(57)【要約】【課題】固体自由形状組立におけるプリントヘッドの温度制御を行う。【解決手段】固体自由形状組立システムは複数のペン（１１２、１１４、１１６、１１８、１２０）を有する三次元組立装置（１００）と、ペン情報を評価して、前記ペンの温度を低下させるように前記ペンを制御するように構成されたコントローラ（１１０）とを備える。【選択図】図１
2004276610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体自由形状組立システムにおけるペン温度制御方法であって、
物体レイアウトに従って相対配置された複数の物体を組立てるために前記固体自由形状組立システムを用いることによって生じるペン温度を予測するステップと、
前記予測されたペン温度に基づいて１つまたは複数のペン温度低下技法を用いるステップとを含むペン温度制御方法。
【請求項２】
前記物体は、前記物体の寸法に基づいた前記物体レイアウトで配置されることを特徴とする、請求項１に記載のペン温度制御方法。
【請求項３】
前記物体は、少なくとも一つの前記物体の優先度に基づいた前記物体レイアウトで配置されることを特徴とする、請求項１に記載のペン温度制御方法。
【請求項４】
前記物体は、前記物体の少なくとも１つに関連するジョブ故障の可能性に基づいた物体レイアウトで配置されることを特徴とする、請求項１に記載のペン温度制御方法。
【請求項５】
前記１つまたは複数のペン温度低下技法は、前記物体の１つまたは複数を分注層のｘ−ｙ平面内で再配置するようにして前記物体レイアウトを変更することを含む、請求項１に記載のペン温度制御方法。
【請求項６】
前記１つまたは複数のペン温度低下技法は、前記物体の１つまたは複数を分注層に垂直なｚ軸に沿って再配置するようにして前記物体レイアウトを変更することを含む、請求項１に記載のペン温度制御方法。
【請求項７】
前記１つまたは複数のペン温度低下技法は、前記物体の１つまたは複数を分注層に平行な軸を中心に回転するようにして前記物体レイアウトを変更することを含む、請求項１に記載のペン温度制御方法。
【請求項８】
複数のペンを有する三次元組立装置と、
ペン情報を評価して、前記ペンの温度を低下させるように前記ペンを制御するように構成されたコントローラと、
を備える固体自由形状組立システム。
【請求項９】
前記ペン情報は、ペン温度情報を含むことを特徴とする、請求項８に記載の固体自由形状組立システム。
【請求項１０】
前記ペン情報は、ペン使用情報を含むことを特徴とする、請求項８に記載の固体自由形状組立システム。
【請求項１１】
前記ペン使用情報は、現在のペン使用に関することを特徴とする、請求項１０に記載の固体自由形状組立システム。
【請求項１２】
前記ペン使用情報は、過去のペン使用に関することを特徴とする、請求項１０に記載の固体自由形状組立システム。
【請求項１３】
前記ペン使用情報は、将来のペン使用に関することを特徴とする、請求項１０に記載の固体自由形状組立システム。
【請求項１４】
前記ペン情報は、ペン機能性／健全性情報を含むことを特徴とする、請求項８に記載の固体自由形状組立システム。
【請求項１５】
前記複数のペンは、異色インク分注ペンを有し、
前記コントローラは、前記ペン情報に基づいて異色インク分注ペンを選択的に用いることによって物体コアを分注するように構成されていることを特徴とする、請求項８に記載の固体自由形状組立システム。
【請求項１６】
前記複数のペンは、２つ以上の透明インク分注ペンを有し、
前記コントローラは、前記ペン情報に基づいて２つ以上の透明インク分注ペンを選択的に用いることによって物体コアを分注するように構成されていることを特徴とする、請求項８に記載の固体自由形状組立システム。
【請求項１７】
前記コントローラは、前記ペン情報に基づいて前記ペンの開始温度を低下させるように構成されていることを特徴とする、請求項８に記載の固体自由形状組立システム。
【請求項１８】
複数のペンを有する三次元組立装置と、
異なった物体レイアウトに従って相対配置された複数の物体を組立てるために前記三次元組立装置を用いることによって生じるペン温度を予測して、該予測ペン温度に基づいて成形ジョブ用に１つの物体レイアウトを選択するように構成されたコントローラと、
を備えることを特徴とする固体自由形状組立システム。
【請求項１９】
前記異なった物体レイアウトは、前記物体間に異なった間隔を与えることを特徴とする、請求項１８に記載の固体自由形状組立システム。
【請求項２０】
前記異なった物体レイアウトは、異なった物体の向きを与えることを特徴とする、請求項１８に記載の固体自由形状組立システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して固体自由形状組立に関し、特に固体自由形状組立におけるプリントヘッドの温度制御方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体自由形状組立（ＳＦＦ：Solid Freeform Fabrication)）は、三次元物体、たとえば、試作部品、モデル及び工具を組立てる幾つかの技術の１つを使用することの包括的用語である。固体自由形状組立は、コンピュータ可読データによって記述される物体を母材から、通常は一層ずつ、自動的に成形する加法処理である。
【０００３】
固体自由形状組立の幾つかの主要形式は、液体吐出工程を伴う。液体吐出を使用する固体自由形状組立には２つの主要形式、すなわち、バインダ射出システム及びバルク射出システムがある。
【０００４】
バインダ射出システムは、バインダを粉末状成形材料の平床上に吐出することによって物体を組立てる。各粉末層は、乾燥粉末またはスラリとして分注されるか、散布される。バインダが粉末層内に選択的に吐出される場所のすべてで、粉末が結合して、成形中の物体の横断面または層になる。
【０００５】
バルク射出システムは、固化性成形材料及び固化性支持材料を台座上に吐出することによって、物体を成形する。支持材料は、仮のものであり、分注されて物体内の張り出しを可能にする。支持材料は成形される物体と同一または異なった材料にすることができる。
【０００６】
いずれのシステムの場合も、組立は一般的に一層ずつ行われ、各層が最終所望物体の各別の横断面を表す。隣接層が所定パターンで互いに接着されて、所望物体を成形する。
【０００７】
所望物体の各層を選択的に成形するのに加えて、固体自由形状組立システムでは、物体の各層に色または色パターンを与えることができる。バインダ射出システムでは、バインダを着色して、結合及び着色の機能を一体化することができる。バルク射出システムでは、成形材料を着色することができる。
【０００８】
多数の異色インクを液体吐出装置のノズルから選択的に吐出して、成形材料上で混合することによって、全色スペクトルを与えるインクジェット技術を用いることができる。多くの場合、液体吐出装置は多数のプリントヘッドからなり、その各々が、シアン、マゼンタ、黄色、黒色及び／または透明などの異なった基本色バインダまたは成形材料を吐出する。個々の層で、従来型二次元マルチパスカラー技法及びハーフトーンアルゴリズムを使用して、欠陥を隠して広範囲の所望色調を達成することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の固体自由形状組立技法に常に伴う問題点の１つは、液体吐出工程中のプリントヘッド内の温度制御である。これらの液体吐出方法のいずれも、物体を成形するためインクジェットプリントヘッドから大量の材料を高頻度で吐出することに頼っている。サーマルインクジェット（ＴＩＪ）プリントヘッドを液体吐出組立方法に使用する時、この重負荷は、プリントヘッドが長期間にわたって高温で動作するという温度問題を生じる。これらの高温は、プリントヘッドの寿命及び性能の問題につながる。さらに詳しくは、高温は、プリントヘッド内のインターフェースの劣化をまねく。これは、さまざまなインターフェースがそのガラス転移温度に近づいたり、それを超えると発生する。高温はまた、プリントヘッドから発射されるバインダ溶液からの気泡の放出もまねくであろう。時間が経つうちに、インクがノズルに到達できなくなるまで、閉じ込められた空気がプリントヘッドを満たし、その時点でノズルが起動しなくなるという結果をもたらす。高温はまた、ノズルから吐出される液滴の不規則挙動をもたらし、二次吐出により余計な噴霧や吐出滴の方向性不良をまねくであろう。中程度の温度変化でも、液滴の寸法を変化させ、結果的に色または特性変化を生じるであろう。したがって、分注速度を低下させないか、大きく低下させることなく、固体自由形状組立システム内のペン温度、さらに詳しくはプリントヘッド温度を制御できることが役立つであろう。「ペン」という用語は、インク供給源が軸上または軸外しのいずれにあるかに関係なく、インク送出システム及びプリントヘッドのことである。プリントヘッドが互いに断熱されている多重プリントヘッドシステムでは、負荷を複数のプリントヘッド間でより均等に分散させ、それによって平均故障間隔を長くすることも役立つであろう。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、固体自由形状組立におけるプリントヘッドの温度制御を行い、上記の問題を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様では、固体自由形状組立システムにおけるペン温度制御方法が与えられる。該方法は、物体レイアウトに従って相対配置された複数の物体を組立てるために固体自由形状組立システムを用いることによって生じるペン温度を予測するステップと、予測ペン温度に基づいて１つまたは複数のペン温度低下技法を用いるステップとが含まれる。
【００１２】
本発明の第２の態様では、複数のペンを有する三次元組立装置（１００）と、ペン情報を評価して、前記ペンの温度を低下させるように前記ペンを制御するように構成されたコントローラとを備える固体自由形状組立システムが与えられる。
【００１３】
本発明の第３の態様では、複数のペンを有する三次元組立装置と、異なった物体レイアウトに従って相対配置された複数の物体を組立てるために前記三次元組立装置を用いることによって生じるペン温度を予測して、該予測ペン温度に基づいて成形ジョブ用に１つの物体レイアウトを選択するように構成されたコントローラとを備える固体自由形状組立システムが与えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明を実行する、現時点で既知の最良の態様を詳細に説明する。本説明は、制限的な意味で解釈されるべきではなく、単に本発明の全体的原理を説明するためのもの
本発明は、固体自由形状組立においてペン温度を制御するさまざまな方法及びシステムに関する。本発明のさまざまな方法及びシステムは、コア（表面上にない部品内部）の外観が３Ｄ物体(三次元物体）に関係ないという事実を利用し、利用可能な空間内で組立成形の対象を好都合に再配置することを通常含む。
【００１５】
見えないコア全体を（たとえば、透明、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）及び黄色（Ｙ）を使用する４プリントヘッドシステムでは）透明バインダで成形するのではなく、本発明のさまざまな実施形態では、着色材料を混合してコアにすることによって、コアの成形にシステム内のその他のペンを利用する長所が得られる。「バインダ」という用語は、接着剤か、あるいは成形材料を選択的に互いに結合して所望の製品にするために吐出される任意の他の物質のことである。コア内に透明材料と共に着色材料を使用すれば、透明ペンの使用頻度が下がり、透明ペンを冷却させる機会が得られる。１本のペンに致命的な故障が起きても、コアはまだ他のペンで結合されるので、これは、物体が無傷のままである可能性も高める。例示として、この技法によれば、たとえば、Ｃ２５％、Ｙ２５％、Ｍ２５％及び透明２５％の静的着色バインダ割合を使用して、コアの結合を達成することができる。
【００１６】
別の実施形態では、現在温度及び／またはスワスの詳細に基づいて、透明及び色の割合が動的に決定され、たとえば、組立装置は、スワスの最後での予測温度がどのようであるかを決定して、温度を所望範囲内に保持できるように必要に応じて「透明」を「色」と置き換える。
【００１７】
別の実施形態では、各層に対して色選択アルゴリズム（またはプロトコル）を用いて、現在層に分注されない筈であった色を選択するか、プリントヘッドの使用（状態）統計データに基づいて、使用度合いが最も少ない色を分注する。
【００１８】
分注速度のいかなる低下も防止または軽減するために、好ましくは、掃引過走査を最小限に抑えるように、コア用に使用される色を選択する。プリントヘッドをさらに迅速に減速できるようにするために、交換ペンを、（たとえば、スワスの方向において透明ペンの後に配置することによって）掃引時間を増加させないように配置しなければならない。
【００１９】
さらに別の実施形態では、バインダ切れペンを成形工程中に（たとえば、温度偏移または他の技法によって）識別して、まだ機能しているペンを使用してコアを充填する。
【００２０】
本発明に従ってペン温度を制御する他の方法及びシステムは、コアを充填するために複数のモノクロペンを使用することを含む。たとえば、（透明、シアン、マゼンタ及び黄色ペンの）従来型４プリントヘッドシステムに第２透明ペンを追加して、５プリントヘッドシステムにする。たとえば、そのような５プリントヘッドシステムのコア充填機能を制御するためのアルゴリズムまたはプロトコルは、２つの透明ペンに５０％ずつ負荷配分して開始するように構成することができる。別の実施形態では、スマート温度感知（たとえば、「発射液滴／ΔＴ（温度上昇）」比）を使用して、２つの透明ペンのどちらが高温で動作し、どちらが低温で動作しているかを決定することができる。低温動作ペンの堆積割合を漸増させていくことで、両方のペンの寿命を延ばすことができる。透明ペンの一方がバインダ切れになると、透明堆積の１００％を他方のペンに移すことができる。これにより、透明ペンの一方が失われても、部品の完全性を与えることによって、壊滅的成形損失の可能性が大幅に減少する。
【００２１】
本発明に従ってペン温度を制御する他の方法及びシステムは、ペンの開始温度を低くすることを含む。堆積正確度を高めてΔＴを減少させるために、多くのサーマルインクジェットプリントヘッドを閾温度より高温で動作させる必要があり、多くのプリントヘッドでは、それが４５°Ｃ以上である。分注スワスを開始する前にプリントヘッドにエネルギを加え、結果的にノズルからの第１液滴で良好に液滴塗布を行うために、さまざまな技法（たとえば、「パルス加温」、「ブロック加熱」または「細流加温」）を使用することができるが、プリントヘッドが多くの場合に７０°Ｃである温度上限に入り始める前に分注できる量が少なくなる。コアの分注では、正確度は大して重要でないので、３５°Ｃなどの低い開始温度が容認される。開始温度が低い場合、生じる第１液滴がより不規則になり、幾分小さくなるが、コアは見えないので、これは物体の品質に大した影響を与えない。従って、本発明のさまざまな実施形態によれば、ペンに対して低い開始温度が用いられ、これによって、温度限界に達する前に分注できる量が多くなる。たとえば、コアの分注を行うペンのどれが縁部（外殻）で使用されないか、またはわずかだけ使用されるかを識別して、これらのペンのベース温度を下げるように、コア充填制御用のアルゴリズムまたはプロトコルを構成することができる。少数の縁部ピクセル（たとえば、１０，０００）を堆積させる場合でも、正確度誤差は大して目立つことはなく、そのため、やはり低温化が許されるであろう。さまざまな実施形態では、分注スワスを「予測」して、ペンの将来の縁部及びコアでの仕事負荷がどうであるかを決定するように、アルゴリズムまたはプロトコルを構成することができる。
【００２２】
これらのアルゴリズムでも過大温度を排除できない場合、プリントヘッドを保護するために追加アルゴリズムを呼び出すことができる。これらには、スワス間での休止か、またはスワス数を増加させて１スワスの密度を減少させることが含まれる。これらの方法は成形時間を低速化するが、プリントヘッドの早期故障を防止するであろう。
【００２３】
本発明に従ってペン温度を制御する他の方法及びシステムは、熱負荷の最適化または制御を行うために物体のレイアウトを再配置することを含む。たとえば、物体間に水平方向のギャップを設けることによって、ヘッドを冷却する時間を物体間に与えることができるようビン内に物体を配列するように、成形サーバを構成することができる。他の実施形態では、部品を意図的に垂直軸上でずらして、単一層上に分注される高密度外殻の総量、またはコアの総量を閾値未満に保つようにする。他の実施形態では、物体の垂直方向上部を整合させて、複数物体が同一層上で仕上がるようにする。これにより、プリントヘッドを冷却するための短時間の休止がジョブ全体で得られる。
【００２４】
他の実施形態は、コア材料の固体ブロックが水平方向より垂直方向に延びるように、物体を回転させることを含む。この技法は、時折ペン温度及び成形速度間の妥協を要する場合があるが、異なった軸方向に寸法が大きく異なる物体には特に好都合である。場合によっては、休止を入れないで背の高い部品（すなわち、層の数が多い部品）を分注する場合の成形速度が、休止を入れて低い部品（層の数が少ない部品）を分注する場合より速くなる。
【００２５】
他の実施形態は、１つの物体の固体コアを分注している間、多くのコア材料を必要としないように隣接部品を小さいものにする、かつ／または色堆積成形段階にするように、部品を混合（配置）することを含む。
【００２６】
さまざまな実施形態では、成形処理のコンピュータ制御によって、表面の最大強度及び平滑度を得るための部品の方向決めが容易になる；物体の垂直次元は、水平次元と異なった特性を有する。さまざまな実施形態では、好適な部品向き、出力品質要求の仕様、及び他の成形パラメータを基準にしてユーザ入力を考慮しながら、成形処理が制御される。
【００２７】
さまざまな実施形態では、物体の配置が、分注を実際に開始する前に、すなわち、「前処理段階」として実施される。ペン及びシステム性能に関する情報（たとえば、温度対発射液滴の変化、及び温度対休止時間の変化）を使用して、分注工程中のペン性能を予測することができる。
【００２８】
システムの温度限界内に入る解決策は、成形速度及びペン温度の適当な妥協を図ることによって決定され、温度を最低にする点で必ずしも最善または最適の方法である必要はない。したがって、（高速分注用に）密に詰まったビンを作成することによって処理を開始し、次に、何らかの温度問題を調べることができる。問題が検出されれば、物体を水平方向及び／または垂直方向に分離させることができる。たとえば、物体の予備解析が、大きい物体寸法偏倚（たとえば、ある軸方向がその他の軸方向より長いこと）を指摘する場合、回転を考えるだけでよい。さらなる解析を使用して、１層当たりのコア表面積を最小にするために物体をどのように回転させるべきかを決定することができる、たとえば、物体の最長単一寸法を識別して、その最長単一寸法が垂直軸に合致するまで、物体を回転させる。
【００２９】
本発明に従った他の方法及びシステムは、各物体に関連したジョブ故障の危険性及び／または物体の相対優先度または重要度を考慮して、故障の「軽さ」即ち致命性の低さによって出力ビンを配置することを含む。たとえば、ペン故障の危険性が大きい大型物体はその他の物体に対して、組立処理の最後か、終わり近くで分注されるような配列にし、それによって、故障の前に小型物体が完全に分注される可能性を高める。言い換えると、大型で危険性の高い物体をそのようなものとして識別して、ビンの上部またはその付近に置いて、そのような物体の完成不良が、その下方の物体に影響を与えないようにする。また、例示として、重要性が最も低い物体を、組立工程の最後または終わり近くで分注するように、物体を配置することができる。
【００３０】
図１を参照すると、本発明のペン温度制御原理を実施するように構成された三次元組立装置１００などの例示的なＳＦＦ装置は、成形ビン１０２と、プリントヘッド／キャリッジアセンブリ１０４と、走査軸搬送機構１０６と、粉末散布軸搬送機構１０８とを備えている。３Ｄ物体の各層を成形した後、（物体が載っている）成形ビン１０２をｚ軸に沿って下方に再位置決めして、物体の次の層を前の成形層の上部上に成形できるようにする。走査軸及び粉末散布軸搬送機構１０６、１０８は、たとえば、電動搬送機構を有し、これは、プリントヘッド／キャリッジアセンブリ１０４に取り付けられて、スライドバーに沿ってそれぞれｙ軸及びｘ軸方向に移動する。三次元組立装置１００はまた、特に３Ｄ物体組立処理中のプリントヘッド／キャリッジアセンブリ１０４の上記再位置決めを制御するようにプログラムされたコントローラ１１０を備えている。コントローラ１１０は、プリントヘッド／キャリッジアセンブリ１０４の近くに配置された個別モジュールとして図示されているが、コントローラ１１０が実行するオペレーションを複数のコントローラやプロセッサなどに分散させることができ、また、コントローラ１１０をプリントヘッド／キャリッジアセンブリ１０４に対して遠隔配置することもできることを理解されたい。
【００３１】
（カバーを開いて図示されている）プリントヘッド／キャリッジアセンブリ１０４は、複数のペンも備えている。この図示の例示的な実施形態では、複数のペンは、図示のようにプリントヘッド／キャリッジアセンブリ１０４内に構成された、透明１１２、透明１１４、シアン１１６、マゼンタ１１８及び黄色１２０の５つのカートリッジ／プリントヘッドを含む。本発明の原理は、５つのペンを有するプリントヘッド／キャリッジアセンブリに制限されないことを理解されたい。また、それらは、透明、シアン、マゼンタ及び黄色ペンだけの選択や、プリントヘッド／キャリッジアセンブリ１０４内のペンのいずれの特定順序または空間配列にも制限されない。
【００３２】
プリントヘッド／キャリッジアセンブリ１０４はさらに、コントローラ１１０へペン情報を送るための複数のセンサ（図示せず）も備えている。たとえば、ペン情報には、ペン温度情報、（たとえば、現在のペン使用、過去のペン使用及び／または将来のペン使用に関する）ペン使用情報、及び（たとえば、ペンが動作するか、診断テストに合格するか、などに関する）ペン機能性／健全性情報の１つまたは複数が含まれる。本発明のさまざまな実施形態において、コントローラ１１０は、ペン情報の評価、及びペンの温度を低下させるようなペンの制御を行うように構成（プログラム）されている。したがって、本発明の１つの実施形態に従った固体自由形状組立システムは、複数のペンを有する三次元組立装置と、ペン情報の評価及びペンの温度を低下させるようなペンの制御を行うように構成されたコントローラとを備えている。別の実施形態では、ペンは、異色インク分注ペンを有し、コントローラは、ペン情報に基づいて異色インク分注ペンを選択的に用いることによって物体コアを分注するように構成される。別の実施形態では、ペンは、２つ以上の透明インク分注ペンを有し、コントローラは、ペン情報に基づいて２つ以上の透明インク分注ペンを選択的に用いることによって物体コアを分注するように構成される。別の実施形態では、コントローラは、ペン情報に基づいてペンの開始温度を低下させるように構成される。したがって、本発明に従った例示の固体自由形状組立システムは、複数のペンを有する三次元組立装置と、ペンに関する１つまたは複数のパラメータを評価し、その１つまたは複数のパラメータに基づいて物体を組立てるためにペンを選択的に用いることによってペンの温度を制御する手段とを備えている。
【００３３】
本発明の別の実施形態に従った固体自由形状組立システムは、複数のペンを有する三次元組立装置と、異なった物体レイアウトに従って相対配置された複数の物体を組立てるために三次元組立装置を用いることによって生じるペン温度を予測して、この予測ペン温度に基づいて成形ジョブ用に１つの物体レイアウトを選択するように構成されたコントローラとを備えている。さまざまな実施形態において、異なった物体レイアウトでは物体間の間隔が異なる。さまざまな実施形態において、異なった物体レイアウトでは物体の向きが異なる。
【００３４】
たとえば、最初の成形ビンレイアウトの平面図、側面図及び断面図（それぞれ図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃ）は、互いに隣接してｚ軸に沿って共通深さに位置している４つの物体を示す。異なった物体レイアウトが図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃに示されており、この場合、本発明に記載されたペン温度制御方法に従って、物体が走査方向に沿って分散している。このレイアウトは、たとえば、部品（物体）分散アルゴリズムによって決定されるものであり、各走査スワスにおいて、図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃに示されているレイアウトより冷却用に多くの時間を与える。別の例示的な物体レイアウトが図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃに示されており、この場合、本発明に記載されたペン温度制御方法に従って、物体がｚ方向に沿って分散している。このレイアウトは、たとえば、ｚ軸移動アルゴリズムによって決定されるものであり、物体の２つをｚ軸に沿って上方へ移動させることによって、外殻の成形中の負荷を拡散または分散させる。図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは、成形処理の後刻におかる図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃをそれぞれ示し、左側の部品がコア（低密度）を現在分注中であるのに対して、右側の部品は外殻を分注中である時の平面図、側面図及び断面図をそれぞれ示す。たとえば、１／１０インチ厚さの外殻は１００％飽和密度であり、コアは５０％飽和密度である。
【００３５】
図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃは、２つの重負荷物体の成形ビンレイアウトの平面図、側面図及び断面図をそれぞれ示す。異なった物体レイアウトが図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃに示されており、この場合、本発明の実施例によるペン温度制御方法に従って、物体がｘ−ｙ平面内で回転している。このレイアウトは、たとえば、部品回転アルゴリズムによって決定されるものであって、負荷をより多くのスワスに分散しており、これは、図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃに示されているレイアウトより多い冷却時間を与える。さらに別の物体レイアウトが図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃに示されており、この場合、本発明の実施例によるペン温度制御方法に従って、物体が（ｚ方向に沿って）上方に回転して、負荷をより多くの層に分散させる。このレイアウトは、たとえば、部品回転アルゴリズムによって決定されるものであって、負荷をより多くの層に分散させており、これは、図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃに示されているレイアウトより多く冷却することができる。
【００３６】
図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃは、３つの小型物体及び１つの重負荷物体の成形ビンレイアウトの平面図、側面図及び断面図をそれぞれ示す。この「非ロバスト」レイアウトでは、重量ブロックが構造全体にわたって大きい負荷を加え、したがって、大型部品がプリントヘッド故障を引き起こすと、小型部品が危険にさらされる。図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１０Ｃを参照すると、物体の異なった成形ビンレイアウトが示されており、この場合、本発明の実施例によるペン温度制御方法に従って、小型物体の後に重負荷物体を成形するように、物体が再配置されている。本例では、重負荷物体及び小型物体がｘ−ｙ平面上でも互いにずれている。このレイアウトは、たとえば、ジョブ故障の可能性最小限化アルゴリズムによって決定されるものであって、小型部品を先に成形できるようにし、それにより、大型の重負荷部品が印刷ヘッド故障を引き起こしても、小型部品は使用可能であろう。
【００３７】
上記説明で例示したように、本発明のさまざまな実施形態では、予測ペン温度に基づいて、物体レイアウトを選択する。従って、本発明の別の実施形態によれば、固体自由形状組立システムは、複数のペンを有する三次元組立装置と、異なった物体レイアウトに従って相対配置された複数の物体を成形するために三次元組立装置を用いることによって生じるペン温度を予測して、その予測ペン温度に基づいて成形ジョブ用に１つの物体レイアウトを選択することによってペンの温度を制御する機構とを備えている。
【００３８】
図１１は、予測ペン温度に基づいて、必要に応じてペン温度低下技法を選択する、固体自由形状組立システムにおいてペン温度を制御するための本発明に従った例示的な方法１１００のフローチャートである。ステップ１１０２において、成形評価を開始する。ステップ１１０４において、物体を成形評価に合わせて配置し、評価された特定の成形ジョブで大型物体があれば、それを上部へ移動させる（すなわち、大型物体が成形ジョブの終わり近くに成形されるように配置する）。ステップ１１０６において、解析に備えて物体配置を層に「スライス」し、ステップ１１０８において、各層についてスワス密度を解析する。ステップ１１１０において、その特定の物体配置を分注するためのペン温度を予測する。上述したように、さまざまなペン温度予測アルゴリズムやモデルなどを用いることができる。個々のペンの予め観察されるか、予測される特徴に基づいて、ペン温度モデルを事前プログラムすることができる。追加的または変更例として、ペン温度モデルを適応形にすることができる、言い換えると、それらは経時的にペンについて「学習」することができる。ペン温度を予測するために、本発明の範囲は、任意種類のペンの評価、またはプリントヘッドの動作中にペン温度に実際に（または潜在的に）影響する他の情報について考察する。
【００３９】
ステップ１１１２において、次に、解析された物体配置における予測ペン温度がそれらの温度限界を超えるか否かを決定する。超えなければ（「いいえ」）、ステップ１１１４において、この物体配置を用いて成形ジョブを開始する。しかし、予測ペン温度がその温度限界を超える場合（「はい」）、処理はステップ１１１６へ進み、そこで１つまたは複数の技法を用いて、物体を「熱さ軽減」的に再配置する。たとえば、上述したように、ｘ−ｙ平面内で部品を分散させること、選択された部品をｚ軸方向で移動させて、外殻分注を異なった層に分散させること、及び／または、部品をｘあるいはｙ軸等の回りで回転させ負荷をｚ軸方向でより多くの層に分散させること等によって、新しい物体配置を作成する。ステップ１１１２で決定が「いいえ」になるまで、ステップ１１０６、１１０８、１１１０及び１１１２を繰り返す。
【００４０】
したがって、たとえば、本発明に従った固体自由形状組立システムにおいてペン温度を制御する方法は、ある物体レイアウトに従って相対配置された複数の物体を組立るために固体自由形状組立システムを用いることによって生じるペン温度を予測するステップと、その予測ペン温度に基づいて１つまたは複数のペン温度低下技法を用いるステップとを含む。さまざまな実施形態では、物体は、物体の寸法、物体の少なくとも１つの優先度及び／または物体の少なくとも１つに関連したジョブ故障の可能性に基づいた物体レイアウトに配置される。さまざまな実施形態では、１つまたは複数のペン温度低下技法は、物体の１つまたは複数を分注層のｘ−ｙ平面内での再配置、分注層に垂直なｚ軸に沿っての再配置、かつ／または分注層に平行な軸を中心にして回転するようにして、物体レイアウトを変化させることを含む。
【００４１】
本発明の別の実施形態に従って三次元物体を成形する方法は、三次元組立装置用の異なった物体レイアウトでのペン温度を予測するステップと、予測ペン温度に基づいて成形ジョブ用に１つの物体レイアウトを選択するステップと、選択された物体レイアウトに従って物体を組立てるように三次元組立装置を制御するステップとを含む。
【００４２】
図１２は、固体自由形状組立システムに関する１つまたは複数のパラメータに基づいて、必要に応じて１つまたは複数のペン温度低下技法を用いる、固体自由形状組立システムにおいてペン温度を制御するための本発明による例示的な方法１２００のフローチャートである。ステップ１２０２において、成形ジョブを開始する。ステップ１２０４において、「層Ｘ」で示された層を分注する。ステップ１２０６において、実際のペンの瞬時温度、平均温度、仕事負荷及び／またはスワス詳細などの１つまたは複数のパラメータを測定／監視して評価し、ステップ１２０８において、性能の実績に基づいて、ペン温度がそれらの温度限界を超えるか否かを決定する。超えない場合（「いいえ」）、ステップ１２１０において、層Ｘの「Ｘ」を増分して、ステップ１２０４において、成形ジョブする次の層（層Ｘ＋１）を分注する。しかし、ペン温度がその温度限界を超える場合（「はい」）、処理はステップ１２１２へ進み、そこで１つまたは複数の「事後対応型」技法を用いてペン温度を低下させる。たとえば、コア分注の負荷を幾つかの部材（ペン）間で分割する技法、使用可能であれば多数の重複ペン間でのコアの負荷の割合を変更する技法、及び層Ｘ＋１の外殻での色の使用に基づいて（たとえば、外殻での特定のペンの使用が閾値パーセント、たとえば、１０％未満である場合）、ペンの開始温度を低下させる技法の中の１つまたは複数を実行する。１つまたは複数の技法を用いた後、ステップ１２０４において、次の層を分注して、上記パラメータ測定／監視処理を、完成まで成形ジョブ全体にわたって継続する。
【００４３】
図１３は、固体自由形状組立システムに関する１つまたは複数のパラメータに基づいて、必要に応じて事前対応型及び／または事後対応型ペン温度低下技法を用いる、固体自由形状組立システムにおいてペン温度を制御するための本発明に従った例示的な方法１３００のフローチャートである。ステップ１３０２において、１つまたは複数の「事前対応型」技法を用いて、ステップ１３０４において層Ｘを分注する前に、ペン温度を低下させる。たとえば、コア負荷を色間で分割する技法、及びコア負荷を多数重複ペン間で分割する技法の中の１つまたは複数を実行する。次にステップ１３０６において、次に、層Ｘ＋１の外殻のＹ％未満が特定部材（ペン）によるか否かを決定する。この決定が「はい」である場合、ステップ１３０８において、追加の事前対応型技法を実行する、たとえば、これらの基準を満たす部材の開始温度を低下させる。（言い換えると、特定部材が外殻にわずかな材料パーセントだけ寄与する場合、そのような部材の温度を低下させることができる。決定が「いいえ」の場合、処理はステップ１３１０へ進み、そこで実際のペンの瞬時温度や平均温度などのパラメータを測定／監視して評価し、ステップ１３１２において、性能の実績に基づいて、ペン温度がそれらの温度限界を超えるか否かを決定する。超えない場合（「いいえ」）、ステップ１３１６において、層Ｘの「Ｘ」を増分して、成形ジョブを継続する。しかし、ペン温度がその温度限界を超える場合（「はい」）、処理はステップ１３１４へ進み、そこで１つまたは複数の「事後対応型」技法を用いてペン温度を低下させる。たとえば、コア充填割合を変化させる。ステップ１３１４で１つまたは複数の技法を用いた後、処理はステップ１３１６へ、次にステップ１３０２へ進み、上述の事前対応型及び／または事後対応型ペン温度低下技法は、完成まで成形ジョブ全体にわたって使用し続けられる。
【００４４】
したがって、たとえば、本発明に従った固体自由形状組立システムにおけるペン温度制御方法は、固体自由形状組立システムに関する１つまたは複数のパラメータを評価するステップと、１つまたは複数のパラメータに基づいて１つまたは複数のペン温度低下技法を用いるステップとを含む。さまざまな実施形態において、１つまたは複数のパラメータには、ペン温度情報（たとえば、現在及び／または平均ペン温度情報）、ペン仕事負荷情報及び／またはスワス情報が含まれる。さまざまな実施形態において、１つまたは複数のペン温度低下技法には、複数の異色ペンを使用して物体コアを分注するように固体自由形状組立システムを制御すること、複数の同一色ペンを使用して物体コアを分注するように固体自由形状組立システムを制御すること、及び／または固体自由形状組立システムに関連したペン開始温度を低下させることが含まれる。
【００４５】
本発明の別の実施形態に従った三次元物体成形方法は、三次元組立装置によって実行中の組立ジョブ中のペン情報を監視するステップと、ペン情報を評価するステップであって、それによってペンの温度を低下させるように三次元組立装置のペンを制御する、評価するステップとを含む。
【００４６】
以上に本発明を好適な実施形態によって説明してきたが、当該技術分野の専門家には上記の好適な実施形態に対するさまざまな変更及び／または追加が容易に明らかになるであろう。本発明の範囲は、そのような変更及び／または追加のすべてに及ぶものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明のペン温度制御原理を実施するように構成されたＳＦＦ装置の斜視図である。
【図２Ａ】４つの物体の成形ビンレイアウトの平面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの４つの物体の成形ビンレイアウトの側面図である。
【図２Ｃ】図２Ａ，図２Ｂの４つの物体の成形ビンレイアウトのＣ−Ｃ断面図である。
【図３Ａ】図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃの４つの物体の、本発明に詳述されているペン温度制御方法に従って物体を走査方向に沿って分散させた場合の成形ビンレイアウトの平面図である。
【図３Ｂ】図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃの４つの物体の、本発明に詳述されているペン温度制御方法に従って物体を走査方向に沿って分散させた場合の成形ビンレイアウトの側面図である。
【図３Ｃ】図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃの４つの物体の、本発明に詳述されているペン温度制御方法に従って物体を走査方向に沿って分散させた場合の成形ビンレイアウトのＣ−Ｃ断面図である。
【図４Ａ】図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃの４つの物体の、本発明に詳述されているペン温度制御方法に従って物体をｚ軸に沿って分散させた場合の成形ビンレイアウトの平面図である。
【図４Ｂ】図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃの４つの物体の、本発明に詳述されているペン温度制御方法に従って物体をｚ軸に沿って分散させた場合の成形ビンレイアウトの側面図である。
【図４Ｃ】図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃの４つの物体の、本発明に詳述されているペン温度制御方法に従って物体をｚ軸に沿って分散させた場合の成形ビンレイアウトのＣ−Ｃ断面図である。
【図５Ａ】成形処理において図４Ａの後刻の平面図である。
【図５Ｂ】成形処理において図４Ｂの後刻の側面図である。
【図５Ｃ】成形処理において図４Ｃの後刻のＣ−Ｃ断面図である。
【図６Ａ】２つの重負荷物体の成形ビンレイアウトの平面図である。
【図６Ｂ】図６Ａの２つの重負荷物体の成形ビンレイアウトの側面図である。
【図６Ｃ】図６Ａ，図６Ｂの２つの重負荷物体の成形ビンレイアウトのＣ−Ｃ断面図である。
【図７Ａ】図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃの２つの物体の、本発明に詳述されているペン温度制御方法に従って物体をｘ−ｙ平面上で回転させた場合の成形ビンレイアウトの平面図である。
【図７Ｂ】図７Ａの２つの物体の、本発明に詳述されているペン温度制御方法に従って物体をｘ−ｙ平面上で回転させた場合の成形ビンレイアウトの側面図である。
【図７Ｃ】図７Ａ、図７Ｂの２つの物体の、本発明に詳述されているペン温度制御方法に従って物体をｘ−ｙ平面内で回転させた場合の成形ビンレイアウトのＣ−Ｃ断面図である。
【図８Ａ】図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃの２つの物体の、本発明に詳述されているペン温度制御方法に従って物体を（ｚ軸に沿って）回転させ、それによって負荷をより多くの層に分散させる場合の成形ビンレイアウトの平面図である。
【図８Ｂ】図８Ａの２つの物体の、本発明に詳述されているペン温度制御方法に従って物体を（ｚ軸に沿って）回転させ、それによって負荷をより多くの層に分散させる場合の成形ビンレイアウトの側面図である。
【図８Ｃ】図８Ａ、図８Ｂの２つの物体の、本発明に詳述されているペン温度制御方法に従って物体を（ｚ軸に沿って）回転させ、それによって負荷をより多くの層に分散させる場合の成形ビンレイアウトのＣ−Ｃ断面図である。
【図９Ａ】３つの小型物体及び１つの重負荷物体の成形ビンレイアウトの平面図である。
【図９Ｂ】図９Ａの３つの小型物体及び１つの重負荷物体の成形ビンレイアウトの側面図である。
【図９Ｃ】図９Ａ，図９Ｂの３つの小型物体及び１つの重負荷物体の成形ビンレイアウトのＣ−Ｃ断面図である。
【図１０Ａ】図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃの物体の、本発明に詳述されているペン温度制御方法に従って重負荷物体を小型物体の後に成形するように物体を再配置した場合の成形ビンレイアウトの平面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの物体の、本発明に詳述されているペン温度制御方法に従って重負荷物体を小型物体の後に成形するように物体を再配置した場合の成形ビンレイアウトの側面図である。
【図１０Ｃ】図１０Ａ、図１０Ｂの物体の、本発明に詳述されているペン温度制御方法に従って重負荷物体を小型物体の後に成形するように物体を再配置した場合の成形ビンレイアウトの断面図である。
【図１１】予測ペン温度に基づいて、必要に応じてペン温度低下技法を選択するようにした、固体自由形状組立システムにおいてペン温度を制御するための本発明に従った例示的な方法のフローチャートである。
【図１２】固体自由形状組立システムに関する１つまたは複数のパラメータに基づいて、必要に応じて１つまたは複数のペン温度低下技法を用いるようにした、固体自由形状組立システムにおいてペン温度を制御するための本発明に従った例示的な方法のフローチャートである。
【図１３】固体自由形状組立システムに関する１つまたは複数のパラメータに基づいて、必要に応じて事前対応型及び／または事後対応型ペン温度低下技法を用いるようにした、固体自由形状組立システムにおいてペン温度を制御するための本発明に従った例示的な方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００４８】
１００  三次元組立装置
１１０  コントローラ
１１２、１１４、１１６、１１８、１２０  ペン
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2004276610.tif 000005
【図２Ｃ】
2004276610.tif 000006
【図３Ａ】
2004276610.tif 000007
【図３Ｂ】
2004276610.tif 000008
【図３Ｃ】
2004276610.tif 000009
【図４Ａ】
2004276610.tif 000010
【図４Ｂ】
2004276610.tif 000011
【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
2004276610.tif 000019
【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
2004276610.tif 000028
【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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