(57)【要約】【課題】三次元（３−Ｄ）プリンティング装置及び三次元プリンティング方法を提供する。【解決手段】この三次元プリンティング方法は、以下のステップをふくむ。閉じた輪郭構造の閉じたプリンティング経路を取得し、閉じたプリンティング経路はプリンティング始点及びプリンティング終点を備える。プリンティングヘッドを制御してプリンティング始点から閉じたプリンティング経路の前側区間に沿って第１の移動速度で移動させ、プリンティングヘッドを制御して同時に形成材料を吐出させる。プリンティングヘッドが閉じたプリンティング経路の前側区間に沿って移動した後、プリンティングヘッドを制御してプリンティング終点に閉じたプリンティング経路の後側区間に沿って第２の移動速度で移動させ、プリンティングヘッドを制御して同時に形成材料を吐出させる。第２の移動速度は、第１の移動速度よりも遅い。【選択図】        図４
2018108729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉じた輪郭構造を備える３−Ｄオブジェクトの製造に供される３−Ｄプリンティング装置であって、
搬送面を有するプラットフォームと、
前記プラットフォームの上に配置され、プリンティング面に沿って移動し、前記プリンティング面の法線方向に沿って移動するよう構成されたプリンティングヘッドと、
前記プラットフォーム及び前記プリンティングヘッドに接続され、プリンティングデータに従って前記プリンティングヘッドを制御するコントローラと、
前記コントローラに前記プリンティングデータを供給するように接続され、前記閉じた輪郭構造の閉じたプリンティング経路であって、プリンティング始点及びプリンティング終点をふくむ閉じたプリンティング経路を取得するプロセッサと、
を備え、
前記コントローラは、前記プリンティングヘッドを制御して前記プリンティング始点から前記閉じたプリンティング経路の前側区間に沿って第１の移動速度で移動させ、前記プリンティングヘッドを制御して同時に形成材料を吐出させ、
前記プリンティングヘッドが前記閉じたプリンティング経路の前側区間に沿って移動した後、前記コントローラは、前記プリンティングヘッドを制御して前記プリンティング終点に前記閉じたプリンティング経路の後側区間に沿って第２の移動速度で移動させ、前記プリンティングヘッドを制御して同時に形成材料を吐出させ、
前記第２の移動速度は、前記第１の移動速度よりも遅い、
ことを特徴とする３−Ｄプリンティング装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記プリンティングヘッドを制御して前記閉じたプリンティング経路の前記プリンティング終点から別の閉じたプリンティング経路の別のプリンティング始点に前記第２の移動速度で移動させ、前記プリンティングヘッドを制御して前記形成材料の吐出を停止させ、
前記プリンティングヘッドが前記別のプリンティング始点に移動した後、コントローラは、前記プリンティングヘッドを制御して前記別のプリンティング始点から前記別の閉じたプリンティング経路に沿って前記第１の移動速度で移動を開始させ、前記プリンティングヘッドを制御して同時に前記形成材料を吐出させる、ことを特徴とする請求項１に記載の３−Ｄプリンティング装置。
【請求項３】
前記閉じた輪郭構造は、内部構造と周辺構造とを備え、前記周辺構造は前記内部構造を覆い、前記閉じたプリンティング経路は前記閉じた輪郭構造の前記内部構造をプリントするために用いられ、前記別の閉じたプリンティング経路は前記閉じた輪郭構造の前記周辺構造をプリントするために用いられる、ことを特徴とする請求項２に記載の３−Ｄプリンティング装置。
【請求項４】
前記閉じた輪郭構造は、内部構造と周辺構造とを備え、前記周辺構造は前記内部構造を覆い、前記閉じたプリンティング経路は前記閉じた輪郭構造の前記周辺構造をプリントするために用いられ、前記別の閉じたプリンティング経路は前記閉じた輪郭構造の前記内部構造をプリントするために用いられる、ことを特徴とする請求項２に記載の３−Ｄプリンティング装置。
【請求項５】
前記形成材料を前記プリンティングヘッドに供給するよう構成された材料供給モジュールをさらに備え、
前記プリンティングヘッドが前記閉じたプリンティング経路の前記前側区間を移動する間、前記コントローラは前記材料供給モジュールを制御して第１の供給比で前記形成材料を供給させ、
前記プリンティングヘッドが前記閉じたプリンティング経路の前記後側区間を移動する間、前記コントローラは前記材料供給モジュールを制御して第２の供給比で前記形成材料を供給させ、
前記第１の供給比は、前記第２の供給比と異なる、
ことを特徴とする請求項１に記載の３−Ｄプリンティング装置。
【請求項６】
前記プロセッサは、前記プリンティング始点及び前記プリンティング終点のうちの一つの座標位置を調整して、前記プリンティング始点及び前記プリンティング終点のうちの一つを前記閉じたプリンティング経路に覆われた内部領域に向かってシフトし、
前記コントローラは、前記プリンティングヘッドを制御して前記プリンティング始点から前記プリンティング終点に内側にシフトされた区間及び前記閉じたプリンティング経路の元の区間に沿って移動させ、前記プリンティングヘッドを制御して前記形成材料を吐出させ、
前記内側にシフトされた区間は、前記プリンティング始点及び前記プリンティング終点のうちの一つを備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の３−Ｄプリンティング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は三次元プリンティング装置に関し、より具体的には、三次元（３−Ｄ）プリンティング装置及び３−Ｄプリンティング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製造業では、コンピュータ支援製造（ＣＡＭ）の進歩により、元のデザインコンセプトを物理的なオブジェクトに迅速に変換するための三次元（３−Ｄ）プリンティング技術を開発された。３−Ｄプリンティング技術は、実際には、一連のラピッドプロトタイピング（ＲＰ）技術の一般的な呼称である。その基本的な原理は、ＲＰ装置を用いた加算的な製造であり、ワークピースのＸＹ平面における断面形状をスキャンによって形成し、Ｚ軸に沿って間欠的に層厚ごとにずらして、最終的に３−Ｄオブジェクトを形成することである。３−Ｄプリンティング技術は、幾何学的形状に限定されず、構成がより複雑になれば、ＲＰ技術はより優れたものとなる。３−Ｄプリンティング技術は、人的労力と処理時間とを大幅に節約し得る。３−Ｄコンピュータ支援デザイン（ＣＡＤ）ソフトウェアを用いてデザインされたデジタル３−Ｄモデルが、短時間で、実在するものとして提供可能である。
【０００３】
溶融堆積モデリング（ＦＤＭ）技術を例にすると、形成材料をフィラメントにした後、加熱及び溶融した形成材料を所望の輪郭に従って層毎に成形プラットフォーム上に積層して３−Ｄオブジェクトを形成する。一般に、３−Ｄプリンティング装置によって生成される３−Ｄオブジェクトは、周辺構造と内部充填構造とから構成される。そこで、３−Ｄプリンティング装置は、通常、プリンティング面上に３−Ｄオブジェクトの周辺構造を構築し、次に、プリンティング面上に３−Ｄオブジェクトの内部充填構造を構築する。従って、周辺構造のプリンティング結果は、３−Ｄオブジェクトのプリンティング品質に直接的に影響を及ぼす。しかしながら、なだらかでないジャンクションは、通常、プリントされた３−Ｄオブジェクトの外観にバンプが現れる等、様々な要因によって閉じた形態で周辺構造の始点と終点との間に現れ、３−Ｄプリンティング装置のプリンティング品質を低下させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
なだらかでないジャンクションは、通常、プリントされた３−Ｄオブジェクトの外観にバンプが現れる等、様々な要因によって閉じた形態で周辺構造の始点と終点との間に現れ、３−Ｄプリンティング装置のプリンティング品質を低下させる。従って、このような事態の発生を回避して３−Ｄプリンティング装置のプリンティング品質を向上させることが、技術者が考慮しなければならない課題のうちの一つとなっている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従って、本開示は、３Ｄオブジェクトの閉じた輪郭構造に予期せぬバンプが現れることを防止して、プリンティング品質を高めることが可能な三次元（３−Ｄ）プリンティング装置及び３−Ｄプリンティング方法を提供する。
【０００６】
本開示の一つの実施形態によれば、プリンティング面上に閉じた輪郭構造を製造する用途に供される三次元（３−Ｄ）プリンティング方法が提供される。この方法は、以下のステップを含む。閉じた輪郭構造の閉じたプリンティング経路を取得され、この閉じたプリンティング経路は、プリンティング始点及びプリンティング終点を含む。プリンティングヘッドは、プリンティング始点から閉じたプリンティング経路の前側区間に沿って第１の移動速度で移動するよう制御され、同時に形成材料を吐出するよう制御される。プリンティングヘッドが閉じたプリンティング経路の前側区間に沿って移動した後、プリンティングヘッドは、プリンティング終点まで閉じたプリンティング経路の後側区間に沿って第２の移動速度で移動するよう制御され、同時に形成材料を吐出するよう制御される。ここで、第２の移動速度は、第１の移動速度よりも遅い。
【０００７】
本開示の別の実施形態によれば、閉じた輪郭構造を備える３−Ｄオブジェクトの製造の用途に供される３−Ｄプリンティング装置が提供される。この３−Ｄプリンティング装置は、プラットフォームと、プリンティングヘッドと、コントローラと、プロセッサと、を備える。プラットフォームは、搬送面を備える。プリンティングヘッドは、プラットフォームの上に配置される。プリンティングヘッドは、プリンティング面に沿って移動し、このプリンティング面の法線方向に沿って移動するように構成される。コントローラは、プラットフォームとプリンティングヘッドとに接続され、プリンティングデータに従ってプリンティングヘッドを制御する。プロセッサは、コントローラに接続されてプリンティングデータを供給し、閉じた輪郭構造の閉じたプリンティング経路を取得する。閉じたプリンティング経路は、プリンティング始点及びプリンティング終点を含む。コントローラは、プリンティングヘッドを制御してプリンティング始点から閉じたプリンティング経路の前側区間に沿って第１の移動速度で移動させ、プリンティングヘッドを制御して同時に形成材料を吐出させる。プリンティングヘッドが閉じたプリンティング経路の前側区間に沿って移動した後、コントローラは、プリンティングヘッドを制御してプリンティング終点まで閉じたプリンティング経路の後側区間に沿って第２の移動速度で移動させ、プリンティングヘッドを制御して同時に形成材料を吐出させる。ここで、第２の移動速度は第１の移動速度よりも遅い。
【発明の効果】
【０００８】
要約すると、本開示の実施形態において、層オブジェクトの閉じた輪郭構造をプリントする際、プリンティングヘッドは、まず、閉じたプリンティング経路の前側区間に沿って第１の移動速度で移動し、同時に形成材料を吐出し、次に、閉じたプリンティング経路の後側区間に沿って第２の移動速度で移動し、同時に形成材料を吐出する。第２の移動速度が第１の移動速度よりも遅いので、プリンティングヘッドが、閉じたプリンティング経路のジャンクションを早く移動しすぎることで完全に硬化していない形成材料を予期せぬ位置に引っ張ることを防止する。これにより、３−Ｄオブジェクトと実際に望まれる位置との間にギャップが形成されることを防止する。
【０００９】
本開示の上述した特徴、他の特徴、並びに利点をより具体的なものにするため、以下に複数の実施形態を添付の図面とともに説明する。
【００１０】
添付の図面は本開示の更なる理解を容易とするために供され、本明細書に組み込まれるとともに本明細書の一部を構成する。添付の図面は本開示の実施形態を示し、以下の説明とともに本開示の原理を説明するためのものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の一実施形態に係る三次元（３−Ｄ）プリンティング装置を示す概略ブロック図である。
【００１２】
【図２】本開示の一実施形態に係る３−Ｄプリンティング装置を示す概略図である。
【００１３】
【図３】本開示の一実施形態に係る層オブジェクトの一例を示す概略図である。
【００１４】
【図４】本開示の一実施形態に係る３−Ｄプリンティング方法を示すフローチャートである。
【００１５】
【図５】本開示の一実施形態に係る閉じたプリンティング経路の一例を示す概略図である。
【００１６】
【図６】本開示の一実施形態に係る３−Ｄプリンティング方法を示すフローチャートである。
【００１７】
【図７Ａ】本開示の一実施形態に係る閉じた輪郭構造の一例を示す概略図である。
【００１８】
【図７Ｂ】本開示の一実施形態に係る閉じたプリンティング経路の一例を示す概略図である。
【００１９】
【図８Ａ】本開示の一実施形態に係る閉じた輪郭構造の一例を示す概略図である。
【００２０】
【図８Ｂ】本開示の一実施形態による閉じたプリンティング経路の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本開示の例示的な実施形態を詳細に説明し、その例を添付の図面に示す。また、可能な限り、同一の参照番号が図面および説明において同一または類似の部分に適用される。
【００２２】
図１は、本開示の一実施形態に係る三次元（３−Ｄ）プリンティング装置を示す概略ブロック図である。図１を参照すると、本実施形態の３−Ｄプリンティング装置１０は、プリンティング装置１００とホスト２００とを備える。３−Ｄプリンティング装置１０は、３−Ｄデジタルモデルに従って３−Ｄオブジェクトをプリントするものである。また、ホスト２００は、ノートブックコンピュータ、タブレットコンピュータ、あるいはデスクトップコンピュータ等の演算機能を有する装置であり、ホスト２００の種類は特に限定されない。ホスト２００は、３−Ｄデジタルモデルを編集して処理し、関連するプリンティング情報をプリンティング装置１００に伝送し、プリンティング装置１００がプリンティング情報に従って３−Ｄオブジェクトをプリントすることができるようにする。
【００２３】
本実施形態において、３−Ｄデジタルモデルは、例えば、コンピュータ支援デザイン（ＣＡＤ）またはアニメーションモデリングソフトウェアを介してホスト２００によって構築される３−Ｄデジタル画像ファイルであってよい。また、ホスト２００は、複数の層オブジェクトに対応する層情報を取得するために３−Ｄデジタルモデルに対してレイヤ処理を行い、これによってプリンティング装置１００は層オブジェクトに対応する層情報に従って各層オブジェクトを連続的にプリントし、最終的に完成した３−Ｄオブジェクトを形成する。しかしながら、本開示は、異なるハードウェア装置による実現態様に関連するホスト及びプリント装置を限定するものではない。別の実施形態では、３−Ｄプリンティング装置は、プロセッサを含むプリンティング装置の態様で具体化することができる。
【００２４】
引き続き図１を参照すると、プリンティング装置１００は、ホスト２００に接続され、ホスト２００は、プロセッサ２１０および記憶モジュール２２０を備える。プロセッサ２１０は、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）、あるいは、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、プログラマブルコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）等の一般用あるいは専用のプログラミング可能なデバイス、または他の同様のデバイスあるいは上記のデバイスの組み合わせであるが、本開示はこれらに限定されない。
【００２５】
記憶モジュール２２０は、例えば、任意の種類の据え置きまたは持ち運び可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ハードドライブまたは他の同様のデバイスあるいは上述した装置の組み合わせである。記憶モジュール２２０は、複数の命令を記憶し、命令およびプログラムは、プロセッサ２１０によってロードされて実行され、３−Ｄデジタルモデルが編集および処理される。
【００２６】
３−Ｄデジタルモデルは、プリンティング装置１００がプリンティング動作を実行するためにアクセス可能なプリンティング制御情報を生成するために、さらにコンパイルおよび演算されるべきものである。具体的には、ホスト２００のプロセッサ２１０は、まず、複数の層オブジェクトに関連する層情報を生成するために、３−Ｄモデルに対してレイヤ処理を実行する。一般に、プロセッサ２１０は、層オブジェクトの断面輪郭をフェッチするため、固定間隔で層平面で３−Ｄモデルをカットするように構成される。
【００２７】
プロセッサ２１０は、さらに、各層オブジェクトの断面輪郭に従って、対応する制御コードファイルを生成するよう構成される。この場合、制御コードファイルは、プリンティング動作の実行するためのプリンティング装置１００がアクセス可能なプリンティング制御情報である。すなわち、プリンティング装置１００のコントローラ１３０は、制御コードファイルに従って、プリンティング装置１００の各部を制御し、各層オブジェクトを層毎にプラットフォーム１２０上に形成する。一の実施形態では、制御コードファイルは、例えば、Ｇコードファイルである。
【００２８】
プリンティング装置１００は、ホスト２００から送信されたプリンティング情報に従って、３−Ｄオブジェクトをプリントする用途に供される。具体的には、コントローラ１３０は、プリンティング制御情報に従って、プリンティング装置１００の各部を制御し、３−Ｄオブジェクトの全体が形成されるまで、所定の位置に形成材料を繰り返しプリントする。図２は、本開示の一の実施形態による３−Ｄプリンティング装置を示す概略図である。図１および図２の両方を参照すると、本実施形態では、プリンティング装置１００は、プリンティングモジュール１００と、プラットフォーム１２０と、コントローラ１３０とを備える。なお、ここでは各部及びその移動状態を示す目的で座標軸系をともに示す。プラットフォーム１２０は、搬送面１２１を含む。プリンティングモジュール１１０は、プラットフォーム１２０の上に配置され、プリンティングヘッド１１０ａと材料供給モジュール１１０ｂとを含む。プリンティングヘッド１１０ａは、ＸＹ平面に沿って、およびＸＹ平面の法線方向（Ｚ軸方向）に沿って移動し、各層オブジェクト（例えば、層オブジェクト３０ａ及び層オブジェクト３０ｂ）を層毎に搬送面１２１上にプリントし、これによって徐々にオブジェクト３０を形成する。
【００２９】
さらに、本実施形態において、形成材料２０ａは、溶融フィラメント製造（ＦＦＦ）に適応するホットメルトワイヤ材料であってもよい。材料供給モジュール１１０ｂは、形成材料２０ａをプリンティングヘッド１１０ａに供給する。プリンティングヘッド１１０ａは、形成材料２０ａを加熱し、プリンティングヘッド１１０ａに供給された形成材料２０ａは、溶融状態の流体材料に溶融された後、溶融状態の高温形成材料はプリンティングヘッド１１０ａから排出される。これにより、溶融状態の形成材料が搬送面１２１上で層毎に硬化し、オブジェクト３０が形成される。
【００３０】
さらに、コントローラ１３０は、プリンティングヘッド１１０ａおよびプラットフォーム１２０に接続され、プリンティング情報に従ってプリンティング装置１００の全体的な動作を制御し、３−Ｄオブジェクト３０をプリントする。例えば、コントローラ１３０は、プリンティング情報に応じてプリンティングヘッド１１０ａの移動経路を制御したり、材料供給モジュール１１０ｂの供給量を制御したり、あるいは、プリンティングヘッド１１０ａの移動速度を制御する。コントローラ１３０は、例えば、ＣＰＵ、チップセット、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラなどの演算機能を有する装置であるが、本開示はこれらに限定されるものではない。
【００３１】
図２に示す実施形態では、３−Ｄオブジェクト３０は、周辺構造と内部構造とから構成される。換言すると、３―Ｄオブジェクト３０を形成するために積層される各層オブジェクトは、閉じた輪郭構造および内部充填構造を含む。層オブジェクト３０ｂを例にとると、図３は、本開示の一の実施形態に係る層オブジェクトの一例を示す概略図である。図３を参照すると、層オブジェクト３０ｂは、閉じた輪郭構造３０４と、内部充填構造３０１、３０２及び３０３とを含む。一般に、コントローラ１３０の制御により、プリンティングヘッド１１０ａは、閉じた輪郭構造３０４のプリントが完了した後に、内部充填構造３０１、３０２及び３０３のプリントを継続する。具体的には、３−Ｄデジタルモデルに対してレイヤ処理を行った後、プロセッサ２１０は、層オブジェクト３０ｂの閉じたプリンティング経路Ｌ１を取得し、この閉じたプリンティング経路Ｌ１は、プリンティング始点Ｓ１及びプリンティング終点Ｅ１を含む複数のアンカーポイントを含む。コントローラ１３０は、プリンティングヘッド１１０ａを制御してプリンティング始点Ｓ１から他のアンカー点に順次移動させてプリンティング終点Ｅ１に到達させる。換言すると、コントローラ１３０は、プリンティングヘッド１１０ａを制御して閉じたプリンティング経路Ｌ１に沿って移動させ、同時に形成材料を吐出させることにより、層オブジェクト3３０ｂの閉じた輪郭構造３０４をプラットフォーム１２０上に構築する。プリンティング始点Ｓ１の直上にあるプリンティングヘッド１１０ａによって吐出された形成材料は、プリンティング終点Ｅ１の直上のプリンティングヘッド１１０ａによって吐出された形成材料に接触し、このようにして閉じた輪郭構造３０４が、閉じたリング構造となる。
【００３２】
図４は、本開示の一の実施形態に係る３−Ｄプリンティング方法を示すフローチャートである。本実施形態の方法は、図１に示す３−Ｄプリンティング装置１０に適用可能であり、本実施形態の方法のステップを、３−Ｄプリンティング装置１０の各構成要素を参照して詳細に説明する。本開示を簡潔に説明するために、図３に示す閉じた輪郭構造３０４をプリント中の３−Ｄプリンティング装置１０を、図４に示す実施形態を説明するために引き続き参照する。
【００３３】
ステップＳ４０１において、プロセッサ２１０は、閉じた輪郭構造３０４の閉じたプリンティング経路Ｌ１を取得し、このプリンティング経路Ｌ１は、プリンティング始点Ｓ１およびプリンティング終点Ｅ１を含む。簡潔に説明すると、３−Ｄデジタルモデルに対してレイヤ処理を行った後、プロセッサ２１０は、閉じた輪郭構造３０４の閉じたプリンティング経路Ｌ１を取得する。プロセッサ２１０は、閉じたプリンティング経路Ｌ１に対応するプリンティング情報をコントローラ１３０に送信し、コントローラ１３０は、閉じた輪郭構造３０４をプリントするため、プリンティングヘッド１１０ａをプリンティング面（すなわち、ＸＹ平面）上の閉じたプリンティング経路Ｌ１に沿って移動させるように制御を行う。
【００３４】
さらに、図５を参照すると、図５は、本開示の一の実施形態に係る閉じたプリンティング経路の一例の概略図である。ステップＳ４０２において、コントローラ１３０は、プリンティングヘッド１１０ａを第１の移動速度でプリンティング始点Ｓ１から閉じたプリンティング経路Ｌ１の前側区間ＦＬ１に沿って移動させ、プリンティングヘッド１１０ａを制御して同時に形成材料を吐出させる。これによって、溶融状態の形成材料が予めプリントされた層オブジェクト上に被覆され、閉じた輪郭構造３０４の一部がプラットフォーム１２０上に形成される。
【００３５】
次に、ステップＳ４０３において、プリンティングヘッド１１０ａが閉じたプリンティング経路Ｌ１の前側区間ＦＬ１に沿って移動した後、コントローラ１３０は、プリンティングヘッド１１０ａを制御して閉じたプリンティング経路Ｌ１の後側区間ＢＬ１に沿ってプリンティング終点Ｅ１に第２の移動速度で移動させ、プリンティングヘッド１１０ａを制御して同時に形成材料を吐出させる。なお、後側区間ＢＬ１上での第２の移動速度は、前側区間ＦＬ１上の第１の移動速度よりも遅い。具体的には、コントローラ１３０は、プリンティングヘッド１１０ａが第１の移動速度でプリンティング始点Ｓ１から中継点Ｐ１に移動した後、プリンティングヘッド１１０ａの移動速度を減速させる。これにより、プリンティングヘッド１１０ａは、より遅い第２の移動速度で中継点Ｐ１からプリンティング終点Ｅ１に引き続き移動し、閉じた輪郭構造体３０４のプリントを完了させる。これにより、バンプが閉じた輪郭構造３０４のプリンティング始点Ｓ１とプリンティング終点Ｅ１との間のジャンクションに形成されることが防止できる。
【００３６】
図６は、本開示の一の実施形態に係る３−Ｄプリンティング方法を示すフローチャートである。本実施形態の方法は、図１に示す３−Ｄプリンティング装置１０に適用可能であり、本実施形態の３−Ｄプリンティング方法のステップについて、３−Ｄプリンティング装置１０の各構成要素を参照して詳細に説明する。層オブジェクトの閉じた輪郭構造は、 １つ以上のサブ構造の円によって形成され、これによって３−Ｄオブジェクトの硬度を増加できる。図７Ａは、本開示の一の実施形態に係る閉じた輪郭構造の一例を示す概略図である。図７Ｂは、本開示の一の実施形態に係る閉じたプリンティング経路の一例を示す概略図である。図７Ａでは、内部構造７０４＿２及び周辺構造７０４＿１を含む閉じた輪郭構造７０４が例示されるが、本開示はこれに限定されない。他の実施形態では、閉じた輪郭構造は、より多くのサブ構造を含むことができる。
【００３７】
ステップＳ６０１において、プロセッサ２１０は、閉じた輪郭構造７０４の閉じたプリンティング経路Ｌ３及び別の閉じたプリンティング経路Ｌ２を取得する。内部における閉じたプリンティング経路Ｌ３は、プリンティング始点Ｓ２およびプリンティング終点Ｅ２を含み、外周における閉じたプリンティング経路Ｌ２は、プリンティング始点Ｓ３とプリンティング終点Ｅ３とを含む。簡潔に説明すると、３−Ｄデジタルモデルに対してレイヤ処理を実行した後、プロセッサ２１０は、内部構造７０４＿２の閉じたプリンティング経路Ｌ３と、周辺構造７０４＿１の別の閉じたプリンティング経路Ｌ２とを取得する。閉じたプリンティング経路Ｌ３は、閉じた輪郭構造の内部構造７０４＿２を構築するために用いられ、閉じたプリンティング経路Ｌ２は、閉じた輪郭構造の周辺構造７０４＿１をプリントするために用いられる。プロセッサ２１０は、閉じたプリンティング経路Ｌ３及び閉じたプリンティング経路Ｌ２に対応するプリンティング情報をコントローラ１３０に送信し、コントローラ１３０は、プリンティングヘッド１１０ａを閉じたプリンティング経路Ｌ３及び閉じたプリンティング経路Ｌ２に沿って移動させて内部構造７０４＿２及び周辺構造７０４＿１をプリントするように制御を行う。
【００３８】
図７Ｂを参照すると、ここでは、コントローラ１３０は、プリンティングヘッド１１０ａを制御して内部構造７０４＿２を先にプリントし、次に、周辺構造７０４＿１をプリントし、この周辺構造７０４＿１が内部構造７０４＿２を覆う場合を例にするが、本開示はこれに限定されない。別の実施形態では、コントローラ１３０は、プリンティングヘッド１１０ａを制御し、周辺構造７０４＿１を先にプリントし、次に内部構造７０４＿２をプリントしてもよい。つまり、最初にプリントされる閉じたプリンティング経路は、閉じた輪郭構造の周辺構造を構築するために用いられ、後にプリントされる別の閉じたプリンティング経路は、閉じた輪郭構造の内部構造をプリントするために用いられる。すなわち、内部構造および周辺構造のプリンティング順序は、本開示において限定されるものではない。
【００３９】
コントローラ１３０は、閉じたプリンティング経路Ｌ３と閉じたプリンティング経路Ｌ２とに対応するプリンティング情報を取得した後、ステップＳ６０２において、プリンティングヘッド１１０ａを制御してプリンティング始点Ｓ２から閉じたプリンティング経路Ｌ３の前側区間ＦＬ２に沿って第１の移動速度で移動させ、プリンティングヘッド１１０ａを制御して同時に形成材料を吐出させる。ステップＳ６０３において、コントローラ１３０は、プリンティングヘッド１１０ａが閉じたプリンティング経路Ｌ３の前側区間ＦＬ２に沿って移動している間、材料供給モジュール１１０ｂを制御して形成材料２０ａを第１の供給比に従って供給する。コントローラ１３０は、プリンティングヘッド１１０ａを制御して、例えば材料供給モジュール１１０ｂの回転速度を制御することによって形成材料を第１の供給比で吐出する。
【００４０】
ステップＳ６０４において、プリンティングヘッド１１０ａが閉じたプリンティング経路Ｌ３の前側区間ＦＬ２に沿って移動した後、コントローラ１３０は、プリンティングヘッド１１０ａを制御してプリンティング終点Ｅ２に閉じたプリンティング経路Ｌ３の後側区間ＢＬ２に沿って第２の移動速度で移動させ、プリンティングヘッド１１０ａを制御して同時に形成材料２０ａを吐出させる。ステップＳ６０５において、プリンティングヘッド１１０ａが閉じたプリンティング経路Ｌ３の後側区間ＢＬ２に沿って移動する間、コントローラ１３０は、材料供給モジュール１１０ｂを制御し、形成材料２０ａを第２の供給比で供給する。この場合、前側区間ＦＬ２上でプリンティングヘッド１１０ａによって吐出される形成材料２０ａの第１の供給比は、後側区間ＢＬ２上でプリンティングヘッド１１０ａによって吐出される形成材料２０ａの第２の供給比とは異なる。換言すると、第１供給前側区間ＦＬ２上の第１の供給比は、第２供給後側区間ＢＬ２上の第２の供給比よりも大きくてもよく、あるいは、前側区間ＦＬ２の第１の供給比は、後側区間ＢＬ２上の第２の供給比より小さくてもよい。前側区間または後側区間での供給比を減少させることによって、余分な形成材料の蓄積によってジャンクションＸ１に現れるバンプの形成を防止できる。以下では、前側区間ＦＬ２における第１の供給比が、後側区間ＢＬ２における第２の供給比よりも大きい場合について説明するが、本開示はこれに限定されるものではない。
【００４１】
具体的には、プリンティングヘッド１１０ａがプリンティング始点Ｓ２から中継点Ｐ２に第２の移動速度及び第１の供給比に従って移動した後、コントローラ１３０は、プリンティングヘッド１１０ａの移動速度及び供給速度を減少させる。従って、プリンティングヘッド１１０ａは、遅い第２の移動速度及び小さい第２の供給比に従って中継点Ｐ２からプリンティング終点Ｅ２に続いて移動し、内部構造７０４＿２のプリンティングを完了する。
【００４２】
内部構造７０４＿２がプリントされた後、ステップＳ６０６において、コントローラ１３０は、プリンティングヘッド１１０ａを制御して閉じたプリンティング経路Ｌ３のプリンティング終点Ｅ２から閉じたプリンティング経路Ｌ２の別のプリンティング始点Ｓ３に第２の移動速度で移動させ、またプリンティングヘッド１１０ａを制御して形成材料の吐出を停止させる。すなわち、内部構造７０４＿２がプリントされた後、コントローラ１３０は、プリンティングヘッド１１０ａを制御して材料吐出停止経路Ｌ７に沿って閉じたプリンティング経路Ｌ２のプリンティング始点Ｓ３への第２の移動速度での移動を停止させる。これにより、プリンティングヘッド１１０ａが遅い第２の速度でプリンティング始点Ｓ３に移動するので、完全に硬化していない形成材料がプリンティング終了点Ｅ２からプリンティング始点Ｓ３に引っ張られることを防止することができる。
【００４３】
次に、ステップＳ６０７において、プリンティングヘッド１１０ａがプリンティング始点Ｓ３へ移動した後、コントローラ１３０は、プリンティングヘッド１１０ａを制御してプリンティング始点Ｓ３から閉じたプリンティング経路Ｌ２に沿って元の第１の移動速度で移動させ、プリンティングヘッド１１０ａを制御して同時に形成材料を吐出させる。同様に、コントローラ１３０は、プリンティングヘッド１１０ａを制御して閉じたプリンティング経路Ｌ２の後側区間で減速させてもよい。プリンティングヘッド１１０ａが閉じたプリンティング経路Ｌ２のプリンティング終点Ｅ３に到達すると、閉じた輪郭構造７０４の全体がプラットフォーム１２０上でも形成される。このようにして３−Ｄプリンティング装置１０が閉じた輪郭構造７０４を形成することにより、プリンティングヘッド１１０ａの移動速度及び供給比を制御することで、余分な形成材料の蓄積によってバンプがジャンクションＸ１現れることを防止することができる。
【００４４】
本開示の一の実施形態では、プリンティング始点の位置またはプリンティング終点の位置を変更することによって、閉じた輪郭構造内でバンプが現れるのをさらに防止することができる。さらに、レイヤ処理が行われ、元のプリンティング始点とプリンティング終点とが取得された後、プロセッサ２１０は、プリンティング始点とプリンティング終点とのいずれかの座標位置を調整し、プリンティング始点及びプリンティング終点のいずれかを閉じたプリンティング経路によって覆われた内部領域に向かってシフトする。このようにして、プリンティングヘッド１１０ａは、閉じたプリンティング経路の内側にシフトされた区間および元の区間に沿って移動し、閉じたプリンティング経路のこの内側にシフトされた区間は、調整されたプリンティング始点およびプリンティング終点のいずれかを含む。具体的には、プロセッサ２１０がプリンティング始点の座標位置を調整する場合、閉じたプリンティング経路の内側にシフトされた区間の始点は調整されたプリンティング始点である。プロセッサ２１０がプリンティング終点の座標位置を調整する場合、閉じたプリンティング経路の内側にシフトされた区間の終点は調整されたプリンティング終点である。プロセッサ２１０は、閉じたプリンティング経路のプリンティング始点とプリンティング終点とを、閉じたプリンティング経路が最初の部分と最後の部分とに２つの内側にシフトされた区間を含むように調整してもよい。
【００４５】
プロセッサ２１０によって調整されたプリンティング始点の座標位置と、閉じたプリンティング経路の内側にシフトされた区間の始点を調整されたプリンティング始点とした場合を例にして、図８Ａは、本開示の一の実施形態に係る閉じた輪郭構造の一例を示す概略図であり、図８Ｂは、本開示の一の実施形態に係る閉じたプリンティング経路の一例を示す概略図である。図８Ａ及び図８Ｂの両方を参照すると、閉じた輪郭構造８０４は、内部構造８０４＿２及び周辺構造８０４＿１を含む。コントローラ１３０がプリンティングヘッド１１０ａを制御してプリンティング始点Ｓ４からプリンティング終点Ｅ４に閉じたプリンティング経路Ｌ４に沿って先に移動させた後、プリンティングヘッド１１０ａは調整されたプリンティング始点Ｓ５にシフトする。図８Ａ及び図８Ｂに示すように、プロセッサ２１０によってプリンティング始点Ｓ５の座標位置が調整されると、調整されたプリンティング始点Ｓ５は、閉じたプリンティング経路Ｌ５によって覆われた内部領域に向かって移動する。内側にシフトされた区間８１は、調節されたプリンティング始点Ｓ５を含む。これにより、コントローラ１３０は、プリンティングヘッド１１０ａを制御して閉じたプリンティング経路Ｌ５の内側にシフトされた区間８１に沿ってプリンティング始点Ｓ５から中継点Ｐ３に移動させ、次に、プリンティングヘッド１１０ａをさらに制御して閉じたプリンティング経路Ｌ５の元の区間８２に沿ってプリンティング終点Ｅ５に移動させる。このようにすることで、周辺構造のプリンティングジャンクションにバンプが現れることを、周辺構造のプリンティング始点またはプリンティング終点を閉じた輪郭構造の内部に向かってシフトさせることで防止することができる。
【００４６】
要約すると、本開示の実施形態では、層オブジェクトの閉じた輪郭構造をプリントする際、プリンティングヘッドは、まず、閉じたプリンティング経路の前側区間を第１の移動速度で移動し、第１の供給比で形成材料を吐出し、次に、閉じたプリンティング経路の後側区間を第２の移動速度で移動し、同時に形成材料を第２の供給比で吐出する。後側区間における第２の速度と第２の供給比とは、ともに、前側区間における第１の速度と第１の供給比とよりも小さい。このように、閉じたプリンティング経路の後側区間での速度及び供給比を減少させることにより、プリンティングヘッドが完全に硬化していない形成材料を、閉じたプリンティング経路のジャンクションを早く移動しすぎることで予想外の場所に引っ張ることを防止することができる。従って、プリントされたオブジェクトの表面に予期せぬバンプが現れることを防止することができ、ひいては、３−Ｄプリンティング装置のプリンティング品質を向上させることができる。また、閉じたプリンティング経路のプリンティング始点やプリンティング終点を調整することで、閉じた輪郭構造が外側に突出するバンプに衝突することを防止することができ、従って３−Ｄプリンティング品質を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本開示によれば、３Ｄオブジェクトの閉じた輪郭構造を高品質に製造することに適した三次元プリンティング装置が提供される。
【００４８】
以上、本開示を上述した実施の形態を参照して説明したが、本開示の技術的範囲から逸脱しない範囲において、上述した実施の形態に変更を加えることが可能である点は、当業者にとって明らかである。従って、本開示の技術的範囲は、上述した実施形態ではなく、添付の特許請求の範囲によって画定されるべきである。
【符号の説明】
【００４９】
１０      ３−Ｄプリンティング装置
１１０ａ  プリンティングヘッド
１００    プリンティング装置
１２１    搬送面
２００    ホスト
１１０ｂ  材料供給モジュール
２１０    プロセッサ
２２０    記憶モジュール
１１０    プリンティングモジュール
１２０    プラットフォーム
３０      ３−Ｄオブジェクト
１３０    コントローラ
２０ａ    形成材料
３０ａ、３０ｂ  層オブジェクト
Ｘ１      ジャンクション
３０１、３０２、３０３  内部充填構造
ＦＬ１、ＦＬ２  前側区間
Ｌ７    材料吐出停止経路
ＢＬ１、ＢＬ２  周辺構造
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３  中継点
７０４＿１、８０４＿１  周辺構造
７０４＿２、８０４＿２  内部構造
８１      内側シフト区間
８２      元の区間
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５  閉じたプリンティング経路
３０４、７０４、８０４  閉じた輪郭構造
Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５  プリンティング終点
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５  プリンティング始点
Ｓ４０１−Ｓ４０３、Ｓ６０１−Ｓ６０７  ステップ
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【外国語明細書】
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