(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、
３次元物体印刷プロセス中に造形材料及び支持材料を自身の表面上に受けるように構成された部材と、
前記部材に向かって前記造形材料の液滴を吐出するように構成された第１の複数の吐出装置を含む第１のプリントヘッドと、
前記部材上に前記支持材料を供給するように構成された支持材料ディスペンサと、
前記部材に形成された前記造形材料及び前記支持材料の走査画像データを生成するように構成された画像センサと、
前記第１のプリントヘッド、前記支持材料ディスペンサ及び前記画像センサに対して動作可能に接続されたコントローラとを備え、前記コントローラが、
前記部材の表面のうちの、前記プリンタによって３次元物体が形成される領域とは異なる第１の領域上に、前記支持材料の第１の層を形成するように前記支持材料ディスペンサを動作させ、
第１のテストパターンの第１の部分を形成するために前記支持材料の前記第１の層上に前記造形材料の液滴の第１の所定のパターンの一部を吐出するように前記第１のプリントヘッドにおける前記第１の複数の吐出装置を動作させ、
前記部材の前記第１の領域における前記支持材料の前記第１の層上の前記第１のテストパターンの前記第１の部分の走査画像データを生成するように前記画像センサを動作させ、
前記支持材料の前記第１の層及び前記第１のテストパターンの前記第１の部分にわたって前記部材の前記第１の領域上に前記支持材料の積層層を形成するように前記支持材料ディスペンサを動作させ、
前記支持材料の前記積層層の走査画像データを生成するように前記画像センサを動作させ、
前記支持材料の前記積層層の前記走査画像データにおいて、前記支持材料の前記積層層から前記第１のテストパターンの前記第１の部分が透き通して見えるかどうかの判定を実施し、
前記判定によって、前記支持材料の前記積層層から前記第１のテストパターンの前記第１の部分が透き通して見えることが示された場合は、前記支持材料の前記積層層の上に前記支持材料から成る１つ以上の追加層を形成するように前記支持材料ディスペンサを動作させること、前記支持材料の前記積層層の上に設けられた前記支持材料から成る前記１つ以上の追加層の走査画像データを生成するように前記画像センサを動作させること、ならびに、前記支持材料の前記積層層および前記１つ以上の追加層から前記第１のテストパターンの前記第１の部分が透き通して見えるかどうかを判定することを繰り返すステップを、前記支持材料の前記積層層および前記１つ以上の追加層から前記第１のテストパターンの前記第１の部分が透き通して見えなくなるまで実施し、
前記第１のテストパターンの第２の部分を形成するために、前記支持材料の前記積層層および前記１つ以上の追加層の全部のうちの最上層の上に前記造形材料の液滴の第２の所定のパターンの一部を吐出するように前記第１のプリントヘッドにおける前記第１の複数の吐出装置を動作させ、
前記第１のテストパターンの前記第２の部分の走査画像データを生成するように前記画像センサを動作させ、
前記第１のテストパターンの前記第２の部分の走査画像データを生成した後に、前記第１のテストパターンの前記第１の部分の走査画像データ及び前記第１のテストパターンの前記第２の部分の走査画像データを用いて、前記第１のプリントヘッドにおける前記第１の複数の吐出装置のうちの動作不良吐出装置を識別するステップを実施するように構成されている、３次元物体プリンタ。
【請求項２】
請求項１に記載の３次元物体プリンタであって、
前記第１の複数の吐出装置のうちの動作不良吐出装置を識別する前記ステップは、前記第１のテストパターンにおけるマークの欠如を認識することによって実施され、前記マークは、それを形成するはずであった前記第１のプリントヘッド内の各吐出装置に対応し、したがって、当該各吐出装置が前記第１のプリントヘッド内の欠落吐出装置に該当する、３次元物体プリンタ。
【請求項３】
請求項１に記載の３次元物体プリンタであって、
前記支持材料ディスペンサが、前記部材に向かって前記支持材料の液滴を吐出するように構成された第２の複数の吐出装置を備える第２のプリントヘッドであり、
前記コントローラが、さらに、
前記部材の前記第１の領域上に前記支持材料の前記第１の層を形成するために前記支持材料の液滴を吐出するように前記第２のプリントヘッドにおける前記第２の複数の吐出装置を動作させ、
前記支持材料の前記積層層および前記１つ以上の追加層の全部を形成するように前記第２のプリントヘッドにおける前記第２の複数の吐出装置を動作させるように構成されている、３次元物体プリンタ。
【請求項４】
請求項３に記載の３次元物体プリンタであって、さらに、
前記部材に向かって前記造形材料の液滴を吐出するように構成された第３の複数の吐出装置を含む第３のプリントヘッドを備え、
前記コントローラが、前記第３のプリントヘッドに動作可能に接続され、さらに、
前記第１のテストパターンの前記第１の部分の形成過程の一部として、前記支持材料の前記第１の層上に前記造形材料の液滴の前記第１の所定のパターンの他の一部を吐出するように前記第３のプリントヘッドにおける前記第３の複数の吐出装置を動作させ、
前記第１のテストパターンの前記第２の部分の形成過程の一部として、前記支持材料の前記積層層および前記１つ以上の追加層の上に前記造形材料の液滴の前記第２の所定のパターンの他の一部を吐出するように前記第３のプリントヘッドにおける前記第３の複数の吐出装置を動作させ、
前記第１のプリントヘッドにおける前記第１の複数の吐出装置のうちの動作不良吐出装置を識別する前記ステップを、前記第１のプリントヘッドによって形成された前記第１のテストパターンの第１の複数のマークと前記第３のプリントヘッドによって形成された前記第１のテストパターンの第２の複数のマークとの間のレジストレーション誤差を認識することによって実施するように構成されている、３次元物体プリンタ。
【請求項５】
請求項３に記載の３次元物体プリンタであって、前記コントローラがさらに、
前記部材の表面のうちの、前記第１の領域および前記物体が形成される領域とは異なる第２の領域上に、前記造形材料の第１の層を形成するように前記第１のプリントヘッドにおける前記第１の複数の吐出装置を動作させ、
第２のテストパターンの第１の部分を形成するために、前記部材の前記第２の領域上の前記造形材料の前記第１の層の上に前記支持材料の液滴の第３の所定のパターンの一部を吐出するように、前記第２のプリントヘッドにおける前記第２の複数の吐出装置を動作させ、
前記第２のテストパターンの前記第１の部分の走査画像データを生成するように前記画像センサを動作させ、
前記第２の領域上の前記造形材料の前記第１の層及び前記第２のテストパターンの前記第１の部分にわたって前記造形材料の積層層を形成するように前記第１のプリントヘッドにおける前記第１の複数の吐出装置を動作させ、
前記造形材料の前記積層層の走査画像データを生成するように前記画像センサを動作させ、
前記造形材料の前記積層層の前記走査画像データにおいて、前記造形材料の前記積層層から前記第２のテストパターンの前記第１の部分が透き通して見えるかどうかの判定を実施し、
前記判定によって、前記造形材料の前記積層層から前記第２のテストパターンの前記第１の部分が透き通して見えることが示された場合は、前記造形材料の前記積層層の上に前記造形材料から成る１つ以上の追加層を形成するように前記第１のプリントヘッドにおける前記第１の複数の吐出装置を動作させること、前記造形材料の前記積層層の上に設けられた前記造形材料から成る前記１つ以上の追加層の走査画像データを生成するように前記画像センサを動作させること、ならびに、前記造形材料の前記積層層および前記１つ以上の追加層から前記第２のテストパターンの前記第１の部分が透き通して見えるかどうかを判定することを繰り返すステップを、前記造形材料の前記積層層および前記１つ以上の追加層から前記第２のテストパターンの前記第１の部分が透き通して見えなくなるまで実施し、
前記第２のテストパターンの第２の部分を形成するために、前記造形材料の前記積層層および前記１つ以上の追加層の全部の上に前記支持材料の液滴の第４の所定のパターンの一部を吐出するように前記第２のプリントヘッドにおける前記第２の複数の吐出装置を動作させ、
前記第２のテストパターンの前記第２の部分の走査画像データを生成するように前記画像センサを動作させ、
前記第２のテストパターンの前記第１の部分の走査画像データ及び前記第２のテストパターンの前記第２の部分の走査画像データを用いて、前記第２のプリントヘッドにおける前記第２の複数の吐出装置のうちの動作不良吐出装置を識別するステップを実施するように構成されている、３次元物体プリンタ。
【請求項６】
請求項５に記載の３次元物体プリンタであって、
前記第２のプリントヘッドにおける前記第２の複数の吐出装置のうちの動作不良吐出装置を識別する前記ステップは、前記第２のテストパターンにおけるマークの欠如を認識することによって実施され、前記マークは、それを形成するはずであった前記第２のプリントヘッド内の各吐出装置に対応し、したがって、当該各吐出装置が前記第２のプリントヘッド内の欠落吐出装置に該当する、３次元物体プリンタ。
【請求項７】
請求項５に記載の３次元物体プリンタであって、さらに、
前記部材に向かって前記支持材料の液滴を吐出するように構成された第３の複数の吐出装置を含む第３のプリントヘッドを備え、
前記コントローラが、前記第３のプリントヘッドに動作可能に接続され、さらに、
前記第２のテストパターンの前記第１の部分の形成過程の一部として、前記造形材料の前記第１の層上に前記支持材料の液滴の前記第３の所定のパターンの他の一部を吐出するように前記第３のプリントヘッドにおける前記第３の複数の吐出装置を動作させ、
前記第２のテストパターンの前記第２の部分の形成過程の一部として、前記造形材料の前記積層層および前記１つ以上の追加層の上に前記支持材料の液滴の前記第４の所定のパターンの他の一部を吐出するように前記第３のプリントヘッドにおける前記第３の複数の吐出装置を動作させ、
前記第２のプリントヘッドにおける前記第２の複数の吐出装置のうちの動作不良吐出装置を識別する前記ステップを、前記第２のプリントヘッドによって形成された前記第２のテストパターンの第１の複数のマークと前記第３のプリントヘッドによって形成された前記第２のテストパターンの第２の複数のマークとの間のレジストレーション誤差を認識することによって実施するように構成されている、３次元物体プリンタ。
【請求項８】
請求項３に記載の３次元物体プリンタであって、前記コントローラがさらに、
前記部材の前記第１の領域上に前記支持材料の前記積層層または前記１つ以上の追加層を形成する過程の一部として、前記第１のテストパターンの前記第１の部分の複数のマーク間に前記支持材料の前記第１の層の一部が形成されている状態で、前記第２のプリントヘッドにおける前記第２の複数の吐出装置を動作させるように構成されている、３次元物体プリンタ。
【請求項９】
請求項１に記載の３次元物体プリンタであって、前記支持材料ディスペンサが、前記部材の前記第１の領域上に前記支持材料の前記第１の層ならびに前記支持材料の前記積層層および前記１つ以上の追加層を形成するように構成された支持材料スプレッダである、３次元物体プリンタ。
【請求項１０】
請求項９に記載の３次元物体プリンタであって、前記第１のプリントヘッドが、前記第１のテストパターンの前記第１の部分の形成過程の一部として前記支持材料の前記第１の層の第１の部分を硬化させ且つ前記第１のテストパターンの前記第２の部分の形成過程の一部として前記支持材料の前記積層層および前記１つ以上の追加層のうちの最上層の第２の部分を硬化させるバインダ造形材料として、前記造形材料の液滴を吐出するように構成されている、３次元物体プリンタ。
【請求項１１】
請求項１に記載の３次元物体プリンタであって、前記コントローラがさらに、
前記第１のテストパターンの前記第１の部分の形成過程と前記第１のテストパターンの前記第２の部分の形成過程との間に前記物体の層を形成するように前記第１のプリントヘッドおよび前記支持材料ディスペンサを動作させる、３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、３次元物体印刷システムに関し、より具体的には、３次元物体印刷システムの動作中にテストパターンを形成するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層造形としても知られている３次元印刷は、実質的に任意の形状のディジタルモデルから３次元固体物体を製造する方法である。多くの３次元印刷技術は、部分の連続層が前に堆積した層上に構築される積層プロセスを使用している。これらの技術のいくつかは、１つ以上のプリントヘッドが材料の連続層を吐出するインクジェット印刷を使用している。３次元印刷は、切削や孔あけなどのサブトラクティブプロセスによるワークピースからの材料の除去に大部分が依存する従来の物体形成技術とは区別される。
【０００３】
これらのプリンタによる３次元物体の製造は、物体を製造するために数時間を、いくつかの物体によっては数日も必要とすることがある。３次元プリンタによって３次元物体を製造する際に生じる１つの問題は、物体を形成する材料の液滴を吐出するプリントヘッドにおける吐出装置の一貫した機能である。物体の印刷中において、１つ以上の吐出装置は、プリントヘッドに対して垂直よりもむしろ所定角度で材料を吐出して吐出装置が吐出すべきよりも小さい液滴を吐出することによって又は全く液滴を吐出しないことによって劣化することがある。これらの動作の欠陥のいずれかを被る吐出装置は、動作不良吐出装置として知られている。１つ以上の吐出装置の動作状態が物体の印刷中に劣化した場合、印刷動作が完了するまで、印刷物体の品質を評価することができない。その結果、多くの時間又は数日を要する印刷ジョブは、プリントヘッドにおける動作不良吐出装置のために仕様に適合しない物体を生成することがある。そのような物体が検出されると、印刷物体は廃棄され、吐出装置の機能を復元するために修復手順がプリントヘッドに適用され、印刷ジョブが繰り返される。したがって、部分的に印刷物体の損失を招くことなく、動作不良吐出装置の是正を可能とするように、印刷動作中において動作不良吐出装置の識別を可能とする３次元物体プリンタに対する改善が有益であろう。
【発明の概要】
【０００４】
１つの実施形態において、３次元印刷動作中に造形材料の印刷テストパターンを形成する３次元物体プリンタが開発されている。３次元物体プリンタは、３次元物体印刷プロセス中に造形材料及び支持材料を受けるように構成された部材と、部材に向かって造形材料の液滴を吐出するように構成された第１の複数の吐出装置を含む第１のプリントヘッドと、部材上に支持材料を放出するように構成された支持材料ディスペンサと、部材に形成された造形材料及び支持材料の走査画像データを生成するように構成された画像センサと、第１のプリントヘッド、支持材料ディスペンサ及び画像センサに対して動作可能に接続されたコントローラとを含む。コントローラは、部材の第１の領域上に支持材料の第１の層を形成するように支持材料ディスペンサを動作させ、第１のテストパターンの第１の部分を形成するために支持材料の第１の層上に造形材料の液滴の第１の所定のパターンの一部を吐出するように第１のプリントヘッドにおける第１の複数の吐出装置を動作させ、第１のテストパターンの第１の部分の走査画像データを生成するように画像センサを動作させ、支持材料の第１の層及び第１のテストパターンの第１の部分にわたって部材の第１の領域上に支持材料の少なくとも１つの積層層を形成するように支持材料ディスペンサを動作させ、第１のテストパターンの第２の部分を形成するために少なくとも１つの積層層上に造形材料の液滴の第２の所定のパターンの一部を吐出するように第１のプリントヘッドにおける第１の複数の吐出装置を動作させ、テストパターンの第２の部分の走査画像データを生成するように画像センサを動作させ、第１のテストパターンの第１の部分の走査画像データ及び第１のテストパターンの第２の部分の走査画像データを参照して、第１のプリントヘッドにおける少なくとも１つの動作不良吐出装置を識別するように構成されている。
【０００５】
他の実施形態において、３次元印刷動作中に造形材料の印刷テストパターンを形成するように３次元物体プリンタを動作させる方法が開発されている。本方法は、部材の第１の領域上に支持材料の第１の層を形成するように支持材料ディスペンサをコントローラによって動作させることと、第１のテストパターンの第１の部分を形成するために支持材料の第１の層上に造形材料の液滴の第１の所定のパターンの一部を吐出するように第１のプリントヘッドにおける第１の複数の吐出装置をコントローラによって動作させることと、第１のテストパターンの第１の部分の走査画像データを生成するように画像センサをコントローラによって動作させることと、支持材料の第１の層にわたって部材の第１の領域上に支持材料の少なくとも１つの積層層を形成するように支持材料ディスペンサをコントローラによって動作させることと、第１のテストパターンの第２の部分を形成するために少なくとも１つの積層層上に造形材料の液滴の第２の所定のパターンの一部を吐出するように第１のプリントヘッドにおける第１の複数の吐出装置をコントローラによって動作させることと、テストパターンの第２の部分の走査画像データを生成するように画像センサをコントローラによって動作させることと、第１のテストパターンの第１の部分の走査画像データ及び第１のテストパターンの第２の部分の走査画像データを参照して、第１のプリントヘッドにおける少なくとも１つの動作不良吐出装置をコントローラによって識別することとを含む。
【０００６】
他の実施形態において、３次元物体プリンタを動作させる方法が開発されている。本方法は、部材の第１の領域上に第１の造形材料の第１の層を形成するように第１のプリントヘッドにおける第１の複数の吐出装置をコントローラによって動作させることと、第１のテストパターンの第１の部分を形成するために第１の造形材料の第１の層上に第２の造形材料の液滴から形成された第１の所定のパターンの一部を吐出するように第２のプリントヘッドにおける第２の複数の吐出装置をコントローラによって動作させることと、第１のテストパターンの第１の部分の走査画像データを生成するように画像センサをコントローラによって動作させることと、造形材料の第１の層及び第１のテストパターンの第１の部分にわたって部材の第１の領域上に第１の造形材料の少なくとも１つの積層層を形成するように第１のプリントヘッドにおける第１の複数の吐出装置をコントローラによって動作させることと、第１のテストパターンの第２の部分を形成するために第１の造形材料の少なくとも１つの積層層上に第２の造形材料の液滴の第２の所定のパターンの一部を吐出するように第２のプリントヘッドにおける第２の複数の吐出装置をコントローラによって動作させることと、テストパターンの第２の部分の走査画像データを生成するように画像センサをコントローラによって動作させることと、第１のテストパターンの第１の部分の走査画像データ及び第１のテストパターンの第２の部分の走査画像データを参照して、第１のプリントヘッドにおける少なくとも１つの動作不良吐出装置をコントローラによって識別することとを含む。
【０００７】
３次元物体印刷中にテストパターンを形成する装置又はプリンタの上述した態様及び他の特徴は、添付図面と関連した以下の詳細な説明において説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、３次元物体プリンタの図である。
【図２】図２は、他の３次元物体プリンタの図である。
【図３】図３は、図１からの支持材料と造形材料の印刷テストパターンとの第１のスタックと、造形材料と支持材料の印刷パターンとの第２のスタックの図である。
【図４】図４は、複数のプリントヘッドにおける吐出装置によって形成されるマークの所定のパターンを含むテストパターンの例示的な図である。
【図５】図５は、プリントヘッドが３次元印刷動作を実行しながら、テストパターンを形成してプリントヘッドにおける動作不良イジェクタを識別するように３次元物体プリンタを動作させるためのプロセスのブロック図である。
【図６】図６は、プリントヘッドが３次元印刷動作を実行しながら、テストパターンを形成してプリントヘッドにおける動作不良吐出装置を識別するように３次元物体プリンタを動作させるための他のプロセスのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本願明細書に開示された装置についての環境及び装置の詳細の一般的な理解のために、図面が参照される。図面において、同様の参照番号は同様の要素を指定している。
【００１０】
本願明細書において使用される場合、用語「造形材料」は、３次元物体プリンタにおいて形成される物体における材料の層を形成するように１つ以上のプリントヘッドにおける複数の吐出装置から液滴の形態で吐出される材料を指す。造形材料の例は、これらに限定されるものではないが、１つ以上のプリントヘッドにおける吐出装置から液滴として吐出するために液化された後、積層３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に硬化させることができる熱可塑性樹脂、ＵＶ硬化性ポリマ及びバインダを含む。いくつかの３次元物体プリンタの実施形態において、造形材料の複数の形態が物体を製造するために使用される。いくつかの実施形態において、変動する物理的又は化学的特性を有する異なる造形材料は、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又は他の着色剤によって異なる色を組み込んだ造形材料の単一種類の液滴を吐出するように構成される。３次元物体プリンタは、物体の表面において、変化する色と、必要に応じて印刷テキスト、グラフィックス又は他の単一及び複数の色パターンを有する物体を形成するために異なる色を有する造形材料の液滴の吐出を制御する。
【００１１】
本願明細書において使用される場合、用語「支持材料」は、造形材料から形成された物体を安定化するために３次元物体印刷プロセス中にプリントヘッドから吐出された他の材料を指す。例えば、３次元物体プリンタが物体を形成するために造形材料の層を塗布するのにともない、プリンタにおける少なくとも１つのプリントヘッドはまた、物体の一部に関与する支持材料の層を吐出する。造形材料によって構築された物体が完全な物体となり且つそれが単一の物体であるために支持される前に、支持材料は、所定位置に造形材料の１つ以上のセクションを保持する。支持材料の使用の簡単な例は、３次元物体プリンタを使用した杖の構造を含む。杖のアーチ状部分は物体の上部にあり、支持材料は、杖におけるアーチの上部の完成前に取っ手の下向き部分についての支持を提供する。支持材料はまた、新たに形成された特徴が十分な造形材料が物体を一体に保持するために存在する前に壊れるのを防止し、完全に固化していない造形材料の一部が、硬化処理が完了する前の位置から流出するのを防止する。支持材料の例は、これらに限定されるものではないが、印刷プロセス中における物体の支持を提供し、印刷プロセスが完了した後に物体から容易に除去することができるワックス状の材料を含む。
【００１２】
本願明細書において使用される場合、用語「プロセス方向」は、３次元物体の形成プロセス中に１つ以上のプリントヘッドを過ぎる支持部材の移動方向を指す。支持部材は、印刷プロセス中に３次元物体と付随する支持材料及び造形材料とを保持する。いくつかの実施形態においては、支持部材は、金属板などの平面部材である一方で、他の実施形態においては、支持部材は、３次元物体印刷プロセス中に物体の形成を支持する回転円筒部材又は他の形状を有する部材である。いくつかの実施形態において、プリントヘッドは、静止したままである一方で、支持部材及び物体は、プリントヘッドを通り過ぎる。他の実施形態において、プリントヘッドが移動する一方で、支持部材は静止したままである。さらに他の実施形態において、プリントヘッド及び支持部材は、双方とも移動する。
【００１３】
本願明細書において使用される場合、用語「交差プロセス方向」は、プロセス方向に対して垂直であり且つ支持部材の面内にある方向を指す。２つ以上のプリントヘッドにおける吐出装置は、プリントヘッドのアレイが２次元平面領域にわたって造形材料及び支持材料の印刷パターンを形成するのを可能とするために交差プロセス方向にレジストレーションされる。３次元物体印刷プロセス中において、レジストレーションされたプリントヘッドから形成された造形材料及び支持材料の連続層は、３次元物体を形成する。
【００１４】
本願明細書において使用される場合、用語「ｚ方向」は、プロセス方向及び交差プロセス方向の双方に対して垂直であり且つ支持部材の面に対して垂直な方向を指す。３次元物体印刷プロセスの開始時において、ｚ方向に沿った分離は、造形材料及び支持材料の層を形成する支持部材とプリントヘッドとの間の離隔距離を指す。プリントヘッドにおける吐出装置が造形材料及び支持材料の各層を形成するのにともない、プリンタは、印刷動作中においてプリントヘッドと物体の最上層との間の略一定の距離を維持するためにプリントヘッドと最上層との間のｚ方向の間隔を調整する。多くの３次元物体プリンタの実施形態において、プリントヘッドと印刷材料の最上層との間のｚ方向の分離は、造形材料及び支持材料の吐出された液滴の一貫した配置及び制御を可能とするために比較的狭い許容範囲内に維持される。いくつかの実施形態においては、支持部材は、ｚ方向の分離を維持するために、印刷動作中にプリントヘッドから離れるように移動する一方で、他の実施形態においては、プリントヘッドは、ｚ方向の分離を維持するために、印刷物体及び支持部材から部分的に離れるように移動する。
【００１５】
本願明細書において使用される場合、用語「動作不良吐出装置」は、単一プリントヘッド及び複数プリントヘッドの双方に関連して使用される。単一プリントヘッドに言及する場合、用語「動作不良吐出装置」は、３次元物体印刷動作中に造形材料又は支持材料の液滴を部分的に又は完全に吐出することができない吐出装置を指す。いくつかの例において、動作不良吐出装置は詰まり、液滴を吐出することができないか又は間欠的にしか液滴を吐出しない。他の例において、吐出装置は、支持部材又は造形若しくは支持部材の他の層上の誤った位置に着弾する液滴を吐出する。２つ以上のプリントヘッドに言及する場合、用語「動作不良吐出装置」はまた、２つ以上のプリントヘッドの相対位置間のレジストレーション誤差を指す。本願明細書で使用される場合、用語「レジストレーション誤差」は、プリントヘッドが適切にレジストレーションされている場合、プリントヘッド間でオフセットされた所定のプロセス方向又は交差プロセス方向からずれたプロセス方向又は交差プロセス方向における２つ以上のプリントヘッドの位置のオフセットを指す。１つの構成において、２つの異なるプリントヘッドにおける対応する吐出装置は、プリントヘッドが適切にレジストレーションされている場合、液滴の交差プロセス方向位置における差異がなく（ゼロオフセット）、プロセス方向に延びる単一列において造形材料又は支持材料の液滴を吐出する。プリントヘッド間のレジストレーション誤差は、第２のプリントヘッドにおける対応する吐出装置との第１のプリントヘッドにおける各吐出装置からの材料の液滴間の交差プロセス方向オフセットを生成する。他の構成において、プリントヘッドは、物体受け面の異なる領域及びレジストレーション誤差が生じる所定のオフセットからの偏差をカバーするように交差プロセス方向に所定距離だけ互いにオフセットされる。以下においてより詳細に説明されるように、１つ以上のプリントヘッドアレイは、それぞれ、物体の層を形成して物体の層を支持するためにプリントヘッドが所定の位置に造形材料又は支持材料の液滴を吐出するのを可能とする所定のレジストレーションを有して交差プロセス方向に沿って配置された複数のプリントヘッドを含む。動作不良吐出装置は、２つ以上のプリントヘッドの相対的な位置に起因してレジストレーション誤差を生み出し、３次元プリンタにおいて形成された構造における誤差を生み出す。
【００１６】
本願明細書において使用される場合、用語「ディスペンサ」は、３次元物体印刷プロセス中に３次元物体プリンタにおける支持材料を放出する１つ以上の装置を指す。１つの実施形態において、ディスペンサは、複数の吐出装置を組み込んだ１つ以上のプリントヘッドを含む。吐出装置は、３次元物体印刷プロセス中に支持材料及び造形材料から形成された一連の２次元層の所定の位置に支持材料の液滴を放出する。他の実施形態において、ディスペンサは、粉末樹脂又は石膏材料などの支持材料の均一な層を放出するスプレッダ装置である。スプレッダ装置の実施形態において、造形材料は、３次元物体を形成するように粉末の一部を一体に接着するバインダである。バインダ材料を受けない粉末の他の一部は、印刷プロセスが完了した後に３次元物体から除去される。
【００１７】
図１は、欠落吐出装置の検出及びプリントヘッドのレジストレーションを可能とするために、３次元物体形成動作中に印刷テストパターンを形成するようにプリントヘッドを動作させるように構成された３次元物体プリンタ１００を示している。プリンタ１００は、支持部材１０２と、プリントヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃを含む第１の造形材料プリントヘッドアレイと、プリントヘッド１０６Ａ〜１０６Ｃを含む第２の造形材料プリントヘッドアレイと、プリントヘッド１０８Ａ〜１０８Ｂを含む任意の支持材料プリントヘッドアレイと、紫外線（ＵＶ）硬化装置１１２と、画像センサ１１６と、レベラ１２０と、コントローラ１２８とを含む。図１の例示的な実施形態において、３次元物体プリンタ１００は、造形材料の複数の層から形成される三次元印刷物体１５６の形成中に示されている。支持材料１６０は、３次元物体形成プロセス中に物体１５６を安定化させるように複数の層１６２によって物体１５６を囲む。
【００１８】
図１の実施形態において、支持部材１０２は、プロセス方向Ｐに移動する金属板などの平面部材である。レベラ１２０、プリントヘッドアレイ１０４Ａ〜１０４Ｃ、１０６Ａ〜１０６Ｃ及び１０８Ａ〜１０８Ｃ、ＵＶ硬化装置１１２及び画像センサ１１６は印刷ゾーン１１０を形成し、部材１０２は、プロセス方向Ｐにおける印刷ゾーン１１０を介して任意の前に形成された支持材料及び造形材料の層を担持する。印刷動作中において、支持部材１０２は、造形材料１５６、支持材料１６０並びにテストパターン層１７２及び１７６の連続層を形成するためにプリントヘッドを複数回通過する所定のプロセス方向経路に移動する。いくつかの実施形態において、部材１０２と同様の複数の部材がカルーセル又は同様の構成で印刷ゾーン１１０を通過する。１つ以上のアクチュエータは、プロセス方向Ｐにおいて印刷ゾーン１１０を介して部材１０２を移動させる。図１の実施形態において、アクチュエータはまた、造形及び支持材料の各層が支持部材に塗布された後、印刷ゾーン１１０における構成要素から離れるように方向Ｚに支持部材１０２を移動させる。アクチュエータは、物体１５６の最上層と印刷ゾーン１１０における構成要素との間の均一な分離を維持するようにＺ方向に支持部材１０２を移動させる。印刷ゾーン１１０は、並列に３次元物体の複数のセットを形成するように、経路を通る各回路中において３次元印刷物体又は各部材上の物体に対して積層層を形成する。
【００１９】
図１の構成において、プリントヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃ及び１０６Ａ〜１０６Ｃを含むプリントヘッドアレイは、物体１５６などの３次元印刷物体の層を形成するように支持部材１０２に向かって造形材料の液滴を吐出するように構成されている。プリントヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃ及び１０６Ａ〜１０６Ｃのそれぞれは、液化形態で造形材料を受け取って造形材料の液滴を吐出する複数の吐出装置を含む。１つの実施形態において、各吐出装置は、液体造形材料を受ける流体圧力チャンバと、圧電アクチュエータなどのアクチュエータと、出口ノズルとを含む。圧電アクチュエータは、電気点火信号に応答して変形して部材１０２に向かって吐出される液滴としてノズルを介して液化した造形材料を付勢する。部材１０２が３次元物体の前に形成された層を支える場合、造形材料の吐出された液滴は、物体の積層層を形成する。プリントヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃ及び１０６Ａ〜１０６Ｃのそれぞれは、８８０個の吐出装置を含む例示的なプリントヘッドの実施形態により、吐出装置の２次元アレイを含む。動作中、コントローラ１２８は、物体１５６についての造形材料の各層を形成するために異なる時間に選択された吐出装置を動作させるために電気点火信号の生成を制御する。以下においてより詳細に説明されるように、コントローラ１２８はまた、プリントヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃ及び１０６Ａ〜１０６Ｃにおける吐出装置についての点火信号を生成し、動作不良吐出装置を識別するために使用される造形材料のテストパターンを印刷する。
【００２０】
動作中、プリントヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃ及び１０６Ａ〜１０６Ｃにおける１つ以上の吐出装置は、吐出装置が詰まっているか又は信頼性がある方法で造形材料の液滴を吐出することができない場合には欠落吐出装置となる。いくつかの状況において、欠落吐出装置は、間欠的にしか又は部材１０２若しくは物体１５６の上層の誤った位置にしか液滴を吐出しない。欠落吐出装置は、動作不良吐出装置の１つの種類である。後述するように、コントローラ１２８は、欠落吐出装置がテストパターンにおける所定の位置に印刷マークを形成しない場合に、テストパターンの走査画像データを参照して、欠落吐出装置を識別する。欠落吐出装置が識別されると、プリンタ１００は、欠落吐出装置が洗浄又はパージプロセスを介して動作可能状態に戻るまで印刷プロセスを停止することができ、又は、プリンタ１００は、印刷動作を継続しながら欠落吐出装置を補償するために欠落吐出装置の周囲における隣接吐出装置を動作させる。
【００２１】
図１に示されているように、２つのプリントヘッドアレイ１０４Ａ〜１０４Ｃ及び１０６Ａ〜１０６Ｃは、物体１５６を形成するように造形材料の液滴を吐出する。プリントヘッドアレイ１０４Ａ〜１０４Ｃは、プリントヘッドアレイ１０４Ａ〜１０４Ｃにおける吐出装置が物体１５６の幅に交差する印刷パターンを形成するのを可能とするために、印刷ゾーン１１０における交差プロセス方向ＣＰにおいて互い違いに配置された３つのプリントヘッドを含む。プリントヘッド１０６Ａ〜１０６Ｃは、同様に配置されている。図１には明確に示されていないが、プリントヘッドアレイ１０４Ａ〜１０４Ｃ及び１０６Ａ〜１０６Ｃのそれぞれは、交差プロセス方向軸ＣＰに沿ってプリントヘッドを移動させるステッピングモータなどの少なくとも１つのアクチュエータを含む。コントローラ１２８は、アクチュエータに動作可能に接続され、プリントヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃ及び１０６Ａ〜１０６Ｃの交差プロセス方向位置を調整するためにアクチュエータを必要に応じて活性化する。
【００２２】
１つの構成において、プリントヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃ及び１０６Ａ〜１０６Ｃは、２つの異なる色を有する造形材料の液滴を吐出するか、又は、プリントヘッドアレイは、単一の物体を形成するために結合される異なる形態の造形材料を吐出する。図１は、２つの造形材料色を吐出する２つのプリントヘッドアレイ１０４Ａ〜１０４Ｃ及び１０６Ａ〜１０６Ｃを示しているが、代替の構成は、異なる造形材料色又は異なる種類の造形材料を吐出する追加のプリントヘッドアレイを含む。プリントヘッド１０４Ａにおける吐出装置のそれぞれは、プリントヘッド１０６Ａにおける対応する吐出装置に対して交差プロセス方向ＣＰにレジストレーションされる。すなわち、プリントヘッド１０４Ａにおける各吐出装置は、プリントヘッドがレジストレーションされている場合には、プリントヘッド１０６Ａにおける対応する吐出装置と交差プロセス方向軸ＣＰに沿った同じ位置に造形材料の液滴を吐出する。プリントヘッド１０４Ｂ及び１０４Ｃは、同様に、それぞれ、プリントヘッド１０６Ｂ及び１０６Ｃとレジストレーションされる。他の構成において、プリントヘッドアレイは、物体１５６上に形成された造形材料液滴の幅の約半分に対応するオフセットされた交差プロセス方向にレジストレーションされる。効果的にオフセットされた交差プロセス方向は、印刷動作中におけるプリントヘッドアレイの解像度が倍である。例えば、プリントヘッドアレイ１０４Ａ〜１０４Ｃが交差プロセス方向軸ＣＰに沿ってインチあたり３００個（ＤＰＩ）の液滴で造形材料の液滴を吐出する場合、プリントヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃ及び１０６Ａ〜１０６Ｃの組み合わせは、６００ＤＰＩで造形材料の液滴を吐出する。
【００２３】
プリンタ１００の動作中、プリントヘッドは、これらに限定されるものではないが、熱膨張や振動を含む様々な理由のために理想的なレジストレーションから外れて移動することがある。プリントヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃ及び１０６Ａ〜１０６Ｃは、レジストレーション誤差の識別を可能とするテストパターンを形成するように造形材料の液滴を吐出する。上述したように、誤ったレジストレーションは、３次元物体印刷プロセス中に誤った位置に配置された造形材料の液滴をもたらすことから、プリントヘッド間のレジストレーション誤差は、動作不良吐出装置の１つの原因である。コントローラ１２８は、プリントヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃ及び１０６Ａ〜１０６Ｃの交差プロセス位置を調整してレジストレーション誤差を是正するようにプリントヘッドアレイアクチュエータのうちの１つ以上を動作させる。
【００２４】
プリンタ１００において、プリントヘッドアレイ１０８Ａ〜１０８Ｃは、印刷動作中に支持材料の液滴を吐出するプリントヘッドを含む。プリンタ１００の実施形態において、プリントヘッド１０８Ａ〜１０８Ｃは、それぞれ、吐出装置のアレイを含み、プリントヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃ及び１０６Ａ〜１０６Ｃにおける吐出装置が造形材料の液滴を吐出するのと同様に支持材料の液滴を吐出する。
【００２５】
図１は、造形材料の液滴を吐出する２つのプリントヘッドアレイを示しているが、代替の実施形態は、追加の造形材料によって印刷物体を形成する３つ以上のプリントヘッドアレイを含むことができる。他の実施形態は、単一プリントヘッドアレイのみを含む。プリントヘッドアレイ１０４Ａ〜１０４Ｃ、１０６Ａ〜１０６Ｃ及び１０８Ａ〜１０８Ｃは、それぞれ、３つのプリントヘッドを含むものとして示されているが、代替の構成は、交差プロセス方向において異なるサイズを有する印刷ゾーンに対応するようにより少ないプリントヘッド又はより多数のプリントヘッドを含むことができる。さらに、ラスタライズされた３次元物体プリンタの実施形態において、１つ以上のプリントヘッドが印刷動作中に交差プロセス方向軸ＣＰに沿って移動する。
【００２６】
プリンタ１００において、ＵＶ硬化装置１１２は、交差プロセス方向ＣＰにおいて印刷ゾーン１１０にわたってＵＶ光を生成する紫外線光源である。ＵＶ硬化装置１１２からのＵＶ光は、物体１５６の耐久性のある部分を形成するために物体１５６の最上層に形成された造形材料を硬化させる。ＵＶ硬化プロセスは、造形材料を固化し、いくつかの実施形態においては、周囲の支持材料１６０は、硬化プロセスが造形材料を固化する前の位置から造形材料が流出するのを防止する。
【００２７】
画像センサ１１６は、例えば、交差プロセス方向ＣＰにおいて印刷ゾーン１１０にわたって配置された光検出器のアレイであり、部材１０２上に形成される造形材料及び支持材料からの反射光に対応するディジタル化された画像データを生成するように構成されている。１つの実施形態において、光検出器は、印刷支持材料及び印刷造形材料の最上層から各光検出器が受光した反射光のレベルに対応する合計で２５６階調（０から２５５）を有するグレースケール８ビットの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素子を内蔵している。動作中、画像センサ１１６は、印刷支持材料及び造形材料の上面のセグメント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を通り過ぎるのにともない、画像センサ１１６は、一連の走査線から２次元の走査画像データを生成する。特に、画像センサ１１６は、基材の上層及び図１の支持材料基材１７２及び造形材料基材１７６上に形成されたテストパターンから走査画像データを生成する。コントローラ１２８は、走査画像データを受信し、動作不良吐出装置を識別するために印刷テストパターンを含む走査画像データのさらなる処理を行う。
【００２８】
レベラ１２０は、ＵＶ硬化装置１１２が造形材料を硬化させる前に造形材料及び支持材料の各層の最上面に関与するように構成された部材である。平坦化器とも称されるレベラは、造形材料の積層層を受ける均一面を維持するために物体１５６の最上層を平滑化するように物体１５６に対して研磨面を適用する。印刷ゾーン１１０内の他の構成要素は、物体１５６からＺ方向において所定の距離にとどまる一方で、レベラ１２０は、最上層を平滑化するために物体１５６に関与するように構成されている。
【００２９】
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）又はプリンタ１００を動作させるように構成されている任意の他のディジタル論理回路などのディ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１つ以上のアクチュエータ、プリントヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃ、１０６Ａ〜１０６Ｃ及び１０８Ａ〜１０８Ｃを含むプリントヘッドアレイ、ＵＶ硬化装置１１２及び画像センサ１１６に動作可能に接続されている。コントローラ１２８は、メモリ１３２に動作可能に接続されている。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記憶装置と、ソリッドステートデータ記憶装置、磁気ディスク、光ディスクなどの不揮発性データ記憶装置、又は、任意の他の適切なデータ記憶装置を含む。メモリ１３２は、３Ｄ物体画像データ１３４と、テストパターンデータ１３６と、記憶されたプログラム命令１３８とを記憶する。コントローラ１２８は、プリンタ１００における構成要素を動作させるために記憶されたプログラム命令１３８を実行し、３次元印刷物体１５６の形成及びプリントヘッドにおける動作不良吐出装置を識別するテストパターンの印刷の双方を行う。３Ｄ物体画像データ１３４は、例えば、プリンタ１００が３次元物体印刷プロセス中に形成する造形材料及び支持材料の各層に対応する複数の２次元画像データパターンを含む。コントローラ１２８は、物体１５６の各層を形成するように２次元画像データの各セットを参照してプリントヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃ及び１０６Ａ〜１０６Ｃから造形材料の液滴を吐出する一方で、プリントヘッド１０８Ａ〜１０８Ｃは、支持材料領域１６０を形成するように支持材料の液滴を吐出する。メモリ１３２はまた、プリントヘッドにおける吐出装置が、プリントヘッドにおける動作不良吐出装置を識別するために物体１５６とは別に支持部材１０２の領域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１３６を記憶する。
【００３０】
動作中、コントローラ１２８は、支持部材１０２上に造形材料の液滴を吐出するようにプリントヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃ及び１０６Ａ〜１０６Ｃにおける吐出装置を動作させる。コントローラ１２８はまた、３次元印刷物体を形成する造形材料を支持するために造形材料の領域の周囲の支持部材１０２上に支持材料の液滴を吐出するようにプリントヘッド１０８Ａ〜１０８Ｃにおける吐出装置を動作させる。支持部材１０２は、支持材料１６０の複数層１６２によって支持された複数層の造形材料から物体１５６を形成するように印刷ゾーン１１０を複数回通過する。印刷動作中において、コントローラ１２８はまた、物体１５６が形成される領域から分離された支持部材１０２の他の領域上に支持材料の液滴を吐出するように支持材料プリントヘッド１０８Ａ〜１０８Ｃを動作させる。支持材料は、プリントヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃ及び１０６Ａ〜１０６Ｃのうちの１つ以上から所定のテストパターンの一部をその後に受ける基材層１７２を形成する。造形材料及び支持材料は、造形材料によって形成されたマークが支持材料層と区別可能な画像データを画像センサ１１６が生成するのを可能とするために、互いに光学的に非類似である。画像センサ１１６は、基材層及びテストパターンにおける印刷マークの走査画像データを生成する。
【００３１】
１つの実施形態において、テストパターンの一部のみが支持材料の単一層上に形成される。支持部材１０２のその後の通過中において、支持材料プリントヘッド１０８Ａ〜１０８Ｃは、前に印刷されたマークがもはや画像センサ１１６にとって視認可能でなくなるまで、前に印刷されたテストパターンをカバーする少なくとも１つの層を形成するように支持材料の液滴を吐出する。そして、コントローラ１２８は、テストパターンの他の一部を生成するようにプリントヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃ及び１０６Ａ〜１０６Ｃを動作させ、画像センサ１１６は、次の部分の追加の走査画像データを生成する。走査画像データの２つ以上のセットからの完全なテストパターンの生成後に、コントローラ１２８は、印刷テストパターンにおけるレジストレーション誤差を生み出す欠落吐出装置又はプリントヘッドに基づいて動作不良吐出装置を識別する。
【００３２】
図１の実施形態において、プリンタ１００はまた、支持材料プリントヘッド１０８Ａ〜１０８Ｃにおける動作不良吐出装置を識別する。コントローラ１２８は、物体１５６及び第１のテストパターンが形成された支持材料１７２の層の双方から分離された第３の領域において基材１０２上に造形材料１７６の層を形成するように造形材料プリントヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃ及び１０６Ａ〜１０６Ｃのうちの１つ以上を動作させる。コントローラ１２８は、基材層１７６上に他のテストパターンの一部を形成するようにプリントヘッド１０８Ａ〜１０８Ｃにおける吐出装置を動作させる。画像センサ１１６は、造形材料の層にわたって支持材料から形成されたテストパターンの一部の第２の走査画像データを生成する。コントローラ１２８は、第２の層１７６にわたって造形材料の積層層を形成するようにプリントヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃ及び１０６Ａ〜１０６Ｃのうちの１つ以上を動作させ、プリントヘッド１０８Ａ〜１０８Ｃにおける吐出装置からテストパターンにおける支持材料の追加部分を吐出する。
【００３３】
図１におけるプリンタ１００の代替の実施形態は、支持材料プリントヘッドアレイ１０８Ａ〜１０８Ｃを省略しているか又は支持材料の代わりにプリントヘッド１０８Ａ〜１０８Ｃに造形材料を供給する。いずれの構成においても、プリンタ１００の代替の実施形態は、支持材料なしで３次元印刷物体を形成する。３次元印刷物体を形成するために造形材料が追加の支持材料を必要としない場合及び追加の支持材料を必要としない形状を有する３次元印刷物体を形成するプリンタについては、支持材料プリントヘッドは省略可能である。
【００３４】
図２は、欠落吐出装置の検出及びプリントヘッドのレジストレーションを可能とするために、３次元物体形成動作中に印刷テストパターンを形成するためにプリントヘッドを動作させるように構成された３次元物体プリンタ２００の他の実施形態を示している。プリンタ２００は、図１のプリンタ１００における対応する構成要素と同様である、支持部材１０２と、画像センサ１１６と、コントローラ１２８と、メモリ１３２とを含む。プリンタ２００において、支持材料ディスペンサは、支持材料スプレッダ２４０として具現化される。プリンタ２００は、光学的に透明なバインダ用（プリントヘッド２０４Ａ〜２０４Ｃ）、イエローバインダ用（プリントヘッド２０６Ａ〜２０６Ｃ）、マゼンタバインダ用（プリントヘッド２０８Ａ〜２０８Ｃ）及びシアンバインダ用（プリントヘッド２１０Ａ〜２１０Ｃ）の４つのプリントヘッドアレイを含む。支持材料スプレッダ２４０、プリントヘッドアレイ及び画像センサ１１６は、プリンタ２００における印刷ゾーン２１２を形成する。プリンタ２００の実施形態において、スプレッダ２４０は、印刷ゾーン２１２においてプリントヘッドからのバインダと組み合わせた場合に視覚的に知覚可能な色を生成する第１の支持材料粉末の均一層を分配する。
【００３５】
図２において、スプレッダ２４０は、プリントヘッド２０６Ａ〜２０６Ｃ、２０８Ａ〜２０８Ｃ及び２１０Ａ〜２１０Ｃからのバインダ液滴の印刷テストパターンを受ける支持部材１０２の領域における層２２０、２２２、２２４及び２２６によって示されるような支持材料の層を分配する。スプレッダ２４０は、層２２０などの支持材料の１つの層を形成し、コントローラ１２８は、支持材料の層上にテストパターンの一部を形成するようにプリントヘッドにおける吐出装置を動作させる。そして、光学センサ１１６は、印刷テストパターンの一部の走査画像データを生成する。動作中、スプレッダ２４０は、プリントヘッド２０６Ａ〜２０６Ｃ、２０８Ａ〜２０８Ｃ及び２１０Ａ〜２１０Ｃが印刷テストパターンの他の一部を形成する前に、印刷テストパターンの一部にわたって支持材料の少なくとも１つの積層層を形成する。例えば、図２において、スプレッダ２４０は、層２２４上に印刷テストパターンの他の一部を形成するようにプリントヘッドの動作前に支持材料層２２０にわたって支持材料２２２及び２２４の２つの層を形成する。代替の構成において、支持材料の１つの中間層のみがテストパターンの各部を分離するか又は支持材料の３つ以上の層がテストパターンの一部を分離する。プリンタ２００は、テストパターンの各部の走査画像データがテストパターンの前に印刷された部分からのアーチファクトを含まないことを保証するように支持材料の１つ以上の中間層を形成する。動作中、プリンタ２００は、３次元物体の形成を支持し且つ印刷テストパターンにおけるバインダ材料の印刷液滴についての画像受け面を提供するために支持材料の積層層を形成し続ける。
【００３６】
プリンタ２００において、造形材料は、印刷ゾーン２１２においてプリントヘッドにおける吐出装置から吐出される液体バインダである。バインダの異なる組成物が支持材料の粉末層と反応し、異なる可視色を有して固化して硬化する。シアン／マゼンタ／イエローバインダの異なる組み合わせは、印刷パターン及び３次元印刷物体の表面上の広い範囲の色を生成することができる。印刷テストパターンを受ける印刷ゾーン２１２の一部は、画像センサ１１６によって生成された画像データに含まれるプリントヘッド２０６Ａ〜２０６Ｃ、２０８Ａ〜２０８Ｃ及び２１０Ａ〜２１０Ｃによって形成された印刷マークを含む。印刷プロセスの終わりにおいて、バインダによって固化しない支持材料粉末の一部は除去され、固化された部分は、３次元印刷物体を形成する。
【００３７】
光学的に透明なバインダプリントヘッド２０４Ａ〜２０４Ｃはまた、支持材料の層上にバインダの液滴を吐出する。いくつかの実施形態において、光学的に透明なバインダは、表面からの光反射を変化させる支持材料の粒子の再構成を引き起こす。光学センサ１１６は、光学的に透明なバインダ材料を受けていない領域と区別可能な反射率レベルを有する光学的に透明なバインダを含む領域を含む画像データを生成する。他の実施形態において、プリンタにおけるプリントヘッドの他のセットは、光学的に透明なバインダと同じ層に吐出される着色バインダを吐出する。光学的に透明なバインダの存在は、それが存在する領域において着色バインダの流れを変更する。光学的に透明なバインダと着色バインダの組み合わせは、光学的な反射率変化を生み出し、コントローラ１２８は、走査画像データにおける光学的に透明なバインダを吐出する対応する吐出装置の位置を識別する。
【００３８】
動作中、コントローラ１２８は、３次元印刷物体を形成するために印刷ゾーン２１２においてプリントヘッドを動作させる。コントローラ１２８はまた、支持材料の層を形成するようにスプレッダ２４０を動作させ、支持材料の少なくともいくつかの層上にテストパターンの一部を形成するように印刷ゾーン２１２においてプリントヘッドを動作させる。プリンタ２００において、テストパターンの一部のみが支持材料の各層に形成される。スプレッダ２４０は、印刷プロセス中に支持材料の積層層を生成し、コントローラ１２８は、第２の基材材料の異なる層上に所定のテストパターンの一部を形成するようにプリントヘッド２０６Ａ〜２０６Ｃ、２０８Ａ〜２０８Ｃ及び２１０Ａ〜２１０Ｃにおける選択された吐出装置を動作させる。画像センサ１１６は、印刷テストパターンの各部の走査画像データを生成し、コントローラ１２８は、走査画像データを参照して印刷ゾーン２１２においてプリントヘッドにおける動作不良吐出装置を識別する。
【００３９】
上述したように、３次元物体プリンタ１００及び２００は、プリントヘッドにおける動作不良吐出装置を識別して是正するためのプロセスの一部として支持材料の複数層にわたって印刷テストパターンを形成する。図３は、図１のスタック１７２及び１７６における印刷テストパターンにおける基材層及びマークの線１７０に沿って切断した図を示している。スタック１７２は、層３１０、３１４及び３１８を含む支持材料の複数層を含む。コントローラ１２８は、基材層３１０上の印刷マーク３０８Ａ〜３０８Ｄ、基材層３１４上の印刷マーク３１２Ａ〜３１２Ｄ及び基材層３１８上の印刷マーク３１６Ａ〜３１６Ｄを含むいくつかの支持材料層の表面に印刷マークを形成するようにプリントヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃ及び１０６Ａ〜１０６Ｃにおける吐出装置を動作させる。１つの実施形態において、印刷マークは、プロセス方向に延びる造形材料の所定数の液滴（例えば、１０個の液滴）から形成されたダッシュであり、コントローラ１２８は、テストパターンにおいてダッシュの列を形成するために交差プロセス方向に所定間隔で互い違いに配置されている吐出装置を選択する。層３１０及び３１４などの中間基材層は、画像センサ１１６の視野からテストパターンの前に印刷された部分を遮断し、そのため、図３におけるマーク３０８Ａ〜３０８Ｄなどの最上層におけるマークのみが画像センサ１１６に露出される。プリンタ１００の１つの実施形態において、造形材料の印刷マークは、スタック１７２の次層に隆起部を生成することができる厚さを有する。コントローラ１２８は、画像センサ１１６がマークの走査画像データを生成した後にテストパターンにおける印刷マーク間のギャップを埋めるように支持材料プリントヘッド１０８Ａ〜１０８Ｃにおける吐出装置を動作させる。例えば、図３において、印刷マーク３０８Ａ及び３０８Ｂの周囲の領域３３０Ａ及び３３０Ｂは、支持材料の他の層が印刷マークをカバーする前に支持材料によって充填される。他の実施形態において、プリンタは、支持材料及び造形材料を同時に蒸着し、造形及び支持材料間の光学的コントラストは、コントローラ１２８が走査画像データにおける造形材料ダッシュを識別するのを可能とする。
【００４０】
図３において、第２のスタック１７６は、スタック１７２と同様に形成されるが、コントローラ１２８は、造形材料から基材層を形成し、支持材料プリントヘッド１０８Ａ〜１０８Ｃにおける吐出装置を使用して印刷テストパターンにおけるマークを形成する。図３は、支持材料プリントヘッド１０８Ａ〜１０８Ｃについてのテストパターンの一部を形成する最上支持材料マーク３４８Ａ〜３４８Ｄを有する造形材料３５０、３５４及び３５８の層を示している。コントローラ１２８はまた、印刷支持材料マーク３４８Ａ及び３４８Ｂの周囲の領域３５２Ａ及び３５２Ｂにおける造形材料によって示されるように隆起部の形成を防止するために造形材料によって支持材料マーク間のギャップを埋める。他の実施形態において、材料は同時に蒸着される。
【００４１】
プリンタ２００の実施形態において、テストパターンは、バインダ材料の印刷マークを受ける支持材料の層を有する代替のスタックにおいていかなるバインダ材料もなしで支持材料の複数層上に形成されたテストパターンを有するスタック１７２と同様に形成される。プリンタ２００は、支持材料を分配するためにスプレッダを使用することから、形成されたテストパターンのみが印刷ゾーン２１２において造形材料を吐出するプリントヘッドに対応する。画像センサ１１６は、印刷テストパターンの各部についての走査画像データを生成する。
【００４２】
図４は、２次元レイアウトに再配置されたテストパターン４００の例を示している。テストパターン４００は、印刷マークの複数列を含む。プリントヘッドのうちのいずれかにおける単一の吐出装置は、テストパターン４００における異なるマークのそれぞれを形成する。図４において、テストパターン４００は、シアン、イエロー、マゼンタ及び光学的に透明な造形材料によって形成されたマークを含むが、代替のテストパターンは、異なる数の造形材料色及びプリンタ１００における支持材料テストパターンについての印刷マークと同様の配置を含む。テストパターン４００は、図４においては列４０４Ａ〜４０４Ｎを含むマークの複数列によって形成され、各列は、交差プロセス方向において互いにオフセットされた複数のマークを含む。各列内では、マークは、プロセス方向Ｐに延びている。図１及び図２の実施形態において、テストパターンは、対応する支持材料又は造形材料基材上に印刷されるテストパターンマークの単一列によって印刷される。それゆえに、図４において、プリンタが異なる基材層上に印刷マークの個々の列を形成することから、テストパターン４００における複数列の配置はＺ軸に沿って延びている。代替の構成において、プリンタは、各基材層上にテストパターンの大部分を形成する。単一層上に各テストパターンの大部分を印刷することは、完全なテストパターンを形成するために必要とされる層数を削減するのみならず、物体を印刷するための代わりにテストパターンを印刷するために使用される支持部材上における領域の大きさを増加させる。
【００４３】
プリンタ１００及び２００において、コントローラ１２８は、欠落吐出装置及びプリントヘッドのレジストレーション誤差の双方に起因する動作不良吐出装置を識別するために、テストパターン４００などのテストパターンを形成する画像データを分析する。図４に示されるように、画像データの空白領域の周囲のボックス４３２は、プリントヘッドにおける欠落吐出装置によって形成される欠落マークを示している。コントローラ１２８は、動作不良吐出装置に対応する欠落マークを識別し、必要に応じて印刷プロセスを停止し、当該技術分野において公知の欠落吐出装置の補償技術を実行するか又は動作を復旧するために欠落吐出装置を洗浄若しくはパージするように試みることができる。プリントヘッドのレジストレーションのために、コントローラ１２８は、プロセス方向及び交差プロセス方向におけるダッシュの位置を識別するために、異なるプリントヘッドにおける吐出装置によって形成された印刷マークの全列に対応する画像データのエッジ又は中央検出カーネルによってフィルタリング及び畳み込み演算を行う。２つ以上のプリントヘッドが位置ずれしているかどうかを識別するために、異なるプリントヘッドにおける異なる吐出装置間の交差プロセスオフセットが走査画像データの複数列にわたって測定される。ずれは、所定のテストパターンに対応するマーク間の所定の交差プロセス方向間隔を識別する代わりに、異なるプリントヘッドにおける吐出装置に対応するマーク間の交差プロセス方向における不整合間隔として現れる。コントローラ１２８は、プリントヘッドの位置ずれをオペレータに警告するために印刷プロセスの動作を必要に応じて停止するか又は適切なレジストレーションにプリントヘッドを戻すためにプリントヘッドアレイアクチュエータのうちの１つ以上を動作させる。
【００４４】
図５は、３次元物体プリンタにおいてテストパターンを形成して動作不良吐出装置の検出を実行するためのプロセス５００を示している。プロセス５００は、例示のために図１のプリンタ１００及び図２のプリンタ２００に関連して説明されている。以下の説明において、動作又は機能を実行するプロセス５００への言及は、３次元物体プリンタにおける１つ以上の構成要素と関連するタスク又は機能を実行するために記憶されたプログラム命令を実行するためのコントローラ１２８などのコントローラの動作を指す。
【００４５】
プリンタが１つ以上のプリントヘッドによって造形材料の液滴を吐出して支持部材の表面上に３次元印刷物体を形成するように支持材料ディスペンサによって支持材料を放出するのにともない、プロセス５００が開始する（ブロック５０４）。プリンタ１００において、プリントヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃ及び１０６Ａ〜１０６Ｃは、支持部材１０２の第１の領域上に造形材料の液滴を吐出し、プリントヘッド１０８Ａ〜１０８Ｃは、造形材料に関与して支持するように第１の領域上に支持材料を吐出する。プリンタ２００において、スプレッダ２４０は、支持部材１０２の第１の領域をカバーする層上に支持材料を放出する。プリンタ２００において、スプレッダ２４０は、支持部材１０２の第１の領域をカバーする層上に支持材料を放出する。プリントヘッド２０４Ａ〜２０４Ｃ、２０６Ａ〜２０６Ｃ、２０８Ａ〜２０８Ｃ及び２１０Ａ〜２１０Ｃにおける吐出装置は、３次元印刷物体の１つの層を形成するように粉末支持材料層の選択された部分上に異なる色を有するバインダの液滴を吐出する。
【００４６】
プリンタが３次元印刷物体を含む領域から分離された支持部材の領域上に支持材料を放出するようにプロセス５００は継続する（ブロック５０８）。プリンタ１００の実施形態において、プリントヘッド１０８Ａ〜１０８Ｃは、図１におけるスタック１７２によって示されるように支持材料の基材層を形成するように支持材料の液滴を吐出する。プリンタ２００において、スプレッダ２４０は、プリントヘッド２０４Ａ〜２０４Ｃ、２０６Ａ〜２０６Ｃ、２０８Ａ〜２０８Ｃ及び２１０Ａ〜２１０Ｃからの印刷テストパターンの一部を受ける層２２０などの支持材料の層を形成する。造形材料を吐出するプリントヘッドが必要に応じて３次元印刷物体が形成された領域から及び支持材料基材層が形成される領域から分離された支持部の他の領域上に造形材料の層を形成するように、プロセス５００は継続する（ブロック５１２）。プリンタ１００において、プリントヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃ及び１０６Ａ〜１０６Ｃのうちの一部又は全てがスタック１７６に示されている層を形成する。図２の実施形態において、プリンタ２００は、プリンタ２００が支持材料を放出するようにプリントヘッド及び吐出装置を使用しないことから、ブロック５０８に関して記載されている処理を実行しない。
【００４７】
プロセス５００中において、ブロック５０４〜５１２の処理は、テストパターンの前に形成された一部がなおもテストパターンの任意の前に形成された一部から「透き通し」である場合に追加の基材層が形成されるように継続する（ブロック５１６）。用語透き通しは、テストパターンの前に形成された一部が支持材料又は造形材料の１つ以上の中間層を介して画像センサ１１６にとって少なくとも部分的に視認可能なままである状況を指す。上述したように、プリンタ１００の実施形態において、スタック１７２における支持材料の積層層はまた、テストパターンの一部に形成されたマーク間のギャップを埋め、スタック１７６における造形材料の積層層は、支持材料のマーク間のギャップを埋める。
【００４８】
テストパターンを受けるように適切な表面を提供する支持材料又は造形材料の少なくとも１つの中間層が形成された後（ブロック５１６）、造形材料を吐出するプリントヘッドアレイが支持材料の基材層にわたって支持部材の他の領域上に所定のテストパターンの一部を形成するようにプロセス５００は継続する（ブロック５２０）。プリンタ１００において、コントローラ１２８は、支持材料スタック１７２の最上層にテストパターンマークを形成するために造形材料の液滴を吐出するようにプリントヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃ及び１０６Ａ〜１０６Ｃにおける選択された吐出装置についての点火信号を生成する。プリンタ２００は、それらの層が追加の支持材料によってカバーされる前に層２２０又は２２４などの支持材料の層上にバインダの液滴を吐出するように印刷ゾーン２１２においてプリントヘッドにおける選択された吐出装置についての点火信号を生成する。図４を参照して上述したように、いくつかの実施形態において、プリンタ１００及び２００は、造形材料の液滴を吐出するプリントヘッドに対応する第１のテストパターンの一部を形成するように大きなテストパターンからの単一列又は隣接列のセットを形成する。
【００４９】
プロセス５００中において、プリンタ１００はまた、支持材料プリントヘッド１０８Ａ〜１０８Ｃにおける吐出装置についての第２のテストパターンの一部を形成するようにスタック１７６における造形材料の最上層にプリントヘッド１０８Ａ〜１０８Ｃから支持材料の液滴を必要に応じて吐出する（ブロック５２４）。支持材料の第２のテストパターンは、造形材料の第１のテストパターンと同様であり、印刷マークの複数列を含む。コントローラ１２８は、スタック１７６における造形材料の最上層に第２のテストパターンの一部における１つ以上の列を形成するようにプリントヘッド１０８Ａ〜１０８Ｃにおける選択された吐出装置についての電気点火信号を生成する。
【００５０】
プリンタ１００の実施形態において、画像センサ１１６が造形材料から形成された第１のテストパターンの次の部分の走査画像データを生成し（ブロック５２８）、支持材料から形成された第２のテストパターンの次の部分の追加の走査画像データを必要に応じて生成する（ブロック５３２）ようにプロセス５００は継続する。プリンタ１００において、画像センサ１１６は、スタック１７２における造形材料の印刷パターンの第１の走査画像データと、スタック１７６において印刷される支持材料の印刷パターンの第２の画像データとを生成する。プリンタ２００において、画像センサ１１６は、支持材料の最上層に形成された造形材料のパターンの画像データを生成する。
【００５１】
プリンタがテストパターンの完全なセットを形成して全テストパターンの画像データの２つ以上のセットを生成するまで（ブロック５３６）、ブロック５０４〜５３２に関して上述した処理によってプロセス５００は継続する。プリンタが完全なテストパターンを形成してテストパターンの各部の画像データのセットを生成すると（ブロック５３６）、コントローラ１２８が第１のテストパターンの画像データにおける造形材料を吐出するプリントヘッドから動作不良吐出装置を識別するようにプロセス５００は継続する（ブロック５４０）。上述したように、コントローラ１２８は、テストパターン内の正しい位置に印刷マークを生成することができない欠落吐出装置及び造形材料を吐出するプリントヘッドのうちの２つ以上の間におけるレジストレーション誤差を識別するためにテストパターンの画像データを処理する。プリンタ１００の実施形態において、コントローラ１２８はまた、必要に応じて、第２のテストパターンの画像データを参照して、支持材料を吐出するプリントヘッド１０８Ａ〜１０８Ｃにおける動作不良吐出装置を識別する（ブロック５４４）。造形材料を吐出するプリントヘッドと同様に、コントローラ１２８は、欠落吐出装置であるか又は支持材料プリントヘッドアレイにおけるプリントヘッド間のレジストレーション誤差に起因して動作不良である動作不良吐出装置を識別する。
【００５２】
プリンタ１００又はプリンタ２００におけるコントローラ１２８が１つ以上の動作不良吐出装置の識別に応じた是正措置を行うようにプロセス５００は継続する（ブロック５４８）。上述したように、いくつかのプリンタの実施形態において、プリンタは、印刷プロセスを停止し、欠落吐出装置又はプリントヘッドのレジストレーション誤差の問題を是正するためにオペレータのための警告を生成する。他の実施形態において、プリンタは、是正動作を行い、印刷プロセスを継続する。例えば、欠落吐出装置が識別されると、コントローラ１２８は、欠落吐出装置を通常動作に復旧するためにプリントヘッドのパージ又は洗浄プロセスを行う。印刷動作中に２つ以上のプリントヘッドがレジストレーション誤差を経験した場合、コントローラ１２８は、適切なレジストレーションにプリントヘッドを復旧するためにプリントヘッドアレイにおけるアクチュエータを動作させる。
【００５３】
図６は、支持材料の使用を必要とせずに造形材料の層を使用する３次元物体プリンタにおいてテストパターンを形成して動作不良吐出装置の検出を実行するためのプロセス６００を示している。プロセス６００は、例示のために支持材料を使用しない構成において図１のプリンタ１００に関連して説明されている。以下の説明において、動作又は機能を実行するプロセス６００への言及は、３次元物体プリンタにおける１つ以上の構成要素と関連するタスク又は機能を実行するために記憶されたプログラム命令を実行するためのコントローラ１２８などのコントローラの動作を指す。
【００５４】
プリンタ１００が支持部材上に３次元印刷物体の層を形成するように少なくとも第１の種類の造形材料の液滴を吐出するのにともない、プロセス６００が開始する（ブロック６０４）。図１の例において、プリントヘッドアレイ１０４Ａ〜１０４Ｃは、物体１５６の層を形成するように第１の種類の造形材料を吐出する。プリンタ１００は、必要に応じて、物体１５６を形成するようにプリントヘッド１０６Ａ〜１０６Ｃを使用して第２の種類の造形材料を吐出する。代替の実施形態において、３次元物体プリンタは、物体１５６を形成するために３つ以上の種類の造形材料を使用する。プロセス６００中において、プリンタ１００は支持材料を吐出せず、プリンタ１００は、図１には存在している支持材料１６２の層を形成しない。
【００５５】
プロセス６００の目的のために、異なる種類の造形材料のうちの少なくとも２つは光学的に区別される。すなわち、プリンタ１００が第２の種類の造形材料から基材層を形成する場合、基材層に形成される第１の種類の造形材料の印刷パターンは、基材及び印刷パターンの走査画像データにおいて基材材料と区別可能であり、その逆も同様である。例えば、２つの異なる着色剤を含むがそれ以外は実質的に同じ化学的及び物理的特性を有する２つの異なる造形材料は光学的に区別される。他の実施形態において、２つの造形材料は、走査画像データにおいて光学的に区別される異なる化学的及び物理的特性並びに異なる色を有する。さらに他の実施形態において、２つの造形材料は、同様の色を有しながら異なる化学的及び物理的特性を有する。第１の種類の造形材料の反射率レベルが走査画像データにおいて検出可能であるのに十分なマージンだけ第２の種類の造形材料と異なる場合には、２つの種類の造形材料は光学的に区別される。
【００５６】
プリンタ１００が支持部材上に第１の基材層を形成するように第２の造形材料の液滴を吐出し（ブロック６０４）、支持部材上に第２の基材層を形成するように第１の造形材料の液滴を必要に応じて吐出する（ブロック６０８）ようにプロセス６００は継続する。コントローラ１２８は、３次元印刷物体１５６を支持する領域から分離された支持部材１０２の領域上に基材層を形成するようにプリントヘッド１０６Ａ〜１０６Ｃ及び必要に応じて１０４Ａ〜１０４Ｃを動作させる。図１及び図３に示されるように、プロセス６００中において、プリンタ１００は、基材層１７２及び１７６のスタックを形成する。スタック１７２は、第１の造形材料の印刷パターンを受けるように第２の造形材料から形成された基材層３１０、３１４及び３１８を含む。プリンタ１００は、第２の造形材料の印刷パターンを受ける基材層３５０、３５４及び３５８を有するスタック１７６を必要に応じて形成する（ブロック６１２）。
【００５７】
プロセス６００中において、プリンタ１００は、基材層上にテストパターンの一部についての印刷マークを形成する前に支持部材１０２がプロセス方向Ｐにおいて印刷ゾーン１１０を通り過ぎるのにともない少なくとも１つの基材層を形成し、光学的透き通しを防止するために必要に応じて追加の基材層を印刷し続ける（ブロック６１６）。プリンタ１００が十分な数の基材層を形成した後（ブロック６１６）、プロセス６００は、第２の造形材料から形成された基材上に第１の造形材料から第１の所定のテストパターンの一部を形成し（ブロック６２０）、第１の造形材料から形成された基材上に第２の造形材料によって第２の所定のテストパターンの一部を必要に応じて形成する（ブロック６２４）ことによって継続する。プリンタ１００は、プリンタ１００が基材層及び印刷テストパターンを形成するために造形材料及び支持材料を使用する代わりに第１及び第２の種類の造形材料を使用することを除いて、ブロック５２０及び５２４に関してそれぞれプロセス５００において上述したテストパターン形成と同様に第１及び第２の印刷テストパターンの各部を形成する。
【００５８】
プリンタ１００が第１のテストパターンの次の部分の走査画像データを生成し（ブロック６２８）、第２のテストパターンの次の部分の走査画像データを必要に応じて生成する（ブロック６３２）ようにプロセス６００は継続する。プリンタ１００において、画像センサ１１６は、支持部材１１２がプロセス方向Ｐにおいて画像センサ１１６を通り過ぎるのにともない最上基材層及び印刷テストパターンマークの各部の走査画像データを生成する。
【００５９】
プロセス６００は、プリンタ１００が基材スタック及び第１のテストパターン及び必要に応じて第２のテストパターンの一部を形成するようにブロック６０４〜６３２において上述した処理によって継続する。プリンタ１００はまた、第１のテストパターンの一部の走査画像データを形成し、必要に応じて第２のテストパターンの一部の走査画像データを形成する。プリンタ１００がテストパターンの形成及び走査を完了した場合（ブロック６３６）、プリンタ１００が第１のテストパターンの走査画像データを使用して第１のプリントヘッドアレイ１０４Ａ〜１０４Ｃについてのプリントヘッドのレジストレーション及び欠落吐出装置の検出プロセスを実行するようにプロセス６００は継続する（ブロック６４０）。プリンタ１００は、必要に応じて、第２のテストパターンの走査画像データを使用して第２のプリントヘッドアレイ１０６Ａ〜１０６Ｃについてのプリントヘッドのレジストレーション及び欠落吐出装置の検出プロセスを実行する（ブロック６４４）。プリンタ１００におけるコントローラ１２８は、その後にプリントヘッドのレジストレーションを調整し、プリントヘッドにおけるいかなる動作不良吐出装置も是正するために欠落吐出装置の是正又は動作補償を実行する（ブロック６４８）。
【図１】
0006457909.tif 000002
【図２】
0006457909.tif 000003
【図３】
0006457909.tif 000004
【図４】
0006457909.tif 000005
【図５】
0006457909.tif 000006
【図６】
0006457909.tif 000007