JP2005041219A - 固体自由形状組立システムおよび３次元物体を製造するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】構築材料と開始剤とを別個に収納し別個に分与するシステムにより固体自由形状組立の自由度を向上する。
【解決手段】３次元物体を製造するための固体自由形状組立システム（１０）は、放射線開始剤および構築材料を個別に分与するように構成された分与システム（１４）と前記放射線開始剤および前記構築材料がそれぞれ分与された後に、前記放射線開始剤および前記構築材料を硬化させるように動作する硬化システム（１６）とを備える。放射線開始剤および構築材料は分与システム（１４）に個別に収容されている。
【選択図】図１

Description

本発明は概して固体自由形状組立に関し、特に組立に用いる材料の選択における自由度が高い組立システムと組立方法とに関する。

固体自由形状組立（Solid Freeform Fabrication: ＳＦＦ）あるいは層製造（layer manufacturing：ＬＭ）は、予め形作られたツール（ダイあるいは型）を用いることなく、任意の複雑な形状の物体を一層一層、あるいは一点一点作りあげる組立技術である。この工程は、所望の物体の幾何学的形状を表現するためのコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ファイルを作成することから始まる。ＳＦＦ技術によって、ＣＡＤ画像データを３次元物体に直に変換することが可能である。ＳＦＦ技術は、ＣＡＤデータベースを検証すること、設計の実現可能性を評価すること、部品の機能性を検査すること、美しさを評価すること、設計の人間工学性を調査すること、ツールおよび固定具の設計を支援すること、概念的なモデルおよび販売／マーケティングツールを作成すること、インベストメント鋳造法のためのパターンを生成すること、製造時の技術変更を減らすか、あるいはなくすこと、小規模の製造工程を提供することなどの応用形態において用いることができる。

１つのＳＦＦ技法は、構築組成物を塗布あるいは堆積して、基本的には１つの層の所定の面積を一点一点に形成することを含む。しかしながら、いくつかの技法（たとえばインクジェット技術）では多数の点を同時に堆積することもできる。これらの所定の面積は合わせて、ＣＡＤの幾何学的形状によって画定されるような３次元物体の薄い断面を構成する。その後、一連の層が所定の順序で堆積され、各層が隣接する層に固着されて、一体化された３次元の多層物体が形成される。

通常、ＳＦＦシステムは、インクジェット分与システムなどの分与システム、硬化システムおよび構築台を備える。構築組成物は、インクジェット分与システムの１つの区画内に、開始剤および構築材料の混合物として収容される。構築組成物は、インクジェット分与システムのインクジェット印刷ヘッドから構築台上に分与（すなわち噴射）される。

現時点では、構築組成物が正確に分与されることができるように、ＳＦＦ工程において用いられる構築組成物は低粘度（すなわち、良好に噴射するためには通常２０センチポアズ（ｃｐｓ）すなわち２Ｐａ・ｓ、未満の粘度）の材料に限定される。粘度が高い材料は分与するのが難しいので、粘度は材料を分与する場合の重要なパラメータである。粘度に関連する問題を解消するための１つの方法は、材料を分与する際の温度を上げることである。しかしながら、構築組成物の中には高温において劣化するものもある。さらに、構築組成物を加熱すると、構築組成物が分与される前に重合を開始することもある。それゆえ、噴射温度が高くなると不安定になる高粘度の構築組成物は用いることができない。

したがって、本発明の目的は、構築材料と開始剤とを別個に収納し別個に分与するシステムにより上記の問題を解消し、固体自由形状組立の自由度を高めることにある。

手短に述べると、本開示の実施形態は３次元物体を製造するための固体自由形状組立（ＳＦＦ）システムを含む。１つの例示的なＳＦＦシステムは、とりわけ、分与システムおよび硬化システムを備える。その分与システムは放射線開始剤と構築材料とを分与するように構成される。放射線開始剤および構築材料は分与システム内に個別に収容され、個別に分与される。硬化システムは、それぞれが分与された後に、混合された放射線開始剤および構築材料を硬化させる。

３次元物体を製造する方法も提供される。１つの例示的な方法は、とりわけ、放射線開始剤と構築材料を分離して配設すること、放射線開始剤と構築材料とを構築台上に個別に分与して放射線開始剤と構築材料を混合し多要素放射線硬化材料を形成すること、および、多要素硬化材料を硬化して、それにより、３次元物体を形成することを含む。

本発明の数多くの態様は、添付の図面を参照することによりさらに理解を深めることができる。図面内の構成要素は必ずしも縮尺どおりに描かれていない。さらに、図面において、類似の参照番号はいくつかの図面を通して対応する部品を示す。

多要素放射線硬化材料、それを塗布する方法、および多要素放射線硬化材料を用いるためのシステムが提供される。詳細には、それらの実施形態は、固体自由形状組立（ＳＦＦ）システムおよび方法によって３次元物体を製造する際に多要素放射線硬化材料を用いることに関連する。用語「３次元物体」は、ある程度まで一定の体積および形状を保持するほど十分に硬く、ＳＦＦシステムにおいて用いるのに適した物体のことを指す。

多要素放射線硬化材料は、限定はしないが、１つあるいは複数の構築材料と１つあるいは複数の放射線開始剤とを含む。多要素放射線硬化材料の一実施形態は、限定はしないが、構築材料および放射線開始剤を含む２構成要素の放射線硬化材料である。

多要素放射線硬化材料はＳＦＦシステム内に個別に収容され、構築台上に個別に分与される。このＳＦＦシステムの１つの利点は、従来可能であった温度よりも高い温度で構築材料を分与できることを含む。これにより、より高い温度まで構成要素を加熱することによって、より大きな分子量の構成要素の相対的に高い粘度を解消することができるので、そのような構成要素を用いることができるようになる。これに関連して、より大きな分子量の構築材料が用いられる結果として、従来得られていた機械的特性よりも良好な機械的特性を有することになる。さらに、それらの構成要素は個別に収容されるので、構築材料の保管期限が長くなるであろう。

図１は、コンピュータ制御システム１２と、分与システム１４と、従来の硬化システム１６とを備える典型的なＳＦＦシステム１０のブロック図である。図２は図１に示されるＳＦＦシステム１０の斜視図である。コンピュータ制御システム１２は、分与システム１４、硬化システム１６（たとえば、紫外線あるいは可視光線硬化システム）、ならびに任意選択で、位置決めシステムおよび構築台温度制御システムを制御するようになっているプロセス制御システムを含む。さらに、コンピュータ制御システム１２は、限定はしないが、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）システム１８あるいは他のＳＦＦ ＣＡＤ関連システムも含む。

分与システム１４は、限定はしないが、従来のインクジェット技術および従来の塗布技術を含む。ドロップ・オン・デマンド(随時滴下）および連続流インクジェット技術のようなインクジェット技術を用いて、化学組成物を構築台２０（図２）上に分与することができる。分与システム１４は、複数のインクジェット印刷ヘッド分与器の１つあるいは複数を通して１つあるいは複数の化学組成物を分与する（たとえば、噴射する）ようになっている少なくとも１つの従来のインクジェット印刷ヘッド（たとえば、熱インクジェット印刷ヘッドおよび／または圧電インクジェット印刷ヘッド）を備えることができる。さらに、インクジェット印刷ヘッドは、多要素放射線硬化材料を保持し、かつインクジェット印刷ヘッド分与器に連通することができる複数のインクジェット区画（たとえば、構成要素を収容するための槽(タンク）あるいは井（ウエル））を備えることができる。インクジェット印刷ヘッド分与器を加熱して、粘性の化学組成物を分与しやすくすることができる。たとえば、インクジェット印刷ヘッド分与器は、約２００℃まで、好ましくは７０〜１２０℃の範囲内で加熱されることができる。

一実施形態では、分与システム１４は、多要素放射線硬化材料の構成要素毎に個別のインクジェット印刷ヘッドを備える。たとえば、２構成要素の放射線硬化材料は２つのインクジェット印刷ヘッドを備えることができ、１つは放射線開始剤を保持し、もう１つは構築材料を保持する。別の例では、３構成要素の放射線硬化材料は３つのインクジェット印刷ヘッドを備えることができ、第１ヘッドは放射線開始剤を保持し、第２ヘッドは第１の構築材料を保持し、第３ヘッドは第２の構築材料を保持する。多要素放射線硬化材料の構成要素を異なるインクジェット印刷ヘッドに配置することにより、それらの構成要素を異なる温度に加熱でき、それは、構築材料の粘度を高めて構築材料の分与を促進する際に有利である。

ＳＦＦシステム１０は、繰り返し層工程によって３次元物体を組立あるいは構成するために用いられる工程に組み込まれることができる。コンピュータ制御システム１２は分与器システム１４からの出力を制御するように選択的に調整されることができ、それにより繰返し工程の層毎に各構成要素の厚みおよびパターンが制御される。

放射線開始剤および構築材料は種々のパターンで構築台上に分与できるが、そのうちの２つを以下に図４Ａおよび図４Ｂを参照してさらに詳細に説明する。それらのパターンは、限定はしないが、放射線開始剤の層と構築材料の層とが交互に重なる形、放射線開始剤および構築材料からなる格子状の層がオフセットされて交互に重なる形、および放射線開始剤と構築材料とが帯状に交互に配置される形などをとることができる。さらに、２つ以上の印刷ヘッドを用いて、他のパターンも実現可能である。さらに、多要素放射線硬化材料の構成要素のパターンは、分与される構成要素の体積あるいは液滴サイズに応じて変更することができる。これに関連して、構築台２０にわたってインクジェット印刷ヘッドを何度も移動させて（たとえば走査して）、多要素放射線硬化材料の構成要素の適当な間隔を達成することができる。

一般的に、放射線開始剤および構築材料の体積（たとえば液滴）は、約０．１ピコリットル〜５００ピコリットル、約０．１ピコリットル〜１００ピコリットル、および約０．１ピコリットル〜３５ピコリットルである。しかしながら、放射線開始剤および構築材料の所望の吐出体積は、限定はしないが、放射線開始剤の濃度、粘度および化学的特性と、構築材料の濃度、粘度および化学的特性と、構築台の温度と、放射線開始剤と構築材料の比と、所望の解像度（たとえば、６００ドロップ／インチ：ＤＰＩ）と、印刷ヘッド発射室の設計などの多数の要因に依存する。

多要素放射線硬化材料は、インクジェット技術とともに用いるのに適した化学物質を含む。多要素放射線硬化材料は、多要素紫外線（ＵＶ）硬化材料あるいは多要素可視光線硬化材料でもよい。好ましい実施形態は、限定はしないが、ＵＶ開始剤および構築材料を含む２構成要素のＵＶ硬化材料である。図３、図４Ａおよび図４Ｂは２構成要素のＵＶ硬化材料を参照するが、同じ原理は多要素放射線硬化材料の場合にも用いられることができる。

図３は、ＳＦＦシステム１０を用いて物体を形成するための典型的な方法３０を示す流れ図である。ブロック３２に示されるように、ＵＶ開始剤および構築材料が配設される。詳細には、ＵＶ開始剤および構築材料は分与システム１４に個別に収容される。たとえば、ＵＶ開始剤および構築材料は１つのインクジェット印刷ヘッドの異なる区画に収容されるか、あるいは異なるインクジェット印刷ヘッドに収容される。ブロック３４に示されるように、ＵＶ開始剤および構築材料は、異なるインクジェット印刷ヘッド分与器を通して、同時にあるいは段階的に分与される。ブロック３６に示されるように、ＵＶ開始剤および構築材料はＳＦＦシステム１０の構築台２０上で混合されて、２要素ＵＶ硬化材料が形成される。さらに、超音波エネルギーを用いて、ＵＶ開始剤および構築材料を混ぜ合わせ、ＵＶ開始剤および構築材料の混合を改善することができる。

ブロック３８に示されるように、ＵＶ開始剤および構築材料の１つあるいは複数の層が構築台２０上に分与された後に（たとえば同時に、あるいは順次に）、硬化システム１６を用いて、２要素ＵＶ硬化材料を硬化、あるいは部分的に硬化させることができる。その後、該工程は、対象の物体を層状に製造するために必要に応じて繰り返される。層間の接着を促進するために、製造工程において各層を部分的にのみ硬化させることが有用な場合もある。組立ツールから取り出された後に、その物体をライトボックスに入れることにより、完全に硬化させることができるであろう。さらに、多要素放射線硬化材料の複数の層が構築台２０上に分与された後に硬化工程（たとえば、全体照射あるいは走査照射）を実行することができる。さらに、その硬化工程は、放射線開始剤および構築材料が構築台２０上に分与されるのに応じて、多要素放射線硬化材料を走査照射することにより概ね同時に実行することもできる。

図４Ａは、構築台２０上に構築材料４６およびＵＶ開始剤４８を層状に分与する工程を示す。構築材料４６およびＵＶ開始剤４８は、２つの区画４４ａおよび４４ｂを有する１つのインクジェット印刷ヘッド４２から分与される。最初に、構築材料４６の層が構築台２０上に分与され、その後、ＵＶ開始剤４８の層が構築材料４６の層上に分与される。構築材料４６およびＵＶ開始剤４８が硬化して層５０ａが形成される。次に、構築材料４６の別の層が硬化した層５０ａ上に分与され、その後、ＵＶ開始剤４８の別の層が構築材料４６の層上に分与される。構築材料４６およびＵＶ開始剤４８が硬化して層５０ｂが形成される。この工程は、形成目標物体が完成するまで続けられる。構築材料４６およびＵＶ開始剤４８を分与する順序は変更できる（たとえば、逆にすることができる）ことに留意されたい。

図４Ｂは、構築台２０上に構築材料４６およびＵＶ開始剤４８を分与する別の分与工程を示す。構築材料４６およびＵＶ開始剤４８は、２つの区画４４ａおよび４４ｂを有する１つのインクジェット印刷ヘッド４２から分与される。構築材料４６は構築台２０上に間隔をおいて分与され、ＵＶ開始剤４８が構築材料４６の間の空間に分与されるようにする。次に、構築材料４６およびＵＶ開始剤４８が硬化して層６２ａが形成される。次に、構築材料４６が硬化した層６２ａ上に間隔をおいて分与され、ＵＶ開始剤４８が構築材料４６の間の空間に分与されるようにする。構築材料４６およびＵＶ開始剤４８が硬化して層６２ｂが形成される。この工程は、形成目標物体が完成するまで続けられる。

一般的に、放射線開始剤および／または構築材料は、インクジェット技術に適合する液体搬送剤（vehicle)によって運ばれ、かつ／またはその中に溶解されることができる。たとえば、液体賦形剤は、限定はしないが、水、溶媒、殺生物剤および金属イオン封鎖剤を含むことができる。

一実施形態では、放射線開始剤は、限定はしないが、低分子量の脂肪族炭化水素および芳香族炭化水素のような不活性の揮発性溶媒、揮発性のアルコール、エーテルおよびエステル、ならびに高沸点の可塑剤（たとえば、ジブチルフタレート）のような１つあるいは複数の溶媒内に溶解されることができる。その溶媒は素早く（いくつかの層を堆積するのにかかる時間内に）蒸発するか、あるいは硬化した２構成要素の放射線材料内に永久に留まるほど十分に不揮発性であるかのいずれかであることが望ましい。

直上に記載された実施形態では、構築台２０上に分与される構築材料の体積に対する放射線開始剤の体積は、構築材料が１００部に対して放射線開始剤が約１部であるが、いくつかの実施形態では、構築材料が１０部に対して放射線開始剤を１部にすることもでき、さらに別の実施形態では、構築材料が１部に対して放射線開始剤を１部にすることができる。構成要素の体積比は、構成要素の液滴体積および／または液滴数によって制御されることができる。

他の実施形態では、放射線開始剤は、限定はしないが、低分子量の一官能価のアルキルアクリレートおよびアルキルメタクリレート（たとえば、アリールメタクリレート、イソデシルアクリレートおよびメタクリレート、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およびメタクリレート（たとえば、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などの低反応性モノマー／低粘度モノマーのような溶媒内に溶解されることができる。詳細には、一官能価のモノマー溶媒が放射線開始剤を溶解することが好ましい。なぜなら、一官能価モノマーは、二官能価および三官能価のモノマーよりも良好な安定性を提供し、架橋する可能性が小さいためである。さらに、放射線開始剤のための溶媒として低粘度のモノマーが好ましく、その混合物が低温で分与されるようにすることができる。これらの実施形態では、その溶媒は重合反応に関与し、多要素放射線硬化材料の一部になる。

直上に記載される実施形態では、構成支持体２０上に分与される構築材料の体積に対する放射線開始剤の体積は、構築材料が約１００部に対して放射線開始剤が約１０〜１００部になるであろう。一方、他の実施形態では、構築材料が１００部に対して放射線開始剤を約５０部にすることができる。構成要素の体積比は、構成要素の液滴体積および／または液滴数によって制御されることができる。

一般的に、放射線開始剤および構築材料は、その化学物質が約２００℃未満の温度で粘度が７０ｃｐｓ未満（すなわち、噴射可能な粘度）であり、好ましくは約１００℃未満の温度で粘度が２０ｃｐｓ未満であるという特性を有する。

さらに、放射線開始剤および構築材料は、約１００℃未満の温度で約５秒〜１０分以内に「不粘着性の」層を形成するように反応することができるであろう。好ましくは、放射線開始剤および構築材料は、約６０℃未満の温度で約５秒〜１分以内に「不粘着性の」層を形成するように反応することができるであろう。用語「不粘着性」は、結果として生成される材料がもはや触っても粘着しないように架橋／連鎖成長反応が進行している状態と定義される。それは、硬化／連鎖成長が完了したことを意味しない。

当該分野において知られているように、構築材料の粘度は一般的に、その温度を上げることにより下げられることができる。それゆえ、インクジェット印刷ヘッドを加熱して、構築材料の粘度を下げることができる。より高い温度を用いることにより、より大きな分子量の粘度の高い材料が構築材料内で用いられることができ、冷却時に中実の３次元物体にさらに望ましい機械的特性を与えることができる。しかしながら、インクジェット印刷ヘッドは、（ａ）構築材料の沸点、（ｂ）用いられる構築材料が熱分解する温度および（ｃ）構築材料が熱活性化する温度を超える温度まで加熱されるべきではない。

一般的に、放射線開始剤および／または構築材料は、限定はしないが、着色剤（たとえば染料、顔料、インク）、分散剤、および多要素放射線硬化材料の反応時間を最適化して、硬化時間と層間接着との適度なバランスを得るための触媒のようなさらに別の化学成分を含むことができる。

ＵＶ開始剤は、限定はしないが、遊離基開始剤、陽イオン開始剤あるいはその組み合わせのような化学物質を含むことができる。遊離基開始剤は、ＵＶ放射線に曝露される際に遊離基を生成する化合物を含む。遊離基は、重合反応を開始することができる。例示的な遊離基開始剤は、限定はしないが、ベンゾフェノン（たとえば、ベンゾフェノン、メチルベンゾフェノン、ミヒラーズケトンおよびキサントン）、アシルホスフィン酸化物タイプの遊離基開始剤（たとえば、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィン酸化物（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酸化物（ＴＥＰＯ）、およびビスアシルホスフィン酸化物（ＢＡＰＯ））、アゾ化合物（たとえばＡＩＢＮ）、ベンゾインおよびベンゾインアルキルエーテル（たとえば、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテルおよびベンゾインイソプロピルエーテル）を含む。

遊離基開始剤はそれだけで、あるいは補助開始剤と組み合わせて用いることができる。補助開始剤は、ＵＶシステム内で活性である遊離基を生成するために第２の分子を必要とする開始剤とともに用いられる。たとえば、ベンゾフェノンは、アミンのような第２の分子を用いて、反応性の遊離基を生成する。好ましい種類の補助開始剤は、限定はしないが、トリエチルアミン、メチルジエタノールアミンおよびトリエタノールアミンのようなアルカノールアミンである。

適当な陽イオン開始剤は、限定はしないが、重合を開始するだけの十分なＵＶ光に曝露される際に非プロトン性酸（aprotic acid）あるいはブレンステッド酸を形成する化合物を含む。陽イオン開始剤には、単一の化合物、２つ以上の活性化合物の混合物、あるいは２つ以上の異なる化合物（たとえば補助開始剤）の組み合わせを用いることができる。例示的な陽イオン開始剤は、限定はしないが、アリルジアゾニウム塩、ジアリルヨードニウム塩、トリアリルスルホニウム塩およびトリアリルセレン塩を含む。

構築材料は、限定はしないが、アクリル酸化合物、１つあるいは複数のエポキシ置換基を有する化合物、１つあるいは複数のビニ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、ウレタンおよびその組み合わせのような化合物を含むことができる。詳細には、これらの化合物のモノマーを構築材料として用いることができる。さらに、その粘度が高いことに起因して以前には考えられなかったかもしれないが、これらの化合物のオリゴマーも構築材料として用いることができる。これに関して、粘度の許容度を拡大することにより、より高い分子量の構築材料を用いて開始できるようになり、結果として、最終的な３次元物体においてさらに良好な機械的特性（たとえば、材料の剛性／可撓性および強度、ならびに衝撃への耐性）を生み出すことができる。当業者であれば、ある特定の応用形態の所望の機械的特性を満足する構築材料を選択することができるであろう。

構築材料に適したアクリル酸化合物は、限定はしないが、アクリル酸モノマー、アクリル酸オリゴマー、アクリル酸架橋剤あるいはその組み合わせを含むことができる。アクリル酸モノマーは一官能価のアクリル化分子であり、たとえば、アクリル酸とメタクリル酸のエステルを用いることができる。アクリル酸オリゴマー（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、限定はしないが、アクリル酸およびメタクリル酸と、多価アルコールとからなるポリエステル（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およびポリメタクリレート）を含むことができる。さらに、アクリル酸オリゴマーはウレタンアクリレートであってもよい。

アクリル架橋剤は多官能価の分子であり、架橋を促進する。アクリル架橋剤の例は、限定はしないが、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、ウレタンアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレートおよびウレタンメタクリレートを含む。

構築材料は、限定はしないが、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およびオリゴマーのような、１つあるいは複数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。例示的なビニルエーテルは、限定はしないが、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、ヘキサ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および１，４シクロヘキサンジメタノールジビニルを含む。

構築材料は、限定はしないが、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およびオリゴマーのような、１つあるいは複数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。エポキシ含有構築材料の例は、限定はしないが、ビス−（３，４シクロヘキシルメチルカルボキシレート）、３，４−エポキシシクロヘキシルメチルカルボキシレート、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カルボキシレート、２，４−エポキシシクロヘキシルメチルカルボキシレート、３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレートなどを含む。

構築材料は、限定はしないが、アクリレートおよびその誘導体、エポキシアクリレートおよびその誘導体、ウレタンアクリレートおよびその誘導体、ならびにその組み合わせのような化学物質を含むことが好ましい。さらに、構築材料は、他の状況であれば、室温で粘度が高いことに起因して、インクジェット技術を用いる固体自由形状組立工程から除外されるかもしれない材料を含むことができる。これらの構築材料は、限定はしないが、エトキシル化アクリレート、メタクリレート（たとえば、２５℃において約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社、ＳＲ５０４）、２５℃で約８０ｃｐｓの粘度を有するエトキシル化ノニルフェノールエタクリレート（Sartomer社、ＣＤ６１２）、２５℃で約４００ｃｐｓの粘度を有するエトキシル化ビスフェノールジメタクリレート（Sartomer社、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社、ＳＲ４９５）などを含むことができる。

さらに、構築材料は、限定はしないが、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（たとえば、Sartomer社、ＳＲ３４８（２５℃で１０８２ｃｐｓ）、Sartomer社、ＳＲ９０３６（２５℃で６１０ｃｐｓ）、Sartomer社、ＣＤ５４１（２５℃で４４０ｃｐｓ）、Sartomer社、ＳＲ４８０（２５℃で４１０ｃｐｓ）およびSartomer社、ＣＤ５４０（２５℃で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（たとえば、Sartomer社、ＳＲ６０１（２５℃で１０８０ｃｐｓ）、Sartomer社、ＳＲ６０２（２５℃で６１０ｃｐｓ）、ＣＤ９０３８（２５℃で６８０ｃｐｓ）およびSartomer社、ＳＲ３４９（２５℃で１６００ｃｐｓ））、ペンタエリトリトールトリアクリレート化合物（たとえば、Sartomer社、ＳＲ３４４（２５℃で５２０ｃｐｓ））およ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（たとえば、Sartomer社、ＳＲ４１５（２５℃で２２５〜５２０ｃｐｓ））などのモノマーおよびオリゴマーのような高粘度の材料を含むことができる。

粘度、温度、比率、濃度、量および他の数値データは、本明細書では、ある範囲の形式で表現されることができることに留意されたい。また、そのような範囲の形式は便宜的に、および簡潔にするために用いられており、それゆえ、その範囲の限度として明示される数値を含むだけでなく、各数値および部分的な範囲があたかも明示されるかのように、その範囲内に含まれる全ての個々の数値あるいは部分的な範囲も含むように柔軟に解釈されるべきであることは理解されたい。具体的に言うと、「約０．１％ないし約５％」の濃度範囲は、明示される約０．１ｗｔ％ないし約５ｗｔ％の濃度だけでなく、指示される範囲内にある個々の濃度（たとえば、１％、２％、３％および４％）および部分的な範囲（たとえば、０．５％、１．１％、２．２％、３．３％および４．４％）も含むように解釈されるべきである。

可視光線開始剤は、限定はしないが、□−ジケトン（たとえば、カンホルキノン、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および１１−ジオン）、フェノキサジン染料（たとえば、レサズリン、レソルフィン）、アシルホスフィン酸化物（たとえば、ジフェニル（２，４，６−トリメチルベンゾイル）ホスフィン酸化物）などを含むことができる。

上記の実施形態に対して数多くの変形および変更がなされることができる。そのような全ての変更および変形が本開示の範囲内に含まれ、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図されている。

固体自由形状組立（ＳＦＦ）システムの一実施形態を示す図である。 ＳＦＦ装置の一実施形態の斜視図である。 図１および図２に示されるＳＦＦシステムの実施形態を用いて物体を形成するための典型的な流れ図である。 図１および図２に示されるＳＦＦシステムにおいて用いるための層状の分与工程を示す図である。 図１および図２に示されるＳＦＦシステムの実施形態において用いるための交互の分与工程を示す図である。

符号の説明

１０ ＳＦＦシステム
１２ コンピュータ制御システム
１４ 分与システム
１６ 硬化システム
１８ ＣＡＤシステム
２０ 構築台

Claims (10)

1. ３次元物体を製造するための固体自由形状組立システムであって、
   放射線開始剤および構築材料を個別に収容しかつ個別に分与するように構成された分与システムと、
   前記放射線開始剤および前記構築材料がそれぞれ分与された後に、前記放射線開始剤および前記構築材料を硬化させるように動作する硬化システムと
   を備える、固体自由形状組立システム。
2. 前記分与システムは、少なくとも１つのインクジェット印刷ヘッドを備えることを特徴とする、請求項１に記載の固体自由形状組立システム。
3. 第１のインクジェット印刷ヘッドが第１の区画に前記放射線開始剤を含み、第２の区画に前記構築材料を含むことを特徴とする、請求項２に記載の固体自由形状組立システム。
4. 第１のインクジェット印刷ヘッドが前記放射線開始剤を含み、第２のインクジェット印刷ヘッドが前記構築材料を含むことを特徴とする、請求項２に記載の固体自由形状組立システム。
5. 前記放射線開始剤は紫外線開始剤であることを特徴とする、請求項１に記載の固体自由形状組立システム。
6. 前記紫外線開始剤は、約２００℃未満の温度で７０センチポアズ（７Ｐａ・ｓ）未満の粘度を有することを特徴とする、請求項５に記載の固体自由形状組立システム。
7. 前記構築材料は、アクリル酸化合物、１つあるいは複数のエポキシ置換基を有する化合物、１つあるいは複数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、ノルボルネン、ウレタンから成るグループから選ばれた１つおよび複数の組み合わせから選択されることを特徴とする、請求項１に記載の固体自由形状組立システム。
8. 放射線開始剤を配設するステップと、
   前記放射線開始剤から分離して別個に構築材料を配設するステップと、
   前記放射線開始剤および前記構築材料を構築台上に個別に分与して、前記放射線開始剤および前記構築材料を混合し多要素放射線硬化材料を形成する分与するステップと、
   前記多要素放射線硬化材料を硬化させ前記３次元物体を製造する、硬化させるステップと
   を含む３次元物体を製造するための方法。
9. 前記放射線開始剤は紫外線開始剤であることを特徴とする、請求項８に記載の３次元物体を製造するための方法。
10. 前記分与するステップはさらに、
    第１のインクジェット印刷ヘッドから前記放射線開始剤を分与し、第２のインクジェット印刷ヘッドから前記構築材料を分与することを含む請求項８に記載の３次元物体を製造するための方法。

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