(57)【要約】  本発明は、製造基盤と、少なくとも一つの製造ヘッド３を備え、各層に対して予め決められた製造グリッド４９によるグリッド位置４４における製造場所の位置に従って選択的にモデル材（２１）を配置するように構成された三次元対象物の層状付加製造用のラピッドプロトタイピング装置１に関する。  本発明によれば、複数のモデル材を処理できる可能性を持って、層状の三次元加工対象物を、高速に、かつ、正確に製造することを保証するプロトタイピング装置を製造するために、製造ヘッド３の溶融ユニット２４が、各グリッド位置４４に配置されたモデル材２１を、位置に従って選択的に前記グリッド位置に溶着するように構成されている。【選択図】図３
2017507820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの製造基盤（２）及び前記製造基盤（２）の上又は製造基盤（２）に配置された材料の上に、粒状、粉状又は液状モデル材（２１）を配置するための少なくとも一つの製造ヘッド（３，４，４‘）を備え、
前記製造ヘッドが、位置−選択法における製造位置の各層に対して予め決められた製造グリッド（４９）に従ってグリッドポジション（４４）にモデル材（２１）を配置するように設計され、
前記製造ヘッド（３，４，４‘）が、モデル材（２１）の定着用の少なくとも一つの溶融ユニット（２４，２４−１，２４−２）を備え、
前記製造基盤（２）及び前記製造ヘッド（３，４，４‘）が、層の厚みに対する送る方向（７）に加えて、層の面における作動方向（５）に従って両方が再配置可能な方法で相互に対向して配置されている
三次元対象物の付加製造用ラピッドプロトタイピング装置において、
溶融ユニット（２４，２４−２，２４−２）が、
位置−選択法において各グリッド位置（４４）に配置されたモデル材（２１）を結合するように構成されている
ことを特徴とするラピッドプロトタイピング装置。
【請求項２】
溶融ユニットが（２４，２４−１，２４−２）が、製造グリッド（４９）に従って、制御ユニット（４１）を用いて各層に対して制御され得、
前記制御ユニット（４１）が、予め決めた製造グリッド（４９）に従った溶融ユニット（２４，２４−１，２４−２）に対するグリッド位置（４５）及び／又はグリッド位置（４５）と関連するエネルギ要求（４３）を決めるように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のプロトタイピング装置。
【請求項３】
溶融ユニット（２４，２４−１，２４−２）が、レーザ（２５）及びレーザ（２５）に割り当てられた光偏向装置、特に、回転可能に配置された偏向ミラー（２６）を備え、
レーザ（２５）が、各製造グリッド（４９）に従って制御ユニット（４１）によって制御あれ、かつ、作動させられ得る
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のプロトタイピング装置。
【請求項４】
製造ヘッド（３，４，４‘）が、用意された製造グリッド（４９）に従って、かつ、位置−選択法によって、各層に対してスクリーン印刷でモデル材（２１）を送るように構成されている
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のプロトタイピング装置。
【請求項５】
製造ヘッド（３，４，４‘）が、用意された製造グリッド（４９）に従って、かつ、位置−選択法によって、各層に対してオフセット印刷でモデル材（２１）を送るように構成されている
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のプロトタイピング装置。
【請求項６】
モデル材（２１）が、位置に従って選択的に各層に対する特定の製造グリッド（４９）に合わせて露光され、かつ、製造位置まで移送され得るフォトコンダクタ（１１）に亘って受け取り可能になるように製造ヘッド（３，４，４‘）が構成され、
製造ヘッド（３，４，４‘）が、この目的のために、
フォトコンダクタ（１１）を支持し、かつ、製造基盤（２）に対向する製造ヘッド（３）の材料移動部（１２）の領域で露光される電子写真イメージドラム（８）と、
イメージドラム（８）のフォトコンダクタ（１１）の帯電用の少なくとも一つの電気的調整ユニット（１３）と、
イメージドラム（８）の回転作動方向（１０）における調整ユニット（１３）の下流に配置され、位置−選択法でイメージドラム（８）のフォトコンダクタ（１１）の露光する手段を備えた少なくとも一つの露光ユニット（１４，１４−１，１４−２）と、
イメージドラム（８）の回転作動方向（１０）における露光ユニット（１４，１４−１，１４−２）の下流に配置され、イメージドラム（８）と並行に配置された静電帯電モデル材（２１）を提供するための静電帯電可能な転写ローラ（１９−１，１９−２，１９−３，１９−４）を有する少なくとも一つのデベロッピングユニット（１８，１８−１，１８−２）と、
イメージドラム（８）の回転作動方向（１０）における材料移動部（１２）の上流に配置され、製造基盤（２）の方向に作用する少なくとも一つの電気基盤調整装置（２２，２２−１，２２−２）と
を備えている
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のプロトタイピング装置。
【請求項７】
露光ユニット（１４，１４−１，１４−２）が、
レーザ（１５）、特に、パルスレーザのイメージドラム（８）のフォトコンダクタ（１１）の位置−選択露光のための手段と、
レーザ（１５）に割り当てられた光偏向手段、特に、回転可能に配置された偏向ミラー（１６）と
を備えている
ことを特徴とする請求項６に記載のプロトタイピング装置。
【請求項８】
露光ユニット（１４，１４−１，１４−２）が、イメージドラム（８）の軸線方向におけるイメージドラム（８）のフォトコンダクタ（１１）の位置−選択露光手段として、選択方法で制御可能である並べられた光源、特に、発光ダイオードを有する
ことを特徴とする請求項６又は７に記載のプロトタイピング装置。
【請求項９】
帯電ユニット（４５）が転写ローラ（１９−１，１９−２，１９−３，１９−４）に割り当てられる
ことを特徴とする請求項６〜８の何れか一に記載のプロトタイピング装置。
【請求項１０】
モデル材が、モデル材（２１）の移動経路に電界を生成するように設計された電気誘導装置（４５）を介して転写ローラ（１９−１，１９−２，１９−３，１９−４）に移動され得る
ことを特徴とする請求項６〜９の何れか一に記載のプロトタイピング装置。
【請求項１１】
誘導装置（４５）が、ブレード付きコンベアホイール（４６）を備え、前記ホイール（４６）のブレード（４７）が電気絶縁され、かつ、ローディング位置とディスペンディング位置との間の電圧源（４８）の電界を通過する
ことを特徴とする請求項１０に記載のプロトタイピング装置。
【請求項１２】
クリーニングユニット、特に、材料ストリッパ（３０）が、材料移動部（１２）と調整ユニット（１３）との間のイメージドラム（８）のリターン領域（２９）に配置されている
ことを特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載のプロトタイピング装置。
【請求項１３】
ディスチャージユニット（３１，３１−１，３１−２）が、材料移動部（１２）と調整ユニット（１３）との間のイメージドラム（８）のリターン領域（２９）に配置されている
ことを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載のプロトタイピング装置。
【請求項１４】
調整ユニット（１３）及び／又は基盤調整装置（２２，２２−１，２２−２）が、製造ヘッド（３，４）の動作方向（５）を横切る方向に配置されたドットチャージダイオード又はコロナワイヤとしてのコロトロンを備えている
ことを特徴とする請求項１〜１３の何れか一項に記載のプロトタイピング装置。
【請求項１５】
デベロッピングユニット（１８，１８−１，１８−２）が、異なるモデル材に対する複数の転写ローラ（１９−１，１９−２，１９−３，１９−４）を備え、
転写ローラ（１９−１，１９−２，１９−３，１９−４）が、回転可能な転写回転棚（２０）と共に、各転写ローラ（１９−１，１９−２，１９−３，１９−４）が、リボルバの原理に従って、イメージドラム（８）に隣接する作動位置に動かされ得るように作用する
ことを特徴とする請求項１〜１４の何れか一項に記載のプロトタイピング装置。
【請求項１６】
製造ヘッド（３）が、第一作動方向（５）用の少なくとも一つの調整ユニット（１３）、露光ユニット（１４−１）、デベロッピングユニット（１８−１）、基盤調整装置（２２−１）及び溶融ユニット（２４−１）を備えた第一装置と、
第一作動方向と反対の第二作動方向用の少なくとも一つの調整ユニット（１３）、露光ユニット（１４−２）、デベロッピングユニット（１８−２）、基盤調整装置（２２−２）及び溶融ユニット（２４−２）を備えた第二装置と
を備え、
第二装置が、第一装置と実質的に対称に配置されている
ことを特徴とする請求項１〜１５の何れか一項に記載のプロトタイピング装置。
【請求項１７】
モデル材用のメイン製造ヘッド（３）としての少なくとも一つの製造ヘッドと、
サポート材用のサポート製造ヘッド（４）としてのメイン製造ヘッド（３）と協働する制御可能な製造ヘッドと
を有する
ことを特徴とする請求項１〜１６の何れか一項に記載のプロトタイピング装置。
【請求項１８】
イメージドラム（８）、調整ユニット（１３）、露光ユニット（１４，１４−１，１４−２）、デベロッピングユニット（１８，１８−１，１８−２）及び基盤調整装置（２２，２２−１，２２−２）の配置に関して、
サポート製造ヘッド（４）がメイン製造ヘッド（３）と対応する
ことを特徴とする請求項１１に記載のプロトタイピング装置。
【請求項１９】
サポート製造ヘッド（４）の少なくとも一つの溶融ユニット（３２）が、熱源を有する
ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載のプロトタイピング装置。
【請求項２０】
基盤調整装置（２２，２２−１，２２−２）によって生成される電荷の量が、調整ユニット（１３）によって生成されるイメージドラム（８）の電荷の量より大きくなるように
基盤調整装置（２２，２２−１，２２−２）が構成されている
ことを特徴とする請求項１〜１９の何れか一項に記載のプロトタイピング装置。
【請求項２１】
調整ユニット（１３）及び／又は基盤調整装置（２２，２２−１，２２−２）が、
両方とも負の静電荷を生成するように、若しくは、正の静電荷を生成するように設計されるか、又は、
それらが、負の静電荷の生成の設定及び正の静電荷の生成の設定の間で切り替え可能になるように設計されている
ことを特徴とする請求項１〜２０の何れか一項に記載のプロトタイピング装置。
【請求項２２】
溶融ユニット（２４，２４−１，２４−２）に割り当てられた制御ユニット（４１）が、  溶融ユニット（２４，２４−１，２４−２）に、溶融ユニット（２４，２４−１，２４−２）が作動されるグリッド位置（４４）を与える
ことを特徴とする請求項１〜２１の何れか一項に記載のプロトタイピング装置の操作方法。
【請求項２３】
溶融ユニット（２４，２４−１，２４−２）の制御ユニット（４１）が、各グリッド位置（４４）にエネルギ要件（４３）を与える
ことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
所定の圧力、温度又は雰囲気のような所定の環境条件の下で製造する
ことを特徴とする請求項２１又は２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に従った三次元対象物の層状付加製作用のラピッドプロトタイピング装置に関する。さらにまた請求項２１によれば、本発明は、このようなラピッドプロトタイピング装置の操作方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
ラピッドプロトタイピングは、モデル、パターン、プロトタイプ又はツールのような三次元対象物の製造のための広義語である。その製造は、予め決められたデータモデルに基づいて直接実行される。製造するべき対象物のコンピュータ画像は、例えば、CADソフトウェアを使用することによって、コンピュータを用いて生成され得る。このプロセスにおいて、コンピュータは、画像を分析し、製造するべき対象物のレベルシフトスケジュールを生成し、それにより、そこからグリッド位置−選択モデル材のセルが堆積して固化されることが観察され得る各層に対する製造グリッドが生成され得る。この方法では、ラピッドプロトタイピング装置は、層毎に三次元加工対象物を形成する。このような製造工程は、また、「付加製造」という包括的用語の下で公知である。ラピッドプロトタイピング工程は、可能な限り少ないフォーム又は回り道で、既存の設計情報を直接的かつ急速に、加工対象物において実行する。勿論、プロトタイプに代えて、ツール又は完成部品のような対象物を製造することができ、ツールのラピッドプロトタイピングは、「ラピッドツーリング」として参照され、ツールのラピッドプロトタイピングは、「ラピッド製造」として参照される。しかしながら、全ての工程に共通していることは、CADデータのような既存の設計情報の明細に従って三次元対象物を製造することである。
【０００３】
様々なラピッドプロトタイピング工程が公知であり、それにより、様々な材料が、様々な製造速度で処理され得る。
【０００４】
原則として、三次元対象物のラピッドプロトタイピング用のプロトタイピング装置は、製造基盤上に、又は先に形成された材料層から成る製造基盤の上にモデル材を配置するために少なくとも一つの製造ヘッドを有する。その上に三次元対象物が層状に形成される製造基盤と、少なくとも一つの製造ヘッドとは、層の面の作業方向に加えて、層の厚みに関する送り方向の両方に従って、再配置可能な方法で、相互に対向して配置される。例えば、製造ヘッドは、材料を製造位置と各々交差する位置で堆積させるために、製造基盤の上方を、層の平面では動かない、ウェブ形式で動かされ得る。
【０００５】
さらに、ラピッドプロトタイピング装置は、堆積される又は配置されるモデル材を、既に堆積された材料層に着けるための溶融ユニットを有する。
【０００６】
選択層焼結造形法は、粉末の形態であるモデル材から焼結を通して三次元対象物を製造する工法である。このモデル材は、製造基盤又は既に堆積された材料層にある薄い粉末ベッドとして加えられる。通常、レーザである溶融ユニットは、所定の製造情報に対応する、位置に従って選択的にモデル材を暖め、その結果、特定の位置で、モデル材が焼結され、固形状態に変えられる。モデル材は粉末であり、一種類又はそれ以上の焼結成分が混合されており、その結果、溶融した塊を冷却した後に、溶融ユニットから固形材料が得られる。従って、レーザ焼結用のラピッドプロトタイピング装置は、焼結混合物が概して固形化されるので、純粋な材料を処理できない。さらにまた、溶融及び焼結後、次の材料層のために粉末ベッドが利用できるようになる前に、処理した材料層の冷却待ちをしなければならないので、操作が比較的遅い。
【０００７】
加工対象物が純粋材料から形成されている場合、即ち、結合材料なしで形成されている場合、金属粉末のようなモデル材粉末は、例えば、完全に溶融される。このような相応に強力なレーザを備えたプロトタイピング装置は、選択的レーザ溶融と関連付けられる。
【０００８】
そのコアにおいて、位置−選択方法で粉末ベッドにおいて粉末材料を溶融することで作用するラピッドプロトタイピング処理に代わる方法として、インクジェットプリンタと原理が似ているラピッドプロトタイピング処理が、「マルチジェットモデリング」又は「ポリジェットモデリング」として知られている。この処理では、プリントヘッドが、直線的に並べられた複数のノズルを有する。マルチジェットプロトタイピング装置は、溶融可能なプラスチック、特に、ハードワックス又はワックス状熱可塑性材料を処理し、非常に微細な溶滴を作ることができる。結果として、これらの方法は、高度な表面仕上げ品質を達成する。しかし、ポリジェットプロトタイピング装置の電動製造ヘッドは、長い距離を移動しなければならず、かつ、加工対象物上で一時的にしか機能せず、その結果、達成可能なプロトタイピング速度はプロトタイプ又はモデルの製造には十分であり得るが、連続生産又は大量生産による工業用途には十分でなない。
【０００９】
本発明の目的は、複合的なモデル材を処理する可能性を持って、急速に、かつ、正確に三次元加工対象物の積層造形を行うことを保証する一般的なタイプのラピッドプロトタイピング装置を提供することにある。
【００１０】
この装置は、請求項１の特徴部分を持ったラピッドプロトタイピング装置によって本発明に従って達成される。
【発明の概要】
【００１１】
本発明によれば、プロトタイピング装置の溶融ユニットは、位置−選択法における各グリッド位置にあるモデル材を溶融するように設計されている。有利には、溶融ユニットは、モデル材を加熱又は溶融するために、エネルギを位置−選択法におけるモデル材、即ち、製造グリッドにおける特定の作業位置に運ぶ。溶融ユニットは、溶融するためのエネルギが、位置焦点法で、即ち、位置−選択法においてモデル材が先に配置されている特定のグリッド位置に正確に加えられるような方法で設定されている。位置−選択及び正確な融合によって、堆積した材料層の広い表面範囲に亘る従来の融合の場合に比べて、非常に高い溶融速度が達成され得る。特に、本発明に基づく本位置−選択融合により、溶融するために利用可能なエネルギ集中が可能になり、その結果、必要であれば、大容量エネルギを加えることができ、かつ、エネルギ節約の観点から、モデル材が実際にあるグリッド位置に対してのみ大容量エネルギを加えることができる。
【００１２】
さらに、本発明による位置−選択溶融と、製造ヘッドのその位置−選択材料移送との組み合わせにより、特に、様々なモデル材を用いた製造において、粉末ベッドに材料を供給する公知のプロトタイピング装置と比べて、各層に対する予め決めた製造グリッドに従って、十分に高い製造率を得ることが可能になる。
【００１３】
本発明は、活性化特性を有するモデル材に特に適していることが証明されている。活性化特性を有するモデル材としては、例えば、抗菌性、耐汚染性、堆積物の減少形成、容易に洗浄可能な材料、親水性／疎水性、親油性／疎油性、低い付着作用又は高い付着作用、耐食性、高い電気伝導性又は電気絶縁性、高い熱伝導性又は断熱性、改良された生体適合性、改良又は低減された高周波数伝導率、決められた反射作用（特に、光、紫外線、赤外線、電波）、引っ掻き抵抗、硬度、改良された耐熱性、不動態層、触媒活性、決められた摩擦挙動、決められた真空挙動、改善されたはんだ付け性及び溶接性、静的特性又は帯電防止特性、改良された着色性、紫外線保護性、金属によるドーピング特性、ナノ粒子及び／又はナノ構造、又は多機能性表面のような活性化特性がある。
【００１４】
本発明の一つの有利な実施例では、溶融ユニットは、各層に対する製造グリッドに従って、それに作用する制御ユニットによって制御される。制御ユニットは、製造されるべき現在の材料層に対して予め決められた製造グリッドに従って、グリッド位置及び／又は溶融ユニットに対する能力情報を決めるように構成されている。制御ユニットは、溶融ユニットに、製造グリッドに対応するグリッド位置を与え、そのグリッド位置の上で、溶融ユニットは、位置に従って選択的に活性化され、かつ、選択的に堆積させるモデル材に作用する。
【００１５】
有利には、制御ユニットは、溶融ユニットに、溶融ユニットが活性化され、かつ、モデル材が溶融されて結合されるグリッド位置だけでなく、製造グリッドにおいて各グリッド位置にリンクされている、即ち、このグリッド位置のために予定されているエネルギ要求を与える。エネルギ要求は、溶融ユニットのエネルギ源の要求性能及び／又はモデル材が溶融ユニットに晒される期間に関する情報を含む。それにより、本発明は、幾つかの材料から成る対象物の高速製造を可能にする。それにより、エネルギ要求は、その溶融点のような、溶融されるべき特定の材料の物理的特性に適合される。さらにまた、エネルギ要求の決定は、溶融後の一定の表面品質又は同種の特性を考慮して行われる。位置−選択法でモデル材を配置し、位置−選択をして、それを溶融することによって、さらに個々のエネルギ要求を考慮して、例えば、５００℃より高い溶融点及び／又は１００℃から５００℃の溶融点差を持つ異なる材料を溶融することが可能になる。さらにまた、１０℃より低い溶融点差を有する材料もまた、各材料の溶融点を考慮して、溶融するべきグリッド位置へのエネルギ入力の適切な制御によって位置−選択的に正確に実現され得る。
【００１６】
モデル材の高速で正確な製造基盤又は既に堆積された材料層への取り付けは、製造ヘッドの溶融ユニットが、レーザ及び各レーザに割り当てられた光偏向装置を含む時に提供される。好ましくは、光偏向装置は、回転ミラーであり、特に、六角ミラーであり、レーザスキャナの方法で、レーザのレーザビームを、溶融されるべきポイントに向けて偏向させる。この処理において、レーザビームは、位置に従って選択的に制御される場所を加熱し、そこに配置されたモデル材を溶融する。そのモデル材は、その後、冷却され、製造されるべき加工対象物の一部になる。位置に従って選択的に紫外線領域で作動する光源を備えた溶融ユニットは、有利であり、適切なレーザの代替えになることを示した。赤外線源又はマイクロ波源、特に、プラズマレーザのような焦点マイクロ波源は、熱源の代替えとして適切である。
【００１７】
イメージドラムがヒータに割り当てられていると、モデル材は製造基盤に送られる前に加熱され、従って、融着との関連で溶融処理のために必要なエネルギを減らす。加熱装置によってイメージドラムが実質的に一定の温度レベルに維持され、それにより、温度レベルが有利に調整可能になるという利点を有する。
【００１８】
本発明によるモデル材の位置−選択結合は、非常に正確な製造を可能にし、製造グリッドにおけるグリッド位置間の間隔が狭く、グリッド長が１ｃｍより短く、特に、実施例では、レーザがエネルギ源として使用される。それにより、金属粉のような混合されていないモデル材を堆積してレーザビームで溶融することで、純粋な材料の対象物が生成され得る。加えて、異なる材料の処理のために、本発明は、１ｍｍ未満グリッド位置間隔を提供する。また、本発明は、０．１ｍｍ未満の間隔を可能にする。他の材料の何れかに０．０５ｍｍ未満の間隔を適用することも、本発明の実施例で実現可能である。本発明によるモデル材の位置−選択結合によって、特に、エネルギ源としてレーザを使用する実施例において、三次元空間における（例えば）０．１ｍｍの実現可能な製造間隔も考慮される。非常に薄い材料層が、本発明による位置−選択結合を通して適用され得る。位置−選択製造情報の決定において、層又は製造されるべき材料の厚さが、位置−選択製造及び位置−選択エネルギ要件に対するグリッド位置による製造ソフトウェアを通した溶融に適合される。本発明の一つの有利な実施例では、プロトタイピング装置によって既に処理された本体が、所望の厚みでコートされる。
【００１９】
本発明の一つの有利な実施例では、製造ヘッドは、スクリーン印刷においてモデル材を、製造基盤又は既に堆積された材料層に送るように構成される。従って、製造ヘッドは、スクリーン印刷処理中に、位置に従って選択される各層に対する製造グリッドに基づいてモデル材を分配することができるような構成及び設計を有する。製造ヘッドは、それにより、有利には、微細メッシュ生地又はスクリーンを有し、それを通して、モデル材が、製造基盤又は既に堆積されている層の上に押し出される。この目的は、例えば、ラバーローラ等によって達成される。ふるいのメッシュサイズは、予定されている製造グリッドに合わせられる。
【００２０】
スクリーン印刷における材料供給の代わりに、本発明の別の実施例では、製造ヘッドは、位置に従ったオフセット印刷において選択的にモデル材を分配するように構成される。水なしオフセット印刷処理は、特に、この内容に適していると考えられる。
【００２１】
本発明によるラピッドプロトタイピング装置の操作方法の有利な実施例では、最適な製造結果を達成するために、一定の圧力、温度又は雰囲気のような一定の環境条件の下で製造が行われる。結果として、出願の発明の範囲は広げられ、感光材料であっても処理され得る。例えば、有利な一実施例では、この目的のために製造領域に真空が形成され、０．１ｂａｒ未満の低圧力が生成される。代わりに、又は加えて、製造処理は、特定の構成の製造環境を用いて促進される。その構成は、ＣＯ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｎのようなガスを含んだ保護雰囲気を提供し得る。さらに、特定の製造状況では、製造雰囲気は、機能的な雰囲気、即ち、特定の物質及び／又は熱力学的条件の存在が、特定のモデル材を用いた位置−選択製造工程を促進又は可能にする構成を考慮する。
【００２２】
本発明の特定の好ましい実施例では、少なくとも一つの製造ヘッドのこのような学習が提供され、その結果、モデル材が、電子写真の原理に基づいて、位置に従って選択的に受けられ得、製造位置に運ばれ得る。電子写真の動作原理は、二次元レーザプリンタにおける適用から公知である。この発明は、しかしながら、電子写真の動作原理を用いて、最大限の精度を持って十分に高い製造効率が達成され得ることが認識される。選択レーザ溶融法と比較すると、モデル材を層毎に加熱する必要がないので、非常に高い製造効率が提供される。さらにまた、不純物が形成されないので、モデル材の損失を十分に減らし、特に、異なるモデル材を使用する場合の損失を十分に減らす。
【００２３】
本発明によるプロトタイピング装置の製造ヘッドは、電子写真イメージドラムを有し、該ドラムは、その外殻にフォトコンダクタを支持し、製造基盤に関する製造ヘッドの材料移転領域で露光される。イメージドラムは、回転可能に支持された構成要素であり、その軸線方向が、製造ヘッドの作動方向を横切る方向にのびている。プロトタイピング装置の作動中、イメージドラムは回転作動方向に動かされ、製造基盤の上を通過する。位置−選択方法では、電子写真の原理に従ってイメージドラムのフォトコンダクタに予め配置された少量の材料が、製造位置に移され、そこに配置される。製造基盤は、プロトタイピング装置の略水平な装置であり、その上に、モデル材を配置し補強することによって三次元対象物が層状に形成される。有利には、プロトタイピング装置の作業テーブルが製造基盤である。連続生産又は大量生産用に構成された本発明によるラピッドプロトタイピング装置の一実施例では、ベルトコンベアが製造基盤を形成し、その上で、ますます多くの製造位置が、三次元対象物の積層造形物用の製造ヘッドの作業領域の中に動かされ得る。
【００２４】
また、プロトタイピング装置は、イメージドラムのフォトコンダクタの静電帯電用の電気伝導装置と、少なくとも一つの露光ユニットとを有する。この露光ユニットは、三次元対象物又は製造物用に予め決められた製造情報に応じて、イメージドラムのフォトコンダクタの位置−選択露光を行うための手段を含む。この露光ユニットは、電気伝導装置のイメージドラムの回転作動方向の下流に配置される。プロトタイピング装置の作動中に、調整ユニットは、静電的に、それに向き合うイメージドラムの位置をロードする。この目的のために、調整ユニットは、有利には、コロナワイヤ、即ち、イメージドラムの近くに取り付けられ、高電圧下に置かれ、コロナ放電を生じさせる薄いワイヤを有する。本発明の一つの別の実施例では、調整ユニットは、一列のドットチャージダイオードを有し、これらは、イメージドラムの軸線方向と平行に配置され、フォトコンダクタの各対向面ラインを静電的にチャージする。ポイントロードダイオードは、局所的イオン化又は静電帯電に対する発光が十分であるダイオードである。一列に並置された幾つかのポイントチャージダイオードが、フォトコンダクタの表面ラインに一緒に作用する。イメージドラムがさらに回転させられると、後続の各表面ラインが静電的にチャージされる。
【００２５】
フォトコンダクタの調整の後、露光ユニットは、フォトコンダクタを予め決めた製造情報に従って露光する。結果として、有利な一実施例では、後でモデル材がイメージドラムに適用されることになるポイントで露光が削除され得る。露光された領域で、フォトコンダクタは導電性であり、それにより、その電荷を失っている。有利な一実施例では、露光ユニットは、ネガティブプリントイメージを露光し、それにより、それらの場所が、後でモデル材を何も受け入れるべき予定でない位置に従って選択的に露光される。
【００２６】
また、製造ヘッドは、イメージドラムの回転動作方向における露光ユニットの下流に配置されたデベロッピングユニットを有し、それは、モデル材を供給するための少なくとも一つの静電帯電可能な転写ローラを受ける。少なくとも一つの転写ローラは、イメージドラムと並行である。各転写ローラが、静電気力を持つモデル材を介して、そのシェルに対向層を導き、対向層においてイメージドラムのシェルと、転写ローラのシェルとが、最短距離で相互に隣接する。この対向層において、モデル材は、露光ユニットによって予め露光されていないイメージドラムのそれらの位置の位置で、転写ローラからイメージドラムへ移される。本発明の一実施例では、イメージングユニットは、フォトコンダクタ上にポジティブイメージを生成し、それにより、モデル材が転写ローラ上で負イオン化される。負圧イメージングを持つ一実施例では、モデル材は正イオン化される。
【００２７】
最終的に、本発明による製造ヘッドは、イメージドラムの回転作動方向において、材料が製造基盤に移される前に配置された、電気基盤調整装置を有し、それは、製造基盤の方向に作用する。本発明の有利な一実施例では、この基盤調整装置は、コロナワイヤを有する。本発明の他の実施例では、製造ヘッドの作動方向を横切るように配置された一列のポイントチャージダイオードを有し、これらのダイオードは、形成場所又は製造基盤上に既に配置された材料層を通過する時に活性化され得る。基盤調整装置を生じさせる電荷は、イメージドラムのフォトコンダクタの電荷の大きさより大きく、材料を移動させるイメージドラムの対向層において、イメージドラムに送られる材料の量が、イメージドラムから除去され、そして、意図している製造場所で、製造層、又はその上に既に配置された材料層に移動される。
【００２８】
本発明の有利な実施例では、イメージドラムに割り当てられた調整ユニット及び／又は基盤調整装置は、負の静電荷を生成するため、又は正の静電荷を生じさせるための何れかのために形成されている。結果として、電子移送の原理を通して処理され得、かつ、各層で溶融するモデル材の量が、大幅に拡大される。調整ユニット及び／又は基盤調整装置は、それにより、選択したモデル材に最も密接に対応する静電荷の極性に対して調整される。有利には、負の静電荷を生成するための設定と、正の静電荷を発生させるための設定との間で、調整ユニット及び／又は基盤調整装置は切り替え可能である。
【００２９】
フォトコンダクタ上にポジティブプリントイメージを生成し、かつ、転写ローラでモデル材を負イオン化する本発明の上述した実施例では、基盤調整装置は、正の静電荷が生成され得るように設計され、かつ、調整される。
【００３０】
フォトコンダクタ上にネガティブプリントイメージを生成し、かつ、転写ローラにモデル材を負イオン化する本発明の上述した実施例では、基盤調整装置は、負の静電荷が発生され得るように設計され、かつ、調整される。両実施例において、基盤調整装置は、基盤調整装置によって生成され得る電荷の量が、イメージドラムの外周における、調整ユニットから生成され得るフォトコンダクタの電荷の量よりも多くなるように構成され、イメージドラムから製造位置又は既にワークピースの製造基盤上に堆積された材料層へのモデル材の位置−選択転写が保証されるようにしている。
【００３１】
転写ローラにおける構築材料のイオン化を確実にするために、転写ローラは、チャージングユニットに接続されている。このチャージングユニットは、イメージドラムへ移される間、所定の場所にモデル材を保持する転写ローラのシェル上に静電気力を生じさせる。特に、金属材料の処理に対しては、転写ローラに対するモデル材の移送軌道に電場を生成するために形成された電気製造誘導装置を介したモデル材の供給が有利である。従って、誘導装置は、電場を用いて、誘導を介して、供給されたモデル材に作用する装置である。処理中、電荷密度は、材料粒子の表面に位置に依存して移され、生成される。従って、誘導装置は、モデル材の移送軌道に電場を生成するように設計され、電場を生成するための電圧源を有する。
【００３２】
一つのコンパクトで信頼性がある実施例では、誘導装置は、ブレード付コンベアホイールを備え、そのブレードは、電気絶縁され、ローディング位置と分配位置との間で、電圧源の電場を通る。
【００３３】
供給されたモデル材を安全に受け取るために、転写ローラは、誘導装置に関する各他の極性に帯電される。
【００３４】
本発明の好ましい実施例では、デベロッピングユニットは、様々なモデル材の各々に対して複数の転写ローラを有し、これらのローラは、転写ローラの一つが、イメージドラムと隣接する作動位置にそれぞれ動かされ得るような方法で、回転可能な転写回転棚で保持される。転写回転棚は、この目的ｎために、リボルバの方法で、駆動手段を用いてステップ毎に調整可能である。この方法では、対象物は、様々な材料で形成され得、層の中でも（即ち、転写回転棚を簡単に回転させることによって）、異なる材料が組み込まれ得る。この目的のために、合金の形成も可能である。
【００３５】
本発明の一つの好ましい実施例では、イメージングユニットは、レーザ、特に、ＣＯ２レーザのようなパルスレーザのイメージドラムのフォトコンダクタの位置−選択露光用手段を有し、かつ、各レーザに割り当てられた光偏向装置を有する。光偏向装置は、好ましくは、回転ミラーであり、特に、六角ミラーであり、レーザのレーザビームを、一行づつ、レーザスキャナの方法でイメージドラムに反射する。レーザは、各層に対して予め決められた製造グリッドに従ってＯＮ及びＯＦＦされる。レーザを用いたフォトコンダクタの露光のために、非常に高い製造速度が達成され得、本発明によるプロトタイピング装置は、プロトタイプの製造だけでなく、工業的な連続生産又は大量生産にも適したものになる。
【００３６】
別の実施例では、露光ユニットは、イメージドラムの軸線方向においてイメージドラムのフォトコンダクタの位置−選択露光手段として並べられた光源を有する。これらの各光源は、所定の製造グリッドに従って選択的に制御され、デベロッピングユニットを通してフォトコンダクタを満たす前に、所望の印がフォトコンダクタ上に生成され得るようにしている。選択的に制御可能な光源は、好ましくは、ＬＥＤｓである。
【００３７】
イメージドラムの材料供給部分と調整ユニットとの間にあるイメージドラムのリターン領域にクリーニングユニットを配置することが有利である。有利には、クリーニングユニットは、イメージドラムのシェル上に可能な限り小さな隙間で配置された材料ストリッパであり、回転ドラムの外周から残りの材料が除去されるようにしている。イメージドラムから製造位置又はそこに既に堆積された材料層にモデル材を移送した後は、イメージドラムが次のサイクルのために調整される調整ユニットまで戻っている間に清掃されるイメージドラムのシェルに材料が未だ残り得る。
【００３８】
初期作動方向のために、製造ヘッドは、有利には、それぞれが少なくとも一つの調整ユニット、露光ユニット、デベロッピングユニット、基盤調整装置及び溶融ユニットを有するイニシャルユニットに加えて、第二の作動方向と反対の初期作動装置の一つのための第二装置セットを有する。第二装置セットは、それに対応して、少なくとも一つの調整ユニット、露光ユニット、デベロッピングユニット、基盤調整装置及び溶融ユニットを有し、これらは各々、本質的にイニシャル装置と対称的に配置される。この方法では、製造サイクルの最後に、製造ヘッドの作動動作が層の平面で変えられ、イメージドラムの回転方向も同様に変更されるので、作動速度は倍になる。第一装置セットと第二装置セットとは、交互に作動され得、それにより、イメージドラムの各回転作動方向は逆に設定される。
【００３９】
本発明のさらに有利な実施例では、プロトタイピング装置は、モデル材用のメイン製造ヘッドとしての少なくとも一つの製造ヘッドと、サポート材用のサポート製造ヘッドとしての他の製造ヘッドとを有し、サポート製造ヘッドは、メイン製造ヘッドと連動するように制御され得る。それにより、サポート製造ヘッドは、製造されるべき各材料層の範囲内で、各連続する材料層をサポートするために、サポート材を配置する。サポート材は、アンダーカット等の形成を可能にする。サポート材は、三次元対象物の製造後に、水洗等によって除去される。
【００４０】
有利には、イメージドラム、調整ユニット、露光ユニット、デベロッピングユニット及び基盤調整装置の配置に関して、サポート製造ヘッドは、メイン製造ヘッドに対応している。サポート製造ヘッドは、メイン製造ヘッドと同じ作業効率で動作し、高い全体動作速度が提供されるようにしている。サポート製造ヘッドの溶融は、有利には、紫外線ランプのような熱源である。
【００４１】
本発明の一実施例では、メイン製造ヘッドの溶融ユニットは、一つ又は複数の紫外線ランプのような熱源を備えたレーザのような溶融装置の代わりに設けられる。それにより、一定のモデル材は、例えば、液体の形態で適用されても適用することができ、また、固化のために重合されていても適用することができる。
【００４２】
他の特徴は従属する請求項から明らかになる。本発明は、図面を参照して以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】ラピッドプロトタイピング装置の第一の実施例の斜視図である。
【図２】ラピッドプロトタイピング装置の第二の実施例の斜視図である。
【図３】図１又は図２に従ったラピッドプロトタイピング装置用のメイン製造ヘッドの一実施例の断面図である。
【図４】図１又は図２に従ったラピッドプロトタイピング装置用のサポート製造ヘッドの一実施例の断面図である。
【図５】図１又は図２に従ったラピッドプロトタイピング装置用のメイン製造ヘッドの別の実施例の断面図である。
【図６】図１又は図２に従ったラピッドプロトタイピング装置用のサポート製造ヘッドの別の実施例の断面図である。
【図７】モデル材を供給するための誘導装置の一実施例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１は、三次元対象物の層状付加製造用のラピッドプロトタイピング装置１を簡単化して表した図を示している。ラピッドプロトタイピングは、プロトタイピング装置１の製造基盤２の上にモデル材が積み重ねられ、そして、すでにそこに置かれたモデル材に、モデル材が加えられることを意味すると理解されている。製造基盤２は、主として水平なプロトタイピング装置の作業テーブルであり、モデル材を堆積及び凝固することによって、その上に、三次元対象物が層で作られる。
【００４５】
プロトタイピング装置１は、製造基盤２におけるモデル材の位置−選択配列(the location-selective array)用の少なくとも一つの製造ヘッド３及び４を備えている。図示実施例では、プロトタイピング装置は、モデル材の位置−選択配列用のメイン製造ヘッド３と、サポート材の配置用のサポート製造ヘッド４とを備えている。サポート材は、加えられる次の材料の層を支持するために製造中に加えられ、加工対象物の製造が終了した後に取り除かれる。このサポート材は、アンダーカットの簡単で正確な製造を可能にする。
【００４６】
製造ヘッド３，４は、作動方向５に従って、層の平面上又は製造基盤２の平面上に移動可能な方法で配置される。製造ヘッド３，４は、製造基盤２を介してプロトタイピング装置１の作動中に前後に動かれ、それにより、材料は、製造基盤２の作業領域６の範囲内、又は、そこに既に堆積された材料の層の範囲内に配置され得る。メイン製造ヘッド３は及びサポート製造ヘッド４は、硬質フレーム９を介して連結されて略図に示されており、製造基盤２上で連動的に駆動される。製造ヘッド３及び４は、共通のハウジング内で、プロトタイピング装置に収容され得る。
【００４７】
一方で、製造ヘッド３及び４並びに製造基盤２は、作業方向５において相互に摺動可能に配置されている。他方、製造基盤２並びに製造ヘッド３及び４は、供給方向７において、層の厚さに関して摺動可能に配置されている。この方法では、各作業サイクルの後（即ち、材料層を配置した後）、製造ヘッド３及び４と製造基盤２との間の距離が、一つの層の厚さの分だけ拡大される。製造ヘッド３及び４の各作業の前は、製造ヘッド３及び４と、未完成三次元加工対象物の各上側材料層との間の距離は、常に同じである。
【００４８】
図示実施例では、作業動作は、製造基盤２上での製造ヘッド３及び４の動きによって作業方向５において実現される。製造基盤２は、供給方向７において調整可能であり、かつ、移動可能である。不図示の別の実施例では、製造ヘッド３及び４と製造基盤２との間の相対運動は、製造ヘッド３及び４によって供給方向７において実行される。不図示の別の実施例では、製造基盤２が方向５に移動可能であり、製造ヘッド３及び４が定位置に取り付けられる。
【００４９】
製造ヘッド３及び４は、位置−選択方法(a location-selective manner)で、製造基盤２の上、又はその上に置かれているモデル材の上に、モデル材を配置するように構成されている。追加で置かれるモデル材は、既に製造基盤２上及び／又は先に形成された本体上に堆積された材料層の上に堆積して結合され得る。最後に説明した実施例では、対応する加工対象物は層状にされている。位置−選択配置(location-selective arrangement)は、製造されるべき対象物の各材料層に対して、製造グリッドが指定され、その中で、モデル材の堆積のために提供される位置、又は、サポート製造ヘッドの場合には、サポート材の堆積のために提供される位置が設計され、そして、材料が所定の位置に配置される。製造グリッドは、ＣＡＤソフトウェアのようなものからの設計データに基づいて、制御ユニット（図示せず）によって決定され、そして、製造ヘッド３及び４は制御ユニット（図示せず）によって制御される。
【００５０】
各製造ヘッド３及び４は、少なくとも一つのイメージドラム８（以下により詳細に説明される）を有し、このイメージドラム８は、その所定の製造グリッドに対応する外周に、モデル材又はサポート材が設けられ得、かつ、作業動作中に製造基盤２を通過し得る。製造基盤２と対向して配置されるイメージドラム８の各表面ラインは、製造基盤２又は既にそこに堆積されている材料の層からモデル材又はサポート材を分配する。
【００５１】
発明は、メイン製造ヘッド３及びサポート製造ヘッド４を備えた製造装置に限定されるものではない。他の実施例では、単一のメイン製造ヘッド又は複数のメイン製造ヘッドが設けられ、様々なモデル材が使用され得る。
【００５２】
本発明によるプロトタイピング装置１’のさらに好ましい実施例が図２に示されている。このプロトタイピング装置１’は、その構成の観点から、以下に説明するように、図１によるプロトタイピング装置１の構造との違いに対応している。同一の構成要素には同じ符号が使用される。
【００５３】
図２に示すプロトタイピング装置１’は、メイン製造ヘッド３並びに二つのサポート製造ヘッド４及び４’を備えており、これら二つのサポート製造ヘッド４及び４’は、メイン製造ヘッド３の両側の位置でフレーム９に設けられている。従って、メイン製造ヘッド３の作業動作は、フレーム９を介して、サポート製造ヘッド４及び４’の作業動作と一緒にされ、全ての製造ヘッド３，４及び４’が作業領域６を同時にコートする。製造ヘッドは、図４及び図６を用いて以下に説明するように、両方の作動方向５、相対する作業動作方向で材料を塗布することができるように設計される。結果として、モデル材及びサポート材は、各作業動作において、製造位置の上、又は、その上に既に堆積層が形成されている材料層の上に蓄積され、プロトタイピング装置１’の製造率が倍増される。作業動作の終わりに、作業方向５は変更され、製造ヘッド３，４及び４’は、反対方向に動かされる。
【００５４】
図３は、作動方向５で動作するメイン製造ヘッド３の断面図を示している。このメイン製造ヘッド３は、製造位置２に対して、作業方向５に動かされる。イメージドラム８は、作動回転方向１０で動かされ得、それにより、イメージドラム８の回転速度が、作業方向５における作業動作に同期され、イメージドラム８が製造ヘッド２の上を通過されるようになる。
【００５５】
メイン製造ヘッド３は、モデル材が、フォトコンダクタ１１上で受けられることができるように構成されている。フォトコンダクタ１１は、製造位置に選択的に一致する各層に対する特定の製造グリルに従って露光されており、製造位置、即ち、製造基盤まで運ばれ得る。モデル材の製造基盤２に対する又は既に堆積された材料層１２に対する位置−選択アプリケーションは、電子写真技術の原理に基づく。図示実施例では、イメージドラム８は、フォトコンダクタ１１、即ち、光電活性材料によってコートされる。イメージドラム８は、製造ヘッド３のハウジング４０内に、作業回転方向１０に回転可能に配置されている。また、前記イメージドラム８は、材料移動部領域１２において、製造基盤２に対して自由に配置されている。材料の移動部１２は、ハウジング４０における自由通路である。メイン製造ヘッド３は、そのハウジング４０に対して横方向に移動可能であり、従って、イメージドラム８に加えて、製造ヘッドの他の全ての装置に対して、製造基盤２に対してキャリッジ方法で、横方向に移動可能である（図１）。
【００５６】
また、メイン製造ヘッド３は、イメージドラム８のフォトコンダクタ１１を帯電させる電気的調整ユニット１３と露光ユニット１４とを備えている。露光ユニット１４は、イメージドラム８のフォトコンダクタ１１の位置−選択露光手段を備えている。またコロトロンとして参照され得る調整ユニット１３は、表面ラインの方向でフォトコンダクタ１１上に、即ち、イメージドラム８の一部分に静電荷を生じさせ、それは、イメージドラム８の回転軸線と平行であり、調整ユニット１３に対向して配置されている。この調整ユニット１３は、所謂、コロナワイヤと呼ばれるコロトロンとして設計され得る。別の実施例では、イメージドラム８の軸線方向に配置された一列の点電荷ダイオードが設けられる。
【００５７】
露光ユニット１４は、調整ユニット１３の回転作業方向１０の下流に配置され、イメージドラム１８のフォトコンダクタ１１の位置−選択露光手段を備えている。これは、露光ユニットが、フォトコンダクタ１１の対向表面ラインの個々のポイントの光学作用によって、即ち、位置−選択的に、所定の製造グリッドに従って露光され、それにより、電荷を中和することを意味する。図示実施例では、露光ユニット１４は、レーザ１５及び光偏向装置を備えている。光偏向装置は、イメージドラムのフォトコンダクタ１１の位置−選択露光手段としてレーザ１５に割り当てられる。偏向装置１５は、回転可能な偏向ミラー１５として設計される。この偏向ミラー１５は、駆動ユニット（図示せず）を用いて連続循環で維持される。それにより、レーザ１５のレーザビーム１７は、レーザスキャナのようにフォトコンダクタ１１上で前後に動かされる。このレーザ１５は、中性位置と帯電位置とを有するプリントイメージがフォトコンダクタ１１上に生成されるように、特定製造グリッドに従って、コントロールユニット（図示せず）によってON 及びOFFが切り替えられる。帯電された位置は、白丸１７によって図面に表されている。レーザ１５は、好ましくは、ファイバーレーザであり、高品質ビーム及び良好な電気／光学的効率によって、モデル材の位置−選択定着における最適な結果を保証する。別の実施例では、作動装置としての溶融ユニットのNｄ：YAGレーザやCO２レーザのようなパルス状レーザが使用される。
【００５８】
レーザスキャナとして設計された露光ユニット１４は、フォトコンダクタ１１上に一列ずつ非常に高速にプリントイメージを製造することができ、その結果、高い製造速度が達成され得る。
【００５９】
一実施例（図示せず）では、レーザスキャナとして設計された露光ユニット１４の代わりに、選択的に制御可能な光源、特に、レーザダイオード（LED）を備えた露光ユニットが、露光ユニットとして設けられる。これらのLEDは、イメージドラム８の軸線方向に並べられ、その結果、各LEDのコントロール及びアクティベーションに従って、フォトコンダクタ１１の各ポイントが中和され得る。
【００６０】
イメージドラム８にモデル材をロードするために、製造ヘッドは、イメージドラム８の回転作動方向１０における露光ユニット１４の下流に配置されたデベロッピングユニット１８を有する。このデベロッピングユニット１８は、モデル材の受取及び供給のための少なくとも一つの静電帯電可能な転写ローラを有する（この転写ローラは、この実施例では、四つの転写ローラ１９−１、１９−２、１９−３及び１９−４である。）。転写ローラ１９−１、１９−２、１９−３及び１９−４は、イメージドラム８と並行に配置され、様々なモデル材を利用可能にする。転写ローラ１９−１、１９−２、１９−３及び１９−４は、回転可能に設けられた転写回転棚２０に接続され、一つの転写ローラ１９−１が、各場合において、イメージドラム８に隣接するアクティブポジションにおいて移動可能にされる。
【００６１】
転写ローラ１９−１、１９−２、１９−３及び１９−４は回転可能に配置され、それぞれに割り当てられた材料コンテナから、モデル材を、その外周で受け取り、転写ローラの回転に伴ってイメージドラム８に対向して取り付けられる。
【００６２】
モデル材は、静電気を通して各転写ローラ上で保持される。この目的のために、対応するローディングユニットが、転写ローラ１９−１、１９−２、１９−３及び１９−４にわりあてられる。それにより、製造ローラのモデル材の電荷が、フォトコンダクタ１１の電荷の反対の位置に電気的に位置決めされる。露光プリントイメージに対応する円１７によって帯電された位置で、モデル材は、アクティブ転写ローラ１９−１からイメージドラム８に位置に従って選択的に転写される。金属モデル材の場合、各転写ローラは、誘導装置によって先行される。誘導装置は、電場によって、モデル材の粒子に作用し、転写ローラ１９−１による粒子のレセプションを促進する。誘導装置は図７を用いて以下に説明される。
【００６３】
回転作動方向１０におけるイメージドラム８の別の動作によって、モデル材２１は、材料転写１２の方向において黒丸に従って動かされる。有利には、モデル材２１は、粒状又は粉状の何れかで提供される。特に、製造されるべき各層においてサポート材の配置のために、液状のモデル材もまた有利である。この目的のために、適当なサポートモデル材が使用される。前記サポート材は、フォトコンダクタ１１の静電荷を介して電子写真の原理に従った位置に従って選択的に移され得る。
【００６４】
最終的に、製造ヘッドは、イメージドラム８の回転作動方向１０における材料転写部１２の前に配置され、製造基盤２の方向に作用する電気基盤調整装置２２を有する。基盤調整装置２２は、製造ヘッド３のハウジングに保持される。基盤調整装置２２は、コロトロンのように、コロナワイヤを装備することができる。コロナワイヤは、製造基盤２又はその上に既に堆積された材料層をイオン化する。別の実施例では、基盤調整装置２２は、製造基盤２の横断方向においてイメージドラム８の軸線方向に配置された一列のポイントチャージダイオードを有し、基盤調整装置２２は、基盤調整装置によって生成される電荷（円２３）が、調整ユニット１３によって生成される電荷（円１７）より大きくなるように寸法決めされる。この方法では、モデル材２１が、対向層において、即ち、製造基盤２から最も近い距離において、スクリーンドラム８の外周の位置で、製造基盤２又は既にその上に堆積された材料層の上に堆積されるか、又は、電荷のために自動的にスキップすることを保証する。
【００６５】
製造ヘッド３は、特に、モデル材２１を溶融させるための溶融ユニット２４を有し、それは、各グリッド位置４４に配置されたモデル材を加熱して溶融するように適合されている。溶融ユニット２４は、イメージドラム８から製造位置又は先に製造基盤に堆積された材料層に蓄えられたモデル材２１が溶融され得るように構成され、配置される。従って、溶融ユニット２４は、回転作業方向１０におけるイメージドラムの下流に配置され、製造ヘッド３のハウジング４０の底部の領域に設けられる。従って、溶融ユニット２４は、位置に従って選択的に堆積された材料の上方を、キャリッジの方法で製造ヘッド３から移動可能である。
【００６６】
メイン製造ヘッド３の溶融ユニット２４は、レーザ２５、即ち、図示実施例では、パルス式ＣＯ２レーザと、レーザ２５に割り当てられた光偏向手段とを備えている。図示実施例における偏向手段は、回転可能に割り当てられたミラーであり、レーザ２５のレーザビーム２７を、製造基盤２の方向に屈折する。ミラー２６は、好ましくは、六角ミラーである。ミラー２６は、常に、連続回転運動で維持され、レーザ２５と共に、レーザスキャナを形成し、それにより、レーザビーム２７又はそのレーザパルスは、方向５に対して横方向に配置される行に屈折され得る。適切なコントロールを用いることで、即ち、レーザ２５のＯＮ及びＯＦＦを切り替えることで、レーザはイメージドラム８による位置に従って先に選択的に堆積されたモデル材２１が溶融されるべき位置に到達するとＯＮにされます。溶融ユニット２４の作用を通して液化された後、モデル材２１は固化する。モデル材の固化部分は図面に黒塗り三角２８で示されている。
【００６７】
溶融ユニット２４は、製造グリッド４９に従ってコントロールユニット４１を用いて各層に対して制御される。完成させるべき加工対象物の個々の層に対する製造グリッド４９は、製造ソフトウェアによって指定される。制御ユニット４１は、グリッド位置４４及び／又は所定の製造グリッド４９に従って溶融ユニット２４に対するグリッド位置４４に関連付けされたエネルギ要件４３を決めるように開発されている。グリッド位置４４は、位置に従って選択的に制御される製造グリッド４４の最小セルであると理解される。この理解は、モデル材２１の位置−選択配置に加えて、溶融ユニット２４を用いた位置−選択溶融に関する。エネルギ要件４３は、レーザ２５の所望の電力及び／又はモデル材２１におけるレーザビームの効果の持続時間に関する情報を含む。その位置でレーザ２５が活性化され、かつ、エネルギ要件が各グリッド位置４４にリンクされるグリッド位置４４は、現在の製造グリッド４９に対する位置−選択情報４２と共に記憶される。
【００６８】
材料移動部１２を通過し、かつ、イメージドラム８の戻り位置２９を通過した後、イメージドラム８の各外周部分、即ち、イメージドラム８の回転軸線と平行にあるシェルセグメントが、もう一度、調整ユニット１３に達し、そこで、製造ヘッド３の新しい作業サイクルが始まる。材料ストリッパ３０が、リターンセクション２９の範囲に配置されており、それは、材料移動部１２と調整ユニット１３との間に置かれている。材料ストリッパ３０は、イメージドラム８の表面に狭い隙間を制限し、別の移動の時にイメージドラム８の表面に材料残基が残ることを防止し得る。材料の残りは、イメージドラムの表面から機械的に剥がされ、材料ストリッパ３０に回収される。別の実施例では、ブラシ等の別のクリーニングユニットが設けられ得る。リターンセクション２９には、フォトコンダクタ１１に残っている電荷（円１７）を中和することができるディスチャージユニット３１が配置される。図示実施例では、ディスチャージユニット３１は、材料ストリッパ３０、即ち、クリーニングユニットに構造的に接続されている。
【００６９】
図４には、サポート製造ヘッド４の概略横断面図が示されており、イメージドラム８、調整ユニット１３、露光ユニット１４、デベロッピングユニット１８及び基盤調整装置２２の構造に関しては、図３に示したメイン製造ヘッド３に対応している。材料ストリッパ３０及びディスチャージユニット３１についても、メイン製造ヘッド３の材料スト立派（図３）に対応している。転写ローラ１９−１，１９−２，１９−３，１９−４を備えたリボルバのように作用する転写回転棚２０の代わりに、他の数の転写ロールが、特に、サポート製造ヘッド４に設けられ得る。特に、シリーズ又は大量生産（ラピッド製造）のために、水溶性接着剤や同種の接着材料のような単一のサポート材で多くの場合は十分である。本発明によるサポート製造ヘッド４のこのような実施例では、単一転写ローラが、転写回転棚２０の代わりに設けられる。転写ローラは、既に図３で説明したようにサポート材によって帯電される。このサポート材は、粉状、粒状又は液状であり得る。
【００７０】
メイン製造ヘッド３とは対照的に、サポート製造ヘッド４は、熱源を有する溶融ユニット３２を備えている。イメージドラム８から堆積されるサポート材を固化するために、熱源は、意図しているサポート材に合わせられる。この熱源は、好ましくは、一つ又は複数の紫外線ランプを備え、サポート製造ヘッド４の方向５に対して横方向の作業空間における堆積した材料層に作用する。
【００７１】
図５は、メイン製造ヘッド４の特に有利な実施例を示しており、これは、二つの対向する作業方向用に設計されている。プロトタイピング装置は、メイン製造ヘッドを通して、図５に従って、図３による製造ヘッドの実施例と比べて２倍の製造速度で作業をする。
図５の実施例では、製造ヘッド４は、第一作業方向のために、調整ユニット１３、露光ユニット１４−１、デベロッピングユニット１８−１、基盤調整装置２２−１及び溶融ユニット２４−１を備えた第一装置を有し、かつ、第一作業方向と反対の第二作業方向用の第二装置を備えている。第二作業装置もまた、調整ユニット１３、露光ユニット１４−２、デベロッピングユニット１８−２、基盤調整装置２２−２及び溶融ユニット２４−２を有する。第二装置は、本質的に、第一装置に対して対称的に配置されており、各ユニットは、イメージドラム８の周囲に配置されている。図示実施例では、共通の調整ユニット１３が設けられており、このユニット１３は、常に動作するように中心に配置され、イメージドラム８のフォトコンダクタ１１に関して調整される。各作業方向５に対する両装置の調整ユニット１３、イメージングユニット１４−１，１４−２、デベロッピングユニット１８−１，１８−２、基盤調整装置２２−１，２２−２及び溶融ユニット２４−１，２４−２は、図３の説明に従って開発され、配置されることに加えて各々同一に構成される。
【００７２】
さらに、各装置用に、メイン製造ヘッド３は、クリーニングユニット、即ち、図示実施例では、材料ストリッパ３０−１，３０−２を有する。加えて、メイン製造ヘッド３は、二つのエンドロードユニット３１−１，３１−２を有し、これらは、材料ストリッパ３０−１，３０−２の領域に、図３による構造と同様に配置される。
【００７３】
図５によるメイン製造ヘッド３のイメージドラム８は、反対の回転動作方向１０に動作可能である。メイン製造ヘッドが、作業方向５において（図１及び図２）作業エリア６の端部に達した後、メイン製造ヘッド３は、反対の回転作業方向に動かされ、同時に、イメージドラムの回転動作方向１０も反転される。調整ユニット、露光ユニット、デベロッピングユニット、基盤調整装置及び溶融ユニットを備えた二つの装置は、代わりに達成され得る。製造ヘッドの動作方向５を切り替え、その結果、イメージドラム８の回転動作方向を反転させることによって、先に動作していた装置が停止され、他の装置が作動する。
【００７４】
図６は、サポート製造ヘッド４を示しており、このヘッド４は、図５によるメイン製造ヘッド３と同様に、対向する作業方向５のために設計されている。図６によるサポート製造ヘッド４は、調整ユニット１３、露光ユニット１４−１、デベロッピングユニット１８−１、基盤調整装置２２−２及び溶融ユニット２４−１を備えた第一装置を有する。この第一装置は、図４によるサポート製造ヘッドの説明に従って回転作動方向１０で駆動される。図６によるサポート製造ヘッドは、露光ユニット１４−２、デベロッピングユニット１８−２、基盤調整装置２２−２及び溶融ユニット２４−２を備えた第二装置を有し、これは第一装置の代わりに駆動され得る。この装置は、イメージドラム８の回転作業方向１０を切り替えることによって駆動される。作動領域６（図１及び図２参照）の端部に達し、製造ヘッドの作動方向を切り替える時に、プロトタイピング装置（ここでは図示しない）の制御ユニットは、それに従って、イメージドラム８の回転作動方向１０を制御し、他の装置を作動させる。
【００７５】
本発明によるプロトタイピング装置によって、様々なモデル材が、高速かつ精密な製造と組み合わせられ得る。加えて、着色粒子を用いて個々のモデル材を着色することも可能である。従来の高速プロトタイピング処理と比べると、本発明によるプロトタイピング装置は、構築領域を拡大することを可能にする。特に、例えば、選択的なレーザ焼結又はレイヤー溶融においては処理した材料層の冷却待ちをする必要があるところ、モデル材が複数の層で加熱されないので、高い製造速度が達成される。本発明によるプロトタイピング装置の別の利点は、本発明によるプロトタイピング装置によって、バインダーなし材料が使用され、かつ、何の不純物も発生しないので、様々な材料において材料廃棄を削減することにある。
【００７６】
レーザによるメイン製造ヘッドの定着によって、位置に従って選択的に堆積される材料部分が完全に溶融され、それにより、複合モデル材を使用する時に合金が簡単な方法で結合される。適切な細粒モデル材又は液状モデル材を用いて、非常に精密な表面の構造体が製造され得る。
【００７７】
一つ又は複数のメイン製造ヘッド及び一つ又は複数のサポート製造ヘッド４を備えたプロトタイピング装置を形成することによって、即ち、複数の構成要素を導入することによって、高負荷部品のような様々な機能を実現するために、様々な接着剤を使用することが可能になる。
【００７８】
各転写ローラ１９−１，１９−２，１９−３，１９−４に対して、モデル材２１の移送経路に電場を生成するように設計された誘導装置に亘ってモデル材が供給され得る。図７は、転写ローラ１９に転送されるべきモデル材２１の静電誘導用の誘導装置４５の一実施例を示している。誘導装置４５は、ブレード付コンベアホイール４６を備え、該ホイール４６は回転方向５０に駆動され得、その外周にモデル材２１を移送するためのブレード４７が設けられている。コンベアホイール４６の上側領域、即ち、回転軸より上に位置している領域における回転方向５０の後方には、供給シュート５１が配置されている。この供給シュート５１は、予め導入されたモデル材２１をリザーバ５２から供給ホイール４６へ供給し、各ブレードが供給シュート５１に隣接するローディング位置５３にある時に、連続的にモデル材２１がブレード４７に落ちるようにしている。コンベアホイール４６の反対側の側部には、電気的に絶縁されたシュート５４が、コンベアホイール４６の上側領域に設けられており、これにより、各ブレード４６がシュート５４に対向するブレード４６の分配位置５５において、ブレード４６の材料がシュート５４に落ち、最終的に転写ローラ１９に送られる。
【００７９】
誘導装置４５は電圧源４８を備え、該電圧源４８はコンベアホイール４６の上方に配置され、かつ、この実施例では中心に配置されている。この電圧源４８は、その電場がブレード４７の領域を検知するように、コンベアホイール４６に非常に近く配置される。
【００８０】
電気絶縁ブレード４７は、従って、ローディング一５３と分配位置５５との間にある電源４８の電場を通過し、それにより、電場は通過するモデル材２１に作用し、かつ、該モデル材２１を静電誘導する。
【００８１】
図示実施例では、静電帯電モデル材２１は、電気絶縁スライド５４を滑り降り、同様に電気的に絶縁された送りタンク５６に入る。送りタンク５６では、コンベア５７が、モデル材２１を円送り動作で転写ローラ１９へ送るように配置されている。
【００８２】
コンベアホイール４６及びブレード４７は、電気的に絶縁されている。それによりブレード４７は、ロールのシェルで凹まされ得る。一実施例では、ブレード４７及び凹みは、導電性ボトムプレート５９を有し、このボトムプレート５９は、絶縁層に配置される。コンベアホイール４６の軌道運動の間、基盤プレートは、グランドプローブ５８と接触した状態になり、不要な電荷分布が引き出される。
【図１】
2017507820.tif 000003
【図２】
2017507820.tif 000004
【図３】
2017507820.tif 000005
【図４】
2017507820.tif 000006
【図５】
2017507820.tif 000007
【図６】
2017507820.tif 000008
【図７】
2017507820.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成27年12月29日(2015.12.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に従った三次元対象物の層状付加製作用のラピッドプロトタイピング装置に関する。さらにまた請求項２１によれば、本発明は、このようなラピッドプロトタイピング装置の操作方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
ラピッドプロトタイピングは、モデル、パターン、プロトタイプ又はツールのような三次元対象物の製造のための広義語である。その製造は、予め決められたデータモデルに基づいて直接実行される。製造するべき対象物のコンピュータ画像は、例えば、CADソフトウェアを使用することによって、コンピュータを用いて生成され得る。このプロセスにおいて、コンピュータは、画像を分析し、製造するべき対象物のレベルシフトスケジュールを生成し、それにより、そこからグリッド位置−選択モデル材のセルが堆積して固化されることが観察され得る各層に対する製造グリッドが生成され得る。この方法では、ラピッドプロトタイピング装置は、層毎に三次元加工対象物を形成する。このような製造工程は、また、「付加製造」という包括的用語の下で公知である。ラピッドプロトタイピング工程は、可能な限り少ないフォーム又は回り道で、既存の設計情報を直接的かつ急速に、加工対象物において実行する。勿論、プロトタイプに代えて、ツール又は完成部品のような対象物を製造することができ、ツールのラピッドプロトタイピングは、「ラピッドツーリング」として参照され、ツールのラピッドプロトタイピングは、「ラピッド製造」として参照される。しかしながら、全ての工程に共通していることは、CADデータのような既存の設計情報の明細に従って三次元対象物を製造することである。
【０００３】
様々なラピッドプロトタイピング工程が公知であり、それにより、様々な材料が、様々な製造速度で処理され得る。
【０００４】
原則として、三次元対象物のラピッドプロトタイピング用のプロトタイピング装置は、製造基盤上に、又は先に形成された材料層から成る製造基盤の上にモデル材を配置するために少なくとも一つの製造ヘッドを有する。その上に三次元対象物が層状に形成される製造基盤と、少なくとも一つの製造ヘッドとは、層の面の作業方向に加えて、層の厚みに関する送り方向の両方に従って、再配置可能な方法で、相互に対向して配置される。例えば、製造ヘッドは、材料を製造位置と各々交差する位置で堆積させるために、製造基盤の上方を、層の平面では動かない、ウェブ形式で動かされ得る。
【０００５】
さらに、ラピッドプロトタイピング装置は、堆積される又は配置されるモデル材を、既に堆積された材料層に着けるための溶融ユニットを有する。
【０００６】
選択層焼結造形法は、粉末の形態であるモデル材から焼結を通して三次元対象物を製造する工法である。このモデル材は、製造基盤又は既に堆積された材料層にある薄い粉末ベッドとして加えられる。通常、レーザである溶融ユニットは、所定の製造情報に対応する、位置に従って選択的にモデル材を暖め、その結果、特定の位置で、モデル材が焼結され、固形状態に変えられる。モデル材は粉末であり、一種類又はそれ以上の焼結成分が混合されており、その結果、溶融した塊を冷却した後に、溶融ユニットから固形材料が得られる。従って、レーザ焼結用のラピッドプロトタイピング装置は、焼結混合物が概して固形化されるので、純粋な材料を処理できない。さらにまた、溶融及び焼結後、次の材料層のために粉末ベッドが利用できるようになる前に、処理した材料層の冷却待ちをしなければならないので、操作が比較的遅い。
【０００７】
加工対象物が純粋材料から形成されている場合、即ち、結合材料なしで形成されている場合、金属粉末のようなモデル材粉末は、例えば、完全に溶融される。このような相応に強力なレーザを備えたプロトタイピング装置は、選択的レーザ溶融と関連付けられる。
米国特許公開２００５／０９８２０８Ａ１は、ラピッドプロトタイピング装置及びラピッドプロトタイピング方法を開示しており、そこでは、製造ヘッドが、層状の粉状蓄積材料を生成し、位置に従って選択的に紫外線光に反応する開始物質を放射する。層が、広い範囲で紫外線光に露光される結果、位置に従って選択的に付けられた開始物質によって画定される領域でのみ、モデル材のクロス連結が生じる。粉末ベッドの未結合の部分がサポート材として処理されて除去される。
【０００８】
粉末ベッドにおける粉末材料の位置選択溶融で本質的に動作するラピッドプロトタイピング処理に代わる方法は、「マルチジェットモデリング」又は「ポリジェットモデリング」の名の下で知られているインクジェットプリンタと原理が似ているラピッドプロトタイピング法である。この処理では、プリントヘッドが、直線的に並べられた複数のノズルを有する。マルチジェットプロトタイピング装置は、溶融可能なプラスチック、特に、ハードワックス又はワックス状熱可塑性材料を処理し、非常に微細な溶滴を作ることができる。結果として、これらの方法は、高度な表面仕上げ品質を達成する。しかし、ポリジェットプロトタイピング装置の製造ヘッドは、モータによって駆動され、長い距離を移動しなければならず、かつ、加工対象物上で断続的にしか機能せず、その結果、達成可能な製造速度は、たぶんプロトタイプ又はモデルの製造には十分であるが、連続生産又は大量生産による工業用途には十分でなない。
米国特許公開２０１１／００６１５９１Ａ１から、三次元対象物の積層ラピッドプロトタイピング用のラピッドプロトタイピング装置が公知であり、この装置は、製造テーブル上に逐次堆積される複数の堆積物による溶融モデル材層から金属製加工対象物を形成するように構成された製造ヘッドを有する。それは、金属モデル材をワイヤの形態で供給するように設計された材料供給手段を有する。電子銃で、供給された金属モデル材を溶融する。製造工程は、プロトタイピング装置のハウジングの真空チャンバ内で行われる。電子銃は、製造テーブルに対して距離が調整可能に配置されており、その結果、金属製の加工対象物は徐々に構築される。
金属ワイヤを備えた製造ヘッドは、電子銃と一緒に作業をする必要があり、かつ、溶融処理が完了した後でなければ次の作業位置に近づけることができないので、この公知のプロトタイピング装置の製造速度は、連続生産又は大量生産の工業用途の要求を満たさない。
国際公開ＷＯ９５／２６８７１Ａ１は、その製造ヘッドが、静電的に帯電可能なドラムを有するラピッドプロトタイピング装置を開示している。回転ドラムのシェルは、イオン化された場所への静電気力を通して粉状モデル材を蓄積するために潜像でイオン化される。さらなる回転で、ドラムは、モデル材を、誘電ベルトコンベア上にリリースする。誘電ベルトコンベアは、受け取ったモデル材を、粉末に加熱等によって粘着性を与える装置を通過させる。粘着性を持った層は、最終的に、ベルトコンベアによって、製造基盤上に運ばれ、そこで基盤又は機械的圧力を用いて既に積層された層の頂面に結合される。
【０００９】
本発明の目的は、複合的なモデル材を処理する可能性を持って、急速に、かつ、正確に三次元加工対象物の積層造形を行うことを保証する一般的なタイプのラピッドプロトタイピング装置を提供することにある。
【００１０】
この目的は、請求項１の特徴部分を持ったラピッドプロトタイピング装置及び請求項２１によるこのような装置の操作方法によって本発明に従って達成される。
【発明の概要】
【００１１】
本発明によれば、プロトタイピング装置の溶融ユニットは、各グリッド位置で、そこに配置されたモデル材が位置に従って選択的に取り付けられるように構成されている。溶融ユニットは、位置に従って、即ち、製造グリッドにおけるグリッド位置に対応する特定の作業位置に従って選択的にモデル材にエネルギを与える。溶融ユニットは、モデル材が位置に従って先に選択的に堆積されている特定のグリッド位置に、溶融するためのエネルギが、正確に、位置に従って、重点的に供給されるように構成されている。位置−選択及び正確な融合によって、堆積した材料層の広い表面範囲に亘る従来の融合の場合に比べて、非常に高い溶融速度が達成され得る。特に、本発明に基づく本位置−選択融合により、溶融するために利用可能なエネルギ集中が可能になり、その結果、必要であれば、大容量エネルギを加えることができ、かつ、エネルギ節約の観点から、モデル材が実際にあるグリッド位置に対してのみ大容量エネルギを加えることができる。
【００１２】
さらに、本発明による位置−選択溶融と、製造ヘッドのその位置−選択材料移送との組み合わせにより、特に、様々なモデル材を用いた製造において、粉末ベッドに材料を供給する公知のプロトタイピング装置と比べて、各層に対する予め決めた製造グリッドに従って、十分に高い製造率を得ることが可能になる。
【００１３】
本発明は、活性化特性を有するモデル材に特に適していることが証明されている。活性化特性を有するモデル材としては、例えば、抗菌性、耐汚染性、堆積物の減少形成、容易に洗浄可能な材料、親水性／疎水性、親油性／疎油性、低い付着作用又は高い付着作用、耐食性、高い電気伝導性又は電気絶縁性、高い熱伝導性又は断熱性、改良された生体適合性、改良又は低減された高周波数伝導率、決められた反射特性（特に、光、紫外線、赤外線、電波）、引っ掻き抵抗、硬度、改良された温度安定性、不動態層、触媒活性、決められた摩擦挙動、決められた真空挙動、改善されたはんだ付け性及び溶接性、静的特性又は帯電防止特性、改良された着色性、紫外線保護性、金属によるドーピング特性、ナノ粒子及び／又はナノ構造、多層表面又は多機能性表面のような活性化特性がある。
【００１４】
本発明の一つの有利な実施例では、溶融ユニットは、各層に対する製造グリッドに従って、それに作用する制御ユニットによって制御される。制御ユニットは、製造されるべき現在の材料層に対して予め決められた製造グリッドに従って、グリッド位置及び／又は溶融ユニットに対する能力情報を決めるように構成されている。制御ユニットは、溶融ユニットに、製造グリッドに対応するグリッド位置を与え、そのグリッド位置の上で、溶融ユニットは、位置に従って選択的に活性化され、かつ、選択的に堆積させるモデル材に作用する。
【００１５】
有利には、溶融ユニットの制御ユニットは、溶融ユニットが活性化され、かつ、モデル材が溶融されて結合されるグリッド位置だけでなく、製造グリッドにおいて各グリッド位置にリンクされている、即ち、このグリッド位置のために提供されるエネルギ要求を与える。結果として、エネルギ要求は、溶融ユニットのエネルギ源の要求電力及び／又はモデル材上での溶融ユニットの影響の持続時間に関する情報を含む。それにより、本発明は、幾つかの材料から成る対象物の高速製造を可能にする。それにより、エネルギ要求は、その溶融点のような、溶融されるべき特定の材料の物理的特性に適合される。さらにまた、エネルギ要求の決定は、溶融後の一定の表面品質又は同種の特性を考慮して行われる。モデル材の位置選択蓄積及び個々のエネルギ要求の追加を考慮した位置選択溶融を通して、例えば、５００℃より高い溶融点及び／又は１００℃から５００℃の溶融点差を持つ異なる材料を、例えば、溶融することが可能になる。さらにまた、１０℃より低い溶融点差を有する材料もまた、各材料の溶融点を考慮して、溶融するべきグリッド位置へのエネルギ入力の適切な制御によって位置−選択的に正確に実現され得る。
【００１６】
モデル材の高速で正確な製造基盤又は既に堆積された材料層への取り付けは、製造ヘッドの溶融ユニットが、レーザ及び各レーザに割り当てられた光偏向装置を含む時に提供される。好ましくは、光偏向装置は、回転ミラーであり、特に、六角ミラーであり、レーザスキャナの方法で、レーザのレーザビームを、溶融されるべきポイントに向けて偏向させる。この処理において、レーザビームは、位置に従って選択的に目標とされる場所を加熱し、そこに配置されたモデル材を溶融する。そのモデル材は、その後、冷却され、製造されるべき加工対象物の一部になる。位置に従って選択的に紫外線領域で作動する光源を備えた溶融ユニットは、有利であり、適切なレーザの代替えになることを示した。赤外線源又はマイクロ波源、特に、（プラズマレーザのような）焦点マイクロ波源が、熱源の代替えとして適切である。
【００１７】
本発明によるモデル材の位置−選択溶融を通して、非常に正確な製造を可能にし、製造グリッドにおけるグリッド位置の間隔が狭く、グリッド長が１ｃｍより短く、特に、実施例では、レーザがエネルギ源として用いられる。それにより、金属粉のような混合されていないモデル材を堆積してレーザビームで溶融することで、純粋な材料の対象物が生成され得る。加えて、異なる材料の処理のために、本発明は、１ｍｍ未満グリッド位置間隔を提供する。
また、本発明は、０．１ｍｍ未満の間隔を可能にする。他の材料の何れかに０．０５ｍｍ未満の間隔を適用することも、本発明の実施例で実現可能である。本発明によるモデル材の位置−選択溶融を通して、特に、エネルギ源としてレーザを使用する実施例において、三次元空間における（例えば）０．１ｍｍの実現可能な製造間隔も考慮される。非常に薄い材料層が、本発明による位置−選択溶融を通して適用され得る。位置−選択製造情報の決定において、製造されるべき材料層の厚さが、位置−選択製造及び位置−選択エネルギ要件に対するグリッド位置による製造ソフトウェアを通した溶融に適合される。本発明の一つの有利な実施例では、プロトタイピング装置によって既に処理された本体が、所望の厚みでコートされる。
【００１８】
本発明の一つの有利な実施例では、製造ヘッドは、スクリーン印刷においてモデル材を、製造基盤又は既に堆積された材料層に送るように構成される。従って、製造ヘッドは、スクリーン印刷処理中に、位置に従って選択される各層に対する製造グリッドに基づいてモデル材を分配することができるような構成及び設計を有する。製造ヘッドは、それにより、有利には、微細メッシュ生地又はスクリーンを有し、それを通して、モデル材が、製造基盤又は既に堆積されている層の上に押し出される。この目的は、例えば、ラバーローラ等によって達成される。ふるいのメッシュサイズは、予定されている製造グリッドに合わせられる。
【００１９】
スクリーン印刷における材料供給の代わりに、本発明の別の実施例では、製造ヘッドは、位置に従ったオフセット印刷において選択的にモデル材を分配するように構成される。水なしオフセット印刷処理は、特に、この内容に適していると考えられる。
【００２０】
本発明によるラピッドプロトタイピング装置の操作方法の有利な実施例では、最適な製造結果を達成するために、一定の圧力、温度又は雰囲気のような一定の環境条件の下で製造が行われる。結果として、出願の発明の範囲は広げられ、感光材料であっても処理され得る。例えば、有利な一実施例では、この目的のために製造領域に真空が形成され、０．１ｂａｒ未満の低圧力が生成される。代わりに、又は加えて、製造処理は、特定の構成の製造環境を用いて促進される。その構成は、ＣＯ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ、又はＮのようなガスを含んだ保護雰囲気を提供し得る。さらに、特定の製造状況では、製造雰囲気は、機能的な雰囲気、即ち、特定の物質及び／又は熱力学的条件の存在が、特定のモデル材を用いた位置−選択製造工程を促進又は可能にする構成を考慮する。
【００２１】
本発明の特定の好ましい実施例では、少なくとも一つの製造ヘッドのこのような学習が提供され、その結果、モデル材が、電子写真の原理に基づいて、位置に従って選択的に受けられ得、製造位置に運ばれ得る。電子写真の動作原理は、二次元レーザプリンタにおける適用から公知である。この発明は、しかしながら、電子写真の動作原理を用いて、最大限の精度を持って十分に高い製造効率が達成され得ることが認識される。選択レーザ溶融法と比較すると、モデル材を層毎に加熱する必要がないので、非常に高い製造効率が提供される。さらにまた、不純物が形成されないので、モデル材の損失を十分に減らし、特に、異なるモデル材を使用する場合の損失を十分に減らす。
【００２２】
本発明によるプロトタイピング装置の製造ヘッドは、電子写真イメージドラムを有し、該ドラムは、その外殻にフォトコンダクタを支持し、製造基盤に関する製造ヘッドの材料移転領域で露光される。イメージドラムは、回転可能に支持された構成要素であり、その軸線方向が、製造ヘッドの作動方向を横切る方向にのびている。プロトタイピング装置の作動中、イメージドラムは回転作動方向に動かされ、製造基盤の上を通過する。この目的のために位置−選択された小量の材料が、電子写真の原理に従ってイメージドラムのフォトコンダクタに予め配置された後に、製造位置に移され、そこに蓄積される。製造基盤は、プロトタイピング装置の実質的に水平な構造であり、その上に、モデル材を分配して固化することによって三次元対象物が層状に形成される。有利には、プロトタイピング装置の作業テーブルが製造基盤である。連続生産又は大量生産用に構成された本発明によるラピッドプロトタイピング装置の一実施例では、ベルトコンベアが製造基盤を形成し、その上で、ますます多くの製造位置が、三次元対象物の積層造形物用の製造ヘッドの作業領域の中に動かされ得る。
【００２３】
イメージドラムがヒータに割り当てられていると、モデル材は製造基盤に送られる前に加熱され、従って、融着との関連で溶融処理のために必要なエネルギを減らす。加熱装置によってイメージドラムが実質的に一定の温度レベルに維持され、それにより、温度レベルが有利に調整可能になるという利点を有する。
【００２４】
また、プロトタイピング装置は、イメージドラムのフォトコンダクタの静電帯電用の電気伝導装置と、少なくとも一つの露光ユニットとを有する。この露光ユニットは、三次元対象物又は製造物用に予め決められた製造情報に応じて、イメージドラムのフォトコンダクタの位置−選択露光を行うための手段を含む。この露光ユニットは、電気伝導装置のイメージドラムの回転作動方向の下流に配置される。プロトタイピング装置の作動中に、調整ユニットは、静電的に、それに向き合うイメージドラムの位置をロードする。この目的のために、調整ユニットは、有利には、コロナワイヤ、即ち、イメージドラムの近くに取り付けられ、高電圧下に置かれ、コロナ放電を生じさせる薄いワイヤを有する。本発明の一つの別の実施例では、調整ユニットは、一列のドットチャージダイオードを有し、これらは、イメージドラムの軸線方向と平行に配置され、フォトコンダクタの各対向面ラインを静電的にチャージする。ポイントロードダイオードは、局所的イオン化又は静電帯電に対する発光が十分であるダイオードである。一列に並置された幾つかのポイントチャージダイオードが、フォトコンダクタの表面ラインに一緒に作用する。イメージドラムがさらに回転させられると、後続の各表面ラインが静電的にチャージされる。
【００２５】
フォトコンダクタの調整の後、露光ユニットは、フォトコンダクタを予め決めた製造情報に従って露光する。結果として、有利な一実施例では、後でモデル材がイメージドラムに適用されることになるポイントで露光が削除され得る。露光された領域で、フォトコンダクタは導電性であり、それにより、その電荷を失っている。有利な一実施例では、露光ユニットは、ネガティブプリントイメージを露光し、それにより、それらの場所が、後でモデル材を何も受け入れるべき予定でない位置に従って選択的に露光される。
【００２６】
また、製造ヘッドは、イメージドラムの回転動作方向における露光ユニットの下流に配置されたデベロッピングユニットを有し、それは、モデル材を供給するための少なくとも一つの静電帯電可能な転写ローラを受ける。少なくとも一つの転写ローラは、イメージドラムと並行である。各転写ローラが、静電気力を持つモデル材を介して、そのシェルに対向層を導き、対向層においてイメージドラムのシェルと、転写ローラのシェルとが、最短距離で相互に隣接する。この対向層において、モデル材は、露光ユニットによって予め露光されていないイメージドラムのそれらの位置の位置で、転写ローラからイメージドラムへ移される。本発明の一実施例では、イメージングユニットは、フォトコンダクタ上にポジティブイメージを生成し、それにより、モデル材が転写ローラ上で負イオン化される。負圧イメージングを持つ一実施例では、モデル材は正イオン化される。
【００２７】
最終的に、本発明による製造ヘッドは、イメージドラムの回転作動方向において、材料が製造基盤に移される前に配置された、電気基盤調整装置を有し、それは、製造基盤の方向に作用する。本発明の有利な一実施例では、この基盤調整装置は、コロナワイヤを有する。本発明の他の実施例では、製造ヘッドの作動方向を横切るように配置された一列のポイントチャージダイオードを有し、これらのダイオードは、形成場所又は製造基盤上に既に配置された材料層を通過する時に活性化され得る。基盤調整装置を生じさせる電荷は、イメージドラムのフォトコンダクタの電荷の大きさより大きく、材料を移動させるイメージドラムの対向層において、イメージドラムに送られる材料の量が、イメージドラムから除去され、そして、意図している製造場所で、製造層、又はその上に既に配置された材料層に移動される。
【００２８】
本発明の有利な実施例では、イメージドラムに割り当てられた調整ユニット及び／又は基盤調整装置は、負の静電荷を生成するため、又は正の静電荷を生じさせるための何れかのために形成されている。結果として、電子移送の原理を通して処理され得、かつ、各層で溶融するモデル材の量が、大幅に拡大される。調整ユニット及び／又は基盤調整装置は、それにより、選択したモデル材に最も密接に対応する静電荷の極性に対して調整される。有利には、負の静電荷を生成するための設定と、正の静電荷を発生させるための設定との間で、調整ユニット及び／又は基盤調整装置は切り替え可能である。
【００２９】
フォトコンダクタ上にポジティブプリントイメージを生成し、かつ、転写ローラでモデル材を負イオン化する本発明の上述した実施例では、基盤調整装置は、正の静電荷が生成され得るように設計され、かつ、調整される。
【００３０】
フォトコンダクタ上にネガティブプリントイメージを生成し、かつ、転写ローラにモデル材を負イオン化する本発明の上述した実施例では、基盤調整装置は、負の静電荷が発生され得るように設計され、かつ、調整される。両実施例において、基盤調整装置は、基盤調整装置によって生成され得る電荷の量が、イメージドラムの外周における、調整ユニットから生成され得るフォトコンダクタの電荷の量よりも多くなるように構成され、イメージドラムから製造位置又は既にワークピースの製造基盤上に堆積された材料層へのモデル材の位置−選択転写が保証されるようにしている。
【００３１】
転写ローラにおける構築材料のイオン化を確実にするために、転写ローラは、チャージングユニットに接続されている。このチャージングユニットは、イメージドラムへ移される間、所定の場所にモデル材を保持する転写ローラのシェル上に静電気力を生じさせる。特に、金属材料の処理に対しては、転写ローラに対するモデル材の移送軌道に電場を生成するために形成された電気製造誘導装置を介したモデル材の供給が有利である。従って、誘導装置は、電場を用いて、誘導を介して、供給されたモデル材に作用する装置である。処理中、電荷密度は、材料粒子の表面に位置に依存して移され、生成される。従って、誘導装置は、モデル材の移送軌道に電場を生成するように設計され、電場を生成するための電圧源を有する。
【００３２】
一つのコンパクトで信頼性がある実施例では、誘導装置は、ブレード付コンベアホイールを備え、そのブレードは、電気絶縁され、ローディング位置と分配位置との間で、電圧源の電場を通る。
【００３３】
供給されたモデル材を安全に受け取るために、転写ローラは、誘導装置に関する各他の極性に帯電される。
【００３４】
本発明の好ましい実施例では、デベロッピングユニットは、様々なモデル材の各々に対して複数の転写ローラを有し、これらのローラは、転写ローラの一つが、イメージドラムと隣接する作動位置にそれぞれ動かされ得るような方法で、回転可能な転写回転棚で保持される。転写回転棚は、この目的のために、リボルバの方法で、駆動手段を用いてステップ毎に調整可能である。この方法では、対象物は、様々な材料で形成され得、層の中でも（即ち、転写回転棚を簡単に回転させることによって）、異なる材料が組み込まれ得る。この目的のために、合金の形成も可能である。
【００３５】
本発明の一つの好ましい実施例では、イメージングユニットは、レーザ、特に、ＣＯ２レーザのようなパルスレーザのイメージドラムのフォトコンダクタの位置−選択露光用手段を有し、かつ、各レーザに割り当てられた光偏向装置を有する。光偏向装置は、好ましくは、回転ミラーであり、特に、六角ミラーであり、レーザのレーザビームを、一行づつ、レーザスキャナの方法でイメージドラムに反射する。レーザは、各層に対して予め決められた製造グリッドに従ってＯＮ及びＯＦＦされる。レーザを用いたフォトコンダクタの露光のために、非常に高い製造速度が達成され得、本発明によるプロトタイピング装置は、プロトタイプの製造だけでなく、工業的な連続生産又は大量生産にも適したものになる。
【００３６】
別の実施例では、露光ユニットは、イメージドラムの軸線方向においてイメージドラムのフォトコンダクタの位置−選択露光手段として並べられた光源を有する。これらの各光源は、所定の製造グリッドに従って選択的に制御され、デベロッピングユニットを通してフォトコンダクタを満たす前に、所望の印がフォトコンダクタ上に生成され得るようにしている。選択的に制御可能な光源は、好ましくは、ＬＥＤｓである。
【００３７】
イメージドラムの材料供給部分と調整ユニットとの間にあるイメージドラムのリターン領域にクリーニングユニットを配置することが有利である。有利には、クリーニングユニットは、イメージドラムのシェル上に可能な限り小さな隙間で配置された材料ストリッパであり、回転ドラムの外周から残りの材料が除去されるようにしている。イメージドラムから製造位置又はそこに既に堆積された材料層にモデル材を移送した後は、イメージドラムが次のサイクルのために調整される調整ユニットまで戻っている間に清掃されるイメージドラムのシェルに材料が未だ残り得る。
【００３８】
初期作動方向のために、製造ヘッドは、有利には、それぞれが少なくとも一つの調整ユニット、露光ユニット、デベロッピングユニット、基盤調整装置及び溶融ユニットを有するイニシャルユニットに加えて、第二の作動方向と反対の初期作動装置の一つのための第二装置セットを有する。第二装置セットは、それに対応して、少なくとも一つの調整ユニット、露光ユニット、デベロッピングユニット、基盤調整装置及び溶融ユニットを有し、これらは各々、本質的にイニシャル装置と対称的に配置される。この方法では、製造サイクルの最後に、製造ヘッドの作動動作が層の平面で変えられ、イメージドラムの回転方向も同様に変更されるので、作動速度は倍になる。第一装置セットと第二装置セットとは、交互に作動され得、それにより、イメージドラムの各回転作動方向は逆に設定される。
【００３９】
本発明のさらに有利な実施例では、プロトタイピング装置は、モデル材用のメイン製造ヘッドとしての少なくとも一つの製造ヘッドと、サポート材用のサポート製造ヘッドとしての他の製造ヘッドとを有し、サポート製造ヘッドは、メイン製造ヘッドと連動するように制御され得る。それにより、サポート製造ヘッドは、製造されるべき各材料層の範囲内で、各連続する材料層をサポートするために、サポート材を配置する。サポート材は、アンダーカット等の形成を可能にする。サポート材は、三次元対象物の製造後に、水洗等によって除去される。
【００４０】
有利には、イメージドラム、調整ユニット、露光ユニット、デベロッピングユニット及び基盤調整装置の配置に関して、サポート製造ヘッドは、メイン製造ヘッドに対応している。サポート製造ヘッドは、メイン製造ヘッドと同じ作業効率で動作し、高い全体動作速度が提供されるようにしている。サポート製造ヘッドの溶融は、有利には、紫外線ランプのような熱源である。
【００４１】
本発明の一実施例では、メイン製造ヘッドの溶融ユニットは、一つ又は複数の紫外線ランプのような熱源を備えたレーザのような溶融装置の代わりに設けられる。それにより、一定のモデル材は、例えば、液体の形態で適用されても適用することができ、また、固化のために重合されていても適用することができる。
【００４２】
他の特徴は従属する請求項から明らかになる。本発明は、図面を参照して以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】ラピッドプロトタイピング装置の第一の実施例の斜視図である。
【図２】ラピッドプロトタイピング装置の第二の実施例の斜視図である。
【図３】図１又は図２に従ったラピッドプロトタイピング装置用のメイン製造ヘッドの一実施例の断面図である。
【図４】図１又は図２に従ったラピッドプロトタイピング装置用のサポート製造ヘッドの一実施例の断面図である。
【図５】図１又は図２に従ったラピッドプロトタイピング装置用のメイン製造ヘッドの別の実施例の断面図である。
【図６】図１又は図２に従ったラピッドプロトタイピング装置用のサポート製造ヘッドの別の実施例の断面図である。
【図７】モデル材を供給するための誘導装置の一実施例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１は、三次元対象物の層状付加製造用のラピッドプロトタイピング装置１を簡単化して表した図を示している。ラピッドプロトタイピングは、プロトタイピング装置１の製造基盤２の上にモデル材が積み重ねられ、そして、すでにそこに置かれたモデル材に、モデル材が加えられることを意味すると理解されている。製造基盤２は、主として水平なプロトタイピング装置の作業テーブルであり、モデル材を堆積及び凝固することによって、その上に、三次元対象物が層で作られる。
【００４５】
プロトタイピング装置１は、製造基盤２におけるモデル材の位置−選択配列(the location-selective array)用の少なくとも一つの製造ヘッド３及び４を備えている。図示実施例では、プロトタイピング装置は、モデル材の位置−選択配列用のメイン製造ヘッド３と、サポート材の配置用のサポート製造ヘッド４とを備えている。サポート材は、加えられる次の材料の層を支持するために製造中に加えられ、加工対象物の製造が終了した後に取り除かれる。このサポート材は、アンダーカットの簡単で正確な製造を可能にする。
【００４６】
製造ヘッド３，４は、作動方向５に従って、層の平面上又は製造基盤２の平面上に移動可能な方法で配置される。製造ヘッド３，４は、製造基盤２を介してプロトタイピング装置１の作動中に前後に動かれ、それにより、材料は、製造基盤２の作業領域６の範囲内、又は、そこに既に堆積された材料の層の範囲内に配置され得る。メイン製造ヘッド３は及びサポート製造ヘッド４は、硬質フレーム９を介して連結されて略図に示されており、製造基盤２上で連動的に駆動される。製造ヘッド３及び４は、共通のハウジング内で、プロトタイピング装置に収容され得る。
【００４７】
一方で、製造ヘッド３及び４並びに製造基盤２は、作業方向５において相互に摺動可能に配置されている。他方、製造基盤２並びに製造ヘッド３及び４は、供給方向７において、層の厚さに関して摺動可能に配置されている。この方法では、各作業サイクルの後（即ち、材料層を配置した後）、製造ヘッド３及び４と製造基盤２との間の距離が、一つの層の厚さの分だけ拡大される。製造ヘッド３及び４の各作業の前は、製造ヘッド３及び４と、未完成三次元加工対象物の各上側材料層との間の距離は、常に同じである。
【００４８】
図示実施例では、作業動作は、製造基盤２上での製造ヘッド３及び４の動きによって作業方向５において実現される。製造基盤２は、供給方向７において調整可能であり、かつ、移動可能である。不図示の別の実施例では、製造ヘッド３及び４と製造基盤２との間の相対運動は、製造ヘッド３及び４によって供給方向７において実行される。不図示の別の実施例では、製造基盤２が方向５に移動可能であり、製造ヘッド３及び４が定位置に取り付けられる。
【００４９】
製造ヘッド３及び４は、位置−選択方法(a location-selective manner)で、製造基盤２の上、又はその上に置かれているモデル材の上に、モデル材を配置するように構成されている。追加で置かれるモデル材は、既に製造基盤２上及び／又は先に形成された本体上に堆積された材料層の上に堆積して結合され得る。最後に説明した実施例では、対応する加工対象物は層状にされている。位置−選択配置(location-selective arrangement)は、製造されるべき対象物の各材料層に対して、製造グリッドが指定され、その中で、モデル材の堆積のために提供される位置、又は、サポート製造ヘッドの場合には、サポート材の堆積のために提供される位置が設計され、そして、材料が所定の位置に配置される。製造グリッドは、ＣＡＤソフトウェアのようなものからの設計データに基づいて、制御ユニット（図示せず）によって決定され、そして、製造ヘッド３及び４は制御ユニット（図示せず）によって制御される。
【００５０】
各製造ヘッド３及び４は、少なくとも一つのイメージドラム８（以下により詳細に説明される）を有し、このイメージドラム８は、その所定の製造グリッドに対応する外周に、モデル材又はサポート材が設けられ得、かつ、作業動作中に製造基盤２を通過し得る。製造基盤２と対向して配置されるイメージドラム８の各表面ラインは、製造基盤２又は既にそこに堆積されている材料の層からモデル材又はサポート材を分配する。
【００５１】
発明は、メイン製造ヘッド３及びサポート製造ヘッド４を備えた製造装置に限定されるものではない。他の実施例では、単一のメイン製造ヘッド又は複数のメイン製造ヘッドが設けられ、様々なモデル材が使用され得る。
【００５２】
本発明によるプロトタイピング装置１’のさらに好ましい実施例が図２に示されている。このプロトタイピング装置１’は、その構成の観点から、以下に説明するように、図１によるプロトタイピング装置１の構造との違いに対応している。同一の構成要素には同じ符号が使用される。
【００５３】
図２に示すプロトタイピング装置１’は、メイン製造ヘッド３並びに二つのサポート製造ヘッド４及び４’を備えており、これら二つのサポート製造ヘッド４及び４’は、メイン製造ヘッド３の両側の位置でフレーム９に設けられている。従って、メイン製造ヘッド３の作業動作は、フレーム９を介して、サポート製造ヘッド４及び４’の作業動作と一緒にされ、全ての製造ヘッド３，４及び４’が作業領域６を同時にコートする。製造ヘッドは、図４及び図６を用いて以下に説明するように、両方の作動方向５、相対する作業動作方向で材料を塗布することができるように設計される。結果として、モデル材及びサポート材は、各作業動作において、製造位置の上、又は、その上に既に堆積層が形成されている材料層の上に蓄積され、プロトタイピング装置１’の製造率が倍増される。作業動作の終わりに、作業方向５は変更され、製造ヘッド３，４及び４’は、反対方向に動かされる。
【００５４】
図３は、作動方向５で動作するメイン製造ヘッド３の断面図を示している。このメイン製造ヘッド３は、製造位置２に対して、作業方向５に動かされる。イメージドラム８は、作動回転方向１０で動かされ得、それにより、イメージドラム８の回転速度が、作業方向５における作業動作に同期され、イメージドラム８が製造ヘッド２の上を通過されるようになる。
【００５５】
メイン製造ヘッド３は、モデル材が、フォトコンダクタ１１上で受けられることができるように構成されている。フォトコンダクタ１１は、製造位置に選択的に一致する各層に対する特定の製造グリルに従って露光されており、製造位置、即ち、製造基盤まで運ばれ得る。モデル材の製造基盤２に対する又は既に堆積された材料層１２に対する位置−選択アプリケーションは、電子写真技術の原理に基づく。図示実施例では、イメージドラム８は、フォトコンダクタ１１、即ち、光電活性材料によってコートされる。イメージドラム８は、製造ヘッド３のハウジング４０内に、作業回転方向１０に回転可能に配置されている。また、前記イメージドラム８は、材料移動部領域１２において、製造基盤２に対して自由に配置されている。材料の移動部１２は、ハウジング４０における自由通路である。メイン製造ヘッド３は、そのハウジング４０に対して横方向に移動可能であり、従って、イメージドラム８に加えて、製造ヘッドの他の全ての装置に対して、製造基盤２に対してキャリッジ方法で、横方向に移動可能である（図１）。
【００５６】
また、メイン製造ヘッド３は、イメージドラム８のフォトコンダクタ１１を帯電させる電気的調整ユニット１３と露光ユニット１４とを備えている。露光ユニット１４は、イメージドラム８のフォトコンダクタ１１の位置−選択露光手段を備えている。またコロトロンとして参照され得る調整ユニット１３は、表面ラインの方向でフォトコンダクタ１１上に、即ち、イメージドラム８の一部分に静電荷を生じさせ、それは、イメージドラム８の回転軸線と平行であり、調整ユニット１３に対向して配置されている。この調整ユニット１３は、所謂、コロナワイヤと呼ばれるコロトロンとして設計され得る。別の実施例では、イメージドラム８の軸線方向に配置された一列の点電荷ダイオードが設けられる。
【００５７】
露光ユニット１４は、調整ユニット１３の回転作業方向１０の下流に配置され、イメージドラム１８のフォトコンダクタ１１の位置−選択露光手段を備えている。これは、露光ユニットが、フォトコンダクタ１１の対向表面ラインの個々のポイントの光学作用によって、即ち、位置−選択的に、所定の製造グリッドに従って露光され、それにより、電荷を中和することを意味する。図示実施例では、露光ユニット１４は、レーザ１５及び光偏向装置を備えている。光偏向装置は、イメージドラムのフォトコンダクタ１１の位置−選択露光手段としてレーザ１５に割り当てられる。偏向装置１５は、回転可能な偏向ミラー１５として設計される。この偏向ミラー１５は、駆動ユニット（図示せず）を用いて連続循環で維持される。それにより、レーザ１５のレーザビーム１７は、レーザスキャナのようにフォトコンダクタ１１上で前後に動かされる。このレーザ１５は、中性位置と帯電位置とを有するプリントイメージがフォトコンダクタ１１上に生成されるように、特定製造グリッドに従って、コントロールユニット（図示せず）によってON 及びOFFが切り替えられる。帯電された位置は、白丸１７によって図面に表されている。レーザ１５は、好ましくは、ファイバーレーザであり、高品質ビーム及び良好な電気／光学的効率によって、モデル材の位置−選択定着における最適な結果を保証する。別の実施例では、作動装置としての溶融ユニットのNｄ：YAGレーザやCO２レーザのようなパルス状レーザが使用される。
【００５８】
レーザスキャナとして設計された露光ユニット１４は、フォトコンダクタ１１上に一列ずつ非常に高速にプリントイメージを製造することができ、その結果、高い製造速度が達成され得る。
【００５９】
一実施例（図示せず）では、レーザスキャナとして設計された露光ユニット１４の代わりに、選択的に制御可能な光源、特に、レーザダイオード（LED）を備えた露光ユニットが、露光ユニットとして設けられる。これらのLEDは、イメージドラム８の軸線方向に並べられ、その結果、各LEDのコントロール及びアクティベーションに従って、フォトコンダクタ１１の各ポイントが中和され得る。
【００６０】
イメージドラム８にモデル材をロードするために、製造ヘッドは、イメージドラム８の回転作動方向１０における露光ユニット１４の下流に配置されたデベロッピングユニット１８を有する。このデベロッピングユニット１８は、モデル材の受取及び供給のための少なくとも一つの静電帯電可能な転写ローラを有する（この転写ローラは、この実施例では、四つの転写ローラ１９−１、１９−２、１９−３及び１９−４である。）。転写ローラ１９−１、１９−２、１９−３及び１９−４は、イメージドラム８と並行に配置され、様々なモデル材を利用可能にする。転写ローラ１９−１、１９−２、１９−３及び１９−４は、回転可能に設けられた転写回転棚２０に接続され、一つの転写ローラ１９−１が、各場合において、イメージドラム８に隣接するアクティブポジションにおいて移動可能にされる。
【００６１】
転写ローラ１９−１、１９−２、１９−３及び１９−４は回転可能に配置され、それぞれに割り当てられた材料コンテナから、モデル材を、その外周で受け取り、転写ローラの回転に伴ってイメージドラム８に対向して取り付けられる。
【００６２】
モデル材は、静電気を通して各転写ローラ上で保持される。この目的のために、対応するローディングユニットが、転写ローラ１９−１、１９−２、１９−３及び１９−４にわりあてられる。それにより、製造ローラのモデル材の電荷が、フォトコンダクタ１１の電荷の反対の位置に電気的に位置決めされる。露光プリントイメージに対応する円１７によって帯電された位置で、モデル材は、アクティブ転写ローラ１９−１からイメージドラム８に位置に従って選択的に転写される。金属モデル材の場合、各転写ローラは、誘導装置によって先行される。誘導装置は、電場によって、モデル材の粒子に作用し、転写ローラ１９−１による粒子のレセプションを促進する。誘導装置は図７を用いて以下に説明される。
【００６３】
回転作動方向１０におけるイメージドラム８の別の動作によって、モデル材２１は、材料転写１２の方向において黒丸に従って動かされる。有利には、モデル材２１は、粒状又は粉状の何れかで提供される。特に、製造されるべき各層においてサポート材の配置のために、液状のモデル材もまた有利である。この目的のために、適当なサポートモデル材が使用される。前記サポート材は、フォトコンダクタ１１の静電荷を介して電子写真の原理に従った位置に従って選択的に移され得る。
【００６４】
最終的に、製造ヘッドは、イメージドラム８の回転作動方向１０における材料転写部１２の前に配置され、製造基盤２の方向に作用する電気基盤調整装置２２を有する。基盤調整装置２２は、製造ヘッド３のハウジングに保持される。基盤調整装置２２は、コロトロンのように、コロナワイヤを装備することができる。コロナワイヤは、製造基盤２又はその上に既に堆積された材料層をイオン化する。別の実施例では、基盤調整装置２２は、製造基盤２の横断方向においてイメージドラム８の軸線方向に配置された一列のポイントチャージダイオードを有し、基盤調整装置２２は、基盤調整装置によって生成される電荷（円２３）が、調整ユニット１３によって生成される電荷（円１７）より大きくなるように寸法決めされる。この方法では、モデル材２１が、対向層において、即ち、製造基盤２から最も近い距離において、スクリーンドラム８の外周の位置で、製造基盤２又は既にその上に堆積された材料層の上に堆積されるか、又は、電荷のために自動的にスキップすることを保証する。
【００６５】
製造ヘッド３は、特に、モデル材２１を溶融させるための溶融ユニット２４を有し、それは、各グリッド位置４４に配置されたモデル材を加熱して溶融するように適合されている。溶融ユニット２４は、イメージドラム８から製造位置又は先に製造基盤に堆積された材料層に蓄えられたモデル材２１が溶融され得るように構成され、配置される。従って、溶融ユニット２４は、回転作業方向１０におけるイメージドラムの下流に配置され、製造ヘッド３のハウジング４０の底部の領域に設けられる。従って、溶融ユニット２４は、位置に従って選択的に堆積された材料の上方を、キャリッジの方法で製造ヘッド３から移動可能である。
【００６６】
メイン製造ヘッド３の溶融ユニット２４は、レーザ２５、即ち、図示実施例では、パルス式ＣＯ２レーザと、レーザ２５に割り当てられた光偏向手段とを備えている。図示実施例における偏向手段は、回転可能に割り当てられたミラーであり、レーザ２５のレーザビーム２７を、製造基盤２の方向に屈折する。ミラー２６は、好ましくは、六角ミラーである。ミラー２６は、常に、連続回転運動で維持され、レーザ２５と共に、レーザスキャナを形成し、それにより、レーザビーム２７又はそのレーザパルスは、方向５に対して横方向に配置される行に屈折され得る。適切なコントロールを用いることで、即ち、レーザ２５のＯＮ及びＯＦＦを切り替えることで、レーザはイメージドラム８による位置に従って先に選択的に堆積されたモデル材２１が溶融されるべき位置に到達するとＯＮにされます。溶融ユニット２４の作用を通して液化された後、モデル材２１は固化する。モデル材の固化部分は図面に黒塗り三角２８で示されている。
【００６７】
溶融ユニット２４は、製造グリッド４９に従ってコントロールユニット４１を用いて各層に対して制御される。完成させるべき加工対象物の個々の層に対する製造グリッド４９は、製造ソフトウェアによって指定される。制御ユニット４１は、グリッド位置４４及び／又は所定の製造グリッド４９に従って溶融ユニット２４に対するグリッド位置４４に関連付けされたエネルギ要件４３を決めるように開発されている。グリッド位置４４は、位置に従って選択的に制御される製造グリッド４４の最小セルであると理解される。この理解は、モデル材２１の位置−選択配置に加えて、溶融ユニット２４を用いた位置−選択溶融に関する。エネルギ要件４３は、レーザ２５の所望の電力及び／又はモデル材２１におけるレーザビームの効果の持続時間に関する情報を含む。その位置でレーザ２５が活性化され、かつ、エネルギ要件が各グリッド位置４４にリンクされるグリッド位置４４は、現在の製造グリッド４９に対する位置−選択情報４２と共に記憶される。
【００６８】
材料移動部１２を通過し、かつ、イメージドラム８の戻り位置２９を通過した後、イメージドラム８の各外周部分、即ち、イメージドラム８の回転軸線と平行にあるシェルセグメントが、もう一度、調整ユニット１３に達し、そこで、製造ヘッド３の新しい作業サイクルが始まる。材料ストリッパ３０が、リターンセクション２９の範囲に配置されており、それは、材料移動部１２と調整ユニット１３との間に置かれている。材料ストリッパ３０は、イメージドラム８の表面に狭い隙間を制限し、別の移動の時にイメージドラム８の表面に材料残基が残ることを防止し得る。材料の残りは、イメージドラムの表面から機械的に剥がされ、材料ストリッパ３０に回収される。別の実施例では、ブラシ等の別のクリーニングユニットが設けられ得る。リターンセクション２９には、フォトコンダクタ１１に残っている電荷（円１７）を中和することができるディスチャージユニット３１が配置される。図示実施例では、ディスチャージユニット３１は、材料ストリッパ３０、即ち、クリーニングユニットに構造的に接続されている。
【００６９】
図４には、サポート製造ヘッド４の概略横断面図が示されており、イメージドラム８、調整ユニット１３、露光ユニット１４、デベロッピングユニット１８及び基盤調整装置２２の構造に関しては、図３に示したメイン製造ヘッド３に対応している。材料ストリッパ３０及びディスチャージユニット３１についても、メイン製造ヘッド３の材料スト立派（図３）に対応している。転写ローラ１９−１，１９−２，１９−３，１９−４を備えたリボルバのように作用する転写回転棚２０の代わりに、他の数の転写ロールが、特に、サポート製造ヘッド４に設けられ得る。特に、シリーズ又は大量生産（ラピッド製造）のために、水溶性接着剤や同種の接着材料のような単一のサポート材で多くの場合は十分である。本発明によるサポート製造ヘッド４のこのような実施例では、単一転写ローラが、転写回転棚２０の代わりに設けられる。転写ローラは、既に図３で説明したようにサポート材によって帯電される。このサポート材は、粉状、粒状又は液状であり得る。
【００７０】
メイン製造ヘッド３とは対照的に、サポート製造ヘッド４は、熱源を有する溶融ユニット３２を備えている。イメージドラム８から堆積されるサポート材を固化するために、熱源は、意図しているサポート材に合わせられる。この熱源は、好ましくは、一つ又は複数の紫外線ランプを備え、サポート製造ヘッド４の方向５に対して横方向の作業空間における堆積した材料層に作用する。
【００７１】
図５は、メイン製造ヘッド４の特に有利な実施例を示しており、これは、二つの対向する作業方向用に設計されている。プロトタイピング装置は、メイン製造ヘッドを通して、図５に従って、図３による製造ヘッドの実施例と比べて２倍の製造速度で作業をする。
図５の実施例では、製造ヘッド４は、第一作業方向のために、調整ユニット１３、露光ユニット１４−１、デベロッピングユニット１８−１、基盤調整装置２２−１及び溶融ユニット２４−１を備えた第一装置を有し、かつ、第一作業方向と反対の第二作業方向用の第二装置を備えている。第二作業装置もまた、調整ユニット１３、露光ユニット１４−２、デベロッピングユニット１８−２、基盤調整装置２２−２及び溶融ユニット２４−２を有する。第二装置は、本質的に、第一装置に対して対称的に配置されており、各ユニットは、イメージドラム８の周囲に配置されている。図示実施例では、共通の調整ユニット１３が設けられており、このユニット１３は、常に動作するように中心に配置され、イメージドラム８のフォトコンダクタ１１に関して調整される。各作業方向５に対する両装置の調整ユニット１３、イメージングユニット１４−１，１４−２、デベロッピングユニット１８−１，１８−２、基盤調整装置２２−１，２２−２及び溶融ユニット２４−１，２４−２は、図３の説明に従って開発され、配置されることに加えて各々同一に構成される。
【００７２】
さらに、各装置用に、メイン製造ヘッド３は、クリーニングユニット、即ち、図示実施例では、材料ストリッパ３０−１，３０−２を有する。加えて、メイン製造ヘッド３は、二つのエンドロードユニット３１−１，３１−２を有し、これらは、材料ストリッパ３０−１，３０−２の領域に、図３による構造と同様に配置される。
【００７３】
図５によるメイン製造ヘッド３のイメージドラム８は、反対の回転動作方向１０に動作可能である。メイン製造ヘッドが、作業方向５において（図１及び図２）作業エリア６の端部に達した後、メイン製造ヘッド３は、反対の回転作業方向に動かされ、同時に、イメージドラムの回転動作方向１０も反転される。調整ユニット、露光ユニット、デベロッピングユニット、基盤調整装置及び溶融ユニットを備えた二つの装置は、代わりに達成され得る。製造ヘッドの動作方向５を切り替え、その結果、イメージドラム８の回転動作方向を反転させることによって、先に動作していた装置が停止され、他の装置が作動する。
【００７４】
図６は、サポート製造ヘッド４を示しており、このヘッド４は、図５によるメイン製造ヘッド３と同様に、対向する作業方向５のために設計されている。図６によるサポート製造ヘッド４は、調整ユニット１３、露光ユニット１４−１、デベロッピングユニット１８−１、基盤調整装置２２−２及び溶融ユニット２４−１を備えた第一装置を有する。この第一装置は、図４によるサポート製造ヘッドの説明に従って回転作動方向１０で駆動される。図６によるサポート製造ヘッドは、露光ユニット１４−２、デベロッピングユニット１８−２、基盤調整装置２２−２及び溶融ユニット２４−２を備えた第二装置を有し、これは第一装置の代わりに駆動され得る。この装置は、イメージドラム８の回転作業方向１０を切り替えることによって駆動される。作動領域６（図１及び図２参照）の端部に達し、製造ヘッドの作動方向を切り替える時に、プロトタイピング装置（ここでは図示しない）の制御ユニットは、それに従って、イメージドラム８の回転作動方向１０を制御し、他の装置を作動させる。
【００７５】
本発明によるプロトタイピング装置によって、様々なモデル材が、高速かつ精密な製造と組み合わせられ得る。加えて、着色粒子を用いて個々のモデル材を着色することも可能である。従来の高速プロトタイピング処理と比べると、本発明によるプロトタイピング装置は、構築領域を拡大することを可能にする。特に、例えば、選択的なレーザ焼結又はレイヤー溶融においては処理した材料層の冷却待ちをする必要があるところ、モデル材が複数の層で加熱されないので、高い製造速度が達成される。本発明によるプロトタイピング装置の別の利点は、本発明によるプロトタイピング装置によって、バインダーなし材料が使用され、かつ、何の不純物も発生しないので、様々な材料において材料廃棄を削減することにある。
【００７６】
レーザによるメイン製造ヘッドの定着によって、位置に従って選択的に堆積される材料部分が完全に溶融され、それにより、複合モデル材を使用する時に合金が簡単な方法で結合される。適切な細粒モデル材又は液状モデル材を用いて、非常に精密な表面の構造体が製造され得る。
【００７７】
一つ又は複数のメイン製造ヘッド及び一つ又は複数のサポート製造ヘッド４を備えたプロトタイピング装置を形成することによって、即ち、複数の構成要素を導入することによって、高負荷部品のような様々な機能を実現するために、様々な接着剤を使用することが可能になる。
【００７８】
各転写ローラ１９−１，１９−２，１９−３，１９−４に対して、モデル材２１の移送経路に電場を生成するように設計された誘導装置に亘ってモデル材が供給され得る。図７は、転写ローラ１９に転送されるべきモデル材２１の静電誘導用の誘導装置４５の一実施例を示している。誘導装置４５は、ブレード付コンベアホイール４６を備え、該ホイール４６は回転方向５０に駆動され得、その外周にモデル材２１を移送するためのブレード４７が設けられている。コンベアホイール４６の上側領域、即ち、回転軸より上に位置している領域における回転方向５０の後方には、供給シュート５１が配置されている。この供給シュート５１は、予め導入されたモデル材２１をリザーバ５２から供給ホイール４６へ供給し、各ブレードが供給シュート５１に隣接するローディング位置５３にある時に、連続的にモデル材２１がブレード４７に落ちるようにしている。コンベアホイール４６の反対側の側部には、電気的に絶縁されたシュート５４が、コンベアホイール４６の上側領域に設けられており、これにより、各ブレード４６がシュート５４に対向するブレード４６の分配位置５５において、ブレード４６の材料がシュート５４に落ち、最終的に転写ローラ１９に送られる。
【００７９】
誘導装置４５は電圧源４８を備え、該電圧源４８はコンベアホイール４６の上方に配置され、かつ、この実施例では中心に配置されている。この電圧源４８は、その電場がブレード４７の領域を検知するように、コンベアホイール４６に非常に近く配置される。
【００８０】
電気絶縁ブレード４７は、従って、ローディング一５３と分配位置５５との間にある電源４８の電場を通過し、それにより、電場は通過するモデル材２１に作用し、かつ、該モデル材２１を静電誘導する。
【００８１】
図示実施例では、静電帯電モデル材２１は、電気絶縁スライド５４を滑り降り、同様に電気的に絶縁された送りタンク５６に入る。送りタンク５６では、コンベア５７が、モデル材２１を円送り動作で転写ローラ１９へ送るように配置されている。
【００８２】
コンベアホイール４６及びブレード４７は、電気的に絶縁されている。それによりブレード４７は、ロールのシェルで凹まされ得る。一実施例では、ブレード４７及び凹みは、導電性ボトムプレート５９を有し、このボトムプレート５９は、絶縁層に配置される。コンベアホイール４６の軌道運動の間、基盤プレートは、グランドプローブ５８と接触した状態になり、不要な電荷分布が引き出される。
【手続補正２】
【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】
三次元対象物の層状付加製造用ラピッドプロトタイピング装置であって、
少なくとも一つの製造基盤（２）及び前記製造基盤（２）の上又は製造基盤（２）に配置された材料の上に、粒状、粉状又は液状モデル材（２１）を配置するための少なくとも一つの製造ヘッド（３，４，４’）を備え、
モデル材（２１）を、各層に対して予め決められた製造グリッド（４９）に従ってグリッドポジション（４４）における製造位置に、位置−選択法で分配するように構成され、
前記製造ヘッド（３，４，４’）が、モデル材（２１）の溶融用の少なくとも一つの溶融ユニット（２４，２４−１，２４−２）を備え、
前記製造基盤（２）及び前記製造ヘッド（３，４，４’）が、層の厚みに対する送る方向（７）に加えて、層の面における作動方向（５）に従って両方が相互にスライドできるように配置され、
溶融ユニット（２４，２４−２，２４−２）が、各グリッド位置（４４）を溶融し、かつ、位置−選択法において、そこの配置されたモデル材（２１）を溶融するように、即ち、モデル材（２１）を加熱して溶融するために製造グリッド（４９）におけるグリッド位置（４４）に対応する具体的な作業位置にエネルギを付与するように構成された
ラピッドプロトタイピング装置において、
溶融ユニットが（２４，２４−１，２４−２）が、レーザ（２５）及びレーザ（２５）に割り当てられた光偏向装置、特に、回転可能に配置された偏向ミラー（２６）を備え、  レーザ（２５）が、各製造グリッド（４９）に従って制御ユニット（４１）によって制御あれ、かつ、作動させられ得る
ことを特徴とするラピッドプロトタイピング装置。
【請求項２】
溶融ユニット（２４，２４−１，２４−２）が、予め決められた製造グリッド（４９）に従って、グリッド位置（４５）及び／又は溶融ユニット（２４，２４−１，２４−２）のためにグリッド位置（４５）につなげられたエネルギ要求（４３）を決めるように構成された、制御ユニット（４１）を用いて各層に対して制御可能である
ことを特徴とする請求項１に記載のプロトタイピング装置。
【請求項３】
製造ヘッド（３，４，４’）が、用意された製造グリッド（４９）に従って、かつ、位置−選択法によって、各層に対してスクリーン印刷でモデル材（２１）を送るように構成されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のプロトタイピング装置。
【請求項４】
製造ヘッド（３，４，４’）が、用意された製造グリッド（４９）に従って、かつ、位置−選択法によって、各層に対してオフセット印刷でモデル材（２１）を送るように構成されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のプロトタイピング装置。
【請求項５】
モデル材（２１）が、位置ー選択法において、各層に対する特定の製造グリッド（４９）に従って、露光されたフォトコンダクタ（１１）に亘って、受け取られて、かつ、製造位置に送られ得るように製造ヘッド（３，４，４’）が構成され、
製造ヘッド（３，４，４’）が、この目的のために、
そのシェルにフォトコンダクタ（１１）を有し、かつ、製造基盤（２）に関する製造ヘッド（３）の材料移動部（１２）の領域で自由である電子写真イメージドラム（８）と、
イメージドラム（８）のフォトコンダクタ（１１）の静電帯電用の少なくとも一つの電気的調整ユニット（１３）と、
イメージドラム（８）の回転作動方向（１０）における調整ユニット（１３）の下流に配置され、イメージドラム（８）のフォトコンダクタ（１１）を効果的な位置で露光する手段を備えた少なくとも一つの露光ユニット（１４，１４−１，１４−２）と、
イメージドラム（８）の回転作動方向（１０）における露光ユニット（１４，１４−１，１４−２）の下流に配置され、イメージドラム（８）と並行に配置された静電帯電モデル材（２１）を提供するための静電帯電可能な転写ローラ（１９−１，１９−２，１９−３，１９−４）を有する少なくとも一つのデベロッピングユニット（１８，１８−１，１８−２）と、
イメージドラム（８）の回転作動方向（１０）における材料移動部（１２）の上流に配置され、製造基盤（２）の方向に作用する少なくとも一つの電気基盤調整装置（２２，２２−１，２２−２）と
を備えている
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のプロトタイピング装置。
【請求項６】
露光ユニット（１４，１４−１，１４−２）が、
レーザ（１５）、特に、パルスレーザのイメージドラム（８）のフォトコンダクタ（１１）の位置−選択露光のための手段と、
レーザ（１５）に割り当てられた光偏向手段、特に、回転可能に配置された偏向ミラー（１６）と
を備えている
ことを特徴とする請求項５に記載のプロトタイピング装置。
【請求項７】
露光ユニット（１４，１４−１，１４−２）が、イメージドラム（８）の軸線方向におけるイメージドラム（８）のフォトコンダクタ（１１）の位置−選択露光手段として、選択方法で制御可能である並べられた光源、特に、発光ダイオードを有する
ことを特徴とする請求項５又は６に記載のプロトタイピング装置。
【請求項８】
帯電ユニット（４５）が転写ローラ（１９−１，１９−２，１９−３，１９−４）と関連付けられる
ことを特徴とする請求項５〜７の何れか一に記載のプロトタイピング装置。
【請求項９】
モデル材が、モデル材（２１）の移動経路に電界を生成するように設計された電気誘導装置（４５）を介して転写ローラ（１９−１，１９−２，１９−３，１９−４）に供給され得る
ことを特徴とする請求項５〜８の何れか一に記載のプロトタイピング装置。
【請求項１０】
誘導装置（４５）が、ブレード付きコンベアホイール（４６）を備え、前記ホイール（４６）のブレード（４７）が電気絶縁され、かつ、ローディング位置とディスペンディング位置との間の電圧源（４８）の電界を通過する
ことを特徴とする請求項９に記載のプロトタイピング装置。
【請求項１１】
クリーニングユニット、特に、材料ストリッパ（３０）が、材料移動部（１２）と調整ユニット（１３）との間のイメージドラム（８）のリターン領域（２９）に配置されている
ことを特徴とする請求項５〜１０の何れか一項に記載のプロトタイピング装置。
【請求項１２】
ディスチャージユニット（３１，３１−１，３１−２）が、材料移動部（１２）と調整ユニット（１３）との間のイメージドラム（８）のリターン領域（２９）に配置されている
ことを特徴とする請求項５〜１１の何れか一項に記載のプロトタイピング装置。
【請求項１３】
調整ユニット（１３）及び／又は基盤調整装置（２２，２２−１，２２−２）が、製造ヘッド（３，４）の動作方向（５）を横切る方向に配置されたドットチャージダイオード又はコロナワイヤとしてのコロトロンを備えている
ことを特徴とする請求項５〜１２の何れか一項に記載のプロトタイピング装置。
【請求項１４】
デベロッピングユニット（１８，１８−１，１８−２）が、異なるモデル材に対する複数の転写ローラ（１９−１，１９−２，１９−３，１９−４）を備え、
転写ローラ（１９−１，１９−２，１９−３，１９−４）が、回転可能な転写回転棚（２０）と共に、各転写ローラ（１９−１，１９−２，１９−３，１９−４）が、リボルバの原理に従って、イメージドラム（８）に隣接する作動位置に動かされ得るように作用する
ことを特徴とする請求項１〜１３の何れか一項に記載のプロトタイピング装置。
【請求項１５】
製造ヘッド（３）が、第一作動方向（５）用の、少なくとも一つの調整ユニット（１３）、露光ユニット（１４−１）、デベロッピングユニット（１８−１）、基盤調整装置（２２−１）及び溶融ユニット（２４−１）を備えた第一装置と、
第一作動方向と反対の第二作動方向用の、少なくとも一つの調整ユニット（１３）、露光ユニット（１４−２）、デベロッピングユニット（１８−２）、基盤調整装置（２２−２）及び溶融ユニット（２４−２）を備えた第二装置と
を備え、
第二装置が、第一装置と本質的に対称に配置されている
ことを特徴とする請求項５〜１４の何れか一項に記載のプロトタイピング装置。
【請求項１６】
モデル材用のメイン製造ヘッド（３）としての少なくとも一つの製造ヘッドと、
サポート材用のサポート製造ヘッド（４）としてのメイン製造ヘッド（３）と協働する制御可能な製造ヘッドと
を有する
ことを特徴とする請求項１〜１５の何れか一項に記載のプロトタイピング装置。
【請求項１７】
イメージドラム（８）、調整ユニット（１３）、露光ユニット（１４，１４−１，１４−２）、デベロッピングユニット（１８，１８−１，１８−２）及び基盤調整装置（２２，２２−１，２２−２）の配置に関して、
サポート製造ヘッド（４）がメイン製造ヘッド（３）と対応する
ことを特徴とする請求項１６に記載のプロトタイピング装置。
【請求項１８】
サポート製造ヘッド（４）の少なくとも一つの溶融ユニット（３２）が、熱源を有する
ことを特徴とする請求項１６又は１７に記載のプロトタイピング装置。
【請求項１９】
基盤調整装置（２２，２２−１，２２−２）によって生成される電荷の量が、調整ユニット（１３）によって生成されるイメージドラム（８）の電荷の量より大きくなるように
基盤調整装置（２２，２２−１，２２−２）が構成されている
ことを特徴とする請求項５〜１８の何れか一項に記載のプロトタイピング装置。
【請求項２０】
調整ユニット（１３）及び／又は基盤調整装置（２２，２２−１，２２−２）が、
両方とも負の静電荷を生成するように、若しくは、正の静電荷を生成するように設計されるか、又は、
それらが、負の静電荷の生成の設定及び正の静電荷の生成の設定の間で切り替え可能になるように設計されている
ことを特徴とする請求項５〜１９の何れか一項に記載のプロトタイピング装置。
【請求項２１】
溶融ユニット（２４，２４−１，２４−２）に割り当てられた制御ユニット（４１）が、  溶融ユニット（２４，２４−１，２４−２）に、溶融ユニット（２４，２４−１，２４−２）が作動されるグリッド位置（４４）を与える
ことを特徴とする請求項１〜２０の何れか一項に記載のプロトタイピング装置の操作方法。
【請求項２２】
溶融ユニット（２４，２４−１，２４−２）の制御ユニット（４１）が、各グリッド位置（４４）にエネルギ要件（４３）を与える
ことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
所定の圧力、温度又は雰囲気のような所定の環境条件の下で製造する
ことを特徴とする請求項２１又は２２に記載の方法。
【国際調査報告】
2017507820.tif 000010
2017507820.tif 000011
2017507820.tif 000012
2017507820.tif 000013