JP2018528095A - レーザ印刷システム - Google Patents
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Abstract
Description
a.PWM基準周波数での変調を平滑化する中間周波数フィルタ処理:
i.このフィルタ処理は、PWMによる電力変調がシステムの基本要件であるため、通常の動作にも必要とされる。
ii.シフトされたPWMパルスが実施される場合に、フィルタへの総電流が減少する。
b.中間/低周波フィルタ:
i.より低い印刷速度で減少するPWM周波数を使用するには、フィルタをより低い周波数で有効にする必要がある。
c.超低周波フィルタ/バッファ:
i.設計された総出力より多くの出力を必要とするパターンが印刷されるときはいつでも、サイクル全体の速度を低下させる必要がある。
ii.これらの減速サイクルの数を最小限に減らすために、通常の印刷状況の約99%を支配するバッファを追加しなければならない。
プリントヘッドに対して作業面内の対象物を移動させるステップであって、プリントヘッドはレーザモジュールの総数を含み、レーザモジュールのうちの少なくとも2つが電源を共有する、移動させるステップと、
レーザモジュールによってレーザ光を放出するステップであって、レーザモジュールは、レーザから構成される少なくとも1つのレーザアレイを含む、放出するステップと、
プリントヘッドの最大処理速度で、レーザモジュールの所定数のみが公称電力で駆動されるように、レーザモジュールを制御するステップであって、レーザモジュールの所定数はレーザモジュールの総数よりも少ない、制御するステップと、を含む。
本発明の好ましい実施形態は、それぞれの独立請求項と従属請求項との任意の組合せであってもよいことを理解されたい。
更なる有利な実施形態が以下に規定される。
本発明を、添付図面を参照して実施形態に基づいて例を挙げて説明する。
図面において、同様の参照符号は全体を通して同様の対象物を指す。図中の対象物は、必ずしも縮尺通りに描かれていない。
図1は、第1の実施形態によるレーザ印刷システムの断面の主要な略図を示す。レーザ印刷システム100は、構築材料を担持するための対象物キャリア30と、その上に構築される三次元対象物70とを含む処理チャンバを有する。対象物キャリア30上には、構築プロセスが終了した後に、対象物70を取り外すための取外し可能なベースとして機能する構築プラットフォームを設けてもよい。垂直な壁等のフレーム40を対象物キャリア30の周りに配置して、構築材料の層を対象物キャリア30上に閉じ込めることができる。フレーム40は、取り外し可能であってもよく、対象物キャリア30に取り外し可能に取り付けられた垂直方向に移動可能なベースを含む。プリントヘッド50が作業面80の上方に配置される。プリントヘッド50は、図2及び図3の両矢印で示される方向に作業面80を横切って移動可能である。プリントヘッド50は、反対方向に後退するように構成することができる。プリントヘッド50は、プリントヘッド50が図2及び図3に示される両方向に移動する場合に、作業面を照射できるように適合されたレーザモジュール150(図示せず)を含む。対象物キャリア30は、プリントヘッド50に対して垂直方向に、すなわちプリントヘッド50の移動方向に対して垂直な方向に上下に移動可能である。対象物キャリア30の移動は、構築材料の最上層が作業面80を形成するように制御装置10によって制御される。レーザ印刷システムは、レーザ印刷システムの様々な機能を制御する制御装置10をさらに有する。制御装置は、プリントヘッド50の全てのレーザモジュール150に電力を供給するように構成された電源20を有する。構築材料の層を対象物キャリア30の構築プラットフォーム上に適用するために、重塗り装置(図示せず)を設けてもよい。さらに、必要であれば適用された構築材料の層を処理温度に加熱する及び/又はフレーム40内の構築材料の温度を制御するために使用され得る、1つ又は複数の別個の加熱装置(複数可)(図示せず)を設けてもよい。構築材料は、好ましくは、レーザ115によって放出されたレーザ光の影響下でコヒーレント塊(coherent mass)に変態するように構成された粉末材料である。変態は、例えば、溶融又は焼結、後続の溶融物中での凝固及び/又は重合を含み得る。構築材料は、プラスチック粉末、例えば熱可塑性粉末であってもよい。このようなプラスチック粉末の例は、PA12(ポリアミド12)又は他のポリアミド、PEEK又は他のポリエーテルケトン等のポリアリールエーテルケトンである。粉末はまた、プラスチック又は金属バインダーを含む又は含まない金属又は金属合金、或いはセラミック、或いは複合材料からの粉末、又は他の種類の粉末であってもよい。一般に、レーザ115によって放出されるレーザ光の影響下で粉末からコヒーレント塊に変態する能力を有する全ての粉末材料を使用することができる。構築材料はまた、粉末及び所定量の液体を含むペースト状材料であってもよい。粉末の典型的な中間の粒度は、10μm〜100μmの間にある。レーザ115の発光波長は、スペクトルの近赤外範囲にあることが好ましい。好ましい波長範囲は、750nm〜1200nmの間となり得る。本システムで使用される波長の例は、例えば、980nm又は808nmである。粉末材料は、レーザ115の発光波長においてレーザ光を吸収するレーザ光吸収添加剤を含むことができる。このような添加剤の例は、上記の好ましい波長を十分に吸収するのに適したカーボンブラックとし得るが、これに限定されるものではない。原理的には、適切な光吸収材料を粉末材料に添加することができ、又は粉末材料自体がレーザ115の発光波長において十分な吸収を示すことによって特徴付けられる限り、任意の波長が可能である。
特許請求の範囲内のいかなる参照符号も、その特許請求の範囲を限定するものと解釈すべきではない。
12 データ入力
14 電力入力
20 電源
22 主データ入力
24 主電力入力
25 フィルタ(電力を供給するためのバッファキャパシタ(複数可)を含む)
30 対象物キャリア
40 フレーム
50 プリントヘッド
52 プリントキャリア
70 対象物
80 作業面
82 作業領域
100 レーザ印刷システム
110 レーザアレイ
115 レーザ
120 レーザドライバ
122 DC/DCコンバータ
124 信号分離器
126 PWM電流源
150 レーザモジュール
160 レーザモジュールのグループ
171 第1のレーザピクセル
171a 標的材料上の第1の画素のエネルギー
172 第2のレーザピクセル
173 第3のレーザピクセル
174 第4のレーザピクセル
179 第9のレーザピクセル
181 生成された第1の画素
182 生成された第2の画素
183 生成された第3の画素
184 生成された第4の画素
188 生成された第9の画素
190 パルス幅変調基準時間
191 パルス幅
192 フル画素の時間
192a フル画素の長さ
192b 印刷されたフル画素
195 最大誤差
210 移動ステップ
220 レーザ光を放出するステップ
230 制御ステップ
Claims (13)
- 作業面内の対象物を照射するためのレーザ印刷システムであって、
前記対象物は、当該レーザ印刷システムのプリントヘッドに対して移動し、該プリントヘッドはレーザモジュールを含み、各レーザモジュールは、レーザから構成される少なくとも1つのレーザアレイを含み、前記レーザモジュールのうちの少なくとも2つが電源を共有し、
当該レーザ印刷システムは、前記プリントヘッドの最大処理速度において、印刷中にレーザモジュールの所定数のみを公称電力で駆動させることができるように適合された制御装置をさらに含み、前記レーザモジュールの所定数は、前記レーザモジュールの総数よりも少なく、
前記制御装置は、所定の期間内に前記対象物に供給される光エネルギーが、前記レーザモジュールの前記公称電力と前記レーザモジュールの所定数との積を超える入力電力を必要とする場合に、前記プリントヘッドの処理速度を低下させるようにさらに適合され、
前記制御装置は、前記処理速度が前記最大処理速度よりも遅い場合に、前記レーザモジュールに供給される入力電力を、前記レーザモジュールの前記公称電力よりも低くするように適合され、それによりシームレス印刷のために前記レーザモジュールの所定数よりも多くのレーザモジュールを用いてレーザ光を同時に放出できる、
レーザ印刷システム。 - 前記制御装置は、シフトされたパルス幅変調で前記レーザモジュールを制御するように適合されており、前記パルス幅変調は、パルス幅変調基準時間、パルス幅、及びパルス位相によって特徴付けられる、請求項1に記載のレーザ印刷システム。
- 前記レーザモジュール及び/又は前記電源はバッファキャパシタを含み、該バッファキャパシタは、前記レーザモジュールの所定数より多いレーザモジュールを所定の期間に亘って公称電力で駆動させることができるように、前記レーザモジュールに電力を供給するためのエネルギーを蓄積するように適合される、請求項2に記載のレーザ印刷システム。
- 前記レーザモジュールは列で配置され、1つの電源が1つの列の全てのレーザモジュールに電力を供給するように適合され、前記制御装置は、前記対象物上で受け取られるレーザパルスの距離が一定に保たれるように前記パルス幅変調基準時間を適合するように構成され、前記制御装置は、前記レーザの前記パルス幅を一定に保つようにさらに構成され、前記制御装置は、前記レーザモジュールに供給される電力の減少が、一定の印刷解像度での前記処理速度の低下となるようにさらに適合される、請求項2に記載のレーザ印刷システム。
- 前記レーザモジュールは列で配置され、1つの電源が1つの列の全てのレーザモジュールに電力を供給するように適合され、前記制御装置は、前記電源によって供給される駆動電流の開放が平滑化されるように、交互パルス幅変調パルスを一定のパルス幅変調基準時間で前記列の前記レーザに供給するように適合される、請求項2に記載のレーザ印刷システム。
- 前記制御装置は、前記パルス幅変調基準時間中の異なる時間に前記レーザを起動させるために規定されたパルス幅でパルスを開始するように適合され、前記パルスを開始させる前記異なる時間は、前記パルス幅変調基準時間に亘って分散される、請求項5に記載のレーザ印刷システム。
- 前記パルスを開始させる前記異なる時間のシフトは、系統的な印刷エラーが低減されるようにランダムに分散される、請求項6に記載のレーザ印刷システム。
- 前記制御装置は、前記パルス幅変調基準時間中に1つのレーザモジュールのパルスを同時に開始させるように適合されており、前記制御装置は、前記パルス幅変調基準時間中の異なる時間に異なるレーザモジュールのレーザに供給されるパルスを開始させるようにさらに適合され、前記パルスを開始させる前記異なる時間は、前記パルス幅変調基準時間に亘って分散される、請求項5に記載のレーザ印刷システム。
- 前記レーザモジュールは列で配置され、1つの電源が、少なくとも2つの列の全てのレーザモジュールに電力を供給するように適合されており、前記少なくとも2つの列は、共通のバッファキャパシタを含み、前記制御装置は、前記電源によって供給される駆動電流が平滑化されるように、交互パルス幅変調パルスを一定のパルス幅変調時間で前記少なくとも2つの列の前記レーザに供給するように適合される、請求項3に記載のレーザ印刷システム。
- 前記制御装置は、前記対象物上で受け取られるレーザパルス同士の間の距離が一定に保たれるように前記パルス幅変調基準時間を適合するように構成され、前記制御装置は、前記レーザモジュールに供給される電力の減少の一部が短縮されたパルス幅によって引き起こされるように、前記レーザの前記パルス幅を適合するようにさらに構成される、請求項2に記載のレーザ印刷システム。
- 前記制御装置は、前記パルス幅変調基準時間を一定に保つように適合され、前記制御装置は、前記レーザの前記パルス幅を一定に保つようにさらに適合され、前記制御装置は、前記処理速度の低下に応じてパルスをスキップするようにさらに適合される、請求項2に記載のレーザ印刷システム。
- レーザモジュールのグループの全てのレーザモジュールが前記電源を共有し、前記制御装置は、所定の期間内に前記対象物に供給される前記光エネルギーが、前記レーザモジュールの前記公称電力と前記レーザモジュールの所定数との積を超える入力電力を必要とする場合に、前記レーザモジュールのグループの少なくとも1つのレーザモジュールのスイッチをオフにするように適合され、前記制御装置は、前記プリントヘッドが前記対象物を少なくとも2回横切る間に前記プリントヘッドの全幅を処理できるように、前記少なくとも1つのレーザモジュールのスイッチをオフにするようにさらに適合される、請求項1に記載のレーザ印刷システム。
- レーザ印刷の方法であって、当該方法は、
プリントヘッドに対して作業面内の対象物を移動させるステップであって、前記プリントヘッドはレーザモジュールの総数を含み、前記レーザモジュールのうちの少なくとも2つが電源を共有する、移動させるステップと、
前記レーザモジュールによってレーザ光を放出するステップであって、前記レーザモジュールは、レーザから構成される少なくとも1つのレーザアレイを含む、放出するステップと、
前記プリントヘッドの最大処理速度で、レーザモジュールの所定数のみを公称電力で駆動させることができるように、前記レーザモジュールを制御するステップであって、前記レーザモジュールの所定数は、前記レーザモジュールの総数よりも少ない、制御するステップと、
所定の期間内に前記対象物に供給される光エネルギーが、前記レーザモジュールの前記公称電力と前記レーザモジュールの所定数との積を超える入力電力を必要とする場合に、前記プリントヘッドの処理速度を低下させるステップと、
前記処理速度が前記最大処理速度よりも遅い場合に、前記レーザモジュールに供給される入力電力を前記レーザモジュールの前記公称電力よりも低くさせ、それによりシームレス印刷のために前記レーザモジュールの所定数よりも多くのレーザモジュールを用いてレーザ光を同時に放出することが可能になるステップと、を含む、
方法。
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