JP3555968B2 - コンピュータ・データから３次元物体のコンピュータ制御の製造を行う方法と装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
範囲を限定することなく、本発明は迅速なプロトタイピングに関係し、特に多数の媒体と選択的な材料除去のコンピュータ制御による分配を用いてコンピュータ・データから３次元物体を製造する装置、方法、処理に関係する。
【０００２】
【従来の技術】
複雑な設計は、迅速なプロトタイピング製造の必要性を増加させ、直ちにフィードバックする必要が生じ、モデル工場又は機械工場が最小のセットアップと実行時間で小量の複雑な部品を製造することが要求される。多くの製造方法はしかしながら遅く、複雑で高価である。
【０００３】
手動の機械加工や成形方法は簡単な設計にはしばしば安価で有効であるが、複雑な部品や組立体に要する繰り返しにはコストが非常に高いものとなる。コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機は複雑な製造を自動化するため広く用いられているが、多くのものの中の１個の製作のためにだけに操作、保守、プログラムするのにはコストがかかる。
【０００４】
迅速なプロトタイピングの分野で最も広く知られている装置はステレオリソグラフィー（Ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）である。この装置は、コンピュータ制御の鏡の組を用いて桶に入れた液体光ポリマの選択２次元域上をレーザー光線で走査し、これにより固体ポリマの層を形成することによりコンピュータ・データから複雑な部品を製造する。台に取付けてある固化層は桶中に降下して、新たな層が前の層の上面に生成されて３次元部品を形成する。
【０００５】
部品が完成すると、過剰な樹脂が溶媒により除去され、所要の対象物から台取付具と共に全ての張出し支持部が切取られる。内にとらえた液体を固体化するためさらに露光が必要である。
【０００６】
ステレオリソグラフィー及び同様の方法に対する主要な欠点は物体を台に結合するため、又張出し部、大スパン部又は分離域を取付けるため、支持構造を設計しなければならない点である。ＣＡＤモデルへのこれらの構造体の追加や以後の洗浄時の部品からの手動除去は労力がかかり、又しばしば特殊な技巧を必要とする。
【０００７】
他の欠点は、レーザー又は樹脂の使用に要する余分な場所的かつ環境安全性尺度である。この過程と清浄化で用いる化学剤は操作員と作業場所を保護するため特別な取扱い、換気、及び貯蔵を必要とする。樹脂の除去と清浄化には大容量の廃棄物が発生する。光ポリマは高価でリサイクル不能である。この全ては一般的な作業場所又はオフィスでの設備での作業を大きさと環境的な理由から不可能なものとしている。さらに、レーザー及び光学系の微妙な性質のため、設置と較正は非常に困難である。装置の複雑さとレーザーのコストのため、保守は高価である。
【０００８】
他のリソグラフィー製造方法は選択的レーザー焼結法である。この方法は加熱レーザーを用いて、ワックス、プラスチック又は金属のような粉末材料の選択域を溶融（焼結）する。実際には、粉末の入った桶をレーザーにより走査し、これにより個々の粒子を溶かし、隣接する粒子に接合する。光ポリマ・リソグラフィーと同じく溶融粉末の層は順次処理される。焼結法の利点は、非加熱粉末が形成されている部品の支持部としての役割を果たす点である。このことは、非加熱粉末は対象物から振り払われる又は払われることを意味する。
【０００９】
しかしながら、選択レーザー焼結法は又複雑で高価な光学系である。最終部品の分解能は光線直径、標準的には０．０１″−０．０２″（０．０２５４−０．０５０８ｃｍ）に制限される。さらに、余分な段階として、粉末を重ねて回転ブラシにより水準合せをしなければならず、これは又他の電子機械部品を必要とする。不幸にも、回転ブラシによる微細粉末の水準合せはしばしば不均質な詰め込み密度を生じる。加えて、粉末のコストは液体光ポリマ装置より小さい（材料及び労力）が、３０ミクロン層を準備することは困難である。この粉末から組立てた物体は中間的な分解能で、一様でない表面を有し、又しばしば不均質な構造を有する。
【００１０】
マサチューセッツ工科大学で３次元印刷による製造の研究が行なわれた。この研究では、桶又は皿上に幅広のフィーダを用いてセラミック粉末を積む。粉末の選択域上にシリカの結合剤を印刷して固体の断面を形成する。この過程を繰返して最終的な物体を表わす断面の積重ねを形成する。
【００１１】
この方法は選択レーザー焼結法と同じ粉末積重ね問題を示すと共に、内部空洞から未固着粉末を除去する別の困難も示す。さらに、この装置により作成された物体はリサイクル不能である。ＭＩＴの研究はセラミックの型の製作へ向けられている。金属又は他の材料が型へ注入又は流し込まれ、この型は後に鋳造部品から取こわされる。不幸にも、最終部品を定める型の内部空洞は容易に検査できず、このことは正確な部品を得るために高価な試行と誤りの過程を必要とする。
【００１２】
従来の技術に見出される別の問題点は、所要物体の製造時にさまざまな表面色を与えること又は１材料媒体以上のものを使用することが不可能な点、張出し部、大スパン部又は分離域の媒体支持部を自動的に除去することが不可能な点、３次元コンピュータ設計及び画像を物理的に再生する自動化装置を提供することが不可能な点である。現在利用可能な装置は高価であり、使用している媒体はリサイクル不能であり、コンベヤ台ではなく容器を必要とする大量の粉末と樹脂の使用のため、製造後の自動化部品処理を行うことができない。従って、これらの問題の内のどれか、又は全てを克服する改良が現在必要とされている。
【００１３】
さらなる背景として、マスターズに１９８７年５月１２日に出された米国特許第４，６６５，４９２号は３次元物体を製造するコンピュータ自動化処理と装置を記述している。開示の方法は起点となる種の使用を必要とし、これへ部品形成材の粒子が向けられ、粒子が接着して物体を形成する。このようなものであるため、開示の方法により形成される物体の形状の複雑度は限定されたものであり、起点となる種から単一的な方法で形成しうる物体のみがこの方法により作製できるものと考えられる。
【００１４】
又さらなる背景として、１９９０年１０月２日発行の米国特許第４，９６１，１５４号及び１９８９年６月６日公開のヨーロッパ特許局公開第０ ３２２ ２５７号は光ポリマの選択露光により３次元部品を作製する方法を開示している。これらの引例の各々は、光ポリマの層を与えて選択的に露光し、続いて露光層の現像を行う方法と装置を開示する。これらの引例はさらに、非ポリマ化光ポリマを除去し、非ポリマ化光ポリマを除去した層の部分を異なる支持材で充填し、その後同様の方法で次の物体層を形成することにより、各層中の非ポリマ化光ポリマを異なる支持材で置換えてもよいことを開示している。これらの引例で開示されている方法は光ポリマ処理に限定され、従って狭い組の材料のみから部品を作製するのに有用である。加えて、この方法により部品を作製する機械は、各層の処理時に非ポリマ化材料を除去し廃棄しなければならないことを考慮し、機械の各部から各部へ処理中の材料の運搬を必要とすることから、必然的に非常に複雑となる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
関連技術に付随する上記の問題を考え、本発明の目的は１材料媒体以上の及び／又は１表面色以上の物体を製造するコンピュータ支援製造装置と方法を提供することである。
【００１６】
本発明の他の目的は、製造後の自動化部品処理を含む、３次元コンピュータ設計及び画像を物理的に再現する自動化装置及び方法を提供することである。
【００１７】
本発明のさらに他の目的は、製造物体から張出し部、大スパン部、分離域等の媒体支持部を自動的に除去する装置と方法を提供することである。
【００１８】
本発明の別な目的は、リサイクル可能な媒体を用いて物体を製造する装置と方法を提供することである。
【００１９】
本発明の別な目的は、単一パスで部品層に必要な処理段階の各々を実行する一体化ヘッドを用いて、部品を製造するのに要する処理装置を簡単化した装置と方法を提供することである。
【００２０】
本発明の別な目的は、固体物体を指示するデータベースから充填シェルとしての物体を形成することにより３次元物体を製作する前記方法をさらに改良し、これを実行する装置の信頼性を改善することである。
【００２１】
本発明の別な目的は、次の物体層を支持するのに必要な製作中の物体の各面の位置でのみ材料を分配し処理する方法を提供することにより、３次元物体を製作する方法をさらに改良することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
これらの及び他の目的は本発明の装置、方法、処理で達成される。望ましい実施例において、所要３次元物体のコンピュータ制御製造の方法と処理は、所定の位置で台上へ液体不溶性材料の層を分配する段階を含む。この液体媒体は一旦台に接触すると硬化する。この場合水溶性の台が望ましいが、本発明の要旨を犯すことなく台は永久的なものも可能である。
【００２３】
次いで水溶性媒体がスプレーされて、硬化した不溶性媒体をカプセル化する。この水溶性媒体も又接触時に硬化する。このカプセル剤の最上面は平面で、従って水溶性カプセル剤の部分を除去し、下の不溶性材を新規パターン積層用に露出させる。前記平面化により生じた残部を除去し、液体不溶性媒体の次の層を平面化した表面上にさらに分配する。これらの２次元スプレー・パターンを連続的に印刷する又は「積重ね」て水溶性型により取囲まれた３次元物体を形成する。液体不溶性媒体層と水溶性カプセル層の分配とこれに続く平面化及び平面化残部の除去のこのサイクルは印刷サイクルとして知られ、３次元物体が完成するまで続行する。完成の時点で、物体は水に浸され、水溶性型を溶解し、３次元物体を残す。
【００２４】
他の望ましい実施例によると、コンピュータ・データから３次元物体を製造する装置は、所要の３次元物体に関する特定のデータを発生し記憶するために用いられる少くとも１個の物体走査及び画像取込装置を含む。このデータはマイクロプロセッサ制御装置へ送られ、このマイクロプロセッサは受信データを物理的に描写すべき３次元物体の連続断面へ処理する。
【００２５】
マイクロプロセッサ制御装置からの入力を基に、少くとも１個の分配装置がターゲット面上の所定域で少くとも１個の最低温溶融材をスプレーし、少くとも１個のノズルが水溶性材料をスプレーして最低温溶融材の層をカプセル化する。スプレー材料の正確な位置決めはＣＡＤシステムから受取ったパターンのみならず、マイクロプロセッサ制御装置から受取った命令によりターゲット面上で少くとも１個の分配装置、少くとも１個のノズルを移動させる１組の線形位置決め装置により決定される。
【００２６】
最低温溶融材の層が水溶性材料により一旦カプセル化されると、マイクロプロセッサ制御の切断装置がカプセル化材料を平面化して下の最低温溶融材を露出させ、その間マイクロプロセッサ制御の真空定着具が不要な平面化材料を除去する。全ての印刷サイクルが完了すると、完成した物体と型は水を用いた支持部除去装置へ浸され、これにより水溶性材料を溶解し３次元物体を残す。
【００２７】
本発明の装置と過程の主要な利点は、液体不溶材の選択域及び層内の選択地点さえも液体不溶材の残りの層とは異なって着色可能であり、これにより同一の製造物体内で全範囲の色と微妙な色の明暗から突然の変化までの全てを可能とする。この特徴によりいくつか名前を上げると、科学、医療、地理学的研究のような広範囲の使用に対して品質の良い詳細な可視化モデルを製造することを可能とする。さらに、１種以上の不溶性材料を使用することにより、変化する色合も同様に達成可能である。又ワックス、熱プラスチック等のような不溶性材料の賢明な選択及び型に対する水溶性媒体の使用により、型媒体と物体自体がリサイクル可能である。
【００２８】
本発明の他の実施例によると、ターゲット面上のヘッドの単一パスで、従来の層が平面化され、部品層と支持材の両方が分配される単一の一体化ヘッドが設けられる。このような構造は部品又は物体のより速くより簡単な製作を可能とし、又前記部品及び物体を製作するより低いコストの装置を提供する。
【００２９】
本発明のさらに他の実施例によると、本装置は中実物体のコンピュータ・データベース表現をユーザー指定のシェル厚の中空物体の表現へ変換する機能を含む。この結果、部品を形成するのに要する部品材料の容積はシェルのみの容積に減少され、各層の多くが物体材料ではなく支持材から形成されることを可能とし、前記支持材はより精密でない方法で分配される。正確なインク・ジェット印刷ヘッドはこの方法により受ける摩耗が少くなり、装置の信頼性を改善する。
【００３０】
本発明のさらに他の実施例によると、本装置は処理すべき次の及び以後の層から、部品材料をその上に分配するかどうか、しない場合には前記位置への支持材の分配を中止する決定を行う機能を含む。さらに、この機能は次の部品層を分配すべき位置のターゲット面のみを平面化する機能を提供し、発生する残部の量と必要以上の処理の範囲を減少させる。
【００３１】
本発明のこれらの及び他の特徴と利点は、添附した図面と共に行われる望ましい実施例の以下の詳細な説明から当業者には明かとなる。
【００３２】
【実施例】
本発明は工具加工なしでＣＡＤモデルの正確な複製を製造し、又環境的に安全であるため通常の作業環境下で操作可能である。
【００３３】
本明細書でＣＡＤ画像を参照する個所では、他の物体走査及び画像取込装置からの画像も本発明を用いて縮尺合せして製造可能であることを理解すべきである。本発明の範囲を限定することなく、共通に使用される前記装置の例は、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）、コンピュータ支援製造（ＣＡＭ）、コンピュータ支援エンジニアリング（ＣＡＥ）、コンピュータ・トモグラフィー（ＣＴ）、磁気共鳴投影（ＭＲＩ）、陽子放射トモグラフィー（ＰＥＴ）、ＩＲイメージャ、電子顕微鏡等を含む。このように、生物又は植物のモデルを含む数え切れない種類の物体やさらに天体も本発明により色で再現される物体となりうる。
【００３４】
図１ａは本発明の望ましい実施例による自動３次元物体製造部の斜視図である。１個以上のマイクロプロセッサ制御の分配又は印刷装置１０は、台１５のような全体が平面状のターゲット面へ向けて小滴又は細い流れのどちらかで液体状態の最低温溶融材を送入する印刷ヘッド２０を含む。台１５は最初のそして以後の印刷及びスプレー動作の基礎としての役割を果たす。独立したコンピュータのアドレス可能な分配装置１０は、溶けたワックス、プラスチック又は他の材料をスプレーするようにしたカラー・プロッタ又はインクジェットのページ・プリンタに用いるようなインクジェットが望ましい。印刷ヘッド２０内の印刷装置１０はマイクロプロセッサにより記憶されリレー操作される２次元データ・マップに従ってオンオフされる。
【００３５】
文脈中の「マイクロコンピュータ」は、マイクロコンピュータはメモリを必要とし「マイクロプロセッサ」は必要としないという意味で使用される。本明細書で使用されるように、これらの用語は又同意語でもあり、等価な物を参照する。「処理回路」という句はＡＳＩＣ（応用特定集積回路）、ＰＡＬ（プログラマブル・アレイ論理）、ＰＬＡ（プログラマブル論理アレイ）、デコーダ、メモリ、非ソフトウェアベースのプロセッサ、又は他の回路、又は任意アーキテクチャのマイクロプロセッサ及びマイクロコンピュータを含むディジタル・コンピュータ又はこれらの組合せと理解できる。発明の範囲を考慮すると包含の単語は又不完全な意味に解釈される。
【００３６】
射出型ツール（図示せず）は水溶性材から台を製造するために用いられる。型ツールは圧力又は真空口と共に型加工を加速する冷却／加熱機構を有する。加えて、型ツール空洞部は所要物体の形状に応じて可変断面厚である。セラミック又は特殊プラスチックのような他の不溶性材料又は金属から作られた台は、洗浄フェーズで溶媒に露される区域を減少させるため水溶性材の台より望ましくない。
【００３７】
図１ａに戻ると、１つ以上の材料２５が熱又は他の処理により液体状態へ変換され、印刷ヘッド２０により射出されて台１５上に当り、ここで材料２５は迅速に接着し、可変断面の２次元パターン層を作成する。互いの上面に連続的に形成された前記数層は積層部として知られている。マイクロプロセッサ命令により重ねられた材料２５，３５の層の積層を含む物体５５は図１ａで可視的な層として固化されているが、これは厳密には説明用で単純化のためのものであることを理解すべきである。実際には、前記層は厚さ ．００５インチ（０．０１２７ｃｍ）であり、肉眼では現実には検出不能である。
【００３８】
１個以上の加熱ノズル又はガン３０（図２ａ−図２ｃの実施例でより良く見える）が望ましくは水溶性材料３５のランダムなコーティングを吹つけ、これにより前に印刷したランダムでない不溶性パターンをカプセル化する。図２ａ−図２ｃに関連してより詳細に説明する材料収容配送装置４０は本発明に従って積重ねられる各材料２５，３５の容器を与える。水溶性材３５の分配用に加熱ノズル又はガン３０を用いることにより、印刷ヘッド２０の寿命は、これが水溶性材料には利用されないため延びる。加えて、特定のｘ，ｙ点へスプレー粒子を向けるために詳細な命令を必要としないランダム・スプレー装置３０の使用により、コンピュータ・データ容量と処理の相当な減少が実現される。
【００３９】
水溶性材料３５は室温では固体で、一般的な描画型装置と適合する溶融粘度を示し、積層硬化後は良好な加工特性を有することが望ましい。材料３５は加工中所要の不溶性３次元物体を支持しカプセル化する。図１ｂからわかるように、材料３５の水分散特性は、任意材料２５から構成された非常にきれいな３次元物体５５が水の容器へ浸した後に残ることを保証する。
【００４０】
水溶性材料は、粉末（粗い薄片面を残しやすい）又はＵＶ硬化樹脂（切断工具又はサンダーにより手動で除去しなければならない）のような前述の他の装置に用いられる支持材料より望ましい。粉末支持方法は又物体のゆがみに対して適切な保持力を与えられない。水溶性又は少くとも低温融点材の使用は、他の材料積層装置と異なり本発明の使用者が片持ちばり、又は天井又は壁部からの張出し物体、さらに又一例として限定的でなく、びん中の船のように複雑で込み入った物のような複雑な特徴を作製することを可能とする。加えて、水溶性材料は非常に安価であり、印刷ヘッド２０により印刷する必要は必ずしもなく、ノズル３０で迅速かつ安価にスプレー可能である。
【００４１】
型として水溶性材料を使用することは全体的に望ましいことであるが、材料３５は熱に露すことにより除去される低融点材やアルコールに浸した時に溶けるアルコール溶融材も可能であることを理解すべきである。一般に、物体に影響を与えることなく型を除去するためには型と物体の相異なる性質を利用する。このように、最終の層を印刷して、支持部を溶解又は分解し、図１ｂに例が見られるような３次元物体を残す。これらの材料は水溶性材料ほど望ましいものではないが、他の材料積層装置と関連して上述した支持材に望ましいもので、これらの使用は本発明の範囲内に該当する。
【００４２】
直交座標系のｘ，ｙ，ｚ軸（図１ａにはこのように名付けされている）に沿って配置した位置決め装置４５はコンピュータ命令により印刷ヘッド２０及び／又はターゲット面５０を移動させる。ターゲット面５０は最初の積層には台１５であり、又以後の積層には前の積層部である。特に、位置決め装置４５はターゲット面５０を水平に（Ｙ）又は垂直に（Ｚ）移動させることにより、又印刷ヘッド２０をターゲット面５０を横断して水平に（Ｘ）移動させることにより任意の３次元物体を完全に定義できることが望ましい。位置決め装置４５はターゲット面５０、スプレー器３０、印刷ヘッド２０を移動させるため円形モータ４８を使用している。リニア・モータのような他のモータを円形モータ４８の代りに使用可能であることに注意すべきである。
【００４３】
位置決め装置４５は体積測定用の位置決め装置、又は線形位置決め装置と協動する平面位置決め装置、又は３個の線形位置決め装置等であり、このような詳細は本発明の範囲を決して限定するものではないことを理解すべきである。
【００４４】
図２ａ−図２ｃは本発明による図１ａの迅速プロトタイピング装置の他の望ましい実施例の前面図、上面図、左側面図である。図１ａの実施例に関連して上述したものに対応する図２ａ−図２ｃに示す要素の説明は本明細書中に含まれている。図１ａと図２ａ−２ｃを比較することにより理解できるように、本発明による装置の要素の特定の位置は問題ではなく、例外として印刷ヘッド２０とスプレー器３０はターゲット面５０に対して直角に材料を分配するよう配置されることが望ましい。
【００４５】
図２ａ−図２ｃに示すプロトタイピング装置は支持卓５６上に載置してある。印刷ヘッド２０、スプレー器３０等が懸架するリンテル支持部を強化するため片持ちばり支持部５８は支持部６２を強化する。
【００４６】
製造の垂直軸に沿って指定の間隔でターゲット面５０の上面を平面化するよう配置されている１個以上の切断装置６０（図２ａで最も良く見られる）は水溶性カプセル剤３５の一部を除去し、新たなパターン積層用に下の不溶性材料２５を露出させる。切断装置６０は又印刷ヘッド２０上の多重印刷素子１０間の流速差により生じる表面と高さ変動を補償する。切断装置６０の平面化動作が材料２５，３５の冷却と縮少化により生じる応力を解放する役割を果たすため、物体の歪みも又減少される。
【００４７】
真空ヘッド及びポンプ装置６５（図２ｃで最も良く見られる）は切断装置６０の平面化動作の間に発生した残留物を除去する。残留物は廃棄又はさらなるリサイクル用にフィルタ付キャニスタで再生可能である。真空固定具７０（図２ａで最も良く見られる）は組立て台１５を位置決め装置４５へ保持し、台１５への損傷又は変形の危険性なしに台１５の簡単、迅速な取外しや取替えを可能とする。真空固定具７０は、本発明による装置が任意の自動化物体搬入搬出コンベヤ又はラック７５（図１ａに図示）を設けることを可能とする。
【００４８】
図２ａで破線で外形を示す作業容積部７８は、印刷している間物体を配置する最大物体外包形を示す。いくつかの材料組合せは室温以上（金属のように）又は室温より下（水のように）の環境温度での印刷を必要とするため、環境制御室は作業容積部７８内に配置される。
【００４９】
図１ａの材料収容分配装置４０の一部である大容量容器８０（図２ｃで最も良く見られる）は、溶融とろ過を行う対応する小さな加熱室８４へ送り装置８２により運搬され計量される処理材料２５，３５の乾燥した固体容積材を貯蔵する。送り装置８２はオージェ又はネジ送り装置でもよいが、他の送り装置も可能で、モータ８３により駆動される。次に溶融液体媒体は、液体媒体送り線路８８から印刷ヘッド２０又はスプレー・ガン３０への分配の前に各々がポンプ等である圧力装置８６により加圧される。液体媒体送り線路８８は破断されているのが示されている、これは簡略化のためで、線路８８の各々は圧力装置８６から印刷ヘッド２０又はスプレー器３０のどちらかへ線路に応じて連続している。室８４と印刷ヘッド２０又はスプレー・ガン３０との間の距離が相対的に長い場合は特に、場合に応じて印刷ヘッド２０又はスプレー・ガン３０へ到達する前に媒体がその液体相にとどまることを保証するため、媒体送り線路８８を加熱することが望ましい。
【００５０】
このように、形状作成に加えて、本発明による装置は高分解能カラー機能により物体を製造することを他になく可能とする。この他にない特徴の受益者は医療、地理学、建築、工学分野と共に芸術、天文学及び他の多くの訓練を含む。材料２５は異なる材料色又は色の組合せと共に異なる材料組成のものでもよい。所要レベルの視覚的現実感を達成するため、シアン、マゼンタ、黄、黒、白の色群が望ましい、なぜなら全色帯域中の任意の中間色が材料の重ね合せ又はディザリングにより得られるからである。
【００５１】
図３は本発明の望ましい実施例によるマイクロプロセッサ及び支持部除去装置の斜視図である。マイクロプロセッサ制御装置９０と支持部除去装置が作業部に図示されている。図示していないが、前記制御及び支持部除去装置は異なって配置でき、図１ａ又は図２ａ−図２ｃに図示した装置と物理的に組合せて完全自動化の迅速プロトタイピング装置を提供できる。
【００５２】
ＣＡＤシステムを用いて、所要の３次元物理物体をシミュレートする寸法、色又は他の所要特性を含む固有のデータを発生し記憶する。このデータはマイクロプロセッサ制御装置９０へ送られ、記憶され、処理される。マイクロプロセッサ制御装置９０はマイクロプロセッサ命令と共に画像処理及びデータ変換コードを含み、入力データを物理的に描画されている３次元物体の連続断面へ処理する。
【００５３】
所要の３次元物体のコンピュータ制御の製造用の装置、方法、処理は、液体材料２５，３５の層を所定位置でターゲット面上へ分配する段階を含む。これらの所定位置はＣＡＤシステム中のコンピュータ画像ファイルから受取った処理済スライスデータを基にマイクロコンピュータ制御装置９０により設定される。マイクロプロセッサ制御装置９０は又装置、方法、処理操作の順序とタイミングと共に材料運搬、帰還センサ及び装置処理用の電子機械要素を制御する。
【００５４】
マイクロプロセッサ制御装置９０はこれらの機能を別個の装置により実行するのではなく、ＣＡＤシステム又は他の所要の物体走査及び画像取り込み装置を取込み可能であることを理解すべきである。
【００５５】
支持部除去装置９５は、大量の溶媒及び溶媒が作用する物体５５を完全に収める十分な寸法の洗浄バット９６から構成される。循環ポンプ又はかくはん器９８が一体化されて分解過程を加速し残留物を運び去る。除去すべき型材料３５が水溶性の時には溶媒は水である、等々。
【００５６】
支持部除去装置９５は代りに物体５５を配置する温度室９６を含むことも可能である。分解過程を加速するため空気循環器を前記室９６内に一体化してもよい。この後者の装置は、型材料３５が物体材料２５より低温で溶融する時用いるのが最良である。これは、型の融点より高い温度でかつ物体の融点より低い温度に露す時、型の選択的除去を可能とする。水とワックス、ワックスとプラスチック、プラスチックと金属等のように広範囲の材料２５，３５の組合せが可能である。又は代りに、物体材料２５は、ターゲット面上の選択位置に分配され、分配位置へ向けられたフラッドＵＶ光又はファイバ・オプティックスによるもののように分配時に直ちに硬化された光ポリマでもよい。物体材料２５が硬化光ポリマの場合、硬化光ポリマのものとは異なる溶解度を有するワックスを支持材３５として用いることもできる。多くの場合、型と物体材料２５，３５は繰返し使用のためにリサイクル可能であり、廃棄物を削減できる。
【００５７】
図４は本発明の望ましい実施例による３次元物体を製造する処理を図示する処理流れ図である。物体の台が一旦真空固定具上に配置される（ブロック１００）と、印刷ヘッド・ジェットを検査して全て機能しているかどうか調べる。これは、出力が光学検査部所で見ることができるように印刷ヘッド２０を位置決めすることにより行われる（ブロック１１０）。次いで印刷ヘッド・ジェットは短い線分のパターンを印刷し（ブロック１２０）、これを走査してジェットの各々が正しく機能しているかどうか確認する（ブロック１３０）。全てのジェットが正しくは動作していないことが決定された場合、印刷ヘッド２０は吹出ふきとり部へ移動され（ブロック１５０）、ここで装置は吹出されてジェットの流れを通じさせる（ブロック１６０）。印刷ヘッド２０は次いで光学検査部へ戻り（ブロック１１０）、ここでジェットは再び検査される（ブロック１２０と１３０）。図４の処理には図示していないが、印刷ヘッド２０は必要に応じて何回でも検査されることは明かである。
【００５８】
全てのジェットが正しく動作している場合（ブロック１４０）、インク供給部を検査する（ブロック１７０）。供給部が不適当であるとわかった場合、溶融キャニスタは大容量キャニスタから充填される（ブロック１８０）。インク供給部が十分な場合、物体のスライス・データをロードすることにより処理は続行する（ブロック１９０）。
【００５９】
物体のスライス・データは色情報を含む３次元コンピュータ「物体」画像から発生され、応用ソフトウェアにより２次元パターンの垂直順序列に変換される。第２画像は第１画像のまわりの負の容積の形状でソフトウェア的に発生可能ではあるが、「型」画像は２次元スライスの組に変換され、物体と型のスライス・データが連続的に組合され、第２画像は必要ではなくなる、又は望ましくなくなる。スプレー器３０の全体的な動作は物体の画像に対してのみ正確な印刷を可能とする。
【００６０】
一旦第１のスライス・データがロードされると（ブロック１９０）、台１５が位置決めされ、切断装置６０がその上面を平面化し（ブロック２１０）、台は１層厚分だけ降下する（ブロック２２０）。次いで印刷ヘッド２０は受信したスライス・データに応じてスライス・パターンを走査し積層させる（ブロック２３０）。第１層のスライス・データは台１５上の印刷ヘッド位置と共にその位置の適当な射出機能を決定する。印刷ヘッド２０は層が完成するまで台１５に平行な面内を移動する。第１スライスのパターンの印刷が完了すると、スプレー器３０は溶性支持材料３５の一様な層をターゲット面５０の上面にスプレーする（ブロック２４０）。
【００６１】
処理流れ図では平面化段階の前に次のスライス・データのロードが図示されているが、これは平面化段階の後でも発生可能であり、又は望ましくは平面化段階と同時が良い。事実、マイクロプロセッサ制御装置９０は最も迅速な時には印刷サイクル時の任意の時間に次のスライス・データをロードしてもよい。
【００６２】
これが印刷すべき最後の層でない場合（ブロック２５０）、インク供給部を再び検査し（ブロック１７０）、必要に応じてインクを追加する（ブロック１８０）。台１５を位置決めし、切断装置６０がターゲット面５０の上面を平面化している間（ブロック２１０）に次のスライス・データをロードする（ブロック１９０）。次いで台１５を１層厚分だけ降下させ（ブロック２２０）、次の層を印刷する（ブロック２３０、２４０）。これが印刷すべき最後の層である場合（ブロック２５０）、部品は真空取付具から除去され（ブロック２６０）、水が望ましい溶媒へ浸されて、溶性支持材を分解する（ブロック２７０）。この処理は完成した３次元物体を作成する（ブロック２８０）。
【００６３】
本発明による望ましい処理の例では、１４０°Ｆの液体ワックス（材料２５）が連続層でジェット印刷されて物体パターンを形成する。同時に、氷の連続層（材料３５）が物体パターンのまわりにジェット印刷されて凍結型を形成する。材料２５，３５の組合せ固体部分は次いで加熱されて型部品のみを溶融し、高分解能なリサイクル可能な鋳造パターンを残す。他の多くの材料２５，３５の組合せが可能であり、当業者の想像によってのみ限定される。
【００６４】
図５は本発明の望ましい実施例による印刷ヘッド検査吹出部所を図示する。印刷ヘッド２０は媒体送り管３１０を介して溶融した媒体を受取り、短い平行線３４０の形式でコンベヤ・ベルト３３０上に前記媒体の滴３２０を落とす。コンベヤ・ベルト３３０の表面は紙で作られることが望ましい。光学センサ３５０は印刷ヘッド２０の全ての印刷素子のジェット１０（図面からは見れない）の同時動作により印刷される平行線を走査する。マイクロプロセッサは、異物を放出するための吹出ふきとりを完了するため印刷ヘッド２０をコンベヤ・ベルト３３０から離すことにより、少くとも１個の不正動作印刷素子を示す光学センサ３５０の出力に応答する。空気が吹出バルブ監視空気管３６０を介して印刷ヘッド２０へ強制送入される。これは印刷ヘッド２０の不正動作印刷素子１０から異物を有効に排出する。次いで印刷ヘッドはふきとられ、コンベヤ・ベルト３３０上に再配置される。印刷ヘッド２０は再び光学センサ３５０により走査される短い並行線３４０の形式でコンベヤ・ベルト３３０上へ新たな媒体滴３２０を重ねる。印刷ヘッド２０上の全ての印刷素子１０が正しく機能するまでこの処理を繰り返す。光学センサを用いた検査装置を望ましいものとして説明してきたが、他の各種検査装置が当業者には考えうる。
【００６５】
図６ａ−図６ｂは本発明の望ましい実施例による光学センサ３５０の出力を反映する波形図を図示する。これらの図で、矩形波は機能しているジェット数を正確に示す。１つあるべき所の矩形波の欠損は不正動作ジェットを示す。図６ａは全てのジェットが機能している時の光学センサ３５０からの出力を詳細に示し、一方図６ｂは２つのジェットが不正動作しているものと一致している波形を図示する。
【００６６】
図７ａ−図７ｃは図４の本発明の望ましい実施例によるワックスのような低融点材料から構成されるべき３次元物体の製造のため処理段階２３０，２４０，２１０の各々で生成する構造の図を図示する。図７ａはＣＡＤ画像に従ってマイクロプロセッサ制御装置により定まるように水溶性台１５上の指示位置にワックス層４００を形成するためワックスの滴４２０を積重ねる印刷ヘッド２０を示す。前記層４００は組成に係らず、正の材料として知られ、全ての層が完成した時、所要の３次元物体を形成する。
【００６７】
図７ｂでスプレー器３０は水溶性型材料４４０の滴４３０をスプレーして水溶性台４１０上に載置した積層ワックス層４００をカプセル化する。材料４４０はその組成に係らず負の材料として知られ、全層が完成すると型を形成する。図４の処理の他にない特徴は図７ｂに見られ、すなわちスプレーされた負の材料４４０はランダムで、スプレー粒子はコンピュータにより特定のｘ，ｙ点へ向けられていない。
【００６８】
以後の層の表面を用意するため、ミル・カッタ又は他の切断装置６０が前の層厚の内の一部を除去して正の材料４００を露出させる。この段階は又各層の厚さを定め、異なるインクジェットの分配速度を補償する。全ての層を処理した後、負の材料４４０を図示していない溶媒により選択的に除去し、この場合ワックスである正の材料４００を残す。
【００６９】
ある種の材料はインクジェット型機構に用いるのには粘性度が高すぎる。しかしながらこれらの材料は、耐久性、外観又は水溶性度のような望ましい特性を示す。例示としてのみで限定する意図のものではないが、このような粘性材料の望ましい使用は、ペーストとエポキシのような電導媒体から製造される回路組立体を含む。
【００７０】
高温融点又は高粘性材料を用いるためには、絵画に用いるような原子化ノズルと加圧ガンをインクジェット型印刷ヘッドの代りとして使用可能である。このようなノズル又はガンは加圧注入器、すなわちピストン型動作を使用し、各種のノズル径が利用可能である。
【００７１】
図８ａ−図８ｃは図４の本発明の望ましい実施例に従って、高温融点又は高粘性材料から作られる３次元物体の製造のため処理段階２３０，２４０，２１０の各々で生成する構造の図を図示する。このような高温融点又は高粘性材料は金属、セラミック、プラスチック、ペースト、エポキシ等と共に、１例としてで限定的ではないが、すず、鉛合金のような前記材料の組合せ又は合金も可能であることを理解すべきである。
【００７２】
図８ａはＣＡＤ画像に従ってマイクロプロセッサ制御装置により定まるような台１５上の指示位置にワックス層５００を形成するためワックスの滴５２０を積層しているインクジェット印刷ヘッドを図示する。前記層５００は組成に係らず、負の材料で、全ての層が完成すると型又は支持部を形成する。
【００７３】
図８ｂでスプレー器ノズル又はガン３０は支持材料５００とその中のパターン空洞部の上へ高温融点又は高粘性材５４０の小滴５３０をスプレーする。材料５４０は組成に係らず正の材料で、完成すると、所要の３次元物体を形成する。図４の処理の他にない特徴は図８ｂに見られ、すなわちスプレーした正の材料５４０はランダムで、スプレー粒子はコンピュータにより特定のｘ，ｙ点へ向けられていない。
【００７４】
以後の層の面を用意するため、ミル・カッタ又は他の装置が前の層厚の一部を除去して正の材料を露出させる。図８ｃは正の材料５４０を平面化して積層ワックス層５００を露出させるカッタ６０を図示する。各層は、異なるノズルの分配度を補償する所定の厚さに研磨される。全層を処理した後、最終容積物は低温融点の型付の高融点又は高粘性物体から構成される。負の材料５００は図示していない溶媒又は熱により選択的に除去され、高融点又は高粘性の正の材料５４０を残す。
【００７５】
この方式は、インクジェット・プリンタ機構のみを用いては可能とはならないナイロン、ＰＶＣ、いくつか名前を挙げられる金属合金のような多くの材料から物体を作ることを可能とするという点で他にないものである。さらに、積層部の上面を研磨することは、他の装置では部品に歪みを生じさせる応力を解放する役割を果たす。又、十分広帯域をカバーしつつ多量の材料をランダムにスプレーするため、必要なインクジェット印刷ヘッドの数が減少する。
【００７６】
ここで図９ａと図９ｂを参照して、本発明の別の実施例に従う一体化印刷ヘッド６００の構造と動作を詳細に説明する。一体化印刷ヘッド６００は、ターゲット面上の単一パスで物体材料２５と支持材料３５の分配と、各層の表面の平面化を含む、物体５５の層を完全に作成するのに必要な装置を含む。この単一パス処理は製造過程を著しく速度向上させ、本発明に従って３次元物体を作製する装置の複雑度とコストも減少させる。
【００７７】
一体化印刷ヘッド６００は、隔置した関係で部品の各々が取付けられる取付け板６０４を含む。印刷ヘッド２０は板６０４に取付けられ、接続された電線６０２に与えられる信号に応答する隣接の貯蔵所６２０から物体材料２５を分配する。図９ｂに図示するように、ノズル６０３はインクジェット印刷ヘッドの公知の方法の対角線的に千鳥配置にされる。印刷ヘッド２０の後方（ｙ方向）かつそこから一方の側面へ離れて（ｘ方向）配置されているのは、隣接するため６３０から支持材３５を分配する分配器３０である。例えば、分配器３０はｘとｙの各方向印刷ヘッド２０の０．１インチ（０．２５４ｃｍ）のオーダーで（側方）後方にある。一体化印刷ヘッド６００が＋ｙ方向（図９ａ及び図９ｂの軸基準に示すように）へ走行することを考えると、分配器３０は３次元物体の形成で印刷ヘッド２０より後に遅れる。動作時に、印刷ヘッド２０が分配器３０より進んで物体材料２５を分配しているのと同時に、分配器３０は支持材料３５を遅れ位置で分配していてもよい。この結果、個々の印刷ヘッド２０と分配器３０の多重パスを必要とすることなく型付物体の層が迅速に形成される。加えて、単一層を処理するために多くの処理部所間で物体を運搬することを必要とする上記の米国特許第４，９６１，１５４号やヨーロッパ特許局公開第０ ３２２ ２５７号に記載の既知の装置に対して特に、装置の複雑度が大きく減少している。
【００７８】
オプションとして、加熱ガス（図示せず）を与える加熱要素又はダクトを取付け板６０４へ取付け、印刷ヘッド２０が物体材料２５を分配する所、特に従来層の物体材料２５上に物体材料２５を分配すべき位置のターゲット面の部分を局所的に加熱してもよい。このような局部加熱は、熱伝導、対流又は輻射のいずれによるものであれ、物体材料の上部を十分な温度まで上昇させて軟化状態とし、従来層の物体材料２５への現在層に分配された物体材料２５の接着を改善することが望ましい。さらに、この局部加熱は従来層の物体材料２５の熱収縮を可能とし、新たな分配器の物体材料２５と整合させる。
【００７９】
一体化印刷ヘッド６００は、一体化印刷ヘッド６００がｙ方向へ走行する時印刷ヘッド２０の前方でターゲット面を平面化するためのナイフ６０８をさらに含む。一体化印刷ヘッド６００により可能な単一パス処理では、分配器３０の後方で支持材３５の分配後ではなく、物体材料２５と支持材３５の分配の直前にターゲット面を平面化することが望ましい。印刷ヘッド２０の前の平面化により、ナイフ６０８が分配器３０の直後に配置されている場合より物体材料２５と支持材料３５が平面化の前に固化するより長い時間を有することができる。より完全に硬化した材料の平面化はより平面のターゲット面を発生し、物体材料２５の連続する層間の支持材３５のよごれを除く。
【００８０】
ナイフ６０８を取囲むものはターゲット面上のナイフ６０８の平面化動作からの残留物を除去するための真空拾い上げフード６１０であり、ナイフ６０８は取付け板６０６を介して真空フード６１０内に取付けられる。真空拾い上げフード６１０はダクト６１２を介して処理域から離れた再生場所へ残留物を排気する。真空拾い上げフード６１０の代りに、ターゲット面から残留物を除くためブラシ又は空気ジェットを設けてもよい。針毛又は他の適当な構造により形成されるブラシ・シールド６１４は図９ａに示すようにオプション的に設けられて、真空フード６１０により拾い上げられなかった残留物が、印刷ヘッドが物体材料２５を分配する選択位置に影響を与えることを防止し、選択した分配位置での処理機構を他の汚染から保護する。
【００８１】
図９ａに図示するように、ナイフ６０８は単一の切断縁ではなく段付切断縁である。その上面を削っている時材料を割る可能性は、層の全体厚に対する削っている厚さ間の比率に従って増加するものと考えられる。従って、単一深さの単一切断刃は全く表面を割りやすく、特に本方法で期待されるように表面地形の変動（山対谷）が３０％のオーダーである場合はそうであるものと考えられる。本発明のこの実施例によると、各々が０．００１インチ（０．００２５４ｃｍ）のオーダーの深さを有するナイフ６０８の段付き切断刃は連続して多数の浅い研削段階を与える。最も深い刃の最底面には平らな領域が設けられてターゲット面をさらに平滑化する。この結果、層厚に対して各増分切断面により除去される材料の厚さが減少するため、ナイフ６０８はターゲット面を割る可能性を大きく減少させる。
【００８２】
図１０を参照すると、別の構成によるナイフ６０８′が図示されている。ナイフ６０８′は多重段ではなく、（断面で見た時に）後縁の平面付の単一斜め刃を含む。この構造の結果として、ｙ方向の刃６０８′の増分移動はターゲット面の増分量の除去を生じ、又ターゲット面の割れを避けうる。
【００８３】
本発明の又別の実施例によると、ナイフ６０８′を取付ける取付け板６０６′は電線６１８上の信号に応答するソレノイド６０６の制御下で可動である。この構造はナイフ６０８′（又は代りに多くの浅い段付のナイフ６０８）の選択制御を可能とし、従って平面化は選択位置でのみ実行される。例えば、支持材３５を次に分配するターゲット面上の位置では、物体の支持材３５の形状の非重要性のため（これはいずれにせよ除去される）、平面化は必要ない。これと対照的に、物体材料２５を分配すべきターゲット面の位置は平面化して物体材料２５が従来層のものと接着することを保証し、物体の形成に適正な寸法制御を与えられなければならない。可動ナイフ６０８′はソレノイド６１６により制御され、従ってこれは物体材料２５を分配すべき位置のターゲット面でのみ接触し、この結果研削及び発生する平面化残留物の量は大きく減少し、又刃６０８′の摩耗も同様である。
【００８４】
図１１ａを参照すると、平面化に別の技術を用いた別の構成による一体化印刷ヘッド６００′が図示されている。この例によると、ローラー６４０は一体化印刷ヘッド６００′の印刷ヘッド２０と分配器３０の後につき、支持材３５の分配後分配層の表面を平滑化する。多くの場合支持材３５を平滑化するには冷間ロール処理で十分であると考えられる。又は、ローラー６４０を加熱して支持材３５の適正な平滑化を保証してもよいが、この場合ローラー６４０上にテフロン（ＴＥＦＬＯＮ）のような非付着コーティングを与えることが望ましい。加えて、従来層への物体材料２５の次の層の粘着を促進するため、ローラー６４０にぎざぎざ又は粗い表面を与えて分配層上に粗い外観を残すのがよい。
【００８５】
ここで図１１ｂを参照すると、さらに他の構成による一体化印刷ヘッド６００″が正面図に図示されている。一体化印刷ヘッド６００″はターゲット面の上の高さで分配器３０の後につく熱バー６４２を含む。熱バー６４２は例えば抵抗素子型の例の電線６４４により付勢されて加熱され、支持材３５と物体材２５を再流動させ、次の層の滑かなターゲット面を作成する。
【００８６】
使用している材料の特性に応じて図１０ａと図１０ｂに示すように後にではなく、ローラー６４０又は熱バー６４２のどちらかを印刷ヘッド２０の前に設置してもよい。
【００８７】
さらに代案として、次の層用の平面状ターゲット面を形成するために別の平面化及び機械加工を必要とすることなく、実質的に平面状の上面を得られるよう、物体材料２５と支持材３５を分配することも考えられる。これは例えば、支持材３５の分配量を注意深く制御するよう印刷ヘッド２０と同様のインクジェット印刷ヘッドにより達成される。この場合、上述の一体化印刷ヘッド６００、６００′、６００″はナイフ６０８、ローラー６４０、熱バー６４２又はターゲット面の平面化用の他の装置を含まない。代りに、実時間で分配される支持材３５の容量を測定することにより、本装置は印刷ヘッド２０により分配される物体材料２５の厚さと整合するよう分配器３０により分配される支持材３５の容積を制御可能であり、印刷ヘッド２０も制御して分配する物体材料２５の容積も同様に実時間で調節してもよい。この測定と制御は層の全面に渡って物体材料２５と支持材３５の両者の同一平面性をさらに保証する。本方法で有効と考えられる実時間測定技術の例は、干渉計のような光学測定、追従ブラシのような機械的測定、及び他の既知のフィルム厚測定技術を含む。
【００８８】
図１２を参照すると、多層プリント回路板を作製する本発明の応用例が断面で図示されている。この例では、物体材料２５はアルミニウムのような電導材料を含み、支持材３５はポリカーボネートプラスチック、ポリマ樹脂、又は他の公知の電気的絶縁材のような誘電材料を含む。本発明のこの実施例によると、支持材３５は物体の形成の完了時に除去されず（これはプリント回路板である）、代りに形成した物体の一体部分として残る。オプションとして、その製造時に、その場所に残る支持材３５の代りに、回路板の選択した位置は上述した方法で物体の形成後に除去される可溶性支持材３５を受入れ、このようにして複雑な形状のプリント回路板の製造も可能とする。
【００８９】
図１２に図示するように、一体化印刷ヘッド６５０は電導性物体材料２５を分配する印刷ヘッド２０と絶縁性支持材３５を分配する印刷ヘッド６７０を含む。上述した印刷ヘッド６００の分配器３０と対比して、印刷ヘッド６７０は相対的に高精度で支持材３５を分配することが望ましい。プリント回路板の製作は、ナイフ６６０（これは本発明のこの実施例では印刷ヘッド２０の後につける）による各層の上面の平面化を含めて、上述したものと同様に進行する。
【００９０】
動作時に、プリント電導線を各層に配置すべき位置に電導性物体材料２５を分配する印刷ヘッド２０によりプリント回路板が製造される。同一の単一パスで、印刷ヘッド６７０は層の残部を充填するのに必要なだけ絶縁性支持材３５を分配する。電導線を有するものの間のプリント回路板の層はこの例では、２５Ｖを介した垂直部を配置すべき位置に電導性物体材２５を受入れて、異なる層の電導線路を接続し、２５Ｖによる電導部を含む層の残りは支持材３５を受入れる。
【００９１】
この結果、本発明は従来のプリント回路板製造に必要であったように、板を貫通する穴を形成して穴をハンダで埋める後処理段階を必要とすることなく層毎の方法でプリント回路板の形成を可能とする。さらに、本発明は従来の回路板で利用可能なものより著しく複雑な形状の回路板の製作を可能とする。例えば、本発明は異なる厚さと電導層の数の場所を有する一体回路板の形成を可能とする。加えて、本発明は壁付の回路板の形成を可能とし、無線周波数干渉（ＲＦＩ）用の電導性シールドを含む壁を含むものも考えられる。本発明により与えられる柔軟性の増大は、板に設置すべき回路に応じてプリント回路板（及び壁部）の異なる位置での異なる厚さのＲＦＩシールドの形成を可能とする。
【００９２】
図１３を参照すると、本発明のさらに他の実施例に従って構成された装置が記載されている。以上の説明から明かなように、本発明は相当大寸法、例えば側面が１フィート（３０ｃｍ）のオーダーの物体を組上げることが可能である。このように形成された物体の重量は、支持材と組合せて、５０ポンド（２２．７ｋｇ）のオーダーのように、相当大きいものとなる。それ故、型付物体を洗浄部へ運搬する労力を削減するため、製造方法とその場で物体５５から支持材３５を除去する装置を提供することが有用であると考えられる。
【００９３】
図１３は、洗浄タンクを組込んだ本発明による物体を作製する装置の例を図示する。キャビネット６７５は、上述したように、支持材３５に埋め込まれた物体材料２５の物体を形成するための上面近くの一体化印刷ヘッド６００（又は必要に応じた他の印刷ヘッド）と、上載台１５を有する。本発明のこの実施例では、台１５は、キャビネット６７５の内部へ台１５を下降させ得るように従来のモータ（図示せず）により制御される伸縮アクチュエータ６８０の上部に取付けられる。ベローズ（ｂｅｌｌｏｗｓ）６８２はアクチュエータ６８０を取囲んで、後述するように溶媒がキャビネット６７５へ入ることを防止する。キャビネット６７５は、溶媒流体がポンプ６８４により連通する入口ホース６８５を受入れ、出口ホース６８６、６８７をフィルタ６８８へ与えて、ポンプ６８４によりキャビネット６７５へ再導入するためのタンク６９０での貯蔵の前に分解した支持材３５をキャビネット６７５から受取った流体からさえぎる。
【００９４】
動作では、物体の完成時に、アクチュエータ６８０が台１５をキャビネット６７５の内部へ降下させる。次いでポンプ６８４が付勢され、物体材料２５に対して支持材３５を選択的に分解するために用いられる水又は他の適当な溶媒のような溶媒流を入口ホース６８５を介してキャビネット６７５の内部へポンプで送り、出力ホース６８６、６８７、フィルタ６８９及びタンク６９０を介して再循環させる。この溶媒は支持材３５を分解して物体材料２５から形成された物体５５を作成し、この後アクチュエータ６８０は台１５をキャビネット６７５の上面へ上昇させ、操作員が支持材３５の余分な重量なしで物体５５をここから取出すことを可能とする。
【００９５】
加えて、上述したナイフ６０８による層の平面化の間に発生した残留物は、周囲の物体材料２５と共に平面化された支持材３５を分解するため、キャビネット６７５の内部へターゲット面の縁から離れた一体化印刷ヘッド６００により単に掃引される。
【００９６】
上述した本発明は従ってＣＡＤデータベースから直接複雑な形状の３次元物体を迅速に作製するのに非常に有効である。しかしながら、図１４ａ、図１４ｂ、図１５ａ、図１５ｂ及び図１６ａから図１６ｅに関して今から後述する本発明の別な実施例に従って物体を作製することにより、このような物体を作製する効率がさらに強化され、印刷ヘッド機構の寿命が相当に長期化されることが発見された。
【００９７】
図１４ａと図１４ｂをまず参照すると、支持材３５を分解する前の製造段階で、支持材３５により取囲まれている物体材料２５から形成された物体が断面（ｙ−ｚ面）で図示され、この説明の目的上このｙ−ｚ断面がｘ次元に十分大きい範囲で保持されているものとする。図１４ａの図から物体の大部分は物体材料２５の固体ブロックから形成されていることは明かである。それ故この物体の製造時に、印刷ヘッド２０は物体の内部部分を含む物体の大部分の体積部に対して高精度に物体材料２５を分配し、従って図１４ａの物体の製造は非常に遅い。さらに、インクジェットの信頼性はその使用時間の関数であることは公知である。従って、製造スループットの観点のみならず装置の信頼性の観点からも、インクジェットが使用中である時間を最小とすることが望ましい。
【００９８】
図１４ｂは図１４ａに示したものと同じｙ−ｚ面の断面で、同じ物体が代りに充填支持材３５′を取囲む厚さｔの物体材料２５′のシェルから形成されていることを図示する。図１４ｂの物体の側壁（すなわちｘ次元の限界）も又厚さｔの壁を与える。物体材料２５が支持材３５を分解するために用いる溶媒に不溶性で、かつ充填支持材３５′に対して不浸透性の両方である限り、シェル２５′の外側からの支持材３５の分解は充填支持材３５′をシェル２５′内にそのまま残しておく。このようなシェル部分を形成するのに有用な材料の例は、支持材３５にはポリエチレン・グリコールのような水溶性ワックスとシェル物体材料２５′にはみつろう又はカーナバロウのような水不溶性ワックスを含む。
【００９９】
充填支持材３５′はスプレーノズル又は分配ノズルによるもののように、物体材料２５より相当低い精度で分配されるため、図１４ｂの物体を形成するためのインクジェット印刷ヘッドの使用の頻度は図１４ａの物体を形成するために要するものより非常に減少している。結果として、図１４ｂの物体は図１４ａのものより非常に少い時間で形成され、物体材料２５を分配するために用いたインクジェット印刷ヘッド２０の摩耗も少い。
【０１００】
それ故、従来のコンピュータ支援設計プログラムの巧妙な使用により、形成される物体の設計者はデータベースの設計の元の記述では中実の物体のシェル設計を実装できる。しかしながら、本発明による装置のコンピュータ制御装置は、望ましくはユーザー指定の厚さｔで図１４ａに示すような中実部分のデータベースから図１４ｂに示すようなシェル部分を自動的に発生する。中実体からシェルへのこの変換は製造過程を開始する前にオフラインで実行され、従って製造装置が受取るデータベースはシェル・データベースであるものと、代りに物体の層毎の製造時に、中実体からシェルへの変換を製造装置自体で層毎に実行してもよい。図１５ａと図１５ｂに関連して説明する望ましい方法を含む前記変換用の後述する方法はどちらの環境下の使用にも適している。
【０１０１】
前記変換を実行する望ましい方法によると、容積中の各ボクセル（容積要素）はその取囲むボクセルに対して個別に解析されて、問題のボクセルが物体の一部ではないボクセルのユーザー指定の厚さｔ内にあるかどうか決定する。図１６ａを参照すると、問題のボクセルＶＯＸＥＬは各寸法が長さ２ｔである立方体Ｖの中心にあるのが図示されている。このようになっているため、問題のボクセルＶＯＸＥＬは立方体Ｖの各側面から距離ｔだけ離れている。中実の物体を中空のシェル物体へ変換する関連で、本方法は問題のボクセルＶＯＸＥＬと立方体Ｖ中でこれを取囲む各ボクセルが物体材料２５を形成するものであるかどうかを決定し、そうである場合、問題のボクセルＶＯＸＥＬは少くとも厚さｔだけ形成されるべき物体の縁から離れており、従って物体材料２５ではなく充填支持材３５′から形成される。このように形成される物体の容積を通して問題のボクセルを増分させていくことは、厚さｔより薄くはない壁部を有する物体を形成するため、物体材料２５から前は形成されるはずのボクセルの内どれを充填支持材３５′から形成するか、を識別する。
【０１０２】
問題のボクセルＶＯＸＥＬを取囲む立方体Ｖ内の各ボクセルを検査する「強引な」方法による大容積の解析は、有効ではあるが非常にやっかいである。実際、ｎボクセルの容積に対しては前記の方法はｎ^４ 問い合せのオーダーを必要とし、非常に長い計算時間を必要とする。図１５ａと図１５ｂの流れ図に図示する方法は、後述する方法で立方体Ｖの表面のみを解析することにより中実体からシェル物体へのデータ変換を著しく少時間で実行するものである。この方法は現代の個人用コンピュータ・ワークステーション又は同様の計算力の他のデータ処理装置での演算に適しており、さらに通常の当業者は以下の説明を基にこの方法を実行するため前記のコンピュータを容易にプログラム可能であることが考えられる。
【０１０３】
この方法は、物体の層毎の形成時に実時間変換で用いるのに適した、ｘ−ｙ面での物体容積のスライスに対して以下に説明する。又は、上述したように、物体製造の前に変換がオフラインで実行される場合、この処理はｚ次元の一連の層に対して増分的に実行される。さらに、図１５ａ、図１５ｂの変換処理が操作するデータベースは、各々物体材料２５を受入れないか又は物体材料２５を受入れるかを指示する「中空」又は「中実」状態を各々が記憶する、３次元アレイのボクセルに対応するメモリ位置から構成される。本発明のこの実施例によると、充填支持材３５′を受入れるボクセルであることを示す第３の「マーク付」状態を用いる。
【０１０４】
本発明の実施例による変換処理は処理７００から開始し、ここでユーザー指定のシェル厚ｔと物体容積のｘ−ｙスライス中のボクセルに対して最大のｘとｙが設定される。判断７０１で、問題のボクセル（「ＶＯＸＥＬ」）の現在のｙ値を問合せ、最大ｙ寸法ｙｍａｘからシェル厚ｔ内に位置しているかどうか決定し、そうである場合、このｙ次元のボクセルは必ず中空であるか又は中空ボクセルから厚さｔのシェル内にあるかのどちらかであるため、変換処理は終了する。そうでない場合、ＶＯＸＥＬのｘ寸法を間合せて、最大ｘ寸法ｘｍａｘのシェル厚ｔ内にあるかどうかを見る判断７０３を実行する。ＶＯＸＥＬがｘｍａｘの距離ｔ内にある場合、ｙ値を２だけ増分することにより新たなＶＯＸＥＬを選択し、制御を判断７０１へ戻す。ＶＯＸＥＬのｘ及びｙ値を２だけ増分させることは、もち論問合せるＶＯＸＥＬ数を半分に減少させることにより変換処理を大きく速度向上させる、加えて、単一のボクセル幅の中空域という望ましくない状況が２だけ増分させることにより失われるため、このような増分方法により殆んど分解能は失われない。
【０１０５】
最大値ｘｍａｘのシェル厚内にＶＯＸＥＬが入っていない場合、中実物体データベースを問合せてＶＯＸＥＬが中実であるかどうか決定する判断７０５を実行する。中実でない場合、ｘ次元に２だけ増分することにより新たなＶＯＸＥＬを選択し、判断７０３へ制御を戻す。ＶＯＸＥＬが中実である場合、これは中空のＶＯＸＥＬへ変換する候補（すなわち充填支持材３５′を受入れる場所）となり、処理は判断７０７へ続行する。
【０１０６】
上述した本発明のこの実施例によると、立方体Ｖの表面を問合せてＶＯＸＥＬをマークするかどうか決定する。しかしながら、判断７０７は従前の結果を基に、立方体Ｖの表面の解析を減少させるルーチンを開始する。判断７０７で、ＶＯＸＥＬと同じｙ寸法の前のボクセルを問合せて、充填支持材により充填されるよう「マーク付」となっているかどうかを見る。そうである場合、ＶＯＸＥＬから−ｘ方向へ少くともｔ距離のボクセルは既に問合せてあり、充填支持材３５′により充填され、−ｘ方向に繰返して問合せる必要性を除去する。次いで処理７０８でｘ走査ポインタをセットして、ＶＯＸＥＬから＋ｘ方向の立方体Ｖの表面のみを問合せて、ＶＯＸＥＬをマークできるかどうか（すなわち立方体Ｖの表面の一部がｔより大きいか又は等しいｘを有している）を決定する。図１６ｂで図示した影付面は、ｘ＝ｏの平面に沿った立方体Ｖの外面の代りのｘ＝ｔ面に沿った立方体Ｖの内部面の代換えを含む、判断７０７の結果が正の場合に解析すべき部分を図示する。
【０１０７】
図１５ａに戻ると、ＶＯＸＥＬと同じｘ寸法ではあるが前のｙ走査線のボクセルを問合せて、中空となるようマークされたかどうかを決定する判定７０９が実行される。そうである場合、前の解析がｙ次元の前のボクセルが安全にマークされたことを見出しているため、ＶＯＸＥＬよりｙ次元が小さい立方体Ｖの表面の部分は解析する必要がなく、ｙ走査ポインタをセットしてＶＯＸＥＬからｙ方向の前方のみを走査する（処理７１０）。図１６ｃは影付により、判断７０９の結果が正の場合（すなわちｙがＶＯＸＥＬより大きいか又は等しい）に解析すべき表面の部分を図示する。ｙ＝ｏ面の代りに立方体Ｖの内部面（ｙ＝ｔの面に沿った）も又考慮する。
【０１０８】
次いで、ｚ次元でＶＯＸＥＬ直下のボクセルを問合せて中空となるようマークされたかどうか決定する判断７１１を実行する。そうである場合、ｘ及びｙ次元と同様に、処理７１２でｚ走査ポインタをセットし、ｚ次元で前方向のみを走査し、ＶＯＸＥＬのものより大きいか又は等しいｚ値を有する立方体Ｖの表面の部分を解析する。図１６ｄの影付面はこの場合に解析すべき立方体Ｖの表面の部分を図示する。
【０１０９】
判断７０７、７０９、７１１から、何の正値の結果もない組合せから全てが正の結果の組合せを含む任意の正の結果の組合せが返されることに注意すべきである。ｘ、ｙ、ｚ次元の全ての３次元でＶＯＸＥＬに直接隣接する３つのボクセル全てが中空とマークされた場合、図１６ｅに示す立方体Ｖの表面の部分のみ、すなわちＶＯＸＥＬよりそのｘ、ｙ、ｚ次元の３次元全てが大きい位置のみを解析する必要がある。ｘ＝ｔ、ｙ＝ｔ、ｚ＝ｔ面に沿った立方体Ｖの内部表面も又解析に含まれる。結果として、本方法のこの部分は、ＶＯＸＥＬを「マーク」できるかどうか決定するのに必要な解析の量を非常に減少できる。
【０１１０】
図１５ｂを参照すると、走査すべき立方体Ｖの表面の範囲を一旦決定して、解析が開始できる。処理７１４はｚ値を立方体Ｖの上面に対応する２ｔにセットする。次いで判断７１５は上面の最初のｘ、ｙ位置（判断７０７、７０９の結果に依存）のボクセルに問合せて中実かどうか決定する。そうでない場合、上面のこのボクセルは物体域の外側であることを意味し、ＶＯＸＥＬは必ず形成される物体の外縁の厚さｔ以内であり、処理はＶＯＸＥＬで終了し、処理７０６でｘ値を増分した後新たなＶＯＸＥＬを問合せる。上面のこのボクセルが中実の場合、ｘ及びｙ値がｚ＝２ｔ面上で増分される（この場合、ｘ軸が速い軸である）処理７１６が実行される。判断７１７は、面が完了したかどうかを決定し、そうでない場合は制御を判断７１５へ戻して次のボクセルを解析する。
【０１１１】
上面（ｚ＝２ｔ）のボクセルが中空でない場合、処理７１８でｚをその低い限界値（上述した判断７１１の結果に応じて、ｏ又はｔのどちらか）にセットすることにより底面を解析する。判断７１９は判断７０７、７０９の結果により解析した範囲までこの底面に沿って各ボクセルの状態を解析し、判断７２１により底面解析が完了した時を決定する。このように解析した底面のボクセルのどれかが中空の場合、これは中空とできないため処理はＶＯＸＥＬで終了し、問題のボクセルの増分は処理７０６で実行される。
【０１１２】
底面の完了時に（中空ボクセルは見出されなかったと仮定すると）、制御は処理７２２へ渡り、処理７２２は判断７０７、７０９、７１１で見出したその最低限界へ解析すべき表面ボクセルのｘ、ｙ、ｚ寸法をセットし、現在のｚ値で立方体Ｖの側面の解析を開始する。判断７２３は、表面ボクセルのｚ値が２ｔを越えた所（立方体Ｖの上面）に達しているかどうかを決定し、その場合には後述する処理７３６へ制御を渡す。そうでない場合、次に判断７２５は、解析すべき表面ボクセルのｙ値が２ｔを越えているかどうかを決定し、その場合ｚ値を処理７２４で増分するよう走査線は完了していることを示し、制御は判断７２３へ渡される。表面ボクセルのｙ値が２ｔを越えないことを判断７２５が示している場合、表面ボクセルｙ寸法を検査してｘ−ｚ面の表面のどちらかに乗っているか（すなわちｙ＝２ｔ又はｙ＝低限界）を決定する判断７２７を実行する。その場合、判断７０９を実行してｘ−ｚ面に沿った表面ボクセルを解析し、判断７３１により決定されるように現在のｚ値に対してｘ−ｚ面が完了するまで処理７３０でｘ値を増分させる。もち論、表面ボクセルのどれかが中空であることがわかった場合、ＶＯＸＥＬは中空とはマーク不能であり、次のＶＯＸＥＬが選択される（処理７０６）。ｘ−ｚ面のｘ寸法線の完了時に、解析すべき表面ボクセルのｙ値を処理７３２で１だけ増分し、前と同じくｙ値を判断７２５、７２７で検査する。
【０１１３】
解析すべき表面ボクセルのｙ値が問合せるべきｘ−ｚ面の一方にないことを決定する判断７２７により、ｘ限界（ｘ寸法低走査限界とｘ＝２ｔ）のみが処理７３４で検査される。両ボクセルが中実の場合、ｙ値が再び増分され（処理７２３）、検査され（判断７２５、７２７）、ｙが２ｔ限界を越すまで次のｙ寸法線限界が再び検査され、越えた場合ｚ値を増分し（処理７２４）、方法は繰返される。
【０１１４】
このように、表面ボクセルのｚ値が立方体Ｖの上面の２ｔの最終限界に到達するまで、立方体Ｖの側面（又は場合に応じて内面）の各ボクセルをｚ次元のスライス毎に解析する。この解析でどのボクセルも中空であると見出せなかった場合、中実又は中空となるようマークされていないボクセルがＶＯＸＥＬから距離ｔ内に存在しないため、ＶＯＸＥＬは製造時に中空となるようマークされる。次いで処理７３６が実行され、これにより製造時にＶＯＸＥＬとその周囲のボクセルは中空となるようマークされ、ここに充填支持材３５′を受入れる。
【０１１５】
図１５ａと図１５ｂのこの方法の結果として、形成されるべき物体内の容積のデータベースは中実物体からシェル物体へ自動的に変換され、充填支持材３５′を物体の内部部分に用いてよい。このように、この方法は物体材料２５を分配するために用いるインクジェット印刷ヘッドの寿命を改善し、又物体を生産する速度を大きく改良する。
【０１１６】
本発明による物体を形成する速度のさらなる改善と共に部品を形成するために用いる材料の量の削減は又支持材３５の分配を制限することによっても得られる。特に、物体材料２５をその上に分配しない物体の位置は支持材３５の存在を必要としない。図１７ａから図１７ｄを参照すると、物体材料２５を支持するのに必要である位置のみに支持材３５の分配を限定する処理を以下に説明する。
【０１１７】
図１７ａは物体材料２５と支持材３５を含む物体のｙ−ｚ面に沿った断面を図示する。図１７ａから明かなように、物体材料２５の張出し部分２５ＯＨは＋ｙ方向に外方へ張出し、物体の残りの部分より（ｚ次元に）小さな寸法を有する。本発明の別な実施例によると、物体材料２５がその上に存在するかどうかの考慮なしで物体を形成した場合には存在するが、この場合は張出し部２５ＯＨの上の領域３５５は支持材３５を含まない。
【０１１８】
図１７ａの物体のｘ−ｙ面に沿って取った図１７ｂから図１７ｄの断面図は本発明のこの実施例を図示する。形成すべき物体の解析のこの方法は従来の個人用コンピュータ・ワークステーション又は同様の計算パワーのデータ処理装置で実行される。さらに、従来のコンピュータ支援設計ソフトウェアと組合せてこの説明を参照して、通常の当業者は容易に本発明のこの実施例を実行できるものと考えられる。
【０１１９】
図１７ｂは張出し部２５ＯＨの高度（ｚ方向）の下の相対的に下層で形成されている物体の平面図を図示する、この層は張出部２５ＯＨを含む層の前に上述した方法で形成される。本発明のこの実施例によると、製造処理を制御するコンピュータ・ワークステーションは、製造している現在の層（図１７ｂで物体材料２５により示される）とまだ製造していない全ての層の物体材料２５部分の影投影部を解析する。結果として、たとえ物体のこの層が張出し部２５ＯＨを含んでいなくとも影部分２５Ｓが張出部２５ＯＨに対応して現れる。結果として、この層に対して図１７ｂに図示するように支持材が与えられ、張出し部２５ＯＨを支持するのに必要な支持材の量を含む。
【０１２０】
上述したように、製造方法は＋ｚ方向へ進み層毎に続行する。図１７ｃは張出し部２５ＯＨの高さで形成されている物体の層を平面内で図示する、このように物体材料２５は取囲む支持材３５と共に図１７ｃに図示するように分配される。加えて、この例では物体のより高い層は図１７ｃに示す境界の外側の物体材料２５を含まないため、この解析で影部分は投影されない。
【０１２１】
図１７ｄは張出し部２５ＯＨの高さより上の層を図示し、再びその層とそれより上の全ての層の影部分の図を投影する。図１７ｄに示すように、張出し部２５ＯＨはこのレベルより完全に下であるため、張出し部２５ＯＨの影部分又は実際の突出部は存在しない。加えて、図１７ｄの領域３５５の上には物体材料２５は必要なく、従って分配器３０は領域３５５に支持材３５が分配されないよう制御される。このように形成された物体を分解する際に対処するのに必要な溶媒と他の処理と同じく、支持材３５のこの容積が節約される。
【０１２２】
本発明による装置、方法、処理の簡単さは多くの利点を提供する。印刷ヘッドは小さく、安価で、ベクトルとラスタを含むいくつかの走査方法に構成可能である。射出穴は小さく、非常に高分解能を可能とする。さらに、高粘性材料の分配と共に下容積分配には広い穴又は射出アレイが利用可能である。加えて、本発明による装置、方法、処理は、鋳物所や機械工場から小さな卓上装置までの範囲の各種の作業環境と応用例に適合可能である。媒体はどの面にでも印刷可能であるため、自動コンベヤ及び材料処理装置を包含可能である。これは多くのデータ源からの早く連続的なスループットを可能とする。これは、本発明の教示に従って組立てた１個以上の装置により迅速にプロトタイプされる、少くとも１台のコンピュータ上の多くのコンピュータ発生画像を含む。
【０１２３】
この技術により作製されうる多くの物体の内のいくつかは、プロトタイプ、鋳造パターン、型、彫刻、構造部品を含む。このリストは全く完全なものではなく、本発明の多くの他の使用法が当業者には考えつくことは当業者にはすみやかに明らかとなる。
【０１２４】
本発明の各種実施例はハードウェア、ソフトウェア又はマイクロコード化したファームウェアを使用し、又は実施されていることを理解すべきである。処理図は又マイクロコード化及びソフトウェアを基にした実施例の流れ図を表わす。さらに、本発明の特定の実施例を図示し説明してきたが、各種の変更や別の実施例は当業者に考えつくものである。従って、本発明は添附の特許請求の範囲に関してのみ限定される意図のものである。
【０１４９】
本願は、放棄された１９９１年１月３１日提出の出願一連番号６４８，０８１号の続きである、１９９２年６月２４日提出の出願一連番号９０５，０６９号の部分的に続きである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による望ましい実施例の図であって、ａは自動化３次元物体製造部の斜視図、ｂは本発明により製造された例示３次元物体の斜視図。
【図２】本発明による図１ａの迅速プロトタイピング装置の他の望ましい実施例であり、ａは正面図、ｂは上面図、ｃは左側面図。
【図３】本発明の望ましい実施例によるマイクロプロセッサと水洗バットの斜視図。
【図４】本発明の望ましい実施例による３次元物体を製造する処理を図示する処理流れ図。
【図５】本発明の望ましい実施例による印刷ヘッド検査及び清浄化部所の斜視図。
【図６】本発明の望ましい実施例による検出器出力を反映した波形図で、ａは正常動作、ｂは不正動作の波形図。
【図７】図４の本発明の望ましい実施例に従って低融点材料から作られる３次元物体の製造のため選択した処理段階の間の生成構造の図。ａは物体材料の分配図、ｂは支持材料の分配図、ｃは平面化を表わす図。
【図８】図４の本発明の望ましい実施例による高融点又は高粘性材料から作られる３次元物体の製造のため選択した処理段階の間の生成構造の図。ａは支持材料の分配図、ｂは物体材料の分配図、ｃは平面化を表わす図。
【図９】本発明の別な実施例による一体化分配及び平面化ヘッド。ａは正面図、ｂは平面図。
【図１０】本発明の別な実施例による平面化刃の正面図。
【図１１】本発明の別な実施例による別な平面化部品の正面図。ａはローラーを含む図、ｂは熱バーを含む図。
【図１２】本発明の別な実施例による多層プリント回路板を作製するための一体化分配及び平面化ヘッドの正面図。
【図１３】本発明の別な実施例による部品を作製するための装置の斜視断面図で、洗浄タンクが物体作製ワークステーションに一体化されていることを示す図。
【図１４】本発明の別な実施例により作製される３次元物体の例の断面図。ａは中実物体図。ｂはシェル物体図。
【図１５】図１４ａ及び図１４ｂの３次元物体を作製する別な方法の動作を図示する流れ図。
【図１６】図１５ａと図１５ｂの方法で解析しているボクセルを取囲む容積部を図示し、ａはボクセルと立方体Ｖの関係を、ｂからｅは判断に応じて解析すべき部分を示す図。
【図１７】本発明の別な実施例により形成される物体の断面図で、ａからｄは各形成段階を示す図。
【符号の説明】
１０ 印刷装置
１５ 台
２０ 印刷ヘッド
２５ 物体材料
３０ ノズル又はガン
３５ 支持材料
４５ 位置決め装置
５０ ターゲット面
５５ ３次元物体
６０ 切断装置
６５ 真空ポンプ
７０ 真空取付具
９０ マイクロコンピュータ制御装置
９５ 支持部除去装置

Claims (2)

1. ３次元物体を作製する装置において、
   ターゲット面を支持する台と、
   前記ターゲット面上に層を形成し、前記台に対して可動である一体化印刷ヘッドであって、
   前記ターゲット面の選択位置に第１材料を制御可能に分配する第１のジェットと、
   前記第１ジェットと同時に前記ターゲット面の他の位置へ第２材料を分配するため、前記台に対して前記一体化印刷ヘッドの移動方向に前記第１ジェットに対して遅れて隔置した関係で前記一体化印刷ヘッドに取付けた分配器と、を含む前記一体化印刷ヘッドと、
   を含む３次元物体を作製する装置。
2. ３次元物体を作製する方法において、
   ターゲット面上で一体化印刷ヘッドを移動させる段階であって、前記一体化印刷ヘッドは前記ターゲット面に液体第１材料を制御可能に分配する第１ジェットと、前記第１ジェットに対して隔置した関係で前記一体化印刷ヘッドに取付けた液体第２材料を分配する分配器とを含む、前記移動段階と、
   前記移動段階の間に、物体の断面に対応する前記ターゲット面の選択位置へ前記第１ジェットを介して前記第１材料を制御可能に分配する段階であって、前記第１材料は分配された後に固化する前記第１材料分配段階と、
   前記第１材料分配段階の間に、前記第１ジェットが前記第１材料を分配している位置の前記ターゲット面の他の位置へ遅れて前記分配器を介して前記第２材料を分配する段階であって、前記第２材料は分配された後に固化し、前記ターゲット面上に層を完成して、その上面に他のターゲット面を形成する前記第２材料分配段階と、
   前記移動段階と、前記第１材料分配段階と、前記第２材料分配段階とを繰返し、前記第１及び第２材料を含む本体を形成する段階と、
   を含む３次元物体を作製する方法。

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