(57)【要約】支持構造体を提供する工程、該支持構造体上に配置される、中心を有するビルドプラットフォームを回転させる工程、支持構造体上に配置される該ビルドプラットフォームを摺動させる工程、及びプリントヘッドを有する前記ビルドプラットフォーム上に物体をプリントする工程を有する３次元物体をプリントする方法。
2017507050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．支持構造体、
ｂ．前記支持構造体上に摺動可能に配置される、回転可能なビルドプラットフォーム、
ｃ．前記回転可能なビルドプラットフォームの上方に配置されるプリントヘッド、
を有する、３次元物体をプリントするプリンタ。
【請求項２】
前記プリントヘッドが、プラスチックを押し出すように設定される請求項１記載のプリンタ。
【請求項３】
前記回転可能なビルドプラットフォームと相対して前記プリンタヘッドを動かすドライバをさらに有する請求項１記載のプリンタ。
【請求項４】
前記支持構造体上を前記回転可能なビルドプラットフォームを摺動配置させるための、前記支持構造体上に摺動可能に配置されるフレームをさらに有する請求項１記載のプリンタ。
【請求項５】
前記支持構造体上の前記フレーム及び前記回転可能なビルドプラットフォームを摺動可能にするドライバをさらに有する請求項４記載のプリンタ。
【請求項６】
ａ．支持構造体を提供し、
ｂ．前記支持構造体上に配置される、中心を有するビルドプラットフォームを回転させ、
ｃ．前記支持構造体上に配置される前記ビルドプラットフォームを摺動させ、
ｄ．プリントヘッドで前記ビルドプラットフォーム上に物体をプリントする、
工程を有する、３次元物体をプリントする方法。
【請求項７】
前記プリント工程が、プラスチックを押し出す工程を有する、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記プリントヘッドを前記ビルドプラットフォームから所定距離、離間するように移動させ、押し出されたプラスチックの第１の層上に第２の層を押し出す工程をさらに有する請求項６記載の方法。
【請求項９】
回転及び摺動の工程を同時に行う請求項６記載の方法。
【請求項１０】
回転、摺動及びプリントの工程を同時に行う請求項６記載の方法。
【請求項１１】
前記回転可能なビルドプラットフォームの中心からの前記物体の距離を計算する工程をさらに有する請求項６記載の方法。
【請求項１２】
前記ビルドプラットフォーム及び一部プリントされた前記物体によって発生する慣性を計算する工程をさらに有する請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記ビルドプラットフォームを回転させるドライバを提供し、該ドライバの駆動電流を前記ビルドプラットフォーム及び前記の一部プリントされた物体によって発生する計算した慣性にしたがって調整する工程をさらに有する請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
極座標系を用いて前記回転可能なビルドプラットフォームの前記中心からの前記物体の前記距離を計算する請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記ビルドプラットフォームをある角度回転させる工程であって、該角度が所望の解像度及び前記回転可能なビルドプラットフォームの前記中心からの前記物体の前記距離に基づく工程をさらに有する請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
前記回転可能なビルドプラットフォームをある任意の角度回転させたとき、所望の解像度を、ノズルの先端に対して前記回転可能なプラットフォームが動く前記距離と比較する工程をさらに有する請求項１１記載の方法。
【請求項１７】
前記回転可能なビルドプラットフォームを前記のある任意の角度回転させたとき、前記所望の解像度が、ノズルの先端に対して前記回転可能なプラットフォームが動く前記距離よりも大きい場合、プリント工程をスキップして、前記の任意の角度の２倍、前記ビルドプラットフォームを回転させる工程をさらに有する請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
３次元物体をプリントするドライバをコントロールする方法であって、
ａ．ビルドプラットフォームを有する３次元プリンタ及び該ビルドプラットフォームを駆動させるドライバを提供する工程、
ｂ．第１の所定時間に慣性を計算し、前記ビルドプラットフォーム上のプリントすべき物体のプリント工程へ提供する工程、
ｃ．第１の所定時間における慣性に基づいて第１の所定時間までの時間、ドライバへの駆動電流を設定する工程、
を有する、上記方法。
【請求項１９】
前記駆動電流を調整する工程をデジタルポテンショメータによって行う工程をさらに有する請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記ビルドプラットフォーム上のプリントすべき物体のプリント工程へ第２の所定時間に慣性を計算し、第２の所定時間における慣性に基づく第２の所定時間と第１の所定時間との間、前記ドライバのための駆動電流を設定する工程をさらに有する請求項１８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、回転可能且つ摺動可能なビルドプラットフォームを有する３次元プリンタに関する。本発明はまた、回転可能且つ摺動可能なビルドプラットフォームを有する３次元プリンタで３次元物体をプリントする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元プリンタは、デジタルモデルから３次元固体物を構築する積層法（additive process）を用いる。物体を作るのに材料を除去することに典型的に依存する伝統的な機械的手法と異なり、積層法は、材料を次々と積層して物体を構築することにある。３次元プリンタは、迅速なプロトタイプ形成、小規模な操業時間、注文生産、及びその他の種々の利用のために用いられる。
【０００３】
ソフトウエアは、構築する物体の仮想モデルを取り込み、該モデルを複数のデジタル断面にスライスする。複数のデジタル断面を３次元プリンタへ入れ、そこで、各積層をつくり、究極的には仮想モデルの完璧な３次元物体となる。
【０００４】
３次元プリンタは、その上で材料が配置され且つ様々な方法で形成されるビルドプラットフォームに対してプリンタヘッドを動かすことができる。ある方法として、プリンタヘッドは、材料がビルドプラットフォーム上に配置されるとき、ｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向に駆動される。他の方法として、プリンタヘッドがｚ方向に動くとき、ビルドプラットフォームがｘ方向及びｙ方向に駆動される。また、他の方法として、ビルドプラットフォームがｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向に動く。最後に、極座標系において、ビルドプラットフォームが回転し、材料の位置のために座標が、所定の線と固定点からの径からの角度によって定められる。
【０００５】
本願で提供するのは、ｘ方向にも移る回転ビルドプラットフォームを利用する発明である。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、支持構造体、該支持構造体上に摺動可能に配置される回転可能なビルドプラットフォーム、及び上記回転可能なビルドプラットフォームの上方に配置されるプリンタヘッドを有する、３次元物体をプリントするプリンタに関する。
【０００７】
また、本発明は、支持構造体を提供し、該支持構造体上に配置される、中心を有するビルドプラットフォームを回転させ、前記支持構造体上に配置されるビルドプラットフォームを摺動可能に移動させ、プリンタヘッドで該ビルドプラットフォーム上に物体をプリントする工程を有する３次元物体をプリントする方法に関する。
【０００８】
本発明はまた、３次元物体をプリントするドライバをコントロールする方法であって、ビルドプラットフォームを有する３次元プリンタ及び該ビルドプラットフォームを駆動させるドライバを提供する工程、第１の所定時間に慣性を計算し、該慣性をビルドプラットフォーム上のプリントすべき物体のプリント工程へ提供する工程、及び該第１の所定時間における慣性に基づいて第１の所定時間までの時間、ドライバへの駆動電流を設定する工程を有する上記方法に関する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、ビルドプレートを前方位置に有する、本発明の３次元プリンタの斜視図を示す。
【図２】図２は、ビルドプレートを後方位置に有する、図１の３次元プリンタの斜視図を示す。
【図３】図３は、ビルドプレートの枠を外した、図１の３次元プリンタの斜視図を示す。
【図４】図４は、回転可能なビルドプラットフォーム及びプラットフォームプレートを外した、図１の３次元プリンタの斜視図を示す。
【図５】図５は、図１の３次元プリンタのプリントヘッドの側面図を示す。
【図６】図６は、３次元プリンタによってプリントされる物体の拡大図を示す。
【図７】図７は、回転可能なビルドプラットフォームを示す。
【図８】図８は、着色装置を有する、本発明の３次元プリンタの斜視図を示す。
【図９】図９Ａは、図８の着色装置の拡大図を示す。図９Ｂは、図８及び図９Ａの着色装置のスプレイヘッドの拡大図を示す。
【図１０】図１０は、ラック（rack）及びピニオンドライブ（pinion drive）を有する、本発明の３次元プリンタの斜視図を示す。
【図１１】図１１は、ラック及びピニオンドライブを有する、本発明の３次元プリンタの他の態様の斜視図を示す。
【発明の詳細な説明】
【００１０】
水平セクション１２及び垂直セクション１４を有する支持構造体１０を有する３次元プリント装置２を図１に示す。回転可能なビルドプラットフォーム１０２は、支持構造体１０上に摺動可能に配置される。プリントヘッド２０２は、該回転可能なビルドプラットフォーム１０２の上方に配置される。支持構造体１０の水平セクション１２は、回転可能なビルドプラットフォームを摺動可能に支持するリニアガイドシャフト１６及び１８を有する。
【００１１】
図４は、モータ１０６によって駆動するギアホイール１０４であって、その上に回転可能なビルドプラットフォーム１０２を設置するギアホイール１０４を示す。モータ１０６は、回転可能なビルドプラットフォームを、それぞれ矢印１０８及び１１０で示すように、時計回り又は反時計回り方向に回転させる。モータは典型的には、ステッパモータ又はサーボモータなどの精密モータであり、その動きを正確に、典型的には０．１１２５〜０．０５６２５度の解像度までに、典型的にはコントロールすることができる。モータ１０６をフレーム１１２に固定し、該フレーム１１２はリニアベアリング１１４及び１１６に載せられる。リニアベアリング１１４及び１１６は、リニアガイドシャフト１６、及びリニアガイドシャフト１８上に載せられるリニアベアリング１１８及び１２０上に載せられる。リニアベアリング１１４及び１１６と、ガイドシャフト１６と、リニアベアリング１１８及び１２０と、ガイドシャフト１８は典型的には、回転可能なビルドプラットフォームの位置再現性を確実なものとする、０．００８〜０．０１６ｍｍの公差で仕上げられた高精密な構成要素である。図１は、回転可能なビルドプラットフォーム１０２を前方位置に有する３次元プリンタを示し、図２は、回転可能なビルドプラットフォーム１０２を後方位置に有する３次元プリンタを示す。
【００１２】
モータ１０２は典型的には、１回転あたり２００メカニカルステップを有する。ソフトウエアによるコントロールで、該モータは、より正確なコントロールのために、１回転あたり３２００ステップで稼働する。典型的には、ステッパモータは、作業に必要な最小限の電流で運転し、止まることなく、モータ内でのノイズ及び発熱を減少させる。過剰電流で生じるモータ内での発熱は、作業課題を引き起こし得、該発熱が極端な場合、モータを停止させる。
【００１３】
回転可能なビルドプラットフォーム１０２を加熱して、製品の品質を向上させてもよい。加熱したビルドプラットフォームは、ワーピング（warping）を予防するのを助けることによりプリントの品質を向上させる。押し出したプラスチックが冷却すると、プラスチックは多少収縮する。この収縮工程が、プリントパートを通じて均一に起こらないと、その結果、ワーピングした物体となる。このワーピングは、ビルドプラットフォームの上昇したコーナーとして共通して観察される。加熱したビルドプラットフォーム上でプリントすることにより、プリント工程の間、プリントされる物体を暖かい状態にすることができ、融点以下に冷却するとき、プラスチックをより均一に収縮させることができる。加熱したビルドプラットフォームは通常、ＡＢＳ及びＰＬＡなどの材料を有する、より高品質の最終構築物をもたらす。加熱したビルドプラットフォームはまた、ユーザにラフト（raft）なしでプリントすることを手助けする。
【００１４】
ステッパモータ、サーボモータ、又はリニアアクチュエータなどのリニアドライバ１２２を支持構造体１０及びフレーム１１２に固定する。リニアドライバ１２２は、フレーム１１２を動かし、それによってモータ１０６及び回転可能なビルドプラットフォーム１０２をそれぞれ矢印１２４及び１２６の方向に動かす。リニアドライバ１２２は典型的には、その動きが正確に、典型的には０．００２ｍｍ〜０．００４ｍｍの解像度でコントロールできる精密ドライバである。または、図１０に示すように、ラック及びピニオンシステム５５０を用いて、矢印１２４及び１２５の方向にフレーム１１２を動かしてもよい。ラック及びピニオンシステム５５０は、モータ５５６によって駆動するラック５５２及びピニオン５５４を含む。モータ５５６は典型的には、ステッパモータなどの精密モータである。図１０において、ラック５５２はフレーム１１２に固定され、モータ５５６は支持構造体１０に固定される。そのようにして、モータ５５６は静止したままであり、ラック５５２はフレーム１１２と共に動く。図１１に示す他の態様において、ラック及びピニオンシステム５５０は、ピニオン５５４と共に、フレーム１１２に固定されるモータ５６８を有し、ラック５５２は支持構造体１０に固定される。そのようにして、ラック５５２は静止したままであり、ピニオン５６０を有するモータ５６８は、フレーム１１２と共に動く。
【００１５】
プリントヘッド２０２は、摺動支持体２０４に取り付けられ、該摺動支持体２０４は、矢印２０６及び２０８に示すように、プリントヘッドを垂直方向に上下させる。少なくとも１つの垂直ガイドシャフト２１０は、支持構造体１０の垂直セクション１４に取り付けられる。または、該少なくとも１つの垂直ガイドシャフト２１０は、支持構造体１０に取り付けてもよく、それによって、垂直セクション１４の必要性がなくならせる。第２の垂直ガイドシャフト２１２もまた、用いてもよい。プリントヘッド２０２に沿う摺動支持材２０４は、ドライバ２３２によって矢印方向２０６及び２０８に上下する。ドライバ２３２は、ステッパモータ、サーボモータ、又はリニアアクチュエータとするのがよく、支持構造体１０及び摺動支持体２０４に固定される。ドライバ２３２は典型的には、その動きが正確に、典型的には０．００２ｍｍ〜０．００４ｍｍの解像度までコントロールできる精密ドライバである。ここで、ドライバ２３２は、寸切ロッド（threaded rod）２３４を回転させるステッパモータである。寸切ロッド２３４は、摺動支持体２０４を矢印方向２０６及び２０８に動かす相補的なナット２３６を通過する。ドライバは典型的には、０．０５ｍｍ〜０．３５ｍｍの増分で該支持体を動かす。少量の増分で動くとき、より高解像度パートをより緩慢な速度で製造する一方、大きな増分で動くとき、より低解像度パートをより高速で製造する。ここで示したのは、プリントヘッド２０２をひとつ備えるプリンタであるが、複数のプリントヘッドを用いることもできる。
【００１６】
摺動支持体２０４は、リニアベアリング２１４及び２１６を有し、該リニアベアリング２１４及び２１６は、垂直ガイドシャフト２１０とリニアベアリング２１８及び２２０の上に載り、該リニアベアリング２１８及び２２０は垂直ガイドシャフト２１２の上に載る。リニアベアリング２１４及び２１６とガイドシャフト２１０とリニアベアリング２１８及び２２０とガイドシャフト２１２は典型的には、回転可能なビルドプラットフォームの位置再現性を確実なものとする、０．００８〜０．０１６ｍｍの公差で仕上げられた高精密な構成要素である。
【００１７】
図５を参照すると、プリントヘッド２０２は、フィラメント２２２を加熱し且つ溶融プラスチックの流れをオンオフするノズル２２４を有する。プラスチックを回転可能なビルドプラットフォーム上に横たえさせ、構成成分を構築する。他のタイプの材料及びプリントヘッドを用いることもできる。例えば、プリントヘッドはレーザを用いて、ビルドプラットフォーム上に置いた粒状材料をシンター（sinter）し、選択的レーザシンタリングを用いて構成成分を創製するか、又は、ビルドプラットフォームの粒状材料を溶融し、選択的レーザメルティングを用いて構成成分を創製する。加えて、プリンタヘッドは、ビルドプラットフォームの粒状材料を溶融する電子ビームを含み、電子ビームメルティングを用いて構成成分を創製してもよい。または、プリンタヘッドは、ビルドプラットフォームの粒状材料上のバインダをプリントして、構成成分を創製するインクジェットシステムであってもよい。
【００１８】
操作において、プラスチックフィラメント２２２をプリントヘッド２０２に注入する。典型的には、フィラメントは、ロールの上に貯蔵され、プリントヘッドによって消費されるように、ロールから引き出される。プリントヘッドの先端２２６は、回転可能なビルドプラットフォーム１０２の、約０．２５ｍｍ上方に位置決めされる。プラスチックフィラメント２２２は、プリンタヘッドのモジュール２３０内に配置されるヒータ２２８によって溶融される。溶融プラスチックは、プリントヘッドの先端に配置される直径０．２〜０．５ｍｍの開口から、典型的には毎分３０ｍｍ〜６０ｍｍの速度で、押し出される。プラスチックを押し出す速度は多くの要因に依存し、該要因として最終製品の所望の解像度、最終製品の複雑さ、及び用いるプラスチックのタイプを挙げることができるがそれらに限定されない。種々の先端を用いることができ、その各々は、押し出される溶融プラスチックのサイズを変更するために異なる開口サイズを有する。より高解像度のより詳細な製品を所望とするならば、小開口の先端を用いる。製造速度が、解像度又は詳細さよりも重要ならば、大開口の先端を用いる。
【００１９】
プリンタヘッドがプラスチックを押し出している間、回転可能なビルドプラットフォーム１０２は、押し出したプラスチックの適切な配置のために、モータ１０４によって矢印方向１０８及び１１０に、且つ、矢印１２４及び１２６のｘ方向に、動く。ビルドプラットフォーム１０２は、同時に、回転し且つｘ方向に動くことができるか、又は、ビルドプラットフォームは、ｘ方向では固定したまま回転するか、又は、回転せずにｘ方向に動いてもよい。一旦、第１の層が回転可能なビルドプラットフォーム１０２上に積層されると、プリンタヘッド２０２は、ドライバ２３２により、矢印方向２０６の上方へ移動する。所望の解像度に依存するが、プリンタヘッドは、典型的には０．０５ｍｍ〜０．３５ｍｍで上方へ動く。このプロセスはその後繰り返され、第１の層上に他の層が構築される。このプロセスは、所望の物体が完成するまで繰り返される。
【００２０】
図６は、明確さのために拡大した物体３０２を構築するのに用いられる典型的な３次元プリントの積層法（additive process）を示す。先端２２６を有するノズル２２４は、ビルドプラットフォーム３０４上に溶融プラスチック３１２を押し出す。第１の層３１４が一旦積層されると、プリンタヘッドは、矢印方向３２０である上方へ、典型的にはプリンタ３０８によって横たえさせた溶融プラスチック３１２の直径３２４とほぼ同等の距離３２２で動く。その後、第２の層３１６がプリントされる。第２の層３１６が一旦プリントされると、プリンタヘッド３０８は、再度、矢印方向３２０である上方へと動き、第３の層３１７が開始される。このプロセスは、物体を完成させるのに必要なすべての層がプリントされるまで繰り返される。
【００２１】
フィラメントは典型的には、モータ駆動対向ローラによってプリントヘッドのノズル２２４へと供給される。プリントが停止するとき、フィラメントがプリントヘッドでつかえるのを予防するために、フィラメントは、プリントヘッドから戻される。プリントヘッドからフィラメントを戻すことにより、プリントヘッドの加熱エリアからフィラメントを除去し、フィラメントが熱くなりすぎないように且つつかえるのを予防する。フィラメントを戻すために、ローラは、供給方向に対向する方向に駆動される。
【００２２】
特別なソフトウエアを作動するコンピュータは、３次元プリンタを駆動する。プリントする物体の位置及び回転可能なビルドプラットフォーム上に物体を発生させプリントする位置を計算するとき、極座標系が用いられる。特別なソフトウエアは、プリントヘッド２０２及びビルドプラットフォーム１０２の作業及び動きを最適化する。最適化によりプリントプロセスの速度及び正確さが向上する。図７は、寸法（dimension）３２６を有する半径Ｒを有するビルドプラットフォーム１０２の図を示す。典型的には、プリントヘッドが溶融プラスチックを積層する箇所間をビルドプラットフォームが動くべき距離は、約０．００２”である。図７からわかるように、中心３２４からの距離Ｒで０．００２”に等しい距離３２８を測定するときよりも、中心３２４からの距離１／２Ｒ（３３２）で０．００２”に等しい距離３３０を測定するときに、ビルドプラットフォーム０．００２”を回転するのにビルドプラットフォーム３０４のさらに大きな回転が必要となる。換言すると、０．００２”の任意の距離を動くために、ビルドプラットフォームは、ビルドプラットフォームの中心に物体が近ければ近いほど、より回転しなければならない。ステッパモータにより、ある任意の時間において、プリンタヘッドに相対してビルドプラットフォームの中心がどこに位置するのかを、３次元プリンタに知らしめられる。ビルドプラットフォームをどのくらい回転又は摺動させるかを決定するとき、アルゴリズムが考慮するある変数は、ある任意の時間におけるプリンタヘッドに対するビルドプラットフォームの中心からの既知の距離である。その距離を知ることにより、モータは、適量ステップを刻んでビルドプラットフォームを回転させ、プリンタヘッドが中心から半径の１／４、中心から半径の１／２、中心から半径の３／４、中心から実質的に１半径分、又はその間がいかなる距離に位置するのか、により、プリンタヘッドに相対してビルドプラットフォームが０．００２”回転させることができる。
【００２３】
３次元プリンタを作動させる典型的なコンピュータの代案として、３次元プリンタは、ラズベリーパイ（Raspberry PiＴＭ）マイクロプロセッサなどの、それを駆動するオンボード・マイクロプロセッサを挙げることができる。オンボード・マイクロプロセッサと共に、ユーザは、該３次元プリンタに組み込まれたＷｉ−Ｆｉ接続を介して、又はＵＳＢポートを介して、プリントファイルをロードすることができる。
【００２４】
ビルドプラットフォームの動きを最適化する他の方法として、物体をプリントするとき、例えば１分間、ビルドプラットフォーム１０２が回転する初期最小角を固定する方法がある。例として、１分間最小角は、必要とされる解像度、即ち、ビルドプラットフォームの半径Ｒに等しい距離で０．００２”、に基づいて決められる。この例で０．００２”を用いる一方、所望の解像度及びプリント速度に一部依存して、他の距離を選択してもよい。プリントするとき、ソフトウエアは、中心３２８からノズル２２４の先端２２６までの距離を評価し、ビルドプラットフォームが１分間に回転するならばノズルの先端で測定されるときにビルドプラットフォームが動く距離を決定する。その距離が０．００２”未満であれば、ソフトウエアは、ビルドプラットフォームが１分間に回転される箇所でのプリントをスキップする。その後、ソフトウエアは、ビルドプラットフォームが２分間に回転すればその距離が０．００２”未満であるかどうかを評価する上記計算を行う。その距離が０．００２”未満であれば、ソフトウエアは、ビルドプラットフォームが２分間で回転する箇所でのプリントをスキップし、ビルドプラットフォームが３分間で回転する同じ計算を行う。または、その距離が０．００２”を越えるならば、プリントがなされる。この反復プロセスは、距離が０．００２”を越える、プリントがなされるときまで、続けられる。この例で示すように、プリントされる物体が中心に近ければ近いほど、所望の０．００２”解像度を維持するために、スキップされる回転のステップがより多くなる。距離が０．００２”未満であったときプリントがスキップされないと、物体の解像度を維持するのが難しい。なぜなら、典型的には、材料の固定量が各ポイントで横たえさせるからである。このようにして、０．００２”解像度に必要な量よりも過剰の材料を横たえると、減少した解像度を有する、ぼんやりした（blob）ような構造となる。
【００２５】
電流をコントロールするために、ポテンショメータを典型的には用いて、モータに供給する電流を調節する。または、電流の自動調節を行うために、デジポッツ（digipots）としても知られているデジタルポテンショメータを用いてもよい。デジポッツは、コンピュータによりコントロールすることができる。
【００２６】
あまりに低電流でビルドプラットフォームを駆動させると、ビルドプラットフォームを回転させる慣性（inertia）がビルドプラットフォームに生じ得、モータでのステップを越えてスキップする。よって、ビルドプラットフォームの慣性に基づく電流を調節することにより、慣性が小さいときより低い電流を用い、慣性が大きいときより高い電流を用いる、最適化を行うことができる。
【００２７】
構築プロセスの際にビルドプラットフォームの慣性を決めるのに考慮される要因のうち、ビルドプラットフォームの質量、ビルドプラットフォーム上にプリントされるアイテムの位置、構築されるアイテムの総質量、及び構築プロセスの際のある特定の時間に構築されるアイテムの質量が挙げられる。例として、質量Ｍを有する物体は、中心３３４から半径Ｒと等しい距離３２６に位置する同じ質量の物体よりも、中心３３４から半径の半分１／２Ｒと等しい距離３３２に位置するとき、ビルドプラットフォーム中に少ない慣性を生じる（図７）。また、２倍の質量（２Ｍ）を有する物体は、それらが中心から同じ距離に位置するとき、１倍の質量（Ｍ）を有する他の物体よりも、より大きな慣性を生じる。
【００２８】
必要とされる電流を最適化するために、アルゴリズムは、構築プロセスの際、物体が構築される位置及び様々な時間に一部構築された物体の質量を決定する。典型的には、物体を構築するのに必要な全期間は、所定数、例えば１０に分割される。しかし、他の所定数を用いてもよく、多い数は典型的には、少ない数よりも最適化の度合いがより多く提供される。例に戻ると、全構築時間が６０分間ならば、その時間は１０に分割される。各所定時間、６分間に対して、最大慣性は、該６分間に積層される材料の全質量、ビルドプラットフォームの質量、及び構築された物体の位置を用いて計算される。アルゴリズムは、第１の６分間の際にビルドプラットフォームに生じる最大慣性を計算し、該第１の６分間の際にモータを停止しないようにする最小電流を計算する。出力コントローラは、該第１の期間に必要な最小電流をモータ１０６に流すように、デジポッツを調節する。物体の質量が第２の期間及びその後の各所定期間に増すと、慣性モーメントが増大し、必要な電流も増加する。よって、第２の期間に必要な最小電流を計算するとき、第２の期間の最後における構造物の質量を用いる。また、その後の各期間の最後における必要な最小電流を計算するとき、その後の各期間での構造の質量を用いる。
【００２９】
アルゴリズムは、プリント作業を開始する前に、各期間に必要な電流を計算するか、又は、第１の期間に必要な電流を計算し、プリントを開始し、第１の期間にプリントする間に、第２の期間及びその後の期間に必要な電流を計算してもよい。
【００３０】
上記態様における慣性計算に基づく最適化は、回転可能なビルドプラットフォームに関する一方、他のプリンタ応用にも関連する。例えば、プリントする物体の質量に一部基づく慣性計算を用いて、ｘ−ｙ移動ビルドプラットフォームの動きを最適化することもできる。または、プリンタヘッドの質量に一部基づく慣性計算を用いて、ｘ方向、ｘ−ｙ方向、又はｘ−ｙ−ｚ方向に動くプリンタヘッドの動きを最適化することもできる。
【００３１】
摺動可能な、回転可能なビルドプラットフォームを、他の装置と共に用いてもよい。例えば、スキャナは、プリンタヘッドに置き換えることができる。ある態様において、プリンタヘッドを接続せず、スキャナヘッドをプリンタヘッドの代わりに搭載することができる。他の態様において、物理的にプリンタヘッドを除去し且つスキャナヘッドを搭載することを必要とせずに、スキャナヘッドをプリンタヘッド上に、プリンタヘッドと共に、プリンタヘッドの隣に配置してもよい。スキャナヘッドを用いて、レプリカを作る物体の形状をスキャン及び保存してもよい。物体のレプリカを作るために、スキャナは、該物体の形状をスキャンし、その情報をコンピュータにダウンロードする。その後、コンピュータは、該物体の仮想モデルを創製し、該物体のレプリカをプリントするために必要なファイルを作り出す。加えて、スキャナヘッドを用いて、物体が正確にプリントされることを確かめる。正確さを確かめるために、スキャナヘッドは、プリントした物体の形状をスキャンし、その情報をコンピュータにダウンロードしてもよい。コンピュータは、プリントした物体の形状を、物体をプリントするのに用いた仮想モデルと比較し、エラーのためにチェックする。
【００３２】
図８に示すのは、着色装置５０２が摺動支持体２０４に固定される態様である。着色装置５０２を用いて３次元物体を着色することができる。典型的には、インクが吸収されて３次元物体と一体化するように、物体にスプレイするとき、吸収性フィラメントが用いられる。典型的には、着色装置５０２は、少なくとも１つのノズル５０４を有するスプレイヘッド５０３を含み、多色着色装置である。着色装置５０２は、インクジェット型の着色装置であるか、又はプリントした物体に色を塗布することができる他の型の着色装置であるのがよい。インクジェットスプレイであれば、インクジェットプリンタに用いられるような従来のインクジェットカートリッジを用いることができる。スプレイヘッド５０３は、典型的には８０〜１２０個のノズルを有する典型的なインクジェットスプレイを備える、多数のノズルを含んでもよい。図８に示すように、プリントヘッド直下のおおよその位置にプリントした物体をスプレイするために、約４５度で典型的には角度付けされている。少なくとも１つのノズル５０８を有する第２の着色装置５０６を用いてもよい。
【００３３】
スプレイの正確さをコントロールするために、種々の方法を、一緒に、又は、別々に、用いてもよい。図９Ａに示すように、正確さをコントロールするひとつの方法は、ノズル出口５１０とスプレイする３次元物体５１２とのある距離を維持するように、あるノズルだけを用いることである。図９Ｂは、第１のノズル５１４、第２のノズル５１６、第３のノズル５１８、第４のノズル５２０、及び第５のノズル５２２を有するスプレイヘッド５１１の拡大図を示す。３次元物体５１２は、曲面５１３を有する。スプレイヘッド５１１の面５２８は、曲面５１３と垂直ではないので、第１のノズル５１４と曲面５１３との距離５２４は、第５のノズル５２６と曲面５１３との距離５２６よりも小さい。かくして、第１のノズル５１４から物体をスプレイすると曲面５１３に比較的すきまのないスプレイパターンとなる一方、第５のノズル５２２から物体をスプレイすると曲面５１３の上部５３０に過剰スプレイとなる。かくして、典型的には、物体の曲面５１３に対して実質的に垂直なノズルを用いて３次元物体をスプレイしたくなる。
【００３４】
３次元プリンタを駆動するコンピュータは、３次元物体をプリントするのに必要な情報を有してプログラムされ、プリントプロセスの際に、３次元物体に相対する着色装置５０２の位置を知っている。なぜなら、着色装置は、プリンタヘッド２０２をも保持する摺動支持体２０４に固定されているからである。かくして、コンピュータは、スプレイする３次元物体の表面５１３に対して実質的に垂直であるノズル群だけを選択するのがよい。従来用いられているインクジェットカートリッジ用の具体的なスプレイノズルをコントロールするコンピュータの能力は、典型的なインクジェットプリンタで紙にプリントするときのものを用いることができる。
【００３５】
３次元物体がプリントされるとき、着色装置５０２を用いて、３次元物体にスプレイすることができるか、又は３次元物体がプリントされた後、それを用いて３次元物体をプリントしてもよい。３次元物体がプリントするときにスプレイする場合、着色装置又は多色着色装置は、ある層がプリンタヘッドでプリントされるとき、ある層がプリンタヘッドでプリントされる直後、又は２層、３層、４層又は他の多くの層などの多数の層がプリンタヘッドでプリントされる後に、該物体にスプレイすることができる。
【００３６】
他の方法において、既に完成した３次元物体をビルドプラットフォーム上に置き、その後、コンピュータに付けた３次元スキャナでスキャンすることができる。スキャンした像をその後、コンピュータディスプレイに表示し、ユーザは該スクリーン上で物体に“ペイント”でき、ユーザがカラーパターンに満足するまで、修正を施すことができる。その後、着色装置を用いて、スクリーン上の物体にペイントした色にしたがって、物体をペイントすることができる。
【００３７】
本発明のある特定の態様について説明したが、本発明は、本開示の精神及び範囲内で、さらなる修正を行うことができる。この応用は、本発明の一般原則を用いる本発明のいかなる変形、使用又は改造をカバーすることを意図する。また、該応用は、本発明が属する分野における既知又は通例の実務の範囲内となるような、添付の請求の範囲内となる本発明の開示からのそのような離脱をカバーすることを意図する。
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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