を含む、幾何学的に複雑な形状を有する金属の構造体（造形片（build piece）と称される）を作成することができる。ＰＢＦシステムはレイヤごとに造形片を作成するための付加製造（ＡＭ：Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）技法を含む。それぞれのレイヤまたはスライスは、金属粉末のレイヤを堆積させ、次にレイヤにおける造形片の断面に一致する金属粉末レイヤのエリアを融合させる（fuse）（例えば、溶融して（melt）冷却する）プロセスによって形成することができる。造形片が完成するまで、造形片の次のスライスを形成するためにプロセスを次々と繰り返すことができる。それぞれのレイヤが前のレイヤの上部に堆積するため、ＰＢＦは下から上まで（from the ground up）スライスごとに構造を形成することにたとえられることがある。
【０００４】
ＰＢＦのいくつかの造形片の形状は好ましくないアーチファクト（artifact）を作り出すことがある。これらの形状としては、張り出し、または他では融合していない粉末上に存在する粉末セクションを溶融することによって形成された造形片の部分が挙げられる。これらの張り出しによっておこる負の影響を軽減するために、支持構造を使用することができる。しかしながら、支持構造で張り出しに対処する従来の技法は、得られる構造体の品質にかなり影響することがあるそれ自体の著しい欠陥があった。本開示において、これらの、および他の問題に対処する。
【発明の概要】
【０００５】
支持構造ならびに支持構造の除去のためのシステムおよび方法のいくつかの態様を、以降でより詳しく説明する。
【０００６】
様々な態様において、粉末床融合のための装置は、粉末材料の複数のレイヤを堆積させるデポジタと、エネルギービームを発生させるエネルギービーム源と、レイヤのうちの第１のレイヤにおける第１のエリアで粉末材料を融合させるためにエネルギービームをあてる偏向器（depositor）と、レイヤのうちの第２のレイヤにおいて、第１のエリアの下にある第２のエリアで粉末材料を結合する粉末フィクサとを含むことができる。
【０００７】
様々な態様において、粉末床融合のための装置は、粉末材料の複数のレイヤを堆積させるデポジタと、エネルギービームを発生させるエネルギービームと、レイヤのうちの第１のレイヤにおける第１のエリアで粉末材料を融合させるためにエネルギービームをあてる偏向器と、レイヤのうちの第２のレイヤにおいて、第１のエリアの下にある第２のエリアで発泡体などの支持材料を設置する支持システムとを含むことができる。
【０００８】
様々な態様において、粉末床融合システムにおいて形成される造形片を支持するための支持構造は、造形片の下にある粉末床内で融合粉末（fused powder）から形成されるベースと、ベースから延在し造形片を支持するように構成される融合粉末から形成される１つまたは複数の延在部とを含むことができる。
【０００９】
様々な実施形態において、粉末床融合システムのための装置は、粉末床融合システムによって形成される支持構造と、電流源と、電流源を支持構造へ接続する接続と、接続を通じて電流源から支持構造へ電流をかける（apply）コントローラとを含むことができる。
【００１０】
様々な実施形態において、粉末床融合システムの造形片から支持構造を分離するための装置は、支持構造に共振振動数（resonant frequency）をかける（apply）振動子（vibrator）を含むことができる。
【００１１】
例示としてほんのいくつかの例示の実施形態を示し説明している以下の詳細な説明から、他の態様が当業者にとって容易に明らかとなろう。当業者によって理解されるように、本明細書で説明される概念は、他のおよび異なる実施形態にも可能であり、様々な他の観点においてすべて本開示から逸脱することなく、いくつかの詳細が修正可能である。したがって、図面および詳細な説明は、性質において限定としてではなく例示として見なされるものである。
【００１２】
次に、本明細書において説明される概念の様々な態様が、添付の図面において、限定ではなく例として詳細な説明において提示される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】動作の異なる工程の間の、例示のＰＢＦシステムの側面図を図示している。
【図１Ｂ】動作の異なる工程の間の、例示のＰＢＦシステムの側面図を図示している。
【図１Ｃ】動作の異なる工程の間の、例示のＰＢＦシステムの側面図を図示している。
【図１Ｄ】動作の異なる工程の間の、例示のＰＢＦシステムの側面図を図示している。
【図２】ＰＢＦシステムにおける、例示の垂れ下がり変形を示す。
【図３】結合粉末（bound powder）の支持構造の例示の実施形態を示す。
【図４Ａ】結合粉末の支持構造を形成するためのＰＢＦ装置の例示の実施形態を示す。
【図４Ｂ】結合粉末の支持構造を形成するためのＰＢＦ装置の例示の実施形態を示す。
【図４Ｃ】結合粉末の支持構造を形成するためのＰＢＦ装置の例示の実施形態を示す。
【図５】ＰＢＦ装置内で結合粉末の支持構造を作成する方法の例示の実施形態のフローチャートである。
【図６】支持構造の構成の例示の実施形態を示す。
【図７】機械的なローラで粉末を圧密させる（compact）ＰＢＦ装置および方法の例示の実施形態を示す。
【図８】機械的なプレスで粉末を圧密させるＰＢＦ装置および方法の例示の実施形態を示す。
【図９】圧密させた粉末を焼結する（sinter）ＰＢＦ装置および方法の例示の実施形態を示す。
【図１０】粉末に結合剤を塗布する（apply）ＰＢＦ装置および方法の例示の実施形態を示す。
【図１１Ａ】非粉末支持構造についてのＰＢＦ装置および方法の例示の実施形態を示す。
【図１１Ｂ】非粉末支持構造についてのＰＢＦ装置および方法の例示の実施形態を示す。
【図１１Ｃ】非粉末支持構造についてのＰＢＦ装置および方法の例示の実施形態を示す。
【図１２Ａ】非粉末支持構造についてのＰＢＦ装置および方法の、別の例示の実施形態を示す。
【図１２Ｂ】非粉末支持構造についてのＰＢＦ装置および方法の、別の例示の実施形態を示す。
【図１２Ｃ】非粉末支持構造についてのＰＢＦ装置および方法の、別の例示の実施形態を示す。
【図１３】ＰＢＦ装置内で非粉末支持構造を形成する方法の例示の実施形態のフローチャートである。
【図１４Ａ】ＰＢＦ装置および方法の例示の実施形態を示す。
【図１４Ｂ】ＰＢＦ装置および方法の例示の実施形態を示す。
【図１５】ＰＢＦ装置内で非粉末支持構造を形成する方法の例示の実施形態のフローチャートである。
【図１６】固定された支持構造の例示の実施形態を示す。
【図１７】フローティング支持構造の例示の実施形態を示す。
【図１８】半波共振器構成にある共振構造を含む支持構造の例示の実施形態を示す。
【図１９】別の半波共振器構成にある共振構造を含む支持構造の例示の実施形態を示す。
【図２０】四分の一波共振器構成にある共振構造を含む支持構造の例示の実施形態を示す。
【図２１】支持構造の例示の実施形態を示す。
【図２２】支持構造を除去するために共振振動数をかけることができる振動子を含むシステムの例示の実施形態を示す。
【図２３】電流をかけることによって溶融されるように構成される部分を含む支持構造の例示の実施形態を示す。
【図２４】支持構造を除去するための電流システムの、例示の実施形態を示す。
【図２５】電流をかけることによって励起されるよう構成される部分を含む支持構造の例示の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
添付の図面と併せて以下で説明される詳細な説明は、本明細書で開示される概念の様々な例示の実施形態の説明を提供するよう意図されており、本開示が実践され得る実施形態だけを表現することは意図されていない。本開示で使用される用語「例示の」は、「例、事例、または図示として機能する」ことを意味しており、必ずしも本開示で提示される他の実施形態より好ましい、または有利であると解釈されるべきではない。詳細な説明は当業者に概念の範囲をすべて伝達する徹底的かつ完全な開示を提供する目的のための具体的な詳細を含む。しかしながら、本開示はこれらの具体的な詳細なしに実践され得る。いくつかの事例において、本開示にわたって提示される様々な概念を曖昧にすることを避けるために、良く知られている構造および構成要素がブロック図の形態で示され得、または全体的に省略され得る。
【００１５】
本開示は一般的にＰＢＦシステムについての支持構造を対象としているが、ＰＢＦシステムは多種多様なＡＭ技法を包含し得ることを了解されたい。したがって、ＰＢＦプロセスは、とりわけ以下の印刷技法を含むことができる：直接金属レーザ焼結法（ＤＭＬＳ：Ｄｉｒｅｃｔ  ｍｅｔａｌ  ｌａｓｅｒ  ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）、電子ビーム溶融法（ＥＢＭ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ  ｍｅｌｔｉｎｇ）、選択的加熱焼結法（ＳＨＳ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｈｅａｔ  ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）、選択的レーザ溶融法（ＳＬＭ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｌａｓｅｒ  ｍｅｌｔｉｎｇ）、および選択的レーザ焼結法（ＳＬＳ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｌａｓｅｒ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）。ＰＢＦ融合および焼結技法は、例えば、固体焼結、液相焼結、部分溶融、完全溶融、化学結合、ならびに他の結合および焼結技術をさらに含むことができる。本開示の原理が関連するなお他のＰＢＦプロセスは、現在企図されているもの、または商品開発中のものを含む。それぞれのそのようなプロセスの具体的な詳細は、本開示の重要な概念を過度に曖昧にすることを避けるために省略されるが、特許請求の範囲はそのような技法および関連する構造を包含することを意図されていることを了解されたい。
【００１６】
上記で議論したように、ＰＢＦシステムは、従来の製造プロセスでは作成することが困難または不可能ないくつかの形状を含む、幾何学的に複雑な形状を有する金属およびポリマーの構造体（造形片と称される）を作成することができる。ＰＢＦシステムは、レイヤごと、すなわちスライスごとの造形片を作成する。それぞれのスライスは、金属粉末のレイヤを堆積させ、スライス内の造形片の断面に一致する金属粉末レイヤのエリアを融合させる（例えば、溶融して冷却する）プロセスによって形成することができる。造形片の次のスライスを形成するためにプロセスを次々と繰り返すことができる。
【００１７】
しかしながら、いくつかの造形片の形状は、完成品において望ましくない結果を作り出すことがある。例えば、いくつかの形状は、緩い粉末、すなわち融合していない粉末の上部で粉末を溶融することによって形成される造形片の部分を含む張り出し（overhang）を含む。張り出しの単純な例としては一般的なボウルが挙げられ、ボウルの周辺部の一部がボウルの中心部に比べて隆起することがある。ＡＭのコンテキストにおいて、ボウルの隆起した部分は重力の影響、ならびに融合プロセス中の温度変化に関連付けられる熱効果を受けることがあり、放置したままにすると隆起した部分が、たわみ、またはそうでなければ変形を引き起こすことがある。
【００１８】
この点において、支持構造を張り出しエリアに関連付けられる問題を軽減または防ぐために使用することができる。本明細書で説明されるのは、ＰＢＦシステムにおける支持構造の作成のための、および造形片からの支持構造の除去のための、様々なシステム、装置、および方法、ならびに支持構造の様々な新奇な構成である。ＡＭおよび関連付けられるＰＢＦ技法のコンテキストにおいて、支持構造は変形または他の問題となりやすい張り出し構造の望ましくない結果をオフセットするため、またはそうでなければ軽減するために使用することができる。造形プレートがレンダリングされ固化された後、支持材料を造形片から除去するために様々な手段が取られ得る。特に、複雑な幾何学的な構造のコンテキストにおいて、そのような手段を取ることはそれ自身の課題のセットを提示することがある。
【００１９】
以下でより詳しく議論するように、いくつかの支持構造は支持プレート（造形プレート（build plate）とも称する）と造形片との間に機械的なリンクを提供することができ、造形片の主構造に対して張り出している構造を安定化させている。これらのタイプの支持構造は、粉末の複数のレイヤが全体的に予想される張り出しの下のエリアで、および／または予想される張り出しを部分的もしくは完全に包むエリアで、堆積され得る点において、例えば、造形片そのものと同じように構築され得、その次のプリントサイクルの間後続の電子ビームの通過の際、張り出しがレンダリングされるのに必須の支持を与えるためにそれぞれのレイヤは融合されている。より具体的には、指定されたエリアの溶融粉末のプール（すなわち溶融プール）を、先立って溶融して冷却された粉末の連続的なレイヤに隣接して設置することができ、次いで連続構造へまとめて固化することができる。場合によっては、このリンキングは、粉末が容易に変形する固体であることに起因するために必要となることがある。これらのタイプの支持構造は排他的に溶融粉末から形成することができるため、これらの支持構造は、例えば他の材料による粉末の汚染を防ぐことが望ましい場合、有益であり得る。採用される具体的なＡＭ技法によって、機械的にリンクされるレイヤを形成する方法は異なっていてよい。
【００２０】
場合によっては、融合（例えば、溶融および固化）により機械的にリンクするレイヤの代わりに、粉末を結合することにより支持構造が形成されてもよい。例えば、圧密させた粉末が十分に変形しにくく、圧密させた粉末の上で融合した構造を形成できるように、粉末の機械的な圧密を実施することができる。したがって圧密させた粉末は、共に結合するものとして説明することができる。圧密は、例えば、機械的なローリング、気体圧をかけること、機械的なプレスなどを含む様々な方法を使用して実施することができる。圧密粉末の支持構造は排他的に粉末から形成することができるため、これらの支持構造はまた、例えば他の材料による粉末の汚染を防ぐことが望ましい場合、有益であり得る。加えて、圧密させた粉末は容易にリサイクル可能であり得るため、粉末が粉末床から回収され再利用される場合、圧密させた粉末から形成した支持構造が望ましいことがある。加えて、圧密粉末（compacted-powder）の支持構造は造形片から容易に除去することができ、したがって、支持構造を除去するために必要な時間およびエネルギーを削減し、造形片を損傷するリスクを削減する。場合によっては、圧密されたエリアを熱的に加熱および焼結するために、低レベルの焼結を使用する技法が実施されてもよく、単なる圧密よりもより安定した支持構造を与えることができる。
【００２１】
いくつかの例示の実施形態において、支持構造を作成するために粉末のエリアに結合剤が堆積されてもよい。場合によっては、結合剤はエネルギービーム加熱によって熱的に架橋され（crosslinked）てもよい。この結合剤は、粉末床を横切ってデポジタの後を追うプリントヘッドによって配置され、例えば、造形片の張り出しエリアの下の領域に結合剤を堆積してもよい。同様に、結合剤は、造形片を支持するために粉末が十分大きな度合いで保持されるように堆積することができる液体またはゲルを含むことができる（例えば、乾いた砂より湿った砂のほうが、より互いに結合することに類似して）。場合によっては、結合剤はレジン（resin）などの接着剤を含んでもよい。
【００２２】
さらに以下で説明するいくつかの例示の実施形態において、融合、圧密、焼結、結合剤の塗布、または本明細書で説明される他の技法によって支持構造を作成する技法は、圧密させていない粉末の上で造形片を「フローティングさせる」ことによって支持を与えることができる支持構造を作成するために使用することができる。「フローティング」支持構造の作成によって、支持構造を形成するために使用される粉末を少なくすることができ、それによって造形時間を減らし得、回収および再利用されるなどの粉末を多くすることができる。
【００２３】
他の例示の実施形態において、支持構造を粉末以外の材料から形成することができる。例えば、密な発泡体などの支持材料を、粉末のないエリアに堆積させることができ、堆積した支持材料は支持構造を形成することができる。場合によっては、支持材料は粉末のレイヤの堆積に先立って、または粉末のレイヤの堆積と同時に、レイヤに堆積されてもよい。例えば、別個の支持材料のデポジタメカニズム（例えば、別個のまたは専用のプリントヘッド、自動コンストラクタ、コンピュータ制御のロボットアームなど）はワークエリアの上を通過し、所望のエリアに支持材料のレイヤを堆積することができ、次いで粉末デポジタはワークエリアの上を通過し、残りのエリアに粉末のレイヤを堆積することができる。別の例において、一体化されたプリントヘッドはワークエリアの上を通過する際に粉末または支持材料を堆積することができ、したがって、特定の場所に特定の材料を堆積させることができる。
【００２４】
いくつかの例において、粉末デポジタは粉末のレイヤを堆積させ、次いで造形チャンバ内の真空によって望ましくないエリアから粉末を除去することができる。次いで、新しく空になったエリアを発泡体または別の空間キーパなどの支持材料で満たすことができる。例えば、発泡体はレイヤの厚みに実質的に適合するように構成された厚みのレンガ状のもの／プレートとして注入または配置することができる。用いるＡＭ技法、ＡＭ能力などに応じてレイヤの厚みは幅広く変化してもよいが、選択的レイヤ焼結法（ＳＬＳ）を使用する一実施形態において、レイヤの厚みはおよそ０．０６０ｍｍから０．１５０ｍｍにわたる。
【００２５】
場合によっては、支持材料はレイヤの高さを上回る高さに堆積することができる。例えば、全体的な支持構造は造形の初めに一度に堆積することができる。この場合、デポジタが現在レンダリングされているレイヤの上の支持構造の部分を避けるように、粉末デポジタを支持構造のないエリアだけに粉末を堆積するように構成することができる。例えば、デポジタのワイピング／レベリングシステム（wiping/leveling system）は、粉末レイヤが支持材料に実質的に等しい水準（level）にある、または支持材料を覆っていると判断されるまで、支持材料で造形されるあらゆるエリアを見逃すように構成することができる。
【００２６】
様々な実施形態において、支持材料が最後の部分に残っていることがあるか、または例えば、溶解されてしまうことがある。
【００２７】
本明細書で開示される様々な例示の実施形態は支持構造の新奇な構成を対象としている。いくつかの実施形態において、支持構造は共振構造を含むように構成することができる。共振支持構造の振動はそれの固有振動数において、支持構造を３Ｄ造形片および／または造形プレートから十分崩れさせる（break away）ことができ、または、例えば、後続の操作についてあまり力を要求されないように結合を実質的に緩めることができる。この崩壊（breakage）は、例えば、支持構造と造形片および／または造形プレートとの間の界面（interface）における金属疲労を誘発する支持構造の適用可能な部分の共振振動の振幅が増加することによって引き起こされ得る。支持構造は固定された長さ、幅およびテーパの突出部を含む主ボディを含むことができる。突出部のテーパ付けされた端部は３Ｄ造形片、基板プレート、および／または支持フレームワークに接続することができる。場合によっては、共振支持構造は半波共振器、四分の一波共振器などを含むことができ、より効果的に金属疲労を誘発させることができる。
【００２８】
ＡＭ動作のこの工程が完了し、緩い粉末が除去された後、直接的にまたは媒体を通じて間接的に機械的な伝達を介して、励起共振振動数を造形片、支持構造、造形プレートなどにかけることができる。例えば、超音波変換器、圧電変換器、マイクロ電気機械的システムなどによって、機械的な励起を発生させることができる。変換器は、支持構造の関連する部分が機械的なインプットを受け取ることを可能とするように、造形片、支持構造、造形プレートまたは別の適切な場所に取り付けることができる。上述のように、誘発された振動は、造形片および造形プレートから両端部が剥がれる（break off）まで、増幅される振幅で支持構造を振動させることができる。
【００２９】
様々な実施形態において、複数の共振ノードを使用してこの設計の変形適合によって、支持構造の剥がれ落ちのさらなる制御を達成することができる。例えば、異なる長さ、幅、および／またはテーパの支持突出部を、造形片の異なるエリアに適用してもよい。これは、異なる励起振動数をかけることによって、支持の選択的な除去を可能とする。剥がれ落ちプロセスを速めるために造形片を完全または部分的な浸漬（immersion）のために、媒体を使用することもできる。剥がれ落ちプロセスを進めるために、音波および加熱もやはり使用されてもよい。
【００３０】
様々な実施形態において、支持を除去するために電流を使用することができる。例えば、電流がかけられる時に、支持構造と造形片との間の界面（例えば、接触点）が実質的に加熱するように、支持構造を形成することができる。例えば、接触点が支持構造および造形片の残りの部分と比較して、比較的高い電気抵抗を与えるように、接触点はテーパ付けすることができる。接触点を加熱および溶融して造形片から支持構造を除去するために、テーパ付けされた接触点にわたって電流をかけることができる。
【００３１】
図１Ａ〜Ｄは、動作の異なる工程の間の、例示のＰＢＦシステム１００のそれぞれの側面図を図示している。上述のように、図１Ａ〜Ｄに図示した特定の実施形態は、本開示の原理を採用するＰＢＦシステムの多くの適切な例の１つである。本開示の図１Ａ〜Ｄおよび他の図面の要素は必ずしも縮尺通りに描かれておらず、本明細書で説明される概念のより良い図示を目的として大きくまたは小さく描かれ得ることにも留意すべきである。ＰＢＦシステム１００は金属粉末のそれぞれのレイヤを堆積することができるデポジタ１０１、エネルギービームを発生させることができるエネルギービーム源１０３、粉末材料を融合させるためにエネルギービームをあてることができる偏向器１０５、および造形片１０９などの１つまたは複数の造形片を支持することができる造形プレート１０７を含むことができる。ＰＢＦシステム１００はまた粉末床収容部内に位置付けられた造形フロア１１１を含むこともできる。粉末床収容部１１２の壁は全体的に粉末床収容部の境界を画定しており、壁１１２の間で側方から挟まれて、下方で造形フロア１１２の部分に当接している。造形フロア１１１は、デポジタ１０１が次のレイヤを堆積することができるように次第に造形プレート１０７を下げる。全体のメカニズムを他の構成要素を囲い込むことができるチャンバ１１３に存在させることができ、それにより機器を保護しており、雰囲気および温度の調節を可能にし、汚染リスクを軽減している。デポジタ１０１は金属粉末などの粉末１１７を含むホッパ１１５、堆積した粉末のそれぞれのレイヤの上部をならす（level）ことができるレベラ１１９を含むことができる。
【００３２】
具体的に図１Ａを参照すると、この図面は、造形片１０９のスライスが融合された後ではあるが、粉末の次のレイヤが堆積されてしまう前のＰＢＦシステム１００を示している。実際には、図１ＡはＰＢＦシステム１００が、造形片１０９の現在の状態、例えば１５０のスライスから形成したものを形成するために、既に複数のレイヤ、例えば１５０のレイヤのスライスを堆積して融合してしまった時点を図示している。既に堆積された複数のレイヤが、堆積されたが融合はしていない粉末を含む粉末床１２１を形成している。
【００３３】
図１Ｂは造形フロア１１１が粉末レイヤ厚１２３の分下がることができる工程にあるＰＢＦシステム１００を示している。造形フロア１１１を下げることにより、造形片１０９および粉末床１２１を粉末レイヤ厚１２３の分降下させ、それによって造形片および粉末床の上部が、粉末床収容部壁１１２の上部よりも粉末レイヤ厚に等しい厚みの分低くなる。このやり方で、例えば、粉末レイヤ厚１２３と等しい一貫した厚みのある空間が造形片１０９および粉末床１２１の上部の上に作成され得る。
【００３４】
図１Ｃは、デポジタ１０１が粉末１１７を造形片１０９および粉末床１２１の上面の上に作成され、また粉末床収容部壁１１２によって境界画定された空間に堆積させるように位置付けられる工程にあるＰＢＦシステム１００を示している。この例において、デポジタ１０１はホッパ１１５から粉末１１７を放出しながら画定された空間の上を次第に移動する。レベラ１１９は放出された粉末をならして粉末レイヤ厚１２３に実質的に等しい厚みを有する粉末レイヤ１２５（図１Ｂ参照）を形成することができる。したがって、ＰＢＦシステム内の粉末は粉末材料支持構造によって支持することができ、例えば造形プレート１０７、造形フロア１１１、造形片１０９、壁１１２などを含むことができる。図示された粉末レイヤ１２５の厚み（すなわち、粉末レイヤ厚１２３（図１Ｂ））は、図１Ａを参照して上記で議論した１５０の先に堆積したレイヤを伴う例に使用される実際の厚みよりも厚いことに留意すべきである。
【００３５】
図１Ｄは、粉末レイヤ１２５の堆積に続いて（図１Ｃ）、エネルギービーム源１０３がエネルギービーム１２７を発生させ、偏向器１０５が造形片１０９の次のスライスを融合するためにエネルギービームをあてる工程にあるＰＢＦシステム１００を示している。様々な例示の実施形態において、エネルギービーム源１０３は電子ビーム源であり得、その場合エネルギービーム１２７は電子ビームを構成する。偏向器１０５は電子ビームを選択的に偏向させる電場または磁場を発生させることができる偏向板を含むことができ、電子ビームを、融合されるよう指定されたエリアを横切って走査させる。様々な実施形態において、エネルギービーム源１０３はレーザであり得、その場合エネルギービーム１２７はレーザビームである。偏向器１０５は、反射および／または屈折を使用してレーザビームを操作して融合されるよう選択されたエリアを走査する、光学システムを含むことができる。
【００３６】
様々な実施形態において、偏向器１０５はエネルギービームを位置付けるためにエネルギービーム源を回転および／または並進させることができる１つまたは複数のジンバル（gimbal）およびアクチュエータを含むことができる。様々な実施形態において、エネルギービーム源１０３および／または偏向器１０５はエネルギービームを調節することができ、例えばエネルギービームが粉末レイヤの適当なエリアだけにあてられるように、偏向器が走査するのに伴ってエネルギービームをオンおよびオフにすることができる。例えば、様々な実施形態において、エネルギービームはデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）によって調節することができる。
【００３７】
図１Ｄに示されるように、粉末レイヤ１２５の融合のほとんどは、前のスライス、すなわち、前に融合した粉末の上部にある粉末レイヤのエリアで起こる。そのようなエリアの例が、造形片１０９の表面である。図１Ｄの粉末レイヤの融合は、造形片１０９の物質を特徴づける、前に融合したレイヤの上で起こっている。しかしながら、粉末レイヤ１２５のいくつかのエリアでは、緩い粉末の上部−すなわち、不注意に、またはそうでなくても、融合しなかった粉末の上で、融合が起こることもある。例えば、スライスエリアが前のスライスエリアよりも大きい場合、少なくともスライスエリアのいくつかが緩い粉末の上に形成されることになる。緩い粉末の上で粉末のエリアを溶融させるためにエネルギービームをあてることには問題が多くなることがある。溶融粉末は液化しており、一般的には緩い粉末よりも密度が高い。溶融粉末は緩い粉末に染み込むことがあり、造形片１０９において垂れ下がり、カール、または他の好ましくない変形を引き起こす。緩い粉末は熱伝導率が低いため、張り出しエリアで粉末を融合する際、予測されるよりも高い温度になることがあるが、それは低い熱伝導率が、融合の間熱エネルギーが融合粉末から外に伝導していく能力を下げ得るからである。これらのエリアの高い温度は、冷却の後の高い残留応力につながり、そうでない場合に比べて造形片の品質が劣ることが多い。場合によっては、張り出しエリアで浮きカスの形成が起こることがあり、それによって望ましくない表面粗さ、または他の品質上の問題につながる。
【００３８】
図２はＰＢＦシステムにおいて張り出しエリアで起こり得る例示の垂れ下がり変形の側面図を図示している。図２は造形プレート２０１および粉末床２０３を示している。粉末床２０３の中にあるものは実際の造形片２０５である。比較のためにモデルの造形片２０７が破線で図示されている。一実施形態において、モデルの造形片２０７は、造形片をレンダリングするように、使用のためにＡＭプロセッサへの入力としてＣＡＤで作成されたデータモデルからのデータを含んでいる。モデルの造形片２０７は、造形片の所望の形状を示している。実際の造形片２０５は多くの場所でモデルの造形片２０７に重なっており、すなわちそれは変形のない場所である。したがって、張り出し境界２１０の右のエリアにおいて、実際の造形片２０５を特徴づける実線は、モデルの造形片２０７で画定される破線と重なっている。しかしながら、垂れ下がり変形が張り出しエリア２０９で起こっている。この例において、張り出しエリア２０９は互いの上部に融合した複数のスライスから形成される。この場合、張り出しエリア２０９が実際の造形片２０５の塊から延在するにつれ変形はひどくなっている。したがって、図２における実際の造形片２０５が示すように、いくつかの造形片の形状は、張り出しエリアで起こり得る変形および他の問題を軽減するためまたは防ぐために、支持構造の使用を必要とすることがある。
【００３９】
変形、高い残留応力などのいくつかの問題は、融合が直接緩い粉末の上で起こらなくても、１つのレイヤの粉末が下にあるレイヤのスライスの縁部近くで融合するエリアに起こり得ることに留意すべきである。例えば、下にあるスライスの縁部近くで粉末を融合する際、予想外に高い温度になることがあるが、それは熱を伝達して逃がすための融合した材料が下に少ないためである。下にあるスライスが鋭利な縁部を形成する場合これらの問題は特に重大なものとなり得る。この点において、張り出しエリア近くのこれらのエリアにおいて、生じ得る変形および他の問題を軽減するためまたは防ぐために、やはり支持構造が使用されてもよい。本明細書で使用される際、用語「張り出しエリア」などは、上で説明したように、下にあるスライスの縁部近くの粉末の融合に隣接するエリアにおいて、スライスが鋭利な角部または縁部を形成するエリアにおいて、張り出しエリア近くかつ融合粉末の上のエリア、および対象となる造形片において多くの上述の好ましくない張り出しアーチファクトにつながる可能性がある類似のエリア、を含むことを意図されている。
【００４０】
図３、図４Ａ〜Ｃ、および図５〜図１０は、緩い粉末の粒子が結合して（例えば、結合剤を使用して、緩い粉末を圧密させることによって、など）支持構造を与えることができる結合粉末の支持構造のための例示のシステム、方法、および構成を図示している。図１１Ａ〜Ｃ、図１２Ａ〜Ｃ、図１３、図１４Ａ〜Ｂ、および図１５は、粉末以外の材料、例えば、粉末のないエリアに堆積することができる発泡体、粉末が堆積される前に位置付けることができるプレ形成支持構造などを使用する支持構造のための例示のシステムおよび方法を図示している。図１６〜図２５は、融合粉末支持構造のための例示の構成、ならびに支持構造の除去のための例示のシステムおよび方法を図示している。
【００４１】
図３は、結合粉末の支持構造３００の例示の実施形態の側面図を示す。図３は造形プレート３０１および粉末床３０３を示している。粉末床３０３の中にあるものは張り出しエリア３０７を含む造形片３０５である。粉末床３０３の中で、張り出しエリア３０７の造形片３０５の部分の下に、結合粉末３０９の領域がある。上述のように、結合粉末は、例えば圧密させた粉末、部分的に焼結させた粉末、結合剤を塗布した粉末などであることができる。結合粉末３０９は張り出しエリア３０７で造形片３０５の部分を支持する支持構造３００を形成することができる。このやり方で、例えば、結合粉末３０９で形成された支持構造３１１は造形片３０５の変形および他の好ましくないアーチファクトを軽減し、または防ぐ。
【００４２】
結合粉末は様々なやり方で形成することができる。様々な実施形態において、結合粉末は、例えば緩い粉末の表面に圧力をかけることなどによって、緩い粉末を圧密させることによって形成することができる。このやり方で、緩い粉末が共に圧密され、または結合することができる。圧密させた粉末は緩い粉末の密度よりも高い密度を有しているため、圧密させた粉末が張り出しのある造形片のための支持メカニズムとして改善を示すことは驚くことではない。
【００４３】
様々な実施形態において、圧密させた粉末は粉末の結合をさらに増強するために焼結することができる。加えて、緩い粉末を結合するために結合剤（binding agent）を塗布することができる。例えば、緩い粉末の凝集性を増強するために液体またはゲルを塗布することができる。いくつかの例において、凝集性をさらに増強するために結合剤は接着剤を含むことができる。
【００４４】
図４Ａ〜Ｃは、支持構造３００（図３）などの結合粉末の支持構造を形成するためのＰＢＦ装置４００の例示の実施形態のそれぞれの側面図を図示している。図４Ａ〜Ｃは、造形プレート４０１および粉末床４０３を示している。粉末床４０３の中にあるものは造形片４０５および結合粉末４０７である。ＰＢＦ装置４００はエネルギービーム源４０９、偏向器４１１、およびデポジタ４１３を含むことができる。ＰＢＦ装置４００はまた粉末フィクサ４１５を含むことができる。
【００４５】
図４Ａは全体的に粉末床４０３によって特徴づけられるワークエリア内で結合粉末４０７を形成するためのＰＢＦ装置４００の例示の動作を示している。デポジタ４１３は粉末のレイヤを堆積させるためにワークエリアを横切って移動することができる。粉末フィクサ４１５はデポジタ４１３に続いてワークエリアを横切って移動し（構成要素の右方向への動きを示す太矢印を参照）、結合粉末４０７を作成するためにデポジタによって堆積されたレイヤのエリアにある粉末を結合し、これが支持構造４１６を形成することができる。この点において、結合粉末４０７は、粉末を融合することの代わりに粉末フィクサ４１５が粉末を結合することを除き、造形片４０５を形成するようなスライスの融合に類似して、スライス状に積みあがることができる。様々な実施形態において、以下でさらに詳細に説明するように、粉末フィクサ４１５は例えば、粉末を圧密させること、圧密させた粉末を焼結すること、粉末に結合剤を塗布すること、および関連する技法によって粉末を結合することができる。
【００４６】
図４Ｂは結合粉末４０７が造形片４０５の張り出しエリアの下に形成されてしまった後のＰＢＦ装置４００の状態を示す。図４Ｂは粉末フィクサ４１５がワークエリアを横切って移動し、現在のレイヤで結合粉末４０７を結合することを終えてしまった状態を示している。図４Ｂに見られるように、融合されることになる粉末のエリア４１９の下に結合粉末４１７のエリアがある。
【００４７】
図４Ｃは粉末のレイヤが融合されているＰＢＦ装置４００の状態を示している。エネルギービーム源４０９はエネルギービーム４２１を作成し、偏向器４１１がエネルギービームをデポジタ４１３によって堆積された粉末のエリアにあてる。この点において、エネルギービーム４２１は融合粉末４２３のエリアを作成するために、融合されることになる粉末のエリア４１９にあてられる。融合粉末のエリア４２３は結合粉末４１７のエリアの上にある。造形片４０５の形状から明らかなように、垂れ下がり、重力、温度変動および他の異常に関連付けられる問題は、結合粉末４０７を囲い込む支持構造４１６によって実質的に解消される。
【００４８】
図５は、ＰＢＦ装置内で結合粉末の支持構造を作成する方法の例示の実施形態のフローチャートである。ＰＢＦ装置は粉末材料の第１のレイヤを堆積することができ（５０１）、第１のレイヤのエリアの粉末材料を結合することができる（５０２）。ＰＢＦ装置は粉末材料の第２のレイヤを第１のレイヤの上に堆積することができる（５０３）。ＰＢＦ装置はエネルギービームを発生させることができ（５０４）、第１のレイヤの結合粉末材料上の第２のレイヤのエリアで粉末材料を融合させるためにエネルギービームをあてることができる（５０５）。例えば、図４Ｃにおいて、エネルギービーム４２１は、結合粉末４１７のエリアの上である、融合粉末４２３のエリアを融合させるために粉末のレイヤにあてられる。
【００４９】
図６は粉末床６０３の張り出しエリア６０７における支持構造６００の構成の例示の実施形態の側面図を示している。図６は造形プレート６０１、粉末床６０３、および造形片６０５を示している。造形片６０５の部分が張り出しエリア６０７にあり得る。この例において、支持構造６００は結合粉末６０９の領域から形成することができる。この構成において、支持構造６００は造形プレート６０１に向けて下方向に延在していない。さらには、この構成において、支持構造６００は造形片６０５への取り付け部を形成しない（他の例示の実施形態、例えば支持構造が張り出しエリアにはない造形片の一部に取り付けられる、または「固定される」、以下で説明する図１６とは対照的に）。したがって、支持構造６００は緩い粉末によってのみ支持される。しかしながら、上記で議論したように、支持構造が粉末床６０３中で緩い粉末の上に「フローティング」できるので、支持構造６００は造形片６０５を支持することができる。より具体的に、造形片６０５に作用する下方向への変形の力が緩い粉末のより広いエリアに分散され得るよう、結合粉末６０９は張り出しエリア６０７よりも広いエリアを覆うように形成することができる。このやり方で、支持構造６００の下にある緩い粉末が、支持構造６００と造形プレート６０１との間に適度に非変形のリンクを提供できるようなやり方で力を分散することができる。したがって、支持構造が造形プレート６０１へずっと延在していなくても、支持構造６００は張り出しエリア６０７にある造形片６０５の部分を効果的に支持することができる。図６の構成において、例えば融合粉末６１１のエリアは、非融合かつ非結合の粉末６１５のエリアの上にある結合粉末６１３のエリアの上にある。
【００５０】
緩い粉末のみによって支持される支持構造はフローティング支持構造と称され得る。図６に示した例などのフローティング支持構造は様々な技法を使用して形成することができ、例えば圧密させること、圧密させて焼結すること、結合剤などを塗布することなど結合粉末技法を使用して形成され、および／または非粉末支持材料（以下でより詳細に説明される）を使用して形成され得ることに留意すべきである。フローティング支持構造は、支持構造を形成するために使用される粉末を少なくすることができ、利益の中でもとりわけ造形時間を減らし、回収および再利用される粉末を多くすることができる。これらのファクタはまとめてコスト削減、製造効率化、および潜在的な製品化期間（time to market）の有利性につながる。
【００５１】
加えて、フローティング支持構造は単一のＰＢＦ  ＡＭ運転の間での追加の造形片をより効率的に造形することを可能にする。例えば、追加の造形片を固定された支持構造の下の緩い粉末の空間、すなわち他の支持構造であれば通常造形プレートに達するよう下方向に延在する空間、に造形することができる。比較的広いエリア６１３を有する結合粉末領域６０９を伴う別の例示の実施形態において、第２の隣接する構成要素（図示せず）が結合粉末領域６０９の反対側を使用して造形片６０５に隣接して張り出し支持のための支持構造として構築されてもよい。これらの例示の実施形態は、比較的短時間の間により多くのタイプの造形片をレンダリングするために、より多くの能力を潜在的に可能とする。
【００５２】
図７および図８は、粉末を結合することが粉末を圧密させることを含む結合粉末の支持構造のためのＰＢＦシステムおよび方法の例示の実施形態を図示する側面図である。これらのタイプの支持構造は圧密粉末の支持構造と称され得る。例えば、圧密させた粉末が十分に変形しにくく、圧密させた粉末の上で融合した構造を形成できるように、粉末の機械的な圧密を実施することができる。したがって圧密させた粉末は、効果的に共に結合する。圧密粉末の支持構造は排他的に粉末から形成することができるため、これらの支持構造はまた、例えば他の材料による粉末の汚染を防ぐことが望ましい場合、有益であり得る。加えて、圧密させた粉末は容易に回収して再利用できるため、粉末が粉末床から回収され再利用される場合、圧密させた粉末から形成した支持構造が望ましいことがある。さらには、圧密粉末の支持構造は比較的容易に造形片から除去することができ、したがって支持構造を除去するために必要な時間およびエネルギーを削減する。これらの利益は同じくコスト削減ならびに工場労働者について効率および能力の向上につながる。
【００５３】
粉末を圧密させることにより、圧密させた粉末の上面はレイヤの非圧密粉末の上面より低くなり得ることに留意すべきである。しかしながら、様々な実施形態において、次の粉末レイヤの上面がならされるよう、粉末デポジタによって堆積された粉末の次のレイヤは、余分な空間を埋めることができる（例えば、図７の粉末床７３と比較した結合粉末７０７を参照）。この場合、圧密させた粉末から形成された支持構造の上面の水準は、少なからず（by more than a small amount）粉末床の上面の水準から異なっていなくてもよい。
【００５４】
図７は、粉末を結合することが機械的なローラで粉末を圧密させることを含む、ＰＢＦ装置７００および方法の例示の実施形態を図示している。図７は造形プレート７０１および粉末床７０３を示している。粉末床７０３の中にあるものは造形片７０５および結合粉末７０７である。ＰＢＦ装置７００はエネルギービーム源７０９、偏向器７１１、およびデポジタ７１３を含むことができる。ＰＢＦ装置７００はやはり粉末フィクサ４１５（図４Ａ〜Ｂ参照）などの、粉末を圧密させることにより粉末フィクサとして動作できる機械的なローラ７１５を含むことができる。
【００５５】
デポジタ７１３は粉末のレイヤを堆積させるためにワークエリアを横切って移動することができる。デポジタ７１３と順番に、機械的なローラ７１５はデポジタ７１３に続いてワークエリアを横切って移動することができる（一番右の矢印参照）。この目的のために、機械的なローラ７１５はエリアを転がるためにデポジタ７１３によって堆積されたレイヤのエリア内に下げられることができ、したがって結合粉末７０７を作成するためにエリア内で粉末を圧密させ、これが支持構造７１７を形成することができる。この点において、結合粉末７０７は、粉末を融合することの代わりに機械的なローラ７１５が粉末を圧密させることを除き造形片７０５を形成するようなスライスの融合に類似して、スライス状に積みあがることができる。
【００５６】
図８は、粉末を結合することが機械的なプレスで粉末を圧密させることを含む、ＰＢＦ装置８００および方法の例示の実施形態を図示している。図８は造形プレート８０１および粉末床８０３を示している。粉末床８０３の中にあるものは造形片８０５および結合粉末８０７である。ＰＢＦ装置８００はエネルギービーム源８０９、偏向器８１１、およびデポジタ８１３を含むことができる。ＰＢＦ装置８００はやはり粉末フィクサ４１５（図４Ａ〜Ｂ参照）などの、粉末を圧密させることにより粉末フィクサとして動作できる機械的なプレス８１５を含むことができる。
【００５７】
デポジタ８１３は粉末のレイヤを堆積させるためにワークエリアを横切って移動することができる。同じく、機械的なプレス８１５はデポジタ８１３に続いてワークエリアを横切って（太矢印によって示されるように）移動することができる。いくつかの例において、例えばスライサプログラムから受信したコードによって定められたようなＡＭデバイスへの入力要求に応じて、機械的なプレス８１５はそれの垂直な動きにおける変動以外はデポジタ８１３と動きをそろえることができ、デポジタによって堆積されたレイヤのエリアに下げられてそのエリアに圧力をかけることができ、したがって、結合粉末８０７を作成するためにそのエリアの粉末を圧密させ、結果として支持構造８１７を形成することができる。この点において、結合粉末８０７は、粉末を融合することの代わりに機械的なプレス８１５が粉末を圧密させることを除き造形片８０５を形成するようなスライスの融合に類似して、スライス状に積みあがることができる。
【００５８】
様々な実施形態において、圧密は粉末床に圧力をかけるためのあらゆる方法によって実施することができ、例えば、他の技法のうちでもとりわけノズル吹き出しガス、バルーン膜を膨張させること、および様々な化学反応によってである。
【００５９】
図９は、粉末を結合することが圧密させた粉末をヒータで焼結することをさらに含む、ＰＢＦ装置９００および方法の例示の実施形態の側面図を示す。図９は造形プレート９０１および粉末床９０３を示している。粉末床９０３の中にあるものは造形片９０５および結合粉末９０７である。ＰＢＦ装置９００はエネルギービーム源９０９、偏向器９１１、およびデポジタ９１３を含むことができる。ＰＢＦ装置９００は粉末を圧密させるように動作し、圧密させた粉末を焼結することにより、圧密させた粉末をさらに結合することができるヒータプレス９１５を含むこともできる。図９の例は一体化されたヒータおよびプレスを示しているが、例えば、図７および図８を参照して上述したような方法によって前に圧密させてあった粉末を焼結するために別個のヒータが使用され得ることを理解すべきである。
【００６０】
デポジタ９１３は粉末のレイヤを堆積させるためにワークエリアを横切って移動することができる。ヒータプレス９１５は先の実施形態で示すように、また矢印によって概念的に図示されるように、デポジタ９１３に続いてワークエリアを横切って移動し、デポジタによって堆積させたレイヤのエリアに下げてそのエリアに圧力をかけることができ、したがってそのエリアにある粉末を圧密し、圧密させた粉末を焼結させるために圧密させた粉末のエリアを加熱して結合粉末９０７を作成し、これが支持構造９１７を形成することができる。
【００６１】
場合によっては、圧密されたエリアを熱的に加熱および焼結するために、低レベルの焼結を使用する技法が実施されてもよい。この構成は、より安定な支持構造を与えることができるが、いくつかの例において、それの結合の強さに起因して造形片から除去することがより困難になることがある。比較的低いレベルではあるが、材料が焼結に曝されているため、再利用性もまた低下し得る。これらの潜在的な利益およびリスクは、ＰＢＦ  ＡＭ技法を伴う所与のプロジェクトに採用するために、適当なプロセスについて情報に基づいて判断を下すために精査することができる。
【００６２】
図１０は、粉末を結合することが粉末に結合剤を塗布することを含む、ＰＢＦ装置１０００および方法の例示の実施形態の側面図を示す。図１０は造形プレート１００１および粉末床１００３を示している。粉末床１００３の中にあるものは造形片１００５および結合粉末１００７である。ＰＢＦ装置１０００はエネルギービーム源１００９、偏向器１０１１、およびデポジタ１０１３を含むことができる。ＰＢＦ装置１０００はやはり粉末フィクサ４１５などの、粉末に結合剤を塗布することにより粉末フィクサとして動作できるアプリケータ１０１４を含むことができる。
【００６３】
デポジタ１０１３は粉末のレイヤを堆積させるためにワークエリアを横切って移動することができる。やはりここで、アプリケータ１０１４はデポジタ１０１３に続いてワークエリアを横切って移動することができ、デポジタによって堆積されたレイヤのエリアにノズル１０１６で結合剤１０１５を塗布してそのエリアに圧力をかけることができ、したがってそのエリアにある粉末を結合し、結合粉末１００７を作成し、これが支持構造１０１７を形成することができる。この点において、結合粉末１００７は、粉末を融合することの代わりにアプリケータ１０１４が結合剤で粉末を結合することを除き造形片１００５を形成するようなスライスの融合に類似して、スライス状に積みあがることができる。
【００６４】
様々な実施形態において、結合剤は、造形片を支持するために粉末が十分大きな度合いで保持されるように堆積することができる液体またはゲルを含むことができる（例えば、乾いた砂より湿った砂のほうが、より互いに結合することに類似して）。様々な実施形態において、結合剤はレジンなどの接着剤を含んでもよい。場合によっては、結合剤はエネルギービーム加熱によって熱的に架橋され得る材料を含んでもよい。様々な実施形態において、粉末床を横切ってデポジタ１０１３の後を追うプリントヘッドによって結合剤を塗布することができる。
【００６５】
次に、図１１Ａ〜Ｃ、図１２Ａ〜Ｃ、図１３、図１４Ａ〜Ｂ、および図１５を説明する。これらの図面は、非粉末支持構造と称され得る、粉末以外の材料を使用する支持構造のためのシステムおよび方法の例示の実施形態を図示している。非粉末支持構造のいくつかの例は、粉末が堆積される前に位置付けることができる様々な材料（例えば、金属、セラミックなど）のプレ形成された支持構造を含む。非粉末支持構造の他の例は、以下でより詳細に説明されるように粉末が堆積される前、間、後に粉末のないエリアへ注入することができる高密度発泡体、高速硬化ゲルなどを含むことができる。
【００６６】
図１１Ａ〜Ｃ、図１２Ａ〜Ｃ、図１３は、非粉末支持材料をレイヤのエリアに形成することができ、粉末をレイヤの残りのエリアに堆積することができる、非粉末支持構造のためのシステムおよび方法の例示の実施形態を図示している。
【００６７】
図１１Ａ〜Ｃは、初めに非粉末支持材料をレイヤのエリアに設置することができ、次に粉末をレイヤの残りのエリアに堆積することができる、非粉末支持構造のためのシステムおよび方法の例示の実施形態を図示している。例えば、別個の支持材料のデポジタはワークエリアの上を通過し、所望のエリアに支持材料のレイヤを堆積することができ、次いで粉末デポジタはワークエリアの上を通過し、残りのエリアに粉末のレイヤを堆積することができる。
【００６８】
図１１Ａ〜Ｃは、粉末を含まない支持材料の支持構造を形成するための例示のＰＢＦ装置１１００を図示している。図１１Ａ〜Ｃは、造形プレート１１０１および粉末床１１０３を示している。粉末床１１０３の中にあるものは造形片１１０５および支持材料１１０７である。ＰＢＦ装置１１００はエネルギービーム源１１０９、偏向器１１１１、およびデポジタ１１１３を含むことができる。ＰＢＦ装置１１００はまた支持システム１１１５を含むことができる。
【００６９】
図１１Ａは支持材料１１０７を形成するためのＰＢＦ装置１１００の例示の動作を示している。支持システム１１１５はレイヤのエリアの支持材料１１０７のレイヤを堆積するためにワークエリアを横切って移動することができ、これが支持構造１１１７を形成することができる。デポジタ１１１３は支持システム１１１５に続いてワークエリア横切って移動し、レイヤの残りのエリアに粉末を堆積することができる。しかしながら、この実施形態において、デポジタ１１１３は支持材料１１０７を堆積しない。
【００７０】
図１１Ｂに示すように、支持材料１１０７のレイヤが形成されてしまった後、デポジタ１１１３は動き続けることができ、ひいては支持材料の上を横切る。この例において、デポジタ１１１３は粉末を放出し続けることができ、デポジタのレベラは表面から粉末を無くすために支持材料１１０７の上面をまんべんなく掃くことができる。他の実施形態において、デポジタは、例えば、支持材料の上をデポジタが横切る際に粉末の供給を中断することができる。
【００７１】
図１１Ｃは支持システム１１１５がワークエリアを横切って移動してしまって、現在のレイヤで支持材料１１０７を堆積することを終えた状態を示している。デポジタ１１１３はワークエリアを横切って移動し、支持材料１１０７を含まない残りのエリアに粉末を堆積し続けることができる。
【００７２】
様々な実施形態において、全体の支持構造は造形の初めに一度に堆積することができる。例えば、支持システム１１１５は、粉末の第１のレイヤの堆積に先立って、プレ形成された支持構造全体を造形プレート１１０１の適切な場所に位置付けるようプログラムされ得る自動化されたロボットアームを含むことができる。この場合、支持構造を覆うために十分な粉末レイヤが堆積されるまで、支持材料を粉末レイヤの高さよりもより高く堆積することができる。デポジタが現在のレイヤ上の支持構造の部分を避けるように、デポジタ１１１３は支持構造のないエリアだけに粉末を堆積するように構成することができる。様々な実施形態において、粉末レイヤが支持構造を覆う水準になるまで、または粉末レイヤが支持構造の表面に達してしまうまで、支持材料が粉末の現在のレイヤの上よりはみ出すエリアを避けるようにデポジタ１１１３のレベラを構成することができる。
【００７３】
上述のような例示の実施形態において、自動化されたロボットアームは支持構造を造形プレート１１０１の戦略的な場所に配置されるよう構成される。別の例示の実施形態において、ロボットアームはＰＢＦ装置に内蔵されてもよく、またそのようなものとして、同一の処理およびタイミングメカニズムの制御の下で、ならびにデポジタ１１１３および実装されていれば支持システム１１１５などの、レイヤリングおよび配置のための他の構成要素と同期して、動作することができる。
【００７４】
図１２Ａ〜Ｃは、造形プレート１２０１の表面エリアまたはそれのサブセットによって実質的に画定されるワークエリアの上を一回通過する間、非粉末支持材料および粉末を交互に堆積することができる、非粉末支持構造のためのＰＢＦ装置１２００および方法の例示の実施形態を図示している。図１２Ａ〜Ｃは、造形プレート１２０１および粉末床１２０３を示している。粉末床１２０３の中にあるものは造形片１２０５および支持材料１２０７である。ＰＢＦ装置１２００はエネルギービーム源１２０９、偏向器１２１１、およびデポジタ１２１３を含むことができ、そのそれぞれは先の実施形態と一貫性のあるやり方で機能することができる。ＰＢＦ装置１２００はまた、一体化したレイヤシステム１２１６としてデポジタ１２１３と一体化された支持システム１２１５を含むことができる。
【００７５】
図１２Ａは支持材料１２０７を形成するためのＰＢＦ装置１２００の例示の動作を示している。一体化したレイヤシステム１２１６は粉末が堆積されるべき指定されたエリアに粉末のレイヤを堆積するためにワークエリアを横切って移動することができる。具体的には、一体化したレイヤシステム１２１６が粉末の堆積のために指定されているエリアの上にある時、一体化したレイヤシステムのデポジタ１２１３は粉末を放出することができ、支持システム１２１５はその点での粉末の正しい量の適用を可能にするため支持材料の放出を中断することができる。したがって、この構成において、一体化したレイヤシステム１２１６はワークエリアの指定された部分に選択的に粉末を適用するために働く。
【００７６】
図１２Ｂは一体化したレイヤシステム１２１６が支持材料が堆積されるべきエリアを横断している時の例示の動作を示している。この場合、一体化したレイヤシステム１２１６の支持システム１２１５はレイヤのエリアに支持材料１２０７を堆積することができ、これが支持構造１２１７を形成することができる。具体的には、一体化したレイヤシステム１２１６が支持材料のためのエリアの上にある時、一体化したレイヤシステムのデポジタ１２１３は粉末の放出を中断し、支持システム１２１５は同時にまたは実質的にそのすぐ後に、支持材料を放出することができる。
【００７７】
図１２Ｃは一体化したレイヤシステム１２１６が支持材料のためのエリアを横切って移動しており、粉末について残りのエリアに粉末を堆積し続けている状態を示している。
【００７８】
一体化したレイヤシステム１２１６は、要するに、ソフトウェアまたは専用のハードウェア制御の下選択的なモードで動作するデポジタ１２１３および支持システム１２１５を構成し、ワークエリアに対するシステム１２１６の場所に応じて所与の材料を堆積させる。しかしながら、この構成は限定を意図しておらず、それは特定された機能を実施するための同じように適切なあらゆる数の手段が、本開示を熟読するとき当業者によって企図され得るからである。
【００７９】
図１３は、図１１Ａ〜Ｃおよび図１２Ａ〜Ｃにおけるような、ＰＢＦ装置内で非粉末支持構造を形成する方法の例示の実施形態のフローチャートである。ＰＢＦ装置は非粉末支持材料を第１のレイヤのエリアに設置することができ（１３０１）、粉末材料を第１のレイヤの残りのエリアに堆積させることができる（１３０２）。ＰＢＦ装置は粉末材料の第２のレイヤを第１のレイヤの上に堆積することができる（１３０３）。ＰＢＦ装置はエネルギービームを発生させることができ（１３０４）、第１のレイヤの非粉末支持材料上の第２のレイヤのエリアで粉末材料を融合させるためにエネルギービームをあてることができる（１３０５）。
【００８０】
図１４Ａ〜Ｂは、および図１５、まずレイヤ全体の上に粉末を堆積することができ、レイヤのエリアにある粉末を除去してレイヤに何もないエリアを形成することができ、次いで、非粉末支持材料をその何もないエリアに設置することができる、非粉末支持構造のためのシステムおよび方法の例示の実施形態を図示している。
【００８１】
いくつかの場合において、粉末デポジタは粉末のレイヤを堆積させ、次いで造形チャンバ内の真空によって空であるべきエリアから粉末を除去することができる。次いで、空のエリアを発泡体または別の空間キーパなどの支持材料で満たすことができる。例えば、発泡体はレイヤにはまるように構成された高さのレンガ状のもの／プレートとして注入または配置することができる。他の機械ベースの粉末除去手段を使用することができる。
【００８２】
図１４Ａ〜Ｂは、ＰＢＦ装置１４００および方法の例示の実施形態を図示している。図１４Ａ〜Ｂは、造形プレート１４０１および粉末床１４０３を示している。粉末床１４０３の中にあるものは造形片１４０５および支持材料１４０７である。ＰＢＦ装置１４００はエネルギービーム源１４０９、偏向器１４１１、およびデポジタ１４１３を含むことができる。ＰＢＦ装置１４００はまた、真空１４１５および材料ノズル１４１６を含むことができる支持システム１４１４を含むことができる。
【００８３】
図１４Ａは、デポジタ１４１３がワークエリアを横切って移動し、粉末のレイヤを堆積し、また支持システム１４１４が順番にデポジタの後ろでワークエリアを横切って移動する、ＰＢＦ装置１４００の例示の動作を示している。この例の支持システム１４１４は真空メカニズムを使用して粉末の堆積物をワークエリアの指定された部分から除去し、同時にまたはそのすぐ後に、指定された部分に支持材料を堆積するように構成される。図１４Ａにおいて、支持システム１４１４は動作可能であるが、ワークエリア上でそれの定められた位置のためにそれの機能を実施するようアクティブ化されていない。図１４Ｂは支持システム１４１４が、支持材料が堆積されるべきエリアの上を通過する後の状態の例を示している。支持システム１４１４がそのエリアの上を通過する際、真空１４１５は吸引によって堆積した粉末を除去することができ、材料ノズル１４１６はそのエリアに支持材料１４０７を堆積することができ、これが支持構造１４１７を形成することができる。
【００８４】
様々な実施形態において、支持材料はレイヤの高さを上回る高さに堆積することができる。例えば、全体的な支持構造は造形の初めに一度に堆積することができる。この場合、デポジタが現在のレイヤの上の支持構造の部分を避けるように、粉末デポジタは支持構造のないエリアだけに粉末を堆積するように構成することができる。例えば、デポジタのワイピング／レベリングシステムは、例えば粉末レイヤが支持材料を覆う水準になるまで、支持材料で造形されるあらゆるエリアを見逃すように構成することができる。
【００８５】
様々な実施形態において、支持材料が最後の部分に残っていることがあるか、または例えば、溶解されてしまうことがある。
【００８６】
図１５は、図１４Ａ〜Ｂにおけるような、ＰＢＦ装置内で非粉末支持構造を形成する方法の例示の実施形態のフローチャートである。ＰＢＦ装置は粉末材料の第１のレイヤを堆積することができる（１５０１）。ＰＢＦは次いで第１のレイヤのエリアにある粉末材料を除去することができ（１５０２）、除去された粉末のエリアに非粉末支持材料を設置することができる（１５０３）。次に、ＰＢＦ装置は粉末材料の第２のレイヤを第１のレイヤの上に堆積することができる（１５０４）。ＰＢＦ装置はエネルギービームを発生させることができ（１５０５）、第１のレイヤの非粉末支持材料上の第２のレイヤのエリアで粉末材料を融合させるためにエネルギービームをあてることができる（１５０６）。
【００８７】
図１６〜２５は、支持構造のための例示の構成、ならびに支持構造の除去のための例示のシステムおよび方法を図示している。これらの例において、融合粉末支持構造を説明する。上記で言及したように、融合粉末支持構造、すなわち排他的に溶融粉末から形成され得る支持構造、は例えば他の材料による粉末の汚染を防ぐことが望ましい場合に有益であり得る。しかしながら、例示の構成は、結合粉末の支持構造、非粉末支持構造などの他のタイプの支持構造から形成され得ることを理解されたい。
【００８８】
図１６は、造形プレートまで下にずっと延在しておらず、張り出しエリアの外側の造形片の部分に取り付けられる、例示の支持構造１６００を図示している。これらのタイプの支持構造は固定された支持構造と称され得る。
【００８９】
図１６は造形プレート１６０１、粉末床１６０３、および造形片１６０５を示している。造形片１６０５はアーチのように曲がっており、それによって張り出しエリア１６０７でいくらか少しの支持を必要としている。造形片１６０５の部分が張り出しエリア１６０７にあり得る。フローティング支持構造に類似して、支持構造１６００は造形プレート１６０１に向けて下方向に延在していない。しかしながら、フローティング支持構造とは対照的に、支持構造１６００は張り出しエリア１６０７の外側の造形片の部分で、造形片１６０５への取り付け部を形成している。この構成では、取り付け部は２つの取り付けエリア１６０９に作られ、ここで取り付け部が張り出しエリア１６０７の外側にあるように見ることができる。取り付けエリア１６０９は支持構造を使用して、例えば造形片１６０５を含む様々な構造的な造形片に効果の高い支持を与える。支持構造１６００は、支持的な接続を容易にして造形片１６０５の構造的な一体性を維持する。支持構造が造形プレート１６０１へずっと延在していなくても、支持構造１６００は張り出しエリア１６０７にある造形片１６０５の部分を効果的に支持することができる。フローティング支持構造に類似して、固定された支持構造は、非融合かつ非結合の粉末のエリアの上にある結合粉末のエリアの上にある造形片の張り出しエリアで融合粉末のエリアとなることができる。支持の一体性は、張り出しエリアの外側の取り付けエリア１６０９で支持構造の戦略的な配置によって容易にすることができる。
【００９０】
固定された支持構造はフローティング支持構造と同一の利点の多くを共有することができる。例えば、固定された支持構造は支持構造を形成するために使用する粉末を少なくすることができ、それは造形時間を減らし、回収および再利用される粉末を多くすることなどができ、また単一のＰＢＦ印刷運転の間での追加の造形片をより効率的に造形することを可能にする。加えて、取り付け部によって造形片へ与えられる追加された支持により、固定された支持構造は潜在的にフローティング支持構造よりも小さくでき、したがって、大量の緩い粉末が他の造形片のために使用することができるか、または回収および再利用することができる。
【００９１】
図１７は、造形プレートまで下にずっと延在しておらず、張り出しエリアの外側の場所に造形片への取り付けポイントも含まない、例示の支持構造１７００を図示している。図１７は造形プレート１７０１、粉末床１７０３、および造形片１７０５を示している。造形片１７０５の部分が張り出しエリア１７０７にあり得る。この場合、造形片１７０５全体が張り出しエリア１７０７にある。支持構造１７００は造形プレート１７０１に向けて下方向に延在していない。しかしながら、支持構造が粉末床１７０３中で緩い粉末の上に「フローティング」できるので、支持構造１７００は造形片１７０５を支持することができる。図６を参照して上述のように、造形片１７０５からの下方向への変形の力が緩い粉末のより広いエリアに分散され得るよう、結合粉末１７０９は張り出しエリア１７０７よりも広いエリアを覆うように形成することができる。このやり方で、支持構造１７００の下にある緩い粉末が、支持構造と造形プレート１７０１との間に適度に非変形のリンクを与えられるようなやり方で力を分散することができる。したがって、支持構造が造形プレート１７０１へずっと延在していなくても、支持構造１７００は張り出しエリア１７０７にある造形片１７０５の部分を効果的に支持することができる。図６の例のように、図１７の構成は、非融合かつ非結合の粉末のエリアの上にある、結合粉末のエリアの上にある造形片の融合粉末のエリアとなる。
【００９２】
様々な実施形態において、支持構造１７００は造形片１７０５に取り付け部を形成することができ、様々な実施形態において、支持構造１７００は造形片１７０５に取り付け部を形成しなくてもよい。例えば、支持構造が融合粉末を使用して形成される実施形態において、支持構造を造形片に取り付けることができる。支持構造が圧密させた粉末を使用して形成される実施形態において、支持構造は造形片に取り付けないことができる。支持構造が非接着性液体またはゲルなどの結合剤で結合される粉末を使用して形成される実施形態において、支持構造は造形片に取り付けないことができる。支持構造が接着性液体またはゲルなどの結合剤で結合される粉末を使用して形成される実施形態において、支持構造は造形片に取り付けないことができる。
【００９３】
図６を参照して上で言及したように、フローティング支持構造は支持構造を形成するために使用される粉末を少なくできるなどの利点をもたらすことができ、それによって造形時間を減らすことができ、回収および再利用する粉末を多くすることができ、他の造形片を作成するために使用する緩い粉末を多くすることができるなどである。例えば、フローティング支持構造は、より大きな（すなわち背が高い）造形片を含む印刷運転の間、複数のより小さな（すなわち背の低い）造形片を支持するために複数のフローティング支持構造を粉末床で垂直に配置構成することにより、単一のＰＢＦ印刷運転の間での追加の造形片をより効率的に造形することを可能にできる。このやり方で、例えば、複数の造形片を垂直方向のスタックに印刷することができる。これにより、より大量の粉末床を造形片の印刷に使用することができ、結果として一回の印刷運転当たりに印刷されるより多くの造形片について印刷プロセスをより効率よくできる。
【００９４】
図１８〜図２２は、共振構造を含む支持構造のための例示の構成、ならびにこれらのタイプの支持構造の除去するための例示のシステムおよび方法を図示している。
【００９５】
様々な実施形態において、支持構造は共振構造を含むように構成することができる。それの固有振動数での共振支持構造の振動は、３Ｄ造形片および／または造形プレートから支持構造をより崩れやすくすることができる。これは、例えば、支持構造と造形片および／または造形プレートとの間の界面における金属疲労によるものであり得る。
【００９６】
図１８は造形片とインターフェースするための上方向延在部を有する半波共振器構成にある共振構造を含む例示の支持構造１８００を図示している。図１８は造形プレート１８０１、粉末床１８０３、および造形片１８０５を示している。支持構造１８００はベース１８０７および上方向延在部１８０９を含むことができる。上方向延在部１８０９の端部は界面で造形片１８０５に取り付け部を形成することができ、取り付け部が造形片を支持することができる。それぞれの上方向延在部１８０９は共振構造であり得、すなわち共振振動数で共振することができる。この例では、上方向延在部１８０９は等しい長さのものであってもよく、また同一の共振振動数を有することができる。さらには、この例では、それぞれの上方向延在部１８０９は半波共振器であることができ、それによって上方向延在部と造形片１８０５との間の界面の場所であるそれぞれの上方向延在部の端部で共振振動数をかけることが振幅の大きな揺れを生じさせることになる。このやり方で、例えば、共振振動数をかけることによって、上方向延在部１８０９の端部に大きな応力を生じさせることができるが、それは端部が造形片１８０５に取り付けられている間振動しようと試みるからである。共振振動数をかけることによって生ずる応力は上方向延在部１８０９の端部を造形片１８０５から崩れさせることができ、したがって、造形片から支持構造１８００を除去する。
【００９７】
この例において、支持構造１８００は固定された長さ、幅およびテーパの延在部を含む。様々な実施形態において、延在部は異なる長さおよび／または幅を有することができ、異なる共振振動数を有することができ、例えば支持構造の異なる部分を異なる振動数を使用して除去させることが可能である。様々な実施形態において、延在部は異なるテーパを有することができるか、または例えばテーパがなくてもよい。
【００９８】
図１９は造形片とインターフェースするための上方向延在部および造形プレートとインターフェースするための下方向延在部を有する半波共振器構成にある共振構造を含む例示の支持構造１９００を図示している。図１９は造形プレート１９０１、粉末床１９０３、および造形片１９０５を示している。支持構造１９００はベース１９０７、上方向延在部１９０９、および下方向延在部１９１１を含むことができる。上方向延在部１９０９の端部は下方向にテーパ付けられることができ、造形片界面で造形片１９０５に取り付け部を形成することができ、造形片を支持することができる。下方向延在部１９１１の端部は造形プレート１９０１および造形プレート界面に取り付け部を形成することができ、支持構造１９００を支持することができる。それぞれの上方向延在部１９０９およびそれぞれの下方向延在部１９１１は共振構造であり得、すなわち共振振動数で共振することができる。この例では、上方向延在部１９０９および下方向延在部１９１１は等しい長さのものであってもよく、また同一の共振振動数を有することができる。さらには、この例では、それぞれの上方向延在部１９０９および下方向延在部１９１１は半波共振器であることができ、それによってそれぞれの上方向延在部の端部およびそれぞれの下方向延在部の端部で共振振動数をかけることが振幅の大きな揺れを生じさせることになる。このやり方で、例えば、共振振動数をかけることによって、延在部の端部に大きな応力を生じさせることができるが、それは端部が界面に取り付けられている間振動しようと試みるからである。共振振動数をかけることによって生ずる応力は、端部を界面から崩れさせることができ、したがって、造形片１９０５および造形プレート１９０１から支持構造１９００を除去する。
【００９９】
この例において、支持構造１９００は固定された長さ、幅およびテーパの延在部を含む。様々な実施形態において、延在部は異なる長さおよび／または幅を有することができ、異なる共振振動数を有することができ、例えば支持構造の異なる部分を異なる振動数を使用して除去させることが可能である。様々な実施形態において、延在部は異なるテーパを有することができるか、または例えばテーパがなくてもよい。
【０１００】
図２０は造形片とインターフェースするための上方向延在部および造形プレートとインターフェースするための下方向延在部を有する四分の一波共振器構成にある共振構造を含む例示の支持構造２０００を図示している。図２０は造形プレート２００１、粉末床２００３、および造形片２００５を示している。支持構造２０００はベース２００７、上方向延在部２００９、および下方向延在部２０１１を含むことができる。上方向延在部２００９の端部は下方向にテーパ付けられることができ、造形片界面で造形片２００５に取り付け部を形成することができ、造形片を支持することができる。下方向延在部２０１１の端部は下方向にテーパ付けられることができ、造形プレート２００１および造形プレート界面に取り付け部を形成することができ、支持構造２０００を支持することができる。加えて、それぞれの上方向延在部２００９のベース、およびそれぞれの下方向延在部２０１１のベースはベース２００７への取り付け部でテーパ付けられてもよい。
【０１０１】
それぞれの上方向延在部２００９および下方向延在部２０１１は共振構造であり得、すなわち共振振動数で共振することができる。この例では、上方向延在部２００９および下方向延在部２０１１は等しい長さのものであってもよく、また同一の共振振動数を有することができる。さらには、この例では、それぞれの上方向延在部２００９および下方向延在部２０１１は四分の一波共振器であることができ、それによってそれぞれの上方向延在部の端部およびそれぞれの下方向延在部の端部で、ならびにそれぞれの上方向延在部のベースおよびそれぞれの下方向延在部のベースでも共振振動数をかけることが振幅の大きな揺れを生じさせることになる。このやり方で、例えば、共振振動数をかけることによって、延在部の端部およびベースに大きな応力を生じさせることができるが、それは端部およびベースが界面に取り付けられている間振動しようと試みるからである。共振振動数をかけることによって生ずる応力は、延在部の端部およびベースを界面から崩れさせることができ、したがって、造形片２００５および造形プレート２００１から支持構造２０００を除去する
【０１０２】
この例において、支持構造２０００は固定された長さ、幅およびテーパの延在部を含む。様々な実施形態において、延在部は異なる長さおよび／または幅を有することができ、異なる共振振動数を有することができ、例えば支持構造の異なる部分を異なる振動数を使用して除去させることが可能である。様々な実施形態において、延在部は異なるテーパを有することができるか、または例えばテーパがなくてもよい。
【０１０３】
本明細書で説明される様々な概念は、当業者であれば容易に理解できるように、組み合わせること、および修正することができることに留意すべきである。この点について図示するために、図２１は共振構造およびフローティングベースを含む支持構造の例示の構成を示している。
【０１０４】
図２１は、様々な実施形態による例示の支持構造２１００を図示している。図２１は造形プレート２１０１、粉末床２１０３、および造形片２１０５を示している。支持構造２１００はベース２１０７および上方向延在部２１０９を含むことができる。図６および図１７を参照して上述した実施形態に類似して、ベース２１０７は下にある緩い粉末の上でフローティングするように構成することができる。上方向延在部２００９は図１８〜図２０を参照して上述した実施形態に類似して、共振構造であることができる。
【０１０５】
印刷動作が完了し、緩い粉末が除去された後、支持構造を除去するために励起共振振動数をかけることができる。
【０１０６】
図２２は共振構造を含む支持構造を除去するために共振振動数をかけることができる振動子２２００を含む例示のシステムおよび方法を図示している。図２２は印刷の後粉末床から除去されてしまった造形プレート２２０１および造形片２２０５を示している。図１８の支持構造１８００に類似して、図２２はベース２２０９および上方向延在部２２１１と有する支持構造２２０７を含む。それぞれの上方向延在部２２１１は共振構造であり得、すなわち共振振動数で共振することができる。
【０１０７】
上方向延在部２２１１を振動させるよう共振振動数をかけることができるように、振動子２２００はベース２２０９に連結することができる。様々な実施形態において、直接的にまたは媒体を通じて間接的に機械的な伝達を介して、共振振動数を造形片、支持構造、造形プレートなどにかけることができる。例えば、振動子２２００の超音波変換器、圧電変換器、マイクロ電気機械的システムなどによって、機械的な励起を発生させることができる。変換器は造形片２２０５、支持構造２２０７、造形プレート２２０１などに取り付けることができる。誘発された振動は、造形片および造形プレートから端部が剥がれるまで、増幅される振幅で支持構造を振動させることができる。
【０１０８】
様々な実施形態において、複数の共振ノードを使用してこの設計の変形適合によって、支持構造の剥がれ落ちのさらなる制御を達成することができる。例えば、異なる長さ、幅、および／またはテーパの支持突出部を、造形片の異なるエリアに適用してもよい。これは、異なる励起振動数をかけることによって、支持の選択的な除去を可能とする。剥がれ落ちプロセスを速めるために造形片を完全または部分的な浸漬のために、媒体を使用することもできる。剥がれ落ちプロセスを進めるために、音波および加熱もやはり使用されてもよい。
【０１０９】
様々な実施形態において、実質的に電流がかけられる時に、支持構造と造形片との間の界面（例えば、接触点）が加熱するように、支持構造を形成することができる。これによって電流をかけることによる支持構造の容易な除去が可能となる。
【０１１０】
図２３は支持構造を除去するために電流をかけることによって溶融されるように構成される部分を含む例示の支持構造２３００を図示している。図２３は造形プレート２３０１、粉末床２３０３、および造形片２３０５を示している。支持構造２３００はベース２３０７および上方向延在部２３０９を含むことができる。上方向延在部２３０９の端部は界面で造形片２３０５に取り付け部を形成することができ、造形片を支持することができる。それぞれの上方向延在部２３０９は、上方向延在部と造形片２３０５との間の取り付け部にわたってかけられる電流が取り付け部を溶融させることができるように構成することができる。このやり方で、例えば、電流をかけることによって生ずる力は上方向延在部２３０９の端部を造形片２３０５から溶融させることができ、したがって、造形片から支持構造２３００を除去する。
【０１１１】
様々な実施形態において、支持構造は固定された長さ、幅およびテーパの延在部を含む。様々な実施形態において、延在部は異なる長さおよび／または幅を有することができる。様々な実施形態において、接触点が支持構造および造形片の残りの部分と比較して、比較的高い電気抵抗を与えるように、接触点はテーパ付けすることができる。様々な実施形態において、延在部は異なるテーパを有することができるか、または例えばテーパがなくてもよい。
【０１１２】
図２４は、支持構造を除去するために電流をかけることによって溶融されるように構成される部分を含む支持構造を除去するための、電流システム２４００を含む例示のシステムおよび方法を図示している。図２４は印刷の後粉末床から除去されてしまった造形プレート２４０１および造形片２４０５を示している。図２４はベース２４０９および上方向延在部２４１１と有する支持構造２４０７を含む。それぞれの上方向延在部２４１１は、端部にわたって電流がかけられると、その端部が溶融するように構成することができる。
【０１１３】
電流システム２４００は電流源２４１３、コントローラ２４１５（例えば、スイッチ）、およびリード線２４１７を含む。コントローラ２４１５が閉じられると電流源２４１３からの電流が上方向延在部２４１１の端部を通じて流れるように、リード線２４１７はベース２４０９と造形片２４０５とに連結することができる。このやり方で、上方向延在部２４１１の端部を溶融することができ、支持構造２４０７を造形片２４０５から除去することができる。
【０１１４】
図２５は、支持構造を除去するために電流をかけることによって励起されるように構成される部分を含む例示の支持構造２５００、ならびにこれらのタイプの支持構造を除去するための例示のシステムおよび方法。図２５は造形プレート２５０１、粉末床２５０３、および造形片２５０５を示している。支持構造２５００はベース２５０７および上方向延在部２５０９を含むことができる。上方向延在部２５０９の端部は界面で造形片２５０５に取り付け部を形成することができ、造形片を支持することができる。それぞれの上方向延在部２５０９の周りを包むようにコイル２５１１を形成することができる。コイル２５１１は例えば、金属粉末を融合することによって形成することができる金属コイルであってもよい。この例において、対応するコイル２５１１を通る電流をかけることによってそれぞれの上方向延在部２５０９が励起されるように構成することができる。例えば、コイルに交流電流をかけることによって、上方向延在部がコイルの軸に沿って上下に動くようにするために、それぞれの上方向延在部２５０９およびコイル２５１１をソレノイド構造として構成することができる。このやり方で、例えば、それぞれの上方向延在部２５０９と造形片２５０５との間の取り付け部は、支持構造２５００を除去するために弱められ崩され得る。
【０１１５】
この例において、支持構造２５００はソレノイド構造として構成された延在部およびコイルを含む。様々な実施形態において、支持構造は、支持構造と造形片および／または造形プレートとの間の取り付け部を弱めるよう励起され得る他のタイプの要素を含むことができる。そのような要素としては例えば、絶縁性の非粉末支持材料などを堆積することによって、電気的に導電性の部分、例えば金属粉末を融合することによって形成される部分と、電気的に絶縁性の部分、例えば絶縁性の結合剤を塗布することによって形成される部分と、の組み合わせを挙げることができる。このやり方で、例えば、支持構造を造形片および／または造形プレートからより容易に除去し得るであろう多くの異なるタイプの要素が形成され得る。
【０１１６】
前の説明はあらゆる当業者が本明細書で説明される様々な態様を実践できるようにするために提供される。本開示を通して提示されるこれらの例示の実施形態に対する様々な修正は、当業者にとって容易に明らかになるであろうし、本明細書で開示される概念は他の支持構造ならびに支持構造の除去のためのシステムおよび方法に適用することができる。したがって、特許請求の範囲は本開示を通して提示されるこれらの例示の実施形態に限定されるよう意図されていないが、文言通りの特許請求の範囲と一貫する完全な範囲に与えられるものである。既知の、または後に当業者に知られることになる、本開示を通して説明されるこれらの例示の実施形態の要素に対するすべての構造的な、および機能的な等価物は、特許請求の範囲によって包含されるよう意図されている。さらに、本明細書で開示されているものは、そのような開示が特許請求の範囲に明示的に述べられているかどうかに関わらず、公共に捧げられることを意図されていない。要素が語句「ｍｅａｎｓ  ｆｏｒ」を使用して明示的に述べられない限り、または方法クレームの場合、要素が語句「ｓｔｅｐ  ｆｏｒ」を使用して述べられない限り、クレーム要素は、米国特許法第１１２条（ｆ）の既定、または該当する管轄権にある類似の法の下で解釈されない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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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９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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