(57)【要約】水平方向に回転可能なプラットフォームの中心に向かって取り付けられた第１の反射器を含み、プラットフォームはアクチュエータにより回転可能であるビームディレクタであって、ビームディレクタは、回転可能なプラットフォームに対して垂直方向にあるビーム源から垂直ビームを受け取るように構成され、且つ第１反射器は、プラットフォームが回転するとビームを回転させて、回転可能なプラットフォームに取り付けられた第２の反射器に対して水平方向にビームを反射させるよう構成されており；第２反射器は、作業面に向けて垂直方向にビームを反射するよう構成され、これによってビームが活性化されてアクチュエータがプラットフォームを回転させると、垂直ビームは回転する第１反射器に当たり、第１反射器はプラットフォームが回転すると回転してビームを回転させ、ビームを第２反射器に向けて反射させ、第２反射器は作業面にビームを反射させ；次いでビームは、作業面に対して曲線経路をたどり、作業面上に弧を描く。【選択図】図１７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１反射器の回転軸に沿ってビーム源からビームを受け取るよう構成された回転可能な第１反射器；
回転軸に対して第１反射器を回転させるアクチュエータであって、これにより第１反射器はビームを回転させ且つ第１の回転軸に対して一定角度でビームを反射させるアクチュエータ；
第１反射器と一定角度で対向する第２反射器であって；第２反射器は作業面に対して一定角度でビームを反射するよう構成された第２反射器；
を備え、
これにより、ビームが活性化され且つアクチュエータが第１反射器を回転させる際に、ビームは回転する第１反射器に当たり、回転し且つビームは第２反射器に反射され、第２反射器はビームを作業面に反射させ；ビームは次いで作業面に対して曲線経路をたどり、且つ作業面上に弧を描く、ビームディレクタ。
【請求項２】
第１反射器と第２反射器の間の半径方向の距離を調整する距離調整器を更に備え、ビームが作業面に対して調整可能な半径を備える曲線経路をたどり、作業面上に調整可能な半径の弧を描く、請求項１記載のビームディレクタ。
【請求項３】
第２反射器は、第１反射器を取り囲む、回転不能の、傾斜した環状の反射面を備え；第２反射器は、第１反射器の回転軸に対してある角度を有しており；
環状反射面は大径及び小径を有し、大径は作業面に向けられ、これにより、ビームが活性化され且つアクチュエータが第１反射器を回転させる際に；ビームは回転する第１反射器に当たり、回転し且つビームは第２反射器の環状反射面に反射され、この環状反射面がビームを作業面に反射させる、請求項１記載のビームディレクタ。
【請求項４】
第２反射器は、回転不能の円錐形状内側面を含み；この内側面は、第１反射器を包囲し、且つ第１反射器の回転軸と同じ長手方向軸を有し；円錐形状内側面の大径は作業面に向けられ、且つ第１反射器から作業面に向けてビームを反射させるよう構成される第２反射器であって；
第２反射器は、第１反射器に対して垂直方向に調整可能であり；これによりビームが第１反射器から第２反射器へ移動する距離は、第２反射器の円錐形状により調整可能であるため、ビームは作業面に対して調整可能な半径の曲線経路をたどり、作業面上に調整可能な半径の弧を描く、請求項１記載のビームディレクタ。
【請求項５】
第２反射器は、第１反射器が回転すると、第１反射器の回転軸を円形に取り囲むアクチュエータによって回転可能に構成される、請求項１記載のビームディレクタ。
【請求項６】
第１反射器及び第２反射器を支持するための回転軸の周りを回転可能なロータディスクを更に備える、請求項５記載のビームディレクタ。
【請求項７】
第１反射器と第２反射器との間の半径方向の距離を調整するため、ロータディスク上に取り付けられた半径方向スライドを更に備える、請求項６記載のビームディレクタ。
【請求項８】
第２反射器は第１反射器から出たビームを、第１反射器の回転軸に対して平行且つ作業面に対して垂直方向に反射するよう構成される、請求項１記載のビームディレクタ。
【請求項９】
第１反射器及び第２反射器を支持するための、回転軸の周囲を回転可能なロータアームを更に備える、請求項５記載のビームディレクタ。
【請求項１０】
第１反射器及び第２反射器を安定化させるための安定化アームを更に備える、請求項９記載のビームディレクタ。
【請求項１１】
空気流を制御するため、第１反射器及び第２反射器を収容する空気力学的ハウジングを更に備える、請求項１記載のビームディレクタ。
【請求項１２】
請求項１記載のビームディレクタを含む３次元プリンタ用プリントヘッド。
【請求項１３】
ビームディレクタを用いて作業面に向けてビームを方向付ける方法であって、該方法は：
ビーム源を用いてビームを発生させ；
アクチュエータを用いて回転軸に対して第１反射器を回転させ；
第１反射器の回転軸に沿って第１反射器に向けてビームを方向付け；
第１反射器が回転する際に、第１反射器と一定角度を持って常に第１反射器と対向する第２反射器を提供し；
第１反射器を用いてその回転軸に対して一定角度でビームを第２反射器に対して反射させ；
第２反射器を用いてビームを作業面に対して反射させる；
工程を含み、
ビームが活性化され且つアクチュエータが第１反射器を回転させる際に、ビームは回転する第１反射器に当たり、ビームを回転させ、且つビームを第２反射器に反射させ、第２反射器はビームを作業面に一定角度で反射させ；ビームは次いで作業面に対して曲線経路をたどり、且つ作業面上に弧を描く
工程を含む、ビームディレクタを用いて作業面に向けてビームを方向付ける方法。
【請求項１４】
第１反射器と第２反射器の間の距離を調整することを更に含み、これによりビームが作業面に対して調整可能な半径の曲線経路をたどり、作業面上に調整可能な半径の弧を描く、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
第２反射器は第１反射器を取り囲む、傾斜した環状の反射面を備え；この反射面は回転不能であり、第１反射器の回転軸と同一の中心軸を有し；
環状反射面は大径及び小径を有し、大径は作業面に向けられ；これにより、ビームが活性化され且つアクチュエータが第１反射器を回転させる際に；垂直ビームは回転する第１反射器に当たり、ビームを回転させ且つビームを第２反射器の環状反射面に反射させ、この環状反射面がビームを作業面に反射させ；次いでビームを作業面に対して曲線経路をたどらせ、作業面上に弧を描く、請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
第２反射器は円錐形状であり；第１反射器を包囲し且つ第１反射器の回転軸と同一の長手方向軸を含み；
第２反射器は回転不能であり；
第２反射器の大径は作業面に向けて方向づけられる方法であって、
前記方法は、第１反射器及び第２反射器の距離を調整することを更に含み；これにより第１反射器から第２反射器までビームが移動する距離は第２反射器の円錐形状によって調整され；これによりビームは作業面に対して調整可能な半径の曲線経路をたどり、且つ作業面上に調整可能な半径の弧を描く、請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
第１反射器が回転する際に第１反射器の回転軸の周りを円形で第２反射器を回転させることを更に含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１８】
ビーム導管を用いてビームをビームディレクタに搬送することを更に含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１９】
第２反射器は、第１反射器の回転軸に対して平行であり、且つ作業面に対して垂直であるビームを反射する、請求項１３記載の方法。
【請求項２０】
第１反射器及び第２反射器を支持するロータアームを回転軸の周囲で回転させることを更に含む、請求項１７記載の方法。
【請求項２１】
安定化部材をロータアームに取り付けることにより、第１反射器及び第２反射器の回転を安定化させることを更に含む、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
空気流を制御するために空気力学的ハウジング内に第１反射器及び第２反射器を配置させることを更に含む、請求項１３記載の方法。
【請求項２３】
３次元プリンタ用のプリントヘッドとしてビームディレクタを使用することを更に含む、請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１５年６月１４日付出願又は３７１（ｃ）条に基づく米国特許仮出願第ＵＳ６２／１７５，４０２号及び２０１６年９月８日付出願の米国特許出願第ＵＳ１４／８４８，０５６の利益および優先権を主張し、ここに参照として組み込まれる。
【０００２】
本発明は、物体を印刷、プロッティング、製図、エッチング、溶接及び焼結するためのビームを方向付けるための装置及び方法に関する。さらに材料の次の層を互いの上に重ねることにより三次元物体を形成することに関する。
【背景技術】
【０００３】
三次元（３−Ｄ）プリンタ及びスキャナ内のビームディレクタは、ビームを偏向及び方向付けるために、ミラー及び結晶を駆動させ及び方向付けるためのリニアアクチュエータ及びガルバノメータサーボモータを備える。したがって、印刷及び走査速度は、ガルバノメータ及びアクチュエータ速度により主に制限される。
【０００４】
ガルバノメータサーボモータは、約２．５ＫＨｚの最大走査速度に制限される。ガルバノメータサーボモータはまた約５〜１０マイクロラジアンの位置決め誤差を有する。この誤差は、ガルバノメータサーボモータ駆動ミラーからの標的距離が増加するにつれてより顕著になる。加えて、ガルバノメータサーボはその寿命に達すると振動する傾向にあり、そのため望ましくないノイズを静める必要がある。
【０００５】
リニアアクチュエータはガルバノメータ誤差を除去するために使用可能である。しかしながら、リニアアクチュエータが使用される場合、リニアアクチュエータの全往復速度サイクルは、リニアアクチュエータの慣性によって生じるゆっくりとした加速及び減速のために制限される。
【０００６】
レーザー走査及び印刷の別の一般的な方法は、ポリゴンミラーの使用である。リニアアクチュエータ又はガルバノメータにより第二の次元を実現することができる間、一次元にビームを方向付けるために、ポリゴンミラーを用いることができる。ポリゴンミラーは、ガルバノメータの速度制限を改善するが、入力から出力フィールドへのビームの非線形マッピングが行われる間、ミラーのジオメトリによる追加の歪みに影響を与える。加えて、全てのポリゴンミラーは完全同一でなければならない。Ｘ−Ｙ軸ガルバノメータ及びポリゴンミラー技術のいずれも、ｆシータレンズの不完全性のため更なる歪みを受ける。ｆシータを使用すると以下２つの追加エラーが発生する：
１．  表面の法線に対するビーム角度は、ビームがレンズの中心から遠ざかるにつれて増加し、円の代わりに楕円形状のビーム形成を引き起こす。
２．  ｆシータの光学変換誤差は、ビームがレンズの中心から遠ざかるにつれて増大し得る；シータが増大するにつれて、ｔａｎ（ｔｈｅｔａ）の光学変換は、非線形に増大する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上記の問題を軽減することである。
概要
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、アクチュエータによりアクチュエータ上で回転可能である垂直回転可能な第１の反射器を備えるビームディレクタに関し、該ビームディレクタは前記第１反射器の回転軸に沿ってビーム源から垂直ビームを受け取るよう構成され且つ前記第１反射器の方に方向付けられ；前記第１反射器は第１反射器が回転する時に垂直ビームを回転させるよう構成され、垂直ビームが第２反射器に水平方向に反射するよう構成され；第１反射器の回転に伴って第１反射器の垂直回転軸を中心とした円内でアクチュエータによって第２反射器は回転可能であり、そのため、第２反射器は常に第１反射器に対向し；前記第２反射器は更に作業面に対して垂直ビームを垂直方向に反射するよう構成され；そのため垂直ビームが活性化され且つアクチュエータが第１反射器を回転させる際に、垂直ビームは回転する第１反射器に当たり、第１反射器が回転しながら垂直ビームを回転させ、垂直ビームを第２反射器に反射させ；第２反射器は垂直ビームを作業面に反射させ；次いで垂直ビームは作業面に対して曲線経路をたどり、作業面上に弧を描く。
【０００９】
本発明の他の態様は、第１と第２の反射器の間の半径方向の距離が調整可能であるため、ビームが第１の反射器から第２の反射器まで移動する距離は、調整により変更可能であり、そのため、それに応じて前記調整によりビームが作業面に対して調整可能な半径の曲線経路をたどり、且つ作業面上に調整可能な半径の弧を描く。
【００１０】
本発明の更なる態様は、第２の反射器が第１の反射器を水平に取り囲む傾斜した環状の反射面であり、且つ前記第２の反射器は固定され且つ第１の反射器の回転軸と同一の垂直軸を有し；傾斜した円弧状の反射面は大径及び小径を有し、前記大径は、作業面の方に方向付けられるため、ビームが活性化され且つアクチュエータが第１の反射器を回転させる際に；垂直ビームは回転する第１の反射器に当たり、回転すると垂直ビームを回転させ、且つビームを第２の反射器に反射させ、第２の反射器は垂直ビームを作業面に反射させ；ビームは次いで作業面に対して曲線経路をたどり、作業面上に弧を描く。
【００１１】
本発明の別の態様は、円錐形状であり、第１の反射器を包囲し、第１の反射器の回転軸と同じ垂直軸を有する第２の反射器に関し；この第２の反射器は、第１の反射器に対して回転不能に固定され；第２の反射器の大径は、作業面に向けられ、且つビームを第１の反射器から作業面に向かって反射するように構成され；第２の反射器は、第１の反射器に対して垂直方向に調整可能であり；そのため、第２の反射器の調整により、ビームが第１の反射器から第２の反射器へ移動する距離は、第２の反射器の円錐形状により調整され、この調整に対応して、ビームは、作業面に対して調整可能な半径の曲線経路をたどり、作業面上に調整可能な半径の弧を描く。
【００１２】
本発明の別の態様は、ビーム源がビームディレクタの内側にあることである。
【００１３】
本発明の別の態様は、ビーム源がビームディレクタに取り付けられていることである。
【００１４】
本発明の別の態様は、ビームがビーム導管によってビームディレクタに運ばれることである。
【００１５】
本発明の別の態様は、ビームディレクタがビーム源から水平ビームを受け取り、ビームを第１の反射器に向かって垂直に反射するように構成された第３の反射器を有することである。
【００１６】
本発明の更なる態様は、第１及び第２の反射器がアームによって接続されることである。
【００１７】
本発明の更なる態様は、第１及び第２の反射器の回転が、安定化部材を取り付けることよって安定化されることである。
【００１８】
本発明の別の態様は、前記反射器が、空気流が制御される空気力学的ハウジング内に収容されることである。
【００１９】
本発明の更なる態様は、ビームディレクタを３次元プリンタ用のプリントヘッドとして使用できることである。
【００２０】
本発明は、また、ビームディレクタを用いてビームを作業面に向けて方向付ける方法であって、該方法は、
ビーム発生器を用いてビームを生成する工程と、
アクチュエータによって、第１の反射器をアクチュエータ上で垂直に回転させる工程と、
第１の反射器の回転軸に沿って第１の反射器の方向にビームを向ける工程と、
アクチュエータを用いて、第１の反射器が回転すると、第１の反射器の回転軸を取り囲むため第２の反射器を回転させ、且つ第２の反射器は第１の反射器と常に対向させる工程と；
第１の反射器を用いて、ビームを第２の反射器に向かって水平に反射する工程と、
第２の反射器を用いて、ビームを作業面に向かって垂直に反射する工程と、
を含むことにより、
ビームが活性化され、アクチュエータが第１及び第２の反射器を回転させるとき、垂直ビームが回転する第１の反射器に当たり、回転するとビームを回転させ、ビームを作業面に反射する第２の反射器に反射し、ビームはその後作業面に対して曲線経路をたどり、作業面上の弧を描く。
【００２１】
本発明の更なる態様は、本発明の方法は更に、第２の反射器と第１の反射器との間の距離を調整することを更に含み、それにより、ビームが第１の反射器から第２の反射器まで移動する距離が調整され、その調整に対応して、作業面に対する調整可能な半径の曲線経路をたどり、作業面上に調整可能な半径の弧を描くことである。
【００２２】
本方法は更に、第２の反射器を用いてビームを作業面に向かって垂直に反射させることを含み、第２の反射器は、第１の反射器を水平に取り囲む傾斜した環状の反射面を有し；且つ第１の反射器の回転軸と同じ垂直軸を有し且つ固定されており；環状の反射面は、大径及び小径を有し；大径は作業面の方向に向けられており；それにより、ビームが活性化され、アクチュエータが第１の反射器を回転させるとき；垂直ビームは回転する第１の反射器に当たり、第１の反射器が回転するとビームを回転させ、ビームを第２の反射器に反射させ、第２の反射器は作業面にビームを反射し、次いでビームは作業面に対して曲線経路をたどり、作業面上に弧を描く。
【００２３】
本発明の別の態様では、本方法は、円錐形状である第２の反射器を用いて、ビームを作業面に向かって垂直に反射する工程を含み；第２反射器は、第１の反射器を包囲し、且つ第１の反射器の回転軸と同じ垂直軸を有し；第２反射器は、回転不能に固定され；第２反射器の大径は、作業面に向けられており；第２反射器は第１反射器に対して垂直方向に調整可能であるため；第２反射器の調整により、第１の反射器から第２の反射器へ移動するビームの距離は、第２反射器の円錐形状により調整され、その調整に対応して、作業面に対する調整可能な半径の曲線経路をたどり、作業面上に調整可能な半径の弧を描く。
【００２４】
本発明の別の態様は、ビーム源をビームディレクタに取り付けることを更に含むことである。
【００２５】
本発明の別の態様は、ビーム導管を用いてビームをビームディレクタに搬送することを更に含むことである。
【００２６】
本発明の別の態様は、第１及び第２の反射器をアームによって接続することを更に含むことである。
【００２７】
本方法は、安定化部材を追加することによって第１及び第２の反射器の回転を安定化することを更に含む。
【００２８】
本発明の別の態様は、本方法が、空気流が制御される空気力学的部材に第１及び第２の反射器を収容することを更に含むことである。
【００２９】
本発明の別の態様は、本方法が、第１の反射器の回転軸に沿って第１の反射器に対して垂直な第３の反射器を用いて水平ビームを反射することを含むことである。
【００３０】
本発明の別の態様は、本方法が、３次元プリンタ用のプリントヘッドとしてビームディレクタを使用することを更に含むことである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本発明は添付の図面を参照して更に説明される。
【００３２】
【図１】図１は、垂直ビーム及びその後のビーム経路を受け取るビームディレクタの実施形態を示す。
【図２】図２は、水平ビームを受け取るビームディレクタと、ビームがたどる経路の実施形態を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、第２の反射器が第１の反射器に対して移動可能であり、ビームがたどる経路の本発明の実施形態を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、半径方向出口スリットを有する図３Ａの実施形態の底面図を示す。
【図４】図４は、水平ビーム、及びビームの経路を受ける本発明の別の実施形態を示す。
【図５】図５は、ビーム源が、ビームディレクタの内側の下方に向けられている本発明の別の実施形態を示す。
【図６】図６は、ビーム源が、ビームディレクタに対して垂直に上向きにされ、且つビームディレクタに取り付けられている本発明の別の実施形態を示す。
【図７】図７は、３−Ｄプリンタに取り付けられたビームディレクタを示す。
【図８】図８は、アームによって接続されたミラーを示す別の実施形態を示す。
【図９】図９は、菱形プリズムを用いた別の実施形態を示す。
【図１０】図１０は、第２の反射器が傾斜した環状の反射面である別の実施形態を示す。
【図１１】図１１は、可変半径アクチュエータを備えた円錐反射器を有する別の実施形態を示す。
【図１２】図１２は、ダブルアーム構成の別の実施形態を示す。
【図１３】図１３は、インデックスホール（ノッチ）を備えたダブルアームを底面から示す。
【図１４】図１４は、ビームディレクタの制御方法を示すブロック図を示す。
【図１５】図１５は、インデックスアームロケータの概略図を示す。
【図１６】図１６は、３６０°の全面印刷を可能にする傾斜環状反射器の別の実施形態を示す。
【図１７】図１７は、３６０°の全面印刷が可能な実施形態である図１６の別の図を示す。
【図１８】図１８は、第２の反射器としてプリズムを利用して３６０°の全面印刷を可能にする傾斜した環状反射器の別の実施形態を示す図である。
【図１９】図１９は、第２の反射器としてプリズムを利用して３６０°の全面印刷を可能にする実施形態である図１８の別の図を示す。
【図２０】図２０は、第２の反射器としてプリズムを利用して３６０°利用可能な可変半径アクチュエータを有する円錐反射器を有する別の実施形態を示す。
【実施例】
【００３３】
図面の説明
本発明を以下に図面を参照して説明する。本明細書に記載される原理及び教示に基づき、様々な改良及び置換が可能である。
【００３４】
図１を参照すると、ビームディレクタ１０５は、ハウジング１１０の上部に穴１１５を有し、支持部１１８に配置されたフォーカスレンズ１１２を有する。第１ミラー１０６Ｅは、回転可能なロータディスク１０９の中心方向に配置される。ロータディスク１０９は、モーター１０８により回転する。第１ミラー１０６Ｅは第２ミラー１０６Ｆに向けて配置され、それにより集束ビーム１０７Ａ（ビームは作業面上に集束するよう設定される）が第２ミラー１０６Ｆに向けて反射するよう構成される。第２ミラー１０６Ｆは、ロータディスク１０９の端部方向に配置され、ロータディスク１０９上に、ある角度を持って取り付けられ、且つ、図７において３Ｄプリンタの構築面である作業面１１３に向けてビームを反射するように構成されている。
【００３５】
活性化されたビーム１０７が穴１１５を通ってビームディレクタ１０５に入り、焦点を合わせるべくレンズ１１２を通る。次に、集束ビーム１０７Ａは第１ミラー１０６Ｅに当たる。モーター１０８は、ロータディスク１０９、及びロータディスク１０９に取り付けられている第１ミラー１０６Ｅ及び第２ミラー１０６Ｆを回転させる。集束ビーム１０７Ａは次いで回転し、第２ミラー１０６Ｆに向けて反射される。次いで集束ビーム１０７Ａは、第２ミラー１０６Ｆから垂直方向に反射し、次に図２に示すように、開口部１１１を介して、ビームディレクタ１０５から出る。ビーム１０７Ａは、次に図７に示すように、作業面１１３へ進み、次いでビームは作業面に対して曲線経路をたどり、作業面上に弧を描く。
【００３６】
図２では、ビームディレクタ１０５の別の実施形態が示されている。ここでは、ビームディレクタ１０５は、支持部１１８上にある角度をもって固定して取り付けられた第３ミラー１０６Ｄを有する。第３ミラー１０６Ｄは、レンズ１１２に向けられ、水平ビーム１０７がレンズ１１２を介して第１ミラー１０６Ｅに向けて反射するように構成される。第３ミラー１０６Ｄは、水平ビーム１０７を、レンズ１１２を介して第２ミラー１０６Ｅに向けて垂直方向に反射させると、集束ビーム１０７Ａは上記と同じ経路をたどり、また、開口１１１を通過してビームディレクタ１０５から出る。次いで、ビーム１０７Ａは図７に示すように、作業面１１３へ進み、次いでビームは作業面に対して曲線経路をたどり、作業面上に弧を描く。
【００３７】
図３Ａを参照すると、この実施形態は、本発明の更なる特徴をより良く説明するために、ハウジング１１０、第３ミラー１０６Ｄ、及びレンズ１１２を有する支持部１１８を除いて示す。この構成では、第２ミラー１０６Ｆは、第１ミラー１０６Ｅに対して調整可能である。図３Ａに示すように、この調整はラジアルアクチュエータ１２０によって駆動される半径方向スライド１１６によって行われる。図３Ｂでみられるように、集束ビーム１０７Ａは、半径方向出口スリット１１７を通って出る。調整によって、ビーム１０７Ａが第１ミラーから第２ミラーまで移動する距離は調整されるため、調整に対応して、集束ビーム１０７Ａは、作業面に対して調整可能な半径をもつ曲線経路をたどり、図７に示す作業面１１３上に調整可能な半径の弧をえがく。ビームをベッド１１３上に集束させたままにするために、ビーム１０７Ａをコリメートする必要があるか、あるいは円錐角を４５°にする必要がある。
【００３８】
図４は、本発明の別の実施形態を示す。この場合、ビームディレクタ１０５は、図２の場合と比較すると、図２では、モーター１０８及びロータディスク１０９が頂部に向けられているが、その上下逆に向けられている。第２ミラー１０６Ｆは、図２の第２ミラー１０６Ｆと比較して、異なる向きになっている。図４では、第２ミラー１０６Ｆは、頂部側にあり、ビーム１０７をロータディスク１０９から作業面１１３に向かって下方に反射する。
【００３９】
図５では、第３ミラー１０６Ｄが除去されている。ビーム源１１４はビームディレクタ１０５の内側にあり、第１のミラー１０６Ｅに向かって垂直下方に方向付けられる。次いで、集束ビーム１０７Ａは、上述したように、プリントヘッド１０５内で同じ経路をたどる。
【００４０】
図６では、図５に示すビームディレクタと同様なビームディレクタ１０５が示されている。この構成では、第３ミラー１０６Ｄは除去され、且つ垂直方向外部ビーム源１１４が第１ミラー１０６Ｅに向かって上方に向けられ、ビームディレクタ１０５のハウジング１１０に取り付けられる。
【００４１】
３Ｄプリンタによって作成されるオブジェクトは、材料に衝突するビームによって加熱される材料の小さな部分で構成される。材料は冷却するにつれて硬化する。本発明は、ミラー及びビームの旋回作用によって、作業面に対する曲線経路をたどり、作業面上に弧をえがくことによって、小さな湾曲部分が形成され得る。ビームを活性化し且つビームを不活性化する（ビームを変調する）ことによって、小さな湾曲部分を用いて印刷物を構築することができる。
【００４２】
ビームの変調は、コンピュータ制御によって行われる。印刷すべき対象のデジタル画像がコンピュータにロードされる。次に、コンピュータ内のソフトウェアは、層ごとにオブジェクトを構築するために、生成及び印刷されなければならない異なる後続の層パターンを計算する。
【００４３】
図７を参照すると、ビームディレクタ１０５は、ビームディレクタ１０５は、３次元（３Ｄ）プリンタ１０１用のプリントヘッドとして使用され、３Ｄプリンタの位置決めシステムに取り付けられる。この場合の位置決めシステムは、アクチュエータ駆動Ｘ−Ｙ軸ガントリシステムである。第１のｙ軸ステージ１０４Ａと第２のｙ軸ステージ１０４Ｂの両方は、その両端に２つの柱１０３によって支持されている。これらの柱１０３の間には、作業面１１３（３Ｄプリンタの構築面）が配置されている。
【００４４】
ｘ軸ステージ１０２は、第１ｙ軸ステージ１０４Ａ及び第２ｙ軸ステージ１０４Ｂに対して垂直である。ｘ軸ステージ１０２は、これらｙ軸ステージに沿って前後に移動する。ビームディレクタ１０５は、ｘ軸ステージ１０２上に配置され、ｘ軸ステージ１０２に沿って前後に移動する。
【００４５】
底部ミラー１０６Ａは、柱１０３の底部に位置し、頂部ミラー１０６Ｂに向かってある角度で配向されており、柱１０３の頂部方向に配置された頂部ミラー１０６Ｂに向かってビーム１０７を反射するように構成される。頂部ミラー１０６Ｂは、ビーム１０７をＸ軸ステージミラー１０６Ｃに向けて反射するように構成される。Ｘ軸ステージミラー１０６Ｃは、ビームディレクタ１０５に向けてビームを反射するように構成される。
【００４６】
ビーム１０７をプリントヘッドに向けて方向付けることができるミラーについて、他の配置が多く存在することを理解すべきである。
【００４７】
本実施形態において、図２に示すビームディレクタ１０５は、プリントヘッドとして利用される。したがって、ビーム１０７は、図２に示すように第３ミラー１０６Ｄに方向付けられる。
【００４８】
図７を参照すると、ビーム源が作動すると、ビーム１０７は底部ミラー１０６Ａに当たり、頂部ミラー１０６Ｂに向かって上方に反射される。次にビーム１０７は、頂部ミラー１０６Ｂによってｘ軸ステージミラー１０６Ｃに向けて反射される。ｘ軸ステージミラー１０６Ｃは、ビーム１０７を図２に示すビームディレクタ１０５の第３ミラー１０６Ｄに向けて反射する。
【００４９】
ビーム１０７は次いで、図７に示すように集束ビーム１０７Ａがビームディレクタ１０５を出るまで、図２のビームディレクタ１０５内の経路をたどる。
【００５０】
集束ビーム１０７Ａは、図７に示すように、点１０７Ｂで、作業面１１３（３Ｄプリンタの構築面）に当たる。集束されたビーム１０７Ａは、第１ミラー１０６Ｅによって回転されるので、集束されたビーム１０７Ａは作業面に対して湾曲した経路をたどり、作業面１１３上で弧をえがく。
【００５１】
ロータディスク１０９が１回転するごとに、ビームディレクタ１０５は、位置決めシステムによってビーム幅だけＸ軸方向に移動される。ビームは、前のビームの隣に新しいカーブを印刷し得る。これは、印刷すべき対象物の端部がＸ軸方向に到達するまで続けられる。ビームディレクタ１０５は、次いで位置決めシステムによって、１つの曲線幅だけＹ軸方向に移動される。ビームディレクタは、次いで、Ｘ軸方向に印刷される対象物の反対側の端部に向かってＸ軸方向に戻ってくる。本発明の別の態様は、プリントヘッド１０５がプリントしている間にＸとＹを同時に動かすことである。
【００５２】
再びこの端部に達すると、ビームディレクタは、１つの曲線幅でＹ軸方向に再び移動され、もう一度Ｘ軸に沿って逆方向に移動する。この前後の印刷動作は、オブジェクトの層全体が完了するまで続けられる。第１層が完成すると、作業面（又は３Ｄプリンタの構築面）は、Ｚ軸方向に層の厚さだけ下降し、そして新しい粉末層が現在の層の上に分散され、印刷工程がこの新しい層に対して再び開始される。したがって、オブジェクトは、互いに重ねあわされた層を印刷することによって構成され得る。
【００５３】
図８では、ロータディスク１０９の代わりに、アームディスク１２５が使用されている別の実施形態が示されている。アーム１２５は、第１ミラー１０６Ｅに対して所定の位置に水平に第２ミラー１０６Ｆを保持する。
【００５４】
図９では、ロータディスク１０９の代わりに、菱形プリズム１２１Ａが取り付けられたロータプリズムプラットフォーム１２１Ｂが使用されていることが示されている。この場合、第１角度付きプリズム側部１０６ＥＰ及び第２角度付きプリズム側部１０６ＦＰは、第１ミラー１０６Ｅ及び第２ミラー１０６Ｆとして機能する。
【００５５】
図１０では、第２ミラー１０６Ｆが、環状の反射面部材１３１によって支持される傾斜した環状の反射面１３２（円錐を水平にスライスした形状に類似した形状）を有する。傾斜した環状反射面１３２は、第１ミラー１０６Ｅを水平に取り囲み、固定され、第１ミラー１０６Ｅの回転軸と同じ垂直軸を有する。第１ミラー１０６Ｅは、モーター支持部１３３によって所定位置に保持されたモーター１０８によって回転する。環状の反射面１３２は、大径及び小径を有する。大径は、作業面に向けられ、第１ミラー１０６Ｅの回転軸に対して所定の角度をもち、集束ビーム１０７Ａを作業面に向かって垂直に反射するよう構成されている。集束ビーム１０７Ａが第１ミラー１０６Ｅに当たり、モーター１０８は第１ミラー１０６Ｅを回転させると、第１ミラー１０６Ｅは回転することにより、ビーム１０７Ａを回転させ、ビームを傾斜した環状反射面１３２に反射させて、この環状反射面は、集束ビーム１０７Ａを作業面に反射させて；次いでビームは作業面に対して曲線経路をたどり、作業面上に弧を描く。
【００５６】
図１１では、第２ミラー１０６Ｆは、円錐形であり、円錐反射器１２９Ａは円錐部材１２９の内側円錐反射面である実施形態である。円錐反射器１２９Ａは、第１反射器１０６Ｅを取り囲み、第１ミラー１０６Ｅの回転軸と同じ垂直軸を有する。円錐反射器１２９Ａは、回転不能で静止されている。円錐反射器１２９Ａの大径は、作業面に向かって方向付けられ、ビームを第１反射器から作業面に向かって反射するように構成されている。
【００５７】
円錐部材１２９は、第１ガイドロッド１２７Ａ及び第２ガイドロッド１２７Ｂを有する支持ベース１２６を有する。ねじロッド１２４は、支持ベース１２６上に載置される。モーター支持部１３３は、モーター１０８を定位置に保持し、ガイドロッド１２７Ａが通る第１ガイド穴１２８Ａと、ガイドロッド１２７Ｂが通る第２ガイド穴１２８Ｂと、ねじ軸１２４が通るねじ穴１２８Ｃとを有する。ねじ穴１２８Ｃのねじ山は、ねじ軸１２４のねじ山とかみ合う。円錐モーター１２３は、ねじ軸１２４に接続され、ねじ軸１２４を回転させる。モーター１０８は、第１ミラー１０６Ｅに接続し、第１ミラー１０６Ｅを回転させる。
【００５８】
円錐モーター１２３が作動すると、ねじロッド１２４が回転し、ねじ穴１２８Ｃのねじ山と係合し、円錐反射器１２９Ａを第１ミラー１０６Ｅに対して垂直方向に変位させ、一方で、ガイドロッド１２７Ａ及び１２７Ｂは安定化してモーター支持部１３３を案内する。第１ミラー１０６Ｅに対して円錐反射器１２９Ａを変位する間、集束ビーム１０７Ａは円錐反射器１２９Ａに当たり、集束ビーム１０７Ａが第１ミラー１０６Ｅから円錐反射器１２９Ａへ移動する距離（半径）は変化する。第１ミラー１０６Ｅの回転軸から、集束ビーム１０７Ａが円錐部材１２９を離れる距離はそれに応じて変化する。集束ビーム１０７Ａは、第１ミラー１０６Ｅの回転軸を半径の起点として、作業面上にさまざまな半径の円弧をえがく。ベッド１１３上にビームを集束させるためには、ビーム１０７Ａをコリメートする必要があるか、あるいは円錐角を４５°にする必要がある。
【００５９】
より好適な実施形態である、図１２では、垂直方向回転可能な第１ミラー１０６Ｅは、モーター１０８により、モーターが回転することで回転可能であり、垂直方向集束ビーム１０７Ａを受け取る。第１ミラー１０６Ｅは、第１ミラーが回転する際にこの垂直ビームを回転させ、ビームをアーム１２５の端部にある第２ミラー１０６Ｆに水平に反射させる。アーム１２５は、それと対向する安定化部材であるダミーアーム１２５Ａをカウンタバランスとして有し、回転中により大きな安定性を提供する。アーム１２５Ａ及び１２５は、アームマウント１２５Ｂに取り付けられている。第２ミラー１０６Ｆは次いで、集束ビーム１０７Ａを、図７の作業面１１３に向かって垂直に反射する。
【００６０】
ビーム１０７は、例えばレーザー、光、Ｘ線又は赤外線ビームのような任意の波長又はタイプの光線とすることができる。それは例えば、分子、原子、イオン、陽子、中性子、同位体、電子、又は他の任意の亜原子粒子などの粒子ビームであってもよい。
【００６１】
ビーム１０７は、ビームディレクタの外側にあるビーム源からビームファイバを介してビームディレクタ１０５に伝達することもできる。本発明では、印刷速度は、大部分がモーター１０８の回転速度によって制限されるだけである。加減速の原因となるストップスタート動作であって、その間印刷時間が失われる動作が存在しない。ロータディスク１０９、アーム１２５単独、及びダミーアーム１２５Ａと組み合わせたアーム１２５は、一定の速度で回転し続けるため、速度を遅くし、又は逆に早める必要はない。
【００６２】
本発明の印刷品質は、ビームが作業面１１３（ターゲット）に垂直に当たって、これにより、ｆシータ、ガルバノメータ又は／及びポリゴンミラーに関連する誤差を軽減するため、改善される。
【００６３】
ｆシータの誤差の一部は、ある角度でビームがターゲット表面に当たると発生する。ビームを偏向してミラーからターゲットに向けて方向付ける走査及び印刷システムでは、ビームはターゲットに対してある角度を持って衝突する。これにより、ビーム径は、円から楕円形に変化するｆシータ歪みが生じる。
【００６４】
ビームがレンズ及びレンズ軸を移動し、レンズの中心を通る方向と同じ方向に仮想のレンズ軸を有する通常のレンズを検討する。レンズ軸と、レンズの中心から生じるビームの経路との間の角度をシータと定義する。これらの通常のレンズでは、焦点の長さは、球の表面の一部分の形の内部にあり、軸が球の原点としてレンズを通過する点を有する。レンズの像が球の内面に投影されると焦点が合う。これは、シータの角度が常に同じであればビームがたどる経路の長さは、既に述べたように、球の半径であるためである。
【００６５】
しかしながら、画像が平面上に投影される場合は、別の問題である。通常のレンズが平面に向けられ、ビームが平面上に垂直に当たる平面上の領域にレンズの焦点が合うと、ビームが平面上に垂直に当たる地点から遠ざかるほど、画像の焦点がずれていくことになる。これは、角度シータが増加するにつれて、画像の焦点がずれていくことになるためである。
【００６６】
レンズの軸とビームの経路との間のビームの角度が増加するにつれて、ビームが平面に当たるために移動しなければならない距離が増加する。これは、角度シータが増加するにつれて、ビームが移動しなければならない距離もまた増加することになるためである。ビームの経路が長いほどその経路はレンズの焦点距離を超える。この結果、焦点が合わないビーム及び画像が得られる。これは、Ｆシータレンズで補正することができる。しかしながら、Ｆ−シータレンズは高価であり、またこのｆシータ解決法は誤差がないわけではない。
【００６７】
しかしながら、本発明においては、ビームはターゲットの真上に垂直に向けられる。ターゲットへの経路は一定であり、ビームは常に焦点が合っている。したがって、Ｆシータ補正レンズは必要ではなく、費用が抑えられる。
【００６８】
さらに、ガルバノメータ逆転誤差及び位置決め誤差と比較して、モーター１０８の回転が一定の速度に保たれるため、ガルバノメータ誤差を排除することにより、印刷品質及び速度の改善が得られる。
【００６９】
本発明は、３Ｄプリンタ、マテリアルカッター、マテリアルマーキング、及び多くの異なる構成のスキャナで実施することができる。例えば、本発明は、プリンタ及びスキャナ内で実施することができ、ここでシステムの動き及び／又は制御は、一般的に、構築面の中心に対しての極座標上に基づく。これらのタイプのスキャナ及びプリンタのコンポーネントは、一般的に、回転可能な構築面；該構築面の上に配置されたプリント／スキャンヘッド；該プリント／スキャンヘッドに結合され、中心に対する極座標に基づいて該プリント／スキャンヘッドを該構築面上で移動させるように構成された位置決めシステムを含む。
【００７０】
本発明は、さらに多くの用途を有する。例えば、材料への切れ目パターンの作成、材料のマーキング、材料の焼結、材料の溶融、材料の硬化、材料の彫刻、材料のクラッディング、例えば集積回路のような電子デバイス及びエレクトロニクスの製造に使用することができる刷版及びマスクに利用することもできる。また、本発明は、Ｘ／Ｙ位置決めシステムを用いた一般的な３Ｄプリンタに使用できるように構成することもでき、ここでは、構築面は平面であり、ｚ軸に沿ってプリントヘッドの方向へ又は離れる方向に移動するものであり、構築材料は構築面上に堆積されて、層ごとに構築される。
【００７１】
ビームディレクタのハウジングは、金属、プラスチックアクリル、ガラス又は任意の強度のある適切な材料で作ることができる。ビームディレクタロータは、アルミニウム、木材、ガラス、アクリル、ＡＢＳ、グラファイト、炭素繊維、又は任意の軽質材料のような軽量な固形材料又は合金で作ることができる。ビームディレクタがガラス、透明プラスチック、又は任意の適切な透明材料で作られている場合、菱形プリズムを一体構造として構造に組み込むことができ、そのためミラーの必要性を排除することができる。
【００７２】
反射器は、一般的に、アルミニウム、ニッケル、及びガラス又はプラスチック又は同様な材料で作られた他の適切な反射材料又はプリズムのようなミラー又は研磨材料で作られる。反射器のサイズは、ビームの直径に依存する。一例として、３ｍｍのビーム直径は、ビームサイズに適応するために、４．５ｍｍ×４．５ｍｍのミラーサイズを必要とする。
【００７３】
プリズムが作成され菱形プリズムとして切断されると、断面寸法は、一般的に、ビーム直径よりも約５０％大きい。したがって、３ｍｍのビーム直径では、５ｍｍ×５ｍｍの断面を有する菱形プリズムが使用される。菱形プリズムの長さは、印刷される円弧の半径を決定し得る。図９に示すように、４０ｍｍの長さを有する菱形プリズムの場合、ビーム１０７Ａの経路長さは４０ｍｍとし得る。印刷される円弧の半径も４０ｍｍとなる。
【００７４】
使用可能なモーターは、回転速度を安定化させるためにタコメータ出力又はホール効果フィードバックを備えたブラシレス直流（ｂｌｄｃ）モーターである。モーターの出力はロータの慣性に影響を受ける。
【００７５】
焦点レンズは、平凸レンズ又は焦点の距離が約１００ｍｍである他の適切なタイプの焦点レンズである。
【００７６】
プリントヘッドの寸法は、スケーラブルであり、この具体的なケースとして、図１及び図２に示すものとしては、
１  高さ：１３０ｍｍ
２  幅：１００ｍｍ
３  奥行き：１００ｍｍ
４  ディスクの直径：８０ｍｍ
５  ディスクの厚さ：３ｍｍ
【００７７】
図１５は、赤外線エミッタ及び検出器が統合された１つのパッケージ、ＶＩＳＨＡＹ  ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲによるＴＣＮＤ５０００を使用することによって、インデックスアームロケータ機能を実行する方法を示す。これは、ＬＥＤエミッタ及びフォトダイオードで構成された、赤外線センサ検出器の組合せである。このプライマリＭＰＵ（後述の駆動制御装置に基づく専用ＭＰＵ以外）は、光学インデックスロケータからの出力信号をモニタし得る。アームが存在しない場合、又は検出器が刻印されたノッチ１２５Ｄ又は１２５Ｅに面する際に、出力電圧は０ボルトに近づき、且つ以下により計算可能である。
Ｖｏｕｔ＝Ｉ  ｄａｒｋ＿ｃｕｒｒｅｎｔ＊Ｒ１
（ロータがないとき、又はノッチの上にあるときＩ  ｄａｒｋ＿ｃｕｒｒｅｎｔであり、そうでなければ、エミッタの赤外線ビームが赤外線検出器により検出される場合にＩ＿ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅである。）
検出器がアーム本体に面するとき、反射面は同じ式：
Ｖｏｕｔ＝Ｉ＿ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ＊Ｒ１
を使用してフォトダイオード電流を増加させる。
／／表面が最悪では強度２０％を反射するとしても／／フォトダイオード電流が１０マイクロアンペアを超える。
この場合、Ｖｏｕｔは約５＋となり得る。
ロータ（この場合はダブルアーム）が回転すると、プライマリＭＰＵは信号を読み取り、ヘッド又はテールのパターンを検出する。さらに、パルス間の時間間隔は、ロータＲＰＭを提供し得る。
エミッタ及びレシーバのキャリブレーション手順によって、データシート仕様の偏差を克服したプライマリＭＰＵによるアームのモニタリングの微細調整が可能になる。参考の米国特許出願第１４／５３８，９２４号を参照されたい。
Ｒ２はエミッタ電流を設定する。８７０オームに選択される。
Ｃ１はノイズを低減し得る。５ＰＦに選択される。注：Ｃ１の値が高いほど応答時間が長くなり得る。
ＡＤ８６１５はアナログ・デバイセズの低オフセット電流オペアンプ（演算増幅器）である。
ＡＧＮＤは回路グランドである。
−ＶｓはＡＤ８６１５負電源入力である。
＋ＶｓはＡＤ８６１５正の電源入力である。
【００７８】
フルサイズのロータ又は１つのアームの構成を採用することもできるが、図１２及び図１３のダブルアームの構成はより安定する。これは慣性を減少させ、最高速度を提供し、回転軸に対して対称であり、そのためよりバランスが取れている。ダミーアーム１２５Ａはカウンタバランスとして作用し、回転中の安定性を提供する。それは、アーム自体がアルミニウムのようなさまざまな材料から容易に製造されるのに役立つ。図１２において、反射器１０６Ｅ及び１０６Ｆは鏡面グレードに研磨され、高いレーザエネルギーを維持し、且つかき傷から保護するために銀でコーティングすることができる。
【００７９】
図１３では、ダブルアームの実施形態が下から示されている。モーターシャフトソケット１２５Ｃは、モーター１０８のシャフトを受ける。インデックス穴（ノッチ）１２５Ｄ及び１２５Ｅは、それぞれアーム１２５Ａ及び１２５に配置されている。それらは、ダブルアームの回転位置を決定するインデックスロケータと組み合わせて使用される。
【００８０】
モーター１０８、ＡＮＡＨＥＩＭ  ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮのＢＬＹ１７４Ｓ−２４Ｖ−１２０００は、長さ３０ｍｍのダブルアーム（１２５及び１２５Ａを合わせたもの）に使用できる。
【００８１】
図１４に示すように、選択されたモーターは、より優れたモーター速度制御のため、ホール効果センサを備えた三相ｂｌｄｃモーターである。このモーターは、モーターの回転速度を検出して、モーターの速度を制御することができるように、感知されたＢｌｄｃモータードライバに接続される。感知されたｂｌｄｃモータードライバは、ＴＥＸＡＳ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ，ＩＮＣ．のＴＭＳ３２０Ｆ２８０６９Ｍのマイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）をも使用している。これにより、モーターの閉ループ速度制御が可能になる。このＴＭＳ３２０Ｆ２８０６９ＭのＭＰＵは、また、ＴＥＸＡＳ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ，ＩＮＣ．製のＤＲＶ８３１２ハードウェアドライバを駆動する。このＴＭＳ３２０Ｆ２８０６９Ｍは、モータードライバの一部である専用ＭＰＵであり、分あたりのモーター回転の閉ループを維持するために特化されている。このモーターインデックスロケータは、１つのパッケージ光エミッタ及び検出器の組合せ、ＶＩＳＨＡＹ  ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ製のＴＣＮＤ５０００である。これは、約１５ナノ秒の応答時間を提供する、ＬＥＤエミッタとフォトダイオードとからなる赤外線センサ検出器の組合せである。光センサは、回転するロータから６ｍｍ離れた位置に配置される。センサはアーム（１２５又は１２５Ａ）及びアーム内のインデックスホール（ノッチ）１２５Ｄ及び１２５Ｅの存在を検出し得る。
【００８２】
図１４において、モーターインデックスロケータの出力信号は、プライマリＭＰＵに接続されてプライマリＭＰＵにより読み取られる。プライマリＭＰＵは、分単位でモーター回転の閉ループを維持するために使用される、モータードライバの専用のＭＰＵ部分と区別されるべきである。インデックスロケータは、プライマリＭＰＵにダブルアームの回転位置を提供する。プライマリＭＰＵは、レーザーの発射を制御するレーザー変調器に接続される。プライマリＭＰＵはプリントされるオブジェクトの３Ｄ画像をそのメモリにロードする。プライマリＭＰＵは、３Ｄオブジェクトを構築するために、互いの上に重ねて印刷される３Ｄオブジェクトの水平層のスライスを計算又はロードする。
【００８３】
プライマリＭＰＵは、モーターの速度を設定するために信号をセンサ付きｂｌｄｃモータードライバに送信する。モーターインデックスロケータでアームの位置を検出する。アームの位置（及び印刷ヘッドのＸ／Ｙ位置）及び印刷すべき物体の印刷に必要な特定の層を使用して、レーザーを発射するレーザー変調器への出力信号を生成する。
【００８４】
より安価なオプションとして、タコメータ出力又はホール効果フィードバックを備えたブラシレス直流（ｂｌｄｃ）モーターを使用する代わりに、ステッピングモーターを使用することである。これは、モーターの回転速度を検出してモーターの速度を制御することができる、上述のセンサ付きのｂｌｄｃモータードライバの使用を排除し得る。このステッピングモーターは、また、インデックスロケータの必要性をも排除し得る。
【００８５】
図１６では、環状の反射性反射面部材１３１がその中心にベアリング１３６を有する。ベアリング１３６の内側に中空シャフト１３８が貫通し、図１７に示すように、その端部に角度を付けて取り付けられた第１ミラー１０６Ｅを有する。ベアリング１３６は、中空シャフト１３８の回転を促進する。第１ミラーギア１３８Ａはモーターギア１３７と噛合い、且つ中空シャフト１３８Ａに取り付けられる。モーターギア１３７は、図１６に示すように、モーター１０８のシャフトに接続される。作動中、モーター１０８は、ギア１３７及び１３８Ａが噛合うことによって中空シャフト１３８Ａを回転させる。第１ミラー１０６Ｅは、中空シャフト１３８Ａと共に回転する。集束ビーム１０７Ａは、中空シャフト１３８に入り、回転する第１ミラー１０６Ｅに当たり、第１ミラーがビーム１０７Ａを回転させ、それを傾斜した環状反射面１３２に向けて反射させ、集束ビーム１０７Ａを図７に示す作業面１１３に向けて下方に反射させる。この実施形態によれば、３６０°全面印刷が可能となる。
【００８６】
図１８では、環状反射面部材１３１は、その中心にベアリング１３６を有する。ベアリング１３６内部に中空シャフト１３８は貫通し、図１９に示すように中空シャフトの端部には、角度をもって取り付けられた第１ミラー１０６Ｅを有する。ベアリング１３６は、中空シャフト１３８の回転を促進する。第１ミラーギア１３８Ａは、モーターギア１３７と噛合い、且つ中空シャフト１３８Ａに取り付けられている。モーターギア１３７は、図１８に示すように、モーター１０８のシャフトに接続される。作動中、モーター１０８は、ギア１３７及び１３８Ａを噛み合わせることによって中空シャフト１３８Ａを回転させる。第１ミラー１０６Ｅは、中空シャフト１３８Ａと共に回転する。集束ビーム１０７Ａは中空シャフト１３８に入り、回転する第１ミラー１０６Ｅに当たり、これによりビーム１０７Ａを回転させ、且つプリズム壁１３４に向けて反射させ、このプリズム壁を通って、反射プリズム壁１３５に向かい、ここで集束ビーム１０７Ａを図７に示す作業面１１３に向けて下方に反射させる。この実施形態によれば、３６０°全面印刷が可能となる。
【００８７】
図２０は、図１１と同様な実施形態を示し、ここで３６０°の走査が達成され、ここで第２の反射器が円錐形状のプリズムであり、１０７Ａはミラー１０６Ｅから反射され、且つプリズム壁１３４に向けて反射され、貫通し、次いでプリズム壁１３５の内側で底部プリズム壁１３９に向けて反射し、底部プリズム壁を貫通する。
【００８８】
利用可能な反射器には、ミラー、プリズム、結晶及びその他の反射要素が含まれる。反射器は、反射器上の空気流及び回転を促進させるために、空気力学的部材のハウジング内に組み込むこともできる。一例として、円盤状のハウジングのものが挙げられる。
【００８９】
本発明は、特定の実施形態に関して図示され説明されているが、明細書を参照し理解することにより、当業者にとって、等価物及び変更物が生じ得ることは明らかである。本発明は、そのような等価物及び変更物の全てを含む。
【符号の説明】
【００９０】
１０１  ３Ｄプリンタ
１０２  ｘ軸ステージ
１０３  柱
１０４Ａ  第１のｙ軸ステージ
１０４Ｂ  第２のｙ軸ステージ
１０５  ビームディレクタ
１０６Ａ  底部ミラー
１０６Ｂ  頂部ミラー
１０６Ｃ  ｘ軸ステージミラー
１０６Ｄ  第３ミラー
１０６Ｅ  第１ミラー
１０６ＥＰ  第１角度付きプリズム側部
１０６Ｆ  第２ミラー
１０６ＦＰ  第２角度付きプリズム側部
１０７  ビーム
１０７Ａ  集束ビーム
１０７Ｂ  ビーム打撃面を形成する地点
１０８  モーター
１０９  ロータディスク
１１０  ハウジング
１１１  開口部
１１２  フォーカスレンズ
１１３  作業面
１１４  ビーム源
１１５  穴
１１６  半径方向スライド
１１７  半径方向出口スリット
１１８  支持部
１２０  ラジアルアクチュエータ
１２１Ａ  菱形プリズム
１２１Ｂ  ロータプリズムプラットフォーム
１２３  円錐モーター
１２４  ねじ軸
１２５  アーム
１２５Ａ  ダミィアーム
１２５Ｂ  アームマウント
１２５Ｃ  モーターシャフトソケット
１２５Ｄ  インデックスホール（ノッチ）
１２５Ｅ  インデックスホール（ノッチ）
１２６  支持ベース
１２７Ａ  第１ガイドロッド
１２７Ｂ  第２ガイドロッド
１２８Ａ  第１ガイド穴
１２８Ｂ  第２ガイド穴
１２８Ｃ  ねじ穴
１２９  円錐部材
１２９Ａ  円錐反射器
１３１  環状反射面部材
１３２  傾斜した環状反射面
１３３  モーター支持部
１３４  内側プリズム壁
１３５  外側プリズム壁
１３６  ベアリング
１３７  モーターギア
１３８  中空シャフト
１３８Ａ  第１ミラーギア
１３９  底部プリズム壁
【図１】
2018520379.tif 000003
【図２】
2018520379.tif 000004
【図３Ａ】
2018520379.tif 000005
【図３Ｂ】
2018520379.tif 000006
【図４】
2018520379.tif 000007
【図５】
2018520379.tif 000008
【図６】
2018520379.tif 000009
【図７】
2018520379.tif 000010
【図８】
2018520379.tif 000011
【図９】
2018520379.tif 000012
【図１０】
2018520379.tif 000013
【図１１】
2018520379.tif 000014
【図１２】
2018520379.tif 000015
【図１３】
2018520379.tif 000016
【図１４】
2018520379.tif 000017
【図１５】
2018520379.tif 000018
【図１６】
2018520379.tif 000019
【図１７】
2018520379.tif 000020
【図１８】
2018520379.tif 000021
【図１９】
2018520379.tif 000022
【図２０】
2018520379.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月24日(2017.11.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１反射器の回転軸に沿ってビーム源からビームを受け取るよう構成された回転可能な第１反射器；
回転軸に対して第１反射器を回転させるアクチュエータであって、これにより第１反射器はビームを回転させ且つその回転軸に対して一定角度でビームを反射させるアクチュエータ；及び
第１反射器と一定角度で対向する第２反射器であって；第２反射器は作業面に対して一定角度でビームを反射するよう構成された第２反射器；
を備え、
これにより、ビームが活性化され且つアクチュエータが第１反射器を回転させる際に、ビームは回転する第１反射器に当たり、回転し且つビームは第２反射器に反射され、第２反射器はビームを作業面に反射させ；ビームは次いで作業面に対して曲線経路をたどり、且つ作業面上に弧を描く、ビームディレクタ。
【請求項２】
第１反射器と第２反射器の間の半径方向の距離を調整する距離調整器を更に備え、ビームが作業面に対して調整可能な半径を備える曲線経路をたどり、作業面上に調整可能な半径の弧を描く、請求項１記載のビームディレクタ。
【請求項３】
第２反射器は、第１反射器を取り囲む、回転不能の、傾斜した環状の反射面を備え；第２反射器は、第１反射器の回転軸に対してある角度を有しており；
環状反射面は大径及び小径を有し、大径は作業面に向けられ、これにより、ビームが活性化され且つアクチュエータが第１反射器を回転させる際に；該垂直ビームは回転する第１反射器に当たり、回転し且つビームは第２反射器の環状反射面に反射され、この環状反射面がビームを作業面に反射させる、請求項１記載のビームディレクタ。
【請求項４】
第２反射器は、回転不能の円錐形状内側面を含み；この内側面は、第１反射器を包囲し、且つ第１反射器の回転軸と同じ長手方向軸を有し；円錐形状内側面の大径は作業面に向けられ、且つ第１反射器から作業面に向けてビームを反射させるよう構成される第２反射器であって；
第２反射器は、第１反射器に対して垂直方向に調整可能であり；これによりビームが第１反射器から第２反射器へ移動する距離は、第２反射器の円錐形状により調整可能であるため、ビームは作業面に対して調整可能な半径の曲線経路をたどり、作業面上に調整可能な半径の弧を描く、請求項１記載のビームディレクタ。
【請求項５】
第２反射器は、第１反射器が回転すると、第１反射器の回転軸を円形に取り囲むアクチュエータによって回転可能に構成される、請求項１記載のビームディレクタ。
【請求項６】
第１反射器及び第２反射器を支持するための回転軸の周りを回転可能なロータディスクを更に備える、請求項５記載のビームディレクタ。
【請求項７】
第１反射器と第２反射器との間の半径方向の距離を調整するため、ロータディスク上に取り付けられた半径方向スライドを更に備える、請求項６記載のビームディレクタ。
【請求項８】
第１反射器及び第２反射器を支持するための、回転軸の周囲を回転可能なロータアームを更に備える、請求項５記載のビームディレクタ。
【請求項９】
第１反射器及び第２反射器を安定化させるための安定化アームを更に備える、請求項８記載のビームディレクタ。
【請求項１０】
第２反射器は第１反射器から出たビームを、第１反射器の回転軸に対して平行且つ作業面に対して垂直方向に反射するよう構成される、請求項１記載のビームディレクタ。
【請求項１１】
空気流を制御するため、第１反射器及び第２反射器を収容する空気力学的ハウジングを更に備える、請求項１記載のビームディレクタ。
【請求項１２】
請求項１記載のビームディレクタを含む３次元プリンタ用プリントヘッド。
【請求項１３】
ビームディレクタを用いて作業面に向けてビームを方向付ける方法であって、該方法は：
ビーム源を用いてビームを発生させ；
アクチュエータを用いて回転軸に対して第１反射器を回転させ；
第１反射器の回転軸に沿って第１反射器に向けてビームを方向付け；
第１反射器が回転する際に、第１反射器と一定角度を持って常に第１反射器と対向する第２反射器を提供し；
第１反射器を用いてその回転軸に対して一定角度でビームを第２反射器に対して反射させ；
第２反射器を用いてビームを作業面に対して反射させる；
工程を含み、
ビームが活性化され且つアクチュエータが第１反射器を回転させる際に、ビームは回転する第１反射器に当たり、ビームを回転させ、且つビームを第２反射器に反射させ、第２反射器はビームを作業面に一定角度で反射させ；ビームは次いで作業面に対して曲線経路をたどり、且つ作業面上に弧を描く
工程を含む、ビームディレクタを用いて作業面に向けてビームを方向付ける方法。
【請求項１４】
第１反射器と第２反射器の間の距離を調整することを更に含み、これによりビームが作業面に対して調整可能な半径の曲線経路をたどり、作業面上に調整可能な半径の弧を描く、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
第２反射器は第１反射器を取り囲む、傾斜した環状の反射面を備え；この反射面は回転不能であり、第１反射器の回転軸と同一の中心軸を有し；
環状反射面は大径及び小径を有し、大径は作業面に向けられ；これにより、ビームが活性化され且つアクチュエータが第１反射器を回転させる際に；垂直ビームは回転する第１反射器に当たり、ビームを回転させ且つビームを第２反射器の環状反射面に反射させ、この環状反射面がビームを作業面に反射させ；次いでビームを作業面に対して曲線経路をたどらせ、作業面上に弧を描く、請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
第２反射器は円錐形状であり；第１反射器を包囲し且つ第１反射器の回転軸と同一の長手方向軸を含み；
第２反射器は回転不能であり；
第２反射器の大径は作業面に向けて方向づけられる方法であって、
前記方法は、第１反射器及び第２反射器の距離を調整することを更に含み；これにより第１反射器から第２反射器までビームが移動する距離は第２反射器の円錐形状によって調整され；これによりビームは作業面に対して調整可能な半径の曲線経路をたどり、且つ作業面上に調整可能な半径の弧を描く、請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
第１反射器が回転する際に第１反射器の回転軸の周りを円形で第２反射器を回転させることを更に含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１８】
第１反射器及び第２反射器を支持するロータアームを回転軸の周囲で回転させることを更に含む、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
安定化部材をロータアームに取り付けることにより、第１反射器及び第２反射器の回転を安定化させることを更に含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
ビーム導管を用いてビームをビームディレクタに搬送することを更に含む、請求項１３記載の方法。
【請求項２１】
第２反射器は、第１反射器の回転軸に対して平行であり、且つ作業面に対して垂直であるビームを反射する、請求項１３記載の方法。
【請求項２２】
空気流を制御するために空気力学的ハウジング内に第１反射器及び第２反射器を配置させることを更に含む、請求項１３記載の方法。
【請求項２３】
３次元プリンタ用のプリントヘッドとしてビームディレクタを使用することを更に含む、請求項１３記載の方法。
【国際調査報告】
2018520379.tif 000024