(57)【要約】  本発明は、放出デバイス（２４）を含む少なくとも１つの印刷ヘッド（２２）を備える３Ｄ印刷デバイス（１０）の使用により物体（４０）を製造するための工程に関し、放出デバイス（２４）は、物体（４０）を生成するために、意図される位置に印刷組成物（４２）を配置するために具備される、特に、本例において、放出デバイス（２４）の領域内において、放出デバイス（２４）から出現する印刷組成物（４２）が検出され、および／または幾何学的な測定を受けることが意図される。本発明の他の態様は、本工程を行うために具備された３Ｄ印刷デバイス（１０）に関する。
2019500252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの放出デバイス（２４）を有する少なくとも１つの印刷ヘッド（２２）を有する３Ｄ印刷デバイス（１０）を使用して物体（４０）を製造する方法であって、
放出デバイス（２４）が、物体（４０）を付加により製造するために、目標位置に印刷材料（４２）を配置するように構成され、
放出デバイス（２４）から出る印刷材料（４２）および／またはサポート材料が、放出デバイス（２４）の領域内において検出および／または幾何学的に測定されることを特徴とする、
物体（４０）を製造する方法。
【請求項２】
放出デバイス（２４）から出た印刷材料（４２）の重さが、さらに測定されることを特徴とする、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
放出デバイス（２４）から出た印刷材料（４２）の測定された形状と、適切な場合には測定された重さとが、印刷エラー、特に誤って適切に配置されていない印刷材料（４２）、異物の進入、および／またはストリンギングを検出するために使用されることを特徴とする、
請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
検出された誤って適切に配置されていない印刷材料（４２）が、特に硬化の方法ステップの前に再印刷されることを特徴とする、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
放出デバイス（２４）から出た印刷材料（４２）の測定された形状に基づいて、印刷ヘッド（２２）のクリーニングがトリガされ、および／または保守に関する助言が発せられることを特徴とする、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
放出デバイス（２４）から出る印刷材料（４２）の形状が、３Ｄ印刷デバイス（１０）の１つまたは複数の動作パラメータによる閉ループ制御下にあり、
前記パラメータが、次のリスト、すなわち、
印刷ヘッド（２２）の移動速度と、
物体（４０）が付加により製造されるベースプレート（３０）の上方における放出高さ（Ｈ）と、
印刷材料（４２）が受ける放出デバイス（２４）内に広がる物理的な圧力と、
材料容器内における物理的な供給圧力と、
ボクセルの場合における、印刷周波数と、ラム前進速度と、ラム引き戻し速度と、ジェッティング弁の開口時間と、ラムストロークと、
ストランドの場合における、流量と、供給器速度と、ラインの終端における材料収縮特性と、
から選択されることを特徴とする、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
幾何学的な測定が、透過光動作において、または反射光動作において、少なくとも１回の輝度測定により実行されることを特徴とする、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
輝度測定が、経時的に受信された信号と基準信号との比較の評価を含み、基準信号が、３Ｄ印刷デバイス（１０）の較正時に、または、物体（４０）または物体（４０）の層（４９）の印刷の開始時に記録されることを特徴とする、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
物体（４０）が、エラストマ製パーツ、特にシリコーンエラストマ製パーツであることを特徴とする、
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
印刷ヘッド（２２）の位置が、位置測定ユニット（２０）により継続的に決定され、印刷材料（４２）が、継続的に決定された印刷ヘッド（２２）の位置に応じて、放出デバイス（２４）により配置されることを特徴とする、
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも１つの放出デバイス（２４）を有する少なくとも１つの印刷ヘッド（２２）を有する、３Ｄ印刷方法により物体（４０）を製造するための３Ｄ印刷デバイス（１０）であって、
放出デバイス（２４）が、物体（４０）を付加により製造するために、目標位置に印刷材料（４２）を配置するために、制御ユニット（１４）を有し、
３Ｄ印刷デバイス（１０）が、放出デバイス（２４）から出る印刷材料（４２）が、放出デバイス（２４）の領域内において検出されること、および／または幾何学的に測定されることが可能であるように配置および構成された少なくとも１つの光学測定ユニット（５０）を有することを特徴とする、
３Ｄ印刷デバイス（１０）。
【請求項１２】
光学測定ユニット（５０）が、印刷ヘッド（２２）の移動軸（３６）に配置されることを特徴とする、
請求項１１に記載の３Ｄ印刷デバイス（１０）。
【請求項１３】
光学測定ユニット（５０）が、少なくとも１つの光ファイバー（６４）を備え、光ファイバー（６４）の光出口エリアが、放出デバイス（２４）内に一体化されるか、または装着具により放出デバイス（２４）に固定されることを特徴とする、
請求項１１または請求項１２に記載の３Ｄ印刷デバイス（１０）。
【請求項１４】
少なくとも１つのベースプレート（３０）であって、その上で物体（４０）が付加により製造される少なくとも１つのベースプレート（３０）を有し、重量センサー（６６）がベースプレート（３０）に割り当てられた、
請求項１１から請求項１３のいずれか一項に記載の３Ｄ印刷デバイス（１０）。
【請求項１５】
３Ｄ印刷デバイスが、位置測定ユニット（２０）を有し、位置測定ユニット（２０）により印刷ヘッド（２２）の位置が継続的に決定可能であり、
位置測定ユニット（２０）が、放出デバイス（２４）の制御ユニット（１４）に接続され、
放出デバイス（２４）が、継続的に決定された印刷ヘッド（２２）の位置に応じて、印刷材料（４２）を配置するように構成された、
請求項１１から請求項１４のいずれか一項に記載の３Ｄ印刷デバイス（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの放出デバイスを有し、少なくとも１つの印刷ヘッドを有する、３Ｄ印刷デバイスを使用して物体を製造する方法に関し、物体を付加により製造するために、放出デバイスが目標位置に印刷材料を配置するように構成される。本発明のさらなる態様は、本方法を実施するように構成された３Ｄ印刷デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
試作品、短期運転または一品物の製造のために、多数の異なる付加製造方法が従来技術として知られている。３Ｄ印刷とも呼ばれるこれらの方法に共通するのは、物品または物体が、コンピュータモデルに基づいて直接製造されることである。有益には、したがって、顧客特有のコンポーネントを安価かつ簡単に製造することが可能である。物体の製造のために、例えば、硬化剤を適用することにより粉末が選択的に固められ、粉末に対する硬化剤の適用は、製造される物体に応じたパターンでなされる。さらなる方法は、規定のパターンに従って所望の形態でレーザーにより融解することにより、粉末が固められるレーザー焼結することと、物体が可溶性プラスチックにより層単位で製造される熱溶融フィラメント製法とを含む。液体がノズルを使用して滴状に放射されて、例えばＵＶ放射の作用により硬化される、同様に知られた方法が存在する。
【０００３】
ＤＥ１０２０１１１０６６１４Ａ１は、三次元物品の製造のための方法およびデバイスを開示し、物品は、その元の状態において液相であるか、または、液化可能なシリコーンなどの固化可能材料により構築される。液体材料は、液滴の形態で放出され、物体キャリア上に配置される。印刷ステージまたは物体キャリアの可変な位置合わせ、配置、および傾斜により、張り出し部分、および自立要素の特殊な３Ｄ印刷が実施される。この場合に印刷される物体は、印刷ユニットが常に印刷面上で垂直方向に印刷ボクセルを配置することが可能であるように、多軸アクチュエータにより位置合わせされる。
【０００４】
ＤＥ１０２０１２０００６６４Ａ１は、キャリアと印刷材料の放射のための押出機とを含み、駆動システムを含む三次元物体の製造のためのデバイスを開示し、キャリアおよび押出機は、三次元物体を製造するために駆動システムにより３つの移動方向に相互に可動である。調節機能を改善するために、複数の駆動モーターが、移動方向のうちの少なくとも１つに提供される。
【０００５】
ＥＰ１８８６７９３Ａ１は、液滴寸法に影響を与えることと、印刷液滴の飛行経路に影響を与えることとに関係する様々な態様を説明する。加えて、印刷液滴の最適な分離をもたらすために、印刷ノズルから印刷面までの距離が選択される。
【０００６】
ＤＥ１０２０１３００３１６７Ａ１は、付加製造により三次元物品を製造するさらなる方法に関する。配備時に、異なる領域における配備についての選択された構成基準に従った空間構造物の製造をともなって、物品の構造的に異なる領域が製造される。
【０００７】
ＤＥ１０２０１５１１０３４２Ａ１は、任意の所望の本体上に導電要素を印刷するさらに異なる方法を説明する。ノズル先端と基材との間の距離の寸法を最適化することにより、液滴の配置の精度が改善される。
【０００８】
しかし、従来技術として知られたデバイスは、印刷された部分の質に影響する技術的な欠陥を含む。従来技術として知られた付加方法により達成可能な物体の質は、射出成形により製造された同等の物体の一定の質には達しない。知られた方法では、製造された物体の産業利用のために不可欠な、一様な質の最終生成物を確実なものとすることもできない。
【０００９】
問題を起こす因子は、特に、印刷ノズルから放出される材料の変化の結果として発生する印刷ミス、または気泡などの欠陥を含む印刷ミスである。例えば、印刷材料が適切に配置されていない場合に、この種類の気泡が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１１１０６６１４号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２０１２０００６６４号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第１８８６７９３号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１０２０１３００３１６７号明細書
【特許文献５】独国特許出願公開第１０２０１５１１０３４２号明細書
【特許文献６】独国特許出願公開第１０２００８０００１５６号明細書
【特許文献７】独国特許出願公開第１０２００８０４３３１６号明細書
【特許文献８】独国特許出願公開第１０２００９００２２３１号明細書
【特許文献９】独国特許出願公開第１０２００９０２７４８６号明細書
【特許文献１０】独国特許出願公開第１０２０１００４３１４９号明細書
【特許文献１１】国際公開第２００９／０２７１３３号
【特許文献１２】欧州特許出願公開第０１２２００８号明細書
【特許文献１３】欧州特許第０５６１９１９号明細書
【特許文献１４】欧州特許第０３９８７０１号明細書
【特許文献１５】欧州特許第０１４６３０７号明細書
【特許文献１６】欧州特許第０３５８４５２号明細書
【特許文献１７】欧州特許第０５６１８９３号明細書
【特許文献１８】欧州特許第１０５０５３８号明細書
【特許文献１９】欧州特許第１８０３７２８号明細書
【特許文献２０】独国特許出願公開第１０２０１１１０８７９９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的の１つは、例えば表面および形状の忠実さの点で高品質の物体が製造可能な対応するデバイスと、物体の付加製造のための改善された方法とを提供することである。本発明のさらなる目的は、製造された物体の一様な質が確実なものとされ得る方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
３Ｄ印刷デバイスを使用して物体を製造する方法が提案される。３Ｄ印刷デバイスは、少なくとも１つの放出デバイスを有する少なくとも１つの印刷ヘッドを有し、放出デバイスが、物体を付加により製造するために、目標位置に印刷材料を配置するように構成される。印刷材料は、永久的なコンポーネントの製造のための材料、特にシリコーンであり得るか、または、一時的に製造されるパーツまたは領域のために必要とされる材料、例えば、特にポリエチレングリコール（ＰＥＧ）の形態のサポート材料であり得る。
【００１３】
放出デバイスは、一連の液滴として個々の分離した液滴の形態で、または、放出軸の方向におけるストランドの形態で印刷材料を放射するように構成される。これらの形態間における流れの移行が可能である。本説明の場合において、放出デバイスから放出されて、ベースプレート上または物体上に位置する印刷材料の液滴は、ボクセルと呼ばれる。ストランドは、放出された、およびまだ適切に配置されていない印刷材料と、配置された印刷材料との両方を表す。配置された印刷材料は、ボクセルまたはストランドを意味すると理解される。
【００１４】
本発明によると、放出デバイスから出る、または出された印刷材料は、放出デバイスの領域内において検出および／または幾何学的に測定される。印刷材料は、放出デバイスの領域内において検出および／または幾何学的に測定されるので、測定が放出デバイスの状態について結論を出すことを可能にする。これは、印刷材料が出ているときに、または印刷材料が出た後、およびそれらが配置される前に、印刷材料が検出されること、および／または幾何学的に測定されることを意味する。液滴の場合、これは、飛行中に印刷材料が検出されること、および／または幾何学的に測定されることを意味する。放出デバイスの領域内における印刷材料の測定は、それらが配置された後での、印刷材料のさらなる測定により補完されることができる。
【００１５】
幾何学的な測定は、広い意味で、出た印刷材料の形態または形状について知識を得ることを指す。
【００１６】
方法の一構成において、印刷エラーが、測定された形状に基づいて検出される。例えば、印刷材料が、そもそも、液滴、一連の液滴、またはストランドの形態で出たか否かを確認することが可能である。したがって、より具体的には、検出および／または幾何学的な測定は、誤って適切に配置されていない印刷材料の決定を可能にし得る。誤って適切に配置されていない印刷材料は、例えば、圧力ラムに対する摩耗または放出デバイスの閉塞の兆候であり得る。これが許容できない程度で検出された場合、例えば、放出デバイスをクリーニングするために、またはユーザーに保守に関する助言を与えるために、準備がなされ得る。
【００１７】
加えて、液滴、液滴の列、およびストランドは、液滴の形態、液滴の列の形態、またはストランドの形態を測定することにより、より正確に特徴付けられることが可能である。本例において、例えば液滴断面およびストランドの直径を決定することが可能である。加えて、液滴の体積がさらに測定されることが可能であり、それにより、印刷材料の知られた密度が与えられれば、液滴の重さを決定することも可能である。加えて、液滴またはストランドの回転対称の程度を決定することも可能である。液滴の場合、規定の液滴形状からのずれを決定することが可能である。ストランドの場合、規定のストランド形状から、例えば、円柱形状からのずれを決定することが可能である。その結果、例えば、ストランドの印刷において、放出デバイスからの放出ストランドの変形をもたらす印刷ヘッドの誤った放出高さまたは誤った移動速度を検出および修正することも可能である。
【００１８】
幾何学的な測定は、追加的または代替的に、印刷材料の望ましくない破断特性の決定、特にストリンギングの決定をさらに含み得る。ボクセルの印刷において、放出デバイスからの液滴の分離の直前には、片側において液滴が実質的に球形であるが、他方側の点に向けて先細りになる形状が発生する。分離後、先端がより小さくなるか、または完全に消失することが可能である。しかし、例えば、過度に低い反応物温度、部分的に架橋した材料といった特定の条件下で、または放出デバイスの最適ではない条件下で、特に、誤ったラム前進速度、誤ったラム引き戻し速度、ノズルの誤った開口時間、または誤ったラムストロークが発生した場合に、先端は消えないが、筋を形成するように広がり、それが液滴を後続の液滴に接続するように目立ちうる。この効果は、ストリンギングと呼ばれる。さらに、ストランドの場合において、例えばストランドが層ごとに不連続で、再度開始されるときにストリンギングが存在しうる。ストリンギングが許容できない程度で検出された場合、例えば放出デバイスをクリーニングする準備がなされ得る。
【００１９】
好ましい実施形態において、放出デバイスから放出された印刷材料の重さがさらに測定される。印刷工程中、したがって、印刷された物体の連続的な質量バランスが確立されることが可能である。体積および密度により決定された印刷材料の重さは、測定された重さと比較されることが可能である。したがって、印刷動作中における印刷材料内への異物の任意の導入の認識が達成可能である。異物は、例えば、環境からの、または、固化したシリコーン堆積物から、または放出デバイス内の凝縮水から来る浮遊粒子であり得る。
【００２０】
異なる形状、または誤って適切に配置されていない印刷材料は、放出デバイスに関連する問題、例えば、閉塞したノズルまたは印刷ヘッドへの印刷材料の供給物内の気泡を示しうる。したがって、放出デバイスから出た印刷材料の検出または測定された形状は、本発明の一実施形態において、印刷ヘッドの自動クリーニングをトリガするために使用される。きれいなノズルの場合に限り、所望のボクセル、すなわちストランド形状が確実となるので、クリーニングが品質保証に役立つ。この目的において、３Ｄ印刷デバイスは、自動クリーニングを可能にするクリーニングステーションを含む。
【００２１】
誤って適切に配置されていない印刷材料が認識された場合、これが、印刷材料が配置されなければならない位置と一緒に記録される。本発明の一実施形態は、誤って適切に配置されていない印刷材料の再印刷を想定している。その結果、誤って印刷された物体によりもたらされる廃棄材料がより少なくなると想定される。適切に配置されていない印刷材料を再印刷するために、印刷ヘッドが、例えば印刷ヘッドの洗浄後に、記録された位置に戻るように動かされ、印刷材料の放出が繰り返される。誤って適切に配置されていない印刷材料は、続いて、後続の層において、制御される複数回の印刷によりさらに配置されることが可能である。
【００２２】
好ましくは、適切に配置されていない印刷材料の再印刷は、硬化の方法ステップに先行する。硬化前の適切に配置されていない印刷材料の再印刷は、再印刷された印刷材料が未硬化の印刷材料に、例えば、配置された隣接した印刷材料に依然として結合されることが可能であるという利点があり、「隣接した」という用語は、例えば同じ層内の印刷材料、または、硬化技法に応じて、複数の層内の印刷材料にも関係し得る。この目的において、使用される印刷材料は、適用後にも自由に流れるので、配置された印刷材料が互いに融合することが可能である結果、配置された印刷材料間で滑らかな移行がもたらされる。
【００２３】
適切に配置されていない印刷材料の再印刷の代替として、または追加的に、エラーメッセージまたは警告メッセージが発せられ得る。放出デバイスの経年劣化が、エラーメッセージの形態で記録されることが可能である。警告メッセージは、ユーザーのための保守に関する助言を含み得、例えば、クリーニングが必要なことを指摘し得る。
【００２４】
出た印刷材料の形状の測定の結果は、同様に他の目的のためにも、例えば、画面上において、および／またはデータキャリア上において、３Ｄ印刷デバイスのユーザーに提供されることが可能である。ユーザーは、したがって、印刷材料の放出における任意の変化に適切に対処するように身をおくことができる。
【００２５】
発生した標準形状からのいくらかの認識されたずれは、デバイス制御システムにおける自動修正により補償されることが可能である。方法の一実施形態において、印刷結果、すなわち出る印刷材料の所望の形状は、測定結果に基づいて自動閉ループ制御下にある。本開示の場合、閉ループ制御は、標準的な用語に従って、本例では一様な形状である測定パラメータを維持するための、動作パラメータにおける自動的な変化を意味すると理解される。簡単な用語で言えば、これは次のようにも説明されることが可能である。すなわち、形状が過度に大きく異なる場合、以下で言及されるパラメータのうちの１つまたは複数が、形状が再度所望のとおりになるまで再調節される。これが不可能な場合、３Ｄ印刷動作が停止されることが可能である。停止は、特に、放出デバイスに対する摩耗の結果として印刷品質の変化が発生した場合に、または印刷材料の誤りまたは欠如が発生した場合に発生する。
【００２６】
放出デバイスから出た印刷材料の形状に影響を与えることができる３Ｄ印刷デバイスの動作パラメータは、印刷ヘッドの移動速度を含む。ストランドの場合における印刷ヘッドの移動速度の上昇は、移動方向におけるストランド断面の減少をもたらすことが可能であり、印刷ヘッドの移動速度の低下は、これに対応して、移動方向におけるストランド断面の拡大をもたらすことが可能である。
【００２７】
放出デバイスから出た印刷材料の形状に影響を与えることができる３Ｄ印刷デバイスの動作パラメータは、物体が位置するベースプレート上方における放出高さまたは適用高さをさらに含む。ベースプレート上方における放出高さの増加は、ストランドの場合に不正確な配置をもたらす可能性があり、ボクセルの場合に軌道エラーをもたらす可能性があり、ベースプレート上方における放出高さの減少は、ストランドの場合に横方向の変形をもたらす可能性があり、ボクセルの場合に、ノズルの閉塞につながる、およびノズルの閉塞を含むきれいでない液滴破断特性と、ストリンギング現象とをもたらす可能性がある。より具体的には、配置された印刷材料内への放出デバイスの浸漬は、多くの場合において望ましくない。
【００２８】
放出デバイスから出た印刷材料の形状に影響を与えることができる３Ｄ印刷デバイスの動作パラメータは、さらに、印刷材料が受ける放出デバイス内に広がる物理的な圧力も含む。「物理的な圧力」という表現は、この表現を「印刷」と区別するために使用される。放出デバイス内に広がる物理的な圧力の上昇は、ストランドの場合およびボクセルの場合に、材料の放出の増加をもたらす。放出デバイス内に広がる物理的な圧力の低下は、ストランドの場合およびボクセルの場合に、材料の放出の減少をもたらす。
【００２９】
同じことが、材料容器内における物理的な供給圧力に当てはまる。
【００３０】
放出デバイスから出た液滴の形状に影響を与えることができる３Ｄ印刷デバイスの動作パラメータは、印刷周波数、または液滴またはボクセルの放出速度をさらに含む。印刷周波数の上昇は、体積の減少をもたらすことが可能であり、印刷周波数の低下は、これに対応して体積の増加をもたらすことが可能である。印刷周波数は、さらに好ましくは、印刷ヘッドの移動速度と組み合わせて調節される。
【００３１】
ボクセル寸法に影響を与えるジェッティングノズルのさらなるパラメータは、ラム前進速度、ラム引き戻し速度、ジェッティング弁の開口時間およびラムストロークである。したがって、これらのパラメータの変化による放出デバイスから出た印刷材料の形状の閉ループ制御が、同様に提案される。ラム形状およびノズルの組み合わせも、ボクセル寸法に影響を与えるが、これらのパラメータは多くの場合、印刷中に変更されることが不可能である。
【００３２】
ストランド寸法および印刷精度に影響を与えるディスペンサーのさらなるパラメータは、流量、供給器速度、材料容器内における供給圧力、およびラインの終端における材料収縮特性である。したがって、これらのパラメータの変化による放出デバイスから出た印刷材料の形状の閉ループ制御が、同様に提案される。
【００３３】
測定方法
測定は、好ましくは一方側から、すなわち印刷材料の放出方向に対して直角に行われるので、例えば、出た液滴がその球形断面および先の尖った断面により検出可能である。カメラによる測定の場合、カメラの視界がこれに対応して方向付けられる。輝度測定の場合、遮光体がこれに対応して配置される。
【００３４】
ボクセルが印刷されている場合、ストリンギングおよび液滴形状を決定することができるように、可能な液滴の最大直径より広い光ビームが好ましい。ストランドの場合、ストランドの直径より広い光ビームを使用した測定は有意義である。断面について、光ビームは、例えば直径０．３ｍｍの丸い形状であり、四角形の形状の場合には０．１ｍｍｘ０．３ｍｍである。
【００３５】
測定は、好ましくは、例えば、液滴およびストランドの確認された性質が放出デバイスの状態について十分な結論を可能にし、浮遊粒子などの環境効果により歪められないように、放出デバイスのできる限り近くで実行される。したがって、放出デバイスからの光ビームの距離は、好ましくは、１ｃｍ未満であり、好ましくは、１ｍｍ未満であり、特に好ましくは、０．１ｍｍ未満である。
【００３６】
幾何学的な測定は、放出デバイスの出口オリフィスの領域をカバーするカメラの支援により達成されることが可能である。すべての液滴が少なくとも１つのカメラ像内において見られることができるように、カメラの像周波数がジェッティング周波数に整合する。その場合において、カメラ像のコンピュータ支援評価は、液滴の輪郭の決定と、理想的な液滴との比較とを含む。高い印刷周波数の場合、１秒当たり数百から数百万の像の高速カメラを使用することが好ましい。
【００３７】
しかし、好ましくは、幾何学的な測定は、透過光動作において、または反射光動作において、少なくとも１回の輝度測定により実行される。これは、光学発光体による光ビームの送信をともない、これは、光学受信器により検出される。本発明のこの実施形態は、多くの場合、高速カメラと対応する画像処理との使用より好ましい。
【００３８】
透過光動作において、受信器は、受信器に向いて、または受信器の反対側に配置される。印刷材料が光ビームを横断した場合、印刷材料が、反射および吸収、すなわち受信器に当たる輝度の測定可能な低下の結果として印刷材料の後ろに影を生成する。時間に対する受信された信号は、「シャドウイングの関数」とも呼ばれる。受信器に当たる輝度の低下により、印刷材料の存在が結論付けられる。時間に対する受信された信号のより精密な分析は、出た印刷材料の形状についての結論を可能にする。
【００３９】
反射光動作において、受信器と発光体とは、互いに０°から９０°の角度で配置される。０°の角度では、発光体が同時に受信器でもあり、本開示において、発光体／受信器ユニットとも呼ばれる。本例における測定原理は次のとおりである。すなわち、印刷材料が光ビームを横断した場合、それが、反射により測定可能な信号を生成する。受信器は、出射された光の反射された部分を測定する。受信器に当たる輝度の増加により、光路における印刷材料の存在が結論付けられる。時間に対する受信された信号のより精密な分析が、印刷材料の形状についての結論を可能にする。
【００４０】
例えば複数の発光体および／または受信器により複数の輝度測定が実行された場合、液滴の異なる位置または非直線の飛行経路、または押し出されたストランドの異なる位置を決定することがさらに可能である。これは、さらに、発光体および受信器のＶ構成（０°より大きく９０°未満の角度）の場合に決定されることが可能である。
【００４１】
受信された信号の評価において、経時的に受信された信号と基準信号との比較が実行される。本例において、基準信号は、シミュレーションまたは試験運転により生じる信号が格納されるデータベースから到来し得る。代替的に、基準信号は、３Ｄ印刷デバイスの較正において、または、物体または物体の層の印刷の開始ごとに記録される。これらの場合において、有益には、経時的な材料の放出の変化に対応することが可能であり、工程は、確立された動作パラメータとは無関係に進行することが可能である。
【００４２】
輝度測定において受信された信号は、物理的な観点では、液滴の形態とセンサー形状との畳み込みに対応し、すなわち、一次元形態においては、
【数１】
2019500252.tif 000003
であって、式中、ｆｅｍｐは液滴の形態を表し、ｇはセンサー形状を表し、ｔは時間を表し、Ｔは期間を表し、ａは対象となる期間の選択のための定数を表す。
【００４３】
受信された信号と基準信号との比較は、電気工学フィルタを使用して、または、知られた数学的方法に支援されたコンピュータ支援手法により行われることが可能である。使用される電気工学フィルタは、例えば、まず、受信された信号を基準信号と比較するために最適なフィルタであり得る。続いて、基準信号付近における許容帯が固定され、受信された信号が許容帯内であるか否か決定される。コンピュータ支援された比較において、経時的に連続的に受信された信号および基準信号をモデル化するために、例えば、まず、知られた最良適合アルゴリズムを使用することが可能である。次に、例えば、時間信号のフーリエ係数への分解などにより、および、その比較により、ずれの程度が決定されることが可能である。代替的または追加的に、この目的において、ずれの程度が、時間信号間の差の二乗に対して積分または総計を行うことにより決定されることが可能である。ずれの決定は、時間に対する導関数の考察、または信号の積分をさらに含むことができる。
【００４４】
ボクセルの形態における印刷材料の場合、ボクセルの幾何学的な測定は、ボクセルの印刷周波数の少なくとも５倍の、好ましくは、少なくとも１０倍の走査レートで実行される。これは、出る印刷材料の幾何学的な測定が有意義であるように、十分なデータが利用可能となることを確実にする。
【００４５】
印刷材料
使用される印刷材料は、好ましくは、少なくとも処理中に自由に流れる形態の材料であり、放出後に硬化されることが可能である。後続の硬化可能性は、印刷ミスが検出される事例において、工程、例えば、印刷ヘッドのクリーニングと、続いて、誤って適切に配置されていない印刷材料の再印刷とが実行されることが可能であることを意味し、この場合において未架橋材料は、未架橋材料が硬化されるまで自由に流れる状態に留まるので、続いて配置された印刷材料は、依然としてクリーニング前に配置された印刷材料に連結するようになることが可能である。
【００４６】
好ましくは、印刷材料の硬化は、放射により、または熱的手段により、より好ましくは、位置選択的手法により、または全エリアにわたって放射または熱的手段により実行される。したがって、提案される工程において、配置された後に放射または熱の作用により硬化されることが可能な印刷材料を使用することが好ましい。
【００４７】
位置選択的な曝露は、熱または放射源がベースプレートに対して可動な形態で配置されること、または、物体の選択された領域にのみ作用することを意味すると理解される。エリア的な曝露は、熱または放射源が物体全体または物体の材料層全体にわたって作用することを意味すると理解される。
【００４８】
例えば、提案される工程の場合、化学線放射の作用により、好ましくは、ＵＶ／ＶＩＳ放射の作用により硬化されることが可能な印刷材料が使用される。ＵＶ放射またはＵＶ光は、１００ｎｍから３８０ｎｍの範囲の波長をもち、可視光（ＶＩＳ（ｖｉｓｉｂｌｅ）放射）は、３８０ｎｍから７８０ｎｍの範囲の波長をもつ。好ましくは、印刷材料に対するＵＶ／ＶＩＳ放射の作用は、曝露ユニットを介して実現される。
【００４９】
熱的手段により硬化する印刷材料の場合、位置選択的またはエリア的な熱処理を実行するために、赤外線源（ＩＲ：ｉｎｆｒａｒｅｄ）を使用することが可能である。
【００５０】
本発明の方法において、使用される印刷材料は、より好ましくは、ＵＶ／ＶＩＳ誘起付加反応により架橋するシリコーンゴム材料である。ＵＶ／ＶＩＳ誘起架橋は、熱架橋を上回る利点をもつ。まず、ＵＶ／ＶＩＳ放射の強度、作用時間、および作用場所が正確に判断されることが可能であると同時に、放出された印刷材料の加熱（および、印刷材料の後続の冷却）が、比較的低い熱伝導率に起因して常に遅らされる。シリコーンの本来的に非常に高い熱膨張係数に起因して、熱架橋において必然的に存在する温度勾配は、形成される物体の大きさの忠実さに悪影響を与える機械的応力をもたらし、このことが、極端な場合には、許容できない形状のひずみをもたらす可能性がある。
【００５１】
ＵＶ／ＶＩＳ誘起付加架橋シリコーンゴム材料は、例えば、ＤＥ１０２００８０００１５６Ａ１、ＤＥ１０２００８０４３３１６Ａ１、ＤＥ１０２００９００２２３１Ａ１、ＤＥ１０２００９０２７４８６Ａ１、ＤＥ１０２０１００４３１４９Ａ１、およびＷＯ２００９／０２７１３３Ａ２において説明される。架橋は、白金の錯体であることが好ましい感光性ヒドロシリル化触媒のＵＶ／ＶＩＳ誘起活性化により発生する。技術文献は、光を当てなければ主に不活性であり、室温で活性な白金触媒に対する２５０−５００ｎｍの波長をもつ光の照射により変換されることが可能な多くの感光性白金触媒について説明する。これらの例は、（η−ジオレフィン）（σ−アリール）白金錯体（ＥＰ０１２２００８Ａ１；ＥＰ０５６１９１９Ｂ１）、Ｐｔ（ＩＩ）−β−ジケトナート錯体（ＥＰ０３９８７０１Ｂ１）および（η５−シクロペンタジエニル）トリ（σ−アルキル）白金（ＩＶ）錯体（ＥＰ０１４６３０７Ｂ１、ＥＰ０３５８４５２Ｂ１、ＥＰ０５６１８９３Ｂ１）である。特に、ＭｅＣｐＰｔＭｅ３、および例えば、ＥＰ１０５０５３８Ｂ１およびＥＰ１８０３７２８Ｂ１において説明されるような白金上に存在する基の置換によりそこから誘導される錯体が好ましい。ＵＶ／ＶＩＳ誘起手法により架橋する印刷材料は、１成分または多成分形態で定式化されることが可能である。
【００５２】
ＵＶ／ＶＩＳ誘起付加架橋のレートは、多くの因子に、特に、白金触媒の性質および濃度に、ＵＶ／ＶＩＳ放射の強度、波長、および作用時間に、シリコーンゴム材料の透明度、反射率、層厚、および組成、ならびに温度に依存する。
【００５３】
白金触媒は、好ましくは、室温で十分に急速な架橋を可能にするために、触媒として十分な量で使用される。全シリコーンゴム材料に対するＰｔ金属の含有量に基づいて、重量比で０．１から５００ｐｐｍ、好ましくは、重量比で０．５から２００ｐｐｍ、より好ましくは、重量比で１から５０ｐｐｍの触媒を使用することが好ましい。
【００５４】
ＵＶ／ＶＩＳ誘起手法により付加架橋されるシリコーンゴム材料の硬化の場合、波長２４０ｎｍから５００ｎｍ、さらに好ましくは２５０ｎｍから４００ｎｍ、より好ましくは、３５０ｎｍから４００ｎｍ、特に好ましくは、３６５ｎｍの光を使用することが好ましい。２０分未満、好ましくは、１０分未満、より好ましくは、１分未満である室温での架橋時間を意味すると理解される急速な架橋を達成するために、出力が１０ｍＷ／ｃｍ２から２００００ｍＷ／ｃｍ２の間、好ましくは、３０ｍＷ／ｃｍ２から１５０００ｍＷ／ｃｍ２の間であり、線量が１５０ｍＪ／ｃｍ２から２００００ｍＪ／ｃｍ２の間、好ましくは、５００ｍＪ／ｃｍ２から１００００ｍＪ／ｃｍ２の間であるＵＶ／ＶＩＳ放射源を使用することが望ましい。これらの出力および線量値の範囲内において、最大２０００ｓ／ｃｍ２から最小８ｍｓ／ｃｍ２の間のエリアに応じた照射時間を達成することが可能である。
【００５５】
好ましくは、提案される方法は、エラストマ製パーツ、特にシリコーンエラストマ製パーツである物体の製造における使用法を示す。エラストマ製パーツの製造の場合、上記の提案される印刷材料のうちの１つを使用することが好ましい。エラストマ、特にシリコーンエラストマといった材料は、例えば、熱可塑性樹脂と比べて弾性をもち、物体の製造中に変形される可能性があるので、エラストマ、特にシリコーンエラストマは、３Ｄ印刷工程について特定の要求をする。さらに、未架橋材料が硬化するまで、未架橋材料は自由に流れる。
【００５６】
本発明は、さらに、提案される工程により製造されたエラストマ製パーツ、特にシリコーンエラストマ製パーツに関する。エラストマ製パーツは、好ましくは、上述の印刷材料のうちの１つを使用して構築される。提案される工程により製造されたエラストマ製パーツは、射出成形により製造されたエラストマ製パーツの質に対応することが可能であるか、または、上回りさえする質という点で際立つ。同時に、表面は、所望により調節されることが可能である。表面は、例えば、構造化されることが可能であり、特に規則的構造が設けられるか、または、滑らかであり、および／または完全に連続的であることが可能である。本発明により製造されたエラストマ製パーツは、また、誤って適切に配置されていない印刷材料の再印刷の結果として、捕獲された空気またはガスの気泡を一切含まない。したがって、例えば医療用途にも適した、信頼性の高い物理的性質をもち機械的にストレスを受けることが可能な物体が製造されることが可能である。例えば、弾性または滑らかな性質、または光学レンズの場合の等方性の光透過性を確実にすることが可能である。加えて、エラストマ製パーツの形状が鋳造方法において使用される鋳型により限定されないことが、エラストマ製パーツの特徴である。したがって、エラストマ製パーツは、アンダーカットおよび／または囲まれた空洞を含むことが可能である。エラストマ製パーツは同様に、特に半分の鋳型の分離部分、および湯道システムにおいて、射出成形されたパーツに発生するバリを含まない。
【００５７】
一実施形態において、印刷ヘッドの位置は、位置測定により継続的に決定され、印刷材料は、継続的に決定された印刷ヘッドの位置に応じて、放出デバイスにより配置される。より具体的には、ベースプレートに対する、およびしたがって、製造される物体に対する印刷ヘッドの相対位置が確立される。好ましくは、この目的において、３つの空間的方向Ｘ、Ｙ、およびＺの各々について、位置が決定される。少なくともベースプレートに平行な平面内における空間的方向について、位置が決定される。印刷材料は、確認された実際の位置を考慮し、想定される目標位置を考慮しないで、各場合において、放出デバイスを通して放出される。
【００５８】
例えば、物体の製造が中断される場合に、印刷ヘッドの位置の継続的な決定が有益である。この種類の中断は、例えば、使用される放出デバイスをクリーニングするために必要になり得る、この目的において、印刷ヘッドは、既に部分的に形成された物体から離れた安全位置に運ばれ得、安全位置において、印刷ヘッドがクリーニングされ得る。例えばクリーニング中に印刷ヘッドに伝達された力による、クリーニング時における印刷ヘッドの位置の任意の変化は、以前と同様に継続的に決定され、印刷動作が再度継続されたときに考慮される。クリーニング間隔は、好ましくはプログラム可能であるので、クリーニング間隔は、処理される印刷材料に応じて調節されることが可能である。
【００５９】
中断のさらなる理由は、安全デバイスのトリガであり得る。印刷ヘッドは可動部品であり、例えば、ユーザーの手が可動部品に接近した場合に、３Ｄ印刷デバイスのユーザーが負傷する危険が存在する。したがって、従来技術では、使用される配置ユニットへの電源を停止する非常用オフスイッチが一般的である。印刷ヘッドの慣性に起因して、または、印刷ヘッドに印加される外力に起因して、電源が停止した後でも印刷ヘッドが移動し続ける可能性があるので、印刷ヘッドの実際の位置は最後の知られた目標位置と異なる可能性がある。有益には、位置測定ユニットの動作が続くので、非常用オフスイッチがトリガされたときでも、印刷ヘッドの位置が依然として連続的に決定される。この目的において、好ましくは、位置測定ユニットのための電源は、配置ユニットのための電源から分離される。これは、印刷ヘッドが、配置ユニットの電源の回復後、印刷ヘッドの目標位置に戻るように案内されるという点で、物体の製造のシームレスな継続を可能にする。したがって、有益には、特に、別のやり方であれば非常用スイッチのオフ後に廃棄されることになる、複雑なまたは高価な３Ｄ物体を完成および保全することが可能である。
【００６０】
印刷ヘッドの実際の位置の継続的な決定のさらなる利点は、規定の位置に達しないことが認識されることが可能なことである。決定された印刷ヘッドの実際の位置が所与の公差を上回る程度に異なるとき、規定の目標位置がまだ到達されていないとみなされる。これは、例えば０．１から０．５ｍｍの範囲で、例えば決定されることが可能である。例えば実質的に球形のボクセルの直径またはストランドの直径に基づいて、ボクセルまたはストランドの寸法に対する公差を規定することが同様に考えられる。例えば、測定された位置が規定の期間内における任意の時点で、公差の範囲内で目標位置に対応しないとき、位置が「到達されていない」とみなされることが可能である。到達されていない位置は、例えば制御ユニットに戻すように通信され、次に、情報がさらに処理され、例えば、印刷動作の残りを制御するために記録および使用される。
【００６１】
本発明のさらなる好ましい実施形態において、印刷材料の形状について得られた情報を使用した、誤って適切に配置されていない印刷材料の説明された決定に加えて、これらの誤って適切に配置されていない印刷材料は、位置の継続的な測定によりさらに決定されることが可能である。規定の位置が印刷ヘッドにより到達されていない場合、印刷材料が規定の位置に目的通りに放出されることができない。これは同様に物体において誤って適切に配置されていない印刷材料として現れる。このように誤って適切に配置されていない印刷材料が認識された場合、これは好ましくは、印刷材料が配置されなければならない位置と一緒に記録される。適切に配置されていない印刷材料を再印刷するために、印刷ヘッドが記録された位置に戻るように動かされ、既に説明したように放出が、好ましくは、印刷材料の硬化前に繰り返される。
【００６２】
３Ｄ印刷方法
放出された印刷材料により物体を構築するために、印刷材料が規定のスキームに従ってベースプレート上に堆積されて、第１の材料層を形成する。第１の材料層が形成された後、例えば、放出デバイスとベースプレートとの間の距離が増やされ、次の材料層が配備される。これらに、さらなる材料層が続き、その各々が、所望の物体が完成されるまで規定のスキームに従って堆積される。
【００６３】
印刷材料は、テンプレートに由来するスキームに従って適用される。テンプレートは概して、ＣＡＤ（コンピュータ支援設計：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ）ソフトウェアを使用して設計されるか、または、物品の三次元走査により形成される。材料の放出のためのスキームの導出のために、ソフトウェアが典型的にはテンプレートの水平断面を計算し、これらのセクションの各々が材料層に対応する。続いて、印刷材料が各層にどのように配置される必要があるかについて計算が行われる。本例において考慮されることは、印刷材料がボクセルの形態と、ストランドの形態と、またはボクセルとストランドとの組み合わせとのいずれで放出されるかである。
【００６４】
適切な場合には、スキームの導出において、サポート材料の配置がさらに可能にされる。印刷材料は空間内で自由に浮遊した状態で配置されることが不可能なので、製造される物体が空洞、アンダーカット、張り出し、自立したまたは薄壁のパーツを含むときは、サポート材料の配置が必要であり得る。サポート材料は、印刷工程中に空洞を充填し、上に印刷材料を配置および硬化することができるように、基礎または足場として機能する。印刷工程が終了した後、サポート材料が再度除去されて、物体の空洞、アンダーカットおよび張り出し、自立したまたは薄壁のパーツをきれいにする。概して、使用されるサポート材料は、印刷材料の材料とは異なる材料である。物体の形状に応じて、サポート材料の必要な形状が計算される。サポート材料の形状の計算において、例えば、最小量のサポート材料を使用するために、または、製品の大きさの忠実さを高めるために、様々な技法を使用することが可能である。放出されたサポート材料は、好ましくは、上述のさらなる印刷材料と同様に幾何学的に測定される。この目的において、独立したデバイスが提供され得る。
【００６５】
水平断面からの材料の放出のためのスキームの導出において、様々な移動技法を使用することが可能であり、移動技法の選択はさらに、製造される物体の性質に影響を与えることが可能である。ボクセルの形態での放出の場合、例えば、二重移動技法、クロッシング（「交差」）移動技法、または境界移動技法を使用することが可能である。
【００６６】
二重移動技法において、印刷ヘッドは、ベースプレートに対して選択された主印刷方向に、ラインごとに往復して動かされ、印刷材料がラインごとに付与される。各ライン後、印刷ヘッドは、印刷されたラインに対して直角に１ライン幅ぶんさらに動かされ、次に、印刷材料の放出が繰り返される。工程は、従来のインクジェット印刷機の印刷と同様である。
【００６７】
クロッシング移動技法は、二重移動技法にかなりの程度一致する。二重移動技法とは対照的に、主印刷方向が材料層ごとに、またはｎ個の材料層ごとに９０°回転される（ｎは自然数である）。このことは、材料層の回転が印刷材料の一様な分布を確実なものとするので、物体の寸法安定性に対するより厳密な適合をもたらす。
【００６８】
二重移動技法の、およびさらにはクロッシング移動技法の利点は、例えば物体の縁部の高い精度が達成されることが可能なことである。
【００６９】
境界移動技法では、各材料層について、まず物体の外周が製造され、続いて、囲まれたエリアが例えば二重移動技法またはクロッシング移動技法により充填される。境界移動技法では、印刷される層の外周は、より小さなボクセルを使用して、印刷される層の内部または物体の内部ボリュームより高い分解能で生成されることが可能である。製造される物体の内部において、関係するより低い分解能が、幾何学的寸法、または製造される物体の表面品質の精度にどのような影響も与えることなく、充填するためのより大きなボクセルを使用することが可能である。
【００７０】
上述の移動技法は、基本パターンである。基本パターンはまた、組み合わせまたは変更が適切と考えられる場合は同じ物体の範囲内で組み合わせられ、および変更されることが可能である。異なる移動技法間の混合された形態も考えられる。
【００７１】
印刷材料がボクセルの形態をとる場合、移動技法の選択に加えて材料の放出のためのスキームの生成においてボクセルオフセットを含むことも可能である。この場合、ボクセルは、層内に直交パターンにおいて厳密に位置合わせされないが、相互にオフセットされて配置され得る。例えば、概ね球形のボクセルの場合、２ラインごとに、ボクセルの直径の半分ぶんオフセットされて配置されることが可能である。これは、直交グリッドと比べてライン間隔を小さくすることが可能である。ボクセルがより密に配置され、表面品質が向上する。ボクセルのオフセットは、縁部の鋭さを低下させることがありえる。
【００７２】
ボクセルのオフセット配置に加えて、または代替的に、材料層の平面内において、互いにオフセットして２つの隣接した平面のボクセルを配置することが可能である。
【００７３】
放出デバイスが異なる寸法のボクセルを配置するように構成された場合、特に、物体の縁部の領域内において、縁部の鋭さをより高めるために、配置された印刷材料の寸法を変えることがさらに可能である。好ましくは、ボクセルが配置される場所とボクセルの寸法とが、正確さを最大にして物体の縁部が再現されるように選択される。例えば、縁部の領域内において、個々のボクセルではなく、複数のより小さなボクセルが配置される。その結果、達成可能な縁部の鋭さおよび／または表面品質が向上する。
【００７４】
製造される物体の性質は、印刷材料の配置に使用されるパラメータ、特に放出デバイスのパラメータの適切な選択により影響を受ける可能性がある。影響を受ける可能性のある物体の性質の例は、縁部の鋭さ、表面品質、および寸法安定性である。製造される物体の性質は、印刷の開始前に放出デバイスの構成により規定される。
【００７５】
縁部の鋭さは、印刷材料が配置されない物体の外部の領域に対する、印刷材料が配置される物体に属する領域の限界の鮮明さを意味すると理解される。移行がより急激であるほど、縁部の鋭さがより高くなる。典型的には、ボクセルの寸法またはストランドの直径が小さくなると、縁部の鋭さが向上する。逆に、ボクセルの寸法またはストランドの直径が大きくなると、縁部の鋭さが落ちる。
【００７６】
表面品質は、表面の滑らかさを意味すると理解される。高品質の表面は、連続的で滑らかであり、窪みおよび膨らみを含まず、例えば、表面粗さＲａ＜０．４μｍである。この種類の表面は理想的には、例えば射出成形により実現される。
【００７７】
寸法安定性は、物体の幾何学的寸法の大きさの忠実さを意味し、幾何学的寸法が、存在するとしてもテンプレートの寸法からの小さなずれしか含まないと理解される。
【００７８】
いくつかのジェッティングまたはディスペンサーの動作パラメータは、本発明の場合において、例えば、１つまたは複数の材料層後、またはさらには、ボクセルごとに、ストランドごとに、ボクセルからストランドになる、またはストランドからボクセルになる各場合に、例えばさらには、既に配置されたボクセルおよびストランドの知られた実際の位置に応じて印刷中にも変えられることが可能であるので、製造される物体の性質の再調節が可能となる。
【００７９】
好ましくは、ボクセルの形態における印刷材料の場合、物体の縁部の鋭さが、ボクセル寸法の調節により設定または再調節され、および／または、物体の表面品質が、ボクセルオフセットの調節により設定され、および／または、寸法安定性が、３Ｄ印刷デバイスの移動技法の調節により設定される。ボクセル寸法は、ジェッティングパラメータの構成により変えられることが可能である。
【００８０】
好ましくは、ストランドの形態における印刷材料の場合、物体の表面品質および縁部の鋭さは、体積流量の調節により設定または再調節され、および／または、寸法安定性は、放出デバイスの移動技法の調節により設定される。体積流量は、ディスペンサーパラメータの構成により説明されるように変えられることが可能である。
【００８１】
体積流量は、単位時間当たりに放出された印刷材料の体積を表す。ストランドの配置時に、ベースプレートまたは物体に対するストランドの放出中、印刷ヘッドが放出デバイスとともに動く。ベースプレートまたは物体上に配置されたストランドの形状は、体積流量および印刷ヘッドの瞬間速度に依存し、および、ベースプレートからの距離に依存し、または、さらなる実施形態において、最後の層内へのノズルの侵入深さに依存する。規定量の印刷材料の配置の場合において、配置されたストランドの形状が所望の形状に対応するように、体積流量を瞬間速度に整合させることが有益である。
【００８２】
瞬間速度は、例えば、印刷ヘッドの位置が２つの局面において決定されるという点、および、決定された位置間の差が２つの局面間の経過期間により形成および除算されるという点で、継続的に決定された印刷ヘッドの位置から計算されることが可能である。
【００８３】
硬化の実現のために、硬化技法が使用される。好ましくは、印刷材料の硬化は、印刷材料の１つの層の配置または印刷材料の複数の層の配置の後に行われるか、または印刷中に直接実行される。
【００８４】
印刷中の直接的な印刷材料の硬化は、直接硬化技法と呼ばれる。ＵＶ／ＶＩＳ放射により硬化可能な印刷材料が使用される場合、他の硬化技法と比べて、ＵＶ／ＶＩＳ源は、非常に長い期間にわたって活性であるので、非常に低い強度で動作することが可能であり、このことが、物体にわたる架橋をより遅くする。これは、物体の加熱を制限し、温度ピークに起因した物体の膨張が発生しないので、正確な寸法の物体をもたらす。
【００８５】
層単位の硬化技法では、完全な材料層の各々の配置の後に、配置された材料層の放射誘起架橋が続く。この動作中、新たに印刷された層は、下方の硬化した印刷された層に連結されることになる。硬化が印刷材料の配置直後に行われないので、硬化前に印刷材料が弛緩する時間がある。それが意味することは、印刷材料が互いに融合して、直接硬化技法の場合より滑らかな表面を達成することが可能である。
【００８６】
ｎ層単位の硬化技法では、手順は、ｎを自然数としてｎ個の材料層の配置後にのみ硬化が実行されることを除いて、層単位の硬化技法の場合と同様である。印刷材料の弛緩のために利用可能な時間がさらに延ばされ、そのことが、表面品質をさらに改善する。しかし、印刷材料の流れに起因して、達成しうる縁部の鋭さの低下がありえる。
【００８７】
好ましい実施形態において、硬化技法は、適切に配置されていない印刷材料の再印刷に整合される。例えば、材料層の印刷の後、各場合において、配置された材料層の架橋が層単位の硬化技法またはｎ層単位の硬化技法により実行される前に、誤って適切に配置されていない印刷材料の再印刷が続き得る。
【００８８】
３Ｄ印刷デバイス
本発明のさらなる一態様は、３Ｄ印刷方法による物体の製造のために３Ｄ印刷デバイスを提供する。３Ｄ印刷デバイスは、少なくとも１つの放出デバイスを有する少なくとも１つの印刷ヘッドを有し、放出デバイスは、物体を付加により製造するために目標位置に印刷材料を配置するために、制御ユニットを有する。
【００８９】
３Ｄ印刷デバイスは、本明細書において説明される方法のうちの１つを実行するように設計および／または構成される。したがって、本方法に関連して説明される特徴は、３Ｄ印刷デバイスに対応して開示され、逆に、３Ｄ印刷デバイスに関連して説明される特徴は、本方法に対応して開示される。
【００９０】
本発明によると、３Ｄ印刷デバイスは、放出デバイスから出る印刷材料が、放出デバイスの領域内において幾何学的に測定されることが可能であるように配置および構成された、少なくとも１つの光学測定ユニットを有する。
【００９１】
光学測定デバイスは、カメラであり得る。好ましくは、カメラの支援により、ボクセル印刷の場合、ジェッティング周波数の大きさの程度で像形成が可能である。より具体的には、高速カメラを使用することが可能であり、高速カメラからの像は、適切な画像処理ソフトウェアを使用して評価される。
【００９２】
代替的におよび好ましくは、光学測定ユニットは、光学発光体および光学受信器とともに遮光体を備える。本明細書において、減光レーザーマイクロメーターを使用することが好ましい。
【００９３】
好ましい実施形態において、発光体および受信器は、印刷ヘッドの移動軸上に適切な保持器により配置される。代替的に、印刷ヘッド上または放出デバイス上に直接固定することが可能である。光学測定デバイスは、放出デバイスの出口開口から固定距離に、または、調節可能保持器により可変距離に搭載され得る。
【００９４】
さらなる一実施形態において、光学測定デバイスは、少なくとも１つの光ファイバーを備える。各場合において、典型的には発光体と受信器との各々に１つの光ファイバーが提供される。反射光動作では、単一の光ファイバーだけが放出デバイスに接続され得、この場合、発光体／受信器ユニットが使用される。
【００９５】
光ファイバーは、好ましくは、光ファイバーの光出口エリアが放出デバイス内に一体化されるか、または放出デバイスに装着具により固定されるように構成されるので、出る光ビーム、例えば、レーザービームは、放出デバイスの出口に、または液滴またはストランドのチャンネル内に直接一体化される。発光体および受信器は、本実施形態において、３Ｄ印刷デバイスにおける印刷ヘッドとは無関係に配置され得る。この変形例は、光ファイバーが、液滴から非常に小さな距離に、または、一体化された変形例ではゼロ距離に配置されることが可能であるので、光ビームが、わずかな程度で外部からの影響、例えば、周囲を飛ぶ粒子にさらされるという利点をもつ。３Ｄ印刷中に加速される必要もある重いコンポーネントが印刷ヘッド上、または移動軸上に配置される必要がないことがさらに有益である。
【００９６】
好ましい実施形態において、少なくとも１つの重量センサーがベースプレートに割り当てられる。重さは例えば、ベースプレートの接点において電子的に測定されることが可能である。重量センサーは、印刷された物体の質量または質量の増加を継続的に決定および記録することが可能である。さらには、単一の印刷ボクセルの質量は、ベースプレート上に印刷された本体の重さの増加を測定することにより決定されることが可能である。液滴の認識および出た印刷材料の監視と組み合わせて、印刷材料の任意の異物による汚染の認識が実現可能である。異物による汚染が検出された場合、自動メッセージまたはアクションが対応して生成および実行される。
【００９７】
例えば１ｋｇなどの特定の重さ限界を上回る重さの急激な増加がベースプレート上で検出された場合、印刷工程がすぐに中断され得る。これは、印刷領域内への無許可の侵入が発生した場合の人員保護手段である。この段階で、印刷ヘッドは、それ以上一切動かされず、警報メッセージが発せられる。
【００９８】
好ましい実施形態において、３Ｄ印刷デバイスは、位置測定ユニットをさらに有し、位置測定ユニットにより、印刷ヘッドの位置が、継続的に決定されることが可能であり、位置測定ユニットが、放出デバイスの制御ユニットに接続され、放出デバイスが、継続的に決定された印刷ヘッドの位置に応じて印刷材料を配置するように構成される。
【００９９】
３Ｄ印刷デバイスは、印刷ヘッドの放出デバイスからの印刷材料の放出により物体が構築されるベースプレートをさらに備える。本例におけるベースプレートと印刷ヘッドとは相互に動かされ、相対的な動きは３つの空間的方向Ｘ、ＹおよびＺのすべてにおいて可能である。この目的において、例えば、印刷ヘッドがＸおよびＹ方向に可動であるように、印刷ヘッドが配置され得、ベースプレートがＺ方向に可動であるように、ベースプレートが構成されることが可能である。本例においてさらなる構成がさらに考えられ、例えば、ベースプレートがＹ方向に可動であるように構成され得、印刷ヘッドがＸおよびＺ方向に可動であるように構成され得る。代替的または追加的に、ベースプレートおよび／または印刷ヘッドは、旋回可能であるように構成され得るので、任意の所望の空間配置が可能である。
【０１００】
３Ｄ印刷デバイスにおける様々な印刷材料のための技術的に異なる放出デバイスを有する、複数の放出デバイスを提供することが可能である。
【０１０１】
それぞれの放出デバイスは、材料が放出デバイスから放出される方向を規定する放出軸を含む。典型的には、放出軸がベースプレートに対して直角であるように、ベースプレートを基準として放出軸が配向される。任意選択的に、３Ｄ印刷デバイスは、放出軸の位置合わせがベースプレートに対してさらに変更されることが可能であるように構成され得る。
【０１０２】
個々の液滴の放射のために、放出デバイスは、インクジェット印刷機のノズルの手法と同様にベースプレートの方向に印刷材料の液滴を放射する１つまたは複数のノズルを備え得る。したがって、これらのノズルは、ジェッティングノズルとも呼ばれる。様々な実施形態が当業者に知られている、ジェッティングノズルが要求のみに応じて制御された手法で液滴を放射するように、ジェッティングノズルが構成される。ジェッティングノズルの好ましい実施形態において、印刷材料の放出時に液滴の体積が影響を受けることが可能であるので、異なる寸法の液滴が生成されることが可能である。
【０１０３】
例えばジェッティングノズル内の加熱要素を提供することが可能であり、加熱要素により印刷材料が加熱され、発生した蒸気泡の液滴がジェッティングノズルから外に追い出され、これはバブルジェット（登録商標）として知られる。
【０１０４】
さらなる選択肢は、電圧により変形する結果、ジェッティングノズルから液滴を吐出することが可能な圧電要素の構成である。この種類のインクジェット印刷方法は、従来の印刷から、および３Ｄ印刷と呼ばれるものから原理的に当業者に知られており、その中で三次元物品は、光重合可能インクにより層単位で構築される。この種類の印刷ヘッドは、インクジェット印刷において、またはマルチジェット３Ｄ印刷において使用されるように、例えば５０ｍＰａ・ｓ未満の粘度をもつものなど、典型的には低粘度の印刷インクまたは印刷材料を付与することが可能である。
【０１０５】
本発明の方法における印刷ヘッドにおいて、圧電要素を含むジェット弁に基づく放出デバイスを使用することが好ましい。これらは、液滴の数ピコリットル（ｐＬ）の液滴体積（２ｐＬが約０．０３５μｍの液滴直径に対応）が達成されることが可能な低粘度材料と、５０から５００μｍの間のノズル直径をもつ圧電印刷ヘッドが好ましく、ナノリットルレンジ（１から１００ｎＬ）の液滴体積が生成されることが可能な、シリコーンゴム材料などの中粘度材料および高粘度材料との両方を放出することを可能にする。低粘度材料（＜１００ｍＰａ・ｓ）を使用する場合、これらの印刷ヘッドは、非常に高い付与周波数（約１−３０ｋＨｚ）で液滴を堆積させることが可能であるのに対し、より高粘度の材料（＞１００Ｐａ・ｓ）を使用する場合、流量学的性質（ずり流動化特性）に応じて、最大約５００Ｈｚの付与周波数が達成されることが可能である。適切なジェッティングノズルは、例えば、ＤＥ１０２０１１１０８７９９Ａ１において説明される。
【０１０６】
印刷材料のストランドの放射の場合、印刷材料は、例えば、カートリッジ、シリンジ、またはバットから、貯蔵容器の加圧によりノズルを通してストランドとして送り出され、ベースプレート上に選択的に堆積されて物体を形成する。この種類の放出デバイスは、本説明の場合においてディスペンサーと呼ばれる。例えば空気圧によりまたは機械的手段により、例えば小さな押出機により、ピストンポンプにより、または偏心ねじにより圧力が高められることが可能である。様々な実施形態が当業者に知られている。
【０１０７】
放出デバイスは、制御ユニットを有する。制御ユニットは、放出デバイスによる印刷材料の配置を制御する。印刷材料の配置の場合、制御ユニットは、スキームから導出された目標位置、および好ましくは追加的に、継続的に決定された実際の位置、さらに好ましくは追加的に、さらなる入力パラメータ、例えば印刷ヘッドの現在の速度を利用することが可能である。制御ユニットは、例えば、位置測定ユニットと放出デバイスとに接続されたマイクロ制御装置を備え得る。制御ユニットは、独立したユニットとして実現されるか、そうでなければ、３Ｄ印刷デバイスの機械制御システムと組み合わされ得る。機械制御システムは、マイクロ制御装置を同様に備え得、この場合において、マイクロ制御装置は配置ユニットに接続される。
【０１０８】
配置ユニットは、ベースプレートに対して印刷ヘッドを配置するように構成され、相対位置は、少なくとも３つの空間軸Ｘ、Ｙ、およびＺに沿って調節可能であり、場合によっては回転可能でもある。配置ユニットは、少なくとも１つのモーターを備え、典型的には調節可能な空間軸ごとに提供される少なくとも１つの独立したモーターを含む。モーターは、例えば、電動モーターとして、特にステッピングモーターとして実現される。
【０１０９】
放出デバイスは、制御ユニットにより作動されるジェッティングノズル、またはディスペンサーを有する。一実施形態において、３Ｄ印刷デバイスは、印刷ヘッドへの割り当てを含んで構成された複数の放出デバイスを有する。本例における印刷ヘッドは、複数の異なる放出デバイス、例えば、１つまたは複数のジェッティングノズル、および１つまたは複数のディスペンサーを有し得る。この場合、例えば、印刷材料は、ディスペンサーにより物体の内部に急速に配置されることが可能であり、物体の表面は、ジェッティングノズルを使用して高品質に製造されることが可能である。代替的に、印刷ヘッドが複数の同等の放出デバイスを備えることが考えられる。このように、例えば、複数の物体が同時に付加により製造されることが可能であるか、または、単一の物体の構築において並行して複数の放出デバイスで作業することが可能である。両方の場合において、全体として必要な印刷時間が短くなる。
【０１１０】
放出デバイスとしてのジェッティングノベルの場合、制御ユニットは、ジェッティングノズルがボクセルをいつ放出するかを規定する。加えて、制御ユニットは、ボクセルの寸法を規定し得る。
【０１１１】
放出デバイスとしてのディスペンサーの場合、制御ユニットは、ディスペンサーがストランドの形態での印刷材料の放出をいつ開始するか、および放出がいつ終了するかを規定する。加えて、体積流量、すなわち、どの時点で、どれだけの印刷材料が放出されるかが、制御ユニットにより規定され得る。
【０１１２】
サポート材料が使用される場合、印刷ヘッドは、サポート材料に対して１つまたは複数のさらに放出デバイスを有し得る。代替的または追加的に、適切な放出デバイスを有するさらなる印刷ヘッドがサポート材料の放出のために提供されることも可能である。
【０１１３】
位置測定ユニットが、印刷ヘッドの位置を継続的に決定するように構成される。この目的において、位置測定ユニットは、規定速度で印刷ヘッドの位置の測定を実行して、位置を制御ユニットに送信し得る。
【０１１４】
位置測定ユニットは、好ましくは、各軸に対する位置または配置ユニットにより調節可能な空間的方向の測定を実行するように構成される。
【０１１５】
位置測定ユニットは、少なくとも、ベースプレートに平行な平面内における印刷ヘッドの位置を決定するように構成される。位置測定ユニットは、好ましくは、空間内における印刷ヘッドの位置を決定するように構成される。
【０１１６】
位置測定ユニットは、好ましくは、モーター内における少なくとも１つのステップカウンター、ロータリーエンコーダ、光学スケール、特にガラススケール、ＧＰＳセンサー、レーダーセンサー、超音波センサー、ＬＩＤＡＲセンサー、および／または少なくとも１つの遮光体を含む。モーター内のステップカウンターは、特に非接触スイッチとして、例えば磁気センサー、特にホールセンサーとして構成され得る。
【０１１７】
３Ｄ印刷デバイスは、好ましくは、印刷される物体のテンプレートまたはコンピュータモデルを含む主制御装置をさらに有し、主制御装置および放出デバイスの制御ユニットは、互いに双方向通信のために構成される。
【０１１８】
主制御装置は、例えばデータネットワーク、例えばイーサネット（登録商標）またはＷＬＡＮを介して、または接続、例えばシリアル接続またはＵＳＢを介して、制御ユニットと通信する例えばコンピュータとして実現され得る。
【０１１９】
コンピュータモデルは、任意のデータ形式で主制御装置に記録され得る。標準的なデータ形式として、例えば、ＳＴＬ、ＯＢＪ、ＣＬＩ／ＳＬＣ、ＰＬＹ、ＶＲＭＬ、ＡＭＦ、ＳＴＥＰ、ＩＧＥＳが挙げられる。説明される方法の実行時に、主制御装置は、（スライシングと呼ばれる）モデルを通した仮想水平スライスを生成する。これらの水平断面は続いて、物体の付加構築のために印刷材料がどのように配置される必要があるかを記述するスキームを計算するために使用される。本例において考慮されることは、印刷材料が、ボクセルの形態、ストランドの形態、またはボクセルとストランドとの組み合わせた形態のいずれで放出されるかである。物体の形状がサポート材料の配置を必要とする場合、主制御装置は、好ましくは、同様にサポート材料の配置のためのスキームを生成するように構成される。サポート材料の計算および配置は、さらに分離された手法で実行されることが可能である。
【０１２０】
物体の製造中、主制御装置と制御ユニットとが互いに通信するので、主制御装置は、検出された出る印刷材料に応じて、および特に検出された誤って適切に配置されていない印刷材料、決定された印刷ヘッドの位置、および任意選択的にさらに決定されたパラメータに応じてスキームを更新することが可能である。主制御装置は、同様に、発生するエラーに関する、および／または、相応に考慮されることが可能な誤って適切に配置されていない印刷材料に関するメッセージを受信することが可能である。
【０１２１】
主制御装置に対する印刷ヘッドの位置の直接的フィードバックは、主制御装置が印刷ヘッドの移動経路に直接影響を与えることを可能にする。例えば、物体の外部で印刷ヘッドを加速および減速することが可能であるので、印刷ヘッドは、印刷材料が配置される実際の印刷動作中、物体に対して一定速度で動く。したがって、特に高速では、共鳴または振動を避けること、または減らすことが可能であり、結果として、より質の高い物体をもたらす。物体の外部における加速がアイドル状態の運転におけるより短い無駄時間をもたらし、このことが印刷に必要な時間を短くし、その結果、物体当たりの印刷コストを下げる。
【０１２２】
ＵＶ／ＶＩＳにより硬化する印刷材料が使用される場合、３Ｄ印刷デバイスは、好ましくは、ＵＶ／ＶＩＳ源を含む。位置選択的な曝露の場合、ＵＶ／ＶＩＳ源は、ベースプレートに対して可動であるように、および物体の選択された領域のみを照らすように構成される。低いエリアの曝露の場合、一変形例において、物体全体または物体の材料層全体が一度にすべて曝露されるように、ＵＶ／ＶＩＳ源が構成される。好ましい変形例において、ＵＶ／ＶＩＳ源の光の強さまたはＵＶ／ＶＩＳ源のエネルギーが可変的に調節されることが可能であるように、および、ＵＶ／ＶＩＳ源が任意の時点で物体のサブ領域のみを曝露するようにＵＶ／ＶＩＳ源が設計され、任意選択的に異なる強度で、物体全体がＵＶ／ＶＩＳ光に曝露されることが可能であるような手法で、物体に対してＵＶ／ＶＩＳ源を動かすことが可能である。例えば、ＵＶ／ＶＩＳ源は、この目的において、ＵＶ／ＶＩＳ  ＬＥＤバーとして構成され、物体に対してまたは印刷された物体上で動かされる。
【０１２３】
好ましくは、３Ｄ印刷デバイスは、印刷ヘッドの放出デバイスの自動クリーニングを可能にするクリーニングステーションをさらに備える。印刷ヘッドの位置の継続的な決定の結果として物体の製造中に、クリーニングがさらに実行されることが可能である。この目的において、印刷が中断され、印刷ヘッドがクリーニングステーションまで動かされる。洗浄作業を実行した後、印刷ヘッドは、印刷材料が配置される次の位置まで正確に案内されて、印刷動作が継続される。
【０１２４】
図は本発明の実用的な例を示すが、図は本発明の主題を概略的に示すにすぎない。図を参照しながら以下で提示および説明される実用的な例は、本発明の主題に関する限定とみなされてはならない。請求項の範囲内において可能な多数の変更が当業者に明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】放出デバイスを作動させる方法の実用的な例の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態における３Ｄ印刷デバイスの概略構成図である。
【図３】本発明の一実施形態におけるストランド放出およびストランド測定の側面図である。
【図４】図３に示すストランド測定の上面図である。
【図５】本発明の一実施形態における液滴測定の側面図である。
【図６】本発明の一実施形態における保持器内に配置された印刷ヘッドと光学測定ユニットとの側面図である。
【図７】本発明の一実施形態における発光体と受信器とを含む印刷ヘッドの側面図である。
【図８】本発明の一実施形態における発光体／受信器ユニットを含む印刷ヘッドの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０１２６】
以下でなされる本発明の実用的な例の説明では、同一または同様のコンポーネントおよび要素が、同一または同様の参照符号により識別され、この場合において、これらのコンポーネントまたは要素の説明の繰り返しが個々の例において省略される。
【０１２７】
図１は、本発明の方法の実用的な例の手順の概略図を示す。製造される物体のためのテンプレートが主制御装置１２に記録される。主制御装置１２は、テンプレートを使用して、物体を製造するために印刷材料が配置される必要がある場所を表すスキームを決定する。これらの場所が目標位置である。これらの目標位置は、制御ユニット１４に送信される。制御ユニット１４は、機械制御システム１６に接続される。機械制御システム１６により、配置ユニット１８が印刷ヘッド２２を目標位置に動かすために作動される。代替的に、機械制御システム１６は、主制御装置１２への直接的な接続を含み得る（図示せず）。
【０１２８】
印刷ヘッド２２の移動は、位置測定ユニット２０により監視される。位置測定ユニット２０および配置ユニット１８／印刷ヘッド２２は、印刷ヘッド２２の位置の任意の変化が位置測定ユニット２０により規定されるような手法で、特に機械的接続により、互いに結合される。位置測定ユニット２０は、決定された印刷ヘッド２２の位置を制御ユニット１４に戻すように通信する。
【０１２９】
印刷ヘッド２２は、物体の構築のために印刷材料を配置するように構成された放出デバイス２４を備える。制御ユニット１４は、放出デバイス２４に接続され、印刷材料の放出を制御する。本例において、制御ユニット１４は、位置測定ユニット２０により継続的に決定された印刷ヘッド２２の位置に応じて放出デバイス２４を作動させることが当てはまる。したがって、印刷材料は、例えば、印刷ヘッド２２が目標位置にあるという推定に基づくのではなく、実際に決定された実際の位置を考慮して配置される。
【０１３０】
また、決定された印刷ヘッド２２の位置が、双方向接続を介して制御ユニット１４により主制御システム１２にフィードバックされるということが当てはまり得る。このことが、主制御システム１２を、印刷材料が既に配置されている決定された位置に応じて印刷材料のさらなる配置を計画するようにさせる。
【０１３１】
さらに、示されるように、位置測定ユニット２０はさらに、継続的に決定された印刷ヘッド２２の位置を機械制御システム１６に通信し得る。方法の一変形例において、機械制御システム１６は、印刷ヘッド２２が目標位置に達することができない場合に、このフィードバックの結果としてエラーメッセージを生成して、エラーメッセージを制御ユニット１４に送信することが可能である。同様に、目標位置からの、位置測定ユニット２０により規定される印刷ヘッド２２の位置のずれが最小化されるような手法で、配置ユニット１８を作動させるために、閉ループ制御回路を実装することが可能である。この目的において、印刷ヘッド２２の実際の位置は、配置ユニット１８により目標位置まで継続的に再調節されることが可能である。これは、本開示の場合において、正確な位置をとるための再調節とも呼ばれる。
【０１３２】
図２は、３Ｄ印刷デバイス１０の概略図を示す。３Ｄ印刷デバイス１０は、製造される物体４０のためのテンプレートを含み、制御ユニット１４に接続された主制御システム１２を備える。３Ｄ印刷デバイス１０は、印刷材料４２の配置により物体４０が付加により構築されるベースプレート３０をさらに備える。
【０１３３】
印刷材料４２の配置のために、示される実用的な例における印刷ヘッド２２は、２つの放出デバイス２４を備える。放出デバイス２４は、ジェッティングノズル２８として実現される。ジェッティングノズル２８は、個々の液滴またはボクセル４４の形態で印刷材料４２を配置する。他の放出デバイス２４は、ディスペンサー２６として構成され、ストランド４６の形態で印刷材料４２を配置する。
【０１３４】
図２に示される例において、ジェッティングノズル２８とディスペンサー２６との両方が、ジェッティングノズル２８を使用して、物体４０の表面を形成するボクセル４４を配置すること、および、物体４０の内部を急速に充填するために、ディスペンサー２６を使用して、ストランド４６を配置することによる物体４０の付加構築のために使用される。
【０１３５】
ＵＶ／ＶＩＳ放射の作用により硬化する印刷材料４２が使用される場合、ＵＶ／ＶＩＳ光源を提供することが好ましい。図２に示す実施形態では、この目的において、位置選択的手法によりＵＶ／ＶＩＳ光を放射するＬＥＤバー３４が提供される。ＵＶ／ＶＩＳ光でベースプレート３０のエリアをカバーすることができるように、ＬＥＤバー３４が可動であるように設計される。印刷材料４２を熱的に硬化させる場合、代替的に、印刷材料４２の位置選択的加熱のために構成されたＩＲ光源を提供することが好ましい。この目的において、ＩＲ光源は、特に印刷ヘッド２２に固定され得る。代替的に、加熱可能空間が、硬化のために使用されることが可能である。
【０１３６】
印刷ヘッド２２の、すなわちベースプレート３０に対する配置のために、３Ｄ印刷デバイス１０は、３つの配置ユニット１８をさらに備え、これらの配置ユニット１８の各々が、３つの空間軸Ｘ、Ｙ、およびＺのうちの１つにおける移動を可能にする。この目的において、配置ユニット１８の各々が軸３２に接続され、軸３２に沿って移動が可能にされる。図２に示される実用的な例では、この目的において、配置ユニット１８のうちの１つが、ベースプレート３０に割り当てられ、「Ｚ」と表記される空間的方向におけるベースプレート３０の移動を可能にする。２つのさらなる配置ユニット１８が、印刷ヘッド２２に割り当てられ、「Ｘ」および「Ｙ」と表記される空間的方向に印刷ヘッド２２が動くことを可能にする。３つの配置ユニット１８のすべてが一緒に、または、ベースプレート３０に対する３つの空間的方向のうちの任意の方向において印刷ヘッド２２の配置を可能にする。配置ユニット１８は、機械制御システム１６により作動され、機械制御システム１６はさらに、制御ユニット１４と通信する。
【０１３７】
印刷ヘッド２２の位置を決定するために、３Ｄ印刷デバイス１０は、３つの位置測定ユニット２０を有する。位置測定ユニット２０の各々が、３つの空間的方向Ｘ、Ｙ、およびＺのうちの１つに割り当てられ、印刷ヘッド２２の、またはベースプレート３０の移動を検出するので、ベースプレート３０に対する印刷ヘッド２２の相対位置が継続的に決定される。位置測定ユニット２０は、制御ユニット１４に接続される。加えて、機械制御システム１６への接続が提供され得る。
【０１３８】
図３は、例えば図２を参照して説明される３Ｄ印刷デバイス１０を使用した、本発明の一実施形態におけるストランド放出およびストランド測定の側面図を示す。
【０１３９】
本例の放出デバイス２４は、例示としてディスペンサー２６を備える。ディスペンサー２６は、ベースプレート３０上にストランド４６の形態で印刷材料４２を堆積させる。堆積されたストランド４６は、物体４０を形成する層４９をもたらす。ディスペンサー２６は、物体４０の上方における放出高さＨに配置され、放出高さＨは層４９の完成後に再調節される。
【０１４０】
本発明の光学測定ユニット５０が、本例において遮光体の形態でさらに示される。光学測定ユニット５０は、互いに反対側に配置された発光体５２と受信器５４とを備える。発光体５２は、受信器５４により受信される光ビーム５６を放射する。測定は、透過光動作において実行される。受信器５４は、発光体５２により放射された、印刷材料４２における吸収および反射の結果として対応する割合ぶん弱められた光を受信する。
【０１４１】
光学測定ユニット５０は、放出デバイス２４の領域内において、出るストランド４６の測定を可能にする。この目的において、光ビーム５６は、放出デバイス２４の放出軸３５に実質的に直交して配置される。光ビーム５６の直交構成は、放出されたストランド４６の断面が、放出デバイス２４の領域内において幾何学的に測定されることを可能にする。
【０１４２】
ベースプレート３０に割り当てられた重量センサー６６がさらに概略的な形態で示される。重さは、ベースプレート３０の接点において電子的に測定される。重量センサー６６は、印刷された物体４０の質量の増加を継続的に決定および記録することが可能である。
【０１４３】
図４は、図３に示すストランド測定の上面図である。
【０１４４】
発光体５２が光ビーム５６を放射し、光ビーム５６が受信器５４により受信される。光ビーム５６内に存在するストランド４６は、ストランド４６の後ろに影５７を発生させる。影５７の寸法は、ストランド４６の形状に依存し、より具体的には、示される実用的な例におけるストランド４６の断面積に依存する。ストランド４６の２つの断面、すなわち最適には円柱形ストランド断面５８および変形したストランド断面６０が示される。印刷の過程における印刷ヘッド２２の移動は、例えば図３に現れるストランド４６の変形をもたらす。代替的に、ストランド４６の変形は、過度に低い放出高さＨの場合に発生する。受信器５４における影５７の、または入射輝度の測定により、許容可能な程度の変形が存在するか否かを決定することが可能である。本発明によると、これは、例えば放出高さＨの上昇により、または印刷速度の減速により任意選択的に修正される。
【０１４５】
測定に使用される光ビーム５６の幅ｂは、対応する有意義な測定が可能であるように、ストランドの直径ｄに整合される。
【０１４６】
図５は、本発明の一実施形態における液滴測定の側面図を示す。例えば、図２に示される３Ｄ印刷デバイス１０により放出された液滴４８が示される、液滴の移動方向ｖが矢印により示される。移動方向ｖは、放出軸３５に実質的に対応し、印刷の過程における印刷ヘッド２２の移動の結果として発生する放出軸３５に直交した成分を含む。
【０１４７】
液滴４８は、球形断面４５と先の尖った断面４７とを含む。球形断面４５には、最大直径Ｄが割り当てられる。ストリンギングの存在下では、先の尖った断面４７が非常に延びている。飛行中、すなわち液滴４８がジェッティングノズル２８から分離した後、および液滴４８がベースプレート３０、または液滴４８がボクセル４４を形成する物体４０の既に印刷された部分に衝突する前に、液滴４８が光ビーム５６を通る。
【０１４８】
示される光ビーム５６の断面は、本開示において測定ウィンドウとも呼ばれる。光ビーム５６の断面は、最大直径Ｄに整合した幅ｂと高さｈとをもつ。示される実用的な例において、光ビーム５６の幅ｂは、液滴４８の直径よりある程度大きく選択される。光ビーム５６の高さｈは、光ビーム５６の幅ｂの約５分の１となるように選択される。示される光ビームは、したがって、実際には一次元形態である。それにもかかわらず、少なくとも、適切に配置されていない印刷材料の決定のために、光ビーム５６内における液滴４８の存在が検出されることが可能であるように、および、ストリンギングが検出されることが可能であるように、受信器において液滴形状を決定することが可能である。代替的な実施形態において、光ビーム５６のために選択された高さｈは、より大きい。
【０１４９】
図４および図５から明らかなように、液滴４８またはストランド４６の周囲に複数の発光体５２および複数の受信器５４、例えば２つまたは３つの発光体５２および２つまたは３つの受信器５４を配置することにより、液滴４８またはストランド４６の断面を決定することが有益であり得る。このように、１次元だけでなく、２または３次元でずれが検出可能であるので、液滴４８またはストランド４６の回転対称に関する結論が可能である。重要なことは光ビーム５６内における印刷材料４２の存在と量とだけであるので、適切に配置されていない印刷材料およびストリンギングの決定のために、１つの発光体５２および１つの受信器５４だけで十分である。
【０１５０】
図６は、本発明の一実施形態における、保持器６２内に配置された印刷ヘッド２２および光学測定ユニット５０の側面図を示す。印刷ヘッドは、移動軸３６上で可動であるように構成される。図２を参照して説明される３Ｄ印刷デバイス１０では、移動軸３６は、図２中に示されるｙ軸３２に対応する。ベースプレート３０は、Ｚ軸において印刷ヘッド２２から独立して可動である。
【０１５１】
光学測定ユニット５０は、繰り返しになるが発光体５２と受信器５４とを備え、発光体５２と受信器５４が放出デバイス２４の近くで出た印刷材料４２を測定することが可能であるように、発光体５２と受信器５４が配置される。発光体５２および受信器５４は、保持器６２に固定され、保持器６２は、移動軸３６に固定される手法で接続される。したがって、印刷ヘッド２２が、移動軸３６に対して直角な軸に沿って移動軸３６と一緒に動く場合、発光体５２および受信器５４が同様に対応して動かされる。
【０１５２】
図７は、本発明の一実施形態における発光体５２と受信器５４とを含む印刷ヘッド２２の側面図を示す。発光体５２および受信器５４の各々が光ファイバー６４により放出デバイス２４に、より近づけられる。測定は、透過光動作において実行される。本実施形態は、発光体５２および受信器５４が、原理的には３Ｄ印刷デバイス１０におけるいずれかの場所に配置されることが可能であり、印刷ヘッド２２の移動の際に動かされる必要があるとは限らないという、図６を参照して説明される実施形態を上回る利点をもつ。本例における光ファイバー６４の光出口エリアは、放出デバイス２４の放出開口のごく近傍にあり、例えば、光出口エリアは、放出デバイス２４の液滴またはストランドのチャンネル内に一体化されるか、または、光出口エリアは、放出デバイス２４上に装着具により固定される（図示せず）。
【０１５３】
図８は、本発明の一実施形態における発光体／受信器ユニット６８を含む印刷ヘッド２２の側面図を示す。光学測定ユニット５０は、本例において発光体／受信器ユニット６８により形成され、放出デバイス２４に近づく単一の光ファイバー６４を備える。測定は、反射光動作で実行される。
【図１】
2019500252.tif 000004
【図２】
2019500252.tif 000005
【図３】
2019500252.tif 000006
【図４】
2019500252.tif 000007
【図５】
2019500252.tif 000008
【図６】
2019500252.tif 000009
【図７】
2019500252.tif 000010
【図８】
2019500252.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成29年9月11日(2017.9.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの放出デバイス（２４）を有する少なくとも１つの印刷ヘッド（２２）を有する３Ｄ印刷デバイス（１０）を使用して物体（４０）を製造する方法であって、
放出デバイス（２４）が、物体（４０）を付加により製造するために、目標位置に印刷材料（４２）を配置するように構成され、
印刷材料（４２）および／またはサポート材料が出ているときに、または印刷材料（４２）および／またはサポート材料が出た後に、および印刷材料（４２）および／またはサポート材料が配置される前に、放出デバイス（２４）の領域内において、透過光動作において、または反射光動作において、少なくとも１回の輝度測定により、放出デバイス（２４）から出る印刷材料（４２）および／またはサポート材料が検出および／または幾何学的に測定されることを特徴とする、
物体（４０）を製造する方法。
【請求項２】
放出デバイス（２４）から出た印刷材料（４２）の重さが、さらに測定されることを特徴とする、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
放出デバイス（２４）から出た印刷材料（４２）の測定された形状と、適切な場合には測定された重さとが、印刷エラー、特に誤って適切に配置されていない印刷材料（４２）、異物の進入、および／またはストリンギングを検出するために使用されることを特徴とする、
請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
検出された誤って適切に配置されていない印刷材料（４２）が、特に硬化の方法ステップの前に再印刷されることを特徴とする、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
放出デバイス（２４）から出た印刷材料（４２）の測定された形状に基づいて、印刷ヘッド（２２）のクリーニングがトリガされ、および／または保守に関する助言が発せられることを特徴とする、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
放出デバイス（２４）から出る印刷材料（４２）の形状が、３Ｄ印刷デバイス（１０）の１つまたは複数の動作パラメータによる閉ループ制御下にあり、
前記パラメータが、次のリスト、すなわち、
印刷ヘッド（２２）の移動速度と、
物体（４０）が付加により製造されるベースプレート（３０）の上方における放出高さ（Ｈ）と、
印刷材料（４２）が受ける放出デバイス（２４）内に広がる物理的な圧力と、
材料容器内における物理的な供給圧力と、
ボクセルの場合における、印刷周波数と、ラム前進速度と、ラム引き戻し速度と、ジェッティング弁の開口時間と、ラムストロークと、
ストランドの場合における、流量と、供給器速度と、ラインの終端における材料収縮特性と、
から選択されることを特徴とする、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
輝度測定が、経時的に受信された信号と基準信号との比較の評価を含み、基準信号が、３Ｄ印刷デバイス（１０）の較正時に、または、物体（４０）または物体（４０）の層（４９）の印刷の開始時に記録されることを特徴とする、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
物体（４０）が、エラストマ製パーツ、特にシリコーンエラストマ製パーツであることを特徴とする、
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
印刷ヘッド（２２）の位置が、位置測定ユニット（２０）により継続的に決定され、印刷材料（４２）が、継続的に決定された印刷ヘッド（２２）の位置に応じて、放出デバイス（２４）により配置されることを特徴とする、
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの放出デバイス（２４）を有する少なくとも１つの印刷ヘッド（２２）を有する、３Ｄ印刷方法により物体（４０）を製造するための３Ｄ印刷デバイス（１０）であって、放出デバイス（２４）が、物体（４０）を付加により製造するために、目標位置に印刷材料（４２）を配置するために、制御ユニット（１４）を有し、
３Ｄ印刷デバイス（１０）が、印刷材料（４２）が出ているときに、または印刷材料（４２）が出た後に、および印刷材料（４２）が配置される前に、放出デバイス（２４）の領域内において、透過光動作において、または反射光動作において、少なくとも１回の輝度測定により、放出デバイス（２４）から出る印刷材料（４２）が検出されること、および／または幾何学的に測定されることが可能であるように配置および構成された少なくとも１つの光学測定ユニット（５０）を有することを特徴とする、
３Ｄ印刷デバイス（１０）。
【請求項１１】
光学測定ユニット（５０）が、印刷ヘッド（２２）の移動軸（３６）に配置されることを特徴とする、
請求項１０に記載の３Ｄ印刷デバイス（１０）。
【請求項１２】
光学測定ユニット（５０）が、少なくとも１つの光ファイバー（６４）を備え、光ファイバー（６４）の光出口エリアが、放出デバイス（２４）内に一体化されるか、または装着具により放出デバイス（２４）に固定されることを特徴とする、
請求項１０または請求項１１に記載の３Ｄ印刷デバイス（１０）。
【請求項１３】
少なくとも１つのベースプレート（３０）であって、その上に物体（４０）が付加により製造される少なくとも１つのベースプレート（３０）を有し、重量センサー（６６）がベースプレート（３０）に割り当てられた、
請求項１０から請求項１２のいずれか一項に記載の３Ｄ印刷デバイス（１０）。
【請求項１４】
３Ｄ印刷デバイスが、位置測定ユニット（２０）を有し、位置測定ユニット（２０）により印刷ヘッド（２２）の位置が継続的に決定可能であり、
位置測定ユニット（２０）が、放出デバイス（２４）の制御ユニット（１４）に接続され、
放出デバイス（２４）が、継続的に決定された印刷ヘッド（２２）の位置に応じて、印刷材料（４２）を配置するように構成された、
請求項１０から請求項１３のいずれか一項に記載の３Ｄ印刷デバイス（１０）。
【国際調査報告】
2019500252.tif 000012
2019500252.tif 000013
2019500252.tif 000014
2019500252.tif 000015
2019500252.tif 000016
2019500252.tif 000017
2019500252.tif 000018
2019500252.tif 000019