JP2021507834A

JP2021507834A - ３ｄ印刷における寸法変動補償

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Publication number: JP2021507834A
Application number: JP2020535044A
Authority: JP
Inventors: ゴンザレス，セルジオ; シェパード，マシュー，エイ; ホワイト，スコット; カメルツェル，バレ
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2018-04-10
Filing date: 2018-04-10
Publication date: 2021-02-25
Anticipated expiration: 2038-04-10
Also published as: KR20200093661A; JP7046193B2; EP3717210A1; BR112020015355A2; WO2019199285A1; KR102361096B1; EP3717210A4; CN112020420A; US20210331400A1; US11364687B2

Abstract

例示的な実施形態において、３Ｄ印刷における寸法変動を補償するための方法が、印刷される３Ｄ部品を表す３Ｄオブジェクトモデルを受け取ることを含んでいる。この方法はまた、造形材料の種類および造形容積内部で３Ｄ部品を印刷する位置を受け取ることを含む。この方法は、前記位置から、３Ｄ部品を印刷する造形容積の対象小容積を決定し、各々の対象小容積に関連する寸法補償ファクタを検索し、そして寸法補償ファクタのそれぞれを３Ｄオブジェクトモデルに適用して、造形容積内部の３Ｄ部品の位置に応じて３Ｄ部品をスケーリングすることを含んでいる。

Description

付加製造プロセスは、デジタル３Ｄオブジェクトモデルからパターン化された造形材料の、層ごとの蓄積および固化をもたらすことにより、３次元（３Ｄ）オブジェクトを製造することができる。幾つかの例においては、インクジェットプリントヘッドが、融合剤またはバインダー液といった液状の機能性剤を、造形材料の層上に、各層のパターン化領域内において、選択的に印刷（すなわち付着）させることができる。この液状剤は、印刷領域内における造形材料の固化を促進させることができる。例えば、融合エネルギーを層に印加して、液状融合剤が適用された領域において、造形材料を一体に熱融合させることができる。造形材料の選択された区域の固化は、製造中の、すなわち印刷中の３Ｄオブジェクトの２Ｄ断面層を形成可能である。

さて添付図面を参照して、例について説明する。添付図面中：

図１は、３Ｄ部品の印刷の間に生ずる可能性のある寸法変動に対する補償を提供するのに適した３Ｄ印刷システムのブロック図を示しており；

図２は、複数の小容積へと細分化された造形容積の例を示しており；

図３は、寸法補償ファクタの例を有するルックアップテーブルの例を示しており；

図４は、２Ｄグリッド上に位置する２Ｄ部品の例を示しており；

図５は、２Ｄグリッド上の２Ｄ部品の例を示しており、そこではグリッド細分区画の中心点が計算されており；そして

図６、図７、図８、および図９は、３Ｄ印刷における寸法変動を補償する方法の例を示す流れ図である。

図面全体を通して、同一の参照番号は、必ずしも同一ではないが、同一の要素を指している。

幾つかの３Ｄ印刷プロセスのような、幾つかの付加製造プロセスにおいては、例えば、３Ｄオブジェクトまたは部品は層ごとを基準として形成することが可能であり、そこでは各々の層が処理され、またその各部が後続の層と組み合わせられて、最終的に３Ｄオブジェクトが完全に形成される。この説明全体を通じて、用語「部品」および「オブジェクト」並びにこれらの変形が、相互に交換可能に使用されてよい。加えて、この説明全体を通じては、３Ｄ印刷プロセスがプロセスの例として一般的に使用されるが、バインダージェッティング、レーザー金属堆積、および他の粉末ベッドに基づくプロセスのような他のプロセスも、同様に適切な例をもたらすことができる。さらにまた、本願では造形材料は一般的に、粉末状ナイロンのような粉末造形材料であるとして参照されるが、そこには、３Ｄデジタルオブジェクトモデルから３Ｄオブジェクトを製造する場合に使用されてよい造形材料の形態または種類を限定する意図はない。さまざまな形態および種類の造形材料が適切な場合があり、また本願で考慮されている。造形材料の異なる形態および種類の例には、限定するものではないが、材料の長いストランドまたは糸から短い長さに切断され、または他の仕方で形成された短繊維、およびプラスチック、セラミック、金属、およびその他を含む種々の粉末および粉末状材料が含まれることができる。

種々の３Ｄ印刷プロセスおよび他の付加製造プロセスにおいて、製造中の３Ｄオブジェクトの層は、３Ｄオブジェクトモデルの２Ｄスライスからパターン化することが可能であり、そこでは各々の２Ｄスライスが、３Ｄオブジェクトの層を形成するための粉末層各部を規定する。３Ｄモデルの形状を記述する幾何学的情報といった、３Ｄオブジェクトモデル内の情報は、ＳＴＬ、ＶＲＭＬ、ＯＢＪ、ＦＢＸ、ＣＯＬＬＡＤＡ、３ＭＦ、およびその他といった、種々の３Ｄファイルフォーマットにおいて、プレーンテキストまたはバイナリデータとして記憶されることができる。幾つかの３Ｄファイルフォーマットは、色、テクスチャ、および／または表面仕上げ、材料の種類、および機械的性質および公差、ならびに印刷の間に３Ｄ印刷システムの造形領域内部で形成されているときに３Ｄオブジェクトが有する向きおよび配置といった、３Ｄオブジェクトモデルについての追加情報を記憶することができる。

３Ｄオブジェクトモデル内の情報は、印刷または製造される３Ｄオブジェクトの固体部分を規定することができる。３Ｄオブジェクトを３Ｄオブジェクトモデルから製造するために、３Ｄモデル情報は処理されて、３Ｄモデルの２Ｄ平面またはスライスをもたらすことができる。異なる例においては、３Ｄプリンターが３Ｄオブジェクトモデルを受け取って処理し、２Ｄスライスにすることが可能であり、または３Ｄプリンターは、既に３Ｄオブジェクトモデルから処理されている２Ｄスライスを受け取ることが可能である。各々の２Ｄスライスは一般的に、粉末が３Ｄ印刷プロセスの間に固化される固体部品領域として、造形材料（例えば、粉末）の層の１つの領域または複数の領域を規定することのできるイメージおよび／またはデータを含んでいる。かくして、３Ｄオブジェクトモデルの２Ｄスライスは、融合剤または結合剤のような液状機能性剤を受け取る（すなわち、それで印刷される）粉末層の領域を規定することができる。逆に、２Ｄスライスによって部品領域として規定されなかった粉末層の領域は、粉末が固化されない非部品領域を含んでいる。非部品領域は液状機能性剤を受け取らなくてよく、または非部品領域は、部品の輪郭まわりに選択的に適用可能で、例えば周囲の造形材料を冷却して融合しないようにするためのディテール化剤（表面仕上剤）を受け取ってよい。

幾つかの例示的な、粉末系の融合剤３Ｄ印刷システムにおいては、造形領域または造形容積内部で、粉末造形材料の層をプラットフォームまたは印刷ベッド上に拡延可能である。上記したように、粉末材料の粒子を一体に融合または固化して、３Ｄオブジェクトモデルの各々の２Ｄスライスによって規定されたようにして部品を形成する領域において、液状機能性剤（すなわち、融合剤）を粉末層の各々へと選択的に適用することができる。造形領域にある各々の層は、融合エネルギーに曝露されることができ、融合剤が適用された個所において、粉末材料の粒子は一体に熱融合され固化される。このプロセスは、造形領域内部で単一の３Ｄ部品または複数の３Ｄ部品が形成されるまで、１回に１層で繰り返することができる。

上記した３Ｄ印刷プロセスのような、造形材料の層を溶融し固化して３Ｄ部品を形成するために熱を使用する、幾つかの付加製造プロセスにおいては、印刷部品は、その部品の全ての層が印刷された時点で雰囲気温度へと冷却される。この冷却プロセスの間に、印刷部品は部品の収縮といった、寸法変動を生ずる可能性がある。この収縮は、部品を形成するために使用されている造形材料の種類に幾分か依存していることが知られている。しかしながら部品を形成する造形材料の種類に加えて、部品が冷却するにつれて寸法変動に影響する可能性のある他の要因がある。例えば、３Ｄ印刷システムの造形領域または造形容積の内部における熱的な不均衡は、造形容積内部の部品の位置に応じて、３Ｄ部品に異なるレベルの収縮を生ずる可能性がある。例えば、造形容積内部の異なる領域は異なる熱的プロファイルを有していてよく、異なる速度で冷却されてよいが、これはそれらの領域にある部品に、異なる収縮を生じさせる可能性がある。従って、造形容積の内部における配置に応じて、異なる部品が異なるレベルの収縮を生ずる可能性がある。加えて、造形容積内部における部品の位置決めに応じて、その部品の全体が一様なレベルの収縮を生ずる場合があり、または部品の異なる領域が異なるレベルの収縮を生ずる場合がある。

３Ｄ印刷において、こうした寸法変動（例えば、部品の収縮）に対処するための、幾つかの従前の方法には、部品を形成するのに使用されている造形材料の種類に基づいて、部品の３Ｄオブジェクトモデルをスケーリング（拡大／縮小）することが含まれる。かくして、部品を印刷するのに使用される造形材料の種類に応じて３Ｄオブジェクトモデルをスケーリングするために、異なる寸法補償ファクタ（係数）を適用することができる。冷却の後に、最終的な印刷部品は、同様のスケーリングが行われなかった部品と比較すると、改善された寸法精度を有しうる。しかしながら、こうした従来法においては、造形容積内部において印刷される部品の数および／または位置とは無関係に、３Ｄ印刷システムの造形容積全体に対して、単一の寸法補償が一般的に適用される。加えて、スケーリングは造形容積の印刷可能領域の中心から行われ、部品間の相対的な位置は、印刷ジョブ内では変化しない。従って、そうした従来法は印刷部品の寸法精度を改善するには役立ちうるが、それらは部品における寸法変動に影響しうる他の要因については考慮しない。

例えば種々の要因が、造形容積内部の異なる位置または容積領域内で印刷される部品の寸法精度に影響を及ぼしうる。前述したように、例えば造形容積全体を通じての熱的不均衡は、造形容積の異なる位置において印刷される部品に、異なる速度での冷却を生じさせる可能性があり、これが部品相互間での、また単一の部品内での寸法変動を生じさせうる。より具体的には、造形容積のより迅速に冷却される領域において印刷された部品は、造形容積のよりゆっくりと冷却される領域において印刷された部品よりも、大きな収縮を生ずる可能性がある。

さらにまた、３Ｄ印刷における寸法変動に対処するための従来法は一般に、処理前の３Ｄオブジェクトモデルデータを３Ｄ印刷システムに送信することを含んでいる。つまり、寸法補償はしばしば、補償されたモデルが３Ｄ印刷システムへと印刷のために提示されるより前に、遠隔にある別のシステムによって３Ｄオブジェクトモデルに適用される。３Ｄ印刷における寸法変動を補償するためのこうした方法は殆どの場合、寸法補償が３Ｄオブジェクトモデルにどのように適用されるかについて、３Ｄ印刷システムが何らかの制御を行うことを妨げる。加えて、こうした方法は、部品を形成するのに使用される異なる種類の造形材料のそれぞれについて、および／または印刷される特定の３Ｄ部品に対してユーザーが適用を望む異なる印刷プロファイルのそれぞれについて、３Ｄ印刷システムに対して新たな３Ｄオブジェクトモデルデータ（例えば、新たな３ＭＦファイル）を再生成し、再送信することを包含しうる。

そこで、本願において記載される例示的な方法およびシステムは、３Ｄ部品の印刷の間に生ずる可能性のある寸法変動に対して、補償をもたらすことができる。例示的な３Ｄ印刷システムおよび方法は、造形容積の特定の容積細分区画、すなわち小容積に関連して、印刷部品における寸法変動（例えば部品の収縮）を補償することができる。造形容積は複数の小容積（すなわち、容積細分区画）へと分割可能であり、そして造形容積の小容積のそれぞれには、特定の寸法補償ファクタを関連させることができる。特定の小容積に関連する補償ファクタは次いで、その特定の小容積内で印刷される３Ｄオブジェクトモデルの任意の部分をスケーリングするように適用可能である。

さらにまた、造形容積内部のそれぞれの特定の小容積は、複数の関連する寸法補償ファクタを有することができ、そこではそれぞれの異なる補償ファクタはさらに、その特定の小容積内で部品（または部品の一部分）を印刷するのに使用可能な、造形材料の特定の種類に関連している。かくして、３Ｄ印刷システムが、例えば異なる５種類の造形材料を使用して部品印刷が可能である場合、造形容積の特定の小容積のそれぞれは、５つの異なる補償ファクタと関連することができ、そこでは各々の補償ファクタは、５種類の利用可能な造形材料の異なる１つと関連されている。寸法補償ファクタは、各々の小容積内部でそれまでに印刷され測定された部品から取った実験的寸法データに基づいて、それぞれの小容積および材料の種類について、予め決定することができる。幾つかの例においては、補償ファクタは、それぞれの補償ファクタを特定の小容積および特定の種類の造形材料と関連付けるルックアップテーブル内において、３Ｄ印刷システム上に記憶することができる。かくして、３Ｄ部品を印刷するのに使用される材料の種類、並びに３Ｄ部品が造形容積内部で印刷される位置または小容積に基づいて、ルックアップテーブルのようなソースから、適切な寸法補償ファクタを決定することができる。寸法補償ファクタは、対応する３Ｄ部品の寸法をスケーリングするために、３Ｄオブジェクトモデル、および／または３Ｄオブジェクトモデルの各部に適用可能であり、それによって部品は、部品を印刷するのに使用される材料の種類、または部品が印刷される特定の小容積に関わらず、それらについて意図した寸法で印刷可能である。

特定の例においては、３Ｄ印刷における寸法変動を補償するための方法が、印刷される３Ｄ部品を表す３Ｄオブジェクトモデルを受け取ることを含んでいる。この方法はまた、造形材料の種類および造形容積内部で３Ｄ部品を印刷する位置を受け取ることを含む。異なる例においては、造形材料の種類および位置は、３Ｄオブジェクトモデルと一緒に、またはそれとは別個に受け取られる。この方法は、前記位置から、内部に３Ｄ部品が印刷され造形容積の対象小容積を決定し、各々の対象小容積に関連する寸法補償ファクタを検索し、そして寸法補償ファクタのそれぞれを３Ｄオブジェクトモデルに適用して、造形容積内部の３Ｄ部品の位置に応じて３Ｄ部品をスケーリングすることを含んでいる。

別の例においては、寸法変動補償３Ｄ印刷システムが、システムの造形容積内部で印刷される３Ｄ部品を表す３Ｄオブジェクトモデルを受け取るメモリを含んでいる。このシステムは、３Ｄ部品の一部分が印刷される、造形容積内部の対象小容積を識別するようプログラムされたプロセッサを含んでいる。このシステムは、造形容積内部の複数の小容積のそれぞれに関連する寸法補償ファクタのソースを含んでいる。プロセッサは、ソースにアクセスし、対象小容積に関連する補償ファクタを検索し、そして３Ｄオブジェクトモデルの一部分を補償ファクタでスケーリングするようプログラムされている。システムは、プロセッサによって制御され、３Ｄオブジェクトモデルのスケーリングされた部分に従って対象小容積内に３Ｄ部品の一部分を印刷する、印刷システム部品を含んでいる。

別の例においては、３Ｄ印刷における寸法変動を補償するための方法が、印刷される３Ｄ部品を表す３Ｄオブジェクトモデルを受け取ることを含んでいる。この方法は、３Ｄ印刷システムの造形容積内部で、３Ｄ部品の一部分が印刷される対象小容積を識別し、対象小容積に関連する補償ファクタを検索し、３Ｄオブジェクトモデルの一部分を補償ファクタでスケーリングし、そして３Ｄオブジェクトモデルのスケーリングされた部分に従って対象小容積内に３Ｄ部品の一部分を印刷することを含んでいる。

図１は、３Ｄ部品の印刷の間に生ずる可能性がある寸法変動に対する補償をもたらすのに適切な、３Ｄ印刷システム１００の例のブロック図を示している。この３Ｄ印刷システム１００は例示のみのために示されており、完全な３Ｄ印刷システムを表すことを意図してはいない。かくして、例示システム１００は追加の部品を含んでいてよく、また本願で具体的に例示または説明していない、追加の機能を奏するものであってよいことが理解される。

例示の３Ｄ印刷システム１００は、移動式の印刷ベッド１０２、すなわち造形プラットフォーム１０２を含み、これは３Ｄオブジェクトを印刷可能な作業空間または造形容積／領域１０３の床面として役立つ。幾つかの例においては、印刷ベッド１０２はｚ軸方向において、垂直方向に（すなわち、上下に）移動可能である。３Ｄ印刷システムの造形容積１０３とは一般に、３Ｄ部品の各層の層ごとの印刷および固化の間に印刷ベッドが下方へと垂直方向に移動するにつれて、移動可能な印刷ベッド１０２の上方に発現される、容積を持った作業空間を指している。この作業空間は本願では代替的に、造形容積、造形領域、ワークスペース、およびその他として称されることができる。幾つかの例においては、造形容積１０３は以下でより詳細に説明するように、小容積へと細分化されることができる。例示的な３Ｄ印刷システム１００はまた、粉末造形材料分配器１０４を含んでおり、これは印刷ベッド１０２上に、粉末の層をもたらすことができる。幾つかの例においては、適切な粉末造形材料には、ＨＰＩｎｃ．から入手可能なＶ１Ｒ１０Ａ「ＨＰＰＡ１２」として商業的に知られている、ＰＡ１２造形材料が含まれうる。粉末分配器１０４は、ローラーやブレードといった、印刷ベッド１０２をｘ軸方向に横断移動して粉末層を拡延するための、粉末供給および粉末拡延機構を含むことができる。

液状剤分配器１０６が、融合剤および／またはディテール化剤のような液状機能性剤を、融合剤分配器１０６ａおよびディテール化剤分配器１０６ｂのそれぞれから、印刷ベッド１０２上にもたらされた粉末層の領域上へと選択的な仕方で分配することができる。幾つかの例においては、適切な融合剤には、ＨＰＩｎｃ．から入手可能なＶ１Ｑ６０Ｑ「ＨＰ融合剤」として商業的に知られている融合剤配合物のような、カーボンブラックを含むインクタイプの配合物が含まれうる。異なる例においては、融合剤配合物にはまた、赤外光吸収剤、近赤外光吸収剤、可視光吸収剤、ＵＶ光吸収剤が含まれうる。可視光増強剤を含むインクには、ＨＰＩｎｃ．から入手可能なＣＥ０３９ＡおよびＣＥ０４２Ａとして商業的に知られているインクのような、染料系カラーインクおよび顔料系カラーインクが含まれうる。適切なディテール化剤の例には、ＨＰＩｎｃ．から入手可能なＶ１Ｑ６１Ａ「ＨＰディテール化剤」として商業的に知られている配合物が含まれうる。液状剤分配器１０６は、例えばサーマルインクジェットプリントヘッドまたはピエゾ圧電プリントヘッドのような、単一のプリントヘッドまたは複数のプリントヘッドを含むことができる。幾つかの例においては、プリントヘッド分配器１０６は、印刷ベッド１０２のｙ軸寸法全体にわたって拡がり、印刷ベッド１０２上に拡延された粉末層上へと液滴を吐出しながら、方向を示す矢印１０７によって示されるようにｘ軸方向に双方向に（すなわち、前後に）移動する、液体吐出器（すなわち、ノズル）のページ幅アレイを含むことができる。他の例においては、プリントヘッド分配器１０６は、走査型プリントヘッドを含むことができる。走査型プリントヘッドは、方向を示す矢印１０７によって示されるようにｘ軸方向に双方向に移動するに際して、ｙ軸寸法において印刷ベッド１０２の限られた部分またはスワスにわたって拡がることができ、その間に印刷ベッド１０２上に拡延された粉末層上へと液滴を吐出する。各々のスワスが完了すると、印刷ベッド１０２上の粉末層の別のスワスを印刷するのに備えて、走査型プリントヘッドは方向を示す矢印１０９によって示されているようにｙ軸方向に移動することができる。

例示的な３Ｄ印刷システム１００はまた、放射線源１０８のような融合エネルギー源１０８を含んでおり、これは印刷ベッド１０２上の粉末層に放射線Ｒを適用可能であって、粉末の加熱および融合を促進させる。幾つかの例においては、エネルギー源１０８は、印刷ベッド１０２をｘ軸方向に横切るよう走査される、走査型エネルギー源を含むことができる。幾つかの例においては、例えば３Ｄ印刷システムが金属、セラミック、およびプラスチックのような異なる材料上へと液状結合剤を印刷可能な、バインダージェッティングシステムを含んでいる場合には、システム１００は、結合剤乾燥／架橋ユニット（図示せず）を含むことができる。

引き続き図１を参照すると、例示的な３Ｄ印刷システム１００は負荷的に、例示的なコントローラ１１０を含んでいる。この例示的なコントローラ１１０は、３Ｄ印刷システム１００の種々の部品および動作を制御可能であり、粉末を印刷ベッド１０２上へと制御可能に拡延し、融合剤およびディテール化剤を粉末の各部に対して選択的に適用／印刷し、そして粉末を放射線Ｒに対して曝露するなどのように、本願で一般的に記載したようにして３Ｄ部品の印刷を促進する。加えて、コントローラ１１０はさらに、３Ｄ印刷システム１００の部品および動作を制御して、３Ｄ部品の印刷の間に生ずる可能性のある寸法変動に対する補償をもたらすことができる。

図１に示されているように、例示的なコントローラ１１０は、プロセッサ（ＣＰＵ）１１２およびメモリ１１４を含むことができる。コントローラ１１０は付加的に、３Ｄ印刷システム１００の種々の部品と通信し、そして制御するための、他のエレクトロニクス（図示せず）を含むことができる。そうした他のエレクトロニクスには例えば、ディスクリート電子部品および／またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）が含まれうる。メモリ１１４は、揮発性（すなわち、ＲＡＭ）および不揮発性メモリ部品（例えば、ＲＯＭ、ハードディスク、光学ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、フラッシュメモリ、その他）の両者を含むことができる。メモリ１１４の部品は、機械可読式コード化プログラム命令、データ構造、プログラム命令モジュール、ＪＤＦ（ジョブ定義フォーマット）、プレーンテキストまたはバイナリデータをＳＴＬ、ＶＲＭＬ、ＯＢＪ、ＦＢＸ、ＣＯＬＬＡＤＡ、３ＭＦといった種々の３Ｄファイルフォーマットで記憶し、そして他のデータおよび／または３Ｄ印刷システム１００のプロセッサ１１２によって実行可能な命令を記憶することのできる、非一時的な、機械可読式（例えば、コンピュータ／プロセッサ可読式）の媒体を含むことができる。

図１の例示的なコントローラ１１０に示されているように、メモリ１１４内に記憶される例示的な実行可能命令は、モジュール１１８、１２２、１２４、１２８、および１３２に関連する命令を含むことができ、これに対して例示的な記憶データは、３Ｄオブジェクトモデルデータ１１６、部品／オブジェクト位置および材料データ１１７、ルックアップテーブルデータ１２０のような補償ファクタデータソース１２０、スケーリング３Ｄオブジェクトモデルデータ１２６、およびスケーリング２Ｄスライスデータ１３０を含むことができる。かくして３Ｄ印刷システム１００は、印刷される部品を表す３Ｄオブジェクトモデル１１６を受け取ることができる。この３Ｄオブジェクトモデル１１６は、例えば３ＭＦのような３Ｄファイルフォーマットで受信可能である。３Ｄオブジェクトモデル１１６は、３Ｄモデルの形状を記述した幾何学的情報、並びに色、表面テクスチャ、造形材料の種類、造形容積１０３内部で３Ｄ部品を印刷する位置、およびその他を示す情報を含むことができる。幾つかの例においては、３Ｄ部品の位置および材料の種類１１７といった、３Ｄ部品に関する情報は、恐らくはユーザー入力またはその他として、３Ｄオブジェクトモデル１１６とは独立して受け取ることができ、そしてメモリ１１４に記憶可能である。

幾つかの例においては、３Ｄ印刷システム１００が３Ｄオブジェクトモデル１１６を受け取った場合、プロセッサ１１２は小容積決定モジュール１１８からの命令を実行可能である。この小容積決定モジュール１１８は実行されると、造形容積１０３内部のどこに３Ｄ部品を印刷するかを決定する。このことは例えば、３Ｄオブジェクトモデル１１６と共に受け取った、または部品位置データ１１７として別個に受け取った、位置決め情報から決定することができる。位置決め情報は、例えば、図２に示された造形容積１０３のような、造形容積１０３内部に印刷部品を位置決めするＸ、Ｙ、およびＺ座標軸を含むことができる。３Ｄ部品の位置が検索され、または他の仕方で決定されたならば、小容積決定モジュール１１８はさらに実行されて、内部に３Ｄ部品が印刷される、造形容積１０３内部の小容積１３４（図２）が決定される。３Ｄ部品が内部に印刷される小容積１３４は、対象小容積と称されてよい。内部に部品が印刷される対象小容積１３４を決定するための１つの例示的な方法が、図４および図５に関して後で説明される。

図２は、複数の容積細分区画、すなわち小容積１３４（小容積１３４ａ、１３４ｂ、１３４ｃ、１３４ｄ、１３４ｅ、１３４ｆ、１３４ｇ、および１３４ｈとして示されている）へと細分化された、造形容積１０３の例を示している。図２に示された例示的な造形容積１０３は、８つの等しい寸法の、そして矩形形状の小容積に分割されているが、他の小容積構成もまた可能である。従って他の例は、最終的に造形容積１０３の全容積を構成する、実際上任意の対応する寸法および形状を有する、任意の数の小容積を含んでいてよい。

図２はまた、造形容積１０３内部に印刷される２つの部品１３６および１３８の例を示している。図１および図２を参照すると、小容積決定モジュール１１８は実行されると、これらの部品が印刷される対象小容積を決定する。図２に示された例においては、第１の部品１３６は下段左側前方の小容積１３４ｃに印刷され、そして第２の部品１３８は下段後方の両方の小容積１３４ｈおよび１３４ｄに印刷される。かくして、小容積１３４ｃ、１３４ｈ、および１３４ｄは、内部に３Ｄ部品、または３Ｄ部品の一部分が印刷される対象小容積である。図２に示された２つの部品１３６および１３８は、異なる例において、部品は単一の小容積１３４内部に印刷可能であり、または複数の小容積内部に印刷可能であることを説明するのに役立つ。

内部に単一の部品または複数の部品が印刷される対象小容積が識別されたならば、寸法補償ファクタを、例えば図３に示す例示的なルックアップテーブル１２０のような、補償ファクタデータソース１２０から検索（取り出し）することができる。本願においては補償ファクタデータソース１２０は、ルックアップテーブルを含むものとして説明され例示されているが、他の補償ファクタソース１２０も可能であり、考慮されている。幾つかの例においては、例えば、補償ファクタソース１２０は、プロセッサ１１２に寸法補償ファクタを生成するためのプロセスを行わせる、実行可能な命令の組を含んでいてよい。この例においては、図３は、部品（すなわち、Ｍ１からＭ５）を印刷するのに使用される造形材料の種類、および内部に部品が印刷される特定の小容積１３４（１３４ａ、１３４ｂ、１３４ｃ、１３４ｄ、１３４ｅ、１３４ｆ、１３４ｇ、および１３４ｈ）を参照し、またはそれらに関連している寸法補償ファクタの例を有する、ルックアップテーブル１２０を示している。補償ファクタ検索モジュール１２２からの命令を実行するプロセッサ１１２は、ルックアップテーブル１２０または識別された対象小容積並びに部品を印刷するのに使用される造形材料の何れかの種類に関連する他のソースから、適切な補償ファクタを検索することができる。上記したように、使用される造形材料の種類に関する情報は、３Ｄオブジェクトモデル１１６と共に、またはユーザー入力を通じてといった何らかの他の独立した方法によって受け取ることができ、部品材料種類１１７として記憶される。図３に示された補償ファクタは、単に例示として示されている。一般には、補償ファクタは、最終的に印刷された部品が意図する寸法に合致することを確実にするのを助けるために、３Ｄ部品の寸法を補償可能なスケーリング割合を示す値を含むことができる。かくして単に例示としてであって限定するものではないが、適切な補償ファクタの値は、１パーセント未満から１パーセントを超え数パーセント以上の範囲にあってよい。

図１から図３を全体的に参照すると、適切な寸法補償ファクタを受け取った場合に、スケーリングモジュール１２４からの命令を実行するプロセッサ１１２は、補償ファクタを３Ｄオブジェクトモデル１１６に適用して、モデルの寸法をスケーリングすることができ、その結果スケーリングされた３Ｄオブジェクトモデル１２６が得られる。例えば、図２に示された第１の部品１３６に関して言うと、図３のテーブル１２０に示された対象小容積１３４ｃおよびＭ１のような材料の種類に関連する単一の補償ファクタを適用して、部品全体をスケーリングすることができる。第２の部品１３８に関しては、対象小容積１３４ｄおよび１３４ｈに関連する複数の補償ファクタ、そしてさらに、テーブル１２０に示されたＭ３のような関連する材料の種類を適用して、異なる小容積１３４ｄおよび１３４ｈの内部における部品の位置に従って、部品１３８の異なる部分をスケーリングすることができる。かくして、部品１３８の１つの部分は第１の補償ファクタに従ってスケーリングすることができ、同時に部品１３８の別の部分は第２の補償ファクタに従ってスケーリングすることができる。

３Ｄオブジェクトモデル１１６が適切な寸法補償ファクタによってスケーリングされた後、印刷を行うために、スケーリングされた３Ｄオブジェクトモデル１２６をスケーリングされた２Ｄスライスデータ１３０へと処理することができる。プロセッサ１１２は、例えばスケーリングされた２Ｄスライスデータ１３０を生成するために、２Ｄスライス生成モジュール１２８からの命令を実行することができる。プロセッサ１１２は次いで、さらにレンダリングモジュール１３２からの命令を実行して、スケーリングされた２Ｄスライスデータ１３０に対応する３Ｄ部品の層を印刷するために、３Ｄ印刷システム１００の部品の動作を制御可能な３Ｄ印刷システムコマンドを生成することができる。

上記したように、図４および図５は、どの小容積１３４が内部に部品が印刷される対象小容積であるか、そしてその部品に適用される補償ファクタはどれかを決定するための、１つの例示的な方法を示している。単純化のために、この例示的な方法は、２Ｄの例に関して例示し、説明することができる。図４は、２Ｄグリッド１４２上にある２Ｄ部品１４０を示している。この２Ｄ部品１４０はこの例において、３Ｄ印刷システム１００にロードされた３Ｄオブジェクトモデル１１６を表すために使用可能である。この例示的な２Ｄ部品１４０は、３Ｄオブジェクトモデル１１６と共に受け取ったＸ、Ｙ、Ｚ座標系情報に従って３Ｄ部品を造形容積１０３内部に位置決め可能であるのと同様の仕方において、２Ｄ座標系配置に従って２Ｄグリッド区画内部に位置決め可能である。２Ｄグリッド１４２内部の区画は、上記で一般的に説明した造形容積１０３内部の３Ｄ小容積１３４を表すことができ、そこでは各々のグリッド区画は割り当てられた補償ファクタを有している。図４に示されているように、部品１４０が２Ｄグリッド１４２（３Ｄにおける造形容積１０３に類似）内部に位置決めされた後、部品１４０について境界ボックス１４４を決定することができ、そして境界ボックス１４４の中心点Ｐ１を計算することができる。図５は、２Ｄグリッド１４２上にある部品１４０を示しており、そこでは中心点Ｐ１に最も近いグリッド細分区画のそれぞれについて、中心点が計算される。かくして図５は、Ｐ３，０、Ｐ４，０、Ｐ４，１およびＰ３，１にある２Ｄグリッド上の点を示している。次いで、Ｐ１から点Ｐ３，０、Ｐ４，０、Ｐ４，１およびＰ３，１の全てに対する距離を計算し、バイリニア補間（３Ｄの場合におけるトリリニア補間）を計算するために使用することができる。中心点Ｐ１からのバイリニア補間は、グリッド細分区画のそれぞれに割り当てられた補償ファクタに基づいて、グリッド細分区画の各々（または３Ｄにおける小容積の各々）の内部における補償値の円滑な変化を決定することができる。

図６、図７、図８、および図９は、３次元（３Ｄ）印刷における寸法変動を補償するための例示的な方法６００、７００、８００、および９００のそれぞれを示す流れ図である。方法７００は方法６００の延長線上にあって方法６００に対する付加的な詳細事項を含んでいるが、これに対して方法９００は方法８００の延長線上にあって方法８００に対する付加的な詳細事項を含んでいる。方法６００から９００は、図１から図５に関して上記で説明した例に関連しており、方法６００から９００に示された動作の詳細は、そうした例についての関連する説明中に見出すことができる。方法６００から９００の動作は、図１に示すメモリ／ストレージ１１４のような、非一時的な機械可読式（例えば、コンピュータ／プロセッサ可読式）の媒体上に記憶されたプログラム命令として実施されてよい。幾つかの例においては、方法６００から９００の動作を実施することは、メモリ１１４に記憶されたプログラム命令を読み出して実行する、図１のコントローラ１１０のようなコントローラによって達成可能である。幾つかの例においては、方法６００から９００の動作を実施することは、ＡＳＩＣおよび／または他のハードウェア部品を単独で、またはコントローラ１１０によって実行可能なプログラム命令と組み合わせて使用することによって達成可能である。

方法６００から９００は１つよりも多い実施形態を含んでいてよく、そして方法６００から９００の異なる実施形態は、図６から図９のそれぞれの流れ図に表された全部の動作を用いないものであってもよい。従って、方法６００から９００の動作は流れ図のそれぞれにおいて特定の順序で表されているが、それらの表示順序は動作が実際に実施されてよい順序について、また動作の全てが実施されてよいか否かについて限定することを意図したものではない。例えば、方法６００の１つの実施形態は、後続の他の動作を実行することなく、幾つかの初期動作を実行することを通じて達成されてよく、これに対して方法６００の別の実施形態は、全ての動作を実行することを通じて達成されてよい。

さて図６の流れ図を参照すると、３Ｄ印刷における寸法変動を補償するための例示的な方法６００が、印刷する３Ｄ部品を表す３Ｄオブジェクトモデルを受け取ることをもってブロック６０２で開始され、この３Ｄオブジェクトモデルは造形材料の種類と、３Ｄ部品を造形容積内部で印刷する位置とを含んでいる。ブロック６０３に示されているように、この方法は、造形材料の種類および造形容積内部で３Ｄ部品を印刷するための位置を受け取ることを含んでいる。ブロック６０４に示されているように、この方法は、この位置から、内部に３Ｄ部品が印刷される造形容積の対象小容積を決定することを含んでいる。この方法はまた、ブロック６０６および６０８のそれぞれに示されているように、それぞれの対象小容積に関連する寸法補償ファクタを検索し、そして各々の寸法補償ファクタを３Ｄオブジェクトモデルに適用して、造形容積内部の３Ｄ部品の位置に従って３Ｄ部品をスケーリングすることを含むことができる。

さて図７の流れ図を参照すると、例示的な方法７００は方法６００の延長線上にあり、そして方法６００の付加的な詳細事項を取り入れている。かくして方法７００は、３Ｄ印刷における寸法変動を補償するための方法を含んでおり、この方法は印刷する３Ｄ部品を表す３Ｄオブジェクトモデルを受け取ることをもってブロック７０２で開始され、この３Ｄオブジェクトモデルは造形材料の種類と、３Ｄ部品を造形容積内部で印刷する位置とを含んでいる。ブロック７０３に示されているように、この方法は、造形材料の種類および造形容積内部で３Ｄ部品を印刷するための位置を受け取ることを含んでいる。ブロック７０４に示されているように、この方法は、この位置から、内部に３Ｄ部品が印刷される造形容積の対象小容積を決定することを含んでいる。この方法はまた、ブロック７０６および７０８のそれぞれに示されているように、それぞれの対象小容積に関連する寸法補償ファクタを検索し、そして各々の寸法補償ファクタを３Ｄオブジェクトモデルに適用して、造形容積内部の３Ｄ部品の位置に従って３Ｄ部品をスケーリングすることを含むことができる。幾つかの例においては、ブロック７１０に示されているように、３Ｄオブジェクトモデルは造形材料の種類を含んでおり、そして寸法補償ファクタを検索することは、造形材料の種類および各々の対象小容積の両者に関連する寸法補償ファクタを検索することを含んでいる。ブロック７１２に示されているように、幾つかの例においては、寸法補償ファクタを検索することは、３Ｄ印刷システム上の補償ファクタルックアップテーブルにアクセスし、対象小容積のそれぞれをルックアップテーブル内で見つけ、そして各々の対象小容積に関連する寸法補償ファクタをルックアップテーブルから検索することを含みうる。ブロック７１４に示されているように、幾つかの例においては、内部に３Ｄ部品が印刷される造形容積の対象小容積を決定することは、内部に３Ｄ部品が印刷される単一の対象小容積を決定することを含みうる。加えて、寸法補償ファクタを検索することは、単一の対象小容積に関連する単一の寸法補償ファクタを検索することを含むことができ、そして各々の寸法補償ファクタを適用することは、単一の寸法補償ファクタを３Ｄオブジェクトモデルに適用することを含むことができる。ブロック７１６に示されているように、幾つかの例においては、寸法補償ファクタを３Ｄオブジェクトモデルに適用することは、スケーリングされた３Ｄオブジェクトモデルを生成することを含む。またこの方法は次いで、ブロック７１８および７２０に示されているように、スケーリングされた３Ｄオブジェクトモデルを処理してスケーリングされた２Ｄスライスデータとし、そして３Ｄ部品のそれぞれの層を対応するスケーリングされた２Ｄスライスデータに従って印刷することを含むことができる。

さて図８の流れ図を参照すると、３Ｄ印刷における寸法変動を補償するための別の例示的な方法８００が、印刷する３Ｄ部品を表す３Ｄオブジェクトモデルを受け取ることをもってブロック８０２で開始される。この方法はまた、ブロック８０４で示すように、３Ｄ印刷システムの造形容積内部で、内部に３Ｄ部品の一部分が印刷される対象小容積を識別することを含んでいる。この方法はさらに、ブロック８０６、８０８、および８１０のそれぞれに示すように、対象小容積に関連する補償ファクタを検索し、３Ｄオブジェクトモデルの一部分を補償ファクタでスケーリングし、そして対象小容積内の３Ｄ部品の部分を３Ｄオブジェクトモデルのスケーリングされた部分に従って印刷することを含むことができる。

さて図９の流れ図を参照すると、例示的な方法９００は方法８００の延長線上にあり、そして方法８００の付加的な詳細事項を取り入れている。かくして方法９００は、３Ｄ印刷における寸法変動を補償するための方法を含んでおり、この方法は印刷する３Ｄ部品を表す３Ｄオブジェクトモデルを受け取ることをもってブロック９０２で開始される。この方法はまた、ブロック９０４で示すように、３Ｄ印刷システムの造形容積内部で、内部に３Ｄ部品の一部分が印刷される対象小容積を識別することを含んでいる。この方法はさらに、ブロック９０６、９０８、および９１０のそれぞれに示すように、対象小容積に関連する補償ファクタを検索し、３Ｄオブジェクトモデルの一部分を補償ファクタでスケーリングし、そして対象小容積内の３Ｄ部品の部分を３Ｄオブジェクトモデルのスケーリングされた部分に従って印刷することを含むことができる。幾つかの例においては、ブロック９１２に示されているように、補償ファクタを検索することは、造形容積内部の複数の小容積の各々に関連する寸法補償ファクタを含むルックアップテーブルにアクセスし、そしてテーブル内において、その対象小容積に関連する補償ファクタを見つけることを含みうる。幾つかの例においては、ブロック９１４に示されているように、対象小容積を識別することは、３Ｄオブジェクトモデルからの位置決め情報に基づいて造形容積内部で３Ｄ部品を位置決めし、３Ｄ部品についての境界ボックスを決定し、そして複数の小容積から、境界ボックスの一部分が配置される小容積の各々を識別することを含みうる。幾つかの例においては、ブロック９１６に示されているように、ルックアップテーブルにある寸法補償ファクタのそれぞれは、小容積および造形材料の種類の両者に関連しており、そして補償ファクタを見つけることは、３Ｄオブジェクトモデル内部で識別された対象小容積および造形材料の種類の両者に関連する補償ファクタを見つけることを含みうる。この方法はさらに、ブロック９１８に示されているように、境界ボックスの一部分が配置されると識別された小容積の各々について、関連する補償ファクタをルックアップテーブルから検索することを含みうる。ブロック９２０および９２２に示されているように、この方法は、３Ｄオブジェクトモデルの各部を識別された小容積に対応する補償ファクタでスケーリングし、そして３Ｄオブジェクトモデルのスケーリングされた部分に従って３Ｄ部品を識別された小容積に印刷することを含むことができる。

Claims

３Ｄ印刷における寸法変動を補償するための方法であって：
印刷される３Ｄ部品を表す３Ｄオブジェクトモデルを受け取り；
造形材料の種類および造形容積内部で３Ｄ部品を印刷する位置を受け取り；
前記位置から、内部に３Ｄ部品が印刷される造形容積の対象小容積を決定し；
各々の対象小容積に関連する寸法補償ファクタを検索し；および
寸法補償ファクタのそれぞれを３Ｄオブジェクトモデルに適用して造形容積内部の３Ｄ部品の位置に応じて３Ｄ部品をスケーリングすることを含む、方法。
３Ｄオブジェクトモデルは造形材料の種類を含み；そして
寸法補償ファクタを検索することは、造形材料の種類および各々の対象小容積の両者に関連する寸法補償ファクタを検索することを含む、請求項１の方法。
寸法補償ファクタを検索することは：
３Ｄ印刷システム上にある補償ファクタルックアップテーブルにアクセスし；
ルックアップテーブル内部で、対象小容積のそれぞれを見つけ；そして
各々の対象小容積に関連する寸法補償ファクタをルックアップテーブルから検索することを含む、請求項１の方法。
内部に３Ｄ部品が印刷される造形容積の対象小容積を決定することは、内部に３Ｄ部品が印刷される単一の対象小容積を決定することを含み；
寸法補償ファクタを検索することは、単一の対象小容積に関連する単一の寸法補償ファクタを検索することを含み；
寸法補償ファクタは造形容積内部の熱的不均衡を補償し；そして
寸法補償ファクタのそれぞれを適用することは、単一の寸法補償ファクタを３Ｄオブジェクトモデルに適用することを含む、請求項１の方法。
寸法補償ファクタを３Ｄオブジェクトモデルに適用することは、スケーリングされた３Ｄオブジェクトモデルを生成することを含み、この方法はさらに：
スケーリングされた３Ｄオブジェクトモデルをスケーリングされた２Ｄスライスデータへと処理し；そして
３Ｄ部品の各層を対応するスケーリングされた２Ｄスライスデータに従って印刷することを含む、請求項１の方法。
寸法変動補償３Ｄ印刷システムであって：
３Ｄ印刷システムの造形容積内部で印刷される３Ｄ部品を表す３Ｄオブジェクトモデルを受け取るメモリ；
３Ｄ部品の一部分が印刷される、造形容積内部の対象小容積を識別するようプログラムされたプロセッサ；
造形容積内部の複数の小容積のそれぞれに関連する寸法補償ファクタのソースと、プロセッサは、ソースにアクセスし、対象小容積に関連する補償ファクタを検索し、そして３Ｄオブジェクトモデルの一部分を補償ファクタでスケーリングするようプログラムされていること；および
プロセッサによって制御され、３Ｄオブジェクトモデルのスケーリングされた部分に従って対象小容積内に３Ｄ部品の一部分を印刷する印刷システム部品を含む、３Ｄ印刷システム。
３Ｄオブジェクトモデルは３Ｄ部品を造形容積内部に配置するための位置決め情報を含み；そして
プロセッサは位置決め情報に基づいて対象小容積を識別するようプログラムされている、請求項６の３Ｄ印刷システム。
３Ｄオブジェクトモデルは造形材料の種類を含み；そして
プロセッサは位置決め情報および造形材料の種類の両者に基づいて対象小容積を識別するようプログラムされている、請求項７の３Ｄ印刷システム。
寸法補償ファクタのソースはルックアップテーブルを含み、このルックアップテーブルは造形材料の種類および複数の小容積のそれぞれに関連する寸法補償ファクタを含み、そしてプロセッサは対象小容積および造形材料の種類に関連する補償ファクタを検索するようプログラムされている、請求項８の３Ｄ印刷システム。
造形容積内部の対象小容積を識別することは：
３Ｄ部品の全ての部分が印刷される複数の対象小容積を識別し；
３Ｄ部品の境界ボックスを取得し；
境界ボックスの中心点を計算し；そして
中心点のトリリニア補間を行うことを含む、請求項６の３Ｄ印刷システム。
３Ｄ印刷における寸法変動を補償するための方法であって：
印刷される３Ｄ部品を表す３Ｄオブジェクトモデルを受け取り；
３Ｄ印刷システムの造形容積内部で、３Ｄ部品の一部分が印刷される対象小容積を識別し；
対象小容積に関連する補償ファクタを検索し；
３Ｄオブジェクトモデルの一部分を補償ファクタでスケーリングし；および
３Ｄオブジェクトモデルのスケーリングされた部分に従って対象小容積内に３Ｄ部品の一部分を印刷することを含む、方法。
寸法補償ファクタを検索することは：
造形容積内部の複数の小容積のそれぞれに関連する寸法補償ファクタを含むルックアップテーブルにアクセスし；および
ルックアップテーブル内部で、対象小容積に関連する寸法補償ファクタを見つけることを含む、請求項１１の方法。
対象小容積を識別することは：
３Ｄオブジェクトモデルからの位置決め情報に基づいて造形容積内部で３Ｄ部品を位置決めし；
３Ｄ部品についての境界ボックスを決定し；そして
複数の小容積から、境界ボックスの一部分が位置する小容積のそれぞれを識別することを含む、請求項１２の方法。
ルックアップテーブルにある寸法補償ファクタのそれぞれは、小容積および造形材料の種類の両者に関連しており、そして補償ファクタを見つけることは、３Ｄオブジェクトモデル内部で識別された対象小容積および造形材料の種類の両者に関連する補償ファクタを見つけることを含む、請求項１２の方法。
さらに：
境界ボックスの一部分が位置すると識別された小容積の各々について、関連する補償ファクタをルックアップテーブルから検索し；
３Ｄオブジェクトモデルの各部を識別された小容積に対応する補償ファクタでスケーリングし；そして
３Ｄオブジェクトモデルのスケーリングされた部分に従って３Ｄ部品を識別された小容積に印刷することを含む、請求項１３の方法。