(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル・メンテナンスを示す信号を発生させるための方法であって、
・  給送手段を使用して、プリントヘッドの給送チャネルを通して、３次元モデリング・システムの中の前記プリントヘッドのノズルへ、モデリング材料を給送するステップと、
・  前記ノズルの中のモデリング材料の流体抵抗を示すパラメーターを決定するステップであって、
・  前記給送チャネルの中の前記モデリング材料の流量を決定するステップ、
・  前記給送チャネルの中の前記モデリング材料に働かされる圧力を決定するステップ、および、前記給送チャネルの外側の前記モデリング材料に働かされる圧力を決定するステップ、
・  前記給送チャネルの中の前記モデリング材料に働かされる前記圧力と前記給送チャネルの外側の前記モデリング材料に働かされる前記圧力との間の圧力差を決定するステップ、ならびに、
・  決定された前記流量および決定された前記圧力差から前記パラメーターを計算するステップ
を含む、決定するステップと、
・  前記パラメーターを所定の範囲と比較するステップと、
・  前記パラメーターが前記所定の範囲から外れている場合には、前記信号を発生させるステップと
を含み、
前記給送チャネルの外側の前記モデリング材料に働かされる圧力を決定する前記ステップは、
・  前記給送チャネルの外側の前記モデリング材料に働かされる圧力に大気圧力値を割り当てるステップを含む、方法。
【請求項２】
ノズル・メンテナンスを示す信号を発生させるための方法であって、
・  給送手段を使用して、プリントヘッドの給送チャネルを通して、３次元モデリング・システムの中の前記プリントヘッドのノズルへ、モデリング材料を給送するステップと、
・  前記ノズルの中のモデリング材料の流体抵抗を示すパラメーターを決定するステップであって、
・  前記給送チャネルの中の前記モデリング材料の流量を決定するステップ、
・  前記給送チャネルの中の前記モデリング材料に働かされる圧力を決定するステップ、および、前記給送チャネルの外側の前記モデリング材料に働かされる圧力を決定するステップ、
・  前記給送チャネルの中の前記モデリング材料に働かされる前記圧力と前記給送チャネルの外側の前記モデリング材料に働かされる前記圧力との間の圧力差を決定するステップ、ならびに、
・  決定された前記流量および決定された前記圧力差から前記パラメーターを計算するステップ
を含む、決定するステップと、
・  前記パラメーターを所定の範囲と比較するステップと、
・  前記パラメーターが前記所定の範囲から外れている場合には、前記信号を発生させるステップと
を含み、
前記給送チャネルの外側の前記モデリング材料に働かされる圧力を決定する前記ステップは、
・  前記ノズルの先端部において前記モデリング材料に働かされる圧力を決定するステップを含む、方法。
【請求項３】
前記ノズルの先端部において前記モデリング材料に働かされる圧力を決定する前記ステップは、
・  前記ノズルとモデリングされるオブジェクトを設置するためのベースとの間の力を測定するステップを含み、
前記ノズルとモデリングされる前記オブジェクトを設置するためのベースとの間の力を測定する前記ステップは、
・  前記プリントヘッドと前記ベースに対して前記プリントヘッドを位置決めするための３次元位置決めシステムとの間の接続部、前記３次元位置決めシステムに対する前記ベースの接続部、前記ベースとグランドとの間の場所、および、前記ベースとプリントされる前記オブジェクトとの間の場所を含む、場所の群からの少なくとも１つの場所の中の力センサーを使用するステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ノズル・メンテナンスを示す信号を発生させるための方法であって、
・  給送手段を使用して、プリントヘッドの給送チャネルを通して、３次元モデリング・システムの中の前記プリントヘッドのノズルへ、モデリング材料を給送するステップと、
・  前記ノズルの中のモデリング材料の流体抵抗を示すパラメーターを決定するステップであって、
・  前記給送チャネルの中の前記モデリング材料の流量を決定するステップ、
・  前記給送チャネルの中の前記モデリング材料に働かされる圧力を決定するステップ、および、前記給送チャネルの外側の前記モデリング材料に働かされる圧力を決定するステップ、
・  前記給送チャネルの中の前記モデリング材料に働かされる前記圧力と前記給送チャネルの外側の前記モデリング材料に働かされる前記圧力との間の圧力差を決定するステップ、ならびに、
・  決定された前記流量および決定された前記圧力差から前記パラメーターを計算するステップ
を含む、決定するステップと、
・  前記パラメーターを所定の範囲と比較するステップと、
・  前記パラメーターが前記所定の範囲から外れている場合には、前記信号を発生させるステップと
を含み、
前記給送チャネルの中の前記モデリング材料の流量を決定する前記ステップは、
・  前記給送チャネルの中の前記モデリング材料の変位を決定するステップを含み、
前記給送チャネルの中の前記モデリング材料の変位を決定する前記ステップは、
・  前記給送チャネルを通して前記モデリング材料を給送するための前記給送手段の変位を決定するステップを含む、方法。
【請求項５】
３次元オブジェクトの３次元モデリングの方法において、３次元モデリング・システムの中のプリントヘッドをパージする方法であって、
・  前記プリントヘッドをパージ場所へ移動させるステップと、
・  前記プリントヘッドの給送チャネルをパージするステップと、
・  ノズル・メンテナンスを示す信号を発生させるための方法の下記ステップを実施するステップと
を含み、
ノズル・メンテナンスを示す信号を発生させるための方法は、
・  給送手段を使用して、プリントヘッドの給送チャネルを通して、３次元モデリング・システムの中の前記プリントヘッドのノズルへ、モデリング材料を給送するステップと、
・  前記ノズルの中のモデリング材料の流体抵抗を示すパラメーターを決定するステップであって、
・  前記給送チャネルの中の前記モデリング材料の流量を決定するステップ、
・  前記給送チャネルの中の前記モデリング材料に働かされる圧力を決定するステップ、および、前記給送チャネルの外側の前記モデリング材料に働かされる圧力を決定するステップ、
・  前記給送チャネルの中の前記モデリング材料に働かされる前記圧力と前記給送チャネルの外側の前記モデリング材料に働かされる前記圧力との間の圧力差を決定するステップ、ならびに、
・  決定された前記流量および決定された前記圧力差から前記パラメーターを計算するステップ
を含む、決定するステップと、
・  前記パラメーターを所定の範囲と比較するステップと、
・  前記パラメーターが前記所定の範囲から外れている場合には、前記信号を発生させるステップと
を含み、
前記パージ場所は、前記３次元モデリング・システムのビルド・チャンバーの中にある、方法。
【請求項６】
３次元オブジェクトを３次元的にモデリングするための方法であって、
・  ３次元モデリング・システムの３次元位置決めシステムに接続されているプリントヘッドを３次元的に位置決めするステップと、
・  前記プリントヘッドを使用してモデリング材料を堆積させるステップと、
・  ノズル・メンテナンスを示す信号を発生させるための方法の下記ステップを実施するステップと
を含み、
ノズル・メンテナンスを示す信号を発生させるための方法は、
・  給送手段を使用して、プリントヘッドの給送チャネルを通して、３次元モデリング・システムの中の前記プリントヘッドのノズルへ、モデリング材料を給送するステップと、
・  前記ノズルの中のモデリング材料の流体抵抗を示すパラメーターを決定するステップであって、
・  前記給送チャネルの中の前記モデリング材料の流量を決定するステップ、
・  前記給送チャネルの中の前記モデリング材料に働かされる圧力を決定するステップ、および、前記給送チャネルの外側の前記モデリング材料に働かされる圧力を決定するステップ、
・  前記給送チャネルの中の前記モデリング材料に働かされる前記圧力と前記給送チャネルの外側の前記モデリング材料に働かされる前記圧力との間の圧力差を決定するステップ、ならびに、
・  決定された前記流量および決定された前記圧力差から前記パラメーターを計算するステップ
を含む、決定するステップと、
・  前記パラメーターを所定の範囲と比較するステップと、
・  前記パラメーターが前記所定の範囲から外れている場合には、前記信号を発生させるステップと
を含み、
前記方法は、
・  前記給送チャネルの中の前記モデリング材料に働かされる前記圧力、前記給送チャネルの外側の前記モデリング材料に働かされる前記圧力、および、前記給送チャネルの中の前記モデリング材料の前記流量のうちの少なくとも１つに応じて、前記プリントヘッドの中の前記モデリング材料を給送するステップ、および、前記プリントヘッドを位置決めするステップのうちの少なくとも１つを制御するステップと、
・  前記プリントヘッドの前記ノズルの中の前記モデリング材料の前記流体抵抗を示す前記パラメーターにしたがって、前記プリントヘッドの中の前記モデリング材料を給送する前記ステップ、および、前記プリントヘッドを位置決めする前記ステップのうちの少なくとも１つを制御する前記ステップを適合させるステップと
をさらに含む、方法。
【請求項７】
前記パラメーターを所定の範囲と比較する前記ステップは、
・  前記パラメーターを第１の所定の閾値と比較するステップを含み、
前記流体抵抗を示す前記パラメーターが前記所定の範囲から外れている場合には、前記信号を発生させる前記ステップは、
・  前記パラメーターが前記第１の所定の閾値よりも大きいかまたはそれに等しい場合に、第１の信号を発生させるステップを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記パラメーターを所定の範囲と比較する前記ステップは、
・  前記パラメーターを第２の所定の閾値と比較するステップを含み、
前記流体抵抗を示す前記パラメーターが前記所定の範囲から外れている場合には、前記信号を発生させる前記ステップは、
・  前記パラメーターが前記第２の所定の閾値よりも小さいかまたはそれに等しい場合に、第２の信号を発生させるステップを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記給送チャネルの中の前記モデリング材料に働かされる圧力を決定する前記ステップは、
・  前記給送手段によって前記モデリング材料に働かされる圧力を決定するために、第１の圧力センサーを使用するステップを含み、
或いは、
前記給送チャネルの中の前記モデリング材料に働かされる圧力を決定する前記ステップは、
・  前記ノズルの近くにおいて前記給送チャネルに接続されている第２の圧力センサーを使用するステップを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記給送手段は、ロータリー・ドライブと、アクチュエーターと、前記ロータリー・ドライブと前記アクチュエーターとの間で駆動力を伝達するためのトランスミッション手段とを含み、前記給送チャネルの中の前記モデリング材料に働かされる圧力を決定する前記ステップは、前記ロータリー・ドライブおよびトランスミッション・システムのうちの１つの中の駆動力を測定するステップを含み、
前記駆動力は、トルク・センサーを使用して測定され得、前記トルク・センサーは、前記ロータリー・ドライブ、前記トランスミッション・システム、および前記アクチュエーターのうちの任意のものの間に構成および配置されており、
前記ロータリー・ドライブは、電気モーターを含み、前記駆動力は、前記電気モーターに供給される電流を測定することによって測定され得る、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
３次元オブジェクトを３次元的にモデリングするためのシステムであって、
・  ３次元位置決めシステムと、
・  前記３次元位置決めシステムに接続されているプリントヘッドと、
・  前記プリントヘッドの給送チャネルを通してノズルへモデリング材料を給送するための給送手段と、
・  前記プリントヘッドのノズルの中のモデリング材料の流体抵抗を示すパラメーターを決定するための手段であって、
・  前記給送チャネルの中の前記モデリング材料の流量を決定するためのフロー決定手段、
・  前記給送チャネルの中の前記モデリング材料に働かされる圧力を決定するための第１の圧力決定手段、および、前記給送チャネルの外側の前記モデリング材料に働かされる圧力を決定するための第２の圧力決定手段、
・  処理手段であって、
・  前記給送チャネルの中の前記モデリング材料に働かされる前記圧力と前記給送チャネルの外側の前記モデリング材料に働かされる前記圧力との間の圧力差を決定するように構成および配置されており、
・  決定された前記流量および決定された前記圧力差から、前記モデリング材料の前記流体抵抗を示す前記パラメーターを計算するように構成および配置されている、処理手段
を含む、決定するための手段と、
・  前記パラメーターを所定の範囲と比較するためのコンパレーターと、
・  前記流体抵抗を示す前記パラメーターが前記所定の範囲から外れている場合には、ノズル・メンテナンスを示す信号を発生させるための発生器と
を含み、
前記第２の圧力決定手段は、前記給送チャネルの外側の前記モデリング材料に働かされる前記圧力に大気圧力値を割り当てるための手段を含み、
或いは、前記第２の圧力決定手段は、前記ノズルの先端部において前記モデリング材料に働かされる圧力を決定するための第３の圧力センサーを含み、前記第３の圧力センサーは、前記ノズルとモデリングされる前記３次元オブジェクトを設置するためのベースとの間に配置されている力センサーを含み、前記力センサーは、前記プリントヘッドと前記ベースに対して前記プリントヘッドを位置決めするための前記３次元位置決めシステムとの間の接続部、前記３次元位置決めシステムに対する前記ベースの接続部、前記ベースとグランドとの間の場所、および、前記ベースとプリントされる前記３次元オブジェクトとの間の場所を含む、場所の群からの少なくとも１つの場所の中に配置されており、
或いは、前記フロー決定手段は、前記給送チャネルの中の前記モデリング材料の変位を決定するように配置されており、前記フロー決定手段は、変位センサーを含み、前記変位センサーは、前記給送チャネルを通して前記モデリング材料を給送するための前記給送手段に接続されている、システム。
【請求項１２】
・  前記コンパレーターは、前記パラメーターを第１の所定の閾値と比較するように配置されており、及び、前記パラメーターを第２の所定の閾値と比較するように配置されており、
・  前記発生器は、前記パラメーターが前記第１の所定の閾値よりも大きいかまたはそれに等しい場合に、第１の信号を発生させるように配置されており、及び、前記パラメーターが前記第２の所定の閾値よりも小さいかまたはそれに等しい場合に、第２の信号を発生させるように配置されており、
或いは、前記第１の圧力決定手段は、前記給送手段によって前記モデリング材料に働かされる圧力を決定するための第１の圧力センサーを含み、又は、前記第１の圧力決定手段は、前記ノズルの近くにおいて前記給送チャネルに接続されている第２の圧力センサーを含み、
或いは、前記給送手段は、ロータリー・ドライブと、アクチュエーターと、前記ロータリー・ドライブと前記アクチュエーターとの間で駆動力を伝達するためのトランスミッション手段とを含み、前記給送チャネルの中の前記モデリング材料に働かされる圧力を決定するための前記第１の圧力決定手段は、前記ロータリー・ドライブおよびトランスミッション・システムのうちのいずれか１つの中の駆動力を測定するための手段を含み、前記ロータリー・ドライブおよびトランスミッション・システムのうちの１つの中の駆動力を測定するための前記手段は、トルク・センサーを含み、前記トルク・センサーは、前記ロータリー・ドライブ、前記トランスミッション・システム、および前記アクチュエーターのうちの任意の１つの間に構成および配置されており、前記ロータリー・ドライブは、電気モーターを含み、前記ロータリー・ドライブおよびトランスミッション・システムのうちの１つの中の駆動力を測定するための前記手段は、前記電気モーターに供給される電流を測定するための電流センサーを含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記システムは、パージ場所と、位置決め手段とをさらに含み、前記位置決め手段は、
・  前記パラメーターが前記第１の所定の閾値よりも大きいかまたはそれに等しい場合には、前記プリントヘッドを前記パージ場所へ移動させるように構成および配置されており、
・  前記プリントヘッドは、前記給送チャネルをパージするように配置されており、
前記システムは、ビルト・チャンバーをさらに含み、前記ビルト・チャンバーの中に、生成される前記３次元オブジェクトが収容され得、前記パージ場所は、前記ビルト・チャンバーの中に構成および配置されており、
前記位置決め手段は、ノズル・メンテナンスを示す前記信号を発生させるときに、前記ノズルおよび前記プリントヘッドのうちの少なくとも１つを交換するためのシーケンスを開始させるように配置されている、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記システムは、制御システムをさらに含み、前記制御システムは、
・  前記給送チャネルの中の前記モデリング材料に働かされる前記圧力、前記給送チャネルの外側の前記モデリング材料に働かされる前記圧力、および、前記給送チャネルの中の前記モデリング材料の前記流量のうちの少なくとも１つに応じて、前記給送手段および位置決め手段のうちの少なくとも１つを制御するように構成および配置されており、
・  前記プリントヘッドの前記ノズルの中の前記モデリング材料の前記流体抵抗を示す前記パラメーターにしたがって、前記給送手段および前記位置決め手段のうちの少なくとも１つを制御することを適合させるように構成および配置されている、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元オブジェクトを生成させるための３次元モデリング・システム、および、３次元オブジェクトを３次元モデリングする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元モデリングでは、オブジェクトが、制御された様式でモデリング材料を積層することによって形成され、所望の３次元形状のオブジェクトが生成され得るようになっている。また、オブジェクトを形成するこの方式は、アディティブ・マニュファクチャリングと称され得る。３次元モデリングに関して非常に多くの場合、３次元モデリング・プリンターが使用される。プリンターは、３次元に移動可能なプリントヘッドを有しており、プリントヘッドがモデリング材料の以前に堆積されたトラックの上方を移動している間に、プリントヘッドは、モデリング材料をディスペンスする。
【０００３】
プリントされるオブジェクトは、ベースの上に設置され得る。プリントヘッドは、モデリングもしくはプリントされているオブジェクトに対して、３次元空間の中で移動可能であり、または、その逆も同様である。いくつかのケースでは、オブジェクトは、プリントヘッドに対して、１次元または複数次元で移動可能である。オブジェクトがその上にモデリングされているオブジェクトをプリントヘッドに対して移動させることに関して、さまざまな組み合わせが可能であり、また、その逆も同様である。
【０００４】
プリントヘッドの運動は、制御システムによって制御され、制御システムは、３次元的に制御可能な位置決めシステムを制御し、プリントヘッドが、位置決めシステムに取り付けられている。ソフトウェアによって、トラックのパターンが設計され得、そのパターンが、プリントヘッドを移動させるために、および、トラックを堆積させるために使用される。
【０００５】
オブジェクトは、移動可能なプリントヘッドに対して基準場所において、ベース構造体の上で生成される。モデリング材料は、以前に形成されたトラックと融合され得る。３次元モデリング材料は、たとえば、フィラメント、粒状物、ロッド、液体、または懸濁液の形態で、プリントヘッドの中に給送され得る。プリントヘッドは、プリントヘッドからノズルを通してモデリング材料をディスペンスし、トラックの形態でベースの上にそれを堆積させ、トラックの層を形成し、または、生成されるオブジェクトの以前の層が堆積されているときには、以前に堆積されたトラックの上のオブジェクトの上にそれを堆積させ、そこで、それを固化させることができる。モデリング材料は、熱的にもしくは化学的にまたはその他の方法で、以前に堆積されたトラックと融合され得る。モデリング材料が、プリントヘッドからディスペンスされ得、以前に堆積されたトラックの上に堆積され得、堆積の後に固化するように硬化され得る。
【０００６】
トラックの中でのプリントヘッドに対するベースおよびオブジェクトの相対運動、ならびに、プリントヘッドからのモデリング材料の同時の堆積は、熱溶解積層されたオブジェクトがそれぞれの堆積されたトラックとともに成長することを可能にし、その所望の形状を徐々に獲得する。
【０００７】
現在の材料押出プリンター（粒状物押出機、ラム押出機、およびシリンジ押出機を含む）では、モデリング材料が、フィード・フォワードのフロー制御された方式で堆積される。モデリング材料の流量は、堆積されるトラックの厚さおよびプリント速度に応じて、一定に維持される。マシン・キャリブレーションの一部として、材料フローがキャリブレートされる。
【０００８】
そのうえ、モデリング材料は、圧力制御されるプリンティングを使用して堆積され得、プリントヘッドの給送チャネルの中の圧力が制御され、および／または、プリントヘッドのノズル先端部におけるモデリング材料の中の圧力が、たとえば、モデリング材料の押出過剰または押出不足を防止するために制御され得る。
【０００９】
プリントヘッドの給送チャネルの中のモデリング材料は、プリンティングの間に品質低下する可能性がある。これは、たとえば、モデリング材料の中の不純物に起因する可能性があり、または、３次元プリンターが位置付けされている環境からのもしくは他の供給源からの、ダストもしくは他の粒子の侵入に起因する可能性がある。プリントヘッドのノズルを介して堆積させる前に溶融される融合可能な材料に関して、それがプリント可能になるようにするために、材料が溶融温度の近くの高い範囲においてあまりにも長く維持される場合には、分解または崩壊のリスクが存在している。
【００１０】
これは、崩壊されたモデリング材料の固体粒子の形成を生じさせる可能性がある。たとえば、硬化可能樹脂を堆積させる際に、また、モデリング材料の中の汚染物質、および／または、給送チャネルの中のデッド・スポットが、最終的に、固体粒子の形成を生じさせる可能性がある。これは、特に、通常はプリントヘッドの中で最も高い温度に維持されるプリントヘッド・ノズルにも当てはまる。給送チャネル壁部の近くにおいて、特に、ノズルの近くにおいて、モデリング材料流量は、最も低い。結果として、望ましくない凝固および崩壊は、通常、この領域において開始される。
【００１１】
モデリング材料を堆積させる間に、プリントヘッド給送チャネルおよびノズルの中の破片または固体粒子は、給送チャネルまたはノズルを閉塞させる可能性があり、プリント・チューブの内側の材料のリフローにつながり、押出機のジャミング（ｊａｍｍｉｎｇ）を引き起こす可能性がある。
【００１２】
代替的に、ノズル開口部は、摩滅および拡張する可能性があり、プリントされるトラックのより大きい幅、および、より正確性の低いパーツ寸法を結果として生じさせる。そのうえ、ノズルから押し出される材料の圧力は、より高くなり、潜在的に、以前の層の上に堆積された層の押出過剰を結果として生じさせる。これは、オブジェクトとプリントヘッドとの間に過度の力を結果として生じさせる可能性があり、また、モデリング材料のオーバーフローに起因して、生成されたオブジェクトの粗い表面を結果として生じさせる可能性がある。モデリング材料のオーバーフローは、プリントヘッドのノズル先端部の上の破片または残留物にさらにつながる可能性があり、それは、ノズル先端部から脱落し、プリントされているオブジェクトと融合し、オブジェクトの潜在的な損失を引き起こす可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、本発明の目的は、上記に述べられているような先行技術の問題および不利益を克服する、３次元モデリングのための方法およびシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本目的は、ノズル・メンテナンスを示す信号を発生させるための方法であって、給送手段を使用して、プリントヘッドの給送チャネルを通して、３次元モデリング・システムの中のプリントヘッドのノズルへ、モデリング材料を給送するステップと、前記ノズルの中のモデリング材料の流体抵抗を示すパラメーターを決定するステップとを含む方法において実現される。
【００１５】
前記パラメーターを決定するステップは、給送チャネルの中のモデリング材料の流量を決定するステップと、給送チャネルの中のモデリング材料に働かされる圧力を決定するステップ、および、給送チャネルの外側のモデリング材料に働かされる圧力を決定するステップと、給送チャネルの中のモデリング材料に働かされる圧力と給送チャネルの外側のモデリング材料に働かされる圧力との間の圧力差を決定するステップと、決定された流量および決定された圧力差から前記パラメーターを計算するステップとを含む。
【００１６】
方法は、前記パラメーターを所定の範囲と比較するステップと、前記パラメーターが所定の範囲から外れている場合には、前記信号を発生させるステップとをさらに含む。
【００１７】
これは、ノズルの中のモデリング材料の流体抵抗を示すパラメーターが範囲から外れていることをユーザーが知ることを可能にし、すなわち、３次元モデリング・システムの制御システムにおいて、方法が、ノズル・メンテナンスのための適当なアクションを開始させるために実施される。
【００１８】
流体抵抗は、圧力差および流量の比率によって決定され得る。流体抵抗に関する代替例として、当業者は、また、流体コンダクタンスが流体抵抗の逆数として決定され得るということを知る。
【００１９】
ある実施形態では、パラメーターを所定の範囲と比較するステップは、パラメーターを第１の所定の閾値と比較するステップを含み、流体抵抗を示すパラメーターが所定の範囲から外れている場合には、前記信号を発生させるステップは、パラメーターが第１の所定の閾値よりも大きいかまたはそれに等しい場合に、第１の信号を発生させるステップを含む。
【００２０】
これは、抵抗が高過ぎるという信号を送ることを可能にし、それは、たとえば、ノズルの閉塞またはファウリングによって引き起こされ得る。
【００２１】
ある実施形態では、パラメーターを所定の範囲と比較するステップは、パラメーターを第２の所定の閾値と比較するステップを含み、流体抵抗を示すパラメーターが所定の範囲から外れている場合には、前記信号を発生させるステップは、パラメーターが第２の所定の閾値よりも小さいかまたはそれに等しい場合に、第２の信号を発生させるステップを含む。
【００２２】
これは、あまりに低過ぎる抵抗の信号を送ることを可能にし、それは、たとえば、摩耗によって引き起こされるノズル出口部の拡張によって引き起こされ得る。
【００２３】
ある実施形態では、給送チャネルの中のモデリング材料に働かされる圧力を決定するステップは、給送手段によってモデリング材料に働かされる圧力を決定するために、第１の圧力センサーを使用するステップを含む。
【００２４】
モデリング材料に直接的に働かされる圧力を決定するときに、圧力が、たとえば、プランジャー（それによって、モデリング材料が給送チャネルを通して押される）の先端部におけるセンサーによって決定され得る。代替的に、力センサーは、そのようなプランジャーに取り付けられ得、それは、すなわち、歪みゲージであり、歪みゲージから、モデリング材料に働かされる圧力が導出され得る。
【００２５】
ある実施形態では、給送チャネルの中のモデリング材料に働かされる圧力を決定するステップは、ノズルの近くにおいて給送チャネルに接続されている第２の圧力センサーを使用するステップを含む。
【００２６】
給送チャネル・セクションとの流体接続を有する流体圧力センサーが利用され得る。これは、融合可能な材料を使用するプリンターに適用することが可能であり、溶融状態の給送チャネルの中のその圧力が測定され得る。そのうえ、液体モデリング材料が使用され得、それによって、給送チャネルの中の圧力が、圧力センサーを使用して測定され得る。
【００２７】
そのうえ、給送手段の中のドライブの駆動力は、たとえば、給送手段を駆動する電気モーターの駆動電流などとして確立され得る。
【００２８】
ある実施形態では、給送手段は、ロータリー・ドライブと、アクチュエーターと、ロータリー・ドライブとアクチュエーターとの間で駆動力を伝達するためのトランスミッション手段とを含み、給送チャネルの中のモデリング材料に働かされる圧力を決定するステップは、ドライブおよびトランスミッション・システムのうちの１つの中の駆動力を測定するステップを含む。
【００２９】
アクチュエーターは、たとえば、プランジャーであることが可能であり、プランジャーは、給送チャネルを通してモデリング材料のロッドを押すように配置され得る。
【００３０】
また、アクチュエーターは、ドライブ・ホイールであることが可能であり、ドライブ・ホイールは、グリップまたは摩擦によって給送チャネルを通してモデリング材料フィラメントを押すように配置されている。
【００３１】
ある実施形態では、駆動力は、トルク・センサーを使用して測定され得、トルク・センサーは、ロータリー・ドライブ、トランスミッション・システム、およびアクチュエーターのうちの１つに接続されている。
【００３２】
代替的な実施形態では、ロータリー・ドライブは、電気モーターを含み、駆動力は、電気モーターに供給される電流を測定することによって測定され得る。
【００３３】
電気モーターに供給される電流は、モーター・トルクに比例しており、それによって、機械的なセンサーを必要とすることなく、モデリング材料に働かされる圧力に比例している。
【００３４】
ある実施形態では、給送チャネルの外側のモデリング材料に働かされる圧力を決定するステップは、
・  給送チャネルの外側のモデリング材料に働かされる圧力に大気圧力値を割り当てるステップを含む。
【００３５】
このケースでは、給送チャネルの外側の（すなわち、ノズルの外側の）モデリング材料に働かされる圧力は、大気圧力であると仮定され得る。大気圧力に対する圧力によって作業するときには、給送チャネルの外側の圧力は、ゼロに等しいと仮定され得る。
【００３６】
ある実施形態では、給送チャネルの外側のモデリング材料に働かされる圧力を測定するステップは、ノズルの先端部におけるモデリング材料に働かされる圧力を決定するステップを含む。生成されるオブジェクトの上の堆積の間のモデリング材料は、ノズルの先端部におけるノズルの出口開口部から流出する。堆積の間に、モデリング材料は、通常、依然として液体状態になっている。ノズル先端部を越えると、モデリング材料は、固化するか、硬化するか、または硬くなる。したがって、ノズル先端部において、モデリング材料の中の圧力は、給送チャネルの外側の圧力を代表している。これは、給送チャネルの内側および外側のモデリング材料の中の圧力差の精密な決定を可能にする。
【００３７】
ある実施形態では、ノズルの先端部においてモデリング材料に働かされる圧力を決定するステップは、ノズル先端部とモデリングされるオブジェクトを設置するためのベースとの間の力を測定するステップを含む。
【００３８】
ノズル先端部における圧力を決定するために、力が、生成される３次元オブジェクトとノズル先端部との間で測定され得る。液体であってまだ固化されていないモデリング材料の中でこの力を直接的に測定することは可能ではないので、力は、オブジェクトがその上に載っているベースとノズル先端部との間の経路のどこかで測定され得る。ノズル先端部におけるモデリング材料の中の圧力は、測定された力に直接的に比例している。
【００３９】
ある実施形態では、ノズルとモデリングされるオブジェクトを設置するためのベースとの間の力を測定するステップは、プリントヘッドとベースに対してプリントヘッドを位置決めするための３次元位置決めシステムとの間の接続部、３次元位置決めシステムに対するベースの接続部、ベースとグランドとの間の場所、および、ベースとプリントされるオブジェクトとの間の場所を含む、場所の群からの少なくとも１つの場所の中の力センサーを使用するステップを含む。
【００４０】
ある実施形態では、給送チャネルの中のモデリング材料の流量を決定するステップは、給送チャネルの中のモデリング材料の変位を決定するステップを含む。モデリング材料は、生成される３次元オブジェクトの上にそれを堆積させながら、給送チャネルを通して押される。単位時間当たりの材料の変位量は、モデリング材料の流量を決定する。モデリング材料のこの変位量は、モデリング材料が固体状態であるかまたは液体状態であるかにかかわらず決定され得る。
【００４１】
ある実施形態では、給送チャネルの中のモデリング材料の変位を決定するステップは、給送チャネルを通してモデリング材料を給送するための給送手段の変位を決定するステップを含む。たとえば、給送チャネルを通してモデリング材料を押すように配置されているアクチュエーターの変位をセンシングすることによって、変位が測定され得る。代替的に、アクチュエーターを駆動するドライブ・モーターの変位をセンシングすることによって、変位が測定され得る。
【００４２】
ある実施形態では、方法は、ノズル・メンテナンスを示す前記信号を発生させるときに、ノズルおよびプリントヘッドのうちの少なくとも１つを交換するためのシーケンスを開始させるステップをさらに含む。
【００４３】
本目的は、３次元オブジェクトの３次元モデリングの方法において、３次元モデリング・システムの中のプリントヘッドをパージする方法であって、
・  プリントヘッドをパージ場所へ移動させるステップと、
・  プリントヘッドの給送チャネルをパージするステップと、
・  上記に説明されているようなノズル・メンテナンスを示す信号を発生させるための方法のステップを実施するステップと
を含む、方法において、本発明の別の態様にしたがってさらに実現される。
【００４４】
これは、プリントヘッド給送チャネルをパージしながら、ノズル・メンテナンスを示す信号を発生させることを可能にする。給送チャネルをパージしながら、ノズルもモデリング材料からパージされ得るということを当業者は理解する。
【００４５】
ある実施形態では、パージ場所は、３次元モデリング・システムのビルド・チャンバーの中にある。
【００４６】
これは、プリントヘッドを別の場所へ移動させる必要性なしに、プリントヘッド給送チャネルをパージする速くて効率的な方式を可能にする。したがって、温度などのような動作条件が保存され得る。
【００４７】
本目的は、３次元オブジェクトを３次元的にモデリングするための方法であって、
・  ３次元モデリング・システムの３次元位置決めシステムに接続されているプリントヘッドを３次元的に位置決めするステップと、
・  プリントヘッドを使用してモデリング材料を堆積させるステップと、
・  上記に説明されているようなノズル・メンテナンスを示す信号を発生させるための方法のステップを実施するステップと
を含む、方法において、本発明の別の態様にしたがってさらに実現される。
【００４８】
これは、オブジェクトのモデリングを実演しながら、ノズル・メンテナンスが必要とされるかどうかの決定を可能にする。これは、給送チャネルおよびそれとともにノズルがさらなる使用のためにクリーニングされることを可能にする。これがプリントヘッドの適正な動作にとって十分に低い流体抵抗につながらない場合には、制御システムは、さらなる実施形態では、さらなる信号を発生させるように、ならびに／または、ノズルおよびプリントヘッドのうちの少なくとも１つを交換するためのシーケンスを開始させるように配置され得る。また、これは、たとえば、ノズル出口部の摩耗による拡張に起因して、流体抵抗があまりにも低いときに実施され得る。したがって、ノズルおよび／またはプリントヘッドが交換され得る。
【００４９】
ある実施形態では、方法は、給送チャネルの中のモデリング材料に働かされる圧力、給送チャネルの外側のモデリング材料に働かされる圧力、および、給送チャネルの中のモデリング材料の流量のうちの少なくとも１つに応じて、プリントヘッドの中のモデリング材料を給送するステップ、および、プリントヘッドを位置決めするステップのうちの少なくとも１つを制御するステップと、プリントヘッドのノズルの中のモデリング材料の流体抵抗を示すパラメーターにしたがって、プリントヘッドの中のモデリング材料を給送するステップ、および、プリントヘッドを位置決めするステップのうちの少なくとも１つを制御するステップを適合させるステップとをさらに含む。
【００５０】
これは、有利には、給送チャネルの中のおよび給送チャネルの外側のモデリング材料に働かされる決定された圧力を使用して、３次元オブジェクトを構築するための圧力制御されたモデリング材料の堆積を実施しながら、ノズル・メンテナンスを示す信号を発生させることを可能にする。
【００５１】
また、本目的は、３次元オブジェクトを３次元的にモデリングするためのシステムであって、３次元位置決めシステムと、３次元位置決めシステムに接続されている３次元モデリング・プリントヘッドと、プリントヘッドの給送チャネルを通してノズルへモデリング材料を給送するための給送手段と、３次元モデリング・プリントヘッドのノズルの中のモデリング材料の流体抵抗を示すパラメーターを決定するための手段であって、
・  給送チャネルの中のモデリング材料の流量を決定するためのフロー決定手段、
・  給送チャネルの中のモデリング材料に働かされる圧力を決定するための第１の圧力決定手段、および、給送チャネルの外側のモデリング材料に働かされる圧力を決定するための第２の圧力決定手段、
・  処理手段であって、
・  給送チャネルの中のモデリング材料に働かされる圧力と給送チャネルの外側のモデリング材料に働かされる圧力との間の圧力差を決定するように構成および配置されており、
・  決定された流量および決定された圧力差から、モデリング材料の流体抵抗を示すパラメーターを計算するように構成および配置されている、処理手段を含む、決定するための手段とを含む、システムにおいて実現される。
【００５２】
システムは、前記パラメーターを所定の範囲と比較するためのコンパレーターと、流体抵抗を示すパラメーターが所定の範囲から外れている場合には、ノズル・メンテナンスを示す信号を発生させるための発生器とをさらに含む。
【００５３】
３次元モデリング・プリントヘッドのノズルの中のモデリング材料の流体抵抗を示すパラメーターは、ノズルにわたる圧力差とノズルを通るモデリング材料の流量との間の比率から決定され得る。このパラメーターが範囲の外にあるときには、コンパレーターは、ノズル・メンテナンスを示す前記信号が発生することを可能にし、また、さらなるアクションがノズルおよび／またはプリントヘッドのメンテナンスのために開始されることを可能にする。
【００５４】
ある実施形態では、コンパレーターは、パラメーターを第１の所定の閾値と比較するように配置されており、発生器は、パラメーターが第１の所定の閾値よりも大きいかまたはそれに等しい場合に、第１の信号を発生させるように配置されている。
【００５５】
ある実施形態では、コンパレーターは、パラメーターを第２の所定の閾値と比較するように配置されており、発生器は、パラメーターが第２の所定の閾値よりも小さいかまたはそれに等しい場合に、第２の信号を発生させるように配置されている。
【００５６】
ある実施形態では、第１の圧力決定手段は、給送手段によってモデリング材料に働かされる圧力を決定するための第１の圧力センサーを含む。
【００５７】
ある実施形態では、第１の圧力決定手段は、ノズルの近くにおいて給送チャネルに接続されている第２の圧力センサーを含む。
【００５８】
ある実施形態では、給送手段は、ロータリー・ドライブと、アクチュエーターと、ロータリー・ドライブとアクチュエーターとの間で駆動力を伝達するためのトランスミッション手段とを含み、給送チャネルの中のモデリング材料に働かされる圧力を決定するための第１の圧力決定手段は、ドライブおよびトランスミッション・システムのうちの１つの中の駆動力を測定するための手段を含む。
【００５９】
ある実施形態では、ドライブおよびトランスミッション・システムのうちの１つの中の駆動力を測定するための手段は、トルク・センサーを含み、トルク・センサーは、ロータリー・ドライブ、トランスミッション・システム、およびアクチュエーターのうちの任意のものの間に構成および配置されている。
【００６０】
ある実施形態では、ロータリー・ドライブは、電気モーターを含み、ドライブおよびトランスミッション・システムのうちの１つの中の駆動力を測定するための手段は、電気モーターに供給される電流を測定するための電流センサーを含む。
【００６１】
ある実施形態では、前記第２の圧力決定手段は、給送チャネルの外側のモデリング材料に働かされる前記圧力に大気圧力値を割り当てるための手段を含む。
【００６２】
ある実施形態では、第２の圧力決定手段は、ノズルの先端部においてモデリング材料に働かされる圧力を決定するための第３の圧力センサーを含む。
【００６３】
ある実施形態では、第３の圧力決定手段は、ノズルとモデリングされる３次元オブジェクトを設置するためのベースとの間に配置されている力センサーを含む。給送チャネルの外側のモデリング材料に働かされる圧力は、ノズル先端部においてノズルの外側のモデリング材料に働かされる力に直接的に比例している。
【００６４】
ある実施形態では、力センサーは、プリントヘッドとベースに対してプリントヘッドを位置決めするための位置決めシステムとの間の接続部、位置決めシステムに対するベースの接続部、ベースとグランドとの間の場所、および、ベースとプリントされるオブジェクトとの間の場所を含む、場所の群からの少なくとも１つの場所の中に配置されている。
【００６５】
ある実施形態では、フロー決定手段は、給送チャネルの中のモデリング材料の変位を決定するように配置されている。
【００６６】
ある実施形態では、フロー決定手段は、変位センサーを含み、変位センサーは、給送チャネルを通してモデリング材料を給送するための給送手段に接続されている。
【００６７】
ある実施形態では、システムは、パージ場所と、位置決め手段とをさらに含み、位置決め手段は、パラメーターが第１の所定の閾値よりも大きいかまたはそれに等しい場合には、３次元モデリング・プリントヘッドを前記パージ場所へ移動させるように構成および配置されており、プリントヘッドは、給送チャネルをパージするように配置されている。
【００６８】
ある実施形態では、システムは、ビルト・チャンバーをさらに含み、ビルト・チャンバーの中に、生成される３次元オブジェクトが収容され得、パージ場所は、ビルト・チャンバーの中に構成および配置されている。
【００６９】
ある実施形態では、位置決め手段は、ノズル・メンテナンスを示す前記信号を発生させるときに、ノズルおよびプリントヘッドのうちの少なくとも１つを交換するためのシーケンスを開始させるように配置されている。
【００７０】
ある実施形態では、システムは、制御システムをさらに含み、制御システムは、給送チャネルの中のモデリング材料に働かされる圧力、給送チャネルの外側のモデリング材料に働かされる圧力、および、給送チャネルの中のモデリング材料の流量のうちの少なくとも１つに応じて、給送手段および位置決め手段のうちの少なくとも１つを制御するように構成および配置されており、また、３次元モデリング・プリントヘッドのノズルの中のモデリング材料の流体抵抗を示すパラメーターにしたがって、給送手段および位置決め手段のうちの少なくとも１つを制御することを適合させるように構成および配置されている。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１ａ】従来技術による３次元モデリングのためのシステムのためのノズルを示す図である。
【図１ｂ】従来技術による３次元モデリングのためのシステムのためのノズルを示す図である。
【図１ｃ】従来技術による３次元モデリングのためのシステムのためのノズルを示す図である。
【図２ａ】従来技術による３次元モデリングのためのシステムのためのノズルを示す図である。
【図２ｂ】従来技術による３次元モデリングのためのシステムのためのノズルを示す図である。
【図３】本発明による３次元モデリングのためのシステムのダイアグラムを示す図である。
【図４ａ】本発明の実施形態による３次元モデリング・システムのための圧力測定配置を示す図である。
【図４ｂ】本発明の実施形態による３次元モデリング・システムのための圧力測定配置を示す図である。
【図４ｃ】本発明の実施形態による３次元モデリング・システムのための圧力測定配置を示す図である。
【図４ｄ】本発明の実施形態による３次元モデリング・システムのための圧力測定配置を示す図である。
【図５】本発明の実施形態による３次元モデリングのための制御システムのブロック図を示す図である。
【図６】本発明の実施形態による３次元モデリングのための方法のステップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００７２】
図１ａでは、図３に関連してさらに説明されているような３次元モデリング・システムのためのプリントヘッドの中で使用するためのチューブ状給送部材１０１が示されている。チューブ状給送部材１０１は、モデリング材料１０８を受け入れるように配置されており、モデリング材料１０８は、ノズル１０２へ押され得る。チューブ状給送部材１０１の内側は、上側給送チャネル１２０ａ、および、給送チャネル１２０ｂのノズル・セクションを形成している。ノズル１０２における給送チャネル部１２０ｂは、モデリング材料の汚染もしくは分解に起因して、または、モデリング材料をチューブ状給送部材１０１の中へ導入し押し込む間の汚染に起因して、閉塞およびファウリングを起こす傾向がある。
【００７３】
図１ｂでは、ノズル１０２の中の給送チャネル１０２ｂの中のファウリング（暗色の部分）が示されている。破片が、モデリング材料流量が最低になっているノズル出口部１０２ａの近くに蓄積する可能性がある。モデリング材料は、閉塞またはファウリングを起こした給送チャネル１２０ｂおよび／またはノズル出口部１０２ａを通過するときに、高い流体抵抗を経験する可能性がある。
【００７４】
図１ｃでは、ノズル出口部１０２ａは、摩耗に起因して長期の使用の後に起こる可能性のある拡張した状態（点線）で示されている。モデリング材料は、高い圧力で、上側給送チャネル１２０ａ、および、給送チャネル１２０ｂのノズル・セクションを通して、ノズル１０２に向けて押され、ノズル１０２において、それは、幅の狭いノズル出口部１０２ａを通過しなければならない。したがって、給送チャネル１２０ｂおよびノズル出口部１０２ａは、やがて摩滅し、通過するモデリング材料のために低い流体抵抗を生じさせる可能性がある。
【００７５】
図２ａでは、チューブ状給送部材１０１は、熱溶解積層法に関して示されており、熱溶解積層法では、初期に、固体状態のモデリング材料１０８ａがノズル１０２へ給送され、モデリング材料１０８ｂは、通常の環境の下で、加熱されるときにレベル１０８ｃまで溶融状態になる。
【００７６】
図２ｂでは、ノズル出口部１０２ａの近くにファウリングを有するチューブ状給送部材１０１が示されており、それは、その高い流体抵抗に起因して、レベル１０８ｃを、チューブ状給送部材１０１の中で、すなわち、上側給送チャネル１２０ａの中で、より高いレベルまで徐々に上昇させる。
【００７７】
図３では、３次元モデリングのためのシステム１００が、簡単化された形態で示されている。システム１００は、モデリング・プリントヘッド１２１を含み、プリントヘッド１２１は、接続バー１０７を介してガントリー１０６に取り付けられており、ガントリー１０６は、Ｘ−Ｙ−Ｚ位置決めシステム１１４の中に含まれており、それは、モデリング材料の層１１０を堆積させている間に、プリントヘッド１２１およびベース１１３に位置決めされているプリントされる３次元オブジェクト１２２が互いに対して相対的に移動することを可能にする。プリントヘッド１２１および３次元オブジェクト１２２またはベース１１３を互いに対して移動させるために、さまざまな方式が利用可能であるということを当業者は理解する。
【００７８】
プリントヘッド１２１は、説明されているようなチューブ状給送部材１０１を含み、チューブ状給送部材１０１は、押出機チューブとして作用し、チューブ状給送部材１０１は、チューブ状給送部材１０１の一方の端部から、チューブ状給送部材１０１の反対側端部に接続されているノズル１０２へ、モデリング材料１０８を給送するように配置されている。チューブ状給送部材１０１は、たとえば、ステンレス鋼などのような金属から作製され得る。
【００７９】
ノズル１０２における給送チャネル・セクション１２０ｂは、ノズル先端部１０２ｂにおけるノズル出口部１０２ａにつながっている。プリンティングの間に、ノズル先端部１０２ｂは、堆積されているモデリング材料１１０と接触している。
【００８０】
３次元モデリング材料１０８は、熱可塑性ポリマー、たとえば、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、およびポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などを含むことが可能である。これらの材料は、チューブ状給送部材１０１の中で溶融され得、生成される３次元オブジェクト１２２を形成するために、ノズル１０２から後続のトラック１０９、１１０の中にディスペンスされ得る。
【００８１】
また、チューブ状給送部材１０１およびノズル１０２は、１つまたは複数の加熱エレメントを設けられ得、１つまたは複数の加熱エレメントは、チューブ状給送部材１０１の周りまたは近くに配置され、モデリング材料原材料を加熱および溶融することが可能であり、プリントヘッドが溶融状態のモデリング材料を堆積および融合することを可能にするようになっている。
【００８２】
３次元モデリングのための他の材料は、ペースト、懸濁液、または樹脂を含むことが可能であり、それは、薄いトラックの中に堆積され得、たとえば、紫外光、空気、熱、または他の硬化剤への露出によって硬化され得る。
【００８３】
モデリング材料１０８は、Ｘ−Ｙ−Ｚ位置決めシステム１１４によって実行される連続的な堆積動作で、第１のトラックの中でベース１１３の上に、すなわち、ベース１１３の上の以前に堆積されたトラック１０９の上に、および、後続のトラック１１０の上に堆積される。ベース１１３は、ベースプレートであるか、グランドであるか、または、トラックの堆積を開始させるのに適切な、ならびに、プリントされるオブジェクトを構築および担持するのに適切な任意の他の構造体であることが可能である。ベース１１３は、固定され得るか、または、移動可能であり得る。いくつかのケースでは、ベース１１３は、水平方向のＸ−Ｙ方向に移動可能であり、一方、プリントヘッド１２１は、垂直方向のＺ方向に移動可能である。他のケースでは、ベース１１３が、プリントヘッド１２１に対して、Ｘ−Ｙ−Ｚの水平方向および垂直方向に移動可能であり得る。繰り返しになるが他のケースでは、プリントヘッド１２１が、ベース１１３に対して、Ｘ−Ｙ−Ｚの水平方向および垂直方向に移動可能である。この説明では、後者のケースが、例として提供される。
【００８４】
プリントヘッド１２１が、以前に堆積されたトラック１０９の上方を移動している間に、ドライブ・システムは、ドライブ１０４、トランスミッション・ギヤ１０５ａ、１０５ｂを含み、トランスミッション・ギヤ１０５ａ、１０５ｂは、ドライブ１０４の回転運動をプランジャー１０３の長手方向の運動へ伝達するためのものであり、プランジャー１０３は、チューブ状給送部材１０１の上側給送チャネル１２０ａの中のモデリング材料を給送チャネル１２０ｂのノズル・セクションおよびノズル１０２に向けて押す。回転から並進へのトランスミッション１０５ａ、１０５ｂ、１０３は、スピンドル・トランスミッションであることが可能であり、トランスミッション・ギヤ１０５ａ、１０５ｂの一部であるスピンドル・トランスミッションのナットが、ロータリー・ドライブ１０４によって駆動される。回転から並進へのトランスミッションによってモデリング材料１０８に働かされる圧力は、モーター軸棒の角度変位およびプランジャー１０３（回転から並進へのトランスミッション１０５ａ、１０５ｂ、１０３のスピンドルに取り付けられている）の長手方向変位の伝達比を使用して、決定されたトルクから導出され得る。ロータリー・ドライブ１０４は、ステッパー・モーターであることが可能であり、ステッパー・モーターは、離散的な数のステップを選ばれた方向に進行させるように、デジタルで制御され得る。
【００８５】
また、ロータリー・ドライブ１０４は、電気モーター、ＤＣもしくはＡＣ、またはサーボモーターであることが可能であり、それは、モーターに供給される電圧および／または電流によって制御可能である。後者のケースでは、モーター軸棒に接続されているエンコーダーが、モーターの位置情報を提供することが可能である。また、別のタイプのリニア・アクチュエーターも適用され得るということを当業者は理解する。
【００８６】
プランジャー１０３は、変位センサー１１１を設けられ得、変位センサー１１１は、チューブ状給送部材１０１に対するプランジャー１０３の変位Ｘを測定するように配置され得る。図３は、例として、チューブ状給送部材１０１の中のロッドの形態のモデリング材料１０８をノズル１０２へ給送することを示している。当技術分野では、モデリング材料をノズル１０２へ給送する代替的な例も利用可能であり、それは、たとえば、フィラメント・パンチ・ローラーを使用して、モデリング材料フィラメントをチューブ状給送部材１０１の中へ給送するものなどであり、フィラメント・パンチ・ローラーは、電気モーターによって駆動され得る。以前に堆積されたトラック１０９の上のトラック１１０の堆積は、モデリング材料フィラメントがチューブ状給送部材１０１の中へ給送されている間に、Ｘ−Ｙ−Ｚ位置決めシステム１１４を使用して、同様の方式で実施される。
【００８７】
図３によるシステム１００は、制御システムによって制御され得、制御システムは、プリントヘッド１２１を制御し、すなわち、ロータリー・ドライブ１０４を制御し、必要とされるトラック厚さおよびプリンティング速度に比例するレートで、３次元モデリング材料をディスペンスするように配置されている。これを実現するために、モデリング材料１０８の所定の流量が、実現される。制御システムは、ロータリー・ドライブ１０４を制御し、変位センサー１１１は、プランジャー１０３の変位Ｘを測定する。単位時間当たりのプランジャー１０３の変位は、モデリング材料１０８の流量を提供し、それによって、トラック１１０の中にディスペンスされるモデリング材料１０８の必要とされる量を制御システムが調整することを可能にする。
【００８８】
説明されているように、プランジャー１０３の変位は、変位センサー１１１から取得され得るが、しかし、当業者は、プランジャー１０３の変位を確立するための代替例を見出すことが可能である。
【００８９】
トルク・センサー１１２が、トルクを測定するために提供され得、トルクは、ロータリー・ドライブ１０４およびトランスミッション・ギヤ１０５ａ、１０５ｂによって、プランジャー１０３に働かされ、それによって、モデリング材料１０８に働かされる。測定されたトルクから、チューブ状給送部材１０１の中のモデリング材料１０８に働かされる圧力が導出され得る。圧力は、圧力制御される３次元モデリングのために使用され得、堆積されたモデリング材料の隣接する層を形成するトラックが、高い密度、高い強度で堆積される。
【００９０】
代替的に、圧力センサーが、プランジャー１０３に取り付けられ得る。圧力センサーは、プランジャー１０３によってモデリング材料１０８に働かされる圧力を測定するために配置されている。プランジャー圧力センサーは、プランジャー１０３の先端部に取り付けられ、モデリング材料に働かされる圧力を直接的に測定することが可能である。また、プランジャー圧力センサーは、プランジャー１０３とロータリー・ドライブ１０４および／またはトランスミッション・ギヤ１０５ａ、１０５ｂとの係合のポイントに取り付けられた力センサーであることが可能である。そのうえ、圧力センサーは、プランジャー・ステムに取り付けられた歪みゲージであることが可能である。圧力または力がプランジャー１０３に印加されるときには、この圧力または力が、モデリング材料１０８に伝達される。印加される圧力または力に起因して、プランジャー・ステムが変形し、それは、歪みゲージによって測定され得る。プランジャー１０３によって、チューブ状給送部材１０１のより高い端部にあるモデリング材料１０８に働かされる圧力は、最終的に、ノズル１０２の中のモデリング材料の圧力を結果として生じさせる。
【００９１】
図３のシステムでは、プリントヘッド１２１の中の（すなわち上側給送チャネル１２０ａ、および、給送チャネル１２０ｂのノズル・セクションの中の）モデリング材料に働かされる圧力は、プランジャー圧力、モーター・トルク、ドライブ・トルク、またはモーター電流によって決定され、モーター電流は、ドライブ・メカニズムに働かされるモーター・トルクに比例しており、それによって、モデリング材料に働かされる圧力に比例している。モーター電流は、変流器などのような電流測定手段、または、当業者に利用可能であるような他の手段を使用して決定され得る。
【００９２】
そのうえ、図４ａ〜図４ｃでは、上側給送チャネル１２０ａおよび給送チャネル１２０ｂのノズル・セクションの内側の圧力を決定するための代替的な方式が議論されている。図３のシステムでは、モデリング材料に働かされる圧力を示すパラメーターは、ノズル先端部１０２ｂにおいてトラック１１０の中に堆積されているモデリング材料に働かされる力によって決定されるか、またはそれに比例している。プリントヘッド１２１の中のモデリング材料１０８に圧力を働かせることによって押し出している間に、ノズル先端部１０２ｂにおける圧力が、堆積されているトラック１１０の中で生じ、それは、以前に堆積されたトラック１０９から離れるようにノズル先端部１０２ｂを押す力を結果として生じさせる。
【００９３】
この力は、プリントヘッド１２１からガントリー１０６およびＸ−Ｙ−Ｚ位置決めシステム１１４を介して伝播され、Ｘ−Ｙ−Ｚ位置決めシステム１１４は、ベース１１３に接続されており、モデリングされるオブジェクト１２２が、ベース１１３の上に設置されている。代替的に、Ｘ−Ｙ−Ｚ−システム１１４およびガントリー１０６は、グランドに接続され得る。したがって、モデリングされる３次元オブジェクト１２２は、グランドの上にあることが可能であり、グランドは、プリントされるオブジェクトのためのベースとしての役割を果たす。
【００９４】
したがって、モデリング材料に働かされる力は、また、ガントリー１０６とプリントヘッド１２１との間で伝播されており、たとえば、接続バー１０７において測定され得る。図３のガントリー１０６へのプリントヘッド１２１の接続バー１０７は、たとえば、少なくとも１つの弾性接続部材によって形成され得る。変位センサーが、プリントヘッド１２１から生成されるオブジェクトへＸ−Ｙ−Ｚシステムおよびベースを介した伝播経路を通して伝えられる力の尺度として、弾性接続部材の後続の変形を測定することが可能であり、それによって、堆積されたトラック１１０の中の給送に働かされる圧力を測定することが可能である。
【００９５】
代替的に、力の測定は、また、図４ａによるシステムにおいて実現され得、そこでは、プリントヘッド１２１とガントリー１０６との間の接続バー１０７は、図３に示されているように、ロード・セルまたは歪みゲージ１１５を設けられており、ロード・セルまたは歪みゲージ１１５は、プリントヘッド１２１および堆積されているトラック１１０によってガントリー１０６に対して働かされる力を測定する。
【００９６】
そのうえ、堆積されているトラック１１０の中のモデリング材料に働かされる力は、たとえば、重量センサーまたは圧力パッド１１６を使用することによって、オブジェクトとベース１１３との間で測定され得る。そのように測定される力は、堆積されている層の中のモデリング材料に働かされる圧力を示す。堆積されている層の中のモデリング材料に働かされる圧力は、測定された力からオブジェクトの重量の増加（それは、プリント設定から正確に推定され得る）を引いたものに、直接的に比例している。
【００９７】
図４ａ〜図４ｃに示されているように、図３に関連して説明されているようなプリントヘッド１２１の中のモデリング材料に働かされる圧力を測定することの代替として、すなわち、ドライブおよびトランスミッション・システムのトルク、または、プランジャー１０３における力、チューブ状給送部材１０１の中の（すなわち、上側給送チャネル１２０ａの中の）モデリング材料１０８に働かされる圧力が、直接的に測定され得る。堆積されるトラック１１０の中へモデリング材料をプリントするのに適切な圧力を取得するために、上側給送チャネル１２０ａの中の圧力を測定するために配置されている圧力センサー４０１によって測定される圧力は、ロータリー・ドライブ１０４を制御するために使用され得る。圧力センサー４０１に関する代替例が、図４ｂに示されており、そこでは、圧力センサー４０２が、ノズル１０２の中に設置されており、ノズル１０２の中の給送チャネル１２０ｂのノズル・セクションの圧力がセンシングされる。給送チャネル１２０ｂのノズル・セクションの中の圧力を測定するためのさらなる代替例は、給送チャネル１２０ｂの周りのノズル１０２の歪みゲージなどのような変形センサー４０３を使用することである。
【００９８】
堆積されているトラック１１０の中の圧力を測定することの代替例は、図４ｄに示されているような圧力センサー４０４を有することが可能であり、圧力センサー４０４は、ノズル１０２の中に配置されており、圧力センサー４０４は、ノズル先端部１０２ｂに流体接続されている。ノズル先端部１０２ｂにおいて測定される圧力は、モデリング材料トラック１１０に働かされる圧力を表している。
【００９９】
プリントヘッド１２１の中の圧力を測定するための、上記に説明されているような３次元モデリング・システムの中で使用するのに適切な圧力センサーは、膜センサーを含み、膜センサーは、変形可能な膜を有している。水銀などのような液体が、圧力が測定されるモデリング材料チャネル（すなわち、上側給送チャネル１２０ａ、給送チャネル１２０ｂのノズル・セクション）の中の圧力、または、ノズル先端部１０２ｂにおける圧力を、膜に伝達することが可能である。センサー自身は、薄膜金属センサー、コンダクター／歪みゲージ関係のセンサー、圧電センサー、磁気抵抗センサー、レーザー干渉計センサー、および、機械的な変位に基づくセンサーを含むタイプのものであることが可能である。
【０１００】
図５では、ノズル１０２の流体抵抗を示すパラメーターを確立するための制御システム５００が示されている。機能的なブロック５０１において、給送チャネルの中のパラメーターと給送チャネルの外側の（すなわち、堆積された層の中の）パラメーターとの間の圧力差を示すパラメーターが、上側給送チャネル１２０ａおよび給送チャネル１２０ｂのノズル・セクションの中のモデリング材料１０８に働かされる圧力を示すパラメーター、および、ノズルの外側のモデリング材料に働かされる圧力を示すパラメーターから確立される。給送チャネルの中のパラメーター同士の間の圧力差を示すパラメーターは、上記に説明されているものなどから、すなわち、トルク、モーター電流から導出されるかまたは測定される。給送チャネルの外側の（すなわち、堆積された層の中の）圧力を示すパラメーターは、上記に説明されているように決定される。
【０１０１】
機能的なブロック５０２において、モデリング材料の流量を示すパラメーターが、上記に説明されているように確立される。
【０１０２】
機能的なブロック５０３において、ノズル１０２の流体抵抗を示すパラメーターを確立するために、圧力差を示すパラメーターと流量を示すパラメーターとの間の比率が計算される。
【０１０３】
機能的なブロック５０４において、ノズルの流体抵抗を示すパラメーターは、範囲を定義する閾値と比較される。ノズルの流体抵抗を示すパラメーターが上限値を超えるときには、機能的なブロック５０５において、起こった可能性の高いファウリングによって引き起こされるあまりに高い流体抵抗を示す信号が発生され得る。これは、聴覚的なまたは視覚的なインディケーションに係わるアラームを発生させることが可能である。そのうえ、３次元モデリング・システムがパージ場所を装備しているときには、制御システムは、パージ場所およびパージへプリントヘッド１２１を移動させるように配置され得、すなわち、給送チャネルを空にするように配置され得、それによって、給送チャネル１２０ｂまたはノズル出口部１０２ａの中に存在するファウリングおよび破片を廃棄する。パージングが、モデリング材料を最適に廃棄するのに適切な温度条件の下で実施され得、または、専用のパージ材料が、チューブ状給送部材１０１およびノズル１０２の内側の上側給送チャネル１２０ａおよび給送チャネル１２０ｂのノズル・セクションをクリーニングするために使用され得る。
【０１０４】
ノズルの流体抵抗を示すパラメーターが下限値を下回るときには、機能的なブロック５０６において、起こった可能性の高いノズル出口部の摩耗によって引き起こされるあまりに低い流体抵抗を示す別の信号が発生され得る。また、これは、聴覚的なまたは視覚的なインディケーションに係わる適当なアラームを発生させることが可能である。そのうえ、３次元モデリング・システムが、ノズルまたはプリントヘッド１２１を機械的に交換するための手段を装備しているときには、制御システムは、ノズル１０２および／またはプリントヘッド１２１の交換を開始させるように配置され得る。
【０１０５】
制御システムは、プログラム・インストラクションを含むメモリー（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭなど）を有する、プログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）、マイクロコントローラー、またはプロセッサーを含むことが可能であり、プログラム・インストラクションは、動作時に、説明されているような機能的なブロック５０１〜５０６をプロセッサーに実施させる。説明されているような圧力センサーおよび力センサーは、制御システムに接続されており、制御システムでは、測定された圧力、力、および変位が、当技術分野で良好に確立されているように獲得され得る。
【０１０６】
図６では、フローダイアグラム６００が示されており、それは、３次元オブジェクトを３次元モデリングするための方法を示しており、方法は、オブジェクトを３次元モデリングするステップ６０１を有しており、ステップ６０１は、プリントヘッドを位置決めするステップ６０２と、モデリング材料を給送するステップ６０３と、モデリング材料を堆積させるステップと、ノズルの流体抵抗を示すパラメーターを決定するステップ６０４と、範囲内の閾値圧力値とパラメーターを比較するステップ６０５と、パラメーターが範囲から外れているときに信号を発生させるステップ６０６とを含む。
【０１０７】
プリントヘッドを位置決めするステップ６０２、モデリング材料を給送および堆積させるステップ６０３は、同時に実施され、プリントヘッドは、初期にベースの上方を移動し、ベースの上にオブジェクトがプリントされ、その後に、図３に示されているように、以前に堆積された層１０９の上にプリントされる。その後にモデリング材料を給送することは、以前に堆積された層１０９の上に初期にモデリング材料を堆積させることを結果として生じさせる。これらのステップ、ならびに、プリントヘッド１２１が移動するパターン、堆積されたモデリング材料の量、および層厚さは、ともに、３次元オブジェクトの３次元モデリングを結果として生じさせる。パターンおよび層厚さは、制御システムに電子的に提供され得る３次元モデルから、制御システムによって導出され得る。
【０１０８】
ノズルの流体抵抗を示すパラメーターが、上記に説明されているように、ノズルにわたる圧力差から計算され得る。
【０１０９】
ステップ６０２では、堆積されたモデリング材料のトラックが形成され、生成される３次元オブジェクト１２２を構成する。ノズルの流体抵抗を示すパラメーターに応じて、堆積されたトラックの中心線がシフトされ得る。たとえば、ノズル出口部の拡張に起因して、抵抗が低いときには、トラックは、一定の流量によってプリントまたは堆積させるときに、より広くなる傾向がある。したがって、トラックの中心線は、通常よりも遠くに間隔を離して配置され得、オブジェクトが仕様にしたがってモデリングされることを可能にする。
【０１１０】
代替的に、圧力制御されたプリンティングを使用するときに、圧力設定ポイントは、より低いレベルに設定され得、堆積されるトラックの幅が仕様内になることを可能にする。
【０１１１】
フロー制御されたプリンティングを使用するときに、低い流体抵抗において、流量設定ポイントは、ノズルの流体抵抗に応じて、レベルに設定され得、トラック幅が仕様内になることを可能にする。
【０１１２】
本発明の範囲は、先述のものの中で議論されている例に限定されるのではなく、添付の特許請求の範囲によって定義されているような本発明の範囲から逸脱することなく、そのいくつかの補正および修正が可能であるということが当業者に明らかになる。とりわけ、さまざまな本発明の態様の特定の特徴の組み合わせが行われ得る。本発明の態様は、さらに有利には、本発明の別の態様に関して説明された特徴を追加することによって強化され得る。本発明は、図および説明において詳細に図示および説明されてきたが、そのような図示および説明は、単に例示目的のものまたは例示的なものと考えられるべきであり、限定的なものと考えられるべきではない。
【０１１３】
本発明は、開示されている実施形態に限定されない。開示されている実施形態に対する変形例は、特許請求されている発明を実施する際に、図、明細書、および添付の特許請求の範囲を検討することから、当業者によって理解および実現され得る。特許請求の範囲において、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、他のステップまたは要素を除外せず、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は、複数を除外しない。相互に異なる従属請求項の中に特定の対策が記載されているという単なる事実は、これらの対策の組み合わせが利益をもたらすように使用されることができないということを示してはいない。特許請求の範囲の中の任意の参照番号は、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【符号の説明】
【０１１４】
１００  ３次元モデリング・システム
１０１  チューブ状給送部材
１０２  ノズル
１０２ａ  ノズル出口部
１０２ｂ  ノズル先端部
１０３  プランジャー
１０４  ロータリー・ドライブ
１０５ａ、１０５ｂ  トランスミッション・ギヤ
１０６  ガントリー
１０７  接続バー
１０８  モデリング材料
１０８ａ  固体のモデリング材料
１０８ｂ  溶融されたモデリング材料
１０８ｃ  溶融されたモデリング材料のレベル
１０９  以前に堆積されたトラック
１１０  堆積されたトラック
１１１  変位センサー
１１２  トルク・センサー
１１３  ベース
１１４  Ｘ−Ｙ−Ｚ位置決めシステム
１１５  ロード・セルまたは歪みゲージ
１１６  重量センサー、または圧力パッド
１２０ａ  給送チャネル
１２０ｂ  給送チャネルのノズル・セクション
１２１  プリントヘッド
１２２  ３次元オブジェクト
４０１〜４０４  圧力センサー
５００  制御システム
５０１  圧力差を確立する
５０２  流量を確立する
５０３  流体抵抗を示すパラメーターを計算するための計算機
５０４  パラメーターを閾値と比較するためのコンパレーター
５０５  信号発生器
５０６  信号発生器
６００  ３Ｄモデリングの方法
６０１  ３次元モデリング
６０２  プリントヘッドを位置決めする
６０３  モデリング材料を給送する
６０４  ノズルの流体抵抗を示すパラメーターを決定する
６０５  パラメーターを圧力範囲と比較する
６０６  パラメーターが範囲から外れているときに信号を発生させる
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図５】
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【図６】
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