(57)【要約】本開示は、分注装置と、当該分注装置を含む３Ｄ印刷機器とを提供する。前記分注装置は、本体加熱器を持つ本体と、ヘッド部と、加熱装置とを備える。前記本体は長手軸を持つ流路を含み、前記本体加熱器は、前記流路の少なくとも一部において材料を流動可能な状態に加熱するために用いられる。前記ヘッド部は、前記流路の端部と接続し、前記流路と連通し、さらに、加熱された前記材料を吐出するための吐出口を含む。前記加熱装置は、前記ヘッド部を囲む周辺経路を含み、前記周辺経路により囲まれた領域を加熱する。【選択図】図１
2018012112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元印刷プロセスにおいて熱可塑性材料を分注するための分注装置であって、
長手軸を持つ流路を含む本体と、
前記流路の少なくとも一部において前記材料を流動可能な状態に加熱するための本体加熱器と、
前記流路の端部と接続するヘッド部であって、前記流路と連通し、且つ、加熱された前記材料を吐出する吐出口を持つ前記ヘッド部と、
前記ヘッド部を囲む周辺経路を含む加熱装置であって、前記周辺経路により囲まれた領域を加熱する前記加熱装置と、
を備える分注装置。
【請求項２】
前記加熱装置は、前記本体の下方にあり、且つ、前記ヘッド部及び前記本体加熱器から離間されている、請求項１に記載の分注装置。
【請求項３】
前記加熱装置は、前記分注装置に着脱可能に取り付けられている、請求項１に記載の分注装置。
【請求項４】
前記加熱装置の前記周辺経路は、長軸と、前記長軸に垂直な短軸とを持つ形状を有し、前記長軸に沿った前記加熱装置の一方の側は、前記長軸に沿った前記加熱装置の他方の側に比べて、前記ヘッド部に近い、請求項１に記載の分注装置。
【請求項５】
前記加熱装置は、前記周辺経路に沿った少なくとも２つのセグメントを備え、前記少なくとも２つのセグメントは、個別に制御され、それぞれ加熱エネルギを供給する、請求項１に記載の分注装置。
【請求項６】
前記加熱装置は、前記長手軸に沿って上部分及び下部分を有し、前記上部分及び前記下部分は、個別に制御され、それぞれ加熱エネルギを供給する、請求項１に記載の分注装置。
【請求項７】
前記加熱装置は、前記ヘッド部を囲む内側部と、前記内側部を囲む外側部とを有し、前記内側部及び前記外側部は、個別に制御され、それぞれ加熱エネルギを供給する、請求項１に記載の分注装置。
【請求項８】
前記加熱装置の熱源は、ハロゲン光管、赤外光管、遠赤外光管、石英加熱管、超音波加熱源、マイクロ波加熱源、抵抗発熱板、アークランプ管、キセノン光管、及び、レーザ加熱源の少なくとも１つから選択される、請求項１に記載の分注装置。
【請求項９】
基板を支持するテーブルと、
前記基板上に３次元物体を印刷するように熱可塑性材料を分注するための分注装置であって、長手軸を持つ流路を含む本体と、前記流路の少なくとも一部において前記材料を流動可能な状態に加熱するための本体加熱器と、前記流路の端部と接続するヘッド部であって、前記流路と連通し、且つ、加熱された前記材料を吐出する吐出口を持つ前記ヘッド部と、前記ヘッド部を囲む周辺経路を含む加熱装置であって、前記周辺経路により囲まれた領域を加熱する前記加熱装置と、を備える前記分注装置と、
前記基板に対して前記分注装置の位置を変化させるための３次元変位機構と、
を備える、
３次元印刷機器。
【請求項１０】
前記加熱装置は、前記本体の下方にあり、且つ、前記ヘッド部及び前記本体加熱器から離間されている、請求項９に記載の３次元印刷機器。
【請求項１１】
前記加熱装置は、前記分注装置に着脱可能に取り付けられている、請求項９に記載の３次元印刷機器。
【請求項１２】
前記加熱装置の前記周辺経路は、長軸と、前記長軸に垂直な短軸とを持つ形状を有し、前記長軸に沿った前記加熱装置の一方の側は、前記長軸に沿った前記加熱装置の他方の側に比べて、前記ヘッド部に近い、請求項９に記載の３次元印刷機器。
【請求項１３】
前記加熱装置は、前記周辺経路に沿った少なくとも２つのセグメントを備え、前記少なくとも２つのセグメントは、個別に制御され、それぞれ加熱エネルギを供給する、請求項９に記載の３次元印刷機器。
【請求項１４】
前記加熱装置は、前記長手軸に沿って上部分及び下部分を有し、前記上部分及び前記下部分は、個別に制御され、それぞれ加熱エネルギを供給する、請求項９に記載の３次元印刷機器。
【請求項１５】
前記加熱装置は、前記ヘッド部を囲む内側部と、前記内側部を囲む外側部とを有し、前記内側部及び前記外側部は、個別に制御され、それぞれ加熱エネルギを供給する、請求項９に記載の３次元印刷機器。
【請求項１６】
前記加熱装置の熱源は、ハロゲン光管、赤外光管、遠赤外光管、石英加熱管、超音波加熱源、マイクロ波加熱源、抵抗発熱板、アークランプ管、キセノン光管、及び、レーザ加熱源の少なくとも１つから選択される、請求項９に記載の３次元印刷機器。
【請求項１７】
分注装置により３次元物体を印刷する方法であって、前記分注装置は、流路を持つ本体と、本体加熱器と、前記流路の端部と接続するヘッド部と、加熱装置とを含み、前記方法は、以下のステップ、
前記加熱装置を制御して、基板の上方の領域を加熱し、前記加熱装置は、前記ヘッド部及び前記領域を囲む周辺経路を含み、
材料を前記本体の前記流路内へ供給し、
前記本体加熱器により、前記本体の部分内の前記材料を流動可能な状態に加熱し、
前記ヘッド部の吐出口から加熱された前記材料を吐出し、
前記加熱装置により、加熱された前記領域内の前記基板の上方の堆積エリアの上へ吐出された前記材料を分注する、
を備える方法。
【請求項１８】
前記加熱装置は、前記周辺経路に沿った少なくとも２つのセグメントを備え、前記加熱装置の制御は、前記セグメントをそれぞれ制御して第１の加熱エネルギと第２の加熱エネルギとを供給することを含み、前記材料と前記第１の加熱エネルギによって加熱された第１の領域内の前記堆積エリアとの間の結合が、前記材料と前記第２の加熱エネルギによって加熱された第２の領域内の前記堆積エリアとの間の結合に比べて弱くなるように、前記第１の加熱エネルギは前記第２の加熱エネルギに比べて低い、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記加熱装置は、前記本体の長手軸に沿って上部分及び下部分を有し、前記加熱装置の制御は、吐出された前記材料を加熱するように前記上部分を制御し、前記堆積エリアを加熱するように前記下部分を制御することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記加熱装置は、前記ヘッド部を囲む内側部と、前記内側部を囲む外側部とを有し、前記加熱装置の制御は、前記ヘッド部を加熱するように前記内側部を制御し、前記内側部と前記外側部との間の前記堆積エリアを加熱するように前記外側部を制御することを含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は３次元（３Ｄ）印刷機器（３−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ  ａｐｐａｒａｔｕｓ）に関するものであり、詳細には、分注装置（ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）から吐出（ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）された材料と、分注された材料と結合（ｂｏｎｄ）することとなる堆積領域（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｒｅｇｉｏｎ）との間に適切な結合を得るための局所的な加熱装置を有する３Ｄ印刷機器の分注装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
技術の進歩に従い、ラピッドプロトタイプ法については、様々な形状を持つ３Ｄ物体を製造するために開発が進められている。これらの技術は、プロトタイプモデルの製造のための時間を短くし、労力及びプロセスに含まれる時間を相当に減らす。従来のラピッドプロトタイプ法においては、熱溶解積層法（ＦＤＭ）については、習得が比較的に容易である。ＦＤＭ法は、以下のプロセスの連続した繰り返しであり：本体内の材料が流動可能になるように当該材料を加熱し；加熱された材料を分注ヘッド（ｄｉｓｐａｎｓｅ  ｈｅａｄ）の開口部を介して基板上の堆積領域上へ吐出し；吐出された材料を堆積し、冷却し、硬化する。次いで、上述したような複数層の印刷の後に、３Ｄ物体は製造される。【０００３】
従来のＦＤＭ法においては、印刷ヘッド（ｐｒｉｎｔｉｎｇ  ｈｅａｄ）から吐出され、堆積領域上に堆積された材料の温度は、急激に低下する。ときには、印刷ヘッドから吐出された材料は堆積された材料と十分に結合することができないことがあり、もしくは、共に結合している場合であっても、印刷された３Ｄ物体の中に望まない熱応力が残存することがある。加えて、材料が分注ヘッドの流路（ｐａｓｓａｇｅ）にこびりつき、よって材料の供給又は吐出を妨げることもある。上述したように、従来のＦＤＭ法は３Ｄモデルを製造するために一般的に十分なものであっても、本発明者らはすべての点において満足していなかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術の欠点を鑑みて、本開示は、３Ｄ印刷プロセスにおいて熱可塑性材料を分注するための分注装置、３Ｄ印刷機器、及び３Ｄ物体の印刷方法を提供する。【０００５】
本開示の実施形態に係る分注装置は、本体加熱器（ｍａｉｎ  ｂｏｄｙ  ｈｅａｔｅｒ）を持つ本体と、ヘッド部と、加熱装置とを備える。本体は長手軸（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ａｘｉｓ）を持つ流路を含み、本体加熱器は、流路の少なくとも一部において材料を流動可能な状態に加熱するために用いられる。ヘッド部は、流路の端部と接続（ｃｏｎｎｅｃｔ）し、流路と連通（ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｅ）し、さらに、加熱された材料を吐出するための吐出口（ｏｕｔｌｅｔ）を含む。加熱装置は、ヘッド部を囲む周辺経路（ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  ｐａｔｈ）を含み、周辺経路により囲まれた領域を加熱する。【０００６】
ある観点においては、加熱装置は、本体の下方にあり、且つ、ヘッド部及び本体加熱器から離間（ｓｐａｃｅ）されている。【０００７】
他の観点においては、熱可塑性材料は可燃性である。【０００８】
他の観点においては、加熱装置の周辺経路は、長軸（ｌｏｎｇ  ａｘｉｓ）と、長軸に垂直な短軸（ｓｈｏｒｔ  ａｘｉｓ）とを持つ形状を有し、長軸に沿った加熱装置の一方の側は、長軸に沿った加熱装置の他方の側に比べて、ヘッド部に近い。【０００９】
他の観点においては、加熱装置は、周辺経路に沿った少なくとも２つのセグメントを備え、少なくとも２つのセグメントは、個別に制御され、それぞれ加熱エネルギを供給する。【００１０】
他の観点においては、加熱装置は、本体の長手軸に沿って上部分及び下部分を有し、上部分及び下部分は、個別に制御され、それぞれ加熱エネルギを供給する。【００１１】
他の観点においては、加熱装置は、前記ヘッド部を囲む内側部と、内側部を囲む外側部とを有し、内側部及び外側部は、個別に制御され、それぞれ加熱エネルギを供給する。【００１２】
他の観点においては、加熱装置の熱源は、ハロゲン光管（ｈａｌｏｇｅｎ  ｌｉｇｈｔ  ｔｕｂｅ）、赤外光管（ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｌｉｇｈｔ  ｔｕｂｅ）、遠赤外光管（ｆａｒ−ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｌｉｇｈｔ  ｔｕｂｅ）、石英加熱管（ｑｕａｒｔｚ  ｈｅａｔｉｎｇ  ｔｕｂｅ）、超音波加熱源（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  ｈｅａｔｉｎｇ  ｓｏｕｒｃｅ）、マイクロ波加熱源（ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ｈｅａｔｉｎｇ  ｓｏｕｒｃｅ）、抵抗発熱板（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｈｅａｔｉｎｇ  ｐｌａｔｅ）、アークランプ管（ａｒｃ  ｌａｍｐ  ｔｕｂｅ）、キセノン光管（ｘｅｎｏｎ  ｌｉｇｈｔ  ｔｕｂｅ）、及び、レーザ加熱源（ｌａｓｅｒ  ｈｅａｔｉｎｇ  ｓｏｕｒｃｅ）の少なくとも１つから選択される。【００１３】
本開示の実施形態に係る３Ｄ印刷機器は、基板を支持するテーブルと、本開示に係る分注装置と、３次元変位機構（３−ｄｉｍｅｎｔｉｏｎａｌ  ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）とを備える。３Ｄ印刷機器は、分注装置によって３次元物体を印刷するように基板上に熱可塑性材料を分注するために用いられる。【００１４】
本開示の実施形態に係る分注装置による３Ｄ物体の印刷方法は、加熱装置を制御して、基板の上方の領域を加熱し；材料を本体の流路内へ供給し；本体加熱器により、本体の部分内の材料を流動可能な状態に加熱し；ヘッド部の吐出口から加熱された材料を吐出し；加熱装置により加熱された領域内の基板の上へ吐出された材料を分注する、ことを含む。【００１５】
ある観点においては、方法は、少なくとも、加熱装置のセグメントの少なくとも２つをそれぞれ制御して、第１の加熱エネルギと第２の加熱エネルギとを供給することを含む。これらセグメントは、加熱装置の周辺経路に沿って配置されている。第１の加熱エネルギは、第２の加熱エネルギに比べて低い。従って、材料と第１の加熱エネルギによって加熱された第１の領域内の堆積エリア（ｄｅｐｏｔｉｏｎ  ａｒｅａ）との間の結合は、材料と第２の加熱エネルギによって加熱された第２の領域内の堆積エリアとの間の結合に比べて弱い。【００１６】
他の観点においては、方法は、加熱装置の上部分及び下部分を個別に制御して、吐出された材料と堆積エリアとをそれぞれ加熱することを含む。上部分及び下部分は、本体の長手軸に沿って配置される。【００１７】
他の観点においては、方法は、加熱装置の内側部及び外側部を個別に制御して、ヘッド部と、内側部と外側部との間の堆積エリアとをそれぞれ加熱することを含む。内側部はヘッド部を囲み、外側部は内側部を囲む。【００１８】
本開示により、分注装置から吐出された材料は、堆積エリアとの結合のための適切な温度に維持されることができ、材料が加熱装置の流路内にこびりつく（ｓｔｉｃｋ）ことを避けることができる。一方、堆積エリアは、吐出された材料との結合のために適切な温度に予備加熱（ｐｒｅ−ｈｅａｔ）されることができる。従って、強い結合と、印刷された３Ｄ物体の堅固な構造とを得ることができる。なお、加熱装置は、加熱装置の周辺経路、本体の長軸、又は、ヘッド部に対する径方向に沿って、異なる加熱エネルギを供給することができる。その結果、堆積エリア及び吐出された材料の温度は、３Ｄ印刷のオペレーションにおける求めに応じて個別に制御される。さらに、加熱装置は局所的な領域のみを加熱するために用いられることから、分注装置は、非常に低い装置コスト及びエネルギ消費を伴う本開示の顕著な効果を得ることができる。加えて、加熱装置と本体との間が独立しているため、本開示の加熱装置は、異なる分注装置に容易に適用することができる。【００１９】
上述の概要は、開示された本発明の各実施形態及び全ての実施例を説明するものではない。図及び以下の詳細な説明は、特に具体的な実施形態を例示するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本開示の観点は、添付した図１〜１５を参照して以下の詳細な説明から良く理解される。ただし、様々な形態は、工業的のおける標準的な実施に従って一定の比率により示されていない。実際には、様々な形態の寸法は、議論を明確にするために恣意的に拡大され縮小されることができる。【００２１】
【図１】図１は、本開示の実施形態に係る分注装置の斜視図である。
【図２】図２は、本開示の実施形態に係る分注装置の分解図である。
【図３】図３は、本開示の実施形態に係る分注装置の側面図である。
【図４】図４は、本開示の実施形態に係る分注装置の下面図である。
【図５】図５は、本開示の他の実施形態に係る分注装置の斜視図である。
【図６】図６は、図５に示される分注装置の側面図である。
【図７】図７は、図５に示される分注装置の下面図である。
【図８】図８は、本開示の更なる他の実施形態に係る分注装置の斜視図である。
【図９】図９は、本開示の更なる他の実施形態に係る分注装置の斜視図である。
【図１０】図１０は、図９に示される分注装置の側面図である。
【図１１】図１１は、本開示の更なる他の実施形態に係る分注装置の斜視図である。
【図１２】図１２は、本開示の更なる他の実施形態に係る分注装置の斜視図である。
【図１３】図１３は、図１２に示される分注装置の下面図である。
【図１４】図１４は、本開示の実施形態に係る３Ｄ印刷機器を示す。
【図１５】図１５は、本開示の実施形態に係る３Ｄ物体の印刷方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下の開示においては、添付の図面は参照され得る。本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく、他の実施形態を想到し、創作することができることが理解される。以下の詳細な説明は、以下の説明により本発明を限定するのではなく、発明をよりよく説明するためのものである。開示された実施形態の代替例又は修正例、本明細書に開示された原理の更なる適用は、関連する技術における当業者によって通常なし得ることが予期される。加えて、本開示は、様々な例において参照符号及び又は参照文字を繰り返す。この繰り返しは、簡潔に、且つ、明確にすることを目的とし、様々な実施形態、及び／又は、議論された構成の間の関係自体を規定するものではない。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係る３Ｄ印刷機器の分注装置１００を示す斜視図である。図２は、図１の分注装置１００の分解図を示す。分注装置１００は、本体１１０と、３Ｄ物体を形成するために用いられる材料を吐出するためのヘッド部１３０と、加熱装置１２０とを備える。本体１１０は、長手軸（「Ｏ」によって示される）を持つ流路１１１と、流路の少なくとも一部において熱可塑性材料を流動可能状態に加熱するための本体加熱器（図示省略）とを含む。加熱装置１２０は、材料が分注され、且つ、堆積される領域を予備加熱することができ、ヘッド部１３０から吐出された材料の温度低下を遅くすることができる。
【００２４】
図１及び図２に示すように、吐出口１３１が本体１１０の流路１１１と連通するように、首１４０は、ヘッド部１３０と本体１１０との間に位置する。首１４０は、ヘッド部１３０と本体１１０との間の接続として機能する。好ましくは、材料供給における抵抗を減らし、加熱装置の流路１１１に材料がこびりつくことを避けるために、首１４０は、テフロン（登録商標）等のような非付着性材料から形成される、もしくは、当該非付着性材料によって覆われている。本開示のヘッド部は、図に示されるような首を持たない本体と接続されることもできる。
【００２５】
図３は、３Ｄ印刷のオペレーションの間の分注装置１００の側面図を示し、図４は、分注装置１００の下面図を示す。加熱装置１２０は、加熱装置１２０の周辺経路により囲まれた領域と当該領域の下方の空間とを加熱するために、本体１１０の下方に位置する周辺経路を持つ。図３及び図４に示される実施形態においては、加熱装置１２０の周辺経路（例えば、ハッチング部）は環状である。しかしながら、本開示の周辺経路は、異なる形状を持つように設計されることができる。加えて、ヘッド部１３０の吐出口１３１が基板１６１の堆積エリアと十分に近接して位置するように、加熱装置１２０の下面１２１は、ヘッド部１３０の吐出口１３１と面一である。
【００２６】
本開示の堆積エリアは、材料が堆積される領域を示すものとして用いられる。図３に示すように、堆積エリアは、基板１６１の最表面である。本開示の堆積エリアは、予め堆積され、硬化された材料、又は、分注された材料が硬化する前に構造を支持するために３Ｄ印刷において通常用いられる支持材料の表面を示す。
【００２７】
好ましい実施形態においては、加熱装置１２０は、主に放射によって加熱エネルギを供給する熱源を持つ。このような熱源の例としては、ハロゲン光管、赤外光管、遠赤外光管、石英加熱管、超音波源、マイクロ波加熱源、抵抗発熱板、アークランプ管、キセノン光管、及び、レーザ加熱源が含まれる。放射を介して、加熱エネルギは、素早く、よって効率的に、加熱装置１２０から加熱装置に囲まれた領域及び当該領域の下方の空間に伝達する。
【００２８】
図１５及び図３を参照して、本開示の分注装置を持つ３Ｄ印刷のオペレーションの実施形態を以下に説明する。ステップＳ０１において、加熱装置１２０は、加熱装置１２０に囲まれた領域及び基板１６１の上方の空間１６３に加熱エネルギを供給するように制御される。従って、領域及び空間１６３は、基板１６１（堆積エリア）と、以下に説明する分注装置１００から吐出された材料との間に適切な結合を得ることができるような好ましい温度に加熱される。ステップＳ０２において、例えば固体繊維（ｓｏｌｉｄ  ｆｉｌａｍｅｎｔ）を形成し、印刷されることとなる熱可塑性材料は、分注装置１００の流路１１１内へ供給される。次いで、ステップＳ０３において、本体加熱器は、流路１１１の部分内の熱可塑性材料を加熱する。熱可塑性材料は、流動可能な状態に加熱され、ヘッド部１３０に輸送される。加熱された材料は、ステップＳ０４において、ヘッド部１３０の吐出口１３１を介して吐出される。ステップＳ０５においては、ステップＳ０４において説明した吐出された材料（例えば、分注されることとなる材料）は、ステップＳ０１で説明した加熱装置１２０によって予め加熱された空間１６３内の基板１６１（堆積エリア）上へと分注される。上述した３Ｄ印刷のオペレーションは、分注される材料１６２の予備加熱と、３Ｄ物体を構成するために、少なくとも部分的に本体１１０中で加熱された材料を一層ずつ分注することとを連続的に繰りかえす。
【００２９】
加熱装置１２０は、本体１１０により加熱され、加熱装置１２０により囲まれた領域又は当該領域の下方の空間１６３へ流れる材料を適切な温度に維持し、且つ、材料が、ヘッド部１３０内へ供給され、ヘッド部１３０の吐出口１３１から吐出され、基板１６１上へと分注される際に、材料を流動可能な状態に維持することを促進する。一方、基板１６１、又は、基板１６１上の分注された材料１６２は、加熱装置１２０により予備加熱されることができる。その結果、分注されることとなる材料と、分注された材料１６２又は基板１６１とが、良好に結合し、且つ、それらの間の熱応力を減少させることができるように、分注されることとなる材料の温度、及び、分注された材料１６２の温度、もしくは、基板１６１の温度は、互いに同様に維持される。
【００３０】
図１５にステップＳ０１から始まる連続的な順序のプロセスが示されているが、本開示はこのように限定されるものではない。むしろ、当業者は、ステップＳ０２からステップＳ０５までのいくつかのステップと同時に、ステップＳ０１を実施することができることを明確に理解することができる。例えば、材料が本体１１０の流路内に供給され（Ｓ０２）、材料が本体加熱器により加熱され（Ｓ０３）、材料が吐出口１３１を介して吐出され（Ｓ０４）、及び／又は、材料が分注されている限りにおいて基板１６１上へ又は分注された材料１６２上へ堆積されることと同時に、加熱装置１２０は、加熱装置に囲まれた領域を加熱するように制御され（Ｓ０１）、加熱装置により囲まれた領域及び当該領域の下方の空間１６３は、結合するための適切な温度に維持されることができる。
【００３１】
上述の観点においては、本開示の分注装置は有益であり、しかしながら限定されることなく、ポリカーボネイト（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ポリエーテルイミド（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｉｍｉｄｅ）、ポリスルホン（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ）、ポリエーテルスルホン（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ）、アモルファス  ポリアミド（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｐｏｌｙａｍｉｄｅｓ）等のような可燃性材料を用いた３Ｄ物体の印刷において用いることができる。基板上に堆積された可燃性の材料の温度は一般的に急速に下がるため、従来技術においては、結合効果（ｂｏｎｄｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ）の最適化が難しい。加熱装置１２０により、本開示は、３Ｄ印刷プロセス中で分注された可燃性材料の層の間の結合効果の最適化の難しさという問題を解決する。
【００３２】
図２及び図３に示される、他の好ましい実施形態は、加熱装置１２０と本体１１０との間にばね１５０を配置する。ばね１５０は、衝撃吸収体として機能し、分注装置が基板に対して移動する際に、分注装置１００が堆積エリア又は周囲の部品にダメージを生じさせることを避ける。ばね１５０は加熱装置１２０及び本体１１０と接続しているが、加熱装置１２０は、本体１１０から実質的に分離し、且つ、離間する。すなわち、加熱装置１２０及び本体１１０の加熱エネルギは、実質的に互いに影響しない。
【００３３】
ばね１５０が設けられた本実施形態においては、加熱装置が本体１１０から分離され、且つ、離間されている限り、加熱装置１２０は、他の接続要素を用いて、本体１１０又は３Ｄ印刷機器の他の部品に二者択一的に接続されることができる。加熱装置が本体から分離され、且つ、離間されていることに起因して、加熱装置及び本体の加熱エネルギは、実質的に互いに影響しない。その結果、上述した加熱装置により供給された加熱エネルギと、本体加熱器により供給された加熱エネルギとは、異なる要求を満足するように個別に制御される。
【００３４】
加熱装置１２０は、組み立てられた後に、分注装置１００から容易に着脱することは可能（ｄｅｔａｃｈａｂｌｅ）ではないが、代わりに、加熱装置１２０は、分注装置１００から切り離すことが可能（ｓｅｐａｒａｂｌｅ）である。例えば、加熱装置１２０から取り外すことが容易ではない溶接又は接着によって、加熱装置１２０は分注装置１００に固定されて接続されることができる。一方、クランプホルダ（ｃｌａｍｐｉｎｇ  ｈｏｌｄｅｒ）のような、適切な締め付け手段を介して、加熱装置１２０は、本体１１０又は分注装置１００の他の要素と着脱可能に取り付けられる。この場合、加熱装置１２０は、必要に応じて、異なる分注装置に容易に取り付けられ、外されることができる。
【００３５】
図５〜図７は、他の好ましい実施形態を示し、それぞれ、斜視図、側面図、下面図により分注装置２００を示す。分注装置２００は、ヘッド部２３０を囲む楕円形の周辺経路を持つ加熱装置２２０を有する。楕円形の周辺経路は、長軸（Ａ）及び当該長軸に垂直な短軸（Ｂ）と有する。長軸（Ａ）に沿って加熱装置２２０の一方の端２２２は、他方の端２２３に比べてヘッド部２３０に近い。
【００３６】
この実施形態においては、加熱装置２２０の周辺経路により囲まれた領域は、ヘッド部２３０よりも大きい。従って、図６に示すように、分注された材料２６２の広いエリア（堆積エリア）は、加熱装置２２０により予備加熱することができる。この場合、ヘッド部２３０が、図６の右へ移動し、予備加熱された堆積エリアに到達する前に、分注された材料２６２は、適切な温度にまで十分に予備加熱されることができる。
【００３７】
図８は、分注装置３００の他の実施形態の斜視図を示す。加熱装置３２０は、加熱装置３２０がオーバーヒートすることを避けるよう加熱装置３２０を冷却するために、加熱装置３２０の外表面の上に配置された複数のフィン３２２を有する。一方、本体３１０は、本体３１０の外表面上に複数のフィン３１２とファン３１３とを有し、ファン３１３は、フィン３１２と連結（ｃｏｕｐｌｅ）されるように設置され、熱放散（ｈｅａｔ  ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ）を行うことができる。加熱装置３２０の熱放散部品（フィン３２２）が、本体３１０の熱放散部品（フィン３１２及びファン３１３）から切り離され、且つ、分離されていることから、加熱装置３２０による熱拡散は、本体３１０に悪影響を与えることはない。同様に、加熱装置は、本体加熱器から離間し、且つ、分離されており、加熱装置により生成された熱は、本体に悪影響を与えることはない。一方、加熱装置の熱拡散部品が本体のヘッド部と連結している場合には、ヘッド部内の材料が、硬化し、ヘッド部内にこびりつくといった望まない状態が生じることとなる。加えて、加熱装置３２０によって供給された加熱エネルギが本体３１０に伝達された場合には、固体材料が本体加熱器により加熱される部分に到達する前に、本体３１０内の固体材料は、流動可能な状態に加熱され、悪影響を受けることとなる。従って、熱生成部品を分離し、且つ、離間し、及び、熱拡散部品を分離し、且つ、離間することによって、局所的な領域の温度制御における良好な制御性及び高い精度を確立することができる。
【００３８】
図９及び図１０は、他の実施形態を示し、それぞれ、分注装置４００の斜視図及び側面図を示す。分注装置の加熱装置４２０は、加熱装置４２０の周辺経路に沿って配置された４つのセグメント４２０Ａ−４２０Ｄを備える。４つのセグメント４２０Ａ−４２０Ｄは、個別に制御され、それぞれ加熱エネルギを供給する。例えば、セグメント４２０Ａ及び４２０Ｄは、セグメント４２０Ｂ及びセグメント４２０Ｃにより供給される加熱エネルギに比べて低い加熱エネルギを供給するように制御されることができる。その結果、加熱装置４２０は、一方の側（セグメント４２０Ｂ及び４２０Ｃ）において高い加熱エネルギを生成し、他方の側（セグメント４２０Ａ及び４２０Ｄ）において低い加熱エネルギを生成する。
【００３９】
図９及び図１０に示される加熱装置４２０のこのような配置は、３Ｄ物体の印刷において異なる結合力（ｂｏｎｄｉｎｇ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ）が要求される際に有利である。詳細には、しばしば分注された材料の部分が、構造を補強する、及び／又は、製造を実施するための支持部を形成する。分注された材料が、硬化し、当該構造を支えることができ、且つ、支持部の除去を実施することができる程度に十分に堅牢になった後に、支持部は通常除去される。従って、支持部において、もしくは、支持部と他の分注された材料との間の境界において、相対的に低い結合力を持つことは有意である。しかしながら、強い結合は、堅牢な３Ｄ物体を達成するために、分注された材料の異なる層の間で常に必要とされる。この場合、図１０の分注装置４００が、印刷プロセスの間に維持される支持部４６３と分注された材料４６２との間の境界に沿って移動することから、セグメント４２０Ａ及びセグメント４２０Ｄ（図１０中の左側のセグメント）は、セグメント４２０Ｂ及びセグメント４２０Ｃ（図１０中の右側のセグメント）により供給される加熱エネルギに比べて低い加熱エネルギを供給するように制御される。その結果、支持部４６３は、分注された材料と相対的に弱い結合を形成するための相対的に低い温度に常に維持される。一方、３Ｄ物体において維持される分注された材料４６２は、強い結合を持つ３Ｄ物体の堅牢な構造を獲得することができるように相対的に高い温度に常に維持される。この場合、支持部４６３は、３Ｄ印刷プロセス後に、３Ｄ物体から容易に切り離すことが可能となる。支持部４６３と分注された材料４６２との間の境界に沿うような分注装置４００の移動方向が上述されているが、分注装置４００は、３Ｄ物体の要求及び設計に応じて他の方向に移動するように制御されることもでき、セグメント４２０Ａ−４２０Ｄは、分注された材料と支持部４６３との間に相対的に弱い結合と、分注された材料の異なる層の間に強い結合とを得るように制御されることもできる。
【００４０】
図１１は、分注装置５００の他の実施形態の斜視図を示す。分注装置５００の加熱装置５２０は、上部分５２１と、上部分５２１の下方の下部分５２２とを有する。上部分５２１及び下部分５２２は、長手軸（Ｏ）に沿って配置される。上部分５２１及び下部分５２２は、個別に制御され、それぞれ加熱エネルギを供給する。従って、上部分５２１及び下部分５２２によりそれぞれ囲まれた２つの部分は、３Ｄ印刷のオペレーションの間、実際の要求の応じて異なる温度に維持されることができる。例えば、上部分５２１は、ヘッド部１３０又は首１４０内の材料から水分を除去するような低い加熱エネルギを供給するように制御され、下部分５２２は、分注された材料の流動性を促進させるような高い加熱エネルギを供給するように制御されることができる。このようにして、高い温度が材料に悪影響を与えることがないように、材料は、短い時間にのみ高い温度に維持される。
【００４１】
図１２及び図１３においては、分注装置６００の他の実施形態が与えられる。分注装置６００の加熱装置６２０は、ヘッド部６３０を囲む内側部６２１と、内側部６２１を囲む外側部６２２とを含む。内側部６２１及び外側部６２２は、個別に制御され、それぞれ加熱エネルギを供給する。例えば、内側部６２１は、ヘッド部６３０内の材料が流動可能に維持されるように高いエネルギを供給するように制御されることができ、外側部６２２は、分注された材料との結合に適切な温度に堆積エリアが維持されるように低い加熱エネルギを供給するように制御されることができる。この場合、堆積エリアの材料は、長い時間、高い温度に維持されることを必要としていない。
【００４２】
図１４は、本開示に係る３Ｄ印刷機器の実施形態を示す。３Ｄ印刷機器は、本開示の分注装置１１００と、テーブル１２００と、基板１３００と、３Ｄ変位機構（３Ｄ  ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）１４００とを含む。分注装置１１００は、基板１３００上に３Ｄモデルを印刷するようにオペレーションされる。基板１３００は、テーブル１２００により支持され、且つ、移動する。３Ｄ変位機構は、Ｘ変位ユニット１４０３と、Ｙ変位ユニット１４０１と、Ｚ変位ユニット１４０２とを含む。Ｘ変位ユニット１４０３は、Ｘ方向にテーブル１２００と基板１３００とを移動させる輸送機械（ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）を含む。Ｙ変位ユニット１４０１は、Ｙ方向にＹ方向レール１４０５に沿って分注装置１１００を運び、且つ、移動させるために用いられる。Ｚ変位ユニット１４０２は、Ｚ方向にＺ方向レール１４０４に沿ってＹ方向レール１４０５を運び、且つ、移動させるために用いられる。３Ｄ変位機構１４００により、材料を所望の各位置に吐出することができ、さらに、基板１３００の上方の特定の堆積エリア上へ分注するように、基板１３００に対する分注装置１１００の位置を変化させることができる。
【００４３】
上述によれば、本開示は、熱可塑性材料を分注し、３Ｄ物体を印刷するための分注装置を提供する。分注装置は、本体加熱器を持つ本体と、ヘッド部と、ヘッド部を囲む周辺経路を持つ加熱装置とを含む。加熱装置は、本体の下方に配置され、ヘッド部及び本体加熱器から離間される。従って、加熱装置及び本体加熱器は、互いに悪影響を与えることなく、個別に制御されて、それぞれ加熱エネルギを供給することができる。加熱装置により、ヘッド部により吐出された材料及び堆積エリアの温度は、３Ｄ物体の印刷における要求に応じて適切な結合を得るように、個別に制御される。加えて、加熱装置は、材料が本体の流路にこびりつくことを避けることができるように形成される。さらに、本開示の実施形態に係る加熱装置を、本体の下方に位置させ、且つ、ヘッド部を囲むようにすることにより、このような局所的な加熱を行う加熱装置は、相対的に小さな容積を持つようになり、さらに、装置コスト、エネルギ消費を抑えることができる。さらに、加熱装置と本体との間の独立性の観点からは、本開示の加熱装置は、異なる分注装置と容易に組み合わせたり、異なる分注装置から容易に取り外したりすることができる。
【００４４】
本開示を、本開示の特有の実施形態に関連付けて説明したが、他の変形例、修正例及び他の実施例については、当業者にとっては明白である。例えば、当業者は、本開示の加熱装置が、セグメント４２０Ａ−４２０Ｄと、上部分５２１及び下部分５２２と、内側部６２１及び外側部６２２とから選択される組み合わせを含むことを明確に理解することができる。従って、好ましくは、本発明は、この明細書の記載によって限定されるものではなく、添付のクレームによってのみ限定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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