(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転プラッタ付き３Ｄプリンタのノズル較正パラメータを提供する方法であって、
所与のプリントヘッドの１つのノズルを用いて、印刷プラッタの複数の回転角度で印刷ブロックの単一の半径方向位置に円弧パターンを印刷するステップと、
印刷プラッタの単一の回転角度で、１つの基準プリントヘッドの１つのノズルを用いて、かつ同一の半径方向線に属すると予想される複数の液滴を印刷するように印刷ブロックの異なる半径方向位置の間で移動して、Ｘ‐Ｙアラインメントパターンを印刷するステップと、
各液滴が印刷プラッタの同一回転角度で印刷ブロックの単一の半径方向位置に印刷されるように、複数のプリントヘッドの複数のノズルから液滴を印刷することによって形成される第３パターンであるヘッド較正パターンを印刷するステップと、
前記円弧パターン、前記Ｘ‐Ｙアラインメントパターン、及び前記ヘッド較正パターンにおける液滴の実際の位置を測定するステップと、
前記測定された実際の位置の予想位置からのずれを算出するステップと、
前記ずれを補正する較正パラメータを算出するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
回転プラッタ付き３Ｄプリンタのノズル較正パラメータを提供する方法であって、
較正対象のノズルから較正液滴を印刷するステップと、
前記較正液滴の検出を可能にするために前記較正液滴の近くに標識を印刷するステップと、
を含む方法。
【請求項３】
所与のプリントヘッドの１つのノズルを用いて、印刷プラッタの複数の回転角度で印刷ブロックの単一の半径方向位置に第１の円弧状の較正パターンを印刷し、それによって、前記印刷プラッタの回転中心を決定する中心を持つ円弧に属すると予想される液滴のパターンを形成するステップを含む、請求項２に記載の方法であって、測定された位置から前記回転中心の座標を減算するステップをさらに含む方法。
【請求項４】
0006791942.tif 000014
【請求項５】
第３のヘッド較正パターンを印刷するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法であって、前記第３のヘッド較正パターンは、複数のプリントヘッドの複数のノズルからの液滴を印刷することによって形成され、各液滴は、印刷プラッタの同一回転角度で印刷ブロックの単一の半径方向位置に印刷され、液滴はプリントヘッドの位置および方向によって決定される直線セグメントに属すると予想される、方法。
【請求項６】
0006791942.tif 000015
【請求項７】
標準印刷作業で予想される１組の印刷条件を用いて前記較正を実行することを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項８】
前記条件は、プリントヘッドの温度、インクジェット発生圧電素子に使用される電圧、およびプラテン回転速度から成る条件群の少なくとも一つを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記標識は、前記較正液滴から前記印刷を監視する光学素子の視野の２倍の外側境界内に印刷される、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記標識は、前記較正液滴から２ｍｍの距離内に印刷される、請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
前記標識は、前記第１の円弧パターンに対しては矢印を含み、前記第２および第３パターンの各々に対しては四角形を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
非等距離ノズルを使用して前記較正を繰り返すことを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１３】
前記ヘッドパターンは、複数のチャネルの各々に２９〜３９滴を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
非動作ノズルの使用を回避するため、前記パターンの少なくとも１つを修正するステップを含む、請求項１又は６に記載の方法。
【請求項１５】
画像処理を用いて前記較正インク液滴を求めるステップを含む、請求項２に記載の方法であって、前記画像処理は、予め定められた最大−最小サイズ境界の外側の液滴を除外するように設定される、方法。
【請求項１６】
画像処理を用いて検出された較正液滴の位置を０．０１ｍｍの範囲まで決定するステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１７】
前記パターンの位置を指摘するために、前記較正パターンの検出すべき液滴の近くに標識を印刷するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、その一部の実施形態では、付加製造における印刷ノズルの動作に関し、さらに詳しくは、ノズルの正確で失敗のない動作に関するが、それに限定されない。
【背景技術】
【０００２】
ノズルは３Ｄプリンタの重要な部品であり、製品を形成するために特定の位置に着地するインク液滴の噴射を発生させる目的を果たす。インクが特定の位置に着地するために、ノズルはまず第一に、噴射を妨害して標的を外す原因になり得、あるいはもっと悪いことにノズルを完全に閉塞させることもあり得るデブリを除去しておかなければならず、第二に、ノズルはインクを正確な位置に送るように正確に較正しなければならない。
【０００３】
一般的に、較正は既知の位置から印刷し、達成された実際の印刷を測定し、かつ差異を利用して補正パラメータを生成することを含む。次いで補正パラメータを使用して、プリントファイルまたはモデルを修正することができる。国際特許出願公開第２００４０２４４４７号は、較正パラメータを生成するために、較正構造を印刷し、次いで構造の特性を測定することを教示している。他の先行技術は試験ブロックを用いてノズルの実際の位置を算出する。国際公開第２００００５２６２４Ａ１号は、試験層を印刷することによる較正を教示している。
【０００４】
0006791942.tif 000002
【０００５】
ここでノズル自体に言及すると、プリントヘッドのノズルプレートは、印刷およびプライミングプロセス中に樹脂液滴により汚れてくる。ノズルが適切に機能するには、過剰な樹脂は他の粒子と共に除去しなければならない。
【０００６】
現在の３Ｄプリンタはゴム製ワイパーブレードを使用しており、それは、ノズルプレートに沿って払拭し、余分な材料を絞り出すことによって、ノズルプレートをクリーニングする効果的なツールをもたらす。
【０００７】
しかし、ノズルプレートの縁部は非常に尖鋭であり、より軟質のゴム材がノズルプレートと係合したときに、ゴム材を引き裂くことがあり得る。ノズルプレートの尖鋭な縁部を横切って摺動することによるワイパーブレードの損傷は、ノズルプレートの効果的なクリーニングを阻害する。
【０００８】
払拭動作中に、ワイパーブレードはプリントヘッドラッチに沿っても払拭し、結果的にラッチ上に樹脂を堆積させ、それは時間と共に増大し、印刷に悪影響を及ぼすことがある。
【０００９】
現在の解決策は、モータによりワイパーアセンブリを上昇させて、尖鋭な縁部がワイパーを通過した後、ノズルプレートと接触させることを含む。しかし、この解決策は余分なモータを含むより多くの部品を必要とし、したがって複雑さおよびコストを招来する。現在使用されているさらなる解決策は、ワイパーアセンブリを下方に押し下げて尖鋭な縁部を通り抜け、次いでアセンブリを元通りに上昇させてプリントヘッドと係合させるというものである。しかし、この解決策はノズルプレートを完全に払拭することができず、樹脂の蓄積が発生するおそれがある。
【発明の概要】
【００１０】
本実施形態は成形されたカム上でワイパーを作動させ、したがって尖鋭な縁部上でワイパーを危険にさらすことなく、ノズルの周りに密接して効果的に払拭することが可能になる。
【００１１】
個々のノズルは、液滴を正確に識別する際の画像処理を支援するように、個々の較正液滴を近傍の標識符号と共に印刷することによって較正される。
【００１２】
異なる較正パラメータを決定するために、数組の液滴が印刷される。第１の組は、所与のプリントヘッドの同一ノズルにより、プラッタの幾つかの回転角度で印刷ブロックの単一の半径方向位置に印刷される。液滴は、プラッタの回転中心の位置を決定する中心を持つ円弧に属すると予想される。
【００１３】
0006791942.tif 000003
【００１４】
0006791942.tif 000004
【００１５】
各ステップで発射された液滴に対応する画素の構成を以下、「較正パターン」という。線が予想線から逸脱する程度により補正パラメータが形成される。
【００１６】
本発明の一部の実施形態の態様によれば、回転プラッタ付き３Ｄプリンタのノズル較正パラメータを提供する方法であって、
所与のプリントヘッドの１つのノズルを用いて、印刷プラッタの複数の回転角度で印刷ブロックの単一の半径方向位置に円弧パターンを印刷するステップと、
印刷プラッタの単一の回転角度で、１つの基準プリントヘッドの１つのノズルを用いて、かつ同一の半径方向線に属すると予想される複数の液滴を印刷するように印刷ブロックの異なる半径方向位置の間で移動して、Ｘ‐Ｙアラインメントパターンを印刷するステップと、
各液滴が印刷プラッタの同一回転角度で印刷ブロックの単一の半径方向位置に印刷されるように、複数のプリントヘッドの複数のノズルから液滴を印刷することによって形成される第３パターンであるヘッド較正パターンを印刷するステップと、
円弧パターン、Ｘ‐Ｙアラインメントパターン、及びヘッド較正パターンにおける液滴の実際の位置を測定するステップと、
測定された実際の位置の予想位置からのずれを算出するステップと、
ずれを補正する較正パラメータを算出するステップと、
を含む方法を提供する。
【００１７】
本発明の第２態様によれば、回転プラッタ付き３Ｄプリンタのノズル較正パラメータを提供する方法であって、
較正対象のノズルから較正液滴を印刷するステップと、
較正液滴の検出を可能にするために較正液滴の近くに標識を印刷するステップと、
を含む方法を提供する。
【００１８】
一実施形態は、所与のプリントヘッドの１つのノズルを用いて、印刷プラッタの複数の回転角度で印刷ブロックの単一の半径方向位置に第１の円弧状の較正パターンを印刷し、それによって、印刷プラッタの回転中心を決定する中心を持つ円弧に属すると予想される液滴のパターンを形成するステップを含んでよく、この方法は、測定された位置から回転中心の座標を減算するステップをさらに含む。
【００１９】
0006791942.tif 000005
【００２０】
さらに別の実施形態は、第３のヘッド較正パターンを印刷するステップを含んでよく、第３のヘッド較正パターンは、複数のプリントヘッドの複数のノズルからの液滴を印刷することによって形成され、各液滴は、印刷プラッタの同一回転角度で印刷ブロックの単一の半径方向位置に印刷され、液滴はプリントヘッドの位置および方向によって決定される直線セグメントに属すると予想される。
【００２１】
上記実施形態は第１態様にあるように組み合わされてよい。
【００２２】
一実施形態は、標準印刷作業で予想される１組の印刷条件を用いて較正を実行することを含んでよい。
【００２３】
一実施形態では、条件は、プリントヘッドの温度、インクジェット発生圧電素子に使用される電圧、およびプラテン回転速度から成る条件群の少なくとも一つを含む。
【００２４】
一実施形態では、標識は、較正液滴から印刷を監視する光学素子の視野の２倍または代替的に１倍の距離の外側境界内に印刷される。
【００２５】
一実施形態では、標識は、較正液滴から２ｍｍまたは代替的に１ｍｍの距離内に印刷される。
【００２６】
一実施形態では、標識は、第１の円弧パターンに対しては矢印を含み、第２および第３パターンの各々に対しては四角形を含む。
【００２７】
ヘッドの較正は、一連の非等距離ノズルを使用してよい。
【００２８】
ヘッドの較正パターンは、複数のチャネルの各々に２９〜３９滴を含んでよい。
【００２９】
この方法は、非動作ノズルの使用を回避するため、ヘッドパターンを、さらに詳しくは単一ノズルに依存する円弧パターンおよびＸ‐Ｙアラインメントパターンを修正するステップを含んでよい。
【００３０】
この方法は、画像処理を用いて較正インク液滴を求めるステップを含んでよく、画像処理は、予め定められた最大‐最小サイズ境界の外側の液滴を除外するように設定される。
【００３１】
この方法は、画像処理を用いて検出された較正液滴の位置を０．０１ｍｍの範囲まで決定するステップを含んでよい。
【００３２】
この方法は、パターンの位置を指摘するために、較正パターンの検出すべき液滴の近くに標識を印刷するステップを含んでよい。
【００３３】
本発明の第３態様によれば、
ノズル付きプリントヘッドと、
プリントヘッドのノズルを横切って払拭するワイパーと、
プリントヘッド全体にわたってワイパーを誘導する成形されたカムトラックと、
を含む、付加製造用のプリントヘッド装置を提供する。
【００３４】
一実施形態では、ワイパーは板ばねによってプリントヘッドの方向に張力を加えられる。
【００３５】
一実施形態では、ワイパーは横木に取り付けられ、横木は成形されたカム上に載置され、所定の位置でワイパーをプリントヘッドから遠ざけるように張力に抗して押す。
【００３６】
一実施形態では、横木は横木アームを含み、横木アームは成形されたカム上に載置され、横木を押す。
【００３７】
一実施形態では、成形されたカムは、プリントヘッドの先端における第１凸形状およびプリントヘッドの後縁における第２凸面を含む。
【００３８】
一実施形態では、プリントヘッドはノズル領域および非ノズル領域を有し、所定の位置は非ノズル領域に存在する。
【００３９】
一実施形態では、所定の位置は、プリントヘッドを着脱するための掛止領域と、縁部領域とを含み、縁部領域および掛止領域はワイパーに損傷を生じさせ得る。
【００４０】
一実施形態では、第１および第２の凸形状は、縁部ならびに縁部および掛止領域のラッチに触れずにワイパーを押すように配置される。
【００４１】
別途定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術的用語および／または科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に記載される方法および材料と類似または同等である方法および材料を本発明の実施または試験において使用することができるが、例示的な方法および／または材料が下記に記載される。矛盾する場合には、定義を含めて、本特許明細書が優先する。加えて、材料、方法および実施例は例示にすぎず、限定であることは意図されない。
【００４２】
本発明の実施形態の方法および／またはシステムを実行することは、選択されたタスクを、手動操作で、自動的にまたはそれらを組み合わせて実行または完了することを含んでいる。さらに、本発明の方法および／またはシステムの実施形態の実際の機器や装置によって、いくつもの選択されたステップを、ハードウェア、ソフトウェア、またはファームウェア、あるいはオペレーティングシステムを用いるそれらの組合せによって実行できる。
【００４３】
例えば、本発明の実施形態による選択されたタスクを実行するためのハードウェアは、チップまたは回路として実施されることができる。ソフトウェアとして、本発明の実施形態により選択されたタスクは、コンピュータが適切なオペレーティングシステムを使って実行する複数のソフトウェアの命令のようなソフトウェアとして実施されることができる。本発明の例示的な実施形態において、本明細書に記載される方法および／またはシステムの例示的な実施形態による１つ以上のタスクは、データプロセッサ、例えば複数の命令を実行する計算プラットフォームで実行される。任意選択的に、データプロセッサは、命令および／またはデータを格納するための揮発性メモリ、および／または、命令および／またはデータを格納するための不揮発性記憶装置（例えば、磁気ハードディスク、および／または取り外し可能な記録媒体）を含む。任意選択的に、ネットワーク接続もさらに提供される。ディスプレイおよび／またはユーザ入力装置（例えば、キーボードまたはマウス）も、任意選択的にさらに提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
本明細書では本発明のいくつかの実施形態を単に例示し添付の図面を参照して説明する。特に詳細に図面を参照して、示されている詳細が例示として本発明の実施形態を例示考察することだけを目的としていることを強調するものである。この点について、図面について行う説明によって、本発明の実施形態を実施する方法は当業者には明らかになるであろう。
【００４５】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の一部の実施形態に係る付加製造システムの略図である。
【図１Ｂ−１Ｃ】図１Ｂ−１Ｃは、本発明の一部の実施形態に係る付加製造システムの略図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、本発明の一部の実施形態に係る付加製造システムの略図である。
【００４６】
【図２Ａ−２Ｃ】図２Ａ−２Ｃは、本発明の一部の実施形態に係るプリントヘッドの略図である。
【００４７】
【図３Ａ−３Ｆ】図３Ａ−３Ｆは、本発明の一部の実施形態に係る座標変換を実証する略図である。
【００４８】
【図４】図４は、インク液滴の位置を算出するために使用される標識を示すベクトル図である。
【００４９】
【図５】図５は、本発明の一実施形態に係る３Ｄ印刷のための較正プロセスの簡易図である。
【００５０】
【図６】図６は、本発明の一実施形態に係る較正プロセスを示す簡易流れ図である。
【００５１】
【図７】図７は、本発明の一実施形態に係る較正プロセスを示す簡易流れ図である。
【００５２】
【図８Ａ−８Ｂ】図８Ａ−８Ｂはそれぞれ、本発明の一実施形態に係る較正液滴および標識の簡易図および写真である。
【００５３】
【図９Ａ−９Ｂ】図９Ａ−９Ｂはそれぞれ、本発明の一実施形態に係る較正液滴および標識の簡易図および写真である。
【００５４】
【図１０Ａ−１０Ｂ】図１０Ａ−１０Ｂはそれぞれ、本発明の一実施形態に係る較正ヘッドパターンおよび標識の簡易図および写真である。
【００５５】
【図１１Ａ−１１Ｃ】図１１Ａ−１１Ｃは、本発明の一実施形態に係る較正液滴の識別を示す写真である。
【００５６】
【図１２】図１２は、本発明の一実施形態に係る実際の液滴位置の測定のための軸線に対する円弧、Ｘ‐Ｙ、およびヘッド標識のアラインメントを示す簡易図である。
【００５７】
【図１３Ａ−１３Ｂ】図１３Ａは、３Ｄプリンタのノズルプレートおよび尖鋭な縁部を示す写真である。図１３Ｂは、図１２の構造によってワイパーブレードに生じた損傷を示す写真である。
【００５８】
【図１４】図１４は、プリントヘッドの移動および図１２の構造による払拭を示す。
【００５９】
【図１５】図１５は、プリントヘッドの移動および図１２の構造による払拭を示す。
【００６０】
【図１６】図１６は、プリントヘッドの移動および図１２の構造による払拭を示す。
【００６１】
【図１７】図１７は、プリントヘッドの移動および図１２の構造による払拭を示す。
【００６２】
【図１８】図１８は、本発明の一実施形態に従って構成されたワイパーを示す簡略図である。
【００６３】
【図１９】図１９は、本発明の一実施形態に係るプリントヘッドとカム面を示す簡略図である。
【００６４】
【図２０Ａ−２０Ｃ】図２０Ａ−２０Ｃは、図１９のプリントヘッドに沿った図１８のワイパーの移動における異なる段階を示す。
【図２０Ｄ】図２０Ｄは、図１９のプリントヘッドに沿った図１８のワイパーの移動における異なる段階を示す。
【００６５】
【図２１】図２１は、図１９のノズルプレートの後縁に触れずにそこを通り抜けた図１８のワイパーを示す簡易図である。
【００６６】
【図２２Ａ】図２２Ａは、図１９のプリントヘッドを逆方向に通過する図１８のワイパーを示す。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、図１９のプリントヘッドを逆方向に通過する図１８のワイパーを示す。
【図２２Ｃ】図２２Ｃは、図１９のプリントヘッドを逆方向に通過する図１８のワイパーを示す。
【発明を実施するための形態】
【００６７】
本発明は、その一部の実施形態では、付加製造における印刷ノズルの正確で妨げられない動作に関し、さらに詳しくは、ノズルを較正し、インクジェットが妨げられないようにノズルを維持することに関するが、それらに限定されない。
【００６８】
３Ｄプリンタ用のノズル較正パラメータを提供する方法は、円弧パターンを印刷するステップと、Ｘ‐Ｙアラインメントパターンを印刷するステップと、ヘッド較正パターンを印刷するステップと、液滴の実際の位置を測定するステップと、前記測定された実際の位置の予想位置からのずれを算出するステップと、較正パラメータを算出してずれを補正するステップとを含む。標識液滴は、内蔵された画像認識が較正液滴を見出すことを可能にするために使用することができる。
【００６９】
加えて、ノズルワイパーを誘導するためにカムシステムが設けられる。
【００７０】
より一般的に、ワイパーブレードは、印刷ブロックアセンブリにおける特徴と、特に成形カムを形成する特徴と接触する横木によって押し下げられる。カムは、ワイパーブレードがプリントヘッドのラッチまたはノズルプレートの前縁と接触するのを防止する。
【００７１】
ブレードがノズルプレートの前縁を通り抜けると、横木は上昇し、ワイパーブレードはノズルプレートと係合することができる。印刷ブロックはワイパーに沿って移動し続け、ノズルプレートをクリーニングする。
【００７２】
ノズルがワイパーを通り抜けると、横木は印刷ブロックにおける特徴によって偏向し、ワイパーブレードがノズルプレートの後縁を完全に通過するまで、ワイパーブレードがノズルプレートと接触状態を維持することを可能にする。これによりノズルプレートから全ての廃樹脂が除去され、後縁における蓄積が防止される。
【００７３】
印刷ブロックの動きが逆行するときに、ワイパーブレードは再び印刷ブロックにおける特徴に接触する横木によって押し下げられる。
【００７４】
ブレードが逆行方向にプレートの縁部を通り抜けると、横木は上昇し、ワイパーブレードがノズルプレートと係合することが可能になる。印刷ブロックはワイパーに沿って移動し続け、ノズルプレートをクリーニングする。
【００７５】
本実施形態は、モータを必要としない受動システムを提供する。単純な設計は、印刷ブロックにおける１つの追加成形部品およびカム面を必要とするだけである。ノズルプレートの全長を払拭することができ、ノズルプレートの端部における樹脂の蓄積が防止される。
【００７６】
本発明の少なくとも１つの実施形態を詳しく説明する前に、本発明は、その適用において、下記の説明に示されるか、および／または図面および／または実施例において例示される構成要素および／または方法の組み立ておよび構成の細部に必ずしも限定されないことを理解しなければならない。本発明は他の実施形態が可能であり、または様々な方法で実施または実行されることが可能である。
【００７７】
本実施形態の方法およびシステムは、物体の形状に対応する構成パターン状に複数の層を形成することによって、三次元物体をコンピュータ・オブジェクト・データに基づいて１層ずつ製作する。コンピュータ・オブジェクト・データは、標準テッセレーション言語（ＳＴＬ）またはステレオリソグラフィ輪郭（ＳＬＣ）フォーマット、仮想現実モデリング言語（ＶＲＭＬ）、付加製造ファイル（ＡＭＦ）フォーマット、図面交換フォーマット（ＤＸＦ）、ポリゴン・ファイル・フォーマット（ＰＬＹ）、またはコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）に適したいずれかの他のフォーマットを含め、それらに限らず、任意の公知のフォーマットにすることができる。
【００７８】
本書で使用する用語「物体」は、物体全体またはその一部分を指す。
【００７９】
各層は、二次元表面を走査してそれをパターン化する付加製造機器によって形成される。走査中に、機器は二次元の層または表面上の複数の目標位置を訪れ、各目標位置または１群の目標位置について、目標位置または目標位置群が構築材料によって占有されるべきか否か、かつどのタイプの構築材料をそこに送達すべきかを決定する。決定は、表面のコンピュータ画像に従って行われる。
【００８０】
本発明の好適な実施形態では、ＡＭは三次元印刷を、さらに好ましくは三次元インクジェット印刷を含む。これらの実施形態では、構築材料は１組のノズルを有する吐出ヘッドから吐出され、構築材料を支持構造上に層状に堆積する。ＡＭ機器はこうして、占有すべき目標位置に構築材料を吐出し、かつ他の目標位置を空所のままにする。機器は通常、複数の吐出ヘッドを含み、各吐出ヘッドは異なる構築材料を吐出するように構成することができる。したがって、異なる目標位置を異なる構築材料が占有することができる。構築材料の種類は主に、モデル材およびサポート材の２つのカテゴリに分類することができる。サポート材は、製作プロセス中に物体もしくは物体の一部分を支持するため、かつ／または他の目的で、例えば中空物体もしくは多孔質物体を提供するために、支持マトリクスまたは支持構造として働く。支持構造は、例えば支持強度を高めるために、さらにモデル材要素を含んでよい。
【００８１】
モデル材は一般的に、付加製造用に調合された組成物であり、それ自体で、すなわち他の物質と混合または結合する必要なく、三次元物体を形成することができる。
【００８２】
最終的な三次元物体はモデル材、またはモデル材の組合せ、またはモデル材とサポート材もしくはそれらの改質（例えば硬化後）との組合せから作製される。これらの作業は全て、立体自由造形の当業者にはよく知られている。
【００８３】
本発明の一部の例示的実施形態では、物体は２つ以上の異なるモデル材を吐出することによって製造され、各材料はＡＭの異なる吐出ヘッドから吐出される。材料は、任意選択的にかつ好ましくは、プリントヘッドの同一パス中に層状に堆積される。層内の材料および材料の組合せは、物体の所望の性質に従って選択される。
【００８４】
本発明の一部の実施形態に係る、物体１１２のＡＭに適したシステム１１０の代表的かつ非限定的実施例を、図１Ａに示す。システム１１０は、複数の吐出ヘッドを含む吐出ユニット１６を有する付加製造機器１１４を備える。各ヘッドは、下述する図２Ａ〜図２Ｃに示すように、液状構築材料１２４がそれを介して吐出される１つ以上のノズル１２２のアレイを含むことが好ましい。
【００８５】
機器１１４は三次元印刷機器であることが好ましいが、必須ではない。その場合、吐出ヘッドはプリントヘッドであり、構築材料はインクジェット技術を介して吐出される。用途によっては、付加製造機器は三次元印刷技術を採用する必要がない場合があるので、これは必ずしも該当しない。本発明の様々な例示的実施形態に従って構想される付加製造機器の代表的実施例は、熱溶解積層造形機器および熱溶解材料堆積機器を含むが、それらに限定されない。
【００８６】
各吐出ヘッドは任意選択的にかつ好ましくは構築材料リザーバを介して供給され、リザーバは任意選択的に、温度制御ユニット（例えば温度センサおよび／または加熱装置）および材料レベルセンサを含んでよい。構築材料を吐出するために、例えば圧電式インクジェット印刷技術の場合のように、吐出ヘッドノズルを介して材料の液滴が選択的に堆積されるように、電圧信号が吐出ヘッドに印加される。各ヘッドの吐出率は、ノズルの個数、ノズルの種類、および印加電圧の信号レート（周波数）に依存する。そのような吐出ヘッドは、立体自由造形の当業者には知られている。
【００８７】
吐出ノズルまたはノズルアレイの総数は、吐出ノズルの半数がサポート材を吐出するように設計され、かつ吐出ノズルの半数がモデル材を吐出するように設計され、すなわちモデル材を噴出するノズルの個数がサポート材を噴出するノズルの個数と同数になるように、選択されることが好ましいが、必須ではない。図１Ａの代表的実施例には４つの吐出ヘッド１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、および１６ｄが示される。ヘッド１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、および１６ｄの各々がノズルアレイを有する。この実施例では、ヘッド１６ａおよび１６ｂはモデル材用に設計することができ、ヘッド１６ｃおよび１６ｄはサポート材用に設計することができる。こうして、ヘッド１６ａは第１モデル材を吐出することができ、ヘッド１６ｂは第２モデル材を吐出することができ、ヘッド１６ｃおよび１６ｄは両方ともサポート材を吐出することができる。代替的実施形態では、例えばヘッド１６ｃおよび１６ｄは、サポート材を吐出するための２つのノズルアレイを有する単一のヘッドに組み合わされてよい。
【００８８】
それにも関わらず、それは本発明の範囲を限定することを意図するものではなく、モデル材吐出ヘッド（モデルヘッド）の個数およびサポート材吐出ヘッド（サポートヘッド）の個数は異なってもよいことを理解されたい。一般的に、モデルヘッドの個数、サポートヘッドの個数、およびそれぞれのヘッドまたはヘッドアレイの各々におけるノズルの個数は、サポート材の最大吐出率とモデル材の最大吐出率との間に所定の比率αがもたらされるように選択される。所定の比率αの値は、形成される各層におけるモデル材の高さがサポート材の高さに等しいことを確実にするように選択されることが好ましい。αの典型値は約０．６〜約１．５である。
【００８９】
本明細書中で使用される用語「約」は、±１０％を示す。
【００９０】
例えばα＝１の場合、全てのモデルヘッドおよび支持ヘッドが作動しているときに、サポート材の総吐出率はモデル材の総吐出率と略同一である。
【００９１】
好適な実施形態では、ノズルｐ個のアレイｍ個を各々有するモデルヘッドＭ個、およびノズルｑ個のアレイｓ個を各々有するサポートヘッドＳ個が存在するので、Ｍ×ｍ×ｐ＝Ｓ×ｓ×ｑとなる。Ｍ×ｍ個のモデルアレイおよびＳ×ｓ個のサポートアレイの各々は、別個の物理ユニットとして製造することができ、それをアレイ群に組み立てたり、そこから分解したりすることができる。この実施形態では、そのようなアレイの各々は、任意選択的にかつ好ましくは、それ自体の温度制御ユニットおよび材料レベルセンサを含み、かつその動作のために個々に制御された電圧を受け取る。
【００９２】
機器１１４は硬化装置３２４をさらに含むことができ、それは、堆積された材料を硬化させる光、熱などを放出するように構成された任意の装置を含むことができる。例えば硬化装置３２４は１つ以上の放射源を含むことができ、それは、使用されるモデル材に応じて、例えば紫外線もしくは可視光もしくは赤外線ランプ、または他の電磁放射源、または電子ビーム源とすることができる。本発明の一部の実施形態では、硬化装置３２４はモデル材を硬化または凝固させるように働く。
【００９３】
吐出ヘッドおよび放射源は、作業面として働くトレイ３６０上を往復運動するように動作することが好ましいフレームまたはブロック１２８に取り付けられることが好ましい。本発明の一部の実施形態では、放射源は、吐出ヘッドによって吐出されたばかりの材料を少なくとも部分的に硬化または凝固するために、放射源が吐出ヘッドの後に追従するようにブロックに取り付けられる。トレイ３６０は水平に配置される。一般的な取決めに従って、Ｘ‐Ｙ‐Ｚデカルト座標系はＸ‐Ｙ面がトレイ３６０と平行になるように選択される。トレイ３６０は、垂直方向に（Ｚ方向に沿って）、通常は下方に移動するように構成されることが好ましい。本発明の様々な例示的実施形態では、機器１１４は１つ以上のレベリング装置１３２、例えばローラ３２６をさらに備える。レベリング装置３２６は、新たに形成された層の厚さを、その上に次の層が形成される前に矯正し、平準化し、かつ／または確立するように働く。レベリング装置３２６は、レベリング中に発生した余分な材料を回収するために、廃棄物回収装置１３６を含むことが好ましい。廃棄物回収装置１３６は廃棄物タンクまたは廃棄物カートリッジに材料を送達する何らかの機構を含んでよい。廃棄物回収については後でさらに詳述する。
【００９４】
使用中に、ユニット１６の吐出ヘッドは、本書ではＸ方向と呼ぶ走査方向に移動し、それらがトレイ３６０上を通過する過程で所定の構成に構築材料を選択的に吐出する。構築材料は通常、１種類以上のサポート材および１種類以上のモデル材を含む。ユニット１６の吐出ヘッドの通過に続いて、放射源１２６によるモデル材の硬化が行われる。堆積されたばかりの層のためのヘッドの出発点に戻るヘッドの逆方向の通過中に、所定の構成に従って構築材料の追加吐出が実行されてよい。吐出ヘッドの順方向または逆方向の通過中に、こうして形成された層は、レベリング装置の順方向および／または逆方向の移動中に好ましくは吐出ヘッドの経路に従うレベリング装置３２６によって矯正される。吐出ヘッドがＸ方向に沿ってそれらの出発点に戻ると、吐出ヘッドは、本書ではＹ方向と呼ぶ割出し方向に沿って別の位置に移動し、Ｘ方向に沿った往復運動によって同じ層を構築し続けてよい。代替的に、吐出ヘッドは、順方向および逆方向の移動の間に、または２回以上の順方向‐逆方向移動の後に、Ｙ方向に移動してよい。単一の層を完成させるために吐出ヘッドによって実行される一連の走査は、本書で単一走査サイクルと呼ばれる。
【００９５】
層が完成すると、次に印刷される層の所望の厚さに応じて、トレイ３６０はＺ方向に所定のＺレベルまで下降する。この手順は三次元物体１１２が層毎に形成されるように繰り返される。
【００９６】
別の実施形態では、トレイ３６０は、層内で、ユニット１６の吐出ヘッドの順方向および逆方向の通過の間に、Ｚ方向に変位されてよい。そのようなＺ変位は、レベリング装置を１方向に表面と接触させ、かつ他の方向の接触を防止するために実行される。
【００９７】
システム１１０は任意選択的にかつ好ましくは、構築材料容器またはカートリッジを含みかつ複数の構築材料を製造機器１１４に供給する、構築材料供給システム３３０を備える。
【００９８】
制御ユニット３４０は製造機器１１４および任意選択的にかつ好ましくは供給システム３３０をも制御する。制御ユニット３４０は通常、制御動作を実行するように構成された電子回路を含む。制御ユニット３４０は、コンピュータ・オブジェクト・データ、例えば標準テッセレーション言語（ＳＴＬ）フォーマットなどの形式でコンピュータ可読媒体に表されたＣＡＤ構成に基づいて、製作命令に関するデジタルデータを送信するデータプロセッサ１５４と通信することが好ましい。通常、制御ユニット３４０は、各吐出ヘッドまたはノズルアレイに印加される電圧、およびそれぞれのプリントヘッドの構築材料の温度を制御する。
【００９９】
製造データが制御ユニット３４０にロードされると、制御ユニットはユーザの介入なしに動作することができる。一部の実施形態では、制御ユニット３４０は、例えばデータプロセッサ１５４を用いて、あるいはユニット３４０と通信するユーザインタフェース１１６を用いて、オペレータから追加の入力を受信する。ユーザインタフェース１１６は、例えばキーボード、タッチスクリーンなど、しかしそれらに限らず、当業界で公知の任意の種類とすることができる。例えば制御ユニット３４０は、追加の入力として、１つ以上の構築材料の種類および／または属性、例えば色、特性歪み、および／または転移温度、粘度、電気特性、磁気特性などを受信することができるが、それらに限定されない。他の属性および属性群も考えられる。
【０１００】
本発明の一部の実施形態に係る物体のＡＭに適したシステム１０の別の代表的かつ非限定的実施例を図１Ｂ〜図１Ｄに示す。図１Ｂ〜図１Ｄは、システム１０の上面図（図１Ｂ）、側面図（図１Ｃ）、および等角図（図１Ｄ）を示す。
【０１０１】
本実施形態では、システム１０は、トレイ１２と、各々が複数の分離したノズルを有する複数のインクジェットプリントヘッド１６とを備える。トレイ１２は円板の形状を有することができ、あるいは環状とすることができる。垂直軸線を中心に回転することができることを前提として、非円形の形状も考えられる。
【０１０２】
トレイ１２およびヘッド１６は、任意選択的にかつ好ましくは、トレイ１２とヘッド１６との間の相対的回転運動ができるように取り付けられる。これは、（ｉ）トレイ１２がヘッド１６に対して垂直軸線１４を中心に回転するようにトレイを構成することによって、（ｉｉ）ヘッド１６がトレイ１２に対して垂直軸線１４を中心に回転するようにヘッドを構成することによって、または（ｉｉｉ）トレイ１２およびヘッド１６の両方が垂直軸線１４を中心に、しかし異なる回転速度で回転（例えば逆方向に回転）するように構成することによって、達成することができる。以下の実施形態は、トレイが、ヘッド１６に対して垂直軸線１４を中心に回転するように構成された回転トレイである構成（ｉ）を特に重点的に記載するが、本願は構成（ｉｉ）および（ｉｉｉ）をも企図していることを理解されたい。本書に記載する実施形態はいずれも、構成（ｉｉ）および（ｉｉｉ）のいずれかに適用できるように調整することができ、本書に記載する詳細を前提として、そのような調整をどのように行うかが当業者には分かるであろう。
【０１０３】
以下の説明では、トレイ１２と平行で軸線１４から外向きの方向を半径方向ｒと呼び、トレイ１２と平行で半径方向ｒに垂直な方向をここでは方位角方向φと呼び、トレイ１２に直角な方向をここでは垂直方向ｚと呼ぶ。
【０１０４】
本書で使用する用語「半径方向位置」とは、軸線１４から特定の距離にあるトレイ１２上またはトレイ１２より上の位置を指す。この用語がプリントヘッドに関連して使用される場合、この用語は、軸線１４から特定の距離にあるヘッドの位置を指す。この用語がトレイ１２上の点に関連して使用される場合、この用語は、半径が軸線１４から特定の距離にあってその中心が軸線１４にある円を描く点の軌跡に属する任意の点に対応する。
【０１０５】
本書で使用する用語「方位角位置」は、所定の基準点に対して特定の方位角にあるトレイ１２上またはトレイ１２より上の位置を指す。したがって、半径方向位置は、基準点に対して特定の方位角を形成する直線を描く点の軌跡に属する任意の点を指す。
【０１０６】
本書で使用する用語「垂直位置」は、特定の点で垂直軸線１４と交差する面全体の位置を指す。
【０１０７】
トレイ１２は三次元印刷のための支持構造として働く。１つ以上の物体が印刷される作業領域は通常、トレイ１２の総面積より小さいが、必ずしもそうである必要はない。本発明の一部の実施形態では、作業領域は環状である。作業領域は符号２６で示される。本発明の一部の実施形態では、トレイ１２は物体の形成中ずっと、同一方向に連続的に回転し、本発明の一部の実施形態では、トレイは物体の形成中に少なくとも１回（例えば振動するように）回転方向を逆転する。トレイ１２は任意選択的にかつ好ましくは取外し可能である。トレイ１２の取外しは、システム１０の保守のために、あるいは希望する場合には、新しい物体を印刷する前にトレイを交換するために、行うことができる。本発明の一部の実施形態では、システム１０には１つ以上の異なる交換トレイ（例えば交換トレイのキット）が提供され、２つ以上のトレイが異なる種類の物体（例えば異なる重量）、異なる動作モード（例えば異なる回転速度）等のために設計される。トレイ１２の交換は希望通り手動または自動にすることができる。自動交換が採用された場合、システム１０は、トレイ１２をヘッド１６の下にあるその位置から取り外して、それを交換トレイ（図示せず）と交換するように構成されたトレイ交換装置３６を含む。図１Ｂの代表図では、トレイ交換装置３６は、トレイ１２を引っ張るように構成された可動アーム４０を持つドライブ３８として示されるが、他の種類のトレイ交換装置も考えられる。
【０１０８】
プリントヘッド１６の例示的実施形態を図２Ａ〜図２Ｃに示す。これらの実施形態は、システム１１０およびシステム１０を含め、それらに限らず、上述したＡＭシステムのいずれかに採用することができる。
【０１０９】
図２Ａ〜図２Ｂは、１つ（図２Ａ）および２つ（図２Ｂ）のノズルアレイ２２を持つプリントヘッド１６を示す。アレイにおけるノズルは直線に沿って線状に並ぶことが好ましい。特定のプリントヘッドが２つ以上のリニア・ノズル・アレイを有する実施形態では、ノズルアレイは、任意選択的にかつ好ましくは、相互に平行にすることができる。
【０１１０】
システム１１０と同様のシステムが使用される場合、全てのプリントヘッド１６は、任意選択的にかつ好ましくは、走査方向に沿ったそれらの位置が互いにずらされ、割出し方向に沿って向き付けられる。
【０１１１】
システム１０と同様のシステムが使用される場合、全てのプリントヘッド１６は、任意選択的にかつ好ましくは、それらの方位角位置が互いにずらされ、放射状に（放射方向と平行に）向き付けられる。したがって、これらの実施形態では、異なるプリントヘッドのノズルアレイは互いに平行ではなく、むしろ互いに角度を成しており、その角度はそれぞれのヘッド間の方位角のずれに略等しい。例えば１つのヘッドは放射状に向き付け、かつ方位角位置φ１に配置することができ、別のヘッドは放射状に向き付け、かつ方位角位置φ２に配置することができる。この実施例では、２つのヘッド間の方位角のずれはφ１−φ２であり、２つのヘッドのリニア・ノズル・アレイ間の角度もまたφ１−φ２である。
【０１１２】
一部の実施形態では、２つ以上のプリントヘッドを組み立てて、１ブロックのプリントヘッドにすることができる。その場合、そのブロックのプリントヘッドは一般的に、互いに平行である。幾つかのインクジェットプリントヘッド１６ａ、１６ｂ、１６ｃを含むブロックが図２Ｃに示される。
【０１１３】
一部の実施形態では、システム１０は、トレイ１２が支持構造３０とヘッド１６との間にくるように、ヘッド１６の下に位置する支持構造３０を含む。支持構造３０は、インクジェットプリントヘッド１６が作動している間発生することのあるトレイ１２の振動を防止または低減するように働く。プリントヘッド１６が軸線１４を中心に回転する構成では、支持構造３０が常にヘッド１６の真下にくるように（トレイ１２と共にヘッド１６とトレイ１２の間で）支持構造３０も回転することが好ましい。
【０１１４】
トレイ１２および／またはプリントヘッド１６は、任意選択的にかつ好ましくは、トレイ１２とプリントヘッド１６との間の垂直距離が変動するように垂直方向ｚに沿って垂直軸線１４と平行に移動するように構成される。トレイ１２を垂直方向に沿って移動させることによって垂直距離が変動する構成では、支持構造３０もトレイ１２と共に垂直方向に移動することが好ましい。トレイ１２の垂直位置は固定されたままで、垂直距離がヘッド１６によって垂直方向に沿って変動する構成では、支持構造３０もまた固定垂直位置に維持される。
【０１１５】
垂直移動は垂直ドライブ２８によって確立することができる。ある層が完成すると、次に印刷される層の所望の厚さに応じて所定の垂直間隔だけ、トレイ１２とヘッド１６との間の垂直距離を増大させることができる（例えばヘッド１６に対してトレイ１２を下降させる）。この手順は三次元物体１１２が層毎に形成されるように繰り返される。
【０１１６】
インクジェットプリントヘッド１６の向き、および任意選択的にかつ好ましくは、システム１０の１つ以上の他の構成部品の向き、例えばトレイ１２の移動の向きも、コントローラ２０によって制御される。コントローラは電子回路および回路によって読出し可能な不揮発性記憶媒体を有することができ、記憶媒体は、回路によって読み出されたときに、以下でさらに詳述するように制御動作を回路に実行させるプログラム命令を格納する。
【０１１７】
コントローラ２０はまた、例えば標準テッセレーション言語（ＳＴＬ）またはステレオリソグラフィ輪郭（ＳＬＣ）フォーマット、仮想現実モデリング言語（ＶＲＭＬ）、付加製造ファイル（ＡＭＦ）フォーマット、図面交換フォーマット（ＤＸＦ）、ポリゴン・ファイル・フォーマット（ＰＬＹ）、またはコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）に適したいずれかの他のフォーマットの形のコンピュータ・オブジェクト・データに基づいて、製作命令に関するデジタルデータを送信するホストコンピュータ２４と通信することもできる。オブジェクト・データ・フォーマットは一般的に、デカルト座標系に従って構成される。このような場合、コンピュータ２４は、コンピュータ・オブジェクト・データにおける各スライスの座標をデカルト座標系から極座標系に変換するための手順を実行することが好ましい。コンピュータ２４は、任意選択的にかつ好ましくは、変換された座標系で製作命令を送信する。代替的に、コンピュータ２４は、コンピュータ・オブジェクト・データによって提供された元の座標系で、製作命令を送信することができ、その場合、座標の変換はコントローラ２０の回路によって実行される。
【０１１８】
座標の変換は回転トレイ上の三次元印刷を可能にする。従来の三次元印刷では、プリントヘッドは静止トレイ上を直線に沿って往復運動する。そのような従来のシステムでは、ヘッドの吐出率が均一であることを前提として、印刷解像度はトレイ上のどの点でも同じである。従来の三次元印刷とは異なり、ヘッド点の全てのノズルが同時にトレイ１２全体で同一距離をカバーするわけではない。座標の変換は、任意選択的にかつ好ましくは、異なる半径方向位置における過剰な材料の均等な量が確保されるように実行される。本発明の一部の実施形態に係る座標変換の代表的実施例が、物体の３つのスライスを示す図３Ａ〜図３Ｆに提示される（各スライスは物体の異なる層の製作命令に対応する）。図３Ａ、図３Ｃ、および図３Ｅはスライスをデカルト座標系で示し、図３Ｂ、図３Ｄ、および図３Ｆは、座標変換手順がそれぞれのスライスに適用された後の同じスライスを示す。
【０１１９】
通常、コントローラ２０は、製作命令に基づき、かつ下述する格納されたプログラム命令に基づいて、システム１０のそれぞれの構成部品に印加される電圧を制御する。
【０１２０】
一般的に、コントローラ２０は、トレイ１２の回転中に、トレイ１２上で三次元物体を印刷するために構築材料の液滴を層状に吐出するように、プリントヘッド１６を制御する。
【０１２１】
システム１０は、任意選択的にかつ好ましくは、１つ以上の放射源１８を備え、それは、使用するモデル材に応じて、例えば紫外線もしくは可視光もしくは赤外線ランプ、または他の電磁放射源、または電子ビーム源とすることができる。放射源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、デジタル・ライト・プロセシング（ＤＬＰ）システム、抵抗ランプ等をはじめ、それらに限らず、任意の種類の放射線放出素子を含むことができる。放射源１８はモデル材を硬化または凝固させるように働く。本発明の様々な例示的実施形態では、放射源１８の動作はコントローラ２０によって制御され、それは、放射源１８を作動させたり停止させたりすることができ、かつ任意選択的に放射源１８によって発生する放射線の量も制御することができる。
【０１２２】
本発明の一部の実施形態では、システム１０は、ローラまたはブレードとして製造することのできる１つ以上のレベリング装置３２をさらに備える。レベリング装置３２は、新たに形成された層を、次の層がその上に形成される前に矯正するのに役立つ。一部の実施形態では、レベリング装置３２は円錐ローラの形状を有し、その対称軸線３４がトレイ１２の表面に対して傾斜し、かつその表面がトレイの表面と平行になるように配置される。この実施形態をシステム１０の側面図に示す（図１Ｃ）。
【０１２３】
円錐ローラは円錐または円錐台の形状を有することができる。
【０１２４】
円錐ローラの開き角は、その軸線３４に沿った任意の位置における円錐の半径と、その位置と軸線１４との間の距離との比率が一定になるように選択されることが好ましい。ローラが回転する間、ローラの表面上の点ｐはどれも、点ｐの鉛直下方に位置する点のトレイの線速度に比例する（例えば同一の）線速度を有するので、この実施形態はローラ３２が層を効率的に平準化することを可能にする。一部の実施形態では、ローラは高さｈ、軸線１４から最も近い距離位置における半径Ｒ１、および軸線１４から最も遠い距離位置における半径Ｒ２を有する円錐台の形状を有する。ここでパラメータｈ、Ｒ１、およびＲ２は、Ｒ１／Ｒ２＝（Ｒ−ｈ）／ｈの関係を満たし、ここでＲは軸線１４からのローラの最遠距離である（例えばＲはトレイ１２の半径とすることができる）。
【０１２５】
レベリング装置３２の動作は、任意選択的にかつ好ましくは、コントローラ２０によって制御される。コントローラは、レベリング装置３２を作動させたり停止させたりすることができ、かつ任意選択的に、垂直方向（軸線１４と平行）に沿ったその位置、および／または放射方向（トレイ１２と平行に、軸線１４に近づくかまたはそれから離れる方向）に沿ったその位置をも制御することができる。
【０１２６】
本発明の一部の実施形態では、プリントヘッド１６は、径方向ｒに沿ってトレイに対して往復運動するように構成される。これらの実施形態は、ヘッド１６のノズルアレイ２２の長さがトレイ１２上の作業領域２６の径方向に沿った幅より短いときに、有用である。径方向に沿ったヘッド１６の運動は、任意選択的にかつ好ましくはコントローラ２０によって制御される。
【０１２７】
一部の実施形態は、異なる吐出ヘッドから異なる材料を吐出することによって物体を製作することを企図している。これらの実施形態は、とりわけ、所与の数の材料から材料を選択し、かつ選択された材料およびそれらの性質の所望の組合せを画定する能力を提供する。本実施形態によれば、異なる材料による異なる三次元空間位置の占有を達成するか、あるいは２つ以上の異なる材料による略同一の三次元位置または隣接する三次元位置の占有を達成するように、層における各材料の堆積の空間位置が画定され、層内の材料の堆積後の空間的組合せが可能になり、それによってそれぞれの位置（単数または複数）で複合材料を形成することが可能になる。
【０１２８】
モデル材の任意の堆積後の組合せまたは混合が企図される。例えば特定の材料が吐出された後、それはその元の性質を維持することができる。しかし、別のモデル材または他の吐出材料と同時に、同じ位置あるいは近傍位置で吐出された場合、吐出された材料とは異なる性質を有する複合材料が形成される。
【０１２９】
こうして本実施形態は、広範囲の材料の組合せの堆積を可能にし、かつ物体の各部分を特徴付けるために望ましい特性に応じて、物体の異なる部分を複数の異なる材料の組合せから構成することのできる物体の製作を可能にする。
【０１３０】
本実施形態に適したＡＭシステムの原理および動作のさらなる詳細は米国公開出願第２０１００１９１３６０号に見られ、その内容を参照によって本書に援用する。
【０１３１】
図４を参照すると、それは使用されている動き参照スキームを示している。任意のチャネルｃにおける任意のジェットｊの半径方向位置を算出するために、次の方程式を使用することができる。
0006791942.tif 000006
【０１３２】
ここで、ｒはｒ軸のエンコーダの位置であり、Ｔｊは１チャネル当たりのジェットの総数である。
【０１３３】
0006791942.tif 000007
【０１３４】
0006791942.tif 000008
【０１３５】
印刷ブロックの半径方向の動きは理想的にはＹ軸と平行な直線に沿って行われると仮定する。
【０１３６】
0006791942.tif 000009
【０１３７】
図５の流れ図に関連して、較正パラメータの決定は通常、以下のステップから成る。
４００‐（印刷位置を特定する）既知のビットマップを使用して液滴を印刷。液滴は、印刷ブロックの半径方向位置およびプラッタの回転角度によって画定される既知の位置に印刷される。これらは、機械が印刷しようとした意図された位置を形成する。
４１０‐印刷された液滴の実際の位置を測定。これは生成された実際の液滴の測定である。
４２０‐既知の値（ビットマップにおける印刷された画素の位置および印刷ブロックの半径方向位置）および印刷された液滴の測定位置から、較正パラメータを算出。つまり、較正は、印刷された液滴の意図された位置と実際の位置との差である。
【０１３８】
ここで図６を参照すると、それは較正手順をより詳細に示す簡易流れ図である。４３０は、円弧パターンから回転中心を求めるステップを示す。円弧パターンは後でさらに詳述する。次いで、全ての測定位置から円弧パターンの座標を減算することができる。
【０１３９】
４４０で、同じく後述する通り、Ｘ‐Ｙアラインメントパターンから角度シフトが得られる。全ての測定パターンはシフト分だけ回転される。
【０１４０】
４５０で、全ての測定パターンはそれらの設計角度位置分だけＹ軸方向に回転される。
【０１４１】
４６０で、設計位置のインク液滴の実際の測定位置からのずれが決定され、４７０で、ずれを使用して較正パラメータが算出される。
【０１４２】
ここで図７を参照すると、それは本実施形態の追加的または代替的特徴を示す簡易流れ図である。図７において、較正液滴またはパターンは印刷されるが、測定するために画像処理システムによってそれを見つける必要がある。探索エリアを低減するために、較正液滴の近くにポインタまたは標識が印刷され（４９０）、次いで画像処理は、液滴を探す場所を知る（５００）。図８Ａは、ここでは矢印の形の標識または補助マーク５２０の近くにある較正液滴５１０の略図を示す。図８Ｂは実現におけるその写真である。
【０１４３】
図９Ａは、ここでは四角形のマークによる標識または補助マーク５４０の近くにある較正液滴５３０の略図を示す。図９Ｂは実現におけるその写真である。ランダムな液滴および撮像システムによって引き起こされることのある汚れから区別するのに充分明確である限り、異なる形状を標識として使用することができることは理解されるであろう。
【０１４４】
較正ビットマップの印刷は、予想されあるいは起こり得る印刷条件を用いて実行されてよい。つまり、実際の印刷作業で予想されるのと同じ印刷条件またはパラメータを較正で使用してよい。そのようなパラメータはプリントヘッドの温度および圧電素子に印加される電圧、プラッタの回転速度等を含んでよい。
【０１４５】
印刷は一般的に、印刷されたボクセルが到着するはずの場所を示すビットマップを用いて実行される。較正もまたビットマップを使用してよく、較正ビットマップは後述する較正パターンを含んでよい。
【０１４６】
ひとたび印刷されると、印刷された透明素材を備えた参照フレームを用いて液滴の位置が測定され、あるいは適切な測定装置を用いて測定されてよい。
【０１４７】
異なる較正パラメータを決定するために、幾つかの組の液滴が印刷される。印刷、測定、およびデータの処理に対し、一定の順序が維持される。
【０１４８】
較正１。第１のパターンは、プラッタの幾つかの回転角度および印刷ブロックの単一の位置で、特定のプリントヘッドの同一ノズルにより液滴を発射することによって生成される。液滴は、プラッタの回転中心の位置を決定する中心を持つ円弧に属すると予想される。
【０１４９】
0006791942.tif 000010
【０１５０】
0006791942.tif 000011
【０１５１】
各ステップで発射された液滴に対応する画素の構成を以下、「較正パターン」という。
【０１５２】
第１のパターンは円弧パターンである。第２のパターンはＸ‐Ｙアラインメントパターンであり、第３のパターンはヘッドパターンである。パラメータについては以下でさらに詳述する。
【０１５３】
一実施形態では、矢印の標識が円弧パターンと共に使用され、かつ矩形の標識がＸ‐Ｙアラインメントパターンおよびヘッドパターンと共に使用される。しかし、いずれかの他の適切な標識記号を割り当てることもできる。
【０１５４】
ここで図１０Ａを参照すると、それは２つのチャネル５７０および５８０における複数の液滴５６０を含む較正パターン５５０の略図を示す。このパターンは、ここでは長く伸びた矢印の形の標識または補助マーク５９０の近くに現れる。図１０Ｂは実現におけるその写真である。
【０１５５】
説明した通り、標識は、画像処理で較正液滴を見つけることを可能にするために提供される。したがって、一実施形態では、標識は、前記較正液滴から印刷を監視する光学素子の視野の２倍の距離にある外側境界内に印刷することができ、この光学素子は使用される画像処理の基礎である。したがって、光学素子の視野は例えば１ｍｍとすることができ、その場合、標識の外側境界は２ｍｍとなる。
【０１５６】
代替的に、標識は較正液滴から例えば１ｍｍまたは２ｍｍの事前設定された距離内に印刷されてよい。固定された距離の使用は、例えばプログラミング時に利用可能な物理的光学素子が明確でない場合に有用である。
【０１５７】
較正は異なるノズルを用いて実行されてよい。全てのノズルを使用する必要はなく、一実施形態では、後でさらに詳述するように、ヘッドパターンのために一連の非等距離のノズルが使用されてよい。現在の実現に使用される典型的なヘッドパターンは、後でさらに詳述するように、各チャネルに対し２９〜３９滴を利用する。
【０１５８】
最善の努力にもかかわらず、特定のノズルは装置の寿命期間中に故障する。較正パターン、特に単一のノズルを使用するだけの円弧パターンおよびＸ‐Ｙアラインメントパターンは、いずれにしても全てのノズルを使用する必要は無いので、非作動ノズルの使用を回避するために、修正されてよい。
【０１５９】
ここで図１１Ａ，図１１Ｂ、および図１１Ｃを参照すると、それらは、画像内の較正液滴を検知する画像処理を示す写真である。まず第一に、マークが予想される領域が画定される（矩形６００を参照されたい）。次いで、四角の中の正しい形状およびサイズのマークが選択される。図１１Ａおよび図１１Ｂで、マーク６１０および６２０は明確に選択される。マーク６０５および６１５は、予想領域外にあるため、拒絶される。マーク６２５は小さすぎ、かつ予想された形状でないため、拒絶される。図１１Ｃでは、マーク６３０および６４０は両方とも正しいサイズであるように見えるが、マーク６３０はより明確に予想領域内にあり、かつ液滴の正しい形状を有しているため、マーク６３０が正しく選択される。
【０１６０】
画像処理は、検出された較正液滴の位置を０．０１ｍｍの範囲まで決定することができる。
【０１６１】
較正パターン
次に、較正パターンについて、より詳細に考察する。各較正パターンは次のパラメータにより記述される。
‐公称角度位置（ビットマップの特性Ｘインデックスとして度、ラジアン、または角度カウントクロック単位で測定することができる）
‐公称半径方向位置（ｍｍ単位で測定される）
‐発射ノズルの組（ビットマップの特性Ｙインデックス）。
【０１６２】
較正手順は、全てのヘッドの全てのノズルによって数十の画素を発射することを要求することがある。これは、ノズルが長い非発射期間後に効果的にうまく発射しないという問題を解消する。較正手順は、ヘッド較正パターンのために適切な液滴を発射することが要求される。
【０１６３】
上述の通り、円弧パターンは、各較正液滴の近くで矢印を補助マークとして使用することができる。対照的に、Ｘ‐Ｙアラインメントパターンおよびヘッドパターンは、小さい四角形を含むことができる。単一の液滴は確実に認識するには小さすぎるため、標識または補助マークが必要である。よりよく認識するために、標識は各較正液滴に対し角度的に隣接する４つの液滴を確実にする。各角度カウントは０．００４５ｍｍ以下の直線間隔に対応し、液滴は少なくとも０．０８ｍｍの直径を有し、合体して１つの大きい丸みを帯びた液滴を生じることができる。ヘッドパターンは多くのノズルによって発射された液滴、およびしたがって同一ヘッドのジェットを含み、ヘッドは同一角度および半径方向位置に保持される。ヘッドパターンは所与のノズルの位置を算出するために使用することができ、特定のヘッドにおけるミッシングノズルまたは非発射ノズルの検出を可能にする。ヘッドの発射シーケンスはキーシーケンスと呼ばれ、後でさらに詳しく説明する。
【０１６４】
仮想ノズルおよびキーシーケンス
ノズルの位置のロバストな決定を達成するために、ヘッドパターンは非等距離液滴の発射を含む。「２‐４‐６」シーケンスを使用することができる。つまり、１つのノズルが発射され、２つが発射されずに残り、次いで別のノズルが発射され、次いで４つが残り、別のノズルが発射され、次いで６つが空のまま残され、再びシーケンスが始まる。そのようなシーケンスは、ノズル＃１、３、７、１３、１５、１９等が発射されることを必要とする。実際に液滴を発射した第１と第２との距離、および第２と第３との距離は、ミッシングノズルの有無に依存する。シーケンスは、どのノズルが最初の液滴を発射したかを決定するために使用することができる。例えば、第１および第２ノズルがミッシングノズルであった場合、最初の液滴はノズル＃３によって発射される。
【０１６５】
座標計算は、ノズル＃０の推定位置、つまり仮想位置に基づくことができる。仮想ノズルからの予想液滴の座標を確実に算出するために、最初の発射ノズルの識別が要求されることがある。
【０１６６】
２つのチャネルの一連の非等距離液滴は、図１０Ａおよび図１０Ｂに明瞭に示される。写真撮影された実現に用いられたヘッドパターンは、特定のチャネルに応じて、各チャネルに対し２９〜３９滴の液滴を含む。
【０１６７】
Ｘ‐Ｙアラインメントパターンおよび円弧パターンは、上述の通り、特定のノズルを用いて印刷される。ノズルが目詰まりして、他のノズルを使用しなければならない場合、対応する変更がパターンデータおよびビットマップに行われる。
【０１６８】
測定プロセス
ここで図１２を参照すると、それは、測定装置が使用される固定軸に対する測定装置のアラインメントを示す簡略図である。測定はそのような測定装置を使用して実行することができ、装置は台６４５を有する。測定軸６４７を有する印刷された較正透明素材を使用し、かつ（被測定装置の）Ｘ軸の正方向がＸ‐Ｙアラインメントパターン６５０に沿って円弧パターン６６０の方向に略整列するように、そのような透明素材を被測定装置台６４５上に配置することが推奨される。ヘッドパターンは６５５に示される。
【０１６９】
印刷された液滴の位置は少なくとも０．０１ｍｍの精度で測定することができ、多くの測定装置はそれら自体の内蔵画像処理機能を有する。液滴認識および液滴の重心の較正を行うことができるように、装置自体が自動画像処理を実行する場合、関連パラメータの設定に特に注意を払わなければならない。装置は、単一の階調レベルを認識するセントロイド認識モードで使用することができる。図１１Ａ、図１１Ｂ、および図１１Ｃは上述した認識の例を示し、典型的な認識アーチファクトも示される。アーチファクトを除去する１つの方法は、異常なまたは予想外のサイズ、形状、または位置の液滴の座標を除外することである。
【０１７０】
実現は、ＲＡＭ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎによって提供された測定システム「Ｓｐｒｉｎｔ  ＭＶＰ３００」を使用して実行された。
【０１７１】
測定の結果はＭＡＴＬＡＢベースの手順を使用して簡便に処理することができ、ワークシートの関連フラグメントの一例を表１に掲げる。
【表１】
0006791942.tif 000012
【０１７２】
ＭＡＴＬＡＢアプリケーションは、較正液滴の測定された位置を読み出すことができる。別々のファイルに、次のように異なるパターンからの異なる較正データを含むことができる。
‐円弧パターンのデータ用のファイル
‐Ｘ‐Ｙアラインメントのデータ用のファイル
‐（６つのプリントヘッドを想定して）異なるプリントヘッドのデータ用の６つのファイル
【０１７３】
ノイズの多いフラグメントあるいは誤認識されるフラグメントを除外するために、液滴サイズを規定する数値を使用することができる。したがって、使用する光学システムおよび倍率に応じて、パラメータＶａｌｉｄＤｒｏｐＳｉｚｅ（最小、最大）を設定することができる。
【０１７４】
下の表２は、１〜６の番号が付された６つの液滴に試みられた検出に対する典型値を示す。液滴＃３は、予想された場所で見つからなかった液滴に関係する。
【表２】
0006791942.tif 000013
【０１７５】
ここで図１３Ａを参照すると、それは、３Ｄプリンタまたは付加製造装置のためのプリントヘッドの部品を示している。プリントヘッドはノズルプレート７００および７０２を含み、それらは尖鋭な縁部７０４によって特徴付けられる。ノズルプレートはワイパーによってクリーニングされ、図１３Ｂはノズルプレート全体を払拭するためのワイパーブレード７０６を示す。ワイパーブレードは各々、板ばね７０８の対によってプレート上に張力を加えられる。ワイパーブレードは尖鋭な縁部７０４上を移動し、７１０に示すような損傷を生じる。
【０１７６】
図１４は、板ばね７２２によって予め張力を加えられ、かつプリントヘッド７２４のノズルプレートを払拭するように意図された、ワイパーブレード７２０を示す。矢印７２６は印刷ブロックの動きを示す。
【０１７７】
図１５は短時間後の同じ構成を示し、ワイパーブレード７２０は、プリントヘッドを所定の位置に解放自在に保持するように意図されたプリントヘッドラッチ７２８を捕獲している。
【０１７８】
ここで図１６を参照すると、それはさらに短時間後の同じ構成を示している。従前の図と同じ部品には同じ参照符号が付いており、それらについては、現在の図を説明する場合を除いて、再度言及しない。今回、ワイパーブレード７２０はノズルプレート縁部７３０を押圧している。
【０１７９】
ここで図１７を参照すると、それはさらに短時間後の同じ構成を示している。従前の図と同じ部品には同じ参照符号が付いており、それらについては、現在の図を説明する場合を除いて、再度言及しない。今回、ワイパーブレード７２０は払拭プロセス中にノズルプレート７２４を押圧している。
【０１８０】
ここで図１８を参照すると、それは、３Ｄプリンタとしても知られる付加製造装置のプリントヘッドおよびノズルをクリーニングするための本実施形態に係るワイパーの構成を示している。
【０１８１】
ワイパーブレード８００は、ワイパーを下方に、つまりプリントヘッドの表面から離れるように、押し下げることのできる成形されたプラスチック製横木８０２に装着される。横木はサイドアーム８０４および８０６を有し、それらは、ワイパーをプリントヘッドの側面に沿って案内することによって、移動ガイドとして働く。アームは、プリントヘッドの移動方向に対して直角方向に柔軟である。プリントヘッドの移動方向は、矢印８０８によって示される。８１０は横木のための保持クリップであり、８１２は追加の誘導機能である。プリントヘッドのノズルを横切って払拭してインクジェットノズルをクリーニングするワイパーがもたらされるように、ワイパーは、払拭対象であるプリントヘッドの表面およびノズルプレートに対して板ばね８１４によって付勢される。
【０１８２】
ここで図１９を参照すると、それは、プリントヘッド８１６が近づいてくるときの図１８のワイパーを示す簡易図である。従前の図と同じ部品には同じ参照符号が付いており、ここでも必要な場合にだけ記載する。
【０１８３】
プリントヘッド８１６の縁部は成形カム面またはトラック８１８を含み、それは横木およびしたがってワイパーを誘導して、ワイパーをプリントヘッド上で誘導し、かつ特にワイパーを下方に押し下げて、それがノズルプレートのノズル領域に達するまでプリントヘッドの表面に接触しないようにし、こうしてラッチまたは他の取付け手段および尖鋭な縁部を回避する。特に、プリントヘッドの前部および後部に設けられたカム面は、横木アーム８０４および８０６を下方に押し下げ、それは横木８０２を板ばね８１４の張力に抗して下方に押し下げ、カム領域を通過するまでワイパーをプリントヘッドから遠ざける。
【０１８４】
次に図２０Ａ、図２０Ｂ、図２０Ｃ、および図２０Ｄを参照すると、それらは横木アーム８０４がカム面８１８を通過するときの４つの連続的段階を示す。図２０Ａで、カム面は横木アーム８０４を押し下げ始める。図２０Ｂで、カム面は、ワイパーがラッチおよびいずれかの尖鋭な縁部の領域に触れずに通り抜けるのに充分な程度に、横木アーム８０４を押し下げる。図２０Ｃで、横木アームはカム面を通り抜け、ワイパーはノズル領域と係合する。図２０Ｄで、横木アーム８０４はプリントヘッドの動きに対して直角に外向きに押し出され、ワイパーはノズルの表面と接触した状態を維持することができる。つまり、ひとたびノズルがワイパーによって掃除されると、横木は印刷ブロックにおける特徴によって偏向され、ワイパーブレードがノズルプレートの後縁を完全に通過するまで、ワイパーブレードはノズルプレートと接触した状態を維持することができる。これにより全ての廃樹脂がノズルプレートから除去され、後縁における蓄積が防止される。
【０１８５】
図２１は、プリントヘッドの遠端に到達したワイパーを示す。ワイパー８００がプリントヘッドの遠端における尖鋭な縁部およびラッチに触れずに通り抜けるように、遠端のカム面８１８は再びアーム８０４および８０６を押圧する。
【０１８６】
図２２Ａ〜図２２Ｃは逆方向に移動するプリントヘッドを示す。図２２Ａでは、プリントヘッドの動きは逆転し、ワイパーが再び尖鋭な縁部に触れずに通り抜けるように、横木アームはカムによって押し下げられる。図２２Ｂで、横木アーム８０４はカム面８１８を通り抜け、ワイパーはノズルプレートと係合する。図２２Ｃで、横木アーム８０４はプリントヘッドの動きに対して直角に外向きに偏向され、したがってワイパーはノズルプレートと接触し続けることができる。
【０１８７】
こうして、プリントヘッドはノズル領域および非ノズル領域を有し、カムは、ワイパーが非ノズル領域では邪魔にならないように押し退けられ、かつワイパーおよびワイパーブレードの損傷の原因になる非ノズル領域における尖鋭な縁部およびラッチ等に触れないようにしながら、ノズル領域ではノズルプレートと接触できることを確実にする。
【０１８８】
成形カム８１８は、ワイパーを下方に押し下げて危険個所を回避するように、凸形の形状を備えることができる。
【０１８９】
本出願から成熟する特許の存続期間の期間中には、多くの関連する付加製造技術が開発されることが予想され、「付加製造」の用語の範囲は、すべてのそのような新しい技術を先験的に包含することが意図される。
【０１９０】
用語「含む／備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ、ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ、ｉｎｃｌｕｄｅｓ、ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、およびそれらの同根語は、「含むが、それらに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」ことを意味する。
【０１９１】
用語「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」は、「含み、それらに限定される（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ａｎｄ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」ことを意味する。
【０１９２】
本明細書中で使用される場合、単数形態（「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」）は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、複数の参照物を包含する。
【０１９３】
明確にするため別個の実施形態の文脈で説明されている本発明の特定の特徴が、単一の実施形態に組み合わせて提供されることもでき、上述の記述は、あたかもこの組み合わせが明示的に記載されているかのように解釈されるべきであることは分かるであろう。逆に、簡潔にするため単一の実施形態で説明されている本発明の各種の特徴は別個にまたは適切なサブコンビネーションで、あるいは本発明の他の記載される実施形態において好適なように提供することもでき、上述の記述は、あたかもこれらの別個の実施形態が明示的に記載されているかのように解釈されるべきである。種々の実施形態の文脈において記載される特定の特徴は、その実施形態がそれらの要素なしに動作不能である場合を除いては、それらの実施形態の不可欠な特徴であると見なされるべきではない。
【０１９４】
本発明はその特定の実施態様によって説明してきたが、多くの別法、変更および変形があることは当業者には明らかであることは明白である。従って、本発明は、本願の請求項の精神と広い範囲の中に入るこのような別法、変更および変形すべてを包含するものである。
【０１９５】
本明細書で挙げた刊行物、特許および特許出願はすべて、個々の刊行物、特許および特許出願が各々あたかも具体的にかつ個々に引用提示されているのと同程度に、全体を本明細書に援用するものである。さらに、本願で引用または確認したことは本発明の先行技術として利用できるという自白とみなすべきではない。節の見出しが使用されている程度まで、それらは必ずしも限定であると解釈されるべきではない。
【図１Ａ】
0006791942.tif 000016
【図１Ｂ−１Ｃ】
0006791942.tif 000017
【図１Ｄ】
0006791942.tif 000018
【図２Ａ−２Ｃ】
0006791942.tif 000019
【図３Ａ−３Ｆ】
0006791942.tif 000020
【図４】
0006791942.tif 000021
【図５】
0006791942.tif 000022
【図６】
0006791942.tif 000023
【図７】
0006791942.tif 000024
【図８Ａ−８Ｂ】
0006791942.tif 000025
【図９Ａ−９Ｂ】
0006791942.tif 000026
【図１０Ａ−１０Ｂ】
0006791942.tif 000027
【図１１Ａ−１１Ｃ】
0006791942.tif 000028
【図１２】
0006791942.tif 000029
【図１３Ａ−１３Ｂ】
0006791942.tif 000030
【図１４】
0006791942.tif 000031
【図１５】
0006791942.tif 000032
【図１６】
0006791942.tif 000033
【図１７】
0006791942.tif 000034
【図１８】
0006791942.tif 000035
【図１９】
0006791942.tif 000036
【図２０Ａ−２０Ｃ】
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【図２０Ｄ】
0006791942.tif 000038
【図２１】
0006791942.tif 000039
【図２２Ａ】
0006791942.tif 000040
【図２２Ｂ】
0006791942.tif 000041
【図２２Ｃ】
0006791942.tif 000042