(57)【要約】  オブジェクトの形成方法は、支持構造の増分（７２）を規定する複数の層（７０）を形成するように第１の材料を射出することと、オブジェクト（３８）の層（７４）を形成するように第２の材料を押し出すこととを含んでいる。オブジェクト（３８）の層（７４）は、支持構造の増分（７２）の内面（６８）に実質的に合致している。
2008538329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オブジェクトの形成方法であって、
第１の材料を射出して、内面を有する支持構造の増分を規定する複数の層を形成することと、
第２の材料を押し出して、前記支持構造の増分の前記内面と実質的に合致する前記オブジェクトの層を形成することと
を含むことを特徴とする形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の形成方法であって、
さらに、
前記第２の材料のおおよそクリープ緩和温度から該第２の材料のおおよそガラス転移温度の範囲に温度が維持された環境で前記オブジェクトを形成すること
を含むことを特徴とする形成方法。
【請求項３】
請求項１に記載の形成方法であって、
さらに、
前記支持構造の増分を平坦化すること
を含むことを特徴とする形成方法。
【請求項４】
請求項１に記載の形成方法であって、
前記オブジェクトの前記層は、前記支持構造の増分にほぼ等しい厚みを有する
ことを特徴とする形成方法。
【請求項５】
請求項１に記載の形成方法であって、
前記第１の材料は、溶媒に拡散された材料を含む
ことを特徴とする形成方法。
【請求項６】
請求項１に記載の形成方法であって、
前記第２の材料は、熱可塑性プラスチック材料を含む
ことを特徴とする形成方法。
【請求項７】
請求項１に記載の形成方法であって、
さらに、
前記支持構造の増分の高さを検出することを含み、
前記第１の材料からなる複数の層の層数は、検出された高さに基づいて変化する
ことを特徴とする形成方法。
【請求項８】
請求項１に記載の形成方法であって、
さらに、
前記支持構造の増分の張出部における支持の欠如を補うことを含み、
前記張出部は、前記内面が垂直方向に対して少なくとも約３０°よりも大きな角度で突出している前記支持構造の増分の領域である
ことを特徴とする形成方法。
【請求項９】
請求項８に記載の形成方法であって、
前記補うことは、
前記第２の材料を押し出して、複数の薄層を形成し、前記張出部を支持することを含み、
前記複数の薄層の厚みはそれぞれ、最大で、前記オブジェクトの前記層の厚みの約半分である
ことを特徴とする形成方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の形成方法であって、
前記補うことは、
第３の材料を射出して、複数の薄層を形成し、前記張出部を支持すること
を含むことを特徴とする形成方法。
【請求項１１】
オブジェクトの形成方法であって、
前記形成方法は、
前記オブジェクトの外面を表すデータを含む該オブジェクトのデジタル表現を供給することと、
前記オブジェクトの前記外面によって決められる形状を有する支持構造の内面を表すデータを含む前記支持構造のデジタル表現を形成することと、
前記支持構造の増分が前記支持構造の前記内面の一部分を含んでいる、前記支持構造の前記デジタル表現に基づいて、前記支持構造の増分を形成するように複数の層を射出することと、
前記オブジェクトの層が実質的に前記支持構造の増分の内面と合致する、前記オブジェクトの前記デジタル表現に基づいて、前記オブジェクトの前記層を押し出すことと、
前記オブジェクトと前記支持構造とを形成するように、前記射出することと、前記押し出すこととを繰り返すことと
を含むことを特徴とする形成方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の形成方法であって、
前記形成方法は、
さらに、
前記オブジェクトの前記層の材料における、おおよそクリープ緩和温度から前記オブジェクトの前記層の前記材料における、おおよそガラス転移温度までの範囲に温度が維持された環境で前記オブジェクトを形成すること
を含むことを特徴とする形成方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の形成方法であって、
さらに、
前記支持構造の増分を平坦化すること
を含むことを特徴とする形成方法。
【請求項１４】
請求項１４に記載の形成方法であって、
前記オブジェクトの前記層は、前記支持構造の増分の厚みにほぼ等しい厚みを有している
ことを特徴とする形成方法。
【請求項１５】
請求項１１に記載の形成方法であって、
さらに、
前記オブジェクトが実質的に固化するように前記オブジェクトを冷却することと、
前記支持構造の少なくとも一部を溶媒に溶かすことで前記支持構造を前記オブジェクトから取り除くことと
を含むことを特徴とする形成方法る
【請求項１６】
オブジェクトを形成するシステムであって、
前記システムは、
内面を有する支持構造の層を形成するように第１の材料を射出する射出ヘッドと、
各々が、前記支持構造の前記層の各々における厚みよりも大きな厚みを示す前記オブジェクトの層を形成するように第２の材料を押し出すための押出端を有する押出ヘッドと、
前記オブジェクトの前記層が実質的に前記支持構造の前記内面と合致できる温度を維持する構築室と
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項１６に記載のシステムであって、
さらに、
前記支持構造の前記層を平坦化する平坦器を備える
ことを特徴とするシステム。
【請求項１８】
請求項１６に記載のシステムであって、
さらに、
前記支持構造の前記層の高さを検出するためのセンサを備える
ことを特徴とするシステム。
【請求項１９】
請求項１６に記載のシステムであって、
前記押出ヘッドは、さらに、
第２の押出端を備える
ことを特徴とするシステム。
【請求項２０】
請求項１６に記載のシステムであって、
前記温度は、おおよそ前記第２の材料のクリープ緩和温度から前記第２の材料のガラス転移温度までの範囲である
ことを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の背景］
本発明は、アディティブ法を利用したコンピュータデザインによる３次元オブジェクトの製造に関する。具体的には、本発明は、溶融堆積モデリングと射出技術とを利用した、３次元オブジェクトの高速製造に関する。
【０００２】
例えば、美的判断、数学的モデルの証明、概念視角化、ハードツーリング（hard tooling）の形成、干渉及び空間配置の検証、機能性試験などの種々の機能のための部品を形成するために、コンピュータ処理設計による３次元オブジェクトの高速試作が利用されている。また、高速試作技術は、高速製造市場に普及しており、高速製造市場では、オブジェクトの複製が迅速に作り出され、各オブジェクトは、ハードツーリングによって作られたオブジェクトに似た物理的特性を発揮する。
【０００３】
高速製造用途では、高いスループット、良好な表面仕上げ、強度、硬度、射出成形部品と同等の耐化学性が求められる。所望の機能性品質を達成するために、例えばアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート、ポリサルフォンなどといった熱可塑性プラスチック材料から高速製造オブジェクトを構築することが望ましい。尚、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート、ポリサルフォンは全て、良好な物理的特性を発揮する。
【０００４】
溶融堆積モデリングは、ミネソタ州のエデン  プレーリーにあるストラタシス・インコーポレイテッドによって開発された周知の高速試作技術であり、熱可塑性プラスチック材料から３次元オブジェクトを構築するものである。溶解堆積モデリング装置は、押出ヘッドによって搭載されたノズルを通じて、流動性を有するモデリング材料（例えば、熱可塑性プラスチック材料）を押し出し、モデリング材料を予め決められたパターンで基盤上に堆積させることで、３次元オブジェクトを構築する。モデリング材料は、“路（roads）”と称される流動性ストランドの形態で押し出される。一般的に、オブジェクトは、一連の路をｘ−ｙ平面内に堆積させ、（ｘ−ｙ平面に垂直な）ｚ軸に沿って押出ヘッドの位置を上げるといった処理を繰り返すことで、積層方向に形成される。基盤に対する押出ヘッドの移動は、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）システムから入力される設計データに従って、コンピュータ制御によって実行される。押し出されたモデリング材料は、それ以前に堆積されたモデリング材料と融合して、温度の低下とともに固化し、ＣＡＤモデルに似た３次元オブジェクトを形成する。
【０００５】
固化可能材料からオブジェクトを構築する別の技術がジェッティングとして知られている。ジェッティングは、例えばインクジェットプリントヘッドなどの射出ヘッドのノズルからモデリング材料の液滴を堆積させる。液滴の堆積後、射出された材料は固化される（例えば、射出された材料を紫外線に曝すことで硬化される）。
【０００６】
（例えば、溶解堆積モデリング及びジェッティングといった）現在の技術における積層製造技術から形成された３次元オブジェクトの表面は、３次元オブジェクトの層構造に起因して、凹凸が生じたり、筋が生じる。湾曲した表面及び角度がついた表面は、一般的に、角張った端部断面を有する断面形状の積層によって生じる“階段”的な外観を有する。この階段は、オブジェクトの強度に影響を与えるものではないものの、美観を大いに損なうものである。一般的に、階段効果は、層厚に比例し、層厚が減小するにつれて階段効果は減小する。
【０００７】
例えばストラタシス・インコーポレイテッド製の市販のシステムなどの現在の溶解堆積モデリング装置は、約１８０マイクロメートル（約０．００７インチ）から約７６０マイクロメートル（約０．０３０インチ）の範囲の層厚を有し、約１２５マイクロメートル（約０．００５インチ）から約１５００マイクロメートル（約０．０６０インチ）の範囲の路幅を有する３次元オブジェクトを構築する。熱可塑性プラスチック材料は、一般的に約１２５マイクロメートル（約０．００５インチ）から約５００マイクロメートル（約０．０２０インチ）の範囲の内径を有する押出端を通じて、所望の層厚及び所望の路幅を生成するように設定された堆積速度で流される。
【０００８】
溶解堆積モデリング装置は、一般的に、約５００ヘルツ（Ｈｚ）のボクセル率で動作して、１時間あたり約３立方インチの堆積速度で熱可塑性プラスチック材料の押出を行う。その結果得られたオブジェクトの解像度は、オブジェクトの形状（geometry）に依存して、一般的に、約１３０マイクロメートル（約０．００５インチ）となっている。（構築時間を低減させるために）高い周波数で押出機を動作させても、熱可塑性プラスチック材料の高い粘度（例えば、約５００ポアズ）と、熱可塑性プラスチック材料の低い熱伝導率（例えば、約０．２ワット／メートル・℃）とによって、（薄層を形成するための）小さな押出端を通じた熱可塑性プラスチック材料の押出は、一般的に抑制されてしまう。
【０００９】
現在の技術におけるジェッティング技術は、約２キロヘルツ（ｋＨｚ）から約２００ｋＨｚのボクセル率で材料の小さな液滴を押し出すことが可能である。約２５マイクロメートル（約０．００１インチ）の厚みに平坦化する前の典型的な厚みとして、噴出された層の厚みは、一般的に、約５マイクロメートル（約０．０００２インチ）から約１５０マイクロメートル（約０．００６インチ）の範囲となっている。したがって、結果物として得られたオブジェクトの解像度は、オブジェクトの形状に依存して、一般的に、約５０マイクロメートル（約０．００２インチ）となっている。しかしながら、周知の噴出可能な材料は、押出可能な熱可塑性プラスチック材料における所望の材料特性を有していない。このため、噴出されたオブジェクトは、一般的に、高速製造用途にあまり適していない。例えば熱可塑性プラスチック材料などのように良好な物理特性を発揮する材料から３次元オブジェクトを構築する速度と解像度とを向上させる技術が必要とされている。
【００１０】
［発明の概要］
本発明は、ジェッティング技術と溶解堆積モデリングの原理とを組み合わせることで、高解像度であり、高速製造された３次元オブジェクトを提供する方法及びシステムに関する。第１の材料は、噴出されて、支持構造の増分を規定する複数の層を形成する。第１の材料の噴出によって、支持構造の増分が高解像度の内面を有することができる。
【００１１】
第２の材料は、押し出されて、３次元オブジェクトの層を形成し、３次元オブジェクトの層は、支持構造の増分における高解像度の内面と実質的に合致する。第１の材料の噴出、及び第２の材料の押出は、３次元オブジェクトと支持構造とが形成されるまで繰り返される。したがって、支持構造は、支持構造の構築と同時に充填される高解像度の型として機能する。支持構造がこのように機能することによって、３次元オブジェクトは、高い堆積速度で、高い表面解像度を有しつつ、良好な物理特性を有する材料から形成され得る。
【００１２】
［詳細な説明］
図１，２はそれぞれ、本発明に従って３次元オブジェクトを製造する装置である３次元モデリングシステム１０の側面図及び正面図である。システム１０は、構築室１２と、コントローラ１４と、ＣＡＤシステム１６と、材料供給部１８と、循環システム２０とを備えている。
【００１３】
構築室１２は、室壁２２と、室壁２２の内側に配置された内部２４とを備えている。内部２４は、図１，２における切り欠き部分として示されている。また、内部２４の内側では、構築室１２は、噴出ヘッド２６と、平坦器２８と、押出ヘッド３０と、案内レール３２と、プラットフォーム３４と、支持構造３６と、３次元オブジェクト３８とを備えている。以下に述べるように、噴出ヘッド２６は、支持材料をプラットフォーム３４上に噴出し、支持構造３６を徐々に構築する。支持構造３６の射出を組み入れることによって、押出ヘッド３０は、プラットフォーム３４上にモデリング材料を押し出し、支持構造３６内にオブジェクト３８を構築する。
【００１４】
射出ヘッド２６及び平坦器２８は、単一のユニットとして連結されており、案内レール３２によって支持されている。尚、案内レール３２は、構築室１２内部のｙ軸に沿って延設されている。案内レール３２によって、射出ヘッド２６及び平坦器２８は、ｙ軸に沿って前後に移動する。押出ヘッド３０は、案内レール３２と、追加的な案内レール４０とによって支持されている。尚、追加的な案内レール４０は、構築室１２内部のｘ軸に沿って延設されている。案内レール３２，４０によって、押出ヘッド３０は、ｘ軸とｙ軸とによって形成される平面内のいずれの方向にも移動できる。
【００１５】
プラットフォーム３４は、支持構造３６とオブジェクト３８とを構築するための作業面を提供するものであり、射出ヘッド２６、平坦器２８、及び押出ヘッド３０のＺ軸に沿った方向の下方に配置されている。ｚ軸に沿ったプラットフォーム３４の高さは、従来の方法で調整されることで、プラットフォーム３４と、射出ヘッド２６、平坦器２８、及び押出ヘッド３０との間の距離を変化させてもよい。
【００１６】
材料供給部１８は、支持材料供給部４２と、モデリング材料供給部４４と、支持材料供給配管４６と、支持材料戻り配管４８と、モデリング材料供給配管５０とを備えている。支持材料供給部４２は、支持材料供給配管４６によって、構築室１２の射出ヘッド２６に接続されているため、支持材料供給部４２に貯蔵された支持材料を射出ヘッド２６へと送り込むことができる。支持構造３６を構築したのちに使用されずに残った支持材料は、支持材料戻り配管４８を介して、支持材料供給部４２へと戻される。モデリング材料供給部４４は、モデリング材料供給配管５０によって、構築室１２の押出ヘッド３０に接続されているため、モデリング材料供給部４４に貯蔵されたモデリング材料を押出ヘッド３０へと送り込むことができる。
【００１７】
循環システム２０は、吸引器５４と、冷却ファン５６と、吸引導管５８と、冷却導管６０とを備えている。吸引器５４は、吸引導管５８によって、構築室１６の平坦器２８に接続されている。同様に、冷却ファン５６は、冷却導管６０によって、構築室１６の押出ヘッド３０に接続されている。冷却ファン５６は、押出ヘッド３０に冷気を供給して、押出ヘッド３０を所望の温度に維持する。
【００１８】
構築室１２の射出ヘッド２６は、下向きの複数のノズル６２の列を備え、下向きの複数のノズル６２は、予め決められたパターンに従って支持材料の液滴を射出し、支持構造３６を一層づつ構築する。本実施形態において、複数のノズル６２は、作業空間全体に亘る一列となっている。正常に機能していないノズル（例えば、詰まったノズルもしくは故障したノズル）の影響を無効にするために、射出ヘッド２６をｘ軸に沿って変位させて、作業空間に対する複数のノズル６２の位置をランダム化してもよい。射出ヘッド２６のｘ軸に沿った変位は、ｘ軸に沿って延設され、押出ヘッド３０のための案内レール４０に平行な一組の第３の案内レール（図示せず）を使用することで実現されてもよい。別の実施形態では、複数のノズル６２は、作業空間の一部に亘るだけであるとともに、射出ヘッド２６は、ｚ軸に沿った高さの増分毎の作業空間全体をカバーするために、複数回通過してもよい（例えば、ラスター走査パターン及び飛び越しラスター走査パターン）。さらに、複数のノズル６２は、ｘ軸から任意の角度分オフセットされ、通過毎の解像度を向上させてもよい（例えば、サーベル（saber）角度）。
【００１９】
射出ヘッド２６は、例えばＧＡＬＡＸＹ印字ヘッド／射出アセンブリ、ＮＯＶＡ印字ヘッド／射出アセンブリ、ＳＰＥＣＴＲＡ印字ヘッド／射出アセンブリと商標指定されたものなどのような市販のインクジェット印字ヘッドでもよい。ＧＡＬＡＸＹ印字ヘッド／射出アセンブリ、ＮＯＶＡ印字ヘッド／射出アセンブリ、ＳＰＥＣＴＲＡ印字ヘッド／射出アセンブリは全て、ニューハンプシャー州のレバノンにあるスペクトラ・インコーポレイテッドから市販されている。１つの実施形態では、射出ヘッド２６は、ドロップ・オン・デマンド技術を利用している。ドロップ・オン・デマンド技術を利用する、現在の技術における一般的な射出ヘッドは、１ノズルあたり約３ｋＨｚの割合で直径約３８マイクロメートルの液滴を確実に射出するとともに、１インチあたり３００を越えるノズル密度を有している。別の実施形態では、射出ヘッド２６は、連続液滴技術を利用している。連続液滴技術は、一般的に、より高いスループットを提供するものの、液滴のサイズがより変動しやすい。さらに別の実施形態では、射出ヘッド２６は、カスタマイズされ、及び／またはノズルを１つだけ有してもよい。例えば、射出ヘッド２６は、ｙ軸に沿って高速移動してもよく、液滴を所定位置へと静電気的に偏向させてもよい。
【００２０】
現在の技術における射出ヘッドでは、射出された液滴が異なるサイズを示しているため、堆積速度が不確定となっている。堆積速度が不確定であることを解決するために、射出ヘッド２６は、過剰に支持材料を堆積するように補正される。そして、余分な材料は、平坦器２８によって後に除去される。平坦器２８は、堆積された層を平坦化するのに適していれば、いかなる器具であってもよい。本実施形態では、平坦器２８は、回転カッターであり、支持材料を物理的に切除することで、支持構造の層を平坦化する。あるいは、平坦器２８は、支持構造３６の部分を溶解させる溶媒被覆ローラを内蔵する溶媒補助ラッピング平坦器（solvent-assisted lapping planarizer）であってもよい。溶媒補助ラッピング平坦器は、支持構造３６の小さな特徴に使用するのに特に適しており、溶媒補助ラッピング平坦器でなければ、従来の平坦器によって生じる剪断力によって支持構造３６の小さな特徴に損傷が生じ得る。また別の平坦器２８は、以下で述べるように、支持構造３６の特定の材料に使用するのに特に適した滑らかなローラを備えている。
【００２１】
平坦器２８は、射出ヘッド１４の少し下側に延設されているのが望ましい。このような配置では、射出された支持材料は、平坦器２８の高さに等しい、ｚ軸に沿った高さまで堆積したときに平坦化される。このように平坦化されることによって、複数のノズル６２が支持構造３６の射出層と衝突することが防止される。別の実施形態では、平坦器２８は、射出ヘッド２６から分離され、ｚ軸に沿った種々の高さに位置可能となっていてもよい。平坦器２８がｚ軸に沿った種々の高さに位置可能となることで、平坦器２８が射出された支持材料に作用する間隔を制御することができる。
【００２２】
平坦器２８によって除去された支持材料は、吸引器５４によって、吸引導管５８を通じて構築室１６から引き出される。吸引器４６は、支持材料が平坦器２８によって除去されたときに、除去された支持材料を構築室１６から引き出す。平坦器２８及び吸引器５４は、余分な支持材料を平坦化し、除去するのに適しているのであれば、いかなる平坦化システムであってもよい。例えば、平坦器２８が使用されているときに、吸引器５４の代わりに、負帯電された静電気ローラを使用して、余分な支持材料を収集し、除去してもよい。
【００２３】
押出ヘッド３０は、例えば溶解堆積モデリングのための押出ヘッドなどといった、熱可塑性プラスチック材料を受け入れ、融解状態の熱可塑性プラスチック材料を分配する、いかなる種類の押出ヘッドであってもよい。押出ヘッド３０は、押出端６４を備え、押出端６４は、予め決められたパターンに従って、バルク層のモデリング材料を押し出し、オブジェクト３８を一層ごと構築する。本発明の１つの実施形態において、押出ヘッド３０の押出端６４は、一般的に既存の溶解堆積モデリングシステムで使用されるバルク層のモデリング材料よりも厚いバルク層のモデリング材料を押し出すことが可能な大きなオリフィスを備えていてもよい。
【００２４】
モデリング材料のバルク層の適切な厚みの一例としては、約７６０マイクロメートル（０．０３インチ）が挙げられる。この厚みは、現在の溶解堆積モデリングシステムで使用される厚みよりも数倍大きい。“厚み”という用語、及び“層厚”という用語は、ここでは図１，２に示されたｚ軸に沿った距離として定義されている。また、押出端６４の大きなオリフィスによって、モデリング材料の押出速度を既存の溶解堆積モデリングシステムにおける押出速度よりも速くすることができる。押出端６４からの適切な押出流れ速度の一例としては、少なくとも約１．６リットル／時（約１００立方インチ／時）という押出流れ速度が挙げられる。これに対し、既存の溶解堆積モデリングシステムにおける押出速度は、約０．０５リットル／時（約３立方インチ／時）である。
【００２５】
構築室１４における、射出ヘッド２６、平坦器２８、押出ヘッド３０、及びプラットフォーム３４はそれぞれ、コントローラ１４によって管理されている。コントローラ１４は、ＣＡＤシステム１６からデータを受信し、支持構造３６及びオブジェクト３８のための堆積パターン及び平坦化パターンを指示するのに適していれば、いかなるコンピュータシステムであってもよい。
【００２６】
ＣＡＤシステム１６は、オブジェクト３８のデジタル表現をコントローラ１４に供給し、デジタル表現から押出ヘッド３０の押出パターンが決定される。また、ＣＡＤシステム１６は、オブジェクト３８のデジタル表現から支持構造３６のデジタル表現を生成する。１つの実施形態では、ＣＡＤシステム１６は、まず、オブジェクト３８の外面を表すデータを同定する。そして、ＣＡＤシステム１６は、支持構造３６のデジタル表現を生成する。このデジタル表現では、支持構造３６は、オブジェクト３８の外面を表すデータによって決められる形状を有する内面を備えている。このようなものとして、支持構造３６は、オブジェクト３８に適合する型としてデザインされている。ＣＡＤシステム１６は、支持構造３６のデジタル表現をコントローラ１４に供給し、このデジタル表現から射出ヘッド２６の射出パターンが決定される。
【００２７】
ここで使用されているように、オブジェクト３８の“外面”という用語は、例えばオブジェクト３８の幾何学的外面、オブジェクト３８における露出された中空部、オブジェクト３８内部に延伸する露出された通路などといった、外部状況に露出された、オブジェクト３８の全ての表面を含んでいる。ここで使用されているように、支持構造３６の“内面”という用語は、オブジェクト３８の外面と幾何学的に対応する、支持構造３６の全ての表面を含んでいる。
【００２８】
別の実施形態では、コントローラ１４及びＣＡＤシステム１６は、支持構造３６及びオブジェクト３８のデジタル表現を供給し、システム１０の構成要素を管理する単一のシステムであってもよい。さらに、支持構造３６のデジタル表現は、さまざまなデータ操作技術を通じて生成されてもよい。
【００２９】
構築室１２の内部領域２４は、モデリング材料のクリープ緩和温度よりも高い温度に維持されていることが望ましい。モデリング材料のクリープ緩和温度よりも高い温度を有する環境でオブジェクト３８を構築し、続いて、緩やかな冷却を行うことは、オブジェクト３８にかかる応力が緩和される。温度が過度に低い環境であれば、新たに押し出された熱いモデリング材料と、既に押し出され、冷却されたモデリング材料との間の温度勾配と、モデリング材料の熱膨張係数とによって、歪み、もしくは屈曲が生じる。一方、温度が過度に高い環境であれば、モデリング材料は、適切に固化せず、オブジェクト３８は、下垂するようになる。
【００３０】
構築室１６の内部領域２４における適切な温度の例は、概ねモデリング材料の固化温度から概ねモデリング材料のガラス転移温度までの範囲である。構築室１６における特に適切な温度の例は、概ねモデリング材料のクリープ緩和温度から概ねモデリング材料のガラス転移温度までの範囲である。
【００３１】
構築室１６の内部領域２４が概ねモデリング材料のガラス転移温度に維持されているときには、モデリング材料は、沈下して、支持構造３６の内面と実質的に合致する。このようなものとして、支持構造３６は、射出成形法の型と同様に機能する。しかしながら、プラスチックを射出成形の型に押し込む高い圧力に対して、本発明におけるモデリング材料の押出路は、支持構造３６に対して低圧力（主に静水圧）を作用させることになる。このため、支持構造３６は、オブジェクト３８を支持するのに適度な強度を発揮する必要があるだけである。
【００３２】
射出ヘッド２６は、構築室１６の内部領域２４から熱的に絶縁されていることが望ましい。高温が長時間に亘ると、支持材料及び／もしくは射出ヘッド２６が劣化する可能性がある。射出ヘッド２６を熱から保護するのに種々の方法が使用され得る。例えば、吸引器５４とともに吸引導管５８を共用する第２の冷却ファン（図示せず）を使って冷気を送り込むことで射出ヘッド２６を冷却してもよい。当業者にとって明らかであるように、別の保護技術が使用され得る。別の保護技術としては、スワンソンなどの米国特許第６，７２２，８７２号に開示されているような可変バッフル絶縁体が挙げられる。尚、米国特許第６，７２２，８７２号を参照することにより、米国特許第６，７２２，８７２号全体をここに援用する。
【００３３】
支持構造３６及びオブジェクト３８を正確に構築するために、コントローラ１４は、（ｙ軸に沿った方向における）射出ヘッド２６と（ｘ軸に沿った方向及びｙ軸に沿った方向における）押出ヘッド３０との間の相対位置を登録する。センサは、コントローラ１４と通信して、起動時に登録を実行し、構築処理中に射出ヘッド２６及び押出ヘッド３０の登録を監視してもよい。
【００３４】
本発明を実施するときには、平坦器２８は、オブジェクト３８との衝突を回避するように位置していることが望ましい。同様に、押出ヘッド３０の押出端６４は、支持構造３６との衝突を回避するように位置していることが望ましい。１つの実施形態では、平坦器２８は、射出された支持材料を押出端６４の位置よりもわずかに低い、ｚ軸に沿った高さまで平坦化する。このように平坦化することで、押出ヘッド３０が作業空間を移動するときに、押出端６４が支持構造３６と衝突してしまうことを効果的に防止する。別の実施形態では、押出の前にプラットフォーム３４を降下させ、押出の完了後にプラットフォーム３４を再度上昇させることで衝突を回避してもよい。
【００３５】
衝突の回避に加え、登録も、支持構造３６及びオブジェクト３８を正確な形状に構築するために重要である。支持材料の層及びオブジェクト材料の層がｚ軸に沿った同一の高さに確実に堆積していくように、平坦器２８と押出ヘッド３０の押出端６４との間の登録は維持されなければならない。このようなものとして、本発明のシステム１０では、センサを備えることで、システム１０における種々の構成要素間の登録と登録の維持とを行って、衝突を回避するとともに、堆積された材料を監視してもよい。
【００３６】
図３は、カメラ７６に監視されている支持構造３６及びオブジェクト３８の説明図である。カメラ７６は、支持構造３６とオブジェクト３８との相対的な高さを監視することで、構築処理中に登録を維持する光学測距センサである。カメラ７６は、支持構造３６及びオブジェクト３８のｚ軸に沿った高さを検出する。そして、カメラ７６は、支持構造３６及びオブジェクト３８の高さを比較して、射出、もしくは押出、もしくは平坦化、もしくは別の動作をさらに行うべきか否かを判定する。カメラ７６などのセンサからのフィードバックは、何層の支持材料が射出されたのかを判定するのに使用されてもよい。支持構造３６の高さが所望の高さよりも低い場合には、支持材料のさらなる層が射出され、平坦化されてもよい。あるいは、支持構造の高さが所望の高さを越えている場合には、その後における支持材料の層の射出を停止してもよい。
【００３７】
システム１０によって、本発明に従って支持構造３６及びオブジェクト３８を形成できる。支持構造３６のデジタル表現に基づいて、射出ヘッド２６は、支持材料を射出し、支持構造３６を構築する。同様に、オブジェクト３８のデジタル表現に基づいて、押出ヘッド３０は、モデリング材料を押し出し、オブジェクト３８を構築する。この構築処理によって、支持構造３６は、オブジェクト３８のための高解像度の型として機能することができる。
【００３８】
図４は、図１，２に図示されたシステム１０を使用する支持構造３６及びオブジェクト３８の構築処理の説明図である。図３は、構築ステップ６６ａ−６６ｄを含んでおり、構築ステップ６６ａ−６６ｄでは、支持構造３６及びオブジェクト３８は、プラットフォーム３４上に構築されている。但し、支持構造３６は、高解像度の内面６８を有している。ステップ６６ａでは、ノズル６４は、支持材料を堆積し、射出層７０を形成する。ノズル６４は、支持構造３６のｚ軸に沿った高さをさらに増していく。
【００３９】
ステップ６６ｂでは、射出層７０の支持材料は実質的に固化している。尚、支持材料の固化は、使用される支持材料によって種々の方法で行われ得る。そして、ステップ６６ａ，６６ｂは、所望の増分が達成されるまで繰り返され、Ｎ層からなる支持材料の射出層を形成する。尚、所望の増分は、ｚ軸に沿った方向に厚みを有している。１つの実施形態では、Ｎは、少なくとも４からなる整数値である（つまり、少なくとも４層の射出層が堆積している）。別の実施形態では、Ｎは、少なくとも１０からなる整数値である（つまり、少なくとも１０層の射出層が堆積している）。
【００４０】
射出層（例えば、射出層７０）の“実質的な固化”では、これに続く射出層が堆積される前に支持材料が完全に固化している必要がない。本発明では、支持構造５８の層が、それに続く支持構造５８の堆積層と、オブジェクト５６とを支持できる必要があるだけである。
【００４１】
ステップ６６ｃに示すように、支持構造３６の所望の増分が達成されたのち、平坦器２８は、堆積された支持材料を平坦化する。そして、除去された材料は、吸引器５４によって構築室１２から取り除かれる。現在の技術における一般的な射出処理では、平坦化ステップは、射出層の厚みの約５％から約５０％、一般値としては約２０％を除去する。多層の支持材料が射出されたのちに平坦化を行うことによって、モデリング材料の押出層の高さにおける小さな誤差が許容されるという利点がもたらされる。その理由は、数層の射出後にのみ、射出された支持材料を平坦化すると、平坦器２６が、既に押し出されたモデリング材料の層と衝突することが一般的に避けられるようになるからである。
【００４２】
別の実施形態では、平坦器２８の高さは、支持材料の各層が、射出後であって、その後における支持材料の層の射出の前に平坦化されるように設定されてもよい。この場合、例えばセンサなどを使用することで、モデリング材料の押出層の高さが平坦器２８の下に確実に留まるように配慮されなければならない。
【００４３】
ステップ６６ｄに示すように、平坦化後、射出された層は、厚さｔを有する支持構造の増分７２までに縮小される。そして、押出ヘッド３０は、モデリング材料を押し出して、支持構造３６を充填し、オブジェクト５６を構築する。押出ヘッド３０の内部では、モデリング材料が流動性を有するようになる温度（押し出されているモデリング材料次第であるものの、一般的に、約１８０℃から約３００℃の間）へと加熱される。流入してくるモデリング材料自体は、ピストンとして働き、融解したモデリング材料を押出ヘッド３０の押出端６４から押し出すポンプ作用を発生する。モデリング材料は、支持構造の増分７２における内面６８の隣に押し出され、厚さｔ’を有するバルク層７４を形成する。本発明の１つの実施形態では、モデリング材料の各バルク層（例えばバルク層７４）の層厚ｔ’は、対応する支持構造の増分（例えば、支持構造の増分７２）の層厚ｔとほぼ等しい。
【００４４】
そして、ステップ６６ａ−６６ｄは継続され、オブジェクト３８が完成するまで支持構造３６の構築及び充填が増分毎に行われる。本発明に係る支持構造（例えば支持構造３６）は、オブジェクト３８の上面及び底面、もしくはオブジェクト３８の上面を除き、没入して（つまり、完成したオブジェクト３８を完全に囲繞して）いてもよい。
【００４５】
図５は、図４に図示された支持構造３６の支持構造の増分及びオブジェクト３８の説明図である。図示のように、支持構造３６は、支持材料の２４層の射出層３６ａ−３６ｘから形成され、内面６８を含んでいる。オブジェクト３８は、モデリング材料の３つのバルク層３８ａ−３８ｃから形成されている。点線は、押出時におけるバルク層３８ａ−３８ｃの最初の形状を表している。上述したように、構築室１２の内部領域２４は、モデリング材料が沈下して、支持構造３６の内面６８と実質的に合致する温度に維持されていてもよい。モデリング材料が沈下して、支持構造３６の内面６８と実質的に合致することで、オブジェクト３８は、支持構造３６の高解像度の内面６８によって決められる外面を有して構築され得る。図５に示す本実施形態では、８つの射出層（例えば射出層３８ａ−３８ｈ）は、押し出されたバルク層（例えばバルク層３８ａ）毎に射出される。このようにして、押し出されたバルク層３８ａ−３８ｃに射出層の解像度を与えることで、オブジェクト３８の表面解像度は、８倍に増大する。
【００４６】
支持構造３６及びオブジェクト３８が構築されたのち、支持構造３６及びオブジェクト３８は、結合したブロックとして、構築室１２における加熱された環境から取り除かれてもよい。支持構造３６及びオブジェクト３８が加熱された環境から取り除かれた時点において、型材料が固化するときに、支持構造３６上に大きな力を生じ得る熱勾配がブロックに生じ得る。大きな熱勾配を防止するのに必要な冷却時間は、一般的に、オブジェクト３８のサイズに依存する。しかしながら、モデリング材料が大きな力を生じ得るときまでに、モデリング材料は、一般的に、たとえ支持材料にひびが入ったとしても、その形状を保持するのに十分なほど硬化している。さらに、熱伝導性の高い支持材料を使用することで、オブジェクト３８をより一層均一に冷却できる。あるいは、支持構造３６及びオブジェクト３８の構築後に、支持構造３６を通じる孔を形成して、冷却液を貫流させてもよい。冷却液を貫流させることによっても、オブジェクト３８をより一層均一に冷却できる。
【００４７】
完成時に、支持構造３６は、オブジェクト３８を実質的に損傷しない、いかなる方法で除去されてもよい。支持構造３６をオブジェクト３８から除去するのに適した技術の例としては、物理的に除去すること（つまり、印加した力で支持構造３６を破壊すること）、（以下で詳述する）溶媒に支持構造の少なくとも一部を溶解すること、これらを組み合わせることが挙げられる。支持構造３６が除去されると、オブジェクト３８は完成し、オブジェクト３８は個々の必要に応じて、従来の構築後ステップを受けてもよい。
【００４８】
本発明で使用するのに適したモデリング材料の例には、溶解堆積モデリングシステムで押出可能ないかなる材料も含まれる。特に適した型材料の例には、例えばＡＢＳ、ポリカーボネート、ポリサルフォン、これらの組み合わせなどといった熱可塑性プラスチック材料が含まれる。モデリング材料は、クランプの米国特許第５，１２１，３２９号に開示されているように、供給リールに巻かれたフレキシブルフィラメントの形式、もしくは固体ロッドの形式でモデリング材料供給部４４から供給されてもよい。尚、米国特許第５，１２１，３２９号を参照することにより、米国特許第５，１２１，３２９号全体をここに援用する。あるいは、モデリング材料は、容器から液状で送り込まれてもよい。
【００４９】
モデリング材料は、湿気に敏感であってもよい。湿気に敏感なモデリング材料の品質を保護するためには、例えばスワンソンなどの米国特許第６，６８５，８６６号に開示されているような気密フィラメント充填乾燥システムを利用して、モデリング材料供給部４４を乾燥した状態に維持してもよい。尚、米国特許第６，６８５，８６６号を参照することにより、米国特許第６，６８５，８６６号全体をここに援用する。
【００５０】
本発明で使用するのに適した支持材料の例には、例えば溶媒に分散された材料、紫外線で固化可能な材料、これらの組み合わせなどといった、インクジェット印字ヘッドから射出可能であって、構築処理中にモデリング材料を支持するのに十分な強度を発揮する、いかなる材料も含まれる。また、支持材料は、良好な表面仕上げで迅速に固化し、低堆積粘度を有し、安価で、環境影響が低く（例えば、非毒性材料であり）、モデリング材料の押出温度に短時間耐えることができ、構築室１２の温度に長時間耐えることができることが望ましい。
【００５１】
特に適した支持材料の例には、例えばショ糖液、食塩水などといった、溶媒に分散された材料が含まれる。ショ糖液の適切な濃度の例には、ショ糖（Ｃ12Ｈ22Ｏ11）が、約９０℃の水に約７３重量％、約１２０℃の水に約８０重量％という濃度が含まれている。これらのショ糖液はそれぞれ、約１８センチポアズの粘度を発揮する。射出後、水溶媒は、構築室１６の内部領域２４内で揮発して、射出された位置に残留ショ糖が残り、支持構造３６を構築する。例えば塩化ナトリウムが水溶液に入った食塩水は、ショ糖液と同じように機能するとともに、高い熱伝導性（約５ワット／メートル・℃）も発揮する。食塩水の高い熱伝導性は、オブジェクト３８を均一に冷却するのに役立つ。
【００５２】
ショ糖液及び食塩水は、環境的に優しいことに加え、種々の溶媒に溶けやすい。ショ糖液及び食塩水が種々の溶媒に溶けやすいことにより、例えば水などの溶媒に支持構造３６を曝すことで支持構造３６を除去できる。例えば、支持構造３６及びオブジェクト３８を構築したのち、支持構造３６の少なくとも一部もしくは支持構造３６全体を水に溶かすことで支持構造３６を除去し、完成したオブジェクト３８を曝してもよい。支持構造３６の少なくとも一部もしくは支持構造３６全体を水に溶かすことで支持構造３６を除去することは、作業者の最小限の注意で実行でき、オブジェクト３８の形状もしくは強度への損傷を最小限にすることができる。
【００５３】
支持構造３６及びオブジェクト３８を構築するときには、堆積した材料間の接触角は小さいことが望ましい。接触角が小さいと、モデリング材料が支持構造３６の解像度と合致する度合いが増大する。しかしながら、接触角が小さいと、支持構造３６とオブジェクト３８との接合部における支持材料とモデリング材料との結合力も増大する。支持構造３６の物理的な除去は、オブジェクト３８の外面に損傷を与える可能性がある。このため、支持構造３６の少なくとも一部を溶媒に溶かして、支持構造３６を除去することで、オブジェクト３８への損傷を避けることが可能である。
【００５４】
また、例えばショ糖液及び食塩水などといった溶媒に分散された材料の溶解度によって、平坦器２８に滑らかな平坦器をもたらすことができる。本実施形態では、射出された溶媒（例えば水）の部分は、射出後、一時、ショ糖／塩を含んだまま揮発せずに残る。揮発しない溶媒は、余分に溶剤を必要としないことを除き、平坦器２８が、溶媒補助ラッピング平坦器に似た方法で支持構造３６の余分な材料を除去するのに役立つ。
【００５５】
上述したように、本発明によれば、良好な物理特性を発揮し、バルク層として急速に堆積したモデリング材料から３次元オブジェクトを形成することができる。また、３次元オブジェクトは、射出された支持構造から得られた高解像度を発揮するため、３次元オブジェクトの美的な質が高まる。本発明は、約５１マイクロメートル／マイクロメートル（micrometers/micrometer）（約０．００２インチ／インチ（inches/inch））の精度と、約３０マイクロメートル（約０．００１インチ）二乗平均平方根の表面仕上げで、少なくとも約０．５リットル／時（約３０立方インチ／時）のモデリング材料の押出速度をもたらす。
【００５６】
概ね上述したように、積層方向に３次元オブジェクト（例えばオブジェクト３８）を形成するときに、構築中のオブジェクトの部分を支持するために支持構造（例えば支持構造３６）を構築する必要がある。図１−５の説明では、支持材料の射出層は、順次堆積され、約９０°までの角度を有する内面（例えば内面６８）を形成している。この場合、支持材料の各層は、支持材料もしくはモデリング材料の下層へと射出される。
【００５７】
しかしながら、一部の３次元オブジェクト形状では、支持構造が実質的に９０°より大きな角度で突出した内面を有している必要がある。この場合、支持材料の層の部分は、下方の支持なしに領域に射出される。このような領域、特に、垂直から約３０°より大きい角度を有する内面がある領域では、射出された支持材料自体が追加的な支持を必要とする。この張出部は特別な場合であり、改良された構築方法は、張出部における支持の欠如を補うのに使用され得る。
【００５８】
図６Ａ−６Ｄは、プラットフォーム１０３上で構築中の３次元オブジェクト１００及び支持構造１０２の概略図である。図６Ａに示すように、支持構造１０２は、複数の張出部１０４を備え、複数の張出部１０４はそれぞれ、実質的に９０°よりも大きい角度でオブジェクト１００上を突出する側面部を備えている。これら張出部１０４は、追加的な支持を必要とする。図６Ｂ，６Ｃは、構築中である支持構造１０２内の部品１００、完成した部品１００を示している。図６Ｄは、支持構造１０２から除去された、完成した部品１００を示している。
【００５９】
例えばオブジェクト１００を構築するのに必要とされる、張出支持構造領域を支持するのに、多くの方法がとられ得る。
適切な方法の例には、押出薄路壁法（an extruded thin-road wall approach）、押出バルク路壁法（an extruded bulk-road wall approach）、隙間法（a chinking approach）、ロストワックス法（a lost wax approach）、支持支柱法（a support stilts approach）、熱可塑性プラスチック・プラウイング法（a thermoplastic ploughing approach）が含まれる。これらの方法については、図７−１１における張出部１０４の増分ｉを参照しつつ、以下に説明する。
【００６０】
図７−１１は、張出部１０４を支持する方法を描写した説明図であり、各図は、図６Ａに示すように、（バルク層１００ａ−１００ｃを有する）オブジェクト１００と、支持構造１０２の張出部１０４とを含んでいる。
【００６１】
図７，８は、張出部１０４を支持する押出薄路壁法を描写している。図７に示すように、押出薄路壁法は、増分ｉにおける張出部１０４の下の領域に、モデリング材料からなる予め押し出された薄層１０６を含んでいる。薄層１０６は、バルク層１００ｃ上に支持壁を形成しており、張出部１０４を支持している。薄層１０６は、第２の押出端から堆積されてもよく、第２の押出端は、別体の押出ヘッドもしくは第１の押出ヘッド３０上の第２の端部のいずれか一方に搭載されてもよい。あるいは、第１の押出ヘッド３０の押出端６４は、サイズを調整可能なオリフィスを備えてもよい。
【００６２】
１つの実施形態では、モデリング材料は、Ｍ層の薄層１０６に堆積してもよい。但し、Ｍは、２以上の整数である。薄層１０６の各々の厚みは、約ｔ／Ｍであるため、支持壁の厚み（つまり、増分ｉ）は、バルク層１００ａ−１００ｃの厚みｔ’とほぼ等しい。図７に示すように、４つ（つまり、Ｍ＝４）の薄層１０６が押し出されている。これに続くモデリング材料のバルク層（図示せず）が押し出されて、増分ｉが充填されるときには、薄層１０６及びモデリング材料のバルク層は、融合して、単一のオブジェクト１００を形成する。
【００６３】
薄層１０６をバルク層１００ｃに付けると、支持構造１０２の隣り合う側壁が形成される前にモデリング材料が塗布される領域に、良好な表面仕上がりがもたらされる。したがって、解像度を増大させるために、薄層１０６は、バルク層１００ａ−１００ｃの約半分以下の厚みの層に適用されることが望ましい。残りの部分の表面仕上げを合わせるためには、薄層１０６の厚みは、支持材料層の厚みｔとほぼ等しいとよい。
【００６４】
図８に示すように、張出部１０４は、支持構造層１０４ａ−１０４ｈからの増分ｉに形成されている。モデリング材料は、薄層１０６ａ−１０６ｄに押し出されている。薄層１０６ａ−１０６ｄは、支持壁１０８を形成し、支持壁１０８は、支持構造層１０４ａ−１０４ｈが射出されたときに支持構造層１０４ａ−１０４ｈを支持する。バルク層１００ｄは、支持壁１０８に隣り合って堆積し、増分ｉを充填する。４つの薄層１０６（つまり、薄層１０６ａ−１０６ｄ）が押し出されているので、図７，８に示された増分ｉにおけるオブジェクト１００の表面解像度は、バルク層１０４ｄだけの押出による表面解像度よりも４倍大きくなることになる。
【００６５】
押出バルク路壁法は、張出部１０４の形成前に張出部１０４の下の領域にモデリング材料のバルク層を予め押し出していることを除き、押出薄路壁法に類似している。続くモデリング材料のバルク路が押し出され、支持構造の増分ｉを充填するときに、モデリング材料の種々のバルク路が融合して、単一のオブジェクト１００が形成される。押出薄路壁法に対し、押出バルク路法によって形成されたオブジェクト１００から支持構造１０２を除去した後、オブジェクト１００の予め押し出された領域は、粗い表面仕上げを示すことになる。この粗い領域は、例えば機械加工、イオン・ミリング、溶媒ラッピング、熱面を使用したスミアリング、研削、研磨、蒸気スムージングなどといった後処理ステップによって滑らかにされてもよい。
【００６６】
押出薄路壁法及び押出バルク路壁法では、平坦器（例えば平坦器２０）が予め押し出された層（例えば、薄層１０６ａ−１０６ｄ）と衝突するのを避けるように注意を払わなければならない。このような衝突は、射出された支持材料の平坦化のタイミングによって回避可能であり、支持材料のｚ軸に沿った高さが予め押し出された層の高さよりも高くなったときにのみ、支持材料が平坦化される。重ねる射出支持材料を分配する前に平坦ばさみを支持するのに十分なだけ薄層１０６ａ−１０６ｄのモデリング材料が冷却できることにより、オブジェクト１００の信頼性をさらに保護するようになる。
【００６７】
押し出された薄層１０６ａ−１０６ｄの場合、薄層１０６ａ−１０６ｄの押出と支持構造層１０４ａ−１０４ｈの射出とを組織的に散在させることで、衝突を回避することができる。まず、１つ以上の薄層１０６を押し出してもよい。そして、支持構造層１０４を少なくとも押し出された薄層１０６の高さまで射出する。平坦化は、支持構造層１０４が押し出された薄層１０６の高さに到達もしくは越えるまで実行されないのが望ましい。支持構造層１０４が押し出された薄層１０６の高さに到達もしくは越えるまで平坦化を実行しないことで、平坦器が薄層１０６と衝突することを防止する。さらに、押出端（例えば押出端２６）と支持層との衝突は、それに続く薄層１０６の押出前に支持材料を平坦化することで防止される。薄層１０６、支持構造層１０４の堆積及び平坦化は、支持構造の増分ｉが完成するまで継続される。そして、モデリング材料のバルク層１００ｓが、堆積され、支持構造の増分ｉが充填される。
【００６８】
表１は、図８に基づいて、支持構造の増分ｉにおける張出部１０４を支持する堆積材料の配列の例を示している。
【００６９】
【表１】
2008538329.tif 000003
【００７０】
表１及び図８に示すように、各バルク層（例えばバルク層１００ｄ）には、４つの薄層１０６（つまり、Ｍ＝４）と８つの支持構造層１１４（つまり、Ｎ＝８）がある。このようなものとして、各薄層１０６の押出に続いて、Ｎ／Ｍ支持層１０４が射出される。但し、Ｎ／Ｍは２とする。
【００７１】
図９は、張出部１０４を支持する隙間法を描写している。隙間法は、第２のモデリング材料からなる層１１０を張出部１０４の下の領域に射出して、支持壁を形成することを含んでいる。第２のモデリング材料は、支持構造１０２から除去不能（例えば、非水溶性）であることが望ましく、さらに、押し出されたモデリング材料と良好な接着性を発揮することが望ましい。第２のモデリング材料の射出は、支持材料の射出とともに実行され、対応する張出部１０４を構築してもよい。これに続くモデリング材料のバルク層（図示せず）が押し出されて、支持構造の増分ｉが充填されるときに、押し出されたモデリング材料は、射出された第２のモデリング材料と融合し、射出された第２のモデリング材料は、オブジェクト１００の一部を形成する。
【００７２】
図１０は、張出部１０４を支持するロストワックス法を描写している。ロストワックス法は、別の材料からなる層１１２を張出部１０４の下の領域に射出して、支持壁を形成する。別の材料は、良好な溶解特性を発揮するものが選択されることが望ましい（例えばワックス）。これに続くモデリング材料のバルク層（図示せず）が押し出され、支持構造の増分ｉを充填するときに、モデリング材料の熱が別の材料を溶解し、別の材料を置き換える。ロストワックス法及び隙間法はそれぞれ、第２の射出ヘッドを使用して、第２の射出ヘッド自体の材料供給部を使用して達成される。
【００７３】
図１１は、張出部１０４を支持する支持支柱法を描写している。支持支柱法は、支持材料を射出して、支持構造の増分ｉが形成されるときに、支柱１１４を構築する。そして、モデリング材料が押し出され、増分ｉが充填され、その結果、支柱１２６が部品１００に組み込まれる。支柱１１４が張出部１０４と結合している場合、支柱１１４は、散開し、隣接する下向きの側壁をもたらす。完成したオブジェクト１００から支持構造１０２を除去したのち、ピンホールもしくは特定の組み込み支持材料がオブジェクト１００の上向きの面に残ることになる。
【００７４】
熱可塑性プラスチック・プラウイング法は、張出部１０４によって占有されるであろう領域にモデリング材料のバルク路を堆積することを含んでいる。この堆積によって、モデリング材料が、割り当てられた体積と、支持構造１０２によって占有されるべき特定の体積とを充填する。この堆積は、支持構造の増分ｉの充填と同時に行うことができる。そして、ホットフィンガー（A hot finger）がモデリング材料を支持構造部１０４から移動させ、結果として生じた空洞に支持材料が射出されてもよい。
【００７５】
本発明は、好ましい実施形態を参照しつつ説明されたが、当業者は、本発明の精神及び本発明の範囲から逸脱しないで、形式上及び詳細に変更を加えることが可能であることを認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】切り欠き部分を有した、本発明の３次元モデリングシステムの側面図である。
【図２】切り欠き部分を有した、本発明の３次元モデリングシステムの正面図である。
【図３】堆積された層のカメラ監視の説明図である。
【図４】本発明に従った構築処理の説明図である。
【図５】本発明に従って堆積された材料の層の説明図である。
【図６Ａ−６Ｄ】形成中の３次元オブジェクト及び支持構造の概略図である。
【図７】図６Ａに示された３次元オブジェクト及び支持構造の説明図であり、押し出された薄い路壁が接近しているところを描写している。
【図８】図７に示された３次元オブジェクト及び支持構造の説明図である。
【図９】図６Ａに示された３次元オブジェクト及び支持構造の説明図であり、隙間が接近しているところを描写している。
【図１０】図６Ａに示された３次元オブジェクト及び支持構造の説明図であり、ロストワックスが接近しているところを描写している。
【図１１】図６Ａに示された３次元オブジェクト及び支持構造の説明図であり、支持支柱が接近しているところを描写している。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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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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