(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造対象の三次元物体を製造するための三次元プリントシステムであって、
構築プラットフォーム；
粉末分配装置；
所定のスペクトル分布を有する光を発する柱状配列の発光デバイスを有する発光デバイスヘッド；
所定のスペクトル分布について対応して異なる吸収係数を有する複数の異なるインクを別個に射出するよう構成される液滴射出ヘッド；
移動機構；および
コントローラ
を備え、
前記コントローラは、
前記粉末分配装置を作動して、可融性粉末の層を前記構築プラットフォーム上に分配し；
前記移動機構を作動して、前記分配された粉末層上に前記液滴射出ヘッドを走査し；
前記粉末上に前記液滴射出ヘッドを走査するのと同時に、前記液滴射出ヘッドを作動して、各種量の異なるインクを受け取ったインク付ピクセルのアレイを画定し、それにより、前記所定のスペクトル分布について前記インク付ピクセルの合成吸収係数が前記インク付ピクセルのアレイに亘って変化し；
前記移動機構を作動して、前記インク付ピクセル上に前記発光デバイスヘッドを走査し；
前記インク付ピクセル上に前記発光デバイスヘッドを走査するのと同時に、前記発光デバイスを作動して、光エネルギーを前記インク付ピクセルに与え、それにより、単位面積当たりの光エネルギーが変化して前記インク付ピクセルの変動吸収係数を補正する、
ように構成されることを特徴とする、三次元プリントシステム。
【請求項２】
前記インク付ピクセルのアレイが、前記変動吸収係数と相関するさまざまの色を有する着色ピクセルの外側境界を含むことを特徴とする、請求項１に記載の三次元プリントシステム。
【請求項３】
前記着色ピクセルが、原色の量を変えてさまざまの色を提供することにより定められ、前記原色は、前記所定のスペクトル分布について異なる吸収係数を有することを特徴とする、請求項２に記載の三次元プリントシステム。
【請求項４】
製造対象の三次元物体を製造するための三次元プリントシステムであって、
構築プラットフォーム；
粉末分配装置；
所定のスペクトル分布を有する光を発する柱状配列の発光デバイスを有する発光デバイスヘッド；
所定のスペクトル分布について対応して異なる吸収係数を有する複数の異なるインクを別個に射出するよう構成される液滴射出ヘッド；
移動機構；および
コントローラ
を備え、
前記コントローラは、
前記粉末分配装置を作動して、可融性粉末の層を前記構築プラットフォーム上に分配し；
前記移動機構を作動して、前記分配された粉末層上に前記液滴射出ヘッドを走査し；
前記粉末上に前記液滴射出ヘッドを走査するのと同時に、前記液滴射出ヘッドを作動して、各種量の異なるインクを受け取ったインク付ピクセルのアレイを画定し、それにより、前記所定のスペクトル分布について前記インク付ピクセルの合成吸収係数が前記インク付ピクセルのアレイに亘って変化し；
前記移動機構を作動して、前記インク付ピクセル上に前記発光デバイスヘッドを走査し；
前記インク付ピクセル上に前記発光デバイスヘッドを走査するのと同時に、前記発光デバイスを作動して、光エネルギーを前記インク付ピクセルに与え、それにより、単位面積当たりの光エネルギーが変化して前記インク付ピクセルの変動吸収係数を補正する、
ように構成され、
前記インク付ピクセルのアレイが、前記変動吸収係数と相関するさまざまの色を有する着色ピクセルの外側境界を含み、
前記着色ピクセルが、原色の量を変えてさまざまの色を提供することにより定められ、前記原色は、前記所定のスペクトル分布について異なる吸収係数を有し、
前記製造対象の三次元物体が完成し前記さまざまの色が選択された色のバリエーションに基づく場合に、前記着色ピクセルが可視であり、前記製造対象の三次元物体が完成する場合に、前記インク付ピクセルが通常は不可視の内側ピクセルを含み、該内側ピクセルに用いられる原色の選択が、前記着色ピクセルとは異なる基準に基づくことを特徴とする、三次元プリントシステム。
【請求項５】
前記異なる基準が、前記内側ピクセルについて吸収係数を最大化することを含むことを特徴とする、請求項４に記載の三次元プリントシステム。
【請求項６】
単一の統合ヘッドが、前記発光デバイスヘッドおよび前記液滴射出ヘッドを含むことを特徴とする、請求項１または４に記載の三次元プリントシステム。
【請求項７】
前記発光デバイスが、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）装置であることを特徴とする、請求項１または４に記載の三次元プリントシステム。
【請求項８】
前記インク付ピクセルが、前記製造対象の三次元物体の画定された外側境界を含むことを特徴とする、請求項１または４に記載の三次元プリントシステム。
【請求項９】
製造対象の三次元物体を製造するための三次元プリントシステムであって、
構築プラットフォーム；
粉末分配装置；
所定のスペクトル分布を有する光を発する柱状配列の発光デバイスを有する発光デバイスヘッド；
所定のスペクトル分布について対応して異なる吸収係数を有する複数の異なるインクを別個に射出するよう構成される液滴射出ヘッド；
移動機構；および
コントローラ
を備え、
前記コントローラは、
前記粉末分配装置を作動して、可融性粉末の層を前記構築プラットフォーム上に分配し；
前記移動機構を作動して、前記分配された粉末層上に前記液滴射出ヘッドを走査し；
前記粉末上に前記液滴射出ヘッドを走査するのと同時に、前記液滴射出ヘッドを作動して、各種量の異なるインクを受け取ったインク付ピクセルのアレイを画定し、それにより、前記所定のスペクトル分布について前記インク付ピクセルの合成吸収係数が前記インク付ピクセルのアレイに亘って変化し；
前記移動機構を作動して、前記インク付ピクセル上に前記発光デバイスヘッドを走査し；
前記インク付ピクセル上に前記発光デバイスヘッドを走査するのと同時に、前記発光デバイスを作動して、光エネルギーを前記インク付ピクセルに与え、それにより、単位面積当たりの光エネルギーが変化して前記インク付ピクセルの変動吸収係数を補正する、
ように構成され、
前記インク付ピクセルが、前記製造対象の三次元物体の画定された外側境界を含み、
前記コントローラが、前記発光デバイスを作動し、インク付ピクセルの部分を硬化して該インク付ピクセル内の前記外側境界の部分を画定し、該外側境界の解像度を高めることを特徴とする、三次元プリントシステム。
【請求項１０】
前記インク付ピクセルの部分を硬化する前に、より低いパワーレベルで前記発光デバイスを作動し、前記インク付ピクセル内のインクを乾燥させることを特徴とする、請求項９に記載の三次元プリントシステム。
【請求項１１】
製造対象の三次元物体を形成する方法であって、
構築プラットフォーム上に粉末の層を分配する工程；
移動機構を作動して、前記粉末の層上に液滴射出ヘッドを走査する工程；
前記移動機構を作動する間に、前記液滴射出ヘッドを作動して、該液滴射出ヘッドから各種量の異なるインクを受け取ったインク付ピクセルのアレイを画定し、それにより、光の所定のスペクトル分布について変動吸収係数を有する、工程；
前記移動機構を作動して、前記粉末の層上に発光デバイスを走査する工程であって、該発光デバイスが、前記所定のスペクトル分布を有する光を発する柱状配列の発光デバイスを有する、工程；および
前記移動機構を作動する間に、前記発光デバイスを作動して、前記インク付ピクセルに光エネルギーを与え、それにより、単位面積当たりの光エネルギーが変化して、前記インク付ピクセルの変動吸収係数を補正する、工程
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記移動機構および前記液滴射出ヘッドを作動する工程が、前記変動吸収係数と相関するさまざまの色を有する前記三次元物体の外側境界を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記液滴射出ヘッドを作動する工程が、異なる原色の液滴を射出してさまざまの色を提供する工程を含み、前記異なる原色が、前記所定のスペクトル分布について対応して異なる吸収係数を有することを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
製造対象の三次元物体を形成する方法であって、
構築プラットフォーム上に粉末の層を分配する工程；
移動機構を作動して、前記粉末の層上に液滴射出ヘッドを走査する工程；
前記移動機構を作動する間に、前記液滴射出ヘッドを作動して、該液滴射出ヘッドから各種量の異なるインクを受け取ったインク付ピクセルのアレイを画定し、それにより、光の所定のスペクトル分布について変動吸収係数を有する、工程；
前記移動機構を作動して、前記粉末の層上に発光デバイスを走査する工程であって、該発光デバイスが、前記所定のスペクトル分布を有する光を発する柱状配列の発光デバイスを有する、工程；および
前記移動機構を作動する間に、前記発光デバイスを作動して、前記インク付ピクセルに光エネルギーを与え、それにより、単位面積当たりの光エネルギーが変化して、前記インク付ピクセルの変動吸収係数を補正する、工程
を含み、
前記移動機構および前記液滴射出ヘッドを作動する工程が、前記変動吸収係数と相関するさまざまの色を有する前記三次元物体の外側境界を形成する工程を含み、
前記液滴射出ヘッドを作動する工程が、異なる原色の液滴を射出してさまざまの色を提供する工程を含み、前記異なる原色が、前記所定のスペクトル分布について対応して異なる吸収係数を有し、
前記インク付ピクセルのアレイを画定する工程が、前記外側境界内の内側ピクセルを定める工程を含み、該内側ピクセルについての原色の選択が、前記外側境界についての原色の選択と異なる基準に基づくことを特徴とする、方法。
【請求項１５】
前記異なる基準が、前記内側ピクセルについて吸収係数を最適化する工程を含むことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記発光デバイスを作動する工程が、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）装置のアレイを作動する工程を含むことを特徴とする、請求項１１または１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記インク付ピクセルが、前記製造対象の三次元物体の所定の外側境界の部分を含む境界インク付ピクセルを含むことを特徴とする、請求項１１または１４に記載の方法。
【請求項１８】
製造対象の三次元物体を形成する方法であって、
構築プラットフォーム上に粉末の層を分配する工程；
移動機構を作動して、前記粉末の層上に液滴射出ヘッドを走査する工程；
前記移動機構を作動する間に、前記液滴射出ヘッドを作動して、該液滴射出ヘッドから各種量の異なるインクを受け取ったインク付ピクセルのアレイを画定し、それにより、光の所定のスペクトル分布について変動吸収係数を有する、工程；
前記移動機構を作動して、前記粉末の層上に発光デバイスを走査する工程であって、該発光デバイスが、前記所定のスペクトル分布を有する光を発する柱状配列の発光デバイスを有する、工程；および
前記移動機構を作動する間に、前記発光デバイスを作動して、前記インク付ピクセルに光エネルギーを与え、それにより、単位面積当たりの光エネルギーが変化して、前記インク付ピクセルの変動吸収係数を補正する、工程
を含み、
前記インク付ピクセルが、前記製造対象の三次元物体の所定の外側境界の部分を含む境界インク付ピクセルを含み、
前記発光デバイスを作動する工程が、前記境界インク付ピクセルの部分を硬化して該境界インク付ピクセル内の前記外側境界の部分を提供し、該外側境界の解像度を高める工程を含むことを特徴とする、方法。
【請求項１９】
前記インク付ピクセルの部分を硬化する前に、前記コントローラが、より低いパワーレベルで前記発光デバイスを作動し、前記インク付ピクセル内のインクを乾燥させることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
この非仮特許出願は、Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９（ｅ）の下でここに参照することによって援用される、２０１７年６月２８日出願のＪａｍｅｓ  Ｆ．  Ｓｍｉｔｈ  ＩＩＩによる「ＴＨＲＥＥ  ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬ  ＰＲＩＮＴＥＲ  ＦＯＲ  ＦＵＳＩＮＧ  ＰＯＷＤＥＲＳ  ＷＩＴＨ  ＳＵＲＦＡＣＥ  ＣＯＬＯＲＡＴＩＯＮ  ＵＳＩＮＧ  Ａ  ＶＣＳＥＬ  ＡＲＲＡＹ」と題された米国仮特許出願第６２／５２６，１２５号に対する優先権を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、高分子粉末の選択的融合溶融から製造対象の三次元（３Ｄ）物体を製作するための装置および方法に関する。より詳細には、本発明は、可変的な色吸収剤を利用し、吸収剤中の吸収係数の変動を補正する。
【背景技術】
【０００３】
三次元（３Ｄ）プリントシステムは、例えばプロトタイプ作製および生産のために使用が急速に増加している。３Ｄプリンタの１つのタイプは、しばしば「選択的レーザ焼結」と称され、熱可塑性粉末の層が分配されてレーザを用いて選択的に融合され、製造対象の三次元（３Ｄ）物体を形成する。従来、これらのシステムは単色であった。多色の物体を提供できるより新しい粉末融合システムを開発することが望まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示の第１の態様において、製造対象の三次元物体を製造する三次元プリントシステムは、構築プラットフォーム、粉末分配装置、発光デバイスヘッド、液滴射出ヘッド、移動機構、およびコントローラを備える。発光デバイスヘッドは、所定のスペクトル分布を有する光を発する柱状配列の発光デバイスを有する。液滴射出ヘッドは、所定のスペクトル分布について対応して異なる吸収係数を有する複数の異なるインクを別個に射出するよう構成される。コントローラは、以下のステップを行うように構成される：（１）粉末分配装置を作動して、可融性粉末の層を構築プラットフォーム上に分配する。（２）移動機構を作動して、分配された粉末層上に液滴射出ヘッドを走査する。（３）粉末上に液滴射出ヘッドを走査するのと同時に、液滴射出ヘッドを作動して、各種量の異なるインクを受け取ったインク付ピクセルのアレイを画定し、それにより、所定のスペクトル分布についてインク付ピクセルの合成吸収係数がインク付ピクセルのアレイに亘って変化する。（４）移動機構を作動して、インク付ピクセル上に発光デバイスヘッドを走査する。（５）インク付ピクセル上に発光デバイスヘッドを走査するのと同時に、発光デバイスを作動して、光エネルギーをインク付ピクセルに与え、それにより、単位面積当たりの光エネルギーが変化してインク付ピクセルの変動吸収係数を補正する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの実装形態において、インク付ピクセルのアレイは、変動吸収係数と相関するさまざまの色を有する着色ピクセルの外側境界を含む。別の実装形態において、着色ピクセルは、原色の量を変えてさまざまの色を提供することにより定められ、原色は、所定のスペクトル分布について異なる吸収係数を有する。さらに別の実装形態において、製造対象の三次元物体が完成しさまざまの色が選択された色のバリエーションに基づく場合に、着色ピクセルが可視であり、製造対象の三次元物体が完成する場合に、インク付ピクセルは通常は不可視の内側ピクセルを含み、内側ピクセルに用いられる原色の選択は着色ピクセルとは異なる基準に基づく。さらに別の実装形態において、異なる基準は、内側ピクセルについて吸収係数を最大化することを含む。
【０００６】
さらなる実装形態において、単一の統合ヘッドは、発光デバイスヘッドおよび液滴射出ヘッドを含み、それにより、発光デバイスヘッドおよび液滴射出ヘッドは常に同時に走査する。さらなる実装形態において、発光デバイスヘッドおよび液滴射出ヘッドは、別々に移動可能なモジュールでもよい。例示的な実装形態において、発光デバイスは、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）装置である。
【０００７】
別の実装形態において、三次元プリントシステムは、コントローラに連結された温度センサを備える。温度センサは、単一のセンサ、センサのアレイ、または赤外線カメラでもよい。コントローラは、熱センサを利用して粉末の温度を特定する。コントローラはさらに予熱動作を行い、それにより、発光デバイスヘッドを用いて粉末の層を溶融する前に粉末を予熱する。粉末の最上層の予熱温度は、融点のわずかに下である。
【０００８】
さらに別の実装形態において、粉末は、所定のスペクトル分布において著しいエネルギーを吸収する。したがって、発光デバイスアレイは、インクを受け取らなかった粉末の部分を溶融できる。
【０００９】
さらなる実装形態において、コントローラは、ピクセル色を吸収係数および／または光エネルギー値に関連させるルックアップテーブルをメモリに記憶する。コントローラは、ルックアップテーブルを用いて、インク付ピクセルの色を光エネルギー値に変換する。光エネルギー値は、発光デバイスヘッドによりピクセルに与えられたエネルギーの量を特定する。ピクセル色は、ピクセルに与えられた複数の原色に基づく。
【００１０】
さらなる実装形態において、コントローラは、ピクセル色と計算された吸収係数との間の定型的関係を記憶する。ピクセル色は、原色の数学的組み合わせに基づく。各原色の量を用いて、ピクセルについての合成吸収係数を計算する。次いで吸収係数を用いて、発光デバイスヘッドによってピクセルに与えられるエネルギーの量を計算する。計算はまた、ピクセルの感知温度を考慮に入れてもよい。
【００１１】
別の実装形態において、インク付ピクセルは、製造対象の三次元物体の画定された外側境界を含む。コントローラは、発光デバイスを作動して、インク付ピクセル内の外側境界を定めるインク付ピクセルの部分を硬化し、外側境界の解像度を高める。コントローラは、より低いパワーレベルで発光デバイスを作動し、硬化前にインクを乾燥させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】三次元プリントシステムの概略ブロック図
【図２】例示的な三次元プリントシステムにおいて用いられる統合ヘッドユニットの概略ブロック図
【図３】液滴射出ヘッドおよび垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）ヘッドを示す平面図
【図４】その上でインクがプリントされる粉末の層を示す簡略化した平面図
【図５】単一の着色ピクセルを示す図
【図６】着色された製造対象の三次元物体を形成するための例示的なプリント方法を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、例示的な三次元プリントシステム２のブロック図である。プリントシステム２を説明するに際し、互いに直交する軸Ｘ、ＹおよびＺが使用される。軸ＸおよびＹは「横方向」または「水平」軸と称され、Ｚは「垂直」軸として説明される。しかしながら、Ｚは、重力の基準と必ずしも完全に位置合わせされないことが理解されるべきである。また、Ｘは「走査」軸を指し、Ｙは「横」軸を指す。方向＋Ｚは全体的に「上に向かう」方向であり、方向−Ｚは全体的に「下に向かう」方向である。
【００１４】
プリントシステム２は、構築チャンバ４、構築プラットフォーム６、構築プラットフォームリフタ８、ヘッドユニット１０、ヘッド搬送機構１２、および粉末搬送機構１４を備える。コントローラ１６は、プラットフォームリフタ８、ヘッドユニット１０、粉末ユニット１４に連結され、他の装置は図示されない。
【００１５】
構築チャンバ４は、未溶融粉末１８、および、溶融粉末から形成される製造対象の３Ｄ物体２０を含む。例示的な実施形態において、未溶融粉末１８は、十分な温度で一緒に溶融できるポリアミド粒子のような熱可塑性ポリマー粒子を含む。製造対象の３Ｄ物体２０は、構築プラットフォーム６上に支持される。プラットフォームリフタ８は、粉末層を適切に分配するために構築プラットフォーム６を垂直に位置づけるよう構成される。
【００１６】
粉末ユニット１４は、ヘッドユニット１０に粉末を供給するまたは構築チャンバ４上に粉末の新しい層を分配するように構成される。ヘッドユニット１０は、新しい粉末層上にインクの液滴を選択的に射出し、かつ、光放射を与えて新しい粉末層の部分を選択的に溶融するように構成される。搬送機構１２は、インクおよび光の適用が粉末の新しい層に適切に向かうことができるようにヘッドユニット１０に横方向の動きを付与し、それにより、製造対象の三次元物体に着色かつ溶融された材料の層を加える。
【００１７】
他の実施形態において、ヘッドユニット１０は固定され、搬送ユニット１２が構築チャンバ４の横方向の動きを付与する。さらに他の実施形態において、搬送ユニット１２は、ヘッドユニットおよび構築チャンバ４の両方の動きを付与する。したがって、搬送ユニット１２は、ヘッドユニット１０と構築チャンバ４との間に相対的な横方向の動きを付与し、これはさまざまの方法で付与できる。
【００１８】
コントローラ１６は、情報記憶装置（図示せず）に接続されたプロセッサを含んでいる。情報記憶装置は、プロセッサにより実行される際に、プラットフォームリフタ８、ヘッドユニット１０、搬送機構１２、粉末ユニット１４、およびプリントシステム２の他の部分を作動するソフトウェア命令を記憶する。コントローラは、単一のチップまたはボードでもよいし、プリントシステム２内の複数の別個のボードまたは他の基板に亘って分散させられたものであってもよい。
【００１９】
１つの実施形態において、プリントシステム２は、関会センサ、センサアレイまたはカメラ２１を含んでもよい。センサ２１は、未溶融粉末１８の温度を観察するためにコントローラ１６によって利用されてもよい。
【００２０】
図２は、例示的なヘッドユニット１０の概略側面図である。図示される実施形態において、ヘッドユニット１０は、ローラ２２、液滴射出ヘッド２４、ＶＣＳＥＬヘッド２６、およびセンサ２８を含む。ローラ２２は、構築チャンバ４上に分配された粉末の新しい層を広げて平らにするためのものである。液滴射出ヘッド２４は、粉末の新しい層上にさまざまの色のインク液滴のパターンを射出するためのものである。ＶＣＳＥＬヘッド２６は、レーザアレイヘッド２６である。ＶＣＳＥＬは、「垂直共振器面発光レーザ」タイプの発光体を称する。図示される実施形態において、各ＶＣＳＥＬは、所定のスペクトル分布を有する赤外光を放出する。スペクトル分布は、８５０ナノメートル（ｎｍ）〜１１００ナノメートル（ｎｍ）の範囲内でありうる。センサ２８は、赤外光および／または可視光を放出および検出する１つ以上のセンサを含んでもよい。センサ２８を用いて、ローラ２２、液滴射出ヘッド２４、および／またはＶＣＳＥＬヘッド２６の適切な作動および／または位置合わせを検出できる。液滴射出ヘッド２４は、ＶＣＳＥＬヘッド２６の所定のスペクトル範囲内の吸収係数を有するインクを射出する。
【００２１】
代替的な実施形態において、ヘッド２６は、ＶＣＳＥＬ装置に代わる手段として他のエネルギーエミッタを含んでもよい。通常、ヘッド２６は、柱状配列の「発光デバイス」を含んでもよく、これは、ダイオード、ダイオードレーザ、またはＶＣＳＥＬデバイスでもよい。光は、自由空間を介して、または、光ファイバのような光学部品を介して伝送できる。
【００２２】
追加の実施形態において、例えば２００ナノメートル（ｎｍ）〜２０，０００ナノメートル（ｎｍ）の広い範囲から選択される他のスペクトル分布を利用できる。より詳細な実施形態において、スペクトル分布は、３０００ナノメートル〜６５００ナノメートルの範囲内でもよい。
【００２３】
図２は、ローラ２２、液滴射出ヘッド２４、ＶＣＳＥＬヘッド２６、およびセンサ２８を支持する１つの複合ヘッドユニット１０としての例示的なヘッドユニット１０を示す。別の実施形態において、ヘッドユニット１０は、２つまたはそれ以上の独立して移動可能なヘッドに分けられてもよい。プリントシステム２の他の構成のために、別個のユニットとして、ローラ２２および粉末ディスペンサ１４を有することが所望でありうる。プリントシステム２のさらに他の構成のために、液滴射出ヘッド２４およびＶＣＳＥＬヘッド２６について別個のヘッドを有することもまた所望でありうる。
【００２４】
図３は、液滴射出ヘッド２４およびＶＣＳＥＬヘッド２６の簡略化したレイアウトを示す平面図である。ヘッド２４、２６の各々は、横軸Ｙに沿って配列される円柱状の群のデバイスを含んでもよい。ヘッド２４、２６は、粉末の分配された層に関して走査軸Ｘに沿って走査するよう構成される。ヘッド２４、２６は、説明の目的のために簡略化される。
【００２５】
液滴射出ヘッド２４は、複数の円柱状の群の（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｗ）の液滴射出ノズル３０を備える。Ｋ群は、黒色インクを射出するノズルの円柱状の群である。黒色インクは、着色剤としてカーボンブラック色素を含んでもよい。Ｃ群は、シアンインクを射出する；Ｍ群は、マゼンタインクを射出する；Ｙ群は、黄色インクを射出する；Ｗ群は、白色インクを射出する。ノズルの円柱状の群の各々は、５つの原色を用いるシステムについて１つの原色を射出する。
【００２６】
他のインクも可能である。例えば、液滴イジェクタは、ＶＣＳＥＬデバイスのスペクトル出力を吸収する、見た目に明瞭であるが赤外線を吸収するインクを射出してもよい。別の例として、原色は、原色により提供される色空間を広げるために、ライトシアン（ＬＣ）およびライトマゼンタ（ＬＭ）を含んでもよい。さらに別の例として、アドレス可能な色空間をさらに増すために、オレンジまたはグリーンのような他の原色を用いてもよい。さらなる例として、所定の用途に非常に特異的な他のスポットカラーを用いてもよい。例えば、商品およびサービスのブランドを同定するために、特定の非常に特異的なスポットカラーが用いられる。
【００２７】
ノズル３０の各円柱状の群について直線的な配列のみが図示されているが、他の構成が可能である。いくつかの円柱状の群は、横軸Ｙに沿って解像度を高めるためにずらされてもよい。各ノズル３０の下に液滴イジェクタ機構があり、これは、サーマルインクジェット射出、ピエゾインクジェット射出、または別の機構の１つ以上を含んでもよい。サーマルインクジェット射出機構は、小さく薄いフィルムレジスタを用いることにより動作し、急速に膨張する蒸気バブルに基づいて射出を生じる。ピエゾインクジェット射出機構は、圧電駆動機構の湾曲または膨張を利用することにより動作する。
【００２８】
ＶＣＳＥＬヘッド２６は、個々のＶＣＳＥＬデバイス３２のずれた円柱状の群Ｖを有することが示される。したがって、円柱状の群Ｖは、横軸Ｖに沿って解像度を高めるように互いに関してずらされたＶＣＳＥＬデバイス３２の直線状配列Ｖ１およびＶ２を含む。
【００２９】
図４は、粉末の層３４を示す簡略化された平面図であり、粉末の層３４は、分配され、液滴射出ヘッド２４によって選択的にプリントされ、ＶＣＳＥＬヘッド２６によって選択的に硬化される。この図において小さい四角形はそれぞれ、「ピクセル」を示す。この層について、外側境界３６を有する硬化された円が形成されている。外側ピクセル３８は、未溶融粉末３８である。製造対象の物体２０が完成した後、未溶融粉末３８が除去され、それにより外側境界３６が暴露される。斜線のあるピクセル４０は、ＶＣＳＥＬヘッド２６により溶融される前に液滴射出ヘッド２４から各種量の原色を受け取ることによる着色ピクセル４０である。これらの着色ピクセル４０は、製造対象の３Ｄ物体の完成後に見ることができる。内側ピクセル４２は、液滴射出ヘッド２４から赤外線吸収インクを受け取った後にＶＣＳＥＬヘッド２６によって溶融される。
【００３０】
図５は、外側境界３６に隣接する単一の着色ピクセル４０を示す。図示される実施形態に従って、ＶＣＳＥＬデバイス３２を用いて、インク堆積によって画定されるより大きいピクセル４０の解像度に関して外側境界の解像度を高める。ＶＣＳＥＬデバイス３２を用いて、より大きいピクセル４０のサブピクセル４４を硬化し、より大きい色ピクセル４０内の境界３６を画定する。
【００３１】
いくつかの代替的な実施形態において、インク液滴解像度は、ＶＣＳＥＬ解像度と同じかそれよりも高い。次いで、外側境界３６は、着色インクピクセル４０によって一部特定できる。
【００３２】
図６は、プリントシステム２の部分上で動作するコントローラ１６によって行われるプリントシステム２のプリント動作４５を示すフローチャートである。ステップ４６に従って、プラットフォームリフタ８は、粉末の新しい層３４のために構築プラットフォーム６を垂直に位置づける。ステップ４８に従って、粉末ユニット１４および／またはヘッドユニット１０を作動し、粉末の新しい層３４を分配する。
【００３３】
ステップ５０に従って、液滴射出ヘッド２４は、粉末の新しい層３４上にインク液滴のドットマトリックスパターンを射出し、着色ピクセル４０および内側ピクセル４２を定める。着色ピクセル４０はそれぞれ、ノズル２４の円柱状の群の１つ以上から液体着色剤を受け取る。着色ピクセル４０は、プリント動作４５の結果である製造対象の３Ｄ物体２０の可視部分となる外側境界３６に沿ってさまざまの色を有する。またステップ５０の一部として、内側ピクセル４２は、赤外線吸収インクを用いてプリントされ、このインクは、液滴射出ヘッド２４により射出されるカーボンブラックまたは原色の組合せでもよい。あるいは、内側ピクセル４２は、ＶＣＳＥＬヘッド２６の所定のスペクトル分布について高い吸収係数を有する赤外線吸収剤を有する見た目に明瞭なインクによって画定されてもよい。
【００３４】
ステップ５２に従って、プリントされたインクを乾燥させてもよい。ある実施形態において、ＶＣＳＥＬヘッド２６を、インク付ピクセル（４０および４２）上に通過させ、より低いパワーＰＬで動作させ、揮発性インク媒体の蒸発を促進する。さらに、より低いパワーレベルを用いて、ステップ５２の一部としてまたはステップ５０の前に、粉末を予熱してもよい。ある実施形態において、融点のわずかに低い温度に粉末を予熱する。赤外線センサを用いて、閉ループ温度制御フィードバックを提供してもよい。
【００３５】
ステップ５４に従って、ＶＣＳＥＬヘッド２６を、インク付ピクセル（４０および４２）上に通過させ、ピクセルを完全に溶融してもよい。この実施形態に従って、インク付ピクセル（４０および４２）は、原色における変動を有し、これにより、ＶＣＳＥＬ発光についての吸収係数インク付ピクセル（４０および４２）に亘る変動が生じる。したがって、各インク付ピクセル（４０および４２）により受け取られる全エネルギーは、吸収係数における変動を補正するように調整される。
【００３６】
ある実施形態において、着色ピクセル４０は、各種量の原色Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ、およびＷを受け取り、変動吸収係数を有する。したがって、ＶＣＳＥＬによって着色ピクセル４０に与えられる光エネルギーは、他の要因を考慮に入れる前にエネルギーのおよそ均等な吸収を提供するよう調整される。
【００３７】
ステップ５４の後、プロセスはステップ４６に戻る。製造対象の３Ｄ物体２０が完全に形成されるまでステップ４６−５４が繰り返される。
【００３８】
上記で説明した具体的な実施形態およびそのアプリケーションは、専ら説明目的のためのものであり、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される変更形態およびバリエーションを、除外するものではない。
他の実施形態
１．  製造対象の三次元物体を製造するための三次元プリントシステムであって、
構築プラットフォーム；
粉末分配装置；
所定のスペクトル分布を有する光を発する柱状配列の発光デバイスを有する発光デバイスヘッド；
所定のスペクトル分布について対応して異なる吸収係数を有する複数の異なるインクを別個に射出するよう構成される液滴射出ヘッド；
移動機構；および
コントローラ
を備え、
前記コントローラは、
前記粉末分配装置を作動して、可融性粉末の層を前記構築プラットフォーム上に分配し；
前記移動機構を作動して、前記分配された粉末層上に前記液滴射出ヘッドを走査し；
前記粉末上に前記液滴射出ヘッドを走査するのと同時に、前記液滴射出ヘッドを作動して、各種量の異なるインクを受け取ったインク付ピクセルのアレイを画定し、それにより、前記所定のスペクトル分布について前記インク付ピクセルの合成吸収係数が前記インク付ピクセルのアレイに亘って変化し；
前記移動機構を作動して、前記インク付ピクセル上に前記発光デバイスヘッドを走査し；
前記インク付ピクセル上に前記発光デバイスヘッドを走査するのと同時に、前記発光デバイスを作動して、光エネルギーを前記インク付ピクセルに与え、それにより、単位面積当たりの光エネルギーが変化して前記インク付ピクセルの変動吸収係数を補正する、
ように構成されることを特徴とする、三次元プリントシステム。
２．  前記インク付ピクセルのアレイが、前記変動吸収係数と相関するさまざまの色を有する着色ピクセルの外側境界を含むことを特徴とする、実施形態１に記載の三次元プリントシステム。
３．  前記着色ピクセルが、原色の量を変えてさまざまの色を提供することにより定められ、前記原色は、前記所定のスペクトル分布について異なる吸収係数を有することを特徴とする、実施形態２に記載の三次元プリントシステム。
４．  前記製造対象の三次元物体が完成し前記さまざまの色が選択された色のバリエーションに基づく場合に、前記着色ピクセルが可視であり、前記製造対象の三次元物体が完成する場合に、前記インク付ピクセルが通常は不可視の内側ピクセルを含み、該内側ピクセルに用いられる原色の選択が、前記着色ピクセルとは異なる基準に基づくことを特徴とする、実施形態３に記載の三次元プリントシステム。
５．  前記異なる基準が、前記内側ピクセルについて吸収係数を最大化することを含むことを特徴とする、実施形態４に記載の三次元プリントシステム。
６．  単一の統合ヘッドが、前記発光デバイスヘッドおよび前記液滴射出ヘッドを含むことを特徴とする、実施形態１に記載の三次元プリントシステム。
７．  前記発光デバイスが、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）装置であることを特徴とする、実施形態１に記載の三次元プリントシステム。
８．  前記インク付ピクセルが、前記製造対象の三次元物体の画定された外側境界を含むことを特徴とする、実施形態１に記載の三次元プリントシステム。
９．  前記コントローラが、前記発光デバイスを作動し、インク付ピクセルの部分を硬化して該インク付ピクセル内の前記外側境界の部分を画定し、該外側境界の解像度を高めることを特徴とする、実施形態８に記載の三次元プリントシステム。
１０．  前記インク付ピクセルの部分を硬化する前に、より低いパワーレベルで前記発光デバイスを作動し、前記インク付ピクセル内のインクを乾燥させることを特徴とする、実施形態９に記載の三次元プリントシステム。
１１．  製造対象の三次元物体を形成する方法であって、
構築プラットフォーム上に粉末の層を分配する工程；
移動機構を作動して、前記粉末の層上に液滴射出ヘッドを走査する工程；
前記移動機構を作動する間に、前記液滴射出ヘッドを作動して、該液滴射出ヘッドから各種量の異なるインクを受け取ったインク付ピクセルのアレイを画定し、それにより、光の所定のスペクトル分布について変動吸収係数を有する、工程；
前記移動機構を作動して、前記粉末の層上に発光デバイスを走査する工程であって、該発光デバイスが、前記所定のスペクトル分布を有する光を発する柱状配列の発光デバイスを有する、工程；および
前記移動機構を作動する間に、前記発光デバイスを作動して、前記インク付ピクセルに光エネルギーを与え、それにより、単位面積当たりの光エネルギーが変化して、前記インク付ピクセルの変動吸収係数を補正する、工程
を含むことを特徴とする方法。
１２．  前記移動機構および前記液滴射出ヘッドを作動する工程が、前記変動吸収係数と相関するさまざまの色を有する前記三次元物体の外側境界を形成する工程を含むことを特徴とする、実施形態１１に記載の方法。
１３．  前記液滴射出ヘッドを作動する工程が、異なる原色の液滴を射出してさまざまの色を提供する工程を含み、前記異なる原色が、前記所定のスペクトル分布について対応して異なる吸収係数を有することを特徴とする、実施形態１２に記載の方法。
１４．  前記インク付ピクセルのアレイを画定する工程が、前記外側境界内の内側ピクセルを定める工程を含み、該内側ピクセルについての原色の選択が、前記外側境界についての原色の選択と異なる基準に基づくことを特徴とする、実施形態１３に記載の方法。
１５．  前記異なる基準が、前記内側ピクセルについて吸収係数を最適化する工程を含むことを特徴とする、実施形態１４に記載の方法。
１６．  前記発光デバイスを作動する工程が、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）装置のアレイを作動する工程を含むことを特徴とする、実施形態１１に記載の方法。
１７．  前記インク付ピクセルが、前記製造対象の三次元物体の所定の外側境界の部分を含む境界インク付ピクセルを含むことを特徴とする、実施形態１１に記載の方法。
１８．  前記発光デバイスを作動する工程が、前記境界インク付ピクセルの部分を硬化して該境界インク付ピクセル内の前記外側境界の部分を提供し、該外側境界の解像度を高める工程を含むことを特徴とする、実施形態１７に記載の方法。
１９．  前記インク付ピクセルの部分を硬化する前に、前記コントローラが、より低いパワーレベルで前記発光デバイスを作動し、前記インク付ピクセル内のインクを乾燥させることを特徴とする、実施形態１８に記載の方法。
【符号の説明】
【００３９】
２  三次元プリントシステム
４  構築チャンバ
６  構築プラットフォーム
８  構築プラットフォームリフタ
１０  ヘッドユニット
１２  ヘッド搬送機構１２
１４  粉末搬送機構１４
１６  コントローラ１６
【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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