(57)【要約】  可融性粉末を焼結するための独立して動作可能な印刷スレッドと、焼結層上に可融性粉末層を積層するための独立して動作可能な粉末分配スレッドとを利用した、三次元物体の製造のための方法が開示されている。印刷スレッドおよび粉末分配スレッドは独立して動作可能であり、印刷条件および材料によって焼結と積層間の時間を変更することができ、結果として三次元物体の層間の結合が強化される。
2021503398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末から三次元物体を製造するための方法であって、前記方法が、
印刷スレッド上に設けられたプリントヘッドが、造形領域を横切って第一の方向に移動することで、前記造形領域に積層された粉末層上に吸収材を印刷する工程と、
第一の放射線源が前記造形領域を横切って前記第一の方向に移動することによって、前記吸収材が印刷された前記粉末層を焼結する工程と、
分配スレッドが前記造形領域を横切って前記第一の方向に移動することで、前記造形領域に別の粉末層を積層する工程と、を含み、前記分配スレッドが前記印刷スレッドから独立して動作可能である、方法。
【請求項２】
焼結中の前記造形領域の表面温度を検出する工程と、
前記検出された温度の結果として前記別の粉末層の積層を開始する工程と、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記粉末層の前記焼結が完了している間に別の粉末層の積層が開始する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第一の放射線源が前記印刷スレッド上に設けられた、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記分配スレッド上に設けられた第二の放射線源が前記造形領域を横切って前記第一の方向に移動することによって、前記別の粉末層を予熱する工程をさらに含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第二の放射線源が、前記分配スレッドが前記造形領域を横切って前記第一の方向に移動している時に、前記別の粉末層を積層するための前記分配スレッド上に設けられた分配装置に従う、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記分配スレッドが前記造形領域を横切って前記第一の方向とは反対の第二の方向に移動して戻る工程をさらに含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記分配スレッド上に設けられた前記第二の放射線源が前記造形領域を横切って前記第二の方向に移動して戻る時に、前記別の粉末層を予熱する工程をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記印刷スレッドが前記造形領域を横切って前記第一の方向とは反対の第二の方向に移動して戻る工程をさらに含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第一の放射線源の強度および／または波長を予熱強度および／または予熱波長に調整する工程と、
前記印刷スレッド上に設けられた前記第一の放射線源が前記造形領域を横切って前記第二の方向に移動して戻る時に、前記別の粉末層を予熱する工程と、をさらに含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記プリントヘッドのアラインメントを調整する工程と、
前記プリントヘッドが前記造形領域を横切って前記第二の方向に移動して戻る時に、前記吸収材を前記別の粉末層に印刷する工程と、をさらに含む請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記分配スレッド上に設けられた前記第二の放射線源が前記造形領域を横切って前記第一の方向に移動することによって、前記別の粉末層を前記造形領域に積層する前に、前記吸収材が印刷された前記粉末層を焼結する工程と、をさらに含む請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第二の放射線源が、前記分配スレッドが前記造形領域を横切って前記第一の方向に移動している時に、前記別の粉末層を積層するための前記分配スレッド上に設けられた前記分配装置を導く、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記分配スレッドが、前記造形領域を横切って前記第一の方向とは反対の第二の方向に移動して戻る工程をさらに含む、請求項１〜４、１２、または１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記分配スレッド上に設けられた前記第二の放射線源が前記造形領域を横切って前記第二の方向に移動して戻る時に、前記別の粉末層を予熱する工程をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記分配スレッドが前記造形領域を横切って前記第二の方向に移動して戻る時に、前記第二の放射線源の強度および／または波長を予熱強度および／または予熱波長に調整する工程をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記印刷スレッドが前記造形領域を横切って前記第二の方向に移動して戻る工程をさらに含む、請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記第一の放射線源の前記強度および／または前記波長を前記予熱強度および／または前記波長に調整する工程と、
前記印刷スレッド上に設けられた前記第一の放射線源が前記造形領域を横切って前記第二の方向に移動して戻る時に、前記別の粉末層を予熱する工程と、をさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記プリントヘッドの前記アラインメントを調整する工程と、
前記プリントヘッドが前記造形領域を横切って前記第二の方向に移動して戻る時に、前記吸収材を前記別の粉末層に印刷する工程と、をさらに含む請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第一の放射線源が、前記印刷スレッドが前記造形領域を横切って前記第一の方向に移動する時に、前記印刷スレッド上の前記プリントヘッドに従う、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記粉末層を焼結するために前記第一の放射線源が前記第一の方向に移動することと、前記粉末材料に基づいて、前記別の粉末層を積層するために前記分配スレッドが前記第一の方向に移動することとの間の時間を調整する工程をさらに含む、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
粉末から三次元物体を製造するための方法であって、前記方法が、
印刷スレッド上に設けられたプリントヘッドが、造形領域を横切って第一の方向に移動することで、前記造形領域に積層された粉末層上に吸収材を印刷する工程と、
第一の放射線源が前記造形領域を横切って前記第一の方向とは反対の第二の方向に移動して戻ることによって、前記吸収材が印刷された前記粉末層を焼結する工程と、
分配スレッドが前記造形領域を横切って前記第二の方向に移動することで前記造形領域に別の粉末層を積層する工程と、を含み、前記分配スレッドが前記印刷スレッドから独立して動作可能である、方法。
【請求項２３】
焼結中の前記造形領域の表面温度を検出する工程と、
前記検出された温度の結果として前記別の粉末層の積層を開始する工程と、をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記粉末層の前記焼結が完了している間に前記別の粉末層の積層が開始する、請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記第一の放射線源が前記印刷スレッド上に設けられた、請求項２２〜２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記分配スレッド上に設けられた第二の放射線源が前記造形領域を横切って前記第二の方向に移動することによって、前記別の粉末層を予熱する工程をさらに含む、請求項２２〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記第二の放射線源が、前記分配スレッドが前記造形領域を横切って前記第二の方向に移動している時に、前記別の粉末層を積層するための前記分配スレッド上に設けられた分配装置に従う、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記分配スレッドが前記造形領域を横切って前記第一の方向に移動して戻る工程をさらに含む、請求項２２〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記分配スレッド上に設けられた前記第二の放射線源が前記造形領域を横切って前記第一の方向に移動して戻ることによって、前記別の粉末層を予熱する工程をさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記分配スレッド上に設けられた前記第二の放射線源が前記造形領域を横切って前記第二の方向に移動することによって、前記別の粉末層を前記造形領域に積層する前に前記吸収材が印刷された前記粉末層を焼結する工程をさらに含む、請求項２２〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記第二の放射線源が、前記分配スレッドが前記造形領域を横切って前記第二の方向に移動している時に、前記別の粉末層を積層するための前記分配スレッド上に設けられた分配装置を導く、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記分配スレッドが前記造形領域を横切って前記第一の方向に移動して戻る工程をさらに含む、請求項２２〜２５、または２９〜３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
前記分配スレッドが前記造形領域を横切って前記第一の方向に移動して戻る時に、前記第二の放射線源の強度および／または波長を予熱強度および／または波長に調整する工程と、
前記分配スレッド上に設けられた前記第二の放射線源が前記造形領域を横切って前記第一の方向に移動して戻る時に前記別の粉末層を予熱する工程と、をさらに含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記粉末層を焼結するために前記第一の放射線源が前記第二の方向に移動することと、粉末材料に基づいて、前記別の粉末層を積層するために前記分配スレッドが前記第二の方向に移動することとの間の時間を調整する工程をさらに含む、請求項２２〜３３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３５】
前記印刷スレッドおよび前記分配スレッドが同一のレール上に設けられた、請求項１〜３４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３６】
前記第一の放射線源および／または前記第二の放射線源が赤外線源を備える、請求項１〜３５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３７】
請求項１〜３６のいずれか一項に記載の方法を使用して粉末から三次元物体を製造するための装置。
【請求項３８】
請求項３７の前記装置のコントローラによって実行される時に、前記装置に請求項１〜３６のいずれか一項に記載の方法の工程を実行させる命令を含む、コンピュータプログラムまたは一連の命令コード。
【請求項３９】
請求項３７の前記装置のコントローラによって実行される時に、前記装置に請求項１〜３６のいずれか一項に記載の方法の工程を実行させる命令を含む、コンピュータ可読媒体。
【請求項４０】
粉末から三次元物体を製造するための装置のためのコントローラであって、前記コントローラが、
粉末層で覆われた造形領域を横切って移動するように印刷スレッドを制御し、
前記印刷スレッドが前記造形領域を横切って移動する間に前記粉末層上に吸収材を印刷するように１つ以上のプリントヘッドを制御し、
前記吸収材の印刷後に前記粉末層を照射するように放射線源を制御し、
前記印刷スレッドとは独立して前記造形領域を横切って移動するスプレッダー装置を備える積層スレッドを前記造形領域上に新しい粉末層を積層し、前記積層スレッドの移動が前記焼結層の温度を検知するセンサーからの温度データに応答して開始するように制御するために、データストアからの命令を受信するように構成された、コントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、三次元物体の製造のための方法および装置に関する。より具体的には、本技術は、三次元物体の製造のための装置で使用するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー焼結法（ＬＳ）および高速焼結法（ＨＳＳ）を使用した三次元物体の製造のための装置が知られている。ＬＳおよびＨＳＳの装置の両方とも、粉末状材料の層を積層する。ＬＳ装置は、レーザーを使用して粉末状材料内で物体層の形状をトレースし、粉末状材料を焼結する。次いで粉末状材料の別の層が積層され、次の物体層の形状がレーザーによってトレースされ、結果、三次元物体が製造される。ところが、レーザーは新しい各粉末層が追加される時に物体の形状をトレースすることを必要とするため、ＬＳは比較的長い時間がかかる。
【０００３】
レーザーが粉末状材料の各層の物体の形状をトレースする必要のあるＬＳとは対照的に、高速焼結法（ＨＳＳ）プロセスを使用することもできる。ＨＳＳでは、放射線吸収材料（ＲＡＭ）が各物体層の形状で粉末層の上に、一般にはプリントヘッドまたはプリントヘッドの列を１回通過する中で印刷される。それぞれの印刷層に、ＲＡＭが塗布された粉末のみが融合されるように、造形領域全体に放射線源（例えば、赤外線）を照射する。これにより、造形時間が実質的に減少する。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の態様を添付の独立請求項に記載し、特定の実施形態の詳細を添付の従属請求項に記載している。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
以降、以下に示す添付の図面を参照して実施形態を説明する。
【図１】図１は、三次元物体の製造のための装置を概略的に図示する。
【図２】図２は、装置の構成要素の切断図を概略的に図示する。
【図３】図３は、装置の構成要素の別の切断図を概略的に図示する。
【図４】図４は、装置の構成要素の別の切断図を概略的に図示する。
【図５】図５は、攪拌器の実施形態を概略的に図示する。
【図６Ａ】図６Ａは、粉末分配スレッドおよび印刷スレッドの配置を概略的に図示する。
【図６Ｂ】図６Ｂは、粉末分配スレッドおよび印刷スレッドの配置を概略的に図示する。
【図６Ｃ】図６Ｃは、粉末分配スレッドおよび印刷スレッドの配置を概略的に図示する。
【図６Ｄ】図６Ｄは、粉末分配スレッドおよび印刷スレッドの配置を概略的に図示する。
【図７】図７は、三次元物体の製造のための装置の操作方法のプロセスフローを図示する。
【図８】図８は、三次元物体の製造のための装置の操作方法の別のプロセスフローを図示する。
【図９】図９は、三次元物体の製造のための装置の操作方法の別のプロセスフローを図示する。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下の開示は、粉末から三次元物体を製造するための方法を説明する。方法は、印刷スレッド上に設けられたプリントヘッドが造形領域を横切って第一の方向に移動することによって造形領域に積層された粉末層上に吸収材を印刷する工程と、第一の放射線源が造形領域を横切って第一の方向に移動することによって吸収材が印刷された粉末層を焼結する工程と、分配スレッドが造形領域を横切って第一の方向に移動することによって造形領域に別の粉末層を積層する工程とを含み、分配スレッドは印刷スレッドから独立して動作可能である。
【０００７】
以下の開示は、粉末から三次元物体を製造するための方法をさらに説明する。方法は、印刷スレッド上に設けられたプリントヘッドが造形領域を横切って第一の方向に移動することによって造形領域に積層された粉末層上に吸収材を印刷する工程と、第一の放射線源が造形領域を横切って、第一の方向とは反対の第二の方向に移動して戻ることによって吸収材が印刷された粉末層を焼結する工程と、分配スレッドが造形領域を横切って第二の方向に移動することによって造形領域に別の粉末層を積層する工程とを含み、分配スレッドは印刷スレッドから独立して動作可能である。
【０００８】
以下の開示は、本明細書に記載の方法を用いて粉末から三次元物体を製造するための装置をさらに説明する。
【０００９】
以下の開示は、粉末から三次元物体を製造するための装置用のコントローラをさらに説明する。コントローラは、粉末層で覆われた造形領域を横切って移動するように印刷スレッドを制御し、印刷スレッドが造形領域を横切って移動する間に粉末層上に吸収材を印刷するように１つ以上のプリントヘッドを制御し、吸収材の印刷後に粉末層を照射するように放射線源を制御し、積層スレッドの移動が焼結層の温度を検知するセンサーからの温度データに応答して開始するように、印刷スレッドとは独立して造形領域を横切って移動するスプレッダー装置を備える積層スレッドを造形領域上に新しい粉末層を積層するように制御するために、データストアからの命令を受信するように構成される。
【００１０】
以下の開示は、このようなコントローラによって実行される時に、本装置に粉末から三次元物体を製造するための方法を実行させる命令を含む、コンピュータプログラムまたは一連の命令コードをさらに説明する。また、このような命令を含むコンピュータ可読媒体が設けられている。
【００１１】
ここで実施形態を詳細に参照していくが、その例は添付の図面に図示されている。以下の詳細な説明では、関連する教示内容を完全に理解できるよう、例として多数の具体的な詳細が記載されている。しかし、当業者であればこれらの具体的な詳細がなくとも本教示を実施しうることが明らかであろう。
【００１２】
図１は、高速焼結法（ＨＳＳ）を使用する三次元物体の製造のための装置１を概略的に図示している。装置１は、造形粉末から三次元物体を製造する。造形粉末は、ＰＡ１１、ＰＡ１２、ＰＡ６、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリウレタン、またはその他のポリマーなどの熱可塑性高分子材料であってもよく、またはこれを含んでいてもよい。装置の放射線源によって達成可能な焼結温度、また金属粉末またはセラミック粉末が特定の波長を吸収しないかどうかによって、一部の金属またはセラミックもまた、装置に対応可能である。
【００１３】
装置１は、造形粉末を貯蔵するための保持タンク４１０を備える。造形粉末は、必要に応じて保持タンク４１０内に積層される。１つの実施形態によると、新しい「未使用」粉末は保持タンク４１０内に積層される。新しい粉末は、以前に装置１で使用されていない粉末と考えられる。後で詳細に論じるように、別の実施形態によると、装置１のサイクル中に焼結されない過剰な粉末は、保持タンク４１０に戻され、かつ未使用粉末と混合されてもよい。装置１のサイクルは、粉末状材料の層が造形領域に積層された時に開始されると考えられる。次いで、放射線吸収材料（ＲＡＭ）が粉末状材料の層に印刷され、造形領域全体が放射線源に露出されて粉末を焼結する。焼結後、造形領域が下降され、これがサイクルの終了と見なされる。粉末状材料の別の層が造形領域内に積層された時、装置の次のサイクルが開始したと考えられる。
【００１４】
装置１はまた、レール４５０上のベアリング４８０上に配置された粉末分配スレッド３００と印刷スレッド３５０を備える。レール４５０は、装置１の作業表面１７０の上にスレッド３００、３５０を吊るす。作業表面１７０は、造形チャンバー２００の上部に設けられた造形領域１９０を含む。セラミックランプなどのオーバーヘッドヒーター４６０が造形領域１９０の上に設けられていてもよく、戻りスロット２１０は、例えば図１に図示したように、造形領域１９０の一方の側に提供されてもよい。
【００１５】
当技術分野で公知のように、造形粉末は圧縮される可能性があり、結果として保持タンク４１０からの粉末の流れを阻害する。これを防止するために、粉末が自由に流動し続けるように、保持タンク４１０に攪拌装置４２０を備えていてもよい。１つの実施形態によると、保持タンク４１０への導入後、粉末は連続的に攪拌されうる。別の実施形態によると、保持タンク４１０への導入後、粉末は定期的に攪拌されうる。
【００１６】
図２は、装置１の構成要素の切断図を概略的に図示する。粉末は入口４２６を通って保持タンク４１０に入り、出口４２８から保持タンク４１０を出る。保持タンク４１０を出る時、出口４２８を経由して、粉末は供給管４３０内に移動する。出口４２８は、保持タンク４１０の底部に位置してもよく、または保持タンク４１０の壁上に位置してもよい。図３は、保持タンク４１０の床の上の、保持タンク４１０の壁上に位置する出口４２８を図示する。この場所では、出口４２８の下の粉末が使用されるように、タンク４１０内で攪拌装置４２０を使用することが必要となる場合がある。
【００１７】
粉末は出口４２８を通って供給管４３０へと流動する。供給管４３０は、供給管４３０内に配置された攪拌器を備えてもよく、これは粉末の供給管４３０に沿った送達管４４０への重力のみによる自由な流動を補助する。攪拌器を、図５を参照しながら以下でより詳細に説明する。その後、粉末は入口１００で送達管４４０に入る。
【００１８】
送達管４４０は、送達管４４０内に配置された送達機構を備え、粉末の送達管４４０に沿った入口１０１と粉末貯蔵部１１５への移動を補助する。１つの実施形態によると、送達機構は送達管４４０内に設けられたオーガスクリュー４４５を備え、少なくとも送達管４４０の長さの大部分以内で延びる。オーガスクリューの直径は、オーガスクリュー４４５が送達管４４０内で回転できるように、送達管４４０の内径よりわずかに小さい。当技術分野で公知なように、オーガスクリュー４４５はらせん状ブレードを備え、送達管４４０内で回転させられた時に粉末を回転軸の方向に沿って運搬する。オーガスクリュー４４５は、回転軸に沿って粉末に力を与えることによって、入口１００から送達管４４０に沿って粉末貯蔵部１１５の入口１０１に向かって粉末を運搬するように配置されうる。１つの実施形態によると、送達管４４０は、送達管４４０が重力方向に対して上向きに角度を付けられるように、垂直方向に対してある角度で配置されうる。
【００１９】
１つの実施形態によると、図３に図示するように、供給管４３０は、送達管４４０とオーガスクリュー４４５の長さに沿った途中に位置する入口１００で送達管４４０に連結される。例えば、供給管４３０は、粉末送達の方向に対して、下流端により近い場所で送達管４４０に連結されうる。保持タンク４１０、供給管４３０および送達管４４０の上述の配置により、保持タンク４１０を装置１の作業台レベル（作業表面１７０）の下に収容することができ、作業表面１７０に達するために粉末を運搬する必要のある垂直高さを最小化し、供給管４３０の送達管４４０への接続点１００の下に空間を設け、ここでその他の管が送達管４４０に連結されうる。
【００２０】
保持タンク４１０が加熱されない時、供給管４３０は、供給管４３０と送達管４４０の間の断熱材を介して送達管４４０から熱分離されうる。
【００２１】
図３に図示したように、送達管４４０は入口１０１で実質的に水平の粉末貯蔵部１１５に連結され、粉末貯蔵部は、例えば全体的に細長いスロットの形状を取ってもよい。オーガスクリュー４４５は、粉末を送達管４４０に沿って、入口１０１を介して貯蔵部１１５内に運搬する。入口１０１は供給点として作用し、粉末を貯蔵部１１５へと供給する。図３は、貯蔵部１１５の一方端に接続された送達管４４０を図示するが、送達管４４０は、貯蔵部１１５に沿った任意の場所、例えば貯蔵部１１５の一方端で、または一方端の近くで、または貯蔵部１１５の長さに沿って約半分の中間地点で連結されうる。別の実施形態によると、粉末が複数の入口１０１から貯蔵部１１５内に運搬されるように、２つ以上の送達管４４０および入口１０１が備えられていてもよい。
【００２２】
攪拌器１１０は、粉末貯蔵部１１５内に設けられていてもよい。粉末貯蔵部１１５内での攪拌器１１０の動作により、粉末が自由に流動する状態またはほぼ自由に流動する状態が保たれ、粉末が凝集するのを防止し、重力によって攪拌器の長さに沿って広がることが可能となる。図５は、例示的な攪拌器１１０を図示する。攪拌器１１０は、粉末貯蔵部１１５の長さに及ぶことができ、貯蔵部１１５の壁に接触することなく貯蔵部１１５内で回転できるようなサイズであってもよい。
【００２３】
図２〜４に図示したように、貯蔵部１１５は、貯蔵部１１５内で粉末が特定の量に達する時に粉末が出口１０２を通って流動し、送達管４４０に再導入されるように、出口１０２を備える。その結果、未使用の粉末は送達管４４０内に再循環される。出口１０２からの粉末は再循環管１５０に沿って移動する。再循環管１５０は、粉末が入り重力によって再循環管に沿って移動するように配置されてもよい。
【００２４】
図４に図示した実施形態によると、再循環管１５０は、再循環された未使用だが加熱された粉末が入口１０３で送達管４４０に入り、オーガスクリュー４４５によって送達管４４０に沿って運搬されるように、供給管４３０の上流にある地点で送達管４４０に連結されうる。供給管４３０からの未使用粉末は、オーガスクリュー４４５が供給管４３０からより多くの粉末を受け取る能力を有する時に、送達管４４０内の再循環粉末と混合されてもよい。
【００２５】
１つの実施形態によると、図２に図示したように、再循環管１５０は、例えば、図５を参照して上述されたように、重力による循環管１５０に沿った自由な流動を確保するために、再循環管１５０の全長または一部にわたり配置された、攪拌器１１０を備えてもよい。
【００２６】
図２〜４に戻り、作業表面１７０への粉末の送達を説明する。装置は、貯蔵部１１５の上部またはその付近に設けられた用量ブレード１６０を備える。用量ブレード１６０は、回転軸Ｃの周りを回転することができ、回転軸Ｃは貯蔵部１１５の長さ方向に沿って、中央に突出するピボットシャフト１６５を通って延びる軸である。用量ブレード１６０は、攪拌器１１０の上に設けられる。
【００２７】
用量ブレード１６０が１８０度回転する時、貯蔵部１１５の上部近くに蓄積した粉末が作業表面１７０上に押し出され、貯蔵部１１５の上面の長さに沿って作業表面１７０上に粉末の山を形成する。
【００２８】
次いで、粉末は、下記にさらに詳細に説明される粉末分配スレッド３００上に配置されたローラー３２０によって作業表面１７０全体に広げられる。ローラー３２０は、作業表面１７０全体に粉末を押し広げ、薄い粉末層で造形領域１９０を覆う。粉末層の厚さは、前の粉末層の上面に対して造形チャンバー２００の床２０５が下降された距離によって決定される。
【００２９】
製造される三次元物体５００は、造形チャンバー２００の造形領域１９０内に造形される。薄い粉末層は、造形チャンバー２００の床２０５全体に広げられる。下記で詳細に論じるように、粉末は印刷され焼結され、その後、造形チャンバー２００の床２０５が造形チャンバー２００内で下降し、次の粉末層が印刷された粉末層上に広げられる。各工程において造形チャンバー２００の床２０５が造形チャンバー２００内で各工程の層の厚さ分下降するにつれ、粉末層が、連続的な分配／印刷／焼結の工程によって造形される。
【００３０】
ローラー３２０の移動終了時点で造形領域１９０を覆うために使用されなかった過剰な粉末は、さらなる使用のために回収されうる。図２および４は、造形領域１９０の用量ブレード１６０側とは反対の側にある作業表面１７０に設けられた戻りスロット２１０を図示する。戻りスロット２１０は、ローラー３２０によって戻りスロット２１０内に押し入れられる過剰な粉末を受けるように配置されうる。１つの実施形態によると、フィルターまたはメッシュが戻りスロット２１０内に設けられ、望ましくない物体が装置１に入るのを防止する。望ましくない物体の例は、集塊、焼結／印刷からの破損部分、または類似の望ましくない物体である。
【００３１】
装置１は、造形領域１９０に粉末層を積層するために作業表面上の用量ブレードによって積層される粉末量を測定しない。代わりに、用量ブレードは各層の積層工程においてほぼ同じ量を供給するが、これは新しい粉末層に必要とされるよりも多い粉末であり、また必要でない過剰な粉末は戻りスロット２１０に押し入れられる。作業表面に過剰な粉末を供給することによって、造形領域にわたる粉末の均一な分配が達成されうる。
【００３２】
戻りスロット２１０は戻り管２２０に継合されている。戻り管２２０は、２つの管、すなわち上部戻り管２２０Ａおよび下部戻り管２２０Ｂを含みうる。戻りスロット２１０は、粉末が自由に流動する状態を維持するように攪拌器１１０を備えていてもよい。過剰な粉末は戻り管２２０に沿って移動する。戻り管２２０は、過剰な粉末が重力によって戻り管に沿って移動するように配置されてもよい。
【００３３】
戻り管２２０（下部戻り管２２０Ｂ）は、過剰な粉末が入口１０４において送達管４４０に入り、オーガスクリュー４４５によって送達管４４０に沿って運搬されるように、図４に図示したように、供給管４３０の上流にある地点において送達管４４０に連結されうる。供給管４３０からの未使用粉末は、オーガスクリュー４４５が供給管４３０からより多くの粉末を受け取る能力を有する時に、送達管４４０内の過剰な粉末と混合されてもよい。過剰な粉末は貯蔵部１１５に再び戻る。したがって、未使用の過剰な粉末は、戻り管２２０を介して送達管４４０に再循環される。１つの実施形態によると、管２２０に沿った粉末の自由な流動を確実にするために、攪拌器１１０が戻り管２２０の長さの全てまたは一部に設けられてもよい。
【００３４】
図２に図示したように、戻り管２２０は、過剰な粉末および再循環粉末が混ぜ合わされて同じ入口から送達管４４０に入るように、再循環管１５０に連結されうる。送達管４４０への入口点を最小限にするために、戻り管２２０と再循環管１５０を連結することが有益でありうる。さらに、送達管４４０に入る前に過剰な粉末と再循環粉末を混ぜ合わせることによって、送達管４４０に再導入される際に過剰な粉末と再循環粉末に同一の優先順位が与えられる。
【００３５】
別の方法として、戻り管２２０は、供給管４３０からの入口１００の上流にある、また例えば再循環管１５０の入口１０３の上流にある入口１０４で、送達管４４０に連結されてもよい。これは、再循環管１５０からの粉末よりも戻り管２２０からの粉末の使用を優先し、再循環管１５０からの粉末の使用を優先する。この配置を図４に図示する。
【００３６】
当然ながら、供給管４３０、再循環管１５０および戻り管２２０への言及は、円筒形の断面を有するものに限定するものではない。代わりに、管は、例えば、半円形、楕円形または長方形の断面などの任意の好適な断面を持ちうる。さらに、粉末貯蔵部１１５、供給管４３０、再循環管１５０および戻り管２２０はすべて、粉末の流路と見なされてもよい。さらに、粉末貯蔵部１１５、供給管４３０、再循環管１５０および／または戻り管２２０は、これらの粉末流路に沿って移動する時に粉末が自由に流動する状態を維持できるように、攪拌器を備えてもよい。
【００３７】
ここで粉末分配スレッド３００および印刷スレッド３５０の動作を参照すると、図１は、装置１の作業表面１７０の上に設けられた、２つの独立して動作可能なスレッド３００、３５０を図示する。図６Ａ〜６Ｄは、予熱源３１０およびローラー３２０を備える粉末分配スレッド３００ならびに赤外線ランプなどの焼結源３６０およびプリントヘッド３７０を備える印刷スレッド３５０の４つの異なるレイアウトを図示する。別の実施形態によると、粉末分配スレッド３００は、予熱源３１０を含まなくてもよい。代わりに、または追加的に、粉末を予熱するために、オーバーヘッドの放射線源が造形領域１９０の上に設けられていてもよい。
【００３８】
図６Ａ〜６Ｄに図示した粉末分配スレッド３００および印刷スレッド３５０の４つの異なるレイアウトについて、図１に図示したように、造形領域の一方の側にある貯蔵部から造形領域の反対側にある戻りスロットへの配置方向を基準にして説明する。
【００３９】
図６Ａは、図１の配置方向で、予熱源３１０、続いてローラー３２０を有する粉末分配スレッド３００と、その後の焼結源３６０、続いて１つ以上のプリントヘッド３７０を有する印刷スレッド３５０を図示する。
【００４０】
図６Ｂは、図１の配置方向で、ローラー３２０、続いて予熱源３１０を有する粉末分配スレッド３００と、その後の１つ以上のプリントヘッド３７０、続いて焼結源３６０を有する印刷スレッド３５０を図示する。
【００４１】
図６Ｃは、図１の配置方向で、予熱源３１０、続いてローラー３２０を有する粉末分配スレッド３００と、その後の１つ以上のプリントヘッド３７０、続いて焼結源３６０を有する印刷スレッド３５０を図示する。
【００４２】
図６Ｄは、配置方向で、ローラー３２０、続いて予熱源３１０を有する粉末分配スレッド３００と、その後の焼結源３６０、続いて１つ以上のプリントヘッド３７０を有する印刷スレッド３５０を図示する。
【００４３】
下記に説明する通り、図６Ａ〜６Ｄに図示したスレッドの配置のそれぞれは、製造工程において異なる順序を必要とし、各配置に独自の利点がある。
【００４４】
予熱源３１０および焼結源３６０は、モジュラー源または全幅の単一バルブの形態のハロゲンランプを含みうる赤外線源、赤外線（ＩＲ）発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイ、セラミックランプ、アルゴンランプ、またはその他の任意の好適な赤外線放射体である。
【００４５】
ＲＡＭを積層するために使用される１つ以上のプリントヘッド３７０は、Ｘａａｒ １００３プリントヘッドなどの、ＨＳＳ装置での使用に適した標準的なドロップオンデマンド・プリントヘッドであってもよい。例えば、Ｘａａｒ １００３プリントヘッドは、さまざまな液体中に懸濁されたまたは可溶なＲＡＭを積層することができ、また非常に効果的なインク再循環技術により、ＨＳＳプリンターの高温で厳しいかつ粒子の環境に十分に耐えることができる。
【００４６】
図１に戻ると、スレッド３００、３５０は、同じ駆動ベルトまたは異なる駆動ベルトを利用しうる各スレッド３００、３５０上に設けられたモーターを介して装置１の作業表面を横切って移動しうるが、当技術分野で公知のスレッドを移動させるその他の方法を利用してもよい。１つの実施形態によると、２つのスレッド３００、３５０は、同一のレール上で移動可能である。別の実施形態によると、２つのスレッド３００、３５０は、別個のレール上で移動可能である。一般的に、コンパクトな装置を可能にするために、レールのセットが互いに平行に配置される。
【００４７】
作業表面１７０上に粉末の山を堆積するための用量ブレード１６０の回転後、粉末分配スレッド３００は、装置の作業表面１７０を横切って移動する。ローラー３２０は、粉末層が広がり造形領域１９０を覆うように、作業表面１７０全体に粉末を押し広げ、過剰な粉末は戻りスロット２１０に押し入れられる。粉末分配スレッド３００が予熱源３１０をも備える時、粉末層は、ローラー３２０によって造形領域１９０にわたり広げられる際に予熱ランプ３１０によって加熱されうる。ところが、粉末分配スレッド３００が予熱源３１０を備えていない時、オーバーヘッド熱源が造形領域１９０の上に設けられていてもよい。
【００４８】
その後、プリントヘッド３７０によって造形される最終物体の各層のパターンを画定する画像データに従って、放射線吸収材料（ＲＡＭ）などの吸収材が造形領域１９０内の粉末層上に印刷されるように、印刷スレッド３５０は装置の作業表面１７０を横切って移動する。造形領域１９０における粉末層の印刷された部分は次に、焼結ランプ３６０が造形領域１９０全体を横切って移動する中で焼結され、吸収材を受けた粉末のみが融合するために十分に加熱されるという効果が得られる。
【００４９】
造形チャンバー２００の床２０５は造形チャンバー２００内で下降し、次の粉末層が、ローラー３２０によって作業表面１７０全体に広げられ、プロセスが再び開始する。
【００５０】
造形チャンバー床２０５は、造形層の厚さ分下降し、これは０.１ｍｍの範囲でありうる。
【００５１】
造形領域１９０へのアクセスを簡単にするために、レール４５０は互いに垂直にオフセットされうる。例えば、機械の後面のレールが作業表面１７０の高さよりも上にあり、レールの維持または清掃のためにアクセスできる一方で、前面のレールは、造形チャンバー２００に簡単にアクセスできるように作業表面１７０のレベルよりも下にあってもよい。
【００５２】
造形領域１９０に対するスレッド３００、３５０の位置は、各スレッド３００、３５０上に備えられた位置センサーによって監視されうる。位置センサーは、機械の固定した部分に目盛りが取り付けられた磁気センサー、回転エンコーダ、機械の固定した部分に目盛りが取り付けられた光学センサー、レーザー位置決めなどでありうる。
【００５３】
１つの実施形態によると、特定の一連の工程の結果として２つの連続的な印刷パスが可能な場合、第一の印刷パスは、例えば各ノズルの必要な濃度の部分のみを印刷することによって、印刷するパターンの５０％を堆積しうる。第二のパスの前に、プリントヘッド３７０が取り付けられた印刷スレッド３５０の一部は、造形領域の平面に平行な平面に沿ったレールに沿って、スレッドの移動方向と直角をなす方向に移動してもよい。第二のパス中、残りの印刷濃度がそれぞれの場所で、しかしながら同じ位置の異なるノズルによって印刷される。こうした２パス印刷プロセスにより、ノズルの性能の非均一性のバランスを取ることができ、より高品質の焼結物体を提供する。
【００５４】
この直角をなす移動を達成するために、印刷スレッド３５０の一部は、例えばモーターとスレッド３００上の直立セクションを押すカムによって移動されうる。また、例えば、プリントヘッド３７０のノズルが動作不能である時に、プリントヘッド３７０を垂直方向に動かすことが有利でありえ、それによって三次元物体の異なる層の印刷間で欠陥のあるノズルを印刷方向を横切って移動させる。これによって、完成した印刷済みの三次元物体全体にわたり欠陥のあるノズルの位置が連続的に外れることを防止する。プリントヘッド３７０の直角をなす動作は、数ミリメートルの範囲、またはノズル数個文の隔離距離のみの範囲であるうる。このような動作が垂直である必要はなく、造形表面の平面と平行な平面で別の方向に沿って、印刷方向と交差する方向でもよいことが明らかであろう。
【００５５】
当技術分野で公知のように、高速焼結法を用いる機械は、特に造形領域１９０の近傍で高温で動作する。例えば、造形領域の近傍の温度は約１８５℃でありうる。結果として、プリントヘッド３７０などの温度に敏感な機械要素を熱から遮蔽する必要がありうる。こうした遮蔽を提供するために、プリントヘッドの周りに断熱ハウジングを設けていてもよい。
【００５６】
オーバーヘッドヒーター４６０を造形領域の上に設けて、造形領域１９０の表面に均一な温度を提供していてもよい。オーバーヘッドヒーター４６０は、セラミックＩＲランプなど任意の固定赤外線源、またはその他の任意の好適な放射線源であってもよい。
【００５７】
造形領域１９０の温度を制御するために、熱フィードバックが提供されてもよい。例えば、造形領域１９０の表面温度は、ＩＲカメラなどの温度センサーで測定されうる。さらに、造形領域１９０の温度を、以下のうちの１つ以上またはそれらの組み合わせを変更することによって調節してもよい。
・造形チャンバーの壁および／または床の加熱：例えば、熱フォイルにより造形チャンバーの床２０５および壁を加熱することで、造形床２０５の温度は粉末の積層の前に上昇し、それによって必要な融合温度までの差が減少する；
・保持タンク内での造形粉末の加熱：供給される粉末の温度を制御することによって、必要な融合温度までの温度上昇が減少する；
・スレッド３００、３５０の速度の変更：粉末分配スレッド３００および／または印刷スレッド３５０がより速く移動する時、造形領域１９０はより短時間予熱源３１０および／または焼結源３６０に露出され、したがって造形の温度が減少する。反対に、粉末分配スレッド３００および／または印刷スレッド３５０がより遅く移動する時、造形領域１９０はより長時間にわたり予熱源３１０および／または焼結源３６０に露出され、したがって造形の温度が上昇する；
・熱源の放射強度の変更：予熱源３１０および／または焼結源３６０の強度が低下する時、造形領域の温度は低下する；反対に、予熱源３１０および／または焼結源３６０の強度が増加する時、造形領域の温度は上昇する；
・焼結源３６０の放射波長の変更：焼結源３６０の波長がプリントヘッド３７０によって印刷される放射線吸収材料のピーク吸収に最も近い時、温度の上昇がより速くなる；反対に、焼結源３６０の波長がプリントヘッド３７０によって印刷される放射線吸収材料のピーク吸収からより遠ざかる時、温度の上昇がより遅くなる。
【００５８】
１つの実施形態によると、ベアリングは、それぞれのスレッド３００、３５０の一方の側に設けられていてもよく、ベアリングは、スレッド３００、３５０の移動方向に直交して移動可能であり、これによりスレッド３００、３５０は温度変化に伴い拡張または収縮できる。
【００５９】
図７および８は、三次元物体の製造のための装置１の操作方法を図示する。均一な造形領域温度を達成するには、造形を開始する前に、造形領域１９０の表面全体にわたる温度分布の不均一さの影響を軽減するために、造形チャンバー床上に何層かの粉末のバッファ層を積層することが有益であることが知られている。これは、造形チャンバー床２０５の基部の加熱に加えて行うことができる。図７は、多数の粉末のバッファ層を積層させるために使用される一連の準備工程を、各工程での各スレッドの位置と併せて図示している。
【００６０】
一連の工程前に工程Ｓ５０１で、スレッド３００、３５０はスレッド位置１にあり、用量ブレードが粉末分配スレッド３００と造形領域１９０の間に位置付けられるように、粉末分配スレッド３００は用量ブレード１６０の後ろに配置されており、戻りスロット２１０が印刷スレッド３５０と造形領域１９０の間に位置付けられるように、印刷スレッド３５０は造形領域１９０の粉末分配スレッド３００側とは反対の側に配置される。
【００６１】
工程Ｓ５０２において、用量ブレード１６０が回転し、その長さに沿って粉末貯蔵部１１５から作業表面１７０に新しい粉末をもたらす。工程Ｓ５０３において、粉末分配スレッド３００が動作し、用量ブレード１６０を横切って移動し、造形領域１９０全体に粉末を押し広げ、次に過剰な粉末を戻りスロット２１０に押し入れる。次に、工程Ｓ５０４において、造形チャンバーの床２０５は所定量だけ下降する。工程Ｓ５０５において、粉末分配スレッドはスレッド位置１に戻る。予熱ランプは、スレッドが造形領域１９０上をいずれかの方向に移動する間粉末を予熱するために、動作していてもよい。
【００６２】
このプロセスを、必要な数のバッファ層が積層されるまでＳ５０１〜Ｓ５０５まで繰り返してもよい。バッファ層の数は、工程Ｓ５０６によって監視されてもよい。必要な数のバッファ層が積層されていない場合は、工程Ｓ５０１〜Ｓ５０５のプロセスが繰り返される。必要な数のバッファ層が積層されると、Ｓ５０５の後、印刷スレッド３５０を造形領域の用量ブレード側に戻す工程Ｓ５０７を開始してもよい。
【００６３】
バッファ層は、造形層と厚さが同じであっても同じでなくてもよい。バッファ層が造形層と同じ厚さではない場合は、最終のバッファ層の１層以上が造形層の厚さで積層されて最初の造形層を提供する。例えば造形層の厚さは０.１ｍｍであってもよい。工程Ｓ５０４において造形チャンバーの床２０５を０.１ｍｍ下降させることで、この厚さを達成することができる。１つの実施形態によると、工程Ｓ５０４で造形チャンバーの床２０５を０.５ｍｍ下降させて余分なクリアランスを提供し、その後、粉末分配スレッド３００がスレッド位置１に戻った後に０.４ｍｍ上昇させることで、層厚さ０.１ｍｍを達成してもよい。
【００６４】
多数の粉末のバッファ層を積層するために使用される、図７に図示したプロセスの代替として、下記に説明するように図８に図示したプロセスを使用して、多数の粉末のバッファ層を積層することが可能である。ただしプリントヘッド３７０から印刷はしない。このプロセスの利点は、スレッド３００、３５０から供給されるエネルギーが、バッファ層および印刷層の両方に対して同じことである。図８に図示したプロセスを使用してバッファ層が積層される時、焼結源３６０は粉末を照射するが、ＲＡＭが印刷されていないため焼結はない。
【００６５】
バッファ層を積層させる操作は、図６Ａ〜６Ｄに図示した４つのスレッドのレイアウトのそれぞれと同様である。しかしながら、前述の通り、４つの異なるスレッドのレイアウトには、印刷中と焼結中に異なるプロセス工程が必要となる。これらについて、図８に詳述される高レベルのプロセス工程と関連して説明する。
【００６６】
図８を参照しながら、図６Ａに図示したスレッドのレイアウトを用いて、印刷と焼結のプロセスを説明する。
【００６７】
スレッド３００、３５０は、工程Ｓ６０１においてスレッド位置２で開始し、用量ブレードがスレッド３００、３５０と造形領域１９０の間に位置付けられるように、粉末分配スレッド３００と印刷スレッド３５０の両方が用量ブレード１６０の後ろに配置される。バッファ層が積層され、最初の粉末造形層がバッファ層プロセスの最終層として積層されている。
【００６８】
工程Ｓ６０２において、印刷スレッド３５０が動作する。印刷スレッド３５０は、造形領域１９０を横切って造形領域の用量ブレード側から造形領域の反対側へ、印刷スレッドの前進行程を移動する。印刷スレッド３５０が造形領域１９０を横切って移動する中、プリントヘッド３７０は画像データに従って造形領域１９０に積層された粉末層上に吸収材を印刷する。同時に、印刷スレッド３５０上の（工程Ｓ６０２中の移動方向に対して)プリントヘッド３７０の後ろに取り付けられた焼結源３６０は印刷領域を焼結する。工程Ｓ６０２中に印刷スレッド３５０が用量ブレード１６０から離れると、または好ましくは印刷スレッド３５０が作業表面の反対の端に達した後、工程Ｓ６０３において、用量ブレード１６０が回転し、新しい粉末の山が、分配のために用量ブレードの全長に沿って作業表面レベル１７０にもたらされる。
【００６９】
次に、工程Ｓ６０４において、粉末分配スレッド３００が動作する。粉末分配スレッド３００は、造形領域１９０を横切って作業表面の用量ブレード側から造形領域の反対側へ、粉末分配スレッドの前進行程を移動する。粉末分配スレッド３００は用量ブレード１６０の上を通過し、ローラー３２０は粉末の山を作業表面１７０に押し広げ、過剰な粉末を戻りスロット２１０に押し入れる前に、粉末層を造形領域１９０に積層する。粉末分配スレッド３００上の（工程Ｓ６０４中の移動方向に対して）ローラー３２０の後ろに取り付けられた予熱源３１０は、新たに積層された粉末層を任意選択的に予熱する。
【００７０】
工程Ｓ６０５において、造形チャンバー床２０５は、造形層の厚さ分下降する。工程Ｓ６０６において、粉末分配スレッド３００は作業表面の用量ブレード側に、粉末分配スレッドの後進行程を戻る。その後、ＲＡＭが新しい粉末層に印刷される前に、造形チャンバー床が上昇される。それは、粉末表面に対して積層される次の層の厚さよりも少しだけ短いレベルにまで上昇されうる。
【００７１】
予熱源３１０は、造形領域の表面を所定の温度に保つのを助けるために任意選択的に利用されうる。最後に、工程Ｓ６０７において、印刷スレッド３５０は作業表面の用量ブレード側に、印刷スレッドの後進行程を戻る。任意選択的に、印刷スレッドの後進行程中、焼結源３６０が、造形領域の表面を所定の温度に保つのを助けるための予熱源として使用されてもよい。
【００７２】
焼結源３６０によって放出される放射の強度および／または波長は、この機能のために調節可能であってもよい。任意選択的に、印刷スレッド３５０が造形領域１９０を横切って移動する際、吸収材が印刷スレッド３５０の後進行程で印刷されてもよい。これにより、２層の吸収材が各粉末層上に印刷されることが可能となり、これはプリントヘッドのノズルに欠陥がある、またはノズルが不均一な時に有利である。プリントヘッドのノズルは、印刷方向から横断方向に変更してもよく、完成した部分にわたる位置のずれを回避するために別の吸収材の層を印刷し、吸収材の両層が組み合わされて上述の粉末層に必要な合計吸収材の層になる。
【００７３】
図９を参照しながら、図６Ｂに図示したスレッドのレイアウトを用いて、印刷と焼結のプロセスについて説明する。
【００７４】
工程Ｓ７０１において、スレッド３００、３５０はスレッド位置１で開始し、用量ブレードが粉末分配スレッド３００と造形領域１９０の間に位置付けられるように、粉末分配スレッド３００は用量ブレード１６０の後ろに配置されており、戻りスロット２１０が印刷スレッド３５０と造形領域の間に位置付けられるように、印刷スレッド３５０は造形領域１９０の粉末分配スレッド３００側とは反対の側に配置され、すなわち、２つのスレッドは造形領域１９０の反対の端から開始する。これは、バッファ層を積層させる工程の最後に工程Ｓ５０７を実行しないことで達成される（すなわち、印刷スレッド３５０は用量ブレード側に戻らない）。図６Ｂの配置では、２つのスレッド３００、３５０上に設けられた放射線源３１０、３６０は、用量ブレード側から戻りスロット側への方向に、それぞれローラー３２０／プリントヘッド３７０の前に配置される。
【００７５】
工程Ｓ７０２において、用量ブレード１６０が回転し、新しい粉末の山が、分配のために用量ブレードの全長に沿って作業表面レベル１７０にもたらされる。
【００７６】
次に、工程Ｓ７０３において、粉末分配スレッド３００が動作する。粉末分配スレッド３００は、造形領域１９０を横切って作業表面の用量ブレード側から作業表面の反対側に、粉末分配スレッドの前進行程を移動する。粉末分配スレッド３００は用量ブレード１６０の上を通過し、ローラー３２０は、粉末の山を作業表面１７０に押し広げ、過剰な粉末を戻りスロット２１０に押し入れる前に、薄い粉末層を造形領域１９０に積層させる。粉末分配スレッド３００上のローラー３２０の前方に取り付けられた予熱源３１０は、この工程中につけられなくてもよい。
【００７７】
工程Ｓ７０４において、造形チャンバー床２０５は、造形層の厚さ分下降し、これは０.１ｍｍの範囲でありうる。
【００７８】
次に、工程Ｓ７０５において、粉末分配スレッド３００は作業表面の用量ブレード側に、粉末分配スレッドの後進行程を戻る。予熱源３１０は、任意選択的に新しい粉末層を予熱するために、粉末分配スレッドが戻る間つけられていてもよい。工程Ｓ７０６において、印刷スレッド３５０は、造形領域１９０を横切って作業表面の用量ブレード側に戻る。この印刷スレッド３５０の後進行程中、印刷スレッド３５０が造形領域１９０を横切って移動する際、プリントヘッド３７０は画像データに従って造形領域１９０に積層された粉末層上に吸収材を印刷する。
【００７９】
同時に、図６Ｂに図示した印刷スレッド３５０上の（工程Ｓ７０６中の移動方向に対して)プリントヘッド３７０の後ろに取り付けられた焼結源３６０は、印刷領域を焼結する。スレッドはスレッド位置２にある。
【００８０】
印刷スレッド３５０は次に、工程Ｓ７０７において再び動作し、造形領域の用量ブレード側とは反対の側に、印刷スレッド３５０の前進行程を戻る。任意選択的に、印刷スレッド３５０上の焼結源３６０は、工程Ｓ７０７の間につけられてもよく、印刷された粉末の焼結源への二回目の露出を可能にし、これによりＲＡＭが印刷された粉末がより高温に達しうる。
【００８１】
図９を参照しながら、図６Ｃに図示したスレッドのレイアウトを用いて、印刷および焼結のプロセスについて説明する。
【００８２】
工程Ｓ７０１において、スレッド３００、３５０はスレッド位置１で開始し、用量ブレードが粉末分配スレッド３００と造形領域１９０の間に位置付けられるように、粉末分配スレッド３００は用量ブレード１６０の後ろに配置されており、戻りスロット２１０が印刷スレッド３５０と造形領域の間に位置付けられるように、印刷スレッド３５０は造形領域１９０の粉末分配スレッド３００側とは反対の側に配置され、すなわち、２つのスレッドは造形領域１９０の反対の端から開始する。これは、バッファ層を積層させる工程の最後に工程Ｓ５０７を完了しないことによって達成される（すなわち、印刷スレッド３５０は用量ブレード側に戻らない）。
【００８３】
工程Ｓ７０２において、用量ブレード１６０が回転し、新しい粉末の山が、分配のために用量ブレードの全長に沿って作業表面レベル１７０にもたらされる。
【００８４】
次に、工程Ｓ７０３において、粉末分配スレッド３００が動作する。粉末分配スレッド３００は、造形領域１９０を横切って、作業表面の用量ブレード側から造形領域１９０を横切って作業表面の反対側に移動する。粉末分配スレッド３００は用量ブレード１６０の上を通過し、ローラー３２０は、粉末の山を作業表面１７０に押し広げ、過剰な粉末を戻りスロット２１０に押し入れる前に、薄い粉末層を造形領域１９０に積層させる。工程Ｓ７０３の移動方向で、ローラー３２０の直ぐ後ろに粉末積層スレッド３００上に取り付けられた予熱源３１０は、任意選択的に新しく積層された粉末を予熱してもよい。
【００８５】
工程Ｓ７０４において、造形チャンバー床２０５は、造形層の厚さ分下降し、これは０.１ｍｍの範囲でありうる。
【００８６】
次に、工程Ｓ７０５において、粉末分配スレッド３００は作業表面の用量ブレード側に戻る。予熱源３１０は、任意選択的に新しい粉末層を予熱するために、粉末分配スレッド３００が戻る間つけられていてもよい。
【００８７】
工程Ｓ７０６において、印刷スレッド３５０は、造形領域１９０を横切って作業表面の用量ブレード側に戻る。この後進行程中、印刷スレッド３５０が造形領域１９０を横切って移動する際、プリントヘッド３７０は画像データに従って造形領域１９０に積層された粉末層上に吸収材を印刷する。同時に、工程Ｓ７０６の移動方向でプリントヘッド３７０の直ぐ後ろに取り付けられた焼結源３６０は、新たに印刷された粉末を焼結する。
【００８８】
スレッド３００、３５０はスレッド位置２にある。
【００８９】
印刷スレッド３５０は次に、工程Ｓ７０７において再び動作し、用量ブレードの反対側にある造形領域側に印刷スレッド３５０を戻す。任意選択的に、印刷スレッド３５０上の焼結源３６０は、工程Ｓ７０７の間につけられてもよく、印刷された粉末の焼結源への二回目の露出を可能にし、より一層のエネルギーが印刷された粉末に与えられ、印刷された粉末がより高温に達するのを助けうる。
【００９０】
図８を参照しながら、図６Ｄに図示したスレッドのレイアウトを用いて、印刷と焼結のプロセスについて説明する。
【００９１】
スレッド３００、３５０は、工程Ｓ６０１においてスレッド位置２で開始し、粉末分配スレッド３００と印刷スレッド３５０の両方が、造形領域１９０の用量ブレード側にある。バッファ層が積層され、最初の粉末造形層がバッファ層プロセスの最終層として積層されている。
【００９２】
工程Ｓ６０２において、印刷スレッド３５０が動作する。印刷スレッド３５０は、造形領域１９０を横切って作業表面の用量ブレード側から作業表面の反対の端に、印刷スレッドの前進行程を移動する。印刷スレッド３５０が造形領域１９０を横切って移動する中、プリントヘッド３７０は画像データに従って造形領域１９０に積層された粉末層上に吸収材を印刷する。
【００９３】
同時に、工程Ｓ６０２の移動方向でプリントヘッド３７０の直ぐ後ろに取り付けられた焼結源３６０は、印刷領域を焼結する。印刷スレッド３５０は、作業表面の反対の端に達する。工程Ｓ６０２中に印刷スレッド３５０が用量ブレード１６０から離れると、または印刷スレッド３５０が作業表面の反対の端に達した後、工程Ｓ６０３において、用量ブレード１６０が回転し、新しい粉末の山が、分配のために用量ブレードの全長に沿って作業表面レベル１７０にもたらされる。
【００９４】
次に、工程Ｓ６０４において、粉末分配スレッド３００が動作する。粉末分配スレッド３００は、造形領域を横切って、作業表面の用量ブレード側から作業表面の反対側に、粉末分配スレッドの前進行程を移動する。粉末分配スレッド３００は用量ブレードの上を通過し、ローラー３２０は、粉末の山を造形領域１９０に押し広げ、過剰な粉末を戻りスロット２１０に押し入れる前に、粉末層を造形領域１９０に積層させる。図６Ｄの配置では、粉末分配スレッド３００の予熱源３２０はローラーに先行し、粉末分配スレッドの前進行程中に印刷された粉末を焼結源に二回目に露出させるように、工程Ｓ６０４で任意選択的に焼結源として使用されてもよい。
【００９５】
図６Ａから図６Ｄのレイアウトは、粉末層が印刷スレッド３５０によって焼結されることと粉末分配スレッド３００によって焼結層上に新しい粉末層が積層されることとの間の経過時間が正確に制御できるようになるため、有利である。印刷スレッド３５０および粉末分配スレッド３００は独立して動作可能であるため、焼結工程と積層工程との間の経過時間を、環境条件、特定の高分子材料に必要とされる焼結層の温度、異なる部品のサイズに必要とされる時間（焼結された材料の面積が大きい場合は冷却により長い時間がかかるため）などの印刷条件によって、変更することができる。対して、焼結源３６０とローラー３２０が同一のスレッド上に設けられた時、焼結と積層との間の時間を変更することはできない。
【００９６】
さらに、前の層が焼結後にまだわずかに溶解している間に新しい粉末層が積層されるのが理想的である。焼結と新しい粉末層の積層との間の時間は、層間の接着にとって、また結果として最終的な印刷部品の機械的強度に重要である。
【００９７】
用量ブレード１６０を開始することにより、印刷スレッド３５０が用量ブレード１６０から離れると、印刷スレッド３５０が作業表面の反対の端に達する前に、大幅な冷却が生じる前に新しい粉末を新たに焼結された層上に積層することができ、結果として焼結粉末と新しい粉末の間の結合が強化される。
【００９８】
工程Ｓ６０５において、造形チャンバー床２０５は、造形層の厚さ分下降し、これは０.１ｍｍの範囲でありうる。
【００９９】
工程Ｓ６０６において、粉末分配スレッド３００は造形領域１９０をわたって作業表面の用量ブレード側に、粉末分配スレッドの後進行程を戻る。予熱源３１０は、任意選択的に新しい粉末層を予熱するために、粉末分配スレッドの後進行程中につけられていてもよい。
【０１００】
最後に、工程Ｓ６０７において、印刷スレッド３５０は作業表面の用量ブレード側に、印刷スレッドの前進行程を戻る。任意選択的に、焼結源３６０は、造形領域の表面を所定の温度に保つのを助けるための追加的な予熱源として使用されてもよい。焼結源３６０によって放出される放射の強度および／または波長は、この機能を実行するために調節可能であってもよい。任意選択的に、印刷スレッド３５０が造形領域１９０を横切って移動する際、吸収材が印刷スレッド３５０の後進行程で印刷されてもよい。これにより、２層の吸収材が各粉末層上に印刷されることが可能となり、これはプリントヘッドのノズルに欠陥がある、またはプリントヘッドの不均一性により印刷間のバランスを取る必要がある時に有利である。プリントヘッドのノズルは、印刷方向から横断方向に変更してもよく、完成した部品にわたる位置のずれを回避するために別の吸収材の層を印刷してもよい。
【０１０１】
上記の方法は、戻りスロットの存在によらないことが理解されるであろう。
【０１０２】
積層スレッドのスプレッダー装置の例として説明されたローラーは、逆回転するローラーであってもよい。
【０１０３】
説明したすべての印刷および焼結プロセスについて、ローラーが用量ブレード側に戻される前に、造形領域を積層の高さから下降させることが有益となりうる。これは、後進行程で粉末が圧縮されるのを防止する。その後、印刷スレッドが通過して粉末を印刷、焼結する前に、再び造形領域を積層の高さに上昇させてもよい。造形領域は０．数ｍｍ、例えば０．２ｍｍまたは０．４ｍｍ下降させてもよく、積層の高さまで、または多少少ない高さに再び戻し、造形領域を積層の高さよりもわずかに短い高さに戻す。このようにして、例えば、造形領域が作業表面に比べて一層の厚さだけ下降した高さを選択することによって、次の粉末積層の工程に対する高さの準備が整う。こうしたプロセスは、粉末分配スレッドの戻り移動によって粉末が圧縮されるのを防止しうる。
【０１０４】
床の移動の代わりに、粉末分配スレッドが新たに積層された粉末層を通過する時に、粉末分配スレッドまたは粉末分配スレッド内のローラーがわずかに上昇されるように、粉末分配スレッドまたは粉末分配スレッド内のローラーを取り付けてもよい。
【０１０５】
前述したように、新しい粉末層の焼結と積層との間の時間は、層間の接着にとって、また結果として最終的な印刷部品の機械的強度に重要である。また前述したように、熱フィードバックが、造形領域１９０の温度を測定するＩＲカメラなどの温度センサー５３０から提供されてもよい。こうしたセンサー５３０は、例えば、焼結工程と積層工程との間の造形領域の温度を監視するために使用されうる。これは、例えば、図８の工程Ｓ６０２の後に工程Ｓ６０４をいつ開始するなど、焼結工程後に次の粉末積層工程をいつ開始するかを定義するのに特に有利でありうる。これは、エラストマーなどの一部の高分子は他のもの（例えば、ナイロン）よりも焼結後の粘性が高くなり、次の粉末層が良好に接着できる十分に高い温度である一方で、次の積層工程を行いうるにはより低い温度である必要がある。特定の粉末材料およびプロセスについて平均的な一定の経過時間の間隔を定義し、焼結工程の完了からの一定の時間間隔の終了時点で積層工程を開始することは可能であるが、確定した温度に達するための最適な経過時間は、例えば、層あたりの印刷される吸収材の量、または周囲温度の変化の結果、変動しうる。したがって、焼結層の実際の温度を監視し、目標温度に達したら直ぐに積層を開始することが有益である。
【０１０６】
一連の積層と印刷の例を制御するコントローラ５５０について説明する。コントローラ５５０は、計算装置、マイクロプロセッサ、特定用途向けの集積回路、またはプリンターの様々な構成要素の諸機能を制御するための他の適切な装置であってもよい。
【０１０７】
コントローラ５５０は、構築される三次元物体を定義するスライスに関する印刷データ、ならびに例えば、各バッファ層および物体層の工程の積層される造形層の数と厚さに関する情報を供給するデータストア５１０と通信する。
【０１０８】
コントローラ５５０は、データストア５１０から受信した命令を実行して、印刷スレッドを印刷スレッド位置２（造形領域の用量側にある）から造形領域の反対側に移動させ、その後、用量ブレードを回転させて、粉末の山を作業表面上に積層させてもよい。次に、コントローラ５５０は、所定の時間間隔の終了後、粉末積層スレッド３００を動作して印刷スレッド３５０に従い、粉末の山を造形領域上に押し出し、過剰な粉末を戻りスロットに押し入れるさらなる命令を実行してもよい。同時に、コントローラ５５０は、積層スレッド３００上に取り付けられた放射線源をつけて、粉末が積層されている際に粉末層を予熱する命令を任意選択的に実行してもよい。次に、コントローラ５５０は、まず積層スレッド３００、それから印刷スレッド３５０を印刷スレッド位置２に戻す命令を実行してもよい。
【０１０９】
コントローラ５５０は、データストア５１０からの命令を受信してこの一連の工程を繰り返し、例えば、造形前に多数のバッファ層を積層してもよい。
【０１１０】
コントローラ５５０は、印刷スレッドをスレッド位置２から新たに積層された粉末層を横切って移動させ、粉末層上への特定の造形層に関してデータストアから受信したデータに基づいたパターンを印刷するようプリントヘッドに指図する命令をさらに受信してもよい。画像データは、ＣＡＤモデルのスライスに含まれる製品部品の定義など、製造される三次元物体の断面を定義してもよい。さらに、コントローラ５５０は、粉末を焼結するために印刷スレッド上のプリントヘッドの後ろに取り付けられた焼結ランプを制御する命令を受信しうる。命令は、特定の波長および／または強度で特定の期間にわたりランプの電源が入るようにコントローラが使用しうる、例えばランプの放射波長および／または強度などの設定値を含みうる。
【０１１１】
同時に、コントローラ５５０は、所定の時間間隔の終了後、または例えば、温度センサー５３０から追加的なトリガ信号を受信した後に、新たに焼結された層を横切って粉末積層スレッドを移動させる命令を受信してもよい。センサー５３０によって監視される造形ベッドの温度がコントローラ５５０に連続的に供給されてもよく、使用された特定の粉末材料に基づく所定のトリガ温度がコントローラ５５０に供給されると、コントローラ５５０は、積層スレッド３００を開始させ、新たに焼結された層を横切って移動するようしてもよい。
【０１１２】
温度センサー５３０からコントローラ５５０へのこのフィードバック制御により、新しい粉末層が新たに焼結された層上に積層されるべき最適な層温度の層あたりの制御が可能となる。
【０１１３】
コントローラ５５０は、さらなる有利な工程を制御してもよく、例えば、コントローラ５５０は、積層スレッド床が工程Ｓ６０６のスレッド位置２に戻る前に造形床を下降させる命令を受信してもよい。コントローラ５５０は、印刷および焼結工程Ｓ６０２に向けて準備するため、造形床を印刷および焼結のための高さにその後上昇させることを制御してもよい。このような高さは、以前の高さよりも若干低くてもよく、例えば、次に積層される粉末層の厚さ分だけ下降させてもよく、それにより、次の粉末積層工程、例えば工程Ｓ６０４の前に、造形床を再び下降させる必要がない。
【０１１４】
コントローラ５５０は、データストア５１０から受信した命令を実行して、追加の粉末層を三次元物体の形成の一部として形成するべきかどうかを判定してもよい。追加の層を形成するべきという判定に応答して、コントローラ５５０は、説明したさらなる積層、印刷、焼結の一連の工程を継続する命令を受信する。
【０１１５】
したがって、本開示は、このようなコントローラ５５０によって実行される時に、装置１に粉末から三次元物体を製造するための本明細書に記載の方法を実行する命令を含む、コンピュータプログラムまたは一連の命令コードを提供する。
【０１１６】
このようなコントローラ５５０によって実行される時に、装置１に粉末から三次元物体を製造するための本明細書に記載の方法を実行する命令を含むコンピュータ可読媒体が、さらに提供される。
【０１１７】
上記の任意のスレッドのレイアウトオプションのいずれでも、プリントヘッド洗浄ステーションが設けられてもよい。プリントヘッド洗浄ステーションは、用量ブレードに対して作業台の反対の端に位置付けられてもよい。印刷スレッド３５０が行程の最後に到達すると、プリントヘッド３７０は次の行程前に洗浄されうる。プリントヘッド３７０は、各行程後、一定の数の行程後、またはプリントヘッドのノズルモニタリングシステムに応答して洗浄されてもよい。
【０１１８】
上述の分配スレッドのいずれについても、粉末を造形領域全体に粉末を押し広げる装置はローラーに限定されず、例えば、ブレード端部と造形領域の間に粉末層の厚さなどの所定の隔たりを残すように、分配スレッドに取り付けられるブレードなどのその他の周知のスプレッダー装置の形態を取ってもよい。
【０１１９】
本技術の範囲を逸脱しない範囲において多くの改善および変更を前述の例示的な実施形態に行なうことができることは当業者には明らかである。
【０１２０】
粉末から三次元物体を製造するための方法が、本明細書に記載されている。
【０１２１】
１つの実施形態によると、方法は、焼結中の造形領域の表面の温度を検出する工程と、検出された温度の結果として別の粉末層の積層を開始する工程と、をさらに含む。
【０１２２】
別の実施形態によると、粉末層の焼結が完了している間に別の粉末層の積層が開始する。
【０１２３】
別の実施形態によると、第一の放射線源が印刷スレッド上に設けられる。
【０１２４】
別の実施形態によると、方法は、分配スレッド上に設けられた第二の放射線源が造形領域を横切って第一の方向に移動することによって別の粉末層を予熱する工程をさらに含む。
【０１２５】
別の実施形態によると、第二の放射線源は、分配スレッドが造形領域を横切って第一の方向に移動している時に、別の粉末層を積層するための分配スレッド上に設けられた分配装置に従う。
【０１２６】
別の実施形態によると、方法は、分配スレッドが、造形領域を横切って、第一の方向とは反対の第二の方向に移動して戻る工程をさらに含む。
【０１２７】
別の実施形態によると、方法は、分配スレッド上に設けられた第二の放射線源が造形領域を横切って第二の方向に移動して戻る時に別の粉末層を予熱する工程をさらに含む。
【０１２８】
別の実施形態によると、方法は、印刷スレッドが造形領域を横切って第一の方向とは反対の第二の方向に移動して戻る工程をさらに含む。
【０１２９】
別の実施形態によると、方法は、第一の放射線源の強度および／または波長を予熱強度および／または予熱波長に調整する工程と、印刷スレッド上に設けられた第一の放射線源が造形領域を横切って第二の方向に移動して戻る時に、別の粉末層を予熱する工程と、をさらに含む。
【０１３０】
別の実施形態によると、方法は、プリントヘッドのアライメントを調整する工程と、プリントヘッドが造形領域を横切って第二の方向に移動して戻る時に吸収材を別の粉末層に印刷する工程と、をさらに含む。
【０１３１】
別の実施形態によると、方法は、分配スレッド上に設けられた第二の放射線源が造形領域を横切って第一の方向に移動することによって、別の粉末層を造形領域に積層する前に、吸収材が印刷された粉末層を焼結する工程をさらに含む。
【０１３２】
別の実施形態によると、第二の放射線源は、分配スレッドが造形領域を横切って第一の方向に移動している時に、別の粉末層を積層するための分配スレッド上に設けられた分配装置を導く。
【０１３３】
別の実施形態によると、方法は、分配スレッドが造形領域を横切って、第一の方向とは反対の第二の方向に移動して戻る工程をさらに含む。
【０１３４】
別の実施形態によると、方法は、分配スレッド上に設けられた第二の放射線源が造形領域を横切って第二の方向に移動して戻る時に、別の粉末層を予熱する工程をさらに含む。
【０１３５】
別の実施形態によると、方法は、分配スレッドが造形領域を横切って第二の方向に移動して戻る時に、第二の放射線源の強度および／または波長を予熱強度および／または予熱波長に調整する工程をさらに含む。
【０１３６】
別の実施形態によると、方法は、印刷スレッドが造形領域を横切って第二の方向に移動して戻る工程をさらに含む。
【０１３７】
別の実施形態によると、方法は、第一の放射線源の強度および／または波長を予熱強度および／または波長に調整する工程と、印刷スレッド上に設けられた第一の放射線源が造形領域を横切って第二の方向に移動して戻る時に別の粉末層を予熱する工程と、をさらに含む。
【０１３８】
別の実施形態によると、方法は、プリントヘッドのアライメントを調整する工程と、プリントヘッドが造形領域を横切って第二の方向に移動して戻る時に吸収材を別の粉末層に印刷する工程と、をさらに含む。
【０１３９】
別の実施形態によると、第一の放射線源は、印刷スレッドが造形領域を横切って第一の方向に移動する時、印刷スレッド上のプリントヘッドに従う。
【０１４０】
別の実施形態によると、方法は、粉末層を焼結するために第一の放射線源が第一の方向に移動することと、粉末の材料に基づいて、別の粉末層を積層するために分配スレッドが第一の方向に移動することとの間の時間を調整する工程をさらに含む。
【０１４１】
別の実施形態によると、方法は、焼結中の造形領域の表面温度を検出し、検出された温度の結果として別の粉末層の積層を開始する工程をさらに含む。
【０１４２】
別の実施形態によると、粉末層の焼結が完了している間に別の粉末層の積層が開始する。
【０１４３】
別の実施形態によると、第一の放射線源が印刷スレッド上に設けられる。
【０１４４】
別の実施形態によると、方法は、分配スレッド上に設けられた第二の放射線源が造形領域を横切って第二の方向に移動することによって別の粉末層を予熱する工程をさらに含む。
【０１４５】
別の実施形態によると、第二の放射線源は、分配スレッドが造形領域を横切って第二の方向に移動している時に、別の粉末層を積層するための分配スレッド上に設けられた分配装置に従う。
【０１４６】
別の実施形態によると、方法は、分配スレッドが造形領域を横切って第一の方向に移動して戻る工程をさらに含む。
【０１４７】
別の実施形態によると、方法は、分配スレッド上に設けられた第二の放射線源が造形領域を横切って第一の方向に移動して戻ることで別の粉末層を予熱する工程をさらに含む。
【０１４８】
別の実施形態によると、方法は、分配スレッド上に設けられた第二の放射線源が造形領域を横切って第二の方向に移動することによって、別の粉末層を造形領域に積層する前に吸収材が印刷された粉末層を焼結する工程をさらに含む。
【０１４９】
別の実施形態によると、第二の放射線源は、分配スレッドが造形領域を横切って第二の方向に移動している時に、別の粉末層を積層するための分配スレッド上に設けられた分配装置を導く。
【０１５０】
別の実施形態によると、方法は、分配スレッドが造形領域を横切って第一の方向に移動して戻る工程をさらに含む。
【０１５１】
別の実施形態によると、方法は、分配スレッドが造形領域を横切って第一の方向に移動して戻っている時に、第二の放射線源の強度および／または波長を予熱強度および／または波長に調整する工程と、分配スレッド上に設けられた第二の放射線源が造形領域を横切って第一の方向に移動して戻る時に別の粉末層を予熱する工程と、をさらに含む。
【０１５２】
別の実施形態によると、方法は、粉末層を焼結するために第一の放射線源が第二の方向に移動することと、粉末材料に基づいて、別の粉末層を積層するために分配スレッドが第二の方向に移動することとの間の時間を調整する工程をさらに含む。
【０１５３】
別の実施形態によると、印刷スレッドと分配スレッドが同一のレール上に提供される。
【０１５４】
別の実施形態によると、第一の放射線源および／または第二の放射線源は赤外線源を備える。
【図１】
2021503398.tif 000003
【図２】
2021503398.tif 000004
【図３】
2021503398.tif 000005
【図４】
2021503398.tif 000006
【図５】
2021503398.tif 000007
【図６Ａ】
2021503398.tif 000008
【図６Ｂ】
2021503398.tif 000009
【図６Ｃ】
2021503398.tif 000010
【図６Ｄ】
2021503398.tif 000011
【図７】
2021503398.tif 000012
【図８】
2021503398.tif 000013
【図９】
2021503398.tif 000014
【国際調査報告】
2021503398.tif 000015
2021503398.tif 000016
2021503398.tif 000017