JP2018513798A - ３ｄ印刷用の制御された加熱 - Google Patents

Abstract

一例において、３次元（３Ｄ）物体を印刷するための方法が説明される。方法は、プロセッサにより、支持部材上に易焼結性材料の層を堆積し、可動放射源を用いて易焼結性材料の層を予熱することを含むことができる。方法は更に、プロセッサにより、易焼結性材料の層の画像形成される領域に溶融剤を付着し、当該可動放射源を用いて易焼結性材料の層の画像形成された領域を溶融することを含む。【選択図】図１

Description

背景
３次元（３Ｄ）印刷は、材料の逐次の層がデジタルモデルからの３次元物体を形成するために横たえられる積層造形プロセスである。積層造形において、逐次の材料層は、焼結、押出、及び照射を含むプロセスを通じて溶融、結合、又は固化により互いに結合（接合）される。例えば、３Ｄ物体印刷システムの粉末床（粉末ベッド）は、ターゲット温度まで予熱されて、３Ｄ物体印刷プロセスの全体にわたって維持される必要がある。現時点では、この予熱プロセスを実行するために、専用の加熱源（例えば、複数の短波長赤外線（ＩＲ）放出器）が３Ｄ物体印刷システムに配置される。

さて、様々な具現化形態が、添付図面に関連して一例として説明される。

マルチ構造３Ｄ物体を製造するための３次元（３Ｄ）印刷システムの例を示す図である。 ３Ｄ印刷システムにおいて３Ｄ物体の生産または印刷に関連した例示的な方法の流れ図である。 ３Ｄ印刷システムにおいて３Ｄ物体の生産または印刷に関連した例示的な方法の流れ図である。 ３Ｄ印刷システムにおいて３Ｄ物体の生産または印刷に関連した例示的な方法の流れ図である。

図面の全体にわたって、同じ参照符号は、類似するが、必ずしも同一でない要素を示す。

詳細な説明
３次元（３Ｄ）印刷の幾つかの例において、３Ｄ物体は、サーマルインクジェットアレイ等を用いて形成される。３Ｄ印刷中、易焼結性材料（例えば、粉末）の層が放射線にさらされて、その結果、易焼結性材料が溶融して硬化し、３Ｄ物体の層になる。幾つかの例において、合体剤または溶融剤が、易焼結性材料の選択された領域と接触して選択的に付着（又は「印刷」）される。溶融剤は、易焼結性材料の層へ浸透し、易焼結性材料の外面上へ広がることができる。溶融剤は、放射線（例えば、熱放射線、概して本明細書において熱と称する）を吸収することができ、次いで溶融剤と接触している易焼結性材料が溶解または焼結される。これにより、易焼結性材料が、溶融し、結合し、硬化などして、３Ｄ物体の層を形成する。易焼結性材料の多数の層でもってこのプロセスを繰り返すことにより、当該層が互いに結合して、３Ｄ物体の形成という結果になる。

幾つかの３Ｄ印刷システムにおいて、支持部材（例えば、粉末床としても知られる）が所定のターゲット温度まで予熱（一般に加熱）されて、３Ｄ印刷プロセスの全体にわたって維持される。幾つかのシステムは、専用の固定加熱源を使用し、例えば、複数の短波長赤外線（ＩＲ）放出器が３Ｄ物体印刷システムに配置されて、この予熱プロセスを実施する。これら静的に固定された短波長ＩＲ放出器は、コストがかかり、３Ｄ印刷システムの全体的なコストを増大させる。更に、３Ｄ印刷システムに短波長ＩＲ放出器を使用することには欠点がある。

例えば、短波長ＩＲ放出器は、印刷ステーション及び放射源（例えば、溶融ランプ）のクリアランス要件に起因して、易焼結性材料の表面（例えば、粉末の表面）からかなり遠く離れたオーバーヘッド構造に静的に配置されることが多い。かくして、ＩＲ放射線は、短波長ＩＲ放出器と易焼結性材料の表面を分離する大きな空隙を通って伝わる際に消散し、３Ｄ印刷システムの加熱効率が下がる。更に、短波長ＩＲ放出器は、印刷段階中に印刷ステーションに放射する。印刷ステーションのこの不必要な加熱は、印刷ヘッドの健全性に悪影響を及ぼし、印刷ステーションのプリントバーの寿命を短くする可能性がある。更に、より大きな３Ｄ物体を印刷するための能力を提供するために、３Ｄ印刷システムの粉末テーブルのサイズが常により高くスケーリングされるので、これら固定短波長ＩＲ放出器の数を増加させる必要があり、それにより大型の３Ｄ印刷システムの全体的なコストが増大する。最後に、３Ｄ印刷システムの電力消費量も、より大きな３Ｄ印刷システムを提供する際に必要とされる短波長ＩＲ放出器の数の増加に起因して同様に増加する。

一例において、本開示は、方法および装置を提供し、この場合、短波長ＩＲ放出が３Ｄ印刷システムから省かれる。代わりに、本開示は、溶融プロセスに使用される放射源が更に易焼結性材料の表面を加熱するためにも使用される加熱方法を利用する。言い換えれば、溶融放射源が、静的に固定された短波長ＩＲ放出器にとって代わるために使用される。

本明細書に開示された３次元（３Ｄ）印刷の例により、３Ｄ印刷システムは、易焼結性材料の表面の加熱の任務を負う静的に固定された短波長ＩＲ放出器の使用を完全に省くことが可能になる。代わりに、放射源の移動が、溶融プロセスに加えて易焼結性材料の表面の加熱を行うために、選択的に制御される。

一例において、３次元（３Ｄ）物体を印刷する方法が説明される。方法は、プロセッサにより、支持部材上に易焼結性材料の層を堆積し、可動放射源を用いて易焼結性材料の層を加熱し、易焼結性材料の層の画像形成される領域に溶融剤を付着し、可動放射源を用いて、易焼結性材料の層の画像形成された領域を溶融することを含むことができる。

別の例において、３次元（３Ｄ）物体を印刷するためのシステムが説明される。システムは、支持部材と、支持部材上に易焼結性材料を提供するための第１の分配器と、放射線を提供するための可動放射源と、溶融剤を提供するための第２の分配器と、コントローラとを含むことができる。コントローラは、支持部材上に易焼結性材料の層を堆積し、可動放射源を用いて易焼結性材料の層を加熱し、易焼結性材料の層の画像形成される領域に溶融剤を付着し、可動放射源を用いて易焼結性材料の層の画像形成された領域を溶融することを含む動作を行うための命令を実行することに適する。

別の例において、プロセッサにより実行された際に、プロセッサに動作を行わせる命令を格納する持続性コンピュータ可読媒体が説明される。当該動作は、粉末床上に粉末の層を堆積し、可動溶融ランプを用いることにより波形で粉末の層を加熱し、粉末の層の画像形成される領域に溶融剤を付着し、可動溶融ランプを用いて粉末の層の画像形成された領域を溶融することを含む。

図１は、本開示の例示的な具現化形態に従わずに、３Ｄ印刷システム１００の例を示す。３Ｄ印刷システム１００は、静的に固定された短波長ＩＲ放出器を含まない。代わりに、例示的な３Ｄ印刷システム１００は、溶融プロセスに使用される放射源だけでもって様々な３Ｄ印刷動作の実行を可能にする。

図１に示されるように、３Ｄ印刷システム１００は、支持部材１０２（例えば、粉末床）を含む。支持部材１０２は、マルチ構造３Ｄ物体のような３Ｄ物体を形成するために、易焼結性材料（図１には示されない）（例えば、ポリアミド粉末、ナイロン粉末など）を受け取って保持するための製造台の役割を果たす。一例において、支持部材１０２は、約１０ｃｍ×１０ｃｍから約１００ｃｍ×１００ｃｍに及ぶ寸法を有するが、支持部材１０２は、形成されるべき３Ｄ物体、又は３Ｄ印刷システムの全体的なサイズに依存して、より大きい又はより小さい寸法を有することができる。

易焼結性材料分配器１０４は、支持部材１０２上へ易焼結性材料の層を提供する。適切な易焼結性材料分配器の例は、ワイパーブレード、ローラ、及びそれらの組み合わせを含む。幾つかの例において、易焼結性材料分配器１０４は、供給床、及び支持部材１０２上へ易焼結性材料を押し動かすための製造ピストンを含むことができる。易焼結性材料は、ホッパ又は他の適切な供給システムから易焼結性材料分配器１０４へ供給され得る。図１に示されたような例示的なシステム１００において、易焼結性材料分配器１０４は、易焼結性材料の層を堆積するために、支持部材１０２の長さ（Ｙ軸）にわたって移動する。

後述されるように、易焼結性材料の第１の層が支持部材１０２上に堆積され、以前に堆積された（及び凝固した）層上に易焼結性材料の後続の層を堆積することが後続する。従って、支持部材１０２は、易焼結性材料の新たな層が堆積される際に、溶融剤分配器１０６ａ及びディーティリング剤分配器１０６ｂとして示された薬剤分配器１０６の下側表面とごく最近に形成された層の表面との間に、所定の間隙が維持されるように、Ｚ軸に沿って移動可能とすることができる。他の例において、支持部材１０２は、Ｚ軸に沿って固定されることができ、薬剤分配器１０６が係る所定の間隙を維持するためにＺ軸に沿って移動可能とすることができる。

薬剤分配器１０６は、支持部材１０２上に提供された易焼結性材料の層の部分上へ選択的な方法で、溶融剤分配器１０６ａ（例えば、プリントヘッド）及びディーティリング剤分配器１０６ｂ（例えば、プリントヘッド）をそれぞれ介して、溶融剤および／またはディーティリング剤を供給する。例えば、溶融剤分配器１０６ａは、易焼結性材料の層の選択的な部分に溶融剤を供給することができるが、ディーティリング剤分配器１０６ｂは、支持部材１０２上に提供された易焼結性材料の層の同じ部分に及び／又は他の部分にディーティリング剤を供給することができる。薬剤分配器１０６ａ及び１０６ｂはそれぞれ、溶融剤およびディーティリング剤の供給部を含むことができる、又はこれら薬剤分配器はそれぞれ、溶融剤およびディーティリング剤の別個の供給部に関連して動作するように接続され得る。

他のタイプの薬剤分配器が可能であり且つ本明細書で企図されるが、図１の例示的な３Ｄ印刷システム１００に示された薬剤分配器１０６（即ち、１０６ａ、１０６ｂ）は、サーマルインクジェットプリントヘッド又は圧電インクジェットプリントヘッドのような１つ又は複数のプリントヘッドを含む。プリントヘッド１０６ａ及び１０６ｂは、ドロップオンデマンドのプリントヘッド又は連続的ドロップのプリントヘッドとすることができる。プリントヘッド１０６ａ及び１０６ｂは、溶融剤およびディーティリング剤が適切な流体の形態である場合に、係る薬剤を選択的に供給するために使用され得る。印刷システム１００の他の例において、単一のプリントヘッド１０６が、溶融剤およびディーティリング剤の双方を選択的に供給するために使用され得る。係る例において、単一のプリントヘッド１０６上の第１の組のプリントヘッドノズルが溶融剤を供給することができ、単一のプリントヘッド１０６上の第２の組のプリントヘッドノズルがディーティリング剤を供給することができる。溶融剤およびディーティリング剤のそれぞれは、プリントヘッド１０６ａ及び１０６ｂを介して供給されることを可能にするために、水、共溶媒（単数または複数）、界面活性剤（単数または複数）などのような水性媒体を含む。

各プリントヘッド１０６は、流体滴を選択的に吐出することができるノズルのアレイを含むことができる。一例において、各小滴は、１滴あたり約１０ピコリットル（ｐｌ）のオーダーとすることができるが、より大きい又はより小さい小滴サイズが使用され得ることが意図されている。幾つかの例において、プリントヘッド１０６ａ及び１０６ｂは、可変サイズの小滴を供給することができる。一例において、プリントヘッド１０６ａ及び１０６ｂは、溶融剤およびディーティリング剤の小滴を、約３００ドット／インチ（ＤＰＩ）から約１２００ＤＰＩの範囲にわたる分解能で供給することができる。他の例において、プリントヘッド１０６ａ及び１０６ｂは、溶融剤およびディーティリング剤の小滴を、より高い又はより低い分解能で供給することができる。液滴速度は、約５ｍ／ｓから約２４ｍ／ｓの範囲にわたることができ、噴射頻度（周波数）は、約１ｋＨｚから約１００ｋＨｚの範囲にわたることができる。プリントヘッド１０６ａ及び１０６ｂは印刷システム１００の一体化している部品とすることができるか、又は当該プリントヘッドは、ユーザ交換可能とすることができる。プリントヘッド１０６ａ及び１０６ｂがユーザ交換可能である場合、当該プリントヘッドは、適切な分配器の受容器またはインターフェースモジュール（図示せず）へ着脱可能に挿入可能とすることができる。

図１に示されるように、薬剤分配器１０６ａ及び１０６ｂのそれぞれは、ページ幅アレイの構成で支持部材１０２の全幅に広がることを可能にする長さを有する。一例において、ページ幅アレイの構成は、複数のプリントヘッドの適切な配列を通じて達成される。別の例において、ページ幅アレイの構成は、支持部材１０２の幅に広がることを可能にする長さを有するノズルアレイを備えた単一のプリントヘッドを通じて達成される。印刷システム１００の更に他の例において、薬剤分配器１０６ａ及び１０６ｂは、支持部材１０２の全幅に広がることを可能にしないより短い長さを有することができる。

幾つかの例において、薬剤分配器１０６ａ及び１０６ｂは、図示されたＹ軸に沿って支持部材１０２の長さにわたって双方向に移動することを可能にするための可動キャリッジ上に搭載される。これは、単一のパスで支持部材１０２の全幅および全長にわたる、溶融剤およびディーティリング剤の選択的供給を可能にする。他の例において、支持部材１０２は、薬剤分配器１０６ａ及び１０６ｂが定位置に留まる場合には、薬剤分配器１０６ａ及び１０６ｂに対して移動することができる。

本明細書で使用される限り、用語「幅」は一般に、図１に示されたＸ軸およびＹ軸に平行な平面において最も短い寸法を示し、用語「長さ」は、この平面において最も長い寸法を示す。しかしながら、他の例において、用語「幅」は、用語「長さ」と交換可能とすることができる。一例として、薬剤分配器１０６は、支持部材１０２の全長に広がることを可能にする長さを有することができる一方で、可動キャリッジが支持部材１０２の幅にわたって双方向に移動することができる。

薬剤分配器１０６ａ及び１０６ｂが支持部材１０２の全幅に広がることを可能にしないより短い長さを有する例において、分配器１０６ａ及び１０６ｂも、図示されたＸ軸において支持部材１０２の幅にわたって双方向に移動可能とすることができる。この構成は、複数のパスを用いて支持部材１０２の全幅および全長にわたる溶融剤およびディーティリング剤の選択的供給を可能にする。

図１に示されたように、３Ｄ印刷システム１００は、放射線を放出するための可動放射源１０８（例えば、溶融ランプ）を含む。可動放射源１０８は、例えば、ＩＲ、近ＩＲ、ＵＶ、又は可視の硬化ランプ、ＩＲ、近ＩＲ、ＵＶ、又は可視の発光ダイオード（ＬＥＤ）、又は特定波長を有するレーザを含む様々な態様で具現化され得る。使用される可動放射源１０８は、使用される溶融剤のタイプに少なくとも部分的に依存する。可動放射源１０８は、例えばキャリッジ（図示せず）に取り付けられる。キャリッジは、支持部材１０２に隣接する位置への放射源１０８の移動を可能にする。異なる例において、可動放射源１０８は、易焼結性材料の部分の固化を生じさせるために、易焼結性材料の堆積された層、溶融剤およびディーティリング剤にエネルギーを印加することができる。一例において、可動放射源１０８は、支持部材１０２上へ堆積された材料にエネルギーを均一に印加することができる単一のエネルギー源である。別の例において、可動放射源１０８は、堆積された材料にエネルギーを均一に印加するための複数の可動放射源を含むことができる。

幾つかの例において、可動放射源１０８は、支持部材１０２上へ堆積された易焼結性材料の層の全面に実質的に均一なようにエネルギーを印加することができる。このタイプの可動放射源１０８は、非集束エネルギー源と呼ばれ得る。易焼結性材料の層全体をエネルギーに同時にさらすことは、３次元物体が生成される速度を増加することに役立つことができる。

一例において、センサ１０５（例えば、ＩＲセンサ）が、支持部材１０２の表面温度を測定するために配置される。より具体的には、センサ１０５は、易焼結性材料の表面温度を測定するために制御され得る。言い換えれば、センサ１０５は、後述されるように、支持部材１０２の上での可動放射源１０８の様々な波形またはパスを適用するための能力をプロセッサ１１２に可能にするために、易焼結性材料の表面の温度データを提供することができる。

留意されるべきは、図１において、静的に固定された短波長ＩＲ放出器１０３も、破線を用いて示されている。これら短波長ＩＲ放出器１０３の実在しない状態での提示は、本開示の例示的な３Ｄ印刷システム１００からそれらを省略することを示すためである。

図１に示されるように、例示的な３Ｄ印刷システム１００は、コントローラ１１０を含む。図１に示された例示的なコントローラ１１０は、マルチ構造３Ｄ物体内の構造要素のそれぞれに対して異なる処理パラメータを用いて、マルチ構造３Ｄ物体を形成するために印刷システム１００を制御することに適している。易焼結性材料の層内の易焼結性材料の異なる部分に及び／又は易焼結性材料の異なる層に異なる処理パラメータを適用することは、異なる機械的強度、異なる色品質などのような異なる特性を構造要素が有することができるマルチ構造３Ｄ物体の製造を可能にする。

コントローラ１１０は一般に、プロセッサ１１２（例えば、中央処理装置（ＣＰＵ））及びメモリ１１４を含み、３Ｄ印刷システム１００の様々な構成要素と通信する及び当該構成要素制御するためのファームウェア及び他の電子回路を更に含むことができる。メモリ１１４は、揮発性（即ち、ＲＡＭ）及び不揮発性メモリ構成要素（例えば、ＲＯＭ、ハードディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、フラッシュメモリなど）の双方を含むことができる。メモリ１１４の構成要素は、機械可読符号化プログラム命令、データ構造、プログラム命令モジュール、ＪＤＦ（Job Definition Format：ジョブ定義フォーマット）及び他のデータ、及び／又は３Ｄ印刷システム１００のプロセッサ１１２により実行可能な命令の格納を行う持続性の物理的な機械可読（例えば、コンピュータ／プロセッサ可読）媒体を含む。

メモリ１１４に格納された命令の例は、マルチ構造処理モジュール１１６と関連した命令を含むが、格納されたデータの例は、供給制御データ１２０を含む。モジュール１１６は、プロセッサ１１２により実行可能なプログラミング命令を含み、それにより、３Ｄ印刷システムは、図２、図３及び図４のそれぞれに関連して後述されるような、方法２００、３００及び４００のステップ、ブロック又は動作のような様々な一般的機能および／または特定機能を実行することができる。

例えば、マルチ構造処理モジュール１１６は、図３の方法３００に従って複数の命令１１７ａ〜１１７ｄを含むことができる。例えば、命令１１７ａは、易焼結性材料の層を堆積するための命令を含む。命令１１７ｂは、可動放射源を用いて易焼結性材料の層を予熱するための命令を含む。命令１１７ｃは、画像形成される領域に溶融剤を付着するための命令を含む。命令１１７ｄは、可動放射源を用いて、画像形成された領域を溶融するための命令を含む。

メモリ１１４に格納されたプログラム命令、データ構造、モジュールなどは、本明細書で説明される例のような様々な例を具現化するためにプロセッサ１１２により実行され得るインストールパッケージの一部とすることができる。かくして、メモリ１１４は、ＣＤ、ＤＶＤ又はフラッシュドライブのような携帯型媒体、又はインストールパッケージがダウンロードされてインストールされ得るサーバにより維持されたメモリとすることができる。別の例において、メモリ１１４に格納されたプログラム命令、データ構造、モジュールなどは、既にインストールされたアプリケーション（単数または複数）の一部とすることができ、この場合、メモリ１１４は、ハードドライブのような統合型メモリを含むことができる。

上述したように、コントローラ１１０は、マルチ構造３Ｄ物体内の様々な構造要素を処理するための様々なパラメータを用いてマルチ構造３Ｄ物体を形成するために、３Ｄ印刷システム１００を制御する。幾つかの例において、コントローラ１１０は、メモリ１１４（例えば、命令モジュール１１６）からの供給制御データ１２０及びプログラミング命令を用いて、３Ｄ印刷システム１００内での易焼結性材料、溶融剤およびディーティリング剤の付着、及び放射線の印加を管理して、マルチ構造３Ｄ物体の生産を容易にする。

例えば、コントローラ１１０は、コンピュータのようなホストシステムから供給制御データ１２０を受け取ることができ、メモリ１１４に当該データ１２０を格納する。データ１２０は例えば、印刷されるべきマルチ構造３Ｄ物体を定義するオブジェクトファイル又は印刷ジョブを表す。３Ｄ物体を定義する係るファイルは、溶融剤のインク密度、及び易焼結性材料の層の様々な部分上への及び／又は易焼結性材料の異なる層上への溶融剤およびディーティリング剤の選択的供給のような、様々な処理の態様を制御するために使用されるべき処理パラメータ１１８を含むことができる。

一般に、処理パラメータ１１８は、印刷されている３Ｄ物体の様々な特性を変更することができる３Ｄ印刷プロセスの前または３Ｄ印刷プロセス中に、３Ｄ印刷システム１００により又は３Ｄ印刷システム１００内で調整され得る任意のパラメータ又はパラメータのセットを含むことができる。例えば、処理パラメータ１１８は、３Ｄ物体を形成するために使用される易焼結性材料の各層の厚さ、易焼結性材料の層の様々な部分上に噴射される溶融剤の量、易焼結性材料の異なる層上へ噴射される溶融剤の量、溶融剤に適用されるインクの色、溶融剤のインク濃度（例えば、溶融剤内のインクの量）、易焼結性材料の層の様々な部分に対する放射線曝露の持続時間、易焼結性材料の様々な層に対する放射線曝露の持続時間、可動放射源から印加される放射線の強度などを制御するパラメータを含むことができる。かくして、処理パラメータ１１８は、印刷されている３Ｄ物体の所望の特性を達成するために設計された最適化処理プロファイルを提供するパラメータ又はパラメータのセットを含むことができる。

更に後述されるような様々な例において、処理パラメータ１１８は、易焼結性材料の表面を予熱するために可動放射源１０８の移動を制御するための様々な方法を含む。一般に、可動放射源１０８の移動は、支持部材１０２にわたって及び支持部材１０２上での可動放射源１０８の移動の方向、速度、及び頻度を含む。

易焼結性材料の異なる層に対する、及び／又は易焼結性材料の単一の層内の易焼結性材料の様々な部分に対する様々な処理パラメータ１１８の適用は、マルチ構造３Ｄ物体の製造を可能にし、この場合、異なる部品密度、異なる機械的強度、及び異なる色特性のような様々な特性を有する３Ｄ物体内の異なる構造要素が形成され得る。かくして、データ１２０は、３Ｄ印刷システム１００用のマルチ構造３Ｄ物体の３Ｄ印刷ジョブを定義する印刷ジョブデータ、コマンド及び／又はコマンドパラメータを含む。データ１２０からの印刷ジョブを用いて、コントローラ１１０のプロセッサ１１２は、本明細書でより詳細に後述される３Ｄ印刷プロセスを通じて、一度に１つの層ずつマルチ構造３Ｄ物体を形成するために、命令（例えば、モジュール１１６から）を実行して、３Ｄ印刷システム１００（例えば、支持部材１０２、易焼結性材料分配器１０４、薬剤分配器１０６、可動放射源１０８）の構成要素を制御する。

再度、図１を参照すると、マルチ構造処理モジュール１１６は、供給制御データ１２０に従って支持部材１０２上への易焼結性材料の層の付着を制御するために実行可能なプログラミング命令を含む。更に、モジュール１１６からの命令は、供給制御データ１２０に従って３Ｄ物体の横断面を「画像形成（イメージング）」又は画定する易焼結性材料の層の選択的な部分上への溶融剤の付着を制御するために実行可能である。例えば、モジュール１１６からの命令を実行することにより、コントローラ１１０は、制御データ１２０に従って、３Ｄ物体の横断面を画像形成／画定するために、易焼結性材料の層の選択された部分上へ液状の溶融剤を、プリントヘッド１０６ａに噴射（即ち、吐出、塗布、付着）させることができる。処理パラメータ１１８及び他の制御データ１２０に従って、溶融剤は、易焼結性材料の層の様々な部分に対して、異なる量で及び異なるインクの濃さで付着されて、３Ｄ物体内の異なる構造要素の形成を容易にすることができる。幾つかの例において、モジュール１１６からの命令は更に、易焼結性材料の層上へのディーティリング剤の付着を制御するために実行される。例えば、モジュール１１６からの命令を実行することにより、コントローラ１１０は、供給制御データ１２０に従って、易焼結性材料の層の選択された他の部分および／または同じ部分上へ液状のディーティリング剤を、プリントヘッド１０６ｂに噴射させることができる。

更に、マルチ構造処理モジュール１１６内の他の命令の実行により、コントローラ１１０は、溶融プロセスを制御および実行する、即ち溶融剤（場合によっては、ディーティリング剤）が易焼結性材料上へ噴射された後に、易焼結性材料の各層上への可動放射源１０８からの放射線の印加を制御することを可能にする。かくして、「溶融プロセス」は、溶融剤（場合によっては、ディーティリング剤）が易焼結性材料上へ噴射された後の可動放射源１０８の動作に関係する。従って、後述されるように、易焼結性材料の特定層の「溶融プロセス」は、「溶融プロセス」の前に生じる易焼結性材料の特定層の「易焼結性材料表面の予熱プロセス」と異なる。

例えば、処理パラメータ１１８及び他の制御データ１２０に従って、可動放射源１０８は、支持部材１０２にわたって及び支持部材１０２の上での可動放射源１０８の移動の方向、速度、及び頻度を変更するような、様々な方法で易焼結性材料の表面の予熱プロセスに関する放射線の印加を制御され得る。例えば、支持部材１０２上で易焼結性材料の新たな層の付着後、可動放射源１０８は、易焼結性材料の新たな層の上で物理的に移動して、溶融プロセスの適用前に、易焼結性材料の新たな層を予熱することができる。易焼結性材料表面の係る予熱プロセスは、図１の現在の３Ｄ印刷システムにおいて存在しない静的に固定された単波長ＩＲ放出器の使用によって従来行われていた。

次に、易焼結性材料表面の予熱プロセスの後、処理パラメータ１１８及び他の制御データ１２０に従って、可動放射源１０８は、強度を変化させる及び持続時間を変化させるような様々な方法で、溶融プロセスにおいて放射線を印加するように制御され得る。係る可動放射源１０８からの放射線の印加を変化させることは、異なる機械的および視覚的特性を有する３Ｄ物体内の異なる構造要素の形成を容易にすることができる。溶融プロセス（この場合、溶融剤が付着されている）において、放射線は、溶融ステップが後続する第１の予熱ステップにおいてのような、複数のステップ又は動作で印加され得る。第１の溶融ステップにおいて、放射線は、易焼結性材料の層の「画像形成したばかり」の領域（即ち、溶融剤を受け取ったばかりの領域）の温度を周囲の易焼結性材料の温度まで又は当該温度よりも僅かに高い温度まで上昇させるために、易焼結性材料の層にわたる可動放射源１０８の短期間の掃引を通じて印加され得る。第２の溶融ステップにおいて、放射線は、層の画像形成したばかりの領域を完全に溶融するはるかに高い温度まで当該画像形成したばかりの領域の温度を上昇させるために、易焼結性材料の層にわたって可動放射源１０８の長時間の掃引で印加され得る。幾つかの例において、係る放射線の掃引の持続時間および放射線の強度は、同じ易焼結性材料の層および／または異なる易焼結性材料の層にわたって変化することができる。

上述したように、コントローラ１１０は、３Ｄ印刷システム１００の様々な構成要素と通信する及び当該構成要素を制御するためのファームウェア及び他の電子回路を更に含むことができる。従って、３Ｄ印刷システム１００の幾つかの例において、モジュール１１６のような命令モジュールの機能は、３Ｄ印刷システム１００の個々のエンジン（例えば、マルチ構造処理エンジン）として具現化されることができ、各エンジンは、エンジンの機能を実現するためのハードウェア及びプログラミングの任意の組み合わせを含む。

図２は、３Ｄ印刷システムにおける３Ｄ物体の生産または印刷に関連する第１の例示的な方法２００の流れ図を示す。方法２００は、例えば図１のシステム１００の様々な構成要素により実行され得る。さて、例えば、方法２００は、当該方法のブロックが図１のシステム１００の様々な構成要素を制御しているプロセッサ１１２のような、プロセッサにより実行される例に関して説明される。図１の説明に関連して使用される限り、用語「プロセッサ」は、複数のプロセッサ、又はハードウェア論理ユニット（例えば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）のようなプログラム可能論理回路（ＰＬＤ）など）も含むことができる。

方法２００はブロック２０５から開始する。ブロック２１０において、プロセッサは、易焼結性材料の複数の層（例えば、粉末からなる複数の層）を予熱（又は一般に加熱）するために、可動放射源１０８（例えば、溶融ランプ）を制御する。例えば、易焼結性材料の複数の層は、３Ｄ物体の印刷前に、支持部材１０２（例えば、粉末テーブル）上に堆積される。しかしながら、易焼結性材料の各層に対して、可動放射源１０８は、易焼結性材料の次の層が支持部材１０２上に堆積される前に、易焼結性材料の各層に放射線（例えば、熱放射線）を印加するために、プロセッサにより制御される。一例において、異なる量の熱放射線が、易焼結性材料の複数の層のそれぞれに加えられる。

例示するために、一例において、易焼結性材料の５つの層が支持部材１０２上に堆積されることになっている。易焼結性材料の第１の層が支持部材１０２上へ堆積された後、プロセッサにより、可動放射源１０８が６つの波形の熱放射線を易焼結性材料の第１の層上に印加する。所定数の波形の熱放射線が印加された後、易焼結性材料の第２の層が支持部材１０２上に堆積される。プロセッサにより、可動放射源１０８が５つの波形の熱放射線を易焼結性材料の第２の層上に印加する。かくして、１つ少ない波形の熱放射線が、易焼結性材料の新たな層の後続の堆積毎に印加される。留意されるべきは、この例は、例示であり、本開示の制限として解釈されるべきではない。

一例において、単一波形の熱放射は、例えば、２パス（一般に、第１のパス及び第２のパス）でＹ軸またはＸ軸において、支持部材１０２上の可動放射源１０８の移動を含み、例えば、可動放射源１０８は左から右方向に移動され、次いで可動放射源１０８は、可動放射源の元の開始位置に戻るように右から左方向に移動され、逆もまた同じである。留意されるべきは、用語「左から右方向」及び「右から左方向」は、可動放射源の元の位置関係に依存する相対的な用語である。言い換えれば、可動放射源１０８の開始位置に依存して、プロセッサ１１２は、図１に示されたようなＹ軸またはＸ軸において任意の方法で可動放射源１０８を移動させることができる。

ブロック２２０において、プロセッサは、複数のブランク層を印刷し、例えば、プロセッサは図１の様々な構成要素と相互作用して、複数のブランク層の印刷をもたらす。例えば、１０個のブランク層が、溶融プロセスにおいて１つの波形の加熱を用いて印刷され得る。一般に、各層の印刷は、易焼結性材料の層の堆積、続いて易焼結性材料の予熱、続いて溶融剤の付着、次いで画像形成された領域（例えば、溶融剤が付着された領域）の溶融で終了することを含む。複数のブランク層の印刷は、所望の３Ｄ物体の実際の印刷に先だって、熱均一性を提供する。留意されるべきは、任意の数のブランク層が印刷され得る。

ブロック２３０において、プロセッサは、溶融プロセスにおいて１つの波形の加熱を用いて３Ｄ物体の様々な部分を印刷する。例えば、３Ｄ物体の各部分は、易焼結性材料の複数の溶融した層を含むことができる。次いで、方法２００は、ブロック２９５で終了する。

図３は、３Ｄ印刷システムにおける３Ｄ物体の生産または印刷に関連する第２の例示的な方法３００の流れ図を示す。方法３００は、例えば図１のシステム１００の様々な構成要素により実行され得る。留意されるべきは、方法３００は、図２のブロック２２０及び２３０のそれぞれにより実行され得る。さて、例えば、方法３００は、当該方法のブロックが図１のシステム１００の様々な構成要素を制御しているプロセッサ１１２のような、プロセッサにより実行される例に関して説明される。図１の説明に関連して使用される限り、用語「プロセッサ」は、複数のプロセッサ、又はハードウェア論理ユニット（例えば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）のようなプログラム可能論理回路（ＰＬＤ）など）も含むことができる。

方法３００は、ブロック３０５から開始する。ブロック３１０において、プロセッサは、支持部材１０２（例えば、粉末床）上に易焼結性材料の層を堆積、付着または塗布する。例えば、プロセッサ１１２が関連する命令を実行することにより、易焼結性材料分配器１０４が、支持部材１０２上へ易焼結性材料の層を提供する。

ブロック３２０において、プロセッサは、可動放射源１０８を用いて、支持部材１０２上へ堆積された易焼結性材料の層を予熱（一般に、加熱）する。

ブロック３３０において、プロセッサは、画像形成される領域（例えば、３Ｄ物体の一部が印刷されることになる支持部材上の所定の領域）に溶融剤を付着または塗布する。

ブロック３４０において、プロセッサは、可動放射源１０８を用いて、支持部材１０２上の画像形成された領域を溶融（又は一般に、加熱）する。言い換えれば、現在の「溶融」ブロック３４０と同じ可動放射源１０８が、「予熱」ブロック３２０で使用される。方法３００は、ブロック３９５で終了する。

図４は、３Ｄ印刷システムにおける３Ｄ物体の生産または印刷に関連する第３の例示的な方法４００の流れ図を示す。方法４００は、例えば図１のシステム１００の様々な構成要素により実行され得る。留意されるべきは、方法４００は、図２のブロック２２０及び２３０のそれぞれにおいて実行され得る。さて、例えば、方法４００は、当該方法のブロックが図１のシステム１００の様々な構成要素を制御しているプロセッサ１１２のような、プロセッサにより実行される例に関して説明される。図１の説明に関連して使用される限り、用語「プロセッサ」は、複数のプロセッサ、又はハードウェア論理ユニット（例えば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）のようなプログラム可能論理回路（ＰＬＤ）など）も含むことができる。

方法４００はブロック４０５から開始する。ブロック４１０において、プロセッサは、支持部材１０２（例えば、粉末床）上に易焼結性材料の層を堆積、付着または塗布する。例えば、プロセッサ１１２が関連する命令を実行することにより、易焼結性材料分配器１０４が、支持部材１０２上へ易焼結性材料の層を提供する。

ブロック４１５において、プロセッサは、易焼結性材料表面の層の温度を測定する。例えば、プロセッサ１１２は、ＩＲセンサ１０５を用いて温度の測定値を取るために、関連する命令を実行する。

ブロック４２０において、プロセッサは、易焼結性材料表面の層の温度が温度閾値（一般に、第１の温度閾値）より高いか否かを判断する。一例において、温度閾値は、１２０℃〜１２３℃に設定され得る。留意されるべきは、温度閾値は、使用される易焼結性材料のタイプ、又は印刷されることになる３Ｄ物体に関連する他の印刷パラメータに従って選択される。易焼結性材料表面の層の温度が温度閾値より高い場合、方法４００はブロック４２５に進み、そうでない場合、方法４００はブロック４３０に進む。

ブロック４２５において、プロセッサは、支持部材１０２上の易焼結性材料の層を予熱（又は一般に、加熱）するために、支持部材に第１の速度で第１の波形の熱を印加する。例えば、プロセッサ１１２が関連する命令を実行することにより、支持部材１０２を横切るように可動放射源１０８の移動が生じる。一例において、第１の速度は、第１の波形の各パスにおいて、６３．５〜７６．２ｃｍ／秒（２５〜３０インチ／秒（ｉｐｓ））の速度で可動放射源１０８を移動させることを含み、この場合、第１の波形は、可動放射源１０８の単一波形の移動を含む。この第１の波形は、易焼結性材料の層が大量の予熱を必要としない現在測定された温度を有するという意味において、「弱い」波形であると考えられ得る。留意されるべきは、６３．５〜７６．２ｃｍ／秒（２５〜３０ｉｐｓ）の速度は単なる一例である。

ブロック４３０において、プロセッサは、支持部材１０２上の易焼結性材料の層を予熱（又は一般に、加熱）するために、支持部材に第２の速度で第２の波形の熱を印加する。例えば、プロセッサ１１２が関連する命令を実行することにより、支持部材１０２を横切るように可動放射源１０８の移動が生じる。一例において、第２の速度は、第２の波形の各パスにおいて、５０．８〜６３．５ｃｍ／秒（２０〜２５ｉｐｓ）の速度で可動放射源１０８を移動させることを含み、この場合、第２の波形は、可動放射源１０８の単一波形の移動を含む。この第２の波形は、測定された温度が温度閾値未満であるという理由で、易焼結性材料の層が大量の予熱を必要とする現在測定された温度を有するという意味において、「強い」波形であると考えられ得る。留意されるべきは、５０．８〜６３．５ｃｍ／秒（２０〜２５ｉｐｓ）の速度は単なる一例である。

ブロック４３５において、プロセッサは、画像形成される領域（例えば、３Ｄ物体の一部が印刷されることになる支持部材上の所定の領域）に溶融剤を付着または塗布する。例えば、プロセッサ１１２が関連する命令を実行することにより、溶融剤を付着するために支持部材１０２を横切るように薬剤分配器１０６（即ち、１０６ａ、１０６ｂ）の移動が生じる。

ブロック４４０において、プロセッサは、付着された溶融剤を備える易焼結性材料表面の層の温度を測定する。例えば、プロセッサ１１２は、ＩＲセンサ１０５を用いて別の温度の測定値を取るために関連する命令を実行する。

ブロック４４５において、プロセッサは、付着された溶融剤を備える易焼結性材料表面の層の温度が別の温度閾値（一般に、第２の温度閾値）より高いか否かを判断する。一例において、第２の温度閾値は、１３０℃〜１３５℃に設定され得る。留意されるべきは、温度閾値は、使用される易焼結性材料のタイプ、又は印刷されることになる３Ｄ物体に関連する他の印刷パラメータに従って選択される。付着された溶融剤を備える易焼結性材料表面の層の温度が温度閾値より高い場合、方法４００はブロック４５０に進み、そうでない場合、方法４００はブロック４５５に進む。

ブロック４５０において、プロセッサは、第１の速度からなる第１のパスの熱で、画像形成された領域を溶融する、即ち、易焼結性材料の層を溶融するために支持部材に、第１の速度で第１のパスの熱を加える。例えば、プロセッサ１１２が関連する命令を実行することにより、支持部材１０２を横切るように可動放射源１０８の移動が生じる。一例において、第１の速度は、単一のパスにおいて、４５．７２〜６０．９６ｃｍ／秒（１８〜２４インチ／秒（ｉｐｓ））の速度で可動放射源１０８を移動させることを含む。この第１のパスは、溶融剤を備える易焼結性材料の層が大量の溶融熱を必要としない現在測定された温度を有するという意味において、「弱い」パワーを加えられていると考えられ得る。留意されるべきは、４５．７２〜６０．９６ｃｍ／秒（１８〜２４ｉｐｓ）の速度は単なる一例である。ブロック４５０の後、方法４００は、ブロック４６０に進む。

ブロック４５５において、プロセッサは、第２の速度からなる第２のパスの熱で、画像形成された領域を溶融する、即ち、易焼結性材料の層を溶融するために支持部材に、第２の速度で第２のパスの熱を加える。例えば、プロセッサ１１２が関連する命令を実行することにより、支持部材１０２を横切るように可動放射源１０８の移動が生じる。一例において、第２の速度は、単一のパスにおいて、３５．５６〜４５．７２ｃｍ／秒（１４〜１８インチ／秒（ｉｐｓ））の速度で可動放射源１０８を移動させることを含む。この第２のパスは、溶融剤を備える易焼結性材料の層が大量の溶融熱を必要とする現在測定された温度を有するという意味において、「強い」パワーを加えられていると考えられ得る。留意されるべきは、３５．５６〜４５．７２ｃｍ／秒（１４〜１８ｉｐｓ）の速度は単なる一例である。ブロック４５５の後、方法４００は、ブロック４６０に進む。

ブロック４６０において、プロセッサは、易焼結性材料の追加の層が堆積されるべきであるか否かを判断する。易焼結性材料の別の層が堆積されるべきである場合、方法４００はブロック４１０に進み、そうでない場合、方法４００はブロック４９５において終了する。

留意されるべきは、本開示で使用される「弱い」及び「強い」というような用語は、単なる例示であり、それらは相対的な用語である。言い換えれば、これら用語は、異なる検出された状態の下で、異なる速度の相対的適用を示すために使用され、本開示の制限として解釈されるべきではない。

更に、上記の開示は、各波形が少なくとも２つのパスを含むことを示すが、留意されるべきは、少なくとも２つのパスのそれぞれに対して設定される動作パラメータは同じ又は異なることができる。例えば、単一波形の第１のパスは、５３．３４ｃｍ／秒（２１ｉｐｓ）で可動放射源を移動させる速度で設定され得るが、同じ単一波形の第２のパスも、５３．３４ｃｍ／秒（２１ｉｐｓ）で可動放射源を移動させる速度で設定され得る。別の例の場合、単一波形の第１のパスは、５３．３４ｃｍ／秒（２１ｉｐｓ）で可動放射源を移動させる速度で設定され得るが、同じ単一波形の第２のパスは、４８．２６ｃｍ／秒（１９ｉｐｓ）等で可動放射源を移動させる速度で設定され得る。更に、留意されるべきは、放射源を移動させることに関する波形は、２つよりも多いパス、例えば、３パス、４パスなどを含むことができる。言い換えれば、一例において、左から右方向の移動または右から左方向の移動は、単一のパス等ではなくて２つの交互のパスを必要とするかもしれない。

留意されるべきは、本開示で使用される「第１」及び「第２」のような用語は、単なる例示であり、それらは単なる表記の用語である。言い換えれば、これら表記の用語を用いて、異なる要素または異なるパラメータを示し、特にそのようなものとして示されない限り、必ずしも一連の事象を意味するとは限らない。

留意されるべきは、明確に指定されていないが、上述した方法２００、３００及び４００のブロック、機能または動作の少なくとも１つは、格納、表示および／または出力することを含むことができる。言い換えれば、当該方法で説明された何らかのデータ、記録、フィールド、及び／又は中間結果は、特定のアプリケーションに応じて、別のデバイスに格納、表示および／または出力され得る。更に、判断動作を記載する又は決定を含む図２〜図４のブロック、機能または動作は、判断動作の双方のブランチが実施されることを必ずしも意味しない。言い換えれば、判断動作のブランチの１つは、任意と見なされ得る。

留意されるべきは、本開示は、機械可読命令により、及び／又は機械可読命令およびハードウェアの組み合わせにおいて、例えば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含むプログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）、又はハードウェアデバイス上に展開されたステートマシン、コンピュータ、又は任意の他のハードウェア等価物を用いて実現されることができ、例えば、上述した方法（単数または複数）に関係するコンピュータ可読命令は、上述した方法のブロック、機能、及び／又は動作を実行するために、ハードウェアプロセッサを構成するために使用され得る。

理解されるように、上述した及び他の特徴および機能の変形態様、又はその代替案は、多くの他の異なるシステム又はアプリケーションへ組み合わされ得る。本明細書において現時点で予見できない又は予期せぬ様々な代替案、変更態様、又は変形態様が、その後に成されることができ、そられも以下の特許請求の範囲により包含されることが意図されている。

Claims (15)

1. ３次元（３Ｄ）物体を印刷する方法であって、
   プロセッサにより、支持部材上に易焼結性材料の層を堆積し、
   前記プロセッサにより、可動放射源を用いて前記易焼結性材料の層を加熱し、
   前記プロセッサにより、前記易焼結性材料の層の画像形成される領域に溶融剤を付着し、
   前記プロセッサにより、前記可動放射源を用いて前記易焼結性材料の層の画像形成された領域を溶融することを含む、方法。
2. 前記易焼結性材料が、ポリアミド粉末を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記易焼結性材料が、ナイロン粉末を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記支持部材上に前記易焼結性材料の層を堆積した後、前記易焼結性材料の層の表面の第１の温度を測定することを更に含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記加熱することは、前記易焼結性材料の層の表面の第１の温度が第１の温度閾値を上回る場合に、第１の速度で第１の波形の熱を加えることを含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記加熱することは、前記易焼結性材料の層の表面の第１の温度が第１の温度閾値未満である場合に、第２の速度で第２の波形の熱を加えることを含む、請求項４に記載の方法。
7. 前記溶融剤が付着された後に、前記易焼結性材料の層の表面の第２の温度を測定することを更に含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記溶融することは、前記溶融剤が付着された後での前記易焼結性材料の層の表面の第２の温度が第２の温度閾値を上回る場合に、前記易焼結性材料の層の画像形成された領域の上で、第１の速度で第１のパスの熱を加えることを含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記溶融することは、前記溶融剤が付着された後での前記易焼結性材料の層の表面の第２の温度が第２の温度閾値未満である場合に、前記易焼結性材料の層の画像形成された領域の上で、第２の速度で第２のパスの熱を加えることを含む、請求項７に記載の方法。
10. ３次元（３Ｄ）物体を印刷するためのシステムであって、
    支持部材と、
    前記支持部材上に易焼結性材料を提供するための第１の分配器と、
    放射線を提供するための可動放射源と、
    溶融剤を提供するための第２の分配器と、
    動作を実施するように命令を実行するためのコントローラとを含み、
    前記動作が、
    前記第１の分配器を用いて前記支持部材上に前記易焼結性材料の層を堆積し、
    前記可動放射源を用いて前記易焼結性材料の層を加熱し、
    前記第２の分配器を用いて、前記易焼結性材料の層の画像形成される領域に前記溶融剤を付着し、
    前記可動放射源を用いて、前記易焼結性材料の層の画像形成された領域を溶融することを含む、システム。
11. 前記支持部材が粉末床を含む、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記可動放射源が溶融ランプを含む、請求項１０に記載のシステム。
13. プロセッサにより実行された場合に前記プロセッサに動作を行わせる命令を格納する持続性コンピュータ可読媒体であって、その動作は、
    粉末床上に粉末の層を堆積し、
    可動溶融ランプを用いることにより波形で前記粉末の層を加熱し、
    前記粉末の層の画像形成される領域に溶融剤を付着し、
    前記可動溶融ランプを用いて前記粉末の層の画像形成された領域を溶融することを含む、持続性コンピュータ可読媒体。
14. 前記波形が、前記溶融する前に前記粉末の層を加熱するために前記粉末床の上での前記可動溶融ランプの少なくとも２つのパスを含む、請求項１３に記載の持続性コンピュータ可読媒体。
15. 前記少なくとも２つのパスのうちの第１のパスの第１の速度が、前記少なくとも２つのパスのうちの第２のパスの第２の速度と異なる、請求項１４に記載の持続性コンピュータ可読媒体。

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