(57)【要約】      （修正有）【課題】インクジェット方式のプリントヘッドを用いる３次元プリンティングにおいてプリンティング中に分配される材料の密度を制御する技術の提供。【解決手段】ノズルから材料の液滴を分配するようにインクジェット式のプリンティングヘッドの圧電ノズルに対する電気パルスの適用のためのタイミング・パラメータを制御するステップ４４０を含む。タイミング・パラメータは、材料の密度４２０を材料の自然の密度よりも小さい選択された密度値に下げるように材料の液滴へとガスバブルを導入するように制御されるプリンティング方法。【選択図】図４
2015212088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルから材料の液滴を分配するようにインクジェット式のプリンティングヘッドの圧電ノズルに対する電気パルスの適用のためのタイミング・パラメータを制御するステップを含むプリンティング方法であって、前記タイミング・パラメータは、前記液滴の材料の密度を前記材料の自然の密度よりも小さい選択された密度値に下げるように前記液滴の材料へとガスバブルを導入するように制御される、方法。
【請求項２】
前記タイミング・パラメータは、パルス周期、パルス幅、パルスの遅延、デューティサイクル、または全体のデューティサイクルからなるタイミング・パラメータ・リストから選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記タイミング・パラメータを制御するステップは、全体のデューティサイクルを４０％以下の値に調整するステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記タイミング・パラメータを制御するステップは、前記タイミング・パラメータと前記材料の密度に関するプロパティとの間の予め決められた対応関係にしたがって前記タイミング・パラメータの値を選択するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記密度に関するプロパティは、前記材料の密度、硬化後の前記材料の密度、半透明性、光学的濃度、および誘電率からなる密度に関するプロパティ・リストから選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記値を選択するステップは、前記タイミング・パラメータに関連するルックアップテーブルを前記密度に関するプロパティに適用するステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記材料は、プリンティングオブジェクトの領域を形成するために堅くなるように構成される３次元プリンティング材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記タイミング・パラメータを制御するステップは、前記プリンティングヘッドと前記分配された液滴が堆積する表面との間の相対運動に対応する前記タイミング・パラメータの値を選択するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記タイミング・パラメータの選択された値に対応するように、前記プリンティングヘッドと前記分配された液滴が堆積する表面との間の相対運動の速度を調整するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記制御されたタイミング・パラメータにしたがって前記ノズルに前記パルスを適用するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記パルスを適用するステップは、前記プリンティングヘッドの複数のノズルに前記パルスを同時に適用するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記複数のノズルのうちのノズルは、少なくとも１つの他のノズルによって互いに切り離される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数のノズルのうちのノズルは、少なくとも２つの他のノズルによって互いに切り離される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
選択された密度値を有する材料の直線または曲線を表面上に堆積させるように、前記プリンティングヘッドと前記分配された液滴が堆積する表面との間の相対運動を生じさせるステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記選択された密度値は、プリンティングされるオブジェクトの表現から得られる、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記材料は、フォトポリマーを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
プリンティングヘッドの圧電ノズルに電気パルスを適用するように構成されるコントローラを備える３次元プリンタであって、前記パルスは、前記コントローラによって制御可能なタイミング・パラメータによって特徴づけられ、前記タイミング・パラメータの値は、材料の液滴が前記ノズルによって分配されるように選択可能であり、前記液滴における前記材料は、当該材料の自然の密度よりも小さい選択された密度値を有する、３次元プリンタ。
【請求項１８】
プリンティングヘッドをさらに備え、前記プリンティングヘッドは、前記圧電ノズルを含む、請求項１７に記載のプリンタ。
【請求項１９】
前記タイミング・パラメータは、パルス周期、パルス幅、パルスの遅延、デューティサイクル、または全体のデューティサイクルからなるタイミング・パラメータ・リストから選択される、請求項１７に記載のプリンタ。
【請求項２０】
前記タイミング・パラメータの制御は、全体のデューティサイクルを４０％以下の値に調整することを含む、請求項１７に記載のプリンタ。
【請求項２１】
前記タイミング・パラメータの制御は、前記タイミング・パラメータと前記材料の密度に関するプロパティとの間の予め決められた対応関係にしたがって前記タイミング・パラメータの値を選択することを含む、請求項１７に記載のプリンタ。
【請求項２２】
前記密度に関するプロパティは、前記材料の密度、硬化後の前記材料の密度、半透明性、光学的濃度、および誘電率からなる密度に関するプロパティ・リストから選択される、請求項２１に記載のプリンタ。
【請求項２３】
前記タイミング・パラメータを前記密度に関するプロパティに関連づけるルックアップテーブルをさらに備える、請求項２１に記載のプリンタ。
【請求項２４】
前記材料は、プリンティングオブジェクトの領域を形成するために堅くなるように構成される３次元プリンティング材料を含む、請求項１７に記載のプリンタ。
【請求項２５】
前記タイミング・パラメータの制御は、前記プリンティングヘッドと前記分配された液滴が堆積する表面との間の相対運動に対応する前記タイミング・パラメータの値を選択することを含む、請求項１７に記載のプリンタ。
【請求項２６】
前記タイミング・パラメータの選択された値に対応するように、前記プリンティングヘッドと前記分配された液滴が堆積する表面との間の相対運動の速度を調整することをさらに含む、請求項１７に記載のプリンタ。
【請求項２７】
前記プリンティングヘッドは、複数のノズルを備え、前記パルスの適用は、前記複数のノズルに前記パルスを同時に適用することを含む、請求項１７に記載のプリンタ。
【請求項２８】
前記複数のノズルのうちのノズルは、少なくとも１つの他のノズルによって互いに切り離される、請求項２７に記載のプリンタ。
【請求項２９】
前記複数のノズルのうちのノズルは、少なくとも２つの他のノズルによって互いに切り離される、請求項２７に記載のプリンタ。
【請求項３０】
選択された密度値を有する材料の直線または曲線を表面上に堆積させるように、前記プリンティングヘッドと前記分配された液滴が堆積する表面との間の相対運動を可能にするように構成される、請求項１７に記載のプリンタ。
【請求項３１】
前記選択された密度値は、プリンティングされるオブジェクトの表現から得られる、請求項１７に記載のプリンタ。
【請求項３２】
前記材料は、フォトポリマーを含む、請求項１７に記載のプリンタ。
【請求項３３】
インクジェット式のプリンティングヘッドの圧電ノズルから材料の液滴を分配する一方で、前記分配された材料の密度を制御して、前記液滴を放出するために前記ノズルに適用される複数の電気パルスの各々の持続時間の比率を、前記複数のパルスのうちの連続して適用されるパルス間の間隔に選択することによって、そして前記選択にしたがって前記パルスを前記ノズルに適用することによって、前記液滴の内部のガスバブルの形成を制御する、ことを含む、プリンティング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット式のプリンティングヘッドを用いるプリンティングに関する。より詳しくは、本発明は、プリンティング中に分配される材料の材料密度の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元（３Ｄ）プリンティングは、オブジェクト（例えばモデルまたはプロトタイプ）を構築するために広く使われている。３Ｄプリンティングにおいて、オブジェクトは、オブジェクトを形成するように制御される様式における材料の堆積によって造られる。オブジェクトの構造をガイドするための命令は、造られるオブジェクトのデジタル表現から引き出されてよい。この種のデジタル表現は、例えば、コンピュータ支援設計またはコンピュータ支援製造プログラムまたはアプリケーションによって生成されてよい。
【０００３】
一般的に使用される３Ｄプリンタは、材料（例えばフォトポリマー材料）を選択的に分配するためのインクジェット式のプリンティングヘッドを用いる。フォトポリマー材料は、３Ｄモデルを形成するために積層状に堆積される。異なるフォトポリマー材料は、プリントされるオブジェクトの異なる部分を形成するために堆積されてよい。フォトポリマー材料は、インクジェット式のプリンティングヘッドの内部に液体またはゲルの形に保存されてよい。フォトポリマー材料がインクジェット式のプリンティングヘッドによって分配された後、材料は、堅くなってよく、または、その材料を堅くするために（例えば露光または紫外線放射によって）硬化されてよい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
インクジェット式のプリンティングヘッドは、圧電素子を含んでよい。圧電素子に対する電気パルスの適用は、プリンティングヘッドの内部の材料に圧力波を発生させてよい。圧力波は、プリンティングヘッドに１滴の材料を噴出させるかまたは吐出させてよい。
【０００５】
ある条件下で、圧力波は、材料の内部に小さい空腔（キャビテーション）を形成してよい。材料の成分は、材料の内部にガスバブルを形成するために、形成された空腔をガス状態に満たしてよい。インクジェット式のプリンティングヘッドにおける気泡の発生は、周知の現象である（例えば、Ｈ．Ｗｉｊｓｈｏｆｆ、「Ｔｈｅ  ｄｙｎａｍｉｃｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｉｎｋｊｅｔ  ｐｒｉｎｔｈｅａｄ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ」、Ｐｈｙｓｉｃｓレポート、ｖ．４９１（２０１０）、ｐｐ．７７―１７７参照）。インクジェット式のプリンティングヘッドは、好ましくは２次元印刷のための従来の印刷機において使われる。この種の適用において、インクの液滴における気泡の形成は、寄生的なまたは負の副作用と考えられる。そして、この種の気泡の形成を完全に抑制するかまたはそれを著しく減少させるために、多くの努力は費やされる。
【０００６】
本発明をよりよく理解して、そしてその現実的応用を認識するために、以下の図は提供されて、以後参照される。図は、例としてだけ与えられて、本発明の範囲をいかなる場合も制限しない点に留意する必要がある。類似のコンポーネントは、類似の参照番号によって示される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の実施形態による、プリンティング中に分配される材料の密度を制御することが可能な３Ｄプリンタの概略図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施形態による、単一ノズルのための低いデューティサイクルを有する電気パルスの発生を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施形態による、単一ノズルのための高いデューティサイクルを有する電気パルスの発生を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施形態による、３つのグループのノズルのための図２Ａのデューティサイクルを有する電気パルスの発生を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の実施形態による、３つのグループのノズルのための図２Ｂのデューティサイクルを有する電気パルスの発生を示す。
【図４】図４は、本発明の実施形態による、分配されるプリンティング材料の密度を制御する方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下の詳細な説明において、多数の具体的な詳細は、本発明の完全な理解を提供するために記載される。しかしながら、本発明がこれらの具体的な詳細なしで実施されてよいことは、当業者によってよく理解される。他の例において、周知の方法、手順、コンポーネント、モジュール、ユニットおよび／または回路は、本発明を不明瞭にしないように詳述しなかった。
【０００９】
本発明の実施形態によれば、インクジェット式のプリンティングヘッドの圧電ノズルによって分配される材料の密度は、制御可能である。プリンティングヘッドは、プリンタ内部にまたはそれに関連して組み込まれる。材料の液滴は、電気パルスがノズルに適用されるときにその圧電ノズルによって分配される。パルスの適用は、プリンティングヘッド内に含まれる材料の液滴を排出する圧力波の形成を生じさせる。液滴が排出されるにつれて、追加の材料は、プリンティングヘッド内へと流入する。圧力波の生成、液滴の分配、および追加の材料の流入の結合する作用によって、材料の内部にキャビテーションが生じる場合がある。材料の内部のキャビテーションは、プリンティングヘッドの内部で材料のガスバブル容量をこのように増加させる場合がある。
【００１０】
材料は、オブジェクトを形成するように３Ｄプリンティングの目的で分配されてよい。材料の分配された液滴は、オブジェクトの形成に寄与するように表面上に堆積されてよい。例えば、表面は、オブジェクトがプリンティングされるかまたは形成される基板、トレイまたはプラットフォームでよい。表面は、部分的に形成されるオブジェクトの最も近い（例えば、より上のまたは頂部の）面を含んでよい。
【００１１】
分配されて堆積される材料の密度を制御することは、制御可能な密度を有するオブジェクトの形成をこのように可能にする。形成されるオブジェクトの各層、領域またはコンポーネントを形成するために、分配される材料の密度を別々に制御することは、別のコンポーネントの密度とは異なる密度の１つのコンポーネントを有するオブジェクトの形成を可能にする。
【００１２】
材料の密度は、材料へのガスバブルの導入によって、材料の自然の密度から低下してよい。本明細書において、材料の自然の密度は、材料が隣接していてガスバブルによって中断されないときに、（例えば、温度および圧力を含む環境条件の所与の設定の下での）材料の密度として定義される。このように、ガスバブル容量がゼロに近いときに、材料の密度は、その材料の自然の密度に実質的に等しい。材料のガスバブル容量（例えば量または質量分率として表現可能な）がより大きいほど、材料の密度は、より小さい。材料の硬化（例えば加硫（ｃｕｒｉｎｇ）の結果として）まで、そしてその後、ガスバブルは、材料内に捕捉される場合がある。
【００１３】
圧電ノズルによって分配される材料のガスバブル容量は、そのノズルに対する一連の電気パルスの適用の制御によって制御されてよい。圧電ノズルに対する電気パルスの適用のタイミングを調整することによって、ガスバブルの形成は、制御されてよい。タイミングは、１つ以上のタイミング・パラメータによって特徴づけられる。タイミング・パラメータの少なくともサブセットは、分配される材料のガスバブル容量を制御するように調整可能である。電気パルスのタイミングに関する調整可能パラメータは、各パルスの持続時間、あるいは連続するパルス間の期間または時間を含んでよい。
【００１４】
１つのパルスとその次との間の時間間隔は、ノズルに適用される１つのパルスの特定の点（例えばパルスの開始点）から、そのノズルに適用される直ぐ次のパルスの等価な点（例えば開始点）まで、（プリンティングヘッドの連続動作の間）測定されてよい。本発明のいくらかの実施形態によれば、時間間隔（ここからはパルス周期）は、プリンタの同時に実行される作動によって拘束される場合がある。例えば、プリンティングヘッドと材料が分配される基材表面との間の相対運動は、一定速度（例えば、常に、あるいは、単一のオブジェクトまたはオブジェクトの単一のコンポーネントの形成の全体にわたって）を有してよい。オブジェクトを正確に形成するために、パルスが発生するパルス周波数（パルス周期の逆数（例えばパルス数／毎秒で表される））は、材料の分配と相対運動との間の連携によって拘束されてよい。本発明の他の実施形態によれば、相対運動は、パルス周波数の調整と連携して調整可能でよい。
【００１５】
単一パルスの持続時間（ここからはパルス幅）は、調整可能でよい。パルス周波数またはパルス周期が固定されるかまたは一定であるときに、パルス幅の調整は、パルスの遅延の補償調整によって付随されてよい。例えば、パルスの遅延は、パルス周期の一定の（例えば任意に選択された）位置とパルスの開始との間に時間間隔を記述してよい。パルス幅およびその対応するパルスの遅延（負の値を有してよい）の合計は、特定の固定したパルス周波数または周期にとってこのように実質的に一定でもよい。
【００１６】
本発明のいくらかの実施形態によれば、電気パルスタイミングと材料密度（または関連する材料のプロパティ（例えば透光性））との関係は、実験または観察から経験的に由来してよい。例えば、経験的関係を決定することは、一定のパルスタイミング（例えばパルス幅および周期）を維持すると共に、オブジェクトを形成するためにプリンティングヘッドのノズルを操作することを含んでよい。形成されたオブジェクトの密度は、次いで測定される。さまざまなパルスタイミングを有するオブジェクトの類似の形成、それらの密度の測定および結果の分析は、パルスタイミングと材料密度（または関連する材料のプロパティ（例えば透光性または誘電率））との間の経験的関係をもたらしてよい。
【００１７】
本発明のいくらかの実施形態によれば、プリンティングヘッドの１つのノズルに対する電気パルスの適用は、隣接するノズルに対するパルスの適用と連携してもよい。例えば、連携は、２つの隣接するノズル（例えば、最も近接するものと次の最も近接するもの）に対する電気パルスの同時適用を防止してよい。ノズルは、ノズルの多くのグループ（例えば３つのグループ）に割り当てられてよい。そして、各ノズルは、グループのうちの１つのメンバである。電気パルスは、単一のグループのメンバであるノズルに対して同時に適用されてよい。パルスは、他のグループに適用されるパルスの合間中に、１つのグループのノズルに適用される。
【００１８】
本発明のいくらかの実施形態によれば、パルスタイミングは、デューティサイクルによって特徴づけられてよい。単一のノズル（またはノズルのグループ）のためのデューティサイクルは、パルス周期に対するパルス幅の比として定義されてよい。隣接するノズルにパルスが同時に適用されないように、電気パルスの適用が連携されるときに、全体のデューティサイクルは、パルス周期に対する、それらのノズルの全てに適用されるパルスの合計の比として定義されてよい。
【００１９】
例えば、アクリル・ベースのフォトポリマー（例えば、Ｏｂｊｅｔ  ＶｅｒｏＣｌｅａｒ（登録商標）ＲＧＤ８１０（Ｏｂｊｅｔ（登録商標）社、Ｒｅｈｏｖｏｔ、イスラエル））のようないくらかの材料を分配するときに、電気パルスは、全体で４０％のデューティサイクルを有して適用されてよい。４０％以下のデューティサイクルを有する電気パルスの適用は、分配される材料の密度をその材料の自然の密度以下にかなり低下させる（例えば約１０％まで）ために、分配される材料に充分なガスバブル（例えば約１０容量％）を導入してよい。
【００２０】
１つ以上の電気パルスタイミング・パラメータと材料密度（またはガスバブル容量）との関係は、ルックアップテーブルまたは類似の表現によって表されてよい。例えば、ルックアップテーブルは、材料密度によってインデックスを付けられてよい。このように、特定の密度を有する材料が分配されるときに、ルックアップテーブルの参照は、その密度を有して分配される材料を産生する電気パルスタイミング・パラメータの値をもたらしてよい。あるいは、ルックアップテーブルに対するパルスタイミング・パラメータと材料密度との関係は、関数、公式または方程式として表されてよい。例えば、関数関係は、関数形成に対して経験に由来するデータを適合させることに由来してよい。
【００２１】
分配される材料の密度をその材料の自然の密度以下に低下させることは、有利でもよい。例えば、分配される材料の密度を低下させることは、その自然の密度を有して分配される材料による場合に比べてより軽いオブジェクトの形成を可能にしてよい。材料に、そして形成されるオブジェクトに依存して、ガスバブルの導入による材料密度の低下は、形成されるオブジェクトの機械的強度または他の機械的性質にこれといって影響を及ぼすことができない。同様に、オブジェクトを形成するために必要な材料の分量は、減少されてよく、したがって、オブジェクトを形成するためのコストを低減させる。
【００２２】
異なる材料を用いるプリンティングによって（例えば、追加のプリンティングヘッドによって、またはプリンティングヘッドに提供される材料を置き換えることによって）、異なる材料密度を有するプリンティングが達成可能であるにもかかわらず、この種のソリューションは、資源（例えば、材料当たりのプリンティングヘッドの制限される数）またはスループット（例えば、材料供給コンテナおよび付随する作用を置き換えるために必要な時間）により大きい負担をかけることができる。他方で、本発明の実施形態によれば、パルスタイミングを変更することは、プリンティング速度を減少させることなくプリンティング・プロセス中に繰り返し実行されることができる。
【００２３】
いくらかの材料については、密度を低下させるためにガスバブルを導入することは、分配される材料の、または形成されるオブジェクトの他の特性に影響を及ぼす場合がある。例えば、ガスバブルの導入は、材料の誘電率または他の電磁関連特性に影響を及ぼす場合がある。材料が透明である場合、材料へのガスバブルの導入によって、材料は、より半透明になる場合がある。（この場合、材料の透光性と材料密度との結合は、その半透明性を測定するかまたは観察することによって、分配される材料の密度または形成されるオブジェクトを決定するかまたは推定することを可能にしてよい。）Ｏｂｊｅｔ  ＶｅｒｏＣｌｅａｒ（登録商標）ＲＧＤ８１０（Ｏｂｊｅｔ社、Ｒｅｈｏｖｏｔ、イスラエル）は、その自然の密度において少なくとも部分的に透明であるが、ガスバブル容量の増加にともなってより半透明になる材料の１つの例である。
【００２４】
本発明のいくらかの実施形態によれば、図１は、プリンティング中に分配される材料の密度を制御することが可能な３Ｄプリンタの概略図である。
【００２５】
３Ｄプリンタ１０は、コントローラ２０によって制御されるように作動してよいプリンティングヘッド１２を含む。プリンティングヘッド１２は、複数の圧電ジェッティングユニット１４を含む。各圧電ジェッティングユニット１４は、その圧電ジェッティングユニット１４の圧電アクチュエータに適用される一連の電気パルスを発生させるために、コントローラ２０のジェッティング制御モジュール２６によって作動されてよい。圧電アクチュエータに対するパルスの適用は、ノズル１６に提供されるプリンティング材料に一連の圧力波を発生させてよい。プリンティング材料における圧力波の生成によって、ノズル１６は、プリンティング材料の液滴１８を噴出させるかまたは分配させてよい。分配されるプリンティング材料の密度は、電気パルスの適用されるシーケンスのタイミングによって測定されてよい。タイミングは、ジェッティング制御モジュール２６のタイミング制御サブモジュール２７によって制御されてよい。
【００２６】
パルスは、複数の圧電ジェッティングユニット１４に同時に適用されてよい。１つのノズル１６による液滴１８の分配が隣接するまたは隣りのノズル１６からの液滴の分配に影響（例えば、さまざまな機械的、音響的、または流体力学効果による）を及ぼすことを妨げるために、ジェッティング制御モジュール２６は、隣接するノズル１６の圧電ジェッティングユニット１４に同時にパルスを適用することを回避するように構成されてよい。１つの配置において、ノズル１６は、３つ以上のグループに分けられる。パルスは、単一のグループのノズル１６の圧電ジェッティングユニット１４にだけ同時に適用される。例えば、ノズル１６が３つのグループに分けられるとき、ノズルの列の全ての第３のノズル１６は、第１グループに属し、第１グループのノズルに直ちに後続するノズルは、第２グループに属し、第１グループのノズルに直ちに先行するノズルは、第３グループに属する。（例えば、図１に概略的に示される３つの隣接するノズル１６は、各々、別々のグループに属する。そうすると、示される３つのノズル１６のうちの２つは、同時に液滴１８を分配しない。）このように、同時に液滴を分配する２つのノズル１６は、最初の２つと同時に液滴を分配していない少なくとも２つの介在するノズル１６によって切り離される。
【００２７】
いくつかの実施形態において、圧電ジェッティングユニット１４のすべてのコンポーネントは、プリンティングヘッド１２内に位置する。他の実施態様において、圧電ジェッティングユニット１４のいくらかのコンポーネント（例えばいくらかの電気回路部品）は、プリンティングヘッド１２の外側に（例えばコントローラ２０に）位置してよい。
【００２８】
３Ｄプリンタ１０が単一のプリンティングヘッド１２を有して示されるにもかかわらず、プリンタは、複数のプリンティングヘッドを含んでよい。例えばプリンティング速度を上げるために、さまざまなプリンティングヘッドは、同時に作動されてよい。例えばプリンティングオブジェクト３６の異なる部分を形成するために、さまざまなプリンティングヘッドは、異なる材料を分配するように構成されてよい。
【００２９】
分配のための材料は、導管系統４２を介して材料貯蔵部４０からプリンティングヘッド１２のノズル１６まで提供されてよい。（導管系統４２は、共通の材料貯蔵部４０からプリンティングヘッド１２の複数のノズル１６まで材料を提供する複数の分岐（単純にするため図１には示されない）を概して含む。）材料貯蔵部４０から導管系統４２を介してノズル１６までの材料の提供は、コントローラ２０の材料供給制御モジュール３８によって制御されてよい。典型的な３Ｄプリンタは、３Ｄプリンタ貯蔵部への異なる材料の供給のための複数のカートリッジ供給ユニット（図示せず）を備えてよい。導管系統を介して、異なる材料は、複数のカートリッジユニットの異なるカートリッジから供給されてよい。この種の供給ユニットは、例えば同じ譲受人の米国特許第７，７２５，２０９号に記載されていて、参照によって本明細書に組み込まれる。
【００３０】
層（例えばプリンティングオブジェクト３６の層３７ａ、３７ｂ）を形成するために、プリンティングヘッド１２は、液滴１８を分配するように構成されてよい。プリンティングされて、液滴１８は、オブジェクト３６のより下位層３７ａの表面上に堆積されてよい。ここで、新しい上位層３７ｂの少なくとも一部を形成するために、それは凝固する（または、凝固するために硬化されてよい）。凝固する材料は、液滴１８の材料密度によって決定される密度を有する。プリンティングオブジェクト３６は、支持プラットフォーム３２によって支持されてよい。プリンティングヘッド１２と支持プラットフォーム３２との間に相対的な並進運動または回転運動を引き起こすために、アクチュエータ３０は、コントローラ２０の運動制御モジュール２８によって作動されてよい。例えば、アクチュエータ３０は、支持プラットフォーム３２、プリンティングヘッド１２、またはその両方を動かすために作動されてよい。矢印３４によって図式的に示される運動（ここからは運動３４）は、支持プラットフォーム３２と実質的に平行な平面における並進運動を含んでよく、（例えば、材料の分配された液滴１８の堆積によってプリンティングオブジェクト３６が形成されるにつれてプリンティングオブジェクト３６の高さが増大するにつれて、ノズル１６とプリンティングオブジェクト３６の最も近い点との間の実質的に一定の距離、したがって実質的に一定の層厚さを維持するために）プリンティングヘッド１２と支持プラットフォーム３２との間の距離を調整する並進運動を含んでよく、または、プリンティングヘッド１２と支持プラットフォーム３２との間に相対的回転を含んでよい。
【００３１】
コントローラ２０の条件モジュール４８は、プリンティングヘッド１２における、または３Ｄプリンタ１０の他のエンクロージャまたはコンポーネントにおける１つ以上の環境条件（例えば、周囲温度、湿度、冷却液流れ、冷却液組成）を示す１つ以上のセンサ（例えば、温度計、湿度センサ、流れセンサ、または他の光学的、機械的または電磁的センサ）からの受信データを制御してよい。１つ以上の環境条件を制御するために、条件モジュール４８は、１つ以上の環境制御デバイス（例えば、ヒータ、ファン、またはフィルタ）を制御してよい。条件モジュール４８は、検出された１つ以上の環境条件が予め決められた範囲から逸脱するときに、警報（例えば、視覚可能なまたは聴覚可能な）を発生するか、あるいは３Ｄプリンタ１０の作動を停止するかまたは休止するか、あるいはその両方をするように構成されてよい。環境条件を受け入れ可能な値に戻すために、警報は、修正処置（例えば、フィルタを交換し、材料を補充し、スイッチをリセットする）を実行するようにオペレータに指示してよい。
【００３２】
コントローラ２０は、プロセッサ２２および１つ以上のモジュールを含む。プロセッサ２２は、１つ以上の処理デバイスを含んでよい。プロセッサ２２の全てのまたはいくらかのコンポーネントは、プリンタ１０に組み込まれてよいか、あるいはプリンタ１０と通信するコンピュータまたは外部制御装置に組み込まれてよい。プロセッサ２２は、プログラム学習にしたがって動作してよい。
【００３３】
本発明のいくらかの実施形態によれば、コントローラ２０のモジュール（例えば、ジェッティング制御モジュール２６、運動制御モジュール２８、材料供給制御モジュール３８、または条件モジュール４８）は、モジュールの機能の実行を可能にするための回路を含んでよい。いくらかの実施形態によれば、コントローラ２０のモジュールは、プログラム、アプリケーション、またはモジュールの機能の実行を可能にするようにプロセッサ２２によって実行されるように構成されるプログラム学習のセットを含んでよい。
【００３４】
コントローラ２０のプロセッサ２２は、データ記憶装置２４と通信してよい。データ記憶装置２４は、１つ以上の揮発性または不揮発性データの、固定されるかまたは着脱可能なデータ記憶デバイスを含んでよい。データ記憶装置２４は、不揮発性のコンピュータ可読のデータ記憶媒体を含んでよい。データ記憶装置２４は、コントローラ２０または３Ｄプリンタ１０に組み込まれる１つ以上のコンポーネント・データ記憶デバイスを含んでよい。データ記憶装置２４は、コントローラ２０と別々であるかまたはコントローラ２０からリモートされる１つ以上のコンポーネント・データ記憶デバイスを含んでよい。この場合、プロセッサ２２は、データ通信チャネルまたはネットワークを介して、データ記憶装置２４のリモートコンポーネントと通信してよい。
【００３５】
データ記憶装置２４は、プロセッサ２２またはコントローラ２０の動作のためのプログラム学習を格納するのに利用されてよい。格納されたプログラム学習は、コントローラ２０の１つ以上モジュール（例えば、ジェッティング制御モジュール２６、運動制御モジュール２８、材料供給制御モジュール３８、または条件モジュール４８）の動作のための命令を含んでよい。
【００３６】
データ記憶装置２４は、プリンティングオブジェクト３６を形成するために、３Ｄプリンタ１０の動作を制御するためのデータまたはパラメータを格納するのに利用されてよい。例えば、データ記憶装置２４は、オブジェクト記述４４を格納するのに利用されてよい。
【００３７】
本発明のいくらかの実施形態によれば、オブジェクト記述４４は、３Ｄプリンタ１０によって形成されるかまたはプリンティングされるオブジェクトのデジタル表現を含んでよい。例えば、デジタル表現は、体素（体積要素）の３次元配列を含んでよい。各体素は、オブジェクトの３次元位置（例えば、適切な３次元座標系において特定されるような）で構成（ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）を特定する情報を含んでよい。オブジェクト記述４４は、プロセッサ２２によって得られてよく、そして解釈されてよい。オブジェクト記述４４に基づいて、プロセッサ２２は、例えば、ジェッティング制御モジュール２６、運動制御モジュール２８、または材料供給モジュール３８によって、実行のための一連の命令を生成してよい。生成された命令の実行は、３Ｄプリンタ１０のコンポーネント（例えば、プリンティングオブジェクト３６を形成するように１つ以上のプリンティングヘッド１２またはアクチュエータ３０）の動作を制御してよい。
【００３８】
本発明のいくらかの実施形態によれば、オブジェクト記述４４は、例えば、ジェッティング制御モジュール２６、運動制御モジュール２８、または材料供給モジュール３８によって実行のための一連の命令を含んでよい。生成された命令の実行は、３Ｄプリンタ１０のコンポーネント（例えば、プリンティングオブジェクト３６を形成するように１つ以上のプリンティングヘッド１２またはアクチュエータ３０）の動作を制御してよい。
【００３９】
オブジェクト記述４４は、密度データ４６を含んでよい。オブジェクト記述４４が形成されるオブジェクトのデジタル表現を含む場合、密度データ４６は、そのデジタル表現の要素の密度を特定してよい。密度データ４６は、プリンティングオブジェクト３６の要素（例えば、堆積材料が凝固したあと）の密度、またはその要素を形成するために分配される液滴１８の材料密度、を特定してよい。オブジェクト記述４４が、プリンティングオブジェクト３６を形成するようにコントローラ２０のモジュールによる実行のための命令を含む場合、密度データ４６は、ジェッティング制御モジュール２６のタイミング制御サブモジュール２７による実行のための命令を含んでよい。命令の実行は、ノズル１６が所望の密度を有する液滴１８を分配するように、ジェッティング制御モジュール２６に圧電ジェッティングユニット１４の電気パルスタイミングを制御させてよい。
【００４０】
一実施形態において、構築された３次元モデルの内側に異なる量のガスバブルを導入してテストするために、ほぼ１ｃｍ厚の平面平行したサンプルは、透明なフォトポリマー（Ｏｂｊｅｔ  Ｖｅｒｏ  Ｃｌｅａｒ（登録商標）ＲＧＤ８１０）からプリンティングされて、異なるジェッティング周波数および、プリンティングヘッドに供給する電気信号のパターニングのためのパルス幅および遅延の異なる組み合わせを用いてＡＬＡＲＩＳ（登録商標）３Ｄプリンタ（両方ともＯｂｊｅｔ（登録商標）社、Ｒｅｈｏｖｏｔ、イスラエル）によってジェッティングされた。異なる構築条件は、異なるおよび様々なガスバブル容量に結果としてなり、そして次に、以下の図に記載されかつ概略的に示されるように、半透明性の異なるレベルに結果としてなる。
【００４１】
図２Ａ、図２Ｂは、単一のノズル１６のための電気パルス発生のコントロールを概略的に示す。
【００４２】
図２Ａは、本発明の実施形態による、単一のノズルのための低いデューティサイクルを有する電気パルスの発生を示す。図２Ａに示す電気パルス発生のデューティサイクルは、図２Ｂに示す電気パルス発生のデューティサイクルと比較して低い。低いデューティサイクルを有するパルスの適用は、分配された材料の増加したガスバブル容量および低下した密度に結果としてなってよい。
【００４３】
グラフ２００は、時間Ｔの関数として、プリンティングヘッドのノズルの圧電素子に対する電圧Ｖの電気信号の適用を示す。グラフ２００に示すように、適用される電圧は、電気パルス２０２が発生するときを除いてほぼゼロである。パルス周期２０４は、ノズルに対するパルス２０２の継続的な連続適用間の時間間隔である。パルス周期２０４（パルス周波数で逆数）は、１つ以上の要因によって決定されてよい。例えば、パルス周期２０４は、パルス２０２の適用と、プリンティングヘッドと形成されるプリンティングオブジェクトとの間の相対運動との同期に関連してもよい。
【００４４】
パルス幅２０６は、パルス２０２が適用される時間を表す。例えば、パルス幅２０６は、パルス２０２の半値幅を表してよい。
【００４５】
パルスは、プリンティングヘッドの複数のノズルに同時に適用されてよい。例えば、単一のノズル（またはノズルのグループ）に適用される第１のパルス２０２の終端と直後のパルス２０２との間の時間間隔中に、パルスは、他のノズルに適用されてよい。このように、単一のノズルに対するパルスの連続適用の間の他のノズルに対するパルスの適用は、デューティサイクルを拘束してよい。
【００４６】
図２Ｂは、本発明の実施形態による、単一のノズルのための高いデューティサイクルを有する電気パルスの発生を示す。図２Ｂに示す電気パルス発生のデューティサイクルは、図２Ａに示す電気パルス発生のデューティサイクルと比較して高い。低いデューティサイクルを有するパルスの適用は、増加したガスバブル容量に結果としてなってよい。その一方で、高いデューティサイクルを有するパルスの適用は、材料の自然の密度に近い分配される材料の密度を与えてよい。
【００４７】
グラフ２００’に示すように、適用される電圧は、電気パルス２０２’が発生される場合を除いてほぼゼロである。パルス周期２０４は、ノズルに対するパルス２０２’の継続的な連続適用間の時間間隔である。パルス幅２０６’は、パルス２０２’が適用される時間を表す。
【００４８】
パルス周期２０４が一定値に固定されるかまたは拘束されるとき、グラフ２００のパルス幅２０６およびパルスの遅延２０８の合計は、グラフ２００’のパルス幅２０６’およびパルスの遅延２０８’の合計に等しい。
【００４９】
図３Ａは、本発明の実施形態による、３つのグループのノズルのための図２Ａのデューティサイクルを有する電気パルスの発生を示す。
【００５０】
グラフ３００ａ、３００ｂ、３００ｃは、それぞれ、３つの異なるグループのノズルに対する電気パルス２０２の適用を表す。例えば、グラフ３００ａ、３００ｂ、３００ｃは、プリンティングヘッドの３つの隣接するノズルに対する電気パルス２０２の適用を表してよい。図３Ａに示すように、パルスの遅延２０８は、異なるグループのノズルに対するパルス２０２の適用の間の時間遅延を表す。例えば、パルス２０２がグラフ３００ａに対応するノズルに適用された後、他のパルス２０２は、パルスの遅延２０８の後にグラフ３００ｂに対応するノズルに適用される。
【００５１】
例えば、図２Ａ、図３Ａにおいて、パルス幅２０６は、ほぼ４マイクロ秒でもよい。パルスの遅延２０８は、ほぼ５マイクロ秒でもよい。パルス周期２０４は、ほぼ３３マイクロ秒（約３０キロヘルツのジェッティングまたはパルス周波数に対応する）でもよい。このように、各ノズルのためのデューティサイクルは、約１２％であり、全体のデューティサイクルは、ほぼ３６％である。この種のパルスタイミングを有する典型的なアクリル・ベースのフォトポリマーを分配するとき、ガスバブル容量は著しく増加して（例えば約１０％）、分配された材料の密度は対応して低下する（自然の密度の約８９％まで）。このような条件下で、透明なアクリル・ベースのフォトポリマーは、不透明であるように見えてよい。
【００５２】
図３Ｂは、本発明の実施形態による、３つのグループのノズルのための図２Ｂのデューティサイクルを有する電気パルスの発生を示す。
【００５３】
グラフ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃは、それぞれ、３つの異なるグループのノズルに対する電気パルス２０２’の適用を表す。パルスの遅延２０８’は、異なるグループのノズルに対するパルス２０２’の適用の間の時間遅延を表す。図３Ｂに示すデューティサイクルは、最大に近い。このように、パルス２０２’は、時間のほぼ全てでノズルのグループのうちの１つに適用されている。
【００５４】
例えば、図２Ｂ、図３Ｂにおいて、パルス幅２０６’は、ほぼ７マイクロ秒でもよい。パルスの遅延２０８’は、ほぼ１マイクロ秒でもよい。パルス周期２０４は、ほぼ３３マイクロ秒（約３０キロヘルツのジェッティングまたはパルス周波数に対応する）でもよい。このように、各ノズルのためのデューティサイクルは、約２１％であり、全体のデューティサイクルは、ほぼ６３％である。この種のパルスタイミングを有する典型的なアクリル・ベースのフォトポリマーを分配するとき、ガスバブル容量はゼロに近くて（例えば０．１％未満）、分配された材料の密度は自然の密度の近くにある。
【００５５】
図３Ａ、図３Ｂの各々において、全てのグループの全てのパルスが単一のパルス幅（それぞれ２０６、２０６’）および単一パルスの遅延（それぞれ２０８、２０８’）を有するものとして示されるにもかかわらず、パルス幅およびパルスの遅延は、異なるグループのために異なってもよい。
【００５６】
コントローラは、分配されるプリンティング材料の密度を制御する方法にしたがってプリンタを作動するように構成されてよい。特に、３Ｄプリンタのコントローラは、その方法にしたがって作動するように構成されてよい。
【００５７】
図４は、本発明の実施形態による、分配されるプリンティング材料の密度を制御する方法のフローチャートである。（参照は、図１に示すコンポーネントにもなされる。）
【００５８】
フローチャートのブロックによって表される個別の動作への図示の方法の区分が便宜および明快さのためにだけ選択されたことは、フローチャートに関して理解されなければならない。個別の動作への図示の方法の他の区分は、等価な結果をともなって可能である。個別の動作への図示の方法のこの種の他の区分は、本発明の他の実施形態を表すものとして理解されなければならない。
【００５９】
同様に、特に明記しない限り、フローチャートのブロックによって表される動作の実行の図示の順序が便宜および明快さのためにだけ選択されたことを理解すべきである。図示の方法の動作は、他の命令において、または同時に、等価な結果をともなって実行されてよい。図示の方法の動作のこの種の再命令は、本発明の他の実施形態を表すものとして理解されなければならない。
【００６０】
密度の制御方法４００は、３Ｄプリンタ１０のコントローラ２０のようなコントローラ、または、３Ｄプリンタ１０のプロセッサ２２のようなコントローラのプロセッサによって実行されてよい。
【００６１】
プリンティングによって形成されるオブジェクトの記述は、得られてよい（ブロック４１０）。コントローラ２０と関連するか、またはコントローラ２０と通信してよいデータ記憶装置２４から、記述は、得られてよい。記述は、形成されるオブジェクトのデジタル表現を含んでよい。記述は、実行される動作のリストをもたらすために分析されてよい。あるいは、得られた記述は、オブジェクトの形成に関して実行される動作のリストを含んでよい。
【００６２】
密度に関するデータは、得られてよい（ブロック４２０）。密度に関するデータは、形成されるオブジェクトの全部または一部の密度に関するプロパティを特定してよい。密度に関するプロパティは、ノズル１６によって分配される材料の密度を含んでよく、あるいは、形成されるオブジェクト（例えば、材料が凝固したあと）の密度、またはオブジェクトの領域、一部またはコンポーネントの密度を含んでよい。密度に関するプロパティは、材料またはオブジェクトの相対密度（例えば、自然の密度または比重の分数（ｆｒａｃｔｉｏｎ））を含んでよい。密度に関するプロパティは、材料の多くの分配される液滴、あるいは材料またはオブジェクトのガスバブル容量を含んでよい。密度に関するプロパティは、材料またはオブジェクトの密度と相関してよいプロパティを含んでよい。この種のプロパティは、例えば、半透明性、光学的濃度、引張強さ、または誘電率を含んでよい。
【００６３】
密度に関するデータに対応するパルスタイミングは、決定されてよい（ブロック４３０）。パルスタイミングは、例えば、密度に関するプロパティをパルスタイミングの１つ以上の特徴と関連づけるルックアップテーブルまたは関数関係から得られてよい。パルスタイミングの特徴は、パルス周波数またはパルス周期、パルス幅、パルスの遅延、単一のノズルまたはノズルのグループのためのデューティサイクル、あるいはノズルの複数のグループのための全体のデューティサイクルを含んでよい。
【００６４】
さらなる要因は、パルスタイミングの特徴を決定する際に考慮されてよい。例えば、一方でプリンティングヘッド１２と、他方でプリンティングされるオブジェクトまたは支持プラットフォーム３２との間の相対運動の同期は、パルス周波数またはパルス周期の決定に影響を及ぼしてよい。
【００６５】
例えば、パルス周波数は、材料堆積の予め決められた割合を可能にするために、相対運動の速度と連携されてもよい。例えば、堆積速度が１ミリメートルにつき１００滴である場合、２２キロヘルツのパルス周波数は、１秒につき２２０ミリメートルの相対運動に対応する。同じ堆積速度については、３３キロヘルツのパルス周波数は、１秒につき３００ミリメートルの相対運動に対応する。
【００６６】
１つの電気パルス（概して一連の電気パルスの一部）は、決定されたパルスタイミングにしたがってノズル１６の圧電ジェッティングユニット１４に適用される（ブロック４４０）。電気パルスの適用によって、材料の複数の液滴１８は、関連するノズル１６によって分配されてよい。各分配される液滴１８のガスバブル容量およびしたがって密度は、パルスタイミングによって決定される。
【００６７】
制御された密度の液滴１８の分配をともなうプリンティングヘッド１２と支持プラットフォーム３２との間の同時的相対運動によって、分配された材料は、形成されているオブジェクト（例えば、プリンティングオブジェクト３６）上に直線または曲線の形で堆積されてよい。他のノズル１６またはプリンティングヘッド１２による材料の同時的分配（またはプリンティングヘッド１２と支持プラットフォーム３２との間の横のまたは他の追加的な相対運動）によって、制御された密度の材料の区域、領域、または層は、プリンティングオブジェクト３６上に堆積されてよい。
【実施例】
【００６８】
上記のように、ガスバブル容量とパルスタイミングとの関係は、経験的に決定されてよい。下記の実施例は、３次元モデルをプリンティングするときにガスバブル容量の経験的決定を示す。
【００６９】
異なる量のガスバブルを３次元モデルの内側に導入して、ガスバブル容量を測定するために、ほぼ１ｃｍ厚の平面平行したサンプルは、透明なフォトポリマー（Ｏｂｊｅｔ  Ｖｅｒｏ  Ｃｌｅａｒ（登録商標）ＲＧＤ８１０）からプリンティングされて、ＡＬＡＲＩＳ（登録商標）３Ｄプリンタ（両方ともＯｂｊｅｔ（登録商標）社、Ｒｅｈｏｖｏｔ、イスラエル）によってジェッティングされた。プリンティングヘッドの圧電素子に適用された電気信号をパターン化する際に、異なるジェッティング（パルス）周波数ならびに、パルス幅およびパルスの遅延の異なる組み合わせが使われた。テストされたパルスタイミング・パターンおよび可変のパラメータは、図３Ａ、図３Ｂに概略的に示される。
【００７０】
異なる構築条件（パルスタイミング）は、異なるおよび様々なガスバブル容量に結果としてなり、そして次に、モデルの半透明性の異なるレベルに結果としてなる。
【００７１】
インクジェット式のプリンティングヘッドは、ヘッドの加工ボリュームの内側の圧力波へと電気パルスを変形させるための圧電素子を使用した。一般の従来技術の実践は、パルスの所与の振幅（例えば、図３Ａにグラフで示されるパルス２０２の高さ）のための放出される液滴の量を最大にすることである。この方法は、最も広い可能なパルス（例えば、図３Ｂの最大パルス幅２０６’）に結果としてなる。その一方で、パルスの遅延（例えば、図３Ｂのパルスの遅延２０８’）は、継続的なパルスの時にはオーバーラップを回避する極小値にセットされる。テストされるプリンティングヘッドのために、典型的なタイミング・パラメータは、７．０マイクロ秒のパルス幅および１．０マイクロ秒のパルスの遅延を含む。パルス幅は、一般的に用いられるパルスタイミング・パラメータのためのパルスの遅延を超える。
【００７２】
一実施形態において、増加した（例えば最小限よりも著しく大きい）ガスバブル容量は、パルスタイミング・パラメータを一般的に用いられる値から意図的に変更することによってジェッティングされた材料へと導入された。ガスバブル容量は、プリンティングモデルの材料密度を測定することによって測定された。バブルのガスの密度は、ジェッティングされた液体の密度と比較して、無視できるほど小さい。このように、バブルのない同一材料（材料Ｂ）の（自然な）密度に関してバブルを含む材料（材料Ａ）の密度の比率は、材料Ａのガスバブルの体積率に匹敵するとみなされてよい。
【００７３】
プリンティングヘッド・メーカーによって推奨される最も一般的な操作モードにおいて、電気パルス幅（図３Ｂのすべてのジェットのための同じ２０６’）は、７．０マイクロ秒であり、パルスの遅延（図３Ｂのすべてのジェットのための同じ２０８’）は、１．０マイクロ秒であり、ジェッティング周波数は、３０ｋＨｚである。パルスは、ノズルの３つのグループに別々に適用される。３０ｋＨｚのジェッティング周波数は、３３．３マイクロ秒のパルス周期２０４（図３Ｂの）に対応する。このように、単一のパルス周期において、パルスは、２１マイクロ秒（ノズルの全３つのグループのためのパルス幅の合計）（パルス周期のほぼ６３％）の合計時間の間、適用される。全体のデューティサイクル（電気パルスがノズルに供給される間のパルス周期の一部分として）の値は、ジェッティングされた液滴の量を増加させるために、通常、できるだけ高く維持される。このような条件下で、ガスバブルの特定の容量は、材料において観察されて、材料は、ある程度は半透明であるように見える。
【００７４】
７．５マイクロ秒の（図３Ｂのすべてのノズルのための同じ）電気的パルス幅２０６’、４．５マイクロ秒の（図３Ｂのすべてのジェットのための同じ）パルスの遅延２０８’、および２２ｋＨｚのジェッティング周波数が使われるとき、材料のガスバブル容量は、非常に少なくて、材料は、完全に透明に見える。
【００７５】
４．０マイクロ秒の（図３Ａのすべてのジェットのための同じ）電気パルス幅２０６、５．０マイクロ秒の（図３Ａのすべてのジェットのための同じ）パルスの遅延２０８、および３０ｋＨｚのジェッティング周波数が使われるとき、材料は、完全に不透明に見える。パルス幅よりも大きいパルスの遅延を有するこの種のパルスタイミングは、従来技術において公知のパルスタイミングとは対照的である。典型的な従来技術のパルスタイミングについては、パルスの遅延は、低い値にセットされる。そして、プリンティングヘッドから放出される材料の十分に高い量の液滴を提供するために、パルス幅は、高い値にセットされる。
【００７６】
標準外の組み合わせ（例えば、４．０マイクロ秒のパルス幅、５．０マイクロ秒のパルスの遅延、および３０ｋＨｚのジェッティング周波数、あるいは、７．５マイクロ秒のパルス幅、４．５マイクロ秒のパルスの遅延、および２２ｋＨｚのジェッティング周波数）の使用は、一般的に用いられるパラメータセット（７．０マイクロ秒のパルス幅、１．０マイクロ秒のパルスの遅延、および３０ｋＨｚのジェッティング周波数）で得られる値に関して、ある程度（５〜８％）までプリンティングヘッドから放出される材料液滴の量を減少させる。この減少は、液滴におけるガスバブルの存在によって生じる。構築された（凝固した）材料の密度は、同じ範囲に低下する。
【００７７】
周波数およびパルスの異なる値を用いてプリンティングされる材料サンプルの密度は、算出された。サンプルは、４０ｍｍ×４０ｍｍ×１０ｍｍの寸法を有する材料の矩形ブロックであった。ブロックの寸法は、０．０１ｍｍの精度をもつｄｉｇｉｔａｌ  Ｆｏｗｌｅｒ  ＰｒｏＭａｘ  Ｃａｌｉｐｅｒ  ＩＰ６７（Ｆｒｅｄ  Ｖ．  Ｆｏｗｌｅｒ社、米国）を用いて測定された。それらの重量は、０．０００１ｇの精度をもつａｎａｌｙｔｉｃａｌ  ｂａｌａｎｃｅ  ＡＢ２０４−Ｓ  ｏｆ  Ｍｅｔｔｌｅｒ  Ｔｏｌｅｄｏ（Ｍｅｔｔｌｅｒ−Ｔｏｌｅｄｏ、スウェーデン）を用いて決定された。結果は、表１に示される。
【００７８】
【表１】
2015212088.tif 000003
【００７９】
表１から分かるように、第１の作業点で構築されるサンプルは、第２の作業点で構築されるサンプルよりも低い約１０％の密度を有する。慎重な顕微鏡検査は、第２の作業点で構築されたサンプルが気泡を含まないことを示した。このように、第１の作業点で構築されるサンプルは、１０％の気泡容量を有する。
【００８０】
フォトポリマー材料を節約する目的で、著しく増加したガスバブル容量（減少した密度）を有するモデルを構築するために、本発明の実施形態は、使われてよい。表１に記載されたデータから、４．０マイクロ秒の幅、５．０マイクロ秒の遅延を有し、３０ｋＨｚのジェッティング周波数を有する電気パルスのパラメータを用いてプリンティングを走らせることは、フォトポリマーに１０％のガスバブルの導入を提供すると結論されてよい。この極めて高いガスバブル容量は、パルスの遅延がパルス幅を超える（すなわち、デューティサイクルだけでほぼ４０％以下）ときに得られてよい。
【００８１】
３次元モデルの構築中に隣接するかまたは続くスライスまたは層のプリンティングの間に、プリンティングヘッドに供給する電気パルスのパラメータセット（幅、遅延および周波数）を変えることは、急速になされてよい。それは、単一の構築プロセスの間に単一の構築材料を用いていくつかのモデルまたはいくつかのモデルパーツのプリンティングを可能にする。ここで、各モデルまたは各モデルパーツを形成する材料は、構築材料の置換または変更を必要とせずに、それ自身の異なるガスバブル容量を有する。
【００８２】
ジェッティング周波数の変更は、材料堆積の必要率を提供するために、運動方向（Ｘ方向）におけるプリンティングヘッド運動の速度の適切な変更を必要とすることは、当業者に明らかである。例えば、１００ｄｐｍ（ｍｍ当たりの液滴数）の堆積速度のために、２２ｋＨｚのジェッティング周波数は、２２０ｍｍ／秒の速度を有するプリンティングヘッド運動に対応する。その一方で、３３ｋＨｚのジェッティング周波数は、３００ｍｍ／秒の速度を有するプリンティングヘッド運動に対応する
【００８３】
プリンティングヘッドに適用される電気パルスのタイミング・パラメータ（例えば、それらの幅、遅延および周波数）の変化は、ジェッティング材料の内部に２つの極値（無視できるほど小さい（＜０．１％）、および全く大きい（〜１０％）ガスバブル容量）だけでなく、いくらかの中間値を得る可能性も生成できることを示した。
【００８４】
本発明の第２実施形態は、単一のトレイまたは支持プラットフォーム上に少なくとも２つのモデルを構築するために使用してよい。ここで、１つのモデルは、非常に小さいガスバブル容量を有する。そして、第２のモデルの材料は、中間のガスバブル容量を有する。すべてのモデルは、単一の材料を用いて、例えば、ＡＬＡＲＩＳ  ３Ｄプリンタ（Ｏｂｊｅｔ社、イスラエル）上にＯｂｊｅｔ  ＶｅｒｏＣｌｅａｒ  ＲＧＤ８１０を用いて、構築されてよい。
【００８５】
本明細書に記載されたデータから、本実施例の第１実施形態によるモデルの層または領域は、２２０ｍｍ／秒（ジェッティング周波数２２ｋＨｚ）のプリンティングヘッド運動速度、ならびに、７．５マイクロ秒の幅および４．５マイクロ秒の遅延の電気パルス・パラメータを用いて構築されてよいと理解されてよい。本実施例の第２実施形態によるモデルに属する層または領域は、２２０ｍｍ／秒（ジェッティング周波数２２ｋＨｚ）の運動速度、ならびに、４．０マイクロ秒の幅および５．０マイクロ秒の遅延の電気パルス・パラメータを用いて構築されてよい。両方のタイプの領域は、同じジェッティング周波数を用いて、すなわち、プリンティングヘッドの同じ運動速度を用いて構築されてよい。
【００８６】
本明細書に記載されたように、非常に小さいガスバブル容量を有するモデルは、透明であるように見える。その一方で、有意なガスバブル容量を有するモデルは、半透明であるように見える。このように、２つのモデルは、同じトレイ上で、同じプリンティング・プロセスの間、そして同じ材料を用いてプリンティングされてよい。しかし、１つのモデルは透明であり、第２のモデルは半透明外観を有する。
【００８７】
プリンティングヘッドに適用される電気パルスのタイミング・パラメータのコントロールは、必要なガスバブル容量にしたがってなされてよい。他の場合、例えば、透明なフォトポリマー材料を用いて構築するときに、しかし異なるモデルにおいて（または同じモデルの異なる部分において）半透明性の異なる値が必要とされる所で、コントロールは、半透明性の必要な値にしたがって直接（例えば、較正表または較正曲線にしたがって）実行されてよい。ガスバブル容量（または、透明なフォトポリマーの場合における半透明性）の必要な分布に対応する電気パルスのパターンの決定は、構築プロセスの前に、そしてプリンティングシステムの任意に外側で、なされてよい。
【００８８】
このように、別の実施形態では、半透明性の必要な分布に対応する電気パルスのパターンの決定のステップは、マシンの外側で、そして構築プロセスの前に、実行される。この場合、構築は、予め決められたパルスタイミングで始まる。
【００８９】
追加的な実施形態によれば、同じプリンティング表面またはトレイ上の単一のプリンティング・プロセスにおいて、そして単一の提供される材料を用いて、２つのモデルが構築されてよい。ここで、第１のモデルは透明であり、第２のモデルは完全に不透明である。上記のデータから、第１のモデルに属する領域は、２２０ｍｍ／秒（ジェッティング周波数２２ｋＨｚ）の運動速度および、７．５マイクロ秒の幅、４．５マイクロ秒の遅延の電気パルス・パラメータを用いて構築されてよく、そして、第２のモデルに属する領域は、３００ｍｍ／秒（ジェッティング周波数３０ｋＨｚ）の運動速度および、５．０マイクロ秒の幅、３．０マイクロ秒の遅延の電気パルス・パラメータを用いて構築されてよいことを、人は理解することができる。両方のタイプの領域がプリンティング面上の同じ層の範囲内に存在するこのようなプリンティング層は、トレイの上のプリンティングヘッドの２回のパス（透明モデルの領域のジェッティング周波数に対応するプリンティングヘッドの運動速度を有する１回目のパス、および半透明モデルの領域のジェッティング周波数に対応するプリンティングヘッドの運動速度を有する２回目のパス）において構築されてよい。関連するモデルの半透明性（または透明度）の関連するレベルに対応するプリンティングヘッドの運動速度については、２つのモデルのうちの１つだけの領域を含むトレイ上のプリンティング層は、単一のパスにおいて構築されてよい。
【００９０】
本発明が限定された数の実施形態に関して記述されたとはいえ、本明細書において特に図示されかつ記述されたことによって本発明が制限されないことは、当業者によって認められる。むしろ、本発明の範囲は、本明細書を読み込む際に当業者に生じる、そして従来技術にはない変形および変更と同様に、本明細書に記載されているさまざまな特徴の組み合わせおよび下位組み合わせの両方を含む。
【図１】
2015212088.tif 000004
【図２Ａ】
2015212088.tif 000005
【図２Ｂ】
2015212088.tif 000006
【図３Ａ】
2015212088.tif 000007
【図３Ｂ】
2015212088.tif 000008
【図４】
2015212088.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成27年5月18日(2015.5.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧電ノズルを有するプリンティングヘッド、
前記ノズルに材料を提供する材料貯蔵部であって、前記材料貯蔵部内の前記材料は、自然の密度を有する、材料貯蔵部、
前記ノズルから前記材料の液滴を分配するように前記圧電ノズルに電気パルスを適用するためのタイミング・パラメータを制御するように構成されるコントローラ、を備え、
前記タイミング・パラメータは、前記材料の密度を前記材料の自然の密度よりも小さい選択された密度に減少させるように前記液滴における前記材料にガスバブルを導入するように制御される、３次元プリンタ。
【請求項２】
前記コントローラは、パルス周期、パルス幅、パルスの遅延、デューティサイクル、および全体のデューティサイクルを含むタイミング・パラメータ・リストから前記タイミング・パラメータを選択するように構成される、請求項１に記載のプリンタ。
【請求項３】
前記タイミング・パラメータは、全体のデューティサイクルであり、前記コントローラは、前記全体のデューティサイクルを４０％以下の値に調整するように構成される、請求項１に記載のプリンタ。
【請求項４】
前記コントローラは、前記タイミング・パラメータと前記材料の密度に関するプロパティとの間の予め決められた対応関係にしたがって前記タイミング・パラメータの値を選択するように構成される、請求項１に記載のプリンタ。
【請求項５】
前記コントローラは、前記材料の密度、硬化後の前記材料の密度、半透明性、光学的濃度、および誘電率を含む密度に関するプロパティ・リストから前記密度に関するプロパティを選択するように構成される、請求項４に記載のプリンタ。
【請求項６】
プリントされたオブジェクトを支持する支持プラットフォームをさらに備え、前記コントローラは、前記プリンティングヘッドと前記支持プラットフォームとの間の相対運動に対応する前記タイミング・パラメータの値を選択するように構成される、請求項１に記載のプリンタ。
【請求項７】
前記コントローラは、少なくとも２つの他のノズルによって互いに切り離される複数のノズルに前記電気パルスを同時に適用するように構成される、請求項１に記載のプリンタ。