JPH1170586A - 三次元物体を層状で製造する方法及び装置 - Google Patents
三次元物体を層状で製造する方法及び装置Info
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- JPH1170586A JPH1170586A JP10184378A JP18437898A JPH1170586A JP H1170586 A JPH1170586 A JP H1170586A JP 10184378 A JP10184378 A JP 10184378A JP 18437898 A JP18437898 A JP 18437898A JP H1170586 A JPH1170586 A JP H1170586A
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- B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
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- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 三次元物体を層状で製造する方法及び装置。
【解決手段】 三次元物体を製造するために必要なエネ
ルギーをマイクロ波ビームにより供給する。
ルギーをマイクロ波ビームにより供給する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、三次元物体を層状
で製造する方法及び装置に関する。
で製造する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】模式的工程：図案−モデル−モデル縮小
−デザイン−プロトタイプ−スモールシリーズ−シリー
ズを用いた製品の伝統的開発方法は、工業的製造におい
て益々短縮化される生産サイクルのためにはしばしば緩
慢過ぎる。
−デザイン−プロトタイプ−スモールシリーズ−シリー
ズを用いた製品の伝統的開発方法は、工業的製造におい
て益々短縮化される生産サイクルのためにはしばしば緩
慢過ぎる。
【０００３】従って、製品を迅速にかつ設計作図からプ
ロトタイプ又はスモールロット連続生産までの手作業中
間工程を回避して開発する方法が開発された。これらの
方法は、しばしば用語“ラピッド・プロトタイピング
（rapid prototyping）”又は“ファスト・フリー・フ
ローム・マニュファクチュアリング（fast free from m
anufacturring）”で総括される。
ロトタイプ又はスモールロット連続生産までの手作業中
間工程を回避して開発する方法が開発された。これらの
方法は、しばしば用語“ラピッド・プロトタイピング
（rapid prototyping）”又は“ファスト・フリー・フ
ローム・マニュファクチュアリング（fast free from m
anufacturring）”で総括される。
【０００４】フライス削り又は注型のような成形法とは
異なり、ラピッド・プロトタイピングシステムにおいて
は三次元物体を、型のような補助手段を使用せずにその
都度の材料の前駆段階から制御しかつ局所的に制限した
化学反応（例えば重合）又は物理的転換（溶融／硬化）
により自動的に製作する。
異なり、ラピッド・プロトタイピングシステムにおいて
は三次元物体を、型のような補助手段を使用せずにその
都度の材料の前駆段階から制御しかつ局所的に制限した
化学反応（例えば重合）又は物理的転換（溶融／硬化）
により自動的に製作する。
【０００５】若干のラピッド・プロトタイピングシステ
ムは、既に工業的に使用されており、以下にその概要を
示す： １）選択的レーザー焼結 レーザ焼結法（A. Gebhardt, “Rapid prototyping: We
kzeug fuer schnelleProduktentwicklung", Hauser Ver
lag, Muenchen, Wien 1996）では、粉末状材料、一般に
プラスチックをレーザで層状で溶融させて物体を形成す
る。使用粉末を材料の融点の直ぐ下まで予熱する。レー
ザビームを作用させて、粉末粒子を相互に溶融（焼結）
させる。次いで、適当な装置を用いて、製造した層を降
下させ、かつ既に硬化した層上に新たな粉末層を塗布
し、該層を再び次の物体層を製造するためにレーザで加
工する。この技術の利点は、幅広い適用性にある。それ
というのも、少なくとも理論的には全ての溶融可能な粉
末状材料を使用することができるからである。欠点は、
製造される物体の表面が極めて粗いこと及びレーザのエ
ネルギー放出の調整が困難なことである。高いレーザエ
ネルギーは焼結プロセスを惹起せずに、粉末粒子の好ま
しくない完全な溶融、即ち成形特性の大部分の喪失を生
じる。低すぎるエネルギーは特に層を十分には相互に溶
融させないので、製造された製品の機械的安定性が劣
る。
ムは、既に工業的に使用されており、以下にその概要を
示す： １）選択的レーザー焼結 レーザ焼結法（A. Gebhardt, “Rapid prototyping: We
kzeug fuer schnelleProduktentwicklung", Hauser Ver
lag, Muenchen, Wien 1996）では、粉末状材料、一般に
プラスチックをレーザで層状で溶融させて物体を形成す
る。使用粉末を材料の融点の直ぐ下まで予熱する。レー
ザビームを作用させて、粉末粒子を相互に溶融（焼結）
させる。次いで、適当な装置を用いて、製造した層を降
下させ、かつ既に硬化した層上に新たな粉末層を塗布
し、該層を再び次の物体層を製造するためにレーザで加
工する。この技術の利点は、幅広い適用性にある。それ
というのも、少なくとも理論的には全ての溶融可能な粉
末状材料を使用することができるからである。欠点は、
製造される物体の表面が極めて粗いこと及びレーザのエ
ネルギー放出の調整が困難なことである。高いレーザエ
ネルギーは焼結プロセスを惹起せずに、粉末粒子の好ま
しくない完全な溶融、即ち成形特性の大部分の喪失を生
じる。低すぎるエネルギーは特に層を十分には相互に溶
融させないので、製造された製品の機械的安定性が劣
る。
【０００６】２）熱的立体リソグラフィー 米国特許第５,１２１,３２９号及び同第５,１４１,６８
０号明細書は、熱可塑性材料をノズルを用いて層状で塗
布す方法を開示した。該材料を液状又は少なくとも塑性
変形可能にノズルから支持構造又は既に冷えた層上に塗
布しかつ所望の型内で硬化させる。米国特許第４,６６
５,４９２号明細書には、類似した方法が記載され、こ
の場合には、液状材料を少なくとも２つの互いに依存し
ない粒子銃を用いて塗布する。
０号明細書は、熱可塑性材料をノズルを用いて層状で塗
布す方法を開示した。該材料を液状又は少なくとも塑性
変形可能にノズルから支持構造又は既に冷えた層上に塗
布しかつ所望の型内で硬化させる。米国特許第４,６６
５,４９２号明細書には、類似した方法が記載され、こ
の場合には、液状材料を少なくとも２つの互いに依存し
ない粒子銃を用いて塗布する。
【０００７】これらの方法の欠点は、細部解像の制御が
極めて困難であることにある。
極めて困難であることにある。
【０００８】３）立体リソグラフィー／光重合 光重合法（A. Gebhardt, “Rapid prototyping: Werkze
ug fuer schnelle Produktentwicklung", Hauser Verla
g, Muenchen, Wien 1996）では、液状モノマー又はオリ
ゴマーをＵＶビームの下で架橋させて固体のポリマーを
形成する。大抵のラジカル重合は、光開始剤の分解によ
り開始させかつ再び停止させることができる。モノマー
としては、アクリレート混合物又はエポキシ樹脂、光源
としてはＵＶレーザ又はＵＶランプをマスクシャッタを
用いて使用する。
ug fuer schnelle Produktentwicklung", Hauser Verla
g, Muenchen, Wien 1996）では、液状モノマー又はオリ
ゴマーをＵＶビームの下で架橋させて固体のポリマーを
形成する。大抵のラジカル重合は、光開始剤の分解によ
り開始させかつ再び停止させることができる。モノマー
としては、アクリレート混合物又はエポキシ樹脂、光源
としてはＵＶレーザ又はＵＶランプをマスクシャッタを
用いて使用する。
【０００９】物体の構成は、同様に層状で行う。層を光
化学的に形成しかつ重合させた後に、新たなモノマーを
既存の層に塗布しかつ放射線重合させる。新たなモノマ
ー層の塗布は、例えば硬化した層をモノマーの貯蔵容器
内に降下させることにより行うことができる。この方法
は、複雑な空隙を有する三次元的物体の製造を可能にす
る。問題となるのはレーザによるエネルギー供給であ
る。それというのも、導入されるエネルギーは、侵入深
さ、即ちレーザの面積エネルギー、モノマー混合物の光
学的特性及びレーザビームの使用波長に依存するからで
ある。
化学的に形成しかつ重合させた後に、新たなモノマーを
既存の層に塗布しかつ放射線重合させる。新たなモノマ
ー層の塗布は、例えば硬化した層をモノマーの貯蔵容器
内に降下させることにより行うことができる。この方法
は、複雑な空隙を有する三次元的物体の製造を可能にす
る。問題となるのはレーザによるエネルギー供給であ
る。それというのも、導入されるエネルギーは、侵入深
さ、即ちレーザの面積エネルギー、モノマー混合物の光
学的特性及びレーザビームの使用波長に依存するからで
ある。
【００１０】従来の技術において記載されたラピッド・
プロトタイピング方法は、粉末粒子の溶融のためであれ
又は化学反応の開始のためであれ、エネルギー供給の制
御が困難であるという共通の欠点を有する。特に問題で
あるのは、大きな層厚さにおける前記の制御である。そ
れというのも、局所的エネルギー強度は著しく侵入深さ
に左右されるからである。しかし、大きな侵入深さのた
めに必要であるような比較的大きな局所的エネルギー強
度は、使用される材料の高い熱又は放射化学的負荷との
み結び付いているからである。高いエネルギー強度又は
エネルギー供給の使用時間の相応する延長は、熱的に不
安定な材料に関してはしばしば好ましくない。
プロトタイピング方法は、粉末粒子の溶融のためであれ
又は化学反応の開始のためであれ、エネルギー供給の制
御が困難であるという共通の欠点を有する。特に問題で
あるのは、大きな層厚さにおける前記の制御である。そ
れというのも、局所的エネルギー強度は著しく侵入深さ
に左右されるからである。しかし、大きな侵入深さのた
めに必要であるような比較的大きな局所的エネルギー強
度は、使用される材料の高い熱又は放射化学的負荷との
み結び付いているからである。高いエネルギー強度又は
エネルギー供給の使用時間の相応する延長は、熱的に不
安定な材料に関してはしばしば好ましくない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、三次
元的物体を製造することができるラピッド・プロトタイ
ピング方法を提供することである。本発明では、成形の
ために必要なエネルギー供給は十分にサブストレートの
熱的及び／又は放射化学的負荷を回避して行うことがで
きるべきである。
元的物体を製造することができるラピッド・プロトタイ
ピング方法を提供することである。本発明では、成形の
ために必要なエネルギー供給は十分にサブストレートの
熱的及び／又は放射化学的負荷を回避して行うことがで
きるべきである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】ところで驚異的にも、ラ
ピッド・プロトタイピングシステムにおいて三次元的物
体を層状で製造するために必要なエネルギーをマイクロ
波ビームにより供給することができることが判明した。
ピッド・プロトタイピングシステムにおいて三次元的物
体を層状で製造するために必要なエネルギーをマイクロ
波ビームにより供給することができることが判明した。
【００１３】従って、本発明の対象は、三次元物体を層
状で製造する方法であり、該方法は、三次元物体を製造
するために必要なエネルギーをマイクロ波ビームにより
供給することを特徴とする。
状で製造する方法であり、該方法は、三次元物体を製造
するために必要なエネルギーをマイクロ波ビームにより
供給することを特徴とする。
【００１４】本発明による方法は、適当なサブストレー
トのマイクロ波ビームによる三次元物体の層状の自動的
構成を可能にする。
トのマイクロ波ビームによる三次元物体の層状の自動的
構成を可能にする。
【００１５】更に、本発明の対象は、三次元物体を層状
で製造する装置であり、該装置は、三次元物体を製造す
るために必要なエネルギーを提供するマイクロ波発振器
を有することを特徴とする。
で製造する装置であり、該装置は、三次元物体を製造す
るために必要なエネルギーを提供するマイクロ波発振器
を有することを特徴とする。
【００１６】本発明による装置の可能な実施態様は、三
次元物体を製造するために必要なエネルギーをマイクロ
波ビームの形であらゆる立体方向で可動な装置を介して
サブストレートに誘導することよりなる。
次元物体を製造するために必要なエネルギーをマイクロ
波ビームの形であらゆる立体方向で可動な装置を介して
サブストレートに誘導することよりなる。
【００１７】本発明による装置のもう１つの実施態様
は、三次元物体の層状での製造ために、三次元物体を製
造するために必要なエネルギーをマイクロ波ビームの形
でｘ，ｙ面内で可動な装置を介して、ｚ方向で可動な装
置上又は内に存在するサブストレートに誘導することを
特徴とする。
は、三次元物体の層状での製造ために、三次元物体を製
造するために必要なエネルギーをマイクロ波ビームの形
でｘ，ｙ面内で可動な装置を介して、ｚ方向で可動な装
置上又は内に存在するサブストレートに誘導することを
特徴とする。
【００１８】有利には、本発明による方法は、三次元物
体を製造する際に形成された層が相互に結合されるよう
に実施する。
体を製造する際に形成された層が相互に結合されるよう
に実施する。
【００１９】このことは例えば複数の層の部分的な溶
融、層相互の簡単な付着又はグラフト重合により行うこ
とができる。
融、層相互の簡単な付着又はグラフト重合により行うこ
とができる。
【００２０】本発明による方法の第１工程は、製造すべ
き物体の形態の必要な三次元的情報を用意することであ
る。これは構造プランのコンピュータ支援製造又は再生
すべき物体の測定及び引き続いてのそうして得られたデ
ータの市販のＣＡＤプログラム（コンピュータ援用設
計：Computer aided design）例えばＡＵＴＯＣＡＤで
の処理により行うことができる。この情報は今や、有利
には同じＣＡＤプログラムを用いて、製造すべき物体の
所望の精度に依存する層厚さを有する層モデルに変換し
なけらばならない（スライシング：slicing）。この方
法は、正確な（mathematical）層の形成に制限されるだ
けでなく、同様に中空室内での構造的に弱い構造部分の
ための又は方法に起因する結合部の保護機能の導入をも
包含する。そうして製造した層は、一般に０．１〜３ｍ
ｍの厚さでりかつ製作単一性のために本来の構造情報を
提供する。
き物体の形態の必要な三次元的情報を用意することであ
る。これは構造プランのコンピュータ支援製造又は再生
すべき物体の測定及び引き続いてのそうして得られたデ
ータの市販のＣＡＤプログラム（コンピュータ援用設
計：Computer aided design）例えばＡＵＴＯＣＡＤで
の処理により行うことができる。この情報は今や、有利
には同じＣＡＤプログラムを用いて、製造すべき物体の
所望の精度に依存する層厚さを有する層モデルに変換し
なけらばならない（スライシング：slicing）。この方
法は、正確な（mathematical）層の形成に制限されるだ
けでなく、同様に中空室内での構造的に弱い構造部分の
ための又は方法に起因する結合部の保護機能の導入をも
包含する。そうして製造した層は、一般に０．１〜３ｍ
ｍの厚さでりかつ製作単一性のために本来の構造情報を
提供する。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明の可能な実施態様を図１に
つき説明する。
つき説明する。
【００２２】マイクロ波発振器１は、マイクロ波ビーム
を導波管系２を介して、マイクロ波ビームのための伝送
ユニット３を支持する、ｘ，ｙ面内で可動のアームに供
給する。マイクロ波プローブとして構成された伝送ユニ
ット３は、場合によりマイクロ波ビームのフォーカシン
グ装置を内蔵していてもよい。ｚ軸内で可動の台４は所
望のかつスライシング工程で計算された層厚さに相当し
て降下し、一方可動アーム３は台面内でのマイクロ波ビ
ームの分配を調整する。貯蔵容器５から取り出された粉
末状サブストレートを、ドクター６を用いて規定の層厚
さで台面に塗布する。次いで、マイクロ波プローブがマ
イクロ波ビームを伝送しかつそうして層状で三次元物体
７を製造し、該三次元物体は転化されなかったサブスト
レート８に包囲されている。不必要なサブストレート８
は、場合により調製（例えば篩い分け）後に、再使用す
ることができる。
を導波管系２を介して、マイクロ波ビームのための伝送
ユニット３を支持する、ｘ，ｙ面内で可動のアームに供
給する。マイクロ波プローブとして構成された伝送ユニ
ット３は、場合によりマイクロ波ビームのフォーカシン
グ装置を内蔵していてもよい。ｚ軸内で可動の台４は所
望のかつスライシング工程で計算された層厚さに相当し
て降下し、一方可動アーム３は台面内でのマイクロ波ビ
ームの分配を調整する。貯蔵容器５から取り出された粉
末状サブストレートを、ドクター６を用いて規定の層厚
さで台面に塗布する。次いで、マイクロ波プローブがマ
イクロ波ビームを伝送しかつそうして層状で三次元物体
７を製造し、該三次元物体は転化されなかったサブスト
レート８に包囲されている。不必要なサブストレート８
は、場合により調製（例えば篩い分け）後に、再使用す
ることができる。
【００２３】本発明のもう１つの変更実施態様では、台
が不動に構成されており、一方マイクロ波ビームの伝送
ユニットを支持するアームがあらゆる立体方向で可動で
ある。
が不動に構成されており、一方マイクロ波ビームの伝送
ユニットを支持するアームがあらゆる立体方向で可動で
ある。
【００２４】装置の可動部分（マイクロ波プローブ３も
しくは台４）は、ＣＡＤプログラム、又はＣＡＤデータ
を相応するロボチック（robotic）に変換する付加的プ
ログラムにより制御するのが有利である。
しくは台４）は、ＣＡＤプログラム、又はＣＡＤデータ
を相応するロボチック（robotic）に変換する付加的プ
ログラムにより制御するのが有利である。
【００２５】本発明による方法のために必要なマイクロ
波ビームは、外部マイクロ波発振器により発生されかつ
３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚの周波数範囲内にある。工
業的プロセスで使用されかつ国家的に許可される周波数
は、一般に４３０〜６８００ＭＨｚである（Encycloped
ia of Chmeical Processing and Design, Vol. 30, p.
202 ff, Marcek Dekker, N. Y.-Basel, 1989）。外部の
マイクロ波発振器から放出されたビームを、場合により
偏光及び／又は濾波しかつサブストレートに可動アーム
を介して供給する。マイクロ波ビームを伝送するために
は、特に金属管又は内部及び／又は外部が金属蒸着され
たガラスもしくはプラスチック管が適当である（Encycl
opedia of Science & Technologie, McGraw-Hill, Vol.
II, p.159 ff., 6. Auflage 1987）。マイクロ波ビー
ムの伝送は、有利にはフレキシブルな管で行う。しかし
ながら、ボックス状の導波管系も考えられる。管の直径
は、周が使用マイクロ波ビームの波長よりも大きいよう
に選択すべきである。それにより、可動アームはマイク
ロ波プローブとしての機能を果たしかつ場合によりマイ
クロ波ビームを集束させるための装置を有することがで
きる。
波ビームは、外部マイクロ波発振器により発生されかつ
３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚの周波数範囲内にある。工
業的プロセスで使用されかつ国家的に許可される周波数
は、一般に４３０〜６８００ＭＨｚである（Encycloped
ia of Chmeical Processing and Design, Vol. 30, p.
202 ff, Marcek Dekker, N. Y.-Basel, 1989）。外部の
マイクロ波発振器から放出されたビームを、場合により
偏光及び／又は濾波しかつサブストレートに可動アーム
を介して供給する。マイクロ波ビームを伝送するために
は、特に金属管又は内部及び／又は外部が金属蒸着され
たガラスもしくはプラスチック管が適当である（Encycl
opedia of Science & Technologie, McGraw-Hill, Vol.
II, p.159 ff., 6. Auflage 1987）。マイクロ波ビー
ムの伝送は、有利にはフレキシブルな管で行う。しかし
ながら、ボックス状の導波管系も考えられる。管の直径
は、周が使用マイクロ波ビームの波長よりも大きいよう
に選択すべきである。それにより、可動アームはマイク
ロ波プローブとしての機能を果たしかつ場合によりマイ
クロ波ビームを集束させるための装置を有することがで
きる。
【００２６】本発明による方法では、４３０〜６８００
ＭＨｚの周波数範囲内のマイクロ波ビームを使用する。
ＭＨｚの周波数範囲内のマイクロ波ビームを使用する。
【００２７】有利には、マイクロ波ビームを０．１〜３
ｍｍ、特に有利には０．３〜１ｍｍのビーム幅に収束さ
せる。
ｍｍ、特に有利には０．３〜１ｍｍのビーム幅に収束さ
せる。
【００２８】ビーム幅は、同時に三次元物体の最小ウエ
ブ幅を決定する。
ブ幅を決定する。
【００２９】本発明の可能な実施態様は、三次元物体を
粉末状サブストレートのマイクロ波誘導溶融により製造
する方法である。
粉末状サブストレートのマイクロ波誘導溶融により製造
する方法である。
【００３０】この本発明による方法は、三次元物体を粉
末状サブストレートのマイクロ波誘導溶融により製造す
る装置で実施する。
末状サブストレートのマイクロ波誘導溶融により製造す
る装置で実施する。
【００３１】粉末状サブストレートは、５０〜１００μ
ｍの粒度を有していてもよく、かつ有利にはポリマーを
含有する。
ｍの粒度を有していてもよく、かつ有利にはポリマーを
含有する。
【００３２】本発明による装置は、台、及びマイクロ波
プローブとして構成された可動アームの他に規定量のサ
ブストレート粉末を物体面に塗布する装置を有する。こ
の塗布は、塗布ロール、ドクター及び／又は可動貯蔵容
器を用いて行うことができる（図１参照）。製造した物
体の品質のために決定的なことは、均一な層厚さの塗布
である。
プローブとして構成された可動アームの他に規定量のサ
ブストレート粉末を物体面に塗布する装置を有する。こ
の塗布は、塗布ロール、ドクター及び／又は可動貯蔵容
器を用いて行うことができる（図１参照）。製造した物
体の品質のために決定的なことは、均一な層厚さの塗布
である。
【００３３】本発明による方法では、マイクロ波ビーム
により加熱される、従って双極性基本構造を有するあら
ゆる粉末状サブストレートを使用することができる。こ
のためには、ポリマー、例えばポリエステル、ポリカー
ボネート、ポリアミド、ポリウレタン及び／又はＡＢＣ
コポリマー（アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン
・コポリマー、更にまたこれらのポリマーで被覆された
セラミック又は金属粉末も該当する。ポリオレフィン又
はポリスチレンはあまり好適でない。
により加熱される、従って双極性基本構造を有するあら
ゆる粉末状サブストレートを使用することができる。こ
のためには、ポリマー、例えばポリエステル、ポリカー
ボネート、ポリアミド、ポリウレタン及び／又はＡＢＣ
コポリマー（アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン
・コポリマー、更にまたこれらのポリマーで被覆された
セラミック又は金属粉末も該当する。ポリオレフィン又
はポリスチレンはあまり好適でない。
【００３４】使用する粉末状サブストレートは、加熱し
た状態で十分な流動性及びモノモード又はバイモードの
粒度分布を有するべきである。例えばＶＥＳＴＯＳＩＮ
Ｔ(R )（Huels AG, Marl）が好適である。
た状態で十分な流動性及びモノモード又はバイモードの
粒度分布を有するべきである。例えばＶＥＳＴＯＳＩＮ
Ｔ(R )（Huels AG, Marl）が好適である。
【００３５】本発明による方法は、サイクル的に繰り返
される以下の工程を含む： −規定層のサブストレート粉末の塗布、 −場合により既に製造された物体層と固定結合された、
物体の層を製造するためのマイクロ波プローブを用いた
前記層のマイクロ波照射、 −層厚さだけの台の降下。
される以下の工程を含む： −規定層のサブストレート粉末の塗布、 −場合により既に製造された物体層と固定結合された、
物体の層を製造するためのマイクロ波プローブを用いた
前記層のマイクロ波照射、 −層厚さだけの台の降下。
【００３６】マイクロ波プローブとして構成された可動
アームがあらゆる方向で可動である場合には、台を固定
設置することができる。この方法は以下のサイクルを含
む： −規定層のサブストレート粉末の塗布、 −場合により既に製造された物体層と固定結合された、
物体の層を製造するためのマイクロ波プローブを用いた
前記層のマイクロ波照射、 −層厚さだけのマイクロ波プローブの持ち上げ。
アームがあらゆる方向で可動である場合には、台を固定
設置することができる。この方法は以下のサイクルを含
む： −規定層のサブストレート粉末の塗布、 −場合により既に製造された物体層と固定結合された、
物体の層を製造するためのマイクロ波プローブを用いた
前記層のマイクロ波照射、 −層厚さだけのマイクロ波プローブの持ち上げ。
【００３７】可能な好ましくない化学反応を阻止するた
めに、酸素及び水素を遮断して保護ガス、例えばアルゴ
ン又は窒素雰囲気内で作業することができる。水に影響
されないサブストレートの場合には、付着した水が熱伝
達媒体とし作用しかつそうして熱流を更に改善すること
ができる。
めに、酸素及び水素を遮断して保護ガス、例えばアルゴ
ン又は窒素雰囲気内で作業することができる。水に影響
されないサブストレートの場合には、付着した水が熱伝
達媒体とし作用しかつそうして熱流を更に改善すること
ができる。
【００３８】粉末状サブストレートの溶融のために必要
なエネルギー供給量は、粉末を既に融点もしくはガラス
転移温度よりも数度（２〜５Ｋ）下に予熱することによ
り最少にすることができる。
なエネルギー供給量は、粉末を既に融点もしくはガラス
転移温度よりも数度（２〜５Ｋ）下に予熱することによ
り最少にすることができる。
【００３９】本発明のもう１つの実施態様は、三次元物
体の材料をマイクロ波重合により得る方法である。
体の材料をマイクロ波重合により得る方法である。
【００４０】本発明によるこの実施態様は、三次元物体
の材料をマイクロ波重合により得る装置で実施する。
の材料をマイクロ波重合により得る装置で実施する。
【００４１】この実施態様では、モノマー混合物又は適
当なプレポリマーを、場合により開始剤により、マイク
ロ波ビームにより局所的に層状で重合させる。このよう
にして得られた層は相互に重合して強固な結合体を形成
しかつそうして三次元物体を構成する。
当なプレポリマーを、場合により開始剤により、マイク
ロ波ビームにより局所的に層状で重合させる。このよう
にして得られた層は相互に重合して強固な結合体を形成
しかつそうして三次元物体を構成する。
【００４２】本発明による装置の台は、この実施態様で
は有利にはモノマー貯蔵容器の内部で構成されるので、
製造される層厚さは台面上に載るモノマー混合物の高さ
に左右される。
は有利にはモノマー貯蔵容器の内部で構成されるので、
製造される層厚さは台面上に載るモノマー混合物の高さ
に左右される。
【００４３】本発明による方法のこの実施態様は、サイ
クル的に繰り返される以下の工程を含む： −規定しただけのモノマー混合物の表面の下への台の降
下、 −場合により既に製造された物体層と固定結合された、
物体の層を製造するためのマイクロ波プローブを用いた
前記層のマイクロ波照射。
クル的に繰り返される以下の工程を含む： −規定しただけのモノマー混合物の表面の下への台の降
下、 −場合により既に製造された物体層と固定結合された、
物体の層を製造するためのマイクロ波プローブを用いた
前記層のマイクロ波照射。
【００４４】もう１つの可能な変更方法は、可動台を放
棄しかつあらゆる立体方向で可動のマイクロ波プローブ
を使用することにある。この場合には、所望の層厚さに
相当するモノマー混合物の上積みが製造すべき物体の上
に形成されるように、モノマー混合物を補充する。
棄しかつあらゆる立体方向で可動のマイクロ波プローブ
を使用することにある。この場合には、所望の層厚さに
相当するモノマー混合物の上積みが製造すべき物体の上
に形成されるように、モノマー混合物を補充する。
【００４５】この方法は、以下のサイクルを含む： −規定層のモノマー粉末の塗布、 −場合により既に製造された物体層と固定結合された、
物体の層を製造するためのマイクロ波プローブを用いた
前記層のマイクロ波照射、 −層厚さだけのマイクロ波プローブの持ち上げ。
物体の層を製造するためのマイクロ波プローブを用いた
前記層のマイクロ波照射、 −層厚さだけのマイクロ波プローブの持ち上げ。
【００４６】マイクロ波重合のために使用するモノマー
混合物は、以下のモノマーの含有することができる：ア
クリレート、ビニルエーテル及び／又はエポキシ樹脂並
びに適当な開始剤、例えばアゾイソ酪酸ジニトリル又は
ベンゾイルペルオキシドもしくは作業温度下で分解半減
期が秒範囲内にある別の開始剤。
混合物は、以下のモノマーの含有することができる：ア
クリレート、ビニルエーテル及び／又はエポキシ樹脂並
びに適当な開始剤、例えばアゾイソ酪酸ジニトリル又は
ベンゾイルペルオキシドもしくは作業温度下で分解半減
期が秒範囲内にある別の開始剤。
【００４７】更に、モノマー混合物は前記のモノマーか
らなる重合可能なオリゴマー又はプレポリマーを含有す
ることができる。
らなる重合可能なオリゴマー又はプレポリマーを含有す
ることができる。
【００４８】特にラジカル性重合の際には、酸素及び水
素を遮断して保護ガス、例えば窒素又はアルゴン雰囲気
内で作業すべきである。
素を遮断して保護ガス、例えば窒素又はアルゴン雰囲気
内で作業すべきである。
【００４９】物体の完全な硬化は、場合により成形工程
の終了後にＵＶ照射下で実施することもできる。
の終了後にＵＶ照射下で実施することもできる。
【００５０】マイクロ波ビームの本発明による使用は、
例えばレーザ照射に比較して以下の利点を有する：−サ
ブストレートの加熱がビームの直接的吸収（内部摩擦）
により行われかつ純粋熱的でない。従って、局所的過熱
を回避することができる。
例えばレーザ照射に比較して以下の利点を有する：−サ
ブストレートの加熱がビームの直接的吸収（内部摩擦）
により行われかつ純粋熱的でない。従って、局所的過熱
を回避することができる。
【００５１】−マイクロ波の侵入深さは、サブストレー
トの誘電特性のみに左右されかつ光学的特性値には左右
されない。従って、充填物質を問題なく添加可能であ
り、またレーザ法よりも大きな侵入深さが実現可能であ
る。
トの誘電特性のみに左右されかつ光学的特性値には左右
されない。従って、充填物質を問題なく添加可能であ
り、またレーザ法よりも大きな侵入深さが実現可能であ
る。
【００５２】−十分な出力を有するレーザ（ＣＯ2又は
ＹＡＧレーザ）は極めて高価である。この出力は、狭い
周波数及び強度においてのみ制御可能であるにすぎな
い。マイクロ波発振器は簡単に構成されているので、廉
価でありかつ周波数変換器又は増幅器により広い範囲に
亙りその出力が調節可能である。
ＹＡＧレーザ）は極めて高価である。この出力は、狭い
周波数及び強度においてのみ制御可能であるにすぎな
い。マイクロ波発振器は簡単に構成されているので、廉
価でありかつ周波数変換器又は増幅器により広い範囲に
亙りその出力が調節可能である。
【００５３】本発明思想を認識すれば、当業者には本発
明による方法及び本発明による装置の更なる実施態様が
推考される。
明による方法及び本発明による装置の更なる実施態様が
推考される。
【００５４】
【実施例】本発明を以下の実施例により詳細に説明する
が、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。
が、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。
【００５５】例 図１に示した装置で、直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍ、壁厚
さ２ｍｍを有するビーカーモデルをポリアミド−１２粉
末［ ＶＥＳＴＯＳＩＮＴ(R)（Huels AG, Marl）］から
製造した。
さ２ｍｍを有するビーカーモデルをポリアミド−１２粉
末［ ＶＥＳＴＯＳＩＮＴ(R)（Huels AG, Marl）］から
製造した。
【００５６】導波管としては内側が金属化された、厚さ
２ｍｍのプラスチック管（壁厚さ０．２ｍｍ）を、ｘ／
ｙ面に位置決めして使用する。該装置は乾燥窒素で洗浄
されかつ作業温度１６０℃を有する。マイクロ波発振器
の周波数は、２４５０ＭＨｚである。
２ｍｍのプラスチック管（壁厚さ０．２ｍｍ）を、ｘ／
ｙ面に位置決めして使用する。該装置は乾燥窒素で洗浄
されかつ作業温度１６０℃を有する。マイクロ波発振器
の周波数は、２４５０ＭＨｚである。
【図１】本発明による方法を実施するための装置の概略
図である。
図である。
１ マイクロ波発振器、 ２ 導波管系、 ３ 伝送ユ
ニット（マイクロ波プローブ）、 ４ 台、 ５ 貯蔵
容器、 ６ ドクター、 ７ 物体、 ８サブストレー
ト
ニット（マイクロ波プローブ）、 ４ 台、 ５ 貯蔵
容器、 ６ ドクター、 ７ 物体、 ８サブストレー
ト
Claims (16)
- 【請求項１】 三次元物体を製造するために必要なエネ
ルギーをマイクロ波ビームにより供給することを特徴と
する、三次元物体を層状で製造する方法。 - 【請求項２】 三次元物体を製造する際に形成された層
を相互に結合させる、請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 三次元物体を粉末状サブストレートのマ
イクロ波誘導溶融により製造する、請求項１又は２記載
の方法。 - 【請求項４】 粉末状サブストレートが５０〜１００μ
ｍの粒度を有する、請求項３記載の方法。 - 【請求項５】 粉末状サブストレートがポリマーを含有
する、請求項３又は４記載の方法。 - 【請求項６】 粉末状サブストレートがポリエステル、
ポリカーボネート、ポリアミド、ポリウレタン及び／又
はＡＢＣコポリマーを含有する、請求項３，４又は５記
載の方法。 - 【請求項７】 三次元物体の材料をマイクロ波重合によ
り得る、請求項１又は２記載の方法。 - 【請求項８】 マイクロ波重合のために使用するモノマ
ー混合物がアクリレート、ビニルエーテル及び／又はエ
ポキシ樹脂を含有する、請求項７記載の方法。 - 【請求項９】 ４３０〜６８００ＭＨｚの周波数範囲内
のマイクロ波ビームを使用する、請求項１から８までの
いずれか１項記載の方法。 - 【請求項１０】 マイクロ波ビームを０．１〜３ｍｍの
ビーム幅に集束させる、請求項１から９までのいずれか
１項記載の方法。 - 【請求項１１】 マイクロ波ビームを０．３〜１ｍｍの
ビーム幅に集束させる、請求項１０項記載の方法。 - 【請求項１２】 三次元物体を層状で製造する装置にお
いて、該装置が、三次元物体を製造するために必要なエ
ネルギーを提供するマイクロ波発振器を有する、三次元
物体を層状で製造する装置。 - 【請求項１３】 三次元物体を製造するために必要なエ
ネルギーをマイクロ波ビームの形であらゆる立体方向で
可動な装置を介してサブストレートに誘導する、請求項
１２記載の装置。 - 【請求項１４】 三次元物体を製造するために必要なエ
ネルギーをマイクロ波ビームの形でｘ，ｙ面内で可動な
装置を介して、ｚ方向で可動な装置上又は内に存在する
サブストレートに誘導する、請求項１２記載の装置。 - 【請求項１５】 三次元物体を粉末状サブストレートの
マイクロ波誘導溶融により製造する、請求項１２から１
４までのいずれか１項記載の方法。 - 【請求項１６】 三次元物体の材料をマイクロ波重合に
より得る、請求項１２から１４までのいずれか１項記載
の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19727677A DE19727677A1 (de) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten |
| DE19727677.6 | 1997-06-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1170586A true JPH1170586A (ja) | 1999-03-16 |
Family
ID=7834037
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10184378A Pending JPH1170586A (ja) | 1997-06-30 | 1998-06-30 | 三次元物体を層状で製造する方法及び装置 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6243616B1 (ja) |
| EP (1) | EP0888868B1 (ja) |
| JP (1) | JPH1170586A (ja) |
| AT (1) | ATE224803T1 (ja) |
| CA (1) | CA2242093A1 (ja) |
| DE (2) | DE19727677A1 (ja) |
| ES (1) | ES2181087T3 (ja) |
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