JP2018514425A - ３次元的にプリントされる物体の画像生成用のシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

画像を含む３次元物体を生成するシステム、およびそれを製造して使用する方法。いくつかの実施形態は、ピクセル配列によって定義される画像を有する３次元物体を追加的製造を介して生成するための細長いラインを含む。ラインは、ラインの長さに沿って配置される複数の個々のピクセルを含み、ピクセルは、ピクセル配列を生成するように構成される。他の実施形態は、ラインを押し出すように構成される押出機システムを含む。さらなる実施形態は、ピクセル配列によって定義される画像を有する３次元物体を追加的製造を介して生成する方法を含む。【選択図】図３

Description

［関連出願の相互参照］
この出願は、非仮出願である２０１５年４月１０日出願の米国特許出願番号第１４／６８４，１２６号の継続でありその利益を請求し、そして、２０１５年２月６日出願の米国仮特許出願番号第６２／１１３，２８０号の利益を請求し、両出願はすべての目的のためにそれら全体が参照により本明細書に組み込まれる。

追加的製造および３次元（３Ｄ）プリントの分野において、従来システムは、プリントされた３次元物体の層を「引き出す」ために表面または平面（２Ｄ）上に押出品を堆積させることを含む。物体が完成されるまで、物体の層上に層が造られる。この種のハードウェアは、プリントするためにソフトウェアが物体のパラメータを「スライスする」追加の特徴を有する、アーキテクトおよび設計エンジニアにより用いられるそれらと類似の３Ｄイメージング・ソフトウェアから指示を受け取って、各層を「引き出す」材料を堆積させると共に２軸において移動するコンピュータ化した数値制御（ＣＮＣ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ Ｎｕｍｅｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ））マシンに対して各層についての指示を送る。各層の完成後に、マシンは先行する層の上に次の層を堆積させる。３次元物体が完成されるまで、このプロセスは続く。

いくつかの既存のシステムは、モノクロの物体を作成することができるだけである。他の既存のシステムは、複数色（および／またはグレースケール・パターン）を有する物体を作成することができる。しかし、これらのシステムは、さまざまな欠点をこうむる。したがって、３次元物体の画像を生成するための新規なシステムおよび方法のための必要性が存在する。

図１ａは、ピクセル配列によって定義される画像を含む３次元物体の実施形態を示す例示的斜視図およびズーム図である。 図１ｂは、ピクセル配列によって定義される画像を含む３次元物体の別の実施形態を示す例示的斜視図およびズーム図である。 図２ａは、ピクセル配列の例示的実施形態を示す例示的図である。 図２ｂは、ピクセル配列の例示的実施形態を示す例示的図である。 図２ｃは、ピクセル配列の例示的実施形態を示す例示的図である。 図３は、カラーピクセルのまたはそれを有するラインの実施形態を示す例示的図である。 図４ａは、図３のラインの例示的実施形態を示す。 図４ｂは、図３のラインの例示的実施形態を示す。 図４ｃは、図３のラインの例示的実施形態を示す。 図４ｄは、図３のラインの例示的実施形態を示す。 図５ａは、さらなる実施形態によるラインを示す。 図５ｂは、さらなる実施形態によるラインを示す。 図５ｃは、さらなる実施形態によるラインを示す。 図５ｄは、さらなる実施形態によるラインを示す。 図６は、基板上にラインを堆積させるように構成される、ハウジングの中に配置される一対のホイールを含む堆積モジュールを示す。 図７ａは、インクジェット・プリントアセンブリを備えるライン押出機の実施形態の側面図およびズーム図を示す。 図７ｂは、図７ａのラインインクジェット・アセンブリのズーム図を示す。 図８ａは、インクジェット・プリントアセンブリを備えるライン押出機の実施形態の側面図およびズーム図を示す。 図８ｂは、図８ａのインクジェット・アセンブリのズーム図を示す。 図９は、画像を含む３次元物体を生成する方法のフローチャートである。 図１０ａは、各種実施形態による円形層を生成するために用いることができるそれぞれの例示的ラインパスを示す。 図１０ｂは、各種実施形態による円形層を生成するために用いることができるそれぞれの例示的ラインパスを示す。 図１０ｃは、各種実施形態による円形層を生成するために用いることができるそれぞれの例示的ラインパスを示す。 図１１ａは、カラーピクセルのまたはそれを有するラインのさらなる例示的実施形態を示す。 図１１ｂは、カラーピクセルのまたはそれを有するラインのさらなる例示的実施形態を示す。 図１１ｃは、カラーピクセルのまたはそれを有するラインのさらなる例示的実施形態を示す。 図１１ｄは、カラーピクセルのまたはそれを有するラインのさらなる例示的実施形態を示す。

図が一定の比率で描画されず、そして、類似の構造または機能の要素が、図の全体を通じて図示の目的のための同様の参照番号によって一般に表される点に留意する必要がある。また、図が好ましい実施形態の説明を容易にすることを意図するだけである点に注意されなければならない。図は、記載された実施形態のすべての態様を示すのではなく、現在の開示の範囲を制限しない。

現在利用可能な追加的製造および３Ｄプリントシステムは、３次元物体の画像を作成することが不足しているので、３次元物体の画像を生成するための新規なシステムおよび方法は、望ましいと証明することができて、広範囲にわたる適用（例えば、３次元物体のカラー画像の生成）のための基礎を提供することができる。

例えば、本明細書に記載されている各種実施形態は、複数の色セグメント（「ピクセル」と呼ばれる）を有するラインを生成して、それから、堆積されるときに画像と一致するピクセル配列を生成するパターンにラインを配置することを含む。しかしながら、カラーピクセルの平面配列によって定義される２次元のデジタル画像とは異なり、本明細書に記載されている各種実施形態は、プリントされた３次元物体上におよび／またはその範囲内に画像を生成するために、３Ｄプリント技術に影響を及ぼすことができる。換言すれば、３次元物体を形成するためにピクセル化されたラインを層に選択的に堆積させることによって、３次元物体は、望ましい画像を含むことができる。

図１ａは、物体１００Ａの外面１０１上に画像１０５を含むプリントされる物体１００Ａ（カップ）の例を示す。ズームされた視界１１０Ａにて示すように、画像１０５は、行１２５に配置される複数のカラーピクセル１２０を含むピクセル配列１１５によって定義される。各種実施形態において、行１２５は、ライン３００の平行な部分またはセグメント（例えば、図３に示されて本明細書において詳述するような）を含むことができる。

図１ｂは、物体１００Ｂの外面１０１上に画像１０５を含むプリントされる物体１００Ｂ（人形の頭部）の別の例を示す。ズームされた視界１１０Ｂにて示すように、画像１０５は、行１２５に配置される複数のカラーピクセル１２０を含むピクセル配列１１５によって定義される。各種実施形態において、行１２５は、ライン３００の平行な部分またはセグメント（例えば、図３に示されて本明細書において詳述するような）を含むことができる。

本明細書において述べられる各種実施形態が複数のカラーピクセル１２０を含むピクセル配列１１５と関連づけることができるにもかかわらず、さらなる実施形態は、黒および白、グレースケール、等を含むいかなる適切なイメージング方法も含むことができる。加えて、いかなる適切なカラーモデル方法も、ＣＭＹＫ（シアン、マゼンタ、黄、黒）、ＲＧＢ（赤、緑、青）、マンセルカラーシステム、ＨＳＢ（色相、彩度、輝度）、ＨＬＳ（色相、明度、彩度）、指標付き色指定、ＬＡＢ（明度、赤み／緑み、黄み／青み）、自然色システム（ＮＣＳ）、ハーフトーン色彩、ダブルトーン、等を含んで用いられることができる。加えて、いかなる適切な色素、色彩またはテクスチャも、各種実施形態において用いられることができる。例えば、クロム、銀、金、などのような金属は、ピクセル１２０に存在することができる。したがって、本明細書に記載されているいかなる例示的実施形態も、本発明の範囲および趣旨の範囲内にある多くの別の実施形態に制限しないことは、明白でなければならない。

ピクセル配列１１５は、さまざまな好適な仕方で構成されることができる。そして、図２ａ〜図２ｃは、ピクセル配列１１５の３つの例示的実施形態を示す。図２ａ〜図２ｃは、複数の行１２５に配置される複数のピクセル１２０から成るピクセル配列１１５を示す。行１２５は、行境界２１０によって切り離される。そして、ピクセル１２０の各々は、行１２５の範囲内のピクセル境界２２０によって切り離される。

図２ａの実施形態では、ピクセル１２０は均一のサイズであり、ピクセル境界２２０は整列配置された構成に示される。図２ｂの実施形態では、ピクセル１２０は均一のサイズであり、ピクセル境界２２０はオフセットされた構成に示される。図２ｃの実施形態では、ピクセル１２０は不均一のサイズであり、ピクセル境界２２０は整列配置されたそしてオフセットされた構成に示される。

したがって、各種実施形態では、ピクセル配列１１５のピクセル１２０は、均一のまたは不均一のサイズでありえる。そして、行１２５間のピクセル境界２２０は、整列配置されることができておよび／またはオフセットされることができる。いくつかの実施形態では、ピクセル１２０は、限定された数のサイズについては不均一でありえる。例えば、ピクセル１２０は、２つのサイズ（大と小）でありえる。このような実施形態では、大と小のピクセル１２０は、パターンに配置されることができるか、または、ランダム化されたまたは不均一な構成においてありえる。

加えて、いくつかの実施形態が行１２５に配置される配列１１５のピクセル１２０を示すにもかかわらず、さらなる実施形態は、列に配置されるピクセル１２０を含むことができる。さらなる実施形態では、行または列の配置は不在でありえる。そしてピクセルは、他のいかなる適切な均一の、不均一の、またはパターン化された配置にもパックされることができる。

ピクセル配列１１５の行１２５は、さまざまな好適な仕方で定められることができる。例えば、図３は、それぞれのピクセル境界２２０によって切り離される複数のピクセル１２０から成るライン３００を示す。この非限定的な例では、ピクセル１２０は、黒、白、黄、マゼンタおよびシアンの色から成る。

図３は、ピクセル１２０がライン３００の全幅または全周長に及ぶライン３００の一実施形態を示すにもかかわらず、さらなる実施形態では、ピクセル１２０は、ライン３００の全幅または全周長に及ばない。例えば、ピクセル１１０は、ライン３００の幅または周長の周りで着色した部分を含むことができる。

図１１ａは、背景１１５０上に置かれるピクセル１２０で、円形のピクセル１１０が円筒状ライン３００の周長の周りで均一に配置される実施形態を示す。図１１ａがオフセットされたパターンの円形のピクセル１１０を示すにもかかわらず、この配置は、本発明の範囲および趣旨の範囲内にある多くの可能な実施形態のわずか１つである。例えば、ピクセル１１０は、いかなる適切なパターン（例えば、整列配置される、オフセットされる、等）においても配置されることができて、そして、円、卵形、正方形、三角形、長方形、等を含む１つ以上の形状を定めることができる。各種実施形態において、ソフトウェアは、本明細書に記載されているかまたは本発明の範囲および趣旨の範囲内にあるピクセル１１０のいかなる適切な配置も生成することができる。図１１ｂは、背景１１５０上に置かれるピクセル１２０で、不均一のサイズおよび形状のピクセル１１０が円筒状ライン３００の周長の周りで不均一に配置される実施形態を示す。

図１１ｃは、ライン３００の幅の周りで複数のピクセル１１０を有する長方形状ライン３００の実施形態を示す。この例示的実施形態では、ピクセル１１０は、境界１２０によって切り離されるそれぞれの行においてライン３００の所与の幅の周りに配置される４つのピクセル１１０でライン３００の縁１１６０の両側に及ぶ。図１１ｄは、ライン３００の周長の周りで複数のピクセル１１０を有する円筒状ライン３００の別の例示的実施形態を示す。この例示の実施形態では、境界１２０によって切り離されるそれぞれの行においてライン３００の所与の周長の周りに配置される４つのピクセルがある。

ライン３００は、さまざまな好適な仕方で構成されることができる。例えば、図４ａは、ピクセル境界２２０によって切り離された複数のピクセル１２０を含むライン３００の一実施形態を示す。ここで、各ピクセル１２０は、ピクセルボディ４００によって定義される。そして、ピクセル境界１２０は、隣接するピクセルボディ４００のそれぞれの上端４０１および下端４０２のカップリングによって定義される。

図４ｂは、ピクセル境界２２０によって切り離された複数のピクセル１２０を含むライン３００の別の実施形態を示す。ここで、各ピクセル１２０は、ピクセルボディ４００によって定義される。ピクセル境界１２０は、隣接するピクセルボディ４００のそれぞれの上端４０１および下端４０２間にある境界ボディ４１０によって定義される。

いくつかの実施形態では、境界ボディ４１０は、ピクセルボディ４００と同一の材料を含むことができる。しかし、実施形態によっては、境界ボディ４１０は、ピクセルボディ４００とは異なる材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、境界ボディは、固体へと固まる液体でありえるか、または、それぞれのピクセルボディ４００の間に挿入される固形体でありえる。加えて、境界ボディ４１０がピクセルボディ４００よりも暗く示されるにもかかわらず、各種実施形態では、境界ボディ４１０は、いかなる適切な色でもありえるか、または、透明、半透明、等でありえる。さらに、本明細書に記載されている各種実施形態が個別のピクセルに関するにもかかわらず、さらなる実施形態は、拡散する、勾配、ぼやけた、移り変わる、等である境界を有するピクセルから成ることができる。

図４ｃは、ピクセル境界２２０によって切り離された複数のピクセル１２０を含むライン３００のさらなる実施形態を示す。ここで、各ピクセル１２０は、ピクセルボディ４００によって定義される。そして、ピクセル境界１２０は、隣接するピクセルボディ４００のそれぞれの上端４０１および下端４０２のカップリングによって定義される。ピクセルボディ４００はまた、ピクセルボディによって定義されるキャビティ４３０を含む。

この種のキャビティ４３０は、各種実施形態によるいかなる好適な寸法または形状でもありえる。いくつかの実施形態では、キャビティ４３０は、ピクセルボディ４００に対して完全に内部でありえる。しかし、さらなる実施形態では、ピクセルボディ４００は、キャビティ４３０に出入りする通路を提供する１つ以上のオリフィス（図示せず）を含むことができる。

本明細書においてより詳細にて説明したように、各種実施形態では、ライン３００は、キャビティ４３０への色彩処理（例えば、流体、固体、粉体、等）により着色されることができる。いくつかの実施形態では、ピクセルボディ４００によって定義される１つ以上のオリフィス（図示せず）を介して、色彩は導入されることができる。そして、実施形態によっては、ピクセルボディ４００は、穴をあけられることができる。そして、色彩は、穴を介してキャビティ４３０に追加されることができる（例えば、色彩はキャビティ４３０に注入されることができる。）。

図４ａ〜図４ｃは、ライン３００が隣接するライン３００を生成するために結合されることができる複数の個別のピクセルボディ４００を含む実施形態を示す。ピクセルボディ４００の結合は、接着、溶着、境界ボディ４１０、等を含むいかなる好適な仕方においても達成されることができる。さらなる実施形態では、ピクセルボディ４００は、磁石、対応する結合構造（例えば、摩擦適合、溝形、フックおよびループ、等）、複数のピクセルボディ４００を通るかまたは回る１つ以上のストリングまたはフィラメント、アウタケーシング、または他の任意の適切な結合方法または構造を介して結合されることができる。

対照的に、実施形態によっては、ライン３００は、図４ｄに示したように、連続ボディ４５０から成ることができる。このような実施形態では、ボディ４５０の部分は、インクジェット式プリント、染色、エレクトロクロミア、フォトクロミア、サーモクロミア、吹付け、レーザープリント、スタンピング、ボディ４５０への色素の静電塗装導入、等を含む本明細書に記載されているさまざまな好適な仕方で着色されることができる。

図３および図４ａ〜図４ｄが細長くてかつ円筒状であるライン３００の実施形態を示すにもかかわらず、さらなる実施形態は、さまざまな好適な形状、サイズおよび輪郭を有するライン３００および／またはピクセルボディ４００から成ることができる。例えば、実施形態によっては、ライン３００は、それぞれ図５ａおよび図５ｂに示すように複数の立方形のピクセルボディ４００から成ることができる。いくつかの実施形態では、ライン３００は、それぞれ図５ｃおよび図５ｄに示すように複数の球状または卵形のピクセルボディ４００から成ることができる。

加えて、ライン３００は、ナイロン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳプラスチック）、樹脂、金属、セラミック、石膏、等を含む任意の適切な材料から成ることができる。いくつかの好ましい実施形態では、ライン３００は、押出可能な熱可塑性ポリマーから成ることができる。

複数のピクセルボディ４００から成るライン３００は、さまざまな好適な仕方において着色された物体１００（例えば、図１ａおよび図１ｂ）を生成するために用いることができる。例えば、図６は、ハウジング６０５内に配置された一対のホイール６１０を含む堆積モジュール６００を示す。ホイール６１０は、ライン３００に回転可能に接触するように構成されて、ライン３００をホッパー６１５へと引っ張り、そしてライン３００をノズル６２０の外へ押し出す。ここで、ライン３００は、下地６２５上に堆積される。堆積モジュール６００は、ノズル６２０を出ているライン３００の一部を加熱するように構成される加熱要素６３０を含むこともできる。そしてそれは、ライン３００のこの部分のピクセルボディ４００を溶融することができる。この種の溶融は、堆積されるピクセルボディ６３５を結果として平坦化することができて、堆積されるピクセルボディ６３５を下地６２５と結合させることができる。加熱要素６３０は、温風送風機、電気加熱コイル、誘導加熱、レーザー、電球、等を介してを含むさまざまな好適な仕方において熱を発生させることができて、提供することができる。

各種実施形態において、ライン３００が押出可能である（例えば、加熱されたライン３００が所望の仕方で押し出されることができる流動性の範囲内にある温度までライン３００が加熱される）ように、ライン３００は、任意の好適な仕方を介して加熱されることができる。いかなる適切な被加熱押出プロセスも、熱溶解積層法（Ｆｕｓｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ（ＦＤＭ））、溶融フィラメントファブリケーション（Ｆｕｓｅｄ Ｆｉｌａｍｅｎｔ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ（ＦＦＦ））、プラスチック・インクジェットプリント（Ｐｌａｓｔｉｃ Ｊｅｔ Ｐｒｉｎｔｉｎｇ（ＰＪＰ））、等を含む各種実施形態において使用することができる。しかしながら、熱を用いる３次元プリントのこれらの例は、本発明の範囲に制限するものとされてはならない。そして、いくつかの実施形態は、任意の適切な冷えたかまたは非加熱の３次元プリント方法または技術を使用することができる。

各種実施形態において、ハウジング６０５および／または下地６２５は、１つ以上の寸法において移動するように構成されることができる。そしてそれは、下地６２５上のおよび／または下地６２５上に存在するピクセルボディ４００上のピクセルボディ４００の選択的な堆積を促進することができる。換言すれば、図１ａに示されるカップおよび図１ｂに示される人形の頭部のような３次元着色物体１００を作成するために、堆積モジュール６００は、追加的製造および／または３次元（３Ｄ）プリント適用のために使用することができる。ピクセルボディ４００の選択的な堆積によって、堆積モジュール６００は、ピクセル配列１１５を生成することができる。そしてそれは、図１ａおよび図１ｂに示すように物体１００上の画像１０５を生成することができる。

いくつかの実施形態では、ライン３００は、押出プロセスの間に着色されることができる。例えば、図７ａは、フィーダーライン３００Ａをハウジング７０５内に供給するフィーダ７１０を含むハウジング７０５を備えるライン押出機７００の実施形態を示す。フィーダーライン３００Ａは、押出ヘッド７１５を通過して、押し出されたライン３００Ｂとしてノズル７２０から出る。この例では、押し出されたライン３００Ｂを形成するためにライン３００が押出機７００を通過するにつれて、ライン３００は修正される。

ノズル７２０のクローズアップビュー７２５は、ライン３００に着色して、ライン３００にピクセル１１０（図１ａおよび図１ｂ参照）を生成するように構成されるインクジェットシステム７２１をノズル７２０が備えることができることを示す。この例では、インクジェットシステム７２１は、ＣＭＹＫ色彩のために構成されて、インクフィーダ７４０Ｃ、７４０Ｍ、７４０Ｙ、７４０Ｋを含む。そしてそれは、それぞれのインジェクタ７３５Ｃ、７３５Ｍ、７３５Ｙ、７３５Ｋにシアン、マゼンタ、黄および黒インクをそれぞれ供給する。図７ｂに示したように、ライン３００がプリントチャンバ７３０を通過する一方で、インジェクタ７３５は、それぞれのインジェクタヘッド７４５Ｃ、７４５Ｍ、７４５Ｙ、７４５Ｋを介してライン３００をインプリントするように構成される。

各種実施形態にしたがって、フィーダーライン３００Ａは、押出機ハウジング７０５の中で加熱されることができ、次いで、上記のようにインクジェットシステム７２１を介して着色される幅がより狭いライン３００へと成形されることができる。さらなる実施形態では、さまざまな他の適切なシステムは、ライン３００を着色することができるかさもなければ修正することができる。いくつかの実施形態では、例えば、液体または固体の色素（例えば、粉体）は、プリントチャンバ７３０内のライン３００にもたらされることができる。例えば、この種の色素は、吹付け、ローラー、または他の適切な方法を介してもたらされることができる。

いくつかの実施形態では、ライン３００は、押出プロセスの後に着色されることができる。例えば、図８ａは、フィーダーライン３００Ａをハウジング８０５内に供給するフィーダ８１０を含むハウジング８０５を備えるライン押出機８００の別の実施形態を示す。フィーダーライン３００Ａは、押出ヘッド８１５を通過して、押し出されたライン３００Ｂとしてノズル８２０から出る。この例では、押し出されたライン３００Ｂを形成するためにライン３００が押出機８００を通過するにつれて、ライン３００は修正される。次いで、押し出されたラインは、着色したライン３００Ｃを生成するためにインクジェットシステム８２１を通過する。

クローズアップビュー８２５に示すように、インクジェットシステム８２１は、ライン３００に着色して、押し出されたライン３００Ｂにピクセル１１０（図１ａおよび図１ｂ参照）を生成するように構成されることができる。この例では、インクジェットシステム８２１は、ＣＭＹＫ色彩のために構成されて、インクフィーダ８４０Ｃ、８４０Ｍ、８４０Ｙ、８４０Ｋを含む。そしてそれは、それぞれのジェット８３５Ｃ、８３５Ｍ、８３５Ｙ、８３５Ｋにシアン、マゼンタ、黄および黒のインクをそれぞれ供給する。ジェット８３５は、図８ｂに示すようにそれぞれのジェットヘッド８４５を介してライン３００をインプリントするように構成される。そしてそれは、黒ジェット８３５Ｋの底部のクローズアップビューにおいて、黒ジェット８３５Ｋのジェットヘッド８４５を示す。

図７ａおよび図８ａに示したように、いくつかの実施形態は、ライン３００の熱間押出を含むことができる。さらなる実施形態は、冷間押出または他の任意の好適なプロセス方法を含むことができる。加えて、この種の押出機は、押し出されたラインを下地６２５上に位置決めするように可動に構成されることができる（図６参照）。そしてそれは、移動可能に構成されてもよくまたは構成されなくてもよい。本明細書に記載されるように、下地６２５上におよび／または下地６２５上にすでに堆積されたライン３００上に押し出されたライン３００を選択的に堆積することによって、この種の押出機は、ピクセル・マトリックス１１５のピクセル１２０によって定義される画像１０５から成る３次元物体１００（図１ａおよび図１ｂ参照）を生成するように構成されることができる。そしてそれは、堆積されるライン３００によって定義される。

加えて、ライン３００の色彩のいくつかの例として、押出の間と後のインクジェッティングが示されるにもかかわらず、さらなる実施形態は、粉体または液体色素と押し出される材料（押出の前、後、またはその間）とを混合すること；それが押し出された後、そしてそれが堆積された後、押出品をインクジェッティングすること；色つきのストリングの所望の順序と一致するシーケンスにおいて、ライン材料の異なる色の適切な量を有する押出機を供給すること；所望のカラーシーケンスを得るために、押出のための永続的なフォトクロミック材料を使用して、そして押し出されるライン３００の部分に対して異なるスペクトルの光を適用すること；所望のカラーシーケンスを得るために、押出のための永続的なエレクトロクロミック材料を使用して、そして押し出されるライン３００の部分に対して異なる電気的放電を適用すること；所望のカラーシーケンスを得るために、押出のための永続的なサーモクロミック材料を使用して、そして押し出されるライン３００の部分に対して異なる温度を適用すること；等を含むことができる。

画像１０５を含む３次元物体１００を生成するために用いることができるデバイス・ハードウェアおよび材料に加えて、さらなる実施形態は、この種の物体１００を設計して、この種の物体１００を生成するために各種デバイスを駆動するための方法およびソフトウェア製品に向けられる。例えば、図９は、画像１０５を含む３次元物体１００を生成する方法９００のフローチャートである。

方法はブロック９１０において始まる。ここで、３次元物体の仕様は得られる。例えば、いくつかの実施形態では、３次元物体は、コンピュータ支援描画（ＣＡＤ）環境において設計されることができて、それらの仕様は、ＩＧＥＳ（Ｉｎｉｔｉａｌ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、ＪＴ（シーメンスＰＬＭソフトウェアによる）、Ｐａｒａｓｏｌｉｄ（ＳｈａｐｅＤａｔａ／シーメンスＰＬＭソフトウェアによる）、ＰＲＣ（Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ Ｃｏｍｐａｃｔ）、ＳＴＥＰ（国際標準化機構（ＩＳＯ）＃１０３０３）、Ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｉｇｒａｐｈｙ／Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｓｅｌｌａｔｉｏｎ Ｌａｎｇｕａｇｅ（ＳＴＬ）、Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ３Ｄ（３Ｄ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｆｏｒｕｍ）、ＶＲＭＬ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ Ｌａｎｇｕａｇｅ）、等を含む各種の適切なフォーマットに格納されることができる。したがって、実施形態によっては、ユーザは、３Ｄ画像を生成することができる。一方、他の実施形態では、ユーザは、他のソース（例えば、ファイルのダウンロード、３Ｄスキャン、等）から３次元物体のための仕様を得ることができる。

ブロック９２０において、物体に対応する画像データは得られる。例えば、この種の画像データは、上記のファイルフォーマットに存在することができるか、または別のフォーマットに存在することができる。上記のように、ユーザは、彼ら自身の画像を生成することができるか、または別のソースから画像を得ることができる。

一実施形態では、３次元物体を設計しておよび／または画像を３次元物体と関連させるために、ユーザは、ＣＡＤプログラムを使用することができる。例えば、実施形態によっては、ユーザは、３次元画像を塗ることができるかまたは着色することができる。別の実施形態では、ユーザは、既存の画像をインポートすることができて、それを３次元物体と関連させることができる。他の実施態様では、ユーザは、既存の物体および画像データを得ることができて、使用することができる。

ブロック９３０において、ラインパスは、物体を生成するために決定される。例えば、追加的製造および３Ｄプリントの分野において、３次元物体に関連したデータを主題の３次元物体をプリントするためのまたは追加的に作るための指示に変換することが必要でもよい。例えば、材料のライン３００の冷間または熱間押出の場合、ライン３００を有する３次元物体を生成するために、ノズル６２０、７２０、８２０（図６、図７ａ、図７ｂおよび図８ａ参照）が下地６２５（図６参照）、等と関連して進行することができるパスは、発生することができる。換言すれば、下地６２５上のおよび／または下地上にすでに堆積された材料（例えば、押し出されたライン３００、または他の材料）上のどこにライン３００が堆積されるかについての決定は、なされることができる。各種実施形態において、この種の変換は、３Ｄ ＣＡＤフォーマット（例えば、上記のような）から、Ｇ−コード（マサチューセッツ工科大学によって設計される）、ステップ−ＮＣ（ＳＴＥＰ−ＮＣ（ＩＳＯ＃１０３０３、＃１０３０３−２３８および＃１４６４９）、または他の任意の適切な数値制御（ＮＣ）プログラミング言語への変換を含むことができる。

各種実施形態において、ラインパスは、３次元物体を追加的に生成する複数の水平スライスまたは層を含むことができる。しかしながら、さらなる実施形態では、ラインパスは、垂直スライス、複数の方向または角度のスライス、等を含む任意の適切な形でありえる。ラインパスは、全体の３次元物体のために実質的に隣接することができるか、またはライン３００の堆積が１つの位置で停止し、次いで別の位置で再開する１つ以上の部分を含むことができる。

ブロック９４０において、３次元物体と関連した画像を作成するラインピクセルの仕様は、生成される。例えば、３次元物体を物理的に生成するためにライン３００がどこに堆積されるかを決定することに加えて、ライン３００が堆積されるときに、ライン３００の隣接するピクセル１１０によって定義されるピクセル配列１１５（図１ａおよび図１ｂ参照）をライン３００が生成するように、決定は、ライン３００の色素に関してなされることができる。そうすると、ピクセル配列１１５は、望ましい画像１０５を生成する。

各種実施形態において、ライン３００の設計は、物体を形成するライン３００のピクセルごとに色素または色彩を決定することを含むことができる。いくつかの実施形態では、この種の設計は、ライン３００の幅または直径、１回堆積されたライン３００の予想される幅または直径、ライン３００を含む材料、等に基づくことができる。いくつかの実施形態では、ライン３００の設計は、ピクセルの色、ピクセルの色素、ピクセル添加物、ピクセルテクスチャ、ピクセル不透明度、ピクセル長さ、ピクセル幅、ライン幅、ピクセル形状、ライン形状、ピクセル材料、等を選択することを含むことができる。

いくつかの実施形態では、物体の外側部分が実質的に不透明である場合、ライン３００および物体の内側部分は観測可能でなくてもよいので、物体の外側部分（いくつかの実施形態において、穴、キャビティ、孔、等を含む）にあって、ライン３００のこの種の部分に選択的に色をつけるかまたは着色するだけであるライン３００の部分を識別することは、有益でありえる。外部的に視認可能な物体の部分のために材料に色をつけておよび／または着色することが節約されることができるので、これは有益でもよい。

しかしながら、実施形態によっては、ライン３００および物体の部分は、透明および／または半透明でありえる。そして、外側部分でない物体の部分に色をつけてまたは着色することは、有益でありえる。例えば、いくつかの実施形態では、保護された内部画像層、等を有するために、層状の画像を生成するために、固体の物体が物体の中に吊られている（例えば、琥珀色において保護されるクモのような）ように見えるように、物体の内側部分に着色してまたは色をつけることは、望ましくありえる。

上記の通りにライン３００の部分が色つきであり、そしてライン３００の他の部分が色つきでないこの種の実施形態では、できるだけ隣接してかつ長いグループに色つき部分が堆積されるラインパス（例えば、図９のブロック９３０参照）を決定することは、望ましくてもよい。これは、結果として生じる画像の精度および質を改善することにとって望ましくてもよい。

例えば、図１０ａ〜図１０ｃを参照して、３次元物体の層またはスライス（この例では円）が生成されることができるさまざまなやり方がある。図１０ａは、円が形成されるまで、さまざまな長さの複数の垂直列を堆積させることによって、円が生成される例示的堆積パス１００１を示す。この種の実施形態では、円の外側部分だけが色つきで、そして内側部分が色つきでない場合、この種の色つき部分は、各垂直列の始めと終わりの小さい部分だけである。したがって、この種のラインパスは、いくつかの実施形態では望ましくなくてもよい。

対照的に、図１０ｂおよび図１０ｃは、円の外周が最初に（または最後に）堆積されることができるラインパス１００２、１００３の実施形態を示す。例えば、図１０ｂは、円の外方部分が最初に堆積され、それから、そこにおいて堆積されるますますより小さい同心円を経て、円の内側部分が堆積されるパス１００２を示す。代わりの実施形態では、内側同心円は最初に形成されることができて、円の外側部分は最後に堆積されることができる。

同様に、図１０ｃは、円の外方部分が最初に堆積され、それから、複数の平行ラインを経て、円の内側部分が堆積されるパス１００３を示す。代わりの実施形態では、内側平行ラインは最初に形成されることができて、円の外側部分は最後に堆積されることができる。

図１０ｂおよび図１０ｃに示すような、そして円の外側部分だけが色付きで内側部分は色付きでないこの種のパスのために、この種のラインパス１００２、１００３は、最初（または代わりの実施形態では最後）に色付きラインの全てを堆積させて、それから、最後（または代わりの実施形態では最初）に色付きでない内側ラインを堆積させる。上記のように、これは、いくつかの実施形態において望ましくありえる。

記載された実施形態は、さまざまな修正および変形の形態に影響されやすい。そしてその具体例は、例証として図面に示されて、本明細書に詳細に記載される。しかしながら、記載された実施形態が開示される特定の形態または方法に限られないこと、しかしそれとは反対に、現在の開示がすべての修正例、均等物、および変形例をカバーすることを理解すべきである。

Claims (45)

1. ピクセル配列によって定義される画像を有する３次元物体を追加的製造を介して生成するための細長いラインであって、前記細長いラインは、
   前記細長いラインの長さに沿って配置される複数のピクセルであって、前記ピクセルは、前記ピクセル配列を生成するように構成され、前記複数のピクセルの各々は、ピクセルボディによって定義される、複数のピクセル、
   を含む、細長いライン。
2. 隣接するラインを生成するために、複数のピクセルボディは、それぞれの上端および下端で積み重なって、一緒に結合される、請求項１に記載の細長いライン。
3. 複数のそれぞれ隣接するピクセルボディ間に配置される境界ボディをさらに含む、請求項２に記載の細長いライン。
4. 第１の数のピクセルボディは第１の材料を含み、第２の数のピクセルボディは第２の材料を含む、請求項１に記載の細長いライン。
5. 複数のピクセルは、前記ピクセルボディによって定義されるキャビティを含む、請求項１に記載の細長いライン。
6. 前記ピクセルボディは円筒状である、請求項１に記載の細長いライン。
7. 前記ピクセルボディは球形である、請求項１に記載の細長いライン。
8. 前記ピクセルボディは矩形である、請求項１に記載の細長いライン。
9. 前記ピクセルボディは、磁気を介して一緒に結合される、請求項１に記載の細長いライン。
10. 前記第１および第２の材料は、各々ポリマー、金属、またはセラミック石膏のうちの異なる１つである、請求項４に記載の細長いライン。
11. 前記細長いラインは、連続するラインボディによって定義され、前記ピクセルは、前記ラインボディの個々の着色した部分によって定義される、請求項１に記載の細長いライン。
12. 前記ピクセルは、複数の異なる色によって定義される、請求項１に記載の細長いライン。
13. 前記細長いラインのピクセルは、画像を定めるピクセル配列を定義する、請求項１に記載の細長いラインを含む、３次元物体。
14. 一部のピクセル配列は、前記３次元物体の外側表面によって定義される、請求項１３に記載の３次元物体。
15. 一部のピクセル配列は、前記３次元物体の内側部分によって定義される、請求項１３に記載の３次元物体。
16. 前記ピクセル配列はＣＭＹＫを定める、請求項１３に記載の３次元物体。画像。
17. 前記ピクセル配列は、前記細長いラインの複数の積み重ねられた層によって定義される、請求項１３に記載の３次元物体。
18. ピクセルの細長いラインを堆積させるための３次元プリントシステムであって、
    ピクセルの前記細長いラインを受け入れるように構成されるハウジングであって、ピクセルの前記細長いラインは複数のピクセルを含み、各ピクセルは、ピクセルボディによって定義される、ハウジングを含み、前記ハウジングは、
    ピクセルの細長いラインを出力するように構成されるノズルを含む、３次元プリントシステム。
19. ピクセルの前記細長いラインの一部を加熱するように構成される加熱要素をさらに含む、請求項１８に記載の３次元プリントシステム。
20. 隣接するラインを生成するために、複数のピクセルボディは、それぞれの上端および下端で積み重なって、一緒に結合される、請求項１８に記載の３次元プリントシステム。
21. 境界ボディは、複数のそれぞれ隣接するピクセルボディ間に配置される、請求項２０に記載の３次元プリントシステム。
22. 複数のピクセルは、前記ピクセルボディによって定義されるキャビティを含む、請求項１８に記載の３次元プリントシステム。
23. 第１の数のピクセルボディは第１の材料を含み、第２の数のピクセルボディは第２の材料を含む、請求項１８に記載の３次元プリントシステム。
24. 前記第１および第２の材料は、各々ポリマー、金属、またはセラミック石膏のうちの異なる１つである、請求項１８に記載の３次元プリントシステム。
25. 前記ピクセルボディは円筒状である、請求項１８に記載の３次元プリントシステム。
26. 前記ピクセルボディは球形である、請求項１８に記載の３次元プリントシステム。
27. 前記ピクセルボディは矩形である、請求項１８に記載の３次元プリントシステム。
28. 前記ピクセルは、複数の異なる色を含む、請求項１８に記載の３次元プリントシステム。
29. 前記ピクセルボディは、磁気を介して一緒に結合される、請求項１８に記載の３次元プリントシステム。
30. ３次元物体のプリントに使用する押出品を作るための３次元プリントシステムであって、
    フィラメントを受け入れるように構成される押出機、
    前記押出機にフィラメントを供給するためのフィーダ、および、
    フィラメントに着色した染料を注入するためのインジェクタ、
    を含む、３次元プリントシステム。
31. 前記フィラメントは、ピクセルの細長いラインを含む、請求項３０に記載の３次元プリントシステム。
32. 前記押出機は、フィラメントを受け入れるように、そして前記押出機の押出機ヘッドを介して前記フィラメントが押出可能な温度まで前記フィラメントの温度を上昇させるように構成される、請求項３０に記載の３次元プリントシステム。
33. 前記インジェクタは、前記フィラメントが前記押出機から押し出される前に、着色した染料を前記フィラメントに注入するように構成される、請求項３０に記載の３次元プリントシステム。
34. 前記インジェクタは、前記フィラメントが前記押出機から押し出された後に、着色した染料を前記フィラメントに注入するように構成される、請求項３０に記載の３次元プリントシステム。
35. 前記インジェクタは、インクジェットプリント手順を介して、着色した染料を前記フィラメントに注入するように構成される、請求項３０に記載の３次元プリントシステム。
36. ラインのピクセルによって定められるピクセル配列によって定義される画像を有する３次元物体を生成するために、押出機システムは、フィラメントを堆積させるように構成される、請求項３０に記載の３次元プリントシステム。
37. ピクセル配列によって定義される画像を有する３次元物体を追加的製造を介して生成する方法であって、
    前記３次元物体のための仕様を得るステップ、
    前記３次元物体に対応する画像データを得るステップ、
    前記３次元物体を生成するためのラインパスを決定するステップ、そして、
    前記３次元物体上の画像データによって定義される画像を生成するためにラインピクセルの仕様を決定するステップ、
    を含む方法。
38. 前記決定したラインピクセルの仕様に基づいてラインを生成するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
39. 前記決定したラインピクセルの仕様によって定義される順序において、複数のピクセルボディを一緒に結合するステップをさらに含み、
    前記複数のピクセルボディは、少なくとも２つのユニークな材料を含む、請求項３７に記載の方法。
40. 前記少なくとも２つのユニークな材料のうちの第１および第２の材料は、各々ポリマー、金属、またはセラミック石膏のうちの異なる１つである、請求項３９に記載の方法。
41. ラインのピクセルによって定められるピクセル配列によって定義される画像を有する３次元物体を生成するために、前記決定したラインパスに基づいて生成されたラインを堆積させるステップをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
42. 前記ラインを生成するステップは押出を含む、請求項３８に記載の方法。
43. 前記ラインを生成するステップは、インクジェットプリントを介して複数のピクセルを生成するステップを含む、請求項３８に記載の方法。
44. 前記ラインを生成するステップは、前記ラインピクセルの仕様によって定義される順序において、複数のピクセルボディを一緒に結合するステップを含む、請求項３８に記載の方法。
45. 前記ピクセルボディは、磁気を介して一緒に結合される、請求項４４に記載の方法。