JP2007503342A - 三次元プリント装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、三次元物体を製造する装置（１０）と方法、並びにこの装置及び方法と関連して使用される補助システムに関する。この装置と方法は、複数のプリントヘッド（４８）を用いて円形及び／又は回転する制作テーブル（１２）の周囲に半径方向に連続的にプリントを行うことを含む。この装置と方法は、また、複数の制作テーブルを用いることを含む。補助システムは、制作材料の供給、プリントヘッドの清掃、診断及び装置の作業の監視に関する。

Description

本出願は、２００３年５月２３日に出願された米国特許仮出願６０／４７２９２２を参考として組み入れ、且つその優先権と利益を主張するものである。

本発明は、プリントによって三次元物体を制作するもしくは組立てる装置と方法に関する。

一般的に、三次元プリントは、インクジェット型のプリントヘッドを用いて、液状又はコロイド状結合剤を粉末にした制作材料の層に供給することを含む。このプリント技術は、粉末にした制作材料をローラーを用いて表面に付与することを含む。制作材料が表面に付与された後に、プリントヘッドは液状結合剤を制作材料層の所定領域に供給する。この結合剤は制作材料に浸透して粉末と反応し、例えば接着剤を粉末に作用させることによってこの層をプリントされた領域で固化させる。結合剤は下層にも浸透して層間結合を生じる。最初の断面部分が形成された後に、以前の工程が繰り返され、最終的に物体が形成されるまで順次の断面部分が制作される。例えば、米国特許No. 6,375,874 及び6,416,850 を参照されたい。これらの内容は、本明細書中に参考としてその全体が組み入れられる。

三次元プリントを行うための装置は、直交するＸ軸とＹ軸に沿ってラスタ式にプリント面上を移動する。プリントに時間がかかる上に、各プリントヘッドは加速、減速、プリントヘッドを次の移動のスタート位置まで戻すための時間を必要とする。この往復運動に固有の非効率性のために、三次元プリント工程の生産性が減殺される。

したがって、本発明の目的は、連続的に且つ効率的に三次元プリントを行う装置と方法を提供することにある。
（概要）

一般的に、本発明は、成型用型、玩具、瓶、缶、建築模型、自動車部品、人体部分の模型、携帯電話機のケース、履物等の三次元物体を、今までよりも迅速且つ効率的に製造する装置と方法に関する。更に、本発明は、前述の装置を維持かつ作動させるシステムと方法に関する。特に、使用者が大量の三次元物体を迅速に製造することを望んでいる場合には、本発明の三次元装置は、複数のプリントヘッドを用いて連続的にプリントを行うことによって、高い処理量を得ることができる。

一態様において、本発明は、メモリーに記憶されている物体の像から三次元物体を制作する装置に関する。この装置は、制作材料の連続層を受ける回転式制作テーブルと、この制作テーブルの上方に設けられた少なくとも一つのプリントヘッドを有するアレイとを具えている。一実施形態において、この回転式テーブルは連続して回転する。

別の態様において、本発明は、メモリーに記憶されている物体の像から三次元物体を制作する装置に関する。この装置は、制作材料の連続層を受ける概ね円形の制作テーブルと、この制作テーブルの上方に設けられて、制作テーブルに対して移動する少なくとも一つのプリントヘッドを有するアレイとを含む。一実施形態において、この概ね円形の制作テーブルは垂直方向に移動可能である。種々の実施形態において、プリントヘッドは、この概ね円形の制作テーブルによって形成された制作面の少なくとも一部の上方を移動可能であり、プリントヘッドは制作テーブルの周囲を連続的に移動可能である。一実施形態において、アレイを半径方向において所望位置まで移動することによって、前記プリントヘッドのアレイは制作テーブルの実質的半径方向の任意の場所に流体を分配するように構成されている。

更に別の実施形態において、本発明は、三次元物体を製造する方法に関する。この方法は、回転式制作テーブル上に制作材料の連続層を載せ、制作材料の連続層のそれぞれの上に所定パターンで液体を載せて、三次元物体を形成する工程を含む。種々の実施形態において、この方法は、制作テーブルを連続的に回転させ、スプレッダーによって制作テーブルの少なくとも一部にわたって制作材料を分布させ、制作テーブル上の制作材料の過剰量を測定し、測定された制作材料の過剰量に基づいて、制作テーブル上に載せられる制作材料の量を調節する工程を含む。更に、前記液体は、一つ以上のプリントヘッドによって載せられてよい。

更に別の態様において、本発明は三次元物体を制作する方法に関する。この方法は、制作材料の連続層を概ね円形の制作テーブル上に載せ、制作材料の連続層のそれぞれの上に所定パターンで液体を載せて、三次元物体を形成する工程を含む。種々の実施形態において、この液体は少なくとも一つのプリントヘッドのアレイによって載せられ、前記プリントヘッドは、概ね円形の制作テーブルによって形成された制作面の少なくとも一部にわたって移動する。更に、プリントヘッドは制作テーブルの周囲を連続的に移動し、かつ制作テーブルは垂直方向に移動する。

前述の種々の実施形態において、この装置は制作材料分配システムを含む。このシステムは、制作材料を保持する貯留手段と、制作材料を制作テーブルに分配する搬送手段とを含む。一実施形態において、貯留手段は少なくとも二つの制作材料の成分を別々に保持する少なくとも二つの貯留チャンバを含み、かつこのシステムは、更に、制作テーブルに分配するために所定比率で制作材料の成分を混合するプレンダーを含む。更に、この装置は、制作テーブルの少なくとも一部にわたって制作材料を分布させる分散装置を含んでよい。この分散装置は逆回転ローラーであり、この逆回転ローラーは回転式制作テーブルの半径に対して傾斜して、過剰の制作材が制作テーブルの縁に沿って移動するように誘導する。

更なる実施形態において、この装置は制作テーブルの下に設けられたセンサーを含み、制作材料の過剰量を検出する。制作テーブルに分配される制作材料の量は、検出された制作材料の過剰量に応じて調節することができる。一実施形態において、このセンサーはプリントヘッドの状態を自動的に監視し、かつこの装置はセンサーからの信号に応じてその作用を自動的に修正する。一例において、プリントの品質が不適当な場合にはプリントヘッドの清掃が開始される。別の例では、この装置は、プリント範囲が不適当な領域に余分のプリントヘッドを利用することができる。

他の実施形態において、前記プリントヘッドのアレイは、制作テーブルの上方に設けられた複数のプリントヘッドを含む。一実施形態において、このアレイは、調節無しに回転式制作テーブルの実質的に任意の半径方向位置に流体を分配するように構成される。他の実施形態において、このアレイは、連続的な半径方向の走査運動によって、制作テーブルの全表面にプリントを行う。更に、このアレイは半径方向に次第に大きく調節され、及び／又は使役もしくは役務（ｓｅｒｖｉｃｅ）目的で通常プリント位置から変位させることができる。更に、このアレイは回転式制作テーブルに対して半径方向に変位させることが可能である。このアレイは余分なプリントヘッドを含んでよい。

更に別の実施形態において、この装置は、三次元物体を取り外すための開口を有する。一実施形態において、三次元物体は制作テーブルの上部開口を通じて取り出される。更に、この装置は、装置の少なくとも一つの性能特性、例えばプリント品質、プリントミス、プリント速度、プリントヘッドの状態、制作材料の量、テーブルの位置等を監視するセンサーを含んでよい。一実施形態において、このアレイはセンサーからの信号に呼応して移動する。この装置は複数の回転式制作テーブルを含んでよい。

更に他の実施形態において、本発明は、装置のプリントヘッドを清掃する方法と装置を含む。プリントヘッドの清掃方法は、清掃流体を伴うローラーによってプリントヘッドを拭い、プリントヘッドを横切って振動部材を牽引し、吸取部材を介して毛管作用によってプリントヘッドを横切って清掃流体を吸引する工程、及び／又はこれらの組合せの工程を含む。これに加えて、この方法は、プリントヘッドに真空を付与して残骸を除去する工程を含んでよい。三次元プリンターに使用されるプリントヘッドを清掃する装置は、プリントヘッドを横切って清掃流体を吸引するためにプリントヘッドに隣接して設けられた吸取部材を含んでよい。

他の態様において、本発明は、三次元プリンターに使用されるプリントヘッドを清掃する装置に関する。プリントヘッドの内部の圧力は、大気圧より低いのが普通である。この負圧は、プリントヘッド・ノズルの出口の上方を形成するメニスカスの表面張力によって均衡を保つ。メニスカスが壊れる時に溶液がプリントヘッドに引き込まれることなく、洗浄溶液によってプリントヘッド面から堆積した粉末を吹き払うことが望ましい。この目的は、圧力がヘッドの内側の圧力よりも低いプリントヘッドの外側の環境を維持することによって、この装置で達成される。更に、この圧力差によって、結合剤がノズルを通じてヘッドから流れ出し、ノズルの通路に溜まった粉末を洗い流す。この装置は、ベースと、前記ベース内に設けられたカムトラックと、このカムトラックと摺動自在に係合するキャップ・キャリアと、空洞を形成して前記キャリア上に設けられた封止キャップとを含む。このキャップは、キャリアによってプリントヘッドの表面と係合するように搬送可能である。種々の実施形態において、この装置は、プリントヘッドの表面を清掃するためにキャップと連通する清掃流体源と、使用された水と残骸を除去するためにキャップと連通する真空源とを含む。

別の実施形態において、この装置は前記キャリアとベースに連結されたスプリングを含み、キャリアをプリントヘッドを受ける受け位置へ付勢する。一実施形態において、このキャリアは、プリントヘッドが装置に入る際にプリントヘッドに係合するためにキャリアの先端に設けられたストッパーを含む。プリントヘッドは、ストッパーに係合した後に、プリントヘッド面とキャップが封止可能に係合するまで、カムトラックに沿ってキャリアを後方にスライドさせる。更に別の実施形態において、この装置は、キャリアと係合するためにベースに連結されてキャリアの前進運動を防ぐラッチ爪と、キャリアの基端に設けられたスキージーとを含む。このスキージーは、プリントヘッドが装置を出るときに、プリントヘッドに係合するように位置決めされている。

もう一つの態様において、本発明は三次元プリンターに使用されるプリントヘッドを清掃する方法に関する。この方法は、ベースと、前記ベース内に設けられたカムトラックと、前記カムトラックに摺動自在に係合するキャップ・キャリアと、空洞を形成しかつキャリア上に設けられた封止シールとを含む装置内にプリントヘッドを受ける工程を含む。付加的工程は、プリントヘッド面をキャップに係合させ、空洞を真空で吸引し、清掃流体を空洞内に導入して、プリントヘッドに接触させる工程を含む。一実施形態において、この方法は、空洞から清掃流体を除去する工程を含む。この方法は、更に、キャップをプリント面から解放し、プリントヘッドが装置から引き出されるにつれて、スキージーによってプリント面を払拭する工程を含んでよい。

もう一つの態様において、本発明は、プリントヘッドを清掃し或いは再調整するための装置に関する。この装置は、プリントヘッドの一面に向けて洗浄溶液をスプレーするノズルアレイと、プリントヘッドから過剰な洗浄溶液を除去するために、プリントヘッドの近傍に設けられた吸取部材とを含む。

種々の実施形態において、このノズルアレイは一つ以上のノズルを含む。前記吸取部材とプリントヘッドとは相対運動が可能である。加圧下でノズルアレイに洗浄溶液を提供するための流体源が、この装置に設けられてよい。もう一つの実施形態において、この吸取部材は浸透可能な材料と浸透不可能な材料の少なくとも一つを含む。

ノズルアレイは、プリントヘッドに対して一定の角度で洗浄溶液をスプレーするように位置決めされている。もう一つ実施形態において、吸取部材は、プリントヘッド面に設けられたプリントノズルに接触することなく、プリントヘッド面の近傍に設けられる。吸取部材とプリントノズルとの間の間隔は自動的に保たれる。一実施形態において、この間隔は、吸取部材の一部を、プリントノズルから離れた場所においてプリントヘッド上に付勢することによって維持される。この装置は、洗浄溶液と残骸を収集するための容器を含んでよい。

もう一つの態様において、本発明は、プリントヘッドを清掃或いは再調整する方法に関する。この方法は、少なくとも一つのノズルに対してプリントヘッドの一面を位置決めし、少なくとも一つのノズルを作動させてプリントヘッド面に向けて洗浄溶液をスプレーする工程を含む。そして、過剰な洗浄溶液は、吸取部材をプリントヘッド面に接触させないで、プリントヘッドの近傍を通過させることによって除去される。

一実施形態において、少なくとも一つのノズルを作動させる工程は、洗浄溶液を一定の角度でプリントヘッドにスプレーする工程を含む。もう一つの実施形態において、この方法は、プリントヘッドを作動させて、清掃の際にプリントヘッドに入った洗浄溶液を排出する工程を含む。この方法は、プリントノズルから離れた場所においてプリントヘッド面上に吸取部材の一部を付勢すること等によって、プリント面上に位置する吸取部材とプリントノズルとの間の空間を自動的に維持することを含んでよい。

これらの及び他の目的は、ここに開示された本発明の利点および特長と共に、次の説明、添付図面及び特許請求の範囲を参照することによって明らかになるであろう。更に、ここに述べられた種々の実施形態の特徴は、相互に排他するものではなく、種々の変更と組合せと共存すると理解されるべきである。

図面において、全ての図面を通じて同じ符号は同じ部品を示している。更に、これらの図面は必ずしも同一の縮尺ではなく、本発明の原理が判るように強調されている。次の説明において、本発明の種々の実施形態が図面を参照して述べられている。

図１〜３は三次元プリント用の装置１０を示す。この装置１０は、制作面上又は容器内に制作材料と結合剤との交互層を堆積させて、複数の層をプリントして最終的に三次元物体を形成するものである。この装置１０は、この場合には制作ドラム１２である回転制作テーブル、構造フレーム１４、ベース１６、少なくとも一つのプリントバー組立体１８、粉末制作材料分配組立体２０、及び散布組立体２２を具えている。図示実施形態において、この装置１０は二つのプリントバー組立体１８Ａ、１８Ｂを具えている。装置１０は、更に、フレーム１４に取り付けられた構成要素装着面２６を具えている。一実施形態において、この構成要素装着面２６は、制作ドラム１２に接近するように動かすことができる。これらの種々の組立体１８、２０、２２は、構成要素装着面２６及び／又はフレーム１４に取り付けられている。保守の目的のためには、これらの組立体１８、２０、２２は固定され、かつ制作ドラム１２は回転することが好ましい。例えば、予備の据えつけプリントバー組立体１８によって、使用者は他のプリントバー組立体１８が作動を継続している間に、一方のプリントバー組立体１８を交換することができる。更に、この装置１０は、プリントバー・ヘッドの予備を準備し、プリント速度を増加し、及び／又は多色カラープリントするために、実質的に任意の数のプリントバー組立体を含んでよい。

図示制作ドラム１２は円筒形をなし、ベース１６とフレーム１４に取り付けられた中心シャフト２８の周囲に装着されている。制作ドラム１２の底面１７は、制作ドラム１２の側壁１９に実質的に垂直であってよく、或いは底面１７は傾いていてよい。例えば、底面１７は円錐形をなして制作ドラム１２の中心点の方に傾斜していてよい。この傾斜は約１度から約１５度以上であってよい。この構成において、分配装置、スプレッダー及びプリントバーはこの傾斜角に対応して傾いていなければならない。

特定実施形態において、制作ドラム１２は、中心シャフト２８を中心に制作ドラム１２を回転させる回転式アクチュエータ２９上に装着される。この回転式アクチュエータ２９は油圧、空気圧又は電気で駆動可能である。回転式アクチュエータ２９は、制作ドラム１２を駆動するためにギヤとベルトを含んでよい。更に、この回転式アクチュエータ２９は一つ以上のエンコーダーかこれと類似の装置を具えてよく、これはコントローラと連携して制作ドラム１２の速度及び／又は位置を監視し、又は調節する。エンコーダ４６は、プリントヘッド４８の発射を制御するのに使用でき、制作ドラム１２の回転速度の変化に関係なく、正確且つ反復してプリントヘッド４８がプリントを行うようにすることができる。

制作ドラム１２は、制作ドラム１２に隣接して設けられた制作材料分配組立体２０から、制作材料を受け取る。特に、制作材料分配組立体２０は制作ドラム１２の上方に装着され、かつ制作ドラム１２の回転につれてその上に制作材料を供給する。典型例では、この制作材料分配組立体２０は、制作ドラム１２の半径に実質的に沿って、線状に制作ドラム１２の上に所定量の材料を堆積させる。別の例では、制作材料分配組立体２０は、材料を制作ドラム１２上に噴霧する複数のノズルを具えてよい。更に、制作材料分配組立体２０は、堆積させる材料の量を手動或いは自動的に調節する容量調節装置を具えてよい。制作材料分配組立体２０は構成要素装着面２６の上に支持される。一実施形態において、制作材料分配組立体２０は、装置１０から離れて設けられたより大きな分配組立体によって供給されてよい（図６Ａと６Ｂを参照のこと）。更に、制作材料分配組立体２０は、制作材料を緩い粉末状態で維持するための攪拌機を具えていてもよい。

制作材料分配組立体２０に隣接して、散布組立体２２が設けられる。この散布組立体２２は、制作ドラム１２が回転するにつれてこれを横切って制作材料を均一に散布する。散布組立体２２は、図３に詳細に示されている。この散布組立体２２は、制作ドラム１２を半径方向に横切って制作材料を散布する逆回転散布ロール５２を具え、これによって制作面２４を形成する。この散布組立体２２は、ロール５２に付着した制作材料を除去するロールスクレーパ５４を具えている。散布組立体２２も構成要素装着面２６上に装着される。

制作ドラム１２の作用は異なる実施形態によって変化し、制作材料の複数層を収容する。例えば、一実施形態において、制作ドラム１２は、構成要素装着面２６上に装着された組立体１８、２０、２２に対して下方に移動する。一特定実施形態において、中心シャフト２８と制作ドラム１２の少なくとも一部にはねじ山が設けられ、制作ドラム１２は中心シャフト２８に螺合する。制作ドラム１２が回転すると、このドラムは中心シャフト２８を下方に移動する。別の実施形態において、図２と図５Ａに示されているように、制作ドラム１２は、制作ドラム１２に対して下方に移動する底面１７を具え、制作材料層を連続的に受け取る。底面１７は一つ以上の線状アクチュエータ１９１によって垂直方向に移動する。線状アクチュエータは油圧、空気圧又は電気で駆動される。更に別の実施形態において、組立体１８、２０、２２は制作ドラム１２と制作面２４に対して上方に移動する。

使用者が、プリント工程を停止させずに出来上がった部品を取り外すことができることが好ましく、したがって、制作ドラム１２は完成した部品の取り外しを容易にする構成を含んでよい。一実施形態において、制作ドラム１２はその底面或いは側面に、装置１０が上方のプリントを行っている間に、底面及び／又は側面から部品を取り外すことを可能にする一つの開口を有する。この例において、装置１０は、いずれかの部品をプリントする前に、実質的に制作面２４の全体を被覆する底プレートをプリントする。この底プレートは、プリントされた部品の層を分離して、制作材料や未完成の部品を不注意によって取り外すことを防ぐ。別の例では、使用者はプリント工程を停止させて、部品を手によって上、下又は横から取り出すことができる（図７Ａと７Ｂを参照のこと）。

図４に示されているように、散布組立体２２は制作ドラム１２に対して僅かに半径方向からずれている。制作材料分配組立体２０は、制作ドラム１２が回転するにつれて散布組立体２２の前方に実質的放射状の材料ラインを堆積させる。装置１０は、図示されているように上から見た場合に、ドラム１２を反時計方向に回転させるか、或いは図示構成の鏡面映像において時計方向に回転させるように作動する。非放射状の散布組立体２２は材料を散布し、過剰な材料を制作ドラム１５の中心開口５６の方へ強制的に移動させる。この過剰材料は制作ドラム１２の下に設けられたオーバーフロー・トレー６８（図１〜２を参照）に落下する。一実施形態において、装置１０は過剰材料を後の使用のために再生させるように構成される。図示実施形態において、この装置１０はオーバーフロー・センサー５８を具えている。このセンサー５８は中心開口５６を通じて落下する材料の過剰量を監視する。このセンサー５８は、測定された材料の過剰量を表す信号を装置のコントローラーに送る。この信号に呼応して、装置１０は制作材料分配組立体２０によって分配された材料の量を調節することができる。

このセンサー５８は図５Ａと５Ｂに詳細に示されている。図５Ａは、装置１０上のセンサー５８の大体の位置を示している。このセンサー５８は中心開口５６の中に設けられ、回転しない中心シャフト２８に装着されている。図５Ｂはこのセンサー５８の拡大図である。センサー５８は、これを中心シャフト２８に取り付けるためのシャフト６６を具えている。このシャフト６６の先端にはパドルホイール組立体があり、これは磁気センサー６０とパドルホイール６５の個々のレッグ６４上に設けられた一連の磁石６２とを具えている。過剰材料が落下すると、それはレッグ６４に衝突して、パドルホイール６５を回転させる。回転の速度及び／又は周期が、堆積した材料の過剰量を確認するのに使用され，この量は然るべく調節される。別の例では、他のタイプのセンサー又は一つ以上のセンサーが使用可能である。

図１〜３を再び参照すると、二つのプリントバー組立体１８Ａ、１８Ｂが、装置１０の周囲に設けられていることが示されている。各プリントバー組立体１８は、少なくとも一つのプリントヘッド４８を担持するためのプリントヘッド・キャリア３８と、プリントバー・モーター３６と、プリントバーケーブル・ガイド３２と、プリントバー・スライド３０とを具えている。二つの組立体１８Ａ、１８Ｂの一方は、他方に対して余分なものである。別の例では、更に多くのプリントバー組立体１８が装置１０に設けられる。プリントバーケーブル・ガイド３２は、プリントヘッド４８への電気接続部を案内して固定する。プリントバー・スライド３０は、構成要素装着面２６へ取り付けられ、プリントヘッド・キャリア４２、役務ステーション３４、プリントヘッド診断ステーション３８及びプリントバー・モーター３６を支持する。プリントバー・モーター３６は、スライド３０に沿って制作ドラム１２に対してプリントバー組立体１８を半径方向に動かすのに使用されるサーボモーターであってよい。正確な繰返可能な制御を行うことのできる位置決めシステムを用いれば、製造される目的物の精度に直接的な影響があるので、一般的に有利である。プリントヘッド・キャリア４２は半径方向に動いてプリントのためにプリントヘッド４８を位置決めし、そしてプリントヘッド４８上で役務を遂行する。

プリントヘッド・キャリア４２は、制作ドラム１２の半径に沿って動いて、プリントの品質の欠陥を修正することができる。例えば、プリントヘッド・キャリア４２は、単一のプリントヘッド４８又は８列×６個のプリントヘッド４８等の任意の数のプリントヘッド４８を具えたプリントヘッドアレイ４０を支持している。このプリントヘッドアレイ４０は、余分なプリントヘッド４８を具え、これらはプリント品質の欠陥を補う。プリントヘッド４８は、市販されているインクジェット型プリントヘッド或いは特別な用途に合わせて特注されたプリントヘッドであってよい。このプリントヘッド４８は例えば５１２個の複数のジェットを具え、各ジェットが制作面２４上に一滴の結合剤を噴射するものである。

プリントヘッド４８は、例えば幾つかのジェットが作動しなかったり、噴射ミスをしたり、不整列の場合に、「屋根葺式」（ｓｈｉｎｇｌｉｎｇ ｆａｓｈｉｏｎ）に半径に沿って前後に増分移動して、プリントに生じた乱れを補償することができる。屋根葺式移動はプリントの誤差を平均化するので、装置１０はより強力な部品を作ることができる。例えば、屋根葺式移動は、うまくプリントを行わないジェットの悪影響を、失敗したジェットによって生じたプリントされない制作材料のラインが各プリント層の違う場所に来るように、ジェットを僅かにずらすことによって少なくする。屋根葺式移動は、例えばエラーメッセージに呼応して種々の方法で行うことができ、或いは各層のプリントの間にプリントヘッド４８を半径に沿ってランダムな距離を前後移動することによって、連続的に屋根葺式移動をするように、装置１０をプラグラムしてもよい。別の方法として、この装置１０は、プリントヘッド４８が特定数のプリント層に対して設定された距離を移動し、そしてスタート位置にリセットされるプリントの手順を行うようにプログラムされてもよい。例えば、プリントヘッド４８は、プリントヘッド４８が全体で１／４インチ移動するまで、各プリント層に対して半径に沿って１／１６インチ外方へ移動させることができる。そこで、プリントヘッド４８を半径に沿ってスタート位置まで戻し、或いは増分を戻す。したがって、装置１０は異なるプリントヘッド４８によって同じ領域にプリントを行って、誤差を平均化する。

図１４Ａ〜１４Ｄは半径方向走査プリント工程の概略を示し、プリントヘッドのアレイは制作ドラムが連続的に回転するにつれて、形成ドラムの半径に沿って連続的に出入りする。この工程において、プリントヘッドのアレイは三次元プリンターの制作面全体を走査する。図１４Ａは、本発明の三次元プリンター２００の模式的斜視図である。この三次元プリンター２００は、図１〜３に関して前述した三次元プリンター１０と同様のものである。三次元プリンター２００は制作ドラム２１２と二つのプリントバー組立体２１０１Ａ、２０１Ｂを具えている。各プリントバー組立体２０１Ａ、２０１Ｂはプリントヘッドアレイ２０２を具えている。図１４Ｂは、図１４Ａの三次元プリンター２００の模式的平面図である。プリントバー組立体２０１Ａ、２０１Ｂは、矢印２０４で示されるように、制作ドラム２１２の半径に概ね沿って出入りするもしくは前後移動するプリントヘッド・キャリア２０３を具えている。図１４Ｂに示されるように、制作ドラム２１２は制作面２２４を具え、矢印２４４で示されているように反時計方向に回転する。一般的に、制作ドラム２１２は比較的ゆっくりと移動し、一方、プリントヘッド・キャリア２０３はもっと迅速に移動する。

図１４Ｃと１４Ｄは図１４Ａの三次元プリンター２００の模式的拡大平面図である。図１４Ｃに示されているように、プリントヘッドアレイ２０２は、プリントヘッド・キャリア２０３の長手に沿って少しずつずらして配置された６個のプリントヘッド２４８を含む。しかし、このアレイ２０２は基本的に任意の数或いは配置のプリントヘッド２４８で作られていてよい。これら６個のずらした配置のプリントヘッド２４８は、プリント波幅２０６を形成する。一実施形態において、各プリントヘッド２４８は１／２インチ幅のプリントを行い、その結果、約３インチの波幅２０６が得られる。この波幅２０６は、全てのジェットプリントによって得られるが、実際に噴射するジェットの数と配置を制御することによって異なる波幅と形状が得られる。プリントヘッド・キャリア２０３がプリントヘッドアレイ２０２を半径方向に前後移動させると、プリントヘッド２４８は、矢印２０５で示されるようにイン・ストロークでプリントを行う。

図１４Ｄは、特定のプリント波幅の詳細を示している。一般に、半径に沿ってプリントヘッド２４８がプリントを行うにつれて、制作ドラム２１２が回転するので、この波幅は制作ドラム２１２の半径に対して傾斜する。プリントヘッドの走行経路２０７は、プリント・ストローク２０８と復帰ストローク２０９（図示された線はプリントヘッド・アレイ２０２の中心線を表している）を含む。復帰ストローク２０９は、プリントヘッド・キャリア２０３が半径方向に外方へ移動する際に生じ、プリント・ストローク２０８は、プリントヘッド・キャリア２０３が内方へ移動する際に生じる。プリントの際、全部のジェットが全プリント・ストローク２０８に沿って噴射するのではなく、結果として使用されたプリント可能領域２１３と使用されないプリント可能領域２１１とが得られる。これは、制作ドラム２１２が回転するにつれてプリントされた波幅がオーバーラップするであろう事実を補償するために行われる。図示されたように、プリントされたセグメント２１０は相互に隣接し、それによって図示されたように完全にプリントされた領域を形成する。波幅の使用されたプリント可能な領域２１３は、制作ドラム２１２の中心から最も遠い点で最も幅広くなっている。

ここに開示されている種々の三次元プリンターは、直角座標（即ち、ｘ，ｙ）に基づいてプリントを行う直線状プリンターとは異なって、極座標（即ち、ｒ，θ）に基づいてプリントを行う。開示された三次元プリンターは、放射状の制作面上にプリントを行うために、直角座標を極座標に変換するロジックを含む。変換ロジックは、この三次元プリンターの作業を制御するコントローラーに入っている。

更に、プリントヘッドは半径に沿ってプリントされるので、プリントヘッドのすべてのジェットが毎回使用される訳でない。特に、プリントアレイの中心の最も近くに位置するジェットは、少ししかプリントしないので、長寿命を持つことができる。これに対応して、プリントアレイの外側に位置するプリントヘッドは最初に故障する。

一実施形態において、装置１０は、プリントの品質、その他の装置１０の特徴、例えばプリント速度、プリントヘッドの状態（例えば空か又は汚れているか）、噴射しないジェット、制作材料の品質、及び／又は制作ドラムの位置等を測定する一つ以上のセンサーを含む。特定実施形態において、センサーは、プリントヘッド４８が適正にプリントしているかどうかを監視し、もしそうでなければ装置のコントローラーに信号を送ってプリントヘッド４８を移動させ、適正にプリントしていないプリントヘッド４８を補償する。例えば、コントローラーは、屋根葺目的で、ごく僅かにプリントヘッド４８を半径方向に動かす。一実施形態において、すべての又は少なくとも最小数のジェットが噴射しているかどうかを決めるのにセンサーが使用され、もしそうでなければ使用者にプリントヘッド４８を交換するように伝える。更に、センサーは、プリントヘッド４８の診断テストの実施、清掃の実施、制作材料分配組立体２０の再充填、散布組立体２２の清掃、その他の装置１０の所望の機能の実行等の他の機能を監視するのに使用可能である。

プリントバー組立体１８は、診断又は役務の目的で動かされる。プリントヘッドアレイ４０を制作ドラム１２から半径方向に動かすことによって、使用者は、清掃や交換等の保守のためにプリントヘッド４８に接近することができる。プリントヘッドの清掃は、図９Ａ〜９Ｊ、１０、１１、１２Ａ〜１２Ｃ、及び１３Ａ〜１３Ｄに関連して詳しく述べられている。プリントヘッドアレイ４０は半径方向に外方へ移動させて、プリントヘッドアレイ４０の診断手順を行うことができる（図８Ａと８Ｂを参照のこと）。別の実施形態において、プリントバー組立体１８は役務の目的のために、制作ドラム１２から持ち上げられる。

装置１０のサイズと精確な形状は、特定利用に適するように変更可能である。例えば、装置１０は比較的小さな三次元物体を製造するために、テーブルトップに適合するようなサイズにされることができ、或いは、装置１０は比較的大きい三次元物体を製造するために実質的フットプリントを持ってよい。特定実施形態において、制作ドラム１２は約６フィートの外径と、約２フィートの内径と、約２フィートの深さを有する。更に、装置１０は、外被の中に設置され、作業環境を清掃するための空気処理設備を含んでよい。この外被は装置１０の作業を監視するための窓を有してよい。

更に、この装置１０は、複数の制作ドラム１２とプリントバー組立体１８を含んでよい。一つの可能形態において、この装置１０は、材料分配装置、スプレッダー、プリントヘッド等のプリントのための構成要素を担持する、中央に設置された架台の周囲に間隔を置いた複数の制作ドラム１２を具えている。この架台は制作ドラム１２の一つの上方の位置へ回転可能である。この構成において、使用者は一つの制作ドラム１２の上にプリントし、一方、別の制作ドラム１２から部品を取り外すことができ、これによって連続作用が可能になる。別の実施形態において、制作ドラム１２は半径方向に不動であるが、垂直方向には移動可能であってよい。この実施形態では、プリント構成要素は制作ドラム１２を中心に半径方向に移動するように構成される。特定実施形態において、プリント構成要素を支持する架台は、制作ドラム１２を中心に半径方向に回転し、一方、プリントヘッドは制作ドラム１２の半径に沿って前後に移動する。この構成によって、制作ドラム１２の実質的全表面領域へのプリントが可能となる。

図１５Ａと１５Ｂは、本発明による三次元プリント装置３００の別の実施形態を示す。図１５Ａに示されているように、装置３００は、回転ラック３１３の上に設置された三つの制作ドラム３１２を具えている。プリント用のハードウエアは、この回転ラック３１３が回転ラック用枢軸３１４を中心に回転して、プリント用ハードウエアと整合すると停止する。制作ドラム３１２とプリント用ハードウエアは、前述したものと基本的に同じである。

図１５Ｂは反時計方向（矢印３１５）に回転して、一つの制作ドラム３１２をプリント用ハードウエアとの整合から外し、第２の制作ドラム３１２Ｂをプリント用ハードウエアと整合させる回転ラック３１３を示す。この回転ラックは時計方向或いは反時計方向のいずれかに回転可能である。この構成の一つの利点は、装置３００が一つの制作ドラム３１２Ｃ上にプリントすることができ、一方、プリントされた一組の物体が第２の制作ドラム３１２Ｂで熱処理され、そしてプリントされた別の一組の物体が第３の制作ドラム３１２Ａから取り外されることが可能なことである。

図６Ａと６Ｂは、二つの異なる制作材料供給システム７４と９６を用いた三次元プリント用のシステム７０、９２を示す。図６Ａを参照すると、システム７０は、図１〜３に関して前述したものと類似の三次元プリント装置７２と、この三次元プリント装置７２と遠隔で連結された制作材料供給システム７４とを含む。制作材料供給システム７４は、制作材料を保持する貯留ビン即ちホッパー８０と、制作材料を三次元プリント装置まで搬送する構造とを含む。このホッパー８０は、三次元プリント装置７２に搬送される前に混合される複数の制作材料成分を保持する複数の内部区画を含んでよい。更に、これらの複数の区画は異なるタイプの制作材料を保持し、制作材料供給システム７４は一つ以上の異なる材料を装置７２に分配するための構造を含んでよい。

図６Ａに示された制作材料供給システム７４は、供給ダクト８２、供給ポンプ８４、復帰（又はオーバーフロー）ダクト８８、及び復帰（又はオーバーフロー）ポンプ９０を含む。これらの構成要素８２、８４、８８、９０はホッパー８０を三次元プリント装置７２に接続し、そして必要に応じて三次元プリント装置７２に連続的或いは間欠的に材料を搬送することができる。ダクト８２、８８は剛性を有するもの、又は可撓性を有するもの、或いはその組合せであってよい。例えば、可撓性のホースがダクト８２、８８と三次元プリント装置７２の接続点に使用され、一方、制作材料供給システム７４と三次元プリント装置７２との間のダクト８２、８８の部分は剛性パイプであってもよい。別の実施形態において、制作材料供給システム７４は、コンベアベルト・システム、回転ラック、供給スクリュー、重力供給システム等のゆるい粉末材料を搬送するための公知の構成要素を含んでよい。このシステムは手動で操作され、或いは空気圧、油圧、電気で駆動される。更に、この制作材料供給システム７４は、ホッパー８０上に主充填ポート又はダクト８６を含んでよい。更に、制作材料供給システム７４は、コントローラー７３に接続された一つ以上のセンサーを具え、ホッパー８０内の材料のレベル及び／又は量、及び三次元プリント装置７２に分配される材料の速度を監視し、制御する。

ホッパー８０は、ダクト８６を通じて粉末制作材料を充填される。別の方法では、ホッパー８０は充填のために取り外し可能なカバーを含んでよい。材料はホッパー８０の底から出た供給ダクト８２を介して三次元プリント装置７２に直接供給される。供給ポンプ８４は供給ダクト８２の中に設けられ、三次元プリント装置７２上の制作材料分配組立体７６への材料の搬送を容易にしている。この実施形態では、過剰な材料は三次元プリント装置７２上に設けられた材料オーバーフロー・トレー７８に集められ、復帰ダクト８８とこの復帰ダクト８８に設けられた復帰ポンプ９０を介してホッパー８０へ直接戻される。この材料はホッパー８０の上部に戻される。別の実施形態において、復帰材料はホッパー８０に戻される前に処理される。特定実施形態において、制作材料供給システム７４は攪拌装置を具え、制作材料を粉末状態で維持する。これとは別に、又はこれに加えて、制作材料供給システム７４は、粉末状以外の形態で供給される制作材料を処理する構成要素を具えてよい。

図６Ｂに示されているように、システム９２は図１〜３に関して前述したものと類似の三次元プリント装置９４と、この三次元プリント装置９４から遠隔に連結された制作材料供給システム９６とを含む。この制作材料供給システム９６は、図６Ａに関して説明されたシステム７４に類似し、ホッパー１０２、供給ダクト１０６、供給ポンプ１０８、復帰（又はオーバーフロー）ダクト１１４及び復帰（又はオーバーフロー）ポンプ１１６を具えている。この制作材料供給システム９６は、更に、調合組立体１１０を具えている。図示実施形態では、調合組立体１１０は三次元プリント装置９４に供給する供給ダクト内に設けられている。しかし、この調合組立体１１０はホッパー１０２内に設けられて、材料はホッパー１０２を出る前に調合されるようにしてよい。

調合組立体１１０は複数の成分ホッパー１１２を具えている。この構成では、主ホッパー１０２は、調合組立体１１０に供給される制作材料の一つ以上の主要構成成分、例えば砂等を保持する。一つ以上の補助成分が、成分ホッパー１１２を介して調合組立体１１０に導入される。調合組立体１１０は、種々の構成成分の供給速度と調合を制御して、最終的な制作材料を製造する。更に、調合組立体１１０は、復帰ダクト１１４から受けた過剰材料を三次元プリント装置９４に供給された制作材料に混入することができる。特定実施形態において、調合組立体１１０は、三次元プリント装置９４に分配される材料の品質に影響を与えないように、過剰材料を計量して調合された制作材料へ混入する。

図７Ａと７Ｂは、本発明の三次元プリント装置１２０の一実施形態から三次元物体がプリントされた部品１２６を取り出す様子を示している。図７Ａにおいて、制作ドラム１２４は一部が断面で示されて、プリントされた部品１２６の位置を示している。制作材料の層は制作ドラム１２４に貯められて、プリントされた部品１２６はプリントされない（非拘束）制作材料１２８で囲まれている。この部品１２６を取り出すには種々の方法があるが、図示実施形態において、部品１２６は制作ドラム１２４の上部開口１２２を通じて取り出される。詳しくは、非拘束の制作材料１２８が、例えば真空吸引等によって制作ドラム１２４から取り除かれる。別の例では、非拘束の材料１２８は制作ドラム１２４の底又は側の開口を通じて排出される。非拘束の材料１２８が取り除かれると、部品１２６は人手によって、又は自動的に制作ドラム１２４から取り出すことができる。一実施形態において、上部開口１２２は部分的にカバーされている。部品１２６は、必要に応じて更に処理されてもよい。

図８Ａと８Ｂは、図１の診断ステーション３８を示す。例えば、結合剤の滴を検出したり、制作材料上にテストパターンをプリントしたりする、他の診断システムも可能である。図８Ａに示されるように、診断ステーション３８は、紙供給ロール１３２と紙巻き取りロール１３４との間に装着されたチャート紙１３０と、光学スキャナー１３８と、固定された基準プリントヘッド１４０と、紙駆動キャプスタン１３６を具えている。キャプスタン１３６は、チャート紙１３０を正確に供給し、位置決めするのに使用される。診断テストを行うために、プリントヘッドアレイ４０の一部は診断ステーション３８の上方の位置に動かされる（図８Ａの矢印１４２）。チャート紙１３０の清浄部分がプリントヘッドアレイ４０の下方に位置決めされる（図８Ａの矢印１４４）。基準プリントヘッド１４０を含むプリントヘッド４８がチャート紙１３０上にプリントする。プリントされたテストパターンは解析のために光学スキャナー１３８の下を通過する。一実施形態において、この光学スキャナー１３８は、テスト画像を読み取るＣＣＤカメラである。装置のコントローラー７３は、診断ステーションを介して、プリントヘッド４８が正しくプリントしているか、或いは清掃や交換の必要があるかを決めることができる。別の実施形態において、チャート紙１３０は連続的に移動し、プリントヘッドアレイ４０はその上を連続的に動いて、テストパターンを紙の上にプリントする。

図９Ａ〜９Ｊはプリントヘッド１５０を清掃するためのシステム１４６を示す。このシステム１４６は役務・ステーション３４（図１）に設けられている。一実施形態において、このシステム１４６は、ラッチ爪１５２、スプリング１５４、スキージー１５６、プリントヘッド・キャップ１５８、キャップキャリア１９２、第２スプリング１６２、及びカムトラック１６４で構成された清掃ステーション１４８を含む。説明のために一つのみの清掃ステーション１４８が示されているが、役務ステーション３４には複数のステーション１４８を設けてもよい。別の例では、一つの清掃ステーション１４８が、清掃ステーション１４８に対してプリントヘッド１５０を連続的に位置決めする等して、複数のプリントヘッド１５０に役務を行っている。

図９Ａは、清掃システム１４６のスタート位置を示す。図９Ｂに示されているように、プリントヘッド１５０は清掃ステーション１４８に接近し、ラッチ爪１５２に係合する。ラッチ爪１５２は、プリントヘッド１５０がラッチ爪１５２を通過する際に作動する。プリントヘッド１５０はラッチ爪１５２を通りすぎて、スキージー１５６に係合する（図９Ｃ）。プリントヘッド１５０はスキージー１５６を通りすぎる。図９Ｄに示されているように、プリントヘッド１５０はキャップキャリア１９２に接触し、これはカムトラック１６４に沿って駆動されて、スプリング１６２を圧縮する。プリントヘッド・キャップ１５８はプリントヘッド面１６０に対面して位置決めされる（図９Ｅ及び９Ｆ）。図９Ｆに示されているように、プリントヘッド・キャップ１５８はプリントヘッド面１６０を封止し、一方、プリントヘッド面１６０は洗浄流体によって持ち上げられる（図１０）。

プリントヘッド面１６０が清掃された後、プリントヘッド１５０は清掃ステーション１４８から出るように動き始める（図９Ｇ）。ラッチ爪１５２はキャップ・キャリア１９２に係合し、その動きを阻止する。図９Ｈに示されているように、プリントヘッド１５０はスキージー１５６に係合し、プリントヘッド面１６０が拭き取られる。別の実施形態において、スキージー１５６は振動してプリントヘッド面１６０を更に清掃する。プリントヘッド１５０は前進を続けてラッチ爪１５２を作動させ（図９Ｉ）、ラッチ爪はキャップ・キャリア１９２を解放する（図９Ｊ）。キャップ・キャリア１９２はスタート位置まで跳ね返る。このシステム１４６は、今や別のプリントヘッド１５０の清掃を行う準備ができている。

図１０は図９Ｆの作用を更に詳細に示す。プリントヘッド１５０は、プリントヘッド面１６０がプリントヘッド・キャップ１５８に対面して位置決めされる。プリントヘッド・キャップは、この実施形態においてゴム製である。このキャップは、プリントヘッド面１６０の周囲を封止するシール・リップ１７２を具えている。清掃ステーション１４８は、供給ダクト１８４を経て洗浄流体供給容器１８２に連結され、復帰ダクト１８８を経て洗浄流体復帰容器１８６に連結されている。この洗浄流体復帰容器１８６は、真空ダクト１９０を介して、この場合には真空ポンプである真空源１８０と連通している。更に、復帰ダクト１８８には弁１７８が設けられている。この弁１７８は手動又は自動で作動する。

作業中に、真空源１８０は、プリントヘッド・キャップ１６０の空洞１７４内に真空を生成する。この真空は、供給ダクト１８４を通じて供給容器１８２から洗浄流体を吸引する。この洗浄流体はプリントヘッド面１６０に対するスプレー１７６として、空洞１７４に入る。スプレー１７６は、過剰制作材料や乾いた結合剤等の残骸をプリントヘッド面１６０から洗い流す。使用済みの洗浄流体及び残骸は真空源１８０によって空洞１７４から吸い出されて、復帰ダクト１８８を通じて復帰容器１８６に入れられる。更に、真空源１８０によって空洞１７４に生成した負圧は、洗浄流体がジェットノズルに入ることを防止し、かつ実際には少量の結合剤をノズルから流出させて、ノズルから粉末状制作材料を吹き出させる。ジェットノズル内の詰まりや障害があると、ジェットは間違った方向の噴射を行うことがある。作業が終了すると、このシステム１４８は図１９Ｇに示された工程に移行する。

図１１は、再調整ステーションとも称される清掃ステーションの別の実施形態を示す。この再調整ステーション４０６はプリント装置１０から取り外された状態で示されているが、再調整ステーション４０６はプリントバー組立体１０或いは役務・ステーション３４に設けられてよい。この再調整ステーション４０６は、複数の拭き取り要素４０８と複数の潤滑要素４１０を含む。拭き取り要素４０８と潤滑要素４１０は、矢印４０１で示されているように動かされるプレート４１２上に装着されている。拭き取り要素４０８と潤滑要素４１０の係合面４１４は上方に設置され、プリントヘッド４７６が再調整ステーション４０６にある場合に、拭き取り要素４０８と潤滑要素４１０が下方からプリントヘッド４７６を清掃する（図１２Ａ〜１２Ｃ）。図示実施形態において、一対４１６として作動する一つのワイパー４０８と一つの潤滑要素が、各プリントヘッド４７６を清掃するのに使用される。更に、図示の実施形態において、ワイパーと潤滑要素の各対は相互にずれていて、プリントヘッド４７６のずれた間隔に対応する（例えば、図８Ａのプリントヘッド４８を参照のこと）。しかし、他の実施形態において、任意数の拭き取り要素４０８と潤滑要素４１０がプリントヘッド４７６を清掃するのに使用され、これらの拭き取り要素４０８と潤滑要素４１０は、任意の所望幾何学配置で隔置される。

図１２Ａ〜１２Ｃは再調整ステーション１０６の一使用法を示す。プリントヘッド４７６は再調整ステーション４０６の上方に配置されている（図１２Ａ）。拭き取り要素４０８と潤滑要素４１０とが装着されているプレート４１２はプリントヘッド４７６と整合するよう動かされ、プリントヘッド４７６は下方から拭き取られ且つ潤滑されて、堆積した粒子が取り除かれてプリントヘッド４７６からの制作材料の流れが改善される。詳しくは、潤滑要素４１０はプリントヘッド面４７７に潤滑剤を付与して、プリントヘッド面４７７上の残骸を湿らせる。次に、プリントヘッド４７６は動かされて、プリントヘッド面４７７が拭き取り要素４０８（たとえばスキージー）上を通過すると、拭き取り要素がプリントヘッド面４７７を清掃する。別の方法では、プリントヘッド面４７７は真空源に曝され、その上に有る残骸が除去される。

図１３Ａ〜１３Ｄは、本発明による再調整ステーション５０６の別の実施形態を示す。この再調整ステーション５０６も役務・ステーション３４に装着されている。再調整ステーション５０６は、洗浄溶液５４３を保持するタンク５４２と、少なくとも一つのノズル５４０、好ましくはノズル５４０のアレイに加圧下で洗浄溶液５４３を配送するポンプとを含む。ノズル５４０は洗浄溶液５４３の高速流を生成することができる。作業の際に、ノズル５４０はプリントヘッド５７６のプリントヘッド面５７７へ向けられる。プリントヘッド面５７７へ向けられる時に、洗浄溶液５４３は、プリントヘッド５７７から制作材料及び結合剤等の汚れを緩めて除去する。ノズル５４０の向きは、流体の流れがプリントヘッド面５７７の平面を横切って導かれるように、プリントヘッド面５７７に対して傾斜している。例えば、洗浄溶液はノズル５４０に最も近い側面でプリントヘッド５７６に接触し、ノズル５４０から最も遠いプリントヘッド５７６の側面から流れ落ちる。これによって、プリントヘッド面５７７上の洗浄溶液の溜まり、及ノズル５４０の近くで流れ落ちてノズル５４０と干渉する洗浄溶液５４３と残骸の量が少なくなり、洗浄溶液５４３の流れの効率が改善される。飛沫ガードも再調整ステーション５０６に設けられ、液状洗浄溶液５４３の流れからの飛沫を防ぐ。

ノズル５４０の作業が終了した後にプリントヘッド面５７７に残った大量の洗浄溶液を除去することが望ましい。これは、図１２Ｃに示されているように、プリントヘッド面４７７を横切って拭き取り要素４０８を牽引することによって行われることが便利である。この方法の欠点は、拭き取り要素４０８とプリントヘッド面４７７との間の接触が、例えばインクジェット・ノズルのオリフィスの縁を損傷することによって、プリントヘッド４７６の性能を低下させることにある。したがって、本発明の目的は、インクジェットノズルの周囲の繊細な領域に接触することなく、プリントヘッド面５７７から集積された洗浄溶液を除去する手段を提供することにある。一実施形態において、プリントヘッド面５７７が、接触することなく吸取部材５４４の上面５４６の近傍を１回以上通過して、毛細管現像による力がプリントヘッド面５７７に集積した洗浄溶液５４３を吸引するように、吸取部材５４４が設置されてよい。この吸取部材５４４は頑丈な、半頑丈な、或いは柔軟な材料で作られ、吸収性或いは非透過性、又はこれらを組み合わせた性質を持ってよい。

吸取部材５４４が集積された洗浄溶液５４３をプリントヘッド面５７７から効率的に除去するために、吸取部材５４４の上面５４６とプリントヘッド面５７７との間の間隙は小さくなければならず、その所望範囲は約０インチと約０．０３インチの間である。本発明の別の目的は、精密な、丈夫な、そして高価な構成部品に頼ることなく、この範囲の間隙を維持する手段を提供することにある。

もう一つの実施形態において、吸取部材５４４は、これはプリントヘッド５７６との間の相対運動５４７の方向にほぼ直交して配置された柔軟なゴムシートからなり、その上縁５４６の一部は、プリントヘッドノズル・オリフィスから離れた非臨界領域のみでプリントヘッド面５７７と接触或いは干渉するように配置される。この吸取部材５４４の上縁５４６は、切り欠きがなければ吸取部材５４４がプリントヘッド面５７７の繊細な構成部分に接触する個所に一つ以上の切り欠き５４８を含む。システムの寸法は、吸取部材５４４が常にプリントヘッド面５７７に接触し、プリントヘッド５７６と再調整ステーション５０６の相対位置の予期される変動とは無関係に、プリントヘッド５７６がそれを通過する際に偏るように選ばれる。したがって、吸取部材の上縁５４６はプリントヘッド面５７７の位置に従って伸張してプリントヘッド面５７７と切り欠き５４８との間の実質的一定空間を維持する。プリントヘッド５７６の寿命を更に延長するために、吸取部材５４４の曲折ゾーンは小さい断面を有し、吸取部材５４４の上縁５４６の僅かな変形によって信頼性のある曲げ作用が得られる。

図１３Ｂ〜１３Ｄは本発明の再調整サイクルを示す。図１３Ｂは経路５４７に沿って再調整ステーション５０６に接近するプリントヘッド５７６を示す。プリントヘッド５７６が、図１３Ｃに示されたように拭き取り部材５４４に軽く接触すると、経路５４７に沿った運動は停止し、洗浄溶液５４３はノズルアレイ５４０によってプリントヘッド面５７７に向けられる。スプレー作業が終了すると、プリントヘッド５７６は、図１３Ｄに示されるように経路５４７に沿って走行を続ける。拭き取り部材５４４は更に偏向して、プリントヘッド５７６の通過を許容し、集積された洗浄溶液５４３はプリントヘッド面５７７から拭き取られる。スプレーされて拭き取られた後、プリントヘッド５７６は複数の滴によるプリントを行って、再調整工程において取り込まれた洗浄溶液を射出する。

洗浄流体タンク内で回動することによってそれ自体が清掃、湿潤する筒形の「ペイントローラー」によるプリントヘッド面の拭き取り等の付加的清掃方法が企図されている。もう一つの実施形態において、清掃システムは、洗浄流体をプリントヘッド面まで運び、残骸を汚水溜に運ぶ連続フィラメントを含んでよい。このシステムは、フィラメント上を走行して集められた残骸を除去する小さなスクレーパーを含んでよい。

本発明の特定の実施形態について述べてきたが、当業者であればここに開示された概念を組み入れて、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、他の形態を構成することは自明であろう。上述した実施形態は単なる例示であって、限定的なものではない。

本発明にかかる三次元プリント用装置の一実施形態の模式的上面斜視図。 図１の装置の拡大された模式的側面斜視図。 図１の装置の一部の拡大された模式的斜視図。 スプレッダーを示す図１の装置の上面斜視図。 図４の５Ａ−５Ａ線に沿った図１の装置の模式的部分断面図。 本発明にかかるオーバーフロー・センサーの拡大された模式的斜視図。 本発明にかかる三次元プリント装置と制作材料分配システムを具えた三次元プリント用システムの一実施形態の模式的斜視図。 本発明にかかる三次元プリント装置と制作材料分配システムを具えた三次元プリント用システムの別の実施形態の模式的斜視図。 制作ドラムを部分的に切り離した本発明にかかる三次元プリント装置の一実施形態の模式的斜視図。 制作ドラムから制作材料の一部を除去した図７Ａの装置の模式的斜視図。 本発明にかかるプリント診断ステーションを具えたプリントバー組立体の一実施形態の拡大された模式的斜視図。 図８Ａの診断ステーションの模式的表現。 本発明にかかるプリントヘッドの清掃装置と方法の一実施形態の模式的表現。 図９Ａ〜９Ｊに示されたプリントヘッドの清掃方法の一工程の模式的表現。 本発明にかかるプリントヘッドの清掃ステーションの別の実施形態の模式的斜視図。 Ａ〜Ｃは、図１１の清掃ステーションにおいて清掃されるプリントヘッドの模式的側面図及び斜視図。 Ａ〜Ｄは、本発明にかかるプリントヘッド清掃ステーションのもう一つの実施形態の模式的斜視図。 Ａ〜Ｄは、本発明にかかる半径方向プリント工程の一実施形態の模式的表現。 ＡとＢは、本発明にかかる三次元プリント用装置の別の実施形態の模式的上面図。

Claims (67)

1. メモリー内に記憶されている物体の像から三次元物体を製作する装置であって、
   制作材料の連続層を受ける回転式制作テーブルと、
   前記制作テーブルの上方に設けられた少なくとも一つのプリントヘッドのアレイとを含む装置。
2. 前記制作テーブルが連続的に回転する請求項１に記載の装置。
3. 更に、制作材料分配システムを含み、このシステムは
   前記制作材料を保持する貯留手段と、
   制作材料を前記制作テーブルに分配する搬送手段とを含む請求項１に記載の装置。
4. 更に、少なくとも二つの制作材料の成分を相互に別々に保持する少なくとも二つの貯留チャンバと、
   制作テーブルに供給するために、前記制作材料の成分を所定の比率で混合するブレンダーとを具えた請求項１に記載の装置。
5. 更に、前記制作テーブルの少なくとも一部の上方に制作材料を分布させるスプレッダーを含む請求項１に記載の装置。
6. 前記スプレッダーが逆回転するローラーを含む請求項５に記載の装置。
7. 過剰制作材料を前記制作テーブルの縁から移動させるために前記逆回転ローラーが回転式制作テーブルの半径に対して傾斜している請求項６に記載の装置。
8. 更に、制作材料の過剰量を検出するために前記制作テーブルの縁の下方に設けられたセンサーを含む請求項７に記載の装置。
9. 前記制作テーブルに分配された制作材料の量が、検出された制作材料の過剰量に応じて調節される請求項８に記載の装置。
10. 前記プリントヘッドのアレイが半径方向への連続的走査運動によって、前記制作テーブルの全面をプリントする請求項１に記載の装置。
11. 前記プリントヘッドのアレイは、調節されることなく回転式制作テーブルの実質的に任意の半径方向位置に流体を分配するように構成されている請求項１に記載の装置。
12. 前記プリントヘッドのアレイが、半径方向に増加調節可能である。請求項１１に記載の装置。
13. 前記プリントヘッドのアレイが、使役のために通常プリント位置から変位可能である請求項１に記載の装置。
14. 前記プリントヘッドのアレイが、回転式制作テーブルに対して半径方向に変位可能である請求項１３に記載の装置。
15. 前記プリントヘッドのアレイが、余分なプリントヘッドを含む請求項１に記載の装置。
16. 前記装置が三次元物体を取り出すための開口を形成している請求項１に記載の装置。
17. 三次元物体が前記制作テーブルの上部開口を通して取り出される請求項１６に記載の装置。
18. 更に、前記装置の少なくとも一つの性能特性を監視するセンサーを含み、前記特性は、プリント品質、プリントミス、プリント速度、プリントヘッドの状態、制作材料の量、テーブルの位置からなる群から選ばれる請求項１に記載の装置。
19. 前記装置の作用が、前記センサーから受け取った信号に応じて修正される請求項１８に記載の装置。
20. 前記プリントヘッドのアレイが、前記センサーからの信号に応じて移動することができる請求項１９に記載の装置。
21. 更に、複数の回転式制作テーブルを含む請求項１に記載の装置。
22. メモリー内に記憶されている物体の像から三次元物体を製作する装置であって、
    制作材料の連続層を受ける概ね円形の制作テーブルと、
    前記制作テーブルの上方に設けられて、制作テーブルに対して移動可能な少なくとも一つのプリントヘッドのアレイとを含む装置。
23. 前記プリントヘッドのアレイは、概ね円形の制作テーブルによって形成された制作面の少なくとも一部の上方で移動可能である請求項２２に記載の装置。
24. 前記プリントヘッドのアレイは、半径方向所望場所まで移動されることによって、前記制作テーブルの実質的に任意の半径方向の場所で流体を分配するように構成されている請求項２２に記載の装置。
25. 前記プリントヘッドのアレイが、前記制作テーブルの周囲を連続的に移動する請求項２２に記載の装置。
26. 概ね円形の制作テーブルが垂直方向に移動可能である請求項２２に記載の装置。
27. 三次元物体を製作する方法であって、
    制作材料の連続層を回転式制作テーブル上に載せ、
    制作材料の連続各層の上に所定パターンで液体を載せる工程を含む。
28. 更に、前記制作テーブルを連続的に回転させる工程を含む請求項２７に記載の方法。
29. 制作材料の連続層を回転式制作テーブル上に載せる前記工程が、スプレッダーによって制作テーブルの少なくとも一部に制作材料を分布させることを含む請求項２７に記載の方法。
30. 更に、回転式制作テーブル上に載せられた制作材料の過剰量を測定する工程を含む請求項２７に記載の方法。
31. 更に、測定された制作材料の過剰量に基づいて、回転式制作テーブルの上に載せられた制作材料の量を調節する工程を含む請求項３０に記載の方法。
32. 液体を載せる前記工程が、少なくとも一つのプリントヘッドのアレイによって行われる請求項２７に記載の方法。
33. 前記プリントヘッドのアレイが、調節されることなく前記回転式制作テーブルの実質的に任意の半径方向位置に流体を分配するように構成されている請求項３２に記載の方法。
34. 前記プリントヘッドのアレイが、半径方向への連続的走査運動によって前記制作テーブルの全面をプリントする請求項３２に記載の方法。
35. 前記プリントヘッドのアレイが、前記回転式制作テーブルに対して半径方向に次第に大きく調節可能である請求項３２に記載の方法。
36. 前記プリントヘッドのアレイが、使役のために通常のプリント位置から変位可能である請求項３２に記載の方法。
37. 更に、三次元物体を取り出す工程を含む請求項２７に記載の方法。
38. 三次元物体を製作する方法であって、
    制作材料の連続層を概ね円形の回転式制作テーブル上に載せ、
    制作材料の連続各層の上に所定のパターンで液体を載せる工程を含む方法。
39. 液体を載せる工程が少なくとも一つのプリントヘッドのアレイによって行われる請求項３８に記載の方法。
40. 前記プリントヘッドのアレイが、概ね円形の制作テーブルによって形成された制作面の少なくとも一部の上方を移動可能である請求項３９に記載の方法。
41. 概ね円形の制作テーブルが垂直方向に移動可能である請求項３８に記載の方法。
42. 前記プリントヘッドのアレイが、所定場所まで移動することによって、前記制作テーブルの実質的に任意の半径方向の場所に流体を分配する請求項３９に記載の方法。
43. 三次元プリンターに使用されるプリントヘッドを清掃するための装置であって、
    ベースと、
    前記ベース内に設けられたカムトラックと、
    前記カムトラックとスライド可能に係合するキャップ・キャリアと、
    空洞を形成し、前記キャリアによって搬送可能にプリントヘッドの一面と係合する前記キャリア上に設けられた封止キャップとを含む装置。
44. プリントヘッド面を清掃するために前記キャップと連通する清掃流体源と、
    使用済みの洗浄流体と残骸を除去するために前記キャップと連通する真空源とを更に、含む請求項４３に記載の装置。
45. 前記真空源が空洞内に負圧を発生させ、この負圧が洗浄流体がジェットノズルへ浸入することを防ぎ、かつジェットノズルから結合剤流体と残骸の少なくとも一方を吸引する請求項４４に記載の装置。
46. 前記キャリアと前記ベースに連結されて、プリントヘッドを受けるための受け位置へキャリアを付勢するスプリングを更に含む請求項４３に記載の装置。
47. 前記キャリアは、プリントヘッドが装置に侵入するときにプリントヘッドに係合するように前記キャリアの先端に設けられたストッパーを含み、かつプリントヘッドは、前記ストッパーに係合した後にプリントヘッド面とキャップとが封鎖止可能に係合するまでキャリアをカムトラックに沿って後方にスライドさせる請求項４６に記載の装置。
48. 前記キャリアに係合して前記キャリアの前進を防止するために前記ベースに連結されたラッチ爪を更に含む請求項４７に記載の装置。
49. 前記キャリアの基端に設けられたスキージーを更に含み、前記スキージーは、プリントヘッドが装置を出る際にプリントヘッド面と係合するように位置決めされている請求項４８に記載の装置。
50. 三次元プリンターに使用されたプリントヘッドを清掃する方法であって、
    ベースと、前記ベース内に設けられたカムトラックと、前記カムトラックにスライド可能に係合するキャップ・キャリアと、空洞を形成し、かつ前記キャリア上に設けられた封止キャップとを含む装置内にプリントヘッドを受け、
    前記キャップをプリントヘッド面と係合させ、
    前記空洞を真空で吸引し、
    清掃流体を前記空洞内に導入して、プリントヘッド面に接触させる工程を含む方法。
51. 更に、前記空洞から清掃流体を除去する工程を含む請求項５０に記載の方法。
52. 更に、
    キャップをプリントヘッド面から外し、
    プリントヘッドが装置から引き出される際に、スキージーによってプリントヘッド面を拭き取る工程を含む請求項５１に記載の方法。
53. 真空源が前記空洞内に負圧を発生させ、この負圧が洗浄流体のジェットノズルへの浸入を防ぎ、そして前記ジェットノズルから結合剤流体と残骸の少なくとも一方を吸引する請求項５０に記載の方法。
54. プリントヘッドを再調整するための装置であって、
    洗浄溶液をプリントヘッドの一面に向けてスプレーするノズルアレイと、
    前記プリントヘッド面から過剰な洗浄溶液を除去するために、プリントヘッド面の近傍に設けられた吸取部材とを含む装置。
55. 前記ノズルアレイが一つ以上のノズルを含む請求項５４に記載の装置。
56. 前記吸取部材とプリントヘッドが相対運動可能な請求項５４に記載の装置。
57. 洗浄溶液を加圧下でノズルアレイに供給する流体源を更に含む請求項５４に記載の装置。
58. 前記ノズルアレイが、プリントヘッドに対して所定の角度で洗浄溶液をスプレーするように位置決めされている請求項５４に記載の装置。
59. 前記吸取部材が、プリントヘッド面に位置するプリントノズルに接触することなく、プリントヘッド面の近傍に設けられている請求項５４に記載の装置。
60. 前記吸取部材と前記プリントノズルとの間の距離が自動的に維持される請求項５９に記載の装置。
61. 前記吸取部材の一部を、前記プリントノズルから離れた場所でプリントヘッド面に載せることによって、前記距離が維持される請求項６０に記載の装置。
62. 洗浄溶液と残骸を集める容器を更に含む請求項５４に記載の装置。
63. プリントヘッドを再調整方法であって、
    少なくとも一つのノズルに対してプリントヘッドの一面を位置決めし、
    この少なくとも一つのノズルを作動させて、洗浄溶液を前記プリントヘッド面にスプレーし、
    吸取部材を前記プリントヘッド面に接触しないように、プリントヘッド面の近傍を通過させることによって、プリントヘッド面から過剰な洗浄溶液を除去する工程を含む方法。
64. 少なくとも一つのノズルを作動させる前記工程が、洗浄溶液を前記プリントヘッド面に対して一定の角度でスプレーすることを含む請求項６３に記載の方法。
65. プリントヘッドを作動させて、洗浄溶液を清掃の際にプリントヘッドに入った洗浄溶液を追い出す工程を更に含む請求項６３に記載の方法。
66. プリントヘッド面から過剰な洗浄溶液を除去する前記工程が、前記吸取部材と前記プリントヘッド面上に設けられたプリントノズルとの間の空間を自動的に維持することを含む請求項６３に記載の方法。
67. プリントヘッド面から過剰な洗浄溶液を除去する前記工程が、更に、前記プリントノズルから離れた場所で、前記吸取部材の一部を前記プリントヘッド面上に付勢することによって前記空間を維持することを更に含む請求項６６に記載の方法。

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