JP2018525312A - ３ｄオブジェクトをプリントする方法およびシステム - Google Patents

３ｄオブジェクトをプリントする方法およびシステム Download PDF

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Abstract

３Ｄオブジェクトをプリントする方法は、１以上のプリフォーム材料を、供給出口から、ホットスポットが位置する造形ゾーン内へと供給し、ホットスポットを用いて、１以上のプリフォーム材料を粘性状態になるまで選択的に加熱することを含む。造形面と供給出口との間の相対移動を行いながら、プリフォーム材料の部分を造形面上にまたは造形面上の別のオブジェクト層上に付着させることによって、オブジェクト層が形成される。

Description

優先権の主張
本願は、合衆国法典第３５巻第１１９条に基づき、２０１５年８月１３日に出願された米国仮特許出願第６２／２０４６２５号による優先権を主張するものであり、その内容に依拠すると共に、その全体を参照して本明細書に組み込む。
本発明は、３Ｄオブジェクトをプリントする方法およびシステムに関する。
平坦なガラスを、例えば、モールド成形およびプレス成形等の等のプロセスを用いて形成して３Ｄガラスにすることができる。しかし、これらの方法を用いて、例えば、内部チャネル等の内部の特徴を有する複雑なガラス部品を形成することは、困難またはほぼ不可能である。機械加工を用いて（例えば、穿孔によって）、ガラスブロックに穴を形成することはできる。しかし、機械加工を用いて、ガラスブロックに内部の特徴を形成することは困難である。
一般的に３Ｄプリントと称される積層造形（ＡＭ）は、３Ｄ部品を、その部品のコンピューター支援設計（ＣＡＤ）モデルから直接造形することを可能にする。３Ｄ部品は一層ずつ造形され、これにより、特徴が各層内に造形されること、および、所望であれば、特徴が内部の特徴として部品に収容されることを可能にする。ＡＭは、固体材料、液体材料、および粉末材料で用いることができる。しかし、利用可能なＡＭ技術のうち、ガラスを適切な原材料として示している技術は非常に少なく、透明な３Ｄプリントガラスを製造できる能力を主張している技術は事実上存在しない。
３Ｄオブジェクトをプリントするためのプロセスおよびシステムが開示される。このプロセスおよびシステムは、ガラス材料およびガラスセラミック材料から３Ｄオブジェクトを作るのに適している。このプロセスおよびシステムは、ガラスおよびガラスセラミック以外の原材料から３Ｄオブジェクトを作ることを可能にし得る。
事例的な一実施形態において、３Ｄオブジェクトをプリントする方法は、３Ｄオブジェクトを形成するために互いに重ねられ得る１組の少なくとも２つのオブジェクト層としての３Ｄオブジェクトの記述を供給すると共に、各オブジェクト層についての材料付着パターンを供給する工程を含む。この方法は、供給出口と造形面との間に位置する造形ゾーン内においてホットスポットを生じる工程を更に含む。この方法は、１以上のプリフォーム材料を所定のシーケンスで供給出口を通して造形ゾーン内へと供給すると共に、ホットスポットを用いて、１以上のプリフォーム材料を粘性状態になるまで選択的に加熱する工程を含む。この方法は、造形ゾーンから造形面上に１以上のプリフォーム材料の第１の部分を付着させることにより、１組のオブジェクト層のうちの第１のオブジェクト層を形成すると共に、１以上のプリフォーム材料の第１の部分が、第１のオブジェクト層に対応する材料付着パターンを形成するように、付着中に造形面と供給出口との間の相対移動を行う工程を含む。この方法は、造形ゾーンから造形面上に１以上のプリフォーム材料の第２の部分を付着させることにより、１組のオブジェクト層のうちの第２のオブジェクト層を形成すると共に、１以上のプリフォーム材料の第２の部分が、第２のオブジェクト層に対応する材料付着パターンを形成するように、付着中に造形面と供給出口との間の相対移動を行う工程を更に含む。
別の事例的な実施形態において、３Ｄオブジェクトをプリントする装置は、造形面を有する造形プレートを含む。この装置は、造形面の上方に位置する供給出口を有する供給システムを更に含み得る。供給システムは、供給出口と造形面との間の造形ゾーン内にプリフォーム材料を供給するよう構成される。この装置は、造形ゾーン内にホットスポットを形成するために、少なくとも１つのレーザビームを造形ゾーン内に向けるよう構成されたレーザ送出系を更に含み得る。この装置は、造形面と供給出口との間の相対移動を行うよう構成された位置決めシステムを更に含み得る。
別の事例的な実施形態において、ガラス製品は、選択された形状を有する三次元オブジェクトを形成するよう重ねて配置された複数のガラス層を含む。各ガラス層は所定の形状を有し、隣接するガラス層に少なくとも１つの接触点において融着される。複数のガラス層は透明である。
以下において、添付の図面について説明する。図面は必ずしも縮尺通りではなく、明確さおよび簡潔さのために、特定の図面は縮尺が誇張して示され得るか、または、模式的に示され得る。
一実施形態による、３Ｄオブジェクトをプリントするためのシステムを示す 一実施形態によるレーザ送出系を示す 別の実施形態によるレーザ送出系を示す 一実施形態による多経路レーザ送出を示す 造形プレート上に付着されているプリフォーム材料を示す レーザビームを用いてオブジェクト層内に特徴を形成することを示す 第１のオブジェクト層上に第２のオブジェクト層を形成することを示す 一実施形態に従って造形された例示的な３Ｄオブジェクトの写真を示す 一実施形態に従って造形された例示的な３Ｄオブジェクトの写真を示す 一実施形態に従って造形され磨かれた例示的な３Ｄオブジェクトの写真を示す
図１は、３Ｄオブジェクトをプリントするためのシステム９０の一実施形態を示す。システム９０は、造形プレート１０２の上方に配置された供給システム１００を含む。供給システム１００と造形プレート１０２との間の領域１０４は、造形ゾーンとして参照され得る。供給システム１００は、プリフォーム材料１０６を造形ゾーン１０４内に供給するよう動作し得る。「プリフォーム材料」という用語は、予め形成または成形された材料を指す。典型的には、プリフォーム材料は長手方向の軸を有する。プリフォーム材料１０６はロッド、ファイバ、薄いシート、またはリボンの形態であり得る。ロッドは、円形の断面、または非円形の断面（例えば、正方形または長方形の断面等）を有し得る。ロッドは中実であってもよく、または、中空のコアを有してもよい。ファイバは、透明なコアまたは中空のコアを有し得る。透明または中空であるファイバのコアは、例えば、円形または楕円形等の任意の所望の断面形状を有し得る。ファイバは、例えば、円形、正方形、または平たい形状等の任意の所望の断面形状を有し得る。ファイバまたはロッドの直径は、１００μｍ〜７ｍｍの範囲内であり得る。典型的には、ロッドは、ファイバより大きい直径を有し、ファイバより短い。薄いシートおよびリボンの厚さは、１０μｍ〜７ｍｍの範囲内であり得る。プリフォーム材料１０６の長さは様々であり得る。一実施形態において、プリフォーム材料１０６はガラスまたはガラスセラミックで構成される。他の実施形態では、プリフォーム材料１０６は、ガラスおよびガラスセラミック以外の粘弾性材料で構成されてもよく、または、粘弾性材料を１つの成分として含む複合材料で構成されてもよい。
供給システム１００は、一般的に、プリフォーム材料１０６を造形ゾーン１０４に向かう方向に前進させるための一対の供給ホイール１０８Ａ、１０８Ｂを含み得る。供給システム１００は、プリフォーム材料１０６を造形ゾーン１０４内へとガイドするためのガイド管１１０を更に含み得る。一実施形態において、ガイド管１１０は、供給ホイール１０８Ａ、１０８Ｂからプリフォーム材料１０６を受け取るよう位置合わせされた長手方向の内部通路（図面では見えない）を有する。ガイド管１１０は、プリフォーム材料１０６の断面を収容するのに丁度よいサイズおよび形状を有する開口部１１８を有するガイド先端部を有してもよく、これは、造形ゾーン１０４内にプリフォーム材料１０６を正確に送出することを可能にし得る。開口部１１８、または、プリフォーム材料１０６が供給システム１００から造形ゾーン１０４内へと出てくる場所は、供給システム１００の供給出口として参照され得る。
幾つかのケースでは、プリフォーム材料１０６は、スプール（図示せず）に巻きつけることができる形態であり得る。この場合には、供給ホイール１０８Ａ、１０８Ｂは、スプールから所望の長さのプリフォーム材料１０６を必要に応じて引き出し得る。幾つかのケースでは、プリフォーム材料１０６は、供給システム１００へと搬送されるリボンの形態であり得る。一部の実施形態では、供給ホイール１０８Ａ、１０８Ｂが、直径または厚さが異なるプリフォーム材料をガイド管１１０に供給できるように、供給ホイール１０８Ａ、１０８Ｂ間（即ち、プリフォーム材料１０６が供給ホイール１０８Ａ、１０８Ｂ間を通過する場所）の間隔１１４は調節可能であり得る。また、直径または厚さが異なるプリフォーム材料を造形ゾーン１０４内に送出することを可能にするために、ガイド管１１０およびガイド先端部１１６は、他のガイド管およびガイド先端部と交換可能であり得る。
一実施形態において、造形プレート１０２は、位置決めシステム１２０上に取り付けられる。一実施形態において、位置決め装置１２０は、造形プレート１０２を、互いに直交する３つの方向、即ち、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に沿って平行移動できる。一例として、位置決めシステム１２０は、Ｚ軸に沿った造形プレート１０２の平行移動を可能にするＺステージ１２２と、ＸＺ平面内における造形プレート１０２の平行移動を可能にするＸＹステージ１２４とを含み得る。位置決めシステム１２０は、互いに直交する３つの方向における造形プレート１０２と供給出口１１８との間の相対移動を可能にする。造形プレート１０２を位置決めシステム１２０上に取り付ける代わりに、または、造形プレート１０２を位置決めシステム１２０上に取り付けることに加えて、供給システム１００は、造形プレート１０２に対する供給出口１１８の相対的な位置を調節できるように、別の位置決めシステム（図示せず）に取り付けられ得る。しかし、造形プレート１０２を供給出口１１８に対して相対移動させる方がより都合がよい場合もある。一般的に、互いに直交する３つの方向のいずれかにおける造形プレート１０２と供給出口１１８との間の相対移動を行う任意の方法が用いられてよい。供給出口１１８と造形プレート１０２との間の相対移動は、プリフォーム材料１０６が所望のパターンで造形プレート１０２上に付着されるのを可能にする。
一実施形態では、供給出口１１８と造形プレート１０２との間の造形ゾーン１０４内にホットスポット１２６が生成される。一実施形態では、供給出口１１８からのプリフォーム材料１０６がホットスポット１２６を通過してから造形プレート１０２に到達するように、ホットスポット１２６は供給出口１１８と位置合わせされる。一実施形態において、プリフォーム材料１０６は、ホットスポット１２６によって、粘性状態になるまで選択的に加熱される。「選択的に加熱される」という用語は、造形ゾーン１０４内に投入されたプリフォーム材料１０６全体が、または造形ゾーン１０４内に投入されたプリフォーム材料１０６の選択された部分のみが、粘性状態になるまで加熱され得ることを意味する。これは、ホットスポット１２６が制御可能でなければならないことも意味する。例えば、ホットスポット１２６をオンまたはオフにすること、または、ホットスポット１２６の温度およびサイズを制御することが可能であるべきである。一実施形態において、プリフォーム材料１０６は、ホットスポット１２６によって、材料のアニール点と融点との間の温度まで選択的に加熱される。
一実施形態において、ホットスポット１２６は、全体を参照番号１３４で示すレーザ送出系からの１以上のレーザビームを用いて生成される。一例として、図１は、一実施形態において、ホットスポット１２６を生じるために２つのレーザビーム１２８Ａ、１２８Ｂが用いられることを示す。レーザビーム１２８Ａ、１２８Ｂは、互いに対向する方向から造形ゾーン１０４に進入する。そのような対向するレーザビームは、ホットスポット１２６において、プリフォーム材料１０６の直径または厚さの周囲を均一に加熱することを可能にする。一実施形態において、レーザ送出系１３４によって供給されるレーザビーム１２８Ａ、１２８Ｂはガウスビームであり、ホットスポット１２６におけるレーザビーム１２８Ａ、１２８Ｂのビーム径は制御できる。一実施形態において、各レーザビーム１２８Ａ、１２８Ｂのビーム径は、ホットスポット１２６によって処理されるプリフォーム材料１０６の厚さの１〜２倍の範囲から選択される。
図２Ａは、レーザ送出系１３４の一実施形態を示す。図２Ｂの１３４’には、レーザ送出系１３４の別の実施形態が示されている。図２Ａでは、レーザ送出系１３４は、レーザビーム１３８を発生するレーザ源１３６を含む。プリフォーム材料１０６がガラスまたはガラスセラミックでできている場合には、レーザ源１３６は、赤外線レーザビームを発生できる赤外線レーザ（例えば、ＣＯ２レーザ等）であり得る。一般的に、レーザ源１３６は、プリフォーム材料１０６が粘性状態になるまで選択的に加熱されるのを可能にするために、プリフォーム材料１０６が吸収性を持つ波長範囲内のレーザビームを発生できるべきである。例えば、ＣＯ２レーザは、ガラスの吸収範囲内の波長を発するので、ガラス材料の加工に用いることができる。レーザビーム１３８を、異なる方向（例えば、互いに直交する方向）に進む２つの別々のレーザビーム１２８Ａ、１２８Ｂに分割するために、ビームスプリッタ１４０が配置される。図２Ａに示されている構成では、第１のレーザビーム１２８Ａはミラー１４４、１４６によって集光レンズ１４２に向けられ、集光レンズ１４２は第１のレーザビーム１２８Ａを造形ゾーン１０４内に集光する。同様に、第２のレーザビーム１２８Ｂはミラー１５０、１５２、１５４によって集光レンズ１４８に向けられ、集光レンズ１４８は第２のレーザビーム１２８Ｂを造形ゾーン１０４内に集光する。集光されたレーザビーム１２８Ａ、１２８Ｂはホットスポット１２６を生じ、ホットスポット１２６内においてプリフォーム材料１０６を粘性状態になるまで選択的に加熱できる。
図２Ｂに示されている別のレーザ送出系１３４’では、ビームコンバイナ１５５Ａが第１のレーザビーム１２８Ａを二次的レーザビーム１５６Ａと結合する。結合後のレーザビーム１２８Ａ’は、ミラー１４４、１４６、および集光レンズ１４２を用いて造形ゾーン１０４内へと向けられて集光される。二次的レーザビーム１５６Ａは、二次的レーザ源１５８Ａによって発生され得る。一実施形態において、二次的レーザビーム１５６Ａは、第１のレーザビーム１２８Ａとは異なる波長を有する。例えば、二次的レーザビーム１５６Ａは、プリフォーム材料１０６が吸収性を持たない波長範囲内であり得、第１のレーザビーム１２８Ａは、プリフォーム材料１０６が吸収性を持つ波長範囲内であり得る。一実施形態において、二次的レーザビーム１５６Ａは可視領域内の波長を有し、第１のレーザビーム１２８Ａは赤外領域内の波長を有する。この場合には、二次的レーザ源１５８Ａは、ＨｅＮｅレーザまたは他の適切な可視光レーザであり得る。可視光レーザビーム１５６Ａを非可視光レーザビーム１２８Ａと結合すると、可視光である結合後のレーザビーム１２８Ａ’が生じる。これは、非可視光レーザビーム１２８Ａを、ホットスポット１２６を生じるターゲット位置と位置合わせするのを補助し得る。可視光レーザビーム１５６Ａは、一般的に、ホットスポット１２６の温度に対して有意な影響を持たない。
同様に、ビームコンバイナ１５５Ｂが第２のレーザビーム１２８Ｂを二次的レーザビーム１５６Ｂと結合し、結合後のレーザビーム１２８Ｂ’は、ミラー１５２、１５４、および集光レンズ１４８を用いて造形ゾーン１０４内へと向けられて集光される。二次的レーザビーム１５６Ｂは二次的レーザ源１５８Ｂによって発生され得る。二次的レーザビーム１５６Ｂおよび二次的レーザ源１５８Ｂは、二次的レーザビーム１５６Ａおよび二次的レーザ源１５８Ａについて上述したのと同じ特性を有し得る。
レーザ送出系１３４、１３４’に対する変形が可能である。１つの可能な変形は、別々のレーザビーム１２８Ａ、１２８Ｂを発生するために別々のレーザ源を用いることである（即ち、単一のレーザビーム１３８を２つの別々のレーザビーム１２８Ａ、１２８Ｂに分割する代わりに）。別の可能な変形は、造形ゾーン１０４内へと集光されるレーザビーム１２８Ａ、１２８Ｂ（または結合後のビーム１２８Ａ’、１２８Ｂ’）を非円形形状（例えば、長方形形状または楕円形状等）に成形するためのビーム成形器を用いることである。そのような非円形形状は、プリフォーム材料１０６が平たいファイバである場合に、または、レーザビームと対向する関係にあるプリフォーム材料１０６の側面が平たい形状である場合に有用であり得る。別の変形は、レーザビームをプリフォーム材料１０６へと送出するために、３つ以上のレーザ送出経路を用いることである。この変形は、プリフォーム材料１０６が薄いシートである場合、またはレーザビーム（もしくは結合後のビーム）のスポット径と比較して大きい幅を有する場合に有用であり得る。図２Ｃに示されるように、レーザビームは、多ビーム経路１６０Ａ１、１６０Ａ２、１６０３に沿ってプリフォーム材料１０６の一方の側面へと送出されると共に、多ビーム経路１６０Ｂ１、１６０Ｂ２、１６０Ｂ３に沿ってプリフォーム材料１０６の他方の側面へと送出され得る。説明の目的で、プリフォーム材料１０６の各側に３つのビーム経路が示されている。一般的に、プリフォーム材料１０６の幅にわたるプリフォーム材料１０６の均一な加熱を確実にするために、必要に応じた数のビーム経路が用いられ得る。図１と同じ座標系を用いると、プリフォーム材料１０６の幅はＹ軸に沿った寸法である。
図１に戻ると、ホットスポット１２６は、供給出口１１８と造形面１３０（即ち、造形プレート１０２の上面）との間の造形ゾーン１０４内の選択された位置に生成される。ホットスポット１２６が造形プレート１０２の造形面１３０上または造形プレート１０２の内部に生成されると、造形プレート１０２の望ましくない加熱および／またはアブレーションを生じ得るので、ホットスポット１２６は造形プレート１０２の造形面１３０上または造形プレート１０２の内部には生成されないのが好ましい。一実施形態において、レーザビームのグレージング角、即ち、レーザビーム１２８Ａ、１２８Ｂと造形プレート１０２の造形面１３０との間の角度は、レーザビーム１２８Ａ、１２８Ｂが造形プレート１０２の造形面１３０に当たらないよう選択される。これは、造形プレート１０２の造形面１３０上における、または造形プレート１０２の内部におけるホットスポットの生成を回避するためである。レーザビーム１２８Ａ、１２８Ｂは、造形プレート１０２の造形面１３０に当たることを回避するために、造形面１３０に対して平行または浅い角度（ほぼ平行）であり得る。適切な浅い角度は、幾何学によって決定され得る。
一実施形態において、ホットスポット１２６と造形面１３０との間の距離は、ホットスポット１２６を通って送出されるプリフォーム材料１０６の厚さ（または直径）の１／３〜１倍の範囲内で様々であり得る。一般的に、ホットスポット１２６と造形面１３０との間の距離は、造形面１３０上に付着されたプリフォーム材料の層間に所望される結合面のタイプに応じて異なる。造形面と３Ｄ構造の第１の層との間の界面が「結合面」である。３Ｄ構造の層間の各境界も「結合面」を構成する。
造形プレート１０２の周囲に、制御された熱環境を生じるために、造形プレート１０２の付近に加熱器１３２が配置され得る。制御された熱環境は、プリフォーム材料１０６を造形プレート１０２上に付着させている間、造形プレート１０２が特定の温度範囲内に保たれるのを可能にし得る。制御された熱環境は、特に、材料がガラスまたはガラスセラミックである場合に、材料の急速な冷却を防止することにより、造形プレート１０２上に付着された材料内における応力を最小化し得る。一実施形態では、造形プレート１０２はガラスでできており、加熱器１３２は、造形プレート１０２の温度をガラスのアニール点（即ち、ガラスの粘度が１０１３．４ポアズに達する温度）に実質的に保つ。「実質的に」とは、例えば、ガラスのアニール点の±２０℃以内であることを意味し得る。別の実施形態では、造形プレート１０２はガラスセラミックでできており、加熱器１３２は、造形プレート１０２の温度を、ガラスセラミックの焼結点の直下の温度に保つ。例えば、ガラスセラミックの造形プレートは、焼結点より０．１〜１０℃低く保たれ得る。別の可能性は、造形プレート１０２と造形プレート１０２上に付着された材料との間の温度差が最小化されるように、造形プレート１０２の温度を制御することである。
プリフォーム材料１０６が中空のファイバである場合には、プリフォーム材料１０６に圧力源１６２または真空源１６４が接続され得る。適切な制御弁１６３が、圧力源１６２および真空源１６４のうちのどちらがプリフォーム材料１０６に接続されるかを決定し得る。プリフォーム材料１０６を造形ゾーン１０４内に供給する間、プリフォーム材料１０６のコアに圧力または真空を選択的に加えて、コアを広げるまたは潰すことができる。典型的には、コアを広げるまたは潰すことは、プリフォーム材料１０６が、ホットスポット１２６による加熱に起因して成形可能な温度になっている造形ゾーン１０４内において生じる。この処理は、プリフォーム材料１０６の部分を造形プレート１０２上に付着させる前に、プリフォーム材料１０６の部分を更に成形することを可能にする。
一実施形態による３Ｄオブジェクトをプリントするプロセスは、３Ｄオブジェクトを形成するために互いに重ねられ得る１組のオブジェクト層を記述することを含み得る。一実施形態において、１組のオブジェクト層は少なくとも２つのオブジェクト層を含む。各オブジェクト層は、３Ｄオブジェクトの断面スライスであり得る。各オブジェクト層の記述は、オブジェクト層を構築するために必要な幾何学的データを含む。各オブジェクト層の記述から、層の形状および層内の特徴が決定され得る。特徴は、例えば、非貫通孔、貫通孔、チャネル、空隙、刻印等であり得る。記述は、例えば、オブジェクト層の厚さ等の他の情報を含み得る。
一実施形態において、３Ｄオブジェクトは、適切なドローイングツールまたはイラストレーションツールを用いて３Ｄオブジェクトの各オブジェクト層を描画することによって、１組のオブジェクト層として記述され得る。各オブジェクト層は、そのオブジェクト層を造形する直前に描画されてもよく、そのオブジェクト層の造形中に描画されてもよく、または、全てのオブジェクト層が同時に描画されて、後で用いるために格納されてもよい。
別の実施形態では、３Ｄオブジェクトは、ＣＡＤソフトウェア（または、一般的に、ソリッドモデリングソフトウェア）を用いて３Ｄオブジェクトのモデルを構築することによって、１組のオブジェクト層として記述され得る。ＣＡＤソフトウェアは、３Ｄオブジェクトのテッセレートされたモデルを含むＳＴＬファイルを出力し得る。テッセレートされたモデルとは、ＣＡＤモデルの表面を表す複数の三角形のアレイである。ＳＴＬファイルは、これらの三角形の頂点の座標と、各三角形の法線を示すインデックスとを含む。テッセレートされたモデルは、適切なスライス処理ソフトウェアを用いて複数の層にスライスされてもよく、この場合、各スライスが３Ｄオブジェクトのオブジェクト層を表す。
更に別の実施形態では、３Ｄオブジェクトは、３Ｄオブジェクトのプロトタイプをスキャンして、適切なソフトウェアシステムを用いて、スキャン画像からオブジェクト層の定義を得ることによって、１組のオブジェクト層として記述され得る。
３Ｄオブジェクトをプリントするためのプロセスは、オブジェクトの各層を形成する際に用いられるプリフォーム材料のタイプを決定することを含み得る。３Ｄオブジェクトをプリントするためのプロセスは、層についての幾何学的データと、層を形成する際に用いられるプリフォーム材料のタイプとを用いて、その層についての材料付着パターンを決定することを含み得る。３Ｄオブジェクトをプリントするためのプロセスは、各層について、その層についての材料付着パターンを形成するための造形プレート１０２と供給出口１１８との間の相対移動を決定することを含み得る。３Ｄオブジェクトをプリントするためのプロセスは、各層について、プリフォーム材料のタイプに基づく、ホットスポット１２６を形成するのに必要なレーザパワー、プリフォーム材料のタイプおよび材料付着パターンに基づく、造形ゾーン１０２内へのプリフォーム材料１０６の供給速度、プリフォーム材料の付着中の「付着距離」、並びに、プリフォーム材料の付着中のホットスポット距離を決定することを含み得る。「付着距離」とは、プリフォーム材料が供給出口１１８から造形面１３０へと、または造形面１３０上の一番上のオブジェクト層へと進む際に通る垂直方向の距離である。付着距離は、各オブジェクト層の付着前に、オブジェクト層の指定されている厚さプロファイルを達成するよう、または、オブジェクト層間の所望の結合面を達成するよう設定され得ると共に、各オブジェクト層の付着中に変更され得る。「ホットスポット距離」とは、ホットスポット１２６と造形面１３０または造形面１３０上の一番上のオブジェクト層との間の垂直方向の距離である。ホットスポット距離およびレーザパワーは、ガラスまたはガラスセラミックのプリフォーム材料と共に用いられる場合には、完全な透明度を達成するよう選択され得る。例えば、ホットスポット１２６を生じる際に用いられるレーザパワーによって決定されるホットスポット１２６の温度が、プリフォームガラスの融点の直下（例えば、融点より５〜１０℃低い温度）に設定され、ホットスポット距離がプリフォームガラスの直径（または厚さ）の１／３〜１倍の範囲内である場合に、完全に透明なガラスが達成され得る。
システム９０は、「造形データ」（即ち、オブジェクト層の記述）および上述の他の関連データ（例えば、等プリフォーム材料のタイプ、プリフォームの供給速度、レーザパワー、付着距離等）を用いて３Ｄオブジェクトの造形を管理するコントローラ９５を含み得る。コントローラ９５は、適切なストレージから造形データを読み出すか、または、必要に応じて、アプリケーションからもしくはユーザ入力を介して、造形データを受信し得る。コントローラ９５は、システム内において、いつ、どこへ、コマンド信号を送信するかに関して、様々な決定を行い得る。コントローラ９５は、供給システム１００に対して、１以上のプリフォーム材料を指定されている供給速度で造形ゾーン１０４内に供給するよう信号を送信し得る。コントローラ９５は、レーザ送出系１３４に対して、ホットスポット１２６を達成するための適切なパワーレベルでレーザビーム１２８Ａ、１２８Ｂを送出するよう信号を送信し得る。プリフォーム材料１０６の付着中、コントローラ９５は、位置決めシステム１２０に対して、造形中のオブジェクト層に適した特定のパターンで造形面１０２を供給出口１１８に対して相対移動させるよう信号を送信し得る。また、コントローラ９５は、位置決めシステム１２０に対して、付着距離を調節するよう信号を送信し得る。また、コントローラ９５は、制御弁１６３に対して、圧力源１６２および真空源１６４のうちのいずれかをプリフォーム材料１０６に接続するよう信号を送信し得る。また、コントローラ９５は、加熱器１３２に対して、造形面１３０を特定の温度に保つよう信号を送信し得る。システム９０は、コントローラ９５と他のシステム構成要素との間の適切な通信リンクを含み得る。コントローラ９５を介して位置決めシステム１２０を制御する代わりとしては、位置決めシステム１２０をドローイングツールに接続することがある。この場合には、（１組のオブジェクト層を記述することの一実施形態について上述したように）オブジェクト層が描画される際の、描画のアクションが、造形面１０２と供給出口１１８との間の相対移動に変換され得る。
図１のシステムを用いて第１のオブジェクト層を造形するために、供給出口１１８と造形面１３０との間にホットスポット１２６が生成される。ホットスポット１２６に送出されるレーザパワーは、第１のオブジェクト層を造形する際に用いられるプリフォーム材料に応じて異なる。ホットスポット距離（即ち、ホットスポット１２６と造形面１３０との間の距離）および付着距離（即ち、供給出口１１８と造形面１３０との間の距離）は、造形データに基づき得る所定の値に設定される。例えば、完全に透明なガラスオブジェクトを形成する場合には、ホットスポット距離は、プリフォーム材料の厚さ（または直径）の１／３〜１倍の範囲内であり得る。
供給システム１００は、選択されたプリフォーム材料１０６を第１のオブジェクト層に適した供給速度で造形ゾーン１０４内に供給するために用いられる。プリフォーム材料１０６は、第１のオブジェクト層についての造形データに基づいて選択される。説明の目的で、プリフォーム材料１０６はガラスでできていてもよい。限定するものではない一例では、ガラスは、ＣｏｒｎｉｎｇＥＸＧ、７１４ＡＶＣ、Ｇｏｒｉｌｌａガラス（登録商標）（２３１７、２３１８、２３１９、２３２０）、シリカ、およびパイレックス（登録商標）から選択され得る。造形ゾーン１０４内へのプリフォーム材料１０６の供給速度は、プリフォーム材料１０６のタイプおよび第１のオブジェクト層の材料付着パターンに基づいて選択され得る。また、供給速度は、ホットスポット１２６におけるプリフォーム材料の所望の粘度とも相関され得る。一部の実施形態では、供給ホイール１０８Ａ、１０８Ｂの回転速度に関連づけられ得る供給速度は、１ｍｍ／秒〜５ｍｍ／秒の範囲内であり得る。幾つかのケースでは、第１のオブジェクト層を完成させるために、２以上のプリフォーム材料１０６が必要であり得る。そのようなケースでは、所望のプリフォーム材料が、造形データにおいて指定されている所定のシーケンスで、造形ゾーン１０４内に供給され得る。複数のプリフォーム材料が用いられる場合には、材料のタイプ、断面形状、およびプリフォーム材料の寸法に選択の自由があり、それによって、かなり複雑なオブジェクト層のプリントが可能になる。
造形ゾーン１０４内に通された各プリフォーム材料１０６は、ホットスポット１２６において、粘性状態になるまで（またはプリフォーム材料のアニール点と融点との間の温度まで）選択的に加熱される。一実施形態において、上記に挙げたガラスについては、ホットスポット１２６を生じるために、１０Ｗ〜４５Ｗのレーザパワー範囲が用いられ得る。次に、選択的に加熱されたプリフォーム材料１０６は、第１のオブジェクト層に対応する材料付着パターンで造形プレート１０２の造形面１３０上に付着される。説明の目的で、図３は、付着距離（即ち、供給出口１１８と造形面１３０との間の距離）を移動し、ホットスポット１２６を通過し、造形プレート１０２の造形面１３０上に付着されているプリフォーム材料１０６を示す。供給出口１１８と造形プレート１０２との間の相対移動は、第１のオブジェクト層についての所望の材料付着パターンを形成するために、プリフォーム材料１０６が造形面１３０上にどのように置かれるかを制御する。なお、レーザビーム１２８Ａ、１２８Ｂによって生じるホットスポット１２６が供給出口１１８と位置合わせされるように、供給出口１１８の平行移動は、レーザビーム１２８Ａ、１２８Ｂの焦点と同期される必要がある。供給出口１１８と造形プレート１０２との間の相対移動が、造形プレート１０２を供給出口１１８に対して相対移動させることに限定される場合には、ホットスポット１２６の位置またはレーザビーム１２８Ａ、１２８Ｂが集光される位置を調節することは不要であり得る。
第１のオブジェクト層についての材料付着パターンが完成した後、第１のオブジェクト層を完成させるために、造形プレート１０２上に付着された材料内に特徴が形成され得る。形成される特徴は、第１のオブジェクト層の構造に応じて異なる。先に述べたように、特徴は非貫通孔、貫通孔、空隙、チャネル、刻印等であり得る。図４は、集光されたレーザビーム１６８を用いて、造形プレート１０２上の（付着されたプリフォーム材料でできている）オブジェクト層１７０内に特徴を形成する例を示す。（便宜上、ホットスポット用のレーザ送出系は図４には示さない。また、便宜上、供給システム１００は側方に移動されている。）集光されたレーザビーム１６８を供給するために、レーザ源１７２、ミラー１７４、および集光レンズ１７６が用いられ得る。造形プレート１０２と集光されたレーザビーム１６８とを相対移動させることにより、集光されたレーザビーム１６８が造形プレート１０２上のオブジェクト層１７０を走査して、オブジェクト層１７０の所望の領域内に特徴を形成することが可能になる。この相対移動は位置決めシステム１２０によって提供されてもよく、または、例えば、オブジェクト層にわたる集光されたレーザビーム１６８の所望の走査を提供するために、走査ミラー等の光学要素が用いられてもよい。また、レーザビームは、第１のオブジェクト層を磨くためにも用いられ得る。
第１のオブジェクト層が完成した後、第１のオブジェクト層の上に第２のオブジェクト層が造形され得る。図５では、第１のオブジェクト層は１７０で識別されている。第２のオブジェクト層を造形するために、第２のオブジェクト層についての造形データに基づいて、供給出口１１８と第１のオブジェクト層１７０の最上部との間の付着距離が、位置決めシステム１２０を用いて調節され得る。第１のオブジェクト層１７０を供給出口１１８に対して相対的な所望の距離に位置決めした後、レーザビーム１２８Ａ、１２８Ｂを用いてホットスポット１２６が生成され得る。第２のオブジェクト層の形成が、第１のオブジェクト層について上述したように続けられる。即ち、１以上のプリフォーム材料１０６’が所定のシーケンスで造形ゾーン１０４に供給され、造形ゾーン１０４において、各プリフォーム材料がホットスポット１２６によって粘性状態になるまで選択的に加熱され、次に、第２のオブジェクト層に対応する材料付着パターンで、第１のオブジェクト層１７０の最上部の上に付着される。ホットスポット１２６を供給出口１１８と位置合わせされた状態に保ちつつ、供給出口１１８と造形プレート１０２との間の相対移動を行うことは、第２のオブジェクト層についての材料付着パターンを形成するために、プリフォーム材料が第１のオブジェクト層の上にどのように置かれるかを制御する。この付着中、第１のオブジェクト層１７０上に付着された第２のオブジェクト層用のプリフォーム材料１０６’は、少なくとも第２のオブジェクト層用のプリフォーム材料１０６’が粘性状態にあり第１のオブジェクト層１７０と接触している部分において、第１のオブジェクト層１７０と融着し得る。第２のオブジェクト層の完成後、第２のオブジェクト層が第１のオブジェクト層に接合されることを確実にするために、重なっている第１および第２のオブジェクト層に、集光されたレーザビームが照射され得る。また、第１のオブジェクト層について上述すると共に図４に示したように、集光されたレーザビームは、第２のオブジェクト層内に特徴を形成するためにも用いられ得る。３Ｄオブジェクトが完成するまで、第２のオブジェクト層について上述したのと同様にして、更なるオブジェクト層が造形され得る。
３Ｄオブジェクトのプリントの完了後、オブジェクトのバルク内の残留応力を防止するために、３Ｄオブジェクトはアニールされ得る。これは、３Ｄオブジェクトがガラスまたはガラスセラミックでできている場合に有用な工程であり得る。ガラスについては、アニール処理は、ガラスの温度が、粘度が１０１３ポアズのアニール温度（アニール点とも称する）（この粘度においては、ガラスは変形するにはまだ硬過ぎ、応力が緩和するには十分に柔らかい）に達するまで、３Ｄオブジェクトを加熱することを含み得る。次に、３Ｄオブジェクトは、温度が全体的に均一になるまでヒートソーク処理される。この工程に要する時間は、ガラスのタイプおよびオブジェクトの最大厚さに応じて様々である。次に、オブジェクトは、オブジェクトの温度が歪点（１０１４．５ポアズの粘度）より低くなるまで所定の速度で徐々に冷却される。この後は、温度を、ガラスの熱容量、厚さ、熱伝導率、および熱膨張係数によって制限される速度で、室温まで安全に下げることができる。アニール処理の後、オブジェクトはサイズに合わせて切断され、穿孔され、または磨かれ得る。
造形プレート１０２が最終的な３Ｄオブジェクトの一部として所望されない場合には、３Ｄオブジェクトを造形プレート１０２から分離するために、更なる工程が行われ得る。これを行うための１つの可能な方法は、造形プレート１０２を、３Ｄオブジェクトの材料（または３Ｄオブジェクトを造形する際に用いられるプリフォーム材料）とは異なる材料で作り、次に、選択的なエッチングによって造形プレート１０２を３Ｄオブジェクトから分離することである。一実施形態において、造形プレート１０２は、選択された溶媒中において可溶性のガラスで作られ、３Ｄオブジェクトは、選択された溶媒中において不溶性のガラスまたはガラスセラミックで作られ得る。この場合には、造形プレート１０２を選択された溶媒中において溶かすことにより、造形プレート１０２を３Ｄオブジェクトから除去できる。別の可能な方法は、例えば、研削、研磨等の機械加工技術によって、造形プレート１０２を３Ｄオブジェクトから分離することである。
上述のプロセスおよびシステムを、複雑な３Ｄオブジェクトを造形するために用いることができる。このプロセスおよびシステムを用いて製造され得る３Ｄオブジェクトの例は、埋め込み型導波路、積層構造、および他の複雑な３Ｄ構造である。造形され得る３Ｄオブジェクトの更なる例としては、直立したガラス壁を形成するための単純な重ねられた線、中空の立方体、中空の３Ｄトライアングル、「積み重ねられた材木」状の３Ｄ構造、格子構造、それぞれの端部のみで接合された懸架された直交ロッドのアレイ（これらのロッドは、弛むよう、まっすぐになるよう、または湾曲した屋根を形成するように隆起するよう制御され得る）、懸架されたばね、接合層または螺旋を有する中空のシリンダ、複数の柱、および支柱が挙げられるが、それらに限定されない。また、プリフォーム材料の粘度を制御して、３Ｄ形状に詰め込まれ得るそれぞれ異なるサイズの滴を作ることもできる。
３Ｄオブジェクトを造形する際に用いられるプリフォーム材料は、透明な３Ｄガラスまたはガラスセラミックのオブジェクトの造形を可能にする透明なガラスまたはガラスセラミックであり得る。このプリント方法は、オブジェクト層の造形中のバインダーおよび粉末の使用を回避するので、プリフォーム材料の透明度は、プリントされた３Ｄオブジェクトにおいても保たれる（即ち、３Ｄオブジェクトの透明度は、通常、３Ｄオブジェクトを造形する際に用いられるプリフォーム材料の透明度と同じである）。一実施形態において、３Ｄオブジェクトは、分光光度計によって測定される３９０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内における少なくとも８０％の透明度を有する場合に、透明であると見なされ得る。別の実施形態では、３Ｄオブジェクトは、３Ｄオブジェクトを通した視界に光学的な歪みがない場合に、透明であると見なされ得る。更に別の実施形態では、３Ｄオブジェクトは、３Ｄオブジェクトの１以上の軸に沿って目に見える界面が存在しない場合に、透明であると見なされ得る。
また、上述のプロセスおよびシステムによって作られる３Ｄオブジェクトは、３Ｄオブジェクトを造形する際に用いられるプリフォーム材料が滑らかであることに起因して、および／または、３Ｄオブジェクトの火仕上げに起因して、滑らかであり得る。火仕上げは、３Ｄオブジェクトの各層が形成された際にレーザビームを用いて行われ得る。
記述されたプロセスおよびシステムによって作られる３Ｄオブジェクトは、プリフォーム材料が既に固化している場合には、焼結の必要がなく、それにより、原材料として緩い粉末を用いる３Ｄプリント方法では典型的に観察される部品の収縮が回避される。
図６Ａおよび図６Ｂは、上述のシステムおよび方法を用いて形成された例示的な三角形の３Ｄオブジェクト１７８の写真を示す。３Ｄオブジェクト１７８は４つの層を有する。各層は、三角形を形成するよう付着されたロッドでできている。これらのロッドは、互いに重ねられて一体に融着されている。この３Ｄオブジェクト１７８は、直径が３ｍｍのパイレックスのロッドをプリフォーム材料として用いて形成された。プリフォーム材料の供給速度は１．５ｍｍ／秒とした。平行移動ステージの速度は１．０ｍｍ／秒とした。各レーザビームのパワーが１７Ｗである２つのレーザビームを用いてホットスポットを生じた。これらの写真は、３Ｄオブジェクト１７８が透明であることを示している。透明とは、３Ｄオブジェクトを通した視界に光学的な歪みがないこと、３Ｄオブジェクトの１以上の軸に沿って目に見える内部の界面が存在しないこと、または、３Ｄオブジェクトの透明度が、通常、３Ｄオブジェクトを形成する際に用いられたプリフォーム材料の透明度と同じもしくは類似していることを意味している。
図７は、上述のシステムおよび方法を用いて形成された別の３Ｄオブジェクト１８０を示す。このケースでは、３Ｄオブジェクト１８０の上面および底面は磨かれることによって平坦にされている。この写真は、３Ｄオブジェクト１８０が透明であることを示している。即ち、３Ｄオブジェクト１８０が置かれている背景１８２上にある「Ｈｏｍｅ」という文字が、３Ｄオブジェクト１８０を通して光学的な歪みがない状態で見えている。
態様（１）では、本開示は、三次元オブジェクトをプリントする方法において、前記三次元オブジェクトを形成するために互いに重ねられ得る１組の少なくとも２つのオブジェクト層としての前記三次元オブジェクトの記述を供給すると共に、各オブジェクト層についての材料付着パターンを供給する工程と、供給出口と造形面との間に位置する造形ゾーン内においてホットスポットを生じる工程と、１以上のプリフォーム材料を所定のシーケンスで前記供給出口を通して前記造形ゾーン内へと供給すると共に、前記ホットスポットを用いて前記１以上のプリフォーム材料を粘性状態になるまで選択的に加熱する工程と、前記造形ゾーンから前記造形面上に前記１以上のプリフォーム材料の第１の部分を付着させることにより、前記１組のオブジェクト層のうちの第１のオブジェクト層を形成すると共に、前記１以上のプリフォーム材料の前記第１の部分が、前記第１のオブジェクト層に対応する前記材料付着パターンを形成するように、前記付着中に前記造形面と前記供給出口との間の相対移動を行う工程と、前記造形ゾーンから前記造形面上に前記１以上のプリフォーム材料の第２の部分を付着させることにより、前記１組のオブジェクト層のうちの第２のオブジェクト層を形成すると共に、前記１以上のプリフォーム材料の前記第２の部分が、前記第２のオブジェクト層に対応する前記材料付着パターンを形成するように、前記付着中に前記造形面と前記供給出口との間の相対移動を行う工程とを含むことを特徴とする方法を提供する。
別の態様（２）では、本開示は、態様（１）の方法において、前記ホットスポットを生じる前記工程が、少なくとも１つのレーザビームを前記造形ゾーン内へと向けることを含む方法を提供する。
別の態様（３）では、本開示は、態様（１）または態様（２）の方法において、前記ホットスポットを生じる前記工程が、少なくとも２つのレーザビームを前記造形ゾーン内へと向けることを含み、前記少なくとも２つのレーザビームが、それぞれ異なる方向から前記造形ゾーンに進入するよう構成された方法を提供する。
別の態様（４）では、本開示は、態様（３）の方法において、前記ホットスポットを生じる前記工程が、前記レーザビームが前記造形ゾーンに向けられている間に前記造形面に当たらないように、各前記レーザビームと前記造形面との間の角度を選択することを含む方法を提供する。
別の態様（５）では、本開示は、態様（２）の方法において、前記ホットスポットを生じる前記工程が、赤外線レーザを用いて前記少なくとも１つのレーザビームを発生することを含む方法を提供する。
別の態様（６）では、本開示は、態様（１）〜（５）のいずれかの方法において、前記プリフォーム材料のうちの少なくとも１つがガラスまたはガラスセラミックで構成される方法を提供する。
別の態様（７）では、本開示は、態様（６）の方法において、前記プリフォーム材料のうちの少なくとも１つがロッド、ファイバ、薄いシート、またはリボンの形態である方法を提供する。
別の態様（８）では、本開示は、態様（７）の方法において、前記プリフォーム材料のうちの少なくとも１つが中空のコアを有するファイバの形態である方法を提供する。
別の態様（９）では、本開示は、態様（８）の方法において、前記ファイバの直径を潰すために前記中空のコアに選択的に真空を加える工程を更に含む方法を提供する。
別の態様（１０）では、本開示は、態様（８）または態様（９）の方法において、前記ファイバの直径を広げるために前記中空のコアに選択的に圧力を加える工程を更に含む方法を提供する。
別の態様（１１）では、本開示は、態様（６）の方法において、前記造形面が可溶性ガラスでできており、前記造形面を前記第１のオブジェクト層からエッチングによって分離する工程を更に含む方法を提供する。
別の態様（１２）では、本開示は、態様（１）〜（１１）のいずれかの方法において、前記造形面がガラスでできており、前記付着中に、前記造形面の温度を前記ガラスのアニール温度に実質的に保つ工程を更に含む方法を提供する。
別の態様（１３）では、本開示は、態様（１）〜（１２）のいずれかの方法において、前記造形面がガラスセラミックでできており、前記付着中に、前記造形面の温度を前記ガラスセラミックの焼結温度より低く且つ焼結温度に近い温度に保つ工程を更に含む方法を提供する。
別の態様（１４）では、本開示は、態様（１）〜（１３）のいずれかの方法において、前記１組のオブジェクト層のうちの更なるオブジェクト層を形成する工程を更に含み、更なるオブジェクト層を形成する各前記工程が、前記１以上のプリフォーム材料の更なる部分を以前に形成されたオブジェクト層上に付着させると共に、前記１以上のプリフォーム材料の更なる部分が前記更なるオブジェクト層のそれぞれに対応する前記材料付着パターンを形成するように、前記付着中に前記造形面と前記供給出口との間の相対移動を行うことを含む方法を提供する。
別の態様（１５）では、本開示は、態様（１４）の方法において、各前記オブジェクト層が、その下にあるオブジェクトに少なくとも１つの接触点において融着される方法を提供する。
別の態様（１６）では、本開示は、態様（１４）または態様（１５）の方法において、前記第２のオブジェクト層および各前記更なるオブジェクト層を形成する前に、前記供給出口と前記造形面との間の距離を、前記オブジェクト層間における選択された結合面を達成するよう選択的に調節する工程を更に含む方法を提供する。
別の態様（１７）では、本開示は、態様（１）〜（１６）のいずれかの方法において、少なくとも２つのプリフォーム材料が前記造形ゾーン内へと供給され、前記少なくとも２つのプリフォーム材料は、材料組成もしくは寸法、または材料組成および寸法の両方がそれぞれ異なる方法を提供する。
別の態様（１８）では、本開示は、態様（１）〜（１７）のいずれかの方法において、少なくとも１つのレーザビームを用いて、前記形成されたオブジェクト層のうちの少なくとも１つのオブジェクト層の選択された領域から材料を除去することにより、前記形成されたオブジェクト層のうちの前記少なくとも１つのオブジェクト層内に少なくとも１つの特徴を形成する工程を更に含む方法を提供する。
別の態様（１９）では、本開示は、態様（１）〜（１８）のいずれかの方法において、前記形成されたオブジェクト層を、レーザビームを用いて磨く工程を更に含む方法を提供する。
別の態様（２０）では、本開示は、態様（１）〜（１９）のいずれかの方法において、前記形成されたオブジェクト層をアニールする工程を更に含む方法を提供する。
別の態様（２１）では、本開示は、態様（１）〜（２０）のいずれかの方法において、前記第１のオブジェクト層の形成中の前記ホットスポットと前記造形面との間の距離が、前記１以上のプリフォーム材料の前記第１の部分の厚さまたは直径の１／３〜１倍の範囲内である方法を提供する。
別の態様（２２）では、本開示は、態様（１）〜（２１）のいずれかの方法において、前記第２のオブジェクト層の形成中の前記ホットスポットと前記第１のオブジェクト層との間の距離が、前記１以上のプリフォーム材料の前記第２の部分の厚さまたは直径の１／３〜１倍の範囲内である方法を提供する。
態様（２３）では、本開示は、三次元オブジェクトをプリントする装置において、造形面を有する造形プレートと、前記造形面の上方に位置する供給出口を有する供給システムであって、前記供給出口と前記造形面との間の造形ゾーン内にプリフォーム材料を供給するよう構成された供給システムと、前記造形ゾーン内にホットスポットを形成するために、少なくとも１つのレーザビームを前記造形ゾーン内へと向けるよう構成されたレーザ送出系と、前記造形面と前記供給出口との間の相対移動を行うよう構成された位置決めシステムとを含むことを特徴とする装置を提供する。
別の態様（２４）では、本開示は、態様（２３）の装置において、前記レーザ送出系が、赤外領域内のレーザビームを発生する少なくとも１つのレーザ源を含む装置を提供する。
別の態様（２５）では、本開示は、態様（２４）の装置において、前記少なくとも１つのレーザ源が、ＣＯ２レーザを含む装置を提供する。
別の態様（２６）では、本開示は、態様（２３）〜（２５）のいずれかの装置において、前記造形プレートの温度を選択された範囲内に保つよう構成された少なくとも１つの加熱器を更に含む装置を提供する。
別の態様（２７）では、本開示は、態様（２３）〜（２６）のいずれかの装置において、前記造形プレートがガラスまたはガラスセラミックでできている装置を提供する。
別の態様（２８）では、本開示は、態様（２３）〜（２７）のいずれかの装置において、前記造形面上に付着されたプリフォーム材料を加工するための別のレーザビームを供給するよう構成されたレーザ源を更に含む装置を提供する。
別の態様（２９）では、本開示は、態様（２３）〜（２８）のいずれかの装置において、前記位置決めシステムが互いに直交する３つの方向における平行移動を提供でき、前記造形プレートが前記位置決めシステムに結合された装置を提供する。
別の態様（３０）では、本開示は、態様（２３）〜（２９）のいずれかの装置において、前記造形ゾーンからのプリフォーム材料が所定の方法で前記造形面上に付着されるように、前記供給出口、前記ホットスポット、および前記造形面の位置を同期させるためのコントローラであって、前記位置決めシステム、前記レーザ送出系、および前記位置決めシステムと通信するコントローラを更に含む装置を提供する。
態様（３１）では、本開示は、ガラス製品において、選択された形状を有する三次元オブジェクトを形成するよう重ねて配置された複数のガラス層を含み、各前記ガラス層が所定の形状を有し、隣接するガラス層に少なくとも１つの接触点において融着され、前記複数のガラス層が透明であることを特徴とする、ガラス製品を提供する。
態様（３２）では、本開示は、態様（３１）のガラス製品において、各前記ガラス層が少なくとも１つのプリフォーム材料からできており、前記ガラス層の透明度が前記少なくとも１つのプリフォーム材料の透明度と通常は同じである、ガラス製品を提供する。
本発明を限られた数の実施形態に関して説明したが、本開示の利益を有する当業者には、本明細書に開示された本発明の範囲から逸脱しない他の実施形態が考案され得ることが認識されよう。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲のみのよって限定されるべきである。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態１
三次元オブジェクトをプリントする方法において、
前記三次元オブジェクトを形成するために互いに重ねられ得る１組の少なくとも２つのオブジェクト層としての前記三次元オブジェクトの記述を供給すると共に、各オブジェクト層についての材料付着パターンを供給する工程と、
供給出口と造形面との間に位置する造形ゾーン内においてホットスポットを生じる工程と、
１以上のプリフォーム材料を所定のシーケンスで前記供給出口を通して前記造形ゾーン内へと供給すると共に、前記ホットスポットを用いて前記１以上のプリフォーム材料を粘性状態になるまで選択的に加熱する工程と、
前記造形ゾーンから前記造形面上に前記１以上のプリフォーム材料の第１の部分を付着させることにより、前記１組のオブジェクト層のうちの第１のオブジェクト層を形成すると共に、前記１以上のプリフォーム材料の前記第１の部分が、前記第１のオブジェクト層に対応する前記材料付着パターンを形成するように、前記付着中に前記造形面と前記供給出口との間の相対移動を行う工程と、
前記造形ゾーンから前記造形面上に前記１以上のプリフォーム材料の第２の部分を付着させることにより、前記１組のオブジェクト層のうちの第２のオブジェクト層を形成すると共に、前記１以上のプリフォーム材料の前記第２の部分が、前記第２のオブジェクト層に対応する前記材料付着パターンを形成するように、前記付着中に前記造形面と前記供給出口との間の相対移動を行う工程と
を含むことを特徴とする方法。
実施形態２
前記ホットスポットを生じる前記工程が、少なくとも１つのレーザビームを前記造形ゾーン内へと向けることを含む、実施形態１記載の方法。
実施形態３
前記ホットスポットを生じる前記工程が、少なくとも２つのレーザビームを前記造形ゾーン内へと向けることを含み、前記少なくとも２つのレーザビームが、それぞれ異なる方向から前記造形ゾーンに進入するよう構成された、実施形態１または２記載の方法。
実施形態４
前記ホットスポットを生じる前記工程が、前記レーザビームが前記造形ゾーンに向けられている間に前記造形面に当たらないように、各前記レーザビームと前記造形面との間の角度を選択することを含む、実施形態３記載の方法。
実施形態５
前記ホットスポットを生じる前記工程が、赤外線レーザを用いて前記少なくとも１つのレーザビームを発生することを含む、実施形態２記載の方法。
実施形態６
前記プリフォーム材料のうちの少なくとも１つがガラスまたはガラスセラミックで構成される、実施形態１〜５のいずれか１つに記載の方法。
実施形態７
前記プリフォーム材料のうちの少なくとも１つがロッド、ファイバ、薄いシート、またはリボンの形態である、実施形態６記載の方法。
実施形態８
前記プリフォーム材料のうちの少なくとも１つが中空のコアを有するファイバの形態である、実施形態７記載の方法。
実施形態９
前記ファイバの直径を潰すために前記中空のコアに選択的に真空を加える工程を更に含む、実施形態８記載の方法。
実施形態１０
前記ファイバの直径を広げるために前記中空のコアに選択的に圧力を加える工程を更に含む、実施形態８または９記載の方法。
実施形態１１
前記造形面が可溶性ガラスでできており、前記造形面を前記第１のオブジェクト層からエッチングによって分離する工程を更に含む、実施形態６記載の方法。
実施形態１２
前記造形面がガラスでできており、前記付着中に、前記造形面の温度を前記ガラスのアニール温度に実質的に保つ工程を更に含む、実施形態１〜１１のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１３
前記造形面がガラスセラミックでできており、前記付着中に、前記造形面の温度を前記ガラスセラミックの焼結温度より低く且つ焼結温度に近い温度に保つ工程を更に含む、実施形態１〜１２のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１４
前記１組のオブジェクト層のうちの更なるオブジェクト層を形成する工程を更に含み、更なるオブジェクト層を形成する各前記工程が、前記１以上のプリフォーム材料の更なる部分を以前に形成されたオブジェクト層上に付着させると共に、前記１以上のプリフォーム材料の更なる部分が前記更なるオブジェクト層のそれぞれに対応する前記材料付着パターンを形成するように、前記付着中に前記造形面と前記供給出口との間の相対移動を行うことを含む、実施形態１〜１３のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１５
各前記オブジェクト層が、その下にあるオブジェクトに少なくとも１つの接触点において融着される、実施形態１４記載の方法。
実施形態１６
前記第２のオブジェクト層および各前記更なるオブジェクト層を形成する前に、前記供給出口と前記造形面との間の距離を、前記オブジェクト層間における選択された結合面を達成するよう選択的に調節する工程を更に含む、実施形態１４または１５記載の方法。
実施形態１７
少なくとも２つのプリフォーム材料が前記造形ゾーン内へと供給され、前記少なくとも２つのプリフォーム材料は、材料組成もしくは寸法、または材料組成および寸法の両方がそれぞれ異なる、実施形態１〜１６のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１８
少なくとも１つのレーザビームを用いて、前記形成されたオブジェクト層のうちの少なくとも１つのオブジェクト層の選択された領域から材料を除去することにより、前記形成されたオブジェクト層のうちの前記少なくとも１つのオブジェクト層内に少なくとも１つの特徴を形成する工程を更に含む、実施形態１〜１７のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１９
前記形成されたオブジェクト層を、レーザビームを用いて磨く工程を更に含む、実施形態１〜１８のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２０
前記形成されたオブジェクト層をアニールする工程を更に含む、実施形態１〜１９のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２１
前記第１のオブジェクト層の形成中の前記ホットスポットと前記造形面との間の距離が、前記１以上のプリフォーム材料の前記第１の部分の厚さまたは直径の１／３〜１倍の範囲内である、実施形態１〜２０のいずれか１つに記載の方法
実施形態２２
前記第２のオブジェクト層の形成中の前記ホットスポットと前記第１のオブジェクト層との間の距離が、前記１以上のプリフォーム材料の前記第２の部分の厚さまたは直径の１／３〜１倍の範囲内である、実施形態１〜２１のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２３
三次元オブジェクトをプリントする装置において、
造形面を有する造形プレートと、
前記造形面の上方に位置する供給出口を有する供給システムであって、前記供給出口と前記造形面との間の造形ゾーン内にプリフォーム材料を供給するよう構成された供給システムと、
前記造形ゾーン内にホットスポットを形成するために、少なくとも１つのレーザビームを前記造形ゾーン内へと向けるよう構成されたレーザ送出系と、
前記造形面と前記供給出口との間の相対移動を行うよう構成された位置決めシステムと
を含むことを特徴とする装置。
実施形態２４
前記レーザ送出系が、赤外領域内のレーザビームを発生する少なくとも１つのレーザ源を含む、実施形態２３記載の装置。
実施形態２５
前記少なくとも１つのレーザ源がＣＯ２レーザを含む、実施形態２４記載の装置。
実施形態２６
前記造形プレートの温度を選択された範囲内に保つよう構成された少なくとも１つの加熱器を更に含む、実施形態２３〜２５のいずれか１つに記載の装置。
実施形態２７
前記造形プレートがガラスまたはガラスセラミックでできている、実施形態２３〜２６のいずれか１つに記載の装置。
実施形態２８
前記造形面上に付着されたプリフォーム材料を加工するための別のレーザビームを供給するよう構成されたレーザ源を更に含む、実施形態２３〜２７のいずれか１つに記載の装置。
実施形態２９
前記位置決めシステムが、互いに直交する３つの方向における平行移動を提供でき、前記造形プレートが前記位置決めシステムに結合された、実施形態２３〜２８のいずれか１つに記載の装置。
実施形態３０
前記造形ゾーンからのプリフォーム材料が所定の方法で前記造形面上に付着されるように、前記供給出口、前記ホットスポット、および前記造形面の位置を同期させるためのコントローラであって、前記位置決めシステム、前記レーザ送出系、および前記位置決めシステムと通信するコントローラを更に含む、実施形態２３〜２９のいずれか１つに記載の装置。
実施形態３１
ガラス製品において、
選択された形状を有する三次元オブジェクトを形成するよう重ねて配置された複数のガラス層を含み、
各前記ガラス層が所定の形状を有し、隣接するガラス層に少なくとも１つの接触点において融着され、前記複数のガラス層が透明であることを特徴とする、ガラス製品。
実施形態３２
各前記ガラス層が少なくとも１つのプリフォーム材料からできており、前記ガラス層の透明度が前記少なくとも１つのプリフォーム材料の透明度と通常は同じである、実施形態３１記載のガラス製品。
９０ ３Ｄオブジェクトをプリントするためのシステム
９５ コントローラ
１００ 供給システム
１０２ 造形プレート
１０４ 造形ゾーン
１０６ プリフォーム材料
１１０ ガイド管
１１８ 供給出口
１２０ 位置決めシステム
１２６ ホットスポット
１２８Ａ、１２８Ｂ レーザビーム
１３０ 造形面
１３２ 加熱器
１３４、１３４’ レーザ送出系
１３６ レーザ源
１３８ レーザビーム
１６２ 圧力源
１６３ 制御弁
１６４ 真空源
１７０ オブジェクト層

Claims (21)

  1. 三次元オブジェクトをプリントする方法において、
    前記三次元オブジェクトを形成するために互いに重ねられ得る１組の少なくとも２つのオブジェクト層としての前記三次元オブジェクトの記述を供給すると共に、各オブジェクト層についての材料付着パターンを供給する工程と、
    供給出口と造形面との間に位置する造形ゾーン内においてホットスポットを生じる工程と、
    １以上のプリフォーム材料を所定のシーケンスで前記供給出口を通して前記造形ゾーン内へと供給すると共に、前記ホットスポットを用いて前記１以上のプリフォーム材料を粘性状態になるまで選択的に加熱する工程と、
    前記造形ゾーンから前記造形面上に前記１以上のプリフォーム材料の第１の部分を付着させることにより、前記１組のオブジェクト層のうちの第１のオブジェクト層を形成すると共に、前記１以上のプリフォーム材料の前記第１の部分が、前記第１のオブジェクト層に対応する前記材料付着パターンを形成するように、前記付着中に前記造形面と前記供給出口との間の相対移動を行う工程と、
    前記造形ゾーンから前記造形面上に前記１以上のプリフォーム材料の第２の部分を付着させることにより、前記１組のオブジェクト層のうちの第２のオブジェクト層を形成すると共に、前記１以上のプリフォーム材料の前記第２の部分が、前記第２のオブジェクト層に対応する前記材料付着パターンを形成するように、前記付着中に前記造形面と前記供給出口との間の相対移動を行う工程と
    を含み、
    前記ホットスポットを生じる前記工程が、少なくとも２つのレーザビームを前記造形ゾーン内へと向けることを含み、前記少なくとも２つのレーザビームが、それぞれ異なる方向から前記造形ゾーンに進入するよう構成されたことを特徴とする方法。
  2. 前記ホットスポットを生じる前記工程が、前記レーザビームが前記造形ゾーンに向けられている間に前記造形面に当たらないように、各前記レーザビームと前記造形面との間の角度を選択することを含む、請求項１記載の方法。
  3. 前記プリフォーム材料のうちの少なくとも１つがガラスまたはガラスセラミックで構成される、請求項１または２記載の方法。
  4. 前記プリフォーム材料のうちの少なくとも１つがロッド、ファイバ、中空のコアを有するファイバ、薄いシート、またはリボンの形態である、請求項３記載の方法。
  5. 前記ファイバの直径を潰すために前記中空のコアに選択的に真空を加える工程、または、前記ファイバの直径を広げるために前記中空のコアに選択的に圧力を加える工程を更に含む、請求項４記載の方法。
  6. 前記造形面がガラスまたはガラスセラミックでできており、前記付着中に、前記造形面の温度を前記ガラスのアニール温度に実質的に保つ工程を更に含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記１組のオブジェクト層のうちの更なるオブジェクト層を形成する工程を更に含み、更なるオブジェクト層を形成する各前記工程が、前記１以上のプリフォーム材料の更なる部分を以前に形成されたオブジェクト層上に付着させると共に、前記１以上のプリフォーム材料の更なる部分が前記更なるオブジェクト層のそれぞれに対応する前記材料付着パターンを形成するように、前記付着中に前記造形面と前記供給出口との間の相対移動を行うことを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記第２のオブジェクト層および各前記更なるオブジェクト層を形成する前に、前記供給出口と前記造形面との間の距離を、前記オブジェクト層間における選択された結合面を達成するよう選択的に調節する工程を更に含む、請求項７記載の方法。
  9. 少なくとも２つのプリフォーム材料が前記造形ゾーン内へと供給され、前記少なくとも２つのプリフォーム材料は、材料組成もしくは寸法、または材料組成および寸法の両方がそれぞれ異なる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
  10. 少なくとも１つのレーザビームを用いて、前記形成されたオブジェクト層のうちの少なくとも１つのオブジェクト層の選択された領域から材料を除去することにより、前記形成されたオブジェクト層のうちの前記少なくとも１つのオブジェクト層内に少なくとも１つの特徴を形成する工程を更に含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記形成されたオブジェクト層を、レーザビームを用いて磨く工程を更に含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記形成されたオブジェクト層をアニールする工程を更に含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記第１のオブジェクト層の形成中の前記ホットスポットと前記造形面との間の距離が、前記１以上のプリフォーム材料の前記第１の部分の厚さまたは直径の１／３〜１倍の範囲内である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
  14. 三次元オブジェクトをプリントする装置において、
    造形面を有する造形プレートと、
    前記造形面の上方に位置する供給出口を有する供給システムであって、前記供給出口と前記造形面 との間の造形ゾーン内にプリフォーム材料を供給するよう構成された供給システムと、
    前記造形ゾーン内にホットスポットを形成するために、少なくとも２つのレーザビームを前記造形ゾーン内へと向けるよう構成されたレーザ送出系と、
    前記造形面と前記供給出口との間の相対移動を行うよう構成された位置決めシステムと
    を含むことを特徴とする装置。
  15. 前記レーザ送出系が、赤外領域内のレーザビームを発生する少なくとも１つのレーザ源を含む、請求項１４記載の装置。
  16. 前記造形プレートの温度を選択された範囲内に保つよう構成された少なくとも１つの加熱器を更に含む、請求項１４または１５記載の装置。
  17. 前記造形面上に付着されたプリフォーム材料を加工するための別のレーザビームを供給するよう構成されたレーザ源を更に含む、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の装置。
  18. 前記位置決めシステムが、互いに直交する３つの方向における平行移動を提供でき、前記造形プレートが前記位置決めシステムに結合された、請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の装置。
  19. 前記造形ゾーンからのプリフォーム材料が所定の方法で前記造形面上に付着されるように、前記供給出口、前記ホットスポット、および前記造形面の位置を同期させるためのコントローラであって、前記位置決めシステム、前記レーザ送出系、および前記位置決めシステムと通信するコントローラを更に含む、請求項１８記載の装置。
  20. ガラス製品において、
    選択された形状を有する三次元オブジェクトを形成するよう重ねて配置された複数のガラス層を含み、
    各前記ガラス層が所定の形状を有し、隣接するガラス層に少なくとも１つの接触点において融着され、前記複数のガラス層が透明であることを特徴とする、ガラス製品。
  21. 各前記ガラス層が少なくとも１つのプリフォーム材料からできており、前記ガラス層の透明度が前記少なくとも１つのプリフォーム材料の透明度と通常は同じである、請求項２０記載のガラス製品。
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