(57)【要約】  本開示は、三次元物体の形成のためのシステム及び方法を提供する。本開示の基材は、本明細書に記載の材料、プロセス、方法、及びシステムを使用して形成され得る。【選択図】図１
2019512410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元物体を形成するための方法であって、
（ａ）プリントヘッドのノズルと流体連結しているミキサと流体連結している少なくとも２つの材料カートリッジを提供する段階であって、前記少なくとも２つの材料カートリッジが建築材料を含有する段階と、
（ｂ）前記少なくとも２つの材料カートリッジからの建築材料を使用して、前記ミキサに第１の混合物を生成する段階と、
（ｃ）前記ミキサからの前記第１の混合物を、前記ノズルを通して支持体に導いて、前記支持体に隣接した前記三次元物体の第１の層を形成する段階であって、前記第１の層が第１の周囲と該第１の周囲内の領域の第１の小区分とを含む段階と、
（ｄ）前記少なくとも２つの材料カートリッジからの建築材料を使用して、前記ミキサに第２の混合物を生成する段階と、
（ｅ）前記ミキサからの前記第２の混合物を、前記ノズルを通して前記支持体に導いて、前記支持体に隣接した前記三次元物体の第２の層を形成する段階であって、前記第２の層が、第２の周囲と該第２の周囲内の領域の第２の小区分とを含み、前記第２の小区分の少なくとも一部が前記第１の小区分の少なくとも一部に隣接している段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
（ｄ）〜（ｅ）を少なくとも１０回繰り返す段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
（ｄ）〜（ｅ）を少なくとも１００回繰り返す段階をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
（ｄ）〜（ｅ）を少なくとも２００回繰り返す段階をさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ミキサがチャネルである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ミキサがチャンバである、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の小区分が前記第１の周囲によって囲まれた領域の９９％未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の小区分が前記第１の周囲によって囲まれた領域の９０％未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の小区分が前記第１の周囲によって囲まれた領域の７５％未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも２つの材料カートリッジが第１の色及び第２の色を有する建築材料を含み、前記第１の混合物が前記第１の色及び前記第２の色とは異なる第３の色を有するで、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の色が前記第２の色とは異なる、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記建築材料の少なくとも１つが、シリコーン、シリコーンゴム、ポリウレタン、フルオロエラストマー、アクリルペースト、エポキシ樹脂又はその組合せを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記建築材料の少なくとも１つが１０,０００,０００センチポアズ（ｃＰ）以下の粘度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記建築材料の少なくとも１つが１,０００,０００ｃＰ以下の粘度を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記建築材料の少なくとも１つが１００,０００ｃＰ以下の粘度を有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記三次元物体の前記第１の層が少なくとも０.１ミリメートルの厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記三次元物体アテリアルの前記第１の層が少なくとも０.２ミリメートルの厚さを有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記三次元物体の前記第１の層が０.１ミリメートル〜１００ミリメートルの厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記建築材料の少なくとも１つが液体状態にある、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記建築材料が、機械的力、空気力、重力、浸透圧差、圧力差又はその組合せによって前記ノズルに導かれる、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記プリントヘッドが前記支持体に対して前記第１の小区分に移動する、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記ノズルが、前記建築材料を前記支持体に導くことなく、前記第１の周囲内の前記第１の小区分の上を移動する、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記三次元物体が異方性である、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記三次元物体が等方性である、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記三次元物体の前記第１の層及び前記三次元物体の前記第２の層が、異なっている少なくとも１つの物理的特性を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの物理的特性が充填密度、引張り強さ又は色である、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１の小区分が前記三次元物体のモデル設計図に基づいている、請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
前記三次元物体が１週間未満の期間で形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
前記三次元物体が３日未満の期間で形成される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記三次元物体が３６時間未満の期間で形成される、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記三次元物体が１０ｍ×１０ｍ×１０ｍ未満の寸法を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３２】
前記三次元物体が１ｍ×１ｍ×１ｍ未満の寸法を有する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記三次元物体が０.５ｍ×０.５ｍ×０.５ｍ未満の寸法を有する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記モデル設計図が、前記三次元物体の少なくとも１０の平行な断面を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３５】
前記モデル設計図が、前記三次元物体の少なくとも１００の平行な断面を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記建築材料の少なくとも１つがポリマーを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３７】
前記三次元物体の前記第１の層及び前記三次元物体の前記第２の層が、同一である少なくとも１つの物理的特性を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３８】
前記少なくとも２つの材料カートリッジの建築材料が異なるパラメータを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３９】
前記異なるパラメータが色又は材料組成を含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記第２の層を形成したときに、前記三次元物体の断面が１００％は充填されていない、請求項１に記載の方法。
【請求項４１】
断面に沿って前記三次元物体が異なる充填密度の複数の区域を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４２】
前記三次元物体が等方性である充填密度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４３】
前記三次元物体が異方性である充填密度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４４】
前記三次元物体の空洞を充填する段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４５】
前記空洞が、前記三次元物体の所定の物理的特性を提供するように選択された充填速度で充填される、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記所定の物理的特性が、硬度、密度、引張り強さ及び破断伸びのうちの１つ又は複数である、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
三次元物体を形成するための方法であって、
（ａ）プリントヘッドのノズルと流体連結している少なくとも１つの材料容器を提供する段階であって、前記少なくとも１つの材料容器が少なくとも１つの建築材料を含む、段階と、
（ｂ）前記少なくとも１つの材料容器からの液体状態にある前記少なくとも１つの建築材料を、前記ノズルを通して支持体に導いて、前記支持体に隣接した前記三次元物体の第１の部分を形成する段階であって、その第１の部分が前記支持体に隣接した前記建築材料の凝固時に形成され、前記第１の部分が第１の物理的特性を含む、段階と、
（ｃ）前記少なくとも１つの材料容器からの前記液体状態にある前記少なくとも１つの建築材料を、前記ノズルを通して前記支持体に導いて、前記第１の部分又は前記支持体に隣接した前記三次元物体の第２の部分を形成する段階であって、その第２の部分が前記建築材料の凝固時に形成され、前記第２の部分が前記第１の物理的特性とは異なる第２の物理的特性を含む、段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項４８】
前記建築材料がポリマー材料である、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記建築材料が、前記建築材料へのエネルギーの適用時に凝固される、請求項４７又は請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記ポリマー材料が、シリコーン、ポリウレタン、エラストマー又はエポキシを含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項５１】
前記エラストマーがフルオロエラストマーである、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記建築材料に熱又は電磁エネルギーを適用して、前記建築材料を凝固させる段階をさらに含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項５３】
前記電磁エネルギーが紫外線である、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記少なくとも１つの材料容器からの前記液体状態にある前記少なくとも１つの建築材料を前記ノズルを通して前記支持体に導いて、前記三次元物体の第３の部分を形成する段階であって、その第３の部分が前記建築材料の凝固時に形成される、段階をさらに含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項５５】
前記第１の部分及び／又は前記第２の部分が前記建築材料の１又はそれ以上の層を含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項５６】
前記第１の物理的特性又は前記第２の物理的特性が、充填密度、引張り強さ及び色からなる群から選択される、請求項４７に記載の方法。
【請求項５７】
三次元物体を形成するための方法であって、
（ａ）少なくとも１つの材料容器からの液体状態にある少なくとも１つの建築材料をプリントヘッドのノズルを通して支持体に導く段階と、
（ｂ）前記支持体に隣接した前記少なくとも１つの建築材料の凝固時に、可変の充填密度で前記三次元物体の少なくとも一部を生成する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５８】
前記建築材料が前記ノズルを通して向けられる速度を調節して、前記三次元物体の前記少なくとも前記部分の充填密度を調節する段階をさらに含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
所与の断面にわたって、前記三次元物体が完全には充填されていない、請求項５７に記載の方法。
【請求項６０】
三次元物体を形成するためのシステムであって、
ノズルを備えるプリントヘッドと、
前記ノズルと流体連結しているミキサと、
前記ミキサと流体連結している少なくとも２つの材料容器であって、建築材料を含有するように構成されている、少なくとも２つの材料容器と、
前記少なくとも２つの材料容器に作動可能に結合されたコントローラであって、（ｉ）前記少なくとも２つの材料容器からの前記建築材料を使用して、前記ミキサに第１の混合物を生成し、（ｉｉ）前記ミキサからの前記第１の混合物を前記ノズルを通して支持体に導いて、前記支持体に隣接した前記三次元物体の第１の層を形成し、前記第１の層が、第１の周囲と該第１の周囲内の領域の第１の小区分とを含み、（ｉｉｉ）前記少なくとも２つの材料容器からの前記建築材料を使用して、前記ミキサに第２の混合物を生成し、（ｉｖ）前記ミキサからの前記第２の混合物を前記ノズルを通して前記支持体に導いて、前記支持体に隣接した前記三次元物体の第２の層を形成し、前記第２の層が、第２の周囲と該第２の周囲内の領域の第２の小区分とを含み、前記第２の小区分の少なくとも一部が前記第１の小区分の少なくとも一部に隣接しているようにプログラムされているコントローラと、
を具備することを特徴とするシステム。
【請求項６１】
前記ミキサがチャネルである、請求項６０に記載のシステム。
【請求項６２】
前記ミキサがチャンバである、請求項６０に記載のシステム。
【請求項６３】
前記プリントヘッドが、前記支持体に対して前記第１の小区分に移動するように構成されている、請求項６０に記載のシステム。
【請求項６４】
前記ノズルが、建築材料を前記支持体に導くことなく、前記第１の周囲内の前記第１の小区分の上を移動するように構成されている、請求項６０に記載のシステム。
【請求項６５】
前記少なくとも２つの材料容器が材料カートリッジである、請求項６０に記載のシステム。
【請求項６６】
三次元物体を形成するためのシステムであって、
ノズルを備えるプリントヘッドと、
前記ノズルと流体連結している少なくとも１つの材料容器であって、少なくとも１つの建築材料を含有するように構成されている、少なくとも１つの材料容器と、
前記少なくとも１つの材料容器に作動可能に結合されたコントローラであって、
（ｉ）前記少なくとも１つの材料容器からの液体状態にある前記少なくとも１つの建築材料を前記ノズルを通して支持体に導いて、前記支持体に隣接した前記三次元物体の第１の部分を形成し、その第１の部分が前記支持体に隣接した前記建築材料の凝固時に形成され、前記第１の部分が第１の物理的特性を含み、
（ｉｉ）前記少なくとも１つの材料容器からの前記液体状態にある前記少なくとも１つの建築材料を前記ノズルを通して前記支持体に導いて、前記第１の部分又は前記支持体に隣接した前記三次元物体の第２の部分を形成し、その第２の部分が前記建築材料の凝固時に形成され、前記第２の部分が前記第１の物理的特性とは異なる第２の物理的特性を含む、
ようにプログラムされている、コントローラと、
を具備することを特徴とするシステム。
【請求項６７】
前記少なくとも１つの材料容器が材料カートリッジである、請求項６６に記載のシステム。
【請求項６８】
三次元物体を形成するシステムであって、
ノズルを備えるプリントヘッドと、
前記ノズルと流体連結している少なくとも１つの材料容器であって、少なくとも１つの建築材料を含有するように構成されている、少なくとも１つの材料容器と、
前記少なくとも１つの材料容器に作動可能に結合されたコントローラであって、
（ｉ）前記少なくとも１つの材料容器からの液体状態にある前記少なくとも１つの建築材料を、前記プリントヘッドの前記ノズルを通して支持体に導き、
（ｉｉ）前記支持体に隣接した前記少なくとも１つの建築材料の凝固時に、可変の充填密度で前記三次元物体の少なくとも一部を生成する、
ようにプログラムされている、コントローラと、
を具備することを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、参照により全体が本明細書に組み込まれる、２０１６年３月１０日に出願された米国仮特許出願第６２／３０６,０８８号の優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
三次元印刷（３Ｄ印刷）は、様々な形及びサイズの三次元物体を作製するプロセスである。三次元物体は、モデル設計図に基づいて形成され得る。モデル設計図は、コンピュータ、図面を介して形成され得る、又は別の物体に基づき得る。
【０００３】
シリコン、シリコーンゴム、シリコナイズドアクリルコーキング材、ポリウレタン、及び硬化性樹脂を含めた種々の材料が三次元印刷に使用され得る。三次元印刷は、伝統的な方法では作製が困難であり得る物体を効率的に形成し得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
三次元（３Ｄ）印刷システム及び方法が利用可能である一方、本明細書では、いくらかの３Ｄ印刷システム及び方法に関する様々な問題が認識される。例えば、３Ｄ印刷システム及び方法は、材料組成、色勾配、密度、及び硬度などの調整可能な特性を有する３Ｄ物体の印刷が可能でないことがある。本明細書で提供される方法及びシステムは、調整可能な特性を有する３Ｄ物体の形成を有利に可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様では、本開示は、三次元物体を形成するための方法であって、（ａ）プリントヘッドのノズルと流体連結しているミキサと流体連結している少なくとも２つの材料カートリッジを提供することであって、少なくとも２つの材料カートリッジが建築材料を含有する、提供することと、（ｂ）少なくとも２つの材料カートリッジからの建築材料を使用して、ミキサ中に第１の混合物を生成することと、（ｃ）ミキサからの第１の混合物を、ノズルを通して支持体に向けて、支持体に隣接した三次元物体の第１の層を形成することであって、第１の層が第１の周囲と、第１の周囲内の領域の第１の小区分とを備える、形成することと、（ｄ）少なくとも２つの材料カートリッジからの建築材料を使用して、ミキサ中に第２の混合物を生成することと、（ｅ）ミキサからの第２の混合物を、ノズルを通して支持体に向けて、支持体に隣接した三次元物体の第２の層を形成することであって、第２の層が第２の周囲と、第２の周囲内の領域の第２の小区分とを備え、第２の小区分の少なくとも部分が第１の小区分の少なくとも部分に隣接している、形成することと、を含む三次元物体を形成するための方法を提供する。
【０００６】
幾つかの実施形態では、方法は、（ｄ）〜（ｅ）を少なくとも１０回繰り返すことをさらに含む。幾つかの実施形態では、方法は、（ｄ）〜（ｅ）を少なくとも１００回繰り返すことをさらに含む。幾つかの実施形態では、方法は、（ｄ）〜（ｅ）を少なくとも２００回繰り返すことをさらに含む。幾つかの実施形態では、ミキサは、チャネルである。幾つかの実施形態では、第１の小区分は、第１の周囲によって囲まれた領域の９９％未満である。幾つかの実施形態では、第１の小区分は、第１の周囲によって囲まれた領域の９０％未満である。幾つかの実施形態では、第１の小区分は、第１の周囲によって囲まれた領域の７５％未満である。幾つかの実施形態では、少なくとも２つの材料カートリッジは、第１の色及び第２の色のものである建築材料を含み、第１の混合物は、第１の色及び第２の色とは異なる第３の色のものである。幾つかの実施形態では、ｄ第１の色は、第２の色とは異なる。
【０００７】
幾つかの実施形態では、建築材料の少なくとも１つは、シリコーン、シリコーンゴム、ポリウレタン、フルオロエラストマー、アクリルペースト、エポキシ樹脂、又はその組合せを含む。幾つかの実施形態では、建築材料の少なくとも１つは、１０，０００，０００センチポアズ（ｃＰ）以下の粘度を有する。幾つかの実施形態では、建築材料の少なくとも１つは、１，０００，０００ｃＰ以下の粘度を有する。幾つかの実施形態では、建築材料の少なくとも１つは、１００，０００ｃＰ以下の粘度を有する。幾つかの実施形態では、三次元物体の第１の層は、少なくとも０．１ミリメートルの厚さを有する。幾つかの実施形態では、三次元物体材料の第１の層は、少なくとも０．２ミリメートルの厚さを有する。幾つかの実施形態では、三次元物体の第１の層は、０．１ミリメートル〜１００ミリメートルの厚さを有する。
【０００８】
幾つかの実施形態では、建築材料の少なくとも１つは、液体状態にある。幾つかの実施形態では、建築材料は、機械的力、空気力、重力、浸透圧差、圧力差、又はその組合せによってノズルに向けられる。幾つかの実施形態では、プリントヘッドは、支持体に対して第１の小区分に移動する。幾つかの実施形態では、ノズルは、建築材料を支持体に向けることなく、第１の周囲内の第１の小区分の上を移動する。幾つかの実施形態では、三次元物体は、異方性である。幾つかの実施形態では、三次元物体は、等方性である。
【０００９】
幾つかの実施形態では、三次元物体の第１の層及び三次元物体の第２の層は、異なっている少なくとも１つの物理的特性を有する。幾つかの実施形態では、少なくとも１つの物理的特性は、充填密度、引張り強さ又は色である。幾つかの実施形態では、第１の小区分は、三次元物体のモデル設計図に基づいている。幾つかの実施形態では、三次元物体は、１週間未満の期間で形成される。幾つかの実施形態では、三次元物体は、３日未満の期間で形成される。幾つかの実施形態では、三次元物体は、３６時間未満の期間で形成される。幾つかの実施形態では、三次元物体は、１０ｍ×１０ｍ×１０ｍ未満の寸法を有する。幾つかの実施形態では、三次元物体は、１ｍ×１ｍ×１ｍ未満の寸法を有する。幾つかの実施形態では、三次元物体は、０．５ｍ×０．５ｍ×０．５ｍ未満の寸法を有する。
【００１０】
幾つかの実施形態では、モデル設計図は、三次元物体の少なくとも１０の平行な断面を備える。幾つかの実施形態では、モデル設計図は、三次元物体の少なくとも１００の平行な断面を備える。幾つかの実施形態では、建築材料の少なくとも１つは、ポリマーを含む。幾つかの実施形態では、三次元物体の第１の層及び三次元物体の第２の層は、同じである少なくとも１つの物理的特性を有する。幾つかの実施形態では、少なくとも２つの材料カートリッジの建築材料は、異なるパラメータを有する。幾つかの実施形態では、異なるパラメータは、色又は材料組成を含む。
【００１１】
幾つかの実施形態では、第２の層を形成したときに、三次元物体の断面は、１００％は充填されていない。幾つかの実施形態では、断面に沿って、三次元物体は、異なる充填密度の複数の区域を有する。幾つかの実施形態では、三次元物体は、等方性である充填密度を有する。幾つかの実施形態では、三次元物体は、異方性である充填密度を有する。幾つかの実施形態では、方法は、三次元物体の空洞を充填することをさらに含む。幾つかの実施形態では、空洞は、三次元物体の所定の物理的特性を提供するように選択された充填速度で充填される。幾つかの実施形態では、所定の物理的特性は、硬度、密度、引張り強さ及び破断伸びの１つ又は複数である。
【００１２】
一態様では、本開示は、三次元物体を形成するための方法であって、（ａ）プリントヘッドのノズルと流体連結している少なくとも１つの材料容器を提供することであって、少なくとも１つの材料容器が少なくとも１つの建築材料を含む、提供することと、（ｂ）少なくとも１つの材料容器からの液体状態にある少なくとも１つの建築材料をノズルを通して支持体に向けて、支持体に隣接した三次元物体の第１の部分を形成することであって、その第１の部分が支持体に隣接した建築材料の凝固時に形成され、第１の部分が第１の物理的特性を含む、形成することと、（ｃ）少なくとも１つの材料容器からの液体状態にある少なくとも１つの建築材料をノズルを通して支持体に向けて、第１の部分又は支持体に隣接した三次元物体の第２の部分を形成することであって、その第２の部分が建築材料の凝固時に形成され、第２の部分が第１の物理的特性とは異なる第２の物理的特性を含む、形成することと、を含む、三次元物体を形成するための方法を提供する。
【００１３】
幾つかの実施形態では、建築材料は、ポリマー材料である。幾つかの実施形態では、建築材料は、建築材料へのエネルギーの適用時に凝固される。幾つかの実施形態では、ポリマー材料は、シリコーン、ポリウレタン、エラストマー、又はエポキシを含む。幾つかの実施形態では、エラストマーは、フルオロエラストマーである。幾つかの実施形態では、方法は、建築材料に熱又は電磁エネルギーを適用して、建築材料を凝固させることをさらに含む。幾つかの実施形態では、電磁エネルギーは、紫外線である。
【００１４】
幾つかの実施形態では、方法は、少なくとも１つの材料容器からの液体状態にある少なくとも１つの建築材料をノズルを通して支持体に向けて、三次元物体の第３の部分を形成することであって、その第２の部分が建築材料の凝固時に形成される、形成することをさらに含む。幾つかの実施形態では、第１の部分及び／又は第２の部分は、建築材料の１つ又は複数の層を備える。幾つかの実施形態では、第１の物理的特性又は第２の物理的特性は、充填密度、引張り強さ及び色からなる群から選択される。
【００１５】
一態様では、本開示は、三次元物体を形成するための方法であって、（ａ）少なくとも１つの材料容器からの液体状態にある少なくとも１つの建築材料をプリントヘッドのノズルを通して支持体に向けることと、（ｂ）支持体に隣接した少なくとも１つの建築材料の凝固時に、可変の充填密度で三次元物体の少なくとも部分を生成することと、を含む、三次元物体を形成するための方法を提供する。
【００１６】
幾つかの実施形態では、方法は、建築材料がノズルを通して向けられる速度を調節して、三次元物体の少なくとも部分の充填密度を調節することをさらに含む。幾つかの実施形態では、所与の断面にわたって、三次元物体が完全には充填されていない。
【００１７】
一態様では、本開示は、三次元物体を形成するためのシステムであって、ノズルを備えるプリントヘッドと、ノズルと流体連結しているミキサと、ミキサと流体連結している少なくとも２つの材料容器であって、建築材料を含有するように構成されている、少なくとも２つの材料容器と、少なくとも２つの材料容器に作動可能に結合されたコントローラであって、（ｉ）少なくとも２つの材料容器からの建築材料を使用して、ミキサ中に第１の混合物を生成し、（ｉｉ）ミキサからの第１の混合物をノズルを通して支持体に向けて、支持体に隣接した三次元物体の第１の層を形成し、第１の層が、第１の周囲と、第１の周囲内の領域の第１の小区分とを備え、（ｉｉｉ）少なくとも２つの材料容器からの建築材料を使用して、ミキサ中に第２の混合物を生成し、（ｉｖ）ミキサからの第２の混合物をノズルを通して支持体に向けて、支持体に隣接した三次元物体の第２の層を形成し、第２の層が、第２の周囲と、第２の周囲内の領域の第２の小区分とを備え、第２の小区分の少なくとも部分が第１の小区分の少なくとも部分に隣接しているようにプログラムされているコントローラと、を備える、三次元物体を形成するためのシステムを提供する。
【００１８】
幾つかの実施形態では、ミキサは、チャネルである。幾つかの実施形態では、ミキサは、チャンバである。幾つかの実施形態では、プリントヘッドは、支持体に対して第１の小区分に移動するように構成されている。幾つかの実施形態では、ノズルは、建築材料を支持体に向けることなく、第１の周囲内の第１の小区分の上を移動するように構成されている。幾つかの実施形態では、少なくとも２つの材料容器は、材料カートリッジである。
【００１９】
一態様では、本開示は、三次元物体を形成するためのシステムであって、ノズルを備えるプリントヘッドと、ノズルと流体連結している少なくとも１つの材料容器であって、少なくとも１つの建築材料を含有するように構成されている、少なくとも１つの材料容器と、少なくとも１つの材料容器に作動可能に結合されたコントローラであって、（ｉ）少なくとも１つの材料容器からの液体状態にある少なくとも１つの建築材料をノズルを通して支持体に向けて、支持体に隣接した三次元物体の第１の部分を形成し、その第１の部分が支持体に隣接した建築材料の凝固時に形成され、第１の部分が第１の物理的特性を含み、（ｉｉ）少なくとも１つの材料容器からの液体状態にある少なくとも１つの建築材料をノズルを通して支持体に向けて、第１の部分又は支持体に隣接した三次元物体の第２の部分を形成し、その第２の部分が建築材料の凝固時に形成され、第２の部分が第１の物理的特性とは異なる第２の物理的特性を含むようにプログラムされている、コントローラと、を備える、三次元物体を形成するためのシステムを提供する。幾つかの実施形態では、少なくとも１つの材料容器は、材料カートリッジである。一態様では、本開示は、三次元物体を形成するためのシステムであって、ノズルを備えるプリントヘッドと、ノズルと流体連結している少なくとも１つの材料容器であって、少なくとも１つの建築材料を含有するように構成されている、少なくとも１つの材料容器と、少なくとも１つの材料容器に作動可能に結合されたコントローラであって、（ｉ）少なくとも１つの材料容器からの液体状態にある少なくとも１つの建築材料を、プリントヘッドのノズルを通して支持体に向け、（ｉｉ）支持体に隣接した少なくとも１つの建築材料の凝固時に、可変の充填密度で三次元物体の少なくとも部分を生成するようにプログラムされている、コントローラと、を備える、三次元物体を形成するためのシステムを提供する。
【００２０】
本開示のさらなる態様及び利点は、本開示の例示的な実施形態のみが示され、記載される以下の詳細な説明から当業者に容易に明らかになるであろう。理解されるように、本開示は、他の異なる実施形態が可能であり、その幾つかの詳細は、すべて開示から逸脱することなく様々な明白な点で変更可能である。したがって、図面及び説明は、本質的に例示的であるとみなされるべきであり、限定的ではないとみなされるべきである。
【００２１】
参照による組み込み
個々の刊行物又は特許出願が具体的且つ個別に参照により組み入れられると示されているかのように同じ程度まで、本明細書で言及されたすべての刊行物及び特許出願は、参照により本明細書に組み込まれる。
【００２２】
本発明の新規な特徴は、添付の特許請求の範囲に詳細に記載されている。本発明の特徴及び利点は、本発明の原理が利用される例示的な実施形態を説明する以下の詳細な説明、及び添付の図面（本明細書では、「図（ｆｉｇｕｒｅ）」及び「図（ＦＩＧ．）」とも称される）を参照することによってよりよく理解される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】三次元印刷プロセスのフローチャートの概略図である。
【００２４】
【図２】各シリンジから建築材料をミキサに運ぶ典型的な機械的システムを例示するカートリッジシステムの正面図である。
【００２５】
【図３】図２のシリンジプランジャーを支持する典型的な棒の上面図である。
【００２６】
【図４】図１のシステムを使用した典型的な印刷プロセスの概略図である。
【００２７】
【図５】３Ｄ物体を形成するための３Ｄ移動ステージを有する典型的なシステムを例示する図である。
【００２８】
【図６】３Ｄカラープリンタの別の実施形態を例示する図である。
【００２９】
【図７】典型的な３Ｄカラー印刷プロセスを例示する図である。
【００３０】
【図８】カラー物体を構築するためのプロセスの典型的なフローダイヤグラムである。
【００３１】
【図９】３Ｄ印刷の一般的なプロセスの概略図である。
【００３２】
【図１０】中程度の充填密度の球の上面断面図である。
【００３３】
【図１１】高充填密度の球の上面断面図である。
【００３４】
【図１２】球の上面断面図である。
【００３５】
【図１３】前部及びかかとにおいて異なる充填密度を有する靴底の上面断面図である。
【００３６】
【図１４】異なる充填密度の３つの層を有する物体の側断面図である。
【００３７】
【図１５】前部及びかかとにおいて異なる材料を有する靴底の上面断面図である。
【００３８】
【図１６】異なる材料の３つの層を有する物体の側断面図である。
【００３９】
【図１７】層中の領域の小区分が蜂巣状又は六角形の形を含む、典型的な３Ｄ印刷された物体の写真である。
【００４０】
【図１８】層中の領域の小区分が正方形の形を含む、別の典型的な３Ｄ印刷された物体の写真である。
【００４１】
【図１９】ヒトの皮膚を模倣した別の典型的な３Ｄ印刷された物体の写真である。
【００４２】
【図２０】本明細書で提供された方法を実行するようにプログラムされているか又は構成されているコンピュータ制御システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本発明の様々な実施形態が本明細書に示され説明されてきたが、かかる実施形態が単なる例として提供されていることは、当業者には明らかであろう。本発明から逸脱することなく、多くの変形、変更、及び置換えが当業者に生じ得る。本明細書に記載された本発明の実施形態の様々な代替物が用いられ得ることを理解されたい。
【００４４】
本明細書で使用される「小区分」という用語は、一般に、総領域の１００％、９５％、９０％、８０％、７０％、７５％、６０％、５０％、４０％、３０％、２０％、又は１０％未満である物体の領域を表す。例えば、小区分は、総領域の５０％である。総領域は、少なくとも２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、５０、１００以上の小区分などの複数の小区分を有し得る。物体の各小区分は、選択された材料特性のセットを有し得る。
【００４５】
本明細書で使用される「層」という用語は、一般に、基材などの表面上の原子又は分子の層を表す。幾つかの場合には、層は、エピタキシャル層又は複数のエピタキシャル層（又はサブ層）を含む。層は、一般に、約１つの単原子単層（ＭＬ）から数十の単層、数百の単層、数千の単層、数百万の単層、数十億の単層、数兆又はそれ以上の単層の厚さを有し得る。一例では、層は、１つの単原子単層より大きな厚さを有する多層構造である。さらに、層は、複数の材料層を含み得る。
【００４６】
本明細書で使用される「建築材料」という用語は、一般に、三次元（３Ｄ）物体の少なくとも部分を生成するために使用され得る任意の材料を表す。建築材料は、固体、半固体又は液体形態にあってもよい。建築材料は、湿気、熱、紫外（ＵＶ）線などによって、又は他の手法によって凝固され得る液体形態にあってもよい。固体形態にある場合、固体は、粒子を含み得る。建築材料は、粉末形態にあってもよい。建築材料粉末は、少なくとも約５ナノメートル（ｎｍ）、１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍ、１マイクロメートル（μｍ）、５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、３５μｍ、３０μｍ、４０μｍ、４５μｍ、５０μｍ、５５μｍ、６０μｍ、６５μｍ、７０μｍ、７５μｍ、８０μｍ、又は１００μｍ以上の断面（例えば、直径）を有する個々の粒子を含み得る。かかる粉末は、加熱又は融解されて、３Ｄ物体を形成するために使用され得る液体を生成し得る。
【００４７】
本開示の３Ｄ物体を形成するための建築材料は、粘度、耐久性、色、伝導性及び／又は抵抗性などの異なる特性を有し得る。
【００４８】
例えば、異なる色を有する建築材料のセットを使用して、異なる色の３Ｄ物体を形成することができる。
【００４９】
本明細書で使用される「支持体」という用語は、一般に、３Ｄ物体を形成するために使用される材料が置かれる任意の工作物を表す。３Ｄ物体は、ベース上に直接、ベースから直接、又はベースに隣接して形成され得る。３Ｄ物体は、ベースの上方に形成され得る。支持体は、基材とすることができる。幾つかの場合には、支持体は、例えば、酸、塩基又は水への溶解を介して、後に除去され得る。他の材料（ビルド材料）が、三次元物体を形成し得る。支持体は、囲い（例えば、チャンバ）中に配置され得る。囲いは、元素金属、金属合金（例えば、ステンレス鋼）、セラミック、又は元素状炭素の同素体などの様々な型の材料で形成された１つ又は複数の壁を有し得る。囲いは、円形、三角形、正方形、長方形、もしくは部分形又はその組合せなどの様々な断面の形を有し得る。囲いは、熱的に絶縁されていてもよい。囲いは、断熱材を含み得る。囲いは、熱的又は環境的絶縁を提供し得る。ベースは、元素金属、金属合金、セラミック、炭素の同素体、又はポリマーを含み得る。ベースは、石、ゼオライト、粘土又はガラスを含み得る。
【００５０】
数値又は数値範囲に言及する場合の「約」という用語は、言及された数値又は数値範囲が実験的変動性内の（又は統計的な実験誤差内の）近似であることを意味し、したがって、数値又は数値範囲は、例えば、述べられた数値又は数値範囲の１％〜１５％の間で変動する。
【００５１】
囲いは、空気に開放されているか、制御された環境中に維持され得る。幾つかの例では、囲いは、不活性ガス（例えば、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ２、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｈ２、ＣＯ、ＣＯ２、又はＮｅ）などの不活性雰囲気下にある。囲いは、非反応性ガスで充填されてもよい。
【００５２】
代案として、囲いは、真空下に維持され得る。チャンバ中の圧力は、少なくとも１０−７トル、１０−６トル、１０−５トル、１０−４トル、１０−３トル、１０−２トル、１０−１トル、１トル、１０トル、１００トル、１バール、２バール、３バール、４バール、５バール、１０バール、２０バール、３０バール、４０バール、５０バール、１００バール、２００バール、３００バール、４００バール、５００バール、１０００バール以上とすることができる。囲い中の圧力は、少なくとも１００トル、２００トル、３００トル、４００トル、５００トル、６００トル、７００トル、７２０トル、７４０トル、７５０トル、７６０トル、９００トル、１０００トル、１１００トル、１２００トルとすることができる。囲い中の圧力は、最大１０−７トル、１０−６トル、１０−５トル、１０−４トル、１０−３トル、１０−２トル、１０−１トル、１トル、１０トル、１００トル、２００トル、３００トル、４００トル、５００トル、６００トル、７００トル、７２０トル、７４０トル、７５０トル、７６０トル、９００トル、１０００トル、１１００トル又は１２００トルとすることができる。幾つかの場合には、囲い内の圧力は、標準大気圧とすることができる。
【００５３】
三次元印刷（３Ｄ印刷）は、三次元物体を形成するプロセスを表し得る。かかるプロセスは、材料を加えることによって３Ｄ物体が形成される付加的製造、又は材料を除去することによって３Ｄ物体が形成される減法的製造を含み得る。一例では、三次元物体を形成するために、建築材料の複数の層が互いに隣接して連続的に層にされ得る。
【００５４】
幾つかの場合には、三次元物体は、建築材料で完全には充填されていない中空部分、空洞、又は領域を有し得る。中空構造は、作製及び材料コストを低減するために有利であり得る。幾つかの場合には、別個の物理的特性の物体であるが、外観は同一に見え得る物体を作ることが可能であり得る。これは、三次元物体の充填密度を変動させることによって達成され得る。対照的に、プラスチック、金属、又は他の堅い（ｈａｒｄ）もしくは堅い（ｓｔｉｆｆ）材料などの建築材料は、ユーザが、生じる三次元物体の物理的特性又はマクロ特性を大きく変動させることを可能にしない場合がある。
【００５５】
３Ｄ物体又は特定の領域又は３Ｄ物体を形成するために支持体上に向けられている建築材料の小区分の形成を導くために、モデル設計図が使用され得る。モデル設計図は、３Ｄ印刷ソフトウェアを使用することなど、コンピュータで生成された設計図とすることができる。建築材料の層は、形成された物体が三次元物体のモデル設計図の形になるまで、連続して層にされ得る。
【００５６】
材料
三次元物体は、表面上に形成され得る。表面は、平面、でこぼこした表面、容器、構築された箱、箱、テーブル、又はその任意の組合せとすることができる。
【００５７】
幾つかの場合には、本明細書で使用される建築材料は、シリコン、シリコーンゴム、シリコナイズドアクリルコーキング材、エポキシ樹脂、ポリウレタン、フルオロエラストマー、硬化性樹脂及び代替物を含み得る。建築材料は、モノマー、ダイマー、又はポリマーとすることができる。さらに、建築材料は、これらに限定されないが、混合チャンバを適切な温度に加熱することによって凝固され、融解した熱可塑的に加工可能な材料としてプリントヘッドに送達され得る流体又はペーストを含み得る。この代替の実施形態では、ビルド材料は、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン三元共重合体（ＡＢＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリ（メタ）アクリレート、ポリフェニレンスルフォン（ＰＰＳＵ）、ＨＤＰＥ、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、又はこれらのポリマーの少なくとも２つの混合物、又はポリマーのうちの１つの少なくとも５０重量％からなる混合物を含み得る。ここで（メタ）アクリレートという用語は、一般に、メタクリレート、例えば、メチルメタクリレート、エチルメタクリレートなど、又はアクリレート、例えば、エチルヘキシルアクリレート、エチルアクリレートなどのどちらか、又はさもなければ２つの混合物を表す。第３のノズルからの第２のビルド材料に関して、幾つかの場合にはポリメタクリレート又はポリカーボネートが使用され得る。第１の印刷ヘッドからの支持材料に関して、システムは、酸性、塩基性又は水溶性のポリマーを使用し得る。建築材料は、アクリルペースト、チョコレートペースト、ゼリー、紫外（ＵＶ）線硬化性樹脂、熱可塑性物質、又はシリコン固体もしくは半固体（例えば、粉末）とすることができる。
【００５８】
建築材料は、固体、液体、ゲル、又はその任意の組合せを含み得る。
【００５９】
建築材料は、シリコン、シリコーンゴム、シリコナイズドアクリルコーキング材、ポリウレタン、フルオロエラストマー、硬化性樹脂、又は凝固され得る流体もしくはペーストを含み得る。建築材料は、モノマー、ダイマー、又はポリマーを含み得る。ポリマーは、エポキシ樹脂とすることができる。幾つかの場合には、凝固プロセスは、化学反応、放射線照射、冷却、脱水、又は乾燥を伴い得る。自然に乾燥し得る材料も使用され得る。建築材料は、材料容器又は材料カートリッジ中にある場合、液体状態にあってもよい。建築材料が支持体に向けられた場合、建築材料は、凝固し得る又は凝固を経得る。支持体上の建築材料の凝固は、三次元物体の部分を形成し得る。凝固した建築材料は、液体状態にある場合の建築材料とは異なる第１の物理的特性を有し得る。凝固した建築材料は、液体状態にある場合の建築材料と同じ又は類似している第２の物理的特性を有し得る。
【００６０】
２つ以上の色の材料が、混合されて、所望の色の流体を形成し得るように、使用され得る。三次元物体を印刷するために使用される混合物は、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０以上のカートリッジからの建築材料を含み得、一緒に混合された１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０以上の異なる色の建築材料を含み得る。建築材料は、建築材料に可溶なピグメントで着色され得る。
【００６１】
幾つかの場合には、材料カートリッジは、建築材料の第１の型を含む。幾つかの場合には、プリンタが少なくとも２つの材料カートリッジを備える場合、２つの材料カートリッジは、建築材料の第１の型及び建築材料の第２の型のものである建築材料を備える。幾つかの場合には、プリンタが少なくとも２つの材料カートリッジを備える場合、少なくとも２つの材料カートリッジは、建築材料の同じ型のものである建築材料を備える。幾つかの場合には、異なるカートリッジからの建築材料を混合して、混合物を作製する場合、混合物は、建築材料第１の型及び／又は建築材料第２の型とは異なる建築材料の第３の型のものである。幾つかの場合には、三次元物体は、建築材料の単一の型のみを使用して形成され得る。
【００６２】
幾つかの場合には、材料カートリッジは、単一の色の建築材料を備える。幾つかの場合には、プリンタが少なくとも２つの材料カートリッジを備える場合、２つの材料カートリッジは、第１の色及び第２の色のものである建築材料を備える。幾つかの場合には、異なるカートリッジからの建築材料を混合して、混合物を作製する場合、混合物は、第１の色及び第２の色とは異なる第３の色のものである。
【００６３】
三次元物体を形成する場合、滑らかな色の遷移が可能である。幾つかの場合には、第１の混合物は、第２の混合物とは劇的に異なる又はわずかに異なる色とすることができる。したがって、滑らかな色の遷移は、三次元物体における色の勾配を達成することが可能である。
【００６４】
幾つかの場合には、建築材料は、生じる三次元物体の特徴を変え得る粒子、油又は水を含み得る。本明細書に記載された方法を使用する場合、三次元物体の物理的特徴は、変えられ得る。変えられ得る特徴は、剛性、硬度、スティフネス、柔軟性、耐久性、密度、引張り強さ、弾性、破断伸び、及び他の物理的又は化学的特性を含む。幾つかの場合には、三次元物体の第１の層、第１の小区分、又は第１の層の第１の断面は、三次元物体の第２の層、第２の小区分、又は第２の層の第２の断面と比較して異なる少なくとも１つの物理的特性を有し得、ここで、少なくとも１つの物理的特性は、剛性、硬度、スティフネス、柔軟性、耐久性、密度、引張り強さ、弾性、破断伸び、色、又はその組合せである。
【００６５】
幾つかの場合には、建築材料は、追加の添加剤、接着促進剤、又は接着剤も含み得る。建築材料は、マイクロ波によって又は磁場もしくは電場によって活性化され得る、又は加熱され得る。添加剤は、建築材料チャンバ中に予備混合されてもよく、又はプリントヘッドによる押出しの前に様々な他の建築材料チャンバとその後混合される別個のチャンバ中にあってもよい。例えば、１つ又は複数の建築材料は、別の建築材料と接触し得る架橋剤、開始剤又は促進剤を含み得る。接触の間、熱反応又は他の活性化などの反応が起こり得る。幾つかの場合には、建築材料の反応は、生じる混合物の弾性などの異なる特性を有する混合物を生成し得る。
【００６６】
幾つかの場合には、表面コーティングも加えられてもよく、その後、反応が起こり得、ここで、添加剤は、マイクロ波、熱、プラズマ、ＵＶ光又は磁場によって活性化され得る。幾つかの場合には、添加材の反応は表面上で起こり得、有利であり、三次元物体の表面上でのみ所望され得る。
【００６７】
代替の実施形態では、様々なシリンジからの添加剤は、それ自体が混合プロセス後に互いに反応して、化学的架橋を与えて凝固を触媒し、且つ／又は印刷プロセスの下流の建築材料が互いに向かって示す接着性を改善する。別の実施形態では、印刷プロセスの下流で、１つ又は複数のコーティング成分が生じる物体の表面上に堆積され得る。
【００６８】
建築材料は、微粒子を有する固体とすることができる。建築材料は、個々の粒子を含み得、粒子は、球状、楕円形、立方体、不規則な形状、又はその任意の組合せとすることができる。
【００６９】
建築材料は、実質的に均一なサイズの粒子を含み得る。建築材料は、少なくとも約０．１マイクロメートル、０．２マイクロメートル、０．３マイクロメートル、０．４マイクロメートル、０．５マイクロメートル、０．６マイクロメートル、０．７マイクロメートル、０．８マイクロメートル、０．９マイクロメートル、１マイクロメートル、２マイクロメートル、５マイクロメートル、１０マイクロメートル、２０マイクロメートル、３０マイクロメートル、４０マイクロメートル、５０マイクロメートル、６０マイクロメートル、７０マイクロメートル、８０マイクロメートル、９０マイクロメートル、１００マイクロメートル、２００マイクロメートル、３００マイクロメートル、４００マイクロメートル、５００マイクロメートル、６００マイクロメートル、７００マイクロメートル、８００マイクロメートル、９００マイクロメートル、又は１ミリメートルの粒子を含み得る。幾つかの場合には、建築材料は、１０マイクロメートル〜１００マイクロメートル、２０マイクロメートル〜９０マイクロメートル、３０マイクロメートル〜８０マイクロメートル、又は４０マイクロメートル〜６０マイクロメートルの粒子を含み得る。幾つかの場合には、建築材料は約５０マイクロメートルの粒子を含み得る。
【００７０】
三次元物体を形成する方法は、建築材料への複数の層の堆積を必要とし得る。三次元物体を形成する方法は、物体を形成するために、建築材料の少なくとも１層、２層、３層、４層、５層、６層、７層、８層、９層、１０層、５０層、１００層、２００層、５００層、７００層、１０００層、又はそれ以上の層を必要とし得る。物体は、物体の形成を完了するために、建築材料の１〜１０００層、１０〜７００層、１００〜５００層、又は２００〜４００層を必要とし得る。物体は、物体の形成を完了するために、建築材料の１０〜１０００層、１００〜７００層、２００〜６００層、又は３００〜５００層を必要とし得る。
【００７１】
建築材料の層は、表面上に均一に分布し得る。建築材料の層は、表面又は支持体の少なくとも部分上にある一定の厚さを有し得る。建築材料の層は、少なくとも約０．００１ミリメートル、０．０１ミリメートル、０．１ミリメートル、０．２ミリメートル、０．３ミリメートル、０．４ミリメートル、０．５ミリメートル、０．６ミリメートル、０．７ミリメートル、０．８ミリメートル、０．９ミリメートル、１ミリメートル、２ミリメートル、５ミリメートル、１０ミリメートル、２０ミリメートル、３０ミリメートル、４０ミリメートル、５０ミリメートル、６０ミリメートル、７０ミリメートル、８０ミリメートル、９０ミリメートル、又は１００ミリメートルの厚さを有し得る。建築材料の層は、０．１ミリメートル〜１０ミリメートル、０．３ミリメートル〜５ミリメートル、０．４ミリメートル〜２ミリメートル、０．５ミリメートル〜１ミリメートルの厚さを有し得る。幾つかの場合には、三次元物体は２つ以上の層を含み得、ここで、層のそれぞれの厚さは、同じでも、ほぼ同じでも、又は異なっていてもよい。
【００７２】
三次元物体は、皮膚又は組織を模倣し得、少なくとも約０．００１ミリメートル、０．０１ミリメートル、０．１ミリメートル、０．２ミリメートル、０．３ミリメートル、０．４ミリメートル、０．５ミリメートル、０．６ミリメートル、０．７ミリメートル、０．８ミリメートル、０．９ミリメートル、１ミリメートル、２ミリメートル、５ミリメートル、１０ミリメートル、２０ミリメートル、３０ミリメートル、４０ミリメートル、５０ミリメートル、６０ミリメートル、７０ミリメートル、８０ミリメートル、９０ミリメートル、又は１００ミリメートルの厚さを有し得る。
【００７３】
建築材料は、約１００，０００，０００センチポアズ（ｃＰ）、１０，０００，０００ｃＰ、１，０００，０００ｃＰ、１００，０００ｃＰ、１０，０００ｃＰ、１０００ｃＰ、９００ｃＰ、８００ｃＰ、７００ｃＰ、６００ｃＰ、５００ｃＰ、４００ｃｐ、３００ｃｐ、２００ｃｐ、１００ｃｐ、５０ｃｐ、１０ｃｐ、９ｃｐ、８ｃｐ、７ｃｐ、６ｃｐ、５ｃｐ、４ｃｐ、３ｃｐ、２ｃｐ、１ｃｐ以下の粘度を有し得る。結合物質は、１０００ｃＰ〜１００ｃＰ、７００ｃＰ〜２００ｃＰ、又は６００ｃＰ〜３００ｃＰの粘度を有し得る。
【００７４】
建築材料は、容器、ボトル、カップ、又はベッセル中に保管され得る。
【００７５】
幾つかの場合には、ミキサは、チャネル、チャンバ、チューブ、又はコネクタである。幾つかの場合には、異なる容器からの建築材料は、機械的ミキサによって混合され得、ブレード、泡立て器、又はその組合せを含み得る。
【００７６】
幾つかの場合には、プリントヘッドは、建築材料を取り込み、それを押し出して三次元物体を印刷し、プリントヘッド先端の寸法は、印刷された物体の解像度を規定し得る。幾つかの場合には、プリントヘッドは、針、ノズル、又はボールペンヘッドとすることができる。プリントヘッドは、材料選択、解像度要件、又は目詰まり防止に応じて、取り換え又は交換可能であり得る。幾つかの実施形態では、プリントヘッドモジュールは、建築材料を混合する能力を有し得る。例えば、静的混合ノズルが、入ってくる建築材料を混合し、それを押し出すことができるプリントヘッドモジュールとして利用され得る。静的混合ノズルは、溶液を手頃な価格で混合することができ、ノズル先端の内径は、大きなノズル（目詰まりの可能性を減少させ得る）と小さなノズルと（印刷の精度を上げ得る）の間で最適化され得る。
【００７７】
三次元物体は、同じであっても又は異なっていてもよい、高さ、幅、及び長さを有し得る。三次元物体は、個々に且つ独立して、約０．１ミリメートル、０．５ミリメートル、１ミリメートル、２ミリメートル、５ミリメートル、１０ミリメートル、２０ミリメートル、３０ミリメートル、４０ミリメートル、５０ミリメートル、６０ミリメートル、７０ミリメートル、８０ミリメートル、９０ミリメートル、１００ミリメートル、２００ミリメートル、３００ミリメートル、４００ミリメートル、５００ミリメートル、６００ミリメートル、７００ミリメートル、８００ミリメートル、９００ミリメートル、１メートル、又はそれ以上である高さ、幅、又は長さを有し得る。三次元物体は、約２０ミリメートル、５０ミリメートル、１００ミリメートル、２００ミリメートル、３００ミリメートル、４００ミリメートル、５００ミリメートル、６００ミリメートル、７００ミリメートル、８００ミリメートル、９００ミリメートル、１メートル、２メートル、３メートル、５メートル、１０メートル以上の高さを有し得る。三次元物体は、約２０ミリメートル、５０ミリメートル、１００ミリメートル、２００ミリメートル、３００ミリメートル、４００ミリメートル、５００ミリメートル、６００ミリメートル、７００ミリメートル、８００ミリメートル、９００ミリメートル、１メートル、２メートル、３メートル、５メートル、又は１０メートルを超える幅を有し得る。三次元物体は、約２０ミリメートル、５０ミリメートル、１００ミリメートル、２００ミリメートル、３００ミリメートル、４００ミリメートル、５００ミリメートル、６００ミリメートル、７００ミリメートル、８００ミリメートル、９００ミリメートル、１メートル、２メートル、３メートル、５メートル、又は１０メートルを超える長さを有し得る。幾つかの場合には、三次元物体は、約１ｍ×１ｍ×１ｍの寸法を有し得る。幾つかの場合には、三次元物体は、約５００ミリメートル×５００ミリメートル×５００ミリメートルの寸法を有し得る。幾つかの場合には、三次元物体は、約２００ミリメートル×２００ミリメートル×２００ミリメートルの寸法を有し得る。
【００７８】
方法
一態様では、本開示は、三次元物体を形成するための方法を提供する。方法は、プリントヘッドのノズルと流体連結しているミキサと流体連結している少なくとも２つの材料カートリッジを提供することを含み得る。少なくとも２つの材料カートリッジは、建築材料を含有し得る。次に、少なくとも２つの材料カートリッジからの建築材料を使用して、ミキサ中に第１の混合物を生成することができる。第１の混合物は、ミキサからノズルを通して支持体に向けられて、支持体に隣接した三次元物体の第１の層を形成することができる。第１の層は、第１の周囲と、第１の周囲内の領域の第１の小区分とを備え得る。次に、少なくとも２つの材料カートリッジからの建築材料を使用して、ミキサ中に第２の混合物を生成することができる。第２の混合物は、次いで、ミキサからノズルを通して支持体に向けられて、支持体に隣接した三次元物体の第２の層を形成することができる。第２の層は、第２の周囲と、第２の周囲内の領域の第２の小区分とを備え得、ここで、第２の小区分の少なくとも部分は、第１の小区分の少なくとも部分に隣接する。
【００７９】
かかる操作は、少なくとも２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、５０、１００、２００、３００、４００、５００、１０００回又はそれ以上繰り返され得る。
【００８０】
別の態様では、本開示は、三次元物体を形成するためのシステムを提供する。方法は、流体連結しているミキサと流体連結してもよいノズルを備えるプリントヘッドを含み得る。少なくとも２つの材料カートリッジは、ミキサと流体連結してもよい。少なくとも２つの材料カートリッジは、建築材料を含有するように構成してもよい。コントローラは、少なくとも２つの材料カートリッジに作動可能に結合され得る。コントローラは、少なくとも２つの材料カートリッジからの建築材料を使用して、ミキサ中に第１の混合物を生成するようにプログラムされていてもよい。コントローラは、ミキサからの第１の混合物をノズルを通して支持体に向けて、支持体に隣接した三次元物体の第１の層を形成するようにプログラムされていてもよい。第１の層は、第１の周囲と、第１の周囲内の領域の第１の小区分とを備え得る。コントローラは、少なくとも２つの材料カートリッジからの建築材料を使用して、ミキサ中に第２の混合物を生成するようにプログラムされていてもよい。コントローラは、ミキサからの第２の混合物をノズルを通して支持体に向けて、支持体に隣接した三次元物体の第２の層を形成するようにプログラムされていてもよい。第２の層は、第２の周囲と、第２の周囲内の領域の第２の小区分とを備え得る。第２の小区分の少なくとも部分は、第１の小区分の少なくとも部分に隣接してもよい。
【００８１】
装置を使用して、プリントヘッド及び押出しモジュールを含む三次元物体を作ることができる。押出しモジュールは、建築材料を１つ又は複数のカートリッジからプリントヘッドに移送することができるようにしてもよい。カートリッジは、タンク、ボトル、シリンジ、又は粘性材料を保持することができる任意の容器とすることができる。建築材料をカートリッジからプリントヘッドに運ぶために使用される力は、機械的力、空気力、重力、浸透圧差、表面張力、磁力、又は圧力差によって引き起こされる力とすることができる。プリントヘッドは、印刷された物体の解像度を決定することができ、プラスチック、金属、又は他の材料で作られ得る。
【００８２】
幾つかの場合には、ノズルは、第１の周囲内の第１の小区分の上を移動するとき、建築材料を支持体に向けることなく、支持体の上を移動するように構成されている。かかる動きは、相対的運動とすることができる。幾つかの例では、ノズルは移動されるが支持体は静止している。代案として、ノズルは静止しているが、支持体は（例えば、ＸＹ平面に沿って）移動される。別の代案として、ノズル及び支持体の両方が移動される。
【００８３】
小区分は、第１の周囲によって囲まれた領域の約９９％、９５％、９０％、８０％、７５％、７０％、６０％、５０％、４０％、３０％、２０％、又は１０％未満とすることができる。幾つかの場合には、物体の断面は、１００％は充填されず、１００％、９９％、９５％、９０％、８０％、７５％、７０％、６０％、５０％、４０％、３０％、２０％、又は１０％未満が充填され得る。
【００８４】
幾つかの場合には、方法は、三次元物体の空洞を充填することをさらに含み、ここで、空洞は、三次元物体の体積の最大９９％、９５％、９０％、８０％、７５％、７０％、６０％、５０％、４０％、３０％、２０％、又は１０％を構成する。三次元物体の空洞は、少なくとも約０．０１立方ミリメートル毎秒（ｍｍ３／ｓ）、０．１ｍｍ３／ｓ、０．２ｍｍ３／ｓ、０．３ｍｍ３／ｓ、０．４ｍｍ３／ｓ、０．５ｍｍ３／ｓ、０．６ｍｍ３／ｓ、０．７ｍｍ３／ｓ、０．８ｍｍ３／ｓ、０．９ｍｍ３／ｓ、１ｍｍ３／ｓ、２ｍｍ３／ｓ、３ｍｍ３／ｓ、４ｍｍ３／ｓ、５ｍｍ３／ｓ、６ｍｍ３／ｓ、７ｍｍ３／ｓ、８ｍｍ３／ｓ、９ｍｍ３／ｓ、１０ｍｍ３／ｓ、１００ｍｍ３／ｓ、５００ｍｍ３／ｓ、１０００ｍｍ３／ｓ、２０００ｍｍ３／ｓ、３０００ｍｍ３／ｓ、４０００ｍｍ３／ｓ、５０００ｍｍ３／ｓ、６０００ｍｍ３／ｓ、７０００ｍｍ３／ｓ、８０００ｍｍ３／ｓ、９０００ｍｍ３／ｓ、１０，０００ｍｍ３／ｓ以上の平均速度で充填され得る。
【００８５】
小区分は、パターンを有し得、パターンは、蜂巣状形、ダイヤモンド形、正方形、円形、又はその組合せを有し得る。図１７は、層中の領域の小区分が蜂巣状又は六角形の形を含む、典型的な３Ｄ印刷された物体の写真である。図１８は、層中の領域の小区分が正方形の形を含む、別の典型的な３Ｄ印刷された物体の写真である。
【００８６】
三次元物体の断面は、異なる充填密度を有すると称され得る。断面は、同じ充填密度、異なる充填密度、又は充填密度の勾配を有する断面を有し得る。形成された三次元物体は、建築材料の凝固後に可変の充填密度を有する部分を少なくとも有し得る。幾つかの場合には、三次元物体の層又は断面の充填密度は、少なくとも約１％、２％、３％、４％、５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、又は９５％とすることができる。
【００８７】
三次元物体の第１の断面は、同じ三次元物体の第２の断面と同じ又は実質的に類似した物理的特性を有し得る。代わりに、三次元物体の第１の断面は、同じ三次元物体の第２の断面とは異なる物理的特性を有し得る。
【００８８】
三次元物体の第１の層は、同じ三次元物体の第２の層と同じ又は実質的に類似した物理的特性を有し得る。代わりに、三次元物体の第１の層は、同じ三次元物体の第２の層とは異なる物理的特性を有し得る。
【００８９】
幾つかの場合には、三次元（３Ｄ）物体の硬度は、Ｓｈｏｒｅ  Ａ  Ｈａｒｄｎｅｓｓ  Ｓｃａｌｅに従って測定され得る。３Ｄ物体は、少なくとも約１Ａ、２Ａ、３Ａ、４Ａ、５Ａ、６Ａ、７Ａ、８Ａ、９Ａ、１０Ａ、１５Ａ、２０Ａ、２５Ａ、３０Ａ、４０Ａ、５０Ａ、６０Ａ、７０Ａ、８０Ａ、９０Ａ、１００Ａ、１５０Ａ、２００Ａ、又はそれ以上の硬度を有し得る。幾つかの場合には、３Ｄ物体は、最大約２００Ａ、１５０Ａ、１００Ａ、９０Ａ、８０Ａ、７０Ａ、６０Ａ、５０Ａ以下の硬度を有し得る。硬度は、１Ａ〜１００Ａ、又は５Ａ〜８０Ａとすることができる。
【００９０】
幾つかの例では、三次元物体の層又は断面の充填密度は、三次元物体の異なる物理的特性を与え得る。三次元物体の硬度は、物体の充填密度に関連し得る。例えば、より高い充填密度は、より低い充填密度よりも大きな硬度を与え得る。
【００９１】
幾つかの例では、２つの建築材料カートリッジは、異なる物理的特性又はパラメータを有する。２つの建築材料カートリッジは、異なる色又は異なる材料組成のものである建築材料を有し得る。
【００９２】
図１３は、前部１３０５及びかかと１３０１において異なる充填密度を有する靴底の上面断面図である。図１４は、異なる充填密度の３つの層１４０５、１４１０、及び１４１５を有する物体の側断面図である。
【００９３】
幾つかの場合には、物体は、異なる建築材料を含み得る。図１５は、前部１５０５及びかかと１５０１において異なる材料を有する靴底の上面断面図である。図１６は、異なる材料の３つの層１６０５、１６１０、及び１６１５を有する物体の側断面図である。
【００９４】
本開示は、１つの物体内に２つ以上の材料を使用することによって物理的特性を変える方法も含む。例えば、靴底は、靴底の異なる部分において別個の機械的特性を提供するために３つの材料からなり得る。代わりに、幾つかの場合には、物体は、異なる材料の複数の層を有し得る。本開示は、おそらく異なる構造を有する、マルチマテリアル物体が１つのプロセスで作られることを可能にする。
【００９５】
本明細書に記載の三次元物体は、プリンタを使用して形成され得る。プリンタは、保管された建築材料を有する１つ又は複数のカートリッジを含み得る。１つ又は複数のカートリッジからの建築材料の混合物は、ミキサ中で形成され得る。混合物は、材料の押出しのためにノズル又はプリントヘッドに向けられ得る。混合物は、支持体に向かって押し出され得る。ノズル又はプリントヘッドは、建築材料を連続的に押し出し得る、又は建築材料を押し出すことなく支持体の部分の上を通過し得る。
【００９６】
建築材料の層は、プリントヘッド又はプリントヘッドのノズルを介して支持体上に堆積され得る。プリントヘッドの構成要素と表面上の建築材料の層との間の距離は、少なくとも１センチメートル（ｃｍ）、５ｃｍ、１０ｃｍ、２０ｃｍ、３０ｃｍ、４０ｃｍ、５０ｃｍ、６０ｃｍ、７０ｃｍ、８０ｃｍ、９０ｃｍ、１ｍ以上とすることができる。プリントヘッドの構成要素と建築材料の層との間の距離は、三次元物体の形成の過程にわたって変化し得る。幾つかの場合には、プリントヘッドの構成要素と建築材料の層との間の距離は、三次元物体の形成の過程にわたって減少し得る。
【００９７】
建築材料は、建築材料のリザーバー又はベッセルに保管され得る。リザーバーは、少なくとも約１０グラム（ｇｒ）、１００ｇｒ、２００ｇｒ、５００ｇｒ、７５０ｇｒ、１キログラム（ｋｇ）、２ｋｇ、５ｋｇ、１０ｋｇ以上の建築材料を保持することができる。
【００９８】
プリントヘッドは、少なくとも約０．０１立方ミリメートル毎秒（ｍｍ３／ｓ）、０．１ｍｍ３／ｓ、０．２ｍｍ３／ｓ、０．３ｍｍ３／ｓ、０．４ｍｍ３／ｓ、０．５ｍｍ３／ｓ、０．６ｍｍ３／ｓ、０．７ｍｍ３／ｓ、０．８ｍｍ３／ｓ、０．９ｍｍ３／ｓ、１ｍｍ３／ｓ、２ｍｍ３／ｓ、３ｍｍ３／ｓ、４ｍｍ３／ｓ、５ｍｍ３／ｓ、６ｍｍ３／ｓ、７ｍｍ３／ｓ、８ｍｍ３／ｓ、９ｍｍ３／ｓ、１０ｍｍ３／ｓ、１００ｍｍ３／ｓ、５００ｍｍ３／ｓ、１０００ｍｍ３／ｓ、２０００ｍｍ３／ｓ、３０００ｍｍ３／ｓ、４０００ｍｍ３／ｓ、５０００ｍｍ３／ｓ、６０００ｍｍ３／ｓ、７０００ｍｍ３／ｓ、８０００ｍｍ３／ｓ、９０００ｍｍ３／ｓ、１０，０００ｍｍ３／ｓ以上の平均速度で建築材料を分配し得る。プリントヘッドは、最大約１００ｍｍ３／ｓ、９０ｍｍ３／ｓ、８０ｍｍ３／ｓ、７０ｍｍ３／ｓ、６０ｍｍ３／ｓ、５０ｍｍ３／ｓ、４０ｍｍ３／ｓ、３０ｍｍ３／ｓ、２０ｍｍ３／ｓ、１０ｍｍ３／ｓ、９ｍｍ３／ｓ、８ｍｍ３／ｓ、７ｍｍ３／ｓ、６ｍｍ３／ｓ、５ｍｍ３／ｓ、４ｍｍ３／ｓ、３ｍｍ３／ｓ、２ｍｍ３／ｓ、１ｍｍ３／ｓ以下の平均速度で建築材料を分配し得る。プリントヘッドは、約０．０１ｍｍ３／ｓ〜１００ｍｍ３／ｓ、又は０．１ｍｍ３／ｓ〜１０ｍｍ３／ｓの平均速度で建築材料を分配し得る。プリンタは、プリントヘッドが建築材料を分配する速度、又は建築材料が支持体に向けられる速度を調節し得る。速度は、三次元物体の少なくとも部分の充填密度を調節し得る。
【００９９】
建築材料は、容器、プリントヘッド、ノズル、又はポンプからある一定の流速で建築材料の層に適用され得る。幾つかの場合には、建築材料は、約１００ｍＬ／ｓ、９０ｍＬ／ｓ、８０ｍＬ／ｓ、７０ｍＬ／ｓ、６０ｍＬ／ｓ、５０ｍＬ／ｓ、４０ｍＬ／ｓ、３０ｍＬ／ｓ、２０ｍＬ／ｓ、１０ｍＬ／ｓ、９ｍＬ／ｓ、８ｍＬ／ｓ、７ｍＬ／ｓ、６ｍＬ／ｓ、５ｍＬ／ｓ、４ｍＬ／ｓ、３ｍＬ／ｓ、２ｍＬ／ｓ、又は１ｍＬ／ｓ以下の流速で適用され得る。
【０１００】
幾つかの場合には、建築材料は、力によってノズルに向けられる。力は、機械的力、空気力、重力、浸透圧差、圧力差、又はその組合せとすることができる。建築材料は、正圧又は負圧を使用してノズルに向けられ得る。正圧は、圧縮機を使用して提供され得る。負圧は、ポンプを使用して提供され得る。
【０１０１】
幾つかの場合には、ノズルは支持体に対して領域の小区分に移動する。幾つかの場合には、ノズルは、建築材料を支持体の方に向けることなく、支持体のある一定の領域上を移動して、三次元物体の層の開放領域を形成し得る。
【０１０２】
幾つかの場合には、本明細書に記載された方法で作られた三次元物体は、材料が同一である場合でさえ異なる特性を有し得る。印刷された三次元物体の物理的特性を制御する１つの方法は、印刷された物体の内部構造を変動させることであり得る。従来のＦＤＭ３Ｄプリンタは、様々な内部構造の物体を作ることができるが、作製された熱可塑性物体の物理的特性はほとんど変化しない。現在の方法は、粘性材料を建築材料として使用し得、印刷された三次元物体は柔軟であり得る。印刷された物体の密度、ヤング率、引張り強さ、硬度、靭性、又はガス透過性は、その内部構造に応じて変動し得る。例えば、３Ｄ印刷されたシリコーン物体の充填密度は、その硬度及びヤング率に影響を及ぼし得る。充填密度が高い場合、硬度及びヤング率がより高い。より高いファイル密度の物体は、より多くの建築材料を必要とし、造るのに時間がより長くかかり得る。
【０１０３】
内部構造はまた、たとえ物体が外部的に等方性に見えても、異方性内部構造を作ることによって、印刷された物体を異方性にし得る。例えば、立方体内部構造の物体は、Ｘ方向及びＹ方向において類似した機械的特性を有する。垂直線内部構造（Ｙ方向に沿った壁）のみを有する物体は、Ｘ方向及びＹ方向に異方性の機械的特性を有し得る。この例に基づいて、本明細書に記載された方法は、内部構造を調整することによって、異方性物理的特性の三次元物体を作り得る。開示はまた、物理的特性が印刷された物体全体にわたって変動することを可能にする。物体が幾つかの硬い区域と幾つかの軟らかい区域を含有することが可能である。例えば、３Ｄ印刷された靴底は、１つにおいて靴底を複数の密度で組み立てることによって、軟らかいつま皮及び硬い盛り上がり部分を有することができ、生成物が異なる適用に適合することを可能にする。同様に、物体は、靴底の一般的な構造である、垂直軸に沿った別個の構造を有し得る。
【０１０４】
三次元物体の層のある領域は、建築材料を含まなくてもよい。三次元物体の設計図は、例えば、硬度、柔軟性、耐久性、手触り及び密度などの三次元物体の物理的特性に影響を及ぼし得る。三次元物体は、異方性であってもよい。かかる異方性三次元物体は、異なる方向で測定された場合に異なる１つ又は複数の物理的特性を有し得る。三次元物体は、等方性であってもよい。かかる等方性三次元物体は、異なる方向で測定された場合に同じである１つ又は複数の物理的特性を有し得る。
【０１０５】
建築材料は、三次元物体の層の周囲に適用され得る。建築材料は、周囲内の領域に適用され得る。建築材料は、層の約１％、５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％又は９９％を超える領域に適用され得る。幾つかの場合には、建築材料は、層の約９９％、９０％、８０％、７０％、６０％、５０％、４０％、３０％、２０％、又は１０％未満の領域に適用され得る。幾つかの場合には、建築は、層の５％〜９０％、１０％〜８０％、３０％〜７０％、４０％〜６０％、又は４０％〜６０％に適用される。
【０１０６】
プリントヘッド又はノズルヘッドと表面上の建築材料の層との間の距離は、建築材料の単一層の適用を通して一定であり得る。プリントヘッド又はノズルヘッドと表面上の建築材料の層との間の距離は、建築材料の層のある適用から層の別の適用で異なり得る。幾つかの場合には、プリントヘッド又はノズルヘッドと建築材料の層との間の距離は、三次元物体の層の数が増加するにつれて減少する。プリントヘッド又はノズルヘッドと表面上の建築材料の層との間の距離は、少なくとも０．１ミリメートル（ｍｍ）、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４００ｍｍ、５００ｍｍ、６００ｍｍ、７００ｍｍ、８００ｍｍ、９００ｍｍ、１０００ｍｍ以上とすることができる。
【０１０７】
三次元物体の層は、閉鎖空間内又は容器中に形成、又は部分的に形成され得る。閉鎖空間は、水素、窒素、アルゴン、酸素、二酸化炭素、又はその任意の組合せを含み得る。幾つかの場合には、閉鎖空間内の酸素のレベルは、１００，０００百万分率（ｐｐｍ）、１０，０００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、４００ｐｐｍ、２００ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、５ｐｐｍ又は１ｐｐｍ未満とすることができる。閉鎖空間は、水蒸気を含み得る。閉鎖空間内の水の量は、１００，０００百万分率、１０，０００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、４００ｐｐｍ、２００ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、５ｐｐｍ、又は１ｐｐｍ未満とすることができる。三次元物体は、大気に暴露されながら形成され、又は部分的に形成され得る。大気は、水素、窒素、アルゴン、酸素、二酸化炭素、又はその任意の組合せを含み得る。三次元物体の層は、開放された大気下で形成されてもよく、容器中に形成されなくてもよい。開放された大気は、部屋又は建物内にあってもよく、ここで、部屋又は建物内の空気は、大気の空気に開放されている。
【０１０８】
三次元物体は、少なくとも約１分、２分、３分、４分、５分、６分、７分、８分、９分、１０分、３０分、１時間、２時間、３時間、４時間、５時間、１０時間、２０時間、３０時間、４０時間、５０時間、７５時間、４日間、５日間、１週間、２週間、３週間、４週間の期間で形成され得る。三次元物体は、１分〜５０時間、３０分〜３０時間、１時間〜２０時間、２時間〜１０時間、又は３時間〜１０時間の期間で形成され得る。
【０１０９】
コンピュータシステム又はコントローラが、三次元物体のモデルを設計するために、本開示の方法において使用され得る。コンピュータシステムは、物体の形成前に情報で予めプログラムされ得る。モデル設計図は、三次元物体の形成の開始前に生成されてもよく、又はモデル設計図は、リアルタイムで（すなわち、三次元物体の形成のプロセス中に）生成されてもよい。モデル設計図は、コンピュータ上で生成され得る。
【０１１０】
幾つかの場合には、形成された三次元物体は、モデル設計図の寸法からの逸脱を有し得る。形成された三次元物体及びモデル設計図の逸脱は、最大１ｃｍ、９ｍｍ、８ｍｍ、７ｍｍ、６ｍｍ、５ｍｍ、４ｍｍ、３ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍ、９０マイクロメートル、８０マイクロメートル、７０マイクロメートル、６０マイクロメートル、５０マイクロメートル、４０マイクロメートル、３０マイクロメートル、２０マイクロメートル、１０マイクロメートル、５マイクロメートル以下とすることができる。
【０１１１】
形成された三次元物体とモデル設計図との間に逸脱が存在してもよい。三次元物体の個々の部分は、モデル設計図の相当する部分から少なくとも約０．１％、１％、２％、３％、４％、５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％又は９９％逸脱し得る。
【０１１２】
モデル設計図は、少なくとも約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１００、１０００、１０，０００、５０，０００又は１００，０００の断面を含み得る。モデル設計図は、物体の１〜１０００の断面（又は切片）、１０〜７００の断面、１００〜５００の断面、又は２００〜４００の断面を含み得る。モデル設計図は、三次元物体の１０〜１０００の断面、１００〜７００の断面、２００〜６００の断面、又は３００〜５００の断面を含み得る。かかる断面（又は切片）は、３Ｄ印刷ソフトウェアによって生成され得、三次元物体のモデル設計図に従い得る。
【０１１３】
建築材料の流れがプリントヘッドから押し出される速度は、少なくとも約１ｍｍ／秒（ｓ）、１０ｍｍ／ｓ、１００ｍｍ／ｓ、２００ｍｍ／ｓ、３００ｍｍ／ｓ、４００ｍｍ／ｓ、５００ｍｍ／ｓ、６００ｍｍ／ｓ、７００ｍｍ／ｓ、８００ｍｍ／ｓ、９００ｍｍ／ｓ、１０００ｍｍ／ｓ、１２５０ｍｍ／ｓ、１５００ｍｍ／ｓ、１７５０ｍｍ／ｓ、２０００ｍｍ／ｓ以上とすることができる。建築材料の流れがプリントヘッドから押し出される速度は、少なくとも約１ｍｍ／分、１０ｍｍ／分、１００ｍｍ／分、２００ｍｍ／分、３００ｍｍ／分、４００ｍｍ／分、５００ｍｍ／分、６００ｍｍ／分、７００ｍｍ／分、８００ｍｍ／分、９００ｍｍ／分、１０００ｍｍ／分、１２５０ｍｍ／分、１５００ｍｍ／分、１７５０ｍｍ／分、２０００ｍｍ／分以上とすることができる。
【０１１４】
幾つかの場合には、本明細書に記載された方法は、完全に自動化されたプロセスとすることができる。三次元物体の設計図は、コンピュータプログラム又はソフトウェアから生成され得る。かかる設計図は、ユーザの要求に応じて生成され得る。混合物の生成は、コンピュータシステムによって自動化され得る。支持体への混合物の方向付けは、コンピュータシステムによって自動化され得る、又は制御され得る。幾つかの場合には、本明細書に記載された方法のステップは、完全に自動化されたプロセスではないことがあり、作業者を必要とし得る。
【０１１５】
幾つかの場合には、本明細書に記載されたプロセスは、プリントヘッド、建築材料、及び印刷面を伴う。建築材料は、プリントヘッドから流れ、プリントヘッドが別の位置に移動した後に印刷面にくっつき得る。中空内部構造の三次元物体を作るために、プリントヘッドは、印刷面の小区域のみに移動し得る。代わりに、プリントヘッドは、表面の小区域中の流れる建築材料を停止させ得る。幾つかの場合には、印刷面の一部のみが建築材料で堆積される。制御システム（ＰＣ、モバイルデバイス、タブレット、又はインプットを受け取ることができる他のデバイス）のパラメータを調整することによって、充填密度の程度が制御され得、これにより、印刷された三次元物体の様々な物理的特性を与えることができる。
【０１１６】
図１は、複数の建築材料カートリッジ１１、ミキサ１２、及び単一の熱押出機を有するプリントヘッド１３を含む典型的なカラー３Ｄ印刷システムを示す。カートリッジ１１に保管された建築材料は、液体又は半液体の状態にある場合、プリントヘッド１３に運ばれ、経路に沿って混合され、先端から堆積され得る。建築材料は、先端から押し出され得る。建築材料は、液体形態（例えば、液滴）で先端から支持体に向かって流れ得る。その後、液滴は、冷却時などに、支持体に隣接して凝固され得る。
【０１１７】
各カートリッジ１１は、建築材料が運ばれる前にそれらを保管し得る。２つ以上のカートリッジを使用して、例えば、色、硬度、及び密度などの様々な特性又はパラメータの流体を保管することができる。建築材料の輸送を容易にするために、建築材料は、シリンジとして保管され得る。必要に応じて内部の液体が運び出され得る限り、代替の保管デバイスは、チューブ、ボトル、又は他の液体容器とすることができる。
【０１１８】
システムは、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、又は５０のカートリッジを含み得る。複数のカートリッジが使用される場合、カートリッジは、異なる色又は他の特性（例えば、硬度又は粘度）の建築材料などの異なる建築材料を有し得る。幾つかの例では、システムは、４つのカートリッジを有する。各カートリッジは、赤（又はマゼンタ）、黄、青（又はシアン）、及び白（又は透明）の色の建築材料を有し得る。黒（キー）の材料を使用して、白／透明材料を置き換えることができ、したがって、システムはＣＭＹＫカラーシステムに似ている。しかしながら、３カートリッジシステム又は異なる数のカートリッジを有するシステムが使用され得る。
【０１１９】
システムは、単一の押出機を使用して、融解のためのエネルギーを提供し得る。単一の押出機は、混合された液滴を堆積させて、連続的なフルカラー物体を形成し得る。対照的に、複数の押出機を有する従来のシステムは、各液滴が大きすぎる場合があり（卓上型インクジェットプリンタのインク滴のサイズよりもはるかに大きく、融解したプラスチックは、支持体に接触すると直ちに冷却し、凝固されるので、連続的なフルカラーを提供しない場合がある。単一の押出機の手法は、異なる色の一般的な建築材料である溶融熱可塑性プラスチックも扱うことができ、これは、溶融熱可塑性プラスチックが摂氏２００度を超える温度で融解するためである。
【０１２０】
図２は、押出し中に相当するシリンジのプランジャによって排出されるシリンジ２１中の建築材料を例示する。シリンジ２１の底部は、ねじ付きロッド２３に結合された棒状構成要素２２に接触し得る。図３に詳細に示すように、プッシャ３３がねじ付きロッド３２に固定され、ロッドがステッパーモータ３１によって駆動される。図２では、小さな角度で回転する能力があるステッパーモータ２５によってねじ付きロッドが回転されると、棒２２及びプランジャがガイド２４に沿って移動し、したがって、プランジャが増加的に移動し、結果として運ばれた建築材料の量が少なくなる。シリンジ２１は、建築材料をライン２７を通してミキサ２６に移動する。
【０１２１】
幾つかの場合には、異なる色の建築材料がプリントヘッドモジュールに流れる際に混合するために、４つのカートリッジがミキサにチューブで結合されている。ミキサは、５方向コネクタ（又は異なる数の開放端を有するコネクタ）とすることができる。代わりに、静的ミキサ（インラインミキサのような）又はアクティブミキサがミキサの中心的構成要素として役立ち得る。コネクタの材料は、液封されている限り、プラスチック、金属又は他の材料とすることができる。コネクタの一端から流出する色は、２つ（又はそれ以上）の色である入ってくる材料の相対流速によって決定される。コネクタの一端からの流速は、混合された材料のどの色が流出していても、ユーザが定義した定数とすることができる。すなわち、様々な色の入ってくる材料の流速は、ユーザ定義の定数まで合計され得、それらの間の比は、流出する材料の色を与える。ミキサとプリントヘッドモジュールとの間の距離は、三次元物体を形成するときに制御可能な因子とすることができる。ミキサとプリントヘッドモジュールとの間の経路が短い場合、材料は、より短い経路に沿って混合する時間がより短くなるため、色遷移間の間隔が短くなり得る。一方、ミキサとプリントヘッドモジュールとの間の経路がより大きい場合、色遷移間隔は、より良い混合品質でより大きくなり得る。モジュールを結合するのに使用されるチューブは、色遷移間の遅延を最小にするために十分に細くてもよく、ノズルの動きが制限されないように十分に長くすべきである。このミキサは、印刷の品質を維持するために使い捨てに設計され得る。
【０１２２】
図４に示されるように、印刷プロセスは、ノズル４１のプリントヘッド、支持体、及びノズル１３から来る建築材料を伴い得る。一実施形態においてペースト状である建築材料は、液滴４４によってノズル液滴から来て、凝固し始める。凝固速度は、下の支持体又は物体４３に接触するときに液滴が実質的に凝固するように制御され得るが、プリントヘッドから出てすぐの材料は液体のままであり、したがってヘッドは、材料によって妨害され得ない。
【０１２３】
システムは独立し得る、又は他のシステムと統合され得る。例えば、手持ちカラー３Ｄプリンタの実施形態は、ユーザが、表面上、空気中、又は溶液中の様々な色の３Ｄ物体を印刷することを可能にする。代わりに、システムを既存の３Ｄプリンタに搭載して、従来のプリンタをマルチカラー３Ｄプリンタに変換することができる。
【０１２４】
図５に示された別の実施形態では、カートリッジモジュール及びミキサ５１は、３Ｄプリンタの枠組みに対して固定され、プリントヘッドモジュール５２は移動可能である。支持体５３は、印刷された３Ｄ物体を支持するために使用される。
【０１２５】
図６は、３Ｄカラープリンタの別の実施形態を示す。図６において、カラー３Ｄプリンタは、押出しノズル１５及び支持体１４の相対的な位置を正確に定義する機械的システムと、ポリマーを硬化させるために使用される光システム１７と、軸１８及び１９に沿って移動する物体を印刷する押出しシステムとからなる。カートリッジ１６中に保管された硬化性建築材料は、ノズルに運ばれ、通路に沿ってよく混合され、先端から押し出される。液体建築材料の押し出された液滴は、放射線によって照らされながら支持体上で凝固される。ノズルが移動するとき、液滴は、支持体上の任意の場所に印刷され得、印刷された物質の構造が決定され得る。機械的システムは、幾つかの場合には、少なくとも１、２、３、４又は５のモータで、ノズル及び支持体の位置を制御し得る。支持体は、凝固された物体への支持体とすることができる。それは、金属製又はプラスチック製とすることができ、支持体と印刷された物体との間に最適な結合力を作るために表面に幾つかのコーティングが適用され得る。ノズルは、ｙ軸モータが回転するときにノズルがｙ軸に沿って移動するように、ｙ軸モータによって制御されるｙ軸ベルトに固定される。ｙ軸ベルトは、その堅牢性を高めるために、ｙ軸に沿ってロッドによって支持され得る。次いで、ｙ軸ベルトは、ｘ軸ベルト上のホイールに固定され、ｙ軸ベルト全体がｘ軸モータに従ってｘ軸に沿って移動し得る。２つのモータによって制御されるベルトシステムは、その高さが一定のままでありながら、ノズルのｘ位置及びｙ位置を決定する。支持体のｚ位置は、ｚ軸モータによって操作され、これは、モータがねじ付きロッドに同心に結合され、支持体に連結されるように行われ得、したがって、モータが回転する際に支持体がねじ付きロッド（ｚ軸）に沿って移動する。機械的システムにおいて使用されるモータは、ステッパーモータとすることができる。かかるステッパーモータは、それらが回転する際に小さな増分を有し得るので、ノズルの位置が正確に定義され得る。運動の力は、例では、モータ及びベルトによって提供され、変換されるが、ギアシステム又はロボットアームが代替物として含まれ得る。較正装置は、構成要素の位置を正確に決定するために使用され得、以下に限定されないが、衝突センサ、Ｉセンサ、又はラベル付きトラックを含み得る。衝突センサを例にとると、ノズルは、センサに当たるまでＸ軸及びＹ軸の境界に向かって移動することになる。この点は原点として定義され、ノズルの座標は、ステッパーモータに関して回転された角度を記録することによって追跡され得る。
【０１２６】
図６の実施形態において利用される建築材料は、光硬化性樹脂とすることができ、代替物は、照射、冷却、又は乾燥時に凝固され得る流体を含むが、これらに限定されない。混合されて所望の色の均一な流体が形成され得るように、３色以上の材料が使用され、それらは、カートリッジに充填される前に建築材料に溶解され得るピグメントで着色される。一般的な光硬化性材料はポリマーであるため、これらのピグメントは、油溶解され得る。光システムは、ノズルから押し出された建築材料を凝固させるための放射線源を含み、凝固された液滴は、下の支持体又は構築された物体に付着され得る。放射線源は、光硬化性樹脂を凝固させるために利用され、可能な選択肢は、ＵＶ、可視光及びレーザを含むが、これらに限定されない。光源と印刷された物体との間の幾何学的関係は、変動し得る。光は、印刷された液滴のスポットに焦点を置き、又は上部から支持体全体を照らし、又は底部から照らして、流体が支持体上で凝固するのを可能にする。放射線源は、印刷のプロセス中にオン又はオフに切り換えるように、又は移動するように制御され得る。
【０１２７】
図６の押出しシステムは、混合ノズル及びカートリッジシステムを含む。ノズルは、ｙ軸ベルト上のホイールに固定されているので、Ｘ−Ｙ平面内を移動することができる。建築材料がノズルに流入し、よく混合され押し出されることを可能にするために、チューブは、ノズルに結合されている。静的混合ノズルを使用して、溶液を手頃な価格で混合することができ、ノズルの内径は、大きなもの（目詰まりの可能性を減少させ得る）と小さなものと（印刷の精度を上げる）の間で最適化されるべきである。使用されるチューブは、色遷移間の遅延を最小にするために十分に細く、ノズルの動きが制限されないように十分に長くあるべきである。
【０１２８】
次に、カートリッジシステムを詳述する。異なる色の流体を保管するための幾つかのカートリッジが含まれ得る。かかるカートリッジは、必要に応じて内部の液体が運び出され得る限り、シリンジ、ボトル、又は他の液体容器とすることができる。幾つかの場合には、４カートリッジシステムが使用され得る。各カートリッジは、赤、黄、青、及び白（透明）の色の建築材料を有し得る。この例では、シリンジを使用して、建築材料の輸送を容易にすることができる。シリンジは、凝固を引き起こす放射線の暴露から建築材料を守るために、ダークシートや遮光ボックスなどの光障害物で覆われる必要がある。異なる色の建築材料がノズルへの道に沿ってうまく混合するために、３つのカートリッジが軟らかいチューブで多対１アダプタ（３対１アダプタなど）に結合される。アダプタの材料は、それが液封されている限り、プラスチック又は金属とすることができる。アダプタの一端から流出する色は、３つのエレメント色である３つの入ってくる材料の相対流速によって決定される。一端からの流速は、混合された材料のどの色が流出していても、ユーザによって定義された定数である。３色の材料の流速は、ユーザ定義の定数まで合計され得、それらの間の比は、流出する材料の色を与える。アダプタと押出しノズルとの間の距離は、制御可能因子とすることができる。アダプタとノズルとの間の経路が短い場合、色変化の間隔がより短くなるが、材料は、より短い経路に沿って混合する時間がより短くなる。逆に、色変化間隔は、それらの間の経路が大きい場合には、より良い混合品質でより大きくなる。建築材料の動きは、押出し中に相当するシリンジのプランジャによって駆動され、プランジャの底部は、ねじ付きロッド及び細いロッドに連結された棒状構成要素に固定されている。一実施形態では、棒は、ロッド用の穴と、ねじ付きロッドに結合するために埋め込まれた六角ナットとを有する。棒に使用される材料は、棒がロッドに沿って動くときの曲がりを防止するために十分に強くなければならない。細いロッドに沿った棒の動きがより滑らかになるように、穴中にブッシングが固定され得る。小さな角度で回転する能力があるステッパーモータによってねじ付きロッドが回転されると、棒及びプランジャが垂直軸に沿って移動し、したがって、プランジャが増加的に移動し、結果として運ばれた建築材料の量が少なくなる。
【０１２９】
印刷プロセスは、ノズルのプリントヘッド、支持体、及び放射線源を伴う。建築材料、光硬化性樹脂が液滴によってノズル液滴から提供され得、放射線に暴露されると凝固し始める。凝固速度は、下の支持体又は物体に接触するときに液滴がほぼ凝固するように制御されるが、プリントヘッドから出てすぐの材料は液体のままであり、したがってヘッドは、材料によって妨害され得ない。物体は、層毎に印刷される。ノズルは、ＸＹ平面を水平に移動して材料を印刷することができ、次いで、支持体が層の厚さ（ユーザ定義因子）だけｚ軸に沿って下方に移動し、新しいＸＹ平面内で同じ印刷プロセスが続き得る。
【０１３０】
図７は、典型的な３Ｄカラー印刷プロセスを示す。図７には、上記の実施形態でカラー物体を構築するためのプロセスの概略フローチャートが示されている。このプロセスは、３Ｄ印刷システムによって促進され得る。ユーザは、３Ｄ物体を構築するための要求などのインプットを最初に提供し得る。この要求は、材料及び／又は色などの３Ｄ物体の１つ又は複数の特性を含み得る。システムは、かかる要求を受け取るためのユーザインターフェイス７０１を含み得る。ユーザインターフェイス７０１のためのインプットは、システムと通信することができるコンピュータ／スマートフォン上のソフトウェアインターフェイスとすることができる。代わりに、ユーザインターフェイス７０１のためのインプットは、例えば、ＳＤカード、マイクロＳＤカード、又はフラッシュドライブなどのポータブル記憶装置にデータをロードするための一体型インターフェイスとすることができる。ユーザ側からのデータを受け取ると、電気システム７０２は、モータシステム７０３を制御し得る。モータシステムは、ミキサ及びノズルシステム７０８に移動されるシリンジシステム７０７からの建築材料を含み得、その結果、機械的システムは、カートリッジからの建築材料をノズルに、及び支持体７０４に向けて運び得る。建築材料はまた、液滴７０９として直接向けられて、着色された三次元物体７０５を形成し得る。プリントヘッドは、三次元物体又は有色三次元物体７０５を印刷している間に支持体に対して移動し得る。支持体上の建築材料を凝固させるために使用され得るＵＶ光源、可視光源、又は放射線源７０６が光システムに含まれる。機械的システムは、着色された三次元物体７０５を形成するために、ユーザインターフェイス７０１と、電気システム７０２と、モータシステム７０３と、支持体７０４とを含み得る。押出しシステムは、シリンジシステム７０７を含み得る。
【０１３１】
図８は、本明細書に記載されたシステムを適用することによってカラー物体を構築するためのプロセスの概略フローチャートである。ユーザは、三次元物体の設計図をインプットするためにユーザインターフェイス８０１を使用する。ユーザインターフェイス８０１のためのインプットは、システムと通信することができるコンピュータ／スマートフォン上のソフトウェアインターフェイスとすることができる。代わりに、ユーザインターフェイス８０１のためのインプットは、例えば、ＳＤカード、マイクロＳＤカード、又はフラッシュドライブなどのポータブル記憶装置にデータをロードするための一体型インターフェイスとすることができる。電気システム８０２は、ユーザインターフェイス８０１からのデータを受け取ると、カートリッジモジュール８０３から混合モジュール８０４への建築材料の移動を制御し得る。次いで、混合物は、混合物を支持体に向けてカラー三次元物体８０６を形成するプリントヘッドモジュール８０５に運ばれる。
【０１３２】
図９は、３Ｄ印刷の一般的なプロセスの概略図である。図１０は、中程度の充填密度の球の上面断面図を提供し、図１１は、高充填密度の球の上面断面図を提供する。図１２は、球の上面断面図を提供する。
【０１３３】
本開示の装置、システム及び方法を使用して、解剖学的モデルを印刷することができる３Ｄプリンタには、デジタルファイル（＊．ＳＴＬ、ＣＴ画像、又は他のもの）をロードすることができ、それに応じて解剖学的モデルが組み立てられ得る。システムで使用される材料は、軟らかく柔軟であるため、感覚、手触り、イメージング結果（超音波イメージングなど）の点で、印刷されたモデルは、本物の臓器によりよく似ている。印刷されたモデルは、教育ツール、手術シミュレーション、又は他の医療適用として使用され得る。
【０１３４】
システムの代替的適用は、マルチマテリアル３Ｄプリンタである。各カートリッジは、異なる建築材料を保持し得るので、プリンタは、カートリッジ中の材料の１つ又はそれら（一部又はすべての材料）の混合物で物体を印刷し得る。臓器モデルを印刷するために機械が使用される場合、様々な特性（密度、色、又は硬度など）を有する材料を使用して、幾つかの部分を有する臓器を模倣することができる。
【０１３５】
各建築材料は、固体、半固体又は液体であってもよい。固体又は半固体建築材料が使用される場合、かかる建築材料は、支持体に隣接した堆積の前に融解され得る。融解は、放射性（例えば、レーザ）及び／又は伝導性（例えば、抵抗性加熱）加熱ユニットなどの１つ又は複数の溶融ユニットの助けで促進され得る。
【０１３６】
３Ｄ押出しプリンタは、印刷としてビルド材料を適用するためのノズルを有する印刷ヘッドと、印刷ヘッドに供給されて溶融され、ビルド材料を提供するフィラメント流れと、フィラメントストリーム上の印刷ヘッドの上流のコーティングユニットと、コーティングユニットと印刷ヘッドとの間に位置する固定区域と、１つ又は複数の添加剤及びインクを有するコーティング組成物を印刷ヘッドに入る前に融解したフィラメントに供給するための計量装置を備えた複数の供給容器と、を有し得る。混合ユニット１２は、プリントヘッドに供給される前に液体又は液化された（すなわち、融解された）組成物を混合し得る。印刷ヘッドは、ノズルの下部区域における静的ミキサとすることができる。建築材料は、着色されていなくてもよい。建築材料は、非透明であってもよい。
【０１３７】
黒及びインク及び／又は原色又は添加剤に加えて、色ピグメントを含有するピグメントを有する供給容器。ピグメントは、金属ピグメントとすることができる、又は蛍光ピグメントが使用され得る。センサは、ミキサへの材料の流れを測定するために提供され、色モニタリング及び印刷制御に関してその情報で最適化され得る。
【０１３８】
他の実施形態では、シリンジの代わりに、システムは、２Ｄカラーインクジェットプリンタなどのカラー印刷で既知の可動カートリッジを使用し得る、又はポンピングによって液体が除去される供給ベッセルを伴い得る、又は往復ポンプ中にクランプされ得るカートリッジを伴い得る。これらの設計図は、単純且つ個々に交換又は更新され得るようなものとすることができる。
【０１３９】
システムは、それぞれの色合いがＣＡＤプログラムにインプットされ、座標に加えて、製造プロセス並びに材料及び着色剤の調製の調節のための色情報を含むファイルが提供されるように設計されている押出しベースの３Ｄ印刷において使用され得る。適したファイル形式の例は、Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｆｉｌｅ  Ｆｏｒｍａｔ（ＡＳＴＭ  Ｆ２９１５−１２）に記載されている。それぞれの色合いは、計量装置を調節することによって、及び供給容器からシステムへのそれぞれの原色及び、それぞれ、黒の制御された計量によって確立され得る。
【０１４０】
別の実施形態は、デジタル情報を合理化された方法で３Ｄプリンタに結合するＡｕｔｏｄｅｓｋのＳｐａｒｋと連動し、印刷に使用される材料の範囲を広げながら、試行錯誤なしに印刷物を視覚化し最適化することをより容易にする。３Ｄ印刷のためのＳｐａｒｋのソフトウェアプラットフォームを有するシステムは、ソフトウェア、ハードウェア、及び材料サプライヤの相互運用性を可能にする。Ｓｐａｒｋプラットフォームは公開されているため、ハードウェア製造業者、アプリケーション開発者、製品設計者は、その建築用ブロックを使用して３Ｄ印刷の限界をさらに押し広げ得る。
【０１４１】
本開示の方法、装置、及びシステムを使用して、様々な用途及び適用に使用され得る三次元物体を形成することができる。幾つかの場合には、三次元物体の用途及び適用は、教授用模造皮膚物体、医療用途用人工皮膚、作製用鋳型、柔軟な器具、キッチンツール、シリコン鋳型、ゴム製試作品、及び医療用途用人工的補充物が含むが、これらに限定されない。
【０１４２】
コンピュータを使用して、支持体の動き、建築材料アプリケータの動き、プリントヘッドの動きを含むが、これらに限定されない、例えば、三次元物体を作製する方法などの本開示の方法の様々な態様を調節及び制御することができる。
【０１４３】
コンピュータ制御システム
本開示は、本開示の方法を実行するようにプログラムされたコンピュータ制御システムを提供する。図２０は、三次元物体を作製するようにプログラムされているか、又はさもなければ構成されているコンピュータ制御システム２００１を示す。コンピュータ制御システム２００１は、支持体の動き、建築材料アプリケータの動き、結合物質アプリケータ、切削ツール、及び加熱ツールの動きを含むが、これらに限定されない、例えば、三次元物体を作製する方法などの本開示の方法の様々な態様を調節し得る。コンピュータ制御システム２００１は、ユーザの電子デバイス又は電子デバイスに対して遠隔に配置されたコンピュータシステム上で実行され得る。電子デバイスは、モバイル電子デバイスとすることができる。
【０１４４】
コンピュータシステム２００１は、単一コアもしくはマルチコアのプロセッサ、又は並列処理のための複数のプロセッサとすることができる中央処理装置（ＣＰＵ、ここでは「プロセッサ」及び「コンピュータプロセッサ」とも称される）２００５を含む。コンピュータ制御システム２００１は、メモリ又はメモリ場所２０１０（例えば、ランダムアクセスメモリ、読出し専用メモリ、フラッシュメモリ）、電子記憶装置２０１５（例えば、ハードディスク）、１つ又は複数の他のシステムと通信するための通信インターフェイス２０２０（例えば、ネットワークアダプタ）、並びにキャッシュ、他のメモリ、データ記憶及び／又は電子ディスプレイアダプタなどの周辺装置２０２５も含む。メモリ２０１０、記憶装置２０１５、インターフェイス２０２０及び周辺装置２０２５は、マザーボードなどのコミュニケーションバス（実線）を通してＣＰＵ２００５と通信する。記憶装置２０１５は、データを記憶するためのデータ記憶装置（又はデータリポジトリ）とすることができる。コンピュータ制御システム２００１は、通信インターフェイス２０２０の助けでコンピュータネットワーク（「ネットワーク」）２０３０に作動可能に結合され得る。ネットワーク２０３０は、インターネット、インターネット及び／もしくはエクストラネット、又はインターネットと通信しているイントラネット及び／もしくはエクストラネットとすることができる。ネットワーク２０３０は、幾つかの場合には、電気通信ネットワーク及び／又はデータネットワークである。ネットワーク２０３０は、クラウドコンピューティングのような分散コンピューティングを可能にし得る１つ又は複数のコンピュータサーバを含み得る。ネットワーク２０３０は、幾つかの場合にはコンピュータシステム２００１の助けで、コンピュータシステム２００１に連結されたデバイスがクライアント又はサーバとして作動することを可能にし得るピアツーピアネットワークを実現し得る。
【０１４５】
ＣＰＵ２００５は、プログラム又はソフトウェアに組み込まれ得る一連の機械可読命令を実行し得る。命令は、メモリ２０１０などのメモリ場所に記憶され得る。命令は、ＣＰＵ２００５に向けられ得、これは、その後、ＣＰＵ２００５が本開示の方法を実行するようにプログラム又はさもなければ構成し得る。ＣＰＵ２００５によって実行される動作の例は、フェッチ、デコード、実行、及びライトバックを含み得る。
【０１４６】
ＣＰＵ２００５は、集積回路などの回路の一部とすることができる。システム２００１の１つ又は複数の他の構成要素が回路に含まれ得る。幾つかの場合には、回路は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）である。
【０１４７】
記憶装置２０１５は、ドライバ、ライブラリ及び保存されたプログラムなどのファイルを記憶し得る。記憶装置２０１５は、ユーザデータ、例えば、ユーザの好み及びユーザプログラムを記憶し得る。コンピュータシステム２００１は、幾つかの場合には、イントラネット又はインターネットを通してコンピュータシステム２００１と通信しているリモートサーバ上に位置するものなどの、コンピュータシステム２００１の外部にある１つ又は複数の追加データ記憶装置を含み得る。
【０１４８】
コンピュータシステム２００１は、ネットワーク２０３０を通して１つ又は複数のリモートコンピュータシステムと通信し得る。例えば、コンピュータシステム２００１は、ユーザ（例えば、三次元物体の製造を制御するユーザ）のリモートコンピュータシステムと通信し得る。リモートコンピュータシステムの例は、パーソナルコンピュータ（例えば、ポータブルＰＣ）、スレートもしくはタブレットＰＣ（例えば、Ａｐｐｌｅ（登録商標）ｉＰａｄ（登録商標）、Ｓａｍｓｕｎｇ（登録商標）Ｇａｌａｘｙ  Ｔａｂ）、電話、スマートフォン（例えば、Ａｐｐｌｅ（登録商標）ｉＰｈｏｎｅ（登録商標）、Ａｎｄｒｏｉｄ対応デバイス、Ｂｌａｃｋｂｅｒｒｙ（登録商標））、又はパーソナルデジタルアシスタントを含む。ユーザは、ネットワーク２０３０を介してコンピュータシステム２００１にアクセスし得る。
【０１４９】
本明細書に記載された方法は、例えば、メモリ２０１０又は電子記憶装置２０１５などのコンピュータシステム２００１の電子記憶場所に記憶された機械（例えば、コンピュータプロセッサ）実行可能コードによって実行され得る。機械実行可能コード又は機械可読コードは、ソフトウェアの形態で提供され得る。使用中、コードは、プロセッサ２００５によって実行され得る。幾つかの場合には、コードは、記憶装置２０１５から検索され、プロセッサ２００５による容易なアクセスのためにメモリ２０１０に記憶され得る。幾つかの状況では、電子記憶装置２０１５は、取り除くことができ、機械実行可能命令は、メモリ２０１０に記憶される。
【０１５０】
コードは、コードを実行するように適合されたプロセッサを有する機械と共に使用するために事前コンパイルされ、構成され得るか、又は実行時にコンパイルされ得る。コードは、コードが事前コンパイル又はコンパイルされたように実行することを可能にするように選択され得るプログラミング言語で供給され得る。
【０１５１】
コンピュータシステム２００１などの本明細書で提供されるシステム及び方法の態様は、プログラミングにおいて具体化され得る。技術の様々な態様は、典型的に、機械（又はプロセッサ）実行可能コード及び／又は機械可読媒体の一種に搭載又は組み込まれた関連データの形式の「製品（ｐｒｏｄｕｃｔ）」又は「製品（ａｒｔｉｃｌｅ  ｏｆ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ）」と考えられ得る。機械実行可能コードは、メモリ（例えば、リードオンリメモリ、ランダムアクセスメモリ、フラッシュメモリ）又はハードディスクなどの電子記憶装置に記憶され得る。「記憶」型のメディアは、コンピュータ、プロセッサなどの有形のメモリ、又は様々な半導体メモリ、テープドライブ、ディスクドライブなどのその関連するモジュールのいずれか又はすべてを含み得、これらは、ソフトウェアプログラミングのためにいつでも非一時的な記憶を提供し得る。ソフトウェアのすべて又は部分は、時折、インターネット又は様々な他の電気通信ネットワークを通して通信され得る。かかる通信は、あるコンピュータ又はプロセッサから別のものへの、例えば、管理サーバ又はホストコンピュータからアプリケーションサーバのコンピュータプラットフォームへのソフトウェアのローディングを可能にし得る。したがって、ソフトウェアエレメントを有し得る媒体の別の型は、ローカルデバイス間の物理インターフェイスを横切って、有線ネットワーク及び光陸線ネットワークを通して、並びに様々なエアリンクにわたって使用されるものなどの光、電気及び電磁波を含む。有線リンク又は無線リンク、光リンクなどのかかる波を運ぶ物理的エレメントもソフトウェアを保持する媒体と考えられ得る。本明細書では、非一時的な有形の「記憶」媒体に限定されない限り、コンピュータ又は機械「可読媒体」などの用語は、実行のためにプロセッサに命令を提供することに関与する任意の媒体を表す。
【０１５２】
したがって、コンピュータ実行可能コードなどの機械可読媒体は、有形記憶媒体、搬送波媒体又は物理的伝送媒体を含むが、これらに限定されない多くの形態をとり得る。不揮発性記憶媒体は、例えば、図面に示されたデータベースなどを実装するために使用され得るような、任意の（１又は複数の）コンピュータなどの記憶装置のいずれかなどの光ディスク又は磁気ディスクを含む。揮発性記憶媒体は、かかるコンピュータプラットフォームのメインメモリなどのダイナミックメモリを含む。有形伝送媒体は、コンピュータシステム内のバスを含むワイヤを含めた、同軸ケーブル、銅線及び光ファイバを含む。搬送波伝送媒体は、無線周波数（ＲＦ）データ通信中及び赤外線（ＩＲ）データ通信中に生成されるものなどの電気信号もしくは電磁信号、又は音波もしくは光波の形態をとり得る。したがって、コンピュータ可読媒体の一般的な形態は、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、任意の他の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤもしくはＤＶＤ−ＲＯＭ、任意の他の光学媒体、パンチカード紙テープ、ホールのパターンを有する任意の他の物理的記憶媒体、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ及びＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ−ＥＰＲＯＭ、任意の他のメモリチップもしくはカートリッジ、データもしくは命令を運ぶ搬送波、かかる搬送波を運ぶケーブルもしくはリンク、又はコンピュータがプログラミングコード及び／もしくはデータを読み取ることができる任意の他の媒体を含む。コンピュータ可読媒体のこれらの形態の多くは、実行のために１つ又は複数の命令の１つ又は複数のシーケンスをプロセッサに運ぶことに関係していてもよい。
【０１５３】
本開示の方法及びシステムは、１つ又は複数のアルゴリズムによって実行され得る。アルゴリズムは、中央処理装置２００５による実行時にソフトウェアによって実行され得る。アルゴリズムは、例えば、３Ｄ物体の印刷を容易にし得る。
【０１５４】
［例］
例１
シリコーン建築材料を材料カートリッジ中に堆積させ、シリコーン建築材料の第２の型を第２の材料カートリッジ中に堆積させる。２つの材料カートリッジからの建築材料を、ミキサ中で大気温度で混合する。混合物をノズルを通して支持体に向ける。混合物を支持体に向けて、三次元物体の第１の層を形成し、ここで、第１の層は、第１の周囲及び第１の周囲内の領域の第１の小区分を備える。第１の周囲内の領域の第１の小区分は、第１の周囲によって囲まれた領域の９９％未満である。
【０１５５】
シリコーン建築材料の第３の型を第３の材料カートリッジ中に堆積させた。第２及び第３の材料カートリッジからの建築材料をミキサ中で大気温度で混合した。混合物をノズルを通して支持体に向けて、三次元物体の第２の層を形成し、ここで、第２の層は、第２の周囲及び第２の周囲内の領域の第２の小区分を備える。第２の周囲内の領域の第２の小区分は、第２の周囲によって囲まれた領域の９９％未満であり、第２の小区分の少なくとも部分は、第１の小区分の少なくとも部分に隣接している。
【０１５６】
その後、建築材料の層を、層の数がモデル設計図の断面の数に等しくなるまで適用した。
【０１５７】
生じた三次元物体の硬度を、建築材料を変更することなく物体の充填密度を変更することによって変えた。表１に示すように、同じシリコン建築材料を使用する３つの物体を異なる充填密度、重量及び硬度特性で形成した。
【表１】
2019512410.tif 000003
【０１５８】
例２
シリコーン建築材料の第１の型を第１の材料カートリッジ中に堆積させ、シリコーン建築材料の第２の型を第２の材料カートリッジ中に堆積させる。２つの材料カートリッジからの建築材料を、ミキサ中で大気温度で混合する。混合物をノズルを通して１メートル（ｍ）×１ｍ×１ｍの支持体に向ける。混合物を支持体に向けて、三次元物体の第１の層を形成し、ここで、第１の層は、第１の周囲及び第１の周囲内の領域の第１の小区分を備える。第１の周囲内の領域の第１の小区分は、第１の周囲によって囲まれた領域の９０％未満である。
【０１５９】
シリコーン建築材料の第３の型を第３の材料カートリッジ中に堆積させる。第２及び第３の材料カートリッジからの建築材料をミキサ中で大気温度で混合する。混合物をノズルを通して支持体に向けて、三次元物体の第２の層を形成し、ここで、第２の層は、第２の周囲及び第２の周囲内の領域の第２の小区分を備える。第２の周囲内の領域の第２の小区分は、第２の周囲によって囲まれた領域の９０％未満であり、第２の小区分の少なくとも部分は、第１の小区分の少なくとも部分に隣接している。
【０１６０】
その後、建築材料の層を、層の数がモデル設計図の断面の数に等しくなるまで適用する。
【０１６１】
所望の数の層が形成された後、三次元物体を最終生成物として支持体から除去する。
【０１６２】
建築材料組成物（例えば、建築材料層）を含めた、ここでの材料、デバイス、システム及び方法は、例えば、参照により本明細書に全体が組み込まれている米国特許出願公開第２０１５／０１４２１５９号に記載されているものなどの材料組成物を含めた他の材料、デバイス、システム及び方法と組み合わされ得る、又はこれらによって修正され得る。
【０１６３】
本発明の好ましい実施形態が本明細書に示され説明されてきたが、かかる実施形態が単なる例として提供されていることは、当業者には明らかであろう。本発明が本明細書内で提供された特定の例によって限定されることは意図されていない。本発明を上述の明細書を参照して説明してきたが、本明細書の実施形態の説明及び例証は、限定的な意味で解釈されることを意味するものではない。本発明から逸脱することなく、多くの変形、変更、及び置換えがここで当業者に生じることになる。さらに、本発明のすべての態様は、様々な条件及び変数に依存する本明細書で記載された特定の描写、構成又は相対的な比率に限定されないことを理解されたい。本明細書に記載された本発明の実施形態の様々な代替物が本発明の実施において用いられ得ることを理解されたい。したがって、本発明は、任意のかかる代替、修正、変形、又は均等物も含むことが企図される。以下の特許請求の範囲は、本発明の範囲を定義し、これらの特許請求の範囲内の方法及び構造及びそれらの均等物がそれによって含まれることが意図される。
【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８】
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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１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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