JP2018108728A

JP2018108728A - ノズルヘッド間の高度差を測定する方法、およびその方法を用いた３ｄ印刷装置

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Publication number: JP2018108728A
Application number: JP2017113689A
Authority: JP
Inventors: 裕傑楊; yu-jie Yang
Original assignee: Kinpo Electronics Inc; XYZ Printing Inc
Current assignee: Kinpo Electronics Inc; XYZ Printing Inc
Priority date: 2017-01-05
Filing date: 2017-06-08
Publication date: 2018-07-12
Also published as: CN108274749A; TW201825268A; CN108274749B; KR20180080961A; US10493745B2; US20180186094A1; KR102146888B1; EP3345746A1

Abstract

【目的】ノズルヘッド間の高度差を測定する方法、およびその方法を用いた３Ｄ印刷装置を提供する。【解決手段】３Ｄ印刷装置は、印刷モジュールと、接触センサと、変位計測器と、コントローラとを含む。変位計測器は、前記印刷モジュールまたは前記接触センサの垂直移動距離を取得する。コントローラは、３Ｄ印刷ヘッドと接触センサを互いに垂直に接触させて、接触信号を生成し、印刷モジュールと接触センサの間の垂直移動距離に基づいて、第１の高度値を取得する。コントローラは、カラーヘッドと接触センサを垂直に接触させて、接触信号を生成し、印刷モジュールと接触センサの間の垂直移動距離に基づいて、第２の高度値を取得する。コントローラは、第１の高度値および第２の高度値に基づいて、３Ｄプリントヘッドとカラーヘッドの間の高度差を取得する。【選択図】図１

Description

本発明は、一般に印刷装置の校正技術に関するものであり、より詳細には、ノズルヘッド間の高度差を測定する方法、およびその方法を用いた３Ｄ（three-dimensional）印刷装置に関するものである。

科学技術の進歩に伴い、３Ｄ印刷技術は、主として発展した技術のうちの１つになっている。３Ｄ印刷技術は、積層造形（additive manufacturing, AM）技術とも称され、ラピッドプロトタイプ（rapid prototyping）技術の１つであり、デジタルプロトタイプ図ファイルに基づいて、粉末金属またはプラスチック等の接着性材料を用いて一層ずつ印刷し、３Ｄの物体を構築することができる。

先行技術において、３Ｄ印刷の最終製品の色は、主に、接着性材料の色であり、異なる色の接着性材料には、独立したノズルヘッド（例えば、押出ノズルヘッド（extrusion nozzle head））を使用する必要がある。複数の３Ｄプリントヘッドを設置する空間がない場合、３Ｄ印刷装置は、通常、一色、または制限された数の色しか印刷できない。３Ｄ印刷装置の体積およびコストを増やさずに多彩な３Ｄ印刷を実施し、且つ印刷された物体の色が材料の色に制限されないようにするため、全ての製造業者は、３Ｄ印刷の新しい着色技術を開発し、着色技術により生じる問題を解決することを望んでいる。

本発明は、３Ｄ印刷装置の３Ｄプリントヘッドとインクジェットプリントヘッドの間の高度差を測定することにより、３Ｄプリントヘッドとインクジェットプリントヘッドの両方が適切な高度で製品印刷および製品着色をそれぞれ行えるようにすることのできるノズルヘッド間の高度差を測定する方法、およびその方法を用いた３Ｄ印刷装置を提供する。

本開示の１つの実施形態の３Ｄ印刷装置は、印刷モジュールと、接触センサと、変位計測器と、コントローラとを含む。印刷モジュールは、３Ｄプリントヘッドおよびカラーヘッドを含む。変位計測器は、印刷モジュールまたは接触センサの垂直移動距離を取得するよう構成される。コントローラは、変位計測器および接触センサに連結され、接触センサは、３Ｄ印刷ヘッドまたはカラーヘッドが接触センサと接触した時に接触信号を生成する。コントローラは、３Ｄプリントヘッドを接触センサに垂直に接触させて、接触信号を生成することにより、印刷モジュールまたは接触センサの垂直移動距離および接触信号に基づいて、第１の高度値を取得する。また、コントローラは、カラーヘッドを接触センサに垂直に接触させて、接触信号を生成することにより、印刷モジュールまたは接触センサの垂直移動距離および接触信号に基づいて、第２の高度値を取得する。さらに、コントローラは、第１の高度値および第２の高度値に基づいて、３Ｄプリントヘッドとカラーヘッドの間の高度差を取得する。

別の観点から見ると、本開示の１つの実施形態のノズルヘッド間の高度差を測定する方法は、３Ｄ印刷装置に適用することができる。３Ｄ印刷装置は、印刷モジュールおよび接触センサと含み、印刷モジュールは、３Ｄプリントヘッドおよびカラーヘッドを含む。校正方法は、以下のステップを含む。
３Ｄプリントヘッドを接触センサに垂直に接触させて、接触センサに接触信号を生成させることにより、印刷モジュールまたは接触センサの垂直移動距離および接触信号に基づいて、第１の高度値を取得するステップ。
カラーヘッドを接触センサに垂直に接触させて、接触センサに接触信号を生成させることにより、印刷モジュールまたは接触センサの垂直移動距離および接触信号に基づいて、第２の高度値を取得するステップ。
第１の高度値および第２の高度値に基づいて、３Ｄプリントヘッドとカラーヘッドの間の高度差を取得するステップ。

以上のように、本発明は、３Ｄ印刷装置の３Ｄプリントヘッドとカラーヘッドの間の高度差を測定することのできるノズルヘッド間の高度差を測定する方法、およびその方法を用いた３Ｄ印刷装置を提供する。３Ｄ印刷装置は、測定した高度差に基づいて、３Ｄプリントヘッドとカラーヘッドを別々に調整することにより、２種類のノズルヘッドの水平校正の正確度を向上させることができる。このように、３Ｄプリントヘッドとカラーヘッドが同じレールに配置され、同じ種類のノズルヘッドの最終製品の間に寸法誤差がある場合でも、本発明の方法によれば、２種類のノズルヘッドと３Ｄの物体の間で最適な操作距離を同時に維持することにより、３Ｄの物体の最終製品の品質をさらに向上させることができる。そのため、本発明は、３Ｄ印刷装置の３Ｄプリントヘッドとカラーヘッドの両方が適切な高度で製品印刷と製品着色をそれぞれ行えるようにすることができる。

本発明の上記および他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。

本発明の１つの実施形態に係る３Ｄ印刷装置を示す概略図である。

図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の１つの実施形態に係る３Ｄプリントヘッドおよびインクジェットプリントヘッドの両方と接触センサの間の垂直距離を示す概略図である。

図３Ａ、図３Ｂ、および図３Ｃは、本発明の１つの実施形態に係る接触センサの種類を示す概略図である。

本発明の１つの実施形態に係るノズルヘッド間の高度差を測定する方法を示すフローチャートである。

多彩な３Ｄ印刷を達成するため、３Ｄ印刷装置は、２種類の独立したノズルヘッドを備え、１種類のノズルヘッドは、３Ｄプリントヘッド（例えば、押出ノズルヘッド）であり、選択的レーザー焼結（Selective Laser Sintering, SLS）および選択的レーザー溶融（Selective Laser Melting, SLM）技術を使用して、粉末を焼結温度または溶融点まで加熱し、粉末を特定の厚さを有する一層の薄膜に焼結または溶融することにより、３Ｄの物体を構築するＡＭ技術を含む。別の種類のノズルヘッドは、印刷した物体を着色するためのカラーヘッド（例えば、インクジェットプリントヘッド）である。インクジェットプリントヘッドは、３Ｄプリントヘッドによって構築された印刷物体の各層にインクを噴射し、着色を行うよう構成される。本発明の実施形態に係るカラーヘッドは、様々な方法で印刷物体に着色を行うことができ、インクジェットプリントヘッドに制限されない。

２種類のノズルヘッドを設置するため、一般の方法は、３Ｄ印刷装置内に２種類のノズルヘッドに対する専用レールをそれぞれ配置する。２種類の専用ノズルヘッドレールを配置するには、高いコストが必要であり、３Ｄ印刷装置の体積がさらに大きくなって、より大きな空間を占拠することになりやすい。これらの種類のノズルヘッドは、同じレールに配置してもよいが、同じ種類のノズルヘッドの最終製品間に寸法誤差が生じる可能性がある。複数のノズルヘッドを備えたレールで水平校正を行った時、上述した寸法誤差によって校正が不正確になることがある。したがって、２種類のノズルヘッドを同じレールに配置する場合、水平校正の難度が上がるため、さらに、最終３Ｄ製品の品質を低下させる。そのため、２種類のノズルヘッドが同じレールを共有する場合の水平校正の正確度をいかにして維持するかが、本発明の目的の１つである。

３Ｄプリントヘッドとカラーヘッドの両方を同じレールに配置する場合に、印刷装置が３Ｄの物体の最終製品の品質を維持できるよう、本発明は、ノズルヘッド間の高度差を測定する方法、およびこの方法を用いた３Ｄ印刷装置を提案する。本発明は、３Ｄプリントヘッドおよびカラーヘッドの２つと接触センサの間の垂直距離を測定することにより、３Ｄプリントヘッドとカラーヘッドの間の高度差を得ることができる。３Ｄ印刷装置は、測定した高度差に基づいて、３Ｄプリントヘッドとカラーヘッドを別々に調整することにより、２種類のノズルヘッドの水平校正の正確度を向上させることができる。

図１は、本発明の１つの実施形態に係る３Ｄ印刷装置１００を示す概略図である。図１を参照すると、３Ｄ印刷装置１００は、印刷モジュール１１０と、接触センサ１３１と、変位計測器１５０と、コントローラ１７０とを含む。３Ｄ印刷装置１００は、例えば、３Ｄプリンタであってもよい。印刷モジュール１１０は、３Ｄプリントヘッド１１１と、カラーヘッド（例えば、インクジェットプリントヘッド１１３）とを含む。３Ｄプリントヘッド１１１は、例えば、ＳＬＳ技術、ＳＬＭ技術、石膏３Ｄプリント（Plaster-based 3D Printing, PP）技術、および熱溶解積算法（Fused Deposition Modeling, FDM）技術を使用することができる。インクジェットプリントヘッド１１３は、例えば、熱バブルインクジェット（thermal bubble inkjet）技術および圧電（piezoelectric）技術を使用することができる。接触センサ１３１は、例えば、リミットスイッチ（limit switch）であってもよく、あるいは、対象物と接触しているときに電気信号を送信することができるメタルガスケット（metal gasket）または導電性プラスチックのような構成要素であってもよい。変位計測器１５０は、例えば、カウント機能を有するシングルチップマイクロコンピュータ（single chip microcomputer）やマイクロコントローラ（microcontroller）等であってもよい。コントローラは、例えば、プログラム可能な一般用途または特殊用途の中央処理装置（central processing unit, CPU）、マイクロプロセッサ（micro-processor）、または埋め込みコントローラ（embedded controller）であってもよい。

本実施形態において、コントローラ１７０は、３Ｄプリントヘッド１１１またはインクジェットプリントヘッド１１３を接触センサ１３１に垂直に接触させ、接触センサ１３１は、３Ｄプリントヘッド１１１またはインクジェットプリントヘッド１１３が接触センサ１３１に接触した時に、接触信号ＣＳを生成することができる。変位計測器１５０は、印刷モジュール１１０または接触センサ１３１の垂直移動距離を取得することができる。

図１を例に挙げて具体的に説明すると、３Ｄ印刷装置は、さらに、印刷プラットフォーム１３０およびモータ１９０を含むことができ、モータ１９０は、例えば、ステップモータ（step motor）であってもよい。図１の実施形態において、接触センサ１３１は、印刷プラットフォーム１３０の上に配置される。変位計測器１５０は、モータ１９０の内側に配置され、モータ１９０は、印刷モジュール１１０または印刷プラットフォーム１３０に連結されて、印刷モジュール１１０または印刷プラットフォーム１３０を移動させるよう構成される。図１において、印刷モジュール１１０に連結されたモータ１９０を例に挙げる。コントローラ１７０は、モータ１９０で印刷モジュール１１０を制御して、３Ｄプリントヘッド１１１またはインクジェットプリントヘッド１１３を垂直下向きに移動させ、接触センサ１３１に垂直に接触させる。３Ｄプリントヘッド１１１が接触センサ１３１に接触した時、接触センサ１３１は、接触信号ＣＳを生成することができ、接触信号ＣＳは、コントローラ１７０に送信される。印刷モジュール１１０が接触センサ１３１に垂直に移動するプロセスにおいて、変位計測器１５０は、モータ１９０の操作を測定することにより、印刷モジュール１１０の垂直移動距離Ｈ１を取得して、垂直移動距離Ｈ１に対応する情報Ｈをコントローラ１７０に送信する。コントローラ１７０が接触信号ＣＳを受信した時、コントローラ１７０は、垂直移動距離Ｈ１に対応する情報Ｈに基づいて、第１の高度値を取得することができる。

上記のステップと同様に、インクジェットプリントヘッド１１３が接触センサ１３１に接触した時、接触センサ１３１は、接触信号ＣＳを生成することができ、接触信号ＣＳは、コントローラ１７０に送信される。印刷モジュール１１０が接触センサ１３１に垂直に移動するプロセスにおいて、変位計測器１５０は、モータ１９０の操作を測定することにより、印刷モジュール１１０の垂直移動距離Ｈ２を取得して、垂直移動距離Ｈ２に対応する情報Ｈをコントローラ１７０に送信する。コントローラ１７０が接触信号ＣＳを受信した時、コントローラ１７０は、垂直移動距離Ｈ２に対応する情報Ｈに基づいて、第２の高度値を取得することができる。

上述した実施形態は、ステップモータを使用して印刷モジュール１１０を移動させるため、変位計測器１５０は、計数機を使用して、３Ｄプリントヘッド１１１またはインクジェットプリントヘッド１１３の移動距離を知ることができる。別の実施形態において、変位計測器１５０は、プロセッサにより提供された定点情報を使用することにより、３Ｄプリントヘッド１１１またはインクジェットプリントヘッド１１３の距離を取得してもよい。この実施形態を適用する時、変位計測器１５０は、様々な方法で３Ｄプリントヘッド１１１またはインクジェットプリントヘッド１１３の移動距離を計算することができ、上述した実施形態に限定されない。

コントローラ１７０は、３Ｄプリントヘッド１１１と接触センサ１３１の間の距離に対応する第１の高度値、およびインクジェットプリントヘッド１１３と接触センサ１３１の間の距離に対応する第２の高度値を取得し、コントローラ１７０は、第１の高度１と第２の高度値を引き算することによって、３Ｄプリントヘッド１１１とインクジェットプリントヘッド１１３の間の高度差ΔＨを取得することができる。

別の実施形態において、モータ１９０は、印刷プラットフォーム１３０に連結され、印刷プラットフォーム１３０を制御することができるため、接触センサ１３１を垂直上向きに移動させて、３Ｄプリントヘッド１１１またはインクジェットプリントヘッド１１３に垂直に接触させることができる。本実施形態において、変位計測器１５０は、モータ１９０の操作を測定することによって、印刷プラットフォーム１３０の垂直移動距離Ｈ１を取得することができる。同様に、変位計測器１５０は、モータ１９０の操作を測定することによって、印刷プラットフォーム１３０の垂直移動距離Ｈ２を取得することができる。そのため、コントローラ１７０は、第１の高度１と第２の高度値を引き算することによって、３Ｄプリントヘッド１１１とインクジェットプリントヘッド１１３の間の高度差ΔＨを取得することができる。上述したステップ以外、本実施形態の残りのステップは、上述した実施形態のステップとほぼ同じであるため、ここでは説明を省略する。

別の実施形態において、変位計測器１５０は、モータ１９０の外側に単独で配置されてもよい。変位計測器１５０がモータ１９０の操作を測定し、取得した印刷モジュール１１０または印刷プラットフォーム１３０に対応する垂直移動距離情報Ｈをコントローラ１７０に送信できさえすれば、ユーザーは、使用条件に基づいて、随意に変位計測器１５０の配置方法を調整することができ、本発明はこれに限定されない。つまり、本発明の実施形態の目的の１つは、３Ｄプリントヘッド１１１とインクジェットプリントヘッド１１３の間の高度差ΔＨを取得することであり、本実施形態の応用は、いろいろな方法で接触センサ１３１および変位計測器１５０を使用して達成することができるため、本発明の実施形態の方法に限定されない。

図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の１つの実施形態に係る３Ｄプリントヘッドおよびインクジェットプリントヘッドの両方と接触センサの間の垂直距離を示す概略図である。図２Ａおよび図２Ｂの装置は、印刷モジュール２１０と、印刷プラットフォーム２３０と、３Ｄプリントヘッド２１１と、インクジェットプリントヘッド２１３と、接触センサ２３１とを含み、上述した装置の操作方法および機能は、いずれも図１の実施形態の装置の操作方法および機能と同じであるため、ここでは説明を省略する。まず、図２Ａを参照すると、図２Ａの実施形態において、印刷モジュール２１０内の３Ｄプリントヘッド２１１およびインクジェットプリントヘッド２１３は、互いに固定して配置され、３Ｄプリントヘッド２１１は、インクジェットプリントヘッド２１３よりも印刷プラットフォーム２３０に近い。

図２Ａの実施形態において、３Ｄプリントヘッド２１１と接触センサ２３１の間の距離に対応する第１の高度値、およびインクジェットプリントヘッド２１３と接触センサ２３１の間の距離に対応する第２の高度値を測定して、３Ｄプリントヘッド２１１とインクジェットプリントヘッド２１３の間の高度差ΔＨを取得するために、印刷モジュール２１０または印刷プラットフォーム２３０は、垂直移動を２回行う必要がある。垂直に移動する印刷モジュール２１０を例に挙げると、コントローラ（図２Ａに図示せず）は、さらに、インクジェットプリントヘッド２１３を接触センサ２３１の位置と合わせることができ、両者の位置を合わせた後、印刷モジュール２１０は、垂直下向きに移動して、インクジェットプリントヘッド２１３を接触センサ２３１に接触させる。３Ｄプリントヘッド２１１は、インクジェットプリントヘッド２１３よりも印刷プラットフォーム２３０に近いため、印刷モジュール２１０が垂直下向きに移動するプロセスにおいて、まず、３Ｄプリントヘッド２１１が印刷プラットフォーム２３０に接触し、この時、印刷モジュール２１０が行き詰って垂直下向きに移動するのをやめるため、インクジェットプリントヘッド２１３は、接触センサ２３１に接触できない。この問題を解決するため、図２Ａの実施形態において、接触センサ２３１を印刷プラットフォーム２３０の端部に配置することができる。図２Ａからわかるように、接触センサ２３１を印刷プラットフォーム２３０の端部に配置した場合、３Ｄプリントヘッド２１１は、インクジェットプリントヘッド２１３が接触センサ２３１に接触するプロセスにおいて（つまり、破線に向かって下降する時）、印刷プラットフォーム２３０に接触するのを回避することができるため、接触がスムーズに進行する。

また、図２Ｂの実施形態は、上述した問題を解決するための別の方法も提供する。図２Ｂを参照すると、図２Ｂの実施形態において、接触センサ２３１と印刷プラットフォーム２３０の高度差は、３Ｄプリントヘッド２１１とインクジェットプリントヘッド２１３の間の高度差ΔＨよりも大きい。そのため、インクジェットプリントヘッド２１３が接触センサ２３１に接触した時、３Ｄプリントヘッド２１１は、印刷プラットフォーム２３０に接触しないため、接触がスムーズに進行する。

図２Ａおよび図２Ｂの両方の実施形態において、接触センサ２３１は、印刷プラットフォーム２３０の上に配置される。しかしながら、接触センサ２３１は、印刷プラットフォーム２３０の外側に配置されてもよい。３Ｄプリントヘッド２１１およびインクジェットプリントヘッド２１３が接触センサ２３１に上手く接触できさえすれば、ユーザーは、使用条件に基づいて、随意に印刷プラットフォーム２３０の印刷領域２３３の外側の領域に接触センサ２３１を配置することができ、本発明はこれに限定されない。

本発明は、３Ｄ印刷装置が第１の高度値および第２の高度値を取得する順番を限定しない。図２Ｂを例に挙げると、コントローラは、まず、インクジェットプリントヘッド２１３を接触センサ２３１に接触させることにより、インクジェットプリントヘッド２１３と接触センサ２３１の間の距離に対応する第２の高度値を取得することができる。続いて、コントローラは、印刷モジュール２１０または印刷プラットフォーム２３０を移動させることにより、垂直移動前のインクジェットプリントヘッド２１３と接触センサ２３１の元の相対位置を取り戻す、すなわち、インクジェットプリントヘッド２１３を戻す。インクジェットプリントヘッド２１３を戻し終えた後、コントローラは、さらに、３Ｄプリントヘッド２１１を接触センサ２３１に接触させることにより、３Ｄプリントヘッド２１１と接触センサ２３１の間の距離に対応する第１の高度値を取得することができる。

コントローラは、３Ｄプリントヘッド２１１またはインクジェットプリントヘッド２１３を戻さない選択をすることもできる。図２Ｂを例に挙げると、別の実施形態において、コントローラは、まず、インクジェットプリントヘッド２１３を接触センサ２３１に接触させることにより、インクジェットプリントヘッド２１３と接触センサ２３１の間の距離に対応する第２の高度値を取得することができる。第２の高度値を取得した後、コントローラは、印刷モジュール２１０を制御して、所定の高度に戻すことができる。印刷モジュール２１０が所定の高度に戻った後、コントローラは、印刷モジュール２１０を水平に移動させて、３Ｄプリントヘッド２１１を接触センサ２３１の位置と合わせることにより、３Ｄプリントヘッド２１１と接触センサ２３１の間の距離に対応する第１の高度値を取得する関連手順を続いて実行することができる。上述したプロセスにおいて、ノズルヘッドの水平校正は終了していないため、インクジェットプリントヘッド２１３を所定の高度まで持ち上げることにより、インクジェットプリントヘッド２１３が水平移動時に接触センサ２３１または他の任意の可能な機構によって動けなくなるのを防ぐ。コントローラは、所定の高度まで上昇せずに、インクジェットプリントヘッド２１３または３Ｄプリントヘッド２１１の水平移動を直接行う選択をすることもできる。例えば、コントローラは、まず、インクジェットプリントヘッド２１３を接触センサ２３１に接触させることにより、インクジェットプリントヘッド２１３と接触センサ２３１の間の距離に対応する第２の高度値を取得することができる。第２の高度値を取得した後、インクジェットプリントヘッド２１３は、３Ｄプリントヘッド２１１よりも印刷プラットフォーム２３０に近いため、コントローラは、３Ｄプリントヘッド２１１を直接水平に移動させて、接触センサ２３１の位置と合わせることにより、３Ｄプリントヘッド２１１と接触センサ２３１の間の距離に対応する第１の高度値を取得する関連手順を続いて実行することができる。本実施形態において、コントローラは、３Ｄプリントヘッド２１１またはインクジェットプリントヘッド２１３を戻さずに第１の高度値および第２の高度２を取得することができるため、３Ｄ印刷装置の水平校正時間を短縮することができる。

図３Ａ、図３Ｂ、および図３Ｃは、本発明の１つの実施形態に係る接触センサの種類を示す概略図である。図３Ａを参照すると、図３Ａの印刷モジュール３１０、３Ｄプリントヘッド３１１、インクジェットプリントヘッド３１３、および接触センサ３３１は、それぞれ図１（ａ）の印刷モジュール１１０、３Ｄプリントヘッド１１１、インクジェットプリントヘッド１１３、および接触センサ１３１に対応する。図３Ａの実施形態において、接触センサ３３１は、リミットスイッチ３３１であってもよい。３Ｄプリントヘッド３１１またはインクジェットプリントヘッド３１３がリミットスイッチ３３１と接触した時、３Ｄプリントヘッド３１１またはインクジェットプリントヘッド３１３は、リミットスイッチ３３１上の弾性物体３３３を押し下げるため、リミットスイッチ３３１がコントローラに接触信号ＣＳを送信することにより、コントローラが印刷モジュール３１０またはリミットスイッチ３３１の垂直移動距離を取得できるようにすることができる。

図３Ｂおよび図３Ｃは、別の種類の接触センサの実施形態を提案する。図３Ｂおよび図３Ｃの実施形態において、接触センサ３３１は、導電コンタクト３３５および導電コンタクト３３７のうちの１つ、または組み合わせであってもよい。まず、図３Ｂを参照すると、図３Ｂの実施形態において、導電物体３２０は、３Ｄプリントヘッド３１１およびインクジェットプリントヘッド３１３の外側に配置され、導電物体３２０は、金属薄膜または金属筐体であってもよい。３Ｄプリントヘッド３１１またはインクジェットプリントヘッド３１３がリミットスイッチ３３１と接触した時、３Ｄプリントヘッド３１１またはインクジェットプリントヘッド３１３の外側に配置された導電物体３２０は、導電コンタクト３３５および導電コンタクト３３７を導通させることができるため、リミットスイッチ３３１は、コントローラに接触信号ＣＳを送信することにより、コントローラが印刷モジュール３１０またはリミットスイッチ３３１の垂直移動距離を取得できるようにすることができる。また、一般的に、３Ｄプリントヘッド３１１の本体は、金属材料で作られる。この場合、３Ｄプリントヘッド３１１の外側は、導電物体３２０を備えずに、３Ｄプリントヘッド３１１の導電機能によって導電コンタクト３３５および導電コンタクト３３７を導通させてもよい。

続いて、図３Ｃを参照すると、図３Ｃの実施形態は、３Ｄプリントヘッド３１１またはインクジェットプリントヘッド３１３自体が荷電した状況であるものと仮定する。例えば、３Ｄプリントヘッド３１１自体が負電圧により荷電した場合、接触センサ３３１は、正電圧により荷電した１つの導電コンタクト３３５のみにより構成される。３Ｄプリントヘッド３１１が接触センサ３３１に接触した時、３Ｄプリントヘッド３１１は、導電コンタクト３３５に電気的に接続されるため、リミットスイッチ３３１は、コントローラに接触信号ＣＳを送信することにより、コントローラが印刷モジュール３１０またはリミットスイッチ３３１の垂直移動距離を取得できるようにすることができる。

言及すべきこととして、本発明は、単一の接触センサを使用する場合のみに限定されない。図３Ａを例に挙げると、３Ｄ印刷装置は、例えば、印刷プラットフォーム３３０の上に２つの接触センサを備えてもよい。２つの接触センサは、水平校正によって同じ水平高度に維持される必要がある。この場合、コントローラが印刷モジュール３１０または印刷プラットフォーム３３０を垂直に移動させた時、３Ｄプリントヘッド３１１およびインクジェットプリントヘッド３１３は、それぞれ接触センサ３３１および接触センサ３３２と垂直に接触することができる。本実施形態において、インクジェットプリントヘッド３１３は、３Ｄプリントヘッド３１１よりも印刷プラットフォーム３３０に近いため、まず、３Ｄプリントヘッド３１１が接触センサ３３１に接触し、３Ｄプリントヘッド３１１は、コントローラに接触信号ＣＳ１を送信することにより、コントローラが印刷モジュール３１０または接触センサ３３１の現在の垂直移動距離Ｈ１を取得できるようにし、そのため、３Ｄプリントヘッド３１１と接触センサ３３１の間の距離に対応する第１の高度値を取得することができる。３Ｄプリントヘッド３１１が接触センサ３３１に接触した後、インクジェットプリントヘッド３１３が接触センサ３３２に接触するため、接触センサ３３２は、コントローラに接触信号ＣＳ２を送信することにより、コントローラが印刷モジュール３１０または接触センサ３３２の現在の垂直移動距離Ｈ２を取得できるようにし、そのため、インクジェットプリントヘッド３１３と接触センサ３３２の間の距離に対応する第２の高度値を取得することができる。それにより、３Ｄプリントヘッド３１１とインクジェットプリントヘッド３１３の間の高度差ΔＨを取得することができる。

図４は、本発明の１つの実施形態に係るノズルヘッド間の高度差を測定する方法を示すフローチャートである。ノズルヘッド間の高度差を測定する方法は、図１の印刷装置１００に適用することができる。校正方法は、以下のステップを含む。ステップ４１０：コントローラ１７０は、３Ｄプリントヘッド１１１を接触センサ１３１に垂直に接触させて、接触センサ１３１に接触信号ＣＳを生成させるとともに、コントローラ１７０は、印刷モジュール１１０または接触センサ１３１の垂直移動距離Ｈ１および接触信号ＣＳに基づいて、第１の高度値を取得する。続いて、ステップＳ４３０：コントローラ１７０は、カラーヘッド（例えば、インクジェットプリントヘッド１１３）を接触センサ１３１に垂直に接触させて、接触センサ１３１に接触信号ＣＳを生成させるとともに、コントローラ１７０は、印刷モジュール１１０または接触センサ１３１の垂直移動距離Ｈ２および接触信号ＣＳに基づいて、第２の高度値を取得する。ステップＳ４５０：コントローラ１７０は、第１の高度値および第２の高度値に基づいて、３Ｄプリントヘッド１１１とカラーヘッドの間の高度差ΔＨを取得することができる。注意すべきこととして、ステップＳ４１０およびＳ４３０の順番は、必要に応じてユーザーにより調整することができるため、本発明はこれに限定されない。

具体的に説明すると、ステップＳ４１０は、さらに、コントローラ１７０が３Ｄプリントヘッド１１１を接触センサ１３１に垂直に接触させる前に、以下のステップを含む。ステップＳ４１１：コントローラ１７０は、印刷モジュール１１０内の３Ｄプリントヘッド１１１を接触センサ１３１の上方に位置するように制御する。続いて、ステップＳ４１３：コントローラ１７０は、印刷モジュール１１０または印刷プラットフォーム１３０を垂直に移動するよう制御して、３Ｄプリントヘッド１１１を接触センサ１３１に垂直に接触させる。一方、ステップＳ４３０は、さらに、コントローラ１７０がカラーヘッドを接触センサ１３１に垂直に接触させる前に、以下のステップを含む。ステップＳ４３１：コントローラ１７０は、印刷モジュール１１０内のカラーヘッドを接触センサ１３１の上方に位置するように制御する。続いて、ステップＳ４３３：コントローラ１７０は、印刷モジュール１１０または印刷プラットフォーム１３０を垂直に移動するよう制御して、カラーヘッドを接触センサ１３１に垂直に接触させる。

以上のように、本発明は、３Ｄ印刷装置の３Ｄプリントヘッドとカラーヘッドの間の高度差を測定することのできるノズルヘッド間の高度差を測定する方法、およびその方法を用いた３Ｄ印刷装置を提供する。３Ｄ印刷装置は、測定した高度差に基づいて、３Ｄプリントヘッドとカラーヘッドを別々に調整することにより、２種類のノズルヘッドの水平構成の正確度を向上させることができる。このように、３Ｄプリントヘッドとカラーヘッドが同じレールに配置され、同じ種類のノズルヘッドの最終製品の間に寸法誤差がある場合でも、本発明の方法に基づいて、２種類のノズルヘッドと３Ｄの物体の間で同時に最適な操作距離を維持することにより、３Ｄの物体の最終製品の品質をさらに向上させることができる。

以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。

本発明は、３Ｄ印刷装置の校正技術に関するものであり、特に、ノズルヘッド間の高度差を測定する方法、およびその方法を用いた３Ｄ印刷装置に関するものである。本発明は、３Ｄ印刷装置の３Ｄプリントヘッドとカラーヘッドの両方が適切な高度で製品印刷と製品着色をそれぞれ行えるようにすることができる。

１００３Ｄ印刷装置
１１０、２１０、３１０印刷モジュール
１１１、２１１、３１１３Ｄプリントヘッド
１１３、２１３、３１３インクジェットプリントヘッド
１３０、２３０、３３０印刷プラットフォーム
１３１、２３１、３３１、３３２接触センサ
１５０変位計測器
１７０コントローラ
１９０モータ
２３３印刷領域
３２０導電物体
３３３、３３４弾性物体
３３５、３３７導電コンタクト
ＣＳ、Ｈ信号
Ｈ１、Ｈ２垂直移動距離
Ｓ４１０、Ｓ４１１、Ｓ４１３、Ｓ４３０、Ｓ４３１、Ｓ４３３、Ｓ４５０ステップ
ΔＨ高度差

Claims

３Ｄプリントヘッドおよびカラーヘッドを含む印刷モジュールと、
接触センサと、
前記印刷モジュールまたは前記接触センサの垂直移動距離を取得するよう構成された変位計測器と、
前記変位計測器および前記接触センサに結合されたコントローラと、を含み、
前記接触センサが、前記３Ｄプリントヘッドまたは前記カラーヘッドが前記接触センサと接触した時に、接触信号を生成し、前記コントローラが、前記３Ｄプリントヘッドを前記接触センサに垂直に接触させて、前記接触信号を生成することにより、前記印刷モジュールまたは前記接触センサの前記垂直移動距離および前記接触信号に基づいて、第１の高度値を取得し、且つ前記カラーヘッドを前記接触センサに垂直に接触させて、前記接触信号を生成することにより、前記印刷モジュールまたは前記接触センサの前記垂直移動距離および前記接触信号に基づいて、第２の高度値を取得し、
前記コントローラが、前記第１の高度値および前記第２の高度値に基づいて、前記３Ｄプリントヘッドと前記カラーヘッドの間の高度差を取得する３Ｄ印刷装置。
前記接触センサが上に配置された印刷プラットフォームと、
前記印刷モジュールまたは前記印刷プラットフォームに連結され、前記印刷モジュールまたは前記印刷プラットフォームを移動させるよう構成されたモータと、をさらに含み、
前記変位計測器が、前記モータの操作を測定することにより、前記印刷モジュールまたは前記接触センサの前記垂直移動距離を取得する請求項１に記載の３Ｄ印刷装置。
前記印刷モジュール内の前記３Ｄプリントヘッドおよび前記カラーヘッドが、互いに固定して配置され、前記３Ｄプリントヘッドが、前記カラーヘッドよりも前記印刷プラットフォームに近い請求項２に記載の３Ｄ印刷装置。
前記接触センサが、リミットスイッチである請求項１に記載の３Ｄ印刷装置。
前記３Ｄプリントヘッドおよび前記カラーヘッドの外側に導電物体が配置され、
前記接触センサが、導電コンタクトを含み、前記３Ｄプリントヘッドまたは前記カラーヘッドが前記導電コンタクトと接触した時、前記接触信号が生成される請求項１に記載の３Ｄ印刷装置。
前記接触センサが、前記印刷プラットフォームの印刷領域の外側の領域に配置された請求項２に記載の３Ｄ印刷装置。
３Ｄ印刷装置に適用することができるノズルヘッド間の高度差を測定する方法であって、前記３Ｄ印刷装置が、印刷モジュールおよび接触センサを含み、前記印刷モジュールが、３Ｄプリントヘッドおよびカラーヘッドを含み、
前記方法が
前記３Ｄプリントヘッドを接触センサに垂直に接触させて、前記接触センサに前記接触信号を生成させることにより、前記印刷モジュールまたは前記接触センサの垂直移動距離および前記接触信号に基づいて、第１の高度値を取得するステップと、
前記カラーヘッドを接触センサに垂直に接触させて、前記接触センサに前記接触信号を生成させることにより、前記印刷モジュールまたは前記接触センサの前記垂直移動距離および前記接触信号に基づいて、第２の高度値を取得するステップと、
前記第１の高度値および前記第２の高度値に基づいて、前記３Ｄプリントヘッドと前記カラーヘッドの間の高度差を取得するステップと、
を含む高度差を測定する方法。
前記３Ｄ印刷装置が、さらに、印刷プラットフォームを含み、前記接触センサが、前記印刷プラットフォームの上に配置された請求項７に記載の高度差を測定する方法。
前記第１の高度値または前記第２の高度値を取得した後、前記印刷モジュールを所定の高度に戻すよう制御するステップ
をさらに含む請求項７に記載の高度差を測定する方法。
前記印刷モジュール内の前記３Ｄプリントヘッドおよび前記カラーヘッドが、互いに固定して配置され、前記３Ｄプリントヘッドが、前記カラーヘッドよりも前記印刷プラットフォームに近い請求項８に記載の高度差を測定する方法。
前記３Ｄプリントヘッドを前記接触センサに垂直に接触させる前記ステップの前に、さらに、
前記印刷モジュール内の前記３Ｄプリントヘッドを前記接触センサの上方に位置するように制御するステップと、
前記印刷モジュールまたは前記印刷プラットフォームを垂直に移動するよう制御して、前記３Ｄプリントヘッドを前記接触センサに垂直に接触させるステップと、
前記カラーヘッドを前記接触センサに垂直に接触させる前記ステップの前に、
前記印刷モジュール内の前記カラーヘッドを前記接触センサの上方に位置するように制御するステップと、
前記印刷モジュールまたは前記印刷プラットフォームを垂直に移動するよう制御して、前記カラーヘッドを前記接触センサに垂直に接触させるステップと、
を含む請求項８に記載の高度差を測定する方法。