高速製造された３次元物体のための表面処理方法
表面処理された３次元物体を形成するための方法（１０）であって、高速製造された３次元物体の外表面を平滑化する溶剤（１６）と、溶剤によって平滑化された外表面の少なくとも一部をブラスト加工する媒体（２２）と、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［背景］
本発明は、概して、試作品、工具、および量産部品等の３次元（３Ｄ）物体の高速製造に関する。特に、本発明は、高速製造された３Ｄ物体を表面処理する方法に関する。
【０００２】
３Ｄ物体の製造および試験は、一般に、幅広い範囲の産業において、新しい製品、機械、およびプロセスを開発するために使用される。３Ｄ物体を構築するための種々の高速製造技術が存在する。それぞれの技術は、コンピュータ制御下において、幾何学的なコンピュータモデルから物体を開発するものである。これらの技術では、概して、所望の物体のデジタル表現（例えば、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ））を水平層にスライスまたは分割し、次いで、材料を繰り返し供給することによって、層毎に物体を構築する。本明細書における「高速製造」とは、１つ以上の、層基材の添加技術によって３Ｄ物体を構築することを指す。高速製造技術との例として、溶解蒸着成型、インクジェット噴射、選択的レーザ焼結、および立体造形プロセスが挙げられる。
【０００３】
高速製造技術によって構築された３Ｄ物体は、概して、特に、湾曲または角度を成す外表面において、「階段状」の外観を呈する。階段状の印象は、角縁の外形を有する横断面形状の積層によって生じ、層厚が増加すると、より顕著となる。階段状の印象は、概して、３Ｄ物体の強度に影響を与えない一方、所望の美的品質を著しく低減し得る。種々の研磨技術を使用して、高速製造された３Ｄ物体の表面仕上げが改良されてきた。しかしながら、高速製造された３Ｄ物体に対して美的に満足できる表面を提供する表面処理技術は継続的に求められている。
［概要］
本発明は、表面処理された３Ｄ物体を形成するための方法に関する。本方法は、溶剤を用いた平滑化工程によって、高速製造された３Ｄ物体の外表面を平滑化するステップと、溶剤によって平滑化された外表面の少なくとも一部をメディア（媒体）を用いてブラスティング（ブラスト加工）するステップと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】表面処理された３Ｄ物体を形成するための方法のフロー図である。
【図２】蒸気による平滑化プロセスを経た後の３Ｄ物体の写真である。３Ｄ物体は、平滑かつ光沢のある外表面を有するとともに、目に見える表面欠陥を含む。
【図３】メディア（媒体）を用いたブラスト加工プロセスを経た後の３Ｄ物体の写真である。３Ｄ物体は、平滑かつ艶のある外表面を有し、表面欠陥はもはや視認できない。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
図１は、平滑かつ艶のある外表面を有する３Ｄ物体を形成するための方法１０のフロー図である。方法１０は、ステップ１２−２４を含む。最初に、高速製造技術によって、３Ｄ物体の少なくとも一部を構築するステップを伴う（ステップ１２）。ステップ１２の高速製造技術の好適な例として、層基材の添加技術が挙げられる。例えば、溶解蒸着成型、インクジェット噴射、選択的レーザ焼結、立体造形、およびそれらの組み合わせが挙げられる。好ましくは、３Ｄ物体全体が、高速製造技術によって構築される。
【０００６】
一実施形態では、高速製造技術は、３Ｄ物体のデジタル表現（例えば、ＳＴＬファイル）を水平な層にスライスするステップを伴う。次いで、ラスタまたはベクトルパスが、３Ｄ物体を構築するための水平な層から生成されてもよく、高速製造技術に準じて構築材料が層毎に繰り返し供給されてもよい。使用される構築材料の種類は、３Ｄ物体を構築するために使用される特定の高速製造システムに依存してもよい。また、高速製造技術は、単一の構築プロセスまたは複数の構築プロセスから構成されても良い。
【０００７】
蒸着プロセス（例えば、溶解蒸着成型およびインクジェット噴射）を伴う高速製造技術が使用される際、３Ｄ物体の張り出し部分または空洞は、支持構造によって支持されてもよい。支持構造は、構築材料が蒸着されるのと同一の高速製造技術およびシステムを利用して構築されてもよい。また、構築プロセスの完了後に除去されてもよい。３Ｄ物体のデジタル表現が、水平な層にスライスされる際、支持構造の層もまた、支持材料を繰り返し供給することによって、層毎に、生成および構築されてもよい。
【０００８】
高速製造プロセスの完了の際、高速製造された３Ｄ物体において、平滑化プロセスの前の事前プロセスを１つ以上実施してもよい（ステップ１４）。事前プロセスの好適な例として、支持構造の除去、複数の物体の接着、３Ｄ物体の外表面への染料または着色剤の添加（平滑化ステップの際、３Ｄ物体の表面近傍材料内に浸透させてもよい）、事前の清浄ステップ、およびそれらの組み合わせが挙げられる。
【０００９】
次いで、高速製造された３Ｄ物体は、溶剤を用いた平滑化プロセス（ステップ１６）を経て、３Ｄ物体の外表面の少なくとも一部が、溶剤の使用によって平滑化される。前述のように、高速製造技術によって３Ｄ物体が構築された後、その３Ｄ物体は、階段状の外観を示し得る。階段状の外観は、角縁外形を有する断面（輪切り面）を積層することに起因する。溶剤を用いた平滑化プロセスは、３Ｄ物体の外表面の少なくとも一部を平滑化する一方、３Ｄ物体の形状および微細的な特徴は実質的に保持する。平滑化プロセスによって、３Ｄ物体の外表面は、平滑かつ光沢のある状態に仕上がる。階段状の外観形状は、低減するかまたは除去される。
【００１０】
平滑化プロセスは、まず、架台から３Ｄ物体を支持するステップを含む。望ましくは、架台と３Ｄ物体の外表面との接触は最小限に抑えられると良い。３Ｄ物体の外表面と異物成分との間の接点では、平滑化プロセスの際、その外表面において局所的に欠陥が形成される。したがって、３Ｄ物体の外表面上の接触面積を減少させることは、欠陥がもたらされる強度（激しさ、intensities）を抑えることにつながる。
【００１１】
平滑化システムにおいて３Ｄ物体を支持するための好適な技術は、Ｐｒｉｅｄｅｍａｎ， Ｊｒ．らの米国特許出願公開第２００５／０１７３８３８号に開示される。加えて、３Ｄ物体を支持するための特に好適な技術は、単一のフック状部材から３Ｄ物体を懸架することを含む。その技術では、懸架された３Ｄ物体の平衡が保たれる。また、フック状部材と３Ｄ物体の外表面との間においては接点は単一のものとなる。代替として、複雑な３Ｄ物体の場合、複数のフック状部材が使用されて３Ｄ物体が吊り式で懸架されてもよい。
【００１２】
ステップ１６の溶剤を用いた平滑化プロセスの特に好適な例では、高速製造された３Ｄ物体を、蒸気を用いた平滑化システム（蒸気平滑化システム）によって蒸気により平滑化することを含む。蒸気平滑化システムは、溶剤蒸気を含む。溶剤蒸気は、３Ｄ物体における露出した外表面領域を平滑化し、それによって、階段状の印象を低減または排除するものである。蒸気平滑化に使用される溶剤としては、３Ｄ物体を形成するために使用される構築材料と相溶性のあるものが選択されることが望まれる。蒸気平滑化に使用される溶剤の好適な例として、塩化メチレン、臭化ｎ−プロピル、ペルクロロエチレン、トリクロロエチレン、アセトン、メチルエチルケトン、ジメチルアセトアミド、キシレン、トルエン、水、アルコール、およびそれらの組み合わせが挙げられる。
【００１３】
ステップ１６において使用するための蒸気平滑化システムの好適な例は、Ｐｒｉｅｄｅｍａｎらの米国特許出願第２００５／０１７３８３８号に開示される。蒸気平滑化システムは、望ましくは、密閉されたチャンバ内で、３Ｄ物体を溶剤蒸気に暴露するよう機能する。チャンバは、溶剤の沸点以上に維持されてもよい。溶剤は、蒸気の状態の間、３Ｄ物体に影響を及ぼさない。しかしながら、３Ｄ物体は、最初は、実質的には溶剤の沸点を下回る温度（例えば、常温）であるため、溶剤は、３Ｄ物体の外表面上に凝結する。凝結した溶剤は、露出した３Ｄ物体の外表面に浸透する。それによって、露出した外表面における材料が溶解する。これにより、材料の還流および分散が外表面のより広い面積にわたって生じる。３Ｄ物体が、チャンバ温度まで加熱されると、凝結していた溶剤は再蒸発する。分散した材料は、新しい分散位置に残留する。そして、光沢のある仕上がり状態を有して実質的に平滑な表面が形成される。
【００１４】
蒸気平滑化は、いくつかの相互作用要因に依存する。例えば、３Ｄ物体が凝結した溶剤に曝される暴露時間、使用される溶剤の種類と濃度、３Ｄ物体に使用される構築材料、３Ｄ物体の外表面面積、および３Ｄ物体の特徴である精細さ等である。したがって、蒸気平滑化プロセスの持続時間は、変化させてもよい。蒸気平滑化プロセスの持続時間の好適な例は、約１０秒から約５分の範囲である。特に好適な例は、約３０秒から約１分の範囲である。
【００１５】
一実施形態では、３Ｄ物体は、蒸気平滑化プロセスに先立って、（例えば、常温を下回る温度に）冷却されてもよい。これによって、溶剤蒸気と３Ｄ物体との間の温度差を増大させ、蒸気平滑化プロセス中の溶剤凝結速度を増進させる。本実施形態では、低沸点を有する溶剤（例えば、塩化メチレン）の使用が特に好適である。また、本実施形態は、蒸気平滑化プロセスの再現性を向上させる。例えば、沸点が約４０℃（１０４°Ｆ）である塩化メチレンは、周囲温度１６℃（６０°Ｆ）に維持された３Ｄ物体に対して、その３Ｄ物体が周囲温度２７°Ｃ（８０°Ｆ）に維持された場合と比較して、蒸気平滑化に関する異なる結果を提供する。より低い温度（例えば、０°Ｃ（３２°Ｆ）から４°Ｃ（４０°Ｆ））に３Ｄ物体を冷却することによって、蒸気平滑化に関する結果の一貫性および予測性が向上する。
【００１６】
また、蒸気平滑化プロセスは、複数の連続的な蒸気平滑化ステップにより構成されてもよい。例えば、最初の蒸気平滑化プロセスの後、３Ｄ物体を検査し、平滑化の程度を判断してもよい。追加的な平滑化プロセスが必要な場合、平滑化が不十分な３Ｄ物体は、追加的な蒸気平滑化プロセスにて１回以上処理されても良い。蒸気平滑化プロセスの完了の際、平滑化された３Ｄ物体は冷却および乾燥されてもよい。
【００１７】
ステップ１６の代替実施形態では、溶剤を用いた平滑化プロセスは、高速製造された３Ｄ物体を液体溶剤を含む槽内に浸漬させるまたは沈めるステップを含んでも良い。あるいは高速製造された３Ｄ物体に液体溶剤を噴霧するステップを含んでもよい。好適な溶剤の例として、蒸気平滑化プロセスに関して上述したものが挙げられる。使用される溶剤は、望ましくは、３Ｄ物体を形成するために使用される構築材料と相溶性のあるものが選択される。液体溶剤は、露出した３Ｄ物体の外表面に浸透する。それによって、露出した外表面における材料が溶解する。これにより、材料の還流および分散が外表面のより広い面積にわたって生じる。３Ｄ物体は、望ましくは、十分な持続時間の間、液体溶剤に暴露され、外表面の少なくとも一部に平滑かつ光沢のある仕上げ面が形成される。次いで、３Ｄ物体を乾燥させ（例えば、自然乾燥）、平滑化された外表面から溶剤を蒸発させる。それにより、さらなる平滑化（溶剤を用いた平滑化）を防止する。
【００１８】
一実施形態では、溶剤を用いた平滑化プロセスの際、３Ｄ物体の外表面の鏡面反射率が監視される。表面の鏡面反射率とは、単一入射方向からの光線が単一出射方向に反射する表面におけるその鏡面のような反射性を示す。溶剤を用いた平滑化プロセスに先立って、３Ｄ物体の外表面は粗く、それによって、単一入射方向からの光線が、広範囲の出射方向に反射される広範性の反射性を示す。しかしながら、平滑化プロセスは、外表面の光沢度を増大させ、それによって、外表面の鏡面反射率を増加させる。
【００１９】
外表面の鏡面反射率は、平滑化プロセスのサイクルの間、鏡面反射率を監視する種々の鏡面反射率監視システムによって監視されてもよい。代替として、リアルタイム監視を妨害しない平滑化システム（例えば、蒸気平滑化システム）の場合、監視は、平滑化プロセスの間中行われてもよい。一実施形態では、鏡面反射率は、３Ｄ物体の外表面の１つ以上の場所において監視される。代替として、または加えて、鏡面反射率の均一性が、３Ｄ物体全体にわたって監視されてもよい。外表面の鏡面反射率が、平滑化プロセスに関する所定のレベルに到達すると、平滑化プロセスは中断されても良く、平滑化された３Ｄ物体は乾燥されてもよい。
【００２０】
溶剤を用いた上述の平滑化プロセスは、３Ｄ物体の外表面に対し、平滑かつ光沢のある仕上げを提供する。加えて、溶剤を用いた平滑化プロセスはまた、３Ｄ物体の外表面における気孔率を低下させる。方法１０におけるステップ１２の構築プロセスの間に、小径・多孔性の領域が、３Ｄ物体の層内に形成され得る。そのような領域が形成されることは、３Ｄ物体の物理的特性に不利益となる可能性がある。しかしながら、溶剤による平滑化作用の間の表面材料の溶解および還流によって、外表面における３Ｄ物体の気孔率が低下する。このことは、３Ｄ物体の構造上の完全性および密封特性の向上につながる。
【００２１】
対照的に、研磨、および、媒体による直接ブラスト加工等の他の平滑化技術では、光沢仕上げはもたらされず、３Ｄ物体の気孔率は低下しない。加えて、手動研磨または電動研磨等の平滑化技術は、時間がかかり、定期的に監視されない場合、材料が過剰に除去される可能性がある（例えば、内部ラスタパターンを露出するための周縁層の研磨の場合）。粉砕された媒体（例えば、酸化アルミニウムおよびガラス玉）による直接的なブラスト加工は、高速な表面平滑化を提供し得る。しかしながら、外表面から階段状の外観を除去するために必要なブラスト加工が継続することもまた、３Ｄ物体の周縁層を除去し、微細的な特徴を破壊する可能性がある。加えて、溶剤を用いた平滑化プロセスと異なり、研磨および直接的なブラスト加工は、３Ｄ物体の内部特徴（例えば、空洞）にアクセスするために好適ではなく、不完全かつ指向性の（一方向の）平滑化によって、美的に満足できない表面仕上げをもたらし得る。
【００２２】
平滑化プロセスの完了後、平滑化された３Ｄ物体は、次いで、表面欠陥に関して検査されてもよい（ステップ１８）。平滑かつ光沢のある外表面は、種々の要因から１つ以上の表面欠陥を被る場合がある。例えば、３Ｄ物体と平滑化用の架台との間の接触によって、平滑化プロセスの際、架台の一部を３Ｄ物体の表面内に溶融させ得る。残念ながら、外表面の光沢のある仕上げによって、そのような表面欠陥が強調され、裸眼でも欠陥が容易に目に見えるようになってしまう。これは、平滑化された３Ｄ物体の美的品質を損なわせる。
【００２３】
１つ以上の表面欠陥が３Ｄ物体上に見つかる場合、次いで、欠陥を除去するために十分な持続時間の間、欠陥上で研磨材料（例えば、やすりおよび研磨紙）を摩擦させることによって、欠陥を除去してもよい（ステップ２０）。しかしながら、欠陥除去プロセスはまた、欠陥が除去される場所における外表面の光沢のある仕上げ状態を悪化させる。これらの光沢の悪化した領域はまた、くすんで光沢のない表面領域として、容易に目に見える。これもまた、平滑化された３Ｄ物体の美的品質を損なわせる。
【００２４】
平滑化された３Ｄ物体の美的品質を向上させるため、平滑化された３Ｄ物体を、媒体を用いたブラスト加工システムに装填して、媒体を用いてブラスト加工し、外表面から光沢のある仕上げを除去する（ステップ２２）。これによって、磨き上げられた外表面が形成される。その磨き上げられた外表面は、光沢のある仕上げよりも、平滑かつ艶のある仕上げを有する。異なる種類および種々のサイズのブラスト加工媒体を使用して、３Ｄ物体の外表面の質感を変化させてもよい。ブラスト加工媒体の好適な例として、塩（例えば、重炭酸ナトリウムおよび塩化ナトリウム）、胡桃殻、ドライアイス、ナノ粒子、市販の艶出し媒体、およびそれらの組み合わせが挙げられる。一実施形態では、ブラスト加工媒体は、高純度の媒体（例えば、ドライアイスおよび高純度重炭酸ナトリウム）である。その場合、清浄な３Ｄ物体がもたらされる。媒体を用いたブラスト加工システムの好適な例として、Ａｌｅｘａｎｄｅｒの米国特許第７，１３４，９４５号に開示されるものが挙げられる。
【００２５】
媒体を用いたブラスト加工の持続時間および強度は、外表面の所望の質感および使用されるブラスト加工媒体（例えば、材料の違いおよび粒子サイズの違い）に応じて変化させてもよい。しかしながら、階段状の外観は、溶剤による平滑化作用によって前もって除去されているため、媒体を用いたブラスト加工のプロセスの持続時間および強度は、望ましくは、外表面から光沢のある仕上げを実質的に除去するのに必要な値に制限される。例えば、外表面の各領域は、数秒間、媒体を用いてブラスト加工されても良く、その領域における光沢のある仕上げが除去されてもよい。これによって、３Ｄ物体の周縁層を除去する危険性、微細的な特徴を破壊する危険性を低減する。
【００２６】
また、媒体を用いたブラスト加工のプロセスは、複数の連続的なブラスト加工ステップによって構成されてもよい。例えば、最初の媒体を用いたブラスト加工のプロセスの後、３Ｄ物体を検査し、ブラスト加工の程度を判断してもよい。追加的にブラスト加工が必要な場合、３Ｄ物体は、追加的なブラスト加工によって１回以上処理されてもよい。
【００２７】
一実施形態では、媒体を用いたブラスト加工のプロセスの際、３Ｄ物体の外表面の鏡面反射率が監視される。前述のように、溶剤を用いた平滑化プロセスの後は、３Ｄ物体の外表面は、光沢がある。それによって、高い鏡面反射率を呈する（表面欠陥のある場所を除く）。しかしながら、媒体を用いたブラスト加工のプロセスは、外表面の光沢度を低減させ、それによって、鏡面反射率を低下させる（すなわち、広範性の反射性を増進させる）。外表面の鏡面反射率は、媒体を用いてブラスト加工するプロセスのサイクルの間、鏡面反射率を監視する種々の鏡面反射率監視システムによって監視されてもよい。一実施形態では、鏡面反射率は、３Ｄ物体の外表面の１つ以上の場所において監視される。代替として、または加えて、鏡面反射率の均一性が、３Ｄ物体の全体にわたって監視されてもよい。外表面の鏡面反射率が、媒体を用いてブラスト加工するプロセスに関する所定のレベルに到達すると、媒体を用いたブラスト加工のプロセスは中断されてもよい。
【００２８】
代替実施形態では、方法１０のステップ１８およびステップ２０の一方または両方が省略される。また、ステップ２２の、媒体を用いてブラスト加工するプロセスは、ステップ１６の、溶剤を用いた平滑化プロセスの間に形成される軽微な表面欠陥を除去するために好適である。これによって、目に見える表面欠陥が実質的にない、平滑かつ艶のある外表面が提供されるとともに、３Ｄ物体の表面処理に必要とされる時間が短縮される。
【００２９】
媒体を用いたブラスト加工のプロセスの完了後、次いで、平滑化された３Ｄ物体が清浄（例えば、洗浄）されても良く、媒体を用いたブラスト加工に基づくあらゆる残留粒子を除去してもよい（ステップ２４）。結果として生じる３Ｄ物体は、美的に満足し得る、平滑かつ艶のある状態に仕上げられた外表面を有する。加えて、その外表面については、溶剤によって平滑化された表面と同様に、気孔率が低減する。しかしながら、溶剤によって平滑化された表面における光沢のある仕上がりとは対照的に、方法１０によって得られる艶のある仕上げにより、溶剤を用いた平滑化プロセスの際に得られる目に見える表面欠陥、除去可能な位置の表面欠陥は減少し、または排除される。
【００３０】
結果として生じる３Ｄ物体の外表面が、所望の美的品質を呈さない場合、ステップ１６−２４を１回以上繰り返してもよい（矢印２６によって表されるように）。つまり、３Ｄ物体は、所望の美的品質が得られるまで、溶剤を用いた平滑化および媒体を用いたブラスト加工のプロセスを複数回受けてもよい。これによって、方法１０の柔軟性が向上し、個々の必要性に合致する。
［実施例］
本発明は、以下の実施例において、より具体的に説明される。以下の実施例は、例証のみを意図しており、本発明の範囲内における多数の修正および変形例は、当業者には明白であるだろう。平滑かつ艶のある外表面を呈する表面処理された３Ｄ物体を、以下の手順に従って、調製した。最初に、ミネソタ州Ｅｄｅｎ ＰｒａｉｒｉｅのＳｔａｔａｓｙｓ， Ｉｎｃ．から「ＦＤＭ ＴＩＴＡＮ」という商品名で市販される溶解蒸着成型システムにおいて、白色アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）ポリマーによって、３Ｄ物体を積層方式で構築した（方法１０のステップ１２に従った）。次いで、３Ｄ物体を溶解蒸着成型システムから除去し、常温に冷却した。本実施例では、方法１０のステップ１４に基づく事前平滑化プロセスは、実施しなかった（例えば、支持材料の除去を必要としなかった）。
【００３１】
次いで、３Ｄ物体を蒸気平滑化システム内に挿入するために、３Ｄ物体の小穴を通して延在するワイヤ部材によって、３Ｄ物体を懸架した。蒸気平滑化システムは、Ｐｒｉｅｄｅｍａｎ， Ｊｒ．らの米国特許出願公開第２００５／０１７３８３８号に記載されるように構成され、また、７０℃（すなわち、溶剤の沸点）に維持された臭化ｎ−プロピルの蒸気チャンバを含んでいる。懸架された３Ｄ物体を、２回の３０秒サイクルの間、蒸気平滑化システム内に挿入し、次いで、乾燥させ、常温に冷却した（方法１０のステップ１６に従った）。次いで、ワイヤ部材を３Ｄ物体の小穴から除去し、表面欠陥に関して、その３Ｄ物体を検査した（方法１０のステップ１８に従った）。
【００３２】
図２は、蒸気平滑化プロセスを受けた後の３Ｄ物体の写真である。図に示されるように、３Ｄ物体は、階段状の外観が実質的に除去された平滑かつ光沢のある外表面を含んでいた。図２では、光沢のある仕上げを観察できる。それは、３Ｄ物体の外表面に沿った種々の場所における光反射による。しかしながら、さらに示されるように、３Ｄ物体の小穴はまた、プラスチック材料内に表面欠陥を含んでいた。蒸気平滑化プロセスの間、表面プラスチック材料の還流によって、プラスチック材料の一部が、ワイヤ部材上に流動した。次いで、ワイヤ部材のその後の除去によって、小穴２６において、３Ｄ物体の外表面に欠陥が形成され、裸眼でも容易に目に見え、３Ｄ物体の美的品質が損なわれていた。
【００３３】
表面欠陥は、研磨仕上げによって除去した（方法１０のステップ２０に従った）。これによって、表面欠陥に関する３Ｄ物体の美的品質は改良された。一方で、欠陥除去によって、欠陥の場所における外表面の光沢のある仕上げも排除された。図２には示されていないが、光沢のある仕上げのこのような損失はまた、外表面の残りの部分（光沢のある仕上げが保持された表面）とは対照的に、裸眼でも容易に見えた。また、これによって、３Ｄ物体の美的品質が損なわれた。
【００３４】
次いで、標準的ベンチュリ型ナトリウム化合物噴射装置に、３Ｄ物体を装填した。次いで、作動圧力を２７６キロパスカル（４０ポンド／平方インチ）に設定し、１２０秒間、重曹（すなわち、重炭酸ナトリウム）粉末によって、３Ｄ物体をブラスト加工した（方法１０のステップ２２に従った）。これによって、数秒間、３Ｄ物体の外表面の各領域に重曹を噴射した。ナトリウム化合物によるブラスト加工プロセスの後、結果として生じる３Ｄ物体を水で洗浄し、残留ナトリウム化合物粒子を除去した（方法１０のステップ２４に従った）。
【００３５】
図３は、ナトリウム化合物を用いたブラスト加工のプロセスを経た後の３Ｄ物体の写真である。図に示されるように、３Ｄ物体は、平滑かつ艶のある外表面を含む。その表面は、鏡面的に拡散性を有する外観をなし、心地良いろう状の手触りを有していた。さらに、光沢のある仕上げが除去されたため、小穴に位置する欠陥除去部位は、裸眼では、容易に見えなかった。故に、結果として生じる３Ｄ物体は、美的に満足できる外表面を呈する。
【００３６】
本発明は、好ましい実施形態を参照して説明されたが、当業者は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態および詳細において、変更を成し得ることを理解するであろう。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［背景］
本発明は、概して、試作品、工具、および量産部品等の３次元（３Ｄ）物体の高速製造に関する。特に、本発明は、高速製造された３Ｄ物体を表面処理する方法に関する。
【０００２】
３Ｄ物体の製造および試験は、一般に、幅広い範囲の産業において、新しい製品、機械、およびプロセスを開発するために使用される。３Ｄ物体を構築するための種々の高速製造技術が存在する。それぞれの技術は、コンピュータ制御下において、幾何学的なコンピュータモデルから物体を開発するものである。これらの技術では、概して、所望の物体のデジタル表現（例えば、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ））を水平層にスライスまたは分割し、次いで、材料を繰り返し供給することによって、層毎に物体を構築する。本明細書における「高速製造」とは、１つ以上の、層基材の添加技術によって３Ｄ物体を構築することを指す。高速製造技術との例として、溶解蒸着成型、インクジェット噴射、選択的レーザ焼結、および立体造形プロセスが挙げられる。
【０００３】
高速製造技術によって構築された３Ｄ物体は、概して、特に、湾曲または角度を成す外表面において、「階段状」の外観を呈する。階段状の印象は、角縁の外形を有する横断面形状の積層によって生じ、層厚が増加すると、より顕著となる。階段状の印象は、概して、３Ｄ物体の強度に影響を与えない一方、所望の美的品質を著しく低減し得る。種々の研磨技術を使用して、高速製造された３Ｄ物体の表面仕上げが改良されてきた。しかしながら、高速製造された３Ｄ物体に対して美的に満足できる表面を提供する表面処理技術は継続的に求められている。
［概要］
本発明は、表面処理された３Ｄ物体を形成するための方法に関する。本方法は、溶剤を用いた平滑化工程によって、高速製造された３Ｄ物体の外表面を平滑化するステップと、溶剤によって平滑化された外表面の少なくとも一部をメディア（媒体）を用いてブラスティング（ブラスト加工）するステップと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】表面処理された３Ｄ物体を形成するための方法のフロー図である。
【図２】蒸気による平滑化プロセスを経た後の３Ｄ物体の写真である。３Ｄ物体は、平滑かつ光沢のある外表面を有するとともに、目に見える表面欠陥を含む。
【図３】メディア（媒体）を用いたブラスト加工プロセスを経た後の３Ｄ物体の写真である。３Ｄ物体は、平滑かつ艶のある外表面を有し、表面欠陥はもはや視認できない。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
図１は、平滑かつ艶のある外表面を有する３Ｄ物体を形成するための方法１０のフロー図である。方法１０は、ステップ１２−２４を含む。最初に、高速製造技術によって、３Ｄ物体の少なくとも一部を構築するステップを伴う（ステップ１２）。ステップ１２の高速製造技術の好適な例として、層基材の添加技術が挙げられる。例えば、溶解蒸着成型、インクジェット噴射、選択的レーザ焼結、立体造形、およびそれらの組み合わせが挙げられる。好ましくは、３Ｄ物体全体が、高速製造技術によって構築される。
【０００６】
一実施形態では、高速製造技術は、３Ｄ物体のデジタル表現（例えば、ＳＴＬファイル）を水平な層にスライスするステップを伴う。次いで、ラスタまたはベクトルパスが、３Ｄ物体を構築するための水平な層から生成されてもよく、高速製造技術に準じて構築材料が層毎に繰り返し供給されてもよい。使用される構築材料の種類は、３Ｄ物体を構築するために使用される特定の高速製造システムに依存してもよい。また、高速製造技術は、単一の構築プロセスまたは複数の構築プロセスから構成されても良い。
【０００７】
蒸着プロセス（例えば、溶解蒸着成型およびインクジェット噴射）を伴う高速製造技術が使用される際、３Ｄ物体の張り出し部分または空洞は、支持構造によって支持されてもよい。支持構造は、構築材料が蒸着されるのと同一の高速製造技術およびシステムを利用して構築されてもよい。また、構築プロセスの完了後に除去されてもよい。３Ｄ物体のデジタル表現が、水平な層にスライスされる際、支持構造の層もまた、支持材料を繰り返し供給することによって、層毎に、生成および構築されてもよい。
【０００８】
高速製造プロセスの完了の際、高速製造された３Ｄ物体において、平滑化プロセスの前の事前プロセスを１つ以上実施してもよい（ステップ１４）。事前プロセスの好適な例として、支持構造の除去、複数の物体の接着、３Ｄ物体の外表面への染料または着色剤の添加（平滑化ステップの際、３Ｄ物体の表面近傍材料内に浸透させてもよい）、事前の清浄ステップ、およびそれらの組み合わせが挙げられる。
【０００９】
次いで、高速製造された３Ｄ物体は、溶剤を用いた平滑化プロセス（ステップ１６）を経て、３Ｄ物体の外表面の少なくとも一部が、溶剤の使用によって平滑化される。前述のように、高速製造技術によって３Ｄ物体が構築された後、その３Ｄ物体は、階段状の外観を示し得る。階段状の外観は、角縁外形を有する断面（輪切り面）を積層することに起因する。溶剤を用いた平滑化プロセスは、３Ｄ物体の外表面の少なくとも一部を平滑化する一方、３Ｄ物体の形状および微細的な特徴は実質的に保持する。平滑化プロセスによって、３Ｄ物体の外表面は、平滑かつ光沢のある状態に仕上がる。階段状の外観形状は、低減するかまたは除去される。
【００１０】
平滑化プロセスは、まず、架台から３Ｄ物体を支持するステップを含む。望ましくは、架台と３Ｄ物体の外表面との接触は最小限に抑えられると良い。３Ｄ物体の外表面と異物成分との間の接点では、平滑化プロセスの際、その外表面において局所的に欠陥が形成される。したがって、３Ｄ物体の外表面上の接触面積を減少させることは、欠陥がもたらされる強度（激しさ、intensities）を抑えることにつながる。
【００１１】
平滑化システムにおいて３Ｄ物体を支持するための好適な技術は、Ｐｒｉｅｄｅｍａｎ， Ｊｒ．らの米国特許出願公開第２００５／０１７３８３８号に開示される。加えて、３Ｄ物体を支持するための特に好適な技術は、単一のフック状部材から３Ｄ物体を懸架することを含む。その技術では、懸架された３Ｄ物体の平衡が保たれる。また、フック状部材と３Ｄ物体の外表面との間においては接点は単一のものとなる。代替として、複雑な３Ｄ物体の場合、複数のフック状部材が使用されて３Ｄ物体が吊り式で懸架されてもよい。
【００１２】
ステップ１６の溶剤を用いた平滑化プロセスの特に好適な例では、高速製造された３Ｄ物体を、蒸気を用いた平滑化システム（蒸気平滑化システム）によって蒸気により平滑化することを含む。蒸気平滑化システムは、溶剤蒸気を含む。溶剤蒸気は、３Ｄ物体における露出した外表面領域を平滑化し、それによって、階段状の印象を低減または排除するものである。蒸気平滑化に使用される溶剤としては、３Ｄ物体を形成するために使用される構築材料と相溶性のあるものが選択されることが望まれる。蒸気平滑化に使用される溶剤の好適な例として、塩化メチレン、臭化ｎ−プロピル、ペルクロロエチレン、トリクロロエチレン、アセトン、メチルエチルケトン、ジメチルアセトアミド、キシレン、トルエン、水、アルコール、およびそれらの組み合わせが挙げられる。
【００１３】
ステップ１６において使用するための蒸気平滑化システムの好適な例は、Ｐｒｉｅｄｅｍａｎらの米国特許出願第２００５／０１７３８３８号に開示される。蒸気平滑化システムは、望ましくは、密閉されたチャンバ内で、３Ｄ物体を溶剤蒸気に暴露するよう機能する。チャンバは、溶剤の沸点以上に維持されてもよい。溶剤は、蒸気の状態の間、３Ｄ物体に影響を及ぼさない。しかしながら、３Ｄ物体は、最初は、実質的には溶剤の沸点を下回る温度（例えば、常温）であるため、溶剤は、３Ｄ物体の外表面上に凝結する。凝結した溶剤は、露出した３Ｄ物体の外表面に浸透する。それによって、露出した外表面における材料が溶解する。これにより、材料の還流および分散が外表面のより広い面積にわたって生じる。３Ｄ物体が、チャンバ温度まで加熱されると、凝結していた溶剤は再蒸発する。分散した材料は、新しい分散位置に残留する。そして、光沢のある仕上がり状態を有して実質的に平滑な表面が形成される。
【００１４】
蒸気平滑化は、いくつかの相互作用要因に依存する。例えば、３Ｄ物体が凝結した溶剤に曝される暴露時間、使用される溶剤の種類と濃度、３Ｄ物体に使用される構築材料、３Ｄ物体の外表面面積、および３Ｄ物体の特徴である精細さ等である。したがって、蒸気平滑化プロセスの持続時間は、変化させてもよい。蒸気平滑化プロセスの持続時間の好適な例は、約１０秒から約５分の範囲である。特に好適な例は、約３０秒から約１分の範囲である。
【００１５】
一実施形態では、３Ｄ物体は、蒸気平滑化プロセスに先立って、（例えば、常温を下回る温度に）冷却されてもよい。これによって、溶剤蒸気と３Ｄ物体との間の温度差を増大させ、蒸気平滑化プロセス中の溶剤凝結速度を増進させる。本実施形態では、低沸点を有する溶剤（例えば、塩化メチレン）の使用が特に好適である。また、本実施形態は、蒸気平滑化プロセスの再現性を向上させる。例えば、沸点が約４０℃（１０４°Ｆ）である塩化メチレンは、周囲温度１６℃（６０°Ｆ）に維持された３Ｄ物体に対して、その３Ｄ物体が周囲温度２７°Ｃ（８０°Ｆ）に維持された場合と比較して、蒸気平滑化に関する異なる結果を提供する。より低い温度（例えば、０°Ｃ（３２°Ｆ）から４°Ｃ（４０°Ｆ））に３Ｄ物体を冷却することによって、蒸気平滑化に関する結果の一貫性および予測性が向上する。
【００１６】
また、蒸気平滑化プロセスは、複数の連続的な蒸気平滑化ステップにより構成されてもよい。例えば、最初の蒸気平滑化プロセスの後、３Ｄ物体を検査し、平滑化の程度を判断してもよい。追加的な平滑化プロセスが必要な場合、平滑化が不十分な３Ｄ物体は、追加的な蒸気平滑化プロセスにて１回以上処理されても良い。蒸気平滑化プロセスの完了の際、平滑化された３Ｄ物体は冷却および乾燥されてもよい。
【００１７】
ステップ１６の代替実施形態では、溶剤を用いた平滑化プロセスは、高速製造された３Ｄ物体を液体溶剤を含む槽内に浸漬させるまたは沈めるステップを含んでも良い。あるいは高速製造された３Ｄ物体に液体溶剤を噴霧するステップを含んでもよい。好適な溶剤の例として、蒸気平滑化プロセスに関して上述したものが挙げられる。使用される溶剤は、望ましくは、３Ｄ物体を形成するために使用される構築材料と相溶性のあるものが選択される。液体溶剤は、露出した３Ｄ物体の外表面に浸透する。それによって、露出した外表面における材料が溶解する。これにより、材料の還流および分散が外表面のより広い面積にわたって生じる。３Ｄ物体は、望ましくは、十分な持続時間の間、液体溶剤に暴露され、外表面の少なくとも一部に平滑かつ光沢のある仕上げ面が形成される。次いで、３Ｄ物体を乾燥させ（例えば、自然乾燥）、平滑化された外表面から溶剤を蒸発させる。それにより、さらなる平滑化（溶剤を用いた平滑化）を防止する。
【００１８】
一実施形態では、溶剤を用いた平滑化プロセスの際、３Ｄ物体の外表面の鏡面反射率が監視される。表面の鏡面反射率とは、単一入射方向からの光線が単一出射方向に反射する表面におけるその鏡面のような反射性を示す。溶剤を用いた平滑化プロセスに先立って、３Ｄ物体の外表面は粗く、それによって、単一入射方向からの光線が、広範囲の出射方向に反射される広範性の反射性を示す。しかしながら、平滑化プロセスは、外表面の光沢度を増大させ、それによって、外表面の鏡面反射率を増加させる。
【００１９】
外表面の鏡面反射率は、平滑化プロセスのサイクルの間、鏡面反射率を監視する種々の鏡面反射率監視システムによって監視されてもよい。代替として、リアルタイム監視を妨害しない平滑化システム（例えば、蒸気平滑化システム）の場合、監視は、平滑化プロセスの間中行われてもよい。一実施形態では、鏡面反射率は、３Ｄ物体の外表面の１つ以上の場所において監視される。代替として、または加えて、鏡面反射率の均一性が、３Ｄ物体全体にわたって監視されてもよい。外表面の鏡面反射率が、平滑化プロセスに関する所定のレベルに到達すると、平滑化プロセスは中断されても良く、平滑化された３Ｄ物体は乾燥されてもよい。
【００２０】
溶剤を用いた上述の平滑化プロセスは、３Ｄ物体の外表面に対し、平滑かつ光沢のある仕上げを提供する。加えて、溶剤を用いた平滑化プロセスはまた、３Ｄ物体の外表面における気孔率を低下させる。方法１０におけるステップ１２の構築プロセスの間に、小径・多孔性の領域が、３Ｄ物体の層内に形成され得る。そのような領域が形成されることは、３Ｄ物体の物理的特性に不利益となる可能性がある。しかしながら、溶剤による平滑化作用の間の表面材料の溶解および還流によって、外表面における３Ｄ物体の気孔率が低下する。このことは、３Ｄ物体の構造上の完全性および密封特性の向上につながる。
【００２１】
対照的に、研磨、および、媒体による直接ブラスト加工等の他の平滑化技術では、光沢仕上げはもたらされず、３Ｄ物体の気孔率は低下しない。加えて、手動研磨または電動研磨等の平滑化技術は、時間がかかり、定期的に監視されない場合、材料が過剰に除去される可能性がある（例えば、内部ラスタパターンを露出するための周縁層の研磨の場合）。粉砕された媒体（例えば、酸化アルミニウムおよびガラス玉）による直接的なブラスト加工は、高速な表面平滑化を提供し得る。しかしながら、外表面から階段状の外観を除去するために必要なブラスト加工が継続することもまた、３Ｄ物体の周縁層を除去し、微細的な特徴を破壊する可能性がある。加えて、溶剤を用いた平滑化プロセスと異なり、研磨および直接的なブラスト加工は、３Ｄ物体の内部特徴（例えば、空洞）にアクセスするために好適ではなく、不完全かつ指向性の（一方向の）平滑化によって、美的に満足できない表面仕上げをもたらし得る。
【００２２】
平滑化プロセスの完了後、平滑化された３Ｄ物体は、次いで、表面欠陥に関して検査されてもよい（ステップ１８）。平滑かつ光沢のある外表面は、種々の要因から１つ以上の表面欠陥を被る場合がある。例えば、３Ｄ物体と平滑化用の架台との間の接触によって、平滑化プロセスの際、架台の一部を３Ｄ物体の表面内に溶融させ得る。残念ながら、外表面の光沢のある仕上げによって、そのような表面欠陥が強調され、裸眼でも欠陥が容易に目に見えるようになってしまう。これは、平滑化された３Ｄ物体の美的品質を損なわせる。
【００２３】
１つ以上の表面欠陥が３Ｄ物体上に見つかる場合、次いで、欠陥を除去するために十分な持続時間の間、欠陥上で研磨材料（例えば、やすりおよび研磨紙）を摩擦させることによって、欠陥を除去してもよい（ステップ２０）。しかしながら、欠陥除去プロセスはまた、欠陥が除去される場所における外表面の光沢のある仕上げ状態を悪化させる。これらの光沢の悪化した領域はまた、くすんで光沢のない表面領域として、容易に目に見える。これもまた、平滑化された３Ｄ物体の美的品質を損なわせる。
【００２４】
平滑化された３Ｄ物体の美的品質を向上させるため、平滑化された３Ｄ物体を、媒体を用いたブラスト加工システムに装填して、媒体を用いてブラスト加工し、外表面から光沢のある仕上げを除去する（ステップ２２）。これによって、磨き上げられた外表面が形成される。その磨き上げられた外表面は、光沢のある仕上げよりも、平滑かつ艶のある仕上げを有する。異なる種類および種々のサイズのブラスト加工媒体を使用して、３Ｄ物体の外表面の質感を変化させてもよい。ブラスト加工媒体の好適な例として、塩（例えば、重炭酸ナトリウムおよび塩化ナトリウム）、胡桃殻、ドライアイス、ナノ粒子、市販の艶出し媒体、およびそれらの組み合わせが挙げられる。一実施形態では、ブラスト加工媒体は、高純度の媒体（例えば、ドライアイスおよび高純度重炭酸ナトリウム）である。その場合、清浄な３Ｄ物体がもたらされる。媒体を用いたブラスト加工システムの好適な例として、Ａｌｅｘａｎｄｅｒの米国特許第７，１３４，９４５号に開示されるものが挙げられる。
【００２５】
媒体を用いたブラスト加工の持続時間および強度は、外表面の所望の質感および使用されるブラスト加工媒体（例えば、材料の違いおよび粒子サイズの違い）に応じて変化させてもよい。しかしながら、階段状の外観は、溶剤による平滑化作用によって前もって除去されているため、媒体を用いたブラスト加工のプロセスの持続時間および強度は、望ましくは、外表面から光沢のある仕上げを実質的に除去するのに必要な値に制限される。例えば、外表面の各領域は、数秒間、媒体を用いてブラスト加工されても良く、その領域における光沢のある仕上げが除去されてもよい。これによって、３Ｄ物体の周縁層を除去する危険性、微細的な特徴を破壊する危険性を低減する。
【００２６】
また、媒体を用いたブラスト加工のプロセスは、複数の連続的なブラスト加工ステップによって構成されてもよい。例えば、最初の媒体を用いたブラスト加工のプロセスの後、３Ｄ物体を検査し、ブラスト加工の程度を判断してもよい。追加的にブラスト加工が必要な場合、３Ｄ物体は、追加的なブラスト加工によって１回以上処理されてもよい。
【００２７】
一実施形態では、媒体を用いたブラスト加工のプロセスの際、３Ｄ物体の外表面の鏡面反射率が監視される。前述のように、溶剤を用いた平滑化プロセスの後は、３Ｄ物体の外表面は、光沢がある。それによって、高い鏡面反射率を呈する（表面欠陥のある場所を除く）。しかしながら、媒体を用いたブラスト加工のプロセスは、外表面の光沢度を低減させ、それによって、鏡面反射率を低下させる（すなわち、広範性の反射性を増進させる）。外表面の鏡面反射率は、媒体を用いてブラスト加工するプロセスのサイクルの間、鏡面反射率を監視する種々の鏡面反射率監視システムによって監視されてもよい。一実施形態では、鏡面反射率は、３Ｄ物体の外表面の１つ以上の場所において監視される。代替として、または加えて、鏡面反射率の均一性が、３Ｄ物体の全体にわたって監視されてもよい。外表面の鏡面反射率が、媒体を用いてブラスト加工するプロセスに関する所定のレベルに到達すると、媒体を用いたブラスト加工のプロセスは中断されてもよい。
【００２８】
代替実施形態では、方法１０のステップ１８およびステップ２０の一方または両方が省略される。また、ステップ２２の、媒体を用いてブラスト加工するプロセスは、ステップ１６の、溶剤を用いた平滑化プロセスの間に形成される軽微な表面欠陥を除去するために好適である。これによって、目に見える表面欠陥が実質的にない、平滑かつ艶のある外表面が提供されるとともに、３Ｄ物体の表面処理に必要とされる時間が短縮される。
【００２９】
媒体を用いたブラスト加工のプロセスの完了後、次いで、平滑化された３Ｄ物体が清浄（例えば、洗浄）されても良く、媒体を用いたブラスト加工に基づくあらゆる残留粒子を除去してもよい（ステップ２４）。結果として生じる３Ｄ物体は、美的に満足し得る、平滑かつ艶のある状態に仕上げられた外表面を有する。加えて、その外表面については、溶剤によって平滑化された表面と同様に、気孔率が低減する。しかしながら、溶剤によって平滑化された表面における光沢のある仕上がりとは対照的に、方法１０によって得られる艶のある仕上げにより、溶剤を用いた平滑化プロセスの際に得られる目に見える表面欠陥、除去可能な位置の表面欠陥は減少し、または排除される。
【００３０】
結果として生じる３Ｄ物体の外表面が、所望の美的品質を呈さない場合、ステップ１６−２４を１回以上繰り返してもよい（矢印２６によって表されるように）。つまり、３Ｄ物体は、所望の美的品質が得られるまで、溶剤を用いた平滑化および媒体を用いたブラスト加工のプロセスを複数回受けてもよい。これによって、方法１０の柔軟性が向上し、個々の必要性に合致する。
［実施例］
本発明は、以下の実施例において、より具体的に説明される。以下の実施例は、例証のみを意図しており、本発明の範囲内における多数の修正および変形例は、当業者には明白であるだろう。平滑かつ艶のある外表面を呈する表面処理された３Ｄ物体を、以下の手順に従って、調製した。最初に、ミネソタ州Ｅｄｅｎ ＰｒａｉｒｉｅのＳｔａｔａｓｙｓ， Ｉｎｃ．から「ＦＤＭ ＴＩＴＡＮ」という商品名で市販される溶解蒸着成型システムにおいて、白色アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）ポリマーによって、３Ｄ物体を積層方式で構築した（方法１０のステップ１２に従った）。次いで、３Ｄ物体を溶解蒸着成型システムから除去し、常温に冷却した。本実施例では、方法１０のステップ１４に基づく事前平滑化プロセスは、実施しなかった（例えば、支持材料の除去を必要としなかった）。
【００３１】
次いで、３Ｄ物体を蒸気平滑化システム内に挿入するために、３Ｄ物体の小穴を通して延在するワイヤ部材によって、３Ｄ物体を懸架した。蒸気平滑化システムは、Ｐｒｉｅｄｅｍａｎ， Ｊｒ．らの米国特許出願公開第２００５／０１７３８３８号に記載されるように構成され、また、７０℃（すなわち、溶剤の沸点）に維持された臭化ｎ−プロピルの蒸気チャンバを含んでいる。懸架された３Ｄ物体を、２回の３０秒サイクルの間、蒸気平滑化システム内に挿入し、次いで、乾燥させ、常温に冷却した（方法１０のステップ１６に従った）。次いで、ワイヤ部材を３Ｄ物体の小穴から除去し、表面欠陥に関して、その３Ｄ物体を検査した（方法１０のステップ１８に従った）。
【００３２】
図２は、蒸気平滑化プロセスを受けた後の３Ｄ物体の写真である。図に示されるように、３Ｄ物体は、階段状の外観が実質的に除去された平滑かつ光沢のある外表面を含んでいた。図２では、光沢のある仕上げを観察できる。それは、３Ｄ物体の外表面に沿った種々の場所における光反射による。しかしながら、さらに示されるように、３Ｄ物体の小穴はまた、プラスチック材料内に表面欠陥を含んでいた。蒸気平滑化プロセスの間、表面プラスチック材料の還流によって、プラスチック材料の一部が、ワイヤ部材上に流動した。次いで、ワイヤ部材のその後の除去によって、小穴２６において、３Ｄ物体の外表面に欠陥が形成され、裸眼でも容易に目に見え、３Ｄ物体の美的品質が損なわれていた。
【００３３】
表面欠陥は、研磨仕上げによって除去した（方法１０のステップ２０に従った）。これによって、表面欠陥に関する３Ｄ物体の美的品質は改良された。一方で、欠陥除去によって、欠陥の場所における外表面の光沢のある仕上げも排除された。図２には示されていないが、光沢のある仕上げのこのような損失はまた、外表面の残りの部分（光沢のある仕上げが保持された表面）とは対照的に、裸眼でも容易に見えた。また、これによって、３Ｄ物体の美的品質が損なわれた。
【００３４】
次いで、標準的ベンチュリ型ナトリウム化合物噴射装置に、３Ｄ物体を装填した。次いで、作動圧力を２７６キロパスカル（４０ポンド／平方インチ）に設定し、１２０秒間、重曹（すなわち、重炭酸ナトリウム）粉末によって、３Ｄ物体をブラスト加工した（方法１０のステップ２２に従った）。これによって、数秒間、３Ｄ物体の外表面の各領域に重曹を噴射した。ナトリウム化合物によるブラスト加工プロセスの後、結果として生じる３Ｄ物体を水で洗浄し、残留ナトリウム化合物粒子を除去した（方法１０のステップ２４に従った）。
【００３５】
図３は、ナトリウム化合物を用いたブラスト加工のプロセスを経た後の３Ｄ物体の写真である。図に示されるように、３Ｄ物体は、平滑かつ艶のある外表面を含む。その表面は、鏡面的に拡散性を有する外観をなし、心地良いろう状の手触りを有していた。さらに、光沢のある仕上げが除去されたため、小穴に位置する欠陥除去部位は、裸眼では、容易に見えなかった。故に、結果として生じる３Ｄ物体は、美的に満足できる外表面を呈する。
【００３６】
本発明は、好ましい実施形態を参照して説明されたが、当業者は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態および詳細において、変更を成し得ることを理解するであろう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面処理された３次元物体を形成するための方法であって、
高速製造された３次元物体の外表面を、溶剤を用いた平滑化プロセスによって平滑化するステップと、
前記溶剤によって平滑化された外表面の少なくとも一部を媒体を用いてブラスト加工するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記溶剤を用いた平滑化プロセスは、蒸気による平滑化プロセスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記溶剤を用いた平滑化プロセスにて、塩化メチレン、臭化ｎ−プロピル、ペルクロロエチレン、トリクロロエチレン、アセトン、メチルエチルケトン、ジメチルアセトアミド、キシレン、トルエン、水、アルコール、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される溶剤が使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記外表面を平滑化するステップに先立って、前記高速製造された３次元物体を、常温を下回る温度に冷却するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記高速製造された３次元物体を、フック状部材から懸架するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記溶剤によって平滑化された外表面から、少なくとも１つの表面欠陥を研磨除去するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記媒体を用いたブラスト加工は、重炭酸ナトリウムを用いたブラスト加工を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記３次元物体の外表面の鏡面反射率を監視するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記鏡面反射率が所定のレベルに到達すると、前記溶剤を用いた平滑化プロセスを中断する動作と、前記媒体を用いたブラスト加工を中断する動作と、から成る群から選択される動作を実施するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
表面処理された３次元物体を形成するための方法であって、
３次元物体の少なくとも一部を高速製造技術によって構築するステップであって、前記３次元物体が外表面を有する、ステップと、
溶剤を用いた平滑化プロセスによって前記外表面を平滑化するステップと、
溶剤によって平滑化された外表面の少なくとも一部を媒体を用いてブラスト加工するステップと、
を含む、方法。
【請求項１１】
前記溶剤を用いた平滑化プロセスは、蒸気による平滑化プロセスを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
外表面を平滑化するステップに先立って、高速製造された３次元物体を、常温を下回る温度に冷却するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記３次元物体の外表面の鏡面反射率を監視するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記媒体を用いたブラスト加工は、重炭酸ナトリウムを用いたブラスト加工を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
表面処理された３次元物体を形成するための方法であって、
３次元物体の少なくとも一部を高速製造技術によって構築するステップであって、前記３次元物体が外表面を有する、ステップと、
前記外表面の鏡面反射率を平滑化プロセスによって増加させるステップと、
前記外表面の前記鏡面反射率を媒体を用いたブラスト加工によって減少させるステップと、
を含む、方法。
【請求項１６】
前記平滑化プロセスは、溶剤を用いた平滑化プロセスを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記溶剤を用いた平滑化プロセスは、蒸気による平滑化プロセスを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記平滑化プロセスは、前記外表面における前記３次元物体の気孔率を減少させる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記外表面の鏡面反射率を監視するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記媒体を用いたブラスト加工のプロセスは、重炭酸ナトリウムによるブラスト加工を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１】
表面処理された３次元物体を形成するための方法であって、
高速製造された３次元物体の外表面を、溶剤を用いた平滑化プロセスによって平滑化するステップと、
前記溶剤によって平滑化された外表面の少なくとも一部を媒体を用いてブラスト加工するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記溶剤を用いた平滑化プロセスは、蒸気による平滑化プロセスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記溶剤を用いた平滑化プロセスにて、塩化メチレン、臭化ｎ−プロピル、ペルクロロエチレン、トリクロロエチレン、アセトン、メチルエチルケトン、ジメチルアセトアミド、キシレン、トルエン、水、アルコール、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される溶剤が使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記外表面を平滑化するステップに先立って、前記高速製造された３次元物体を、常温を下回る温度に冷却するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記高速製造された３次元物体を、フック状部材から懸架するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記溶剤によって平滑化された外表面から、少なくとも１つの表面欠陥を研磨除去するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記媒体を用いたブラスト加工は、重炭酸ナトリウムを用いたブラスト加工を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記３次元物体の外表面の鏡面反射率を監視するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記鏡面反射率が所定のレベルに到達すると、前記溶剤を用いた平滑化プロセスを中断する動作と、前記媒体を用いたブラスト加工を中断する動作と、から成る群から選択される動作を実施するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
表面処理された３次元物体を形成するための方法であって、
３次元物体の少なくとも一部を高速製造技術によって構築するステップであって、前記３次元物体が外表面を有する、ステップと、
溶剤を用いた平滑化プロセスによって前記外表面を平滑化するステップと、
溶剤によって平滑化された外表面の少なくとも一部を媒体を用いてブラスト加工するステップと、
を含む、方法。
【請求項１１】
前記溶剤を用いた平滑化プロセスは、蒸気による平滑化プロセスを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
外表面を平滑化するステップに先立って、高速製造された３次元物体を、常温を下回る温度に冷却するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記３次元物体の外表面の鏡面反射率を監視するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記媒体を用いたブラスト加工は、重炭酸ナトリウムを用いたブラスト加工を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
表面処理された３次元物体を形成するための方法であって、
３次元物体の少なくとも一部を高速製造技術によって構築するステップであって、前記３次元物体が外表面を有する、ステップと、
前記外表面の鏡面反射率を平滑化プロセスによって増加させるステップと、
前記外表面の前記鏡面反射率を媒体を用いたブラスト加工によって減少させるステップと、
を含む、方法。
【請求項１６】
前記平滑化プロセスは、溶剤を用いた平滑化プロセスを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記溶剤を用いた平滑化プロセスは、蒸気による平滑化プロセスを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記平滑化プロセスは、前記外表面における前記３次元物体の気孔率を減少させる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記外表面の鏡面反射率を監視するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記媒体を用いたブラスト加工のプロセスは、重炭酸ナトリウムによるブラスト加工を含む、請求項１５に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公表番号】特表２０１０−５１５６０６（Ｐ２０１０−５１５６０６Ａ）
【公表日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５４５６１１（Ｐ２００９−５４５６１１）
【出願日】平成２０年１月１１日（２００８．１．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０００４３０
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０８８７６１
【国際公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【出願人】（５０９１１３９７７）ストラタシス，インコーポレイテッド (12)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月１１日（２００８．１．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０００４３０
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０８８７６１
【国際公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【出願人】（５０９１１３９７７）ストラタシス，インコーポレイテッド (12)
【Ｆターム（参考）】
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