(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コントローラで、印字ヘッドの複数の排出器を、保存された画像データを参照して動作させて、クロスプロセス方向に配置される第１の複数のマークを含む第１の所定のテストパターンを基板の表面上に形成するステップと、
画像センサで、前記基板上の前記第１の複数のマークの第１の生成画像データを生成するステップと、
前記コントローラで、前記第１の所定のテストパターンの前記第１の生成画像データにおける前記第１の複数のマークに対する複数のクロスプロセス方向オフセットを特定するステップであって、各クロスプロセス方向オフセットは、前記第１の生成画像データにおける前記第１の複数のマークのうちの第１のマークの位置と、第１の所定のテストパターンを形成するために参照される、前記保存された画像データにおける前記第１のマークの所定の位置と、の間の差を参照して特定される、ステップと、
前記コントローラで、前記印字ヘッドの前記複数の排出器の一部分のみにより形成され、前記複数の排出器のうちの少なくとも１つの他の排出器により形成されるマークを伴わない、前記クロスプロセス方向に配置される第２の複数のマークに対応する第２のテストパターンデータを生成するステップであって、前記第２の複数のマークは、前記印字ヘッドの前記複数の排出器の前記一部分における少なくとも１つの排出器の別の特定されたクロスプロセス方向オフセットより小さい、特定されたクロスプロセス方向オフセットを有する、前記少なくとも１つの他の排出器に対応する、ステップと、
前記コントローラで、前記第２のテストパターンデータをメモリに、前記複数の前記排出器の前記一部分を動作させて、前記印字ヘッドと前記基板との間のＺ軸距離を特定できるようにするために保存するステップであって、前記Ｚ軸は、前記基板の前記表面と垂直である、ステップと、
前記コントローラで、前記印字ヘッドの前記複数の排出器を、前記第２のテストパターンデータを参照して動作させて、前記第２の複数のマークを有する第２のテストパターンを、前記印字ヘッドから第１のＺ軸距離離れた位置にある前記基板の前記表面上に、前記第２のテストパターンデータを参照して形成するステップと、
前記画像センサで、前記基板上の前記第２のテストパターンにおける前記第２の複数のマークの第２の生成画像データを生成するステップと、
前記コントローラで、前記複数の排出器の配列に対応する複数のマークの位置と、前記第２のテストパターンの前記第２の複数のマークの位置との間のクロスプロセス方向の差である第１の変動を、前記第２の生成画像データを参照して特定するステップと、
アクチュエータを動作させて、前記印字ヘッドおよび前記基板のうちの少なくとも１つを、前記Ｚ軸に沿って所定のオフセット距離だけ移動させ、前記印字ヘッドおよび前記基板との間の距離が第２のＺ軸距離となるように分離させるステップと、
前記コントローラで、前記印字ヘッドの前記複数の排出器を前記第２のテストパターンデータを参照して動作させて、前記第２のテストパターンを、前記印字ヘッドから第２のＺ軸距離離れた位置にある前記基板の前記表面上に形成するステップと、
前記画像センサで、前記基板上の前記第２のテストパターンの第３の生成画像データを生成するステップと、
前記コントローラで、前記複数の排出器の配列に対応する複数のマークの位置と、前記第２のテストパターンの前記第２の複数のマークの位置との間のクロスプロセス方向の差である第２の変動を、前記第３の生成画像データを参照して特定するステップと、
前記コントローラで、前記印字ヘッドに対するプロファイルを、前記第１の変動、前記第２の変動、および、前記所定のオフセット距離を参照して生成するステップであって、前記プロファイルは、前記複数の排出器の配列に対応する複数のマークの位置と、テストパターンにおけるマークの位置との間の複数の変動と、前記印字ヘッドと前記基板との間の対応するＺ軸距離と、の間の関係を含む、ステップと、
前記プロファイルをメモリに、前記印字ヘッドと前記基板との間の前記Ｚ軸距離を印刷動作中に特定するのに使用するために保存するステップと、
を含む、三次元物体プリンタを動作させる方法。
【請求項２】
前記第２のテストパターンデータの前記生成ステップは、
前記コントローラで、前記複数の排出器のうちの前記一部分を特定するステップであって、前記印字ヘッドにおいて所定範囲内に配置された排出器群であって、当該排出器群それぞれの前記クロスプロセス方向の差の和が最大となる排出器群を前記一部分として特定するステップ、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２のテストパターンデータの前記生成ステップは、
前記コントローラで、前記印字ヘッドの前記複数の排出器の前記一部分により形成される、プロセス方向に並ぶ複数の行であって、各行が、前記クロスプロセス方向に沿った複数のマークからなる複数の行を含む、前記第２のテストパターンデータを生成するステップ、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記プロファイルの生成ステップが、
前記コントローラで、前記複数の排出器の配列に対応する複数のマークの位置と、印刷されたテストパターンにおけるマークの位置との間の前記複数の変動と、前記印字ヘッドと前記基板との間の対応するＺ軸距離と、の間の直線関係を、前記第１の変動、前記第２の変動、および、前記所定のＺ軸オフセット距離を参照して生成するステップ、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記コントローラで、前記印字ヘッドの前記複数の排出器を、前記第２のテストパターンデータを参照して動作させて、前記第２の複数のマークを有する第２のテストパターンを、前記基板の前記表面上に形成するステップと、
前記画像センサで、前記基板上の前記第２のテストパターンの第２の生成画像データを生成するステップと、
前記コントローラで、前記複数の排出器の配列に対応する複数のマークの位置と、前記第２のテストパターンの前記第２の複数のマークの位置との間のクロスプロセス方向距離の変動を、前記第２の生成画像データを参照して特定するステップと、
前記コントローラで、前記印字ヘッドと前記基板との間のＺ軸距離を、前記特定された変動を参照して特定するステップであって、前記Ｚ軸が前記基板の前記表面に垂直である、ステップと、
前記コントローラで、少なくとも１つのアクチュエータを動作させて、前記印字ヘッドと前記基板との少なくとも一方を、前記特定されたＺ軸距離が所定のＺ軸距離範囲外にあることに応答して、前記Ｚ軸に沿って移動させるステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記コントローラで、前記印字ヘッドと前記基板との間の前記Ｚ軸距離を、前記メモリに保存されたプロファイルを参照して特定するステップであって、前記プロファイルが、前記印字ヘッドと前記基板とのあいだのＺ軸距離の範囲と、前記Ｚ軸距離の範囲にわたって形成された、印刷されたテストパターンに対応する変動と、の関係を含む、ステップと、
をさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
材料の滴を基板の表面上へ排出するよう構成される複数の排出器を有する印字ヘッド、
前記基板および前記印字ヘッドのうちの少なくとも１つをＺ軸に沿って移動させるよう構成されるアクチュエータ、
前記基板の前記表面の画像データおよび前記基板上に形成されたテストパターンの画像データを生成するよう構成される画像センサ、
メモリ、および、
前記印字ヘッド、前記アクチュエータ、前記画像センサ、および、前記メモリと動作可能に接続されるコントローラであって、
前記印字ヘッドの前記複数の排出器を、前記メモリに保存される画像データを参照して動作させて、クロスプロセス方向に配置される第１の複数のマークを含む第１の所定のテストパターンを、前記基板の前記表面上に形成すること、
前記画像センサで、前記基板上の前記第１の複数のマークの第１の生成画像データを生成すること、
前記第１の所定のテストパターンの前記第１の生成画像データにおける、前記第１の複数のマークに対する複数のクロスプロセス方向オフセットを、特定することであって、各クロスプロセス方向オフセットを、前記第１の生成画像データの前記第１の複数のマークのうちの第１のマークの位置と、前記第１の所定のテストパターンを形成するために参照される前記保存された画像データにおける前記第１のマークの所定の位置と、の間の差を参照して特定すること、
前記印字ヘッドの前記複数の排出器の一部分のみにより形成され、前記複数の排出器における少なくとも１つの他の排出器により形成されるマークを伴わない、前記クロスプロセス方向に配置される第２の複数のマークに対応する、第２のテストパターンデータを生成することであって、前記第２の複数のマークは、前記印字ヘッドの前記複数の排出器の前記一部分における少なくとも１つの排出器の別の特定されたクロスプロセス方向オフセットより小さい、特定されたクロスプロセス方向オフセットを有する、前記少なくとも１つの他の排出器に対応する、生成すること、および、
前記第２のテストパターンデータを、前記メモリに、前記複数の前記排出器の前記一部分を動作させて、前記印字ヘッドと前記基板との間のＺ軸距離を特定できるようにするために、保存することであって、前記Ｚ軸は前記基板の前記表面と垂直である、保存すること、
前記印字ヘッドの前記複数の排出器を、前記第２のテストパターンデータを参照して動作させて、前記第２の複数のマークを有する第２のテストパターンを、前記印字ヘッドから第１のＺ軸距離離れた位置にある前記基板の前記表面上に、前記第２のテストパターンデータを参照して形成すること、
前記画像センサで、前記基板上の前記第２のテストパターンにおける前記第２の複数のマークの第２の生成画像データを生成すること、
前記複数の排出器の配列に対応する複数のマークの位置と、前記第２のテストパターンの前記第２の複数のマークの位置との間のクロスプロセス方向の差である第１の変動を、前記第２の生成画像データを参照して特定すること、
前記アクチュエータを動作させて、前記印字ヘッドおよび前記基板のうちの少なくとも１つを、前記Ｚ軸に沿って所定のオフセット距離だけ移動させ、前記印字ヘッドおよび前記基板との間の距離が第２のＺ軸距離となるように分離すること、
前記印字ヘッドの前記複数の排出器を、前記第２のテストパターンデータを参照して動作させて、前記第２のテストパターンを、前記印字ヘッドから前記第２のＺ軸距離離れた位置にある前記基板の前記表面上に形成すること、
前記画像センサで、前記基板上の前記第２のテストパターンの第３の生成画像データを生成すること、
前記複数の排出器の配列に対応する複数のマークの位置と、前記第２のテストパターンの前記第２の複数のマークの位置との間のクロスプロセス方向の差である第２の変動を、前記第３の生成画像データを参照して特定すること、
前記印字ヘッドのためのプロファイルを、前記第１の変動、前記第２の変動、および、前記所定のオフセット距離を参照して生成することであって、前記プロファイルは、前記複数の排出器の配列に対応する複数のマークの位置と、テストパターンにおけるマークの位置との間の複数の変動と、前記印字ヘッドと前記基板との間の対応するＺ軸距離と、の間の関係を含む、生成すること、および、
前記プロファイルを、前記メモリに、前記印字ヘッドと前記基板との間の前記Ｚ軸距離を印刷動作中に特定するのに使用するために、保存すること、
を行うよう構成される、コントローラ、
を備える、三次元物体プリンタ。
【請求項８】
前記コントローラは、
前記複数の排出器のうち、前記印字ヘッドにおいて所定範囲内に配置された排出器群であって、当該排出器群それぞれの前記クロスプロセス方向の差の和が最大となる排出器群を前記複数の排出器の一部分として特定するようにさらに構成される、請求項７に記載の三次元物体プリンタ。
【請求項９】
前記コントローラは、
前記印字ヘッドの前記複数の排出器の前記一部分により形成される、プロセス方向に並ぶ複数の行であって、各行が、前記クロスプロセス方向に沿った複数のマークからなる複数の行を含む、前記第２のテストパターンデータを生成すること、
を行うよう、さらに構成される、請求項７に記載の三次元物体プリンタ。
【請求項１０】
前記コントローラが、
前記複数の排出器の配列に対応する複数のマークの位置と、印刷されたテストパターンにおけるマークの位置との間の前記複数の変動と、前記印字ヘッドと前記基板との間の対応するＺ軸距離と、の間の直線関係を、前記第１の変動、前記第２の変動、および、前記所定のオフセット距離を参照して生成する、
ようにさらに構成される、請求項７に記載の三次元物体プリンタ。
【請求項１１】
前記コントローラが、
前記印字ヘッドの前記複数の排出器を、前記第２のテストパターンデータを参照して動作させて、前記第２の複数のマークを有する第２のテストパターンを、前記基板の前記表面上に形成し、
前記画像センサで、前記基板上の前記第２のテストパターンの第２の生成画像データを生成し、
前記複数の排出器の配列に対応する複数のマークの位置と、前記第２のテストパターンの前記第２の複数のマークの位置との間のクロスプロセス方向距離の変動を、前記第２の生成画像データを参照して特定し、
前記印字ヘッドと前記基板との間のＺ軸距離を、前記特定された変動を参照して特定し、前記Ｚ軸が前記基板の前記表面に垂直であり、
前記アクチュエータを動作させて、前記印字ヘッドと前記基板との少なくとも一方を、前記特定されたＺ軸距離が所定のＺ軸距離範囲外にあることに応答して、前記Ｚ軸に沿って移動させる、
ようにさらに構成される、請求項７に記載の三次元物体プリンタ。
【請求項１２】
前記コントローラが、
前記印字ヘッドと前記基板との間の前記Ｚ軸距離を、前記メモリに保存されたプロファイルを参照して特定する、ようにさらに構成され、
前記プロファイルが、第１の印字ヘッドと前記基板とのあいだのＺ軸距離の範囲と、前記Ｚ軸距離の範囲にわたって形成された、前記複数の排出器の配列に対応する複数のマークの位置と印刷されたテストパターンにおけるマークの位置との間の変動と、の関係を含む、
請求項１１に記載の三次元物体プリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、三次元物体印刷システムに向けられ、より詳細には、印字ヘッドの相対的な位置を、支持部材または印刷物体の上層でＺ軸に沿って、特定および制御するシステムおよび方法に向けられる。
【背景技術】
【０００２】
三次元印刷は、積層造形としても知られている、三次元固体物体を実質的に任意の形状のデジタルモデルから作製するプロセスである。多くの三次元印刷技術は、一部の連続層が事前に堆積された層の上部に造形される、積層プロセスを使用する。これらの技術のうちの一部は、１つ以上の印字ヘッドが材料の連続層を排出する、インクジェット印刷を使用する。三次元印刷は、大抵は切削または掘削などの減法プロセスにより加工対象物から材料を除去することに依存している、従来の物体形成技術とは区別され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
インクジェットプリンタでの三次元印刷物体の製造中、プリンタは、１つ以上の印字ヘッドの相対的な位置を、造形材料を受ける基板の表面から比較的に狭い領域の距離内で調整する。一部の事例において、基板は三次元物体プリンタの支持部材であり、一方で他の事例において、基板は三次元物体プリンタにおいて形成される物体の上層である。プリンタは、印字ヘッドと、物体を保持する支持部材と、の間の相対的な距離を調整し、印字ヘッドが、材料の追加的な層を物体の上層に、プリンタが物体を造形材料の一連の層から形成する際に、印刷できるようにする。プリンタは印字ヘッドの位置を制御し、印字ヘッドが、造形材料の滴を正確かつ精密に配置するために、基板の表面に確実に十分に近くなるようにする。さらに、プリンタは印字ヘッドの位置を制御して、印字ヘッドと基板との間の十分な分離を維持することにより、造形される物体の損傷に加えて、以降の噴出の発射の阻止または噴出の誤発射の誘引をもたらす、ノズルの目詰まりが結果的に生じ得る、印刷物体の印字ヘッドへの接触を防ぐ。
【０００４】
三次元物体プリンタの動作中、支持部材または印字ヘッドのうちの少なくとも１つは、物体印刷プロセス中にＺ軸に沿って移動し、支持部材から印字ヘッドへ向かって延びる印刷物体を収容する。支持部材または物体の上層と印字ヘッドとの間の距離を正確に測定することにより、印字ヘッドは、高い正確性および信頼性を伴って動作することができる。したがって、三次元物体プリンタにおいて、印字ヘッドと支持部材または物体との間の分離を特定および制御するための改良されたシステムおよび方法が、有益であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの実施形態において、三次元物体プリンタにおける印字ヘッドと基板との間のＺ軸距離の特定において使用されるテストパターンを生成する方法が、開発されている。本方法は、コントローラで、印字ヘッドの複数の排出器を、保存された画像データを参照して動作させて、クロスプロセス方向に配置される第１の複数のマークを含む第１の所定のテストパターンを基板の表面上に形成すること、画像センサで、第１の複数のマークの第１の生成画像データを基板上に生成すること、コントローラで、第１の所定のテストパターンの第１の生成画像データにおける、第１の複数のマークのための複数のクロスプロセス方向オフセットを特定することであって、各クロスプロセス方向オフセットは、第１の生成画像データのマークの位置と、第１の所定のテストパターンを形成するために参照される、保存された画像データのマークの所定の位置と、の間の差を参照して特定される、特定すること、コントローラで、印字ヘッドの複数の排出器の一部分のみにより形成され、複数の排出器の少なくとも１つの別の排出器により形成されるマークを伴わない、クロスプロセス方向に配置される第２の複数のマークに対応する、第２のテストパターンデータを生成することであって、マークは、印字ヘッドの複数の排出器の一部分における、少なくとも１つの排出器の別の特定されたクロスプロセス方向オフセットより小さい、特定されたクロスプロセス方向オフセットを有する、少なくとも１つの別の排出器に対応する、生成すること、および、コントローラで、第２のテストパターンデータをメモリに、複数の排出器の一部分が印字ヘッドと基板との間のＺ軸距離を特定できるよう動作させるために、保存することであって、Ｚ軸は基板の表面と垂直である、保存すること、を含む。
【０００６】
別の実施形態において、印字ヘッドと基板との間のＺ軸距離の特定に使用されるテストパターンを生成するよう構成される三次元物体プリンタが、開発されている。本方法は、材料の滴を基板の表面上へ排出するよう構成される複数の排出器を有する印字ヘッド、基板および印字ヘッドのうちの少なくとも一方をＺ軸に沿って移動させるよう構成される、アクチュエータ、基板の表面の画像データおよび基板上に形成されるテストパターンを生成するよう構成される画像センサ、メモリ、および、印字ヘッド、アクチュエータ、画像センサ、および、メモリ、と動作可能に接続されるコントローラ、を含む。コントローラは、印字ヘッドの複数の排出器を、メモリに保存される画像データを参照して動作させて、クロスプロセス方向に配置される第１の複数のマークを含む第１の所定のテストパターンを基板の表面上に形成すること、画像センサで、第１の複数のマークの第１の生成画像データを基板上に生成すること、第１の所定のテストパターンの第１の生成画像データにおける第１の複数のマークのための複数のクロスプロセス方向オフセットを特定することであって、各クロスプロセス方向オフセットは、第１の生成画像データにおけるマークの位置と、第１の所定のテストパターンを形成するために参照される、保存された画像データにおけるマークの所定の位置と、の間の差を参照して特定される、特定すること、印字ヘッドの複数の排出器の一部分のみにより形成され、複数の排出器における少なくとも１つの別の排出器により形成されるマークを伴わない、クロスプロセス方向に配置される第２の複数のマークに対応する、第２のテストパターンデータを生成することであって、マークは、印字ヘッドの複数の排出器の一部分における、少なくとも１つの排出器の別の特定されたクロスプロセス方向オフセットより小さい、特定されたクロスプロセス方向オフセットを有する少なくとも１つの別の排出器に対応する、生成すること、および、第２のテストパターンデータを、メモリに、複数の排出器の一部分が印字ヘッドと基板との間のＺ軸距離を特定できるよう動作させるために保存することであって、Ｚ軸は基板の表面と垂直である、保存すること、を行うよう構成される。
【０００７】
１つ以上の印字ヘッドと基板との間のＺ軸距離の特定に使用される印刷テストパターンを動作中に生成する、装置またはプリンタの先行の態様および他の特徴が、添付の図に関連して記載される以下の記述において説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】図１Ａは、三次元物体プリンタの図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、物体印刷動作中の図１Ａの三次元物体プリンタの図である。
【図２】図２は、印字ヘッドから基板上へ、印字ヘッドと基板との間の異なるＺ軸距離で排出される、滴の例示的な分布を描写する図である。
【図３】図３は、生成されたテストパターンが、印字ヘッドの排出器の一部分のみにより形成されるマークを含む、印字ヘッドにおけるテストパターンデータの生成を行うためのプロセスのブロック図である。
【図４】図４は、基板からの印字ヘッドのＺ軸距離と、印字ヘッドから異なるＺ軸距離で排出される滴のクロスプロセス方向位置における変動と、の間の関係を含む、三次元物体プリンタの印字ヘッドのためのプロファイルを生成するプロセスのブロック図である。
【図５】図５は、三次元物体プリンタにおける印字ヘッドと基板との間のＺ軸距離を特定するプロセスのブロック図である。
【図６】図６は、クロスプロセス方向に形成される印刷マークを含む第１の所定のテストパターン、および、所定のテストパターンを形成する印字ヘッドの排出器の一部分のみにより形成される、第２の複数のマークを有する、第２のテストパターン、の例示的な例である。
【図７】図７は、印字ヘッドから基板の表面上に排出される滴のクロスプロセス方向位置における変動と、印字ヘッドと基板との間の異なるＺ軸距離と、の間の関係を描写するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
デバイスの詳細と共に、本明細書に開示されるデバイスの環境を一般的に理解するために、図が参照される。図において、同様の参照番号は同様の要素を指す。
【００１０】
本明細書において使用される「造形材料」という用語は、液滴の形式で、１つ以上の印字ヘッドの複数の排出器から排出され、三次元物体プリンタにおいて形成される物体の材料の層を形成する、材料を指す。造形材料の例は、熱可塑性物質、ＵＶ硬化性ポリマー、および、液滴として１つ以上の印字ヘッドの排出器から排出されるように液化され、続いて、積層三次元物体印刷プロセスを介して物体を形成する固体材料へと硬化され得る結合剤、を含むが、それらに限定されない。一部の三次元物体プリンタの実施形態において、複数の形状の造形材料が、物体を製造するために使用される。一部の実施形態において、様々な物理的または化学的特性を伴う異なる造形材料が、単一の物体を形成する。他の実施形態において、プリンタは、造形材料に含まれる染料または他の着色剤を介して異なる色を組み込む、単一の種類の造形材料の滴を排出するよう構成される。三次元物体プリンタは、異なる色を伴う造形材料の滴の排出を制御し、様々な色および選択的に印刷テキスト、絵、または、他の単色および多色パターンを伴う物体を、物体の表面上に形成する。
【００１１】
本明細書において使用される「支持材料」という用語は、三次元物体印刷プロセス中に印字ヘッドから排出され、造形材料から形成される物体を安定させる、別の材料を指す。例えば、三次元物体プリンタが、造形材料の層を塗布して物体を形成する際、プリンタの少なくとも１つの印字ヘッドは、さらに、物体の一部分を係合する支持材料の層を排出する。支持材料は、造形材料で構築される物体が完成物体であり、単一物体であるので支持される前は、造形材料の１つ以上の部分を所定の位置に保持する。支持材料の使用の簡単な例は、三次元物体プリンタを使用する杖の構造を含む。杖のアーチ部分は物体の上部であり、支持材料は、杖におけるアーチの上部の完成前に、持ち手の下向き部分への支持を提供する。さらに、支持材料は、新たに形成された外観が、物体を一緒に保持するのに十分な造形材料が存在する前に壊れることを防ぎ、まだ完全に固体化されていない造形材料の一部分が、硬化プロセスの完了前に、所定の位置の外側へ流れ出ることを防ぐ。支持材料の例は、印刷プロセス中に物体への支持を提供し、印刷プロセスの完了後に物体から簡単に除去され得る、ワックス状材料を含むが、それらに限定されない。
【００１２】
本明細書において使用される「プロセス方向」という用語は、三次元物体形成プロセス中に１つ以上の印字ヘッドを通過した支持部材の移動方向を指す。支持部材は、印刷プロセス中、三次元物体および付属の支持材料および造形材料を保持する。一部の実施形態において、支持部材は金属プレートなどの平面部材であり、一方で他の実施形態において、支持部材は、回転する円筒部材、または、三次元物体印刷プロセス中に物体の形成を支持する別の形状の部材、である。一部の実施形態において、支持部材および物体が印字ヘッドを通過して移動する間、印字ヘッドは安定したままである。他の実施形態において、支持部材が安定を維持している間に印字ヘッドが移動する。さらに他の実施形態において、印字ヘッドおよび支持部材の両方が移動する。
【００１３】
本明細書において使用される「クロスプロセス方向」という用語は、処理方向に対して垂直な、支持部材の平面における方向を指す。２つ以上の印字ヘッドの排出器は、クロスプロセス方向においてレジストレーションされ、印字ヘッドの列が、造形材料および支持材料の印刷パターンを二次元平面領域にわたって形成できるようにする。三次元物体印刷プロセス中、レジストレーションされた印字ヘッドから形成される造形材料および支持材料の連続的な層が、三次元物体を形成する。
【００１４】
本明細書において使用される「Ｚ軸」という用語は、プロセス方向、クロスプロセス方向、および、三次元物体プリンタにおける支持部材の平面、と垂直な軸を指す。三次元物体印刷プロセスの最初における、Ｚ軸に沿う分離は、支持部材と、造形材料および支持材料の層を形成する印字ヘッドと、の間の分離の距離を指す。印字ヘッドの排出器が造形材料および支持材料の各層を形成する際、プリンタは、印字ヘッドと最上層との間のＺ軸分離を調整し、印刷動作中、印字ヘッドと物体の最上層との間を実質的に一定な距離で維持する。多くの三次元物体プリンタの実施形態は、印字ヘッドと印刷材料の最上層との間のＺ軸分離を、比較的に狭い許容誤差内で維持し、排出された造形材料および支持材料の滴を一定に配置および制御することができる。一部の実施形態において、支持部材は、印刷動作中に印字ヘッドから離れるように移動してＺ軸分離を維持し、一方で他の実施形態において、印字ヘッドは、部分的に印刷された物体および支持部材から離れるように移動してＺ軸分離を維持する。
【００１５】
本明細書において印刷テストパターンと関連して使用される「変動」という用語は、印刷マークの所定の配列よりも、プリンタの印字ヘッドからの印刷テストパターンにおける印刷マークの相対的なクロスプロセス方向位置の間の差に対応する、任意の統計的な測定値を指す。本明細書において使用される「マーク」という用語は、印字ヘッドの単一の排出器により形成され、プロセス方向軸に配置される、１つ以上の滴の印刷パターンを指す。テストパターンは、マークの配列から、印字ヘッドの複数の排出器を使用して形成される。例えば、テストパターンは、各行における隣接マーク間の所定のクロスプロセス方向距離で形成される、印刷マークの１つ以上の行を含む。材料の滴をＺ軸と平行に排出する排出器を伴う印字ヘッドは、変動がないか、または、最少の変動を伴う、所定のテストパターンを形成する。しかしながら、プリンタの印字ヘッドの実際の実施形態は、予期されるクロスプロセス方向よりも、テストパターンにおける印刷マークのクロスプロセス方向距離の間の差をもたらす角度で、材料の滴を排出する、少なくとも一部の排出器を含む。以下にさらに詳細に記載されるように、プリンタは、プリンタにおける異なる印字ヘッドと基板との間のＺ軸距離を、テストパターンにおける印刷マークのクロスプロセス方向位置における変動の特定されたレベルを参照して、特定する。
【００１６】
テストパターンに印刷されるマークのための変動の統計値の限定されない例は、標準偏差、分散、平均絶対偏差、値域、四分位範囲などを含む。例えば、所定のテストパターンは、各行における隣接するマークの間の均一なクロスプロセス方向距離で形成する、印刷マークの複数の行を含む。以下により詳細に記載されるように、プリンタは最適化プロセスを行って、印字ヘッドの排出器の特徴に基づく印刷マーク間の高レベルな変動を含む、テストパターンを生成する。プリンタは、１つ以上の印字ヘッドとプリンタの基板との間のＺ軸距離を、生成されたテストパターンにおける印刷マークのクロスプロセス方向位置の変動の特定されたレベルを参照して、特定する。
【００１７】
図１Ａおよび図１Ｂは、プリンタ１００における１つ以上の印字ヘッドと基板との間のＺ軸距離を特定するよう構成される、三次元物体プリンタ１００を描写する。プリンタ１００は、支持部材１０２、印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃを含む第１の印字ヘッド列、印字ヘッド１０８Ａ〜１０８Ｃを含む第２の印字ヘッド列、印字ヘッド列アクチュエータ１２０Ａおよび１２０Ｂ、支持部材アクチュエータ１２４、画像センサ１１６、コントローラ１２８、およびメモリ１３２を含む。１つの構成において、印字ヘッド列１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃは、２つの異なる種類の造形材料を排出して、２つの異なる種類の造形材料で三次元印刷物体を形成する。別の構成において、一方の印字ヘッド列は造形材料を排出し、他方の印字ヘッド列は支持材料を排出して、三次元印刷物体を形成する。代替のプリンタの実施形態は、異なる数の印字ヘッド列または各印字ヘッド列における異なる数の印字ヘッドを含む。
【００１８】
プリンタ１００において、支持部材１０２は、金属プレートなど、プロセス方向Ｐに移動する平面部材である。印字ヘッド列１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃおよび画像センサ１１６は、印刷ゾーン１１０を形成する。支持部材１０２は、支持材料および造形材料の事前に形成された任意の層を、印刷ゾーン１１０を介してプロセス方向Ｐに支持する。印刷動作中、支持部材１０２は、印字ヘッドを複数回にわたり通過する所定のプロセス方向経路Ｐに移動し、図１Ｂに描写される物体１５０など、三次元印刷物体の連続的な層を形成する。さらに、印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃは、材料の滴を排出して、図１Ａに描写されるテストパターン１９２Ａ〜１９２Ｂおよび１９４Ａ〜１９４Ｂ、および、図１Ｂに描写されるテストパターン１８４および１８６など、テストパターンを形成する。一部の実施形態において、部材１０２と類似する複数の部材は、回転式または類似の構成の印刷ゾーン１１０を通過する。プリンタ１００において、１つ以上のアクチュエータは、部材１０２を、印刷ゾーン１１０を介してプロセス方向Ｐに移動させる。他の実施形態において、アクチュエータ１２０Ａおよび１２０Ｂまたは他のアクチュエータは、印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃを、それぞれプロセス方向Ｐに沿って移動させ、印刷物体を支持部材１０２上に形成する。
【００１９】
プリンタ１００において、アクチュエータ１２４は、さらに、支持部材１０２を、印刷ゾーン１１０における印字ヘッドから離れるＺ方向軸（Ｚ）に沿って、材料の各層を支持部材に塗布した後に移動させる。一部の実施形態において、アクチュエータ１２４、または、支持部材１０２と動作可能に接続される他のアクチュエータは、クロスプロセス方向軸ＣＰ（傾斜した矢印１７２および１７４）およびプロセス方向軸Ｐ（傾斜した矢印１７６および１７８）の周囲に対する、支持部材１０２の傾斜の角度を調整するよう構成される。別の構成において、アクチュエータ１２０Ａおよび１２０Ｂは、印字ヘッド列１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃを、それぞれＺ軸に沿って上方に移動させ、印字ヘッドと印刷物体との間の分離を維持する。プリンタ１００において、アクチュエータ１２４および１２０Ａ〜１２０Ｂは、制御信号をコントローラ１２８から受信して、支持部材１０２または印字ヘッド列１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃを、所定の距離だけＺ軸に沿って移動させる、ステッパモータなどの電気機械アクチュエータである。プリンタ１００の例示的な実施形態は、支持部材１０２および印字ヘッド列１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃの両方のＺ軸位置を調整するアクチュエータを含むが、代替のプリンタの実施形態は、支持部材１０２とのみ、または、印字ヘッドとのみ、動作可能に接続されるアクチュエータを含む。印刷ゾーン１１０は、三次元印刷物体（単数または複数）に対する追加的な層を、各部材上に、各周期中に経路を介して形成し、複数セットの三次元物体を同時に形成する。
【００２０】
印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃを含む印字ヘッド列は、材料を支持部材１０２に向けて排出し、図１Ｂに描写される物体１５０などの三次元印刷物体の層を形成する。印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃの各々は、造形材料または支持材料の液化された滴を排出する、複数の排出器を含む。１つの実施形態において、各排出器は、液体造形材料を受ける流体圧力チャンバ、圧電アクチュエータなどのアクチュエータ、および、出口ノズルを含む。圧電アクチュエータは、電気発射信号に応じて変形し、液化された造形材料を、ノズルを介して進ませ、造形材料の滴を部材１０２へ向けて排出する。部材１０２が三次元物体の事前に形成された層を支える場合、造形材料の排出された滴は、物体の追加的な層を形成する。印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃの各々は、８８０個の排出器を含む例示的な印字ヘッドの実施形態を伴う、排出器の二次元配列を含む。動作中、コントローラ１２８は、電気発射信号の生成を制御し、選択された排出器を異なる回数にわたって動作させて、物体の造形材料の各層を形成する。以下にさらに詳しく記載されるように、コントローラ１２８は、さらに、印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃの排出器のための発射信号を生成し、プリンタ１００が、印刷ゾーン１１０における各印字ヘッドと基板との間のＺ軸に沿う距離を特定するために使用する、テストパターンを印刷する。基板は、支持部材１０２の表面、または、支持部材１０２上に形成される三次元印刷基板の上層、であり得る。
【００２１】
図１Ａおよび図１Ｂが造形材料の滴を排出する２つの印字ヘッド列を描写する一方で、代替の実施形態は、追加的な造形材料で印刷物体を形成する、３つ以上の印字ヘッド列を含み得る。別の実施形態は、単一の印字ヘッド列のみを含む。印字ヘッド列１０４Ａ〜１０４Ｃ、１０８Ａ〜１０８Ｃは、各々が３つの印字ヘッドを含んで描写される一方で、代替の構成は、少ない印字ヘッド、または、より多い印字ヘッドを含んでよく、印刷ゾーンを異なるサイズでクロスプロセス方向に収容し得る。追加的に、ラスタライズされた三次元物体プリンタの実施形態において、１つ以上の印字ヘッドは、印刷動作中、クロスプロセス方向軸ＣＰに沿って、および、選択的にプロセス方向軸Ｐに沿って、移動する。
【００２２】
画像センサ１１６は、クロスプロセス方向ＣＰにおいて印刷ゾーン１１０に沿って配置され、部材１０２上に形成される造形材料および支持材料から反射される光に対応する、デジタル化された画像データを生成するよう構成される、光検出器の列を含む。１つの実施形態において、光検出器は、各光検出器が印刷された支持材料および印刷された造形材料の最上位層から受信する、反射光のレベルに対応する、全部で２５６（０〜２５５）レベルのグレースケール８ビット画像データを生成する。他の実施形態において、画像センサ１１６は、赤、緑、青（ＲＧＢ）センサ素子などのマルチスペクトル光検出器素子を組み込む。動作中、画像センサ１１６は、造形材料または支持材料の層から形成される支持部材１０２または基板上に形成される、印刷テストパターンを含む、材料滴の印刷パターンに対応する複数の画像走査線を生成する。支持部材１０２が画像センサ１１６を通過して移動する際、画像センサ１１６は、二次元の生成画像データを一連の走査線から生成する。コントローラ１２８は生成画像データを受け、生成画像データのさらなる処理を行って、印字ヘッドと基板との間のＺ軸方向距離を、印刷テストパターンの生成画像データを参照して特定する。
【００２３】
コントローラ１２８は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、または、プリンタ１００を動作させるよう構成される任意の他のデジタル論理デバイスなど、デジタル論理デバイスである。プリンタ１００において、コントローラ１２８は、支持部材１０２の移動を制御するアクチュエータ１２４、および、印字ヘッド列１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８ＣのＺ軸の移動を制御する、アクチュエータ１２０Ａおよび１２０Ｂ、と動作可能に接続される。さらに、コントローラ１２８は、印字ヘッド列１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃ、画像センサ１１６、およびメモリ１３２と、動作可能に接続される。
【００２４】
プリンタ１００の実施形態において、メモリ１３２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）デバイスなどの揮発性データ保存デバイス、および、固体データ保存デバイス、磁気ディスク、光ディスク、または、任意の他の適切なデータ保存デバイスなどの不揮発性データ保存デバイスを含む。メモリ１３２は、プログラム命令１３６、３Ｄ物体画像データ１３８、所定のテストパターンデータ１４０、印字ヘッド毎の生成テストパターンデータ１４２、および、印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃの各々と関連付けられる、Ｚ軸距離プロファイル１４４に対する滴変動を保存する。コントローラ１２８は、保存されたプログラム命令１３６を実行して、プリンタ１００のコンポーネントを動作させ、物体１５０などの三次元印刷物体の形成、および、印刷ゾーン１１０における印字ヘッドと基板との間のＺ軸方向距離を特定するテストパターンの印刷、の両方を行う。さらに、コントローラ１２８は、プロセス４００において、以下により詳細に記載されるように、印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８ＣのためのＺ軸距離プロファイルに対する滴変動を生成する。一部の構成において、コントローラ１２８は、さらに、印刷ゾーン１１０における支持部材１０２または別の基板の表面のＺ軸から離れる傾斜の角度を特定する。３Ｄ物体画像データ１３８は、例えば、プリンタ１００が三次元物体印刷プロセス中に形成する、造形材料および支持材料の各層に対応する、複数の二次元画像データパターンを含む。コントローラ１２８は、材料の滴を、印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃから、二次元画像データの各セットを参照して排出し、物体１５０の各層を形成する。
【００２５】
メモリ１３２は、さらに、印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃの排出器が印刷ゾーン１１０の基板上に形成する、マークの所定のパターンに対応する、テストパターンデータ１４０を保存する。以下により詳細に記載されるように、プリンタ１００は、所定のテストパターンを、保存されたテストパターンデータ１４０に基づいて形成して、追加的なテストパターンを印字ヘッド毎に生成する。プリンタ１００は、印字ヘッドの排出器の一部分のみで形成される、印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃの各々に対する第２のテストパターンを生成して、第２のテストパターンに形成されるクロスプロセス方向マークにおける変動のレベルを増大させる。コントローラ１２８は、各印字ヘッドのために生成された第２のテストパターンを、印字ヘッド毎のテストパターンデータ１４２で、メモリ１３２に保存する。
【００２６】
図１Ｂは、三次元物体印刷動作中のプリンタ１００を描写する。図１Ｂにおいて、印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃは、三次元印刷物体１５０を形成する。支持部材１０２は、追加的な印刷テストパターン１８４を、印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃの一部または全てから受けるよう構成される、マージン領域を含む。図１Ｂの実施形態において、印刷物体１５０の上面は、さらに、印刷テストパターン１８６を印字ヘッド１０４Ａから受ける、基板の役割を果たす。画像センサ１１６は、物体１５０の最上層または層が、異なる色の造形材料または印字ヘッド１０８Ａ〜１０８Ｃから排出される支持材料など、光学的に特異な材料から形成される場合、テストパターン１８６における認識可能な印刷マークを含む画像データを生成する。他の構成において、印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃは、２つの異なる造形材料、または、造形材料と支持材料から、構造を形成し、印刷テストパターンを受ける、物体１５０の高さと類似するＺ軸の高さを有する、基板構造を形成する。コントローラ１２８は基板構造を使用して、１つ以上の印字ヘッドと物体１５０の最上層との間のＺ軸距離を特定する。
【００２７】
図２は、第１のＺ軸方向位置２４０および第２のＺ軸位置２４４における、印字ヘッド１０４Ａおよび基板２０２を描写する。上述したように、基板２０２は、支持部材１０２の表面、または、支持部材１０２上に形成される印刷構造の上面、であり得る。図２の例示的な例において、第１のＺ軸方向位置２４０は、印字ヘッド１０４Ａおよび基板２０２を、第２の位置２４４と比較して、Ｚ軸に沿う互いに近い位置に配置するが、別の構成において、第１の位置は、印字ヘッド１０４Ａおよび基板２０２を、第２の位置より大きいＺ軸距離に配置する。図２の構成において、コントローラ１２８は、アクチュエータ１２４を動作させて、基板を、Ｚ軸に沿って第１の位置２４０と第２の位置２４４との間で移動させ、一方で他の実施形態において、アクチュエータ１２０Ａは、印字ヘッド１０４Ａまたはアクチュエータ１２４および１２０Ａを移動させて、基板２０２および印字ヘッド１０４Ａの両方を、それぞれＺ軸に沿って移動させる。
【００２８】
印字ヘッド１０４Ａは、クロスプロセス方向軸ＣＰに沿って配置される複数の排出器を含む。一部の実施形態において、印字ヘッド１０４Ａは、二次元配列における印字ヘッド１０４Ａの面に沿って交互になっている、排出器の斜め配列を含む。上述したように、コントローラ１２８は、印字ヘッド１０４の排出器の一部分を動作させるのみで、マークの単一セットをテストパターンの行セットにおいて形成する。図２は、滴を排出して単一の行セットを形成する、印字ヘッド１０４Ａの排出器のサブセットのみを描写し、印字ヘッド１０４Ａは、隣接する作動された排出器の各々をクロスプロセス方向ＣＰに分離し、図６のテストパターン６００および６７５を形成する、４つの排出器を含む。例えば、図２において、排出器２２０および２２４は、隣接するマークを印刷テストパターンの１つの行において形成するが、４つの追加的な排出器は、排出器２２０および２２４をクロスプロセス方向に分離する。コントローラ１２８は、中間排出器を動作させて、他の行セットを所定のテストパターン６００において形成する。異なるテストパターン構成において、コントローラ１２８は排出器を動作させて、マークを、単一の行セットにおいて、作動された排出器の間にクロスプロセス方向において配置された、少なくとも１つの排出器で形成する。
【００２９】
図２に記載されるように、印刷された材料滴の位置と基板表面２０２上のマークの位置との間の変動のレベルは、印字ヘッド１０４Ａと基板２０２との間のＺ軸距離が大きくなるにつれて、増大する。図２の実施形態において、材料滴は、相対的に直線的な経路に沿って、印字ヘッド１０４Ａの排出器から排出された後に移動する。印字ヘッド１０４Ａの製造変動に起因して、排出器の少なくとも一部は、材料滴をクロスプロセス方向における角度で排出し、材料滴は、Ｚ軸と平行な経路に従わず、基板２０２に到達する。例えば、排出器２２０、２２４、２２６、および２２８は、材料滴をＺ軸と平行ではない角度で排出する。
【００３０】
図２に記載されるように、印字ヘッド１０４Ａから排出される材料の滴のクロスプロセス方向位置の間の変動のレベルは、印字ヘッド１０４Ａと基板２０２との間のＺ軸距離が大きくなるにつれて、増大する。実際の動作において、排出された材料滴は、印字ヘッド１０４Ａと基板２０２との間の実質的に直線的な経路に沿って移動する。したがって、所与の排出器からの材料滴に対するクロスプロセス方向軸ＣＰに沿う、滴位置変動の度合いは、印字ヘッド１０４Ａと基板２０２との間のＺ軸方向距離が大きくなるにつれて、増大する。第１の位置２４０において、排出器２２０および２２４から排出される滴２５０および２５２は、両方の排出器が材料滴をＺ軸と平行に排出する際に、隣接する印刷マーク間の名目上のクロスプロセス方向距離より、クロスプロセス方向において互いに近い位置に沈着する。排出器２２６および２２８などの他の排出器は、それぞれ材料滴２５４および２５６を排出し、両方の排出器が材料滴をＺ軸と平行に排出する際に、隣接する印刷マーク間の名目上のクロスプロセス方向分離より、クロスプロセス方向軸において、より遠くに離れて沈着する。第２の位置２４４において、クロスプロセス方向の滴配置において同じ種類の変動が起こるが、変動の度合いは、印字ヘッド１０４Ａと基板２０２との間のＺ軸距離が長いため、増大する。例えば、材料滴２６０および２６２は、第１の位置２４０の対応する滴２５０および２５２より互いに近く、一方で材料滴２６４および２６６は、第１の位置２４０の対応する滴２５４および２５６より離れている。
【００３１】
図２に記載されるように、印字ヘッド１０４Ａの排出器は、排出された材料滴に対するクロスプロセス方向における様々な度合いのオフセットを示す。クロスプロセス方向オフセットは、印字ヘッド１０４Ａの製造における小さい分散の結果として、もたらされる。プリンタ１００の印字ヘッド１０４Ｂ〜１０４Ｃおよび１０６Ａ〜１０６Ｃなど、印字ヘッド１０４Ａと同じ構成を伴う異なる印字ヘッドは、さらに、異なる排出器に対するクロスプロセス方向オフセットにおける変動を示すが、排出器間のオフセットの正確な度合いおよび方向は、印字ヘッド毎に異なる。多くの印字ヘッドにおいて、排出器の一部は、材料を排出する際、クロスプロセス方向オフセットが、ほとんどないか、または、全くない。例えば、図２において、排出器２７０は、材料滴を、Ｚ軸とほぼ平行な経路に沿って排出する。排出器２７０は、材料滴を、クロスプロセス方向位置２７２および２７４に、それぞれ位置２４０および２４４における基板２０２に対して排出する。図２に描写されるように、クロスプロセス方向位置２７２および２７４は、クロスプロセス方向軸ＣＰに沿う分離がほとんどない。したがって、排出器２７０が基板２０２上に形成する、生成された印刷マークの画像データは、印字ヘッド１０４Ａと基板２０２との間の異なるＺ軸距離にわたって、変化がほとんどないか、または、全くない。
【００３２】
排出器２７０が、材料を排出して、三次元印刷物体の形成、または、最小のクロスプロセス方向オフセットを伴う材料構造の印刷動作中の支持、を行うのに有益な一方で、印刷マーク２７２および２７４は、プリンタ１００が印字ヘッド１０４Ａと基板２０２との間のＺ軸距離を特定できることに、ほとんど影響しない。以下に記載されるように、プリンタ１００は、印字ヘッド１０４Ａなどの１つ以上の印字ヘッドに対するテストパターンを生成し、ここで、クロスプロセス方向オフセットがほとんどないか、または、全くない、材料を排出する少なくとも１つの排出器は、生成されたテストパターンにマークを形成しない。代わりに、プリンタ１００は、印刷テストパターンを、テストパターンのクロスプロセス方向オフセット全体を最大化する、印字ヘッドの排出器の一部分を使用して、形成する。したがって、排出器２２０〜２２８などの一部の排出器は、印刷テストパターンにマークを形成し、一方で排出器２７０など、クロスプロセス方向オフセットがほとんどないか、または、全くない、他の排出器は、生成されたテストパターンにマークを形成しない。
【００３３】
図３は、印字ヘッドの排出器の一部分のみから形成されるマークを含む、テストパターンの生成を行う、プロセス３００のブロック図を描写する。具体的には、プロセス３００は、テストパターンに含まれる排出器の一部分における、少なくとも１つの排出器の別の特定されたクロスプロセス方向オフセットより小さい、クロスプロセス方向オフセットを伴うマークを印刷する、印字ヘッドの少なくとも１つの排出器により形成されるマークを伴わないテストパターンを形成する。以下の記載において、活動または機能を行うプロセス３００への参照は、保存されたプログラム命令を実行してプリンタの他のコンポーネントで機能または活動を行う、プリンタのコントローラの動作を指す。プロセス３００は、プリンタ１００および図１Ａ〜図１Ｂ、図２、および図６と併せて例示目的で記載される。
【００３４】
プロセス３００は、プリンタ１００が印字ヘッドの排出器を動作させて、第１の所定のテストパターンを基板の表面上に、印字ヘッドの排出器を使用して形成することで、開始される（ブロック３０４）。例えば、プリンタ１００において、コントローラ１２８は、印字ヘッド１０４Ａの排出器に対する発射信号を生成し、材料滴を所定のテストパターンに、所定のテストパターンデータ１４０を参照して排出する。プリンタ１００において、基板は、支持部材１０２の表面、または、印字ヘッド１０４Ａから排出される材料と光学的に区別される、造形材料または支持材料から形成される、物体１５０などの３Ｄ印刷物体の表面、のいずれかである。プリンタ１００の画像センサ１１６は、印刷テストパターンの画像データを基板上に生成し、コントローラ１２８は、生成された画像データを画像センサ１１６から受信する（ブロック３０８）。
【００３５】
プロセス３００において、第１の所定のテストパターンは、印字ヘッド１０４Ａの動作可能な排出器の大部分または全てが支持部材１０２上に形成する、複数のマークを含む。図６は、所定のテストパターン６００の例を描写する。所定のテストパターン６００は、クロスプロセス方向軸ＣＰに沿って配置される複数の印刷マークを含む。印字ヘッド１０４Ａなどの印字ヘッドの単一の排出器は、材料の１つ以上の滴を排出して、各印刷マークをテストパターン６００に形成する。所定のテストパターン６００は、５個の行セット６０２Ａ、６０２Ｂ、６０２Ｃ、６０２Ｄ、および６０２Ｅを含む。本明細書において使用される「行セット」という用語は、基板の表面上に、クロスプロセス方向に延びる所定の配列において形成される、複数の印刷マークを指す。行セットは、単一の「行」にクロスプロセス方向に沿って配置される印刷マークの少なくとも１つのセットを含むが、一部のテストパターンは、プロセス方向に沿って配置される行のセットとして形成される、印刷マークの複数の行を伴う行セットを含む。プリンタ１００は、複数の印刷行を一部の行セットに形成し、不規則なクロスプロセス材料滴の配置エラーの影響を、印刷テストパターンのマークのクロスプロセス方向位置における変動の特定中に減少させる。
【００３６】
図６において、印刷テストパターン６００は、印刷マークの単一の行を行セット６０２Ａ〜６０２Ｅの各々に含み、各行セットは、クロスプロセス方向軸ＣＰに沿って配置される印刷マークを含む。コントローラ１２８は、印字ヘッドの排出器の一部分のみを動作させて、各行セットをテストパターンに形成する。テストパターン６００は、５個の行セットを含む。これは、コントローラ１２８が、隣接するマークを各行セットに、隣接マークを行セットに形成する排出器の各々の組の間に４個の中間排出器が置かれる、印字ヘッド１０４Ａの排出器のセットを使用して、形成するためである。所定のテストパターン６００は、５個の行セット全体を含み、印字ヘッド１０４の排出器の各々を動作させて、印刷マークを行セットのうちの１つに形成する。一部の実施形態において、コントローラ１２８は、テストパターン６００の複数のインスタンスを含むテストパターン、または、基板表面の異なる領域における別の類似のテストパターン、を形成する。他のテストパターンの実施形態において、行セットは、印刷マークの複数の行を含む。例えば、一部の実施形態において、各行セットは、印字ヘッド１０４Ａの排出器の単一部分により形成される、印刷マークの連続する２つ以上の行を含む。コントローラ１２８は、複数の行を伴う印刷テストパターンを各行セットに形成して、不規則な滴配置エラーの影響を、クロスプロセス方向における印刷マークの位置の間の変動を特定する際に、減少させる。
【００３７】
図６に描写されるように、テストパターン６００は、隣接するマーク間のクロスプロセス方向距離が、選択されたマークの行セット６０２Ａ〜６０２Ｅの各々に対して均一である、印刷マークの理想的な配列を描写する。しかしながら、図２において上記で描写されたように、印字ヘッド１０４Ａの排出器の一部は、材料の滴を、Ｚ軸と平行ではない経路に沿って排出し、クロスプロセス方向オフセットを、印刷マークの位置において基板の表面上にもたらす。図６において、印刷テストパターン６５０は、クロスプロセス方向オフセットを伴う材料滴を排出する排出器を含む印字ヘッドにより形成されるマークを含む、生成画像データの例を描写する。印字ヘッド１０４Ａの排出器の少なくとも一部は、材料滴を、様々な角度で、Ｚ軸とは異なるクロスプロセス方向に沿って排出するので、テストパターン６００よりも、テストパターン６５０における行セット６５２Ａ〜６５２Ｅの隣接する印刷マーク間のクロスプロセス距離が、変動を示す。
【００３８】
再び図３を参照すると、プロセス３００は、コントローラ１２８が、第１の印刷テストパターンの生成画像データにおけるマークに対するクロスプロセス方向オフセットを特定することで、継続される（ブロック３１２）。本明細書において使用される「クロスプロセス方向オフセット」という用語は、コントローラ１２８が印刷テストパターンの生成画像データにおいて特定する印刷マークの位置と、所定のテストパターンのテストパターンデータにおけるマークの対応する位置と、の間のクロスプロセス方向距離を指す。例えば、図６において、クロスプロセス方向オフセット６１１は、テストパターン６００におけるマーク６１２Ａの名目上の位置を、対応する印刷マーク６１２Ｂの実際の位置と分離する。コントローラ１２８は、所定のテストパターン６００におけるマークの各々と、印刷テストパターン６５０におけるマークの対応する位置と、の間のクロスプロセス方向オフセットを特定する。１つの実施形態において、コントローラ１２８は、印刷テストパターンにおける印刷マークの行全体に対応する生成画像データの縁部または中心検出カーネルで、フィルタリングおよび畳み込みを行い、クロスプロセス方向位置、および、印字ヘッドの異なる排出器に対する印刷マークの対応するクロスプロセス方向オフセット、を特定する。
【００３９】
Ｚ軸オフセットは、クロスプロセス方向オフセットの変動に依存する。ほとんどの正確な測定は、全ての噴出のクロスプロセス方向が決定される際に行われる。しかしながら、印字ヘッドの全ての噴出を測定するには、複数の行セットが必要である。一部の実施形態は、基板が限定された量の空間を含んで印刷テストパターンを受ける構成において見られるように、単一の行セットを伴うクロスプロセス方向オフセットの変動を概算する。単一の行セットを使用してテストパターンを印刷する一部の構成は、印刷テストパターンを異なる時間に異なる位置で、三次元物体印刷プロセス中に受ける、支持部材１０２などの基板を用いて使用される。単一の行または少数の行を含む印刷テストパターンは、基板の小領域を覆い、プリンタ１００は、多数のテストパターンを、印刷プロセス中に、以前に印刷されたテストパターンを基板表面から洗浄せずに形成できる。
【００４０】
プロセス３００は、プリンタ１００が、クロスプロセス方向オフセットおよびクロスプロセス方向における十分な分離を含む、印字ヘッド１０４Ａの排出器の一部分のみを特定し、単一の行セットを伴う第２の印刷テストパターンを形成することで、継続する（ブロック３１６）。所定のテストパターンが、典型的には、印字ヘッドの排出器の大部分または全てにより均一のパターンを使用して形成されるマークを含む一方で、第２の印刷テストパターンは、印字ヘッドの排出器の一部分により形成されるマークを含むのみである。コントローラ１２８は、第１のテストパターンにおいてマークを形成し、第２のテストパターンにおいてマークを形成しない、印字ヘッドの少なくとも１つの排出器を伴わない、第２のテストパターンを形成する排出器の一部分を特定する。コントローラ１２８は、第２のテストパターンを形成する排出器の一部分に存在する、少なくとも１つの他の排出器のクロスプロセス方向オフセットより小さい、特定されたクロスプロセス方向オフセットを伴う、印字ヘッド１０４Ａの少なくとも１つの排出器を除外する。コントローラ１２８は、第２のテストパターンにおける任意の２つの隣接する噴出の間の最低でもＫ個の噴出を除外する。
【００４１】
プロセス３００の１つの実施形態において、コントローラ１２８は、第２のテストパターンに含まれる印字ヘッド１０４Ａの排出器の一部分を、最大和のクロスプロセス方向オフセットを伴う排出器を特定する動的なプログラミングプロセスを使用して特定し、一方で特定された排出器の間の最小のクロスプロセス方向分離を維持する。プロセス３００において、コントローラ１２８は、第２の印刷テストパターンに対するクロスプロセス方向オフセットの最大の総和を有する印刷マークを形成する排出器を、特定する。しかしながら、コントローラ１２８は、排出器を、特定された排出器の間の最小のクロスプロセス方向分離に対する制約を参照して特定する。例えば、印字ヘッド１０４Ａは、隣接するマークを行セット６５２Ａ〜６５２Ｅの各々に、隣接するマークを行セット６５２Ａ〜６５２Ｅに形成する排出器の各組の間の印字ヘッド１０４Ａの４つの排出器のクロスプロセス方向に分離を伴う、所定のテストパターンにおいて形成する。コントローラ１２８は、最大のクロスプロセス方向オフセットを有する印字ヘッド１０４Ａの排出器を、第２のテストパターンにマークを形成する隣接する排出器を分離する、所定の数の排出器の最小の分離制限を満たしながら、特定する。コントローラ１２８は、非連続の要素を伴う最大和部分列の変動を実装する。非連続要素の動的なプログラミングプロセスを伴う一般的な最大和部分列は、当業者に既知である。プリンタ１００において、コントローラ１２８は、「最大和最小間隔」プロセスと称される、動的なプログラミングプロセスの変動を実装する。コントローラ１２８は、保存されたプログラム命令１３６を実行して、クロスプロセス方向オフセットの最大の合計（最大和）を有する排出器を特定し、排出器間のクロスプロセス方向間隔を最小化する（最小間隔）排出器分離制限を満たす。他の実施形態において、コントローラ１２８は、任意の適切なアルゴリズムを実装して、第２のテストパターンに対する印字ヘッドの排出器の一部分を特定する。
【００４２】
最大和最小間隔アルゴリズムの簡潔な例は、測定された［１０，９，８，１５，２，５，４，１３，６］μｍのクロスプロセス方向オフセットを伴う９個の排出器を有する印字ヘッド、および、少なくとも２個の排出器が、第２のテストパターンに対して選択される隣接する排出器を分離すべきである制限、を含む。クロスプロセス方向オフセットの配列は、印字ヘッドの排出器のクロスプロセス方向位置に対応する。３個の均等に離された排出器（［１０，１８，４］、［９，２，１３］、または［８，５，６］）の合計を選択する単純な手法は、それぞれ２９μｍ、２７μｍ、または１９μｍのクロスプロセス方向和をもたらす。しかしながら、動的なプログラミングプロセスは、３８μｍの、より大きいクロスプロセス方向和の合計をもたらし、一方で少なくとも２つの排出器が第２のテストパターンにおける排出器の一部分の間に配置される制限を満たす、３個の排出器（［１０，１５，１３］）のセットを特定する。動的なプログラミングプロセスは、２μｍのクロスプロセス方向オフセットを伴う排出器など、比較的に低いクロスプロセス方向オフセットを有する１つ以上の排出器を、第２のテストパターンから除外する。プリンタ１００において、コントローラ１２８は、保存されたプログラム命令を行って、最大和最小間隔の動的なプログラミングプロセスを実装し、クロスプロセス方向オフセットの最も大きい和（最大和）を有する排出器を特定し、排出器の間のクロスプロセス方向間隔を最小化する（最小間隔）排出器分離制限を満たす。最大和最小間隔アルゴリズムは、以下の方程式において示される：Ｔ［ｉ］＝ｍａｘ｛Ｔ［ｉ−ｓ］，Ｔ［ｉ−ｓ＋１］，…，Ｔ［ｉ−１］，Ｔ［ｉ−ｓ−１］＋ａ［ｉ］｝。ここで、ａ［ｉ］は指標Ｉを伴う排出器のクロスプロセスオフセットであり、Ｔ［ｉ］は、最大和最小間隔アルゴリズムを満たす、１〜ｉの範囲の指標を有する、特定されたクロスプロセス方向オフセット値の数の配列（ｓ）の最大和である。コントローラ１２８は、Ｔ［ｉ］に対する動的なプログラミング規則を使用して、印字ヘッドの排出器の一部分を、クロスプロセス方向オフセットの最大和で特定する。
【００４３】
上記の例において、コントローラ１２８は、動的なプログラムプロセスを、Ｔ［−２］＝０、Ｔ［−１］＝０、およびＴ［０］＝０の条件で初期化する。その後、コントローラ１２８は、最大和最小間隔アルゴリズムの例示的な例に対する、以下の方程式に対応する機能を行う：
Ｔ［１］＝ｍａｘ｛Ｔ［−１］，Ｔ［０］，Ｔ［１−３］＋ａ［１］｝＝ｍａｘ｛０，０，０＋１０｝＝１０
Ｔ［２］＝ｍａｘ｛Ｔ［０］，Ｔ［１］，Ｔ［２−３］＋ａ［２］｝＝ｍａｘ｛０，１０，０＋９｝＝１０
Ｔ［３］＝ｍａｘ｛Ｔ［１］，Ｔ［２］，Ｔ［３−３］＋ａ［３］｝＝ｍａｘ｛１０，１０，０＋８｝＝１０
Ｔ［４］＝ｍａｘ｛Ｔ［２］，Ｔ［３］，Ｔ［４−３］＋ａ［４］｝＝ｍａｘ｛１０，１０，１０＋１５｝＝２５
Ｔ［５］＝ｍａｘ｛Ｔ［３］，Ｔ［４］，Ｔ［５−３］＋ａ［５］｝＝ｍａｘ｛１０，２５，１０＋２｝＝２５
Ｔ［６］＝ｍａｘ｛Ｔ［４］，Ｔ［５］，Ｔ［６−３］＋ａ［６］｝＝ｍａｘ｛２５，２５，１０＋５｝＝２５
Ｔ［７］＝ｍａｘ｛Ｔ［５］，Ｔ［６］，Ｔ［７−３］＋ａ［７］｝＝ｍａｘ｛２５，２５，２５＋４｝＝２９
Ｔ［８］＝ｍａｘ｛Ｔ［６］，Ｔ［７］，Ｔ［８−３］＋ａ［８］｝＝ｍａｘ｛２５，２９，２５＋１３｝＝３８
Ｔ［９］＝ｍａｘ｛Ｔ［７］，Ｔ［８］，Ｔ［９−３］＋ａ［９］｝＝ｍａｘ｛２９，３８，２５＋３｝＝３８
【００４４】
コントローラ１２８は、方程式Ｔ［９］を計算して、３８の最大和最小間隔値をもたらす。これは、上記に提示される例の説明から、正しいことが確認され得る。より大きい噴出のセットでは、このアルゴリズムは、排出器の間の最小分離の基準を満たす、排出器オフセットの最も大きい和をもたらす。
【００４５】
最大和をもたらす実際の排出器は、バックポインタの使用を介して特定され得る。コントローラ１２８は、上述された項目の配列、および、最大値を生成した項目の配列、の最大値をメモリ１３２に保存して、バックポインタを生成する。例えば、Ｔ［８］を生成する項目の最大値は、Ｔ［５］から生じる配列の最後である。コントローラ１２８は、バックポインタを、排出器５を参照する排出器８から生成する。Ｔ［９］を生成する項目の最大値は、Ｔ［８］である中間項目である。したがって、コントローラ１２８は、バックポインタを、排出器８を参照する排出器９から生成する。配列を再構築するために、コントローラ１２８は、配列の最後の排出器で始まり、バックポインタの配列へ続いて、配列の残りの排出器を特定する。１つの排出器のバックポインタは、隣接する排出器を参照して（例えば、排出器４からのバックポインタは排出器３を参照）、その後、隣接する排出器は、排出器の選択された配列における当該の排出器を交換する。バックポインタが隣接する排出器を参照しない場合、コントローラ１２８は、当該の排出器を、再構築するために使用する排出器のリストに追加して、コントローラ１２８は、バックポインタ生成プロセスを、当該の排出器から参照される次の排出器で継続する。コントローラ１２８は、バックポインタプロセスを、テストパターンを形成する印字ヘッドの最も低い排出器または排出器の群に到達するまで、繰り返す。
【００４６】
プロセス３００中、コントローラ１２８は、上記で特定された排出器の一部分を使用して、印字ヘッドの少なくとも１つの他の排出器を使用せずに、形成されるマークを含む第２のテストパターンデータを生成する（ブロック３２０）。コントローラ１２８は、印字ヘッド毎のテストパターンデータ１４２を伴う第２のテストパターンデータを、メモリ１３２に、印字ヘッド１０４Ａと関連付けて保存する（ブロック３２４）。第２のテストパターンデータは、コントローラ１２８が印字ヘッド１０４Ａを動作させるために使用する任意のデータを含み、排出器の特定された一部分により形成される印刷マークを有するのみであり、印字ヘッドの残りの排出器により形成されるマークを伴わない、第２のテストパターンを形成する。１つの実施形態において、コントローラ１２８は、印字ヘッド１０４Ａに対する排出器の特定された一部分において排出器の各々により形成される少なくとも１つのマークを含む、第２のテストパターンデータに対するラスタライズされた印刷画像を生成する。
【００４７】
図６は、第２のテストパターン６７５に形成される、複数のマークの例示的な例を描写する。図６において、第２のテストパターン６７５は、最大和最小間隔アルゴリズムで判定される排出器を使用する、行セットにおけるマークの複数の印刷行を含む。画像センサ１１６は、複数のマーク行の画像データを生成し、コントローラ１２８は、マークのクロスプロセス方向位置を各排出器から、より高い正確性で特定できる。第２のテストパターン６７５は、テストパターン６００および６５０にマークを形成する、排出器の一部分のみにより形成されるマークを含む。例えば、上述された動的なプログラミングプロセス中、コントローラ１２８は、マーク６１２Ａ、６１４Ａ、６１６Ａ、６１８Ａ、６２０Ａ、および６２２Ａを、テストパターン６００から特定し、それぞれに対応する印刷マーク６１２Ｂ、６１４Ｂ、６１６Ｂ、６１８Ｂ、６２０Ｂ、および６２２Ｂを、印刷テストパターン６５０において最大和最小間隔プロセス中に特定する。さらに、マーク６１２Ａ／Ｂ〜６２２Ａ／Ｂに対応する排出器は、十分に大きい距離だけクロスプロセス方向に互いに分離され、画像センサ１１６は、印刷マークのクロスプロセス方向位置を印字ヘッド１０４Ａの異なる排出器と明確に区別できる。さらに、第２のテストパターン６７５は、排出器の一部からマークを除外する。例えば、テストパターン６００のマーク６１０Ａおよびテストパターンの対応するマーク６１０Ｂは、最小のクロスプロセス方向オフセットを有する。したがって、印刷マーク６１０Ｂの位置は、印字ヘッド１０４Ａと基板との間のＺ軸方向距離が変化する際、ほとんど変化を示さず、コントローラ１２８は、マーク６１０Ａ／６１０Ｂを第２のテストパターン６７５から形成する排出器を除外する。
【００４８】
プリンタ１００において、コントローラ１２８は、印字ヘッドの製造プロセスが、各印字ヘッドにおいて異なる度合いのクロスプロセス変動で排出器をもたらすため、印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃの各々に対するプロセス３００を行う。コントローラ１２８は、印字ヘッドの各々に対する第２のテストパターンデータを、メモリ１３２に、プリンタ１００の印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃと基板との間のＺ軸距離の特定に使用するための、印字ヘッド毎に生成されるテストパターンデータ１４２を伴って保存する。
【００４９】
図４は、印字ヘッドと基板との間のＺ軸距離と、クロスプロセス方向に沿う三次元物体プリンタの印字ヘッドからの滴配置の変動のレベルと、の間のプロファイルを生成するためのプロセス４００のブロック図を描写する。以下の記載において、活動または機能を行うプロセス４００への参照は、保存されたプログラム命令を実行して機能または活動をプリンタの他のコンポーネントで行う、プリンタのコントローラの動作を指す。プロセス４００は、例示の目的で、プリンタ１００および図１Ａ〜図１Ｂ、図２、図６、および図７と関連して記載される。
【００５０】
プロセス４００は、プリンタ１００が、印字ヘッドおよび基板を第１の位置に第１の距離の分離を伴ってＺ軸に沿って配置することで始まる（ブロック４０４）。例えば、コントローラ１２８は、アクチュエータ１２０Ａおよび１２４のうちの一方または両方を動作させて、印字ヘッド１０４Ａおよび基板を、第１の位置にＺ軸に沿って配置する。上述したように、基板は、支持部材１０２、または、印刷基板を形成する造形材料または支持材料構造の上面、のいずれかである。例えば、プリンタ１００において、コントローラ１２８は、印字ヘッド１０８Ａ〜１０８Ｃを選択的に動作させて、印字ヘッド１０４Ａから排出される材料と選択的に区別される、均一な基板表面を有する、第２の造形材料または支持材料の構造を形成する。コントローラ１２８は、印刷テストパターンを、一部の構成において支持部材の表面の代わりに構造の表面に形成する。
【００５１】
プロセス４００は、コントローラ１２８が印字ヘッド１０４Ａを動作させて、テストパターンを基板の表面上に、印字ヘッドと基板とが第１の距離だけＺ軸に沿って分離される間に形成することで継続する（ブロック４０８）。プリンタ１００において、コントローラ１２８は、プロセス３００中に生成され、メモリ１３２に保存される、印字ヘッド毎のテストパターンデータ１４２を使用して、基板上の印刷マークにおいて増大したレベルのクロスプロセス方向オフセットを有すると特定された、排出器からのマークを含む、第２のテストパターンを形成する。
【００５２】
プロセス４００は、画像センサ１１６が、基板の画像データおよび基板上に形成される第２の印刷テストパターンを、印字ヘッドが基板から第１の距離にＺ軸に沿って配置される間に生成することで継続する（ブロック４１２）。プリンタ１００において、コントローラ１２８は、生成された画像データを画像センサ１１６から受信する。コントローラ１２８は、印刷マークのクロスプロセス方向位置における第１の変動を、クロスプロセス方向位置、および、テストパターンの走査画像における印刷マークを分離する、対応するクロスプロセス方向距離、を参照して、特定する（ブロック４１６）。本明細書において使用される「変動」という用語は、印刷マークがクロスプロセス方向オフセットを伴わずに形成される場合、テストパターンのための印刷マークの所定の位置よりも、印刷テストパターンの生成された画像データにおける印刷マーク間の特定されたクロスプロセス方向オフセットを指す。
【００５３】
１つの実施形態において、コントローラ１２８は、マークのクロスプロセス位置における変動を、印刷テストパターンの行セットにおけるマーク間の平均的なクロスプロセス方向距離よりも、マーク間のクロスプロセス方向距離における標準偏差を参照して、特定する。１つの構成において、コントローラ１２８は、変動を、経験的に印刷テストパターンの走査画像データからのマーク間の平均的なクロスプロセス方向距離（例えば、テストパターン６５０の走査画像データにおけるマーク間の平均的な距離）を参照して特定し、続いて標準偏差を、経験的な平均を参照して特定する。別の構成において、コントローラ１２８は、所定のテストパターンにおけるマーク間の所定のクロスプロセス方向分離（例えば、テストパターン６００におけるマーク間のクロスプロセス方向分離）を平均として使用し、標準偏差を、所定の平均を参照して特定する。別の構成において、コントローラ１２８は、標準偏差を印刷マークの組に基づいて特定する。コントローラ１２８は、テストパターンにおいて隣接する印刷マークを分離するクロスプロセス方向距離と、所定のテストパターンにおけるマーク間の平均的な所定の分離距離と、の間の標準偏差を特定する。別の構成において、コントローラ１２８は、マークの隣接する群の間の平均的なクロスプロセス方向距離を特定し、続いて標準偏差を、各ダッシュ記号が属する群の経験的な平均を参照して特定する。例えば、１つの構成において、コントローラ１２８は、テストパターンにおける１６個のダッシュ記号の群の標準偏差を特定し、変動全体を、ダッシュ記号の各群の標準偏差値の平均として特定する。
【００５４】
プロセス４００は、プリンタ１００がコントローラ１２８を調整して、印字ヘッドアクチュエータ１２０Ａおよび支持部材アクチュエータ１２４の一方または両方を動作させ、印字ヘッド１０４Ａおよび基板を、所定の距離だけＺ軸に沿って、Ｚ軸に沿う第２の分離距離を伴う第２の位置まで移動させることで、継続する（ブロック４２０）。コントローラ１２８は、印字ヘッド１０４Ａを動作させて、第２のテストパターンを、印字ヘッド毎のテストパターンデータ１４２から第２の位置に形成し（ブロック４２４）、一方で印字ヘッドは基板から第２の距離だけＺ軸に沿って分離され、印刷テストパターンの第２の画像データを画像センサ１１６で生成し（ブロック４２８）、第２の生成画像データのマーク間のクロスプロセス方向距離における第２の変動を特定する（ブロック４３２）。コントローラ１２８は、各印字ヘッドのインクジェットを、プリンタ１００がプロセス３００中に生成する、生成された印字ヘッド毎のテストパターン画像データ１４２を使用して動作させて、マーク位置の間の増大されたレベルの変動を伴う印刷テストパターンをもたらす。プリンタ１００は、それぞれブロック４０８〜４１６の処理と実質的に同じ手法で、ブロック４２４〜４３２の処理を行う。コントローラ１２８は、印字ヘッド１０４Ａと基板との間の２つの異なるＺ軸距離で第１のＺ軸位置に印刷される、テストパターンの第１の変動よりも、第２のＺ軸位置において印刷されるテストパターンにおける印刷マーク間のクロスプロセス方向距離に対する異なる第２の変動を特定する。例えば、プリンタ１００が、第２の位置における印字ヘッド１０４Ａと基板との間のＺ軸距離を大きくする場合、印字ヘッドから排出される材料の滴は基板の表面まで、より長い直線距離を移動するため、変動レベルが増大する。しかしながら、第２の位置が、第１の位置より短いＺ軸距離を有する場合、印字ヘッドから排出される材料の滴は基板の表面まで、より短い直線距離を移動するため、変動が縮小する。
【００５５】
図４を再び参照すると、プロセス４００は、コントローラ１２８が、Ｚ軸距離と、印刷マークおよび第１の位置と第２の位置との間の所定のＺ軸距離の間のクロスプロセス方向距離における、第１および第２の変動と、の間の関係を含む、印字ヘッド１０４Ａに対するプロファイルを生成することで、継続する（ブロック４３６）。１つの実施形態において、コントローラ１２８は、関係を、１つの軸の第１および第２の変動レベルと、別の軸に沿う第１および第２の位置の間のＺ軸に沿う所定の偏心距離と、の間の直線関係として特定する。コントローラ１２８は、生成されたプロファイルをメモリ１３２に、Ｚ軸距離プロファイルデータ１４４に対する滴変動を伴って、印字ヘッド１０４Ａと関連付けて保存する。
【００５６】
図７は、印刷テストパターンのマークのクロスプロセス方向位置における変動と、印字ヘッドプロファイルにおけるＺ軸距離と、の間の関係の例のグラフ７００を描写する。グラフ７００は、印字ヘッドおよび基板の距離の所定の変化に対応する上昇７２８、および、第１の位置変動７２０と第２の位置変動７２４との間の特定されたクロスプロセス方向の滴配置変動の変化に対応する距離７３０、に適合する直線７３２を含む。さらに、グラフ７００は、印字ヘッドと基板との間の異なるＺ軸距離で生成される、追加的な特定される変動レベルを含み、コントローラ１２８は、直線関係７３２を最適な線として異なる変動レベルを介して生成する。図７が印字ヘッドプロファイルに対する直線関係を描写する一方で、代替的なプロファイルの実施形態は、曲線、スプライン、または、クロスプロセス方向変動レベルとＺ軸距離との間の他の関連性を含み得る。
【００５７】
図５は、三次元物体プリンタにおいて印字ヘッドと基板との間の距離をＺ軸に沿って特定するプロセス５００のブロック図を描写する。以下の記載において、活動または機能を行うプロセス５００への参照は、保存されたプログラム命令を実行して、プリンタの他のコンポーネントで機能または活動を行う、プリンタのコントローラの動作を指す。プロセス５００は、例示の目的で、プリンタ１００および図１Ｂと関連して記載される。プロセス５００は、例示の目的で、印字ヘッド１０４Ａと関連して記載されるが、プリンタ１００は、印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃの一部または全てに対して同じプロセスを行う。
【００５８】
プロセス５００は、コントローラ１２８が印字ヘッド１０４Ａを動作させて、三次元印刷物体を形成することで、開始される（ブロック５０４）。プリンタ１００における動作中、コントローラ１２８は、印字ヘッド１０４Ａおよび他の印字ヘッド１０４Ｂ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃを動作させて、図１Ｂに描写される印刷物体１５０などの印刷物体を形成する。印刷プロセス中、コントローラ１２８は、印字ヘッド１０４Ａの排出器を動作させて、テストパターンを基板の表面上に、印字ヘッド１０４Ａと関連付けられる印字ヘッド毎のテストパターンデータ１４２を参照して形成する。図１Ｂにおいて、基板は、テストパターン１８４を受ける支持部材１０２、または、物体１５０の上層など、支持部材１０２上に形成される別の基板表面である（ブロック５０８）。図１Ｂの例において、物体１５０の上層は、印字ヘッド１０８Ａ〜１０８Ｃとは光学的に異なる材料を使用して基板を形成し、印刷テストパターン１８６と対照的な表面を印字ヘッド１０４Ａから形成する。他の実施形態において、印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃは、Ｚ軸に沿う三次元印刷物体の高さに対応する、分離基板構造を形成する。
【００５９】
プロセス５００は、プリンタ１００が印刷テストパターンの画像データを画像センサ１１６で生成し（ブロック５１２）、コントローラ１２８が、テストパターンの印刷マークのクロスプロセス方向位置における変動を、生成された画像データを参照して特定する（ブロック５１６）。コントローラ１２８は、ブロック５１２および５１６の処理を、プロセス４００において、それぞれブロック４１２および４１６で上述された、または、それぞれブロック４２４および４２８で上述された、テストパターンスキャニングおよび変動特定と類似の手法で行う。
【００６０】
プロセス５００中、コントローラ１２８は、印刷テストパターンのマークのクロスプロセス方向位置における特定された変動、および、メモリ１３２に保存されるＺ軸距離プロファイルデータ１４４に対する変動、を使用し、印字ヘッド１０４Ａと基板との間のＺ軸距離を特定する（ブロック５２０）。図７に関して上述したように、コントローラ１２８は、事前に生成された直線関係を使用して、印字ヘッド１０４Ａと、支持部材１０２または物体１５０の上層などの基板と、の間のＺ軸距離に沿う距離を特定する。印字ヘッドと基板との間の特定されたＺ軸距離が、所定の許容範囲内にある場合（ブロック５２４）、プリンタ１００は印字ヘッド１０４Ａの使用を継続して、三次元印刷物体を形成し、コントローラ１２８は、プロセス５００を、印刷プロセスの後半段階で再び選択的に行う。しかしながら、印字ヘッド１０４Ａと基板との間のＺ軸距離が、過小または過大のいずれかである場合、コントローラ１２８は、アクチュエータ１２０Ａおよび１２４の片方または両方を動作させて、印字ヘッド１０４Ａと基板との間のＺ軸距離を、所定の許容範囲内になるよう調整する（ブロック５２８）。例えば、プリンタ１００の実施形態において、許容可能なＺ軸距離は、おおよそ０．４ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲であるが、Ｚ軸距離は、異なる三次元物体プリンタの実施形態に応じて様々である。
【００６１】
一部の実施形態において、Ｚ軸に沿う第１の位置および第２の位置の片方または両方は、印字ヘッドと基板との間の所定の測定された距離（例えば、０．５ｍｍおよび１ｍｍ）にある。これらの実施形態において、コントローラ１２８は、プロファイルデータを使用して、印字ヘッド１０４Ａと基板との間の絶対的距離を特定し、Ｚ軸距離が印刷動作のために過小または過大であるかを特定し得る。しかしながら、プリンタ１００は、印字ヘッドと基板表面との間の絶対的なＺ軸距離測定値を伴わないプロファイルを生成し得る。代わりに、コントローラ１２８は、Ｚ軸に沿う印字ヘッドおよび基板の第１の位置と第２の位置との間の既知のＺ軸変位を伴うプロファイルを生成する。コントローラ１２８は、印字ヘッドと基板との間の相対的なＺ軸距離に対応するプロファイルを使用して、印字ヘッドが基板からＺ軸に沿って、過度に近いか、または、過度に遠いか、を特定する。
【図１Ａ】
0006574386.tif 000002
【図１Ｂ】
0006574386.tif 000003
【図２】
0006574386.tif 000004
【図３】
0006574386.tif 000005
【図４】
0006574386.tif 000006
【図５】
0006574386.tif 000007
【図６】
0006574386.tif 000008
【図７】
0006574386.tif 000009