(57)【要約】      （修正有）【課題】フェースプレート上の材料の量のより正確な特定を可能にするために押出機を動作させる３Ｄ付加製造システムを提供する。【解決手段】付加製造システムは、スワスを形成するために必要な押出機内のバルブを開き、アクチュエータを動作させて、スワスの形成に十分な押出材料の量を、押出機のフェースプレートと形成されている物体の一部分との間に確立するために、これらのバルブを開放した状態で、押出機を遷移領域を通して移動させる。遷移領域の長さは、押出される材料の粘度、及び押出機が移動してスワスを形成する速度を参照して判定される。遷移領域は、スワスを形成するために押出機の経路に垂直であり得、又はスワスを形成するために押出機の経路と整列され得る。【選択図】図１
2020157760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元（３Ｄ）物体製造システムを動作させるための方法であって、
形成されるべきスワスを、コントローラを用いて特定することであって、押出機内の全てのバルブを閉鎖すること、及び前記スワスの形成のための開始位置への前記押出機の移動のために前記押出機を持ち上げることを必要とする、特定することと、
前記スワスのための前記開始位置からオフセットされており、かつ前記３Ｄ物体製造システムによって形成されている物体の外周内に位置決めされている遷移領域開始位置を、前記コントローラを用いて特定することと、
前記押出機を前記遷移領域開始位置に移動させるために、前記コントローラを用いて少なくとも１つのアクチュエータを動作させることと、
形成されるべき前記スワスの形成のために、押出機経路制御データによって特定される前記押出機内のバルブを、前記コントローラを用いて開放することと、
前記スワスのための前記開始位置において、前記押出機のフェースプレートと前記３Ｄ製造システムによって形成されている前記物体の一部分との間の体積を充填するために、前記押出機を前記遷移領域開始位置から前記スワスのための前記開始位置に移動させるように、前記コントローラを用いて前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させることと、を含む、方法。
【請求項２】
前記遷移領域開始位置の前記特定が、
前記遷移領域開始位置を、前記外周内の面積の内部に向かって前記スワスのための前記開始位置からオフセットされているとして、前記コントローラを用いて特定することを更に含み、
前記コントローラを用いる前記少なくとも１つのアクチュエータの前記動作が、前記外周に向かう前記外周内の前記面積の前記内部から前記スワスの前記開始位置に、前記押出機を移動させる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
一度前記押出機が前記スワスのための前記開始位置に到達すると、前記スワスを形成するために、前記押出機経路制御データを使用して、前記コントローラを用いて少なくとも１つのアクチュエータを動作させることを継続することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記スワスのための前記開始位置からの前記オフセットが、前記スワスの形成のための前記押出機経路制御データによって特定された速度、及び前記押出機によって押し出される材料の粘度を参照して判定される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記スワスのための前記開始位置からの前記オフセットは、一度前記押出機が前記スワスのための前記開始位置に到達すると、前記押出機が前記スワスを形成するために移動する方向において、前記押出機のフェースプレートにわたる距離に対応する、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記スワスのための前記開始位置からの前記オフセットは、一度前記押出機が前記スワスのための前記開始位置に到達すると、前記押出機が前記スワスを形成するために移動する前記方向において、前記押出機の前記フェースプレートにわたる距離の半分に対応する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記スワスのための前記開始位置からの前記オフセットは、一度前記押出機が前記スワスのための前記開始位置に到達すると、前記押出機が前記スワスを形成するために移動する前記方向に対して垂直な方向において、前記押出機の前記フェースプレートにわたる前記距離の半分に対応する、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記押出機が前記スワスの形成のための前記開始位置を出た後に、前記押出機ヘッドが移動する方向に対して垂直な方向において、前記遷移領域開始位置から前記スワスのための前記開始位置に前記押出機を移動させるように、前記コントローラを用いて前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させることを更に含む、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記押出機が前記スワスの形成のための前記開始位置を出た後に、前記押出機ヘッドが移動する反対方向である方向において、前記遷移領域開始位置から前記スワスのための前記開始位置に前記押出機を移動させるように、前記コントローラを用いて前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させることを更に含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１０】
前記遷移領域開始位置が、前記スワスのための前記開始位置からオフセットされており、形成されるべき前記スワスが、角部を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１１】
前記遷移領域開始位置が、形成されるべき前記スワス内の前記角部内にある、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記角部を含む前記スワスの形成のために使用される複数のバルブを、前記コントローラを用いて動作させることを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記押出機が前記遷移領域開始位置を通って前記スワスのための前記開始位置に移動される際に、前記角部を含む前記スワスの形成のために使用されるべき前記複数のバルブを、前記コントローラを用いて動作させることを更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
三次元（３Ｄ）物体製造システムであって、
共通のフェースプレートにおける複数のノズルと、１対１の対応で前記ノズルに動作可能に接続された複数のバルブと、を有する、押出機であって、前記バルブは、各バルブが動作可能に接続されている前記ノズルを選択的に開放及び閉鎖するように構成されている、押出機と、
前記押出機に動作可能に接続された少なくとも１つのアクチュエータであって、前記押出機を持ち上げかつ移動させるように構成されている、少なくとも１つのアクチュエータと、
前記押出機、及び前記バルブの独立した制御を可能にする様式で、前記複数のバルブ内の前記バルブに動作可能に接続されたコントローラと、を備え、前記コントローラが、
押出機内の全てのバルブを閉鎖すること、及び前記スワスの形成のための開始位置への前記押出機の移動のために前記押出機を持ち上げることを必要とする、形成されるべきスワスを特定することと、
前記スワスのための前記開始位置からオフセットされており、かつ物体の外周内に位置決めされる、遷移領域開始位置を特定することと、
前記押出機を前記遷移領域開始位置に移動させるために、前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させることと、
前記スワスの形成のために、押出機経路制御データによって特定されている、前記押出機内の少なくとも１つのバルブを開放することと、
前記スワスのための前記開始位置において、前記押出機のフェースプレートと前記３Ｄ製造システムによって形成されている前記物体の一部分との間の体積を充填するために、前記押出機を前記遷移領域開始位置から前記スワスのための前記開始位置に移動させるように、前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させることと、を行うように構成されている、システム。
【請求項１５】
前記コントローラが、
前記遷移領域開始位置を、前記外周内の面積の内部に向かって前記スワスのための前記開始位置からオフセットされているとして特定することと、
前記押出機を、前記外周に向かう前記外周内の前記面積の前記内部から前記スワスのための前記開始位置に移動させるために、前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させることと、を行うように更に構成されている、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記コントローラが、
一度前記押出機が前記スワスのための前記開始位置に到達すると、前記スワスを形成するために、前記押出機経路制御データを使用して、少なくとも１つのアクチュエータを動作させることを継続するように更に構成されている、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記コントローラが、
前記スワスの形成のための前記押出機経路制御データによって特定された速度、及び前記押出機によって押し出される材料の粘度を参照して、前記スワスのための前記開始位置からの前記オフセットを判定するように更に構成されている、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記コントローラが、
前記スワスのための前記開始位置からの前記オフセットを、前記押出機が前記スワスを形成するために移動する方向において、前記押出機のフェースプレートにわたる距離として判定するように更に構成されている、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記コントローラが、
前記スワスのための前記開始位置からの前記オフセットを、前記押出機が前記スワスを形成するために移動する前記方向において、前記押出機のフェースプレートにわたる距離の半分であるとして判定するように更に構成されている、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記コントローラが、
前記スワスのための前記開始位置からの前記オフセットを、前記押出機が前記スワスを形成するために移動する前記方向に対して垂直な方向において、前記押出機の前記フェースプレートにわたる距離の半分であるとして判定するように更に構成されている、請求項１８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、三次元（ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ、３Ｄ）物体印刷機において使用される押出機を対象とし、より具体的には、このような押出機内のバルブの動作を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
付加製造としても知られる三次元印刷は、事実上あらゆる形状のデジタルモデルから三次元の固体物体を作製するプロセスである。多くの三次元印刷技術は、付加製造デバイスが、前に堆積された層の上に部品の連続層を形成する付加プロセスを使用する。これらの技術のいくつかは、ＡＢＳプラスチックなどの押出材料を熱可塑性材料へと軟化又は溶融させ、次いで所定のパターンで熱可塑性材料を放出する押出機を使用する。印刷機は、典型的に、様々な形状及び構造を有する三次元印刷物体を形成する熱可塑性材料の連続層を形成するように、押出機を動作させる。三次元印刷物体の各層が形成された後、熱可塑性材料は、冷却し、硬化して、層を三次元印刷物体の下層に接着する。この付加製造方法は、ほとんどが切断又はドリル加工などの減法プロセスによる加工物からの材料の除去に依存する従来の物体形成技術と区別可能である。
【０００３】
３Ｄ付加製造システムで使用されるいくつかの押出機では、バルブは、押出機内の熱可塑性材料内に位置決めされ、これらのバルブは、押出機の共通のフェースプレートを通って延在する複数のノズルを通る流れを開始及び停止するように動作させる。これらのバルブを動作させることは、ノズル又は押出機のノズルからの熱可塑性材料の流れの信頼性に関する問題を引き起こす可能性がある。いくつかの押出機では、バルブを動作させて、バルブ部材を後退させ、熱可塑性材料がノズルを通って流れることを可能にすることが、材料の一部を押出機に戻す場合があり、及びバルブを動作させて、バルブ部材を流れに押して、ノズルを通る流れを停止させることが、材料のうちのいくつかをノズルから押す場合がある。加えて、押出機のフェースプレートと材料が適用されている層との間の材料の量及び場所は、正確な物体形成に対して重要である。押出機は、予め印刷された層上へのフェースプレートからのワイピング材料を回避するために持ち上げることができるが、押出機が物体層の押出を再開する位置に戻されるとき、フェースプレート上の材料の量は、正確に知られ得ない。フェースプレート上の材料の量のより正確な特定を可能にするために押出機を動作させることは、部品形成及び品質を改善するために有益であろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
マルチノズル押出機を動作させる新規の方法は、押出機が物体の層内にスワスを形成するための開始位置に到達する前に、押出機のフェースプレートと形成されている物体の一部分との間に、スワス形成のための十分な量の熱可塑性材料が確立されることを可能にする。本方法は、形成されるべきスワスを、コントローラを用いて特定することであって、押出機内の全てのバルブを閉鎖すること、及びスワスの形成のための開始位置への押出機の移動のために押出機を持ち上げることを必要とする、特定することと、スワスのための開始位置からオフセットされており、かつ３Ｄ物体製造システムによって形成されている物体の外周内に位置決めされている、遷移領域開始位置を、コントローラを用いて特定することと、押出機を遷移領域開始位置に移動させるために、コントローラを用いて少なくとも１つのアクチュエータを動作させることと、形成されるべきスワスの形成のために、押出機経路制御データによって特定される押出機内のバルブを、コントローラを用いて開放することと、スワスのための開始位置において、押出機のフェースプレートと３Ｄ製造システムによって形成されている物体の一部分との間の体積を充填するために、押出機を遷移領域開始位置からスワスのための開始位置に移動させるように、コントローラを用いて少なくとも１つのアクチュエータを動作させることと、を含む。
【０００５】
新規の３Ｄ物体製造システムは、押出機がスワスの形成のための開始位置に到達する前に、押出機のフェースプレートと形成されている物体の一部分との間に、スワス形成のための十分な量の熱可塑性材料が確立されることを可能にする、マルチノズル押出機を動作させる方法を実装する。システムは、共通のフェースプレート内に複数のノズルを有する押出機と、１対１の対応でノズルに動作可能に接続された複数のバルブと、を有する押出機を含み、バルブは各バルブが動作可能に接続されるノズルを選択的に開放及び閉鎖するように構成され、少なくとも１つのアクチュエータは押出機に動作可能に接続され、少なくとも１つのアクチュエータは、押出機を持ち上げかつ移動させるように構成され、コントローラは押出機及びバルブの独立した制御を可能にする様式の複数のバルブ内のバルブに動作可能に接続される。コントローラは、押出機内の全てのバルブを閉鎖すること、及びスワスの形成のための開始位置への押出機の移動のために押出機を持ち上げることを必要とする、形成されるべきスワスを特定するように、スワスのための開始位置からオフセットされており、かつ物体の外周内に位置決めされている遷移領域開始位置を特定するように、押出機を遷移領域開始位置に移動させるために、少なくとも１つのアクチュエータを動作させるように、スワスの形成のために、押出機経路制御データによって特定されている、押出機内の少なくとも１つのバルブを開放するように、スワスのための開始位置において、押出機のフェースプレートと３Ｄ製造システムによって形成されている物体の一部分との間の体積を充填するために、押出機を遷移領域開始位置からスワスのための開始位置に移動させるように、少なくとも１つのアクチュエータを動作させるように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】マルチノズル押出機を動作させて、押出機がスワスの形成のための開始位置に到達する前に、熱可塑性材料の流れが確立されることを可能にする、付加製造システムを図示する。
【図２】マルチノズル押出機を動作させて、押出機がスワスの形成のための開始位置に到達する前に、熱可塑性材料の流れが確立されることを可能にする、付加製造システムの代替的な実施形態を図示する。
【図３】図１及び図２のシステムにおいてマルチノズル押出機によって形成されている円形層内の遷移領域を示す。
【図４】押出機がスワスの形成のための開始位置に到達するとき、押出材料の流れが確立されることを可能にする、図１及び図２の付加製造システムのコントローラによって使用されるプロセスのフロー図である。
【図５】三次元印刷物体１４０を形成するために押出機１０８を動作させるように構成された、先行技術の三次元物体付加製造システム又は印刷機１００を図示する。
【図６】０°及び９０°に配向されたとき、先行技術の９つのノズルフェースプレートによって形成され得るスワスを図示する。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
マルチノズル押出機では、ノズルは、共通のフェースプレート内に配置され、フェースプレートの移動、フェースプレートの向き、及びビルドプラットフォームを参照したフェースプレート上の材料の量は、スワスの形成にとって重要である。本明細書で使用される際、「スワス」は、少なくとも１つのノズルが開放されたままであり、材料が任意の開放ノズルから押出される限り、集合体としてマルチノズル押出機内の任意の開放ノズルからの材料の押出物を指す。つまり、複数のノズルが開放されるが、放出された押出材料の全てが互いに接触していない場合であっても、分離された押出物は、スワスを構成する。連続的なスワスは、複数のノズルからの押出物の全てが、クロスプロセス方向において、スワスにわたって連続的に接触しているものである。
【０００８】
形成されている物体の層内には、表面領域、遷移領域、及び内部領域がある。物体の内部領域は、観察可能ではないので、まばらに充填され得る。これらの領域は、内部領域上に形成される必要がある遷移及び表面構造を支持することができる、十分な構造及び剛性を有しなければならない。加えて、物体の全体的な剛性に寄与するこれらの内部領域を有することは、有利である。これらの異なるタイプの領域内で必要とされる押出材料の量の間の適切なバランスを見出すことは、物体の製造において重要である。マルチノズル押出機を有する物体を形成する製造システムにおいて、押出機は、図６に示されるように、０°〜１８０°（Ｘ）軸又は９０°〜２７０°（Ｙ）軸に沿って移動させることができる。これらの軸に沿って押出することは、図示された押出機の９つのノズル全てが連続的なスワスの形成に寄与し、スワスは、その最大幅を有する。本明細書で使用される際、「０°〜１８０°軸」という用語は、全てのノズルが開放されている場合、押出機のフェースプレートが向く、０°方向又は１８０°方向のいずれかにおける移動を意味し、押出機が生成できる最も効率的に生成された連続的なスワスが形成され、「９０°〜２７０°軸」という用語は、全てのノズルが開放されている場合、押出機のフェースプレートが向く、９０°方向又は２７０°方向のいずれかにおける移動を意味し、次いで押出機が生成できる最も効率的に生成された連続的なスワスが形成される。全てのノズルが移動方向に対して垂直に等しく離間しているため、連続的なスワスが、効率的に生成される。内部領域を堅固に充填するために、押出機は、１つの層に対して０°方向に双方向に移動し、次の層において９０°方向に双方向に移動させることができる。
【０００９】
本明細書で使用される際、「押出材料」という用語は、付加製造システムにおいて押出機によって放出されるべき熱可塑性材料を形成するために、典型的に軟化又は溶融される材料を指す。押出材料としては、厳しく限定されるものではないが、印刷プロセス中に、三次元印刷物体の永久部分を形成する「構築材料」及び印刷プロセス中に構築材料の部分を支持する一時的な構造体を形成し、次いで印刷プロセスの完了後に任意選択的に除去される「支持材料」の両方が挙げられる。構築材料の例としては、限定されるものではないが、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ  ｂｕｔａｄｉｅｎｅ  ｓｔｙｒｅｎｅ、ＡＢＳ）プラスチック、ポリ乳酸（ｐｏｌｙｌａｃｔｉｃ  ａｃｉｄ、ＰＬＡ）、脂肪族又は半芳香族ポリアミド（ナイロン）、懸濁した炭素繊維又は他の凝集材料を含むプラスチック、導電性ポリマー、及び押出機を通した放出に好適な熱可塑性材料を製造するために熱的に処理することができる任意の他の形態の材料が挙げられる。支持材料の例としては、限定されるものではないが、高衝撃ポリスチレン（ｈｉｇｈ−ｉｍｐａｃｔ  ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ、ＨＩＰＳ）、ポリビニルアルコール（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  ａｌｃｏｈｏｌ、ＰＶＡ）、及び熱処理後に押出することが可能な他の材料が挙げられる。押出材料はまた、チョコレートなどの熱可塑性ポリマー以外の材料も含む。いくつかの押出用印刷機では、押出材料は、「フィラメント」として一般に知られる連続的な細長い長さの材料として供給される。このフィラメントは、押出材料フィラメントをスプール又は他の供給源から引張り、押出機内のマニホールドに流体接続されるヒータにフィラメントを供給する１つ以上のローラによって固体形態で提供される。示された実施例は、フィラメントとしてヒータに供給される押出材料を使用するが、粒子状又はペレット状押出材料などの、他の押出材料供給を使用することもできる。ヒータは、押出材料フィラメントを軟化又は溶融させて、マニホールド内に流れる熱可塑性材料を形成する。ノズルとマニホールドとの間に位置付けられたバルブが開放されると、熱可塑性材料の一部がマニホールドからノズルを通って流れ、熱可塑性材料の流れとして放出される。本明細書において使用される際、押出材料に適用される「溶融」という用語は、押出材料の相を軟化又は変化させて、三次元物体印刷機の動作中に押出機内の１つ以上のノズルを通して熱可塑性材料の押出を可能にする押出材料の温度の任意の上昇を指す。溶融押出材料はまた、本明細書において「熱可塑性材料」としても示される。当業者であれば認識されるように、特定の非晶質押出材料は、印刷機の動作中に純粋な液体状態に遷移せず、いくつかの押出材料は、いくつかの食品材料など、押出可能となるために加熱される必要はない。
【００１０】
本明細書において使用される際、「押出機」という用語は、単一の流体チャンバ内に押出材料を含有し、共通のフェースプレートを通して延在する１つ以上のノズルに接続されたマニホールドに、押出材料を提供する印刷機の構成要素を指す。いくつかの押出機は、熱可塑性材料がノズルを選択的に通って流れることを可能にするように、電子的に操作され得るバルブアセンブリを含む。バルブアセンブリは、１つ以上のノズルが、熱可塑性材料を押出するために、マニホールドに独立して接続されることを可能にする。本明細書において使用される際、「ノズル」という用語は、押出機内のマニホールドに流体接続され、それを通って、熱可塑性材料が材料受容表面に向かって放出される、押出機内のオリフィスを指す。動作中、ノズルは、押出機のプロセス経路に沿って熱可塑性材料の実質的に連続的な直線スワスを押出することができる。コントローラは、バルブアセンブリ内のバルブを動作させて、バルブアセンブリに接続されたどのノズルが、熱可塑性材料を押出するかを制御する。ノズルの直径は、熱可塑性材料のラインの幅に影響を及ぼす。異なる押出機の実施形態は、より広いオリフィスを有するオリフィスサイズの範囲を有するノズルを含み、より狭いオリフィスによって生成されるラインの幅よりも大きい幅を有するラインを生成する。
【００１１】
本明細書において使用される際、「マニホールド」という用語は、三次元物体印刷動作中に押出機内の１つ以上のノズルに送達するための熱可塑性材料の供給を保持する、押出機のハウジング内に形成された空洞を指す。本明細書で使用される際、「スワス」という用語は、押出機が三次元物体印刷動作中に材料受容表面上に形成する押出材料の任意のパターンを指す。一般的なスワスとしては、押出材料及び湾曲したスワスの直線的な直線配置が挙げられる。いくつかの構成では、押出機は、連続的な様式で熱可塑性材料を押出して、プロセス及びクロスプロセス方向の両方において押出材料の連続的な質量を有するスワスを形成し、一方で他の構成では、押出機は、断続的な様式で動作して、直線又は曲線経路に沿って配置される熱可塑性材料のより小さい群を形成する。三次元物体印刷機は、押出材料の異なるスワスの組み合わせを使用して様々な構造を形成する。加えて、三次元物体印刷機内のコントローラは、押出機を動作させて押出材料の各スワスを形成する前に、押出材料の異なるスワスに対応する物体画像データ及び押出機経路データを使用する。後述されるように、コントローラは、バルブアセンブリの動作、及び三次元印刷動作中に、１つ以上のノズルを通って熱可塑性材料の複数のスワスを形成するために押出機が移動される速度を、任意選択的に調節する。
【００１２】
本明細書において使用される際、「プロセス方向」という用語は、押出機と、押出機内の１つ以上のノズルから押出された熱可塑性材料を受容する材料受容表面との間の相対移動の方向を指す。材料受容表面は、付加製造プロセス中に三次元印刷物体又は部分的に形成された三次元物体の表面を保持する支持部材のいずれかである。本明細書に記載される例示的な実施形態では、１つ以上のアクチュエータは、支持部材の周りで押出機を移動させるが、代替的なシステム実施形態は、支持部材を移動させて、プロセス方向の相対運動を生成し、その間押出機は静止したままである。いくつかのシステムは、異なる運動軸に対する両方のシステムの組み合わせを使用する。
【００１３】
本明細書において使用される際、「横断方向」という用語は、プロセス方向に垂直であり、押出機フェースプレート及び材料受容表面に平行な軸を指す。プロセス方向及びクロスプロセス方向は、熱可塑性材料を受容する押出機及び表面の移動の相対経路を指す。いくつかの構成では、押出機は、プロセス方向、クロスプロセス方向、又はその両方で延在することができるノズルのアレイを含む。押出機内の隣接するノズルは、クロスプロセス方向において所定の距離だけ分離される。いくつかの構成では、システムは、ラインがスワスを形成する際、押出機内のノズルから押出された熱可塑性材料のラインを分離する、対応するクロスプロセス方向距離を調節するために、押出機を回転させて、押出機内の異なるノズルを分離するクロスプロセス方向距離を調節する。
【００１４】
付加製造システムの動作中、押出機は、三次元物体印刷プロセス中に熱可塑性材料を受容する表面に対して、直線経路及び曲線経路の両方に沿ってプロセス方向に移動する。加えて、システム内のアクチュエータは、任意選択的に押出機をＺ軸の周りで回転させて、押出機が熱可塑性材料の各ライン間に所定の距離で熱可塑性材料の２つ以上のラインを形成することを可能にするために、押出機内のノズルを分離する有効なクロスプロセス距離を調節する。押出機は、印刷物体の層内の二次元領域の外壁を形成するために外周の外側、及び熱可塑性材料を有する二次元領域の全て又は一部分を充填するために外周内部の両方に沿って移動する。
【００１５】
図５は、三次元印刷物体１４０を形成するために押出機１０８を動作させるように構成された、先行技術の三次元物体付加製造システム又は印刷機１００を図示する。印刷機１００は、支持部材１０２、マルチノズル押出機１０８、押出機支持アーム１１２、コントローラ１２８、メモリ１３２、Ｘ／Ｙアクチュエータ１５０、任意選択のＺθアクチュエータ１５４、及びＺアクチュエータ１５８を含む。印刷機１００では、Ｘ／Ｙアクチュエータ１５０は、Ｘ及びＹ軸に沿って２次元平面（「Ｘ−Ｙ平面」）内の異なる場所に押出機１０８を移動させて、図５に図示される物体１４０などの三次元印刷物体内に１つの層を形成する熱可塑性材料のスワスを押出する。例えば、図５では、Ｘ／Ｙアクチュエータ１５０は、支持アーム１１２及び押出機１０８をガイドレール１１３に沿って平行移動させて、Ｙ軸に沿ってアーム及び押出機を移動させる一方で、Ｘ／Ｙアクチュエータ１５０は、支持アーム１１２の長さに沿って押出機１０８を平行移動させて、Ｘ軸に沿って押出機を移動させる。押出されたパターンは、熱可塑性材料パターンの輪郭内の領域を充填する熱可塑性材料の層及びスワス内の１つ以上の領域の両方の輪郭を含む。Ｚアクチュエータ１５８は、Ｚ軸に沿って押出機１０８と支持部材１０２との間の距離を制御して、物体が印刷プロセス中に形成される際に、押出機１０８内のノズルが、物体１４０上に熱可塑性材料を押出するために好適な高さのままでいることを確実とする。Ｚθアクチュエータ１５４は、Ｚ軸の周りを回転する押出機１０８のいくつかの実施形態について、Ｚ軸の周りの押出機１０８の回転角度を制御する。この移動は、押出機１０８内のノズル間のプロセス及びクロスプロセス分離を制御するが、いくつかの押出機は、製造プロセス中に回転を必要としない。システム１００では、Ｘ／Ｙアクチュエータ１５０、Ｚθアクチュエータ１５４、及びＺアクチュエータ１５８は、電気モータ、ステッパーモーター、又は任意の他の好適な電気機械デバイスなどの電気機械アクチュエータとして具現化される。図５の印刷機では、三次元物体印刷機１００は、熱可塑性材料の複数の層から形成された三次元印刷物体１４０の形成中に図示される。
【００１６】
支持部材１０２は、製造プロセス中に三次元印刷物体１４０を支持する、ガラスプレート、ポリマープレート、又は発泡体表面などの平面部材である。図５の実施形態では、Ｚアクチュエータ１５８はまた、押出機１０８が物体１４０の上面から所定の距離を維持することを確実にするために、熱可塑性材料の各層を適用した後に、押出機１０８から離してＺ方向に支持部材１０２を移動させる。押出機１０８は、複数のノズルを含み、各ノズルは、支持部材１０２の表面上に、又は物体１４０などの部分的に形成された物体の表面上に、熱可塑性材料を押出する。図５の実施例では、押出材料は、押出材料供給部１１０からフィラメントとして提供され、これは押出材料を押出機１０８に供給するためにスプールから巻き出される、ＡＢＳプラスチック又は別の好適な押出材料フィラメントのスプールである。
【００１７】
支持アーム１１２は、支持部材と、印刷動作中に押出機１０８を移動させる１つ以上のアクチュエータと、を含む。システム１００では、１つ以上のアクチュエータ１５０は、印刷動作中に、Ｘ軸及びＹ軸に沿って支持アーム１１２及び押出機１０８を移動させる。例えば、アクチュエータ１５０のうちの１つは、Ｙ軸に沿って支持アーム１１２及び押出機１０８を移動させる一方で、別のアクチュエータは、支持アーム１１２の長さに沿って押出機１０８を移動させて、Ｘ軸に沿って移動させる。システム１００では、Ｘ／Ｙアクチュエータ１５０は、Ｘ軸及びＹ軸の両方に沿って、同時に直線経路又は曲線経路のいずれかに沿って、押出機１０８を任意選択的に移動させる。コントローラ１２８は、押出機１０８内のノズルが、支持部材１０２上又は物体１４０の前もって形成された層上に熱可塑性材料を押出すことを可能にする直線経路及び曲線経路の両方における押出機１０８の移動を制御する。コントローラ１２８は、Ｘ軸又はＹ軸に沿ってラスタライズされた動作で押出機１０８を任意選択的に移動させるが、Ｘ／Ｙアクチュエータ１５０はまた、Ｘ−Ｙ平面内の任意の直線経路又は曲線経路に沿って押出機１０８を移動させることもできる。
【００１８】
コントローラ１２８は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ｆｉｅｌｄ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｇａｔｅ  ａｒｒａｙ、ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ、ＡＳＩＣ）、又は印刷機１００を動作させるように構成された任意の他のデジタル論理などのデジタル論理デバイスである。本明細書で使用される際、「コントローラ」という用語は、機能を達成するために複数のタスクを形成するようにプログラムされた命令で構成された１つ以上のコントローラ、プロセッサ、又はコンピュータを意味する。このため、印刷機用のコントローラは、押出機を動作させ、押出機を移動させ、物体データを処理し、製造される物体内の領域の充填、並びに他のタスク及び機能を最適化する複数のコントローラであり得る。印刷機１００において、コントローラ１２８は、支持部材１０２及び支持アーム１１２の移動を制御する１つ以上のアクチュエータに動作可能に接続される。コントローラ１２８はまた、メモリ１３２に動作可能に接続される。印刷機１００の実施形態では、メモリ１３２は、ランダムアクセスメモリ（ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ、ＲＡＭ）デバイスなどの揮発性データ記憶デバイス、及びソリッドステートデータ記憶デバイス、磁気ディスク、光ディスク、又は任意の他の好適なデータ記憶デバイスなどの不揮発性データ記憶デバイスを含む。メモリ１３２は、プログラムされた命令データ１３４及び三次元（３Ｄ）物体画像データ１３６を記憶する。コントローラ１２８は、記憶されたプログラム命令１３４を実行して、印刷機１００内の構成要素を動作させて、三次元印刷物体１４０を形成し、物体１４０の１つ以上の表面上に二次元画像を印刷する。３Ｄ物体画像データ１３６は、例えば、層ごとに物体の断面図を定義するデータを含む。各データ層は、三次元物体印刷プロセス中に印刷機１００が形成する熱可塑性材料の層を表現する。押出機経路制御データ１３８は、コントローラ１２８が、Ｘ／Ｙアクチュエータ１５０を使用して押出機１０８の移動経路を制御するように、及び、Ｚθアクチュエータ１５４を使用して押出機１０８の配向を制御するように、処理する幾何的データ又はアクチュエータ制御コマンド一式を含む。コントローラ１２８は、上述のように、アクチュエータを動作させて、押出機１０８を支持部材１０２の上に移動させ、一方で押出機は、熱可塑性材料を押出して、物体を形成する。
【００１９】
図１は、フェースプレート内の開口部を通して複数の熱可塑性材料を押出す押出機１０８’を有する付加製造システム１００’を図示する。印刷機１００’は、物体を形成するために平面運動を使用する印刷機として図示されるが、他の印刷機アーキテクチャが、押出機と共に使用され得、コントローラが、本明細書で記載されるように、押出機の角度配向を参照して、押出機の速度を調整するように構成され得る。これらのアーキテクチャは、デルタ−ボット、選択的コンプライアンスアセンブリロボットアーム（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ  ａｓｓｅｍｂｌｙ  ｒｏｂｏｔ  ａｒｍ、ＳＣＡＲＡ）、多軸印刷機、非デカルト印刷機などが挙げられる。これらの代替的な実施形態における運動は、上記で定義したようなプロセス及びクロスプロセス方向を依然として有し、かつこれらの実施形態の押出機におけるノズル間隔は、クロスプロセス方向に関するノズル間隔を依然として画定する。図の単純化のために図１には１つのマニホールド２１６のみ示されているが、押出機ヘッド１０８’は、複数のマニホールド２１６を有することができる。一実施形態では、押出機１０８’内の各マニホールド２１６は、異なる押出材料供給部１１０によって１対１の対応で供給される異なるヒータ２０８に動作可能に接続される。代替的に、各マニホールド２１６は、図２の実施形態１００”に示されるように、複数の押出材料供給部１１０によって供給される複数のチャネル２３２’を収容する単一のヒータ２０８’に連結され得る。図２内の各チャネル２３２’は、押出機１０８”内のマニホールド２１６に熱可塑性材料を供給して、各マニホールドが、他のマニホールドが受容される材料とは異なる材料を受容することを可能にする。押出機１０８”において、各ノズル２１８は、押出機１０８”内のマニホールドのうちの１つのみに流体接続され、そのため各ノズルは、他のマニホールドに接続されたノズルから押出された材料とは異なる熱可塑性材料を押出することができる。各ノズルからの押出は、バルブアセンブリ２０４内のバルブを操作するコントローラ１２８によって選択的かつ独立して起動及び停止される。各ノズル２１８はまた、ノズルを物体内の材料のスワスのより可撓性の形成のために構成するように、フェースプレート２６０内の開口部と整列される。
【００２０】
図１及び図２の実施形態では、バルブアセンブリ２０４は、押出機１０８’又は１０８”内のマニホールドと、押出機１０８’又は１０８”内のマニホールド（複数可）に接続されたノズルの各々との間にバルブを位置決めする。バルブアセンブリ２０４は、コントローラ１２８に動作可能に接続されているため、コントローラは、押出機１０８’又は１０８”内の複数のノズルから熱可塑性材料を押出するためのバルブを開放及び閉鎖することができる。具体的には、コントローラ１２８は、押出機ヘッド１０８’又は１０８”内のバルブに接続されたアセンブリ２０４内の異なるアクチュエータを起動及び停止させて、ノズルから熱可塑性材料を押出し、図６内の物体１４０などの、三次元印刷物体の各層内に異なる熱可塑性材料のスワスを形成する。
【００２１】
システム１００’の一実施形態は、スライサとして知られるプログラムを含む。このプログラムは、多くの場合、システム１００’（図示せず）内の別のプロセッサによって実行される。スライサは、印刷機の構成要素を動作させるために使用される３Ｄ物体画像データをスライサが受容するデータから生成し、多数の既知のフォーマットのうちの１つで生成されるべき物体を定義する。一般的に使用されるフォーマットは、ＳＴＬフォーマットであるが、３ＭＦ、ＡＭＦ、及びプライなどの他のフォーマットが使用される場合もある。ＳＴＬフォーマットでは、物体表面は、三角形の面の縁部及び角部によって画定される。スライサは、これらのＳＴＬデータを、物体の二次元（ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ、２Ｄ）水平スライスを形成するための押出機経路制御データに変換する。この変換は、一実施形態において、Ｇコードをもたらし、これは印刷システムを初期化し、経路を画定し、これに沿って押出機が熱可塑性材料を押し出して層を形成しながら移動する。このタイプの押出付加製造システムは、ベクトルグラフィック印刷機としても知られている場合もある。
【００２２】
システム１００’及び１００”などのマルチ押出システム内のバルブの動作を制御するために、コントローラ１２８によって実装されるスライサによって生成されたＧコードは、移動中に開放されるべきバルブを特定するパラメータを含むように拡張されている。延長されたＧコード線の実施例は、以下の形態を有する：Ｇ１  Ｐ５１１  Ｘ１００  Ｙ１００  Ｅ１．５  Ｆ４５００。この実施例では、Ｇ１は、移動及び押出操作のためのラインを特定し、Ｐ５１１は、移動中に開放されるべきバルブを特定するパラメータであり、Ｘ１１０及びＹ１００は、移動のための終了位置を（１００、１００）として特定し、Ｅ１．５は、押出機に供給されるべき押出材料の長さを特定し、これが１．５ｍｍであり、Ｆ４５００は、移動中の押出機の移動速度を特定し、これが４５００ｍｍ／分である。バルブパラメータＰ５１１は、Ｐと同等であり、続いて９桁の２進数１１１１１１１１１が続き、これは、進位値５１１の２進数表現であり、そのため、バルブの全てがこの移動中に開放される。システム１００’及び１００”の一実施形態では、Ｇコードを実行するコントローラ１２８は、Ｔｈｉｎｋ３ＤＰｒｉｎｔ３Ｄ、Ｐｅｔｅｒｂｏｒｏｕｇｈ、ＵＫから入手可能なＤＵＥＴ３Ｄ基板などの、ＤＵＥＴ基板を動作させるプロセッサであるが、他の制御基板及びコマンドインターフェースを使用する場合もある。ＤＵＥＴ基板内のコントローラは、Ｇコードを実行して、システム１００’及び１００”のバルブ及びアクチュエータを動作させて、物体形成のための層を形成する。
【００２３】
図１のシステム１００’はまた、押出機ヘッド１０８内のマニホールドに接続される各ヒータ２０８のための押出材料分配システム２１２を含む。各別個の供給部１１０からの押出材料は、システム１００の動作中に所定の範囲内でヒータに接続されたマニホールド内の熱可塑性材料の圧力を維持する速度で、対応するヒータ２０８に供給される。分配システム２１２は、押出機１０８”の各マニホールド内の熱可塑性材料の圧力を調整するのに好適な一実施形態である。図２の実施形態１００”では、複数の押出材料分配システム２１２は、複数の押出材料供給部１１０とヒータ２０８’内のチャネル２３２’との間で１対１の対応で動作可能に接続される。加えて、両方の実施形態では、コントローラ１２８は、分配システム２１２が供給部によって供給部１１０からヒータに供給された押出材料を搬送する速度を制御するために、各分配システム２１２内のアクチュエータに動作可能に接続される。図２の分配システム２１２は、図１の分配システム２１２として構成することができる。ヒータ２０８及び２０８’は、駆動ローラ２２４（図１）を介してヒータ２０８に供給される押出材料２２０を軟化又は溶融する。アクチュエータ２４０は、ローラ２２４を駆動し、コントローラ１２８に動作可能に接続されているため、コントローラは、アクチュエータがローラ２２４を駆動する速度を調整することができる。ローラ２２４の反対側の別のローラは、フリーホイーリングであるため、ローラ２２４が駆動される回転速度に従う。図１が、フィラメント２２０をヒータ２０８又は２０８’に移動させるための機械的ムーバとして、電気機械アクチュエータ及びドライバローラ２２４を使用する供給システムを図示する一方で、分配システム２１２の代替的な実施形態は、回転オーガ又はねじの形態の機械的ムーバを動作させるために、１つ以上のアクチュエータを使用する。オーガ又はねじは、供給部１１０からの固相押出材料を、押出材料粉末又はペレットの形態でヒータ２０８又は２０８’に移動させる。
【００２４】
図１及び図２の実施形態では、各ヒータは、コントローラ１２８に動作可能に接続された、電気抵抗加熱要素などの１つ以上の加熱要素２２８を含む、ステンレス鋼から形成された本体を有する。コントローラ１２８は、加熱要素２２８を選択的に電流に接続して、ヒータ２０８又は２０８’内のチャネル又は複数のチャネル内の押出材料２２０のフィラメントを軟化又は溶融するように構成される。図１及び図２が、固体フィラメント２２０として固相で押出材料を受容するヒータ２０８及びヒータ２０８’を示す一方で、代替的な実施形態では、ヒータは、粉末又はペレット化押出材料として固相で押出材料を受容する。冷却フィン２３６は、ヒータから上流のチャネル内の熱を減衰する。冷却フィン２３６又はその付近のチャネル内で固体のままである押出材料の一部は、熱可塑性材料がマニホールド２１６への接続部よりも任意の開口部からヒータから出ることを防止する封止部をチャネル内に形成し、これは、マニホールドに入るときに押出材料が熱可塑性状態に維持される温度を維持する。押出機１０８”はまた、押出機内の各マニホールド内の熱可塑性材料のために高温を維持するように、付加的な加熱要素を含むことができる。いくつかの実施形態では、熱絶縁体は、押出機１０８”の外部の部分を覆って、押出機内のマニホールド内の温度を維持する。この場合もやはり、図２内のノズルの周囲の領域は、材料を熱可塑性状態に維持する温度で維持され、そのため、それがフェースプレート内の開口部に進行する際、凝固を開始しない。
【００２５】
マニホールド２１６内の熱可塑性材料の流体圧力を所定の範囲内に維持し、押出材料への損傷を回避し、ノズルを通る押出速度を制御するために、スリップクラッチ２４４は、供給部１１０からヒータにフィラメントを供給する各アクチュエータ２４０の駆動シャフトに動作可能に接続される。本明細書において使用される際、「スリップクラッチ」という用語は、物体を所定の設定点まで移動させるために、物体に摩擦力を加えるデバイスのことを指す。摩擦力のための所定の設定点についての範囲を超えるとき、デバイスはスリップし、そのためもはや物体に摩擦力を加えることはない。スリップクラッチは、ローラ２２４によってフィラメント２２０に及ぼされる力が、どのくらい頻繁に、どのくらい速く、又はどのくらい長くアクチュエータ２４０が駆動されるかを問わず、フィラメントの強度に対する制約内に留まることを可能にする。この一定の力は、アクチュエータ２４０をフィラメント駆動ローラ２２４の最速の予測される回転速度よりも速い速度で駆動するか、又はエンコーダホイール２４８をローラ２２４上に置き、センサ２５２で回転速度を感知することによって維持することができる。センサ２５２によって生成された信号は、ローラ２２４の角度回転を示し、コントローラ１２８はこの信号を受信して、ローラ２２４の速度を特定する。コントローラ１２８は、アクチュエータ２４０に提供される信号を調節して、アクチュエータの速度を制御するように更に構成されている。コントローラがアクチュエータ２４０の速度を制御するように構成されているとき、コントローラ１２８はアクチュエータ２４０を動作させ、その結果、その平均速度はローラ２２４の回転よりもわずかに速い。この動作は、駆動ローラ２２４上のトルクが常にスリップクラッチトルクの関数であることを確実とする。
【００２６】
コントローラ１２８は、ローラ２２４の回転速度にわたってアクチュエータ出力軸のわずかに速い速度を特定するコントローラに接続された、メモリ内に記憶された設定点を有する。本明細書において使用される際、「設定点」という用語は、コントローラが構成要素を動作させて、設定点に対応するパラメータを設定点の周りの所定の範囲内に維持するために使用する、パラメータ値を意味する。例えば、コントローラ１２８は、アクチュエータ２４０を動作させる信号を変更して、設定点の周りの所定の範囲内の出力信号によって特定された速度で出力軸を回転させる。アクチュエータの命令された速度に加えて、バルブアセンブリ２０４内で開閉されるバルブの数、及びクラッチ用のトルク設定点もまた、フィラメント駆動システム２１２の動作に影響を及ぼす。ローラ２２４の得られた回転速度は、センサ２５２によって生成された信号によって特定される。コントローラ１２８内の比例積分微分（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−ｉｎｔｅｇｒａｌ−ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ、ＰＩＤ）コントローラは、メモリ内に記憶された差動設定点を参照してこの信号からの誤差を識別し、コントローラによって出力された信号を調節して、アクチュエータ２４０を動作させる。代替的に、コントローラ１２８は、スリップクラッチのトルクレベルを変更することができ、又はコントローラ１２８は、トルクレベルを変更し、かつコントローラがアクチュエータを動作させる信号を調節することの両方ができる。
【００２７】
スリップクラッチ２４４は、固定又は調節可能なトルク摩擦ディスククラッチ、磁気粒子クラッチ、磁気ヒステリシスクラッチ、フェロフルードクラッチ、空気圧クラッチ、又は永久磁気クラッチであり得る。磁気的に動作するクラッチタイプは、クラッチに電圧を印加することによって調節されたそれらのトルク設定点を有することができる。この特徴により、クラッチ上のトルク設定点が印刷条件を参照して変更されることを可能にする。「印刷条件」という用語は、物体の適切な形成のためにマニホールド内に必要とされる熱可塑性材料の量に影響を及ぼす、現在進行中の製造操作のパラメータを指す。これらの印刷条件としては、押出機に供給される押出材料のタイプ、押出機から放出される熱可塑性材料の温度、押出機がＸ−Ｙ平面内で移動する速度、物体上に形成される特徴部の位置、押出機がプラットフォームに対して移動される角度などが挙げられる。
【００２８】
図１及び図２に示される実施形態では、コントローラ１２８は、上記にように、プログラム命令１３４、物体画像データ１３６、及び押出機経路制御データ１３８を伴い、層の異なる領域における押出機のための移動経路を特定し、１つ以上の信号をＸ／Ｙアクチュエータ１５０に送信して、押出機１０８’及び１０８”を移動させ、押出機がプラットフォーム１０２の上を移動する速度を調整するように構成される。図１及び図２のコントローラ１２８は、以下でより詳細に考察されるように、スワスを形成する前に押出材料の流れを確立するために使用される遷移領域を含むように修正された押出機経路制御データを受信する。コントローラ１２８は、押出機が移動するべき経路の角度、及びその経路に沿って移動する際の押出機フェースプレートの配向を参照して、押出機１０８’及び１０８”の速度を調整するように構成される。コントローラ１２８はまた、コントローラに動作可能に接続されたメモリ内に記憶された、プログラムされた命令を伴って構成され、以下により詳細に記載されるように、コントローラによって実行されるとき、コントローラが、遷移パターンに対応する経路に沿って押出機を移動させるＸ−Ｙアクチュエータ１５０のための信号を生成することを可能にする。
【００２９】
コントローラ１２８が、物体の層を形成するためのＧコードを受信するとき、コントローラは、外周領域、遷移領域、及び内部領域として層内の領域を特定する。外周領域は、層又は層の一部分の境界に対応する。内部領域は、物体の外周内の領域である。遷移領域は、押出機が、スワスの形成のためにＧコードによって示される開始位置に移動される前に、押出機が適切なバルブを開くために位置決めされる領域である。これらの遷移領域は、押出材料の流れが適切な速度に到達することを可能にし、かつ押出材料が適切な構成でフェースプレート上に存在することを可能にして、スワス形成がスワスのためのＧコードで特定された位置で開始する前に、次のスワスを形成する。
【００３０】
コントローラ１２８は、バルブが閉鎖され、押出機が持ち上げられ、スワス開始位置に移動されることを必要とする、Ｇコードスワス内で特定するように構成されている。これらのスワスが特定されるとき、コントローラ１２８は、バルブが閉鎖されている１つのスワスの端部と、押出機の持ち上げを必要とする次のスワスの開始との間に遷移領域を挿入する、Ｇコードを生成する。図３に示されるシリンダの層３０４を形成するために、押出機はまず、位置３１２で始まり、押出機が押出機内のノズルのサブセットを開放し、開始位置に戻るまで時計回り又は反時計回り方向の外周経路に沿って続くように、材料を押出すことによって外周３０８を形成する。外周３０８が形成されると、押出機は、外周３０８に到達するまでスワス３１６を形成し続け、ここでは、スワスの幅の分、右に移動し、外周の内側に戻って、スワス３２０を形成する。押出機は、シリンダ層の右側が形成されるまで、この様式で前後にスエートを形成し続ける。この時点で、押出機は、層の左側内を充填するために移動しなければならないが、この移動は、バルブの閉鎖を必要とし、そのため、材料は、既に形成された層の部分上に押出されず、押出機の持ち上げは、既に形成された層の部分とフェースプレート上の材料が直面することを防止する。次のスワスのための開始位置３２４に押出機を移動させるために、バルブは閉鎖され、押出機は、フェースプレート上に残っている材料が印刷されている部品の他の材料と接触することを可能にする高さまで持ち上げられる。押出機が開始位置３２４まで下降されるとき、バルブの開放、及びフェースプレート上に残っている材料は、押出機のフェースプレートと適切にスワス３２８を形成するのに十分迅速に印刷される部品との間の領域を充填しない。
【００３１】
押出材料は、スワスの端部でフェースプレート上に留まっているため、押出機の持ち上げはまた、最終印刷スワス中に確立されたフェースプレートから材料を枯渇させることを回避し、かつ、フェースプレート上の材料が、層に予め押出された材料と接触することを防止するために必要とされ得る。押出機の持ち上げ及びノズルの閉鎖は、図３に示されるように、押出機が１つのスワスから次のスワスに連続的に押出するとき、又はスワスの端部における連結片が、図３の左に示されるように形成されないとき、必要とされない。加えて、押出機が、押出機の幅の２倍未満の距離などの短い距離を移動するとき、又は押出機が、外周スワスから充填スワスに、又は逆もまた同様に、直接遷移するとき、押出機は持ち上げられる必要はない。
【００３２】
フェースプレートと印刷されている部品との間に十分な量の押出材料を確立する際の遅れに対処するために、コントローラ１２８は、位置３３２に押出機を移動させるＧコードを生成かつ実行し、これは、押出機が位置３２４に到達すると、ノズルからの押出材料の流れがフェースプレートと部品との間に十分な量の押出材料を確立することを可能にする所定の距離だけ開始位置３２４からオフセットされる。この所定の距離は、押出材料の粘度及び押出機が位置３３２から位置３２４に移動する速度に依存する。一実施形態では、この距離は、押出機が位置３３２から位置３２４に移動する方向における押出機のフェースプレートを横切る距離に対応する。押出機が位置３２４に到達するとき、フェースプレートと部品との間の押出材料が再確立され、コントローラ１２８は、層の左側部分の第１のスワス３２８を形成するためのＧコードを実行する。このため、その方向が反転し、位置３４０まで外周に向かって続く際に、位置３３２を超えて進む。一度そこに到達すると、押出機は、スワスの幅に対応する距離だけ左に移動し、次いでシリンダの内部を横切って位置３４４に続く。層の右側で上述したように、この前後運動は、層の左側が完成するまで継続し、バルブは閉鎖され、押出機は、次の層の形成のためのＧコードを実行する前に持ち上げられる。
【００３３】
この押出機を、スワス開始位置からオフセット距離で配置すること、形成されるべきスワスのためのＧコードによって示されるバルブを開くこと、及び押出機をスワスを形成するために移動させ続けることが、物体形成において直面する多くの状況に有用である。このような状況が、外周形成である。外周３０８を形成する際、例えば、押出機は、押出機が時計回りの円に移動して、外周を形成するとき、フェースプレートを横切る距離の約半分である内側領域内の位置に移動される。この位置では、外周スワスのためのＧコードで特定されたバルブが開放され、押出機は、外周スワスのための開始位置に移動される。典型的に、オフセット位置から外周スワス開始位置への移動は、外周を形成するために使用される動きに対して垂直であるが、他の角度を使用する場合もある。外周スワス位置に到達すると、押出機は、時計回りの経路に続き、外周スワスを形成する。このタイプの動作が有用である別の状況は、角部形成である。この状況では、押出機は、角部の外周内にある角部開始位置からオフセットして位置決めされる。次いで、バルブは、開放され、押出機が角部を形成するために移動される場所から角部開始位置に移動される。この操作では、角部の外側上に材料が押出されることを許容するバルブは開放されない。
【００３４】
一般に、図４に示されるプロセス４００は、押出材料の流れが、押出機がスワスの形成のための開始位置に到達するときに確立されることを可能にするように実行される。下記の考察において、機能又は動作を実行するプロセス４００への参照は、印刷機内の他の構成要素に関連して機能又は動作を実行するように記憶されたプログラム命令及び押出機経路制御データを実行するための、コントローラ１２８などのコントローラの動作を指す。プロセス４００は、例示目的のため、図１の印刷機１００’及び図２の印刷機１００”と併せて説明される。
【００３５】
プロセス４００は、スワスのための開始位置に移動する前に、コントローラが、全てのバルブの閉鎖及び押出機の持ち上げを必要とするスワス形成を特定することで開始する（ブロック４０４）。コントローラは、スワス開始位置からオフセットされており、物体領域の外周内に位置決めされる遷移領域開始位置を特定する（ブロック４０８）。本明細書で使用される際、「遷移領域」という用語は、押出機がスワス開始位置に到達する前に、押出機が、押出材料の流れが確立されることを可能にするように動作される領域を意味する。押出機が遷移領域開始位置に到達すると、スワスの形成のために特定されたバルブが、開放され、押出機は、遷移領域を通ってスワス開始位置に移動される（ブロック４１２）。そこから、物体形成制御データは、スワスを形成するために実行される（ブロック４１６）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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