JP2018199321A - ３ｄプリンティング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】３Ｄプリンタ用の３Ｄプリンティング方法を提供する。【解決手段】３Ｄプリンタは、モデルプリンティングヘッドと、カラープリンティングヘッドと、プラットフォームとを備える。モデルプリンティングヘッドは、プラットフォームのＸ−Ｙ平面上に形成層をプリントする。モデルプリンティングヘッドとカラープリンティングヘッドとは、Ｘ軸に沿って配置され、一体化している。３Ｄプリンティング方法は、形成層及びその着色ゾーンの情報を提供し、プロセッサによってモデルプリンティングヘッドを駆動して形成層及び形成層の外側に少なくとも一の材料バリアを形成し、形成層及び材料バリアをプリントした後、着色を行う際にプロセッサによってカラープリンティングヘッドを駆動して、材料バリアがモデルプリンティングヘッドの移動経路上に位置するようにＹ軸に沿って前記着色ゾーンを着色する、ことを含む。【選択図】 図２Ｂ

Description

本開示は３Ｄプリンティング方法に関する。

近年、技術の進歩により、付加製造技術(例えば、層毎のモデル構築)を利用して三次元(３Ｄ)の物理的モデルを形成する方法が多数提案されている。一般的に、付加製造技術は、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）等のソフトウェアによって構築された３Ｄモデルのデザインのデータを、順に積み重ねられる多数の薄い（疑似二次元）断面層に転送することである。

現在、薄い断面層を形成するための技術が多数開発されている。例えば、上述した薄い断面層の各々の情報に従って、形成材料がプラットフォーム上に噴霧あるいは吐出され、次に、薄い断面層を形成するために硬化され、そのような層を積層することで３Ｄオブジェクトが形成されうる。また、プリンタは、３Ｄオブジェクトの製造プロセス中あるいはその後に、薄い断面層あるいは３Ｄオブジェクトを着色するためのカラープリンティングヘッドを備える場合がある。

以上に鑑み、製造プロセス中のオブジェクトのプリンティング及び着色を互いに干渉することなく適切に実行することが、この分野において解決すべき課題である。

本開示は、同期して移動可能なモデルプリンティングヘッドおよびカラープリンティングヘッドによって行なわれる３Ｄプリンティング方法を提供する。この方法によって、モデルプリンティングヘッドのクリーニングのために、材料バリアは、着色の間にモデルプリンティングヘッドの移動経路上に位置しているように、着色前に形成され、これによって形成層あるいは３Ｄオブジェクトのプリンティング品質を向上する。

本開示の３Ｄプリンティング方法は、３Ｄプリンタに適用される。３Ｄプリンタは、モデルプリンティングヘッドと、カラープリンティングヘッドと、プラットフォームとを備える。モデルプリンティングヘッドはプラットフォームのＸ−Ｙ平面上に形成層をプリントする。モデルプリンティングヘッド及びカラープリンティングヘッドはＸ軸に沿って配置されて一体化している。３Ｄプリンティング方法は、形成層とその着色ゾーンとの情報を提供し、形成層及び着色ゾーンの情報に従って、形成層が形成される際にプロセッサによってモデルプリンティングヘッドを駆動してプラットフォーム上に形成層の輪郭範囲の外側に少なくとも一の材料バリアを形成し、形成層及び材料バリアを完成した後、カラープリンティングヘッドが着色を行う際にプロセッサによってカラープリンティングヘッドを駆動して、材料バリアがモデルプリンティングヘッドの移動経路上に位置するようにＹ軸に沿って着色ゾーンを着色する、ことを含む。

以上より、３Ｄプリンタは、同期して移動可能であり、Ｘ軸上に配置されて一体化しているような、モデルプリンティングヘッドとカラープリンティングヘッドとを備える。３Ｄオブジェクトのプリントの際に形成層あるいは完成した３Ｄオブジェクトを着色するため、また、モデルプリンティングヘッドがカラープリンティングヘッドによる着色の間に形成層を通過する際にモデルプリンティングヘッドの形成材料が形成層に影響を与えることを防止するため、上述したように、着色の前に材料バリアが形成層の外側の領域にプリントされ、この材料バリアは着色の間、モデルプリンティングヘッドの移動経路上に配置される。従って、着色が行われる際、モデルプリンティングヘッドの形成材料は、材料バリアに接触して付着する。換言すると、材料バリアは、材料をこすり落とし、モデルプリンティングヘッドをクリーニングし、これによってモデルプリンティングヘッドの形成材料が着色の間に形成層に落下することを防止して３Ｄオブジェクトのプリンティング品質に影響を与えることを防止する。

上述及び他の本開示の特徴および利点についての理解をより容易にするため、以下に、図面とともに複数の実施形態の詳細を説明する。

本開示の一の実施形態に係る３Ｄプリンタの一部を示す概略図である。

図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ、３Ｄプリンティング方法を示すフローチャートである。

３Ｄプリンタの一部を示す概略上面図である。

材料バリアおよび形成層を形成するプロセスを示す概略図である。

別の実施形態に係る３Ｄプリンタの一部を示す概略上面図である。

別の実施形態に係る３Ｄプリンタの一部を示す概略上面図である。

別の実施形態に係る３Ｄプリンタの一部を示す概略上面図である。

別の実施形態に係る３Ｄプリンタの一部を示す概略上面図である。

別の実施形態に係る３Ｄプリンタの一部を示す概略上面図である。

図１は、本開示の実施形態に係る３Ｄプリンタの一部を示す概略図である。図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ、３Ｄプリンティング方法を示すフローチャートである。図３は、３Ｄプリンタの一部を示す概略上面図である。図１乃至図３を参照し、この実施形態では、３Ｄプリンタ１００はフレーム１１０と、プラットフォーム１２０と、プリンティングアセンブリ１３０と、制御モジュール１４０(図３に示す)を備える。ここで、３Ｄプリンタ１００は、例えば熱溶解積層方式モデリング（ＦＤＭ）装置であり、プラットフォーム１２０上に、プリンティングアセンブリ１３０のモデルプリンティングヘッド１３１を用いて、層毎に形成層２００をプリントし、これによって３Ｄオブジェクトを積層して形成する。プリンティングアセンブリ１３０は、さらに、形成層あるいは３Ｄオブジェクトを着色するためのカラープリンティングヘッド１３２、例えば、インクジェットヘッドを備える。

本実施形態のモデルプリンティングヘッド１３１及びカラープリンティングヘッド１３２は、Ｘ軸に沿って配置され、同期してフレーム１１０の内部空間で移動する。より具体的には、図１及び図３に示すように、プリンティングアセンブリ１３０は、さらに、フレーム１１０に対して移動可能に取付けられ、制御モジュール１４０に電気的に接続された移動部材１３３を備える。モデルプリンティングヘッド１３１及びカラープリンティングヘッド１３２は、ともに、移動部材１３３に取付けられ、フレーム１１０において移動部材１３３と共に移動可能である。ここで、モデルプリンティングヘッド１３１及びカラープリンティングヘッド１３２は同一の移動部材１３３上に配置されて一体的構造を形成する。つまり、モデルプリンティングヘッド１３１及びカラープリンティングヘッド１３２は、一の単一の駆動手段（移動部材１３３のみを駆動するもの）で同期して移動可能である（モデルプリンティングヘッド１３１とカラープリンティングヘッド１３２との間に相対移動がないものと考えることができる）。

従って、カラープリンティングヘッド１３２が形成層あるいは３Ｄオブジェクトを着色する際、モデルプリンティングヘッド１３１はカラープリンティングヘッド１３２と共に形成層あるいは３Ｄオブジェクトを通過してもよい。また、モデルプリンティングヘッド１３１がちょうど形成層あるいは３Ｄオブジェクトの印刷を完了した際に、モデルプリンティングヘッド１３１に形成材料が残る場合がある。従って、以上のようにモデルプリンティングヘッド１３１が形成層あるいは３Ｄオブジェクトを通過する際、形成材料の残りが下へ滴るか、あるいは形成層もしくは完成した３Ｄオブジェクトの上に落下する場合がある。

本実施形態では、形成材料の残りが上述したプリンティングターゲットの品質に影響を与えることを防止するため、３Ｄプリンティング方法が提供され、この方法によってモデルプリンティングヘッドがカラープリンティングヘッドの動作に関連する動作を行うように駆動され、上述したような状況が形成層あるいは３Ｄオブジェクトの質に影響を与えることを防止する。

３Ｄモデルが完成すると、直ちに３Ｄプリンティング方法が実行されうる。つまり、３Ｄオブジェクトモデルの構築がコンピュータ支援設計によって完了した後、３Ｄモデルは、三次元的方法によって層分析されうる。すなわち、３Ｄモデルを多数の形成層へと分析するプロセスにおいて、制御モジュール１４０のプロセッサが、モデルプリンティングヘッド１３１及び移動部材１３３の動作モードをシミュレーションし、実際にプリンティングを行なうために３Ｄプリンタ１００に与える動作コマンドを提供する。別の実施形態では、３Ｄオブジェクトモデルが、別のコンピュータ装置あるいは非３Ｄプリンタのプロセッサによって分析される。分析が完了して動作コマンドが生成された後、プリンティングを行なうために３Ｄプリンタ１００の制御モジュール１４０に動作コマンドが転送される。

一般に、形成材料の残りを効率よく除去するため、本実施形態では、形成層のプリンティングに伴って、少なくとも１の材料バリアが形成層の輪郭範囲の外部に形成され、形成層および材料バリアが完成した後、着色ゾーンが着色される。材料バリアは、着色の際にモデルプリンティングヘッドの移動経路上に配置され、モデルプリンティングヘッドが材料バリア毎に接触して形成材料の残りを除去する。以下に詳細に説明する。図２Ａ及び図２Ｂを参照し、本実施形態において、まず、ステップＳ１００において、３Ｄオブジェクトのモデル情報が提供される。次に、ステップＳ１１０では、３Ｄオブジェクトのモデル情報が形成層情報を得るためにプロセッサによって分析される。ここで、形成層は、連続して積層される多数の薄い(疑似二次元の)断面層に、ソフトウェアによって構築された３Ｄモデルの設計データを転送することで形成される。ステップＳ１２０では、形成層は３Ｄプリンティング方法によって分析される。次に、プロセッサは、分析によって生成された対応するコマンドに従ってプリンティングを開始するため、３Ｄプリンタ１００を駆動し、これにはステップＳ１３０で形成層をプリンティングし、ステップＳ１４０で材料バリアをプリンティングし、ステップＳ１５０で着色すること(しかしながら、ステップＳ１３０からＳ１５０への順序は上記のものに制限されていない)を含む。そして、ステップＳ１６０では、プリントされた形成層が最後の形成層か否か判別される。最後の形成層である場合、ステップＳ１７０では、３Ｄオブジェクトのプリンティング及び着色が終了する。最後の形成層でない場合には、ステップＳ１３０からＳ１５０が、３Ｄオブジェクトのプリンティング及び着色が終了するまで繰り返される。

本実施形態では、図２Ｂで、さらに図２Ａのステップ１２０におけるプロセスを指定している。つまり、図２Ｂのプロセスは、その後に３Ｄプリンタ１００を駆動するためのコマンドを得るように各形成層の情報を分析することである。

本実施形態の３Ｄプリンティング方法は、関連コンポーネントの構造及び移動をより詳細に定義して記述するため、直交座標Ｘ−Ｙ−Ｚとともに適用される。ここで、プラットフォーム１２０は、Ｘ−Ｙ平面を備え、多数の形成層が、３Ｄオブジェクトを形成するために正のＺ軸方向に積層される。しかしながら、本開示はこれに限定されない。換言すると、コンポーネントは相対的な構成および移動を有し、これらは他の座標系が適用される場合には異なる方法で記述されうるが、コンポーネント間の関係は変わらない。

図２Ｂ及び図３を参照すると、本実施形態では、まず、ステップＳ１２１において、一の形成層が分析されてこの形成層が着色ゾーンを有するか否か判別される。ステップＳ１２１において形成層２００が着色を要する旨が確認された場合、ステップＳ１２２が実行されて形成層及びその着色層の関連情報及びＸ軸上でカラープリンティングヘッド１３２とモデルプリンティングヘッドとの間に存在するスペースＬ３が提供される。図３に示すように、本実施形態の形成層２００の全領域が着色ゾーンと見なされ、そのＸ軸上の正投影サイズはＬ２であり、２つのヘッドの間のスペースはＬ３である。形成層２００の着色ゾーンの範囲については、後述して詳細に説明する。

ここで、スペースＬ３は、Ｘ軸上の２つのヘッドの間のスペースの正投影サイズを示す。本開示の実施形態では、スペースは、モデルプリンティングヘッドとカラープリンティングヘッドとがＸ軸に沿って配置される構成に基づいて記述される。しかしながら、ここに示さない実施形態では、２つのヘッドが、本実施形態で示す上面視において傾斜している(すなわち、２つのヘッドの間の接続ラインが、Ｘ軸とＹ軸との両方に対して傾斜している)。換言すると、２つのヘッドは、Ｙ軸上で同様に配置される。この場合、２つのヘッドの間のスペースは、本開示による分析の根拠として役立つように、そのＸ軸上の正投影サイズによって決定される。ステップＳ１２２において、上述したように、好ましくは、Ｘ−Ｙ平面上の着色ゾーンの正投影情報は、後の分析を容易とするようにスペースＬ３に対応して提供される。もちろん、他の座標系が適用される場合には、適切な輪郭定義記述がある。

一般に、３Ｄオブジェクトの３Ｄモデル情報が多数の形成層へと分析される場合、各形成層は図３に示すような輪郭情報を有し、Ｘ−Ｙ平面上の形成層２００の境界ボックスが定義され、ここではＸ軸上の形成層２００の正投影サイズはＬ２であり、形成層２００が直交座標Ｘ−Ｙ−Ｚに対応する場合にＸ軸に沿ったサイズの最大値を示す。

次に、ステップＳ１２３において、正投影サイズＬ２とスペースＬ３との間の関係が判別される。つまり、Ｘ軸上の着色ゾーンの正投影サイズＬ２が、モデルプリンティングヘッド１３１とカラープリンティングヘッド１３２との間のスペースＬ３以上であるか否かが判別される。判別結果がイエスである場合、ステップＳ１２４−１が実行され、Ｘ軸上の材料バリアの正投影サイズがさらに決定される。判別結果がノーである場合には、ステップＳ１２４−２が実行されて材料バリアをプリンティングすべきか否か判別される。

ステップＳ１２４−１においてＸ軸上の材料バリアの正投影サイズを判別する基準は、異なるモードに対応しうる。しかしながら、満たすべき条件は、Ｘ軸上の材料バリアの正投影サイズＬ１が、Ｘ軸上の着色ゾーンの正投影サイズＬ２とスペースＬ３との間の差分以上であるか、すなわち、Ｌ１≧Ｌ２−Ｌ３である。

図３を参照すると、カラープリンタヘッド１３２が着色を行う際に、モデルプリンティングヘッド１３１が、形成層２００を通過する前に常に材料バリア３００を通過するようにするためには、上述したように、スペースＬ３は（Ｘ軸に沿って）モデルプリンティングヘッド１３１とカラープリンタヘッド１３２との間に存在するので、材料バリア３００の始点Ｅ１は、正のＸ軸方向にスペースＬ３だけＸ軸上でカラープリンティングヘッド１３２の着色始点を移動させることで得られる点に等しい。従って、材料バリア３００は、さらに、正のＸ軸方向に延伸し、したがって図示するようにモデルプリンティングヘッド１３１が形成層２００をもはや通過しない箇所が終点Ｅ２となる。そこで、Ｘ軸上の材料バリア３００の正投影サイズＬ１は、このモードで要求されるように、Ｘ軸上の着色ゾーンの正投影サイズＬ２とスペースＬ３との間の差分と等しく、すなわちＬ１＝Ｌ２−Ｌ３である。

別のモードでは、モデルプリンティングヘッド１３１が材料バリア３００の終点Ｅ２に到達した際に着色を完了しておらず、これは、移動部材１３３が正のＸ軸方向に移動を要することを意味している。カラープリンティングヘッド１３２の着色の間にモデルプリンティングヘッド１３１のクリーニングと同じ効果を得るため、材料バリア３００の終点が、終点Ｅ２から新たな終点Ｅ３に正のＸ軸方向にさらに延伸される。この場合、材料バリア３００のＸ軸上の正投影サイズ（すなわち、Ｌ１＋Ｌ３）は、Ｘ軸上の着色ゾーンの正投影サイズＬ２と略等しい。

ここで説明する始点及び終点は、カラープリンティングヘッド１３２が着色ゾーンを着色する順番に対応する。例えば、本実施形態のカラープリンティングヘッド１３２は、正のＹ軸方向に着色を行い、次に、正のＸ軸方向に移動する。従って、正のＸ軸方向において、材料バリア３００の始点は、終点の後ろにある（終点は始点の前にある）。また、着色の間、モデルプリンティングヘッド１３１は、まず、材料バリア３００の始点に到達する。換言すると、本開示における「前」及び「後ろ」の位置は、直交座標系Ｘ−Ｙ−Ｚに対する部材の移動の方向に基づくものである。ここで、「前」及び「後ろ」に関する記載は、他の実施形態についても同様である。同様に、形成層の前端及び後端についても同様に記載する。つまり、正のＸ軸方向において、形成層の後端は、形成層の前端の前に位置する。

図４は、材料バリア及び形成層を形成するプロセスを示す概略図である。本開示は、材料バリア３００及び形成層２００を完了する順序を限定するものではない。図示しないある実施形態では、材料バリア３００は、形成層２００がプリントされた後にプリントされる。しかしながら、図示しない別の実施形態では、材料バリア３００は、形成層２００がプリントされる前にプリントされる。図４に示す実施形態では、材料バリア３００及び形成層２００は、同時に完成される。すなわち、モデルプリンティングヘッド１３１は、Ｙ軸に沿って形成材料を噴霧し、同時にＸ軸に沿って移動して形成層２００を形成する。

次に、図２Ｂを参照すると、材料バリアのサイズが確認された後に、ステップＳ１２５で、Ｘ軸に沿ってモデルプリンティングヘッド１３１及びカラープリンティングヘッド１３２が配置される順序が判別され、材料バリアの始点及び終点が決定される。図２ＢのステップＳ１２６において、図３に示すように、Ｘ軸（正のＸ軸方向）に沿ってカラープリンティングヘッド１３２が移動する方向において、モデルプリンティングヘッド１３１が、カラープリンティングヘッド１３２の前に配置される場合、Ｘ軸上の材料バリア３００の始点Ｅ１の正投影は、Ｘ軸上の形成層２００の正投影の範囲内にある。モデルプリンティングヘッド１３１がカラープリンティングヘッド１３２の前に配置され、またスペースＬ３がＸ軸に沿って２つのヘッドの間に存在するので、カラープリンティングヘッド１３２が着色を開始する際、Ｘ軸上のモデルプリンティングヘッド１３１の正投影は、すでに、Ｘ軸上の形成層２００の着色ゾーンの正投影の輪郭に略収まっており、これは、カラープリンティングヘッド１３２が着色を行う際、モデルプリンティングヘッド１３１はすでに形成層２００を通過していることを意味する。

図５は、別の実施形態に係る３Ｄプリンタの一部を示す概略上面図である。図２Ｂ及び図５を参照すると、別のモードでは、ステップＳ１２７に示すように、Ｘ軸（正のＸ軸方向）に沿ってカラープリンティングヘッド１３２の移動方向において、カラープリンティングヘッド１３２がモデルプリンティングヘッド１３１の前に配置されている場合、Ｘ軸上の材料バリア３００ａの始点の正投影は、Ｘ軸上の形成層２００の正投影の範囲にある。言い換えると、Ｘ軸上で、スペースＬ３を維持してモデルプリンティングヘッド１３１がカラープリンティングヘッド１３２の後ろに配置されているので、カラープリンティングヘッド１３２が着色を開始した際、Ｘ軸上のモデルプリンティングヘッド１３１の正投影は、Ｘ軸上の形成層２００の正投影の範囲の外側にあるままである。従って、モデルプリンティングヘッド１３１は、まだ形成層２００を通過していない。そこで、材料バリア３００ａの始点Ｅ５が、カラープリンティングヘッド１３２の着色始点として設定されてもよく、この場合は正のＸ軸方向に延伸し、カラープリンティングヘッド１３２が着色を完了した際、Ｘ軸上のモデルプリンティングヘッド１３１の正投影は終点Ｅ４に位置する。つまり、この場合、終点Ｅ４とＸ軸上の形成層２００の後端との間の正投影サイズＬ１ｃは、スペースＬ３に等しく、この場合、Ｘ軸上の材料バリア３００ａの正投影サイズＬ１ｂは、Ｘ軸上の着色ゾーンの正投影サイズＬ２とスペースＬ３との差に等しく、つまり、Ｌ１ｂ＝Ｌ２−Ｌ３である。

また、モデルプリンティングヘッド１３１のクリーニング効果を高めるため、別のモードでは、モデルプリンティングヘッド１３１は、クリーニングの早期に、カラープリンティングヘッド１３２が着色を行ってモデルプリンティングヘッド１３１が形成層２００を通過していない際に材料バリア３００ａに接触するようになる。つまり、材料バリア３００ａの始点Ｅ５が始点Ｅ６に向けて負のＸ軸方向に延伸される。この場合、正投影サイズＬ１ａは、スペースＬ３に等しく、これは、カラープリンティングヘッド１３２が着色を行う際、モデルプリンティングヘッド１３１がクリーニングのために材料バリア３００ａに接触するようになることを意味する。この場合、Ｘ軸上の材料バリア３００ａの正投影サイズは、Ｌ１ａ＋Ｌ１ｂ、つまり、Ｌ２＝Ｌ１ａ＋Ｌ１ｂとなる。

図６は、別の実施形態に係る３Ｄプリンタの一部を示す概略上面図である。この実施形態は、上述した実施形態と、Ｘ軸上のモデルプリンティングヘッド１３１の正投影とＸ軸上のカラープリンティングヘッド１３２の正投影とが互いにオーバーラップする点が異なる。換言すると、本実施形態では、Ｘ軸上にモデルプリンティングヘッド１３１とカラープリンティングヘッド１３２との間にスペースが存在しない。従って、カラープリンティングヘッド１３２がＹ軸に沿って形成層２００を着色する際、モデルプリンティングヘッド１３１が同時に形成層２００を通過する。従って、本実施形態では、Ｘ軸上の材料バリア３００ｂの正投影サイズは、Ｘ軸上の形成層２００の着色ゾーンの正投影サイズに略等しい。

先に説明した図３、図５及び図６から明らかなように、異なるモードにおいて、材料バリアのサイズ及び構造が、カラープリンティングヘッド１３２によって行われる着色、及び、Ｘ軸上のモデルプリンティングヘッド１３１ならびにカラープリンティングヘッド１３２の正投影に従って決定される。換言すると、カラープリンティングヘッド１３２とモデルプリンティングヘッド１３１との間にスペースＬ３が存在する場合、材料バリア３００及び３００ａは、図３及び図５に示すように、異なる態様でプリントされて配置される。また、２つのヘッドの間にＸ軸上の構造物が存在しない（Ｌ３がゼロまたは存在しない）場合、材料バリア３００ｂが図６に示すようにプリントされて構造される。ここで、スペースＬ３の軸方向及び（モデルプリンティング及びカラープリンティング）ヘッドの移動方向（正のＸ軸方向）が一致する。また、材料バリアの始点及び終点は、異なるモードに従って変更される。図５に示すモードのいずれか、及び図６に示すモードにおいて、Ｘ軸上の材料バリアの始点の正投影は、Ｘ軸上の形成層２００の正投影の前端である。図３及び図６の観点から、Ｘ軸上の材料バリアの終点の正投影は、Ｘ軸上の形成層２００の正投影の後端である。換言すると、Ｘ軸上の形成材料３００ｂの正投影と、Ｘ軸上の着色ゾーンの正投影とは互いにオーバーラップし、同一のサイズを有する。

図７は、別の実施形態に係る３Ｄプリンタの一部を示す概略上面図である。ここで、材料バリアと形成層との対応関係について、図３に示す構造を例にしてより詳細に説明する。図７を参照すると、本実施形態では、モデルプリンティングヘッド１３１とカラープリンティングヘッド１３２とが、先に説明した図３に示す構成を採用している。つまり、正のＸ軸方向において、モデルプリンティングヘッド１３１は、カラープリンティングヘッド１３２の前に配置され、Ｘ軸上で２つのヘッドの間にスペースＭが存在する。図７に示すように、カラープリンティングヘッド１３２が、Ｙ軸に沿って形成層２００を着色し、正のＸ軸方向に沿って移動（シフト）する。従って、形成層２００が分析される際、形成層２００は、Ｙ軸に沿って延伸してＸ軸に沿って配置された複数の帯へと分解される。カラープリンティングヘッド１３２は、帯に沿って連続的に形成層２００を着色する。ここで、カラープリンティングヘッド１３２による異なる着色は、それぞれ、Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３、Ｂ_ｎ−１、Ｂ_ｎの連続｛Ｂ_ｎ｝として表すことができ、ｎは正の整数で、帯の幅ＷはＸ軸に沿ったカラープリンティングヘッド１３２の着色分解能を表す。

上述したように、本実施形態のモデルプリンティングヘッド１３１とカラープリンティングヘッド１３２との構成関係のため、モデルプリンティングヘッド１３１は、カラープリンティングヘッド１３２が第１のプリンティング、つまり、第１の着色（Ｂ_１）を行う際に形成層２００を通過する。従って、材料バリア３００ｃは、形成層２００の外側の領域Ａ_１に配置する必要がある。また、カラープリンティングヘッド１３２が｛Ｂ_ｎ｝の着色を行うので領域Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３、Ａ_ｎ−１、Ａ_ｎにさらに材料バリア３００ｃを配置することが予期される。ここで、領域Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３、Ａ_ｎ−１、Ａ_ｎは連続｛Ａ_ｎ｝として表され、ｎは正の整数である。従って、形成層２００の分析が完了する。その後、モデルプリンティングヘッド１３１が形成層２００のプリンティングを行うように駆動された際、モデルプリンティングヘッド１３１は、また、領域｛Ａ_ｎ｝に材料バリア３００ｃをプリントするように駆動される。

図７を参照し、図３及び図６に示す実施形態と比較して、上記の実施形態でプリントされた材料バリアは連続的な構造を有していたが、図７に示す材料バリアは、断続的な構成を有する。しかしながら、両方ともモデルプリンティングヘッド１３１をクリーニングするのに効率的である。また、ここでは図示しない実施形態では、上述した図５の実施形態と同様に、材料バリア３００ａは、図７に示すように断続的な構成に形成される。

先に説明した図３と同様に、カラープリンティングヘッド１３２の移動方向（正のＸ軸方向）において、モデルプリンティングヘッド１３１はカラープリンティングヘッド１３２の前に配置される。したがって、材料バリア３００の終点Ｅ２あるいはＥ３を決定するため、異なるモードが選択される。図７の実施形態では、Ａ_ｎ−１あるいはＡ_ｎまでの材料バリアの最後の領域を設定するため、異なるモードがまた選択される。

ここで、本開示によるクリーニング効果は、カラープリンティングヘッド１３２の着色の間にモデルプリンティングヘッド１３１を移動させてプリントされた材料バリアを通過及び接触させることであり、これによってモデルプリンティングヘッド１３１の形成材料の残りを材料バリアに塗布、接着あるいは付着させて、材料バリアを用いてモデルプリンティングヘッド１３１をこすり、モデルプリンティングヘッド１３１から形成材料の残りを除去する。換言すると、Ｘ−Ｙ平面に対する材料バリアの高さは、Ｘ−Ｙ平面に対する形成層の高さと等しく、モデルプリンティングヘッド１３１が適切に材料バリアに接触するようにする。

その上、上記の実施形態では、形成層２００は、Ｙ軸（つまり、正のＹ軸方向）に沿ったカラープリンティングヘッド１３２の着色方向において材料バリアの前に配置される。ここで示されない別の実施形態では、材料バリアは、Ｙ軸に沿ってカラープリンティングヘッド１３２の着色方向ではなく形成層２００の前に配置される。つまり、材料バリアは、図中の形成層２００の低い側に配置されるが、同一の材料除去効果を得られる。

図８は、別の実施形態に係る３Ｄプリンタの一部を示す概略上面図である。 図２Ｂ及び図８を参照し、ステップＳ１２３において行なわれた判別の後の別のプロセスについて以下説明する。この実施形態においては、Ｘ軸上の着色ゾーンの正投影サイズＬ４が、Ｘ軸にそったモデルプリンティングヘッド１３１とカラープリンティングヘッド１３２との間のスペースＬ５より小さい場合、ステップＳ１２４−２が実行され、これによってユーザは材料バリアをプリントするべきか否か判断することができる。これは、図８に示すように、カラープリンティングヘッド１３２が形成層２００ｂの着色ゾーンに対して着色をする間にモデルプリンティングヘッド１３１が形成層２００ｂを通過しないためである（同様に、本実施形態では、形成層２００ｂの全領域が着色を必要とするからである）。従って、着色の間にモデルのプリンティングヘッド１３１を早急にクリーニングする必要がない。そのため、本実施形態において、ユーザが材料バリアをプリントしないと選択した場合、ステップＳ１２８が直接実行され、この形成層の分析が終了して別の形成層の分析が開始される。

しかしながら、所定の要求を満たすためにモデルのプリンティングヘッド１３１をクリーニングする必要がある場合、ステップＳ１２４−３が実行される。つまり、材料バリア３００ｄが形成層２００ｂの外側の領域にプリントされる。この場合、Ｘ軸上の材料バリア３００ｄの正投影サイズＬ６は、あらかじめ設定された値によって決定され、正投影サイズＬ６は、Ｘ軸上の形成層２００ｂの正投影サイズＬ４以下である。

図９は、別の実施形態に係る３Ｄプリンタの一部を示す概略上面図である。先の実施形態では、形成層の全地域が着色ゾーンである。しかしながら、本実施形態では、形成層２００ａは、互いに異なる部分２１０、２２０及び２３０を有し、部分２３０は着色を要しない。換言すると、着色ゾーンは、形成層２００ａの異なる部分２１０および２２０を覆う。しかしながら、上述したステップＳ１２１からＳ１２８で特定された着色ゾーンの分析が、部分２１０および２２０に対して個別に行われ、Ｘ軸上の部分２１０及び２２０の正投影サイズＸ_ａ及びＸ_ｂ、カラープリンティングヘッド１３２及びモデルプリンティングヘッド１３１の構成、ならびにスペースＭがそれぞれ対応する領域において材料バリア３００ｅ及び３００ｆを形成するための分析を行うために提供される。その詳細については上述したとおりであるので、ここでは省略する。

さらに、上記の実施形態では一の形成層が分析されるが、一般に、３Ｄオブジェクトは複数の形成層を積層することで形成され、形成層は略異なる輪郭を有する。従って、上記の実施形態において、一の単一の形成層について、材料バリアをプリントするための領域は形成層の外部にある必要があるが、３Ｄオブジェクトについては、材料バリアの位置は、プラットフォーム（Ｘ−Ｙ平面）上の３Ｄオブジェクトの正投影輪郭(つまり、境界ボックス)の外側の領域に限定されるべきであり、材料バリアが３Ｄオブジェクトに干渉することを防止する。

例えば、３Ｄオブジェクトがピラミッド形状であり、プラットフォームに直立して配置される場合、最初の形成層は最大の面積を有し、以降の形成層の面積は連続的に減少する。従って、３Ｄプリンティング方法では、最大の形成層（つまり、最初の形成層）を考慮して材料バリアを配置する必要があり、最初の形成層の輪郭範囲の外側に全てのプリントされた材料バリアを配置するようにし、同層レベルの形成材料の輪郭範囲の外部に配置された材料バリアが続くプリンティングにおいて前の層（最初の層）の輪郭範囲内に収まらないようにする。

別の実施形態では、３Ｄオブジェクトがピラミッド形状を有し、プラットフォームで上下逆さまに配置される場合、最初の形成層は最も小さな面積を有し、以降の形成層の面積は連続的に増加する。従って、３Ｄプリンティング方法では、材料バリアの配置は２つの状況を包含する。１つは、上述した３Ｄプリンティング方法に従って、同じ層レベルの形成層の輪郭範囲の外側に材料バリアがプリントされ、形成層の面積の増加に伴って、材料バリアは形成層に従って徐々に外側に拡大する。換言すると、以降の形成層の輪郭範囲は、前の層の材料バリアを覆うが、接触はしない。そこで、３Ｄオブジェクトが完成した際、多数の材料バリアが形成され、材料バリアは形成層に従って徐々に外側に拡大する。

別の状況は上述したとおりである。すなわち、最後の形成層(最大の面積を有する形成層)が、基部として用いられ、材料バリアが最後の形成層の輪郭範囲の外側に配置される。もちろん、３Ｄプリンティング方法において、材料バリアの上述した構造も必要に応じて組み合わせて用いてもよい。

以上をまとめると、本開示の実施形態によれば、３Ｄプリンタは、同期して移動可能となるように一体的構造を形成するモデルプリンティングヘッドおよびカラープリンティングヘッドを備える。３Ｄオブジェクトがプリントされている際に形成層あるいは完成した３Ｄオブジェクトを着色するため、またカラープリンティングヘッドの着色の間にモデルプリンティングヘッドが形成層を移動する際にモデルプリンティングヘッドの形成材料の残りがプリントされた形成層に影響を与えることを防止するため、上記のように材料バリアが着色の前に形成層の外側にプリントされ、着色の間のモデルプリンティングヘッドの移動経路上に材料バリアが配置される。従って、着色が行なわれる際、モデルプリンティングヘッドの形成材料は、材料バリアに接触して材料バリアに付着する。換言すると、材料バリアは材料をこすり取ってモデルプリンティングヘッドをクリーニングし、モデルプリンティングヘッドの形成材料が着色の間に形成層上に落下することを防止し、３Ｄオブジェクトのプリンティング品質に影響を与えることをぼうしする。

３Ｄプリンティング方法では、分析の間に、必要とされるＸ軸上の材料バリアの正投影サイズは、Ｘ軸上の形成層の着色ゾーンの正投影サイズ、及びＸ軸上の２つのヘッドの間のスペースの正投影サイズに従って決定される。次に、材料バリアの出発点および終点が、Ｘ軸上の２つのヘッドの構造および位置(前または後ろ)に従って決定される。条件が満たされる場合、出発点または終点が必要に応じて変更され得る。

本開示は、３Ｄプリンタ用の３Ｄプリンティング方法に関し、３Ｄプリンタは、一体化してＸ軸に沿って配置されるモデルプリンティングヘッドおよびカラープリンティングヘッドを備える。３Ｄプリンティング方法は、プラットフォーム上で、形成層その着色ゾーンの情報に従って、形成層の輪郭領域の外側に少なくとも一の材料バリアをプリントするためにモデルプリンティングヘッドを駆動するステップと、次にＹ軸に沿って着色ゾーンを着色するためにカラープリンティングヘッドを駆動する別のステップと、を備える。

１００ ３Ｄプリンタ
１１０ フレーム
１２０ プラットフォーム
１３０ プリンティングアセンブリ
１３１ モデルプリンティングヘッド
１３２ カラープリンティングヘッド
１３３ 移動部材
１４０ 制御モジュール
２００、２００ａ、２００ｂ 形成層
２１０、２２０、２３０ 部分
３００、３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ 材料バリア
Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３、Ａ_ｎ−１、Ａｎ、｛Ａ_ｎ｝ 領域
Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３、Ｂ_ｎ−１、Ｂ_ｎ、｛Ｂ_ｎ｝ 着色
Ｅ１、Ｅ４、Ｅ５ 始点
Ｅ２、Ｅ３ 終点
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃ、Ｌ４、Ｌ６、Ｘ_ａ、Ｘ_ｂ 正投影サイズ
Ｌ３、Ｌ５、Ｍ スペース
Ｓ１００〜Ｓ１７０、Ｓ１２１〜Ｓ１２８、Ｓ１２４−１〜Ｓ１２４−３ ステップ
Ｘ−Ｙ−Ｚ 直交座標

Claims (15)

1. ３Ｄプリンタに適応される３Ｄプリンティング方法であって、前記３Ｄプリンタは、モデルプリンティングヘッドと、カラープリンティングヘッドと、プラットフォームとを備え、前記モデルプリンティングヘッドは前記プラットフォームのＸ−Ｙ平面上に形成層をプリントし、前記モデルプリンティングヘッド及び前記カラープリンティングヘッドはＸ軸に沿って配置されて一体化しており、前記３Ｄプリンティング方法は、
   前記形成層とその着色ゾーンとの情報を提供し、
   前記形成層及び前記着色ゾーンの情報に従って、前記形成層が形成される際にプロセッサによって前記モデルプリンティングヘッドを駆動して前記プラットフォーム上に前記形成層の輪郭範囲の外側に少なくとも一の材料バリアを形成し、
   前記形成層及び前記材料バリアを完成した後、前記カラープリンティングヘッドが着色を行う際に前記プロセッサによって前記カラープリンティングヘッドを駆動して、前記材料バリアが前記モデルプリンティングヘッドの移動経路上に位置するようにＹ軸に沿って前記着色ゾーンを着色する、
   ことを含むことを特徴とする３Ｄプリンティング方法。
2. 前記形成層がプリントされた後、前記モデルプリンティングヘッドに残る形成材料の残りがプリントされ、前記カラープリンティングヘッドが着色を行う際、前記モデルプリンティングヘッドが前記材料バリアを通過して接触し、前記材料バリアによって前記モデルプリンティングヘッドから前記形成材料の残りを除去する、ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンティング方法。
3. 前記Ｘ軸に沿って前記モデルプリンティングヘッドと前記カラープリンティングヘッドとの間にスペースが存在し、前記３Ｄプリンティング方法は、さらに、
   前記Ｘ軸上の前記着色ゾーンの正投影サイズが前記スペース以上か判別し、
   前記Ｘ軸上の前記着色ゾーンの前記正投影サイズが前記スペース（Ｌ３）以上の場合、前記Ｘ軸上の前記材料バリア（３００）の正投影サイズ（Ｌ１）は、前記Ｘ軸上の前記着色ゾーンの前記正投影サイズ（Ｌ２）と前記スペース（Ｌ３）との差以上であり、Ｌ１≧Ｌ２−Ｌ３である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンティング方法。
4. 前記Ｘ軸に沿って前記モデルプリンティングヘッドと前記カラープリンティングヘッドとの間にスペース（Ｌ３）が存在し、前記３Ｄプリンティング方法は、さらに、
   前記Ｘ軸上の前記着色ゾーンの正投影サイズが前記スペース（Ｌ３）以上か判別し、
   前記Ｘ軸上の前記着色ゾーンの前記正投影サイズが前記スペースより小さい場合、Ｘ軸上の前記材料バリアの正投影サイズは、ゼロ以上である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンティング方法。
5. 前記モデルプリンティングヘッドと前記カラープリンティングヘッドとをＸ軸上で配置する順序を判別し、
   前記Ｘ軸に沿って前記カラープリンティングヘッドの移動方向において前記モデルプリンティングヘッドが前記カラープリンティングヘッドの前に位置する場合、前記Ｘ軸上の前記材料バリアの始点の正投影は、前記Ｘ軸上の前記形成層の正投影の範囲内に位置する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンティング方法。
6. 前記Ｘ軸上の前記材料バリアの終点の正投影は、前記Ｘ軸城の前記形成層の前記正投影の後端である、ことを特徴とする請求項５に記載の３Ｄプリンティング方法。
7. 前記Ｘ軸上の前記材料バリアの終点の正投影は、前記Ｘ軸上の前記形成層の前記正投影の範囲の外側に位置する、ことを特徴とする請求項５に記載の３Ｄプリンティング方法。
8. 前記Ｘ軸上の前記モデルプリンティングヘッドと前記カラープリンティングヘッドとを配置する順序を判別し、前記Ｘ軸に沿って前記カラープリンティングヘッドの移動方向において前記カラープリンティングヘッドが前記モデルプリンティングヘッドの前に位置する場合、前記Ｘ軸上の前記材料バリアの前記終点の前記正投影は、前記Ｘ軸上の前記形成層の前記正投影の前記範囲内に位置する、ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンティング方法。
9. 前記Ｘ軸上の前記材料バリアの前記始点の前記正投影は、前記Ｘ軸上の前記形成層の前記正投影の前端に位置する、ことを特徴とする請求項８に記載の３Ｄプリンティング方法。
10. 前記Ｘ軸上の前記材料バリアの前記始点の前記正投影は、前記Ｘ軸上の前記形成層の前記正投影の前記範囲の外側に位置する、ことを特徴とする請求項８に記載の３Ｄプリンティング方法。
11. 前記Ｘ軸上の前記材料バリアの正投影と、前記Ｘ軸上の前記着色ゾーンの正投影とが、互いにオーバーラップし、同一のサイズを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンティング方法。
12. 前記Ｙ軸に沿った前記カラープリンティングヘッドの着色方向において、前記形成層は前記材料バリアの前に位置し、あるいは、前記材料バリアは前記形成層の前に位置する、ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンティング方法。
13. 前記形成層のプリンティングと、前記材料バリアのプリンティングとが同時に完了する、ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンティング方法。
14. 前記材料バリアは、前記Ｘ軸に沿って連続的な構成あるいは断続的な構成を形成する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
15. 前記Ｘ−Ｙ平面に対する前記材料バリアの高さは、前記Ｘ−Ｙ平面に対する前記形成層の高さに等しい、ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンティング方法。
    

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