JP2021507831A - 異なるダイ幅位置にあるノズルを備えた付加製造 - Google Patents

Abstract

本開示に従う１つの例においては、付加製造モジュールが記載される。この付加製造モジュールは、造形材料の層上へと製造剤を選択的に分配する剤分配器を含む。この剤分配器は、少なくとも１つの流体吐出ダイを含む。流体吐出ダイのそれぞれは、ダイの長さおよびダイの幅に沿って配置された複数のノズルを含み、この複数のノズルは、近傍ノズルの各組について、近傍ノズルの各組の個々の部分組が流体吐出ダイの幅に沿って異なるダイ幅位置に位置するように配置されている。流体吐出ダイはまた、複数のノズルの個々それぞれについて、個々のノズルと流体的に結合された個々の吐出チャンバーを含み、そして吐出チャンバーの個々それぞれについて、個々の流体供給孔の少なくとも１つが個々の吐出チャンバーと流体的に結合される。

Description

付加製造デバイスは、材料の各層を構築することにより、３次元（３Ｄ）オブジェクトを生成する。幾つかの付加製造デバイスは、「３Ｄ印刷デバイス」と呼ばれているが、その理由はそれらが、製造材料の幾らかを適用するために、インクジェットまたは他の印刷テクノロジーを使用するからである。３Ｄ印刷デバイスおよび他の付加製造デバイスは、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデルまたは他のオブジェクトのデジタル表現を、物理的なオブジェクトへと直接に変換することを可能にしている。

添付図面は、本願に記載する原理の種々の例を例示しており、明細書の一部をなしている。例示された例は説明のために提示されたものであり、特許請求の範囲の範囲を限定するものではない。

図１は、本願に記載の原理の例に従う、異なるダイ幅位置にあるノズルを備えた付加製造モジュールのブロック図である。

図２は、本願に記載の原理の例に従う、異なるダイ幅位置にあるノズルを備えた付加製造デバイスのブロック図である。

図３は、本願に記載の原理の例に従う、ベッド、ヒーター、および異なるダイ幅位置にあるノズルを備えた付加製造システムの単純化された上面図である。

図４は、本願に記載の原理の例に従う、異なるダイ幅位置にあるノズルを備えた付加製造モジュールの流体吐出ダイの底面図である。

図５は、本願に記載の原理の例に従う、異なるダイ幅位置にあるノズルを備えた付加製造モジュールの流体吐出ダイの等測図である。

図６は、本願に記載の原理の例に従う、異なるダイ幅位置にあるノズルを備えた付加製造モジュールの流体吐出ダイの底面図である。

図面全体を通して、同一の参照番号は類似した、しかし必ずしも同一ではない要素を指している。図面は必ずしも縮尺通りではなく、幾つかの部材の大きさは、図示の例をより明確に示すために誇張されていてよい。さらにまた、図面は詳細な説明と一貫性のある例示および／または実施形態を提供する；しかしながら詳細な説明は、図面に提示された例示および／または実施形態に限定されるものではない。

付加製造デバイスは、デバイス内部のベッド上における造形材料の層の固化を通じて、３次元（３Ｄ）オブジェクトを作成する。付加製造デバイスは、例えばコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）のコンピュータプログラム製品を用いて生成された、オブジェクトの３Ｄモデルのデータに基づいてオブジェクトを作成する。このモデルのデータはスライスへと処理され、各々のスライスは、固化される造形材料の層の各部を規定している。

１つの例においては、オブジェクトを形成するために、粉体であってよい造形材料が、ベッド上に堆積される。次いで融合剤が、造形材料の層の部分上へと分配され、それらの部分は融合されて３Ｄオブジェクトの層を形成する。この種の付加製造を実行するシステムは、粉体および融合剤に基づくシステムと称されてよい。所望のパターンで分配された融合剤は、分配された融合剤の下側にある、造形材料の層のエネルギー吸収を増大させる。造形材料は次いで、電磁放射線のようなエネルギーに暴露される。電磁放射線には、赤外線、レーザー光、または他の適切な電磁放射線が含まれていてよい。融合剤によって付与された、増大した熱吸収特性によって、上側に配置された融合剤を有する造形材料の部分は、造形材料の溶融温度よりも高い温度に加熱される。

従って、造形材料の表面へとエネルギーが加えられると、融合剤を受け取った、従って増大したエネルギー吸収特性を有する造形材料は融合し、その一方で、融合剤を受け取っていない造形材料の部分は、粉体形状にとどまる。融合剤を受け取り、それゆえに増大した熱吸収特性を有する造形材料の部分は、融合部分と称されてよい。これと比較して、加えられる熱は、融合剤を含んでいない造形材料の部分の熱を、こうした溶融温度へと増大させるだけ大きなものではない。融合剤を受け取らず、かくして増大した熱吸収特性を有しない造形材料の部分は、未融合部分と称されてよい。

従って、所定量の熱が造形材料のベッド全体に対して加えられ、融合剤を受け取った造形材料の部分は、融合剤によって付与された増大した熱吸収特性のゆえに融合されてオブジェクトを形成し、これに対して造形材料の未融合部分は、そうした印加された熱エネルギーの存在の下に影響を受けず、すなわち融合されない。このプロセスは層ごとの仕方で繰り返されて、３Ｄオブジェクトが生成される。材料の未融合部分は次いで、融合部分から分離され、そして未融合部分は後の３Ｄ印刷動作のためにリサイクルされる。

特定的な参照が１つの種類の付加製造プロセスに対して行われるが、本願に記載される原理は、他の種類の付加製造プロセスに対しても適用されてよい。例えば別のシステムにおいては、造形材料は付加製造デバイス内で融合剤によって一体に緩く保持されてよく、そして最終的な融合は、部品が組み立てられた後に、外部で行われてよい。

こうした付加製造デバイスおよびシステムは、簡単化された３Ｄ印刷を可能にするが、幾つかの特性は、それらのより完全な実施を妨げる。例えば幾つかの状況では、異物粒子が吐出チャンバーに入り込むことがある。そうした異物粒子の幾らかは、剤分配器内のノズルの動作に対して悪影響を及ぼすだけの、十分な大きさであることがあり、十分な量で存在することがあり、または他の属性を有することがある。

例えば、付加製造動作においては、粉体に基づく造形容積体からの粒子状物質が、融合剤または他の製造剤を分配するノズルの吐出チャンバーに入り込むことがある。例えば、製造剤の吐出は、粒子状物質を造形領域から押し退けるのに十分な速度で行われることがある。押し退けられた粒子状物質はノズルに入り込んで閉塞し、これは不規則な流体付着へとつながり、または流体付着を完全に阻止することがある。さらにまた、幾つかの場合には、剤分配器は吐出される流体に対して垂直に移動する。つまり、流体は下方へとｙ方向に吐出されてよく、そして剤分配器はｘ平面に沿って平行移動してよい。この例においては、剤分配器上のノズルが密に設けられていた場合、吐出流体に混入した空気は、基板上方に生成される空気の自然なスリップストリームと相互作用する。これらの異なる空気流の相互作用は、環流パターンで上方へと流れる渦を生成する。これらの渦は、造形ユニットの上方に浮遊する粉体粒子に対してエネルギーを与える。これらの粒子は軽量であり、上方へと漂ってノズル開口内に入り、閉塞を行う場合がある。

他の例においては、これらの渦は製造剤それ自体の浮揚を生じ、そしてノズル開口を潜在的に閉塞する。さらにまた、幾つかの場合には、製造剤および／または粒子状物質がノズルには入り込まないが、しかし流体吐出ダイ上に堆積される場合がある。次いで、ワイパーのようなクリーニング部品が、流体吐出ダイ上にある製造剤および／または粒子状物質を拭ってノズル開口内部へと入れてしまう場合がある。こうした閉塞ノズルは明らかに、後続の吐出動作の実行および効率に対して影響を及ぼすことになる。

ノズルオリフィスの閉塞は、吐出器にまで損傷を及ぼしうる。例えば、流体気泡の加熱および蒸発に続いて、ノズル内の流体は吐出器を冷却するように作用する。ノズルオリフィスが閉塞していると、それはリザーバから発射チャンバーへの流体の引き出しに対して影響する場合があり、かくして吐出器を空気に対して、より長い期間にわたって暴露することになる。この空気暴露の増大は、吐出器の早期の故障につながる可能性があり、そして流体吐出挙動をさらに劣化させる可能性がある。つまり、閉塞したノズルは、吐出器を冷却するように発射チャンバーへと流体が再充填されない場合、過熱されることになる。このことはノズルの信頼性を低下させ、そしてノズルの故障を招来する場合がある。

これら２つの空気流の相互作用はまた、３Ｄ印刷の品質に対しても影響する可能性がある。例えば、渦は付加製造デバイスから基板までの流体経路を変化させる場合があり、かくして、より精確でない流体付着およびより精確でない付加製造という結果をもたらす。

従って、本明細書は、部品に対して損傷を生じたり印刷品質に影響したりするのに十分な大きさの渦が形成されるのを防止するための、デバイスおよびシステムを記載している。特定的には、本明細書は、複数のノズルを含む流体吐出ダイを記載する。それらのノズルは、ダイの長さおよびダイの幅に沿って配置されている。それらのノズルは、ダイの長さに沿って隣接している近傍ノズルの組とグループ化されている。１つの例において、近傍ノズルの組は、傾斜した列であってよい。この例では、隣接する近傍ノズルは相互に異なるダイ幅位置（ダイの幅方向の位置）を有している。例えば、近傍ノズルは傾斜していてよく、すなわちダイの幅に対して直交していない。そうした直交していないアレイを有すると、流体の吐出に由来する空気流は変化される。変化された空気流は、剤分配器の移動によって形成されるスリップストリームとの相互作用が少なくなり、かくして上記した渦はより目立たなくなる。このようにして、製造剤および／または粒子状物質は、粉体造形材料の表面より上方へと浮揚しにくくなり、かくして流体吐出ダイのノズルに対して入り込みにくくなり、そして潜在的に閉塞しにくくなる。

特定的には、本明細書は、付加製造モジュールを記載している。この付加製造モジュールは、造形材料の層上へと製造剤を選択的に分配するための剤分配器を含んでいる。剤分配器は少なくとも１つの流体吐出ダイを含んでいる。各々の流体吐出ダイは、ダイの長さおよびダイの幅に沿って配置された複数のノズルを含んでいる。複数のノズルは、近傍ノズルの各組について、近傍ノズルの各組の個々の部分組が流体吐出ダイの幅に沿って異なるダイ幅位置に位置するように配置されている。複数のノズルの個々それぞれについて、流体吐出ダイは個々のノズルと流体的に結合された、個々の吐出チャンバーを含んでいる。吐出チャンバーの個々それぞれについて、個々の流体供給孔の少なくとも１つが、個々の吐出チャンバーと流体的に結合されている。

本明細書はまた、付加製造デバイスを記載している。この付加製造デバイスは、造形材料の層を造形領域内に順次堆積させる造形材料分配器、および造形材料の層上へと製造剤を選択的に分配する剤分配器を含んでいる。剤分配器は、サーマル流体吐出ダイを含んでいる。サーマル流体吐出ダイは、ダイの長さに沿って傾斜した列に配置された複数のノズルを含んでいる。傾斜した列は流体吐出ダイの幅を横切って配分されており、傾斜した列のそれぞれがダイの幅に対して直交しないように配置されている。複数のノズルの個々それぞれについて、個々の吐出チャンバーが個々のノズルと流体的に結合されており、そして吐出チャンバーの個々それぞれについて、個々の流体供給孔の少なくとも１つが個々の吐出チャンバーと流体的に結合されている。この例において、傾斜した列の中の隣接するノズルは、ノズルの出力によってカバーされる領域よりも小さなピッチを有している。

本明細書はまた、付加製造システムを記載している。このシステムは、ある容積の造形材料を収容するベッド、および造形材料の層を造形領域内に順次堆積させる造形材料分配器を含んでいる。このシステムはまた、造形材料の層上へと製造剤を選択的に分配する剤分配器を含んである。この剤分配器は、流体吐出ダイを含んでいる。流体吐出ダイは、ダイの長さに沿って傾斜した列に配置された複数のノズルを含んでいる。傾斜した列は流体吐出ダイの幅を横切って配分されており、そして傾斜した列のそれぞれがダイの幅に対して直交しないように配置されている。複数のノズルの個々それぞれについて、個々の吐出チャンバーが個々のノズルと流体的に結合されており、そして吐出チャンバーの個々それぞれについて、個々の流体供給孔の少なくとも１つが個々の吐出チャンバーと流体的に結合されている。この例において、傾斜した列の中の隣接するノズルは、ノズルの出力によってカバーされる領域よりも小さなピッチを有している。

概説すると、このような付加製造モジュールを使用すると、１）流体の吐出および／または飛行する液滴に由来する空気流をより均一に、多方向にわたって拡散し；２）造形領域付近における剪断力を低減し；３）流体吐出ノズル内への粒子の侵入を防止し；４）吐出の精度を改善し、そして５）付加製造デバイスの寿命を改善する。

本明細書および添付の請求項において使用するところでは、用語「ノズル」は、表面上へと流体を分配する流体吐出ダイの個別の部品を指している。ノズルは少なくとも、発射チャンバー、吐出器、および共有のノズルオリフィスを含んでいる。

さらにまた、本明細書および添付の請求項において使用するところでは、用語「近傍ノズルの組」は、流体吐出ダイの長さに沿った、隣接するノズルのグループを指している。例えば、傾斜したノズル列にある任意の数のノズルは、近傍ノズルの組の１つの例である。

さらにまた、本明細書および添付の請求項において使用するところでは、用語「製造剤」は、付着堆積される任意の数の剤を指しており、例えば融合剤、阻止剤、結合剤、着色剤、および／または材料配送剤を含んでいる。材料配送剤とは、付加製造プロセスにおいて使用される少なくとも１つの材料の懸濁粒子を含む、流体キャリアを指している。

さらにまた、本明細書および添付の請求項において使用するところでは、用語「ピッチ間隔」は、列状のノズル間での、ノズルとノズルの間の間隔を指している。

さて添付図面について見ると、図１は本願に記載の原理の例に従う、異なるダイ幅位置にあるノズル（１０６）を備えた付加製造モジュール（１００）のブロック図である。一般に、３次元オブジェクトを生成するための装置は、付加製造システムと称されてよい。付加製造モジュール（１００）は、そうした付加製造システムの部品である。特定的には、付加製造モジュール（１００）は流体吐出ダイ（１０４）を含む部品であり、流体吐出ダイは、付着または堆積される製造剤が通過するノズル（１０６）を含んでいる。つまり、付加製造プロセスの例においては、造形材料の層が造形領域に形成されてよい。融合剤は造形材料の層上へと、３次元オブジェクトの層のパターンでもって選択的に分配されてよい。エネルギー源が、造形材料の層に対してエネルギーを一時的に印加してよい。このエネルギーは、融合剤によって形成されたパターン化された領域と、融合剤を有しないブランク領域へと選択的に吸収されることができ、それによって部品の選択的で一体的な融合がもたらされる。

追加の層を形成してよく、そして上述した動作を各々の層について行い、それによって３次元オブジェクトを形成してよい。造形材料の層の各部を先行する層の上に順次積層し融合することで、３次元オブジェクトの生成が容易になる場合がある。３次元オブジェクトを層ごとに形成することは、層毎付加製造プロセスとして称されてよい。

本願に記載した例においては、造形材料は粉体ベースの造形材料を含んでいてよく、そこでは粉体ベースの造形材料は、湿式および／または乾式の粉体ベース材料、微粒子状材料、および／または粒状材料を含んでいてよい。幾つかの例においては、造形材料は僅かに光吸収性のポリマーであってよい。幾つかの例においては、造形材料は熱可塑性であってよい。さらにまた、本願に記載されているように、機能性剤は、エネルギーが印加された場合に造形材料の融合を容易にすることのできる液体を含んでいてよい。融合剤は、顔料着色剤のような光吸収性液体、赤外線または近赤外線吸収性液体であってよい。

融合剤の付着堆積を容易にするために、付加製造モジュール（１００）は少なくとも１つの剤分配器（１０２）を含んでいる。剤分配器（１０２）は少なくとも１つの流体吐出ダイ（１０４）を含み、これは融合剤を造形材料の層上へと分配するために、複数のノズル（１０６）を含んでいる。剤分配器（１０２）は、造形領域および／または付加製造モジュール（１００）が固定された走査キャリッジの移動と同時に、造形領域にある造形層上へと、剤を選択的に分配する。剤分配器（１０２）、より特定的には流体吐出ダイ（１０４）は、選択的に吐出される融合剤が通過するノズル（１０６）を含んでいる。ノズル（１０６）は、吐出チャンバー（１１０）および流体供給孔（１１２）を含んでいる流体吐出デバイスの部品である。１つの例において、インクジェット印刷デバイスにおいて使用されている流体吐出デバイスは、流体吐出ダイ（１０４）の内部で使用されるものであってよい。

融合剤を分配する剤分配器（１０２）に対して特に言及が行われるが、剤分配器（１０２）は、阻止剤、結合剤、着色剤、および／または材料配送剤といった、任意の種類の製造剤を分配するものであってよい。

流体吐出デバイスは、表面上へと流体を付着させるための幾つもの部品を含んでおり、それらの部品の動作は熱エネルギーに依拠していてよい。例えば流体吐出デバイスは、流体を吐出チャンバーから表面上へと吐出するための吐出器を含んでいてよい。吐出器は熱抵抗器であってよい。供給された電圧パルスのような印加されたエネルギーに応じて、熱抵抗器は加熱される。熱抵抗器が加熱されると、吐出チャンバーにある流体の一部分が蒸発して気泡を形成する。この気泡は流体をノズルから外に、表面上へと押し出す。蒸発した流体の気泡が崩壊すると、吐出チャンバー内部の負圧が流体を流体供給部から吐出チャンバー内へと引き込み、そしてこのプロセスが繰り返される。このシステムはサーマルインクジェットシステムと称される。換言すれば、流体吐出ダイ（１０４）は複数のノズル（１０６）を含んでおり、個々のノズル（１０６）のそれぞれは、ノズル（１０６）を通過して吐出される流体を保持するための、個々の吐出チャンバー（１１０）に対応しており、そして吐出チャンバー（１１０）のそれぞれについて、流体供給孔（１１２）のそれぞれが、個々の吐出チャンバー（１１０）を流体供給部へと流体的に結合している。

流体吐出ダイ（１０４）に立ち戻る。流体吐出ダイ（１０４）は、ダイの長さおよびダイの幅に沿って配置された複数のノズル（１０６）を含んでいる。図１に示された例においては、ダイの長さとは方向（１１４）に沿ったダイの寸法であり、そしてダイの幅とは方向（１１６）に沿ったダイの寸法である。

ノズル（１０６）は、近傍ノズル（１０６）の組（１０８）へとグループ化されてよい。例えば、近傍ノズル（１０６）の組（１０８）は、特定の傾斜した列にあるノズル（１０６）の、任意のグループであってよい。近傍ノズル（１０６）の組（１０８）の各々について、その組の個々の部分組は、ダイの幅に沿って異なるダイ幅位置を有していてよい。すなわち、組の中の第１のノズル（１０６）は、左手側のような基準点から測定してある所定のダイ幅位置を有していてよく、そして組（１０８）の中の第２のノズル（１０６）は、同じ基準店から測定して、第１のノズルとは異なるダイ幅位置を有していてよい。この例においては、部分組は任意の数のノズル（１０６）であってよい。例えば、近傍ノズル（１０６）の組（１０８）は少なくとも３つのノズル（１０６）を含んでいてよく、そして部分組は単一のノズル（１０６）を含んでいてよい。

かくして概略的には、流体吐出ダイ（１０８）上にあるノズル（１０６）の配置は、矩形でなく、また正方形でもないパターンである。１つの具体的な例として、近傍ノズルの組（１０８）はノズル（１０６）の傾斜列であってよく、傾斜列の各々は、ダイの幅に対して直交しない角度を有しており、ここでダイの幅は矢印（１１６）によって示されている。しかしながら、組（１０８）の中の別々の隣接するノズル（１０６）が異なるダイ幅位置を有する、他の構成もまた可能である。図１において示されているように、幾つかの例においては、矢印（１１４）に沿ってさらにダイの長さの下方にあるノズル（１０６）は、ライン（１１６）に沿って、直前のノズル（１０６）よりも大きなダイ幅位置を有していてよい。しかしながら、他の例においては、矢印（１１４）に沿ってさらにダイの長さの下方にあるノズル（１０６）は、ライン（１１６）に沿って、直前のノズル（１０６）よりも小さなダイ幅位置を有していてよい。

ノズル（１０６）をこのような直交していない向きで配置することは、流体の付着および付加製造デバイスの動作に影響する可能性のある空気渦を減少させる。例えば、流体吐出ダイ（１０４）は、矢印（１３０）によって示された方向において造形領域を横断してよい。ノズル（１０６）がダイの長さに沿って、同じダイ幅位置を有する場合には、流体の付着から結果的に生ずる空気流が集合して強度を増大し、かくして基材の表面上でスリップストリームとより大きな相互作用を有して、付加製造デバイスの動作および流体の吐出に対して影響しうる渦を生成する。しかしながら、ノズル（１０６）を本願で記載するようにずらすことにより、各々のノズル（１０６）によって付着される流体に由来する空気流はより小さなレベルで相互作用し、かくして空気流の増大は回避される。低減された空気流は、基材上の空気流と強くは反応せず、かくして流体吐出動作に干渉しうるレベルでの渦の形成を阻止する。

図２は、本願に記載の原理の例に従う、異なるダイ幅位置にあるノズル（１０６）を備えた付加製造デバイス（２１４）のブロック図である。この付加製造デバイス（２１４）は、包含されている剤分配器（１０２）を備えた付加製造モジュール（１００）を含んでいる。上述したように、この剤分配器はノズル（１０６）を備えた流体吐出ダイ（１０４）を含んでおり、そこでは近傍ノズルの組（１０８）は、相互に異なるダイ幅位置を有している。図２に示されているように、幾つかの特定的な例においては、近傍ノズル（１０６）の組（１０８）は、ダイの長さに沿って傾斜した列に配置されていてよい。この例では、傾斜した列は、傾斜した列の各々が、ダイの幅ならびにダイの長さに対して直交していないように配置されている。幾つかの例においては、図２に示されているように、傾斜した列内において隣接するノズル（１０６）のピッチ、すなわち中心から中心までのオフセットは、ノズル（１０６）の出力によってカバーされる領域よりも小さいことに留意すべきである。つまり、そうしたノズル（１０６）から得られる出力はオーバーラップする。かくして、基材上のあらゆる点がノズル（１０６）からの流体を受け取ることができる、ということを確実にできる。幾つかの例においては、剤分配器（１０２）は走査式キャリッジに結合されていてよい。動作時において剤分配器（１０２）は、走査式キャリッジが走査軸に沿って造形領域上を移動するにつれて、製造剤を吐出する。

図２に示されているように、付加製造デバイス（２１４）はまた、造形材料分配器（２１６）を含んでいる。造形材料分配器（２１６）は、造形領域に造形材料の層を逐次的に堆積させる。造形材料分配器（２１６）は、ワイパーブレード、ローラー、および／またはスプレー機構を含んでいてよい。造形材料分配器（２１６）は、走査式キャリッジに結合されていてよい。動作時において造形材料分配器（２１６）は、走査式キャリッジが走査軸に沿って造形領域上を移動するにつれて、造形材料を造形領域に配置する。

造形領域に対して相対的に移動を行う剤分配器（１０２）および造形材料分配器（２１６）に対して具体的な参照を行っているが、幾つかの例においては造形領域が移動を行い、そして剤分配器（１０２）および造形材料分配器（２１６）が静止状態にとどまってもよい。

図３は、本願に記載の原理の例に従う、ベッド（３２２）、ヒーター（３２４）を備え、そして異なるダイ幅位置にあるノズル（１０６）を備えた、付加製造システム（３１８）の単純化された上面図である。一般に、３次元オブジェクトを生成するための装置は、付加製造システム（３１８）と称されてよい。本願に記載されるシステム（３１８）は、３次元印刷システムに対応していてよく、これはまた３次元プリンターとして称されてよい。付加製造プロセスの例においては、造形材料の層が造形領域（３２０）に形成されてよい。本明細書および添付の請求項において使用するところでは、用語「造形領域」は、３Ｄオブジェクトが形成される空間領域を指している。造形領域（３２０）は、ベッド（３２２）およびチャンバー壁によって境界付けられた空間を指していてよい。

付加製造システム（３１８）は、造形領域（３２０）に造形材料の層を逐次的に堆積するために、上述したような造形材料分配器（２１６）を含んでいる。図３は造形材料分配器（２１６）を、剤分配器（１０２）に対して直交するものとして描いているが、幾つかの例においては、造形材料分配器（２１６）は剤分配器（１０２）と整列していてよい。

付加製造システム（３１８）は上記したような剤分配器（１０２）を含んでおり、これは融合剤または他の製造剤をベッド（３２２）上の造形材料上に堆積する。上記したように、剤分配器（１０２）は少なくとも１つの流体吐出ダイ（１０４）を含んでおり、それはノズル（１０６）を含んでいる。１つの例において、ノズル（１０６）を含んでいる流体吐出デバイスは、インクジェット印刷デバイスである。この例においては、製造剤は印刷液体であってよい。他の例においては、剤分配器（１０２）は、小容積の液体を選択的に吐出する他の種類の流体吐出デバイスを含んでいてよい。

剤分配器（１０２）は少なくとも１つの流体吐出ダイ（１０４）を含んでおり、それは剤分配器（１０２）の幅に沿って全体に端から端まで、他の流体吐出ダイ（１０４）と共に配置されている。こうした例においては、剤分配器（１０２）の幅は、造形領域（３２０）の大きさに対応している。剤分配器（１０２）は、造形領域（３２０）にある造形層上へと、剤を選択的に分配する。先に注記したように、幾つかの例においてはベッド（３２２）は水平方向に平行移動して製造剤を所望のパターンで配置することを可能にし、そして他の例においては剤分配器（１０２）／造形材料分配器（２１６）が水平方向に平行移動する。ベッド（３２２）はまた、逐次の造形材料の層が造形領域（３２０）に堆積されるにつれて、垂直方向に移動してよい。つまり、造形材料の１つの層が堆積され、その上に製造剤が付着されるにつれて、ベッド（３２２）は垂直方向下方へと移動して、後続の造形材料の層が堆積され、選択的に硬化可能であるようにしてよい。

付加製造システム（３１８）は少なくとも１つのヒーター（３２４）を含んでいてよく、造形材料に対する熱の印加を通じて造形材料の各部を選択的に融合し、オブジェクトを形成する。ヒーター（３２４）は、熱エネルギーを印加する任意の部品であってよい。ヒーター（３２４）の例には、赤外線ランプ、可視光ハロゲンランプ、抵抗性ヒーター、発光ダイオードＬＥＤ、およびレーザーが含まれる。上述したように、造形材料は融合性の造形材料を含んでいてよく、これは融合温度に達した場合に一体に融合する。従ってヒーター（３２４）は、この融合温度を越えて造形材料の各部を加熱するように、造形材料に熱エネルギーを適用してよい。融合温度を越えて加熱された部分は、そこに付着された融合剤を有し、印刷される３Ｄオブジェクトのパターンに形成される。融合剤は、造形材料の当該部分の吸収速度を増大させる。かくしてヒーター（３２４）は、増大した吸収速度を有する部分が融合温度よりも高い温度に到達し、一方で増大した吸収速度を有さない部分が融合温度よりも高い温度に到達しないような量のエネルギーを適用してよい。

図４は、本願に記載の原理の例に従う、異なるダイ幅位置にあるノズル（１０６）を備えた、付加製造モジュール（図１、１００）の流体吐出ダイ（１０４）の底面図である。具体的には、図４は流体吐出ダイ（１０４）の一部分の底面図である。上述したように、流体吐出ダイ（１０４）はダイの幅Ｄｗおよびダイの長さＤｌを有している。図４に示す例においては、製造剤が付着される基材は、矢印（１３０）によって示されているようにダイの幅に対して相対的に移動してよく、または流体吐出ダイ（１０４）は、ベッド（図３、３２０）内の造形材料のような基材上を、矢印（１３０）の方向に移動してよい。幾つかの例においては、流体吐出ダイ（図１、１０４）の集まりが、基材、すなわち造形領域（図３、３２０）の幅に合致していてよいことに留意すべきである。図４に示されているように、幾つかの例においては、各々の近傍ノズル（１０６）の組（１０８）は、ダイの幅に直交していなくてよい。図４は、組（１０８）の中に３つのノズル（１０６）を描いているが、任意の数のノズル（１０６）が組（１０８）の一部を形成していてよいことに留意すべきである。

こうした構成において、組（１０８）の中の隣接するノズル（１０６）は、ダイの長さに沿って第１のオフセット（４２８）を有し、そしてダイの幅に沿って第２のオフセット（４２６）を有する。幾つかの例においては、このオフセットは、ダイの位置における差異として記述されてよい。例えば、第１のオフセット（４２８）は、組（１０８）の中のノズル（１０６）のダイの長さ方向の位置における差異として記述されてよく、そして第２のオフセット（４２６）は、組（１０８）の中のノズル（１０６）のダイの幅方向の位置における差異として記述されてよい。図４に示されているように、幾つかの例においては、第１のオフセット（４２８）は第２のオフセット（４２６）と異なっていてよい。この例では、第１のオフセット（４２８）および第２のオフセット（４２６）の少なくとも一方は、８４マイクロメートルと３５０マイクロメートルの間であってよい。別の例では、第１のオフセット（４２８）および第２のオフセット（４２６）の少なくとも一方は、１／１２００インチ（０．０２１ミリメートル）であってよい。具体的には、第１のオフセット（４２８）、すなわち長さ方向の位置の差異は１／１２００インチであってよいが、これはノズル（１０６）の直径よりも小さく、かくして基材はダイの長さに沿った全ての部分において、ノズル（１０６）からの流体を受け取ることができる。他の例においては、近傍ノズル（１０６）の組（１０８）の中の隣接するノズル（１０６）は、ダイの幅に沿ったオフセット、すなわち第２のオフセット（４２６）と合致する、ダイの長さに沿ったオフセット、すなわち第１のオフセット（４２８）を有していてよい。

組（１０８）の中のノズル（１０６）相互間の間隔に加えて、各々の組（１０８）は隣接する組（１０８）から離隔されていてよい。例えば、各々の組（１０８）は、相互に８／１２００インチ（０．１７ミリメートル）の組オフセット（４３２）を有していてよい。

図５は、本願に記載の原理の例に従う、異なるダイ幅位置にあるノズル（１０６）を備えた、付加製造モジュール（図１、１００）の流体吐出ダイ（１０４）の等測図である。図５に示された例においては、基材が矢印（１３０）によって示された方向に移動し、または流体吐出ダイ（１０４）が矢印（１３０）によって示された方向に移動する。上述したように、ノズル（１０６−１）は以前は、ダイの幅およびダイの長さの両方に対して直交するよう整列されていた。図５では、そうした直交整列されたノズル（１０６−１）が点線で描かれている。この状況においては、各々のノズル（１０６−１）が流体（５３４−１）を吐出するに際して生成される空気流は、相互に相互作用する。つまり、流体液滴が空気中を運動するにつれて、それらは空気抵抗／抗力によって速度を失う。その失われたエネルギーは空気へと伝達されて空気流／風の流れを生成するが、これが他の空気流、流体液滴、および／または粉体と相互作用する。この相互作用は、ベッド（３２２）の移動／流体吐出ダイ（１０４）の移動から形成されるスリップストリーム（５３６）と平行な、そして方向が同じか逆向きの、強い空気流（５３８）を生成する。直交ノズルによって形成されるこの空気流（５３８）もまた、点線で描かれている。この空気の相互作用、特にスリップストリーム（５３６）と逆向きの方向の空気流（５３８）は、ベッド（３２２）に向かう流体の流れ（５３４）を妨害する可能性のある強い渦を発生させ、そして付着された液体（５３４）および粒子状の造形材料が上向きにノズル（１０６）内へと入り込む原因となり、潜在的な閉塞および挙動の低下をもたらす。

しかしながら、ノズル（１０６−２）が図５に実線で描かれているようにオフセットされていると、個別のノズル（１０６−２）からの空気流（５４０）の相互作用は低減される。低減された相互作用は平行な空気流（５４０）の強さを減少させ、より多くの空気流がスリップストリーム（５３６）に対して垂直方向に流動する。つまり、直交していないアレイにおけるノズル（１０６）の増大した間隔は、ベッド（３２２）の上方でのスリップストリーム（５３６）に対して垂直な、そして平行な組み合わせの空気流（５４０）の流れを安定化させる。この強度の低減された空気流（５４０）は実線で示されている。平行な空気流（５４０）の低減された強さは、流体吐出ダイ（１０４）とベッド（３２２）との間の渦を低減させ、かくして粒子状物質および／または流体（５３４）が流体吐出ダイ（１０４）上へと引き上げられて、そこでノズル（１０６）の動作に対して直接的または間接的のいずれかで干渉する可能性を低下させる。強度の低下した渦はまた、吐出された流体（５３４）が、その液滴の飛行経路に沿って変化される可能性を低減させる。

図６は、本願に記載の原理の例に従う、異なるダイ幅位置にあるノズル（１０６）を備えた流体吐出ダイ（１０４）の底面図である。幾つかの例においては、複数のノズル（１０６）は複数のアレイ（６２４−１、６２４−２）に分割されていてよく、各々のアレイは相互に相対的に異なるダイ幅位置にある近傍ノズル（１０６）の組（１０８−１、１０８−２）を有する。例えば、近傍ノズル（１０６）の第１の組（１０８−１）において、ダイの長さに沿って下側にある隣接ノズルは、すぐ上流側のノズルよりも大きなダイ幅位置を有していてよい。第２のアレイ（６４２−２）上の第２の組（１０８−２）においては、ダイの長さに沿って下側にある隣接ノズルは、例えば左側から測定して、すぐ上流側のノズルよりも小さなダイ幅位置を有していてよい。１つの例においては、これらの異なるアレイ（６４２）は、流体吐出ダイ（１０４）の長さ方向に沿って、相互にシフトされた鏡像であってよい。

要説すると、このような付加製造モジュールを使用すると、１）流体の吐出および／または飛行する液滴に由来する空気流をより均一に、多方向にわたって拡散し；２）造形領域付近における剪断力を低減し；３）流体吐出ノズル内への粒子の侵入を防止し；４）吐出の精度を改善し、そして５）付加製造デバイスの寿命を改善する。

Claims (15)

1. 付加製造モジュールであって：
   造形材料の層上へと製造剤を選択的に分配する剤分配器を含み、ここで剤分配器が：
   ダイの長さおよびダイの幅に沿って配置された複数のノズルを含む、少なくとも１つの流体吐出ダイを含み：
   複数のノズルは、近傍ノズルの各組について、近傍ノズルの各組の個々の部分組が流体吐出ダイの幅に沿って異なるダイ幅位置に位置し；
   複数のノズルの個々それぞれについて、個々の吐出チャンバーが個々のノズルと流体的に結合され；そして
   吐出チャンバーの個々それぞれについて、個々の流体供給孔の少なくとも１つが個々の吐出チャンバーと流体的に結合されるように配置されている、付加製造モジュール。
2. 近傍ノズルの各組はダイの幅に関して直交していない、請求項１の付加製造モジュール。
3. 近傍ノズルの組の中の隣接するノズルは：
   ダイの長さに沿って第１のオフセットを有し；そして
   ダイの幅に沿って第２のオフセットを有し；そして
   第２のオフセットは第１のオフセットと異なる、請求項１の付加製造モジュール。
4. 第１のオフセットおよび第２のオフセットの少なくとも１つは８４マイクロメートルと３５０マイクロメートルの間にある、請求項３の付加製造モジュール。
5. 第１のオフセットおよび第２のオフセットの少なくとも１つはインチである、請求項３の付加製造モジュール。
6. 近傍ノズルの組の中の隣接するノズルはダイの長さに沿って、ダイの幅に沿ったオフセットに合致するオフセットを有する、請求項１の付加製造モジュール。
7. 近傍ノズルの隣接する組は、８／１２００インチのピッチ間隔を有する、請求項１の付加製造モジュール。
8. 近傍ノズルの各組は少なくとも３つの個々のノズルを含み、そして近傍ノズルの各組の個々の部分組は１つのノズルを含む、請求項１の付加製造モジュール。
9. 付加製造デバイスであって：
   造形材料の層を造形領域内に順次堆積させる造形材料分配器；および
   造形材料の層上へと製造剤を選択的に分配する剤分配器を含み、この剤分配器が：
   ダイの長さに沿って傾斜した列に配置された複数のノズルを含む少なくとも１つの流体吐出ダイを含み：
   傾斜した列は流体吐出ダイの幅を横切って配分されており、傾斜した列は、傾斜した列のそれぞれがダイの幅に対して直交せず；
   複数のノズルの個々それぞれについて、個々の吐出チャンバーが個々のノズルと流体的に結合され；そして
   吐出チャンバーの個々それぞれについて、個々の流体供給孔の少なくとも１つが個々の吐出チャンバーと流体的に結合されるように配置されており；
   傾斜した列の中の隣接するノズルは、ノズルの出力によってカバーされる領域よりも小さなピッチを有する、付加製造デバイス。
10. 複数のノズルは複数アレイに分割されている、請求項９の付加製造デバイス。
11. 異なるアレイにある近傍ノズルの組がダイの幅に対して異なる角度を有している、請求項１０の付加製造デバイス。
12. アレイは相互にオフセットされたミラーである、請求項１０の付加製造デバイス。
13. 付加製造システムであって：
    ある容積の造形材料を収容するベッド；
    造形材料の層を造形領域内に順次堆積させる造形材料分配器；および
    造形材料の層上へと製造剤を選択的に分配する剤分配器を含み、この剤分配器が：
    ダイの長さに沿って傾斜した列に配置された複数のノズルを含む少なくとも１つの流体吐出ダイを含み：
    傾斜した列は流体吐出ダイの幅を横切って配分されており、傾斜した列は、傾斜した列のそれぞれがダイの幅に対して直交せず；
    複数のノズルの個々それぞれについて、個々の吐出チャンバーが個々のノズルと流体的に結合され；そして
    吐出チャンバーの個々それぞれについて、個々の流体供給孔の少なくとも１つが個々の吐出チャンバーと流体的に結合されるように配置されており；
    傾斜した列の中の隣接するノズルは、ノズルの出力によってカバーされる領域よりも小さなピッチを有する、付加製造システム。
14. 造形材料の層が造形領域内に順次堆積されるにつれて、ベッドが垂直方向に移動する、請求項１３の付加製造システム。
15. 剤分配器は水平方向に平行移動して製造剤を所望のパターンで配置することを可能にする、請求項１２の付加製造システム。

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