(57)【要約】  本発明は、プラットフォーム上に載置された基板上に、コントローラによって指示されたように３次元物体を構築するための材料を堆積させる、３次元モデリングマシンにおける堆積装置の較正ルーチンの実行方法である。この方法は、３次元構造を規定の位置で表す材料構築プロファイルの生成を備えている。その後、材料構築プロファイルの相対的位置が決定される。予想構築プロファイルは、特定されたのち、材料構築プロファイルの決定された相対的位置と比較されて、オフセットを表す差が特定される。その後、モデリングマシンは、このオフセットに基づいて堆積装置を配置する。
2009532243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラットフォーム上に載置された基板上に、コントローラによって指示されたように、堆積装置を使ってモデリング材料を堆積させることによって３次元物体を構築する３次元モデリングマシンにおける較正ルーチンの実行方法であって、
該方法は、
規定の位置で３次元構造を表す材料構築プロファイルを生成するステップと、
前記材料構築プロファイルの相対的位置を決定するステップと、
予想構築プロファイルを特定するステップと、
オフセットを決定するために、前記材料構築プロファイルの相対的位置と予想構築プロファイルとを比較するステップと、
前記オフセットに基づいて前記堆積装置を配置するステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記材料構築プロファイルの相対的位置を決定するステップでは、前記材料構築プロファイルの高さを測定する
ことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
前記材料構築プロファイルの相対的位置を決定するステップでは、前記材料構築プロファイルの側面を検出する
ことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、
前記材料構築プロファイルを生成するステップでは、前記３次元モデリングマシンの基板上に組み立て式の３次元パッドを配置する
ことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、
前記材料構築プロファイルを生成するステップでは、前記３次元モデリングマシンの堆積装置によって前記基板上に材料を堆積させる
ことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、
予想構築プロファイルを特定するステップでは、前記３次元モデリングマシンの第２の堆積装置によって作り出される第２の３次元構造の相対的位置を決定する
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、
予想構築プロファイルを特定するステップでは、原点に対する前記材料構築プロファイルの予想位置を決定する
ことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、
前記材料構築プロファイルの前記予想位置は、前記材料構築プロファイルを生成するのに必要とされる予め決められた層の数と、各層の所望の高さとを乗算することによって決定される、前記基板上の前記材料構築プロファイルの高さを表す
ことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法であって、
前記材料構築プロファイルの前記予想位置が、前記原点に対する前記材料構築プロファイルの側面の予想位置を表す
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、
前記予想構築プロファイルは、前記３次元モデリングマシンへの入力として供給される
ことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法であって、
前記予想構築プロファイルは、組み立て式３次元構造から既知の値である
ことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法であって、
前記材料構築プロファイルの相対的位置を決定するステップでは、センサアセンブリを使用して、特定の位置で前記材料構築プロファイルの表面を検出する
ことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、
前記センサアセンブリは、光学式センサを備える
ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の方法であって、
前記センサアセンブリは、複数軸の電気的センサを備える
ことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法であって、
前記堆積装置は、押出端部を備えている
ことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法であって、
前記ステップは、自動で実行される
ことを特徴とする方法。
【請求項１７】
プラットフォーム上に載置された基板上に、コントローラの操作下でモデリング材料を堆積させることによって３次元物体を構築するマシンにおける較正ルーチンの実行方法であって、
該方法は、
第１の堆積装置を使用して前記プラットフォーム上に第１のパッドを構築するステップと、
第１の規定Ｘ，Ｙ位置で前記第１のパッドの上面を検出するステップと、
第２の規定Ｘ，Ｙ位置で前記プラットフォーム上に載置された前記基板の上面を検出するステップと、
前記第１のパッドの実際の高さを算出するために、検出された前記上面の位置の組み合わせを用いるステップと、
オフセットを決定するために、前記第１のパッドの実際の高さと、前記第１のパッドの予想された高さとの差を決定するステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、
さらに、前記オフセットに基づいて前記第１の堆積装置に対して前記プラットフォームを配置するステップを備える
ことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の方法であって、
前記オフセットは、約０．０００５インチからなる許容誤差を有している
ことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１７に記載の方法であって、
さらに、第２の堆積装置を用いて前記プラットフォーム上に第２のパッドを構築するステップと、
第３の規定Ｘ，Ｙ位置で前記第２のパッドの上面を検出するステップと、
前記第１の堆積装置と前記第２の堆積装置との間の相対的オフセットを決定するために、前記第１のパッドの検出及び前記第２のパッドの検出に対応する上面間の差を決定するステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、
前記第１の堆積装置と前記第２の堆積装置との間の前記相対的オフセットは、約０．０００５インチからなる許容誤差を有している
ことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載の方法であって、
さらに、前記第１の堆積装置と前記第２の堆積装置との間の前記相対的オフセットに基づいて、前記第１の堆積装置及び前記第２の堆積装置に対して前記プラットフォームを配置するステップを備える
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［背景］
本発明は、加法過程モデリング技術を用いた３次元物体の製造に関する。より具体的には、本発明は、３次元モデリングマシンにおける押出端部を較正する方法に関する。
【０００２】
加法過程モデリングマシンは、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）システムから供給される設計データに基づき、通常は平面層に、モデリング媒体を積層することによって、３次元モデルを作成する。作り出される物理的部品の数学的記述は、通常、複数の平面層に分割され、これら複数の層は、個別に成形されて最終部品を製造するのに用いられる。３次元モデルの役割には、美的判断、数学的ＣＡＤモデルの実証、有形治具（hard tooling）の形成、干渉及び空間割り当ての検証、機能性の検査が含まれる。近年における積層製造の主要な用途は、ラピッドプロトタイピングである。
【０００３】
固化可能なモデリング材料を堆積させることによって３次元モデルを作成する装置及び方法の例は、Ｃｒｕｍｐによる米国特許第５，１２１，３２９号、Ｂａｔｃｈｅｌｄｅｒらによる米国特許第５，３０３，１４１号、Ｃｒｕｍｐによる米国特許第５，３４０，４３３号、Ｂａｔｃｈｅｌｄｅｒらによる米国特許第５，４０２，３５１号、Ｃｒｕｍｐらによる米国特許第５，５０３，７８５号、Ａｂｒａｍｓらによる米国特許第５，５８７，９１３号、Ｄａｎｆｏｒｔｈらによる米国特許第５，７３８，８１７号、Ｂａｔｃｈｅｌｄｅｒらによる米国特許第５，７６４，５２１号、Ｃｏｍｂらによる米国特許第５，９３９，００８号に記載されている。尚、これらの特許は全て、本発明の譲受人であるストラタシス，インコーポレイテッドに譲渡されている。押出ヘッドは、固化可能な材料を、（"ビーズ"または"ロード"とも称される）流動性のストランド状態で、押出端部から基部上に押し出す。異なる材料を押し出すために、押出ヘッドは、複数の押出端部を備えていてもよい。例えば、押出ヘッドは、３次元モデルを構築するためのモデリング材料を押し出す第１の押出端部と、モデル構築周期の間に一時的な支持部を提供するための支持材料を押し出す第２の押出端部とを備えていてもよい。基部は、モデリングプラットフォームに取り外し可能に取り付けられたモデリング基板を備える。押出ヘッド及び基部が、機械的手段によって３次元に互いに相対的に移動されるにつれて、押し出された材料が、押出端部によって、ＣＡＤモデルにより定義された領域に層ごとに堆積される。確実にモデルを適切に構築するためには、モデルの構築中に、押出端部と基部との間に適切な間隔を維持することが重要である。押出端部が基部から離れすぎていると、構築材料は誤った位置に配置されるか、変形する可能性がある。逆に、押出端部が基部に近すぎると、押出端部がモデルに接触して、モデルや、おそらくは押出端部またはヘッド自体に損傷を与える可能性がある。さらに、押出端部を複数備えたシステムでは、材料の層が、確実に、基板上に、あるいは互いに重なり合うように適切に配置されるように、押出端部の間の間隔を厳密に制御することが重要である。
【０００４】
一旦完成すると、モデルは基板から取り外される。モデリング材料としては、固化する際に適切な接着により以前の層に付着する固化可能材料が使用される。これらの堆積モデリング技術に特に適しているのは、熱可塑性材料であることがわかっている。その他の加法過程製造技術としては、Ｍａｓｔｅｒｓによる米国特許第５，４６，５６９号にあるようなＵＶ硬化ポリマーの堆積；Ｈｅｌｉｎｓｋｉによる米国特許第５，５０，５１５号にあるような材料の液滴の噴射；Ｖａｌａｖａａｒａによる米国特許第４，７４９，３４７号にあるような設定可能なプラスチックの縦ストリップへの押出；Ｐｒａｔｔによる米国特許第５，０３８，０１４号にあるようなレーザー溶接堆積；ＤｉＭａｔｔｅｏによる米国特許第３，９３２，９２３号にあるような平面要素の積層及び接着；Ｈｕｌｌによる米国特許第５，８２，５５９号にあるような用紙の成形層の適用、が挙げられる。
【０００５】
複数の異なる種類のラピッドプロトタイピングマシンが商業的に入手可能である。この商業的入手性により、３次元モデリングは消費者にとって非常に便利なものとなっている。なぜなら、消費者は自らが所有する設備で３次元モデルを都合良く作成できるからである。しかしながら、押出端部内部におけるモデリング材料の逆流または固化により、押出端部が、使用不能になったり、信頼できなくなった可能性があるときなどに、マシンは修理を必要とすることがある。押出端部を通過するモデリング材料の流れが妨げられると、新しい押出端部の取り付けが必要になることが多い。ラピッドプロトタイピング分野においては、消費者により交換可能な構成部品がより入手可能になってきており、交換可能な構成部品には、交換用押出端部が含まれている。消費者により交換可能な押出端部によってマシンの修理がより簡易となったものの、押出端部が交換あるいは再取り付けされると、押出端部の較正も必要となる。較正ルーチンには、モデルを構築する前に確実に、押出端部と基板との間の空間的な関係をシステムに把握させるための、Ｚ軸における押出端部から基板へのオフセットの較正が含まれる。さらに、較正ルーチンには、確実に、押出端部と基板上の原点との間の空間的な関係をシステムに把握させるための、Ｘ軸及びＹ軸における押出端部から原点へのオフセットの較正を含むことができる。複数の押出端部が存在する場合、較正ルーチンにはまた、Ｚ軸における押出端部間のオフセット、Ｘ軸における押出端部間のオフセット、Ｙ軸における押出端部間のオフセットが含まれる。較正を行わないと、基部に対する押出端部の位置、及び互いに対する押出端部の位置が不正確になる可能性があり、基部に対する押出端部の位置、及び互いに対する押出端部の位置が不正確になると、モデリングシステムは、正確で、誤りのないモデルの構築ができなくなる可能性がある。
【０００６】
従来、較正ルーチンは、熟練した消費者、または技術者により実行される手作業方式または"視認"方式から成り立っていた。以前は、Ｚ軸における押出端部間のあらゆるオフセットの特定には、一般的に、材料層を押し出すことと、カリパスを用いて、押出材料の厚みを手作業で測定することとが含まれていた。同様に、Ｘ軸あるいはＹ軸における押出端部間のオフセットの特定には、一般的に、押し出された材料の位置をＸ−Ｙ軸に沿って手作業で測定することが含まれていた。押出端部から基板へのオフセットは、一般的に、押出端部と基板との間の間隔を広げながら、連続した一連の数字を基板にエッチングし、基板にエッチングされた、視認可能な最も大きな数字を"視認"することにより決定される。押出端部から原点へのオフセットは、一般的に、組み立ての間に、あるいは押出ヘッドガントリー位置の較正の一部として、較正されていた。残念ながら、手作業方式、あるいは"視認"方式を含んだ較正ルーチンは、不確実になることがある上、時間がかかることもある。さらに、適切な手作業による較正は、作業者の判断を必要とするために、経験の浅いユーザにとっては、正しく較正されたオフセットを特定することが難しいこともある。
【０００７】
押出端部の較正が不正確であると、３次元モデルの形成または構築が失敗する可能性がある。それゆえに、作業者の介入や判断を必要としない、押出端部の自動較正ルーチンが必要とされている。
【０００８】
［概要］
本発明は、プラットフォーム上に載置された基板上に堆積装置からのモデリング材料を堆積させるコントローラによって指示されたように３次元物体を構築する３次元モデリングマシンにおいて、較正ルーチンを実行する方法である。この方法は、規定の位置で３次元構造を表す材料構築プロファイルの生成を備えている。そして、材料構築プロファイルの相対的位置が決定される。予想構築プロファイルは、特定されたのち、材料構築プロファイルの決定された相対位置と比較され、相対位置との間の差が特定される。その差からオフセットが決定される。その後、モデリングシステムは、オフセットに基づいて堆積装置を配置する。
【０００９】
［詳細な説明］
図１は、本発明を利用可能な、当該技術分野で周知となっている種類の３次元モデリングシステム１０の全体図を示している。より具体的には、図１に示す３次元モデリングシステム１０は、押出による積層モデリングシステムである。プロセッサ１２に常駐するコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）プログラムは、作り出される部品１４の形状を記述するファイルを生成する。生成されたファイルは、スライシングプログラム（プロセッサ１２に常駐しているように示されているが、プロセッサ１２に代えて、別個のプロセッサに常駐させてもよい）のアルゴリズムによって、モデル材料押出端部３８から押出可能な形状に対応するモデリング材料体積要素１６に細分化される。追加的な支持材料体積要素１８が必要に応じて追加され、部品１４のモデル４７の構築中に、機械的支持部４５を部品１４のモデル４７に提供する。
【００１０】
モデリングシステム１０は、一対のディスペンサ３８，４０を用いて、モデル４７及び支持部４５の構築に使用される異なる材料を供給する。本実施形態では、各ディスペンサ自体が各々の放出端部を備えており、モデリングシステム１０は、モデリング材料を押し出すモデル材料押出端部３８と、支持材料を押し出す支持材料押出端部４０とを備えている。モデリング材料は、押出端部３８によって供給されて、モデリング材料体積要素１６に基づいて物体すなわちモデル４７を構築する一方、支持材料は、押出端部４０によって供給されて、支持材料体積要素１８に基づいて、基礎をなす支持部４５を形成する。支持構造４５は、モデル４７を作り出したモデリング材料が十分に凝固した後に取り除かれる。
【００１１】
配線２０を介してプロセッサ１２から３次元形状データを受信すると、コントローラ２４は、ＸＹＺ座標基準座標系において、モデリング材料及び支持材料の押出を制御する。モデリング材料及び支持材料のビーズが、モデリング材料体積要素１６及び支持材料体積要素１８により定義されたパターンである構築経路において、一層ごとに押し出される。コントローラ２４は、各層の構築パスにしたがってモデル４７を構築するために必要な動作を表現するデータを決定し、決定したデータを付随するメモリ２２に保存する。このデータに基づいて、コントローラ２４は、出力信号線２８ａ，２８ｂ，２８ｃのそれぞれを介して、Ｘ−Ｙ軸変換装置２６と、Ｚ軸変換装置３０と、押出ポンプ３４とに制御信号を送信して、構築経路にしたがって特定の層を作り出す。Ｘ−Ｙ軸変換装置２６は、電気機械装置であって、特定の層のための構築経路にしたがって、ロボットアーム４２を動作させる。押出ポンプ３４は、モデル材料押出端部３８及び支持材料押出端部４０のそれぞれによって最終的には堆積されるモデリング材料及び支持材料を、同期させて、材料供給部３２から押出ヘッド３６に供給する。
【００１２】
モデル４７及び支持部４５は、基板４８の上面に構築される。基板４８は、モデリングプラットフォーム４６に取り外し可能に載置され、モデリング容器（envelope）４４内に配置されている。モデリングプラットフォーム４６は、Ｚ軸変換装置３０の制御下でＺ方向に移動する。図示されているＺ軸は、地面から半径方向に離れるように向けられている。しかしながら、別の実施形態において、Ｚ軸は、地面に向けられてもよいし、あるいは別の選択された角度に向けられてもよい。Ｚ軸変換装置３０は、モデリング材料または支持材料の層が堆積されるにつれて、モデリングプラットフォーム４６を次第に下降させて、基板４８上にモデル４７及び支持構造４５を一層ごとに構築する。モデル４７が作り出された後、モデル４７は、付随する支持要素４５と共にモデリングシステム１０及び基板４８から取り外される。
【００１３】
モデリングシステム１０は、構築される各層の高さと位置とを制御することにより、精密かつ正確なモデル４７を構築する。一般的に、モデリングシステム１０は、材料が堆積装置から堆積される速度を制御して、各層を一定の高さで作り出す。例示的な本実施形態においては、構築経路に従って適切な位置に確実に材料を堆積させて層を構築するためには、材料を堆積させる押出端部の位置が重要である。押出端部の実際の位置が、コントローラ２４によって予想された位置と同じでない場合には、材料層が適切なＸ−Ｙ−Ｚ位置に正確に押し出されないものと考えられる。
【００１４】
押出端部の位置は、また、Ｚ方向における各構築層の高さを制御するのに非常に重要である。押出端部の底部には、通常、堆積されるにつれて、その層のための構築経路を作り上げる材料のビーズに物理的に接触して、接触したビーズを平らにする"アイロン"が設けられている。材料を押し出す押出端部が、材料が堆積される表面から過度に高い位置に配置されている場合には、アイロンが、予想された量の材料のビーズを平らにしないことになり、ビーズ及び層の高さが、所望の高さよりも高くなってしまうと共に、一定にはならない。逆に、材料を押し出す押出端部が、過度に低い場合には、アイロンが、過度な量の材料のビーズを平らにすることになり、ビーズ及び層の高さが所望の高さよりも低くなる上、押出端部が塞がれてしまう可能性がある。構築層内のビーズの高さが不均一であると、モデル４７が作り出されるにつれて、構築周期全体にわたって、層の高さが不均一になる。この結果、モデル４７に誤差や構造的な欠陥が生じる。正確なモデル４７の構築には、各層の厚みや位置を厳密に制御することが重要である。
【００１５】
上述の考察に基づけば、正確なモデルを構築するためには、材料のビーズのＸ−Ｙ位置及びＺ軸の高さを厳密に制御する必要があることは明らかである。本発明は、精密かつ正確なモデルを構築するために、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向における押出端部の較正を行うことが可能な自動押出端部較正を採用している。本発明の例示及び本発明の明確化の目的で、以下の説明では、少なくとも１つの押出端部のＺ方向における較正にまず着目し、その後、Ｘ方向及びＹ方向の較正に着目する。
【００１６】
Ｚ方向について考えてみると、材料が堆積されることになる表面に対する、材料を押し出す押出端部の位置は、構築層の厚みを制御するために、所望のレベルで制御及び維持されなければならない。押出端部が最初に材料を堆積させることになる基板４８に対して、押出端部を精密に配置することで、押出端部の位置を所望のレベルで制御及び維持することができる。一旦、押出端部が基板４８に対して適切に配置されると、Ｚ軸変換装置３０によるプラットフォーム４６、ひいては基板４８の精密な移動制御と、Ｘ−Ｙ軸変換装置２６によるヘッド３６の精密な移動制御とが必要になる。モデル４７及び支持部４５の１つの層の堆積が完了すると、Ｚ軸変換装置３０は、プラットフォーム４６を次の材料層の高さに等しい距離だけ下降させることになる。この制御された移動によって、押出端部は、確実に、当該押出端部が材料を堆積させることになる表面に対して適切に配置され続けることになる。したがって、基板４８と押出端部との間で所望の距離を得るためには、押出端部と基板４８との間の距離が、プラットフォーム４６の位置を調整するのに必要になるあらゆるオフセットと共に決定されなければならない。Ｚ軸における押出端部と基板との位置の差は、特定の押出端部についての、Ｚ軸における、その押出端部から基板までのオフセットを表している。
【００１７】
モデリングシステム１０は、図１に示すように複数の押出端部を備えていてもよい。米国特許第５，５０３，７８５号に説明されるように、一般的に、モデリングシステム１０は、押出位置が１つだけであり、上方の格納位置あるいは非押出位置と、下方の押出位置との間で複数の押出端部を切り換えている。単一の押出端部の場合と同様に、複数の押出端部の各々もまた、各々が押出位置にあるときには、各々が各材料を堆積させることになる表面から等しい距離に配置されなければならない。しかしながら、適切に較正されるまでは、異なる押出端部の各々が押出位置にあるときに、押出端部のＺ軸における相対的位置が変化する可能性がある。この差は相殺されるべきであり、プラットフォーム４６の位置は、複数の押出端部の各々が各材料を堆積させることになる表面から等しい距離に複数の押出端部の各々を配置するように調整されるべきである。押出端部間のＺ軸位置の差は、Ｚ軸における押出端部間のオフセット値を表す。押出端部間のオフセット値は、複数の押出端部の各々が材料を堆積させることになる表面から同じ距離だけ離れた位置に押出端部を配置するために、プラットフォーム４６の位置あるいは高さに対して必要な調整を表している。
【００１８】
本発明は、一定の高さのビーズ層を作り出すと共に、基板などの基準点や他の押出端部に対して押出端部の位置を較正するためにプラットフォーム４６を適切な位置に配置するというモデリングシステム１０の能力に依存する。図２は、本発明に係る押出端部較正方法１００のフローチャートである。Ｚ軸における押出端部の較正を参照しながら、例示目的で、較正方法１００をここに説明する。しかしながら、後により詳細に説明するように、較正方法１００の適用によって、Ｘ軸及びＹ軸における押出端部較正も実行可能であることは理解されるべきである。
【００１９】
方法１００は、ステップ１０２で材料構築プロファイルを生成することにより開始される。材料構築プロファイルは、較正中の特定の押出端部を備えたモデリングシステム１０によって、あるいは、プラットフォーム４６上に組み立て式の構造を設置することによって生成されてもよい。この例では、材料構築プロファイルは、押出端部によって堆積される材料から作り出される、規定の形状と大きさとを備えた構造である。材料構築プロファイルの形状及び大きさが規定されることにより、規定された精密な位置で構築される構造の長さ、幅、高さが規定される。
【００２０】
材料構築プロファイルが生成されると、ステップ１０４では、寸法あるいは特定の位置を表し得る、材料構築プロファイルの相対位置が決定される。この例における材料構築プロファイルの相対位置は、特定の規定の位置で、基板４８などの基準点に対する構造の高さを測定することによって決定される。
【００２１】
ステップ１０６では、予想構築プロファイルが特定される。予想構築プロファイルは、押出端部が適切に較正された場合に材料構築プロファイルの相対位置として得られるべき寸法あるいは位置を表す。この例では、予想構築プロファイルは、一定の高さで材料の層を生成するモデリングシステム１０の能力に依存して特定されてもよい。
【００２２】
Ｚ軸についての押出端部から基板への較正の予想構築プロファイルは、コントローラ２４への入力として供給されるか、あるいはコントローラ２４により算出されてもよい。例えば、（高さなど）予想構築プロファイルは、プロセッサ１２またはメモリ２２のいずれかからコントローラ２４に入力されてもよい。コントローラ２４は、また、モデリングシステム１０によって生成された各層の一定の高さの値と、材料構築プロファイルの規定の形状及び大きさに従って材料構築プロファイルを生成するのに必要とされる層の数とを乗算することによって予想構築プロファイルを算出してもよい。
【００２３】
あるいは、押出端部間の較正のための予想構築プロファイルは、第２の構造の相対的位置を決定することにより特定されてもよい。第２の構造は、第２の堆積装置、すなわち、この場合には第２の押出端部によって組み立てられるか、作り出されてもよい。押出端部間の較正の場合、予想構築プロファイルは、同じ規定の形状と大きさとを備え、元の材料構築プロファイルと同じ構築経路に従ってはいるものの異なる規定の位置で作り出された第２の構造の、高さなどの相対位置を測定することにより特定可能である。第２の構造は、押出端部間の較正の対象である他の押出端部によって作り出されてもよい。
【００２４】
予想構築プロファイルが特定された後、ステップ１０８では、材料構築プロファイルが予想構築プロファイルと比較され、存在する可能性がある、あらゆるオフセットが特定される。オフセットは、材料構築プロファイルの値と予想構築プロファイルの値とを比較するときに、材料構築プロファイルと予想構築プロファイルとの間の差、あるいは材料構築プロファイルと予想構築プロファイルとから決定される差として特定されてもよい。例えば、最初の層が堆積されるときに、押出端部が、過度に低い、あるいは基板４８に過度に近い場合、押出端部は、堆積中の材料を平して、材料構築プロファイルの高さを、モデリングシステム１０が適切に動作して較正されたときの材料の層の一定の高さの値よりも低くすることになる。オフセットは、プラットフォーム４６に搭載された基板４８に対して材料構築プロファイルを生成した押出端部を適切に配置するのに必要な調整を表している。ステップ１１０では、このオフセット値を考慮に入れた、押出端部の位置の調整が実行される。押出端部が、過度に低い、あるいは基板４８に過度に近い場合には、モデリングシステム１０は、オフセットに等しい量、あるいはオフセットから導出される量だけプラットフォーム４６を下降させ、押出端部を基板４８に対して適切な位置に配置することになろう。モデリングシステム１０は、また、メモリ２２にオフセット値の記録または保存を行い、以後の構築の際に押出端部を適切に配置することになろう。
【００２５】
図３は、基板４８の上面に、この例では支持材料４１を堆積させる支持材料押出端部４０を図示する側面図である。支持材料４１は、図４における構築材料４３から当該支持材料４１を区別するために、当該支持材料４１の中心を通る破線を付して示されている。モデリングシステム１０は、規定の構築経路に従って支持材料押出端部４０から支持材料４１を堆積させて、方法１００におけるステップ１０２の材料構築プロファイルを生成する。図３に示す材料構築プロファイルは、パッド４９と称される。パッド４９の幾何学的形状は、図５に示すように長方形である。図３に示すように、支持材料押出端部４０は、支持材料４１の最上層あるいは最終層５０を堆積させてパッド４９を構築する。
【００２６】
パッド４９、あるいは材料構築プロファイルの構築が完成すると、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のいずれかにおけるパッド４９の相対位置、あるいはステップ１０４が決定され、各軸に沿って較正が行われる。この例では、Ｚ軸について較正が行われると、材料構築プロファイルを表すパッド４９の高さが、高さＨ１に決定される。
【００２７】
次のステップ１０６では、予想構築プロファイルの高さが特定される。予想構築プロファイルは、図３における高さＥとして特定される。この場合、高さＥは、モデリングシステム１０が材料を堆積させる一定の層の高さの値と、パッド４９を構築するのに必要な層の数、この場合には５つの層との積を計算することによって決定される。モデリングシステム１０における、一定の層の高さの値は、スライシングプログラムによる各層の理論的な高さに等しい。
【００２８】
図３に示すように、この例では、高さＨ１は、距離Ａだけ高さＥより低い。高さＨ１が距離Ａだけ高さＥより低いことは、支持押出端部４０が過度に低いこと、または基板４８に過度に近いことを示しており、その結果、パッド４９を作り出している間、支持材料押出端部４０は、支持材料４１を削りながら進み、パッド４９を構成する構築層の高さを低下または低減させている。距離Ａは、基板４８に対して押出端部４０を適切に配置するために必要なオフセット、あるいは押出端部４０のＺ軸における押出端部から基板へのオフセットを決定、または導出するために用いられる。距離Ａに対応するオフセットを相殺することによって、押出端部４０が、一旦、基板４８に対して適切に配置されると、押出端部４０が基板４８に対して較正される、あるいは、Ｚ軸における押出端部から基板への較正が完了する。本実施形態では、較正ルーチン１００は、Ｚ軸における押出端部から基板へのオフセットを約０．０００５インチからなる許容誤差の範囲内で決定する。
【００２９】
Ｚ軸における押出端部から基板への較正が完了すると、モデリングシステム１０は、押出端部４０によって正確なモデル４７または支持部４５を構築することができる。モデリングシステム１０が１つの押出端部しか備えていない場合には、押出端部のＺ軸における較正は完了している。しかしながら、モデリングシステム１０が複数の押出端部を備える場合には、残りの押出端部もまた較正が必要である。
【００３０】
モデリングシステム１０が複数の押出端部を備える場合、モデリングシステム１０は、一般的に、その構築経路に対する所望の材料を堆積させることになる押出端部を、押出端部の格納位置または非押出位置から押出位置へと切り換えることになる。押出位置は、通常、格納位置あるいは非押出位置よりも低い。この押出位置と格納位置または非押出位置との間における押出端部の位置の差は、図３，４において押出端部３８，４０の相対位置の比較により示されている。図３では、押出端部４０は、コントローラ２４によって、押出端部３８の格納位置または非押出位置よりも低い押出位置へと切り換えられている。逆に、図４では、コントローラ２４は、押出端部４０の格納位置または非押出位置よりも低い押出位置へと押出端部３８を切り換えている。材料を堆積させていない押出端部をより高い格納位置に配置することにより、モデリングシステム１０は、他方の押出端部から離れて材料を堆積させつつ、非堆積端部が堆積された材料に接触あるいは突っ込んでしまうことを回避するのに十分な間隔を確保する。
【００３１】
複数の押出端部を備えたモデリングシステム１０においては、最初に材料を堆積させることになる押出端部は、通常、Ｚ軸における押出端部から基板への較正を実行するのに使用される。最初に材料を堆積させることになる押出端部がＺ軸における押出端部から基板への較正を実行するのに使用されることにより、確実に、最初に堆積された材料の層が正しく始まることになる。通常、モデリングシステム１０は、基板４８の上に支持材料４１の基台を堆積させた後、その基台の上にモデル４７を構築することになる。支持材料４１の基台を作り出すことによって、モデル４７を損傷させることなく、モデル４７を基板４８から分離させることが容易になるであろう。複数の押出端部を備えたモデリングシステム１０における各押出端部が基板に対して較正され得る間、Ｚ軸における押出端部間の較正によって、各押出端部を順次較正することも好ましい。
【００３２】
図４は、Ｚ軸における押出端部間の較正のための、本発明に係る方法１００を示す。図４に示すように、支持押出端部４０が格納位置または非押出位置へ切り換えられている一方で、材料押出端部３８が構築材料４３を堆積させるために押出位置へと切り換えられている。材料押出端部３８は、精密な位置において規定の形状及び大きさで構築材料４３を堆積させ、ステップ１０２における材料構築プロファイルを生成する。この例でもまた、モデリングシステム１０は、パッド４９に類似するパッド５１を生成する。但し、パッド５１は、パッド４９のように支持材料４１ではなく構築材料４３で構築される。図４に示すように、押出端部３８は、構築材料４３の最終層、すなわち最上層５２を堆積させて、パッド５１、すなわち、この較正のための材料構築プロファイルを作成する。
【００３３】
パッド５１の構築が完了すると、パッド５１の相対的位置がステップ１０４で決定される。この例でもまた、パッド５１の高さが決定され、パッド５１の高さは、図４に示すように高さＨ２に等しい。次のステップ１０６では、予想構築プロファイルが特定される。方法１００がＺ軸における押出端部間較正であるため、予想構築プロファイルは、他方の押出端部、この場合は押出端部４０により生成される、同様の形状及び大きさの第２の構造の相対的位置を決定することにより特定される。図５に示すように、パッド４９，５１は、基板４８上の異なる位置に作り出される以外に、同じ構築経路に従って同じ規定の大きさ及び形状で構築されていた。
【００３４】
この例では、パッド４９の高さ、あるいは相対的位置を決定することによって、予想構築プロファイルを特定する。ここで、パッド４９の高さ、あるいは相対位置は、すでにＺ軸における押出端部間の較正で決定されている。したがって、押出端部間の較正のための予想構築プロファイルは、すでに決定されている高さＨ１として特定される。この例で示されているように、ステップ１０６あるいは予想構築プロファイルの特定は、本発明の精神又は本発明の範囲から逸脱しない範囲で、方法１００に記載のステップ１０４の後よりも早い時期に決定または算出可能である。
【００３５】
図４に示すように、予想構築プロファイルの高さＨ１と比べると、材料構築プロファイルの高さＨ２は、距離Ｂだけ大きい。距離Ｂは、押出端部３８，４０がモデリングシステム１０の押出位置に配置されたときにおける、押出端部４０と比較した押出端部３８の位置の相対的差異を表している。高さＨ２が高さＨ１よりも大きいのであれば、押出端部３８は、押出端部３８，４０が押出位置に配置されたときにおける押出端部４０よりも、材料が堆積されることになる表面からより高くなっている、あるいはより離れている。その結果、距離Ｂは、押出端部３８，４０間のオフセットあるいはＺ軸における押出端部間のオフセットを表している。
【００３６】
モデリングシステム１０は、その後、コントローラ２４が押出端部３８，４０間を切り換えるときにプラットフォーム４６の位置を調整してオフセットＢを相殺する。この例では、モデリングシステム１０が、プラットフォーム、ひいては、押出端部３８が材料を堆積させることになろう表面を、押出端部３８まであるいは押出端部３８の近くまで、距離Ｂから決定された量あるいは導出された量だけ移動させることになるであろう。距離Ｂから決定されたオフセットあるいは距離Ｂから導出されたオフセットは、その後、後の参照のため、そしてその後のモデルの作成に使用するために、メモリ２２に格納される。本発明の一実施形態においては、較正ルーチン１００は、約０．０００５インチからなる許容誤差で、Ｚ軸における押出端部間のオフセットを決定する。
【００３７】
較正ルーチン１００は、コントローラ２４によって自動的に実行され、オペレータの支援を必要としない。較正ルーチン１００は、初期化動作中または起動中に、あるいはオペレータの入力によりあるいはオペレータの入力によらずに、押出端部又は基板が交換されたことを検出あるいは判定したときに、押出端部を自動的に較正するようにプログラムされてもよい。較正ルーチン１００は、また、最初にシステムを較正、または、システムを較正するために既存のオフセットを調整、あるいは、モデリングシステム１０の較正を確認するために使用されてもよい。
【００３８】
図５は、本発明に係るセンサアセンブリ５３の斜視図であり、センサアセンブリ５３は、モデリングシステム１０の押出ヘッド３６に搭載されている。センサアセンブリ５３は、表面を検出可能なセンサアセンブリであり、表面の位置を決定して、方法１００のステップ１０４，１０６において、パッド４９，５１などのような材料構築プロファイルまたは予想構築プロファイルの寸法を決定する。本発明の教示は、図１に図示説明された種類の、押出による積層製造システムにのみ用いることを限定するものでないことは理解されるべきである。すなわち、本発明は、あらゆる"加法"または"減法"３次元モデリングシステムに使用されてもよい。
【００３９】
センサアセンブリ５３に焦点を当てるために、モデリングシステム１０のいくつかの部分を図５に示す。モデリングシステム１０の図５に示すいくつかの部分には、プラットフォーム４６により支持された基板４８の上方に配置された押出ヘッド３６が含まれている。図１について上述したように、押出ヘッド３６はＸ−Ｙ平面を移動し、プラットフォーム４６はＺ軸に沿って移動する。押出ヘッド３６は、モデル材料押出端部３８及び支持材料押出端部４０を終端としている。
【００４０】
センサアセンブリ５３は、プランジャ５４、ハウジング５６、アクチュエータ５８を備える。センサアセンブリ５３は、１組の４つのコネクタ６６によって、押出ヘッド３６の背面に取り付けられている。一般に棒形状からなるアクチュエータ５８は、ハウジング５６の上部ガイド６２と下部ガイド６４との間に固定されている。アクチュエータ５８は、水平方向の力を受けて、上部ガイド６２と下部ガイド６４との間を横方向に水平にスライドする。アクチュエータ５８の横方向運動により、プランジャ５４が交互に上下する。上昇位置では、プランジャ５４は、Ｚ方向において、モデル材料押出端部３８及び支持材料押出端部４０の双方の上方に位置している。逆に、図５に示すように、プランジャ５４の下方における検出位置では、プランジャ５４は、Ｚ方向において、モデル材料押出端部３８及び支持材料押出端部４０の双方の下方に位置している。
【００４１】
相対的位置を決定するため、すなわち、この場合、パッド５１またはパッド４９の高さを決定するために、プランジャ５４が検出位置まで下降され、押出ヘッド３６自体がモデルパッド５１の上方に配置される。これにより、プランジャ５４のＸ，Ｙ座標は、モデルパッド５１の上面５２を規定するＸ，Ｙ座標内になる。プランジャ５４が、モデルパッド５１の上方の予め選択されたＸ，Ｙ座標に配置されると、プラットフォーム４６は、当該プラットフォーム４６がモデルパッド５１の上面５２をプランジャ５４に押し込むまで、プランジャ５４に向かう方向において一定の速度でＺ軸に沿って移動する。この時点で、センサアセンブリ５３は、信号線６８を介してコントローラ２４に検出信号を送信する。コントローラ２４は、信号の変化が検出された時点に対応するプラットフォーム４６のＺ軸位置を記録する。信号の変化が検出された、プラットフォーム４６のＺ軸位置を記録することにより、コントローラ２４は、モデルパッド５１の上面５２がプランジャ５４に接触したときのプラットフォーム４６のＺ軸位置を決定することができる。平均化可能な複数のＺ軸位置を得るために、モデルパッド５１の上面５２を規定する境界内にある他の予め選択されたＸ，Ｙ座標で、この同じ処理を繰り返し、上面５２に対応するより正確なＺ軸における値を特定してもよい。
【００４２】
プランジャ５４のＸ，Ｙ座標が支持パッド４９の上面５０を規定するＸ，Ｙ座標内になるように、押出ヘッド３６は、当該押出ヘッド３６自体を支持パッド４９の上方に配置することになる。その後、コントローラ２４は、モデルパッド５１に関して上述した方法と同じ方法で、支持パッド４９の上面５０がプランジャ５４に接触した位置に対応する、プラットフォーム４６の少なくとも１つのＺ軸位置を決定することになる。
【００４３】
プランジャ５４のＸ，Ｙ座標が基板４８の上面６０を規定するＸ，Ｙ座標内になるように、押出ヘッド３６は、また、当該押出ヘッド３６自体を基板４８の上方に配置することになる。その後、コントローラ２４は、モデルパッド５１及び支持パッド４９に関して上述した方法と同じ方法で、基板４８の上面６０がプランジャ５４に接触した位置に対応する、基板４８の少なくとも１つのＺ軸位置を決定することになる。基板４８のＺ軸位置が特定されると、基板４８のＺ軸位置は、パッド４９，５１の上面５０，５２のそれぞれと基板４８のＺ軸位置の相対的差異により、パッド４９，５１の高さを決定する基線、基準、あるいは原点として使用できる。しかしながら、基板４８のＺ軸位置は、基板４８上にあらゆる構造を構築する前に決定されるのが好ましい。そうでなければ、押出ヘッド３６に搭載されたセンサアセンブリ５３に対してあらゆる構造物が十分な間隔を有していることを確実にするために、基板４８の上面６０を検出するのに使用されるＸ，Ｙ位置について注意を払わなければならない。
【００４４】
図６Ａ，６Ｂは、図５の押出ヘッド３６の詳細図を示しており、モデリングシステム１０により利用される、プランジャ５４を自動的に当該プランジャ５４の下方の検出位置へ移動させる方法を示している。プランジャ５４を下降させるために、Ｘ−Ｙ軸変換装置２６は、Ｘ平面において押出ヘッド３６を移動させ、アクチュエータ５８をモデリング容器４４の外側に位置する第１の静止ブロック７８に対して駆動させる。図６Ｂに示す実施形態では、アクチュエータ５８に対するブロック７８の力がアクチュエータ５８を当該アクチュエータ５８の左方向へ押し、プランジャ５４を当該プランジャ５４の検出位置まで下降させる。
【００４５】
図７Ａ，７Ｂは、モデルパッド５１、支持パッド４９、基板４８に対応するＺ軸位置を検出することを、センサアセンブリ５３が終了した後にプランジャ５４を当該プランジャ５４の上方の、格納位置に移動させるのに利用される方法を示している。プランジャ５４を上昇させるために、Ｘ−Ｙ軸変換装置２６は、Ｘ平面において押出ヘッド３６を移動させ、アクチュエータ５８を静止ブロック７８の方向とは反対の方向において、モデリング容器４４の外側に位置する第２の静止ブロック８２に対して駆動させる。図７Ｂに示す実施形態において、アクチュエータ５８に対するブロック８２の力によって、アクチュエータ５８を当該アクチュエータ５８の右方向へ押すことで、プランジャ５４を格納位置まで上昇させる。
【００４６】
図８Ａ，８Ｂには、モデルパッド５１の上面５２を検出したときの、センサアセンブリ５３に取り付けられたプランジャ５４の一実施形態の詳細が示されている。図８Ａでは、プラットフォーム４６がセンサアセンブリ５３に向かってＺ軸方向に移動して、モデルパッド５１とプランジャ５４とが接触した直後である。図８Ａに示すように、センサ７９は、センサアセンブリ５３の内部を横断するように光線８１を放射する。プランジャ５４の上部は、所定の距離Ｘだけ光線８１の下方に位置している。センサアセンブリ５３の一実施例では、所定の距離Ｘは、約０．１８７５インチである。
【００４７】
図８Ｂでは、プラットフォーム４６がセンサアセンブリ５３に近づくようにＺ軸方向に移動し、プランジャ５４に加わるモデルパッド５１の力によって、プランジャ５４が所定の距離Ｘだけ上昇し、プランジャ５４が光線８１の中へと移動したところである。プランジャ５４が光線８１の中へと移動した結果、センサ７９により供給される信号に変化が起こり、コントローラ２４が、信号の変化が検出された時点に対応するプラットフォーム４６のＺ軸位置を記録する。センサアセンブリ５３は、同様の方法で支持パッド４９の上面５０と基板４８の上面６０とを検出する。
【００４８】
図８Ａ，８Ｂに示すように、プランジャ５４は、平らで下向きの端部８３で終端する。端部８３は、基板４８、あるいはモデルパッド５１、あるいは支持パッド４９に対する端部８３の接触力が、基板、あるいはモデリング材料、あるいは支持材料の弾性降伏限界を超えないように、十分な大きさの接触領域を備えるべきである。図８Ａ，８Ｂに示すように、センサ７９は、光学式センサである。適切な光学式センサは、ＯＰＴＥＫ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから入手可能であり、例えば、モデルＯＰＢ３８０Ｔ５１がある。センサ７９からの電気出力信号は、センサ７９の光線がプランジャ５４によって遮断されると、状態が変化する。
【００４９】
前記の考察は、Ｚ方向における端部の較正に関するものであるが、Ｘ方向、Ｙ方向における端部の較正も、本発明を適用することによって行われてもよい。例えば、センサアセンブリ５３を回転させて、プランジャ５４に、Ｘ方向、Ｙ方向における検出を行わせてもよい。その場合、センサアセンブリ５３は、図６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂについて説明したように上昇及び下降される。しかしながら、プラットフォーム４６を移動させることによってプランジャ５４をパッド４９またはパッド５１へと駆動する代わりに、モデリングシステム１０は、プランジャ５４を、パッド４９またはパッド５１のいずれかにおける側面へと駆動するであろう。例えば、モデリングシステム１０は、プランジャ５４がＹ軸とほぼ平行なパッドの側面に接触するまで押出ヘッド３６をＸ平面において移動させるにより、図８Ｂに示すように所定の距離Ｘだけプランジャ５４が移動するまでプランジャ５４をセンサアセンブリ５３内に押し込むことになるであろう。押出ヘッド３６がＹ平面において移動することにはなるものの、同じルーチンが、Ｘ軸に平行なパッドの側面を検出するのにも利用される。
【００５０】
Ｚ方向に加えて、Ｘ方向及びＹ方向における押出端部のオフセットを較正することが、正確で誤差のないモデルを構築するのに必要である。押出端部の正確な位置及び押出端部間の関係を厳密に制御しないと、押出端部は、誤った位置に材料のビーズを押し出すことになり、モデルに誤差を生じさせてしまうことになる。材料の押出層の位置を制御するためには、材料が堆積されることになる表面に対して材料を押し出す押出端部の位置を制御し、維持しなければならない。具体的には、コントローラ２４は、Ｘ−Ｙ軸変換装置２６に命令して、規定の構築経路に対応する基板４８の上方における特定のＸ，Ｙ位置に押出端部３８または押出端部４０を配置する。したがって、コントローラ２４が押出端部の精密な位置及び押出端部間の関係を把握していることが重要である、Ｘ軸及びＹ軸に沿って押出端部の位置を較正することによって、材料の層は精密な既知の位置に確実に押し出される。
【００５１】
上述したＺ軸における押出端部の較正と同様に、Ｘ−Ｙ軸における押出端部の較正も、２つの要素を備えていてもよい。Ｘ−Ｙ軸における押出端部の較正の第１の要素は、Ｘ軸における押出端部から原点へのオフセット、及びＹ軸における押出端部から原点へのオフセットである。押出端部から原点へのオフセットは、通常、基板上に位置する所定の原点に対しての、実際の押出端部の位置と予想された押出端部の位置との間の偏差を表す。オフセットが存在する場合、コントローラ２４は、オフセット値に基づいて押出端部の相対的位置を移動させ、モデリングシステム１０によって予想された位置にある基板４８に対して押出端部を配置する。したがって、押出端部から原点へのオフセットの較正により、押出端部の実際のＸ，Ｙ位置が、モデリングシステム１０により予想された位置と確実に一致する。
【００５２】
Ｘ−Ｙ軸における押出端部の較正の、第２の要素は、図１に示すモデリングシステム１０などのような、複数の押出端部を用いるモデリングシステムにのみ適用される。再び、複数の押出端部を備えたモデリングシステムでは、通常、押出位置と、格納位置もしくは非押出位置との間で押出端部の切り換えが行われることになる。Ｚ方向の場合と同じように、複数の押出端部を備えたモデリングシステムもまた、各押出端部が押出位置にあるときに、Ｘ方向及びＹ方向に対する、較正と押出端部間で必要なオフセットの決定とが必要である。この結果、Ｘ方向及びＹ方向における押出端部のオフセットにより、必要に応じて押出端部が再配置され、確実に、各押出端部が構築経路によって要求される特定のＸ，Ｙ位置で材料を押し出す。予想された位置に材料の層を押し出し、正確で誤差のないモデルを構築するためには、Ｘ軸における押出端部間のオフセット及びＹ軸における押出端部間のオフセットの較正が必要である。図４でＺ方向について考察したように、Ｘ方向及びＹ方向に対する押出端部間のオフセットを、押出端部から原点への較正で較正された第１の押出端部について実行してもよい。あるいは、複数の押出端部を備えたモデリングシステムにおける各押出端部を、押出端部から原点への較正により個別に較正してもよい。
【００５３】
センサアセンブリ５３の代わりに、図９に示す複数軸のセンサアセンブリ２２０を使用して、Ｘ方向及びＹ方向、及びＺ方向における押出端部のオフセットを決定してもよい。複数軸のセンサアセンブリ２２０は、ハウジング２２２と、プランジャ２２４と、センサ２２５とを備える。プランジャ２２４は、ハウジング２２２内部に位置する上端部２３０と、ハウジング２２２の下方にぶら下がる端部２３２とを備える。センサ２２５は、複数のロッド部材２２６と、複数の電気的接点２２８とを備える。プランジャ２２４に連結されているロッド部材２２６は、図９に示すように電気接点２２８間に配置可能である。複数軸のセンサアセンブリ２２０は、さらに、一端がハウジング２２２の上部２３６に、他端がプランジャ２２４の上端部２３０に連結されたバネ２３４を備える。バネ２３４によって、プランジャ２２４はＺ軸に沿って上方に移動することが可能であり、ロッド部材２２６が電気接点２２８と接触する、プランジャ２２４の下方位置にプランジャ２２４を戻す手段を提供する。Ｚ方向において表面を検出することに加え、複数軸のセンサセンブリ２２０は、端部２３２の外面に力を加えることにより、Ｘ方向及びＹ方向において表面を検出する能力を有する。好ましい実施形態において、複数軸のセンサアセンブリ２２０は、図９に示すように、通常、３つのロッド部材２２６と、３組の電気的接点２２８とから構成される。
【００５４】
複数軸のセンサアセンブリ２２０における複数のロッド部材２２６の各ロッド部材２２６がそれぞれ、対になる電気的接点２２８と接触しているときに、電気回路が完成する。しかしながら、少なくとも１つのロッド部材２２６がその対になる電気的接点２２８との接続を切断すると、信号線２３８を介してコントローラ２４に信号が送信される。例えば、プランジャ２２４がＺ方向の表面に対して押されると、プランジャ２２４が上方へ移動しハウジング２２２に収まることにより、ロッド部材２２６と電気的接点２２８との接続が切断される。同様に、プランジャ２２４がＸ方向またはＹ方向の表面に対して押されると、プランジャ２２４がハウジング２２２に対して傾くことにより、少なくとも１つのロッド部材２２６がその対になる電気的接点２２８との接続を切断する。したがって、複数軸のセンサアセンブリ２２０は、材料パッドの上面だけでなく、材料パッドの側面を検出するのに使用されてもよい。
【００５５】
複数軸のセンサアセンブリ２２０を押出ヘッド３６に連結し、図６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂに示すセンサアセンブリ５３について前述したように、所定の位置に駆動してもよい。あるいは、複数軸のセンサアセンブリ２２０を較正ルーチンの間に押出ヘッド３６に一時的に取り付け、較正が完了してから取り外してもよい。
【００５６】
図１０は、Ｘ軸における押出端部から原点への較正のための本発明の方法１００を示す。図１０に示すように、材料押出端部３８は、規定の形状及び大きさの構築材料４３を堆積させて、ステップ１０２の材料構築プロファイルを生成している。具体的には、材料構築プロファイルは、モデルパッド２３９として図示されている。パッド２３９は、基板４８上の予め決められたＸ−Ｙ軸原点２３３の右に配置されている。原点２３３は、押出端部から原点への較正を実行するために、パッド２３９の相対的位置を測定するための基準点として機能する。
【００５７】
較正ルーチンはステップ１０４に進み、ステップ１０４では、パッド２３９の相対的位置が決定される。この例では、パッド２３９の側面２４０はＹ軸に平行に横たわり、Ｘ軸に沿った原点２３３に対する側面２４０の相対的位置は、複数軸のセンサアセンブリ２２０を用いてパッド２３９の側面２４０を検出することにより決定される。側面２４０の相対的位置は、Ｘ軸に沿った、原点２３３に対する距離Ｊとして決定される。次のステップ１０６では、予想構築プロファイルが特定される。Ｘ軸における押出端部から原点への較正において、予想構築プロファイルは、側面２４０の予想Ｘ軸位置として、コントローラ２４に供給、またはコントローラ２４により決定され得る。側面２４０の予想Ｘ軸位置は、図１０において、原点２３３からの距離Ｋとして特定されている。図１０に示すように、パッド２３９の側面２４０の予想位置は、距離Ｊにより表される側面２４０の実際の材料構築プロファイルよりも距離Ｋにより表される原点２３３に近い。言い換えると、Ｘ軸に沿った押出端部３８の実際の位置は、コントローラ２４により予想された位置よりも原点２３３から遠い。方法のステップ１０８におけるオフセットは、その後、図１０において距離Ｌとして特定される距離Ｊ及びＫとの間の差により決定される。距離Ｌは、原点２３３に対してモデル押出端部３８を適切に配置するのに必要なオフセット、または押出端部３８のためのＸ軸における押出端部から原点へのオフセットを決定、または導出するのに使用される。押出端部３８が、距離Ｌに対応するオフセットを相殺することにより、ステップ１１０にて原点２３３に対して適切に配置されると、押出端部３８が原点２３３に対してＸ方向において較正される、あるいは、Ｘ軸における押出端部から原点への較正が完了する。本実施形態において、較正ルーチン１００は、約０．００１インチ以内からなる許容誤差の範囲内でＸ軸における押出端部から原点へのオフセットを決定する。
【００５８】
同じ較正ルーチンは、原点２３３に対する、モデル押出端部３８のＹ軸についての押出端部から原点へのオフセットを較正することに適用されてもよく、この場合、側面２４０に垂直またはＸ軸に平行に横たわる、パッド２３９における第２の側面の予想されたＹ軸位置を、第２の側面の実際の位置と比較する。さらに、モデリングシステム１０などのような複数の押出端部を備えたシステムにおいて、較正ルーチン１００は、基板４８上の原点２３３に対して支持押出端部４０のＸ軸位置及びＹ軸位置を較正するために同様に適用されてもよい。したがって、複数の押出端部を使用するモデリングシステムのための、Ｘ軸及びＹ軸における押出端部から原点へのオフセットの較正は、本発明の意図した範囲に収まる。モデリングシステム１０などのような、複数の押出端部を備えたモデリングシステムにおいて、追加の押出端部を適切に配置するためには、追加の押出端部のそれぞれについて押出端部から原点への較正を実行するのではなく、Ｘ軸及びＹ軸についての押出端部間のオフセットを実行することも可能である。
【００５９】
図１１は、Ｘ軸における押出端部間のオフセットについての本発明の方法１００を示す。図１１に示すように、図１０からの構築材料４３を備えた同一のパッド２３９が基板４８上に残されている。較正方法１００のステップ１０２において、モデリングシステム１０は、パッド２３９と同じようなパッド２４１を生成する。ただし、パッド２４１は、押出端部３８による構築材料４３ではなく、押出端部４０による支持材料４１で構築されている点が異なっている。パッド２４１の構築を指示するとき、コントローラ２４は、押出ヘッド３６のＹ軸位置を変化させるものの、Ｘ軸位置を同じ位置にとどめて、パッド２３９の側面２４０とパッド２４１の側面２４２とを、基板４８上の原点２３３に対する同じＸ軸座標に沿って生成する。原点２３３は、押出端部間の較正を実行するために、材料パッドの相対的位置を測定する基準点として再度機能する。
【００６０】
較正ルーチンは、ステップ１０４に進み、ステップ１０４では、原点２３３に対するパッド２４１の相対的位置が決定される。この例では、原点２３３に対するパッド２４１の側面２４２は、複数軸のセンサアセンブリ２２０を用いてパッド２４１の側面２４２を検出することにより決定される。図１１に示すように、側面２４２は、Ｘ軸に沿って原点２３３から距離Ｍだけ離れている。
【００６１】
次のステップ１０６では、予想構築プロファイルが特定される。ステップ１０６は、Ｘ軸における押出端部間の較正であるため、予想構築プロファイルは、側面２４２と同じＸ軸位置に沿って作り出された第２の構造の相対的位置を決定することにより特定されることが好ましいが、この場合は押出端部３８である他の押出端部により生成された第２の構造の相対的位置を決定することにより特定される。この例では、押出端部３８によって作り出されたパッド２３９、及び押出端部４０によって作り出されたパッド２４１は、コントローラ２４によって、原点２３３に対する同じＸ軸位置に沿って構築されようとしていた。
【００６２】
パッド２３９がすでに作り出され、パッド２３９の相対的位置がＸ軸についての押出端部から原点への較正において決定されているので、ステップ１０６で要求される原点２３３からの予想構築プロファイルの相対的位置Ｊはすでに特定されている。パッド２３９の距離Ｊは、ステップ１０６では予想位置として機能する。その理由は、モデリングシステム１０が、パッド２３９の側面２４０と同じＸ軸位置に沿ってパッド２４１の側面２４２を構築しようとするからである。図１１に示すように、予想構築プロファイルの距離Ｊと比べると、材料構築プロファイルの距離Ｍは、距離ＮだけＸ方向に原点２３３から離れている。距離Ｎは、押出端部３８，３９の各々がモデリングシステム１０の押出位置に配置されたときの、押出端部４０と比べた押出端部３８のＸ軸位置の相対的差異を表している。距離Ｍが距離Ｊより大きいとすると、押出端部４０は、押出位置にあるときに、Ｘ方向において押出端部３８より原点２３３から離れている。この結果、Ｘ軸に沿った押出端部３８，４０間のオフセットは、距離Ｎにより決定あるいは距離Ｎから導出される。
【００６３】
モデリングシステム１０は、その後、コントローラ２４が押出端部３８，４０を切り換えるときに、Ｘ軸における押出端部間のオフセットを相殺するために、押出ヘッド３６の位置を調整することになる。この例では、モデリングシステム１０は、距離Ｎから決定されるあるいは導出される量だけ押出端部４０を原点２３３に近づけることになるであろう。本発明の一実施例において、較正ルーチン１００は、約０．００１インチの許容誤差でＸ軸における押出端部間のオフセットを決定する。
【００６４】
図１１はまた、Ｙ軸における押出端部間のオフセットのための本発明の方法１００も示している。この例では、モデリングシステム１０は、パッド２３９と同じようなパッド２４３を生成する。ただし、パッド２４３は、構築材料４３を使う押出端部３８でなく、支持材料４１を使う押出端部４０によって構築される点が異なる。モデリングシステム１０は、原点２３３に対する同じＹ軸座標に沿ってパッド２３９のＹ側面２４４とパッド２４３の側面２４６とを作り出すためには、押出ヘッド３６のＸ軸位置を変化させる一方で、Ｙ軸位置を一定に保つことによりパッド２４３を構築するのが好ましい。図１１に示すように、パッド２３９の側面２４４は、原点２３３と同じＹ軸位置に沿ってあるいは同じＹ軸位置に位置している。
【００６５】
Ｘ軸における押出端部間のオフセットについて上述したのと同様に、Ｙ軸における押出端部間の較正ルーチンはステップ１０４に進み、ステップ１０４では、材料構築プロファイルを表す、パッド２４３の側面２４６の相対的位置が決定される。この例では、原点２３３に対するパッド２４３の側面２４６の相対的位置が、複数軸のセンサアセンブリ２２０を用いてパッド２４３の側面２４６を検出することにより決定される。距離Ｑは、側面２４６と原点２３３との間の相対的距離を表す。次のステップ１０６では、予想構築プロファイルが特定される。ステップ１０６がＹ軸における押出端部間の較正であるため、予想構築プロファイルは、側面２４６と同じＹ軸位置に沿って作り出される第２の構造の相対的位置を決定することによって再び特定されるのが好ましいものの、この場合は押出端部３８である他の押出端部によって生成される第２の構造の相対的位置を決定することにより再び特定される。
【００６６】
パッド２３９及び特に側面２４４のＹ軸における押出端部から原点へのオフセットの具体的な導出方法については、Ｘ軸における押出端部から原点へのオフセットの場合と同様であるために詳細には上述しなかった。例示目的及び図１１に示すように、側面２４４は、原点２３３と同じＹ軸位置に沿って位置している。この結果、ステップ１０６で要求される予想構築プロファイルの相対的位置は、原点２３３と同じＹ軸位置に沿って配置された側面２４４によって表される。図１１に示すように、距離Ｑはまた、その後、Ｙ軸についての材料構築プロファイルと予想構築プロファイルとの間の差を表し、結果的に、Ｙ軸に沿った押出端部間の較正のためのオフセットを表す。距離Ｑは、押出端部３８，４０の各々がモデリングシステム１０の押出位置に配置されたときの、押出端部４０と比較した押出端部３８のＹ軸位置における相対的差異を表す。距離Ｑが予想構築プロファイル、あるいはこの例では原点２３３のＹ軸位置から離れているとすると、押出端部４０は、押出位置にあるとき、Ｙ方向において押出端部３８よりも原点２３３から離れている。結果的に、距離Ｑは、Ｙ軸における押出端部３８，４０間のオフセットを表す。
【００６７】
モデリングシステム１０は、コントローラ２４が押出端部３８，４０を切り換えるときに、Ｙ軸における押出端部間のオフセットを相殺するために押出ヘッド３６の位置を調整することになる。この例では、モデリングシステム１０は、距離Ｑから決定あるいは導出される量だけ押出端部４０を原点２３３に近づけるであろう。本発明の一実施形態において、較正ルーチン１００は、約０．００１インチからなる許容誤差でＹ軸における押出端部間のオフセットを決定する。
【００６８】
Ｘ−Ｙ軸の原点２３３がモデル材料パッド２３９の近くに示されている一方で、原点２３３は、本発明の精神または本発明の範囲を逸脱しない限り、材料のパッドまたは基板４８自体の端部のいずれかの開始構築経路座標を含む、基板４８上のどこに配置されてもよい。原点２３３は、例示目的のためだけに、図１１では基板４８の左上の角に示されている。
【００６９】
ここで、図１２の処理フロー図を参照すると、材料構築プロファイルの相対的位置を決定するのに利用可能な物体の表面（上面または側面）を検出する、あるいは、較正ルーチン１００のステップ１０４〜１０６で要求されるような、基板４８とパッド４９，５１とのＸ，Ｙ，Ｚ軸位置を決定することにより、予想構築プロファイルを特定する、好ましい方法が示されている。ステップ１０４〜１０６のＸ，Ｙ，Ｚ軸位置の決定は、図６Ａ，６Ｂでプランジャ５４について上述したように、ステップ２０２においてプランジャ２２４（あるいはプランジャ５４）を当該プランジャ２２４（あるいは当該プランジャ５４）の下方あるいは検出位置まで下降させることにより開始される。センサ２２５（あるいはセンサ７９）は、その後、最初の予め設定された位置で、モデルパッド５１などのような、目標の近くに配置され、ステップ２０４において、モデルパッド５１の表面を位置決めする。正方形または長方形のモデルパッドにとって好ましい位置は、表面の４つの角のいずれかの方向である。ステップ２０４は、プランジャ２２４（またはプランジャ５４）の押出端部２３２（または押出端部８３）をモデルパッド５１の表面に駆動する。次にステップ２０６では、センサ２２５（またはセンサ７９）の出力が監視され、プランジャ２２４（またはプランジャ５４）の移動が検出される。コントローラ２４は、信号線２３８（あるいは信号線６８）の状態または状況の変化を監視する。信号の状態または状況の変化は、プランジャ２２４がロッド部材２２６と電気的接点２２８との間の電気的接続を切断（あるいはプランジャ５４が予め決められた距離Ｘだけ移動して光線８１の中に入った）ことを意味する。ステップ２０８では、コントローラ２４は、信号線２３８（または信号線６８）の出力信号が変化した時間に対応する位置をメモリ２２に電気的に記録する。
【００７０】
ステップ２１０は、目標に対する複数の追加され、予め選択された位置でステップ２０２〜２０８を繰り返す。材料構築プロファイルが正方形または長方形のパッド５１である一実施形態においては、ステップ２０２〜２０８が、正方形または長方形の角のそれぞれの近く及びモデルページ５１の表面の中間点で繰り返され、５つの異なる座標に対応する合計５つの記録された表面位置を得る。
【００７１】
精度を向上するために、モデルパッド５１の表面上の同じ位置あるいは異なる位置で追加の測定を行ってもよい。一実施例においては、５つの異なる座標のそれぞれで２回、合計１０個の記録位置について測定が行われた。所望の測定または検出が完了すると、プランジャ２２４（あるいはプランジャ５４）は、ステップ２１２において、当該プランジャ２２４（あるいは当該プランジャ５４）の格納位置に戻される。ステップ２０２〜２１２の方法は、パッド５１について説明されているが、パッド４９または基板４８あるいはその他の材料構築プロファイルまたは予想構築プロファイルの寸法もまた決定され得る。
【００７２】
全ての相対的位置が検出され、全ての相対的位置が特定の寸法または位置の決定のために記録されると、コントローラ２４は、上述した方法２００の実行中に記録された表面の検出に対応する全ての位置の平均を計算する。その後、コントローラ２４は、材料構築プロファイルまたは予想構築プロファイルの相対的位置を決定するために、それらの計算された平均を使用する。コントローラ２４は、以下のアルゴリズムを使って、目標が検出される位置に対応する平均位置を決定してもよい。
【００７３】
本発明は、好ましい実施形態を参照しながら説明されているが、当業者は、本発明の精神及び本発明の範囲から逸脱することなく、形式及び詳細に変更を加えることが可能であることを認識するであろう。
（１）図１２のステップ２０８にて記録された全ての位置を加算し、この例の場合は１０箇所である、記録位置の総数で除算することにより、目標着地点の平均位置（目標平均）を算出する。
（２）その後、記録位置の各々と平均値とを比較する。算出された平均値に対して最大誤差を有する記録位置が、その平均値について許容範囲外である場合には、その位置を破棄して、平均値を再計算する。
（３）記録位置を破棄した場合、残った位置について比較ステップを繰り返す。
（４）以下の２つの状況のいずれかが発生するまで比較ステップと破棄ステップを繰り返す：
残った位置の最大誤差が許容範囲内である状況；または
平均化される位置の数が許容レベル未満、この場合は７箇所未満になった状況。
【００７４】
位置の比較に使用される平均値の量についての許容範囲は、Ｘ，Ｙ，Ｘ軸における押出端部間較正の場合は、約０．００１インチ、Ｘ軸及びＹ軸における押出端部から原点への較正の場合は、約０．００１インチ、Ｚ軸における押出端部から基板への較正の場合は、約０．０１２インチである。モデリングシステムに必要な精度に応じて、比較に使用される許容範囲はより大きくなり得るし、小さくもなり得る。さらに、オペレータによって許容範囲を修正することで、較正の精度を調整してもよい。上記のアルゴリズムが、本発明の方法を使用して目標の記録位置に基づいて目標の平均位置を決定するのに使用可能なアルゴリズムの一例でしかないことは、当事者には明らかであろう。
【００７５】
本発明の一実施形態において、押出端部３８，４０の較正は、最初に、基板４８の上面６０を検出することによって達成される。押出端部３８，４０の較正は、Ｚ軸較正を行う間、この場合にはパッド４９，５１を表す材料構築プロファイルと予想構築プロファイルとの相対的な高さを特定する際の後の参照用の基線を確立する。パッド４９，５１を構成する材料の層も、各押出端部４０，３８によって、同じ構築経路の一部として、またはコントローラ２４が堆積される次の材料の層のために、プラットフォーム４６を下降させる前に、作り出されるまたは堆積されるのが好ましい。パッド４９，５１が一旦作り出されると、コントローラ２４は、特定の、規定の位置でセンサアセンブリ２２０またはセンサアセンブリ５３を使ってパッド４９，５１の上面及び側面を検出することによって各寸法を決定する。コントローラ２４は、その後、情報を処理して、特定の規定の座標でパッド４９，５１の適切な高さ及び配置を確認し、押出端部３８，４０に必要な、基板４８と押出端部４０，３８の他方の各々とに対するあらゆるオフセットを特定する。その結果、モデリングシステム１０は、オペレータの測定もしくはオペレータの関与を必要とせずに、当該モデリングシステム１０の押出端部３８，４０を自動的に較正する。
【００７６】
上記の考察は、センサアセンブリ５３，２２０に焦点を当てているが、これらのセンサアセンブリは、本発明の較正方法に利用可能なセンサアセンブリのたった２つの実施形態を示しているだけである。当業者は、センサアセンブリ５３またはセンサアセンブリ２２０と相互に交換可能に使用できる、他にも多くセンサアセンブリの例が可能であることを認識するであろう。具体的には、センサ７９は、プランジャ５４と他の表面との間の接触を検出すると共に通知ことが可能なあらゆる検出手段と置き換えられてもよく、光学式センサに制限される必要はない。他の実施形態において、センサアセンブリ５３またはセンサアセンブリ２２０は、例えば、磁気近接スイッチ、ホールセンサ、ウィーガンドワイヤ、リードスイッチ、容量センサまたはインダクタンスセンサを使用してもよい。同様に、プランジャ５４またはプランジャ２２４は、カム、歯止め、片持梁、スクリュー、膜、またはその他の機械的構造などの、表面に接触する力により所定の距離に駆動されることが可能な、あらゆるプランジャ手段と置換可能である。あるいは、プランジャ５４と、モデルパッド５１あるいは支持パッド４９あるいは基板４８との間の接触が、最初の接触で検出されてもよく、この場合、プランジャ手段は、様々な表面との接触に応じて移動する必要がない。
【００７７】
さらに、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、熱電プローブあるいは気圧計を含みつつ、ＡＦＭ、熱電プローブ、気圧計に限定されない数多くの他のセンサ技術も、較正の正確性に影響を与えることなく、センサアセンブリ５３，２２０と置き換えることができる。通常、ＡＦＭは、振動する機械針の共振周波数を監視して、表面との接触を検出する。熱電プローブは、一般的に、表面に向かって移動するときに監視される、加熱された熱電対を含んでいる。熱電対が表面に近づくと、周辺の空気温度と比べて表面の熱抵抗が低いことに起因して、温度が下がることにより、表面との接触を示す。気圧計は、一般的に、ノズルを通して空気の流れまたは背圧を測定して表面の位置を検出するものであり、使用可能である。
【００７８】
本発明の較正方法１００を、モニタリングシステム１０によって生成された材料のパッドの相対的位置を決定することに関して上述したが、較正方法１００は、組み立て式のパッドに関連して使用されてもよい。組み立て式のパッドあるいは材料のパッドを、正確な既知の位置で固定物に取り付けることができる。固定物は、その後、較正方法１００のステップ１０２でプラットフォーム４６または基板４８の上部に配置される。
【００７９】
図１３Ａは、本発明の方法１００を示すが、基板４８の上部に置かれた固定物上の複数の組み立て式のパッドを使用している。図１３Ａに示すように、固定物２６０は、基板４８の上部のモデリング容器４４の内部に配置され、固定物２６０の角２６２はモデリングシステム１０の原点２６４に合致している。固定物２６０に取り付けられているのは、第１の較正基準２６６と、第２の較正基準２６８と、第３の較正基準２７０とである。較正基準は、固定物２６０の角２６２から既知の距離に精密に配置された組み立て式の、材料のパッドである。較正基準２６６，２６８，２７０は正方形として示されているが、本発明の精神及び本発明の範囲から逸脱しない限り、較正基準２６６，２６８，２７０は長方形や円などのような、その他の数多くの形状に形成されてもよい。
【００８０】
図１３Ａに示すように、較正方法１００は、Ｘ軸についての押出端部から原点へのオフセットを較正するために使用されてもよく、その場合には、第１の較正基準２６６の側面２７２と原点２６４との間の既知の距離を測定し、測定値と既知の予想値とを比較する。側面２７２が原点２６４に対する精密なＸ軸位置に配置されているために、Ｒの予想値は既知である。Ｒの測定値及び予想値が全く同じであれば、Ｘ軸における押出端部から原点へのオフセットは存在しない。しかしながら、距離Ｒの測定値と予想値との間に差があれば、上述したように考慮しなければならない、Ｘ軸における押出端部から原点へのオフセットが存在する。このオフセットは、原点２６４に対する押出ヘッドの移動または位置を補正するのに必要なオフセットを決定または導出するのに使用される。
【００８１】
また、基準２６８，２７０などのような追加の較正基準を固定物２６０上に配置し、基板４８の全領域を横切る所望の軸に沿って較正を行ってもよい。例えば、較正基準２６８のＸ軸における押出端部オフセットは、第２の較正基準２６８の側面２７４と原点２６４との間の既知の距離Ｓを測定し、測定値と、固定物２６０の組み立て式のレイアウト及び構造に基づいて既知である予想値とを比較することにより、特定されてもよい。差が存在する場合、モデリング容器４４内部の押出ヘッドの移動または位置を補正するのに必要なオフセットを決定または導出するために使用される。
【００８２】
図１３Ａに示すように、較正方法１００は、第１の較正基準２６６の側面２７６と原点２６４との間の既知の距離Ｔを測定し、計測値と、既知の予想値とを比較することにより、Ｙ軸における押出端部から原点へのオフセットを較正するために使用されてもよい。また、側面２７６が原点２６４に対して精密なＹ軸位置に配置されているために、Ｔの予想値は既知である。Ｔの測定値と予想値が全く同じであれば、Ｙ軸についての押出端部から原点へのオフセットは存在しない。しかしながら、距離Ｔの測定値と予想値との間に差があれば、原点２６４に対する押出ヘッドの移動または位置を補正するために決定または導出されるべきＹ軸における押出端部から原点へのオフセットが存在する。
【００８３】
較正方法１００はまた、モデリング容器４４内部の別の位置、または基板４８に対する異なる位置でＹ軸についての押出端部オフセットを較正するのに使用されてもよい。例えば、較正基準２７０のＹ軸における押出端部オフセットは、第３の較正基準２７０の側面２７８と原点２６４との間の既知の距離Ｕを測定し、測定値と、固定部２６０の組み立て式のレイアウトと構造に基づいて既知である予想値との比較により、特定されてもよい。差が存在する場合、モデリング容器４４内部の押出ヘッドの移動または位置を補正するのに必要なオフセットを決定または導出するのに使用できる。
【００８４】
図１３Ｂは、第１の較正基準２６６及び第２の較正基準２６８を使った、方法１００によるＺ軸における押出端部の較正を示す。図１３Ｂに示すように、固定部２６０は、図１３Ａについて上述したようにモデリング容器４４の内部に配置されている。固定部２６０上の精密な既知の位置に配置されることに加え、較正基準２６６，２６８は、固定部２６０に対する当該較正基準２６６，２６８の高さが精密にわかるように組み立てられていた。
【００８５】
較正方法１００は、Ｚ軸における押出端部から基準点へのオフセットを較正するために使用されてもよく、その場合、第１の較正基準２６６の上部２８０と固定部２６０との間の既知の高さＶを測定し、測定値と既知の予想値とを比較する。このとき、固定部２６０の上面は基準点を表し得る。第１の較正基準２６６が精密な既知の高さで組み立てられていたために、Ｖの予想値は既知である。Ｖの測定値と予想値とが全く同じであれば、Ｚ軸における押出端部から原点へのオフセットは存在しない。しかしながら、距離Ｖの測定値と予想値との間に差があれば、考慮されるべきＺ軸における押出端部から原点へのオフセットが存在する。このオフセットは、基板４８などのような原点または基準点に対する押出ヘッドの移動または配置を補正するのに必要なオフセットを決定または導出するために使用される。
【００８６】
較正方法１００はまた、基板４８に対する異なる位置で、モデリング容器４４内部の別の位置におけるＺ軸についての押出端部オフセットを較正するのに使用されてもよい。例えば、較正基準２６８のＺ軸における押出端部オフセットは、既知の高さＷを測定し、測定値と、固定部２６０上の組み立て式のレイアウト及び構成に基づいて既知である予想値とを比較することにより特定されてもよい。差が存在する場合、モデリング容器４４内部の押出端部の移動を適切に補正するのに必要なオフセットの決定または導出に使用されてもよい。
【００８７】
本明細書にて示すと共に説明された、実施形態の特定のステップの順番または構造からの逸脱が、本発明の実施にて組み入れられ得るまたは使用され得ることが当業者に認識されるであろう。例えば、上記の考察は、２つの押出端部を使用するモデリングシステムに焦点を当てているが、１つまたは３つ以上の押出端部を使用するシステムも本発明の範囲内である。さらに、当業者には、Ｚ軸に沿って移動可能な供給ヘッドを備えたモデリングシステムにおいて、モデリングプラットフォームを上昇させる代わりに供給ヘッドを下降させることにより、本発明の方法においてプランジャを上方に駆動できることが理解されるであろう。さらに、本発明の自動較正ルーチンは、本発明の精神及び本発明の範囲から逸脱することなく、単一の軸を較正するための３次元モデリングシステムの一部として使用されてもよい。したがって、本発明は、好ましい実施形態を参照しつつ説明されたが、当業者は、本発明の精神及び本発明の範囲から逸脱することなく、形式及び詳細に変更を加えることが可能であることを認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】代表的で一般的な３次元積層モデリングシステムの概略図である。
【図２】本発明に係る較正ルーチンを行う際に実行されるステップを図示する処理フロー図である。
【図３】本発明に係る押出による積層モデリングシステムの支持材料押出端部の側面図であって、材料の支持パッドが押し出されている側面図である。
【図４】本発明に係る押出による積層モデリングシステムのモデル材料押出端部の側面図であって、材料のモデルパッドが押し出されている側面図である。
【図５】本発明に係るセンサアセンブリの好ましい実施形態の斜視図であって、センサアセンブリが、押出による積層モデリングシステムの押出ヘッドに載置され、モデルパッド及び支持パッドの上方に配置された、下方位置にあるプランジャを備えている斜視図である。
【図６Ａ−６Ｂ】プランジャが検出位置へ下降する様子を表している図である。
【図７Ａ−７Ｂ】プランジャが格納位置へ上昇する様子を表している図である。
【図８Ａ】図５におけるセンサアセンブリの断面図であって、プランジャがモデルパッドに接触している断面図である。
【図８Ｂ】図５におけるセンサアセンブリの断面図であって、プランジャが光学式センサを遮断している断面図である。
【図９】本発明に係るセンサアセンブリにおける別の実施形態の斜視図である。
【図１０】図９におけるセンサアセンブリの側面図であって、モデルパッド及び支持パッドの側面を検出している側面図である。
【図１１】基板上のモデルパッド及び支持パッドの上面図である。
【図１２】モデリングシステムによって物体の表面を検出する際に実行されるステップを図示する処理フロー図である。
【図１３Ａ】組み立て式の備品における別の実施形態の上面図である。
【図１３Ｂ】組み立て式の備品の側面図である。
【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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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【国際調査報告】
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