(57)【要約】      （修正有）【課題】水ベースの接着剤を使用し、３次元モデルの作成における連続的な紙の層を結合する場合にも紙のたわみや歪みなどの問題を起こさないラピッドプロトタイピング(ＲＰ)能力を備えた積層物体造型(ＬＭＯ)システムを提供する【解決手段】典型的に、円周上に間隔を空けて配置された、接着剤を収容するための複数の凹部を有する接着剤塗布輪３を用いて、紙上への接着剤の塗布を生じさせ、塗布輪３は、目標基材に１以上の凹部４に充填された接着剤を運ぶよう回転可能であり、基材上の離れた位置に制御された量の接着剤を付着させる接着剤分注器を持つシステム。【選択図】図２
2015091967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラピッドプロトタイピング用の積層物体造型(ＬＯＭ)システムで用いられる、対象基材に接着剤を塗布するための接着剤分注器であって、
該接着剤分注器は、円周方向に間隔を空けて配置された、接着剤を収容するための複数の凹部を有する接着剤塗布輪を具え、
該塗布輪は回転可能であり、１以上の凹部に充填された接着剤を対象基材に運び、該対象基材上の離れた位置に、制御された量の接着剤を付着させることを特徴とする接着剤分注器。
【請求項２】
前記塗布輪は、前記対象基材に接触するよう構成された接触表面を有し、前記複数の凹部は、前記接触表面に形成される請求項１に記載の接着剤分注器。
【請求項３】
前記接着剤分注器は、接着剤を１以上の凹部に充填するための密封接着剤充填チャンバを前記接着剤塗布輪と共に画定する接着ワイプを具える請求項１または２に記載の接着剤分注器。
【請求項４】
前記ワイプは、接着剤の加圧型供給器に連結される請求項３に記載の接着剤分注器。
【請求項５】
前記ワイプは、前記チャンバの側壁部および開口部を画定する請求項３または４に記載の接着剤分注器。
【請求項６】
前記ワイプは、前記塗布輪に整合するよう形成される請求項３、４または５に記載の接着剤分注器。
【請求項７】
前記チャンバは排出手段を有し、前記凹部からの空気の置換および前記チャンバからの前記空気の排出による前記凹部の充填を可能にする請求項３〜６のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項８】
前記排出手段は、凹部と相互作用するよう構成されたワイプの中に構成を具える請求項７に記載の接着剤分注器。
【請求項９】
前記塗布輪の凹部は、該凹部が前記チャンバを通って回転するにつれて充填される請求項３〜８のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項１０】
前記接触表面は、前記ワイプと密閉接触するよう構成される請求項２〜９のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項１１】
前記ワイプを前記塗布輪と密封接触した状態に維持するための、バイアス手段を具える請求項３〜１０のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項１２】
前記接触表面は、前記塗布輪と一体である請求項２〜１１にいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項１３】
前記接触表面は、前記塗布輪に取り付け可能なリングを具える請求項２〜１１にいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項１４】
前記凹部の寸法および間隔は、付着されるべき接着剤の量に従って変えられることができる請求項１〜１３のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項１５】
前記凹部は、ほぼ１０〜５０ナノリットル程度の容積を有する請求項１〜１４のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項１６】
前記凹部は、実質的に半球形状を有する請求項１〜１５のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項１７】
前記接触表面は、低摩擦材料から成るかおよび／または低摩擦皮膜を具える請求項１〜１６のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項１８】
前記対象基材は、紙基材を含む請求項１〜１７のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項１９】
前記紙は、シート形状で供給される請求項１８に記載の接着剤分注器。
【請求項２０】
前記接着剤は、ＰＶＡ接着剤等の水ベースの接着剤を含む請求項１〜１９のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項２１】
前記接着剤は、毛管作用によって、充填された凹部から対象基材に付着される請求項１〜２０のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項２２】
前記塗布輪は、該塗布輪の回転の方向および角速度を制御するための塗布輪駆動手段に連結される請求項１〜２１のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項２３】
対象基材に対して移動するよう取り付けられる請求項１〜２２のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項２４】
前記対象基材に対する前記接着剤分注器の直線速度を制御するための駆動手段に連結される請求項２３に記載の接着剤分注器。
【請求項２５】
前記角速度および直線速度は、必要に応じて、前記対象基材上に不定量の接着剤の載置をもたらすよう制御可能である請求項２２、２３または２４に記載の接着剤分注器。
【請求項２６】
請求項１〜２５のいずれか一項に記載の接着剤分注器を組み込むラピッドプロトタイピング用の積層物体造型(ＬＯＭ)システム。
【請求項２７】
３次元オブジェクトの発生をもたらすために、紙基材の複数の層上へ水ベースの接着剤の塗布を提供する、ラピッドプロトタイピング用の積層物体造型(ＬＯＭ)システムであって、該システムは、
ａ）前記水ベースの接着剤のための容器と、
ｂ）該容器から前記紙基材上へ、前記水ベースの接着剤を分注するための、前記容器と流体連結している分注器と、
ｃ）後に続く前記紙基材への接着剤の分注のため、前記分注器を前記紙基材の特定の位置に移動させるよう前記分注器に作用する制御手段と
を具えることを特徴とする積層物体造型システム。
【請求項２８】
前記分注器は、前記紙基材上の特定の位置への、所定量の接着剤の選択的な分注を、動作可能に提供する請求項２７に記載の積層物体造型システム。
【請求項２９】
複数枚の紙のシートを収容し、かつ必要に応じて、複数枚のシートの個々のシートを供給するための、紙供給機構を具える請求項２７または２８に記載の積層物体造型システム。
【請求項３０】
後に続く接着剤の塗布のため、前記個々のシートを、前記紙供給機構からビルドオブジェクト位置へ運ぶための手段を具える請求項２９に記載の積層物体造型システム。
【請求項３１】
前記紙供給機構は、前記複数枚の紙を第１の速度で分配するよう構成され、前記個々のシートを運ぶための手段は、第２の速度で動作可能なように構成され、前記第１の速度が、前記第２の速度よりも大きい請求項３０に記載の積層物体造型システム。
【請求項３２】
前記分注器は、請求項１〜２６のいずれか一項に記載の分注システムを具える請求項２７〜３１のいずれか一項に記載の積層物体造型システム。
【請求項３３】
３次元オブジェクトの発生をもたらすために、紙基材の複数の層上へ接着剤の制御された塗布を提供する、ラピッドプロトタイピング用の積層物体造型(ＬＯＭ)システムであって、該システムは、
ａ）前記接着剤のための容器と、
ｂ）該容器から前記紙基材上へ、ビルド位置に前記接着剤を分注するための、前記容器と流体連結している分注器と、
ｃ）複数枚の紙のシートを収容し、かつ必要に応じて、複数枚のシートの個々のシートを供給するための紙供給機構と、
ｄ）後に続く接着剤の塗布のため、前記個々のシートを、前記紙供給機構からビルドオブジェクト位置へ運ぶための手段と
を具えることを特徴とする積層物体造型システム。
【請求項３４】
後に続く前記紙基材への接着剤の分注のため、前記分注器を前記紙基材の特定の位置に移動させるよう前記分注器に作用する制御手段を具える請求項３３に記載の積層物体造型システム。
【請求項３５】
前記紙供給機構は、異なる厚さの紙のシートを収容するよう構成される請求項３３または３４に記載の積層物体造型システム。
【請求項３６】
３次元有色オブジェクトの製造を可能にするために、異なる色のシートで動作可能である請求項３３、３４または３５に記載の積層物体造型システム。
【請求項３７】
前記紙供給機構は、異なる色の複数のシートを収容し、かつ必要に応じて、該複数のシートの個々の一枚を選択的に供給するよう構成される請求項３６に記載の積層物体造型システム。
【請求項３８】
前記分注器は、請求項１〜２６のいずれか一項に記載の分注システムを具える請求項３３〜３７のいずれか一項に記載の積層物体造型システム。
【請求項３９】
円周方向に間隔を空けて配置された、ワイプで接着剤を収容するための複数の凹部をもつ接触表面を有する接着剤塗布輪を具え、該塗布輪の回転により接着剤を対象基材に運び、該対象基材上の離れた位置に、制御された量の接着剤を付着させる接着剤分注器であって、
前記塗布輪および前記ワイプはともに、密封接着剤充填チャンバを画定することを特徴とする接着剤分注器。
【請求項４０】
前記接触表面は、前記ワイプと密封接触するよう構成される請求項３９に記載の接着剤分注器。
【請求項４１】
前記ワイプを前記塗布輪と密封接触した状態に維持するための、バイアス手段を具える請求項３９または４０に記載の接着剤分注器。
【請求項４２】
前記基材に対する前記塗布輪上の凹部の間隔は、どの時点においても１個の凹部だけが前記対象基材に接触するよう配置された間隔である請求項３９、４０または４１に記載の接着剤分注器。
【請求項４３】
前記ワイプの形状に対する前記塗布輪上の凹部の間隔は、前記塗布輪と前記ワイプとの間の密封を生じさせるために、整数個の凹部が前記ワイプの中に収容されることができる間隔である請求項３９〜４２のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項４４】
前記ワイプおよび前記凹部は、前記凹部への接着剤の充填が、前記ワイプにおいて前記凹部からのガスと前記凹部内への接着剤との交換により達成されるように形成される請求項３９〜４３のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項４５】
前記ガスと前記接着剤との交換は、前記ワイプに対する前記凹部の移動によって前記凹部からガスが排気されることによるものである請求項４４に記載の接着剤分注器。
【請求項４６】
前記ワイプは、凹部の直径よりも薄い厚さの前端および／または後端を有し、前記ワイプに対して前記塗布輪が回転するとき、前記前端および／または後端でのガスの排気および接着剤の充填を可能にする請求項３９〜４５のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項４７】
前記塗布輪の回転の方向および角速度を制御するよう作動する塗布輪駆動手段および塗布輪駆動制御手段を具える請求項３９〜４６のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項４８】
前記ワイプに対する前記塗布輪の角運動は、凹部に充填されるべき接着剤の量を制御するよう制御可能である請求項４７に記載の接着剤分注器。
【請求項４９】
前記基材に対する前記塗布輪の角運動は、前記基材に塗布されるべき接着剤の量を制御するよう制御可能である請求項４７または４８に記載の接着剤分注器。
【請求項５０】
前記塗布輪の角度位置をリアルタイムで検出し、該角度位置データを前記塗布輪駆動制御手段に出力するよう構成された角度位置検出手段を具える請求項３９〜４９のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項５１】
前記塗布輪駆動制御手段は前記ワイプに対する前記塗布輪の動きを同期することができ、前記塗布輪は、接着剤の流れを停止するため、凹部を前記ワイプの中に完全に調整した状態に密封モードで停止されることができる請求項５０に記載の接着剤分注器。
【請求項５２】
前記接触表面は、前記塗布輪と一体である請求項３９〜５１のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項５３】
前記接触表面は、前記塗布輪に取り付け可能なリングを具える請求項３９〜５２のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項５４】
前記凹部の寸法および間隔は、付着されるべき接着剤の量に従って変えられることができる請求項３９〜５３のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項５５】
前記凹部は、ほぼ１０〜５０ナノリットル程度の容積を有する請求項３９〜５４のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項５６】
前記凹部は、実質的に半球形状を有する請求項３９〜５５のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項５７】
前記接触表面は、低摩擦材料から成るかおよび／または低摩擦皮膜を具える請求項３９〜５６のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項５８】
前記対象基材は、紙基材を含む請求項３９〜５７のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項５９】
前記紙は、シート形状で供給される請求項５８に記載の接着剤分注器。
【請求項６０】
前記シートの色は、使用者によって選択可能である請求項５９に記載の接着剤分注器。
【請求項６１】
前記接着剤は、ＰＶＡ接着剤等の水ベースの接着剤を含む請求項３９〜６０のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項６２】
前記接着剤は、毛管作用によって、充填された凹部から対象基材に付着される請求項３９〜６１のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項６３】
対象基材に対して移動するよう取り付けられる請求項３９〜６２のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項６４】
ｘ−ｙフレーム上の多機能性ヘッドに動作可能に取り付けられるよう構成され、かつ前記対象基材に対してｘ−ｙフレーム上を移動するよう構成される請求項３９〜６３のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項６５】
前記対象基材に対する前記接着剤分注器の直線速度を制御するための駆動手段に連結される請求項６３または６４に記載の接着剤分注器。
【請求項６６】
前記角速度および直線速度は、必要に応じて、前記対象基材上に不定量の接着剤の載置をもたらすよう制御可能である請求項６３、６４または６５に記載の接着剤分注器。
【請求項６７】
請求項３９〜６５のいずれか一項に記載の接着剤分注器を組み込むラピッドプロトタイピング用の積層物体造型(ＬＯＭ)システム。
【請求項６８】
対象基材材料の複数の個々のシートとともに用いられる請求項６７に記載の積層物体造型(ＬＯＭ)システムであって、該システムは、
複数のシートのためのレシーバを含み、
該レシーバに隣接して設けられたシート供給機構を具え、
供給ローラおよび掴みヘッドであって、ビルドオブジェクトを形成するため、前記供給ローラからシートを引き出し、必要に応じて、該シートを前記対象基材上に位置付けるよう構成された供給ローラおよび掴みヘッドを具える積層物体造型システム。
【請求項６９】
前記掴みヘッドは、前記ローラからシートを掴むよう構成される請求項６８に記載の積層物体造型システム。
【請求項７０】
前記掴みヘッドは、支持表面および掴み部を有し、該掴み部は、前記支持表面から分離した休み位置、および、前記支持表面と接触する掴み位置から動くよう作動する請求項６７または６８に記載の積層物体造型システム。
【請求項７１】
前記掴みヘッドは、前記シート材料の前端を掴むよう構成される請求項７０に記載の積層物体造型システム。
【請求項７２】
前記シートが前記対象基材上の位置まで引き出されるとき、前記支持表面は、前記シートの制御された曲げを提供するよう構成されたくさび形状を有する請求項７０または７１に記載の積層物体造型(ＬＯＭ)システム。
【請求項７３】
前記レシーバは、前記複数のシートをスタック配置で収容するよう構成され、前記スタックの個々のシートは、少なくとも色において、スタックの他のシートとは異なる請求項６８〜７２のいずれか一項に記載の積層物体造型システム。
【請求項７４】
前記レシーバは、異なる厚さまたは寸法のシートを収容するよう構成される請求項６８〜７２のいずれか一項に記載の積層物体造型システム。
【請求項７５】
請求項６７〜７４のいずれか一項に記載のシステムを用意し、
引き続いて水ベースの接着剤を用いて相互に接着される紙の個々のシートのスタックを用いて３次元モデルを作り出し、前記接着剤分注器は前記紙の特定の位置に前記接着剤の制御された塗布を提供し、
スクラップ材料から前記３次元モデルを分離し、
前記スクラップ材料を廃棄する
ことを具えるラピッドプロトタイピング方法。
【請求項７６】
大きな３次元モデルを作り出すため、水ベースの接着剤を用いて、２以上の３次元モデルを相互に接着する後続ステップを含む請求項７５に記載のラピッドプロトタイピング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラピッドプロトタイピング能力を備える積層物体造型(layered object manufacture:ＬＯＭ)システムに関する。好適な実施形態において、本発明は、接着剤分注器、特にラピッドプロトライピング(ＲＰ)用のＬＯＭシステムにおいて接着剤を塗布するのに用いられる接着剤分注器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ラピッドプロトタイピングは、材料の除去または差引に頼る従来の機械加工法よりはむしろ、材料の追加によってオブジェクトを製造することができるという点において、コンピュータ制御の追加式の製作と定義される。“ラピッド(急速な)”という用語は相対的な用語だが、３次元の完成品の創出が、用いる方法およびモデルの寸法ならびに複雑度に従って、数時間から数日を要し得る従来技術において、特別な意味を有するものであることは認められるであろう。ＲＰの一般的な分野で使用される方法論は多く知られ、ＬＯＭは、ＲＰの一手段である。ＬＯＭは、その後、連続的に相互に接着され、ナイフまたはレーザーカッターを用いて成形するよう切断される、接着剤コートの紙、プラスチックまたは金属薄板の連続的な積層化に関するものである。
【０００３】
他のＲＰ技術と同様に、ＬＯＭは、作成されるべきオブジェクト／パーツの３次元(３Ｄ)のコンピュータを使った設計(ＣＡＤ)の使用を含み、ここからステレオリソグラフィ(ＳＴＬ)または他の適切な形式ファイルがＣＡＤパッケージ内で作り出される。ＳＴＬファイルは処理され、用いられる基材材料の厚さに適合する厚さで、Ｚ軸方向に実質的に薄切りにされる。これは、パーツの一連の横断面を作り出し、任意の特定の高さで、各々は単純な２次元(２Ｄ)プロファイルを有する。その後、２Ｄプロファイルを描き、ひいては原材料の薄いシート上に型を切断するため、切断装置が用いられる。ＬＯＭにおいて、個々の薄いシートは、その後、完成した３Ｄオブジェクトを製造するために積み重ねられ、接着される。
【０００４】
紙ベースの原材料を使用する既存のＬＯＭシステムにおいて、紙は、ロールの形状で供給される。紙のロールは、内面上に既に存在する接着剤が設けられることができる。この場合、接着剤は、熱および／または圧力によって、前の層上への接着状態を形成するよう活性化されることができる。代案の手法において、接着剤は、材料がロールから引き出されるときに、材料の内面に塗布されることができる。しかしながら、ロール材料の使用に関連しては、多くの不利な点がある。例えば、機械は、多くの場合、特別に製造された材料のロールを用いてのみ動作可能であり、このロールは入手するのに高い費用がかかり、および／または、交換が難しいおそれがある。また、原材料のロールの日常的な使用に関しても、不利な点がある。例えば、ロールは、供給機構において、予めその上に塗布された接着剤が原因で動きが取れないか、または紙詰まりになるおそれがある。上記に関し、不要な材料は、形成されるべき部分と同じ接着力で互いに接着されているので、不要な材料の除去は、非常に難しくなるおそれがある。これは、のみおよび他の道具が、多くの場合、オブジェクトを自由に得る必要があるため、不要な材料の除去“ウィーディング(weeding)”の間中、パーツが損傷を受ける原因となる。
【０００５】
従来のＬＯＭシステムで用いられるのに適した紙の種類には、更なる限定がある。紙は不規則にフェルト状にされた繊維の層からなるので、構造が様々な気孔率を有することができることになる。紙は高多孔質材料であり、かつ７０％程度の空気を含む。シートの気孔率は、紙の吸湿の指標、すなわち特定の紙のシートの、インク、水またはこの場合は接着剤を受け入れる能力の指標である。ＬＯＭ用の特定の種類の紙を選択する場合、紙の気孔率を考慮することは重要である。
【０００６】
紙の特性は、用いられることができる接着剤の種類に明らかに密接に関連し、これらを制限する。紙へ接着剤を塗布することに関連し、更なる問題および懸案がある。圧電型分注ヘッドのような、コンピュータ制御電気機械デバイスに依存する分注システムのような知られているプリンタにおいて、ヘッドは、多くの場合、繊細な性質を有し、かつ、頻繁に、デバイスが詰まった状態になり、修理され、メンテナンスされ、そして交換されるといった、長い不応期間を有する。それ故に、そのような配置は、メンテナンスおよび修理のための高い費用を有するおそれがある。
【０００７】
紙の層間に接着剤を塗布する他の方法は、
１．上述したように、完成したパーツの後処理の間、不要な材料の除去に著しい困難性を生み出す、シートのワーキングエリア全体のコーティングと、２．シート上のある位置に配置されたときにこれら位置で接着を防止する物質の使用とを含む。この技術は、シート全体を初めにコーティングしたことによる接着剤、ひいては、“非接着”物質の使用による接着剤“ノンスティッキー”の下塗り部分の事実上の浪費の不利益を有する。または、上記他の方法は、静電気システムの使用を含み、従来の２Ｄプリンタがインクをプリントするように、接着剤トナーをシート表面上に乾式電子写真方式で付着させる。この方法は、技術的に複雑で、特に製造された接着剤トナーを要求することの不利益を有するおそれがある。
【０００８】
さらに、現在のＬＯＭシステムが、溶剤ベースの水溶性でない接着剤を使用し、それ故に、例えば、廃棄のために環境上の問題を提起するということに留意すべきである。しかしながら、高い水分含有量を有する水ベースの接着剤の使用が、ＬＯＭシステムにおけるそれらの適用に損害をもたらす、紙の撓み(warping)および歪み(distortion)のようなさらなる問題を提起するので、そのような溶剤ベースの接着剤はＬＯＭにおいて用いられてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、接着剤分注器には多くの問題があり、ＲＰ用のＬＯＭシステムで用いられる接着剤分注器は、対処される必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
これら要求および他の要求は、第１の配置において、積層化プロセス用の接着手段としての、水ベースの接着剤の使用を提供するＬＯＭシステムによって解決される。分注された接着剤の量および／または位置を制御することによって、そのようなＬＯＭシステムは、積層化で用いられるセルロースベースの紙材料の撓みまたは歪みを最小化しながら、水ベースの接着剤の使用を許す。
【００１１】
別の配置において、本発明の教示は、標準の寸法の紙のシートを用いるＬＯＭシステムを提供する。このシートは、保管場所からワークプレイスに一枚だけ運ばれ、紙のシートを接着するよう接着剤が連続的に塗布されることができ、積層化された最終構造を作り出す。
【００１２】
別の配置において、基材上の特定の位置に特定量の接着剤の差別的な塗布を可能にする制御手段を具えるＬＯＭシステムが提供される。これは、特定の位置への接着剤の制御された分注を可能にし、用いられるべき接着剤量を有利に減少させる。また、これは、接着剤が確実に、接着剤が要求される位置に特に塗布されることを確実にする。
【００１３】
そのようなシステムは、円周上に間隔を置いて配置された、接着剤を収容するための複数の凹部を有する接着剤塗布輪を使用するかまたは具えることができ、塗布輪は、１以上の凹部の中に充填された接着剤を対象基材に運ぶよう回転可能であり、基材上の離れた位置に制御された量の接着剤を付着させる。
【００１４】
一の実施形態において、塗布輪は、対象基材に接触するよう構成された接触表面を有し、複数の凹部は、接触表面に形成される。
【００１５】
別の実施形態において、接着剤分注器は、接着剤を１以上の凹部に充填するための密封接着剤充填チャンバを接着剤塗布輪と共に画定する接着ワイプを具える。
【００１６】
さらなる実施形態において、ワイプは、接着剤の加圧型供給器に連結される。
【００１７】
一の実施形態において、ワイプは、チャンバの側壁部および開口部を画定する。
【００１８】
別の実施形態において、ワイプは、塗布輪に適合するよう形成される。
【００１９】
さらなる実施形態において、チャンバは排出手段を有し、凹部からの空気の置換およびチャンバからの空気の排出による凹部の充填を可能にする。
【００２０】
一の実施形態において、排出手段は、凹部と相互作用するよう構成されたワイプの中に構成を具える。
【００２１】
別の実施形態において、塗布輪の凹部は、凹部が前記チャンバを通って回転するにつれて充填される。
【００２２】
さらなる実施形態において、接触表面は、ワイプと密閉接触するよう構成される。
【００２３】
一の実施形態において、接着剤分注器は、ワイプを塗布輪と密封接触した状態に維持するための、バイアス手段を具える。
【００２４】
別の実施形態において、接触表面は、塗布輪と一体である。
【００２５】
さらなる実施形態において、接触表面は、塗布輪に取り付け可能なリングを具える。
【００２６】
一の実施形態において、凹部の寸法および間隔は、付着されるべき接着剤の量に従って変えられることができる。
【００２７】
別の実施形態において、凹部は、ほぼ１０〜５０ナノリットル程度の容積を有する
【００２８】
さらなる実施形態において、凹部は、実質的に半球形状を有する。
【００２９】
一の実施形態において、接触表面は、低摩擦材料から成るかおよび／または低摩擦皮膜を具える。
【００３０】
別の実施形態において、対象基材は、紙基材を含む。
【００３１】
さらなる実施形態において、紙は、シート形状で供給される。
【００３２】
一の実施形態において、接着剤は、ＰＶＡ接着剤等の水ベースの接着剤を含む。
【００３３】
別の実施形態において、接着剤は、毛管作用によって、充填された凹部から対象基材に付着される。
【００３４】
さらなる実施形態において、塗布輪は、塗布輪の回転の方向および角速度を制御するための塗布輪駆動手段に連結される。
【００３５】
一の実施形態において、接着剤分注器は、対象基材に対して移動するよう取り付けられる。
【００３６】
別の実施形態において、接着剤分注器は、対象基材に対する接着剤分注器の直線速度を制御するための駆動手段に連結される。
【００３７】
さらなる実施形態において、角速度および直線速度は、必要に応じて、対象基材上に不定量の接着剤の載置をもたらすよう制御可能である。
【００３８】
本発明は、さらに、本発明に従う接着剤分注器を組み込むラピッドプロトタイピング用の積層物体造型(ＬＯＭ)システムを提供する。
【００３９】
これらおよび他の特徴は、添付図面を参照して理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態に従う接着剤分注器の全体図である。
【図２】図１の接着剤分注器の断面図である。
【図３】図１の接着剤分注器の正面図であり、ワイプおよびディンプルのある接着剤塗布輪を示す。
【図４】毛管作用堆積法により基材に接着剤を塗布するよう用いられている、図１の接着剤分注器の側面からの部分的な断面図である。
【図５】図１の接着剤分注器の側面からの断面図であり、接着剤塗布輪の下塗りを示す。
【図６】本発明の実施形態に従う接着剤分注器を組み込む積層物体造型システムの構成部品の部分的な等角図を示す。
【図７】図６のシステムの正面からの部分的な切断図を示す。
【図８】接着剤分注装置を組み込む図６および図７のシステムの多機能性ヘッドの拡大等角図を示す。
【図９】図９．１は、図８の多機能性ヘッドの背面からの拡大等角図であり、切断部および掴み部の詳細を示し、図９．２および図９．３は、側面からの平面図であり、非作動状態にある掴み部および作動状態にある掴み部をそれぞれ示す。
【図１０】図１０．１〜１０．４は、多機能性ヘッドの掴み部の動作のステップ、および、供給機構から基材材料のシートを掴みビルドオブジェクト上の位置に載置する供給機構の側面からの平面図を示す。
【図１１】本発明に従うＬＯＭラピッドプロトタイピングの方法のステップに関する説明であり、パーツのＣＡＤモデルを示す。
【図１２】本発明に従うＬＯＭラピッドプロトタイピングの方法のステップに関する説明であり、取り除かれていないダイスブロックを示す。
【図１３】本発明に従うＬＯＭラピッドプロトタイピングの方法のステップに関する説明であり、部分的に露出されたパーツを示す。
【図１４】本発明に従うＬＯＭラピッドプロトタイピングの方法のステップに関する説明であり、完成した３Ｄパーツを示す。
【図１５】図６のシステムの動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
ここで、本発明は添付の図面を参照して説明されるであろう。
【００４２】
図面、特に最初は図１〜５に関し、積層物体造型システムの詳細な部品が記載される。そのような部品の一つは、接着剤塗布輪３に連結された接着剤フィラー２を具える接着剤分注器１である。接着剤フィラー２は、圧力をかけて接着剤入口部４で接着剤供給口に接続され、接着剤２０を、入口部４から接着剤出口部５に運ぶ１以上の軸方向チャネル６を具える。出口部５は、この場合、塗布輪３と一緒にワイプ７によって画定されるチャンバ８を具える。
【００４３】
ワイプ７は、フィラー２から下方に垂下または延在し、開口を画定し、塗布輪３に結合および接触するよう構成された、前縦側壁部１１および後縦側壁部１２によって接続される横側壁部９，１０を有する。ワイプ７および塗布輪３は、チャンバ８を画定するように対応し、かつ協働するよう設計される。ワイプ７はチャンバ８の側壁部を形成し、塗布輪３はチャンバ８の底部を形成する。ワイプ７の寸法および形状は、ワイプ７が塗布輪３に結合されたときに、これらが画定するチャンバ８が効果的に密封されたチャンバとなるよう、塗布輪３に対応する。ワイプ７の接触側すなわち開口端は、塗布輪３の形状に実質的に対応する弧形を具えるか、または、弧形に設けられる。フィラー２は、塗布輪３が回転する間の密封状態を維持するよう、ワイプ７が塗布輪３に接触している状態を維持するために、例えばスプリング手段等のバイアス手段を具えるか、または、バイアス手段と接触するものとすることができる。
【００４４】
塗布輪３は、接着剤を入れるための複数の凹部１４を有する接触表面１３を有する。接着剤は、塗布輪３が回転するとき、ワイプ７で凹部１４内に充填され、ワイプ７から対象の基材２１に運ばれる。塗布輪３上の凹部１４の形状およびそれらの間隔は、置かれるべき接着剤の量に依存して必要に応じて変えることができる。接着剤の早過ぎる硬化のような問題を最小限にするため、空気にさらされる接着剤の量および接着剤が空気にさらされる期間は、最小限に抑えられることは理解されるであろう。
【００４５】
塗布輪３の接触表面１３は、フィラー２のワイプ７と、例えば紙２１のシート等のターゲット基材との両方に接触するよう構成された塗布輪３の一部分である。塗布輪３の接触表面１３は、塗布輪３の外周上または外周に形成されることができるか、または、実施形態に示されるように、塗布輪３と一体に形成されることができる。塗布輪３は交換式とすることができる。例えば、異なる寸法、異なる間隔または異なる直径の凹部を有する多くの異なる塗布輪は、使用のために設けられることができる。特殊利用に応じて、適切な塗布輪は、その後、他のタイプの塗布輪と置き換えることができる。
【００４６】
接触表面１３および／または凹部１４は、例えばデルリン等の低摩擦材料で構成され、もしくは、低摩擦材料から形成されることができるか、および／または、例えばテフロン等の低摩擦コーティング材料を具えることができる。
【００４７】
塗布輪３は、コントローラを用いて操作可能なドライブ機構(図示せず)に連結され、塗布輪３は、要求により反時計回りまたは時計回り方向に駆動されることができる。塗布輪３の角速度は必要に応じて変化することができる。
【００４８】
ワイプ７は、凹部１４を通過することにより、凹部１４を接着剤２０で充填することが可能なように構成される。充填を目的として、ワイプ７または密封されたチャンバ８は、排出手段および供給手段を包含する。この排出手段は、接着剤によって空気を凹部から移動させることによって、凹部からの空気を接着剤で置換することを容易にし、供給手段は、ワイプ／密封チャンバからの空気を除去または移動する。
【００４９】
この場合、排出手段は、ワイプ７の横側壁部９，１０ならびに凹部１４の相対寸法およびこれら構成部品の駆動された相互作用の様式によって配置される。より詳細には、実施形態において、塗布輪３の接触表面１３に接触する横側壁部９，１０のこれら部分の厚み(d1,d2)は、凹部１４の寸法(d3)よりも小さい。実質的に、接着剤での充填および空気の排出は、チャンバの設計によって達成される。塗布輪３の回転の方向に依って、横側壁部９，１０の一方は、充填するチャンバの前端を示すであろう。横側壁部９，１０は、塗布輪３に接触する端部が、凹部１４の領域よりも小さい領域を有するように形成される。それ故に、空の(空気充填)凹部１４はワイプ７に接近して、先の側壁部９，１０の下を通過するので、接着剤は、ワイプ７に入れられた凹部の部分に入り、大気にさらされた凹部の部分を介してそこから空気を置換する。それ故に、塗布輪３が回転するにつれ接着剤２０がワイプ７に入るので、塗布輪３の複数の凹部１４は、接着２０で充填される。充填は、塗布輪３がワイプ７に対して移動するときに、ガス、すなわちこの場合は空気を接着剤に交換することである。凹部の排出は、空気の接着剤への交換を容易にする塗布輪３の運動によって行われる。排出は、凹部がワイプの前端または後端と接触する場所で発生する。塗布輪３の回転において、ワイプの前端または後端の下に部分的にまたは全体に凹部がない場合、塗布輪３とワイプ７とで画定される接着剤充填チャンバは、効果的に密閉される。
【００５０】
より詳細には、ワイプ７に対する塗布輪３上の凹部１４の配置は、接着剤が漏れることなく、塗布輪３の停止および再開の能力を提供する。塗布輪３を、接着剤を漏らすことなく回転を停止させることを可能にするには、塗布輪３とワイプ７との間に気密密閉状態が維持されることが必要である。気密密閉は、ワイプ７の前端／後端の下に部分的にまたは全体的に凹部１４が存在しない場合にのみ可能である。言い換えれば、気密密閉は、各凹部１４とチャンバ８との間の正確な角度関係が分かっていて、チャンバ８によって凹部１４が完全に囲われる場合のみに存在することができる。この正確な角度位置において塗布輪３を停止することは、追加のバルブなしで接着剤の流れを直ちに断ち切る。不可欠の密閉手段として働くこの特徴は、従来技術の設計において存在する接着剤の流れを制御するためのドクターナイフの必要性を取り除く。この配置のさらなる利点は、システムが密閉され、かつ空気が存在しないので、システムが、長期間この密閉された位置に残されることができ、その後接着剤が硬くなるといった問題なく、すぐに再開することができるということである。配置は、さらに、塗布輪３が、接着剤の余分な増加なしで要望どおり停止されかつ開始されるのを可能にする。これは、接着剤容器が追加の接着剤で充填される必要があり、プロセスがしばらくの間停止される必要がある中間プロセスのような状況において特に利点である。空気にさらされる接着剤の量の最小化により、そのようなプロセスの一時的中断は、最終製品の構造を著しく弱めることはない。
【００５１】
この密閉機構を容易にするため、チャンバ８およびワイプ７に対する塗布輪３上の各凹部１４の正確な角度位置は、分かっている必要がある。輪角度位置測定器は、この正確な角度関係を検出および測定するのに用いられる。例えば、輪角度位置測定器は、例えば近接センサおよび金属フラグで構成されることができる。金属フラグは、１回転当たり１回近接センサの下を通る。塗布輪の穴に対する金属フラグの角度位置が分かる。それ故に、近接センサの下を金属フラグが通った時、機械は、システムを密閉するのに必要な角度回転を計算する。
【００５２】
特に図４において、接着剤分注器１を用いて接着剤を配置する方法が示される。この場合、塗布輪３は、対象基材２１、ここでは紙のシートに接触して位置付けられる。塗布輪３は、基材２１に対して平行移動し、また、輪駆動手段により回転される。並進運動および回転の運動は、独立して起こることができる。
【００５３】
接着剤が充填された凹部１４が、基材２１に接触する場合、多孔質の紙基材の場合、接着剤は、基材が備える孔または水吸収による毛管現象によって基材上に配置される。塗布輪３は、一連の指標線において紙基材２１にわたり並進運動するので、接着剤ドット２２のマトリクスが堆積される。接着剤が凹部１４から置かれる場合、空の凹部１４は回転してワイプ７／チャンバ８に戻り、プロセスは繰り返される。
【００５４】
図面、例えば図４および５から、塗布輪上の凹部の配置が、一度に１つの凹部のみが基材に接触するようになっていることが分かる。表面に直接接する個々の凹部の配置は、接着剤の分離したドットの付着を可能にする。
【００５５】
この場合、ワイプ７の接触位置の横側壁部９、１０の幅(図３のd4参照)は、塗布輪３の接触表面１３の幅(d5)よりも小さい。設計が、余分な接着剤が接触表面１３に付着し、それ故に基材上に堆積されるようなものなので、この配置は、接触表面の自動クリーニングを容易にする。
【００５６】
接着剤分注器１は、さらに塗布輪のためのクリーニング機構を具えることができる。必要な場合に、塗布輪は、クリーニング領域の一面に位置付けられ、例えば、スポンジ、ゴム、シリコーンベース材料からなり、塗布輪上に残る余った接着剤を取り除くクリーニング基材に、塗布輪を複数回回転させることによって、接触することができる。少量の洗浄液は、クリーニングプロセスを補助するために、基材クリーニングに加えられることができる。
【００５７】
上述したとおり、塗布輪３は、要求に応じ時計回りまたは時計回り方向の、所望の角速度で、回転を生じさせる、輪駆動手段(図示せず)に接続されることができる。
【００５８】
使用中、接着剤分注器１は、基材２１に対する並進運動のために、例えば基材に対するヘッドの移動を可能にするＸ−Ｙフレームに取付けられ、または、代替的に、基材は、ヘッドに対する運動のためのＸ−Ｙステージ上に取付けられることができる。例は、図６〜８を参照して以下に記載される。
【００５９】
発明の教示にしたがって提供されるような塗布輪の回転のための独立した駆動手段に組み込まれる輪駆動配置には、多くの利点がある。
【００６０】
角度および直線の速度を適合することによって、駆動輪３と紙基材２１との間の相対速度を、０で維持することができる。
塗布輪３と紙基材２１との間のゼロ以外の相対速度に、スピンまたはスリップを生み出させることができる。スピンは、接着剤のより多い量の適用に影響を与え、一方、スリップは、より少ない量の適用に影響を与える。
塗布輪３を、追加の手段によってクリーニングされるようにすることができ、必要であれば、塗布輪の低い部分を湿らせたスポンジ／ゴム材料に位置付け（図示せず）、余分な接着剤が除去されるまで任意回数回転させることによって、クリーニングされるようにすることができる。
塗布輪３は、空の凹部１４が接着剤のラインの堆積を開始する前に存在しないように下塗りされるようにすることができる。
【００６１】
輪駆動手段は、塗布輪を駆動するまたはしないようにし、塗布輪をフリーホイールとするクラッチを介して回転可能な塗布輪３に接続されることができる。
【００６２】
使用中、塗布輪は、接着剤分注器の塗布輪の角速度と基材に対する直線速度との間の際がゼロとなるよう、塗布輪駆動手段によって制御されることができ、これは、塗布輪のスリップまたはスピンを防止する。塗布輪駆動手段は、必要に応じて基材２１上の特定のポイントに堆積される接着剤の量の制御を可能とするよう、塗布輪のスリップまたはスキンに影響を与えるための、角速度と線速度における相対的差異を提供するよう調整可能とすることができる。接着剤の堆積の高レベル制御は、利点である。
【００６３】
分注システムが最初に特定の指標線、たとえばＸ軸の終端に届いた場合、分注システムは、次の指標線上の反対方向(−Ｘ)に操作される。
【００６４】
しかしながら、指標線の端部において、塗布輪の凹部１４の半分は空になるであろう。この問題を解決するために、本発明は、塗布輪を下塗りするための方法を提供する。
【００６５】
この塗布輪に下塗りをする典型的な方法は、図５を参照して説明される。図５は、接着剤のラインの端部での塗布輪を示し、接着剤は、右に動いている間、時計回り方向の塗布輪の回転により配置された。
【００６６】
接着剤分注器１は、基材から持ち上げられ、そしてＹ方向に、次の隣接するラインの開始位置にインデックスされ、左(−Ｘ方向)への移動を開始し、反時計回りの方向に回転する。しかしながら、反時計回りの回転は、基材に接触するよう回転する凹部１４が充填されていないため、接着剤の堆積を生じない。接着剤分注器１は、それ故に、塗布輪３が回転しそして全ての凹部１４が各接着ラインの開始位置で充填されるよう構成される。
【００６７】
上述したように、置く接着剤の量を調整するために、システムは、塗布輪の角速度を制御することを可能とする。同様に、角速度の制御は、ワイプ７における凹部の充填のための制御をも可能とする。接着圧力一定の条件下で、塗布輪３の角速度は、接着剤とガスの交換が起こり凹部１４が充填されるワイプ７の前端または後端の下方位置における時間の長さに影響する。それ故に、塗布輪３を低速度で回転させることは、各凹部内への大量の充填を容易にし、塗布輪３を高速度で回転させることは、結果的に各凹部内へ充填量を少なくする。
【００６８】
同じ塗り厚の範囲内で、異なる充填量が望まれるであろう。例えば、形成されるべき部分上の多量の接着剤および前記部分のまわりの不要な構造上の少量の接着剤を有することが望まれる。したがって、接着輪３の不要な構造上に少量の接着剤を置くことは、分注機構の直線速度と同期していない角速度での回転を生み出し、それ故にスリップを引き起こす。したがって、より少なく充填された凹部が、特定の長さにわたり基材と接することを可能にする。例えばその前記部分で接着剤の高いレベルが要求されるような場合、塗布輪３の角速度は、分注器の直線速度よりも高くなるよう増加し、したがってスピンを引き起こす。塗布輪３のスピンは、より充填された凹部が所定の長さで基材と接触するようにする。
【００６９】
本発明の接着剤分注器１は、水ベースＰＶＡ接着剤とともに使用するのに適している。そのような接着剤の特性のため、接着剤の配置と接着剤の乾燥／設定との間のオープン時間は長く、それ故に、その後の基材層またはシートを位置付けるための時間が十分にある。本発明の接着剤分注器１は、基材に適用される接着剤の量の非常に正確な制御を提供する。これは、塗布輪の凹部の形状および寸法の効果によって、および、塗布輪上の凹部の間隔によって、部分的に得られる。特に、接着剤分注器１は、接着剤ナノドット、すなわち、１０〜５０ナノリットル、好ましくは２０〜３０ナノリットルのオーダーの量を有する接着剤のドットを分注するよう構成されそして用いられることができる。このように、接着剤分注器は、制御された量の水ベース接着剤を置くのに用いられることができ、そのような制御は、基材の浸潤の問題を取り除く。
【００７０】
図面および特に図６〜８を参照すると、接着剤分注器１を組み込むラピッドプロトタイピング用の積層物体造型(ＬＯＭ)システム５０が記載されている。図面とくに図９および１０を参照すると、システムの基材供給機構が記載されている。積層物体造型の典型的な方法は、図１１〜１５を参照して説明される。
【００７１】
図１１に示されるように、本教示に従う方法は、所望の最終モデルのコンピュータ処理の画像ファイルを用いて開始する。プロセスを通して連続して紙のシートを積層し、これらを要望どおりにカットすることによって、図１２に示す最終的な取り除かれていない(unweeded)ダイスブロックが生じる。図１２のダイスブロックの中にモデルが包まれているので、図１３に示すように、ダイスブロックの外側の部分を壊して取り除いて製造されたモデルを露出する必要がある。これは、図１４に示すように、モデルが完全に露出するまで続けられることができる。
【００７２】
そのようなモデルの製造は、多くのステップを必要とする。これらが以下の頁でより詳細に説明されると同時に、図１５を参照して典型的なステップが以下で説明される。ステップの特定の順番は、必ずしも従わなければならないものではなく、中間のステップのいくつかは、製造されるべき最終モデルの詳細に従って、繰り返されることができる。
【００７３】
図１５に示すように、第１のシートはワーク表面またはブロックに移動される(ステップ１５００)。接着剤分注器を用いて、接着剤がシート上に位置付けられる(ステップ１５０１)。その後、追加のシートは、２枚のシートを互いに留めるまたは接着する働きをする接着剤の上に位置付けられる(ステップ１５０２)。２枚のシートの上に例えばシングルパスでローラを適用することによって、隣接するシート間の接触は改善されることができる(ステップ１５０３)。これが得られた時点で、切断手段は、シート上の所望の最終モデルに従ってテンプレートをカットするのに用いられることができる。切断手段は、１以上のシートを同時にカットするのに効果的である(ステップ１５０４)。その後、硬化を提供するために熱が加えられる(ステップ１５０５)。その後、プロセスは、先立つステップが繰り返される必要があるかどうかを決定するために判定される(ステップ１５０６)。繰り返される必要がある場合には、接着剤が一番上のシート上に適用される(ステップ１５０１)。繰り返される必要がない場合には、(図１２で示されたものに似た形状を有する)完成部品が取り除かれる(ステップ１５０７)。
【００７４】
ＬＯＭシステム５０は、接着剤分注器１および切断／掴みヘッド５２を有する多機能性ヘッド５１を具える。多機能性ヘッド５１は、異なるモデルにおける異なる操作を行うよう操作可能である。まず第一に、切断／掴み部５２の掴み機は、作動されると、紙供給機から紙のシートを移動させ、その紙をビルドプレート上の位置、すなわち、最終構造が製造される位置に運ぶよう動作する。この動作の実行において、切断／掴み部５２は、紙供給機に対向するビルドプレートとビルドプレートの裏との間の経路を描く。第２に、切断／掴み部５２の切断機は、作動されると、ビルドプレート上の紙のシートの一番上を要求された形状に切断するよう動作する。第３に、多機能性ヘッド５１の接着剤分注器１は、作動されると、要求に応じ、ビルドプレート上の紙のシートの一番上に接着剤を塗布するよう動作する。
【００７５】
多機能性ヘッド５１は、Ｘ−Ｙフレーム５６，５５上に取り付けられ、ヘッドは、必要に応じてビルドオブジェクト５４上の基材２１の上に位置付けられそして移動されることができる。接着剤分注器１および切断／掴みヘッド５２の垂直(Ｚ軸)方向の動きは、この場合、接続されたソレノイド５７および６０によってそれぞれ制御される。紙は、紙供給機構５９を介してシート供給機５８からシートの形式でシステムに供給される。システム５０は、ビルドオブジェクト５４上を通り、後の層の確かな接着、および、切断動作から発生するまくれの最小化を確かなものとするシングルパスローラ６１をさらに具える。システム５０は、圧力を加え、接着剤を硬化するためのホットプレート６２をさらに具える。ＸＹフレームおよび紙供給および位置の多くの態様は、従来型であり、本技術分野における通常の知識を有するものであれば、ここで詳細に説明されなくとも理解するであろう。
【００７６】
また、ラピッドプロトタイピング用のＬＯＭシステム５０の使用方法も提供され、そして以下の通り考慮されることができる。
【００７７】
我々が作りたい(図９に示す)オブジェクト／パーツの三次元（３Ｄ）コンピュータを使った設計（ＣＡＤ）を使用し、ステレオリソグラフィ(ＳＴＬ)ファイルが、ＣＡＤパッケージの中で作成され、保存される。このＳＴＬファイルは、本発明にしたがってシステム５０の動作を制御するソフトウェアパッケージに提供される。
【００７８】
ソフトウェアは、ＬＯＭシステム５０にしたがって動作し、部分および単純な２次元(２Ｄ)プロファイルの特定の高さでの一連の断面を生じさせる。
【００７９】
紙、この例においてＡ４サイズのシートは、システム５０の入力トレイ５８に装着される。紙の単一シート２１は、除去可能なビルドプレート５３の表面に取り付けられ、ビルドオブジェクト５４の第１の未切断層となる。第１のシートは、手動で取り付けられることができる。
【００８０】
使用者は、３Ｄでビルドオブジェクト５４の構築を開始するための制御信号をシステム５０に出力するようシステム／コントローラを操作する。
【００８１】
この場合、第１のステップは、ビルドオブジェクト、すなわち、多くの紙の層であって、切断されないビルドオブジェクト用のベースを載置する。システム５０は、紙供給機構からの紙の第２のシートの載置に備えて接着剤の層を配置するよう動作可能である。紙供給機構５９は、連(ream)のトップから一枚の頁を分離し、それをウェイティング領域へ送る。多機能性ヘッド５１の切断／掴みヘッド５２は、シートを掴みそれをビルド領域５３，５４に移動し、直近に適用された接着層の上に載置するよう動作する。ローラ６１は、シートの上を通過し、層間の確かな結合を確実にする。これらステップは、所望の厚さを有するベースが用意されるまで繰り返される。
【００８２】
システム５０は、その後、ビルドオブジェクトの紙のシート(基材層)を載置し、各層を所望のプロファイルに切断するよう動作する。この方法において、個々の紙のシート、典型的にはＡ４寸法のシートは、保管場所から、シートが、最終構造の製造をもたらすために他の層の上に積層される、ワークエリアへ搬送されることがわかる。標準規格の紙のシートを使用することによって、本発明の教示にしたがって提供されるＬＯＭシステムは、従来の固定された大量の紙を用いることができ、最終の３次元構造の製造をもたらすためにリサイクル材料を使用することさえできる。
【００８３】
多機能性ヘッド５１は、ビルドオブジェクト５４のベースの一番上のシートの表面の上で接着剤分注器１を動かし、切断プロファイルが提供される第１の紙のシートを載置する前に、接着層を塗布する。接着剤分注器１は、ソレノイド５７の制御下で操作され、塗布輪３を移動させてビルドオブジェクト５４上の一番上の紙の層と接触させる。
る。
【００８４】
接着剤分注システム１は、選択的に、基材のビルドオブジェクトのパーツである基材のパーツにおいて高濃度で接着剤を塗布し、切断されるべき基材のパーツ、すなわち、無駄な材料部分において低濃度で接着剤を塗布する。この接着剤の差別的な塗布は、接着剤分注器を特定の対象領域へ移動させるよう正確に指示することができる制御システムの使用を介して、また、所望の分注位置間における接着剤の滴下または他の不用意な分注を生じさせない接着剤分注システムの使用によって、容易にされる。
【００８５】
多機能性ヘッド５１は、その後、紙供給機構５８，５９から次のシートを持ち上げ、ビルドオブジェクト５４の一番上の接着層上に配置する。ローラ６１は、層を互いに押圧しながらビルドオブジェクト上を通過する。切断／掴みヘッド５２は、ソレノイド６０の制御下で操作され、カッターをビルドオブジェクト５４の一番上の紙層と接触させる。
【００８６】
Ｘ−Ｙ位置決め手段５５，５６は、その後、カッターを層の２Ｄプロファイルの経路を描くよう移動し、そうすることで、ビルドオブジェクトの特定の層の形状を切り抜く。
【００８７】
所要の２Ｄプロファイルが切断された後で、カッターは、層の切断プロファイルの内側および外側の一連のダイシングカットを作成するよう操作され、層の無駄な部分をダイスカットして小さなスクエアにすることによる無駄な材料の除去を補助する。層の切断が完了すると、ビルドプレート５３は、ホットプレート６２と接触するよう持ち上げられる。このプロセスは、完全な３Ｄモデルが層ごとに構築されるまで続く。
【００８８】
システム５０がビルドオブジェクト５４の構築を完了した時、除去可能なビルドプレート５３は機械から除去されて、３Ｄパーツを内部に含む紙の未除去ダイスブロックを露出させる(図１２参照)。ここで、無駄な材料のダイスカットのキューブは、のみのような尖った器具なしで手動で取り除かれることができる。これは、無駄な材料が、接着剤分注器から最少量の接着剤だけを受けたためである。無駄な材料が３Ｄパーツから除去されるので、内部は、部分的に目に見えるようになる(図１３参照)。最終的に、全ての無駄な材料が取り除かれたとき、３Ｄパーツは完全に露出される（図１４参照）。
【００８９】
図９．１および９．２を参照すると、多機能性ヘッドの基材掴み部７０がより詳細に記述される。掴み部７０は、支持表面７１と対応する可動グリップ部分７２とを具える。グリップ７２は、支持表面から分離して位置付けられる第１の非作動または休止状態(図９．２)と、支持表面７１と接触する第２の作動された位置との間で移動可能である。実際は、掴み部は、グリップ部分およびウェッジ部分との間に保持される基材材料のシート、ここでは紙のシート２１を掴むよう作動される。シート２１は、前端２２と後端２３とを有する。シートは、前端２２の近くを掴まれる。ウェッジ７１は、供給機からビルドオブジェクトへ引かれるシートが、曲げの第１モードとなることを確実にするよう曲げられ、それ故にコーナーで落ちたり垂れたりしない。この曲げの第１モードは、図１０．２で見ることができる。ここでは、シート２１は、掴みデバイス７０と紙供給機構５９との間で下方にたわむのが見られる。
【００９０】
図１０．１〜１０．４は、典型的な一連の頁の紙供給機構からの分離およびビルドオブジェクト５４上への位置付けのステップを示す。
【００９１】
図１０．１によれば、多機能性ヘッド５１は、新しいシート２１の前端２２を供給する紙供給機構５９へ(ここでは-Ｙ方向へ)移動する。
【００９２】
多機能性ヘッド５１は、反対方向(ここでは＋Ｙ方向)に戻り、同時に紙供給機構５９はシート２１を供給する。紙供給機構５９の速度は、掴みヘッド７０の直線速度よりもわずかに速く設定される。これは、ウェッジ７１とともに、シート２１が、紙供給機構５９から引かれるため、新しいシート２１を曲げの第１モードにさせる。
【００９３】
図１０．２によれば、新しい頁２１が、紙供給機構５９および掴み部７０に第１曲げモード配置で接続されているのが示される。この場合、支持表面７１は、約１０〜２０°の角度で示される。これは、シート２１が中央部で下方にたわむ第１の曲げモードの頁を示す。頁をこの第１曲げモードにセットすることは、シートの前短のコーナーが垂れ、シート２１が位置付けられるビルド５４にぶつかることを出来る限り防ぐ。このウェッジ支持基材表面７１を有することは、前端２２の全長を掴む頁掴み機を有することの必要を防ぐ。
【００９４】
図１０．３によれば、(今はつかみ部７０によって保持されている)シート２１の前端２２がビルドオブジェクト５４のフロント端の上方を通過し、紙供給機構５９からシートが完全に引き出され、ビルドオブジェクト５４の全ての端にかけられる。
【００９５】
図１０．４によれば、多機能ヘッド５０は、新しいシート２１の後端２３がビルドオブジェクト５４の後端に揃うまで＋Ｙ方向に動き続ける。この時点で、システムは、ビルドオブジェクト５４のレベルをＺ方向に上げるよう動作し、つかみ部７０が新しいシート２１を開放するとき、シート２１が落ちる距離が小さくなるようにする。この新しいシートに対するビルドオブジェクトのレベルの調整は、シートの不整合を防止する。
【００９６】
紙供給機構５９およびつかみ部７０の調整動作を用いるシート２１の配置方法の利点は、シートが移動されるだけの方法と比べると動作のスピードを含み、その上、従来公知のシートを所望の位置に供給するための複雑なローラのセットを必要としない。
【００９７】
システムは、基材シートおよび接着剤が分離して載置されるので、不整合に対する耐性をもって有利に動作する。したがって、いくらかの不整合が生じたとしても、新しいプロファイルはまだ表面上で切断されないため、何の問題もない。
【００９８】
（実施例１）
実施例１において、本発明のシステムは、基材上の接着剤のナノドットを置くのに用いられ、以下のように構成される。
接着剤塗布輪の寸法：１５ｍｍ(直径)
凹部の数：３６
凹部から預けられる接着剤のドットの量：１０〜５０ｎｌ、好ましくは２０〜２５ｎｌのオーダー
基材の寸法：Ａ４
【００９９】
したがって、実施例１の接着剤分注器は、一実施形態において、１ページ当たり最大４７，６４７個のナノドットを載置する能力があり、各ナノドットの最大量は２２．９ｎｌ(ナノリットル)である。したがって、載置されるナノドットの総数は、完全な構築量のため、６６ミリオンのオーダーとなるであろう。
【０１００】
これは、現在のＲＰにおいて用いられる量とは大きく異なる。例えば、電気機械ドット分注システムは、１００，０００個〜１ミリオン個のオーダーの寿命を有することができる。
【０１０１】
したがって、本発明の接着剤分注器１を組み込むシステム５０は、それ故に、例えばラピッドプロトタイピング用のＬＯＭシステムにおいて接着剤のナノドットの塗布に用いるのに適しているということは理解されるであろう。
【０１０２】
上述した凹部１４は、実質的に半球形状を有し、これは、どんな所定の表面領域に対しても実質的に最高の量を提供することの利点を有する。凹部の壁部が塗布輪の接触面と垂直でなく、それ故に、凹部が真っ直ぐな側壁を有する場合に起こり得る、空気が接着剤の下方で逃げ場を失う可能性を減少するため、凹部がチャンバ８の下方を通過するとき、この形状は、空気と接着剤との交換を容易にすることの利点もさらに有する。
【０１０３】
上述した実施例１において、直径が１５ｍｍである塗布輪を用いられたことに留意すべきである。塗布輪の直径は、要求に応じて変化することができることは理解される。しかしながら、塗布輪の直径は、２０ｍｍよりも小さいのが好ましく、１５〜２０ｍｍの範囲であるのが最も好ましい。
【０１０４】
塗布輪の直径が増加するにつれ、シート基材と次の接着剤充填キャビティ１４との間の垂直距離は小さくなる。したがって、それらは反比例関係にあり、オーバーラン状態を招く。この“オーバーラン”を補償するための一つの方法は、キャビティ間のピッチを増加させることである。これにより、垂直方向距離が増加する。代案として、塗布輪の直径は、実施例１の直径が１５ｍｍの塗布輪の場合のように、ナノドットの間の一定のピッチを維持するよう減少されることができる。
【０１０５】
記載された実施形態において、接着剤分注器の塗布輪は、塗布輪上に単列の凹部を有する一方で、塗布輪が１以上の列の凹部を具えることも理解されるべきである。同様に、記載された実施形態において、接着剤分注器が１つの塗布輪を含む一方で、代案の配置において、多くの塗布輪が設けられることができ、１以上の塗布輪は、互いに独立して動くことができる。そのような配置は、接着剤塗布プロセスの速度の増加を目的としている。また、記載された実施形態において、凹部が等しい間隔で離れている一方で、代案の配置において、凹部の間隔が変化し実質的に等しくないものとすることができるということも理解されるべきである。そのような配置は、塗布輪の一部が接触する場所によって異なるドットパターンの載置を可能にするであろう。
【０１０６】
Ａ４シートを用いるＬＯＭの例示の方法に関する実施例１は、本発明の接着剤分注器の適用の範囲および能力の一例として単に提供されたものである。この実施例は、Ａ４紙基材の使用に関するが、しかしながら、当業者であれば、Ａ３サイズの基材、手紙、または他の適切なサイズの基材も用いられることができることは明らかである。
【０１０７】
当然のことながら、本発明の教示にしたがって提供されたシステムが、個々の紙―のシートの連続的な積層に基づく３次元モデルを提供するように、所定の順番で異なる色のシートを提供することによって最終モデルの最終的な色のトポグラフィを変化させることは可能である。実際、発生したモデルのＺ軸を通るそのような色の変化が、例えば異なる色における異なる特徴の表現のような有利な効果のために用いられることが出来るということは理解されるべきである。例えば、色紙を紙供給機構に分けて入れておくことによって、異なる色で異なる高さを示すトポロジカルマップを作ることが可能である。また、そのようなシステムが、モデルの製造のために標準の紙規格を用いるので、用いられるベース紙の色を変化させることによって、最終的なモデルの色をシンプルに変えることは、使用者にとって非常に単純な運動であるということも理解されるべきである。また、色のついた紙は、多くの異なる色で自由に入手できるので、使用者に入手可能な選択の仕上がりは、ＲＰ機械で入手可能な従来のカラーリングよりもずっと多いということも認められるべきである。
【０１０８】
本教示にしたがって用いられることができる紙の種類によって提供される柔軟性は、使用者に異なる厚さの紙の選択的な使用を可能にする。紙が、異なる厚さで設けられることができるということは理解されるべきである。本教示のＬＯＭ配置において用いられる紙のシートが個々に選択可能であるので、ユーザーが、取り組みたい各仕事のために変化される紙の厚さを変化することが可能である。
【０１０９】
そのような柔軟性または最終モデルのヒンジングは、モデルの積層の間中、同じ厚さの紙を用い、異なる厚さの領域を有するよう所定の領域におけるモデルの成分を選択的に切り取ることによって提供されることもできる。隣の領域よりも薄い厚さを有する領域は、隣よりもよりフレキシブルとなり、そのような複雑な部分が製造されることができる。この複雑な部分は、一体的に形成されるが、互いに関して移動可能な要素を有する。そのような別の部分に対する最終製品の位置の部分の屈曲は、ジオメトリの制御から与えられので、より少ない層(できるだけ少ない)が柔軟性が要求される領域で存在する。
【０１１０】
異なる厚さの紙の使用は、より細部が要求される領域およびそのような細部が要求されない領域が存在する３次元モデルの製造において用いられることもでる。例えば、垂直な壁を製造する場合、必要な最終の垂直形状を提供するようカットされることができる厚い紙の多層を用いることは十分である。曲線状の表面が要求される場合、これは、より連続的な滑らかな角度で完成された表面を提供するよう個々にカットされることが可能な多数の薄いシートを用いることでより簡単に製造することができる。より速い構築が要求される場合には、厚いシートの正気相は、薄いシートの積層よりも必要な高さにより速く発展するため、厚い紙の使用もまた、考慮されることができる。これは、設計が初期にテストされる場合に融液であるが、完成品は、より良い全体の完成与えるために薄いシートを用いて構成されるであろう。
【０１１１】
記載された実施形態において、接着剤分注器の接着剤塗布輪は直線上で移動し、直線上で接着剤を塗布するよう取り付けられる一方で、別の実施形態において、完全な接着剤分注システムは、それ自体の垂直軸の周りに回転可能に取り付けられることができるということは認められるべきである。これは、塗布輪を、形成される形状の輪郭に従わせることができる。この配置は、いつも同じ方向に回転するので塗布輪を準備する必要性を取り除くとともに、接着剤分注プロセスの増加された速度を提供する。
【０１１２】
記載された実施形態において、接触表面１４が塗布輪の円周上に形成される一方で、代案の実施形態において、接触表面１４が、リング形状を有し、このリングが除去および取替え可能であるものとすることは認められるべきである。例えば、異なる寸法および異なる間隔の凹部を具える多くの異なるリングが、塗布輪にフィットするよう設けられることができる。
【０１１３】
ここで記載されてきたものは、積層物体造型システムの典型的な配置であるということは認められかつ理解されるであろう。そのようなシステムの使用は、水ベースの接着剤の使用を具え、３次元モデルの作成における連続的な紙の層を結合する。紙は、従来の紙寸法で準備されることができ、一度に個々のページを、保管スタックからビルドオブジェクト位置までシステムの中を移動可能である。システムは、典型的に、円周上に間隔を空けて配置された、接着剤を収容するための複数の凹部を有する接着剤塗布輪を用いて、紙上への接着剤の塗布を生じさせる。塗布輪は、目標基材に１以上の凹部に充填された接着剤を運ぶよう回転可能であり、基材上の離れた位置に制御された量の接着剤を付着させる。
【０１１４】
本発明は、紙が接着剤で飽和しないことを確実にし、それ故にシートの撓みを最小化する、紙へ接着剤を塗布するシステムおよび方法を提供する。ページの撓みは、基材上に付着された接着剤の量が必要に応じて制御されることができるという事実によって最小化される。基材上に付着された接着剤の量の正確な制御を提供することによって、水ベース接着剤、例えばポリ酢酸ビニル(ＰＶＡ)を使用することが可能である。システムナ、同様に、異なるそして標準のタイプの紙の仕様を容易にする。システムは、それ故に、従来のそして直ちに入手可能な原材料、例えば標準化されたオフィス紙を使用し、ユーザーフレンドリーの利点を有し、操作および供給が容易である。水ベース接着剤を用い、従来の紙で用いられることができるＬＯＭプロセスを提供することによって、リサイクルおよび廃棄の問題が既存のＲＰ液剤よりも少ないということは理解されるであろう。ＬＯＭプロセスで用いられる紙供給は、紙を無駄にまたは処理し、ＬＯＭプロセスからの不用な紙は、従来のリサイクルと同じように容易にリサイクルされることができる。水ベースの接着剤の廃棄は、既存のＲＰプロセスで用いられるような溶剤またはプラスチックの廃棄よりも容易である。
【０１１５】
接着剤分注部分を支持する多機能ヘッドの提供および同じヘッド上の切断／掴み部は、これら構成部品の各々の運動に対する個別の取り付けおよび移動手段の提供の必要性を排除する。本発明のシステムの多機能性ヘッド上の掴み部の提供は、髪供給システムの必要性を効果的になくす。掴み部が接着層を有する紙のシート上にシートを位置決めするＬＯＭの状況において、ヘッド取り付け掴み部の使用は、ビルドプレート上の紙のシートの位置決めを容易にする。
【０１１６】
システムは、さらに、紙のシートを用いて用いられることができ、これは、操作およびメンテナンスの観点から有利であり、ロールの取り扱いに関連する問題を除去する。
【０１１７】
水ベース接着剤の使用の可能性は、溶剤ベース接着剤の使用および取り扱いに関する、さらなる環境上の問題および懸案事項を解決する。
【０１１８】
本発明のシステムは、基材上への接着剤の位置決めの優れた制御をさらに提供する。また、載置される接着剤の密度も制御されることができる。これら特徴は、接着剤の無駄を無くすのに役立つ。
【０１１９】
本発明のデバイスおよびシステムは、さらに、接着剤の集中および結果として起こる目詰まりを防止するための設計特性を含む。また、自動クリーニング特性も、デバイスおよびシステムのメンテナンスの観点から有利に設けられることができる。
【０１２０】
本教示にしたがって提供されるシステムは、例えばＡ４の標準の紙のシートを使用することができ、これらシートは、予め下部が感圧接着剤でコートされたり、例えば“スティッキー”インクバインダを用いる乾式電子写真方式の技術を用いて互いに接着されたりはしない。このような方法で、そのようなシステムは、標準紙および水ベースＰＶＡ接着剤を用いるので、非常に環境に優しい。システムは、標準紙および水ベース接着剤のいずれもが容易に主流の供給源から供給される従来のシステムと比較して動作が経済的である。さらにまた、そのようなシステムは、例えば通常の２Ｄプリンタ／オフィスプリンタを既に通った再生紙を用いることができる。
【０１２１】
好適な実施形態が、図面を参照して説明されてきた一方で、本発明の範囲から逸脱することなく、特許請求の範囲によってのみ限定されるべき修正例も作成することができる。１つの図面に関して説明された参照符号および構成要素は、他の図面においても本発明の内容を逸脱することなく交換されることができるということは理解されるべきである。
【０１２２】
明細書において用いられる「具える」という用語は、言及した特徴、参照符号、ステップまたは構成要素の存在を特定するためのものであり、１以上の他の特徴、参照符号、ステップ、構成要素またはそれらの群の存在または追加を排除するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年12月12日(2014.12.12)
【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】
ラピッドプロトタイピング用の積層物体造型(ＬＯＭ)システムで用いられる、積層物体の層を画定する対象基材の離れた位置に制御された量の接着剤を付着させるための積層物体造型(ＬＯＭ)接着剤分注器であって、
該接着剤分注器は、円周方向に間隔を空けて配置された、接着剤を収容するための複数の凹部を有する接着剤塗布輪を具え、
該塗布輪は回転可能であり、１以上の凹部に充填された接着剤を前記対象基材に運び、該対象基材上の離れた位置に、制御された量の接着剤を付着させることを特徴とする積層物体造型(ＬＯＭ)接着剤分注器。
【請求項２】
前記塗布輪は、前記対象基材に接触するよう構成された接触表面を有し、前記複数の凹部は、前記接触表面に形成される請求項１に記載の接着剤分注器。
【請求項３】
前記接着剤分注器は、接着剤を１以上の凹部に充填するための密封接着剤充填チャンバを前記接着剤塗布輪と共に画定する接着ワイプを具える請求項１または２に記載の接着剤分注器。
【請求項４】
前記ワイプは、接着剤の加圧型供給器に連結される請求項３に記載の接着剤分注器。
【請求項５】
前記ワイプは、前記チャンバの側壁部を画定する請求項３または４に記載の接着剤分注器。
【請求項６】
前記ワイプは、前記塗布輪に整合するよう形成される請求項３、４または５に記載の接着剤分注器。
【請求項７】
前記チャンバは排出手段を有し、前記凹部からの空気の置換および前記チャンバからの前記空気の排出による前記凹部の充填を可能にする請求項３〜６のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項８】
前記排出手段は、凹部と相互作用するよう構成されたワイプの中に構成を具える請求項７に記載の接着剤分注器。
【請求項９】
前記塗布輪の凹部は、該凹部が前記チャンバを通って回転するにつれて充填される請求項３〜８のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項１０】
前記接触表面は、前記ワイプと密閉接触するよう構成される請求項３〜９のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項１１】
前記ワイプを前記塗布輪と密封接触した状態に維持するための、バイアス手段を具える請求項３〜１０のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項１２】
前記接触表面は、前記塗布輪と一体である請求項２〜１１にいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項１３】
前記接触表面は、前記塗布輪に取り付け可能なリングを具える請求項２〜１１にいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項１４】
前記凹部の寸法および間隔は、付着されるべき接着剤の量に従って変えられることができる請求項１〜１３のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項１５】
前記凹部は、ほぼ１０〜５０ナノリットル程度の容積を有する請求項１〜１４のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項１６】
前記凹部は、実質的に半球形状を有する請求項１〜１５のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項１７】
前記接触表面は、低摩擦材料から成るかおよび／または低摩擦皮膜を具える請求項１〜１６のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項１８】
前記対象基材は、紙基材を含む請求項１〜１７のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項１９】
前記紙は、シート形状で供給される請求項１８に記載の接着剤分注器。
【請求項２０】
前記接着剤は、ＰＶＡ接着剤等の水ベースの接着剤を含む請求項１〜１９のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項２１】
前記接着剤は、毛管作用によって、充填された凹部から対象基材に付着される請求項１〜２０のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項２２】
前記塗布輪は、該塗布輪の回転の方向および角速度を制御するための塗布輪駆動手段に連結される請求項１〜２１のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項２３】
対象基材に対して移動するよう取り付けられる請求項１〜２２のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項２４】
前記対象基材に対する前記接着剤分注器の直線速度を制御するための駆動手段に連結される請求項２３に記載の接着剤分注器。
【請求項２５】
前記角速度および直線速度は、必要に応じて、前記対象基材上に不定量の接着剤の載置をもたらすよう制御可能である請求項２２、２３または２４に記載の接着剤分注器。
【請求項２６】
選択的に、ビルドオブジェクトのパーツである前記基材の部分において高濃度で接着剤を塗布し、切断されるべき前記基材の部分において低濃度で接着剤を塗布するように構成される、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項２７】
前記対象基材は、３次元ビルドオブジェクトの特定の高さでの断面に対応する２次元プロファイルを有するビルドオブジェクトの層を画定する、請求項１〜２６のいずれか一項に記載の接着剤分注器。
【請求項２８】
請求項１〜２７のいずれか一項に記載の接着剤分注器を組み込むラピッドプロトタイピング用の積層物体造型(ＬＯＭ)システム。
【外国語明細書】
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