(57)【要約】      （修正有）【課題】造形材料の適切な部分に冷却剤を加える（供給する）ことによって、合体ブリードの効果を低減できるようにして３次元物体を作製することができる装置及び方法の提供。【解決手段】造形材料の層に第１のパターンでエネギーを加えて、該層の第１の部分を合体及び固化させることができる。該造形材料の該層の第２の部分に第２のパターンで冷却剤を選択的に加えて、該第２の部分の温度を下げることができる。該第１のパターンと該第２のパターンは互いに独立していることからなる。【選択図】図１
2018138389.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元物体を生成するための装置であって、
造形材料の層の第１の部分を合体及び固化させるために該層にエネルギーを加えるためのエネルギー源と、
造形材料の層の第２の部分に冷却剤を選択的に加えるための剤供給器と、
コントローラ
を備え、
前記コントローラは、前記第１の部分を合体及び固化させるために前記層に第１のパターンでエネルギーを加えるように前記エネルギー源を制御し、及び、前記層の前記第２の部分に前記冷却剤を第２のパターンで選択的に加えるように前記剤供給器を制御し、
前記第２のパターンは、前記層からの測定された温度分布を表すデータまたは熱プロセスモデルによって予測された温度分布を表すデータから得られ、
前記第１のパターンと前記第２のパターンは互いに独立していることからなる、装置。
【請求項２】
前記冷却剤を加える前に、造形材料の前記層からの測定された温度分布を表す温度フィードバックを得るための温度センサーをさらに備える請求項１の装置であって、前記冷却剤は、前記測定された温度分布に基づいて選択的に加えられることからなる、装置。
【請求項３】
前記コントローラは、前記冷却剤を加えるように前記剤供給器を制御する前に、熱プロセスモデルに基づいて、前記造形材料の層の温度分布を決定することができ、前記コントローラは、前記温度分布に基づいて、前記冷却剤を選択的に加えるように前記剤供給器を制御することができる、請求項１の装置。
【請求項４】
前記コントローラは、前記冷却剤が選択的に加えられる前に、前記造形材料の温度分布に基づいて、目標温度分布を達成するために選択的に加えるべき前記冷却剤の量及び位置を決定することができる、請求項１の装置。
【請求項５】
第２の剤供給器をさらに備え、
前記剤供給器と前記第２の剤供給器の少なくとも一方が、前記層の前記第１の部分に合体助剤を選択的に加えることができ、
前記コントローラは、前記エネルギーが加えられたときに前記層の前記第１の部分を合体させるために、該第１の部分に前記合体助剤を選択的に加えるように前記剤供給器または前記第２の剤供給器を制御することができる、請求項１の装置。
【請求項６】
前記剤供給器と前記第２の剤供給器の少なくとも一方が、前記層の第３の部分に追加の合体助剤を選択的に加えることができ、
前記コントローラは、前記追加の合体助剤と前記造形材料の組み合わせに起因する前記第３の部分の合体を生じさせることなく、前記エネルギーが加えられたときに前記第３の部分を暖めるために、該第３の部分に前記合体助剤を選択的に加えるように前記剤供給器または前記第２の剤供給器を制御することができる、請求項５の装置。
【請求項７】
前記冷却剤は水を含む、請求項１の装置。
【請求項８】
前記コントローラは、前記エネルギーを加えるように前記エネルギー源を制御する前に、前記冷却剤を選択的に加えるように前記剤供給器を制御することができる、請求項１の装置。
【請求項９】
前記コントローラは、前記エネルギーを加えるように前記エネルギー源を制御した後に、前記冷却剤を選択的に加えるように前記剤供給器を制御することができる、請求項１の装置。
【請求項１０】
３次元物体を生成する方法であって、
供給された造形材料の層の第１の部分を合体及び固化させるために、該層にエネルギーを第１のパターンで加えるステップと、
前記造形材料の前記層の第２の部分の温度を下げるために、該第２の部分に冷却剤を第２のパターンで選択的に加えるステップ
を含み、
前記第２のパターンは、前記層からの測定された温度分布を表すデータまたは熱プロセスモデルによって予測された温度分布を表すデータから得られることからなる、方法。
【請求項１１】
前記冷却剤を加える前に、造形材料の前記層からの前記測定された温度分布を表す温度フィードバックを得るステップをさらに含む、請求項１０の方法。
【請求項１２】
前記冷却剤を加える前に、前記熱プロセスモデルによって予測された前記温度分布に基づいて、造形材料の前記層の温度分布を決定するステップをさらに含む、請求項１０の方法。
【請求項１３】
前記エネルギーが加えられたときに前記造形材料の前記第１の部分を合体させるために該第１の部分に合体助剤を選択的に加えるステップをさらに含む、請求項１０の方法。
【請求項１４】
合体することが必要とされる箇所の前記造形材料の力学的性質を制御するために前記冷却剤を選択的に加えるステップをさらに含む、請求項１０の方法。
【請求項１５】
３次元物体を生成する方法であって、
造形材料の層を供給するステップと、
前記層の第１の部分に合体助剤を選択的に配置するステップと、
前記合体助剤を有する前記第１の部分を合体及び固化させるために前記層にエネルギーを第１のパターンで加えるステップと、
前記造形材料の第２の部分の温度を下げるために、冷却液を選択的に加えることができる場所を表すデータに基づいて、及び前記層からの測定された温度分布を表すデータまたは熱プロセスモデルによって予測された温度分布を表すデータを考慮して、第２のパターンで、前記層の第２の部分に前記冷却液を選択的に加えるステップ
を含み、
前記第１のパターンと前記第２のパターンは互いに独立していることからなる、方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
層毎に３次元物体を生成する積層造形システムが、３次元物体を少量作製するための可能性のある便利な方法として提案されている。
【０００２】
そのようなシステムによって作製された物体の品質は、使用する積層造形技術のタイプに依存して大きく異なりうる。一般に、価格がより低いシステムを用いると、低品質で低強度の物体が作製され、価格がより高いシステムを用いると、高品質で高強度の物体が作製されうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】（補充可能性あり）
【図面の簡単な説明】
【０００４】
いくつかの例を添付の図面に関して説明する。
【図１】いくつかの例にしたがう３次元物体を生成する方法を示すフローチャートである。
【図２ａ】いくつかの例にしたがう積層造形システムの単純化した等角図である。
【図２ｂ】いくつかの例にしたがう積層造形システムのヒーターの単純化した等角図である。
【図３】いくつかの例にしたがう３次元物体を生成する方法を示すフローチャートである。
【図４ａ】いくつかの例にしたがう造形材料の層の側面断面図である。
【図４ｂ】いくつかの例にしたがう造形材料の層の側面断面図である。
【図４ｃ】いくつかの例にしたがう造形材料の層の側面断面図である。
【図４ｄ】いくつかの例にしたがう造形材料の層の側面断面図である。
【図５ａ】いくつかの例にしたがう図４ａの造形材料の層の平面図である。
【図５ｂ】いくつかの例にしたがう図４ｂの造形材料の層の平面図である。
【図５ｃ】いくつかの例にしたがう図４ｃの造形材料の層の平面図である。
【図５ｄ】いくつかの例にしたがう図４ｄの造形材料の層の平面図である。
【図６ａ】いくつかの例にしたがう図４ａの造形材料の層の温度分布の略平面図である。
【図６ｂ】いくつかの例にしたがう図４ｂの造形材料の層の温度分布の略平面図である。
【図６ｃ】いくつかの例にしたがう図４ｃの造形材料の層の温度分布の略平面図である。
【図６ｄ】いくつかの例にしたがう図４ｄの造形材料の層の温度分布の略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
次の用語は、それらが明細書ないし特許請求の範囲に記載されているときには、以下の意味であるものとする。単数形の「ある」及び「該」（ないし「前記」）は「１以上」を意味する。「を備える」及び「を有する」は、「を含む」という用語と同じ包括的な意味を有することが意図されている。
【０００６】
積層造形技術は、造形材料の１以上の連続する層の一部分を固化させることによって３次元物体を生成することができる。造形材料を粉末ベース（粉末系）とすることができ、生成された物体の性質は、使用される造形材料及び固化メカニズムの種類に依存する。
【０００７】
物体の性質は、使用される造形材料の特性、所望の３次元物体を形成するために造形材料を固化（凝固）するプロセス、及び、かかるプロセス中の造形材料の温度に依存しうる。そのような性質は、たとえば、表面粗さ、精度、及び強度を含みうる。
【０００８】
合体助剤（coalescing agent。結合剤、結合助剤、または凝集助剤ともいう。以下同じ）は、適切な量のエネルギーが造形材料と合体助剤の組み合わせ（混合物）に加えられると、該造形材料を合体（または結合もしくは融合。以下同じ）させて固化（凝固）させることができる材料である。しかしながら、いくつかの例では、合体助剤が加えられているかまたは浸透している造形材料によって吸収されるエネルギーはまた、周囲の造形材料中にも伝わりうる。該エネルギーは、周囲の造形材料を加熱するのに十分なものでありうる。たとえば、該エネルギーは、造形材料を横方向に通って、及び/または、現在の層の下に、及び/または、該エネルギーが一番新しい層に加えられた場合には後に続く層中を、伝わることができる。この効果は、比較的低い熱伝導率を有しうる造形材料を使用するときには悪化しうる。なぜなら、造形材料の熱伝導率が低いと、新たに各層が形成されたときにそれらの各層の表面の下に熱だめ（熱源）が形成されうるからである。この場合、該熱だめにおける熱は、造形材料を横方向に、及び/または、一番新しい層の下に、及び/または、一番新しい層に該熱が加えられた場合には後に続く層中を、ゆっくりと伝わることができる。
【０００９】
したがって、造形材料を軟化及び結合させるのに適した温度に造形材料を加熱することができる。この温度は、該材料の融点よりも高い場合もあれば低い場合もある。これによって、固化することが意図されていなかった造形材料の一部が引き続いて固化する場合があり、この効果を、本明細書では、合体ブリード（coalescence bleed）という。合体ブリードは、たとえば、生成された３次元物体の全体の精度を低下させる場合がある。たとえば、変形には、該物体の側部から横方向に延びる変形や該物体の底部から下に延びる変形などの３次元部分が含まれうる。変形にはまた、造形材料における望ましくない温度分布もしくは熱伝導効果に起因する固化の小さな不規則性が含まれうる。
【００１０】
したがって、本開示は、造形材料の適切な部分に冷却剤を加える（供給する）ことによって、合体ブリードの効果を低減できるようにして３次元物体を作製することを可能にすることができる。いくつかの例では、冷却剤を造形材料の層の選択された部分に加えることができる。これによって、余分な熱を拡散させて、造形材料の層が、所定の目標温度分布（たとえば均一なまたは実質的に均一な温度分布）に合致する温度分布を有するようにすることが可能になる。これによって、造形材料のうちの冷却剤が加えられた部分の合体（ないし結合）の程度を低減することができる。
【００１１】
図１は、いくつかの例にしたがう３次元物体を生成する方法を示すフローチャートである。ブロック１０２において、造形材料の層にエネルギーを第１のパターンで加えて、該層の第１の部分を合体させて固化（凝固）させることができる（または、造形材料の層にエネルギーを加えて、該層の第１の部分を第１のパターンをなすように合体させて固化（凝固）させることができる）。ブロック１０４において、冷却剤を、該造形材料の該層の第２の部分に第２のパターンで選択的に加えて、該第２の部分の温度を下げることができる。該第１のパターンと該第２のパターンは互いに独立している。たとえば、エネルギーを加える前または加えた後に冷却剤を加えることができる。
【００１２】
図２ａは、いくつかの例にしたがう積層造形（「積層造形」は「付加製造」ともいう）システム２００の単純化した等角図である。図３のフローチャートを参照して後述するように、システム２００を、３次元物体を生成するように動作させることができる。
【００１３】
いくつかの例では、造形材料を、粉末ベースの造形材料とすることができる。本明細書で使用されている「粉末ベース」の材料は、乾燥粉末ベースの材料と湿潤粉末ベースの材料の両方、粒状物質、及び顆粒状物質を含むことが意図されている。いくつかの例では、造形材料は、たとえば空気が約４０％で固体ポリマー粒子が約６０％の比率である、空気と固体ポリマー粒子の混合物を含むことができる。１つの適切な材料は、たとえばSigma-Aldrich社から入手できるNylon（ナイロン）12でありうる。別の適切なNylon 12材料は、Electro Optical Systems EOS GmbHから入手できるPA2200でありうる。適切な造形材料の他の例には、たとえば、粉末金属材料、粉末複合材料、粉末セラミック材料、粉末ガラス材料、粉末樹脂材料、粉末ポリマー（高分子）材料など、及び、これらの組み合わせを含めることができる。しかしながら、本明細書に記載されている例は、粉末ベースの材料にも、上記の材料のいずれにも限定されないことが理解されるべきである。他の例では、造形材料をペーストまたはゲルとすることができる。１例によれば、適切な造形材料は、粉末状半結晶熱可塑性プラスチック材料でありうる。いくつかの材料は低い熱伝導率を有するため、合体ブリードの危険が高くなる。たとえば、いくつかのナイロンは、室温で約0.1W/m K、融点で約0.2W/m Kの熱伝導率を有する。
【００１４】
積層造形システム２００は、システムコントローラ２１０を備えることができる。本明細書に開示されている任意の動作及び方法を、積層造形システム２００及び/またはコントローラ２１０において実施し及び制御することができる。
【００１５】
コントローラ２１０は、本明細書における方法に記載されている命令などの命令を実行するためのプロセッサ２１２を備えることができる。プロセッサ２１２を、たとえば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、プログラマブルゲートアレイ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、コンピュータープロセッサなどとすることができる。プロセッサ２１２は、たとえば、１つのチップにおける複数のコア、複数のチップにわたる複数のコア、複数のデバイスにわたる複数のコア、またはそれらの組み合わせを備えることができる。いくつかの例では、プロセッサ２１２は、少なくとも１つの集積回路（ＩＣ）、その他の制御論理回路、その他の電子回路、または、それらの組み合わせを備えることができる。
【００１６】
コントローラ２１０は、直接ユーザー対話をサポートすることができる。たとえば、積層造形システム２００は、キーバード、タッチパッド、ボタン、キーパッド、ダイヤル、マウス、トラックボール、カードリーダー、またはその他の入力デバイスのうちの１以上などの、プロセッサ２１２に結合されたユーザー入力デバイス２２０を備えることができる。さらに、積層造形システム２００は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プリンター、ビデオモニター、タッチスクリーンディスプレイ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、またはその他の出力デバイスのうちの１以上などの、プロセッサ２１２に結合された出力デバイス２２２を備えることができる。出力デバイス２２２は、命令に応答して文字情報やグラフィックデータを表示することができる。
【００１７】
プロセッサ２１２は、通信バス２１４を介してコンピューター可読記憶媒体２１６と通信することができる。コンピューター可読記憶媒体２１６は、単一の媒体または複数の媒体を有することができる。たとえば、コンピューター可読記憶媒体２１６は、ＡＳＩＣのメモリとコントローラ２１０内の個別のメモリの一方または両方を有することができる。コンピューター可読記憶媒体２１６を、任意の電子記憶装置、磁気記憶装置、光記憶装置、もしくはその他の物理的記憶装置とすることができる。たとえば、コンピューター可読記憶媒体２１６を、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、スタティックメモリ、読取り専用メモリ、電気的消去可能プログラマブル読取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ。電気的消去可能プログラマブルＲＯＭ）、ハードドライブ、光学式ドライブ、記憶（ストレージ）ドライブ、ＣＤ、ＤＶＤなどとすることができる。コンピューター可読記憶媒体２１６を非一時的なものとすることができる。コンピューター可読記憶媒体２１６は、プロセッサ２１２によって実行されると、プロセッサ２１２に、本明細書に開示されている種々の例にしたがう方法または動作のうちの任意の１つ以上を実行させることができるコンピューター実行可能命令２１８を格納し、エンコードし、または保持ないし伝達することができる。たとえば、それらの命令を、本明細書に記載されている方法を実行するために、システム２００の種々の構成要素に１以上の制御信号を提供するためのものとすることができる。
【００１８】
システム２００は、支持部材（「支持体」ともいう）２０４上に提供された造形材料の連続する層に合体助剤を選択的に加えるための合体助剤供給器（合体助剤ディストリビューターともいう）２０２を備えることができる。１つの非限定的な例によれば、適切な合体助剤を、たとえば、ヒューレット・パッカードカンパニーから入手できるＣＭ９９７Ａとして商業的に知られているインク調合物などのカーボンブラックを含むインクタイプの調合物とすることができる。１例では、そのようなインクは、赤外光吸収剤をさらに含むことができる。１例では、そのようなインクは、近赤外光吸収剤をさらに含むことができる。１例では、そのようなインクは、可視光吸収剤をさらに含むことができる。１例では、そのようなインクは、ＵＶ（紫外）光吸収剤をさらに含むことができる。可視光増強剤を含むインクの例は、ヒューレット・パッカードカンパニーから入手できるＣＥ０３９Ａ及びＣＥ０４２Ａとして商業的に知られているインクなどの、染料ベースのカラーインク及び顔料ベースのカラーインクである。
【００１９】
システム２００はまた、支持部材２０４上に提供された造形材料のある層に冷却剤を選択的に加えるための冷却剤供給器（冷却剤ディストリビューターともいう）２０６を備えることができる。より詳細に後述するように、冷却剤は、該冷却剤が加えられる造形材料の部分の温度を下げるように作用することができる。いくつかの例では、造形材料の融点よりも低い沸点を有する冷却剤を選択することができる。造形材料の表面の温度は、該造形材料がヒーター２３０及び/またはエネルギー源２２６によって加熱されたか否かに依存しうる。したがって、冷却剤を加えるときに該冷却剤の温度が造形材料の表面の温度より低い温度を有するような該冷却剤を選択し、これによって、該冷却剤を造形材料に加えるときに該冷却剤に熱が伝わることができるようにするための温度勾配を生成できるようにすることができる。いくつかの例では、造形材料からの早い熱伝達及びその後の蒸発（気化）を達成するために、適切な蒸気圧、適切な熱伝導率、及び/または、適切な蒸発エンタルピーを有する冷却剤を選択することができる。
【００２０】
いくつかの例では、適切な冷却効果を示す液体などの流体を冷却剤として用いることができる。１例では、水を高い割合で含む剤が適切な冷却剤として実証されている。いくつかの例では、冷却剤を、着色剤を含まない水性インクとすることができる。いくつかの例では、ポリエチレングリコールを冷却剤として用いることができる。他の例では、他のタイプの冷却剤を使用することができる。
【００２１】
１例では、支持部材２０４は、約１０ｃｍ×１０ｃｍから１００ｃｍ×１００ｃｍまでの範囲内の寸法を有する。他の例では、支持部材２０４は、これより大きいかまたは小さい寸法を有することができる。支持部材２０４を、システム２００の固定部分とすることができ、または、たとえば取り外し可能なモジュールの一部などの、システム２００の固定部分ではないものとすることができる。
【００２２】
剤供給器（剤ディストリビューターともいう）２０２、２０６を、サーマルプリントヘッドや圧電インクジェットプリントヘッドなどのプリントヘッドとすることができる。これらのプリントヘッドは、ノズルの配列（アレイ）を有することができる。１例では、市販されているインクジェットプリンターで一般的に使用されているプリントヘッドなどのプリントヘッドを使用することができる。他の例では、それらの剤を、プリントヘッドではなく噴霧ノズルを通じて加える（供給する）ことができる。他の供給メカニズムを使用することもできる。
【００２３】
剤供給器２０２、２０６を用いて、合体助剤及び冷却剤が液体などの適切な流体の形態にあるときにそれらの剤を選択的に加える（たとえば、配置ないし付着ないし堆積させる）ことができる。いくつかの例では、３００ドット／インチ（ＤＰＩ）と１２００ＤＰＩの間（たとえば６００ＤＰＩ）の分解能で剤の滴を加えるように剤供給器２０２、２０６を選択することができる。他の例では、これより高いかまたは低い分解能で剤の滴を加えることできるように剤供給器２０２、２０６を選択することができる。いくつかの例では、剤供給器２０２、２０６は、ノズルの配列を有し、該ノズルを通じて、流体の滴を選択的に噴射することができる。いくつかの例では、該ノズルは、１つ以上の場所に複数の滴を短時間に連続して噴射することができる。いくつかの例では、それぞれの滴を約１０ピコリットル（pl）／滴とすることができ、他の例では、これより大きいかまたは小さい滴サイズ（たとえば滴径）を加えることができる剤供給器２０２、２０６を使用することができる。いくつかの例では、可変サイズの滴を加えることができる剤供給器２０２、２０６を使用することができる。
【００２４】
さまざまな例において、剤供給器２０２は、剤供給器２０６から加えられる冷却剤の滴より大きいか、小さいか、またはそれと同じ大きさの合体助剤の滴を加える（供給する）ことができる。
【００２５】
いくつかの例では、プリントヘッドを通じて合体助剤を加えることができるようにするために、合体助剤は、水や任意の他の適切な溶媒もしくは分散剤などの液体キャリアを含むことができる。
【００２６】
いくつかの例では、該プリントヘッドを、ドロップオンデマンドプリントヘッドとすることができる。他の例では、該プリントヘッドを、コンティニュアスドロッププリントヘッドとすることができる。
【００２７】
いくつかの例では、剤供給器２０２、２０６をシステム２００の一体部分とすることができる。いくつかの例では、剤供給器２０２、２０６をユーザーが交換可能なものとすることができ、その場合には、それらの剤供給器を、システム２００の適切な剤供給器受けもしくはインターフェースモジュールに取り外し可能に挿入可能なものとすることができる。
【００２８】
いくつかの例では、プリントヘッドなどの単一の剤供給器を用いて、合体助剤と冷却剤の両方を選択的に加えることができる。たとえば、剤供給器の第１の組のノズルを、合体助剤を加えるように構成することができ、剤供給器の第２の組のノズルを、冷却剤を加えるように構成することができる。
【００２９】
図２ａに示されている例では、剤供給器２０２、２０６は、これらがいわゆるページワイドアレイ（ページ幅配列）構成をなすように、支持部材２０４の全幅にわたることを可能にする長さを有している。１例では、これを、複数のプリントヘッドの適切な配列によって達成することができる。他の例では、ノズルの配列が支持部材２０４の幅にわたることができるようにするための長さを有する該ノズルの配列を有する単一のプリントヘッドを使用することができる。他の例では、剤供給器２０２、２０６は、これらが支持部材２０４の全幅にわたらないようにすることを可能にするより短い長さを有することができる。
【００３０】
剤供給器２０２、２０６は、図示のＹ軸に沿った方向に支持部材２０４の全長さ（全長）にわたってこれらの供給器を双方向に移動させることを可能にするための可動式キャリッジ（可動台）に取り付けられている。これは、１回のパス（通行）で、支持部材２０４の全幅及び全長さにわたって合体助剤及び冷却剤を選択的に加えることを可能にする。他の例では、剤供給器２０２、２０６は固定されて、支持部材２０４が、剤供給器２０２、２０６に対して移動することができる。
【００３１】
本明細書で使用されている「幅」という用語は、図２ａに示さているＸ軸及びＹ軸に並行な面内の最も短い寸法を一般に意味するものとして使用されており、本明細書で使用されている「長さ」という用語は、その面内の最も長い寸法を一般に意味するものとして使用されていることに留意されたい。しかしながら、他の例では、「幅」という用語は「長さ」という用語と交換可能であることが理解されよう。たとえば、他の例では、剤供給器２０２、２０６は、これらが支持部材２０４の全長さにわたることができるようにする長さを有することができ、一方、可動式キャリッジは、支持部材２０４の幅全体にわたって双方向に移動することができる。
【００３２】
別の例では、剤供給器２０２、２０６は、これらが支持部材２０４の全幅にわたることができるようにする長さを有していないが、図示のＸ軸方向に支持部材２０４の幅全体にわたって双方向にさらに可動である。この構成は、複数回のパス（通行）を使って、支持部材２０４の全幅及び全長さにわたって合体助剤及び冷却剤を選択的に加えることを可能にする。しかしながら、ページワイドアレイ構成などの他の構成は、３次元物体をより速く作製することを可能にすることができる。
【００３３】
合体助剤供給器２０２は、合体助剤の供給源（サプライ）を備えることができ、または、該供給器を、合体助剤の別個の（分離している）供給源に接続することができる。冷却剤供給器２０６は、冷却剤の供給源（サプライ）を備えることができ、または、該供給器を冷却剤の別個の（分離している）供給源に接続することができる。
【００３４】
システム２００はさらに、造形材料の連続する層を支持体２０４上に提供する（たとえば、加える、及び/または、堆積ないし配置させる）ための造形材料供給器（造形材料ディストリビューターともいう）２２４を備えている。適切な造形材料供給器２２４は、たとえば、ワイパーブレードやローラーを備えることができる。造形材料を、ホッパーまたは造形材料格納部から造形材料供給器２２４に供給することができる。図示の例では、造形材料供給器２２４は、造形材料の層を堆積（または配置）するために支持体２０４の長さ方向（Ｙ軸方向）に移動する。前述したように、造形材料の１つの層は支持体２０４上に堆積（ないし配置）させられるが、造形材料の後続の層は、その前に堆積させられた造形材料の層上に堆積させられる。造形材料供給器２２４を、システム２００の固定部分とすることができ、または、たとえば取り外し可能なモジュールの一部などの、システム２００の固定部分ではないものとすることができる。
【００３５】
いくつかの例では、図２ａに示されている供給器に加えて、合体助剤供給器、冷却剤供給器、及び、造形材料供給器をさらに設けることができる。いくつかの例では、システム２００のそれらの供給器を、同じキャリッジに、互いに隣接してもしくは短い距離だけ離して配置することができる。他の例では、２つ以上のキャリッジの各々が、１以上の供給器を含む（ないし収容する）ことができる。たとえば、それぞれの供給器を、（互いに）別個のそれ自体のキャリッジに配置することができる。
【００３６】
図示の例では、支持体２０４はＺ軸に沿って可動であり、これによって、造形材料の新しい層を堆積するときに、直前に堆積した造形材料の層の表面と剤供給器２０２、２０６の下面との間に所定のギャップ（間隙）が維持されるようにする。しかしながら、他の例では、支持体２０４はＺ軸に沿って可動ではなく、剤供給器２０２、２０６を、Ｚ軸に沿って可動とすることができる。
【００３７】
システム２００は、造形材料のどこに合体助剤が加えられているかまたは浸透しているかに応じて該造形材料の一部を固化（凝固）させるために、該造形材料にエネルギーを加えるエネルギー源２２６をさらに備えることができる。いくつかの例では、エネルギー源２２６は、赤外線（ＩＲ）放射源、または近赤外線放射源、またはハロゲン放射源、または発光ダイオードである。いくつかの例では、エネルギー源２２６を、支持体２０４に堆積させられる造形材料にエネルギーを均一に加えることができる単一のエネルギー源とすることができる。いくつかの例では、エネルギー源２２６を、（複数の）エネルギー源の配列から構成することができる。
【００３８】
いくつかの例では、エネルギー源２２６は、造形材料の層の全表面に実質的に均一にエネルギーを加えるように構成される。これらの例では、エネルギー源２２６を、非集束エネルギー源と呼ぶことができる。これらの例では、層全体に同時にエネルギーを加えることができ、これは、３次元物体を生成する速さを速くするのに役立ちうる。
【００３９】
他の例では、エネルギー源２２６は、造形材料の層の全表面の一部に実質的に均一にエネルギーを加えるように構成される。たとえば、エネルギー源２２６を、造形材料の層の全表面のうちの１つのストリップ（１つの細片）にエネルギーを加えるように構成することができる。これらの例では、最終的に、造形材料の層の全表面に実質的に同じ量のエネルギーが加えられるように、エネルギー源を造形材料の層を横断して移動または走査させることができる。
【００４０】
いくつかの例では、エネルギー源２２６を可動式キャリッジに取り付けることができる。
【００４１】
他の例では、エネルギー源２２６は、造形材料の層を横断して移動するときに、可変量のエネルギーを加えることができる。たとえば、コントローラ２１０は、合体助剤が加えられている造形材料の部分にだけエネルギーを加えるようにエネルギー源を制御することができる。
【００４２】
さらに別の例では、エネルギー源２２６を、レーザー光線などの集束エネルギー源とすることができる。この例では、造形材料の層の全体または一部を走査するようにレーザー光線を制御することができる。これらの例では、剤供給制御データにしたがって造形材料の層を走査するようにレーザー光線を制御することができる。たとえば、合体助剤が加えられている層の部分にエネルギーを加えるようにレーザー光線を制御することができる。
【００４３】
システム２００は、支持体２０４上に堆積された造形材料を所定の温度範囲内に維持するために熱を放出するためのヒーター２３０をさらに備えることができる。ヒーター２３０は任意の適切な構成を有することができる。１つの例が、いくつかの例にしたがう積層造形システム用のヒーター２３０の単純化した等角図である図２ｂに示されている。図示のように、ヒーター２３０は、（複数の）加熱素子（もしくは発熱体）２３２の配列を有することができる。加熱素子２３２の各々を任意の適切な加熱装置（たとえば、赤外線ランプなどの加熱ランプ）とすることができる。加熱素子（または加熱装置。以下同じ）２３２は、図２ｂに示されているような長方形などの適切な形状もしくは構造を有することができる。他の例では、加熱素子２３２を、たとえば、円形、棒状、または球状とすることができる。該形状ないし構造を、造形材料が延在している領域に向けて均一な熱分布を提供するように最適化することができる。それぞれの加熱素子２３２、または加熱素子２３２のグループは、造形材料の表面に加えられる局所的なエネルギー密度を可変制御するための調節可能な電流源もしくは電圧源を有することができる。
【００４４】
加熱素子２３２の各々を、造形材料のそれぞれの領域に（一意に）対応付けることができ、これによって、それぞれの加熱素子２３２が、他の加熱素子２３２によってカバーされる領域ではない、自身に対応する加熱素子の領域に実質的に向けて熱を放出することができる。たとえば、図２ｂ中の１６個の加熱素子２３２の各々は、造形材料の１６個の異なる領域のうちの１つを加熱することができ、この場合、該１６個の領域全体で造形材料の全領域をカバーする。しかしながら、いくつかの例では、それぞれの加熱素子２３２は、隣接する領域に影響を与える（それほど多くはないにせよ）いくらかの熱を放出することもできる。
【００４５】
ヒーター２３０の使用は、合体助剤が加えられているかまたは浸透している造形材料を合体（ないし結合）させてその後に固化させるためにエネルギー源２２６によって加える必要があるエネルギーの量を低減するのに役立ちうる。
【００４６】
システム２００は、温度センサー２２８、たとえば、１以上の熱電対や１以上のサーモパイルなど、またはサーモグラフィカメラなどの点非接触温度センサーをさらに備えることができる。温度センサー２２８は、支持部材２０４上の造形材料が延在する領域における造形材料のそれぞれのポイント（場所）から放出される放射分布を表す温度値またはイメージ（画像）を捕捉することができる。温度センサー２２８は、コントローラ２１０に対して該放射分布を出力することができ、コントローラ２１０は、造形材料として使用されている材料の温度と放射強度の間の、黒体分布などの既知の関係に基づいて造形材料全体にわたる温度分布を決定することができる。たとえば、該放射分布の放射周波数は、赤外線（ＩＲ）領域内の特定の値において最大強度を有しうる。これを利用して、造形材料における複数の温度を含む温度分布を決定することができる。
【００４７】
図２ａでは、エネルギー源２２６、ヒーター２３０、及びサーモグラフィカメラ２２８は支持部材２０４の上の特定の場所に示されているが、それらの各々を、支持部材２０４の上または周囲の任意の適切な場所に配置することができる。
【００４８】
コントローラ２１０は、剤供給制御データ２０８にしたがって剤の供給（たとえば投与）を制御することができる。たとえば、コントローラ２１０は、合体助剤供給制御データを含む命令にしたがって、提供された造形材料の層への合体助剤の選択的な供給（たとえば投与）を制御することができる。さらに、コントローラ２１０は、冷却剤供給制御データを含む命令にしたがって、提供された造形材料の層への冷却剤の選択的な供給（たとえば投与）を制御することができる。コントローラ２１０はまた、エネルギー源２２６を制御して、該エネルギー源が造形材料の層を横断して移動するときに、たとえば剤供給制御データ２０８にしたがって、可変量のエネルギーを加えることができるようにすることができる。
【００４９】
剤供給制御データ２０８は、生成される３次元物体のそれぞれのスライス（薄片）毎に、合体助剤と冷却剤の少なくとも一方が加えられることになる造形材料の部分または造形材料の位置（がもしあれば）を画定することができる。
【００５０】
合体助剤供給制御データを、たとえば、適切な３次元物体処理システムによって得ることができる。いくつかの例では、該３次元物体処理システムを積層造形システム２００内に含めることができる。たとえば、命令２１８は、プロセッサ２１２によって実行されると、プロセッサ２１２を、本明細書に記載されている３次元物体処理システムとして動作させる命令をさらに含むことができる。他の例では、該３次元物体処理システムを、積層造形システム２００の外部のものとすることができる。たとえば、該３次元物体処理システムを、システム２００から分離したコンピューティング装置で実行可能なソフトウェアアプリケーション、もしくはソフトウェアアプリケーションの一部とすることができる。
【００５１】
いくつかの例では、合体助剤供給制御データを、生成する物体の３次元モデルを表す物体設計データに基づいて、及び/または、該物体の特性ないし特徴を表す物体設計データから、生成することができる。該モデルは該物体の固体部分を画定することができ、該モデルを３次元物体処理システムによって処理して、該モデルの平行面のスライス（薄片）を生成することができる。それぞれのスライスは、積層造形システムによって固化されることになる造形材料のそれぞれの層の一部を画定することができる。物体特性データは、濃度、表面粗さ、及び強度などの物体の特性を明らかにすることができる。
【００５２】
物体設計データ及び物体特性データを、たとえば、ユーザーからの、もしくはソフトウェアドライバからの、もしくはコンピューター支援設計（ＣＡＤ）アプリケーションなどのソフトウェアアプリケーションからの入力として入力デバイス２２０を介してユーザーから受け取ることができ、または、デフォルトのまたはユーザー定義による物体設計データ及び物体特性データを格納しているメモリ（記憶装置）から得ることができる。
【００５３】
いくつかの例では、ブロック３０８に関して説明するように、冷却剤供給制御データを、たとえば、温度フィードバックや熱プロセス（熱処理）モデルに基づいて生成することができる。
【００５４】
いくつかの例では、物体処理システムは、積層造形システム２００の特性に関連するデータを得ることができる。そのような特性は、たとえば、造形材料層の厚さ、合体助剤の特性、冷却剤の特性、造形材料の特性、エネルギー源２２６の特性、ヒーター２３０の特性、及び、温度センサー２２８の特性を含むことができる。
【００５５】
剤供給制御データ２０８は、処理される造形材料の各層について、合体助剤と冷却剤の少なくとも一方が加えられることになる造形材料の位置（場所）もしくは部分を表すことができる。１例では、合体助剤及び冷却剤が加えられる造形材料の位置（場所）もしくは部分はそれぞれのパターンによって画定ないし決定される。いくつかの例では、物体処理システムは、合体助剤と冷却剤を造形材料に加える順番を、たとえば、合体助剤の供給と冷却剤の供給との間にある時間遅れを画定ないし設定することができる対応するタイミングデータと共に、決定することができる。
【００５６】
上記の特徴に依存して、加える合体助剤及び冷却剤の濃度を変えることができる。たとえば、合体助剤が加えられているかまたは浸透している造形材料の一部が加えられたエネルギーを受け取ると、それらの部分によって吸収されたエネルギーは、周囲の他の領域に伝搬する。１例では、加える合体助剤の特性及び合体助剤の量を、エネルギーが層の厚さの約１．５倍の範囲内で球内を伝搬するように選択することができる。これは、層間を十分に結合（たとえば接着）するだけでなく、造形材料の横方向に隣接する部分間を十分に結合するのにも役立ちうる。ブロック３１０に関して説明するように、造形材料の温度を調節するために濃度を変えることもできる。
【００５７】
このようにして、物体処理システムは、たとえば合体助剤の隣接する滴間の横方向の間隔を大きくする一方で、十分な物体強度を依然として確保することを決定することができる。こうすることによって、造形材料の層に加えることができる合体助剤の平均濃度が低減され、したがって、物体強度に影響を与えることなく、合体助剤の消費が低減される。
【００５８】
いくつかの例では、剤供給制御データは、造形材料の任意の部分について、合体助剤を加える前、加えている間、及び加えた後のうちのいずれか１つ、もしくは２つ、もしくは全てにおいて、冷却剤を加えるか否かを表す（示す）ことができる。
【００５９】
図３の記載に関して、図２ａ〜図２ｂ、図４ａ〜図４ｄ、図５ａ〜図５ｄ、及び図６ａ〜６ｄを参照する。図４ａ〜図４ｄは、いくつかの例にしたがう造形材料の層の一連の側面断面図である。図５ａ〜図５ｄは、いくつかの例にしたがう図４ａ〜図４ｄの造形材料の層の一連の平面図である。図６ａ〜図６ｄは、いくつかの例にしたがう図４ａ〜図４ｄの造形材料の層における温度分布の一連の略平面図である。
【００６０】
図３は、いくつかの例にしたがう３次元物体を生成する方法３００を説明するフローチャートである。該方法をコンピューターによって実施することができる。いくつかの例では、いくつかのステップを同時に行うことができるように図示の順番を変更することができ、また、いくつかのステップを追加することができ、また、いくつかのステップを省くことができる。
【００６１】
３０２において、コントローラ２１０は、合体助剤供給制御データなどの剤供給制御データ２０８を得ることができる。
【００６２】
３０４において、図４ａ及び図５ａに示されているように、造形材料の層４０２ｂを供給することができる。たとえば、コントローラ２１０は、造形材料供給器２２４を制御して、前述したように造形材料供給器２２４をＹ軸に沿って移動させることによって、造形材料供給器２２４が支持部材２０４上の前に完成した層４０２ａ上に層４０２ｂを供給するようにすることができる。完成した層４０２ａは、固化（凝固）した部分４０８を含むことができる。図４ａ〜図４ｄには、説明のために、完成した層４０２ａが示されているが、第１（最初）の層４０２ａを生成するためにステップ３０４〜３１０を最初に適用できることが理解されよう。
【００６３】
いくつかの例では、供給された造形材料の層４０２ｂの厚さは、約５０マイクロメートル〜約３００マイクロメートルの間の範囲から選択された値、または、約９０マイクロメートル〜約１１０マイクロメートルの間の範囲から選択された値、または、約２５０マイクロメートルを有することができる。ただし、他の例では、これらより薄いかまたは厚い造形材料の層を供給することができる。該厚さを、コントローラ２１０によって、たとえば剤供給制御データ２０８に基づいて、制御することができる。
【００６４】
３０６において、造形材料をヒーター２３０によって加熱して、所定の温度範囲内になるように該造形材料を加熱し及び/または該所定の温度範囲内に該造形材料（の温度）を維持することができる。該所定の温度範囲を、たとえば、造形材料が合体助剤４０４の存在下で結合（ないし接着）する温度より低い温度とすることができる。たとえば、該所定の温度範囲を、約１５５℃〜約１６０℃とすることができ、または、該温度範囲の中心を約１６０℃とすることができる。予熱は、合体助剤が加えられているかまたは浸透している造形材料を合体させ及びその後固化（凝固）させるためにエネルギー源２２６によって加える必要があるエネルギーの量を少なくするのに役立ちうる。造形材料は、たとえば約９０℃〜約１００℃の一定の（もしくは均一な）基準温度（ベースライン温度）を有しうるという想定に基づいて、均一に加熱することができる。したがって、該一定の基準温度を該所定の温度範囲まで上げるような程度の加熱が提供される。しかしながら、いくつかの例では、造形材料は、この段階では、実際には、均一な（もしくは一定の）温度を有していない場合がある。したがって、造形材料は、該造形材料の１以上のポイント（位置）における温度が該所定の温度範囲外にありうる不均一な温度分布を有しうる。
【００６５】
３０８において、造形材料の温度分布を決定することができる。たとえばサーモグラフィカメラ２２８などの温度センサーは、たとえば造形材料の放射分布を表すイメージ（画像）を捕捉することによって、温度フィードバックを得ることができる。該放射分布をコントローラ２１０によって用いて、たとえば前述の方法に基づいて、造形材料の温度分布５００ａを決定することができる。図６ａの例では、領域５０２は該基準温度を有することができ、領域５０６は、該基準温度よりも高いそれぞれの温度を有することができる。これらの不均一性は、たとえばブロック３１２におけるエネルギー印加中に、前に堆積された層の一部の合体及び固化（凝固）に起因して生じ得る。図６ａに示されているように、該前の層４０２ａの生成中に合体助剤４０６が加えられた領域は、基準温度よりもかなり高い温度を有しうる。
【００６６】
いくつかの例では、コントローラ２１０は、温度フィードバックを得るのではなく、合体助剤供給制御データに基づいて熱拡散を数学的にモデル化する熱プロセスモデルに基づいて、温度分布５００ａを生成することができる。該モデルは、有限要素解析を用いて熱方程式を解くことを含むことができ、または、他の任意の適切な方法を含むことができる。いくつかの例では、コントローラ２１０は、種々の３次元物体の熱拡散特性を定義ないし示すルックアップテーブルを有する（もしくは格納する）ことができる。したがって、コントローラ２１０は、剤供給制御データ２０８を適切なルックアップテーブルと突き合わせて（もしくは照合して）、温度分布５００ａを生成することができる。
【００６７】
いくつかの例では、温度フィードバックと熱プロセスモデルとルックアップテーブルとの任意の組み合わせを用いることができる。
【００６８】
したがって、コントローラ２１０は、温度フィードバック、熱プロセスモデル、もしくはルックアップテーブルに基づいて決定された温度分布５００ａに基づいて、冷却剤供給制御データなどの剤供給制御データ２０８を得ることができる。
【００６９】
３１０において、図４ｂ及び図５ｂに示されているように、合体助剤４０４及び冷却剤４０６を、造形材料の層４０２ｂの表面の１以上の部分に選択的に加えることができる。前述したように、それらの剤４０４及び４０６を、たとえば液滴などの流体の形態で、剤供給器２０２、２０６によって加えることができる。
【００７０】
合体助剤４０４の選択的な供給を、固化して（固体になって）生成中の３次元物体の一部が形成されるようにするために、合体助剤供給制御データなどの剤供給制御データ２０８が画定することができる層４０２ｂの一部に対してあるパターンで実行することができる。冷却剤４０６の選択的な供給を、冷却剤供給制御データなどの剤供給制御データ２０８が該冷却剤を用いて温度が下げられる部分として画定することができる層４０２ｂの一部に対してあるパターンで実行することができる。
【００７１】
「選択的な供給」は、合体助剤及び冷却剤を、造形材料の表層の選択された部分に種々のパターンで加えることができることを意味する。それらのパターンを、剤供給制御データ２０８によって決定ないし画定することができる。剤４０４のパターンと４０６のパターンを互いに独立したものとすることができるが、これは、剤４０４と４０６が、造形材料の各ポイントにおいて互いに対して一定の割合で加えられないようにすることができることを意味する。
【００７２】
種々の例において、コントローラ２１０は、冷却剤４０６を選択的に加えるために、合体助剤供給器２０２を制御して、該供給器２０２が、冷却剤供給器２０２または２０６の制御前もしくは制御後もしくは制御中のうちの１以上において合体助剤４０４を選択的に加えるようにする。これらの例のうちの任意の例において、異なる剤供給器２０２、２０６を用いて、それぞれの剤４０４、４０６を加えることができる。さらに、これらの例のうちの任意の例において、１つの剤供給器２０２だけを用いて、たとえば、（１）プリントヘッド２０２内のいくつかのノズルを用いて合体助剤４０４を加えることができ、かつ、同じプリントヘッド２０２内の他のノズルを用いて冷却剤４０６を加えることができ、及び/または、（２）合体助剤４０４と冷却剤４０６を１つの混合物または溶液中に（または１つの混合物または溶液として）準備して、プリントヘッド２０２内の少なくともいくつかのノズルが該混合物または溶液を加えるようにすることができ、及び/または（３）プリントヘッド２０２内の同じノズルが、混合されていない互いに異なる剤４０４と４０６を異なる時刻に加えることができる、ようにすることができる。
【００７３】
温度分布５００ａが該基準温度よりも高い温度を有する部分であることを示している層４０２ｂの部分に、冷却剤４０６を選択的に加えることができる。冷却剤４０６は、加える前（供給前）に、たとえば、約２０℃〜約６０℃の温度、または室温付近の温度、または約５０℃の温度を有することができる。いくつかの例では、該温度は、上記の範囲内において室温より高い温度（たとえば約４０℃と約６０℃の間）でありうる。これは、冷却剤４０６を噴射するプロセスが、室温からの幾分かの加熱をもたらしうるからである。冷却剤４０６は、該冷却剤が加えられる部分における造形材料の温度を下げることができる。たとえば、冷却剤４０６の量及び位置を選択して該冷却剤を加えることによって、温度分布５００ａを所定の目標温度分布に移行させることができ、これによって、たとえば、図６ａの領域５０６を冷却して領域５０２と同じ温度にすることができる。この結果、図６ｂの均一なまたは実質的に均一な目標温度分布５００ｂは、均一なまたは実質的に均一な領域５０２を有することができる。他の例では、該目標温度分布を、変形の適切な低減を同様に達成することができる個別に設定される不均一な温度分布とすることができる。
【００７４】
合体助剤４０４が加えられない造形材料の部分に冷却剤４０６が加えられる場合には、冷却剤４０６が加えられている部分の造形材料が、該造形材料の融点もしくは該融点よりも高い温度に達することを阻止することができる。いくつかの例では、ブロック３１２においてエネルギーが加えられているときに、横方向の合体ブリードの効果を低減するのを助けるために、冷却剤４０６を、（１）温度が高い領域、及び（２）合体助剤４０４が加えられている領域に隣接する領域、に加えることができる。これを用いて、たとえば、物体のエッジ（縁）または表面の鮮鋭度や精度を改善することができ、及び/または、表面粗さを低減することができる。したがって、冷却剤４０６は、冷却剤４０６が加えられているかまたは浸透している造形材料の部分の合体（結合）の程度を低減するように作用することができる。
【００７５】
合体助剤４０４が加えられる造形材料の部分に冷却剤４０６が加えられる場合には、冷却剤４０６は、（該部分の）融解を阻止することを必ずしも目的としておらず、その代わり、造形材料における熱の望ましくない蓄積を低減することができる。
【００７６】
いくつかの例では、冷却剤４０６の沸点は、造形材料の融点よりも低く、かつ、冷却剤４０６の供給時における造形材料の温度より低い。たとえば、冷却剤４０６を、沸点が１００℃の水とすることができ、造形材料の温度を約１６０℃とすることができる。したがって、冷却剤４０６が供給されると、冷却剤４０６は、それが加えられる造形材料の部分から熱を吸収し、これによって、冷却剤４０６はその沸点を超えて気化することができる。これによって、造形材料の該部分の温度を下げることができる。
【００７７】
いくつかの例では、冷却剤４０６は、造形材料の現在の温度よりも高い沸点を有する。たとえば、造形材料の予熱が不十分かまたは該予熱が全くされない場合があり、その場合には、該造形材料の現在の温度は冷却剤４０６の沸点よりも低くなる。したがって、冷却剤４０６は、後述するブロック３１２において造形材料に加えられたエネルギーを吸収することによって気化し、これによって、造形材料を冷却することができる。
【００７８】
いくつかの例では、冷却剤４０６を、固化される造形材料の部分の強度（たとえば引張り強さ）などの力学的（もしくは機械的）性質を制御するために加えることもできる。冷却剤４０６の供給とブロック３１２におけるエネルギーの印加の間に長い時間差がある場合には、冷却剤４０６は、該力学的性質に対して何の効果も示さない場合があるが、これは、たとえば、冷却剤４０６があまりにも早く気化してしまう場合があるからである。しかしながら、該時間差が短い場合には、合体助剤４０４が冷却剤４０６と共に加えられた造形材料の部分は、たとえば、合体助剤４０４は加えられたが冷却剤は加えられなかった部分よりも大きな強度を示しうる。かかる効果が得られるのは、温度勾配が小さいほど、造形材料に対する機械的ストレスが小さくなりうるからである。
【００７９】
いくつかの例では、たとえば、温度分布５００ａ内に低い温度領域がある場合や、温度が領域５０２内の基準温度よりも低い場合などに、温度が上げるために合体助剤４０４を加えることもできる。造形材料上に合体助剤４０４が存在すると、ブロック３１２で供給されるエネルギーの印加などのエネルギーの印加に応答して、合体助剤４０４を有する領域内の造形材料がより大きな加熱を受けうるために、追加の加熱が生じうる。かかる効果を得るために、加える合体助剤４０４の量及び濃度を制御することができる。
【００８０】
いくつかの例では、合体及び固化のために合体助剤４０４をすでに受け取っている造形材料の部分を加熱するために追加の合体助剤４０４を加えることができる。そのような例では、合体の目的だけで合体助剤４０４を加える場合よりも多くの量または高い濃度で合体助剤４０４を加えることができる。
【００８１】
いくつかの例では、合体及び固化が要求されない領域内を加熱するために合体助剤４０４を加えることができる。これらの例では、合体を生じさせるのに必要な合体助剤４０４の閾値量または閾値濃度よりも小さい量または濃度の合体助剤４０４を加えることができる。しかしながら、加えられる該量または該濃度は依然として、合体助剤４０４が加えられる領域内の造形材料を加熱するのに十分なものでありうる。
【００８２】
いくつかの例では、造形材料の温度が目標分布に達するように該温度を調節することは、（１）冷却すべき領域に冷却剤４０６を加えることと、（２）暖めるべき領域に、合体のために要求される量または濃度を超えた量または濃度の追加の合体助剤４０４を加えることとの組み合わせを含むことができる。
【００８３】
図４ｃ及び図５ｃは、造形材料の層４０２ｂに実質的に完全に浸透している合体助剤４０４を示しているが、他の例では、浸透の程度を１００％よりも小さくすることができる。浸透の程度は、たとえば、加えられる剤の特性や造形材料の性質や該剤の性質などに依存しうる。図６ｃは、造形材料が、均一な領域５０２を有する実質的に均一な温度分布５００ｃを依然として有しうることを示している。
【００８４】
３１０において、所定レベルのエネルギーを造形材料の層４０２ｂに一時的に加えることができる。種々の例において、加えるエネルギーを、赤外線エネルギー、近赤外線エネルギー、マイクロ波エネルギー、紫外（ＵＶ）線、ハロゲンライト、超音波エネルギーなどとすることができる。エネルギーを加える時間の長さ、すなわちエネルギー照射時間は、たとえば、エネルギー源の特性と造形材料の特性と合体助剤の特性と冷却剤の特性とのうちの１以上に依存しうる。使用されるエネルギー源のタイプは、造形材料の特性と合体助剤の特性と冷却剤の特性とのうちの１以上に依存しうる。１例では、該エネルギーを所定の時間長の間加えることができる。
【００８５】
エネルギーの一時的な印加によって、合体助剤４０４が加えられているか浸透している造形材料の部分を、該造形材料の融点を超えて加熱して合体させることができる。たとえば、造形材料の層４０２ｂの温度を約２２０℃にすることができる。合体した部分は、冷やされると、固化して（すなわち固体になって）、生成中の３次元物体の一部を形成する。前述したように、そのような１つの部分４０８を前の繰り返しにおいて生成されたものとすることができる。エネルギーの印加中に吸収された熱は、すでに固化している部分４０８に伝搬して、該部分４０８の一部をその融点以上に加熱することができる。この効果は、図４ｄに示されているように、固化した造形材料の隣接する層間の層間結合が強い部分４１０を生成するのに役立つ。
【００８６】
さらに、加えられた冷却剤４０６が、エネルギーの印加の前にまだ気化していない場合、たとえば、予熱が不十分かまたは予熱がされない場合には、冷却剤４０６は、加えられた該エネルギーを吸収することによって気化して造形材料を冷却することができる。これは、加えられたエネルギーが、冷却剤４０６の沸点よりも高い温度に層４０２ｂの温度を上げることができるからである。
【００８７】
合体助剤４０４が加えられているかまたは浸透している造形材料によって吸収されたエネルギーはまた、周囲の造形材料中に伝搬することができ、かつ、周囲の造形材料を加熱するのに十分なものでありうる。このため、冷却剤４０６がない場合には、たとえば、造形材料がその融点を超えて加熱されることになりえ、または、たとえば、造形材料がその融点よりは低いが造形材料を軟らかくして結合するのに適した温度まで加熱されることになりうる。この結果、固化することが意図されていなかった造形材料の部分が引き続いて固化することとなりうるが、前記したように、この効果を、本明細書では合体ブリードという。しかしながら、前述したように、冷却剤４０６の供給は、合体ブリードを低減するように作用することができる。
【００８８】
いくつかの例では、エネルギーの印加によって、図６ａの領域５０２及び領域５０６と類似の領域５０２及び５０６を含む図６ｄの温度分布５００ｄに示されているように、新たな温度不均一が出現しうる。したがって、後続の層の処理中に、より熱い領域５０６を冷却することができる。
【００８９】
いくつかの例では、前述のようにエネルギーの印加の前に冷却剤４０６を加えるのではなく、エネルギーの印加の後に冷却剤４０６を加えることができる。エネルギーが既に加えられているので、合体助剤４０４が加えられた造形材料の部分の温度は、２２０℃などの高温になりえ、この温度は、冷却剤４０６の沸点よりも高いものでありうる。したがって、冷却剤４０６が加えられると、冷却剤４０６は、それが加えられている造形材料の部分から熱を吸収し、これによって、冷却剤４０６をその沸点よりも高くして気化させることができる。これによって、造形材料の該部分の温度を下げることができる。
【００９０】
合体ブリードの効果が排除されるように、すなわち、
(i)合体助剤４０４が加えられていない造形材料の部分にエネルギーが一時的に加えられたときに、該部分が合体しないように、
(ii)合体助剤４０４だけが加えられているかまたは浸透している造形材料の部分にエネルギーが一時的に加えられたときに、該部分が合体するように、及び、
(iii) 冷却剤４０６だけが加えられているかまたは浸透している造形材料の部分にエネルギーが一時的に加えられたときに、該部分が合体しないように、
供給されるエネルギーと造形材料と合体助剤４０４と冷却剤４０６との組み合わせを選択することができる。
【００９１】
合体助剤４０４と冷却剤４０６の両方が加えられているかまたは浸透している造形材料の部分が合体するようにすることも合体しないようにすることもでき、また、該部分の合体の程度（度合）を変更することもできる。変更の程度は、たとえば、造形材料の任意の部分における合体助剤と冷却剤との比率と、合体助剤及び/もしくは冷却剤を造形材料に加えるパターンと、合体助剤、冷却剤、及び/もしくは造形材料の化学的性質と、造形材料とそれらの剤との化学的相互作用と、エネルギーが加えられているときの造形材料とそれらの剤との相互作用と、のうちの任意の１以上に依存しうる。いくつかの例では、変更の程度は、合体助剤と冷却剤が造形材料に加えられる順番に依存しうる。いくつかの例では、変更の程度は、合体助剤と冷却剤が造形材料に加えられるタイミングに依存しうる。
【００９２】
造形材料の層が上記のように処理されると、造形材料の新しい層を、前に処理された造形材料の層の上に供給することができる。このようにして、前に処理された造形材料の層は、造形材料の後続の層の支持体として作用する。その後、層毎に３次元物体を生成するために、ブロック３０４〜３１２のプロセス（処理）を繰り返すことができる。
【００９３】
本明細書（添付の特許請求の範囲、要約書及び図面を含む）に開示されている全ての特徴、及び/または、そのように開示されている任意の方法もしくはプロセスの全てのステップを、そのような特徴及び/またはステップのうちの少なくともいくつかが互いに排他的である組み合わせを除いて、任意に組み合わせることができる。
【００９４】
上記の説明において、本明細書に開示されている主題を理解できるようにするために多くの細部が示されている。しかしながら、それらの細部のいくつかまたは全てがなくてもいくつかの例を実施することができる。他のいくつかの例は、上記の細部からの改良及び変更を含むことができる。添付の特許請求の範囲は、そのような改良及び変更をカバーすることが意図されている。
【００９５】
以下に、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。
１．３次元物体を生成するための装置であって、
造形材料の層の第１の部分を合体及び固化させるために該層にエネルギーを加えるためのエネルギー源と、
造形材料の層の第２の部分に冷却剤を選択的に加えるための剤供給器と、
コントローラ
を備え、
前記コントローラは、前記第１の部分を合体及び固化させるために前記層に第１のパターンでエネルギーを加えるように前記エネルギー源を制御し、及び、前記層の前記第２の部分に前記冷却剤を第２のパターンで選択的に加えるように前記剤供給器を制御し、
前記第１のパターンと前記第２のパターンは互いに独立していることからなる、装置。
２．前記冷却剤を加える前に、造形材料の前記層からの測定された温度分布を表す温度フィードバックを得るための温度センサーをさらに備える上項１の装置であって、前記冷却剤は、前記測定された温度分布に基づいて選択的に加えられることからなる、装置。
３．前記コントローラは、前記冷却剤を加えるように前記剤供給器を制御する前に、熱プロセスモデルに基づいて、前記造形材料の層の温度分布を決定することができ、前記コントローラは、前記温度分布に基づいて、前記冷却剤を選択的に加えるように前記剤供給器を制御することができる、上項１の装置。
４．前記コントローラは、前記冷却剤が選択的に加えられる前に、前記造形材料の温度分布に基づいて、目標温度分布を達成するために選択的に加えるべき前記冷却剤の量及び位置を決定することができる、上項１の装置。
５．前記剤供給器と第２の剤供給器の少なくとも一方が、前記層の前記第１の部分に合体助剤を選択的に加えることができ、
前記コントローラは、前記エネルギーが加えられたときに前記層の前記第１の部分を合体させるために、該第１の部分に前記合体助剤を選択的に加えるように前記剤供給器または前記第２の剤供給器を制御することができる、上項１の装置。
６．前記剤供給器と前記第２の剤供給器の少なくとも一方が、前記層の第３の部分に追加の合体助剤を選択的に加えることができ、
前記コントローラは、前記追加の合体助剤と前記造形材料の組み合わせに起因する前記第３の部分の合体を生じさせることなく、前記エネルギーが加えられたときに前記第３の部分を暖めるために、該第３の部分に前記合体助剤を選択的に加えるように前記剤供給器または前記第２の剤供給器を制御することができる、上項５の装置。
７．前記冷却剤は水を含む、上項１の装置。
８．前記コントローラは、前記エネルギーを加えるように前記エネルギー源を制御する前に、前記冷却剤を選択的に加えるように前記剤供給器を制御することができる、上項１の装置。
９．前記コントローラは、前記エネルギーを加えるように前記エネルギー源を制御した後に、前記冷却剤を選択的に加えるように前記剤供給器を制御することができる、上項１の装置。
１０．３次元物体を生成する方法であって、
供給された造形材料の層の第１の部分を合体及び固化させるために、該層にエネルギーを第１のパターンで加えるステップと、
前記造形材料の前記層の第２の部分の温度を下げるために、該第２の部分に冷却剤を第２のパターンで選択的に加えるステップ
を含み、
前記第２のパターンは、前記層からの測定された温度分布を表すデータまたは熱プロセスモデルによって予測された温度分布を表すデータから得られることからなる、方法。
１１．前記冷却剤を加える前に、造形材料の前記層からの前記測定された温度分布を表す温度フィードバックを得るステップをさらに含む、上項１０の方法。
１２．前記冷却剤を加える前に、前記熱プロセスモデルによって予測された前記温度分布に基づいて、造形材料の前記層の温度分布を決定するステップをさらに含む、上項１０の方法。
１３．前記エネルギーが加えられたときに前記造形材料の前記第１の部分を合体させるために該第１の部分に合体助剤を選択的に加えるステップをさらに含む、上項１０の方法。
１４．合体することが必要とされる箇所の前記造形材料の力学的性質を制御するために前記冷却剤を選択的に加えるステップをさらに含む、上項１０の方法。
１５．３次元物体を生成する方法であって、
造形材料の層を供給するステップと、
前記層の第１の部分に合体助剤を選択的に配置するステップと、
前記合体助剤を有する前記第１の部分を合体及び固化させるために前記層にエネルギーを第１のパターンで加えるステップと、
前記造形材料の第２の部分の温度を下げるために、冷却液を選択的に加えることができる場所を表すデータに基づいて第２のパターンで、前記層の第２の部分に前記冷却液を選択的に加えるステップ
を含み、
前記第１のパターンと前記第２のパターンは互いに独立していることからなる、方法。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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