(57)【要約】【課題】自動化されたプロセスに対応できる位置合わせ方法、およびその位置合わせ方法を適用した立体形状物の製造方法方法を提供する。【解決手段】立体形状物を製造するための方法は、計量分配ユニットから受け側表面に、目標とされる繰返しプロセスを用いて流動化可能な材料を計量分配するステップであって、それによって、その上に少なくとも１つの調査対象の地形（５６、５６’）を有する３次元テスト形状（１２）を製造するような計量分配するステップ（１１２、２００）と、前記調査対象の地形（５６）内に存在する少なくとも１つの物理的な特性を解析するステップであって、該物理的な特性は前記計量分配ユニットの目標精度に関連するような解析するステップ（１１４、１１６、２１０）と、該解析するステップに基づいて、前記流動化可能な材料の計量分配を変更するステップ（１２０、２２２）とを含む。【選択図】    図５
2004151104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体形状物を製造するための方法であって、
計量分配ユニットから受け側表面に、目標とされる繰返しプロセスを用いて流動化可能な材料を計量分配するステップであって、それによって、その上に少なくとも１つの調査対象の地形を画定する３次元テスト形状を製造するような計量分配するステップと、
前記調査対象の地形内に存在する少なくとも１つの物理的な特性を解析するステップであって、該物理的な特性は前記計量分配ユニットの目標精度に関連するような解析するステップと、
該解析するステップに基づいて、前記流動化可能な材料の計量分配を変更するステップとを含む方法。
【請求項２】
少なくとも１つの流動化可能な材料の一部が少なくとも１つの計量分配ユニットから計量分配され、前記計量分配ユニットは少なくとも２つのノズル部材を有し、該ノズル部材はそれぞれ、電子制御可能な液滴吐出装置の一部であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記計量分配ユニットは、多数のノズル部材を有するドロップ・オン・デマンド装置であり、該多数のノズル部材は、前記立体形状物に統合するために計量分配されることになる流動化可能な材料の少なくとも２つの材料源と連通することを特徴とする請求項１もしくは２に記載の方法。
【請求項４】
前記３次元幾何学的テスト形状の前記調査対象の地形の解析によって得られる解析データは、色相の移り変わり、寸法精度、表面仕上げおよび構成要素完成度のうちの少なくとも１つから導出されるオフセットデータを含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記３次元幾何学的テスト形状は、受け側表面上に少なくとも２つの流動化可能な材料を配置することにより製造されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記３次元幾何学的テスト形状は、目標精度に関連する物理的な特性の検出を容易にするように構成される多数の調査対象の地形を有し、該物理的な特性は色の連続性、表面パターン仕上げおよび寸法誤差のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記３次元幾何学的テスト形状は外側表面を有する中央本体を含む立体であり、前記調査対象の地形は前記中央本体の前記外側表面上に画定されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記３次元幾何学的テスト形状の前記調査対象の地形は、前記中央本体の前記外側表面から内側に延在する、少なくとも１つの連続的な輪郭をなす表面を有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
立体形状物を製造するための装置であって、
少なくとも２つのノズル部材と、所定の論理シーケンスで該ノズル部材からの吐出を制御する制御機構とを有する流体計量分配装置であって、該所定の論理シーケンスは、少なくとも１つの調査対象の地形を有する少なくとも１つの３次元幾何学的テスト形状を製造するのに十分なシーケンスである、流体計量分配装置と、
該流体計量分配装置に関連する解析装置であって、前記３次元幾何学的テスト形状の前記調査対象の地形の少なくとも１つの物理的な特性を解析することができ、該解析される物理的な特性は、色の連続性、寸法精度、表面仕上げおよび構成要素完成度のうちの少なくとも１つである、解析装置とを含む装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は立体形状作成方法に関する。より具体的には、本発明は、少なくとも２つの個別の堆積装置から堆積される材料を用いる立体形状作成方法、および目標精度を確保するために個別の堆積装置を位置合わせするための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
立体形状作成（ＳＦＦ）技術は、ダイあるいは型のような予め成形されたツールを必要とすることなく、任意の複雑な形状あるいは構造の物体を形成する。ＳＦＦ技術を用いて、種々の複雑な３次元の物体を迅速かつ効率的に作り出すことができる。製造速度を最適化して、迅速な生産および／または大型の製品に対応するために、適当に統合されたノズル部材のような多数の計量分配ユニットを有する立体形状製造装置が提案および利用されている。
【０００３】
単一の装置内に存在するノズル部材のような多数の計量分配ユニットは、拡張して、すなわちさらに多くの計量分配ユニットを追加して、速度をさらに高めたり、サイズをさらに拡大したりすることが必要になる場合には、困難な問題に直面する可能性がある。さらに、１つのユニット内に複数の計量分配部材が存在する立体形状計量分配システムでは、異なる計量分配部材が、色、硬さ、強度等のような異なる特性を有する材料を計量分配するシステムを設計するのが非常に難しくなっている。また、１つのユニット内に複数の計量分配部材が存在する立体形状システムでは、部材上の少数のノズルが機能しなくなる場合であっても、ユニット全体の交換が必要となり得る。したがって、必要あるいは要求に応じて起動することができる多数の計量分配部材を有する立体形状計量分配システムを提供することが非常に望ましい。
【０００４】
多数の計量分配部材からなる立体形状システムが用いられるとき、仕様どおりの堆積パターンを設けるために、計量分配部材を適当に位置合わせする必要がある。計量分配部材の位置合わせ不良に起因して不適当な堆積パターンが形成される結果、結果として形成される立体形状製品に望ましくない特性が生じる可能性がある。これらの特性には、限定はしないが、寸法誤差、条件を満たさない表面仕上げ、色の誤差あるいは不連続性および／または構成要素完成度の不足が含まれ得る。
【０００５】
立体形状装置および技法とともにこれまで用いられてきた位置合わせ方法および位置合わせ検証システムでは、多数の試験体を何度も操作し、目視検査する必要があった。自動化されたプロセスに対応しやすく、迅速かつ正確な検査およびシステム検証を可能にする位置合わせ方法および検証システムが有益である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、自動化されたプロセスに対応しやすく、迅速かつ正確な検査およびシステム検証を可能にする位置合わせ方法、およびその位置合わせ方法を適用した立体形状物の製造方法および製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
幾何学的テスト形状上に画定される調査対象の地形(topographic feature)上に現れる少なくとも１つの物理的な特性を有する立体形状物を製造するための方法および装置が開示される。この物理的な特性は、計量分配ユニットの目標精度に関連する特性である。この物理的な特性の解析に基づいて、流動化可能な材料の計量分配が変更される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、立体形状作成ツール内に存在する多数の計量分配部材を位置合わせするための方法に関する。本明細書において用いられる用語「立体形状作成」は、たとえば、層毎に、あるいは場所毎に、ダイあるいは型のような予め成形されたツールを用いることなく、任意の複雑な形状の３次元の物体を形成する種々の装置および技術を含むものと定義される。そのような立体形状物は、所望の複雑な形状を繰返し形成する方法を用いて、少なくとも１つの材料を系統立てて繰返し計量分配することにより形成され得る。立体形状作成（ＳＦＦ）方法は通常、目標とする正確な場所にある適当な受け側表面上に正確に計量された材料を分配することによる。受け側表面は、初期材料が配置されているか、予め計量分配された材料から構成されるベース表面であり、その材料はそれだけで計量分配されるか、最適な立体形状物を良好に製造するために必要とされる他の化合物とともに計量分配される。
【０００９】
立体形状物を製造するために用いられる材料は、適当な計量分配部材から計量分配される。「計量分配」は、ＳＦＦプロセスにおいて用いられる少なくとも１つの材料が適当な受け側媒体上に配置されるプロセスを意味するものとみなされる。配置は、たとえば、種々の液体ジェット吐着方法において行われるように受け側媒体と接触して材料の個別の液滴を導入すること、および熱溶解積層造形法（ＦＤＭ）において行われるように連続した量の材料を導入することなど、ＳＦＦ材料を非接触で導入することを含むものとして幅広く解釈される。
【００１０】
本明細書において用いられるように、計量分配部材は通常、それを通して材料を計量分配することができる、１つあるいは複数の吐出オリフィスを含む。液滴吐出装置およびプロセスでは、これらのオリフィスはノズル部材と呼ばれる。本明細書において用いられる用語「計量分配部材」は、適当なコマンドを受信する際に、目標とする適当な量の材料を分配することができる任意の機構あるいは装置と定義される。
【００１１】
開示されるような方法において用いられる材料は、立体形状製造のために適した材料である。そのような材料は、限定はしないが、任意の適当なプロセスによって流動化さ得る種々の液体材料および固体材料を含む。結果として生成される流動化可能な材料は、計量分配装置のうちの少なくとも１つから計量され、ある方向に向けて吐出され得る。
【００１２】
図１を参照すると、開示されるようなノズル位置合わせシステムの概略図が参照番号１０で示される。後続の製造プロセスにおいて用いるために、３次元幾何学的テスト形状１２が立体形状作成プロセスおよび装置によって準備される。３次元幾何学的テスト形状１２は、計量分配部材１６内に保持されるノズル部材２２のような１つあるいは複数の計量分配機構を位置合わせするための情報を生成し、見通しを立てるために、解析および研究しやすい任意のサイズおよび／または幾何学的形状あるいは構成からなることができる。
【００１３】
本明細書において用いられる用語「３次元テスト形状」は、３次元において現れる少なくとも１つの物理的な特性を説明し、顕示できるようにするために準備される幾何学的構成物と定義される。開示されるような位置合わせ方法において製造される３次元幾何学的テスト形状１２は、計量分配部材１６に関連付けられる１つあるいは複数のノズル部材の目標精度に関するデータを与えるために必要とされる解析を容易にする任意の適当な形状、輪郭あるいは構成を有することができる。その３次元幾何学的テスト形状１２は、形成される際に幾何学的テスト形状１２内に存在する場合がある任意の不規則性を確認するために、１つあるいは複数の向きから視認でき少なくとも１つの連続した表面を有することが意図される。３次元幾何学的テスト形状１２の連続した表面は、所望により平坦にすることができる全表面から外側に突出するか、あるいは内側に延在する適当な輪郭をなす領域を有するように構成されるであろう。図１および図２に示されるように、幾何学的テスト形状１２は、上側表面５２と下側表面５４とを有する中央本体５０を有する。少なくとも１つの調査対象の地形５６が、上側表面５２か、下側表面５４かのいずれかから外側に延在する。図１および図２に示されるように、調査対象の地形５６は、所望により、あるいは必要に応じて、両方の表面から延在することもできる。調査対象の地形は、上側表面５２のような上側表面、および／または下側表面５４のような下側表面から内側に延在する窪みとして構成できることも考えられる。
【００１４】
調査対象の地形５６は、物理的な特性の解析を容易にする任意の形状あるいは輪郭を有することができる。図１および図２に示されるように、調査対象の地形５６は、表面５２および５４から外側に突出する半球形のドームのアレイである。別法では、調査対象の地形５６には、表面５２および５４から内側に延在する凹形の窪みのアレイを用いることができる。幾何学的テスト形状１２は、所望により、あるいは必要に応じて、外側に突出する調査対象の地形と、内側に突出する調査対象の地形との組み合わせを有することができることも考えられる。
【００１５】
調査対象の地形５６は、所望および必要に応じて、種々の他の形状あるいは幾何学的構造を有することができる。調査対象の地形５６は、表面または材料の不連続性あるいは不規則性の物理的な特性の解析を容易にするように構成される少なくとも１つの連続した表面領域を有するであろう。したがって、そのような解析およびノズル位置合わせを容易にするために、形状、サイズ、輪郭および色のうちの１つあるいは複数の特性が所与の幾何学的テスト形状１２上にある調査対象の地形５６間で違っていてもよいものと考えられる。この違いは、幾何学的テスト形状１２を形成する際に計量分配部材１６によって実行される材料堆積パターンあるいはシーケンスを変更することにより達成され得る。結果として形成される３次元幾何学的テスト形状１２および関連する調査対象の地形５６は、目標精度に関連する物理的な特性を得るために、個別におよび／またはまとめて解析され得る。そのような物理的な特性の例には、限定はしないが、色相の移り変わり、寸法精度および表面の不規則性が含まれる。そのような物理的な特性は、種々の態様で現れる場合がある。たとえば、色相の移り変わりは、図３の点描領域５８として示される１つの領域上の１つの色の濃度と、調査対象の地形５６の概ね反対側にある異なる領域上にある第２の色の濃度として現れる場合がある。
【００１６】
幾何学的テスト形状上にある調査対象の地形５６のために適した連続的な表面形状として半球形のドームおよび窪みが説明されてきたが、実施される物理的特性の解析の性質に応じて、角度のある表面、あるいは平坦な表面を有する調査対象の地形５６を有する３次元幾何学的テスト形状１２を製造することも本開示の範囲内にある。したがって、３次元幾何学的テスト形状１２上に配置される調査対象の地形５６は、たとえば、ピラミッド５６’、直線で構成された３次元形状等を含むことができる。ピラミッド、直線で構成された３次元形状等は中央本体５０から外側に突出することができるか、あるいは所望により、または必要に応じて、幾何学的に画定された窪みが内側に延在することができる。内側に向けられた窪みと外側への突起との組み合わせが用いられることも考えられる。サイズ、輪郭、色等を、調査対象の地形５６間で変更することができる。変更は、計量分配部材１６によって実行される、確立された堆積パターンあるいはシーケンスを実施することにより達成することができる。３次元幾何学的テスト形状１２上に結果として形成される調査対象の地形５６を解析して、目標精度に関連する物理的な特性を確認することができる。
【００１７】
多数の調査対象の地形５６を有する３次元幾何学的テスト形状１２が製造される場合、種々の多数のノズル部材の互いに対する目標精度を確認するために、種々の特定のノズル部材の組み合わせを系統立てて動作させることにより、個々の地形を製造することができる。ある幾何学的テスト形状１２上の多数の調査対象の地形５６の解析は、関連するノズル部材の目標精度に関するデータを生成するために編集できる情報を提供するであろう。
【００１８】
開示されるような位置合わせ方法では、計量分配装置１６に関連するノズル部材２２として、適当な電子制御可能なジェット装置を用いることができる。そのような電子制御可能なジェット装置の例には、限定はしないが、ドロップ・オン・デマンド液体吐出装置が含まれる。電子制御可能なジェット装置は、不連続な量の流動化可能な材料を規定どおりに制御しながら目標に向けて放出できるようにする装置であることが好ましい。適当な液体吐出装置は、インクジェットにおいて用いられるのと類似の構成および構造を有する装置を含むことができる。そのようなインクジェットは、動作コマンドを受信する際に、正確に計量され、規定された量の流動化可能な材料を吐出あるいは放出するように構成される、適当に構成され、かつ制御されるノズルを有する。開示されるノズル位置合わせ方法は、ドロップ・オン・デマンド液体吐出装置に特に関連して記載されるが、その位置合わせ方法は、他の液滴吐出装置、および熱溶解積層造形法（ＦＤＭ）のような連続液流堆積方法においても有用な応用形態を有するものと考えられる。開示される位置合わせ技法は、他の立体形状作成装置において、および適用可能な他のＳＦＦ技法において用いることができる。
【００１９】
計量分配されることになる流動化可能な材料は、適当な保管容器あるいは貯留容器内に保持できる。立体形状作成装置の計量分配部材１６は、複数のノズル部材を含み、ノズル部材と連通する１つあるいは複数の流体貯留容器がノズル部材２２の近くか、あるいはそこから離れて位置する。図１に示されるように、計量分配部材１６は、ノズル部材Ａおよびノズル部材Ｂとして示される少なくとも２つのノズル部材２２と適当に連通することができる。ノズル部材ＡおよびＢはそれぞれ、３次元幾何学的テスト形状１２を構成する際に、そして最終的には立体形状物を構成する際に用いられる少なくとも１つの流動化可能な材料を放出する。
【００２０】
ノズル部材ＡおよびＢが記載されるが、その立体形状作成位置合わせ方法および装置は、立体形状製造プロセスにおいて用いられる任意の数の異なる材料を送出する任意の数のノズル部材を含むことができる。種々の材料は組成に関して同じであるか、類似であるか、あるいは異なる場合がある。計量分配される材料の色を変更することもできる。種々の計量分配される材料の組成、性質および／または色として、最終的なＳＦＦ物を製造するために必要とされるものが用いられるであろう。図示されるように、計量分配用のノズル部材ＡおよびＢは、適当な保管貯留容器から関連する材料を搬送するように構成される。そのような貯留容器あるいは保管室は、補給路に接続された(on-axis)給送システムにおいて一般的に行われているように、計量分配用ノズル部材に隣接して配置され得る。貯留容器あるいは保管室は、通常は補給路から切り離された(off-axis)給送システムにおいて行われるように、計量分配用ノズル部材ＡおよびＢから離れた場所に配置されることもできる。流体保管室がノズル部材に隣接する場合、ノズル部材および流動化可能な材料は適当なカートリッジ内に配置できるものと考えられる。そのカートリッジは、計量分配用部材１６とともに移動することができ、そのカートリッジに関連付けられるメモリ記憶装置を有する場合もある。計量分配部材１６は、ドロップ・オン・デマンドプリントヘッドにおいて見られるように、電子作動式のヘッド上で動作する。そのようなプリントヘッドは一般的に、インクジェット印刷装置においてインクを吐出するために用いられており、たとえば、圧電およびサーマルインクジェットプリントヘッド、ならびに連続インクジェットプリントヘッドを含むことができる。
【００２１】
図１に概略的に示されるようなノズル部材の位置合わせを容易にするために、自動化、半自動化あるいは手動解析を用いることができる。図に示されるように、コントローラ２０が適当なデータ収集装置２４に接続され得る。本システムにおいて用いるのに適したデータ収集装置２４は、容認された、あるいは予め決定された規準から変動あるいは逸脱する３次元幾何学的テスト形状１２の調査対象の地形５６のうちの少なくとも１つにおいて明示される１つあるいは複数の物理的な特性を検出することができる装置である。自動化された外観検査装置が示されるが、自動検査および目視あるいは手動検査の両方を用いて、対象の１つあるいは複数の物理的な特性に関する情報を収集することができる。所望により、あるいは必要に応じて、この情報のうちの少なくとも一部が適当なデータ収集システムによって獲得され得る。手動検査は、一般には３次元幾何学的テスト形状１２の、詳細には関連する調査対象の地形(topographical region)５６の目視検査および物理検査を含むことができる。そのような解析の例には、限定はしないが、ハイコントラスト特性、および色、表面仕上げ等の不規則性あるいは不連続性の解析が含まれる。自動検査技法および／または目視および手動検査技法を用いて、対象の１つあるいは複数の物理的な特性に関する情報を収集することができる。
【００２２】
少なくとも１つの調査対象の地形５６の自動化された機械的および／または電気機械的検査を実行することも本開示の範囲内にある。図１に示されるように、データ収集システム２４として、形成される３次元幾何学的テスト形状１２の少なくとも一部の少なくとも１つの物理的な特性を検出することができる少なくとも１つの装置２６を含む電気機械システムを用いることができる。対象の物理的な特性は、適当に定量化され、１つあるいは複数のノズル部材の位置合わせ精度に関連付けることができる属性を有する特性であることが好ましい。その例には、限定はしないが、色相の移り変わり、あるいは連続性、寸法精度、表面仕上げおよび構成要素完成度が含まれる。
【００２３】
対象となっている特性を確認するために、測定装置２６は、一般的には３次元幾何学的テスト形状１２についての情報を、詳細には１つあるいは複数の調査対象の地形上に現れる物理的な特性を測定し、記録するように構成できる。たとえば、光学的なデータを捕獲するように構成される適当な視認システムによって、色相の移り変わり、あるいは色の連続性が測定され、確認され得る。表面の寸法精度、連続性および構成要素完成度に関する詳細も同じように、適当に構成される１つあるいは複数の装置を用いて測定され得る。開示される方法および装置において、データ収集システム２４は、立体形状作成ツールに統合されることもできる。別法では、データ収集システム２４は一時的に立体形状作成ツールに接続され、適当なノズル調整情報および調整方針を提供することもできる。
【００２４】
データ収集装置２４は適当なデータ処理／解釈ユニット２８に関連付けられる。データ処理／解釈ユニット２８はコントローラ２０に接続される。通常、コントローラ２０は、データ収集システム２４から情報が受信される結果として、計量分配装置に対する位置合わせ調整を行うことができるであろう。
【００２５】
開示されるような方法を用いて、ノズル位置合わせを達成するために、所望により、あるいは必要に応じて送信できるデータおよび／または位置合わせを実施するための情報(alignment solution)を提供することもできる。送信は、所望により、あるいは必要に応じて、立体形状作成機構の外部にある装置に対して、あるいは内部の装置に対して行うことができる。たとえば、本発明の位置合わせ方法によって得られる情報は、関連するカートリッジあるいはプリントヘッド上に存在する基準面を変更するための適当な装置に送信できる。幾何学的テスト形状１２から導出される解析データが、計量分配装置の種々の部材間の液滴吐出のタイミングを自動的に調整するために用いることができる実用的なオフセットデータ（位置合わせデータ）に翻訳され、異なる部材の種々のノズルから計量分配される材料が互いに対して適当に配置されるようにすることができるものと考えられる。
【００２６】
開示される方法および装置を繰返し用いて、位置合わせパターンを改善し、かつ立体形状システム内の多数のノズル部材間の実際の位置合わせオフセットを決定することもできる。対話式のオフセットデータを用いて、種々のノズル部材間の液滴吐出のタイミングを調整し、材料が適当に、かつ正確に配置されるようにすることができる。またそのデータは、所望により、あるいは必要に応じて、ノズルアレイ軸内の異なるノズルにマップする（割り当てる）こともできる。
【００２７】
一旦、製造されたなら、幾何学的テスト形状１２は、適当な解析を容易にするように動かされるか、操作できる。図１に示されるように、幾何学的テスト形状１２は、解析するのに適した検査機構に移送できる。他の動作も本開示の範囲内にあるものとみなされる。
【００２８】
図１に示されるように、計量分配装置１６の調整は、コントローラ２０のような適当な制御装置によって制御できる。コントローラ２０は、３次元幾何学的テスト形状１２の物理的な特性の解析から生成される出力を受信し、位置合わせを実施するための情報に関連する出力を生成するように構成できる。
【００２９】
ここで図５のプロセス図を参照すると、立体形状作成ツール内の多数の計量分配ノズル部材を位置合わせするための全手順が示される。参照番号１１２では、流動化可能な材料の一部が適当な受け側表面上に計量分配され、少なくとも１つの３次元幾何学的テスト形状１２が製造される。流動化可能な材料は、圧電ジェット部材、サーマルジェット部材等のようなノズル部材を通して、適当な計量分配装置から計量分配できる。様々に構成されるジェット部材を利用することにより、用いられる１つあるいは複数の材料の都合のよい計量分配がなされる多くの状況において、任意の数の種々のジェット装置を用いて流動化可能な材料を計量分配することができることも、本発明の範囲内にあるものとみなされる。
【００３０】
結果として形成される３次元幾何学的テスト形状の少なくとも１つの物理的な特性が参照番号１１４において測定される。たとえば、３次元幾何学的テスト形状は、計量分配される材料の色相の移り変わり、寸法精度、表面仕上げ特性、構成要素完成度あるいは連続性のような少なくとも１つの特性に関して解析できる。調査中の物理的な特性の解析は、適当な解析方法あるいは手順によって達成できる。
【００３１】
調査対象の地形５６のうちの１つあるいは複数の地形において解析を行うことができる。種々の調査対象の地形５６の解析を比較して、さらに目標精度を決定し、所望により、あるいは必要に応じて、目標とする調整方法の策定を支援することができる。調査および解析は、幾何学的テスト形状１２の調査対象の地形５６のうちの１つあるいは複数の地形の幅、奥行および／または高さにわたって行うことができる。幾何学的テスト形状１２は、作成されるデータの量および値を最大にするように配向され、回転され、かつ／または動かされ得る。
【００３２】
計量分配装置の目標精度は、参照番号１１６において、１つあるいは複数の規定された公差に照らして評価される。精度の評価は、測定される１つあるいは複数の３次元幾何学的テスト形状の１つあるいは複数の物理的な特性に基づく。３次元幾何学的テスト形状の評価が予め容認された規格あるいは公差内に入るとき、そのプロセスは、参照番号１１８によって示されるように、所望の立体形状物の製造に進む。３次元幾何学的テスト形状の物理的な特性が所定の、あるいは容認された規格あるいは規準内に入ることの示唆は、所望の最終的な立体形状物の製造を開始する任意の適当な信号あるいはコマンドの形をとることができるか、あるいは単に適合あるいは準拠を示唆することができる。
【００３３】
３次元幾何学的テスト形状の１つあるいは複数の物理的な特性の評価が、容認される規格から外れる場合、参照番号１２０において、ノズル部材および流体計量分配パターンが変更される。変更方針は、幾何学的テスト形状の調査対象の１つあるいは複数の地形の、目標精度を示すような容認された規準からの偏差に関して生成されたデータに基づくことができる。
【００３４】
その解析プロセスは、所定の公差内にある３次元幾何学的テスト形状が製造され、目標精度が確認されるまで、何回も繰り返すことができる。一旦、所望の公差が得られたなら、所望の数の立体形状物の製造を開始することができる。
【００３５】
開示されるような位置合わせ方法は、製造工程前のいつの時点でも実施できる。したがって、その位置合わせ方法および検証プロセスは、立体形状製造装置の製造および組立て中の１つのステップとして行うこともできる。その位置合わせ方法は、立体形状作成ツールの寿命期間中に定期的に、あるいは必要に応じて実施できることも考えられる。開示されるような位置合わせ方法は、計量分配装置および／またはノズル部材の除去、交換あるいは追加時に、および品質保証上の検証等のために実施できる。
【００３６】
本発明の方法および装置を用いて、計量分配装置の位置合わせを保証し、種々の製造偏差を補正することができる。ここで図６Ａおよび図６Ｂを参照して、色相の移り変わりの位置合わせ解析を説明する。図６Ａおよび図６Ｂでは、視覚的に異なる色を有する少なくとも２つの流動化可能な材料の一部が２つの個別の部材１５２、１５４から計量分配され、部分断面で示される少なくとも１つの調査対象の地形５６が形成される。視覚的に異なる色として、適当に配置される際に、均一な１つの色を形成するように混ぜ合わされる任意の適当な相性のよい色を用いることができる。たとえば、図６Ａに示される調査対象の地形５６は、１５２および１５４として示される２つの個別の部材から計量分配される材料によって製造される。部材１５２はシアン材料を含み、一方、部材１５４はマゼンタ材料を含む。ノズル部材が正確に位置合わせされる場合には、その材料によって３次元テスト形状１２上に製造される調査対象の地形５６は、連続した青色を有するように見える。対照的に、図６Ｂに示される調査対象の地形５６は、受け側表面に対して、かつ互いに対して位置合わせ不良が生じている部材１５２および１５４によって製造される。結果として形成される調査対象の地形５６は、シアンのように見える第１の表面領域と、マゼンタのように見える、相対する第２の表面領域とを有する。調査対象の地形５６全体が視認されるとき、ノズル部材の位置合わせ不良は、図３に陰のある領域５８として示される不連続な色として現れるようになる。調査対象の地形５６の幾何学的構造および輪郭は、幾何学的テスト形状１２の過度の操作あるいは回転を必要とすることなく、１つの観察する次元において色相の移り変わりの観察を容易にし、測定および定量化を可能にする。
【００３７】
上記の説明は、可視スペクトルにおいて見分けられる色に向けられてきたが、可視スペクトル外の色波長を有する材料を利用できることも考えられる。さらに、材料あるいは材料の不連続な部分に、可視スペクトル外の色波長で光を放出するか、適当なテスト条件下で視認できるようになる適当な化合物あるいはマーカによって標識を付けて、解析を可能にするか、容易にするか、あるいはさらに改善できることも考えられる。
【００３８】
色相の移り変わりの解析をさらに容易にするために、多数の調査対象の地形５６を中央本体５０の上側表面５２および／または下側表面５４上に形成し、観察および解析を容易にすることができる。種々の２色の組み合わせによって、種々の調査対象の地形を製造することができる。色相の移り変わりは、１つの観察面において容易に観察できる。観察をさらに容易にするために、上側および下側表面５２、５４は、調査対象の地形５６とその周囲の表面との間の鮮明な区別を提供するハイコントラストの色の材料から構成できる。たとえば、調査対象の地形のアレイ（列）を形成するために立体形状作成ツールにおいて用いられる利用可能な種々の顔料オプションを利用して、種々の２色の組み合わせにしたがって種々の調査対象の地形５６を着色することもできる。この例における中央本体５０には、グレーのような中間のハイコントラストの色を用いることができる。
【００３９】
開示されるような方法では、参照番号１２６において、所定の公差に照らして、色の連続性および取り得る色相の移り変わりを測定することができる。所定の公差への適合性あるいはその偏差に基づいて、参照番号１２８において、流動化可能な材料の計量分配パターンに影響を及ぼす補正ルーチンが生成される。補正ルーチンは、所定の公差内の色の連続性データが得られるまで繰返し用いることができる。その後で、参照番号１３０において、立体形状物を製造することができる。
【００４０】
図５に示される方法は、種々の部材が種々の色の１つあるいは複数の材料を計量分配する場合の色相の移り変わりおよび関連する位置合わせ不良を確認するために、種々の色ペアを用いて、３次元幾何学的テスト形状上にある調査対象の地形のアレイにわたって用いることができる。したがって、開示される方法は、幾何学的テスト形状上にある調査対象の地形のアレイを解析し、立体形状作成ツール内のノズル部材を調整する際に有用なオフセットデータを提供するための適当な手段を利用できるものと考えられる。所定の色規準の適当なライブラリに照らして、比較解析を行うことができる。ライブラリ情報は、任意の適当なデータ記憶装置に保持できる。そのデータ記憶装置は、任意の適当な装置上に、たとえばプリントヘッド、カートリッジ等の上に支持できる。アレイの解析から導出されるデータを用いて、目標とする位置合わせ情報および調整方針を提供することができる。
【００４１】
また、３次元幾何学的テスト形状１２上に形成される調査対象の地形５６の寸法精度の解析を用いて、多数のノズル部材の場合に位置合わせを実施するための情報を提供することもできる。図７Ａに示されるように、部分断面において示されるような調査対象の地形を有する少なくとも１つの幾何学的テスト形状が、少なくとも２つの計量分配部材１５２、１５４から計量分配される材料から製造される。３次元幾何学的テスト形状１２上の少なくとも１つの調査対象の地形５６の寸法精度は、適当な測定方法および測定装置によって求められる。そのようにして製造される調査対象の地形５６の寸法精度が、所定の、あるいは容認される寸法公差あるいは規準内に入る場合には、適当な検証通知を生成することができる。その通知の結果として、所望の最終的な立体形状物の製造を開始するためのコマンドを生成することができる。図７Ｂの場合のように、寸法公差が所定の公差規格外にあることは、部材間の位置合わせ不良を指示することができる。図７Ａでは、部材１５２および１５４は、第１の幅１．０の３次元幾何学的テスト形状を提供する所定の計量分配パターンを有する。この幅よりも広い図７Ｂの場合の寸法偏差は、所与の部材１５２、１５４のうちの１つに位置合わせ不良があることを指摘する。
【００４２】
１つあるいは複数の３次元幾何学的テスト形状上の１つあるいは複数の調査対象の地形の表面仕上げの欠陥を解析して、１つあるいは複数のノズル部材位置合わせを実施するための情報を提供することができる。ノズル部材１５２および１５４のようなノズル部材を適当に位置合わせすることにより、図８Ａに示されるように、その輪郭がある特定のパターンあるいは偏差内に入る表面仕上げが生成されるであろう。図８Ｂに示されるように、部材１５２および１５４の位置合わせ不良により、３次元幾何学的テスト形状上に、表面に不規則性の特性を有する１つあるいは複数の調査対象の地形５６が製造されるであろう。１つあるいは複数の調査対象の地形５６上の１つあるいは複数の表面の不規則性の場所および性質の解析を用いて、部材１５２および１５４の位置合わせ不良の程度およびタイプに関するデータを提供することができる。本発明の位置合わせ方法では、表面の不規則性の特性が部材位置合わせ不良に関連付けられ、影響を受けた部材を調整して、その部材を適当に位置合わせすることができる。
【００４３】
また、幾何学的テスト形状内の１つあるいは複数の調査対象の地形５６内に現れる構成要素完成度の欠陥あるいは不足を解析して、ノズル部材位置合わせを実施するための１つあるいは複数の情報を提供することもできる。図９Ａに示されるように、部材１５２、１５４および１５６が適切に位置合わせされるとき、適当に連続した中実の基板を有する調査対象の地形５６が形成されるであろう。図９Ｂに示されるように、部材１５２、１５４および１５６のうちの任意の部材間に位置合わせ不良がある場合には、幾何学的テスト形状上に、１５８の場合のような二重の表面飽和領域を有し、かつ／またはその構成要素が１６０の場合のような隙間あるいは飽和の不足を示す領域を有する、調査対象の地形が製造され得る。
【００４４】
また、多数の物理的な規準に対して３次元幾何学的テスト形状１２を解析することも、開示されるような本方法の範囲内にあるものとみなされる。図１０に概説されるプロセスでは、３次元幾何学的テスト形状１２が参照番号２００において製造できる。３次元幾何学的テスト形状１２を解析して、参照番号２１０に示されるように、少なくとも２つの個別の物理的な特性に関して公差が達成されていることを確認することができる。物理的な特性は、限定はしないが、色の連続性あるいは色相の移り変わり２１２、寸法精度２１４、表面仕上げ２１６および構成要素完成度２１８を含むことができる。指定された特性が公差内にある場合には、適当な信号あるいはコマンドが生成され、参照番号２２０に示されるように構成要素が生成できる。ノズル位置合わせを知らせる適当な信号あるいは指示子が生成できることも考えられる。
【００４５】
特性のうちの少なくとも１つが所定の公差限界から外れる場合には、適当な位置合わせ方針や手順が生成され、参照番号２２２において、少なくとも１つのノズル部材を調整して公差を達成することができる。少なくとも１つのノズル部材を調整して公差を達成した後に、最終的な構成要素を製造することができる。別法では、判定接続部２２４において示されるように、さらに別の３次元幾何学的テスト形状を製造することにより、解析手順を繰り返すことができる。接続部２２４の判定規準は、物理的な検査、および解析規準との比較によって確認される位置合わせ不良の程度、位置合わせ不良の重大さなどを含むことができる。適当な判定規準が満たされるとき、２２４において公差に関する問い合わせに対して肯定応答がなされ、その結果、構成要素の製造に進む。否定応答の場合には、プロセスが繰り返される。適切な場合には、プロセスは直ちに構成要素の製造に進むことができるか、あるいは構成要素完成度および性能を確保するための調整が行われた後に製造された、さらに別の３次元幾何学的テスト形状を繰返し解析し始めることができる。試みられる繰返しの数は、要求される公差内にある所望の構成要素を製造するために必要とされる回数である。こうして、開示されるようなプロセスは、少なくとも１つの幾何学的テスト形状の製造を考慮する。しかしながら、限定はしないが、色の連続性、寸法精度、表面仕上げおよび構成要素完成度を含む、重要な特性のうちの少なくとも１つあるいは複数の特性の解析に関して確認された情報に基づいて、このプロセスによって複数の３次元幾何学的テスト形状を繰返し製造することもできる。
【００４６】
開示されるような位置合わせ方法では、１つあるいは複数の３次元幾何学的テスト形状の解析は、物理的な検査、電子工学的な検査、あるいはその２つの検査の任意の組み合わせによって達成されることができ、それにより、要求された公差内での位置合わせ方針および位置合わせを実施するための情報が提供されるであろう。本明細書において用いられる「物理的な検査」は、色の変動、表面全体、不規則性等のような補強的な情報を用いることなく、あるいはそれを用いてオペレータによって実行される解析および検査のことを指す。またオペレータは、ある特定の状況での位置合わせを実施するための情報の少なくとも一部に寄与するか、あるいはそれを導出し、さらに実施できるものと考えられる。
【００４７】
本明細書において用いられる用語「電子工学的な検査」は、色センサ、レーザプロフィルメータおよび種々の双方向センサ装置を用いて、色の連続性、表面の規則性等のための、種々の形態の機械によって増補された解析のことを指す。
【００４８】
物理的および／または電子工学的検査から蓄積されるデータは記録され、適当なアルゴリズムあるいは解析サブルーチンによって解析されて、１つあるいは複数のノズル部材の位置合わせ不良に関する操作可能な出力が生成される。そのようなデータは、ノズルの位置合わせ不良を補正するための役割を果たすことができる。
【００４９】
少なくとも１つのノズル部材の位置合わせは、人間が介入することより行われるか、あるいは適当な場所に格納された、適当なノズル部材と通信可能な適当なシステムおよびサブルーチンによる自動化された調整によって行うことができる。そのようなシステムおよびサブルーチンは、適当な解析装置内に格納できるか、あるいは所望により、または必要に応じて、ノズル部材に、および／または多数のノズル部材を制御する機構に関連付けられる適当なデータ記憶ユニットに送信できる。
【００５０】
任意の適当な解析ツールによって、位置、寸法精度およびオフセットを解析することができる。これらは目視検査を含むことができ、レーザプロフィルメータおよび他の解析機構のような機構によって適当に自動化された解析を含むこともできる。最適な解析機構は、実行される解析の性質に応じて手動で操作することができるか、あるいは自動化することができる。
【００５１】
生成される解析データは、ノズルに目標を設定する種々の方針において用いることができる。こうして、一旦、３次元テスト形状１２の解析によってノズル部材の位置合わせ不良が指示されると、種々の適当な方法によって、そのノズル部材が位置合わせできる。基準面を有するノズル部材を用いて、立体形状システム内の多数のノズル部材を位置合わせすることができる。所与のノズル部材上の基準面は、立体形状製造システム内に画定されるポケットあるいは類似の構造内にある対応する基準面と一致する。３次元幾何学的テスト形状１２の解析から生成されるデータを用いて、所与の１つあるいは複数のノズル部材の基準面をポケット基準面と接触するように付勢するための適正な力のかけ方に関する適当な情報を生成することができる。そのようなシステムによって、ノズル部材を挿入する度に再現可能に位置合わせできるようになる。
【００５２】
本発明の解析プロセスから生成されるデータを用いて、基準面を正確に機械加工し、立体形状システム内の多数のノズル部材を位置合わせすることができる。そのようなシステムでは、正確に機械加工された基準面により、立体形状システム内のノズル部材の正確な位置合わせが可能になるであろう。そのような手順は、ノズル部材が複雑な組付け装置に組み込まれ、長い寿命にわたって用いられる状況において有効に用いることができるものと考えられる。
【００５３】
そのような解析によって生成されるデータは、プリントヘッド上にある適当なデータ記憶媒体内に符号化され、適当な測定ツールによる位置合わせを可能とし、ノズル部材上に配置されるデータ記憶部材あるいはデータ解析装置のような統合された情報装置に位置合わせオフセットを記録できるようにすることも考えられる。立体形状システムはオフセットデータを用いて、種々の部材間の液滴の吐出のタイミングを自動的に調整し、それにより、種々の部材のノズルから吐出される材料が、走査軸において互いに対して適当に配置されるようにすることができる。データが異なるノズルにマップされ、ノズルアレイ軸を補正することができることも考えられる。そのようなシステムによれば、システムの固有の位置合わせを良好に行うことができるものと考えられる。
【００５４】
開示される方法によって生成される解析データは、光センサを用いて、種々のノズル部材から吐出される結合剤および／または計量分配される材料の場所を測定し、立体形状システムの多数のノズル部材間の位置合わせオフセットを判定するシステムに組み込まれることもできる。そのシステムはオフセットデータを用いて、種々の部材間の液滴の吐出のタイミングを自動的に調整し、それにより、結合剤および計量分配される材料が互いに対して適当に配置されるようにすることができる。そのようなシステムは、自動化され、精度を高め、かつ高い再現性を示すように統合されるであろう。
【００５５】
本発明は、現時点で最も実用的で、好ましい実施形態であるとみなされるものとともに記載されてきたが、本発明は開示される実施形態に限定されるべきできはなく、むしろ、添付の特許請求項の精神および範囲内に含まれる種々の変更形態および同等の構成を網羅することが意図されているものと理解されたい。なお、添付の特許請求の範囲は、法律によって認められるように全てのそのような変更形態および同等の構造を含むように最も広く解釈されるべきである。
【００５６】
本発明は以下の実施態様を含んでいる。
【００５７】
＜１＞立体形状物を製造するための方法であって、計量分配ユニットから受け側表面に、目標とされる繰返しプロセスを用いて流動化可能な材料を計量分配するステップであって、それによって、その上に少なくとも１つの調査対象の地形（５６、５６’）を画定する３次元テスト形状（１２）を製造するような計量分配するステップ（１１２、２００）と、前記調査対象の地形（５６）内に存在する少なくとも１つの物理的な特性を解析するステップであって、該物理的な特性は前記計量分配ユニットの目標精度に関連するような解析するステップ（１１４、１１６、２１０）と、該解析するステップに基づいて、前記流動化可能な材料の計量分配を変更するステップ（１２０、２２２）とを含む方法。
【００５８】
＜２＞少なくとも１つの流動化可能な材料の一部が少なくとも１つの計量分配ユニット（１６）から計量分配され、前記計量分配ユニットは少なくとも２つのノズル部材（２２）を有し、該ノズル部材はそれぞれ、電子制御可能な液滴吐出装置の一部であることを特徴とする上記＜１＞に記載の方法。
【００５９】
＜３＞前記計量分配ユニットは、多数のノズル部材を有するドロップ・オン・デマンド装置であり、該多数のノズル部材は、前記立体形状物に統合するために計量分配されることになる流動化可能な材料の少なくとも２つの材料源と連通することを特徴とする上記＜１＞もしくは＜２＞に記載の方法。
【００６０】
＜４＞  前記３次元幾何学的テスト形状（１２）の前記調査対象の地形（５６）の解析によって得られる解析データは、色相の移り変わり（２１２）、寸法精度（２１４）、表面仕上げ（２１６）および構成要素完成度（２１８）のうちの少なくとも１つから導出されるオフセットデータを含むことを特徴とする上記＜１＞ないし＜３＞のいずれか一つに記載の方法。
【００６１】
＜５＞  前記３次元幾何学的テスト形状（１２）は、受け側表面上に少なくとも２つの流動化可能な材料を配置することにより製造されることを特徴とする上記＜１＞ないし＜４＞のいずれか一つに記載の方法。
【００６２】
＜６＞前記３次元幾何学的テスト形状（１２）は、目標精度に関連する物理的な特性の検出を容易にするように構成される多数の調査対象の地形（５６、５６’）を有し、該物理的な特性は色の連続性、表面パターン仕上げおよび寸法誤差のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする上記＜１＞ないし＜５＞のいずれか一つに記載の方法。
【００６３】
＜７＞前記３次元幾何学的テスト形状（１２）は外側表面（５２、５４）を有する中央本体（５０）を含む立体であり、前記調査対象の地形（５６、５６’）は前記中央本体の前記外側表面上に画定されることを特徴とする上記＜１＞ないし＜６＞のいずれか一つに記載の方法。
【００６４】
＜８＞前記３次元幾何学的テスト形状（１２）の前記調査対象の地形（５６）は、前記中央本体の前記外側表面（５２）から内側に延在する、少なくとも１つの連続的な輪郭をなす表面を有することを特徴とする上記＜７＞に記載の方法。
【００６５】
＜９＞立体形状物を製造するための装置（１０）であって、少なくとも２つのノズル部材（２２）と、所定の論理シーケンスで該ノズル部材からの吐出を制御する制御機構（２０）とを有する流体計量分配装置（１６）であって、該所定の論理シーケンスは、少なくとも１つの調査対象の地形（５６）を有する少なくとも１つの３次元幾何学的テスト形状（１２）を製造するのに十分なシーケンスである、流体計量分配装置と、該流体計量分配装置に関連する解析装置（２６）であって、前記３次元幾何学的テスト形状の前記調査対象の地形の少なくとも１つの物理的な特性を解析することができ、該解析される物理的な特性は、色の連続性、寸法精度、表面仕上げおよび構成要素完成度のうちの少なくとも１つである、解析装置とを含む装置。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、立体形状作成（ＳＦＦ）技術に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】適当なテスト機構が一体に形成された立体形状作成ツールの概略図である。
【図２】複数の調査対象の地形を有する幾何学的テスト形状の斜視図である。
【図３】図２の幾何学的テスト形状の代表的な調査対象の地形の平面図である。
【図４】別の幾何学的テスト形状の斜視図である。
【図５】本発明の位置合わせ方法のプロセス図である。
【図６Ａ】良好な部材間位置合わせに起因する良好な色精度を示す立体形状作成の概略図である。
【図６Ｂ】部材間位置合わせ不良に起因する色精度不良を示す立体形状作成の概略図である。
【図７Ａ】良好な部材間位置合わせに起因する良好な寸法精度を示す立体形状作成の概略図である。
【図７Ｂ】部材間位置合わせ不良に起因する寸法精度不良を示す立体形状作成の概略図である。
【図８Ａ】良好な部材間位置合わせに起因する、条件を満たした表面仕上げ特性を有する立体形状作成の概略図である。
【図８Ｂ】部材間位置合わせ不良に起因する、標準以下の表面仕上げ特性を有する立体形状作成の概略図である。
【図９Ａ】良好な部材間位置合わせに起因する良好な表面および基板の連続性を有する立体形状作成の概略図である。
【図９Ｂ】部材間位置合わせ不良に起因する、構成要素完成度が損なわれている立体形状作成の概略図である。
【図１０】種々の規準に対して解析を行う本発明の目標を設定した位置合わせ方法のプロセス図である。
【符号の説明】
【００６８】
１２  ３次元テスト形状
１６  計量分配ユニット
２０  制御機構
２２  ノズル部材
２４  データ収集装置
２６  測定装置
２８  データ処理／解釈ユニット
５０  中央本体
５２  上側表面
５４  下側表面
５６  地形
５８  領域
１５２  シアン部材
１５４  マゼンタ部材
１５８  二重飽和
１６０  構成要素内の隙間
【図１】
2004151104.tif 000003
【図２】
2004151104.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
2004151104.tif 000012
【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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