(57)【要約】【目的】３Ｄ印刷装置の印刷能力および応用範囲を向上させることのできる印刷モジュールおよびそれを用いた３Ｄ印刷装置を提供する。【解決手段】３Ｄ印刷装置は、印刷領域およびスタンバイ領域を有するフレームと、制御モジュールとを含む。印刷モジュールは、フレームの上に配置され、制御モジュールに電気的に接続されたキャリッジアセンブリと、キャリッジアセンブリの上に配置され、第１軸方向に沿って移動可能に配置された第１ラッチを有する第１ベースと、スタンバイ領域に配置され、第１軸方向に沿って配列された第１停止部および第２停止部を有する固定フレームと、第１軸方向に沿ってスタンバイ領域に移動可能に配置され、第１停止部と第２停止部の間に設置されるとともに、第１軸方向に沿って移動可能に配置された第２ラッチを有する少なくとも１つの第２ベースと、第２軸方向に沿って配列された第１ラッチ部および第２ラッチ部を有するプリントヘッドアセンブリとを含む。【選択図】図１
2019104232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３Ｄ印刷装置に適した印刷モジュールであって、前記３Ｄ印刷装置が、フレームと、制御モジュールとを含み、前記フレームが、印刷領域およびスタンバイ領域を有し、前記印刷モジュールが、
前記フレームの上に配置され、前記制御モジュールに電気的に接続されたキャリッジアセンブリと、
前記キャリッジアセンブリに配置され、前記制御モジュールによって前記キャリッジアセンブリを介して駆動されるとともに、第１軸方向に沿って移動する第１ラッチを有する第１ベースと、
前記スタンバイ領域に配置され、前記第１軸方向に沿って配列された第１停止部および第２停止部を有する少なくとも１つの固定フレームと、
前記第１軸方向に沿って前記スタンバイ領域に移動可能に配置され、前記第１軸方向に沿って前記第１停止部と前記第２停止部の間に設置されるとともに、前記第１軸方向に沿って移動する第２ラッチを有する少なくとも１つの第２ベースと、
第２軸方向に沿って配列された第１ラッチ部および第２ラッチ部を有する少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリと、
を含み、
前記プリントヘッドアセンブリおよび前記第１ベースが、前記第２軸方向に沿って互いに近づくのに適合するため、前記第１ラッチ部が、互いに係止するよう前記第１ラッチを駆動するか、あるいは、前記プリントヘッドアセンブリおよび前記第２ベースが、前記第２軸方向に沿って互いに近づくように移動するため、前記第２ラッチ部が、互いに係止するよう前記第２ラッチを駆動し、
互いに係止した前記プリントヘッドアセンブリおよび前記第１ベースが、前記第１軸方向に沿って移動するのに適合するとともに、前記第１停止部に当接して、前記第１ラッチ部を取り外すよう前記第１ラッチを駆動するか、あるいは、互いに係止した前記プリントヘッドアセンブリおよび前記第２ベースが、前記第１軸方向に沿って移動するのに適合するとともに、前記第２停止部に当接して、前記第２ラッチ部を取り外すよう前記第２ラッチを駆動する印刷モジュール。
【請求項２】
前記第１停止部および前記第２停止部が、前記第２軸方向に沿って前後に配置された請求項１に記載の印刷モジュール。
【請求項３】
前記第１ラッチ部および前記第１ラッチのうちの少なくとも１つが、ガイドスロープを有し、前記ガイドスロープが、前記第２軸方向に相対して傾斜し、前記第２ラッチ部および前記第２ラッチのうちの少なくとも１つが、別のガイドスロープを有し、前記別のガイドスロープが、前記第２軸方向に相対して傾斜する請求項１に記載の印刷モジュール。
【請求項４】
前記第１軸方向が、前記第２軸方向と直交する請求項１に記載の印刷モジュール。
【請求項５】
前記第１ベースが、第１ベース本体と、第１弾性素子とを含み、
前記第１ベース本体が、前記キャリッジアセンブリの上に組み立てられ、前記第１ラッチを中に移動可能に組み立て、前記第１ラッチが、前記第１軸方向に沿って前記第１ベース本体を移動可能に通過する第１突出部を有し、前記第１突出部の移動経路に前記第１停止部が設置され、
前記第１弾性素子が、前記第１ベース本体と前記第１ラッチの間に当接し、前記第１ラッチを永続的に駆動することにより、前記第１突出部を前記第１ベース本体の外に突出させる請求項１に記載の印刷モジュール。
【請求項６】
前記第２ベースが、第２ベース本体と、第２弾性素子とを含み、
前記第２ベース本体が、前記フレームのスライドバーの上にスライド可能に配置され、前記第２ラッチを中に移動可能に組み立て、前記第２ラッチが、前記第１軸方向に沿って前記第２ベース本体を移動可能に通過する第２突出部を有し、前記第２突出部の移動経路に前記第２停止部が設置され、
前記第２弾性素子が、前記第２ベース本体と前記第２ラッチの間に当接し、前記第２ラッチを永続的に駆動することにより、前記第２突出部を前記第２ベース本体の外に突出させる請求項１に記載の印刷モジュール。
【請求項７】
前記固定フレームと前記第２ベースの間に当接し、前記固定フレームに相対する所定の位置に移動するよう前記第２ベースを永続的に駆動するため、前記第１停止部から離れるよう前記第１ラッチを移動させ、前記第２停止部から離れるよう前記第２ラッチを移動させる第３弾性素子をさらに含む請求項６に記載の印刷モジュール。
【請求項８】
前記プリントヘッドアセンブリが、前記第１ラッチ部によって前記第１ベースを係止し、前記第２ラッチ部によって前記第２ベースを係止するのに適合し、前記制御モジュールが、前記キャリッジアセンブリを介して前記第１軸方向に沿って移動するよう前記第１ベース、前記プリントヘッドアセンブリ、および第２ベースを同時に駆動する請求項１に記載の印刷モジュール。
【請求項９】
前記印刷モジュールが、複数の第２ベースおよび複数のプリントヘッドアセンブリを含み、前記プリントヘッドアセンブリが、前記第２ベースの上に着脱可能に配置され、前記制御モジュールが、前記キャリッジアセンブリを介して前記第１ベースを前記印刷領域と前記スタンバイ領域の間を前後に移動させて、前記複数のプリントヘッドアセンブリを順番にピックアンドプレースする請求項１に記載の印刷モジュール。
【請求項１０】
印刷領域およびスタンバイ領域を有するフレームと、
制御モジュールと、
前記フレームの上に配置され、前記制御モジュールに電気的に接続されたキャリッジアセンブリと、
前記キャリッジアセンブリの上に配置され、前記制御モジュールにより前記キャリッジアセンブリを介して駆動される第１ベースと、
前記スタンバイ領域に配置された少なくとも１つの第２ベースと、
前記第１ベースまたは前記第２ベースの上に着脱可能に組み立てられ、プリントヘッドと、前記制御モジュールに電気的に接続されたヒーターとを含む少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリと、
を含み、
固体状態の形成材料が、前記プリントヘッドに挿入されるのに適合し、前記ヒーターによって加熱されて液体状態の形成材料になった後に、前記プリントヘッドから押し出され、前記制御モジュールが、前記キャリッジアセンブリを介して前記第１ベースを前記印刷領域と前記スタンバイ領域の間で前後に移動させ、前記第２ベースから／の上に前記プリントヘッドアセンブリをピックアンドプレースし、前記プリントヘッドアセンブリが前記第１ベースまたは前記第２ベースに載置された時、前記ヒーターが、前記形成材料の加熱を継続して実行する３Ｄ印刷装置。
【請求項１１】
ケーブルをさらに含み、前記ケーブルの一端が、前記ヒーターおよび前記プリントヘッドに電気的に接続され、前記ケーブルの他端が、前記制御モジュールに電気的に接続された請求項１０に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項１２】
前記プリントヘッドアセンブリの上に組み立てられ、前記制御モジュールに電気的に接続されたファンをさらに含む請求項１０に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項１３】
前記３Ｄ印刷装置が、複数の第２ベースと、複数のプリントヘッドアセンブリと、複数のケーブルとを含み、前記プリントヘッドアセンブリが、前記第２ベースの上に着脱可能に配置され、前記制御モジュールが、前記キャリッジアセンブリを介して前記第１ベースを前記印刷領域と前記スタンバイ領域の間を前後に移動させて、前記複数のプリントヘッドアセンブリを順番にピックアンドプレースし、前記複数のプリントヘッドアセンブリが、前記複数のケーブルを介してそれぞれ前記制御モジュールに電気的に接続された請求項１０に記載の３Ｄ印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、印刷モジュールおよび３Ｄ（three-dimensional, 3D）印刷装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、技術の進歩に伴い、付加製造（additive manufacturing）技術（例えば、交互積層（layer-by-layer）モデル構造）を利用して３Ｄ物理モデルを構築する様々な方法が提案されている。一般的に、付加製造技術は、コンピュータ支援設計（computer-aided design, CAD）等のソフトウェアで構築された３Ｄモデルの設計データを順番に積み重ねられた複数の薄い（擬二次元（quasi-two-dimensional））断面層に変換する技術である。
【０００３】
現在、薄い断面層を形成する多くの技術も提案されている。例えば、各断面層の情報に基づいて、プラットフォームに形成材料を吹き付け塗装または押し出し成形して形成材料を硬化し、断面層を形成する。そして、断面層を層毎に積み重ねた後に、３Ｄ物体を形成することができる。また、印刷装置にカラーノズルをさらに設置して、３Ｄ物体の製造プロセス中／後に、断面層または３Ｄ物体に着色してもよい。あるいは、異なる形成材料で３Ｄ物体を製造してもよい。
【０００４】
上述したように、３Ｄ印刷の品質および効率に影響を与えずに、３Ｄ物体の印刷プロセスにおいて、関連構造がいかにして形成材料の着色または切り替え操作をスムーズに実行できるようにするかが、本産業において重要な課題となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ベース上の可動ラッチおよびプリントヘッドアセンブリ上の対応するラッチ部を使用し、制御モジュールを介してキャリッジアセンブリを駆動することにより、異なるプリントヘッドアセンブリを迅速にピックアンドプレース（pick-and-place）して、３Ｄ印刷装置の印刷能力および応用範囲を向上させることのできる印刷モジュールおよびそれを用いた３Ｄ印刷装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態において、３Ｄ印刷装置に適合された印刷モジュールを提供する。３Ｄ印刷装置は、フレームと、制御モジュールとを含む。フレームは、印刷領域およびスタンバイ領域を有する。印刷モジュールは、キャリッジアセンブリと、第１ベースと、少なくとも１つの固定フレームと、少なくとも１つの第２ベースと、少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリとを含む。キャリッジアセンブリは、フレームの上に配置され、制御モジュールに電気的に接続される。第１ベースは、キャリッジアセンブリの上に配置され、制御モジュールによって駆動される。第１ベースは、第１軸方向に沿って移動可能に配置された第１ラッチを有する。固定フレームは、スタンバイ領域に配置され、第１軸方向に沿って配列された第１停止部および第２停止部を有する。第２ベースは、第１軸方向に沿ってスタンバイ領域に移動可能に配置され、第１停止部と第２停止部の間に設置される。第２ベースは、第１軸方向に沿って移動可能に配置された第２ラッチを有する。プリントヘッドアセンブリは、第２軸方向に沿って配列された第１ラッチ部および第２ラッチ部を有する。プリントヘッドアセンブリおよび第１ベースは、第２軸方向に沿って互いに近づくのに適合するため、第１ラッチ部は、互いに係止するよう第１ラッチを駆動する。あるいは、プリントヘッドアセンブリおよび第２ベースは、第２軸方向に沿って互いに近づくように移動するため、第２ラッチ部は、互いに係止するよう第２ラッチを駆動する。互いに係止したプリントヘッドアセンブリおよび第１ベースは、第１軸方向に沿って移動するのに適合し、且つ第１停止部に当接して、第１ラッチ部を取り外すよう第１ラッチを駆動する。あるいは、互いに係止したプリントヘッドアセンブリおよび第２ベースは、第１軸方向に沿って移動するのに適合し、且つ第２停止部に当接して、第２ラッチ部を取り外すよう第２ラッチを駆動する。
【０００７】
本発明の実施形態において、３Ｄ印刷装置は、フレームと、制御モジュールと、キャリッジアセンブリと、第１ベースと、少なくとも１つの第２ベースと、少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリとを含む。フレームは、印刷領域およびスタンバイ領域を有する。キャリッジアセンブリは、フレームの上に配置され、制御モジュールに電気的に接続される。第１ベースは、キャリッジアセンブリの上に配置される。制御モジュールは、キャリッジアセンブリを介して第１ベースを駆動する。第２ベースは、スタンバイ領域に配置される。プリントヘッドアセンブリは、第１ベースまたは第２ベースの上に着脱可能に組み立てられる。プリントヘッドアセンブリは、プリントヘッドと、ヒーターとを含み、ヒーターは、制御モジュールに電気的に接続される。固体状態の形成材料は、プリントヘッドに挿入されるのに適合し、ヒーターによって加熱されて液体状態の形成材料になり、プリントヘッドから押し出される。制御モジュールは、キャリッジアセンブリを介して第１ベースを印刷領域とスタンバイ領域の間で前後に移動させ、第２ベースから／の上にプリントヘッドアセンブリをピックアンドプレースする。プリントヘッドアセンブリが第１ベースまたは第２ベースに載置された時、ヒーターは、形成材料の加熱を継続して実行する。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように、３Ｄ印刷装置は、第１ベース、第２ベース、およびプリントヘッドアセンブリ上に対応する係止構造を提供し、同時に、第２ベース上に対応する停止構造を提供するため、制御モジュールは、キャリッジアセンブリを介して印刷領域とスタンバイ領域の間で前後に移動するよう第１ベースを駆動することができ、それにより、プリントヘッドアセンブリを押圧して、第１ベースおよび第２ベースに相対してピックアンドプレースさせることができる。さらに、制御モジュールは、第１ベース上のキャリッジアセンブリによって適用される駆動モードを使用するため、さらに、プリントヘッドアセンブリと第２ベースの間のピックアンドプレース動作に適用しながら、第１ベースとプリントヘッドアセンブリの間のピックアンドプレース動作を達成することができる。このようにして、追加の駆動部材を配置してフレーム内でプリントヘッドアセンブリを交換しなくても、あるいは労働者が分解操作を行わなくても、必要な交換操作を完了させることができる。したがって、３Ｄ印刷装置は、単純な構造配置で必要なプリントヘッドアセンブリを交換することができるため、それにより、３Ｄ印刷装置の３Ｄ印刷および着色能力を効果的に高め、その応用範囲を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
添付図面は、本発明の原理がさらに理解されるために含まれており、本明細書に組み込まれかつその一部を構成するものである。図面は、本発明の実施形態を例示しており、説明とともに、本発明の原理を説明する役割を果たしている。
【００１０】
【図１】本発明の１つの実施形態に係る３Ｄ印刷装置の一部を示す概略図である。
【図２】図２（ａ）および図２（ｂ）は、それぞれ異なる角度から見た図１の３Ｄ印刷装置別の状態を示したものである。
【図３】図１、図２（ａ）および図２（ｂ）の関連部材間の接続関係を示した図である。
【図４】図４（ａ）は、第１ベースの組み立てを示す概略図である。図４（ｂ）は、第１ベースの正面図である。
【図５】固定フレームおよび第２ベースのうちの１つの概略図である。
【図６】図６（ａ）および図６（ｂ）は、それぞれ異なる角度から見たプリントヘッドアセンブリを示したものである。
【図７】第１ベース、第２ベース、およびプリントヘッドアセンブリの組み立てを示す概略図である。
【図８】図８（ａ）および図８（ｂ）は、それぞれ第１ベースおよび第２ベースと固定フレームの間の操作の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の１つの実施形態に係る３Ｄ印刷装置（three-dimensional printing apparatus）の一部を示す概略図である。図２（ａ）および図２（ｂ）は、それぞれ異なる角度から見た図１の３Ｄ印刷装置別の状態を示したものである。図３は、図１、図２（ａ）および図２（ｂ）の関連部材間の接続関係を示した図であり、実線は、電気的関係を示し、点線は、構造的関係を示す。ここで、構成要素の説明を容易にするため、直交座標（Cartesian coordinate）Ｘ−Ｙ−Ｚを提供する。図１〜図３を参照すると、本実施形態において、３Ｄ印刷装置１００は、例えば、熱溶解積層造形（fused deposition modeling, FDM）によって形成され、ＦＤＭは、様々な熱融着線状（ストリップ（strip）状）材料（ワックス（wax）、ＡＢＳ、ナイロン等であり、以下、「形成材料」と称す）を加熱および溶融して成形する方法である。
【００１２】
３Ｄ印刷装置１００は、フレーム１１０と、制御モジュール１２０と、印刷モジュール１３０とを含み、フレーム１１０は、印刷領域Ａ２とスタンバイ領域Ａ１に分割される。印刷モジュール１３０は、キャリッジアセンブリ１３１と、第１ベース１３２と、少なくとも１つの固定フレーム（２つの固定フレーム１３３Ａおよび１３３Ｂを例に挙げるが、本発明はこれに限定されない）と、少なくとも１つの第２ベース（２つのベース１３４Ａおよび１３４Ｂを例に挙げるが、本発明はこれに限定されない）と、少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリ（２つのプリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂを例に挙げるが、本発明はこれに限定されない）とを含む。具体的に説明すると、キャリッジアセンブリ１３１は、フレーム１１０の上に配置され、制御モジュール１２０に電気的に接続される。第１ベース１３２は、キャリッジアセンブリ１３１の上に配置されるため、制御モジュール１２０は、キャリッジアセンブリ１３１を介して印刷領域Ａ２とスタンバイ領域Ａ１の間を移動するよう第１ベース１３２を駆動する。固定フレーム１３３Ａおよび１３３Ｂは、フレーム１１０のスタンバイ領域Ａ１に配置され、第２ベース１３４Ａおよび１３４Ｂは、フレーム１１０の上に移動可能に配置され、それぞれ固定フレーム１３３Ａおよび１３３Ｂに対応する。プリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂは、第１ベース１３２の上に着脱可能に組み立てられ、あるいは、第２ベース１３４Ａおよび１３４Ｂは、それぞれケーブルＢ１およびＢ２（図１に示す）を介して、制御モジュール１２０に電気的に接続される。
【００１３】
具体的に説明すると、キャリッジアセンブリ１３１は、フレーム１１０の上に配置され、制御モジュール１２０に電気的に接続される。ここで、キャリッジアセンブリ１３１は、部品Ｃ１〜Ｃ６を含み、部品Ｃ６は、例えば、第１ベース１３２をその上にスライド可能に配置する軌道である。部品Ｃ１は、例えば、制御モジュール１２０に電気的に接続されたモータである。部品Ｃ２は、例えば、第１ベース１３２を部品Ｃ２のベルトと結合させるベルトホイール構造である。そのため、制御モジュール１２０は、部品Ｃ１およびＣ２を介してＸ軸に沿って部品Ｃ６の上を移動するよう第１ベース１３２を駆動することができる。さらに、部品Ｃ６は、部品Ｃ３（例えば、駆動モータセット）を介して部品Ｃ４とＣ５の上を移動することができ、部品Ｃ３は、制御モジュール１２０に電気的に接続されるため、それにより、さらに、部品Ｃ３〜Ｃ５の間の提携を介してＹおよびＺ軸に沿って移動するよう第１ベース１３２を駆動する。このようにして、制御モジュール１２０は、キャリッジアセンブリ１３１を介してフレーム１１０内で三次元的に移動するよう第１ベース１３２をスムーズに駆動することができる。しかしながら、本実施形態は、キャリッジアセンブリ１３１の各部品を限定しない。三次元的に移動するよう第１ベース１３２を駆動することのできる全ての既存の技術を本実施形態に適用することができる。キャリッジアセンブリ１３１の移動モードを用いて、第１ベース１３２と第２ベース１３４Ａおよび１３４Ｂの間で適切にプリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂを取り外すことにより、第１ベース１３２に組み立てられたプリントヘッドアセンブリ１３５Ａまたは１３５Ｂが印刷領域Ａ２において印刷または着色操作を実行できるようにすることができる。また、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａを交換する必要がある時、制御モジュール１２０は、再度、キャリッジアセンブリ１３１を介してスタンバイ領域Ａ１の第２ベース１３４Ａおよび１３４Ｂに第１ベース１３２を駆動して、第１ベース１３２からプリントヘッドアセンブリ１３５Ａまたは１３５Ｂをリロード（reload）し、空の状態にある第２ベース１３４Ａにプリントヘッドアセンブリ１３５Ａまたは１３５Ｂを置き、その後、別の第２ベース１３４Ｂから必要なプリントヘッドアセンブリ１３５Ｂをピックし、印刷領域Ａ２に戻って、上述した印刷または着色操作を継続することができる。
【００１４】
図４（ａ）は、第１ベースの組み立てを示す概略図である。図４（ｂ）は、第１ベースの正面図である。図５は、固定フレームおよび第２ベースのうちの１つの概略図である。図６（ａ）および図６（ｂ）は、それぞれ異なる角度から見たプリントヘッドアセンブリを示したものである。図４（ａ）〜図６（ｂ）を参照すると、図１と比較して、第１ベース１３２と第２ベース１３４Ａおよび１３４Ｂの間でプリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂをピックアンドプレースしやすくするため、本実施形態の第１ベース１３２は、Ｘ軸に沿って移動可能に配置された第１ラッチ１３２１を有する（図１に示した状態に対応する）。固定フレーム１３３Ａおよび１３３Ｂは、それぞれＸ軸に沿って配列された第１停止部１３３１および第２停止部１３３２を有し、第２ベース１３４Ａおよび１３４Ｂは、それぞれフレーム１１０のスライドバー１１２にスライド可能に配置され、Ｘ軸に沿ってスライドする。さらに、第２ベース１３４Ａおよび１３４Ｂは、それぞれ固定フレーム１３３Ａおよび１３３Ｂに対応し、それぞれ第１停止部１３３１と第２停止部１３３２の間に配置される。また、第２ベース１３４Ａおよび１３４Ｂは、それぞれＸ軸に沿って移動可能に配置された第２ラッチ１３４１を有する。プリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂは、それぞれＹ軸に沿って配置された第１ラッチ部１３５４および第２ラッチ部１３５５を有し、第１ラッチ部１３５４は、第１ベース１３２に対応して配置され、第２ラッチ部１３５５は、第２ベース１３４Ａおよび１３４Ｂに対応して配置される。
【００１５】
図４（ａ）および図４（ｂ）を参照して、具体的に説明すると、第１ベース１３２は、第１ベース本体１３２２と、第１弾性素子１３２３と、上述した第１ラッチ１３２１とを含み、第１ベース本体１３２２は、キャリッジアセンブリ１３１の上に組み立てられる。第１ラッチ１３２１は、Ｘ軸に沿って第１ベース本体１３２２内に移動可能に配置され、第１ラッチ１３２１は、Ｘ軸に沿って第１ベース本体１３２２を移動可能に通過する突出部Ｐ１を有する。第１弾性素子１３２３の２つの向かい合う端部は、それぞれ第１ラッチ１３２１の突出部Ｐ４および第１ベース本体１３２２の突出部Ｐ５にスリーブ接続（sleeve on）されるため、第１弾性素子１３２３は、第１ラッチ１３２１と第１ベース本体１３２２の間に当接することができる。ここで、図４（ｂ）に示すように、第１弾性素子１３２３は、第１ラッチ１３２１を永続的に駆動することにより、第１ベース本体１３２２の外に突出部Ｐ１を突出させる。
【００１６】
図５を参照すると、第２ベース１３４Ａの１つを例に挙げて説明するが、別の第２ベース１３４Ｂは、上述した第２ベース１３４Ａと同じ構成要素で形成される。そのため、ここでは、組み立ての概略図を用いた説明を省略する。第２ベース１３４Ａは、第２ベース本体１３４２と、第２弾性素子１３４３と、上述した第２ラッチ１３４１とを含み、第２ベース本体１３４２は、その上部を介してスライドバー１１２の上にスライド可能に配置され、第２ラッチ１３４１は、第２ベース本体１３４２の中に移動可能に組み立てられる。第２ラッチ１３４１は、突出部Ｐ１ａ、Ｐ２ａ、Ｐ３ａ、およびＰ４ａを有し、突出部Ｐ１ａは、第２ベース本体１３４２を移動可能に通過し、第２弾性素子１３４３は、突出部Ｐ４ａにスリーブ接続されて、第２ベース本体１３４２と第２ラッチ１３４１の間に当接する。第２弾性素子１３４３は、第２ラッチ１３４１を永続的に駆動することにより、第２ベース本体１３４２の外に突出部Ｐ１ａを突出させる。
【００１７】
図６（ａ）および図６（ｂ）を参照すると、本実施形態において、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂは、それぞれ、筐体１３５７と、プリントヘッド１３５１と、ヒーター１３５２と、ファン１３５３と、第１ラッチ部１３５４と、第２ラッチ部１３５５と、放熱フィン１３５６とを含み、プリントヘッド１３５１およびヒーター１３５２は、筐体１３５７内に配置され、上述したケーブルＢ１およびＢ２を介して制御モジュール１２０に電気的に接続される。プリントヘッド１３５１の上端は、固体状態の形成材料を挿入するのに適合し、ヒーター１３５２によって加熱された後、液体状態の形成材料になり、プリントヘッド１３５１の関連する駆動素子（図示せず）によって押し出される。放熱フィン１３５６は、プリントヘッド１３５１の周囲に配置され、ファン１３５３に対応して、プリントヘッド１３５１が熱を放散しやすいようにし、温度が高くなりすぎるのを防ぐ。言及すべきこととして、第１ラッチ部１３５４および第２ラッチ部１３５５は、筐体１３５７の２つの対向する側に配置されるため、それぞれ第２ベース１３４Ａおよび１３４Ｂと、第１ベース１３２とに対応する。ここで、第１ラッチ部１３５４および第２ラッチ部１３５５は、それぞれ環状のロック構造として形成され、それぞれ第１ラッチ１３２１の突出部Ｐ２およびＰ３と、第２ラッチ１３４１の突出部Ｐ２ａおよびＰ３ａとに対応する。
【００１８】
以上のように、第２ベース１３４Ａおよび１３４Ｂの構成は、実質的に、ベース本体に配置された可動ラッチ（第１ラッチ１３２１および第２ラッチ１３４１）を使用して、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂの係止（locking）効果を達成する第１ベース１３２と同じであることが導き出される。第２ベース１３４Ａおよび１３４Ｂは、第１ベース１３２とは異なり、第２ベース１３４Ａおよび１３４Ｂは、さらに、固定フレーム１３３Ａおよび１３３Ｂに対して対応する関係を有する。図５に示すように、印刷モジュール１３０は、さらに、第３弾性素子１３６１および１３６２を含み、それぞれ、固定フレーム１３３Ａおよび１３３Ｂと第２ベース１３４Ａおよび１３４Ｂの第２ベース本体１３４２の間に当接する。第３弾性素子１３６１および１３６２は、図５に示すように、固定フレーム１３３Ａおよび１３３Ｂに対する所定の位置に移動するよう第２ベース１３４Ａおよび１３４Ｂを永続的に駆動して、第２停止部１３３２から離れるよう第２ラッチ１３４１を移動させるとともに、第１停止部１３３１から離れるよう第１ラッチ１３２１を移動させる。つまり、所定の位置は、実質的に、第２ラッチ１３４１が第２停止部１３３２に当接せず、且つ第１ラッチ１３２１が第１停止部１３３１に当接しない位置を指す。これに関しては、下記の段落において詳細に説明する。
【００１９】
図４（ａ）〜図６（ｂ）に示した対応関係に基づき、第１ラッチ１３２１の突出部Ｐ２およびＰ３と第２ラッチ１３４１の突出部Ｐ２ａおよびＰ３ａは、それぞれ第１ラッチ部１３５４および第２ラッチ部１３５５に対応して、対応する係止効果をもたらすため、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂを第１ベース１３２または第２ベース１３４Ａおよび１３４Ｂの上に組み立てることができる。下記の例は、第１ベース１３２と第２ベース１３４Ａの間にプリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂをピックアンドプレースする操作について説明したものである。
【００２０】
図７は、第１ベース、第２ベース、およびプリントヘッドアセンブリの組み立てを示す概略図である。図８（ａ）および図８（ｂ）は、それぞれ第１ベースおよび第２ベースと固定フレームの間の操作の概略図である。図４〜図７を参照すると、同時に、図１は、操作に関する下記の説明を基礎とした初期状態を示したものである。本実施形態において、図１の第１ベース１３２は、プリントヘッドアセンブリを備えておらず、スタンバイ領域Ａ１の第２ベース１３４Ａおよび１３４Ｂは、それぞれ、その上にプリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂを備えている。そのため、第１ベース１３２の上にプリントヘッドアセンブリ１３５Ａを組み立てるため、制御モジュール１２０は、印刷領域Ａ２からスタンバイ領域Ａ１に移動し、且つ第２ベース１３４Ａに向かって移動するよう、キャリッジアセンブリ１３１を介してＹ軸（図１に示した負のＹ軸方向）に沿って第１ベース１３２を駆動する。まず、言及すべきこととして、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、第１ラッチ１３２１は、それぞれＸ軸に沿って延伸する突出部Ｐ２およびＰ３を有し、その上にガイドスロープＳ１およびＳ２が提供される。同時に、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａの第１ラッチ部１３５４は、Ｙ軸に沿って延伸し、その上にガイドスロープＳ３およびＳ４が提供される。そのため、第１ベース１３２が第２ベース１３４Ａの上のプリントヘッドアセンブリ１３５Ａに向かって移動するプロセスにおいて、ガイドスロープＳ１およびＳ２は、ガイドスロープＳ３およびＳ４に対応して接合され、ガイドスロープＳ１〜Ｓ４は、移動軸（Ｙ軸）に対して傾斜するため、第１ラッチ部１３５４は、第１ラッチ１３２１をスムーズに押圧して、Ｙ軸に沿って移動するプロセスにおいて正のＸ軸方向に向かって移動することができ、それにより、第１ラッチ１３２１の突出部Ｐ１は、第１ベース本体１３２２に引っ込む。同時に、図４（ｂ）において、突出部Ｐ２およびＰ３も現在の位置から右側（正のＸ軸方向）にシフトする。つまり、第１ベース１３２がプリントヘッドアセンブリ１３５Ａに向かって（負のＹ軸方向に向かって）移動することにより、第１ラッチ１３２１を一時的に正のＸ軸に向かって移動させ、第１ラッチ１３２１の移動に対応して第１弾性素子１３２３を変形させる（圧縮する）。同時に、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａは、さらに、位置決めピラーＰ７と第１ベース１３２の位置決め孔Ｐ６の間の提携を介して、第１ベース１３２とプリントヘッドアセンブリ１３５Ａの間に接合位置決め効果を提供する。
【００２１】
その後、図６（ａ）に示すように、第１ラッチ部１３５４は、環状の係止構造であり、物理部と中空部を有するため、第１ラッチ部１３５４の物理部が突出部Ｐ２およびＰ３に当接して通過した時、突出部Ｐ２およびＰ３の負のＸ軸方向には、もはや干渉部品が存在しない。したがって、第１弾性素子１３２３の弾性力は、さらに、第１ラッチ１３２１を元に戻る（負のＸ軸方向に向かって移動する）よう駆動して、突出部Ｐ２およびＰ３を第１ラッチ部１３５４の中空部に通過させる。また、突出部Ｐ１が再度第１ベース本体１３２２から突出する。このようにして、第１ラッチ１３２１の突出部Ｐ２およびＰ３と第１ラッチ部１３５４の間にＹ軸に沿って干渉効果が生じ、それにより、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａと第１ベース１３２が互いに係止する効果を達成することができる。図７に示すように、この時、第１ベース１３２、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａ、および第２ベース１３４Ａは、Ｙ軸に沿って互いに係止し、干渉部品として表れる。
【００２２】
プリントヘッドアセンブリ１３５Ａを第１ベース１３２の上に組み立てる効果を維持するためには、第２ベース１３４Ａからプリントヘッドアセンブリ１３５Ａを取り外す必要がある。上述したように、第２ベース１３４Ａは、固定フレーム１３３Ａの構造に対応して、スライドバー１１２の上にスライド可能に配置される。そのため、本実施形態において、制御モジュール１２０は、さらに、Ｘ軸に沿って（負のＸ軸に向かって）移動するようキャリッジアセンブリ１３１を駆動するため、干渉部品として表れた第１ベース１３２、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａ、および第２ベース１３４Ａは、同時に、当接経路Ｆ２に沿って移動し、固定フレーム１３３Ａの第２停止部１３３２は、干渉部品のちょうど当接経路Ｆ２の中に位置する。このようにして、図８（ｂ）に示すように、第２ラッチ１３４１の突出部Ｐ１ａをＸ軸に沿って第２停止部１３３２で押し退け、それに応じて、第２ベース本体１３４２に引っ込めることができる。
【００２３】
図５および図８（ｂ）を参照すると、ラッチおよびラッチ部に関する説明が示すように、第２ラッチ１３４１の突出部Ｐ２およびＰ３が図５の位置から離れた（図８（ｂ）に示した位置に移動した）時、第２ラッチ１３４１は、もはや第２ラッチ部１３５５と干渉しない。つまり、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａの第２ラッチ部１３５５は、Ｙ軸に沿って（正のＹ軸方向に向かって）移動するのを止める構成要素を有さないため、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび第２ベース１３４Ａが取り外し可能な状態になる。したがって、図８（ｂ）に示した状態において、制御モジュール１２０は、さらに、キャリッジアセンブリ１３１を介して正のＹ軸方向に向かって移動するよう第１ベース１３２およびプリントヘッドアセンブリ１３５Ａを駆動して、第２ベース１３４Ａから離れることにより、第１ベース１３２にプリントヘッドアセンブリ１３５Ａを組み立てて第２ベース１３４Ａからピックするプロセスを完了させることができる。また、図５の構成要素に関する説明に示したように、第２ベース１３４Ａが、図８（ｂ）に示すように、第２停止部１３３２に移動した時、第３弾性素子１３６１を変形させ（圧縮し）、第３弾性素子１３６２を変形させる（伸張する）。したがって、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａが第１ベース１３２に沿って第２ベース１３４Ａから離れた時、自由な状態にある第２ベース１３４Ａは、第３弾性素子１３６１および１３６２の弾性力によって第２停止部１３３２から離れ、それにより、復元効果を達成することができる。このようにして、３Ｄ印刷装置１００の印刷モジュール１３０は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示した状態になる。制御モジュール１２０は、キャリッジアセンブリ１３１を介して第１ベース１３２およびその上のプリントヘッドアセンブリ１３５Ａを駆動し、印刷領域Ａ２において必要な印刷または着色操作を完了させることができる。
【００２４】
次に、プリントヘッドアセンブリ１３５をプリントヘッドアセンブリ１３５Ｂと交換することが必要になった場合、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａを第２ベース１３４Ａに戻さなければならない。この時、制御モジュール１２０は、まず、スタンバイ領域Ａ１に移動してから、第２ベース１３４Ａに移動するよう、第１ベース１３２およびその上のプリントヘッドアセンブリ１３５Ａを駆動する。上述したように、第２ベース１３４Ａは、第１ベース１３２と同じ構成要素を有する。そのため、第２ベース１３４Ａは、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび第２ベース１３４Ａの第２ラッチ１３４１がＹ軸に沿って移動することにより係止動作を完了できるようにすることができる。同様にして、係止後、第１ベース１３２、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａ、および第２ベース１３４Ａは、集積部品として形成される。ここでは、係止プロセスに関するさらなる説明を省略する。異なる点は、図７（ａ）および図８（ａ）を参照すると、この時、第１ベース１３２とプリントヘッドアセンブリ１３５Ａの間の係止関係を解除して、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａが再度第２ベース１３４Ａに戻るようにする必要があることである。そのため、制御モジュール１２０は、キャリッジアセンブリ１３１を介して、当接経路Ｆ１に沿って（正のＸ軸方向に向かって）移動するよう集積部品を駆動する。固定フレーム１３３Ａの第１停止部１３３１は、図８（ａ）に示すように、第１ラッチ１３２１の移動経路に配置されるため、第１停止部１３３１により第１ラッチ１３２１の突出部Ｐ１を押し退けて、第１ベース本体１３２２に引っ込めることにより、第１ラッチ１３２１と第１ラッチ部１３５４の間の干渉関係をスムーズに解除する。ここまでで、制御モジュール１２０は、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａからスムーズに離れるよう第１ベース１３２を駆動することができ、それにより、第２ベース１３４Ａの上にプリントヘッドアセンブリ１３５Ａを置き、同時に、第１ベース１３２から取り外す効果を達成することができる。
【００２５】
その後、第１ベース１３２とプリントヘッドアセンブリ１３５Ａを結合するプロセスにおいて、この時、制御モジュール１２０は、同じ方法で、第１ベース１３２をスタンバイ領域Ａ１の第２ベース１３４Ｂに移動させて、プリントヘッドアセンブリ１３５Ｂにおいて必要なピックアンドプレース操作を実行する。そのため、ここでは説明を省略する。ここまでで、プリントヘッドアセンブリの交換プロセス（１３５Ａから１３５Ｂへの変更）が完了する。
【００２６】
言及すべきこととして、本実施形態は、第２ベースおよびプリントヘッドアセンブリのイ数を限定しない。別の実施形態において示すように、３Ｄ印刷装置は、複数の第２ベースおよび複数のプリントヘッドアセンブリを備えてもよく、同様に、上述した構造と同じピックアンドプレース効果を達成することができる。同時に、このような構造により、３Ｄ印刷装置の３Ｄ印刷または着色能力を高め、その応用範囲を広げることもできる。
【００２７】
また、図示していない別の実施形態において、第１ラッチ部１３５４および第１ラッチ１３２１の形態は、逆の方法で設計されてもよい。つまり、第１ラッチ部を突出した構造に変更し、第１ラッチを環状の係止構造に変更することによっても、上述した干渉係止効果と同じ効果を達成することができる。
【００２８】
一方、図１および図２（ａ）を参照すると、上述したように、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂは、ケーブルＢ１およびＢ２を介して制御モジュール１２０に電気的に接続される。さらに詳しく説明すると、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂのプリントヘッド１３５１、ヒーター１３５２、およびファン１３５３は、それに応じて、制御モジュール１２０に電気的に接続される。このように、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂがフレーム１１０内のどこにあっても、制御モジュール１２０は、ヒーター１３５２を介してプリントヘッド１３５１内の形成材料を加熱することができる。例えば、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａが第１ベース１３２の上に配置され、プリントヘッドアセンブリ１３５Ｂが第２ベース１３４Ｂの上に配置された時、制御モジュール１２０は、第１ベース１３２の上のプリントヘッドアセンブリ１３５Ａを駆動するため、ヒーター１３５２が固体状態の形成材料を溶融温度まで加熱して（すなわち、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａは印刷温度にある）、３Ｄ印刷操作を容易にする。同時に、制御モジュール１２０は、第２ベース１３４Ｂの上のプリントヘッドアセンブリ１３５Ｂのヒーター１３５２を駆動して、固体状態の形成材料を形成材料が溶融しない軟化温度まで加熱する（すなわち、プリントヘッドアセンブリ１３５Ｂはスタンバイ温度にある）。続いて、プリントヘッドアセンブリ１３５Ｂを第１ベース１３２の上に組み立てて３Ｄ印刷を実行した時、プリントヘッドアセンブリ１３５Ｂは、スタンバイ温度にあって冷却されていないため、制御モジュール１２０は、少ないエネルギーでヒーター１３５２を駆動し、形成材料を溶融温度に到達させて３Ｄ印刷を実行することができ、それにより、プリントヘッドアセンブリの交換に必要な再起動プロセスを省略することができる。つまり、本実施形態のプリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂは、印刷領域Ａ２にあるか、スタンバイ領域Ａ１にあるかに関わらず、ヒーター１３５２は、プリントヘッド１３５１を継続して加熱することができる。
【００２９】
上記に続いて、言及すべきこととして、ヒーター１３５２を起動した時、実際に、加熱操作が継続して実行される。プリントヘッド１３５１の形成材料に必要な温度範囲を維持するため、本実施形態の３Ｄ印刷装置１００は、ファン１３５３を使用して放熱を行う。上述したように、ファン１３５３は、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂとともにフレーム１１０内で移動するため、ヒーターは、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂがフレーム１１０内のどこにあるかに関わらず、放熱フィン１３５６に放熱効果を提供することができる。
【００３０】
以上のように、３Ｄ印刷装置は、第１ベース、第２ベース、およびプリントヘッドアセンブリ上に対応する係止構造を提供し、同時に、第２ベース上に対応する停止構造を提供するため、制御モジュールは、キャリッジアセンブリを介して印刷領域とスタンバイ領域の間で前後に移動するよう第１ベースを駆動することができ、それにより、プリントヘッドアセンブリを押圧して、第１ベースおよび第２ベースに相対してピックアンドプレースさせることができる。さらに、制御モジュールは、第１ベース上のキャリッジアセンブリによって適用される駆動モードを使用するため、さらに、プリントヘッドアセンブリと第２ベースの間のピックアンドプレース動作に適用しながら、第１ベースとプリントヘッドアセンブリの間のピックアンドプレース動作を達成することができる。このようにして、フレーム内のプリントヘッドアセンブリを交換するための追加の駆動部材を配置しなくても、あるいは労働者が分解操作を行わなくても、必要な交換操作を完了させることができる。したがって、３Ｄ印刷装置は、単純な構造配置で必要なプリントヘッドアセンブリを交換することができるため、それにより、３Ｄ印刷装置の３Ｄ印刷および着色能力を効果的に高め、その応用範囲を広げることができる。
【００３１】
以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、ベース上の可動ラッチおよびプリントヘッドアセンブリ上の対応するラッチ部を使用する印刷モジュールおよびそれを用いた３Ｄ印刷装置を提供する。そのため、異なるプリントヘッドアセンブリをピックアンドプレースして、３Ｄ印刷装置のフレームの印刷領域からスタンバイ領域に、またはスタンバイ領域から印刷領域に切り替えることができる。
【符号の説明】
【００３３】
１００  ３Ｄ印刷装置
１１０  フレーム
１１２  スライドバー
１２０  制御モジュール
１３０  印刷モジュール
１３１  キャリッジアセンブリ
１３２  第１ベース
１３２１  第１ラッチ
１３２２  第１ベース本体
１３２３  第１弾性素子
１３３Ａ、１３３Ｂ  固定フレーム
１３３１  第１停止部
１３３２  第２停止部
１３４Ａ、１３４Ｂ  第２ベース
１３４１  第２ラッチ
１３４２  第２ベース本体
１３４３  第２弾性素子
１３５Ａ、１３５Ｂ  プリントヘッドアセンブリ
１３５１  プリントヘッド
１３５２  ヒーター
１３５３  ファン
１３５４  第１ラッチ部
１３５５  第２ラッチ部
１３５６  放熱フィン
１３５７  筐体
１３６１、１３６２  第３弾性素子
Ａ１  スタンバイ領域
Ａ２  印刷領域
Ｂ１、Ｂ２  ケーブル
Ｃ１〜Ｃ６  部品
Ｆ２  当接経路
Ｐ１ａ、Ｐ２ａ、Ｐ３ａ、Ｐ４ａ、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３  突出部
Ｐ６  位置決め孔
Ｐ７  ピラー
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４  ガイドスロープ
Ｘ−Ｙ−Ｚ  直交座標
【図１】
2019104232.tif 000003
【図２Ａ】
2019104232.tif 000004
【図２Ｂ】
2019104232.tif 000005
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
2019104232.tif 000011
【図７】
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【図８Ａ】
2019104232.tif 000013
【図８Ｂ】
2019104232.tif 000014
【外国語明細書】
2019104232000001.pdf