(57)【要約】      （修正有）【課題】活性化学材料の正確な分布を有する錠剤の製造を可能にする積層造形プロセスおよびシステムの提供。【解決手段】活性化学材料で化学送達装置を形成する方法は、確率的ハーフトーンスクリーンを用いて、活性化学材料に対する濃度パラメータを参照してハーフトーン画像データを生成することを含む方法。前記方法はまた、ハーフトーン画像データに基づいて化学送達装置内に形成された複数のキャビティの一部に、活性化学材料を含む化学物質担体を噴射して、濃度パラメータに対応する活性化学材料の濃度を有する化学送達装置を生成することを含むプロセス。【選択図】図１
2018062171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元オブジェクトプリンタで化学送達装置を製造する方法であって、
制御装置で、前記化学送達装置内の支持体の第１の領域内の第１の活性化学材料に対する第１の濃度パラメータを受けることと、
前記制御装置で、確率的ハーフトーンスクリーンを使用し、前記第１の濃度パラメータを参照して、ハーフトーン画像データを生成することであって、前記ハーフトーン画像データは、前記第１の活性化学材料を受ける支持体中に形成された複数のキャビティの第１の部分の位置にのみ対応する複数の活性化画素を含む、ことと、
少なくとも第１のエゼクタで、前記第１の活性化学材料を含む所定量の第１の化学物質担体を、前記ハーフトーン画像データを参照して前記支持体中の前記キャビティの前記第１の部分にある各キャビティ中に噴射し、前記第１の濃度パラメータに対応する前記第１の活性化学材料の濃度を有する前記化学送達装置を製造すること
を含む、方法。
【請求項２】
前記第１の活性化学材料を含む前記第１の化学物質担体の前記所定量を噴射する前に、前記支持体を、賦形剤を含む複数の層からディスペンサで形成すること
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記支持体を前記形成することは、
スプレッダで粉末状の賦形剤を加えることと、
前記賦形剤の部分を結合するため液体バインダを所定のパターンで噴射するために、少なくとも第２のエゼクタを動作させ、前記支持体を形成すること
をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記支持体を前記形成することは、前記賦形剤の液滴を所定のパターンで噴射するために、少なくとも第２のエゼクタを作動させ、前記支持体を形成すること
をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記制御装置で、前記化学送達装置の複数の領域に対する前記第１の活性化学材料の複数の濃度パラメータを受けることと、
前記制御装置で、前記確率的ハーフトーンスクリーンを使用し、前記複数の濃度パラメータを参照し、前記ハーフトーン画像データを生成することと、
前記少なくとも第１のエゼクタで、前記第１の活性化学材料を含む前記所定量の前記第１の化学物質担体を、前記複数の濃度パラメータに対応する前記化学送達装置の前記複数の領域を介して、濃度勾配を有する前記支持体内の前記キャビティの前記第１の部分に噴射すること
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
３次元オブジェクトプリンタであって、
支持部材と、
前記支持部材に向けて第１の活性化学材料を含む第１の化学物質担体を噴射するように構成された少なくとも第１のエゼクタと、
前記少なくとも第１のエゼクタとメモリとに動作可能に接続された制御装置であって、前記制御装置が、
前記支持部材上に配置された化学送達装置内の支持体の第１の領域内の第１の活性化学材料に対する第１の濃度パラメータを受け、
前記メモリに格納された確率的ハーフトーンスクリーンを使用し、前記第１の濃度パラメータを参照して、ハーフトーン画像データを生成し、前記ハーフトーン画像データは、前記第１の活性化学材料を受ける支持体中に形成された複数のキャビティの第１の部分の位置にのみ対応する複数の活性化画素を含み、
前記少なくとも第１のエゼクタを動作して、前記第１の活性化学材料を含む所定量の第１の化学物質担体を、前記ハーフトーン画像データを参照して前記支持体中のキャビティの前記第１の部分にある各キャビティ中に噴射させ、前記第１の濃度パラメータに対応する前記第１の活性化学材料の濃度を有する前記化学送達装置を製造するように構成される、制御装置と
を含む、３次元オブジェクトプリンタ。
【請求項７】
賦形剤を放出して前記化学送達装置の前記支持体を形成するように構成されたディスペンサと、
前記ディスペンサに動作可能に接続された前記制御装置であって、前記ディスペンサを動作させて、前記第１の活性化学材料を含む前記所定量の前記第１の化学物質担体の噴射の前に、前記支持部材上の複数の層の前記賦形剤から前記支持体を形成するようにさらに構成された、制御装置と
をさらに含む、請求項６に記載のプリンタ。
【請求項８】
前記ディスペンサが、
前記支持部材に向けて粉末状の賦形剤を放出するように構成されたスプレッダと、
前記賦形剤の部分を結合するため液体バインダを所定のパターンで噴射し、前記支持体を形成するように構成された少なくとも第２のエゼクタと
をさらに含む、請求項７に記載のプリンタ。
【請求項９】
前記ディスペンサが、
前記賦形剤の液滴を前記支持部材に向けて所定のパターンで噴射して、前記支持体を形成するように構成された少なくとも第２のエゼクタ
をさらに含む、請求項６に記載のプリンタ。
【請求項１０】
前記制御装置が、
前記化学送達装置の複数の領域に対する前記第１の活性化学材料の複数の濃度パラメータを受け、
前記メモリに格納された前記確率的ハーフトーンスクリーンを使用し、前記複数の濃度パラメータを参照し、前記化学送達装置の前記複数の領域に対する前記ハーフトーン画像データを生成し、
前記少なくとも第１のエゼクタを動作させて、前記第１の活性化学材料を含む前記所定量の前記第１の化学物質担体を、前記複数の濃度パラメータに対応する前記化学送達装置の前記複数の領域を介して、濃度勾配を有する前記支持体内の前記キャビティの前記第１の部分に噴射する
ようにさらに構成される、請求項６に記載のプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、積層造形システムおよび方法に関し、より詳細には、３次元オブジェクトプリンタを使用して化学材料の放出を制御する支持体を有する錠剤または他の品目を製造するシステムおよび方法に関する。
【０００２】
３次元印刷は、積層造形とも呼ばれ、実質的に任意の形状のデジタルモデルから３次元立体オブジェクトを作成するプロセスである。多くの３次元印刷技術は、積層造形装置が、前に堆積した層の上に部品の連続層を形成する付加プロセスを使用する。これらの技術のいくつかは、１つまたは複数のプリントヘッドが連続する材料の層を噴射するインクジェット印刷を使用する。３次元印刷は、主に切削または穿孔などの削除プロセスによってワークピースから材料を除去することに頼る従来のオブジェクト形成技術とは区別される。
【０００３】
積層造形システムは、医薬品の送達、またはより広くは化学送達装置のための可溶性支持体中の化学材料のカプセル化を含むいくつかの提案された用途で、広範囲の品目を製造することができる。積層造形システムは、溶剤中に溶解する支持体の賦形剤中に懸濁される「活性化学材料」を化学送達装置中に堆積させる。本明細書で使用する「活性化学材料」という用語は、化学送達装置が溶媒に溶解するにつれて経時的に放出を制御する化学送達装置内に埋め込まれる任意の化学材料を指す。本明細書で使用する「賦形剤」という用語は、化学送達装置の構造を形成し、１つまたは複数の活性化学材料をカプセル化し、化学送達装置が溶媒中に溶解するかまたは温度制御された化学材料放出プロセスにおいて溶解するときに、化学送達装置内の活性化学材料の放出を制御する、１つまたは複数の種類の材料を指す。多くの実施形態において、賦形剤は、活性化学材料に実質的に反応しないが、賦形剤は、化学送達装置の使用中に化学送達装置を溶解して活性化学材料を放出する何らかの形態の溶媒に可溶性である。水、酸、塩基、極性および非極性溶媒、または異なる用途に適した他の溶媒を含む様々な溶媒に溶解する賦形剤支持体材料は当該技術分野で公知である。トウモロコシデンプンおよび微結晶セルロースは、活性化学成分用の賦形剤として一般的に使用される材料の２つの例であるが、他の材料には、ゼラチン、ＵＶ硬化性ポリマーを含むポリマーなどが含まれ、これらは様々な化学送達装置で使用される。いくつかの形態の賦形剤は溶解して、または化学送達装置の一般的な周囲保存温度より高い上昇した溶解温度などの操作温度で分解することによって活性化学材料を送達する。
【０００４】
支持体が溶解するにつれて、活性化学材料は化学送達装置の周りの媒体中に放出され、化学反応を生じる。そのような装置の用途には、ヒトおよび動物用医薬品における薬物送達、農業および園芸用の肥料および農薬の送達、水または他の流体の流れを追跡するための色素放出、および工業用の活性化学材料の送達が含まれるが、これらに限定されない。
【０００５】
先行技術の積層造形システムは化学送達装置を製造することができるが、化学送達装置のいくつかの形態は、適切な操作のために追加の構造要素を必要とする。例えば、いくつかの時限放出化学送達装置は、経時的に変化する活性化学材料の用量を送達するために、活性化学材料の特定の濃度勾配を必要とする。いくつかの例では、活性化学材料が不均一な方法で錠剤の体積内に分布する場合、錠剤は所望の速度で活性化学材料を送達しない。例えば、錠剤から放出される速度は、錠剤が意図したよりも大きな濃度の活性化学材料を送達するときに、錠剤の溶解中のある時点で高すぎることがある。また、錠剤が消化された後の特定の時点で活性化学材料の濃度が低すぎる場合には、放出速度は低すぎることがある。さらに、いくつかの錠剤は、錠剤中では混合してはならないが、錠剤が溶解すると混合すべきである２種類以上の活性化学材料を含む。結果として、活性化学材料の正確な分布を有する錠剤の製造を可能にする積層造形プロセスおよびシステムの改善が有益である。
【発明の概要】
【０００６】
一実施形態では、３次元オブジェクトプリンタで化学送達装置を製造する方法が開発された。この方法は、制御装置で、化学送達装置内の支持体の第１の領域内の第１の活性化学材料に対する第１の濃度パラメータを受け、制御装置で、確率的ハーフトーンスクリーンを使用し、第１の濃度パラメータを参照して、ハーフトーン画像データを生成し、ハーフトーン画像データは、第１の活性化学材料を受ける支持体中に形成された複数のキャビティの第１の部分の位置にのみ対応する複数の活性化画素を含み、少なくとも第１のエゼクタで、第１の活性化学材料を含む所定量の第１の化学物質担体を、ハーフトーン画像データを参照して支持体中のキャビティの第１の部分にある各キャビティ中に噴射し、第１の濃度パラメータに対応する第１の活性化学材料の濃度を有する化学送達装置を製造する。
【０００７】
別の実施形態では、化学送達装置を製造するように構成された３次元オブジェクトプリンタが開発された。３次元オブジェクトプリンタは、支持部材と、支持部材に向かって第１の活性化学材料を含む第１の化学物質担体を噴射するように構成された少なくとも第１のエゼクタと、少なくとも第１のエゼクタとメモリに動作可能に接続された制御装置とを含む。制御装置は、支持部材上に配置された化学送達装置内の支持体の第１の領域内の第１の活性化学材料に対する第１の濃度パラメータを受け、メモリに格納された確率的ハーフトーンスクリーンを使用し、第１の濃度パラメータを参照して、ハーフトーン画像データを生成するように構成され、ハーフトーン画像データは、第１の活性化学材料を受ける支持体中に形成された複数のキャビティの第１の部分の位置にのみ対応する複数の活性化画素を含み、少なくとも第１のエゼクタを動作して、第１の活性化学材料を含む所定量の第１の化学物質担体を、ハーフトーン画像データを参照して支持体中のキャビティの第１の部分にある各キャビティ中に噴射させ、第１の濃度パラメータに対応する第１の活性化学材料の濃度を有する化学送達装置を製造する。
【０００８】
少なくとも１つの活性化学材料を含む化学送達装置を製造する積層造形装置またはプリンタの前述の態様および他の特徴は、添付の図面に関連して以下の記述において説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】化学送達装置を形成するように構成された３次元オブジェクトプリンタの図である。
【図２】化学送達装置を形成するプロセスのブロック図である。
【図３Ａ】各キャビティが活性化学材料を受け取ることができる化学送達装置の１つの層に形成されたキャビティの平面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの化学送達装置の第１の断面図である。
【図３Ｃ】図３Ａの化学送達装置の第２の断面図である。
【図４】化学送達装置内の活性化学材料の分布に対応するハーフトーン画像データの濃度グラフの図である。
【図５】ハーフトーンスクリーンのサンプルと、化学送達装置の支持体領域内の２つの異なる活性化学材料の画像データの対応する配置を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書に開示された装置の環境および装置の詳細の一般的な理解のために、図面を参照する。図面において、同一の参照番号は同一の要素を示す。
【００１１】
本明細書で使用される「ハーフトーンスクリーン」という用語は、化学送達装置などの３次元印刷物を形成するために材料の分布を制御するのに使用する数値閾値の２次元または３次元配置を指す。本明細書では、ハーフトーンスクリーンにおける各エントリを「ドット」と呼ぶ。ドットは、２次元ハーフトーンスクリーン用の２次元空間または３次元ハーフトーンスクリーン用の３次元空間のいずれかに配置される。「ドット中心」という用語は、ドット中心の値に基づいてそれぞれ閾値が割り当てられた複数のドットの群の中心位置としての役割を果たす単一のドットを指す。例えば、いくつかの実施形態では、制御装置は、ドット中心で特定の閾値を生成し、ドット中心の周りの同じ閾値を有するドットの集合を「成長」させる。他の構成では、活性化学材料を受ける候補であるキャビティに対応するドット中心は、キャビティをカプセル化する賦形剤に対応する固定値を有する「ガード」ドットによって囲まれている。ドット中心は、活性化学材料の濃度パラメータとドット中心における閾値の値とに基づいて、ハーフトーンスクリーン内の位置と、任意に活性化学材料を受ける最終画像データとに対応する。周囲のドットはそれぞれ、賦形剤を受け取り、かつ活性材料を受け取らない位置に対応し、活性材料が化学送達装置内にカプセル化されることを確実にする。
【００１２】
以下でより詳細に説明するように、プリンタは、「ハーフトーン画像データ」またはより単純に「画像データ」を生成するために、１つまたは複数の活性化学材料に対する濃度パラメータデータと共にハーフトーンスクリーンを使用する。画像データは、化学送達装置内の材料の種類を特定する位置の２次元又は３次元配置を含み、画像データの各位置は、本明細書では「画素」と呼ばれる。画像データの各画素は、ハーフトーンスクリーン内の１つのドットの位置に対応する。しかしながら、ハーフトーンスクリーンのドットにおける閾値の代わりに、画像データの各画素は、プリンタが放出する１種類の賦形剤または活性材料を特定する値を含み、濃度パラメータに対応する活性化学材料の濃度レベルを有する化学送達装置を形成する。本明細書で使用される画素という用語はまた、３次元印刷物のモデルの形状および構造を形成する３次元容積単位を指す用語「ボクセル」（容積画素）の通常の意味を含む。３次元オブジェクトプリンタは、画像データを使用して、構造を形成するためにエゼクタまたは他の材料ディスペンサの動作を制御し、化学送達装置に活性化学材料を分配する。
【００１３】
本明細書で使用される「確率的ハーフトーンスクリーン」という用語は、ドット中心が一様なサイズであり、２次元または３次元空間全体にわたって擬似ランダムに分布するハーフトーンスクリーンを指す。伝統的な固定周波数ハーフトーンスクリーンは、通常、結晶格子に基づいて、固定点でドット中心のセットを確立する。一般的なハーフトーンスクリーンは、２次元の正方形または六角形の格子の頂点（または３次元の立方体の頂点、または最密充填球の中心）にドット中心を配置することができる。固定周波数ハーフトーンスクリーンは、既存のドット中心の隣に追加のドットを追加することによって「オン」であるドットの数を増加させる。確率的スクリーンは、一般に前のドット中心に隣接しない追加のドット中心を追加することによって、特定の閾値または閾値の範囲に対応するドットの数を増加させる。
【００１４】
本明細書で使用される「ベクトルハーフトーンスクリーン」という用語は、ハーフトーンスクリーンの一種であって、単一のハーフトーンスクリーンが異なる位置に複数種類の活性化学材料を配置して、化学送達装置の製造プロセス中に異なる活性化学材料の混合を防止するタイプを指す。ベクトルハーフトーンスクリーンは、マルチカラープリンタ（例えば、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）の各色が別個のハーフトーンスクリーンを有し、プリンタが「色分離」と呼ばれることが多い各色の画像データの別個のセットを生成する印刷画像に関連する多くの従来技術のハーフトーンスクリーンと異なる。従来の印刷では、多くの印刷画像は、印刷画像の一部として用紙の同じ物理的位置に２色のインクを印刷する複数の色分離のハーフトーン画像データを含み、これはカラー画像を印刷するときに望ましい場合もある。しかしながら、多くの化学送達装置の実施形態では、活性化学材料は化学送達装置から放出されるときにのみ混合すべきであるため、異なる色のインクに類似する異なる活性化学材料は、単一の物理的位置に印刷されるべきではない。対照的に、ベクトルハーフトーンスクリーンは、複数の活性化学材料が単一の位置に印刷されることを防止する単一のハーフトーンスクリーンを使用して、複数の活性化学材料を使用する化学送達装置を形成することを可能にする。
【００１５】
ベクトルハーフトーンスクリーンを使用して、制御装置は、各活性化学材料の濃度パラメータ値に基づいて、異なる閾値範囲を異なる活性化学材料に割り当てる。閾値範囲は重複しないため、ベクトルハーフトーン内の各ドット中心は、最大で１種類の活性化学材料またはいずれの活性化学材料にも対応しないドット用の賦形剤に割り当てることができる。ハーフトーンスクリーン内の各ドット位置で、制御装置は、ハーフトーンスクリーン内の閾値を識別し、１つまたは複数の活性化学材料に対する「積み重ねられた」閾値に基づいて、最大で１つの活性化学材料に対応する画像データの画素を生成する。いずれの活性化学材料の範囲にも対応しない閾値を有するハーフトーンドットについては、制御装置は、画素を満たす賦形剤に対応する画像データ画素を生成する。
【００１６】
図５に関連して以下でより詳細に説明されるように、ハーフトーンスクリーンの１つの実際的な実施形態は、閾値の８ビット数値範囲（０〜２５５）を有するドットを含む。制御装置は濃度パラメータを任意にパーセンテージ値として受け取り、濃度パラメータのサイズに基づいて、８ビット数値範囲の重複しない、すなわち「積み重ねられた」部分を各濃度パラメータに割り当てる（例えば、化学材料Ａに対する２５％→０〜６３、化学材料Ｂに対する１６％→６４〜１０４、残りの値に対する賦形剤１０５→２５５）。制御装置は、異なる位置のベクトルハーフトーンスクリーンのドット値を使用して、ドットの値および各化学材料の数値範囲に基づいて各ドットを１つの化学材料に割り当てることによって、画像データの各対応する画素に対して印刷される化合物を決定する（例えば、ドット値２４→化学材料Ａに対する画像データ画素、ドット値１３４→賦形剤の画像データ画素）。ベクトルハーフトーンスクリーン内の閾値の統計的分布は、複数の化学材料が化学送達装置の各領域内に均等に分配されることを確実にする。したがって、ベクトルハーフトーンスクリーンおよび対応するハーフトーンプロセスは、化学送達装置の製造プロセス中の活性化学材料の混合を防止する１つまたは複数の活性化学材料の分布に対応する画像データの生成を可能にする。
【００１７】
本明細書で使用する用語「確率的ハーフトーンスクリーン」および「ベクトルハーフトーンスクリーン」は、ハーフトーンスクリーンの相互に排他的な特性を意味しない。代わりに、単一のハーフトーンスクリーンは、確率的なベクトルハーフトーンスクリーンを形成する上述の確率的特性およびベクトル特性の両方を有することができる。例えば、単一の活性化学材料のみを使用する化学送達装置では、確率的ハーフトーンスクリーンは、各領域における単一の活性化学材料に対する濃度パラメータに基づいて、化学送達装置の異なる領域において単一の活性化学材料が分布する化学送達装置の製造を可能にする。単一の化学構造のハーフトーンスクリーンは、任意にベクトルハーフトーンスクリーンであるが、単一の活性化学材料しかないため、ベクトル特性は要求されない。２つ以上の活性化学材料を含む化学送達装置の製造において、プリンタは、確率的ベクトルハーフトーンスクリーンを用いたハーフトーンプロセスを利用し、化学送達装置内の２つ以上の活性化学材料の分布を制御する。
【００１８】
本明細書で使用する「プロセス方向」という用語は、３次元オブジェクト形成プロセスの間に、１つまたは複数のプリントヘッドを通過する支持部材の移動方向を指す。支持部材は、印刷プロセス中に３次元オブジェクトを保持する。いくつかの実施形態では、支持部材は、金属板などの平面部材であり、一方他の実施形態では、支持部材は、回転円筒部材または３次元オブジェクト印刷プロセス中にオブジェクトの形成を支持する別の形状の部材である。いくつかの実施形態では、支持部材およびオブジェクトがプリントヘッドを通過する間プリントヘッドは静止したままである。他の実施形態では、プリントヘッドは、支持部材が静止している間、移動する。さらに他の実施形態では、プリントヘッドおよび支持部材の両方が移動する。
【００１９】
本明細書で使用される「クロスプロセス方向」という用語は、プロセス方向に垂直であり、支持部材の平面にある方向を指す。２つ以上のプリントヘッド内のエゼクタは、クロスプロセス方向に位置合わせされて、プリントヘッドのアレイが、２次元平面領域上に賦形剤または活性化学材料の印刷パターンを形成することを可能にする。３次元オブジェクト印刷プロセスの間、プリントヘッドは、賦形剤の液滴を噴射して、化学送達装置内に構造およびキャビティの連続層を形成する。
【００２０】
本明細書で使用される「ｚ軸」という用語は、３次元オブジェクトプリンタにおいて、プロセス方向、クロスプロセス方向、および支持部材の平面に垂直な軸を指す。３次元オブジェクト印刷プロセスの開始時で、ｚ軸に沿った分離は、支持部材と、３次元印刷化学送達装置における賦形剤の層を形成するプリントヘッドとの間の分離距離を指す。プリントヘッド内のエゼクタが賦形剤の各層を形成すると、プリンタは、プリントヘッドと最上層との間のｚ軸方向の間隔を調整して、印刷動作中にプリントヘッドとオブジェクトの最上層との間の実質的に一定の距離を維持する。いくつかの実施形態では、支持部材は、印刷動作中にプリントヘッドから離れて移動してｚ軸の分離を維持するが、他の実施形態では、プリントヘッドが、部分的に印刷されたオブジェクトおよび支持部材から離れて移動してｚ軸の分離を維持する。
【００２１】
図１は、３次元オブジェクトプリンタ１００、または単純にプリンタ１００として具体化される積層造形装置を示す。プリンタ１００は、プリントヘッドを操作して、少なくとも１種類の賦形剤から形成された構造内にカプセル化された１つまたは複数の活性化学材料を含む３次元印刷化学送達装置３００を形成するように構成される。プリンタ１００は、支持部材１０２、プリントヘッドアレイ１０４Ａ〜１０４Ｃ、１０８Ａ〜１０８Ｃおよび１１２Ａ〜１１２Ｃと、紫外線（ＵＶ）硬化装置１１６と、制御装置１２８と、メモリ１３２と、レベラー１１８とを含む。図１の例示的な実施形態では、３次元オブジェクトプリンタ１００は、複数の賦形剤の層から形成される３次元化学送達装置３００の形成中で描かれている。化学送達装置３００は、プリントヘッドアレイ１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃ内の１つまたは複数のエゼクタが、化学送達装置３００の異なる領域中の濃度パラメータを参照してキャビティの一部に噴射する化学物質担体の液滴の形態の活性化学材料を受ける複数の層のキャビティを含む。
【００２２】
図１の実施形態では、支持部材１０２は、プロセス方向Ｐに移動する金属板のような平面部材である。プリントヘッドアレイ１０４Ａ〜１０４Ｃ、１０８Ａ〜１０８Ｃおよび１１２Ａ〜１１２Ｃと、ＵＶ硬化装置１１６と、レベラー１１８とは、印刷ゾーン１１０を形成する。部材１０２は、印刷ゾーン１１０を通ってプロセス方向Ｐに活性化学材料で満たされたキャビティと共に賦形剤の以前に形成された層を担持する。印刷動作中、支持部材１０２は所定のプロセス方向経路にプリントヘッドを複数回通過させて、賦形剤および活性化学材料の連続層を化学送達装置３００内に形成する。いくつかの実施形態では、部材１０２と同様の複数の部材がカルーセルまたは同様の構成で印刷ゾーン１１０を通過する。１つまたは複数のアクチュエータは、プロセス方向Ｐに印刷ゾーン１１０を通って部材１０２を移動させる。図１の実施形態では、アクチュエータはまた、各賦形剤層が支持部材１０２に加えられた後に、印刷ゾーン１１０内の部品から離れる方向Ｚに支持部材１０２を移動させ、化学送達装置３００を形成する。アクチュエータは、支持部材１０２をＺ方向に移動させて、化学送達装置３００の最上層と印刷ゾーン１１０内の部品との間の均一な分離を維持する。
【００２３】
プリントヘッドアレイ１０４Ａ〜１０４Ｃ、１０８Ａ〜１０８Ｃおよび１１２Ａ〜１１２Ｃ内の各プリントヘッドは、少なくとも１つのエゼクタを含む。図１の例示的なプリントヘッドの実施形態では、各プリントヘッドは、例えば、圧電又は熱変換器を使用して液体の滴を噴射する２次元アレイのエゼクタを含む。多くの実際的な実施形態では、各プリントヘッドは、リニアインチ（ＤＰＩ）あたり数百または数千滴の材料の印刷を可能にする密度を有するエゼクタアレイを含む。図１に示すプリンタ１００は、第１の活性化学材料の液滴を噴射するように構成されたプリントヘッドアレイ１０４Ａ〜１０４Ｃと、第２の活性化学材料の液滴を噴射するように構成されたプリントヘッドアレイ１０８Ａ〜１０８Ｃと共に、２つの異なる種類の活性化学材料の液滴を噴射する。プリントヘッドアレイ１１２Ａ〜１１２Ｃは、化学送達装置３００の構造を形成するポリマー材などの賦形剤の液滴を噴射し、活性化学材料を受ける化学送達装置３００内のキャビティを含む。
【００２４】
多くの実施形態では、活性化学材料は、プリントヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃ内のインクジェットを介して液滴として噴出するために、化学物質担体に溶解または懸濁される。いくつかの構成では、化学物質担体は、各キャビティを密封する前に化学送達装置３００のキャビティ内で蒸発して、キャビティ内に活性化学材料を残し、他の実施形態では化学物質担体はキャビティ内に液状態で残る。化学物質担体の正確な配合は、異なる種類の化学送達装置用に変更できるが、化学物質担体は、一般に、液体の賦形剤である。すなわち、化学送達装置が溶解して活性化学材料を放出するため、化学物質担体は、活性化学材料と相互作用しないか、または化学反応の性質を実質的に変化させる。もちろん、プリンタ１００内のプリントヘッドおよびエゼクタと互換性のある液体では、いくつかの活性化学材料がすでに利用可能である。これらの構成では、化学物質担体および活性化学材料は同じ材料である。
【００２５】
各プリントヘッドアレイ１０４Ａ〜１０４Ｃ、１０８Ａ〜１０８Ｃ、および１１２Ａ〜１１２Ｃは、３つのプリントヘッドを含むように示されているが、代替の構成は、クロスプロセス方向に異なるサイズの印刷ゾーンを収容するために、より少ないプリントヘッドまたはより多いプリントヘッドを含むことができる。プリンタ１００の代替の実施形態は、異なる組み合わせの活性化学材料を処理するために、より多くのまたはより少ない数のプリントヘッドアレイを含む。プリントヘッドアレイ１０４Ａ〜１０４Ｃ、１０８Ａ〜１０８Ｃおよび１１２Ａ〜１１２Ｃは、プリンタ１００の動作中に静止しているが、代替のプリンタの実施形態は、クロスプロセス方向ＣＰ、プロセス方向Ｐ、またはクロスプロセスとプロセス方向の両方で移動する１つまたは複数のプリントヘッドを含む。移動するプリントヘッドは、３次元化学送達装置の構造を形成し、活性化学材料を化学送達装置内に堆積させる。さらに、図１は、例示目的で単一の化学送達装置３００を示しているが、多くの実際的な実施形態では、プリンタ１００は、例えば、図１に示すプリントヘッドアレイを使用して、平均的な人間が飲み込める複数の錠剤を含む賦形剤のシートなどの複数の化学送達装置を同時に形成する。次いで、より大きな賦形剤シートは、プリンタ１００の動作の完了後、機械的に個々の化学送達装置に分離される。
【００２６】
図１に示すプリンタ１００の実施形態では、プリントヘッド１１２Ａ〜１１２Ｃは、賦形剤用のディスペンサとして機能する。印刷ゾーン１１０の別の構成では、賦形剤粉末ディスペンサは、化学送達装置３００の上面を覆う薄い粉末層として賦形剤を放出するスプレッダ（図示せず）を含む。粉末ディスペンサは、ＵＶ硬化装置１１６と同様の構成で印刷ゾーン１１０全体にわたって配置される。プリントヘッド１１２Ａ〜１１２Ｃ内のエゼクタは、各粉末層の選択された位置に液体バインダ材料の液滴を噴射して、粉末を結合し化学送達装置の耐久部分に硬化させる。ＵＶ硬化装置１１６は、いくつかの実施形態では、バインダを任意に硬化させる。バインダを受けない余分な粉末は、化学送達装置３００から除去され、プリントヘッドアレイ１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃからの活性化学材料を含む化学物質担体を受けるキャビティを露出させる。
【００２７】
プリンタ１００において、ＵＶ硬化装置１１６は、印刷ゾーン１１０を横断するクロスプロセス方向ＣＰにＵＶ光を生成する紫外光源である。ＵＶ硬化装置１１６からのＵＶ光は、化学送達装置３００の最上層の賦形剤を硬化させて、化学送達装置３００の耐久部分を形成する。ＵＶ硬化プロセスは、賦形剤を固化させて賦形剤の追加の層を受け取り、アレイ１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃのような１つまたは複数のプリントヘッドアレイのエゼクタから放出される活性化学材料を含む液体化学物質担体を含むことができるキャビティのアレイを形成する。
【００２８】
本明細書で使用される「レベラー」という用語は、ＵＶ硬化装置１１６が賦形剤を硬化させる前に、化学送達装置内の賦形剤の各層の最上面に係合するように構成された部材を指す。プリンタ１００において、平坦化装置とも呼ばれるレベラー１１８は、圧力を加えて任意に加熱して、化学送達装置３００において賦形剤の最上層を平滑化し、印刷ゾーン１１０を通る後の通過の間、賦形剤の追加の層を受ける均一な表面を形成する。いくつかの実施形態では、レベラー１１８は、レベラー１１８の表面への化学送達装置３００内の賦形剤の付着を防止するために、低表面エネルギー材料でコーティングされたローラーである。印刷ゾーン１１０内の他の部品は、化学送達装置３００からＺ方向に所定の距離にとどまるが、レベラー１１８は、印刷ゾーン１１０を通る少なくともいくつかの通過の間に化学送達装置３００と係合して、賦形剤の最上層を平滑化する。
【００２９】
制御装置１２８は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、またはプリンタ１００を動作させるように構成された任意の他のデジタルロジックなどのデジタルロジック装置である。プリンタ１００において、制御装置１２８は、支持部材１０２と、プリントヘッドアレイ１０４Ａ〜１０４Ｃ、１０８Ａ〜１０８Ｃおよび１１２Ａ〜１１２Ｃを含むプリントヘッドアレイと、ＵＶ硬化装置１１６と、レベラー１１８の動きを制御する１つまたは複数のアクチュエータに動作可能に接続される。制御装置１２８はまた、メモリ１３２に動作可能に接続される。プリンタ１００の実施形態では、メモリ１３２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）装置などの揮発性データ記憶装置と、ソリッドステートデータ記憶装置などの不揮発性データ記憶装置、磁気ディスク、光ディスク、またはその他適切なデータ記憶装置を含む。メモリ１３２は、プリンタ１００の部品を動作させるための制御装置１２８の動作のためのプログラムされた命令１３６を記憶する。メモリ１３２はまた、化学送達装置内のキャビティの特定の配置を含む１つまたは複数の種類の化学送達装置の形状および構造の３次元（３Ｄ）表現を含む化学送達装置構造データ１３８を格納する。化学送達装置構造データ１３８は、例えば、化学送達装置３００を製造するためにプリンタ１００が形成する賦形剤の各層に対応する複数の２次元画像データパターンを含む。メモリ１３２はまた、化学送達装置３００の１つまたは複数の領域内の少なくとも１つの活性化学材料の濃度レベルを指定する濃度パラメータ１４０を格納する。メモリ１３２はまた、１つまたは複数の確率的またはベクトルハーフトーンスクリーン１４２を格納する。以下でより詳細に説明するように、確率的またはベクトルハーフトーンスクリーンは、プリンタ１００が化学送達装置３００に形成されたキャビティの異なる部分への活性化学材料の分布を制御することを可能にする。制御装置１２８は、格納されたプログラム命令１３６を実行して、プリンタ１００内の部品を操作して、化学送達装置３００内の賦形剤の３次元構造を形成する。制御装置１２８はまた、格納されたプログラム命令を実行して、ハーフトーン画像データを生成し、化学送達装置３００の異なる領域への濃度パラメータデータ１４０およびハーフトーンスクリーン１４２に基づいて、化学送達装置３００内に形成されたキャビティの一部への活性化学材料の液滴の放出を制御する。
【００３０】
図２は、１つまたは複数の形態の賦形剤で形成された支持体中の１つまたは複数の活性化学材料に対する濃度レベルの範囲で化学送達装置を形成するプロセス２００を示す。以下の説明では、動作または機能を実行するプロセス２００への参照は、３次元オブジェクトプリンタのような積層造形装置における制御装置の動作を示しており、格納されたプログラム命令を実行して、積層造形装置内の部品と共に機能または動作を行う。プロセス２００は、説明のために、図１の３次元オブジェクトプリンタに関連して記述される。
【００３１】
プロセス２００の間に、プリンタ１００は、プロセス２００中にプリンタ１００から活性化学材料を受け取ることができる複数の露出したキャビティを有する賦形剤から、化学送達装置内に支持体層を任意に形成する（ブロック２０４）。一実施形態では、プリンタ１００は、プリントヘッド１１２Ａ〜１１２Ｃを補うスプレッダを使用して、粉末賦形剤から支持体を形成する。制御装置１２８は、プリントヘッド１１２Ａ〜１１２Ｃなどのプリントヘッドの１つの群内のエゼクタを動作させてバインダ材料を所定のパターンで噴射して、賦形剤の硬化層を形成する。制御装置１２８は、化学送達装置構造データ１３８に基づいてプリントヘッド１１２Ａ〜１１２Ｃ内のエゼクタを動作させて、所定の構造および配置のキャビティを有する化学送達装置３００の各層を形成する。制御装置１２８はまた、プリンタ１００がキャビティの層を形成した後に、バインダを受けない過剰な粉末が除去されるバインダ材料を受けない位置で、支持体にキャビティを形成する。プリンタ１００は、一般に、各キャビティの床および側壁を形成する賦形剤の複数の層から、キャビティの各セットを形成する。
【００３２】
別の実施形態では、プリンタ１００内の１つまたは複数のプリントヘッドアレイは、例えばＵＶ硬化性ポリマーまたは他の適切な賦形剤を用いて、賦形剤の複数の層から支持体およびキャビティを形成するように硬化する賦形剤の液滴を噴射する。制御装置１２８は、化学送達装置構造データ１３８を使用して、プリントヘッド１１２Ａ〜１１２Ｃからの賦形剤の液滴の噴射を制御して、所定の形状および配置のキャビティを有する化学送達装置の層を形成する。さらに別の実施形態では、プリンタ１００以外の装置が支持体およびキャビティを形成する。プリンタ１００は、支持部材１０２上に露出したキャビティを有する支持体を受ける。
【００３３】
図３Ａ〜図３Ｃは、複数の層のキャビティを有する化学送達装置３００の一例を示す。図３Ａは、化学送達装置３００の１つの層に形成されたキャビティ３２４などのキャビティのアレイを有する化学送達装置３００内の支持体の平面図を示す。図３の例では、プリンタ１００は、図３Ａに示されているキャビティの一部に噴射される活性化学材料のハーフトーン画像データを生成するように構成されている。図３Ａの例示的な実施形態では、プリンタ１００は、露出された層内の３つの異なる領域３０４、３０８および３１２について異なる濃度パラメータを受ける。図３Ａは、化学送達装置３００の１つの層における領域３０４〜３１２を示すが、多くの実施形態では、領域は、化学送達装置３００の複数の層に形成されるキャビティを通って延び３次元領域を形成する。さらに、図３Ａは、説明の目的で３つの領域３０４〜３１２を示しているが、代替の構成は、異なる数の領域を含むことができ、さらに、化学送達装置３００全体にわたって変化する濃度パラメータの勾配を含むことができる。
【００３４】
図３Ｂおよび図３Ｃは、線３４０に沿った化学送達装置３００の一部の断面図を示す。図３Ｂは、キャビティ３２４を含む露出したキャビティの１つの層を示し、露出したキャビティは、液体化学物質担体および活性化学材料の液滴を受けるようにほぼ半球形状である。化学送達装置は、キャビティ３３２を含む３次元配置の複数の層のキャビティを含む。図３Ｃは、各露出したキャビティの上部に、化学物質担体および活性化学材料が入り、実質的にキャビティを充填することを可能にする十分な大きさの開口部を備えてほぼ完全に形成することによって、賦形剤がキャビティ３２４を含む上部層を形成する別の構成を示す。化学送達装置３００内の賦形剤は、キャビティの下部層を密封する。いくつかの実施形態では、プリンタ１００は、印刷ゾーン１１０を通って支持部材１０２および化学送達装置３００を複数回動かし、複数の層のキャビティを有する構造を提供する賦形剤から化学送達装置３００の構造を形成する。プリンタ１００は、活性化学材料の液滴を噴出して、化学送達装置３００の各層の露出したキャビティの選択された部分を満たす。確率的ハーフトーンスクリーンまたはベクトルハーフトーンスクリーンを使用して、化学送達装置３００の異なる領域用のハーフトーン画像データを生成し、１つまたは複数の活性化学材料を含む化学物質担体を異なるキャビティセットに噴射するプリンタ１００の動作は、以下にさらに詳細に提示される。
【００３５】
化学送達装置３００の構造を形成する賦形剤は、キャビティ間の流体連通を防止するためキャビティの各々を互いに隔離する。特に、賦形剤は、賦形剤が溶解して流体結合したキャビティを露出するとき、活性化学材料の予想よりも大きな放出を可能にする場合がある、キャビティ間の流体チャネルの形成を防止する。さらに、２つ以上の活性化学材料を含む化学送達装置において、分離されたキャビティは、化学送達装置３００内の賦形剤の溶解前に、活性化学材料が結合するのを防止する。図３Ｂおよび図３Ｃは球形キャビティを示しているが、化学送達装置３００は、異なるタイプの化学送達装置用の扁球および円筒形キャビティを含む、異なるサイズおよび形状のキャビティを含むことができる。
【００３６】
図３Ａに示すように、化学送達装置３００は、複数の領域３０４〜３１２を含み、プリンタ１００は、支持体の複数の領域における濃度パラメータデータを処理して、各領域内のキャビティへの異なる密度の活性化学材料の送達を可能にするハーフトーン画像データを生成する。例えば、１つの化学送達装置の構成では、濃度パラメータは、最外領域３０４から中間領域３０８を通って最内領域３１２まで増加する。各領域の容積が外部領域３０４から中央領域３１２に減少するため、濃度レベルの適切な選択は、化学送達装置３００が溶解するにつれて化学送達装置３００が活性化学材料を実質的に一定の速度で放出することを可能にする。もちろん、別の構成では、濃度パラメータは、化学送達装置３００が溶解するにつれて経時的に変化する速度で、化学送達装置３００が１つまたは複数の活性化学材料を放出することを可能にする勾配を含む様々な方法で、活性化学材料の放出速度に影響を与え得る。
【００３７】
化学送達装置３００は、投薬錠剤および他の化学錠剤と関連することが多い形状の円筒の各端部に２つの半球を有する円筒状の中心を有するように形成されるが、プリンタ１００は、化学送達装置および個々のキャビティの様々な形状およびサイズで支持体を形成するように構成される。化学送達装置３００は、様々な濃度の活性化学材料を受けるためのキャビティを有する複数の層を有する三次元装置の単なる例示的な実施形態である。
【００３８】
再び図２を参照すると、プロセス２００は、プリンタ１００が化学送達装置の１つまたは複数の領域内の１つまたは複数の活性化学材料の濃度レベルを指定する濃度パラメータデータを受けるように継続する（ブロック２０８）。濃度パラメータは、対応する活性化学材料を受ける化学送達装置の所与の領域におけるキャビティの割合を指定する数値を含む。プリンタ１００において、制御装置１２８は、格納された濃度パラメータデータ１４０をメモリ１３２から受ける。濃度パラメータは、化学送達装置３００の少なくとも１つの領域内の１つまたは複数の活性化学材料に対応する。一実施形態では、各活性化学材料の濃度パラメータは、０％〜１００％の範囲のパーセンテージとして指定され、０％は、活性化学材料が化学送達装置の特定の領域に存在しないことを示し、１００％は、領域内のすべての利用可能なキャビティは活性化学材料を受けなければならず、そして領域内の化学材料を受ける領域内の特定の数のキャビティに対応する中間パーセンテージである。いくつかの化学送達装置は、２つ以上の活性化学材料の濃度パラメータを有する領域を含む。濃度パラメータの合計は、１００％または他の所定の最大パラメータ値を超えず、支持体が化学送達装置の領域内のすべての活性化学材料に対して十分なキャビティ位置を有することを確実にする。
【００３９】
図４は、化学送達装置の異なる領域内の２つの異なる活性化学材料（化学材料Ａおよび化学材料Ｂ）に対する濃度パラメータのグラフ４００を示す。図４では、３次元円筒形容積の合計４０の領域が、図３の装置３００のような化学送達装置の形状に近似している。各領域は、円筒の中心（ｘ−指標１）を囲み、円筒（ｘ−指標４０）の外側まで延びる領域から始まる３次元同心円殻に対応する。図４の例は、２つの異なる活性化学材料の濃度勾配を示している。本明細書で使用される「濃度勾配」という用語は、化学送達装置内の複数の領域に対する複数の濃度パラメータに基づいて、プリンタ１００が生成する化学送達装置の異なる領域を介して分配される活性化学材料の濃度レベルの変化を指す。異なる濃度勾配は、異なる構成の化学送達装置が、化学送達装置が溶解するにつれて、実質的に一定の速度、増加するまたは減少する速度、または変動する速度でも活性化学材料を放出することを可能にする。
【００４０】
図４の例では、第１の活性化学材料Ａに対する濃度勾配は、化学送達装置の中心から装置の外部に向かって、濃度が外向きに減少することを指定し、一方、第２の活性化学材料Ｂに対する濃度勾配は、化学送達装置の中心から装置の外部に向かって、濃度勾配が外向きに増加することを指定する。別の濃度勾配は、化学送達装置の異なる領域を介する濃度の非直線かつ非単調な変化を形成する複数の濃度パラメータを含む。図４は、ほぼ円筒形状を有する化学送達装置における３次元領域にわたる濃度勾配を示しているが、同様の濃度勾配は様々な形状を有する化学送達装置にも適用可能である。図３Ａの化学送達装置３００の他の近似は、２つの球体を有する円筒として化学送達の容積をモデル化し、Ｖ＝（４πｒ２＋２πｒｈ）δｒである。様々な化学送達装置の３次元形状に関する同様の近似は、当業者に周知である。
【００４１】
再び図２を参照すると、プロセス２００は、プリンタ１００内の制御装置１２８が、支持体に対応する画像データの各領域における１つまたは複数の濃度パラメータを参照して、確率的ハーフトーンスクリーンを使用して（複数の化合物を印刷する場合はベクトルハーフトーンスクリーンでもよい）ハーフトーン画像データを生成して続く。（ブロック２１２）。制御装置１２８は、１つまたは複数の活性化学材料の濃度パラメータに基づいて、ハーフトーンスクリーン内の対応するドットの閾値と、活性化学材料および賦形剤の閾値範囲とを使用して、画像データの画素を生成する。本明細書で使用される用語「活性化画素」は、活性化学材料を受けるハーフトーン画像データ内の画素位置を指し、一方化学送達装置の構造を形成する残りの画素は不活性または賦形剤材料を受ける。２つ以上の活性化学材料を有する化学送達装置を形成するプロセス２００の実施形態では、制御装置１２８はベクトルハーフトーンスクリーンを使用して、画像データのすべての所与の画素位置に１つの活性化学材料のみを有する画像データを生成する。プリンタ１００はまた、以下でより詳細に説明するように、活性化されていない画素である残りの画素のために賦形剤の液滴を噴射する。ハーフトーン画像データは、活性化学材料を受ける支持体に形成された複数のキャビティの一部の位置にのみ対応する複数の活性化画素を含む。いくつかの構成では、１つの領域は１つの活性化学材料を受け、他の構成では、単一の領域が２つ以上の活性化学材料を受ける。上述のように、確率的ベクトルハーフトーンスクリーンは、化学送達装置内のキャビティの物理的配置に対応する画素の分布を有するハーフトーン画像データを生成する閾値を有するドットの配置を含む。
【００４２】
ハーフトーンプロセスは、化学送達装置の支持体内に露出されたキャビティの位置に対応する画素の所定の配置を有するハーフトーン画像データを生成する。分配される化学材料が標的溶媒中の賦形剤と同じ溶解速度を有さない場合、または接触してはならない複数の化学材料が含まれる場合、ハーフトーンスクリーンはさらに、化学送達装置内の異なるキャビティに対応するドットを囲む所定の閾値または値の範囲を有する「ガード」ドットを含む。ガードドットは、活性化学材料に決して対応しない固定値を有する。プリンタ１００は、キャビティの位置を囲み、活性化学材料の液滴を受けない支持体の壁および他の構造の位置に対応する対応「ガード」画素を含むガードドットに基づいて、ハーフトーン画像データを生成する。図５において、ハーフトーンスクリーンは、化学送達装置３００の１つの層におけるキャビティの配置に対応するガードドットの配置を含む。ガードドットには、いずれの活性化学材料も印刷せず、賦形剤の印刷にのみ使用されることを確実にする所定の値または値の範囲（例えば、図５の例では２５５）が割り当てられる。
【００４３】
ハーフトーンスクリーンを生成するために、制御装置１２８は、メモリ１３２のハーフトーンスクリーンデータ１４２に格納された所定のハーフトーンスクリーンデータを使用するか、または制御装置１２８は、キャビティに対応し、活性化学材料を受ける候補である各ドットについて擬似ランダム数値閾値を生成する。  化学送達装置の領域が１００％の濃度まで飽和している状況を除いて、各領域のキャビティの一部分のみが活性化学材料を受ける。残りのキャビティは空のままであるか、またはプリンタ１００は、空のキャビティに、化学送達装置３００を形成する賦形剤あるいは水、グリセリン、トリグリセリドまたは他の液体などの不活性材料を充填する。充填材料は、化学送達装置が溶解する環境の化学的特性による。いくつかの実施形態では、溶液中に活性化学材料を保持する化学物質担体は、プリンタ内のエゼクタが、溶解した活性化学材料を使用せずに化学物質担体を放出する場合、不活性液体としても働く。制御装置１２８は、ハーフトーンスクリーンドット値および閾値範囲に基づいて、異なる活性化学材料を受ける画素の部分を識別するために、以下に説明する閾値処理プロセスを使用する。
【００４４】
図５は、プロセス２００中にプリンタ１００が使用する化学送達装置の１つの領域の単一の層に対応する２次元ハーフトーンスクリーン５００を示す。ハーフトーンスクリーン５００は、１つまたは複数の活性化学材料を組み込む化学送達装置の製造に使用するのに適した確率的ベクトルハーフトーンスクリーンの具体例である。プリンタ１００において、メモリ１３２は、ハーフトーンスクリーン５００を格納し、任意にハーフトーンスクリーンデータ１４２で追加の２次元または３次元ハーフトーンスクリーンを格納する。図５はまた、ハーフトーン画像データに分布された２つの異なる活性化学材料の濃度パラメータを示す表５５０を示す。ハーフトーンスクリーンデータ５００は、８ビットの数値範囲で符号化され、各ドットは０から２５５の値をとるが、他の実施形態において、代替の構成では、異なる範囲を使用し、ガードドットには０などの異なる値を割り当てることができる。図５において、値２５５を有するドットは、化学送達装置の支持体内のキャビティ以外の壁または特徴部の位置に対応するガードドットであり、プリンタ１００は、ガードドットに対応する位置に活性化学材料の液滴を噴射しない。図５は、活性化学材料についての各潜在的な位置の周りのガードドットの単一のセットを示すが、代替の実施形態は、支持体内のキャビティのサイズおよび配置に基づいて異なる数のガードドットを使用する。いくつかの実施形態では、活性化学材料位置の分離が特定の化学送達装置に必要でない場合、ガードドットを省略する。さらに、ハーフトーンスクリーン５００は、各キャビティに対して単一のドットを描写するが、異なるハーフトーンスクリーンの実施形態は、異なるサイズおよび形状のキャビティのドット配置を含む。
【００４５】
図５は、より大きな３次元化学送達装置の単一層の領域に対応する２次元ハーフトーンスクリーン５００を示すが、プリンタ１００では、ハーフトーンスクリーンデータ１４２は、一般的には、複数の層にわたって化学送達装置の３次元領域を画定するために複数の層を含む３次元ハーフトーンスクリーンを含む。ハーフトーンスクリーンのいくつかの層は、賦形剤に対応するガードドットのみを含み、プリンタ１００が、化学送達装置内の予め充填されたキャビティの上に賦形剤の保護層を形成することを可能にする。３次元ハーフトーンスクリーンの実施形態では、ハーフトーンスクリーン５００は、多層ハーフトーンスクリーン内の１つの層を表す。動作中、プリンタ１００は、各層用のより大きな３次元ハーフトーンスクリーンの１つの選択された２次元ハーフトーンスクリーン部分を使用して、化学送達装置の各層を形成する。
【００４６】
一実施形態では、ハーフトーンスクリーンは、印刷プロセスの前にメモリ１３２に格納される。以下に説明するように、プリンタは、化学送達装置の様々な形状およびサイズに対して化学送達装置が占める三次元領域をカバーするために、反復プロセスで単一のハーフトーンスクリーンをタイル状に並べ、より大きな化学送達装置の１つ以上の領域に画像データを形成するために比較的小さいハーフトーンスクリーンを使用できるようにする。制御装置１２８は、濃度パラメータデータに基づいて活性化学材料を受ける閾値範囲を調整して、プリンタ１００が、単一のハーフトーンスクリーンを使用して、化学送達装置の異なる領域内の１つまたは複数の活性化学材料に対する異なる化学濃度勾配を有する画像データおよび印刷された化学送達装置を生成する。別の実施形態では、制御装置１２８は、印刷プロセス中にハーフトーンスクリーン閾値を生成する。制御装置１２８は、完全にランダムな数を使用して達成するより均一な分布を生成するために、擬似ランダム方法でスクリーンのドット中心における数値を生成する。例えば、擬似ランダムプロセスを使用すると、制御装置１２８は、隣接するキャビティが同じ活性化学材料を受ける可能性を増加させる同様のハーフトーンレベルを有する隣接するキャビティの確率が、純粋なランダムプロセスから予想されるよりも小さい、ドットに対する閾値を生成する。ガードドットを使用する実施形態では、制御装置１２８は、擬似ランダムプロセスのみを使用して、化学送達装置内のキャビティと整列するドット中心の閾値を生成し、ガードドット（例えば、図５の２５５のドット値）は固定値のままである。
【００４７】
プロセス２００の間、制御装置１２８は、領域内の各活性化学材料に対する濃度パラメータに基づいて、また領域内の各キャビティのドット位置に割り当てられたハーフトーンスクリーン内の閾値に基づいて、ハーフトーン画像データの部分に、１つまたは複数の活性化学材料のために活性化画素を生成する。表５５０に示すように、第１の活性化学材料（化学材料Ａ）に対する濃度パラメータは３２％であり、制御装置１２８は、図５の０〜２５５の所定のスケールを使用して０〜８１の閾値範囲（例えば２５６個の利用可能な値の約３２％）を生成する。したがって、制御装置は、０〜８１の数値を有するハーフトーンスクリーン５００内のドットの位置に対応する第１の活性化学材料に割り当てられたハーフトーン画像データ中の活性化画素を生成する。表５５０は、第２の活性化学材料（化学材料Ｂ）に対する別の２３％の濃度パラメータを含み、制御装置１２８は、第２の活性化学材料に対する８２〜１４０の第２の数値範囲（例えば、第１の化学材料の閾値範囲との重複を避けるために、＋８２のオフセットを有する２５６値の約２３％）を生成する。第１の活性化学材料および第２の活性化学材料の数値範囲は、積み重ねられており、制御装置１２８が、画像データ５００中のハーフトーンスクリーンの候補ドットのいずれか（例えば、ガード値２５５を有さないドット）に対して最大で１つの活性化学材料を確実に選択するように、数値範囲が重複しないことを意味する。数値ドット閾値が１４１〜２５５である支持体内のキャビティに対応する残りのドットは、第１または第２の活性化学材料のいずれも受け取らず、制御装置１２８は、これらの画素を図５の「不活性」として分類し、賦形剤または別の不活性材料が、活性化学材料を受けないキャビティを充填すべきであることを示す。
【００４８】
例えば、ハーフトーンスクリーンデータ５００は、数値閾値２２を有するドット５０４を含む。制御装置１２８は、濃度パラメータに基づいて、第１の活性化学材料の閾値および閾値範囲に基づいて、ハーフトーン画像データ内の第１の活性化学材料に対する活性化画素を生成する。同様に、制御装置１２８は、数値閾値１０１を有するドット５０８に対応する第２の活性化学材料に対する活性化画素を生成する。ドット５１２がいずれの活性化学材料の閾値にもないため、制御装置１２８は、数値１７５を有するドット５１２に対応する活性化画素を生成しない。代わりに、制御装置１２８は、活性化学材料を受けないキャビティを満たすために、賦形剤または別の不活性材料に割り当てられた画素を生成する。同様に、制御装置は、値２５５を有するすべてのガードドットについて賦形剤に対応する画像データ画素を生成する。
【００４９】
多層化学送達装置では、プリンタ１００は、任意で、化学送達装置の複数の層におけるキャビティの３次元配置に対応する所定の３次元ハーフトーンスクリーンを生成または使用する。３次元ハーフトーンスクリーンは、図５に示すドットの２次元配置と同様の構成で、活性化学材料を受ける候補であるドット位置とガードドットとを含む。３次元ハーフトーンスクリーンは、化学送達装置内の異なる層のキャビティに対応する、図５の平面スクリーン５００と同様の複数の平面のドットを含む。３次元ハーフトーンスクリーンが印刷されるオブジェクトよりも小さい場合、化学送達装置の３次元体積を完全に包含する大きなスクリーンを生成する空間充填タイリングプロセスを使用して、制御装置１２８は、ハーフトーンスクリーンの複数のコピーをタイル状に並べる。動作中、プリンタ１００は、プリンタ１００内のプリントヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃのようなプリントヘッドに露出された開口部を有する２次元配置のキャビティを有する個々の層に対する活性化学材料の液滴を噴射する。したがって、プリンタ１００は、いくつかの実施形態において３次元ハーフトーン画像データを生成するが、プリンタ１００は、それぞれが２次元層に配置された化学送達装置内のキャビティの個々の層に活性材料を噴射する。
【００５０】
別の実施形態では、制御装置１２８は、さらに、３次元化学送達装置内の領域を、化学送達装置内に形成されたキャビティの各層に対応する一連の２次元領域に分割する。制御装置１２８は、２次元の層を介する濃度パラメータおよび勾配に基づいて、化学送達装置内のキャビティの各層に対するドットの２次元配置としてハーフトーンスクリーンをメモリ１３２から生成またはロードする。プロセス２００のいずれかの実施形態により、プリンタ１００が１つまたは複数の活性化学材料の様々な分布を有する化学送達装置を形成することができる。
【００５１】
再び図２を参照すると、プロセス２００は、プリンタが少なくとも１つのエゼクタを動作して、ハーフトーン画像データを参照して、活性化画素の１つに対応する支持体のキャビティの部分の各キャビティ内に所定量の活性化学材料を噴射する（ブロック２１６）。プリンタ１００を例として用い、制御装置１２８は、プリントヘッドアレイ１０４Ａ〜１０４Ｃ内のエゼクタを動作させて、ハーフトーン画像データにおける第１の活性化学材料に対する活性化画素の位置に対応するキャビティの第１の部分の各キャビティを充填する。プリントヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃ内のエゼクタは、所定量の化学物質担体および第１の活性化学材料を画像データ中の活性化画素に対応する各キャビティに噴射して、化学送達装置の各領域が、濃度パラメータに対応する活性化学材料の濃度を有することを確実にする。プリンタ１００において、制御装置１２８は、プリントヘッド１０８Ａ〜１０８Ｃ内のエゼクタを動作させて、プリントヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃの動作と同様の方法で、第２の活性化学材料を含む所定量の化学物質担体を、第２の活性化学材料に対する活性化画素に対応するキャビティの第２の部分に噴射する。図３Ａおよび図５を例として用いて、制御装置１２８がハーフトーンスクリーン５００を使用して生成する画像データ内の各活性化画素は、化学送達装置３００の領域３０４などの１つの領域内のキャビティの露出層の１つのキャビティと整列する。プリントヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃ内のエゼクタは、所定量の化学物質担体および活性化学材料を、第１および第２の活性化学材料にそれぞれ対応するキャビティに噴射して、適切な濃度の活性化学材料で化学送達装置３００内の層の各領域を形成する。
【００５２】
プロセス２００は、化学送達装置内の任意の追加の層に対して上述のように継続する（ブロック２２０）。プリンタ１００は、化学送達装置内の露出したキャビティを密封し、活性化学材料を受けた任意のキャビティに活性化学材料を封入するために賦形剤の追加の層を塗布し、化学送達装置構造データ１３８に基づき賦形剤からキャビティの別の層を形成して、化学送達装置内にキャビティの別の層を形成する（ブロック２２４）。図２の例示的な実施形態では、制御装置１２８は、化学送達装置の各層に対するハーフトーン化画像データ内に活性化画素をそれぞれ生成するプロセス２００の実施形態について、ブロック２０８〜２１６に関連して説明した処理を繰り返す。別の構成では、プロセス２００は、３次元ハーフトーンデータのより大きなセットにおけるハーフトーン化データの別の２次元配置のような、前に生成されたハーフトーンデータを使用して、ブロック２１６を繰り返し、化学送達装置の次の層のキャビティへの活性化学材料の噴射を制御する。プロセス２００は、化学送達装置内のキャビティの追加の層が残っておらず（ブロック２２０）、プリンタ１００がキャビティの最終層を賦形剤で密封する場合（ブロック２２８）に終了する。
【００５３】
プリンタ１００およびプロセス２００は、１つまたは複数の活性化学材料を様々な速度で放出し、化学送達装置が溶解するまで活性化学材料間の化学的分離を伴う複数種類の活性化学材料を組み込む、化学送達装置の積層造形製造を可能にする。本明細書に記載のシステムおよび方法は、３次元オブジェクトプリンタ１００の再構成を最小限に抑えながら、異なる形状およびサイズを有する化学送達装置の製造を可能にする。加えて、プリンタ１００は、化学送達装置の構造全体にわたる活性化学材料の分布を調整するために、単に濃度パラメータの異なるセットを使用することによって、または代替のハーフトーンスクリーンを使用することによって、異なる動作特性を有する化学送達装置を生成することができる。
【００５４】
上記の開示の変形および他の特徴および機能、またはそれらの代替物は、望ましくは多くの他の異なるシステム、応用または方法に組み合わされることが理解されよう。当業者であれば、以下の特許請求の範囲に包含されることが意図されているが、今は予期せぬ、または予想せぬ様々な代替、改変、変形または改良を後で実行し得る。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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