(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３Ｄ印刷システムによって製品を印刷する方法であって、
第１の解像度を有する第１の印刷ヘッドで高速印刷を実行して、前記製品の基板を印刷するステップＳ１００と、
前記高速印刷で印刷された前記基板を走査し、前記高速印刷で印刷された前記基板の実際の３Ｄデジタルモデルを構築するステップＳ２００と、
前記高速印刷で印刷された前記基板の前記実際の３Ｄデジタルモデルを、前記製品の事前に構築された理想的な３Ｄデジタルモデルと比較するステップＳ３００と、
前記ステップＳ３００の比較結果に基づいて、前記高速印刷で印刷された前記基板の前記実際の３Ｄデジタルモデルと前記製品の前記事前に構築された理想的な３Ｄデジタルモデルとの間の誤差が所定の値以下であるかどうかを判定し、前記判定結果が、前記誤差が前記所定の値以下であることを示す「はい」である場合、前記ステップＳ１００に戻り、前記判定結果が、前記誤差が前記所定の値以下ではないことを示す「いいえ」である場合、次のステップを実行するステップＳ４００と、
前記第１の印刷ヘッドとサイズが異なり前記第１の解像度より高い第２の解像度を有する第２の印刷ヘッドによって前記製品の低速印刷を実行するステップＳ５００とを含み、
前記３Ｄ印刷システムには異なるサイズの印刷ヘッドを把持するように適合された把持部が設けられており、前記ステップＳ１００では前記把持部に把持された前記第１の印刷ヘッドで前記高速印刷を実行し、前記ステップＳ５００では、前記第２の印刷ヘッドを、前記第１の印刷ヘッドに換えて前記把持部に把持させて、前記低速印刷を実行する方法。
【請求項２】
前記低速印刷で印刷された前記基板を走査し、前記低速印刷で印刷された前記基板の実際の３Ｄデジタルモデルを構築するステップＳ６００と、
前記低速印刷で印刷された前記基板の前記実際の３Ｄデジタルモデルを、前記製品の前記事前に構築された理想的な３Ｄデジタルモデルと比較するステップＳ７００と、
前記ステップＳ７００の比較結果に基づいて、前記低速印刷で印刷された前記基板の前記実際の３Ｄデジタルモデルと前記製品の前記事前に構築された理想的な３Ｄデジタルモデルとの間の誤差が前記所定の値以下であるかどうかを判定し、前記判定結果が、前記誤差が前記所定の値以下であることを示す「はい」である場合、前記ステップＳ５００に戻り、前記判定結果が、前記誤差が前記所定の値以下ではないことを示す「いいえ」である場合、次のステップを実行するステップＳ８００と、
前記第１の印刷ヘッド及び前記第２の印刷ヘッドとはサイズが異なり、前記第２の解像度より高い第３の解像度を有する第３の印刷ヘッドを、前記第２の印刷ヘッドに換えて前記把持部に把持させ、前記第３の印刷ヘッドによって前記製品の超低速印刷を実行するステップＳ９００と
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の印刷ヘッドのノズルの直径は、前記第２の印刷ヘッドのノズルの直径より大きく、
前記第２の印刷ヘッドの前記ノズルの前記直径は、前記第３の印刷ヘッドのノズルの直径より大きい、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記基板は、保持台上で保持され、
前記保持台は、前記印刷ヘッドに対して、互いに直交する第１の方向（Ｘ）、第２の方向（Ｙ）、および第３の方向（Ｚ）に可動であり、
前記保持台は、前記印刷ヘッドに対して、前記第１の方向（Ｘ）、前記第２の方向（Ｙ）、および前記第３の方向（Ｚ）のうちの少なくとも２つの方向の軸の周りで回転可能である、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記保持台は、第１の操作機構上に取り付けられ、
前記第１の操作機構は、前記第１の方向（Ｘ）、前記第２の方向（Ｙ）、および前記第３の方向（Ｚ）のうちの少なくとも２つの方向の軸の周りで前記保持台を回転させるように構成される、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記把持部は、第２の操作機構上に取り付けられ、
前記第２の操作機構は、前記第１の方向（Ｘ）、前記第２の方向（Ｙ）、および前記第３の方向（Ｚ）に前記印刷ヘッドを動かすように構成される、
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の操作機構および前記第２の操作機構はそれぞれ、平面関節ロボット、６軸ロボット、直角座標ロボット、シリアルロボット、パラレルロボット、または複合ロボットを含む、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の操作機構は球形機構を含む、
請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記保持台は、前記球形機構上に取り付けられ、
前記保持台は、前記第１の方向（Ｘ）の軸および前記第２の方向（Ｙ）の軸の周りで回転可能である、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記球形機構は、
前記第１の方向（Ｘ）の軸の周りで回転可能な出力シャフトを有する第１の回転駆動部と、
前記第２の方向（Ｙ）の軸の周りで回転可能な出力シャフトを有する第２の回転駆動部と、
一方の端部が前記第１の回転駆動部の前記出力シャフトに連結された第１の１／４円形板と、
一方の端部が保持台に旋回式に連結され、他方の端部が前記第１の１／４円形板の他方の端部に旋回式に連結された第２の１／４円形板と、
一方の端部が前記第２の回転駆動部（５２０）の前記出力シャフトに連結され、他方の端部が前記保持台に旋回式に連結された第３の１／４円形板とを備え、
前記第１の１／４円形板および前記第２の円形板の旋回継手の旋回軸、前記第２の円形板および前記保持台の旋回継手の旋回軸、前記第３の円形板および前記保持台の旋回継手の旋回軸、前記第１の回転駆動部の前記出力シャフトの回転軸、ならびに前記第２の回転駆動部の前記出力シャフトの回転軸は、同じ１点に収束する、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記同じ１点は、前記保持台の幾何学的中心点として働く、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の回転駆動部および前記第２の回転駆動部は、それぞれ台座上の第１の設置板および第２の設置板上に固定される、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記印刷ヘッドから放出される前記製品を形成するための前記材料は、前記第２の操作機構上に取り付けられた材料供給デバイスから供給される、
請求項６に記載の方法。
【請求項１４】
前記印刷ヘッドから放出される前記製品を形成するための前記材料は、前記第２の操作機構から遠く離れた材料供給デバイスから供給される、
請求項６に記載の方法。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法を実現するように適合された３Ｄ印刷システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、開示全体が参照により本明細書に組み込まれている、中国国家知識産権局に２０１４年１２月１８日に出願された中国特許出願第ＣＮ２０１４１０７９１１７５．９号の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明は、３Ｄ印刷システムによって高い効率で製品を印刷する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来技術では、３Ｄ印刷システムは概して、ロボットと、ロボットのエンドアーム上に取り付けられた印刷ヘッドとを備える。ロボットは、事前設定されたプログラムに基づいて、印刷ヘッドを所定の経路に沿って動かす。その間、印刷される製品を形成するための材料が、印刷ヘッドから保持台へ放出され、保持台上に支持された製品を印刷する。
【０００４】
３Ｄ印刷システムによる製品の印刷は、従来の機械による製品の機械加工とは異なる。製品の３Ｄ印刷では、製品は、材料を加えることによって形成される。一方、製品の従来の機械加工では、製品は、材料を除去することによって形成される。
【０００５】
従来技術では、印刷ヘッドを操作するロボットは、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向のみに可動であり、材料を保持する保持台は静止したままである。それによって、従来技術では、印刷される製品はまず、Ｚ方向に沿って複数の２次元の水平層に分割され、次いでロボットが、印刷ヘッドを操作して、Ｘ方向およびＹ方向によって画定される水平面内で動かし、複数の２次元の水平層を１つずつ印刷する。このようにして、複数の２次元の水平層をＺ方向に積み重ねることによって、製品全体を形成することができる。
【０００６】
従来技術では、印刷された製品の正確性を確保するために、概して、高解像度（または高い正確性）を有する印刷ヘッドを使用して印刷を実行する。高解像度を有する印刷ヘッドのノズルの直径は非常に小さいため、ノズルから材料を放出する速度は非常に遅い。その結果、印刷速度が非常に遅くなり、印刷効率が大幅に減少する。
【０００７】
さらに、従来技術では、印刷ヘッドは、保持台に対してＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向のみに可動である。その結果、保持台に対する印刷ヘッドの空間位置のみを調整することはできるが、保持台に対する印刷ヘッドの角度は調整することができない。このようにして、従来技術の３Ｄ印刷では、印刷ヘッドは、２次元の平面または２次元の曲線に沿って動くことしかできず、３次元の平面または３次元の曲線に沿って動くことはできない。それによって、その適用範囲は制限される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前述の欠点の少なくとも１つの側面を克服または軽減するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的によれば、印刷の正確性を減少させることなく印刷効率を増大させる、３Ｄ印刷システムによって製品を印刷する方法が提供される。
【００１０】
本発明の別の目的によれば、印刷ヘッドが３次元の平面または３次元の曲線に沿って可動である、３Ｄ印刷システムによって製品を印刷する方法が提供される。
【００１１】
本発明の一態様によれば、３Ｄ印刷システムによって製品を印刷する方法であって、
第１の解像度を有する第１の印刷ヘッドで高速印刷を実行して、製品の基板を印刷するステップＳ１００と、
高速印刷で印刷された基板を走査し、高速印刷で印刷された基板の実際の３Ｄデジタルモデルを構築するステップＳ２００と、
高速印刷で印刷された基板の実際の３Ｄデジタルモデルを、製品の事前に構築された理想的な３Ｄデジタルモデルと比較するステップＳ３００と、
ステップＳ３００の比較結果に基づいて、高速印刷で印刷された基板の実際の３Ｄデジタルモデルと製品の事前に構築された理想的な３Ｄデジタルモデルとの間の誤差が所定の値以下であるかどうかを判定し、判定結果が「はい」である場合、ステップＳ１００に戻り、判定結果が「いいえ」である場合、次のステップを実行するステップＳ４００と、
第１の解像度より高い第２の解像度を有する第２の印刷ヘッドによって製品の低速印刷を実行するステップＳ５００とを含む方法が提供される。
【００１２】
本発明の例示的な実施形態では、上記の方法は、
低速印刷で印刷された基板を走査し、低速印刷で印刷された基板の実際の３Ｄデジタルモデルを構築するステップＳ６００と、
低速印刷で印刷された基板の実際の３Ｄデジタルモデルを、製品の事前に構築された理想的な３Ｄデジタルモデルと比較するステップＳ７００と、
ステップＳ７００の比較結果に基づいて、低速印刷で印刷された基板の実際の３Ｄデジタルモデルと製品の事前に構築された理想的な３Ｄデジタルモデルとの間の誤差が所定の値以下であるかどうかを判定し、判定結果が「はい」である場合、ステップＳ５００に戻り、判定結果が「いいえ」である場合、次のステップを実行するステップＳ８００と、
第２の解像度より高い第３の解像度を有する第３の印刷ヘッドによって製品の超低速印刷を実行するステップＳ９００とをさらに含む。
【００１３】
本発明の別の例示的な実施形態では、第１の印刷ヘッドのノズルの直径は、第２の印刷ヘッドのノズルの直径より大きく、第２の印刷ヘッドのノズルの直径は、第３の印刷ヘッドのノズルの直径より大きい。
【００１４】
本発明の別の例示的な実施形態では、第１の印刷ヘッドから放出される製品を形成するための材料の流量は、第２の印刷ヘッドから放出される製品を形成するための材料の流量より多く、第２の印刷ヘッドから放出される製品を形成するための材料の流量は、第３の印刷ヘッドから放出される製品を形成するための材料の流量より多い。
【００１５】
本発明の別の例示的な実施形態では、基板は、保持台上で保持され、保持台は、印刷ヘッドに対して、互いに直交する第１の方向、第２の方向、および第３の方向に可動であり、保持台は、印刷ヘッドに対して、第１の方向、第２の方向、および第３の方向のうちの少なくとも２つの方向の軸の周りで回転可能である。
【００１６】
本発明の別の例示的な実施形態では、基板は、保持台の上に位置する３Ｄスキャナによって走査され、保持台は、３Ｄスキャナに対して、第１の方向、第２の方向、および第３の方向のうちの少なくとも２つの方向の軸の周りで回転可能である。
【００１７】
本発明の別の例示的な実施形態では、３Ｄスキャナは、静止したままであり、または第１の方向、第２の方向、および第３の方向のうちの少なくとも２つの方向の軸の周りで回転可能である。
【００１８】
本発明の別の例示的な実施形態では、保持台は、第１の操作機構上に取り付けられ、第１の操作機構は、第１の方向、第２の方向、および第３の方向のうちの少なくとも２つの方向の軸の周りで保持台を回転させるように構成される。
【００１９】
本発明の別の例示的な実施形態では、印刷ヘッドは、第２の操作機構上に取り付けられ、第２の操作機構は、第１の方向、第２の方向、および第３の方向に印刷ヘッドを動かすように構成される。
【００２０】
本発明の別の例示的な実施形態では、第１の操作機構および第２の操作機構はそれぞれ、多自由度ロボットを含む。
【００２１】
本発明の別の例示的な実施形態では、第１の操作機構および第２の操作機構はそれぞれ、平面関節ロボット、６軸ロボット、直角座標ロボット、シリアルロボット、パラレルロボット、または複合ロボットを含む。
【００２２】
本発明の別の例示的な実施形態では、第１の操作機構は球形機構を含む。
【００２３】
本発明の別の例示的な実施形態では、保持台は、球形機構上に取り付けられ、保持台は、第１の方向の軸および第２の方向の軸の周りで回転可能である。
【００２４】
本発明の別の例示的な実施形態では、球形機構は、第１の方向の軸の周りで回転可能な出力シャフトを有する第１の回転駆動部と、第２の方向の軸の周りで回転可能な出力シャフトを有する第２の回転駆動部と、一方の端部が第１の回転駆動部の出力シャフトに連結された第１の１／４円形板と、一方の端部が保持台に旋回式に連結され、他方の端部が第１の１／４円形板の他方の端部に旋回式に連結された第２の１／４円形板と、一方の端部が第２の回転駆動部の出力シャフトに連結され、他方の端部が保持台に旋回式に連結された第３の１／４円形板とを備え、第１の１／４円形板および第２の円形板の旋回継手の旋回軸、第２の円形板および保持台の旋回継手の旋回軸、第３の円形板および保持台の旋回継手の旋回軸、第１の回転駆動部の出力シャフトの回転軸、ならびに第２の回転駆動部の出力シャフトの回転軸は、同じ１点に収束する。
【００２５】
本発明の別の例示的な実施形態では、同じ１点は、保持台の幾何学的中心点である。
【００２６】
本発明の別の例示的な実施形態では、第１の回転駆動部および第２の回転駆動部は、それぞれ台座上の第１の設置板および第２の設置板上に固定される。
【００２７】
本発明の別の例示的な実施形態では、印刷ヘッドから放出される製品を形成するための材料は、第２の操作機構上に取り付けられた材料供給デバイスから供給される。
【００２８】
本発明の別の例示的な実施形態では、印刷ヘッドから放出される製品を形成するための材料は、第２の操作機構から遠く離れた材料供給デバイスから供給される。
【００２９】
本発明の別の例示的な実施形態では、異なるサイズの印刷ヘッドを把持するように適合された把持部が、第２の操作機構上に設けられる。
【００３０】
本発明の別の例示的な実施形態では、基板の実際の３Ｄデジタルモデルおよび製品の理想的な３Ｄデジタルモデルは、ＣＡＤソフトウェアによって構築される。
【００３１】
実際の応用例では、製品の異なる部分の正確性要件は同じではなく、たとえば、概して、製品の露出した外側表面層のみを高解像度または超高解像度で印刷する必要があり、製品の内側部分は、高解像度で印刷する必要がない。異なる製品が異なる正確性要件を有することもあり、より低い正確性要件を有する製品の場合、高精度の印刷を使用する必要はない。
【００３２】
本発明の上記の様々な方法では、製品の印刷の初めに、低い解像度および精度を有する印刷ヘッドによって高速印刷を実行して、製品の印刷速度および効率を改善する。その後、高速印刷で印刷された製品の基板の正確性が所定の正確性要件に到達したかどうかを検出し、検出結果が「いいえ」である場合、高い解像度および精度を有する印刷ヘッドによって低速印刷を実行する。このようにして、製品の印刷プロセス全体にわたって高解像度または超高解像度を有する印刷ヘッドを低速または超低速で使用することを回避することができる。それによって、製品の印刷速度および効率が大幅に改善される。
【００３３】
さらに、本発明のいくつかの実施形態では、保持台は、印刷ヘッドに対して、互いに直交する第１の方向、第２の方向、および第３の方向に可動であり、保持台は、印刷ヘッドに対して、第１の方向、第２の方向、および第３の方向のうちの少なくとも２つの方向の軸の周りで回転可能である。その結果、印刷ヘッドは、保持台に対する印刷ヘッドの空間位置を調整することができるだけでなく、保持台に対する印刷ヘッドの角度も調整することができる。それによって、印刷ヘッドは、保持台に対して、３次元の平面または３次元の曲線に沿って動くことができ、複雑な３次元の平面または複雑な３次元の曲線を印刷することができる。
【００３４】
本発明の上記その他の特徴は、本発明の例示的な実施形態について添付の図面を参照して詳細に説明することによってより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の例示的な実施形態による３Ｄ印刷システムの例示的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本開示の例示的な実施形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。同様の参照番号は同様の要素を指す。しかし、本開示は、多くの異なる形態で実施することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、これらの実施形態は、本開示を徹底的かつ完全にするために提供され、本開示の概念を当業者に十分に伝えるものである。
【００３７】
以下の詳細な説明では、説明の目的で、開示する実施形態の徹底的な理解を提供するために、多数の具体的な詳細を述べる。しかし、これらの具体的な詳細がなくても１つまたは複数の実施形態を実施することができることが明らかであろう。他の例では、図面を簡略化するために、よく知られている構造およびデバイスは概略的に示す。
【００３８】
本発明の一般概念によれば、３Ｄ印刷システムによって製品を印刷する方法であって、
第１の解像度を有する第１の印刷ヘッドで高速印刷を実行して、製品の基板を印刷するステップＳ１００と、
高速印刷で印刷された基板を走査し、高速印刷で印刷された基板の実際の３Ｄデジタルモデルを構築するステップＳ２００と、
高速印刷で印刷された基板の実際の３Ｄデジタルモデルを、製品の事前に構築された理想的な３Ｄデジタルモデルと比較するステップＳ３００と、
ステップＳ３００の比較結果に基づいて、高速印刷で印刷された基板の実際の３Ｄデジタルモデルと製品の事前に構築された理想的な３Ｄデジタルモデルとの間の誤差が所定の値以下であるかどうかを判定し、判定結果が「はい」である場合、ステップＳ１００に戻り、判定結果が「いいえ」である場合、次のステップを実行するステップＳ４００と、
第１の解像度より高い第２の解像度を有する第２の印刷ヘッドによって製品の低速印刷を実行するステップＳ５００とを含む方法が提供される。
【００３９】
図１は、本発明の例示的な実施形態による３Ｄ印刷システムの例示的な斜視図である。
【００４０】
本発明の例示的な実施形態では、３Ｄ印刷システムが開示される。図１に示すように、３Ｄ印刷システムは主に、印刷ヘッド２００、保持台３００、第１の操作機構５００、第２の操作機構１００、および３Ｄスキャナ６００を備える。
【００４１】
図１に示すように、印刷される製品の基板４００が、保持台３００上で保持される。一実施形態では、保持台３００は、印刷ヘッド２００に対して、互いに直交する第１の方向Ｘ、第２の方向Ｙ、および第３の方向Ｚに可動である。保持台３００は、印刷ヘッド２００に対して、第１の方向Ｘ、第２の方向Ｙ、および第３の方向Ｚのうちの少なくとも２つの方向の軸の周りで回転可能である。
【００４２】
図１を参照すると、３Ｄスキャナ６００は、保持台３００の上に位置し、保持台３００は、３Ｄスキャナ６００に対して、第１の方向Ｘ、第２の方向Ｙ、および第３の方向Ｚのうちの少なくとも２つの方向の軸の周りで回転可能である。
【００４３】
図示の実施形態では、３Ｄスキャナ６００は静止したままである。しかし本発明はこれに限定されるものではなく、３Ｄスキャナ６００は、第１の方向Ｘ、第２の方向Ｙ、および第３の方向Ｚのうちの少なくとも１つの軸の周りで回転可能とすることができ、または第１の方向Ｘ、第２の方向Ｙ、および第３の方向Ｚのうちの少なくとも１つの方向に可動とすることができる。
【００４４】
一実施形態では、図１に示すように、第１の操作機構（後述）５００および第２の操作機構（またはロボットと呼ぶ）１００は、台座１０上に固定される。印刷ヘッド２００は、第２の操作機構１００のエンドアーム上に取り付けられる。保持台３００は、第１の操作機構５００上に取り付けられる。
【００４５】
一実施形態では、第２の操作機構１００は、少なくとも３自由度を有し、たとえば、第２の操作機構１００は、印刷ヘッド２００を第１の方向Ｘ、第２の方向Ｙ、および第３の方向Ｚに動かして、印刷ヘッドによって必要に応じて保持台３００上に製品を印刷することができる。
【００４６】
一実施形態では、図１に示すように、第１の方向Ｘおよび第２の方向Ｙは水平面を画定し、第３の方向Ｚは、水平面に直交する垂直方向である。
【００４７】
一実施形態では、第１の操作機構５００は、少なくとも２自由度を有することができ、たとえば、第１の操作機構５００は、少なくとも２つの方向の少なくとも２つの軸の周りで保持台３００を回転させることができ、したがって、保持台３００に対する印刷ヘッド２００の角度を調整することができる。このようにして、第１の操作機構５００および第２の操作機構１００を動作させることによって、保持台３００および／または保持台３００上の基板４００に対して、印刷ヘッド２００を３Ｄ表面または３Ｄ曲線に沿って動かすことができる。
【００４８】
一実施形態では、第２の操作機構１００は、少なくとも３自由度を有するロボットとすることができる。たとえば、第２の操作機構１００は、平面関節ロボット、６軸ロボット、直角座標ロボット、シリアルロボット、パラレルロボット、または複合ロボットを含むことができる。
【００４９】
一実施形態では、図１に示すように、第１の操作機構５００は球形機構を含む。保持台３００は、球形機構上に取り付けられる。球形機構は、３次元の回転機構であり、球形機構のすべての部材は、同じ１点の周りで回転可能である。
【００５０】
一実施形態では、図１に示すように、保持台３００は、第１の方向Ｘの軸および第２の方向Ｙの軸の周りで回転可能である。
【００５１】
図１を参照すると、一実施形態で、球形機構は主に、第１の回転駆動部５１０、第２の回転駆動部５２０、第１の１／４円形板５０１、第２の１／４円形板５０２、および第３の１／４円形板５０３を備える。図１に示すように、第１の回転駆動部５１０の出力シャフトは、第１の方向Ｘの軸の周りで回転可能である。第２の回転駆動部５２０の出力シャフトは、第２の方向Ｙの軸の周りで回転可能である。第１の１／４円形板５０１の一方の端部は、第１の回転駆動部５１０の出力シャフトに連結される。第２の１／４円形板５０２の一方の端部は、保持台３００に旋回式に連結され、第２の１／４円形板５０２の他方の端部は、第１の１／４円形板５０１の他方の端部に旋回式に連結される。第３の１／４円形板５０３の一方の端部は、第２の回転駆動部５２０の出力シャフトに連結され、第３の１／４円形板５０３の他方の端部は、保持台３００に旋回式に連結される。
【００５２】
図１に示すように、一実施形態では、第１の１／４円形板５０１および第２の円形板５０２の旋回継手の旋回軸、第２の円形板５０２および保持台３００の旋回継手の旋回軸、第３の円形板５０３および保持台３００の旋回継手の旋回軸、第１の回転駆動部５１０の出力シャフトの回転軸、ならびに第２の回転駆動部５２０の出力シャフトの回転軸は、同じ１点に収束する。たとえば、同じ１点は、保持台３００の幾何学的中心点である。
【００５３】
図１に示す実施形態では、球形機構は２自由度を有する。球形機構は、第１の方向Ｘの軸および第２の方向Ｙの軸の周りで保持台３００を回転させて、保持台３００の姿勢を変化させることができる。しかし本発明はこれに限定されるものではなく、球形機構は３自由度を有することもでき、すなわち球形機構は、第１の方向Ｘの軸、第２の方向Ｙの軸、および第３の方向Ｚの軸の周りで保持台３００を回転させることができ、それによって所定の動作空間内でより多くの自由度を得ることができる。
【００５４】
一実施形態では、図１に示すように、第１の回転駆動部５１０および第２の回転駆動部５２０は、それぞれ台座１０上に取り付けられた第１の垂直設置板１１および第２の垂直設置板１２上に固定される。
【００５５】
図１に示すように、一実施形態では、第１の回転駆動部５１０および第２の回転駆動部５２０はそれぞれ、モータを備えることができる。
【００５６】
第１の操作機構５００は、図１に示す球形機構に限定されるものではないことに留意されたい。第１の操作機構は、少なくとも２自由度を有するロボットを含むこともできる。
【００５７】
一実施形態では、印刷ヘッド２００から放出される製品を形成するための材料は、第２の操作機構１００が材料供給デバイスおよび材料供給デバイス内に収容された材料を保持することができる限り、第２の操作機構１００上に取り付けられた材料供給デバイスから供給される。
【００５８】
別の実施形態では、印刷ヘッド２００から放出される製品を形成するための材料は、第２の操作機構１００から遠く離れた材料供給デバイスから供給される。
【００５９】
図１に示す実施形態では、印刷ヘッド２００は、第２の操作機構１００によって動かされ、保持台３００は、第１の操作機構５００によって回転させられる。それによって、第１の操作機構５００および第２の操作機構１００を動作させることによって、保持台３００に対して印刷ヘッド２００を３Ｄ表面または３Ｄ曲線に沿って動かすことができる。
【００６０】
以下、本発明の例示的な実施形態による３Ｄ印刷システムによって製品を印刷する方法について、図１を参照して詳細に説明する。この方法は、
第１の解像度を有する第１の印刷ヘッド２０１で高速印刷を実行して、製品の基板４００を印刷するステップＳ１００と、
高速印刷で印刷された基板４００を走査し、高速印刷で印刷された基板４００の実際の３Ｄデジタルモデルを構築するステップＳ２００と、
高速印刷で印刷された基板４００の実際の３Ｄデジタルモデルを、製品の事前に構築された理想的な３Ｄデジタルモデルと比較するステップＳ３００と、
ステップＳ３００の比較結果に基づいて、高速印刷で印刷された基板４００の実際の３Ｄデジタルモデルと製品の事前に構築された理想的な３Ｄデジタルモデルとの間の誤差が所定の値以下であるかどうかを判定し、判定結果が「はい」である場合、ステップＳ１００に戻り、判定結果が「いいえ」である場合、次のステップを実行するステップＳ４００と、
第１の解像度より高い第２の解像度を有する第２の印刷ヘッド２０２によって製品の低速印刷を実行するステップＳ５００とを含むことができる。
【００６１】
本発明の一実施形態では、上記の方法は、
低速印刷で印刷された基板４００を走査し、低速印刷で印刷された基板４００の実際の３Ｄデジタルモデルを構築するステップＳ６００と、
低速印刷で印刷された基板４００の実際の３Ｄデジタルモデルを、製品の事前に構築された理想的な３Ｄデジタルモデルと比較するステップＳ７００と、
ステップＳ７００の比較結果に基づいて、低速印刷で印刷された基板４００の実際の３Ｄデジタルモデルと製品の事前に構築された理想的な３Ｄデジタルモデルとの間の誤差が所定の値以下であるかどうかを判定し、判定結果が「はい」である場合、ステップＳ５００に戻り、判定結果が「いいえ」である場合、次のステップを実行するステップＳ８００と、
第２の解像度より高い第３の解像度を有する第３の印刷ヘッド２０３によって製品の超低速印刷を実行するステップＳ９００とをさらに含むことができる。
【００６２】
上記の実施形態では、第１の印刷ヘッド２０１、第２の印刷ヘッド２０２、および第３の印刷ヘッド２０３の中で、第１の印刷ヘッド２０１が、最も低い解像度、最も低い印刷精度、および最も速い印刷速度（高速印刷と呼ぶ）を有し、第２の印刷ヘッド２０２が、中間の解像度、中間の印刷精度、および中間の印刷速度（低速印刷と呼ぶ）を有し、第３の印刷ヘッド２０３が、最も高い解像度、最も高い印刷精度、および最も低い印刷速度（超低速印刷と呼ぶ）を有する。
【００６３】
上記の実施形態では、異なる解像度を有する３種類の印刷ヘッドについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、必要な場合、異なる解像度を有する４種類以上の印刷ヘッドを使用することもできる。異なる印刷ヘッドは、異なる解像度で異なる印刷を実行するために使用されるだけでなく、異なる材料に対応するためにも使用される。この場合、３Ｄ印刷システムは、２段階射出成形プロセスで使用することができる。
【００６４】
上記の実施形態では、低い正確性を有する製品の場合、低解像度を有する第１の印刷ヘッド２０１のみを使用して、製品の印刷全体を高速で完了することができる。高い正確性を有する製品の場合、まず低解像度を有する第１の印刷ヘッド２０１を使用して、製品のうち低い精度要件を有する部分を高速で印刷することができ、次いで高解像度を有する第２の印刷ヘッド２０２および第３の印刷ヘッド２０３を使用して、製品の他の部分を高い精度要件で印刷することができる。このようにして、製品の印刷効率を大幅に増大させる。
【００６５】
上記の実施形態では、第１の印刷ヘッド２０１の解像度は、第２の印刷ヘッド２０２の解像度より低く、第２の印刷ヘッド２０２の解像度は、第３の印刷ヘッド２０３の解像度より低い。それによって、第１の印刷ヘッド２０１のノズルの直径は、第２の印刷ヘッド２０２のノズルの直径より大きく、第２の印刷ヘッド２０２のノズルの直径は、第３の印刷ヘッド２０３のノズルの直径より大きい。さらに、第１の印刷ヘッド２０１から放出される製品を形成するための材料の流量は、第２の印刷ヘッド２０２から放出される製品を形成するための材料の流量より多く、第２の印刷ヘッド２０２から放出される製品を形成するための材料の流量は、第３の印刷ヘッド２０３から放出される製品を形成するための材料の流量より多い。
【００６６】
図１に示すように、一実施形態では、第１の印刷ヘッド２０１、第２の印刷ヘッド２０２、および第３の印刷ヘッド２０３は、異なるサイズを有する。異なるサイズの印刷ヘッドを容易に交換するために、一実施形態では、異なるサイズの印刷ヘッド２０１、２０２、２０３を把持するように適合された把持部を、第２の操作機構１００上に設けることができる。
【００６７】
上記の実施形態では、基板４００の実際の３Ｄデジタルモデルおよび製品の理想的な３Ｄデジタルモデルは、コンピュータ援用設計および製造ソフトウェア、たとえばＣＡＤソフトウェアによって構築することができる。
【００６８】
上記の実施形態は限定ではなく例示を意図するものであることを、当業者には理解されたい。たとえば、当業者であれば、構成上または原理上矛盾することなく、上記の実施形態に多くの修正を加えることができ、異なる実施形態に記載した様々な特徴を互いに自由に組み合わせることができる。
【００６９】
いくつかの例示的な実施形態について図示および説明したが、本開示の原理および精神から逸脱することなく、これらの実施形態には様々な変更または修正を加えることができ、本開示の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物に定義されることが、当業者には理解されよう。
【００７０】
本明細書では、前に「ａ」または「ａｎ」という単語のつく単数形で記載した要素は、そのような除外を明示的に指示しない限り、前記要素またはステップの複数を除外するものではないことを理解されたい。さらに、本発明の「一実施形態」への言及は、やはり記載の特徴を組み込む追加の実施形態の存在を除外すると解釈されることを意図するものではない。さらに、逆の内容を明示的に指示しない限り、特定の特性を有する１つの要素または複数の要素を「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」実施形態は、その特性を有しない追加のそのような要素を含むこともできる。
【図１】
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