JP6568546B2 - ３ｄプリンタのアライメント方法 - Google Patents

Description

本発明は、アライメント方法、特に３Ｄプリンタのアライメント方法に係わる。

３Ｄプリンタ技術の成熟や、各タイプの３Ｄプリンタの体積の縮小及び価格の低下により、近年、３Ｄプリンタは実際に非常に速いスピードで普及している。

一般的に見られる３Ｄプリンタには、主に成形材を噴射するための３Ｄノズルが配置されており、これによって印刷プラットフォーム上に成形材を堆積させ、印刷したい物体を形成する。しかし、ほとんどの３Ｄプリンタは、単一種の色の物体（即ち、物体の色が使用する成形材の色と同じ）しか印刷することができないことが、かなり残念なところである。

３Ｄ印刷により生成される物体の色を増やすために、近年、市場ではノズルセットを配置した３Ｄプリンタが登場している。具体的に言うと、該ノズルセットは、上記の３Ｄノズルと、従来の２Ｄプリンタでカラーインクを噴射するために用いる２Ｄペンモジュールを統合したものである。該２Ｄペンモジュールには、複数の色のインクカートリッジと、各インクカートリッジに対応するペンが配置されており、それによって様々な色のインクを噴射することができる。

上記の該ノズルセットにより、関連技術中の３Ｄプリンタは、該３Ｄノズルにより該成形材を噴射した後、直接、該２Ｄペンモジュールを通して、すでに印刷されている該成形材上に指定の色のインクを噴射することができる。このようにして、印刷が完了した物体が、ユーザの指定した色を備え、カラーの物体になるのである。

しかし、該ノズルセットは、別々の該３Ｄノズルと該２Ｄペンモジュールを１つに統合したものなので、取付や移動の際に、誤差が生じるおそれがある。この種の３Ｄプリンタは、印刷が完了した成形材上にインクを直接噴射して着色の目的を果たすので、該３Ｄノズルと該２Ｄペンモジュールの位置に対する認知に誤差があると、印刷が完了した物体への着色に失敗し、ユーザに受け入れられなくなる。

本発明では、３Ｄプリンタの成形材を噴射するための３Ｄノズルとインクを噴射するための２Ｄペンモジュールを位置合わせして、３Ｄノズルと２Ｄペンモジュールを同じ印刷基準に位置させることができる３Ｄプリンタのアライメント方法を提供する。

本発明の実施例では、該３Ｄプリンタは、３Ｄノズルを制御して印刷プラットフォーム上にアライメントテンプレートを印刷するが、そのうち、該アライメントテンプレート上には、１つの軸方向に沿って間隔を空けて印刷され、かつ累積された偏位量に基づいて各中心線からそれぞれ偏位している複数のアライメントブロックがある。続いて、該３Ｄプリンタは、さらに２Ｄペンモジュールを制御して、該アライメントテンプレート上にインクマトリクスを印刷するが、そのうち、該インクマトリクスは、同一軸方向に間隔を空けて印刷され、かつ各該中心線にそれぞれ正対する複数のインクブロックを含む。該３Ｄプリンタは、各該インクブロックと各該アライメントブロックの被覆状況を根拠として、該３Ｄノズルと該２Ｄペンモジュール間の位置誤差値を確定し、かつ該位置誤差値に基づいて該３Ｄノズルまたは該２Ｄペンモジュールに対するアライメントを行う。

本発明は、該３Ｄプリンタ上の該３Ｄノズル及び該２Ｄペンモジュールによって、該位置上の中心線との間で予め設定した偏位量を有するブロックと、中心線に正対するブロックとをそれぞれ同じ位置上に印刷することにより、インクブロックに完全に被覆されたアライメントブロックで採用している偏位量を根拠として、３Ｄノズルと２Ｄペンモジュールとの間の位置誤差値を確定し、３Ｄノズル及び２Ｄペンモジュールに対して直接アライメントを行って、３Ｄノズルと２Ｄペンモジュールを同じ印刷基準に位置させることができる。

本発明の３Ｄプリンタ概略図の第１の具体的実施例である。 本発明のアライメントフローチャートの第１の具体的実施例である。 本発明のアライメントテンプレート概略図の第１の具体的実施例である。 本発明のインクマトリクス概略図の第１の具体的実施例である 本発明のアライメントテンプレート概略図の第２の具体的実施例である。 本発明のインクマトリクス概略図の第２の具体的実施例である。 本発明の被覆概略図の第１の具体的実施例である。 本発明のアライメントテンプレート印刷フローチャートの第１の具体的実施例である。 本発明のアライメントテンプレート概略図の第１の具体的実施例である。 本発明のアライメントテンプレート印刷フローチャートの第２の具体的実施例である。 本発明のアライメントテンプレート概略図の第２の具体的実施例である。 本発明のアライメントフローチャートの第２の具体的実施例である。

本発明の好適な実施例について、図面と合わせて以下の通り詳細に説明する。

まず、図１を参照すると、これは本発明の３Ｄプリンタ概略図の第１の具体的実施例である。本発明では、３Ｄプリンタのアライメント方法を開示しており、図１に示す３Ｄプリンタ１（以下では該プリンタ１と略称する）に具体的に運用される。具体的に言うと、図１に示しているのは熱溶解積層式（Ｆｕｓｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ、ＦＥＭ）３Ｄプリンタを例としたものであるが、本発明のアライメント方法は、２つ以上のノズルを有し、その中の少なくとも１つのノズルが成形材の噴射に用いられ、少なくとももう１つのノズルが成形材上にカラーインクを噴射するために用いられる３Ｄプリンタに運用されるので、上記の熱溶解積層式３Ｄプリンタに限らない。

図１に示すように、該プリンタ１は、主にノズルセット１１と、印刷プラットフォーム１２とを有しており、好適には、該ノズルセット１１が３Ｄモデル成形材を噴射する３Ｄノズル１１１と、様々な色のインクを噴射するための２Ｄペンモジュール１１２を含む。本実施例では、該プリンタ１は該３Ｄノズル１１１により該印刷プラットフォーム１２上に成形材を噴射し、かつ該２Ｄペンモジュール１１２により成形材上に様々な色のインクを噴射して、成形材に対する着色を行う。これにより、印刷が完了した３Ｄ物体（図中未表示）を、ユーザの求める色にすることができる。

上記のように、該プリンタ１上に該３Ｄノズル１１１と該２Ｄペンモジュール１１２を同時に搭載し、かつ両者の印刷基準が同じにならなければ、着色の失敗を防ぐことはできない。つまり、印刷の前のアライメント動作は、該プリンタ１に必須の機能なのである。

図２を参照すると、これは本発明のアライメントフローチャートの第１の具体的実施例である。本実施例では、該２Ｄペンモジュール１１２は主に、従来の２Ｄプリンタ上でカラーインクを噴射するために用いられているペンモジュールであってよく、その中には青（Ｃｙａｎ）、マゼンタ（Ｍａｇｅｎｔａ）、黄（Ｙｅｌｌｏｗ）及び黒（Ｂｌａｃｋ）などの４種類の色のインクがそれぞれ充填された４つのペンが含まれている。そのため、本発明では、該３Ｄノズル１１１及び該２Ｄペンモジュール１１２に対してアライメントを行う前に、まず該２Ｄペンモジュール１１２内の４つのペン（図中未表示）に対してアライメントを行い（ステップＳ１０）、該４つのペンを同じ印刷基準に位置させることができるのである。但し、これらのインクペンのアライメント方式は、この技術分野での公知の手段に属しており、かつ必ずしも実行する必要はないので、ここでは詳しく述べない。

該ステップＳ１０の後、該プリンタ１は、該３Ｄノズル１１１を制御して印刷プラットフォーム１２上にアライメントテンプレートを印刷するが（図３Ａに示すアライメントテンプレート２）、そのうち、該アライメントテンプレート２上には、少なくとも１つの軸方向（例えばＸ軸またはＹ軸）に沿って間隔を空けて印刷された複数のアライメントブロック（図３Ａに示すアライメントブロック２４）があり、かつ各該アライメントブロック２４はそれぞれ、累積された偏位量に基づいて、各印刷位置上の中心線から偏位している（ステップＳ１２）。

該アライメントテンプレート２の印刷完了後、続いて該プリンタ１が、該２Ｄペンヘッドモジュール１１２を制御して該アライメントテンプレート２上にインクマトリクス（図３Ｂに示すインクマトリクス３）を印刷するが、そのうち、該インクマトリクス３は、少なくとも同一軸方向に沿って間隔を空けて印刷された複数のインクブロック（図３Ｂに示すインクブロック３１）があり、かつ各該インクブロック３１は、それぞれが各印刷位置上の該中心線に正対している（ステップＳ１４）。

同時に３Ａを参照すると、これは本発明のアライメントテンプレート概略図の第１の具体的実施例である。図３Ａに示すように、まず該３Ｄノズル１１１が該印刷プラットフォーム１２上に成形材を噴射して、該アライメントテンプレート２を印刷する。図３Ａの実施例では、該アライメントテンプレート２は帯状であり、かつ該プリンタ１上の単一の軸方向（例えばＸ軸またはＹ軸）に対応している。本実施例では、該プリンタ１は、該Ｘ軸に沿って該アライメントテンプレート２を印刷しさえすれば、該ノズルセット１１の該Ｘ軸上におけるアライメントを行うことができる。反対に、該プリンタ１は、該Ｙ軸に沿って該アライメントテンプレート２を印刷するだけで、該ノズルセット１１の該Ｙ軸上でのアライメントを行うことができる。

同時に図４Ａを参照すると、これは本発明のアライメントテンプレート概略図の第２の具体的実施例である。図４Ａの実施例では、アライメントテンプレート２’は十字形で、かつ該プリンタ１上の該Ｘ軸と該Ｙ軸に同時に対応している。本実施例では、該プリンタ１は、同時に該Ｘ軸と該Ｙ軸に沿って該アライメントテンプレート２’を印刷することができ、これにより、同時に該ノズルセット１１に対して該Ｘ軸及び該Ｙ軸上のアライメントを行うことができる。

本発明では、該アライメントテンプレート２または該アライメントテンプレート２’の印刷をユーザ自身が決定することにより、該ノズルセット１１に対する単軸方向のアライメントまたは多軸方向のアライメントを選択することができる。例えば、ユーザは、毎回印刷の前に必ず該アライメントテンプレート２’を印刷するよう該プリンタ１を設定することにより、該ノズルセット１１に対して同時に該Ｘ軸及び該Ｙ軸のアライメントを行うことができる。こうして、該プリンタ１が印刷する３Ｄ模型の正確性を確保することができるのである。

また、該プリンタ１が該３Ｄ模型を印刷する過程で、ノズルの故障や偏位、噴射したアライメントテンプレートやインクマトリクスの顕著な誤差などが発生した場合、ユーザは、まず該プリンタ１を制御して該３Ｄ模型の印刷を暫時停止し、かつノズルを交換、調整した後、問題のある軸方向（該Ｘ軸または該Ｙ軸）に沿って該アライメントテンプレート２を印刷することにより、交換、調整後のノズルに対して単軸のアライメントを行うことができる。この実施例では、単軸に対してのみアライメントを行うことで、アライメント速度を有効に加速し、該３Ｄモデルの印刷時間を短縮している。

但し、上記は具体的な実施例にすぎず、ユーザが、実際の需要に基づいて、いつ該プリンタ１を制御して単軸または多軸のアライメントを行うかについては限定していない。説明しやすいように、以下では、十字形の該アライメントテンプレート２’の印刷を例に挙げて説明するが、これに限定しているわけではない。

図４Ａに示すように、該アライメントテンプレート２’上には、少なくとも１つの軸方向（該Ｘ軸及び該Ｙ軸）に沿って間隔を空けて印刷された複数の該アライメントブロック２４が含まれており、そのうち、各該アライメントブロック２４はそれぞれ、累積された偏位量に基づいて各印刷位置上の中心線から偏位しており、かつ隣り合う２本の該中心線間の中心線距離Ｌは等しい（後に詳述）。

図４Ａの実施例では、該アライメントテンプレート２’は十字形で、かつ該複数のアライメントブロック２４は、該アライメントテンプレート２’に位置する位置決め点と、該位置決め点上の該中心線に正対する位置決めブロック２１を含む。かつ、該複数のアライメントブロック２４中の、該位置決めブロック２１以外の残りのアライメントブロック２４は、該位置決めブロック２１から開始して、それぞれ該Ｘ軸及び該Ｙ軸に沿って間隔を空けて印刷されており、しかも各該アライメントブロック２４に採用されている該偏位量の大きさは、各該アライメントブロック２４と該位置決めブロック２１との距離に比例している。

図４Ａの実施例では、該中心線は主に、該Ｘ軸上の各印刷位置にそれぞれ対応する複数のＸ軸中心線２２と、該Ｙ軸上の各印刷位置にそれぞれ対応する複数のＹ軸中心線２３を含み、かつ該偏位量は主に０．２ｍｍで累積されている。

具体的に言うと、図４Ａに示すように、該位置決めブロック２１右辺の１つ目の該アライメントブロック２４は、＋０．２ｍｍの偏位量でその印刷位置上の該Ｘ軸中心線２２から偏位しており、該位置決めブロック２１右辺の２つ目のアライメントブロック２４は、＋０．４ｍｍの偏位量でその印刷位置上の該Ｘ軸中心線２２から偏位しており、該位置決めブロック２１右辺の三つ目のアライメントブロック２４は、＋０．６ｍｍの偏位量でその印刷位置上の該Ｘ軸中心線２２から偏位しており、以下もこれに倣う。

その一方で、該位置決めブロック２１左辺の１つ目の該アライメントブロック２４は、−０．２ｍｍの偏位量でその印刷位置上の該Ｘ軸中心線２２から偏位しており、該位置決めブロック２１右辺の２つ目のアライメントブロック２４は、−０．４ｍｍの偏位量でその印刷位置上の該Ｘ軸中心線２２から偏位しており、該位置決めブロック２１右辺の三つ目のアライメントブロック２４は、−０．６ｍｍの偏位量でその印刷位置上の該Ｘ軸中心線２２から偏位しており、以下もこれに倣う。

同様に、該位置決めブロック２１上方の１つ目の該アライメントブロック２４は、＋０．２ｍｍの偏位量でその印刷位置上の該Ｙ軸中心線２３から偏位しており、該位置決めブロック２１上方の２つ目のアライメントブロック２４は、＋０．４ｍｍの偏位量でその印刷位置上の該Ｙ軸中心線２３から偏位しており、該位置決めブロック２１上方の三つ目のアライメントブロック２４は、＋０．６ｍｍの偏位量でその印刷位置上の該Ｙ軸中心線２３から偏位している。そして、該位置決めブロック２１下方の１つ目の該アライメントブロック２４は、−０．２ｍｍの偏位量でその印刷位置上の該Ｙ軸中心線２３から偏位しており、該位置決めブロック２１下方の２つ目のアライメントブロック２４は、−０．４ｍｍの偏位量でその印刷位置上の該Ｙ軸中心線２３から偏位しており、該位置決めブロック２１下方の三つ目のアライメントブロック２４は、−０．６ｍｍの偏位量でその印刷位置上の該Ｙ軸中心線２３から偏位しており、以下もこれに倣う。

上述のように、図４Ａの実施例における該偏位量は０．２ｍｍで累積されているが、これに限定されるわけではない。他の実施例では、該偏位量は０．０５ｍｍや０．１ｍｍ、またはその他の数値で累積してもよく、かつ該偏位量の最大値は１ｍｍを超えない。具体的に言うと、該３Ｄノズル１１１と２Ｄペンモジュール１１２の間の位置誤差値が１ｍｍを上回ると、数値が大きすぎることから、筐体アライメントやハードウェアアライメントによって補償することができないため、該プリンタ１をもとの工場に返送して修理しなければならない可能性がある。よって、本発明では、該位置誤差値の最大値を１ｍｍを限度としてこれを超えないよう設定しているが、これに限定されるわけではない。

上記のように、該アライメントテンプレート２’が十字形であれば、該アライメントテンプレート２’とインクマトリクス３’の印刷により、該３Ｄノズル１１１と該２Ｄペンモジュール１１２の該Ｘ軸及び該Ｙ軸上での位置誤差値を同時に測定することができる。この目的を果たすために、該Ｘ軸上の該複数のアライメントブロック２４は、各印刷位置上の該Ｘ軸中心線２２にそれぞれ対応する必要があり、かつ該Ｙ軸上の該複数のアライメントブロック２４は、各印刷位置上の該Ｙ軸中心線２３にそれぞれ対応する必要がある。本実施例では、隣り合う２本のＸ軸中心線２２間の距離は該中心線距離Ｌに等しく、かつ隣り合う２本のＹ軸中心線２３間の距離は該中心線距離Ｌに等しい。しかも、隣り合う２つの該アライメントブロック２４（該Ｘ軸及び該Ｙ軸を含む）間のブロック距離Ｄも等しい。

続いて、図３Ｂ及び図４Ｂを参照すると、これらはそれぞれ本発明のインクマトリクス概略図の第１の具体的実施例及び第２の具体的実施例である。具体的には、該プリンタ１が印刷するのが帯状の該アライメントテンプレート２（図３Ａに示す）であれば、該プリンタ１は、引き続き同じ軸方向（例えば該Ｘ軸または該Ｙ軸）に沿って帯状のインクマトリクス３（図３Ｂに示す）を印刷するが、そのうち、該インクマトリクス３は、各該アライメントブロック２４の印刷位置にそれぞれ対応する複数のインクブロック３１を含む。該プリンタ１が印刷するのが十字形の該アライメントテンプレート２’（図４Ａに示す）であれば、該プリンタ１は、引き続き十字形のインクマトリクス３’（図４Ｂに示す）を印刷し、かつ該インクマトリクス３’も、各該アライメントブロック２４の印刷位置にそれぞれ対応する複数のインクブロック３１を含む。説明しやすいように、以下では十字形のインクマトリクス３’を印刷することを例に挙げて説明するが、これに限定しているわけではない。

該アライメントテンプレート２’の印刷完了後、該プリンタ１は、次に該２Ｄペンモジュール１１２を制御して、該アライメントテンプレート２’上に該インクマトリクス３’を印刷するが、そのうち、該インクマトリクス３’上には、同じ軸方向（即ち、該Ｘ軸及び該Ｙ軸）に沿って間隔を空けて印刷された複数の該インクブロック３１が含まれている。注目すべきは、該２Ｄペンモジュール１１２が該複数のアライメントブロック２４の印刷位置上に該複数のインクブロック３１を印刷している点であり、これにより、各印刷位置上の該インクブロック３１は、上記各該アライメントブロック２４とともに同じ該中心線（即ち、該Ｘ軸中心線２２及び該Ｙ軸中心線２３）に対応する。

該複数のインクブロック３１と該複数のアライメントブロック２４の違いは、該複数のインクブロック３１は各印刷位置の該中心線にそれぞれ正対しており（該Ｘ軸上の該インクブロック３１は印刷位置上の該Ｘ軸中心線２２に正対し、該Ｙ軸上の該インクブロック３１は印刷位置上の該Ｙ軸中心線２３に正対している）、該偏位量は持たないという点にある。しかも、本発明では、各該インクブロック３１と各該アライメントブロック２４は、同じ面積及び形状を有している。

図４Ｂに示すように、本実施例では、隣り合う２本の該中心線間の中心線距離ｌは等しく、かつ該中心線距離ｌは該中心線距離Ｌに等しい。また、隣り合う２つの該インクブロック３１間のブロック距離ｄも等しく、かつ該ブロック距離ｄは該ブロック距離Ｄより小さい。具体的には、該ブロック距離ｄと該ブロック距離Ｄの差は、該偏位量の最小値（図３Ｂの実施例では、即ち０．２ｍｍ）に等しい。

図２に戻ると、該アライメントテンプレート２’及び該インクマトリクス３’の印刷がすべて完了した後、該プリンタ１は、各該インクブロック３１と各該アライメントブロック２４の被覆状況に基づいて、該３Ｄノズル１１１と該２Ｄペンモジュール１１２の位置誤差値を確定することができ（Ｓ１６）、これにより、該位置誤差値に基づいて、該３Ｄノズル１１１及び／または該２Ｄペンモジュール１１２に対して補償アライメントを行って（ステップＳ１８）、該３Ｄノズル１１１及び該２Ｄペンモジュール１１２を同じ印刷基準上に位置させることができる。このようにすると、該プリンタ１で実際に印刷する際に、該印刷物の着色動作が正確かつ精密になるのである。

注目すべきは、本発明において、該プリンタ１は、該位置誤差値を得た後、筐体アライメント方式によりアライメントを行うことができるとともに（例えば、該３Ｄノズル１１１または該２Ｄペンモジュール１１２の印刷プラットフォーム１２上の開始座標を修正するなど）、ハードウェアアライメント方式によりアライメントを行うことができる（例えば、該３Ｄノズル１１１または該２Ｄペンモジュール１１２の制御アーム（図中未表示）上の配置位置を直接調整するなど）という点であるが、これに限定しているわけではない。

同時に図５を参照すると、これは本発明の被覆概略図の第１の具体的実施例である。図５に示すように、本発明では、各該アライメントブロック２４及び各該インクブロック３１の形状及び大きさはすべて同じであり、かつ本実施例では、各該アライメントブロック２４及び各該インクブロック３１はいずれも正方形であることが例として挙げられているが、これに限定されるわけではない。本発明では、該プリンタ１は主に、同じ印刷位置上の該インクブロック３１によって完全に被覆される該アライメントブロック２４で採用されている該偏位量に基づいて、該３Ｄノズル１１１と該２Ｄペンモジュール１１２の該位置誤差値を確定している。

具体的に言うと、各該アライメントブロック２４及び各該インクブロック３１は、それぞれ同じ印刷位置上に印刷され、かつそれぞれが該印刷位置上の該中心線（該Ｘ軸中心線２２及び該Ｙ軸中心線２３を含む）に対応している。しかし、各該アライメントブロック２４はそれぞれ、累積された該偏位量に基づいて各印刷位置上の該中心線から偏位しているが、各該インクブロック３１は、各印刷位置上の該中心線に正対しており、したがって該２Ｄペンモジュール１１２は、該アライメントテンプレート２または２’上に該インクマトリクス３または３’を印刷した後は、すべての該アライメントブロック２４を同じ印刷位置上の該インクブロック３１によって完全に被覆することはできなくなる。

図５の実施例では、該位置決めブロック２１の、該Ｘ軸上の右辺の２つ目の該アライメントブロック２４は、同じ印刷位置上の該インクブロック３１に完全に被覆されており、かつ該アライメントブロック２４が採用している該偏位量は＋０．４である。これにより、該プリンタ１は、該３Ｄノズル１１１と該２Ｄペンモジュール１１２のＸ軸上の該偏位量が＋０．４ｍｍであると知ることができる。よって、該３Ｄノズル１１１と該２Ｄペンモジュール１１２を同じ印刷基準に位置させたければ、該３Ｄノズル１１１及び／または該２Ｄペンモジュール１１２に対してアライメントを行い、＋０．４ｍｍの偏差を補償する必要がある。

次に、図６及び図７を同時に参照すると、これらはそれぞれ本発明のアライメントテンプレート印刷フローチャートの第１の具体的実施例、及びアライメントテンプレート概略図の第１の具体的実施例である。図７に示すように、本実施例では、該複数のアライメントブロック２４は凹溝であり、該３Ｄノズル１１１は、該アライメントテンプレート２’を印刷する際に、各印刷位置上に凹溝を留保して該複数のアライメントブロック２４としており、かつ該２Ｄペンモジュール１１２は、インクを各凹溝内に噴射することにより、該複数のインクブロック３１を形成している。

具体的には、図６に示すように、該アライメントテンプレート２’を印刷する際に、該プリンタ１が、まず該３Ｄノズル１１１を制御して該印刷プラットフォーム１２上に該アライメントテンプレート２’のベース２０を印刷するが（ステップＳ１２１０）、そのうち、該ベース２０は十字形である。該ベース２０を印刷する時、該３Ｄノズル１１１が該ベース２０の中心の該位置決め点上に該位置決めブロック２１を留保し（ステップＳ１２１２）、そのうち、該位置決めブロック２１は該位置決め点の該中心線に正対している。続いて、該３Ｄノズル１１１が、該位置決めブロック２１から開始して、該Ｘ軸に沿って間隔を空けて複数の該アライメントブロック２４（ここではＸ軸アライメントブロック）を留保するが（ステップＳ１２１４）、そのうち、該Ｘ軸アライメントブロックはそれぞれ、累積された該偏位量に基づいて各印刷位置上の該Ｘ軸中心線２２から偏位し、かつ隣り合う２つの該Ｘ軸アライメントブロック間の距離は等しい（即ち、該ブロック距離Ｄが等しい）。

同時に、該３Ｄノズル１１１はさらに、該位置決めブロック２１から開始して、該Ｙ軸に沿って間隔を空けて複数の該アライメントブロック２４（ここではＹ軸アライメントブロック）を留保するが（ステップＳ１２１６）、そのうち、該Ｙ軸アライメントブロックはそれぞれ、累積された該偏位量に基づいて各印刷位置上の該Ｙ軸中心線２３から偏位し、かつ隣り合う２つの該Ｙ軸アライメントブロック間の距離は等しい。

注目すべきは、図６に記載のフローチャートは、帯状の該アライメントテンプレート２を印刷するために用いることもできるという点である。該アライメントテンプレート２は、単一の軸方向（該Ｘ軸または該Ｙ軸）のみに対応しているため、図６の流れに基づいて該アライメントテンプレート２を印刷する場合、該プリンタ１は、該ステップＳ１２１０で帯状の該ベース２０を印刷し、かつ該ステップＳ１２１４または該ステップＳ１２１６のいずれか一方のみを実行すればよい。

続いて図８及び図９を参照すると、これらはそれぞれ本発明のアライメントテンプレート印刷フローチャートの第２の具体的実施例、及びアライメントテンプレート概略図の第２の具体的実施例である。図６、図７の実施例との違いは、図８及び図９の本実施例では、該複数のアライメントブロック２４が凸ブロックであるという点にある。該３Ｄノズル１１１は、該アライメントテンプレート２’を印刷する際に、各印刷位置上に、該複数のアライメントブロック２４として、突起した凸ブロックを印刷し、かつ該２Ｄペンモジュール１１２がインクを各凸ブロックの表面に噴射して、該複数のインクブロック３１を形成する。

具体的には、図８に示すように、該アライメントテンプレート２’を印刷する場合、該プリンタ１がまず３Ｄノズル１１１を制御して該印刷プラットフォーム１２上に該ベース２０を印刷するが（ステップＳ１２２０）、そのうち、該ベース２０は十字形である。該ベース２０の印刷完了後、該３Ｄノズル１１１が再び該ベース２０の中心の該位置決め点上に該位置決めブロック２１を印刷するが（ステップＳ１２２２）、そのうち、該位置決めブロック２１は該位置決め点の該中心線に正対している。続いて、該３Ｄノズル１１１が、該位置決めブロック２１から開始して、該Ｘ軸に沿って間隔を空けて複数の該アライメントブロック２４（即ち、Ｘ軸アライメントブロック）を印刷するが（ステップＳ１２２４）、そのうち、該Ｘ軸アライメントブロックはそれぞれ、累積された該偏位量に基づいて各印刷位置上の該Ｘ軸中心線２２から偏位し、かつ隣り合う２つの該Ｘ軸アライメントブロック間の距離は等しい（即ち、該ブロック距離Ｄが等しい）。

同時に、該３Ｄノズル１１１はさらに、該位置決めブロック２１から開始して、該Ｙ軸に沿って間隔を空けて複数の該アライメントブロック２４（即ち、Ｙ軸アライメントブロック）を印刷するが（ステップＳ１２２６）、そのうち、該Ｙ軸アライメントブロックはそれぞれ、累積された該偏位量に基づいて各印刷位置上の該Ｙ軸中心線２３から偏位し、かつ隣り合う２つの該Ｙ軸アライメントブロック間の距離は等しい。

同様に、図８に記載のフローチャートは、帯状の該アライメントテンプレート２を印刷するために用いることもできる。該アライメントテンプレート２は、単一の軸方向（該Ｘ軸または該Ｙ軸）のみに対応しているため、図８の流れに基づいて該アライメントテンプレート２を印刷する場合、該プリンタ１は、該ステップＳ１２２０で帯状の該ベース２０を印刷し、かつ該ステップＳ１２２４または該ステップＳ１２２６のいずれか一方のみを実行すればよい。

具体的には、凹溝を該アライメントブロック２４とする該アライメントテンプレート２または２’に必要なプラスチック材料は比較的少ないので、印刷時間は比較的短く、アライメントのコストも比較的低い。凸ブロックを該アライメントブロック２４とし、該複数のインクブロック３１をそれぞれ該凸ブロックの表面に印刷した場合は、該アライメントブロック２４と該インクブロック３１の位置誤差値（即ち、該３Ｄノズル１１１と該２Ｄペンモジュール１１２の位置誤差値）をより明確に表すことができる。よって、２種類の実施形態にはそれぞれの長所があるため、本発明では上記のいずれかの実施形態に限定していない。

前述の実施例では、主に該３Ｄノズル１１１によって偏位量を持つ該アライメントテンプレート２または２’を印刷し、かつ該２Ｄペンモジュール１１２によって偏位量を持たない該インクマトリクス３または３’を印刷している。しかし、本発明のもう１つの実施例では、該３Ｄノズル１１１によって偏位量を持たないもう１つのアライメントテンプレートを印刷し、かつ該２Ｄペンモジュール１１２によって偏位量を持つもう１つのインクマトリクスを印刷することもでき、この種の形態でも、同様に、該アライメントブロック２４が同じ印刷位置上の各該インクブロック３１によって被覆されるという状況に基づいて、該３Ｄノズル１１１と該２Ｄペンモジュール１１２の該位置誤差値を求め、アライメントを行うという目的を達成することができる。

図１０を参照すると、これは本発明のアライメントフローチャートの第２の具体的実施例である。図１０では、別のアライメント方法が開示されており、該アライメント方法も、同様に図１に示す該プリンタ１に運用される。本実施例では、該プリンタ１が、まず該２Ｄペンモジュール１１２中の複数のペンに対してアライメントを行い（ステップＳ３０）、該複数のペンを同じ印刷基準に位置させる。実施例では、該複数のペンは、青、マゼンタ、黄及び黒の４つの色のインクカートリッジをそれぞれ搭載した４つのペンを含むが、これに限定されるわけではない。

続いて、該プリンタ１が該３Ｄノズル１１１を制御して、該印刷プラットフォーム１２上にアライメントテンプレートを印刷する（ステップＳ３２）。図２に示す実施例との違いは、本実施例の該アライメントテンプレート上には、少なくとも１つの軸方向（Ｘ軸のみ、Ｙ軸のみ、または同時にＸ軸及びＹ軸を含む）に沿って間隔を空けて印刷された複数のアライメントブロックがあり、各該アライメントブロックはそれぞれ各印刷位置上の中心線（図４Ａに示す該Ｘ軸中心線２２及び該Ｙ軸中心線２３）に正対しており、かつ隣り合う２本の該中心線の距離が等しいという点にある。つまり、本実施例中の該３Ｄノズル１１１が印刷するのは、偏位量を持たない複数の該アライメントブロックであり、かつ該複数のアライメントブロックの印刷位置は、それぞれ図４Ｂ中の該複数のインクブロック３１の印刷位置と同じなのである。

続いて、該アライメントテンプレートの印刷完了後、該プリンタ１はさらに該２Ｄペンモジュール１１２を制御して、該アライメントテンプレート上にインクマトリクスを印刷する（ステップＳ３４）。図２に示す実施例との違いは、本実施例の該インクマトリクス上には、同じ該軸方向（Ｘ軸のみ、Ｙ軸のみ、または同時にＸ軸及びＹ軸を含む）に沿って間隔を空けて印刷された複数のインクブロックが含まれており、各該インクブロックはそれぞれ、累積された偏位量に基づいて各印刷位置上の該中心線（図４Ｂに示す該Ｘ軸中心線２２及び該Ｙ軸中心線２３）から偏位し、かつ各該インクブロックと各該アライメントブロックの面積及び形状が同一であるという点にある。つまり、本実施例中の該２Ｄペンモジュール１１２が印刷するのは偏位量を持つ複数のインクブロックであり、かつ該複数のインクブロックの印刷位置は、それぞれ図４Ａ中の該複数のアライメントブロック２４の印刷位置と同じなのである。

該アライメントテンプレート及び該インクマトリクスの印刷がすべて完了した後、該プリンタ１は、各該インクブロック及び各該アライメントブロックの被覆状況に基づいて、該３Ｄノズル１１１と該２Ｄペンモジュール１１２の位置誤差値を確定することができる（ステップＳ３６）。続いて、該プリンタ１は、該位置誤差値に基づいて、該３Ｄノズル１１１及び／または該２Ｄペンモジュール１１２に対して補償アライメントを行って（ステップＳ３８）、該３Ｄノズル１１１と該２Ｄペンモジュール１１２を同じ印刷基準に位置させることができる。

具体的には、上記ステップＳ３６において、該プリンタ１は主に、同じ印刷位置上の該アライメントブロックを完全に被覆したインクブロックに採用されている該偏位量に基づいて該位置誤差値を確定しており、かつその確定方式は上記図５に記載の実施例と同じである。

本実施例で採用している技術的手段は、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂに示したものとは反対である。具体的には、本実施例では、該複数のインクブロックが、該アライメントテンプレートの位置決め点上の該中心線に正対する位置決めブロックを含み、かつ該複数のインクブロック中の、該位置決めブロック以外の残りの各該インクブロックが、それぞれ該位置決めブロックから開始して、同一軸方向（例えばＸ軸またはＹ軸）に沿って間隔を空けて印刷されており、かつ各該インクブロックに採用している該偏位量の大きさと、各該インクブロックと該位置決めブロックとの距離が比例している。言い換えれば、本実施例は、偏位量を持つブロックを、上記の該アライメントブロック２４から本実施例における該複数のインクブロックに変換しているのであり、またその偏位方式は同じである。

さらに、本実施例では、該アライメントテンプレートは十字形で、かつ同時に該Ｘ軸及び該Ｙ軸を含んでもよい。印刷時には、該３Ｄノズル１１１は、該Ｘ軸に沿って間隔を空けて該偏位量を持たない該複数のアライメントブロックを印刷し、かつ該Ｙ軸に沿って間隔を空けて該偏位量を持たない該複数のアライメントブロックを印刷する。該アライメントブロックは、凹溝または凸ブロックであってよい。

該アライメントテンプレートの印刷完了後、該２Ｄペンモジュール１１２が、まず該アライメントテンプレートの中心の該位置決め点に該位置決めブロックを印刷し、かつ該位置決めブロックから開始して、累積された該偏位量を持つ該複数のインクブロックを、該Ｘ軸に沿って間隔を空けて印刷するとともに、該位置決めブロックから開始して、累積された該偏位量を持つ該複数のインクブロックを、該Ｙ軸に沿って間隔を空けて印刷する。注目すべきは、該Ｘ軸上の該複数のインクブロックはそれぞれ、累積された該偏位量に基づいて印刷位置上の該Ｘ軸中心線２２から偏位し、かつ該Ｙ軸上の該複数のインクブロックはそれぞれ、累積された該偏位量に基づいて印刷位置上の該Ｙ軸中心線２３から偏位しているという点である。

本実施例では隣り合う２つのアライメントブロック間の距離は等しく、かつ隣り合う２つの該インクブロック間の距離も等しい。本実施例では、該偏位量は主に０．０５ｍｍ、０．１ｍｍまたは０．２ｍｍで累積することができ、また該偏位量の最大値は１ｍｍを超えない。しかも、本実施例中の該複数のアライメントブロックは該偏位量を持たず、該複数のインクブロックは該偏位量を持つので、各該インクブロック間の距離は、各該アライメントブロック間の距離より大きい。

本発明の方法を通して、印刷が完了した該アライメントテンプレート及び該インクマトリクスによって、直接かつ正確に該３Ｄノズル１１１と該２Ｄペンモジュール１１２の間の位置誤差値を確認することができ、さらに、実際に印刷する前にアライメントを行うことで、該プリンタ１の印刷物に対する着色の失敗を回避することができる。

以上で述べたことは本発明の好適な具体的実例にすぎず、これにより本発明の特許範囲を限定するものではないので、本発明の内容を運用してなされた同等の変更は、同じ理由ですべて本発明の範囲に含まれることを、併せて申し述べておく。

１ ３Ｄプリンタ
１１ ノズルセット
１１１ ３Ｄノズル
１１２ ２Ｄペンモジュール
１２ 印刷プラットフォーム
２、２’ アライメントテンプレート
２０ ベース
２１ 位置決めブロック
２２ Ｘ軸中心線
２３ Ｙ軸中心線
２４ アライメントブロック
３、３’ インクマトリクス
３１ インクブロック
Ｌ、ｌ 中心線距離
Ｄ、ｄ ブロック距離
Ｓ１０〜Ｓ１８ アライメントステップ
Ｓ１２１０〜Ｓ１２１６ 印刷ステップ
Ｓ１２２０〜Ｓ１２２６ 印刷ステップ
Ｓ３０〜Ｓ３８ アライメントステップ

Claims (15)

1. 成形材を噴射する３Ｄノズルとインクを噴射する２Ｄペンモジュールを有する３Ｄプリンタに運用される３Ｄプリンタのアライメント方法であって、
   ａ）前記３Ｄノズルを制御して印刷プラットフォーム上にアライメントテンプレートを印刷し、そのうち、前記アライメントテンプレート上には、少なくとも１つの軸方向に沿って間隔を空けて印刷された複数のアライメントブロックがあり、各前記アライメントブロックはそれぞれ、累積された偏位量に基づいて各印刷位置上の中心線から偏位し、かつ隣り合う２本の前記中心線間の距離は等しく、
   ｂ）前記２Ｄペンモジュールを制御して、前記アライメントテンプレート上にインクマトリクスを印刷し、そのうち、前記インクマトリクスは、少なくとも前記軸方向に沿って間隔を空けて印刷された複数のインクブロックを含み、各前記インクブロックは、印刷位置上の前記中心線にそれぞれ正対しており、かつ各前記インクブロックと各前記アライメントブロックの面積及び形状は同一であり、
   ｃ）各前記インクブロックと各前記アライメントブロックの被覆状況に基づいて、前記３Ｄノズルと前記２Ｄペンモジュールの位置誤差値を確定し、
   ｄ）前記位置誤差値に基づいて、前記３Ｄノズルまたは前記２Ｄペンモジュールに対する補償アライメントを行って、前記３Ｄノズルと前記２Ｄペンモジュールを同じ印刷基準に位置させる、ことを含む、
   ３Ｄプリンタのアライメント方法。
2. 前記ステップｃは、同じ印刷位置上の前記インクブロックによって完全に被覆された前記アライメントブロックに採用されている前記偏位量に基づいて前記位置誤差値を確定する、請求項１に記載の３Ｄプリンタのアライメント方法。
3. 各前記アライメントブロックと各前記インクブロックが正方形である、請求項２に記載の３Ｄプリンタのアライメント方法。
4. 前記複数のアライメントブロックは、前記アライメントテンプレートの位置決め点上の前記中心線に正対する位置決めブロックを含み、残りの各前記アライメントブロックは、それぞれ前記位置決めブロックから開始して、前記軸方向に沿って間隔を空けて印刷され、かつ各前記アライメントブロックが採用する前記偏位量の大きさと、各前記アライメントブロックと前記位置決めブロックとの距離が比例する、請求項２に記載の３Ｄプリンタのアライメント方法。
5. 前記偏位量が０．０５ｍｍ、０．１ｍｍまたは０．２ｍｍで累積され、かつ前記偏位量の最大値が１ｍｍを超えない、請求項４に記載の３Ｄプリンタのアライメント方法。
6. 隣り合う２つの前記アライメントブロック間の距離が等しく、隣り合う２つの前記インクブロック間の距離が等しく、かつ各前記インクブロック間の距離が各前記アライメントブロック間の距離より小さい、請求項４に記載の３Ｄプリンタのアライメント方法。
7. 前記アライメントテンプレートは十字形で、かつ前記複数のアライメントブロックは、前記位置決めブロックから開始して、Ｘ軸に沿って間隔を空けて印刷された複数のＸ軸アライメントブロックと、前記位置決めブロックから開始して、Ｙ軸に沿って間隔を空けて印刷された複数のＹ軸アライメントブロックを含み、そのうち、各前記Ｘ軸アライメントブロックはそれぞれ、累積された前記偏位量に基づいて各印刷位置上のＸ軸中心線から偏位し、各前記Ｙ軸アライメントブロックはそれぞれ、累積された前記偏位量に基づいて各印刷位置上のＹ軸中心線から偏位する、請求項４に記載の３Ｄプリンタのアライメント方法。
8. 前記複数のアライメントブロックは凹溝であり、かつ前記ステップａが、
   ａ１１）前記３Ｄノズルを制御して、前記印刷プラットフォーム上に前記アライメントテンプレートのベースを印刷するステップ、
   ａ１２）前記ベースの中心の前記位置決め点上に前記位置決めブロックを留保するステップ、
   ａ１３）前記位置決めブロックから開始して、前記Ｘ軸に沿って間隔を空けて複数の前記Ｘ軸アライメントブロックを留保するステップであって、そのうち、隣り合う２つの前記Ｘ軸アライメントブロック間の距離が等しいステップ、及び
   ａ１４）前記位置決めブロックから開始して、Ｙ軸に沿って間隔を空けて複数の前記Ｙ軸アライメントブロックを留保するステップであって、そのうち、隣り合う２つの前記Ｙ軸アライメントブロック間の距離が等しいステップ、を含む、
   請求項７に記載の３Ｄプリンタのアライメント方法。
9. 前記複数のアライメントブロックは凸ブロックであり、かつ前記ステップａが、
   ａ１１）前記３Ｄノズルを制御して、前記印刷プラットフォーム上に前記アライメントテンプレートのベースを印刷するステップ、
   ａ１２）前記ベースの中心の前記位置決め点上に前記位置決めブロックを留保するステップ、
   ａ１３）前記位置決めブロックから開始して、前記Ｘ軸に沿って間隔を空けて複数の前記Ｘ軸アライメントブロックを留保するステップであって、そのうち、隣り合う２つの前記Ｘ軸アライメントブロック間の距離が等しいステップ、及び
   ａ１４）前記位置決めブロックから開始して、Ｙ軸に沿って間隔を空けて複数の前記Ｙ軸アライメントブロックを留保するステップであって、そのうち、隣り合う２つの前記Ｙ軸アライメントブロック間の距離が等しいステップ、を含む、
   請求項７に記載の３Ｄプリンタのアライメント方法。
10. 前記２Ｄペンモジュールが、少なくとも青（Ｃｙａｎ）、マゼンタ（Ｍａｇｅｎｔａ）、黄（Ｙｅｌｌｏｗ）及び黒（Ｂｌａｃｋ）のインクをそれぞれ充填した４つのペンを含み、かつ前記ステップａの前に、前記２Ｄペンモジュール中の前記４つのペンに対してアライメントを行って、前記４つのペンを同じ印刷基準に位置させるステップａ０をさらに含む、請求項２に記載の３Ｄプリンタのアライメント方法。
11. 成形材を噴射する３Ｄノズルとインクを噴射する２Ｄペンモジュールを有する３Ｄプリンタに運用する３Ｄプリンタのアライメント方法であって、
    ａ）前記３Ｄノズルを制御して印刷プラットフォーム上にアライメントテンプレートを印刷し、そのうち、前記アライメントテンプレート上には、少なくとも１つの軸方向に沿って間隔を空けて印刷された複数のアライメントブロックがあり、各前記アライメントブロックは、各印刷位置上の中心線にそれぞれ正対し、かつ隣り合う２本の前記中心線間の距離は等しく、
    ｂ）前記２Ｄペンモジュールを制御して、前記アライメントテンプレート上にインクマトリクスを印刷し、そのうち、前記インクマトリクスは、少なくとも前記軸方向に沿って間隔を空けて印刷された複数のインクブロックを含み、各前記インクブロックはそれぞれ、累積された偏位量に基づいて、各印刷位置上の前記中心線から偏位し、かつ各前記インクブロックと各前記アライメントブロックの面積及び形状は同一であり、
    ｃ）各前記インクブロックと各前記アライメントブロックの被覆状況に基づいて、前記３Ｄノズルと前記２Ｄペンモジュールの位置誤差値を確定し、
    ｄ）前記位置誤差値に基づいて、前記３Ｄノズルまたは前記２Ｄペンモジュールに対する補償アライメントを行って、前記３Ｄノズルと前記２Ｄペンモジュールを同じ印刷基準に位置させる、ことを含む、
    ３Ｄプリンタのアライメント方法。
12. 前記ステップｃは、同じ印刷位置上の前記アライメントブロックを完全に被覆した前記インクブロックに採用されている前記偏位量に基づいて前記位置誤差値を確定する、請求項１１に記載の３Ｄプリンタのアライメント方法。
13. 前記複数のインクブロックは、前記アライメントテンプレートの位置決め点上の前記中心線に正対する位置決めブロックを含み、残りの各前記インクブロックは、それぞれ前記位置決めブロックから開始して、前記軸方向に沿って間隔を空けて印刷され、かつ各前記インクブロックが採用する前記偏位量の大きさと、各前記インクブロックと前記位置決めブロックとの距離が比例する、請求項１２に記載の３Ｄプリンタのアライメント方法。
14. 前記アライメントテンプレートは十字形で、かつ前記複数のインクブロックは、前記位置決めブロックから開始して、Ｘ軸に沿って間隔を空けて印刷された複数のＸ軸インクブロックと、前記位置決めブロックから開始して、Ｙ軸に沿って間隔を空けて印刷された複数のＹ軸インクブロックを含み、そのうち、各前記Ｘ軸インクブロックはそれぞれ、累積された前記偏位量に基づいて各印刷位置上のＸ軸中心線から偏位し、各前記Ｙ軸インクブロックはそれぞれ、累積された前記偏位量に基づいて各印刷位置上のＹ軸中心線から偏位する、請求項１３に記載の３Ｄプリンタのアライメント方法。
15. 前記偏位量が０．０５ｍｍ、０．１ｍｍまたは０．２ｍｍで累積され、かつ前記偏位量の最大値が１ｍｍを超えず、そのうち、隣り合う２つの前記アライメントブロック間の距離が等しく、隣り合う２つの前記インクブロック間の距離が等しく、かつ各前記インクブロック間の距離が各前記アライメントブロック間の距離より大きい、請求項１３に記載の３Ｄプリンタのアライメント方法。

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