(57)【要約】  付加製造の溶射装置（１００）と方法が開示される。溶射装置（１００）は、材料と液体キャリアのコロイド懸濁液を貯留するための少なくとも１つのリザーバ（１６）と、リザーバ（１６）と流体連通した複数のノズル（１２）を具備する少なくとも１つのプリントヘッド（１０）であって、各ノズル（１２）が基板（４６）上にコロイド懸濁液の液滴を溶射するように構成されたプリントヘッドとを具備する。溶射装置（１００）はさらに、少なくとも１つのプリントヘッド（１０）に隣接して配置された乾燥手段（２２）で、溶射された液滴（３６）から液体を蒸発させるよう、溶射された液滴（３６）に第１エネルギーパルスを選択的に供給するよう構成された乾燥手段（２２）と、乾燥手段（２２）に隣接して配置された溶融手段（３０）で、乾燥手段（２２）によって乾燥した液滴（３６）内の材料を溶融するため、第２エネルギーパルスを選択的に供給するよう構成された溶融手段（３０）と、を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
付加製造に使用する溶射装置であって、
材料と液体キャリアのコロイド懸濁液を貯留するための少なくとも１つのリザーバと、
前記リザーバと流体連通した複数のノズルを具備する少なくとも１つのプリントヘッドであって、各ノズルが基板上に前記コロイド懸濁液の液滴を溶射するよう構成された少なくとも１つのプリントヘッドと、
前記少なくとも１つのプリントヘッドに隣接して配置された乾燥手段であって、溶射された液滴から前記液体キャリアを蒸発させるために、前記溶射された液滴に第１エネルギーパルスを選択的に供給するよう構成された乾燥手段と、
前記乾燥手段に隣接して配置された溶融手段であって、前記乾燥手段によって乾燥した液滴内の前記材料を溶融するための第２エネルギーパルスを選択的に供給するよう構成された溶融手段と、を備える溶射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の溶射装置であって、
前記乾燥手段が、個別に制御可能な複数の乾燥素子を具備し、前記乾燥素子はそれぞれ、前記ノズルのうちのそれぞれ１つと整列し、
前記溶融手段が、個別に制御可能な複数の溶融素子を具備し、前記溶融素子はそれぞれ、前記ノズルのうちのそれぞれ１つと整列する、溶射装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の溶射装置であって、前記第１エネルギーパルスと前記第２エネルギーパルスがそれぞれ、複数のサブパルスを具備する、溶射装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の溶射装置であって、さらに、
複数のリザーバであって、各リザーバがコロイド懸濁液に異なる材料を貯留する複数のリザーバと、
複数のプリントヘッドであって、各プリントヘッドが前記複数のリザーバのうちのそれぞれ１つと流体連通する複数のノズルを具備する複数のプリントヘッドと、を備える溶射装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つに記載の溶射装置であって、各プリントヘッドの前記ノズルが、２つ以上の列に配置され、隣接する列の前記ノズルが互いからオフセットされている、溶射装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１つに記載の溶射装置であって、前記第１及び第２エネルギーパルスの持続時間が、圧力波が前記液滴の中心から前記液滴の縁部まで移動するのにかかる時間より短い、溶射装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１つに記載の溶射装置であって、前記材料及び下にある基板が、前記第２エネルギーパルスによって溶融された後、急冷されるよう、前記第２エネルギーパルスの時間的及び強度プロファイルが、急速な立ち下がりを有するよう構成された、溶射装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１つに記載の溶射装置であって、前記少なくとも１つのプリントヘッド、前記乾燥手段、及び前記溶融手段が、前記乾燥手段及び前記溶融手段がそれぞれ、前記少なくとも１つのプリントヘッドと空間的に整列するよう構成された位置決め手段を備える、溶射装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１つに記載の溶射装置であって、さらに、 前記溶射された液滴のうちの１つにおいて前記材料を溶融する間、前記基板を所定の深さまで溶融するよう、前記材料及び下にある基板の熱特性に基づいて、前記第２エネルギーパルスの時間的及び強度プロファイルを制御するよう構成された溶融制御手段を備える、溶射装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１つに記載の溶射装置であって、さらに、前記液体キャリアの沸点より低い温度まで前記液滴内の前記液体キャリアを加熱できるよう、前記第１エネルギーパルスの時間的及び強度プロファイルを制御するよう構成された乾燥制御手段を備える、溶射装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の溶射装置であって、前記第１エネルギーパルスが前記液体キャリアのフラッシュ蒸発を引き起こすよう、前記乾燥制御手段が前記第１エネルギーパルスの前記時間的及び強度プロファイルを制御するよう構成された、溶射装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１つに記載の溶射装置であって、
前記乾燥手段が、前記少なくとも１つのプリントヘッドの両側に配置された第１及び第２乾燥ユニットを備え、
前記溶融手段が、前記第１及び第２乾燥ユニットの両側に配置された第１及び第２溶融ユニットを備える、溶射装置。
【請求項１３】
付加製造方法であって、
基板の上に材料のコロイド懸濁液と液体キャリアの、複数の液滴を溶射する複数のノズルを備えるプリントヘッドを制御するステップと、
個別に制御可能な複数の乾燥素子を制御し、溶射された液滴から前記液体キャリアを蒸発させるため、第１エネルギーパルスを溶射された液滴に選択的に供給するステップと
個別に制御可能な複数の溶融素子を制御し、前記乾燥素子によって乾燥した液滴内の前記材料を溶融するための第２エネルギーパルスを選択的に供給するステップと、を備える付加製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の付加製造方法であって、さらに、前記溶射された液滴のうちの１つにおいて前記材料を溶融するとき、前記溶射された液滴のうちの前記１つの下の前記基板の一部を選択的に溶融し、前記液滴内の前記材料を前記基板に溶解するよう、前記複数の溶融素子を制御するステップを備える、付加製造方法。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載の付加製造方法であって、
第１材料のコロイド懸濁液を含む複数の第１液滴を溶射するステップと、
前記第１液滴内に溶射された前記材料を乾燥するよう前記乾燥素子を制御するステップと、
前記第１液滴に溶射された前記材料に隣接して、複数の第２液滴を溶射するステップであって、前記複数の第２液滴が前記第１材料とは異なる第２材料のコロイド懸濁液を含む、ステップと、
前記第２液滴内に溶射された前記材料を乾燥させるよう、前記乾燥素子を制御するステップと、
前記溶射された第１及び第２材料をともに溶融するよう前記溶融素子を制御するステップと、を備える付加製造方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の付加製造方法であって、
複数の第１液滴を溶射するステップと、
前記第１液滴内に溶射された前記材料を乾燥するよう前記乾燥素子を制御するステップと、
前記第１液滴に溶射された前記材料の上面に複数の第２液滴を溶射するステップと、
前記第１液滴に溶射された前記材料を溶融することなく、前記第２液滴内に溶射された前記材料を乾燥させ、溶融するよう、前記乾燥素子及び溶融素子を制御するステップと、
前記第１液滴内に溶射された前記材料を取り除き、前記第２液滴内に溶射された前記材料の下に空洞を残すステップと、を備える付加製造方法。
【請求項１７】
請求項１３から１６のいずれか１つに記載の付加製造方法を、コンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、付加製造に関する。さらに具体的には、本発明は、付加製造に使用するインクジェット式の溶射装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
付加製造は、三次元物体を層状に造形する工程である。通常、大量生産に合わせた速度で、２種類以上の材料を使用した物体を製造するのは難しい。付加製造装置にはいくつかの種類がある。そのような種類のうちのひとつに、インクジェット溶射装置がある。インクジェット溶射装置では、材料と液体キャリアのコロイド懸濁液の液滴を、多数のノズルから基板上に溶射することによって、三次元物体が一層ずつ造形される。
【０００３】
インクジェット式溶射装置によって溶射された材料を溶解するため、様々な方法が開発されてきた。熱溶解方法では、材料のブランケット層が溶射され、次に、溶解が要求される位置に溶解剤が追加される。次に、その層が加熱され、溶解剤によって遊離した材料が結合される。しかしながら、熱溶解技術は、比較的遅く、高温にする必要があり、結果的に、複数の材料から成る複雑な部品の製造コストは高い。
【０００４】
光学溶解方法では、レーザー又は高出力のキセノンフラッシュランプを使用し、溶射後に各層を照射し、液体キャリアを蒸発させ、溶射された液滴全ての材料分子をともに溶解する。しかしながら、このように急速に乾燥させ、溶融させると、液体キャリアを急速に沸騰させることになり、その結果、材料が飛散する。結果として、作成された物体は層が均一でないため高品質ではなく、完成した物体が達成し得る解像度は低い。熱溶解技術と同様に、光学溶解方法もまた、一度に溶射できるのは、単一材料から成る１つの層に限られている。
【０００５】
本発明の態様は、先行技術の付加製造方法及び装置に付随する１つ又は複数の欠点を対処することを目的とする。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の第１の態様によると、付加製造に使用する溶射装置が与えられ、その溶射装置は、材料と液体キャリアのコロイド懸濁液を貯留する、少なくとも１つのリザーバと、リザーバと流体連通する複数のノズルを具備する少なくとも１つのプリントヘッドで、各ノズルがコロイド懸濁液の液滴を基板上に溶射するよう構成されたプリントヘッドと、少なくとも１つのプリントヘッドに隣接して配置された乾燥手段で、溶射された液滴から液体を蒸発させるため、溶射された液滴に第１エネルギーパルスを選択的に供給するよう構成された乾燥手段と、乾燥手段に隣接して配置される溶融手段で、乾燥手段によって乾燥した液滴内の材料を溶融するための第２エネルギーパルスを選択的に供給するよう構成された溶融手段と、を具備する。
【０００７】
乾燥手段は、個別に制御可能な複数の乾燥素子を具備し売り、各乾燥素子はノズルのそれぞれ１つと整列し、溶融手段は、個別に制御可能な複数の溶融素子を具備し得、各溶融素子は、ノズルのそれぞれ１つと整列している。
【０００８】
第１エネルギーパルス及び第２エネルギーパルスはそれぞれ、複数のサブパルスを具備し得る。
【０００９】
溶射装置はさらに、複数のリザーバで、各リザーバがコロイド懸濁液に異なる材料を貯留するリザーバと、複数のプリントヘッドで、各プリントヘッドが複数のリザーバのそれぞれ１つと流体連通する複数のノズルを具備するプリントヘッドと、を具備する。
【００１０】
各プリントヘッドのノズルは、２列以上に配置され得、隣接する列のノズルは互いにずらされている。
【００１１】
第１及び第２エネルギーパルスの持続時間は、圧力波が液滴の中心から液滴の端まで移動するのにかかる時間より短くてもよい。
【００１２】
第２エネルギーパルスの時間的及び強度プロファイルは、材料及びその下にある基板が第２エネルギーパルスによって溶融された後に急冷されるよう、急速な立ち下がりを有するよう構成されてもよい。
【００１３】
少なくとも１つの プリントヘッド、乾燥手段、溶融手段は、乾燥手段と溶融手段がそれぞれ、少なくとも１つのプリントヘッドと空間的に整列するよう構成された位置決め手段を具備し得る。
【００１４】
溶射装置はさらに、溶射された液滴のうちの１つにおいて材料を溶融している間、基板を所定の深さまで溶融できるよう、材料及びその下にある基板の熱特性に基づいて、第２エネルギーパルスの時間的及び強度プロファイルを制御できるよう構成された溶融制御手段を具備し得る。
【００１５】
溶射装置はさらに、第１エネルギーパルスが、液体の沸点より低い温度まで液滴内の液体を加熱するよう、第１エネルギーパルスの時間的及び強度プロファイルを制御するよう構成された乾燥制御手段を具備し得る。乾燥制御手段は、第１エネルギーパルスが液体のフラッシュ蒸発を引き起こすよう、第１エネルギーパルスの時間的及び強度プロファイルを制御するよう構成され得る。
【００１６】
乾燥手段は、少なくとも１つのプリントヘッドの両側に配置された第１及び第２乾燥ユニットを具備し得、溶融手段は、第１及び第２乾燥ユニットの両側に配置された第１及び第２溶融ユニットを具備し得る。
【００１７】
本発明の第２態様によると、基板上の材料及び液体キャリアのコロイド懸濁液の複数の液滴を溶射する複数のノズルを具備するプリントヘッドと制御するステップと、溶射された液滴から液体を蒸発させるため、溶射された液滴に第１エネルギーパルスを選択的に供給する、個別に制御可能な複数の乾燥素子を制御するステップと、乾燥手段によって乾燥させた液滴内の材料を溶融するための、第２エネルギーパルスを選択的に供給する、個別に制御可能な複数の溶融素子を制御するステップと、を具備する付加製造方法が与えられる。
【００１８】
付加製造方法はさらに、溶射された液滴のうちの１つで材料を溶融するとき、液滴内の材料を基板に溶解するため、溶射された液滴のうちの１つの下にある基板の一部を選択的に溶融するように複数の溶融素子を制御するステップを備え得る。
【００１９】
付加製造方法はさらに、第１材料のコロイド懸濁液を含む複数の第１液滴を溶射するステップと、溶射された第１液滴内の材料を乾燥させる乾燥素子を制御するステップと、第１液滴に溶射された材料に隣接して複数の第２液滴を溶射するステップで、複数の第２液滴が第１材料とは異なる第２材料のコロイド懸濁液を含むステップと、第２液滴に溶射された材料を乾燥させる乾燥素子を制御するステップと、溶射された第１及び第２材料をともに溶融する溶融素子を制御するステップと、を具備し得る。
【００２０】
付加製造方法はさらに、複数の第１液滴を溶射するステップと、溶射された第１液滴内の材料を乾燥させる乾燥素子を制御するステップと、第１液滴内に溶射された材料の上面に複数の第２液滴を溶射するステップと、第１液滴で溶射された材料を溶融することなく、第２液滴で溶射された材料を乾燥させて溶融する、乾燥素子及び溶融素子を制御するステップと、第１液滴に溶射された材料を取り除き、第２液滴内に溶射された材料の下に空洞を残すステップと、を具備し得る。
【００２１】
本発明の第３態様によると、実行されたとき、本明細書で開示された方法のいずれかを実施するコンピュータプログラム命令を保存するよう配置された、コンピュータ可読保存媒体が与えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
次に、本発明の実施形態が、例示のみの目的で、添付図面を参照して説明される。
【図１】図１は、本発明の一実施形態による、溶射装置のシステム図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による、プリントヘッドアセンブリである。
【図３】図３は、本発明の一実施形態による、付加製造工程のフローチャートである。
【図４ａ】図４ａは、エネルギーパルスの時間的及び強度プロファイルの例を示す。
【図４ｂ】図４ｂは、エネルギーパルスの時間的及び強度プロファイルの例を示す。
【図４ｃ】図４ｃは、エネルギーパルスの時間的及び強度プロファイルの例を示す。
【図４ｄ】図４ｄは、エネルギーパルスの時間的及び強度プロファイルの例を示す。
【図５】図５は、本発明の一実施形態による、溶射装置のシステム図である。
【図６】図６は、図５に示す溶射装置を上から見た図である。  全図を通して、対応する部分には同一の参照番号を付してある。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１を参照すると、付加製造工程を使用して三次元物体を製造するための、プリントヘッドアセンブリ３４を含む溶射装置１００が示される。物体を作成するための設計命令は予め生成され、コンピュータ可読メモリに保存され得る。
【００２４】
プリントヘッドアセンブリ３４は、互いに隣接して配置された溶射ユニット１８と、乾燥ユニット２２と、溶融ユニット３０とを具備する。本実施形態では、溶射ユニット１８と、乾燥ユニット２２と、溶融ユニット３０とが、Ｘ方向に隣接しており、そのＸ方向とは、溶射中、プリントヘッドアセンブリ３４と、材料が溶射されることになる基板４６との間の相対運動の方向である。
【００２５】
溶射ユニット１８は、溶射ユニット１８内に、プリントヘッド１０に接続されたリザーバ１６を含有している。リザーバ１６は、好適な導管１４によってプリントヘッド１０に接続される。導管１４は、リザーバ１６とプリントヘッド１０の相対運動が可能となるよう、柔軟性があるものでもよいし、又は、リザーバ１６とプリントヘッド１０が互いに固定されたままの状態となるよう、硬くてもよい。本実施形態では、導管は柔軟性のある管１４を具備する。柔軟性のある管１４は、リザーバ１６から、溶射領域に対向して配置されたノズル１２に延在する。プリントヘッド１０は、例えば、図１のＹ方向に、直線状に配置された１２８以上のノズル１２を具備し得、図１では、プリントヘッドアセンブリ３４と基板４６との間の動きの相対方向がＸ方向であり、基板４６はプリントヘッドアセンブリ３４からＺ方向に離間している。本実施形態では、各ノズル１２は、最も隣接するノズル１２から、液滴の直径の数倍より遠い距離だけ離れている。本実施形態では、ノズルの間隔（又はピッチ）は、約３００μｍであるが、他の実施形態では、異なるノズル間隔が利用されてもよい。
【００２６】
図１に示す実施形態では、プリントヘッド１０は、Ｙ方向に延在する単一列のノズルを具備する。しかしながら、他の実施形態では、プリントヘッド１０は、ノズル１２の第１列からＸ方向に離間した、別の１列又は複数列のノズル１２をさらに具備し得る。ノズル１２が複数列設けられるとき、２つのノズル１２がＸ方向に互いに直接向かい合わないよう、それらの列を互い違いにしてもよい。
【００２７】
リザーバ１６は、物体を製造するための材料と液体キャリアのコロイド懸濁液を含有する。例えば、液体キャリアは、水か、又はアルコールのような溶媒であってもよい。材料は、有機材料又は無機材料でもよい。材料は、ポリマー、化合物、又は合金の形態であってもよい。材料は、セラミック、金属、プラスチックの分子、又は、液体キャリア内で懸濁し、ノズル１２を介して液滴の形態で溶射することが可能な、任意の好適な建設材料の分子を含んでもよい。リザーバ１６は、一次リザーバからコロイド懸濁液を受けるよう、溶射ユニット１８の外側に配置された、より大きな一次リザーバに接続された二次リザーバであってもよい。例えば、リザーバ１６は、レールのような、溶射ユニット１８と平行に動く、平行移動可能な支持部材上に配置された一次リザーバに接続されてもよい。リザーバ１６がプリントヘッドアセンブリ３４に同期して動くことが可能となるよう、支持部材がプリントヘッドアセンブリ３４の上、又はプリントヘッドアセンブリの側面にあってもよい。あるいは、溶射ユニット１８が動いている間、 一次リザーバは静止した状態であってもよい。さらに、いくつかの実施形態では、プリントヘッド内の二次リザーバが省略されてもよく、その場合は、プリントヘッドは外側の一次リザーバから直接、コロイド懸濁液を受ける。
【００２８】
プリントヘッド１０は、コロイド懸濁液が液滴３６としてノズル１２から吐出するのを誘発する駆動機構を具備する。例えば、駆動機構は圧電駆動又は熱駆動であってもよい。各ノズル１２は、基板４６上にコロイド懸濁液の液滴３６を吐出する。本実施形態では、各液滴３６は通常、３０マイクロメートル（μｍ）であるが、他の実施形態では、異なる大きさの液滴が使用されてもよい。駆動機構は、液滴３６内に溶射される材料の種類に応じて、各液滴の直径を設定するよう制御され得る。
【００２９】
さらなる実施形態では、溶射ユニット１８は、複数のプリントヘッド１０を含む。複数のプリントヘッド１０が設けられるとき、プリントヘッド１０の異なる１つは、異なるリザーバ１６か、又は同一のリザーバに接続され得る。いくつかの実施形態では、溶射ユニット１８はさらに、複数のリザーバ１６を含み、各リザーバ１６は、複数のプリントヘッド１０のうちのそれぞれ１つに接続され、各リザーバ１６は、液体キャリアに懸濁された、異なる材料を含有する。前述の通り、いくつかの実施形態では、複数のリザーバ１６は、溶射ユニット１８自体の中に設けられることなく、プリントヘッド１０に接続され得る。複数のプリントヘッド１０及びリザーバ１６が取付けられるとき、プリントヘッドアセンブリ３４は、複数の材料から成る物体の製造が可能となる。
【００３０】
各プリントヘッド１０はさらに、プリントヘッドアセンブリ３４に対するプリントヘッド１０の位置を検出する光学位置決め機構４４を含み得、プリントヘッドを互いに対して空間的に整列させることが可能である。プリントヘッドを整列させる位置決め機構は、インクジェット式装置の技術において既知であり、詳細な説明はここでは繰り返さないものとする。しかしながら、要するに、光学位置決め機構４４は、レーザービームのような光ビームを発信し、光ビームの反射を検知し、プリントヘッド１０の位置を決定するよう配置され得る。これは単に、そのような１つの位置決め機構の単なる一例であり、その他の好適な位置決め機構が本発明の実施形態において使用され得ることが理解されよう。動的ステージ５２は、その上に溶射ユニット１８が取り付けられ、Ｘ及び／又はＹ方向に各プリントヘッド１０を平行移動させることによって、プリントヘッド１０を整列できるよう制御され得る。
【００３１】
本実施形態では、乾燥ユニット２２及び溶融ユニット３０がそれぞれさらに、光学位置決め機構４４を具備し、プリントヘッド１０のうちの１つから溶射される液滴と、別個独立して整列する。乾燥ユニット２２及び溶融ユニット３０はまた、動的ステージ５２上にも取り付けられ、それによって正確な位置決めが実行可能となる。つまり、乾燥ユニット２２及び溶融ユニット３０は、光学位置決め機構４４及び動的ステージ５２を使用して、プリントヘッド１０と整列するよう校正される。動的ステージ５２は、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、ピッチ（Ｘ軸周りの回転）、ヨー（Ｙ軸周りの回転）の位置決めを制御するよう構成された、５軸位置決め機構であることが好ましい。
【００３２】
液滴が溶射される基板４６は、製造されている物体の前の層となり得る。つまり、物体がＮ層に溶射された材料を具備する場合、基板４６は層Ｎ−１である。あるいは、基板４６は、完成した物体の一部を形成しない、基礎層であってもよい。印刷される基板４６は、安定性の高いベースプレート４２上に取り付けられる。ある実施形態では、ベースプレート４２には高精度の垂直移動機構が与えられ、それによってＺ方向に沿って横断することが可能となる。Ｚ方向に沿ったベースプレートの移動を制限することにより、製造することができる物体の高さを制御する。残りの寸法制限は、ノズル１２のＹ方向の程度と、プリントヘッドアセンブリ３４のＸ方向への移動制限によって囲まれる表面によって定められる。
【００３３】
さらなる実施形態ではさらに、ベースプレート４２に、Ｙ方向に沿った高精度移動機構が与えられる。この実施形態では、印刷可能な領域は、ベースプレート４２のＹ方向に沿った移動を制限することによってのみ、制限される。
【００３４】
さらに、いくつかの実施形態では、ベースプレート４２はマイクロ移動機構に接続され得、そのマイクロ移動機構は、ノズル１２の間の間隔より短い距離だけ、Ｙ方向にベースプレート４２を動かすよう構成される。これによって、隣接するノズルが前回溶射した２つの液滴の間の位置に、液滴を溶射することが可能となり、解像度がより高くなる。例えば、解像度を２倍上げるため、ベースプレート４２をノズルの間隔の半分に等しい距離だけ移動させることができる。
【００３５】
プリントヘッドアセンブリ３４は、印刷可能な領域全体を、Ｘ方向にほぼ等速で移動するよう構成される。他の速度も可能であるが、通常、プリントヘッドアセンブリ３４は、秒速１メートル（ｍ／ｓ）で移動する。 
【００３６】
乾燥ユニット２２は、複数の乾燥素子を具備する。各乾燥素子は、集束レンズのような、エネルギー源２４によって生成されたエネルギーを放出するよう構成された、エネルギー放出部２８を具備する。エネルギー源２４は、様々な形態でエネルギーを放出するよう構成され得る。例えば、エネルギー源は、イオンビーム源、電子ビーム源、又は電磁放射源であってもよい。エネルギー源２４は、液体キャリアを蒸発させることによって、溶射された液滴３６内の材料を乾燥させるのに使用される。例えば、エネルギー源２４は、インコヒーレント又はコヒーレント電磁放射のパルスを生成し、放出するよう構成された光子エネルギー源２４であってもよい。本実施形態では、光子エネルギー源２４は、高出力の赤外発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、エネルギー放出部２８は、溶射された液滴の上に電磁放射のパルスを集中させるよう構成された集束レンズである。しかしながら、他の実施形態では、上述の通り、その他の種類のエネルギー源が使用され得る。本実施形態では、エネルギー源２４は、光ファイバーケーブルや光パイプのような光学ガイド５０によって、それぞれの集束レンズ２８に接続される。
【００３７】
いくつかの実施形態では、乾燥素子２４の数は、対応する各プリントヘッド１０上のノズル１２の数と同じである。乾燥ユニット２２がプリントヘッド１０と整列し、プリントアセンブリ３４がＸ方向に動くとき、集束レンズ２８は、ノズル１２のうちの対応する１つから溶射された液滴３６の、直接上にあることになる。本実施形態では、乾燥ユニット２２は、少なくとも５軸調整を提供するよう構成された動的ステージ５２上のプリントヘッドアセンブリ３４に取り付けられ、エネルギー源２４によって生成された乾燥エネルギーパルスの光軸が、溶射された、対応する液滴３６の中心と整列可能となる。これにより、エネルギー源２４のうちの対応するひとつによって生成された乾燥エネルギーパルスによって、溶射された各液滴３６を個別に照明することができる。
【００３８】
各乾燥素子は個別に制御可能であり、基板上に溶射された材料を、溶融することなく乾燥させるエネルギーパルスを生成する。乾燥エネルギーパルスの例示的な時間的及び強度プロファイルが、図４ａから図４ｄに示される。ここで、「時間的及び強度プロファイル」という用語は、時間に対する強度のプロットを指す。図４ａはボックス関数を示し、乾燥エネルギーパルスの強度が瞬間的に最大に達し、一定時間Ｔの間はそのレベルを保ち、その時間の終了時点で瞬間的に０まで下がる。つまり、エネルギー源２４は、時間Ｔの終了時点で切断される。図４ｂは、ランプダウン関数を示し、乾燥エネルギーパルスの強度が瞬間的に最大に達し、次に、一定時間Ｔにわたり徐々に減少し、０となる。図４ｃはランプアップ関数を示し、乾燥エネルギーパルスの強度が一定時間Ｔにわたり、緩やかに上昇する。時間の終了時点で乾燥エネルギーパルスは、例えば、エネルギー源を切ることなどによって、切断される。図４ｄは、くし形関数を示す。ここでは、乾燥エネルギーパルスは、例えば、それぞれがボックス関数の形態をとる複数のサブパルスを具備する。サブパルスの合計時間は、前述の時間Ｔと等しい。
【００３９】
さらなる実施形態では、乾燥ユニット２２は、プリントヘッドノズルの数よりも少ない数の乾燥素子を具備し得る。例えば、乾燥ユニット２２は、単一の乾燥素子のみを具備し得、前述と同一の形態をとる。そのような実施形態では、乾燥ユニット２２は、それぞれ個別の液滴を選択的に照明するよう、Ｙ方向に移動可能に構成され得る。つまり、乾燥ユニット２２は、基板４６を横切ってラスターするよう構成され得る。
【００４０】
ノズルから吐出された直後の、基板に接触する前の各液滴の直径は、ノズルの形状、吐出工程、及び液滴の特性によって決められる。図１の通り、液滴は、基板４６上に付着した後広がる。通常、基板に溶射された状態の液滴の直径は、空中の液滴３６の直径の、１．２５倍から２倍である。本実施形態では、各集束レンズ２８は、各乾燥素子が液滴サイズと比較して大きい領域を照明するよう、構成される。これにより、液滴内の液体すべてが確実に加熱され、乾燥エネルギーパルスによって蒸発される。例えば、乾燥エネルギーパルスの半値全幅は、ガウシアンビームの形態をとるが、溶射された液滴の直径の１．２５倍から２倍であってもよい。しかしながら、他の実施形態では、例えば、室温が、液滴が溶融ユニット３０に到達する前に液滴の縁部周りの残液を蒸発させるのに十分高いとき、各乾燥素子がより小さい領域を照明してもよい。
【００４１】
溶融ユニット３０は、複数の溶融素子を具備する。溶融素子は、液体キャリアを蒸発させることによって材料を乾燥させた後、材料を溶融するための集束レンズ４８及びエネルギー源３２を具備する。必要に応じて、乾燥した材料の下の、基板４６の一部もまた、その材料が基板４６に結合するように溶融され得る。この工程は、溶射された材料を基板に溶解するため、溶解（ｆｕｓｉｎｇ）とも称され得る。溶射された材料を基板に溶解するため、基板もまた、比較的浅い深さ、例えば約０．１μｍまで溶融され得る。エネルギー源３２は、乾燥ユニット２２に関して上述した通り、いかなる形態をとってもよい。エネルギー源３２は、乾燥エネルギーパルスよりも高い強度を有するエネルギーパルスを生成するよう構成される。さらに、エネルギー源３２は、コヒーレント電磁放射を生成して放出するよう構成された高強度の光子エネルギー源３２であってもよく、例えば、高出力のレーザーダイオードであってもよい。コヒーレント電磁放射が好ましいが、前に説明した通り、インコヒーレント電磁放射が生成されてもよい。あるいは、溶融ユニット３０は、マルチプレクサによって複数の集束レンズ４８に接続された、単一エネルギー源３２を具備してもよい。本実施形態では、各高強度光子エネルギー源３２は、光ファイバーケーブルを介してそれぞれの集束レンズ４８に接続される。高強度光子エネルギー源３２の数は、対応する各プリントヘッド１０上のノズル１２の数と等しい。集束レンズ４８は、溶融ユニット３０がプリントヘッド１０と整列し、プリントアセンブリ３４がマイナスＸ方向に動くとき、関連するノズル１２から溶射された液滴３６の真上に各レンズ４８があるよう、配置される。
【００４２】
本実施形態では、各溶融素子は個別に制御可能である。エネルギー源３２によって生産される溶融エネルギーパルス又はビームの時間的及び強度プロファイルは、図４ａから図４ｄに関して前述した、いかなる形態でもとれるよう、プログラム可能である。図４cに示す通り、溶融エネルギーパルスの時間的及び強度プロファイルは、急速な立ち下がりを有するよう、プログラム可能である。つまり、溶融した材料が急速に冷却され、溶融した材料及び、必要な場合は、その下にある溶融した基板４６を急冷することになるよう、溶融エネルギーパルスをすばやく終了する。
【００４３】
さらなる実施形態では、溶融ユニット３０は、ノズルの数より少ない数の溶融素子を具備してもよく、例えば、溶融素子が１つだけの場合は前述と同じ形態をとる。そのような実施形態では、溶融ユニット３０は、各個別の液滴を選択的に照明するよう、Ｙ方向に動くように構成される。 つまり、溶融ユニット３０は、基板４６を横切ってラスターするよう構成される。
【００４４】
溶融ユニット３０は、少なくとも５軸調整を提供するよう構成された動的ステージ上のプリントヘッドアセンブリ３４に取り付けられ、各高強度エネルギー源３２からの光軸が、溶射された、対応する液滴３６の中心と整列することができる。これにより、液体キャリアが乾燥ユニット２２によって蒸発された後、高強度エネルギー源３２によって生成された溶融エネルギーパルス（複数のサブパルスを具備してもよい）によって、溶射された各液滴３６を個別に照明することが可能となる。
【００４５】
図１の通り、乾燥ユニット２２は、プリントヘッド１０からＸ方向に離間する。乾燥ユニット２２は、材料が溶射されている間、基板４６に対してプリントヘッドアセンブリ３４が動く方向に、プリントヘッド１２を追従するように配置される。溶融ユニット３０はまた、乾燥ユニット２２からＸ方向に離間し、材料が溶射されている間、基板４６に対してプリントヘッドアセンブリ３４が動く方向に、乾燥ユニット２２を追従するよう配置される。乾燥ユニット２２と溶融ユニット３０との間隔は、溶射中、基板４６に対する溶射ユニット１８の相対速度、及び／又は、溶射される材料や液体キャリアの熱特性に応じて決定され得る。
【００４６】
プリントヘッドアセンブリ３４の構成要素は、ユーザの入力装置に接続されるコントローラ２０によって制御される。コントローラ２０は、制御命令を保存するメモリを具備する。コントローラ２０は、プリントヘッドアセンブリ３４、プリントヘッド１０、乾燥ユニット２２、及び溶融ユニット３０の位置を制御するよう構成される。さらに、コントローラ２０は、空間的位置、液滴３６がノズル１２から吐出される速度、及びエネルギー源２４及び３２によって生成される乾燥及び溶融エネルギーパルスの時間的及び強度プロファイルを制御する。時間的及び強度プロファイルは、時間の関数としてエネルギー強度を測るものである。
【００４７】
本実施形態では、コントローラ２０は、溶射される材料と液体キャリアの熱特性、及び、液滴が溶射された基板４６の熱特性に基づいて、乾燥エネルギーパルスの時間的及び強度プロファイルを選択するよう構成されるため、液体キャリアは沸点より下の温度まで加熱される。これにより、液体キャリアを飛散させることなく蒸発させる。いくつかの実施形態では、乾燥エネルギーパルスの時間的及び強度プロファイルは、液体キャリアのフラッシュ蒸発を引き起こすようプログラムされ得る。フラッシュ蒸発は、液体を過熱状態まで加熱する工程である。
【００４８】
さらに、本実施形態では、コントローラ２０は、溶射される材料と基板４６の熱特性に基づいて、下にある基板４６を、溶射された材料を通して所定の深さまで溶融するように溶融エネルギーパルスの時間的及び強度プロファイルを選択するよう構成される。基板と新たに溶射された材料の両方を溶融することによって、液滴内の材料が基板に溶解され、完成した物体の構造的一体性が向上する。そのため、溶融作業はまた、溶解作業とも称される。所定の深さは０．１マイクロメートル程度であってよい。溶解作業中に基板を溶融する深さを制御することにより、完成した物体の３Ｄにおける物理的及び機構的特性が、高精度で制御され得る。
【００４９】
あるいは、後述することになるが、下にある基板４６を溶融しなくてもよい。例えば、基板４６の上をスライド可能な、移動可能又は柔軟性のある層を生産することが所望され得、その場合、材料を下にある基板４６に溶解することなく、新たに溶射された層の材料を溶融することができる。
【００５０】
動作中、要求される材料に従ってコントローラ２０が決定する通り、プリントヘッドアセンブリ３４が指定範囲の上に位置するとき、様々なプリントヘッド１０が作動される。プリントヘッド１０は様々な空間位置の上にあるので、複数のプリントヘッド１０は様々な材料のコロイド懸濁液の液滴３６を同時に吐出できる。続いてプリントヘッド１０が通過することにより、様々なパターンの液滴が吐出され、複数の別々の材料成分を具備する複雑な３次元構造物を作成することができる。
【００５１】
さらに、位置フィードバック機構がプリントヘッドアセンブリ３４上に取り込まれ、コントローラ２０によって、いつ、各プリントヘッド１０が、その特定のプリントヘッド１０に対応する材料が溶射される指定範囲上にあるのか、を正確に決定できるようにする。コントローラ２０はまた、位置フィードバック機構を使用し、いつ乾燥ユニット２２が溶射された特定の材料の液滴の上にあるのかを決定し、それぞれのエネルギー源２４を制御し、液体キャリアを蒸発させるのに必要なエネルギーを送達することができる。同様に、コントローラ２０は位置フィードバック機構を使用し、いつ溶融ユニット３０が溶射された特定の材料の液滴の上にあるのかを決定し、それぞれの光子源３２を制御し、液体キャリアが蒸発した後、溶射された液滴に残留したコロイドクラスタと、基板４６の下にある薄い表面層を溶融し、溶解するのに適した時間的及び強度プロファイルを有するエネルギーの少なくとも１つパルスを送達することができる。上述の通り、溶射された材料を基板４２に溶解するため、溶解動作中、下にある基板４６の表面層を溶融する必要がある場合は、０．１マイクロメートル程度の深さに溶融してもよい。
【００５２】
ここで図２を参照すると、本発明の一実施形態によるプリントヘッドアセンブリ３４が示される。図２では、プリントヘッドの、Ｘ−Ｙ面の横断面図が示される。本実施形態では、溶射ユニット１８は複数のプリントヘッド１０を具備し、各プリントヘッド１０は、それぞれの導管１４によってそれぞれのリザーバ１６に接続している。各リザーバ１６は、コロイド懸濁液内に異なる材料を含有している。プリントヘッド１０は、互いに接近して配置され、Ｘ方向に隣接しており、そのＸ方向とは、溶射中、プリントヘッドアセンブリ３４と材料が溶射される基板との間の相対運動の方向である。単一乾燥ユニット２２と単一溶融ユニット３０はそれぞれ、各プリントヘッド１０内のノズルの数と同数の集束レンズ２８及び４８を有しており、プリントヘッド１０と整列することができるよう、Ｙ方向に調整可能に構成される。別の実施形態では、集束レンズ２８及び４８の数は、ノズル１２の数より少なく、乾燥ユニット２２及び／又は溶融ユニット３０は、個々の液滴を順番に、順次照明するため、Ｙ方向に横移動できる。
【００５３】
本発明の実施形態では、異なる材料を溶射するプリントヘッド１０が、プリントヘッドアセンブリ３４内で異なる空間配置で提供され得る。例えば、プリントヘッド１０は、図２に示す通りＸ方向に隣接してもよく、あるいは、Ｙ方向に隣接してもよい。しかしながら、同じ範囲に異なる材料を溶射するためにプリントヘッドアセンブリ３４全体がＹ方向に平行移動しなければならなくなるのを回避するという点で、Ｘ方向の列にプリントヘッド１０を配置するほうが、Ｙ方向の列にプリントヘッド１０を配置するより有利となる。そのため、図２に関連して説明される実施形態は、基板４６の上をプリントヘッドアセンブリ３４が一度通過する際に、異なる種類の材料を溶射することができる。
【００５４】
次に、図１に示す溶射装置１００を使用して物体を製造する工程が、図３に関連して説明される。第１ステップ３００では、校正手順が実行される。ほんの一例として、校正は以下の通りとなり得る。
【００５５】
ａ．溶射装置１００の所定範囲でプリントヘッドアセンブリ３４を動かし、交互の（つまり、１つおきの）ノズル１２から印刷し、単一列の液滴を生成する。
【００５６】
ｂ．溶射された液滴の上に乾燥ユニット２２があるように、プリントヘッドアセンブリ３４を動かし、動的ステージに対して空間調整を作動させ、溶射されたそれぞれの液滴３６の中心と、それぞれの乾燥エネルギーパルスの光軸とを正確に整列させる。
【００５７】
ｃ．溶射された液滴の上に溶融ユニット３０があるようにプリントヘッドアセンブリ３４を動かし、動的ステージに対して空間調整を作動させ、溶射されたそれぞれの液滴３６の中心と、それぞれの溶融エネルギーパルスの光軸とを正確に整列させる。
【００５８】
ｄ．プリントヘッドアセンブリ３４を別の所定範囲に動かし、他方の一式の代替ノズル１２から印刷し、単一列の液滴を生成する。
【００５９】
ｅ．新たに溶射された液滴３６の上に乾燥ユニット２２があるようにプリントヘッドアセンブリ３４を動かし、前回の位置合わせが所定制限内に留まっているかを確認し、留まっていない場合は、動的ステージに対して空間調整を作動させ、新たに溶射されたそれぞれの液滴３６の中心と、それぞれの乾燥エネルギーパルスの光軸とを正確に整列させる。
【００６０】
ｆ．新たに溶射された液滴３６の上に溶融ユニット３０があるようにプリントヘッドアセンブリ３４を動かし、前回の位置合わせが所定制限内に留まっているかを確認し、留まっていない場合は、動的ステージに対して空間調整を作動させ、新たに溶射されたそれぞれの液滴３６の中心と、それぞれの溶融エネルギーパルスの光軸とを正確に整列させる。
【００６１】
ｇ．規定の精度限度に向かって位置合わせが収束するまで、（ａ）から（ｆ）を反復的に繰り返す。
【００６２】
校正ステップ３００は、各印刷ジョブの開始時に実施され得る。あるいは、校正ステップ３００は、初回に溶射装置１００の電源を入れるとき、又はユーザから要求されたときに実施され得る。
【００６３】
ステップ３０２では、所定位置に溶射される材料の種類がコントローラ２０によって決定される。コントローラ２０のメモリに保存される設計命令に応じて、材料が選択される。コントローラ２０は、要求される材料に応じて、プリントヘッド１０を選択する。
【００６４】
選択されたプリントヘッド１０が所定位置の上にあるよう、コントローラ２０によってプリントヘッドアセンブリ３４を制御し、Ｘ軸に沿って動かす。ステップ３０４では、選択されたプリントヘッド１０に接続されたリザーバ１６のコロイド液が、選択されたプリントヘッド１０上の１つ又は複数のノズル１２から吐出され、所定位置でベースプレート４２に固定された基板４６上に溶射される。
【００６５】
プリントヘッドアセンブリ３４は、乾燥ユニット２２が所定位置で前回溶射された液滴３６の上に位置するまで、Ｘ軸に沿って動き続けるよう制御される。ステップ３０６では、乾燥ユニット２２内の、対応するエネルギー源２４が作動され、溶射された液滴３６内の液体キャリアを、材料のコロイド分子のクラスタを残したまま蒸発させる、特定量のエネルギーを送達する。特定量のエネルギーは、前述の通り、乾燥エネルギーパルス内で送達され、決定された材料の種類に基づいている。上述の通り、乾燥エネルギーパルスは単一パルスでもよく、又は図４ｄに示す通り、複数のサブパルスを含んでもよい。
【００６６】
プリントヘッドアセンブリ３４は、溶融ユニット３０がコロイド材料のクラスタの上に位置するまで、Ｘ方向に沿って動き続けるよう制御される。ステップ３０８では、溶融ユニット３０内の、対応するエネルギー源３２が作動され、コロイド材料のクラスタを溶融するための特定量のエネルギーを送達する。分子が位置する、下の基板４６にコロイド分子を溶解させるのが望ましいときは、コロイド材料のクラスタと下にある基板を溶融するようにエネルギー源３２が構成される。溶融エネルギーパルスの持続時間と強度は、決定された材料の種類、基板４６の成分、及び下にある基板４６を溶融するのに要求される深さに応じて制御される。この溶融溶解により、下にある基板４６の少量とコロイドを、共に液体全体に結合させる。上述の通り、溶融エネルギーパルスは単一パルスでもよく、又は図４ｄに示す通り、複数のサブパルスを含んでもよい。
【００６７】
必要に応じて、溶融エネルギーパルスの時間的及び強度プロファイルは、溶射された材料が急冷されるよう急速な立ち下がりを有するよう構成される。溶融エネルギーパルスを即座に終了させることにより、溶融された材料及び基板４６を急速に冷却することになり、それらの固体をナノ結晶性の物体にする。
【００６８】
一時的な支持構造物の建設のような、いくつかの実施では、溶融ステップ３０８を実行する必要はない。これにより、複層となった構造物が完成したとき、溶射された材料を基板から簡単に取り除くことが可能になる。例としては、ヒンジ蓋付きの箱や、屋根が屋根自体を支持できるようになる前にその屋根を溶射し得る構造物の製造などである。つまり、乾燥ステップ３０６が実行され得、さらに、プリントヘッドアセンブリ３４が命令シーケンスにおいて次の溶射領域へ動くことができる。この方法で、乾燥素子は、第１液滴に溶射された材料を溶融することなく、複数の第１液滴内に溶射された材料を乾燥させるよう、制御され得る。さらに、複数の第２液滴が、第１液滴内に溶射された、溶解されていない材料の上面に溶射され得る。さらに、乾燥素子と溶融素子は、通常の方法で第２液滴に溶射される材料を乾燥させて溶融するよう制御され得、上述の通り、安定した自立支持構造物を第２液滴内の材料から作成する。溶射工程の最後に、第２液滴で溶射された、溶解した材料の下に空洞が残るため、第１液滴の、溶解されていない、パウダーのような材料を、例えば液体やガスのジェットを使用することで、簡単に取り除くことができる。
【００６９】
いくつかの実施では、三次元物体の中に、その三次元物体の一部を動かすか又は柔軟性を持たせることを可能にする二次元構造物を形成する必要があり得る。これを達成するため、複数の第１液滴は、溶射され、乾燥されるが、溶融はされない。次に、複数の第２液滴が、第１液滴の溶射で残った材料の上面に溶射され、乾燥され、第１液滴の、乾燥した材料に溶解される。つまり、プリントヘッド１０が最初に通過した際に溶射される材料は、下にある基板４６には溶解されないが、その後の層には溶解され、基板４６の上で自由にスライドすることができる表面を建設する。
【００７０】
有利なことに、本発明は三次元物体内に合金の溶射が可能である。ここでは、コロイド懸濁液内に第１の種類の材料を含有する第１液滴が第１プリントヘッド１０から溶射され、乾燥される。さらに、第１液滴を乾燥させた後に残留した材料の上面に、コロイド懸濁液内の異なる種類の材料を含有する第２液滴が第２プリントヘッド１０から溶射される。第２液滴をさらに乾燥させ、その中に含有される材料が、第１材料と、必要に応じて、下にある基板４６とに溶解される。そのため、プリントヘッドアセンブリが一度通過する際に、１種類の材料を別の材料に溶解することが可能である。
【００７１】
あるいは、ベースプレート４２を動かすことによって、乾燥した第１液滴に隣接して第２液滴を溶射することが可能である。次に、第２液滴を乾燥させる。次に、乾燥させた第１及び第２液滴内の材料は、溶融エネルギーパルスによって基板４６に溶解される。そのため、液滴の直径程度の、細かい長さスケールで、異なる材料の配分が制御された、三次元物体の単一層を作成することが可能である。
【００７２】
ステップ３１０は、制御命令に基づいて、三次元物体が完成したかどうかを決定する。物体が完成すると、つまり、最後の層が溶射されたら、工程は終了する。物体が完成していなければ、ベースプレート４２が下方向にＺ方向に動き、ステップ３０２からステップ３１０までを繰り返し、物体が完成するまで、基板４６上のＸ−Ｙ面に材料を溶射する。
【００７３】
プリントヘッドアセンブリ３４の移動制限にて、又は、１つの完成した材料層が溶射された後、プリントヘッドアセンブリ３４は所定の開始位置へ戻る。プリントヘッドアセンブリ３４が所定の開始位置へ戻る間、ベースプレート４２は、Ｘ−Ｙ面に溶射された材料の厚さと同等の量だけ、Ｚ方向に沿って下降する。
【００７４】
実際には、プリントヘッド１０、乾燥ユニット２２、溶融ユニット３０の間の空間は限りがあるため、乾燥ユニット２２が第１列の溶射された液滴の上に位置される前に、２列以上の液滴がＸ−Ｙ面に沿って溶射される。これは、対応する乾燥ユニット２２による溶射された液滴の蒸発や、その後の、溶融ユニット３０による次の溶解結合の工程には影響しない。
【００７５】
産業用途で使用される溶射装置１００については、プリントヘッドアセンブリ３４は、１ｍ／ｓ程度の速度で移動し得る。溶射された２つの隣接する液滴３６は、Ｘ方向に約１００μｍ離間し得る。そのため、プリントヘッドアセンブリ３４は、１００μｓ内に溶射された液滴の間の範囲（作業範囲）上を移動することになる。乾燥エネルギーパルスの通常の持続時間は、１０μｍ程度とすることができ、溶融エネルギーパルスの通常の持続時間は１μｓ程度とすることができる。そのため、作業範囲を横切ってエネルギー源２４及び３２が移動する時間と比較すると、エネルギー源２４及び３２の適用時間は短いため、プリントヘッドアセンブリ３４の動きは蒸発及び溶解工程の位置決め精度には大きく影響しない。さらに、圧力波が、溶射された液滴の中心から、溶射された液滴の縁部まで移動するのにかかる時間と比較して、乾燥及び溶融エネルギーパルスの持続時間は短いことが望ましい。この時間は、材料が溶射されている際の音速に関係し、材料の「音時間（ｓｏｕｎｄ  ｔｉｍｅ）と称され得る。
【００７６】
図５は、本発明の別の実施形態による、溶射装置２００を示す。多くの観点で、溶射装置２００は、図１及び図２に関して説明した溶射装置１００と実質的に同一であり、共通する特徴についての説明は、本明細書では繰り返さないものとする。図１に示す特徴に加え、溶射装置２００は、別の乾燥ユニット２２２と、別の溶融ユニット２３０とを含む。別の乾燥ユニット２２２と別の溶融ユニット２３０は、溶射ユニット１８を中心に、乾燥ユニット２２と溶融ユニット３０に対してミラー状となるよう配置される。この実施形態は、Ｘ軸に沿って正負の二方向にスキャニングする間に材料が溶射され、乾燥され、溶融されるため、両方向の印刷を可能にする。一方、図１及び図２の装置は、一方向にスキャニングしている間、材料の新たな層を溶射することしかできず、その方向の移動限界に到達すると、プリントヘッドアセンブリは、印刷を再開する前に開始位置まで戻らなくてはならない。そのため、比較すると、一方向印刷を使用する場合よりも素早く物体を構築することができるため、両方向の印刷はより効率的である。
【００７７】
さらに、図４に示すような、二方向溶射装置２００を使用するとき、先導する乾燥ユニット２２２（又は、移動方向に応じて２２）は、必要に応じて、溶射を行う前に基板４６を予熱するのに使用され得る。つまり、基板４６は通常、室温に保たれ得るが、その場にある乾燥パルスを使用することにより、溶射が行われる点において、基板４６を局所的に加熱することができる。これにより、溶射後に液体キャリアを蒸発させるのに必要な時間及び／又はエネルギー強度を削減する。さらなる実施形態では、別の溶融ユニット２３０が存在しなくてもよい。そのような実施形態では、両方向の印刷が可能ではなくなるが、しかしながら、先導する乾燥ユニットは同様に、溶射前に基板４６を局所的に加熱するのに使用され得る。
【００７８】
図５のプリントヘッドアセンブリ２３４は、図６にさらに詳しく示される。ここでは再度、溶射ユニット１８の両側に配置された乾燥ユニット２２及び２２２が再度示される。溶融ユニット３０及び２３０は、各乾燥ユニット２２及び２３０の、溶射ユニット１８に対向する側の反対側に配置される。
【００７９】
少数の例示的実施形態が示され、説明されてきたが、添付の請求項に規定された、本発明の原則から逸脱することなく、これらの例示的実施形態において、変更がなされてもよいことを、当業者は理解するであろう。
【図１】
2018515380.tif 000003
【図２】
2018515380.tif 000004
【図３】
2018515380.tif 000005
【図４ａ】
2018515380.tif 000006
【図４ｂ】
2018515380.tif 000007
【図４ｃ】
2018515380.tif 000008
【図４ｄ】
2018515380.tif 000009
【図５】
2018515380.tif 000010
【図６】
2018515380.tif 000011
【国際調査報告】
2018515380.tif 000012
2018515380.tif 000013