非反応性粉末を利用した立体自由形状成形の方法とシステム
【課題】本発明は、三次元物体を精度良く、短い時間で形成できるシステムと方法を提供しようとするものである。
【解決手段】三次元の立体自由形状成形物体を作り出す方法は、基板上に非反応性粉末を分散し、その非反応性粉末の上に反応性粉末を選択的に分配して、反応性樹脂と非反応性粉末の混合物を作り、その選択的な反応性樹脂の分配で三次元物体が形成され、反応性樹脂が硬化して非反応性粉末をカプセル封止する。
【解決手段】三次元の立体自由形状成形物体を作り出す方法は、基板上に非反応性粉末を分散し、その非反応性粉末の上に反応性粉末を選択的に分配して、反応性樹脂と非反応性粉末の混合物を作り、その選択的な反応性樹脂の分配で三次元物体が形成され、反応性樹脂が硬化して非反応性粉末をカプセル封止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元の立体自由形状成形物体を作り出す方法とシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
立体自由形状成形（Ｓｏｌｉｄ ｆｒｅｅｆｏｒｍ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ−ＳＦＦ）は、それによって、三次元物体、例えば、試作部品類、模型類、工具類、生産部品類、成形物類、及びその他の物品類を製造するプロセスである。設計工程を自動化するためにコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）が通常利用される。適当なコンピュータを使用して、オペレータは、三次元の物品を設計し、次いで、所望の材料を選択的に放射する位置決め可能な放出ヘッドの使用によってその物体を作り出すことができる。上記の原理に従ってＳＦＦ物体を製造するために多くの方法が開発されてきたが、ＳＦＦ物体製造には２つの方法、即ち、立体的物体を作り出す粉末／バインダの相互作用、及び立体的物体を作り出す噴射硬化性の光重合体の利用がこれまで好まれてきた。
【０００３】
粉末／バインダ相互作用を使った成形方法は、粉末成分の上へバインダを選択的に堆積させるステップを包含する。堆積すると、粉末成分がバインダと反応して立体的物体を作り出す。多くの場合、粉末／バインダの相互作用は、粉末の重合体成分がバインダに存在している溶媒中で膨らむことに要約される。慣習的な粉末とバインダの相互作用方法を取り入れるためには、バインダと粉末は両方とも、結合時に化学反応するよう微細に調整されなければならない。このことが、使用し得る粉末とバインダの種類を制限することになる。加えて、この方法は、最終的に多孔質構造になりがちである。さらに、この方法では粉末／バインダの相互作用中の粉末成分の膨潤に起因して寸法精度が低下することがある。
【０００４】
噴射光重合体の方法は、ディスペンサーから構築と支持材料の両方を基板上へ選択的に堆積させ、２つの材料が後で凝固させるステップを包含する。この方法では寸法精度は改善されるが、噴射光重合体の方法は、材料を一括処理で使う方法より時間がかかる。加えて、噴射光重合体のコストは、分配される材料の材料ディスペンサーと材料容器の両方が必要となるため高くなる。これらの噴射光重合体の技術では、構築材料と支持材料は両方とも材料ディスペンサーを通して噴射されねばならない。
【０００５】
添付図は、本願のシステムと方法の様々な実施態様を示すものであって本明細書の一部分である。図示された実施態様は、単に本願のシステムと方法の実施例であって発明の範囲を限定するものではない。
【０００６】
添付図面を通して、同一の参照番号は、必ずしも同一でないが、同様の要素を示す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、三次元物体を精度良く、短い時間で形成できるシステムと方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
三次元の立体自由形状成形物体を作り出す方法は、基板上に非反応性粉末を分散し、その非反応性粉末の上に反応性粉末を選択的に分配して、反応性樹脂と非反応性粉末の混合物を作り、その選択的な反応性樹脂の分配で三次元物体が形成され、反応性樹脂が硬化して非反応性粉末をカプセル封止する(encapsulate)。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本明細書で、粉末をベースとした立体自由形状成形用の反応性材料を吹き付ける方法と装置を記述する。より詳細には、一液型又は二液型バインダ又は樹脂が、様々な非反応性粉末の上に噴射され、硬化して三次元物体を作り出していく。
【００１０】
本明細書並びに特許請求の範囲において用いられるとき、用語「バインダ」は、個別粒子を一緒に結合するか又は表面への付着を容易にするのに使用される任意の材料を意味するものとする。加えて、「基板」は、任意の構築プラットフォーム(build platform)、除去可能材料、又は先に堆積された反応性又は粉末材料を意味するものとする。「構築プラットフォーム」は、典型的には、ＳＦＦ装置による堆積材料を支持するのに使用される硬質基板である。同様に、用語「硬化」は、材料を凝固して立体的な三次元物体を形成するプロセスを指すものとする。
【００１１】
以下の記述においては、説明の目的で、個別の詳細を多数説明して、粉末をベースとした立体自由形式成形用の反応性材料を噴射する本願のシステムと方法を完全に理解できるようにする。しかし、これらの個別の詳細がなくても本方法を実施できることは当業者に明らかになろう。本明細書において、「一実施態様」又は「ある実施態様」についての引用は、その実施態様に関連して記述された特長、構造、又は特性が少なくとも１つの実施態様に包含されるということを意味する。本明細書の色々な場所で出てくる語句「一実施態様における」は、必ずしも同一の実施態様を全て参照するものではない。
【００１２】
代表的な構造
図１は、粉末をベースとしたＳＦＦ用の反応性材料を噴射するという本方法を使った立体自由形状成形システム（１００）を図示するものである。図１に示すように、立体自由形状成形システムは、成形ビン（１１０）、可動台（１２０）、多数の制御つまみとディスプレイを含む表示パネル（１３０）を具備している。
【００１３】
図１に示した成形ビン（１１０）は、基板上に所望の三次元物体の構築ができ且つ構築を促進するように構成されている。所望の三次元物体の構築は、粉末を分散することと一又は二液型バインダを選択的に分配することを必要とするかもしれない。図１に示した立体自由形状成形システム（１００）は、単一の自立−自蔵型の自由形状成形システムとして示されているが、本願の粉末ベースＳＦＦシステム及び方法は、これらの自由形状成形システムの構造又は配置構成に関係なく、粉末をベースとした方法を利用する自由形状成形システムのどれにも取り入れることができる。
【００１４】
図１に示した立体自由形状成形システム（１００）の可動台（１２０）は、液体バインダ材料を分配できる任意数のインクジェット材料ディスペンサーを備えた可動式材料ディスペンサーである。可動台（１２０）は、演算デバイス（１４０）によって制御することができ、例えば、シャフト系、ベルト系、チェーン系、等によって移動を制御することができる。可動台（１２０）が動作すると、表示パネル（１３０）は、動作条件についてユーザに報告すると同時に、ユーザとやり取りをすることができる。所望の三次元物体が形成されると、演算デバイスが、可動台（１２０）の位置決めを制御し、成形ビン（１１０）内の予定位置で１つ以上のディスペンサーに指示を出して液体バインダ材料を制御して分配して、所望の三次元物体を形成することができる。立体自由形状成形システム（１００）によって使用されるインクジェット材料ディスペンサーは、限定するものではないが、熱駆動インクジェットディスペンサー、機械駆動インクジェットディスペンサー、静電駆動インクジェットディスペンサー、磁気駆動ディスペンサー、圧電駆動ディスペンサー、連続インクジェットディスペンサー、等を含んだものでよく、この方法を実行できるよう構成された任意の方式のインクジェットディスペンサーでよい。加えて、粘性化学組成の分配を助けるため、インクジェットプリントヘッドディスペンサーを加熱してもよい。例えば、インクジェットプリントヘッドディスペンサーを、約２００℃まで、好ましくは、７０〜１２０℃の範囲で、加熱してもよい。図１のＳＦＦ装置の説明的な断面図を図２に示す。
【００１５】
図２に示すように、演算デバイス（１４０）をサーボ機構（２００）に連結して制御してもよい。演算デバイス（１４０）は、サーボ機構（２００）に命令を伝達して可動台（１２０）を選択的に位置決めさせることができる。１つ以上のインクジェットディスペンサー（２１０）を、可動台（１２０）と多数の材料容器（図示されない）に連結することができる。サーボ機構（２００）によって位置決めされると、インクジェットディスペンサー（２１０）は、材料容器から供給された反応性バインダ（２２０）を放出することができる。材料容器（図示されない）に貯蔵され、分配するためインクジェットディスペンサー（２１０）へ供給される反応性バインダ（２２０）は、約２００℃以下の動作温度で「噴射可能な」粘性（＜７０ｃｐｓ）を有するものが選択される。他の好適な実施態様では、反応性バインダの粘性は、約１００℃以下の動作温度で２０ｃｐｓ以下のものが選択される。さらに、反応性バインダ（２２０）はまた、励起又は混合時にかなり速い反応速度（秒／分以内でゲル化）を有するものが選択される。これらの要件を満足する化学物質は、限定するものではないが、エポキシ類、ウレタン類、アクリレート類、シリコーン類、多価電解質類、及びそれらの誘導体を含んでいる。
【００１６】
図２は、また、反応性バインダ（２２０）を受入れ、所望の三次元物体の形成を支援することができる本システムの構成も示す。図２に示すように、立体自由形状成形システム（１００）の成形ビン（１１０）は、非反応性粉末（２４０）が置かれる基板（２６０）を備えることができる。非反応性粉末（２４０）は、粉末容器（非図示）からまとめた量を基板（２６０）の上に分配し、機械的ローラー（２３０）を使用して所望の厚さに平坦化することができる。機械的ローラー（２３０）は、サーボ機構（２００）によって制御され、基板（２６０）上に非反応性粉末（２４０）を制御して堆積させ、平坦化することができる。基板上に分配された非反応性粉末（２４０）は、限定的ではないが、シリカ粒子、ガラス球、金属粉末、高分子粉末、セラミック粉末、磁性粉末などで、反応性バインダ（２２０）によって結合時に充填剤材料として作用することができる任意の非反応性粉末でよい。さらに、非反応性粉末（２４０）は、反応性バインダ（２２０）が非反応性粉末粒子（２４０）の表面を濡らし、非反応性粉末の膨潤又は分解を起こさせずに非反応性粉末粒子を反応性バインダに連結又は結合することができる任意の粉末又は粒子であってもよい。反応性粉末粒子の表面上で化学反応が生じると、反応性粉末を反応性バインダにさらに連結及び／又は結合させることができる。さらに、分配時に反応性バインダに十分連結及び／又は結合するよう、付着促進剤を使って非反応性粉末粒子を前処理してもよい。
【００１７】
反応性バインダ（２２０）が非反応性粉末（２４０）の層に分配されると、基板（２６０）の上に反応性バインダ（２２０）と非反応性粉末（２４０）の混合物（２５０）が現れ、それが所望の三次元物体を形成する。次に、図２に図示した立体自由形状成形システム（１００）を用いるシステムと方法を、図３〜図４Ｄを参照して以下に詳細に記述する。
【００１８】
例示的な実施例と作動
図３は、１つの例示的実施態様に従って一液型反応性樹脂バインダを使った、図２に示した立体自由形状成形システム（図２の１００）を作動させる、本願の方法を示したフローチャートである。本願のシステムと方法に使用される一液型バインダは、容器に貯蔵され、インクジェットディスペンサーによって放出される任意のバインダでよく、第二の材料を添加する以外の任意の手段で硬化すればよい。説明の簡略化のため、ＵＶ硬化樹脂を一液型バインダとして使った本願のシステムと方法を記述する。この樹脂を一定量の非反応性粉末（２４０）の中へ噴射し、その後にＵＶ放射の印加によって硬化させてよい。図３に示したように、本願の方法は、所定量の非反応性粉末を成形ビンに分散且つ充填することから始まる（ステップ３００）。必要な量の粉末が分散され且つ充填されると（ステップ３００）、ＳＦＦ装置は、新たに分散された非反応性粉末の層の中に樹脂を選択的に堆積させる（３１０）。樹脂の層が非反応性粉末中に噴射され終わると、ＳＦＦ装置は、その樹脂／粉末混合物（図２の２５０）に超音波エネルギーを任意で印加して（ステップ３２０）、粉末の中で噴射樹脂が分散するのを促進することができる。オプションとして超音波エネルギーを印加すると、ＳＦＦ装置は、堆積されている樹脂を紫外線（ＵＶ）放射の印加によって硬化させる（ステップ３３０）。あるいは、樹脂を各層の後で部分的に硬化させ、後続の層への付着を支援させてもよい。この代替実施態様に従い、幾つかのパス／層が完了し終わった後でだけ、硬化作業が完了されることになろう。ＵＶ放射の印加（３３０）後、所望の三次元物体を形成するための材料の分配作業が完了したと、オペレータ又は演算デバイスが判断した場合（ＹＥＳ、ステップ３４０）、樹脂滴がそれ以後発射されることはない。しかし、材料の分配作業が完了していない場合（ＮＯ、ステップ３４０）、オペレータ又は演算デバイスによる判断に応じて、ＳＦＦ装置が、再度、所定量の非反応性粉末を分散且つ充填させることができ（ステップ３００）、そのプロセスが再度実行される。次に、図４Ａ〜図４Ｄを参照して上述の図３の各ステップを詳細に説明することにする。
【００１９】
図３のフローチャートに示したように、本願の方法は、非反応性粉末の層を分散且つ充填することによって開始される（ステップ３００）。図４Ａから図４Ｄは、機械的ローラー（２３０）が基板（２６０）の上で非反応性粉末（４００）の薄層をどのように分散し且つ充填するかを図示している。最初に、予め定められた量の非反応性粉末を、粉末容器（非図示）から基板上に堆積させる。堆積すると、機械的ローラー（２３０）が所定量の非反応性粉末を充填し且つ分散させる。機械的ローラー（２３０）が薄層を分散し且つ充填し終わった後で、基板上に残っている非反応性粉末（４００）の量は、材料の堆積作業が実行されていない場合、機械的ローラー（２３０）と基板（２６０）の間の距離に対応する。同様に、多数の材料堆積作業が実行された場合は、ローラー作業後に基板上に残っている非反応性粉末（４００）の量は、機械的ローラーがその分散及び充填作業を実行する時の機械的ローラー（２３０）と先に硬化された樹脂／粉末混合物（図２の２５０）との間の距離に対応する。機械的ローラーによって堆積される非反応性粉末の量は、サーボ機構（図２の２００）によって調節され、インクジェットディスペンサー（２１０）の樹脂噴射割合に対応するよう最適化される。
【００２０】
機械的ローラーによって非反応性粉末（４００）の層が分散され且つ充填され終わると（図３のステップ３００）、インクジェットディスペンサー（２１０）は、所定量の噴射樹脂を選択的に堆積することができる（ステップ３１０）。図４Ｂに示すように、可動台（１２０）及び従ってインクジェットディスペンサー（２１０）は、演算デバイス（図２の１４０）と非反応性粉末（４００）に隣接したサーボ機構（２００）とによって位置決めを制御することができる。ＣＡＤのプログラムで指令されたような、所望の場所にあるときに、インクジェットディスペンサー（２１０）が始動し、一液型反応性樹脂（４１０）の予定量を分配する。
【００２１】
図４Ｂに示すように、一液型反応性樹脂（４１０）がインクジェットディスペンサー（２１０）によって非反応性粉末（４００）の層の上に分配されると、一液型反応性樹脂が非反応性粉末（４００）の表面に分散してこれを濡らす。この反応性樹脂（４１０）と非反応性粉末（４００）の混合物（４２０）が所望の三次元物体の断面積を形成することになる。一液型反応性樹脂（４１０）と非反応性粉末（４００）の混合物（４２０）によって、粉末と樹脂が相互に完全に反応するシステムで生ずる多数の寸法精度上の問題が避けられる。本願のシステムと方法により、所望の三次元物体の寸法精度が維持される。何故なら、非反応性粉末（４００）は、一液型反応性樹脂（４１０）が存在すると分解、膨潤又は変形しないからである。十分な量の一液型反応性樹脂（４１０）が非反応性粉末（４００）の層の上に堆積されて、非反応性粉末の指定部分を濡らしたとき、可動台（１２０）は「運動」矢印で示したように、非反応性粉末の他の領域上へ一液型反応性樹脂（４１０）を選択的に堆積すべく移動する。
【００２２】
本願のシステムと方法で製作される三次元物体の強度は、一液型反応性樹脂（４１０）と非反応性粉末（４００）との間で生ずる「相互作用」（又は湿潤）の量によって影響されることがある。２つの材料の相互作用（並びに反応性樹脂による非反応性粉末の表面の濡れ）は、これに限るわけではないが、一液型反応性樹脂（４１０）の粘性を含む多数の因子に依存することもある。図３に示したように、一液型反応性樹脂（４１０）と非反応性粉末（４００）の混合物（４２０）に超音波エネルギーを印加するというオプションのステップを実行してもよい（図３のステップ３２０）。超音波変換器（非図示）又はその他の類似素子がＳＦＦ装置（１００）の一部を形成して、超音波エネルギーを与えるようにしてもよい。超音波エネルギーの印加によって、２つの材料の相互作用が促進されることになろう。
【００２３】
同様に、一液型反応性樹脂の粘度は、インクジェットディスペンサー（２１０）の温度を上げることにより低下させることができる。インクジェットディスペンサー（２１０）の温度を制御できると、冷却時に三次元物体のより望ましい機械的諸特性を保証できる、より粘度の高い比較的高分子量の液体の混合を可能にする。しかし、インクジェットディスペンサー（２１０）の温度は、当該樹脂の蒸発温度、分解温度、又は熱活性化温度を越えてはならない。
【００２４】
一液型反応性樹脂（４１０）と非反応性粉末（４００）の混合物（４２０）が十分に「相互作用」し終わると、一液型反応性樹脂は、紫外線（ＵＶ）又はその他の放射エネルギーの印加によって硬化させることができる（図３のステップ３３０）。ＵＶ（又はその他の）放射エネルギー（４４０）が一液型反応性樹脂（４１０）に印加されると、その付加エネルギーが重合を開始させ、一液型反応性樹脂（４１０）の急速硬化をもたらす。一液型反応性樹脂（４１０）が硬化するにつれ、その反応は、一液型反応性樹脂（４１０）の液相においてのみ実行され、非反応性粉末（４００）では実行されない。一液型反応性樹脂（４１０）が硬化するにつれ、硬化した樹脂が非反応性粉末（４００）をカプセル封止(encapsulate)して樹脂／粉末の複合体マトリックス（４５０）を形成する。
【００２５】
ＵＶ放射エネルギー（４４０）は、ＵＶ放射アプリケーター（４３０）によって混合物（４２０）の１つもしくは多数の層へ供給することができる。ＵＶ放射アプリケーターは、紫外線（ＵＶ）又はその他の放射エネルギーを印加して一液型反応性樹脂（４１０）に重合を十分開始させることができるよう構成された任意の装置でよい。図４Ｃに示すように、放射アプリケーター（４３０）は、一液型反応性樹脂（４１０）が堆積された後で、堆積された樹脂の全ての又は選択された部分を投光照射できるよう構成された個別の光照射器又は走査ユニットであってよい。あるいは、放射アプリケーター（４３０）を走査ユニットとして可動台（１２０）に連結してもよい。さらに、熱エネルギー又は、限定するものではないが、触媒を含む硬化処理を増進する任意の添加物の付加によって、一液型反応性樹脂の重合及びその急速硬化をさらに促進してもよい。
【００２６】
一液型反応性樹脂（４１０）と非反応性粉末（４００）の混合物（４２０）の層が十分に「相互作用」し終わると、演算デバイス（図２の１４０）は、立体自由形状成形システム（図２の１００）が所望の三次元物体を形成する材料分配作業（図３のステップ３４０）を終了したかどうかを判定することになる。所望の三次元物体（図４Ｄの４５０）を構築するべく樹脂／粉末の複合体マトリックス（４５０）の必要な層が形成され終わると、演算デバイス（図２の１４０）は、材料分配作業が完了されたかどうかを判定し（ＹＥＳ、ステップ３４０）、立体自由形状成形システム（図２の１００）がその材料分配作業を終了する。しかし、演算デバイスが、樹脂／粉末の複合体マトリックス（４５０）全体が形成されていない（ＮＯ、ステップ３４０）と判定する場合は、立体自由形状成形システム（図２の１００）は、非反応性粉末（ステップ３００）の別の層を分散・充填して当該プロセスを再開する。
【００２７】
あるいは、多数の添加物を一液型反応性樹脂（４１０）又は非反応性粉末（４００）のいずれかに含めてもよい。形成中の三次元物体（図４Ｄの４５０）に色を取り入れるために、一液型反応性樹脂（４１０）を所望の色に染めてもよい。十分な種類の色を生ずることができる立体自由形状成形システム（図２の１００）を実現するには、３又は４個の個別容器をインクジェットディスペンサー（２１０）に連結してもよい。その３又は４個の個別容器が、シアン、イエロー、マゼンタ、そして、多分、透明又はブラックに染められた所定量の一液型反応性樹脂（４１０）を収容してもよい。あるいは、任意数の着色された反応性樹脂（４１０）を含んでいる任意数の個別容器を備えたインクジェットディスペンサー（２１０）を使って本願のシステム及び方法を実行してもよい。
【００２８】
同様に、三次元物体（図４Ｄの４５０）の機械的強度を上げるために、一液型反応性樹脂（４１０）又は非反応性粉末（４００）に結合剤を付加してもよい。三次元物体の機械的強度を上げるために用いることができる結合剤は、限定するものではないが、噴射された多価電解質バインダと相互作用できる粉末表面上の荷電基又はガラス、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、金属酸化物及び／又は多くの金属粉末を高分子バインダへ結合できるシラン結合剤を含んでおり、非反応性粉末（４００）と一液型反応性樹脂（４１０）を相互に化学的に結合するのに使用できる任意の材料でよい。
【００２９】
本願のシステムと方法を使うと、硬化処理中に一液型反応性樹脂（４１０）と非反応性粉末（４００）が相互作用しないので、在来方法より優れた三次元精度が実現される。より詳細には、本願のシステムと方法における反応は、液体バインダで専ら起こるだけなので、所望の三次元物体を形成時に構成物質(constituent)の膨潤、分解、又は再堆積がない。この膨潤及び分解が起こらないということが、結局、機械的諸特性の改善、形成された物体中の多孔度性の低下、及び形成物体の寸法精度の向上になるのである。
【００３０】
代替実施態様
図５は、二液型樹脂材料を取り入れている好例の代替実施態様に従って、本願のＳＦＦの方法とシステムを実行するための方法を図解したものである。図５に示した実施態様は、説明の容易化のため、二液型樹脂材料を取り入れているＳＦＦの方法とシステムで記述されているが、本願のシステムと方法は、二液型樹脂材料に限定されるものではなく、任意数の樹脂材料を使って実施することができる。
【００３１】
図５に示したフローチャートに従い、好適な方法は、所定量の非反応性粉末の分散及び充填によって開始される（ステップ５００）。非反応性粉末が分散され終わると（ステップ５００）、インクジェットディスペンサーが、非反応性粉末の上に二液型噴射樹脂を選択的に堆積する（ステップ５１０）。噴射樹脂と非反応性粉末との相互作用を促進するために超音波エネルギーを印加するというオプションのステップ（ステップ５２０）を、堆積された樹脂の硬化前又は硬化中（ステップ５３０）に実行してもよい。図３において図示した方法と同様、堆積樹脂が硬化すると（ステップ５３０）、演算デバイスは、ＳＦＦ装置が材料分配作業を終了したかどうかを判定することができる。もし終了であれは（ＹＥＳ、ステップ５４０）、ＳＦＦシステムは、二液型噴射樹脂を選択的に分配することを止める。しかし、ＳＦＦシステムがその材料分配作業を終了していないと演算デバイスが判断した場合（ＮＯ、ステップ５４０）、同装置は、所定量の非反応性粉末を、再度、分散し充填する。次に、図６Ａ〜図６Ｄを参照して、図５に示したプロセスをさらに詳しく説明する。
【００３２】
図５に示したように、所望の三次元物体を形成するための代替的な方法は、機械的ローラー（図６Ａの２３０）を使って開始され、基板上に一定量の非反応性粉末を分散し且つ充填する（ステップ５００）。図６Ａに示すように、機械的ローラー（２３０）は、基板（２６０）上又は、既に説明した先に堆積された樹脂／粉末の混合物の上に様々な量の非反応性粉末（６００）を分散し且つ充填することができる。
【００３３】
所定量の非反応性粉末（６００）が基板（２６０）上に分散・充填され終わると、可動台（１２０）がその非反応性粉末の上へ二液型噴射樹脂を選択的に堆積することができる（図５のステップ５１０）。図６Ａに示すように、可動台（１２０）は、二液型噴射樹脂の各部に１個ずつの、複数のインクジェットディスペンサー（６１０、６１５）を具備してもよい。二液型噴射樹脂の各成分（６０５、６２５）は、単一のプリントヘッドの別々の通路を通して送り込んでもよいしか又は個別のプリントヘッドを通して送り込んでもよい。図６Ｂは、さらに詳しく、二液型噴射樹脂の分配を図示するものである。図示したように、複数のインクジェットディスペンサーが、それぞれ、二液型樹脂（６３０）の単一成分（６０５、６２５）を非反応性粉末（６００）の上へ分配することができる。あるいは、単一のインクジェットディスペンサーが、二液型樹脂（６３０）の１つの成分（６０５、６２５）をそれぞれ分配できるよう構成された、複数の分配用オリフィスを具備していてもよい。
【００３４】
図６Ｂは、三次元物体を作り上げるため、二液型樹脂の２つの成分（６０５、６２５）が非反応性粉末（６００）に選択的に、各層へは同時に供給されているところを図示したものである。しかし、二液型樹脂（６３０）の２成分（６０５、６２５）を、限定するものではないが、非反応性粉末（６００）の各層に互い違いに２成分を供給する方法を含んだ、多数の異なった方法で非反応性粉末（６００）へ供給してもよい。二液型樹脂（６３０）は、二液型エポキシ樹脂、二液型多価電解質系、又は二液型ＵＶ硬化性アクリレートのような、接触すると反応する２つの成分を含んでもよい。二液型樹脂（６３０）の２成分（６０５、６２５）を分配する方法とは関係なく、２つの成分（６０５、６２５）間の混合レベル及び当該成分と非反応性粉末（６００）の間の混合レベルを高めることで、三次元物体の強度が改善される。
【００３５】
二液型噴射樹脂が堆積されると（図５の、ステップ５１０）、超音波エネルギー又はその他の適当な方法を採用して二液型噴射樹脂（ステップ５２０）の２成分（６０５、６２５）の混合を助長させることができる。混合を助長させる適当な方法は、限定するものではないが、２成分のそれぞれの粘度、混和性、及び混合時の反応速度を含んだ、２成分（６０５、６２５）の諸特性に依存するであろう。
【００３６】
二液型噴射樹脂（６３０）の２成分（６０５、６２５）が混合されると、非反応性粉末の追加層が分散及び充填（ステップ３００）される前に、少なくとも部分的に硬化していく。２成分（６０５、６２５）は、望まれる三次元物体の次の層が急速に製造されるようにかなり速い反応速度（数秒以内の硬化）を有するものから選択される。二液型噴射樹脂の硬化処理は、ＵＶ放射エネルギー、熱エネルギー、又は限定するものではないが、触媒を含んだ、硬化プロセスを強めることができる任意の添加剤の付加によって増進させることができる。図６Ｃに示すように、時間が経過するにつれ、矢印で示されるように二液型噴射樹脂（６３０）が硬化して、非反応性粉末（６００）をカプセル封止した樹脂／粉末の複合体マトリックス（６４０）が形成される。
【００３７】
堆積樹脂の硬化中（ステップ５３０）及び／又は硬化後に、演算デバイスは、立体自由形状成形システム（図２の１００）が材料分配作業を終了したかどうかを判定してもよい（ステップ５４０）。必要とされる樹脂／粉末の複合体マトリックス（６４０）層が形成されて、図６Ｄに示したような所望の三次元物体（６４０）を構築し終えたら、演算デバイス（図２の１４０）は材料分配作業が完了したことを判断し（ＹＥＳ、ステップ５４０）、立体自由形状成形システム（図２の１００）はその材料分配作業を終了して、未結合粉末が取り除かれることになる。しかし、演算デバイスが、樹脂／粉末の複合体マトリックス（６４０）が未だ形成され終わっていないと判断した場合（ＮＯ、ステップ５４０）、立体自由形状成形システム（図２の１００）が別な所定量の非反応性粉末を分散・充填して（ステップ５００）プロセスが再開される。
【００３８】
図３に示した実施態様と同様、図５に示した代替実施態様は、形成中の三次元物体（図６Ｄの６５０）に色を取り入れられるよう構成してもよい。しかし、図５に示した好適な代替実施態様に従い、二液型噴射樹脂（６３０）の１つの又は両方の成分（６０５、６２５）を１つ以上の所望の色に染めてもよい。加えて、代替実施態様に用いられた二液型噴射樹脂（６３０）又は非反応性粉末（４００）に結合剤を添加して、得られる三次元物体の機械的強度を高めてもよい。
【００３９】
上述の二液型噴射樹脂（６３０）は、一般に、反応性構築材料と硬化剤又は放射開始剤に分けることができる。二液型噴射樹脂は、限定するわけではないが、二液型反応性樹脂又は二液型ＵＶ硬化性樹脂を含んだものでよい。選択できる二液型噴射樹脂の材料の代表的実施態様を以下に説明する。
【００４０】
二液型反応性樹脂
１つの好適な実施態様に従うと、二液型噴射樹脂の反応性構築材料は、エポキシであってよく二液型噴射樹脂の硬化剤は、エポキシ基と反応してそのエポキシド環構造（群）を開く物質であってよい。この場合エポキシド環と反応できる官能基の例は、アミノ基、ヒドロキシル基、及びカルボキシル基である。一実施態様において、反応性構築材料はエポキシであってよく硬化剤は、そのエポキシと反応して凝結組成を生成する、４個の活性水素原子を有する分子を含んでよい。さらに、少なくとも６個の又は８個以上もの活性水素原子が存在できる。硬化剤のエポキシ分子間の共有架橋結合は、硬質で強靭な両機械的特性を有する立体三次元物体を形成することができる。ビスフェノール含有のエポキシ樹脂も硬化剤としてのアミンと共に反応性構築材料として用いることができる。使用し得る幾つかの典型的なアミン硬化剤には、テトラエチレンペンタミン、トリエチレンテトラミン、ポリエチレンポリアミン類、ジエチレントリアミン、２，２，４トリメチル−１，６ヘキサンジアミン、及び脂肪族アミンがある。硬化剤の種類として、幾つかを挙げれば、脂肪族アミン、脂環式アミン、芳香族アミン、ポリアミン、オリゴアミン、ポリイミン、ポリアミド、アミドアミン、二シアンアミド、アルコールアミン、カルボン酸の無水物、ダイマー及びトリマーを含むカルボン酸、及び多官能性アルコールが含まれる。ｎ−ブチルグリシジルエーテル、１，４ブタンジオールジグリシジルエーテル、及びアルキルグリシジルエーテルのような、ある種のエーテルもエポキシ樹脂と共に含有させることができる。さらに、多数の市販製品もエポキシ樹脂及びアミン硬化剤の二液型化学薬品として利用でき、それらには、Ｅｍｅｒｓｏｎ ａｎｄ ＣｕｍｍｉｎｇｓからのＳｔｙｃａｓｔ Ｗ１９／Ｃａｔａｌｙｓｔ ９、Ｅｐｏ−ＴｅｋからのＯＧ２０５及び３０１、ＶａｎｔｉｃｏからのＲｅｎ Ｉｎｆｉｌｔｒａｎｔ ｘｉ５８０、及びＤｏｗからのＤＥＲ３２４（エポキシ樹脂）、ＤＥＲ７３２（エポキシ樹脂）、ＤＥＨ２９（アミン硬化剤）及び／又はＤＥＨ５８（アミン硬化剤）、等が含まれる。
【００４１】
追加実施態様において、反応性構築材料はポリイソシアナートを含むことができ、硬化剤はポリシアナートと反応させてポリウレタンの凝結組成を形成するためのポリオールを含むことができる。例えば、ポリウレタンの凝結組成を形成するのに市販製品のＳｙｎａｉｒ Ｐｏｒ−ａ−ｍｏｌｄ ２０３０を用いて本願のシステムと方法の実施態様に従って非反応性粉末をカプセル封止してもよい。その他の実施態様においては、反応性構築材料は、イソシアナート又はポリイソシアナートの誘導体を含むことができ、硬化剤は、凝結組成を形成するのにアルコール類又はポリオール類を含むことができる。
【００４２】
さらに別の好適な実施態様では、反応性構築材料は、エポキシ−官能基化シリコーンのような、官能基化シリコーンを含むことができる。その硬化剤は反応性部分と官能基化シリコーンの官能性を有する組成を含んでもよく、且つエポキシ反応性構築材料に関してここに記載した１つ以上の硬化剤を含んでよい。あるいは、エポキシを含んでいるＮＨ及びＯＨと反応させるのにシリコーン基体の硬化剤を用いてもよい。さらに、＊−Ｓｉ−Ｏ−＊型の骨格を有する組成を用いることができ、且つ＊−Ｃ−＊結合に基づく組成よりたわみ性を持つように組成を構成してもよい。
【００４３】
さらに別の実施態様では、反応性構築材料は不飽和官能性を有するプレポリマーを含むことができ、硬化剤は、アルキル−又はアリール−ペルオキシド又はヒドロペルオキシドのようなフリーラジカル硬化の硬化剤を含むことができる。不飽和型のプレポリマーの例は、アクリレート、多官能性アクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、及びシリコーンアクリレートを含む。硬化剤の例は、メチルエチルケトンペルオキシド、ベンゾイルペルオキシド、アセチルアセトンペルオキシド、クメンヒドロペルオキシド、等のようなペルオキシド開始剤を含むことができる。比較的低酸化状態の芳香族アミン及び遷移金属塩のようなプロモーターを用いてフリーラジカル硬化剤にラジカルを生成することができる。使用し得る芳香族アミンの例は、ジメチルアニリン、ジエチルアニリン、ジメチルアセトアミド、等を含む。使用し得る遷移金属塩の例は、ナフテン酸コバルト又はコバルトオクトエイト（ｃｏｂａｌｔ ｏｃｔｏａｔｅ）を含む。コバルトプロモーターと共に、特に急速硬化が望まれるときは、メチルエチルケトンのようなペルオキシド開始剤と共に、アミンプロモーターを用いることもできる。この実施態様は、不飽和プレポリマーのフリーラジカル重合によって凝結組成を形成することができる。フリーラジカル開始剤を使用するときは考慮すべき考え方が幾つかある。ペルオキシドのようなフリーラジカル開始剤、及びアミン及び金属塩のようなプロモーターは、混合すると直ぐに反応するので、噴射前は同一の相であってはならない。それ故、一実施態様においては、プロモーターを構築材料相（不飽和プレポリマー）に割り当てることができ、ペルオキシドを硬化剤として噴射させることができる。
【００４４】
二液型ＵＶ硬化性樹脂
二液型反応性樹脂の代替例の１つは、上に説明したシステムと方法に二液型ＵＶ硬化性樹脂を取り入れることである。上述のように、二液型ＵＶ硬化性材料の２成分は、限定するものではないが、ＵＶ開始剤と構築材料を含むことができる。
【００４５】
１つの好適な実施態様として、ＵＶ開始剤は、１つ以上の溶媒、例えば、限定するものではないが、比較的低分子量の脂肪族及び芳香族炭化水素のような不活性な揮発性溶媒、揮発性アルコール、エーテル、及びエステル、及び高沸点可塑剤（ジブチルフタラート）、等、に溶解させることができる。その溶媒は、数層を堆積するのに必要な時間内に急速に蒸発するか、又は硬化された二液型放射材料内に無期限に長く十分留まれるほど非揮発性であることが極めて望ましい。前述した実施態様では、構築プラットホーム２０の上へ分配される構築材料の容積に対する放射開始剤の容積は、構築材料１００に対して放射開始剤が約１であるべきであるが、幾つかの実施態様では、構築材料１０に対して放射開始剤１であってもよく、また、構築材料と放射開始剤が同量であってもよい。
【００４６】
代替実施態様として、放射開始剤は、限定無するものではないが、低分子量の単官能アルキルアクリレート及びアルキルメタクリレート（例えば、アリルメタクリレート、イソデシルアクリレート及びメタクリレート、イソオクチルアクリレート）、ヒドロキシアルキルアクリレート及びメタクリレート（例えば、２−ヒドロキシエチルメタクリレート）、グリシジルメタクリレート、イソボルニルアクリレート、等のような、低反応性モノマー／低粘性モノマーのような溶媒中で溶解させることができる。特に、単官能性モノマーは、多くの場合において、二官能性及び三官能性モノマーより優れた安定性をもたらし且つ架橋結合しにくいという理由から、放射開始剤を溶解するのに単官能性モノマー溶媒が好まれている。加えて、低粘性モノマーは、その混合物を比較的低温で溶解できる故、放射開始剤に使われる溶媒として好まれている。これらの実施態様では、その溶媒は、重合反応に関与し多部分放射硬化性材料の部分となるものである。前述した実施態様では、構築サポート２０の上へ分配される構築材料の容積に対する放射開始剤の容積は、構築材料１００に対して放射開始剤が約１０〜１００であるべきであるが、一方、その他の場合においては、構築材料１００に対して放射開始剤が約５０であってもよい。一般に、放射開始剤と構築材料は、薬品が約２００℃を下回る温度で７０ｃｐｓ未満の粘度（即ち、噴射可能粘度）を有し、好ましくは、約１００℃を下回る温度で２０ｃｐｓ未満の粘度を示す特性を有する。加えて、放射開始剤と構築材料は、約１００℃を下回る温度で約５秒乃至１０分以内で反応して「不粘着」層を形成しなければならない。好ましくは、放射開始剤と構築材料は、約６０℃を下回る温度で約５秒乃至１分以内で反応して「不粘着」層を形成しなければならない。「不粘着（ｔａｃｋ ｆｒｅｅ）」は、架橋／連鎖成長反応が進行して生ずる材料が触ってももはや粘着しないような点として定義される。それは、硬化／連鎖成長が完了したことを意味するものではない。
【００４７】
一般に、放射開始剤及び／又は構築材料は、その他の化学成分、例えば、限定するものではないが、着色剤（例えば、染料、顔料、インク）、分散剤、及び多部分放射硬化性材料の反応時間を最適化して硬化速度と層対層の付着の適当なバランスを得るための触媒、等を含んでもよい。ＵＶ開始剤は、限定するものではないが、フリーラジカル開始剤、陽イオン開始剤、又はそれらの組合せのような化学物質を含んでもよい。フリーラジカル開始剤は、ＵＶ放射に曝されるとフリーラジカルを生ずるところの化合物を含む。当該フリーラジカルは、重合反応を開始させることができる。代表的なフリーラジカル開始剤は、限定するものではないが、ベンゾフェノン類（例えば、ベンゾフェノン、メチルベンゾフェノン、Ｍｉｃｈｌｅｒのケトン、及びキサントン類）、アクリルホスフィンオキシド型フリーラジカル開始剤（例えば、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド（ＴＭＰＯ）、２，４，６−トリメチルベンゾイルエトキシフェニルホスフィンオキシド（ＴＥＰＯ）、及びビスアクリルホスフィンオキシド類（ＢＡＰＯ））、アゾ化合物（例えば、ＡＩＢＮ）、ベンゾイン及びベンゾインアルキルエーテル類（例えば、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル及びベンゾインイソプロピルエーテル）を含む。フリーラジカル開始剤は、単独でもしくは共開始剤と組合せて用いることができる。共開始剤は、ＵＶ系において活性であるラジカルを生ずるのに第二分子を必要とする開始剤に関して用いられるものである。例えば、ベンゾフェノンは、反応性ラジカルを生ずるのに、アミンのような、第二分子を利用する。共開始剤の好ましい種類は、限定するものではないが、トリエチルアミン、メチルジエタノールアミン及びトリエタノールアミンのような、アルカノールアミン類である。適当な陽イオン開始剤は、限定するものではないが、重合を開始させるのに十分なＵＶ光線に曝されると非プロトン性の酸又はブレンスデッド酸を生成する化合物を含む。使用される陽イオン開始剤は、単一化合物、２つ以上の活性化合物の混合物、又は２つ以上の異なった化合物（例えば、共開始剤）の組合せであってよい。代表的な陽イオン開始剤は、限定するものではないが、アリールジアゾニウム塩、ジアリールヨードニウム塩、トリアリールスルホニウム塩、及びトリアリールセレニウム塩を含む。
【００４８】
ＵＶ構築材料は、限定するものではないが、アクリル系化合物、１つ以上のエポキシ置換基、１つ以上のビニルエーテル置換基を有する化合物、ビニルカプロラクタム、ビニルピロリドン、ウレタン、及びそれらの組合せのような化合物を含むことができる。特に、これらの化合物のモノマーは、構築材料として用いることができる。加えて、これらの化合物のオリゴマーは、それらの高粘度のために以前には考えられなかったかも知れないものであるが、当該構築材料として利用することができる。この点に関して、高い粘度範囲のため比較的高分子量の構築材料を使って開始することが可能となり、最終的な三次元物体におけるより優れた機械的諸性質（例えば、材料の硬さ／柔軟性及び強度、及び衝撃耐性）となることがある。当業者は、所望の特定用途の機械的諸性質を満足する構築材料を選択することができよう。構築材料に使われる適当なアクリル系化合物は、限定するものではないが、アクリル系モノマー、アクリル系オリゴマー、アクリル系架橋剤、又はそれらの組合せを含むことができる。アクリル系モノマーは、単官能性アクリル化分子であり、例えば、アクリル酸及びメタクリル酸のエステルであってよい。アクリル系オリゴマー（オリゴマーは短いポリマー鎖である）は、アクリル化分子であり、限定するものではないが、アクリル酸及びメタクリル酸と多価アルコールのポリエステル（例えば、トリメチロールプロパン、ペンタエリトリトール、エチレングリコール、プロピレングリコールのポリアクリレート及びポリメタクリレート）を含むことができる。加えて、アクリル系オリゴマーは、ウレタン−アクリレートであってもよい。
【００４９】
アクリル系架橋剤は、増大した架橋結合を形成する、多官能性分子である。アクリル系架橋剤の例には、限定するものではないが、１，４−ブタンジオールジアクリレート、１，４−ブタンジオール＞ジメタクリレート、１，６−ヘキサメチレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリトリトールトリアクリレート、ペンタ−エリトリトールトリメタクリレート、トリエチレングリコールトリアクリレート、トリエチレングリコールトリメタクリレート、ウレタンカクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、及びウレタンメタクリレートが含まれる。
【００５０】
構築材料は、限定するものではないが、少なくとも１つのビニルエーテル基を有するビニルエーテルモノマー及びオリゴマーのような１つ以上のビニルエーテル置換基を有する化学物質であってもよい。代表的なビニルエーテルは、限定するものではないが、エチルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、２−エチルヘキシルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、エチレングリコールモノビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテル、ブタンジオールジビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールモノビニルエーテル、及び１，４シクロヘキサンジメタノールジビニルを含む。
【００５１】
構築材料は、限定するものではないが、少なくとも１つのオキシラン部分を有するエポキシモノマー及びオリゴマーのような１つ以上のエポキシ置換基を有する化学物質も含むことができる。エポキシ含有の構築材料の例には、限定するものではないが、ビス−（３，４シクロヘキシルメチル）、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル、３，４−エポキシシクロヘキシルカルボキシレート、ジグリシジルエーテルビニルシクロヘキサン、１、２エポキシ−４−ビニルシクロヘキサン、２，４−エポキシシクロヘキシルメチル、３，４−エポキシシクルヘキサンカルボキシレート、等が含まれる。好ましくは、構築材料は、限定するものではないが、アクリレート及びその誘導体、エポキシアクリレート及びその誘導体、ウレタンアクリレート及びその誘導体、及びそれらの組合せのような化学物質を含む。加えて、構築材料は、室温での高粘性のため、その他の方法では、インクジェット技術を利用する立体自由形状成形プロセスから除外されるかも知れない、材料も含むことができる。これらの構築材料は、限定するものではないが、エトキシル化アクリレート、メタクリレート（例えば、２５℃で約１００ｃｐｓの粘度を有する、エトキシル化ノニルフェノールアクリレート（Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｉｎｃ．，ＳＲ５０４）、２５℃で約８０ｃｐｓの粘度を有するところの、エトキシル化ノニルフェノールエタクリレート（Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｉｎｃ．，ＣＤ６１２）、２５℃で約８０ｃｐｓの粘度を有するところの、エトキシル化ビスフェノールジメタクリレート（Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｉｎｃ．，ＳＲ４８０））、２５℃で約８０ｃｐｓの粘度を有する、カプロラクトンアクリレート（Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｉｎｃ．，ＳＲ４９５）、等を含むことができる。加えて、当該構築材料は、限定するものではないが、モノマー及びオリゴマーのような高粘度材料、例えば、エトキシル化ビスフェノール−Ａ ジメタクリレート化合物（例えば、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｉｎｃ．，ＳＲ３４８（２５℃において１０８２ｃｐｓ）、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｉｎｃ．，ＳＲ９０３６（２５℃において６１０ｃｐｓ）、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｉｎｃ．，ＣＤ５４１（２５℃において４４０ｃｐｓ）、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｉｎｃ．，ＳＲ４８０（２５℃において４１０ｃｐｓ）、及びＳａｒｔｏｍｅｒ Ｉｎｃ．，ＣＤ５４０（２５℃において５５５ｃｐｓ））、エトキシル化ビスフェノール−Ａ ジアクリレート化合物（例えば、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｉｎｃ．，ＳＲ６０１（２５℃において１０８０ｃｐｓ）、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｉｎｃ．，ＳＲ６０２（２５℃において６１０ｃｐｓ）、ＣＤ９０３８（２５℃において６８０ｃｐｓ）、及びＳａｒｔｏｍｅｒ Ｉｎｃ．，ＳＲ３４９（２５℃において１６００ｃｐｓ））、ペンタエリトロールトリアクリレート化合物（例えば、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｉｎｃ．，ＳＲ３４４（２５℃において５２０ｃｐｓ））、及びエトキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート化合物（例えば、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｉｎｃ．，ＳＲ４１５（２５℃において２２５−５２０ｃｐｓ）、等を含むことができる。
【００５２】
可視光開始剤は、限定するものではないが、カンファーキノン、１，２−アセナフチレンジオン、１Ｈ−インドール−２，３−ジオン、５Ｈ−ジベンゾ〔ａ，ｄ〕シクロヘプテン−１０，１１−ジオンのような）α−ジケトン類、フェノキサジン染料（Ｒｅｓａｚｕｒｉｎ，Ｒｅｓｏｒｕｆｉｎ）、ジフェニル（２，４，６−トリメチルベンゾイル）ホウスフィンオキシドのようなアシルホスフィンオキシド、等を含むことができる。
【００５３】
最後に、本願の立体自由形状成形システムと方法は、高度の寸法精度を維持しながら三次元物体の迅速な製造を効率的に可能にするものである。より詳細には、本願のシステムと方法は、所望の三次元物体を形成するべく非反応性の粉末をまとめて分散して、一液又は二液型反応性樹脂の堆積を可能にするものである。反応性樹脂と非反応性粉末の組合せは、液体樹脂部分に対する反応を包含する。結果として、製造された三次元物体は、反応の抑制によって膨潤、分解、及び再析出が妨げられるため、在来の方法で製造されたものより優れた機械的諸特性を示すであろう。従って、形成された物体の寸法精度も改善される。さらに、本願の方法とシステムは、粉末をまとめて供給して、支持構造を形成する必要性を排除することによって三次元物体を高速製造することができる。非反応性粉末中に単一樹脂を専ら堆積させるだけで立体自由形状成形システム設計の複雑さが低減されるため、立体自由形状成形システムのコストも本願のシステムと方法によって低減することができるのである。
【００５４】
前出の記述は、発明の実施態様を説明し且つ記述するために提示したに過ぎない。本発明を網羅的に開示しようとするものでもなく又は限定するものでもない。多くの修正及び変形は、上記教示から可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本願のシステムと方法の典型的な実施態様を実行するのに使用し得る立体自由形状成形システムの斜視図である。
【図２】本願のシステムと方法の典型的な実施態様を実行するのに使用し得る立体自由形状成形システムの断面図である。
【図３】１つの代表的な実施態様に従って一液型反応性材料を使用して本願の方法を達成するための方法を示すフローチャートである。
【図４Ａ】１つの代表的実施態様による本願の方法によって使用し得る粉末を示す断面図である。
【図４Ｂ】１つの代表的実施態様による１部反応性材料の堆積を示す断面図である。
【図４Ｃ】１つの代表的実施態様による１部反応性の系に対する紫外（ＵＶ）線の印加を示す断面図である。
【図４Ｄ】本願の方法によって形成された物体を１つの代表的実施態様によって未結合粉末が除去された状態で示す断面図である。
【図５】１つの代表的な実施態様に従って二液型反応性材料を使用して本願の方法を達成するための方法を示すフローチャートである。
【図６Ａ】１つの代表的実施態様による本願の方法によって使用し得る粉末を示す断面図である。
【図６Ｂ】１つの代表的実施態様による２部反応性材料の堆積を示す断面図である。
【図６Ｃ】１つの代表的実施態様によって２部反応材料を分配するための代替方法を示す断面図である。
【図６Ｄ】本願の方法によって形成された物体を１つの代表的実施態様によって未結合粉末が除去された状態で示す断面図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元の立体自由形状成形物体を作り出す方法とシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
立体自由形状成形（Ｓｏｌｉｄ ｆｒｅｅｆｏｒｍ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ−ＳＦＦ）は、それによって、三次元物体、例えば、試作部品類、模型類、工具類、生産部品類、成形物類、及びその他の物品類を製造するプロセスである。設計工程を自動化するためにコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）が通常利用される。適当なコンピュータを使用して、オペレータは、三次元の物品を設計し、次いで、所望の材料を選択的に放射する位置決め可能な放出ヘッドの使用によってその物体を作り出すことができる。上記の原理に従ってＳＦＦ物体を製造するために多くの方法が開発されてきたが、ＳＦＦ物体製造には２つの方法、即ち、立体的物体を作り出す粉末／バインダの相互作用、及び立体的物体を作り出す噴射硬化性の光重合体の利用がこれまで好まれてきた。
【０００３】
粉末／バインダ相互作用を使った成形方法は、粉末成分の上へバインダを選択的に堆積させるステップを包含する。堆積すると、粉末成分がバインダと反応して立体的物体を作り出す。多くの場合、粉末／バインダの相互作用は、粉末の重合体成分がバインダに存在している溶媒中で膨らむことに要約される。慣習的な粉末とバインダの相互作用方法を取り入れるためには、バインダと粉末は両方とも、結合時に化学反応するよう微細に調整されなければならない。このことが、使用し得る粉末とバインダの種類を制限することになる。加えて、この方法は、最終的に多孔質構造になりがちである。さらに、この方法では粉末／バインダの相互作用中の粉末成分の膨潤に起因して寸法精度が低下することがある。
【０００４】
噴射光重合体の方法は、ディスペンサーから構築と支持材料の両方を基板上へ選択的に堆積させ、２つの材料が後で凝固させるステップを包含する。この方法では寸法精度は改善されるが、噴射光重合体の方法は、材料を一括処理で使う方法より時間がかかる。加えて、噴射光重合体のコストは、分配される材料の材料ディスペンサーと材料容器の両方が必要となるため高くなる。これらの噴射光重合体の技術では、構築材料と支持材料は両方とも材料ディスペンサーを通して噴射されねばならない。
【０００５】
添付図は、本願のシステムと方法の様々な実施態様を示すものであって本明細書の一部分である。図示された実施態様は、単に本願のシステムと方法の実施例であって発明の範囲を限定するものではない。
【０００６】
添付図面を通して、同一の参照番号は、必ずしも同一でないが、同様の要素を示す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、三次元物体を精度良く、短い時間で形成できるシステムと方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
三次元の立体自由形状成形物体を作り出す方法は、基板上に非反応性粉末を分散し、その非反応性粉末の上に反応性粉末を選択的に分配して、反応性樹脂と非反応性粉末の混合物を作り、その選択的な反応性樹脂の分配で三次元物体が形成され、反応性樹脂が硬化して非反応性粉末をカプセル封止する(encapsulate)。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本明細書で、粉末をベースとした立体自由形状成形用の反応性材料を吹き付ける方法と装置を記述する。より詳細には、一液型又は二液型バインダ又は樹脂が、様々な非反応性粉末の上に噴射され、硬化して三次元物体を作り出していく。
【００１０】
本明細書並びに特許請求の範囲において用いられるとき、用語「バインダ」は、個別粒子を一緒に結合するか又は表面への付着を容易にするのに使用される任意の材料を意味するものとする。加えて、「基板」は、任意の構築プラットフォーム(build platform)、除去可能材料、又は先に堆積された反応性又は粉末材料を意味するものとする。「構築プラットフォーム」は、典型的には、ＳＦＦ装置による堆積材料を支持するのに使用される硬質基板である。同様に、用語「硬化」は、材料を凝固して立体的な三次元物体を形成するプロセスを指すものとする。
【００１１】
以下の記述においては、説明の目的で、個別の詳細を多数説明して、粉末をベースとした立体自由形式成形用の反応性材料を噴射する本願のシステムと方法を完全に理解できるようにする。しかし、これらの個別の詳細がなくても本方法を実施できることは当業者に明らかになろう。本明細書において、「一実施態様」又は「ある実施態様」についての引用は、その実施態様に関連して記述された特長、構造、又は特性が少なくとも１つの実施態様に包含されるということを意味する。本明細書の色々な場所で出てくる語句「一実施態様における」は、必ずしも同一の実施態様を全て参照するものではない。
【００１２】
代表的な構造
図１は、粉末をベースとしたＳＦＦ用の反応性材料を噴射するという本方法を使った立体自由形状成形システム（１００）を図示するものである。図１に示すように、立体自由形状成形システムは、成形ビン（１１０）、可動台（１２０）、多数の制御つまみとディスプレイを含む表示パネル（１３０）を具備している。
【００１３】
図１に示した成形ビン（１１０）は、基板上に所望の三次元物体の構築ができ且つ構築を促進するように構成されている。所望の三次元物体の構築は、粉末を分散することと一又は二液型バインダを選択的に分配することを必要とするかもしれない。図１に示した立体自由形状成形システム（１００）は、単一の自立−自蔵型の自由形状成形システムとして示されているが、本願の粉末ベースＳＦＦシステム及び方法は、これらの自由形状成形システムの構造又は配置構成に関係なく、粉末をベースとした方法を利用する自由形状成形システムのどれにも取り入れることができる。
【００１４】
図１に示した立体自由形状成形システム（１００）の可動台（１２０）は、液体バインダ材料を分配できる任意数のインクジェット材料ディスペンサーを備えた可動式材料ディスペンサーである。可動台（１２０）は、演算デバイス（１４０）によって制御することができ、例えば、シャフト系、ベルト系、チェーン系、等によって移動を制御することができる。可動台（１２０）が動作すると、表示パネル（１３０）は、動作条件についてユーザに報告すると同時に、ユーザとやり取りをすることができる。所望の三次元物体が形成されると、演算デバイスが、可動台（１２０）の位置決めを制御し、成形ビン（１１０）内の予定位置で１つ以上のディスペンサーに指示を出して液体バインダ材料を制御して分配して、所望の三次元物体を形成することができる。立体自由形状成形システム（１００）によって使用されるインクジェット材料ディスペンサーは、限定するものではないが、熱駆動インクジェットディスペンサー、機械駆動インクジェットディスペンサー、静電駆動インクジェットディスペンサー、磁気駆動ディスペンサー、圧電駆動ディスペンサー、連続インクジェットディスペンサー、等を含んだものでよく、この方法を実行できるよう構成された任意の方式のインクジェットディスペンサーでよい。加えて、粘性化学組成の分配を助けるため、インクジェットプリントヘッドディスペンサーを加熱してもよい。例えば、インクジェットプリントヘッドディスペンサーを、約２００℃まで、好ましくは、７０〜１２０℃の範囲で、加熱してもよい。図１のＳＦＦ装置の説明的な断面図を図２に示す。
【００１５】
図２に示すように、演算デバイス（１４０）をサーボ機構（２００）に連結して制御してもよい。演算デバイス（１４０）は、サーボ機構（２００）に命令を伝達して可動台（１２０）を選択的に位置決めさせることができる。１つ以上のインクジェットディスペンサー（２１０）を、可動台（１２０）と多数の材料容器（図示されない）に連結することができる。サーボ機構（２００）によって位置決めされると、インクジェットディスペンサー（２１０）は、材料容器から供給された反応性バインダ（２２０）を放出することができる。材料容器（図示されない）に貯蔵され、分配するためインクジェットディスペンサー（２１０）へ供給される反応性バインダ（２２０）は、約２００℃以下の動作温度で「噴射可能な」粘性（＜７０ｃｐｓ）を有するものが選択される。他の好適な実施態様では、反応性バインダの粘性は、約１００℃以下の動作温度で２０ｃｐｓ以下のものが選択される。さらに、反応性バインダ（２２０）はまた、励起又は混合時にかなり速い反応速度（秒／分以内でゲル化）を有するものが選択される。これらの要件を満足する化学物質は、限定するものではないが、エポキシ類、ウレタン類、アクリレート類、シリコーン類、多価電解質類、及びそれらの誘導体を含んでいる。
【００１６】
図２は、また、反応性バインダ（２２０）を受入れ、所望の三次元物体の形成を支援することができる本システムの構成も示す。図２に示すように、立体自由形状成形システム（１００）の成形ビン（１１０）は、非反応性粉末（２４０）が置かれる基板（２６０）を備えることができる。非反応性粉末（２４０）は、粉末容器（非図示）からまとめた量を基板（２６０）の上に分配し、機械的ローラー（２３０）を使用して所望の厚さに平坦化することができる。機械的ローラー（２３０）は、サーボ機構（２００）によって制御され、基板（２６０）上に非反応性粉末（２４０）を制御して堆積させ、平坦化することができる。基板上に分配された非反応性粉末（２４０）は、限定的ではないが、シリカ粒子、ガラス球、金属粉末、高分子粉末、セラミック粉末、磁性粉末などで、反応性バインダ（２２０）によって結合時に充填剤材料として作用することができる任意の非反応性粉末でよい。さらに、非反応性粉末（２４０）は、反応性バインダ（２２０）が非反応性粉末粒子（２４０）の表面を濡らし、非反応性粉末の膨潤又は分解を起こさせずに非反応性粉末粒子を反応性バインダに連結又は結合することができる任意の粉末又は粒子であってもよい。反応性粉末粒子の表面上で化学反応が生じると、反応性粉末を反応性バインダにさらに連結及び／又は結合させることができる。さらに、分配時に反応性バインダに十分連結及び／又は結合するよう、付着促進剤を使って非反応性粉末粒子を前処理してもよい。
【００１７】
反応性バインダ（２２０）が非反応性粉末（２４０）の層に分配されると、基板（２６０）の上に反応性バインダ（２２０）と非反応性粉末（２４０）の混合物（２５０）が現れ、それが所望の三次元物体を形成する。次に、図２に図示した立体自由形状成形システム（１００）を用いるシステムと方法を、図３〜図４Ｄを参照して以下に詳細に記述する。
【００１８】
例示的な実施例と作動
図３は、１つの例示的実施態様に従って一液型反応性樹脂バインダを使った、図２に示した立体自由形状成形システム（図２の１００）を作動させる、本願の方法を示したフローチャートである。本願のシステムと方法に使用される一液型バインダは、容器に貯蔵され、インクジェットディスペンサーによって放出される任意のバインダでよく、第二の材料を添加する以外の任意の手段で硬化すればよい。説明の簡略化のため、ＵＶ硬化樹脂を一液型バインダとして使った本願のシステムと方法を記述する。この樹脂を一定量の非反応性粉末（２４０）の中へ噴射し、その後にＵＶ放射の印加によって硬化させてよい。図３に示したように、本願の方法は、所定量の非反応性粉末を成形ビンに分散且つ充填することから始まる（ステップ３００）。必要な量の粉末が分散され且つ充填されると（ステップ３００）、ＳＦＦ装置は、新たに分散された非反応性粉末の層の中に樹脂を選択的に堆積させる（３１０）。樹脂の層が非反応性粉末中に噴射され終わると、ＳＦＦ装置は、その樹脂／粉末混合物（図２の２５０）に超音波エネルギーを任意で印加して（ステップ３２０）、粉末の中で噴射樹脂が分散するのを促進することができる。オプションとして超音波エネルギーを印加すると、ＳＦＦ装置は、堆積されている樹脂を紫外線（ＵＶ）放射の印加によって硬化させる（ステップ３３０）。あるいは、樹脂を各層の後で部分的に硬化させ、後続の層への付着を支援させてもよい。この代替実施態様に従い、幾つかのパス／層が完了し終わった後でだけ、硬化作業が完了されることになろう。ＵＶ放射の印加（３３０）後、所望の三次元物体を形成するための材料の分配作業が完了したと、オペレータ又は演算デバイスが判断した場合（ＹＥＳ、ステップ３４０）、樹脂滴がそれ以後発射されることはない。しかし、材料の分配作業が完了していない場合（ＮＯ、ステップ３４０）、オペレータ又は演算デバイスによる判断に応じて、ＳＦＦ装置が、再度、所定量の非反応性粉末を分散且つ充填させることができ（ステップ３００）、そのプロセスが再度実行される。次に、図４Ａ〜図４Ｄを参照して上述の図３の各ステップを詳細に説明することにする。
【００１９】
図３のフローチャートに示したように、本願の方法は、非反応性粉末の層を分散且つ充填することによって開始される（ステップ３００）。図４Ａから図４Ｄは、機械的ローラー（２３０）が基板（２６０）の上で非反応性粉末（４００）の薄層をどのように分散し且つ充填するかを図示している。最初に、予め定められた量の非反応性粉末を、粉末容器（非図示）から基板上に堆積させる。堆積すると、機械的ローラー（２３０）が所定量の非反応性粉末を充填し且つ分散させる。機械的ローラー（２３０）が薄層を分散し且つ充填し終わった後で、基板上に残っている非反応性粉末（４００）の量は、材料の堆積作業が実行されていない場合、機械的ローラー（２３０）と基板（２６０）の間の距離に対応する。同様に、多数の材料堆積作業が実行された場合は、ローラー作業後に基板上に残っている非反応性粉末（４００）の量は、機械的ローラーがその分散及び充填作業を実行する時の機械的ローラー（２３０）と先に硬化された樹脂／粉末混合物（図２の２５０）との間の距離に対応する。機械的ローラーによって堆積される非反応性粉末の量は、サーボ機構（図２の２００）によって調節され、インクジェットディスペンサー（２１０）の樹脂噴射割合に対応するよう最適化される。
【００２０】
機械的ローラーによって非反応性粉末（４００）の層が分散され且つ充填され終わると（図３のステップ３００）、インクジェットディスペンサー（２１０）は、所定量の噴射樹脂を選択的に堆積することができる（ステップ３１０）。図４Ｂに示すように、可動台（１２０）及び従ってインクジェットディスペンサー（２１０）は、演算デバイス（図２の１４０）と非反応性粉末（４００）に隣接したサーボ機構（２００）とによって位置決めを制御することができる。ＣＡＤのプログラムで指令されたような、所望の場所にあるときに、インクジェットディスペンサー（２１０）が始動し、一液型反応性樹脂（４１０）の予定量を分配する。
【００２１】
図４Ｂに示すように、一液型反応性樹脂（４１０）がインクジェットディスペンサー（２１０）によって非反応性粉末（４００）の層の上に分配されると、一液型反応性樹脂が非反応性粉末（４００）の表面に分散してこれを濡らす。この反応性樹脂（４１０）と非反応性粉末（４００）の混合物（４２０）が所望の三次元物体の断面積を形成することになる。一液型反応性樹脂（４１０）と非反応性粉末（４００）の混合物（４２０）によって、粉末と樹脂が相互に完全に反応するシステムで生ずる多数の寸法精度上の問題が避けられる。本願のシステムと方法により、所望の三次元物体の寸法精度が維持される。何故なら、非反応性粉末（４００）は、一液型反応性樹脂（４１０）が存在すると分解、膨潤又は変形しないからである。十分な量の一液型反応性樹脂（４１０）が非反応性粉末（４００）の層の上に堆積されて、非反応性粉末の指定部分を濡らしたとき、可動台（１２０）は「運動」矢印で示したように、非反応性粉末の他の領域上へ一液型反応性樹脂（４１０）を選択的に堆積すべく移動する。
【００２２】
本願のシステムと方法で製作される三次元物体の強度は、一液型反応性樹脂（４１０）と非反応性粉末（４００）との間で生ずる「相互作用」（又は湿潤）の量によって影響されることがある。２つの材料の相互作用（並びに反応性樹脂による非反応性粉末の表面の濡れ）は、これに限るわけではないが、一液型反応性樹脂（４１０）の粘性を含む多数の因子に依存することもある。図３に示したように、一液型反応性樹脂（４１０）と非反応性粉末（４００）の混合物（４２０）に超音波エネルギーを印加するというオプションのステップを実行してもよい（図３のステップ３２０）。超音波変換器（非図示）又はその他の類似素子がＳＦＦ装置（１００）の一部を形成して、超音波エネルギーを与えるようにしてもよい。超音波エネルギーの印加によって、２つの材料の相互作用が促進されることになろう。
【００２３】
同様に、一液型反応性樹脂の粘度は、インクジェットディスペンサー（２１０）の温度を上げることにより低下させることができる。インクジェットディスペンサー（２１０）の温度を制御できると、冷却時に三次元物体のより望ましい機械的諸特性を保証できる、より粘度の高い比較的高分子量の液体の混合を可能にする。しかし、インクジェットディスペンサー（２１０）の温度は、当該樹脂の蒸発温度、分解温度、又は熱活性化温度を越えてはならない。
【００２４】
一液型反応性樹脂（４１０）と非反応性粉末（４００）の混合物（４２０）が十分に「相互作用」し終わると、一液型反応性樹脂は、紫外線（ＵＶ）又はその他の放射エネルギーの印加によって硬化させることができる（図３のステップ３３０）。ＵＶ（又はその他の）放射エネルギー（４４０）が一液型反応性樹脂（４１０）に印加されると、その付加エネルギーが重合を開始させ、一液型反応性樹脂（４１０）の急速硬化をもたらす。一液型反応性樹脂（４１０）が硬化するにつれ、その反応は、一液型反応性樹脂（４１０）の液相においてのみ実行され、非反応性粉末（４００）では実行されない。一液型反応性樹脂（４１０）が硬化するにつれ、硬化した樹脂が非反応性粉末（４００）をカプセル封止(encapsulate)して樹脂／粉末の複合体マトリックス（４５０）を形成する。
【００２５】
ＵＶ放射エネルギー（４４０）は、ＵＶ放射アプリケーター（４３０）によって混合物（４２０）の１つもしくは多数の層へ供給することができる。ＵＶ放射アプリケーターは、紫外線（ＵＶ）又はその他の放射エネルギーを印加して一液型反応性樹脂（４１０）に重合を十分開始させることができるよう構成された任意の装置でよい。図４Ｃに示すように、放射アプリケーター（４３０）は、一液型反応性樹脂（４１０）が堆積された後で、堆積された樹脂の全ての又は選択された部分を投光照射できるよう構成された個別の光照射器又は走査ユニットであってよい。あるいは、放射アプリケーター（４３０）を走査ユニットとして可動台（１２０）に連結してもよい。さらに、熱エネルギー又は、限定するものではないが、触媒を含む硬化処理を増進する任意の添加物の付加によって、一液型反応性樹脂の重合及びその急速硬化をさらに促進してもよい。
【００２６】
一液型反応性樹脂（４１０）と非反応性粉末（４００）の混合物（４２０）の層が十分に「相互作用」し終わると、演算デバイス（図２の１４０）は、立体自由形状成形システム（図２の１００）が所望の三次元物体を形成する材料分配作業（図３のステップ３４０）を終了したかどうかを判定することになる。所望の三次元物体（図４Ｄの４５０）を構築するべく樹脂／粉末の複合体マトリックス（４５０）の必要な層が形成され終わると、演算デバイス（図２の１４０）は、材料分配作業が完了されたかどうかを判定し（ＹＥＳ、ステップ３４０）、立体自由形状成形システム（図２の１００）がその材料分配作業を終了する。しかし、演算デバイスが、樹脂／粉末の複合体マトリックス（４５０）全体が形成されていない（ＮＯ、ステップ３４０）と判定する場合は、立体自由形状成形システム（図２の１００）は、非反応性粉末（ステップ３００）の別の層を分散・充填して当該プロセスを再開する。
【００２７】
あるいは、多数の添加物を一液型反応性樹脂（４１０）又は非反応性粉末（４００）のいずれかに含めてもよい。形成中の三次元物体（図４Ｄの４５０）に色を取り入れるために、一液型反応性樹脂（４１０）を所望の色に染めてもよい。十分な種類の色を生ずることができる立体自由形状成形システム（図２の１００）を実現するには、３又は４個の個別容器をインクジェットディスペンサー（２１０）に連結してもよい。その３又は４個の個別容器が、シアン、イエロー、マゼンタ、そして、多分、透明又はブラックに染められた所定量の一液型反応性樹脂（４１０）を収容してもよい。あるいは、任意数の着色された反応性樹脂（４１０）を含んでいる任意数の個別容器を備えたインクジェットディスペンサー（２１０）を使って本願のシステム及び方法を実行してもよい。
【００２８】
同様に、三次元物体（図４Ｄの４５０）の機械的強度を上げるために、一液型反応性樹脂（４１０）又は非反応性粉末（４００）に結合剤を付加してもよい。三次元物体の機械的強度を上げるために用いることができる結合剤は、限定するものではないが、噴射された多価電解質バインダと相互作用できる粉末表面上の荷電基又はガラス、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、金属酸化物及び／又は多くの金属粉末を高分子バインダへ結合できるシラン結合剤を含んでおり、非反応性粉末（４００）と一液型反応性樹脂（４１０）を相互に化学的に結合するのに使用できる任意の材料でよい。
【００２９】
本願のシステムと方法を使うと、硬化処理中に一液型反応性樹脂（４１０）と非反応性粉末（４００）が相互作用しないので、在来方法より優れた三次元精度が実現される。より詳細には、本願のシステムと方法における反応は、液体バインダで専ら起こるだけなので、所望の三次元物体を形成時に構成物質(constituent)の膨潤、分解、又は再堆積がない。この膨潤及び分解が起こらないということが、結局、機械的諸特性の改善、形成された物体中の多孔度性の低下、及び形成物体の寸法精度の向上になるのである。
【００３０】
代替実施態様
図５は、二液型樹脂材料を取り入れている好例の代替実施態様に従って、本願のＳＦＦの方法とシステムを実行するための方法を図解したものである。図５に示した実施態様は、説明の容易化のため、二液型樹脂材料を取り入れているＳＦＦの方法とシステムで記述されているが、本願のシステムと方法は、二液型樹脂材料に限定されるものではなく、任意数の樹脂材料を使って実施することができる。
【００３１】
図５に示したフローチャートに従い、好適な方法は、所定量の非反応性粉末の分散及び充填によって開始される（ステップ５００）。非反応性粉末が分散され終わると（ステップ５００）、インクジェットディスペンサーが、非反応性粉末の上に二液型噴射樹脂を選択的に堆積する（ステップ５１０）。噴射樹脂と非反応性粉末との相互作用を促進するために超音波エネルギーを印加するというオプションのステップ（ステップ５２０）を、堆積された樹脂の硬化前又は硬化中（ステップ５３０）に実行してもよい。図３において図示した方法と同様、堆積樹脂が硬化すると（ステップ５３０）、演算デバイスは、ＳＦＦ装置が材料分配作業を終了したかどうかを判定することができる。もし終了であれは（ＹＥＳ、ステップ５４０）、ＳＦＦシステムは、二液型噴射樹脂を選択的に分配することを止める。しかし、ＳＦＦシステムがその材料分配作業を終了していないと演算デバイスが判断した場合（ＮＯ、ステップ５４０）、同装置は、所定量の非反応性粉末を、再度、分散し充填する。次に、図６Ａ〜図６Ｄを参照して、図５に示したプロセスをさらに詳しく説明する。
【００３２】
図５に示したように、所望の三次元物体を形成するための代替的な方法は、機械的ローラー（図６Ａの２３０）を使って開始され、基板上に一定量の非反応性粉末を分散し且つ充填する（ステップ５００）。図６Ａに示すように、機械的ローラー（２３０）は、基板（２６０）上又は、既に説明した先に堆積された樹脂／粉末の混合物の上に様々な量の非反応性粉末（６００）を分散し且つ充填することができる。
【００３３】
所定量の非反応性粉末（６００）が基板（２６０）上に分散・充填され終わると、可動台（１２０）がその非反応性粉末の上へ二液型噴射樹脂を選択的に堆積することができる（図５のステップ５１０）。図６Ａに示すように、可動台（１２０）は、二液型噴射樹脂の各部に１個ずつの、複数のインクジェットディスペンサー（６１０、６１５）を具備してもよい。二液型噴射樹脂の各成分（６０５、６２５）は、単一のプリントヘッドの別々の通路を通して送り込んでもよいしか又は個別のプリントヘッドを通して送り込んでもよい。図６Ｂは、さらに詳しく、二液型噴射樹脂の分配を図示するものである。図示したように、複数のインクジェットディスペンサーが、それぞれ、二液型樹脂（６３０）の単一成分（６０５、６２５）を非反応性粉末（６００）の上へ分配することができる。あるいは、単一のインクジェットディスペンサーが、二液型樹脂（６３０）の１つの成分（６０５、６２５）をそれぞれ分配できるよう構成された、複数の分配用オリフィスを具備していてもよい。
【００３４】
図６Ｂは、三次元物体を作り上げるため、二液型樹脂の２つの成分（６０５、６２５）が非反応性粉末（６００）に選択的に、各層へは同時に供給されているところを図示したものである。しかし、二液型樹脂（６３０）の２成分（６０５、６２５）を、限定するものではないが、非反応性粉末（６００）の各層に互い違いに２成分を供給する方法を含んだ、多数の異なった方法で非反応性粉末（６００）へ供給してもよい。二液型樹脂（６３０）は、二液型エポキシ樹脂、二液型多価電解質系、又は二液型ＵＶ硬化性アクリレートのような、接触すると反応する２つの成分を含んでもよい。二液型樹脂（６３０）の２成分（６０５、６２５）を分配する方法とは関係なく、２つの成分（６０５、６２５）間の混合レベル及び当該成分と非反応性粉末（６００）の間の混合レベルを高めることで、三次元物体の強度が改善される。
【００３５】
二液型噴射樹脂が堆積されると（図５の、ステップ５１０）、超音波エネルギー又はその他の適当な方法を採用して二液型噴射樹脂（ステップ５２０）の２成分（６０５、６２５）の混合を助長させることができる。混合を助長させる適当な方法は、限定するものではないが、２成分のそれぞれの粘度、混和性、及び混合時の反応速度を含んだ、２成分（６０５、６２５）の諸特性に依存するであろう。
【００３６】
二液型噴射樹脂（６３０）の２成分（６０５、６２５）が混合されると、非反応性粉末の追加層が分散及び充填（ステップ３００）される前に、少なくとも部分的に硬化していく。２成分（６０５、６２５）は、望まれる三次元物体の次の層が急速に製造されるようにかなり速い反応速度（数秒以内の硬化）を有するものから選択される。二液型噴射樹脂の硬化処理は、ＵＶ放射エネルギー、熱エネルギー、又は限定するものではないが、触媒を含んだ、硬化プロセスを強めることができる任意の添加剤の付加によって増進させることができる。図６Ｃに示すように、時間が経過するにつれ、矢印で示されるように二液型噴射樹脂（６３０）が硬化して、非反応性粉末（６００）をカプセル封止した樹脂／粉末の複合体マトリックス（６４０）が形成される。
【００３７】
堆積樹脂の硬化中（ステップ５３０）及び／又は硬化後に、演算デバイスは、立体自由形状成形システム（図２の１００）が材料分配作業を終了したかどうかを判定してもよい（ステップ５４０）。必要とされる樹脂／粉末の複合体マトリックス（６４０）層が形成されて、図６Ｄに示したような所望の三次元物体（６４０）を構築し終えたら、演算デバイス（図２の１４０）は材料分配作業が完了したことを判断し（ＹＥＳ、ステップ５４０）、立体自由形状成形システム（図２の１００）はその材料分配作業を終了して、未結合粉末が取り除かれることになる。しかし、演算デバイスが、樹脂／粉末の複合体マトリックス（６４０）が未だ形成され終わっていないと判断した場合（ＮＯ、ステップ５４０）、立体自由形状成形システム（図２の１００）が別な所定量の非反応性粉末を分散・充填して（ステップ５００）プロセスが再開される。
【００３８】
図３に示した実施態様と同様、図５に示した代替実施態様は、形成中の三次元物体（図６Ｄの６５０）に色を取り入れられるよう構成してもよい。しかし、図５に示した好適な代替実施態様に従い、二液型噴射樹脂（６３０）の１つの又は両方の成分（６０５、６２５）を１つ以上の所望の色に染めてもよい。加えて、代替実施態様に用いられた二液型噴射樹脂（６３０）又は非反応性粉末（４００）に結合剤を添加して、得られる三次元物体の機械的強度を高めてもよい。
【００３９】
上述の二液型噴射樹脂（６３０）は、一般に、反応性構築材料と硬化剤又は放射開始剤に分けることができる。二液型噴射樹脂は、限定するわけではないが、二液型反応性樹脂又は二液型ＵＶ硬化性樹脂を含んだものでよい。選択できる二液型噴射樹脂の材料の代表的実施態様を以下に説明する。
【００４０】
二液型反応性樹脂
１つの好適な実施態様に従うと、二液型噴射樹脂の反応性構築材料は、エポキシであってよく二液型噴射樹脂の硬化剤は、エポキシ基と反応してそのエポキシド環構造（群）を開く物質であってよい。この場合エポキシド環と反応できる官能基の例は、アミノ基、ヒドロキシル基、及びカルボキシル基である。一実施態様において、反応性構築材料はエポキシであってよく硬化剤は、そのエポキシと反応して凝結組成を生成する、４個の活性水素原子を有する分子を含んでよい。さらに、少なくとも６個の又は８個以上もの活性水素原子が存在できる。硬化剤のエポキシ分子間の共有架橋結合は、硬質で強靭な両機械的特性を有する立体三次元物体を形成することができる。ビスフェノール含有のエポキシ樹脂も硬化剤としてのアミンと共に反応性構築材料として用いることができる。使用し得る幾つかの典型的なアミン硬化剤には、テトラエチレンペンタミン、トリエチレンテトラミン、ポリエチレンポリアミン類、ジエチレントリアミン、２，２，４トリメチル−１，６ヘキサンジアミン、及び脂肪族アミンがある。硬化剤の種類として、幾つかを挙げれば、脂肪族アミン、脂環式アミン、芳香族アミン、ポリアミン、オリゴアミン、ポリイミン、ポリアミド、アミドアミン、二シアンアミド、アルコールアミン、カルボン酸の無水物、ダイマー及びトリマーを含むカルボン酸、及び多官能性アルコールが含まれる。ｎ−ブチルグリシジルエーテル、１，４ブタンジオールジグリシジルエーテル、及びアルキルグリシジルエーテルのような、ある種のエーテルもエポキシ樹脂と共に含有させることができる。さらに、多数の市販製品もエポキシ樹脂及びアミン硬化剤の二液型化学薬品として利用でき、それらには、Ｅｍｅｒｓｏｎ ａｎｄ ＣｕｍｍｉｎｇｓからのＳｔｙｃａｓｔ Ｗ１９／Ｃａｔａｌｙｓｔ ９、Ｅｐｏ−ＴｅｋからのＯＧ２０５及び３０１、ＶａｎｔｉｃｏからのＲｅｎ Ｉｎｆｉｌｔｒａｎｔ ｘｉ５８０、及びＤｏｗからのＤＥＲ３２４（エポキシ樹脂）、ＤＥＲ７３２（エポキシ樹脂）、ＤＥＨ２９（アミン硬化剤）及び／又はＤＥＨ５８（アミン硬化剤）、等が含まれる。
【００４１】
追加実施態様において、反応性構築材料はポリイソシアナートを含むことができ、硬化剤はポリシアナートと反応させてポリウレタンの凝結組成を形成するためのポリオールを含むことができる。例えば、ポリウレタンの凝結組成を形成するのに市販製品のＳｙｎａｉｒ Ｐｏｒ−ａ−ｍｏｌｄ ２０３０を用いて本願のシステムと方法の実施態様に従って非反応性粉末をカプセル封止してもよい。その他の実施態様においては、反応性構築材料は、イソシアナート又はポリイソシアナートの誘導体を含むことができ、硬化剤は、凝結組成を形成するのにアルコール類又はポリオール類を含むことができる。
【００４２】
さらに別の好適な実施態様では、反応性構築材料は、エポキシ−官能基化シリコーンのような、官能基化シリコーンを含むことができる。その硬化剤は反応性部分と官能基化シリコーンの官能性を有する組成を含んでもよく、且つエポキシ反応性構築材料に関してここに記載した１つ以上の硬化剤を含んでよい。あるいは、エポキシを含んでいるＮＨ及びＯＨと反応させるのにシリコーン基体の硬化剤を用いてもよい。さらに、＊−Ｓｉ−Ｏ−＊型の骨格を有する組成を用いることができ、且つ＊−Ｃ−＊結合に基づく組成よりたわみ性を持つように組成を構成してもよい。
【００４３】
さらに別の実施態様では、反応性構築材料は不飽和官能性を有するプレポリマーを含むことができ、硬化剤は、アルキル−又はアリール−ペルオキシド又はヒドロペルオキシドのようなフリーラジカル硬化の硬化剤を含むことができる。不飽和型のプレポリマーの例は、アクリレート、多官能性アクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、及びシリコーンアクリレートを含む。硬化剤の例は、メチルエチルケトンペルオキシド、ベンゾイルペルオキシド、アセチルアセトンペルオキシド、クメンヒドロペルオキシド、等のようなペルオキシド開始剤を含むことができる。比較的低酸化状態の芳香族アミン及び遷移金属塩のようなプロモーターを用いてフリーラジカル硬化剤にラジカルを生成することができる。使用し得る芳香族アミンの例は、ジメチルアニリン、ジエチルアニリン、ジメチルアセトアミド、等を含む。使用し得る遷移金属塩の例は、ナフテン酸コバルト又はコバルトオクトエイト（ｃｏｂａｌｔ ｏｃｔｏａｔｅ）を含む。コバルトプロモーターと共に、特に急速硬化が望まれるときは、メチルエチルケトンのようなペルオキシド開始剤と共に、アミンプロモーターを用いることもできる。この実施態様は、不飽和プレポリマーのフリーラジカル重合によって凝結組成を形成することができる。フリーラジカル開始剤を使用するときは考慮すべき考え方が幾つかある。ペルオキシドのようなフリーラジカル開始剤、及びアミン及び金属塩のようなプロモーターは、混合すると直ぐに反応するので、噴射前は同一の相であってはならない。それ故、一実施態様においては、プロモーターを構築材料相（不飽和プレポリマー）に割り当てることができ、ペルオキシドを硬化剤として噴射させることができる。
【００４４】
二液型ＵＶ硬化性樹脂
二液型反応性樹脂の代替例の１つは、上に説明したシステムと方法に二液型ＵＶ硬化性樹脂を取り入れることである。上述のように、二液型ＵＶ硬化性材料の２成分は、限定するものではないが、ＵＶ開始剤と構築材料を含むことができる。
【００４５】
１つの好適な実施態様として、ＵＶ開始剤は、１つ以上の溶媒、例えば、限定するものではないが、比較的低分子量の脂肪族及び芳香族炭化水素のような不活性な揮発性溶媒、揮発性アルコール、エーテル、及びエステル、及び高沸点可塑剤（ジブチルフタラート）、等、に溶解させることができる。その溶媒は、数層を堆積するのに必要な時間内に急速に蒸発するか、又は硬化された二液型放射材料内に無期限に長く十分留まれるほど非揮発性であることが極めて望ましい。前述した実施態様では、構築プラットホーム２０の上へ分配される構築材料の容積に対する放射開始剤の容積は、構築材料１００に対して放射開始剤が約１であるべきであるが、幾つかの実施態様では、構築材料１０に対して放射開始剤１であってもよく、また、構築材料と放射開始剤が同量であってもよい。
【００４６】
代替実施態様として、放射開始剤は、限定無するものではないが、低分子量の単官能アルキルアクリレート及びアルキルメタクリレート（例えば、アリルメタクリレート、イソデシルアクリレート及びメタクリレート、イソオクチルアクリレート）、ヒドロキシアルキルアクリレート及びメタクリレート（例えば、２−ヒドロキシエチルメタクリレート）、グリシジルメタクリレート、イソボルニルアクリレート、等のような、低反応性モノマー／低粘性モノマーのような溶媒中で溶解させることができる。特に、単官能性モノマーは、多くの場合において、二官能性及び三官能性モノマーより優れた安定性をもたらし且つ架橋結合しにくいという理由から、放射開始剤を溶解するのに単官能性モノマー溶媒が好まれている。加えて、低粘性モノマーは、その混合物を比較的低温で溶解できる故、放射開始剤に使われる溶媒として好まれている。これらの実施態様では、その溶媒は、重合反応に関与し多部分放射硬化性材料の部分となるものである。前述した実施態様では、構築サポート２０の上へ分配される構築材料の容積に対する放射開始剤の容積は、構築材料１００に対して放射開始剤が約１０〜１００であるべきであるが、一方、その他の場合においては、構築材料１００に対して放射開始剤が約５０であってもよい。一般に、放射開始剤と構築材料は、薬品が約２００℃を下回る温度で７０ｃｐｓ未満の粘度（即ち、噴射可能粘度）を有し、好ましくは、約１００℃を下回る温度で２０ｃｐｓ未満の粘度を示す特性を有する。加えて、放射開始剤と構築材料は、約１００℃を下回る温度で約５秒乃至１０分以内で反応して「不粘着」層を形成しなければならない。好ましくは、放射開始剤と構築材料は、約６０℃を下回る温度で約５秒乃至１分以内で反応して「不粘着」層を形成しなければならない。「不粘着（ｔａｃｋ ｆｒｅｅ）」は、架橋／連鎖成長反応が進行して生ずる材料が触ってももはや粘着しないような点として定義される。それは、硬化／連鎖成長が完了したことを意味するものではない。
【００４７】
一般に、放射開始剤及び／又は構築材料は、その他の化学成分、例えば、限定するものではないが、着色剤（例えば、染料、顔料、インク）、分散剤、及び多部分放射硬化性材料の反応時間を最適化して硬化速度と層対層の付着の適当なバランスを得るための触媒、等を含んでもよい。ＵＶ開始剤は、限定するものではないが、フリーラジカル開始剤、陽イオン開始剤、又はそれらの組合せのような化学物質を含んでもよい。フリーラジカル開始剤は、ＵＶ放射に曝されるとフリーラジカルを生ずるところの化合物を含む。当該フリーラジカルは、重合反応を開始させることができる。代表的なフリーラジカル開始剤は、限定するものではないが、ベンゾフェノン類（例えば、ベンゾフェノン、メチルベンゾフェノン、Ｍｉｃｈｌｅｒのケトン、及びキサントン類）、アクリルホスフィンオキシド型フリーラジカル開始剤（例えば、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド（ＴＭＰＯ）、２，４，６−トリメチルベンゾイルエトキシフェニルホスフィンオキシド（ＴＥＰＯ）、及びビスアクリルホスフィンオキシド類（ＢＡＰＯ））、アゾ化合物（例えば、ＡＩＢＮ）、ベンゾイン及びベンゾインアルキルエーテル類（例えば、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル及びベンゾインイソプロピルエーテル）を含む。フリーラジカル開始剤は、単独でもしくは共開始剤と組合せて用いることができる。共開始剤は、ＵＶ系において活性であるラジカルを生ずるのに第二分子を必要とする開始剤に関して用いられるものである。例えば、ベンゾフェノンは、反応性ラジカルを生ずるのに、アミンのような、第二分子を利用する。共開始剤の好ましい種類は、限定するものではないが、トリエチルアミン、メチルジエタノールアミン及びトリエタノールアミンのような、アルカノールアミン類である。適当な陽イオン開始剤は、限定するものではないが、重合を開始させるのに十分なＵＶ光線に曝されると非プロトン性の酸又はブレンスデッド酸を生成する化合物を含む。使用される陽イオン開始剤は、単一化合物、２つ以上の活性化合物の混合物、又は２つ以上の異なった化合物（例えば、共開始剤）の組合せであってよい。代表的な陽イオン開始剤は、限定するものではないが、アリールジアゾニウム塩、ジアリールヨードニウム塩、トリアリールスルホニウム塩、及びトリアリールセレニウム塩を含む。
【００４８】
ＵＶ構築材料は、限定するものではないが、アクリル系化合物、１つ以上のエポキシ置換基、１つ以上のビニルエーテル置換基を有する化合物、ビニルカプロラクタム、ビニルピロリドン、ウレタン、及びそれらの組合せのような化合物を含むことができる。特に、これらの化合物のモノマーは、構築材料として用いることができる。加えて、これらの化合物のオリゴマーは、それらの高粘度のために以前には考えられなかったかも知れないものであるが、当該構築材料として利用することができる。この点に関して、高い粘度範囲のため比較的高分子量の構築材料を使って開始することが可能となり、最終的な三次元物体におけるより優れた機械的諸性質（例えば、材料の硬さ／柔軟性及び強度、及び衝撃耐性）となることがある。当業者は、所望の特定用途の機械的諸性質を満足する構築材料を選択することができよう。構築材料に使われる適当なアクリル系化合物は、限定するものではないが、アクリル系モノマー、アクリル系オリゴマー、アクリル系架橋剤、又はそれらの組合せを含むことができる。アクリル系モノマーは、単官能性アクリル化分子であり、例えば、アクリル酸及びメタクリル酸のエステルであってよい。アクリル系オリゴマー（オリゴマーは短いポリマー鎖である）は、アクリル化分子であり、限定するものではないが、アクリル酸及びメタクリル酸と多価アルコールのポリエステル（例えば、トリメチロールプロパン、ペンタエリトリトール、エチレングリコール、プロピレングリコールのポリアクリレート及びポリメタクリレート）を含むことができる。加えて、アクリル系オリゴマーは、ウレタン−アクリレートであってもよい。
【００４９】
アクリル系架橋剤は、増大した架橋結合を形成する、多官能性分子である。アクリル系架橋剤の例には、限定するものではないが、１，４−ブタンジオールジアクリレート、１，４−ブタンジオール＞ジメタクリレート、１，６−ヘキサメチレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリトリトールトリアクリレート、ペンタ−エリトリトールトリメタクリレート、トリエチレングリコールトリアクリレート、トリエチレングリコールトリメタクリレート、ウレタンカクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、及びウレタンメタクリレートが含まれる。
【００５０】
構築材料は、限定するものではないが、少なくとも１つのビニルエーテル基を有するビニルエーテルモノマー及びオリゴマーのような１つ以上のビニルエーテル置換基を有する化学物質であってもよい。代表的なビニルエーテルは、限定するものではないが、エチルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、２−エチルヘキシルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、エチレングリコールモノビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテル、ブタンジオールジビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールモノビニルエーテル、及び１，４シクロヘキサンジメタノールジビニルを含む。
【００５１】
構築材料は、限定するものではないが、少なくとも１つのオキシラン部分を有するエポキシモノマー及びオリゴマーのような１つ以上のエポキシ置換基を有する化学物質も含むことができる。エポキシ含有の構築材料の例には、限定するものではないが、ビス−（３，４シクロヘキシルメチル）、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル、３，４−エポキシシクロヘキシルカルボキシレート、ジグリシジルエーテルビニルシクロヘキサン、１、２エポキシ−４−ビニルシクロヘキサン、２，４−エポキシシクロヘキシルメチル、３，４−エポキシシクルヘキサンカルボキシレート、等が含まれる。好ましくは、構築材料は、限定するものではないが、アクリレート及びその誘導体、エポキシアクリレート及びその誘導体、ウレタンアクリレート及びその誘導体、及びそれらの組合せのような化学物質を含む。加えて、構築材料は、室温での高粘性のため、その他の方法では、インクジェット技術を利用する立体自由形状成形プロセスから除外されるかも知れない、材料も含むことができる。これらの構築材料は、限定するものではないが、エトキシル化アクリレート、メタクリレート（例えば、２５℃で約１００ｃｐｓの粘度を有する、エトキシル化ノニルフェノールアクリレート（Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｉｎｃ．，ＳＲ５０４）、２５℃で約８０ｃｐｓの粘度を有するところの、エトキシル化ノニルフェノールエタクリレート（Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｉｎｃ．，ＣＤ６１２）、２５℃で約８０ｃｐｓの粘度を有するところの、エトキシル化ビスフェノールジメタクリレート（Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｉｎｃ．，ＳＲ４８０））、２５℃で約８０ｃｐｓの粘度を有する、カプロラクトンアクリレート（Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｉｎｃ．，ＳＲ４９５）、等を含むことができる。加えて、当該構築材料は、限定するものではないが、モノマー及びオリゴマーのような高粘度材料、例えば、エトキシル化ビスフェノール−Ａ ジメタクリレート化合物（例えば、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｉｎｃ．，ＳＲ３４８（２５℃において１０８２ｃｐｓ）、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｉｎｃ．，ＳＲ９０３６（２５℃において６１０ｃｐｓ）、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｉｎｃ．，ＣＤ５４１（２５℃において４４０ｃｐｓ）、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｉｎｃ．，ＳＲ４８０（２５℃において４１０ｃｐｓ）、及びＳａｒｔｏｍｅｒ Ｉｎｃ．，ＣＤ５４０（２５℃において５５５ｃｐｓ））、エトキシル化ビスフェノール−Ａ ジアクリレート化合物（例えば、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｉｎｃ．，ＳＲ６０１（２５℃において１０８０ｃｐｓ）、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｉｎｃ．，ＳＲ６０２（２５℃において６１０ｃｐｓ）、ＣＤ９０３８（２５℃において６８０ｃｐｓ）、及びＳａｒｔｏｍｅｒ Ｉｎｃ．，ＳＲ３４９（２５℃において１６００ｃｐｓ））、ペンタエリトロールトリアクリレート化合物（例えば、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｉｎｃ．，ＳＲ３４４（２５℃において５２０ｃｐｓ））、及びエトキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート化合物（例えば、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｉｎｃ．，ＳＲ４１５（２５℃において２２５−５２０ｃｐｓ）、等を含むことができる。
【００５２】
可視光開始剤は、限定するものではないが、カンファーキノン、１，２−アセナフチレンジオン、１Ｈ−インドール−２，３−ジオン、５Ｈ−ジベンゾ〔ａ，ｄ〕シクロヘプテン−１０，１１−ジオンのような）α−ジケトン類、フェノキサジン染料（Ｒｅｓａｚｕｒｉｎ，Ｒｅｓｏｒｕｆｉｎ）、ジフェニル（２，４，６−トリメチルベンゾイル）ホウスフィンオキシドのようなアシルホスフィンオキシド、等を含むことができる。
【００５３】
最後に、本願の立体自由形状成形システムと方法は、高度の寸法精度を維持しながら三次元物体の迅速な製造を効率的に可能にするものである。より詳細には、本願のシステムと方法は、所望の三次元物体を形成するべく非反応性の粉末をまとめて分散して、一液又は二液型反応性樹脂の堆積を可能にするものである。反応性樹脂と非反応性粉末の組合せは、液体樹脂部分に対する反応を包含する。結果として、製造された三次元物体は、反応の抑制によって膨潤、分解、及び再析出が妨げられるため、在来の方法で製造されたものより優れた機械的諸特性を示すであろう。従って、形成された物体の寸法精度も改善される。さらに、本願の方法とシステムは、粉末をまとめて供給して、支持構造を形成する必要性を排除することによって三次元物体を高速製造することができる。非反応性粉末中に単一樹脂を専ら堆積させるだけで立体自由形状成形システム設計の複雑さが低減されるため、立体自由形状成形システムのコストも本願のシステムと方法によって低減することができるのである。
【００５４】
前出の記述は、発明の実施態様を説明し且つ記述するために提示したに過ぎない。本発明を網羅的に開示しようとするものでもなく又は限定するものでもない。多くの修正及び変形は、上記教示から可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本願のシステムと方法の典型的な実施態様を実行するのに使用し得る立体自由形状成形システムの斜視図である。
【図２】本願のシステムと方法の典型的な実施態様を実行するのに使用し得る立体自由形状成形システムの断面図である。
【図３】１つの代表的な実施態様に従って一液型反応性材料を使用して本願の方法を達成するための方法を示すフローチャートである。
【図４Ａ】１つの代表的実施態様による本願の方法によって使用し得る粉末を示す断面図である。
【図４Ｂ】１つの代表的実施態様による１部反応性材料の堆積を示す断面図である。
【図４Ｃ】１つの代表的実施態様による１部反応性の系に対する紫外（ＵＶ）線の印加を示す断面図である。
【図４Ｄ】本願の方法によって形成された物体を１つの代表的実施態様によって未結合粉末が除去された状態で示す断面図である。
【図５】１つの代表的な実施態様に従って二液型反応性材料を使用して本願の方法を達成するための方法を示すフローチャートである。
【図６Ａ】１つの代表的実施態様による本願の方法によって使用し得る粉末を示す断面図である。
【図６Ｂ】１つの代表的実施態様による２部反応性材料の堆積を示す断面図である。
【図６Ｃ】１つの代表的実施態様によって２部反応材料を分配するための代替方法を示す断面図である。
【図６Ｄ】本願の方法によって形成された物体を１つの代表的実施態様によって未結合粉末が除去された状態で示す断面図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に非反応性粉末を分散するステップと、
前記非反応性粉末へ二液型ＵＶ硬化性樹脂の２つの成分を選択的に分配するステップと、
前記２つの成分と前記非反応性粉末を混合して、前記三次元物体を作り出す混合物を形成するステップと、
前記２つの成分にＵＶを印加して、前記非反応性粉末をカプセル封止するステップとを有することを特徴とする、非反応性粉末を使って三次元の立体自由形状成形物体を作り出す方法。
【請求項２】
前記２つの成分は、ＵＶ開始剤と構築材料を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＵＶ開始剤は、ＵＶ放射に曝されると重合反応を開始するフリーラジカル開始剤を含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ＵＶ開始剤は、不活性な揮発性溶媒に溶解させていることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記構築材料は、３次元物体の機械的性質を決めるアクリル系化合物を含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記ＵＶ開始剤と前記構築材料は、前記非反応性粉末に選択的に、同時に供給することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記ＵＶ開始剤と前記構築材料は、前記非反応性粉末に選択的に、互い違いに２つの成分を供給することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項１】
基板上に非反応性粉末を分散するステップと、
前記非反応性粉末へ二液型ＵＶ硬化性樹脂の２つの成分を選択的に分配するステップと、
前記２つの成分と前記非反応性粉末を混合して、前記三次元物体を作り出す混合物を形成するステップと、
前記２つの成分にＵＶを印加して、前記非反応性粉末をカプセル封止するステップとを有することを特徴とする、非反応性粉末を使って三次元の立体自由形状成形物体を作り出す方法。
【請求項２】
前記２つの成分は、ＵＶ開始剤と構築材料を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＵＶ開始剤は、ＵＶ放射に曝されると重合反応を開始するフリーラジカル開始剤を含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ＵＶ開始剤は、不活性な揮発性溶媒に溶解させていることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記構築材料は、３次元物体の機械的性質を決めるアクリル系化合物を含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記ＵＶ開始剤と前記構築材料は、前記非反応性粉末に選択的に、同時に供給することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記ＵＶ開始剤と前記構築材料は、前記非反応性粉末に選択的に、互い違いに２つの成分を供給することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【公開番号】特開２００９−１０７３５２（Ｐ２００９−１０７３５２Ａ）
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８７８３（Ｐ２００９−８７８３）
【出願日】平成２１年１月１９日（２００９．１．１９）
【分割の表示】特願２００４−２３６３９９（Ｐ２００４−２３６３９９）の分割
【原出願日】平成１６年８月１６日（２００４．８．１６）
【出願人】（５０３００３８５４）ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． (1,145)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月１９日（２００９．１．１９）
【分割の表示】特願２００４−２３６３９９（Ｐ２００４−２３６３９９）の分割
【原出願日】平成１６年８月１６日（２００４．８．１６）
【出願人】（５０３００３８５４）ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． (1,145)
【Ｆターム（参考）】
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