(57)【要約】  オブジェクト（６）の製造方法が提供される。当該方法は、構築プラットフォーム（１３）上に構成材料の第１の層（１）を配置するステップを含む。当該方法は、構成材料の前記第１の層の少なくとも１つの領域を結合して支持層（２）を形成するために、前記第１の層の上にバインダを配置するステップを含む。当該方法は、スペーサー層を形成するために前記支持層の上に構成材料の第２の層（３）を配置するステップを含む。当該方法は、前記スペーサー層（４ａ）の上に構成材料の第３の層を配置するステップを含む。当該方法は、前記第３の層の１つ以上の領域を結合して前記オブジェクト（６）の第１の層を形成するために前記第３の層の上にバインダを選択的に配置するステップを含む。データ処理方法、プログラムキャリア、データ処理装置及び前記方法を実施するための製造装置も提供される。
2018502738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オブジェクトを製造する方法であって、
構築プラットフォーム上に構成材料の第１の層を配置するステップと、
構成材料の前記第１の層の少なくとも１つの領域を結合して支持層を形成するために、前記第１の層の上にバインダを配置するステップと、
スペーサー層を形成するために前記支持層の上に構成材料の第２の層を配置するステップと、
前記スペーサー層の上に構成材料の第３の層を配置するステップと、
前記第３の層の１つ以上の領域を結合して前記オブジェクトの第１の層を形成するために前記第３の層の上にバインダを選択的に配置するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の層の結合された領域は前記オブジェクトの第１の層の直下に配置される領域を含む、請求項１に記載に方法。
【請求項３】
前記第１の層の結合された領域は前記第１の層の実質的に全てを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記領域は、開口が形成される、開口部、メッシュ部又はグリッド部のうちの１つを含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記領域は連続している、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記スペーサー層は、前記第３の層からのバインダが通過して前記支持層に達することができない厚さを有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記支持層のバインダは前記オブジェクト層のバインダとは異なる、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の層が配置される前に前記支持プラットフォームにスペーサー層が配置される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の層へのバインダの配置は、前記第３の層へのバインダの配置とは異なる空間解像度で行われる、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記構成材料は金属粉末及び／又はセラミック粉末を含む、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
構成材料のさらなる層が配置され、該さらなる層のそれぞれの１つ以上の領域を結合して前記オブジェクトの一連の層を形成するために該さらなる層のそれぞれにバインダが選択的に配置される、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
オブジェクトデータを処理する方法であって、
オブジェクトの構造を表すデータを取得するステップと、
前記オブジェクトの製造の間に前記オブジェクトの下に設けられる支持層の構造を表すデータを生成するステップと、
前記オブジェクトの構造を表すデータと前記支持層の構造を表すデータとを統合して、前記支持層の上に配置される前記オブジェクトの構造を表す統合データを形成するステップと、
前記統合データを出力するステップと、
を含む方法。
【請求項１３】
前記オブジェクトの製造の間に前記オブジェクトの下に設けられる支持層の平面の空間範囲を求めるステップをさらに含み、求められた空間範囲に基づいて前記支持層の構造を表すデータが生成される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
データ処理装置を制御して請求項１３に記載の方法を行わせるよう構成されたプログラム命令を保持するデータキャリア。
【請求項１５】
オブジェクトデータを処理するための装置であって、
オブジェクトの構造を表すデータを取得するよう動作可能な取得ユニットと、
前記オブジェクトの製造の間に前記オブジェクトの下に設けられる支持層の構造を表すデータを生成するよう動作可能な生成ユニットと、
前記オブジェクトの構造を表すデータと前記支持層の構造を表すデータとを統合して、前記支持層の上に配置される前記オブジェクトの構造を表す統合データを形成するよう動作可能な統合ユニットと、
前記統合データを出力するよう動作可能な出力ユニットと、
を含む装置。
【請求項１６】
付加製造装置であって、
支持面と、
前記支持面に亘って少なくとも第１の方向に相対移動するとともに、前記支持面の上に構成材料を徐々に層状に配置するよう構成された構成材料配置ユニットと、
前記支持面に亘って少なくとも第１の方向に相対移動するとともに、配置された各層上の位置にバインダを選択的に配置するように構成されたバインダユニットと、
を含み、
当該装置は請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の方法を行うように構成されている、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示はオブジェクトの製造方法に関し、特に、構成材料からなる一連の層で構成されるオブジェクトであって、一連の層のそれぞれの領域は各層にバインダを配置することにより選択的に結合される、オブジェクトの製造方法に関する。本開示は、そのような方法を利用するための製造装置に加えて、そのような製造装置の制御のためにオブジェクトデータを処理するためのデータ処理方法、そのような方法を実行するためのプログラム命令を実施するデータキャリア及びそのような方法を実施するためのデータ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元印刷は、材料の一連の層が構築領域（build  region）内に配置され、一連の層の結合部分により所望のオブジェクトが形成されるように各層の部分が互いに結合される付加製造技術の一種である。
【０００３】
１つの３次元印刷技術では、構築領域の上を通るプリントヘッドから構築領域内に粉末等の粒状材料の一連の層が配置されるプロセスを用いる。構成材料の領域を選択的に結合するために、インクジェット印刷と同様の技術を用いてプリントヘッドから液体バインダが粒状材料に対して噴出される。配置された粉末の層は、液体バインダによって互いに結合された選択領域を有する粒状材料の連続層が配置された場合に各層の結合部分が複数の層に亘って広がる連続した３次元構造を形成するように厚さが十分小さくされる。
【０００４】
バインダは、固化又は硬化することで、例えば空気乾燥接着剤の場合は空気との接触により経時的に粒状材料の粒状体を結合するバインダであり得る。あるいは、各層のためのバインダは、ＵＶ硬化性接着剤の場合紫外光を用いて硬化する必要があり得る。
【０００５】
従来の減法的製造プロセスを含む他の製造プロセスに対して３Ｄ印刷が優位性を有するためには、３Ｄ印刷は高精度でオブジェクトを製造できなければならず、特に、製造を意図するデザインを非常に正確に且つ良好な許容範囲（good  tolerance）で再現できなければならない。
【０００６】
したがたって、高品質でオブジェクトを製造でき、とりわけ、意図するデザインを高精度な再現性で製造できるオブジェクトの製造方法と共に関連する装置並びにデータ処理装置及び方法に対するニーズがある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、オブジェクトの製造方法が提供される。当該方法は、構築プラットフォーム（build  platform）上に構成材料の第１の層を配置するステップを含む。当該方法は、構成材料の前記第１の層の少なくとも１つの領域を結合して支持層を形成するために、前記第１の層の上にバインダを配置するステップを含む。当該方法は、スペーサー層を形成するために前記支持層の上に構成材料の第２の層を配置するステップを含む。当該方法は、前記スペーサー層の上に構成材料の第３の層を配置するステップを含む。当該方法は、前記第３の層の１つ以上の領域を結合して前記オブジェクトの第１の層を形成するために前記第３の層の上にバインダを選択的に配置するステップを含む。
【０００８】
一実施（implementation）では、前記第１の層の結合された領域は前記オブジェクトの第１の層の直下に配置される領域を含む。
【０００９】
一実施では、前記第１の層の結合された領域は前記第１の層の実質的に全てを含む。
【００１０】
一実施では、前記領域は、開口が形成される、開口部（aperture  portion）、メッシュ部又はグリッド部のうちの１つを含む。
【００１１】
一実施では、前記領域は連続している。
【００１２】
一実施では、前記スペーサー層は、前記第３の層からのバインダが通過して前記支持層に達することができない厚さを有する。
【００１３】
一実施では、前記支持層のバインダは前記オブジェクト層のバインダとは異なる。
【００１４】
一実施では、前記第１の層が配置される前に前記支持プラットフォームにスペーサー層が配置される。
【００１５】
一実施では、前記第１の層へのバインダの配置は、前記第３の層へのバインダの配置とは異なる空間解像度（spatial  resolution）で行われる。
【００１６】
一実施では、構成材料のさらなる層が配置され、該さらなる層のそれぞれの１つ以上の領域を結合して前記オブジェクトの一連の層を形成するために該さらなる層のそれぞれにバインダが選択的に配置される。
【００１７】
一実施では、前記構成材料は金属粉末及び／又はセラミック粉末を含む。
【００１８】
本発明の第２の態様によれば、オブジェクトデータを処理する方法が提供される。当該方法は、オブジェクトの構造を表すデータを取得するステップを含む。当該方法は、前記オブジェクトの製造の間に前記オブジェクトの下に設けられる支持層の構造を表すデータを生成するステップを含む。当該方法は、前記オブジェクトの構造を表すデータと前記支持層の構造を表すデータとを統合して、前記支持層の上に配置される前記オブジェクトの構造を表す統合データを形成するステップを含む。当該方法は、前記統合データを出力するステップを含む。
【００１９】
一実施では、前記方法は、前記オブジェクトの製造の間に前記オブジェクトの下に設けられる支持層の平面の空間範囲（spatial  extent）を求めるステップをさらに含む。一実施では、求められた空間範囲に基づいて前記支持層の構造を表すデータが生成される。
【００２０】
本発明の第３の態様によれば、データ処理装置を制御して第２の態様に係る方法を行わせるよう構成されたプログラム命令を保持するデータキャリアが提供される。
【００２１】
本発明の第４の態様によれば、オブジェクトデータを処理するための装置が提供される。当該装置は、オブジェクトの構造を表すデータを取得するよう動作可能な取得ユニットを含む。当該装置は、前記オブジェクトの製造の間に前記オブジェクトの下に設けられる支持層の構造を表すデータを生成するよう動作可能な生成ユニットを含む。当該装置は、前記オブジェクトの構造を表すデータと前記支持層の構造を表すデータとを統合して、前記支持層の上に配置される前記オブジェクトの構造を表す統合データを形成するよう動作可能な統合ユニットを含む。当該装置は前記統合データを出力するよう動作可能な出力ユニットを含む。
【００２２】
本発明の第５の態様によれば、付加製造装置が提供される。当該装置は支持面を含む。当該装置は、前記支持面に亘って少なくとも第１の方向に相対移動するとともに、前記支持面の上に構成材料を徐々に層状に配置するよう構成された構成材料配置ユニットを含む。当該装置は、前記支持面に亘って少なくとも第１の方向に相対移動するとともに、配置された各層上の位置にバインダを選択的に配置するように構成されたバインダユニットを含む。当該装置は第１の態様に係る方法を行うように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
本開示をより理解できるようにするとともに、本開示がどのように実行に移されるかを示すために、一例として添付の図面を参照する。
【図１】図１は、概略的な製造装置での本開示の一実施におけるステップを示す。
【図２】図２は、概略的な製造装置での本開示の一実施におけるステップを示す。
【図３】図３は、概略的な製造装置での本開示の一実施におけるステップを示す。
【図４】図４は、概略的な製造装置での本開示の一実施におけるステップを示す。
【図５】図５は、概略的な製造装置での本開示の一実施におけるステップを示す。
【図６】図６は、概略的な製造装置での本開示の一実施におけるステップを示す。
【図７】図７は、概略的な製造装置での本開示の代替的な実施の一状態を示す。
【図８】図８は、概略的な製造装置での本開示の代替的な実施の一状態を示す。
【図９】図９は、概略的な製造装置での本開示の代替的な実施の一状態を示す。
【図１０】図１０は、製造されるオブジェクトに対する支持層の結合領域の第１の概略的な大きさを示す。
【図１１】図１１は、製造されるオブジェクトに対する支持層の結合領域の第２の概略的な大きさを示す。
【図１２】図１２は、開口が形成された支持層の結合領域を示す。
【図１３】図１３は、データ処理方法である本開示の実施を示す。
【図１４】図１４は、データ処理装置である本開示の一実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本開示は、連続的に配置される一連の層からオブジェクトが形成され、該一連の層の部分は層内の部分及び下層の部分の双方と結合される３Ｄ印刷技術に関する。具体的には、本開示は、粒状構成材料の粉末床（powder  bed）に走査インクジェットヘッドからバインダが選択的に噴射される粉末床インクジェットヘッド３Ｄ印刷（powder  bed  and  ink  jet  head  3D  printing）に関するものである。
【００２５】
図１は、粉末床インクジェットヘッド３Ｄ印刷装置１０の概略図を示す。３Ｄ印刷装置１０は印刷テーブル１１を有し、印刷テーブル１１の上面にウエル（well）１２が形成される。ウエル１２内には変位可能なプラットフォーム１３が形成されている。プラットフォーム１３はウエル１２内で、図１の構成においてはテーブル１１の表面に垂直な第１の方向Ｚに変位可能である。プラットフォーム１３は、プラットフォーム１３をウエル１２内で下げるために、制御可能な形で引き込み可能な引き込み式（retractable）支持体１４ａ及び１４ｂによって支持されている。引き込み式支持体１４ａ、１４ｂは、例えば歯付部を備え、歯付部は協働する歯車の動作を通じてラックアンドピニオン駆動の形で制御可能に支持部１４ａ及び１４ｂを引き込むことができるようにする。あるいは、引き込み式支持部１４ａ及び１４ｂは油圧的に引き込み可能であってもよいし、利用可能な他の手段を通じて引き込み可能であってもよい。
【００２６】
装置１０はプリントヘッド１５も含む。プリントヘッド１５は、ウエル１２の上を第１の方向Ｘに平行移動し、平行移動するときにウエルの上で支持されるように構成されている。図１の実施形態では、プリントヘッド１５はレール１６上で支持されており、プリントヘッド１５はレール１６に沿って動くように構成されている。プリントヘッド１５は、例えば駆動ベルト、駆動ネジ、内部駆動モーター又は任意の他の好適な手段によりウエル１２の上を往復移動し得る。ウエル１２のＸ方向における範囲（extent）全体をプリントヘッド１５が横断できることが重要である。
【００２７】
なお、図１はＸＺ面の断面を図示しているが、ウエル１２は、Ｘ及びＺ方向に垂直な第３の方向Ｙにも範囲を有し、例えば紙面方向に広がっている。テーブル１１、ウエル１２及びプラットフォーム１３もこの方向に範囲を有するが、この方向における形状又は寸法については特に限定されない。例えば、ウエル１２をＺ方向に沿って見た場合、ウエル１２は平面視で矩形状を有し得るが、多角形又は円形を含む他の形状を有し得る。ウエル１２の断面の大きさはＺ方向において変化しないのに対して、プラットフォーム１３はウエル１２の垂直壁にぴったり合うような平面を有する。プラットフォーム１３はウエル１２の垂直壁に対して移動する。したがって、テーブル１１の表面の下のウエル１２の垂直壁とプラットフォーム１３との間に容量が存在し、ウエル１２の側部とプラットフォーム１３の端部との間から粉末が実質的に漏れないように容量内に粉末を分注することができる。弾性ワイパー等のシールを設けることができるように、プラットフォーム１３の各端部にシールを設けてもよい。
【００２８】
プリントヘッド１５がウエル１２のＸ−Ｙ断面の範囲全体を通過できるように、プリントヘッド１５はＹ方向にも範囲を有する。これは、ウエルの長さ全体に亘ってＹ方向に延在するプリントヘッド１５を設けることにより実現できる。あるいは、１つの以上の構成要素がＹ方向に往復移動してウエルの面をラスター的に（raster  fashion）走査するように構成されたプリントヘッドを設けることによっても実現できる。そのため、プリントヘッドが連続的又は段階的のいずれかでウエルをＸ方向に横断するときに、プリントヘッドの構成要素はウエルの各点をＹ方向を走査して各点全体を通る。
【００２９】
プリントヘッド１５は、プリントヘッド１５がウエルを横断するときにウエル１２内に粉末の層を分注するように適合された粉末ディスペンサー１５ａを含む。本実施形態では、粉末ディスペンサー１５ａは、ウエル１２のＹ方向の幅全体に広がるとともに、プリントヘッド１５がウエル１２を横断するときに全粉末層が分注される分注オリフィス（dispensing  orifice）を有し得る。代替的な構成では、粉末ディスペンサー１５ａはＸ方向に続けて配置される連続する粉末の列をＹ方向に分注する走査部品として形成され得る。プリントヘッド１５は、プリントヘッド１５がＸ方向にウエル１２を横断するときにＹ方向の特定の位置にバインダを選択的に分注するように適合されている。
【００３０】
当該技術分野で知られているように、説明する構成は従来の粉末床インクジェットヘッド３Ｄプリンタで一般的なものである。
【００３１】
図１の構成では、バインダディスペンサー１５ｂは走査インクジェットヘッドとして設けられ、プリントヘッドがＸ方向に進む前にバインダの液滴を所定の位置においてＹ方向に一列に配置するよう動作可能であり得る。そのため、バインダディスペンサー１５ｂは連続する列上の位置にバインダを選択的に配置することができる。あるいは、バインダディスペンサー１５ｂは、Ｙ方向においてウエル１２のＹ方向の範囲全体に広がるとともに少なくともＹ方向に一列に配置された複数のオリフィスを有する１つのインクジェットヘッドを含み得る。そのため、プリントヘッド１５がウエル１２に亘ってＸ方向に平行移動する間にバインダディスペンサー５ｂの個々のオリフィスを作動させることにより、バインダがウエルのＸ-Ｙ平面の選択された位置に配置され得る。これらのアプローチの組み合わせも可能である。その場合、バインダディスペンサーがＹ方向に平行移動するように配置され得るが、少なくともＹ方向に配置される複数のオリフィスも含み得る。係るオリフィスは、例えば、オリフィス間でＹ方向の間隔を小さくするために例えば傾斜した（inclined）リニアアレイとしてＸ方向に配置され得る。
【００３２】
プリントヘッド１５は、プリントヘッド１５に配置されるとともに、プリントヘッド１５がウエル１２を横断するときに配置された粉末層の上面を平らにするよう適合されるドクターブレード又は平滑化ローラー等の１つ以上の平滑化装置を含み得る。そのような平滑化装置は固定されていてもよいし、少なくともＺ方向に調節可能な位置を有していてもよい。
【００３３】
また、例えばＵＶ光によるアクティブな硬化（active  curing）を必要とするバインダを使用するために、プリントヘッド１５はＵＶランプ等の硬化ユニットを含み得る。そのような硬化ユニットは、バインダユニットによって分注されたばかりのバインダを硬化するように又は現在の印刷パスでバインダが分注される層に前の層のバインダを結合するために硬化するように作用するようバインダユニットのいずれかの側に設けられる。
【００３４】
図１の実施形態の動作を以下で説明する。図１では、図１の実施形態においては平坦であり且つＸ−Ｙ平面と平行なプラットフォーム１３の上面が、粉末の層が分注される構築領域を提供するためにテーブル１１の面よりも下に短い距離引き下げられている。
【００３５】
図１に示す構成から、プリントヘッド１５はウエル１２をＸ方向に横断して、ウエル１２内でプラットフォーム１３の表面に粉末の層を配置する。プリントヘッドが通過すると、バインダディスペンサー１５ｂは配置された層の部分を選択的に結合するためにその層の部分にバインダを選択的に配置する。図１の構成では、粉末及びバインダが同じパスで同時に分注され、粉末は、バインダディスペンサーがバインダを分注できる位置に比べてＸ方向において比較的先の位置に分注されるが、他の印刷パターンも可能である。特に、バインダを配置する前に粉末が落ち着くのに時間が必要な場合は、第１のパスで粉末をＸ方向に配置し、第２のパスでバインダをＸ方向に配置することができる。
【００３６】
本実施では、プラットフォーム１３に配置される第１の粉末層は、製造されるオブジェクトの一部を形成しない。本実施では、以下で説明するように第１の粉末層２は支持層を形成する。図２に示すこの支持層を形成するために、第１の層２の実質的に全てを覆うようにバインダが配置される。層２の深さ全体がバインダディスペンサー１５ｂから配置されるバインダによって結合されるような厚さを層２が有するように調整され得る。
【００３７】
層２が配置され且つ結合されると、プラットフォーム１３がさらに下げられて、図３に示すようにさらなる層３（スペーサー層ともいう）が支持層２の上に配置される。この層にはバインダが配置されないか又は実質的に配置されない。層３は、層３の上に配置される層の結合部分から支持層２を分離するか又は離間する役割を果たす。
【００３８】
プラットフォーム１３が再度さらに下げられて、図４に示す構成が得られる。図４の構成は、プラットフォーム１３の上に第１の層が直接配置され、支持層２の上で自身が支持されるスペーサー層３の上に配置すべき次の層が配置される点を除いて図４に示す構成と実質的に同じである。
【００３９】
図４に示す位置から、粉末ディスペンサー１５ａで連続する粉末層を配置し、配置されたこれらの粉末層の部分をバインダディスペンサー１５ｂを用いて選択的に結合することにより所望のオブジェクトの製造が実現され得る。例えば、プリントヘッド１５による２つのさらなるパスの後で図５に示す構成が得られる。この構成では、オブジェクト層４ａ及び４ｂが連続的に配置されるとともに、互いに選択的に結合されてオブジェクト６を形成する。図５の構成では、オブジェクト６は未完成であるが、各層にバインダを適切に且つ選択的に配置することによって層内及び層間の双方で互いに結合されたオブジェクト層４ａ、４ｂの部分により形成されている。
【００４０】
図６から分かるように、さらなる層４ｃ、４ｄ及び４ｅを連続的に配置し選択的に互いに結合した後、完全なオブジェクト６がウエル１２内に形成され、その後ウエル１２から取り出される。使用するバインダ及び意図する用途に応じて、オブジェクト６は最終製品として用いるのに十分な強度を有し得る。他の構成では、オブジェクト６の強度を高めるために焼成又は焼結等のさらなる処理がオブジェクトに施され得る。ここでは、例えばガスケット又はスペーサーとして使用され得る中央に開口を有する矩形のプレートとしてオブジェクト６を示しているが、任意の所望の形状又は形態であってもよい。例えば、装置は任意のオブジェクト（そのようなオブジェクトの寸法はウエル１２の深さ及び断面面積によってのみ制限される）を定義するオブジェクトデータを受け入れるとともに、所望のオブジェクトを形成するために粉末層を配置及び選択的に結合するようにプリントヘッド１５及びプラットフォーム１３を動かすように構成され得る。オブジェクトデータは、各連続層上のバインダの配置位置を定義する一連のピクセル画像又はベクトル座標として提供され得るか又は所望のオブジェクトの３Ｄ形状のみを定義する３Ｄオブジェクトデータとして提供され得る。
【００４１】
オブジェクト層４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ及び４ｅの下に支持層２を設けることにより、支持層２を形成せず且つ結合されない粉末層のみをオブジェクトとベースプレートとの間に設ける印刷方法に比べて部分６の寸法及び形状の精度が改善することを本発明者らは見出した。何ら特定の理論に縛られることを望むわけではないが、少なくともオブジェクトの下に第１の支持層を印刷することで、さらなるバインダを加えてもパウダーベッド全体に対する悪影響（disruptive  effect）が小さくなるよう粉末床を安定させることができるものと考えられる。
【００４２】
しかしながら、図１〜図６を用いて説明した実施形態で得ることができる利点は、図７に示すさらなる実施形態においても得ることができる。図７に示す構成では、結合されていない粉末のさらなるスペーサー層がプラットフォーム１３と支持層２との間に設けられている。そのような構成は、プリントヘッド１５の第１のパスでセパレーター層１を配置し、プリントヘッド１５の第２のパスで支持層２を配置することにより又は配置されるバインダがプラットフォーム１３と接触する第１の層全体を通過することがないように１回のパスで十分大きい初期層を配置することのいずれかにより実現でき得る。一部の状況では、セパレーター層１を設けることで、印刷の完了後にプラットフォーム１３から支持層２を容易に剥離することができるようになる。
【００４３】
上述の実施形態に関連して、バインダは、支持層２を実質的に覆って支持層２の全体が互いに結合されるように提供されると説明したが、これは本発明の性能に不可欠なものではない。本発明の利点は、領域であって該領域の上に連続する層がオブジェクトを形成するために互いに結合されるがウエル１２のＸ−Ｙ断面の範囲全体に亘っては広がっていない領域に支持層を提供することによってもある程度得ることができる。例えば、図８に示すように、支持層２は結合されていない部分２ｂによって取り囲まれている中央結合領域２ａを有する。結合されていない部分２ｂは結合領域２ａとウエルの端部との間にある。これらの部分は、層のすべての側で結合領域２ａを完全に取り囲んでもよいし１つ以上の側だけに設けられていてもよい。
【００４４】
図８では、オブジェクト６を構成するオブジェクト層４ａ、４ｂ及び４ｃの結合部分の直下にある部分を越えて広がるものとして結合領域を示しているが、図９に示すように、連続するオブジェクト層４ａ、４ｂ及び４ｃの互いに結合される部分の直下にのみ図２ａの結合領域を設けてもよい。この技術により、特に、Ｘ−Ｙ平面に投影した平面で視た場合にウエル１２のＸ−Ｙの範囲よりもはるかに範囲が小さいオブジェクトを印刷する場合に、使用するインク及び粉末の量を最小限に抑えることができる。
【００４５】
図１０を参照しながらこの概念を説明する。図１０では、下層の上に形成された支持領域２ａの上に不規則な形状のオブジェクト６が印刷されている。支持領域２ａ自体は支持層内で結合されていない粉末に取り囲まれている。図１０は支持層が矩形状である単純な構成であるが、材料をさらに節約するために、図１１に示すようにオブジェクト６の下にある層２の部分のみが実質的に結合されるようにＸ−Ｙ平面に投射されるオブジェクト６の平面の輪郭に密接に従った多角形状を用いることもでき得る。
【００４６】
一部の構成では、材料をさらに節約するために、図１２に示すようにメッシュプレート、グリッドプレート又は開口部を備えたプレートの形で支持層２の結合領域２ａを提供することも可能であり得る。例えば、図１２に示すように、結合領域２ａは完全には連続しておらず開口２ｃを含む。開口２ｃは規則的な又は不規則な間隔を有していてもよく規則的な又は不規則な大きさを有していてもよい。開口２ｃのサイズは結合領域２ａの上に印刷される部分のために適切なレベルの支持が得られるように簡単な実験によって調整され得る。一部の構成では、開口全体が定義する結合領域の面積は１％未満、５％未満、１０％未満又は２０％未満であり、個々が有する最大寸法は、その寸法に関連する方向における結合領域の範囲の１％未満、２％未満、５％未満又は１０％未満であり得る。
【００４７】
一部の構成では、製造すべきオブジェクトを記述するオブジェクト記述データ、例えば連続する層のどの位置にバインダを配置すべきかを示す一連のピクセル画像を製造装置が受け取った場合に、該装置はそのオブジェクト記述データに従って層を配置する前に所定のパラメータに従って支持層２を提供するように構成され得る。あるいは、製造装置は、上述したように、オブジェクト記述データを処理してオブジェクトをＸ−Ｙ平面に投射させたものを得て、次いでオブジェクトのＸ−Ｙの範囲に従って支持層の結合領域のために適切な形状及び位置を決定するよう動作可能なデータ処理装置を含み得る。
【００４８】
しかしながら、開示の方法は、オブジェクト記述データが従来の３Ｄ印刷装置に供給される前にそのオブジェクト記述データに対し適切なデータ処理を適用することで従来の３Ｄ印刷装置にも提供でき得る。特に、本開示の実施であるデータ処理方法は、図１３に示すプロセスを含み得る。
【００４９】
図１３のプロセスＳ１では、製造すべきオブジェクトを表すオブジェクト記述データが取得される。このデータは３Ｄコンピュータ援用デザイン（ＣＡＤ）出力ファイルであり得るか又は該オブジェクトを通る所与の軸に沿った一連のラスタースライスとしてオブジェクトを表すデータであり得る。該データはピクセルデータ若しくはボクセルデータ又はベクトルデータ又は別の形式のオブジェクト記述データであり得る。該データは設計機器から出力される種類のものであり得るか又は３Ｄ印刷装置に入力される印刷データ入力として好適な種類のものであり得る。
【００５０】
本実施のプロセスＳ２では、所与の平面におけるオブジェクトの範囲が決定される。例えば、積み重ねられる一連の層（各層は積み重ね方向に垂直なＸ−Ｙ平面に範囲を有する）としてオブジェクトが印刷される場合、その平面におけるオブジェクトの最大範囲が確立され得る。これは、オブジェクトをＸ−Ｙ平面に投射して、オブジェクトの投射に正確に合致する支持領域を得るために投射の境界を特定することにより又はオブジェクトの全ての部分の下に確実に位置するが、オブジェクトの投射の境界を越えて広がり得る矩形の支持領域を決定するために、オブジェクトの各スライスのための例えばＸ及びＹ方向のそれぞれに沿った最大及び最小座標を決定することにより実現できる。これらのシナリオは例えば上述した図１０及び図１１のそれぞれに対応する。Ｘ−Ｙ平面全体を支持領域が覆う実施のために、一連の標準サイズのうちの１つに対応し得るとともに、ユーザーにより定義可能なパラメータとして提供され得るか又は接続される製造装置とのハンドシェイク及び／又はネゴシエーションにより決定され得る意図する印刷装置の構築ウエル１２のＸ−Ｙ平面における断面範囲によって支持領域の範囲が決定される。
【００５１】
本実施のプロセスＳ３では、支持層のＸ−Ｙ範囲が決定されると、そのようなオブジェクトを表すデータが、例えばＸ−Ｙ平面に配置されるとともに支持層の意図する厚さに対応する厚さを有する定義された範囲のプレートに対応するデータを生成することにより生成される。
【００５２】
本実施のプロセスＳ４では、出力データを作成するために支持層に対応するデータがオブジェクトを表すデータと統合される。該データが３Ｄ印刷装置に供給されると、先ず適切な形状の支持層が印刷され、次いで該支持層の上に配置される意図するオブジェクトが印刷される。例えば、入力データがオブジェクトを通るスライスを表す一連のラスター層の場合、オブジェクトが印刷される前に１つ以上の支持層が印刷されるように、結合されないスペーサー層を表す１つ以上の追加のスライスと支持領域を定義するデータを含む１つ以上の層が一連の層に付加され得る。例えば、オブジェクトの底部からオブジェクトの頂部の順番でｎ＝１〜ｎ＝２０の層によってオブジェクトが定義される場合、オブジェクトデータに対応する層は、層３〜層２２に番号が付け直されるとともに、支持層及びスペーサー層に対応する新たな層１及び２が付け加えられ得る。あるいは、オブジェクトがＣＡＤファイル等の構造定義ファイルによって定義される場合、オブジェクトの下に配置されて支持層として機能するプレートの形体のさらなるオブジェクトをＣＡＤファイルで定義することにより支持層を表すデータが付け加えられ得る。
【００５３】
本実施のプロセスＳ５では、統合データが好適な形式で出力され得る。本方法は入力データ及び出力データの形式が異なるように実施され得る点に留意することが重要である。例えば、入力データはＣＡＤファイルであるとともに出力データは３Ｄ印刷装置に入力するための一連のラスター層であり、ＣＡＤデータが取得された後であって支持層が付け加えられる前に又は代替的に支持データ及びオブジェクトデータが統合された後のいずれかに適切なラスター化ステップが設けられ得る。そのようなデータ形式及びデータ表現間の変換は、限定されないが開示したステップＳ１〜Ｓ５のいずれかで又は中間処理ステップで実施され得る。
【００５４】
本データ処理方法は、汎用コンピュータ又は産業用コントローラ等のデータ処理装置に開示した処理方法を行わせるよう適合されたプログラム命令を含むデータキャリアにおいて実施され得る。
【００５５】
図１４は例示のデータ処理装置２０のブロック図を示す。データ処理装置２０は一連のモジュールとして実施され、それらのモジュールを流れる（flow  through）データに連続的に作用する。データ処理装置は開示したデータ処理方法を行うように構成されている。データ処理装置２０は別個の電子モジュールとして又は汎用コンピュータ若しくは産業用コントローラ上で実行されるソフトウエアモジュールとして又は任意の他の好適な手段により実施され得る。個別のモジュール又はモジュールの一部を含むデータ処理装置２０の態様は、限定されないがリモートサーバー又はモバイル端子を含む、短距離又は長距離ネットワークにより接続されたデータ処理システムの個別の要素で実施され得る。
【００５６】
入力オブジェクトデータは、プロセスＳ１を実施するデータ取得ユニット２１によって、記憶装置Ｄ１から又は通信ネットワークＬ１から１つの好適な形式で読み出され得る。データ取得ユニット２１によって読み出されたデータは、プロセスＳ２を実施するＸＹ範囲判定ユニット２２に送られ得る。支持層のＸ−Ｙ範囲を定義するデータがプロセスＳ３を実施する支持データ生成ユニット２３に送られ得る。支持層を定義するデータは、データ取得ユニットにより読み出されたデータも考慮しながら、プロセスＳ４を実施する統合データアセンブリユニット２４に送られ得る。そして、統合データは、記憶装置Ｄ２に又は通信ネットワークＬ２にデータを好適な形式で出力し得る、プロセスＳ５を実施するデータ出力ユニット２５により出力され得る。記憶装置Ｄ２は記憶装置Ｄ１と同一であり、通信ネットワークＬ２は通信ネットワークＬ２と同一であり得るか又はそれぞれの要素はそれぞれ異なるものであり得る。
【００５７】
上記の開示は、セラミック、ポリマー及び金属粉末の構成材料並びに反応性、ＵＶ硬化性、接触硬化性又は他の種類のバインダの使用を含む種々の粉末床インクジェットヘッド３Ｄ製造技術に適用可能である。１つの特定の実施形態では金属粉末及びポリマーバインダを用いる。そのような実施では、オブジェクトを印刷装置から取り出した後に金属粉末に対して焼結プロセスが適用され得る。
【００５８】
一部の実施形態では、支持層は、オブジェクト層の印刷に比べて異なる印刷速度で又は印刷解像度で印刷され得る。一部の構成では、本装置は、オブジェクト層に比べて異なる印刷速度又は印刷解像度で支持層を印刷するように構成される一方、他の構成ではこれを行う命令が印刷装置に供給される印刷データに含まれ得る。
【００５９】
厚さが実質的に等しい層に関連して上記の開示を例示してきた。しかしながら、一部の構成では、粉末床の特定の程度の安定性又はバインダ及び粉末を含む印刷材料の使用に関する特定の要件を実現するために、必要に応じて支持層及び／又はスペーサー層はオブジェクト層とは異なる厚さを有し得るとともに、支持層の厚さの方がスペーサー層よりも大きいか又は小さい場合、スペーサー層の厚さがオブジェクト層よりも大きいか又は小さい場合があり得る。
【００６０】
一部の実施では、プリントヘッドは支持層及びオブジェクト層のために異なるバインダ及び／又は異なる粉末を分注するように構成され得る。例えば、支持層はオブジェクトが取り出された後に溶解性のバインダを用いて形成され得る。残った材料は好適な溶剤で洗浄され、支持層の構築材料が少なくともリサイクルされ得る。
【００６１】
一部の構成では、オブジェクト層を形成するために用いられるプリントヘッドに対して支持層を形成するために別個のプリントヘッドが用いられ得る。
【００６２】
上記の開示では、印刷領域を定義するウエルの上で少なくとも第１の方向に往復移動するプリントヘッドに関して説明してきたが、上記の開示はプリントヘッドが構築領域の中心軸から半径方向に配置され、粉末及び／又はバインダを円形の構築領域内に配置するために構築領域の軸の周りの円形パスを通る用途にも適用可能である。そのような構成では、プリントヘッドの往復移動は提供されない。代わりに、プリントヘッドは円形に又は他で形で連続的に回転し得る。
【００６３】
上記の開示は例示にすぎないと見なすべきある。当業者であれば、特定の工学的な要件を実現するために、上記の開示をそのような修正、置換、代替又は変更を用いて実施することができる。
【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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【国際調査報告】
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