(57)【要約】  メタルボンド研磨物品、及び集束ビームを介してメタルボンド研磨物品を製造する方法が開示される。一態様では、メタルボンド研磨物品は、その中に保持された研磨粒子を有する金属バインダ材料を含み、研磨粒子は、その上に配置された少なくとも１つのコーティングを有する。コーティングは、金属、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、メタロイド、又はこれらの組み合わせを含み、少なくとも１つのコーティングは、０．５マイクロメートル以上の平均厚さを有する。メタルボンド研磨物品は、互いに直接的に結合された複数の層を含む。本方法により作製されたメタルボンド研磨物品は、弓状又は蛇行状の冷却チャネルを有する研磨物品、研磨セグメント、研磨ホイール、及び歯科用回転ツールを含み得る。更に、１つ以上のプロセッサを有する製造装置によって、メタルボンド研磨物品を特定するデータを含むデジタルオブジェクトを受信するステップと、製造装置を用いて、付加製造プロセスによって、このデジタルオブジェクトに基づいてメタルボンド研磨物品を生成するステップと、を含む方法が提供される。メタルボンド研磨物品の３Ｄモデルを表示するディスプレイと、ユーザによって選択された３Ｄモデルに応答して、メタルボンド研磨物品の物理的オブジェクトを３Ｄプリンタに作製させる、１つ以上のプロセッサと、を含むシステムも提供される。
2020511317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨粒子を内部に保持する金属バインダ材料を含むメタルボンド研磨物品であって、前記研磨粒子は、前記研磨粒子上に配置された少なくとも１つのコーティングを含み、前記コーティングは、金属、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、メタロイド、又はこれらの組み合わせを含み、前記少なくとも１つのコーティングは、０．５マイクロメートル以上の平均厚さを有し、前記メタルボンド研磨物品は、互いに直接的に結合された複数の層を含む、メタルボンド研磨物品。
【請求項２】
前記研磨粒子は、前記研磨粒子の上に配置された少なくとも２つのコーティングを含み、第１のコーティングが研磨粒子表面と第２のコーティングとの間に配置され、前記第２のコーティングは、金属、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、又はメタロイドを含む、請求項１に記載のメタルボンド研磨物品。
【請求項３】
前記第１のコーティングは、タングステン、チタン、クロム、ジルコニウム、モリブデン、バナジウム、パラジウム、ケイ素、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、又はこれらの合金若しくはこれらの組み合わせを含む、請求項２に記載のメタルボンド研磨物品。
【請求項４】
前記第２のコーティングは、１３００℃以上の融点、２５０Ｊ／ｋｇ／Ｋ以上の熱容量、２００Ｗ／ｍ／Ｋ以下の熱伝導率、又はこれらの組み合わせを有する少なくとも１つの材料を含む、請求項２又は３に記載のメタルボンド研磨物品。
【請求項５】
前記第２のコーティングは、タングステン、チタン、タンタル、モリブデン、ニオブ、ジルコニウム、バナジウム、クロム、銀、銅、ホウ素、鉄、ニッケル、コバルト、ケイ素、又はこれらの合金若しくはこれらの組み合わせを含む、請求項２〜４のいずれか一項に記載のメタルボンド研磨物品。
【請求項６】
前記第１のコーティングは、１ナノメートル以上、１０マイクロメートル以下の厚さを有する、請求項２〜５のいずれか一項に記載のメタルボンド研磨物品。
【請求項７】
前記研磨粒子は、前記研磨粒子上に配置された単一のコーティングを含み、前記コーティングは、１６００℃以上の融点、４００Ｊ／ｋｇ／Ｋ以上の熱容量、１００Ｗ／ｍ／Ｋ以下の熱伝導率、又はこれらの組み合わせを有する少なくとも１つの材料を含む、請求項１に記載のメタルボンド研磨物品。
【請求項８】
前記研磨粒子は、ダイヤモンド粒子又は立方晶窒化ホウ素粒子の少なくとも一方を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載のメタルボンド研磨物品。
【請求項９】
前記金属バインダ材料は、コバルト、クロム、青銅、銅、スズ、鉄、鉄合金、銀、ニッケル、タングステン、チタン、マンガン、アルミニウム、ケイ素、それらの炭化物形態若しくは窒化物形態、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載のメタルボンド研磨物品。
【請求項１０】
前記メタルボンド研磨物品は、研磨パッド、研磨研削ビット、研磨セグメント、及び研磨ホイールからなる群から選択される、請求項１〜９のいずれか一項に記載のメタルボンド研磨物品。
【請求項１１】
前記メタルボンド研磨物品は、歯科用バーである、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のメタルボンド研磨物品。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのコーティングの少なくとも一部分に接着された複数の金属ナノ粒子を更に含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のメタルボンド研磨物品。
【請求項１３】
前記メタルボンド研磨物品は、指向性エネルギーによって溶融された前記金属バインダ材料の複数のアーチファクトを、複数の層内に含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のメタルボンド研磨物品。
【請求項１４】
前記メタルボンド研磨物品は、前記金属バインダ材料の連続相の中に埋め込まれた複数の金属バインダ粒子を含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のメタルボンド研磨物品。
【請求項１５】
メタルボンド研磨物品の製造方法であって、
ａ）
ｉ）固まっていない粉末粒子の層をある領域に堆積させるステップであって、前記固まっていない粉末粒子は金属バインダ粒子及びコーティングされた研磨粒子を含み、前記固まっていない粉末粒子の層は、実質的に均一な厚さを有する、前記堆積させるステップと、
ｉｉ）粉末粒子を一緒に結合させるために、前記固まっていない粉末粒子の層のある領域を集束ビームによる照射で選択的に処理するステップと、を逐次的に含むサブプロセスと、
ｂ）前記結合された粉末粒子と残りの固まっていない粉末粒子を含むメタルボンド研磨物品を生成するために、前記ステップａ）を独立して複数回実施するステップであって、前記ステップａ）の各々において、前記固まっていない粉末粒子が独立して選択される、前記実施するステップと、
ｃ）実質的に全ての前記残りの固まっていない粉末粒子を前記メタルボンド研磨物品から分離するステップであって、前記メタルボンド研磨物品は、金属バインダ材料中に保持された前記コーティングされた研磨粒子を含む、前記分離するステップと、
を逐次的に行なうステップ群を含む、方法。
【請求項１６】
前記集束ビームは、前記固まっていない粉末粒子に１平方ミリメートル当たり１．２ジュール（Ｊ／ｍｍ２）以下のエネルギー密度をもたらすレーザ照射を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
ｄ）前記メタルボンド研磨物品を、熱間静水圧加圧法で加熱する、又は水素を含む雰囲気中若しくは不活性雰囲気中の炉内で加熱するステップを更に含む、請求項１５又は１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記メタルボンド研磨物品は、直接的に金属支持体上に形成される、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
メタルボンド研磨物品の製造方法であって、
ａ）
ｉ）固まっていない粉末粒子の層をある領域に堆積させるステップであって、前記固まっていない粉末粒子は、高融点金属バインダ粒子及びコーティングされた研磨粒子を含み、前記固まっていない粉末粒子の層は、実質的に均一な厚さを有する、前記堆積させるステップと、
ｉｉ）粉末粒子を一緒に結合させるために、前記固まっていない粉末粒子の層のある領域を集束ビームによる照射で選択的に処理するステップと、を逐次的に含むサブプロセスと、
ｂ）前記結合された粉末粒子と残りの固まっていない粉末粒子とを含む研磨物品プリフォームを生成するために、前記ステップａ）を独立して複数回実施するステップであって、前記ステップａ）の各々において、前記固まっていない粉末粒子が、独立して選択される、前記実施するステップと、
ｃ）実質的に全ての前記残りの固まっていない粉末粒子を前記研磨物品プリフォームから分離するステップと、
ｄ）前記研磨物品プリフォームに、溶融した低融点金属を注入するステップであって、前記高融点金属バインダ粒子の少なくとも一部は、前記溶融した低融点金属と接触したときに完全には溶融しない、前記注入するステップと、
ｅ）前記メタルボンド研磨物品をもたらすために前記溶融した低融点金属を固化するステップと、
を逐次的に行なうステップ群を含む、方法。
【請求項２０】
メタルボンド研磨物品の製造方法であって、
ａ）
ｉ）固まっていない粉末粒子の層をある領域に堆積させるステップであって、前記固まっていない粉末粒子は、高融点金属バインダ粒子、低融点金属バインダ粒子、及びコーティングされた研磨粒子を含み、前記固まっていない粉末粒子の層は、実質的に均一な厚さを有する、前記堆積させるステップと、
ｉｉ）低融点金属バインダ粒子は溶融させるが、高融点金属バインダ粒子は溶融させずに粉末粒子を一緒に結合させるために、前記固まっていない粉末粒子の層のある領域を、集束ビームによる照射を用いて選択的に処理するステップと、を逐次的に含むサブプロセスと、
ｂ）前記結合された粉末粒子と残りの固まっていない粉末粒子を含むメタルボンド研磨物品を生成するために、前記ステップａ）を独立して複数回実施するステップであって、前記ステップａ）の各々において、前記固まっていない粉末粒子が独立して選択される、前記実施するステップと、
ｃ）実質的に全ての前記残りの固まっていない粉末粒子を前記メタルボンド研磨物品から分離するステップであって、前記メタルボンド研磨物品は、金属バインダ材料中に保持された前記コーティングされた研磨粒子を含む、前記分離するステップと、
を逐次的に行なうステップ群を含む、方法。
【請求項２１】
前記集束ビームが、レーザ照射又は電子線照射を含む、請求項１５、１９、又は２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
メタルボンド研磨物品の三次元モデルを表すデータを有し、３Ｄプリンタとインタフェースする１つ以上のプロセッサによってアクセスされたときに、前記３Ｄプリンタに、研磨粒子を内部に保持する金属バインダ材料を含む前記メタルボンド研磨物品を作製させる非一時的機械可読媒体であって、前記研磨粒子物品は、内部に研磨粒子が保持された金属バインダ材料を含み、前記研磨粒子は、前記研磨粒子上に配置された少なくとも１つのコーティングを含み、前記コーティングは、金属、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、メタロイド又はこれらの組み合わせを含み、前記少なくとも１つのコーティングは、０．５マイクロメートル以上の平均厚さを有し、前記メタルボンド研磨物品は、直接的に互いに結合された複数の層を含む、非一時的機械可読媒体。
【請求項２３】
非一時的機械可読媒体から、メタルボンド研磨物品の３Ｄモデルを表すデータを検索するステップであって、前記メタルボンド研磨物品は、研磨粒子を内部に保持する金属バインダ材料を含み、前記研磨粒子は、前記研磨粒子上に配置された少なくとも１つのコーティングを含み、前記コーティングは、金属、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、メタロイド又はこれらの組み合わせを含み、前記少なくとも１つのコーティングは、０．５マイクロメートル以上の平均厚さを有する、前記検索するステップと、
製造装置とインタフェースする３Ｄ印刷アプリケーションを、前記データを使用して、１つ以上のプロセッサによって実行するステップと、
前記製造装置により、前記メタルボンド研磨物品の物理的オブジェクトを生成するステップと、を含む方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法を用いて生成されたメタルボンド研磨物品。
【請求項２５】
メタルボンド研磨物品の形成方法であって、
１つ以上のプロセッサを有する製造装置によって、メタルボンド研磨物品の複数の層を特定するデータを含むデジタルオブジェクトを受信するステップであって、前記メタルボンド研磨物品は、研磨粒子を内部に保持する金属バインダ材料を含み、前記研磨粒子は、前記研磨粒子上に配置された少なくとも１つのコーティングを含み、前記コーティングは、金属、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、メタロイド、又はこれらの組み合わせを含み、前記少なくとも１つのコーティングは、０．５マイクロメートル以上の平均厚さを有する、前記受信するステップと、
前記デジタルオブジェクトに基づいた前記メタルボンド研磨物品を、付加製造プロセスによって前記製造装置で生成するステップと、
を更に含む方法。
【請求項２６】
前記付加製造プロセスは、
ａ）
ｉ）固まっていない粉末粒子の層をある領域に堆積させるステップであって、前記固まっていない粉末粒子は、金属バインダ粒子及びコーティングされた研磨粒子を含み、前記固まっていない粉末粒子の層は、実質的に均一な厚さを有する、前記堆積させるステップと、
ｉｉ）粉末粒子を一緒に結合させるために、前記固まっていない粉末粒子の層のある領域を集束ビームによる照射で選択的に処理するステップと、を逐次的に含むサブプロセスと、
ｂ）前記結合された粉末粒子と残りの固まっていない粉末粒子を含むメタルボンド研磨物品を生成するために、前記ステップａ）を独立して複数回実施するステップであって、前記ステップａ）の各々において、前記固まっていない粉末粒子が独立して選択される、前記実施するステップと、
を逐次的に行なうステップ群を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
ｃ）実質的に全ての前記残りの固まっていない粉末粒子を前記メタルボンド研磨物品から分離するステップであって、前記メタルボンド研磨物品は、金属バインダ材料中に保持された前記コーティングされた研磨粒子を含む、前記分離するステップを更に含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
メタルボンド研磨物品プリフォームの形成方法であって、
メタルボンド研磨物品の複数の層を特定するデータを含むデジタルオブジェクトを、１つ以上のプロセッサを有する製造装置によって受信するステップと、
前記デジタルオブジェクトに基づいて前記メタルボンド研磨物品の前記メタルボンド研磨物品プリフォームを、付加製造プロセスによって前記製造装置を用いて生成するステップと、を含み、
前記付加製造プロセスは、
ａ）
ｉ）固まっていない粉末粒子の層をある領域に堆積させるステップであって、前記固まっていない粉末粒子は高融点金属バインダ粒子及びコーティングされた研磨粒子を含み、前記固まっていない粉末粒子の層は、実質的に均一な厚さを有する、前記堆積させるステップと、
ｉｉ）粉末粒子を一緒に結合させるために、前記固まっていない粉末粒子の層のある領域を集束ビームによる照射で選択的に処理するステップと、を逐次的に含むサブプロセスと、
ｂ）前記結合された粉末粒子と残りの固まっていない粉末粒子とを含む研磨物品プリフォームを生成するために、前記ステップａ）を独立して複数回実施するステップであって、前記ステップａ）の各々において、前記固まっていない粉末粒子が独立して選択される、前記実施するステップと、を含む、方法。
【請求項２９】
ｃ）実質的に全ての前記残りの固まっていない粉末粒子を前記研磨物品プリフォームから分離するステップと、
ｄ）前記研磨物品プリフォームに、溶融した低融点金属を注入するステップであって、前記高融点金属バインダ粒子の少なくとも一部は、前記溶融した低融点金属と接触したときに完全には溶融しない、前記注入するステップと、
ｅ）メタルボンド研磨物品を提供するために、前記溶融した低融点金属を固化するステップと、
を更に含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
メタルボンド研磨物品の３Ｄモデルを表示するディスプレイと、
前記メタルボンド研磨物品の物理的オブジェクトを、ユーザによって選択された前記３Ｄモデルに応じて、３Ｄプリンタに作製させる１つ以上のプロセッサとを備えるシステムであって、
前記メタルボンド研磨物品は、
研磨粒子を内部に保持する金属バインダ材料を含み、前記研磨粒子は、前記研磨粒子上に配置された少なくとも１つのコーティングを含み、前記コーティングは、金属、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、メタロイド又はこれらの組み合わせを含み、前記少なくとも１つのコーティングは、０．５マイクロメートル以上の平均厚さを有する、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して、メタルボンドマトリックス内の研磨粒子を有する研磨物品、及びそのような物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、メタルボンド研磨部品は、ダイヤモンド、酸化アルミニウム、ｃＢＮ、又は他の砥粒などの研磨グリットを、金属粉末若しくは合金（例えば、タングステン、コバルト、ニッケル、青銅、銅、スズ、亜鉛、鉄、ステンレス鋼、銀など）又は充填剤粉末（例えば、炭化物、酸化物、グラファイト）及びこれらの組み合わせと混合するステップにより製造されている。細孔誘導剤及び一時的バインダを添加してもよい。この混合物を、次いで、離型剤で噴霧された成形型の中に導入する。
【０００３】
１つのプロセスタイプ（タイプ１）では、粉末をその場所に維持し、いかなる相対運動をも回避するために、成形型を冷圧プレス機でプレスする。次いで、成形型を炉内に配置して、混合物に応じて適切な温度及び時間まで加熱し、必要なサイズが実現されるまで再び冷圧プレスでプレスする。加熱及び加圧は、圧力及び温度を一緒に加えながら、加熱したプレス機で直接一緒に行なうことができる。このような場合、加熱プロセスは、誘導加熱、対流加熱、ジュール効果加熱、輻射加熱、又は他のものであり得る。焼結プロセスは、直接、成形型内で行われる。完了したら、十分に冷却した後に部品は離型される。
【０００４】
別のタイプのプロセス（タイプ２）では、そのとき、成形型はプレス機で圧縮され、成形されたグリーン体が形成される。次いで、グリーン体を成形型から取り出し、続いて、通常は還元雰囲気又は中性雰囲気下の炉内において高温で加熱して金属組成物の一部を焼結するか、又は溶融した金属を注入する。
【０００５】
両タイプのプロセスでは、焼結は、Ｒａｎｄａｌｌ  Ｍ．Ｇｅｒｍａｎによって、「Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ：ｆｒｏｍ  Ｅｍｐｉｒｉｃａｌ  Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ  ｔｏ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ」（Ｅｌｓｅｖｉｅｒ−２０１４）に記載されているように、液相を有するか又は融液相を有する定常状態で行なうことができる。
【発明の概要】
【０００６】
第１の態様では、メタルボンド研磨物品が提供される。メタルボンド研磨物品は、その中に保持された研磨粒子を有する金属バインダ材料を含み、研磨粒子は、その上に配置された少なくとも１つのコーティングを有する。コーティングは、金属、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、メタロイド、又はこれらの組み合わせを含み、少なくとも１つのコーティングは、０．５マイクロメートル以上の平均厚さを有する。メタルボンド研磨物品は、互いに直接的に結合された複数の層を含む。
【０００７】
第２の態様では、メタルボンド研磨物品の製造方法が提供される。方法は逐次的に行なうステップ群を含みステップ群は、ａ）ｉ）固まっていない粉末粒子層を領域内に堆積させるステップと、ｉｉ）固まっていない粉末粒子層の領域を集束ビームによる照射で選択的に処理して粉末粒子を一緒に結合させるステップと、を含むサブプロセスを含む。固まっていない粉末粒子は、金属バインダ粒子及びコーティングされた研磨粒子を含む。固まっていない粉末粒子層は実質的に均一な厚さを有する。方法は、ｂ）結合された粉末粒子と残りの固まっていない粉末粒子とを含むメタルボンド研磨物品を生成するために、ステップａ）を独立して複数回実施するステップであって、各ステップａ）において、固まっていない粉末粒子が独立して選択される、実施するステップを更に含む。本方法はまた、ｃ）実質的に全ての残りの固まっていない粉末粒子を、メタルボンド研磨物品から分離するステップを更に含む。メタルボンド研磨物品は、金属バインダ材料中に保持されたコーティングされた研磨粒子を含む。
【０００８】
第３の態様では、メタルボンド研磨物品の別の製造方法が提供される。方法は逐次的に行なうステップ群を含み、ステップ群は、ａ）ｉ）固まっていない粉末粒子層を領域内に堆積させるステップと、ｉｉ）粉末粒子を一緒に結合させるために、固まっていない粉末粒子層の領域を集束ビームによる照射で選択的に処理するステップと、を含むサブプロセスを含む。固まっていない粉末粒子は、高融点金属バインダ粒子及びコーティングされた研磨粒子を含む。固まっていない粉末粒子層は実質的に均一な厚さを有する。方法は、ｂ）結合された粉末粒子と残りの固まっていない粉末粒子とを含む研磨物品プリフォームを生成するために、ステップａ）を独立して複数回実施するステップであって、各ステップａ）において、固まっていない粉末粒子が独立して選択される、実施するステップを更に含む。方法はまた、ｃ）実質的に全ての残りの固まっていない粉末粒子を研磨物品プリフォームから分離するステップを含む。加えて、本方法は、ｄ）研磨物品プリフォームに溶融した低融点金属を注入するステップであって、高融点金属バインダ粒子の少なくとも一部が、溶融した低融点金属と接触したときに完全には溶融しない、注入するステップと、ｅ）溶融した低融点金属を固化してメタルボンド研磨物品を提供するステップと、を含む。
【０００９】
第４の態様では、メタルボンド研磨物品の更なる製造方法が提供される。方法は、逐次的なステップ群を含み、逐次的なステップ群は、ａ）ｉ）固まっていない粉末粒子層を領域内に堆積させるステップ、を逐次的に含むサブプロセスを含む。固まっていない粉末粒子は、高融点金属バインダ粒子、低融点金属バインダ粒子、及びコーティングされた研磨粒子を含む。固まっていない粉末粒子層は実質的に均一な厚さを有する。サブプロセスはまた、ｉｉ）低融点金属バインダ粒子は溶融させるが、高融点金属バインダ粒子は溶融させずに、粉末粒子を一緒に結合させるために、固まっていない粉末粒子層のある領域を、集束ビームによる照射を用いて選択的に処理するステップを含む。方法は、ｂ）結合された粉末粒子及び残りの固まっていない粉末粒子を含むメタルボンド研磨物品を生成するために、ステップａ）を独立して複数回実施するステップを更に含む。各ステップａ）では、固まっていない粉末粒子が独立して選択される。方法は加えて、実質的に全ての残りの固まっていない粉末粒子をメタルボンド研磨物品から分離するステップを含む。メタルボンド研磨物品は、金属バインダ材料中に保持されたコーティングされた研磨粒子を含む。
【００１０】
第５の態様では、非一時的機械可読媒体が提供される。非一時的機械可読媒体は、３Ｄプリンタとインタフェースする１つ以上のプロセッサによってアクセスされたときに、メタルボンド研磨物品の三次元モデルを表すデータを有し、メタルボンド研磨物品を３Ｄプリンタに作製させる。メタルボンド研磨物品は、その中に保持された研磨粒子を有する金属バインダ材料を含み、研磨粒子は、その上に配置された少なくとも１つのコーティングを有する。コーティングは、金属、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、メタロイド、又はこれらの組み合わせを含み、少なくとも１つのコーティングは、０．５マイクロメートル以上の平均厚さを有する。メタルボンド研磨物品は、互いに直接的に結合された複数の層を含む。
【００１１】
第６の態様では、別の方法が提供される。方法は、非一時的機械可読媒体から、メタルボンド研磨物品の３Ｄモデルを表すデータを検索するステップを含む、方法である。メタルボンド研磨物品は、その中に保持された研磨粒子を有する金属バインダ材料を含み、研磨粒子は、その上に配置された少なくとも１つのコーティングを有する。コーティングは、金属、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、メタロイド、又はこれらの組み合わせを含み、少なくとも１つのコーティングは、０．５マイクロメートル以上の平均厚さを有する。方法は、１つ以上のプロセッサによって、データを使用して製造装置とインタフェースする付加製造アプリケーションを実行するステップと、製造装置によって、メタルボンド研磨物品の物理的オブジェクトを生成するステップと、を更に含む。
【００１２】
第７の態様では、メタルボンド研磨物品の別の形成方法が提供される。方法は、１つ以上のプロセッサを有する製造装置によって、メタルボンド研磨物品の複数の層を特定するデータを含むデジタルオブジェクトを受信するステップを含む、方法である。メタルボンド研磨物品は、その中に保持された研磨粒子を有する金属バインダ材料を含み、研磨粒子は、その上に配置された少なくとも１つのコーティングを有する。コーティングは、金属、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、メタロイド、又はこれらの組み合わせを含み、少なくとも１つのコーティングは、０．５マイクロメートル以上の平均厚さを有する。方法は、付加製造プロセスによって、製造装置を用いてデジタルオブジェクトに基づいてメタルボンド研磨物品を生成するステップを更に含む。
【００１３】
第８の態様では、メタルボンド研磨物品プリフォームの製造方法が提供される。方法は、１つ以上のプロセッサを有する製造装置によって、メタルボンド研磨物品の複数の層を特定するデータを含むデジタルオブジェクトを受信するステップを含む、方法である。方法は、製造装置で、付加製造プロセスによって、デジタルオブジェクトに基づいてメタルボンド研磨物品のメタルボンド研磨物品プリフォームを生成するステップを更に含む。付加製造プロセスはａ）逐次的に、ｉ）固まっていない粉末粒子層を領域内に堆積させるステップと、ｉｉ）固まっていない粉末粒子層の領域を集束ビームによる照射で選択的に処理して粉末粒子を一緒に結合させるステップと、を含むサブプロセスを含む、逐次的なステップ群を含む。固まっていない粉末粒子は、高融点金属バインダ粒子及びコーティングされた研磨粒子を含む。固まっていない粉末粒子層は実質的に均一な厚さを有する。方法は、ｂ）ステップａ）を複数回独立して実施して、結合された粉末粒子と残りの固まっていない粉末粒子とを含む研磨物品プリフォームを生成するステップであって、各ステップａ）において、固まっていない粉末粒子が独立して選択される、生成するステップを更に含む。方法はまた、ｃ）残りの固まっていない粉末粒子の実質的に全てを研磨物品プリフォームから分離するステップを含む。任意選択的に、本方法は、ｄ）研磨物品プリフォームに溶融した低融点金属を注入するステップであって、高融点金属バインダ粒子の少なくとも一部が、溶融した低融点金属と接触したときに完全には溶融しない、注入するステップと、ｅ）溶融した低融点金属を固化してメタルボンド研磨物品を提供するステップと、を更に含む。
【００１４】
第９の態様では、システムが提供される。このシステムは、メタルボンド研磨物品の３Ｄモデルを表示するディスプレイと、ユーザによって選択された３Ｄモデルに応答して、メタルボンド研磨物品の物理的オブジェクトを３Ｄプリンタに作製させる、１つ以上のプロセッサと、を含む。メタルボンド研磨物品は、その中に保持された研磨粒子を有する金属バインダ材料を含み、研磨粒子は、その上に配置された少なくとも１つのコーティングを有する。コーティングは、金属、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、メタロイド、又はこれらの組み合わせを含み、少なくとも１つのコーティングは、０．５マイクロメートル以上の平均厚さを有する。
【００１５】
本開示の特徴及び利点は、詳細な説明及び添付の特許請求の範囲を考慮することにより更に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本開示により作製可能な例示的なメタルボンド研磨物品の概略側断面図である。
【図２】本開示によるメタルボンド研磨物品の内部の光学顕微鏡画像である。
【図３】従来技術によるメタルボンド研磨物品の内部の光学顕微鏡画像である。
【図４】本開示による別のメタルボンド研磨物品の内部の光学顕微鏡画像である。
【図５】本開示の方法により作製可能な例示的な歯科用バー５００の概略斜視図である。
【図６】本開示により作製可能な例示的なメタルボンド研磨ホイール６００の概略平面断面図である。
【図７】本開示により作製可能な例示的なメタルボンド研磨ホイール７００の概略平面断面図である。
【図８】本開示により作製可能な例示的なメタルボンド研磨セグメント８００の概略斜視図である。
【図９】本開示により作製可能な例示的なメタルボンド研磨ホイール９００の概略斜視図である。
【図１０】本開示によるメタルボンド研磨物品の製造方法の概略プロセスフロー図である。
【図１１Ａ】金属粒子を含有する注入トレー、及び注入トレー内に配置されるメタルボンド研磨物品の概略側断面図である。
【図１１Ｂ】注入トレー内で溶融した金属が注入されているメタルボンド研磨物品の概略側断面図である。
【図１２】本開示に従って作製された例示的な注入されたメタルボンド研磨物品の、注入トレーから取り外された後の斜視図である。
【図１３】本開示に従って作製された例示的なダブル六角形セグメントの平面図である。
【図１４Ａ】本開示に従って作製可能な、中央開口部を有する円形形状を有する３つの例示的なメタルボンド研磨物品の概略斜視図である。
【図１４Ｂ】図１４Ａの例示的なメタルボンド研磨物品のうちの１つの溝付き表面の一部の概略斜視図である。
【図１５】本開示に従って作製された、リム形状のセグメントを有する例示的なメタルボンド研磨物品の概略斜視図である。
【図１６Ａ】本開示に従って作製された、金属ピン上に直接的に形成された４つの例示的な歯科用バーの斜視図である。
【図１６Ｂ】本開示に従って作製された、例示的な溝付き歯科用バーの斜視図である。
【図１７Ａ】本開示による例示的なメタルボンド研磨物品を支持体上に直接的に印刷するためのプラットフォームの斜視図である。
【図１７Ｂ】本開示による例示的なメタルボンド研磨物品を支持体上に直接的に印刷するためのプラットフォームの一部の斜視図であり、プラットフォームに配置された図１６Ａの４つの例示的な歯科用バーを含む。
【図１８】本開示に従って作製された例示的な歯科用バー、及び対照用歯科用バーについての切削速度対時間のグラフである。
【図１９】本開示に従って作製された例示的な歯科用バー、及び対照用歯科用バーについての累積切削対時間のグラフである。
【図２０】本開示に従って作製可能な、例示的なカップ研削ホイールの概略斜視図である。
【図２１】本開示に従って作製された、銅及び銀のナノ粒子でコーティングされた例示的なダイヤモンドの斜視図である。
【図２２】本開示に従って作製された、ステンレス鋼製のビルドプレート上に印刷された２つの例示的な研磨ホイールの斜視図である。
【図２３】物品の付加製造のための一般化されたシステム２３００のブロック図である。
【図２４】メタルボンド研磨物品のための一般化された製造プロセスのブロック図である。
【図２５】例示的な物品製造プロセスの高レベルフローチャートである。
【図２６】例示的な物品付加製造プロセスの高レベルフローチャートである。
【図２７】例示的なコンピューティングデバイス２７００の概略正面図である。
【００１７】
明細書及び図面中の参照文字が繰り返して使用されている場合、本開示の同じ又は類似の特徴又は要素を表すことを意図している。図面は、縮尺どおりに描かれていない場合がある。多くの他の変更形態及び実施形態を当業者であれば考案することができ、それらは本開示の原理の趣旨及び範囲に入ることは理解されるべきである。図面は、縮尺どおりに描かれていない場合がある。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本開示は、メタルボンド研磨物品及びメタルボンド研磨物品の製造方法を提供する。本方法は、成形型で作製可能ではない固有の形状を作製できるなどの、成形方法に勝る利点を有する付加製造方法を含む。
【００１９】
第１の態様では、メタルボンド研磨物品が提供される。メタルボンド研磨物品は、その中に保持された研磨粒子を有する金属バインダ材料を含み、研磨粒子は、その上に配置された少なくとも１つのコーティングを有する。コーティングは、金属、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、メタロイド、又はこれらの組み合わせを含み、少なくとも１つのコーティングは、０．５マイクロメートル以上の平均厚さを有する。メタルボンド研磨物品は、互いに直接的に結合された複数の層を含む。より具体的には、図１を参照すると、メタルボンド研磨物品１０は、その中に保持された研磨粒子４を有する金属バインダ材料２を含み、研磨粒子４は、その上に配置された少なくとも１つのコーティング６を含み、コーティングは、金属、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、メタロイド、又はこれらの組み合わせを含み、少なくとも１つのコーティング６は、０．５マイクロメートル以上の平均厚さを有し、メタルボンド研磨物品１０は、互いに直接的に結合された複数の層３、５、７を含む。研磨粒子は、例えば、米国特許出願公開第２００８／０１８７７６９（Ａ１）（Ｈｕｚｉｎｅｃ）又は米国特許第２，３６７，４０４号（Ｋｏｔｔ）、に記載されるようにコーティングされてもよい。
【００２０】
図１に示すように、特定の層のコーティングされた粒子の少なくとも一部は、物品の製造中に隣接する層に押し付けられて中に入るなどによって、結局、隣接する層の中に部分的に配置されてもよい。更に、コーティングされた粒子のいくつかは、コーティングされた粒子の配置に起因して、及び／又はコーティングされた粒子の少なくとも１つの寸法が層の厚さよりも大きいことに起因して、層の上面の上方に突出していてもよい。
【００２１】
いくつかの実施形態では、研磨粒子４は、その上に配置された少なくとも２つのコーティング６ａ、６ｂを含み、第１のコーティング６ａは、研磨粒子表面８と第２のコーティング６ｂとの間に配置され、第２のコーティング６ｂは、金属、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、又はメタロイドを含む。典型的には、第１のコーティング６ａは、第２のコーティングとは異なる組成を含む。ある特定の実施形態では、第１のコーティング６ａは、タングステン、チタン、クロム、ジルコニウム、モリブデン、バナジウム、パラジウム、ケイ素、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、又はこれらの合金若しくはこれらの組み合わせを含む。多くの場合、第１のコーティングは、研磨粒子表面と第２のコーティングとの間の接触を強化するために用いられる。この理由から、第１のコーティングは薄くてもよく、例えば、１ナノメートル（ｎｍ）以上、２ｎｍ以上、５ｎｍ以上、１０ｎｍ以上、１５ｎｍ以上、２５ｎｍ以上、５０ｎｍ以上、１００ｎｍ以上、５００ｎｍ以上の厚さ、又は１マイクロメートル（μｍ）以上、及び１０μｍ以下、８μｍ以下、５μｍ以下、又は２μｍ以下の厚さを有してもよい。別の言い方をすれば、第１のコーティングは、１ナノメートル以上、１０マイクロメートル以下、又は１ｎｍ以上、１μｍ以下の厚さを有してもよい。
【００２２】
１つ以上のコーティングを、研磨粒子上へのコーティング材料の電気めっき、化学蒸着、又は物理蒸着など（例えば、米国特許第７，７２７，９３１号（Ｂｒｅｙら）又は米国特許第４，６１２，２４２号（Ｖｅｓｌｅｙら）に記載されているように）、研磨粒子上へのコーティング材料の溶液からの化学堆積、又は研磨粒子を粉末コーティング材料及びバインダで混転させるステップ、などの方法により研磨粒子上に形成させてもよい。
【００２３】
特定の研磨粒子（例えば、ダイヤモンド）は、集束エネルギービームを用いる付加製造方法を使用してメタルボンド研磨物品を作製する場合に、損傷を受けやすい可能性がある。研磨粒子の表面上でのコーティングの使用は、集束ビームへの曝露中に研磨粒子に伝達される熱の量を最小限に抑え得ることが見出されている。コーティングは、プロセス中に複数の方法で、すなわち、集束ビームを反射すること、エネルギーを吸収すること、及び研磨粒子を熱から絶縁すること、により研磨粒子を保護することができる。例えば、全ての金属は、特に金属表面が平滑である場合に、選択的レーザ溶融（例えば、約１０６４ｎｍ）に使用されるレーザ波長をかなりの程度で反射する。したがって、単一のμｍの厚さのコーティングでさえレーザに対して透明ではない。反射された光は、周囲の金属粉末によって吸収される場合があるが、更に部分的に反射されて粒子に戻る。第２に、コーティングはまた、熱を吸収する。同じ量の光が吸収された場合、コーティングも加熱されなければならないため、研磨粒子の温度上昇は小さくなる。大部分のエネルギーは、相変化、例えばコーティングの融解によって消費される。研磨粒子が浸食される前に溶融するコーティングが多くのエネルギーを消費し得るが（例えば、１０００〜１５００℃の範囲）、コーティングがなければそのエネルギーが研磨粒子を加熱するであろう。これに対して、レーザがコーティングに２度目に当たると、急速に溶融するコーティングは研磨粒子を保護することはできない。第３に、コーティングは研磨粒子を熱から絶縁することができ、特に、研磨粒子の粒子表面で加熱し得る、より厚いコーティングではそうであるが、この熱はレーザが既に移動してしまう前に研磨粒子に伝導されることはない。スポットにおけるレーザの一般的な滞留時間は６０μｓ未満であり、例えば、コバルトの熱伝導率は、例えばダイヤモンドの熱伝導率の２０分の１である。
【００２４】
多くの場合、メタルボンド研磨物品の付加製造中に集束エネルギービームから研磨粒子を保護するために、第２のコーティングが使用される。摂氏１３００℃以上の融点、２５０Ｊ／ｋｇ／Ｋ以上の熱容量、２００Ｗ／ｍ／Ｋ以下の熱伝導率、又はこれらの組み合わせを有する、少なくとも１つの材料を含むコーティング（例えば、第２のコーティング）を設けることで、メタルボンド研磨物品の付加製造中に研磨粒子を損傷から保護することに成功し得る。いくつかの実施形態では、第２のコーティングは、タングステン、チタン、タンタル、モリブデン、ニオブ、ジルコニウム、バナジウム、クロム、銀、銅、ホウ素、鉄、ニッケル、コバルト、ケイ素、又はこれらの合金若しくはこれらの組み合わせを含む。ある特定の実施形態では、第２のコーティングは、１００ｎｍ以上、２５０ｎｍ以上、５００ｎｍ以上、７５０ｎｍ以上、１μｍ以上、又は２μｍ以上の厚さ、及び５０μｍ以下、４０μｍ以下、３０μｍ以下、２５μｍ以下、２０μｍ以下、１５μｍ以下、１０μｍ以下、又は５μｍ以下の厚さを有する。別の言い方をすれば、第２のコーティングは、１００ｎｍ以上５０μｍ以下、１００ｎｍ以上２０μｍ以下、又は２５μｍ以上５０μｍ以下の厚さを有してもよい。
【００２５】
いくつかの実施形態では、本開示によるメタルボンド研磨物品の研磨粒子は、その上に配置された１つのコーティングのみを含む。図１を参照すると、層５は研磨粒子４を含み、研磨粒子４はその外面上に単一のコーティング６を有する。このような実施形態では、コーティングは、１６００℃以上の融点、４００Ｊ／ｋｇ／Ｋ以上の熱容量、１００Ｗ／ｍ／Ｋ以下の熱伝導率、又はこれらの組み合わせを有する、少なくとも１つの材料を含む。それに応じて、単一のコーティングは、メタルボンド研磨物品の付加製造中に、集束ビームの効果の少なくともいくつかから、研磨粒子を保護する。研磨粒子が１つのコーティングのみでコーティングされる場合、任意選択的に、コーティングは、ニッケル、銅、チタン、クロム、タングステン、ジルコニウム、モリブデン、バナジウム、パラジウム、ケイ素、鉄、アルミニウム、コバルト、ニッケル、耐熱性超合金、又はこれらの合金若しくはこれらの組み合わせを含む。本明細書で使用する場合、「超合金」は、機械的強度と表面劣化への耐性とを併せ持つ、ニッケル、ニッケル−鉄、又はコバルトをベースとする耐熱性合金として、Ｎ．Ｓ．Ｓｔｏｌｏｆｆによって、”Ｗｒｏｕｇｈｔ  ａｎｄ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ（Ｐ／Ｍ）Ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ”において定義される合金を指す。（ＡＳＭ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ，Ｖｏｌｕｍｅ  １：Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ａｎｄ  Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ：Ｉｏｎ，Ｓｔｅｅｌｓ，ａｎｄ  Ｈｉｇｈ−Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ａｌｌｏｙｓ−Ｓｅｃｔｉｏｎ：Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｓｔｅｅｌｓ  ａｎｄ  Ｈｅａｔ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  Ａｌｌｏｙｓ，１９９０，ｐｐ．９５０−９８０）。Ｓｔｏｌｏｆｆによって引用される合金は、その定義に含まれ、例えば、Ｈａｙｎｅｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ（Ｋｏｋｏｍｏ，ＩＮ）から商標名ＨＡＳＴＥＬＬＯＹにて入手可能なニッケル−クロム−モリブデン合金が含まれる。典型的には、単一コーティングは、１００ｎｍ以上、２５０ｎｍ以上、５００ｎｍ以上、７５０ｎｍ以上、１μｍ以上、又は２μｍ以上の厚さ、及び５０μｍ以下、４０μｍ以下、３０μｍ以下、２５μｍ以下、２０μｍ以下、１５μｍ以下、１０μｍ以下、又は５μｍ以下の厚さを有する。別の言い方をすれば、第２のコーティングは、１００ｎｍ以上５０μｍ以下、１００ｎｍ以上２０μｍ以下、２μｍ以上５０μｍ以下、又は２５μｍ以上５０μｍ以下の厚さを有してもよい。
【００２６】
研磨粒子は、研磨剤産業において用いられる任意の研磨粒子を含み得る。好ましくは、研磨粒子は、少なくとも４、好ましくは、少なくとも５、より好ましくは、少なくとも６、より好ましくは、少なくとも７、より好ましくは、少なくとも８、より好ましくは、少なくとも８．５、及びより好ましくは、少なくとも９のモース硬度を有する。ある特定の実施形態では、研磨粒子は超研磨粒子を含む。本明細書で使用するとき、用語「超研磨」は、炭化ケイ素の硬度以上の硬度を有する任意の研磨粒子（例えば、炭化ケイ素、炭化ホウ素、立方晶窒化ホウ素、及びダイヤモンド）を指す。
【００２７】
好適な研磨材料の具体的な例としては、酸化アルミニウム（例えば、アルファアルミナ）材料（例えば、溶融され熱処理されたセラミック、及び／又は焼結された酸化アルミニウム材料）、炭化ケイ素、二ホウ化チタン、窒化チタン、炭化ホウ素、炭化タングステン、炭化チタン、窒化アルミニウム、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、ガーネット、溶融されたアルミナ−ジルコニア、ゾルゲル法による研磨粒子、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、及びそれらの組み合わせが挙げられる。米国特許第４，３１４，８２７号（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒら）、同第４，６２３，３６４号（Ｃｏｔｔｒｉｎｇｅｒら）、同第４，７４４，８０２号（Ｓｃｈｗａｂｅｌ）、同第４，７７０，６７１号（Ｍｏｎｒｏｅら）、及び同第４，８８１，９５１号（Ｍｏｎｒｏｅら）に、ゾルゲル由来研磨粒子の例を見出すことができる。ガラス質ボンドマトリックス中により微細な研磨粒子を含む凝集研磨粒子（例えば、米国特許第６，５５１，３６６号（Ｄ’Ｓｏｕｚａら）に記載されているとおりの）も同様に用いられ得る。選択された実施形態では、研磨粒子は、ダイヤモンド粒子、立方晶窒化ホウ素粒子、又はその両方を含む。いくつかの実施形態では、研磨粒子は、炭化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ケイ素、金属酸化物セラミック粒子、金属窒化物セラミック粒子、又は金属炭化物セラミック粒子を含む。ある特定の実施形態では、研磨粒子はダイヤモンドを含み、少なくとも１つのコーティングは金属炭化物を含む。ある特定の実施形態では、研磨粒子は立方晶窒化ホウ素を含み、少なくとも１つのコーティングは金属窒化物を含む。
【００２８】
研磨粒子は任意選択的に、第１の研磨粒子及び第２の研磨粒子を含み、第１の研磨粒子及び第２の研磨粒子は、メタルボンド研磨物品内の分散した所定の異なる領域に配置される。これは、メタルボンド研磨物品の特定の領域が、特定の研磨用途のために異なるレベルの研磨を必要とする場合に有利であり得る。異なる領域は、層、例えば、付加製造を使用して個別に堆積される別々の層であってもよい。再び図１を参照すると、いくつかの実施形態では、層３は、隣接する層５内にある研磨粒子４とは異なる組成を有する研磨粒子４を含む。
【００２９】
再び図１を参照すると、ある特定の実施形態では、メタルボンド研磨物品は、少なくとも１つのコーティングの少なくとも一部分に被着された複数の金属ナノ粒子９を更に含む。予想外に判明したことは、研磨粒子コーティングに金属ナノ粒子を被着させない同じ物品と比較して、金属ナノ粒子の添加がメタルボンド研磨物品の研磨性能の向上をもたらし得ることである。これは、例えば、以下の例７に例示される。
【００３０】
メタルボンド研磨物品中の金属バインダ材料は、多くの場合、コバルト、クロム、青銅、銅、スズ、鉄、鉄合金、銀、ニッケル、タングステン、チタン、マンガン、アルミニウム、ケイ素、それらの炭化物形態若しくは窒化物形態、又はこれらの組み合わせを含む。ある特定の実施形態では、金属バインダ材料は、アルミニウム合金、銅、銅−銀合金、銅−リン合金、ニッケル−リン合金、又は銀を含有するろう付け合金を更に含む。
【００３１】
複数の層は、付加製造を用いて層ごとの形態でメタルボンド研磨物品を形成したことを示す。図２を参照すると、メタルボンド研磨物品２０の一部分が１５０倍の倍率での光学顕微鏡画像に示されている。メタルボンド研磨物品２０は、付加製造ビルド層に垂直に割られており、画像上に描かれた線２１は、いくつかの層の全体的な方向を示す。これは、成形型内で焼結するステップによって作製されたメタルボンド研磨物品とは対照的である。例えば、図３は、図２のメタルボンド研磨物品２０と同じ方向に割られた、成形されたメタルボンド研磨物品３０の８００倍の倍率での光学顕微鏡画像である。メタルボンド研磨物品３０には規則的な層の線が存在しない。加えて、ある特定の実施形態では、本開示によるメタルボンド研磨物品は、複数の層内に、金属バインダ材料に指向性エネルギーによる溶融の複数のアーチファクトを含む。このようなアーチファクトは任意選択的に、金属バインダ材料の逐次相、及び別個の金属バインダ粒子の両方の存在を含む。例えば、図４を参照すると、金属バインダ材料４４の逐次相の中に埋め込まれた複数の金属バインダ粒子４２を含む、例示的なメタルボンド研磨物品４０の８００倍の倍率での光学顕微鏡画像が提供される。
【００３２】
図２及び図４に示すメタルボンド研磨物品の内部の画像において、多孔性の存在が明らかである。ある特定の実施形態では、メタルボンド研磨物品は、１０以上、３０体積％以下の空隙率を有する多孔性の金属含有マトリックスを含む。これは、１０体積％未満の空隙率を有する、より高密度の物品、及び３０体積％を超える空隙率を有する、より多孔性の物品とは対照的である。特定の研磨用途（例えば、クリープフィード研削又は小さな空洞内の深溝研削）では、１０〜３０体積％の空隙率を有するメタルボンド研磨物品を使用することが有益であり得る。空隙率は、研磨層の測定された密度を理論的な完全圧縮密度と比較することによって決定することができ、これは、同じ構成要素及びそれらの同じ重量パーセントに対して得られる。１からこの比率を引いたものが空隙率の定義である。この方法が適用できない状況では、表面の画像解析が実行され、空隙の表面と、検査された全表面とを比較する。
【００３３】
本開示の方法により作製可能なメタルボンド研磨物品としては、本質的に、既知の任意のメタルボンド研磨物品、例えば、研磨パッド、研磨研削ビット、研磨セグメント、及び研磨ホイールが挙げられる。一部の好ましい実施形態では、メタルボンド研磨物品は、歯科用回転ツール（例えば、歯科用ドリルビット、歯科用バー、又は歯科用艶出しツール）の少なくとも一部分を構成する。例示的な歯科用バー５００を図５に示す。ここで図５を参照すると、歯科用バー５００は、軸５２０に固定されたヘッド５３０を含む。歯科用バー５００は、多孔性のメタルボンド材料５１０に固定された複数の研磨粒子５０５を含む。更なる例示的な歯科用バーを図１６Ａ及び図１６Ｂに示す。図１６Ａは、４つの例示的な歯科用バーを示し、それぞれが金属ピンに取り付けられ、１つはテーパ形状（１６０１）を有し、１つは円筒形状（１６０２）を有し、１つはボール形状（１６０３）を有し、１つは火炎形状（１６０４）を有する。図１６Ｂは、溝付き形状（１６０７、１６０８）を有する２つの例示的な歯科用バーを示す。金属ピンに取り付けられた歯科用バー（１６０８）は、テーパ状の溝付き形状を有する。
【００３４】
有利なことに、本開示による方法は、他の方法により簡単に又は容易に製造できない各種のメタルボンド研磨物品の製造に適している。例えば、結合していない固まっていない粉末の除去のための研磨剤プリフォームの外部への開口部が存在している限り、内部空隙を含むことが可能である。したがって、本開示の方法を用いて、蛇行状及び又は弓状経路を有する冷却チャネルを容易に製作することができる。冷却チャネルは、メタルボンド研磨物品の外部に対して開いている。いくつかの実施形態では、それらは単一の開口部を有するが、より典型的には、それらは２つ以上の開口部を有する。冷却媒体（例えば、空気、水又は油）が冷却チャネル（単数又は複数）を通して循環し、研削の間に発生した熱を除去する。
【００３５】
ここで図６を参照すると、例示的なメタルボンド研磨ホイール６００は、弓状の冷却チャネル６２０を有する。同様に、例示的なメタルボンド研磨ホイール７００（図７に示される）は、蛇行状の冷却チャネル７２０を有する。
【００３６】
図８は、例示的なメタルボンド研磨セグメント８００を示す。典型的な使用においては、複数のメタルボンド研磨セグメント８００を、金属ディスクの周縁に沿って一様に間隔を設けて取り付け、研磨ホイールを形成する。
【００３７】
選択された実施形態では、メタルボンド研磨物品は、１つ以上の、六角形セグメント（例えば、図１３を参照）、直線セグメント、螺旋状セグメント、不規則形状のセグメント、不完全なリング（例えば、図１５を参照）、溝及び／又は穴を有する逐次リム（例えば、図１２及び図１４Ａを参照）、又はこれらの組み合わせを備える。
【００３８】
本開示によるメタルボンド研磨物品の製造方法は、共通の積層サブプロセスを含む。サブプロセスは、少なくとも３つのステップを逐次的に、好ましくは逐次的に（ただし、必須ではない）実施することを含む。
【００３９】
第２の態様では、メタルボンド研磨物品の製造方法が提供される。方法は、
ａ）
ｉ）固まっていない粉末粒子層を領域に堆積させるステップであって、固まっていない粉末粒子は金属バインダ粒子及びコーティングされた研磨粒子を含み、固まっていない粉末粒子層は実質的に均一な厚さを有する、堆積させるステップ、及び、
ｉｉ）固まっていない粉末粒子層の領域を集束ビームによる照射で選択的に処理して、粉末粒子を一緒に結合させるステップ、を含むサブプロセスと、
ｂ）結合された粉末粒子と残りの固まっていない粉末粒子を含むメタルボンド研磨物品を生成するために、ステップａ）を独立して複数回実施するステップであって、各ステップａ）において、固まっていない粉末粒子が独立して選択される、実施するステップと、
ｃ）残りの固まっていない粉末粒子の実質的に全てをメタルボンド研磨物品から分離するステップであって、メタルボンド研磨物品は、金属バインダ材料中に保持されたコーティングされた研磨粒子を含む、分離するステップと、を逐次的に行なうステップ群を含む。
【００４０】
図１０は、メタルボンド研磨物品の製造に使用される例示的な付加製造プロセス１００を概略的に図示している。第１のステップでは、固まっていない粉末粒子１１０の層１３８を、可動ピストン１２２ａを有する粉末槽１２０ａから、可動ピストン１２２ｂを有する粉末槽１２０ｂの領域１４０に堆積させる。ある特定の実施形態では、固まっていない粉末粒子は、金属バインダ粒子及びコーティングされた研磨粒子を含む。図１０に示す実施形態では、領域は限定された領域であるが、固まっていない粉末粒子が限定された領域に配置される必要はない。例えば、固まっていない粉末粒子のマウンドは、粒子のマウンドの面積よりも大きい領域に配置されてもよい。
【００４１】
層１３８は、実質的に均一な厚さとするべきである。例えば、層の厚さは、例えば５０μｍ以下、４０μｍ以下、３０μｍ以下、２０μｍ以下、又は１０μｍ以下に変動してもよい。層は、集束ビームが適用される場所にある固まっていない粉末の全てを集束ビームが結びつけることができる限り、最大約１ミリメートルのいかなる厚さを有してもよい。好ましくは、層の厚さは、約１０μｍ〜約５００μｍ、より好ましくは、約１０μｍ〜約２５０μｍ、より好ましくは、約２０μｍ〜約２５０μｍである。
【００４２】
微細な解像度を実現するために、固まっていない粉末粒子は、４００μｍ以下、好ましくは２５０μｍ以下、より好ましくは２００μｍ以下、より好ましくは１５０μｍ以下、１００μｍ以下、又は更に８０μｍ以下、の最大サイズを有するように（例えば、スクリーニングによって）サイズを決定することが好ましいが、より大きいサイズを使用してもよい。金属バインダ粒子、研磨粒子、及びあらゆる任意選択の追加的な粒子成分は、同じ、又は異なる最大粒子サイズ、Ｄ９０、Ｄ５０、及び／又はＤ１０粒径分布パラメータを有し得る。
【００４３】
固まっていない粉末粒子は、任意選択的に、例えば、細孔誘導剤、フィラー、及び／又は融剤粒子などの他の成分を更に含んでもよい。細孔誘導剤の例としては、グラスバブルズ及び有機粒子が挙げられる。いくつかの実施形態では、低融点金属粒子は、存在する場合は、例えば米国特許第６，８５８，０５０号明細書（Ｐａｌｍｇｒｅｎ）に記載されるように、融剤の役割を果たす場合もある。
【００４４】
固まっていない粉末粒子は、任意選択的に、それらの流動性及び層の展開の均一性を向上するために改質されていてもよい。粉末の改良方法としては、凝集、噴霧乾燥、ガス噴霧又は水噴霧、フレーム形成、粒状化、ミリング加工、及び篩分けが挙げられる。追加的に、例えば、ヒュームドシリカ、ナノシリカ、ステアリン酸塩類、及びデンプンなどの流動剤が任意選択的に添加されてもよい。
【００４５】
次に、集束ビーム１７０が、層１３８の所定の領域（単数又は複数）１８０に向けられる。典型的には、集束ビーム１７０は、エネルギー源１６０をミラー１５０と結合することによって提供される。ある特定の実施形態では、ミラー１５０は、ガルバノミラースキャナである。レーザ及び電子線源の両方が、エネルギーのビームを放出することができる。好適なエネルギー源１６０は、限定するものではないが、例えば、ファイバレーザ、ＣＯ２レーザ、ディスクレーザ、及び固体レーザを含み、好適な電子線（例えば、電子線）は、Ａｒｃａｍ  Ｑ１０ｐｌｕｓ、Ａｒｃａｍ  Ｑ２０ｐｌｕｓ、及びＡｒｃａｍ  Ａ２（Ａｒｃａｍ  ＡＢ、Ｍｏｌｎｄａｌ、Ｓｗｅｄｅｎ）の商標名で入手可能である。ある特定の実施形態では、集束ビームは、平方ミリメートル当たり１．２ジュール（Ｊ／ｍｍ２）以下、１．０Ｊ／ｍｍ２以下、０．５Ｊ／ｍｍ２以下、又は０．１Ｊ／ｍｍ２以下のエネルギー密度を、固まっていない粉末粒子に供給するレーザ照射を含む。他の実施形態では、集束ビームは、１．２Ｊ／ｍｍ２以下のエネルギー密度（例えば、最大３，０００Ｗの電力及び１５０〜２００マイクロメートルのビーム径）を供給する電子線放射を含む。
【００４６】
図１０を再び参照すると、集束ビーム１７０（ステップ１９０）は、固まっていない粉末粒子の少なくとも１つの所定の領域にある固まっていない粉末粒子を結合させて、例えば、金属バインダ粒子及びコーティングされた研磨粒子の選択的金属焼結によって、結合された粉末粒子の層を形成する。
【００４７】
次いで、上記のステップは、３次元（３Ｄ）研磨物品において、繰り返しにより得られる所定のデザインに従ってビームが集束される領域を変更しながら、層ごとに繰り返される（ステップ１８５）。各繰り返しにおいて、固まっていない粉末粒子は独立して選択されてもよく、すなわち、固まっていない粉末粒子は、隣接する堆積層と同じであっても異なっていてもよい。
【００４８】
本開示を実施するのに好適な付加製造装置は、例えば、ＲｅａＬｉｚｅｒ  ＧｍｂＨ（Ｂｏｒｃｈｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ）から、又はＥＯＳ  ＧｍｂＨ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ（Ｋｒａｉｌｌｉｎｇ、Ｇｅｒｍａｎｙ）から市販品として入手可能である。
【００４９】
メタルボンド研磨物品は、結合された粉末粒子及び残りの固まっていない粉末粒子を含む。メタルボンド研磨物品を形成するために十分な繰り返しを実施した後、同物品を、残りの固まっていない粉末粒子の実質的に全て（例えば、少なくとも８５パーセント、少なくとも９０パーセント、好ましくは少なくとも９５パーセント、より好ましくは少なくとも９９パーセント）から分離することが好ましいが、これは必要条件ではない。
【００５０】
所望に応じて、異なる粉末を各々に含有する複数の粒子貯蔵槽を使用してもよい。同様に、共通エネルギー源からの集束ビーム、又は好ましくは別個のエネルギー源を介した集束ビームのいずれかの、複数の異なる集束ビームを使用してもよい。これによって、メタルボンド研磨物品に、異なる個別の領域に分布した、異なる粉末がもたらされる。例えば、比較的廉価ではあるが、低い性能の研磨粒子、又は金属バインダ粉末を、高い性能特性を有することが特に重要とされない、メタルボンド研磨物品の領域（例えば、研磨面から離れた内部）に割り当ててもよい。ここで図９を参照すると、メタルボンド研磨ホイール９００は２つの領域９１０、９２０を有する。各領域は、メタルボンドマトリックス材料９５０、９６０内にそれぞれ保持された研磨粒子９３０、９４０を有する。
【００５１】
本方法は、更なる加工を必要としない有用なメタルボンド研磨物品を提供することができる。しかし、ある特定の実施形態では、方法は、ｄ）メタルボンド研磨物品を、熱間静水圧加圧法で、又は炉内で水素を含む雰囲気中で、加熱するステップを更に含むことができる。
【００５２】
いくつかの実施形態では、メタルボンド研磨物品を金属支持体上に直接的に形成することができる。これは、例えば、実施例２及び４において以下に例示される。付加製造プロセス中にメタルボンド研磨物品を金属支持体上に形成することにより、有利なことに、メタルボンド研磨物品と金属支持体との間の接続は、メタルボンド研磨物品が形成され、引き続き金属支持体に取り付けられるときに形成されるものよりも強い結果となり得る。理論に束縛されることを望むものではないが、集束ビームは、メタルボンドバインダ材料の金属支持体へのある程度の溶着を引き起こすと考えられている。
【００５３】
本開示により製造される、メタルボンド研磨物品は、体積全体で相当な多孔率を有する多孔性の金属含有マトリックス（例えば、焼結され得る、金属バインダ粒子及びコーティングされた研磨粒子を含み得る）を含み得るが、これは必要条件ではない。例えば、多孔性の金属含有マトリックスは、１〜６０体積パーセント、好ましくは５〜５０体積パーセント、より好ましくは１５〜５０体積パーセント、より好ましくは４０〜５０体積パーセントの空隙率を有してもよいが、これは必要条件ではない。次いで、研磨物品に、他のいかなる金属成分の融点（単数又は複数）よりも低い温度を有する溶融した金属を注入した後、冷却してもよい。溶融され、研磨物品プリフォームに注入され得る好適な金属の例としては、アルミニウム、インジウム、黄銅、青銅、銀、銅、金、鉛、コバルト、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、スズ、鉄、クロム、ケイ素合金、前述の金属の合金、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
【００５４】
いくつかの実施形態では、付加製造中に、研磨粒子を損傷させるのに十分なエネルギー及び／又は熱にさらされることから研磨粒子を保護することが有利であり得ることを見出した。これは、任意選択的に、固まっていない粉末粒子に、高多孔性メタルボンド研磨物品を形成するのにちょうど十分なエネルギーを向け、次いで溶融金属をメタルボンド研磨物品の中に注入することによって行われる。注入された物品は、注入前よりも高い密度（及びより低い多孔率）を有する。典型的には、注入は、２５０℃〜１１５０℃、例えば約６００℃の温度でオーブン内で実施される。多くの場合、注入は、不活性雰囲気（例えば、窒素又はアルゴン雰囲気）、又はある程度の還元雰囲気（例えば、水素を含有した）で行われる。それに応じて、第３の態様では、メタルボンド研磨物品の別の製造方法が提供される。方法は、
ａ）
ｉ）固まっていない粉末粒子層を領域に堆積させるステップであって、固まっていない粉末粒子は高融点金属バインダ粒子及びコーティングされた研磨粒子を含み、固まっていない粉末粒子層は実質的に均一な厚さを有する、堆積させるステップ、及び、
ｉｉ）固まっていない粉末粒子層の領域を集束ビームによる照射で選択的に処理して、粉末粒子を一緒に結合させるステップ、を含むサブプロセスと、
ｂ）ステップａ）を複数回独立して実施して、結合された粉末粒子と残りの固まっていない粉末粒子とを含む研磨物品プリフォームを生成するステップであって、各ステップａ）において、固まっていない粉末粒子が独立して選択される、生成するステップと、
ｃ）残りの固まっていない粉末粒子の実質的に全てを研磨物品プリフォームから分離するステップと、
ｄ）研磨物品プリフォームに溶融した低融点金属を注入するステップであって、高融点金属バインダ粒子の少なくとも一部が、溶融した低融点金属と接触したときに完全には溶融しない、注入するステップと、
ｅ）溶融した低融点金属を固化して、メタルボンド研磨物品を提供するステップと、
の逐次的に行なうステップ群を含む、製造方法。
【００５５】
ある特定の実施形態では、メタルボンド研磨物品は金属支持体上に直接的に形成され、注入プロセスの間は支持体上に残留する（例えば、図１１Ａ、図１１Ｂ、及び図１２を参照）。
【００５６】
高融点金属バインダ粒子は、例えば、元素周期表の第２属から第１５属の、任意の金属を含み得る。これらの金属の合金、及び、任意選択的に周期表の第１族及び第１５族の１つ以上の元素（例えば、金属、及び／又は、炭素、ケイ素、ホウ素などの非金属）を含む合金を使用してもよい。好適な金属粒子の例としては、マグネシウム、アルミニウム、鉄、チタン、ニオブ、タングステン、クロム、タンタル、コバルト、ニッケル、バナジウム、ジルコニウム、モリブデン、パラジウム、プラチナ、銅、銀、金、カドミウム、スズ、インジウム、タンタル、亜鉛、前述のいずれかの合金、及びこれらの組み合わせを含む粉末が挙げられる。ある特定の実施形態では、高融点金属バインダ粒子は、コバルト、クロム、青銅、銅、スズ、鉄、鉄合金、銀、ニッケル、タングステン、チタン、マンガン、アルミニウム、ケイ素、それらの炭化物形態若しくは窒化物形態、又はこれらの組み合わせを含む。
【００５７】
高融点金属バインダ粒子は、好ましくは、少なくとも約８５０℃、少なくとも１０００℃、少なくとも１１００℃、少なくとも１２００℃、又は少なくとも約１３００℃の融点を有するが、いくつかの実施形態では、低融点金属も使用され得る。例としては、青銅（８５０℃）、ステンレス鋼（約１３６０〜１４５０℃）、ニッケル（１４５２℃）、鉄鋼（１３７１℃）、タングステン（３４００℃）、クロム（１６１５℃）、インコネル（Ｎｉ＋Ｃｒ＋Ｆｅ、１３９０〜１４２５℃）、鉄（１５３０℃）、マンガン（１２４５〜１２６０℃）、コバルト（１１３２℃）、モリブデン（２６２５℃）、モネル（Ｎｉ＋Ｃｕ、１３００〜１３５０℃）、ニオブ（２４７０℃）、チタン（１６７０℃）、バナジウム（１９００℃）、アンチモン（１１６７℃）、ニクロム（Ｎｉ＋Ｃｒ、１４００℃）、前述のものの合金（任意選択的に、炭素、ケイ素、及びホウ素のうちの１つ以上も含む）、及びこれらの組み合わせが挙げられる。異なる２つ以上の高融点金属バインダ粒子の組み合わせを使用してもよい。
【００５８】
典型的には、研磨粒子に対する高融点金属バインダ粒子及び低融点金属バインダ粒子の重量比は、約１０：９０〜約９０：１０の範囲に及ぶが、これは必要条件ではない。
【００５９】
低融点金属粒子は、高融点金属バインダ粒子の最低融点よりも少なくとも５０℃低い（好ましくは少なくとも７５℃低い、少なくとも１００℃又は少なくとも１５０℃低い）最高融点を有することが好ましい。本明細書で使用するとき、用語「融点」は、ある材料の融解温度範囲内の全ての温度を含む。好適な低融点金属粒子の例としては、アルミニウム（６６０℃）、黄銅（９０５〜１０８３℃）、青銅（７９８〜１０８３℃）、銀（９６１℃）、銅（１０８３℃）、金（１０６４℃）、鉛（３２７℃）、マグネシウム（６７１℃）、ニッケル（１４５２℃、高融点金属と共に使用される場合）、亜鉛（４１９℃）、スズ（２３２℃）、活性金属ろう材（例えば、ＩｎＣｕＡｇ、ＴｉＣｕＡｇ、ＣｕＡｇ）、前述の金属の合金、及びこれらの組み合わせ、などの金属の粒子が挙げられる。いくつかの好適な低融点金属は、青銅、アルミニウム合金、銅、銅−銀合金、銅−リン合金、ニッケル−リン合金、又は銀を含有するろう付け合金を含む。高融点金属バインダ粒子は通常、溶融した低融点金属の温度よりも少なくとも５０℃高い融点を有する。焼結及びその後の溶融金属の注入に関する更なる詳細は、例えば、米国特許第２，３６７，４０４号明細書（Ｋｏｔｔ）及び米国特許出願公開第２００２／０９５８７５号明細書（Ｄ’Ｅｖｅｌｙｎら）に見ることができる。
【００６０】
第４の態様では、メタルボンド研磨物品の更なる製造方法が提供され、この方法では、高融点金属バインダ粒子及び低融点金属バインダ粒子の両方が、固まっていない粉末粒子に含まれる。より具体的には、本方法は、
ａ）
ｉ）固まっていない粉末粒子層を領域に堆積させるステップであって、固まっていない粉末粒子は高融点金属バインダ粒子、低融点金属バインダ粒子、及びコーティングされた研磨粒子を含み、固まっていない粉末粒子層は実質的に均一な厚さを有する、堆積させるステップ、及び、
ｉｉ）低融点金属バインダ粒子は溶融させるが、高融点金属バインダ粒子は溶融させず、粉末粒子を一緒に結合させるために、固まっていない粉末粒子層の領域を、集束ビームによる照射を用いて選択的に処理するステップ、を含むサブプロセスと、
ｂ）結合された粉末粒子と残りの固まっていない粉末粒子を含むメタルボンド研磨物品を生成するために、ステップａ）を独立して複数回実施するステップであって、各ステップａ）において、固まっていない粉末粒子が独立して選択される、実施するステップと、
ｃ）実質的に全ての残りの固まっていない粉末粒子をメタルボンド研磨物品から分離するステップであって、メタルボンド研磨物品は、金属バインダ材料中に保持されたコーティングされた研磨粒子を含む、分離するステップと、を逐次的に行なうステップ群を含む。ある特定の実施形態では、集束ビームは、レーザ照射又は電子線照射を含む。
【００６１】
多くの場合、金属バインダ材料は、コバルト、クロム、青銅、銅、スズ、鉄、鉄合金、銀、ニッケル、タングステン、チタン、マンガン、アルミニウム、ケイ素、それらの炭化物形態若しくは窒化物形態、又はこれらの組み合わせを含む。金属バインダ材料は任意選択的に、アルミニウム合金、銅、銅−銀合金、銅−リン合金、ニッケル−リン合金、又は銀を含有するろう付け合金を更に含む。
【００６２】
次いで、研磨物品を加熱して金属粒子を焼結させ、それによってメタルボンド研磨物品を提供する。
【００６３】
固まっていない粉末粒子が高融点金属粒子及び低融点金属粒子を含む実施形態では、研磨物品を十分に加熱して（図１０のステップ１９５）、低融点金属粒子を軟化／溶融させ、固まっていない粉末粒子の少なくとも一部分に結合させた後、冷却してメタルボンド研磨物品を得る。冷却は、例えば、サブゼロ急冷又は室温への空冷など、当該技術で知られている任意の手段によって実現されうる。
【００６４】
いくつかの実施形態では、本開示の少なくともある特定の態様に従って、（例えば、非一時的）機械可読媒体が、メタルボンド研磨物品の付加製造に用いられる。データは通常、機械可読媒体に保存される。データは、メタルボンド研磨物品の三次元モデルを表し、付加製造機器（例えば、３Ｄプリンタ、製造装置等）とインタフェースする少なくとも１つのコンピュータプロセッサによってアクセスできる。データは、付加製造機器がメタルボンド研磨物品を作り出すために使用される。
【００６５】
メタルボンド研磨物品を表すデータは、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）データなどのコンピュータモデリングを使用して生成されてもよい。メタルボンド研磨物品の設計を表す画像データは、ＳＴＬフォーマットで、又は任意の他の適切なコンピュータ処理可能なフォーマットで、付加製造機器にエクスポートすることができる。三次元オブジェクトを走査するための走査方法も、メタルボンド研磨物品を表すデータの作成に使用できる。データを取得するための例示的な技法の１つは、デジタル走査である。Ｘ線写真、レーザ走査、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）、及び超音波画像診断を含む、任意の他の好適な走査技法を、物品を走査するために使用できる。他の可能な走査方法が、例えば米国特許出願公開第２００７／００３１７９１号（Ｃｉｎａｄｅｒ，Ｊｒ．ら）に記載されている。走査オペレーションからの生データ、及び生データから導出した物品を表わすデータの両方を含み得る当初のデジタルデータセットを処理して、任意の周囲構造（例えば、研磨物品用支持具）から研磨物品を分割することができる。
【００６６】
多くの場合、機械可読媒体は、コンピューティングデバイスの一部として提供される。コンピューティングデバイスは、１つ以上のプロセッサ、揮発性メモリ（ＲＡＭ）、機械可読媒体を読み取るためのデバイス、並びに、例えば、ディスプレイ、キーボード等の入力／出力デバイス、及びポインティングデバイスを有し得る。更に、コンピューティングデバイスは、オペレーティングシステム及び他のアプリケーションソフトウェア等の他のソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせも含み得る。コンピューティングデバイスは、例えば、ワークステーション、ラップトップ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、サーバ、メインフレーム又は任意の他の汎用若しくは特定用途向けコンピューティングデバイスであってもよい。コンピューティングデバイスは、コンピュータ可読媒体（例えば、ハードドライブ、ＣＤ−ＲＯＭ、又はコンピュータメモリ等）から実行可能なソフトウェアの命令を読み出してもよく、又は別のネットワーク化コンピュータ等の、コンピュータに論理的に接続された別のソースからの命令を受信してもよい。
【００６７】
図２７を参照すると、コンピューティングデバイス２７００は、多くの場合、内部プロセッサ２７８０、ディスプレイ２７１０（例えば、モニタ）、並びにキーボード２７４０及びマウス２７２０などの１つ以上の入力デバイスを含む。図２７では、回転研削ホイール２７３０がディスプレイ２７１０に表示されている。
【００６８】
図２３を参照すると、ある特定の実施形態では、本開示はシステム２３００を提供する。システム２３００は、（例えば、メタルボンド研磨）物品（例えば、図２７のディスプレイ２７１０に表示されているようなカップ研削ホイール２７３０）の３Ｄモデル２３１０を表示するディスプレイ２３２０と、ユーザにより選択された３Ｄモデル２３１０に応じて物品２３６０の物理的オブジェクトを３Ｄプリンタ／付加製造装置２３５０に作製させる、１つ以上のプロセッサ２３３０と、を含む。多くの場合、入力デバイス２３４０（例えば、キーボード及び／又はマウス）は、特にユーザが３Ｄモデル２３１０を選択するために、ディスプレイ２３２０及び少なくとも１つのプロセッサ２３３０と共に使用される。メタルボンド研磨物品２３６０は、その中に保持された研磨粒子を有する金属バインダ材料を含み、研磨粒子は、その上に配置された少なくとも１つのコーティングを有する。コーティングは、金属、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、メタロイド、又はこれらの組み合わせを含み、少なくとも１つのコーティングは、０．５マイクロメートル以上の平均厚さを有する。
【００６９】
図２４を参照すると、プロセッサ２４２０（１つ又は複数のプロセッサ）は、機械可読媒体２４１０（例えば、非一時的媒体）、３Ｄプリンタ／付加製造装置２４４０、及び任意選択的にユーザが見るためのディスプレイ２４３０のそれぞれと通信する。３Ｄプリンタ／付加製造装置２４４０は、物品２４５０（すなわち、メタルボンド研磨物品、例えば、図２７のディスプレイ２７１０に示すようなカップ研削ホイール２７３０）の３Ｄモデルを表すデータを機械可読媒体２４１０から提供するプロセッサ２４２０からの命令に基づいて、１つ以上の物品２４５０を製造するように構成されている。
【００７０】
図２５を参照すると、例えば、限定するものではないが、付加製造方法は、（例えば、非一時的）機械可読媒体から、本開示の少なくとも１つの実施形態による物品（すなわち、メタルボンド研磨物品）の３Ｄモデルを表すデータを検索するステップ２５１０を含む。方法は、１つ以上のプロセッサによって、データを使用して製造装置とインタフェースする付加製造アプリケーションを実行するステップ２５２０と、製造装置によって、物品の物理的オブジェクトを生成するステップ２５３０と、を更に含む。１つ以上の様々な任意選択の後処理ステップ８４０を実行してもよい。例えば、限定するものではないが、付加製造方法は、（例えば、非一時的）機械可読媒体から、本開示の少なくとも１つの実施形態によるメタルボンド研磨物品の３Ｄモデルを表すデータを検索するステップを含む。方法は、１つ以上のプロセッサによって、データを使用して製造装置とインタフェースする付加製造アプリケーションを実行するステップと、製造装置によって、メタルボンド研磨物品の物理的オブジェクトを生成するステップと、を更に含む。付加製造機器は、所望のメタルボンド研磨物品を作製するためのコンピュータ化された設計命令のセットに従って、粉末粒子（例えば、金属バインダ材料及び研磨粒子）を選択的に結合させることができる。
【００７１】
ある特定の実施形態では、メタルボンド研磨物品プリフォームの製造方法が提供される。この方法は、１つ以上のプロセッサを有する製造装置によって、メタルボンド研磨物品の複数の層を特定するデータを含むデジタルオブジェクトを受信するステップと、製造装置を用いて、付加製造プロセスによって、このデジタルオブジェクトに基づいてメタルボンド研磨物品のメタルボンド研磨物品プリフォームを生成するステップと、を含む。付加製造プロセスは逐次的に行なうステップ群を含み、逐次的に行なうステップ群は、ａ）ｉ）固まっていない粉末粒子層を領域内に堆積させるステップと、ｉｉ）固まっていない粉末粒子層の領域を集束ビームによる照射で選択的に処理して粉末粒子を一緒に結合させるステップと、を含むサブプロセスを含み、固まっていない粉末粒子は、高融点金属バインダ粒子及びコーティングされた研磨粒子を含む。固まっていない粉末粒子層は実質的に均一な厚さを有する。方法は、ｂ）ステップａ）を複数回独立して実施して、結合された粉末粒子と残りの固まっていない粉末粒子とを含む研磨物品プリフォームを生成するステップであって、各ステップａ）において、固まっていない粉末粒子が独立して選択される、ステップを更に含む。方法は典型的にはまた、ｃ）残りの固まっていない粉末粒子の実質的に全てを研磨物品プリフォームから分離するステップを含む。更に任意選択的に、本方法は、ｄ）研磨物品プリフォームに溶融した低融点金属を注入するステップであって、高融点金属バインダ粒子の少なくとも一部が、溶融した低融点金属と接触したときに完全には溶融しない、注入するステップと、ｅ）溶融した低融点金属を固化してメタルボンド研磨物品を提供するステップと、を含んでもよい。
【００７２】
更に、図２６を参照すると、物品（すなわち、メタルボンド研磨物品）の製造方法は、１つ以上のプロセッサを有する製造装置によって、物品の複数の層を特定するデータを含むデジタルオブジェクトを受信するステップ２６１０と、製造装置を用いて、付加製造プロセスによって、このデジタルオブジェクトに基づいて物品を生成するステップ２６２０と、を含む。この場合も、物品に後処理２６３０の１つ以上のステップを実施してもよい。
【００７３】
本開示の選択された実施形態
実施形態１は、メタルボンド研磨物品である。メタルボンド研磨物品は、その中に保持された研磨粒子を有する金属バインダ材料を含み、研磨粒子は、その上に配置された少なくとも１つのコーティングを有する。コーティングは、金属、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、メタロイド、又はこれらの組み合わせを含み、少なくとも１つのコーティングは、０．５マイクロメートル以上の平均厚さを有する。メタルボンド研磨物品は、互いに直接的に結合された複数の層を含む。
【００７４】
実施形態２は、研磨粒子は、研磨粒子の上に配置された少なくとも２つのコーティングを含み、第１のコーティングが研磨粒子表面と第２のコーティングとの間に配置され、第２のコーティングは、金属、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、又はメタロイドを含む、実施形態１に記載のメタルボンド研磨物品である。
【００７５】
実施形態３は、第１のコーティングが第２のコーティングとは異なる組成物を含む、実施形態２に記載のメタルボンド研磨物品である。
【００７６】
実施形態４は、第１のコーティングが、タングステン、チタン、クロム、ジルコニウム、モリブデン、バナジウム、パラジウム、ケイ素、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、又はこれらの合金若しくはこれらの組み合わせを含む、実施形態２又は実施形態３に記載のメタルボンド研磨物品である。
【００７７】
実施形態５は、第２のコーティングが、１３００℃以上の融点、２５０Ｊ／ｋｇ／Ｋ以上の熱容量、２００Ｗ／ｍ／Ｋ以下の熱伝導率、又はこれらの組み合わせを有する少なくとも１つの材料を含む、実施形態２〜４のいずれかに記載のメタルボンド研磨物品である。
【００７８】
実施形態６は、第２のコーティングが、タングステン、チタン、タンタル、モリブデン、ニオブ、ジルコニウム、バナジウム、クロム、銀、銅、ホウ素、鉄、ニッケル、コバルト、ケイ素、又はこれらの合金若しくはこれらの組み合わせを含む、実施形態２〜５のいずれかに記載のメタルボンド研磨物品である。
【００７９】
実施形態７は、第１のコーティングが、１ナノメートル以上、１０マイクロメートル以下の厚さを有する、実施形態２〜６のいずれかに記載のメタルボンド研磨物品である。
【００８０】
実施形態８は、第２のコーティングが、１００ナノメートル以上、５０マイクロメートル以下の厚さを有する、実施形態２〜７のいずれかに記載のメタルボンド研磨物品である。
【００８１】
実施形態９は、研磨粒子は、研磨粒子上に配置された単一のコーティングを含み、コーティングは、１６００℃以上の融点、４００Ｊ／ｋｇ／Ｋ以上の熱容量、１００Ｗ／ｍ／Ｋ以下の熱伝導率、又はこれらの組み合わせを有する、少なくとも１つの材料を含む、実施形態１に記載のメタルボンド研磨物品である。
【００８２】
実施形態１０は、コーティングが、ニッケル、銅、チタン、クロム、タングステン、ジルコニウム、モリブデン、バナジウム、パラジウム、ケイ素、鉄、アルミニウム、コバルト、ニッケル、耐熱性超合金、又はこれらの合金若しくはこれらの組み合わせを含む、実施形態１又は実施形態９に記載のメタルボンド研磨物品である。
【００８３】
実施形態１１は、コーティングが、１００ナノメートル以上、５０マイクロメートル以下の厚さを有する、実施形態９又は実施形態１０に記載のメタルボンド研磨物品である。
【００８４】
実施形態１２は、コーティングが、２マイクロメートル以上、５０マイクロメートル以下の厚さを有する、実施形態９〜１１のいずれかに記載のメタルボンド研磨物品である。
【００８５】
実施形態１３は、研磨粒子が、ダイヤモンド粒子又は立方晶窒化ホウ素粒子のうちの少なくとも１つを含む、実施形態１〜１２のいずれかに記載のメタルボンド研磨物品である。
【００８６】
実施形態１４は、研磨粒子が、炭化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ケイ素、金属酸化物粒子、又は金属窒化物セラミック粒子、又は金属炭化物セラミック粒子を含む、実施形態１〜１３のいずれかに記載のメタルボンド研磨物品である。
【００８７】
実施形態１５は、金属バインダ材料が、コバルト、クロム、青銅、銅、スズ、鉄、鉄合金、銀、ニッケル、タングステン、チタン、マンガン、アルミニウム、ケイ素、それらの炭化物形態若しくは窒化物形態、又はこれらの組み合わせを含む、実施形態１〜１４のいずれかに記載のメタルボンド研磨物品である。
【００８８】
実施形態１６は、金属バインダ材料が、アルミニウム合金、銅、銅−銀合金、銅−リン合金、ニッケル−リン合金、又は銀を含有するろう付け合金を更に含む、実施形態１〜１５のいずれかに記載のメタルボンド研磨物品である。
【００８９】
実施形態１７は、研磨粒子が、第１の研磨粒子及び第２の研磨粒子を含み、第１の研磨粒子及び第２の研磨粒子は、メタルボンド研磨物品内の分散した所定の異なる領域に配置されている、実施形態１〜１６のいずれかに記載のメタルボンド研磨物品である。
【００９０】
実施形態１８は、異なる領域は層である、実施形態１７に記載のメタルボンド研磨物品である。
【００９１】
実施形態１９は、メタルボンド研磨物品が、研磨パッド、研磨研削ビット、研磨セグメント、及び研磨ホイールからなる群から選択される、実施形態１〜１８のいずれかに記載のメタルボンド研磨物品である。
【００９２】
実施形態２０は、メタルボンド研磨物品が歯科用バーである、実施形態１〜１９のいずれかに記載のメタルボンド研磨物品である。
【００９３】
実施形態２１は、メタルボンド研磨物品が、１０〜３０体積パーセントの空隙率を有する多孔性の金属含有マトリックスを含む、実施形態１〜２０のいずれかに記載のメタルボンド研磨物品である。
【００９４】
実施形態２２は、研磨粒子がダイヤモンドを含み、少なくとも１つのコーティングが金属炭化物を含む、実施形態１〜２１のいずれかに記載のメタルボンド研磨物品である。
【００９５】
実施形態２３は、研磨粒子が立方晶窒化ホウ素を含み、少なくとも１つのコーティングが金属窒化物を含む、実施形態１〜２１のいずれかに記載のメタルボンド研磨物品である。
【００９６】
実施形態２４は、少なくとも１つのコーティングの少なくとも一部に被着された複数の金属ナノ粒子を更に含む、実施形態１〜２３のいずれかに記載のメタルボンド研磨物品である。
【００９７】
実施形態２５は、メタルボンド研磨物品が、複数の層内に、金属バインダ材料に指向性エネルギーによる溶融の複数のアーチファクトを含む、実施形態１〜２４のいずれかに記載のメタルボンド研磨物品である。
【００９８】
実施形態２６は、メタルボンド研磨物品が、金属バインダ材料の逐次相の中に埋め込まれた複数の金属バインダ粒子を含む、実施形態１〜２５のいずれかに記載のメタルボンド研磨物品である。
【００９９】
実施形態２７は、メタルボンド研磨物品の製造方法である。方法は逐次的なステップを含み、逐次的なステップは、ａ）逐次的に、ｉ）固まっていない粉末粒子層を領域内に堆積させるステップと、ｉｉ）固まっていない粉末粒子層の領域を集束ビームによる照射で選択的に処理して粉末粒子を一緒に結合させるステップと、を含むサブプロセスを含む。固まっていない粉末粒子は、金属バインダ粒子及びコーティングされた研磨粒子を含む。固まっていない粉末粒子層は実質的に均一な厚さを有する。方法は、ｂ）ステップａ）を複数回独立して実施して、結合された粉末粒子と残りの固まっていない粉末粒子とを含むメタルボンド研磨物品を生成するステップであって、各ステップａ）において、固まっていない粉末粒子が独立して選択される、ステップを更に含む。本方法はまた、ｃ）残りの固まっていない粉末粒子の実質的に全てを、メタルボンド研磨物品から分離するステップを更に含む。メタルボンド研磨物品は、金属バインダ材料中に保持されたコーティングされた研磨粒子を含む。
【０１００】
実施形態２８は、集束ビームは、固まっていない粉末粒子に１平方ミリメートル当たり１．２ジュール（Ｊ／ｍｍ２）以下のエネルギー密度をもたらすレーザ照射を含む、実施形態２７に記載の方法である。
【０１０１】
実施形態２９は、ｄ）メタルボンド研磨物品を、熱間静水圧加圧法で加熱する、又は水素を含む雰囲気中若しくは不活性雰囲気中の炉内で加熱するステップを更に含む、実施形態２７又は実施形態２８に記載の方法である。
【０１０２】
実施形態３０は、メタルボンド研磨物品は、直接的に金属支持体上に形成される、実施形態２７〜２９のいずれかに記載の方法である。
【０１０３】
実施形態３１は、メタルボンド研磨物品の製造方法である。方法は逐次的なステップを含み、逐次的なステップは、ａ）逐次的に、ｉ）固まっていない粉末粒子層を領域内に堆積させるステップと、ｉｉ）固まっていない粉末粒子層の領域を集束ビームによる照射で選択的に処理して粉末粒子を一緒に結合させるステップと、を含むサブプロセスを含む。固まっていない粉末粒子は、高融点金属バインダ粒子及びコーティングされた研磨粒子を含む。固まっていない粉末粒子層は実質的に均一な厚さを有する。方法は、ｂ）ステップａ）を複数回独立して実施して、結合された粉末粒子と残りの固まっていない粉末粒子とを含む研磨物品プリフォームを生成するステップであって、各ステップａ）において、固まっていない粉末粒子が独立して選択される、ステップを更に含む。方法はまた、ｃ）残りの固まっていない粉末粒子の実質的に全てを研磨物品プリフォームから分離するステップを含む。加えて、本方法は、ｄ）研磨物品プリフォームに溶融した低融点金属を注入するステップであって、高融点金属バインダ粒子の少なくとも一部が、溶融した低融点金属と接触したときに完全には溶融しない、注入するステップと、ｅ）メタルボンド研磨物品をもたらすために溶融した低融点金属を固化するステップと、を含む。
【０１０４】
実施形態３２は、溶融した低融点金属が、青銅、アルミニウム合金、銅、銅−銀合金、銅−リン合金、ニッケル−リン合金、又は銀を含有するろう付け合金を含む、請求項３１に記載の方法である。
【０１０５】
実施形態３３は、メタルボンド研磨物品が、１つ以上の、六角形セグメント、直線セグメント、螺旋状セグメント、不規則形状のセグメント、不完全なリング、溝及び／又は穴を有する逐次リム、又はこれらの組み合わせを含む、実施形態３１又は実施形態３２に記載の方法である。
【０１０６】
実施形態３４は、高融点金属バインダ粒子が、溶融した低融点金属の温度よりも少なくとも５０℃高い融点を有する、実施形態３１〜３３のいずれかに記載の方法である。
【０１０７】
実施形態３５は、メタルボンド研磨物品が金属支持体上に直接的に形成される、実施形態３１〜３４のいずれかに記載の方法である。
【０１０８】
実施形態３６は、メタルボンド研磨物品の製造方法である。方法は逐次的なステップを含み、逐次的なステップは、ａ）ｉ）固まっていない粉末粒子層を領域内に堆積させるステップ、を含むサブプロセスを含む。固まっていない粉末粒子は、高融点金属バインダ粒子、低融点金属バインダ粒子、及びコーティングされた研磨粒子を含む。固まっていない粉末粒子層は実質的に均一な厚さを有する。サブプロセスはまた、ｉｉ）低融点金属バインダ粒子は溶融させるが、高融点金属バインダ粒子は溶融させず、粉末粒子を一緒に結合させるために、固まっていない粉末粒子層の領域を、集束ビームによる照射を用いて選択的に処理するステップを含む。方法は、ｂ）ステップａ）を複数回独立して実施して、結合された粉末粒子及び残りの固まっていない粉末粒子を含むメタルボンド研磨物品を生成するステップを更に含む。各ステップａ）では、固まっていない粉末粒子が独立して選択される。方法は加えて、残りの固まっていない粉末粒子の実質的に全てをメタルボンド研磨物品から分離するステップを含む。メタルボンド研磨物品は、金属バインダ材料中に保持されたコーティングされた研磨粒子を含む。
【０１０９】
実施形態３７は、研磨粒子がその上に配置された少なくとも１つのコーティングを含み、コーティングが、金属、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、メタロイド、又はこれらの組み合わせを含み、少なくとも１つのコーティングが０．５マイクロメートル以上の平均厚さを有する、実施形態２７〜３６のいずれかに記載の方法である。
【０１１０】
実施形態３８は、研磨粒子がその上に配置された少なくとも２つのコーティングを含み、第１のコーティングが研磨粒子表面と第２のコーティングとの間に配置され、第２のコーティングは金属、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、又はメタロイドを含む、実施形態３７に記載の方法である。
【０１１１】
実施形態３９は、第１のコーティングが第２のコーティングとは異なる組成物を含む、実施形態３８に記載の方法である。
【０１１２】
実施形態４０は、第１のコーティングが、タングステン、チタン、クロム、ジルコニウム、モリブデン、バナジウム、パラジウム、ケイ素、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、又はこれらの合金若しくはこれらの組み合わせを含む、実施形態３８又は実施形態３９に記載の方法である。
【０１１３】
実施形態４１は、第２のコーティングが、１３００℃以上の融点、２５０Ｊ／ｋｇ／Ｋ以上の熱容量、２００Ｗ／ｍ／Ｋ以下の熱伝導率、又はこれらの組み合わせを有する少なくとも１つの材料を含む、実施形態２７〜４０のいずれかに記載の方法である。
【０１１４】
実施形態４２は、第２のコーティングが、タングステン、チタン、タンタル、モリブデン、ニオブ、ジルコニウム、バナジウム、クロム、銀、銅、ホウ素、鉄、ニッケル、コバルト、ケイ素、又はこれらの合金若しくはこれらの組み合わせを含む、実施形態２７〜４１のいずれかに記載の方法である。
【０１１５】
実施形態４３は、第１のコーティングが、１ナノメートル以上、１０マイクロメートル以下の厚さを有する、実施形態２７〜４２のいずれかに記載の方法である。
【０１１６】
実施形態４４は、第２のコーティングが、１００ナノメートル以上、５０マイクロメートル以下の厚さを有する、実施形態２７〜４３のいずれかに記載の方法である。
【０１１７】
実施形態４５は、研磨粒子が、その上に配置された単一のコーティングを含み、コーティングは、１６００℃以上の融点、４００Ｊ／ｋｇ／Ｋ以上の熱容量、１００Ｗ／ｍ／Ｋ以下の熱伝導率、又はこれらの組み合わせを有する、少なくとも１つの材料を含む、実施形態２７又は実施形態３７に記載の方法である。
【０１１８】
実施形態４６は、コーティングが、ニッケル、銅、チタン、クロム、タングステン、ジルコニウム、モリブデン、バナジウム、パラジウム、ケイ素、鉄、アルミニウム、コバルト、ニッケル、耐熱性超合金、又はこれらの合金若しくはこれらの組み合わせを含む、実施形態２７、３７、又は４５のいずれかに記載の方法である。
【０１１９】
実施形態４７は、コーティングが、１００ナノメートル以上、５０マイクロメートル以下の厚さを有する、実施形態２７、３７、４５、又は４６のいずれかに記載の方法である。
【０１２０】
実施形態４８は、コーティングが、２マイクロメートル以上、５０マイクロメートル以下の厚さを有する、実施形態２７、３７、４５〜４７のいずれかに記載の方法である。
【０１２１】
実施形態４９は、研磨粒子が、ダイヤモンド粒子又は立方晶窒化ホウ素粒子のうちの少なくとも１つを含む、実施形態２７〜４８のいずれかに記載の方法である。
【０１２２】
実施形態５０は、研磨粒子が、炭化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ケイ素、金属酸化物粒子、又は金属窒化物セラミック粒子、又は金属炭化物セラミック粒子を含む、実施形態２７〜４９のいずれかに記載の方法である。
【０１２３】
実施形態５１は、金属バインダ材料が、コバルト、クロム、青銅、銅、スズ、鉄、鉄合金、銀、ニッケル、タングステン、チタン、マンガン、アルミニウム、ケイ素、それらの炭化物形態若しくは窒化物形態、又はこれらの組み合わせを含む、実施形態２７〜２７又は３４〜４７のいずれかに記載の方法である。
【０１２４】
実施形態５２は、金属バインダ材料が、アルミニウム合金、銅、銅−銀合金、銅−リン合金、ニッケル−リン合金、又は銀を含有するろう付け合金を更に含む、実施形態２７〜３０又は３８〜５１のいずれかに記載の方法である。
【０１２５】
実施形態５３は、研磨粒子が、第１の研磨粒子及び第２の研磨粒子を含み、第１の研磨粒子及び第２の研磨粒子は、メタルボンド研磨物品内の分散した所定の異なる領域に配置されている、実施形態２７〜５２のいずれかに記載の方法。
【０１２６】
実施形態５４は、異なる領域は層である、実施形態５３に記載の方法である。
【０１２７】
実施形態５５は、メタルボンド研磨物品が、研磨パッド、研磨研削ビット、研磨セグメント、及び研磨ホイールからなる群から選択される、実施形態２７〜５４のいずれかに記載の方法である。
【０１２８】
実施形態５６は、メタルボンド研磨物品が歯科用バーである、実施形態２７〜５５のいずれかに記載の方法である。
【０１２９】
実施形態５７は、メタルボンド研磨物品が、１０〜３０体積パーセントの空隙率を有する多孔性の金属含有マトリックスを含む、実施形態２７〜５６のいずれかに記載の方法である。
【０１３０】
実施形態５８は、研磨粒子がダイヤモンドを含み、少なくとも１つのコーティングが金属炭化物を含む、実施形態２７〜５７のいずれかに記載の方法である。
【０１３１】
実施形態５９は、研磨粒子が立方晶窒化ホウ素を含み、少なくとも１つのコーティングが金属窒化物を含む、実施形態２７〜５８のいずれかに記載の方法である。
【０１３２】
実施形態６０は、メタルボンド研磨物品が、金属バインダ材料の連続相の中に埋め込まれた複数の金属バインダ粒子を含む、実施形態２７〜５９のいずれかに記載の方法である。
【０１３３】
実施形態６１は、集束ビームが、レーザ照射又は電子線照射を含む、実施形態２７又は２９〜６０のいずれかに記載の方法である。
【０１３４】
実施形態６２は、メタルボンド研磨物品の三次元モデルを表すデータを有し、３Ｄプリンタとインタフェースする１つ以上のプロセッサによってアクセスされたときに、メタルボンド研磨物品を３Ｄプリンタに作製させる、非一時的機械可読媒体である。メタルボンド研磨物品は、その中に保持された研磨粒子を有する金属バインダ材料を含み、研磨粒子は、その上に配置された少なくとも１つのコーティングを有する。コーティングは、金属、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、メタロイド、又はこれらの組み合わせを含み、少なくとも１つのコーティングは、０．５マイクロメートル以上の平均厚さを有する。メタルボンド研磨物品は、互いに直接的に結合された複数の層を含む。
【０１３５】
実施形態６３は、非一時的機械可読媒体から、メタルボンド研磨物品の３Ｄモデルを表すデータを検索するステップを含む、方法である。メタルボンド研磨物品は、その中に保持された研磨粒子を有する金属バインダ材料を含み、研磨粒子は、その上に配置された少なくとも１つのコーティングを有する。コーティングは、金属、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、メタロイド、又はこれらの組み合わせを含み、少なくとも１つのコーティングは、０．５マイクロメートル以上の平均厚さを有する。方法は、１つ以上のプロセッサによって、データを使用して製造装置とインタフェースする付加製造アプリケーションを実行するステップと、製造装置によって、メタルボンド研磨物品の物理的オブジェクトを生成するステップと、を更に含む。
【０１３６】
実施形態６４は、実施形態６３の方法を用いて生成されたメタルボンド研磨物品である。
【０１３７】
実施形態６５は、メタルボンド研磨物品の形成方法である。方法は、１つ以上のプロセッサを有する製造装置によって、メタルボンド研磨物品の複数の層を特定するデータを含むデジタルオブジェクトを受信するステップを含む、方法である。メタルボンド研磨物品は、その中に保持された研磨粒子を有する金属バインダ材料を含み、研磨粒子は、その上に配置された少なくとも１つのコーティングを有する。コーティングは、金属、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、メタロイド、又はこれらの組み合わせを含み、少なくとも１つのコーティングは、０．５マイクロメートル以上の平均厚さを有する。方法は、付加製造プロセスによって、製造装置を用いてデジタルオブジェクトに基づいてメタルボンド研磨物品を生成するステップを更に含む。
【０１３８】
実施形態６６は、実施形態６５に記載の方法であって、付加製造プロセスは、
ａ）
ｉ）固まっていない粉末粒子層を領域に堆積させるステップであって、固まっていない粉末粒子は金属バインダ粒子及びコーティングされた研磨粒子を含み、固まっていない粉末粒子層は実質的に均一な厚さを有する、ステップ、及び、
ｉｉ）固まっていない粉末粒子層の領域を集束ビームによる照射で選択的に処理して、粉末粒子を一緒に結合させるステップ、を含むサブプロセスと、
ｂ）結合された粉末粒子と残りの固まっていない粉末粒子を含むメタルボンド研磨物品を生成するために、ステップａ）を独立して複数回実施するステップであって、各ステップａ）において、固まっていない粉末粒子が独立して選択される、実施するステップと、を逐次的に行なうステップ群を含む。
【０１３９】
実施形態６７は、ｃ）実質的に全ての残りの固まっていない粉末粒子をメタルボンド研磨物品から分離するステップであって、メタルボンド研磨物品は、金属バインダ材料中に保持されたコーティングされた研磨粒子を含む、分離するステップを更に含む、実施形態６６に記載の方法である。
【０１４０】
実施形態６８は、メタルボンド研磨物品プリフォームの形成方法である。この方法は、１つ以上のプロセッサを有する製造装置によって、メタルボンド研磨物品の複数の層を特定するデータを含むデジタルオブジェクトを受信するステップと、製造装置を用いて、付加製造プロセスによって、このデジタルオブジェクトに基づいてメタルボンド研磨物品のメタルボンド研磨物品プリフォームを生成するステップと、を含む。付加製造プロセスは、
ａ）
ｉ）固まっていない粉末粒子の層をある領域に堆積させるステップであって、固まっていない粉末粒子は高融点金属バインダ粒子及びコーティングされた研磨粒子を含み、固まっていない粉末粒子層は、実質的に均一な厚さを有する、堆積させるステップと、
ｉｉ）粉末粒子を一緒に結合させるために、固まっていない粉末粒子の層のある領域を集束ビームによる照射で選択的に処理するステップと、を逐次的に含むサブプロセスと、
ｂ）結合された粉末粒子と残りの固まっていない粉末粒子とを含む研磨物品プリフォームを生成するために、ステップａ）を独立して複数回実施するステップであって、ステップａ）の各々において、固まっていない粉末粒子が独立して選択される、実施するステップと、を含む。
【０１４１】
実施形態６９は、
ｃ）残りの固まっていない粉末粒子の実質的に全てを研磨物品プリフォームから分離するステップと、
ｄ）研磨物品プリフォームに、溶融した低融点金属を注入するステップであって、高融点金属バインダ粒子の少なくとも一部は、溶融した低融点金属と接触したときに完全には溶融しない、注入するステップと、
ｅ）メタルボンド研磨物品を提供するために、溶融した低融点金属を固化するステップと、を更に含む、実施形態６８に記載の方法である。
【０１４２】
実施形態７０は、システムである。このシステムは、メタルボンド研磨物品の３Ｄモデルを表示するディスプレイと、ユーザによって選択された３Ｄモデルに応答して、メタルボンド研磨物品の物理的オブジェクトを３Ｄプリンタに作製させる、１つ以上のプロセッサと、を含む。メタルボンド研磨物品は、その中に保持された研磨粒子を有する金属バインダ材料を含み、研磨粒子は、その上に配置された少なくとも１つのコーティングを有する。コーティングは、金属、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、メタロイド、又はこれらの組み合わせを含み、少なくとも１つのコーティングは、０．５マイクロメートル以上の平均厚さを有する。
【０１４３】
本開示の目的及び利点は以下の非限定的な実施例によって更に例証されるが、これらの実施例に引用される具体的な材料及びそれらの量、並びにその他の条件及び詳細は、本開示を過度に制限しないものと解釈されるべきである。
【実施例】
【０１４４】
特に記載のない限り、実施例及び本明細書のその他の箇所における全ての部、百分率、比などは、重量によるものである。実施例において、℃＝摂氏、ｇ＝グラム、ｍｉｎ＝分、ｍｍ＝ミリメートル、及びｒｐｍ＝回転／分である。
【０１４５】
下の表１は、実施例で使用された材料のための略称を列記する。
【表１】
2020511317.tif 000003
【０１４６】
準備的実施例１−タングステン及びｈａｓｔｅｌｌｏｙでのダイヤモンドのコーティング
４００グラムのダイヤモンドＷＷＳＡ  ４００を、米国特許第７，７２７，９３１号（Ｂｒｅｙら）に記載の装置に装填した。最初に、２５０ｎｍ厚のタングステンフィルムを、純粋なタングステン金属ターゲットを使用してマグネトロンスパッタリングによってダイヤモンド上にコーティングした。
【０１４７】
ダイヤモンド密度は、コーティングされていないダイヤモンド密度３．５２４ｇ／ｃｃから、立方センチメートル当たり４．２６７グラム（ｇ／ｃｃ）まで増加した。同様に、厚さ約７５０ｎｍのｈａｓｔｅｌｌｏｙ（Ｃ−２２）膜の第２の層を、タングステンをコーティングしたダイヤモンドの上にコーティングした。二重コーティングされたダイヤモンドの最終密度は５．１８８ｇ／ｃｃであった。
【０１４８】
実施例１−ピン上への研削ビットの直接印刷
粉末床上でのレーザビームの連続パスによって、混合物の選択的レーザ溶融を実施した。レーザエネルギーの主要部分は、粉末によって吸収されることが予期され、一部は反射され、一部は散乱される。
【０１４９】
シャフトに直接的に固定するための内部孔を有するピン上に研削ビットを直接的に印刷するために、選択されたピンの材料は、１８％Ｃｒ及び８％Ｎｉ（これは、印刷される部品に使用されるＣｏＣｒ及び青銅粉末との親和性を有する元素である）を含有するステンレス鋼Ｄｉｎ  １．４３０１であった。研削ピンをシャフト上に直接的に印刷するために使用した機械は、ＲｅａＬｉｚｅｒ（Ｂｏｒｃｈｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ）によるＳＬＭ−５０である。この機械は、直径７０ｍｍ、最大ビルド高さ８０ｍｍ（延長版）のビルドプレートを含む。使用した混合物は、本明細書で上述したコーティングされたダイヤモンドグリット（８％のコーティングされた重量）、及びＣｏＣｒ粉末（９２重量％）を注意深く混合することによって調製した。
【０１５０】
各ピンの表面は、いかなる処理も行なわずに使用した。各研削ピンの第１の層を、以下のレーザパラメータを使用して各ピン上に印刷した：８０ワット（Ｗ）の電力、連続モード、５００ｍｍ／秒の走査速度、６０μｍのハッチングパターンの線間距離、及び−４５°及び４５°での２回の走査パス。このサイクルを２回繰り返した後に、第１の粉末層を堆積させ、次に、印刷されたダイヤモンド混合物の専用のものを使用するためにレーザパラメータを変更し、パラメータは、７５Ｗの電力、連続モード、３０００ｍｍ／秒のスキャン速度、６０μｍのハッチングパターンの線間距離、及び１回の走査パスであった。各偶数走査パスは０°であり、各奇数パスは９０°である。次の層については、パラメータを一定に保ちビットを印刷した。
【０１５１】
実施例２−ピン上に印刷された研削ビットの溶浸
実施例１の研削ビットを、コーティングされた研磨粒子及び金属バインダ粒子から作られた形状で作製した後、適切な形状の溶浸トレー上に研削ビットを配置した。トレーは、４２０ステンレス鋼粉末Ｓ４−３０（バインダ噴射金属プリンタ用にＥｘＯｎｅにより供給）を使用して多孔性金属構造体から作製され、標準溶液のＳｏｌｖｅｎｔ  Ｂｉｎｄｅｒ−０４を用いて、標準的な印刷条件でＩｎｎｏｖｅｎｔプリンタ（ＥｘＯｎｅから入手）で印刷した。Ｉｎｎｏｖｅｎｔプリンタでトレーを層ごとに印刷した後、粉末床をプリンタから取り出し、印刷されたバインダを周囲環境オーブン内で、典型的には１９５℃で２〜４時間にわたり、ＥｘＯｎｅによって記載される標準プロセスに従って硬化させた。これらの印刷され硬化されたトレーを、結合されなかった粉末の床から取り出し秤量した。トレーの重量に、研削ビットの質量、又は少なくとも妥当な推定値（例えば、典型的な研削ビットの０．５ｇ）を加えたものを一緒に使用して、必要とされる青銅粉末ＰＭ−Ｉ−Ｒ１の質量（ビットの重量の１００％の質量の青銅を使用した）を決定した。この青銅粉末塊を、組み立てたトレー及びピンに分配した。溶浸トレーのアセンブリ、青銅粉末、及びピン上のレーザ焼結材料を、熱支持粉末で覆われたるつぼの中に配置した。例えば、図１１Ａは、金属粒子１１２０を含有する注入トレー１１１０と、注入トレー１１１０内に配置される研削ビット１１４０及びメタピン１１５０を含むメタルボンド研磨物品１１３０の概略側断面図である。複数の細孔１１４２が、研削ビット１１４０に見える。
【０１５２】
溶浸のために、るつぼを炉（レトルトを有するＣＭ  Ｆｕｒｎａｃｅ  Ｍｏｄｅｌ  １２１２，Ｂｌｏｏｍｆｉｅｌｄ，ＮＪ）の中に配置し、炉は以下の温度上昇及び保持中に窒素でパージした。最初に温度を、２．５〜５℃／分で、６００℃まで上昇させた。温度を６００℃で１２０分間保持した。次いで、温度を２℃／分で１１２０℃まで上昇させ、次いで１１２０℃で９０分間保持した。次いで、温度を５℃／分で１００℃まで下降させた。この温度プログラムが完了した後、炉加熱素子をオフにし、炉を周囲条件下で室温まで冷却した。図１１Ｂは、注入中のメタルボンド研磨物品１１３０を含む注入トレー１１１０の概略側断面図を示す。メタルボンド研磨物品１１３０は、毛細管現象によって、研削ビット１１４０の細孔１１４２内に含有される溶融金属１１２２を含む。
【０１５３】
注入された研削ビットをトレーから取り外すために、ビットを押し上げ、撚り（又は別の方法で捩り）、又は機械加工して、溶浸プロセス中に作られた付着点から外した。図１２は、本開示に従って作製された例示的な注入されたメタルボンド研磨物品１２００の、注入トレー１２１０から取り外された後の斜視図である。
【０１５４】
実施例3−ピン上に印刷された注入された研削ビットの試験
実施例２からの注入された研削ビットをそれぞれ６ｍｍのシャフトに接着し、Ｌａｖａ  Ｆｏｒｍ  Ｇｒｉｎｄｅｒ（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ））で試験した。雌型Ｍ３ねじ付きコネクタを有する６ｍｍ×３７ｍｍのシャフトを、注入された研削ピンの各々に接着した。１０ｍｍのステンレス鋼Ｍ３スレッドを、６ｍｍシャフトの各々、並びに注入された研削ビットの各々に、ＥＣ２６１５エポキシ接着剤を用いて接着させた。組み立てたツールを２４時間硬化させた。次いで、組み立てたツールに、６００グリット酸化アルミニウムスティックでドレッシングを施し、試験前にダイヤモンドを剥き出させ露出させた。比較用に従来方法で作成された研削ビットを３Ｍ  Ｔａｉｃａｎｇ（Ｃｈｉｎａ）から入手し、これは直径１６マイクロメートルのコーティングされていないダイヤモンドを有する８０／２０青銅を含有し、高合金成形型でプレス加工するステップによって製造された。Ｌａｖａ  Ｆｏｒｍ  Ｇｒｉｎｄｉｎｇツールの試験パラメータを以下に示す。
【表２】
2020511317.tif 000004
【表３】
2020511317.tif 000005
【０１５５】
実施例４−歯科用バーの準備
歯科用バーをシャフト（例えば、ピン）上に直接的に印刷するために使用した機械は、ＲｅａＬｉｚｅｒ（Ｂｏｒｃｈｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ）によるＳＬＭ−５０である。この機械は、直径７０ｍｍ、最大ビルド高さ８０ｍｍ（延長版）のビルドプレートを含む。
【０１５６】
ツールシャフトを粉末床の中に配置するには、丸形の硬化鋼ピンを受け入れる、工具鋼から作製された特別な固定具を必要とする。固定具の寸法は、直径６９ｍｍ、高さ２２ｍｍであった。ビルドプレートに対する真の位置決めは、固定具に取り付けられた位置合わせピンを介して確保され、これはＳＬＭ−５０のｚ軸のインタフェースプレート内の対応する穴の中にスライドして入る。複数の歯科用バーが同時に製造される場合、全てのシャフトの上面は、溶融粉末のシャフトへの強い結合を確実にするために、１／１０ミリメートル以内で整列される必要がある。このトライアルは、３ｍｍ及び１．６ｍｍの直径を有するシャフトを含む。各直径は、３ｍｍ又は１．６ｍｍのシャフト直径に適合した穴を有する専用の固定具を必要とした。図１７Ａは、支持体（例えば、シャフト又はピン）上に歯科用バーを直接的に印刷するためのプラットフォームの斜視図を提供する。
【０１５７】
固定具を機械のＺ軸に接続した。次に、各シャフトの表面が周囲の粉末と同じレベルになるように、ピンの上面の位置を調整した。第１の粉末層をシャフトの表面にわたって広げた。層の厚さは２５μｍであった。ガルバノミラースキャナに結合された１００Ｗファイバレーザ源を使用して、シャフトの表面を覆う金属粉末を選択的に溶融させた。この材料に必要な典型的なエネルギー密度は、１Ｊ／ｍｍ２であった。金属粉末は、９３．５％コバルトクロム、１．５％コバルト、及び５％ＴｉＷ蒸気コーティングダイヤモンドの混合物であった。機械のプロセスチャンバを１５０℃に加熱し、アルゴンガスで満たした。
【０１５８】
ＣＡＤモデルを構築して、最終部品の形状を定義した。ＣＡＤモデルを、ＳＴＬフォーマットを使用してＣＡＤシステムからエクスポートした。ＳＴＬファイルをＲｅａＬｉｚｅｒ設計ソフトウェア（ＲＤｅｓｉｇｎｅｒ）にインポートして構築プラットフォームを準備した。これには、２５μｍの所定の層の厚さに応じて、層の中に切り込むなどのステップが含まれた。各層を、レーザ出力、パス数、線間距離、ハッチパターンなどを含む、対応するレーザパラメータで処理した。ビルドプラットフォームの作製が完了したら、全構築サイクルの間に機械を動作させ監視するＲｅａＬｉｚｅｒ制御ソフトウェアに、ビルドファイルを転送した。
【０１５９】
様々な形状を構築した。例えば、再び図１６Ａ及び図１６Ｂを参照すると、歯科用バー形状は、シリンダ（１６０２）、段付きシリンダ、ボール（１６０３）、テーパ状シリンダ（１６０１）、フレーム（１６０４）、及び溝付きテーパ形状（１６０８）を含んでいた。図１７Ｂは、プラットフォーム内に配置された図１６Ａの４つの例示的な歯科用バーを含む、図１７Ａのプラットフォームの一部分の斜視図である。
【０１６０】
印刷プロセスの後、プラットフォームを上昇させ、過剰な粉末を除去した。鋼鉄シャフトに直接的に取り付けられた完成した歯科用バーを固定具から引き抜き、ドレッシングプロセスで処理した。印刷された部分に多孔質Ａｌ２Ｏ３砥石を押し付けながら、シャフトを４５００ｒｐｍで回転させた。これが、多孔性の最外層を除去し、ダイヤモンドを露出させて、歯科用バーの良好な切削性能を可能にした。
【０１６１】
実施例５−シャフト上に印刷された歯科用バーの試験
様々な試験は、ガラスのような硬質基材又はＺｒＯ２のような焼結セラミック材料で優れた切削性能を示した。具体的には、実施例４の３ｍｍの円筒形歯科用バーを、高密度ジルコニアクーポン（２ｍｍ×２ｍｍ）に対して、湿潤条件下で、３５０００ｒｐｍの速度で、５００ｇｆ又は７００ｇｆのいずれかの力をツールに加えて研削した。（ツールに７００ｇｆの力を印加して）試験した対照用歯科用バーは、ＢｒｕｘＺｉｒ  Ｒｅｄ−２（Ｐｒｉｓｍａｔｉｋ  Ｄｅｎｔａｌｃｒａｆｔ，Ｉｎｃ（Ｉｒｖｉｎｅ，ＣＡ）製）であった。ＢｒｕｘＺｉｒ  Ｒｅｄ−２は、ツールの表面にのみ存在するニッケルめっきで定位置に保持されたダイヤモンドを含む。結果を図１８及び図１９に示す。
【０１６２】
この実施例の歯科用バーは、対照用歯科用バーよりも著しく高い切削速度を実現し、その高い切削速度を、より長い時間にわたって維持した。更に、ダイヤモンドが歯科用バーの本体内部に存在するので、切削速度が劣化した場合にツールにドレッシングを施してダイヤモンドを更に出現させることは任意であり、これは、外面上にのみダイヤモンドを有する電気めっきツールに対しては機能しない選択肢である。
【０１６３】
実施例６−カップ研削ホイールの準備
ダイヤモンドメタルボンドカップ研削ホイールを、実施例１の準備に記載されているＷＨＡコーティングされたダイヤモンドＤ４６（８重量％）と、Ｅｃｋａｒｔ−Ｇｒａｎｕｌｅｓからの青銅８９／１１（８３重量％）と、及びＥｃｋａｒｔ−Ｇｒａｎｕｌｅｓからのスズ（９重量％）との混合物を使用して製造した。この混合物では、青銅８９／１１は約９９０℃の融点を有する高融点金属バインダ、及びスズは融点約２３２℃の融点を有する低融点金属バインダと考えられる。混合物を、Ｗｉｌｌｙ  Ａ．Ｂａｃｈｏｆｅｎ  ＡＧ  Ｍａｓｃｈｉｎｅｎｆａｂｒｉｋ（Ｍｕｔｔｅｎｚ−Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）からのＴＵＲＢＵＬＡ振とう混合機で３０分の時間にわたって調製した。混合物をＲｅａＬｉｚｅｒからのＳＬＭ−５０に充填し、鋼鉄支持体を機械の移動プラットフォーム上に固定した。支持体に使用した鋼鉄は、標準的なＣ４５鋼（Ｄｉｎ  １．０５０３）であった。
【０１６４】
青銅ダイヤモンド層と鋼鉄支持体との間の良好な固定を確実にするために、以下のレーザパラメータを提供した：８０ワット（Ｗ）の電力、連続モード、５００ｍｍ／秒の走査速度、６０μｍのハッチングパターンの線間距離、及び−４５°及び４５°での２回の走査パス。このサイクルを２回繰り返した後に、第１の粉末層を堆積させ、次に、印刷されたダイヤモンド混合物の専用のものを使用するためにレーザパラメータを変更し、パラメータは、１つのパスが、３８ワット（Ｗ）の電力、連続モード、５０００ｍｍ／ｓの走査速度、６０μｍのハッチングパターンの線間距離であり、及び第２のパスが、７５ワット（Ｗ）の電力、連続モード、５０００ｍｍ／秒の走査速度、６０μｍのハッチングパターンの線間距離であった。第１の走査パスの角度は０°であり、第２の走査パスの角度は９０°であった。
【０１６５】
パスを連続的に適用して４ｍｍの層を構築したとき、部品を機械から取り出し、過剰な混合物を除去した。次いで、部品を回転させ、研削し、研いだ（ボア及び基準面を回転させ、ダイヤモンド層を基準面に対して０．０２ｍｍ以内に研削した）。研削ホイールの仕上げ面上の画像解析を行い、多孔率を約１０体積％と推定した。
【０１６６】
実施例１の準備に記載されているＷＨＡコーティングされたダイヤモンドＤ４６（８重量％）と、予備合金化された青銅８０／２０（焼結後に８３％の青銅８９／１１＋９％のスズと等価）とを含有する同様のホイールを、従来の方法（成形型内での熱プレス）に従って製造し、同様に完成させた。
【０１６７】
両方のホイールをＨＡＡＳ  ＭＵＬＴＩＧＲＩＮＤ  ＡＦ９０−５軸ツールグラインダに装着し、１２ｋＷのパワースピンドル（Ｈａａｓ  Ｓｃｈｌｅｉｆｍａｓｃｈｉｎｅｎ  ＧｍｂＨ−Ｔｒｏｓｓｉｎｇｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ）を装備した。使用した冷却剤は、Ｏｅｌｈｅｌｄ（Ｓｔｕｔｔｇａｒｄ−Ｇｅｒｍａｎｙ）からのＯｉｌ  Ｓｉｎｔｏｇｒｉｎｄ  ＴＴＫであった。
【０１６８】
両方のホイールを、直径５ｍｍのサイズを有するタングステンカーバイドロッドを研削するために、ＨＡＡＳ  ＭＵＬＴＩＧＲＩＮＤグラインダで試験した。使用したパラメータは、ホイール周辺速度が１８ｍ／ｓ、部品回転が３００ｒｐｍであり、かつ１ｍｍ／分から最大７ｍｍ／分まで変動させた各切り込み速度パラメータに対して１０ｍｍの材料を除去した。
【０１６９】
ＡＭによる多孔性の青銅ダイヤモンドをコーティングしたホイールは、以下の表４に示すように、より強力な挙動、並びに同様の摩耗に対して、より小さいチッピングサイズを示した。
【表４】
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【０１７０】
実施例７−金属ナノ粒子を含む研磨メタルボンド物品の準備
ダイヤモンドの金属化
銅をコーティングしたダイヤモンド粒子上への銀ナノ粒子のコーティング：
７０．４８グラムのダイヤモンドＷＷＳＡ  ４００を、米国特許公開第２０１４／０３６３５５４号に記載の装置に装填した。
【０１７１】
最初に、薄いチタン膜を、純粋なチタン金属ターゲットを使用してマグネトロンスパッタリングによりダイヤモンド上にコーティングした。コーティング後のダイヤモンド上のチタンの重量パーセントは０．１％であった。銅金属ターゲットを使用して、スパッタリングにより銅の第２の層を堆積させた。コーティングされた銅の重量％は２５重量％であり、計算した厚さは約７００ｎｍであった。最後に、Ａｇナノアイランドを、銀を０．１ｋＷ、６ミリトルのアルゴン圧力で１時間スパッタリングすることにより堆積させた。図２１は、銅でコーティングされ、表面上に銀ナノ粒子を有する三角形のダイヤモンドを示す。
【０１７２】
レーザシステム
この実験は、１０７０ｎｍの波長で連続モードで動作する２５０  Ｗ  ＱＣＤファイバレーザ（ＩＰＧ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ（Ｏｘｆｏｒｄ，ＭＡ）から入手可能、部品番号ＹＬＲ−１５０／１５００−ＱＣＷ）を用いて実施した。
【０１７３】
レーザを、１００ｍｍのテレセントリックｆシータ集束レンズを備えた、市販の２Ｄガルボレーザスキャナヘッド（ｈｕｒｒｙＳＣＡＮ２０、ＳｃａｎＬａｂ  ＡＧ（Ｐｕｃｈｈｅｉｍ，Ｇｅｒｍａｎｙ）から入手可能）に向けた。スキャナを３Ｄガントリシステム（Ａｅｒｏｔｅｃｈ，Ｉｎｃ．（Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇ，ＰＡ）から入手可能）に取り付けて、レーザ印刷プロセスにおけるＸ、Ｙ、及びＺ方向の位置決めを可能にした。
【０１７４】
粉末混合物を重量で調製し、これは、８１％のＷｅｎｄｔ（Ｍｅｅｒｂｕｓ，Ｇｅｒｍａｎｙ）からの８９／１１青銅粉末、９％のＷｅｎｄｔ（Ｍｅｅｒｂｕｓ，Ｇｅｒｍａｎｙ）からのスズ粉末、及び１０％の表面に銀ナノ粒子を有する銅層でコーティングされたダイヤモンド（−１００＋１２０メッシュ）から構成された。銅及び銀は、強いレーザビームでの照明後に低温共晶を形成し、粒子を焼結して一緒にする。３Ｍの米国特許第７，６９５，８０８号（Ｔｕｍａら）は、より低温で粒子−粒子焼結のために銅粒子を銀でコーティングする方法を開示している。
【０１７５】
印刷方法
金属粉末と研磨粒子との混合物を調製し、カスタムメイドの粉末処理システムの供給チャンバの中に配置した。いったん初期層が均一に配置されたら、ビルドプレートを加熱器で約７０℃まで加熱した。粉末処理システムを密閉し、窒素でパージした。ステンレス鋼製のビルドプレートは表面上に堆積された薄い銅層を有して、第１の印刷層の基材への接着を改善させた。全ての層を以下のパラメータで印刷した。
レーザビーム走査速度：１ｍ／ｓ
レーザ出力：５０Ｗ
ハッチパターンの線間距離：３０μｍ
【０１７６】
各層をレーザで処理した後、処理された層の上に粉末の別の層を延ばした。適切なカバレッジをもたらすために、ビルドプレートを７０μｍ下げるように設定し、粉末処理容器を約１８０μｍ上昇させた。次いで、次の層をレーザシステムで印刷した。レーザで処理された各層は、４５°回転させたハッチパターンを有し、よって層はクロスハッチの状態になっている。所望の数の層が印刷されるまで、このプロセスを継続させた。図２２は、ビルドプレート上に印刷した２つの研磨ホイールを示す。
【０１７７】
いったん処理が完了したら、部品をビルドプレートからカミソリ刃を用いて取り出し洗浄した。
【０１７８】
上記特許出願において引用された全ての文献、特許文献又は特許出願は、一貫した形でそれらの全容が参照により本明細書に組み込まれる。組み込まれた参照文献の一部と本出願との間に不一致又は矛盾がある場合、前述の記載における情報が優先するものとする。前述の記載は、特許請求の範囲に記載の開示を当業者が実践することを可能にするためのものであり、本開示の範囲を限定するものと解釈すべきではなく、本開示の範囲は特許請求の範囲及びその全ての等価物によって定義される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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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１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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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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【図２６】
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【図２７】
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【国際調査報告】
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