(57)【要約】３次元プリンタは、インクジェット式プリントヘッドを使用して、３次元実物モデルを高速でプロトタイピングすなわちプリントする。粉末供給器は搬送システムおよび計量システムを含み、造形領域に測定された量の粉末を送る。粉末供給器はまた、供給リザーバまたは供給チャンバに粉末を充填するための真空システムを含む。真空システムは過剰な粉末を除去するのにも利用できる。粉末の処理のために、粉末ガターおよび磁石式粉末プラウも利用できる。プリントの間、クリーニング・システムが粉末をプリントヘッドから除去する。プリントヘッドまたはジェットが故障した場合、その故障は検知されて、自動的に修正手段が取られる。プリント後、モデルからの粉末の除去および含浸をエンクロージャ内で行う。【選択図】図１
2005503939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元物体の製作に使用する造形材料を貯蔵する供給リザーバと、
前記供給リザーバに配管された真空吸引口を有する真空システムと、
前記供給リザーバからの造形材料の漸増する層を収容する造形チャンバと、
前記供給リザーバから移送されるが、前記造形チャンバに収容されなかった過剰な量の造形材料を収容するオーバーフロー・キャビティと、
を備えた、３次元物体を製作する装置。
【請求項２】
請求項１において、前記真空吸引口が造形材料の供給源に接続され、前記真空システムが、前記造形材料を造形材料の前記供給源から前記真空吸引口を通して前記供給リザーバに移送する３次元物体製作装置。
【請求項３】
請求項２において、造形材料の前記供給源が、造形材料の容器、前記造形チャンバ、前記オーバーフロー・キャビティ、あるいは前記供給リザーバまたは造形チャンバ近傍の領域である３次元物体製作装置。
【請求項４】
請求項３において、造形材料の前記供給源が前記オーバーフロー・キャビティを含んでおり、前記造形材料が、前記オーバーフロー・キャビティから前記供給リザーバに自動的に移送される３次元物体製作装置。
【請求項５】
請求項３において、造形材料の前記供給源が造形材料の前記容器を含んでおり、さらにこの容器に空気を注入する機構を備えている３次元物体製作装置。
【請求項６】
請求項１において、前記真空システムが、前記造形材料から粒子を取り除くための粒子フィルタを備えている３次元物体製作装置。
【請求項７】
請求項１において、さらに、
前記真空システム内に配置された少なくとも１つのフィルタと、
この少なくとも１つのフィルタをクリーニングするクリーニング機構とを備えている３次元物体製作装置。
【請求項８】
請求項７において、複数のフィルタが存在し、前記クリーニング機構が、堆積した粉末を取り除くため、前記フィルタの各々に順次に逆向きの空気流れを導く弁システムを有する３次元物体製作装置。
【請求項９】
請求項８において、前記少なくとも１つのフィルタが前記真空システム内の空気流れおよび真空を維持する３次元物体製作装置。
【請求項１０】
造形材料を貯蔵する貯蔵チャンバと、
前記造形材料を前記貯蔵チャンバから作業位置に移動させる機構と、
を備えた３次元プリンタ装置。
【請求項１１】
請求項１０において、前記機構が前記貯蔵チャンバ内の造形材料を攪拌して、造形材料のブリッジおよび停滞領域の形成を防止する３次元プリンタ装置。
【請求項１２】
請求項１０において、前記機構が２条のコンベヤ・チェーンに取り付けられた複数のスラットを備え、各スラットが一定量の造形材料を搬送する３次元プリンタ装置。
【請求項１３】
請求項１２において、前記各スラットが、スプレッダ・ローラ、ドクター・ブレード、または計量システムの前方に造形材料を堆積させる３次元プリンタ装置。
【請求項１４】
請求項１２において、前記スラットの形状は、前記スラットが前記造形材料中を通って引っ張られるときに生じるモーメントが、前記コンベヤ・チェーンをスプロケットまたはプーリに巻きつけるように作用する形状である３次元プリンタ装置。
【請求項１５】
請求項１２において、前記スラットの形状は、このスラットの運搬部分が造形材料中を引っ張られるときに生じるモーメントが、補強材が造形材料中を引っ張られるときに生じるモーメントによって相殺される形状である３次元プリンタ装置。
【請求項１６】
請求項１０において、さらに、前記作業位置に送られる造形材料の量を調節するための計量システムを備えた３次元プリンタ装置。
【請求項１７】
請求項１６において、前記機構がオーガを含み、このオーガが回転して、造形材料を前記供給リザーバから計量システムに移動させる３次元プリンタ装置。
【請求項１８】
請求項１６において、前記計量システムが、緊密に嵌合するチューブ内部に円筒体を備え、この円筒体は特定量の造形材料を収容する凹部を有し、前記チューブは入口スロットおよび出口スロットを有し、前記円筒体が前記チューブ内で回転することにより、造形材料が前記凹部に入り、前記出口スロットに運ばれる３次元プリンタ装置。
【請求項１９】
請求項１８において、さらに、前記円筒体に対して回転可能な払い羽根を備え、この払い羽根が、造形材料が前記凹部に付着しないようにこの凹部から造形材料をかき出す３次元プリンタ装置。
【請求項２０】
請求項１６において、さらに、ブリッジを破壊する機構を備えることにより、造形材料の前記計量システムへの流れを支援する３次元プリンタ装置。
【請求項２１】
請求項２０において、ブリッジを破壊する前記機構が、外輪または加振部材を備えている３次元プリンタ装置。
【請求項２２】
請求項１６において、前記計量システムがチューブ内を運動可能なスクリューまたはチェーンを備えている３次元プリンタ装置。
【請求項２３】
請求項１０において、さらに、前記作業位置と連通する速度可変のローラを備え、このローラの速度が造形材料の特性に依存する３次元プリンタ装置。
【請求項２４】
請求項２３において、前記ローラ速度を低速軸に沿う方向に可変とし、造形材料の均一な密度を促進する３次元プリンタ装置。
【請求項２５】
造形材料を貯蔵する貯蔵チャンバと、
前記貯蔵チャンバから作業位置に送られる造形材料の量を調節する計量システムと、
を備えた３次元プリンタ装置。
【請求項２６】
請求項２５において、前記計量システムが、緊密に嵌合するチューブ内で複数の溝を有する円筒体を備え、この円筒体は特定量の造形材料を収容する凹部を有し、前記チューブは入口スロットおよび出口スロットを有し、前記円筒体がチューブ内部で回転することにより、造形材料が前記凹部に入り、前記出口スロットに運ばれる３次元プリンタ装置。
【請求項２７】
請求項２５において、さらに、ブリッジを破壊する機構を備えることにより、造形材料の前記計量システムへの流れを維持する３次元プリンタ装置。
【請求項２８】
請求項２７において、ブリッジを破壊する前記機構が、外輪または加振部材を備えている３次元プリンタ装置。
【請求項２９】
請求項２５において、前記貯蔵チャンバの少なくとも一部および前記計量システムが、前記作業位置に移動可能なガントリに取り付けられている３次元プリンタ装置。
【請求項３０】
請求項２９において、前記作業位置が、平滑な造形材料の層を形成するためのローラまたはドクター・ブレードの前方に位置する３次元プリンタ装置。
【請求項３１】
３次元プリントされた物体の表面から結合していない粉末を取り除く装置であって、
前記物体を収容するエンクロージャと、
空気流れを発生させるブロワ−と、
この空気流れから粉末を除去する少なくとも１つのフィルタと、
前記空気流れを前記エンクロージャに導くダクトシステムと、
圧縮空気を前記物体に吹き付けるために前記ダクトに接続された器具と、
を備えた粉末除去装置。
【請求項３２】
請求項３１において、前記ダクトが、前記ブロワ−からの空気流れの少なくとも一部を前記エンクロージャの開口を横切る方向に誘導することにより、粉末が前記装置から漏出するのを防ぐエア・カーテンを形成する粉末除去装置。
【請求項３３】
請求項３２において、前記ダクトが、前記ブロワ−からの空気流れの少なくとも一部を前記エンクロージャ全体に渡って流れるように誘導することにより、停滞したエア・ポケットを発生させず、前記エンクロージャ内に全体的な空気流れを発生させる粉末除去装置。
【請求項３４】
請求項３１において、前記エンクロージャが前記物体を製作する造形チャンバを備えている装置。
【請求項３５】
請求項３１において、さらに、前記フィルタから粉末を除去するバック・パルス・クリーナ、および除去された粉末を収容するチャンバを備えた粉末除去装置。
【請求項３６】
請求項３５において、前記フィルタから除去された粉末が真空システムによって自動的に再使用される粉末除去装置。
【請求項３７】
請求項３１において、さらに、粉末ガターを備えた粉末除去装置。
【請求項３８】
請求項３７において、さらに、前記粉末ガターと協働する可動のプラウ部材を備えた粉末除去装置。
【請求項３９】
部分を収容するエンクロージャと、
含浸剤エアロゾルを除去する濾過システムと、
前記部分に含浸剤を噴霧する噴霧器と、
を備えた、３次元プリントされた部分に液体を含浸する装置。
【請求項４０】
請求項３９において、前記エンクロージャが使い捨てである液体含浸装置。
【請求項４１】
請求項４０において、前記濾過システムが、前記エンクロージャに組み込まれたフィルタ部材を含む液体含浸装置。
【請求項４２】
請求項３９において、さらに、空気流れを発生させるためのブースを備え、前記エンクロージャがこのブース用の使い捨てのライナであって、前記ブースが含浸剤で覆われないようにしている液体含浸装置。
【請求項４３】
請求項３９において、前記噴霧器が、
少なくとも１つのヘッドを有する蠕動ポンプと、
この蠕動ポンプに接続された使い捨ての配管と、
この配管に接続された使い捨ての噴霧ノズルとを備えた液体含浸装置。
【請求項４４】
請求項４３において、さらに、２つの成分を前記噴霧ノズルへの導入前に混合する混合室を備え、前記２つの成分が、前記蠕動ポンプによって別々の配管を通って送られる液体含浸装置。
【請求項４５】
請求項３９において、前記噴霧ノズルが前記含浸剤のエアロゾル噴霧を発生させるサイホン・ノズルである液体含浸装置。
【請求項４６】
造形材料の層に結合剤を送る重力式供給システムを備えた、３次元物体を製作する装置。
【請求項４７】
物体の製作に使用する造形材料を貯蔵する供給リザーバと、
この供給リザーバに配管された真空吸引口を有する真空システムと、
前記供給リザーバからの前記造形材料の漸増する層を受け入れる造形チャンバと、
前記造形材料の前記漸増する層に結合剤を吐出するプリントヘッドと、
このプリントヘッドに一定量の前記結合剤を供給する重力供給式結合剤供給機構と、
前記供給リザーバから移送されるが、前記造形チャンバに受け入れられなかった過剰な量の造形材料を収容するオーバーフロー・キャビティと、
前記供給リザーバから前記造形チャンバに造形材料を移送する機構と、
この移送機構から前記造形チャンバに送られる造形材料の量を調節する計量システムと、
前記物体を収容するエンクロージャと、
前記物体に含浸剤を噴霧する噴霧器と、
を備えた、３次元物体を製作する装置。
【請求項４８】
請求項４７において、さらに、
空気流れを発生させるブロワ−と、
この空気流れから造形材料を除去する少なくとも１つのフィルタと、
前記空気流れを前記エンクロージャに導くダクトシステムと、
前記ダクトに接続され、圧縮空気を前記物体に吹き付ける器具とを備えた３次元物体製作装置。
【請求項４９】
請求項４７において、さらに、前記エンクロージャから含浸剤エアロゾルを除去する濾過システムを備えている３次元物体製作装置。
【請求項５０】
供給リザーバ内に物体の製作に使用する造形材料を貯蔵し、
前記供給リザーバに配管接続された真空吸引口を有する真空システムを動作させ、
造形チャンバ内に、前記供給リザーバからの前記造形材料の漸増する層を収容し、
プリントヘッドにより前記造形材料の前記漸増する層に結合剤を吐出し、
重力供給式結合剤供給機構を用いて前記プリントヘッドに一定量の前記結合剤を供給し、
オーバーフロー・キャビティ内に、前記供給リザーバから移送されるが、前記造形チャンバに収容されなかった過剰な量の造形材料を収容し、
前記供給リザーバから前記造形チャンバに造形材料を移送し、
計量システムにより前記造形チャンバに送られる前記造形材料の量を調節し、
エンクロージャ内に前記物体を収容し、
前記エンクロージャ内で前記物体に含浸剤を噴霧することを含む、３次元物体を製作する方法。
【請求項５１】
請求項５０において、さらに
ブロワ−により空気流れを発生させ、
少なくとも１つのフィルタによりこの空気流れから造形材料を除去し、
ダクトシステムを介して前記空気流れを前記エンクロージャに導き、
前記ダクトに接続された器具により圧縮空気を前記物体に吹き付けることを含む３次元物体製作方法。
【請求項５２】
請求項５０において、さらに、濾過システムで前記エンクロージャから含浸剤エアロゾルを除去することを含む３次元物体製作方法。
【請求項５３】
供給リザーバ内に、物体の製作に使用する造形材料を貯蔵し、
前記供給リザーバに配管接続された真空吸引口を有する真空システムを動作させ、
造形チャンバ内に、前記供給リザーバからの前記造形材料の漸増する層を収容し、
オーバーフロー・キャビティ内に、前記供給リザーバから移送されるが、前記造形チャンバに収容されなかった過剰な量の造形材料を収容することを含む、３次元物体を製作する方法。
【請求項５４】
請求項５３において、さらに、造形材料を造形材料の前記供給源から前記真空吸引口を通して前記供給リザーバに移送することを含む３次元物体製作方法。
【請求項５５】
請求項５４において、造形材料の前記供給源が、造形材料の容器、前記造形チャンバ、前記オーバーフロー・キャビティ、あるいは前記供給リザーバまたは造形チャンバ近傍の領域である３次元物体製作方法。
【請求項５６】
請求項５５において、造形材料を前記オーバーフロー・キャビティから前記供給リザーバに自動的に移送することを含む３次元物体製作方法。
【請求項５７】
請求項５５において、造形材料の前記容器に空気を注入することを含む３次元物体製作方法。
【請求項５８】
請求項５３において、さらに、前記真空システムにより前記造形材料から粒子を濾過することを含む３次元物体製作方法。
【請求項５９】
請求項５３において、さらに、
前記真空システム内に少なくとも１つのフィルタを配置し、
この少なくとも１つのフィルタをクリーニングすることを含む３次元物体製作方法。
【請求項６０】
請求項５３において、複数のフィルタが存在し、このフィルタのクリーニングが、弁システムを操作することにより、前記フィルタの各々に順次逆向きの空気流れを誘導して、堆積した粒子を除去することを含む３次元物体製作方法。
【請求項６１】
請求項６０において、さらに、少なくとも１つのフィルタにより前記真空システム内部の空気流れおよび真空を維持することを含む３次元物体製作方法。
【請求項６２】
貯蔵チャンバに造形材料を貯蔵し、
造形材料を前記貯蔵チャンバから作業位置に移動することを含む、３次元プリンタを動作させる方法。
【請求項６３】
請求項６２において、さらに、前記貯蔵チャンバ内の前記造形材料を攪拌して、造形材料のブリッジおよび停滞領域の形成を防止することを含む３次元プリンタ動作方法。
【請求項６４】
請求項６２において、さらに、計量システムにより前記作業位置に送られる造形材料の量を調節することを含む３次元プリンタ動作方法。
【請求項６５】
請求項６２において、さらに、前記作業位置に連通するローラの速度を変化させることを含み、このローラ速度が前記造形材料の特性に依存する３次元プリンタ動作方法。
【請求項６６】
請求項６５において、前記ローラ速度を低速軸に沿って可変とすることにより、造形材料の均一な密度を促進する３次元プリンタ動作方法。
【請求項６７】
貯蔵チャンバに造形材料を貯蔵し、
計量システムにより前記貯蔵チャンバから作業位置に送られる造形材料の量を調節することを含む、３次元プリンタを動作させる方法。
【請求項６８】
請求項６７において、さらに、ブリッジを破壊して、前記計量システムへの前記造形材料の流れを促進することを含む３次元プリンタ動作方法。
【請求項６９】
請求項６７において、前記作業位置が、造形材料の平滑な層を形成するため、ローラまたはドクター・ブレードの前方に位置する３次元プリンタ動作方法。
【請求項７０】
３次元プリントされた物体の表面から結合していない粉末を除去する方法であって、
前記物体をエンクロージャ内に収容し、
空気流れを発生させ、
少なくとも１つのフィルタで前記空気流れから粉末を除去し、
ダクトシステムを介して前記空気流れを前記エンクロージャに導き、
前記ダクトに接続された器具を作動させて、圧縮空気を前記物体に吹き付ける、各ステップを含む粉末除去方法。
【請求項７１】
請求項７０において、前記空気流れを導くステップが、前記ブロワ−からの空気流れの少なくとも一部を前記エンクロージャの前記開口を横切る方向に誘導することにより、粉末が前記エンクロージャから放出されるのを防ぐエア・カーテンを形成することを含む粉末除去方法。
【請求項７２】
請求項７１において、前記空気流れを導くステップが、前記ブロワ−からの空気流れの少なくとも一部を前記エンクロージャ全体に渡って流れるように誘導することにより、停滞するエア・ポケットを発生させず、前記エンクロージャ内に全体的な空気流れを発生させることを含む粉末除去方法。
【請求項７３】
部分をエンクロージャ内に収容し、
濾過システムにより含浸剤エアロゾルを除去し、
噴霧器により前記部分に含浸剤を噴霧する、各ステップを含む、３次元プリントされた部分に液体を含浸させる方法。
【請求項７４】
請求項７３において、前記噴霧ステップが、少なくとも１つのヘッドを有する蠕動ポンプで含浸剤を送ることを含む液体含浸方法。
【請求項７５】
請求項７４において、さらに、少なくとも２つの成分を混合器で混合するステップと、この少なくとも２つの成分を前記蠕動ポンプにより別々の配管を通して送るステップとを含む液体含浸方法。
【請求項７６】
請求項７３において、前記噴霧ステップが含浸剤のエアロゾル噴霧を生成することを含む液体含浸方法。
【請求項７７】
造形材料の層に重力供給式分配システムを介して結合剤を吐出させることを含む、３次元物体を製作する方法。
【請求項７８】
物体の製作に使用する造形材料を貯蔵する手段と、
前記貯蔵手段に配管接続された真空吸引口を有する真空システムを動作させる手段と、
前記貯蔵手段からの造形材料の漸増する層を造形チャンバ内に収容する手段と、
前記貯蔵手段から移送されるが、前記造形チャンバに収容されなかった過剰な量の造形材料を収容する手段と、
を備えた、３次元物体を製作する装置。
【請求項７９】
造形材料を貯蔵チャンバに貯蔵する手段と、
前記造形材料をコンベヤによって前記貯蔵チャンバから作業位置に移動させる手段と、を備えた、３次元プリンタを動作させる装置。
【請求項８０】
造形材料を貯蔵チャンバに貯蔵する手段と、
計量システムを用いて、前記貯蔵チャンバから作業位置に送られる造形材料の量を調節する手段と、
を備えた、３次元プリンタを動作させる装置。
【請求項８１】
３次元プリントされた物体の表面から結合していない粉末を除去する装置であって、
前記物体をエンクロージャ内に収容する手段と、
空気流れを発生させる手段と、
少なくとも１つのフィルタにより前記空気流れから粉末を除去する手段と、
ダクトシステムを介して前記空気流れを前記エンクロージャに導く手段と、
前記ダクトに接続された器具を動作させて、圧縮空気を前記物体に吹き付ける手段と、を備えた粉末除去装置。
【請求項８２】
部分をエンクロージャ内に収容する手段と、
濾過システムにより含浸剤エアロゾルを除去する手段と、
噴霧器により前記部分に含浸剤を噴霧する手段と、
を備えた、３次元プリントされた部分に液体を含浸させる装置。
【請求項８３】
重力供給式システムを介して造形材料の層に結合剤を吐出する手段を備えた、３次元物体を製作する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット式プリントヘッドを用いて、物体のコンピュータ・モデルからその物体の３次元模型を製作するラピッド・プロトタイピング（rapid prototyping）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ラピッド・プロトタイピング（rapid prototyping）とは、物体のコンピュータ・モデルからその物体の３次元模型を製作する様々な方法をいう。１つの方法は３次元プリントである。この方法では、特殊なプリンタを使用して、複数の２次元層から立体模型を製作する。詳細には、３Ｄ対象物のディジタル表現をコンピュータ・メモリに格納する。コンピュータ・ソフトウェアはそのディジタル表現を複数の別個の２Ｄ層に分割する。次に、３Ｄプリンタは、ソフトウェアで分割された各層毎に材料層を加工する。続いて、複数の加工された層が積層されて、所望の模型が形成される。
【０００３】
粉末材料から３次元の部分（造形物）を製作する装置は一般に、粉末供給源および造形面を備えている。粉末材料は、粉末供給源から造形面に移送され、漸増する層を形成する。３次元プリントの１つの方法では、粉末材料の層が限定領域内に堆積される。結合剤溶液を各層上に選択的に吐出して、結合した粉末領域を生成する。結合剤を噴射する装置は、典型的にはインクジェット式プリントヘッドである。その後、結合されなかった粉末を除去して、３次元の部分を完成する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
造形材料として粉末を用いることは、いくつかの問題を発生させる可能性がある。粉末は容易に飛散するため、機械類、最終製品（最終仕上げされた造形物）またはユーザに悪影響を及ぼす可能性がある。粉末は、機械へ充填されてから除去されるまでの間に、プリント工程の様々な段階において飛散する。さらに、過剰に粉末が堆積すると、それが飛散しているか否かにかかわらず、プリンタの保守上の問題を引き起こす。従来の３次元プリンタは、粉末の制御に問題を有している。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の特定の態様によれば、３次元プリンタの１つの実施形態は、供給リザーバ、真空システム、造形チャンバおよびオーバーフロー・キャビティを備える装置を含む。供給リザーバは、物体（実物モデル）を形成するための造形材料を貯蔵する。造形チャンバは、供給リザーバからの造形材料の漸増する層を受け入れる。オーバーフロー・キャビティは、供給リザーバから移送されて造形チャンバによって受け入れられなかった、つまりオーバーフローした過剰な量の造形材料を収容する。
【０００６】
真空システムは、供給リザーバにまで配管接続された吸引口を有する。この場合、真空システムを利用して造形材料を様々な供給源から供給リザーバに移送できる。詳細には、この真空システムを利用すれば、真空システムの吸引口に接続された配管を通して、造形材料を供給リザーバに吸入できる。
【０００７】
例えば、真空システムを、造形材料の入った容器からその造形材料を供給リザーバに充填するように構成できる。この場合さらに、真空システムは、造形材料の入った容器に空気を注入する空気注入器を備える。真空システムの構成を、物体の製作後に結合しなかった粉末を造形チャンバから除去し、この結合しなかった粉末を供給リザーバに移送する構成としてもよい。また、真空システムの構成を、オーバーフロー・キャビティを空にし、造形材料を供給リザーバに移送する構成としてもよい。また真空システムは、供給リザーバ上または造形チャンバ上、あるいはこれらの近傍に堆積した粉末を除去し、この除去した粉末を供給リザーバに戻すように構成することもできる。前述の真空システムの構成例はいずれも自動化でき、あるいはユーザが手動で操作できる。
【０００８】
前記装置は、粉末から比較的大きな粒子を取り除き、粉末を供給リザーバに戻すシステムを含むことができる。このシステムは、粉末および空気の流れに渦巻き状の運動を発生させることができる。この粉末および空気流れは分離スクリーン通過後、供給リザーバに入る。
【０００９】
前記装置はさらに、真空システム内に配置されたフィルタ、およびこのフィルタをクリーニングするためのシステムを含むことができる。フィルタが複数の場合には、クリーニング・システムを用いてフィルタを清浄にすることができる。詳細には、各フィルタに順次逆向きの空気流れを発生させる。この場合、クリーニング・システムは、単一のフィルタ排出口に対して真空の供給を停止する弁を備え、この排出口にほぼ大気圧の空気を流すことで、逆向きの空気流れを発生させて堆積した粒子を吹き飛ばすことができる。１つ以上のフィルタが逆向きの空気流れによりクリーニングされている間、システムの別のフィルタを用いて、真空チャンバ内の空気流れおよび真空を維持できる。
【００１０】
粉末の飛散を抑制するのが難しいだけでなく、粉末を粉末供給源から造形領域に移送することも難しい。第１に、粉末が粉末供給源内で固まり、凝集して粉末ブリッジを形成する傾向にある。第２に、粉末が平滑な層となるように供給することが難しいため、造形物に欠陥を生じかねない。最後に、移送される粉末量が多すぎると、粉末の浪費につながり、過剰な粉末の堆積を招き、飛散する粉末量が多くなる。
【００１１】
本発明の特定の別の態様によれば、３次元プリンタの１つの実施形態は、造形面の面よりも下方で造形材料を貯蔵するチャンバと、コンベヤとを含む。コンベヤをこのチャンバに接続して、造形材料を移送するのに利用できる。さらに、コンベヤがチャンバ内の造形材料を攪拌するので、造形材料のブリッジまたは停滞領域が形成されるのを防止できる。
【００１２】
さらに詳細には、コンベヤは２条のコンベヤ・チェーンに取り付けた複数のスラット(slat)を備えることができ、各スラットの寸法は一定量の造形材料を搬送可能な寸法となっている。スラットの形状は、各スラットが搬送できる造形材料の量を増すことなく、剛性を維持することができる形状である。特に、スラットの形状を、スラットが造形材料の中を引っ張られるときに生じるモーメントにより、コンベヤ・チェーンがスプロケットまたはプーリに巻き付くような形状とすることができる。さらに、スラットの形状を、スラットの粉末搬送部分が粉末中を引っ張られるときに生じるモーメントが、補強材が粉末中を引っ張られるときに生じるモーメントによって相殺されるような形状にできる。また、コンベヤ・システムは、スラットの配置、方向、姿勢等を適宜設定することにより、造形材料がスプレッダ・ローラまたはドクター・ブレードの前方に堆積するように構成できる。
【００１３】
計量システムを用いて、堆積される造形材料の量を調節できる。１つの実施形態では、コンベヤ・システムはチューブまたはパイプ内に配置されたオーガ（augur）であってもよい。この場合、オーガを回転させて粉末を供給リザーバの底部から計量システムに移動させることができる。
【００１４】
別の実施形態では、計量システムは、緊密に嵌合するチューブ内部の円筒体を備える。この実施形態では、円筒体は特定量の造形材料を収容する凹部を有する。またチューブは入口スロットおよび出口スロットを有する。この場合、円筒体はチューブ内部で回転することにより、造形材料が凹部に入り、出口スロットに運ばれる。詳細には、円筒体とチューブとの間の隙間のサイズを、入口スロットと出口スロットの間の望ましくない粉末の流れを制限するサイズにできる。さらに、払い羽根を計量用の円筒体と逆向きに回転させることにより、払い羽根で凹部から造形材料をかき出し、造形材料が凹部に付着しないようにすることができる。
【００１５】
別の実施形態では、様々な機構を用いて、ブリッジを破壊して計量システムへの造形材料の流れを維持することができる。例えば、回転する外輪（パドルホイール）を構成して、計量システム上方で造形材料を攪拌するようにできる。別の例としては、加振部材を用いて、造形材料を攪拌する。この加振部材は貯蔵チャンバに結合できる。
【００１６】
本発明の別の態様によれば、３次元プリンタの１つの実施形態は、造形面の面の上方で造形材料を貯蔵するチャンバと、計量システムとを備えることができる。計量システムを用いて、供給リザーバにより供給される造形材料の量を調節できる。
【００１７】
詳細には、計量システムは、緊密に嵌合するチューブ内部の円筒体を備える。この実施形態では、円筒体は特定量の造形材料を収容する凹部を有する。またチューブは入口スロットおよび出口スロットを有する。この場合、円筒体はチューブ内部で回転することにより、造形材料が凹部に入り、出口スロットに運ばれる。詳細には、円筒体とチューブとの間の隙間のサイズを狭くし、入口スロットと出口スロットの間の望ましくない粉末の流れを制限するサイズにできる。
【００１８】
別の実施形態では、様々な機構を用いて、ブリッジを破壊して計量システムへの造形材料の流れを維持することができる。例えば、外輪を構成して、計量システム上方で造形材料を攪拌するようにできる。別の例としては、加振部材を用いて、造形材料を攪拌する。この加振部材は貯蔵チャンバに結合できる。
【００１９】
貯蔵チャンバおよび計量システムは、造形チャンバを横切って移動するガントリに取り付けることができる。粉末を計量して造形チャンバ上に堆積し、平滑な層を形成できる。詳細には、粉末をローラまたはドクター・ブレードの前方で計量し、堆積させて、平滑な層を形成できる。
【００２０】
３次元の部分（実物モデル）がプリントされると、この部分は結合していない粉末で取り囲まれている。プリントされた物体（実物モデル）を出現させるために、この結合していない粉末を除去する必要がある。この場合にも、結合していない粉末の飛散を軽減する方法が必要とされる。粉末の大部分が部分として結合しないで未結合のままであるため、未結合の粉末を再利用する経済的動機が存在する。
【００２１】
本発明の別の特定の態様によれば、３次元プリンタの１つの実施形態は、３次元プリントされた物体の表面から結合していない粉末を除去する装置を含む。特定の装置は、物体を収容するエンクロージャ、空気流れを発生させるブロワ−、空気流れから粉末を除去する少なくとも１つのフィルタ、空気流れをエンクロージャに導くダクトシステム、および圧縮空気を物体に吹き付けるための器具を含むことができる。
【００２２】
さらに詳細には、ダクトにより、ブロワ−の排気（空気流れ）の少なくとも一部がエンクロージャの開口を横切って下方向に流れるように誘導されるので、粉末がブース（粉末除去装置）から噴出するのを防止できる。さらに、ダクトにより、ブロワ−の排気の少なくとも一部がエンクロージャ全体に渡って下方向に流れるように誘導されるので、停滞したエア・ポケット（空気流れ）が発生せず、エンクロージャの上部から底部への全体的な空気流れを発生させることができる。極めて圧力損失の小さいダクトを通して空気流れを分流させることにより、空気流れをエア・カーテン流れおよび全体的な下方への空気流れに分割できる。
【００２３】
さらに、エンクロージャを３Ｄプリンタの一部とし、未結合の粉末の除去が３Ｄプリンタを収容したエンクロージャ内で行われてもよい。この装置は、フィルタから粉末を除去するバック・パルス・クリーナ、および除去された粉末を収容するチャンバを有することもできる。フィルタから除去された粉末は、この装置に一体化された真空システムによって自動的に再循環できる。
【００２４】
インクジェット式のプリントヘッドを使用して、粉末の層に結合剤を噴射する。粉末を扱うことに伴う別の問題点は、粉末がプリントヘッドに堆積しやすいことである。粉末が長期間にわたり堆積すると、粉末がプリントヘッドの噴射を妨げる。したがって、プリントヘッドを清浄に保つ必要がある。また、噴射ジェットまたはプリントヘッドの不良を検出し、不具合に対処する必要がある。
【００２５】
本発明の別の特定の態様によれば、３次元プリンタの１つの実施形態は、構造枠、構造枠によって支持され、かつ造形材料を充填するのに適する造形チャンバ、造形チャンバを横切って移動するように取り付けられたガントリ、ガントリに取り付けられたプリントヘッド、プリントヘッドをクリーニングするためのプリントヘッド・クリーニング部材、およびプリントヘッド・クリーニング部材をクリーニングするためのクリーニング・システムを含むことができる。
【００２６】
詳細には、クリーニング・システムは、洗浄液の供給源、およびプリントヘッド・クリーニング部材を洗浄液に浸す機構を含むことができる。クリーニングを促進するため、洗浄液を超音波振動によって、あるいは洗浄液をポンプで循環させることによって、攪拌することもできる。攪拌作用を促進するため、洗浄液に空気を注入することもできる。
【００２７】
構造的には、プリントヘッド・クリーニング部材を可動ベルトに取り付けることができる。クリーニング・システムは、プリントヘッド・クリーニング部材を、固定面を横切らせてクリーニング部材に付着した汚染物質を拭い取るための機構を備えることもできる。固定面を洗浄液で濡らすことができる。固定面を洗浄液中に浸漬してもよい。
【００２８】
本発明の別の特定の態様によれば、３次元プリンタの１つの実施形態は、構造枠、構造枠によって支持され、かつ造形材料を充填するのに適する造形チャンバ、造形チャンバを横切って移動するように取り付けられたガントリ、ガントリに取り付けられたプリントヘッド、およびプリントヘッドが正常に機能しているか否かを検知するプリントヘッド故障検知器を含むことができる。
【００２９】
プリントヘッド故障検知器には、様々な機構を利用できる。例えば、プリントヘッド故障検知器は光学的液滴検知器とすることができる。別の例としては、プリントヘッド故障検知器は膜を有し、プリントヘッドがこの膜に液滴を噴射し、この膜への液滴の衝突を検出するマイクロホンによって液滴を検出することができる。さらに別の例としては、プリントヘッド故障検知器は圧電素子を含むことができる。さらに、いずれの場合においても、プリントヘッド故障検知器は、プリントヘッドの個々のジェットの噴射、あるいは一群のジェットの噴射を同時に検知できる。
【００３０】
プリントヘッドが複数のプリントヘッドのアレイである場合、プリンタの動作モードを、検知されたプリントヘッド故障に応じて変更できる。詳細には、プリント工程を変更して、物体のプリントされる各領域を複数回ずつプリントするようにできる。これにより、プリントヘッド・アレイがカバーする一領域よりも広い領域にわたりプリントすることができる。
【００３１】
プリントヘッドが４個以上のプリントヘッドのアレイであり、少なくとも１つのプリントヘッドに原色のうちの１つの着色剤を含んだ結合剤が供給されている場合、プリンタの動作モードを、検知されたプリントヘッド故障に応じて変更できる。詳細には、プリントをカラー・モードから上記複数回プリントの単色モードに変更できる。
【００３２】
プリントヘッドが複数のプリントヘッドのアレイである場合、プリンタの動作モードを、アレイの一端のプリントヘッドの故障検知に応じて変更できる。詳細には、プリント工程を変更して、プリントヘッド・アレイの幅を再設定することができる。
【００３３】
部分を粉末の塊から取り出した後、後処理する。後処理段階における１つの工程は含浸である。含浸は、多孔性である部分に樹脂を塗布することを含む。樹脂は通常、接着剤であるが、健康上、環境上の理由から飛散しないようにする必要がある。
【００３４】
本発明の別の態様によれば、３次元プリンタの１つの実施形態は、３次元プリントされた部分に液体を含浸させる装置を含むことができる。含浸装置は、部分を収容するエンクロージャ、含浸剤エアロゾルを除去する濾過システム、および部分に含浸剤を噴霧する噴霧器を含むことができる。
【００３５】
詳細には、エンクロージャを使い捨て式にできる。フィルタ部材を、使い捨て式エンクロージャに組み込むこともできる。
【００３６】
濾過システムは、フィルタ部材を通過する空気流れを発生させるシステムを含むことができる。空気流れを発生させるシステムはブースであってもよく、またエンクロージャを使い捨てのライナ（liner）とし、ブースが含浸剤で覆われないようにすることができる。
【００３７】
噴霧器は、蠕動ポンプ、使い捨てチューブ、および使い捨て噴霧ノズルを含むことができる。噴霧ノズルを、含浸剤のエアロゾル噴霧を発生させるサイホン・ノズルとすることができる。蠕動ポンプを２ヘッド・ポンプとすることができ、また含浸剤を２成分からなるものとすることができる。２つの成分は、噴霧ノズルへの導入前に混合室で混合される。さらに、２つの成分をポンプによって同一速度で別々の配管を通して送ることができる。特に、２成分含浸剤を固定の混合比とすることができ、各配管の内径を同一比に固定することにより、前記混合比を維持できる。
【００３８】
なお、前記実施形態の構成要素は様々な方法で組み合わせることができるが、各構成要素は説明した実施形態に限定されるものではない。
【００３９】
本発明の前述およびその他の目的、特徴、および利点は、添付図面に示す本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明で明らかになるであろう。図面では、同一参照符号は異なる図面においても同一部品を指す。図面は必ずしも縮尺通りでなく、本発明の原理を示すことに重点が置かれている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
図１は、ラピッド・プロトタイピングの特定の装置の概念図である。図示するように、この装置は、ディジタル・モデル１、コンピュータ１０、３次元（３Ｄ）プリンタ・アセンブリ３０、プリントされたままの状態（半完成）の３Ｄ実物モデル３、後処理システム５０、および完成した３Ｄ実物モデル５を含む。
【００４１】
ディジタル・モデル１は、３Ｄプリントされる物体のデータ表現、すなわち、有形の物理的実体に変換されるディジタル物体である。適正なディジタル・モデルは、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）のアプリケーション・ソフトウェアや３Ｄスキャン・システムを用いて作成でき、両者とも多くの供給業者から入手可能である。ディジタル・モデルは工業標準ファイル形式で保存され、このファイルは、標準的なコンピュータ装置上で実行されるアプリケーション・プラグラムにより電子的に伝送し、判読することができる。
【００４２】
コンピュータ１０は、デスクトップ・コンピュータや携帯用コンピュータなどのパーソナル・コンピュータである。コンピュータはスタンド・アローン・コンピュータでもよく、あるいはネットワークの一部を構成するものでもよい。
【００４３】
コンピュータ１０は特注のソフトウェア・アプリケーション・プログラム１５を実行して、ディジタル・モデルのファイルを読み出し、ユーザからパラメータおよび選択入力を受け取り、一連の詳細な計算を実行し、所望の実物モデルを製作するのに必要な情報を３Ｄプリンタ・アセンブリ３０に送信する。詳細には、アプリケーション・プログラム１５により、ユーザは３Ｄプリンタ３０内の実際の製作空間に相当する仮想空間内で、１つ以上のディジタル・モデルを構成できる。次に、アプリケーション・プログラム１５はディジタル・モデルのアレイを薄く切り、それぞれが所定の厚さを有する複数の２次元（２Ｄ）層とし、これらを３Ｄプリンタ３０内に実装された電子制御回路３２に送信する。
【００４４】
３Ｄプリンタ３０は、インクジェット方式プリントヘッド３５のアレイを使用し、例えばブレッド（Ｂｒｅｄｔ）らの米国特許第５、９０２、４４１号明細書に開示されているように、粉末状の造形材料３９からなる連続する複数の層に結合剤液３７を吐出する。前記特許明細書の全内容は、参照により本明細書中に引用したものとする。結合剤液３７が粉末状の造形材料３９と混合されると、粉末が反応を起こして硬化する。これらプリントヘッドからの結合剤の液滴の配置を制御することにより、２Ｄ断面の固体構造を物理的に再現できる。３Ｄプリンタは、アプリケーション・プログラム１５により提供される断面の各層毎に実物の層を製作する。全ての２Ｄ断面層が処理されると、３Ｄの実物モデル３が形成される。本明細書では、この段階のモデルを、後処理前の、プリントされたままの状態であることを表現するため、「半完成（green）」と呼ぶ。粉末を結合して物体を形成する詳細については、Ｓａｃｈｓらの米国特許第５、３４０、６５６号明細書、およびＣｉｍａらの米国特許第５、３８７、３８０号明細書に開示されている。これら特許明細書の全内容は、参照により本明細書中に引用したものとする。
【００４５】
後処理システム５０を用いて、半完成の実物モデル３の外観および物理的特性を改良して完成品の実物モデル５を製作できる。後処理システム５０は任意に、プリントされたモデルを操作し、移送するための搬送サブシステム５２、実物モデルを完全に乾燥させるための乾燥サブシステム５４、プリントされたモデルから残留する粉末状造形材料を完全に除去するための粉末除去サブシステム５６、およびプリントされたモデルを様々な物質で被覆および含浸する含浸サブシステム５８を含むことができる。
【００４６】
図２は、図１の３Ｄプリンタ・アセンブリの斜視図である。この３Ｄプリンタ・アセンブリを構成するサブアセンブリには、粉末供給器１００およびプリンタ・ユニット２００が含まれる。輸送、保守点検およびクリーニングのため、粉末供給器１００とプリンタ２００とは相互に容易に分離できる。さらにユーザは、任意選択で、単一のプリンタ・ユニット２００で使用するためのいくつかの交換可能な粉末供給器１００を利用できる。各供給器は異なる粉末造形材料を収容可能なので、１つの粉末材料から別の粉末材料への切り替えを容易にすることができる。
【００４７】
以下に、本発明の３Ｄプリンタの特定の特徴を説明する。表題は、本明細者の理解を助けることを意図したものであり、本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。
【００４８】
（粉末供給器）
図３は、特定の粉末供給器の斜視図である。粉末供給器１００は、真空吸引口１１２を有する真空サブシステム１１０、粉末状造形材料３９（図１）を貯蔵する供給リザーバ１０２、および所定の計量した量で粉末状造形材料をプリンタ・ユニット２００（図２）に供給する計量システム１７０を含む。以下の段落では、粉末供給器１００およびそのサブアセンブリの構成および動作を詳細に説明する。
【００４９】
（真空システム）
粉末の充填は汚れやすい工程であり、粉末の一部が飛散し、粉末がプリンタ、ユーザおよび周辺環境に堆積する。同様の問題は、プリントされなかった粉末の再利用においても発生する。再利用可能な粉末には２種類あり、（１）造形チャンバ内に堆積したが部分（実物モデル）の形成には使用されなかった粉末、および（２）完全な堆積層を得るために、粉末を広げる工程において使用された過剰な粉末である。この過剰な粉末は最終的にオーバーフロー・チャンバ（キャビティ）に落下する。どちらのタイプの粉末も、再利用にあたり同一の難点を有している。
【００５０】
図４は、粉末充填サブシステムの斜視図である。このサブシステムは、粉末状の造形材料３９を供給リザーバ１０２に充填する。図３に示すように、真空システム１１０が供給リザーバ１０２に取り付けられている（別の実施形態では、分離した真空源を備えることもできる）。真空システム１１０は、粉末供給器１００の上部を構成している。供給リザーバ１０２は、粉末状の造形材料を真空吸入口１１２に接続された真空ホース１１１を介して出荷用の容器９から供給リザーバ１０２に吸引することにより充填される。これにより、ユーザが粉末に触れることなくリザーバ１０２に充填できる。
【００５１】
圧縮空気ホース１０１を介して容器９（この容器は粉末を収容して製造地から出荷する容器であってもよい）に空気を注入することもできる。圧縮空気により、粉末を流れやすくして容器からの粉末の吸引を助けることができる。この方法を自動化して、供給リザーバ１０２が常に充分な量の造形材料を蓄えるようにすることもできる。
【００５２】
真空システムが、３Ｄプリンタの供給リザーバに通じる排出口を有することにより、様々な問題が解決される。工程を清浄化することによって、機械の構成部品（例えば、軸受および電子機器）を汚染する粉末の飛散が減少するため、ユーザの満足度は向上し、機械の信頼性も向上する。工程をより簡便な（ユーザの時間および手間をあまり必要としない）ものとすることにより、ユーザの満足度および生産性が向上する。
【００５３】
３Ｄプリント工程によって実物モデルが製作され終わると、このモデルをプリントされなかった粉末（以下で説明する）から分離する必要がある。また、プリントされなかった粉末の再利用も望まれる。これら目的を達するため、真空システム１１０を使用して、プリントされたモデル３（図１）から粉末の大部分を除去できる。
【００５４】
さらにユーザは、モデル３をプリンタから取り出した後、ユーザは、真空システム１１０を利用して、造形チャンバ内の残留粉末およびプリンタのどこかに（偶発的に、あるいは設計上の理由により）堆積したあらゆる粉末を供給リザーバ１０２に移送することができる。詳細には、実物モデルのプリント工程において、３Ｄプリンタ２００は粉末状の造形材料の連続する層をＢｒｅｄｔらの米国特許第５、９０２、４４１号に開示の方法により広げ、平均で全量の約２０％の量を広げてオーバーフロー・チャンバ内に堆積させる。真空システム１１０の別の特定用途は、このオーバーフロー・チャンバ内に堆積された粉末状造形材料を供給リザーバ１０２に戻すことである。
【００５５】
図５は、図２の３Ｄプリンタ・アセンブリの図であり、オーバーフロー・チャンバ２３０を明示するためいくつかの部品を除いてある。図５に示した特定の実施形態においては、オーバーフロー・チャンバ２３０は、配管１１３および弁１１４を介して真空吸引口１１２に接続されている。真空システム１１０を動作させると、オーバーフロー・チャンバ２３０からの粉末状造形材料が配管１１３内に吸引され、さらに供給リザーバ１０２に入る。弁１１４の位置に開口１１５を備えることにより、真空ホースを取り付けて、前述の充填およびクリーニング機能を実行できる。開口１１５に接続された真空ホースを利用するため、弁１１４を調整して、配管１１３を介してオーバーフロー・チャンバ２３０に至る接続を閉鎖し、開口１１５への接続を開く。
【００５６】
図６は、図５のオーバーフロー・チャンバの別の実施形態を示した概略図である。図示のとおり、オーバーフロー・チャンバ２３０の下端にオーバーフロー・チャンバ排出口２３５が恒久的に取り付けられている。オーバーフロー・チャンバ２３０を空にするため、ユーザは、真空ホースの一端をオーバーフロー・チャンバ排出口２３５に、他端を真空システム１１０の真空吸引口１１２（図３）に取り付ける。その後、真空システム１１０を動作させ、粉末状造形材料がオーバーフロー・チャンバ２３０から供給リザーバ１０２に移送される。
【００５７】
真空システム１１０の真空吸引口１１２を供給リザーバ１０２に直接接続した場合、供給リザーバ１０２に異物が入り込むことがある。異物の粒子サイズが粉末状造形材料に近い場合（例えば、塵埃など）、３Ｄプリンタ内や３Ｄプリント工程上で検出できない可能性がある。しかし、大きな粒子や塊が供給リザーバに入った場合、これらの塊が装置を損傷させる可能性があり、あるいはそれらが供給リザーバを通過して造形チャンバ内で堆積した場合、プリントされる実物モデルに損傷を与えることがある。
【００５８】
図７は、塊分離器の概略図である。図示のとおり、塊分離器１２０は、真空システムの吸引口１１２と供給リザーバ１０２の間に置かれる。分離器１２０は、空気、粉末状造形材料および吸引口１１２から入った混入異物を分離器１２０の内部周辺のほぼ環状の空気流路１２２に沿って流す。粉末状造形材料および空気は、分離スクリーン１２５を通り上方に流れ、分離器１２０を出て、供給リザーバ１０２に入る。大きすぎてスクリーン１２５を通過できない空気流路１２２中の混入異物は、分離器１２０の内部を循環し続ける。この循環運動は、異物の塊を破砕し損耗させるので、異物の一部は最終的にスクリーン１２５を通過する。分離器１２０の正面板１２７は取り外しでき、その取り外された箇所は溜まった屑を取り除くために利用する開口となる。
【００５９】
図８は、図３の真空システムのフィルタ・システムを示した概略図である。図示のとおり、真空システム１１０は供給リザーバ１０２内に配置された２つのフィルタ１１８−Ａ、１１８−Ｂを備え、これらのフィルタにより、真空システム１１０によって捕集された微粒子（粉末状造形材料など）が室内に排出されないようにする。当業者には、それらのフィルタが粉末状造形材料で覆われる結果、フィルタを通過する空気流れが少なくなり、真空吸引口１１２に生じる圧力差が減少することは理解されるであろう。本フィルタ・システムを用いて、フィルタをクリーニングする。
【００６０】
弁１１９−Ａ、１１９−Ｂのシステムが、フィルタ排出口（真空口）に対する真空源の接続を遮断し、排出口（パージ口）に大気圧または大気圧に近い圧力で空気を流すことで、その空気流れの方向を逆にし、堆積している粉末を吹き飛ばして供給リザーバ１０２に落下させる。システムのもう一方のフィルタは供給リザーバ１０２内の空気流れおよび真空を維持する。このパージ工程が、各フィルタ部材につき順番に周期的に行われる。このようにして、ユーザの介入なしにフィルタをクリーニングでき、フィルタが自動的にクリーニングされる間、ユーザが真空システムの使用を止める必要がない。
【００６１】
（粉末供給）
粉末供給器１００の基本的な機能は、プリント工程で必要とされるときに、計量された所定量の粉末状造形材料を３Ｄプリンタ・ユニット２００に送ることである。
【００６２】
図９は、粉末搬送機構の概略図である。供給リザーバ１０２は、詳しくは、約８．６立方フィート（０．２４ｍ３）の容積容量を有し、あるいはプリンタ・ユニット２００の空間的制約内で可能な最大の実物モデルの１．７５倍のものをプリントするのに充分な粉末状造形材料を収容可能なものである。粉末搬送機構１２０は、２条のコンベヤ・チェーンに取り付けられたスラット１２３を有するコンベヤ１２２を備えている。コンベヤは、電動モータによって駆動され、図中に矢印で示した方向に循環するように移動する。スラット１２３が、供給リザーバ１０２内の粉末状造形材料３９を通過し、各スラット１２３が粉末状造形材料３９の一部を造形面２０２の面よりも上方の地点に運ぶ。スラット１２３は駆動スプロケット１２５を通過するとき、投下点１２８で裏返しになり、粉末状造形材料が造形面２０２上の所定の位置に落下して、プリントされる実物モデルの表面上に広げられる。
【００６３】
図１０は、投下点１２８におけるスラット１２３の詳細図である。
【００６４】
図９に示したシステムには、スラットが常に供給リザーバ１０２の周辺に沿って移動しているという別の利点がある。このようにすることで、スラット１２３の動きによって粉末が攪拌され、ブリッジおよび粉末が停滞した領域が形成されない。停滞領域は、停滞領域の粉末をコンベヤ・システム１２２によって供給リザーバから取り出すことができないため、避けることが望ましい。このような停滞領域は、停滞領域の粉末が供給用コンベヤの通常動作で使用されないため、粉末が無駄に利用されていることを意味している。
【００６５】
大量の粉末を有するリザーバでは、コンベヤ１２２によってリザーバ内を引っ張られるスラット１２３に加わる力が、極めて大きくなる。スラットの構造を変更して、恒久的変形を生じることなく粉末状造形材料中を移動できるよう充分に強化できる。
【００６６】
図１１は、簡単なスラットの実施形態の斜視図である。スラット１２３は脚部１２４を備えるとともに、２つのコンベヤ・チェーン１２２−Ａ、１２２−Ｂに連結されている。このスラットは、最適な量の粉末状造形材料を搬送できるが、加わる荷重に耐えるには弱すぎる場合がある。脚部を補強して、剛性を高めることができる。
【００６７】
図１２は、補強されたスラットの特定の実施形態を示した斜視図である。前記スラット１２３は追加の補強用部材１２６を備えており、スラットによって運ばれる粉末状造形材料の量を増やすことなく、この部材により強度が付加される。粉末は、スラット１２３の表面１２３−Ｓに載って運ばれる。この構成の別の利点は、粉末の抵抗によって生じるモーメントが、チェーン１２２−Ａ、１２２−Ｂをプーリまたはスプロケットに巻き付けることである。逆向きのモーメントは、チェーンをプーリまたはスプロケットの周りを進行させず、むしろチェーンを妨害して停止させる傾向がある。
【００６８】
（粉末の計量）
図１３は、粉末状の造形材料を独立した計量システムに搬送する図９のコンベヤ・システムの概略図である。計量システム１３０は、３Ｄプリンタへの粉末状造形材料の流れを調節する。
【００６９】
図１４Ａ〜１４Ｂは、図１３の計量システムの概略図である。図１４Ａを参照すると、円筒体の計量ローラ１３３が、緊密に嵌合するチューブ１３４内に収納されている。計量ローラ１３３はその表面に軸方向の溝を４本有しており、これらの溝が計量凹部１３５−Ａ、１３５−Ｂ、１３５−Ｃ、および１３５−Ｄを構成している。チューブ１３４は、作業位置に対応した入口スロット１３６および出口スロット１３７を有している。計量ローラ１３３がチューブ１３４内を回転するとき、粉末状造形材料が入口スロット１３６を通って計量凹部１３５−Ａに入る。計量ローラ１３３が回転を続けると、粉末状造形材料は計量ローラ１３３とチューブ１３４の間に捕集され、出口スロット１３７まで運ばれ、出口スロット１３７から造形面２０２（図１３）上に排出される。
【００７０】
計量ローラ１３３とチューブ１３４との間の隙間は約０．０１５インチ（約０．４ｍｍ）であり、この寸法は、計量ローラ１３３が自由に回転できるよう充分大きく設定されているが、入口スロット１３６と出口スロット１３７の間の径方向の粉末の不要な流れを防止するよう充分狭く設定されている。計量凹部１３５はそれぞれ、約３立方インチ（約５０ｃｍ３）の粉末状造形材料を保持し、この量は層厚さの所望の最小増分に必要な量に等しい。これにより、あらゆる所望の層厚さに相当する量の粉末状造形材料を、適切な数の計量凹部１３５が粉末状造形材料を捕集して搬送するまで、計量ローラ１３３を回転させることにより供給できる。
【００７１】
さらに、図示した外輪攪拌器１３８により、計量ローラ１３３の上方の粉末状造形材料を攪拌してブリッジを破壊し、粉末状造形材料が計量凹部１３５に流れ込むようにする。
【００７２】
払い羽根１３９が、計量ローラ１３３と反対の方向に回転する。粉末状造形材料を保持している計量凹部３５が出口スロット１３７に入ると、払い羽根１３９が、計量凹部１３５から粉末状造形材料を払い出す。この方法により、材料が粘着性である場合やブリッジを形成しやすい場合でも、供給される粉末状造形材料の量の変動を防止できる。
【００７３】
図１５は、供給リザーバ１０２の全体が造形面２０２の面より上方にあり、プリンタ・ユニット２００’に一体化されている実施形態を示した概略図である。粉末が供給リザーバ１０２から造形面２０２の面上に計量して供給され、ガントリ２１０によって造形ボックス２２０全体にわたって広げられる。その後、粉末はプリントヘッドまたはプリントヘッド・アレイ２０５によってプリントされる。この実施形態では、計量システムを供給リザーバ１０２の底部に配置し、粉末材料を重力によって供給できる。別の実施形態では、粉末が凝集やブリッジを生じやすいタイプのものである場合、計量システムを供給リザーバ１０２の底部に配置し、リザーバに外輪や加振機構を備えることにより、粉末の計量システムへの流れを保証できる。
【００７４】
粉末を造形チャンバの片側に供給し、その後ローラで造形チャンバを横切るように広げることができるが、供給リザーバを、造形チャンバを横切って移動できるガントリ２１０に取り付けることもできる。ガントリが移動するとき、粉末を供給リザーバから連続的に計量して取り出し、造形チャンバ２２０に直接堆積させることができる。このような方法の１つの実施形態においては、ローラやドクター・ブレードを利用して、供給リザーバが通過した後に、堆積した粉末材料の表面を平滑にし、高さを揃えることができる。
【００７５】
（プリントヘッド）
プリントヘッドのクリーニング
３Ｄプリント・ユニット２００はインクジェット・プリントヘッド・アレイを用いて、粉末状造形材料の連続する層に結合剤材料を選択的に供給し、造形材料を選択的に硬化させて３Ｄ実物モデルを形成する。この方法は、本明細書に引用した、例えばＢｒｅｄｔらの米国特許第５、９０２、４４１号に詳細が開示されている。優れたインクジェット式プリント装置の１つの態様は、プリントヘッドの表面を清浄に保つ方法である。３Ｄプリント環境においてプリントヘッドを清浄に保つことは、プリントヘッドの表面近傍に粉末状造形材料が高濃度で飛散しているため、特に要求されていることである。大部分のインクジェット・プリンタでは、プリントヘッドの表面をスキージ状の拭き取り部材で定期的に拭っている。
【００７６】
図１６Ａ〜１６Ｂは、特定のクリーニング装置３００の概略図である。図示のとおり、拭き取り部材３０５は、プリントヘッド２０５が拭き取り部材３０５の上方を図中の矢印で示した左方向に移動するとき、プリントヘッド２０５の表面を拭うように位置している。プリントヘッド２０５が拭き取り部材３０５上を通過するとき、汚染物質がプリントヘッド２０５の表面から拭き取り部材３０５に移される。この方法は、汚染物質が拭き取り部材上に堆積されない限り機能する。
【００７７】
図示のとおり、拭き取り部材３０５はベルト３０２上に取り付けられている。ベルト３０２は、モータ３０６によって回転するプーリ３０４−Ａ、３０４−Ｂ上を走行する。拭き取り部材３０５は所定の位置に静止しており、プリントヘッド２０５の表面を拭う。モータ３０６を動作させると、図１６Ｂに示すとおり、拭き取り部材３０５が拭き取りブロック３０９のクリーニング面３０８に渡って図中の矢印に示す方向に引っ張られ、堆積していた汚染物質が拭き取りブロック３０９に移される。拭き取りブロック３０９は、拭き取り面を清浄に保つため定期的に交換される。
【００７８】
図１７は、クリーニング装置を有するクリーニングステーションの別の特定の実施形態を示した概略図である。このクリーニングステーション３００’では、クリーニングのため、拭き取り部材３０５’を液面３０８’まで洗浄液３０９’で満たされた凹形のクリーニングステーション３００’に引き込むことができる。拭き取り部材３０５’は引き込まれたとき洗浄液３０９’に完全に浸かる。攪拌器３０７は、様々な手段、例えば超音波振動、洗浄液の急速な循環、または気泡の注入によって洗浄液３０９’を攪拌できる。
【００７９】
プリントヘッドの故障検出
プリントヘッドの耐用年数は、使用状況およびその他の制御し得ない変動要素によって変わってくる。プリントヘッドが部分的に故障し、一部のジェットが停止し、その他は正常に噴射することがある。また、プリントヘッド全体が故障し、全てのジェットが機能しなくなることもある。プリントヘッドの故障理由およびプリントヘッドの寿命は大きく変動するため、およびプリントヘッドの故障は所望の実物モデルを作るための３Ｄプリンタの故障を引き起こすため、プリントヘッドの状態を検出し、プリントヘッドのジェットの一部、大部分、あるいは全てが射出しているのかを検知できることは有用である。
【００８０】
図１８は、プリントヘッドの状態を監視するための液滴検知器を示した概略図である。プリントヘッド２０５が液滴検知器４００の上方の所定の位置に移動した後、プリントヘッド２０５のジェットがそれぞれ独立に、ジェットが通常通り噴射していることを検知器が確実に検出するのに充分な回数の噴射を行う。別の実施形態では、一群のジェットを同時に噴射させ、検知器は各群の内のジェットがいくつ正常に噴射しているのかを、どのジェットが故障しているかを特定することなく検出する。この方法は、複数のジェットを同時に試験できるため、時間を要さない。
【００８１】
特定の液滴検知器４００は、光学的手段によって動作する。例えば、発光器は結合剤が不透明となる周波数の光（例えば赤外線）を放射できる。プリントヘッドから噴射された液滴が光線を横切ったとき、光線が遮断される。この遮断が検出できないということは、ジェットが故障していることを示す。検出用の光線が充分細い場合、照準のずれているジェットを検出することもできる。
【００８２】
別の特定の液滴検知器４００は、マイクロホンや圧電検知器に取り付けた膜上への液滴の衝突を検出することによって機能する。
【００８３】
プリントヘッド故障の補償方法
各プリントヘッドが正しく機能しているか否かが検出可能になることで、３Ｄプリンタの種々の動作モードが設計可能になる。最も単純な動作モードでは、故障が検出されるとすぐにプリント・ジョブを中断する。ユーザは、故障したプリントヘッドを短時間のうちに交換するか、またはジョブを中止する。あるいは、いかなる場合もプリント・ジョブを中止するようにできる。これにより、時間を節約でき、消費される粉末の量を少なくできる。液滴検知器なしでは、プリントヘッドが部分的に故障した場合、あるいはプリンタの複数のプリントヘッドの内の１つが完全にまたは部分的に故障した場合、完成した部分（実物モデル）が十分な品質を有していないにもかかわらず、多量の粉末がプリントされてしまう。欠陥が検出されたときにプリント・ジョブを中止することで、ユーザは、欠陥が検出されなかった場合に無駄になる結合剤および粉末の費用を節約することができる。
【００８４】
別の動作モードでは、一部のジェットが機能していないことが検出されたが、他のジェットは機能している場合（例えば、複数プリントヘッドのアレイのうちの１つが故障した場合）、プリント工程を変更して、部分の各領域をプリントヘッドが複数回通過するようにする。Ｘ軸（プリントヘッド・アレイ）を、プリントヘッドの通過経路のＹ軸方向における通常の間隔に対して、その１／ｎだけ前進させることにより、各領域がｎ個の異なるジェットでプリントされることになる。各プリントヘッドが通過する度にプリントされる結合剤の量は、通常の量の１／ｎに減らされる。ｎの選択は、部分の強度の弱い領域（ｎ−１個の機能しているジェットでプリントされた領域）が、満足できる部分を提供するのに十分な強度となるように行われる。
【００８５】
さらに別の動作モードでは、複数プリントヘッド・アレイの一端あるいは他端にあるプリントヘッドが故障した場合に、アレイの幅を（ｎ−１個（ｎは通常時のプリントヘッドの数）のプリントヘッドを有しているため）再設定し、プリント・ジョブを完遂することができる。
【００８６】
４つ以上のプリントヘッドを有し、少なくとも１つのプリントヘッドに原色（シアン、マゼンタ、および黄色）のうちの１つの着色剤を有する結合剤が供給されるカラー３Ｄプリンタでは、別の動作モードが可能である。詳細には、検知器がプリントヘッドの１つが故障していることを検出した場合、前述の重複プリント・モードを使用し、単色モードで（または、速度を向上させるため、故障したプリントヘッドの色以外の全ての色を使用するモードで）プリント・ジョブを完成することができる。この方法によれば、ユーザは色付き部分ではないが品質の良い部分を得ることができ、または別の場合には、設計どおりの色ではないが色付きの部分を得ることができる。
【００８７】
（後処理）
粉末の除去
実物モデルがプリントされ、例えば図３に示した真空システム１１０を用いることによってプリントされなかった粉末状造形材料の大部分が除かれると、次に、以前残留しているプリントされなかった粉末状造形材料の除去が望まれる。プリントされなかった粉末状造形材料とプリントされた実物モデルとは粘着性であるため、真空システム１１０のみを用いてプリントされなかった全ての粉末状造形材料を取り除くことは一般に不可能である。残留している粉末状造形材料をブラシで払うことができるが、これは実物モデルの形状によっては時間がかかり、または不可能な作業であり、繊細な実物モデルを破損することがある。実物モデルから結合していない粉末状造形材料を除去する特定の方法は、圧縮空気で吹き飛ばす方法である。ただし、この方法は、粉末状造形材料を雲状の飛散物としてしまうため、多くの問題を引き起こす。
【００８８】
図１９は、特定の粉末除去ブースを示した概略図である。実物モデルに向けた圧縮空気の噴射によって生じる粉末状造形材料の雲状の飛散物を封入し、この飛散物を誘導する、空気の流れが粉末除去ブース５００内で作られる。開口５０３により、粉末除去ブース５００の内部空間にアクセスすることができる。粉末除去される実物モデルは、開口５０３内の載置面５０４上に置かれる。窓５０５は飛散した粉末状造形材料の封入を助けるため閉じることができ、またこれを開いて、大型の実物モデルを粉末除去ブース５００内に置くことができる。ブースの動作によって生じる騒音を減衰させるため、囲い板５０６がブロワ−５１０を覆っている。
【００８９】
図２０は、図１９の粉末除去ブースの破断図である。電動モータ５１５で駆動されるブロワ−５１０により、空気が粉末除去ブース５００内を循環する。図中の矢印に示すように、空気はブロワ−５１０から出て分流器５３０に入り、そこで２つの別々の流れに分割され、第１の空気流れがエア・カーテン・ダクト５１８によって導かれるエア・カーテン流れ５１７、第２の空気流れが粉末除去流れ５１９となる。両方の流れは、回転台５２０上に支持された実物モデル３の近傍で再度合流し、粉末状造形材料を一緒に運ぶ。その後、合流した空気流れは支持面５２２の開口を通過し、フィルタ５２４を通過する。濾過された空気流れがフィルタ５２４から出て清浄空気プレナム５２６に入り、そこからブロワ−５１０の入口に入って空気流れの循環が終了する。
【００９０】
粉末状造形材料を含んだ空気がフィルタ５２４を通過するとき、粉末状造形材料がフィルタ５２４の表面に積もり、最終的には空気流れを妨げてシステムの効率を低下させる。フィルタ５２４を詰まっていない状態に保つため、清浄空気プレナム５２６からフィルタ５２４の内部に、空気パルス（バックパルス）が定期的に導入される。これにより、フィルタ５２４を通過する空気流れを一時的に逆流させて、堆積した粉末状造形材料をフィルタ５２４の表面から分離させ、引出し５２８内に落下させる。粉末収集引出し５２８は、空にするために取り外すことができる。
【００９１】
１つの目的は、飛散した粉末状造形材料が粉末除去ブース５００の開口５０３（図１９）から漏れ出て、周囲環境を汚染するのを防止することにある。特に、圧縮空気の高速噴射が実物モデル３に向けられたとき、実物モデルから反射した圧縮空気のかなりの部分が、粉末除去ブース５００からユーザ方向に流れ出る。この飛散した粉末状造形材料の漏出を防ぐため、第１のエア・カーテン流れ５１７（図２０）が窓５０５（図１９）の表面に沿って垂直下方に導かれるため、外に向かう圧縮空気流れを効果的に捉えてその方向を変える。
【００９２】
ブロワ−の排気を全てブース５００の表面に沿って流れるように誘導すると、極めて効果的なエア・カーテンを作り出すことができる。ただし、この場合、ブース内の空気の大部分が停滞し、粉末除去ブース５００の内部空間に空気がゆるやかに循環している領域が形成される。粉末状造形材料が実物モデル３から吹き払われたとき、ゆるやかに循環する空気は浮遊する粉末粒子によって直ちに不透明状態になる。この不透明な粉末の雲状物は直ぐには消散せず、ユーザの生産性を低下させる。図２０に示した第２の粉末除去流れ５１９は、この問題に対処するものであり、ブース５００全体に下方に向かう空気流れを作り出し、したがって空気流れが停滞することなく、発生した粉末の雲状物が急速に消散する。
【００９３】
第１のエア・カーテン流れ５１７と第２の空気除去流れ５１９との間の最適なバランスは、除去される粉末状造形材料の特性および粉末を除去される実物モデルの形状によって、幾分変化する。この理由から、分流器５３０は調整可能である。
【００９４】
図２１は、図２０の分流器の概略図である。ユーザ操作のレバー５３２により、機械的リンク５３３が分流器翼５３４を転心５３５を中心として図中の矢印に示すように上下に回転させる。分流器翼５３４の端部５３６が下方に動いたとき、エア・カーテン・ダクト５１８を下方に流れる第１のエア・カーテン流れ５１７が、全空気流れの大部分を占める。分流器翼５３４の端部５３６が上方に動いたとき、排気プレナム５３８に流入する第２の空気クリーニング流れ５１９が、全空気流れの大部分を吸引する。
【００９５】
図２２は、図１５のプリンタ・ユニット２００’に組み込まれた粉末除去ブースの概略図である。図示のとおり、ブロワ−５１０が粉末除去ブース５００に結合されている。空気流れは、ブース５００の前面開口を横切って下方に流れ、粉末を運び、フィルタ（図示せず）を通過してブロワ−５１０の入口に戻る。この構成においては、粉末の除去とプリントとが同一の装置で行われる。
【００９６】
粉末除去ブース５００がプリンタ・ユニット２００’から分離している場合には、運搬車を利用して、大きなあるいは重い実物モデルを粉末除去ブース５００に移動させることができる。実物モデルは、プリント工程に先立って３Ｄプリンタの造形テーブル上に置かれたパレット上でプリントされる。プリントが完了したとき、運搬車がプリント・ユニット２００’の近傍に置かれ、両者は一式の搬送レールで橋渡しされる。これらのレールは多数のローラを有し、これらのローラによりプリント済みの実物モデルを載せたパレットを、運搬車上に滑らかに摺動させることができる。その後、運搬車は粉末除去ブース５００の近傍に置かれ、搬送レールを用いて、プリント済みの実物モデルを載せたパレットを粉末除去ブース５００内に摺動する。
【００９７】
含浸
３Ｄプリント工程によって作成された実物モデルは多孔性であり、様々な樹脂で含浸することにより、その特性を変えることができる。樹脂は、浸漬、ブラシ塗布、および注入を含む様々な方法で実物モデルに含浸することができる。これら手法のそれぞれは、時間を要するか、樹脂を浪費するか、あるいはその両者である。本発明では、噴霧工程によって樹脂を実物モデルに含浸する。３Ｄプリントモデルに使用される含浸剤の多くは接着剤である。接着剤の噴霧は多くの問題を引き起こす。第１に、噴霧工程の間に（例えば過剰な噴霧、または微粒化噴霧の跳ね返りにより）発生する蒸気を封じ込める必要がある。蒸気を封じ込めない場合、ユーザ、ユーザの衣服、あるいはその他の物体に付着する。特定の含浸剤では、蒸気が健康上または環境上の危険を引き起こす可能性がある。接着剤の噴霧に伴う別の問題は、噴霧装置が接着剤で覆われ、使用のたびに完全にクリーニングしなければならないことである。これは時間を要する作業であり、接着剤の溶媒が有害である場合、健康上または環境上の問題を引き起こしかねない。
【００９８】
図２３は、図１９の粉末除去ブースのライナを示した概略図である。ライナ５６０は、ブース５００を含浸剤の過剰な噴霧から保護する。ライナ５６０はプレ・フィルタ５６２を備え、そのプレ・フィルタ５６２により、飛散した接着剤の液滴を捕集して、飛散した接着剤の液滴が粉末除去ブース５００内のフィルタ５２４（図２０）を覆うことを防止している。粉末除去ブース５００内で実物モデルの粉末除去が終了したとき、ユーザは、好ましくは段ボール紙で作られるライナ５６０を粉末除去ブース５００内で開き、実物モデルに含浸剤を噴霧する。あるいは、ライナを利用して、通気孔のフードまたはダクトの無い排気フードを保護することもできる。
【００９９】
図２４は、噴霧によって樹脂含浸剤を塗布するシステムを示した概略図である。システム６００において、樹脂は蠕動ポンプ６０３によって含浸剤貯蔵容器６０２から使い捨ての配管６０４を通して送られ、使い捨ての噴霧ノズル６０５を通って噴射される。使い捨ての構成部品および接着剤で濡れることのない蠕動ポンプを備えるシステムを使用することにより、安価でかつユーザが使い易い接着剤噴霧システムを形成できる。クリーニングは、配管および噴霧ノズルを廃棄することによる。
【０１００】
図２５は、２成分からなる含浸剤を噴霧するシステムの概略図である。２成分の含浸剤とは、２つの成分が結合されたときに硬化する含浸剤である。システム６１０において、樹脂成分は２ヘッド蠕動ポンプ６１８によって、含浸剤リザーバ６１６、６１７から使い捨ての配管６１４を通して送られる。２つの樹脂成分は可動部のない静的混合器６１９で混合され、混合物が使い捨ての噴霧ノズル６１５を通って噴射される。２成分の混合比は、各配管に適切な径を用いることにより保たれる。特に、成分の比が１対１のとき両方の配管が同一径である必要がある。
【０１０１】
（粉末の制御）
ピストンのシール
造形および供給用のピストンをシールすることにより、未結合の粉末がピストン・アセンブリの側面を通って漏出し、アセンブリの下方に落下して、アセンブリの下方に位置する機構を汚染し、損傷を与えないようにすることは重要である。
【０１０２】
図２６は、密封されたピストンの正面断面図である。図示のとおり、通電されたチューブ７１２はフェルト７１４を外方に押し、ピストン・ボックス７１０の内表面に押し付ける。チューブ７１２の上部および側部は、ピストン・アセンブリ７１８のピストン・アセンブリ・プレート７１５で囲まれている。フェルト７１４はチューブ・シール７１２とピストン・ボックス７１０の側面との間に置かれて、シールを形成する。
【０１０３】
粉末ガター
３Ｄプリントは、粉末を供給する供給ボックスおよび部分の製作が行われる造形ボックスを含む。３Ｄプリント工程において、粉末は、真空によって除去されるまで、これら粉末ボックスの周囲の表面（デッキと呼ばれる）上に積もる。プリント工程の間に拡散する粉末は有害物となり、特にプリントヘッドや作業台のような、３Ｄプリンタの各部に性能上の問題を発生させる可能性がある。機能上の理由で、プリントヘッドおよび作業台は、粉末ボックスの上縁の面近くに位置する必要がある。デッキがこれら上縁と同一面上にあると、デッキに積もった粉末は、これら損傷を受け易い構成部品に近づく可能性がある。したがって、より望ましい実施形態では、デッキの面を粉末ボックスの上縁よりも下方に下げ、粉末が落下するガターを形成する。
【０１０４】
図２７は、粉末ボックスの概略断面図である。プリンタのデッキ８０２が、粉末ボックスの上縁８０４Ｔよりも下方に下げられている。この構成により、拡散した粉末を捕集できるガター８０５が形成される。
【０１０５】
プラウ
プラウにより、粉末が拡散してピストン・ボックスの側方から漏出するのを防止できる。１つの方法は、ばねでガントリに固定されるプラウを用い、このプラウにより３Ｄプリンタの上部デッキに下方向の力が作用するようにする。特定のプリンタは小型の磁石を内蔵しているプラウを備え、力を作用させる。このプラウは、ばねを備えたプラウに比べて組立ておよび分解が容易である。別の改良はプラウの位置に関する。
【０１０６】
図２８は、磁石付きプラウの構成を示した断面図である。プラウ８０１−１および８０１−２は、プリンタのガントリ２１０’に、粉末ボックスの壁面８０４−１および８０４−２に垂直な方向には自由に動くが、他のすべての方向についてはガントリ２１０’に固定されるよう取り付けられている。壁面８０４−１および８０４−２は、鋼などの軟磁性材料で製作されている。プラウにはそれぞれ磁石８１２−１および８１２−２が埋め込まれており、これらの磁石が、それぞれの壁面に対し充分な力で作用してプラウが壁面に密着するように保ち、粉末を広げる動作の間に粉末３９がデッキ８０２上に溢れ出すのを防ぐための防壁として作用する。
【０１０７】
（結合剤の供給）
重力作用による結合剤供給
３Ｄプリントは一般に、２Ｄプリント用に設計された市販のプリントヘッドを利用する。プリントされる粉末に適合する特殊な結合剤材料が、プリントヘッドによって吐出される通常のインクに代わって用いられる。一般的な３Ｄプリントされる部分（実物モデル）は、プリントヘッド内に収容できる結合剤よりもはるかに多くの結合剤を必要とし、かつ部分の製作中にプリントヘッドを交換することは実際上不可能なため、プリンタの動作中、プリントヘッドに結合剤を連続的に補給する必要がある。これは一般に、可動のプリントヘッドと静止結合剤供給源との間に配管接続を行うことにより実現される。
【０１０８】
プリントヘッドが適正に動作するには、インクジェット・チャネルに通じる入口におけるプリントヘッド内の圧力は、通常は水頭−３〜−６インチ（−７６〜−１５２ｍｍ）の圧力に相当する小さな負圧に保たれなければならない。従来技術の１つの方法では、自由面がプリントヘッドの出口よりも約４インチ（約１００ｍｍ）下方のレベルに保たれたインク供給源を使用している。プリントヘッドは、プリントヘッド供給配管圧力が陽圧の広い範囲で変動しても必要な内部負圧を維持する内臓式圧力調節器を備えた状態で入手可能である。一般的に、結合剤供給配管の供給端において結合剤に充分な圧力を加えることにより、結合剤が適切な流量で配管を流れ、プリントヘッドが常に満たされた状態に保つ必要がある。必要な圧力は、主として、流れを制限する供給配管の特性、および供給源のプリントヘッドに対する相対的高さに依存して決まる。従来技術の１つの方法では、プリントヘッドへの入口における供給圧力を保つポンプを使用している。この方法は複雑であるため、高価であり信頼性を低下させる可能性がある。
【０１０９】
図２９は、重力作用送りによる結合剤供給を示した概略図である。図示のとおり、固定された結合剤供給源１００２が、１本の配管１００４によりプリントヘッド２０５に接続されている。結合剤供給源１００２をプリントヘッド２０５よりも上方の充分高い位置に置き、配管１００４を通したプリントヘッドへの供給を維持する。詳細には、結合剤の自由表面は、プリントヘッド下面よりも３．５〜５インチ（９０〜１３０ｍｍ）上方に位置する。この高さにより、内径１／１６インチ（１．６ｍｍ）および長さ約６フィート（約１．８ｍ）の１本の配管を通じて、必要とされる８グラム／分を超える流量で結合剤をプリントヘッドに供給するのに充分な圧力を与える。必要な流量を得るため、供給源の高さと配管の寸法について他の組み合わせも選択できることは、当業者であれば理解できるであろう。
【０１１０】
本発明の３次元プリンタを、いくつかの特定の実施形態により詳細に図示し、説明してきたが、添付の特許請求項に包含される本発明の範囲を逸脱することなく、形状および細部の各種の変更が実行可能であることは、当業者であれば理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】ラピッド・プロトタイピングのための特定の装置の概念図である。
【図２】図１の３Ｄプリンタ・アセンブリの斜視図である。
【図３】特定の粉末供給器の斜視図である。
【図４】粉末充填サブシステムの斜視図である。
【図５】図２の３Ｄプリンタ・アセンブリの概略図であり、オーバーフロー・チャンバを明示するためいくつかの部品を除いてある。
【図６】図５のオーバーフロー・チャンバの別の実施形態を示した概略図である。
【図７】塊分離器の概略図である。
【図８】図３の真空システムのフィルタ・システムを示した概略図である。
【図９】粉末搬送機構の概略図である。
【図１０】投下点１２８におけるスラット１２３の詳細図である。
【図１１】簡単なスラットの実施形態を示した斜視図である。
【図１２】補強されたスラットの特定の実施形態を示した斜視図である。
【図１３】粉末状の造形材料を独立した計量システムに搬送する図９のコンベヤ・システムの概略図である。
【図１４Ａ】図１３の計量システムの概略図である。
【図１４Ｂ】図１３の計量システムの概略図である。
【図１５】供給リザーバ１０２全体が造形面２０２の面より上方にあり、プリンタ・ユニット２００に一体化されている実施形態を示した概略図である。
【図１６Ａ】特定のクリーニング装置３００の概略図である。
【図１６Ｂ】特定のクリーニング装置３００の概略図である。
【図１７】クリーニング装置の別の実施形態を示した概略図である。
【図１８】プリントヘッドの状態を監視するための液滴検知器を示した概略図である。
【図１９】特定の粉末除去ブースを示した概略図である。
【図２０】図１９の粉末除去ブースの概略破断図である。
【図２１】図２０の特定の分流器の概略図である。
【図２２】図１５のプリンタ・ユニット２００に組み込まれた粉末除去ブースの概略図である。
【図２３】図１９の粉末除去ブースのライナを示した概略図である。
【図２４】噴霧によって樹脂含浸剤を塗布するシステムを示した概略図である。
【図２５】２成分からなる含浸剤を噴霧するシステムの概略図である。
【図２６】シールされたピストンの正面断面図である。
【図２７】粉末ガターの概略断面図である。
【図２８】磁石式プラウの構成を示した概略断面図である。
【図２９】重力送り式の結合剤供給を示した概略図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１   ディジタル・モデル
３   半完成の実物モデル
５   完成した実物モデル
１０ コンピュータ
１５ アプリケーション・プログラム
３０ ３Ｄプリンタ・アセンブリ
３２ 制御電子機器
３５ インクジェット・プリントヘッド・アレイ
３７ 液体結合剤
３９ 粉末状造形材料
５０ 後処理システム
５２ 搬送システム
５４ 乾燥システム
５６ 粉末除去システム
５８ 含浸システム
【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１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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