(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元物体プリンタであって、
材料滴を吐出するよう構成される複数のイジェクタを有するプリントヘッドと、
前記プリントヘッド内の前記イジェクタにより吐出される前記材料滴に対応するデータを生成するよう構成されるセンサと、
前記プリントヘッドおよび前記センサに動作可能に接続する制御装置であって、
前記センサにより生成される前記データを参照して機能不良イジェクタを特定し、
前記特定された機能不良イジェクタの向かい側に隣接する位置に材料滴を吐出する、前記プリントヘッド内の少なくとも１つの機能イジェクタを特定し、前記プリントヘッド内の前記特定された少なくとも１つの機能イジェクタは、３次元物体を構成する材料滴の層の内のいずれかの層である第１の層が形成される前に形成された材料滴の層に材料滴を吐出するイジェクタとして特定され、
前記少なくとも１つの特定される機能イジェクタに送信される発射信号を変更して、前記機能不良イジェクタの向かい側に隣接する前記位置に吐出される前記材料滴の小滴体積を増やし、
前記プリントヘッドを操作して、材料滴の第１の層を形成するよう構成され、前記少なくとも１つの特定された機能イジェクタが、前記変更された発射信号で操作される、制御装置と、を含む３次元物体プリンタ。
【請求項２】
前記制御装置が、
材料滴の前記第１の層と平行な平面内で前記プリントヘッドを移動させて、前記材料滴の第１の層内の機能不良イジェクタの向かい側の前記位置とは異なる前記材料滴の第１の層の上に形成される材料滴の次の層内の向かい側の位置に前記機能不良イジェクタを配置させるようさらに構成される、請求項１に記載の３次元物体プリンタ。
【請求項３】
前記制御装置が、
前記発射信号の区画の形状を変更することにより、前記発射信号を変更するようさらに構成される、請求項１に記載の３次元物体プリンタ。
【請求項４】
前記制御装置が、
前記発射信号の区画の電圧振幅を変更することにより、前記発射信号を変更するようさらに構成される、請求項３に記載の３次元物体プリンタ。
【請求項５】
前記制御装置が、
前記発射信号の区画の持続時間を変更することにより、前記発射信号を変更するようさらに構成される、請求項３に記載の３次元物体プリンタ。
【請求項６】
前記制御装置が、
複数の発射信号を生成することにより、前記発射信号を変更し、前記特定された少なくとも１つの機能イジェクタを複数回操作し、複数の材料滴を吐出するようさらに構成される、請求項１に記載の３次元物体プリンタ。
【請求項７】
前記制御装置が、
前記機能不良イジェクタの向かい側に隣接する位置に材料滴を吐出するように配置される、前記プリントヘッド内の少なくとも１つの機能イジェクタに対応する空白のボクセルを特定し、
前記空白のボクセルにデータを挿入して前記少なくとも１つの機能イジェクタを操作し、
前記挿入されたデータで前記プリントヘッドを操作し、前記機能不良イジェクタの向かい側の位置に隣接する位置に材料滴を吐出するようさらに構成される、請求項１に記載の３次元物体プリンタ。
【請求項８】
３次元物体プリンタであって、
材料滴を吐出するよう構成される複数のイジェクタを有するプリントヘッドと、
前記プリントヘッド内の前記イジェクタにより吐出される前記材料滴に対応するデータを生成するよう構成されるセンサと、
前記プリントヘッドおよび前記センサに動作可能に接続する制御装置であって、
前記センサにより生成される前記データを参照して機能不良イジェクタを特定し、
前記特定された機能不良イジェクタの向かい側に隣接する位置に材料滴を吐出する、前記プリントヘッド内の少なくとも１つの機能イジェクタを特定し、前記プリントヘッド内の前記特定された少なくとも１つの機能イジェクタは、３次元物体を構成する材料滴の層の内のいずれかの層である第１の層が形成された後に形成された材料滴の層に材料滴を吐出するイジェクタとして特定され、
前記少なくとも１つの特定される機能イジェクタに送信される発射信号を変更して、前記機能不良イジェクタの向かい側に隣接する前記位置に吐出される前記材料滴の小滴体積を増やし、
前記プリントヘッドを操作して、材料滴の第１の層を形成するよう構成され、前記少なくとも１つの特定された機能イジェクタが、前記変更された発射信号で操作される、制御装置と、を含む３次元物体プリンタ。
【請求項９】
前記制御装置が、
材料滴の前記第１の層と平行な平面内で前記プリントヘッドを移動させて、前記材料滴の第１の層内の機能不良イジェクタの向かい側の前記位置とは異なる前記材料滴の第１の層の上に形成される材料滴の次の層内の向かい側の位置に前記機能不良イジェクタを配置させるようさらに構成される、請求項８に記載の３次元物体プリンタ。
【請求項１０】
前記制御装置が、
前記発射信号の区画の電圧振幅を変更することにより、前記発射信号を変更するようさらに構成される、請求項９に記載の３次元物体プリンタ。
【請求項１１】
前記制御装置が、
前記発射信号の区画の持続時間を変更することにより、前記発射信号を変更するようさらに構成される、請求項９に記載の３次元物体プリンタ。
【請求項１２】
前記制御装置が、
複数の発射信号を生成することにより、前記発射信号を変更し、前記特定された少なくとも１つの機能イジェクタを複数回操作し、複数の材料滴を吐出するようさらに構成される、請求項８に記載の３次元物体プリンタ。
【請求項１３】
前記制御装置が、
前記発射信号の区画の形状を変更することにより、前記発射信号を変更するようさらに構成される、請求項８に記載の３次元物体プリンタ。
【請求項１４】
前記制御装置が、
前記機能不良イジェクタの向かい側に隣接する位置に材料滴を吐出するように配置される、前記プリントヘッド内の少なくとも１つの機能イジェクタに対応する空白のボクセルを特定し、
前記空白のボクセルにデータを挿入して前記少なくとも１つの機能イジェクタを操作し、
前記挿入されたデータで前記プリントヘッドを操作し、前記機能不良イジェクタの向かい側の位置に隣接する位置に材料滴を吐出するようさらに構成される、請求項８に記載の３次元物体プリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示するシステムおよび方法は、３次元物体を作成するプリンタに関し、より具体的には、そのようなプリンタ内の動作不能イジェクタを補償することに関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル３次元製造（デジタル積層造形としても知られる）とは、デジタルモデルから、ほとんど全ての形状の３次元固体物体を作成する処理である。３次元プリントとは、１つ以上のプリントヘッドが材料の連続層を様々な形状で基材の上に吐出する積層処理である。３次元プリントは、切削や穴あけなどの切削処理により加工品から材料を削除することに、そのほとんどを頼っている、従来の物体形成技術とは区別することができる。
【０００３】
これらのプリンタを用いて３次元物体を製造する際、数時間、あるいは物体によっては、数日を要する可能性がある。３次元プリンタでの３次元物体の製造で問題となるのは、物体を形成する材料滴を吐出する、プリントヘッド内のイジェクタの機能の一貫性をどのように保つかということである。物体のプリント中、１つ以上のイジェクタの機能が低下し、そのイジェクタに対して直角ではない角度で材料を吐出したり、イジェクタが本来吐出すべき大きさの小滴よりも小さな小滴を吐出したり、あるいは、小滴を全く吐出しなかったりする可能性がある。これらの動作不良のうちのいずれかを起こしているイジェクタは、動作不能イジェクタまたは機能不良イジェクタとして知られている。物体のプリント中に、１つ以上のイジェクタの動作状態が低下した場合、プリント動作が完了するまでプリントされている物体の品質を評価することができない。その結果、長時間あるいは数日を要するプリント作業では、プリントヘッド内の動作不能イジェクタにより、仕様と一致していない物体が作られてしまう恐れがある。そのような物体が検知されると、そのプリントされた物体は破棄され、そのプリントヘッドに対して修復処置を行い、イジェクタの機能を回復させ、そのプリント作業を繰り返す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プリント中に動作不能イジェクタを検知可能なシステムが開発されてきている。物体のプリント中に、システムが修復処置を行って動作不能イジェクタを補償すれば、適切に形成される物体を製造し続けることが可能である。このようにして、プリンタについての製品の歩留りを向上させ、製品のプリントをより効率的にすることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
機能不良イジェクタを補償する方法を実施する３次元プリンタは、材料滴を吐出するよう構成される複数のイジェクタを有するプリントヘッドと、プリントヘッド内のイジェクタにより吐出される材料滴に対応するデータを生成するよう構成されるセンサと、プリントヘッドおよびセンサに動作可能に接続する制御装置であって、センサにより生成されるデータを参照して機能不良イジェクタを特定し、特定された機能不良イジェクタの向かい側に隣接する位置に材料滴を吐出する、プリントヘッド内の少なくとも１つの機能イジェクタを特定し、前記プリントヘッド内の前記特定された少なくとも１つの機能イジェクタは、材料滴の第１の層が形成される前に形成された材料滴の層に材料滴を吐出するイジェクタとして特定され、少なくとも１つの特定される機能イジェクタに送信される発射信号を変更して、機能不良イジェクタの向かい側に隣接する位置に吐出される材料滴の体積を増やし、プリントヘッドを操作して、材料滴の第１の層を形成するようよう構成され、少なくとも１つの特定された機能イジェクタが、変更された発射信号で操作される、制御装置と、を含む。
【０００７】
次に、添付図面を参照して、３次元物体プリンタ内の機能不良イジェクタを補償するシステムおよび方法の前述の様態およびその他の特徴を以下の記述において説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、３次元物体プリンタの斜視図である。
【図２】図２は、筺体を有する３次元物体プリンタの正面図であり、プリント動作中にプリントヘッド内の動作不能イジェクタを検知可能な筺体内の検知モジュールを示している。
【図３Ａ】図３Ａは、プリントヘッドの全てのイジェクタが動作状態のときの３次元物体の小領域の３つの層の斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、プリントヘッド内に動作不能イジェクタが存在するときの３次元物体の小領域の３つの層の斜視図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、プリントヘッドが動作不能イジェクタを補償するときの３次元物体の小領域の３つの層の斜視図である。
【図４】図４は、プリントヘッドのイジェクタを動作させる発射信号の波形を示す図である。
【図５】図５は、プリントヘッドの動作不能イジェクタを補償する処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書に開示されるシステムおよび方法のための環境、およびシステムおよび方法の詳細の一般的な理解を得るために、図面を参照する。これらの図面では、同様の参照符号は、同様の要素を示す。
【００１０】
図１には、３次元物体または部品１０を作成するプリントシステム１００内の部品の構成が示されている。本明細書で使用されている用語「３次元プリンタ」とは、物体の画像データを参照して材料を吐出して、３次元物体を形成するあらゆる装置のことを指す。このプリントシステム１００は、支持材料容器１４、造形材料容器１８、一対のイジェクタ・プリントヘッド２２および２６、造形基材３０、平面支持部材３４、支柱支持部材３８、アクチュエータ４２、および制御装置４６を含む。プリントヘッド２２と支持材料容器１４は導管５０により接続され、プリントヘッド２６と造形材料容器１８は導管５４により接続される。制御装置４６が、この制御装置に動作可能に接続するメモリ内に格納されている３次元画像データを参照して、両方のイジェクタ・プリントヘッドを操作して、各プリントヘッドに供給される支持材料および造形材料を吐出する。本明細書では、３次元画像データ内の単一の場所に格納される各データを「ボクセル」と規定する。作成される部品１０の構造は造形材料により形成され、支持材料が形成する支持構造５８により、造形材料は、製造される部品として固化される間、その形状を維持することができる。この部品が完成すると、洗い流したり、吹き飛ばしたり、溶かしたりして、支持構造５８を取り除く。
【００１１】
制御装置４６はまた、少なくとも１つの（場合によっては、それ以上の）アクチュエータ４２に動作可能にも接続して、平面支持部材３４、支柱支持部材３８、およびプリントヘッド２２および２６の互いに連動する動作を制御する。つまり、１つ以上のアクチュエータが、プリントヘッドを支持する構造と動作可能に接続して、平面支持部材の表面に対して処理方向およびクロス処理方向に、このプリントヘッドを移動させることができる。あるいは、１つ以上のアクチュエータは、平面支持部材３４に動作可能に接続して、その上で部品が作成される面を、平面支持部材３４の平面内で処理方向およびクロス処理方向に移動させることができる。本明細書で使用されている用語「処理方向」とは、平面支持部材３４の面の一方の軸に沿った移動のことを指し、「クロス処理方向」は、その表面の処理方向の軸と直交する、平面支持部材の面の軸に沿った移動のことを指す。これらの方向は、図１の英字「Ｐ」および「Ｃ−Ｐ」で示されている。また、プリントヘッド２２および２６と、支柱支持部材３８は、平面支持部材３４と直交する方向にも移動する。本明細書では、この方向は、垂直方向と呼ばれ支柱支持部材３８と平行であり、図１の英字「Ｖ」で示される。垂直方向の移動は、支柱支持部材３８に動作可能に接続する１つ以上のアクチュエータ、プリントヘッド２２および２６に動作可能に接続する１つ以上のアクチュエータ、または支柱支持部材３８とプリントヘッド２２および２６との両方に動作可能に接続する１つ以上のアクチュエータにより行われる。これらの種々の構成では、これらのアクチュエータは、制御装置４６と動作可能に接続し、この制御装置４６が、これらのアクチュエータを操作して、支柱支持部材３８、プリントヘッド２２および２６、またはそれらの両方を垂直方向に移動させる。
【００１２】
図２には、３次元プリンタが筺体と共に示されている。プリンタ６０は筺体６４を有する。筺体６４の中は、ほぼ立方体の形状を有する６つの仕切りに分けられている。図２では、筺体６４は、これらの仕切りが見えないようにする扉が省略されて示されている。仕切り７２には、移動可能なプラットフォーム８２の上に配置された平面支持体７８が収められている。移動可能なプラットフォーム８２は、１つ以上のアクチュエータおよびガイド部材（図示せず）で構成され、この構成により、この移動可能なプラットフォーム８２を垂直方向に、上昇させたり、下降させたりすることができる。この平面支持体７８は、その上で３次元物体が形成される面である。いくつかの実施形態では、このプリントヘッド８６の仕切り７２の後壁から仕切りの正面の開口の方向の長さは、平面支持体７８の長さとほぼ同じである。これらの実施形態では、プリントヘッド８６は、直線の往復運動だけを行うよう、筺体６４の側壁９６と側壁１００との間の空間の支持部材９２上に取り付けられている。その他の実施形態では、プリントヘッド８６の仕切り７２の後壁から仕切りの正面の開口の方向の長さは、平面支持体７８の長さより短い。これらの実施形態では、プリントヘッド８６は、仕切り７２の上の平面で２つの直交方向で往復運動するよう、筺体６４の側壁９６と側壁１００との間の空間の支持部材９２上に取り付けられている。これらの種々の実施形態では、１つ以上のアクチュエータ１０４が、プリントヘッド８６に動作可能に接続する。制御装置１０８は、アクチュエータ１０４を操作して、プリントヘッド８６を支持部材９２上の直線上で前後移動させる、あるいは、プリントヘッドを平面内の２つの直交方向で移動させる。プリントヘッド８６内のイジェクタを選択的に操作して、支持プラットフォーム８２を垂直方向に移動させ、部材９２上でプリントヘッド８６を水平方向に移動させることにより、平面支持体７８上で３次元物体を形成することができる。
【００１３】
筺体６４には、プリンタ６０内の動作不能イジェクタを検知するよう構成される検知モジュール１１２がさらに含まれる。上記の通り、物体のプリント中にイジェクタが機能しなくなり、完全に材料が吐出されなくなったり、材料の一部が吐出されなくなったり、あるいは誤って傾いた方向に材料が吐出されたりすると、作られる物体は形状不良を引き起こす。この検知モジュール１１２は、物体の製造中に動作不能イジェクタを検知するよう構成される。いくつかの実施形態では、プリント動作中の所定の時間に、制御装置１０８は、アクチュエータ１０４を操作して、プリントヘッド８６を検知モジュール１１２内に移動させる。検知モジュール１１２は、制御装置１０８への信号を生成して、プリントヘッド８６内のイジェクタを操作し、基材の表面またはその他の好適な表面にテストパターンをプリントする。テストパターンをプリントした後、制御装置１０８は、プリントヘッド８６を検知モジュールから外に移動することができる。この検知モジュール１１２は、プリントされたテストパターンからデータを集める。このデータには、画像データ、厚さデータ、導電率データ、またはその他の全ての関連データが含まれ得る。これらのデータは、光学センサ、超音波センサ、または導電率センサなどのセンサを用いて集めることができる。検知モジュール１１２は、このデータを分析して、動作不能イジェクタを特定する。動作不能イジェクタが特定されると、検知モジュール１１２は、不良プリントヘッドを示す信号を生成し、その信号を制御装置１０８に送信する。この不良プリントヘッドを示す信号は、プリンタの操作者にも送信することができる、あるいは示すことができる。
【００１４】
動作不能イジェクタが特定されると、制御装置１０８は修復処置を開始して、動作不能イジェクタを補償する。図３Ａ、図３Ｂ、および図３Ｃには、動作不能イジェクタに関する補償をどのように行って、適切に形成される物体の製造を続けることができるかということが、一例として示されている。図３Ａには、全てのイジェクタが動作状態のときの３次元物体の小領域の３つの層が示されている。プリントヘッドは、第１の層３０４をプリントする。この第１の層３０４には、共通の平面にプリントされた複数の材料滴３００が含まれる。この小滴３００は、均一な体積の小滴でプリントされる。次に、プリントヘッドは、第１の層３０４の上に第２の層３０８をプリントし、次いで、第２の層３０８の上に第３の層３１２をプリントする。同様に、第２の層３０８および第３の層３１２にも、それぞれ均一な体積の小滴で共通の平面にプリントされた複数の小滴３００が含まれる。これらの図面は、説明を目的として、その後発生する可能性がある拡散または混合とは関係なく塗布された小滴３００が示されている。
【００１５】
図３Ｂには、動作不能イジェクタを有するプリントヘッドでプリントされたときの、同じ層３０４、３０８、および３１２が示されている。プリントヘッドは、パス３１６が欠落した第１の層３０４をプリントする。この欠落したパス３１６は、第１の層３０４のプリント中に小滴がプリントされない、動作不能イジェクタの向かい側の位置に対応する。次に、プリントヘッドは、パス３２０が欠落した第２の層３０８をプリントする。この欠落したパス３２０は、第２の層３０８のプリント中に小滴がプリントされない、動作不能イジェクタの向かい側の位置に対応する。さらに、第２の層３０８の欠落したパス３２０が、第１の層３０４内の欠落したパス３１６と一致しないように、プリントヘッドは３ポジションだけクロス処理方向に進んでいる。説明を目的として、プリントヘッドが３ポジションだけ進むことが示されているが、実際には、プリントヘッドが各層間でより大きく進むことが有利であり得る。最後に、プリントヘッドは、パス３２４が欠落した第３の層３１２をプリントする。この欠落したパス３２４は、第３の層３１２のプリント中に小滴がプリントされない、動作不能イジェクタの向かい側の位置に対応する。さらに、第３の層３１２の欠落したパス３２４が、第２の層３０８内の欠落したパス３２０と一致しないように、プリントヘッドは、同様に３ポジションだけクロス処理方向に進んでいる。図３Ｂに示される通り、欠落したパス３１６、３２０、および３２４により、それぞれ層３０４、３０８、および３１２内に空洞部が形成されている。これらの空洞部により、小滴が拡散し混じり合うと、層の中で好ましくない不規則性が発生する。これらの不規則性により、プリントされる物体が形状不良を起こし、その機能が損なわれる恐れがある。
【００１６】
図３Ｃには、欠落したパスに隣接するパスを形成するイジェクタにより吐出される小滴の体積を増やすことにより、欠落したパス３１６、３２０、および３２４に対する補償がどのように行われているかが例示されている。プリントヘッドは、パス３１６が欠落した第１の層３０４をプリントする。動作不能イジェクタを補償するために、プリントヘッドは、小滴の体積を増やして、第１の層３０４内で特定の補償小滴３２８をプリントする。プリントヘッドは、欠落したパス３１６に隣接する位置に補償小滴３２８をプリントする。このように、プリンタは、第１の層３０４の欠落したパス３１６により形成された空洞部を補償する。さらに、プリントヘッドは、第２の層３０８内の欠落したパス３２０と一致する位置に補償小滴３２８をプリントする。このように、プリンタは、欠落したパス３２０により形成された空洞部を補償する。次に、プリントヘッドは、パス３２０が欠落した第２の層３０８をプリントする。プリントヘッドは、小滴の体積を増やして、第２の層３０８内で特定の補償小滴３３２をプリントする。この図では、これらの補償小滴は拡大されたサイズで示されている。プリントヘッドは、欠落したパス３２０に隣接する位置に補償小滴３３２をプリントして、欠落したパス３２０により形成された空洞部をさらに補償する。それに加えて、プリントヘッドは、第１の層３０４の欠落したパス３１６と一致する位置に補償小滴３３２をプリントして、欠落したパス３１６により形成された空洞部をさらに補償する。また、プリントヘッドは第３の層３１２の欠落したパス３２４と一致する位置に補償小滴３３２をプリントして、欠落したパス３２４により形成された空洞部を補償する。最後に、プリントヘッドは、パス３２４が欠落した第３の層３１２をプリントする。プリントヘッドは、小滴の体積を増やして、第３の層３１２内で特定の補償小滴３３６をプリントする。もう一度記載するが、説明を目的として、これらの小滴は拡大されたサイズで示されている。プリントヘッドは、欠落したパス３２４に隣接する位置に補償小滴３３６をプリントして、欠落したパス３２４により形成された空洞部をさらに補償する。さらに、プリントヘッドは、第２の層３０８の欠落したパス３２０と一致する位置に補償小滴３３６をプリントして、欠落したパス３２０により形成された空洞部をさらに補償する。
【００１７】
図３Ｃで示し議論した通り、プリントヘッドは、同じ層内、その前の層内、またはその後の層内で欠落したパスに対応する位置に直に隣接する位置に補償小滴をプリントする。補償小滴の体積が増えることで、欠落したパスにより形成された空洞部が満たされ易くする。このことは、自然に行われる。と言うのも、小滴材料の自然の流れ、または小滴材料の拡散、あるいは小滴の動きなどのプロセスにより、これらの小滴がプリントされた後の定着場所に留まることができるためである。しかし、プリントヘッドは、欠落したパスから２つ以上のポジションまたは層だけ離れる位置に付加的な補償小滴をプリントすることができる。プリントヘッドが、欠落したパスの周辺位置に、より多くの補償小滴をプリントすると、補償小滴ごとに必要な小滴の体積の増加は少なくなる。欠落したパスを補償するために必要な小滴の体積の増加分は、小滴材料の特性、および各補償小滴の欠落したパスからの距離に基づいて、周辺の全ての補償小滴の間で分布し得る。
【００１８】
本明細書で使用されている「隣接する」とは、小滴を補償するために選択されたプリント位置が、動作不能イジェクタに対応するプリント位置に十分に近いことを意味し、そのプリント位置に体積を増やした小滴を配置することにより、動作不能イジェクタの機能低下を補償することに寄与して、意図された位置に小滴を好適にプリントする。例えば、いくつかのプリンタシステムでは、十分な補償を実現するために、動作不能イジェクタのプリント位置から３プリント位置以内に補償小滴を吐出することができる。
【００１９】
プリンタ６０では、変更された発射信号を選択されたイジェクタに送信することにより、イジェクタの小滴の体積を増やして、欠落したパスを補償することができる。図４には、発射信号４００の波形が示されており、制御装置１０８が、この発射信号４００をプリントヘッドのイジェクタに送信してイジェクタを操作する。この発射信号は、正の区画４０４、負の区画４０８、およびテール区画４１２を有する。本明細書で使用されている用語「区画」とは、波形の連続部分を意味する。正の区画４０４では、発射信号４００の電圧は、屈曲電圧４１６まで上昇し、次いで、プリントヘッドの正の最大電圧Ｖｐｐである正の電圧４２０まで遅い速度で上昇する。発射信号４００は、所定の時間、正の電圧４２０を維持し、その後、ゼロ電圧まで下降する。負の区画４０８では、発射信号４００の電圧は屈曲電圧４２４まで下降し、次いで、プリントヘッドの負の最大電圧Ｖｓｓである負の電圧４２８まで遅い速度で下降する。発射信号４００は、所定の時間、負の電圧４２８を維持し、その後、上昇してゼロ電圧に戻る。最後に、テール区画４１２では、発射信号４００の電圧は屈曲電圧４３２まで下降し、次いで、最大テール電圧Ｖｔであるテール電圧４３６まで遅い速度で下降する。発射信号４００は、所定の時間、テール電圧４３６を維持し、その後、上昇してゼロ電圧に戻る。
【００２０】
図４で示される通り、正の区画４０４は負の区画４０８より早い時間帯である。しかし、イジェクタのトランスデューサの極性によって、区画４０４と区画４０８との極性を逆にすることも可能である。区画４０４と区画４０８は、通常、異なる極性のほぼ同じ大きさと波形を有する。正の電圧４２０と負の電圧４２８との間の電圧の変動は、発射信号の「ピーク・トゥ・ピーク」電圧と呼ばれる。同様に、正の最大電圧Ｖｐｐと負の最大電圧Ｖｓｓとの間の電圧の変動は、プリントヘッドの発射信号の「最大ピーク・トゥ・ピーク」電圧と呼ばれる。テール電圧４３６の大きさは、正の電圧４２０および負の電圧４２８の大きさよりも小さく、テール電圧４３６の極性は正または負のどちらでもよい。
【００２１】
プリンタ６０では、最大値Ｖｐｐ、Ｖｓｓ、およびＶｔは、プリントヘッドごとに構成可能である。したがって、単一のプリントヘッド内の各イジェクタのために生成される発射信号は、単一のＶｐｐ、Ｖｓｓ、およびＶｔ値を共有する。プリンタ６０は、Ｖｐｐ、Ｖｓｓ、およびＶｔの様々な値で、異なるプリントヘッドを較正することができ、これにより、プリントヘッドが、ほぼ均一な小滴体積の小滴の層を形成することができるようになる。各プリントヘッド内では、個々のイジェクタにより異なる小滴体積の小滴が吐出され、これにより、単一のプリントヘッドから吐出される小滴の小滴体積を変動させることができる。個々のイジェクタに対応する発射信号の区画の形状を変更することにより、これを実行することができる。各プリントヘッド内の個々のイジェクタのうちの１つ以上のためのＶｐｐ、Ｖｓｓ、およびＶｔの相対値を調整するよう、制御装置１０８は構成されている。正の区画４０４では、制御装置１０８が、正の最大電圧Ｖｐｐと屈曲電圧４１６との間の範囲にわたり得る調整された正の電圧４４０を選択する。正の最大電圧Ｖｐｐと調整された正の電圧４４０との間の相対差は、「ノルムクリック（ｎｏｒｍ  ｃｌｉｃｋ）」値と呼ばれる。同じ相対的減少を負の区画４０８にも適用して、調整された負の電圧４４４を決定する。調整された正の電圧４４０と調整された負の電圧４４４との間の電圧の変動は、発射信号の「調整されたピーク・トゥ・ピーク」電圧と呼ばれる。制御装置１０８は、最大テール電圧Ｖｔと屈曲電圧４３２との間の範囲にわたり得る調整されたテール電圧４４８を選択するよう構成される。
【００２２】
そのプリントヘッドの最大ピーク・トゥ・ピークよりも低いベースラインピーク・トゥ・ピーク電圧を有する発射信号を用いるプリントヘッドのイジェクタを制御するよう、制御装置１０８を構成することができる。例えば、各イジェクタのピーク・トゥ・ピーク電圧を上昇させたり、下降させたりする余裕を制御装置１０８に与えるよう、このベースラインの正の電圧は、各プリントヘッドの正の最大電圧Ｖｐｐと屈曲電圧４１６との間の中間の電圧でよい。このように、制御装置１０８は、プリントヘッドの個々のイジェクタのための発射信号のピーク・トゥ・ピーク電圧を調整して、イジェクタの小滴体積を制御することができる。同様に、最大テール電圧より低いベースラインテール電圧を有する発射信号でイジェクタを操作するよう、制御装置１０８を構成することができ、これにより、制御装置１０８は各イジェクタに関するテール電圧を上げたり下げたりする余裕を持つことができる。
【００２３】
発射信号の特定の区画の電圧振幅を変更することに加えて、発射信号の特定区画の持続時間を変更することにより、イジェクタの小滴体積を変更するよう制御装置１０８を構成することもできる。通常、より長い正の区画４０４およびより長い負の区画４０８を有する発射信号により、イジェクタはより多くの材料を吐出する。複数の材料滴を同じ位置に吐出することによっても、イジェクタの小滴体積を増やすことが可能である。複数の発射信号を生成して、複数の小滴を小滴体積の増加が必要な位置にプリントするよう制御装置１０８を構成することができる。
【００２４】
図５には、３次元物体プリンタのプリントヘッド内の動作不能イジェクタを補償する処理５００が示されている。この処理の説明では、この処理があるタスクまたは機能を行うという記述は、制御装置または汎用プロセッサが、この制御装置すなわちプロセッサに動作可能に接続するメモリ内に格納されたプログラム命令を実行して、データを操作して、あるいは、プリンタ内の１つ以上の構成要素を操作して、そのタスクまたは機能を実行することを指す。上記の制御装置４６は、そのような制御装置すなわちプロセッサでよい。あるいは、本明細書に記載される１つ以上のタスクまたは機能を実行するよう、それぞれが構成される１つ超のプロセッサおよび関連する回路、ならびに構成要素で制御装置４６を実装することがでる。
【００２５】
上記のように、プリンタ６０は処理５００を実行するよう構成され得、このプリンタ６０を例として参照する。プリントヘッド内の動作不能イジェクタを検知することで、この処理は始まる（ブロック５０４）。制御装置１０８は、プリントヘッド８６を検知モジュール１１２に移動させ、プリントヘッド８６はテストパターンをプリントし、そのテストパターンが検知モジュール１１２により分析される。検知モジュール１１２は、１つ以上の動作不能イジェクタを特定する信号を生成し、その信号を制御装置１０８に送信する。
【００２６】
動作不能イジェクタが検知されると、処理５００は、動作不能イジェクタを補償するために、少なくとも１つの機能イジェクタを特定する（ブロック５０８）。制御装置１０８は、動作不能イジェクタを補償するために、小滴体積を増やした小滴をプリントするよう命令する少なくとも１つの機能イジェクタを特定する。具体的には、制御装置１０８は、動作不能イジェクタの向かい側のプリント位置を特定し、どの機能イジェクタが隣接する位置または周辺の位置をプリントしているかを判定する。隣接するプリント位置または周辺のプリント位置は、同じ層内に、前の層内に、あるいは後の層内に存在する可能性がある。動作不能イジェクタを無効にして、材料を吐出できないよう制御装置１０８を構成することもできる。次に、処理５００は、機能イジェクタの発射信号を変更して、動作不能イジェクタを補償する（ブロック５１２）。制御装置１０８は、機能イジェクタに関連する発射信号を変更して、機能イジェクタに上述の隣接するプリント位置または周辺のプリント位置に、小滴体積を増やした小滴をプリントさせる。テール電圧、ピーク・トゥ・ピーク電圧、持続時間、または波形の周波数、パルス数、あるいは、これらのパラメータのいくつかの組合せを変更することにより、発射信号を変更可能である。さらに、イジェクタが、特定のプリント位置で複数の小滴を吐出できるよう、これらの発射信号を複数の発射信号を含むように変更することも可能である。
【００２７】
処理５００は続き、変更された発射信号を用いて、材料滴の層をプリントする（ブロック５１６）。制御装置１０８は、プリントヘッド８６を操作して、変更された発射信号を使用して材料滴の第１の層を形成する。変更された発射信号により、プリントヘッドは、動作不能イジェクタが小滴をプリントしない位置に隣接する位置、すなわち周辺の位置に体積を増やした小滴をプリントする。第１の層をプリントした後、この処理では、プリントヘッドがクロス処理方向に移動する（ブロック５２０）。制御装置１０８は、プリントヘッド８６を、所定の数のプリント位置だけクロス処理方向に移動させる。このように、プリントされない小滴が層間で一致しないよう、動作不能イジェクタが小滴をプリントしないプリント位置が分布される。
【００２８】
通常、ブロック５１６とブロック５２０の処理ステップを繰り返して実行して、３次元物体の各層をプリントする。ブロック５０４、５０８、および５１２の処理ステップを定期的に実行して、プリントヘッド８６内で新しく動作不能になったイジェクタをチェックし、それにより、変更信号を更新する。これらのステップは、３次元物体の層ごとに行われ得る、あるいは予め決められた時間間隔または層の数に基づいて定期的に行われ得る。
【００２９】
さらに、いくつかの実施形態では、ブロック５２０の処理ステップを行うようプリンタが構成されておらず、プリントヘッドは各層間を移動する。その場合、動作不能イジェクタに関連するプリント位置が一方の層と次の層の間で一致した状態で、全ての層に関して、同じ周辺イジェクタが、体積を増やした補償小滴だけをプリントすることができる。
【００３０】
上記の通り、「ボクセル」とは、メモリ内に格納され、物体を形成するイジェクタを操作するために用いられる、３次元画像データの１つの位置内のデータのことを指す。別の実施形態では、機能不良イジェクタに関連する非ゼロボクセルの周辺位置で、空白のボクセル（「０」のデータ値を有するボクセル）を特定し、これらの位置にデータを挿入してイジェクタを操作し、機能不良イジェクタが材料を吐出しようと意図した位置に隣接する位置に材料を吐出する。例えば、最大フィルレートをある所定のフィルレート（例えば、８０％または９０％）に制限して、空白ボクセルをハーフトーン画像全体に確実に拡散させることにより、数多くの空白ボクセルを用いて、ハーフトーン画像を生成することができる。例えば、空白ボクセルを利用できれば、機能不良イジェクタに関連するボクセルに隣接する位置で空白ボクセルにデータを挿入することにより、この技術を上記の方法と組み合わせることができる。しかし、空白ボクセルを利用できない場合、上記で説明した通り、周辺のイジェクタに関する波形パラメータを変更し、周辺ボクセルの小滴の質量を増やすことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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