(57)【要約】  対象物の三次元印刷可能なモデルに基づいて前記対象物を三次元印刷する方法は、前記対象物が印刷ヘッドにより印刷される間に複数のライダーセンサーのうちの第１のライダーセンサーにより前記対象物の一部を走査する工程を含む。また、前記方法は、前記一部の走査に基づいて前記対象物の少なくとも前記一部の画像を生成する工程、前記画像を前記三次元印刷可能なモデルと比較することで比較結果を生成する工程、及び前記比較結果に基づいて前記印刷ヘッドを調整するフィードバック信号を送信する工程を含む。
2020515436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の三次元印刷可能なモデルに基づいて前記対象物を三次元印刷する方法であって、
前記対象物が印刷ヘッドにより印刷される間に、複数のライダーセンサーのうちの第１のライダーセンサーにより前記対象物の一部を走査する工程、
前記一部の走査に基づいて前記対象物の少なくとも前記一部の画像を生成する工程、
前記画像を前記三次元印刷可能なモデルと比較することで比較結果を生成する工程、及び
前記比較結果に基づいて前記印刷ヘッドを調整するフィードバック信号を送信する工程を含む、方法。
【請求項２】
前記複数のライダーセンサーは３個のライダーセンサーを含み、
前記３個のライダーセンサーは、印刷される前記対象物を含む堆積平面周りに１２０度間隔で配置されている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数のライダーセンサーは４個のライダーセンサーを含み、
前記４個のライダーセンサーは、印刷される前記対象物を含む前記堆積平面周りに９０度間隔で配置されている、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記複数のライダーセンサーは６個のライダーセンサーを含み、
前記６個のライダーセンサーは、印刷される前記対象物を含む前記堆積平面周りに６０度間隔で配置されている、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数のライダーセンサーは同じ波長で動き、
前記複数のライダーセンサーのうち、前記印刷ヘッドに最も近い１つが走査のために動作し、
前記複数のライダーセンサーの残りは走査のために動作しない、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記複数のライダーセンサーは異なる波長で動き、
前記複数のライダーセンサーのすべてが走査のために動作する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のライダーセンサーが前記印刷ヘッドと同じ区域内にあることに応じて前記第１のライダーセンサーを動作させる工程、及び
前記第１のライダーが動作している間に前記第１のライダーから約１８０度間隔で配置した第２のライダーセンサーを動作させる工程をさらに含み、
前記画像は前記第２のライダーによる走査に基づいてさらに生成され、
前記第１のライダー及び前記第２のライダーが走査している間、残りのライダーセンサーは動作しない、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
対象物の三次元印刷可能なモデルを取得する工程、
前記対象物の前記三次元印刷可能なモデルに基づいて第１の走査方式を選択する工程、
前記対象物が印刷ヘッドにより印刷される間に前記第１の走査方式に従って複数のセンサーのうちの少なくとも１つのセンサーにより、前記対象物の一部を走査する工程、
前記第１の走査方式を用いる前記対象物の前記一部の走査に基づいて少なくとも前記一部の第１の画像を生成する工程、及び
前記画像を前記三次元印刷可能なモデルと比較することで第１の比較結果を生成する工程を含む、方法。
【請求項９】
前記画像と前記三次元印刷可能なモデルの前記第１の比較結果に基づいて第２の走査方式を選択する工程、
前記第２の走査方式に従って前記対象物の前記一部を走査する工程、
前記第２の走査方式を用いる前記対象物の前記一部の走査に基づいて少なくとも前記一部の第２の画像を生成する工程、
前記第２の画像を前記三次元印刷可能なモデルと比較することで第２の比較結果を生成する工程、及び
前記第２の比較結果に基づいて前記印刷ヘッドを調整するフィードバック信号を送信する工程をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の走査方式は同期方式であり、前記第２の走査方式は非同期方式である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記対象物の前記一部を選択する工程をさらに含み、
前記第１の走査方式を選択する工程は、前記一部に対応する前記三次元印刷可能なモデルの一部位のみに基づく、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記複数のセンサーは３個のライダーセンサーを含み、
前記３個のライダーセンサーは、印刷される前記対象物を含む堆積平面周りに１２０度間隔で配置されている、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数のセンサーは４個のライダーセンサーを含み、
前記４個のライダーセンサーは、印刷される前記対象物を含む前記堆積平面周りに９０度間隔で配置されている、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数のセンサーは６個のライダーセンサーを含み、
前記６個のライダーセンサーは、印刷される前記対象物を含む前記堆積平面周りに６０度間隔で配置されている、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数のライダーセンサーは同じ波長で動き、
前記複数のライダーセンサーのうち、前記印刷ヘッドに最も近い１つが走査のために動作し、
前記複数のライダーセンサーの残りは走査のために動作しない、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
前記複数のライダーセンサーは異なる波長で動き、
前記複数のライダーセンサーのすべてが走査のために動作する、請求項８に記載の方法。
【請求項１７】
前記複数のセンサーの各々はライダーセンサーである、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
一般に、三次元印刷は三次元モデルから物理的対象物を造形する処理に関する。典型的には、三次元印刷は、多層の材料を連続的に堆積させることで三次元モデルから物理的対象物を構築することに関する。
【０００２】
さらに、三次元印刷は積層造形とも呼ばれる場合がある。現在、対象物の造形中に可視三次元画像を取得する際には問題があるため、リアルタイムで三次元画像を取り込む有効な方法は存在しない。カメラに基づく通常用いられる画像処理技術は三次元対象物の２次元画像を提供するだけである。
【０００３】
ライダー、すなわち光による検出・測距（Light Detection and Ranging、LiDAR）は、レーザー光を用いて範囲と距離を測定する遠隔検出法である。通常用いられる２種類の方法は、飛行時間測定法を用いるパルスレーザー及び位相比較を用いる連続波レーザーである。パルスレーザーシステムは、短い光パルスを送受信して飛行時間を測定することで距離を演算する。この演算的方法は、受信部内に高価な光センサーと高速サンプリングＡＤコンバーターを必要とする。連続波レーザーシステムは、目標の対象物が元の送信信号の位相変位信号を反射するという原理に基づいて動く。受信部内の位相比較器で受信した位相変位信号を元の信号と比較してもよい。位相比較器の出力信号を用いて距離を演算してもよい。
【０００４】
アレイ検出器を含む走査式ライダーシステムを用いて、三次元画像処理を達成してもよい。しかしながら、現在利用可能な走査式ライダーシステムは、入射光の機械的走査を用いて三次元画像を生成する。その結果、現在の三次元ライダーシステムは、大型で重量があり高価なため、積層造形／三次元印刷システムにおけるその場三次元画像処理には適さない。
【０００５】
さらに、対象物を三次元印刷する間に様々な不備が生じる場合がある。したがって、三次元対象物の三次元モデルをリアルタイムで生成及び利用するのが有用である場合がある。すなわち、印刷中に不備を観測して修正し、又は不備を少なくとも低減するのが望ましい。
【０００６】
以下の引用文献は、本発明の主題と関連する主題を持つ可能性がある。
【０００７】
２０１６年８月１８日に公開された「Method To Monitor Additive Manufacturing Process For Detection And In-Situ Correction Of Defects（不備を検出してその場で修正するために積層造形処理を監視する方法）」という名称の米国特許出願公開第２０１６／０２３６４１４号。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つ以上の実施形態によれば、対象物の三次元印刷可能なモデルに基づいて対象物を三次元印刷する方法は、対象物が印刷ヘッドにより印刷される間に、複数のライダーセンサーのうちの第１のライダーセンサーにより対象物の一部を走査する工程、当該一部の走査に基づいて対象物の少なくとも当該一部の画像を生成する工程、画像を三次元印刷可能なモデルと比較することで比較結果を生成する工程、及び比較結果に基づいて印刷ヘッドを調整するフィードバック信号を送信する工程を含む。
【０００９】
いくつかの側面では、複数のライダーセンサーは３個のライダーセンサーを含み、３個のライダーセンサーは、印刷される対象物を含む堆積平面周りに１２０度間隔で配置されている。
【００１０】
いくつかの側面では、複数のライダーセンサーは４個のライダーセンサーを含み、４個のライダーセンサーは、印刷される対象物を含む堆積平面周りに９０度間隔で配置されている。
【００１１】
いくつかの側面では、複数のライダーセンサーは６個のライダーセンサーを含み、６個のライダーセンサーは、印刷される対象物を含む堆積平面周りに６０度間隔で配置されている。
【００１２】
いくつかの側面では、複数のライダーセンサーは同じ波長で動き、複数のライダーセンサーのうち、印刷ヘッドに最も近い１つが走査のために動作し、複数のライダーセンサーの残りは走査のために動作しない。
【００１３】
いくつかの側面では、複数のライダーセンサーは異なる波長で動き、複数のライダーセンサーのすべてが走査のために動作する。
【００１４】
いくつかの側面では、第１のライダーセンサーが印刷ヘッドと同じ区域内にあることに応じて第１のライダーセンサーを動作させる工程、及び第１のライダーが動作している間に第１のライダーから約１８０度間隔で配置した第２のライダーセンサーを動作させる工程をさらに含み、画像は第２のライダーによる走査に基づいてさらに生成され、第１のライダー及び第２のライダーが走査している間、残りのライダーセンサーは動作しない。
【００１５】
本発明の１つ以上の実施形態による方法は、対象物の三次元印刷可能なモデルを取得する工程、対象物の三次元印刷可能なモデルに基づいて第１の走査方式を選択する工程、対象物が印刷ヘッドにより印刷される間に第１の走査方式に従って複数のセンサーのうちの少なくとも１つのセンサーにより、対象物の一部を走査する工程、第１の走査方式を用いる対象物の当該一部の走査に基づいて少なくとも当該一部の第１の画像を生成する工程、及び画像を三次元印刷可能なモデルと比較することで第１の比較結果を生成する工程を含む。
【００１６】
いくつかの側面では、本方法は画像と三次元印刷可能なモデルの第１の比較結果に基づいて第２の走査方式を選択する工程、第２の走査方式に従って対象物の一部を走査する工程、第２の走査方式を用いる対象物の当該一部の走査に基づいて少なくとも当該一部の第２の画像を生成する工程、第２の画像を三次元印刷可能なモデルと比較することで第２の比較結果を生成する工程、及び第２の比較結果に基づいて印刷ヘッドを調整するフィードバック信号を送信する工程をさらに含む。
【００１７】
いくつかの側面では、第１の走査方式は同期方式であり、第２の走査方式は非同期方式である。
【００１８】
いくつかの側面では、本方法は対象物の一部を選択する工程をさらに含み、第１の走査方式の選択する工程は当該一部に対応する三次元印刷可能なモデルの一部位のみに基づく。
【００１９】
いくつかの側面では、複数のセンサーは３個のライダーセンサーを含み、３個のライダーセンサーは、印刷される対象物を含む堆積平面周りに１２０度間隔で配置されている。
【００２０】
いくつかの側面では、複数のセンサーは４個のライダーセンサーを含み、４個のライダーセンサーは、印刷される対象物を含む堆積平面周りに９０度間隔で配置されている。
【００２１】
いくつかの側面では、複数のセンサーは６個のライダーセンサーを含み、６個のライダーセンサーは、印刷される対象物を含む堆積平面周りに６０度間隔で配置されている。
【００２２】
いくつかの側面では、複数のライダーセンサーは同じ波長で動き、複数のライダーセンサーのうち、印刷ヘッドに最も近い１つが走査のために動作し、複数のライダーセンサーの残りは走査のために動作しない。
【００２３】
いくつかの側面では、複数のライダーセンサーは異なる波長で動き、複数のライダーセンサーのすべてが走査のために動作する。
【００２４】
いくつかの側面では、複数のセンサーの各々はライダーセンサーである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
本発明の実施形態を添付の図面を参照して記載する。しかし、添付の図面は例示的に本発明の１つ以上の実施形態における特定の実施例又は実装例のみを示し、特許請求の範囲を限定することを意図しない。
【００２６】
【図１】本発明の１つ以上の実施形態によるシステムを示す。
【００２７】
【図２】本発明の１つ以上の実施形態によるフローチャートを示す。
【００２８】
【図３】本発明の１つ以上の実施形態によるフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
ここで、添付の図面を参照して本発明の具体的な実施形態を詳細に記載する。首尾一貫させるため様々な図面で同じ要素は同じ符号で示す。
【００３０】
本発明の以下の詳細な記載では、本発明の理解を深めるため多くの具体的な詳細を記載する。しかし、当業者にはこれらの具体的な詳細を用いずに本発明を実施できることが明らかである。他の例では、記載を不必要に複雑にすることを避けるために周知の特徴については詳細には記載していない。
【００３１】
本発明の１つ以上の実施形態は、印刷される対象物を三次元画像処理する走査方式を選択する方法、システム、及び非一時的コンピューター可読媒体を提供する。走査方式の選択は、対象物の全体的な三次元印刷可能なモデル（例えば対象物のＣＡＤ図面）に基づいてもよい。この選択は、走査される特定部分及びこの特定部分に対応する三次元印刷可能なモデルの一部位に基づいてもよい。１つ以上の実施形態では、最初に選択した走査方式の結果が思わしくない場合には（例えば、走査により生成される画像と三次元印刷可能なモデルの間に大きな差がある場合）、異なる走査方式を選択してもよい。
【００３２】
本発明の１つ以上の実施形態は、対象物の三次元印刷可能なモデルに基づいて対象物を三次元画像処理する方法、システム、及び非一時的コンピューター可読媒体を提供する。対象物を印刷する間に、１つ以上のセンサー（例えば、光による検出・測距（ライダー；LiDAR）センサー）が対象物を走査し対象物の画像を生成する。対象物の画像と三次元印刷可能なモデルとを比較して、印刷される対象物の不備又は潜在的不備を特定する。対象物の画像と三次元印刷可能なモデルとの間の差が１つ以上の許容値を超える場合には、印刷ヘッドを調整してもよい。
【００３３】
図１に本発明の１つ以上の実施形態によるシステム１００を示す。図１に示すように、システム１００は三次元印刷機１９９及びユーザー演算装置１０８（例えば、デスクトップＰＣ、サーバー、スマートフォン、タブレットＰＣなど）を含む。三次元印刷機１９９は、複数のライダーセンサー（ライダーＡ（１０２Ａ）、ライダーＢ（１０２Ｂ）、及びライダーＣ（１０２Ｃ））、画像処理部１０６、制御処理部１１０、及び印刷ヘッド１０４を含む。ユーザー演算装置１０８は、制御処理部１１０経由で三次元印刷機１９９に接続されている。これらの構成要素のそれぞれを以下に考察する。１つ以上の実施形態では、複数のセンサー（１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ）及び／又は画像処理部１０６は、三次元印刷機１９９に接続された別々の演算装置内にある。１つ以上の実施形態では、複数のセンサー（１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ）及び／又は画像処理部１０６は、ユーザー演算装置１０８の構成要素である。１つ以上の実施形態では、制御処理部１１０及び／又は制御処理部１１０の何らかの機能はクラウド内にあるか、クラウド内で実行される。
【００３４】
本発明の１つ以上の実施形態では、システム１００は、任意の数のライダーセンサー（ライダーＡ（１０２Ａ）、ライダーＢ（１０２Ｂ）、及びライダーＣ（１０２Ｃ））を含む。各ライダーセンサーは、超小型半導体三次元ライダーセンサーであってもよく、以下の仕様を満たしてもよい。（ｉ）容積（大きさ）：１００ｃｍ３未満、（ｉｉ）測定範囲：２ｍ超、（ｉｉｉ）走査角（水平方向）：少なくとも６０度〜１２０度、（ｉｖ）走査角（垂直方向）：５度、（ｖ）操作方法：パルスレーザーによる飛行時間測定法又は連続波レーザーによる周波数変調測定法、（ｖｉ）レーザー光の走査：ＭＥＭＳミラー、光位相配列、表面格子、又はこれらの技術の組み合わせ、（ｖｉｉ）解像度：０．５ｍｍ、（ｖｉｉｉ）画面書換速度：少なくとも１０フレーム／秒（２０Ｈｚ）、及び（ｘｉ）レーザー波長：９０３ｎｍ〜１．７μｍ（様々なIII-V及びII-V半導体ダイオードレーザー、分布帰還型（ＤＦＢ）固体Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、ＩＥＣ６０８２５−１規格で等級１の眼に対する安全性）。上記の仕様を満たす超小型ライダーセンサーは、５年以内に開発されることが期待されている。現在市販されている大型のライダーセンサーとしては、コニカミノルタの三次元ライダー、VolodyneのLiDAR PUCK Hi-Res（著作権）、及びQuanergyのS3 Solid State LiDAR Sensor（著作権）が挙げられる。図１にはライダーセンサーを示しているが、他の種類のセンサーも考えられる。
【００３５】
対象物の三次元印刷においては、原料を印刷ヘッド１０４で堆積し、対象物を造形する。この堆積を層ごとに行ってもよい。さらに、堆積は三次元印刷機１９９の堆積室（図示せず）内の堆積平面で行われる。本発明の１つ以上の実施形態では、堆積平面は、犠牲材料と支持材料を底部に含んでもよい。原料は重合体、金属、セラミック、又はこれらを粉状、繊維状、もしくはインク状にした混合体であってもよい。堆積平面上方に堆積平面周りに１度〜５度の角度で複数のライダーセンサー（ライダーＡ（１０２Ａ）、ライダーＢ（１０２Ｂ）、及びライダーＣ（１０２Ｃ））を配置してもよい。複数のライダーセンサーは堆積平面を効果的に区分し、したがって印刷される対象物も複数の区域に区分する。各区域は、これらのライダーセンサーのうちの１つに対応する。
【００３６】
複数のライダーセンサー（ライダーＡ（１０２Ａ）、ライダーＢ（１０２Ｂ）、及びライダーＣ（１０２Ｃ））の測定範囲内の三次元印刷機１０４のその場（すなわち堆積室内）又はその場外（すなわち堆積室外）に複数のライダーセンサー（ライダーＡ（１０２Ａ）、ライダーＢ（１０２Ｂ）、及びライダーＣ（１０２Ｃ））を配置してもよい。
【００３７】
本発明の１つ以上の実施形態では、システム１００は３個のライダーセンサーを含む。これらの３個のライダーセンサーは、堆積平面周りに１２０度又はほぼ１２０度間隔で配置されている。
【００３８】
本発明の１つ以上の実施形態では、システム１００は４個のライダーセンサーを含む。これらの４個のライダーセンサーは、堆積平面周りに９０度又はほぼ９０度間隔で配置されている。この構成は、３０％高いデータ量で画面書換速度がより高くなるので、３個のライダーセンサーを含む構成よりも約３０％高い解像度を提供し、中型の三次元印刷機に適している。データ分析及び処理の修正は、エッジ演算又はクラウド演算時に行われる。
【００３９】
本発明の１つ以上の実施形態では、システム１００は６個のライダーセンサーを含む。これらの６個のライダーセンサーは、堆積平面周りに６０度又はほぼ６０度間隔で配置される。この構成は、最高の解像度、すなわち３個のライダーセンサーを含む構成よりも５０％超高い解像度を提供する。しかしながら、データ量は前述の２種類の構成よりもはるかに高い。この構成は、大型の三次元印刷機に適しており、データ分析及び処理の修正をクラウド演算で行う。
【００４０】
本発明の１つ以上の実施形態では、複数のライダーセンサー（ライダーＡ（１０２Ａ）、ライダーＢ（１０２Ｂ）、及びライダーＣ（１０２Ｃ））は同じ波長で動き、一度に複数のライダーセンサー（ライダーＡ（１０２Ａ）、ライダーＢ（１０２Ｂ）、及びライダーＣ（１０２Ｃ））のうちの１つのみが動作する（同期動作方式）。すなわち、任意の時点で印刷ヘッド１０４と同じ区域内にあるライダーセンサーのみが動作する。印刷ヘッドが現在存在しない他の区域にある他のライダーセンサーは動作しない。１つの画像処理サイクルは、複数のライダーセンサー（ライダーＡ（１０２Ａ）、ライダーＢ（１０２Ｂ）、及びライダーＣ（１０２Ｃ））のそれぞれによる走査を含む。画像処理サイクルを印刷サイクル（すなわち、印刷ヘッドが動くサイクル）と同期させることで、造形される対象物のリアルタイム画像を提供してもよい。同期動作方式の利点としては、より低い電力での動作、複数のレーザーの単一波長での操作、及びより少ない画像データ量が挙げられる。
【００４１】
本発明の１つ以上の実施形態では、複数のライダーセンサー（ライダーＡ（１０２Ａ）、ライダーＢ（１０２Ｂ）、及びライダーＣ（１０２Ｃ））は、異なる波長で動くことでクロストークを回避し、複数のライダーセンサー（ライダーＡ（１０２Ａ）、ライダーＢ（１０２Ｂ）、及びライダーＣ（１０２Ｃ））のすべてが同時に動作する（非同期動作方式）。すなわち、非同期動作方式では、印刷ヘッド１０４が現在どこにあるかに関係なく、すべてのライダーセンサーが動作する。画像処理サイクルは、印刷サイクルと同期することで造形される対象物のリアルタイム画像を提供してもよい。非同期動作方式の利点としては、複数角度の画像（すなわち、三角測量による）が得られることと、区域の縫い合わせがないことである。
【００４２】
１つ以上の実施形態では、（ｉ）印刷ヘッド１０４と同じ区域にあるライダーセンサー、及び（ｉｉ）印刷ヘッド１０４がある区域からほぼ１８０度間隔で配置したライダーセンサーのみが動作する。これは、部分的非同期動作方式である。
【００４３】
本発明の１つ以上の実施形態では、三次元印刷機１９９は、画像処理部１０６を含む。画像処理部１０６は画像処理に用いられるデジタル信号プロセッサーである。同期動作方式では、画像処理部１０６は、一度に複数のライダーセンサー（ライダーＡ（１０２Ａ）、ライダーＢ（１０２Ｂ）、及びライダーＣ（１０２Ｃ））のうちの１つのみがオンとなるように複数のライダーセンサー（ライダーＡ（１０２Ａ）、ライダーＢ（１０２Ｂ）、及びライダーＣ（１０２Ｃ））をオン又はオフに切り替える。非同期動作方式では、画像処理部１０６は、複数のライダーセンサー（ライダーＡ（１０２Ａ）、ライダーＢ（１０２Ｂ）、及びライダーＣ（１０２Ｃ））を同時にオン又はオフに切り替える。画像処理部１０６は、堆積される対象物に関する距離及び角度（すなわち測定値）の組を受信し、測定値を処理して三次元画像１９７にしてもよい。
【００４４】
本発明の１つ以上の実施形態では、システム１００は、ユーザー演算装置１０８を含む。ユーザー演算装置１０８は、本発明の１つ以上の実施形態を実行するための、１つ以上の携帯機器（例えば、ラップトップコンピューター、スマートフォン、携帯情報端末、タブレットコンピューター、又は他の携帯機器）、デスクトップコンピューター、サーバー、サーバーシャシー内のブレード、又は少なくとも最低限の処理能力とメモリーと入出力装置を含む任意の他の種類の１つ以上の演算装置であってもよい。
【００４５】
本発明の１つ以上の実施形態では、ユーザー演算装置１０８は、三次元印刷機１９９に対象物の三次元印刷可能なモデル１９８を提供する。三次元印刷可能なモデル１９８は、三次元スキャナー経由でコンピューター支援設計（computer-aided design、CAD）パッケージを用いて、又は単純なデジタルカメラと写真測量ソフトウェアを用いて作成してもよい。三次元印刷可能なモデル１９８を三次元コンピューターグラフィックス用の幾何学データとして作成してもよい。１つ以上の実施形態では、三次元印刷可能なモデル１９８をウェブサイトからダウンロードする。
【００４６】
１つ以上の実施形態では、制御処理部１１０は、印刷ヘッド１０４の動作を制御し、三次元印刷可能なモデル１９８に基づいて対象物を生成する（すなわち、印刷する）。１つ以上の実施形態では、制御処理部１１０は、画像１９７と三次元印刷可能なモデル１９８とを比較する。画像１９７と三次元印刷可能なモデル１９８との間の１つ以上の差が許容値を超える場合、それは、印刷される対象物が不備を持ち、及び／又は印刷が継続すると、近い将来に不備が発生する場合があるという指標になる。１つ以上の実施形態では、制御処理部１１０は、印刷ヘッド１０４を調整するフィードバック信号を生成し、不備の低減、不備の軽減、さらなる不備の防止などを行う。これに加えて、又はこれに代えて、対象物に不備がある場合には印刷が中断される。
【００４７】
１つ以上の実施形態では、制御処理部１１０は、対象物の三次元印刷可能なモデルに基づいて走査方式の選択も行う（以下で考察する）。得られた結果が思わしくない場合、制御処理部１１０は、異なる走査方式を選択してもよい（以下で考察する）。
【００４８】
図１は、構成要素の具体的な構成を示すが、本発明の範囲を逸脱することなく他の構成を用いてもよい。例えば、様々な構成要素を組み合わせて単一の構成要素を作製してもよい。もう一つの例としては、単一の構成要素が実行する機能を２つ以上の構成要素が実行してもよい。
【００４９】
図２は、対象物の三次元モデルに基づいて対象物を三次元印刷するフローチャートを示す。図２の複数の工程のうちの１つ以上を、上記で図１を参照して考察したシステム１００の構成要素で実行してもよい。本発明の１つ以上の実施形態では、図２に示す複数の工程のうちの１つ以上を省略し、繰り返し、及び／又は図２に示す順序とは異なる順序で実行してもよい。したがって、本発明の範囲は図２に示す特定の順序の工程に限定されるものと考えるべきではない。
【００５０】
まず、印刷する対象物の一部を走査のために選択する（工程２０５）。当該一部は、新たに堆積された層又はこの新たに堆積された層の部位に対応してもよい。当該一部は、印刷される対象物の大部分に対応してもよい。当該一部は、複数の区域にわたって延びていてもよい。
【００５１】
工程２１０では、対象物の選択部分を走査する。動作方式に関係なく、走査から得た測定値が当該部分の画像の生成に用いられる。
【００５２】
同期方式で動作する場合、任意の時点で１つのライダーセンサー（すなわち、印刷ヘッドと同じ区域内にあるライダーセンサー）のみを用いて当該部分を走査する。当該部分が複数の区域にわたって延びている場合、当該複数の区域に対応する複数のライダーセンサーを次々に用いて当該部分を走査する。
【００５３】
非同期方式で動作する場合、すべてのライダーセンサーが同時に動作する。したがって、当該部分全体を同時に走査してもよい。異なるライダーセンサーを異なる波長で用いることでクロストークを低減してもよい。
【００５４】
部分的非同期方式で動作する場合、（ｉ）印刷ヘッドと同じ区域内にあるライダーセンサー及び（ｉｉ）印刷ヘッドがある区域から１８０度又はほぼ１８０度間隔で配置した、この区域内のライダーセンサーが動作し、対象物の当該部分を走査する。
【００５５】
工程２１５では、走査から生成された画像と対象物の三次元印刷可能なモデルとを比較する。画像と三次元印刷可能なモデルとの間の１つ以上の差が許容値を超える場合、それは、当該部分が不備を持ち、及び／又は印刷が継続すると、近い将来不備が生じる場合があるという指標になる。そのような場合、処理は工程２２０に進む。他の場合には、処理は工程２２５に進む。
【００５６】
工程２２０では、フィードバック信号を生成する。フィードバック信号を用いて印刷ヘッドを調整し、印刷が継続する際の不備の低減、不備の軽減、さらなる不備の防止などを試みる。この調整は、印刷ヘッドの配置や、印刷ヘッドが堆積する材料の速度などに関連してもよい。
【００５７】
工程２２５では、考慮すべき対象物の追加部分があるかを判別する。考慮すべき追加部分があると判別された場合、処理は工程２０５に戻る。対象物の印刷が完了すると、処理は終了することができる。
【００５８】
図３は、本発明の１つ以上の実施形態によるフローチャートを示す。図３の処理を用いて走査方式（例えば、同期方式、非同期方式、部分的非同期方式など）を選択してもよい。図２の複数の工程のうちの１つ以上を、上記で図１を参照して考察したシステム１００の構成要素（例えば、制御処理部１１０）で実行してもよい。本発明の１つ以上の実施形態では、図３に示す複数の工程のうちの１つ以上を省略し、繰り返し、及び／又は図３に示す順序とは異なる順序で実行してもよい。したがって、本発明の範囲は図３に示す特定の順序の工程に限定されるものと考えるべきではない。本発明の１つ以上の実施形態では、図３の複数の工程のうちのいくつか又はすべてを図２に示す工程の前に実行する。
【００５９】
まず、対象物の三次元印刷可能なモデルを取得する（工程３０５）。三次元印刷可能なモデルをユーザー演算装置から取得し、及び／又はウェブサイトからダウンロードしてもよい。三次元印刷可能なモデルは、対象物のＣＡＤ図面であってもよい。
【００６０】
工程３１０では、三次元印刷可能なモデルに基づいて走査方式を選択する。例えば、三次元印刷可能なモデルが大型で複雑である場合（工業環境ではそうであることが多い）、非同期方式を選択してもよい。これに加えて又はこれに代えて、三次元印刷可能なモデルが小規模の場合（在宅環境ではそうであることが多い）、同期方式を選択する。これに加えて又はこれに代えて、本発明の１つ以上の実施形態では三次元印刷可能なモデルに関係なく初期設定で同期方式を選択する。
【００６１】
工程３１５では、印刷する対象物の一部を走査のために選択する。当該一部は、新たに堆積された層又はこの新たに堆積された層の部位に対応してもよい。当該一部は、印刷される対象物の大部分に対応してもよい。当該一部は、複数の区域にわたって延びていてもよい。
【００６２】
１つ以上の実施形態では、工程３１５を工程３１０の前に実行する。そのような実施形態では、走査方式の選択は、選択部分に対応する三次元印刷可能なモデルの一部位のみ（すなわち三次元印刷可能なモデル全体ではない）に基づく。したがって、異なる走査方式を異なる部分に選択してもよい。
【００６３】
工程３２０では、対象物の選択部分を走査する。動作方式に関係なく、走査から得た測定値が当該部分の画像の生成に用いられる。
【００６４】
同期方式で動作する場合、任意の時点で１つのライダーセンサー（すなわち、印刷ヘッドと同じ区域内にあるライダーセンサー）のみを用いて当該部分を走査する。当該部分が複数の区域にわたって延びている場合、当該複数の区域に対応する複数のライダーセンサーを次々に用いて当該部分を走査する。
【００６５】
非同期方式で動作する場合、すべてのライダーセンサーが同時に動作する。したがって、当該部分全体を同時に走査してもよい。異なるライダーセンサーを異なる波長で用いてクロストークを低減してもよい。
【００６６】
部分的非同期方式で動作する場合、（ｉ）印刷ヘッドと同じ区域内にあるライダーセンサー及び（ｉｉ）印刷ヘッドがある区域から１８０度又はほぼ１８０度間隔で配置した、この区域内のライダーセンサーが動作し、対象物の当該部分を走査する。
【００６７】
工程３２５では、走査から生成された画像と対象物の三次元印刷可能なモデルとを比較する。画像と三次元印刷可能なモデルとの間の１つ以上の差が許容値を超える場合、それは誤った（又は不適切な）走査方式が選択されたという潜在的な指標になる。すなわち、別の走査方式が当該部分にはより適していることになる。そのような場合には、処理は工程３３０に進む。
【００６８】
工程３３０では、異なる走査方式を選択する。例えば、最初に工程３０５で同期方式を選択した場合、工程３３０では非同期方式を選択してもよい。走査方式が当該部分を走査するのに適した方式である（すなわち、走査に基づいて生成された画像と三次元印刷可能なモデルとの間の差がより小さい／少ない）ことを期待して異なる走査方式を選択する。
【００６９】
工程３３０を実行した（すなわち、異なる走査方式を選択した）後、選択した異なる走査方式で図２の処理を実行してもよい。本発明の１つ以上の実施形態では、図２の処理を工程３１０の実行後に実行する（すなわち、工程３１５、３２０、３２５、及び３３０を省略してもよい）。
【００７０】
本発明の１つ以上の実施形態は、以下の複数の利点のうちの１つ以上を提供することができる。すなわち、三次元印刷対象物のモデルをリアルタイムで作成し、積層造形／三次元印刷システム用の三次元画像処理システムの大きさ、重量、及びコストを低減し、リアルタイム処理の監視に三次元印刷対象物のリアルタイム三次元画像を用い、三次元印刷対象物のリアルタイム三次元画像を用いて誤差又は不備を特定し、三次元印刷対象物のリアルタイム三次元画像を用いてリアルタイムで誤差又は不備を修正、低減、又は軽減する。いくつかの同期動作方式でより低い電力、単一波長のレーザー、及びより低いデータ量を採用することができる。いくつかの非同期動作方式により異なるレーザー波長を可能にし、クロストークを回避することができる。いくつかの非同期方式により複数角度の画像が得られ、区域の縫い合わせをなくすことができる。
【００７１】
本発明を限られた数の実施形態について記載したが、本開示の利益を有する当業者は、本明細書に開示した本発明の範囲を逸脱することなく他の実施形態を考案することができることが分かっている。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲のみにより限定されるべきである。
【図１】
2020515436.tif 000003
【図２】
2020515436.tif 000004
【図３】
2020515436.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】令和1年11月29日(2019.11.29)
【手続補正１】
【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】
対象物の三次元印刷可能なモデルに基づいて前記対象物を三次元印刷する方法であって、
前記対象物が印刷ヘッドにより印刷される間に、複数のライダーセンサーのうちの第１のライダーセンサーにより前記対象物の一部を走査する工程、
前記一部の走査に基づいて前記対象物の少なくとも前記一部の画像を生成する工程、
前記画像を前記三次元印刷可能なモデルと比較することで比較結果を生成する工程、及び
前記比較結果に基づいて前記印刷ヘッドを調整するフィードバック信号を送信する工程を含む、方法。
【請求項２】
前記複数のライダーセンサーは３個のライダーセンサーを含み、
前記３個のライダーセンサーは、印刷される前記対象物を含む堆積平面周りに１２０度間隔で配置されている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数のライダーセンサーは４個のライダーセンサーを含み、
前記４個のライダーセンサーは、印刷される前記対象物を含む堆積平面周りに９０度間隔で配置されている、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記複数のライダーセンサーは６個のライダーセンサーを含み、
前記６個のライダーセンサーは、印刷される前記対象物を含む堆積平面周りに６０度間隔で配置されている、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数のライダーセンサーは同じ波長で動き、
前記複数のライダーセンサーのうち、前記印刷ヘッドに最も近い１つが走査のために動作し、
前記複数のライダーセンサーの残りは走査のために動作しない、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記複数のライダーセンサーは異なる波長で動き、
前記複数のライダーセンサーのすべてが走査のために動作する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のライダーセンサーが前記印刷ヘッドと同じ区域内にあることに応じて前記第１のライダーセンサーを動作させる工程、及び
前記第１のライダーセンサーが動作している間に前記第１のライダーセンサーから約１８０度間隔で配置した第２のライダーセンサーを動作させる工程をさらに含み、
前記画像は前記第２のライダーセンサーによる走査に基づいてさらに生成され、
前記第１のライダーセンサー及び前記第２のライダーセンサーが走査している間、残りのライダーセンサーは動作しない、請求項１、２、４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
対象物の三次元印刷可能なモデルを取得する工程、
前記対象物の前記三次元印刷可能なモデルに基づいて第１の走査方式を選択する工程、
前記対象物が印刷ヘッドにより印刷される間に前記第１の走査方式に従って複数のセンサーのうちの少なくとも１つのセンサーにより、前記対象物の一部を走査する工程、
前記第１の走査方式を用いる前記対象物の前記一部の走査に基づいて少なくとも前記一部の第１の画像を生成する工程、及び
前記第１の画像を前記三次元印刷可能なモデルと比較することで第１の比較結果を生成する工程を含む、方法。
【請求項９】
前記画像と前記三次元印刷可能なモデルの前記第１の比較結果に基づいて第２の走査方式を選択する工程、
前記第２の走査方式に従って前記対象物の前記一部を走査する工程、
前記第２の走査方式を用いる前記対象物の前記一部の走査に基づいて少なくとも前記一部の第２の画像を生成する工程、
前記第２の画像を前記三次元印刷可能なモデルと比較することで第２の比較結果を生成する工程、及び
前記第２の比較結果に基づいて前記印刷ヘッドを調整するフィードバック信号を送信する工程をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の走査方式は同期方式であり、前記第２の走査方式は非同期方式である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記対象物の前記一部を選択する工程をさらに含み、
前記第１の走査方式を選択する工程は、前記一部に対応する前記三次元印刷可能なモデルの一部位のみに基づく、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記複数のセンサーは３個のライダーセンサーを含み、
前記３個のライダーセンサーは、印刷される前記対象物を含む堆積平面周りに１２０度間隔で配置されている、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数のセンサーは４個のライダーセンサーを含み、
前記４個のライダーセンサーは、印刷される前記対象物を含む堆積平面周りに９０度間隔で配置されている、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数のセンサーは６個のライダーセンサーを含み、
前記６個のライダーセンサーは、印刷される前記対象物を含む堆積平面周りに６０度間隔で配置されている、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数のセンサーの各々はライダーセンサーであり、
前記複数のライダーセンサーは同じ波長で動き、
前記複数のライダーセンサーのうち、前記印刷ヘッドに最も近い１つが走査のために動作し、
前記複数のライダーセンサーの残りは走査のために動作しない、請求項８〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記複数のセンサーの各々はライダーセンサーであり、
前記複数のライダーセンサーは異なる波長で動き、
前記複数のライダーセンサーのすべてが走査のために動作する、請求項８〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記複数のセンサーの各々はライダーセンサーである、請求項８〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
いくつかの側面では、第１のライダーセンサーが印刷ヘッドと同じ区域内にあることに応じて第１のライダーセンサーを動作させる工程、及び第１のライダーセンサーが動作している間に第１のライダーセンサーから約１８０度間隔で配置した第２のライダーセンサーを動作させる工程をさらに含み、画像は第２のライダーセンサーによる走査に基づいてさらに生成され、第１のライダーセンサー及び第２のライダーセンサーが走査している間、残りのライダーセンサーは動作しない。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明の１つ以上の実施形態による方法は、対象物の三次元印刷可能なモデルを取得する工程、対象物の三次元印刷可能なモデルに基づいて第１の走査方式を選択する工程、対象物が印刷ヘッドにより印刷される間に第１の走査方式に従って複数のセンサーのうちの少なくとも１つのセンサーにより、対象物の一部を走査する工程、第１の走査方式を用いる対象物の当該一部の走査に基づいて少なくとも当該一部の第１の画像を生成する工程、及び第１の画像を三次元印刷可能なモデルと比較することで第１の比較結果を生成する工程を含む。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
いくつかの側面では、複数のセンサーの各々はライダーセンサーであり、複数のライダーセンサーは同じ波長で動き、複数のライダーセンサーのうち、印刷ヘッドに最も近い１つが走査のために動作し、複数のライダーセンサーの残りは走査のために動作しない。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
いくつかの側面では、複数のセンサーの各々はライダーセンサーであり、複数のライダーセンサーは異なる波長で動き、複数のライダーセンサーのすべてが走査のために動作する。
【国際調査報告】
2020515436.tif 000006