(57)【要約】  本発明は少なくとも１種類の材料を順次層状に液滴インクジェットプリントすることによって多重材料コンポーネントを製造する方法において、少なくとも：（１）多重材料コンポーネントの形状データを特徴的オブジェクトに切り分け；（２）コンポーネントの形状データを前記特徴的オブジェクトに応じた数のプリント層にスライスし；（３）プリント層毎にプリント経路の複数の不連続空間軌道を作成し；（４）プリント層毎に且つ不連続空間軌道毎に、堆積させる材料の性質及び堆積条件に応じて、プリント・パラメータの集合を作成し；（５）各プリント層の堆積過程を最適化するため、オブジェクト、その相対的な３次元的配置及びプリント装置の特性に応じて、プリント層及び不連続空間軌道のプリント経路の空間的且つ時間的シーケンス法則を作成する、  工程から成ることを特徴とする方法に係わる。
2007504016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１種類の材料を順次層状に液滴インクジェットプリントすることによって多重材料コンポーネントを製造する方法において、少なくとも：
（１）  多重材料コンポーネントの形状データを特徴的オブジェクトに切り分け；
（２）  コンポーネントの形状データを前記特徴的オブジェクトに応じた数のプリント層にスライスし；
（３）  プリント層毎にプリント経路の複数の不連続空間軌道を作成し；
（４）  プリント層毎に且つ不連続空間軌道毎に、堆積させる材料の性質及び堆積条件に応じて、プリント・パラメータの集合を作成し；
（５）  各プリント層の堆積過程を最適化するため、オブジェクト、その相対的な３次元的配置及びプリント装置の特性に応じて、前記プリント層及び前記不連続空間軌道のプリント経路の空間的且つ時間的シーケンス法則を作成する、
工程から成る、
ことを特徴とする前記方法。
【請求項２】
多重材料コンポーネントの形状データをスライスする工程として、プリント層として堆積する材料の量を最大にする、ことを特徴とする請求項１に記載の製法。
【請求項３】
少なくとも：
プリント層毎にプリント経路の不連続空間軌道の第１変調を設定し；
プリント層毎にプリント経路の不連続空間軌道の少なくとも１つの明確な方向を設定し；
次のプリント層に向かうプリント経路の不連続空間軌道の第２変調を設定する
工程から成り、前記変調を、前記オブジェクトを構成するプリント層の数に応じて設定することにより、前記多重材料コンポーネントの最終構造の凝集特性を最適化する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の製法。
【請求項４】
前記第１変調設定工程が第１の不連続空間軌道の噴射ステップの空間的変位に基づいて第２の不連続空間軌道を設定する工程である、ことを特徴とする請求項３に記載の製法。
【請求項５】
プリント経路の不連続空間軌道の前記第２変調を設定する工程が、オブジェクトのプリント層毎に直交マーカーに基づくプリント経路の方向変調を設定する工程であり、これによって、プリント層毎に、オブジェクトの先行プリント層から後続プリント層へのそれぞれ異なる特定の方向を付与する、ことを特徴とする請求項３または４に記載の方法。
【請求項６】
所定の噴射ステップに従って少なくとも１滴の材料が順次噴射される毎に、前記第２変調設定工程として、オブジェクトの先行プリント層から後続プリント層への前記噴射ステップの振幅及び／または空間的変位の変調を設定する、ことを特徴とする請求項３、４または５に記載の製法。
【請求項７】
プリント層のプリント経路及び不連続空間軌道の空間的・時間的シーケンス法則が噴射システムから順次出力される複数のプリンティング及びクリーニング指令を含む、ことを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の製法。
【請求項８】
プリント・パラメータの１つが堆積面積に対して直交方向の噴射距離であり、前記方法が公称値を中心に前記噴射距離を制御することにあり、前記公称値が、堆積面積への材料堆積を最適化するように設定される、ことを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の製法。
【請求項９】
プリント・パラメータの１つが噴射される材料液滴のサイズ及び形状であり、前記方法が材料の性質、材料の堆積条件及びプリント層の所定厚さに応じて噴射すべき材料の各液滴のサイズ及び形状を制御するにある、ことを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の製法。
【請求項１０】
プリント・パラメータの１つが噴射前の材料温度であり、前記方法が材料の性質及び噴射手段のタイプに応じて各液滴が噴射される前の材料温度を制御することに本質がある、ことを特徴とする請求項１から９までのいずれか１項に記載の製法。
【請求項１１】
プリント・パラメータの１つが噴射システムの閉塞度であり、前記方法が、閉塞度が所定の閉塞閾値を超えると直ちに噴射システムをクリーニングすることに本質がある、ことを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項に記載の製法。
【請求項１２】
プリント・パラメータの１つが材料の貯蔵状態であり、前記方法が、材料の性質に応じて温度、圧力及び貯蔵されている材料の分散状態を制御することにより、材料の貯蔵条件が最適化されるように材料の貯蔵状態特性を制御することに本質がある、ことを特徴とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載の製法。
【請求項１３】
プリント・パラメータの１つがプリント環境の状態であり、前記方法が、多重材料コンポーネントが製造される環境の特性を堆積させる材料の性質に応じて制御することに本質がある、ことを特徴とする請求項１から１２までのいずれか１項に記載の製法。
【請求項１４】
プリント・パラメータの１つが、堆積させる材料の性質に応じて、この堆積させる材料に照射される放射線の強さ及び波長である、ことを特徴とする請求項１から１３までのいずれか１項に記載の製法。
【請求項１５】
少なくとも１種類の材料を順次層状に液滴インクジェットプリントすることによって多重材料コンポーネントを製造する装置において、
３つの基準方向にそれぞれ独立に作用する３次元送り手段（１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ）と；
３次元送り手段と一体であり、噴射される液滴の温度、圧力、形状及びサイズを制御される材料液滴噴射手段（１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ）と；
噴射手段（１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ）に接続していて、温度、圧力及び分散状態に関して材料を制御できる、材料の貯蔵及びコンディショニング手段（１０６ａ、１０６ｂ）と；
少なくとも：
製造すべき多重材料コンポーネントの形状データ形状データから特徴的オブジェクトを、且つ前記特徴的オブジェクトから順次プリントすべき層を計算し、確定するモジュール（１９８）；
プリント層毎に、プリント経路の複数の不連続空間軌道、及び前記プリント層及び前記不連続空間軌道の空間的・時間的シーケンス法則を作成するモジュール（２０１、２０２）；
プリント層毎に且つ不連続空間軌道毎にプリント・パラメータの集合を作成するモジュール（２０２）；及び
多重材料コンポーネント製造の最適化を可能にするため、前記独立３次元送り手段（１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ）、前記材料貯蔵・コンディショニング手段（１０６ａ、１０６ｂ）及び前記材料液滴噴射手段（１１０ａ、１１０ｂ、１１１ａ、１１１ｂ）の制御下にある制御モジュール（１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ）
を含む情報処理ユニット（１０５）と；
情報処理ユニットに接続している３次元送り量測定手段（１１２，１１７ａ、１１７ｂ）及びプリント・パラメータ測定手段と；
シーケンス法則に従って３次元送りと材料噴射とを同期化する手段（２１０）と
から成る、
ことを特徴とする装置。
【請求項１６】
製造すべき前記多重材料コンポーネントの形状データ形状データの特徴的オブジェクト及び前記特徴的オブジェクトから順次プリントすべき層を計算・確定するモジュール（１９８）が、プリント層として堆積させる材料の量を最大にする、ことを特徴とする請求項１５に記載の製造装置。
【請求項１７】
設定モジュール（２０１、２０２）がプリント層毎にプリント経路の不連続空間軌道の第１変調を設定し、プリント層毎にプリント経路の不連続空間起動の少なくとも１つの方向を設定し、同一オブジェクトの相前後する２つのプリント層毎に、前記オブジェクトを構成するプリント層数に応じて、このオブジェクトの一方のプリント層から後続のプリント層へのプリント経路の不連続空間軌道の第２変調設定する、ことを特徴とする請求項１５または１６に記載の製造装置。
【請求項１８】
前記第１変調を設定するモジュール（２０１、２０２）が第１不連続空間軌道の噴射ステップの空間的変位に基づいて第２不連続空間軌道を設定する、ことを特徴とする請求項１７に記載の製造装置。
【請求項１９】
プリント経路の不連続空間軌道の前記第２変調を設定するモジュール（２０１、２０２）がオブジェクトのプリント層毎に、直交マーカーに基づくプリント経路の方向変調を設定し、プリント層毎に、オブジェクトの先行プリント層から後続プリント層へのそれぞれ異なる特定の方向を付与する、ことを特徴とする請求項１７または１８に記載の製造装置。
【請求項２０】
前記第２変調を設定するモジュール（２０１、２０２）が、所定の噴射ステップに従って少なくとも１滴の材料が順次噴射される毎に、オブジェクトの先行プリント層から後続プリント層への前記噴射ステップの振幅及び／または空間的変位の変調を設定する、ことを特徴とする請求項１７から１９までのいずれか１項に記載の製造装置。
【請求項２１】
設定モジュール（２０１、２０２）が、噴射システムからの複数のプリンティング及びクリーニング指令を含む、プリント層のプリント経路及び不連続プリント軌道の空間的・時間的シーケンス法則を作成する、ことを特徴とする請求項１５に記載の製造装置。
【請求項２２】
３次元送り手段（１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ）が所定の噴射ステップに従ってそれぞれが独立に移動する３つの単一方向移動ベースプレートによって形成され、第１ベースプレート（１０３ａ）は第１水平軸Ｘに従って、第２ベースプレート（１０３ｂ）は第２水平軸Ｙに従って、第３ベースプレート（１０３ｃ）は第３垂直軸Ｚに従ってそれぞれ移動し、これらの軸Ｘ、Ｙ及びＺが前記直交マーカーを画定する、ことを特徴とする請求項１５２１までのいずれか１項に記載の製造装置。
【請求項２３】
送りシステムの制御モジュール（２０４、２０７、２０８、２０９、２１０、２１１）が、プリント層のプリント経路及び空間軌道の空間的・時間的シーケンス法則に従って第１ベースプレート（１０３ａ）及び第２ベースプレート（１０３ｂ）を制御する、ことを特徴とする請求項２２に記載の製造装置。
【請求項２４】
噴射手段（１１０ａ、１１０ｂ、１１１ａ、１１１ｂ）が、材料貯蔵手段（１０６ａ、１０６ｂ）に接続している少なくとも１つの噴射ヘッド（１１０ａ、１１０ｂ）と、少なくとも１つの噴射ヘッド（１１０ａ、１１０ｂ）に接続している少なくとも１つの噴射ノズル（１１１ａ、１１１ｂ）とで形成される、ことを特徴とする請求項１５から２３までのいずれか１項に記載の製造装置。
【請求項２５】
噴射手段（１１０ａ、１１０ｂ、１１１ａ、１１１ｂ）が、それぞれの噴射ヘッド内に存在する材料の温度及び圧力を制御する制御手段（１１５ａ、１１５ｂ）を含む、ことを特徴とする請求項２４に記載の製造装置。
【請求項２６】
制御モジュール（２０４、２０７、２０９、２１０、２１１）が材料の性質及び噴射と堆積の条件に応じて、材料の温度及び圧力制御手段（１１５ａ、１１５ｂ）を制御する手段（２１０）を含む、ことを特徴とする請求項２５に記載の製造装置。
【請求項２７】
制御モジュール（２０４、２０７、２０８、２０９、２１０、２１１）が、少なくとも１つの噴射ノズル（１１１ａ、１１１ｂ）によって噴射される液滴の形状及びサイズを制御する手段（２０９）を含み、前記制御手段が前記少なくとも１つの噴射ノズルに制御信号を伝送することによって、前記少なくとも１つの噴射ノズルから噴射される液滴の形状及びサイズを制御し、前記信号が、材料の性質、堆積の条件及び既にプリントされている層の形態に応じて、噴射すべき材料液滴のサイズ及び形状を表わす、ことを特徴とする請求項２４から２６までのいずれか１項に記載の製造装置。
【請求項２８】
制御モジュール（２０４、２０７、２０８、２１０，２１１）がノズル―堆積面積間距離の測定、材料の性質及びその堆積条件に基づいて、ノズル―堆積面積間距離を制御するためのベースプレート制御手段（２０８）を含む、ことを特徴とする請求項２４から２７までのいずれか１項に記載の製造装置。
【請求項２９】
材料貯蔵・コンディショニング手段（１０６ａ、１０６ｂ）が、貯蔵されている材料の温度、圧力及び分散状態を制御することによって貯蔵材料の特性を制御するため、材料温度、圧力及び粘弾性制御手段（１０７ａ、１０７ｂ）を含み、
制御モジュール（２０４、２０７、２０８，２０９、２１０，２１１）が、材料の性質及び堆積条件に応じて材料の温度、圧力及び分散状態を制御する前記手段（１０７ａ、１０７ｂ）を制御する手段（２１１）を含む、
ことを特徴とする請求項１５から２８までのいずれか１項に記載の製造装置。
【請求項３０】
情報処理ユニット（１０５）が、噴射手段の閉塞度データ収集手段と接続され、
閉塞度データ収集手段によって測定された噴射手段（１１０ａ、１１０ｂ、１１１ａ、１１１ｂ）の閉塞度が、所定の閉塞度閾値を超えた場合にクリーニング・シーケンスを起動させる、ことを特徴とする請求項１５から２９までのいずれか１項に記載の製造装置。
【請求項３１】
ノズル―堆積面積間距離測定手段（１１７ａ、１１７ｂ）が少なくとも１つの遠隔検知レーザーを含む、ことを特徴とする請求項２８に記載の製造装置。
【請求項３２】
プリント環境の特性を制御するための閉鎖空間（１２３）を設け、その内部において多重材料コンポーネントの製造を行う、ことを特徴とする請求項１５から３１までのいずれか１項に記載の製造装置。
【請求項３３】
閉鎖空間（１２３）がコンポーネント製造環境の温度を制御する、ことを特徴とする請求項３２に記載の製造装置。
【請求項３４】
情報処理ユニット（１０５）と接続していて、堆積させるべき材料の性質に応じた放射線を発する放射線源を含む、ことを特徴とする請求項１５から３３までのいずれか１項に記載の製造装置。
【請求項３５】
情報処理ユニット（１０５）堆積材料の状態変化を制御するため、放射線源（１３０）を、放射線源（１３０）からの放射タイミング、放射線の強さ及び波長に関して制御する、ことを特徴とする請求項３４に記載の製造装置。
【請求項３６】
材料の性質及びプリント装置の特性に応じてプリント・パラメータを最適化し、前記パラメータがデータベース（１９９）に記憶されている、ことを特徴とする請求項１５から３５までのいずれか１項に記載の製造装置。
【請求項３７】
インクジェットプリントによる製造装置のための材料貯蔵装置において、
材料放出口（３０２）の近傍に：開口径を制御される材料放出システム（３０７）、攪拌手段（３０４、３０５、３０９）、貯蔵されている材料の温度制御手段（３１１）及び圧力制御手段（３１６）を含み、これらの手段によって材料貯蔵装置の放出口（３０２）近傍における材料状態の最適化している、
ことを特徴とする材料貯蔵装置。
【請求項３８】
温度制御手段（３１１）を少なくとも１つのペルチエ効果モジュールによって形成した、ことを特徴とする請求項３７に記載の貯蔵装置。
【請求項３９】
攪拌手段が、モーターと、一端が放出口の近傍に位置する内側シャフトと、放出口近傍の端部に固定された少なくとも１つの攪拌羽根を含み、
モータが磁気駆動システムを介して内側シャフトを回転駆動する、
ことを特徴とする請求項３７または３８に記載の貯蔵装置。
【請求項４０】
インクジェットプリントによる製造装置のための噴射ヘッドにおいて、
材料タンク（５００）、前記タンク内に貯蔵されている材料の温度を制御する手段（５０７、５０８、５０９、５１０）、前記タンク内の材料の圧力を制御する手段、及び前記材料の流路の洗浄手段を含む、
ことを特徴とする前記噴射ヘッド。
【請求項４１】
材料温度制御手段（５０７、５０８、５０９、５１０）が、
少なくとも１つの抽熱換気システム（５１０）、熱交換システム（５０９）、冷却システム（５０８）、及び前記タンク（５００）内に収容されている材料と冷却システムとの間の熱インターフェーシング・システム（５０７）から形成されている、
ことを特徴とする請求項４０に記載の噴射ヘッド。
【請求項４２】
材料が前記タンクを部分的に満たし、材料の圧力制御手段がタンクの空きスペース（５１２）内のガス圧を制御する、ことを特徴とする請求項４０または４１に記載の噴射ヘッド。
【請求項４３】
前記材料流路洗浄手段が前記タンク（５００）への補給口（５０２）への洗浄流体注入システム（５０３ｂ）から形成されている、ことを特徴とする請求項４０から４２までのいずれか１項に記載の噴射ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の層を順次インクジェットプリントすることによって３次元多重材料コンポーネントを製造する方法及び装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリントによる構造体の製造は多重材料から成り、複雑な形状を有する極めて精細なオブジェクトを迅速且つ簡単に製造する必要性から生まれた。コンピュータ援用設計に基づくこの製造方式は成形工程または機械加工工程を利用することなく、材料を順次付加することによってオブジェクトを製造することを可能にするから、非減法的な製法、即ち、所要の構造物を得るために材料を取除く必要のない製法に属する。
【０００３】
高い精度とその可能性は精細度の点で、例えば、マイクロ・エレクトロニクスやマイクロ・システムのような微小コンポーネントの部門に属する多くの産業分野の関心を集めている。
【０００４】
例えば、医療分野や接合度１−３のセラミック／ポリマー複合棒材から成る超音波診断プローブの製造を挙げることができる。尚、超音波診断プローブの性能はこれを構成しているセラミック棒材のサイズ、品質及び集積密度によって左右される。
【０００５】
インクジェットプリントによる多重材料コンポーネントの製造には種々の問題があり、これらの問題は３つのカテゴリーに大別できる。
【０００６】
第１のカテゴリーは製造の過程において利用される材料の性質であり、第２のカテゴリーはプリント装置の性能であり、第３のカテゴリーは採用されるＣＡＤ方法であり、いずれも製造されるコンポーネントの品質に直接影響する。
【０００７】
材料、特に、均質性、粒度、粘弾性などで特徴づけされるセラミック系の性質は噴射するセラミック系液滴の形状、堆積面積への衝撃及び拡散、成分として含まれる溶剤の気化に影響を及ぼす。さらには、製造されるコンポーネント中の粒子の相対配置にも直接影響する。
【０００８】
従って、好ましくない、または不明確な特性は例えばこれら構成素子の凝集力、脆性、精密度または機械的特性の点で、製造されるコンポーネントの品質を制約する可能性がある。
【０００９】
材料の性質は使用されるプリント装置に関しても重要である。
【００１０】
通常、プリント装置は材料の貯蔵、流動及び噴射手段のほか、所要場所への製品放出を可能にする移送手段をも含む。
【００１１】
もしセラミック系がプリント装置にとって好ましくない特性、例えば、流路の詰まりを招く恐れがある望ましくない沈殿特性を有すると、プリント装置が満足に機能できない恐れがあり、故障してしまうことさえある。結果的には、この装置本来の精度がどうであろうと、品質の劣るコンポーネントが製造されることになる。従って、プリントに必要な性質を有する材料を供給すると同時に、プリント装置の種々の機能を最適な態様で活用できるように、プリント装置に含まれる材料の性質を管理することが重要である。
【００１２】
言うまでもなく、コンポーネントの品質は噴射される材料の性質を適正に管理することだけで左右されるものではない。
【００１３】
噴射材料の性質を最適化管理しても、例えば、装置が製造仕様が要求する作業精度を満たすことができなければ、このコンポーネントの仕様に合致する高品質のコンポーネントを製造することは不可能である。
【００１４】
作業精度が材料の移動および噴射条件の精度に直接関連することは言うまでもないが、これらの制御態様にも関連する。従って、例えば、装置が直径１０μｍの材料液滴を形成できても、これらの液滴が間違った場所に、または堆積面積に対して誤った距離に噴射されれば、無意味になる。
【００１５】
従って、製造に使用される材料の性質だけでなく、堆積条件も適正に選択しなければならない。
【００１６】
さらにまた、製造すべきオブジェクトのＣＡＤ設計に関連する問題もある。通常、ＣＡＤ設計は製造すべきオブジェクトの形状データ形状データを順次プリントされる複数層にスライスし、各層毎に、プリント装置によってプリントすべきモチーフを規定する工程から成る。装置の性能も材料の特性も考慮しないＣＡＤ設計はモチーフの最適プリント態様を規定することができない。
【００１７】
最後に、上記問題点を個別に考慮しても、製造すべきオブジェクトの品質を制約する。この品質は使用されるセラミック系の性質、プリント装置の性能及びＣＡＤ設計を同時に表わす関連パラメータ全体を反映するからである。
【００１８】
このことは、インクジェットプリントによる多重材料コンポーネントの製造装置の文献、例えば、非特許文献１及び非特許文献２から公知である。しかし、いずれの論文も上記問題点を部分的に且つほぼ個別的に扱っているに過ぎない。
【００１９】
非特許文献１に記載の装置は噴射高さを調節できるが、この噴射高さはプリントの開始時に手動で制御される。その結果、液滴の衝撃が不適正となり、噴射及び液滴の条件が製造すべきコンポーネントの構造を劣化する。また、この文献は粘弾性、表面張力及び乾燥率の問題と取り組んでいるが、良質の噴射製品を得るため、これらのパラメータに応じた噴射条件の制御を可能にする解決策を提示していない。
【００２０】
非特許文献２はセラミック棒材のマトリクスを形成するための複数の噴射ノズルを含むインクジェットプリント装置を開示している。これらのノズルは数列に配置され、プリント平面内でのこの装置の自由度は１に過ぎない。また、表面張力、粘性及び堆積特性の問題は所定の瞬間において、噴射ヘッド内の材料振動システムによって解決されるから、所定の２つの瞬間の間では、上記した材料の堆積及び堆積される材料の特性は制御されない。この場合、噴射の質は時間的に連続制御されない。
【００２１】
【非特許文献１】Ｍ．Ｍｏｔｔｅ  ｅｔ  ａｌ．  Ｊ．  Ａｍ．  Ｃｅｒａｍ．  Ｓｏｃ．，  ８０［２］，  １９９７，  ４８６−４９４）
【非特許文献２】Ｊ．  Ｈ．  Ｓｏｎｇ  ｅｔ  ａｌ．  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，  Ｎｏ．３７（２００２））
【発明の開示】
【００２２】
本発明の目的は複数の異なる材料から成る３次元構造体の製造を可能にするインクジェットプリントによる製法及び装置を提供することによって上記問題を解決することにある。
【００２３】
本発明の装置はμｍレベルの製造精度を達成することをも可能にし、これにより、極めて精細な構造体の製造を可能にする。
【００２４】
本発明は少なくとも１種類の材料を順次層状に液滴インクジェットプリントすることによって多重材料コンポーネントを製造する方法において、少なくとも：
多重材料コンポーネントの形状データ形状データを特徴的オブジェクトに切り分け（１）；
コンポーネントの形状データ形状データを前記特徴的オブジェクトに応じた数のプリント層にスライスし（２）；
プリント層毎にプリント経路の複数の不連続空間軌道を作成し（３）；
プリント層毎に且つ不連続空間軌道毎に、堆積させる材料の性質及び堆積条件に応じて、プリント・パラメータの集合を作成し（４）；
各プリント層の堆積過程を最適化するため、オブジェクト、その相対的な３次元的配置及びプリント装置の特性に応じて、前記プリント層及び前記不連続空間軌道のプリント経路の空間的且つ時間的シーケンス法則を作成する（５）
工程から成ることを特徴とする前記方法に係わる。
【００２５】
本発明はまた、少なくとも１種類の材料を順次層状に液滴インクジェットプリントすることによって多重材料コンポーネントを製造する装置において、
３つの基準方向にそれぞれ独立に作用する３次元送り手段と；
３次元送り手段と一体であり、噴射される液滴の温度、圧力、形状及びサイズを制御される材料液滴噴射手段と；
噴射手段に接続していて、温度、圧力及び分散状態に関して材料を制御できる、材料の貯蔵及びコンディショニング手段と；
少なくとも：
製造すべき多重材料コンポーネントの形状データから特徴的オブジェクトを、且つ前記特徴的オブジェクトから順次プリントすべき層の数を計算し、確定するモジュール；
プリント層毎に、プリント経路の複数の不連続空間軌道、及び前記プリント層及び前記不連続空間軌道の空間的・時間的シーケンス法則を作成するモジュール；
プリント層毎に且つ不連続空間軌道毎にプリント・パラメータの集合を作成するモジュール；及び
多重材料コンポーネント製造が最適化されるように、前記独立３次元送り手段、前記材料貯蔵・コンディショニング手段及び前記材料液滴噴射手段の制御下にある制御モジュール
を含む情報処理ユニットと；
情報処理ユニットに接続している３次元送り量測定手段及びプリント・パラメータ測定手段と；
シーケンス法則に従って３次元送りと材料噴射とを同期化する手段と
から成ることを特徴とする前記装置に係わる。
【００２６】
本発明はまた、インクジェットプリントによる製造装置のための材料貯蔵装置において、材料放出口の近傍に：開口径を制御される材料放出システム、攪拌手段、貯蔵されている材料の温度制御手段及び圧力制御手段を含み、これらの手段によって材料貯蔵装置の放出口近傍における材料状態の最適化を可能にすることを特徴とする前記材料貯蔵装置に係わる。
【００２７】
さらにまた、本発明はインクジェットプリントによる製造装置のための噴射ヘッドにおいて、材料タンク、前記タンク内に貯蔵されている材料の温度を制御する手段、前記タンク内の材料の圧力を制御する手段、及び前記材料の流路の洗浄手段を含むことを特徴とする前記噴射ヘッドに係わる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の詳細を添付図面に示す実施例に基づいて以下に説明する。
【００２９】
本発明の方法及び装置の実施態様を詳細に説明する前に、以下の説明がより正しく理解されるように、予め幾つかの定義を提示する。
【００３０】
通常、インクジェットプリントによる製造領域の集合には階層が存在する。コンポーネントとは仕上げの段階で得られる全体構造を意味する。コンポーネントは単数または複数の部分から成ることがある。例えば、コンポーネントの製造が一連の複数の超音波プローブの製造または１個の超音波プローブ及び１個のマイクロモーターの製造である場合がある。それぞれの部分は１個または複数個のオブジェクトから成る。例えば、１個の超音波プローブはそれぞれがプローブの１個のオブジェクトを構成するセラミック棒材を含む。最後に、それぞれのオブジェクトは特徴的な領域から成る、例えば、オブジェクトの中心を構成するコア、被覆から離間してオブジェクトの外層を形成する表皮と、オブジェクトの層に対応する被覆であって製造時プリントの環境に接する、特に、プリント装置のプリント台、または、多重材料コンポーネントが自由大気において製造される場合には大気、と接する、被覆などである。
【００３１】
詳しくは後述するように、本発明の方法が考察するのは比較的限られた数の集合及びサブディビジョンである。即ち、この方法が利用するのはコンポーネントの２つのパーティションだけ、即ち、幾何的及び物理・化学的実体物として定義される「特徴的オブジェクト」から成るコンポーネント・パーティション及び本発明の方法の過程における製造実体物として定義される「特徴的オブジェクト」から成る特徴的オブジェクト・実体物だけである。
【００３２】
プリント層を確定するため、本発明の方法の実施例では、コンポーネントの３Ｄ形状データを同じ厚さのスライスに、従って、同じ厚さの特徴的オブジェクトにスライスした結果であり、本発明においてプリント層の確定に利用される「オブジェクト層」を導入する。
【００３３】
コンポーネントは属性の集合によっても特徴付けされる。これらの属性は製造の動的過程の結果として得られる。従って、一旦製造されたコンポーネントを特徴付ける属性は製造の動的過程とは対照的に、「静的属性」と呼称することになる。また、「プリント・パラメータ」と呼称される種々の制御パラメータによって製造の動的過程を制御することができる。製造の動的過程は特定の環境中で進行する。この環境は「堆積条件」と呼称される属性集合によって特徴付けされる。
【００３４】
通常、コンポーネントの製造には、コンピュータ援用設計の工程が先行し、この工程は仕様と属性の集合をまとめた仕様書に照らしてオブジェクトの３次元（以下「３Ｄ」と呼称）形状データを作成することにある。
【００３５】
この３Ｄ形状データ及び仕様書から、本発明の方法はプリントのための特性集合を確定する。
【００３６】
図１はコンポーネントの製造サイクルのすべての特徴を確定する際に実施される本発明の方法の第１工程を示すブロックダイヤグラムである。この方法の第１工程１によって、３Ｄ形状データを切り分けて特徴的オブジェクトの集合を得ることができる。この特徴的オブジェクトの集合は、スライシング・工程２において、製造すべきコンポーネントの３Ｄ形状データをスライスし、順次プリントすべきプリント層集合体を得るのに利用される。工程３において、この方法はプリント層によって不連続空間軌道集合を計算することができる。工程４はプリント層毎に且つ空間的・時間的軌道毎にプリント・パラメータ集合を確定する工程である。これに続く工程５は確定されたプリント層のプリント経路及び不連続空間的軌道の空間的・時間的シーケンス法則を設定する工程である。
【００３７】
これらの工程のそれぞれを以下により詳細に説明する。
【００３８】
特徴的オブジェクトから成る３Ｄ形状データを裁断する工程
本発明の方法の第１工程は製造すべきコンポーネントの３Ｄ形状データを裁断する工程であり、この工程では、特徴的オブジェクトから成るインクジェットプリントによって製造すべきコンポーネントの３Ｄ形状データを裁断する。特徴的オブジェクトは幾何学的属性と物理・化学的属性を組み合わせた集合によって画定される。
【００３９】
幾何学的オブジェクトはコンポーネントの、即ち、単一体の空間的に連続的な領域である。物理的・化学的オブジェクトはコンポーネントの、特定のマイクロ構造を呈する一定の粒子配列を有し、単一材料から成る領域である。特徴的オブジェクトは同時に幾何学的オブジェクトであり、物理学的・化学的オブジェクトでもある。コンポーネントの特徴的オブジェクト及びこれを画定する属性は、製造すべき多重材料コンポーネント製造の仕様書の作成時に確定される。
【００４０】
図２は超音波診断プローブの構成に含まれる素子、即ち、棒材マトリクス１０の斜視図である。棒材のマトリックスのそれぞれは例えば圧電性に着目して選択されるＰＺｔのようなセラミック材料の互層１３ａ、１３ｂ、１３ｃと、電極を形成する例えば銀−パラジウム合金のような導電材料とから成る。本発明の方法はこの３Ｄ形状データから特徴的オブジェクトを識別し、裁断する。
【００４１】
例えば、棒材マトリクス１０が９個の棒材で構成されている場合、合計４５個の特徴的オブジェクトが得られる。棒材マトリクス１０の棒材の構造に含まれる種々の材料層がそれぞれ一定の粒子配列を呈するとすれば、１８個のオブジェクトが棒材を構成している導電材料層のそれぞれに対応し、２７個のオブジェクトが棒材を構成しているセラミック材料層に対応する。
【００４２】
上記オブジェクトのそれぞれは、必要なら、即ち、製造及び／または製法に関する仕様書によって課せられているなら、上記仮説のように機械的属性の異なる３個のオブジェクトに裁断してもよい。これらのオブジェクトの周辺層は中心部を形成する部分と同じ制約、例えば、機械的及び／または熱的制約を受けない。例えば、もしこのマトリクスが外気中で製造されるなら、周辺層は外気と接触するという点で異なる。また、周辺層はオブジェクトの中心部のための製造スペースを形成する機能のような特殊な機能を有することもできる。
【００４３】
従って、上記オブジェクトのそれぞれを、３通りの特徴的オブジェクトに区別することができる：即ち、自由部分、他の材料と接触している部分及び中心形成部分（表層、外被及び中心部にそれぞれ相当）である。製造及び／またはその工程に関する仕様書がこれらの領域それぞれに特定の属性を要求している場合、本発明の方法はこれら特定の属性を識別した上で３Ｄ形状データを裁断することができる。
【００４４】
コンポーネントの３Ｄ形状データの裁断が終われば、それぞれを定義する幾何学的及び物理・化学的属性集合を連携させた特徴的オブジェクト集合が得られる。
【００４５】
但し、これらの属性は製造済みコンポーネントを定義する静的属性である。ところで、これらの属性は製造の動的な過程の結果得られたものであり、堆積済みの、またはこれから堆積される材料の物理・化学的特性、コンポーネントの製造に利用されるプリント装置の特性、及び材料と製造のためのプリント装置との相互作用に応じて異なる。
【００４６】
例えば、材料の液滴を前記堆積面積に堆積させる時、この液滴が含んでいる材料の分散が動的過程である。堆積させた液滴の分散は顕著であるが、堆積させた液滴によって得られる厚さの増大は軽微であり、結果的に、堆積材料粒子の最終的配列が確定される。これが静的属性である。製造に使用される材料の物理・化学的特性はプリント装置の噴射手段によって噴射される液滴のサイズ及び形状を確定する。例えば、或る特定の噴射ノズルを使用した場合、直径２０μｍ未満の材料液滴を噴射することは不可能であり、このように、それぞれのノズルに応じて、噴射液滴による堆積可能な材料の最小容積が限定される。
【００４７】
同様に、堆積面積と噴射ノズルとの間の、堆積面積と直交する方向の間隔として定義される液滴噴射高さも重要な役割を果す。この高さは堆積面積に対する液滴の衝撃特性を、従って、堆積面積における液滴の初期形状に影響すると共に、堆積面積における材料の初期拡散にも影響する。噴射高さが制御されなければ、衝撃の制御もその分だけ制約される。
【００４８】
本発明の方法は上記の要因を考慮に入れることによってプリントを最適化することができる。プリント材料及びプリント装置の状態に関する幾つかのパラメータを制御することによってこれらの要因のうちの幾つかに影響を与えることができる。即ち、噴射手段内の材料の、従って、材料液滴噴射時における材料の温度を制御することによって、その蒸発及び支持体との接触粘度が、従って、沈着液滴の分散が制御される。同様に、噴射高さまたは噴射液滴容積のような装置パラメータを制御することが特に有益である。
【００４９】
従って、材料の状態パラメータまたはプリント装置の機能パラメータのような制御可能なパラメータがプリント・パラメータを構成する。
【００５０】
上記要因に影響するが制御不能な、材料、プリント装置及び環境に関連する属性、パラメータ及び特性の集合が堆積条件を構成する。特に問題となるのは装置の管路のサイズ及び構成である。特定液滴の噴射を考察する場合、この噴射のために特定されて変更不能な堆積面積の性質も問題と成り得る。
【００５１】
製造すべきコンポーネントの特徴的オブジェクト集合が確定されたら、本発明の方法は所定の堆積条件に合致するコンポーネントの所要の静的属性を得るために制御すべきプリント・パラメータ集合を識別することができる。
【００５２】
コンポーネントの３Ｄ形状データをスライスする工程
本発明の次の工程はコンポーネントの３Ｄ形状データをスライスしてプリント層を得る工程であり、製造すべきコンポーネントの３Ｄ形状データをスライスして、順次プリントされることになるプリント層を形成することにある。このスライシング・工程は特徴的オブジェクト及びこれらのオブジェクトに必要とされる属性を考慮して、且つ、安定させればコンポーネントに要求される静的属性の実現につながるプリント工程の動的特性に合わせて実施される。この工程は可能な限り迅速且つ均一に製造できるようにプリント層の厚さを最大にすることにある。
【００５３】
スライシング・工程においては、先ずコンポーネントの３Ｄ形状データを製造容積内に位置させる。例えば、噴射手段の到達可能な空間領域に相当する形状データであればよい。通常、この容積は３Ｄ形状データが位置しているプリント装置のプリント・テーブルの平面を表わす平面を含む。このプリント容積はそれぞれが本発明のプリント装置における噴射手段の移動軸を表わす３つの軸Ｘ、Ｙ及びＺによって形成される直交マーカーによって位置決めされ、直交マーカーは、詳しくは後述するように、その原点が例えば噴射手段の休止位置を表わす。プリントが行われる方向、即ち、プリント層が重ね合わされる方向、つまり、スライシングの方向を確定するため、優先軸、例えば、軸Ｚが選択される。以下の説明において、厚さはこの軸Ｚの方向に見た厚さである。
【００５４】
スライシング・工程においては、次にプリント層の最小厚さを確定する。この場合、下記関係式で表される最適化問題の項ｈ*を求める必要がある：
【数１】
2007504016.tif 000003
上記式において、ｉは製造すべきコンポーネントのｉ番目の特徴的オブジェクトを表わす実体物であり、ｈiはｉ番目のオブジェクトに必要な静的な属性Ｃiが満たされるようにｉ番目のオブジェクトのために沈着可能な材料厚さであり、ｈ*iは装置がこのｉ番目オブジェクトの構造に含まれる材料として沈着させることができる最小厚さである。
【００５５】
ｍｉｎ（ｈi／Ｃi）、即ち、属性Ｃiを達成するための最小厚さを確定するには、予備調査を行ってその結果をデータベースに記憶させ、最小プリント厚さを確定するこの工程を実施する際にロードすればよい。もしこのような調査を行わない場合、インクジェットプリントによるコンポーネント製造の分野において広く利用されている発見的手法によってこの問題を解決する。例えば、ｍｉｎ（ｈi／Ｃi）＝ｈi*またはもしｈi*に近似であればｍｉｎ（ｈi／Ｃi）が特徴的オブジェクトの最小厚さである、とする発見的手法である。
【００５６】
尚、本発明の方法は、広い範囲の厚さで材料を堆積させることができ、どの材料でもこの最小プリント層厚さｈ*に堆積させることができるというプリント装置の融通性を考慮に入れる。このため、製造すべきコンポーネントを構成するｉ番目のオブジェクトがどうであれ、ｈ*I＝ｋi×ｈ~が選択される。
上記式において、ｋiは１以上の整数であり、ｈ~はコンポーネントの製造に使用されるすべての材料に関して堆積可能な厚さである。この条件を上記最適化問題に導入すればよい。
【００５７】
多重材料コンポーネントの製造を最適化するために装置の属性を考慮に入れる本発明のインクジェットプリント法の利点はここにある。
【００５８】
本発明の方法はコンポーネントの３Ｄ形状データ裁断工程において確定されるそれぞれの特徴的オブジェクトに許容値のプリント・パラメータ・区間を連携させることができる。これらの区間はコンポーネント及び所定の堆積条件に要求される静的属性に基づいて確定される。これらの区間は特に堆積面積上の材料堆積容積と関連し、同様にプリント装置から見た噴射材料液滴のサイズ及び形状、堆積面積に対する液滴の噴射高さ、材料液滴の相次ぐ２回の噴射間の距離、噴射時における材料の温度及び圧力とも関連する。これらの区間は、選択されるプリント・パラメータの値がどうであろうと、所定の堆積条件下で、オブジェクトに要求される静的属性が得られるように確定される。
【００５９】
これらのパラメータ区間を予備調査から求め、データベースに記憶させ、スライシング・工程の過程で、またはスライシング・工程に先立ってロードすることができる。また、これらの区間はスライシング・工程または本発明の方法の初期設定時に、本発明の方法及び装置のユーザー自身がその専門知識に基づいて確定し、例えば、製造すべき多重材料コンポーネントの仕様書に書き込みながらロードすることもできる。尚、プリント・パラメータ区間の一部または集合が点集合となることがあり、このことは、所定の堆積条件において静的属性を得るためには、幾つかの、またはすべてのプリント・パラメータに対応して唯一の値が必要であることを意味する。
【００６０】
この区間集合中に選択されている１組のプリント・パラメータ値に対応する材料液滴の噴射が行われると、特定の堆積液滴が分散し、その結果として堆積材料の最終的な厚さが得られる。従って、材料液滴の噴射、これに続く堆積または衝撃、分散及び乾燥の過程を経て形成されるこのプリント・パラメータ区間集合の形状データは堆積可能材料厚さの１区間である。
【００６１】
製造すべきコンポーネントを構成するｉ番目の特徴的オブジェクトがどうであれ、堆積材料の最大厚さ値ｅi及び［ｈi*  ｅi］によって定義される厚さ区間を関連させることができる。尚、ｅiは最小値（Ｅi、ｅi*）を表し、Ｅiは所要の静的属性が満たされるように堆積した材料の最大厚さ、ｅi*はプリント装置によって物理的に堆積させることができる最大厚さを表わすものとする。
【００６２】
この場合、オブジェクト製造時に堆積する材料の厚さを最大にすることが特に有益である。即ち、所要の静的属性が満たされ、且つプリント時間があまり長くならないようにできる限り大きい厚さを選択することによって生産量を増大させることができる。堆積材料の均質性も著しく高くなる。
【００６３】
本発明の方法の次の工程はコンポーネントの３Ｄ形状データを、プリント層の最小厚さｈ*に相当する間隔でプリント軸Ｚと直交する方向に延びる製造容積の平行平面集合によって、等しい厚さの層にスライスする工程である。こうして、特徴的オブジェクト毎に、特徴的オブジェクト層集合が得られる。
【００６４】
次いで、本発明の方法は、堆積時における材料特性のほか、その他のオブジェクト、オブジェクト同士の相対的な３次元的位置関係、プリント装置の特性及び堆積材料の厚さ区間に応じて、特徴的オブジェクト毎にこれらの特徴的オブジェクトの層をプリント層に再編成することができる。
【００６５】
従って、例えば、１つのオブジェクトがそれぞれ厚さ１０μｍの１０オブジェクト層にスライスされ、このオブジェクトのために堆積可能な材料の最大厚さが５０μｍであるとすると、５つの第１オブジェクト層を第１プリント層として再編成し、続く５つのオブジェクト層を第２プリント層として再編成することができる。製造に際しては、２つのプリント層を順次プリントすることによって、即ち、先ず第１層を、次いで第２層をプリントすることによってオブジェクトを製造することになる。
【００６６】
但し、これらオブジェクト層の再編成に際しては、オブジェクトを構成する材料の特性を考慮しなければならない。例えば、上記オブジェクトが堆積時に極めて流動性であると、隣接オブジェクトの一部をこの材料のための容器を形成するように予め構成することが必要となり、第１プリント層の厚さを５０μｍ未満としなければならない場合がある。
【００６７】
同様に、プリント層の厚さが大きすぎると、これらのプリント層のプリントが他のオブジェクトの以後の製造を妨げる恐れがある。これらのオブジェクトを製造するために材料を堆積させねばならないスペース部分に噴射手段がアクセスできないからである。
【００６８】
さらにまた、プリント層の厚さは噴射手段からプリント層がプリントされる面までの距離を超えることも、この距離と同じであることもできない。即ち、物理的に不可能であり、また、プリント時に噴射手段がプリント層と接触する程であれば、材料の沈着が異常な状態となる恐れがある。
【００６９】
以上の説明から明らかなように、オブジェクト層の再編成は、特定のプリント装置による３Ｄ多重材料コンポーネント製造の特性を考慮してオブジェクト層のうちの最大オブジェクト層を再編成することを目的とする。
【００７０】
不連続空間軌道を確定する工程
本発明の方法の次の工程はプリント層毎に複数のプリント経路不連続空間軌道を確定する工程である。即ち、この層を形成するプリント層の不連続空間軌道のプリントを実施する工程である。
【００７１】
この工程では、プリント層毎に、噴射点の不連続空間軌道の集合から構成されるプリント経路を確定する。このため、この工程では、先ず各プリント層を相前後する２回の噴射間の距離、または噴射ステップに変換する。プリント層毎の噴射ステップの値は、製造すべきコンポーネントの対応特徴的オブジェクトとの関連で予め確定された噴射距離区間の範囲内で選択される。この噴射ステップ値の選択は堆積材料容積の選択、従って、プリント装置から見て、材料噴射時における液滴のサイズ及び形状、噴射高さ、材料懸濁液に作用する温度及び圧力の選択と同時に、それぞれに対応のプリント・パラメータ区間の範囲内で行われ、これらの選択によって、プリント時における前記厚さが得られる。この選択はプリント層表面の望ましい粗度にも左右され、粗度は以後の工程においてこの層に沈着させられる材料の伸びや分散、従って、粒子の配列に影響する。
【００７２】
この選択はコンポーネントの製造時間の短縮及び／または使用されるプリント装置を機能させるのに必要な制御法則の簡略化が達成されるように行うことができる。即ち、上記プリント・パラメータ値のあらゆる組み合わせのうち、噴射ステップが最も大きいことを特徴とする組み合わせを選択すればよい。このように選択することによって、噴射点における送り手段の休止回数を最小限に抑え、所要の静的属性を確保しながら製造速度を高めることができる。
【００７３】
プリント層毎に噴射ステップが確定されたら、本発明の方法はプリント層毎に噴射点の不連続空間軌道を確定する工程に進む。
【００７４】
本発明の方法は、先ず第１に、前記プリント層のプリント面のメッシュの形成に本質がある。このメッシュはプリント装置の送り手段によって画定されるスペースのメッシュ形状データである。通常、インクジェットプリント装置は、モーターによってステップ・バイ・ステップに駆動される送り手段を含む。装置に含まれる送り手段の位置は不連続な単位ずつ移動するから、スペースのサンプリングは送り手段の移動ピッチに従って行われる。
【００７５】
尚、プリント面のこのサンプリングは必ずしも正規直交サンプリングでなくてもよい。即ち、送り手段は任意の軸及び任意の移動ピッチに従って移動する単向性の送り手段であってもよい。
【００７６】
本発明の方法の一実施態様では、同じオブジェクトにおけるプリント層からプリント層へ移るごとに噴射ステップが変化できるように、プリント層毎に噴射ステップを確定する。
【００７７】
但し、本発明の方法の好ましい実施態様では、特徴的オブジェクトのプリント層集合に一律の噴射ステップを選択する。このように選択すれば、送り手段を簡単に制御し、製造の速度と信頼度を高めることができる。
【００７８】
次いで、本発明の方法は所要の静的属性を満たすと共に、材料粒子の配列、特徴的オブジェクト及び製造すべきコンポーネントの等方性を最適化するように不連続空間軌道を確定する。粒子配列が最適であれば、オブジェクトの、従って、最終的に得られるコンポーネントの凝集力を最適化することができ、その結果、最大限の機械抵抗が得られる。コンポーネントの属性にその方向による偏りがなければ、製造済みのコンポーネントを焼結処理する際にコンポーネントの機械抵抗が一様に増減し、特定の方向に収縮することがないから、等方性はコンポーネントの重要な特性である。
【００７９】
プリント層の不連続空間軌道を確定する工程を、図３を参照しながら以下に説明する。図３は正方形の断面を有する特徴的オブジェクトのプリント層の正面図である。これはプリント層の不連続空間軌道確定工程を簡単にわかり易く説明するための例である。いうまでもなく、以下の説明は如何なる形状の特徴的オブジェクトに適用される。
【００８０】
本発明の方法では、オブジェクト毎に、先ずプリント経路の方向、即ち、プリント時に噴射手段が辿る移動方向、この例では軸Ｘの方向で特徴付けられる不連続空間軌道集合５９ａを確定する。次いで、第１の不連続空間軌道集合５９ａをプリント経路の方向、ここでは軸Ｘの方向に１／２ピッチ、及び／またはプリント経路の方向と直行する方向、ここでは軸Ｙの方向に１／２ピッチ変位させることによって第２の不連続空間軌道集合５９ｂを得る。図３に示す例では、第１集合を２つの方向に変位させている。本発明のプリント装置においては、設定された噴射ステップが送り手段の移動ピッチ、従って、プリント面の空間サンプリング・ピッチよりも２桁分だけ大きく、プリント面のほぼ全域をカバーできるから、上記のような変位が可能となる。さもなければ、変位を計算に際して、プリント面の空間サンプリング・ピッチを明確に考慮しなければならない。プリント断面の寸法も考慮される。
【００８１】
本発明の方法ではまた、プリント経路の方向及び／または不連続空間軌道の変調を確定することにより、先行プリント層の軌道に基づいてプリント層の軌道を確定する。図４Ａ及び図４Ｂには順次プリントすべき同一オブレクトの２つのプリント層を示す。図４Ａに示すプリント済みの先行プリント層はプリント経路の方向、ここでは軸Ｘの方向を特徴とする不連続空間軌道集合と、噴射ステップｐを有する。図４Ｂに示す後続層の不連続空間軌道は、先行層のプリント方向に対して、例えば、直行マーカーの原点を中心０として角度θだけ回転させることによって得られる。プリント層から後続プリント層へ移行する際に変化するプリント経路方向を確定することが極めて有益である。即ち、これによって、オブジェクト中の、従って、コンポーネント中の特定方向に優位性を与える恐れがなくなり、粒子配列を最適化することができる。
【００８２】
また、相前後する２つのプリント層における噴射ステップを同一にすることで、先行層のプリント経路の方向、この例では軸Ｘの方向及び／またはプリント経路の方向と直交する方向、この例では軸Ｙの方向へ、単に噴射ステップの何倍かの量だけ移動させても到達できない噴射点が確保される。これはコンポーネントの製造時間を短縮することなく粒子配列を最適化することだけを目的とするものである。回転角θは、この角度が度で表されるなら、３６０°を当該オブジェクトのプリント層数で除算することによって簡単に選択される。
【００８３】
例えば、単位面積に堆積する材料の量を最適化するため、プリント層からプリント層へ噴射ステップを変調することも可能である。この変調は先行プリント層の噴射ステップに倍率を乗算すること及び／または進行中のプリント層の不連続空間軌道をプリント経路の方向、ここでは軸Ｘの方向へ１／２ピッチ及び／またはプリント経路の方向と直行する方向、ここでは軸Ｙの方向へ１／２ピッチ変位させる後続プリント層の軌道を求めるというものである。プリント経路の方向回転を噴射ステップ値の変調、変位とそれぞれ組合わせることも可能である。
【００８４】
プリント・パラメータを確定する工程
本発明の方法の工程４では、プリント層毎に且つ不連続空間軌道毎にプリント・パラメータ集合を設定することができる。これらのパラメータの幾つか、特に、材料液滴の噴射高さ及び材料液滴の容積は既に説明したように、軌道確定の工程で確定されている。
【００８５】
本発明の方法は材料毎に、製造過程の種々の段階においてその状態を制御するパラメータ集合を確定する。
【００８６】
先ず、本発明の方法では、材料毎にその性質及びその堆積条件、特に噴射手段の構成基づいて、貯蔵手段内での温度、圧力及び分散状態を確定する。その目的は各材料を最適の保存状態で保存することにある。攪拌は材料の分散状態を制御して、インクジェットプリントによる製造の分野における重大な属性である粒子の凝集塊形成を回避することができる。粒子の凝集塊は製造されるコンポーネントの品質を低下させるだけでなく、噴射手段を故障させる可能性を考慮しての対策である。貯蔵手段内での各材料の温度及び圧力を制御することによって、材料の粘度を制御することもでき、以後噴射手段内で使用される時に備えて材料を適正にコンディショニングすることができる。
【００８７】
本発明の方法では、噴射手段内での、噴射前の各材料の状態、特に、温度及び圧力をも制御することによって、噴射手段が最適の態様で利用されるようにする。噴射時に、材料の噴射が特定の温度を必要とすることがあり得る。例えば、材料噴射時における材料の温度が過度に高い場合、材料の構成に含まれる溶剤の好ましくない蒸発及び／または材料の不足な粘度が液滴形成時に発現して堆積物の特性を変性させる恐れがある。
【００８８】
材料が堆積したら、堆積物を変化するにまかせるか、またはこの変化を制御することができる。即ち、特に材料の堆積を囲む媒質、例えば、製造が外気中で行われている場合なら、堆積材料を囲む空気の温度、従って、堆積材料の温度を、例えば、蒸発を均一に、及び、または、緩急をつけて制御することによって、溶剤の蒸発を望ましい状態に制御することができる。また、材料の堆積を囲むガスの圧力、性質などのような環境のその他の属性を制御することによって、一旦堆積した材料の変化を最適化することができる。
【００８９】
本発明の方法は、特に、プリント層毎に環境温度を確定することにより、コンポーネントの製造が行われている環境の特性を確定することができる。
【００９０】
同様に、堆積材料の状態を変化させる必要を生ずることもある。即ち、材料は正しく貯蔵され、及び／または噴射されるための第１状態にあることを必要とすることがある。しかし、この材料に必要な最終状態は上記第１状態とは異なる場合がある。材料の状態変化は材料に適当な放射線を照射するか、またはコンポーネントが製造される環境の温度を所定時間に亘って変化させることによって達成できる。例えば、ある種のセラミック系に紫外線を照射すると、このセラミック系は光重合するが、他の材料は赤外線照射の作用下に凝集する。
【００９１】
本発明の方法は、必要に応じて、材料を所要の最終状態にできる放射線の特性を確定することができる。このため、本発明の方法では、材料毎に、従って、このような照射処理を必要とするプリント層毎に放射線の波長及び放射線の強さを確定する。
【００９２】
既に述べたように、材料液滴の噴射高さ、容積及び噴射ステップはプリント層毎に且つ不連続空間軌道毎に確定されている。
【００９３】
尚、材料の状態に関連するプリント・パラメータの確定は特徴的オブジェクトを確定する工程と同時に、または空間的・時間的シーケンス法則の確定工程において行うことができる。
【００９４】
空間的・時間的シーケンス法則を確定する工程
本発明の次の工程５は不連続空間軌道の空間的・時間的シーケンス法則を設定する工程である。既に説明したように、オブジェクトの属性、その相対的な３次元配置及びプリント装置の特性に応じ、特定の順序に従ってプリント層をプリントすることを必要とする場合が多い。
【００９５】
また、ある種の材料は、噴射される液滴がより正確に堆積するように制御するため、軌道を同じくする液滴堆積と液滴堆積の間に乾燥時間及び／または噴射手段の不動化を必要とする。この場合、液滴噴射の２つのタイプの時間的法則、即ち、液滴を連続的に噴射するモードと液滴をポイント・バイ・ポイントで噴射するモードとを確定することができる。液滴を連続的に噴射するモードでは、噴射手段が移動を続けながら材料液滴を噴射する。このモードが可能な場合には、オブジェクト製造速度を高めることになるから、このモードの方が有利である。液滴をポイント・バイ・ポイントで噴射するモードでは、材料液滴が噴射される毎に噴射手段が噴射点の上方で不動化される。
【００９６】
そこで、本発明の方法では、問題のオブジェクトの特性、特に堆積時における材料の状態及び所要の静的属性に基づいて不連続空間軌道の噴射モードを確定する。本発明の方法はまた、相前後する２回の液滴噴射の間に必要な乾燥時間を考慮に入れるため、不連続空間軌道のプリント時における噴射手段の移動速度も確定することができる。
【００９７】
シーケンス法則を確定するこの工程は２つのプリント層の間に必要な乾燥時間を確定することもできる。プリント層のプリント順序はプリント層集合の合計プリント時間を極力短くするという問題の解として確定することができる。例えば、或るプリント層に必要な乾燥時間が長い場合、長い乾燥時間を必要とする層に重なることになるプリント層とは別のプリント層をプリントすればよい。従って、例えば、プリント層のプリント特性集合を考慮に入れた最適プリント順序を検索するアルゴリズムを実施すればよい。
【００９８】
最後に、空間的・時間的シーケンス法則を確定する工程において、この空間的・時間的シーケンス法則に噴射手段洗浄シーケンスを導入することができ、これによって、噴射手段に詰まりが生じ、堆積材料及びその堆積状態の検知が困難になるという可能性を極力回避することができる。例えば、５つのプリント層のプリント・シーケンスが終わる毎に洗浄シーケンスを導入すればよい。
【００９９】
本発明の方法の以上に述べた工程は製造時における特性の制御をも含めて、特性集合の設定に係わる。
【０１００】
本発明の方法はコンポーネントの製造時における１つの工程として、層のプリント時に発生したプリントしたばかりの層のプリント・エラーを修正する工程をも含む。
【０１０１】
１つの層のプリントが終わる毎に、堆積面積の形態学的分析が行われる。この分析は堆積面積の形状データを確定し、この形状データを所要の基準形状データと比較する工程である。この場合、プリントしたばかりの層のプリント結果としてのプリント・エラー及びプリント不完全部分に相当する差分形状データが得られる。この差分形状データに基づき、後続層の特性集合を再計算するか、またはプリント・エラーを部分的に修正するために確定された不連続空間軌道またはプリントしたばかりの層と同じ不連続空間形状データを有する補足プリント層を導入すればよい。エラーを迅速且つ有効に修正できるという点で、プリントしたばかりの層と同じ不連続空間軌道を有する補足プリント層を導入する方が好ましい。
【０１０２】
経験に照らして、エラーの多くは堆積材料の量が不足していることに起因する。従って、エラーを簡単に修正する方法として、不足分の材料を堆積させればよい。
【０１０３】
そこで本発明の方法では、補足層の不連続空間軌道を形成する際に、エラーを確実に修正するのに必要な噴射液滴容積を確定する。次いで、この新しいプリント層をプリントし、満足な結果が得られるまで分析と修正を繰返す。
【０１０４】
本発明の方法は噴射手段の閉塞度を制御する工程をも含む。閉塞度が所定の閾値を超えると、最早プリントの品質は保証されず、噴射手段の洗浄が必要となる。このような閉塞が検知されると、本発明の方法は進行中のプリントを中断し、噴射手段を停止させ、洗浄した後、プリント中止の状態からプリントを再開させる。本発明の方法の一実施態様では、プリント・エラーに起因する材料の不足量が所定の閾値を超えているかどうかを知るためのテストを行い、このテストの結果が陽性なら、噴射手段の閉塞が検知されたことになる。
【０１０５】
既に述べたように、製造すべきコンポーネントの静的属性と、材料及びプリント装置の特性を満たすためのプリント・パラメータ値が確定されている。本発明の方法は、前記確定されているプリント・パラメータ値が製造時に満たされるようにこれらのパラメータを制御する。
【０１０６】
以下の説明は上記製法による多重材料コンポーネントの製造に使用されるインクジェットプリント装置に係わる。この装置を図５から図８までを参照しながら以下に説明する。
【０１０７】
図５は本発明のプリント装置の原理を示すブロックダイアグラムである。本発明の装置は水平な防振性の門形フレーム１００と水平なプリント支持台１０１を含む。門形フレームの機能はシステム全体を保持し、機械的次元の乱れ、即ち、振動を減衰させ、製造される多重材料コンポーネントが載置されている水平な支持台１０１と協働して正確な平行度を確保する。支持台はプリント支持台として機能するだけでなく、標準的な機能状態を表わす温度での作用範囲に亘って、機械的次元の乱れを減衰させ、門形フレームと協働して適正な平面性及び正確な平行度を確保する機能をも果す。
【０１０８】
プリント装置の送りシステム１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃは門形フレームに固定されているから、門形フレームと支持台との間の平行度は重要な特性である。この送りシステムは３つの独立軸に従った３次元移動を可能にする。典型的には、それぞれが連携の軸に沿ってそれぞれ独立に移動する３つの単向性送りベースプレート１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃである。３つの軸は直交マーカーを形成する。２つのベースプレート１０３ａ、１０３ｂが移動する方向に相当する２つの軸は水平であり、場合によっては、両ベースプレート１０３ａ、１０３ｂに共通の同じ移動ピッチと組み合わされてプリント平面、即ち、プリント支持台の上面の直交マーカーを形成する。第３ベースプレート１０３ｃの第３軸は他の２つのベースプレートと直交し、従って、垂直である。
【０１０９】
これらのべースプレートはそれぞれステップ・モーター、例えば、移動ピッチが１００ナノメーター程度の高精度の圧電モーターによって駆動される。ベースプレートはそれぞれ、公知のステップ・モーター制御素子である（図示しない）出力コントローラを介して、情報処理装置１０５によって制御される。
【０１１０】
送りシステムには、多重材料コンポーネントの製造時に使用される材料毎の複数の材料貯蔵タンク１０６ａ、１０６ｂが固定されている。それぞれのタンク１０６ａ、１０６ｂには、材料を攪拌し、その温度及び圧力を制御する、貯蔵材料状態制御手段１０７ａ、１０７ｂを含む。これらの手段により、材料が最適の攪拌、温度及び圧力状態にコンディショニングされる。貯蔵材料状態制御手段１０７ａ、１０７ｂは前記貯蔵材料状態制御手段１０７ａ、１０７ｂを制御する情報処理装置１０５と接続している。本発明のタンクについてはより詳しく後述する。
【０１１１】
それぞれのタンクは噴射材料をコンディショニングする少なくとも１つの噴射ヘッド１１０ａ、１１０ｂ、及び少なくとも１つの噴射ヘッド１１０ａ、１１０ｂと接続している少なくとも１つの噴射ノズル１１１ａ、１１１ｂを含む噴射手段と接続している。それぞれの噴射ヘッド１１０ａ、１１０ｂはこれが接続している貯蔵タンク１０６ａ、１０６ｂをこれと接続している少なくとも１つの噴射ノズル１１１ａ、１１１ｂと連携させる。噴射ヘッドは噴射前の材料の温度及び圧力をプリントに要求されている仕様に合致させるだけでなく、噴射ノズル１１ａ、１１１ｂに要求される仕様に合致させて制御することができる。ノズルによっては、材料の圧力が所定のレベルでなければ正しく機能できない。従って、それぞれの噴射ヘッド１１０ａ、１１９ｂは噴射ノズル１１１ａ、１１１ｂへ流入する材料の温度及び圧力を制御する温度及び圧力制御手段１１５ａ、１１５ｂを含む。前記温度及び圧力制御手段１１５ａ、１１５ｂはこれを制御する情報処理装置１０５と接続している。
【０１１２】
また、それぞれの噴射ヘッド１１０ａ、１１０ｂはこれを洗浄すると共に、これと接続している少なくとも１つの噴射ノズルを洗浄するための洗浄液タンクと接続する洗浄手段を含む。
【０１１３】
それぞれの噴射ノズル１１１ａ、１１１ｂは材料液滴を発生させることができる。通常、この種のノズルとして、電圧を制御される平行６面体圧電素子の作用下にある膜によって作動させられるノズルが使用される。このようなノズルによって噴射される液滴の形状、サイズ、従って、堆積させられる材料の容積は圧電素子に印加される電圧信号、特にその振幅及び波形率に応じて異なる。本発明のプリント装置において、それぞれのノズル１１１ａ、１１１ｂは（図示しないが）電圧増幅器を介して、ノズルを制御する情報処理装置１０５と接続している。
【０１１４】
本発明のプリント装置は複数のセンサー及びデータ収集手段をも含む。
【０１１５】
好ましくは送りシステムに組み込まれる第１位置センサー１１２は水平面におけるベースプレートの、従って、噴射手段の位置を測定し、情報処理装置１０５と接続している。これらの位置測定結果及びプリントすべき不連続空間軌道に基づいて、情報処理装置１０５は所要の不連続空間軌道と実際にプリントされる不連続空間軌道との誤差を極力小さくするための制御法則を実施する。
【０１１６】
第２位置センサー１１７ａ、１１７ｂは堆積面積と直交する方向に見た噴射ノズルと堆積面積との間の距離Ｈａ，Ｈｂを測定する。第２センサーは情報処理装置１０５と接続しており、情報処理装置１０５は第２センサーによる測定値を利用して、所定の標準値を参考にノズル／堆積面積間距離Ｈａ、Ｈｂを制御する制御法則を実施する。この第２センサー１１７ａ、１１７ｂは、垂直な第３ベースプレート１０３ｃのおおよその移動ピッチを測定できるレーザー・センサーであることが好ましい。
【０１１７】
センサー１１８は堆積面積の形態特性を測定するセンサーであり、情報処理装置１０５と接続している。情報処理装置１０５は前記センサーから供給される測定結果を利用してプリント・エラーの修正量を決定する。尚、例えば、測定精度がレーザー光線の波長程度であるレーザー・センサーが利用されるなら、第２位置センサー１１７ａ、１１７ｂの少なくとも１つを前記センサー１１８として兼用することができる。
【０１１８】
それぞれの噴射ヘッド内に存在する材料に関する温度及び圧力センサー集合体１１９ａ、１１９ｂはそれぞれの噴射ヘッド１１０ａ、１１０ｂ内に存在する材料の温度及び圧力を測定するセンサーであり、情報処理装置１０５と接続している。情報処理装置１０５は前記センサー集合体１１９ａ、１１９ｂから供給される測定結果を利用して噴射ヘッド１１０ａ、１１０ｂの温度及び圧力制御手段１１５ａ、１１５ｂの制御法則を確定する。
【０１１９】
貯蔵タンク毎に設けたデータ収集集合体１２１ａ、１２１ｂのそれぞれは温度・圧力センサーと分散状態データ収集手段を含み、タンク１０６ａ、１０６ｂ内に貯蔵されている材料の温度、圧力及び分散状態を測定する。前記データ収集集合体１２１ａ、１２１ｂは情報処理装置１０５と接続しており、情報処理装置は供給される測定結果を利用してタンク１０６ａ、１０６ｂ内に貯蔵されている材料の温度、圧力及び分散状態制御手段を制御する。
【０１２０】
本発明の製造装置は噴射ノズル１１１ａ、１１１ｂの閉塞度を測定する（図示しないが）噴射ノズル閉塞度データ収集手段をも含む。情報処理装置１０５は閉塞度の測定結果を利用して噴射ヘッド及び噴射ノズルの洗浄手段を制御する。通常、噴射ノズルの閉塞度データ収集手段は、詳しくは後述するように、形態特性センサー１１８及び情報処理装置１０５を含む。プリントされたばかりのプリント層における材料不足量が、上述した態様で測定して所定閾値を超えることを情報処理装置１０５が判断すると、噴射ノズル閉塞と診断され、情報処理装置１０５は噴射ヘッド及び噴射ノズルの洗浄手段を作動させる。
【０１２１】
噴射材料液滴のサイズが充分大きい場合、噴射ノズルの閉塞度データ収集手段は材料液滴噴射の所定瞬間における液滴の存否を検知するカメラＣＣＤで構成することができる。噴射の瞬間に液滴が存在しなければ、情報処理装置１０５は、噴射ヘッド及びノズルを洗浄するため、噴射ヘッド洗浄手段を作動させる。
【０１２２】
本発明のプリント装置はコンポーネントが製造される完全隔離スペースを画定する密閉チャンバ１２３をも含む。例えば、この囲いは上記手段集合体を内蔵することができる。このチャンバは堆積の環境特性、特にその温度を制御する手段を含み、この手段はこれを制御する情報処理装置１０５と接続している。このチャンバは環境ガスの圧力、湿度または性質を制御するように構成することもでき、それに必要な手段集合体を含むことができる。
【０１２３】
放射線源１３０をも設け、これを情報処理装置１０５に接続することもできる。この放射線源は材料を第１の状態から所要の第２状態、即ち、最終状態へ移行させるのに必要な波長及び放射出力を発射することができるレーザー、赤外線フラッシュ・ランプなどを含むことができる。
【０１２４】
図５に示す情報処理装置１０５を図６との関係において以下に説明する。
【０１２５】
特に製造すべきコンポーネントの３Ｄ形状データを特徴的オブジェクトとして裁断するための計算装置１９８への入力は前記３Ｄ形状データと、ディジタルデータの形でパラメータ化されたコンポーネント製造の仕様書であり、データベース１９９と接続している。データベース１９９は前記コンポーネントの製造に先立ってすすめられた調査結果の集合を含む。この調査は材料の性質、プリント装置の特性及び堆積の状態に応じてプリント・パラメータから最適値を選択できるようにする。
【０１２６】
前記３Ｄ形状データ及び製造仕様書はユーザー入力２００に入力されるか、または情報処理装置のメモリー装置に記憶させることができる。
【０１２７】
計算装置１９８は製造すべきコンポーネントに関する入力データ及びデータベース１９９に記憶されている情報に従ってコンポーネントの３Ｄ形状データをスライスすると共に、例えばソフトウエアの形で、図１を参照して上述した本発明の方法で製造すべきコンポーネントの３Ｄ形状データをスライスする工程を実施することによって、順次プリントすべきプリント層、及びプリント・パラメータ集合を確定することもできる。
【０１２８】
ユーザーはユーザー入力２００またはデータベースに記憶されている特定データを介して、３Ｄ形状データの裁断及びスライシングの特徴の一部または全部を、本発明の方法のスライシング工程において説明したような最大プリント厚さとして入力することができる。
【０１２９】
プリント層集合、関連プリントパラメータの区間及び／または予め決定された値に固定されたパラメータの集合が、上述したような計算装置２０１に供給され、計算装置２０１は、図３、図４Ａ及び図４Ｂとの関連で上述した本発明の方法の工程を、例えば、ソフトウエアの形で実施することによって、プリント層毎に材料液滴の噴射高さ及び噴射液滴の容積を決定する。この計算装置２０１もデータベース１９９及びユーザー入力２００と接続しており、ユーザーは不連続空間軌道の特徴の一部または全部を、例えば、プリント層の噴射ステップ、噴射液滴の容積、回転角θなどとして入力することができる。
【０１３０】
ユーザー入力２００はマンマシーンインターフェースとして構成するのが有益である。
【０１３１】
計算装置はタンク内及び噴射ヘッド内の材料の状態に関するプリント・パラメータ値の集合をも確定し、堆積後、図１との関連で上述した本発明の方法のプリント・パラメータ確定の工程を、例えば、ソフトウエアの形で実施する。
【０１３２】
計算装置２０１またはユーザーによって決定された不連続空間軌道、プリント層及び関連のプリント・パラメータはデータベース１９９及びユーザー入力とも接続して空間的・時間的シーケンス法則を決定する計算装置２０２に供給され、ユーザーはシーケンス法則の特徴の一部または全部を固定することができる。この計算装置２０２は図１との関連で上述した方法の空間的・時間的シーケンス法則確定工程を実施することによって空間的・時間的シーケンス法則を確定する。空間的・時間的シーケンス法則はデータ記憶装置２０３にプリント層のプリント順序に従って順次記憶される。
【０１３３】
計算装置２０２によって確定された空間的・時間的シーケンス法則に従って理想的に製造されるコンポーネントの形状データもデータ記憶装置２０２に記憶される。この形状データはプリント・エラーを計算・修正するための基準として機能する。
【０１３４】
操作装置２０４は記憶、送り及び噴射手段を一体的に連携させるのがその役割である。この操作装置２０４はデータ記憶装置と接続していて、記憶されているシーケンス法則を読取る。また、堆積面積の形態分析装置２０５とも接続している。この分析装置２０５が入力２０５ａにおいて形態センサー１１８から堆積面積の測定結果を受信すると、入力２０５ａは前記堆積面積を再形成することができる。再形成された堆積面積が装置２０３に記憶されている理想的なコンポーネントの形状データにおける堆積面積と比較される。次いで、分析装置２０５はこれら２つの堆積面積の間の差に相当する差分堆積面積を計算し、その結果、加えるべき修正を表わす補足プリント層を確定し、操作装置２０４に対して修正を行うべきであるを通報する。
【０１３５】
通報に応答して、操作装置２０４は前記プリントすべき補足プリント層を表わす信号を受信してこれを不連続空間軌道確定装置２０１に伝送すると、装置２０１はプリント・パラメータ集合、即ち、堆積させるべき材料の容積を、従って、プリントすべきプリント層の不連続空間軌道集合と同一の不連続空間軌道と連携する噴射液滴のサイズ及び形状を計算する。パラメータ及び不連続空間軌道はプリントすべき最初のプリント層であるとして記憶装置２０３に記憶される。ここで操作装置２０４は前記シーケンス法則を読取り、これを処理する。
【０１３６】
操作装置２０４は噴射手段閉塞度測定装置２０６からの洗浄リクエストをも受信する。この測定装置２０６はその入力２０６ａにおいて定期的に噴射ノズル閉塞度データ収集手段の収集結果を受信し、噴射手段、即ち、少なくとも１つの噴射ノズルが閉塞状態にあるかどうかを確認する。もし閉塞状態にあれば、優先的な洗浄リクエストが発せられる。操作装置２０４はプリントを中断させ、中断時の利用環境をデータ記憶手段に記憶させ、洗浄シーケンスを実施する。即ち、噴射手段を停止させ、噴射手段の洗浄を行う。このシーケンスが終了すると、利用環境に再び材料が充填され、中断された位置からプリントが続行される。
【０１３７】
標準的な機能モードでは、操作装置がデータ記憶装置から空間的・時間的シーケンス法則を読み出し、その結果として送りベースプレート及び噴射ノズルに対する指示信号集合を形成する。
【０１３８】
操作装置は処理中のシーケンス法則に関連するプリント・パラメータ値に応じてタンク及び噴射ヘッドに対する指示信号をも形成する。
【０１３９】
第１指示信号は噴射手段が辿る、従って、２つの第１ベースプレートが水平軸の方向に移動するプリント面上の空間軌道を表わす信号である。この信号は軌道追跡制御法則を実行する制御装置２０７へ伝送される。プリント面における位置センサーからの測定結果を入力２０７ａで受信すると、装置２０７は制御法則を実行する。その結果、装置２０７は適切な制御信号を算出し、これを２つの第１送りベースプレートの出力コントローラへ伝送する。
【０１４０】
第２指示信号は噴射手段が、従って、送りベースプレートが垂直プリント軸の方向に辿るべき垂直軌道を表わす信号である。この軌道はプリント層のプリントに必要な種々の噴射高さから構成される。前記信号は第３ベースプレート制御装置２０８に供給され、入力２０８ａで垂直位置センサーの測定結果を受信すると、装置２０８は上記の場合と同様に軌道追跡制御法則を実行する。即ち、装置２０８は制御信号を算出し、垂直軸に沿って移動する送りベースプレートの出力コントローラへ伝送する。双方の制御装置２０７、２０８はベースプレート制御信号を同期させることのできる同期化信号を交換し合って所要の３次元軌道が得られるように互いに連携する。
【０１４１】
第３指示信号は噴射ノズルの制御を指示する信号である。この信号は噴射すべき液滴の形状及びサイズ、従って、堆積させるべき材料液滴の容積と、噴射タイミングを表わす。この信号は噴射ノズル制御装置２０９に供給され、装置２０９はその入力２０９ａにおいて、２つの第１送りベースプレート制御装置の出力を受信する。ここで装置２０９は２つの第１ベースプレート制御信号と同期させた噴射ノズル制御信号を発することができる。即ち、噴射ノズル制御信号を２つの第１ベースプレート制御信号と同期させねばならないのは、材料の液滴噴射がこれらのベースプレートの軌道の所定の点において行われるからである。このため、ノズル噴射制御装置２０９は、例えば、噴射ノズル制御信号を２つの第１ベースプレートの制御手段と同期させる位相動機ループを含むことができる。ノズル制御装置２０９の出力はプリント装置の噴射ノズルの圧力増幅器に供給される。尚、送りと噴射との同期化は操作装置によって行うこともできる。
【０１４２】
第４指示信号は放射線源１３０を制御するための指示信号である。この信号は発射される放射線の波長、そのエネルギー、その放射持続時間、従って、その出力及び発射タイミングを表わす信号であり、放射線源に供給される。この指示信号は液滴が堆積を終える毎に、または所定数の液滴が堆積を終える毎にフラッシュ発光の形で発することができる。場合によっては、製造中絶え間なく放射線を発射するという方式も可能である。
【０１４３】
噴射ヘッドの温度・圧力制御装置２１０は操作装置から温度及び圧力を指示されて、指示された値に従ってそれぞれの噴射ヘッドの温度及び圧力を調整する機能を果す。このため、装置２１０はその入力２１０ａにおいて、個々の温度・圧力センサーから噴射ヘッド内の材料の温度及び圧力測定結果を受信し、これに応答して、前記標準値に近づけるよう種々のパラメータを調整するのに必要な調整信号を算定し、これを噴射ヘッドの温度・圧力制御手段へ伝送する。
【０１４４】
同様に、貯蔵タンク内に貯蔵されている材料の温度、圧力及び攪拌を制御する装置２１１は貯蔵タンク内の材料を最適にコンディショニングするのに必要な値に相当する温度、圧力及び分散状態の値を指示装置から受信する。この制御装置２１１はその入力２１１ａにおいて、温度・圧力センサー及び分散状態データ収集手段から温度、圧力及び分散状態の測定結果を受信し、これに応答して、温度、圧力及び分散状態を調整するための調整信号を算出し、詳しくは後述するように、これをタンクの温度、圧力及び攪拌制御手段へ伝送する。
【０１４５】
同様に、（図示しないが）囲い内に設けた温度制御装置は記憶装置から種々のプリント層のプリントに必要な値に対応する標準温度値記憶装置から受信する。囲い内のこの温度制御装置は（図示しないが）囲い内の温度センサーから温度測定値を受信し、これに応答して、前記温度指示に近づけるように囲い内の温度を調整するための調整信号を算出し、これを囲いの温度制御手段へ伝送する。
【０１４６】
さらにまた、制御装置２１０、２１１及び囲いの温度制御装置の出力を選択的に不活性化することによって、ユーザーが貯蔵タンク内の材料の温度、圧力及び攪拌、噴射ヘッド内の材料の圧力及び温度及び過去以内の温度を手動で調整できるようにし、タンク、噴射ヘッド及び囲い内にこのための手段を設けることもできる。
【０１４７】
情報処理装置１０５の説明はその機能の説明である。これを構成する手段はソフトウエアの形で、または物的に実施することができ、装置の種々の素子内に配分することができる。即ち、計算装置１９８、２０１、２０２、２０３、分析装置２０５、噴射手段の閉塞度測定装置２０６及びデータベース１９９はパソコン上でソフトウエアの形に実施することができ、種々の制御装置２０７−２１１及び囲いの温度制御装置はこれらが制御すべき手段内にプリント配線基板の形態で一体化することができる。これらの制御装置は上記ＰＣ内にソフトウエアの形で実施することもできる。
【０１４８】
上述した種々の機能を有益な態様で実施できる本発明の材料貯蔵タンク及び噴射ヘッドの詳細を以下に説明する。
【０１４９】
図７は本発明のインクジェット式製造装置のための貯蔵タンクの断面図である。タンクは容器３００を含む。容器は貯蔵されている材料のよどみ域を画定する恐れがある皺や屈曲部を避けるため、好ましくは回転対称の容積を画定する内面３０１を有し、例えば、円筒状部分３０１ａと、この部分から下方へ延長する円錐状部分３０１ｂとから成り、円錐形部分３０１ｂは貯蔵されている材料を放出口３０２に向かって案内し、タンクからの貯蔵されている材料放出を可能にする。
【０１５０】
タンクはその対称軸３０３に沿ってタンクの内側に位置し、磁気駆動システム３０６の作用下に、出力シャフトを含む駆動モーター３０５によって回転駆動されるシャフト３０４を有する。磁気駆動システムはモーター３０５の出力シャフトと、対象軸３０３に沿ってタンクの外側に配置されたシャフト３０６ｂの間にベルト３０６ａを含む。シャフト３０６ｂはその両端の一方がシャフト３０４の上端と対向するように配置され、シャフト３０６ｂ及びシャフト３０４のこれら両端はタンクの頂壁と隣接する。
【０１５１】
頂壁と隣接するシャフト３０４及びシャフト３０６ｂの端部のそれぞれに永久磁石集合体３０６ｃ、３０６ｄを固定することにより、モーター３０５の出力シャフトの回転に伴ってシャフト３０６ｂがベルト３０６ａによって回転駆動されると、シャフト３０４も回転駆動される。
【０１５２】
シャフト３０４を駆動するこのシステムは、モーター３０５とシャフト３０４とを離して配置することができる一方、タンク内が加圧されても高い密封性を確保することができるから、特に有益である。密封性を確保できるのは、シャフトを回転駆動するのがタンク頂壁に開口を必要とするシステムではないからであり、このような開口は特殊な密封システムを必要とする。
【０１５３】
シャフト３０４は放出口３０２まで延び、この放出口３０２に近い高さにおいて、回転駆動される前記シャフト３０４に攪拌羽根３１１が固定されている。回転駆動されるシャフト、駆動モーター、磁気駆動システム及び攪拌羽根が貯蔵材料攪拌手段を形成する。攪拌手段は材料の分散状態を制御することを可能にし、粒子の凝集塊が現れる可能性が軽減されると共に、材料の種類によって現れることのある沈降現象の可能性も軽減される。
【０１５４】
通常、駆動モーターは直流モーターである。即ち、インクジェットプリントによる製造に利用されるような材料の攪拌に、モーター出力側の大きい出力も高い回転速度も、従って大きい出力も必要ではない。駆動モーターは電圧制御され、材料の望ましい分散状態の特徴的な回転速度を表わす電圧を供給する電源と接続する制御インターフェース３０５ａと、前記駆動モーターを制御するための指示として供給される前記電圧を受信する制御回路３０５ｂを含む。
【０１５５】
材料の分散状態はモーター制御属性を利用して制御される。攪拌羽根による材料のせん断はモーターの出力側のモーメントに抵抗するモーメントを発生させ、その強さはタンク内に貯蔵されている材料の分散状態に応じて異なる。駆動モーターの制御回路は公知の態様で回転速度調整ループを含み、供給される指示に相当する一定回転速度の維持を可能にする一連の出力側モーメント調整ループを含むことができる。これによって、材料の分散状態が簡単に調整される。抵抗モーメントの測定結果に基づく所要の分散状態プロフィルに従って回転速度を変化させるための駆動モーター制御を想定することは確実に可能である。
【０１５６】
放出口３０２は電動仕切り弁で制御される開口３０７と接続し、この開口３０７が放出される材料の流量を制御する。この電動仕切り弁の開放度または開放時間を開口制御手段３０８によって自動または手動制御することで材料の放出量を制御することができる。
【０１５７】
同様に、放出口３０２に近い高さにおいて、タンク壁が薄いゾーン３０９を有し、このゾーンにはタンク壁の外側から、ペルチエ効果モジュールを含む温度制御モジュール３１０の熱交換面が接合されている。この温度制御モジュール３１０は貯蔵材料を加熱して貯蔵材料の温度範囲を広げる加熱プレートをも含む。ゾーン３０９が薄いことで、タンク内部に貯蔵されている材料と温度制御モジュール３１０との間の熱交換を、タンク壁に孔を形成せずに簡単に実現することができる。
【０１５８】
ペルチエ効果モジュール及び加熱プレートは制御インターフェース３１２と接続しており、制御インターフェースを、温度制御モジュール３１０と材料との間の単位時間当たりの所要交換熱量を表わす信号を供給する信号発生源と接続することができる。
【０１５９】
放出口に近い高さには、この高さ付近に位置する材料の温度、即ち、噴射時の材料温度を表わす温度を測定するための熱電対３１３をも設ける。この熱電対は情報処理装置と接続し、制御インターフェース３１２へ伝送すべき制御信号を算出するために利用される温度測定結果をこの情報処理装置に供給する。
【０１６０】
放出口近傍に攪拌手段及び温度制御手段を配置することによって、タンクの放出口における材料の状態を、プリント装置の他の素子へ材料を供する前に、正確に制御することができる。
【０１６１】
本発明のタンクはその頂壁に開口３１４をも有する。この開口は貯蔵材料の圧力制御システム３１６と接続している。前記圧力を制御する方法として、タンクを材料で部分的に満たし、材料とタンク内側頂面３１５との間に画定される「非充填」領域に存在するガス圧を制御する。
【０１６２】
このため、圧力制御システム３１６はこの非充填領域内に存在するガスを抜き出して低圧状態にする真空ポンプと、非充填領域に圧搾ガスを注入して高圧状態にするコンプレッサーを含む。この非充填領域にはこの内部のガス圧を測定するためのガス圧センサー３１７を設けてある。このセンサーが測定結果を制御回路に伝送すると、制御回路は所要のガス圧値に従って真空ポンプ及びコンプレッサーを制御することによって、非充填領域内に存在するガスの圧力を制御する。前記所要のガス圧値は、所要のガス圧を表わす信号を供給する信号発生源と接続している圧力制御システム３１６の制御インターフェース３１８によって入力される。
【０１６３】
貯蔵材料の温度、圧力及び分散状態を制御するための手段の集合体を内蔵する材料貯蔵タンクを以上に説明した。上記実施態様は最も完全な実施態様に相当する。これら手段の集合体のうちの一部だけ、例えば、温度制御システムとしてのペルチエ効果モジュールと圧力制御システムとしてのコンプレッサーだけを含むタンクも本発明の範囲に含まれる。
【０１６４】
図８は本発明のインクジェット式製造装置における噴射ヘッドの好ましい実施態様を示す説明図である。この実施態様の場合、噴射ヘッドはタンク５００を含む。このタンクはその頂壁５０１に補給口５０２を有し、この補給口５０２は材料補給制御電動仕切り弁５０３ａ、洗浄液補給制御電動仕切り弁５０３ｂ及び（図示しないが）ガス圧制御回路との接続制御用電動仕切り弁５０３ｃと接続している。
【０１６５】
タンク内壁５０４は好ましくはその側壁部分５０６に開口５０５を有する。この開口には、タンク内部、従って、タンク内に存在する材料と、ペルチエ効果モジュール５０８とのインターフェースとなる金属プレート５０７が嵌着される。このペルチエ効果モジュールは公知の態様で電圧制御されるものであり、制御インターフェース５０８ａと接続している。制御インターフェース５０８ａには電圧源から、ペルチエ効果モジュールによって測定または供給される所要熱量を表わす電圧が印加される。ペルチエ効果モジュールはインターフェース５０８ａと接続する制御回路５０８ｂをも含み、この制御回路５０８ａは、例えば、前記所要の温度値を表わす電圧の形で制御インターフェース５０８ａから供給される所要温度値に近づけるようにタンク内の材料温度を調整する。制御回路は、ペルチエ効果制御のため、タンク内に材料が存在するなら材料中にもぐりこむようにタンク内に配置した温度センサー５０８ｅ、例えば、熱電対からの測定結果を受信する。
【０１６６】
ペルチエ効果モジュールには、例えば、放熱ヒレ集合体として形成された方熱手段５０９が並設されている。この放熱手段には、放熱手段によって処理された熱を取出すための排気手段５１０が並設されている。
【０１６７】
材料補給用電動仕切り弁５０３ａが開放されると、（図示しない）材料貯蔵手段からの材料が補給口を通ってダンク内へ流入する。タンク内の材料のレベルが図面において点線５１１で表わす所定レベルに達すると、電動仕切り弁が閉じる。この所定レベルはタンク内部に向いたインターフェース金属プレート５０７の面が材料と接触し、このレベルとタンク頂壁５０１との間に非充填スペース５１２が残るように選択される。当然の前提として、この選択を可能にするようにタンク内壁に設けた開口５０５を配置しなければならない。
【０１６８】
材料と頂壁５０１との間の非充填スペースには圧力を制御されたガスが充填される。このガスの圧力を制御することによって、タンク内に貯蔵されている材料と非充填スペース５１２のガスとの接触面レベルにおける材料の圧力も制御され、従って、タンク５００内に貯蔵されている材料全体の圧力が制御される。一般に、噴射ノズルが正しく機能するには所定の材料圧、多くの場合、所定の負圧を必要とするから、噴射ヘッドに内蔵されている材料の圧力を制御することが必須条件である。
【０１６９】
制御可能な電動仕切り弁５０３ｃと接続するガス圧制御回路はガス・コンプレッサー及び真空ポンプを含む。非充填スペースのガス圧を制御するため、電動仕切り弁５０３ｃを開放し、所要のガス圧に従って真空ポンプまたはコンプレッサーを制御する。負圧を得るためには、真空ポンプを始動させ、所要のガス圧が得られるまで非充填スペース内に存在するガスの一部をポンプによって補給口及び電動仕切り弁５０３ｃを介して取り出す。高圧を得るためには、逆の制御を行う。即ち、コンプレッサーを始動させ、所要のガス圧が得られるまで補給口及び電動仕切り弁５０３ｃを介して非充填スペースへ圧搾ガスを送入する。
【０１７０】
ガス圧制御回路は、所要の基準圧及び非充填スペース内に配置された圧力センサー５１２、例えば、膜方式センサーからの圧力測定結果に基づいて制御可能な電動仕切り弁５０３ａ、ポンプ及びコンプレッサーを制御する制御回路である。
【０１７１】
従って、圧力制御回路は非充填スペースとともに、タンクに内蔵されている材料の圧力制御手段を形成する。
【０１７２】
タンクは制御可能な電動仕切り弁５１６と接続するドレン５１５をも含む。タンク、材料の補給口及び排出口５１６を洗浄するには、先ずドレン５１７の電動仕切り弁を開放することによって、タンクからこれに内蔵された材料を排出する。排出が完了すると、制御可能な洗浄液供給用の電動仕切り弁５０３ｂが開放され、洗浄液タンクからの洗浄液がタンクに流入し、主としてドレンから排出され、これが１回目の洗浄である。次いで、ドレン５１７の電動仕切り弁が閉じ、洗浄液がレベル５１１までタンクを満たす。
【０１７３】
タンクの洗浄液の圧力を制御することによってタンクから排出口を通って洗浄液がタンクから流出できるように、圧力制御手段によって洗浄液の圧力を調整し、前記排出口及び前記排出口を介して噴射ヘッドと接続する噴射ノズルの洗浄を可能にする。場合によっては、必要に応じてタンク内に存在する洗浄液の温度を制御することも可能である。上記洗浄システムが噴射ヘッドに組み込まれるから、洗浄部を特設する必要がなく、多様なタイプの噴射ノズルに適応できるという点で有益である。
【０１７４】
尚、以上の説明における材料という概念はセラミック系、金属系、ポリマーなど多様な材料を包含するものと理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０１７５】
【図１】図１は本発明の方法の工程の一部を示すブロックダイアグラムである。
【図２】図２は超音波プローブの構造に含まれる多重材料コンポーネントの斜視図である。
【図３】図３は本発明の方法の不連続空間軌道を確定する工程によって得られるプリント層の不連続空間軌道全体を示すグラフである。
【図４Ａ】図４Ａは後続プリント層の不連続空間軌道の確定に利用されるプリント層の不連続空間軌道全体を示すグラフである。
【図４Ｂ】図４Ｂは層４Ａの軌道を回転させた後、本発明の方法の不連続空間軌道を確定する工程によって得られる後続プリント層の軌道全体を示すグラフである。
【図５】図５は本発明のプリント装置の原理を示すブロックダイアグラムである。
【図６】図６は図５のプリント装置の構造に組み込まれる情報処理ユニットのブロックダイアグラムである。
【図７】図７は図５のプリント装置の構造に組み込まれるインクジェットプリント装置のための材料貯蔵ダンクを示す説明図である。
【図８】図８は図５のプリント装置の構造に組み込まれるインクジェットプリント装置のためのプリントヘッドを示す説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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