(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状支持部材と
前記平面状支持部材の平面に直交する方向に第１の材料の液滴を吐出するように配向された第１の印刷ヘッドと、
前記平面状支持部材の平面と平行な方向に第２の材料の液滴を吐出するように配向された第１の位置に位置する第２の印刷ヘッドと、
前記第１の印刷ヘッド及び前記第２の印刷ヘッドに動作可能に接続された少なくとも１つのアクチュエータであって、前記平面状支持部材に対して前記第１の印刷ヘッド及び前記第２の印刷ヘッドを移動させるように構成された少なくとも１つのアクチュエータと、
前記少なくとも１つのアクチュエータ、前記第１の印刷ヘッド及び前記第２の印刷ヘッドに動作可能に接続されたコントローラと、を備え、前記コントローラが、
画像データを処理して、前記平面状支持部材の平面と平行な、製造されるオブジェクトの第１の複数の平面に対応するデータを生成し、第２の複数の平面であって、前記平面状支持部材の平面と直交することにより、前記オブジェクトの前記第１の複数の平面が前記オブジェクトの前記第２の複数の平面と直交する、前記第２の複数の平面に対応するデータを生成し、
前記コントローラが前記第１の印刷ヘッド及び前記第２の印刷ヘッドを動作させる間に、前記第１の印刷ヘッド及び前記第２の印刷ヘッドを移動させるよう前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させ、
前記少なくとも１つのアクチュエータが前記第１の印刷ヘッドを移動させる間に、前記第１の複数の平面に対応する前記生成されたデータを用いて前記第１の印刷ヘッドを動作させて、前記平面状支持部材の平面に垂直な前記方向に前記第１の材料の液滴を吐出し、前記平面状支持部材の平面と平行な前記第１の複数の平面に対応するオブジェクトの第１の複数の層を形成し、
前記少なくとも１つのアクチュエータが前記第２の印刷ヘッドを前記平面状支持部材の平面に直交する前記第１の位置に対する平面を移動させる間に、前記第２の複数の平面に対応する前記生成されたデータを用いて前記第２の印刷ヘッドを動作させて、前記平面状支持部材の平面と平行な方向に前記第２の材料の液滴を吐出し、前記平面状支持部材の平面及び前記第１の複数の層に直交する前記第２の複数の平面に対応する前記オブジェクトの第２の複数の層を形成する、ように構成されている３次元（３Ｄ）オブジェクトプリンタ。
【請求項２】
前記少なくとも１つのアクチュエータが、さらに、
第２の印刷ヘッドが前記平面状支持部材の平面に平行な方向に且つ前記第１の位置において前記第２の印刷ヘッドから吐出された材料の液滴に対して直角に材料の液滴を吐出するのを可能とするために前記第１の位置に対して直角となる位置まで前記第２の印刷ヘッドを移動させるように構成されている、請求項１に記載の３Ｄオブジェクトプリンタ。
【請求項３】
前記少なくとも１つのアクチュエータが、さらに、
前記第２の印刷ヘッドが前記平面状支持部材の平面に平行な方向に且つ前記第１の位置において前記第２の印刷ヘッドから吐出された材料の液滴に向かって材料の液滴を吐出するのを可能とするために前記第１の位置の反対側の位置まで前記第２の印刷ヘッドを移動させるように構成されている、請求項１に記載の３Ｄオブジェクトプリンタ。
【請求項４】
さらに、
第３の印刷ヘッドが前記平面状支持部材の平面に平行な方向に且つ前記第１の位置において前記第２の印刷ヘッドから吐出された材料の液滴に対して直角に材料の液滴を吐出するのを可能とするために前記第２の印刷ヘッドの前記第１の位置に対して直角に位置決めされた前記第３の印刷ヘッドを備える、請求項１に記載の３Ｄオブジェクトプリンタ。
【請求項５】
さらに、
第４の印刷ヘッドが前記平面状支持部材の平面に平行な方向に且つ前記第１の位置において前記第２の印刷ヘッドから吐出された材料の液滴に対して直角に且つ前記第３の印刷ヘッドに向かって材料の液滴を吐出するのを可能とするために前記第２の印刷ヘッドの前記第１の位置に対して直角に且つ前記第３の印刷ヘッドの位置と反対側の位置に位置決めされている第４の印刷ヘッドを備える、請求項４に記載の３Ｄオブジェクトプリンタ。
【請求項６】
前記少なくとも１つのアクチュエータが、さらに、
前記第４の印刷ヘッドが前記平面状支持部材の平面に平行な方向に且つ前記第１の位置において前記第２の印刷ヘッドから吐出された材料の液滴に対して直角に且つ前記第３の印刷ヘッドに向かって材料の液滴を吐出するのを可能とするために前記第３の印刷ヘッドの位置の反対側の位置まで前記第４の印刷ヘッドを移動させるように構成されている、請求項５に記載の３Ｄオブジェクトプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本文書に開示された装置は、３次元オブジェクトを製造するプリンタ関し、より詳細には、異なる材料を有する３次元オブジェクトを製造するプリンタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディジタル積層造形としても知られるディジタル３次元造形は、ディジタルモデルから実質的に任意の形状の３次元固体オブジェクトを作成するプロセスである。ポリジェット３次元印刷は、オブジェクトを製造するように異なる形状の基材上に材料の連続層を形成するために硬化性液体フォトポリマー滴がイジェクタヘッドから吐出される積層プロセスである。３次元印刷は、主に切削又は穿孔などのサブトラクティブ法によるワークピースからの材料の除去をあてにする従来のオブジェクト形成技術とは区別される。
【０００３】
３次元オブジェクトを製造する一部のプリンタは、材料の層を構築して領域にオブジェクトを形成するために領域上方に位置決めされた１つ以上の印刷ヘッドが液滴を下方に吐出する平坦なステージング領域を使用する。印刷ヘッドは、典型的には、ステージよりも実質的に小さく、そのため、印刷ヘッド又はステージのいずれかは、同一平面内で互いに直交するプロセス方向及びクロスプロセス方向に移動される。印刷ヘッドは、オブジェクトの各層を形成するために複数回移動する。さらに、ステージ及び印刷ヘッドのいずれかは、印刷ヘッドと構築中のオブジェクトとの間の適切な距離を維持するようにプロセス及びクロスプロセス方向面の平面に対して垂直方向に移動する。
【０００４】
現在、オブジェクトの印刷は、プラテン上方に印刷ヘッドを位置決めし且つ印刷ヘッドを配向することによって行われるため、プラテンに向かって材料の液滴を下方に吐出する。このように、オブジェクトは、異なる印刷ヘッドによって供給される異なる材料によって層毎に構築される。オブジェクトは、下から構築されることから、外側突起は、支持材料の層がオブジェクトについての造形材料が吐出される層の下方に構築される必要がある。さらに、オブジェクトの幾何学的形状は、提供することが困難なオブジェクトの両側への低摩擦表面の提供などを行うことができる。材料吐出の異なる配向を可能とする３次元オブジェクトプリンタを有することが有用であろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
３次元オブジェクトを製造するために少なくとも２つの直交して配向された印刷ヘッドを使用するプリンタは、平面状支持部材と、平面状支持部材の平面に直交して配向された第１の印刷ヘッドと、平面状支持部材の平面に平行に配向された第１の位置に位置する第２の印刷ヘッドと、第１の印刷ヘッド及び第２の印刷ヘッドに動作可能に接続された少なくとも１つのアクチュエータであって、平面状支持部材に対して第１の印刷ヘッド及び第２の印刷ヘッドを移動させるように構成された少なくとも１つのアクチュエータと、少なくとも１つのアクチュエータ、第１の印刷ヘッド及び第２の印刷ヘッドに動作可能に接続されたコントローラとを含む。コントローラは、互いに直交する製造されるオブジェクトの平面を生成するために画像データを処理し、第１の印刷ヘッドが平面状支持部材の平面に垂直な方向に材料の液滴を吐出するのを可能とし且つ第２の印刷ヘッドが平面状支持部材の平面に平行な方向に材料の液滴を吐出するのを可能とするように第１の印刷ヘッド及び第２の印刷ヘッドを移動させるために少なくとも１つのアクチュエータを動作させるように構成されている。
【０００６】
少なくとも２つの直交して配向された印刷ヘッドによって３次元オブジェクトを製造するためにプリンタを動作させる方法は、製造されるオブジェクトの直交平面を生成するためにコントローラによって画像データを処理することと、平面状支持部材に向けて材料の液滴を吐出するように平面状支持部材の平面に対して直交して配向された第１の印刷ヘッドをコントローラによって動作させることと、平面状支持部材の平面に平行な平面内に材料の液滴を吐出するように平面状支持部材の平面と平行になるように配向された第１の位置に位置する第２の印刷ヘッドをコントローラによって動作させることと、第１の印刷ヘッドが平面状支持部材の平面に垂直な方向に材料の液滴を吐出するのを可能とし且つ第２の印刷ヘッドが平面状支持部材の平面に平行な方向に材料の液滴を吐出するのを可能とするように平面状支持部材を基準として第１の印刷ヘッド及び第２の印刷ヘッドを移動させるために第１の印刷ヘッド及び第２の印刷ヘッドに動作可能に接続された少なくとも１つのアクチュエータをコントローラによって動作させることとを含む。
【０００７】
直交して配向された印刷ヘッドによって３次元オブジェクトを製造するプリンタの上述した態様及び他の特徴は、添付図面と関連して以下の詳細な説明において説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、直交して配向された印刷ヘッドによって３次元オブジェクトを製造するプリンタにおける構成要素の斜視図である。
【図２】図２は、図１のプリンタによって構築された内部インサートを有するオブジェクトを示している。
【図３】図３は、図１のプリンタを動作させるためのプロセスのフロー図である。
【図４】図４は、平面状支持部材の平面に平行な平面内に材料の液滴を吐出するように配向された複数の印刷ヘッドを有するプリンタを動作させるためのプロセスのフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本願明細書に開示された装置についての環境及び装置の詳細の一般的な理解のために、図面が参照される。図面において、同様の参照符号は同様の要素を指す。
【００１０】
図１は、３次元オブジェクト又は部品をプラテン上で製造するプリンタ１００における構成要素の構成を示している。プリンタ１００は、コントローラ１０４と、１つ以上のアクチュエータ１０８と、印刷ヘッド１１２、１１６、１２０及び１２４と、プラテン１２８と含む。印刷ヘッド１１２、１１６、１２０及び１２４は、公知のように支持材料及び造形材料の供給源に流体的に接続されている。印刷ヘッドは、各印刷ヘッドに供給される支持及び造形材料を吐出するようにコントローラに動作可能に接続されたメモリにおける３次元画像データを参照しながらコントローラ１０４によって動作する。いくつかの実施形態において、同じ印刷ヘッドにおけるイジェクタの一部は、支持材料の供給源に流体的に接続され、イジェクタの一部は、造形材料の供給源のうちの少なくとも１つかとき複数の供給源に流体的に接続されている。印刷ヘッドはまた、プラテン１２８を基準としてアクチュエータが印刷ヘッドを移動及び回転させるのを可能とするために１つ以上のアクチュエータ１０８に動作可能に接続されている。造形材料は、製造される部品の構造を形成する一方で、支持材料は、造形材料がその形状を維持するのを可能とするとともに、材料は、部品が構築されるのにともない固化する。部品が完成した後、支持材料は、洗浄、吹き出し又は溶融によって除去される。
【００１１】
コントローラ１０４はまた、互いに対する且つプラテン１２８に対する印刷ヘッドの移動を制御するために１つ以上のアクチュエータ１０８に動作可能に接続されている。図１に示される実施形態において、印刷ヘッド１２０は、材料の液滴を吐出するように配向されているため、それらは、プラテンの表面に対して垂直な方向においてプラテン１２８に向かって移動する。印刷ヘッド１１２、１１６及び１２４は、プラテン１２８の表面に平行な平面の幅又は長さにおいて材料の液滴を吐出するように配向されている。コントローラ１０４はまた、印刷ヘッド１１２、１１６及び１２０が平行な平面の幅及び長さに沿って移動し且つプラテン１２８の表面に対して回転するのを可能とするようにアクチュエータ１０８を動作させることができる。この移動は、印刷ヘッドがプリンタ１００によって形成される部品の隙間及び隅部に材料の液滴を吐出するのを可能とする。プリンタ１００は、４つの印刷ヘッドを有し、そのうちの３つは、プラテン１２８の表面に平行な平面内に配向されており、４つ目は、プラテン１２８の表面に垂直な方向に液滴を吐出するように配向されているように示されているものの、他の実施形態は、印刷ヘッド１２０と、印刷ヘッド１１２、１１６及び１２４のうちの１つ又は２つのみを含むことができる。例えば、１つの実施形態は、印刷ヘッド１１６が示されるように位置決めされ且つ印刷ヘッド１１２によって占有される位置まで移動させるのを可能とするように構成されている。その同じ実施形態はまた、印刷ヘッド１２４が示されるように位置決めされ且つ図に示された印刷ヘッド１１６の位置に対向する位置まで移動させるのを可能とするように構成されている。あるいは、実施形態は、プラテン１２８のいずれかの側に印刷ヘッドを移動させるように印刷ヘッド１１２、１１６及び１２４のうちの１つのみを有して構成されることができる。いったん位置決めされると、コントローラ１０４は、プラテン１２８の表面に平行な平面内に又はプラテン１２８の表面に向かって材料の液滴を吐出するように印刷ヘッドを動作させることができる。最後に、他の実施形態において、第４の印刷ヘッドは、アクチュエータ１０８に動作可能に接続され、印刷ヘッド１１６の反対側且つ向かい合う位置に位置決めされている。
【００１２】
図１に示されるシステムの印刷ヘッドは、互いに直交するように配置されていることから、コントローラ１０４は、印刷ヘッドの様々な観点から製造されるオブジェクトについての画像データを処理するように構成されている。すなわち、コントローラ１０４は、互いに直交するイジェクタを動作させるための生成された信号をもたらすように画像データを処理する。以前に、画像データは、プラテンに向かう同一方向に面した印刷ヘッドにおけるイジェクタの動作を可能とする平行な平面内でスライスされた。図１及び図２に示される印刷ヘッドの直交構成は、コントローラが直交平面内の画像データを用意し且つ直交配置された印刷ヘッドにおいてイジェクタを動作させるための信号を生成するためにこれらのデータを使用するのを必要とする。
【００１３】
図２において、部品１４０には、インサート面１４４が形成されている。コントローラ１０４が直交平面を生成するように画像データを処理した後、コントローラ１０４は、部品１４０の層を形成するためにプラテン１２８に向けて造形材料の液滴を吐出するように印刷ヘッド１２０におけるイジェクタを動作させるために信号を生成する。コントローラ１０４はまた、インサート面１４４を形成するように印刷ヘッド１２０によって吐出される液滴の方向に対して垂直な方向に材料の液滴を吐出するように印刷ヘッド１１２におけるイジェクタを動作させるために処理されたデータを使用する。コントローラはまた、部品１４０の内面上へのインサート面についての材料の送達を容易とするために印刷ヘッド１１２を回転させるようにアクチュエータ１０８を動作させることができる。同様に、コントローラ１０４は、インサート面１４４を形成するように印刷ヘッド１１６及び１２４におけるイジェクタを動作させるために他の印刷ヘッドを動作させるのに使用される平面に直交するオブジェクトの他の平面についての画像データを使用する。
【００１４】
直交配向された印刷ヘッドによって３次元オブジェクトを製造するプリンタを動作させる方法が図３に示されている。この方法の説明において、プロセスがいくつかのタスク又は機能を実行している旨の言及は、タスク又は機能を実行するようにデータを操作するか又はプリンタにおける１つ以上の構成要素を動作させるためにコントローラ又はプロセッサに動作可能に接続されたメモリに記憶されたプログラム命令を実行するコントローラ又は汎用プロセッサを指す。上記コントローラ１０４は、そのようなコントローラ又はプロセッサとすることができる。あるいは、コントローラ１０４は、複数のプロセッサによって実装されることができ、そのそれぞれが本願明細書に記載された１つ以上のタスク又は機能を形成するように構成されている回路及び構成要素に関連付けられることができる。
【００１５】
プロセス３００は、互いに直交する製造されるオブジェクトの平面を生成するように画像データを処理するコントローラによって始まる（ブロック３０２）。そして、コントローラは、平面状支持部材に向かって材料の液滴を吐出するように平面状支持部材の平面に対して直交して配向された第１の印刷ヘッドを移動させるように少なくとも１つのアクチュエータを動作させる（ブロック３０４）。コントローラはまた、平面状支持部材の平面に平行な平面内に材料の液滴を吐出するように平面状支持部材の平面と平行に配向された第１の位置に位置する第２の印刷ヘッドを移動させるように少なくとも１つのアクチュエータを動作させる（ブロック３０８）。２つの印刷ヘッドを移動させるための少なくとも１つのアクチュエータの動作は、第１の印刷ヘッドが平面状支持部材上にオブジェクトの層を形成し且つ第２の印刷ヘッドが平面状支持部材に対して垂直又は主に垂直な表面上に材料の層を形成するように材料を水平方向に吐出するのを可能とする。プロセスはまた、第２の印刷ヘッドが第１の印刷ヘッドによってオブジェクト型の隅部及び隙間に材料の液滴を吐出するのを可能とするために平面状部材の平面を基準として第２の印刷ヘッドを回転させるように少なくとも１つのアクチュエータを動作させるコントローラを含む（ブロック３１２）。この方法はまた、第２の印刷ヘッドが平面状支持部材の平面に平行な方向に且つ第１の位置において第２の印刷ヘッドから吐出される材料の液滴に対して直角に材料の液滴を吐出するのを可能とするために第１の位置に対して直角となる位置まで第２の印刷ヘッドを移動させるように少なくとも１つのアクチュエータを動作させるコントローラを含む（ブロック３１６）。この動作は、第２の印刷ヘッドが第１の印刷ヘッドによって形成されたオブジェクトの他の表面上に材料を吐出するのを可能とするために第２の印刷ヘッドが平面状支持部材の平面に平行な且つ第１の位置において第２の印刷ヘッドによって吐出された液滴に対して垂直な他の位置まで移動するのを可能とする。この方法はまた、第２の印刷ヘッドが平面状支持部材の平面に平行な方向に且つ第１の位置において第２の印刷ヘッドから吐出された材料の液滴に向かって材料の液滴を吐出するのを可能とするために第１の位置の反対側の位置まで第２の印刷ヘッドを移動させるように少なくとも１つのアクチュエータを動作させるコントローラを含む（ブロック３２０）。この動作は、第２の印刷ヘッドが第１の位置に位置決めされたときに第２の印刷ヘッドの反対側の第１の印刷ヘッドによって形成されたオブジェクトの表面上に材料を吐出するのを可能とするために第２の印刷ヘッドが平面状支持部材の平面に平行な他の位置まで移動するのを可能とする。
【００１６】
そのうちの２つが平面状支持部材の平面に平行な平面内で互いに垂直に配向されている３つの印刷ヘッドを有する実施形態において、図４の方法が使用可能である。この方法は、互いに直交する製造されるオブジェクトの平面を生成するように画像データを処理するコントローラから始まる（ブロック４０２）。コントローラは、平面状支持部材に向かって材料の液滴を吐出するように平面状支持部材の平面に直交して配向された第１の印刷ヘッドを移動させるように少なくとも１つのアクチュエータを動作させる（ブロック４０４）。コントローラはまた、平面状支持部材の平面に平行な平面内で材料の液滴を吐出するように平面状支持部材の平面に平行に配向された第１の位置に位置する第２の印刷ヘッドを移動させるように少なくとも１つのアクチュエータを動作させる（ブロック４０８）。２つの印刷ヘッドを移動させるための少なくとも１つのアクチュエータの動作は、第１の印刷ヘッドが平面状支持部材上にオブジェクトの層を形成し且つ第２の印刷ヘッドが平面状支持部材に対して垂直又は主に垂直な表面上に材料の層を形成するように材料を水平方向に吐出するのを可能とする。プロセスはまた、第２の印刷ヘッドが第１の印刷ヘッドによってオブジェクト型の隅部及び隙間に材料の液滴を吐出するのを可能とするために平面状部材の平面を基準として第２の印刷ヘッドを回転させるように少なくとも１つのアクチュエータを動作させるコントローラを含む（ブロック４１２）。コントローラはまた、第３の印刷ヘッドが平面状支持部材の平面に平行な方向に且つ第１の位置において第２の印刷ヘッドから吐出される材料の液滴に対して直角に材料の液滴を吐出するのを可能とするために第２の印刷ヘッドの第１の位置に対して直角に位置決めされた第３の印刷ヘッドを移動させるように少なくとも１つのアクチュエータを動作させる（ブロック４１６）。第３の印刷ヘッドは、第１の位置において第２の印刷ヘッドの左又は右に位置決めされることができる。そのうちの３つが平面状支持部材の平面に平行な平面内で材料の液滴を吐出するように位置決めされた４つの印刷ヘッドを有する実施形態において、この方法はまた、第４の印刷ヘッドが平面状支持部材の平面に平行な方向に且つ第１の位置において第２の印刷ヘッドから吐出される材料の液滴に対して直角に且つ第３の印刷ヘッドに向かって材料の液滴を吐出するのを可能とするために第２の印刷ヘッドの第１の位置に対して直角に且つ第３の印刷ヘッドの位置の反対側に位置決めされた第４の印刷ヘッドを移動させるように少なくとも１つのアクチュエータを動作させるコントローラを含む（ブロック４２０）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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