JP2000500709A - ソリッドプロトタイピング方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 改良された押出加工系層製造法システムは１個以上の押出機を有しており、各押出機は加圧を増大させる少なくとも２つのステージを含んでいる。好ましい実施形態では、加圧の第１ステージは、熱可塑性の固体ウエハ（３１４）がオリフィス（３１６）を通って加熱室（３１８）に入る動作によって造られており、加圧の第２ステージは、連絡室（３２２）を通る熱可塑性流動体（３２０）の流れを維持する第１加圧ステージからの押出材料を備えた円錐粘性ポンプ（３３０）によって提供され、且つ、可変速モータ（３３６）が雌コレット（３３４）内で回転して流動性押出材料を取り外し可能なノズル（３３８）及びオリフィス（３４０）に向けて及びそれらから外へ全ての予想されるポンプ速度で運搬する回転推進機（３３２）に嵌合している。

Description

【発明の詳細な説明】 ソリッドプロトタイピング方法及びその装置発明の分野 本発明は、層プロトタイピング方法及び装置に関するものであり、特に、複数 の加圧ステージが固体モデル生産物の改良を可能にするソリッドプロトタイピン グシステムに関するものである。発明の背景 層製造法は１万年以上前に存在しており、職人が粘土に回転を連続して加えて ポットや花瓶のような複雑な物体を造り上げることによって行われていた。最近 の改良技術としては、ダブリュ・ダブリュ・マクキャロル(W.W.McCarroll)の米 国特許５５６４７２号及びアール・ベーカー(R.Baker)の米国特許１５５３３０ ０号に記載の金属を堆積する方法、エー・ジェイ・ハーバート，「固体物生成」 ，ジャーナル・アプライド・フォト・エンジニアリング，１９８２(A.J.Herbert ,"Solid Object Generation",J.Appl.Phot.Eng.,1982)及びシー・ダブリュ・フ ル(C.W.Hull)の米国特許４５７５３３０号に記載の紫外線硬化ポリマーを堆積す る方法、ダブリュ・イー・マスターズ(W.E.Masters)の米国特許４６６５４９２ 号に記載の材料の飛沫を噴射する方法、ブイ・プラット(V.Pratt)他の米国特許 ５０３８０１４号に記載の微粒子を焼結する方法、ピー・エル・ディマッテオ(P .L.DiMatteo)の米国特許３９３２９２３号に記載の連続したリボンを適用する方 法、及びシー・ダブリュ・フル(C.W.Hull)他の米国特許５１９２５５９号に記載 の形作られた紙の層を適用する方法がある。 そのような方法は累積的に層製造法と呼ばれる。最近のコンピューター化され た実施形態では、造られる物理的パーツの数学的描写が（通常は）平らな層に分 割され、それらの層が、個々に形作られて最終パーツの生産に適用される。 近年の層製造法の主要な適用は、設計検査、妨害テスト、顧客受け入れ、及び 機能テストのためのコンピューター援用設計（ＣＡＤ）モデルの物理的同等物を 急速に生産する、急速プロトタイピングに関するものであった。固体化可能材料 のコンピューター制御堆積はブイ・バラバアラ(V.Valavaara)の米国特許４７４ ９３４７号に記載されている。バラバアラ（Valavaara）技術は、１９９０年１ ０月１日発行，ジェイ・エス・バッチェルダー（J.S.Batchelder）他のＩＢＭ技 術開示会報(IBM Technical Disclosure Bulletin)の垂直方向ノズルを変形した ものである。フィラメント又はロッドの固体材料を供給材料として用いる改良方 法が、エス・エス・クランプ(S.S.Crump)の米国特許５１２１３２９号に記載さ れている。更なる改良が、エス・エス・クランプ(S.S.Crump)の米国特許５３４ ０４３３号及びジェイ・エス・バッチェルダー（J.S.Batchelder）他の米国特許 ５４０２３５１号に記載されている。 本発明の目的は、押出加工系層製造法の改良された方法における相反した要求 を解決することである。本発明の核心は、パーツがより迅速に造られるように材 料がノズルから押し出される速度を同時に増大させること、より所望の機械的特 性を持った物理的パーツを生産するために押出物の粘度の増大を可能にすること 、及びより良い特徴決定を達成するために押出物の横断面面積を減少させること である。高い要求圧力、材料流れの高速度、及び圧力の高い変化率の組み合わせ は、存在する技術によって十分には役立てられない。 本発明の第２の目的は、堆積される材料の組成を局部的に変化させるのに、押 出加工系層製造法の本質的な能力をより良く利用することである。これは、多数 の押出機、幾つかの材料源の１つから押出機に自動で供給する能力、及びこれら の幾つかの源の利用可能性及び堆積特性を探知する能力を含んでいる。 本発明の第３の目的は、典型的な技術環境において操作者の大きな助け無しに 機能する層製造法を実行するシステムを提供することである。これは、加工処理 特性、発生パーツの簡単且つ自動的な取り扱い、環境の振動無感応設計、及び低 振動発生を、監視及び変形する能力を含んでいる。発明の概要 改良された押出加工系層製造法システムは１個以上の押出機を有しており、各 押出機は加圧を増大させる少なくとも２つのステージを含んでいる。好ましい実 施形態では、加圧の第１ステージは、熱可塑性の固体ウエハがオリフィスを通っ て加熱室に入る動作によって造られている。他の好ましい実施形態では、ウエハ は、電子的タグの付いた取り外し可能なカセットに保管されており、要求次第、 ウエハをカセットからトラクター供給機構に供給するステープラー機構によって カセットから取り外される。各実施形態では、加圧の第２ステージは、全ての予 想されるポンプ速度の下で熱可塑材のポンプへの流れを維持する第１ステージ加 圧と共に、ポンプによって提供される。図面の簡単な説明 図１は押出加工系層製造法システムの構成図を示す。 図２は押出加工系層製造法システムのフィラメントドライブの構成図を示す。 図３は２つのステージ加圧システムを含む本発明の一実施形態を示す。 図４(a)及び図４(b)は熱可塑性材料のウエハの姿を示す。 図５ａはウエハを運搬及び分配するための、電子的タグの付いたカセットを示 す。 図５ｂはカセットの前部及び頂部（部分的）の透視図を示す。 図６は本発明で用いるプラテンにおけるノズルゲージセンサーを示す。好ましい実施形態の詳細 押出加工系層製造法のプロセスフローは一般に図１に示される。コンピュータ 援用設計（ＣＡＤ）プログラムは、プロセッサー１０２の中にあり、製造される パーツ１０４を幾何学的に記述するファイルを発生する。このファイルは、ノズ ルから押し出され得る形状物１１０に相当する体積要素にそのファイルをアルゴ リズム的に細分するプログラムを含んでいる。付加的な体積要素１１２が、パー ツに、その構築中に、機械的支持を与えるために加えられる。体積要素は、堆積 材料が適切に支持されるよう、また、前の堆積材料がその後の堆積を邪魔しない よう、継続的に並べられる。 瞬時速度及び堆積速度は、一連の体積要素１１２を形成する押出ヘッドが用い る軌道に関係している。ライン１１４を通して受信される信号に答えて、電子制 御器１１６は、ロボット／ガントリー１１８をして、決定された軌道及びタイム ベースに従って支持基板１２４に関して押出機ヘッド１２０及びノズル１２２を 継続的に位置させる。押出機は、最終パーツ１２６を生産するために、予め決め られた押出速度でノズル１２２から熱可塑性材料を同期的に押し出す。パーツ１ ２６は、低融点熱可塑性接着剤１２８（その機能は更に詳細な以下の記述で考慮 される）の層によって基板１２４に接着される。 ２つのステージ加圧 高速層製造法のための押出機の設計は、ピーク圧力能力、圧力機敏性、圧力均 一性、発生ガス、温度適合性、信頼性、及びコストによって規定される。 ピーク圧力：関係する押出材料の粘度（ｖ）は、ワックスや液体材料に係る数 センチポアズからエンジニアリングプラスチックに係る約１００００ポアズと、 いろいろである。関係するノズルオリフィスの内径（ｄ）は、０．００３〜０． ０３インチの範囲である。ノズルオリフィスと略等しい横断面を持った押出物を 堆積している間のノズルの最大線形速度（Ｖ）は、０．２〜２０インチ／秒であ る。オリフィスの長さが、典型的に、オリフィスの内径の２倍と仮定すると、パ イプ内の圧力低下に関するポアズイユの式は、ノズルオリフィスを通して押出物 を押し出すことに関係する圧力低下を評価するために書き直され得る： ΔＰ＝６４・ｖ・Ｖ／ｄ 低速度、低粘度、及び大きなオリフィス寸法の限界にて、要求される作動圧は 、雰囲気より上の約０．００００６ｐｓｉであり、高速度、高粘度、及び小さな オリフィス寸法の限界にて、要求される作動圧は、雰囲気より上の６００００ｐ ｓｉ又は低圧力限界の１０億倍である。 圧力機敏性：機械的制約は、ガントリーが直線軌道の同一直線上にない交差部 に接近しながら直線軌道に沿ってその速度を緩めることを要求する。パーツはで きる限り速く組み立てられるべきであるという時間制約は、ガントリーがそのよ うな交差部から離れながらスピードアップすることを要求する。その結果として 、支持ベースに関してノズルの瞬時ベクトル速度の大きさは、急速に変化する。 例えば、２０インチ／秒で動く、０．３ｇ’ｓ加速度の、ガントリーは、５０ミ リ秒で完全に止まる。これは、押出機に、ゼロから充満圧力に又は充満圧力から ゼロになるいずれかのための最大応答時間を要求する。 圧力均一性：パーツを組み立てるために要求されるものから離れて、押出速度 の変化は、最終パーツの表面に、観察できる変動を引き起こす。１％以下の変化 が押出加工を均一に見させるために典型的に要求される。 発生ガス：多くの押出材料は、押出機を通して輸送される際にガスを放出する 。幾分吸湿性である熱可塑性ポリマーは、その融点温度まで加熱されると水蒸気 やスチームを放出する。放出され得るガスの他のタイプは、可塑剤、モノマー、 及び酸化生成物である。押出機の加圧部位のガスは、サージタンクや調整器とし て機能し、また、押出機の圧力機敏性を減じる。従って、好ましい実施形態では 、充満圧力とされる押出材料の体積は、できる限り小さく維持される。 これらの相反した要求を満足するため、製造するのが安価であり且つ使用に信 頼性がある低容積の押出機を作ることはもちろん、押出機によって行われる加圧 プロセスは２以上のステージに分けられる。各ステージは、基準の幾つかのみを 最適化することを余儀なくされる。加圧ステージは、入力の圧力より高くなり得 る出力の圧力を発生させる押出材料が流通する機械的サブユニットである。 全ての好ましい実施形態において、加圧の第１ステージは、押出材料が経験す る絶対圧力を初期圧力から中間圧力まで増加させる。初期圧力は、通常、周囲の 大気圧である。中間圧力は、初期圧力とノズルから押出材料を押し出すのに要求 されるピーク圧力との間のレベルである。中間圧力は、最大限要求される容量堆 積速度で加圧の第２ステージの入口に押出材料を押し込むのに要求されるもので ある。特に、中間圧力は、全ての予想される容量堆積速度下で加圧の第２ステー ジへの押出材料の適切な流れを保証し、また、押出材料の絶え間無い流れを保証 する。 全ての好ましい実施形態において、加圧の第２ステージは、押出材料が経験す る絶対圧力を、中間圧力から、最大限要求される容量堆積速度までの予め決めら れた速度でノズルから押出材料を押し出すのに要求される瞬時圧力まで、増加さ せるポンプを含んでいる。 図２はフィラメントドライブを示す。フィラメントドライブでは、０．０７イ ンチ直径の熱可塑性のフィラメント２０２が、ゴム緩衝ローラー２０６を作動さ せるモータ２０４によって、オリフィス２０８を滑って通り、加熱された管２１ ０内に入り、ノズル２１２から出るように、押し出される。この機構は、加圧の 第１ステージの一実施形態である。 図３はトラクタードライブ３０２を用いた本発明の好ましい実施形態を示す。 トラクタードライブ３０２は、歯付きベルト３０４、プーリー３０６、圧力板３ ０８、ドライブモータ３１０、及びエンコーダ３１２を備えている。モータ３１ ０及びドライブベルト３０４は、加熱要素３１９を含む加熱された室（予熱器） ３１８内へ、予熱器入口３１６を通して、押出材料３１４の直方体物又はウエハ を強制的に供給するよう作動する。押出材料は、領域３２０経由で流動可能な形 態即ち流動体として、予熱器３１８を出る。 トラクター機構は、加圧の第１ステージの好ましい実施形態である。他の第１ ステージ加圧機構は、皮下注射器、ロッドドライブ、ギヤポンプ、及び気圧式又 は水圧式の加圧装置を含んでもよい。 押出機の第２ステージに供給するのに十分な圧力を提供することに加えて、第 １ステージは、幾つかの他の機能を果たす。押出材料が流動可能な形態で保管及 び輸送されないならば、第１ステージは、押出材料を流動可能にする。好ましい 実施形態では、第１ステージは熱可塑物を加熱する液化物である。押出機の第１ ステージで発生するガスは、第１ステージの出力が比較的低圧である間に分離さ れる。 図３において、予熱器３１８で流動性の押出材料から発生したガスは、連絡室 ３２２の押出材料から分離し、加圧の第２ステージへの入口にて回転シール３２ ４を通して押出機の外へ逃げる。 加圧の第１ステージを通る押出材料の供給速度は、第２ステージからの背圧、 第１ステージの出力圧力からのフィードバック、又はフィードバック機構の組み 合わせによって、制御され得る。図３において、圧力センサー３２６は、連絡室 ３２２に結合しており、その中の圧力を示す信号を、トラクタードライブ３０２ の供給速度を順に制御する制御器に提供する。 加圧の第２ステージは、ジェイ・エス・バッチェルダー(J.S.Batchelder)他に よる米国特許第５３１２２２４号に記載されている円錐粘性ポンプ３３０を含ん でいる。連絡室３２２からの流動性押出材料３２０は回転推進機３３２内へ供給 され、可変速モータ３３６が、雌コレット３３４内で回転して、流動性押出材料 を取り外し可能なノズル３３８の方へ押しやり、ノズル３３８及びオリフィス３ ４０から押し出す。 図３に示される設計は、高圧、すばやい圧力機敏性、及び圧力均一性の必要性 を示している。第１ステージは、高粘度の押出材料を用いた時に、入力にてポン プが出力不足になったりキャビテーションを起こしたりするのを防止する。他の 第２ステージは、ギヤポンプ、振動ピストンポンプ、ベーンポンプ、シングル又 はデュアルウォームポンプ等を含む。 押出材料パッケージング：層製造法の性質によって、相当量の押出材料がパー ツを造る工程において分配される。典型的な堆積速度は、０．１〜１０立方イン チ／時の間である。押出材料がシステム内で１つのタイプに制約されるならば、 技術を扱う多数の材料が有効である。これらは、糸巻きからのフィラメント、遠 隔貯蔵所からの流動原料、ホッパからのペレット原料、及びマガジンからのスラ ッグ原料を含む。 好ましい実施形態では、押出材料源として固体ウエハが用いられる。ウエハの 大きさは以下のように決定される。予熱器入口３１６は高さＨ及び幅Ｗの長方形 の開口を有しており、予熱器３１８は長さＬの直線通路を有している。システム の最大押出速度Ｑにて、この直線部分（プラグ流と思われる）での押出材料のド エルタイムτ_dwellは、次の通りである。 τ_dwell＝Ｌ・Ｈ・Ｗ／Ｑ 予熱器３１８の内表面から押出材料を通して拡散させるための十分な加熱に要 求される溶解時間は、次式の指数関数的崩壊時間定数によって特徴づけられる。 τ_dwell＝Ｈ²・ρ・Ｃ／Ｋ・π² 上記式において、Ｋ、Ｃ、ρは、それぞれ、熱伝導度、熱容量、押出材料の密度 を示す。ドエルタイムは少なくとも約３倍の指数関数的溶解時間と同じくらい大 きくなければならないので、要求は、入口の厚さＨが、それ故にウエハの厚さが 、制約を満足させることである。 Ｈ≦Ｌ・Ｗ・Ｋ・π²／３・Ｑ・ρ・Ｃ 好ましい実施形態では、機械的障害制限に加えて押出機の寸法及び質量を小さ く維持することの必要性は、Ｌ及びＷをそれぞれ多くても約１インチ及び０．７ ５インチに制約する。熱可塑性ポリマーのＫは約０．２ワット／（ｍ・℃）であ り、ρは約１．２ｇ／ｃｍ³、Ｃは約１．３ジュール／（ｇ・℃）である。従っ て、１０立方インチ／時の最大押出速度にとって、ウエハの厚さは０．１８イン チより薄くあるべきである。トラクター３０２がウエハを予熱器３１８に運ぶ時 にウエハがゆがんだり曲がったりしないようにするために、ウエハは上記限界よ り実質的に薄くあるべきではない。 図４ａはウエハ４０２の一例である。典型的な寸法は、Ｈ＝０．５インチ、Ｗ ＝０．７５インチ、長さが２インチである。トラクター３０２は一連のウエハ４ ０２を予熱器３１０内に推し進めるので、各ウエハの先端はウエハの後端にかみ 合って剪断力に耐えるよう形作るのが好ましい。ウエハ４０２の好ましい実施形 態は、溝付きの後端４０６にかみ合うよう形作られた先端４０４を含んでいる。 この設計は、先端４０４が予熱器３１８の入口を通してウエハ４０２をガイドす るという利点を有する。 図４ｂは、キーの付いた溝４１２にかみ合うキーの付いた舌状物４１０を有し 、且つ圧縮力はもちろん緊張が２つのウエハの連結点を通って伝わるのを許容す るウエハ４０８の、代わりの実施形態を示す。 ウエハはパッケージングの追加のレベルを要求する。それらは、保管及び取り 扱いの間に、微粒子汚染のないよう維持されることを必要とする。それらは、ま た、しばしば、水蒸気から分離されることを必要とする。それらは、取り扱いが 容易であり、未熟な操作者によってシステム中に取り入れられたり取り入れられ なかったりし、パッケージ中のウエハが部分的に又は完全に消費された時に取り 入れられない、パッケージ中に密集されることを必要とする。押出機が、パーツ の製作中に、押出材料をあるタイプから他のタイプに変えなければならない時、 材料の両タイプは押出機にとって手に入れやすいものでなければならない。シス テムが操作者の介入なしに異なった押出材料から継続的なパーツを組み立てるよ う期待されるならば、各材料はシステム中に保管されていなければならない。幾 つかの押出機がシステム中で異なった材料を堆積することができるならば、それ らの異なった材料は各押出機にとって手に入れやすいものでなければならない。 図５ａは多数のウエハ５０２を保管するカセット５０４の好ましい実施形態を 示す。ばね装填スライダー５０５は、ウエハ５０２がカセットから取り外される よう、圧力板５０６を介してウエハ５０２をカセット５０４の前方へ押圧し続け る。カセット５０４は、取り外し可能なテープ（図示せず）で前のウエハを留め た保管の間ずっと、少なくとも４つの側面でウエハを囲んでいる。カセット５０ ４は典型的に収縮包装で輸送される。 使用において、カセット５０４は、ステープリング機構５１０の下にカセット ５０４を向けるカセットホルダー５０８中に手で挿入され、また、一定の力を持 ったスプリング５１２とカセット５０４（図５ｂ参照）の上部のスロット５３２ を通って延びたアーム５１４とを通して圧力板５０６に力を加えてウエハを消費 されながら前進させる。 ステープラー５１０は、ドライブモータ５１２と、ギヤドライブ５１４と、親 ねじ５１６と、ナットとステープラー歯５１８との組み合わせとを含んでいる。 要求次第、トラクター３０２がカセット５０２の下に向けられ、そして、ステー プラー歯５１８が、カセット５０４の前のスロット５３０（図５ｂ）を通り抜け 、カセットの出口スロット５２２を通して一番前のウエハ５０２を押し、それを トラクター３０２内に着座させる。 電気的消去可能な読み取り専用メモリーのような電子的読み書き可能装置５２ ４が、カセットが手で挿入される時にコネクタ５２６を通して制御システムと電 気的接触するように、カセット５０４に取り付けられる。装置５２４は、種々の 機能を持った電子的タグとして機能する。それは、カセット中にあり且つ材料を 分配するための適切な押出加工パラメータを持った、押出材料のタイプの制御シ ステムを知らせる。それは、カセット中のウエハの現番号を記録でき、また、カ セット通し番号を提供する。 操作者フリー機能：層製造法の多くの機能が押出加工機械を操作する人によっ て実行される。そのような機能は、システム機械的調整、部分の初期化及び除去 、及び堆積工程の改良を含んでいる。図６は操作者の多くの調整機能を軽減する センサーを示す。１つ以上の磁気センサー６０２が、ビルドプラテン６０４中に 埋め込まれており、押出機及び基板の相関的配置でパーツ組み立てを始める前に 、制御システムに情報を提供する。ノズル６０６の円錐状外面は、少なくとも部 分的に、強磁性材料で構成されている。センサー６０２は、ノズル６０６の形状 に対応した空洞６１０を形成すべく除去された一面を有する、高電磁性透磁率材 料６０８の環状体である。環状体の中心を通るワインディング６１２は、そのイ ンダクタンスがノズル６０６の位置によって変化する誘導器を生じさせる。セン サーに関するノズル位置は、３つの変位自由度で検知され得る。 図示のセンシング技術は、ノズル６０６の温度に無感応であり且つノズル６０ ６上に不定の厚さの押出材料のコーティングが可能であるので、好ましい。代わ りのセンサー技術は、熱電対、圧力スイッチ、ストレーンゲージ、キャパシタン スセンサー、赤外線検知器、光学送受信器、及びアコースティックレンジングを 含んでいる。 取り外し可能な基板６１４上に堆積されたパーツは、２つの効果を克服するた め、基板に強く接着されているのが好ましい。押出材料内で発生するひずみは、 堆積構造物が正しい方向に支持されていないと、堆積構造物をゆがめる傾向にあ る。更に、ノズルからの引っ張りや静止していないパーツの求心的加速度のよう な、堆積構造物を曲げる傾向にある堆積プロセス自身からの力がある。基板６１ ４に堆積されたパーツは、パーツがダメージを受けることなく押出加工装置から 取り外されるために、基板に弱く接着されている必要がある。 これらの相反した要求は、押出材料より低い温度で溶ける熱可塑性接着剤６１ ６で基板６１４を予めコーティングするという好ましい実施形態によって解決さ れる。ビルドプラテン６０４（図示せず）の加熱要素は、パーツ完成後に基板か らパーツが解放されるのを許す。 取り外し可能な基板６１４は組み立てられるパーツのための限定表面となるの で、十分に限定された形態に保持されなければならず、好ましい実施形態ではそ れは平面に略等しい。消耗され得る基板６１４の重量及びコストを低減するため に、基板は柔軟であるよう十分に薄くされ、その平面性はビルドプラテン６０４ の平坦さにより保証される。 好ましい実施形態において、ビルドプラテン６０４は、まずフレームを鋳造し 、３つの精密な平行レールを取り付けることによって、形成される。フレームは これらのレールによって精密な表面プレート上につるされ、表面プレートとフレ ームとの間の隙間はエポキシ及びアルミニウムの微粒子の組み合わせのような調 整可能な複合物によって充填される。結果として生じるプラテンは全体的に平ら で、軽く、製作するのが安価である。 典型的な層製造法を特徴付け且つ制御するために要求されるプロセス変形例の 数は、通常何百もある。これらの変形例を最適なパーツの質のために変えること は、典型的に熟練操作者によって行われる。これらの変形例の最も決定的なもの は、単純スタンドアロンシステムにおいて自動調整を必要とする。好ましい実施 形態において連続的で小さな調整を要求するキー変形例は、加圧の第２ステージ で用いられる粘性ポンプの目盛り定めである。この目盛り定めは、予熱器に入る ウエハ消費量をメモし、それを予め定めたウエハ消費量と終始比較することによ って、行われる。好ましい実施形態では、ウエハ消費量は、トラクター３０２の 何もしていない又は駆動していないベルトに取り付けられた光学エンコーダ３１ ２（図３参照）によって測定される。 操作者フリー機能の重要な要素は、層製造システムをそれが使われる環境に円 滑に混ぜ合わせることである。これは、典型的に、システムがローカルエリアネ ットワークに存在し、また、システムが、レーザープリンターや他のプリンター と同様に、サーバーからスプールファイルを受け取り、要求のキューを取り扱い 、状況情報で問い合わせに答えるように、振る舞う。その環境へのシステムの侵 入を最小化するために、好ましい実施形態は、横方向の振動がその支持へ伝わら ないように内部的に補償されている。好ましい実施形態は、全ての堆積作動を慣 性基平面に接着させ、また、慣性基平面を振動防止装置によってシャーシーに接 着させることによって、堆積システムから、システム環境によって生じる機械的 ノ イズ及び振動を分離する。慣性基平面は、垂直に向けられた鋳造矩形フレームで ある。 移動成分と慣性基平面との間の機械的結合の数を最小化するために、押出機は 直接に慣性基平面上の線形ベアリングに付いている。押出機の動作（Ｘ方向にと られる）は、押出機のように同じドライブベルトに取り付けられ且つ慣性基平面 の反対側の線形ベアリングに取り付けられている釣り合いおもりによって、補償 されている。プラテンの水平動作（Ｙ方向にとられる）は、プラテンの下で直接 に線形ベアリングに乗っており且つプラテンのように反対方向へ動く釣り合いお もりによって、補償されている。プラテン及びその釣り合いおもりの垂直動作は 、一組のベルトによって行われ、釣り合いおもりを有していない。 好ましい実施形態では、押出加工プロセスからの揮発性物質が、活性炭フィル ターを通した室内への空気戻しを排出することによって、周囲を取り巻く環境に 戻される空気から除去される。 上記記載は本発明の単なる例証であると理解されるべきである。種々の選択や 変形が、本発明から外れることなく、当業者によって工夫され得る。例えば、上 記で言及されている材料は一般に熱可塑物であるが、当業者は、液体金属、セラ ミックスラリー、複合体等のような他の材料を本発明で用い得ることを理解でき る。従って、本発明は、添付クレームの範囲内に入る全ての選択、変形、及び多 様性を包含することを意図されている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｌ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．支持部材の上に、固体化可能材料の多数の層をあるパターンで連続して堆 積させることにより、３次元の物理的物体を製造する装置であって： 押出材料を供給するためのノズル手段と； 入力及び出力を有し、該出力がノズル手段に流動的に連絡しており、ノズル手 段に流動状態での固体化可能材料の加圧された流れを供給する、ポンプ手段と； ポンプ手段に連結され、ポンプ手段をしてノズル手段に対して可変レベルの加 圧及び流動率の固体化可能材料を供給できるようにする、駆動手段と； ポンプ手段の入口に連結された出口を有し、該出口は、ポンプ手段における加 圧及び流動率の作動レベルに拘わらず、固体化可能材料を、流動状態で、且つ固 体化可能材料の連続した量がポンプ手段の連続作動のために上記入口で利用でき ることを保証する所定圧で、上記入口に供給するためのものであり、ノズル手段 に対して及び通して固体化可能材料の絶え間無い流れを保証する、加圧ステージ と、を備えている装置。 ２．固体化可能材料が一続きの固体ウエハとして加圧ステージに供給され、加 圧ステージが、 一続きの固体ウエハを受けるための、及びそれに熱を加えてウエハの固体化可 能材料を流動状態に変えるための、コンジットと； 流動状態の固体化可能材料に上記所定圧を加えるためにコンジット内にウエハ を物理的に推し進めるためのドライブ手段と、を備えている、請求項１記載の装 置。 ３．上記各ウエハは、形づけられた非平面状の先面及び形づけられた非平面状 の後面を備えており、ウエハの上記先面は次のウエハの後面に入れ子になるよう 形成されている、請求項２記載の装置。 ４．ドライブ手段が、供給路の回りに対立して配置された第１及び第２のベル トドライブからなり、該ベルトドライブは、両ベルトドライブのベルト間でウエ ハを受けて、それに作動動作を伝えるものである、請求項２記載の装置。 ５．多数のウエハを保持するための取り外し可能なカセット手段と； カセット手段を受け取るためにドライブ手段に並置されたホルダーと； カセット手段から個々のウエハを取り外し、該ウエハをドライブ手段に入れさ せる、手段と、を更に備えている請求項２記載の装置。 ６．各カセット手段は電子的読み取り可能データ記憶装置を有し、ホルダーは 、ホルダーへのカセットの挿入時に上記データ記憶装置に連結させるための接続 手段を有しており、それによって上記データ記憶装置のデータが外部制御器に利 用可能とされている、請求項５記載の装置。 ７．ポンプ手段が、上記駆動手段に接続された回転推進機と該推進機を囲むメ ーティングコレットとからなる粘性ポンプであり、メーティングコレットはノズ ル手段に連結されている、請求項１記載の装置。 ８．ノズル手段からの固体化可能材料を受け取るための取り外し可能な基板と ； 取り外し可能な基板を支持するためのプラテンと； 基板上の固体化可能材料の制御された堆積を可能ならしめるよう、プラテンと ノズル手段との間の相対移動を引き起こすための手段と； プラテンに基板を接着させるための手段と、を更に備えている請求項１記載の 装置。 ９．取り外し可能な上記基板は、サポートと固体化可能材料を受け取るための 接着剤コーティングとを備えており、該接着剤コーティングは、固体化可能材料 の融点温度より低い融点温度を有しており、それによって、流動状態の固体化可 能材料の堆積が接着剤コーティングの下にある領域の溶解を引き起こし、その硬 化が固体化可能材料が固体化するように起こる、請求項８記載の装置。 １０．上記支持は一枚の磁気材料であり、上記プラテンは上記磁気材料を引き 付けるための磁気手段を有している、請求項９記載の装置。 １１．上記プラテンは少なくとも１個の磁気センサーを有しており、ノズル手 段は磁気材料からなっており、磁気センサーは、相対移動を引き起こす上記手段 の制御を可能とするための制御器に信号を供給するものである、請求項８記載の 装置。 １２．押出機に固体化可能材料のウエハを供給するための装置であって、 多数のウエハを保持するための取り外し可能なカセット手段と； カセット手段を受け取るためのホルダーと； カセット手段から個々のウエハを取り外すための、また、ウエハを押出機に渡 すための、手段と、を備えている装置。 １３．各カセット手段は電子的読み取り可能データ記憶装置を有し、ホルダー は、ホルダーへのカセットの挿入時に上記データ記憶装置に連結させるための接 続手段を有しており、それによって上記データ記憶装置のデータが押出機の外部 制御器に利用可能とされている、請求項１２記載の装置。 １４．上記各ウエハは、形づけられた非平面状の先面及び形づけられた非平面 状の後面を備えており、ウエハの上記先面は次のウエハの後面に入れ子になるよ う形成されている、請求項１２記載の装置。 １５．押出機は、上記カセットから上記ウエハを受け取るための加圧ドライブ 手段を有しており、 供給路の回りに対立して配置された第１及び第２のベルトドライブを備えてお り、該ベルトドライブは、両ベルトドライブのベルト間で上記ウエハを受けて、 それに、上記ウエハを押出機の流動体化コンジット内に押し込む作動動作を伝え るものである、請求項１２記載の装置。 １６．支持部材の上に、固体化可能材料の多数の層をあるパターンで連続して 堆積させることにより、３次元の物理的物体を製造する方法であって、その方法 は、押出材料を供給するためのノズル手段と、入力及び出力を有し、該出力がノ ズル手段に流動的に連絡しており、ノズル手段に流動状態での固体化可能材料の 加圧された流れを供給する、ポンプ手段と、ポンプ手段をしてノズル手段に対し て可変レベルの加圧及び流動率の固体化可能材料を供給できるようにする、駆動 手段と、ポンプ手段の入口に連結された出口を有し、該出口は、固体化可能材料 を流動状態で上記入口に供給するためのものである、加圧ステージと、を備えた 装置を用いるものであり、 ポンプ手段をして固体化可能材料の連続した流れをノズル手段に供給させる駆 動手段を制御する工程と、 固体化可能材料のウエハを、速く、且つ所定圧が加圧手段で生じることを保証 する力の量で、加圧ステージに供給する工程と、を備えた方法であり、上記加圧 手段は、ポンプ手段の作動によって生じる加圧及び流動率の作動レベルに拘わら ず、固体化可能材料の連続した量がポンプ手段の連続作動のために上記入口で利 用できることを保証するものであり、ノズル手段に対して及び通して固体化可能 材料の絶え間無い流れを保証するものである。