JP2022105475A

JP2022105475A - 材料堆積速度が増加した金属滴排出三次元（３ｄ）物体プリンタ

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Publication number: JP2022105475A
Application number: JP2021206176A
Authority: JP
Inventors: デニス・コーミエ; Cormier Denis; サントフ・エス．・バデシャ; S Badesha Santokh; ヴァルン・サンビー; Sambhy Varun
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2021-01-04
Filing date: 2021-12-20
Publication date: 2022-07-14
Also published as: US11904388B2; KR20220098695A; US20220212265A1; US20240131594A1; EP4023369B1; CN114713856A; EP4023369A1

Abstract

【課題】堆積速度を向上させた金属滴排出プリンタを提供する。【解決手段】三次元（３Ｄ）物体プリンタは、単一ノズルを有する排出装置ヘッド１０４を有し、単一ノズルは、排出装置ヘッドのオリフィスプレート内の複数のオリフィスに流体接続している。単一ノズルを通る材料の排出は、複数のオリフィスを通して同時に放出される。一実施形態では、オリフィスの一部は、オリフィスプレートの平面の法線に対してある角度で配向されている。プリンタの動作のためのマシン対応命令を生成するプリンタのスプライサーは、オリフィスプレートと、液滴が排出される表面との間のスタンドオフ距離を特定して、表面上に排出された液滴の目標液滴間隔を達成する。このようにして、排出周波数を著しく増加させること、又はプリンタに複数の排出装置ヘッドを組み込むことを必要とすることなく、層内の構造の材料密度を達成することができる。【選択図】図１

Description

本開示は、三次元（３Ｄ）物体プリンタで使用される溶融金属排出装置に関し、より具体的には、これらのシステムに使用される排出装置に関する。

付加製造としても知られる三次元印刷は、事実上あらゆる形状のデジタルモデルから三次元の固体物体を作製するプロセスである。多くの三次元印刷技術は、付加製造デバイスが、前に堆積された層の上に部品の連続層を形成する付加プロセスを使用する。これらの技術のいくつかは、フォトポリマー又はエラストマーなどの紫外線硬化材料を排出する排出装置を使用する。プリンタは、典型的には、様々な形状及び構造を有する三次元被印刷物体を形成する可塑性材料の連続層を形成するように、１つ以上の押出し機を動作させる。三次元被印刷物体の各層が形成された後、可塑性材料は、紫外線硬化され、固まり、その層を三次元被印刷物体の下地層に接着する。この付加製造方法は、ほとんどが切断又はドリル加工などの減法プロセスによる加工物からの材料の除去に依存する従来の物体形成技術と区別可能である。

最近、１つ以上の排出装置から、溶融金属の液滴を排出して３Ｄ物体を形成するいくつかの３Ｄ物体プリンタが開発されている。これらのプリンタは、ワイヤのロール、又はペレットなどの固体金属供給源を有し、それは、固体金属が溶融する加熱チャンバ内に供給され、溶融金属は、排出装置のチャンバに流入する。チャンバは、非絶縁電線が巻き付けられる非導電性材料で作製されている。電流が導体を通過すると、電磁場が生成されて、チャンバのノズルに溶融金属のメニスカスを引き起こし、チャンバ内で溶融金属から引き離し、ノズルから推進される。排出装置のノズルの反対側にあるプラットフォームが、コントローラが動作させるアクチュエータによって、プラットフォームの平面に平行なＸ－Ｙ平面内で移動されて、排出された金属滴がプラットフォーム上に物体の金属層を形成し、別のアクチュエータが、排出装置又はプラットフォームの位置を垂直方向又はＺ方向に変化させて、排出装置と形成される金属物体の最上層との間の距離を一定に維持するように、コントローラによって動作される。このタイプの金属滴排出プリンタは、磁気流体力学的プリンタとしても既知である。

ほとんどの金属滴排出プリンタは、約５０Ｈｚ～約１ＫＨｚの範囲内の排出周波数で動作する単一排出装置を有し、それは、約５０μｍの直径を有する液滴を排出する。この発射周波数範囲及び液滴サイズは、熱可塑性又は他の既知の材料で作製された物体を形成するために必要な時間よりも、金属物体を形成するのに必要な時間を長くする。いくつかの金属滴排出プリンタは、１つ以上の排出装置ヘッドを有するが、複数の排出装置ヘッドの提供は高価であり、システムをより複雑にし、いくつかのシステムでは、実用的でない。他の金属滴排出プリンタは、共通のマニホールドに流体結合された２つ以上のノズルを有する排出装置ヘッドを有する。ノズルの数が、排出装置ヘッドの材料堆積速度を明らかに増加させるのに十分である場合、排出された液滴は、同時に着弾し、互いにオーバーラップする傾向がある。この傾向は、金属のパドルをもたらし、特徴定義などの問題を引き起こす。ノズルが、適切に離間されて、オーバーラップ及びオーバーラップに付随する問題を防止する場合、結果として得られたスワスのサイズは、そのようなシステムによって現在生成されている多くの物体構成にとって大きすぎる。溶融金属のスワス又はリボンの寸法を過度に増加させることなく、より高い有効溶融金属堆積速度を提供するために、金属滴排出プリンタを動作させ得ることは、有益であろう。

新しい材料滴排出装置ヘッドは、排出装置ヘッドによって生成されたスワスのサイズを過度に増加させることなく、以前から既知であるものよりも高い堆積速度を提供する。材料排出装置ヘッドは、材料を排出するように構成された単一のノズルと、単一ノズルに流体接続された複数のオリフィスを有するオリフィスプレートと、を含み、単一ノズルから排出された材料は、複数のオリフィスからの液滴として同時に放出される。

新しい三次元（３Ｄ）物体プリンタは、排出装置ヘッドによって生成されたスワスのサイズを過度に増加させることなく、以前から既知であるものよりも高い堆積速度を提供する排出装置ヘッドを含む。３Ｄ物体プリンタは、単一ノズルを有する排出装置ヘッドであって、単一ノズルを通して材料を排出するように構成された、排出装置ヘッドと、排出装置ヘッドの単一ノズルに流体接続された複数のオリフィスを有するオリフィスプレートであって、単一ノズルから排出された材料が、複数のオリフィスからの液滴として同時に放出される、オリフィスプレートと、オリフィスプレートの反対側に位置付けられたプラットフォームと、プラットフォーム及び排出装置ヘッドのうちの少なくとも１つに動作可能に接続された少なくとも１つのアクチュエータであって、プラットフォーム及び排出装置ヘッドを互いに対して移動させるように構成された少なくとも１つのアクチュエータと、排出装置ヘッド及び少なくとも１つのアクチュエータに動作可能に接続されたコントローラと、を含む。コントローラは、目標液滴間隔を達成するように少なくとも１つのアクチュエータ及び排出装置ヘッドを動作させるマシン対応命令を生成し、排出装置ヘッド及びプラットフォームを互いに対して移動させるように少なくとも１つのアクチュエータを動作させ、かつノズル及び複数のオリフィスを通して材料を排出するように排出装置ヘッドを動作させて、少なくとも２つのオリフィスから排出された液滴が、目標液滴間隔を、プラットフォーム上で、又は目標液滴間隔でプラットフォーム上に形成された物体の表面上で達成するように構成されている。

排出装置ヘッドによって生成されたスワスのサイズを過度に増加させることなく、以前から既知であるものよりも高い堆積速度を提供する排出装置ヘッドを有する３Ｄ物体プリンタの上記の態様及び他の特徴が、添付の図面に関連して以下の記載で説明される。

排出装置ヘッドによって生成されたスワスのサイズを過度に増加させることなく、以前から既知であるものよりも高い堆積速度を提供する排出装置ヘッドを含む、３Ｄ物体プリンタを示す図である。

図１のシステムで使用される排出装置ヘッドの底面図である。図２Ａの排出装置ヘッドの側面図である。

図２Ａの排出装置ヘッドの単一排出サイクルによって生成された液滴パターンの図である。図２Ａの排出装置ヘッドがパターン内の液滴間の距離だけ移動し、次いで、第１の液滴セット間の空間内に第２の液滴セットを排出することによって生成された、結果として得られたパターンの図である。

オリフィスプレートと印刷される表面との間のスタンドオフ距離の効果を示す図である。オリフィスプレートと印刷される表面との間のスタンドオフ距離の効果を示す図である。

図１のシステムで使用され得る排出装置ヘッドの代替ノズル配置によって形成された液滴パターンを示す図である。図５Ａに示される複数の液滴パターンによって生成された二行材料滴パターンを示す図である。

目標液滴間隔を達成するためにスタンドオフ距離がどのように特定されるかを例示する図である。

異なる液滴オーバーラップから形成され得る異なる構造を例示する図である。

液滴オーバーラップなしで形成され得る構造を例示する図である。

図１のプリンタ内のマシン対応命令を生成するためのスライサープログラムによって使用されるプロセスのフロー図である。

本明細書に開示されるようなシステム及びその動作のための環境、並びにデバイス及びその動作のための詳細の一般的な理解のために、図面が参照される。図面では、同様の参照番号は同様の要素を表す。

図１は、排出装置ヘッドによって生成されたスワスのサイズを過度に増加させることなく、以前から既知であるものよりも高い堆積速度を提供する溶融金属３Ｄ物体プリンタ１００の実施例を例示する。この実施形態では、複数液滴の溶融バルク金属が、複数のオリフィスに流体接続された単一ノズルを有する排出装置ヘッド１０４から、各排出サイクル中に同時に排出される。新しい排出装置ヘッド及び新しい排出装置ヘッドを活用するスライサーが、図１の金属滴排出システムを参照して以下で考察されるが、排出装置ヘッド及びスライサーに具体化される原理は、熱可塑性材料滴を排出するものなどの他の３Ｄ物体プリンタに使用され得る。図１のプリンタによって排出された液滴は、プラットフォーム１１２上の物体１０８の層のためのスワスを形成する。本文書で使用される場合、「排出サイクル」という用語は、接続されたオリフィスに分配されたノズルを通る単一排出を意味する。本文書で使用される場合、「バルク金属」という用語は、一般に入手可能なゲージのワイヤ、一般に入手可能な直径のロッド、又はマクロサイズの割合のペレットなどの、集合形態で入手可能な導電性金属を意味する。金属ワイヤ１３０などのバルク金属１６０の供給源が、排出装置ヘッド内に供給され、溶融して、排出装置ヘッド内のチャンバ用の溶融金属を提供する。不活性ガス供給部１６４は、排出装置ヘッド内の金属酸化物の形成を防止するために、アルゴンなどの、圧力調節された不活性ガス１６８の供給源を、ガス供給管１４４を通して排出装置ヘッド１０４内の溶融金属のチャンバに提供する。

排出装置ヘッド１０４は、垂直に配向された一対の部材１２０Ａ及び１２０Ｂに、それぞれ、Ｚ軸トラック１１６Ａ及び１１６Ｂ内で移動可能に取り付けられる。部材１２０Ａ及び１２０Ｂは、フレーム１２４の一方側に一端で接続され、別の端で水平部材１２８によって互いに接続される。アクチュエータ１３２は、水平部材１２８に取り付けられ、排出装置ヘッド１０４に動作可能に接続されて、排出装置ヘッドをＺ軸トラック１１６Ａ及び１６６Ｂに沿って移動させる。アクチュエータ１３２は、コントローラ１３６によって動作されて、排出装置ヘッド１０４のノズル（図１には図示せず）と、プラットフォーム１１２上の物体１０８の最上面との間の距離を維持する。

平面部材１４０がフレーム１２４に取り付けられており、これは、プラットフォーム１１２の移動のための堅固な支持を確実に提供するために、花崗岩又は他の丈夫な材料で形成され得る。プラットフォーム１１２は、Ｘ軸トラック１４４Ａ及び１４４Ｂに固定されているため、プラットフォーム１１２は、図に示されるようにＸ軸に沿って双方向に移動することができる。Ｘ軸トラック１４４Ａ及び１４４Ｂがステージ１４８に固定され、ステージ１４８がＹ軸トラック１５２Ａ及び１５２Ｂに固定されているため、ステージ１４８は、図に示されるようにＹ軸に沿って双方向に移動することができる。アクチュエータ１２２Ａは、プラットフォーム１１２に動作可能に接続され、アクチュエータ１２２Ｂは、ステージ１４８に動作可能に接続されている。コントローラ１３６は、プラットフォームをＸ軸に沿って移動させ、ステージ１４８をＹ軸に沿って移動させて、プラットフォームを排出装置ヘッド１０４の反対側にあるＸ－Ｙ平面内で移動させるようにアクチュエータ１２２Ａ及び１２２Ｂを動作させる。溶融金属１５６の液滴が、プラットフォーム１１２に向かって排出された場合、プラットフォーム１１２のこのＸ－Ｙ平面の移動を実行することによって、物体１０８上に溶融金属滴のスワスが形成される。コントローラ１３６はまた、アクチュエータ１３２を動作させ、排出装置ヘッド１０４と、基材上に最も近時に形成された層との間の垂直距離を調整して、物体上の他の構造の形成も容易にする。溶融金属３Ｄ物体プリンタ１００は、垂直方向に動作されるものとして図１に図示してあるが、他の代替的な配向を使用してもよい。また、図１に示される実施形態は、Ｘ－Ｙ平面内で移動するプラットフォームを有し、排出装置ヘッドは、Ｚ軸に沿って移動するが、他の配置も可能である。例えば、排出装置ヘッド１０４は、Ｘ－Ｙ平面内で、Ｚ軸に沿って移動するように構成され得る。

コントローラ１３６は、プログラムされた命令を実行する１つ以上の汎用又は専用のプログラマブルプロセッサを用いて実装され得る。プログラムされた機能を実施するために必要とされる命令及びデータは、プロセッサ又はコントローラに関連付けられたメモリ内に記憶され得る。プロセッサ、それらのメモリ、及びインターフェース回路は、先に説明し、並びに以下に説明される操作を実施するようにコントローラを構成する。これらの構成要素は、印刷回路カード上に提供されてもよいか、又は特定用途向け集積回路（application specific integrated circuit、ＡＳＩＣ）内の回路として提供されてもよい。回路の各々は、別個のプロセッサで実装され得るか、又は複数の回路は、同じプロセッサ上に実装され得る。代替的に、回路は、超大規模集積回路（very large scale integrated、ＶＬＳＩ）内で提供される個別の構成要素又は回路で実装することができる。また、本明細書に記載される回路は、プロセッサ、ＡＳＩＣ、個別の構成要素、又はＶＬＳＩ回路の組み合わせで実装することができる。金属物体形成中、生成される構造の画像データは、走査システムか、又は排出装置ヘッド制御信号出力の処理及び生成のためのオンライン若しくはワークステーション接続かのいずれかから排出装置ヘッド１０４に、コントローラ１３６のためのプロセッサ（複数可）に送信される。

溶解金属３Ｄ物体プリンタ１００のコントローラ１３６は、外部供給源からのデータを要求して、金属物体製造のためにプリンタを制御する。一般に、形成される物体の三次元モデル又は他のデジタルデータモデルは、コントローラ１３６に動作可能に接続されたメモリ内に記憶され、コントローラは、サーバなどを介して、デジタルデータモデルが記憶されている遠隔データベースにアクセスし得るか、又はデジタルデータモデルが記憶されているコンピュータ可読媒体は、アクセスのためにコントローラ１３６に選択的に結合され得る。この三次元モデル又は他のデジタルデータモデルは、コントローラによって使用されて、既知の様式でコントローラ１３６による実行のためのマシン対応命令を生成して、プリンタ１００の構成要素を動作させ、そのモデルに対応する金属物体を形成し得る。マシン対応命令の生成としては、デバイスのＣＡＤモデルがＳＴＬデータモデル、又は他の多角形メッシュ若しくは他の中間表現に変換されるときなどの中間モデルの生成を挙げることができ、これらの中間モデルは、順番に処理されて、プリンタによってデバイスを製作するためのｇコードなどのマシン命令を生成し得る。本文書で使用される場合、「マシン対応命令」という用語は、コンピュータ、マイクロプロセッサ、又はコントローラにより実行されて、プラットフォーム１１２上に金属物体を形成するように３Ｄ金属物体付加製造システムの構成要素を動作させる、コンピュータ言語コマンドを意味する。コントローラ１３６は、マシン対応命令を実行して、排出装置ヘッド１０４からの溶融金属滴の排出、ステージ１４８及びプラットフォーム１１２の位置決め、並びに排出装置ヘッド１０２と、プラットフォーム１１２上の物体１０８の最上層との間の距離を制御する。図１のプリンタ１００のコントローラ１３６によって実行されるスライサーは、マルチオリフィスプレートを活用して、プリンタ１００と共に使用されるマシン対応命令の生成について以下に説明されるような目標液滴間隔を達成する、スタンドオフ距離を特定するように修正されている。

排出装置１０４の下面図が図２Ａに示される。ノズル２０６を被覆しているのは、９つのオリフィス２０８を有するオリフィスプレート２０４であり、溶融金属のノズル２０６への排出は、各排出サイクル中に９滴の溶融金属を生成する。各オリフィスがオリフィスプレート２０４に対して垂直であり、およそ５００μｍの直径を有した場合、９つの個別の液滴は、基材上に同時に着弾する。適切に大きなオリフィス間隔によって、隣接する液滴は、プラットフォーム１１２のＸ及びＹ次元でオーバーラップしない。排出装置ヘッド及びプラットフォームを互いに対してＸ方向に移動させることによって、排出装置ヘッドは、行内で先に排出された液滴の間に後続の液滴パターンを排出するように位置付けられ得、次いで、排出装置ヘッド及びプラットフォームを互いに対してＹ方向に移動させて、列内で先に排出された液滴の間に別の後続の液滴パターンを排出する。元のパターンを埋めることを完了するためには、更に別のＸ方向シフトの発生が必要である。

個別の液滴のパターンを埋めるために非常に多くの移動が必要となるのを防止するために、かつ単一ノズルのオリフィス配置で可能となる材料分布の増加という利点を依然として得るために、オリフィスプレート２０４の一実施形態におけるオリフィス２１２の中央の列の左側のオリフィスは、角度付けされているため、それらのオリフィスから排出された溶融金属滴は、中央の列のオリフィスによって排出された液滴に向かって収束する。また、同じ実施形態におけるオリフィス２１２の中央の列の右側のノズルは、角度付けされているため、それらのオリフィスから排出された溶融金属滴は、中央の列のオリフィスによって排出された液滴に向かって収束する。オリフィスのこの構成は、図２Ｂの側面図に示される。この構成によって排出された液滴は、単一次元でのみオーバーラップし、図３Ａに示されるように、プラットフォームの他次元で互いに離れた３つの液滴各々の３つの行を形成する。行間の間隔は、オリフィスプレート２０４の法線に対するオリフィスの長手方向軸の角度の関数である。排出装置ヘッドとプラットフォームとの間のオリフィス列の方向における後続の相対移動は、図３Ｂの上面図に示されるように、第１の行セットの行間に着弾する第２のセットの３つの液滴行を生成する。

更に、行内の液滴間のオーバーラップは、オリフィスプレートと液滴が排出される表面との間のスタンドオフ距離の関数である。本文書で使用される場合、「スタンドオフ距離」という用語は、液滴が排出されたときのオリフィスプレートと、排出された液滴が排出される表面との間の距離を意味する。角度付けされたオリフィスを有するオリフィスプレート２０４と印刷される表面との間のスタンドオフ距離が比較的近い場合、液滴は、図４Ａに示されるように合体しないが、図４Ｂに示されるようにスタンドオフ距離が増加する場合、液滴は、印刷される表面上で合体する。したがって、オリフィスフェースプレートと金属滴を受容する表面との間のスタンドオフ距離を調整することによって、液滴の間隔は、拡大鏡で画像の焦点を合わせたり、外したりするのと同様の様式で調整され得る。したがって、行内の金属滴の密度及び行間の間隔は、層内の目標液滴間隔を達成するために変動し得る。本文書で使用される場合、「目標液滴間隔」という用語は、液滴が向けられる物体又はプラットフォーム上の、隣接する排出された液滴の中心間の所定の距離を意味する。液滴が向けられる物体又はプラットフォーム上の、隣接する排出された液滴の中心間の所定の距離は、本文書では、「液滴間隔」とも称される。目標液滴間隔は、層内の構造の目標材料密度を達成するために物体の層データから決定される。

図３Ａ及び図３Ｂにも見られ得るように、第１の印刷パターンを埋めるために、１回だけの相対移動が必要である。この利点は、９つの非傾斜ノズルによって形成されたパターンよりも狭いスワスを犠牲にするように思われるが、より狭いスワスは、パターンを完全に埋めるためにより多くの移動を必要とする広いパターンよりも、層内のより多くのシナリオ内の全ての９つのノズルを通して排出することを可能にする。別の実施形態では、オリフィスプレート２０４内のオリフィスは、オリフィスプレートの平面に対する法線と平行であるが、プレート内の隣接するオリフィス間の間隔は、図２Ａ及び図２Ｂのオリフィスと共に使用されるものから低減される。このオリフィス構成によって、オリフィスプレートと表面との間のスタンドオフ距離に関係なく、それらが向けられた表面上でオーバーラップし、そこで合体する、オリフィスプレートを通して排出された隣接する液滴がもたらされる。

別の実施形態では、アクチュエータのうちの１つは、プラットフォーム１１２に動作可能に接続されて、プラットフォームをプラットフォーム表面の平面の法線の周りに回転させて、行セットの配向を先に印刷された行セットの配向に調整して、層周囲内の輪郭及び充填領域を生成する。別の実施形態では、オリフィスは、非線形構成で配置され得る。本文書で使用される場合、「非線形」という単語は、オリフィスの列に直交するオリフィスの行以外のオリフィスの配置を意味する。例えば、３つのオリフィスのセットは、図５Ａに示される部分的にオーバーラップする三角形パターンを生成し得る三角形パターンで配置され得る。三角形パターンの３つのオリフィスの角度は、配向されて、オリフィスから放出された液滴を三角形パターンの中心に向かって方向付けて、図５Ａに示されるパターンを生成する。前述のように、スタンドオフ距離を変更することはまた、同時に排出された金属滴間のオーバーラップの量を調整するために使用され得る。プラットフォームと排出装置ヘッドとの間の相対的移動は、後続の排出装置ヘッドの発射の開始位置及び停止位置を決定するために使用され、それらは互い違いになっている。図５Ｂに例示されるパターンは、図５Ａに示されるパターンの二行印刷によって生成される。

上述の排出装置ヘッドの実施形態のオリフィスプレート内のオリフィスは、プラットフォーム１１２のＸ軸及びＹ軸に対して適切な角度で機械加工される。スライサーが物体のデジタルデータモデルを受信し、マシン対応命令を生成して、プリンタの構成要素を動作させて、物体を製造する場合、それは、各物体層の形成に必要なスタンドオフ距離、排出周波数、及びツール経路移動を決定する。図６は、目標液滴間隔を達成するためのスタンドオフ距離を決定するためのパラメータを例示する。任意の所与のオリフィス構成について、オリフィス間の距離（ｄ_ｏ）、及び水平面に対するオリフィスの軸の角度（α）が既知である。所望の中心間液滴間隔（ｄ_ｓ）を達成するために、ノズル面プレートと基材と間のスタンドオフ距離（ｄ_ｈ）が、ｄ_ｈ＝ｔａｎ（α）×（ｄ_ｏ－ｄ_ｓ）として計算される。
ｄ_ｈを増減することによって、液滴間隔は、液滴がオーバーラップするか、又はしないように調整され得る。一実施形態では、オリフィスから排出された液滴の直径は、オリフィス直径の＋／－５０μｍ以内である。液滴が基材上に着弾すると、それらは、典型的には、ある程度広がる。５００μｍ直径のオリフィスを有するノズルの場合、液滴直径は、典型的には、オリフィス直径の＋／－５０μｍ以内である。部分的にオーバーラップして、連続配線を形成する液滴の行が目標である場合、液滴間のオーバーラップのパーセンテージ（液滴直径のパーセンテージとする）は、図７に見られるような所望の効果を達成するように制御され得る。オーバーラップが目的ではない構造の場合、例えば、容易に除去され得る低密度多孔質構造又は弱い構造は、図８に示されるように、一連の単離された液滴が生成され得る。重ねて、スタンドオフ距離は、上記で説明したように特定されて、これらの単離された液滴を生成する。マシン対応命令が生成されると、それらは、プリンタのコントローラによって実行されて、アクチュエータを動作させて、プログラムされたスタンドオフ距離で排出装置ヘッドを位置決めし、プログラムされた周波数で溶融金属滴を排出する電磁信号を生成しながら、排出装置ヘッド及びプラットフォームを互いに対して移動させて、溶融物体で構造を形成する。角度付けされたオリフィスの使用し、排出装置ヘッドを約２００Ｈｚ～約２０００Ｈｚの範囲内の既知の周波数で動作させると、排出周波数を著しく増加させることを必要とせずに、又は複数の磁気流体力学的（magnetohydrodynamic、ＭＨＤ）排出装置ヘッドを組み込むシステムを必要とせずに、以前から既知のものよりも、システム１００の材料堆積速度を増加させる。したがって、単一ノズル排出装置よりも最大９倍のより高い材料堆積速度が、システム複雑性の実質的な増加、並びにより高い排出周波数及び他のＭＨＤ排出装置の追加によって必要とされるコストなしで可能である。

図１に示されるプリンタを動作させるためのプロセスが、図９に示される。プロセスの説明において、プロセスがいくつかのタスク又は機能を実施しているという記述は、コントローラ又は汎用プロセッサが、データを動作させるために、又はプリンタ内の１つ以上の構成要素を操作してタスク若しくは機能を実施するために、コントローラ又はプロセッサに動作可能に接続された非一時的コンピュータ可読記憶媒体に記憶されたプログラム命令を実行することを指す。上述したコントローラ１３６は、そのようなコントローラ又はプロセッサとすることができる。代替的に、コントローラは、２つ以上のプロセッサ並びに関連する回路及び構成要素と共に実装され得、これらは各々、本明細書に記載される１つ以上のタスク又は機能を形成するように構成される。追加的に、方法の工程は、図に示される順序又は処理が記載される順序にかかわらず、任意の実行可能な時系列順序で実施され得る。

図９は、マルチオリフィスプレート２０４及びオリフィスが位置付けられている角度を活用するためのプリンタ１００のマシン対応命令を生成するプロセス９００のフローチャートである。プロセスは、デジタルデータモデルが受信されることから開始される（ブロック９０４）。デジタルデータモデルは、既知の様式でスライスされて、生成される物体の層を特定する（ブロック９０８）。層内の構造について目標液滴間隔が特定され（ブロック９１２）、ツール経路、スタンドオフ距離、排出装置ヘッド周波数、及び排出装置ヘッド／プラットフォーム速度が、各層を形成するマシン対応命令に対して特定される（ブロック９１６）。マシン対応命令は、特定されたパラメータを使用して生成され、コントローラによる後の実行のためにメモリに記憶される（ブロック９２０）。これらの命令は、プリンタの構成要素を動作させ、物体を形成するために実行される（ブロック９２４）。

上記に開示された及び他の特徴及び機能の変形、又はそれらの代替が、望ましくは、多くの他の異なるシステム、アプリケーション、又は方法に組み合わされ得ることが理解されるであろう。以下の特許請求の範囲によって包含されることも意図される、様々な現在予見又は予期されていない代替、修正、変形、又は改善が、その後、当業者によって行われ得る。

Claims

３Ｄ物体プリンタであって、
単一ノズルを有する排出装置ヘッドであって、前記単一ノズルを通して材料を排出するように構成された排出装置ヘッドと、
前記排出装置ヘッドの前記単一ノズルに流体接続された複数のオリフィスを有するオリフィスプレートであって、前記単一ノズルから排出された材料が、前記複数のオリフィスから同時に液滴として放出される、オリフィスプレートと、
前記オリフィスプレートの反対側に位置付けられたプラットフォームと、
前記プラットフォーム及び前記排出装置ヘッドのうちの少なくとも１つに動作可能に接続された少なくとも１つのアクチュエータであって、前記プラットフォーム及び前記排出装置ヘッドを互いに対して移動させるように構成された少なくとも１つのアクチュエータと、
前記排出装置ヘッド及び前記少なくとも１つのアクチュエータに動作可能に接続されたコントローラであって、
目標液滴間隔を達成するように前記少なくとも１つのアクチュエータ及び前記排出装置ヘッドを動作させるマシン対応命令を生成し、
前記排出装置ヘッド及びプラットフォームを互いに対して移動させるように前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させ、かつ
前記ノズル及び前記複数のオリフィスを通して材料を排出するように前記排出装置ヘッドを動作させて、少なくとも２つのオリフィスから排出された液滴が、目標液滴間隔を、前記プラットフォーム上で、又は前記目標液滴間隔で前記プラットフォーム上に形成された物体の表面上で達成するように構成されたコントローラと、を備える、３Ｄ物体プリンタ。
前記複数のオリフィス内の各オリフィスが、前記オリフィスプレートの法線に対して平行であり、隣接オリフィスが、隣接するオリフィスからの液滴が、前記プラットフォーム上又は前記プラットフォーム上の前記物体の前記表面上で互いに接触することを可能にする距離だけ離れている、請求項１に記載のプリンタ。
前記複数のオリフィスが、前記オリフィスプレート内で互いに直交する行及び列に配置されている、請求項２に記載のプリンタ。
前記複数のオリフィス内の少なくとも２つのオリフィスが、前記プラットフォームと前記オリフィスプレートとの間の法線に対して平行でない角度で配向されている、請求項１に記載のプリンタ。
前記コントローラが、
前記オリフィスプレートと、前記プラットフォーム上の前記物体の前記表面又は前記プラットフォームとの間のスタンドオフ距離を特定し、
前記オリフィスプレートを、前記スタンドオフ距離で前記プラットフォーム、又は前記プラットフォーム上の前記物体の前記表面から引き離すように前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させる前記マシン対応命令の一部を生成するように更に構成されている、請求項４に記載のプリンタ。
前記複数のオリフィスが、前記オリフィスプレート内で互いに直交する行及び列に配置されている、請求項５に記載のプリンタ。
第１のオリフィス群が、第２の列内に配置された第２のオリフィス群と、第３の列内に配置された第３のオリフィス群との間に位置付けられた、第１の列内に配置され、前記第１のオリフィス群内の前記オリフィスが、前記プラットフォームと前記オリフィスプレートとの間の前記法線に対して平行である角度で配向されており、前記第２のオリフィス群内の前記オリフィスが、前記プラットフォームと前記オリフィスプレートとの間の前記法線に対して平行でない第１の角度で配向されており、前記第３のオリフィス群が、前記プラットフォームと前記オリフィスプレートとの間の前記法線に対して平行でない第２の角度で配向されている、請求項６に記載の装置。
前記第１の角度は、前記第２の角度と等しいが、前記プラットフォームと前記オリフィスプレートとの間の前記法線に対して反対方向である、請求項７に記載の装置。
前記複数のオリフィスが、非線形構成に配置されている、請求項１に記載の装置。
前記非線形構成が、三角形構成である、請求項９に記載の装置。
前記三角形構成に配置された前記オリフィスが、前記オリフィスを通して排出された前記液滴を、前記三角形パターンの中心に向かって方向付けるように配向されている、請求項１０に記載の装置。
３Ｄ物体プリンタ用の排出装置ヘッドであって、
材料を排出するように構成された単一ノズルと、
前記単一ノズルに流体接続された複数のオリフィスを有するオリフィスプレートであって、前記単一ノズルから排出された材料が、前記複数のオリフィスから同時に液滴として放出される、オリフィスプレートと、を備える、排出装置ヘッド。
前記複数のオリフィス内の各オリフィスが、前記オリフィスプレートの法線に対して平行であり、隣接オリフィスが、隣接するオリフィスからの液滴が、前記液滴が表面上に排出されたときに目標液滴間隔を達成することを可能にする距離だけ離れている、請求項１２に記載の排出装置ヘッド。
前記複数のオリフィスが、前記オリフィスプレート内で互いに直交する行及び列に配置されている、請求項１３に記載の排出装置ヘッド。
前記複数のオリフィス内の少なくとも２つのオリフィスが、前記オリフィスプレートの法線に対して平行でない角度で配向されている、請求項１２に記載のプリンタ。
前記複数のオリフィスが、前記オリフィスプレート内で互いに直交する行及び列に配置されている、請求項１５に記載のプリンタ。
第１のオリフィス群が、第２の列内に配置された第２のオリフィス群と、第３の列内に配置された第３のオリフィス群との間に位置付けられた、第１の列内に配置され、前記第１のオリフィス群内の前記オリフィスが、前記オリフィスプレートの前記法線に対して平行である角度で配向されており、前記第２のオリフィス群内の前記オリフィスが、前記オリフィスプレートの前記法線に対して平行でない第１の角度で配向されており、前記第３のオリフィス群が、前記オリフィスプレートの前記法線に対して平行でない第２の角度で配向されている、請求項１６に記載の装置。
前記第１の角度が、前記第２の角度と等しいが、前記オリフィスプレートの前記法線に対して反対方向である、請求項１７に記載の装置。
前記複数のオリフィスが、非線形構成に配置されている、請求項１１に記載の装置。
前記非線形構成が、三角形構成である、請求項１９に記載の装置。
前記三角形構成に配置された前記オリフィスが、前記オリフィスを通して排出された前記液滴を、前記三角形パターンの中心に向かって方向付けるように配向されている、請求項２０に記載の装置。