JP2007504016A - インクジェットプリントによる3次元の多重材料コンポーネントの製法 - Google Patents
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Abstract
工程から成ることを特徴とする方法に係わる。
Description
多重材料コンポーネントの形状データ形状データを特徴的オブジェクトに切り分け(1);
コンポーネントの形状データ形状データを前記特徴的オブジェクトに応じた数のプリント層にスライスし(2);
プリント層毎にプリント経路の複数の不連続空間軌道を作成し(3);
プリント層毎に且つ不連続空間軌道毎に、堆積させる材料の性質及び堆積条件に応じて、プリント・パラメータの集合を作成し(4);
各プリント層の堆積過程を最適化するため、オブジェクト、その相対的な3次元的配置及びプリント装置の特性に応じて、前記プリント層及び前記不連続空間軌道のプリント経路の空間的且つ時間的シーケンス法則を作成する(5)
工程から成ることを特徴とする前記方法に係わる。
3つの基準方向にそれぞれ独立に作用する3次元送り手段と;
3次元送り手段と一体であり、噴射される液滴の温度、圧力、形状及びサイズを制御される材料液滴噴射手段と;
噴射手段に接続していて、温度、圧力及び分散状態に関して材料を制御できる、材料の貯蔵及びコンディショニング手段と;
少なくとも:
製造すべき多重材料コンポーネントの形状データから特徴的オブジェクトを、且つ前記特徴的オブジェクトから順次プリントすべき層の数を計算し、確定するモジュール;
プリント層毎に、プリント経路の複数の不連続空間軌道、及び前記プリント層及び前記不連続空間軌道の空間的・時間的シーケンス法則を作成するモジュール;
プリント層毎に且つ不連続空間軌道毎にプリント・パラメータの集合を作成するモジュール;及び
多重材料コンポーネント製造が最適化されるように、前記独立3次元送り手段、前記材料貯蔵・コンディショニング手段及び前記材料液滴噴射手段の制御下にある制御モジュール
を含む情報処理ユニットと;
情報処理ユニットに接続している3次元送り量測定手段及びプリント・パラメータ測定手段と;
シーケンス法則に従って3次元送りと材料噴射とを同期化する手段と
から成ることを特徴とする前記装置に係わる。
本発明の方法の第1工程は製造すべきコンポーネントの3D形状データを裁断する工程であり、この工程では、特徴的オブジェクトから成るインクジェットプリントによって製造すべきコンポーネントの3D形状データを裁断する。特徴的オブジェクトは幾何学的属性と物理・化学的属性を組み合わせた集合によって画定される。
本発明の次の工程はコンポーネントの3D形状データをスライスしてプリント層を得る工程であり、製造すべきコンポーネントの3D形状データをスライスして、順次プリントされることになるプリント層を形成することにある。このスライシング・工程は特徴的オブジェクト及びこれらのオブジェクトに必要とされる属性を考慮して、且つ、安定させればコンポーネントに要求される静的属性の実現につながるプリント工程の動的特性に合わせて実施される。この工程は可能な限り迅速且つ均一に製造できるようにプリント層の厚さを最大にすることにある。
上記式において、kiは1以上の整数であり、h~はコンポーネントの製造に使用されるすべての材料に関して堆積可能な厚さである。この条件を上記最適化問題に導入すればよい。
本発明の方法の次の工程はプリント層毎に複数のプリント経路不連続空間軌道を確定する工程である。即ち、この層を形成するプリント層の不連続空間軌道のプリントを実施する工程である。
本発明の方法の工程4では、プリント層毎に且つ不連続空間軌道毎にプリント・パラメータ集合を設定することができる。これらのパラメータの幾つか、特に、材料液滴の噴射高さ及び材料液滴の容積は既に説明したように、軌道確定の工程で確定されている。
本発明の次の工程5は不連続空間軌道の空間的・時間的シーケンス法則を設定する工程である。既に説明したように、オブジェクトの属性、その相対的な3次元配置及びプリント装置の特性に応じ、特定の順序に従ってプリント層をプリントすることを必要とする場合が多い。
Claims (43)
- 少なくとも1種類の材料を順次層状に液滴インクジェットプリントすることによって多重材料コンポーネントを製造する方法において、少なくとも:
(1) 多重材料コンポーネントの形状データを特徴的オブジェクトに切り分け;
(2) コンポーネントの形状データを前記特徴的オブジェクトに応じた数のプリント層にスライスし;
(3) プリント層毎にプリント経路の複数の不連続空間軌道を作成し;
(4) プリント層毎に且つ不連続空間軌道毎に、堆積させる材料の性質及び堆積条件に応じて、プリント・パラメータの集合を作成し;
(5) 各プリント層の堆積過程を最適化するため、オブジェクト、その相対的な3次元的配置及びプリント装置の特性に応じて、前記プリント層及び前記不連続空間軌道のプリント経路の空間的且つ時間的シーケンス法則を作成する、
工程から成る、
ことを特徴とする前記方法。 - 多重材料コンポーネントの形状データをスライスする工程として、プリント層として堆積する材料の量を最大にする、ことを特徴とする請求項1に記載の製法。
- 少なくとも:
プリント層毎にプリント経路の不連続空間軌道の第1変調を設定し;
プリント層毎にプリント経路の不連続空間軌道の少なくとも1つの明確な方向を設定し;
次のプリント層に向かうプリント経路の不連続空間軌道の第2変調を設定する
工程から成り、前記変調を、前記オブジェクトを構成するプリント層の数に応じて設定することにより、前記多重材料コンポーネントの最終構造の凝集特性を最適化する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の製法。 - 前記第1変調設定工程が第1の不連続空間軌道の噴射ステップの空間的変位に基づいて第2の不連続空間軌道を設定する工程である、ことを特徴とする請求項3に記載の製法。
- プリント経路の不連続空間軌道の前記第2変調を設定する工程が、オブジェクトのプリント層毎に直交マーカーに基づくプリント経路の方向変調を設定する工程であり、これによって、プリント層毎に、オブジェクトの先行プリント層から後続プリント層へのそれぞれ異なる特定の方向を付与する、ことを特徴とする請求項3または4に記載の方法。
- 所定の噴射ステップに従って少なくとも1滴の材料が順次噴射される毎に、前記第2変調設定工程として、オブジェクトの先行プリント層から後続プリント層への前記噴射ステップの振幅及び/または空間的変位の変調を設定する、ことを特徴とする請求項3、4または5に記載の製法。
- プリント層のプリント経路及び不連続空間軌道の空間的・時間的シーケンス法則が噴射システムから順次出力される複数のプリンティング及びクリーニング指令を含む、ことを特徴とする請求項1から6までのいずれか1項に記載の製法。
- プリント・パラメータの1つが堆積面積に対して直交方向の噴射距離であり、前記方法が公称値を中心に前記噴射距離を制御することにあり、前記公称値が、堆積面積への材料堆積を最適化するように設定される、ことを特徴とする請求項1から7までのいずれか1項に記載の製法。
- プリント・パラメータの1つが噴射される材料液滴のサイズ及び形状であり、前記方法が材料の性質、材料の堆積条件及びプリント層の所定厚さに応じて噴射すべき材料の各液滴のサイズ及び形状を制御するにある、ことを特徴とする請求項1から8までのいずれか1項に記載の製法。
- プリント・パラメータの1つが噴射前の材料温度であり、前記方法が材料の性質及び噴射手段のタイプに応じて各液滴が噴射される前の材料温度を制御することに本質がある、ことを特徴とする請求項1から9までのいずれか1項に記載の製法。
- プリント・パラメータの1つが噴射システムの閉塞度であり、前記方法が、閉塞度が所定の閉塞閾値を超えると直ちに噴射システムをクリーニングすることに本質がある、ことを特徴とする請求項1から10までのいずれか1項に記載の製法。
- プリント・パラメータの1つが材料の貯蔵状態であり、前記方法が、材料の性質に応じて温度、圧力及び貯蔵されている材料の分散状態を制御することにより、材料の貯蔵条件が最適化されるように材料の貯蔵状態特性を制御することに本質がある、ことを特徴とする請求項1から11までのいずれか1項に記載の製法。
- プリント・パラメータの1つがプリント環境の状態であり、前記方法が、多重材料コンポーネントが製造される環境の特性を堆積させる材料の性質に応じて制御することに本質がある、ことを特徴とする請求項1から12までのいずれか1項に記載の製法。
- プリント・パラメータの1つが、堆積させる材料の性質に応じて、この堆積させる材料に照射される放射線の強さ及び波長である、ことを特徴とする請求項1から13までのいずれか1項に記載の製法。
- 少なくとも1種類の材料を順次層状に液滴インクジェットプリントすることによって多重材料コンポーネントを製造する装置において、
3つの基準方向にそれぞれ独立に作用する3次元送り手段(103a、103b、103c)と;
3次元送り手段と一体であり、噴射される液滴の温度、圧力、形状及びサイズを制御される材料液滴噴射手段(110a、110b、110c)と;
噴射手段(110a、110b、110c)に接続していて、温度、圧力及び分散状態に関して材料を制御できる、材料の貯蔵及びコンディショニング手段(106a、106b)と;
少なくとも:
製造すべき多重材料コンポーネントの形状データ形状データから特徴的オブジェクトを、且つ前記特徴的オブジェクトから順次プリントすべき層を計算し、確定するモジュール(198);
プリント層毎に、プリント経路の複数の不連続空間軌道、及び前記プリント層及び前記不連続空間軌道の空間的・時間的シーケンス法則を作成するモジュール(201、202);
プリント層毎に且つ不連続空間軌道毎にプリント・パラメータの集合を作成するモジュール(202);及び
多重材料コンポーネント製造の最適化を可能にするため、前記独立3次元送り手段(103a、103b、103c)、前記材料貯蔵・コンディショニング手段(106a、106b)及び前記材料液滴噴射手段(110a、110b、111a、111b)の制御下にある制御モジュール(103a、103b、103c)
を含む情報処理ユニット(105)と;
情報処理ユニットに接続している3次元送り量測定手段(112,117a、117b)及びプリント・パラメータ測定手段と;
シーケンス法則に従って3次元送りと材料噴射とを同期化する手段(210)と
から成る、
ことを特徴とする装置。 - 製造すべき前記多重材料コンポーネントの形状データ形状データの特徴的オブジェクト及び前記特徴的オブジェクトから順次プリントすべき層を計算・確定するモジュール(198)が、プリント層として堆積させる材料の量を最大にする、ことを特徴とする請求項15に記載の製造装置。
- 設定モジュール(201、202)がプリント層毎にプリント経路の不連続空間軌道の第1変調を設定し、プリント層毎にプリント経路の不連続空間起動の少なくとも1つの方向を設定し、同一オブジェクトの相前後する2つのプリント層毎に、前記オブジェクトを構成するプリント層数に応じて、このオブジェクトの一方のプリント層から後続のプリント層へのプリント経路の不連続空間軌道の第2変調設定する、ことを特徴とする請求項15または16に記載の製造装置。
- 前記第1変調を設定するモジュール(201、202)が第1不連続空間軌道の噴射ステップの空間的変位に基づいて第2不連続空間軌道を設定する、ことを特徴とする請求項17に記載の製造装置。
- プリント経路の不連続空間軌道の前記第2変調を設定するモジュール(201、202)がオブジェクトのプリント層毎に、直交マーカーに基づくプリント経路の方向変調を設定し、プリント層毎に、オブジェクトの先行プリント層から後続プリント層へのそれぞれ異なる特定の方向を付与する、ことを特徴とする請求項17または18に記載の製造装置。
- 前記第2変調を設定するモジュール(201、202)が、所定の噴射ステップに従って少なくとも1滴の材料が順次噴射される毎に、オブジェクトの先行プリント層から後続プリント層への前記噴射ステップの振幅及び/または空間的変位の変調を設定する、ことを特徴とする請求項17から19までのいずれか1項に記載の製造装置。
- 設定モジュール(201、202)が、噴射システムからの複数のプリンティング及びクリーニング指令を含む、プリント層のプリント経路及び不連続プリント軌道の空間的・時間的シーケンス法則を作成する、ことを特徴とする請求項15に記載の製造装置。
- 3次元送り手段(103a、103b、103c)が所定の噴射ステップに従ってそれぞれが独立に移動する3つの単一方向移動ベースプレートによって形成され、第1ベースプレート(103a)は第1水平軸Xに従って、第2ベースプレート(103b)は第2水平軸Yに従って、第3ベースプレート(103c)は第3垂直軸Zに従ってそれぞれ移動し、これらの軸X、Y及びZが前記直交マーカーを画定する、ことを特徴とする請求項1521までのいずれか1項に記載の製造装置。
- 送りシステムの制御モジュール(204、207、208、209、210、211)が、プリント層のプリント経路及び空間軌道の空間的・時間的シーケンス法則に従って第1ベースプレート(103a)及び第2ベースプレート(103b)を制御する、ことを特徴とする請求項22に記載の製造装置。
- 噴射手段(110a、110b、111a、111b)が、材料貯蔵手段(106a、106b)に接続している少なくとも1つの噴射ヘッド(110a、110b)と、少なくとも1つの噴射ヘッド(110a、110b)に接続している少なくとも1つの噴射ノズル(111a、111b)とで形成される、ことを特徴とする請求項15から23までのいずれか1項に記載の製造装置。
- 噴射手段(110a、110b、111a、111b)が、それぞれの噴射ヘッド内に存在する材料の温度及び圧力を制御する制御手段(115a、115b)を含む、ことを特徴とする請求項24に記載の製造装置。
- 制御モジュール(204、207、209、210、211)が材料の性質及び噴射と堆積の条件に応じて、材料の温度及び圧力制御手段(115a、115b)を制御する手段(210)を含む、ことを特徴とする請求項25に記載の製造装置。
- 制御モジュール(204、207、208、209、210、211)が、少なくとも1つの噴射ノズル(111a、111b)によって噴射される液滴の形状及びサイズを制御する手段(209)を含み、前記制御手段が前記少なくとも1つの噴射ノズルに制御信号を伝送することによって、前記少なくとも1つの噴射ノズルから噴射される液滴の形状及びサイズを制御し、前記信号が、材料の性質、堆積の条件及び既にプリントされている層の形態に応じて、噴射すべき材料液滴のサイズ及び形状を表わす、ことを特徴とする請求項24から26までのいずれか1項に記載の製造装置。
- 制御モジュール(204、207、208、210,211)がノズル―堆積面積間距離の測定、材料の性質及びその堆積条件に基づいて、ノズル―堆積面積間距離を制御するためのベースプレート制御手段(208)を含む、ことを特徴とする請求項24から27までのいずれか1項に記載の製造装置。
- 材料貯蔵・コンディショニング手段(106a、106b)が、貯蔵されている材料の温度、圧力及び分散状態を制御することによって貯蔵材料の特性を制御するため、材料温度、圧力及び粘弾性制御手段(107a、107b)を含み、
制御モジュール(204、207、208,209、210,211)が、材料の性質及び堆積条件に応じて材料の温度、圧力及び分散状態を制御する前記手段(107a、107b)を制御する手段(211)を含む、
ことを特徴とする請求項15から28までのいずれか1項に記載の製造装置。 - 情報処理ユニット(105)が、噴射手段の閉塞度データ収集手段と接続され、
閉塞度データ収集手段によって測定された噴射手段(110a、110b、111a、111b)の閉塞度が、所定の閉塞度閾値を超えた場合にクリーニング・シーケンスを起動させる、ことを特徴とする請求項15から29までのいずれか1項に記載の製造装置。 - ノズル―堆積面積間距離測定手段(117a、117b)が少なくとも1つの遠隔検知レーザーを含む、ことを特徴とする請求項28に記載の製造装置。
- プリント環境の特性を制御するための閉鎖空間(123)を設け、その内部において多重材料コンポーネントの製造を行う、ことを特徴とする請求項15から31までのいずれか1項に記載の製造装置。
- 閉鎖空間(123)がコンポーネント製造環境の温度を制御する、ことを特徴とする請求項32に記載の製造装置。
- 情報処理ユニット(105)と接続していて、堆積させるべき材料の性質に応じた放射線を発する放射線源を含む、ことを特徴とする請求項15から33までのいずれか1項に記載の製造装置。
- 情報処理ユニット(105)堆積材料の状態変化を制御するため、放射線源(130)を、放射線源(130)からの放射タイミング、放射線の強さ及び波長に関して制御する、ことを特徴とする請求項34に記載の製造装置。
- 材料の性質及びプリント装置の特性に応じてプリント・パラメータを最適化し、前記パラメータがデータベース(199)に記憶されている、ことを特徴とする請求項15から35までのいずれか1項に記載の製造装置。
- インクジェットプリントによる製造装置のための材料貯蔵装置において、
材料放出口(302)の近傍に:開口径を制御される材料放出システム(307)、攪拌手段(304、305、309)、貯蔵されている材料の温度制御手段(311)及び圧力制御手段(316)を含み、これらの手段によって材料貯蔵装置の放出口(302)近傍における材料状態の最適化している、
ことを特徴とする材料貯蔵装置。 - 温度制御手段(311)を少なくとも1つのペルチエ効果モジュールによって形成した、ことを特徴とする請求項37に記載の貯蔵装置。
- 攪拌手段が、モーターと、一端が放出口の近傍に位置する内側シャフトと、放出口近傍の端部に固定された少なくとも1つの攪拌羽根を含み、
モータが磁気駆動システムを介して内側シャフトを回転駆動する、
ことを特徴とする請求項37または38に記載の貯蔵装置。 - インクジェットプリントによる製造装置のための噴射ヘッドにおいて、
材料タンク(500)、前記タンク内に貯蔵されている材料の温度を制御する手段(507、508、509、510)、前記タンク内の材料の圧力を制御する手段、及び前記材料の流路の洗浄手段を含む、
ことを特徴とする前記噴射ヘッド。 - 材料温度制御手段(507、508、509、510)が、
少なくとも1つの抽熱換気システム(510)、熱交換システム(509)、冷却システム(508)、及び前記タンク(500)内に収容されている材料と冷却システムとの間の熱インターフェーシング・システム(507)から形成されている、
ことを特徴とする請求項40に記載の噴射ヘッド。 - 材料が前記タンクを部分的に満たし、材料の圧力制御手段がタンクの空きスペース(512)内のガス圧を制御する、ことを特徴とする請求項40または41に記載の噴射ヘッド。
- 前記材料流路洗浄手段が前記タンク(500)への補給口(502)への洗浄流体注入システム(503b)から形成されている、ことを特徴とする請求項40から42までのいずれか1項に記載の噴射ヘッド。
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