(57)【要約】金属射出成形粉末材料、高充填ポリマー複合材および様々な積層造形技術の取り扱いや、続く脱バインダーおよび最終物体への熱処理に適した任意の別の材料を含むが限定されない、粉末／バインダーシステムを用いる３次元印刷のための技術および組成物が開示される。
2020501941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層造形用の供給原料であって、該供給原料は、
バインダーシステムと、該バインダーシステムに懸濁された粉末材料とを含むコアであって、前記粉末材料は焼結可能な粉末を含み、前記バインダーシステムは１次バインダーと２次バインダーとを含み、前記粉末材料のネットシェイプは１次結合プロセス中に前記１次バインダーによって保持可能であり、前記粉末材料のネットシェイプは熱焼結サイクル中に前記２次バインダーによって保持可能であり、前記１次バインダーおよび前記２次バインダーの少なくとも１つが第１のポリマーを含む、コアと、
前記コアの周りのジャケットであって、該ジャケットは第２のポリマーを含み、前記ジャケットは、前記供給原料の押し出し温度よりも実質的に低い温度で前記コアの機械的性能よりも高い機械的性能を有している、ジャケットと、
を備えることを特徴とする供給原料。
【請求項２】
前記コアおよび前記ジャケットの機械的性能は、応力−歪み試験の曲線下の面積、ショア硬度、ロックウェル硬度、アイゾッド衝撃エネルギー、シャルピー衝撃エネルギー、引張降伏強度、並びに引張強さのいずれか１つによって測定される、請求項１に記載の供給原料。
【請求項３】
前記粉末材料が前記コアにおいて、前記粉末材料のタップ密度の±１０体積％の濃度を有する、請求項１に記載の供給原料。
【請求項４】
前記第２のポリマーは前記第１のポリマーの分子量よりも大きな分子量を有する、請求項１に記載の供給原料。
【請求項５】
前記バインダーシステムが２つ以上のポリマーを含み、前記第２のポリマーは、前記バインダーシステム中の前記２つ以上のポリマーの分子量の平均よりも大きい分子量を有する、請求項１に記載の供給材料。
【請求項６】
前記バインダーシステムが前記第２のポリマーを含む、請求項１に記載の供給原料。
【請求項７】
前記第２のポリマーが、前記供給原料の押し出し温度より実質的に低い温度で前記第１のポリマーのショアＤ硬度より大きいショアＤ硬度を有する、請求項１に記載の供給原料。
【請求項８】
前記第２のポリマーが、前記第１のポリマーの溶融温度よりも高い溶融温度を有する、請求項１に記載の供給原料。
【請求項９】
約２３℃の温度で、最大で３６インチの直径および少なくとも前記供給原料の直径を有するスプール上で破断することなくスプール可能である、請求項１に記載の供給原料。
【請求項１０】
約２３℃の温度で、前記供給原料は実質的に硬質である、請求項１に記載の供給原料。
【請求項１１】
前記ジャケットの前記第２のポリマーが、前記バインダーシステムの前記第１１のポリマーのポリマー鎖よりも長いポリマー鎖を有する、請求項１に記載の供給原料。
【請求項１２】
前記ジャケットが、ある量の前記粉末材料を含有する、請求項１に記載の供給原料。
【請求項１３】
前記ジャケット内の前記粉末材料の体積百分率が、前記コア内の前記粉末材料の体積百分率未満である、請求項１２に記載の供給原料。
【請求項１４】
前記ジャケット内の前記粉末材料の体積百分率が、前記コア内の前記粉末材料の体積百分率未満と実質的の同一である、請求項１３に記載の供給原料。
【請求項１５】
前記２次バインダーが、前記第２のポリマーによって部分的に形成されており、前記ジャケット内の前記第２のポリマーの体積百分率が、前記コア中の前記第２のポリマーの体積百分率よりも大きい、請求項１３に記載の供給原料。
【請求項１６】
前記第１のポリマーがポリスチレンである、請求項１に記載の供給原料。
【請求項１７】
前記第２のポリマーが、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、およびポリ（メチルメタクリレート）のうちの１つ以上である、請求項１に記載の供給原料。
【請求項１８】
前記２次バインダーが、ポリプロピレン、ポリエチレンおよびポリ（メチルメタクリレート）のうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の供給原料。
【請求項１９】
供給原料を製造する方法であって、該方法は、
バインダーシステムおよび粉末材料を含む連続コアを押し出しするステップであって、
前記粉末材料のタップ密度の±１０体積％以内の連続コア中の濃度を有し、前記バインダーシステムは１次バインダーと２次バインダーとを含み、前記粉末材料のネットシェイプは１次結合プロセス中に前記１次バインダーによって保持可能であり、前記粉末材料のネットシェイプは熱焼結サイクル中に前記２次バインダーによって保持可能であり、前記１次バインダーおよび前記２次バインダーの少なくとも１つが第１のポリマーを含み、前記粉末材料の粉末は焼結可能粉末を含む、ステップと、
前記連続コアの周りにジャケット材料のジャケットを形成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
ジャケット材料が、約２３℃にて、前記連続コアのショア硬度よりも大きいショア硬度を有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
バインダーシステムが低分子量ポリマーを含み、前記ジャケットが前記低分子量ポリマー用の架橋剤を含み、前記低分子量ポリマーの重合は、架橋剤によって開始可能であり、供給原料の押し出し温度でより長い鎖ポリマーを形成する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記低分子量ポリマーが１０万ｇ／ｍｏｌ以下の分子量を有する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記押し出し温度は少なくとも１００℃である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記ジャケットを形成するステップは、前記ジャケット材料を前記連続コアの周りに共押し出しするステップを含む、請求項に１９記載の方法。
【請求項２５】
前記ジャケットを形成するステップは、前記ジャケット材料を前記連続コア上に噴霧するステップ、または前記連続コアを前記ジャケット材料に浸漬するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
積層造形法であって、該方法は、
１つ以上のノズルを構築プレートに対して押し出し経路に沿って移動させるステップと、
前記１つ以上のノズルを通して供給原料を押し出すステップであって、前記供給原料はバインダーシステムと該バインダーシステムに分散された粉末材料とを含み、前記供給原料の押し出しは、前記押し出し経路に沿って３次元物体を形成する、ステップと、
前記３次元物体を化学溶液に暴露するステップであって、前記化学溶媒は前記バインダーシステムの１次バインダーのポリマーを化学的に分解し、前記ポリマーの化学的分解は、前記３次元物体から前記１次バインダーの少なくとも一部の化学的分解中に前記バインダーシステムの２次バインダーが前記３次元物体のネットシェイプを保持しながら起こる、ステップと、
前記３次元物体から２次バインダーを脱バインダーするステップと、
前記３次元物体中の前記粉末材料を緻密化して最終部を形成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２７】
前記２次バインダーが、前記３次元物体が暴露される前記化学溶液に実質的に不溶性である、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記１次バインダーのポリマーが高分子量ポリマーである、請求項に２６記載の方法。
【請求項２９】
前記１次バインダーの高分子量ポリマーが、約１００，０００ｇ／ｍｏｌより大きい分子量を有する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記２次バインダーが第２のポリマーを含み、該第２のポリマーが、前記高分子量ポリマーの分子量以下の分子量を有する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記粉末材料が、金属、金属合金またはセラミックのうちの１つ以上を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
前記１次バインダーが、前記３次元物体が前記化学溶液に暴露される際に、前記化学溶液中に可溶なワックスをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３３】
前記１次バインダーが前記３次元物体から脱バインダーされ、水性単糖類を含む廃棄物流れを残す、請求項に２６記載の方法。
【請求項３４】
前記粉末を緻密化するステップは、前記３次元物体を焼結するステップまたは前記３次元物体を液体金属で浸透させるステップの少なくとも１つを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３５】
積層造形のための供給原料であって、該供給原料は、
粉末材料と、
化学的に分解性であり化学溶液に暴露される際に解離する高分子量ポリマーを含む１次バインダーと、
熱プロセス中に、前記供給原料から形成された部分の形状を保持するための２次バインダーであって、前記高分子量ポリマーが脱重合可能である前記化学溶液に実質的に不溶な２次バインダーと、
を含むことを特徴とする供給原料。
【請求項３６】
前記高分子量ポリマーが約１００，０００ｇ／ｍｏｌより大きい分子量を有する、請求項３５に記載の供給原料。
【請求項３７】
前記化学溶液が、前記高分子量ポリマーの化学分解のための触媒を含む、請求項３５に記載の供給原料。
【請求項３８】
前記化学分解が脱重合によって起こる、請求項３７に記載の供給原料。
【請求項３９】
前記１次バインダーの高分子量ポリマーが、熱可塑性多糖類、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ（ラクチド）−コ−（カプロラクトン）、スチレンブロックを含むコポリマー、ポリエチレングリコール、ＰＥＧ−ＰＭＭＡ、ウレタンエステル、ポリ無水物のうちの少なくとも１つを含む、請求項３５に記載の供給原料。
【請求項４０】
前記高分子量ポリマーが、水溶液またはアルカリ溶液の１種以上において化学的に分解可能である、請求項３５に記載の供給原料。
【請求項４１】
前記化学溶液が水溶液であり、前記高分子量ポリマーが水溶液中で加水分解可能である、請求項３５に記載の供給原料。
【請求項４２】
前記高分子量ポリマーが、酸性溶液中で化学分解可能である、請求項３５に記載の供給原料。
【請求項４３】
３次元物体であって、
前記３次元物体を集合的に形成する複数の層であって、各層は少なくとも１つの他の層に結合され、各層は粉末材料と、化学的に分解性であり、化学溶液に溶解する高分子量ポリマーを含有する１次バインダーと、熱プロセス中に前記３次元物体の形状を保持する２次バインダーとを含み、前記２次バインダーは前記高分子量ポリマーが化学的に分解可能な化学溶液に実質的に不溶であることを特徴とする３次元物体。
【請求項４４】
前記高分子量ポリマーが約１００，０００ｇ／ｍｏｌより大きい分子量を有する、請求項４３に記載の３次元物体。
【請求項４５】
前記２次バインダーが第２のポリマーを含み、前記第２のポリマーは、前記高分子量ポリマーの分子量以下の分子量を有する、請求項４３に記載の３次元物体。
【請求項４６】
１つ以上のノズルを構築プレートに対して押し出し経路に沿って移動させるステップと、
前記１つ以上のノズルを通して供給原料を押し出すステップであって、前記供給原料の押し出しは、前記押し出し経路に沿って３次元物体を形成し、前記供給原料はバインダーシステムと該バインダーシステムに分散された粉末材料とを含む、ステップと、
前記３次元物体を化学溶液に暴露するステップであって、前記化学溶媒は前記バインダーシステムの第２のポリマーよりも前記バインダーシステムの第１のポリマーを優先的に分解して、前記第２のポリマーが前記３次元物体を支持しながら前記第１のポリマーを前記３次元物体から除去し、前記第１のポリマーは中分子量または高分子量を有し、前記第２のポリマーは高分子量を有する、ステップと、
前記３次元物体から第２のポリマーを脱バインダーするステップと、
前記３次元物体中の前記粉末を緻密化して最終部を形成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項４７】
前記粉末材料が、金属、金属合金、またはセラミックのうちの１つ以上を含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記粉末材料の粉末は、前記供給原料において、前記粉末材料のタップ密度の±１０体積％以内の密度を有する、請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
前記第２のポリマーが、前記溶媒に不溶性である、請求項４６に記載の方法。
【請求項５０】
前記３次元物体を前記溶媒に暴露することは、前記３次元物体中に開放気孔構造を形成し、前記第２のポリマーを脱バインダーするステップは、熱分解によって前記３次元物体中の前記開口孔構造を介して前記第２のポリマーの少なくとも一部分を除去するステップを含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５１】
前記第１のポリマーがポリスチレンを含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５２】
前記溶媒が、脂肪族炭化水素、酢酸エチル、アセトン、メチルエチルケトン、トランス−ジクロロエチレン、ベンゼン、またはトルエンの１種以上を含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記溶媒が水を含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５４】
前記第１のポリマーが約１０，０００ｇ／ｍｏｌより大きい分子量を有する、請求項４６に記載の方法。
【請求項５５】
前記第２のポリマーが、約１００，０００ｇ／ｍｏｌより大きいそれぞれの分子量を有する、請求項４６に記載の方法。
【請求項５６】
前記第１のポリマーが、ポリ（ビニルアルコール）またはポリエチレングリコールの１種以上を含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５７】
前記第１のポリマーがポリメチルメタクリレートを含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５８】
前記溶媒が１，４ジオキサン、酢酸エチル、ベンゼン、ジメチルホルムアミドまたはシクロヘキサノンのいずれか１種以上を含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記第２のポリマーが、ポリ（ビニルブチラール）、ポリプロピレン、またはポリエチレンのうちの１つ以上を含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項６０】
前記バインダーシステムが、約３０％−約７０％の質量パーセントで前記第１のポリマーを含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項６１】
前記バインダーシステムは、少なくとも１つの添加剤をさらに含み、前記少なくとも１つの添加剤は、前記第１のポリマーおよび前記第２のポリマーの各々よりも粘性が低い、請求項４６に記載の方法。
【請求項６２】
前記少なくとも１つの添加剤がワックスを含む、請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
前記ワックスは、前記バインダーシステム中の前記１１のポリマーの質量百分率以上の質量百分率を有する、請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
前記３次元物体を緻密化する前に前記３次元物体を機械加工するステップをさらに含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項６５】
前記粉末材料を緻密化するステップは、前記３次元物体を焼結するステップ、または前記３次元物体を液体金属で浸透させるステップの少なくとも１つを含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項６６】
前記第１のポリマーおよび前記第２のポリマーがそれぞれ、約６０℃より高いそれぞれの溶融温度を有する、請求項４６に記載の方法。
【請求項６７】
１つ以上のノズルを構築プレートに対して押し出し経路に沿って移動させるステップと、
前記１つ以上のノズルを介して第１の供給原料および第２の供給原料を押し出しするステップであって、前記第１の供給原料は、第１のバインダーシステムに分散された第１の粉末を含み、第２の供給原料は、第２のバインダーシステムに分散された第２の粉末を含み、前記第１の供給原料および前記第２の供給原料の押し出しは、前記第２のバインダーシステムの第２の１次バインダーに対する前記第１のバインダーシステムの第１の１次バインダーの空間勾配を有する３次元物体を形成する、ステップと、
前記３次元物体から第１のバインダーシステムと第２のバインダーシステムとを脱バインダーさせてブラウン部を形成するステップと、
前記ブラウン部における前記第１の粉末および前記第２の粉末を緻密化して最終部を形成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項６８】
前記第１の１次バインダーが第１の分子量を有し、前記第２の１次バインダーが第２の分子量を有し、前記第１の分子量が前記第２の分子量より大きい、請求項６７に記載の方法。
【請求項６９】
前記第２の１次バインダーに対する前記第１の１次バインダーの空間勾配は、前記３次元物体の内側部分上の第１の１次バインダーの体積濃度よりも大きい、前記３次元物体の外側部分上の前記第１の１次バインダーの体積濃度を含む、請求項６７に記載の方法。
【請求項７０】
前記３次元物体の前記外側部分上の前記第２の１次バインダーの体積濃度が、前記３次元物体の前記内側部分上の第２の１次バインダーの濃度よりも低い、請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
前記３次元物体の前記内側部分が実質的に前記第１の１次バインダーを含まず、前記３次元物体の前記外側部分が実質的に第２の１次バインダーを含まない、請求項６９に記載の方法。
【請求項７２】
前記３次元物体の前記内側部分が実質的に前記第１の１次バインダーを含まない、請求項６９に記載の方法。
【請求項７３】
前記第１のバインダーシステムおよび前記第２のバインダーシステムはそれぞれ、それぞれの第２のバインダーを含む、請求項６７に記載の方法。
【請求項７４】
前記１１のバインダーシステムの前記第２のバインダーの組成が、前記第２のバインダーシステムの前記第２のバインダーの組成と実質的に同じである、請求項７３に記載の方法。
【請求項７５】
前記３次元物体から前記第１のバインダーシステムおよび前記第２のバインダーシステムを脱バインダーするステップは、前記３次元物体を１つ以上の溶媒に暴露して、前記３次元物体から前記第１の１次バインダーおよび前記第２の１次バインダーの少なくとも一部を除去するステップを含む、請求項７３に記載の方法。
【請求項７６】
前記３次元物体から前記第１のバインダーシステムおよび前記第２のバインダーシステムを脱バインダーするステップは、前記３次元物体を熱処理して前記３次元物体からそれぞれの２次バインダーの少なくとも一部を除去するステップをさらに含む、請求項７５に記載の方法。
【請求項７７】
前記３次元物体から前記第１のバインダーシステムを脱バインダーするステップは、溶媒中で、前記３次元物体から前記第１の１次バインダーを溶解させるステップを含む、請求項６７に記載の方法。
【請求項７８】
前記３次元物体から前記第２のバインダーシステムを脱バインダーするステップは、溶媒中で、前記３次元物体から前記第２の１次バインダーを溶解させるステップを含む、請求項７７に記載の方法。
【請求項７９】
前記第１のバインダーシステムを溶解するために使用される前記溶媒が、前記第２のバインダーシステムを溶解するために使用される前記溶媒と同じである、請求項７８に記載の方法。
【請求項８０】
前記３次元物体から前記第２のバインダーシステムを脱バインダーするステップは、前記３次元物体から前記第２の１次バインダーを蒸発させるステップを含む、請求項７７に記載の方法。
【請求項８１】
前記第１の粉末および第２の粉末の一方または両方が、金属、金属合金、またはセラミックを含む、請求項６７に記載の方法。
【請求項８２】
前記第１の粉末の組成は、前記第２の粉末の組成と実質的に同じである、請求項６７に記載の方法。
【請求項８３】
前記第１の１次バインダーがポリスチレンを含む、請求項６７に記載の方法。
【請求項８４】
前記第２の１次バインダーが、ナフタレン、オリーブ油またはパラフィンワックスの１種以上を含む、請求項６７に記載の方法。
【請求項８５】
３次元物体であって、
前記３次元物体を集合的に形成する複数の層であって、該複数の層は、第１のバインダーシステムと、第２のバインダーシステムと、前記第１のバインダーシステムおよび第２のバインダーシステムに分散された粉末材料とを含み、前記第１のバインダーシステムは第１の１次バインダーを含み、前記第２のバインダーシステムは第２の１次バインダーを含み、前記３次元物体は、前記第２のバインダーシステムの前記第２の１次バインダーに対する前記第１のバインダーシステムの前記第１の１次バインダーの空間勾配を有することを特徴とする３次元物体。
【請求項８６】
前記第１の１次バインダーが第１の分子量を有し、前記第２の１次バインダーが第２の分子量を有し、前記第１の分子量は前記第２の分子量より大きい、請求項８５に記載の３次元物体。
【請求項８７】
前記第２の１次バインダーに対する前記第１の１次バインダーの空間勾配は、前記３次元物体の内側部分上の前記第１の１次バインダーの体積濃度よりも大きい、前記３次元物体の外側部分上の前記第１の１次バインダーの体積濃度を含む、請求項８５に記載の３次元物体。
【請求項８８】
積層造形のための供給原料であって、該供給原料は、
１次バインダーおよび２次バインダーを含むバインダーシステムであって、前記１次バインダーが、互いに物理的に架橋された関係で低分子量ポリマーの集合体を含み、前記低分子量ポリマーの凝集体の物理的に架橋された関係は、脱バインダー溶液への暴露によって可逆的である、バインダーシステムと、
粉末材料であって、該粉末材料は、前記供給原料において、前記粉末材料のタップ密度の±１０体積％以内の密度を有する、粉末材料と、
を備えることを特徴とする供給材料。
【請求項８９】
前記１次バインダーがブロックコポリマーを含む、請求項８８に記載の供給原料。
【請求項９０】
前記ブロックコポリマーは、第１の剛性、結晶化可能領域、可撓性領域、および第２の剛性の結晶化可能領域を含む、請求項８９に記載の供給原料。
【請求項９１】
前記第１の剛性結晶化可能領域が、前記第２の剛性結晶化可能領域とは異なる組成を有する、請求項９０に記載の供給原料。
【請求項９２】
前記ブロックコポリマーがポリスチレンブロックを含む、請求項９０に記載の供給原料。
【請求項９３】
前記ブロックコポリマーが、ポリブタジエンブロックおよびポリスチレンブロックを含む、請求項９２に記載の供給原料。
【請求項９４】
前記低分子量ポリマーの集合体の物理的に架橋された関係が、前記低分子量ポリマーの集合体をアセトンおよびトランス−ジクロロエチレンの１種以上に暴露することにより化学的に可逆的である、請求項８８に記載の供給原料。
【請求項９５】
前記２次バインダーが熱可塑性材料を含む、請求項８８に記載の供給原料。
【請求項９６】
前記熱可塑性材料が熱可塑性エラストマーである、請求項９５に記載の供給原料。
【請求項９７】
前記熱可塑性材料がポリプロピレンである、請求項９５に記載の供給原料。
【請求項９８】
前記２次バインダーの材料が、熱脱バインダープロセスを用いて前記粉末材料から除去可能である、請求項８８に記載の供給原料。
【請求項９９】
前記供給原料は、溶融フィラメント製造プロセスで使用するためのフィラメントであり、前記フィラメントは、約１ｍｍより大きくかつ約４ｍｍ未満の直径を有する、請求項８８に記載の供給原料。
【請求項１００】
前記フィラメントが、前記フィラメントの直径よりも大きくかつ約３０ｃｍ未満の破断時の曲げ半径を有する、請求項９９に記載の供給原料。
【請求項１０１】
前記粉末材料が、金属、金属合金、またはセラミックのうちの少なくとも１つを含む、請求項８８に記載の供給原料。
【請求項１０２】
前記粉末材料が、互いに合金に熱処理可能な複数の成分を含む、請求項８８に記載の供給原料。
【請求項１０３】
積層造形法であって、該方法は、
１つ以上のノズルを構築プレートに対して押し出し経路に沿って移動させるステップと、
前記１つ以上のノズルを通して供給原料を押し出すステップであって、前記供給原料の押し出しは、押し出し経路に沿って３次元物体を形成し、前記供給原料はバインダーシステムと、該バインダーシステム内に分散された粉末材料とを含む、ステップと、
前記バインダーシステムの１次バインダーの低分子量ポリマーの集合体の物理的に架橋された関係を逆転させるステップと、
物理的架橋を逆にして、前記３次元物体から前記１次バインダーの低分子量ポリマーを除去するステップと、
前記３次元物体から前記バインダーシステムの２次バインダーを除去するステップと、
前記３次元物体中の前記粉末材料を緻密化して最終部を形成するステップと、
を含むことを特徴とする積層造形法。
【請求項１０４】
前記１つ以上のノズルを通して前記供給原料を押し出すステップは、前記供給原料のスプールを非スプール化するステップと、前記供給原料を前記スプールから前記１つ以上のノズルに向かって移動させるステップとを含む、請求項１０３に記載の積層造形法。
【請求項１０５】
前記１次バインダーが、ポリブタジエン−ポリスチレンブロックコポリマーを含む、請求項１０３に記載の積層造形法。
【請求項１０６】
前記１次バインダーの低分子量ポリマーの集合体の物理的架橋を逆にするステップは、前記１次バインダーを脱バインダー溶液に暴露するステップを含む、請求項１０３に記載の積層造形法。
【請求項１０７】
前記脱バインダー溶液が、アセトンおよびトランス−ジクロロエチレンのうちの１つ以上を含む、請求項１０６に記載の積層造形法。
【請求項１０８】
前記３次元物体から前記２次バインダーを除去するステップは、化学脱バインダー、超臨界脱バインダー、触媒脱バインダー、ウィック脱バインダーまたは熱脱バインダーのうちの１つ以上を含む、請求項１０３に記載の積層造形法。
【請求項１０９】
３次元物体であって、
前記３次元物体を集合的に形成する複数の層であって、各層は少なくとも１つの他の層に結合されており、各層はバインダーシステムと粉末材料とを含み、前記粉末は、前記バインダーシステムに懸濁されており、前記バインダーシステムは、１次バインダーと２次バインダーとを含み、前記１次バインダーは、互いに物理的に架橋された関係で低分子量ポリマーの集合体を含み、前記低分子量ポリマーの集合体の物理的に架橋された関係は、低分子量ポリマーの集合体を脱バインダー溶液に暴露することによって可逆的であることを特徴とする３次元物体。
【請求項１１０】
前記１次バインダーがポリブタジエン−ポリスチレンブロックコポリマーを含み、前記脱バインダー溶液がトランス−ジクロロエチレンを含む、請求項１０９に記載の３次元物体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１６年１２月１４日に出願された米国仮出願第６２／４３４，０１４号、２０１７年４月２４日に出願された米国仮出願第６２／４８９，２７１号および２０１７年４月２７日に出願された米国仮出願第６２／４９１，１７０号の優先権を主張し、これらの各出願の全ての内容をここに参照として組み込む。
【０００２】
ここで説明するシステムおよび方法は積層造形法に関し、より詳細には、溶融フィラメント製造（Fused Filament Fabrication、ＦＦＦ）および他の技術との使用に適した粉末／バインダーシステムを用いた積層造形法に関する。
【背景技術】
【０００３】
幾つかの積層造形法は、３次元物体を形成するために供給原料の押し出し成形を含む。しかし、押し出し成形のための供給原料の取り扱いに関連する材料要求は、供給原料の材料の高品質部への適切な形成の材料要求とは異なりうるか、少なくとも部分的に両立し得なくなりうる。材料要求におけるこうした相違は、特に、金属物体の形成において、押し出し成形に基づく積層造形法の有用性に影響を与えうる。このように、押し出し成形ベースの積層造形法を用いた金属ネットシェイプ物体（metal net shape objects）の製造に適した材料に対する要求がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
金属射出成形粉末材料、高充填ポリマー複合材料および様々な積層造形技術との取り扱いに適し、更には続く最終物体への脱バインダー処理および熱処理に適した任意の別の材料を含むが限定されない、粉末／バインダーを用いた３次元プリントのための技術および組成物が開示される。
【０００５】
溶融フィラメント製造などの３次元プリントに適した粉末／バインダーを含む複合原料のための技術および組成物が開示される。複合原料は、コアの周りのジャケットを含むことができ、少なくともコアは、バインダーシステム中に懸濁された粉末材料を含み、ジャケットは、供給原料のコアの硬度または靭性よりも高い硬度または靭性を有する。一般に、より硬質のジャケットは、輸送、保管、または使用中に、コアを意図しない変形または損傷から保護することができる。例えば、ジャケットとコアとの間の硬度または靭性の差は、溶融フィラメント製造プロセスまたは他の積層造形プロセス中に、コアを損傷することなく、供給原料がコアのみで構成された場合に適用可能である力よりも強い力で、供給原料の把持を容易にすることができる（例えば、歯車駆動などにより）。
【０００６】
一態様では、本明細書に開示される積層造形用の供給原料は、バインダーシステムを含むコアと、バインダーシステムに懸濁された粉末材料とを含み、粉末材料は焼結可能な粉末を含み、バインダーシステムは１次バインダーおよび２次バインダーを含み、粉末材料のネットシェイプは１次脱バインダープロセス中に１次バインダーによって保持可能であり、粉末材料のネットシェイプは熱焼結サイクル中に２次バインダーによって保持可能であり、１次バインダーおよび２次バインダーのうちの少なくとも１つは、第１のポリマーを含む。供給原料はまた、コアの周りにジャケットを含むことができ、ジャケットは第２のポリマーを含み、ジャケットは、供給原料の押し出し温度よりも実質的に低い温度でコアの機械的性能より大きい機械的性能を有する。
【０００７】
コアおよびジャケットの機械的性能は、応力−ひずみ試験の曲線下の面積、ショア硬度、ロックウェル硬度、アイゾッド衝撃エネルギー、シャルピー衝撃エネルギー、引張降伏強度、引張極限強度のいずれかによって測定することができる。粉末材料は、粉末材料のタップ密度の±１０体積％以内のコア内の濃度を有することができる。第２のポリマーは、第１のポリマーの分子量よりも大きい分子量を有することができる。バインダーシステムは、２つ以上のポリマーを含むことができ、第２のポリマーが、バインダーシステム中の２つ以上のポリマーの分子量の平均よりも大きい分子量を有する。バインダーシステムは、第２のポリマーを含むことができる。第２のポリマーは、供給原料の押し出し温度より実質的に低い温度で第１のポリマーのショアＤ硬度より大きいショアＤ硬度を有することができる。第２のポリマーは、第１のポリマーの溶融温度よりも高い溶融温度を有することができる。約２３℃の温度である、供給原料は、直径が最大３６インチで、少なくとも供給原料の直径を有するスプール上で破断することなくスプール可能とすることができる。約２３℃の温度で、供給原料は実質的に硬質であってよい。ジャケットの第２のポリマーは、バインダーシステムの第１のポリマーのポリマー鎖よりも長いポリマー鎖を有することができる。ジャケットは、ある量の粉末材料を含むことができる。ジャケット内の粉末材料の体積百分率は、コア中の粉末材料の体積百分率未満であってもよい。ジャケット内の粉末材料の体積百分率は、コア内の粉末材料の体積百分率と実質的に等しくすることができる。２次バインダーは、第２のポリマーによって部分的に形成されてもよく、ジャケット内の第２のポリマーの体積百分率は、コア内の第２のポリマーの体積百分率よりも大きくてもよい。第１のポリマーはポリスチレンであってもよい。第２のポリマーは、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、およびポリ（メチルメタクリレート）の１種以上であってよい。２次バインダーは、ポリプロピレン、ポリエチレン、およびポリ（メチルメタクリレート）のうちの１つ以上を含むことができる。
【０００８】
別の態様では、本明細書に開示される方法は、バインダーシステムおよび粉末材料を含む連続コアを押し出すステップであって、粉末材料は粉末材料のタップ密度の±１０体積％以内の連続コア中の濃度を有し、バインダーシステムは１次バインダーおよび２次バインダーを含み、粉末材料のネットシェイプは１次脱バインダープロセス中に１次バインダーによって保持可能であり、粉末材料のネットシェイプは熱焼結サイクル中に２次バインダーによって保持可能であり、１次バインダーおよび２次バインダーのうちの少なくとも１つは第１のポリマーを含み、粉末材料の粉末は焼結可能な粉末を含む、ステップと、連続コアの周りにジャケット材料のジャケットを形成するステップとを含む。
【０００９】
約２３℃で、ジャケット材料は、連続コアのショア硬度より大きいショア硬度を有することができる。バインダーシステムは低分子量ポリマーを含むことができ、ジャケットは低分子量ポリマー用の架橋剤を含むことができ、低分子量ポリマーの重合は、架橋剤によって開始可能であり、供給原料の押し出し温度でより長い鎖ポリマーを形成することができる。低分子量ポリマーは、分子量が１００，０００ｇ／ｍｏｌ以下であってもよい。押し出し温度は、少なくとも１００℃であってよい。ジャケットを形成するステップは、連続コアの周りにジャケット材料を共押し出しするステップを含むことができる。ジャケットを形成するステップは、ジャケット材料を連続コア上に噴霧するステップ、またはジャケット材料中に連続コアを浸漬するステップを含むことができる。
【００１０】
溶融フィラメント製造のような３次元印刷のための粉末／バインダーシステムを有する原料のための技術および組成物が開示される。例えば、供給原料は、最終部へ処理する間に３次元物体の形状を保持するための１次バインダーと２次バインダーとを含むことができる。１次バインダーは、初期加工における３次元物体の高い印刷品質および強度を達成するのに有用な高分子量ポリマーを含むことができる。さらに、高分子量ポリマーは、化学的に分解され得、したがって、溶媒への暴露により、３次元物体から迅速に脱バインダーされ得る。２次バインダーは、２次バインダーがその後の処理において３次元物体のネットシェイプを保持するように溶媒に実質的に不溶であってもよい。従って、１次バインダー中の高分子量ポリマーは、第２のバインダーと組み合わせて、高品質部品の迅速な３次元製造に有用であり得る。
【００１１】
一態様では、本明細書に開示される積層造形法は、構築プレートに対して押し出し経路に沿って１つ以上のノズルを移動させるステップと、１つ以上のノズルを通して供給原料を押し出すステップであって、供給原料はバインダーシステムと、バインダーシステム内に分散された粉末材料とを含み、供給原料の押し出しは押し出し経路に沿って３次元物体を形成する、ステップと、３次元物体を化学溶液に暴露するステップを含み、化学溶液はバインダーシステムの１次バインダーのポリマーを化学的に分解し、ポリマーの化学分解は３次元物体から１次バインダーの少なくとも一部を化学的に溶解する間に、バインダーシステムの２次バインダーが３次元物体の形状を保持しつつ起こる、ステップと、３次元物体から２次バインダーを脱バインダーするステップと、３次元物体中の粉末材料を緻密化して最終部を形成するステップとを含む。
【００１２】
２次バインダーは、３次元物体が暴露される化学溶液に実質的に不溶性であってもよい。１次バインダーのポリマーは、高分子量ポリマーであってもよい。１次バインダーの高分子量ポリマーは、約１００，０００ｇ／ｍｏｌより大きい分子量を有することができる。２次バインダーは、第２のポリマーを含むことができ、第２のポリマーは、高分子量ポリマーの分子量以下の分子量を有することができる。粉末材料は、金属、金属合金、またはセラミックのうちの１つ以上を含むことができる。１次バインダーは、３次元物体が化学溶液に暴露される際に、化学溶液中に可溶なワックスをさらに含むことができる。１次バインダーは、３次元物体から脱バインダーして、水性単糖類を含む廃棄物流れを残すことができる。粉末を緻密化するステップは、３次元物体を焼結するステップか、または３次元物体を液体金属で浸透させるステップを含むことができる。
【００１３】
別の態様では、本明細書に開示される積層造形用の供給原料は、粉末材料と、化学的に分解性であり化学溶液に曝された際に解離する高分子量ポリマーを含有する１次バインダーと、供給原料から形成された部分の形状を熱処理中に保持する２次バインダーとを含み、２次バインダーは、高分子量ポリマーが脱重合可能な化学溶液に実質的に不溶であることを特徴とする。
【００１４】
高分子量ポリマーは、約１００，０００ｇ／ｍｏｌより大きい分子量を有することができる。化学溶液は、高分子量ポリマーの化学分解のための触媒を含むことができる。化学分解は解重合を介して行うことができる。１次バインダーの高分子量ポリマーは、熱可塑性多糖類、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ（ラクチド）−コ−（カプロラクトン）、スチレンブロックを含むコポリマー、ポリエチレングリコール、ＰＥＧ−ＰＰＭＡ、ウレタンエステル、ポリ無水物のうちの少なくとも１つを含むことができる。高分子量ポリマーは、水溶液またはアルカリ溶液の１種以上において化学分解可能であってもよく、化学溶液は水溶液でよく、高分子量ポリマーは水溶液中で加水分解可能でよい。高分子量ポリマーは、酸性溶液中で化学分解可能であってもよい。
【００１５】
別の態様では、本明細書に開示される３次元物体は、３次元物体を集合的に形成する複数の層を含み、各層は少なくとも１つの他の層に結合され、各層は粉末材料と、化学的に分解性でありかつ化学溶液に溶解しない高分子量ポリマーを含有する１次バインダーと、熱工程中に３次元物体の形状を保持する２次バインダーとを含み、２次バインダーは高分子量ポリマーが化学的に分解可能な化学溶液に実質的に不溶である。
【００１６】
高分子量ポリマーは、約１００，０００ｇ／ｍｏｌより大きい分子量を有することができる。第２の結合剤は第２のポリマーを含むことができ、第２のポリマーは、高分子量ポリマーの分子量以下の分子量を有することができる。
【００１７】
溶融フィラメント製造のような３次元印刷のための粉末／バインダーシステムを有する供給原料のための技術および組成物が開示される。例えば、供給原料は、様々な処理ステップを経て３次元物体の形状を保持するための第１のポリマーおよび第１のポリマーを含むことができる。第１のポリマーは中程度または高分子量のポリマーであってよく、第２のポリマーは高分子量ポリマーであってもよい。第１のポリマーは、初期加工における低分子量ポリマーと比較して、改善された印刷品質および強度を提供することができる。溶媒中で、第１のポリマーが第２のポリマーに対して優先的に溶解して、第２のポリマーが残存して、その後の処理において３次元物体のネットシェイプを保持できるようにすることができる。したがって、第２のポリマーと第２のポリマーとの組み合わせは、高品質部品の迅速な３次元製造に有用であり得る。
【００１８】
一態様では、本明細書に開示される方法は、構築プレートに対して押し出し経路に沿って１つ以上のノズルを移動させるステップと、１つ以上のノズルを通して供給原料を押し出すステップであって、供給原料の押し出しは押し出し経路に沿って３次元物体を形成し、供給原料はバインダーシステムと、バインダーシステム中に分散された粉末材料とを含む、ステップと、３次元物体を溶媒に暴露するステップであって、溶媒はバインダーシステムの第１のポリマーをバインダーシステムの第２のポリマーに対して優先的に溶解させて、第２のポリマーが３次元物体を保持しながら、３次元物体から第１のポリマーを除去し、第１のポリマーは中程度または高い分子量を有し、第２のポリマーは高分子量を有する、ステップと、第２のポリマーを３次元物体から脱バインダーさせるステップと、３次元物体中の粉末材料を緻密化して最終部を形成するステップとを含む。
【００１９】
粉末材料は、金属、金属合金、またはセラミックのうちの１つ以上を含むことができる。粉末材料の粉末は、供給原料において、粉末材料のタップ密度の±１０体積％以内の密度を有することができる。第２のポリマーは、溶媒に不溶性であってもよい。３次元物体を溶媒に暴露するステップにより、３次元物体に開気孔構造を形成することができる。第２のポリマーを脱バインダーするステップは、熱分解により３次元物体中の開気孔構造を介して第２のポリマーの少なくとも一部を除去するステップを含むことができる。第１のポリマーは、ポリスチレンを含むことができる。溶媒は、脂肪族炭化水素、酢酸エチル、アセトン、メチルエチルケトン、トランス−ジクロロエチレン、ベンゼン、またはトルエンの１種以上を含むことができる。溶媒は水を含むことができる。第１のポリマーは、約１０，０００ｇ／ｍｏｌより大きい分子量を有することができる。第２のポリマーは、約１００，０００ｇ／ｍｏｌより大きいそれぞれの分子量を有することができる。第１のポリマーは、ポリ（ビニルアルコール）またはポリエチレングリコールの１種以上を含むことができる。第１のポリマーは、ポリメチルメタクリレートを含むことができる。溶媒は１，４ジオキサン、酢酸エチル、ベンゼン、ジメチルホルムアミドまたはシクロヘキサノンのいずれか１種以上を含むことができる。第２のポリマーは、ポリ（ビニルブチラール）、ポリプロピレン、またはポリエチレンの１種以上を含むことができる。バインダーシステムは、第１のポリマーを約３０％−約７０％の質量％で含むことができる。バインダーシステムは、少なくとも１つの添加剤をさらに含むことができ、少なくとも１つの添加剤は、第１のポリマーおよび第２のポリマーの各々よりも粘度が低い。少なくとも１つの添加剤は、ワックスを含むことができる。ワックスは、バインダーシステム中の第１のポリマーの重量百分率以上の重量百分率を有することができる。本方法は、３次元物体を緻密化する前に３次元物体を機械加工することをさらに含むことができる。粉末材料を緻密化するステップは、３次元物体を焼結するか、または３次元物体を液体金属で浸透させるステップを含むことができる。第１のポリマーおよび第２のポリマーはそれぞれ、約６０℃より高いそれぞれの溶融温度を有することができる。
【００２０】
溶融フィラメント製造のような３次元印刷のための粉末／バインダーシステムを有する供給原料のための技術および組成物が開示される。例えば、複数の供給原料を組み合わせて、第１の１次バインダー及び第２の１次バインダーの空間勾配を有する３次元物体を形成することができる。３次元物体に沿った第１の１次バインダーおよび第２の１次バインダーの空間勾配は、適切な構造支持体と３次元物体が最終部に加工されるときに３次元物体から第１の１次バインダーおよび第２の１次バインダーを脱バインダーする迅速な全体速度との有利な組み合わせにより、３次元物体を形成することができる。したがって、第１の１次バインダーおよび第２の１次バインダーの空間勾配は、高品質部品の迅速な３次元製造に有用であり得る。
【００２１】
一態様では、本明細書に開示される方法は、構築プレートに対して押し出し経路に沿って１つ以上のノズルを移動させるステップと、１つ以上のノズルを介して第１の供給原料および第２の供給原料を押し出しするステップであって、第１の供給原料は、第１のバインダーシステムに分散された第１の粉末を含み、第２の供給原料は、第２のバインダーシステムに分散された第２の粉末を含み、第１の供給原料および第２の供給原料の押し出し経路に沿って押し出しは、第２のバインダーシステムの第２の１次バインダーに対する前記第１のバインダーシステムの第１の１次バインダーの空間勾配を有する３次元物体を形成する、ステップと、３次元物体から第１のバインダーシステムおよび第２のバインダーシステムを脱バインダーしてブラウン部を形成するステップと、ブラウン部における第１の粉体および第２の粉体を緻密化して最終部を形成するステップとを含む。
【００２２】
第１の１次バインダーは第１の分子量を有し、第２の１次バインダーは第２の分子量を有し、第１の分子量は第２の分子量より大きくすることができる。第２の１次バインダーに対する第１の１次バインダーの空間勾配は、３次元物体の外側部分上の第１の１次バインダーの体積濃度が、３次元物体の内側部分上の第１の１次バインダーの体積濃度よりも大きい。３次元物体の外側部分上の第２の１次バインダーの体積濃度は、３次元物体の内側部分上の第２の１次バインダーの体積濃度よりも小さくてもよい。３次元物体の内側部分は第１の１次バインダーを実質的に含まず、３次元物体の外側部分は実質的に第２の１次バインダーを含まなくすることができる。３次元物体の内側部分は、実質的に第１の１次バインダーを含まなくすることができる。第２のバインダーシステムおよび第２のバインダーシステムはそれぞれ、それぞれの第２のバインダーを含むことができる。第１のバインダーシステムの２次バインダーの組成は、第２のバインダーシステムの２次バインダーの組成と実質的に同一であってもよい。３次元物体から第１のバインダーシステムおよび第２のバインダーシステムを脱バインダーするステップは、３次元物体を１以上の溶媒に暴露して３次元物体から第１の１次バインダー及び第２の１次バインダーの少なくとも一部を除去するステップを含むことができる。３次元物体から第１のバインダーシステムおよび第２のバインダーシステムを脱バインダーするステップは、３次元物体を熱処理して、３次元物体から各２次バインダーの少なくとも一部を除去するステップをさらに含むことができる。３次元物体から第１のバインダーシステムを脱バインダーするステップは、溶媒中に３次元物体から第１の１次バインダーを溶解させるステップを含むことができる。３次元物体から第２のバインダーシステムを脱バインダーするステップは、溶媒中に、第２の１次バインダーを溶離剤から溶解させるステップを含むことができる。第１の１次バインダーシステムを溶解するために使用される溶媒は、第２のバインダーシステムを溶解するために使用される溶媒と同じであってよい。３次元物体から第２のバインダーシステムを脱バインダーするステップは、３次元物体から第２の１次バインダーを蒸発させるステップを含むことができる。第１の粉末および第２の粉末の一方または両方は、金属、金属合金、またはセラミックを含むことができる。第１の粉末の組成は、第２の粉末の組成と実質的に同じであってよい。第１の１次バインダーは、ポリスチレンを含むことができる。第２の１次バインダーは、ナフタレン、オリーブ油、またはパラフィンワックスの１種以上を含むことができる。
【００２３】
別の態様では、本明細書に開示される３次元物体は、３次元物体を集合的に形成する複数の層を含み、複数の層は、第１のバインダーシステムと、第２のバインダーシステムとを含み、第１のバインダーシステムおよび第２のバインダーシステムに分散された粉末材料とを含み、第１のバインダーシステムは、第１の１次バインダーを含み、第２のバインダーシステムは、第２の１次バインダーを含み、３次元物体は、第２のバインダーシステムの第２の１次バインダーに対する第１のバインダーシステムの第１の１次バインダーの空間勾配を有することを特徴とする。
【００２４】
第１の１次バインダーは第１の分子量を有し、第２の１次バインダーは第２の分子量を有し、第１の分子量は第２の分子量より大きくすることができる。第２の１次バインダーに対する第１の１次バインダーの空間勾配は、３次元物体の内部部分の第１の１次バインダーの体積濃度よりも大きい、３次元物体の外側部分上の第１の１次バインダーの体積濃度を含むことができる。
【００２５】
溶融フィラメント製造のような３次元印刷に適した粉末／バインダーシステムを有するスプール可能な供給原料のための技術および組成物が開示される。供給原料は、物理的に架橋された関係で低分子量ポリマーの集合体を含むバインダーシステム中に分散された粉末材料の粉末を含むことができる。低分子量ポリマーの物理的に架橋された凝集体によって付与された強度および弾性伸びは、供給原料のスプールを容易にし、供給原料の効率的な輸送、貯蔵および供給に有用であり得る。さらに、またはその代わりに、低分子量ポリマーの物理的架橋は、脱バインダー溶液への暴露によって可逆的であってもよい。したがって、一般に、低分子量ポリマーの物理的に架橋された集合体は、供給原料が供給原料から形成された３次元物体に適用される１つ以上の脱バインダープロセスと相溶性を維持しつつ、特定の有利な物理的性質を供給材料に付与することができる。
【００２６】
一態様では、本明細書に開示される積層造形用の供給原料は、１次バインダーと、２次バインダーと、前記１次バインダーは物理的に架橋された関係で低分子量ポリマーの集合体を含み、前記低分子量ポリマーの凝集体の物理的に架橋された関係は、脱バインダー溶液への暴露によって可逆的であり、粉末材料とを含み、粉末は供給原料において、粉末材料のタップ密度の±１０体積％以内である密度を有する。
【００２７】
１次バインダーは、ブロックコポリマーを含むことができる。ブロックコポリマーは、第１の硬質結晶化可能領域と、可撓性領域と、第２の硬質結晶化可能領域とを含む。第１の硬質結晶化可能領域は、第２の硬質結晶化可能領域とは異なる組成を有することができる。ブロックコポリマーは、ポリスチレンブロックを含むことができる。ブロックコポリマーは、ポリブタジエンブロックおよびポリスチレンブロックを含むことができる。低分子量ポリマーの集合体の物理的に架橋された関係は、低分子量ポリマーの集合体をアセトンおよびトランス−ジクロロエチレンの１つ以上に暴露することによって化学的に可逆的であり得る。２次バインダーは、熱可塑性材料を含むことができる。熱可塑性エラストマーは、熱可塑性エラストマーであってもよい。熱可塑性材料は、ポリプロピレンであってもよい。２次バインダーの材料は、熱脱バインダープロセスを用いて粉末材料から除去可能であってもよい。供給原料は、溶融フィラメント製造プロセスで使用するためのフィラメントであってもよく、フィラメントは約１ｍｍより大きく、約４ｍｍ未満の直径を有する。フィラメントは、フィラメントの直径よりも大きくかつ約３０ｃｍ未満の破断時の曲げ半径を有することができる。粉末材料は、金属、金属合金、またはセラミックのうちの少なくとも１つを含むことができる。粉末材料は、互いに熱処理可能な複数の成分を含むことができる。
【００２８】
別の態様では、本明細書に開示される積層造形法は、構築プレートに対して押し出し経路に沿って１つ以上のノズルを移動させるステップと、１つ以上のノズルを通して供給原料を押し出すステップであって、供給原料の押し出しは押し出し経路に沿って３次元物体を形成し、供給原料はバインダーシステムと、バインダーシステムに分散された粉末材料とを含む、ステップと、バインダーシステムの１次バインダーの低分子量ポリマーの集合体の物理的に架橋された関係を逆転させるステップと、物理的架橋を逆にして、３次元物体から１次バインダーの低分子量ポリマーを除去するステップと、３次元物体からバインダーシステムの２次バインダーを除去するステップと、３次元物体中の粉末材料を緻密化して最終部を形成するステップとを含む。
【００２９】
１つ以上のノズルを通して供給原料を押し出すステップは、供給原料のスプールを非スプール化するステップと、供給原料をスプールから１つ以上のノズルに向けて移動させるステップを含むことができる。１次バインダーは、ポリブタジエン−ポリスチレンブロックコポリマーを含むことができる。１次バインダーの低分子量ポリマーの集合体の物理的架橋を逆にするステップは、１次バインダーを脱バインダー溶液に暴露するステップを含むことができる。脱バインダー溶液は、１種以上のアセトンおよびトランス−ジクロロエチレンを含むことができる。３次元物体から２次バインダーを除去するステップは、化学的脱バインダー、超臨界脱バインダー、触媒脱バインダー、ウィック脱バインダー、または熱脱バインダーのうちの１つ以上を含むことができる。
【００３０】
別の態様では、本明細書に開示される３次元物体は、３次元物体を集合的に形成する複数の層を含み、各層は少なくとも１つの他の層に結合され、各層はバインダーシステムとバインダーシステムに懸濁された粉末とを含み、バインダーシステムは、１次バインダーおよび２次バインダーを含み、１次バインダーは、互いに物理的に架橋された関係で低分子量ポリマーの集合体を含み、低分子量ポリマーの凝集体の物理的に架橋された関係は、低分子量ポリマーの凝集体を脱バインダー溶液に暴露することによって可逆的である。１次バインダーは、ポリブタジエン−ポリスチレンブロックコポリマーを含むことができ、脱バインダー溶液は、トランス−ジクロロエチレンを含む。
【００３１】
ここで説明する装置、システムおよび方法の前述および別の目的、特徴および利点は、添付の図面に示されているように、続くその特定の実施形態の説明から明らかとなるだろう。図面は、必ずしも正確な縮尺に従ったものではなく、その代わりに、ここで説明する装置、システムおよび方法の原理に重点を置いて強調するものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】複合体との使用のための積層造形法のブロック図である。
【図２】複合体を用いた印刷のための代表的な方法のフローチャートである。
【図３】金属射出成形材料との使用のための積層造形法の模式図である。
【図４】金属粉末および紫外線硬化型バインダーを用いたステレオリソグラフィー処理の模式図である。
【図５】粉末冶金材料を用いるためのレーザーバインディング処理の模式図である。
【図６】製造物体への仕上げ材の使用の模式図である。
【図７】溶融フィラメント製造（ＦＦＦ）処理における児湯級原料の駆動に適した多くの駆動輪の斜視図である。
【図８Ａ】溶融フィラメント製造（ＦＦＦ）処理のための供給原料の側面図である。
【図８Ｂ】図８ＡのＡ−Ａ線に沿った供給原料の側面断面図である。
【図８Ｃ】図８Ａの供給原料の端面図である。
【図９】複合供給原料を形成するための代表的な方法のフローチャートである。
【図１０】巻き取り可能な供給原料を用いた代表的な積層造形法のフローチャートである。
【図１１】化学分解性の高分子ポリマーをバインダーシステムの主要なバインダーの要素として含む供給原料を用いた代表的な積層造形法のフローチャートである。
【図１２】可溶性の高分子ポリマーをバインダーシステムの主要なバインダーの要素として含む供給原料を用いた代表的な積層造形法のフローチャートである。
【図１３】第２のバインダーシステムの第２の主要なバインダーに対する第１のバインダーシステムの第１の主要なバインダーの空間的勾配を含む３次元物体の断面側面図である。
【図１４】第２のバインダーシステムの少なくとも１つの要素に対する第１のバインダーシステムの少なくとも１つの要素の空間分布を有する３次元物体の代表的な積層造形法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
ここで、添付の図面を参照して実施形態について説明する。しかしながら、実施形態は、多くの異なる形態で実施でき、ここに示し説明した実施形態に限定されると解釈されるべきではない。
【００３４】
ここに記載された全ての文献は、参照としてその全体がここに組み込まれる。明示的に記載されているか、文章から明らかではない限り、単数形のアイテムへの参照は複数形のアイテムを含み、またその逆も同様であることを理解すべきである。別段の記載があるか、文脈から明らかでない限り、接合された節、文、単語などのあらゆる非接合性および結合的な組み合わせを表現することが意図されている。従って、特に断らない限り、または文脈から明らかにされない限り、「または」という用語は、一般に「および／または」を意味すると理解されるべきであり、同様に、「および」という用語は、一般に「および／または」を意味する意味することを理解すべきである。
【００３５】
本明細書における値の範囲の記載は、限定することを意図するものではなく、その代わりに、その範囲内に入る任意の値およびすべての値に個別に言及することを意図するものあり、特に断らない限り、そのような範囲内の各別個の値は、本明細書中に個々に記載されているかのように、明細書に組み込まれる。数値を伴う場合の「約」、「およそ」等の語は、意図した目的のために十分に動作することが当業者によって理解されるずれを示すものとして解釈されるべきである。同様に、物理的特性を参照して使用される場合には、「約」または「実質的に」のような近似の語は、対応する使用、機能、目的等のために十分に動作することが当業者によって理解される範囲のずれを考慮することを理解すべきである。値および／または数値の範囲は、本明細書において例としてのみ提供され、記載された実施形態の範囲を限定するものではない。値の範囲が提供される時、それらは、特に断らない限り、個々に記載されるような範囲内の各値を含むことも意図している。ここで提供される任意のすべての例、または例示的な言語（「例えば」、「のような」など）を使用することができる)は、実施形態をより明確にすることを意図したものであり、実施形態の範囲を限定するものではない。明細書に記載されていなければ、請求項に記載されていない任意の要素が実施形態の実施に必須であることを示すと解釈されるべきではない。
【００３６】
以下の説明では、「第１」、「第２」、「頂部」、「底部」、「上」、「下」等は、は便宜上の用語であり、限定的な用語として解釈されるべきではない。
【００３７】
図１は、複合材とともに使用するための積層造形システムのブロック図である。積層造形システムは、溶融フィラメント製造を使用して金属を堆積させる３次元プリンタ１００（または、単にプリンタ１００）を含むことができる。溶融フィラメント製造は、当業において周知であり、以下でより詳細に説明する適切な改造を加えて、積層造形法に有用に使用して、本明細書で企図される金属射出成形材料に典型的な力、温度および他の環境要件に適応することができる。一般に、プリンタ１００は供給原料１０２を含むことができ、該供給原料１０２は、駆動トレイン１０４によって推進され、液化システム１０６によって作動可能な状態に加熱され、次いで１つ以上のノズル１１０によって分配される。１つ以上のノズル１１０を押し出し経路に沿って位置決めするためにロボットシステム１０８を同時に制御することによって、物体１１２は、構築チャンバ１１６内の構築プレート１４上で製造することができる。一般に、制御システム１１８は、溶融フィラメント製造処理等を用いた３次元モデルに従って物体１１２を製造するために、プリンタ１００の動作を管理する。
【００３８】
種々の市販されている組成物が、金属射出成形（ＭＴＭ）用に設計されてきた。これらの高度に設計された材料はまた、溶融フィラメント製造のような印刷技術における供給原料１０２としての使用に適合させることができる。例えば、ＭＴＭ供給原料材料は、適切に成形された場合、市販されているＦＦＦ機械に典型的なノズルを介して有用に押し出すことができ、一般に、このような機械の典型的な動作温度（例えば、１６０−２５０℃）内で、流動性であるか、または押し出し可能である。この温度範囲は、バインダーに依存し、いくつかのバインダーは約２０５℃で適切な粘度に到達し、他のバインダーは約１６０−１８０℃のような低い温度で適切な粘度に到達する。当業者は、これらの範囲（本明細書中にリストされた全ての範囲）が、限定ではなく例として提供されることを認識するであろう。さらに、粉末冶金材料の寸法には正式な限界がないが、各側の約１００ミリメートルの寸法を有する部品は、ネットシェイプグリーン部のＦＦＦ製造のために良好に機能することが実証されている。任意のより小さな寸法を有用に使用することができ、また、印刷解像度および押し出し口径のような処理寸法と一致するように、より大きな寸法を採用することもできる。例えば、実装が約０．３００μｍを目標とする場合に、ナノサイズの粉末を使用することができるが、ＭＩＭ金属粉末は、典型的には約１−２２μｍの直径であることができる。本明細書で使用される「金属射出成形材料」という用語は、射出成形に適した同様のバインダー中のセラミックなどの他の微粉ベースを含む任意の加工された材料を含むことを意図する。従って、金属射出成形または一般に使用される略語、ＭＩＭの用語が使用される場合、これは、金属以外または金属に加えた粉末を使用する射出成形材料を含み、異なる意味が明示的に提供されない限り、または文脈から明らかでない限り、これらの全ての材料は、本開示の範囲内に入ることを意図すると理解されるべきである。また、異なる意味が明示的に提供されていないか、または文脈から明らかでない場合を除いて、「ＭＩＭ材料」、「粉末冶金材料」、「ＭＩＭ供給原料」等の任意の参照は、一般的には、１つ以上のバインダー材料、例えば、全てを一緒に保持するバックボーンバインダー、および金型または印刷物内の位置に金属およびバックボーンを担持するバルクバインダー、と混合された１以上の金属、金属合金、および／またはセラミックスの粉末を意味する。当然のことながら、他の材料システムが、ステレオリソグラフィーまたはバインダー噴射などの製造技術を用いて金属部品を製造するのに適していてもよく、これらのいくつかは、以下でより詳細に説明される。本明細書で使用される場合、特に断らない限り、または文脈から明らかにされない限り「主鎖結合剤」という用語は、「２次バインダー」という用語と同義に使用される、「バルクバインダー」という用語は、「１次バインダー」と同義に使用することができる。
【００３９】
一般に、このような材料の製造は、ネットシェイプが形成された後に、より容易に加工可能な状態で、グリーン部を任意に機械加工または仕上げ加工することができる、ＭＩＭ材料のための当該技術分野で一般的な方法のいずれかを用いて脱バインダー処理および焼結処理されて最終緻密物体にされる点を除いて、従来のＦＦＦプロセスと同様に進行することができる。最終物体もまた、金属、金属合金、セラミック、または他の適切な材料の組合せを含むことができる。
【００４０】
供給原料１０２は、キャリア１０３から供給されて、供給原料１０２を連続的（例えば、ワイヤ）または断続的（例えば、ビレット）形態で３次元プリンタに供給する。原料１０２は、例えば構築チャンバ１１６内への供給のために中間チャンバ内にビレット等として不連続に１つずつ供給され、続いて堆積のために溶融される。別の態様では、キャリア１０３は、ワイヤの形のような細長い形態で供給原料１０２を収容するスプールまたはカートリッジを含むことができる。真空または他の制御された環境が望まれる場合、供給原料１０２は、真空ガスケットを介して構築チャンバ１１６内に連続的に供給されてもよい。このように、本明細書において、一態様では、ワイヤの形状のＭＩＭ供給原料を含む装置であって、前記ＭＩＭ供給原料は金属粉末とポリマーバインダー等との加工された複合体を含み、キャリア１０３は、構築チャンバ１１６への連続的な供給で構築材料を分散することができる装置が開示される。環境に敏感な材料については、キャリア１０３は、構築チャンバ１１６の真空環境に直接または間接的に結合されることができる真空環境を提供することができる。より一般的には、構築チャンバ１１６（およびキャリア１０３）は、真空、酸素枯渇環境、不活性ガス環境、または供給原料１０２と反応しないガスまたはガスの組合せであって、そのような条件が３次元製造のために必要であるか有益であるガス、またはガスの組合せなどの、供給原料１０２の取り扱いのための任意の適切な不活性環境を維持することができる。
【００４１】
駆動トレイン１０４は、供給原料１０２の液化システム１０６への連続的または索引付けされた供給（ｉｎｄｅｘ  ｆｅｅｄｉｎｇ）のための任意の適切な歯車、圧縮ピストン等を含むことができる。一態様において、駆動トレイン１０４は、供給原料１０２内の対応する特徴と噛み合うように形成された、リッジ、ノッチ、または他の正または負のつめなどの歯車を含むことができる。別の態様では、駆動トレイン１０４は、供給原料１０２と変形して係合するように、加熱された歯車またはスクリュー機構を含むことができる。従って、一態様では、原料を加工温度まで加熱し、供給原料を供給経路内で加熱し、変形させ、かつ駆動するように構成されている、溶融フィラメント製造プロセスのためのプリンタが開示される。また、スクリューフィードを代わりに用いてもよい。
【００４２】
より脆いＭＩＭ材料のために、硬質樹脂またはプラスチックのような材料の微細歯付き駆動歯車を使用することにより、供給原料の亀裂、剥離、あるいは傷つける過度の切断や応力集中なしに、供給原料を把持することができる。
【００４３】
別の態様では、駆動トレイン１０４は、蛇腹、または供給原料１０２のロッド、ビレット、または同様のユニットを液化システム１０６に駆動するための他の折り畳み式または伸縮式プレスを含むことができる。同様に、圧電またはリニアステッピングドライブを使用して、離散的な高出力の機械的増分を有する非連続的ステッピング方法で、供給原料１０２のユニットを前進させることができる。別の態様では、駆動トレイン１０４は複数の段階を含むことができる。第１の段階では、駆動トレイン１０４は、供給原料１０２を加熱して、原料１０２に正の把持トラクションを供給することができるねじまたは他の特徴を形成することができる。次の段階では、これらの特徴に合致する歯車等を使用して供給原料１０２を供給経路に沿って前進させることができる。いくつかの例では、コレットフィード（例えば、機械ペンシルの場合と同様に）を使用してもよい。ソフトホイールまたはベルトドライブも代わりに使用してもよい。一態様では、寸法ひいては構築制度を確保するために、形状形成ホイール駆動装置を使用することができる。より一般的には、駆動トレイン１０４は、３次元製造プロセスにおいて堆積のためにフィードストック１０２を前進させるために使用される機構または機構の組み合わせを含むことができる。したがって、用語「ドライブトレイン」は、より特定の意味が明示的に提供されているか、または文脈から明らかでない限り、最も広い意味で解釈されるべきである。
【００４４】
液化システム１０６は、溶融フィラメント製造プロセスにおける押し出しに適した範囲の作動温度に供給原料１０２を加熱することができる。任意の数の加熱技術を使用することができる。一態様では、誘導性または抵抗加熱のような電気的技術を有用に適用して、供給原料１０２を液化することができる。これは、例えば、供給原料１０２の周囲のチャンバを原料のガラス転移温度またはその近くの温度、あるいは供給原料１０２のバインダーまたは他の成分が、本明細書で企図されるような堆積のために加工可能、押し出し可能、または流動可能になる他の温度に誘導的または抵抗的に加熱するステップを含むことができる。供給原料１０２が十分に導電性である場合には、供給原料１０２は、接触法（例えば、ｉｎ過電流を用いた抵抗加熱法）または非接触方法（例えば、供給原料１０２内の渦電流を駆動するための外部電磁石を使用する誘導加熱法）によって直接加熱することができる。また、供給原料１０２に使用するための添加剤は、加熱を改善するためのバルク電気特性（例えば、コンダクタンス／抵抗率）を提供するように有利に選択することができる。供給原料１０２を直接加熱する場合、供給原料１０２の形状およびサイズをモデル化して、電気誘導加熱をより良好に制御することが有用であり得る。モデルは、例えば、形状、サイズ、質量などの推定値または実際の測定値を含むことができる。
【００４５】
本明細書で使用されるように、「液化」は完全な液化を必要としないことも理解されるであろう。すなわち、印刷に使用される媒体は、多相状態であってもよく、および／または、高粘度および／または非ニュートン流体特性を有するペースト等を形成してもよい。したがって、本明細書に記載された液化システムは、製造に使用するための条件で供給原料１０２を配置する任意のシステムをより一般的に含むものと理解すべきである
【００４６】
供給原料１０２の抵抗加熱を容易にするために、１つ以上の接触パッド、プロームなどを供給原料１０２の供給経路内に配置して、供給原料１０２を介して適切な位置に回路を形成するための位置を提供する。誘導加熱を容易にするために、１以上の電磁石を、供給経路に隣接して適切な位置に配置して、例えば制御システム１１８によって作動させて、渦電流の生成によって供給原料１０２内加熱することができる。１つの態様では、これらの技術の両方、すなわち抵抗加熱および誘導加熱を同時に使用して、構築材料内でより緊密に制御された、またはより均一に分散された電気的加熱を達成することができる。プリンタ１００はまた、様々な方法で得られた加熱を監視するように計測することができる。例えば、プリンタ１００は、誘導または抵抗回路に供給される電力を監視することができる。プリンタ１００はまた、供給原料１０２の温度および／または周囲環境を任意の数の場所で測定することができる。別の態様では、供給原料１０２の温度は、例えば、１以上のノズル１１０または供給経路の他の部分を通って供給原料１０２を駆動するのに必要な力の量を測定することにより推定することができる。この力は、供給原料１０２の粘度のためのプロキシとして使用することができる。より一般的には、供給原料１０２の温度または粘度を測定し、それに応答して印加された電気エネルギーを制御するのに適した任意の技術を用いて、本明細書で企図される複合物を用いた製造プロセスの液化を制御することができる。
【００４７】
液化システム１０６は、追加でまたは代わりに、適切な押し出し温度まで供給原料１０２に熱を加えるのに適した任意の他の加熱するシステムを含むことができる。これは、例えば、化学的加熱、燃焼、超音波加熱、レーザー加熱、電子ビーム加熱、または他の光学的、熱的、または機械的な加熱技術の任意の１以上を用いて局所的にまたは全体的に加熱を増強するための技術を含むことができる。
【００４８】
液化システム１０６は、剪断エンジンを含むことができる。剪断エンジンは、供給原料１０２内に剪断を発生させることができ、供給原料１０２が加熱されると、金属ベースとバインダーまたは他のマトリックスとの混合物を維持する、あるいはペーストまたは他の構築材料中に種々の材料の混合物を維持することができる。種々の技術を剪断エンジンによって使用することができる。１つの態様において、供給原料１０２は、供給経路に沿って液化システム１０６に供給されるとき、軸方向に回転することができる。別の態様では、１つ以上の超音波変換器を使用して、加熱された供給原料１０２内に剪断を導入することができる。同様に、スクリュー、ポスト、アーム、または別の物理的要素を供給原料１０２内に配置して、回転されるか、または作動されて、加熱された供給原料１０２を混合することができる。１つの態様において、供給原料１０２は、個々のペレット、ロッド、またはコイル（例えば、一定寸法のもの）を含むことができ、スクリュー、プランジャー、ロッド押し出し機等に供給することができる。例えば、供給原料１０２は、最初にコイル状にすることができ、加熱されたボックス、加熱された管、または別のタイプの加熱器を含む加熱器システムで非コイル化することができる。
【００４９】
ロボットシステム１０８は、構築チャンバによって規定される作業空間１１５内で１つ以上のノズル１１０を移動させるように３次元的に位置決め可能なロボットシステムを含むことができる。したがって、ロボットシステム１０８は、供給原料１０２をあるパターンで押し出して物体１１２を製造しながら、１つ以上の複数のノズル１１０を構築プレート１１４に対して位置決めするのに適した任意のロボット構成要素またはシステムを含むことができる。様々なロボットシステムが当該技術分野で知られており、本明細書で企図されるロボットシステム１０８としての使用に適している。例えば、ロボットシステム１０８は、チャンバ１１６内でｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向に独立して移動する多数の線形制御を採用するデカルト座標またはｘ−ｙ−ｚロボットシステムを含むことができる。特定の例では、速度および剛性の点で重要な利点を提供すると共に、固定されたモータまたは駆動要素の設計の便宜を提供することができる、デルタロボットもまた、有用に使用することができる。二重または三重デルタロボットのような他の構成は、複数のリンクを使用して運動範囲を増大させることができる。より一般的には、構築プレート１１４に対する１つ以上のノズル１１０の、特に真空または類似の環境内での制御された位置決めに適した任意のロボットを、構築チャンバ１１６内の、１つ以上のノズル１１０、構築プレート１１４、またはそれらの組合せの作動、操作、移動等に適した任意の機構または機構組合せを含めて、有用に採用することができる。
【００５０】
１つ以上のノズル１１０は、駆動トレイン１０４で推進された供給原料１０２を供給し、液化システム１０６を用いて、適切な作動温度に加熱される。多相押し出しでは、加工温度は供給原料１０２の金属成分の融点以上であってもよく、より具体的には、金属成分が溶融する第１の温度と、供給原料１０２の第２の相が不活性状態のままである第２の温度（第１の温度よりも高い）との間であってよい。
【００５１】
１つ以上のノズル１１０は、異なる種類の材料を分配するために使用することができる。例えば、１つ以上のノズル１００の１つが供給原料１０２を分配する一方、１つ以上のノズル１００の他の１つが支持材料を、さもなければ供給材料１０２を用いた製造のための設計ルールに違反することになる物体１１２の支持ブリッジ、突出部および別の構造的特徴に分配する。別の態様では、１つ以上の複数のノズル１１０の１つは、熱適合性ポリマーまたは１つ以上の材料の繊維が充填された金属またはポリマーのような、異なる種類の材料を堆積して、得られる物体１１２の引張強度を増加させるか機械的特性を改善する。１つの態様において、（１）構築支持体および（２）焼結支持体の２種類の支持体を使用して、同じ部品に印刷される異なる材料を使用して、これらの支持体を達成するか、これらの支持体と別の態様の部品との間に区別可能な接合部を形成することができる。別の態様において、以下に詳細に説明する、２つ以上の種類の原料を押し出して、物体１１２を有利な空間分布で形成して、物体１１２からのポリマーの迅速な脱バインダー処理を促進して緻密な完成部品を形成しつつ、物体１１２の目標構造的支持を提供することができる。
【００５２】
１つ以上のノズル１１０は、供給原料１０２の押し出しに関連する温度および力に耐えるのに適した機械的および熱的特性を有する材料または材料の組み合わせから形成されてよい。例えば、１つ以上のノズル１１０は、供給原料１０２が供給される温度で劣化しないか、または１つ以上のノズル１１０によって規定されたそれぞれの分配口を介した粒子（例えば、金属、セラミックまたはそれらの組み合わせ）の通過に起因して劣化しないことが好ましい。従来のポリマーベースの溶融フィラメント製造のためのノズルは、真鍮またはアルミニウム合金から作製することができる一方、金属、セラミック、またはそれらの組合せを含む粉末材料を含む供給原料１０２を分配するのに適した１つ以上のノズル１１０を、より硬質の材料、または強化された高炭素鋼のような、より高い作動温度に適合する材料で形成することができる。耐火性金属（例えば、モリブデン、タングステン）や耐火性セラミック（例えば、ムライト、コランダム、マグネシア）のような別の材料もまた、１つ以上のノズル１１０を形成するのに有用であり得る。ある場合には、代わりにアルミニウムノズルを、ある種のＭＩＭ材料のＭＩＭ押し出しのために使用することができる。別の態様では、硬質ニッケルメッキを有する銅のような硬質耐摩耗性コーティングを有する軟質熱伝導性材料を使用することができる。
【００５３】
一態様では、ノズル１１０は、本明細書で説明されるような１つ以上の超音波変換器１３０を含むことができる。超音波は、この文脈において様々な目的のために有用に適用することができる。一態様では、１つ以上の超音波変換器１３０からの超音波エネルギーは、目詰まりを緩和することにより（例えば、ノズル１１０の内面への構築材料の付着を低減することによって）、押し出しを容易にすることができる。この一般的なアプローチを改善するために、様々なエネルギーディレクタ技術を使用することができる。例えば、堆積層は、１つ以上の隆起部を含むことができ、これは、１つ以上のノズル１１０の出口形状によって課され得る、１つ以上の超音波変換器１３０から誘導された超音波エネルギーを受け取り、堆積層と隣接層との間の界面に導入される集束領域を提示する。
【００５４】
別の態様では、１つ以上のノズル１１０は、１つ以上の複数のノズル１１０の温度または温度を直接制御するために、誘導加熱要素、抵抗加熱要素または同様の構成要素を含むことができる。この温度制御は、例えば製造中に供給原料１０２の温度を維持するために、プリンタ１００を通る供給経路に沿って、より一般的な液化プロセスを増大させることができる。さらに、または代わりに、この温度制御は、例えば供給原料１０２を実質的に加工範囲の上方、例えば供給原料１０２が液体である温度に加熱することにより、１つ以上のノズル１１０を脱ロギングするなどのような、より特定の機能のために使用されてもよい。供給原料１０２の堆積をこの液体状態で制御することは困難または不可能であり得るが、加熱は、影響を受けた部品を分解し、洗浄し、交換するために、真空を除去するなどのより厳しい物理的な介入なしに、１つ以上のノズル１１０をリセットするための便利な技術を提供することができる。
【００５５】
別の態様では、１つ以上のノズル１１０は、媒体が１つ以上のノズル１１０を出る瞬間に媒体を冷却するように、入口ガスまたはファン（例えば、不活性ガス）を含むことができる。得られたガスジェットは、例えば、１つ以上のノズル１１０から分配された材料をすぐに強化して、延長された架橋、より大きな張り出し部、またはそうでなければ下に支持構造を必要とする可能性のある他の構造体を容易にする。
【００５６】
物体１１２は、本明細書で企図される技術を使用して製造に適した任意の物体とすることができる。これは、構築チャンバ１１６および構築プレート１１４の物理的な制約内に適合可能な物体の組合せと同様に、機械部品、彫刻のような審美的物体、または任意の別の種類の物体を含むことができる。材料を堆積させることができる下にある物理的表面が存在しないため、大きなブリッジやオーバーハングのようないくつかの構造は、溶融フィラメント製造等を使用して直接製造することができない。これらの例では、支持構造体は、対応する特徴を支持するために、好ましくは可溶または他の容易に除去可能な材料から製造することができる。
【００５７】
１つ以上のノズル１１０は、任意の様々な追加の構築材料を有効に提供することができる。これは、例えば、適切な支持構造の製造をサポートするために、他の複合材料、合金、バルク金属ガラス、熱整合ポリマーなどを含むことができる。例えば、バルク金属ガラス粒子は、ＭＩＭ供給原料バインダーシステムに装填することができ、支持構造体または物体製造材料を提供することができる。純粋な結合またはポリマー材料（例えば、粉末材料のロードなしに）は、あるいは代わりに、支持体を提供してもよい。同様の金属ＭＩＭ供給原料を、多材料部品の作製に使用することができる。セラミックまたは異種金属ＭＩＭ供給原料を、支持界面材料として使用することができる。
【００５８】
一般に、供給原料１０２は、バインダーと、金属（または本明細書に記載さのような材料）の粉末とを含むことができる。支持材料はまた、１つ以上のノズルの第２のものから提供されてもよい。支持材料は、最終物体に熱的に加工可能（例えば、焼結可能）である材料の粉末なしに、例えば、供給原料１０２のバインダーからなることができる。別の態様では、支持材料は、ワックス、または印刷されたグリーン部の加工中に除去することができる他の熱可塑性材料または他の低分子量材料から形成することができる。この支持材料は、例えば、垂直支持体、ならびに上部または側部支持体のために使用することができる、または他の任意の適切な支持構造体を使用して、物体１１２の印刷およびその後の熱処理の間に物理的な支持を提供する。印刷および熱処理は、異なる支持要件を課すことができることが理解されるであろう。このように、異なる支持材料、または異なるサポートルールを、必要なサポートの各種類に対して使用することができる。さらに、印刷支持体は、印刷後に熱処理前に除去されてもよく、熱処理支持体は、熱処理（例えば、焼結処理）が完了するまで（または、熱処理支持構造体の必要性の排除または低減が十分に完了するまで）、未焼成体に取り付けられたままであってもよい。
【００５９】
別の態様では、１つ以上のノズル１１０の第２のノズル（または第３のノズル）を用いて、物体１１２内の材料の粉末を焼結するために使用される時間および温度条件下で焼結しないセラミックまたは他の材料と共に、対応するバインダーのような、支持材料とは異なる界面材料を提供することができる。界面材料はまた、焼結された物体１１２との脆弱な界面を形成する金属等を含むこともできる。脆性界面は、最終物体を形成するために焼結された物体１１２から離脱することができる。この界面材料が焼結しない場合、焼結プロセス中に物体１１２に構造的な支持を提供し続けることができる焼結可能な支持構造と組み合わせて使用することができる。
【００６０】
支持材料は、他の機能性物質を有用に統合することができる。例えば、チタンを酸素ゲッターとして支持材料に添加して、物体１１２を焼結することによって形成される最終物体中にチタンを導入することなく、焼結環境を改善することができる。他の種類の添加剤を、汚染物質を除去するために使用することもできる。例えば、ジルコニウム粉末（または他の強炭化物形成剤）を支持材料に添加して、物体の焼結中に炭素汚染を抽出することができる。
【００６１】
一態様では、界面にて非構造的支持体、例えば物体１１２内に焼結しない純粋なバインダーを使用して、入れ子状部品の積層造形を容易にすることができる。すなわち、ある例では、物体１１２が複数の部品を形成するように、１つ以上の非構造的支持体を除去することができる。例えば、物体１１２は、構築チャンバ１１６内に製造された完全なギアボックス等であってよく、ギア歯の間の表面は、非焼結バインダーまたは他の材料で製造される。１つの態様では、このような機械部品のための臨界の機械的界面は、例えば合わせ面を垂直に配向させてより小さい解像度を使用することができるように、製造プロセスに向けることができる。より一般的には、隣接する非結合部品を印刷する能力を使用して、単一の印刷ジョブにおいて複数の物理的に関連する部品を製造することができる。これは、例えば、ヒンジ、歯車、捕捉軸受、または他の入れ子式または相互関係部品を含むことができる。非焼結支持材料は、例えば、物体１１２が最終形態に焼結された後に、超音波装置、流体洗浄、または他の技術を使用して抽出され得る。一態様では、バインダーは、セラミックまたは異種のより高い焼結温度金属のような非焼結添加剤とともにロードされる。
【００６２】
支持構造を提供するためのこの一般的な方法は、例えば、物体１１２の設計にも影響を及ぼしうる。流体洗浄用の物体１１２に流体経路を設け、内部支持構造体の物体１１２に除去経路を形成してもよい。この技術は、他の印刷課題に対処するためにも使用することができる。例えば、部分的に包囲された空間内の支持構造体は、物体１１２が完了した後にいくらかの除去経路を介して除去するために製造され得る。支持構造体が、物体１１２に対して弱く接続されているか、または接続されていない場合、支持構造体は、除去経路を介して抽出のために物理的に操作することができる。一態様では、物体１１２は、適切な（例えば、同じ）ＭＩＭ材料と共に、「接着された」部品を含み、物体１１２が焼結された後に、実質的に接合部を有さない大きな部分を作ることができる。
【００６３】
構築チャンバ１１６の作動空間１１５内の構築プレート１１４は、１つ以上のノズル１１０から供給原料１０２の押し出しを受けるのに適した任意の物質で形成された剛性で実質的に平坦な表面を含むことができる。一態様では、構築プレート１１４は、例えば抵抗的または誘導的に加熱されて、構築チャンバ１１６の温度または物体１１２が製造されている表面を制御することができる。構築プレート１１４を加熱することは、例えば、接着性を改善し、熱的に誘発された変形または故障の可能性を防止または低減し、および／または製造される物体１１２内の応力の緩和を促進することができる。別の態様では、構築プレート１１４は、その上に形成された物体１１２からの構築プレート１１４の取り外しを容易にするように、屈曲するか、または物理的に変形するように変形可能であってもよい。
【００６４】
構築チャンバ１１６は、構築プレート１１４、物体１１２および物体１１２を製造するために構築チャンバ１１６内に有用に配置された任意の別の要素を収容するのに適した任意のチャンバとすることができる。１つの態様では、構築チャンバ１１６は、真空ポンプ１２４または同様の装置で排気されて、物体１１２の製造のための作業空間１１５内の真空環境を提供することができる、環境的に密閉されたチャンバであってもよい。この真空は、酸素が、本明細書で企図されるような溶融フィラメント製造プロセスにおいて層間結合を脆弱化しうる不動態化層の形成をもたらす場合に、または、雰囲気中の粒子が、そうでなければ、物体１１２の一体性に干渉する可能性があるか、または、構築チャンバ１１６が、焼結チャンバと同じである場合に特に有用であり得る。別の態様では、構築チャンバ１１６から酸素のみが除去される。
【００６５】
同様に、１つ以上の受動または活性酸素ゲッター１２６または他の同様の酸素吸収材料またはシステムを、構築チャンバ１１６内に自由酸素を取り込むために、構築チャンバ１１６内に有用に採用できる。酸素ゲッター１２６は、例えば、残留ガス分子を結合または吸着することによって真空を完成させ、維持する構築チャンバ１１６の内側表面または構築チャンバ１１６内に配置された別個の物体の内側表面を被覆する反応性材料の堆積物を含みうる。酸素ゲッター１２６、またはより一般的にはガスゲッターは、１つ以上のノズル１１０の１つを用いて支持材料として堆積させることができ、これにより。各新たな製造作業でのガスゲッターの交換を容易にすることができ、新しい材料が物体１１２上に堆積されている不動態化ガスの局所的な除去を改善するために、印刷媒体の近くにガスゲッターを有利に配置することができる。１つの態様において、酸素ゲッター１２６は、例えばチタン、アルミニウムなどに基づく材料を含む酸素と優先的に反応する任意の様々な材料を含むことができる。別の態様では、酸素ゲッターは、可燃性ガス、ガストーチ、触媒ヒーター、ブンゼンバーナー、または環境から酸素を抽出するために反応可能な他の化学および／または燃焼源などの化学エネルギー源を含むことができる。この目的のために好適に使用することができる様々な低ＣＯおよびＮＯＸ触媒バーナーがある。
【００６６】
一態様では、酸素ゲッター１２６は、構築プロセス中に別個の材料として堆積され得る。したがって、一態様では、供給原料１０２から物体１０２を製造するステップは、物体１１２の周囲の不動態化ガスを除去するための薬剤を含む物理的に隣接する構造体（これは、物体１１２に直接接触していてもしなくてもよい）を同時製造するステップを含むことができる。以下に説明するように、他の技術を同様に使用して、構築チャンバ１１６内の環境の反応性を制御することができ、または１つ以上の後処理チャンバ等内で、環境の反応性を制御することができる。例えば、構築チャンバ１１６に不活性ガス等を充填して、物体１１２を形成する材料および／または構築チャンバ１１６に存在する他の材料の酸化の確率を防止または低減することができる。
【００６７】
制御システム１１８は、プロセッサおよびメモリ、ならびに任意の他のコプロセッサ、信号プロセッサ、入力および出力、デジタル−アナログ変換器またはアナログ−デジタル変換器およびプリンタ１００上で実行される製造プロセスを監視および制御するのに有用な他の処理回路（例えば、本明細書に記載の任意の１つ以上の任意の積層造形処理）を含むことができる。制御システム１１８は、供給原料１０２、駆動列トレイン１０４、液化システム１０６、１つ以上のノズル１１０、構築プレート１１４、ロボットシステム１０８、および温度センサ、圧力センサ、酸素センサ、真空ポンプなどの構築処理に関連する他の任意の計測または制御コンポーネントと連通関係で結合することができる。制御システム１１８は、ロボットシステム１０８、液化システム１０６、および構築チャンバ１１６の作動空間１１５内の３次元の１つ以上のノズル１１０から供給原料１０２を押し出すことによって供給原料から物体１１２を製造するための他の構成要素を制御するように動作可能にすることができる。
【００６８】
制御システム１１８は、３次元モデル１２２から物体１１２を製造するために、プリンタ１００による実行のための機械準備コードを生成することができる。制御システム１１８は、得られる物理的物体を構造的または審美的に改善するために多数の方策を配備することができる。例えば、制御システム１１８は、例えば１つ以上のノズル１１０が堆積材料の既存の層の上を走行する、耕耘、アイロン、プレーニング、または同様の技術を使用して、材料を平らにし、パッシベーション層を除去し、ピークまたはリッジのエネルギーディレクタトポグラフィを適用して、層間結合を改善するか、さもなければ、材料の次の層のための現在の層を準備することができる。１つ以上のノズル１１０は、この耕耘処理を容易にするために、テフロン（登録商標）、錫などの低摩擦または非付着表面を含むことができる。さらに、またはその代わりに、平滑化効果を向上させるために、１つ以上のノズル１１０を加熱および／または振動（例えば、超音波変換器を用いて）させることができる。１つの態様では、表面調製は、最初に生成された機械レディコードに組み込むことができる。別の態様では、プリンタ１００は、堆積層を動的に監視し、層ごとに、追加の表面準備が必要かどうか、または物体１１２の製造を成功裏に完了するのに役立つかどうかを決定することができる。
【００６９】
一態様では、圧力または流量は、制御システム１１８へのプロセスフィードバック信号であってもよい。一方、温度は、特定の材料での製造のための臨界物理量であることが多いが、供給経路を通じて供給原料１０２のような複合構築材料の温度を正確に測定することは困難であり得る。しかし、供給原料１０２の粘度によって温度を推定することができ、これは供給経路を介して供給原料１０２を駆動するためにどれだけの力がかけられているかに基づいて、バルク材料について推定することができる。したがって、一態様では、プリンタ１００は、駆動トレイン１０４によって供給原料１０２に加えられる力を測定することができ、瞬間的な力に基づいて供給原料１０２の温度を推定し、それに応じて液化システム１０６を制御して温度を調整することができる。
【００７０】
一般に、物体１１２の３次元モデル１２２は、制御システム１１８として使用されるコンピュータのローカルメモリのようなデータベース１２０、またはサーバまたは他の遠隔リソースを介して制御システム１１８にアクセス可能なリモートデータベース、あるいは制御システム１１８にアクセス可能な他の任意のコンピュータ可読媒体に格納することができる。制御システム１１８は、ユーザ入力に応答して、３次元モデル１２２（例えば、特定のモデル）を読み出して、３次元モデル１２２に対応する物体１１２を製造するために、プリンタ１００による実行のための機械準備命令を生成してもよい。機械準備命令の生成ステップは、ＣＡＤモデルがＳＴＬモデルまたは他の多角形メッシュまたは他の中間表現に変換され、それは、次に処理されて、他の多角形メッシュまたは他の中間表現に変換されて、プリンタ１００による物体１１２の製造のための機械命令を生成するような、中間モデルの作成を含むことができる。
【００７１】
別の態様では、１つ以上のノズル１１０は、堆積材料の層を平坦化し、その層を下の層に結合させるための圧力を加えるために、１つ以上の機構を含むことができる。例えば、加熱されたニップローラ、キャスター等は、１つ以上のノズル１１０がそれぞれ１つ以上の経路に沿って移動する際に、より多くの経路を構築チャンバ１１６のｘ−ｙ平面を通過させて、押し出された材料の堆積された（およびまだ可撓性の）層を平坦化するように、１つ以上のノズル１１０に追従することができる。１つ以上のノズル１１０はまた、１つ以上のノズル１１０を通って押し出されるときに供給原料１０２を追加的に成形または拘束するように、形成壁、平坦な表面などを一体化することができる。１つ以上ノズル１１０は、（これは、使用される構築材料に応じて変化しうる）非付着材料で有用に被覆して、１つ以上のノズル１１０がこれらの目的のために使用される場合に、１つ以上のノズル１１０によるより一貫した成形および平滑化を容易にすることができる。
【００７２】
別の態様では、プリンタ１００は、供給原料１０２の隣接層間の良好な機械的結合を促進するのに有用な層融合システム１３２を含むことができる。層融合システム１３２は、上述の超音波変換器を含むことができ、堆積中に層間の界面に超音波エネルギーを印加することによって層間の接着を容易にするために使用することができる。別の態様では、層融合システム１３２は、隣接する層間の界面を介して電流を通過させて、ジュール熱で界面を加熱して隣接する層の材料を液化または軟化させて、隣接する層間の接着を改善する。このように、一態様では、層融合システム１３２は、供給原料１０２の第１の層が第２の層の上に堆積されている間に、作動空間１１５内において、供給原料１０２の第１の層の押し出しと第２の層の押し出しとの間に電流を印加するように位置決め可能なジュール加熱システムを含むことができる。別の態様では、層融合システム１３２は、第１の層が作動空間１１５内で供給原料１０２が第２の層上に堆積されている間に、供給原料１０２の第１層に超音波エネルギーを印加するための超音波システムを含むことができる。別の態様では、層融合システム１３２は、押し出された供給原料１０２の上面にエネルギーディレクタを形成するために、レーキ、リッジ、ノッチ、または１つ以上のノズル１１０の端部に形成された同様のもの、または１つ以上のノズルに隣接する固定具等を含むことができる。層間結合を改善するために、層間結合の形成前または形成中に、プラズマ洗浄または他の不動態化などの他の技術も、あるいは代わりに使用してもよい。
【００７３】
製造中に、後続の使用および分析のために詳細なデータを収集することができる。例えば、プリンタ１００は、物体１０２の各層で発生する誤差やばらつき等を識別するカメラおよびコンピュータビジョンシステムを含むことができる。また、層間界面、集合体部分の寸法、診断情報（欠陥、空隙など）などを検出して測定するために、断層撮影法または他の撮像技術を使用することができる。これらのデータは収集され、物体１１２とともに、デジタルツイン１４０としてエンドユーザに提供することができ、エンドユーザが、変化および欠陥が物体１１２の使用にどのように影響を及ぼすかを評価することができる。空間的／幾何学的分析に加えて、デジタルツイン１４０は、体積堆積速度、材料温度、環境温度などの関心のある任意のプロセスパラメータの経時的なログと同様に、例えば、使用される材料の重量、印刷時間、構築チャンバ温度のばらつき等の総計統計を含むプロセスパラメータをログすることができる。
【００７４】
プリンタ１００は、カメラ１５０または他の光学装置を含むことができる。一態様では、カメラ１５０は、上述したデジタルツイン１４０を作成するために使用されてもよく、または、より一般的に、マシンビジョン機能を容易にし、または製造プロセスの遠隔監視を容易にするために使用されてもよい。カメラ１５０からのビデオまたは静止画像はまた、または代わりに、印刷プロセスを動的に修正するために、または、例えば、実際のプリンタ出力が期待される出力から逸脱している場合には、自動化または手動調整が行われるべきかを視覚化するために使用してもよい。
【００７５】
プリンタ１００は、例えば、ドリル、フライス加工ビット、または物体から材料を除去するための他の多軸制御可能な工具のような、減法的製造ツール１６０を含むことができる、減法的製造ツール１６０は、物体１１２を製造するために使用される３次元モデル１２２に基づいて、予想される物理的出力から逸脱する材料を物体１１２から除去することができる。供給原料１０２のようなＭＩＭ材料の使用は、物体１１２が比較的軟質で加工可能な状態である場合に、グリーン部（例えば、ネットシェイプ形成かつ熱処理（または脱バインダー処理）前）としての物体１１２に対して減法成形が行われる場合に利点を提供する。より具体的には、物体１１２を形成するためのＭＩＭ材料の使用は、物体１１２が焼結される前または熱的に処理されて緻密化されて最終物体となる前に、物理的に観察可能な欠陥および印刷アーチファクトの迅速かつ容易な除去を可能にする。さらに、または代わりに、減法的製造ツール１６０は、ねじをタップするか、または他の方法で物体１１２に特徴を追加するように動作可能であってもよい。また、一態様は、複数の単一のグリーン部を１つのより大きな完全な固体焼結部品に結合するステップを含むことができる。
【００７６】
他の有用な特徴は、上述のプリンタ１００に統合することができる。例えば、溶媒または他の材料を、製造中に物体１１２の表面に有用に適用して、物体１１２の特性を変更することができる。例えば、溶媒は、所望の電気的、熱的、光学的、または機械的特性を提供するために、特定の位置または特定の領域において物体１１２の表面を意図的に酸化または他の方法で改質することができる。この機能は、テキストまたはグラフィックのような審美的特徴を提供するために、またはＲＦ信号を許可するためのウィンドウのような機能的特徴を提供するために使用することができる。
【００７７】
一般に、ＦＦＦのような製造プロセスは、製造装置および構築材料の物理的な制限に適応するための設計ルールのセットを暗示的、または明示的に含む。例えば、水平棚は、下に支持構造を配置することなく、一般的に製造することができない。ＦＦＦのための設計規則は、本明細書に記載されるようにＦＦＦ技術を使用してグリーン部の製造に適用されるが、グリーン部はまた、様々なＭＩＭ設計規則を受けることができる。これは、例えば、焼結中に部品が収縮しながら、グリーン部の組成に応じて２０％以上であってもよい、フロアにおける抗力を防止または最小化する構造を含むことができる。同様に、焼結中に特定の支持体が必要であり、これらの支持体はＦＦＦ中に必要とされる支持体と異なっていてもよい。別の例として、射出成形は、典型的には、壁厚が均一であり、脱バインダーおよび／または焼結挙動の変動性を低減することを目的として、より薄い壁が好ましい。プリンタ１００は、異なるセットのデザインルール、すなわち、ラピッドプロトタイピングシステム（例えば、ＦＦＦ）のためのルールおよび焼結プロセス（例えば、ＭＩＭ設計ルール）のためのルールを、物体１１２の製造のために準備されているＣＡＤモデルに適用することができる。
【００７８】
ＦＦＦ設計規則およびＭＩＭ設計規則は、ある条件下で組み合わされてもよい。例えば、製造中の水平棚の支持構造は、水平棚を製造するために使用される押し出し／堆積プロセスの力に耐えなければならないのに対して、焼結中の支持構造体は、焼成工程中の重力に耐えるだけでよい。したがって、物体１１２の製造のためのＣＡＤモデルは、製造プロセス中に異なる時間で除去可能な別個の２つの支持体、すなわち、製造プロセスの力に耐えるように構成され、グリーン部に緩く機械的に結合された離脱支持体であってもよい製造支持体を、焼結中に本体上の重力に抵抗する必要がない焼結支持体とともに含むことができる。これらの後者の支持体は、好ましくは非焼結層を介して物体１１２に結合され、緻密で最終物体からの容易な除去を容易にする。別の態様では、製造支持体は、焼結プロセス中に製造支持体が完全に消失するように、粉末または他の充填物なしでバインダーから製造することができる。
【００７９】
図２は、複合材、例えば金属射出成形材料で３次元物体を印刷するための例示的な方法２００のフローチャートである。
【００８０】
ステップ２０２に示すように、例示的な方法２００は、射出成形材料、または支持界面が製造されている場合には、ＭＩＭバインダー（例えば、同様の熱特性を有するＭＩＭバインダー）を含む構築材料を提供するステップを含むことができる。材料は、例えば、本明細書で企図されるＭＩＭ材料のいずれであってもよい。材料は、ビレット、ワイヤ、または任意の他の鋳造、延伸、押し出し、または他の形状のバルク形態で供給原料として提供されてもよい。上述のように、供給原料は、カートリッジ、スプール、または使用のための添加物製造システムに取り付けることができる他の適切なキャリアにさらに包装することができる。
【００８１】
ステップ２０４に示されるように、例示的な方法２００は、構築チャンバの作動空間内に物体の層を製造するステップを含むことができる。これは、ＭＩＭ材料と共に使用するように適合され得る任意の技術を含むことができる。例えば、これは、溶融フィラメント製造、ジェット印刷、選択的レーザー焼結、またはＭＩＭ材料からネットシェイプを形成するための任意の他の技術（より具体的には、第２相の材料の粉末とともにロードされた高分子材料からネット形状を形成するために使用される技術）を含むことができる。
【００８２】
ステップ２１１に示すように、例示的な方法２００を継続し、必要に応じて繰り返して、作業空間内に物体を製造することができる。そのプロセスは、下にある製造技術に従って変化することができるが、一般に、物体は、製造されている物体の３次元モデルに基づいて層ごとに形成することができる。
【００８３】
ステップ２１２に示されるように、例示的な方法２００は、添加プロセスが完了した後にネットシェイプ物体を成形するステップを含むことができる。脱バインダーステップまたは焼結ステップの前に、物体のグリーン部形態は、手動でまたは自動的に、物体のより硬い形態からの除去と比較して、むしろ容易に欠陥および印刷アーチファクトを除去することができる有用に軟質の加工可能な状態にある。したがって、例示的な方法２００は、この加工可能な中間状態を利用して、脱バインダーステップまたは焼結ステップのために必要とされない支持体の除去などの品質管理ステップまたは他のプロセス関連ステップを容易にすることができる。
【００８４】
ステップ２１４に示されるように、例示的な方法２００は、印刷された物体を脱バインダーするステップを含むことができる。一般に、脱バインダーは化学的または熱的に行って、材料（例えば、金属、金属合金、および／またはセラミック）の粉末をネットシェイプに保持するバインダーを除去することができる。現代の射出成形材料は、熱的脱バインダーのために設計されることが多く、これは有利には、単一の熱操作において、または類似した２つの熱操作において、脱バインダーおよび焼結を行うことを可能にする。一般に、脱バインダープロセスは、ネットシェイプのグリーンの物体からバインダーを除去し、最終形態に緻密化され得る粉末の材料の緻密な構造を残すことができる（例えば、焼結、液体金属による溶浸、または他の熱処理）。
【００８５】
ステップ２１６に示されるように、例示的な方法２００は、印刷されかつ脱バインダーされた物体を最終形態に緻密化するステップを含むことができる。効率的かつ明確な説明のために、印刷されたおよび脱バインダーされた物体は、本明細書ではブラウン部と呼ばれることがある。一般に、前記ブラウン部を緻密化するステップは、前記ブラウン部に、液状化せずに固体塊の材料を圧縮して成形する任意のプロセスを適用するステップを含むことができる。したがって、ブラウン部の緻密化は、焼結、液体金属による物体の浸透、およびそれらの組合せなど、任意の１つ以上の熱処理を含むことができる。例えば、焼結プロセス中、原子は、粒子境界を横切って拡散して、固体片に融合することができる。焼結は、金属の溶融温度より低い温度で行うことができるため、焼結は有利には、高融点材料での製造を容易にすることができ、幸祐展材料の例としては、タングステンおよびモリブデンが挙げられる。
【００８６】
多くの焼結技術が当該技術分野で知られており、特定の焼結技術の選択は、ブラウン部の組成および最終的な目的のための所望の構造的、機能的または審美的な結果に依存し得る。例えば、固体状態（非活性化）焼結では、金属粉末粒子を加熱して、それらが接触している接続部（または「ネック部」）を形成する。経時的に、これらのネック部は、密な部分を厚く形成し、例えば、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）または同様のプロセスによって閉鎖されることができる小さな間隙空隙を残す。他の技術を用いてもよいし、代わりに使用してもよい。例えば、固体活性焼結は、粉末粒子間の膜を使用して、粒子間の原子の移動度を改善し、ネック部の形成および厚肉化を促進する。別の例として、液相焼結を使用することができ、この場合、液体が金属粒子の周りに形成される。これにより、粒子間の拡散および接合を改善することができるが、構造的一体性を損なう可能性のある焼結物体内に低融点相を残すことができる。ナノ相分離焼結のような他の進歩した技術を使用して、例えば、接触点における金属原子の輸送を改善するために、ネック部に高拡散性固体を形成することができ、これは、例えばＰａｒＫらによる「相分離ナノ構造合金の加速焼結」、Nature Communication, 6:6858 （DOI:10.1038/ncomms7858）, April 22, 2015に記載されており、ここにその全てを参照として組み込む。
【００８７】
脱バインダーおよび熱処理は、材料の損失および圧縮をもたらし、結果として生じる物体は印刷された物体より著しく小さくなりうることが理解されるであろう。しかし、これらの効果は、一般に、集合体において線形であり、脱バインダーおよび焼結後にターゲット形状を生成するために印刷する際に、ネットシェイプ物体を有用にスケールアップすることができる。
【００８８】
図３は、本明細書で説明される金属射出成形材料のうちの任意の１以上の金属射出成形材料と共に使用するための積層造形システム３００の概略図である。特に断らない限り、または文脈から明らかにされない限り、積層造形システム３００は、プリンタ３０２と、コンベヤ３０４と、後処理ステーション３０６とを含むことができる。
【００８９】
一般に、プリンタ３０２は、例えば、プリンタ１００（図１）を含む本明細書に記載のプリンタのいずれであってもよい。より一般的には、プリンタ３０２は、溶融フィラメント製造システム、ステレオリソグラフィシステム、選択的レーザー焼結システム、またはコンピュータ制御下で射出成形材料を使用してネット状物体を形成するのに有用に適合させることができる任意の他のシステムとすることができる。プリンタ３０２の出力は、別段の指示がない限り、または文脈から明らかにされない限り、物体１１２（図１）と同様であると理解される物体３０３とすることができる。したがって、例えば、物体３０３は、プリンタ３０２によって形成されるネットシェイプに粉末を保持する１種以上のバインダーとともに、任意の適切な材料（例えば、金属、金属合金、セラミック、それらの組み合わせなど）の粉末を含むグリーン部であってもよい。
【００９０】
コンベヤ３０４は、プリンタ３０２からの物体３０３を後処理ステーション３０６に搬送することができ、この後処理ステーション３０６では、脱バインダーおよび熱処理（例えば、焼結）を行うことができる。コンベヤ３０４は、任意の適切な装置または物体３０３を物理的に搬送するのに適した装置の組合せとすることができる。これは、例えば、構築プラットフォーム等から物体３０３を取り外すためのロボットやマシンビジョンシステム等をプリンタ側に備えることができ、後処理側にロボットやマシンビジョンシステム等を搭載して、後処理ステーション３０６内に物体３０３を正確に配置することができる。別の態様では、後処理ステーション３０６は、多数の物体が脱バインダーされ、同時に熱的に処理され得るように、複数のプリンタを機能させることができ、コンベヤ３０４は、複数の印刷ジョブを協調して並行して自動的に完了させることができるように、プリンタと後処理ステーションとを相互に接続することができる。別の態様では、物体３０３は、２つの対応するステーション間を手動で移送されてもよい。
【００９１】
後処理ステーション３０６は、プリンタ３０２からの金属射出成形材料から所望のネットシェイプに形成されたグリーン部を最終物体に変換するのに有用な任意のシステムまたはシステムの組合せであってもよい。後処理ステーション３０６は、例えば、最終物体を形成するために連続的に使用することができる化学的脱バインダーステーションおよび熱焼結ステーションを含むことができる。いくつかの現代の射出成形材料は、熱的脱バインダーのために設計され、これにより単一のオーブンまたは同様の装置で脱バインダーステップと焼結ステップとの組み合わせを行うことができるようになる。焼結炉の仕様は、焼結される粉末、バインダーシステム、負荷、および、未焼結体の他の態様、およびそれを製造するために使用される材料に依存するが、ＭＩＭ部品を熱的に脱バインダーおよび焼結するための市販の焼結炉は、典型的には、＋／−５℃以上の精度で、少なくとも６００℃の温度、時間を延長すれば約２００℃から約１９００℃までの温度で動作する。このような炉または同様の加熱装置は、本明細書で企図されるように後処理ステーション３０６の一部として有用に使用することができる。真空または圧力処理を用いてもよいし、代わりに使用してもよい。一態様では、非結合性コーティングを有する同一または類似の材料ビーズを炉支持体として使用することができ、例えば、部材に結合せずに部材と同様に収縮するこの材料のベッド中に部材をパッキングすることができる。
【００９２】
広範囲の他の脱バインダーおよび熱処理を使用することができることも理解されるであろう。例えば、バインダーシステムの全部または一部は、化学的脱バインダー、熱的脱バインダー、またはこれらのいくつかの組合せで除去され得る。他の脱バインダープロセスも当業界で知られており（超臨界または触媒脱バインダーなど）、そのいずれも後処理ステーション３０６によって使用されて、本明細書で意図されるように物体３０３を熱的に処理することができる。例えば、一般的なプロセスでは、グリーン部は、化学的脱バインダーを使用して最初に脱バインダーされ、それに続いて、中程度に高い温度（この文脈では約７００−８００℃）で熱的脱バインダーされて有機バインダーを除去して粉末材料間で十分なネック部を形成して扱い可能なブラウン部を形成する。この段階から、物体を焼結炉に移動させて、バインダーシステムの残りの成分を除去し、対物体を緻密化することができる。別の態様では、純粋な熱脱バインダーを用いて有機バインダーを除去することができる。より一般的には、本明細書において企図されるように、物体を脱バインダーするために、任意の技術または技術の組み合わせを有用に使用することができる
【００９３】
同様に、広い範囲の焼結技術を後処理ステーション３０６によって有効に使用することができる。一態様において、真空焼結を用いて、物体３０３を炉内で高理論密度に固結することができる。別の態様では、炉は、流動するガス（例えば、大気圧未満の圧力、大気圧よりわずかに高い圧力、または他の何らかの適切な圧力）および真空焼結の組み合わせを用いることができる。より一般的には、物体密度を改善するのに適した任意の焼結または他のプロセスを使用することができ、このプロセスは、気孔率がほとんどまたは全くない、理論密度に近い部分をもたらすようにするのが好ましい。熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）は、上昇した温度、および１０−５０ｋｓｉ、または約１５−３０ｋｓｉの間の圧力を加えることによって、（例えば熱処理後仕上げステップとして）、あるいはその代わりに使用することができる。別の態様では、物体３０３は、上記のいずれかを用いて処理され、その後、中程度の過圧（焼結圧力より大きいが、ＨＩＰ圧力よりも低い）が続く。この後者のプロセスでは、ガスは１００−１５００ｐｓｉで加圧され、炉内または他の補助チャンバ内の高温に維持される。別の態様では、物体は一つの炉内で別々に加熱され、次いで媒体に圧力を加えて、金型内の高温の粒状媒体に浸漬されて、圧力を物体３０３に伝達して、より迅速な完全密度付近への圧密化を行うことができる。より一般的には、バインダーシステムを除去し、粉末化された材料を圧密化および緻密化するのに適した任意の技術または技術の組合せが、後処理ステーション３０６によって使用されて、本明細書で意図されるように製造されたグリーン部を処理することができる。
【００９４】
一態様では、後処理ステーション３０６をプリンタ３０２内に組み込んで、コンベヤ３０４を介して物体３０３を物理的に搬送する必要性を除去することができる。プリンタ３０２およびその中の構成要素の構築空間を、脱バインダーおよび／または熱処理中の高温に耐えるように製造することができる。別の態様では、プリンタ３０２は、構築空間内に、可動壁、バリア、または他の包囲体を提供して、物体３０３がプリンタ３０２内の構築プラットフォーム上にあるが、熱的に敏感な構成要素または材料から熱的に分離されている間に、脱バインダーおよび／または焼結を行うことができる。
【００９５】
後処理ステーション３０６は、オフィスまたは同様の内部環境での使用のための様々な方法で最適化することができる。一態様では、後処理ステーション３０６は、不活性ガス源３０８を含むことができる。不活性ガス源３０８は、例えば、アルゴンまたは他の不活性ガス（焼結材料に対して不活性である他のガス）を含むことができ、後処理ステーション３０６に連結することができ、後処理ステーション３０６の内部に排出することができ、除去されて交換される（例えば、内容物が排出されたとき）取り外し可能かつ交換可能なカートリッジに収容することができる。後処理ステーション３０６はまた、フィルタリングされていない形態でオフィス環境に排気されることができるガスを排気するための炭フィルタ等のフィルタ３１０を含むこともできる。他のガス、外部排気、またはガス容器等を提供して、非換気領域での使用を可能にすることができる。再充填可能な材料については、特に環境材料が高価であるか、または危険である場合には、閉鎖されたシステムを使用してもよいし、代わりに使用してもよい。
【００９６】
一態様では、後処理ステーション３０６は、他のシステム構成要素に結合することができる。例えば、後処理ステーション３０６は、プリンタ３０２からの情報、またはプリンタのためのコントローラから、適切な脱バインダーおよび熱処理プロファイルを生成するために、物体３０３の幾何学的、サイズ、質量、および他の物理的特性に関する情報を含むことができる。別の態様では、プロファイルは、コントローラまたは他のリソースによって独立して作成され、物体が搬送されるとき、後処理ステーション３０６に送信することができる。別の態様では、後処理ステーション３０６は、脱バインダーおよび熱処理を監視し、物体の状態、完了までの時間、および他の処理基準および情報に関するフィードバックを、例えば遠隔装置３１２（例えば、スマートフォン）に提供することができる。後処理ステーション３０６は、遠隔装置へのフィードバックを提供するためのカメラ３１４または他の監視装置を含むことができ、時間経過アニメーション等を提供して、圧縮された時間スケールで焼結または他の熱処理をグラフ的に示すことができる。後処理ステップは、熱、ホットナイフ、工具、または同様の技術を用いて仕上げするステップも含むことができる。後処理ステップは、仕上げ被膜を塗布するステップをさらに含んでもよいし、代わりに行ってもよい。
【００９７】
一態様では、後処理ステーション３０６は、後処理を加速するためにマイクロ波焼結を使用することができる。特に、粉末金属は、マイクロ波エネルギーの良好な吸収体であり、マイクロ波技術を用いて効率的に加熱することができる。また、このようにしてセラミックスを焼結することができ、この場合、マイクロ波加熱は、材料の誘電損失および他の要因に関連している。好適なマイクロ波焼結プロセスは、例えば、Agrawalによる「セラミックス、複合材料、金属、および透明材料のマイクロ波焼結」、Journal of Materials Education, Vol. １9, pp.49-47に記載されており、参照としてここにその全体を組み込む。ここで、マイクロ波焼結時間は、例えば、焼結材料の密度、硬さ、および曲げ強度は同程度で、１２−２４時間から９０分間まで低減される。ＭＩＭ材料の焼結に適した量および持続時間でのマイクロ波加熱に適した任意の他の構成もまた、代わりに使用することができる。
【００９８】
供給原料のバインダーシステムが熱的脱バインダーのためにも設計されている場合、この方法は、例えば、上述した後処理ステーション３０６を使用して、マイクロ波エネルギーを印加することによって、グリーン部を脱バインダーするステップを含むことができる。
【００９９】
図４は、材料粉末および硬化性バインダーを用いたステレオリソグラフィプロセスの概略図である。一般に、構築材料４０２は、本明細書中に記載されている任意のもののような、硬化性バインダー中に分散された射出成形粉末を用いて形成することができる。硬化性バインダーは、バインダーを硬化させることに適合する光源を使用して硬化可能な任意の適切なフォトポリマー樹脂であってもよい。例えば、レーザー４０４を使用して、バインダーを硬化させるのに適した特定の波長で光を提供することができる。より具体的には、構築材料４０２がＵＶ硬化性バインダーを含む場合に、レーザー４０４は、レーザーからの光への構築材料４０２の暴露がＵＶ硬化性バインダーを硬化させるようなＵＶ光を提供することができる。構築材料４０２は、所望の物体の形状を有する硬化されたグリーン部を形成するために、レーザー４０４とともに公知のステレオリソグラフィー技術を用いて、層毎に硬化され得る。ＭＩＭ粉末は一般に不透明であり、レーザー４０４の光源への適合は、製造されたグリーン部の構造的一体性を改善するために使用することができ、例えば、構築材料４０２中に懸濁された粉末粒子の平均直径以下の層サイズを形成したり、複数の光源／方向からのレーザー光を供給して、各層における樹脂の閉塞を低減または最小化したりできることが理解されるであろう。別の態様において、コンピュータモデルに従って形成され、粉末形態の基材と、脱バインダーおよび／または熱処理されて最終物体になり得る硬化可能な（または硬化された）樹脂とを含むネットシェイプのグリーン物体と、粉末状の基材と硬化樹脂とからなる物体の焼結方法を提供する。粉末は、硬化性バインダー中に懸濁させ、スラリーまたは懸濁液を生成することができることを理解されたい。粒子の質量および表面積に対する結合剤の特定のレオロジーは、粉末が重力によって無期限に浮遊するか沈降するか否かを決定することができる。ナノサイズの粒子を使用することにより、粉末の能力を最適化して、沈降しない安定した懸濁液を形成することができる（妥当な時間に渡って）。
【０１００】
バインダーチャーおよびそれに続く炭素汚染を低減し、形状保持を増大させるために、バインダーは、２つの部分−硬化性樹脂（例えば、ＵＶ硬化性樹脂）および物体を炉内に動かす前に除去（例えば、脱バインダー）可能な第２の構成要素を含むことができる。同様の多成分バインダー配合物が、燃焼プロセスからの炭素ピックアップおよび部品内部のガスの蓄積による部品の故障を低減することが示されている。多くの可能なバインダーの組合せが存在し、ポリ（エチレングリコール）ジアクリレート（ＰＥＧ−ＤＡ）に基づく２次バインダー、または他の任意の数の他の硬化性樹脂とともに用いる、物体を炉内に挿入する前に除去することができる溶媒可溶性１次バインダー成分としてのポリ（エチレングリコール）（ＰＥＧ）を含む。
【０１０１】
硬化性樹脂は、光造形加工用に設計された市販の鋳造用樹脂のようなＵＶ硬化性樹脂や、他の好適な硬化性樹脂等とすることができる。紫外線硬化性樹脂は、増加された濃度（典型的な市販の紫外線硬化性樹脂より少なくとも５０％大きい）の活性化ダイを有効に配合して、不透明粒子の光学的干渉を補償することができる。
【０１０２】
別の態様では、ステレオリソグラフィプロセスは、粒子の不透明度を他の方法で対処するように変更することができる。例えば、電流層をポリマーで被覆し（例えば、採用したステレオリソグラフィーの種類に応じて、物体を浴４０６内でｚ軸に沿って上下いずれかに動かすことによって）、次いで粉末を導入した後、適切な波長の光への暴露を使用して、所望の断面で層を硬化することができる。別の態様では、層は硬化され、粉末化され、次いで粉末の別の層で被覆され、その結果、樹脂は、追加の粉末層で被覆する前に樹脂が光刺激に完全に暴露される。
【０１０３】
別の態様では、層毎に、ＭＩＭ粉末と硬化性樹脂との混合物を分配して硬化（例えば、光硬化）し、これは浴４０６の必要性を除去または低減する。
【０１０４】
さらに、または代わりに、バインダーの局所的な熱活性化のための任意の技術を、本明細書で意図されるように、ＭＩＭ材料（バインダー）の粉末床と組み合わせて使用して、グリーン部を形成することができる。例えば、標的化された熱活性化は、サーマルプリントヘッド、ＩＲ加熱マスクおよび／またはランプ、集束マイクロ波エネルギー、選択的熱焼結、デジタル光処理チップを有する活性化ビームのステアリング、加熱ローラまたは他の任意の技術または技術の組み合わせを用いて達成することができる。例えば、京セラ（登録商標）およびターゲット熱エネルギーをバインダーおよびＭＩＭ粉末の層に適用するように適切に適合され得る他の製造業者からから様々なサーマルプリントヘッドの市販品が入手可能である
【０１０５】
図５は、粉末冶金材料のためのレーザー結合プロセスの概略図である。選択的レーザー焼結と同様の方法で、粉末／バインダー混合物５０１は、粉末供給システム５０２から製造ベッド５０４に供給することができる。粉末／バインダー混合物５０１のバインダーを、活性化源５０６（例えば、レーザー）を使用して層ごとに活性化して、ターゲット形状の各断面に対して粉末／バインダー混合物５０１中のバインダー中に低強度結合を形成することができる。この活性化は、本明細書で説明される１つ以上の熱プロセスを使用して除去され熱処理され得るネットシェイプのグリーン部５０８内に粉末／バインダー混合物を保持するのに十分な結合を形成することができる。比較的安価で低出力の高速レーザプロセスまたはマスクされたＩＲまたはＵＶを使用して活性化され得る適切なバインダーが利用可能である。このようなバインダーは、特別な雰囲気制御および高出力レーザーを必要とする既存の直接金属レーザー焼結プロセスを著しく改善する。
【０１０６】
より高いエネルギーレーザーを有用に採用することができ、例えば、バインダー材料をより完全に溶融および／または除去し、焼結前のグリーン部の密度を向上させるために、またはグリーン部中の金属の焼結を開始させることができる。別の態様では、本明細書で企図されるＭＩＭ材料は、選択的レーザー溶融プロセスで使用するように適合され得るバインダーが溶融してネットシェイプのグリーン部を形成し、その後、本明細書に記載の方法に従って脱バインダーおよび焼結される。
【０１０７】
図６は、製造された物体における仕上げ材の使用の概略図である。一般に、ＦＦＦ構築材料などで使用される粉末の粒径は、物体６００の利用可能な印刷解像度および表面仕上げに影響を及ぼす可能性がある。この問題に対処するために、低分解能材料６０２を使用して、物体６００の内部構造を製造することができ、高分解能材料６０４を用いて、表面構造を製造することができる。
【０１０８】
低分解能材料６０２は、物体の内部を製造するために使用される一般的に大きな特徴サイズおよび印刷解像度に適したより大きい粒子サイズ（例えば、約１０−２０ミクロン）を含むことができる。高分解能材料６０４は、より小さい粒子サイズ（例えば、１０ミクロン未満、または１ミクロン未満）を含むことができる。高分解能材料６０４は、より長い印刷を可能にすることができ、特に、粒子が非常に小さく、製造構築材料に組み込むのがより困難である場合には、より高価である。したがって、製造時間および製造コストの両方の観点から、高分解能材料の使用を外面に制限することが有益であり得る。印刷工具と印刷物６００との衝突を防止するために、低分解能材料６０２の層高さまで外表面を最初に印刷し、低分解能材料の道を追加することも有用であり得る。材料は、例えば、異なるノズルから、または可変サイズのノズルから、好ましくは材料間の適切なパージ動作によって堆積させることができる。
【０１０９】
したがって、本明細書では、内部構造のための低分解能供給原料および外部構造のための高分解能供給原料を使用するプリンタが開示される。説明を明確にするために、側部構造が示されているが、高分解能供給原料が使用可能であることが理解されるであろう、他の構造物、例えば床、屋根、および他の構造物に有利に使用される。
【０１１０】
図７は、ＦＦＦプロセスにおいてＭＩＭ原料を駆動するのに適した駆動ホイール７０２、７０４の斜視図である。駆動ホイール７０２、７０４は、ワックス、熱可塑性樹脂等を含む種々のバインダーシステムを用いて、ＭＩＭ原料の適切なトラクションおよび駆動を提供する一方、駆動ホイール７０４は、駆動ホイール７０２の円形係合面よりも簡便な製造（例えば、ロープローレット加工等を用いて）とともに、供給原料とのより大きな係合のための直角グリップ面を提供する。
【０１１１】
金属射出成形の分野において、材料は、高い金属負荷を有し（例えば、体積当たり５０％超えであり、より大きな金属負荷は、焼結を改善し加速する）、高温における良好な流動特性を有する。しかしながら、金属射出成形（または、「ＭＩＭ」、あるいは粉末冶金射出成形を参照する場合には、場合によっては「ＰＩＭ」）材料の特性は、焼結可能な物体を押し出すのに使用するのに知られているペーストベースの材料のものとは異なる。これらの特性の差のために、ＭＩＭ材料は、グリーン部の印刷型製造、より詳細には、グリーン部材料のＦＦＦ型押し出しにおいて使用されてこなかったと考えられている。本出願人は、種々の市販されているＭＩＭ組成物を、溶融フィラメント製造のための原料として有用に用いることができることを見出した。特に、５０ミクロン以上の粒子サイズは、既存のＦＦＦ部品とともに使用するのに十分に適していない（例えば、出口直径が４００ミクロン以下のノズル）のに対して、より低い粒径を有すＭＩＭ材料の中実ロッドは、従来のＦＦＦ機械を用い、押し出し直径：４００ミクロンおよび構築材料温度：約２００℃で、良好に押し出されることが実証された。例えば、約４００ミクロンから約２００ミクロンまでの範囲、およびこの範囲または付近の出口直径を有する直径を用いて、これらの供給原料のためにノズルが製造されて採用されてきた。
【０１１２】
一般に、ベース粉末は、任意の粉末冶金材料で形成することができる。特定のプロセス、例えば、溶融フィラメントの製造またはステレオリソグラフィーは、寸法の制約または選択を課しうるが、より小さい粒子が一般に好ましいと思われる。ＭＩＭプロセスで使用するための微細金属粉末を大量生産するための種々の技術が開発されてきた。一般に、粉末は、粉砕、粉砕、ガス噴霧、化学反応、電解析出、またはそれらの組合せによって用意することができる。本明細書で意図されるように、１−２０ミクロンサイズの任意の粉末を、ＭＩＭ材料のベース粉末として使用することができる。より小さい粒子は、それらが入手でき、非常に高価でない場合に使用することができる。さらに、またはその代わりに、より大きな粒子は、製造装置の印刷解像度および物理的ハードウェア（例えば、出口ノズル直径）に適合する場合には使用することができる。
【０１１３】
ステンレス鋼、チタン、チタン合金、高ニッケル合金、ニッケル銅合金、磁性合金等を含むＭＩＭ粉末が市販されている。元素チタン、バナジウム、トリウム、ニオブ、タンタル、カルシウム、ウランの粉末は、対応する窒化物および炭化物の高温還元によって製造されている。鉄、ニッケル、ウラン、およびベリリウムサブミクロン粉末は、金属のシュウ酸塩およびギ酸塩を還元することによって実証されている。超微粒子はまた、高温プラズマジェットまたはプラズマ火炎によって溶融金属の流れを導き、材料を霧化することによって用意されている。大気中酸素による粒子表面の重大な劣化を防止するなどのために、種々の化学および火炎粉化プロセスを使用することができる。より一般的には、本明細書で企図されるような印刷に使用するための粉末金属または他の材料を製造するのに適した任意の技術を、ベース粉末の製造に適合させることができる。重要な利点として、これらの技術は、焼結に必要なかなり低い温度で比較的高融点金属の加工および使用を可能にする。したがって、例えば、タングステンまたは鋼合金の粉末は、７００℃未満の温度で有用に焼結することができる
【０１１４】
バインダーは、一般に、焼結による初期製造の後にネットシェイプを保持することができる。現代のＭＩＭ材料では、バインダーシステムは、一般的に、１次バインダー（場合によってはバルクバインダー）および２次バインダー（または、場合によってはバックボーンバインダー）として分類され得る複数のバインダーを含むことができる。１次バインダーは、高温で流動可能であり、初期構築（例えば、通常の大気条件）後の物体の形状を保持する。２次バインダーは、焼結工程に結合を提供し、焼結が進行するにつれて、物体の形状を保持するのを助ける。２次バインダーは、焼結工程中に最後に放出される。バインダーシステムは、目的の用途に応じて変更することができる。例えば、バインダーシステムは、より高い解像度の印刷のために、より低いガラス転移温度またはより低い粘度を有するポリマーから形成されてもよい。
【０１１５】
一般に、市販されているＭＩＭ材料のためのバインダーシステムは、溶融フィラメント製造プロセスでの使用のために設計されていない。例えば、これらの市販されているＭＩＭ材料は、室温で脆いポリマー混合物を含み、したがって、溶融フィラメント製造プロセスにおける押し出しに一般には不適当である。一態様では、本開示の供給原料は、室温で可撓性であり、供給原料を、プリンタへの連続的な供給のためにスプールに巻き付けることができるフィラメントに形成するのを容易にするポリマーバインダーシステムを含むことができる。また、従来のＭＩＭ供給原料は、成形プロセスを通して射出成形部品を補助するために、潤滑剤および離型油のような多くの異なる添加剤を含んでいる可能性がある。しかしながら、これらの添加剤は、溶融フィラメント製造用途に望まれないことがある。したがって、従来のＭＩＭ供給原料に使用される添加剤は、溶融フィラメント製造において供給原料をより印刷可能にする成分と置換されてもよい。
【０１１６】
本明細書に記載のバインダーシステムはまた、セラミック粉末または他の材料とともに使用するのに有用であってもよいし、あるいは有用に適合されていてもよい。押し出し物のレオロジーは、バインダーシステムに装填された材料に全く独立しており、粒子組成物よりも粉体の粒子形状に依存する。このように、金属射出成形、ＭＩＭまたはＭＩＭ材料への任意の参照は、異なる意味が明確に記載されているか、または文脈から明らかでない限り、セラミック、金属酸化物、およびＭＩＭ型バインダーシステムにおける他の粉末を含むものと理解されるべきである。
【０１１７】
他の添加剤もまた、本明細書に記載の供給原料に含まれることができる。例えば、供給原料は、特に支持材料として使用される場合に、上述のような酸素または他の汚染物質のためのゲッターを組み込むことができる。別の例として、供給原料は、焼結温度で液体である相、または焼結プロセスを促進するための他の表面活性添加剤を含むことができる。
【０１１８】
種々の設計された材料が、例えば金型プレスまたは同様の射出成形技術に適した粉末およびバインダーを使用して開発されてきた。本出願人は、実験により、ある種の射出成形材料が、従来の溶融フィラメント製造機とともに使用するのに適した物理的および熱的特性を有し、脱バインダーおよび焼結に適したＭＩＭ材料からグリーン部を形成するのに用いることができることを見出した。
【０１１９】
以下の説明では、ＭＩＭ材料の様々な異なる適応が記載されており、これらの適合は、一般に、溶融フィラメント製造のような押し出しベースの積層造形技術によって部品を迅速に形成するための供給原料としてＭＩＭ材料を使用する課題に対処するものである。例えば、本開示の供給原料は、原料の押し出しによって形成された３次元物体中の供給原料および／または３次元物体における所望の特性、またはある場合には、特性の変動を達成するのに有用な複合原料を含んでいてもよい。別の例として、本開示の供給原料は、互いに物理的に架橋された関係にある低分子量ポリマーの集合体を含むことができ、こうした低分子量ポリマーの集合体によって、物理的に架橋された関係は、溶媒中で可逆的であって脱バインダーを促進できる一方、低分子量ポリマーの凝集体は、供給原料を曲げる（例えば、スプールする）ことを容易にする。さらに別の例として、本開示の供給原料は、３次元物体の高い印刷品質および強度を達成する一方、化学分解性（例えば、脱重合性）であり急速脱バインダーのための溶媒に溶解可能である高分子量ポリマー成分を含む１次バインダー含むことができる。さらに別の例として、本開示の供給原料を組み合わせて、第１の１次バインダーおよび第２の１次バインダーの空間勾配を含む部分を形成することができ、第１のバインダーおよび第２のバインダーは異なる特性を有し、空間勾配は、適切な構造支持体の有利な組み合わせを有する３次元物体を形成する。
【０１２０】
一般に、供給原料は、材料の粉末、１次バインダー、および２次バインダーを含むことができる。材料の粉末は、金属、金属合金、または最終的に製造された物体に意図されたセラミックを含むことができる。１次バインダーは、初期製造工程中にネットシェイプを保持し、脱バインダー工程中に除去される。２次バインダーは、脱バインダーされた物体の形状を保持し、最終的な緻密化工程（例えば、焼結工程）で除去することができる。
【０１２１】
供給原料の粉末に有用な金属は、例えば、銅および銅合金、タングステンおよびタングステン合金、ならびにタングステンカーバイドまたは他の炭化物のような硬質金属を含むことができる。硬質金属は、原料中の混合および流動を促進するために、コバルトなどの他の金属で有用に被覆されてもよい。以下に述べられるように、ダイヤモンドまたは他の超硬質材料も同様に使用することができる。
【０１２２】
供給原料中の異なる材料は、異なる機能特性を有することができる。特有に合金化された材料を使用することにより、熱特性を有用に制御することができる。例えば、タングステン銅、モリブデン銅、窒化アルミニウム、およびこれらの組み合わせのような特定の材料は、良好な放熱性を有し、ヒートシンクまたは他の熱管理用途において有用である。これらのタイプの材料の場合、独立した成分が非常に異なる密度を有しており、銅粒子をタングステンまたはモリブデンで被覆するなどによって、２つの材料を物理的に結合させて、流動性媒体全体に容易に分散しやすくなるより均一な粒子を得ることができる。同様に、いくつかの合金は、有用に使用され得る低い熱膨張を有し、例えば、熱変形を抑制するバイメタル構造のために、熱的に変化した環境で気密封止を形成するために、あるいは低いまたは制御された熱膨張が望まれる他の用途に有用に採用できる。例えば、種々のニッケル鉄合金が市販されており、制御された熱膨張を有する物体の製造に適している。
【０１２３】
磁気特性はまた、典型的には鉄、ニッケルおよび／またはコバルトのような元素を使用して、磁気合金を使用することによって制御することができる。例えば、ＦＦＦ環境でのデリバリに適した有用な磁性合金は、ＦｅＳｉ、ＦｅＮｉ、ネオジム鉄ホウ素、およびサマリウムコバルトを含むことができる。
【０１２４】
ＦＦＦによって形成される３次元物体の機械的性質もまた、様々な強化技術を介して制御することができる。例えば、酸化物分散強化または「ツェナーピニング」を使用して、焼結中の粒成長を制限する酸化物を導入することによって、焼結材料を強化して、より大きな強度を有する微細構造をもたらすことができる。Ａｌ２Ｏ３やＹ２Ｏ３のような様々な適切な酸化物を、他の予め合金化された粉末と組み合わせて、非酸化物分散強化対応物よりも強度および硬度が大きい酸化物分散強化（ＯＤＳ）材料を製造することができる。より一般的には、酸化物、炭化物、窒化物またはホウ化物のナノ分散物を用いて、得られる材料を強化することができる。他の技術もまた、ＭＩＭベースの材料を強化するために使用することができる。例えば、カーボンナノチューブを含む供給原料を、カーボンナノチューブは無傷のままで押し出して焼結することができ、ＦＦＦ部品のための有用な強化剤を提供する。別の態様では、材料は、ダイヤモンドなど、例えばニッケル、コバルト、銅などの金属で被覆されたダイヤモンド粉末を用いて硬化することができる。軟質金属の被覆は焼結前に偏析するのを防止し、２つの異なる相（硬質ダイヤモンドおよび軟質金属）のより均一な分布を生成するのに役立つ。
【０１２５】
上記のいずれも、最終的に製造される物体の所望の属性に応じて、単独あるいは別の合金または添加物と組み合わせて、ＦＦＦプロセスにおける押し出しに適した１次バインダーおよび２次バインダーを含有する組成物中に配置することができる。一態様では、様々な原料タイプを提供することができ、（ここで、供給原料は、互いに相溶性、例えば共通の脱バインダーおよび焼結機構に適したバインダーシステムを有する）、物体は、異なる位置で異なる特性を特定するコンピュータモデルから製造することができ、コンピュータモデルに従って、適切な材料が適切な位置に堆積される。したがって、例えば、磁気、密度、導電性、熱膨張、熱伝導性、および強度のような特徴を、ユーザが提供するモデルに従って、物体内の制御された位置に配置することができる。
【０１２６】
特定の例では、本明細書に記載の１以上の方法に従って３次元物体を形成するために押し出された供給原料は、貯蔵、ハンドリングを伴うプロセスの様々な段階での大きな力、および供給材料への破壊的な力の偶発的な印加に対する製造が与える特定のリスクを受けうる。一例として、供給原料を３次元プリンタに供給するステップは、供給原料を把持するステップ（例えば、図７における１つ以上の駆動ホイール７０２、７０４を用いて）を含むことができる。しかし、供給原料のバインダーシステムが軟質または脆い場合には、供給原料に大きな把持力を加えることは、供給原料を変形または破壊し、逆に、低把持力の適用は、供給原料をノズルを通して移動させるのに不十分である可能性がある。したがって、以下でより詳細に説明されるように、供給原料は、有利には、コアの周りに配置されたジャケットを含むことができ、このジャケットは、押し出し前または押し出し中の供給原料への損傷の可能性を低減し、それにもかかわらず、３次元物体の形成に望ましい粉末材料および／またはバインダーシステムの使用を容易にする。
【０１２７】
ここで図８Ａ−８Ｃを参照すると、供給原料８００は、コア８０２およびコア８０２の周りのジャケット８０４を含むことができる。ジャケット８０４は、本明細書で使用されるように、供給原料８００の押し出し温度におけるコア８０２の硬度よりも大きい硬度を有することができる。「硬度」という用語は、実質的に圧縮力の適用下での形状変化（例えば、永久形状変化）に対する耐性を含むものと理解すべきである。したがって、例えば、コア８０２の硬度に対するジャケット８０４の硬度は、当該技術分野で知られている様々な異なる硬度のいずれかまたは複数の差として表すことができる。特定の例として、ジャケット８０４は、同一のスケールで測定された各材料のショア硬度を用いて（例えば、ショアＡスケールまたはショアＤスケール）、コア８０２のショア硬度より大きいショア硬度を有することができる。
【０１２８】
供給原料の機械的性能の測定としてのショア硬度の使用は、材料の様々な異なる態様の変形を表す材料の機械的特性のより一般的なセットを説明することを意図している。例えば、ショア硬度は、圧子を用いて材料を変形させるのに必要な力に比例し、従って材料が破壊する前に把持機構が材料に印加可能な力の量の測定値である。他の重要な測定基準は、さらに、または代わりに、コア８０２およびジャケット８０４の材料の引張伸びを含むことができ、一般に、このような材料の、破滅的な破壊なしに把持機構によって引き起こされる変形に耐える能力を定量化するだろう。さらに、または代替的に、他の測定値を使用して、コア８０２およびジャケット８０４の相対的な機械的性能を定量することができる。他の有用な測定基準としては、ロックウェル硬度、材料に対する応力−ひずみ測定の曲線下の面積、アイゾッド衝撃エネルギー、およびシャルピー衝撃エネルギーを含みうる。一般に、ジャケット８０４は、コア８０２よりも、定量的に高い機械的性能（例えば、本明細書に記載された１つ以上のパラメータに従って測定された）を有しうる。
【０１２９】
一般に、コア８０２およびジャケット８０４は、供給原料８００の適切な押し出しに関連する供給原料８００のある物理的特性を、供給原料８００の押し出しから形成された３次元物体に要求されるある種の物理化学的特性から有利に分離することができる。一例として、コア８０２は、バインダーシステムと、バインダーシステムに懸濁された粉末材料とを含むことができ、３次元物体に特定の物理化学的特性を付与するのに一般的に有用であり、３次元物体は緻密な最終部に加工可能である。しかし、バインダーシステムに粉末が懸濁されている場合、コア８０２は、脆弱であり得、あるいは、本明細書に記載されたノズルのいずれか１つ以上のノズルを介して供給原料８００を押し出すのに必要な力によって、意図しない損傷を受けうる。したがって、ジャケット８０４は、供給原料８００が輸送、取り扱い、貯蔵、押し出し、またはそれらの組合せに関連する力に耐えるのに十分に強固なものとすることができるような全体的な物理的特性を供給原料８００に付与するのに有用な第２のポリマーを含むことができる。ジャケット８０４によって提供される有用な物理的特性の特定の例として、約２３℃の温度で、供給原料８００は最大で約３６インチの直径を有し少なくとも供給原料の直径よりも大きな直径を有するスプール上で損傷なしに巻き取り可能であり得る場合に、供給原料８００を貯蔵して輸送する、および／または代わりに、製造プロセス中に連続的に供給原料８００を供給するのに有用な物理的特性である。ジャケット８０４によって提供される有用な物理的特性の追加的または代替的な具体例として、約２３℃の温度で、供給原料が実質的に堅い場合に、例えば、原料の取り扱いを容易にするために有用な物理的特性である。
【０１３０】
コア８０２は、本明細書に記載の粉末材料の任意の１つ以上の粉末材料を含むことができる。したがって、例えば、粉末材料は焼結可能なまたは他の熱処理可能な粉末を含むことができる。粉末材料は、供給原料８００から形成された３次元部分の収縮が許容可能であるように（例えば、特定の設計公差内で）、コア８０２内の濃度を有することができる。したがって、より具体的な例として、粉末材料は、粉末材料のタップ密度の±１０体積％以内のコア内の濃度を有することができる。本明細書で使用するとき、粒子のタップ密度は、「金属粉末および化合物のタップ密度のための標準的な試験方法」という名称の「金属粉末および化合物のタップ密度のための標準的な試験方法」と題され、その全体が本明細書中に参考として援用される、ＡＳＴＭ  Ｂ５２７に規定された圧縮プロセス後の粒子の粉末のバルク（かさ）密度である。
【０１３１】
コア８０２内のバインダーシステムは、１次バインダーおよび２次バインダーを含むことができる。１次バインダーおよび２次バインダーは、特に断らない限り、または文脈から明らかにされない限り、本明細書に記載されるそれぞれの１次バインダーおよび２次バインダーのいずれか１つ以上であってもよい。したがって、一例として、１次バインダーは、供給原料８００の押し出しから形成された３次元物体に適用される１次脱バインダープロセス（例えば、触媒脱バインダー工程）中に粉末材料のネットシェイプを保持することができる。さらに、または代わりに、２次バインダーは、２次脱バインダー工程中に粉末材料のネットシェイプを保持することができ、これは熱焼結サイクルを含むことができる。特定の例として、２次バインダー、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ（メチルメタクリレート）または他の高分子量ポリマーを含むことができる。
【０１３２】
コア８０２におけるバインダーシステムの１次バインダーおよび２次バインダーのうちの少なくとも１つは、第１のポリマーを含むことができる。第１のポリマーは、１次バインダーおよび／または２次バインダーに有用であるとして本明細書に記載されるポリマーのいずれか１種以上であってもよい。すなわち、第１のポリマーは、供給原料８００の押し出しから形成され、任意に、３次元物体が一例として最終部に緻密化されるような処理の１以上の段階を経た３次元物体に特定の物理化学的性質を付与するのに有用である。従って、例として、第１のポリマーは、供給原料８００の押し出しから形成された３次元物体に十分な強度を提供するのに有用なポリマー（例えば、ポリスチレン）とすることができる。
【０１３３】
ジャケット８０４は、第２のポリマーを含むことができる。ジャケット８０４内の第２のポリマーは、いくつかの例では、コア８０２における第１のポリマーの１つ以上の物理的性質を補完することができる。つまり、第１のポリマーが、供給原料８００の押し出しから形成された３次元物体に第１のポリマーによって付与された特定の物理化学的性質のために選択され、第２のポリマーは、押し出し前に供給原料８００において特定の物理的性質を達成するように選択されてもよく、または押し出しプロセスの性能を高めるように選択されてもよい。
【０１３４】
特定の例では、第２のポリマーは、供給原料８００が搬送、ハンドリング、および供給原料８００の押し出し中に遭遇する力および／または温度に耐えるのに適しているように、供給原料８００に強度を付与するように選択することができる。一例として、第２のポリマーは、第１のポリマーの分子量よりも大きい分子量を有してもよい（または、バインダーシステムが２つ以上のポリマーを含む場合には、２以上のポリマーの分子量の平均よりも大きい）。特定の例として、第２のポリマーは、高分子量ポリマー（例えば、ポリスチレンまたはポリプロピレン）とすることができる。分子量が高いほど、ジャケット８０４の第２のポリマーは、コア８０１の第１のポリマーよりも高い溶融温度を有することができる。
さらに、または代わりに、ジャケット８０４の第２のポリマーは、コア８０２の第１のポリマーのポリマー鎖よりも長いポリマー鎖を有することができる。付加的にまたは代替的に、第２のポリマーは、供給原料８００の押し出し温度における第１のポリマーのショアＤ硬度より大きいショアＤ硬度を有することができる。
【０１３５】
ある実装において、材料特性の急激な変化を低減するのに有用であるように、供給原料８００のまたは複数の成分を、コア８０２およびジャケット８０４の両方に分散させることができる。したがって、いくつかの例では、ジャケット８０４は、ある量の粉末材料を含むことができる。例えば、ジャケット８０４内の粉末材料の体積パーセントは、コア８０２内の粉末材料の体積パーセントよりも小さくてもよい。付加的に、または代替的に、バインダーシステムは、第２のポリマーを含むことができる。すなわち、ジャケット８０４の一部として有用な第２のポリマーの特性は、少なくとも３次元物体のネットシェイプを緻密化により支持するために使用される２次バインダーの一部として有用であり得る。しかし、一般に、ジャケット８０４内の第２のポリマーの体積百分率は、コアの第２のポリマーの体積百分率よりも大きくてもよい。
【０１３６】
図９は、複合原料を形成する例示的な方法９００のフローチャートである。特に、断らない限り、または文脈から明らかにされない限り、本明細書中に記載された任意のまたは複数のシステムによって、例示的な方法９００を使用して供給原料８００（図８）を形成することができることを理解すべきである。
【０１３７】
ステップ９０２に示されるように、例示的な方法９００は、バインダーシステムおよび粉末材料を含む連続コアを押し出しすることを含むことができる。粉末材料は、本明細書に記載の材料のいずれか１種以上の粉末を含むことができ、より具体的には、金属、金属合金、セラミックまたはそれらの組合せの粉末を含むことができる。さらに、または代わりに、粉末は焼結可能な粉末を含むことができる。緻密な最終部へ緻密化中の３次元部品の収縮を制限するのに有用であり得るため、粉末は、粉末材料のタップ密度の±１０体積％以内の連続コア中の濃度を有することができる。同様に、バインダーシステムは、特に断らない限り、または文脈から明らかにされない限り、本明細書に記載のバインダーシステムの任意の１つ以上を含むことができる。従って、バインダーシステムは、１次バインダーおよび２次バインダーを含むことができ、１次脱バインダー工程中に粉末材料のネットシェイプを保持するのに適した１次バインダーと、熱焼結サイクル中に粉末材料のネットシェイプを保持するのに適した２次バインダーとを含み、１次バインダーおよび２次バインダーの少なくとも１つは、第１のポリマーを含む。１次脱バインダープロセスは、化学的脱バインダー、超臨界脱バインダー、触媒脱バインダー、熱脱バインダー、およびウィック脱バインダーのいずれか１つ以上を含むことができる。
【０１３８】
ステップ９０４に示すように、例示的な方法９００は、連続コアの周りにジャケット材料のジャケットを形成することを含むことができる。例えば、ジャケットを形成するステップは、連続コアの周りにジャケット材料を共押し出しするステップを含むことができる。さらに、またはその代わりに、ジャケットを形成するステップは、ジャケット材料を連続コア上に噴霧するステップ、またはジャケット材料の液体形態で連続コアを浸漬するステップを含むことができる。所定の温度（例えば、約２３℃）で、ジャケット材料は、連続コアのショア硬度よりも大きいショア硬度を有することができる。このようにして、ジャケットは、ジャケットの非存在下では、連続的なコアに損傷を与えたり、さもなければコアの押し出しを中断して３次元物体を形成したりしうる力から、連続コアを保護することができる。
【０１３９】
特定の例では、コア中のバインダーは低分子量ポリマーを含むことができ、ジャケットは、低分子量ポリマー（例えば、分子量が１００，０００ｇ／ｍｏｌ以下のポリマー）の架橋剤を含むことができ、低分子量ポリマーの架橋を開始させて、押し出し材料中のより大きな強度および／または有効分子量を提供することができる。架橋は、例えば、ポリマー分子の硬度および融点を増大させるために使用することができ、ポリマー鎖間のイオン結合または共有結合の任意の生成を含むことができる。一般に、架橋は、例えば熱、圧力、ＰＨ変化、電磁エネルギーなどによって開始される化学反応によって形成することができる。例えば、低分子量ポリマーのさらなる重合を達成するための架橋は、押し出しの間に、例えば、熱、光、機械的エネルギー等の適用によって引き起こし可能とすることができ、これは、例えば、ジャケット内の架橋剤を活性化したり、ジャケットとコアとの間の混合等を開始させたりすることができる。例えば、架橋は、供給原料の押し出し温度、例えば、少なくとも１００℃または他の適切な温度での熱の印加によって引き起こされてもよい。別の態様では、架橋剤は、架橋剤を放出するように破壊または他の方法で刺激され得る材料中のジャケット内にカプセル化された液体架橋剤などを含むことができ、例えば、原料を押し出し成形する際に超音波エネルギーを印加することにより、架橋剤を供給することができる。適切なポリマー、架橋剤および架橋条件は、システムに大きく依存する。架橋試薬を有する部分的に重合された樹脂の重合のような様々な適切な架橋技術が当業において知られており、ポリマーバインダー材料のコアおよび本明細書で意図されるような架橋剤を含有するジャケットとともに使用するのに適合させることができる。
【０１４０】
従来のＭＩＭ供給原料は比較的脆い。このような材料がＦＦＦ型装置と共に使用するのに適している場合であっても、従来のＭＩＭ供給原料の脆性の性質は、連続的な製造を容易にするために、ＭＩＭフィラメントの非線形セグメントを貯蔵、取り扱い、または分配するのに適切ではない。より具体的には、従来のＭＩＭ材料のバインダーシステムまたはマトリクスは、コイリング、スプール等に対応するために実質的な変形が可能であったとしても、金属粉末等が充填されたマトリックスの複合体は、無充填バインダーマトリックスよりもはるかに早く局所的な弾性限度に達する。この課題に対処するために、バインダーシステムは、エラストマーなどの高弾性限度を有するポリマーを含むことができる。これは、例えば、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、ポリアミド−ポリエーテルコポリマー、および他の類似のポリマーのような熱可塑性エラストマーを含むことができる。これらのポリマーは柔らかいため、ＦＦＦプロセスでの使用には適さず、荷重下において押し出しシステムを介した駆動に干渉するような態様で座屈する傾向がある。しかしながら、これらの他の不適当なポリマーを粉末冶金材料などで装填することにより、複合体の剛性を改善して、押し出し全般、特にＦＦＦプロセスに使用することができる。従って、熱可塑性エラストマーは、従来のＭＩＭ供給原料には使用されておらず、熱可塑性エラストマーはＦＦＦプロセスにはあまり適していないが、これら２種類の材料を有利に組み合わせて、コイリングに適した柔軟な供給原料を得ることができ、ＦＦＦプロセスにおける押し出しにさらに適しており、金属物体への脱バインダーおよび焼結のためのグリーン部を製造することができる。これは、本明細書に記載された種々の合金、および押し出しのためのポリマーとの混合に適し、ネットシェイプの物体へのその後の脱バインダーおよび焼結に適した任意の他の金属合金などを含む広範囲の材料との使用に適合され得る。
【０１４１】
ＭＩＭフィラメントをスプールする別の課題は、より柔軟なバインダーシステムが使用されていたとしても、フィラメントはバインダーシステム（ポリマー）と粉末粒子（例えば、金属合金の粒子）との界面で破断する傾向があることであり、これらは相互に弱い結合を形成する傾向がある。ポリマーとポリマーまたは他の材料との相溶化は、両者の間の不混和性を機械的に克服し、より良好な混合された組み合わせを提供する相互作用を生成する種々の技術が、ポリマー化学において知られている。カップリング剤は同様に、ポリマーと他の材料との間に結合剤を提供する。一般に、粉末に対して親和性を有する第１の部分と、ポリマーに対する親和性を有する第２の部分を有する任意の分子または材料を使用して、本明細書で意図される両者の間の結合を高めることができる。非極性バインダーシステムに配合された金属粉末を相溶化するそのような剤は、ステアリン酸であり、非極性バインダーシステムおよび金属表面とそれぞれ結合する非極性部分および極性部分の双方を保有している。同様に、ポリマー適合性コーティング、またはバインダーシステムからの熱可塑性エラストマーのプレコートを添加して、粉末化された充填材料（例えば、金属合金）とバインダーシステムとの間の改善された機械的結合を容易にすることができる。さらに一般的には、非混和性ポリマーと金属粉末との間の機械的結合を促進する任意の材料および／または技術を使用して、たわみの下でのより大きな強度、特に材料間の界面での破壊に対する耐性を有するより柔軟な複合体を得ることができ、これは本明細書で企図されるＦＦＦプロセスにおけるスプールおよび使用に適している。
【０１４２】
上記によれば、一態様では、例えば溶融フィラメント製造を用いた、積層造形のための構築材料が開示され、該構築材料は、例えば熱可塑性エラストマーのような第１のポリマーを含有するバインダーシステムであって、該バインダーシステムは、金属または金属合金で形成された粉末が５０体積%を超えて充填されていることを特徴とする。構築材料は、バインダーシステムと粉末との間の機械的結合を改善するための結合剤をさらに含むことができる。
【０１４３】
バインダーシステムは、例えば、化学的脱バインダー、超臨界脱バインダー、ウィック脱バインダー、触媒的脱バインダー、または熱的脱バインダーを用いて構築材料から除去可能な構築材料のための１次バインダーを形成する第２のポリマーを含むことができる。別の態様では、熱可塑性エラストマーは、１次バインダーとすることができ、または熱可塑性エラストマーは、本明細書で一般的に意図されるように脱バインダーによって選択的に除去され得る成分を有する熱可塑性エラストマー合金を含むことができる。別の態様では、ポリマーは、バインダーシステム内に２次バインダー（例えば、ブラウン部用）を形成することができ、１次バインダーが、パラフィンワックス、プラスチック、油、または造形材料からの脱バインダーに適した他の従来の１次バインダー材料から形成されてもよい。
【０１４４】
一般に、ポリマー、粉末および結合剤の任意の組み合わせを使用することができ、好ましくは１ｍｍ〜４ｍｍまでの直径（ＦＦＦ工業規格である１．７５ｍｍまたは３．００ｍｍのような）を有し、よりコンパクトなスプーリングのために１２インチ以下または６インチ以下の破断前の最小曲げ半径直径を有するフィラメントを与えることができる。別の態様において、ＦＦＦプロセスは、大半径スプールを使用してフィラメント供給原料のより大きな曲率半径を確保することにより、よりコイル化しづらい材料で使用するように適合させることができる。
【０１４５】
別の態様では、１次または２次バインダーは、高分岐ポリマーを含むことができる。市販の液化金属射出成形材料の溶融強度は、一般に、溶融フィラメントの製造には低すぎる。さらに、これらの材料の引張伸びも低く、供給機構を制限する。そのような材料の射出成形の場合、粘度を低下させて射出プロセスの間のより良好な流動を達成することに重点が置かれ、高い溶融強度を達成するためのそのような材料の技術は、設計上の目標ではなく、射出成形用途における線状ポリマーの使用に導く。
【０１４６】
しかしながら、押し出されたＭＩＭ材料のためのバインダーシステムは、粉末化された金属または類似の構築材料との適切な組み合わせで、有利な溶融、押し出しおよび脱バインダー特性を有する複合体を形成する高分岐ポリマーを有用に組み込むことができることが判明した。したがって、一態様では、高分岐ポリマーの一部として構成された２次バインダーを有するＭＩＭ材料が開示される。分岐ポリマー種は、ＭＩＭ材料のための２次バインダーとして当該技術分野で共通のポリマーの分枝状変異体であってもよい。一実施形態では、適度な溶融強度および延性の向上が望まれる場合、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）２次バインダーを、適度な分岐量を示す線状低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）２次バインダーと置換してもよい。これらの特性のより大きな向上が望まれる場合、ＨＤＰＥ２次バインダーをＬＤＰＥ置き換えることができ、実質的に多量の分岐を示す。分枝の増加は、一般に、粘度の増加に伴う。得られる延性およびバインダーの溶融強度は、適切な化学合成技術を介して２次バインダーの分岐を増加させることによって連続的に変化させることができること、任意の数の分岐ポリマーを様々な線状ポリマーとブレンドして、適切な特性を達成することができること、は当業者には容易に明らかであろう。さらに、分岐２次バインダーの使用は、ポリエチレン等級に限定されるものではなく、ポリプロピレンおよびポリメチルメタクリレートを含む任意の他の２次バインダーシステムに有用に適用することができる。
【０１４７】
別の態様では、１次バインダーが十分に高い分子量のものであり、分岐がＭＩＭ材料の機械的特性およびレオロジー特性に実質的に影響を及ぼす場合、高分岐種を１次バインダーとすることができる。このような１次バインダーは、触媒脱バインダーに使用されるポリオキシメチレン（しばしばＰＯＭまたはポリアセタールと呼ばれる）バインダーや、脱バインダー中に加水分解するより高い溶融強度材料を得るための、本明細書に開示された高分子量１次バインダー（例えば、熱可塑性多糖類、ポリグリコール酸およびポリ（ラクチド）−コ−（カプロラクトン））を含む。
【０１４８】
以下の説明は、焼結可能なネットシェイプ物体のための押し出しベースの積層造形プロセスのための構築材料に有利に用いることができる多くのポリマー系バインダーシステムを企図する。従来技術では、金属射出成形材料においては、低分子量分子からなる１次バインダーが典型的に使用されており、これは、それが十分な量のグリーン部強度を提供し、同時に、射出成形プロセス中に金型を適切に充填することを可能にするためである。その場合、低分子量分子はまた、１次脱バインダー中に１次バインダーを迅速に溶解させることを可能にする。そのような用途に使用される典型的な分子量は、数百から数千ｇ／ｍｏｌまでの間であり、工業的実施において１００００ｇ／ｍｏｌ付近または以上の１次バインダー成分はほとんどない。このような低分子量分子に対する典型的なメルトフローレートは、２００℃における５ｋｇ荷重でのＡＳＴＭ  Ｄ１２３８試験において、約１００ｇ／１０分より高い。実際、多くのこのようなバインダー成分は、これより実質的に高いメルトフローレートを示し、例えば１９０℃で２．１６ｋｇ荷重で４００ｇ／１０分以上のメルトフローレートである。
【０１４９】
しかし、溶融フィラメント製造および他の同様の押し出しベースの積層造形プロセスでは、要件は異なる。例えば、高い流量は、製造された物体の制御された押し出しおよび／または形状保持に対する障害となり得る。したがって、これらのプロセスのために、適度に高い強度および粘度が、機械的押し出しを可能にし、一貫した高品質の結果のための形状を有利に保持する。同様に、反り、割れ、または他の熱的に誘起される応力変形を防止するために、低減された熱膨張係数が望まれる場合がある。１次バインダー中の低分子量ポリマーを回避することによってこれらの特性を得ることが可能である一方、より高い分子量のポリマーの使用は、より遅い脱バインダー速度の形態で相補的な欠点を有する。一態様では、本明細書に記載された構築材料のいくつかは、低い体積または重量分率であっても、ポリマーが実用的なレベルで脱バインダー速度を維持することができる場合には、１次バインダー中に中程度の高分子量成分を使用して、これらの明らかに相反する設計上の制約を解決することができる。このアプローチを使用して、溶解性または他の化学的に除去可能なポリマー１次バインダーを有し、実用的で押し出し可能であり、焼結可能な構築材料を達成する多くの技術およびポリマー系を以下に説明する。
【０１５０】
「高分子量」および「低分子量」という用語は、これらのポリマー系の多くを、一般的に、分子量が１０万と１００万ｇ／ｍｏｌとの間の値の上下の分子量を有するものに分割することによって、これらのポリマー系の多くを区別するために、以下の説明において頻繁に使用される。一般に、これらは厳密な描写のない相対的な用語である。例えば、ポリマーおよび類似の材料の文脈では、低分子量成分（例えば、ポリマー）は、分子量が約１万ｇ／ｍｏｌ未満の成分であってもよく、中分子量成分は、分子量が約１万ｇ／ｍｏｌから１０万ｇ／ｍｏｌの成分であってもよく、高分子量成分は、分子量が約１０万ｇ／ｍｏｌを超える成分であってもよい。しかし、これらの用語は相対的であるため、異なるソースは、これらのグループに異なる境界をもたらし、また境界は、特定のポリマーシステムに従って変化しうる。すなわち、あるポリマーは、他のポリマーまたはポリマーシステムとは非常に異なる分子量で、高粘度、高い溶融温度、高い硬度等のような高分子量成分の特性を示し始めうる。したがって、これらの用語は、ポリマーシステムの特性についての特定の分割点ではなく、例えば、一般的な範囲を表すために見られるべきである。例えば、「高分子量」という用語は、他のポリマーまたは成分よりも大きな分子量を示すための相対的な意味で使用することができ、または「高分子量」という用語を使用して、流動性、硬度等の点で成分の特性を特徴付けることができる。例えば、押し出し可能な構築材料の文脈では、「中分子量」成分は、５ｇｋ荷重で２００℃でのＡＳＴＭ  Ｄ１２３８試験において、約１０−１００ｇ／１０分のメルトフローレートを示す任意の成分とすることができ、「高分子量」成分は、同様の条件下で、１０ｇ／１０分未満のメルトフローレートを有する任意の成分とすることができる。したがって、機械的特性は、本明細書で企図されるポリマーバインダーシステムにおいて使用される異なる種類のポリマーを区別するためのより有用なガイドとすることができる。しかし、分子量は、多くの周知の技術を用いて容易かつ正確に決定することができ、分子量が有用なものを提供する、機械的、レオロジー的、および熱的特性（例えば、硬度、強度、粘度、溶融温度）、および化学的性質（例えば、溶解性）に対する相対的なガイドを提供するため、本明細書では、構築材料のこれらの特性のためのプロキシとして使用して、ある程度の特定を提供する。
【０１５１】
図１０は、スプール可能な供給原料を用いた積層造形の例示的な方法１０００のフローチャートである。供給原料は、バインダーシステムと、バインダーシステム中に分散された粉末材料とを含むことができる。バインダーシステムは、供給原料から形成された３次元物体から分離的に除去可能な１次バインダーおよび２次バインダーを含むことができる。１次バインダーは、互いに物理的に架橋された関係で低分子量ポリマーの集合体を含むことができき、低分子量ポリマーの凝集体の物理的に架橋された関係は、脱バインダー溶液への暴露によって可逆的であってもよい。一般に、物理的架橋の可逆性を有利に使用して、押し出しプロセスの異なる段階で異なる材料特性を提供することができる。より具体的には、例示的な方法１０００に関連して以下でより詳細に説明されるように、低分子量ポリマーの集合体の物理的に架橋された関係は、供給原料を連続的なプロセスの一部として移動および処理するのに有用な強度および／または可撓性などの有利な物理的特性を達成するために有用である一方、３次元物体に適用される脱バインダープロセスの間に、溶媒中で物理的に架橋された関係を逆転させながら、１次バインダーの迅速な除去を促進することができる。
【０１５２】
ステップ１０１０に示すように、例示的な方法１０００は、構築プレートに対する押し出し経路に沿って１つ以上のノズルを移動させるステップを含むことができる。例えば、１つ以上のノズルのこのような移動は、本明細書に記載された様々な異なる方法のいずれか１つ以上によるコンピュータモデルに基づくことができる。
【０１５３】
ステップ１０２０に示されるように、例示的な方法１０００は、押し出し経路に沿って３次元物体を形成する原料の押し出しを用いて、１つ以上のノズルを通して供給原料を押し出すステップを含むことができる。３次元物体は、例えば、複数の層を含むことができ、各層は、少なくとも１つの他の層に結合されており、各層は、それぞれの層を形成するように押し出された供給原料の成分を含む。供給原料は、供給原料の押し出しによって形成された３次元物体がグリーン部であるように、バインダーシステムと、該バインダーシステム内に分散された粉末材料とを含むことができる。例えば、バインダーシステムは、以下でより詳細に説明するように、次の処理により３次元物体から別個に除去可能な１次バインダーおよび２次バインダーを含むことができる。説明を明確にするために単一の供給原料の押し出しを説明するが、複数の原料を必要に応じて押し出して、３次元物体に沿った１つ以上の特性（例えば、物理化学的性質）に変化を与えることができることを理解すべきである。
【０１５４】
バインダーシステムは、互いに物理的に架橋された関係で低分子量ポリマーの集合体を含む１次バインダーを含むことができる。この物理的な架橋関係は、供給原料を連続的にまたは実質的に連続的に押し出すことを容易にするために、供給原料に強度を付与するのに有用であり得る。以下でより詳細に説明するように、物理的に架橋された関係は、１次バインダーの溶媒への暴露によって可逆的であってもよい。
【０１５５】
１次バインダーは、一般に、供給原料に強度を付与するのに有用な物理的に架橋された構造を形成するように構成可能な領域を含むことができるブロックコポリマーを含むことができる。一例として、ブロックコポリマーは、第１の剛性、結晶化可能領域、可撓性領域、および第２の剛性の結晶化可能領域を含むことができる。第１の結晶化可能領域および第２の結晶化可能領域は、同じ組成または異なる組成を有することができることを理解されたい。より一般的には、ブロックコポリマーは、物理的に架橋された関係において、所与のブロックコポリマーの硬質結晶化可能領域は、少なくとも１つの他のブロックコポリマーの硬質結晶化可能領域に結合されているような構造を有することが理解されるべきである。ブロックコポリマーの可撓性領域は、物理的に架橋された構造に可撓性を提供することができる。一例として、１次バインダーに有用なブロックコポリマーは、ポリスチレンブロックを含むことができる。例えば、ブロックコポリマーは、ポリスチレンブロックおよびポリブタジエンブロックを含むことができる。
【０１５６】
１次バインダーによって供給原料に付与された可撓性は、供給原料をスプール可能な材料として形成することを容易にすることができる。
一例として、供給原料は、溶融フィラメント製造プロセスで使用するためのフィラメントとすることができ、約１ｍｍ超え約４ｍｍ未満の直径を有することができるが、より大きいまたはより小さい直径も可能である。さらに、または代わりに、フィラメントは、フィラメントの直径よりも大きく、約３０ｃｍ未満の破断時の曲げ半径を有することができ、連続プロセスに有用な材料の量を提供しながら、効率的な貯蔵、輸送および取り扱いに適したサイズを有するスプール内にフィラメントを配置するのに有用でありうる。ここで使用されるように、曲げ半径は、フィラメントが巻き付けられる円の半径であると理解されるべきである。従って、破断時の曲げ半径は、フィラメントを円の周りに巻き付けることに関連する応力が前記フィラメントを破断させる前にフィラメントを巻き付けることができる円の最小半径であると理解されるべきである。
【０１５７】
より一般的には、１つ以上のノズルを通して供給原料を押し出すステップは、供給原料のスプールを非スプール化し、供給原料を１つ以上のノズルに向けて移動させる（例えば、駆動トレインを使用して）ステップを含むことができる。このようにして供給原料を非スプール化するステップは、供給原料が１つ以上のノズルを通して連続的に供給されるように、１つ以上のノズルを通る原料の押し出し速度と実質的に等しい速度で実施することができる。
【０１５８】
供給原料の粉末材料は、本明細書に記載の粉末材料のいずれか１種以上であってよい。例えば、粉末材料は、金属、金属合金、またはセラミックのうちの少なくとも１つを含むことができる。特定の例では、粉末材料は、最終部において互いに合金に熱処理可能な複数の成分（例えば、ステンレス鋼の成分材料）を含むことができる。さらに、または代わりに、粉末材料は、粉末材料のタップ密度の±１０体積％以内の供給原料中の密度を有することができる。このような粉末材料の充填は、許容可能な収縮量を有する仕上げ部品を製造するのに有用であり得ることが理解されるべきである。
【０１５９】
ステップ１０３０に示されるように、例示的な方法１０００は、バインダーシステムにおける１次バインダーの低分子量ポリマーの集合体の物理的に架橋された関係を逆転させるステップを含むことができる。例えば、１次バインダーの低分子量ポリマーの集合体の物理的架橋を逆にするステップは、１次バインダーを脱バインダー溶液に暴露するステップを含むことができる。一例として、脱バインダー溶液は、１種以上のアセトンまたはトランス−ジクロロエチレンを含むことができ、これによりポリスチレン、より詳細にはポリブタジエン−ポリスチレンブロックコポリマーにおける物理的架橋を逆にするのに特に適したものとすることができる。
【０１６０】
ステップ１０４０に示すように、例示的な方法１０００は、３次元物体から１次バインダーの低分子量ポリマーを除去するステップを含むことができる。２次バインダーは、１次バインダーの脱バインダーに続く処理により３次元物体のネットシェイプを保持するのに適した種々の異なるポリマーのいずれかを含むことができる。一例として、２次バインダーは、熱可塑性樹脂（例えば、熱可塑性エラストマー）を含むことができる。さらに、または代替的に、２次バインダーは、ポリプロピレン、ポリエチレン、およびポリ（メチルメタクリレート）を含むことができる。一般に、３次元物体から２次バインダーを除去するために、様々な異なる脱バインダープロセスのいずれかまたは複数を使用することができ、脱バインダープロセスの性質は、他の要因の中で、２次バインダーの組成物の関数であることを理解すべきである。したがって、例えば、２次バインダーの材料は、熱的脱バインダープロセスを用いて粉末材料から除去可能とすることができる。さらに、またはその代わりに、２次バインダーは、化学的脱バインダー、超臨界脱バインダー、ウィック脱バインダー、触媒脱バインダー、または熱的脱バインダーの１つ以上を介して３次元物体から除去可能とすることができる。
【０１６１】
ステップ１０５０に示すように、例示的な方法１０００は、バインダーシステムから２次バインダーを除去するステップを含むことができる。
【０１６２】
ステップ１０６０に示されるように、例示的な方法１０００は、例えば、最終部を形成するために３次元物体内の粉末材料を緻密化するステップを含むことができる。粉末材料は焼結工程の一部として緻密化することができる。さらに、またはその代わりに、３次元物体から脱バインダーされた１次バインダーおよび２次バインダーの一方または両方を用いて、３次元物体は多孔質構造とし、多孔質構造への液体金属浸透を有用に適用して、３次元物体を緻密化して最終部とすることができる。
【０１６３】
一般に、ワックス／ポリマーバインダーシステムを用いる金属射出成形（ＭＩＭ）構築材料は、溶融または加工温度での低強度のために、高温、例えばブレンドの１種以上の成分の溶融またはガラス転移温度よりも高い温度で取り扱うのが困難である可能性がある。しかしながら、特に、溶融フィラメント製造（ＦＦＦ）関連では、従来の低溶融強度のＭＩＭ構築材料は、ブリッジ、突出部分、または堆積中に印刷媒体の物理的安定性に依存する他の構造体を製造する際に困難を引き起こす可能性がある。同様に、低い溶融強度は、例えば押し出しの開始および停止中に、ノズル出口における制御されていない流れまたは染み出しによる押し出しを制御することを困難にし得る。高温にてより望ましくない加工特性を有するワックスまたは他の材料を含有するＭＩＭ供給原料と異なり、従来のＦＦＦ供給原料は、典型的には、これらの問題を緩和する高分子量成分の主にまたは排他的に形成される。
【０１６４】
ＭＩＭ材料の場合、低分子量成分は、典型的には、化学的または超臨界的な脱バインダーによる溶解を促進するための１次バインダーとして使用される。一方、ある既知の触媒脱バインダーシステムは、約９０％のポリアセタール（ポリオキシメチレンまたはＰＯＭとも呼ばれる）と、少量のポリエチレンおよびスリップ添加剤とを含む。この材料中のバインダーは、より高い分子量を有することができるが、重大な欠点を有する。詳細には、このバインダーシステムは、その産物のとしてホルムアルデヒドを生成するプロセスにおいて脱バインダーするために高温（〜１００℃）の硝酸蒸気を必要とする。
【０１６５】
改良された供給原料は、高分子量成分、具体的には高強度溶融物の利点を、バインダーの小さな分子への解離による危険なしに迅速で反応性の高い脱バインダーの利便性とともに提供する。一態様では、熱可塑性糖類は、分解反応を触媒する酵素を用いて水溶液中で化学分解（例えば、脱重合）される１次バインダーとして使用することができる。アミラーゼは、多糖類の加水分解を促進することができる触媒の１つである。さらなる利点として、この脱バインダープロセスは、家庭またはオフィス環境で安全に取り扱うことができ、処分することができる水性単糖類の廃棄物流れを生成する。他のポリマーは、同様の利点を提供し、ＦＦＦ／ＭＩＭ構築材料における１次バインダーとしての使用に適している。
【０１６６】
例えば、多くのポリエステルを、ポリ乳酸（ＰＬＡ）およびポリグリコール酸（ＰＬＧＡ）を含む水性媒体中で加水分解することができ、加水分解の速度および機構は、ポリエステルのＰＨ、温度、および分子量の強力な関数である。より具体的な例として、適切な条件下で、ポリグリコール酸を酸性溶液中の加水分解によりモノマーに分解することができる。このような加水分解は、単量体の明確に定義された廃棄物流れを形成する。ＰＬＧＡの場合、これは、拡散速度を十分に高めることができず、他のアプローチが必要とし得るか、または所望され得る。例えば、ＰＬＧＡについては、アルカリ溶液中での加水分解分解を行うことにより、最初により大きな分子量成分をより小さな分子量成分により急速に分解することができ、ＰＬＧＡはランダムエステル開裂により分解することが知られている。１次バインダーのオリゴマーが可溶性であるＰＨと、高速分解動力学および機構との組み合わせは、高分子量ポリマーの迅速な脱バインダーを提供することができる。ＰＬＧＡの場合、アルカリ溶液はＰＬＧＡオリゴマーを溶解し、全体的に良好な溶解条件を生成する。同様に、十分に速い脱バインダー速度をもたらすために、任意の加水分解ポリエステルまたは他のポリマーの分解を設計することができる。
【０１６７】
他のポリマーもまた、より大きな柔軟性を提供するために、例えば、構築材料の特性をさらに高めるために使用されてもよく、これにより、例えば、構築材料のフィラメントを、非直線セグメントでスプールするか、または他の方法で保管して取り扱うことができる。
例えば、ポリ（ラクチド）−コ−（カプロラクトン）のようなポリマーは、魅力的な弾性特性および溶解挙動を提供し、媒体のコイル化性、要求強度および脱バインダー挙動を同時に高めて、ＭＩＭ／ＦＦＦ構築材料のバインダーシステムにおいて有用な１次バインダーを提供する。
【０１６８】
別の態様では、１次バインダーは、物理的に架橋された（共有架橋ではなく）物理的に架橋されているが、その物理的架橋が適切な溶媒の存在下で溶解することにより、取り扱い、巻き取りおよび印刷中に高い有効分子量を達成するが、脱バインダー工程中は低分子量であるポリマーから構成されてよい。この一例は、スチレンブロックを含有するコポリマーである。結晶性スチレンブロックはアセトン中（他の溶媒の中で）溶解し、溶液に曝されたときに架橋を効果的に解消する。これは、良好な弾性特性を有する（コイリング、取扱いのための）熱可塑性エラストマーは、典型的には物理的に架橋され、それらの多くは結晶性スチレンドメインを介して架橋されているため、特に有効な化学であることに留意されたい。このような１次バインダーは、結晶ドメインおよびそれらを連結する可撓性鎖の両方に適した溶媒を用いて迅速かつ容易に脱バインダーすることができる。
【０１６９】
他の一般的なポリマー化学は、ＦＦＦプロセス（スプールに十分な弾力性、高い溶融強度）に適した媒体への有用な経路を提供する。例えば、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）は、以下を加水分解することができるエステルである。
【化１】
2020501941.tif 000003
【０１７０】
このメカニズムは、ＰＥＧ−ＰＭＭＡ（ここでＰＭＭＡはポリ（メチルメタクリレート）であり、アクリルとしても知られている）の脱バインダーを促進するための有用な経路を提供し、１次バインダーの高い溶融強度と迅速で安全に脱バインダーを達成する。
【０１７１】
同様に、ウレタンエステルは、以下のように加水分解することができる
【化２】
2020501941.tif 000004
【０１７２】
これは、優れた溶融強度および伸長粘度を示しながら、加水分解および溶媒脱バインダーが可能な熱可塑性エラストマーの別の例である。
【０１７３】
無水物は、多くの他のポリマーよりも速く加水分解され、従って、加水分解に基づく脱バインダープロセスにおける高速脱バインダーに特に有効であり得る。ポリ無水物は、反応生成物が一般に生体適合性であり、非毒性であるため、生体内で分解するために医療関連で定期的に使用される。これらのポリマーは、家庭またはオフィス関連での脱バインダーにも同様に適している。有用な１次バインダーは、二種を散在させた無水物基を含むコポリマーから設計して、ポリマーの熱可塑性／レオロジー特性並びにその分解および溶解速度を調整することができる。
【０１７４】
ポリアミドは酸の存在下で劣化する（例えば、ナイロンなど）。一般に、ポリアミド−ポリエステルコポリマーは、加水分解的に溶媒−脱バインダー可能な熱可塑性エラストマーとして使用することができる。より一般的には、種々のポリマーの加水分解速度は（最速から最遅に向かって）：無水物＞エステル＞アミド＞エーテルである。この階層は、本明細書で企図されるポリマーバインダーシステムで使用するための急速に加水分解可能バインダーを選択するために使用することができる。
【０１７５】
したがって、一般に、溶融フィラメント製造システムで使用するための粉末冶金造形材料がここに開示されており、この材料は、粉末化金属組成物と、焼結工程中に材料の形状を保持する２次バインダーと、１次バインダーとを含み、１次バインダーは、非有害物質との化学的脱バインダーのために選択された高分子量ポリマーを含む。
【０１７６】
高分子量ポリマーは、物理的に架橋して高い有効分子量を達成するポリマーを含むことができる。物理的な架橋は、結晶性のスチレンブロックを含むことができる。脱バインダープロセスは、アセトン中の物理的架橋の溶解を含むことができる。
【０１７７】
１次バインダーは、例えば、熱可塑性糖類、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ（ラクチド）−コ−（カプロラクトン）を含むことができ、スチレンブロック、ポリエチレングリコール、ＰＥＧ−ＰＭＭＡ、ウレタンエステル、ポリ無水物、またはこれらのいずれかのコポリマーを含むことができる。
【０１７８】
反応性脱バインダーは、水溶液中の化学分解または水溶液中での加水分解を含むことができる。反応性脱バインダーは、酸性溶液中のモノマーへの分解を含むことができる。反応性脱バインダーは、アルカリ溶液中での分解を含むことができる。反応性脱バインダーは、物理的架橋を溶媒に溶解することを含むことができる
【０１７９】
反応性脱バインダーは、水性単糖類からなる廃棄物流れを生成することができる。
【０１８０】
図１１は、バインダーシステムの１次バインダーの成分として化学分解性高分子量ポリマーを含む供給原料を用いた積層造形の例示的方法１１００のフローチャートである。一般に、特に断らない限り、または文脈から明らかにされない限り、例示的な方法１１００は、１次バインダーシステムの成分として化学分解性高分子量ポリマーを含む、上述の供給原料のうちの任意のまたは複数を使用して実施することができる。
【０１８１】
ステップ１１１０に示されるように、例示的な方法１１００は、構築プレートに対する押し出し経路に沿ってまたは複数のノズルを移動させるステップを含むことができる。１つ以上のノズルは、本明細書に記載された技術のいずれかまたは複数に従って、構築プレートに対して押し出し経路に沿って移動することができ、したがって、１つ以上のノズル、構築プレート、またはそれらの組合せのコンピュータ制御された移動を含むことができる。さらに、またはその代わりに、このような移動は、本明細書に記載される装置およびシステムのいずれかまたは複数を使用して実行されてもよい。
【０１８２】
ステップ１１２０に示すように、例示的な方法１１００は、１つ以上のノズルを通して原料を押し出すステップを含むことができる。供給原料は、以下でより詳細に説明するように、バインダーシステムと、バインダーシステム中に分散された粉末材料とを含むことができる。特に断らない限り、または文脈から明らかにされない限り、粉末材料は、本明細書に記載された粉末材料のいずれか１種以上であってもよく、より一般的には、緻密な最終部に有用に形成可能な任意の粉末材料とすることができる。
【０１８３】
供給原料の押し出しは、押し出し経路に沿って３次元物体を形成することができる。したがって、供給原料の押し出しによって形成された３次元物体は、複数の押し出された層（例えば、各層が少なくとも１つの他の層に結合されている）によって集合的に形成され得ることが理解されるべきである。さらに、各層は供給原料の押し出しによって形成されるため、各層は粉末材料と、バインダーシステムの１次バインダーと、バインダーシステムの２次バインダーとを含むことを理解すべきである。以下に詳細に説明するように、２次バインダーが１次バインダーよりも可溶でない溶媒の存在下で、１次バインダーの少なくとも１つの成分を化学的に分解して、１次バインダーおよび２次バインダーが３次元物体から分離的に除去可能であり、３次元物体が最終部を形成するように処理されるようにすることができる。溶媒は、化学分解が行われる反応物であってもよいことに留意されたい、分解反応に関与する他の反応物を含んでいてもよく、一般に分解速度を調節するための触媒を含んでいてもよい
【０１８４】
ステップ１１３０に示すように、例示的な方法１１００は、３次元物体を化学溶液（例えば、溶媒）に暴露するステップを含むことができる。特に、１次バインダーは、３次元物体から１次バインダーの少なくとも一部を溶解する際に溶媒中で化学的に分解可能な中程度の高分子量ポリマーを含むことができ、これにより、廃棄物流れ中の３次元物体から除去可能である（例えば、水性単糖類を含む廃棄物流れ）。本明細書で使用されるように、高分子量ポリマーは、分子量が約１００，０００ｇ／ｍｏｌを超えるポリマーであると理解されるべきであり、それに対応して、低分子量ポリマーは、分子量が１００００ｇ／ｍｏｌ以上１０００００ｇ／ｍｏｌ未満のポリマーであり、分子量が１００００ｇ／ｍｏｌ未満のワックスおよびオリゴマーを含有することを理解すべきである。
【０１８５】
中程度の高分子量ポリマーは、本明細書中で溶媒、特に非有害な溶媒中で化学的に分解可能であるとして本明細書に記載される高分子量バインダーのいずれかまたは複数を含むことができる
従って、高分子量ポリマーは、物理的に架橋されたポリマー（例えば、物理的に架橋された結晶性スチレンブロックを含むポリマー）を含むことができる。さらに、またはその代わりに、１次バインダーの高分子量ポリマーは、熱可塑性糖類、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ（ラクチド）−コ−（カプロラクトン）、スチレンブロックを含むコポリマー、ポリエチレングリコール、ＰＥＧ−ＰＭＭＡ、ウレタンエステルと、ポリ無水物のうちの少なくとも１種を含有してもよい。さらに、またはその代わりに、高分子量ポリマーは、水溶液またはアルカリ溶液の１種以上において化学分解可能であってもよい。特定の実装では、化学溶液は水溶液であってよく、高分子量ポリマーは水溶液中で加水分解可能であってもよい。いくつかの実装では、高分子量ポリマーは、酸性溶液中で化学的に分解可能であってよい（例えば、モノマー中に）。
【０１８６】
一般に、低分子量ポリマーと比較して、ワックスおよび／またはオリゴマー、１次バインダーの中程度の高分子量ポリマーは、良好な印刷品質を容易にするために、１次バインダーに特定の望ましい特性を付与することが理解されるべきである。例えば、低分子量ポリマーと比較して、上述したように、高分子量ポリマーは、印刷品質を向上させるのに有用な高い溶融強度を有することができる。しかし、化学的分解がない場合には、高分子量ポリマーの脱バインダーレートは長くなり得る。したがって、高分子量ポリマーの化学的分解は、より短い脱バインダー時間を達成するのに有用であり得、より迅速な製造を可能にする。
【０１８７】
溶媒中では、２次バインダーは、高分子量ポリマーよりも可溶でなくてもよく、ある場合には、２次バインダーは、溶媒中で実質的に不溶性であってもよい。本明細書で使用される場合、溶媒中の２次バインダーの実質的な不溶性は、全不溶性並びに低量の溶解度を含むと理解されるべきである（例えば、３次元物体が溶媒に暴露されるときに溶媒中に溶解する２次バインダーの約５質量％未満）。溶媒中の高分子量ポリマーと２次バインダーとで溶解度に差がある場合、２次バインダーは、１次バインダーの少なくとも一部の化学的溶解中に、３次元物体からの除去のために、高分子量ポリマーが化学的に分解されるとき、３次元物体の形状を保持することができることを理解すべきである。
【０１８８】
特定の例では、１次バインダーは、３次元物体が溶媒に暴露される際に溶媒に可溶なワックスをさらに含むことができる。このようなワックスは、供給原料の押し出しを容易にするために、バインダーシステムに所望の粘度を付与するのに有用であり得る。１次バインダーは、原料に所望の物理化学的特性を付与するのに有用な任意の１種以上の添加剤を追加的にまたは代替的に含んでもよいことが、より一般的に理解されるべきである。
【０１８９】
ステップ１１４０に示されるように、例示的な方法１１００は、３次元物体から２次バインダーを脱バインダーするステップを含むことができる。２次バインダーは、第２のポリマーを含むことができ、第２のポリマーは、高分子量ポリマーの分子量以下の分子量を有し、３次元物体を加工して緻密な最終部を形成する際に、第２のポリマーが３次元物体への支持構造支持を提供することができるようにする。一般に、２次バインダーは、様々な異なる脱バインダープロセスのいずれかまたは複数を介して３次元物体から脱バインダーすることができる（例えば、１つ以上の化学的脱バインダー、超臨界脱バインダー、ウィック脱バインダー、触媒的脱バインダー、または熱的脱バインダー）。
【０１９０】
ステップ１１５０に示すように、例示的な方法１１００は、３次元物体の粉末材料を緻密化して、最終部を形成するステップを含むことができる。粉末材料の緻密化は、３次元物体の焼結するステップおよび／または液体金属を用いた浸透ステップを含むことができる。
【０１９１】
図１２は、１次バインダーおよび２次バインダー中に分散されており、１次バインダーは、バインダーシステムの１次バインダーの成分として溶解性高分子量ポリマーを含む、粉末材料（例えば、本明細書に記載される任意の濃度の本明細書に記載された任意の１つ以上の粉末材料）を含む供給原料を含む積層造形の例示的な方法１２００のフローチャートである。１次バインダーは、第１の高分子量ポリマーを含むことができ、２次バインダーは、第２の高分子量ポリマーを含むことができ、３次元物体に適用される１次脱バインダー工程において第１の高分子量ポリマーを選択的に除去するために、第１の高分子量ポリマーを溶媒中で優先的に溶解させることができる。このように、第１の高分子量ポリマーは、３次元物体に構造的支持を提供することができ、一方、高分子量ポリマーの溶解は、３次元物体からの１次バインダーの迅速な脱バインダーを促進する。
【０１９２】
例示的な方法１２００で使用するのに適した第１の高分子量ポリマーは、非有害な溶媒などの溶媒であって、押し出しに適しており、押し出しによって形成された３次元物体に構造的な支持体を提供するのに適している溶媒に溶解可能な種々の異なる高分子量ポリマーのいずれであってもよい。一例として、第１の高分子量ポリマーはポリスチレンを含むことができる。さらに、または代わりに、第１の高分子量ポリマーは、ポリ（ビニルアルコール）またはポリエチレングリコールの１種以上を含むことができる。追加的または代替的な例として、第１の高分子量ポリマーは、ポリメチルメタクリレートを含むことができる。
【０１９３】
例示的な方法で使用するのに適した第２の高分子量ポリマーは、溶媒中の第１の高分子量ポリマーの溶解度よりも低い溶媒への溶解度を有する任意のポリマーとすることができる。ある実装では、第２の高分子量ポリマーは、ポリ（ビニルブチラール）、ポリプロピレン、ポリエチレン、またはポリ（メチルメタクリレート）のうちの１つ以上を含むことができる。
【０１９４】
一般に、第１の高分子量ポリマーおよび第２の高分子量ポリマーは、それぞれ約６０℃より高いそれぞれの溶融温度を有しうる。このような溶融温度は、一般に、バインダーシステムに含まれ得るワックスまたは他の添加剤の溶融温度より高い。したがって、例えば、このような溶融温度は、貯蔵、輸送、または取扱いに関連した極端な条件下で供給原料に対する変形または他の同様の損傷の可能性を低減するために有用であり得る。
【０１９５】
ある実装では、バインダーシステムは、質量パーセントで約３０％−約７０％の第１の高分子量ポリマーを含むことができる。バインダーシステムにおける第１の高分子量ポリマーのこのようなパーセンテージは、押し出しされる原料の好適な粘度を達成しながら、３次元物体への適切な支持を提供することに関連する競合する考慮間のバランスを達成するのに有用であり得る。さらに、または代わりに、バインダーシステムは、第１の高分子量ポリマーおよび第２の高分子量ポリマーと組み合わせて、１つ以上の物理化学的特性を達成するのに適した少なくとも１つの添加剤を含むことができる。例えば、少なくとも１種の添加剤は、原料の押し出しに適した粘度を達成するために、第１の高分子量ポリマーおよび第２の高分子量ポリマーの各々よりも粘度を低くすることができる。そのような添加剤は、ワックスを含むことができ、また、ワックスは、バインダーシステムにおける第１の高分子量ポリマーの質量百分率以上の質量百分率を有することができる。しかしながら、バインダーシステム中のワックスの他の濃度は、目標粘度を達成するのに有用であり得ることを理解すべきである。さらに、または代わりに、添加剤は低分子量ポリマーを含むことができる。追加的または代替的な例として、添加剤は、ステアリン酸、エチレン−酢酸ビニル（ＥＶＡ）およびリノール酸のいずれかを含むことができる。
【０１９６】
ステップ１２１０に示されるように、例示的な方法１２００は、構築プレートに対する押し出し経路に沿ってまたは複数のノズルを移動させるステップと、ステップ１２２０に示されるように、例示的な方法１２００は、１つ以上のノズルを通して原料を押し出すステップを含むことができる。特に断らない限り、または文脈から明らかでない限り、ステップ１２１０および１２２０は、図１１に関して上述したステップ１１１０および１１２０と類似していることを理解すべきである。
【０１９７】
ステップ１２３０に示されるように、例示的な方法１２００は、３次元物体を溶媒（例えば、溶媒の浴中に浸漬する）に暴露するステップを含むことができる。溶媒は、溶媒への３次元物体の暴露が３次元物体から第１の高分子量ポリマーを効果的に脱バインダーするように、第２の高分子量ポリマーに対して第１の高分子量ポリマーを優先的に溶解させ、３次元物体を支持する第２の高分子量ポリマーを残すことができる。例えば、第２の高分子量ポリマーは、溶媒が第１の高分子量ポリマーを溶解するとき、溶媒に不溶性とすることができる。
【０１９８】
溶媒は、第２の高分子量ポリマーに対して第１の高分子量ポリマーを優先的に溶解するのに適した任意の溶媒とすることができる。このように、第１の高分子量ポリマーおよび第２の高分子量ポリマーの組成に応じて、溶媒は、脂肪族炭化水素、酢酸エチル、アセトン、メチルエチルケトン、トランス−ジクロロエチレン、ベンゼン、またはトルエンの１種以上を含むことができる。さらに、または代わりに、溶媒は水を含むことができる。さらに、またはその代わりに、溶媒は１，４ジオキサン、酢酸エチル、ベンゼン、ジメチルホルムアミドまたはシクロヘキサノンのいずれか１種以上を含むことができる。
【０１９９】
ステップ１２４０に示すように、例示的な方法１２００は、３次元物体から第２の高分子量ポリマーを脱バインダーさせるステップを含むことができる。例えば、３次元物体を溶媒に暴露することにより、３次元物体に開気孔構造を形成することができる、第２の高分子量ポリマーを脱バインダーするステップは、３次元物体の開口孔構造を介して第２の高分子量ポリマーの少なくとも一部分を除去するステップを含むことができる。
【０２００】
ステップ１２５０に示されるように、例示的な方法１２００は、特に指定されない限り、最終部を形成するために、３次元物体内の粉末材料を緻密化するステップを含むことができる。ステップ１２５０は、図１１に関して上述した類似のステップ１１５０と同じであると理解されるべきである。
【０２０１】
ステップ１２６０に示すように、例示的な方法１２００は、３次元物体を緻密化するステップの前に、３次元物体を加工するステップを任意に含むことができる。すなわち、２次バインダーは、機械加工が３次元物体の形状を意図せずに変更しないように、３次元物体に支持を提供することができる。
【０２０２】
バインダーの空間的分布を以下に説明する。
【０２０３】
適切な脱バインダー時間を達成しつつ、高品質の緻密部品（例えば、金属および／またはセラミック部品）の積層造形のための供給原料の押し出しに関連するある種の課題は、供給原料の組成に関して対処されてきたが、このような課題に対する追加のまたは代替的な解決策が可能である。例えば、図１３を参照すると、３次元物体１３００は、以下でより詳細に説明するように、第２のバインダーシステム１３０４に対する第１のバインダーシステム１３０２の空間勾配を含むグリーン部である、第１のバインダーシステム１３０２の材料は、構造的支持を必要とする領域に沿って配置することができ、および／または高い印刷解像度を必要とすることができ、第２のバインダーシステム１３０４の材料は、より少ない構造的支持および／または低い印刷解像度を必要とする領域に沿って配置することができる。第２のバインダーシステム１３０４は、第１のバインダーシステム１３０２よりも高い脱バインダー率を有することができ、第１のバインダーシステム１３０２のみから形成される部分と比較して、３次元物体１３００は、より速い脱バインダー時間を有することができる。
【０２０４】
図１４は、第２のバインダーシステムの少なくとも１つの成分に対する第１のバインダーシステムの少なくとも１つの成分の空間分布を有する３次元物体を添加的に製造するための例示的な方法１４００のフローチャートである。特に断らない限り、または文脈から明らかでない限り、例示的な方法を実施して、図に関して上述した３次元物体を形成することができることを理解すべきである。
【０２０５】
ステップ１４１０に示すように、例示的な方法１４００は、構築プレートに対する押し出し経路に沿って１つ以上のノズルを移動させるステップを含むことができる。特に断らない限り、または文脈から明らかでない限り、ステップ１４１０は、それぞれ、図１１および図１２に関して上述したステップ１１１０および１２１０に類似していることを理解すべきである。
【０２０６】
ステップ１４２０に示されるように、例示的な方法１４００は、１つ以上のノズルを介して第１の供給原料および第２の供給原料を押し出しするステップを含むことができる。第１の原料は、第１のバインダーシステムに分散された第１の粉末を含むことができ、第２の原料は、第２のバインダーシステム中に分散された第２の粉末を含むことができる。押し出し経路に沿った第１の供給原料および第２の供給原料の押し出しは、第２バインダーシステムの少なくとも１つの成分に対して、第１のバインダーシステムの少なくとも１つの成分の空間勾配を有する３次元物体を形成することができる。より具体的には、３次元物体は、第２のバインダーシステムの第２の１次バインダーに対する第１のバインダーシステムの第１の１次バインダーの空間勾配を有することができる。
【０２０７】
第１の１次バインダーは、第１の分子量を有し、第２の１次バインダーは、第１の分子量とは異なる第２の分子量を有することができる。例えば、第１の１次バインダーの第１の分子量は、第２の１次バインダーの第２の分子量よりも大きくてもよい。より高い分子量の材料は低い脱バインダー速度を有するため、第１の１次バインダーは、第２の１次バインダーの脱バインダー速度よりも低い脱バインダー率を有しうることが理解されるべきである。さらに、より高い分子量は、一般に、より高い溶融強度に関連しているため、第１の１次バインダーは、第２の１次バインダーと比較して、より高い印刷解像度および／または改良された構造的支持を提供することができることを理解されたい。従って、３次元物体に沿った第１の１次バインダーおよび第２の１次バインダーの空間勾配は、各１次バインダーのそれぞれの欠点を制限しつつ、各１次バインダーのそれぞれの利点を実現するのに有用である。特定の例として、第１の１次バインダーはポリスチレンを含むことができる。さらに、または代わりに、第２の１次バインダーは、ナフタレン、オリーブ油、またはパラフィンワックスの１種以上を含むことができる。
【０２０８】
一般に、第２の１次バインダーに対する第１の１次バインダーの空間勾配は、第２の第１のバインダーに対する体積濃度に対する第１の１次バインダーの体積濃度の任意の様々な異なる非均一分布を含むことができる。したがって、本明細書で使用されるように、空間勾配は、３次元物体に沿った第２の１次バインダーに対する第１の１次バインダーの相対的な体積濃度の漸進的な変化、３次元物体に沿った第２の１次バインダーの濃度に対する第１の１次バインダーの濃度における分布の段階的変化、およびそれらの組合せを含むものと理解されるべきである。一例として、３次元物体の外側部分上の第１の１次バインダーの体積濃度は、３次元物体の内側部分における第１の１次バインダーの体積濃度よりも大きくてもよい。より具体的な例として、３次元物体の内側部分は、実質的に第１の１次バインダーを含まなくてもよい。さらに、または代わりに、３次元物体の外側部分は、実質的に第２の１次バインダーを含まなくてもよい。他の分布が追加的または代替的に可能であり、より一般的には、第１の１次バインダーは、増大した印刷分解能および／または改良された構造的支持体から利益を得る３次元物体の部分に沿って、より高い濃度で存在してもよい。
【０２０９】
第１のバインダーシステムおよび第２のバインダーシステムはそれぞれ、それぞれの第２のバインダーを含むことができる。ある実装においては、第１のバインダーシステムは、第２のバインダーシステムの第２のバインダーの組成とは異なる組成を有する第２のバインダーを含むことができる。しかし、一部の実装では、第１のバインダーシステムの２次バインダーは、第２のバインダーシステムの２次バインダーと実質的に同一の組成を有することができる。この関連において、実質的に同一の組成は、２次バインダーの材料に関連する典型的な許容範囲内の変動を含むことを理解されるべきである。
【０２１０】
ステップ１４３０に示されるように、例示的な方法１４００は、３次元モデルから第１バインダーシステムおよび第２バインダーシステムを脱バインダーしてブラウン部を形成するステップを含むことができる。３次元物体からの第２のバインダーシステムを脱バインダーするステップ系は、例えば、３次元物体を一以上の溶媒に暴露して、３次元物体から第１の１次バインダーおよび第２の１次バインダーの一方または両方の少なくとも一部を除去するステップを含むことができる。このような溶媒に溶解可能な溶媒と１次バインダーとの組合せは、本明細書に記載された任意のそのような組み合わせを含むことができる。さらに、またはその代わりに、３次元物体から第１のバインダーシステムおよび第２のバインダーシステムを脱バインダーするステップは、３次元物体から各２次バインダーの各々の少なくとも一部を除去するために３次元物体を熱処理するステップを含むことができる。
【０２１１】
特定の実装においては、第２のバインダーシステムの第２の１次バインダーは、容易に蒸発可能な材料を含むことができる。そのような易蒸発性材料の例は、オリーブ油、ナフタレン、または低融点パラフィンワックス（例えば、約６０℃未満の融点を有する）の１種以上を含む。第２のバインダーシステムの第２の１次バインダーが容易に蒸発可能な場合には、３次元物体から第２のバインダーシステムを脱バインダーするステップは、３次元物体から第２の１次バインダーを蒸発させるステップを含むことができる。一般に、このような蒸発は迅速に起こるため、高品質の部品を形成することができる速度に関して利点を提供することができる。
【０２１２】
ステップ１４４０に示されるように、例示的な方法１４００は、第１の粉末および第２の粉末を、ブラウン部において緻密化して、最終部を形成するステップを含むことができる。別段の指定がない限り、または文脈から明らかにされない限り、第１の粉体と第２の粉体とをブラウン部に緻密化するステップ１４４０は、図１１および１２に関して上述したステップ１１５０およびステップ１２５０と実質的に類似していると理解されるべきである。一般に、第１の粉末および第２の粉末は、本明細書に記載の粉末のいずれか１種以上であってもよく、したがって、金属、金属合金、またはセラミックのうちの１種または複数を含むことができる。さらに、または代わりに、第１の粉末の組成は、第２の粉末の組成と実質的に同じであってもよいことを理解すべきである。この関連で使用されるように、第１の粉末と第２の粉末との実質的に同じ組成は、粉末材料を製造するための典型的な製造公差内で同じであると理解されるべきである。
【０２１３】
上記のシステム、デバイス、方法、プロセスなどは、ハードウェア、ソフトウェア、または特定の用途に適したこれらの任意の組合せで実現することができる。ハードウェアは、汎用コンピュータおよび／または専用計算装置を含むことができる。これは、１つ以上のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、埋め込みマイクロコントローラ、プログラマブルデジタル信号プロセッサまたは他のプログラマブルデバイスまたは処理回路を内部および／または外部メモリとともに、実現することを含む。これはまた、またはそれに代えて、または複数の特定用途向け集積回路、プログラマブルゲートアレイ、プログラマブルアレイロジックコンポーネント、または電子信号を処理するように構成され得る任意の他のデバイスを含むことができる。上述のプロセスまたは装置の実現は、上述の装置のうちの１つ上で実行されるように記憶、コンパイルまたは解釈されることができ、ならびにプロセッサ、プロセッサアーキテクチャ、または異なるハードウェアおよびソフトウェアの組合せの不均一な組合せを含むことができるＣ、Ｃ＋＋のようなオブジェクト指向プログラミング言語、または他の任意の高レベルまたは低レベルのプログラミング言語（アセンブリ言語、ハードウェア記述言語、およびデータベースプログラミング言語および技術を含む）などの構造化プログラミング言語を使用して作成されたコンピュータ実行可能コードを含むことができることをさらに理解されるであろう。別の態様では、本方法は、それらのステップを実行するシステムにおいて具体化することができ、複数の方法でデバイス全体にわたって分散させることができる。同時に、処理は、上述した様々なシステムなどのデバイスにわたって分散されてもよく、または、機能の全てが、専用のスタンドアロン装置または他のハードウェアに統合されてもよい。別の態様では、上述のプロセスに関連するステップを実行するための手段が含まれ、上述したハードウェアおよび／またはソフトウェアのいずれかを含むことができる。全てのこのような置換および組合せは、本開示の範囲内に入ることが意図される。
【０２１４】
本明細書に開示された実施形態は、コンピュータ実行可能コードまたはコンピュータ使用可能コードを含むコンピュータプログラム製品を含むことができ、１つ以上のコンピューティングデバイス上で実行されるとき、そのステップのいずれかおよび／またはすべてを実行する。コードは、コンピュータメモリに非一時的に記憶することができ、これは、プログラムが実行するメモリ（プロセッサに関連するランダムアクセスメモリであってもよい）、またはディスクドライブ、フラッシュメモリ、または他の任意の光学、電磁、磁気、赤外線または他のデバイスまたはデバイスの組合せのような記憶装置とすることができる。別の態様では、上述したシステムおよび方法のいずれも、コンピュータ実行可能コードおよび／またはそれからの任意の入力または出力を搬送する任意の適切な伝送または伝播媒体に具体化することができる。
【０２１５】
上述したデバイス、システムおよび方法は、限定ではなく例として記載されていることが理解されるであろう。逆に明示的な指示がない場合には、開示されたステップを変更することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、補充、省略、および／または再順序付けが可能である。当業者には、多数の変形、追加、省略、および他の修正が明らかであろう。さらに、本明細書および図面における方法ステップの順序または提示は、明確に要求されないか、または文脈から明らかでない限り、列挙されたステップをこの順序で実行することを必要とすることを意図するものではない。
【０２１６】
本明細書に記載の実施形態の方法ステップは、そのような方法ステップを実行させる任意の適切な方法を含むことを意図しており、異なる意味が明示的に提供されないか、または文脈から明らかでない限り、以下の特許請求の範囲の特許性と一致する。したがって、例えば、Ｘのステップを実行することは、遠隔ユーザ、リモート処理リソース（例えば、サーバまたはクラウドコンピュータ）のような他のパーティを引き起こすための任意の適切な方法を含み、またはＸのステップを実行するための機械である。同様にステップＸ、ＹおよびＺを実行するステップは、そのような他の個人またはリソースの任意の組み合わせを指示または制御してこのようなステップの恩恵を得る任意の方法を含むことができる。したがって、本明細書に記載された実施形態の方法ステップは、または複数の他のパーティまたはエンティティにステップを実行させる任意の適切な方法を含むことを意図しており、異なる意味を明示的に提供しない限り、以下の特許請求の範囲の特許性と一致する。このようなパーティまたはエンティティは、任意の他のパーティまたはエンティティの方向または制御下にある必要はなく、特定の管轄区域内に位置する必要はない。
【０２１７】
上記の方法は、例として提供されることをさらに理解されたい。逆に明示的な表示がなくとも、開示されたステップは、本開示の範囲から逸脱することなく、変更、補充、省略、および／または再順序付けが可能である。
【０２１８】
上述した方法およびシステムは、限定ではなく例として記載されていることが理解されるであろう。当業者には、多数の変形、追加、省略、および他の修正が明らかであろう。さらに、本明細書および図面における方法ステップの順序または提示は、明確に要求されないか、または文脈から明らかでない限り、列挙されたステップを特定の順序で実行することを必要とすることを意図するものではない。したがって、特定の実施形態を図示し説明してきたが、本技術分野の当業者には、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および細部における様々な変更および修正を行うことができ、特許請求の範囲によって定義される本発明の一部を形成することを意図しており、これは、法律によって許容される最も広い意味で解釈されるべきである。
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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