(57)【要約】【目的】より優れた解像度と印刷品質を有する３Ｄプリンタおよびその印刷方法を提供する。【解決手段】３Ｄプリンタは、３Ｄ物体のモデルから３Ｄ物体を製造するのに適している。３Ｄプリンタは、回転ベースと、印刷ヘッドとを含む。回転ベースは、搭載面を有するとともに、第１軸を中心に回転し、且つ第１軸に沿ってシフトするよう構成される。印刷ヘッドは、回転ベースの上方に配置されるとともに、第１軸に垂直な第２軸に沿ってシフトし、造形材料の連続層を搭載面に分配するよう構成される。造形材料の連続層は、３Ｄ物体を形成する。造形材料の各層の分配形状は、第１軸を中心とする回転ベースの回転、第１軸に沿った回転ベースのシフト、および第２軸に沿った印刷ヘッドのシフトにより決定される。また、この３Ｄプリンタの印刷方法も提供する。【選択図】図１
2015006785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３Ｄ物体のモデルから前記３Ｄ物体を製造する３Ｄプリンタであって、
搭載面を有するとともに、第１軸を中心に回転し、且つ前記第１軸に沿ってシフトするよう構成された回転ベースと、
前記回転ベースの上方に配置されるとともに、前記第１軸に垂直な第２軸に沿ってシフトし、造形材料の連続層を前記搭載面に分配するよう構成された印刷ヘッドと
を含み、前記造形材料の連続層が、前記３Ｄ物体を形成し、前記造形材料の各層の前記分配形状が、前記第１軸を中心とする前記回転ベースの前記回転、前記第１軸に沿った前記回転ベースの前記シフト、および前記第２軸に沿った前記印刷ヘッドの前記シフトにより決定される３Ｄプリンタ。
【請求項２】
前記回転ベースおよび前記印刷ヘッドに結合され、前記回転ベースおよび前記印刷ヘッドの移動を制御する制御ユニットをさらに含む請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項３】
前記制御ユニットが、回転パラメータに基づいて、前記第１軸を中心に回転するよう前記回転ベースを制御し、前記モデルから取得した第１シフトパラメータに基づいて、前記第１軸に沿ってシフトするよう前記回転ベースを制御する請求項２に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項４】
前記制御ユニットが、前記モデルから取得した第２シフトパラメータに基づいて、前記第２軸に沿ってシフトするよう前記印刷ヘッドを制御する請求項２または３に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項５】
前記制御ユニットに結合され、前記第２軸に沿ってシフトするよう前記印刷ヘッドを搬送するプーリーアセンブリをさらに含む請求項２、３または４に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項６】
前記プーリーアセンブリが、
前記第２軸に沿って延伸し、その上に前記印刷ヘッドが配置されたベルトと、
前記ベルトに接続され、前記第２軸に沿ってシフトするよう前記ベルトを駆動する少なくとも１つのプーリーと
を含む請求項５に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項７】
前記制御ユニットに結合されるとともに、前記回転ベースに接続され、前記第１軸に沿ってシフトし、且つ前記第１軸を中心に回転するよう前記回転ベースを駆動する少なくとも１つのモータをさらに含む請求項２、３、４、５または６に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項８】
前記モータが、さらに、前記第１軸に沿ってシフトするよう前記回転ベースを駆動する第１モータと、前記第１軸を中心に回転するよう前記回転ベースを駆動する第２モータとを含む請求項７に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項９】
前記第１軸が、前記搭載面の法線ベクトルに対して平行である請求項１、２、３、４、５、６、７または８に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項１０】
前記第２軸が、前記搭載面に対して平行である請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項１１】
前記印刷ヘッドに前記造形材料を提供するスプールをさらに含む請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項１２】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０または１１に記載の３Ｄプリンタで３Ｄ物体を製造する方法であって、
複数の断面を含む３Ｄ物体の前記モデルを提供するステップと、
前記モデルの各断面に基づいて、複数の移動パラメータを取得するステップと、
移動パラメー前記タに基づいて、前記印刷ヘッドおよび前記回転ベースの移動を制御して、前記印刷ヘッドが造形材料の連続層を前記回転ベースの前記搭載面に分配し、前記３Ｄ物体を形成するステップと、
を含む方法。
【請求項１３】
前記移動パラメータが、回転パラメータと、第１シフトパラメータと、第２シフトパラメータとを含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記移動パラメータに基づいて前記印刷ヘッドおよび前記回転ベースの前記移動を制御する前記ステップが、
回転パラメータに基づいて、前記第１軸を中心に回転するよう前記回転ベースを制御するステップと、
前記モデルから取得した第１シフトパラメータに基づいて、前記第１軸に沿ってシフトするよう前記回転ベースを制御するステップと
を含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記移動パラメータに基づいて前記印刷ヘッドおよび前記回転ベースの前記移動を制御する前記ステップが、
前記モデルから取得した第２シフトパラメータに基づいて、前記第２軸に沿ってシフトするよう前記印刷ヘッドを制御するステップを含む請求項１２、１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１軸が、前記搭載面の法線ベクトルに対して平行である請求項１２、１３、１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２軸が、前記搭載面に対して平行である請求項１２、１３、１４、１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記造形材料の連続層が、それぞれ前記モデルの前記断面に対応する請求項１２、１３、１４、１５、１６または１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタおよびその印刷方法に関するものであり、特に、３Ｄプリンタ（ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ  ａｐｐａｒａｔｕｓ）およびその印刷方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、一層ごとに積み上げてモデルを造形する付加製造技術（ａｄｄｉｔｉｖｅ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）等のように、物理３Ｄモデルの造形には多様な技術が使用されている。一般的に、ＣＡＤ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ  ｄｅｓｉｇｎ）ソフトウェア等により造形された３Ｄモデルの仮想設計は、連続して積層された複数の薄い（擬２次元）断面層に変換される。
【０００３】
薄い断面層を形成する方法として、いくつかの方法が存在する。例えば、印刷ヘッドは、通常、仮想設計データから作成されたＸ‐Ｙ‐Ｚ座標を基準にして、Ｘ‐Ｙ座標のベースの上方を移動し、適切な断面層形状で材料を押し出すか、または堆積させて取り付けられる。堆積した材料は、その後、自然に硬化するか、または強力な光源等で硬化することによって、所望の断面層を形成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、これらの技術にも制限がある。例えば、３Ｄモデルが円形または曲線状である場合、このような平面層付加技術はＸ‐Ｙ面が段丘状になるため、表面品質が悪い。そのため、従来の平面層付加技術は、曲線の輪郭を有する３Ｄ物体の製造には不適切であり、滑らかな表面を有する複雑で曲線的な物体を製造することのできる装置の必要性が残されている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
したがって、本発明は、より優れた解像度と印刷品質を有する３Ｄプリンタを提供する。
【０００６】
本発明は、また、より優れた解像度と品質を有する３Ｄ物体の製造方法を提供する。
【０００７】
本発明は、３Ｄ物体のモデルから３Ｄ物体を製造するのに適した３Ｄプリンタを提供する。３Ｄプリンタは、回転ベースと、印刷ヘッドとを含む。回転ベースは、搭載面を有するとともに、第１軸を中心に回転し、且つ第１軸に沿ってシフトするよう構成される。印刷ヘッドは、回転ベースの上方に配置されるとともに、第１軸に垂直な第２軸に沿ってシフトし、造形材料の連続層(ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ  ｌａｙｅｒ)を搭載面に分配するよう構成される。造形材料の連続層は、３Ｄ物体を形成する。造形材料の各層の分配形状は、第１軸を中心とする回転ベースの回転、第１軸に沿った回転ベースのシフト、および第２軸に沿った印刷ヘッドのシフトにより決定される。
【０００８】
本発明は、さらに、上述した３Ｄプリンタで３Ｄ物体を製造する方法を提供する。この方法は、以下のステップを含む。まず、複数の断面を含む３Ｄ物体のモデルを提供する。そして、モデルの各断面に基づいて、複数の移動パラメータを取得する。移動パラメータに基づいて、印刷ヘッドおよび回転ベースを移動するよう制御して、印刷ヘッドが造形材料の連続層を回転ベースの搭載面に分配し、３Ｄ物体を形成する。
【０００９】
本発明の１つの実施形態において、３Ｄプリンタは、さらに、回転ベースおよび印刷ヘッドに結合され、回転ベースおよび印刷ヘッドの移動を制御する制御ユニットを含む。
【００１０】
本発明の１つの実施形態において、制御ユニットは、回転パラメータに基づいて、第１軸を中心に回転するよう回転ベースを制御し、モデルから取得した第１シフトパラメータに基づいて、第１軸に沿ってシフトするよう回転ベースを制御する。
【００１１】
本発明の１つの実施形態において、制御ユニットは、モデルから取得した第２シフトパラメータに基づいて、第２軸に沿ってシフトするよう印刷ヘッドを制御する。
【００１２】
本発明の１つの実施形態において、３Ｄプリンタは、さらに、制御ユニットに結合され、第２軸に沿ってシフトするよう印刷ヘッドを搬送するプーリーアセンブリ（ｐｕｌｌｅｙ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）を含む。
【００１３】
本発明の１つの実施形態において、プーリーアセンブリは、ベルトと、少なくとも１つのプーリーとを含む。ベルトは、第２軸に沿って延伸し、その上に印刷ヘッドが配置される。プーリーは、ベルトに接続され、第２軸に沿ってシフトするようベルトを駆動する。
【００１４】
本発明の１つの実施形態において、３Ｄプリンタは、さらに、制御ユニットに結合されるとともに、回転ベースに接続され、第１軸に沿ってシフトし、且つ第1軸を中心に回転するよう回転ベースを駆動する少なくとも１つのモータを含む。
【００１５】
本発明の１つの実施形態において、モータは、さらに、第１モータと、第２モータとを含む。第１モータは、第１軸に沿ってシフトするよう回転ベースを駆動し、第２モータは、第１軸を中心に回転するよう回転ベースを駆動する。
【００１６】
本発明の１つの実施形態において、第１軸は、搭載面の法線ベクトルに対して平行である。
【００１７】
本発明の１つの実施形態において、第２軸は、搭載面に対して平行である。
【００１８】
本発明の１つの実施形態において、３Ｄプリンタは、さらに、印刷ヘッドに造形材料を提供するスプール（ｓｐｏｏｌ）を含む。
【００１９】
本発明の１つの実施形態において、移動パラメータは、回転パラメータと、第１シフトパラメータと、第２シフトパラメータとを含む。
【００２０】
本発明の１つの実施形態において、移動パラメータに基づいて印刷ヘッドおよび回転ベースの移動を制御するステップは、以下のステップを含む。まず、回転パラメータに基づいて、第１軸を中心に回転するよう回転ベースを制御する。次に、モデルから取得した第１シフトパラメータに基づいて、第１軸に沿ってシフトするよう回転ベースを制御する。
【００２１】
本発明の１つの実施形態において、移動パラメータに基づいて印刷ヘッドおよび回転ベースの移動を制御するステップは、モデルから取得した第２シフトパラメータに基づいて、第２軸に沿ってシフトするよう印刷ヘッドを制御するステップを含む。
【００２２】
本発明の１つの実施形態において、造形材料の連続層は、それぞれ、モデルの断面に対応する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の３Ｄプリンタは、回転ベースが第１軸に沿ってシフトし、且つ第１軸を中心に回転するのに適しており、印刷ヘッドが３Ｄ物体のモデルの断面に基づいて第２軸に沿ってシフトするのに適しているとともに、印刷ヘッドが造形材料の連続層を回転ベースに分配することにより、モデルから３Ｄ物体を形成する。それにより、ベースが回転せず、Ｘ‐Ｙ座標に沿ってしかシフトしない従来の３Ｄプリンタとは異なり、回転可能な回転ベースを有する３Ｄプリンタは、３Ｄモデルが円形または曲線状の場合に、Ｘ‐Ｙ面が段丘状にならない優れた表面品質を提供することができる。そのため、本発明の３Ｄプリンタは、より優れた解像度と印刷品質を有する。
【００２４】
本発明の上記および他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の１つの実施形態に係る３Ｄプリンタの斜視図である。
【図２】図１の３Ｄ物体の斜視図である。
【図３】図１の回転ベースの斜視図である。
【図４】図１の３Ｄプリンタで３Ｄ物体を製造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】
【００２６】
以下、添付の図面を例として、本発明の実施形態を詳細に説明する。各図面および関連説明において、同一または類似する構成要素には、同一の参照番号を使用する。
【００２７】
図１は、本発明の１つの実施形態に係る３Ｄプリンタの斜視図である。図１を参照すると、本実施形態において、３Ｄプリンタ１００は、３Ｄ物体１０のモデル（図示せず）から３Ｄ物体１０を製造するのに適している。モデルは、例えば、ＣＡＤ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ａｉｄｅｄ  ｄｅｓｉｇｎ）またはアニメーションモデリングソフトウェア等により造形され、モデルを複数の断面に薄く切り取り、３Ｄプリンタ１００が印刷のガイドラインとして使用することにより、３Ｄプリンタ１００は、モデルを読み取り、モデルの断面から３Ｄ物体１０を製造する。
【００２８】
本実施形態において、３Ｄプリンタ１００は、回転ベース１１０と、印刷ヘッド１２０とを含む。回転ベース１１０は、印刷ヘッド１２０から造形材料を搬送する搭載面１１２を有する。回転ベース１１０は、第１軸Ａ１を中心に回転し、且つ第１軸Ａ１に沿ってシフトするのに適している。印刷ヘッド１２０は、回転ベース１１０の上方に配置されるとともに、第２軸Ａ２に沿ってシフトして造形材料の連続層を搭載面１１２に分配し、３Ｄ物体１０を形成するよう構成される。本実施形態において、３Ｄプリンタは、さらに、印刷ヘッド１２０に造形材料を提供するスプール１６０を含み、造形材料は、液体、粉末、紙、シート材料、または他の適切な材料を含む。
【００２９】
図２は、図１の３Ｄ物体の斜視図である。図１および図２の両方を参照すると、本実施形態において、第２軸Ａ２は、第１軸Ａ１に対して垂直である。ここで、第１軸Ａ１は、例えば、図２に示したＺ軸であり、搭載面１１２の法線ベクトルに対して平行である。第２軸Ａ２が第１軸に対して垂直であり、第１軸が搭載面１１２に対して平行である限り、本発明は、第１軸Ａ１および第２軸Ａ２の方向を限定しない。図２に示した造形材料の各層１２の形状は、第１軸Ａ１を中心とする回転ベース１１０の回転、第１軸Ａ１に沿った回転ベース１１０のシフトおよび第２軸Ａ２に沿った印刷ヘッド１２０のシフトにより決定される。３Ｄ物体１０のＸ‐Ｙ‐Ｚ座標がそれぞれ３Ｄ物体１０のモデルのＸ‐Ｙ‐Ｚ座標に対応し、３Ｄ物体１０の各層１２がそれぞれ３Ｄ物体１０のモデルの断面に対応することにより、造形材料の連続層１２は、３Ｄ物体１０を形成する。
【００３０】
詳しく説明すると、３Ｄプリンタ１００は、さらに、回転ベース１１０および印刷ヘッド１２０に結合され、回転ベース１１０および印刷ヘッド１２０の移動を制御する制御ユニット（図示せず）を含む。具体的には、制御ユニットは、回転パラメータθ1に基づいて、第１軸Ａ１を中心に回転するよう回転ベース１１０を制御し、第１シフトパラメータＺ1に基づいて、第１軸Ａ１に沿ってシフトするよう回転ベース１１０を制御する。回転パラメータθ1および第１シフトパラメータＺ1は、モデルの断面から得られる。また、制御ユニットは、モデルの断面から取得した第２シフトパラメータＹ1に基づいて、第２軸Ａ２に沿ってシフトするよう印刷ヘッド１２０を制御する。つまり、印刷ヘッド１２０が造形材料の連続層を回転ベース１１０に分配すると同時に、制御ユニットがモデルの断面から取得した対応パラメータθ1、Ｚ1に基づいて移動するよう回転ベース１１０を制御し、且つモデルの断面から取得した対応パラメータＹ1に基づいて移動するよう印刷ヘッド１２０を制御することによって、モデルの断面から３Ｄ物体を形成する。
【００３１】
図３は、図１の回転ベースの斜視図である。図１および図３を参照すると、本実施形態において、３Ｄプリンタ１００は、制御ユニットに結合されたプーリーアセンブリ１３０を含んでもよい。プーリーアセンブリ１３０は、ベルト１３２と、少なくとも１つのプーリー１３４とを含む。印刷ヘッド１２０は、第２軸Ａ２に沿って延伸するベルト１３２の上に配置される。プーリー１３４は、ベルト１３２に接続され、第２軸Ａ２に沿って移動するようベルト１３２を駆動することにより、第２シフトパラメータＹ1に基づいて、第２軸Ａ２に沿ってシフトするよう印刷ヘッド１２０を搬送する。
【００３２】
また、３Ｄプリンタ１００は、さらに、少なくとも１つのモータ（２つのモータ１４０および１５０を図示する）を含んでもよい。少なくとも１つのモータは、制御ユニットに結合されるとともに、回転ベース１１０に接続され、第１軸Ａ１に沿ってシフトし、且つ第１軸Ａ１を中心に回転するよう回転ベース１１０を駆動する。本実施形態において、３Ｄプリンタ１００は、図３に示した回転ベース１１０の下方に配置された第１モータ１４０および第２モータ１５０を含む。制御ユニットは、第１モータを制御して、第１シフトパラメータＺ1に基づいて第１軸Ａ１に沿ってシフトするよう回転ベース１１０を駆動するとともに、第２モータ１５０を制御して、回転パラメータθ1に基づいて第１軸Ａ１を中心に回転するよう回転ベース１１０を駆動する。
【００３３】
上述した配置により、印刷ヘッド１２０が造形材料の連続層を回転ベース１１０の上に分配すると同時に、３Ｄプリンタ１００が対応パラメータＺ1、θ1に基づいて第１軸Ａ１に沿ってシフトし、且つ第１軸Ａ１を中心に回転するよう回転ベース１１０を制御するとともに、対応パラメータＹ1に基づいて第２軸Ａ２に沿ってシフトするよう印刷ヘッド１２０を制御することにより、モデルから３Ｄ物体１０を形成することができる。それにより、３Ｄプリンタ１００は、回転ベース１１０が印刷中に回転することができるため、３Ｄモデルが円形または曲線状の時に、より優れた表面品質を提供することができる。
【００３４】
図４は、図１の３Ｄプリンタで３Ｄ物体を製造する方法のフローチャートである。図１および図４を参照すると、本実施形態において、上述した３Ｄプリンタ１００により３Ｄ物体１０を製造する方法は、以下のステップを含む。まず、３Ｄ物体１０のモデルを提供する（ステップＳ１１０）。モデルは、例えば、ＣＡＤ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ａｉｄｅｄ  ｄｅｓｉｇｎ）や、アニメーションモデリングソフト等により提供される。モデルを複数の断面に薄く切り取り、３Ｄプリンタ１００がその断面から３Ｄ物体１０を製造する。
【００３５】
そして、モデルに基づいて、複数の移動パラメータを取得する（ステップＳ１２０）。ここで、移動パラメータは、モデルの各断面から得られ、移動パラメータは、上述した回転パラメータθ1、第１シフトパラメータＺ1および第２シフトパラメータＹ1を含む。移動パラメータは、モデルの断面情報を移動パラメータθ1、Ｚ1、Ｙ1に変換し、３Ｄプリンタが印刷用のガイドラインとして読み取って使用することにより、取得することができる。
【００３６】
次に、移動パラメータに基づいて移動するよう３Ｄプリンタ１００の印刷ヘッド１２０および回転ベース１１０を制御する（ステップＳ１３０）。印刷ヘッド１２０および回転ベース１１０は、モデルの断面から取得した対応移動パラメータθ1、Ｚ1、Ｙ1に基づいて移動する。具体的には、造形材料の連続層を回転ベース１１０の上に分配すると同時に、第２シフトパラメータＹ1に基づいて第２軸Ａ２に沿ってシフトするよう印刷ヘッド１２０を制御し、回転パラメータθ1に基づいて第１軸Ａ１を中心に回転し、且つ第１シフトパラメータＺ1に基づいて第１軸Ａ１に沿ってシフトするよう回転ベース１１０を制御することによって、３Ｄ物体１０を形成する。造形材料の連続層は、それぞれ、モデルの断面に対応する。
【００３７】
その後、冷却、放射またはその他の適切な硬化プロセスで造形材料の連続層を硬化することにより、造形材料の連続層により形成された３Ｄ物体１０を固体状にする。そして、硬化プロセスの後、回転ベース１１０から３Ｄ物体１０を除去する。
【００３８】
以上のように、本発明の３Ｄプリンタは、印刷ヘッドが造形材料の連続層を回転ベースの上に分配すると同時に、３Ｄ物体のモデルの断面から取得した移動パラメータに基づいて、第１軸に沿ってシフトし、且つ第１軸を中心に回転するよう回転ベースを制御するとともに、第２軸に沿ってシフトするよう印刷ヘッドを制御することによって、モデルから３Ｄ物体を形成する。それにより、ベースが回転せず、Ｘ‐Ｙ座標に沿ってしかシフトしない従来の３Ｄプリントとは異なり、回転可能な回転ベースを有する３Ｄプリンタは、３Ｄモデルが円形または曲線状である場合に、Ｘ‐Ｙ面が段丘状にならない優れた表面品質を提供することができる。そのため、本発明の３Ｄプリンタは、より優れた解像度と印刷品質を有する。
【００３９】
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。
【符号の説明】
【００４０】
１０  ３Ｄ物体
１２  連続層
１００  ３Ｄプリンタ
１１０  回転ベース
１２０  印刷ヘッド
１３０  プーリーアセンブリ
１３２  ベルト
１３４  プーリー
１４０  第１モータ
１５０  第２モータ
１６０  スプール
Ａ１  第１軸
Ａ２  第２軸
Ｙ１  第２シフトパラメータ
Ｚ１  第１シフトパラメータ
θ１  回転パラメータ
【図１】
2015006785.tif 000003
【図２】
2015006785.tif 000004
【図３】
2015006785.tif 000005
【図４】
2015006785.tif 000006
【外国語明細書】
2015006785000001.pdf