(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元物体を製造するシステムであって、
プラテン及び噴射器ヘッドを有し、材料の液滴を前記プラテン上に噴射して印刷部分を前記プラテン上に形成するように構成された３次元物体プリンタと、
３次元物体を形成するように構成された、キャビティを有する射出成形型と、材料を前記キャビティ内に注入するように構成された注入器とを有する射出成形システムであって、前記射出成形型が、前記キャビティに隣接する凹部も含み、前記凹部は、前記プラテンを受け入れて前記キャビティ内に前記印刷部分を配置するように構成される、射出成形システムと、
前記印刷部分を、前記３次元物体プリンタから、前記射出成形型の前記キャビティ内に移動させるように構成されたアクチュエータと、
前記３次元物体プリンタ、前記射出成形型、及び前記アクチュエータに動作可能に接続されたコントローラであって、
前記印刷部分をプラテン上に形成するために、材料の液滴を前記プラテン上に噴射するように、前記噴射器ヘッドを動作させ、
前記印刷部分が射出成形型の前記キャビティ内に位置し得るように、前記プラテンと、当該プラテン上の前記印刷部分とを前記射出成形型の前記凹部内に移動するように、前記アクチュエータを動作させ、
成形部分を前記キャビティ内で形成するために、材料を前記射出成形型の前記キャビティ内に注入するように、前記注入器を動作させ、前記成形部分が前記印刷部分に結合して前記３次元物体を形成するように構成されているコントローラとを備えるシステム。
【請求項２】
前記コントローラが、
支持層を形成するために、支持材の液滴を前記プラテン上に噴射するように、前記噴射器ヘッドを動作させ、
前記印刷部分を形成するために、造形材の液滴を前記支持層上に噴射するように、前記噴射器ヘッドを動作させるようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記コントローラが、
前記支持材に当接する少なくとも１つの起伏のある表面を有する前記印刷部分を形成するために、造形材の前記液滴を噴射するように、前記噴射器ヘッドを動作させるようにさらに構成されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記コントローラが、
前記印刷部分を形成するために、第１の造形材の液滴、及び第２の造形材の液滴を、前記プラテン上に噴射するように、前記噴射器ヘッドを動作させるようにさらに構成され、前記第１の造形材が、前記第２の造形材とは色が異なり、前記印刷部分の前記第１の造形材、及び前記印刷部分の前記第２の造形材は、前記印刷部分内に配置されて前記印刷部分の表面に画像を形成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
３次元物体を製造するシステムであって、
プラテン及び噴射器ヘッドを有し、材料の液滴を前記プラテン上に噴射して前記プラテン上に印刷部分を形成するように構成された３次元物体プリンタと、
３次元物体を形成するように構成された、キャビティを有する射出成形型と、材料を前記キャビティ内に注入するように構成された注入器とを有する射出成形システムと、
前記印刷部分を、前記３次元物体プリンタから、前記射出成形型の前記キャビティ内に移動させるように構成されたアクチュエータと、
前記３次元物体プリンタ、前記射出成形型、及び前記アクチュエータに動作可能に接続されたコントローラであって、
前記印刷部分をプラテン上に形成するために、材料の液滴を前記プラテン上に噴射するように、前記噴射器ヘッドを動作させ、
前記キャビティを画定する内面に凹部が存在しており、前記プラテン上の前記印刷部分を射出成形型の前記キャビティ内に移動させると共に、前記プラテンを前記凹部に配置するように、前記アクチュエータを動作させ、
成形部分を前記キャビティ内で形成するために、材料を前記射出成形型の前記キャビティ内に注入するように、前記注入器を動作させて、前記成形部分が前記印刷部分に結合して前記３次元物体を形成し、
前記注入器が動作して前記成形部分が形成された後で、前記プラテンと、形成された前記プラテン上の３次元物体とを前記射出成形型から除去するように、前記アクチュエータを動作させるように構成されているコントローラとを備えるシステム。
【請求項６】
前記コントローラが、
支持層を形成するために、支持材の液滴を前記プラテン上に噴射するように、前記噴射器ヘッドを動作させ、
前記印刷部分を形成するために、造形材の液滴を前記支持層上に噴射するように、前記噴射器ヘッドを動作させるようにさらに構成されている、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記コントローラが、
前記支持材に当接する少なくとも１つの起伏のある表面を有する前記印刷部分を形成するために、造形材の前記液滴を噴射するように、前記噴射器ヘッドを動作させるようにさらに構成されている、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記コントローラが、
前記印刷部分を形成するために、第１の造形材の液滴、及び第２の造形材の液滴を、前記プラテン上に噴射するように、前記噴射器ヘッドを動作させるようにさらに構成され、前記第１の造形材が、前記第２の造形材とは色が異なり、前記印刷部分の前記第１の造形材、及び前記印刷部分の前記第２の造形材は、前記印刷部分内に配置されて前記印刷部分の表面に画像を形成する、請求項５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される装置及び方法は、３次元物体の製造に関し、より詳細には、デジタル積層造形及び射出成形に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル積層造形としても知られるデジタル３次元物体の製造とは、デジタルモデルから、実質的にいかなる形状の３次元の立体をも製造する工程である。３次元物体印刷は、積層工程であり、ここでは、１つ以上の噴射器ヘッドが、様々な形状で、基板上に材料の層を連続して噴射する。基板は、プラットフォームに動作可能に接続されたアクチュエータの動作により、３次元的に移動させることができるプラットフォーム上に支持されているか、又は噴射器ヘッドが、物体を形成する層を生成するために、噴射器ヘッドの移動制御のための１つ以上のアクチュエータに動作可能に接続されている。３次元物体印刷は、従来の物体形成技術とは区別することができる。従来の物体形成技術は、切断又は掘削等の減法により、工作物から材料を除去することにほとんど依存している。これらの技術を使用して３次元印刷部分を製造することが、少量の小さくかつ細かな部品を生産するためには理想的である。しかし、大型部品の大量生産のためには、これらの技術は、射出成形等の多くの従来の製造技術より遅く、かつ高価である恐れがある。
【０００３】
射出成形とは、３次元物体を製造する方法であり、ここでは溶融材料が、型に注入され、冷却され、物体が形成される。材料が冷却されると、型が開けられ、形成された物体が解放される。その後、型を閉じることができ、別の射出サイクルが、別の物体を生産するために実施されてもよい。したがって、射出成形技術は、多数の比較的簡単な部品にとっては理想的である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
デジタル積層造形技術を用いて、３次元物体の製造において、射出成形技術で達成可能な、高速かつ向上したスループットを得ることができれば、有益であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
射出成形を使用して３次元印刷部分を仕上げる方法が、印刷部分を形成するために、材料の液滴をプラテン上に噴射するように、３次元物体プリンタの噴射器ヘッドを動作させるステップと、印刷部分を、プラテンから、射出成形システムの射出成形型のキャビティに移動させるために、アクチュエータを動作させるステップであって、キャビティが、３次元物体を成形するように構成されているステップと、射出成形型を閉じるために、別のアクチュエータを動作させるステップと、成形部分をキャビティ内で形成するために、材料を射出成形型のキャビティ内に注入するように、射出成形システムの少なくとも１つの注入器を動作させるステップであって、成形部分が、射出成形型のキャビティ内で３次元物体を形成するために、印刷部分に隣接するステップと、射出成形型を開け、３次元物体を射出成形型のキャビティから解放するために、別のアクチュエータを動作させるステップとを含む。
【０００６】
射出成形を使用して３次元印刷部分を仕上げる方法が、３次元物体の第１の部分を形成するために、３次元物体プリンタを動作させるステップと、３次元物体の第２の部分を、３次元物体の第１の部分上に形成するために、射出成形システムを動作させるステップであって、第１の部分及び第２の部分が、３次元物体を形成するために隣接するステップとを含む。
【０００７】
射出成形を使用して３次元印刷部分を仕上げるシステムが、プラテンと、印刷部分をプラテン上に形成するために、材料の液滴をプラテン上に噴射するように構成された噴射器ヘッドとを有する３次元物体プリンタと、３次元物体を形成するように構成された、キャビティを有する射出成形型と、材料をキャビティ内に注入するように構成された注入器とを有する射出成形システムと、印刷部分を、３次元物体プリンタから、射出成形型のキャビティに移動させるように構成されたアクチュエータと、３次元物体プリンタ、射出成形型、及びアクチュエータに動作可能に接続されたコントローラであって、印刷部分をプラテン上に形成するために、材料の液滴をプラテン上に噴射するように、噴射器ヘッドを動作させ、印刷部分を、プラテンから射出成形型のキャビティに移動させるために、アクチュエータを動作させ、成形部分をキャビティ内で形成するために、材料を射出成形型のキャビティ内に注入するように、注入器を動作させ、成形部分が、３次元物体を形成するために、印刷部分に隣接するコントローラとを備える。
【０００８】
上記の態様と、射出成形の態様をデジタル積層造形に組み込むシステム及び方法の他の特徴が、添付の図面を用いて以下の記載に説明されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本開示に従って製造された３次元物体を示す図である。
【図２】図２は、図１の３次元物体の破断図である。
【図３】図３は、射出成形を使用して３次元印刷部分を仕上げるためのシステムを示す図である。
【図４】図４は、射出成形を使用して３次元印刷部分を仕上げるための方法を示す図である。
【図５】図５は、図１の物体の印刷部分に印刷がなされたプラテンを示す図である。
【図６】図６は、射出成形型のキャビティ内に配置されたプラテンを示す図である。
【図７】図７は、閉位置にあり、かつプラテンが射出成形型のキャビティ内に配置された射出成形型を示す図である。
【図８】図１の物体の成形部分が射出成形型のキャビティ内に形成された射出成形型を示す図である。
【図９】図１の形成された物体を解放するために開位置にある射出成形型を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書に開示される方法及びシステムの環境、並びにこの方法及びシステムの詳細を全般的に理解するために、図面が参照される。図面では、同様の参照数字が、同様の要素を表す。
【００１１】
図１は、本開示に従って製造された３次元物体１００を示している。物体１００は、印刷部分１０４及び成形部分１０８を有する。印刷部分１０４は、３次元物体プリンタで印刷される。成形部分１０８は、射出成形システムを使用して、印刷部分１０４上に直接形成される。いくつかの実施形態では、印刷部分１０４は、少なくとも１つの起伏のある表面１１２を有する。いくつかの実施形態では、印刷部分１０４は、少なくとも１つの表面上に画像１１６を含む。図２は、物体１００の破断図を示している。
【００１２】
図３は、射出成形を使用して３次元印刷部分を仕上げるためのシステム３００を示している。システム３００は、３次元物体プリンタ３０４を含む。プリンタ３０４は、材料の液滴をプラテン３１２上に噴射し、物体１００の印刷部分１０４等の３次元物体を形成するように構成された噴射器ヘッド３０８を含む。いくつかの実施形態では、噴射器ヘッドは、支持材の液滴をプラテン３１２上に噴射するように構成された、第１の複数の噴射器と、造形材の液滴をプラテン３１２上に噴射するように構成された、第２の複数の噴射器とを含む。さらなる実施形態では、噴射器ヘッドの第２の複数の噴射器が、複数の色の造形材の液滴を噴射するように構成されている。プリンタ３０４は、材料の液滴をプラテン３１２に向かって噴射させるために、噴射器ヘッド３０８の噴射器を動作させ、印刷すべき３次元物体のデジタル画像データを参照して、材料の層を形成するように構成されたコントローラ３１６をさらに含む。いくつかの実施形態では、デジタル画像データは、色データを含み、コントローラ３１６は、噴射器ヘッド３０８を動作させ、複数の色の物体、及び表面に画像を有する物体を形成する。
【００１３】
システム３００は、物体の印刷部分に直接一部を成形することにより物体を仕上げるように構成された、射出成形システム３２０を含む。図３に示される実施形態では、射出成形システム３２０は、成形部分１０８を印刷部分１０４に直接成形し、物体１００を形成するように構成されている。いくつかの実施形態では、射出成形システム３２０は、上部３２４及び下部３２８を有する射出成形型３２２を含む。上部３２４及び下部３２８は、互いに分離可能に構成されており、これにより、印刷部分１０４が、キャビティ３３２内に配置されることが可能になる。キャビティ３３２は、物体１００を成形するように構成されている。一実施形態では、下部３２８は、キャビティ３３２に隣接して配置された凹部３３６を含む。キャビティ３３２は、プラテン３１２を受けるように構成されており、このため印刷部分１０４は、プラテン３１２が凹部に配置された場合、キャビティ内に収まる。いくつかの実施形態では、上部３２４が所定の位置に固定され、下部３２８が、移動して上部３２４と連結するように構成されている。いくつかの実施形態では、下部３２８は、上部３２４の孔３４４と合致する突出部３４０を有する。突出部３４０は孔３４４と連結し、下部３２８が、一緒にされた場合、上部３２４と適切に整列することが確実になる。射出成形型３２２が閉じられた場合、射出成形システム３２０の注入器３４８が、溶融材料を、少なくとも１つのスプル３５２を介してキャビティ３３２内に注入するように動作する。
【００１４】
いくつかの実施形態では、システムコントローラ３６０が、プリンタ３０４、射出成形型３２２、アクチュエータ３５６を動作させるために設けられている。システムコントローラ３６０は、プリンタ３０４のコントローラ３１６、射出成形型３２２、及びアクチュエータ３５６のそれぞれに動作可能に接続されており、コマンドを送信し、これらの構成要素のそれぞれの動作を制御するように構成されている。アクチュエータ３５６は、プラテン３１２を、３次元物体プリンタ３０４と射出成形システム３２０との間で移動させるように構成されている。図３では、アクチュエータ３５６は、ロボットアームとして描かれているが、アクチュエータ３５６は、プラテン３１２をプリンタ３０４から移動させ、かつプラテン３１２を射出成形型３２２内に配置するのに適したいかなる機構を含んでもよい。
【００１５】
射出成形を使用して３次元印刷部分を仕上げるための方法４００が、図４に示されている。この工程の説明では、工程が何らかの作業又は機能を実施するという記述は、コントローラ又はプロセッサに動作可能に接続されたメモリに格納済みのプログラム命令を実行するコントローラ又は汎用プロセッサが、データを操作するか、又はプリンタの１つ以上の構成要素を動作させ、この作業又は機能を実施するということを指している。上述のコントローラ３６０は、このようなコントローラ又はプロセッサであってもよい。或いは、コントローラ３６０は、１つより多いプロセッサ、並びに関連する回路及び構成要素と共に実現される可能性がある。これらのそれぞれは、本明細書に説明される１つ以上の作業又は機能を実施するように構成されている。
【００１６】
方法４００が実行される場合、方法４００は、材料の液滴をプラテン上に噴射し、印刷部分を形成するために、噴射器ヘッドを動作させることによって開始する（ブロック４０４）。システムコントローラ３６０は、材料の液滴をプラテン３１２上に噴射して、物体１００の印刷部分１０４を形成するために、コマンドを３次元物体プリンタ３０４のコントローラ３１６に送信し、噴射器ヘッド３０８の噴射器を動作させる。図５に示されるように、一実施形態では、コントローラ３１６が、支持層５０４を形成するために、噴射器ヘッド３０８における第１の複数の噴射器をまず動作させ、支持材の液滴を噴射させる。次に、コントローラ３１６は、物体１００の印刷部分１０４を形成するために、噴射器ヘッド３０８の第２の複数の噴射器を動作させ、造形材の液滴を噴射させる。一実施形態では、コントローラ３１６は、支持層５０４と当接する起伏のある表面を有する印刷部分を形成するために、噴射器ヘッド３０８を動作させる。別の実施形態では、コントローラ３１６は、少なくとも一方の表面に画像を有する印刷部分１０４を形成するために、噴射器ヘッド３０８を動作させ、複数の色の造形材を噴射させる。図５はまた、物体１００の成形部分１０８の外形を点線で示している。この部分は、まだ形成されていない。
【００１７】
次に、方法４００では、アクチュエータを動作させ、印刷部分を射出成形型のキャビティに移動させる。キャビティは、３次元物体を成形するように構成されている（ブロック４０８）。システムコントローラ３６０は、アクチュエータ３５６を動作させ、印刷部分１０４を、３次元物体プリンタ３０４から射出成形型３２２のキャビティ３３２内に移動させる。図６に示されるように、一実施形態では、システムコントローラ３６０がアクチュエータを動作させ、プリンタ３０４から、プラテン３１２上に印刷部分１０４を有するプラテン３１２を取り外す。アクチュエータは、印刷部分１０４を有するプラテン３１２を射出成形型のキャビティ３３２内に移動させ、プラテン３１２を凹部３３６に配置する。図７に示されるように、プラテン３１２が凹部３３６に配置された後、システムコントローラ３６０は、射出成形システム３２０を動作させ、射出成形型３２２を閉位置に移動させる。
【００１８】
次に、方法４００では、材料をキャビティ内に注入するために注入器を動作させ、キャビティ内で成形部分を形成する。成形部分は、印刷部分に隣接し、３次元物体が形成される（ブロック４１２）。システムコントローラ３６０は、注入器３４８を動作させ、溶融材料をスプル３５２を介してキャビティ３３２内に注入する。図８に示されるように、材料が冷却され、物体１００の成形部分１０８が形成される。成形部分１０８は、印刷部分１０４と接合し、物体１００の全体が形成される。図９に示されるように、物体１００が形成され、冷却された後、システムコントローラ３６０が、射出成形システム３２０を動作させ、射出成形型３２２を開位置に動かし、物体１００を解放する。いくつかの実施形態では、システムコントローラ３６０は、アクチュエータ３５６を動作させ、プラテン３１２及び仕上がった物体１００を、射出成形型３２２から除去する。物体１００のより複雑な機構を３次元物体プリンタで形成し、かつより単純な機構を射出成形で形成することにより、物体１００を生産するための時間が、プリンタで物体全体を形成するのに必要な時間よりも低減する。また、画像１１６等の印刷部分１０４上の印をプリンタによって生産することができ、このため印が物体ごとに変化する一方で、形成される物体のすべてに共通の機構は、射出成形システムを用いて作られるため、この工程には、より柔軟性がある。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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