JP6505739B2

JP6505739B2 - ３ｄプリント時の応力に対抗する方法

Info

Publication number: JP6505739B2
Application number: JP2016554589A
Authority: JP
Inventors: ヘラン，レイ; ムサ，カリル; アランジョンソン，マーティン; ケイポドグルスキー，ニカラス; ロバートマナーズ，クリス; ウィルクス，テリー; レイリー，ジェニー
Original assignee: スリーディーシステムズインコーポレーテッド
Priority date: 2014-11-14
Filing date: 2015-11-16
Publication date: 2019-04-24
Anticipated expiration: 2035-11-16
Also published as: WO2016077830A1; EP3218169A1; US20160136903A1; EP3218169B1; US9833953B2; JP2017517409A

Description

関連出願の相互参照

本願は、合衆国法典第３５巻第１１９条（ｅ）に基づき、２０１４年１１月１４日に出願された米国仮特許出願第６２／０８０，００７号による優先権を主張するものであり、その全体を参照して本明細書に組み込む。

本発明は、物理的な物体を作るための３Ｄプリントおよび他の付加的製造法に関し、より具体的には、３Ｄプリント法または他の付加的製造法によって作製中の物理的な物体の反りを防止する方法、システム、装置、および設計に関する。

付加的製造法としても知られている３Ｄプリント法によって、デジタルの設計を物理的な物体として作製することができる。３Ｄプリント法は、典型的には、３Ｄプリントされる物体の複数の断面を作るために材料を一層ずつ堆積または融着させることを含む。堆積または融着された材料は、材料の温度、化学的組成、結晶構造等が変化する際に、応力を受け得るので、３Ｄプリントされる物体は、３Ｄプリントプロセス中に反りを生じ得るため、望ましくない反りを解消または抑制するために応力を補償するよう個々のプロセスを制御するための複数の従来技術がある。

例えば、一般的に溶融物堆積法として参照される１つの３Ｄプリント技術は、３Ｄプリントされる物体の最初の幾つかの層に、内部応力に基づく反りを生じて、最初に堆積された材料がカールして、プリントプレート（その上に、３Ｄプリントされる物体が３Ｄプリントされる）から分離することがあり得る。そのようなカールおよび分離の一例が、図１に示されている３Ｄプリントされた物体の底部の特徴に示されている。

そのようなカールおよび分離を解消または抑制するための従来技術は、３Ｄプリントされる物体の下に、プリントプレートと３Ｄプリントされる物体との間の移行部としての役割をするラフトをプリントすることを含む。しかし、そのようなラフトは、特に、ラフトと３Ｄプリントされた物体とが同じ造形材料でできている場合には、３Ｄプリントされた物体から除去するのが困難であり、ラフトが、３Ｄプリントされた物体のラフトに接触していた表面に望ましくない欠陥を残すのが典型的であり、これらの特徴を、切削によって、やすりによって、または別様で除去または隠さなければならない。

更に別の従来技術は、３Ｄプリントされる物体の幾何形状に基づいて、３Ｄプリントされる物体の最もカールしやすいまたは反りやすい位置に、アンカーをプリントすることである。アンカーは、典型的には、僅か１層、２層、または数層の厚さであり、３Ｄプリントされた物体がカールしてプリントプレートから分離するのを防止するために、３Ｄプリントされた材料とプリントプレートとが接触する表面領域を増加させるものである。図２および図３は、３Ｄプリントされる物体の角部に円形のアンカーを追加する従来技術を示している。

アンカーを用いることの１つの短所は、それらの除去が困難になり得るので、アンカーが除去された３Ｄプリントされた物体の表面に欠陥が残る場合があることである。

カールまたは反りを防止するための更に別の従来技術は、３Ｄプリントされる物体の全外周の周囲につば部（スカート部としても知られる）を３Ｄプリントすることである。つば部はアンカーと似ているが、つば部は、３Ｄプリントされる物体の特定の位置のみに配置されるのではなく、単純に、３Ｄプリントされる物体全体を囲む。３Ｄプリンタのユーザは、つば部の広さおよび厚さを設定できる。図４は、底部の層にあるつば部によって囲まれた、２つの３Ｄプリントされた物体を示している。

アンカーと同様に、つば部は除去が困難になり得るので、３Ｄプリントされた物体の表面に、３Ｄプリントされた物体からのつば部の除去によって生じた欠陥が残る場合がある。アンカーまたはつば部を除去するために、例えば、ナイフ、カッター・ナイフ、または他の道具が必要となり得る場合があり、これらはユーザにとって危険な場合があると共に、３Ｄプリントされた物体の表面に傷または他の欠陥を残す場合がある。

従って、物体から装置を除去する際の困難を生じず、３Ｄプリントされた物体に欠陥を残さない、３Ｄプリントされた物体のカールおよび反りを防止する方法および装置の必要性が存在する。

本発明の様々な実施形態は、３Ｄプリントされた物体にカールまたは反りを生じ得る３Ｄプリントされた物体内の応力に対抗するための、３Ｄプリントされる物体の外周と接触する、ミシン目を有する界面を有する３Ｄプリント装置を提供することによって、上記の必要性に対応すると共に、他の長所も提供する。このミシン目を有する界面は、サイドウォーク部を、ラフト、アンカー、およびつば部等の従来技術の３Ｄプリントされた装置よりも遙かに容易に除去することを可能にし、ミシン目を有する界面は、応力に対抗するための従来技術の３Ｄプリントされた装置と比較して、３Ｄプリントされた物体の表面欠陥を低減または解消する。

１つの態様において、プリントプレートと接触する少なくとも１つの表面におけるカールが低減された物体を３Ｄプリントする方法が、本明細書に記載される。例えば、一部の実施形態では、本明細書に記載される方法は、３Ｄプリントされる物体の第１層を形成するために造形材料を所定のパターンに堆積させる工程と、３Ｄプリントされる物体の第１層を形成するために造形材料を所定のパターンに堆積させる工程とを含む。スカート部の第１層を形成するために造形材料を堆積させる工程は、３Ｄプリントされる物体の外周の少なくとも一部分を実質的に囲むサイドウォーク部の第１層を３Ｄプリントする工程と、サイドウォーク部とスカート部の外周との間に、ミシン目を有する界面の第１層を３Ｄプリントする工程とを含む。

幾つかの例では、３Ｄプリントされる物体の第１層を形成するために造形材料を堆積させる工程は、スカート部の第１層を形成するために造形材料を堆積させる工程より前に行われる。一部のそのような実施形態では、スカート部の第１層を形成するために造形材料を堆積させる工程は、まず、スカート部のサイドウォーク部の外周を形成するために造形材料を堆積させる工程と、その後で、サイドウォーク部と３Ｄプリントされる物体の外周との間に、ミシン目を有する界面を形成するために造形材料を堆積させる工程とを含む。更に、一部のケースでは、スカート部の１以上のパラメータは、３Ｄプリントされる物体の少なくとも１つの特性またはパラメータに基づく。例えば、一部のケースでは、スカート部の以下のパラメータ、即ち、スカート部の第１層に追加される層の数、サイドウォーク部の幅、サイドウォーク部を３Ｄプリントされる物体の外周に接続する接触部の数、サイドウォーク部を３Ｄプリントされる物体の外周に接続する複数の接触部の間隔、および、サイドウォーク部を３Ｄプリントされる物体の外周に接続する複数の接触部の形状のうち、少なくとも１つが、３Ｄプリントされる物体の幾何形状および造形材料のうち少なくとも一方によって決定される。

さらに、一部の実施形態では、ミシン目を有する界面は、３Ｄプリントされる物体の外周に沿って複数の接続部および複数の間隙を画成する。そのような実施形態では、サイドウォーク部とスカート部の外周との間に、ミシン目を有する界面の第１層を３Ｄプリントする工程は、サイドウォーク部の第１層を３Ｄプリントする工程と同時に行われ得る。一部のケースでは、接続部および間隙は、接続部と間隙との比率（例えば２：１以下の接続部と間隙との比率等）を定める。更に、一部のケースでは、ミシン目を有する界面は、個々の接続部に隣接した３Ｄプリントされる物体の外周に対して９０度以下の角度を成す複数の辺を有する複数の接続部を画成する。

更に、一部のケースでは、サイドウォーク部は、ミシン目を有する界面を画成するよう３Ｄプリントされる物体の外周と断続的に接触するサイドウォーク境界部を含む。本明細書に記載される方法の幾つかの例では、サイドウォーク部の第１層を形成するために造形材料を堆積させる工程は、ミシン目を有する界面を画成するよう３Ｄプリントされる物体の外周と接触する充填パターンを画成する。

カールした角部を有する、従来技術の３Ｄプリントされた物体を示すカールした角部を有する、従来技術の３Ｄプリントされた物体を示す角部のカールを抑制するための既存の技術を用いた、従来技術の３Ｄプリントされた物体を示す角部のカールを抑制するための既存の技術を用いた、従来技術の３Ｄプリントされた物体を示す本明細書に記載される方法の一実施形態に従って作られ得る、３Ｄプリントされた物体およびスカート部の模式図を示す本明細書に記載される方法の一実施形態に従って作られ得る、３Ｄプリントされた物体およびスカート部の一部分を示す本明細書に記載される方法の一実施形態に従って作られ得る、３Ｄプリントされた物体およびスカート部の一部分を示す本明細書に記載される方法の一実施形態に従って作られた、３Ｄプリントされた物体およびスカート部の引張強度を試験するために用いられる実験設定の模式図を示す本明細書に記載される方法の一実施形態に従って作られた、３Ｄプリントされた物体およびスカート部の引張強度を試験するために用いられる実験設定を示す本明細書に記載される方法の一実施形態に従って作られた、物体とサイドウォーク部との界面における、３Ｄプリントされた物体およびスカート部の一部分の拡大図を示す本明細書に記載される方法の一実施形態に従って作られ得る、物体とサイドウォーク部との界面の模式図を示す本明細書に記載される方法の一実施形態に従って作られた、複数の３Ｄプリントされた物体およびスカート部について出力された実験データを示す本明細書に記載される方法に従って３Ｄプリントされた物体およびスカート部を作るための、３Ｄプリント装置の１以上のパラメータを修正するために用いられ得る、例示的なグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）を示す本明細書に記載される方法の一実施形態に従って作られ得る、ユーザが設計した３Ｄプリントされる物体およびスカート部の例示的なグラフィック出力を示す本明細書に記載される方法の一実施形態に従って作られ得る、３Ｄプリントされた物体、サイドウォーク部、およびミシン目を有する界面の一部分の模式図を示す本明細書に記載される方法の一実施形態に従って作られた、３Ｄプリントされた物体、サイドウォーク部、およびミシン目を有する界面の一部分を示す本明細書に記載される方法の一実施形態に従って作られ得る、３Ｄプリントされる物体の少なくとも第１層およびスカート部の少なくとも第１層の模式図を示す本明細書に記載される方法の一実施形態に従って作られ得る、３Ｄプリントされる物体の少なくとも第１層およびスカート部の少なくとも第１層の模式図を示す本明細書に記載される方法の一実施形態に従って作られ得る、３Ｄプリントされる物体の少なくとも第１層およびスカート部の少なくとも第１層の一部分の模式図を示す本明細書に記載される方法の一実施形態に従って作られ得る、３Ｄプリントされる物体の少なくとも第１層およびスカート部の少なくとも第１層の一部分の模式図を示す本明細書に記載される方法の一実施形態に従って作られ得る、３Ｄプリントされる物体の少なくとも第１層およびスカート部の少なくとも第１層の一部分の模式図を示す本明細書に記載される方法の一実施形態に従って作られ得る、３Ｄプリントされる物体の少なくとも第１層およびスカート部の少なくとも第１層の一部分の模式図を示す本明細書に記載される方法の一実施形態に従って作られ得る、３Ｄプリントされる物体の少なくとも第１層およびスカート部の少なくとも第１層の一部分の模式図を示す本明細書に記載される方法の一実施形態に従って作られ得る、３Ｄプリントされる物体の少なくとも第１層およびスカート部の少なくとも第１層の一部分の模式図を示す本明細書に記載される方法の一実施形態に従って作られ得る、３Ｄプリントされる物体の少なくとも第１層およびスカート部の少なくとも第１層の一部分の模式図を示す本明細書に記載される方法の一実施形態に従って作られ得る、３Ｄプリントされる物体の少なくとも第１層およびスカート部の少なくとも第１層の一部分の模式図を示す本明細書に記載される方法の一実施形態に従って作られ得る、３Ｄプリントされる物体の少なくとも第１層およびスカート部の少なくとも第１層の一部分の模式図を示す

以下、添付の図面を参照し、本発明をより完全に説明する。図面には、本発明の実施形態の全てではなく一部が示されている。実際、本発明は多くの異なる形態で実施され得るものであり、本明細書で述べる実施形態に限定されると解釈されるべきでなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示が、該当する法的要件を満たすために提供される。３Ｄプリントされた物体を提供するための装置および方法、並びに３Ｄプリント方法は、特定のタイプの溶融物堆積法３Ｄプリンタに関して説明されると共に添付の図面に示されるが、これらの様々な装置および方法の機能性は、カール、反り、表面欠陥、および他の望ましくない特徴を含まない仕上げられた３Ｄプリントされた物体を提供することが所望される、現在公知のおよび今後考案される任意の３Ｄプリンタまたは他の付加的製造システムに適用され得ることが想定される。同一参照番号は一貫して同一要素を参照する。

１つの態様において、プリントプレートと接触する少なくとも１つの表面におけるカールが低減された物体を３Ｄプリントする方法が、本明細書に記載される。幾つかの例では、本明細書に記載される方法は、３Ｄプリントされる物体の第１層を形成するために造形材料を所定のパターンに堆積させる工程と、３Ｄプリントされる物体と接触するスカート部の第１層を形成するために造形材料を所定のパターンに堆積させる工程とを含む。スカート部の第１層を形成するために造形材料を堆積させる工程は、３Ｄプリントされる物体の外周の少なくとも一部分を実質的に囲むサイドウォーク部の第１層を３Ｄプリントする工程と、サイドウォーク部とスカート部の外周との間に、ミシン目を有する界面の第１層を３Ｄプリントする工程とを含む。

ここで、本明細書における参照の目的で、特定の用語を特徴づける、または別様で定義する。「造形材料」とは、溶融物堆積法（ＦＤＭ）技術を含むがそれに限定されない付加的製造技術において用いられ得る任意の材料を指す。３Ｄプリントされる物体の一部または全て等の、１以上の構成要素に用いられる造形材料は、スカート部の場合のように別の構成要素いおいて用いられる造形材料と同じであっても、または異なっていてもよい。「スカート部」とは、３Ｄプリントされる物体の外周の少なくとも一部分を実質的に囲む、造形材料から成るまたは形成される構造であって、その少なくとも一部分が、３Ｄプリントされる物体の一部または全てが形成された後に除去されることが意図または設計されている構造を指す。本明細書に記載される一部の実施形態では、スカート部は、サイドウォーク部とミシン目を有する界面とを含む。「サイドウォーク部」とは、スカート部の、ミシン目を有する界面まで延びて隣接するタブ状の部分である。サイドウォーク部は、サイドウォーク部距離（図６ＡのＳ_ＤＩＳＴ）、サイドウォーク部層、およびサイドウォーク部オフセット（図６ＡのＳ_ＯＦＦ）の３つのパラメータによって定められる。サイドウォーク部距離は、３Ｄプリントされる物体の縁部からサイドウォーク部の最も外側の縁部までのサイドウォーク部の全幅である。サイドウォーク部層は、サイドウォーク部がオンにされる層の数であり、典型的には、３Ｄプリントされる物体の第１層と共に開始する。サイドウォーク部オフセットは、３Ｄプリントされる物体の縁部とサイドウォーク部の縁部と間の距離であり、ミシン目を有する界面が３Ｄプリントされた物体をサイドウォーク部に接続する位置である、サイドウォーク部と物体との界面における間隔を定める。界面のサイズおよびミシン目を有する界面の設計は、３Ｄプリントされた装置が３Ｄプリントされた物体内の応力に対抗する能力、および３Ｄプリントされた物体からのサイドウォーク部の除去の難易度を決定する。

図５は、本明細書に記載される方法の１以上の実施形態に従った１以上の構成要素を示す。図５には、正方形の断面を有しスカート部（１１０）によって囲まれた、部品とも称される３Ｄプリントされた物体（１０２）が示されている。スカート部（１１０）は、３Ｄプリントされた物体の外周の少なくとも一部分を実質的に囲むサイドウォーク部（１１２）を含む。スカート部（１１０）は、サイドウォーク部（１１２）と３Ｄプリントされた物体（１０２）の外周との間に、ミシン目を有する界面（１１６）も含む。

ここで、本明細書に記載される方法の具体的な工程を見ると、プリントプレートと接触する少なくとも１つの表面におけるカールが低減された物体を３Ｄプリントする方法は、３Ｄプリントされる物体の第１層を形成するために造形材料を所定のパターンに堆積させる工程を含む。そのような堆積工程では、任意の所定のパターンが用いられ得る。例えば、スカート部と相互作用するための特定の充填パターンが選択または堆積され得る。以下、特定の充填パターンを用いて、実施形態を更に説明する。一部の実施形態では、３Ｄプリントされる物体の第１層を形成するために造形材料を堆積させる工程は、本明細書に記載される方法の１以上の他の工程より前に行われる。そのような実施形態では、３Ｄプリントされる物体の第１層を形成するために造形材料を堆積させる工程は、この３Ｄプリントプロセスに含まれる最初の堆積工程であり得る。例えば、一部のケースでは、３Ｄプリントされる物体の第１層を形成するために造形材料を堆積させる工程は、スカート部の第１層を形成するために造形材料を堆積させる工程より前に行われる。他の特定の実施形態では、３Ｄプリントされる物体の第１層を形成するために造形材料を堆積させる工程は、以下に更に説明される本方法の１以上の他の工程と同時にまたはそれより後に行われる。

本明細書に記載される方法は、３Ｄプリントされる物体と接触するスカート部の第１層を形成するために造形材料を所定のパターンに堆積させる工程を更に含む。３Ｄプリントされる物体の堆積において用いられる所定のパターンの上記の議論に従って、スカート部における所定のパターンは、任意のパターンを含み得る。一部のケースでは、所定のパターンは、３Ｄプリントされる物体と相互作用して特定の操作性を提供するよう設計または意図された特定の充填パターンを設ける。以下、そのような実施形態について更に述べる。本明細書に記載される方法に従って形成されるスカート部の寸法は、３Ｄプリントされる物体の１以上のパラメータに基づいて決定および／または堆積され得る。例えば、一部のケースでは、スカート部のサイドウォーク部の幅は、３Ｄプリントされる物体の幾何形状および造形材料のうち少なくとも一方に基づいて決定および／または堆積され得る。更に、施される造形材料の層の数と関連付けられ得るスカート部の厚さは、３Ｄプリントされる物体の幾何形状および造形材料のうち少なくとも一方に基づいて決定および／または堆積され得る。例えば、一部の実施形態では、所与の造形材料Ａが、所与の造形材料Ｂよりも高い程度のカールを生じる傾向があり得る。そのような実施形態では、３Ｄプリントされる物体のカールを低減するために、スカート部において、造形材料の更なる層が必要となり得る。従って、造形材料Ｂについては、スカート部において２層の造形材料が十分であり得、造形材料Ａについては、３層または４層が用いられ得る。同様に、幾何形状がより丸みのある、またはより多くの角部もしくは湾曲部を含む場合には、更なる幅および／またはスカート部厚さが望ましい場合がある。

スカート部を形成するために造形材料を堆積させる工程は、本明細書に記載される方法の他の工程が実行されるより前に、実行されるのと同時に、または実行された後で行われ得る。更に、一部の実施形態では、スカート部の１以上の構成要素は、特定の他の構成要素とは異なるタイミングで堆積され得る。例えば、一部の実施形態では、３Ｄプリントされる物体の第１層を形成するために造形材料が堆積され、そのような工程の後に、スカート部の第１層を形成するために造形材料が堆積される。一部のそのような実施形態では、スカート部の第１層を形成するために造形材料を堆積させる工程は、まず、スカート部のサイドウォーク部の外周を形成するために造形材料を堆積させる工程と、その後、サイドウォーク部と３Ｄプリントされる物体の外周との間に、ミシン目を有する界面を形成するために造形材料を堆積させる工程とを含む。このようにして形成されたミシン目を有する界面は、サイドウォーク部を３Ｄプリントされる物体の外周に接続する複数の接触部を有するものとして特徴づけられ得る。

本明細書に記載される方法に従って形成される接触部は、３Ｄプリントされる物体の１以上の特性および／または用いられる造形材料によって決定またはそれらに従って調整される１以上のパラメータを有し得る。例えば、３Ｄプリントされる物体の幾何形状および／または造形材料に基づいて決定または調整され得る特性は、接触部の数、接触部の間隔、および接触部の形状のうち少なくとも１つを含み得る。以下に、これらのパラメータ（例えば、ミシン目を有する界面の特徴の数、間隔、および形状）のうち１以上の修正について更に説明する。しかし、接続部の特定のパラメータの修正の適切性に当て嵌まる議論は、接触部についても接続部と同様に当て嵌まり得ることを理解されたい。接触部によって画成されるミシン目を有する界面は、複数の接触部と、接触部間に配置された複数の間隙とを画成する。先に述べたように、接触部の間隔は所望または必要に応じて調整できる。従って、一部の実施形態では、２：１以下、１：１以下、０．５：１以下、または０．２５：１以下等の所望の閾値以内の接触部と間隙との比率を設けることができる。更に、０．２５：１〜２：１、０．５：１〜２：１、１：１〜２：１等の所定の範囲内の接触部と間隙との比率が所望され得る。更に、接触部と間隙との比率は、０．２５：１〜１：１、０．２５：１〜０．５：１、または０．５：１〜１：１であり得る。

本明細書に記載される方法に従って形成される接触部は、本発明の目的と矛盾しない任意の手段によって堆積され得る。例えば、一部の実施形態では、接触部は、造形材料の点、滴、または小滴を所定の位置に形成することによって堆積される。それに加えて、および／またはその代わりに、接触部を形成するために造形材料および間隙の交互のパターンを生じるために、３Ｄプリンタの堆積ノズルを、ミシン目を有する界面としてとして画成される領域に沿って移動中に迅速にオン／オフモードに作動させてもよい。そのような技術は、所定の形状のまたは所定の位置にある接触部が形成される方法または技術と組み合わせて、またはそれらの代わりに用いられてもよい。

本明細書に記載される方法の一部の実施形態では、スカート部のサイドウォーク部を形成するために造形材料を堆積させる工程は、ミシン目を有する界面を形成または画成するために造形材料を堆積させる工程と同時に行われる。一部のそのような実施形態では、造形材料を堆積させる工程は、３Ｄプリントされる物体の外周に沿って複数の接続部および複数の間隙を形成するよう行われ得る。一部のそのような実施形態では、接続部の１以上のパラメータは、３Ｄプリントされる物体の幾何形状および／または造形材料に対応するよう調製または決定され得る。例えば、一部のケースでは、以下のパラメータ、即ち、接続部の数、接続部の間隔、および接続部の形状のうち少なくとも１つが、３Ｄプリントされる物体の幾何形状および造形材料のうち少なくとも一方に基づいて決定または調整され得る。

図６Ａ、図６Ｂ、および図１２は、これらのパラメータの一部（接続部の数および接続部の間隔）がどのように修正され得るかの例を示す。例えば、図６Ａは、ミシン目を有する界面を形成し得る接続部の様々な寸法的パラメータを示している。Ｃ_Ｌは、ミシン目を有する界面の間隙間の距離を調整する接続部長さを表す。Ｇ_Ｌは、ミシン目を有する界面の接続部間の距離を調整する間隙長さを表す。これらのパラメータは共に、接続部と間隙との比率を構成する。図６Ｂは、これらの寸法が実際にどのように現れるかを示すための、ミシン目を有する界面の拡大図を示す。接続部と間隙との比率（Ｃ_Ｌ／Ｇ_Ｌ）の１つの機能として、３Ｄプリントされた物体からのサイドウォーク部の除去の難易度を下げることがあり、接続部と間隙との比率の別の機能として、角部／輪郭の反りの低減を改善することがあり、接続部と間隙との比率は、３Ｄプリントされる物体の底部の輪郭の断面積および用いられる造形材料に応じて最適化され得る。

従って、本明細書に記載される方法の一部の実施形態では、ミシン目を有する界面を形成するために造形材料を堆積させる工程は、所望の接続部と間隙との比率を構成することを含む。一部の実施形態では、接続部と間隙との比率は２：１以下（例えば１：１以下、０．５：１以下、または０．２５：１以下）である。更に、接続部と間隙との比率は、所望の範囲内になるよう選択または決定され得る。例えば、一部の実施形態では、接続部と間隙との比率は、０．２５：１〜２：１、０．５：１〜２：１、または１：１〜２：１である。更に、一部の実施形態では、接続部と間隙との比率は、０．２５：１〜１：１、０．２５：１〜０．５：１、または０．５：１〜１：１である。

更に、先に述べたように、接続部の形状は、サイドウォーク部を３Ｄプリントされた物体から分離するのに必要な引張力を最小限にするために、および／または、角部または湾曲部のカールを抑制するために、所望に応じて修正できる。一部の実施形態では、接続部の一部または全てが、個々の接続部に隣接した３Ｄプリントされる物体の外周に対して９０度以下の角度を成す複数の辺を有する。約９０度の角度を有する接続部の一例が、図６Ａおよび図６Ｂに提供されている。図１２は、本開示に従った別の実施形態を示す。図１２は、接続部の形状を変えるために修正され得る様々なパラメータを示す。図１２において、接続部および間隙は、接続部長さ（Ｌ_Ｃ）、外側間隙長さ（Ｌ_ＧＯ）、サイドウォーク部長さ（Ｌ_Ｓ）、および内側間隙長さ（Ｌ_Ｇｉ）によって定められる。接続部の形状を修正するために、これらのパラメータの任意の１以上が変えられ得る。外側間隙長さを変えずに内側間隙長さを増加させると、サイドウォーク部の除去の容易さを高めることができる。外側間隙長さを変えずに内側間隙長さを減少させると、３Ｄプリントされた物体の縁部のカールまたは反りを低減することができる。

本明細書に記載される方法の更なる実施形態では、ミシン目を有する界面を形成または画成するために、サイドウォーク部の境界は、３Ｄプリントされる物体の外周と断続的に接触する。そのような実施形態では、図４に示されている、スカート部が３Ｄプリントされた物体と連続して接触している従来技術と比較して、３Ｄプリントされた部分の外周へのサイドウォーク部の接触を減らすために、サイドウォーク部の境界は、波打つまたは湾曲するよう形成される。従って、サイドウォーク境界部が３Ｄプリントされる物体の外周と断続的に接触する実施形態では、ミシン目を有する界面は、スカート部のサイドウォーク部と同時にプリントされ得る。

本明細書に記載される方法の更に別の実施形態では、ミシン目を有する界面は少なくとも部分的に、３Ｄプリントされる物体およびスカート部の充填パターンによって画成または形成される。一部のそのような実施形態では、サイドウォーク部は境界を含まずにプリントされ、サイドウォーク部の充填パターンが、３Ｄプリントされる物体の充填パターンに当接または隣接するのを可能にする。それに加えて、またはその代わりに、特定の対照的または異なる配向の充填パターンが、ミシン目を有する界面を形成してもよい。例えば、サイドウォーク部の充填パターンを、３Ｄプリントされる物体の境界に対して４５度の角度で堆積させると、ミシン目を有する界面が作製または画成される。そのような実施形態が図１３に示されている。図１３に示されるように、サイドウォーク部（１１２）の充填パターンが、３Ｄプリントされる物体の境界（１０４）に対して４５度で配置されている。しかし、ミシン目を有する界面を作製または画成するための他の充填パターン構成も可能である。例えば、図１４Ａ〜図１４Ｅは、そのような目的に適したものであり得る様々な充填パターン構成を示す。図１４Ａは垂直なハッチングパターンを示す。図１４Ｂは斜めのハッチングパターンを示す。図１４Ｃは垂直な線パターンを示す。図１４Ｄは鈍角パターンを示す。図１４Ｅは鋭角パターンを示す。

本明細書に記載される方法は、方法の追加の工程または処理を更に含み得る。例えば、一部の実施形態では、本明細書に記載される方法は、３Ｄプリントされた物体とスカート部とを引き離す工程を更に含む。サイドウォーク部およびスカート部を引き離すのを容易にするために、本明細書に記載される方法は、切取り開始部を形成する工程を含み得る。本明細書における参照の目的で、「切取り開始部」とは、操作者が、サイドウォーク部を３Ｄプリントされた物体から離れる方向に引き裂くことをより容易に開始できるようにする、サイドウォーク部に設けられた間隙、スリット、またはスロットである。図１６は、本開示に従った切取り開始部の一実施形態を示す。一部の実施形態では、切取り開始部は、サイドウォーク部を形成するための造形材料の堆積工程と同時に、またはその工程として形成される。本明細書に記載される方法の一部の実施形態は、切取り開始部に力を加えることにより、サイドウォーク部と３Ｄプリントされた物体とを引き離す工程を含む。

上述の方法の工程、構造、およびプリントシーケンスに加えて、造形材料の堆積が、プリントプレートへの１以上の構成要素の接着を改善するよう設計された方法でシーケンス化され得ることを理解されたい。本明細書に記載される方法の一部の実施形態では、造形材料をプリントプレートに接着する接着剤の使用が所望され得る。そのような実施形態では、材料の堆積および接着剤の乾燥に要する時間に起因して、第１層をプリントする際の最初の僅かな瞬間が、プリントプレートへの３Ｄプリントされる物体および／またはサイドウォーク部の接着に影響し得る。従って、一部の実施形態では、堆積される最初の材料を半湿の接着剤上に施して、最適なまたは改善されたプリントプレートへの接着を達成する。従来の３Ｄプリント方法では、最初に境界が引かれ、次に充填パターンが施される。しかし、充填パターンは、３Ｄプリントされる物体およびサイドウォーク部をプリントプレートに対して保持して、強度を与える。境界は、強度を加えることなく部品および／またはサイドウォーク部の形状を保つことを主にして設計される。従って、第１層の強度を最大限に利用するために、本明細書に記載される方法の一部の実施形態は、まず充填材料を堆積させ、次に境界を施すことを含む。そのようなシーケンスは、プリントプレートへの第１層の最良の接着を可能にすることにより、反りの低減を促進する。図１５は、上述のシーケンスを示す。第１に、サイドウォーク部の充填部が堆積される。第２に（第１の工程の後に）、部品／３Ｄプリントされる物体の充填部が堆積される。第３に（第２の工程の後に）、部品／３Ｄプリントされる物体の境界部が堆積される。第４に（第３の工程の後に）、サイドウォーク部の境界部が堆積される。

本発明の更なる態様では、操作者は、ソフトウェアアプリケーションの補助を用いてまたは用いずに、３Ｄプリントされる物体の外周の角部／湾曲部の数、および／または直線状の部分の長さに基づいて、ミシン目を有する界面の必要性を決定できる。例えば、図１１は、ミシン目を有する界面が３Ｄプリントされる物体の全外周の周囲に均一に施されなくてもよい断面形状の実施形態を示す。十分な長さの部分が直線状または略直線状である場合には、操作者（またはソフトウェアアプリケーション）は、ミシン目を有する界面が湾曲した領域に沿ってのみ施されるように、造形材料を堆積させてもよい。造形が完了したら、操作者は直線状の部分を折り曲げる／折り取ることができる（これは、湾曲した部分については遥かに困難な作業である）。

更に、一部の実施形態では、スカート部は、３Ｄプリントされる装置の外周に沿ってのみ施されてもよい。そのような技術は、３Ｄプリントされる装置が、内側の穴または凹部を画成する幾何形状を示す場合に必要となり得るまたは所望され得る。この方法の工程の例が図１０に示されている。図１０において、サイドウォーク部は、形状の最も外側の輪郭のみに沿っており、これにより反りを解消するが、小さな穴、間隙、または凹部についての詳細な内側の幾何形状には干渉しない。

本明細書において上述したように、スカート部および／またはミシン目を有する界面の最適なまたは所望の配置、位置、および構成を操作者が決定するのを補助するための、ソフトウェアアプリケーションが用いられてもよい。一部の実施形態では、ソフトウェアアプリケーションは、設計ファイルを評価して、所望のパラメータを決定する。他の特定の実施形態では、ユーザが所望または必要に応じて１以上のパラメータを修正または調節するのを可能にするグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）が提供される。図８Ａは、サイドウォーク部のパラメータを含む高度な設定の修正を可能にする、そのような１つのＧＵＩを示す。図８Ｂは、ソフトウェアアプリケーションによって提供される、ＧＵＩを用いて入力された設計から得られる構造の配置図を示すための出力を示す。図９Ａは、そのような設計ツールで配置図がどのように見え得るかを示し、図９Ｂは、得られるミシン目を有する界面の拡大断面図を示す。

実施例１
カールが低減された物体を３Ｄプリントする方法
本明細書に記載される方法に従って、様々な３Ｄプリントされた物体を、（サイドウォーク部およびミシン目を有する界面を含む）対応するスカート部と共に作製した。次に、様々な構成のミシン目を有する界面の引張強度を決定するために、得られた複数の３Ｄプリントされた物体およびスカート部を試験した。様々な接続部と間隙との比率、または接触部と間隙との比率を有する３Ｄプリントされた物体が作製された。以下、用いられた比率について、更に説明する。図７Ａ〜図７Ｅは、引張強度試験装置、プロトコル、およびデータを示す。

具体的には、図７Ａは、３Ｄプリントされた物体（１０２）およびサイドウォーク部（１１２）に加えられる引張力（Ｔ_Ｆ）を模式的な形態で示している。サイドウォーク部（１１２）には上向きの力が加えられ、３Ｄプリントされた物体（１０２）には下向きの力が加えられ、ミシン目に沿った分離を伝搬させるのに必要な力の合計を測定した。図７Ｂは、Ｔｙｐｅ−Ｔ（Trouser Tear Test）のための実際の試験装置を示す。この実験設定では、４通りのそれぞれ異なるミシン目構成が試験された。
１．Ｐ_ＯＮ＝０．５ｍｍ、Ｐ_ＯＦＦ＝３．０ｍｍ。
２．Ｐ_ＯＮ＝１．０ｍｍ、Ｐ_ＯＦＦ＝３．０ｍｍ。
３．Ｐ_ＯＮ＝２．０ｍｍ、Ｐ_ＯＦＦ＝１．０ｍｍ。
４．境界が完全に接続、ミシン目無し。
ミシン目スタイル１で定められた接続部と間隙との比率、または接触部と間隙との比率は０．１６７：１であった。ミシン目スタイル２で定められた接続部と間隙との比率、または接触部と間隙との比率は０．３３：１であった。ミシン目スタイル３で定められた接続部と間隙との比率、または接触部と間隙との比率は２：１であった。この実験設定で用いられた試料はナイロンでできており、図７Ｄに示されている寸法（即ち、サイドウォーク部の幅が１２ｍｍ、３Ｄプリントされた物体の幅が１２ｍｍ、サイドウォーク部／物体の長さが７０ｍｍ）でプリントされた。図７Ｃは、１つの実験構成のミシン目を有する界面の拡大図を示す。図７Ｅは、Ｔｙｐｅ−Ｔ試験によって得られたデータを示す。

上記説明およびそれらに関連づけられた図面で示された教示の利益を享受した、本発明が関連する技術分野の当業者は、本明細書で述べた本発明の多くの変形および他の実施形態を想到するであろう。従って、本発明は、開示された具体的な実施形態に限定されず、変形および他の実施形態は、添付の特許請求の範囲に包含されることが意図されることを理解されたい。本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物に包含される本発明の変形および変更を網羅することが意図される。本明細書において特定の用語が用いられたが、それらは一般的且つ説明的な意味でのみ用いられており、限定する目的はない。

従って、本発明は、改善された造形材料および支持材料を有する三次元の物体の作製に備えたものである。上記説明およびそれらに関連づけられた図面で示された教示の利益を享受した、本発明が関連する技術分野の当業者は、本明細書で述べた本発明の多くの変形および他の実施形態を想到するであろう。従って、本発明は、開示された具体的な実施形態に限定されず、変形および他の実施形態は、添付の特許請求の範囲に包含されることが意図されることを理解されたい。本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物に包含される本発明の変形および変更を網羅することが意図される。本明細書において特定の用語が用いられたが、それらは一般的且つ説明的な意味でのみ用いられており、限定する目的はない。

本発明を説明する文脈（特に、添付の特許請求の範囲の文脈）における「a」、「an」、および「the」という用語、並びに類似の指示対象の使用は、本明細書において特に示されない限り、または文脈によって明確に否定されない限り、単数および複数の両方を網羅するものと解釈されるべきである。「comprising（含む）」、「having（有する）」、「including（含む）」、および「containing（含む）」という用語は、特に明記しない限り、無制限の用語（即ち、「〜を含むが、それに限定されない」という意味）として解釈されるべきである。本明細書に記載されている値の範囲は、本明細書において特に示されない限り、単に、その範囲内に含まれる個々の値をそれぞれ参照するための簡潔な方法としての役割をすることが意図され、個々の値は、本明細書において個々の値がそれぞれ記載されているかのように、本明細書に組み込まれる。本明細書に記載された全ての方法は、本明細書において特に示されない限り、または文脈によって明確に否定されない限り、任意の適切な順序で行われ得る。本明細書に示されているあらゆる例、または例示的な文言（例えば、「such as（例えば〜等）」）の使用は、単に、本発明の理解をより良好に容易にすることを意図したものであり、特に主張されない限り、本発明の範囲を限定するものではない。本明細書におけるいずれの文言も、特許請求の範囲に記載されてない要素を本発明の実施に必須のものとして示すものと解釈されるべきではない。

１０２３Ｄプリントされた（される）物体
１０４３Ｄプリントされる物体の境界
１１０スカート部
１１２サイドウォーク部
１１６ミシン目を有する界面

Claims

物体を３Ｄプリントする方法であって、
３Ｄプリントされる物体の第１層を形成するために造形材料を所定のパターンに堆積させる工程と、
前記３Ｄプリントされる物体と接触するスカート部の第１層を形成するために造形材料を所定のパターンに堆積させる工程と
を含み、
前記スカート部の前記第１層を形成するために造形材料を堆積させる前記工程が、前記３Ｄプリントされる物体の外周の少なくとも一部分を実質的に囲むサイドウォーク部の第１層を３Ｄプリントする工程と、前記サイドウォーク部と前記物体の外周との間に、ミシン目を有する界面の第１層を３Ｄプリントする工程とを含み、
前記３Ｄプリントされる物体の前記第１層を形成するために造形材料を所定のパターンに堆積させる前記工程が、前記スカート部の前記第１層を形成するために造形材料を所定のパターンに堆積させる工程より前に行われる、
ことを特徴とする方法。
前記スカート部の前記第１層を形成するために造形材料を所定のパターンに堆積させる前記工程が、
第１の、前記スカート部の前記サイドウォーク部の外周を形成するために造形材料を堆積させる工程と、
第２の、前記サイドウォーク部と前記３Ｄプリントされる物体の前記外周との間に、前記ミシン目を有する界面を画成するよう複数の接触部を形成するために造形材料を堆積させる工程と、
を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
前記３Ｄプリントされる物体が幾何形状を画成し、
前記複数の接触部の数が、前記３Ｄプリントされる物体の前記幾何形状および前記造形材料のうち少なくとも一方によって決定される、または
前記複数の接触部の間隔が、前記３Ｄプリントされる物体の前記幾何形状および前記造形材料のうち少なくとも一方によって決定される、または
前記複数の接触部の形状が、前記３Ｄプリントされる物体の前記幾何形状および前記造形材料のうち少なくとも一方によって決定される、
ことを特徴とする請求項２記載の方法。
物体を３Ｄプリントする方法であって、
３Ｄプリントされる物体の第１層を形成するために造形材料を所定のパターンに堆積させる工程と、
前記３Ｄプリントされる物体と接触するスカート部の第１層を形成するために造形材料を所定のパターンに堆積させる工程と
を含み、
前記スカート部の前記第１層を形成するために造形材料を堆積させる前記工程が、前記３Ｄプリントされる物体の外周の少なくとも一部分を実質的に囲むサイドウォーク部の第１層を３Ｄプリントする工程と、前記サイドウォーク部と前記物体の外周との間に、ミシン目を有する界面の第１層を３Ｄプリントする工程とを含み、
前記スカート部の前記第１層を形成するために造形材料を所定のパターンに堆積させる前記工程が、
前記スカート部の前記サイドウォーク部を形成するために造形材料を堆積させる工程と、
前記サイドウォーク部を形成するために造形材料を堆積させる前記工程と同時に、前記３Ｄプリントされる物体の前記外周に沿って複数の接続部および複数の間隙を形成するために造形材料を堆積させる工程と、
を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
前記３Ｄプリントされる物体が幾何形状を画成し、
前記複数の接続部の数が、前記３Ｄプリントされる物体の前記幾何形状および前記造形材料のうち少なくとも一方によって決定される、または
前記複数の接続部の間隔が、前記３Ｄプリントされる物体の前記幾何形状および前記造形材料のうち少なくとも一方によって決定される、または
前記複数の接続部の形状が、前記幾何形状および前記造形材料のうち少なくとも一方によって決定される、
ことを特徴とする請求項４記載の方法。
接続部対間隙の長さの比率が２：１以下、１：１以下、０．５：１以下、または０．２５：１以下であることを特徴とする請求項４記載の方法。
前記複数の接続部の少なくとも２つが、個々の前記接続部に隣接した前記３Ｄプリントされる物体の前記外周に対して９０度未満または９０度の角度を成す複数の辺を有することを特徴とする請求項４記載の方法。
前記サイドウォーク部がサイドウォーク境界部を含み、
前記サイドウォーク境界部が、前記ミシン目を有する界面を画成するよう前記３Ｄプリントされる物体の前記外周と断続的に接触する、
ことを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載の方法。
前記サイドウォーク部の前記第１層を３Ｄプリントする前記工程が、前記サイドウォーク部の前記第１層に切取り開始部を画成する工程を含むことを特徴とする請求項１から８いずれか１項記載の方法。
前記サイドウォーク部を、前記３Ｄプリントされる物体から離れる方向であって前記ミシン目を有する界面を前記３Ｄプリントされる物体から分離させる方向に引っ張ることにより、前記３Ｄプリントされる物体から前記サイドウォーク部を分離する工程を更に含むことを特徴とする請求項１から９いずれか１項記載の方法。
前記サイドウォーク部の前記第１層を３Ｄプリントする前記工程が、前記サイドウォーク部の前記第１層に切取り開始部を画成する工程を含み、
前記サイドウォーク部を前記３Ｄプリントされる物体から引き離すことにより前記サイドウォーク部を前記３Ｄプリントされる物体から分離する前記工程が、前記切取り開始部に力を加える工程を含む、
ことを特徴とする請求項１０記載の方法。
前記サイドウォーク部の前記第１層を形成するために造形材料を堆積させる前記工程が、充填パターンを画成し、
前記充填パターンが、前記ミシン目を有する界面を画成するよう前記３Ｄプリントされる物体の前記外周と接触する、
ことを特徴とする請求項１から１１いずれか１項記載の方法。
前記充填パターンが、垂直なハッチングパターン、斜めのハッチングパターン、垂直な線パターン、鈍角パターン、および鋭角パターンのうち少なくとも１つを画成することを特徴とする請求項１２記載の方法。
前記サイドウォーク部の前記第１層を形成するために造形材料を堆積させる前記工程によって画成される前記充填パターンが第１の充填パターンであり、
前記３Ｄプリントされる物体の前記第１層を形成するために造形材料を堆積させる前記工程が第２の充填パターンを画成し、
前記第１の充填パターンは前記第２の充填パターンとは異なる、
ことを特徴とする請求項１２記載の方法。
物体を３Ｄプリントする方法であって、
第１の、３Ｄプリントされる物体の充填部分の少なくとも第１層を画成するよう造形材料を堆積させる工程と、
第２の、前記３Ｄプリントされる物体の少なくとも一部分を実質的に囲むサイドウォーク部の充填部分の少なくとも第１層を画成するよう造形材料を堆積させる工程と、
第３の、前記３Ｄプリントされる物体の境界部の少なくとも第１層を堆積させる工程と、
第４の、前記サイドウォーク部の境界部の少なくとも第１層を堆積させる工程と
を含み、
前記サイドウォーク部と前記３Ｄプリントされる物体の前記境界部との間に、ミシン目を有する界面が画成される、
ことを特徴とする方法。