JP2020108955A - 連続高速３ｄ印刷 - Google Patents

Abstract

【課題】既存の３ＤＰ／ＡＭ技術によって一般的に利用される断続的で順次的な停止再開加工手法に依拠しない３ＤＰ又はＡＭシステム又は技術を開発すること。【解決手段】高速３次元（３Ｄ）印刷を提供する方法を提供する。本方法は、少なくとも１つの３次元（３Ｄ）印刷部品を製造することを含む。３Ｄ部品を製造することは、層の連続堆積を介して、回転している円筒状コアの直径を外向きに延在させるように連続的に構築することと、少なくとも１つの３Ｄ印刷部品の断面に対応する連続堆積層内に第１のパターンを画定することと、を含む。【選択図】図１Ａ

Description

本出願は、３次元（３Ｄ）印刷又は付加製造（Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ、ＡＭ）システムに関し、具体的には、連続高速３Ｄ印刷又は付加製造のためのシステム及び方法に関する。

３次元印刷（３ＤＰ）／付加製造（ＡＭ）技術は、典型的には、層毎付加手法に依拠し得るものであり、そこでは、所望の３次元（３Ｄ）幾何学的形状を有する部品（例えば、ワークピース）が、互いの上面に連続的に（順次的に）追加される２Ｄパターン（例えば、典型的には個々の層が〜１００−５００マイクロメートル未満の厚さの形態）を繰り返し現像することによって作製される。

本開示の一実施形態に係る３Ｄ印刷システムの実施形態の図である。 本開示の一実施形態に係る３Ｄ印刷システムの実施形態の図である。 本開示の一実施形態に係る３Ｄ印刷システムの実施形態の図である。 本開示の一実施形態に係る３Ｄ印刷システムの実施形態の図である。 本開示の一実施形態に係る、イオノグラフィ適用を含む３Ｄ印刷システムの図である。 本開示の一実施形態に係る、イオノグラフィ適用を含む３Ｄ印刷システムの図である。 本開示の一実施形態に係る、硬化性樹脂及びパターン化された光を利用する３Ｄ印刷システムの図である。 本開示の一実施形態に係る、連続ロール・ツー・ロール３Ｄ印刷プロセスシステムの図である。 本開示の一実施形態に係る、多材料統合３Ｄ印刷システムの実施形態の図である。 本実施形態に係る、高速３Ｄ印刷を提供する方法の一実施形態のフロー図である。 本開示の一実施形態に係る、回転軸の垂直向きを有するシリンダの実施形態の図である。

上述のように、３ＤＰ又はＡＭ技術は、層毎付加手法に依拠し得るものであり、そこでは、所望の３Ｄ形状を有する部品（例えば、ワークピース）が、互いの上面に連続的に（順次的に）追加される２Ｄパターンを繰り返し現像することによって作製される。このようなプロセスは、層毎付加製造手法の繰り返される断続的な、「停止再開」又は「進退」の性質に起因して、プロセス（製造）時間の増加につながり得る。更に、２Ｄ層現像サブシステムに関連付けられた進退運動（及び各積層化工程のための短い移動経路内での必要な加速及び減速）は、各層がパターン化／堆積され得る最大線形速度を制限する。連続的に積層された３ＤＰ／ＡＭ技術のこの停止再開性質、並びに各層堆積工程中の関連付けられた進退運動による最大堆積速度に対する機械的制限は、現水準の３ＤＰ／ＡＭ技術によって達成され得る製造速度／部品製作スループット全体の観点から生産性の損失をもたらす。したがって、既存の３ＤＰ／ＡＭ技術によって一般的に利用される断続的で順次的な停止再開加工手法に依拠しない３ＤＰ又はＡＭシステム又は技術を開発することによって、部品をより迅速に製作できることが有用となる。

具体的には、選択的レーザ焼結法（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｌａｓｅｒ Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ、ＳＬＳ）、ステレオリソグラフィ法（Ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ、ＳＬＡ）、ソリッドグラウンド硬化法（Ｓｏｌｉｄ−Ｇｒｏｕｎｄ Ｃｕｒｉｎｇ、ＳＧＣ）、マルチジェットフュージョン法（Ｍｕｌｔｉ−Ｊｅｔ Ｆｕｓｉｏｎ、ＭＪＦ）、及び積層オブジェクト製造法（Ｌａｍｉｎａｔｅｄ Ｏｂｊｅｃｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ、ＬＯＭ）などの現水準の３Ｄ印刷技術は、層毎「付加」手法に依拠し、そこでは、所望の３次元幾何学的形状を有する部品が、３Ｄ印刷される材料（以下、「活性材料」又は「活性３Ｄ印刷材料」又は「３Ｄ印刷される活性材料」）から、互いの上面に連続的に追加されることで所望の部品を「構築」する２次元パターン（典型的には個々の層が約１００〜５００マイクロメートル未満の厚さの形態）を繰り返し現像することによって作製される。熱溶解積層法（Ｆｕｓｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ、ＦＤＭ）及びレーザ直接積層法（Ｌａｓｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ Ｎｅｔ Ｓｈａｐｉｎｇ、ＬＥＮＳ）などの他の３ＤＰ／ＡＭ技術は、２Ｄ（Ｘ−Ｙ）層に書き込まれた１次元（線）パターンを作製することに依拠し、所望の３Ｄ形状は、垂直（Ｚ）方向にそのＸ−Ｙ層を連続的に「構築」することによって実現される。多くの３ＤＰ／ＡＭ技術において、犠牲材料（以下、「支持材料（ｓｕｐｐｏｒｔ ｍａｔｅｒｉａｌ）」又は「支持材料（ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ）」）を、連続層内のオーバーハングが下層の上面に確実に堆積及び支持され得るように、かつ所望の３Ｄ印刷部品がビルドボリューム内で一時的に支持され得るように後続の（Ｚ方向に重ねられた）層を開始する前に、かつ後処理（必要に応じて）用の３Ｄ印刷段階及び３Ｄ印刷部品を製造している所望の用途における使用から３Ｄ印刷部品が解放されるまで、活性３Ｄ印刷材料が（２Ｄパターンの開口領域／空隙を充填するために）堆積されなかった各層に追加してもよい。

これらの本質的に断続的な技術を利用する多くの事例では、連続層を現像させる間に有意なダウンタイムが存在する。例えば、ＳＬＳ／ＭＪＦ又は他の粉末床溶融結合法（Ｐｏｗｄｅｒ Ｂｅｄ Ｆｕｓｉｏｎ、ＰＢＦ）技術では、粉末を最初に積層し、次いで（１）レーザビーム（通常、ガルボシステムを用いて変調された／パターン走査される）を用いて又は（２）粉末層化及び現像システムの順次的な進退運動において結合剤（典型的にはインクジェット様式印刷ヘッドを使用して堆積される）を用いてパターン化することは、レーザ又は結合剤噴射印刷ヘッド（例えば、圧電機構型式印刷ヘッド、熱機構型印刷ヘッド）が連続的にパターンを現像しないこと（すなわち、「断続的な積層」）を意味する。したがって、上記の３ＤＰ／ＡＭシステムは、パターン化されるために、現像機構（例えば、レーザ／結合剤ジェット又は他の下地パターン化プロセス）が次の層がパターン化されるために「準備する」ように待機する期間である、有意な（例えば、最大５０％）「ダウンタイム」に悩まされ得る。

更に、２Ｄ積層手法は、典型的には、現像システムの複数のサブシステム／構成要素（例えば、粉末散布機／圧縮ローラ又は結合剤噴射ヘッドアセンブリなど）の進退運動に依拠し、また、結果として得られる開始−加速−減速−停止−反転シーケンスは、プロセスの線形速度がパターン化工程中にどのくらい速くなり得るかに関する基本的な機械的制限を課し、システムの信頼性を低減する複雑な機械的構成要素を必要とし、製造時間を短縮するために必要とされるこれらの大きな加速を発生させるために、かなり大きいアクチュエータ及び電源が必要とされるのでコストが著しく増す。増した重量及びコストは、より重いアクチュエータ自体が急速に加速／脱加速されなければならない多軸運動において特に明らかである。この順次的な停止再開の断続的層毎堆積による別の問題は、このプロセスが、機械的故障を加速する、より弱い機械的特性の平坦な平面を作り出す傾向があることである。したがって、層毎に堆積された材料は、堆積層が平坦面の形態ではない状況と比較して、破損特性、故障特性、及び摩耗特性が劣り得る。

したがって、更に理解されるように、付加積層用エンベッド高速回転（Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ Ｔｕｒｎｉｎｇ ｆｏｒ Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｌａｙｅｒｉｎｇ、ＥＨＴＡＬ）３Ｄ印刷システムを提供して、付加製造／３Ｄ印刷部品の高速３Ｄ印刷を可能にすることが有用であり得る。ＥＨＴＡＬ ３Ｄ印刷システムは、パターン化層及び任意の支持材料が、進退又は停止再開プロセスに頼らずに連続的に追加され得る連続的な回転ローラを含んでもよい。例えば、本技術は、同心のらせん状に層を連続的に追加することと、開始中心コアから回転シリンダの直径を外向きに（例えば、「ビルドアウト」）延在するように構成することを含んでもよい。連続的に、このような成長シリンダの表面上に活性材料及び支持材料を追加すること（例えば、直前の層内のパターンを被覆する材料堆積）及びパターン化することによって、支持材料内に埋め込まれた所望の形状（例えば、様々な３Ｄ印刷形状／部品）を作製することが可能となる。このようにして、３Ｄ印刷部品（複数可）は、それゆえ、現像（層パターン化）システムの進退運動に起因した、「停止再開」方法及び一定層堆積工程方向の変化を有することなく、連続的な様式で層毎に「成長」させるように構築されてもよい。したがって、外向きに成長しているシリンダが回転を維持し、パターン化された活性材料及び支持材料を連続的形式で追加して、転向シリンダの外向きの成長を支持する限り、支持材料内に埋め込まれた所望の３Ｄ印刷／付加製造された構成要素（部品）は、現水準の積層３Ｄ印刷／付加製造システムの状態で実行されるように、各層の後にパターン化プロセスを停止させる必要なく、連続的な形式で高速で製造することができる。これにより、プロセス時間を大幅に短縮し、３Ｄ印刷速度及び３Ｄ印刷／製造スループットの全体を改善し、システム全体の信頼性を向上させる。更に、外向きに成長しているシリンダの外側曲面上の連続的ならせん状堆積は、上述の平坦な脆弱面をもたらさず、したがって、回転シリンダ内に連続的に堆積された湾曲層が改善された構造的安定性をもたらすので、結果として得られる３ＤＰ／ＡＭ部品における破損面又は滑り面を最小限に抑えることができる。

本実施形態によれば、図１Ａに例解されるように、ＥＨＴＡＬ ３Ｄ印刷システム１００を説明することが有用となり得る。描写されるように、３Ｄ印刷システム１００は、活性な３ＤＰ材料１０２（例えば、金属若しくはプラスチック粉末、多分散金属粉末及びポリマー結合剤を含む金属射出成形（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ、ＭＩＭ）出発材料、又は所望の形状で作製される３Ｄ部品にパターン形成される他の好適な材料）と、キャリアベルト１０６を介して連続的に回転するシリンダ１１０上に堆積され得る支持材料１０４（例えば、３Ｄ印刷された注目部品を放出するために、脱結合／洗浄／溶解／蒸発すること、若しくは別の方法として除去することが容易となる不活性粉末又は他の材料）と、を含んでもよい。キャリアベルト１０６は、搬送ベルトと称されることがある。具体的には、パターン化された活性３ＤＰ材料１０２及び支持材料１０４を含む層１０８は、層１０８がキャリアベルト１０６と共に移動する際にベルト１０６の表面上に連続的に堆積されてもよい。ベルトが反時計回りに回転すると（キャリアベルト１０６の角部で曲線矢印によって示されるように）、層１０８は、シリンダ１１０に向かって移動する。層１０８は、シリンダ１１０がベルト１０６と共に回転するときに、シリンダ１１０に適用されてもよい。例えば、シリンダ１１０は、シリンダ１１０の外表面が層１０８と連続的に接触して、層１０８をシリンダ１１０へと搬送させるように配置（例えば、ある高さで位置付けられる）又は配向されてもよい。層１０８は、最初に、開始コア、中心コア、開始中心コアなどと称されることがあるシリンダ１１０のコア１１７に適用されてもよい。シリンダ１１０が回転すると、層１０８を介して材料１０２及び１０４を連続的に追加することによって、それはコア１１７から外側に構築されて又は成長してもよい。

シリンダ１１０は、中間キャリアベルト１０６とシリンダ１１０の外側曲面との間での層１０８の搬送を維持するように動的に位置付けられてもよい（例えば、シリンダ１１０の位置は、シリンダ１１０の外側表面が層１０８と連続的に接触して層１０８をシリンダ１１０に搬送するように調整されてもよい）。コア１１７は、回転システム（例えば、回転支持軸、コア１１７を回転させるモータなど）に取り付けられてもよい。加えて、硬化／形成システム１１６は、それがシリンダ１１０に搬送される際に、活性材料１０２を硬化又は形成するために使用されてもよい。硬化／形成プロセスは、適切な結合剤材料の噴射、方向付けられたレーザビーム、赤外線（ＩＲ）若しくは紫外線（ＵＶ）、又はマイクロ波放射などの熱又は光の形態でエネルギーを印加することによって融着することと、又は、以前の回転中に、活性材料１０２の構成物質（例えば、構成粒子）と、シリンダ１１０上に既に堆積された下層の活性材料との間の結合の形成を可能にする、他の機械的若しくは化学的技術を含んでもよい。活性材料１０２及び支持材料１０４が、外向きに成長しているシリンダ１１０の表面上に連続的に堆積されるとき、３Ｄ印刷部品を収容するシリンダ１１０の回転軸は、シリンダ１１０の外側曲面とベルト１０６上の層１０８との間の一貫した接触を維持するように、シリンダ半径が増加するにつれて、キャリアベルト１０６から下方に（離れて）並進される。キャリアベルト１０６及びシリンダ１１０の速度は、それらの表面の同期を維持し、材料搬送点（例えば、ベルト１０６と、層１０８と、シリンダ１１０との間の接触点）での滑りを回避するように、半径又は外向きの成長が増加するときに調整される。

キャリアベルト１０６、材料１０２及び１０４を堆積させるために使用されるローラ、シリンダ１１０を回転させるために使用される回転システムなどを全て、制御システム／サブシステムによって制御してもよい。例えば、コンピューティングデバイス（例えば、ラップトップコンピュータ、サーバコンピュータ、デスクトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、スマートフォンなど）は、ローラ、回転システム、キャリアベルト１０６などの動作（例えば、回転速度）を同期させてもよい。最後に、所望の３Ｄ印刷／付加製造された部品（３ＤＰ／ＡＭ部品）がシリンダ１１０内に形成されると、シリンダ１１０の回転を停止して、３ＤＰ／ＡＭ部品を取り囲む支持材料を除去し、図１Ａに示されるように３ＤＰ／ＡＭ部品１１２を解放してもよい。３ＤＰ／ＡＭ部品を解放するための支持材料の除去は、熱的手段（例えば、溶融除去／燃焼除去）、機械的手段（例えば、機械的分離、振動、適切なツールを使用した引き離し／洗浄）、化学的手段（例えば、溶解若しくはエッチング除去）、及び／又は光学的手段（例えば、レーザ又は方向付けられた赤外線／紫外光を使用して、支持材料を分解及び除去する）によって実行してもよい。

図１Ｂは、本開示の一実施形態に係る３Ｄ印刷システム１２０の実施形態の図である。印刷システム１２０は、抗焼結剤（例えば、脱結着剤）の順次的なパターン状堆積を使用することによって、１つ以上の３ＤＰ／ＡＭ部品を作製してもよい。３Ｄ印刷システム１２０は、キャリアリボン１２１の活性材料１０２と、シリンダ１２９と、ローラ１２２と、ローラ１２３と、抗焼結／脱結着剤噴射サブシステム１２５と、任意の埋め込まれてパターン化された抗焼結／脱結着剤（複数可）と共に、外向きに成長しているシリンダ１２９上へと３Ｄ印刷されている活性材料１０２を搬送する搬送構成要素１２４と、を含む。シリンダ１２９は、シリンダ１２９内の形状（例えば、三角形、矩形、台形、平行四辺形など）によって例解される、様々な３Ｄ印刷部品１２８を含む。

ローラ１２２及び１２３が反時計回りに旋回又は回転すると、キャリアリボン１２１は、図１Ｂに示されるように右に向かって移動してもよい。抗焼結噴射サブシステム１２５は、キャリアリボン１２１の表面上にある活性材料１０２に、抗焼結剤１２６を、噴霧、シュート、堆積するか、又は別の方法で適用することができる。搬送構成要素１２４は、連続的に回転し、かつ外向きに成長しているシリンダ１２９の表面上への、埋め込まれたパターン化された抗焼結剤１２６を有する活性材料１０２の搬送を可能にするために、リボン１２１とシリンダ１２９との間の接触において熱、光、機械的振動、又は圧力を適用してもよい。シリンダ１２９は、コア１３１（例えば、開始コア、中心コア、開始中心コアなど）を含む。最初に、埋め込まれてパターン化された抗焼結剤１２６を有する活性材料１０２は、シリンダ１２９が構築されるとき、成長するときなどに、コア１３１に及び後にシリンダ１２９の外表面上に搬送されてもよい。コア１３１は、回転システム（例えば、回転支持軸、コア１３１を回転させるモータなど）に取り付けられてもよい。抗焼結噴射サブシステム１２５は、リボン１２１上の活性材料層１０２上に、抗焼結剤１２６のパターン状堆積を実行してもよい。例えば、活性材料層１０２の部分１３２に例解されるように、抗焼結剤１２６は、活性材料層１０２上に堆積（例えば、噴霧）されて、パターンを形成してもよい。抗焼結剤は、このシステムで３Ｄ印刷されている活性材料１０２を含む粒子／成分間の永久結合の形成を妨げる材料である。パターン化された抗焼結材料と３Ｄ印刷されている活性材料との堆積が完了すると、シリンダ１２９は、例えば、炉内で適切な焼結温度（典型的には、金属粒子に対し、＞４００℃、セラミック粒子に対して、＞８００℃）に加熱することによって硬化されてもよい。炉は、効果的な焼結のための目標加熱温度を達成するための加熱要素、例えば、電気（抵抗）加熱素子、可燃性ガス（バーナ）加熱要素、又はマイクロ波／赤外線若しくは他の（放射性）加熱要素を含んでもよい。使用され得る他の硬化手法としては、機械的手段（例えば、機械的圧縮／圧力の適用）、化学的手段（例えば、活性材料の構成要素間の永久結合の形成をもたらす化学反応）、及び／又は光学的手段（例えば、活性材料の構成要素を硬化／融着させるために、レーザ又は方向付けられた赤外／紫外光を使用すること）が挙げられる。

シリンダ１２９内の埋め込まれた抗焼結剤１２６は、以下のように、シリンダ１２９の焼結／硬化時に分離点／境界として作用する切断線１２７を形成する。硬化／焼結工程の後（例えば、シリンダ１２９の焼結／硬化を可能にする、炉又は他の好適な硬化処理で加熱することによって）、シリンダ１２９内にパターン化された抗焼結材料は、シリンダ１２９内の連続領域間に適切な脱結着境界１２７を形成することによって、明確に画定された幾何学的形状（３Ｄ印刷部品）の形成を引き起こすことになる。これは、粉末に分解することができかつパターン化された抗焼結剤１２６によって画定される脱結着境界に沿って３Ｄ印刷部品１２８から自然に落ちることができる脆性セラミック固体になるように、適用されたゾル−ゲルスラリーを脱水及び凝固することによってなど、例えば、弱い又は多孔性の固体を形成する機構によって生じることがある。脱結着剤又は抗焼結剤／材料としては、熱の適用によって又は他の化学的手段によって分解又は劣化し得る、適用されたポリマー材料（例えば、ポリアルキレンカーボネート）が挙げられる。これにより、回転シリンダ１２９内に、ビルド構造体と支持構造体との間の間隙／脱離境界線（複数可）１２７を生成することになる（また、任意選択的に、図１Ｂに示されるように、分離の容易さを促進するために、支持構造内に追加の脱離境界を生成する）。抗焼結材料の他の例としては、限定するものではないが、シリコンアルコキシド／水酸化物、アルミニウムアルコキシド／水酸化物、又は金属アルコキシド若しくは水酸化物のゾル−ゲルスラリー、樹脂（例えば、合成樹脂、エポキシ樹脂など）、ポリマー／金属混合物、ポリマー／セラミック混合物、及びポリマー／無機混合物、溶解性又は脱水性無機塩溶液又はスラリーであって、溶液又はスラリーの少なくとも１つの成分が、熱、光、及び／又は化学剤のうちの少なくとも１つを適用して分解又は分解することができるものが挙げられる。

いくつかの実施形態では、セラミックスラリー、セラミック粒子、及びポリマー溶液の組み合わせを脱結着剤として使用してもよい。例えば、金属ハロゲン化物又は他の非反応性塩の溶液又はスラリーを脱結着剤として使用してもよく、脱水又は適切な溶媒（例えば水）に曝露されると、残りの塩結晶は、３Ｄ印刷された部品１２８と周囲の支持構造体を分離するために、落下又は溶解する。一実施形態では、埋め込まれた３Ｄ印刷部品１２８を有する回転シリンダ１２９が形成されると、シリンダの回転を停止してもよく、予備焼結段階部品は、例えば、最初に分離され、その後炉内で焼結されてもよい。別の実施形態では、シリンダ１２９全体が炉内で焼結されてもよく、支持構造体は、光学的手段（例えば、レーザ又は方向付けられた赤外線／紫外光）などを使用して、機械的分離、所望の部分と支持材料との間の境界を化学的にエッチング又は溶解すること、支持材料を溶融すること、支持材料を切除することなどが挙げられるが、これらに限定されない、様々な手段によって除去されてもよい。

キャリアリボン１２１、シリンダ１２９を回転させるための回転システム、ローラ１２２、ローラ１２３、抗焼結噴射サブシステム１２５、及び搬送構成要素１２４などを全て、制御システム／サブシステムによって制御してもよい。例えば、コンピューティングデバイスが、キャリアリボン１２１、シリンダ１２９を回転させるための回転システム、ローラ１２２、ローラ１２３、抗焼結噴射サブシステム１２５、及び搬送構成要素１２４の動作（例えば、回転速度）を同期させてもよい。

図１Ｃは、本開示の一実施形態に係る３Ｄ印刷システム１４０の実施形態の図である。印刷システム１４０は、活性材料１５２及び支持材料１５１のパターン状堆積を使用することによって、１つ以上の３ＤＰ／ＡＭ部品を作製することができる。３Ｄ印刷システム１４０は、支持材料堆積サブシステム１４１と、活性材料堆積サブシステム１４２と、硬化サブシステム１４３と、開始中心円筒形コア１４５を含むシリンダ１４９と、を含む。シリンダ１４９は、シリンダ１４９内の形状（例えば、三角形、矩形、台形、平行四辺形など）によって例解される、様々な３Ｄ印刷部品１４８を含む。これらの３ＤＰ／ＡＭ部品は、パターン堆積工程中に連続的な非停止形式で回転する際に、シリンダ１４９の曲面上にパターン化された活性材料１５２及び支持材料１５１の連続堆積を介して形成される。シリンダ１４９が連続的に回転されて活性材料１５２及び支持材料１５１の連続的な追加によって外向きに成長する連続堆積工程の最後に、シリンダ１４９は、したがって、様々な３ＤＰ／ＡＭ部品１４８の間の空間を充填する支持材料１５１内に埋め込まれた活性材料１５２を含む３ＤＰ／ＡＭ部１４８を含む。

３Ｄ印刷システム１４０では、（本明細書で論じられるような）高速で連続的に回転しているシリンダ１４９上の連続らせん３Ｄ印刷の技術を、シリンダ１４９の延在する（すなわち、直径方向に成長する）形状の外側湾曲表面上に連続形成（例えば、付加積層）を可能にする、様々な下層２Ｄパターン現像機構と共に使用してもよい。例えば、第１のサブシステム１４１（例えば、インクジェット式印刷ヘッド、押出印刷ヘッド、ドクターブレード型堆積システムなど）を使用して、支持材料１５１（例えば、ワックス系インク、又はセラミック若しくは金属／金属合金粒子を含有するスラリー）をシリンダ１４９の表面上に印刷（例えば、堆積、噴霧、適用など）してもよく、第２のサブシステム１４２を使用して、活性材料１５２（例えば、紫外線（ＵＶ）硬化性樹脂、又はセラミック若しくは金属／金属合金粒子を含有するスラリー、又は多分散金属／金属合金／セラミック粉末とポリマー結合剤との混合物を含有する金属射出成形［ＭＩＭ］スラリー）を、連続的に回転しているシリンダ１４９の表面上に印刷してもよい。活性材料１５２及び支持材料１５１がシリンダ１４９の外側曲面上に２Ｄパターンを画定するように、活性材料１５２及び支持材料１５１を印刷してもよい。２Ｄパターンは、連続的な回転シリンダ１４９上に連続的形式で（すなわち、現水準の３ＤＰ／ＡＭシステムの状態で典型的に使用される、いかなる「停止再開」又は「進退」運動を伴わずに）形成される。シリンダ１４９が所与の方向に連続的に回転し、活性材料１５２及び支持材料１５１がシリンダ１４９上に堆積、適用などされたときに、シリンダは、外向きに成長するか、又は外向きに延在してもよい（例えば、「ビルドアウト」）。例えば、３Ｄ印刷システム１４０は、活性材料１５２及び支持材料１５１の層をシリンダ１４９の外表面に連続的に追加することによって、コア１４５（例えば、開始コア、中心コア、開始中心コアなど）から開始する回転シリンダの直径を成長、延在、又は増加させてもよい。例えば、３Ｄ印刷システム１４０は、最初に、コア１４５上に活性材料１５２及び支持材料１５１の層を追加してもよく、活性材料１５２及び支持材料１５１をシリンダ１４９の外側曲面上に堆積させ続けてもよい。コア１４５は、回転システム（例えば、回転支持軸、コア１４５を回転させるモータなど）に取り付けられてもよい。連続（例えば、オンザフライ）硬化は、例えば、ＵＶ光源（光重合型硬化）、又は２００ナノメートル〜１０マイクロメートルの波長の光（放射線）を使用するパターン化光源（光学／放射線硬化）、又はレーザ若しくは別の熱源（熱硬化）、又は適切な結着／硬化剤のパターン化された堆積物を提供する噴射サブシステム（化学硬化）を提供する硬化サブシステム１４３を使用して実施してもよい。所望の３Ｄ印刷部品１４８が回転外向きに成長させたシリンダ１４９の内部に形成されると、シリンダ１４９は、回転を停止してシステム１４０から除去されてもよく、支持材料１５１は、前述したような他の熱的、機械的、光学的、又は化学的手段によって溶融又は洗浄されてもよく、硬化した３Ｄ印刷部品１４８が解放されてもよい。

図１Ｃに例解されるように、サブシステム１４１及び１４２は、連続的に回転しているシリンダ１４９上に支持材料１５１及び活性材料１５２を順次的に堆積、適用、噴霧、印刷などを行うために使用される。例えば、一実施形態では、支持材料１５１は、活性材料１５２がシリンダ１４９上に（サブシステム１４２によって）適用又は堆積された後に、連続的に回転しているシリンダ１４９の外側曲面上に（サブシステム１４１によって）適用又は堆積されてもよい。この実施形態では、シリンダ１４９は、図１Ｃでは反時計回りに連続的に回転することになり、支持材料１５１は、ドクターブレードを使用して活性材料１５２間の空間内に充填されてもよい（例えば、支持材料１５１は、活性材料１５２間の空間を充填するためにドクターブレードされてもよい）。例えば、支持材料１５１は、シリンダ１４９の外表面又はドクターブレードに適用されてもよく、ドクターブレードは、シリンダ１４９が反時計回りに回転するときにシリンダ１４９の外表面に押し付けられてもよい。１つの活性材料堆積サブシステム１４２及び１つの支持材料堆積システム１４１が図１Ｃに例解されているが、３Ｄ印刷システム１４０は、他の実施形態（図１Ｃに示されていない）内に複数の活性材料堆積サブシステムを含んでもよい。活性材料堆積サブシステムは、例えば、異なる種類の活性材料を堆積させて、複数の材料（例えば、材料の複合体から作製された３Ｄ印刷部品、又は別個の活性材料で作製された別個の３Ｄ印刷部品）から構成される３Ｄ印刷部品を形成してもよい。別の実施形態では、支持材料１５１は、連続的に回転しているシリンダ１４９の外側曲面上に活性材料１５２が（サブシステム１４２によって）適用又は堆積される前に、シリンダ１４９上に（サブシステム１４１によって）適用又は堆積されてもよい。この実施形態では、シリンダ１４９は、図１Ｃにおいて時計回りに連続的に回転することになり、活性材料１５２は、例えば、ドクターブレードを使用して、支持材料１５１間の空間内に充填されてもよい（例えば、活性材料１５２は、支持材料１５１間の空間を充填するようにドクターブレードされてもよい）。例えば、活性材料１５２は、時計回りに連続的に回転しているシリンダ１４９の外表面又はドクターブレードに適用されてもよく、ドクターブレードは、シリンダ１４９が回転するにつれて時計回りに連続的に回転しているシリンダ１４９の外表面に押し付けられ、それに続いて活性材料１５１の堆積を行って活性材料１５１が開放領域を充填してもよい。１つの活性材料堆積サブシステム１４２及び１つの支持材料堆積システム１４１が図１Ｃに例解されているが、３Ｄ印刷システム１４０は、他の実施形態（図１Ｃに示されていない）内に複数の活性材料堆積サブシステムを含んでもよい。活性材料堆積サブシステムは、例えば、異なる種類の活性材料を堆積させて、複数の材料（例えば、材料の複合体から作製された３Ｄ印刷部品、又は別個の活性材料で作製された別個の３Ｄ印刷部品）から構成される３Ｄ印刷部品を形成してもよい。

活性材料１５２及び支持材料１５１が外向きに成長しているシリンダ１４９の表面に連続的に堆積されると、サブシステム１４２及び１４１は、材料１５２及び１５１の堆積をより確実にするために、サブシステム１４２及び１４１と外向きに成長しているシリンダ１４９の外表面との間の最適な距離（典型的には１０ミリメートル未満）を維持するように、その半径が増大するにつれて、回転シリンダ１４９の軸から離れて連続的に移動（並進）される。更に、一実施形態では、サブシステム１５２及び１５１の最適な堆積条件を維持するために、シリンダ１４９の回転速度（例えば、毎分回転数又はＲＰＭ）を連続的に調整して、成長している外側曲面の一定の線形速度を維持してもよい。別の実施形態では、シリンダ１４９の回転速度（例えば、毎分回転数又はＲＰＭ）は、連続的に調整されなくてもよく、堆積サブシステム１４１及び１４２並びに硬化サブシステム１４３の動作状態／動作速度は、サブシステム１５２及び１５１の最適な堆積条件及びサブシステム１４３の硬化条件を維持するために、連続的に調整されてもよい。

シリンダ１４９を回転させるための回転システム、支持材料堆積サブシステム１４１、活性材料堆積サブシステム１４２、硬化サブシステム１４３などを全て、制御システム／サブシステムによって制御してもよい。例えば、コンピューティングデバイスが、回転システム及び活性材料堆積サブシステム１４２の動作を、硬化サブシステム１４３に同期させてもよい。

図１Ｄは、本開示の一実施形態に係る３Ｄ印刷システム１６０の実施形態の図である。印刷システム１６０は、３Ｄ印刷されている活性材料の順次堆積及び適切な抗焼結剤（例えば、脱結着剤）のパターン状堆積を使用することによって、１つ以上の３Ｄ部品を作製してもよい。３Ｄ印刷システム１６０は、活性材料堆積サブシステム１６２、抗焼結剤堆積サブシステム１６３、及びシリンダ１６９を含む。シリンダ１６９は、シリンダ１６９内の形状（例えば、三角形、矩形、台形、平行四辺形など）によって例解される、様々な３Ｄ印刷部品１６８を含む。

活性材料堆積システム１６２は、シリンダ１６９上に、シリンダ１６９の表面（例えば、外表面）に３Ｄ印刷されるように、活性材料１６４を堆積させてもよい（例えば、噴霧、シュート、堆積、押出成形、又は別の方法で機械的に適用されてもよい）。活性材料は、例えば、紫外線（ＵＶ）硬化性樹脂、又はセラミック若しくは金属／金属合金粒子を含有するスラリー、又は多分散金属／金属合金／セラミック粉末とポリマー結合剤との混合物を含有する金属射出成形［ＭＩＪＭ］スラリーを含んでもよい。抗焼結噴射サブシステム１６３は、抗焼結剤のパターン状堆積を行ってもよい。例えば、サブシステム１６３は、連続的に回転しかつ外向きに成長しているシリンダ１６９の外表面上のパターン（例えば、２Ｄパターン又は形状）で、活性材料上に噴霧してもよい。したがって、抗焼結噴射サブシステム１６３は、シリンダ１６９が図１Ｄに示されるように、連続的な時計回りの様式で回転するときに、シリンダ１６９の表面上に連続的に堆積される活性材料に、抗焼結剤パターンを作製してもよい。活性材料及び抗焼結剤は、シリンダ１６９に順次適用されてもよい。例えば、シリンダ１６９が図１Ｄの矢印によって示されるように、１度目に活性材料を、（サブシステム１６２によって）シリンダ１６９上に適用又は堆積し、２度目に抗焼結剤を、連続的な時計回りの様式で回転するときに、（抗焼結噴射サブシステム／印刷ヘッド１６３によって）シリンダ１６９上に適用又は堆積してもよい。

抗焼結剤は、シリンダ１６９内の連続する硬化ゾーン間の境界を画定するために、活性材料に適用されてもよい。境界は、３Ｄ印刷部品１６８が互いに分離されることを可能にするか、又はシリンダ１６９内の材料の残りの部分（例えば、３Ｄ印刷部品１６８間の空間を充填する活性材料）から互いに分離されることを可能にする脱結着領域であってもよく、又は脱結着領域を画定してもよい。（回転して外向きに成長するときにシリンダ１６９の表面上に堆積される）抗焼結剤は、３Ｄ印刷部品１６８を焼結するために熱（又は他の好適な物理／化学機構）を適用する際に、３Ｄ印刷部品１６８と支持構造体との間に脱結着／分離境界を提供し得る任意の材料から構成されてもよい。これは、粉末に分解することができかつ３Ｄ印刷部品１６８から自然に落ちることができる脆性セラミック固体になるように、適用されたゾル−ゲルスラリーを脱水及び凝固することによってなど、弱い又は多孔性の固体を形成する機構によって生じることがある。他の抗焼結材料としては、熱の適用によって又は他の化学的手段によって分解又は劣化し得る、適用されたポリマー材料（例えば、ポリアルキレンカーボネート）が挙げられる。これは、シリンダ１６９内のビルド構造体及び支持構造体の分離を助ける境界を生成することになる。シリンダ１６９は、コア１７５（例えば、開始コア、中心コア、開始中心コアなど）を含む。最初に、活性材料は、シリンダ１６９が構築されるとき、直径方向外向きに成長するとき（すなわち、直径を増加させることによって成長させるとき）などに、コア１７５に及び後にシリンダ１６９の外表面上に搬送されてもよい。コア１７５は、回転システム（例えば、回転支持軸、コア１７５を回転させるモータなど）に取り付けられてもよい。

活性材料１６４が、回転して外向きに成長しているシリンダ１６９の表面に連続的に堆積されると、サブシステム１６２及び１６３は、活性材料及び抗焼結剤の堆積をより確実にするために、サブシステム１６２及び１６３とシリンダ１６９の外表面との間の最適な距離（典型的には１０ミリメートル未満）を維持するように、その半径が増大するにつれて、回転シリンダ１６９の軸から離れて連続的に移動（並進）してもよい。更に、サブシステム１６２及び１６３の最適な堆積条件を維持するために、シリンダ１６９の回転速度（例えば、毎分回転数又はＲＰＭ）を連続的に調整して、外表面の一定の線形速度を維持してもよい。別の実施形態では、シリンダ１６９の回転速度（例えば、毎分回転数又はＲＰＭ）は、固定されたまま（すなわち、上記のように調整されない）、サブシステム１６２及び１６３からの印刷／堆積速度は、成長して連続的に回転しているシリンダ１６９の外側曲面の運動速度を追跡するように調整されてもよい。

いくつかの実施形態では、セラミックスラリー、セラミック粒子、及びポリマー溶液の組み合わせを脱結着剤として使用してもよい。例えば、金属ハロゲン化物又は他の非反応性塩の溶液又はスラリーを脱結着剤として使用してもよく、脱水又は適切な溶媒（例えば水）又は他の化学物質に曝露されると、残りの塩結晶は、３Ｄ印刷部品１６８（サブシステム１６３からパターン化された抗焼結剤によって定義された境界を有する、と周囲の支持構造体を分離するために、落下又は溶解する。所望の全ての埋め込まれた３Ｄ印刷部品１６８を有する回転シリンダ１６９が形成されると、シリンダ１６９の回転を停止してもよく、予備焼結段階部品は、例えば、パターン化された脱結着剤によって画定された境界に沿って分離され、その後、炉内で焼結されてもよい。別の実施形態では、シリンダ１６９全体がシステムから除去され、炉内で焼結されてもよく（又は、回転を停止して、シリンダ１６９をその場で焼結してもよく）、支持構造体は、光学的手段（例えば、レーザ又はフォーカスした赤外線若しくはＵＶ光など）を使用して、機械的分離、所望の部分と支持材料との間の境界を化学的にエッチング又は溶解すること、又は支持材料を溶融することが挙げられるが、これらに限定されない様々な手段によって除去されてもよい。図１Ｄに例解されるように、個々の３Ｄ部品１６８は、上述の製造プロセス中にシリンダ１６９内に堆積されたパターン化された抗焼結剤によって形成された境界（例えば、脱結着境界）に沿ってシリンダ１６９から部品を分離することによって、シリンダ１６９から除去されてもよい。

シリンダ１６９を回転させるための回転システム、サブシステム１６２及び１６３などを全て、制御システム／サブシステムによって制御してもよい。例えば、コンピューティングデバイスが、回転システム及びサブシステム１６２及び１６３の動作を同期させてもよい。

図２Ａ及び図２Ｂは、現在開示されている技術と併せて、イオノグラフィを適用するためのシステムを例解する。具体的には、本発明のＥＨＴＡＬ ３Ｄ印刷技術を、層状パターンを現像するためのイオノグラフィと共に使用してもよい。例えば、図２Ａ及び図２ＢのそれぞれのイオノグラフィＥＨＴＡＬ ３Ｄ印刷システム２００及び２０２によって例解されるように、帯電イオンの空間パターンが、吹き込む空気源（図示せず）を用いて、図２Ａの形状に延在する製品幅のシリンダであるコロナ帯電ユニットによって堆積されてもよい。空気源は、例えば、対象物２１０（例えば、ワークピース）上に堆積されたコロナ電荷２０８を変化させるためにコロナ帯電ユニット内のスリット２０３の全幅にわたって延在する独立して制御された電極２０６を利用して、スリット２０３を通して帯電イオンを吹き込むものである。電荷がその空間パターンを保持するために、対象物２１０及び３Ｄ印刷材料は、いくつかの実施形態では、非導電性材料を含んでもよい。図２Ａ及び図２Ｂに更に描写されるように、逆極に帯電したトナー粒子が、電荷が存在する場所にトナー粒子が付着し得るように、電荷パターンに向かって方向付けられてもよい。トナー粒子堆積段階に続いて、予め印刷された層に粒子を結着するために、融着段階を提供してもよい。このようにして、３Ｄ印刷部品は、連続的な様式で層毎に延在し、それによってプロセス時間を短縮するように構成されてもよい。図２Ｂは、パターン化された電荷がコロナ帯電ユニットの電極２０６を変調することによって堆積される搬送ベルト２１２を有する。逆極に帯電したトナー粒子を搬送ベルト２１２に適用し、対象物ローラ２０４に担持させて対象物２１０の層２０９を堆積及び融着する。コロナ電荷はまた、支持材料２０７を堆積させるために使用することができる。対象物ローラ２０４は、滑りが生じないように、搬送ベルト２１２と同じ速度（搬送ベルトと接触する最外表面上で測定される）で回転する。対象物層が追加されると、３Ｄ物体を収容するシリンダ２０４は、シリンダ半径が増大するにつれて、搬送ベルトから下方に並進する。搬送ベルト２１２及びシリンダを含む対象物の速度は、半径が増加するときに調整される。

対象物２１０を回転させるための回転システム、対象物ローラ２０４、搬送ベルト、融着システムなどを全て、制御システム／サブシステムによって制御してもよい。例えば、コンピューティングデバイスが、対象物２１０、対象物ローラ２０４、搬送ベルト、融着システムの動作を同期させてもよい。

図３は、本開示の技術と併せて硬化性樹脂を使用するためのシステム３００を例解する。例えば、回転シリンダ３０２は、光硬化性樹脂（例えば、ステレオリソグラフィ又はＳＬＡで使用されるものと同様の樹脂）のリザーバ３０４に部分的に浸漬されてもよく、これは、特定の所望の波長（例えば、紫外線［ＵＶ］、Ｘ線など）のパターン化された光又は放射線３０６を利用して浸漬（例えば、回転シリンダ３０２の部分的浸漬）と同時に又は並行して現像され得る。例解される実施形態では、図１Ａに関連して上述したように、硬化した支持材料を使用するのではなく、例えば、トラス状構造体３１２が、図３に描写されるように、３Ｄ部品３０８を構築する際に、３Ｄ部品３０８を一緒に保持するために、硬化／現像工程の一部として現像されてもよい。図３に例解されるように、３Ｄ部３０８は、トラス状構造体３１２に取り付けられている。これらの部品３０８は、３Ｄ製造が完了した後、支持構造体３１２から分離することができる。シリンダ３０２が連続的に回転すると、形成されている３Ｄ部３０８は、光硬化性樹脂のリザーバ３０４に浸漬される。パターン化された光３０６（例えば、パターン化されたＵＶ光、Ｘ線光など）を使用して、３Ｄ部３０８が光硬化性樹脂のリザーバ３０４内に浸されるときに光硬化性樹脂を硬化させてもよい。シリンダ３０２は、光硬化性樹脂が堆積され得る初期表面を提供する出発コア３１１（例えば、開始コア、中心コア、開始中心コアなど）を含む。コア３１１は、回転システム（例えば、回転支持軸、コア３１１を回転させるモータなど）に取り付けられてもよい。

いくつかの実施形態では、リザーバ３０４の底部３０７は、透明又は部分的に透明であってもよい。これにより、パターン化された光３０６がリザーバ３０４の底部３０７を通って３Ｄ部品３０８に透過されることを可能にし得る。シリンダ３０２は、３Ｄ部品３０８がリザーバ３０４の底部に近接するように位置付けられてもよい。例えば、シリンダ３０２は、３Ｄ部品３０８が、シリンダ３０２の回転中のその最下点で、リザーバ３０４の底部から数マイクロメートル〜１０ミリメートル、又は他の何らかの適切な距離にあり得るように位置付けられてもよい。これにより、パターン化された光３０６は、３Ｄ部品３０８とリザーバ３０４の底部との間にあり得る光硬化性樹脂の薄層を硬化させることが可能になる。これにより、システム３００は、シリンダ３０２及びコア３１１が連続的な様式で回転するときに、３Ｄ部品３０８を、回転軸から離れる方向に外向きに成長させること、構築すること、延在させることなどを可能にする。リザーバ３０４の底部３０７も酸素透過性であってもよい。例えば、リザーバ３０４の底部３０７（又はリザーバ３０４の他の部分）は、リザーバ３０４の外側から酸素（又は他の気体）がリザーバ３０４の内側に通過することを可能にしてもよい。

いくつかの実施形態では、リザーバ３０４の底部は、透明又は部分的に透明な酸素透過膜又は酸素担持メッシュであってもよい。これにより、パターン化された光３０６によって、光硬化性樹脂の薄層を制御された様式で硬化させて、硬化工程における変動を低減することができる定常酸素供給を可能にする。

別の実施形態（図３には図示せず）では、回転シリンダ３０２は、浸されなくてもよく、又はリザーバに浸漬されなくてもよい。その代わりに、３Ｄ部品３０８の異なる部分に硬化性樹脂の薄層を適用してもよい。例えば、ジェットヘッド、ブラシ、エアゾールノズル、又は他のツールを使用して、硬化性樹脂の薄層を適用してもよい。

回転シリンダ３０２を回転させるための回転システム、パターン化された光３０６などを全て、制御システム／サブシステムによって制御してもよい。例えば、コンピューティングデバイスが、回転システム及びパターン化された光３０６の動作を同期させてもよい。

図４は、本開示の技術と併せて利用され得る連続ロール・ツー・ロール３Ｄ印刷プロセスシステム４００を例解する。例えば、例解されるように、特定の実施形態では、連続ロール・ツー・ロール３Ｄ印刷プロセスは、堆積ローラ４０６を介して連続透明ローラ４０４上に提供され得る、粉末硬化性スラリー又は硬化性樹脂４０２の薄層を含んでもよい。いくつかの実施形態では、スラリー４０２（例えば、光硬化性ポリマーを含む）は、透明ローラ４０４又は堆積ローラ４０６上にリザーバ４０８（例えば、ドクターブレード）から均一に散布されてもよい。硬化性スラリー又は樹脂は、堆積ローラ４０６から透明ローラ４０４に分割されてもよい。更に例解されるように、透明ローラ４０４は、デジタル光パターン化システム（ＤＬＰ）４１０を収容してもよく、いくつかの実施形態では、スラリー又は樹脂を迅速に放出するためにキャリア箔によって被覆されてもよい。

いくつかの実施形態では、ＤＬＰ４１０は、ビルドローラ４１２と接触したときにスラリー４０２をパターン化してもよい。ビルドローラ４１２は、コア４１１（例えば、開始コア、中央コア、開始中心コアなど）を含む。コア４１１は、硬化性ポリマー４０２が最初に堆積され得る初期表面であってもよい。コア４１１は、回転システム（例えば、回転支持面、コア４１１を回転させるモータなど）に取り付けられてもよい。回転ビルドローラ４１２及び透明ローラ４０４は、３Ｄ印刷プロセス中の相対距離を増加させ、ビルドローラ４１２が外側に延在することを可能にするように互いから離れるように移動される。更に、硬化性スラリー及び樹脂４０２の最適な堆積条件を維持するために、ビルドローラ４１２及び透明ローラ４１２の回転速度（例えば、毎分回転数又はＲＰＭ）を連続的に調整して、ビルドローラ４１２の外表面の一定の線形速度を維持してもよい。未硬化スラリー４０２は、洗浄ステーション４１４を介して透明ローラ４０４から洗浄されてもよく、フィルタステーション４１６を介してリサイクルされてもよい。完成した３Ｄ印刷部品は、印刷プロセス後にビルドローラ４１２から除去されてもよく、３Ｄ印刷部品を安定化させる犠牲極は、後処理において除去されてもよい。最後に、スラリー４０２によって導入されるポリマーは、焼き払うことによって、又は溶媒で又は他の機械的若しくは化学的手段で溶解することによって除去されてもよく、３Ｄ印刷部分は、焼結されて解放されてもよい。

形成ローラ４１２を回転させるための回転システム、透明ローラ４０４、堆積ローラ４０６、リザーバ４０８などを全て、制御システム／サブシステムによって制御してもよい。例えば、コンピューティングデバイスが、形成ローラ４１２、透明ローラ４０４、堆積ローラ４０６、及びリザーバ４０８の動作を同期させてもよい。

図５は、本開示の技術と併せて利用され得る多材料加工統合システム５００を例解する。具体的には、図５は、３Ｄ印刷プロセス中に、様々なパターン現像手法による様々な材料及び複合材料印刷ヘッド５０４、５０６、５０６、５０８、５１０、５１２、５１４、５１６、及び５１８が径方向の内外に移動して汎用多材料可能３Ｄ印刷技術を可能に得るという、外向きに延在するシリンダ５０２を描写する。例解目的として、図５には、複合材料印刷ヘッド５０４、５０６、５０６、５０８、５１０、５１２、５１４、５１６、及び５１８のみが含まれるが、任意の数の材料及び複合材料印刷ヘッド５０４、５０６、５０６、５０８、５１０、５１２、５１４、５１６、及び５１８、並びに抗焼結剤／脱結着剤堆積サブシステムが、本実施形態の実装形態に含まれてもよいことを理解されたい。このようにして、３Ｄ印刷部品は、連続的に回転して外向きに成長しているシリンダ５０２の内部で作製される所望の３ＤＰ／ＡＭ部品を埋め込むことによって、層毎に様々な材料層を連続的な様式で構築し、それによりプロセス時間を短縮させてもよい。シリンダ５０２は、複合材料が堆積され得る初期表面を提供する出発コア５１１（例えば、開始コア、中心コア、開始中心コアなど）を含む。コア５１１は、回転システム（例えば、回転支持軸、コア５１１を回転させるモータなど）に取り付けられてもよい。

シリンダ５０２を回転させるための回転システム、及び複合材料印刷ヘッド５０４、５０６、５０６、５０８、５１０、５１２、５１４、５１６、及び５１８などを全て、制御システム／サブシステムによって制御してもよい。例えば、コンピューティングデバイスが、回転システム、複合材料印刷ヘッド５０４、５０６、５０６、５０８、５１０、５１２、５１４、５１６、及び５１８などの動作を同期させてもよい。

図６は、本実施形態に係るＥＨＴＡＬ ３Ｄ印刷システムを利用して３Ｄ部品を印刷するための方法６００のフロー図を例解する。方法６００は、図１Ａ〜１Ｄに関連して上述したように、３Ｄ印刷システム１００によって実行されてもよい。方法６００は、３Ｄ印刷材料及び支持材料を印刷システム１００に提供することで開始し得る（ブロック６０２）。方法６００は、３Ｄ印刷材料及び／又は支持材料が予備硬化又は加熱を必要とするかどうかを判定することを継続し得る（ブロック６０４）。３Ｄ印刷材料及び支持材料のうちの１つ以上が予備硬化又は加熱されるべきであれば、方法６００は、３Ｄ印刷材料及び支持材料のうちの１つ以上を予備硬化又は加熱し得る（ブロック６０４）。次いで、方法６００は、３Ｄ印刷システムの連続的に回転しているシリンダの表面に、適切にパターン形成された様式で、３Ｄ印刷材料及び支持材料の連続的な転写を実行し続け得る（ブロック６０６）。次いで、方法６００は、支持材料に埋め込まれた３Ｄ部品を有する３Ｄシリンダを構築し続け得る（ブロック６０８）。次いで、方法６００は、シリンダの回転を停止し、支持材料を除去し続け得る（ブロック６１０）。次いで、方法６００は、完了した３Ｄ部品を解放し得る（ブロック６１２）。方法６００は、３Ｄ不憫を任意選択的に硬化、焼結、又は加熱し得る（ブロック６１４）。異なる実施形態では、方法６００は、ブロック６０８と６１０との間、又はブロック６１０と６１２との間で、３Ｄ部品を硬化、焼結、又は加熱してもよい。更に、いくつかの実施形態では、「３Ｄ印刷材料」及び「支持材料」は同一であってもよく、３Ｄ印刷部品と、適切な脱結着剤又は抗焼結剤のパターン化された堆積によって画定される支持構造体との間の幾何学的境界と同一であってもよい。このようにして、３Ｄ印刷部品は、連続的に回転して外向きに成長しているシリンダの直径を、現水準の３ＤＰ／ＡＭシステムで利用される順次的層毎堆積手法に関連付けられる断続的な停止再開／進退運動に頼る必要なく、連続的な様式で層毎に外向きに延在するように構築されてもよく、これにより、プロセス時間が短縮され、製造生産性を大幅に改善するとともに、機械的故障を生じやすい３ＤＰ／ＡＭ部品内の層状構造の平坦な面を回避する。

図７は、本実施形態に係る、回転軸（すなわち、重力方向に平行な方向に配向された回転軸）の垂直方向を有するシリンダ７００を含む実施形態を例解する。例えば、いくつかの事例によっては、シリンダ７００の回転軸の垂直方向は、回転軸が重力と同じ方向になるようにシリンダ７００を配向することによって提供されてもよい。シリンダ７００の底部は、回転支持プレート７０２（例えば、外向きに成長しているシリンダ７００の重量を支持するための底部の剛性ディスクベース）によって支持されてもよい。このようにして、構造体全体（例えば、シリンダ７００、支持プレート７０２、及び３Ｄ印刷部品）は、材料がシリンダ７００の外側曲面上でらせん状に同心の様式で連続的に追加されるときに垂直方向に支持されてもよく、その材料の追加は、外向きに成長して連続的に回転しているシリンダの外側曲面上で、長さ全体に沿って堆積が生じるように行われる。この構成では、重量の分布は、材料が構築されるときの回転軸に対して対称であり、堆積されている材料は、支持プレート７０２を使用して追加的に支持されてもよく、これにより、部品製造中の不均一な重量負荷による形状歪みの防止をより容易にすることができる。

図７に例解されるように、サブシステム７０６及びサブシステム７０５を使用して、シリンダ７００を、外向きに、成長させ、延在し、構築し、製造するなどに使用してもよい。一実施形態では、上述したように、サブシステム７０５は、シリンダ７００の外表面上に活性材料を堆積、適用、噴霧、シュートなどしてもよく、サブシステム７０６は、シリンダ７００の外表面上に支持材料を、堆積、適用、噴霧、シュートなどしてもよい。別の実施形態では、上述したように、サブシステム７０５は、外向きに成長して連続的に回転しているシリンダ７００の外側曲面上に活性３Ｄ印刷材料を堆積、適用、噴霧、シュートなどしてもよく、サブシステム７０６は、外向きに成長して連続的に回転しているシリンダ７００の外側曲面上に抗焼結剤（例えば、抗結着剤）を堆積、適用、噴霧、シュートなどしてもよい。他の実施形態では、サブシステム７０５及び７０６のうちの１つ以上は、水平方向に移動可能であり得る。例えば、サブシステム７０５及び７０６のうちの１つ以上は、シリンダ７００の回転軸に平行に左又は右に移動可能であってもよい。シリンダ７００は、活性材料が堆積され得る初期表面を提供する出発コア７０９（例えば、開始コア、中心コア、開始中心コアなど）を含む。コア７０９は、回転システム（例えば、回転支持軸、コア７０９を回転させるモータなど）に取り付けられてもよい。更に、シリンダ７００の回転速度（例えば、毎分回転数又はＲＰＭ）を、サブシステム７０５及び７０６の最適な堆積条件を維持するために、連続的に調製して外表面の一定の線形速度を維持してもよく、又はシリンダ７００の直径が外側に成長するときに、堆積システム７０５及び７０６の堆積速度を連続的に調整してもよい。

シリンダ７００を回転させるための回転システム、サブシステム７０５及び７０５などを全て、制御システム／サブシステムによって制御してもよい。例えば、コンピューティングデバイスが、回転システム及びサブシステム７０５及び７０５などの動作を同期させてもよい。

様々な動作は、複数の個別の動作として順番に本開示を理解する上で最も有用な方法で説明したが、説明の順序は、これらの動作が必ずしも順序依存であることを意味すると解釈されない場合がある。具体的には、これらの動作は、提示の順序で実行される必要はない。

前述の説明では、本開示のいくつかの実施形態の良好な理解を提供するために、特定のシステム、構成要素、方法などの例のような多数の具体的な詳細を述べた。しかしながら、本開示の少なくともいくつかの実施形態は、これらの具体的な詳細を伴わずに実施され得ることが、当業者には明らかであろう。他の事例では、本開示を不必要に不明瞭にすることを回避するために、周知の構成要素又は方法は詳細に説明されないか、又は単純なブロック図形式で提示される。したがって、述べた特定の詳細は、単なる例示である。特定の実施形態は、これらの例示的な詳細から変化してもよく、また本開示の範囲内であると考えられる。

加えて、いくつかの実施形態は、機械可読媒体が、２つ以上のコンピュータシステム上に記憶され、又はそれによって実行されるコンピューティング環境において実施されてもよい。例えば、コンピューティングデバイスが、機械可読媒体上に記憶された命令を実行してもよく、制御システムによって実行されて、本明細書に記載の３Ｄ印刷システムを動作させてもよい（例えば、回転システム／サブシステムを制御すること、回転システム／サブシステムを制御すること、ローラ、ベルトを制御すること、回転システム／サブシステムの動作を堆積システム／サブシステムと同期させることなど）。加えて、コンピュータシステム間で転送される情報は、コンピュータシステムを接続する通信媒体を介してプルされるか、又はプッシュされてもよい。

特許請求される主題の実施形態は、本明細書に記載される様々な動作を含むが、これらに限定されない。これらの動作は、ハードウェア構成要素、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらの組み合わせによって実行されてもよい。本明細書における方法の動作は特定の順序で示され説明されているが、各方法の動作の順序は、特定の動作が逆順序で実行され得るように、又は特定の動作が他の動作と少なくとも部分的に同時に実行され得るように変更されてもよい。別の実施形態では、別個の動作の命令又はサブ動作は、断続的又は交互の方法であってもよい。

要約書に記載されているものを含む、本開示の例解された実装形態の上記説明は、網羅的であることを意図するものではなく、開示を開示された正確な形態に限定することを意図するものではない。本開示の具体的な実装形態及び実施例は、例解目的のために本明細書に記載されているが、当業者が認識するように、本開示の範囲内で様々な等価な修正が可能である。「例」又は「例示的な」という語は、本明細書では、例、事例、又は例解としての役割を果たすことを意味する。本明細書で「例」又は「例示的な」として記載されるいかなる態様又は設計も、必ずしも他の態様又は設計に比べて好ましい又は有利であると解釈されるべきではない。むしろ、「例」又は「例示的な」という語の使用は、具体的な様式で概念を提示することを意図している。

本出願で使用するとき、「又は」という用語は、排他的な「又は」ではなく包括的な「又は」を意味することを意図する。すなわち、別段の指定がない限り、又は文脈から明らかでない限り、「ＸはＡ又はＢを含む」は、自然な包括的な順列のうちのいずれかを意味することを意図する。すなわち、ＸがＡを含む場合、ＸはＢを含み、ＸはＡ及びＢの両方を含む場合、「ＸはＡ又はＢを含む」は、前述の事例のいずれかの下で満たされる。加えて、本出願及び添付の特許請求の範囲で使用される冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、一般に、別段の指定がない限り、又は文脈から単数形に向けられることから明らかでない限り、「１つ以上」を意味すると解釈されるべきである。更に、「１つの実施形態」若しくは「一実施形態」又は「１つの実装形態」若しくは「一実装形態」という用語の使用は、同じ実施形態又は実装形態を意味することをそのように記載されない限り意図するものではない。更に、本明細書で使用するとき、「第１」、「第２」、「第３」、「第４」などという用語は、異なる要素を区別するためのラベルを意味し、必ずしもそれらの数値表記に従った順序の意味を有しなくてもよい。

Claims (23)

1. 少なくとも１つの３次元（３Ｄ）印刷部品を製造する方法であって、
   連続堆積層を追加することによって、回転している円筒状コアの直径を外向きに延在させるように連続的に構築することと、
   前記少なくとも１つの３Ｄ印刷部品の断面に対応する前記連続堆積層内に第１のパターンを画定することと、を含む、方法。
2. 前記第１のパターンが、光学デバイスによって前記連続堆積層内に画定され、前記光学デバイスが、前記連続堆積層上に２００ナノメートル〜１０マイクロメートルの波長のパターン化された光を投影することによって、前記第１のパターンを画定する、請求項１に記載の方法。
3. 前記光学デバイスが、酸素透過性膜を通して前記第１のパターンを画定する、請求項２に記載の方法。
4. 前記第１のパターンが、堆積プロセスによって前記連続堆積層内に画定され、前記堆積プロセスが、圧電式噴射印刷ヘッド、熱式噴射印刷ヘッド、押出式印刷ヘッド、及びエアゾールスプレーヘッドのうちの少なくとも１つによって実行される、請求項１に記載の方法。
5. 前記連続堆積層内の領域に第２のパターンを画定することを更に含み、前記第２のパターンが、前記少なくとも１つの３Ｄ印刷部品の断面に対応しない、請求項１に記載の方法。
6. 前記第２のパターンが、前記第１のパターンの第１の材料とは異なる第２の材料から構築される、請求項５に記載の方法。
7. 前記第１の材料が、活性材料を含み、前記第２の材料が、支持材料を含み、前記活性材料及び支持材料が、金属、金属合金、ポリマー、ゾル−ゲル、塩、ワックス、及びセラミックのうちの少なくとも１つを含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記第２の材料が、抗焼結剤及び脱結着剤のうちの少なくとも１つを含む、請求項６に記載の方法。
9. 少なくとも１つの３次元（３Ｄ）印刷部品を製造するための印刷システムであって、
   シリンダ上に層を連続的に堆積させて前記シリンダの直径を外向きに延在させるように構成された堆積システムであって、前記層が、第１のパターンを含む、堆積システムと、
   前記シリンダを回転させるように構成された回転システムと、
   前記堆積システムを前記シリンダと同期させるように構成された制御システムと、を備える、印刷システム。
10. 前記堆積システムが、前記シリンダに対して径方向に移動して前記回転シリンダの湾曲外表面上に前記層の第１部分を連続的に堆積するように構成された第１のサブシステムを備える、請求項９に記載の印刷システム。
11. 前記堆積システムが、前記シリンダの直径に対して径方向に移動して前記回転シリンダの前記湾曲外面上に前記層の第２の部分を堆積するように構成された第２のサブシステムを備える、請求項１０に記載の印刷システム。
12. 前記第１の部分が、第１の材料を含み、前記第２の部分が、第２の材料を含む、請求項１１に記載の印刷システム。
13. 前記回転システムが、支持プレートを備え、前記シリンダの回転軸が、前記支持プレートに対して垂直であり、前記軸が、重力方向に平行に配向されている、請求項１２に記載の印刷システム。
14. 前記堆積システムが、前記第１のパターンを前記シリンダ上に連続的に堆積させるための噴射プロセスを使用し、前記噴射プロセスが、圧電式印刷ヘッド、熱式印刷ヘッド、及びエアゾールスプレーヘッドのうちの１つ以上を使用して実行される、請求項９に記載の印刷システム。
15. 前記堆積システムが、３Ｄ印刷される活性材料を連続的に堆積させるように構成された第１のサブシステムと、支持材料を連続的に堆積させるように構成された第２のサブシステムと、を備える、請求項９に記載の印刷システム。
16. 前記堆積システムが、３Ｄ印刷される活性材料を連続的に堆積させるように構成された第１のサブシステムと、抗焼結材料及び脱結着剤のうちの少なくとも１つを連続的に堆積させるように構成された第２のサブシステムと、を備える、請求項９に記載の印刷システム。
17. 加熱要素を含む焼結サブシステムを更に備える、請求項９に記載の印刷システム。
18. 前記印刷システムが、前記少なくとも１つの３Ｄ印刷部品の目標構造を、同心円状に円筒状及びらせん状の層に分解するように構成されている、請求項９に記載の印刷システム。
19. 前記第１のパターンが、光学デバイスを介して画定される、請求項９に記載の印刷システム。
20. 前記第１のパターンが、前記シリンダから前記少なくとも１つの３Ｄ印刷部品を含む複数の部品の除去を可能にする１つ以上の切断線を画定する、請求項９に記載の印刷システム。
21. 前記層が、第２のパターンを含み、前記第２のパターンが、前記少なくとも１つの３Ｄ印刷部品の断面に対応しない、請求項９に記載の印刷システム。
22. 前記堆積システムが、中間搬送ベルトを備え、前記回転シリンダの回転軸が、前記中間搬送ベルトと前記回転シリンダの外側曲面との間の前記層の搬送を維持するように動的に位置付けられている、請求項９に記載の印刷システム。
23. 前記堆積システムが、複数のサブシステムを備え、前記層が、複数のパターンを含み、前記複数のサブシステムが、
    前記回転シリンダの前記湾曲外面上に前記層の複数の部分を、前記回転シリンダの直径が前記複数のパターンに基づいて外向きに成長するように堆積するように構成され、前記複数の部分の少なくとも１つの一部分が、前記複数の部分の少なくとも１つの他の部分とは異なる材料を含む、請求項９に記載の印刷システム。

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