JP4126283B2 - 混和しない流体を用いて立体自由造形によって物体を製造するための方法およびシステム - Google Patents

Description

本発明は、立体自由造形技術に関する。

立体自由造形は３次元の物体、たとえば、プロタイプ部品、モデルおよび加工工具を製造するための工程である。立体自由造形は累積的な工程であり、電子データによって記述される物体がベース材料から自動的に、通常は層状に形成される。

立体自由造形のいくつかの主な形態は流体吐出工程を含む。液体吐出を用いる立体自由造形には２つの主なタイプがある。すなわち、結合剤噴射システムおよびバルク噴射システムである。

結合剤噴射システムは、粉末状の構成材料のフラットベッド（平坦床）上に結合剤を吐出することにより物体を生成する。各粉末層は乾燥粉末あるいはスラリーとして計量分配あるいは塗布され得る。結合剤が粉末層内に選択的に吐出される度に、その粉末は、形成されている物体の１つの断面あるいは層に結合される。

バルク噴射システムは、プラットフォーム上に、固化可能な構成材料および固化可能な支持材料を吐出することにより物体を生成する。支持材料は、実際には一時的に仮設されるものであり、物体内に広がることができるように計量分配され、物体と同じ材料か、あるいは異なる材料からなることができる。

いずれの場合でも、作製は通常、層状に実行され、各層が最終的に望まれる物体の異なる断面を表す。隣接する層は、所望の物体を作り上げるために所定のパターンで互いに接着される。

所望の物体の各層を選択的に形成することに加えて、立体自由造形システムは、物体の各層上に色あるいは色パターンを与えることができる。結合剤噴射システムでは、結合剤が、結合の機能と着色の機能とを合わせ持つように着色され得る。バルク噴射システムでは、構成材料を着色することができる。

インクジェット技術を用いて、複数の異なる色のインクが流体吐出装置のノズルから選択的に吐出され、構成材料上で融合されて、全スペクトルの色を提供することができる。個々の層上では、従来の２次元マルチパスカラー技法およびハーフトーンアルゴリズムを用いて、欠陥を隠し、広範な所望の色調を達成することができる。

しかしながら、現在の立体自由造形システムが抱える共通の問題は、意図された物体の寸法を越えて結合剤が拡散することである。結合剤が拡散することにより、形成されている物体に、さらに別の望ましくない材料が結合される。結合剤が拡散する結果として、表面仕上げが粗くなり、画定される物体の形状が劣化するようになる。

最新の解決手段は単に、構成材料内に吐出される結合剤の量を最小限に抑え、構成材料の現在の層（現在の作成層）に完全に浸透することを保証するだけの過不足のない結合剤を付着させることを試みる。たとえそのように最小限に抑えたとしても、先行して作成された任意の物体層に確実に結合させるために、余分な結合剤が構成材料に与えられる。余分な結合剤の流体は、その結合剤の全てを吸収し、拡散を停止するだけの十分な量の構成材料と反応するまで拡散する傾向がある。それゆえ、製造される物体の表面、特に結合するための先行する層が存在しない物体の最初の層の表面は、大抵の場合に、意図された物体境界を越えて流体の拡散が生じるという問題を生じる。同様に、この拡散の結果として、表面仕上げが粗くなり、寸法が不正確になる。

結合剤拡散の問題への１つの具体的な解決手段は、バルク粉末あるいは構成材料に拡散抑制剤を混合することである。ある特定の場所でしか拡散抑制剤を用いる必要がない場合でも、拡散抑制剤は構成材料全体に混合される。

拡散抑制剤とバルク粉末とを混ぜ合わせることにより、抑制剤を用いない場合よりも拡散を小さな領域に限定することはできるが、表面仕上げの品質は依然として、粉末粒子の中に流体が拡散することに依存するであろう。結合剤流体は粉末の中に拡散し、その粉末と相互作用するか、或いは、固化しないであろう。流体の拡散は数多くの異なる影響を受ける（粒子サイズおよび場所、毛管作用、材料反応性、重力等から）。それゆえ、従来技術にしたがって製造される物体は依然として、表面仕上げが滑らかではなく、寸法が正確でない場合がある。

さらに、立体自由造形システムにおいて結合剤流体を付着させるために用いられる１つあるいは複数の装置に位置合わせ不良が生じるのも稀ではない。結合剤付着装置が位置合わせされないとき、製造される物体の寸法はさらに不正確になり、生成される表面は、そうでなかった場合よりもさらに粗くなる場合もある。さらに、装置の位置合わせ不良が大きくなると、結合剤が意図された物体寸法を越えて拡散するのも顕著になる。

本発明の目的は、層状に物体を作成する立体自由造形技術において、正確な境界制御を実現することにより、物体の表面を滑らかにし、さらに表面形状の寸法精度を改善することである。

数多くの実現可能な実施形態のうちの１つにおいて、本発明は、２つの混和しない流体を用いて物体の周囲に剥離外層を生成する、立体自由造形によって物体を形成する方法を提供する。

添付の図面は本発明の種々の実施形態を示しており、本明細書の一部を構成する。例示される実施形態は本発明の一例にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。

図面全体を通して、同じ参照番号は、必ずしも同一ではないが、類似の構成要素を指示する。

本明細書に記載される技法およびシステムは、表面仕上げが改善され、正確な表面形状寸法を有する所望の物体の立体自由造形を提供することを模索する。これらの技法およびシステムは、少なくとも２つの混和しない流体の組み合わせを用いることにより、より望ましい表面仕上げ、およびより正確な寸法を有する物体を生成できるとの認識に基づく。

本明細書を通して、かつ添付の特許請求項において用いられるような用語「混和しない」あるいは「混和しない流体」は、通常では混合しない２つ以上の異なる流体のことを指す。しかしながら、混和しない流体は、ある特定の条件下で、あるいは界面活性剤、乳化剤あるいは他の物質を用いることにより、混合する場合もあることは理解されよう。本明細書において用いられるような「混和しない」は、参照される物質がある特定の条件下で、あるいは他の物質を用いることにより混合することができる場合であっても、通常では混合しないような物質を指す。結果として、用語「混和しない流体」の使用は、互いにはじき合い、２つの流体塊の間の接触する面積を最小限に抑える傾向がある２つの流体のうちの一方を指示することを意図している。これらの用語は、いかなる特定の流体も指していない。

さらに、用語「結合剤」は構成材料を結合するために用いられる任意の物質（たとえば、透明あるいは有色の接着剤）を含むが、任意の１つの化学組成物には特定されない。用語「インク」は全般に、立体自由造形によって生成されている物体に色を付けるために用いられる任意のインク、トナー、着色剤あるいは有色流体を指すために用いられる。

本明細書に記載される原理によれば、２つの混和しない流体のうちの一方は、立体自由造形によって物体を形成するための結合剤、インク、あるいは結合剤とインクとの組み合わせである。２つの混和しない流体のうちの他方は「剥離流体」と呼ばれ、結合剤、インクあるいは結合剤とインクの組み合わせに対して混和しない。

２つ以上の混和しない流体のうちの第１の流体は、物体を製造するために用いられる構成材料の層を結合し、形成し、かつ／または着色するために用いることができる。２つの混和しない流体のうちの第２の流体は、物体の表面を覆い、分離し、かつ／または画定するために用いることができる。２つ以上の混和しない流体が相互作用することにより、物体の周囲に剥離外層が生成され、滑らかで、寸法が正確な表面仕上げを提供するのを促進する。本明細書において用いられるような「剥離外層」は、立体自由造形によって形成される物体の表面あるいは境界における外周あるいは縁を意味する。剥離外層は連続しているか、不連続の場合があるが、連続した外層が好ましい。

ここで図面を参照すると、図１は、本発明の態様を実施するために用いることができる１つの立体自由造形システムを示す。図１の立体自由造形システム１００は、バルク粉末状物質のような構成材料を用いて、所望の物体の個々の層を形成する。多量の粉末が供給チャンバから供給されて、各層が構成される。好ましくは移動ステージ１０３内に組み込まれるローラが製造チャンバ１０２の上側に粉末を散布し、所望の厚みまで圧縮する。

流体吐出装置（たとえば、ドロップ・オン・デマンドプリントヘッドのようなインクジェットプリントヘッド）が立体自由造形システム１００の移動ステージ１０３上に配置されることができる。立体自由造形システム１００は、吐出されることになる混和しない流体のうちの１つをそれぞれ個別に含む多数の流体吐出装置を含むことができる。別法では、いくつかの実施形態によれば、流体吐出装置は移動ステージ１０３から離隔して、すなわち構成材料層を散布するステージから離れた第２の移動ステージ上に存在することができる。

上記のように、２つ以上の混和しない流体のうちの１つは、インクによって着色されることができる結合剤であることが好ましい。多数の色の結合剤あるいはインク、および／または結合剤と混和しない１つあるいは複数の流体を収容する、流体吐出装置の多数の区画が存在する場合がある。結合剤には水溶液あるいは水性の溶液を用いることができるが、これに限定されない。いくつかの実施形態によれば、結合剤は約２０〜１００％が水であり、好ましくは約６０〜９５％が水である。先に説明されたように、結合剤を用いて、その結合剤が選択的に付着した構成材料が固化される。

２つ以上の混和しない流体のうちの他方の流体は、結合剤と混和しない剥離流体あるいは拡散制御物質である。剥離流体には、結合剤と混和しない油あるいは他の流体を用いることができる。たとえば、結合剤が水性である場合には、剥離流体は、限定はしないが、シリコーン油、無極性炭化水素（室温で不揮発性であるものが好ましい）、塩化溶剤および液体フッ化炭化水素を含むことができる。シリコーン油は、人体に対して良性であるために特に有用であるが、任意の２つの混和しない流体を用いることができる。しかしながら、結合剤が非水性物質である場合には、剥離流体には、（ａ）粉末と反応（すなわち、粉末粒子と互いに結合）せず、かつ（ｂ）結合剤と混和しない、他の流体を用いることができる。したがって、剥離流体の選択は、用いられる構成材料および結合剤の特性による。

必須ではないが、剥離流体は結合剤よりもかなり高い粘度を有することが望ましい。高い粘度の剥離流体を選択することにより、剥離流体が構成材料の中に拡散する傾向が低減される。また、必須ではないが、剥離流体よりも粘度が低い結合剤を選択することも望ましい。低い粘度の結合剤は、迅速な浸潤および粉末状の構成材料との相互作用を容易にする。したがって、１つの特定の実施形態は、水溶性の結合剤と、それより粘度が高いシリコーン油とを含む。

さらに、結合剤および剥離流体のために用いられる材料を逆にすることができることは理解されよう。すなわち、実施形態によっては、剥離流体を水溶性あるいは水性にし（先に記載されたのと同じパーセンテージ、あるいは他のパーセンテージによる）、結合剤が、剥離流体について先に記載された油あるいは他の材料を含むことができる。しかしながら、２つ以上の混和しない流体は、先に記載された材料セットには限定されない。結合剤が実際に条件どおりに構成材料を結合しさえすれば、任意の２つの混和しない流体を用いることができるものと考えられる。２つ以上の混和しない流体を、結合可能なバルク粉末のような構成材料と組み合わせて、立体自由造形システムにおいて用いるための材料セットを形成することができる。

立体自由造形システム１００の流体吐出装置は、形成されることになる物体を画定する電子データにしたがって、２つ以上の混和しない流体を所定のパターンで構成材料に付着させる。剥離流体は、物体境界の場所において、２次元のパターンで構成材料の層内に付着あるいは堆積させることができる。したがって、剥離流体は水平な上側および下側物体表面において濃密なパターンで付着することができ、垂直あるいは角度のある表面を含む物体の内側断面の周辺部に付着することができる。剥離流体は、形成されている物体の意図された表面の各断面層に堆積され得る。

また流体吐出装置は、２次元のパターンで、製造チャンバ１０２の構成材料層内に結合剤を付着あるいは堆積させる。結合剤を十分に含浸させたこの２次元のパターンは、形成されている物体の１つの断面である。先に述べられたように、結合剤はインクで着色され、形成されている物体の個々の断面のための所望の色あるいは色パターンを与えることができる。剥離流体は、結合剤が付着する前に付着させることができる。しかしながら、剥離流体、結合剤および粉末の新たな層は任意の順序で付着させることができるか、剥離流体、結合剤および／または粉末を数回に分けて付着させることができる。

粉末状の構成材料は、結合剤が堆積されたエリアにおいて結合されるようになり、それにより、形成されている物体の１つの層が形成される。この工程は製造チャンバ１０２において先行する層の上に付着（塗布）する粉末の新たな層で繰り返される。その際、所望の物体の次の断面が結合剤および剥離流体を十分に含浸する。剥離流体は物体境界あるいは物体境界の一部のみに付着する。構成材料層そのものを結合することに加えて、結合剤は、形成されている物体の隣接する層あるいは連続する層を結合するための役割も果たす。

この工程は、製造チャンバ１０２において物体全体が粉末ベッド内（或いは粉末状構成材料の塗布を行う台上）に形成されるまで継続される。結合剤および剥離流体部分によって結合されない余分な構成材料は、ブラシで払い落とされるか、あるいは洗い流されることができ、仕上げられた物体が残される。ユーザインターフェースあるいはコントロールパネル１０４が設けられ、ユーザが製造工程を制御できるようにする。

上記のように、立体自由造形システム１００の移動ステージ１０３は、着色された結合剤および剥離流体を構成材料の層内に選択的に吐出するために、ドロップ・オン・デマンドあるいは連続インクジェット装置のようなインクジェット技術を含むことができる。インクジェット技術を用いるとき、移動ステージ１０３は、選択されたパターンでインクおよび／または結合剤を吐出して、製造中の物体を形成するために、先に説明されたような１つあるいは複数の流体吐出装置を含むことができる。

しかしながら、構成材料に結合剤およびインクのみを付着させる代わりに、形成中の物体の表面を画定するために、構成材料の各層に剥離流体も付着させることができる。図２Ａはさらに、この技法による立体自由造形方法を示す。図２Ａに示されるように、立体自由造形によって物体２０１を形成する工程は通常、構成材料（たとえば、粉末あるいはスラリー）２００の層で開始する。結合剤流体の拡散を抑制し、物体２０１の周囲にきれいな剥離外層を生成して、物体の表面を滑らかにし、表面をきめ細かく、正確な形状にする。このため、剥離流体を物体境界に付着させる。

ある構造を物体形状に近づけるとき、最初に剥離流体を物体形状の下にある領域に付着させる。この領域は、その目的が粘度の低い結合流体の拡散を十分に制御できるようにすることであるので、物体形状の厳密な境界を越えて延在することができる。本発明の種々の実施形態によれば、物体の最初の層２０４の前に、１つあるいは複数の構成材料層に剥離流体を付着させることができる。剥離流体を含む１つあるいは複数の構成層が、剥離層２０２を画定する。好ましい実施形態では、剥離流体は、物体形状を構成する最初の層の前に構成材料の概ね２つの層に付着する。剥離流体を含む構成材料の層は、それを超えて結合剤流体が拡散せず、かつ、形成中の物体２０１の底面２０６を画定するような明確な境界を与える。剥離流体／剥離層が結合剤流体と混和しないので、結合剤流体は剥離層２０２を越えて拡散しないであろう。

図２Ｂに示される本発明の一実施形態によれば、構成材料の層が剥離層２０２上全体に散布される。剥離層２０２上全体に散布される構成材料のこの層は、結合剤を付着させると、物体（２０１、図２Ａ）の第１の層２０４になる。剥離層２０２と第１の層２０４との間の界面は、物体の水平な底面あるいは境界２０６を画定する。

図２Ｃに示される本発明の別の実施形態によれば、ある量の結合剤２２５を、物体２０１の第１の層２０４を含んで形成されることになる物体形状の領域内にある剥離層２０２の上側に直に付着させることができる。その後、構成材料の層が散布され、さらに別の結合剤を、図示される第１の層２０４を生成するために、形成されている物体の形状内に付着させることができる。剥離層２０２と第１の層２０４との間の界面は、物体の水平な底面あるいは境界２０６を画定する。

さらに、再び図２Ａを参照すると、ある量の剥離流体を、第１の層２０４の部分（２０８および２１０）、および形成されている物体のその層内にある境界に隣接する後続の物体層の部分に選択的に付着させる。第１の層２０４の剥離部分２０８および２１０、および後続の層の剥離部分は、そこを越えて結合流体が拡散しない垂直な境界を提供する。

その後、形成されている物体２０１を表す電子データにしたがって、ある量の結合剤流体を、第１の層２０４の剥離部分２０８および２１０の間に付着させる。結合剤は、所望の物体になる粉末を固化する。剥離部分２０８および２１０と第１の層２０４の境界部分との間の界面は、物体２０１の垂直な表面あるいは境界２１２および２１４を画定する。底面２０６および垂直な表面２１２および２１４は、さらに以下に記載されるように、剥離流体が結合剤流体と混和しないので、非常に滑らかであり、明確である。仕上げられた物体は肉眼で（マクロなスケールで）見た場合には水平および垂直な表面のみを有するようには見えない場合もあるが、物体２０１は、微小な尺度（ミクロなスケール）において、各層が剥離部分２０２／２０８／２１０等によって画定される水平および垂直な表面２０６／２１２／２１４等を含むように層状に形成される。

この層形成工程は、物体２０１を生成するために必要とされる回数だけ何度も繰り返され、各層が、結合剤の拡散を制限し、滑らかな物体表面を画定する剥離部分を含むようにすることが好ましい。図２Ａの例では、物体のさらに別の第２の層、第３の層および第４の層２１６／２１８／２２０のみが示されており、それぞれ物体境界あるいは外側表面２１２および２１４において剥離流体を含む層部分それぞれ２２２／２２４／２２６を有する。

図２Ｄは、剥離流体を用いて適当に画定された垂直な物体境界を製造するこの方法をさらに示す。図２Ｄによれば、結合剤を付着させる前に、剥離流体が剥離部分２１０に加えられる。しかしながら、いくつかの実施形態によれば、結合剤を最初に付着させる。

境界物体領域が次の層において、その領域の上に直に、さらに別の物体形状を持たないときに、これが少なくとも部分的には、図２Ｅに示されるように最後の、あるいは最も上の物体層２２０であると見なされる。ある領域が、考慮の対象となる領域内の最も上の層と見なされる場合に、必ずしも、この層あるいは後続の層内の他の場所に残りの物体形状が形成されないとは限らない。最も上の層の領域では、物体２０１の最も上の層２２０に結合剤を付着させた後に、本発明の数多くの実現可能な実施形態による種々のステップが実行される場合もある。

図２Ｅの実施形態によれば、最後の、あるいは最も上の物体層２２０に結合剤を付着させた直後に、剥離流体２２５を付着させることができる。構成材料のさらに別の層２３０が、剥離流体２２５を吸収した最後の物体層２２０上に塗布される場合もある。

図２Ｆに示されるような他の実施形態は、最も上の層の領域上に剥離流体を付着させる前に、最後の、あるいは最も上の層２２０上に構成材料のさらに別の層２３０を塗布することもできる。当然、最も上の層の領域は、物体および現在の構造の両方の最後の層でもある場合には、剥離流体および構成材料の付着がそれ以上は実行されない場合もある。

当然、物体の全ての層が完成したとき、その物体は、その物体の表面に隣接して付着した剥離流体から形成される剥離外層で少なくとも部分的に覆われることになることは理解されよう。さらに、いくつかの実施形態では、物体のある特定の領域あるいは層は、剥離流体部分を全く含まない場合もある。

図３は、形成されている物体の内側断面層（たとえば、図２に示される層２１６／２１８／２２０）の平面図である。簡単にするために、形成されている物体３０２は単に長方形のブロックとしている。

構成材料粉末および剥離流体から形成される剥離外層３００が、物体３０２の周辺に配置される。剥離外層３００は図面では連続した周辺部として示されるが、いくつかの実施形態によれば、剥離外層３００内には不連続な部分が存在する場合もある。物体層を固化するために、結合剤流体が構成材料内、すなわち剥離外層３００の内側に吐出される。さらに、結合剤流体および剥離流体は混和しないので、結合剤流体は、剥離外層３００と物体の３０２の周辺部との間の界面３０４を越えて拡散しない。結合剤流体と剥離流体とが混和しない結果として、物体境界が良好に画定され、表面が滑らかになる。

図２Ａを参照して先に説明されたように、剥離層部分２２２等と物体層２０４等との間の界面は物体表面２０６／２１２／２１４を画定する。以前の立体自由造形方法によれば、通常、結合剤が構成材料の中に自由に拡散できるようになり、結果として表面が粗く、寸法が不正確になるのに対して、２つ以上の混和しない流体を用いることにより、物体の周囲にきれいな剥離外層が生成される。滑らかな表面２０６／２１２／２１４を挟んで、混和しない物体層２０４等と剥離層あるいは部分２０２／２０８等は互いに「はじき合い」、それゆえその接触面積を最小限に抑える。

混和しない物質が、良好に画定された界面において混合することがなく、代わりに互いに「はじき合う」という利点を本開示が有することは当業者にはよく知られている。構成材料内に、所定のパターンで付着する２つ以上の混和しない流体が存在する結果として、結合剤を十分に含浸した構成材料と剥離流体を十分に含浸した構成材料との間の界面において、界面エネルギーあるいは張力が増加するようになる。混和しない物質を分離する界面の面積が大きくなると、界面エネルギーが高くなる。平衡状態に達するために全てのシステムはそのエネルギーを最小限に抑える（熱力学の原理の１つ）ので、２つ以上の混和しない物質は互いの接触面積を最小限に抑える。それゆえ、剥離流体を含む層部分が、結合剤流体を含む層部分との接触面積を最小限に抑えるので、製造される物体の表面積も低減される。物体の表面積を低減する結果として、その表面が滑らかになる。

さらに、構成材料内に吐出される剥離流体および結合剤流体が混和しないので、物体の境界において構成材料に剥離流体を付着させることにより、結合剤流体の拡散が停止することになる場所が極めて正確に画定される。正確な境界制御は、表面を滑らかにするのを容易にするだけでなく、表面形状の寸法精度も改善する。さらに、物体境界が剥離流体によって画定されるので、いくつの装置が結合剤流体を付着させるために用いられるかにかかわらず、流体吐出装置の位置合わせ不良に起因する寸法精度の損失が少なくなる。

さらに、物体境界において用いられる結合剤の量を最小限に抑えて、余分に拡散させないようにして層を固化するという通常の利用法の代わりに、剥離流体を付着させることにより物体境界内の結合剤含浸レベルをより高く（好ましくは最適に）することができる場合もある。物体境界における結合剤含浸レベルを最適にする結果として、物体境界において結合剤レベルを最小限に抑える従来の工程に比べて、物体の強度が高くなる。

上記の方法にしたがって物体が完成されたとき、図４の例に示されるように、物体４０２を少なくとも部分的に包む外側剥離層４００が存在する。外側剥離層４００は生成される物体４０２の一部ではなく、代わりに、物体４０２の外側表面４０４を画定する物体境界層になる。それゆえ、外側剥離層４００はベースあるいは仕上げられた物体４０２が見えるようにするために除去される。

いくつかの実施形態によれば、剥離層４００は単にブラシで払い落とされることができる。しかしながら、剥離層４００が油を用いる流体あるいは他の物質で生成されるときには、剥離層４００および残された任意の油または他の剥離流体を除去するために、物体４０２は洗浄剤、溶剤あるいは他の物質で洗浄される場合もある。

別の実現可能な実施形態では、剥離層は、粉末状の構成材料によって吸収された後に固化する噴射された液体である材料によって形成されることができる。噴射された液体には、物体の周囲温度より高い凝固点を有する蝋を用いることができるであろう。蝋は結合剤流体に対して非湿潤性であり、かつ不混和性（不溶性）であろう。

上記の実施形態は本発明の原理およびその実際の応用形態を最もわかりやすく例示するために選択され、説明されてきた。上記の説明は、当業者が、考慮される個々の用途に相応しいように、種々の実施形態および種々の変更形態において本発明を最も効果的に利用できるようにすることを意図している。本発明の範囲は添付の特許請求項によって規定されることを意図している。

本発明は、以下の実施態様を含んでいる。

＜１＞ 立体自由造形によって物体（２０１）を形成する方法であって、物体の構成材料に２つの混和しない流体を付着させる工程を含むことを特徴とする方法。

＜２＞ 前記２つの混和しない流体のうちの第１の流体は前記構成材料を選択的に固化するために用いられる結合剤（２２５）を含むことを特徴とする、上記＜１＞に記載の方法。

＜３＞ 前記２つの混和しない流体のうちの第２の流体は物体境界において付着する剥離流体を含むことを特徴とする、上記＜２＞に記載の方法。

＜４＞ 前記立体自由造形は流体吐出する工程を含み、前記方法はさらに、所定のパターンで前記構成材料上に前記２つの混和しない流体の液滴を吐出する工程を含むことを特徴とする、上記＜１＞に記載の方法。

＜５＞ 立体自由造形用の材料セットであって、バルク粉末物質と、結合剤流体と、該結合剤流体と混和しない拡散制御物質とを含むことを特徴とする、立体自由造形材料セット。

＜６＞ 立体自由造形において結合剤の拡散を制御あるいは制限する方法であって、物体表面に剥離流体を付着させる工程を含み、前記剥離流体は物体（２０１）の構成材料、物体構成材料の結合剤、あるいはその両方と混和しないことを特徴とする方法。

＜７＞ 電子データから所望の物体（２０１）を形成するための立体自由造形システム（１００）であって、粉末状の構成材料のベッドを保持するための製造チャンバ（１０２）と、該製造チャンバ（１０２）において粉末の連続した層を散布するための移動ステージ（１０３）と、粉末からなる各層にある量の結合剤を選択的に吐出し、かつ物体境界において粉末の層にある量の剥離流体を吐出するための流体吐出装置とを含み、前記剥離流体は前記結合剤と混和しないことを特徴とする、立体自由造形システム。

＜８＞ 立体自由造形によって物体（２０１）を製造する方法であって、構成材料の層を堆積する工程、前記構成材料の層上に第１の流体を堆積する工程、前記構成材料の層上に第２の流体を堆積する工程、とを含み、前記第１の流体は前記第２の流体と混和しないことを特徴とする方法。

＜９＞ インクジェット工程を用いて、製造されている物体（２０１）の連続した断面を形成する立体自由造形システム（１００）によって製造される物体（２０１）の表面の粗さを低減する方法であって、物体境界において拡散抑制流体を付着させる工程を含むことを特徴とする方法。

＜１０＞ 立体自由造形によって形成される物体（２０１）上の所望の表面仕上げを生成する方法であって、前記物体（２０１）の周囲に剥離外層（３００）を形成するために２つの混和しない流体を用いる工程を含むことを特徴とする方法。

本発明は、３次元の物体、たとえば、プロタイプ部品、モデルおよび加工工具を製造するために利用できる。

本発明の一実施形態を実施することができる、流体吐出工程を用いて所望の生成物を製造する立体自由造形システムを示す図である。 本発明の一実施形態による、２つの混和しない流体を用いて製造される物体の側断面図である。 本発明の一実施形態による、２つの混和しない流体を用いる１つの製造手順の側面図である。 本発明の一実施形態による、２つの混和しない流体を用いる別の製造手順の側面図である。 本発明の一実施形態による、２つの混和しない流体を用いる別の製造手順の側面図である。 本発明の一実施形態による、２つの混和しない流体を用いる別の製造手順の側面図である。 本発明の一実施形態による、２つの混和しない流体を用いる別の製造手順の側面図である。 本発明の一実施形態による、２つの混和しない流体を用いて製造されている物体の水平断面図である。 本発明の一実施形態による、完成した物体の側面図である。

符号の説明

１００ 立体自由造形システム
１０２ 製造チャンバ
１０３ 移動ステージ
１０４ ユーザインターフェースあるいはコントロールパネル
２００ 構成材料
２０１ 物体
２０２ 剥離層
２０４ 第１の層
２０６ 底面
２０８ 剥離部分
２１０ 剥離部分
２１２ 垂直な境界
２１４ 垂直な境界
２１６ 第２の層
２１８ 第３の層
２２０ 第４の層
２２２ 剥離流体を含む層部分
２２４ 剥離流体を含む層部分
２２６ 剥離流体を含む層部分
３００ 剥離外層
３０２ 物体
３０４ 界面
４００ 外側剥離層
４０２ 物体
４０４ 外側表面

Claims (10)

1. 立体自由造形によって物体を形成する方法であって、
   前記物体の粉末状構成材料の層に、前記粉末状構成材料を固化する結合剤を含有する第１の流体を付着させ、前記物体の断面層を形成する第一工程と、
   前記物体の粉末状構成材料の前記層において、前記断面層の外周に、前記物体の外側表面を画定する剥離部分を形成する剥離流体を含有する第２の流体を付着させる第二工程と、
   第一工程と第二工程を少なくとも一回行って前記物体の全断面層を形成した後、前記剥離部分を前記物体から除去する第三工程と、を含み、
   前記剥離流体が前記結合剤と混和しないことを特徴とする方法。
2. 立体自由造形によって物体を形成する方法であって、
   前記物体の粉末状構成材料の層において、前記物体の外側表面を画定する剥離部分を形成する剥離流体を、所定のパターンで付着させる第一工程と、
   前記物体の粉末状構成材料の前記層において、前記物体の断面層を形成するため、前記剥離部分に隣接した部分に前記構成材料を固化する結合剤を付着させる第二工程と、
   第一工程と第二工程を少なくとも一回行って前記物体の全断面層を形成した後、前記剥離部分を除去する第三工程と、を含み、
   前記剥離流体が前記結合剤と混和しないことを特徴とする方法。
3. 前記剥離流体は物体の粉末状構成材料と反応しないことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. さらに、１つあるいは複数の粉末状構成材料の層に、前記結合剤を付着させず前記剥離流体のみを付着させることにより剥離層を形成した後に、前記剥離層の上に前記断面層が形成され、
   剥離層と前記断面層との間の界面は、前記物体の底面を画定することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
5. 物体の断面層を形成するため、バルク粉末物質の層に、前記物体の外側表面を画定する剥離部分を形成する剥離流体と、前記バルク粉末物質を固化する結合剤とを互いに隣接するようそれぞれ付着する工程と、前記付着する工程を少なくとも一回行って前記物体の全断面層を形成した後前記剥離部分を前記物体から除去する工程と、を含む立体自由造形に用いる材料セットであって、
   前記バルク粉末物質と、
   前記結合剤の流体と、
   前記剥離流体を構成する拡散抑制剤であって、前記結合剤の流体と混和しないことにより前記結合剤の流体の拡散を抑制する拡散抑制剤とを含むことを特徴とする、立体自由造形材料セット。
6. 前記結合剤が水性であり、前記拡散抑制剤が油であることを特徴とする請求項５に記載の立体自由造形材料セット。
7. 前記剥離流体は前記結合剤よりも高い粘度を有することを特徴とする請求項５又は６に記載の立体自由造形材料セット。
8. 前記結合剤は接着剤であることを特徴とする請求項５に記載の立体自由造形材料セット。
9. 前記剥離流体は蝋であることを特徴とする請求項５に記載の立体自由造形材料セット。
10. 電子データから所望の物体を形成するための立体自由造形システムであって、
    粉末の構成材料のベッドを保持するための製造チャンバと、
    前記製造チャンバにおいて、各層が前記物体の断面層となる粉末の連続した層を散布するための移動ステージと、
    粉末の各層に粉末を固化するある量の結合剤を選択的に吐出し、かつ粉末の各層に前記物体の外側表面を画定する剥離部分を形成するある量の剥離流体を吐出し、前記粉末からなる各層において前記結合剤と前記剥離流体を隣接して配置するための流体吐出装置とを含み、
    全層の形成後に前記剥離部分は前記物体から剥離され、
    前記剥離流体が前記結合剤と混和しないことを特徴とする、立体自由造形システム。

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