(57)【要約】  選択的積層に基づく付加製造システム（１０）は、像形成エンジン（１２）から層（２２）を受け取るように構成された移動媒体（２４）と、移動媒体（２４）上の層（２２）を加熱するように構成されたヒータ（７２）と、構築プラットフォーム（２８）を含む層溶融転写アセンブリ（２０）であって、三次元部品（２２）を印刷するために、加熱済みの層（２２）を構築プラットフォーム（２８）上に層ごとに溶融転写するように構成された層溶融転写アセンブリ（２０）とを含む。溶融転写アセンブリ（２０）は、層（２２）の変形を低減するために、加熱された像形成済みの層（２２）を溶融転写する際に変形するように構成されたニップローラ（３２０）を含む。
2021509095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元部品を印刷するための選択的積層に基づく付加製造システムであって、
熱可塑性粉末の像形成済みの層を現像するように構成された静電複写像形成エンジンと、
可動構築プラットフォームと、
前記像形成エンジンから前記像形成済みの層を受け取り、前記受け取った像形成済みの層を運ぶように構成された移動媒体と、
前記像形成済みの層を加熱するように構成された第１のヒータと、
前記移動媒体と前記可動構築プラットフォームとの間で前記加熱された像形成済みの層を押圧することによって、前記移動媒体によって運ばれる前記加熱された像形成済みの層を前記可動構築プラットフォーム上に転写するように構成された溶融転写要素であって、前記部品の以前に転写済みの層に接触すると変形するように構成されたコンプライアントニップローラを含む、溶融転写要素と
を含む、選択的積層に基づく付加製造システム。
【請求項２】
前記転写済みの層を能動的に冷却するように構成された冷却ユニットをさらに含む、請求項１に記載の選択的積層に基づく付加製造システム。
【請求項３】
前記可動構築プラットフォーム上に印刷されている前記部品の少なくとも一部分を予熱するように構成された第２のヒータをさらに含む、請求項１に記載の選択的積層に基づく付加製造システム。
【請求項４】
前記転写済みの層を後熱するように構成された第２のヒータをさらに含む、請求項１に記載の選択的積層に基づく付加製造システム。
【請求項５】
前記コンプライアントニップローラが、外側接触面を提供する外部ローラ材料を含み、前記外部ローラ材料が、６０ショアＡ未満のショア硬度を有する、請求項１に記載の選択的積層に基づく付加製造システム。
【請求項６】
前記外部ローラ材料が、２０ショアＡ〜５０ショアＡのショア硬度を有する、請求項５に記載の選択的積層に基づく付加製造システム。
【請求項７】
前記外部ローラ材料が、シリコンゴムを含む、請求項５に記載の選択的積層に基づく付加製造システム。
【請求項８】
前記コンプライアントニップローラが、前記外部ローラ材料によって覆われた内部ローラ材料をさらに含む、請求項５に記載の選択的積層に基づく付加製造システム。
【請求項９】
前記外部ローラ材料が、０．１インチ〜０．５インチの厚さを有する、請求項８に記載の選択的積層に基づく付加製造システム。
【請求項１０】
前記移動媒体が、回転可能ベルトを含む、請求項１に記載の選択的積層に基づく付加製造システム。
【請求項１１】
前記可動構築プラットフォームが、前記回転可能ベルトの回転と同期する往復長方形パターンで動くように構成される、請求項１０に記載の選択的積層に基づく付加製造システム。
【請求項１２】
前記コンプライアントニップローラが、滞留時間の間、前記移動媒体と前記構築プラットフォームとの間で前記加熱された像形成済みの層を押圧するように構成される、請求項１０に記載の選択的積層に基づく付加製造システム。
【請求項１３】
前記滞留時間が、前記現像済みの層の各々の厚さを通じる熱拡散時間の約０．１〜５．０倍である、請求項１２に記載の選択的積層に基づく付加製造システム。
【請求項１４】
前記ベルトの速度、前記構築プラットフォームの高さ及びニップ圧力の少なくとも１つを制御することによって前記滞留時間を制御するように構成されたコントローラをさらに含む、請求項１２に記載の選択的積層に基づく付加製造システム。
【請求項１５】
三次元部品を印刷するための選択的積層に基づく付加製造システムであって、
熱可塑性粉末の像形成済みの層を現像するように構成された像形成エンジンと、
可動構築プラットフォームと、
移動面及び反対側の接触面を有する回転可能ベルトであって、前記移動面が、前記像形成エンジンから前記像形成済みの層を連続的に受け取り、前記受け取った像層を前記構築プラットフォームに連続的に運ぶように構成される、回転可能ベルトと、
前記移動面上の前記像形成済みの層を連続的に加熱するように構成された第１のヒータと、
前記回転可能ベルトの前記接触面と係合し前記接触面を転がることによって、前記移動媒体によって連続的に運ばれる前記加熱された像形成済みの層を前記可動構築プラットフォーム上に溶融転写するように構成され、前記加熱された像形成済みの層の変形を低減するために、前記加熱された像形成済みの層を押圧すると変形するように構成されたニップローラと、
前記溶融転写済みの層を連続的に能動的に冷却するように構成された冷却ユニットと
を含む、選択的積層に基づく付加製造システム。
【請求項１６】
前記ニップローラが、外側接触面を提供する外部ローラ材料を含み、前記外部ローラ材料が、６０ショアＡ未満のショア硬度を有する、請求項１５に記載の選択的積層に基づく付加製造システム。
【請求項１７】
前記外部ローラ材料が、２０ショアＡ〜５０ショアＡのショア硬度を有する、請求項１６に記載の選択的積層に基づく付加製造システム。
【請求項１８】
前記外部ローラ材料が、シリコンゴムを含む、請求項１６に記載の選択的積層に基づく付加製造システム。
【請求項１９】
前記コンプライアントニップローラが、前記外部ローラ材料によって覆われた内部ローラ材料をさらに含み、前記内部ローラ材料が、前記外部ローラ材料より高いショア硬度を有する、請求項１６に記載の選択的積層に基づく付加製造システム。
【請求項２０】
前記外部ローラ材料が、０．１インチ〜０．５インチの厚さを有する、請求項１９に記載の選択的積層に基づく付加製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、三次元（３Ｄ）部品を構築するための付加製造システムに関する。具体的には、本開示は、選択的積層に基づく付加製造システムにおける静電複写などの像形成プロセスを使用して３Ｄ部品及び支持構造を構築するための、付加製造システム及びプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
付加製造は、一般に、物体のコンピュータ画像に基づいて三次元（３Ｄ）物体が製造されるプロセスである。付加製造システムの基本的な動作は、三次元コンピュータ画像を薄い断面にスライスし、その結果を二次元位置データに変換し、そのデータを制御機器に送り、それにより、１つ又は複数の付加製造技法を使用して三次元構造を層単位で製造することからなる。付加製造は、熱溶解積層方式、インクジェット方式、粉末焼結方式、粉末／結合材噴射方式、電子ビーム溶解方式、電子写真像形成方式及び光造形方式プロセスを含む、製作方法への多くの異なる取り組みを伴う。
【０００３】
電子写真３Ｄ印刷プロセスでは、３Ｄ部品及びその支持構造のデジタル表現の各スライスは、電子写真エンジンを使用して、粉末材料から印刷又は現像される。電子写真エンジンは、一般に、３Ｄ部品の構築における使用のために考案された帯電粉末材料（例えば、重合トナー材料）を使用して、２Ｄ電子写真印刷プロセスに従って動作する。電子写真エンジンは、典型的には、光導電性材料層で被覆された支持ドラムを使用するものであり、光源による光導電性層の像様露光に続いて、光導電性層の静電気帯電によって静電潜像が形成される（或いは、イオノグラフィを使用して、電子又はイオンを誘電体上に直接記録し、光導電体を取り除くことによって、像を形成することができ、それらはすべて、本発明の範囲内であり、本明細書で使用される電子写真専門用語の使用範囲内である）。次いで、静電潜像は現像ステーションに移され、現像ステーションでは、重合トナーは、３Ｄ部品のスライスを表す帯電粉末材料の層を形成するために、光導電性絶縁体の帯電エリア又は放電エリアに付着される。現像済みの層は移動媒体に移動され、移動媒体から、層は、熱及び／又は圧力によって以前に印刷済みの層に溶融転写され、３Ｄ部品が構築される。
【０００４】
以前に印刷済みの層に層を溶融転写する際、移動媒体に圧力（及び任意選択により、熱）を印加するために、ニップ又は溶融転写ローラが一般的に使用される。この目的のためにローラを利用する電子写真に基づく３Ｄ印刷システムについては、米国特許出願公開第２０１５／０２６６２３７号明細書で説明されており、同特許では、ニップローラは、非コンプライアントシリンダとして示され説明されており、部品の最上部に対するシリンダの圧力により、溶融転写の間に部品の変形が生じる。
【０００５】
前述の商用の付加製造技法に加えて、最初に像形成プロセスにおいて粒子が選択的に積層され、作成予定の部品のスライスに対応する層を形成し、次いで、層が互いに接合され、部品を形成するという新規の付加製造技法が出現した。これは、選択的積層プロセスであり、例えば、像形成と部品造形が同時に起こる選択的焼結とは対照的なものである。選択的積層プロセスにおける像形成ステップは、電子写真を使用して行うことができる。二次元（２Ｄ）印刷では、電子写真（すなわち、ゼログラフィ）は、印刷紙などの平面基板上への２Ｄ画像の作成において人気の高い技術である。電子写真システムは、光導電性材料層で被覆された導電性支持ドラムを含むものであり、光導電性層の帯電に続いて光源による光導電性層の像様露光によって、静電潜像が形成される。次いで、静電潜像は現像ステーションに移され、現像ステーションでは、トナーは、可視画像を形成するために、光導電性絶縁体の帯電エリアに付着される。次いで、形成されたトナー像は、基板（例えば、印刷紙）に転写され、熱又は圧力によって基板に付着される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の態様は、３Ｄ部品を印刷するための選択的積層に基づく付加製造システムを対象とする。選択的積層に基づく付加製造システムは、粉末材料の像形成済みの層を現像するように構成された静電複写像形成エンジンと、可動構築プラットフォームと、像形成エンジンから像形成済みの層を受け取り、受け取った像形成済みの層を運ぶように構成された移動媒体とを含む。また、システムは、移動媒体上の像形成済みの層を加熱するように構成されたヒータや、移動媒体と可動構築プラットフォームとの間で加熱された像形成済みの層を押圧することによって、移動媒体によって運ばれる加熱された像形成済みの層を可動構築プラットフォーム上に転写するように構成された溶融転写要素や、転写済みの層を能動的に冷却するように構成された冷却ユニットも含む。例示的な実施形態では、溶融転写要素は、加熱された像形成済みの層を以前に転写済みの任意の層に押圧すると変形するように構成されたコンプライアントニップローラを含む。また、溶融転写要素は、Ｘ及びＺ方向に動くプラットフォーム、ニップローラと係合するベルトなどの媒体、１つ若しくは複数のヒータ及び／又は他の任意選択のコンポーネントも含み得る。
【０００７】
本開示の別の態様は、３Ｄ部品を印刷するための選択的積層に基づく付加製造システムであって、熱可塑性粉末の像形成済みの層を現像するように構成された静電複写像形成エンジンと、可動構築プラットフォームと、移動面及び反対側の接触面を有する回転可能移動ベルトとを含む、選択的積層に基づく付加製造システムを対象とする。移動面は、像形成エンジンから像形成済みの層を連続的に受け取り、受け取った像層を構築プラットフォームに連続的に運ぶように構成される。また、システムは、移動面上の像形成済みの層を連続的に加熱するように構成されたヒータや、回転可能ベルトの接触面と係合し接触面を転がることによって、移動媒体によって連続的に運ばれる加熱された像形成済みの層を可動構築プラットフォーム上に溶融転写するように構成されたニップローラや、溶融転写済みの層を連続的に能動的に冷却するように構成された冷却ユニットも含む。例示的な実施形態では、ニップローラは、加熱された像形成済みの層を部品の最上部に押圧すると変形するように構成される。
【０００８】
定義
別段の指定がない限り、本明細書で使用される以下の用語は、以下で提供される意味を有する。
【０００９】
「溶融転写」、「溶融転写する」、「溶融転写すること」という用語及び同様のものは、熱及び圧力の使用による層の接着を指し、その場合、層の高分子は、少なくとも部分的に相互拡散する。
【００１０】
「溶融転写圧力」という用語は、３Ｄ部品の層を共に溶融転写する際など、溶融転写ステップの間に印加される圧力を指す。
【００１１】
３Ｄ部品の「変形温度」という用語は、後に（後続の溶融転写ステップの間など）印加される溶融転写圧力が３Ｄ部品の構造上の完全性に打ち勝ち、それにより、３Ｄ部品が変形するほど十分に、３Ｄ部品が軟化する温度を指す。
【００１２】
別段の指定がない限り、本明細書で言及される温度は、大気圧（すなわち、１気圧）に基づく。
【００１３】
「上方」、「下方」、「上部」、「下部」などの方向及び同様のものは、３Ｄ部品の印刷軸に沿った方向に関連して示される。印刷軸が垂直ｚ軸である実施形態では、層印刷方向は、垂直ｚ軸に沿って上向きである。これらの実施形態では、「上方」、「下方」、「上部」、「下部」という用語及び同様のものは、垂直ｚ軸に基づく。しかし、３Ｄ部品の層が異なる軸に沿って印刷される実施形態では、「上方」、「下方」、「上部」、「下部」という用語及び同様のものは、所定の軸に対するものである。
【００１４】
「選択的積層」という用語は、経時的に熱及び圧力を利用して粒子の１つ又は複数の層を以前に積層済みの層に溶融させる付加製造技法を指し、粒子は、共に溶融して部品の層を形成し、また、以前に印刷済みの層にも溶融する。
【００１５】
「静電複写」という用語は、部品、支持構造又はその両方の層の像を表面に形成するための潜在的な静電気帯電パターンの形成及び利用を指す。静電複写は、これらに限定されないが、潜像を形成するために光エネルギーが使用される電子写真、潜像を形成するためにイオンが使用されるイオノグラフィ及び／又は潜像を形成するために電子が使用される電子ビーム像形成を含む。
【００１６】
「材料を提供すること」などの「提供すること」という用語及び同様のものは、特許請求の範囲で列挙される場合は、提供されるアイテムの特定の受け渡し又は受け取りを必要とすることは意図しない。むしろ、「提供すること」という用語は、単に、明確にするため及び読み易くするために特許請求の範囲の後続の要素において言及されるアイテムを列挙するために使用される。
【００１７】
「約」及び「実質的に」という用語は、本明細書では、当業者に知られている期待される変動（例えば、測定値における限度及びばらつき）に起因する測定可能な値及び範囲に関して使用される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本開示の例示的な選択的積層に基づく付加製造システムの正面図である。
【図２】先行技術の層溶融転写アセンブリの拡大図である。
【図３】図１に示される電子写真に基づく付加製造システムの層溶融転写アセンブリの拡大図であり、図２に示されるアセンブリと同様であり、加熱された像形成済みの層を押圧すると変形するように構成されたコンプライアントニップローラを有するものである。
【図４−６】図３に示されるコンプライアントニップローラの図である。
【図７】３Ｄ部品の上面に対して押圧された層溶融転写アセンブリの図３〜６に示されるニップローラの概略図であり、ニップローラの変形を示す。
【図８】様々な圧力の下での異なる材料弾性係数に対する不満ニップローラの変形を示す。
【図９】電子写真に基づく付加製造システムの代替の層溶融転写アセンブリの拡大図であり、別個の溶融転写及び解放ローラ並びにポストヒータを有し、コンプライアントニップローラを利用するものである。
【図１０】電子写真に基づく付加製造システムの別の代替の層溶融転写アセンブリの拡大図であり、別個の溶融転写及び解放ローラ、並びに、高い熱伝導率及び熱容量を有するベルトを有し、コンプライアントニップローラを利用するものである。
【図１１】電子写真に基づく付加製造システムの代替の層溶融転写アセンブリのさらなる別の例示的な実施形態の拡大図であり、別個の溶融転写及び解放ローラ、高い熱伝導率及び熱容量を有するベルト、並びに、接触型冷却ユニットを有し、コンプライアントニップローラを利用するものである。
【図１２】さらなる別の例示的な代替の層溶融転写アセンブリの概略正面図であり、予備焼結を実行するように構成され、コンプライアントニップローラを利用するものである。
【図１３】本開示のいくつかの例示的な実施形態による、プラニッシュ加工が施された現像済みの層で層溶融転写ステップを実行するためのシステムの例示的な溶融転写アセンブリの概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本開示は、３Ｄ部品及び支持構造を層ごとに印刷するための層転写技法を対象とし、各層は、熱的に制御される方法で部品又は支持材料から印刷される。層転写技法は、選択的積層に基づく付加製造システムなどの像形成システムによって実行される。例えば、各層は、静電複写を使用して現像又は像形成し、移動媒体（例えば、回転可能ベルト又はドラム）によって静電複写エンジンから運ぶことができる。次いで、層は、３Ｄ部品（又は支持構造）を層ごとに印刷するために構築プラットフォームに移動され、一連の層は、３Ｄ部品を生成するために、共に溶融転写される。
【００２０】
固体金属転写ローラを使用して印刷紙に電位を印加することによって現像済みのトナー粒子を印刷紙に静電気的に転写する２Ｄ印刷と比べると、３Ｄ環境における複数の印刷済みの層は、所定の数の層（例えば、約１５個の層）が印刷された後、部品及び支持材料の静電転写を効果的に阻止する。代わりに、本開示で開示されるものなどのシステムを使用する３Ｄ印刷では、移動媒体によって保持される層は、高い転写温度まで加熱される。次いで、加熱済みの層は、ニップローラと呼ばれる溶融転写ローラによって、構築プラットフォーム上の構築中の３Ｄ部品の以前に印刷済みの部品の最上部層に対して（又は、初期の層の事例では、構築プラットフォーム自体に）押圧される。ローラは、移動媒体から層を解放し、その層を部品の最上部層に接合し、それにより、それらの層を共に溶融転写する（すなわち、溶融転写ステップ）。溶融転写ステップにより、静電転写を介して別の方法で達成可能なものを越えて、３Ｄ部品及び支持構造の多くの層を垂直に構築することが可能になる。
【００２１】
本明細書で開示される例示的な実施形態では、ニップローラは、圧力の下で変形する材料を有するコンプライアントローラである。部品の最上部に対するローラの圧縮及び変形により、部品を平面状に維持したまま、部品の最上部に対して力を加えることができ、それにより、溶融転写の間の部品の層への損傷を阻止することができる。また、ローラ変形により、望ましくは、その回転方向におけるローラ表面の長さ（本明細書では「ニップ長」と呼ばれる）に沿ったローラと部品の最上部との間の追加の接触も生じる。ローラ表面の接触エリアは、ニップ長に沿って生じ、その接触エリアは、部品の変形を回避するほど十分に低い圧力で丸い非コンプライアントローラが比較的平坦な部品の最上部に沿って押圧された場合に起こるであろう典型的な接触線と比べて、部品表面に対するローラの滞留時間を増加させる。２Ｄ印刷では、単一の層しか存在しない（すなわち、像が追加のトナー像と順次接触することはない）ため、変形は問題ではない。従って、開示されるコンプライアントローラ溶融転写アセンブリは、部品を損傷することなく、従来の方式で実現可能であろうものより長い圧縮又は滞留時間を可能にする。圧縮の持続は、高温状態にある間の構築スタックへの新しい層の接合を向上させる。開示される概念及び実施形態を実施できる３Ｄ印刷システムの例については、例えば、その全体が参照により本明細書に組み込まれる「ＬＡＹＥＲ  ＴＲＡＮＳＦＵＳＩＯＮ  ＦＯＲ  ＡＤＤＩＴＩＶＥ  ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ」と称するＣｏｍｂらの米国特許出願公開第２０１３／０１８６５４９号明細書で説明されている。
【００２２】
開示される様々な実施形態では、圧力は、滞留時間の間、押圧コンポーネント（ニップローラなど）によって、加熱済みの層の一部分に印加される。滞留時間は、移動ベルトの送り速度（送り速度が速いほど、滞留時間は短くなる）、移動ベルトデュロメータ、転写ローラ直径、転写ローラデュロメータ、圧力プロファイルなどを含む、多くの因子による影響を受ける。滞留時間を制御するため、これらの様々な因子を選択又は制御することができる。例えば、ニップローラのデュロメータは、滞留時間を増加又は減少するために選択することができる。デュロメータ制御による滞留時間の場合、一般に、デュロメータが軟値を示すほど、ローラ又は押圧コンポーネントによって圧力が印加される転写層の表面の長さは長くなる。或いは、コントローラは、ベルト速度を変更することも、ニップ圧力を変更するために構築プラットフォームのｚ高さを調整することもできる。
【００２３】
いくつかの例では、ワンパス滞留時間は、完全な焼結をもたらすには短過ぎる１００×程度である。能動ベルト冷却は、部品の最上部からベルト／層界面への温度拡散を防ぐために使用することができ、それにより、より長い最大滞留時間が可能になる。ピーク圧力もまた、押圧コンポーネントの滞留時間に影響を及ぼす。例えば、圧力が増加すると、ベルト及び転写ローラの外面は平坦化し、転写ローラ及び移動ベルトによって押圧される層の表面の長さが拡張する。圧力が減少すると、転写ローラ及びベルトによって押圧される層の表面の長さは低減する。
【００２４】
例示的な実施形態では、滞留時間は、上記で言及される因子のいずれかを使用して制御される。具体的には、いくつかの開示される実施形態では、部品の変形の低減と滞留時間の増加の両方とも行うコンプライアントローラが開示される。
【００２５】
溶融転写が起こるようにするため、加熱済みの層間の界面は、分子接触又は相互拡散が層間で起こることを可能にする最小持続時間の間は少なくとも、押圧する必要がある。（ｉ）薄層再加熱、（ｉｉ）移動媒体への層接着、（ｉｉｉ）印刷速度及び（ｉｖ）部品の蓄熱などのいくつかの因子は、転写温度と最小溶融転写持続時間との間の相関関係の均衡を保つ。最初に、印刷されている層は薄い。従って、１つ又は複数の以前に印刷済みの層間の界面は、連続溶融転写ステップの各々において再加熱され、その間、さらなる相互拡散が起こり得る。従って、最小溶融転写持続時間は、単一の溶融転写ステップに限定されない。むしろ、持続時間は、複数の連続溶融転写ステップに分割することができる。例えば、１６０℃の転写温度でのＡＢＳ共重合体の溶融転写に必要な６秒間を１２個の連続サイクル（各々が約０．５秒間である）に分割することができる。
【００２６】
それに加えて、急速な層溶融転写を促進するほど十分に溶融温度が高い一方で、溶融温度は、移動媒体（例えば、回転可能ベルト又はドラム）から溶融転写済みの層をきれいに解放するか又は別の方法で剥離するには熱過ぎる場合がある。これにより、潜在的には、移動媒体からの解放時に、溶融転写済みの層の一部分が移動媒体に接着したままであるか又は汚れが残っている可能性があり（「ホットオフセット」）、それにより、印刷済みの３Ｄ部品の特徴詳細、寸法精度及び多孔性に悪影響が及ぶ。
【００２７】
それに従って、いくつかの実施形態では、層転写技法は、「転写定着ステップ」も含み得、転写定着ステップでは、移動媒体及び／又は溶融転写済みの層は、移動媒体から溶融転写済みの層を解放する前に冷却される。理論に縛られることは望まないが、この転写定着ステップは、移動媒体と溶融転写済みの層との間の界面を冷却し、従って、溶融転写済みの層と移動媒体の表面との接着力と比べて、隣接する層における相互拡散した重合体の接着力を増大すると考えられている。これにより、溶融転写済みの層は、固定空間位置において３Ｄ部品との接着状態を保ち、溶融転写済みの層を３Ｄ部品に接着したまま移動媒体からきれいに解放することができる。
【００２８】
移動媒体（及び任意選択により、３Ｄ部品の上面）によって保持される層は、層材料のガラス転移温度と溶融温度との間の温度など、より低い転写温度（例えば、ＴｅｍｐＡ）まで移動媒体上で加熱することができる。この実施形態では、加熱済みの層は、次いで、転写されている層に熱を伝導するために転写温度以上（例えば、ＡＢＳ材料の場合は１９０℃）まで加熱された以前に印刷済みの層に対して（又は構築プラットフォームに）押圧され、その結果、層を部品の最上部に溶融転写し（すなわち、溶融転写ステップ）、移動媒体から解放することができる。
【００２９】
上記で論じられるように、より低い転写温度は、トナー層の接着特性を減少し、従って、最小溶融転写持続時間要件を増加し、従って、印刷速度を潜在的に減速する。それにもかかわらず、個々の付加製造システムに応じて、溶融転写ステップは、印刷速度に関して、必ずしも速度制限ステップであるとは限らない場合がある。以下で論じられるように、各層は、像形成エンジンにおいて像形成（例えば、現像）され、像形成エンジンから構築プラットフォームに移動され、溶融転写ステップの前及び／又は後に熱処理され、これらのステップのうちの１つは、到達可能な最大印刷速度を決定することができる。
【００３０】
例えば、層が薄いことで、像形成エンジンにおける層の像形成は、各層サイクルの中で最も遅いステップであり得る。この状況では、より低い転写温度でのより長い溶融転写持続時間を使用することができる。より低い転写温度により、加熱済みの層は、より長い溶融転写持続時間にわたって十分な重合体相互拡散をもたらすほど十分に熱くすることができると同時に、移動媒体から容易に解放できるほど十分に冷却することができる。非円筒状ローラと比べると、変形可能ローラは、部品の最上部を変形することなく、ニップローラ転写エリアの増大を通じて強制接触時間を増加させる。
【００３１】
また、より低い転写温度の使用は、溶融後又は熱設定ステップ（例えば、以下の図２及び１３に示される層溶融転写アセンブリ３３３及び４３３）を組み込む本開示のいくつかの実施形態に特に適している。これらの実施形態では、解放後、溶融転写済みの層及び３Ｄ部品は、次いで、溶融後又は熱設定ステップにおいて、層材料の少なくとも溶融温度までさらに加熱することができる。これにより、溶融転写済みの層材料は、溶融転写済みの層材料の高分子が少なくとも部分的に相互拡散して界面絡み合いを促進するように、溶融可能な状態まで十分に融解する。
【００３２】
転写温度と最小溶融転写持続時間との均衡を保つ際に考慮すべき別の因子は、構築されている３Ｄ部品のバルク温度に関与する。像形成システムは、３Ｄ部品の可変熱抵抗を通じて熱が拡散する速度よりはるかに速い速度での層の印刷が可能であるため、３Ｄ部品における蓄熱が観察されている。この蓄熱は、転写温度及び３Ｄ部品のサイズに比例する。
【００３３】
いくつかの実施形態では、溶融転写ローラから解放される部品層のより低い転写温度を補償するため、製作されている部品の最上部は、最上部のみの局所融解のために、融解温度を超えて加熱することができる。その局所熱は、新しい転写トナー層に即時伝導され、その温度をかなり上昇させ、層と部品との間の良好な接着の可能性を増大する。変形可能ローラは、接着を促進するために、変形不能ローラによって達成されるものより大きなニップエリアを使用して、接触圧をさらに供給することになる一方で、部品の最上部からの熱伝達により、転写温度が上昇し、その結果、必要な溶融転写持続時間は短くなる。
【００３４】
従って、所定の３Ｄ部品の高さが高くなると、受動熱拡散からの熱放散は、加熱済みの層の冷却には不十分となり得る。冷却が不十分であれば、層速度が速いほど、３Ｄ部品のバルクの蓄熱が速くなる。一連の層は連続的に印刷されるため、この蓄熱は、３Ｄ部品の「変形温度」を超えて、その構造上の完全性を低減するほど十分に３Ｄ部品のバルクを軟化させる可能性がある。そのような軟部は、後続の溶融転写ステップの間、後に印加される溶融転写圧力の下で変形し得る。開示される実施形態は、伝統的な硬質溶融転写ローラと対比して、部品の変形を最小限に抑えるために、変形可能な外層を有するコンプライアント溶融転写ローラを利用する。
【００３５】
いくつかの実施形態では、部品の変形を最小限に抑えるためにコンプライアント溶融転写ローラを使用したとしても、部品温度を低下させるために、印刷プロセスを減速して受動熱冷却を可能にすることによって、蓄熱を低減することができる。上記で言及したように、印刷速度は既に減速しているため、転写温度を低下することもできる。しかし、理解できるように、これらの技法は、特に層溶融転写ステップがプロセスにおける速度制限ステップである場合に、３Ｄ部品の印刷に必要な時間を実質的に増加し、それにより、スループットが低減し得る。代わりに、高速印刷を維持しながらこの問題を克服するため、層転写技法は、３Ｄ部品が追加熱を蓄えないようにするために、「能動冷却ステップ」を含み得、それにより、３Ｄ部品の変形温度（Ｔｄｅｆｏｒｍ）より低い「平均部品温度」（Ｔｐａｒｔ）に３Ｄ部品を維持する。
【００３６】
具体的には、３Ｄ部品の各層が溶融転写された後、溶融転写済みの層から３Ｄ部品に追加された熱は、次の層の溶融転写の前に実質的に除去することができる。これにより、３Ｄ部品は、層間接着を促進し且つ巻き上げ効果を低減するために望ましくは均衡を保った平均部品温度に保持されると同時に、３Ｄ部品が軟化し過ぎないほど十分に低い温度（すなわち、その変形温度を下回る温度）に保持される。
【００３７】
いくつかの実施形態では、コンプライアントローラは、部品の高さが高くなるにつれて異なる有利な効果を提供する。一般に、仕掛部品の部品構築面は、完全に平坦であるわけでも、平面であるわけでもない。その結果、剛性ローラは、部品の高い領域のみに接触する傾向がある。これは、一般に、その剛性ローラによって移動ベルト上の像が部品構築面に押圧されている場合に問題となるが、その理由は、高い領域と関連付けられていない像の領域は転写されない傾向があるためである。これは、部品の高さが比較的低い（非限定的な例として、約５０ミル未満など）際に特に当てはまり、剛性ニップローラは、材料を下方に押し下げて層間の適切な接着をもたらすことができない。従って、コンプライアントニップローラのコンプライアント層は、部品構築の際に層を部品表面に溶融転写するのに必要な接触を提供するために、より低い高さで変形する。
【００３８】
しかし、部品が印刷されて高さが高くなる（非限定的な例として、１インチを超えるなど）につれて、部品は、十分に柔らかく且つ柔軟性を持つようになり、その結果、コンプライアントローラは部品より硬くなる。従って、ローラがコンプライアント外層を有するとしても、コンプライアントローラは、印刷されている部品と比べて、剛性ローラとして動作するほど十分な剛性を持つものである。
【００３９】
従って、コンプライアントローラは、より低い高さの部品まで変形し、部品の高さが高くなるにつれて、その構成を保持するほど十分な剛性を持つものである。ローラのそのような柔軟性により、特に低い（非コンプライアント）部品に対して、より正確な部品を印刷することができる。
【００４０】
以下の実施形態は、本開示の例示的な付加製造システムを示す。ここで図１を参照すると、システム１０は、電子写真を使用して３Ｄ部品及び支持構造を印刷するための例示的な付加製造システムであり、本開示の層転写技法及び層溶融転写アセンブリを組み込む。層溶融転写アセンブリは、部品の変形を阻止するか又は最小限に抑えるために、コンプライアント溶融転写ローラを利用する。層溶融転写アセンブリ３３３の一実施形態は、図３にさらに詳細に示されている。システム１０用の他の適切なコンポーネント及び機能動作の例は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第８，８７９，９５７号明細書及び米国特許第８，４８８，９９４号明細書で開示されているものを含む。
【００４１】
システム１０は、コントローラ２４を含み、コントローラ２４は、１つ又は複数の制御回路、マイクロプロセッサベースのエンジン制御システム及び／又はデジタル制御ラスタ像形成プロセッサシステムであり、ホストコンピュータ２６から受信された印刷命令に基づいてシステム１０のコンポーネントを同期操作するように構成される。ホストコンピュータ２６は、印刷命令（及び他の動作情報）を提供するためにコントローラ２４と通信するように構成された１つ又は複数のコンピュータベースシステムである。例えば、ホストコンピュータ２６は、３Ｄ部品（及び任意の支持構造）のスライス済みの層に関連する情報をコントローラ２４に転送することができ、それにより、システム１０は、３Ｄ部品を層ごとに印刷することができる。
【００４２】
本開示は、静電複写に基づく付加製造システムなど、いかなる選択的積層に基づく付加製造システムにおいても利用することができるが、本開示は、電子写真（ＥＰ）に基づく付加製造システムと関連付けて説明する。しかし、本開示は、ＥＰに基づく付加製造システムに限定されず、いかなる静電複写に基づく付加製造システムにおいても利用することができる。
【００４３】
図１は、本開示の実施形態による、３Ｄ部品及び関連支持構造を層ごとに印刷するための例示的な電子写真に基づく付加製造システム１０の簡略化された図である。３Ｄ部品及び関連支持構造を層ごとに印刷するものとして示されているが、システム１０は、層のスタックを形成し、スタックを溶融転写して、３Ｄ部品及び関連支持構造を形成するために使用することもできる。
【００４４】
図１に示されるように、システム１０は、１つ又は複数の電子写真（ＥＰ）エンジン（ＥＰエンジン１２ａ〜ｄなど、一般的に１２で表現される）と、移動アセンブリ１４と、少なくとも１つのバイアス機構１６と、溶融転写アセンブリ２０とを含む。システム１０用の適切なコンポーネント及び機能動作の例は、Ｈａｎｓｏｎ等の米国特許第８，８７９，９５７号明細書及び米国特許第８，４８８，９９４号明細書並びにＣｏｍｂ等の米国特許出願公開第２０１３／０１８６５４９号明細書及び米国特許出願公開第２０１３／０１８６５５８号明細書で開示されているものを含む。
【００４５】
ＥＰエンジン１２は、帯電粉末部品及び支持材料の３Ｄ部品の完成層（一般的に２２で表現される）をそれぞれ像形成又は現像するための像形成エンジンである。帯電粉末部品及び支持材料の各々は、好ましくは、ＥＰエンジン１２の特定のアーキテクチャで使用するように設計される。いくつかの実施形態では、システム１０のＥＰエンジン１２の少なくとも１つ（ＥＰエンジン１２ａ、１２ｃなど）は、層２２の支持構造部分２２ｓを形成するために支持材料の層を現像し、ＥＰエンジン１２の少なくとも１つ（ＥＰエンジン１２ｂ、１２ｄなど）は、層２２の部品部分２２ｐを形成するために部品材料の層を現像する。ＥＰエンジン１２は、形成した部品部分２２ｐ及び支持構造部分２２ｓを移動媒体２４に移動する。いくつかの実施形態では、移動媒体２４は、図１に示されるように、移動ベルトの形態である。移動媒体２４は、移動ベルトの代わりに又は移動ベルトに加えて、移動ドラムなどの他の適切な形態を取ることができる。それに従って、本開示の実施形態は、移動ベルトの形態の移動媒体２４の使用に限定されない。
【００４６】
いくつかの実施形態では、システム１０は、完成層２２を形成するために協働する少なくとも１対のＥＰエンジン１２（ＥＰエンジン１２ａと１２ｂなど）を含む。いくつかの実施形態では、追加の対のＥＰエンジン１２（ＥＰエンジン１２ｃと１２ｄなど）は、他の層２２を形成するために協働することができる。
【００４７】
いくつかの実施形態では、所定の層２２の支持構造部分２２ｓを形成するように構成されたＥＰエンジン１２の各々は、移動ベルト２４の送り方向３２に対して、層２２の部品部分２２ｐを形成するように構成された対応するＥＰエンジン１２の上流に配置される。従って、図１に示されるように、例えば、各々が支持構造部分２２ｓを形成するように構成されたＥＰエンジン１２ａ、１２ｃは、移動ベルト２４の送り方向３２に対して、部品部分２２ｐを形成するように構成されたそれらの対応するＥＰエンジン１２ｂ、１２ｄの上流に配置される。代替の実施形態では、ＥＰエンジン１２のこの配置を逆にすることができ、その結果、部品部分２２ｐを形成するＥＰエンジンは、移動ベルト２４の送り方向３２に対して、支持構造部分２２ｓを形成するように構成された対応するＥＰエンジン１２の上流に位置することができる。従って、例えば、移動ベルト２４の送り方向３２に対して、ＥＰエンジン１２ｂは、ＥＰエンジン１２ａの上流に配置することができ、ＥＰエンジン１２ｄは、ＥＰエンジン１２ｃの上流に配置することができる。
【００４８】
以下で論じられるように、現像済みの層２２は、移動アセンブリ１４の移動媒体２４に移動され、移動媒体２４は、層２２を溶融転写アセンブリ２０に受け渡す。溶融転写アセンブリ２０は、構築プラットフォーム２８上に層２２を共に溶融転写することによって、３Ｄ部品２６ｐ、支持構造２６ｓ及び／又は他の特徴を含む３Ｄ構造２６を層ごとに構築するように動作する。
【００４９】
いくつかの実施形態では、移動媒体２４は、図１に示されるように、ベルトを含む。移動媒体２４に適した移動ベルトの例は、Ｃｏｍｂ等（米国特許出願公開第２０１３／０１８６５４９号明細書及び米国特許出願公開第２０１３／０１８６５５８号明細書）で開示されているものを含む。いくつかの実施形態では、ベルト２４は、表面２４ａと裏面２４ｂとを含み、表面２４ａは、ＥＰエンジン１２に面し、裏面２４ｂは、バイアス機構１６と接触する。
【００５０】
いくつかの実施形態では、移動アセンブリ１４は、１つ又は複数の駆動機構を含み、１つ又は複数の駆動機構は、例えば、モータ３０及び駆動ローラ３３又は他の適切な駆動機構を含み、移動媒体又はベルト２４を送り方向３２に駆動するように動作する。いくつかの実施形態では、移動アセンブリ１４は、ベルト２４に対する支持を提供するアイドラローラ３４を含む。図１に示される例示的な移動アセンブリ１４は、高度に簡略化されており、他の構成を取ることができる。それに加えて、移動アセンブリ１４は、図を簡略化するために示されていない追加のコンポーネントを含み得、例えば、ベルト２４において所望の張力を維持するためのコンポーネント、層２２を受け取る表面２４ａから破片を除去するためのベルトクリーナ及び他のコンポーネントなどが挙げられる。
【００５１】
また、システム１０は、本明細書で説明される１つ又は複数の機能を実行するようにシステム１０のコンポーネントを制御するために、命令（システム１０のメモリにローカル格納することも、システム１０にリモート接続されたメモリに格納することもできる）を実行するように構成された１つ又は複数のプロセッサを表すコントローラ３６も含む。いくつかの実施形態では、コントローラ３６のプロセッサは、１つ又は複数のコンピュータベースシステムのコンポーネントである。いくつかの実施形態では、コントローラ３６は、本明細書で説明される１つ又は複数の機能を実行するようにシステム１０のコンポーネントを制御するために使用される、１つ又は複数の制御回路、マイクロプロセッサベースのエンジン制御システム、１つ又は複数のプログラマブルハードウェアコンポーネント（フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）など）及び／又はデジタル制御ラスタ像形成プロセッサシステムを含む。いくつかの実施形態では、コントローラ３６は、例えば、ホストコンピュータ３８から又は別の場所から受信された印刷命令に基づいてシステム１０のコンポーネントを同期制御する。
【００５２】
いくつかの実施形態では、コントローラ３６は、適切な有線又は無線通信リンク上で、システム１０のコンポーネントと通信する。いくつかの実施形態では、コントローラ３６は、例えば、適切な有線又は無線通信リンク上で（ネットワーク接続（例えば、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）接続）上でなど）、外部のデバイス（ホストコンピュータ３８又は他のコンピュータ及びサーバなど）と通信する。
【００５３】
いくつかの実施形態では、ホストコンピュータ３８は、印刷命令（及び他の動作情報）を提供するためにコントローラ３６と通信するように構成された１つ又は複数のコンピュータベースシステムを含む。例えば、ホストコンピュータ３８は、３Ｄ部品及び支持構造のスライス済みの層に関連する情報をコントローラ３６に伝達することができ、それにより、システム１０は、層２２を印刷し、任意の支持構造を含む３Ｄ部品を層ごとに形成することができる。また、以下でさらに詳細に論じられるように、いくつかの実施形態では、コントローラ３６は、個々の層２２を形成するためのベルト２４上の以前に印刷済みの対応する支持構造部分２２ｓ又は部品部分２２ｐと、部品部分２２ｐ及び／又は支持構造部分２２ｓの印刷を正しく位置合わせする上で役立てるために、１つ又は複数のセンサからの信号も使用する。
【００５４】
システム１０のコンポーネントは、１つ又は複数のフレーム構造によって保持することができる。それに加えて、システム１０のコンポーネントは、動作の間にシステム１０のコンポーネントが周囲光にさらされないようにするために囲い込むことができる筐体内に保持することができる。
【００５５】
ここで図２を参照すると、先行技術の溶融転写アセンブリ３３３−１が示されており、図３に示される溶融転写アセンブリ３３３と同様ではあるが、コンプライアントニップローラ３２０の代わりに従来の剛性ニップローラ３２０−１を利用するものである。溶融転写アセンブリ３３３−１及び３３３は、層を転写した後に高温まで（例えば、熱可塑性粉末の少なくとも溶融温度まで）部品表面を加熱することによって溶融後又は熱設定ステップを実行するように構成された溶融後ヒータ３８２を含む。
【００５６】
図２及び３に示されるように、この溶融後ステップは、層転写プロセスの溶融転写／転写定着及び解放ステップに続くものであり、溶融転写／転写定着及び解放ステップは、熱可塑性粉末の溶融温度を下回る転写温度で実行することができる。層溶融転写アセンブリ３３３−１及び３３３においてポストヒータ３８２を追加することにより、熱可塑性粉末の溶融温度での層材料の界面接合を通じて得られた部品強度を犠牲にすることなく、層のきれいで急速な転写のために最適化された転写温度での３Ｄ部品３２２への層の転写が可能になる。この方法では、寸法精度及び多孔性（きれいな転写によって）に対して、また、強度に対して、部品品質を最適化することができる。
【００５７】
また、示されるように、層溶融転写アセンブリ３３３−１及び３３３は、ヒータ３７０及び３７２も含む（溶融後ヒータ３８２に加えて）。ヒータ３７０及び３７２は、溶融転写ステップの前に３Ｄ部品３２２の上面又は上層を加熱する。ポストヒータ３８２は、ニップローラ３２０−１及び３２０の下流且つエアジェット３４２の上流に位置し、溶融後又は熱設定ステップにおいて高温まで溶融転写済みの層を加熱するように構成される。
【００５８】
３Ｄ部品３２２を印刷する前、構築プラットフォーム３１８並びにニップローラ３２０−１及び３２０は、ヒータ３３８及び３４０をそれぞれ使用して、それらの所望の温度まで加熱することができる。例えば、構築プラットフォーム３１８は、平均部品温度（例えば、ＡＢＳ共重合体の場合は約１３０℃）まで加熱することができる。しかし、ニップローラ３２０−１及び３２０は、像形成済みの層３２８の所望の転写温度まで加熱することができる。
【００５９】
或いは、構築プラットフォーム３１８は、平均部品温度まで加熱することから始めて、後に、構築が進行するにつれて全体的な部品温度の制御に役立つ温度まで低下させることができる。
【００６０】
印刷動作の間、ベルト３１４は、像形成済みの粉末層３２８を転写温度まで加熱するヒータ３３２を通過して、像形成済みの粉末層３２８を運ぶ。像形成済みの粉末層３２８の転写温度は、望ましくは、その溶融温度未満であるが、後続の溶融転写ステップの間に加熱済みの層３２８と３Ｄ部品３２２との間の高分子の部分的な絡み合いを達成するほど十分に高い温度である。熱可塑性粉末の適切な転写温度は、熱可塑性粉末のガラス転移温度を超える温度（層材料は軟化するが融解しない温度、例えば、ＡＢＳ共重合体の場合は、約１４０℃〜約１８０℃の範囲）を含む。
【００６１】
図２及び３にさらに示されるように、動作の間、ガントリ３３４は、構築プラットフォーム３１８及び３Ｄ部品３２２を往復パターン（これに限定されないが、長方形パターン（矢印３７６によって描写されている）など）で動かすことができる。具体的には、ガントリ３３４は、ヒータ３７０の下方で、ヒータ３７０に沿って又はヒータ３７０を通じて、ｘ軸に沿って構築プラットフォーム３１８を動かす。ヒータ３７０は、熱可塑性粉末の転写温度などの高温まで３Ｄ部品３２２の上面を加熱する。ヒータ３３２及び３７０は、一貫した溶融転写界面温度を提供するために大体同じ温度まで像形成済みの粉末層３２８及び３Ｄ部品３２２の上面を加熱することができる。或いは、ヒータ３３２及び３７０は、所望の溶融転写界面温度を達成するために異なる温度まで像形成済みの粉末層３２８及び３Ｄ部品３２２の上面を加熱することができる。部品の最上部は、より低い温度の溶融転写層に熱エネルギーを熱伝導して溶融成功の可能性を増大するために、局所的に、材料の溶融温度よりはるかに高く加熱することができる。
【００６２】
ベルト３１４の回転継続及び構築プラットフォーム３１８の動きにより、ｘ軸に沿った正しい位置合わせで、加熱済みの層３２８と３Ｄ部品３２２の加熱済みの上面との整合が行われる。その上、加熱済みの層３２８及び３Ｄ部品３２２の加熱済みの上面の各々は、加熱済みの層３２８と３Ｄ部品３２２の加熱済みの上面の両方を転写温度で加熱する及び／又は維持するように構成することができるヒータ３７２を通過することができる。これにより、ニップローラ３２０−１及び３２０のそれぞれに達する前に加熱済みの層３２８が冷めないようにし、次の溶融転写ステップが実行される前に、３Ｄ部品３２２の加熱済みの上面の温度を転写温度まで又は転写温度近くにする。代替の実施形態では、ヒータ３７２を省略することができる。
【００６３】
ガントリ３３４は、矢印３３０の方向に、ベルト３１４の回転速度と同期する速度で（すなわち、同じ方向及び速度）、ｘ軸に沿って構築プラットフォーム３１８（及び３Ｄ部品３２２）を継続的に動かすことができる。これにより、ベルト３１４の裏面３１４ｂがニップローラの周りを回転し、ベルト３１４及び加熱済みの層３２８を３Ｄ部品３２２の上面にニップする。これにより、構築プラットフォーム３１８とベルト３１４が係合し、ニップローラの場所において、３Ｄ部品３２２の加熱済みの上面とベルト３１４との間で加熱済みの層３２８が押圧される。これにより、加熱済みの層３２８は、３Ｄ部品３２２の最上層に少なくとも部分的に溶融転写される。
【００６４】
溶融転写済みの層３２８がニップローラ３２０−１又は３２０のニップを通過すると、ベルト３１４は、ニップローラに巻き付き、構築プラットフォーム３１８から分離及び係脱する。これは、補助剥離ステップにおいてベルト３１４から溶融転写済みの層３２８を解放する上で役立ち、溶融転写済みの層３２８を３Ｄ部品３２２に接着したままの状態に保つことができる。上記で論じられるように、そのガラス転移温度より高いがその溶融温度より低い転写温度に溶融転写界面温度を維持することにより、加熱済みの層３２８は、３Ｄ部品３２２に接着できるほど十分に熱くすることができると同時に、ベルト３１４から容易に解放できるほど十分に冷却することができる。
【００６５】
解放後、ガントリ３３４は、ｘ軸に沿って任意選択の溶融後ヒータ３８２まで構築プラットフォーム３１８（及び３Ｄ部品３２２）を継続的に動かす。次いで、溶融後ヒータ３８２では、溶融転写済みの層３２８及び３Ｄ部品３２２は、溶融後又は熱設定ステップにおいて、熱可塑性粉末の少なくとも溶融温度まで加熱される。これにより、高度に溶融可能な状態まで溶融転写済みの層３２８の材料が融解し、その結果、溶融転写済みの層３２８の高分子は、急速に相互拡散して３Ｄ部品３２２との高レベルの界面絡み合いを達成する。
【００６６】
それに加えて、ガントリ３３４がｘ軸に沿って溶融後ヒータ３８２を通過してエアジェット３４２まで構築プラットフォーム３１８（及び３Ｄ部品３２２）を継続的に動かすと、エアジェット３４２は、３Ｄ部品３２２の最上層に向けて冷却用空気を吹きかける。これにより、上記で論じられるように、融転写済みの層３２８は、平均部品温度まで能動的に冷却される。
【００６７】
次いで、ガントリ３３４は、構築プラットフォーム３１８（及び３Ｄ部品３２２）を下方に作動し、ｘ軸に沿って開始位置までｘ軸に沿って構築プラットフォーム３１８（及び３Ｄ部品３２２）を戻し、往復長方形パターン３７６をたどる。構築プラットフォーム３１８は、望ましくは、次の層３２８との正しい位置合わせのために、開始位置に達する。また、いくつかの実施形態では、ガントリ３３４は、次の層３２８との正しい位置合わせのために、構築プラットフォーム３１８及び３Ｄ部品３２２を上方に作動することもできる。次いで、３Ｄ部品３２２の残りの層３２８の各々に対して、同じプロセスを繰り返すことができる。
【００６８】
層溶融転写アセンブリ３３３−１及び３３３は、３Ｄ部品３２２において像形成済みの層４２８を共に溶融転写すると同時に、加熱済みの層３２８をベルト３１４からきれいに解放できるほど十分に冷却された状態に保つための機構を提供する。ベルト３１４から溶融転写済みの層３２８の各々を解放した後に実行される熱設定ステップは、良好な部品強度を増進させるために、層間接着を相応に増強する。
【００６９】
それに加えて、エアジェット３４２（又は他の冷却ユニット）は、次の層３２８を印刷する前に、加熱要素３３２、３７０、３７２及び溶融後ヒータ３８２から加えられた熱を実質的に除去する。この能動冷却は、各層３２８によって提供される熱を実質的に除去し、それにより、印刷済みの層３２８の各々の後に実質的にゼロの蓄熱が提供される。従って、３Ｄ部品３２２は、全印刷動作の間、その変形温度を下回る平均部品温度で実質的に維持することができる。さらに、印刷済みの３Ｄ部品３２２の最上層表面温度は、次の層３２８の溶融転写のために、ヒータ３７０及び／又は３７２を使用して、そのガラス転移温度を上回る温度まで戻すことができる。
【００７０】
図２に示されるアセンブリ３３３−１などの以前の層溶融転写アセンブリでは、ニップローラ３２０−１は、ゴム又は他の同様の材料で作られた外側接触面を有するように作成することができる。より高いバルク温度（例えば、ＡＢＳトナーを使用すると、１５５℃を上回る温度）では、ローラ３２０−１の外側接触面材料は、部品の変形を低減するために、圧力の下で多少変形可能であり得る。しかし、ローラ３２０−１との接触により、依然として、過度の部品変形が生じ得る。さらに、いくつかのシステムにおいて望ましい、より低いバルク温度（例えば、１３０℃を下回る温度）では、ローラ３２０−１の材料は硬化され、ローラと接触する際にさらなる一層の部品変形を引き起こし得る。いくつかの例示的な実施形態では、特定の動作温度設定値での部品材料の変形に対するローラの変形量を最適化するために、ローラ材料の慎重な選択が行われ得る。
【００７１】
特に、より低い温度で、部品の変形を低減するか又は阻止するため、ニップローラ３２０は、ニップローラ３２０−１の接触面材料と比べて、より低い温度でより変形可能な外側接触面材料を含む。例えば、例示的な実施形態では、６０ショアＡ未満のデュロメータの値を有するニップローラ３２０の外側接触面材料は、部品変形がほとんどなかったことが分かっている。材料のデュロメータの値が低過ぎると、ニップローラ３２０は必要に応じて機能することができないため、いくつかの実施形態では、外側接触材料は、１０ショアＡ〜６０ショアＡの範囲内のデュロメータの値を有するべきであることが分かっている。この範囲のデュロメータの境界値は、柔らか過ぎるか又は硬過ぎるニップローラをもたらし得るため、例示的な実施形態では、外側接触材料は、約２０ショアＡ〜５０ショアＡのより狭い範囲内のデュロメータの値を有し得ることが分かっている。様々な実施形態では、コンプライアントローラ材料の弾性係数は、部品というよりもむしろローラが変形するように、特定の動作温度及び条件（例えば、使用材料、圧力、滞留時間など）に対して選ばれる。変形可能ローラは、硬質コアと変形可能外層とを有するか、又は、希望に応じて、完全に変形可能材料からなることが可能である。
【００７２】
ここで図４〜６を参照すると、いくつかの実施形態によるニップローラ３２０の例示的な実施形態が示されている。図４及び６はそれぞれ、ニップローラ３２０の斜視図及び端面図である。図５は、ニップローラの垂直断面図である。図４〜６に見られるように、ニップローラ３２０は、内部ローラ材料３２１を取り囲む材料の外層３２３を含む。例示的な実施形態では、内部ローラ材料３２１は、ステンレス鋼又は他の剛性材料であり得る。材料の外層３２３は、外側接触面３２５を提供するものであり、６０ショアＡ未満（例えば、２０ショアＡ〜５０ショアＡ）のデュロメータの値を有する変形可能材料である。例示的な実施形態では、外層３２３は、シリコンゴム材料である。外層３２３の厚さは、特定のシステムのための十分な変形を可能にするために、必要に応じて異なり得る。例示的な一実施形態では、外層３２３は、約０．３６インチの厚さを有し、３．７０インチの外径を有する内部ローラ上に配置されるが、これは、すべての実施形態に当てはまる必要はない。適切ないかなる寸法のローラ及び層も使用することができる。例えば、別個の外層３２３を利用する実施形態では、０．１インチ〜０．５インチの外層材料の厚さがうまく機能することが分かっている。さらに、いくつかの実施形態では、ニップローラは、全体的に変形可能材料で形成され、別個の外層は不要である。
【００７３】
ここで図７を参照すると、部品７４の上面又は構築面７６に対する圧力が外側接触面３２５に印加された際の外層３２３の変形を示すニップローラ３２０の一部分が図示されている。部品７４はローラ３２０によって係合するため、外層３２３は変形し、オリジナルの半径Ｒｒｏｌｌから外層３２３の係合部分の局所平坦化に対応する湾曲部の半径まで湾曲部のローラ外径が伸びる。外層３２３の湾曲部の半径は、オリジナルの半径Ｒｒｏｌｌからローラ３２０と部品７４との接触の中間点までは伸び続け、その後は縮み始める。図７は、湾曲部の伸びた２つの半径ｒ１及びｒ２を示し、湾曲部の長い方の半径ｒ２は、部品との接触の中間点に最も近い。高い変形度を有するコンプライアントローラ材料を使用することにより、部品の変形が最小限に抑えられる。従来の方式では、ローラと部品との間の変形のほとんどは、部品の層で起こった。現在開示されている概念及びコンプライアントローラ特徴を使用することにより、ローラと部品との間の変形のほとんどは、ローラで起こり、その結果、部品は実質的には変形しない。
【００７４】
上記で述べたように、ローラ３２０（例えば、外層３２３）の変形度は、使用されるローラ材料の硬度及びローラによって部品に印加される圧力を含むいくつかの因子に依存する。ローラ３２０の変形は主に変形可能材料の外層３２３の変形であり得るが、すべての実施形態に当てはまる必要はないことに留意しなければならない。例えば、いくつかの実施形態では、ローラ全体が変形可能材料で作られているものであり得る。ローラ３２０又は外層３２３の変形に関する論考は、両方のタイプの実施形態を含むことを意図する。図８は、２０ｐｓｉ、４０ｐｓｉ、６０ｐｓｉ及び８０ｐｓｉの接触圧で、４５０ｐｓｉ（５５ショアＡ）、３００ｐｓｉ（４５ショアＡ）、２００ｐｓｉ（３５ショアＡ）及び１００ｐｓｉ（２０ショアＡ）の弾性係数をそれぞれ有する材料に対するローラ３２０の変形をプロットする。ローラ３２０の変形の増大は、材料硬度の減少と共に見られる。例示的な実施形態では、外層の過度の変形は、ローラが溶融転写ローラとして機能することを妨げるため、外層材料は、７０ｐｓｉ〜２４０ｐｓｉの弾性係数を有するように選択される。
【００７５】
例示的な実施形態では、開示されるコンプライアントローラは、異なるシステムにおいて及び異なる層溶融転写アセンブリ構成において使用することができる。例えば、図９に示されるように、層溶融転写アセンブリ４３３は、解放ローラ４６８の下流且つエアジェット４４２の上流に位置する溶融後ヒータ４８２を含み、溶融後ヒータ４８２は、溶融後又は熱設定ステップにおいて熱可塑性粉末の少なくとも溶融温度まで溶融転写済みの層を加熱するために、溶融後ヒータ３８２と同じ方法で動作することができる。
【００７６】
３Ｄ部品４２２を印刷する前、構築プラットフォーム４１８及びコンプライアントニップ溶融ローラ４２０（上記で論じられるローラ３２０と同様であり得る）はそれぞれ、ヒータ４３８及び４４０によって、それらの所望の温度まで加熱することができる。例えば、構築プラットフォーム４１８は、平均部品温度まで加熱することができ、溶融ローラ４２０は、高温まで（熱可塑性粉末の溶融温度までなど）又はより低い転写温度まで加熱することができる。印刷動作の間、ベルト４１４は、像形成済みの粉末層４２８及びベルト４１４の関連領域を高い転写温度（望ましくは、ガラス転移温度を上回り、典型的には、熱可塑性粉末の溶融温度を超えない温度）まで加熱するヒータ４３２を通過して、像形成済みの粉末層４２８を運ぶ。
【００７７】
動作の間、モータ４３６からの動力の下で、ガントリ４３４は、ガントリ３３４と同じ方法で、構築プラットフォーム４１８及び３Ｄ部品４２２を往復長方形パターン（矢印４７６によって描写されている）で動かすことができる。ガントリ４３４は、ヒータ４７０の下方で、ヒータ４７０に沿って又はヒータ４７０を通じて、ｘ軸に沿って構築プラットフォーム４１８を動かすことができ、ヒータ４７０は、高い転写温度（同様に、ガラス転移温度を上回り、望ましくは、熱可塑性粉末の溶融温度を超えない温度）まで３Ｄ部品４２２の上面を加熱する。
【００７８】
ベルト４１４の回転継続及び構築プラットフォーム４１８の動きにより、ｘ軸に沿った正しい位置合わせで、加熱済みの層４２８と３Ｄ部品４２２の加熱済みの上面との整合が行われる。その上、加熱済みの層４２８及び３Ｄ部品４２２の加熱済みの上面の各々は、加熱済みの層４２８と３Ｄ部品４２２の加熱済みの上面の両方を転写温度で加熱する及び／又は維持するように構成することができるヒータ４７２を通過することができる。これにより、溶融ローラ４２０に達する前に加熱済みの層４２８が冷めないようにし、次の溶融転写ステップが実行される前に、３Ｄ部品４２２の加熱済みの上面の温度を転写温度にする。
【００７９】
ガントリ４３４は、矢印４３０の方向に、ベルト４１４の回転速度と同期する速度で（すなわち、同じ方向及び速度）、ｘ軸に沿って構築プラットフォーム４１８（及び３Ｄ部品４２２）を継続的に動かすことができる。これにより、ベルト４１４の裏面４１４ｂが溶融ローラ４２０の周りを回転し、ベルト４１４及び加熱済みの層４２８を３Ｄ部品４２２の上面にニップする。これにより、構築プラットフォーム４１８とベルト４１４が係合し、溶融ローラ４２０の場所において、３Ｄ部品４２２の加熱済みの上面とベルト４１４との間で加熱済みの層４２８が押圧され、溶融転写ステップが実行される。
【００８０】
溶融ローラ４２０と解放ローラ４６８を分離することにより、それらの間のエアジェット４７４（又は他の冷却機構）を介する冷却ステップを用いることで、層溶融転写アセンブリ４３３は、層溶融転写アセンブリ３３３を使用する際に許容される温度より高い溶融転写界面温度まで層を加熱することもできる。層４２８及び３Ｄ部品４２２の加熱済みの最上層が熱可塑性粉末の溶融温度まで、熱可塑性粉末の溶融温度で又は熱可塑性粉末の溶融温度近くまで加熱される場合には、押圧された加熱済みの層４２８は、高レベルの層間接着で３Ｄ部品４２２の加熱済みの上面に溶融転写される。例示的な実施形態では、解放ローラ４６８は、上記で論じられるローラ３２０と同様のコンプライアント溶融ローラでもあり得るが、これは、当てはまる必要はない。
【００８１】
溶融ローラ４２０を通過した後、且つ、構築プラットフォーム４１８がベルト４１４と係合している間、ベルト４１４、構築プラットフォーム４１８及び３Ｄ部品４２２は、エアジェット４７４を通過し、エアジェット４７４により、ベルト４１４裏面４１４ｂの側部が冷却される。代替の実施形態では、エアジェット４７４は、冷蔵ユニット、液体冷却ユニット、蒸発ユニット及び同様のものなど、様々な異なる対流性及び／又は伝導性冷却ユニットであり得る。エアジェット４７４を備える冷却ベルト４１４は、ベルト４１４の表面４１４ａと溶融転写済みの層４２８との間の界面の冷却を可能にし、その結果、溶融転写済みの層４２８を、３Ｄ部品４２２に接着したままベルト４１４からきれいに解放することができる。
【００８２】
具体的には、溶融転写済みの層４２８が解放ローラ４６８のニップを通過すると、ベルト４１４は、解放ローラ４６８の周りを回転し、構築プラットフォーム４１８から分離及び係脱する。これは、補助剥離ステップにおいてベルト４１４から溶融転写済みの層４２８を解放する上で役立ち、溶融転写済みの層４２８を３Ｄ部品４２２に接着したままの状態に保つことができる。
【００８３】
解放後、ガントリ４３４は、ｘ軸に沿って溶融後ヒータ４８２まで構築プラットフォーム４１８（及び３Ｄ部品４２２）を継続的に動かす。次いで、溶融後ヒータ４８２では、溶融転写済みの層４２８及び３Ｄ部品４２２は、熱設定ステップにおいて、熱可塑性粉末の溶融温度まで再度加熱される。これにより、溶融可能な状態まで溶融転写済みの層４２８の材料が融解し、その結果、溶融転写済みの層４２８の高分子は、高度に相互拡散して３Ｄ部品４２２との界面絡み合いを促進する。実際には、層溶融転写アセンブリ４３３は、非常に高い強度の部品の構築に特に適したプロセスである転写定着ステップによって分離された２つの相互拡散ステップを生成する。
【００８４】
それに加えて、ガントリ４３４がｘ軸に沿って溶融後ヒータ４８２を通過してエアジェット４４２まで構築プラットフォーム４１８（及び３Ｄ部品４２２）を継続的に動かすと、エアジェット４４２は、３Ｄ部品４２２の最上層に向けて冷却用空気を吹きかける。これにより、上記で論じられるように、融転写済みの層４２８は、平均部品温度まで能動的に冷却される。
【００８５】
次いで、ガントリ４３４は、構築プラットフォーム４１８（及び３Ｄ部品４２２）を下方に作動し、ｘ軸に沿って開始位置までｘ軸に沿って構築プラットフォーム４１８（及び３Ｄ部品４２２）を戻し、往復長方形パターン４７６をたどる。構築プラットフォーム４１８は、望ましくは、次の層４２８との正しい位置合わせのために、開始位置に達する。また、いくつかの実施形態では、ガントリ４３４は、次の層４２８との正しい位置合わせのために、構築プラットフォーム４１８及び３Ｄ部品４２２を上方に作動することもできる。次いで、３Ｄ部品４２２の残りの層４２８の各々に対して、同じプロセスを繰り返すことができる。
【００８６】
層溶融転写アセンブリ４３３は、層を共に溶融転写すると同時に、加熱済みの層４２８をベルト４１４からきれいに解放できるほど十分に冷却された状態に保つためのさらなる代替の機構を提供する。溶融ローラ４２０と解放ローラ４６８を分離することにより、それらの間のエアジェット４７４を介する冷却又は転写定着ステップを用いることで、最適な溶融転写界面温度まで層を加熱し、解放前に層４２８を転写定着させる温度まで冷却することができる。その上、溶融後ヒータ４８２を介する熱設定ステップは、さらに一層優れた部品強度の制御を提供する。
【００８７】
それに従って、層４２８及び３Ｄ部品４２２の熱プロファイルは、様々な要件を満たすように厳重に制御することができる。次いで、ベルト４１４から解放後、溶融転写済みの層４２８は、上記で論じられるように、３Ｄ部品４２２との界面絡み合いをさらに促進するために、溶融後ヒータ４８２を介して少なくともその溶融温度まで再加熱することができる。
【００８８】
図１０及び１１は、エアジェット２７４が省略されたさらなる代替の層溶融転写アセンブリ３３３である層溶融転写アセンブリ５３３及び６３３を示す。例えば、図９に示されるように、層溶融転写アセンブリ５３３は、層溶融転写アセンブリ３３３と同様の方法で機能し得、それぞれのコンポーネントの参照番号は、層溶融転写アセンブリ３３３から「２００」増えている。
【００８９】
この実施形態では、ベルト５１４は、望ましくは、層５２８及び３Ｄ部品５２２を加熱するためのヒートキャパシタとして機能する。具体的には、ベルト５１４は、望ましくは、以下で論じられるように、高い熱伝導率及び高い熱容量を有する。示されるようなヒータ５３２は、像形成済みの粉末層５２８の加熱と共にベルト自体を加熱するためにベルトの反対側の面に熱を誘導する非接触型ラジエントヒータである。従って、ヒータ５３２で加熱した後、ベルト５１４は、溶融転写ステップのための唯一の加熱源であり得、ニップローラ５２０は、任意選択により、加熱しなくとも、より低い温度（例えば、所望の平均部品温度）まで加熱してもよい。他の実施形態では、ヒータ５３２の代わりに、接触型熱源又は非ラジエントヒータなどの代替の又は追加の熱源を使用することができる。ニップローラ５２０は、上記で論じられるコンプライアントローラ３２０と同じもの又は同様のものであり得る。
【００９０】
それに従って、３Ｄ部品５２２を印刷する前、構築プラットフォーム５１８は、ヒータ５３８によって、その所望の温度（例えば、平均部品温度）まで加熱することができる。印刷動作の間、ベルト５１４は、像形成済みの粉末層５２８及びベルト５１４の関連領域を高い転写温度（熱可塑性粉末の溶融温度など）まで加熱するヒータ５３２を通過して、像形成済みの粉末層５２８を運ぶ。この実施形態では、そのより高い熱伝導率及び熱容量により、ベルト５１４は、望ましくは、構築プラットフォーム５１８への輸送の間、加熱済みの層５２８を加熱し続ける。
【００９１】
動作の間、ガントリ５３４は、ガントリ１３４、２３４、３３４及び４３４と同じ方法で、構築プラットフォーム５１８及び３Ｄ部品５２２を往復長方形パターン（矢印５７６によって描写されている）で動かすことができる。ベルト５１４の回転継続及び構築プラットフォーム５１８の動きにより、ｘ軸に沿った正しい位置合わせで、加熱済みの層５２８と３Ｄ部品５２２の上面との整合が行われる。ガントリ５３４は、矢印５３０の方向に、ベルト５１４の回転速度と同期する速度で（すなわち、同じ方向及び速度）、ｘ軸に沿って構築プラットフォーム５１８（及び３Ｄ部品５２２）を継続的に動かすことができる。これにより、ベルト５１４の裏面５１４ｂがニップローラ５２０の周りを回転し、ベルト５１４及び加熱済みの層５２８を３Ｄ部品５２２の加熱済みの上面にニップする。これにより、構築プラットフォーム５１８とベルト５１４が係合し、ニップローラ５２０の場所において、３Ｄ部品５２２の上面とベルト５１４との間で加熱済みの層５２８が押圧され、溶融転写ステップが実行される。
【００９２】
ベルト５１４からの伝導加熱は、共に溶融している３Ｄ部品５２２のエリア（すなわち、加熱済みの層５２８又はベルト５１４と接触している３Ｄ部品５２２のエリアのみを直接加熱する。それに加えて、ベルト５１４及び構築プラットフォーム５１８がニップローラ５２０から解放ローラ５６８まで矢印５３０の方向に継続的に動くにつれて、ベルト５１４は、望ましくは、溶融転写済みの層５２８及び３Ｄ部品５２２に熱エネルギーを伝導する。理論に縛られることは望まないが、このステップの間のベルト５１４から３Ｄ部品５２２の溶融転写済みの層への熱エネルギーの解放は２つの機能を提供すると考えられている。
【００９３】
第１に、３Ｄ部品５２２の溶融転写済みの層の加熱が継続され、それにより、層間接着が増強する。例えば、ベルト５１４及び層５２８が約２００℃の溶融温度まで加熱され、３Ｄ部品５２２が約１００℃の平均部品温度に維持される場合は、層を共に溶融転写するための初期溶融転写界面温度は、約１５０℃で始まる。しかし、ベルト５１４から３Ｄ部品５２２の溶融転写済みの層への熱エネルギーの伝導を継続しながら、ニップローラ５２０から解放ローラ５６８まで動かすことにより、溶融転写界面温度が増加する。これにより、高分子の接着度が相応に増大し、図１のプロットライン関数ｆ（τｒ）及び方程式１〜３に従って、界面絡み合いが促進される。
【００９４】
第２に、ベルト５１４及び層５２８から３Ｄ部品５２２の最上層へと熱を引き出す伝導熱伝達は、ベルト５１４及び層５２８を溶融温度からより低い温度まで冷却し、その結果、解放ローラ５６８を通過する際、溶融転写済みの層５２８は、３Ｄ部品５２２に接着したまま、ベルト５１４からきれいに解放することができる。従って、この方法でベルト５１４から熱を引き出すことにより、ジェットを採用することなく、エアジェット２７４及び４７４と同様の方法でベルト５１４及び層５２８が冷却される。
【００９５】
具体的には、溶融転写済みの層５２８が解放ローラ５６８のニップを通過すると、ベルト５１４は、解放ローラ５６８の周りを回転し、構築プラットフォーム５１８から分離及び係脱する。これは、補助剥離ステップにおいてベルト５１４から溶融転写済みの層５２８を解放する上で役立ち、溶融転写済みの層５２８を３Ｄ部品５２２に接着したままの状態に保つことができる。
【００９６】
解放後、ベルト５１４は、回転してＥＰエンジン１２（図１に示される）まで戻り、追加の冷却機構（図示せず）を用いて又は自然放熱冷却を介してさらに冷却することができる。ガントリ５３４は、構築プラットフォーム５１８（及び３Ｄ部品５２２）を下方に作動し、ｘ軸に沿って開始位置までｘ軸に沿って構築プラットフォーム５１８（及び３Ｄ部品５２２）を戻し、往復長方形パターン５７６をたどる。構築プラットフォーム５１８は、望ましくは、次の層５２８との正しい位置合わせのために、開始位置に達する。また、いくつかの実施形態では、ガントリ５３４は、次の層５２８との正しい位置合わせのために、構築プラットフォーム５１８及び３Ｄ部品５２２を上方に作動することもできる。次いで、３Ｄ部品５２２の残りの層５２８の各々に対して、同じプロセスを繰り返すことができる。
【００９７】
層溶融転写アセンブリ５３３は、層を共に溶融転写すると同時に、加熱済みの層５２８をベルト５１４からきれいに解放できるほど十分に冷却された状態に保つためのさらなる代替の機構を提供する。溶融ローラ５２０と解放ローラ５６８を分離することにより、それらの間のベルト５１４から３Ｄ部品５２２への熱伝導を介する冷却又は転写定着ステップを用いることで、最適な溶融転写界面温度まで層を加熱し、解放前に層５２８を転写定着させる温度まで冷却することができる。いくつかの実施形態では、解放ローラ５６８は、上記で論じられるローラ３２０と同様のコンプライアントローラでもあり得るが、これは、すべての実施形態に当てはまる必要はない。
【００９８】
いくつかの実施形態では、層溶融転写アセンブリ５３３は、任意選択により、溶融転写ステップの前に３Ｄ部品５２２の上面に向けて熱を誘導するための１つ若しくは複数のプリヒータ、ベルト５１４をさらに冷却する上で役立てるための１つ若しくは複数のエアジェット（例えば、エアジェット４７４）、３Ｄ部品５２２を再加熱するための１つ若しくは複数の溶融後ヒータ（例えば、溶融後ヒータ３８２、４８２）、及び／又は、３Ｄ部品５２２をその所望の平均部品温度に維持する上で役立てるための１つ若しくは複数の空気能動冷却ユニット（例えば、エアジェット３４２、４４２）も含み得る。
【００９９】
しかし、ベルト５１４の高い熱伝導率及び熱容量により、層溶融転写アセンブリは、共に溶融している３Ｄ部品５２２のエリアにのみ選択的に熱を伝達することができる。この伝導加熱は、完成しており且つ現在の層５２８と溶融していない３Ｄ部品５２２の融解小型部品特徴を融解するリスクを低減する。それに加えて、この伝導加熱は、層溶融転写アセンブリ５３３における加熱及び冷却ユニットの数を低減することができ、それにより、再加熱及び再冷却ステップの数を低減することができる。
【０１００】
ベルト５１４に適した平均熱伝導率の例は、少なくとも約０．１２ワット毎メートル毎ケルビン（Ｗ／ｍ−Ｋ）の熱伝導率を含み、特に適した平均熱伝導率は、約０．２Ｗ／ｍ−Ｋ〜約０．５Ｗ／ｍ−Ｋの範囲であり、平均熱伝導率は、ＡＳＴＭ  Ｅ１２２５−０９に従って測定される。その上、ベルト５１４に適した平均熱容量の例は、少なくとも約１，０００ジュール毎キログラム毎ケルビン（Ｊ／ｋｇ−Ｋ）の比熱容量を含み、特に適した平均熱容量は、約２，０００Ｊ／ｋｇ−Ｋ〜約３，０００Ｊ／ｋｇ−Ｋの範囲であり、比熱容量は、ＡＳＴＭ  Ｅ１２６９−１１に従って測定される。
【０１０１】
ベルト５１４に適した材料の例は、高分子及び金属材料を含み、この材料は、静電気帯電を促進するために１つ又は複数の導電性材料でドープすることができる。適切な高分子材料の例は、Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥからの「ＫＡＰＴＯＮ」という商標名の下で市販されているものなどのポリイミド材料を含む。
【０１０２】
図１１は、層溶融転写アセンブリ５３３（図１０に示される）の代替のものである層溶融転写アセンブリ６３３を示し、それぞれのコンポーネントの参照番号は、層溶融転写アセンブリ５３３から「１００」増えている。図１１に示されるように、層溶融転写アセンブリ６３３は冷却ユニット６４２も含み、冷却ユニット６４２は、３Ｄ部品６２２をその所望の平均部品温度に維持する上で役立てるためにエアジェット３４２、４４２と同様の方法で３Ｄ部品６２２を能動的に冷却するための伝導冷却ユニットである。
【０１０３】
しかし、非接触型冷却ユニット（例えば、エアジェット３４２、４４２）と比べると、冷却ユニット６４２は、冷却ユニット６４２と接触している３Ｄ部品６２２のエリアのみを選択的に冷却する。具体的には、冷却ユニット６４２は、ローラ６４２ａ及び冷却ベルト６４２ｂを含み得、冷却ベルト６４２ｂは、望ましくは、ｘ軸に沿った矢印６３０の方向における構築プラットフォーム６１８及び３Ｄ部品６２２の動きと同期する速度で、ローラ６４２ａ（並びに他のアイドラ及び／又は駆動ローラ）の周りを回転するように構成される。ベルト６４２ｂ自体は、望ましくは、熱伝導率を有し、ヒートシンクとして機能するように冷却される（例えば、冷蔵ユニット又は他の冷却機構（図示せず）を介して）。代替の実施形態では、冷却ユニット６４２は、熱伝導を介して３Ｄ部品６２２から熱エネルギーを引き出すための適切ないかなる機構（例えば、回転可能コールドドラム又は往復コールドプラットフォーム）も含み得る。
【０１０４】
この実施形態では、解放ローラ６６８を通過した後、３Ｄ部品６２２の上面は、望ましくは、ベルト６４２ｂと接触し、能動冷却ステップにおいて３Ｄ部品６２２から熱を能動的に引き出すのに十分な時間の間、ベルト６４２ｂと共に移動する。上記で言及したように、これは、３Ｄ部品６２２の全体的な冷却というよりむしろ、冷却ユニット６４２と接触している３Ｄ部品６２２のエリアのみを選択的に冷却する。理解できるように、共に溶融している３Ｄ部品６２２のエリアのみを選択的に加熱するベルト６１４での各溶融転写ステップの間、３Ｄ部品６２２に引き込まれる熱の大部分は、３Ｄ部品６２２の最上層に存在する。従って、溶融転写ステップの直後にこれらの同じエリアから熱を選択的に引き出すことにより、３Ｄ部品６２２を全体的に冷却することなく、部品のバルクへの熱の拡散を阻止することができる。
【０１０５】
それに従って、ベルト６１４と冷却ユニット６４２を併用することにより、層溶融転写アセンブリ６３３は、溶融している３Ｄ部品６２２のエリアのみを直接加熱及び冷却することができる。これにより、完成している小型特徴の融解又は未だ構築中の表面の過度の冷却など、潜在的に望ましくない影響を及ぼすバルク加熱及びバルク冷却ステップを排除することができる。不満ローラ３２０を参照して上記で論じられるように、ニップローラ６２０は、圧力の下で部品と接触すると変形するという同様の構造のものである。ローラ６６８及び６４２ａも同様にコンプライアントローラであり得るが、すべての実施形態に当てはまる必要はない。
【０１０６】
図１２は、層溶融転写アセンブリ７３３の別の例示的な実施形態を示す。示されるように、層溶融転写アセンブリ７３３は、予備焼結ヒータ７６８、構築プラットフォーム７７０及びニップローラ７２０を含む。代替の実施形態では、層溶融転写アセンブリ７３３は、任意選択により、１つ又は複数の溶融後ヒータ及びエアジェット（又は他の冷却ユニット）、並びに／或いは、参照により本明細書に組み込まれるＣｏｍｂ等の米国特許出願公開第２０１３／０１８６５４９号明細書及び米国特許出願公開第２０１３／０１８６５５８号明細書で説明されているような他の構成（例えば、プレスプレート、複数のローラなど）も含み得る。
【０１０７】
予備焼結ヒータ７６８（上記の図１でも描写されている）は、ニップローラ７２０に達する前に粉末性材料の層７６４を焼結するように構成された１つ又は複数の加熱デバイス（例えば、赤外線ヒータ、加熱エアジェット及び／又は接触ローラ）である。各層７６４は、望ましくは、層７６４の加熱に十分な滞留時間の間、予備焼結ヒータ７６８のそばを通り（又は予備焼結ヒータ７６８を通過し）、それにより、粉末性材料は焼結されて焼結済みの連続膜７６４ｆになる。予備焼結ヒータ７６８は、好ましくは、ニップローラ７２０に達する前に所望の転写温度に先立って焼結済みの膜７６４ｆを部分的に冷却できるほど十分な距離だけニップローラ７２０の上流に位置する。ニップローラ７２０は、ローラ３２０を参照して上記で論じられるものなどのコンプライアントローラ構造のものであり得る。
【０１０８】
構築プラットフォーム７７０は、３Ｄ部品及び任意の関連支持構造（３Ｄ部品７７４ｐ及び支持構造７７４ｓと呼ばれる）を層ごとに印刷するために焼結済みの膜７６４ｆを受け取るように構成されたプラットフォームアセンブリ又はプラテンである。論じ易くするため、３Ｄ部品７７４ｐ及び支持構造７７４ｓは、本明細書では、集合的に、中間構築面７７６を有する３Ｄ部品７７４と呼ばれる。いくつかの実施形態では、構築プラットフォーム７７０は、焼結済みの層７６４ｆを受け取るための取り外し可能な膜基板（図示せず）を含み得、取り外し可能な膜基板は、任意の適切な技法（例えば、真空引き、再剥離性接着剤、機械式締め具、磁気吸引及び同様のもの）を使用して構築プラットフォーム７７０に拘止することができる。
【０１０９】
構築プラットフォーム７７０は、ガントリ７７８によって支持され、ガントリ７７８は、好ましくは、往復長方形パターンを生み出すために、ｚ軸及びｙ軸に沿って構築プラットフォーム７７０を動かすように構成されたガントリ機構であり、主な動きは、ｙ軸に沿った前進後退である（破線７８０によって示される）。往復長方形パターンは軸方向の鋭い角を有する長方形パターン（矢印７８０によって定義される）として説明されているが、ガントリ７７８は、押圧ステップの間に構築プラットフォーム７７０がｙ軸に沿って動く限り、角丸又は楕円形を定義する角を有する往復長方形パターンで構築プラットフォーム７７０を動かすことができる。ガントリ７７８は、コントローラ２４からのコマンドに基づいてモータ７３６によって操作することができ、モータ７３６は、電動モータ、油圧系、空気圧系又は同様のものであり得る。
【０１１０】
示される実施形態では、構築プラットフォーム７７０は、加熱要素７３８（例えば、電気ヒータ）で加熱可能である。加熱要素７３８は、室温（２５℃）より高い高温に、より好ましくは、部品材料のガラス転移温度程度に又はガラス転移温度を下回る温度近くに（ガラス転移温度から約１５℃以内、約１０℃以内若しくは約５℃下回るなど）、構築プラットフォーム７７０を加熱及び維持するように構成される。
【０１１１】
ニップローラ７２０は、加熱可能な押圧要素の例であり、ベルト７２２の動きに合わせて固定軸の周りを回転するように構成される。具体的には、ベルト７２２が矢印７３４の方向に回転する一方で、ニップローラ７２０は、裏面７２２ｂに当接して矢印７８６の方向に回転することができる。示される実施形態では、ニップローラ７７２は、加熱要素７８８（例えば、電気ヒータ）で加熱可能である。加熱要素７８８は、構築プラットフォーム７７０と実質的に同じ温度になど、室温（２５℃）より高い高温に（例えば、部品材料のガラス転移温度程度に又はガラス転移温度を下回る温度近くに（ガラス転移温度から約１５℃以内、約１０℃以内若しくは約５℃下回るなど））、ニップローラ７２０を加熱及び維持するように構成される。
【０１１２】
印刷動作の間、ベルト７２２は、予備焼結ヒータ７６８を通過して粉末性の熱可塑性部品及び／又は支持材料の現像済みの層７６４を運ぶ。予備焼結ヒータ７６８は、高温且つ低（又はゼロ）印加圧力で、粉末性材料を相応に焼結する。
【０１１３】
いくつかの例示的な実施形態では、予備焼結ヒータ６８は、押圧ローラ７６８ａ、バッキングローラ７６８ｂ及び加熱要素７６８ｃのローラ構成を組み込むことができる。この実施形態では、加熱要素７６８ｃは、ベルト７２２及び現像済みの層７６４を加熱するために、バッキングローラ７６８ｂを高温まで加熱することができる。それに加えて、押圧ローラ７６８ａは、少量の圧力を現像済みの層７６４に印加することができ、その結果、高温と少量の印加圧力を組み合わせることにより、現像済みの層７６４の粉末性材料は焼結されて焼結済みの連続膜７６４ｆになる。
【０１１４】
加熱ローラ（すなわち、バッキングローラ７６８ｂ）をベルト７２２の裏面７２２ｂに配置することにより、押圧ローラ７６８ａとは対照的に、ベルトの表面エネルギーは優位な粘着性表面をもたらすことが保証される。その上、押圧ローラ７６８ａ及びバッキングローラ７６８ｂのニップにおけるベルト７２２の表面の湾曲もまた、焼結済みの膜７６４ｆをベルト７２２上に保持する傾向がある。
【０１１５】
それに従って、このローラの実施形態は、焼結済みの膜７７４がより低い温度で予備焼結ヒータ７６８を出ることを可能にし、それに応じて、このローラの実施形態をニップローラ７２０の近くに配置することができるが、その理由は、焼結済みの膜７６４ｆは、所望の転写温度まで冷却するのに長い距離を必要としないためである。それに加えて、このローラの実施形態には赤外線加熱は不要であるため、粉末性材料は、任意選択により、赤外線吸収材料（例えば、カーボンブラック）を含まなくともよく、異なる有色顔料及び色素を組成物に組み込むことが可能である。
【０１１６】
本発明の実施形態では、熱及び同時又は後続の圧力は、現像済みの層を３Ｄ構造の中間構築面にフレンケル溶融するため、溶融転写プロセスの間に印加される。「フレンケル溶融」という用語は、本明細書で使用される場合は、熱可塑性粒子間の軽度の粘着性又は濡れ性を意味する。これは、ガラス転移温度Ｔｇを上回る温度で起こり得るが、表面近くの重合体はより低い有効ガラス転移温度を有するため（表面を流れ易くする表面効果がある）、ガラス転移温度をわずかに下回る温度でも起こり得る。フレンケル溶融材料の多孔性は、１０〜３０％である場合が多い。しかし、新しい溶融転写済みの層の完全な溶融は未だ完了しておらず、前の溶融転写済みの層に新しい層を完全に溶融するには、追加の熱を部品に提供しなければならない。過去の手法は、構築の際、部品歪みを回避するために、３Ｄ構造の中間構築面における熱を適度に抑えていた。本発明のいくつかの実施形態は、層溶融転写前に、熱可塑性物質の溶解温度まで中間構築面を加熱し、次いで、層溶融転写後に、新しい中間構築面を冷却するものであり、層及び溶融転写アセンブリの温度条件を制御することによって、及び、過熱される３Ｄ構造の領域を中間構築面近くの溶融転写層（「バルク部品」層と呼ばれる）に制限することによって、部品歪みを回避できることを認識している。新しい層を溶融転写する前に中間構築面の上面を過熱することにより、完全な溶融に達するため及び同じ形状の射出成形部品と同様の特性を有する成功部品を構築するために、適切な領域に熱が供給される。
【０１１７】
材料の層を運ぶための媒体としての移動ベルトの使用は、ベルト伸縮、キルティング、過熱及び加熱不足に起因する溶融転写プロセスの熱条件のため、難易度の高いものであり得る。いくつかの例では、溶融転写プロセスに失敗し、構築面への現像済みの層の不完全な転写が起こり得る。「コールドオフセット」と一般的に呼ばれる第１の例では、移動媒体上の現像済みの層の一部分は、現像済みの層と構築面との間の界面における不十分な接合のため、移動媒体から３Ｄ構造の構築面に完全には転写されない。これは、現像済みの層と対応する中間表面との間の界面における熱不足が原因で起こる場合が多い。「ホットオフセット」と一般的に呼ばれる第２の例では、現像済みの層の一部分と移動媒体との間の接合は、現像済みの層の一部分と対応する構築面との間の接合を超える。これは、現像済みの層の一部分が、構築面の隣接材料より強力にベルトに接着する程度まで加熱される（Ｔｆに近づく）際に起こる場合が多い。残念ながら、現像済みの層が移動媒体にそれほど強力に接合しないと同時に構築面にしっかりと接合することを保証するために現像済みの層及び構築面に印加できる特定の圧力及び温度は存在しない。本開示の実施形態は、ホット及びコールドオフセット溶融転写プロセスの失敗を低減するための電子写真に基づく付加製造システム及び方法を対象とする。
【０１１８】
図１３は、層溶融転写アセンブリ８１９の例示的な実施形態を示す。溶融転写アセンブリ８１９の実施形態は、構築プラットフォーム８７０、押圧コンポーネント８２０、溶融転写前ヒータ８７２、８７５及び溶融転写後クーラ８７６を含む。構築プラットフォーム８７０は、構造８７４を印刷するために加熱済みの層を受け取るように構成されたプラットフォームアセンブリ又はプラテンであり、構造８７４は、部品部分８７４ｐで形成される３Ｄ部品及び支持構造部分８７４ｓで形成される任意選択の支持構造（層ごとに形成される）を含む。いくつかの実施形態では、構築プラットフォーム８７０は、印刷済みの層を受け取るための取り外し可能な膜基板（図示せず）を含み得、取り外し可能な膜基板は、任意の適切な技法（例えば、真空、締め付け又は接着）を使用して構築プラットフォーム８７０に拘止することができる。
【０１１９】
構築プラットフォーム８７０は、ガントリ８７８又は他の適切な機構によって支持され、ガントリ８７８又は他の適切な機構は、ｚ軸及びｙ軸に沿って、及び任意選択により、ｙ及びｚ軸に直交するｘ軸にも沿って、構築プラットフォーム８７０を動かすように構成される。ガントリ８７８は、コントローラ２４からのコマンドに基づいてモータ８３６によって操作することができる。モータ８３６は、電動モータ、油圧系、空気圧系、圧電デバイス又は同様のものなど、適切ないかなるアクチュエータでもあり得る。
【０１２０】
いくつかの実施形態では、ガントリ８７８は、ｚ軸及びｙ軸に沿って構築プラットフォーム８７０を動かすように構成される。いくつかのそのような実施形態では、ガントリ８７８は、往復長方形パターンを生み出し、その主な動きは、図１３の破線８８０によって示されるように、ｙ軸に沿った前進後退である。往復長方形パターンは軸方向の鋭い角を有する長方形パターンとして示されているが、ガントリ８７８は、以下で説明される押圧コンポーネント８２０における押圧ステップの間に構築プラットフォーム８７０がｙ軸プロセス方向（矢印８８７ａによって示される）に沿って動く限り、角丸又は楕円形角を有する往復長方形パターンで構築プラットフォーム８７０を動かすことができる。コントローラ２４は、溶融転写動作の間、印刷済みの構造８７４の上面である中間構築面８７６の場所をｙ軸に沿ってシフトするように、及び、ｙ軸に沿って構築面８７６との正しい位置合わせで層８７４ｐを配置するように、ガントリ８７８を制御する。
【０１２１】
いくつかの実施形態では、構築プラットフォーム８７０は、加熱要素８９０（例えば、電気ヒータ）を使用して加熱される。Ｃｏｍｂ等の米国特許出願公開第２０１３／０１８６５４９号明細書及び米国特許出願公開第２０１３／０１８６５５８号明細書で論じられるように、加熱要素８９０は、３Ｄ部品８７４ｐ及び／又は支持構造８７４ｓの所望のバルク部品温度を達成するために、熱の供給を支援するように構成される。これにより、構築プラットフォーム８７０は、３Ｄ部品８７４ｐ及び／又は支持構造８７４ｓをこの平均部品温度に維持する上で役立てることができる。
【０１２２】
図１３に示されるように、システム又は溶融転写アセンブリ８１９は、転写ローラ８２０の前に、内部冷却プラニッシュローラ８０８を含む。ローラ８０８などの冷却プラニッシュローラは、空隙を低減するために層を圧縮し、引張荷重及び部品への転写をサポートする膜を作成するために層温度を低減する機能を果たす。層の多孔性は、この追加の圧力及び冷却ステップを通じて低減される。この実施形態では、ローラ８０８は、ローラ８０８自体と押圧コンポーネント８２０との間で層８２２を押圧するが、本開示の範囲から逸脱することなく、押圧コンポーネント８２０とは別に、別個のプラニッシュローラ８０８及び第２のローラを使用することができる。転写ローラに達する前に層がプラニッシュ加工されるか又はプラニッシュ加工されないかにかかわらず、転写する層の温度は、転写ローラの直前では、転写温度設定値をターゲットとしている。
【０１２３】
いくつかの実施形態では、転写ローラ８２０は、層８２２を構築面８７６に溶融転写するために、ベルトから構造８７４の構築面８７６に層８２２を押圧するように構成される。いくつかの実施形態では、転写ローラ８２０は、３Ｄ構造８７４を層ごとに形成するために、滞留時間の間、ベルト８２４又は他の移動媒体上の現像済みの層８２２の各々を構築プラットフォーム８７０上の構造８７４の構築面８７６に当接して押圧するように構成される。
【０１２４】
押圧コンポーネント８２０は、適切ないかなる形態も取ることができる。例えば、示されるような押圧コンポーネント８２０は、上記で論じられるように、転写ローラの形態である。転写ローラは、説明されるようなコンプライアント転写ローラであり得、図６を参照して論じられるような外部及び内部ローラ材料の組合せで作られるか、又は、全体的にコンプライアント外部ローラ材料で作られる。いくつかの例示的な実施形態では、押圧コンポーネント８２０は、その各々の全体が参照により本明細書に組み込まれるＣｏｍｂ等の米国特許出願公開第２０１３／０１８６５４９号明細書及び米国特許出願公開第２０１３／００７５０３３号明細書で論じられるものなど、プレスプレートを含む。いくつかの例示的な実施形態では、押圧コンポーネント８２０は、Ｃｏｍｂ等の米国特許出願公開第２０１３／０１８６５４９号明細書及び米国特許出願公開第２０１３／００７５０３３号明細書で論じられるものなど、複数対のローラ間のベルト８２４の支持体を含む。また、押圧コンポーネント８２０は、他の適切な形態を取ることもできる。従って、以下では、押圧コンポーネント８２０の転写ローラの実施形態を使用する実施形態について説明するが、本開示の実施形態は、転写ローラを別の適切な押圧コンポーネント８２０と交換したものを含むことが理解されている。転写ローラは、好ましくは、所望の転写温度まで加熱可能であり、所望の転写温度は、使用材料などの基準に基づいて確立することができる。
【０１２５】
いくつかの実施形態では、転写ローラ８２０は、ベルト８２４の動きに合わせて固定軸の周りを回転するように構成される。具体的には、ベルト８２４が送り方向８３２に回転する一方で、転写ローラ８２０は、裏面８２４ｂに当接して矢印８９２の方向に回転することができる。
【０１２６】
いくつかの実施形態では、押圧コンポーネント８２０は、加熱要素８９４（例えば、電気ヒータ）を含み、加熱要素８９４は、層８２２の所望の転写温度になど、室温（２５℃）より高い高温に押圧コンポーネント８２０を維持するように構成される。
【０１２７】
溶融転写前ヒータ８７２は、転写ローラ８２０に達する前に、層８２２の意図する転写温度近くの温度までベルト８２４上の層８２２を加熱するように構成された１つ又は複数の加熱デバイス（例えば、赤外線ヒータ及び／又は加熱エアジェット）を含む。意図する転写温度まで層８２２を加熱するため、各層８２２は、望ましくは、十分な滞留時間の間、ヒータ８７２のそばを通る（又はヒータ８７２を通過する）。溶融転写前ヒータ８７５は、ヒータ８７２と同じ方法で機能し得、構築プラットフォーム８７０上の３Ｄ部品８７４ｐ及び任意選択の支持構造８７４ｓの上面を高温まで加熱する。溶融転写前ヒータ８７５は、強烈且つ局所的な熱を部品の上面に提供し、その熱は、最終的には、転写予定の最も新しい層に伝達される。この高温は、部品８７４に溶融転写される層８２２の温度及びベルト８２４の温度より高い温度である。ヒータ８７２は、転写前に層８２２の粒子を溶融するが部品より低い温度であるように、転写される層８２２に熱を提供する。
【０１２８】
任意選択の溶融転写後クーラ８７６は、構築プラットフォーム８７０がｙ軸に沿って動く方向８８７ａに対して、転写ローラ８２０の下流に位置し、溶融転写済みの層８２２を冷却するように構成される。上記で言及したように、いくつかの実施形態では、構築プラットフォーム８７０上に構造８７４を構築する前、構築プラットフォーム８７０及び転写ローラ８２０は、システムをより急速に定常状態の温度設定値にするために、所望の温度まで加熱することができる。
【０１２９】
印刷又は転写動作の間、ベルト８２４は、ヒータ８７２を通過して層８２２を運び、ヒータ８７２は、層８２２及びベルト８２４の関連領域を転写温度まで加熱することができる。部品及び支持材料に適した転写温度は、部品及び支持材料及び６６ｓのガラス転移温度を超える温度を含み、その温度では、層８２２は軟化するが融解しない。転写温度は、ホット及びコールドオフセットが起こらないことも保証する範囲内で操作しなければならない。
【０１３０】
動作の間、ガントリ８７８が、ヒータ８７５の下方で、ヒータ８７５に沿って又はヒータ８７５を通じて、ｙ軸に沿って方向８８７ａに構築プラットフォーム８７０を動かすと、ヒータ８７５は、３Ｄ部品の中間構築面８７６の上面を非常に高い温度まで加熱する。Ｃｏｍｂ等の米国特許出願公開第２０１３／０１８６５４９号明細書及び米国特許出願公開第２０１３／０１８６５５８号明細書で論じられるように、以前の手法では、ヒータ８７２及び８７５は、一貫した溶融転写界面温度を提供するために大体同じ温度まで像形成済みの層８２２及び中間構築面８７６を加熱することができる。しかし、その手法は、新しい像形成済みの層の加熱へのより一層の依存をもたらし、それにより、部品形状及びベルト問題が生じ得る。層溶融転写の前の部品の上面への熱の強力且つ急速な印加は、部品形状変形及びベルト過熱を最小限に抑える上で役立つ。いくつかの実施形態では、ヒータ８７２及び８７５は、所望の溶融転写界面温度を達成するために異なる温度まで像形成済みの層８２２及び中間構築面８７６を加熱する。ヒータ８７５が転写温度を超える温度まで中間構築面８７６を加熱する実施形態では、部品表面は、溶融転写される層８２２に並びにベルト８２４及び押圧コンポーネント８２０に熱を伝導するように機能する。
【０１３１】
プラニッシュ加工を用いない溶融転写プロセスでは、溶融転写される層８２２は、例えば、約１６０℃まで加熱することができる。この加熱は、ヒータ８７２などのヒータを使用して行うことができる。そのような加熱は、典型的には、１５５℃程度の温度までベルト８２４上の層を加熱することによって実行され、加熱後、層は、約１５〜３０％の多孔性を有する。
【０１３２】
プラニッシュ加工を用いないシステムでは、より高い温度まで（例えば、約２６０℃まで）の中間部品表面の加熱は、後続の共有又は部品表面から溶融転写される層への熱伝達を可能にし、新しい層を急速に溶融する能力を加速及び向上する。押圧コンポーネント８２０をベルト８２４に押圧してベルト８２４と部品８７４との間に層８２２を挟み込むことによって、層８２２は溶融転写される。部品８７４のより高い温度は、部品表面から層８２２への熱伝導を可能にする。この熱伝導と押圧コンポーネント８２０の押圧とを組み合わせることで、層８２２が部品８７４に溶融転写される。溶融転写後、部品表面は、溶融転写プロセスに入る層８２２の温度を上回る温度まで熱くなり、溶融転写によって、依然として約１５〜３０％の多孔性を有する。溶融転写プロセスからの層８２２の粘着性及び圧力と、層温度を超える温度までの部品８７４の表面の加熱とを組み合わせることにより、部品８７４から層８２２への熱伝導が可能になり、正しい温度で溶融転写する上で役立つ。溶融転写後、熱は、クーラ８７６を使用して除去することができる。
【０１３３】
プラニッシュ加工を用いるシステムでは、層８２２は、一実施形態では、例えば、ヒータ８７２を使用して、１９０℃程度の温度まで加熱される。そのような加熱は、典型的には、１９０℃程度の温度までベルト８２４上の層を加熱することによって実行され、加熱後、層は、約３０％の多孔性を有する。これに続いて、冷却ローラ８０８でのプラニッシュ加工は、５％〜３０％程度まで層８２２の多孔性を低減するために使用されるものであり、また、層温度も約１３０℃まで低下し、層８２２は、押圧コンポーネントをベルト８２４に押圧してベルト８２４と部品８７４との間に層８２２を挟み込むことによって溶融転写される。プラニッシュ加工を用いないシステムでは、例えば、約２６０℃まで又はそれ以上の温度までの中間部品表面の加熱はやはり、部品表面から溶融転写される層への熱伝達を可能にする。
【０１３４】
溶融転写プロセスの前にプラニッシュ加工が用いられるか否かにかかわらず、融解状態まで中間部品表面を予熱する手法は、融解状態まで層を予熱することとは対照的に、その印加熱の伝導を通じて層から中間部品表面への強力な接着を達成しながら、ベルトへの望ましくない層接着を回避するための独特の手法を提供する。
【０１３５】
一般に、ベルト８２４の回転継続及び構築プラットフォーム８７０の動きにより、ｙ軸に沿って、加熱済みの層８２２と３Ｄ部品８７４の加熱済みの中間構築面８７６との整合が行われる。ガントリ８７８は、送り方向３２に、ベルト８２４の回転速度と同期する速度で（すなわち、同じ方向及び速度）、ｙ軸に沿って構築プラットフォーム８７０を動かすことができる。これにより、ベルト８２４の裏面８２４ｂが転写ローラ８２０の周りを回転し、転写ローラ８２０の押圧場所又はニップにおいてベルト８２４及び加熱済みの層８２２を中間構築面８７６にニップする。転写ローラ８２０の場所における加熱済みの中間構築面８７６への加熱済みの層８２２のこの押圧により、転写ローラ８２０の下方の加熱済みの層８２２の一部分が対応する構築面８７６に溶融転写される。
【０１３６】
いくつかの実施形態では、溶融転写プロセスのこの押圧段階の間にベルト８２４と３Ｄ構造８７４の構築面８７６との間で層８２２に印加される圧力は、押圧コンポーネントローラバイアス機構の制御を通じてコントローラ２４によって制御される。押圧コンポーネントバイアス機構は、ｚ軸に沿って、転写ローラ８２０又はベルト８２４に対する構築面８７６の位置を制御する。例えば、押圧コンポーネント８２０が転写ローラの形態である際は、ｚ軸に沿った構築面８７６と転写ローラ８２０又はベルト８２４との間の分離が減少すると、層８２２に印加される圧力は増加し、ｚ軸に沿った構築面８７６と転写ローラ８２０又はベルト８２４との間の分離が増加すると、層８２２に印加される圧力は減少する。いくつかの実施形態では、押圧コンポーネントバイアス機構は、ガントリ８７８（例えば、ｚステージガントリ）を含み、ガントリ８７８は、ｚ軸に沿って、押圧コンポーネント８２０及びベルト８２４に対する構築プラットフォーム８７０及び構築面８７６の位置を制御する。或いは、押圧コンポーネントバイアス機構は、リフト機構を含み得、リフト機構は、ｚ軸に沿って、構築面８７６及び構築プラットフォーム８７０に対する押圧コンポーネント８２０の位置を調整する。また、他の適切な押圧コンポーネントバイアス機構も使用することができる。
【０１３７】
開示される様々な実施形態では、圧力は、押圧コンポーネント８２０によって、滞留時間の間、加熱済みの層８２２の一部分に印加される。滞留時間は、移動ベルト８２４の送り速度による影響を受ける。ベルト８２４の送り速度が速いほど、滞留時間は短くなる。また、滞留時間は、転写ローラ直径、転写ローラデュロメータ及び圧力プロファイルによる影響も受ける。滞留時間を制御するため、これらの様々な因子を選択又は制御することができる。例えば、ニップローラのデュロメータは、滞留時間を増加又は減少するために選択することができる。或いは、コントローラ２４は、ベルト速度を変更するか、又はニップ圧力を変更するために構築プラットフォームのｚ高さを調整することができる。
【０１３８】
いくつかの実施形態では、ワンパス滞留時間は、完全な焼結をもたらすには短過ぎる１００×程度である。能動ベルト冷却は、部品の最上部からベルト／層界面への温度拡散を防ぐために使用することができ、それにより、より長い最大滞留時間が可能になる。
【０１３９】
また、滞留時間は、ベルト８２４及び／又は押圧コンポーネント８２０のデュロメータによる影響も受ける。デュロメータが軟値を示すほど、押圧コンポーネントによって圧力が印加される転写層８２２の表面の長さは長くなる。
【０１４０】
ピーク圧力もまた、押圧コンポーネント８２０の滞留時間に影響を及ぼす。例えば、圧力が増加すると、ベルト８２４及び転写ローラの外面は平坦化し、転写ローラ８２０及びベルト８２４によって押圧される層８２２の表面の長さが拡張する。圧力が減少すると、転写ローラ８２０及びベルト８２４によって押圧される層８２２の表面の長さは低減する。
【０１４１】
滞留時間が完了した後（溶融転写済みの層８２２が溶融転写ローラ８２０のニップを通過した後など）、ベルト８２４は、構築プラットフォーム８７０から係脱する。理想的には、溶融転写済みの層８２２は、ベルト８２４から解放され、３Ｄ構造８７４の構築面８７６に接着したままである。解放後、ガントリ８７８は、ｙ軸に沿って溶融転写後クーラ８７６まで構築プラットフォーム８７０を継続的に動かす。次いで、溶融転写後クーラ８７６では、新しい中間構築面８７６（溶融転写済みの層８２２を含む）を冷却することができる。
【０１４２】
いくつかの実施形態では、溶融転写アセンブリ８１９は、方向８８７ａに対して溶融転写ローラ８２０の下流に１つ又は複数の冷却ユニット（図示せず）を含み、冷却ユニットは、構造８７４を冷却するように動作する。従って、Ｃｏｍｂ等の米国特許出願公開第２０１３／０１８６５４９号明細書及び米国特許出願公開第２０１３／０１８６５５８号明細書で論じられるように、ガントリ８７８がｙ軸に沿って溶融転写後クーラ８７６（ブロワを含み得る）を通過して構築プラットフォーム８７０を動かすにつれて、溶融転写済みの最上層８２２が平均部品温度まで能動的に冷却される。
【０１４３】
バルク部品温度より熱く３Ｄ部品を維持する上で役立てるため、ヒータ８７５は、３Ｄ部品の最上層のみを加熱するように構成することができる。ヒータ８７２及び８７５が赤外線放射を放出するように構成された実施形態では、３Ｄ部品は、最上層内への赤外線波長の浸透を制限するように構成された吸熱体及び／又は他の着色剤を含み得る。或いは、ヒータ８７２及び８７５は、３Ｄ部品の上面にわたって熱風を吹きかけるように構成することができる。いずれの事例でも、３Ｄ部品への熱浸透を制限することにより、３Ｄ部品の下層をバルク部品温度以下に維持しながら、最上層を十分に溶融することができる。バルク部品温度より熱く中間部品表面を加熱することにより、部品の最上層に熱が伝播され、以前に転写済みの層における粒子の溶融が促進され、それに加えて、部品に転写されている新しい層が加熱され、その溶融が促進される。
【０１４４】
次いで、ガントリ８７８は、構築プラットフォーム８７０を下方に作動し、ｙ軸に沿って開始位置までｙ軸に沿って構築プラットフォーム８７０を戻し、往復長方形パターン８８０をたどる。構築プラットフォーム８７０は、望ましくは、開始位置に達し、構築面８７６は、ガントリ８７８を使用して、次の層８２２と正しく位置合わせされる。次いで、３Ｄ部品の残りの層８２２の各々に対して、同じプロセスを繰り返すことができる。
【０１４５】
本開示は、好ましい実施形態を参照して説明されているが、当業者であれば、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細の変更を行うことができることが認識されよう。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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