JP2019217786A - 回転式の３ｄプリンティングのための方法およびシステム - Google Patents

回転式の３ｄプリンティングのための方法およびシステム Download PDF

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Abstract

【課題】３次元プリンティングのための改良されたシステムを提供する。【解決手段】システムは、垂直軸線周りで回転するように構成されている回転トレイと、各々が複数の分離されたノズルを有するプリンティング・ヘッドと、トレイの上に３次元のオブジェクトをプリントするなどのために、インクジェット・プリンティング・ヘッドを制御して、回転の間に、構築材料の液滴を積み重ねてディスペンシングするように構成されているコントローラとを備える。【選択図】 図１Ｄ

Description

本発明は、そのいくつかの実施形態において、３次元プリンティングに関し、より具体的には、回転式の３次元プリンティングに関するが、それに限定されない。
アディティブ・マニュファクチャリング（ＡＭ）は、一般的に、３次元の（３Ｄ）オブジェクトがオブジェクトのコンピュータ・モデルを利用して製造されるプロセスである。そのようなプロセスは、可視化、デモンストレーション、および機械的なプロトタイピングの目的のための、ならびに、ラピッド・マニュファクチャリングのための設計関連分野などのような、さまざまな分野において使用されている。
任意のアディティブ・マニュファクチャリング・システムの基礎的な動作は、３次元のコンピュータ・モデルを薄い断面にスライスすること、その結果を２次元の位置データへ変換すること、および、層状に３次元の構造体を製造する制御機器にデータを給送することから構成される。
アディティブ・マニュファクチャリングは、たとえば、３次元のインクジェット・プリンティング、薄膜積層法、および熱溶解積層法などの３次元プリンティングを含む、製作の方法に対する多くの異なるアプローチを伴う。
３次元プリンティング・プロセスでは、たとえば、構築材料が、ノズルのセットを有するディスペンシング・ヘッドからディスペンスされ、支持構造体の上に層を堆積させる。次いで、構築材料に応じて、層は、適切なデバイスを使用して、硬化または固化され得る。構築材料は、オブジェクトを形成するモデリング材料、および、オブジェクトが構築されているときにオブジェクトを支持するサポート材料を含むことが可能である。さまざまな３次元プリンティング技法が存在しており、たとえば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２、および特許文献１３、ならびに特許文献１４（すべて同じ譲受人のものである）に開示されており、その内容物は、本願明細書に援用されている。
たとえば、特許文献１３は、複数のディスペンシング・ヘッドと、複数の構築材料を製作装置に供給するように構成されている構築材料供給装置と、製作および供給装置を制御するように構成されているコントローラとを有するアディティブ・マニュファクチャリング装置を備えるシステムを開示している。システムは、いくつかの動作モードを有している。１つのモードにおいて、すべてのディスペンシング・ヘッドが、製作装置の単一の構築スキャン・サイクルの間に動作する。別のモードにおいて、ディスペンシング・ヘッドの１つまたは複数は、単一の構築スキャン・サイクルまたはその一部の間に動作しない。
特許文献１５は、３次元のオブジェクトを製作するための装置を開示している。回転型の環状のビルド・ドラムが、粉末構築材料の連続的な層を受け取り、プリント・ヘッドが、環状のビルド・ドラムの上方に配設され、液体結合剤の液滴を粉末の上に選択的にディスペンシングするように構成されている。
特許文献１６は、３次元のオブジェクトを製作するための装置を開示している。この装置は、構築コンテナと、構築コンテナの中のサポートと、構築材料の層をサポートの上に塗布する静止した材料塗布デバイスとを含む。ドライブは、回転の軸線の周りのコンテナの移動を発生させ、垂直ドライブは、サポートの垂直方向の移動を発生させる。
特許文献１７は、３次元の物品を製造するための装置を開示している。この開示の装置は、コンピュータ・コントローラと、製造中の物品を運ぶためのビルド・プラットフォームと、物品の上に材料の層を形成するためのビルド・ステーションを含む。ビルド・ステーションおよびビルド・プラットフォームのいずれかは、軸線周りで回転するように装着および駆動され、製造中の物品の表面が、ビルド・ステーションに繰り返し提示されるようになっている。
米国特許第６，２５９，９６２号明細書 米国特許第６，５６９，３７３号明細書 米国特許第６，６５８，３１４号明細書 米国特許第６，８５０，３３４号明細書 米国特許第７，１８３，３３５号明細書 米国特許第７，２０９，７９７号明細書 米国特許第７，２２５，０４５号明細書 米国特許第７，３００，６１９号明細書 米国特許第７，３６４，６８６号明細書 米国特許第７，５００，８４６号明細書 米国特許第７，６５８，９７６号明細書 米国特許第７，９６２，２３７号明細書 米国特許第９，０３１，６８０号明細書 米国特許出願公開第２０１３／００４００９１号明細書 米国特許第７，２９１，００２号明細書 米国特許第８，１７２，５６２号明細書 米国特許出願公開第２００８／０１０９１０２号明細書
本発明のいくつかの実施形態の態様によれば、３次元プリンティングのためのシステムが提供される。システムは、垂直軸線周りで回転するように構成されている回転トレイと、各々が複数の分離されたノズルを有するプリンティング・ヘッドと、トレイの上に３次元のオブジェクトをプリントするなどのために、回転の間に、インクジェット・プリンティング・ヘッドを制御して、構築材料の液滴を積み重ねてディスペンシングするように構成されているコントローラとを備える。
本発明のいくつかの実施形態によれば、少なくとも１つのヘッドの異なるノズルが、軸線から異なる距離にあり、異なるディスペンシング・レートで構築材料をディスペンシングする。
本発明のいくつかの実施形態によれば、トレイおよびインクジェット・プリンティング・ヘッドのうちの少なくとも１つは、垂直軸線に対して平行な垂直方向に沿って移動して、トレイとインクジェット・プリンティング・ヘッドとの間の垂直方向の距離を変化させるように構成されており、コントローラは、垂直方向に沿った運動の間にディスペンシングを継続するように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、インクジェット・プリンティング・ヘッドは、半径方向に沿って、トレイに対して往復式に移動するように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、半径方向に沿った運動は、スクリュによるものである。
本発明のいくつかの実施形態によれば、コントローラは、補償関数にしたがってヘッドの半径方向の場所の誤差を補償するように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、スクリュは、２箇所で支持されているスクリュであり、関数は、線形関数である。
本発明のいくつかの実施形態によれば、スクリュは、カンチレバー型スクリュであり、関数は、非線形関数である。
本発明のいくつかの実施形態によれば、インクジェット・プリンティング・ヘッドのうちの少なくとも２つに関して、半径方向に沿った往復式の運動は、独立しており、かつ異なる方位角度にある。
本発明のいくつかの実施形態によれば、コントローラは、往復運動の間に、ディスペンシングを停止するように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、コントローラは、往復運動に続いて、ディスペンシングが停止された方位角座標に対してオフセットされている方位角座標において、ディスペンシングを再開させるように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、コントローラは、往復運動に続いて、ディスペンシングが停止された同じ方位角座標において、ディスペンシングを再開させるように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、コントローラは、往復運動に応答可能にプリンティング・データを調節しながら、往復運動の間にディスペンシングを継続するように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態の態様によれば、３次元プリンティングのためのシステムが提供される。システムは、ある回転速度で垂直軸線周りで回転するように構成されている回転トレイと、各々が複数の分離されたノズルを有するプリンティング・ヘッドと、トレイの上に３次元のオブジェクトをプリントするなどのために、インクジェット・プリンティング・ヘッドを制御して、回転の間に、構築材料の液滴を積み重ねてディスペンシングするように構成され、かつ、インクジェット・プリンティング・ヘッドを制御して、半径方向に沿ってトレイに対して往復式に移動するように構成されているコントローラとを備える。
本発明のいくつかの実施形態によれば、コントローラは、半径方向の運動に応答可能に回転速度を変化させるように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、コントローラは、往復運動の間に、ディスペンシングを停止するように、および、往復運動に続いて、ディスペンシングが停止された方位角座標に対してオフセットされている方位角座標において、ディスペンシングを再開させるように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、コントローラは、往復運動に応答可能にプリンティング・データを調節しながら、往復運動の間にディスペンシングを継続するように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、コントローラは、インクジェット・プリンティング・ヘッドを制御して、順番にディスペンスされる液滴間の方位角距離が、半径方向に沿ったインクジェット・プリンティング・ヘッドの位置の関数として変化するように、回転の間に、構築材料の液滴を積み重ねてディスペンシングするように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、方位角距離の変化は、前記半径方向に沿った前記位置の確率論的な関数に基づいている。
本発明のいくつかの実施形態の態様によれば、３次元プリンティングのためのシステムが提供される。システムは、垂直軸線周りで回転するように構成されている回転トレイと、各々が複数の分離されたノズルを有するプリンティング・ヘッドと、トレイの上の複数の場所を自動的に決定するように構成され、かつ各々、複数の場所において、トレイの上に複数のオブジェクトを３次元にプリントするなどのために、インクジェット・プリンティング・ヘッドを制御して、回転の間に、構築材料液滴の層をディスペンシングするように構成されているコントローラとを備え、自動的に決定することは、第１の基準および第２の基準からなる群から選択される所定の基準、または、基準のセットに従っており、第１の基準によれば、オブジェクトは、トレイのバランスをとるように配置されており、第２の基準によれば、より多くのオブジェクトが、軸線の近くにというよりも、軸線から遠くにプリントされる。
本発明のいくつかの実施形態の態様によれば、垂直軸線周りで回転するように構成されている回転トレイと、各々が複数の分離されたノズルを有するプリンティング・ヘッドと、トレイの上に３次元のオブジェクトをプリントするなどのために、インクジェット・プリンティング・ヘッドを制御して、回転の間に、構築材料の液滴を積み重ねてディスペンシングするように構成されているコントローラと、プリンティング・ヘッドに進入する前に、構築材料を加熱するためのプレ・ヒータ・エレメントであって、ヘッドから間隔を離して配置されており、導管を介してヘッドに流体連通している、プレ・ヒータ・エレメントとを備える３次元プリンティングのためのシステムが提供される。
本発明のいくつかの実施形態の態様によれば、垂直軸線周りで回転するように構成されている回転トレイと、各々が複数の分離されたノズルを有するプリンティング・ヘッドと、トレイの上に３次元のオブジェクトをプリントするなどのために、インクジェット・プリンティング・ヘッドを制御して、回転の間に、構築材料の液滴を積み重ねてディスペンシングするように構成されているコントローラと、半径方向に沿って、トレイに対して往復式に移動するように構成されている放射線源とを備え、プリンティング・ヘッドも、放射線源と非同時に、半径方向に沿って、トレイに対して往復式に移動するように構成されている３次元プリンティングのためのシステムが提供される。
本発明のいくつかの実施形態の態様によれば、垂直軸線周りで回転するように構成されている回転トレイと、各々が複数の分離されたノズルを有するプリンティング・ヘッドと、トレイの上に３次元のオブジェクトをプリントするなどのために、インクジェット・プリンティング・ヘッドを制御して、回転の間に、構築材料の液滴を積み重ねてディスペンシングするように構成されているコントローラと、エネルギーが、異なるレートで、トレイの中心から相違する距離にある場所に送達されるように層を照射するように構成されている放射線源とを備える３次元プリンティングのためのシステムが提供される。
本発明のいくつかの実施形態の態様によれば、垂直軸線周りで回転するように構成されている回転トレイと、各々が複数の分離されたノズルを有するプリンティング・ヘッドと、トレイの上に３次元のオブジェクトをプリントするなどのために、インクジェット・プリンティング・ヘッドを制御して、回転の間に、構築材料の液滴を積み重ねてディスペンシングするように構成されているコントローラと、放射線源であって、放射線源とヘッドとの間の方位角分離は、約０．３ωラジアンから約０．７５ωラジアンにあり、ωは、ヘッドおよび放射線源に対するトレイの平均角速度である、放射線源とを備える３次元プリンティングのためのシステムが提供される。
本発明のいくつかの実施形態の態様によれば、垂直軸線周りで回転するように構成されている回転トレイと、各々が複数の分離されたノズルを有するプリンティング・ヘッドと、トレイの上に３次元のオブジェクトをプリントするなどのために、インクジェット・プリンティング・ヘッドを制御して、回転の間に、構築材料の液滴を積み重ねてディスペンシングするように構成されているコントローラとを備える３次元プリンティングのためのシステムであって、コントローラは、ヘッドがトレイの所定の領域の上にあるときに、構築材料の任意のディスペンシングを終了させるように構成されており、また、コントローラは、ヘッドが所定の領域の上にいる間に、ヘッドに半径方向に沿ってトレイに対して移動するように信号を送るように構成されている、システムが提供される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、コントローラは、トレイおよびインクジェット・プリンティング・ヘッドのうちの少なくとも１つに、垂直軸線に対して平行な垂直方向に沿って移動して、ヘッドが所定の領域の上にある間に、トレイとインクジェット・プリンティング・ヘッドとの間の垂直方向の距離を変化させるように信号を送るように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、コントローラは、インクジェット・プリンティング・ヘッドの少なくとも１つを制御して、順番にディスペンスされる液滴間の方位角距離が、半径方向に沿ったプリンティング・ヘッドの位置の関数として変化するように、液滴をディスペンシングするように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、コントローラは、トレイの少なくとも１つの回転の間に、液滴のインターレース方式のディスペンシング（ｉｎｔｅｒｌａｃｅｄ ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ）を実行するように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、インターレース方式のディスペンシングのインターレース・レベルは、半径方向に沿ったプリンティング・ヘッドの位置の関数として変化する。
本発明のいくつかの実施形態によれば、インターレース方式のディスペンシングのインターレース・レベルは、半径方向に沿ったプリンティング・ヘッドの位置の関数として変化する。
本発明のいくつかの実施形態によれば、コントローラは、ビットマップ・マスクを記憶しているコンピュータ可読媒体にアクセスし、ビットマップ・マスクによってマスクされていないトレイの上の場所だけに関して、オブジェクトの形状に関連するプリンティング・データを獲得する。
本発明のいくつかの実施形態によれば、システムは、ディスペンスされた構築材料を真っ直ぐにするための円錐形状のローラを備える。
本発明のいくつかの実施形態によれば、トレイは、オブジェクトの形成の全体を通して、同じ方向に連続的に回転する。
本発明のいくつかの実施形態によれば、トレイおよびインクジェット・プリンティング・ヘッドのうちの少なくとも１つは、垂直軸線に対して平行な垂直方向に沿って移動して、トレイとインクジェット・プリンティング・ヘッドとの間の垂直方向の距離を変化させるように構成されており、コントローラは、垂直方向に沿った運動の間にディスペンシングを継続するように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、トレイおよびインクジェット・プリンティング・ヘッドが、トレイの単一の回転の間に、それらの間で少なくとも２つの異なる垂直方向の距離を経験するように、垂直方向に沿った運動が実行される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、トレイの単一の回転の間に、垂直方向の距離が、構築材料の単一の層の特徴的な厚さにおおよそ等しい量だけ増加させられるように、垂直方向に沿った運動が実行される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、垂直方向に沿った運動は、概して連続的に実行される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、複数のインクジェット・プリンティング・ヘッドは、サポート材料をディスペンシングするための少なくとも１つのサポート材料ヘッドと、少なくとも２つの異なるモデリング材料を各々ディスペンシングするための少なくとも２つのモデリング材料ヘッドとを備える。
本発明のいくつかの実施形態によれば、システムは、サポート構造体をさらに含み、サポート構造体は、トレイがサポート構造体とヘッドとの間になるように、インクジェット・プリンティング・ヘッドの下に位置決めされており、サポート構造体が、トレイに接触して、トレイの振動を防止または低減させるようになっている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、トレイは、交換可能である。
本発明のいくつかの実施形態によれば、システムは、トレイを自動的に交換するように構成されているトレイ交換デバイスを備える。
本発明のいくつかの実施形態によれば、ヘッドは、真空レベルの所定のレンジの中に真空レベルを維持するように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、システムは、プリンティング・ヘッドに進入する前に、構築材料を加熱するためのプレ・ヒータ・エレメントを備える。
本発明のいくつかの実施形態によれば、プレ・ヒータ・エレメントは、ヘッドから間隔を離して配置されており、導管を介してヘッドに流体連通している。
本発明のいくつかの実施形態によれば、システムは、導管からプレ・ヒータ・エレメントの中へ構築材料を引き戻すためのポンプを備える。
本発明のいくつかの実施形態によれば、システムは、少なくとも１つのアルコール水準器を備え、少なくとも１つのアルコール水準器は、システムのシャーシのエンクロージャの上の１つまたは複数の場所に装着されており、水平状態からのシャーシの偏差を示すためのものである。
本発明のいくつかの実施形態によれば、コントローラは、オブジェクトをプリントするために必要とされる構築材料の量を計算し、量を構築材料の利用可能な量と比較し、オブジェクトをプリントするために必要とされる量が利用可能な量よりも大きいときに、警報を出すように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、システムは、放射線源を備え、放射線源は、半径方向に沿って、トレイに対して往復式に移動するように構成されており、プリンティング・ヘッドも、放射線源と非同時に、半径方向に沿って、トレイに対して往復式に移動するように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、放射線源は、エネルギーが、異なるレートで、トレイの中心から相違する距離にある場所に送達されるように層を照射するように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、放射線源とヘッドとの間の方位角分離は、約０．３ωラジアンから約０．７５ωラジアンにあり、ωは、ヘッドおよび放射線源に対するトレイの平均角速度である。
本発明のいくつかの実施形態によれば、コントローラは、同時にプリントされるときに、複数のオブジェクトの予期される全体的なプリンティング時間を計算するように、および、表示デバイスの上に計算された時間を表示するように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、コントローラは、オブジェクト１つ当たりの全体的なプリンティング時間を計算するように、および、オブジェクト１つ当たりの全体的なプリンティング時間を表示するように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、コントローラは、ヘッドがトレイの所定の領域の上にあるときに、構築材料の任意のディスペンシングを終了させるように構成されている。本発明のいくつかの実施形態によれば、所定の領域は、扇形の形状を有している。
本発明のいくつかの実施形態によれば、コントローラは、ヘッドが所定の領域の上にいる間に、半径方向に沿ってトレイに対して移動するように、ヘッドに信号を送るように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、コントローラは、トレイおよびインクジェット・プリンティング・ヘッドのうちの少なくとも１つに、垂直軸線に対して平行な垂直方向に沿って移動して、ヘッドが所定の領域の上にある間に、トレイとインクジェット・プリンティング・ヘッドとの間の垂直方向の距離を変化させるように信号を送るように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、コントローラは、トレイおよびインクジェット・プリンティング・ヘッドのうちの少なくとも１つに、ディスペンスされた構築材料が最初にローラに到着するとすぐに、垂直軸線に対して平行な垂直方向に沿って移動して、トレイとインクジェット・プリンティング・ヘッドとの間の垂直方向の距離を変化させるように信号を送るように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、コントローラは、トレイおよびインクジェット・プリンティング・ヘッドのうちの少なくとも１つに、ディスペンスされた構築材料が最初にローラに到着するとすぐに、垂直軸線に対して平行な垂直方向に沿って移動して、トレイとインクジェット・プリンティング・ヘッドとの間の垂直方向の距離を変化させて、垂直方向の運動が完了するように信号を送るように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、コントローラは、方位角スキャンが用いられる第１のプリンティング・モード、および、ベクトル・スキャンが用いられる第２のプリンティング・モードを選択するように構成されており、ベクトル・スキャンは、（ｉ）細長い構造体、（ｉｉ）第１の構築材料で充填されているエリアを少なくとも部分的に取り囲む境界構造体、および、（ｉｉｉ）層間接続構造体からなる群から選択される少なくとも１つの構造体を形成するように選択される経路に沿っている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、システムは、層に放射するように構成されている放射線源を備え、コントローラは、放射線源を制御して、少なくとも１つの層に関して、少なくとも１つの層の直ぐ前に先行する層の硬化の始まりの後、少なくともｔ秒後に、放射が開始させられることを確実にするように構成されており、ｔは、形成のために必要とされる全体的な時間よりも長い。
本発明のいくつかの実施形態によれば、本発明のいくつかの実施形態の態様によれば、アディティブ・マニュファクチャリング・システムによって選択的にディスペンスされることとなる構築材料を含むように構成されているカートリッジであって、前方端部および後方端部を含み、後方端部は、カートリッジをＡＭシステムのディスペンシング・ユニットに接続するための流体接続部を含む、カートリッジと、カートリッジを格納するためのカートリッジ保管部であって、カートリッジは、カートリッジの前方端部が後方端部に対して上昇させられるように、ある角度で、保管部の中に装着されるように構成されている、カートリッジ保管部とを備える装置が提供される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、カートリッジは、ロック・スプリングを含み、ロック・スプリングは、その角度でカートリッジ保管部の中へロックするように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、カートリッジは、カートリッジの中に含まれている構築材料の一部分を蓄積するように構成されているウェルを、流体接続部の近位に含む。
本発明のいくつかの実施形態によれば、角度は、２〜５度である。
本発明のいくつかの実施形態によれば、カートリッジ保管部は、複数のカートリッジを格納するように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態の態様によれば、上記に示されているような、また、任意選択で下記にさらに詳述されているような装置を備える３次元プリンティングのためのシステムが提供される。
本発明のいくつかの実施形態の態様によれば、オブジェクトを製作する方法が提供される。方法は、オブジェクトの形状に対応する３次元プリンティング・データを受け取る工程と、データを３次元プリンティングのためのシステムに給送する工程と、データに基づいてオブジェクトをプリントするようにシステムを動作させる工程とを備え、システムは、上記に示されているような、また、任意選択で下記にさらに詳述されているようなシステムである。
別段の定めがない限り、本明細書で使用されているすべての技術用語および／または科学用語は、本発明が関連する当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有している。本明細書で説明されているものと同様のまたは同等の方法および材料が、本発明の実施形態の実践または試験において使用され得るが、例示的な方法および／または材料が、下記に説明されている。矛盾する場合には、定義を含む特許明細書が支配することとなる。それ加えて、材料、方法、および例は、単に例示目的のためのものであり、必然的に限定するものであることは意図されていない。
本発明の実施形態の方法および／またはシステムの実装は、手動で、自動的に、または、それらの組み合わせで、選択されるタスクを実施または完了することを必要とし得る。そのうえ、本発明の方法および／またはシステムの実施形態の実際の器具および機器にしたがって、いくつかの選択されたタスクが、ハードウェアによって、ソフトウェアによって、もしくは、ファームウェアによって、または、それらの組み合わせによって、オペレーティング・システムを使用して実装され得る。
たとえば、本発明の実施形態にしたがって選択されたタスクを実施するためのハードウェアは、チップまたは回路として実装され得る。ソフトウェアとして、本発明の実施形態にしたがって選択されたタスクは、任意の適切なオペレーティング・システムを使用してコンピュータによって実行されている複数のソフトウェア命令として実装され得る。本発明の例示的な実施形態では、本明細書で説明されているような方法および／またはシステムの例示的な実施形態による１つまたは複数のタスクは、複数の命令を実行するためのコンピューティング・プラットフォームなどのような、データ・プロセッサによって実施される。任意選択で、データ・プロセッサは、命令および／もしくはデータを記憶するための揮発性のメモリ、ならびに／または、たとえば、磁気的なハード・ディスクおよび／もしくはリムーバブル・メディアなどの、命令および／もしくはデータを記憶するための不揮発性のストレージを含む。任意選択で、ネットワーク接続部も同様に提供される。ディスプレイ、および／または、キーボードもしくはマウスなどのようなユーザ入力デバイスも同様に、任意選択で提供される。
本発明のいくつかの実施形態は、単なる例として、添付の図面を参照して、本明細書で説明されている。ここで、図面を詳細に具体的に参照して、示されている細部は、例としてのものであり、また、本発明の実施形態の例示目的の議論の目的のためのものであることが強調される。この点において、図面とともに本明細書を見ることによって、本発明の実施形態がどのように実践され得るかが当業者に明らかになる。
本発明のいくつかの実施形態による、３次元プリンティングのためのシステムの上面図の概略説明図。 本発明のいくつかの実施形態による、３次元プリンティングのためのシステムの側面図の概略説明図。 本発明のいくつかの実施形態による、３次元プリンティングのためのシステムの等角図の概略説明図。 本発明のいくつかの実施形態による、３次元プリンティングのためのシステムの上面図の概略説明図。 本発明のいくつかの実施形態による、プリンティング・ヘッドの概略説明図。 本発明のいくつかの実施形態による、座標変換を実証する概略説明図。 本発明の実施形態を説明する概略説明図であり、本発明の実施形態によれば、順番にディスペンスされる液滴間の方位角方向に沿った距離が、半径方向に沿ったプリンティング・ヘッドの位置の関数として変化することを示す図。 本発明の実施形態を説明する概略説明図であり、本発明の実施形態によれば、順番にディスペンスされる液滴間の方位角方向に沿った距離が、半径方向に沿ったプリンティング・ヘッドの位置の関数として変化することを示す図。 本発明のいくつかの実施形態による、プリンティング・ヘッドの半径方向の運動を説明する概略説明図。 本発明のいくつかの実施形態による、プリンティング・ヘッドの半径方向の運動を説明する概略説明図。 本発明のいくつかの実施形態による、プリンティング・ヘッドの半径方向の運動を説明する概略説明図。 本発明のいくつかの実施形態による、プリンティング・ヘッドの半径方向の運動を説明する概略説明図。 本発明のいくつかの実施形態による、プリンティング・ヘッドの半径方向の運動を説明する概略説明図。 本発明のいくつかの実施形態による、プリンティング・ヘッドの半径方向の運動を説明する概略説明図。 本発明のいくつかの実施形態による、プリンティング・ヘッドの半径方向の運動を説明する概略説明図。 隣接する軸線間に方位角分離角度が存在するように配置されている、異なる半径方向の軸線の上に装着されているプリンティング・ヘッドを示す概略説明図。 本発明のいくつかの実施形態による、半径方向に沿ったインターレーシングを説明する概略説明図。 本発明のいくつかの実施形態による、３次元プリンティングのためのシステムのトレイの上に配置されているオブジェクトの概略説明図。 本発明のいくつかの実施形態による、オブジェクトの数の関数として、予期されるプリンティング時間を示す概略説明図。 本発明のいくつかの実施形態による、半径方向の座標の関数として、方位角方向に沿った解像度の変化を低減または排除するのに適切な技法を実証する概略説明図。 本発明のいくつかの実施形態による、半径方向の座標の関数として、方位角方向に沿った解像度の変化を低減または排除するのに適切な技法を実証する概略説明図。 本発明のいくつかの実施形態による、半径方向の座標の関数として、方位角方向に沿った解像度の変化を低減または排除するのに適切な技法を実証する概略説明図。 本発明のいくつかの実施形態による、プリンティング・ヘッドの往復運動を確立するために有用なスクリュを有するステージの概略説明図。 本発明のいくつかの実施形態にしたがって実施された計算および実験から獲得されるような、プリンティング・ヘッドの半径方向の位置の誤差を示す図。 本発明のいくつかの実施形態にしたがって実施された計算および実験から獲得されるような、プリンティング・ヘッドの半径方向の位置の誤差を示す図。 本発明のいくつかの実施形態にしたがって実施された計算および実験から獲得されるような、プリンティング・ヘッドの半径方向の位置の誤差を示す図。 本発明のいくつかの実施形態による、材料供給部とプリンティング・ヘッドとの間の流体経路に位置決めされているプレ・ヒータ・エレメントの概略説明図。 本発明のいくつかの実施形態にしたがって実施された実験において使用される実験的なセット・アップを示す図。 本発明のいくつかの実施形態にしたがって実施された実験の間に獲得された実験結果を示す図。 本発明のいくつかの実施形態にしたがって実施された実験の間に獲得された実験結果を示す図。 本発明のいくつかの実施形態にしたがって実施された実験の間に獲得された実験結果を示す図。 本発明のいくつかの実施形態による、ベクトル・スキャンによって層の中に形成された構造体の概略説明図。 本発明のいくつかの実施形態による例示的なカートリッジを示す図。 本発明のいくつかの実施形態によるカートリッジを含む例示的な回転式３Ｄプリンティング・システムを示す図。 本発明のいくつかの実施形態によるカートリッジを備える例示的なカートリッジ保管部を示す図。
本発明は、そのいくつかの実施形態において、３次元プリンティングに関し、より具体的には、回転式の３次元プリンティングに関するが、それに限定されない。
本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その用途において、以下の説明に述べられ、および／または、図面および／もしくは実施例に図示されている、コンポーネントおよび／または方法の構成および配置の詳細に必ずしも限定されないことが理解されるべきである。本発明は、他の実施形態であることが可能であり、または、さまざまに実践もしくは実施され得る。
ここで図面を参照すると、図１Ａ〜Ｄは、本発明のいくつかの実施形態による、３次元プリンティングのためのシステム１０の上面図（図１Ａおよび図１Ｄ）、側面図（図１Ｂ）、および等角図（図１Ｃ）を図示している。システム１０は、トレイ１２および複数のインクジェット・プリンティング・ヘッド１６を備え、複数のインクジェット・プリンティング・ヘッド１６は、各々、複数の分離されたノズルを有している。３次元プリンティングのために使用される材料は、構築材料供給システム４２によってヘッド１６に供給される。典型的には、ノズルは、十分な活性化エネルギーの活性化パルスに応答して、構築材料の滴をディスペンシングする。滴をディスペンシングするのに不十分なエネルギーの活性化パルスを受け取るノズルは、「ティックルされる（ｔｉｃｋｌｅｄ）」と称される。トレイ１２は、ディスクの形状を有することが可能であり、または、それは、環状であることが可能である。また、それらを垂直軸線周りで回転させることができることを条件として、丸くない形状も企図され得る。
トレイ１２およびヘッド１６は、たとえば、トレイ１２とヘッド１６との間の相対的な回転運動を可能にするように装着されている。これは、（ｉ）ヘッド１６に対して垂直軸線１４周りで回転するようにトレイ１２を構成することによって、（ｉｉ）トレイ１２に対して垂直軸線１４周りで回転するようにヘッド１６を構成することによって、または、（ｉｉｉ）垂直軸線１４周りで回転するが、異なる回転速度で回転するように（たとえば、反対方向の回転）、トレイ１２およびヘッド１６の両方ともを構成することによって、実現され得る。下記の実施形態は、（ｉ）トレイが、ヘッド１６に対して垂直軸線１４周りで回転するように構成されている回転トレイであるという構成に特に重点を置いて説明されているが、本出願は、構成（ｉｉ）および（ｉｉｉ）も企図することが理解されるべきである。本明細書で説明されている実施形態のうちのいずれも、構成（ｉｉ）および（ｉｉｉ）のいずれにも適用可能となるように調節され得、本明細書で説明されている詳細を提供される当業者は、そのような調節の仕方を知ることとなる。
以下の説明では、トレイ１２に対して平行であり、軸線１４から外を向く方向は、半径方向ｒと称されており、トレイ１２に対して平行であり、かつ、半径方向ｒに対して垂直な方向は、本明細書で方位角方向φと称されており、トレイ１２に対して垂直な方向は、本明細書で垂直方向ｚと称されている。
本明細書で使用されているように、「半径方向の位置」という用語は、軸線１４から特定の距離における、トレイ１２の上または上方の位置を表している。その用語が、プリンティング・ヘッドに関連して使用されるときには、その用語は、軸線１４から特定の距離にあるヘッドの位置を表している。その用語が、トレイ１２の上のポイントに関連して使用されるときには、その用語は、円形であるポイントの軌跡に属する任意のポイントに対応しており、その円形の半径は、軸線１４からのその特定の距離であり、その円形の中心は、軸線１４の位置にある。
本明細書で使用されているように、「方位角位置」という用語は、所定の基準ポイントに対して特定の方位角度における、トレイ１２の上または上方の位置を表している。したがって、半径方向の位置は、基準ポイントに対して特定の方位角度を形成する直線である、ポイントの軌跡に属する任意のポイントを表している。
本明細書で使用されているように、「垂直方向の位置」という用語は、特定のポイントにおける、垂直軸線１４と交差する平面の上方の位置を表している。
トレイ１２は、３次元プリンティングのための支持構造体としての役割を果たしている。作業エリアの上で１つまたは複数のオブジェクトがプリントされ、作業エリアは、典型的には、トレイ１２の合計面積よりも小さいが、必ずしもそうであるわけではない。本発明のいくつかの実施形態では、作業エリアは環状である。作業エリアは、２６で示されている。本発明のいくつかの実施形態では、トレイ１２は、オブジェクトの形成の全体を通して同じ方向に連続的に回転し、また、本発明のいくつかの実施形態では、トレイは、オブジェクトの形成の間に少なくとも１度（たとえば、振動するように）、回転の方向を逆にする。トレイ１２は、任意選択でおよび好ましくは、除去可能である。トレイ１２を除去することは、システム１０のメンテナンスのためであるか、または、望まれる場合には、新しいオブジェクトをプリントする前にトレイを交換するためである可能性がある。本発明のいくつかの実施形態では、システム１０には、１つまたは複数の異なる交換トレイ（たとえば、交換トレイのキット）が設けられており、２つ以上のトレイが、異なるタイプのオブジェクト（たとえば、異なる重量）、異なる動作モード（たとえば、異なる回転速度）などに関して指定されている。トレイ１２の交換は、所望の通りに、手動または自動であることが可能である。自動交換が用いられるとき、システム１０は、トレイ交換デバイス３６を備え、トレイ交換デバイス３６は、ヘッド１６の下方のその位置からトレイ１２を除去するために、および、交換トレイ（図示せず）によってそれを交換するように構成されている。図１Ａの代表図では、トレイ交換デバイス３６は、トレイ１２を引っ張るように構成されている可動アーム４０を備えるドライブ３８として図示されているが、他のタイプのトレイ交換デバイスも企図される。
本発明のいくつかの実施形態では、ヘッド１６は、半径方向ｒに沿って、トレイに対して往復式に移動するように構成されている。ヘッド１６のノズル・アレイの長さが、トレイ１２の上の作業エリア２６の半径方向に沿った幅よりも短いときに、これらの実施形態は有用である。半径方向に沿ったヘッド１６の運動は、任意選択でおよび好ましくは、コントローラ２０によって制御される。半径方向に沿ってヘッド１６を移動させるために適切なメカニズムの代表図が、図１Ｄに図示されている。図１Ｄに示されているのは、半径方向に沿ったヘッド１６の往復運動を確立するように配置されているステージ５２（図１０）の上に装着されているヘッド１６である。ヘッド１６は、５４で示されている可撓性の通信ラインを介して、供給部４２およびコントローラ２０（図１Ｄには図示せず）と通信することが可能である。
プリンティング・ヘッド１６に関して例示された実施形態が、図２Ａおよび図２Ｃに図示されており、１つのノズル・アレイ２２（図２Ａ）および２つのノズル・アレイ２２（図２Ｂ）を備えたプリンティング・ヘッド１６を示している。アレイの中のノズルは、好ましくは、直線に沿って、線形に整合させられている。特定のプリンティング・ヘッドが２つ以上のリニア・ノズル・アレイを有する実施形態では、ノズル・アレイは、任意選択でおよび好ましくは、互いに平行であることが可能である。
典型的には、すべてのプリンティング・ヘッド１６は、それらの方位角位置が互いに対してオフセットされている状態で、半径方向に配向されている（半径方向に平行になっている）が、必ずしもそうであるわけではない。したがって、これらの実施形態では、異なるプリンティング・ヘッドのノズル・アレイは、互いに平行になっておらず、むしろ、互いに対してある角度になっており、その角度は、各々のヘッド間の方位角オフセットにおおよそ等しい。たとえば、１つのヘッドが、半径方向に配向され、方位角位置φ１に位置決めされ得、別のヘッドが、半径方向に配向され、方位角位置φ２に位置決めされ得る。この例では、２つのヘッドの間の方位角オフセットは、φ１−φ２であり、２つのヘッドのリニア・ノズル・アレイの間の角度も、φ１−φ２である。
いくつかの実施形態では、２つ以上のプリンティング・ヘッドが、プリンティング・ヘッドのブロックへと組み立てられ得、そのような場合には、ブロックのプリンティング・ヘッドは、典型的には、互いに平行になっている。いくつかのインクジェット・プリンティング・ヘッド１６ａ、１６ｂ、１６ｃを含むブロックが、図２Ｃに図示されている。
本発明のいくつかの実施形態では、大気圧力より低い空気の所定の気圧が、ヘッド１６の中の液体レベルの上方で維持されている。ノズルからの重力による漏出を防止するために、取り囲む雰囲気に対して特定の真空レベル、たとえば−６０ｍｍ水圧が、ヘッド１６の中に継続的に維持され得る。実際には、圧力差の維持のためのメカニズムは、たとえば±５％の公差を提供することが可能である。別の例では、圧力差の維持のためのメカニズムは、±５ｍｍ水圧の公差を提供することが可能である。
必要とされる真空レベルを維持するために、双方向ポンプ（図示せず）が、ヘッド１６の材料チャンバと雰囲気との間に設置され得る。ポンプは、ヘッド１６のチャンバから雰囲気へ空気を移動させることが可能であり、それによって、ヘッドの中の真空を高める。逆に、双方向ポンプは、雰囲気からヘッド１６の中へ空気を移動させることが可能であり、それによってヘッドの中の圧力を高め、すなわち、そこでの真空を低減させる。好ましくは、ヘッド１６は、ヘッド１６の内側と外側の雰囲気との間の圧力差を測定する圧力センサ（図示せず）を備える。コントローラ２０は、現在の圧力データを圧力センサから受け取り、また、ヘッドの中の所定のレベルの真空を維持するために、ポンプを作動させることが可能である。
動作時に、ヘッドの中の圧力と基準環境大気圧との間の圧力差が測定される。圧力差は、任意選択でおよび好ましくは、所望の相対圧力または圧力レンジと比較される。比較は、たとえば、コントローラ２０によって実施され得る。測定される圧力差が、所望の相対圧力、または、所望の圧力差レンジよりも低い場合には、ポンプは、好ましくは、空気をチャンバに加えるために活動状態にされる。測定される圧力差が、所望の相対圧力、または、所望の圧力差レンジよりも高い場合には、ポンプは、空気をチャンバから除去するために活動状態にされ得る。測定される圧力差が、所望の相対圧力に等しいこと、または、所望の相対圧力に十分に近い（所定の圧力差レンジ内にある）ことが見出された場合には、ポンプは、任意選択でおよび好ましくは、動作していない状態に維持され、それによって、ポンプが周囲の雰囲気とヘッドの内側との間の空気の通路を遮断するバルブとしての役目を果たすことを効果的に引き起こす。
本発明のいくつかの実施形態では、構築材料は、プリンティング・ヘッドに進入する前に、構築材料およびプリンティング・ヘッドにとって適切な作業温度まで予熱される。予熱は、好ましくは、加熱に加えて、当技術分野で知られているように、プリンティング・ヘッドの中で達成される。予熱は、プレ・ヒータ・エレメント１６０によって実現され得、プレ・ヒータ・エレメント１６０は、図１２に図示されているように、材料供給部４２とヘッド１６との間の流体経路に位置決めされている。プレ・ヒータ・エレメント１６０は、好ましくは、ヘッド１６から間隔を離して配置されており、導管１６２を介して供給部４２に流体連通しており、また、導管１６４を介してヘッド１６に流体連通している。これは、プレ・ヒータがプリンティング・ヘッドの上に装着されている従来の３Ｄプリンティング・システムとは異なっている。導管１６２には、任意選択でおよび好ましくは、ポンプ１７０が設けられており、ポンプ１７０は、供給部４２からプレ・ヒータ１６０の中へ、また、プレ・ヒータ１６０からヘッド１６の中へ、構築材料の流れを発生させるように構成されている。ポンプ１７０は、好ましくは、コントローラ２０によって制御される。
本発明のさまざまな例示的な実施形態では、プレ・ヒータ・エレメント１６０は、静止しており、すなわち、それは、たとえば、ヘッド１６とともに移動することが許容されない。プレ・ヒータ・エレメント１６０は、限定ではないが、抵抗加熱、放射加熱、および対流加熱を含む、任意のタイプの加熱技法を用いることが可能である。好ましくは、システム１０は、流体引き戻しループ１６６を備え、流体引き戻しループ１６６は、制御可能に、導管１６４から、また、任意選択でおよび好ましくはヘッド１６から、プレ・ヒータ・エレメント１６０または供給部４２の中へ、構築材料が引き戻されることを可能にするためのものである。流体引き戻しループ１６６は、ループ１６６の中の流れを制御するためのポンプ１６８を備えることが可能である。ポンプ１６８は、好ましくは、コントローラ２０によって制御される。代替的に、ポンプ１７０は、双方向ポンプであることが可能であり、そのような場合には、プレ・ヒータ・エレメント１６０の中へ戻る構築材料の引き戻しは、ポンプ１７０の動作を逆にすることによって達成され得る。これらの実施形態では、システム１０がポンプ１６８を含むことは必要でない。
図１２は、導管１６４から分離されている導管を有するものとして、流体引き戻しループ１６６を図示している。これらの実施形態では、構築材料がループ１６６の中を流れて戻るときに、プレ・ヒータ・エレメント１６０の中への構築材料の進入が、好ましくは、たとえば、制御可能なバルブ（図示せず）によって防止され、制御可能なバルブは、たとえば、プレ・ヒータ１６０の出口ポート１７２において、導管１６４の上に装着され得る。しかし、いくつかの実施形態では、構築材料が別々の導管によって引き戻されることは必要でない可能性がある。たとえば、ポンプ１７０が双方向であるときには、ループ１６６は、導管１６４の中の逆流として実現化され得る。この実施形態では、引き戻しのために別々の導管を有することは必要でなく、また、導管１６４の上に装着されたバルブを有することは必要でない。
ヘッド１６が動作しているときには、ポンプ１７０（または、用いられている場合には、ポンプ１６８）は、典型的には、構築材料が導管１６４から引き戻すことを可能にしない。ポンプ１７０が動作していないときには、たとえば、オペレータまたはコントローラ２０が、（たとえば、材料カートリッジを交換する目的のために）プリンティング・プロセスを一時的に中断するときには、ヘッド１６はアイドル状態になっている。アイドル時間間隔が十分に長い場合には、すでに導管１６４の中にある構築材料は、環境へ熱を失い、上述の作業温度を下回る構築材料の温度の減少を結果として生じる可能性がある。アイドル時間間隔の終わりに、および、ヘッド１６の再活性化の前に、コントローラ２０は、好ましくは、ポンプ１６８を活動状態にし、または、ポンプ１７０の動作方向を逆にし、導管１６４からプレ・ヒータ１６０の中へ構築材料を引き戻す。引き戻された構築材料は、プレ・ヒータ１６０の中で再加熱される。引き戻しプロセスは、好ましくは、構築材料が導管１６４の中に残っていなくなるまで継続する。その後に、コントローラ２０は、ポンプ１７０の動作方向を再び逆にすることが可能であり（または、引き戻しがポンプ１６８によって行われる場合には、ポンプ１７０の動作を再開させ、ポンプ１６８の動作を終了させ）、再加熱された構築材料は、導管１６４を介してヘッド１６の中へ給送される。
いくつかの実施形態では、システム１０は、サポート構造体３０を備え、サポート構造体３０は、トレイ１２がサポート構造体３０とヘッド１６との間になるように、ヘッド１６の下方に位置決めされている。サポート構造体３０は、インクジェット・プリンティング・ヘッド１６が動作する間に起こり得るトレイ１２の振動を防止または低減させるための役割を果たすことが可能である。プリンティング・ヘッド１６が軸線１４周りで回転する構成では、サポート構造体３０も、好ましくは、（ヘッド１６とトレイ１２との間にトレイ１２がある状態で）サポート構造体３０が常にヘッド１６の真下になるように回転する。
動作時に、システム１０は、好ましくは、トレイ１２が実質的に水平方向になるように（たとえば、１０°未満、もしくは、５°未満、もしくは、４°未満、もしくは、３°未満、もしくは、２°未満、もしくは、１°未満、もしくは、０．５°未満、または、それ以下の、水平方向からの偏差を伴って）、表面の上に設置されている。いくつかの実施形態では、システム１０は、１つまたは複数のアルコール水準器４４を備え、１つまたは複数のアルコール水準器４４は、システム１０のシャーシ４６のエンクロージャの上の１つまたは複数の場所に装着されている。任意選択でおよび好ましくは、アルコール水準器４４は、コントローラ２０と通信する電子デバイスである。これらの実施形態では、エンクロージャまたはシャーシ４６の水平方向からの偏差が所定の閾値を上回るときには、コントローラ２０は、警報信号を出すことが可能である。また、アルコール水準器４４から受信した信号に応答可能に、コントローラ２０がドライブ４８に信号を送信し、水平方向からの偏差が検出されるときには、エンクロージャまたはシャーシ４６を自動的に水平にするようになっている実施形態も企図される。
インクジェット・プリンティング・ヘッド１６の動作、また、任意選択でおよび好ましくは、システム１０の１つまたは複数の他のコンポーネントの動作、たとえば、トレイ１２の運動は、コントローラ２０によって制御される。コントローラは、電子回路、および、回路によって読み取り可能な不揮発性のメモリ媒体を有することが可能であり、メモリ媒体は、プログラム命令を記憶しており、プログラム命令は、回路によって読み取られるときに、下記にさらに詳述されているように、回路が制御動作を実施することを引き起こす。
また、コントローラ２０は、ホスト・コンピュータ２４と通信することが可能であり、ホスト・コンピュータ２４は、たとえば、Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｓｅｌｌａｔｉｏｎ Ｌａｎｇｕａｇｅ（ＳＴＬ）もしくはＳｔｅｒｅｏ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ Ｃｏｎｔｏｕｒ（ＳＬＣ）フォーマット、Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ Ｌａｎｇｕａｇｅ（ＶＲＭＬ）、Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｆｉｌｅ（ＡＭＦ）フォーマット、Ｄｒａｗｉｎｇ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｆｏｒｍａｔ（ＤＸＦ）、Ｐｏｌｙｇｏｎ Ｆｉｌｅ Ｆｏｒｍａｔ（ＰＬＹ）、または、Ｃｏｍｐｕｔｅｒ− Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ（ＣＡＤ）にとって適切な任意の他のフォーマットの形態のコンピュータ・オブジェクト・データに基づいて、制作命令に関連するデジタル・データを送信する。オブジェクト・データ・フォーマットは、典型的には、デカルト座標系にしたがって構築されている。これらの場合では、コンピュータ２４は、好ましくは、コンピュータ・オブジェクト・データの中の各々のスライスの座標をデカルト座標系から極座標系へ変換するための手順を実行する。コンピュータ２４は、任意選択でおよび好ましくは、変換された座標系の観点から、制作命令を送信する。代替的に、コンピュータ２４は、コンピュータ・オブジェクト・データによって提供されるような元の座標系の観点から、制作命令を送信することが可能であり、そのような場合には、座標の変換は、コントローラ２０の回路によって実行される。
システム１０が２つ以上のオブジェクト（または、同じオブジェクトの２つ以上の分離されたパーツ）をトレイ１２の上でプリントするときには、コンピュータ２４、または、コントローラ２０の回路は、本発明のいくつかの実施形態では、トレイ１２の上の複数の場所を自動的に決定することが可能である。次いで、コントローラ２０は、決定された場所にオブジェクトをプリントするように、プリンティング・ヘッド１６に信号を送ることが可能である。オブジェクトがプリントされるトレイ１２の上の場所は、最適化手順を実行することによって決定され得、最適化手順は、トレイ１２の上のオブジェクトの異なる配置をシミュレートし、また、所定の基準または所定の基準のセットにしたがって、配置の１つ（典型的には、できる限り最高の配置）を選ぶ。
たとえば、１つの基準によれば、オブジェクトは、トレイのバランスをとるように、トレイ１２の上に配置される。プリントされることとなるオブジェクトが比較的に重く、その結果、それらの重量がトレイ１２のバランスに影響を及ぼし得るときに、この基準は、とりわけ適用可能である。代表的な例として、システム１０が比較的に重くて同様の重量を有する２つのオブジェクトをプリントするときには、コントローラ２０またはコンピュータ２４は、それらの場所がトレイの中心に対して概して正反対になること、および、好ましくは作業エリアの周囲部の近くに、概して同じ半径方向の位置になる（すなわち、軸線１４から同様の距離にある）ことを決定することが可能であり、また、システム１０が比較的に重くて同様の重量を有する３つのオブジェクトをプリントするときには、コントローラ２０またはコンピュータ２４は、それらの場所が、互いから約１２０°離れている３つの方位角位置にあり、かつ、好ましくは作業エリアの周囲部の近くに、概して同じ半径方向の位置にあることを決定することが可能である。
別の基準によれば、より多くのオブジェクトが、軸線１４の近くにというよりも、軸線１４から遠くにプリントされる。プリントされることとなるオブジェクトの数が２つよりも大きいときに、この基準は、とりわけ適用可能であるが、２つのオブジェクトの場合に関しても適用され得る。代表的な例として、システム１０がｎ個のオブジェクトをプリントするときには、コントローラまたはコンピュータは、最初に、作業エリアの周囲部の上に、隣接するオブジェクト間で重複なしにおよび十分な距離を持って、すべてのオブジェクトを配置させることを試みる。すべてのオブジェクトが、隣接するオブジェクト間に十分な距離を持って作業エリアの周囲部を占有することができるわけではない場合には、コントローラまたはコンピュータは、（繰り返しになるが、隣接するオブジェクト間で重複なしにおよび十分な距離を持って）作業エリアの周囲部の上にｎ−１個のオブジェクトを配置させ、かつ、より軸線１４の近くに１個のオブジェクトを配置させることを試みることなどをする。
最適化手順は、任意選択でおよび好ましくは、１つまたは複数の最適化ウェイト（重力に起因する物理的なウェイトと混同されるべきではない）を各々のオブジェクトに割り当て、オブジェクトのさまざまな配置をシミュレートし、各々のシミュレートされた配置に関して全体的な最適化スコアを計算し、その最適化スコアに基づいて配置を選択することが可能である。典型的には、ウェイトは、特定のオブジェクトが作業エリアの周囲部においてプリントされることが好ましいことを定量化する数値を有するが、必ずしもそうであるわけではない。各々の特定の配置に関して、オブジェクト最適化スコアが、各々のオブジェクトに関して計算され得、次いで、すべてのオブジェクト最適化スコアが組み合わせられ得る（たとえば、足し合わせられる、掛け合わせられる）。特定の配置に関する最適化スコアは、少なくとも部分的に、組み合わせられたオブジェクト最適化スコアに基づいて、また、任意選択で、他の基準（たとえば、異なるオブジェクトの場所の間の空間的関係）に基づいて、計算され得る。
オブジェクト最適化スコアは、特定の配置に関して、各々のオブジェクトの数値的なウェイトを、軸線１４からのオブジェクトの距離を表すパラメータと組み合わせる（たとえば、足し合わせる、掛け合わせる）ことによって、計算され得る。したがって、いくつかのシミュレートされた配置において、（作業エリアの周囲部にオブジェクトをプリントすることが望まれることを示す）高いウェイトを有するオブジェクトが作業エリアの周囲部に設置されているときには、このオブジェクトに関するオブジェクト最適化スコアは高い。他方では、いくつかのシミュレートされた配置において、高いウェイトを有するオブジェクトが作業エリアの周囲部に設置されていないときには、このオブジェクトに関するオブジェクト最適化スコアは低い。
また、本発明のいくつかの実施形態では、コンピュータ２４、または、コントローラ２０の回路は、最適化手順を実行することが可能であり、最適化手順は、システムの中に（たとえば、供給部４２の中に）存在する全体的な構築材料に関連するデータを受け取り、オブジェクトをプリントするために必要とされる材料の量を計算する。オブジェクトをプリントするために必要とされる材料の量が、供給部４２の中に存在する材料の量よりも大きいときに、本発明の実施形態のコントローラ２０は警報を出す。
座標の変換は、回転しているトレイの上での３次元プリンティングを可能にする。従来の３次元プリンティングでは、プリンティング・ヘッドは、静止しているトレイの上方を直線に沿って往復式に移動する。そのような従来のシステムでは、ヘッドのディスペンシング・レートが均一であることを条件として、プリンティング解像度は、トレイにわたる任意のポイントにおいて同じである。従来の３次元プリンティングとは異なり、ヘッド・ポイントのすべてのノズルが、同時に、トレイ１２にわたって同じ距離をカバーするわけではない。座標の変換は、任意選択でおよび好ましくは、異なる半径方向の位置において、等しい量の過剰材料を確実にするように実行される。本発明のいくつかの実施形態による座標変換の代表的な例が、図３Ａ〜Ｆに提供されており、それは、オブジェクトの３つのスライスを示しており（各々のスライスは、オブジェクトの異なる層の制作命令に対応している）、図３Ａ、図３Ｃ、および図３Ｅは、デカルト座標系におけるスライスを図示しており、図３Ｂ、図３Ｄ、および図３Ｆは、各々のスライスに対して座標の変換手順を適用した後の同じスライスを図示している。
典型的には、コントローラ２０は、制作命令に基づいて、および、下記に説明されているように記憶されているプログラム命令に基づいて、システム１０の各々のコンポーネントに印加される電圧を制御する。
一般的に、コントローラ２０は、トレイ１２の回転の間に構築材料の液滴を積み重ねてディスペンシングするように、プリンティング・ヘッド１６を制御し、トレイ１２の上に３次元のオブジェクトをプリントするようになっている。
インクジェット・プリンティング・ヘッドは、インクジェット技術によって構築材料の層をディスペンシングする。プリンティング・ヘッドの各々は、異なる構築材料をディスペンシングするように構成され得る。特定のプリンティング・ヘッドが２つ以上のノズル・アレイを備えるときには、各々のノズル・アレイは、異なる構築材料をディスペンシングするように構成され得る。したがって、異なるターゲット場所は、異なる構築材料によって占有され得る。構築材料のタイプは、２つの主なカテゴリ、すなわち、モデリング材料およびサポート材料に分類され得る。
サポート材料は、製作プロセスの間に、および／または、たとえば、中空のオブジェクトまたは多孔性のオブジェクトを提供することなど、他の目的の間に、オブジェクトまたはオブジェクト・パーツを支持するための支持マトリックスとしての役割を果たす。サポート材料は、好ましくは、水分散性であり、オブジェクトの積み上げが完了したときにその除去を容易にする。サポート材料は、好ましくは、液体の形態でディスペンスされ、また、それに限定されないが、電磁放射線（たとえば、紫外線放射線、可視光放射線、赤外線放射線）、および電子ビーム放射線などのような、放射線によって硬化可能である。ワックス成分、および、任意選択で、また、粘度調整成分を含むサポート材料も企図される。これらのタイプのサポート材料は、システム１０のインクジェット・プリンティング温度において、液体の形態になっており、ディスペンスされた後に冷却されると固化し、放射線による硬化を必要としない。
モデリング材料は、一般的に、インクジェット技術において使用するために処方された組成物であり、その組成物は、３次元のオブジェクトをそれ自身の上に形成することができ、すなわち、任意の他の物質と混合または組み合わせられる必要がない。モデリング材料は、好ましくは、液体の形態でディスペンスされ、また、それに限定されないが、電磁放射線（たとえば、紫外線放射線、可視光放射線、赤外線放射線）、および電子ビーム放射線などのような、放射線によって硬化可能である。
本発明のいくつかの実施形態では、サポート材料およびモデリング材料の両方が、同じタイプの放射線を使用して硬化可能である。
システム１０によって製作される最終的な３次元のオブジェクトは、モデリング材料、もしくは、モデリング材料およびサポート材料の組み合わせ、または、（たとえば、硬化に続く）組み合わせの修正体から作製されている。
好ましくは、ディスペンシング・ノズルの半分がサポート材料をディスペンシングするように指定され、かつ、ディスペンシング・ノズルの半分がモデリング材料をディスペンシングするように指定されるように、ディスペンシング・ノズルまたはノズル・アレイの全体的な数は選択されるが、それは義務的ではない。図２Ｃの代表的な例では、ヘッド１６ａおよび１６ｂの各々は、１つのノズル・アレイを有しており、一方、ヘッド１６ｃは、２つのノズル・アレイを有している。この例では、ヘッド１６ａおよび１６ｂは、モデリング材料に指定され得、ヘッド１６ｃは、サポート材料に指定され得る。したがって、ヘッド１６ａは、第１のモデリング材料をディスペンシングすることが可能であり、ヘッド１６ｂは、第２のモデリング材料をディスペンシングすることが可能であり、ヘッド１６ｃは、サポート材料をディスペンシングすることが可能である。代替的な実施形態では、ヘッド１６ｃは、たとえば、各々が単一のノズル・アレイを有する、２つの物理的に別々の構造体を備えることが可能である。この実施形態では、２つの構造体の各々は、ヘッド１６ａおよび１６ｂと物理的に同様であることが可能である。
一般的に、モデリング・ヘッドの数、サポート・ヘッドの数、および、各々のヘッドの中のノズルの数は、サポート材料の最大ディスペンシング・レートとモデリング材料の最大ディスペンシング・レートとの間で、所定の比率ａを提供するように選択される。所定の比率ａの値は、好ましくは、各々の製作される層において、モデリング材料の高さがサポート材料の高さに等しくなることを確実にするように選択される。ａに関する典型的な値は、約０．６から約１．５である。
たとえば、ａ＝１に関して、すべてのモデリング・ヘッドおよびサポート・ヘッドが動作するときに、サポート材料の全体的なディスペンシング・レートは、モデリング材料の全体的なディスペンシング・レートと概して同じである。
好適な実施形態では、ｐ個のノズルのｍ個のアレイを各々有するＭ個のモデル・ヘッド、および、ｑ個のノズルのｓ個のアレイを各々有するＳ個のサポート・ヘッドが存在しており、Ｍ×ｍ×ｐ＝Ｓ×ｓ×ｑになっている。Ｍ×ｍモデリング・アレイおよびＳ×ｓサポート・アレイの各々は、別々の物理的なユニットとして製造され得、それは、アレイのグループから組み立ておよび分解され得る。この実施形態では、各々のそのようなアレイは、任意選択でおよび好ましくは、それ自身の温度コントローラおよび材料レベル・センサを備え、その動作に関して、個別に制御された電圧を受け取る。
ディスペンシングするために各々のプリンティング・ヘッドの各々のノズル・アレイに搬送される材料のタイプは、任意選択でおよび好ましくは、コントローラ２０によって制御される。たとえば、コントローラ２０は、第１のヘッドの１つのノズル・アレイに第１のモデリング材料を供給するように、および、第１のヘッドの別のノズル・アレイにサポート材料を供給するように、構築材料供給システム４２に信号を送ることが可能である。また、コントローラ２０は、第１のヘッドの１つのノズル・アレイに第１のモデリング材料を供給し、第１のヘッドの別のノズル・アレイにサポート材料を供給し、第２のヘッドの１つのノズル・アレイに第２のモデリング材料を供給するように、システム４２に信号を送ることが可能である。代替的に、コントローラ２０は、別のヘッドのノズル・アレイにサポート材料を供給するように、システム４２に信号を送ることが可能である。また、コントローラ２０は、第１のヘッドの１つのノズル・アレイに第１のモデリング材料を供給し、第１のヘッドの別のノズル・アレイにサポート材料を供給し、第２のヘッドの１つのノズル・アレイに第２のモデリング材料を供給し、第２のヘッドの別のノズル・アレイに第３のモデリング材料を供給するなどのように、システム４２に信号を送ることが可能である。
トレイ１２および／またはプリンティング・ヘッド１６は、垂直軸線１４に対して平行に、垂直方向ｚに沿って移動するように構成されており、トレイ１２とプリンティング・ヘッド１６との間の垂直方向の距離を変化させるようになっている。垂直方向に沿ってトレイ１２を移動させることによって垂直方向の距離が変化させられる構成では、サポート構造体３０も、好ましくは、トレイ１２とともに垂直方向に移動する。トレイ１２の垂直方向の位置を固定した状態に維持しながら、垂直方向の距離がヘッド１６によって垂直方向に沿って変化させられる構成では、サポート構造体３０も、固定された垂直方向の位置に維持されている。
垂直方向の運動は、垂直方向のドライブ２８によって確立され得る。ある層が完了されると、トレイ１２とヘッド１６との間の垂直方向の距離が、その後にプリントされることとなる層の所望の厚さにしたがって、所定の垂直方向の工程によって増加させられ得る（たとえば、トレイ１２が、ヘッド１６に対して下げられる）。層状に３次元のオブジェクトを形成するために、その手順が繰り返される。
本発明の実施形態のシステムは、所与の数のモデリング材料、および／または、製作されているオブジェクトの一部を構成することを意図する材料から、モデリング材料を選択することを可能にし、選択された材料の所望の組み合わせを規定し、および、層の中でのそれらの堆積（組み合わせられているか、または、分離している）の「空間的な場所」を規定し、したがって、さまざまな材料属性または特性を有する、幅広い材料の形成（すなわち、材料の組み合わせ）を可能にし、また、オブジェクトの製作を可能にし、そのオブジェクトは、オブジェクトの異なるパーツにおいて、オブジェクトの各々のパーツを特徴付けるために望まれる特性にしたがって、モデリング材料の複数の異なる組み合わせから構成され得る。
３次元のオブジェクトは、ＣＡＤソフトウェアなどのような、適切なソフトウェアを使用して作成され得、それは、上記にさらに詳述されているような、ＣＡＤに適切なポータブル・ファイル・フォーマットによって、仮想オブジェクトをシステム１０にエクスポートする。ユーザは、製作されることとなる仮想オブジェクトを、いくつかの別々のパーツまたは領域に分割またはスプリットすることが可能である。したがって、オブジェクトの中の領域は、互いに交差しない１つまたは複数の閉じた表面の中に閉じ込められたオブジェクトのサブ・ボリュームである。
仮想オブジェクトの区分けは、異なるモデリング材料、または、モデリング材料組み合わせもしくは構造を、異なる領域に割り当てることを可能にするために行われる。いくつかの実施形態では、異なる領域は、異なるデータ・ファイル、または、データ・ファイルの異なるパーツとして保存され、すべてのファイル、または、ファイルのすべてのパーツは、同じ軸系および原点を参照している。別々の領域への分割のプロセス、および、データ・ファイルへのそれらの変換は、当技術分野で一般的に知られているように、たとえば、マテリアライズ エヌ ブイ（Ｍａｔｅｒｉａｌｉｓｅ Ｎ．Ｖ．）に譲渡された米国特許第５，７６８，１３４号明細書に一般的に説明されているように、実施され得る。したがって、領域またはデータ・ファイルのグループは、全体的なオブジェクトまたはその全体的なパーツを作り上げることが可能である。
本発明のいくつかの実施形態では、モデリング材料の堆積は、そのように画定された領域、たとえば、使用されることとなる特定のモデリング材料、および、それらの組み合わせにしたがって決定され、ならびに／または、領域の中の空間的な堆積は、ソフトウェアの中で画定され、オブジェクト層の中の領域自身の空間的な画定も同様であり、すべてが、最終的なオブジェクトの各々のパーツに関して望まれる所定の特性にしたがっている。典型的には、領域属性の定義、たとえば、モデリング材料のタイプ、および、所与の領域の中のそれらの組み合わせは、領域への仮想オブジェクトの区分けのときに、または、その区分けの後に、ソフトウェアによって定義され得る。好適な実施形態では、任意の所与の領域に関して、システム１０のユーザまたはオペレータは、たとえば、ユーザ・インターフェースを介して、定義を導入することが可能である。たとえば、オペレータは、特定の領域を選択することが可能であり、また、各々の領域に関して望まれる特性にしたがって、そのように画定された領域に関するモデリング材料および／または材料組み合わせを選択することが可能である。これの例は、領域の周囲部または境界に関して、１つのモデリング材料または材料組み合わせを画定し、その残りに関して、異なる材料または材料組み合わせを画定することである。これの有用な例は、大部分は硬質の材料によって、しかし、上皮は軟質の材料によって、オブジェクトをプリントすることである。
異なる特性を有する異なるモデリング材料の組み合わせは、異なる領域において堆積させられるように、ディスペンスされる材料のものとは異なる特性を有する複合材料を生成させるように、または、それらの特性の組み合わせを示すように、選択され得る。結果として生じる特性は、ディスペンスされる材料の組み合わせおよび／または相対的な量によって異なり得る。異なる組み合わせにおいて使用されることとなる材料、および、それらの組み合わせの構造、たとえば、空間的な／相対的な堆積は、オブジェクト、またはオブジェクトのパーツを形成する最終的な複合材料の中に実現されることが望まれる特性にしたがって、事前に決定され得る。
したがって、本発明のいくつかの実施形態によれば、結果として生じるオブジェクトは、オブジェクト自身の中で異なる特性、たとえば、オブジェクトの一方の側から別の側へ増加もしくは減少する特性、または、オブジェクトの中で交互になる特性を有することが可能である。たとえば、硬化の後にリジッドになる１つのモデリング材料、および、硬化の後に可撓性または弾性的になる別のモデリング材料を選択することは、オブジェクトのいくつかのパーツが他のパーツよりもリジッドであるか、いくつかのパーツが他のパーツよりも可撓性であるか、または、オブジェクトが、たとえば、外側および中心ではリジッドであるが、その他の場所では可撓性であることが可能である、複合材料オブジェクトを結果として生じさせることが可能である。たとえば、可撓性の材料の量よりも大きい量のリジッドな材料がディスペンスされる場合には、製作されるオブジェクト材料は、選択されたリジッドな材料よりもリジッドでないが、選択された可撓性の材料ほど可撓性でもない。したがって、製作されるオブジェクトの異なる領域は、異なる材料特性を有することが可能であり、ここで、領域は、層、層の一部、または、いくつかの層、たとえば、層の水平方向のブロック、または、他の構造的配置であることが可能であり、したがって、材料特性は、層の中で、または、層の異なるブロック間で、異なっていることが可能である。また、複合材料は、いくつかの異なる色付きの材料の相対的な量および空間的なディスペンシングに応じて、複合材料の全体を通して異なる色を有することが可能である。
異なるタイプのモデリング材料が、製作されるオブジェクトの中で、別々のままおよびはっきり区別できるままであることが可能であり、または、それらは、製作プロセスの間に混合され得る。単一の材料モードにおいて、たとえば、２つのモデリング材料が使用される場合には、材料自身は、単一の材料へと組み合わさることが可能であり、または、それらは、各々の材料がはっきり区別できるままであるように堆積させられ得るが、しかし、互いに隣り合う材料の液滴の中のそれらの均一な堆積が均一で均質な混合を形成する。マルチ材料モードでは、２つ以上のモデリング材料が、パーツまたは領域の中に個別にディスペンスされるように選択され得、および／または、他の中に組み合わせられ得、ここで、組み合わせは、異なる特定のターゲット場所、またはターゲット場所のグループの中に、相対的な量の各々の材料をディスペンシングすることによって、または、同じグループのターゲット場所の中に２つ以上のタイプのモデリング材料をディスペンシングすることによって、行われ得る。
層またはその一部分当たりにディスペンスされる異なるモデリング材料の相対的な量は、オブジェクトの製作の間に、とりわけ、非均一な特性または異方性特性を有するオブジェクトを製作することが望まれるときに、コントローラ２０によって動的に変化させられ得る。コントローラ２０は、好ましくは、相対的な量を記載しているデジタル・データをコンピュータ２４から受け取り、データにしたがって個々のディスペンシング・レートのディスペンシング・レートを制御する。相対的な量の変化は、連続的にまたは離散的に行われ得る。
２つ以上の異なるモデリング材料を利用する本発明の実施形態のシステムの能力は、従来の固体自由形状造形技法においてこれまで可能であったものよりもますます多くのさまざまな材料を固体自由造形において使用することを可能にし、また、最終的なオブジェクト、および／または、獲得されることが望まれるオブジェクト特性にしたがって、複数の材料を組み合わせる多くの異なる可能性を提供することを可能にする。
たとえば、重合化プロセスの結果として収縮する傾向がより大きい構築材料は、通常、伝統的な固体自由形状造形装置の中で使用するのに適切でない。本発明の実施形態のシステムは、この問題に対する解決策を有用に提供する。たとえば、本発明の実施形態のシステムは、パーツまたはオブジェクトの外側の表面が１つの材料から作製されているが、一方、パーツまたはオブジェクトの残りの部分は異なる材料からなる、パーツまたはオブジェクトを製作することが可能である。この例では、内部領域は、機械的な強度を欠くが、たとえば、中空のオブジェクトを生成させるために、容易に除去可能である、または、灰もしくは他の痕跡を残すことなく容易に焼かれるなどの、他の望ましい特性を有する材料、たとえばゲルまたは液体などから製作され得る。
本発明のいくつかの実施形態では、２つ以上のモデリング材料がディスペンスされ得、ここで、材料のうちの一方または両方は、所望のオブジェクトの構築を可能にするために必要とされる特性を有していなくてもよい。２つの材料の組み合わせは、機能的なモデリング材料を提供することが可能である。たとえば、材料の一方は、製作プロセスの間に固化するのではなく、液体、ゲル、ペースト、または、他の非固体もしくは半固体の形態のままであることが可能であり、一方、他の材料は、製作プロセスの間に固化する。固化された材料は、固化されていない材料を「含む」ことが可能であり、または、代替的に、固化されていない材料は、中空のまたは多孔性のモデルを提供するために、プロセスが完了すると、排出されるか、焼き尽くされるか、または、そうでなければ除去され得る。
本発明のいくつかの実施形態では、２つ以上のモデリング材料がディスペンスされ得、ここで、１つの材料は、単独で使用される場合には乏しい鮮明度および低いプリンティング品質を有するオブジェクトを作り出すこととなるとき、特定のシステムの中でモデリング材料において使用されるには低過ぎる反応性を有し得、一方、別の材料は、適当な反応性を有している。この例では、ＵＶ硬化可能配合物（ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ）の基礎的な特性のうちの１つは、ＵＶ放射線に対するその反応性であることが留意され得る。反応性は、一般的に、モノマー、オリゴマー、光開始剤、および光開始剤濃度の適切な組み合わせによって獲得される。アクリル・モノマーおよびアクリル・オリゴマーは（メタクリルとは対照的に）、それらの比較的に高い固有反応性に起因して特に適当であり、それは、アクリル配合物が、光開始剤の比較的に低い濃度を使用することが可能であることを意味している。メタクリル成分の比較的に低い固有反応性に起因して、配合物の準備においてそれらを使用することはかなり困難である。配合物の反応性の欠如は、そのプリンティング品質に直接的に影響を及ぼす。低い反応性を有する配合物の使用は、不明確なおよび不正確なエッジおよび／または表面を備えるオブジェクトを作り出すこととなる。
メタクリル成分は、一般的に、アクリル成分よりも低い収縮比率および高いＴｇ（ガラス転移温度）などのような、価値のある特性を有しているが、しかし、それらは、アクリル成分よりも低い反応性を有している。この問題は、本発明のシステムを使用して解決され得、本発明では、たとえば、アクリル配合物など、高い反応性を有する１つのモデリング材料が使用され、かつ、たとえば、メタクリル配合物など、低い反応性を有する別のモデリング材料も使用されている。高い反応性の配合物は、各々の層の中で、低い反応性の配合物を取り囲むように使用され得、したがって、オブジェクトの表面は、反応性の配合物から構成されることとなり、また、オブジェクトのコアは、低い反応性の配合物から構成されることとなる。結果として、オブジェクトの周囲部の品質が確保される。その理由は、この特質は、高い反応性を要求するからである（周囲部の品質は、壁部の滑らかさおよびエッジ・シャープネスからなる）。収縮によって引き起こされる大部分の変形が最小化されるので、オブジェクトの精度も確保される。このように、低い反応性成分の価値のある特性が活用され得る。たとえば、ＵＶカチオン重合性開始配合物（ＵＶ ｃａｔｉｏｎｉｃａｌｌｙ ｉｎｉｔｉａｔｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｂｌｅ ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｓ）などを含む、他のタイプの低い反応性の配合物も使用され得る。
本発明のいくつかの実施形態では、プリンティング・ヘッドのうちの１つまたは複数のノズル・アレイは、軸線１４に対して異なる距離にあるノズルが、相違するディスペンシング・レートで構築材料をディスペンシングするように構成されている。好ましくは、より軸線１４の近くにある（または、トレイ１２の中心の近くにある）ノズルは、より軸線１４から遠くにあるノズルよりも低いディスペンシング・レートで、構築材料をディスペンシングする。この構成は、軸線１４からの異なる距離における異なる線形速度の影響を低減または排除するので有利である。
異なるディスペンシング・レートが、２つ以上の方式で確実にされ得る。
本発明のいくつかの実施形態では、ノズルのアパーチャの直径は、同じノズル・アレイの異なるノズルの間で異なっている。たとえば、ノズルのアパーチャの直径は軸線１４からのノズルの距離の増加関数であり得、同じアレイのノズルの任意の対に関して、より軸線１４の近くにあるノズルのアパーチャが、より軸線１４から遠くにあるノズルのアパーチャよりも小さくなるようになっている。
本発明のいくつかの実施形態では、ノズルのアパーチャの直径は、同じノズル・アレイのすべてのノズルに関して同じになっているが、ノズルは、コントローラ２０によって個別に制御される。これらの実施形態では、コントローラ２０は、同じアレイの異なるノズルに異なる電圧レベルを印加し、同じアレイの中の異なるノズルに関して異なるディスペンシング・レートを確実にするようになっている。好ましくは、コントローラ２０は、より軸線１４の近くにあるノズルが、より軸線１４の遠くにあるノズルよりも低いディスペンシング・レートで、構築材料をディスペンシングするように、印加される電圧を選択する。
本発明のいくつかの実施形態では、ノズルのアパーチャの直径は、同じノズル・アレイの異なるノズルの間で異なっており、ノズルは、コントローラ２０によって個別に制御される。これらの実施形態では、異なるディスペンシング・レートは、アパーチャの異なるサイズによって確実にされ、また、コントローラ２０によって印加される電圧の賢明な選択によってさらに確実にされる。
また、本発明者らは、プリンティング・ヘッドとトレイとの間の相対運動が直線に沿っていないときに、一定のディスペンシング・レートに関連付けられる問題を解決する技法を考案した。下記に説明されている技法は、ヘッド１６のすべてのノズルが同じディスペンシング・レートで構築材料をディスペンシングするときに用いられ得るが、それは、プリンティング・レートが変化するときに用いられ得る。その技法は、ノズルが直線に沿っていない軌道を辿る任意のプリンティング・シナリオに関して、とりわけ、プリンティング・ヘッドのすべてのノズルを同じ周期で動作させることが不均一な解像度を結果として生じさせる状況において、用いられ得る。その技法は、より詳細にここで説明されることとなるようなデータ・マスキングを含む。
コンピュータ・オブジェクト・データの中の各々のスライスは、典型的には、バイナリ・ビットマップの形態であるが、必ずしもそうであるわけではない。代替的に、スライス・データは、オブジェクトの３次元のコンピュータ表現（たとえば、３Ｄメッシュ）からその場で計算され得る。
下記の実施形態は、ビットマップを使用することに特に重点を置いて説明されているが、ビットマップから情報を読み取る動作は、オブジェクトの３次元のコンピュータ表現の中の特定の場所において値を計算する動作によって置換され得ること、および、その両方が、本発明のさまざまな例示的な実施形態にしたがって企図されることが理解されるべきである。
コンピュータ・オブジェクト・データのビットマップから、ノズル活性化ビットマップが、典型的に計算される。ノズル活性化ビットマップの中の各々のビットマップ・エレメント（たとえば、ピクセル）は、各々の層の上のターゲット場所に対応しており、ビットマップ・エレメントの値は、各々の物理的な場所に到着する各々のノズルが活性化させられるかどうかを決定する。たとえば、「１」は、最終的な層の中の構築材料によって占有されるべき場所を表しており、「０」は、最終的な層の中のボイドを表している。
本発明の実施形態によれば、ヘッドの中のそれらの位置およびヘッドの軌道にかかわらず、すべてのノズルの方位角方向に沿った解像度が同じになるように、動作するビットマップがマスクされる。そのようなマスキングの代表的な例が図９Ａに示されており、図９Ａは、ヘッド１６のノズル・アレイ２２を図示している。第１のノズル（軸線１４から最も遠い）は、ノズル１０４として表されており、最後のノズル（軸線１４に最も近い）は、ノズル１０６として表されている。また、図９Ａは、２つの例示された湾曲した軌道１０２および１０８を図示しており、軌道１０２および１０８は、ヘッド１６およびトレイ１２の相対運動の間に、ノズル１０４および１０６によって各々辿られる。６つのノズルが、アレイ２２の中に図示されているが、アレイ２２は、任意の数のノズルを有することが可能である。軌道１０２および１０８の上のノズル１０４および１０６の示されている場所は、Ｔ１と称されるタイム・インスタンスに対応している。さらなるタイム・インスタンスＴ１＋ｄＴにおいて、ノズル１０４は、軌道１０２に沿って位置１１０に到着し、ノズル１０６は、軌道１０８に沿って位置１１２に到着する。一層さらなるタイム・インスタンスＴ１＋２ｄＴにおいて、ノズル１０４は、軌道１０２に沿って位置１１４に到着し、ノズル１０６は、軌道１０８に沿って位置１１６に到着する。
ノズル１０４および１０６は、同じ時間間隔にわたって、軌道１０２および１０８の上の異なる円弧長さをカバーしている。具体的には、タイム・インスタンスＴ１、Ｔ１＋ｄＴ、およびＴ１＋２ｄＴにおいて、ノズル１０４が訪れた３つの場所は、これらのタイム・インスタンスにおいてノズル１０６が訪れた３つの場所よりも、大きい間隔を離して配置されている。図９Ａに図示されている例では、タイム・インスタンスＴ１とＴ１＋２ｄＴとの間にノズル１０６によってカバーされる円弧長さは、タイム・インスタンスＴ１とＴ１＋ｄＴとの間に、または、タイム・インスタンスＴ１＋ｄＴとＴ１＋２ｄＴとの間に、ノズル１０６によってカバーされる円弧長さとおおよそ同じである。本発明のいくつかの実施形態によれば、ノズル１０６は、タイム・インスタンスＴ１およびタイム・インスタンスＴ１＋２ｄＴにおいて活性化させられるが、タイム・インスタンスＴ１＋ｄＴでは活性化させられない。換言すれば、ノズル活性化ビットマップ、または、入力コンピュータ・オブジェクト・データのビットマップが、構築材料の液滴がディスペンスされるべき場所として場所１１２を指定しているかどうかに関係なく、材料が場所１１２においてディスペンスされないように、各々の層に対応するノズル活性化ビットマップがマスクされている。
図９Ａの中の説明図は、５０％のマスキング比率の例を表しており、軌道１０８に沿った場所の５０％が、ノズル１０６に関してマスクされており、ノズル１０６が、これらの場所に到着するときに材料をディスペンシングしないようになっている。他の軌道の対に関して、マスキング比率は、５０％とは異なり得ることが認識される。マスキング比率は、同じ時間間隔ｄＴの間に異なるノズルによってカバーされる円弧長さ間の比率に基づいて、または、異なるノズルの線形速度間の比率に基づいて、各々のノズルの各々の軌道に関して計算され得る。マスキング比率に基づいて、コントローラ２０は、任意選択でおよび好ましくは、各々の場所において各々のノズルを活性化させるかどうかを決定することが可能である。本発明のいくつかの実施形態によれば、ノズルが、あるタイム・インスタンスにおいてマスクされているときに、プリント・データは、そのノズルに関するノズル活性化ビットマップの入力ビットマップから読み取られない。代替的に、そのような入力は計算されない。これらの実施形態は、それがビットマップ・レベルにおいて処理されるデータの量を低減させるので、データ希釈として見ることができる。この実施形態の利点は、それが計算時間および計算資源を節約することである。
たとえば、ノズル・アレイなど、ノズルのグループに属するノズルによってカバーされる軌道の円弧長さを考慮することによって、計算時間および計算資源のさらなる節約が実現され得る。本発明のいくつかの実施形態によれば、時間間隔の間のグループの最も長い軌道セグメントをカバーするノズルが識別される。次いで、バイナリ・マスク値が、時間間隔の中のあるタイム・インスタンスにおいて、このノズルに関して計算される（たとえば、マスキングに関して「０」、および、そうでなければ「１」）。このノズルがマスクされるとき、次いで、グループのすべての他のノズルが、これらのノズルの各々に関するマスク値を別々に計算することなくマスクされる。任意選択でおよび好ましくは、ノズル活性化ビットマップは、マスクされるノズルのグループに関してアクセスされない。
図９Ｂは、２つのヘッド１６ａおよび１６ｂのノズル・アレイ２２ａおよび２２ｂを各々概略的に示している。ヘッド１６ａに対応する表記は、上記の図９Ａの中のヘッド１６に関するものと同じである。ヘッド１６ｂの中の最後のノズルは、１２２で表されており、そのノズルによって辿られる軌道は、１２０で表されている。
軌道１０２、１０８、および１２０の上のノズル１０４、１０６、および１２２の場所は、Ｔ１と称されるタイム・インスタンスに対応している。インスタンスＴ１＋ｄＴにおいて、ノズル１０４は、軌道１０２に沿って位置１１０に到着し、ノズル１０６は、軌道１０８に沿って位置１１２に到着し、ノズル１２２は、軌道１２０に沿って位置１２４に到着する。所与の時間間隔に関して（たとえば、タイム・インスタンスＴ１とＴ１＋ｄＴとの間）、ノズル１０４によってカバーされる円弧長さは、アレイ２２ａの中の任意の他のノズルによってカバーされる円弧長さの中で最も長い。
図９Ｂに図示されている例では、タイム・インスタンスＴ１とＴ１＋ｄＴとの間にノズル１２２によってカバーされる円弧長さは、タイム・インスタンスＴ１とＴ１＋２ｄＴとの間にノズル１０４によってカバーされる円弧長さとおおよそ同じである。本発明のいくつかの実施形態によれば、ノズル１０４は、タイム・インスタンスＴ１およびタイム・インスタンスＴ１＋２ｄＴにおいて活性化させられるが、タイム・インスタンスＴ１＋ｄＴでは活性化させられず、また、ノズル１０６は、タイム・インスタンスＴ１において活性化させられるが、タイム・インスタンスＴ１＋ｄＴおよびＴ１＋２ｄＴでは活性化させられない。そのうえ、ノズル１０４以外のアレイ２２ａの任意のノズルは、同じ時間間隔にわたってノズル１０４によってカバーされる円弧長さよりも短い円弧長さをカバーするので、アレイ２２ａのノズルのいずれも、タイム・インスタンスＴ１＋ｄＴにおいて活性化させられる必要はない。換言すれば、各々の層に対応するノズル活性化ビットマップは、少なくとも第１のノズル１０４が軌道１０２に沿って場所１１４に到着するまで材料がアレイ２２ａの任意のノズルからディスペンスされないように、マスクされている。これは、述べられているように、それがビットマップ・レベルにおいて処理されるデータの量を低減させるので、データ希釈動作に対応している。
第１のノズル１０４が場所１１４に到着するまでの間に、ノズル活性化ビットマップにアクセスする（または、その値をコンピュータ計算する）必要性がないので、そのような手順は、処理時間および必要とされる計算資源を著しく低減させることが本発明者らによって見出された。この節約は、図９Ｃに提供される説明図から、より良好に理解され得る。
図９Ｃは、入力ビットマップの上に重ね合わせられたノズル・アレイ２２を図示しており、それは、この例では、長方形グリッドの上に画定されている。グリッドの上の各々の場所は、入力ビットマップ・エレメント（たとえば、ピクセル）を表している。図９Ｂに示されているのは、ビットマップ・エレメント１３０および１３２である。アレイ２２は、タイム・インスタンスＴ１において図示されており、タイム・インスタンスＴ１において、アレイ２２の第１のノズル１０４および最後のノズル１０６は、入力ビットマップのエレメント１３０および１３２の上におおよそ重なっている。したがって、エレメント１３０および１３２の中に記憶されている値によって、タイム・インスタンスＴ１において、ノズル１０４および１０６の活性化または非活性化が結果として生じ得る。
従来のプリンティング・システムは、特定のタイム・インスタンス（本例では、Ｔ１）において関連のノズルの場所を探し、特定のタイム・インスタンスにおいてノズルと同一場所に位置付けされているビットマップ・エレメントを探し、各々のビットマップ・エレメントの中に含まれている情報を獲得し、各々のノズルを活性化させるかどうかを決定する。これらの工程の少なくともいくつかは余分であり、本発明の実施形態のマスキング技法によってスキップされ得る。すなわち、ノズルがマスクされている場所において、ビットマップを処理することは必要ではなく、したがって、処理時間を節約することを、本発明者らは見出した。
本発明のさまざまな例示的な実施形態では、コントローラ２０またはデータ・プロセッサ２４は、事前にコンピュータ計算されたマスクを記憶しているコンピュータ可読媒体にアクセスし、入力ビットマップまたはノズル活性化ビットマップにマスクを適用する。事前にコンピュータ計算されたマスクは、矩形ブール行列の形態であり、ノズルの活性化がマスクされる場所（すなわち、各々のビットマップ・エレメントにおける値に関係なく、ノズルが材料をディスペンシングしないノズル場所）を示すことが可能である。マスクの寸法は、任意選択でおよび好ましくは、ヘッドの中のノズルの数に、作業エリア２６（たとえば、作業エリア２６の最も外側の周囲、または、占有領域９０の最も外側の周囲）にわたる最も長い軌道の上のディスペンシング可能な液滴の数を乗算したものに等しい。
事前に計算されるマスクのエレメントの計算は、任意選択でおよび好ましくは、上述のマスク比率に基づいている。任意選択でおよび好ましくは、計算は、入力確率としてマスク比率を使用して、擬似乱数発生器を適用することを含む。具体的には、軌道に沿った各々のノズルの場所が、その場所に関連付けられるマスキング比率に等しい確率でマスクされる。そのような擬似乱数発生器の適用が、プリントされるオブジェクトの品質を著しく改善することが本発明者らによって見出された。任意の特定の理論に拘束されることなく、擬似乱数発生器の場合の改善された品質は、ヘッド１６および任意選択でシステム１０の他のコンポーネントの中の干渉イベントの低減される量によるものであることが仮定される。
最も長い円弧長さをカバーするノズルが、時間間隔にわたってノズルのグループ（たとえば、ノズル・アレイ）の間で識別されるとき、次いで、擬似乱数発生器が、好ましくは、そのノズルの軌道だけに適用され、グループのすべての他のノズルが、時間間隔全体にわたってマスクされる。再び図９Ｂを参照すると、本発明の実施形態によれば、擬似乱数発生器は、軌道１０２だけに適用され、アレイ２２ａの中のすべての他のノズルは、タイム・インスタンスＴ１とＴ１＋ｄＴとの間の時間間隔全体にわたってマスクされる。この手順は、１つのノズル（本例では、ノズル１０４）を１未満の確率でマスキングすること、および、１つのノズルがマスクされることを前提としたときに、グループ（本例では、アレイ２２ａ）の中のすべての他のノズルを確率１でマスキングすることと数学的に見なされ得る。
また、本発明者らは、３次元プリンティング・プロセスの間に、ノズルの場所の少なくともいくつかの個々に関するバイナリ・マスク値を計算することを企図する。これは、たとえば、軸線１４からの各々の場所の円弧長さの所定のマスク関数に基づいて行われ得る。本発明のさまざまな例示的な実施形態では、マスク関数は、より軸線１４に近いノズルの場所が、軸線１４から遠いノズルの場所よりも頻繁にマスクされるように選択される。たとえば、マスク関数は、異なる軌道に沿った異なるノズルの線形速度間の比率に等しいマスキング比率を計算することが可能である。マスキング比率が計算されると、軌道に沿った特定のノズル場所のマスキングに関する決定が、任意選択でおよび好ましくは、上記にさらに詳述されているように、確率論的に行われる。最も長い円弧長さをカバーするノズルが、時間間隔にわたってノズルのグループ（たとえば、ノズル・アレイ）の間で識別されるとき、次いで、上記にさらに詳述されているように、そのノズルの軌道だけに対して決定が行われる（任意選択でおよび好ましくは、確率論的に行われる）。
また、本発明者らは、プリンティングが円形セグメントに沿っていない状況において、バイナリ・マスク値を計算することを企図する。これらの実施形態では、プリンティングの間のノズルの軌道に関連するデータが受け取られ、マスキング比率が、受け取られた軌道に基づいて（たとえば、上記にさらに詳述されているように、円弧長さ比率に基づいて）計算される。次いで、各々のノズルの場所は、任意選択でおよび好ましくは、上記にさらに詳述されているような確率論的に、計算されたマスキング比率に基づいてマスクされる。最も長い円弧長さをカバーするノズルが、時間間隔にわたってノズルのグループ（たとえば、ノズル・アレイ）の間で識別されるとき、次いで、上記にさらに詳述されているように、そのノズルの軌道だけに対して決定が行われる（任意選択でおよび好ましくは、確率論的に行われる）。
上記の実施形態のいずれにおいても、ノズル活性化ビットマップは、任意選択でおよび好ましくは、マスクされていないノズル場所のみに関してアクセスされ、これらのマスクされていない場所においてノズルを活性化させるかどうかを決定する。
上記の実施形態のいずれにおいても、活性化させられていないノズル（たとえば、マスクされているノズル）は、任意選択でおよび好ましくはティックルされ、すなわち、それらは、構築材料をディスペンシングするようにノズルを活性化させるために必要とされるエネルギーよりも小さい活性化エネルギーを受け取る。
特定の周波数でノズルを動作させることは、場合によっては、ノズルの長期的な健全性に害を及ぼす可能性があり、その理由は、それが、ノズルが動作を停止することを引き起こし、または、ノズルが、重量または放出される滴の上昇などのような、その動作特質を変化させることを引き起こす可能性があるからであることが本発明者らによって見出された。したがって、本発明のいくつかの実施形態では、特定の周波数は、擬似ランダム・マスクから排除されている。たとえば、最も高い周波数は、マスクから排除され得、オフ−オン−オン−オフ・シーケンスは出現しないが、オフ−オン−オフ・シーケンスが決して出現しないようになっている。
システム１０は、任意選択でおよび好ましくは、１つまたは複数の放射線源１８を備え、１つまたは複数の放射線源１８は、使用されているモデリング材料に応じて、たとえば、紫外線ランプもしくは可視光ランプもしくは赤外線ランプ、または、電磁放射線の他の供給源、または電子ビーム供給源であり得る。放射線源１８は、限定ではないが、発光ダイオード（ＬＥＤ）、デジタル・ライト・プロセッシング（ＤＬＰ）システム、および抵抗ランプなどを含む、任意のタイプの放射線放出デバイスを含むことが可能である。放射線源１８は、モデリング材料を硬化または固化させるための役割を果たしている。本発明のさまざまな例示的な実施形態では、放射線源１８の動作が、コントローラ２０によって制御され、コントローラ２０は、放射線源１８を活性化および非活性化させることが可能であり、また、任意選択で、放射線源１８によって発生させられる放射線の量を制御することが可能である。
本発明のいくつかの実施形態では、放射線源１８は、半径方向ｒに沿って、トレイに対して往復式に移動するように構成されている。放射線源１８の長さが、トレイ１２の上の作業エリア２６の半径方向に沿った幅よりも短いときに、これらの実施形態は有用である。半径方向に沿った放射線源１８の運動は、任意選択でおよび好ましくは、コントローラ２０によって制御される。半径方向に沿って放射線源１８を移動させるために適切なメカニズムの代表図が、図１Ｄに図示されている。図１Ｄに示されているのは、半径方向に沿った放射線源１８の往復運動を確立するように配置されているステージ５６の上に装着されている放射線源１８である。したがって、本発明の実施形態は、別々の運動ステージに沿って半径方向に移動するように各々独立して制御可能な放射線源およびプリンティング・ヘッドを企図する。これは、プリンティング・ヘッドおよび放射線源が同じプリンティングブロックの上に装着されており、したがって、同時に移動させられる、従来の３次元プリンティング・システムとは異なる。本発明のいくつかの実施形態では、コントローラ２０は、システム１０の動作の間に半径方向に沿って非同時に放射線源１８およびヘッド１８を移動させるように構成されている。本発明のいくつかの実施形態では、コントローラ２０は、システム１０の動作の間に半径方向に沿って非同時に独立して放射線源１８およびヘッド１８を移動させるように構成されている。硬化が開始させられる時間を選択し、たとえば、以降にさらに詳述されているように、硬化を遅らせることが望まれるときに、これらの実施形態は、とりわけ有用である。
放射線源１８および／またはコントローラ２０は、任意選択でおよび好ましくは、ディスペンスされる構築材料の硬化レートが、異なる半径方向の位置においてディスペンスされる液滴に関して、概して同じであること（たとえば、２０％以内、または、１０％以内、または、５％以内、または、１％以内）を確実にするように構成されている。典型的には、これは、軸線１４から相違する距離にある場所に異なるレートでエネルギーを送達するように、放射線源１８を構成または制御することによって実現される。好ましくは、エネルギーが供給源１８によって送達されるレートは、軸線１４からの距離とともに線形に減少する。具体的には、軸線１４から距離ｒ１における場所に送達されるエネルギーのレートをＰ１によって表記し、および、軸線１４から距離ｒ２における場所に送達されるエネルギーのレートをＰ２によって表記すると、レートＰ１およびＰ２は、好ましくは、関係式Ｐ１／Ｐ２≒ｒ１／ｒ２を満たしている。
軸線１４から相違する距離にある場所への異なるエネルギー線量の送達は、２つ以上の方式で行われ得る。本発明のいくつかの実施形態では、放射線源１８は、テーパ付きの形状を有しており、概して方位角方向に沿ったその幅が、その外を向く端部（より軸線１４から遠い）においてよりも、その内向き端部（より軸線１４に近い）において、幅が狭くなるようになっている。本発明のいくつかの実施形態では、放射線源１８の中の放射線放出エレメント（たとえば、ＬＥＤなど）は、すべてが同じ放射パワーによって特徴付けられているわけではない。これらの実施形態では、放出エレメントは、好ましくは、放射線源１８に沿って半径方向に分散されており、より低い放射パワーを備えるエレメントが、内向き端部により近くになるようになっており、また、より高い放射パワーを備えるエレメントが、外向きに端部により近くになるようになっている。好ましくは、放出エレメントは、放射パワーが内向き端部からの距離とともに線形に減少するように、分散されている。本発明のいくつかの実施形態では、放射線源１８の中の放射線放出エレメント（たとえば、ＬＥＤなど）は、すべてが同じ放射パワーによって特徴付けられているが、コントローラ２０は、異なるパワーで放射線を放出するように、各々の放射線放出エレメント、または、放射線放出エレメントの各々のグループを個別に制御する。これは、異なる放射線放出エレメント、または、放射線放出エレメントの異なるグループの中に、異なる電界を発生させることによって行われ得る。また、上記の実施形態の組み合わせ（たとえば、すべてが同じ放射パワーで放出するわけではない放射線放出エレメントを備えるテーパ付きの供給源）も企図される。
構築材料がディスペンスされるイベントと、新しくディスペンスされた材料が供給源１８からの放射線に露出されるイベントとの間の時間間隔は、プリントされるオブジェクトの精度、表面仕上げ、および、全体的なプリント品質に影響を及ぼす可能性があることが本発明者らによって認識されている。一般的に、これらのイベント間の時間間隔が短くなればなるほど、結果として、プリントされるオブジェクトのドット・ゲインが少なくなり、品質が良好になる。他方では、ヘッド１６に極めて接近して供給源１８を設置することは、ヘッド１６からディスペンスされるジェットに悪影響をもたらす可能性があることが本発明者らによって見出された。任意の特定の理論に拘束されることを望むことなく、これらの影響が、トレイ１２から、または、トレイ１２の上の構築材料から、ヘッド１６のノズルの方向に反射される放射線に起因することが考えられる。
本発明者らは、ノズルに対する損傷を低減または最小化させながら、十分なプリンティング品質が実現されるように、供給源１８およびヘッド１６の好適な幾何学的な配置を決定するために実験を行った。実験は、以下に続く実施例の章において説明されている。本発明のいくつかの実施形態にしたがって獲得された実験的なデータに基づいて、硬化するための時間が、約０．５秒、好ましくは、０．７５秒以下であるときに、十分なプリント品質が実現された。したがって、供給源１８とヘッド１６との間の方位角分離は、好ましくは、０．３ωラジアンから０．７５ωラジアンの間にあり、ここで、ωは、ヘッド１６および供給源１８に対するトレイ１２の平均角速度である。典型的には、ヘッド１６と供給源１８との間の方位角分離は、約３０°から約１２０°、より好ましくは、約４０°から約１１０°、より好ましくは、約４５°から約１００°、より好ましくは、約４５°から約９０°、より好ましくは、約５５°から約９０°であるが、必ずしもそうであるわけではない。
本発明のいくつかの実施形態では、システム１０は、さらに、１つまたは複数のレベリング・デバイス３２を備え、１つまたは複数のレベリング・デバイス３２は、ローラまたはブレードとして製造され得る。レベリング・デバイス３２は、新しく形成された層の上に連続的な層を形成する前に、新しく形成された層を真っ直ぐにする役割を果たしている。いくつかの実施形態では、レベリング・デバイス３２は、円錐形状のローラの形状を有しており、円錐形状のローラは、レベリング・デバイス３２の対称軸線３４がトレイ１２の表面に対して傾けられるように、および、レベリング・デバイス３２の表面がトレイの表面に対して平行になるように、位置決めされている。この実施形態は、システム１０の側面図（図１Ｂ）に図示されている。
円錐形状のローラは、円錐または円錐台の形状を有することが可能である。
円錐形状のローラの開口角度は、好ましくは、その軸線３４に沿った任意の場所における円錐の半径と、その場所と軸線１４との間の距離との間の比率が一定になるように、選択される。ローラが回転する間に、ローラの表面の上の任意のポイントｐが、ポイントｐの垂直方向に下のポイントにおけるトレイの直線速度に比例する（たとえば、同じ）直線速度を有するので、この実施形態は、ローラ３２が層を効率的に水平にすることを可能にする。いくつかの実施形態では、ローラは、高さｈ、軸線１４からその最も近い距離において半径Ｒ１、および、軸線１４からその最も遠い距離において半径Ｒ２を有する、円錐台の形状を有しており、パラメータｈ、Ｒ１、およびＲ２は、関係式Ｒ１／Ｒ２＝（Ｒ−ｈ）／ｈを満たしており、Ｒは、軸線１４から最も遠いローラの距離である（たとえば、Ｒは、トレイ１２の半径であることが可能である）。
レベリング・デバイス３２の動作は、任意選択でおよび好ましくは、コントローラ２０によって制御され、コントローラ２０は、レベリング・デバイス３２を活性化および非活性化させることが可能であり、また、任意選択で、垂直方向（軸線１４に対して平行である）に沿って、および／または、半径方向（トレイ１２に対して平行であり、軸線１４の方または軸線１４から離れる方を向いている）に沿って、その位置を制御することが可能である。
述べられているように、ヘッド１６は、半径方向に沿ってトレイに対して往復式に移動することが可能である。本発明のいくつかの実施形態では、コントローラ２０は、プリンティング・ヘッドの各々に関して、半径方向に沿って独立してヘッド１６の運動を制御する。好ましくは、各々のそのような独立した運動は、異なる方位角度にある。たとえば、ヘッドのうちの２つ以上が、隣接する軸線間に方位角分離角度が存在するように配置されている異なる半径方向の軸線の上に装着され得る。この実施形態は、図６に図示されており、３つの半径方向の軸線６２ａ、６２ｂ、および６２ｃの上に各々装着されている３つのヘッド１６ａ、１６ｂ、および１６ｃを示している。示されているように、軸線６２ａと軸線６２ｂとの間の方位角分離角度は、Δφ２であり、軸線６２ｂと軸線６２ｃとの間の方位角分離角度は、Δφ１である。任意の数のヘッドおよび任意の数の軸線が用いられ得る。
トレイ１２が同じ方向に連続的に回転するとき、予期される全体的なプリンティング時間は、半径方向に沿ったヘッド１６のパスの数とともに増加し、必ずしも、プリントされているオブジェクトの数とともに増加しないことが本発明者らによって見出された。
たとえば、Ｎ個のオブジェクトが軸線１４から同様の距離においてプリントされ得、ヘッド１６が、半径方向に沿って移動することなく、すべてのこれらのオブジェクトを形成することができるようになっており、たとえば、すべてのＮ個のオブジェクトが、トレイ１２の最も外側の領域の上でプリントされることを想像されたい。さらに、Ｍ個の追加的なオブジェクトは、軸線１４から同様の距離においてプリントされ得るが、Ｍ個のオブジェクトの距離は、Ｎ個のオブジェクトの距離とは異なっていることを想像されたい。このシナリオは、図８Ａに図示されており、図８Ａでは、Ｎ個のオブジェクトが、正方形によって表されており、追加的なＭ個のオブジェクトが、三角形によって表されている。予期される全体的なプリンティング時間は、このシナリオでは、オブジェクトの数の関数として、図８Ｂに図示されている。Ｎ個以下である任意の数のオブジェクトに関して、それらは半径方向に沿ってヘッドを移動させることなくプリントされるので、全体的なプリンティング時間は全体的に同じである。Ｎ＋１個からＭ個の任意の数のオブジェクトに関して、全体的なプリンティング時間も、全体的に同じであるが、それは、Ｎ個のオブジェクトをプリントするために必要とされる時間よりも長くなっている。
いくつかの実施形態では、コンピュータ２４、または、コントローラ２０の回路は、すべてのオブジェクトの予期される全体的なプリンティング時間を計算し、計算された時間を表示デバイスの上に表示する。本発明のさまざまな例示的な実施形態では、コンピュータ２４、または、コントローラ２０の回路は、最適化手順を実行し、最適化手順は、全体的なプリンティング時間を著しく増加させることなくプリントされ得る、オブジェクトの数を計算する。計算されたオブジェクトの数が表示され得、システム１０は、最適化手順に基づいて計算された数のオブジェクトをプリントすることが可能である。本発明のいくつかの実施形態ではコンピュータ２４、または、コントローラ２０の回路は、いくつかのプリンティング・シナリオに関するオブジェクト１つ当たりの全体的なプリンティング時間を計算し、計算の結果を表示する。プリントされるオブジェクトの数は、（たとえば、オブジェクト１つ当たりの全体的なプリンティング時間が最短になる数を選択することによって）計算の結果に基づいて選択され得る。代表的な例として、特定の配置において、Ｎ１個のオブジェクトに関して予期される全体的なプリンティング時間がＴ１であり、オブジェクト１つ当たりの全体的なプリンティング時間がＴ１／Ｎ１になっていることを想像されたい。さらに、Ｎ２＜Ｎ１に関して、予期される全体的なプリンティング時間がＴ２であることを想像されたい。Ｔ１／Ｎ１＜Ｔ２／Ｎ２であるときに、システム１０は、Ｎ１個のオブジェクトの同時プリンティングのために使用され、また、Ｔ１／Ｎ１＞Ｔ２／Ｎ２であるときに、システム１０は、Ｎ２個のオブジェクトの同時プリンティングのために使用される。
また、プリントされることとなるオブジェクトの数を計算する最適化手順は、システムの中に（たとえば、供給部４２の中に）存在する全体的な構築材料に関連するデータを受け取ることが可能である。オブジェクトをプリントするために必要とされる材料の量は、供給部４２の中に存在する材料の量よりも大きいときに、コントローラ２０が警報を出すことが可能である。代替的にまたは追加的に、コントローラ２０は、供給部４２の中の利用可能な材料を使用してプリントされ得るオブジェクトの低減された数に関する出力を発生させることが可能であり、そのような場合には、システム１０は、その数が図８Ｂに示されている例示されたグラフの観点から最適でないとしても、オブジェクトの低減された数をプリントするために使用され得る。
半径方向に沿ったプリンティングの再位置付けは、回転の軸線とヘッドのノズル・アレイのノズルの各々との間の距離の変化を結果として生じさせるので、半径方向に沿ってプリンティング・ヘッドを再位置付けすることは、プリンティング解像度に影響を及ぼす可能性があることが本発明者らによって見出された。
本発明の発明者は、この問題に対する２つ以上の解決策を見出した。
いくつかの実施形態では、コントローラ２０は、プリンティング・ヘッド１６の半径方向の位置に応答可能に、トレイ１２の回転速度を変化させる。好ましくは、プリンティング・ヘッド１６が、より軸線１４の近くになるように再位置付けされるときには、コントローラ２０は、トレイ１２の回転速度を増加させ、また、プリンティング・ヘッド１６が、より軸線１４から遠くになるように再位置付けされるときには、コントローラ２０は、トレイ１２の回転速度を低減させる。回転速度の変化の量は、好ましくは、プリンティング・ヘッド１６が同じディスペンシング・レートで動作するときに、半径方向に沿って再位置付けする前のヘッド１６のプリンティング解像度が、半径方向に沿って再位置付けした後のヘッド１６のプリンティング解像度と同じになるように、選択される。代表的な例として、トレイ１２の回転速度がω１である状態で、軸線１４から距離ｒ１において、初期に構築材料をディスペンシングするプリンティング・ヘッドを考慮する。プリンティング・ヘッドは、その後に、軸線１４から距離ｒ２において構築材料をディスペンシングするように、半径方向に沿って再位置付けされ、コントローラは、トレイ１２の回転速度を変化させ、ω２≠ω１にする。本発明のさまざまな例示的な実施形態では、ω２は、関係式ω１／ω２＝ｒ２／ｒ１を満たすように選択される。
いくつかの実施形態では、コントローラ２０は、プリンティング・ヘッド１６の半径方向の位置に応答可能に、プリンティング・ヘッド１６のディスペンシング・レートを変化させる。好ましくは、プリンティング・ヘッド１６が、より軸線１４の近くになるように再位置付けされるときには、コントローラ２０は、ディスペンシング・レートを低減させ、また、プリンティング・ヘッド１６が、より軸線１４から遠くになるように再位置付けされるときには、コントローラ２０は、ディスペンシング・レートを増加させる。ディスペンシング・レートの変化の量は、好ましくは、半径方向に沿って再位置付けする前のヘッド１６のプリンティング解像度が、半径方向に沿って再位置付けした後のヘッド１６のプリンティング解像度と同じになるように、選択される。
いくつかの実施形態では、コントローラ２０は、プリンティング・ヘッド１６の１つまたは複数を制御し、順番にディスペンスされる液滴間の方位角距離が半径方向に沿ったプリンティング・ヘッドの位置の関数として変化するように、液滴をディスペンシングする。これらの実施形態は、図４Ａおよび図４Ｂに図示されている。図４Ａには、トレイ１２の上にディスペンスされるいくつかの液滴（黒丸）が示されており、一方、プリンティング・ヘッド（図示せず）は、回転軸線１４から３つの異なる距離Δｒ１、Δｒ２、およびΔｒ３にある。４つの液滴が、各々の距離に関して図示されている。軸線１４から最短の距離Δｒ１において、液滴は、方位角方向に沿って互いに対して近い距離にあり、最短の次の距離Δｒ２において、液滴は、方位角方向に沿って互いからより遠くに離れており、最も長い距離Δｒ３において、液滴は、方位角方向に沿って互いからより遠くに離れている。トレイ１２の回転の間に、液滴の連続的な堆積間に１つまたは複数のボイド場所を残すように、プリンティング・ヘッドに信号を送ることによって、そのようなディスペンシング・プロトコルは確実にされ得る。
上記のディスペンシング・プロトコルは、インターレース方式のディスペンシングで実行され得る。この実施形態は、図４Ｂに図示されている。図４Ｂには、プリンティング・ヘッドの各々の場所に関して、トレイの追加的なパスの間にディスペンスされる追加的な液滴が示されている。液滴は、黒丸、白丸、および十字付きの丸として示されている。液滴のいくつかは、方位角方向に沿ってインターレースされている。
具体的には、図４Ｂは、プリンティング・ヘッドが距離Δｒ２およびΔｒ３にある間にディスペンスされる追加的な液滴（白丸）、および、プリンティング・ヘッドが距離Δｒ３にある間にディスペンスされるさらなる追加的な液滴（十字付きの丸）を示している。プリンティング・ヘッドが距離Δｒ１にあるときには、それは、トレイの単一のパスの間にすべての液滴（黒丸）をディスペンシングする。プリンティング・ヘッドが距離Δｒ２にあるときには、それは、トレイの第１のパスの間に、第１の液滴（黒丸）をディスペンシングし、また、トレイの第２のパスの間に、第２の液滴（白丸）をディスペンシングする。プリンティング・ヘッドが距離Δｒ３にあるときには、それは、トレイの第１のパスの間に、第１の液滴（黒丸）をディスペンシングし、トレイの第２のパスの間に、第２の液滴（白丸）をディスペンシングし、トレイの第３のパスの間に、第３の液滴（十字付きの丸）をディスペンシングする。したがって、これらの実施形態では、プリンティング・ヘッドは、インターレース方式のディスペンシングを実行するように、コントローラ２０によって制御され、少なくとも１つの液滴が、２つの以前にディスペンスされた液滴の間に、および、それと同じ垂直方向の位置に、ディスペンスされる。
インターレース方式のディスペンシングは、典型的には、インターレース・レベルによって特徴付けられ、インターレース・レベルは、輪郭を満たすためにどれくらい多くのパスが必要とされるかを示している。図４Ｂに図示されている例示された実施形態では、それは限定として考慮されるべきではないが、円形の円弧として各々形状決めされている３つの輪郭がプリントされる。距離Δｒ１における輪郭は、インターレーシングなしでディスペンスされている。距離Δｒ２における輪郭は、（トレイの２つのパスが輪郭を満たすために必要とされることを示すために）２−パス・インターレース・レベルにおいて、または、同等に、（各々のパスにおいて、輪郭の５０％が満たされることを示すために）５０％インターレース・レベルにおいて、ディスペンスされると考えられる。距離Δｒ３における輪郭は、（トレイの３つのパスが輪郭を満たすために必要とされることを示すために）３−パス・インターレース・レベルにおいて、または、同等に、（各々のパスにおいて、輪郭の３３．３３％が満たされることを示すために）３３．３３％インターレース・レベルにおいて、ディスペンスされると言われる。多くの場合に、「インターレース方式のディスペンシング」という用語は、単一のパスの間に輪郭が充填される状況も包含するように一般化される。そのような用語の一般化によって、距離Δｒ１における輪郭は、１−パス・インターレース・レベルにおいて、または、同等に、１００％インターレース・レベルにおいて、ディスペンスされると考えられる。
したがって、本発明の実施形態は、半径方向に沿ったプリンティング・ヘッドの位置の関数として変化するインターレース・レベルを企図している。
また、本発明の実施形態は、ディスペンスされる液滴が半径方向に沿ってインターレースされる、インターレース方式のディスペンシングを企図している。これらの実施形態では、ヘッドは、同時にディスペンスされる液滴間にギャップが存在するように、液滴をディスペンシングし、半径方向に沿ったギャップの長さ（本明細書で、半径方向のギャップと称される）は、少なくとも、ディスペンスされる１つの液滴の直径のものであり、好ましくは、ディスペンスされる１つの液滴の直径の整数乗算である。その後に、ヘッドは、トレイのその後のパスの中に同様に半径方向に沿ってシフトされ、ヘッドは、液滴をディスペンシングし、半径方向のギャップを充填するか、または部分的に充填する。半径方向に沿ったインターレース方式のディスペンシングの利点は、それが、ヘッドのノズル・アレイの中のノズル間のスペーシングによって決定付けられる解像度を超えて、半径方向に沿って解像度を増加させることを可能にすることである。
システム１０が、２つ以上のモデリング材料プリンティング・ヘッドを備えるときには、半径方向に沿ったインターレーシングは、また、プリンティング・ヘッドの賢明なアライメントによって実現され得る。これらの実施形態では、２つ以上のモデリング材料プリンティング・ヘッドは、それらのノズル・アレイが、インターレースされるように配置されるように、整合させられている。これらの実施形態の代表的な例が、図７に図示されており、図７は、各々が異なるインクジェット・プリンティング・ヘッド（図示せず）に対応する２つのノズル・アレイを使用する、トレイ１２の上の２つの円形７２および７４のインターレース方式のディスペンシングを図示しており、半径方向に沿った円形７２と７４との間の距離は、各々のアレイの中の最も近傍のノズル間の距離よりも小さくなっている。
本発明のいくつかの実施形態では、コントローラ２０は、半径方向に沿ったプリンティング・ヘッドの往復運動の間のディスペンシングを停止する。プリンティング・ヘッドが新しい半径方向の位置において静止した後に、コントローラ２０は、ディスペンシングを再開させるようにプリンティング・ヘッドを制御する。これは、２つ以上の方式で行われ得る。
いくつかの実施形態では、コントローラ２０は、ディスペンシングが停止された同じ方位角座標において、ディスペンシングを再開させる。これらの実施形態では、ディスペンシングが停止されている間の時間周期は、トレイ１２の回転周期またはその整数乗算に等しい。したがって、ディスペンシング・プロトコルは、プリンティング・ヘッドが新しい半径方向の位置において静止した後に、コントローラ２０が、同じ方位角場所がプリンティング・ヘッドの真下になるまで待機し、次いで、プリンティングを再開させるようになっている。
いくつかの実施形態では、コントローラ２０は、ディスペンシングが停止された方位角座標に対してオフセットされた方位角座標において、ディスペンシングを再開させる。ここで図５Ａ〜Ｆを参照して説明されることとなるように、これは、２つ以上の方式で行われ得る。
図５Ａは、プリンティング・ヘッド１６（簡単にするために、黒い棒として示されている）が第１の半径方向の位置ｒ１と第２の半径方向の位置ｒ２との間で往復式に移動する状況を図示している。半径方向に沿った往復運動の間に、トレイ１２は回転し続け、トレイ１２が異なる方位角配向をとるようになっている。代表図では、ヘッド１６は、トレイ１２がφ０およびφ２で表されている方位角配向をとるときには、第１の半径方向の位置ｒ１にあり、また、トレイ１２がφ１およびφ３で表されている方位角配向をとるときには、第２の半径方向の位置ｒ２にある。各々の方位角配向は、ヘッド１６の下のトレイの方位角位置に対応している。本発明の実施形態によれば、ヘッド１６が最初にｒ２に到着するときに、それは、φ０に対してオフセットされている方位角位置φ１において、ディスペンシングを再開させ、ヘッド１６がｒ１に戻るときに、それは、φ１に対してオフセットされている方位角位置φ２において、ディスペンシングを再開させ、また、ヘッド１６が２回目にｒ２に到着するときに、それは、φ２に対してオフセットされている方位角位置φ３において、ディスペンシングを再開させる。
図５Ｂは、トレイ１２にわたって所定のレンジの方位角度を占有するようにオブジェクトがプリントされる、好適な実施形態を図示している。所定のレンジは、好ましくは、少なくとも５°のものであるが、３５０°未満、または３４０°未満、または３３０°未満、または３２０°未満、または３１０°未満、または３００°未満、または２９０°未満、または２８０°未満、たとえば、２７０°のものである。図５Ｂには、トレイ１２の上の第１の領域９０および第２の領域９２が示されており、ここで、領域９０は、オブジェクトがプリントされる方位角度の所定のレンジを表している。領域９０および９２の各々は、扇形の形状を有している。好ましくは、領域９２の円弧長さは、領域９０の円弧長さよりも短くなっている。したがって、１つまたは複数のオブジェクトは、トレイ１２の領域９０の上でプリントされ、領域９２は、好ましくは常に、その上にプリントされるオブジェクトを欠いているままである。領域９０は、占有領域と称され、領域９２は、未占有領域と称される。占有領域および未占有領域の使用は、半径方向に沿ったヘッド１６の運動のタイミングをとるのに有用である。これらの実施形態では、コントローラ２０は、ヘッド１６が、たとえば領域９２など、未占有領域の上にいるときだけ、半径方向に沿って移動するように、ヘッド１６に信号を送る。
図５Ｃ〜Ｆは、ヘッド１６が未占有領域の上にいるときだけ半径方向に移動する、ディスペンシング・プロトコルを図示している。図５Ｃ〜Ｆでは、実線の円弧型の矢印は、軌道を表しており、その軌道に沿って、ヘッド１６は、構築材料をディスペンシングすることを許容され、一方、半径方向に沿って、トレイ１２に対するヘッド１６の相対運動は存在していない。実線の円は、軌道の異なる帯状部（ｓｗａｔｈｓ）にマークを付けている。トレイ１２が回転している間の、半径方向の位置に沿ったヘッド１６の運動は、点線の矢印によって図示されている。領域９２に（および、結果的に領域９０にも）対応する方位角座標が、φ１およびφ２で表されている。
図５Ｃ〜Ｆには、６個の軌道が示されており、それは、９４ａから９８ｂで表されている。同じ帯状部の中の各々の軌道は、ヘッド１６の異なるノズルに対応しているか、または、同じノズルであるが、上記にさらに詳述されているように、半径方向に沿ったインターレース方式のディスペンシングを達成するように、半径方向に沿ってシフトされているノズルに対応していることが可能である。したがって、半径方向に沿ったインターレース方式のディスペンシングが用いられるときには、同じ帯状部の中の隣接する軌道（本例では、軌道９４ａおよび９４ｂ、軌道９６ａおよび９６ｂ、ならびに、軌道９８ａおよび９８ｂ）の半径方向の位置の差は、ディスペンスされる１つの液滴の直径であることが可能であり、また、半径方向に沿ったインターレース方式のディスペンシングが用いられないときには、同じ帯状部の中の隣接する軌道の半径方向の位置の差は、アレイの隣接するノズルの間の距離であり得る。
軌道の異なる帯状部は、典型的には、ノズル・アレイの長さの整数乗算である量による、ヘッド１６の半径方向の変位に対応している。したがって、２つの隣接する帯状部における対応する軌道（本例では、たとえば、軌道９４ａと９６ａとの間、軌道９６ａと９８ａとの間、軌道９４ｂと９６ｂとの間、軌道９６ｂと９８ｂとの間）の半径方向の位置の間の差は、ヘッド１６のノズル・アレイの長さとすることが可能であるが、必ずしもそういうわけではない。
軌道の数は、図５Ｃ〜Ｆでは少なくなっていること、および、本発明の範囲を６つの軌道に限定することは意図されていないことが理解されるべきである。一般的に、軌道の帯状部の数は、最大でもＷ／Ｌであり、ここで、Ｗは、トレイ１２の上の作業エリア２６の半径方向に沿った幅であり、Ｌは、ヘッド１６のノズル・アレイの長さである。半径方向に沿ったインターレース方式のディスペンシングが用いられるときには、軌道の合計数は、好ましくは、最大でもＷ／Ｄであり、また、各々の帯状部の中の軌道の数は、好ましくは、約Ｌ／Ｄであり、ここで、Ｄは、ディスペンスされる１つの液滴の特徴的な直径である。半径方向に沿ったインターレース方式のディスペンシングが用いられないときには、各々の帯状部の中の軌道の数は、好ましくは、最大でも、アレイの中のノズルの数に等しい。好ましくは、軌道の少なくとも２つのまたは少なくとも３つの帯状部が存在しており、また、各々の帯状部の中に、少なくとも２つの軌道、または少なくとも３つの軌道、または少なくとも４つの軌道が存在している。
図５Ｃおよび図５Ｄは、半径方向に沿ったインターレース方式のディスペンシングが用いられるディスペンシング・プロトコルを説明している。図５Ｃを参照すると、ヘッド１６は、軌道９４ａに対応する半径方向の位置において、構築材料をディスペンシングしている。トレイが方位角位置φ１に到着するときに、ヘッド１６は、領域９２の上にあり、ディスペンシングは、一時的に停止させられる。ヘッド１６が依然として領域９２の上にある間に、ヘッド１６は、軌道９４ｂに対応する半径方向の位置へ外向きに移動する。ヘッド１６は、少なくともトレイが方位角位置φ２に到着するまで、ディスペンシングを再開させず、すなわち、ヘッド１６が領域９０の上にあるときに、ディスペンシングを再開させる。プロセスは、ヘッドが帯状部９４における軌道のすべてまたはいくつかを訪ねるまで継続する。また、一方の帯状部から他方の帯状部への半径方向の運動は、図示されているように、たとえば、点線の矢印によって、ヘッド１６が領域９２の上にいる時間周期の間に実行され、点線の矢印は、軌道９４ｂに対応する半径方向の位置から、軌道９６ａに対応する半径方向の位置へのヘッド１６の半径方向の運動、および、軌道９６ｂに対応する半径方向の位置から、軌道９８ａに対応する半径方向の位置へのヘッド１６の半径方向の運動を表している。
半径方向に沿ったインターレース方式のディスペンシングが用いられないときには、ディスペンシング・プロトコルは、同じ帯状部の中の隣接する軌道の半径方向の位置の間の差に等しい量の半径方向の変位を含まない。これらの実施形態では、ヘッド１６のノズル・アレイの長さに等しい量の半径方向の変位を含む。これらの実施形態は、図５Ｅおよび図５Ｆに図示されている。図５Ｅを参照すると、ヘッド１６は、軌道９４ａおよび９４ｂに対応する半径方向の位置において、２つの異なるノズルから、構築材料をディスペンシングする。トレイが方位角位置φ１に到着するときに、ヘッド１６は、領域９２の上にあり、ディスペンシングは、一時的に停止させられる。ヘッド１６が依然として領域９２の上にある間に、ヘッド１６は、軌道９６ａに対応する半径方向の位置へ外向きに移動する。ヘッド１６は、少なくともトレイが方位角位置φ２に到着するまで、ディスペンシングを再開させず、すなわち、ヘッド１６が領域９０の上にあるときに、ディスペンシングを再開させる。プロセスは、帯状部９６および帯状部９８へと継続する。
図５Ｄおよび図５Ｆは、ヘッドが領域９２の上を内向きに移動することを除いて、各々、図５Ｃおよび図５Ｅと同様のディスペンシング・プロトコルを説明している。また、図５Ｃおよび図５Ｄに説明されているプロトコルの組み合わせ、または、図５Ｅおよび図５Ｆに説明されているプロトコルの組み合わせも企図される。たとえば、これらのプロトコルは、代替的に実行され得る。
また、ディスペンシングが停止させられた方位角座標と実質的に同じ（たとえば、１°未満以内、または０．１°未満以内、または０．０１°未満以内の）方位角座標において、コントローラ２０がディスペンシングを再開させる、実施形態も企図される。
図５Ｇおよび図５Ｈは、上記にさらに詳述されているように、ディスペンシングが停止された同じ方位角座標において、ディスペンシングが再開させられる、ディスペンシング・プロトコルを図示している。図５Ｇは、ヘッドが外向きに移動するディスペンシング・プロトコルを説明しており、図５Ｈは、ヘッドが内向きに移動するディスペンシング・プロトコルを説明している。また、図５Ｇおよび図５Ｈに説明されているプロトコルの組み合わせも企図される。たとえば、これらのプロトコルは、代替的に実行され得る。図５Ｇおよび図５Ｈの中の表記は、上記の図５Ｃ〜Ｅの中のものと同じである。
オフセットされた方位角座標においてコントローラ２０がディスペンシングを再開させる実施形態では、異なる半径方向の位置に対応する、オブジェクトの異なる部分の対応する極座標もオフセットされるように、プリンティング・データが調節される。データのそのような配置は、コントローラ２０またはコンピュータ２４によって行われ得る。
図５Ａに示されている教示によるディスペンシング・プロトコルは、プリンティング・スループットの観点から、図５Ｂ〜Ｈに示されている教示によるディスペンシング・プロトコルよりも好適である。図５Ｂ〜Ｆに示されている教示によるディスペンシング・プロトコルは、データ操作の簡単さの観点から、図５Ａに示されている教示によるディスペンシング・プロトコルよりも好適である。図５Ｇ〜Ｈに示されている教示によるディスペンシング・プロトコルは、データ操作の簡単さの観点から、図５Ａ〜Ｆに示されている教示によるディスペンシング・プロトコルよりも好適である。
本発明者らは、コントローラ２０が往復運動の間にも構築材料をディスペンシングし続ける、実施形態を追加的に企図している。これらの実施形態では、プリンティング・データは、ヘッドの往復運動に応答可能に調節される。そのようなディスペンシング・プロトコルは、非円形セグメントに沿って液滴をディスペンシングすることを可能にする。
述べられているように、トレイ１２とヘッド１６との間の垂直方向の距離は、層状に３次元のオブジェクトを形成することを可能にするように変化することが可能である。いくつかの実施形態では、コントローラ２０は、垂直方向の運動の間に、構築材料のディスペンシングを停止する。これらの実施形態は、ディスペンシング・プロトコルの簡単さの観点から、好適である。
垂直方向の運動のタイミングは、プリントされるオブジェクトの品質に影響を有することが本発明者らによって見出された。したがって、本発明者らは、プリントされるオブジェクトの品質を改善する３次元プリンティング・プロトコルを考案した。一般的に、層の製作の間にシステム１０によって実行されるいくつかの動作が存在している。これらは、たとえば、ヘッド１６によって構築材料をディスペンシングすること、レベリング・デバイス３２によって新しくプリントされる層を水平にすること、および、放射線源１８によってその層を硬化させることを含む。これらの動作は、典型的には、トレイ１２の上の異なる方位角場所において実行され、したがって、所与のオブジェクトに関して順次的である。本発明のいくつかの実施形態では、垂直方向の運動のタイミングは、これらの順次的な動作のタイミングと同期させられる。たとえば、垂直方向の運動は、新しく形成された層に最後の動作が適用された後に（たとえば、放射線源１８によって層を硬化させた後に）、および、後続の層がディスペンスされる前に、開始させられ得る。
本発明のいくつかの実施形態では、垂直方向の運動は、新しく形成された層がレベリング・デバイス３２に到着するとすぐに（たとえば、１秒未満以内に）、開始させられ得る。代替的に、新しく形成された層がレベリング・デバイス３２に到着するとすぐに（たとえば、１秒未満以内に）、垂直方向の運動が完了するように、垂直方向の運動は開始させられ得る。トレイ１２の上に未占有領域を用意しておくのが望まれないプリンティング・シナリオにおいて（たとえば、プリントされることとなるオブジェクトの層の面積が、図５Ｂの領域９０の面積よりも大きいとき）、これらの実施形態はとりわけ有用である。
オブジェクトがトレイ１２の上で所定のレンジの方位角度を占有するようにプリントされ、所定の占有領域および未占有領域がトレイ１２の上に画定される（図５Ｂを参照）実施形態では、垂直方向の運動は、任意選択でおよび好ましくは、領域９０が、レベリング・デバイス３２の下、またはヘッド１６の下、または放射線源１８の下、最も好ましくは、レベリング・デバイス３２の下にある間に、実行される。
本発明のいくつかの実施形態では、コントローラ２０は、垂直方向に沿ったヘッド１６および／またはトレイ１２の運動の間にも、構築材料をディスペンシングし続ける。ヘッドは、垂直方向の運動の間に構築材料をディスペンシングし続ける。これらの実施形態の利点は、システムが材料をディスペンシングしない時間がより少ないので、それは、全体的なプリンティング時間を低減させることである。ディスペンシングが継続する実施形態では、座標の変換は、好ましくは、コンピュータ・オブジェクト・データの少なくとも一部分の座標をらせん座標系へと変換することを含む。
任意選択でおよび好ましくは、プリンティング・ヘッド１６が構築材料をディスペンシングしている間に、トレイ１２およびプリンティング・ヘッド１６が、トレイの単一の回転の間に、それらの間で少なくとも２つの異なる垂直方向の距離を経験するように、垂直方向に沿った運動が実行される。本発明のいくつかの実施形態では、トレイ１２の単一の回転の間に、垂直方向の距離が、構築材料の単一の層の特徴的な厚さにおおよそ等しい量だけ増加させられるように、垂直方向に沿った運動が実行される。たとえば、単一の層の厚さがｔミクロンであり、トレイ１２の回転の角速度が毎秒ωラジアンであるときに、垂直方向の距離は、毎秒ｔ×ω／２πミクロンのレートで増加させられ得、それは、トレイ１２の回転の１度当たりｔ／３６０ミクロンと同等である。垂直方向に沿った運動は、所望の通りに、連続的であるか、または間欠的であることが可能である。
システム１０が、モデリング材料をディスペンシングするための２つ以上のプリンティング・ヘッド１６を備えるときには、これらのヘッドは、プリンティング・モードにしたがって、トレイ１２の上に配置され得る。たとえば、同じモデリング材料が、２つ以上のモデリング材料ヘッドからディスペンスされるときには、これらのヘッドは、たとえば、３つのモデリング材料のプリンティング・ヘッド１６ａ、１６ｂ、および１６ｃの場合に関して図６に図示されているような半径方向の位置ｒ１、ｒ２、およびｒ３など、異なる半径方向の位置に配置され得、それによって、半径方向に沿ってこれらのヘッドを移動させる必要性を低減させている。モデリング材料ヘッドの数は、それらが異なる半径方向の位置に配備されるときに、それらが半径方向に沿って作業エリア２６の幅全体をカバーするように、選択され得る。
２つ以上の異なるモデリング材料ヘッドが、２つ以上の異なるモデリング材料をディスペンシングするときには、これらのヘッドの半径方向の位置は、異なるモデリング材料がディスペンスされることとなるトレイの上の場所に応じて、コントローラ２０によって独立して制御される。
上記に示されているように、いくつかの実施形態では、ヘッド１６は、半径方向に沿ったヘッド１６の往復運動を確立するように配置されているステージによって、半径方向ｒに沿ってトレイに対して往復式に移動する。本発明の実施形態に適切なステージ５２の代表的な例が、図１０に図示されている。本例では、ヘッド１６の半径方向の運動は、スクリュ１３０によって達成されており、スクリュ１３０は、モーター１３２によって回転運動させられる。モーター１３２は、任意選択でおよび好ましくは、軸線１４（図示せず、たとえば、図１Ｄを参照）に最も近いステージ５２の端部に装着されている。スクリュ１３０の一方の端部１３４は、モーター１３２に接続されている。他方の端部１３６は、支持されていなくてもよく、そのような場合には、スクリュ１３０は、カンチレバー型スクリュとしての役割を果たし、または、スクリュ・サポート構造体１３８によって支持されている。
ヘッド１６が、とりわけ、回転スクリュによって、ステージ５２に沿って移動するときには、ヘッドの半径方向の位置は、半径方向の位置の関数として変化する不正確さの影響を受けやすいことが本発明者らによって見出された。不正確さは、本明細書で、互換可能に誤差として称されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、補償関数が、半径方向の位置の関数としての不正確さの変化を少なくとも部分的に補償するために適用される。好ましくは、補償関数は、不正確さの非振動の変化を少なくとも部分的に補償するように選択される。補償関数は、コントローラ２０によって適用され得、一方の半径方向の位置から他方の半径方向の位置へのヘッド１６の任意の変位に関して、コントローラ２０は、補償関数に基づいて、終着ポイントにおいて予期される不正確さを計算し、計算された不正確さを補償するために、終着ポイントの半径方向の位置を再計算する。次いで、コントローラ２０は、再計算された半径方向の位置にヘッド１６を移動させる。たとえば、ヘッド１６が半径方向の位置ｒ１から半径方向の位置ｒ２へ移動させられるとき、コントローラ２０は、補償関数を使用し、ｒ２において予期される不正確さΔｒ２を計算し、ヘッド１６を半径方向の位置ｒ２−Δｒ２に移動させ、ここで、Δｒ２は、プラス、ゼロ、またはマイナスであることが可能である。
補償関数は、典型的には、スクリュ１３０の機械的な特性に依存し、また、スクリュ１３０とステージ５２との間の接続の剛性に依存する。
図１１Ａは、スクリュ１３０の端部１３６がサポート構造体によって支持されているときの、端部１３４からの距離の関数として、予期される不正確さを示している。図１１Ａでは、グラフ１４０は、端部１３４からの距離の関数として、半径方向の位置における誤差の変化を説明している。示されているように、誤差は、端部１３４からの距離とともに増加する平均とともに、振動挙動を示している。平均の変化は、おおよそ線形である。したがって、これらの実施形態では、コントローラ２０は、概して線形の（たとえば、２０％未満、または１０％未満、または５％未満、または１％未満の線形性からの偏差を有する）補償関数を用いている。線形関数の傾きおよび交差点が、たとえば、その弾性係数およびその断面二次モーメントなど、スクリュ１３０の機械的な特性に基づいて計算され得る。代替的に、傾きおよび交差点は、半径方向の位置の関数として誤差を測定して、ライン１４０を実験的に獲得することによって、および、実験的に獲得されたラインの平均を線形関数にフィットさせることによって、計算され得る。本発明の実施形態に適切な補償関数の代表的な例が、１４２で示されており、補償の結果が、１４４で示されている（図１１Ａ）。示されているように、誤差は、依然として振動しているが、平均誤差は、実質的にゼロになっている。
図１１Ｂは、スクリュ１３０がカンチレバー型スクリュであるときの、すなわち、端部１３６が支持されていないときの、端部１３４からの距離の関数として、予期される不正確さ１４６を示している。また、比較のために、端部１３６が支持されているときに予期される不正確さ１４０も示されている。示されているように、不正確さ１４６の平均は、端部１３４からの距離の関数として、非線形に増加し、端部１３６の近くの不正確さ１４０の平均と比較して、著しく高くなっている。これらの実施形態では、コントローラ２０は、好ましくは、非線形の補償関数を用いる。非線形の補償関数は、ｎ次の多項式関数からなることが可能であり、ここで、ｎ＞１である。多項式関数の係数は、半径方向の位置の関数として誤差を測定して、ライン１４６を実験的に獲得することによって、および、実験的に獲得されたラインの平均をｎ次の多項式関数にフィットさせることによって、計算され得る。
理論的には、方向ｘに沿った１次元のビームが、ｘ＝０において支持されており、ｘ＝Ｌにおけるその自由端部において、集中荷重Ｐを受けているときに、ビームは、ｙ＝Ｐｘ２（３Ｌ−ｘ）／（６ＥＩ）によって与えられる３次多項式として近似され得る湾曲した形状を示しており、ここで、ＥおよびＩは、各々、ビームの弾性係数および断面二次モーメントであり、ｙは、ｘに対して垂直方向に測定される。したがって、非線形の補償関数は、好ましくは、３次多項式からなる。
本発明の実施形態に適切な３次多項式補償関数の代表的な例が、図１１Ｃの中に１４８で示されている。補償の結果が、１５０で示されている。示されているように、誤差は、依然として振動しているが、平均誤差は、ゼロに近くなっている。本発明者らによって実施された実験では、補償がないときの最大誤差（ライン１４６）は、約１１９μｍであり、補償の後の最大誤差（ライン１５０）は、約３０μｍであった。
典型的には、構築材料は、それに限定されないが、システム１０などのような、事前に充填されているカートリッジを備えるＡＭシステムに供給される。カートリッジは、ＡＭシステムの中に据え付けられ、送達システムに接続されており、送達システムを通して、構築材料が、プリンティングのために堆積される。構築材料の供給が使い果たした状態に近づくと、カートリッジは交換される。カートリッジの除去および据え付けは、容易に追加的なツールなしで実施され得ることが望まれる。
典型的には、カートリッジは、使い捨てであるが、安全な処理のために廃棄する前に空にされることが必要とされる。製造プロセスを妨げることなく、動作の間に、カートリッジの内容物全体を空にすることは、典型的に挑戦的である。しかし、カートリッジの完全に使い果たした状態またはほぼ完全に使い果たした状態が望ましい。その理由は、それが、カートリッジに関するプリンティング容量を最大化し、高価な構築材料の廃棄を最小化するからである。
本発明のいくつかの実施形態によれば、複数のカートリッジは、ある角度でカートリッジ保管部（ｎｅｓｔ）の中に据え付けられており、その角度は、たとえば、プリンティングなどのアディティブ・マニュファクチャリングの間に、構築材料を送達するために使用される流体接続部に向けての内容物の流れを促進することを提供する。いくつかの例示的な実施形態では、カートリッジは、カートリッジの最も低いエリアにあるか、または、カートリッジの最も低いエリアの近くの、カートリッジの壁部の中のウェルまたは凹部とともに形成されており、構築材料の出口部が、最も低いエリア（たとえば、重力に関して最も低い）の近位になるようになっている。任意選択で、２〜１０度または２〜５度の角度が、ウェルに向けての流れを促進するために十分である。任意選択で、保管部は、４〜１０個の、たとえば６個のカートリッジを収容し、また、それが、プリンタから容易に引き抜かれ得、構築材料送達システムを補修するためのアクセスを可能にするように構築されており、構築材料送達システムは、そうでなければ、たとえばシステム１０などのＡＭシステムの動作の間に、カートリッジに接続されている。本発明のいくつかの実施形態によれば、カートリッジの各々は、スプリング・ロックによって据え付けられており、スプリング・ロックは、据え付け後にカートリッジを適切な場所に保持し、また、カートリッジが交換される必要があるときには、容易に解除される。
ここで、本発明のいくつかの実施形態による例示的なカートリッジを示す図１６を参照する。本発明のいくつかの実施形態によれば、たとえば、それに限定されないが、システム１０などのような、ＡＭシステムのためのカートリッジ３００は、たとえば構築材料など、構築材料を貯蔵するためのハウジング３０５と、カートリッジ３００をＡＭシステムの送達ユニットに接続するための流体接続部３４０と、カートリッジ３００の中の内容物の存在を感知するための、および／または、内容物を識別するための、１つまたは複数のセンサ３５０と、雰囲気へのベント３６０とを含む。本発明のいくつかの実施形態によれば、カートリッジ３００は、カートリッジとＡＭシステムのディスペンシング・ユニットとの間に安定した接続が確立され得るように、ＡＭシステムの中にカートリッジをロックするためのハンドル３３０を備えるロック・スプリングを追加的に含む。本発明のいくつかの実施形態によれば、カートリッジ３００は、ＡＭシステムの中に据え付けられるときに、角度「ａ」によって角度を付けられている。カートリッジ３００に角度を付けることは、流体接続部３４０に向けての内容物の流れを促進する。任意選択で、角度「ａ」は、２〜１０度の間にあり、たとえば２度である。本発明のいくつかの実施形態によれば、ハウジング３０５は、カートリッジの最も低いポイントにおけるウェルまたは凹部３２０とともに形成されており、流体接続部３４０を通る出力部は、ウェル３２０の近位に整合させられており、内容物が、出口部の近くに蓄積することができるようになっている。
ここで、カートリッジを備える例示的な回転式３Ｄプリンティング・システムを示す図１７、および、本発明のいくつかの実施形態による例示的なカートリッジ保管部を示す図１８を参照する。いくつかの例示的な実施形態では、カートリッジ３００は、回転式ＡＭシステム４００の中に据え付けられる。システム４００の原理および動作は、システム１０の原理および動作と同様であることが可能であり、下記に望まれるようなカートリッジおよびカートリッジ保管部の追加を伴う。代替的に、カートリッジ３００は、たとえばリニアＡＭシステムなど、他のＡＭシステムの中で使用され得る。典型的には、回転式ＡＭシステム４００は、プリンティング・チャンバ４２０とカートリッジ・チャンバ４５５とを含み、プリンティング・チャンバ４２０の中では、構築トレイ１２の上に層状に材料をディスペンシングすることによって、オブジェクトが製造され、また、カートリッジ・チャンバ４５５は、ハウジング１つまたは複数のカートリッジ３００を収容するためのものである。
典型的には、カートリッジ３００は、トレイ１２が回転している間に、トレイ１２の上に材料を選択的にディスペンシングするためのディスペンシング・ユニットに接続されている。本発明のいくつかの実施形態によれば、複数のカートリッジ、たとえば４〜１０個のカートリッジが、カートリッジ保管部４２０の中に収容され、ロック・スプリング４１０によって適切な場所にロックされている。図１６に戻って参照すると、ロック・スプリング４１０は、カートリッジ本体部が保管部４２０の中へ据え付けられるときに、カートリッジ本体部によって押し下げられる。カートリッジが完全に据え付けられるときに、ロックは、カートリッジの背後に跳ね返り、カートリッジを適切な場所にロックする。これは、プリンタの中へのカートリッジの片手での据え付けを可能にする。ロックを解除するために、ロック・スプリングは押し下げられ、カートリッジが保管部４２０から引き抜かれる。カートリッジの各々は、他のカートリッジから独立して交換され得る。カートリッジ３００を適切な場所にロックすることは、カートリッジ３００とＡＭシステムのディスペンシング・ヘッド（たとえば、ヘッド１６）との間の流体接続を確立する。
以下は、上記の実施形態のいずれにおいても企図されるいくつかのプリンティング・モードである。
本明細書で使用されているように、「方位角スキャン」は、ヘッド１６とトレイ１２との間の相対運動が方位角方向に対して常に平行になっているプリンティング・モードを表している。このスキャニング・モードでは、構築材料は、好ましくは、軸線１４から等距離にある経路に沿った相対運動の間にだけディスペンスされる。そのような経路は、本明細書で、円弧と称される。
方位角スキャンの代表的な例は、以下の通りである。ヘッドが静止している間に、トレイが回転する。トレイが回転している間に、各々のノズルは、以前に形成された層の上の、または、円弧に沿ったトレイの表面の上の、複数のターゲット場所を訪れる。コントローラは、各々のターゲット場所、または、ターゲット場所のグループに関して、ターゲット場所、または、ターゲット場所のグループが構築材料によって占有されるべきかどうか、および、どのタイプの構築材料がターゲット場所に送達されるべきであるかを決定する。決定は、表面のコンピュータ・イメージにしたがって行われる。任意選択で、ディスペンシング・ヘッドは、次いで、構築材料をディスペンシングすることなく、半径方向に移動する。
本明細書で使用されているように、「ベクトル・スキャン」は、ヘッド１６とトレイとの間の相対運動が、層のコンピュータ・イメージにしたがってコントローラによって動的に選択される経路に沿っているスキャニング・モードを表している。任意選択で、経路は、円弧以外である。任意選択で、経路の少なくとも一部は、ディスペンシングが起こる作業表面の境界に対して平行でない。
したがって、ヘッドの任意の運動がｒ方向またはφ方向に対して平行になっている方位角スキャンとは異なり、ベクトル・スキャンにおける運動は、ｒ方向またはφ方向に対して必ずしも平行になっていない、任意の経路に沿っていることが可能である。
本発明のいくつかの実施形態では、コントローラは、構築されている層に対応する２次元の位置データに基づいて、スキャニング・モードを選択する。ベクトル・スキャンでは、所与の層のスループットは、サポーティング材料または構築材料によってカバーされることとなるエリア・サイズによって支配され、したがって、かさばっていないオブジェクトが、かさばりのあるオブジェクトよりも速く構築される。方位角スキャンでは、他方では、スループットは、材料が堆積させられる必要があるエリアによって必ずしも支配されていないが、スループットは、ヘッドがそれらの材料を堆積させるために行うことが必要とされるスキャニング・パスの数によって支配される。例として、Ｚ軸に対して平行な軸線を有するバーを構築することは、方位角スキャニング・モードを使用してプリントされる場合には、同じ長さおよび直径のパイプを構築することと同じ時間を要するが、一方、ベクトル・スキャニング・モードが使用される場合には、同じバーを構築することは、同じパイプを構築することよりもはるかに長い時間を要する。
したがって、いくつかの実施形態では、得られるスループットが、代替的にベクトル・スキャニングによって得られるスループットと同様であるか、または、それよりも大きいときに、方位角スキャニングが用いられる。これは、回転速度、半径方向の運動の速度、層厚さなどのような、システム特質に依存する。
いくつかの実施形態では、堆積させられている材料の特性もしくは属性、および／または、最終的なオブジェクトの中に現れることが望まれる特性もしくは属性にしたがって、堆積のために選択される特定の材料の使用法および／または特定の場所によって、方位角堆積が、１つまたは複数の材料を堆積させるために用いられ、ベクトル堆積が、１つまたは複数の異なる材料の堆積のために用いられる。
ベクトル堆積ヘッドは、トレイに対して平行なその移動において、導電性材料を連続的に堆積させることができるので、ベクトル・スキャニングは、連続的な細長い構造体などのような、プリンティング導電性「トラック」をプリントするために有利である。ベクトル・スキャンは、任意選択でおよび好ましくは、層の中に少なくとも１つの構造体を形成させるために選択される経路に沿っている。構造体は、たとえば、細長い構造体であることが可能である。
「細長い構造体」という用語は、その寸法のうちの１つが、他の２つの寸法のいずれかよりも、少なくとも２倍、より好ましくは、少なくとも１０倍、より好ましくは、少なくとも１００倍、たとえば、少なくとも５００倍大きくなっている３次元の本体部を表している。細長い中実の構造体の最大寸法は、本明細書で、長手方向の寸法と称されており、寸法は、本明細書で、横断方向の寸法と称されている。
ベクトル・スキャンによって層２６０の中に形成された複数の細長い構造体２６２の代表的な例が、図１５Ａに図示されている。また、構造体は、第１の構築材料で充填されているエリアを少なくとも部分的に取り囲む境界構造体であり得る。ベクトル・スキャンによって層２６０の中に形成された境界構造体２６６の代表的な例が、図１５Ｂに図示されている。また、構造体は、層間接続構造体であることが可能である。これらの実施形態では、構造体は、好ましくは、層の全体的なサイズに対して小さい（たとえば、１％未満）。２つの層２６０および２７０を接続する層間構造体２６８の代表的な例が、図１５Ｃに図示されている。また、構造体は、方位角スキャンによって形成されたエリアの中に埋め込まれ得る。たとえば、再び図１５Ａを参照すると、層２６０の主要エリア２７２は、方位角スキャンによって形成され得、構造体２６２が、エリア２７２の中に埋め込まれ得る。また、構造体は、層に対して周辺的であることが可能である。この実施形態が、図１５Ｄに図示されており、その周囲部に層２６０および構造体２７４を示している。
方位角スキャンおよびベクトル・スキャンの組み合わせは、オブジェクトを形成する層のいずれかの中にあることが可能である。具体的には、いくつかの実施形態では、方位角スキャンおよびベクトル・スキャンの組み合わせは、複数の層の中の内側層に関して実施されており、いくつかの実施形態では、方位角スキャンおよびベクトル・スキャンの組み合わせは、最上層に関して実施されており、いくつかの実施形態では、方位角スキャンおよびベクトル・スキャンの組み合わせは、最下層に関して実施されている。また、方位角スキャンおよびベクトル・スキャンの組み合わせは、所望の通りに、複数の層の中で実施され得る。
構築材料が依然としてディスペンシング・ヘッドの中にある間に、時期尚早な溶媒蒸発に起因して、低い粘度の溶媒を高い温度に露出させることは、問題であることが本発明者によって見出された。また、たとえば、基板がポリマーであるときに、高い温度は、オブジェクトがその上に構築される基板に損傷を与える可能性があることも本発明者らによって見出された。
したがって、本発明者らは、同じ温度において、低い温度において粘性が高過ぎるＵＶ硬化可能材料と揮発性の溶媒を含む構築材料の両方をディスペンシングすることは問題であることを認識した。
上記の問題は、一方の構築材料が高い温度（たとえば、６０℃を上回る、または６５℃を上回る、または７０℃を上回る、または７５℃を上回る、または少なくとも８０℃）でディスペンスされ、他方の構築材料が低い温度（たとえば、４０℃を下回る、または３５℃を下回る、または３０℃を下回る）でディスペンスされる、技法によって発明的に解決された。
これは、各々のディスペンシング・ヘッドにロードされている状態で、各々の構築材料の温度を個別に制御することによって行われ得る。したがって、本発明のさまざまな例示的な実施形態では、コントローラは、異なる温度で、少なくとも２つのディスペンシング・ヘッドを維持する。任意選択でおよび好ましくは、コントローラは、より高い温度で構築材料をディスペンシングするための方位角スキャン、および、より低い温度で構築材料をディスペンシングするためのベクトル・スキャンを達成する。
本発明者らは、いくつかのモデリング材料、とりわけ、ＵＶ重合性材料が、オブジェクトの製作の間に、カーリング（ｃｕｒｌｉｎｇ）などのような望ましくない変形を示すことを見出した。そのようなカーリング傾向は、液体から固体への相転移の間の材料収縮の結果であることが見出された。
カーリングの程度は、測定可能な量である。カーリングの程度を測定するための適切なプロセスは、平坦な水平方向の表面の上に、たとえば、長方形または正方形の断面を有する細長いバーなど、所定の形状のオブジェクトを製作すること、オブジェクトの１つの端部に所定の荷重を印加すること、および、表面の上方の反対側端部の高さを測定することを含むことが可能である。
カーリングの問題に対する解決策のために本発明の発明者によって行われた調査では、カーリングの程度は、重合化プロセスの間に材料が受ける体積収縮の程度、および、材料の熱変形温度（ＨＤＴ）と製作の間のシステムの中の温度との間の温度差に比例することが見出された。本発明者らは、カーリングは、比較的に高い体積収縮および比較的に高いＨＤＴ（たとえば、重合化温度のレンジ内）を有する材料に関して、とりわけ顕著であることを見出した。本発明者らは、ＨＤＴとおよびカーリングに関する傾向との間に単調な関係が存在していることをさらに見出した。任意の理論に拘束されることを望むことなく、製作の間のシステムの中の温度に近い硬化ＨＤＴの間に発達する材料は、同様の収縮を伴うがより高いＨＤＴで発達する材料よりも容易に、ＡＭプロセスの間に応力緩和または塑性変形を受ける可能性があることが仮定される。
本明細書で使用されているように、「熱変形温度」（ＨＤＴ）という用語は、各々の材料、または、材料の組み合わせが、ある特定の温度において所定の荷重の下で変形する、温度を表している。材料、または、材料の組み合わせのＨＤＴを決定するための適切なテスト・手順は、ＡＳＴＭＤ−６４８シリーズ、とりわけ、ＡＳＴＭＤ−６４８−０６およびＡＳＴＭＤ−６４８−０７方法である。
たとえば、ストラタス リミテッド、イスラエル（Ｓｔｒａｔａｓｙｓ Ｌｔｄ．、Ｉｓｒａｅｌ）によって市販されているＰｏｌｙＪｅｔ（商標）システムにおいて、ＵＶ放射すると架橋ポリマー材料を作り出す配合物が使用される。これらの材料によって製造されたオブジェクトは、たとえば、約５０℃以上など、室温よりも高いＨＤＴにおいて、比較的に高い剛性を有している。そのような上昇したＨＤＴ値は、低い寸法精度（高いカーリング効果）を提供することが見出された。したがって、高いＨＤＴおよび低いカーリングは、矛盾する特性であることが発見された。本発明者らは、なかでも、高い寸法精度（低いカーリング効果）と製造が完了した直後の高いＨＤＴの両方を享受する、３次元のオブジェクトのアディティブ・マニュファクチャリングに関する技法を提供する目的のために、実験的な研究を行った。
カーリング効果の存在、または、その欠如は、連続的な層の硬化間の経過時間に依存することが本発明者らによって見出された。具体的には、最終的なオブジェクトのカーリング効果は、連続的な層の硬化の開始間に十分に長期的な時間間隔を設定することによって、低減または排除され得ることが見出された。
本発明のさまざまな例示的な実施形態では、オブジェクトを形成する層のうちの少なくとも１つの、または少なくとも２つの、または少なくとも３つに関して、たとえば、ほとんどの層またはすべての層に関して、各々の層の硬化が、その各々の層の直ぐ前に先行する層の硬化の始まりの後、少なくともｔ秒後に開始させられるように、ヘッド１６および放射線源１８を動作させるために、コントローラ２０が構成されている。典型的には、各々の層は、約１５ミクロンの厚さを有しているが、必ずしもそうであるわけではない。いくつかの実施形態では、各々の層は、少なくとも５ミクロンの厚さ、たとえば、約５ミクロン、または約１０ミクロン、または約１５ミクロン、または約３０ミクロンの厚さを有している。他の厚さも本発明の範囲から除外されない。
本発明のさまざまな例示的な実施形態では、ｔは、全体としてとられたディスペンシング時間および硬化時間を含む、単一の層が形成される全体的な時間よりも長い。たとえば、所与の層の全体的な形成時間が５秒であるときに、ｔは、５よりも長い。全体的な形成時間とｔとの間の差は、「遅れ」として定義される。したがって、以前の層の硬化の直ぐ後に続いて各々の層が堆積および硬化させられる、従来のシステムとは異なり、コントローラ２０は、直ぐ前の層の硬化の開始からの経過時間がｔ秒以上になるまで、層の堆積および／または硬化を遅らせる。
ｔに関する典型的な値は、限定ではないが、少なくとも６、または少なくとも７、または少なくとも８、または少なくとも９、または少なくとも１０を含む。本発明のいくつかの実施形態では、ｔは、最大でも２５である。本発明のいくつかの実施形態では、ｔは、６未満である。
ｔの値は、オブジェクトを製造するために使用される各々の材料の特性に依存し、また、任意選択で、オブジェクトが製造されている温度にも依存することが可能である。
本発明のいくつかの実施形態では、コントローラ２０は、使用されている構築材料を特徴付けるＨＤＴデータを受け取る。ＨＤＴデータは、典型的には、材料が硬化されると取得するＨＤＴに対応している。そのようなデータは、たとえば、オペレータによって、データ・プロセッサ２４によって提供され得る。オペレータが文字通りにＨＤＴデータを入力すること（これも企図されているが）は必要ではないことが理解されるべきである。本発明のいくつかの実施形態では、コントローラまたはデータ・プロセッサは、メモリ媒体（図示せず）の中に記憶され得るＨＤＴ値のデータベースにアクセスし、また、オペレータによって行われる他のタイプの入力に基づいて、ＨＤＴ値を選択する。たとえば、そのようなデータベースは、構築材料タイプおよび対応するＨＤＴ値を各々有する複数の入力値を含むことが可能である。これらの実施形態では、オペレータは、構築材料のタイプを入力するか、または、オプションのリストからタイプを選択することが可能であり、コントローラまたはデータ・プロセッサは、データベースから各々のＨＤＴ値を獲得する。また、コントローラまたはデータ・プロセッサが、供給システム４２の中へロードされている構築材料のタイプに基づいて、データベースから各々のＨＤＴ値を獲得する実施形態も企図される。
コントローラがＨＤＴデータを受け取ると、コントローラは、任意選択で、ＨＤＴに応答可能にｔの値を選択する。これは、２つ以上の方式で行われ得る。いくつかの実施形態では、ルックアップ・テーブルが使用される。そのようなルックアップ・テーブルは、コントローラによってアクセス可能なメモリ媒体の中に記憶され得る。ルックアップ・テーブルは、ＨＤＴ値および対応するｔ値を各々有する複数の入力値を含むことが可能である。コントローラは、受け取られたＨＤＴ値に最良にマッチする入力値に関するテーブルを探し、各々のｔ値を選択するか、または、最良にマッチさせられた１つまたは複数の入力値に基づいて、ｔ値を近似することが可能である。いくつかの実施形態では、コントローラは、所与の値のＨＤＴに関してｔの値を決定するための、事前にプログラムされた関数ｔ（ＨＤＴ）を用いることが可能である。そのような関数は、好ましくは、ＨＤＴの単調に増加する関数である（たとえば、プラスの傾きを有する線形関数）。好ましくは、ＨＤＴ＝５０℃に関する関数の戻り値は、少なくとも６である。
コントローラ２０がＨＤＴの値に基づいてｔの値を選択することは必要でないことが理解されるべきである。本発明のいくつかの実施形態では、コントローラ２０は、オブジェクトを製造するために使用されている構築材料のタイプから直接的に、ｔの値を選択する。これは、典型的には、ルックアップ・テーブルによって実施され、ルックアップ・テーブルは、本発明のいくつかの実施形態では、コントローラ２０によってアクセス可能なメモリ媒体の中に記憶されている。そのようなルックアップ・テーブルは、構築材料タイプまたは構築材料ファミリ・タイプおよび対応するｔ値を各々有する複数の入力値を含むことが可能である。コントローラ２０は、構築材料のタイプ、または、構築材料のファミリ・タイプに最良にマッチする入力値に関するテーブルを探し、各々のｔ値を選択することが可能である。
また、ｔの値が、また、製造プロセスの動作温度に基づいており、好ましくは、必ずしもそうであるわけではないが、ＨＤＴ値と動作温度との間の差に基づいている実施形態も企図される。
ｔの値は、任意選択でおよび好ましくは、つい最近に形成された層に送達されるエネルギー線量に少なくとも部分的に基づくことが可能である。単位体積当たりのエネルギー線量は、原理的には、放射線源１８によって放出される放射線の強度に依存し、また、材料がディスペンスされるレートに依存する。そして、ディスペンシング・レートは、トレイ１２の相対的な回転速度、および、ヘッド１６のノズルからの構築材料の流れに依存する。たとえば、所与のモデリング材料、ノズルからの構築材料の所与の流れ、および、所与の放射線強度に関して、回転速度によって形成プロセスにおいて、１つの層当たり、より低い重合化の程度が結果的に生じ、層は、それらの上に後続の層を硬化させる間に、重合化し続けている。以前に形成された層のそのような重合化は、カーリング効果を増加させることが本発明者らによって見出された。
したがって、本発明のさまざまな例示的な実施形態では、ｔの値は、以下のパラメータ、すなわち、（ｉ）層厚さ、（ｉｉ）ディスペンシング・レート、（ｉｉｉ）放射線強度、（ｉｖ）単位エネルギー線量当たりの重合化レート、および（ｖ）硬化させられている材料のＨＤＴのうちの１つまたは複数に基づいて計算される。いくつかの実施形態では、ｔの値は、上記のパラメータのうちの少なくとも２つに基づいて計算され、本発明のいくつかの実施形態では、ｔの値は、上記のパラメータのうちの少なくとも３つに基づいて計算され、本発明のいくつかの実施形態では、ｔの値は、すべての上記パラメータに基づいて計算される。
本発明の実施形態の方法およびシステムは、多くのタイプの構築材料を利用することが可能である。代表的な例は、限定ではないが、ＡＳＴＭＤ−６４８シリーズの手順、とりわけ、ＡＳＴＭＤ−６４８−０６方法およびＡＳＴＭＤ−６４８−０７方法のうちの１つまたは複数によって測定されるときに、ならびに、任意選択で、ＡＳＴＭＤ−６４８−０６方法およびＡＳＴＭＤ−６４８−０７方法の両方によって測定されるときに、約０．４５ＭＰａの圧力における後硬化ＨＤＴが、形成されている間の層の温度よりも高い、好ましくは、ＨＤＴが、約５０℃以上である、構築材料を含む。
適切な構築材料は、たとえば、アクリル官能基の付加反応など、ラジカル・メカニズムによるＵＶ重合性である、アクリル官能性またはメタクリル官能性からなる組成物を含むことが可能である。さらなる例は、限定ではないが、モノ・アクリルまたはモノ・メタクリル官能性モノマーの少なくとも３０重量％を構成するＵＶ重合性組成物を含み、モノマーの各々のポリマーは、約５０℃よりも高いガラス転移温度（Ｔｇ）を有している。いくつかの実施形態では、Ｔｇは、６０℃よりも高く、または、７０℃よりも高い。
ここで、「Ｔｇ」は、Ｅ”曲線の局所的最大の場所として定義されるガラス転移温度を表しており、ここで、Ｅ”は、温度の関数として、材料の損失弾性率である。
本発明の実施形態に適切ないくつかの代表的なタイプの材料は、Ｏｂｊｅｔ（登録商標） ＶｅｒｏＢｌｕｅ ＲＧＤ８４０、Ｏｂｊｅｔ（登録商標） ＶｅｒｏＧｒｅｙ ＲＧＤ８５０、Ｏｂｊｅｔ（登録商標） ＶｅｒｏＢｌａｃｋ ＲＧＤ８７０、およびＯｂｊｅｔ（登録商標） ＲＧＤ５２５を含み、それらは、ストラタス リミテッド（Ｓｔｒａｔａｓｙｓ Ｌｔｄ．）の市販のモデリング材料である。
本明細書で使用されているように、「約」という用語は、±１０％を表しており、「≒」という記号は、最大１０％の公差を有する品質を表記している。
「例示的」という語句は、本明細書で、「例、事例、または説明図としての役割を果たす」ことを意味するように使用されている。「例示的」として説明されている任意の実施形態は、必ずしも、他の実施形態よりも好適または有利であるとして解釈されるわけではなく、および／または、他の実施形態からの特徴の組み込みを除外するわけではない。
「任意選択で」という語句は、本明細書で、「いくつかの実施形態では提供され、他の実施形態では提供されない」ことを意味するように使用される。本発明の任意の特定の実施形態は、そのような特徴が矛盾しない限り、複数の「任意選択の」特徴を含むことが可能である。
「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「を備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語、および、それらの活用形は、「を含むが、それに限定されない」ことを意味している。
「から構成される（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」という用語は、「を含み、かつ、それに限定される」ことを意味している。
「本質的に、から構成される（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」という用語は、組成物、方法、または構造体が、追加的な原料、工程、および／またはパーツを含むことが可能であるが、それは、追加的な原料、工程、および／または、パーツが、特許請求されている組成物、方法、または構造体の基礎的な特質および新規な特質を実質的に変更しないという場合に限ることを意味している。
本明細書で使用されているように、単数形の「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈が明確に別段の定めをしていなければ、複数形の参照を含む。たとえば、「１つの化合物」または「少なくとも１つの化合物」は、その混合物を含む、複数の化合物を含むことが可能である。
本出願の全体を通して、本発明のさまざまな実施形態が、レンジ・フォーマットで提示され得る。レンジ・フォーマットでの説明は、単に、便宜上および簡略化のためのものであり、本発明の範囲に関する融通の利かない限定として解釈されるべきではないことが理解されるべきである。したがって、レンジの説明は、可能性のあるすべてのサブレンジ、および、レンジの中の個々の数値を具体的には開示しているように考慮されるべきである。たとえば、１から６などのようなレンジの説明は、１から３、１から４、１から５、２から４、２から６、３から６などのようなサブレンジ、ならびに、そのレンジの中の個々の数、たとえば、１、２、３、４、５、および６などを具体的に開示しているように考慮されるべきである。これは、レンジの広さにかかわらず適用される。
数値的なレンジが本明細書で示されているときはいつでも、それは、示されているレンジの中の任意の引用される数字（分数または整数）を含むことを意味している。第１の表示数と第２の表示数との間の「レンジにある（ｒａｎｇｉｎｇ／ｒａｎｇｅｓ）」という語句、および、第１の表示数「から」第２の表示数の「レンジにある（ｒａｎｇｉｎｇ／ｒａｎｇｅｓ）」という語句は、本明細書で、互換可能に使用されており、また、第１および第２の表示された数、および、その間のすべての分数および整数を含むことを意味している。
明確化のために別々の実施形態の文脈において説明されている、本発明の特定の特徴は、また、単一の実施形態において、組み合わせて提供され得ることが認識される。逆に、簡略化のために単一の実施形態の文脈において説明されている、本発明のさまざまな特徴は、また、別々に、もしくは、任意の適切なサブコンビネーションで提供され得、または、任意の他の本発明の説明されている実施形態において適切なように提供され得る。さまざまな実施形態の文脈において説明されている特定の特徴は、その実施形態がそれらのエレメントなしでは動作できないことでなければ、それらの実施形態の本質的な特徴であると考慮されるべきではない。
上記に示されているような、および、下記の特許請求の範囲の章において特許請求されているような、本発明のさまざまな実施形態および態様は、以下の例の中に実験的なサポートを見出す。
実施例
ここで、以下の例を参照し、以下の例は、上記の説明とともに、非限定的に、本発明のいくつかの実施形態を図示している。
放射線源およびプリンティング・ヘッドの好適な幾何学的な配置を決定するために、実験が行われた。実験的なセット・アップは、図１３に図示されており、それは、フレーム１８０の上に装着されているヘッド１６および放射線源１８を示している。放射線源は、ＵＶランプであった。
プリンティング・プロセスが、３５２．８ｍｍの直径において実行され、それは、約１００度／秒の角速度を許容した。放射線源とヘッドとの間の角度分離は、約５２°であり、材料ディスペンシングから硬化への対応する時間間隔は、約０．５２秒であった。
ベースライン試験が、異なるパワー・レベルにおいて行われた。ＵＶ放射計が、バラストへの異なる電圧入力において、ランプのパワー出力を測定するために使用された。ランプ・パワーが、印加される電圧の関数として、図１４Ａに示されており、また、２．２Ｖ、３．２Ｖ、および４．５Ｖの入力電圧に関して、結果として生じるプリントされたパターンのイメージは、各々、図１４Ｂ、図１４Ｃ、および図１４Ｄに示されている。放射計は、パワー出力増加を確認した。プリントされたパターンの充填レベルのパワーの影響は、重要ではなかった。
別のプリンティング・プロセスが、４９７．８ｍｍの直径において実行され、それは、約８０度／秒の角速度を許容した。放射線源とヘッドとの間の角度分離は、約１８０°であり、材料ディスペンシングから硬化への対応する時間間隔は、約２．２５秒であった。獲得されるプリントされたパターンの充填レベルは、図１４Ｂ〜Ｄに示されているベースラインと比較して、著しく高かった。モデルの表面仕上げは、著しく影響を及ぼされた。エッジおよび角部は、鋭くなく、波状の仕上げを作り出した。また、寸法精度は、おおよそ２％誤差公称寸法によって低減された。これらの実験に関して結果として生じるプリントされたパターンのイメージが、図１４Ｅおよび図１４Ｆに示されている。
より大きい直径に移動させることによって、プリント品質が影響を及ぼされないことを確認するために、ランプが、トレイの周りの代替的な場所に移動させられた。図１４Ｇおよび図１４Ｈは、約８０°および約６０°の放射線源とヘッドとの間の角度分離に関して結果として生じるプリントされたパターンのイメージを示している。示されているように、ランプが、よりプリント・ヘッドの近くに移動させられたときに、充填レベルが減少した。
別のプリンティング・プロセスでは、ドット・ゲインが増加させられた。表面仕上げおよび寸法精度が改善された。寸法誤差が、公称寸法の０．５％未満に低減された。８０°の角度分離に関して結果として生じるプリントされたパターンの代表的なイメージは、図１４Ｉに示されている。このプリント品質は、ベースラインに関して行われた、より小さい直径のプリンティングと一致した。
充填レベルが、ランプ・パワーによって、より影響を及ぼされにくいことを確認するために、より大きいプリント直径における異なるパワー・レベルにおいて、追加的な実験が実施された。充填レベルおよび寸法精度の著しい変化は観察されなかった（データは示されていない）。
表１は、実験のパラメータおよび結果を要約している。
本発明は、その特定の実施形態と関連して説明されてきたが、多くの代替例、修正例、および変形例が当業者に明らかになることが明らかである。したがって、添付の特許請求の範囲の精神および広い範囲の中に入る、すべてのそのような代替例、修正例、および変形例を包含することが意図されている。
本明細書の中に述べられているすべての刊行物、特許、および特許出願は、各々の個々の刊行物、特許、または特許出願が、具体的におよび個別に、本願明細書に援用されているように示されているかのように、同じ程度まで、その全体が本願明細書に援用されている。それに加えて、本出願の中の任意の参照文献の引用または識別は、そのような参照文献が先行技術として本発明に利用可能であることの自白として解釈されるべきではない。章の見出しが使用されている範囲内において、それらは、必然的に限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (15)

  1. ３次元プリンティングのためのシステムであって、
    垂直軸線周りで回転するように構成されている回転トレイと、
    複数の分離されたノズルを有し、かつ半径方向に沿って、トレイに対して往復式に移動するように構成されているプリンティング・ヘッドと、
    トレイの上に３次元のオブジェクトをプリントするなどのために、インクジェット・プリンティング・ヘッドを制御して、回転の間に、構築材料の液滴を積み重ねてディスペンシングし、かつ前記インクジェット・プリンティング・ヘッドの半径方向の位置に応答可能にトレイの回転速度を変化させるように構成されているコントローラと
    を備えるシステム。
  2. 放射線源をさらに含み、該放射線源は、エネルギーが、異なるレートで、前記トレイの中心から相違する距離にある場所に送達されるように層を照射するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記放射線源は、前記プリンティング・ヘッドと非同時に、前記半径方向に沿って、前記トレイに対して往復式に移動するように構成されている、請求項２に記載のシステム。
  4. 異なるノズルが、軸線から異なる距離にあり、かつ異なるディスペンシング・レートで前記構築材料をディスペンシングする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシステム。
  5. 少なくとも２つのインクジェット・プリンティング・ヘッドを備え、各インクジェット・プリンティング・ヘッドに関して、前記半径方向に沿った往復式の運動は、独立しており、異なる方位角度にある、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシステム。
  6. 前記コントローラは、前記インクジェット・プリンティング・ヘッドの少なくとも１つを制御して、順番にディスペンスされる液滴間の方位角距離が、前記半径方向に沿った前記プリンティング・ヘッドの位置の関数として変化するように、前記液滴をディスペンシングするように構成されている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシステム。
  7. 前記方位角距離の変化は、前記半径方向に沿った前記位置の確率論的な関数に基づいている、請求項６に記載のシステム。
  8. 前記コントローラは、前記トレイの少なくとも１つの回転の間に、前記液滴のインターレース方式のディスペンシングを実行するように構成されている、請求項６に記載のシステム。
  9. 前記インターレース方式のディスペンシングのインターレース・レベルは、前記半径方向に沿った前記プリンティング・ヘッドの位置の関数として変化する、請求項８に記載のシステム。
  10. 前記コントローラは、ビットマップ・マスクを記憶しているコンピュータ可読媒体にアクセスし、前記ビットマップ・マスクによってマスクされていない前記トレイの上の場所だけに関して、前記オブジェクトの形状に関連するプリンティング・データを獲得する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のシステム。
  11. 前記プリンティング・ヘッドに進入する前に、前記構築材料を加熱するためのプレ・ヒータ・エレメントをさらに含む、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のシステム。
  12. 前記プレ・ヒータ・エレメントは、前記ヘッドから間隔を離して配置されており、導管を介して前記ヘッドに流体連通している、請求項１１に記載のシステム。
  13. オブジェクトを製作する方法であって、前記オブジェクトの形状に対応する３次元プリンティング・データを受け取る工程と、データを３次元プリンティングのためのシステムに給送する工程と、前記データに基づいて前記オブジェクトをプリントするように前記システムを動作させる工程とを含み、前記システムは、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のシステムである、方法。
  14. ３次元プリンティングのためのシステムであって、
    垂直軸線周りで回転するように構成されている回転トレイと、
    複数の分離されたノズルを有するプリンティング・ヘッドと、
    トレイの上に３次元のオブジェクトをプリントするなどのために、インクジェット・プリンティング・ヘッドを制御して、該回転の間に、構築材料の液滴を積み重ねてディスペンシングするように構成されているコントローラと、
    エネルギーが、異なるレートで、該トレイの中心から相違する距離にある場所に送達されるように層を照射するように構成されている放射線源と
    を備えるシステム。
  15. 前記放射線源は、半径方向に沿って、前記トレイに対して往復式に移動するように構成されており、前記プリンティング・ヘッドも、該放射線源と非同時に、前記半径方向に沿って、前記トレイに対して往復式に移動するように構成されている、請求項１４に記載のシステム。
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