JP6570542B2 - 三次元物体の生成 - Google Patents

Description

関連出願
本出願は、２０１４年１月３１日に出願された「ＧＥＮＥＲＡＴＩＮＧ ＴＨＲＥＥ−ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬ ＯＢＪＥＣＴＳ」と題するＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０１４０２５号に基づく利益を請求するものであり、このＰＣＴ出願の全内容は、参照によって本明細書により援用される。また、このＰＣＴ出願は、それ自体が、２０１４年１月１６日に出願された「ＧＥＮＥＲＡＴＩＮＧ ＴＨＲＥＥ−ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬ ＯＢＪＥＣＴＳ」と題するＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１４／０５０８４１号の利益を請求するものであり、このＰＣＴ出願の全内容は、参照によって本明細書に援用される。

三次元物体を一層ずつ生成する積層造形システムが、三次元物体を少量だけ製造するために便利なことがある方法として提案されている。

そのようなシステムにより製造される物体の品質は、使用される積層造形技術のタイプによって広く様々に異なる場合がある。一般に、低コストのシステムを使用するほど、低品質かつ低強度の物体しか製造することができず、高コストのシステムを使用するほど、高品質かつ高強度の物体を製造することができる。

一部の例は、下記図面に関して説明される。

一部の例による、三次元物体を生成するための造形モジュールを示す簡略化された概略図である。 一部の例による、三次元物体を生成するための造形モジュールを示す簡略化された概略図である。 一部の例による、三次元物体を生成するための造形モジュールを示す簡略化された概略図である。 一部の例による、積層造形システムの簡略化された斜視図である。 一部の例による、積層造形システムのための取り外し可能な造形モジュールを示す簡略化された斜視図である。 一部の例による、積層造形システムのための取り外し可能な造形モジュールを示す簡略化された斜視図である。 一部の例による、造形モジュールの造形アセンブリを示す簡略化された斜視図である。 一部の例による、造形モジュールの造形アセンブリを示す簡略化された側面図である。 一部の例による、取り外し可能な造形モジュールを受け入れた後の積層造形システムを示す簡略化された斜視図である。 一部の例による、取り外し可能な造形モジュールを受け入れた後の積層造形システムを示す簡略化された斜視図である。 一部の例による、積層造形システムのための取り外し可能な造形モジュールを示す簡略化された斜視図である。 一部の例による、造形モジュールのお図形アセンブリを示す簡略化された側面図である。 一部の例による、三次元物体の方法を示すフロー図である。 一部の例による、造形材料の種々の層を示す一連の側断面図のうちの１つを示している。 一部の例による、造形材料の種々の層を示す一連の側断面図のうちの１つを示している。 一部の例による、造形材料の種々の層を示す一連の側断面図のうちの１つを示している。 一部の例による、造形材料の種々の層を示す一連の側断面図のうちの１つを示している。

次の語は、本明細書または特許請求の範囲に記載される場合、次の事を意味するものとして解釈される。単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、「１以上」（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）を意味する。「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」（含んでいる）、及び「ｈａｖｉｎｇ」（有している）という語は、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」（備えている）と同じ「包含」を意図する。

積層造形システムを使用すれば、造形材料の１以上の連続した層の種々の部分の硬化によって、三次元物体を生成することができる。造形材料は、粉末状のものであってよく、生成される物体の性質は、造形材料のタイプ、及び使用される硬化手段のタイプによって決まる場合がある。一部の例において、硬化は、造形材料を化学的に硬化させるための液体結合剤を使用して行われる場合がある。他の例では、硬化は、造形材料へのエネルギーの一時的印可により行われる場合がある。これは、例えば、合体助剤の使用を含む場合がある。合体助剤とは、造形材料と合体助剤の組み合わせに適当な量のエネルギーを印可したときに、造形材料を合体させ、硬化させることができる材料である。

しかしながら、積層造形システムによっては、例えば、設計上、十分な自由度及び速度を備えていない場合がある。例えば、造形材料が補充を必要とし、又はシステムがクリーニングを必要とする場合、印刷連続性を維持することは難しい場合がある。また、プリントジョブ間に時間遅延が存在する場合もある。さらに、一部の例において、こうしたシステムは、設計上、造形材料の取り扱いやクリーニングのような高度なユーザ介入を必要とする場合がある。

したがって、本開示は、積層造形システムに取り外し可能に挿入可能な種々の造形モジュールを提供する。モジュール式設計によれば、例えば、一度に、異なるサイズの、及び／又は複数の造形モジュールのような、異なるタイプの造形モジュールの挿入を可能にすることによって、多用途性が得られる場合がある。また、モジュール式設計によれば、例えば、連続したプリントジョブを、プリントジョブ間に僅かな時間遅延を有するだけで、又は時間遅延なしに完了することを可能にするといったように、システムの連続した使用におけるより高速な使用、及びより少ない回数の中断を可能にすることによって、高い生産性を実現することができる。造形モジュールは、ハウジングを備えることができ、ハウジングには、造形室、造形材料室、及び／又は、それらの室を移動させるためのモーターが設けられる場合がある。この設計によれば、造形モジュールが取り外されたときに、造形モジュールのより迅速なクリーニングが可能になる場合がある。また、造形モジュールは、積層造形システムに対し、容易に挿入可能かつ取り外し可能であってよい。

図１ａは、一部の例による、造形モジュール１０を示す簡略化された図である。造形モジュール１０は、ハウジング１２と、造形材料を保持するためにハウジング１２に設けられた造形材料室１４とを含む場合がある。造形モジュールは、ハウジング１２に設けられた造形室１６を含む場合がある。造形材料室１４は、造形室１６の下にある場合がある。造形室１６は、造形材料供給器から造形材料の連続した層を受け取るための可動支持部材１８を含む場合がある。造形モジュール１０は、積層造形システムの造形レシーバの中に、取り外し可能に挿入されることができ、それによって、積層造形システムは、可動支持部材１８の上に受け取られたそれらの連続した層の一部を硬化させることが可能になる。

図１ｂは、一部の例による、造形モジュール５０の簡略化された図である。造形モジュール５０は、ハウジング５２と、造形材料を保持するためにハウジング５２に設けられた造形材料室５４とを含む場合がある。造形モジュール５０は、ハウジング５２に設けられた造形室５６を含む場合がある。造形室５６は、造形材料供給器から造形材料の連続した層を受け取るための可動支持部材５８を含む。造形モジュール５０は、ハウジング５２においてコンピュータ読み取り可能媒体６０を含む場合がある。コンピュータ読み取り可能媒体６０は、造形モジュール５０の特徴を表す造形モジュールデータ６２を含む場合がある。造形モジュール５０は、積層造形システムの造形容量の中に、取り外し可能に挿入されることができ、それによって、積層造形システムは、可動支持部材５８の上に受け取られたそれらの連続した層の一部を硬化させることが可能になる。

図１ｃは、一部の例による、造形モジュール１００を示す簡略化された図である。造形モジュール１００は、ハウジング１０２と、造形材料を保持するための、ハウジング１０２に設けられた造形材料室１０４とを含む場合がある。造形モジュール１００はそれぞれ、ハウジング１０２に設けられた造形室１０６を含む場合がある。各造形室１０６は、造形材料供給器から造形材料の連続した層を受け取るための可動支持部材１０８を含む場合がある。造形モジュール１００は、もう一つのそのような造形モジュールと同時に、積層造形システムの造形容量に対し、取り外し可能に挿入されることができ、それによって、積層造形システムは、可動支持部材１８の上に受け取られたそれらの連続した層の一部を硬化させることが可能になる。

図２ａは、一部の例による、積層造形システム２００を示す簡略化された斜視図である。積層造形システム２００は、ハウジング２０２を含む場合がある。後で詳しく説明されるように、ハウジング２０２には、薬剤供給器や他の構成部品のような、種々の構成部品が収容される場合がある。

ハウジング２０２は、側面ハウジング部２０４、中央ハウジング部２０６、及び背面ンハウジング部２０８を含む場合がある。これらのハウジング要素の表面によって、受け入れ容量を含む造形レシーバ２１２を画定することができる。図２ａは、立方体形の受け入れ容量２１２を示しているが、他の例では、受け入れ容量は、側面ハウジング部２０４、中央ハウジング部２０６、及び背面ハウジング部２０８の構成及び形状によって決まる他の形状を有する場合がある。図２ａに示されているように、中央ハウジング部２０６、及び受け入れ容量２１２は、積層造形システム２００を幅広型システムとみなすことができるように、ｙ軸方向に沿って十分な長さまで延在する場合がある。他の例において、中央ハウジング部２０６、及び受け入れ容量２１２は、ｙ軸方向に沿ってもっと短い長さ、又はもっと長い長さを有する場合がある。すなわち、一部の例において、システム２００は、もっと小さな卓上システムである場合がある。

積層造形システム２００は、システム・コントローラ２５６を含む場合があり、システム・コントローラ２５６は、本明細書に種々の方法の形で記載される種々の命令を実行するためのプロセッサ２５８を含む場合がある。プロセッサ２５８は、例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、プログラマブル・ゲート・アレイ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、コンピュータ・プロセッサ等であってもよい。プロセッサ２５８は、例えば、１つのチップ上に複数のコアを含む場合もあれば、複数のチップにわたり複数のコアを含む場合もあり、または、それらの組み合わせを含む場合もある。一部の例において、プロセッサ２５８は、少なくとも１つの集積回路（ＩＣ）、他の制御ロジック、他の電子回路、または、それらの組み合わせを含む場合がある。

コントローラ２５６は、直接的ユーザ対話を可能にする。例えば、システム２００は、キーボード、タッチパッド、ボタン、キーパッド、ダイヤル、マウス、トラックボール、カード・リーダー、又は他の入力デバイスのうちの１以上のような、プロセッサ２５８に接続された種々のユーザ入力デバイスを含む場合がある。さらに、システム２００は、液晶表示装置（ＬＣＤ）、プリンタ、ビデオ・モニター、タッチ・スクリーン・ディスプレイ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、又は他の出力デバイスのうちの１以上のような、プロセッサ２５８に接続された種々の出力デバイスを含む場合がある。

プロセッサ２５８は、通信バスを介して、コンピュータ読み取り可能記憶媒体２６０と通信することができる。コンピュータ読み取り可能記憶媒体２６０は、単一の媒体の媒体を含む場合もあれば、複数の媒体を含む場合もある。例えば、コンピュータ読み取り可能記憶媒体２６０は、ＡＳＩＣのメモリ、及び、コントローラ２５６における個別のメモリのうちの一方または両方を含み得る。コンピュータ読み取り可能記憶媒体２６０は、任意の電気的、磁気的、光学的、又は他の物理的記憶装置であってよい。例えば、コンピュータ読み取り可能記憶媒体２６０は、例えば、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、スタティック・メモリ、リード・オンリー・メモリ、電気的消去可能なプログラマブル・リードオンリー・メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、ハードディスクドライブ、光学ドライブ、ストレージ・ドライブ、ＣＤ、ＤＶＤ等であってよい。コンピュータ読み取り可能記憶媒体２６０は、非一時的（固定的）なものである場合がある。コンピュータ読み取り可能記憶媒体２６０には、種々のコンピュータ実行可能命令２６４が記憶され、エンコードされ、又は保持される場合があり、かかるコンピュータ実行可能命令２６４は、プロセッサ２５８により実行されたときに、プロセッサ２５８に、本明細書において種々の例に従って開示される方法または動作の何れか１つ又は複数を実施させることができる。

図２ｂ〜図２ｃは、一部の例による、積層造形システム２００のための取り外し可能な造形モジュール２１４を示す簡略化された斜視図である。造形モジュール２１４は、ハウジング２１６を含む場合がある。造形モジュール２１４をトロッコのように転がすことができるようにするために、ハウジング２１６の底面には、ホイール２１８が取り付けられる場合がある。あるいは、ホイールの代わりに、固定的な足が設けられる場合がある。ただし、例によっては、ホイール２１８や足は何も取り付けられない場合もある。造形モジュール２１４の上側表面の一部を形成するために、カバー２２２が、ハウジング２１６に取り外し可能に結合される場合がある。図２ｂに示されてるように、カバー２２２を取り外すと、ハウジング２１６に収容されていることがある造形アセンブリ２２４が露出される。図２ｃは、カバー２２２を取り付けた状態を示している。ハウジング２１６、及びカバー２２２によって、造形モジュール２１４から造形材料が漏れ出ることを防止することができる。

図２ｃに示されているように、造形アセンブリ２２４は、造形アセンブリ２２４の側面に取り付けられたハンドル２２０を使用してユーザがハウジング２１６から引き出しのように取り外すことができる。造形アセンブリ２２４の表面上には、さらに別のハンドルが設けられる場合がある。他の例では、例えば、ユーザが、ハウジング２１６、造形アセンブリ２２４、又はシステム２００上のボタンの押下のような入力を行ったときに、自動的及び／又は電気的手段を使用して、引き出しが自動的に開かれる場合がある。

図２ｄ〜図２ｅは、一部の例による、造形モジュール２１４の造形アセンブリ２２４の簡略化された斜視図、及び簡略化された側面図をそれぞれ示している。図示のように、造形アセンブリ２２４は、ハウジング２１６から完全に取り外されている。造形アセンブリ２２４は、造形材料室２２６及び造形室２２８を含む場合がある。

造形材料室２２４には、支持部材２３０が設けられる場合がある。支持部材２３０の底面には、ピストン２３２が取り付けられる場合がある。ピストン２３２は、モーター２３４によって駆動され、支持部材２３０をｚ軸に沿って移動させることができる。同様に、造形室２２８には、支持部材２３６が設けられる場合がある。支持部材２３６の底面には、ピストン２３８が取り付けられる場合がある。ピストン２３８は、モーター２４０によって駆動され、支持部材２３６をｚ軸に沿って移動させることができる。一例において、支持部材２３０及び２３６は、約１０ｃｍ×１０ｃｍから１００ｃｍ×１００ｃｍまでの範囲の寸法を有する場合がある。他の例では、支持部材２３０及び２３６は、もっと大きい寸法、またはもっと小さい寸法を有する場合がある。

図２ｅは、造形材料室２２６の支持部材２３０の上側表面上に保管されている造形材料２４６を示している。図２ｅはさらに、造形室２２８の支持部材２３８の上側表面上に、先に堆積された造形材料の層２４８を示している。先に堆積された造形材料２４８は、積層造形システム２００を使用して加工され、三次元物体の一部として硬化された部分２５０を含む。

一部の例において、造形材料は、粉末造形材料であってもよい。本明細書において、粉末材料とは、乾燥した粉末材料と濡れた粉末材料の両方、微粒子材料、及び粒状材料を包含する意味を有している。一部の例において、造形材料は、例えば約４０％の空気と約６０％の固体ポリマー粒子の比率で、空気と固体ポリマー粒子の混合物を含む場合がある。１つの適当な材料としては、例えば、シグマアルドリッチ社から市販されているナイロン１２が挙げられる。別の適当なナイロン１２材料としては、エレクトロ・オプティカル・システムズ（ＥＯＳ）社から市販されているＰＡ２２００が挙げられる。適当な造形材料の他の例としては、例えば、粉末金属材料、粉末複合材料、粉末セラミック材料、粉末ガラス材料、粉末樹脂材料、及び粉末ポリマー材料などが挙げられる。ただし、本明細書に記載される例を、粉末材料や、上に列挙した材料の何れかに限定されるものと解釈してはならない。例によっては、造形材料は、ペースト、またはゲルである場合もある。一例によれば、適当な造形材料は、粉末状半結晶熱可塑性材料である場合がある。

造形アセンブリ２２４は、例えば、ワイパー・ブレードまたはローラーのような造形材料供給器２４２を含む場合がある。造形材料供給器２４２は、モーター２４４によって駆動され、例えば、造形材料室２２６の支持部材２３０から造形材料の連続した層を造形室２２８の支持部材２３６に供給し、及び／又は堆積させる場合がある。ただし、他の例においては、そうではなく、造形材料供給器２４２は、システム２００の一構成要素とされ、ハウジング２０２に、またはハウジング２０２上に取り付けられる場合がある。

図２ａに戻ると、ハウジング２０２の中央ハウジング部２０６の底面には、固定部材２５２が取り付けられる場合がある。代替的または追加的に、固定部材は、側面ハウジング部２０４、及び／又は背面ハウジング部２０８に取り付けられてもよい。図２ａにおいて、固定部材２５２は、中央ハウジング部２０６の長手方向に沿って細長く延在しているが、他の例では、固定部材２５２は、他の構成を有する場合がある。一部の例では、中央ハウジング部２０６の底面の長手方向に沿った様々なポイントに、複数の個別の固定部材が設けられる場合がある。

図２ｂに戻ると、ハウジング２１６の上側表面には、固定部材２５４が取り付けられる場合がある。代替的または追加的に、固定部材は、４つの側面のうちの何れかを含む、ハウジング２１６の任意の他の表面に取り付けられてもよい。図２ｂにおいて、固定部材２５４は、ハウジング２１６の長手方向に沿って細長く延在しているが、他の例では、固定部材２５４は、他の構成を有する場合がある。一部の例では、ハウジング２１６の上側表面の長手方向に沿った種々のポイントに、複数の個別の固定部材２５４が設けられる場合がある。

積層造形システム２００が受け入れ容量２１２の中に造形モジュール２１４を受け入れ、積層造形システム２００を造形モジュール２１４に取り外し可能に結合することができるようにするために、固定部材２５２と固定部材２５４は、一つに結合される場合がある。図示のように、造形モジュール２１４は、受け入れ容量２１２の中に、横からまたは概ね横から、例えば水平方向または概ね水平方向から、受け入れられる場合がある。固定具２５２及び２５４は、磁気的固定具、機械的固定具、及び／又は他のタイプの固定具であってよい。

固定具２５２及び２５４が磁気的固定具である場合、それらは各々、磁気的である場合がある。すなわち、これらの固定具はそれぞれ、磁界が存在する状況下で力を受けるような、及び／又は、それ自体が磁界を生成するような適当な材料から構成される場合がある。したがって、固定具２５２と固定具２５４が十分に近接した状態にあるとき、それらは引き付けられ、造形モジュール２１４を積層造形システム２００に固定することができる。例えば、固定具２５２及び２５４は、強磁性体のような永久磁石、あるいは、反強磁性体、フェリ磁性体、常磁性体、反磁性体、または電磁石を含み得る。

固定具２５２及び２５４が機械的固定具である場合、固定具２５２及び２５４のうちの一方は、ラッチ部材であり、他方は、受け部材である場合がある。例えば、ラッチを受け部材の中に挿入し、又は受け部材に取り付けることによって、積層造形システム２００において造形モジュール２１４を固定することができる。

造形モジュール２１４を積層造形システム２００の受け入れ容量２１２の中に挿入するとき、薬剤供給器、エネルギー源、ヒーター、及びセンサのようなシステムの種々の構成要素が、造形室２２８及びその中の何らかの造形材料に作用することを可能にするために、カバー２２２は、取り外されることが意図されている。

図２ｆ〜図２ｇは、一部の例による、種々の取り外し可能な造形モジュールを受け入れた後の積層造形システムを示す簡略化された斜視図である。一般に、造形モジュールは、ｘ軸方向またはｙ軸方向に沿って任意の長さを有することができる。例えば、図示のように、種々のサイズの造形モジュール２１４ａ〜２１４ｄは、ｘ軸方向に沿って任意の長さを有することができる。例えば、図２ｇにおいて、単一の造形モジュール２１４ｄは、システム２００に挿入されたときに、受け入れ容量２１２の全体を満たすことができるｙ軸方向に沿った長さを有している。図２ｆでは、ｙ軸方向に沿ってより短い長さを有する複数の造形モジュール２１４ａ〜２１４ｃが、ｙ軸方向に沿って一列に配置され、それらが全体として、受け入れ容量２１２の全体を満たしている。したがって、図２ｆでは、造形モジュール２１４ａ〜２１４ｃの造形室、及び支持部材は、一列に並んでいる場合がある。さらに、図２ｆには、異なる長さの造形モジュールが示され、例えば、造形モジュール２１４ａ〜２１４ｃは、互いに異なる長さを有している。

図２ｈは、一部の例による、積層造形システムのための取り外し可能な造形モジュール２１４ｃを示す簡略化された斜視図である。造形モジュール２１４ｃは、図２ｆのシステム２００から取り外された状態で示されている。図示のように、造形モジュール２１４ｃは、図２ｂ〜図２ｅの造形モジュール２１４よりも長いため、造形モジュール２１４の造形材料室２２６に比べて、ｙ軸方向に沿って長い造形材料室２２６ｃを有することができ、また、造形室２２８に比べて、ｙ軸方向に沿って長い造形室２２８ｃを有することができる。図示されていないが、造形モジュール２１４ｄは、ｙ軸方向に沿って、造形モジュール２１４ｄの全長に及ぶ種々の部屋（室）を有する場合がある。

さらに、図示されていないが、ｘ軸方向に沿った造形モジュール及び種々の部屋（室）の幅もまた、異なる場合がある。

一部の例においては、異なる構成の造形モジュール、及び／又は造形アセンブリが使用される場合がある。図３は、一部の例による、造形モジュールの造形アセンブリ３２４を示す簡略化された側面図である。図２ｂ〜図２ｃのハウジング２１６は、造形アセンブリ２２４を取り外し可能に受け入れることができるだけでなく、さらに、造形アセンブリ３２４も取り外し可能に受け入れることができる場合がある。造形アセンブリ３２４がハウジング２１６の内部にあるときは、造形アセンブリ３２４及びその造形室３２８を露出させるために、カバー２２２は、取り外し可能である場合がある。

ユーザが造形アセンブリ３２４の側面に取り付けられたハンドルを使用することによって、造形アセンブリ３２４は、ハウジング２１６から引き出しのように取り外されることができる。造形アセンブリ３２４の表面には、さらに別のハンドルが設けられる場合がある。他の例では、例えば、ユーザが、ハウジング２１６、造形アセンブリ３２４、又はシステム上のボタンの押下のような入力を行ったときに自動的手段、及び／又は電気的手段を使用して、引き出しが自動的に開かされる場合がある。

図３では、造形アセンブリ３２４は、ハウジング２１６から完全に取り外されている。造形アセンブリ３２４は、造形材料室３２６及び造形室３２８を含む場合がある。造形材料室３２６は、造形室３２８の下にある場合がある。これによって例えば、より幅の広い造形材料の層を造形室３２８に供給することが可能となるように、造形室３２８の幅を広げることができる。

造形材料室３２６には、支持部材３３０が設けられる場合がある。図中、造形材料２４６は、造形材料室３２６の支持部材３３０の上側表面上に保管されている。支持部材３３０は、重力によって造形材料２４６が滑り落ちることが可能な角度を有する場合がある。造形室３２８には、支持部材３３６が設けられる場合がある。造形室３２８の支持部材３８の上側表面上には、先に堆積された造形材料の層２４８が示されている。先に堆積された造形材料２４８は、積層造形システム２００を使用して加工され、三次元物体の一部として硬化された部分２５０を含む。支持部材３３６の底面には、ピストン３３８が取り付けられる場合がある。ピストン３３８は、モーター３４０によって駆動され、支持部材３３６をｚ軸に沿って移動させることができる。一例において、支持部材３３０及び３３６は、ｚ軸に沿って移動可能である場合がある。一例において、支持部材３３０及び３３６は、約１０ｃｍ×１０ｃｍから１００ｃｍ×１００ｃｍまでの範囲の寸法を有する場合がある。他の例では、支持部材３３０及び３３６は、もっと大きい寸法、またはもっと小さい寸法を有する場合がある。

例えば、造形材料室３２６の支持部材３３０から造形室３２８の支持部材３３６への造形材料の連続した層の供給、または堆積を可能にするために、１以上の造形材料供給器３３２、３８４、及び３４２を使用してもよい。造形材料室３２６に、例えば、回転可能なボール、ホイール、またはローラーのような造形材料供給器３３２が取り付けられる場合がある。造形材料供給器３３２は、モーター３３４によって駆動され、回転し、曲がった矢印で示されているように、造形材料２３６を移動させることができる。造形アセンブリ３２４に取り付けられた例えばコンベヤーのような造形材料供給器３８４は、モーター３８２によって駆動され、その後、矢印で示されているように、造形材料２４６をｚ軸方向に上向きに移動させることができる。他の例において、造形材料供給器３８４は、回転されたときに、造形材料２４６をｚ軸方向に上向きに移動させるブレードを有する回転システムであってもよい。造形アセンブリ３２４に取り付けられた例えばワイパー・ブレードまたはローラーのような造形材料供給器３４２は、モーター３４４によって駆動され、ｘ軸方向に縦向きに移動し、造形材料２４２を造形室３２８の支持部材３３６の上まで移動させることができる。

図示されていないが、一部の例において、本明細書に記載される造形アセンブリは何れも、圧搾空気または油圧で作動する造形材料の搬送手段を備えた造形材料供給器を使用する場合があり、そのような造形材料供給器は、モーターによって駆動される場合がある。

一部の例において、造形モジュール２１４は、コントローラ２５６に類似する機能を有するコントローラ及びコンピュータ読み取り可能媒体と、先に説明したコンピュータ読み取り可能媒体２６０とを含む場合がある。そのような例では、コンピュータ読み取り可能媒体には、例えば造形モジュール２１４のサイズ、造形モジュール２１４の種々の室の各々のサイズ、及び造形モジュール２１４の造形材料室に提供され、保管されている造形材料のタイプ等のような、造形モジュール２１４の種々の特徴を示すデータ及び／又は命令が記憶されている場合がある。これらのデータ及び／又は命令は、三次元物体を生成するために造形モジュール２１４がシステム２００に挿入されたときのコントローラ２５６によるアクセスに備えて記憶されている場合がある。一部の例においては、先に述べたコントローラ２５６の入力デバイスに類似した機能を有する造形モジュール上の入力デバイスが、ユーザから、造形モジュール２１４に保管されている造形材料のタイプに関する入力を受け取ることができる。例によっては、造形モジュール２１４上のセンサが、造形材料のタイプを自動的に検出することができる。

積層造形システム２００は、後述される１以上の造形室２２８における１以上の支持部材２３６上に提供された造形材料の連続する層に対し、合体助剤を選択的に供給する合体助剤供給器２６８を含む場合がある。合体助剤とは、造形材料と合体助剤の組み合わせに適当な量のエネルギーを印可したときに、造形材料を合体させ、硬化させることができる材料である。一つの非限定的な例によれば、適当な合体助剤は、例えば、ヒューレットパッカード・カンパニーから市販されているＣＭ９９７Ａと呼ばれるインク組成物のような、カーボン・ブラックを含むインク系組成物である場合がある。一例において、そのようなインクは、赤外光吸収剤をさらに含む場合がある。一例において、そのようなインクは、近赤外線吸収剤をさらに含む場合がある。一例において、そのようなインクは、可視光吸収剤をさらに含む場合がある。可視光増強剤を含むインクの例は、ヒューレットパッカード・カンパニーから市販されているＣＭ９９３Ａ及びＣＥ０４２Ａと呼ばれるインクのような、染料系カラーインク及び顔料系カラーインクである。

コントローラ２５６は、コンピュータ読み取り可能媒体２６０に記憶された薬剤供給制御データ２６６を含む種々の命令に従って、提供された造形材料の層に対する合体助剤の選択的供給を制御する場合がある。

薬剤供給器２６８は、サーマルプリントヘッドや圧電式インクジェットプリントヘッドのようなプリントヘッドであってもよい。プリントヘッドは、ノズルのアレイを有する場合がある。一例においては、市販のインクジェットプリンタにおいて一般的に使用されているもののようなプリントヘッドが使用される場合がある。他の例では、薬剤は、プリントヘッドを通してではなく、噴射ノズルを通して供給される場合がある。他の供給手段が使用される場合もある。

合体助剤が液体のような適当な流体の形をしている場合、合体助剤を選択的に供給し、例えば堆積させるために、薬剤供給器２６８が使用される場合がある。一部の例では、薬剤供給器２６８は、例えば６００ドット・パー・インチ（ＤＰＩ）のような、３００ＤＰＩから１２００ＤＰＩまでの間の分解能で薬剤の液滴を供給するように選択される場合がある。他の例では、薬剤供給器２６８は、もっと高い分解能またはもっと低い分解能で液滴を供給することができるように選択される場合がある。一部の例では、薬剤供給器２６８は、ノズルのアレイを有する場合があり、薬剤供給器２６８は、かかるノズルのアレイを通して流体の滴を選択的に噴射することができる場合がある。一部の例では、各液滴は、１滴当たり約１０ピコリットル（ｐｌ）程度である場合がある。ただし、他の例では、もっと大きなサイズまたはもっと小さなサイズの液滴を供給することが可能な薬剤供給器２６８が使用される場合がある。一部の例では、可変サイズの液滴を供給することが可能な薬剤供給器２６８が使用される場合がある。

一部の例では、薬剤供給器２６８は、システム２００の一体化部分である場合がある。一部の例において、薬剤供給器２６８は、固定されたものではなく、ユーザ交換可能な場合があり、その場合、薬剤供給器２６８は、システム２００の例えばインタフェース・モジュールのような適当な薬剤供給器レシーバの中に、取り外し可能に受け入れられることが可能（例えば、挿入可能）である場合がある。

図２ａの例では、薬剤供給器２６８は、造形モジュール２１４の支持部材２３６または３３６のｘ軸方向における全幅に及ぶｘ軸方向における長さを有し、いわゆるページ幅アレイ構成を成している。一例において、これは、複数のプリントヘッドの適当な配置により実現される場合がある。他の例では、支持部材２３６または３３６の幅に及ぶ長さを有するノズルのアレイを備えた単一のプリントヘッドが使用される場合がある。他の例では、薬剤供給器２６８は、支持部材２３６または３３６の全幅に及ばない、もっと短い長さを有する場合がある。

薬剤供給器２６８は、可動式キャリッジ上に取り付けられ、矢印２７０で示されるように、ｙ軸方向に沿って一連の１以上の支持部材２３６または３３６の全長にわたって双方向に移動可能となるように構成される場合がある。これによって、一回のパスにおいて、支持部材２３６または３３６の全幅および全長にわたる合体助剤の選択的供給が可能になる。

なお、本明細書において使用される「幅」という語は、図２ａ〜図２ｅに示されているｘ軸及びｙ軸に対して平行な平面における最も短い寸法を一般に意味する一方、本明細書において使用される「長さ」という語は、この平面における最も長い寸法を一般に意味している。ただし、例によっては、「幅」という語は、「長さ」という語と交換可能（同義）である場合がある。例えば、例によっては、薬剤供給器２６８は、支持部材２３６または３３６の全長に及ぶ長さを有する場合があるが、可動式キャリッジは、支持部材２３６または３３６の幅を横切って双方向に移動する場合がある。

別の例では、薬剤供給器２６８は、支持部材２３６または３３６の全幅に及ぶ長さを有していないが、図示されたｘ軸において支持部材２３６または３３６の全幅を横切って双方向にさらに移動可能である場合がある。この構成によれば、複数のパスを使用して、支持部材２０４の全幅及び全長にわたる合体助剤の選択的供給を行うことが可能となる。ただし、ページ幅アレイ構成のような他の構成によれば、三次元物体をより迅速に作成することが可能となる場合がある。

合体助剤供給器２６８は、合体助剤を含む場合があり、または、独立した合体助剤に接続可能である場合がある。

一部の例では、薬剤供給器２７４のようなさらに別の合体助剤供給器が存在する場合がある。一部の例において、システム２００の種々の供給器は、互いに隣接する形か、又は互いに短距離だけ離した形で、同じキャリッジ上に配置される場合がある。例によっては、２以上のキャリッジのそれぞれが、１以上の供給器を有している場合がある。例えば、各供給器は、独自の個別のキャリッジ上に配置される場合がある。追加の供給器はいずれも、合体助剤供給器２６８を参照して上で説明されたものに類似した機能を有することができる。ただし、例によっては、例えば、異なる薬剤供給器が異なる合体助剤を供給する場合がある。

システム２００は、ハウジング２０２に取り付けられたエネルギー源２７２をさらに含む場合がある。エネルギー源２７２は、造形材料にエネルギーを印可し、合体助剤が供給され、または浸透した場所に従って、造形材料の種々の部分を硬化させるように構成される場合がある。一部の例において、エネルギー源２７２は、赤外（ＩＲ）放射源、近赤外放射源、またはハロゲン放射源である。一部の例において、エネルギー源２７２は、支持部材２３６または３３６の上に堆積された造形材料に対し、エネルギーを均一に印可することが可能な単一のエネルギー源である場合がある。一部の例において、エネルギー源２７２は、エネルギー源のアレイを含む場合がある。

一部の例において、エネルギー源２７２は、造形材料の層の表面全体に対し、実質的に均一な形でエネルギーを印可するように構成される。そのような例では、エネルギー源２７２は、非集束エネルギー源と呼ばれることがある。そのような例では、層全体に同時にエネルギーを印可することができ、これは、三次元物体を生成することができる速度を増加させるために役立つことがある。

他の例において、エネルギー源２７２は、造形材料の層の表面全体の一部に対し、実質的に均一な形でエネルギーを印可するように構成される。例えば、エネルギー源２７２は、造形材料の層の表面全体のうちの細長い一片（ストリップ）に対し、エネルギーを印可するように構成される場合がある。そのような例では、造形材料の層の表面全体にわたって最終的に実質的に等量のエネルギーが均一に印可されるように、エネルギー源は、造形材料の層を横切って移動され、すなわち走査される場合がある。

一部の例では、エネルギー源２７２は、可動式キャリッジ上に取り付けられる場合がある。

他の例では、エネルギー源２７２は、造形材料の層を横切って移動されるときに、例えば、薬剤供給制御データ２６６に従って可変量のエネルギーを印可する場合がある。例えば、コントローラ２５６は、合体助剤が付与された造形材料の部分に対してのみエネルギーを印可するように、エネルギー源を制御する場合がある。

さらに別の例では、エネルギー源２７２は、レーザー・ビームのような集束エネルギー源である場合がある。この例において、レーザー・ビームは、造形材料の層の全体または一部を横切って走査するように制御される場合がある。これらの例において、レーザー・ビームは、薬剤供給制御データに従って造形材料の層を横切って走査するように制御される場合がある。例えば、レーザー・ビームは、合体助剤が供給された層の種々の部分に対し、エネルギーを印可するように制御される場合がある。

一部の例において、システム２００は、支持部材２３６上に堆積された造形材料を所定の温度範囲内に維持するために熱を発するヒーターまたは予熱器をさらに含む場合がある。ヒーターは、加熱装置のアレイを有する場合がまる。加熱装置はそれぞれ、任意の適当な加熱装置であってよく、例えば、赤外線ランプのような加熱ランプであってよい。造形材料が広がる範囲に向けて均一な熱分布が提供されるように、構成は最適化される場合がある。造形材料の表面に印可される局部的エネルギー密度を可変的に制御するために、各加熱装置、または加熱装置群は、調節可能な電流源または電圧源を有する場合がある。

図４は、一部の例による、三次元物体を生成する方法４００を示すフロー図である。この方法は、コンピュータで実施される場合がある。一部の例においては、例えば一部のステップが同時に行われたり、幾つかのステップが追加されたり、一部のステップが省略されたりする形で、図示した順序は変更されることがある。図４を説明する際に、図２ａ、図２ｅ、図３、及び図５ａ〜図５ｄが参照される。図５ａ〜図５ｄは、一部の例による、造形材料の層を示す一連の断面側面図である。

４０２では、コントローラ２５６は、薬剤供給制御データ２６６を取得することができる。薬剤供給制御データ２６６は、生成すべき三次元物体の各切片（スライス）について、合体助剤を供給すべき造形材料上の種々の部分、すなわち場所を、もしあれば、定義することができる。薬剤供給制御データ２６６は、システム２００の内外にある適当な三次元物体処理システムから供給される場合がある。一部の例において、薬剤供給制御データ２６６は、生成すべき物体の三次元モデルを表す物体設計データに基づいて、及び／又は、当該物体の種々の性質を表す物体設計データから、生成される場合がある。三次元モデルは、当該物体の種々の立体部分を定義することができ、当該三次元モデルを三次元物体処理システムによって処理することにより、三次元モデルの平行平面の種々の切片を生成することができる。各切片は、積層造形システムによって硬化されるべき個々の造形材料の層の一部を定義する場合がある。物体性質データは、密度、表面粗さ、強度などの物体の種々の性質を定義する場合がある。

４０４では、造形モジュール２１４上のコンピュータ読み取り可能媒体は、例えばユーザ入力またはセンサによる検出に基づいて、使用される造形材料のタイプのような造形モジュールの種々の特徴を表す造形モジュールデータを決定し、及び／又は記憶することができる。先に述べたように、造形モジュールの物理的寸法のような造形モジュールの他の特徴が、コンピュータ読み取り可能媒体上に前もって記憶される場合もある。

４０６では、１以上の造形モジュール２１４を、システム２００によって受け入れることができる。システム２００のコントローラ２５６は、造形モジュール２１４のコンピュータ読み取り可能媒体にアクセスし、造形モジュールデータを見つけることができる。

４０８では、図５ａに示されているように、造形材料の層２７６を提供することができる。例えば、コントローラ２５６は、造形材料供給器２４２を制御し、図２ｅ及び図５ａに示されている先に完成された層２４８の上に、層２７６を提供することができる。先に完成された層２４８は、硬化部分２５０を含む場合がある。例示のために、完成された層２４８は、図５ａ〜図５ｄに示されているが、ステップ４０８〜４１２を最初に使用して、第１の層２４８を生成する場合もあると考えられる。

造形アセンブリ２２４が使用される場合のような、一部の例では、層２７６は、次のような形で供給される場合がある。図２ｅ及び図５ａを参照すると、造形材料室２２６の支持部材２３０は、保管された造形材料２４６の一部が造形アセンブリ２２４の上縁を超えて延在するように、ピストン２３２によってｚ軸方向に位置決めされる場合がある。造形室２２８の支持部材２３６は、先に堆積された造形材料の層２４８の上に所定の隙間が得られるような形で、ピストン２３６によってｚ軸方向に位置決めされる場合がある。その後、造形材料供給器２４２が、ｘ軸方向に縦向きに移動し、保管された造形材料２４６の延存部分を所定の隙間の中に流し込み、造形室２２８に新たな層２７６を生成する。供給は、造形モジュールのコンピュータ読み取り可能媒体に記憶された造形モジュールの種々の特徴に関するデータ及び／又は命令に基づいて行われる場合がある。

造形アセンブリ３２４が使用される場合のような、一部の例では、層２７６は、次のような形で供給される場合がある。図３及び図５ａを参照すると、造形材料室２３６の支持部材３３０は、保管された造形材料２４６の一部が造形アセンブリ３２４の上縁を超えて延在するように、ピストンによってｚ軸方向に位置決めされる場合がある。造形室３２８の支持部材３３６は、先に堆積された造形材料の層２４８の上に所定の隙間が得られるような形で、ピストン３３８によってｚ軸方向に位置決めされる場合がある。その後、造形材料供給器３３２、３８４、及び３４２を使用して、層２７６を供給することができる。保管された造形材料２４６は、図３の矢印に沿って移動され、所定の隙間の中に流し込まれ、造形室３２８に新たな層２７６を生成することができる。供給は、造形モジュールのコンピュータ読み取り可能媒体に記憶された造形モジュールの種々の特徴に関するデータ及び／又は命令に基づいて行われる場合がある。

４１０では、図５ｂに示されているように、造形材料の層２７６の表面の１以上の部分に対し、合体助剤２７８を選択的に供給することができる。合体助剤２７８の選択的供給は、生成中の三次元物体の一部を形成するために硬化されるものとして、薬剤供給制御データ２６６によって定義される場合がある層２７６の種々の部分に対し、種々のパターンを成して実施される場合がある。「選択的供給」とは、合体助剤が、造形材料の表面層の選択された種々の部分に対し、種々のパターンを成して供給される場合があることを意味している。パターンは、薬剤供給制御データ２６６によって定義されてもよいし、造形モジュールのコンピュータ読み取り可能媒体に記憶された造形モジュールの種々の特徴に関するデータ及び／又は命令に基づいて決定されてもよい。

図５ｃは、造形材料の層２７６の中まで実質的に完全に浸透した合体助剤２７８を示しているが、他の例では、浸透の程度は、１００％未満である場合もある。

４１２では、造形材料の層２７８に対し、所定レベルのエネルギーを一時的に印可することができる。種々の例において、印可されるエネルギーは、赤外線若しくは近赤外線エネルギー、マイクロ波エネルギー、紫外線（ＵＶ）光、ハロゲン光、超音波等である場合がある。エネルギーの一時的印可によって、合体助剤２７８が供給され、または合体助剤２７８が浸透した種々の部分を、造形材料の融点よりも上まで加熱し、合体させることができる。冷却すると、合体された部分は、固体になり、生成中の三次元物体の一部を形成する。先に述べたように、一つのそのような部分２５０は、先の繰り返しの形で生成される場合がある。エネルギーの印可中に吸収された熱は、先に硬化された部分２５０に伝播し、その部分２５０の一部をその融点より上まで加熱する場合がある。この作用は、図５ｄに示されるように、硬化された造形材料の隣り合う層の間に、強固な層間接合を有する部分２８０を形成するのに役立つ。

造形材料の層を上記のように加工した後、先に加工された造形材料の層の上に、新たな造形材料の層を設けることができる。このように、先に加工された造形材料の層は、後続の造形材料の層のための支持手段として機能する。その後、ブロック４０８から４１２までの処理を繰り返すことにより、三次元物体を一層ずつ生成することができる。

さらに、ブロック４０８から４１２までの間の何れかの時点で、ブロック４０６のように、さらに別の造形モジュール２１４が、システム２００によって受け入れられる場合がある。すなわち、方法４００は、ブロック４０８から４１２までを繰り返しているが、システム２００が、異なる造形モジュール２１４上の異なる三次元物体に基づいて複数のプリントジョブを一度に実施することができるように、方法４００の並列インスタンスが実施される場合がある。他の例では、方法４００の第１のインスタンスが完了し、三次元物体が生成された直後に、方法４００の第２のインスタンスが、ブロック４０８から４１２に従って実施され、それによって、第１の三次元物体が完成した直後に、わずかな遅延で、または遅延なしで、第２の三次元物体が生成される場合がある。

さらに、一部の例においては、たとえ三次元物体の生成中に造形モジュール２１４がクリーニングまたは補充を必要とする場合であっても、わずかな時間遅延しか存在せず、または何も遅延時間が存在しない場合がある。例えば、ある造形モジュール２１４がクリーニングまたは補充を必要とする場合、システム２００が、他の造形モジュール２１４において他の三次元物体の生成を継続しながら、その造形モジュール２１４をシステム２００から取り外してもよい。さらに、例えば、図２ｄ〜図２ｅのモーター２３４及び２４０、または図３のモーター３３４、３４０、３４４、及び３８２を含む完全な機能を有する造形システムのような、造形モジュール２１４の設計によれば、造形モジュール２１４を迅速かつ容易にクリーニングすることが可能になる。例えば、ハウジング２１６は、造形モジュール２１４において、造形材料が望ましくない場所に漏れこむことを防止するのに役立つ場合がある。さらに、造形モジュール２１４は、クリーニング・デバイスに挿入されてもよく、クリーニング・デバイスは、例えば、造形モジュール２１４の種々の構成要素から造形材料を振り落とすことができるように、モーターを動作させながら造形モジュール２１４の種々の部分を自動的にクリーニングする場合がある。一部の例では、クリーニングの際に、例えばモーターを動作させながら、種々の手作業のステップを実施する場合がある。

本明細書（添付の特許請求の範囲、要約及び図面を含む）に開示した特徴のすべて、並びに、開示した方法または処理の種々のステップのすべては、そのような特徴及び／又はステップの少なくとも一部が相互排他的である組み合わせを除き、如何なる組み合わせで実施されてもよい。

上記説明では、本明細書に開示した内容を理解してもらうために、多数の詳細を記載している。しかしながら、例は、それらの詳細の一部または全部なしに実施される場合もある。例によっては、上に記載した詳細から修正及び変更を含む場合がある。添付の特許請求の範囲は、そうした修正及び変更もカバーすることを意図している。

Claims (15)

1. 造形モジュールであって、
   ハウジングと、
   造形材料を保持するために前記ハウジングに設けられた造形材料室と、
   前記ハウジングに設けられた造形室であって、前記造形材料室が、前記造形室の下にあり、前記造形室が、前記造形材料室から独立しており、かつ、造形材料供給器から前記造形材料の連続した層を受け取るための可動支持部材を含む、造形室と
   を含み、
   前記造形モジュールは、積層造形システムの造形レシーバの中に取り外し可能に挿入可能であり、それによって、前記積層造形システムは、前記可動支持部材上に受け取られた前記連続した層の一部を硬化させることができる、造形モジュール。
2. 前記造形材料室から前記造形室の前記支持部材上に前記造形材料の連続した層を提供するための前記造形材料供給器をさらに含む、請求項１に記載の造形モジュール。
3. 前記ハウジングは、前記積層造形システムのハウジングに取り付けられた第２の固定具と結合し、前記積層造形システムの前記ハウジングの中に前記造形モジュールを固定するための第１の固定具を含む、請求項１または請求項２に記載の造形モジュール。
4. 造形モジュールであって、
   ハウジングと、
   造形材料を保持するために前記ハウジングに設けられた造形材料室と、
   前記ハウジングに設けられた造形室であって、前記造形室が、前記造形材料室から独立しており、かつ、造形材料供給器から前記造形材料の連続した層を受け取るための可動支持部材を含む、造形室と、
   前記ハウジングに設けられたコンピュータ読み取り可能媒体であって、前記コンピュータ読み取り可能媒体が、前記造形モジュールの特徴を表す造形モジュールデータを含む、コンピュータ読み取り可能媒体と
   を含み、
   前記造形モジュールは、積層造形システムの造形容量の中に取り外し可能に挿入可能であり、それによって、前記積層造形システムは、前記可動支持部材上に受け取られた前記連続した層の一部を硬化させることができる、造形モジュール。
5. 前記積層造形システムのコントローラは、
   前記造形材料供給器によって前記造形室に前記造形材料を提供すること、及び
   前記造形モジュールデータに基づく、薬剤供給器による前記造形材料への合体助剤の選択的供給
   のうちの少なくとも一方を制御するように構成される、請求項４に記載の造形モジュール。
6. 前記特徴は、前記造形室に保持されるべき前記造形材料のタイプを含む、請求項４または請求項５に記載の造形モジュール。
7. 前記造形材料の前記タイプを検出するためのセンサをさらに含む、請求項６に記載の造形モジュール。
8. 前記特徴は、前記コンピュータ読み取り可能媒体においてユーザからの入力として受け取られる、請求項４〜７の何れか一項に記載の造形モジュール。
9. 積層造形システムのための造形モジュールであって、前記造形モジュールが、
   ハウジングと、
   造形材料を保持するために前記ハウジングに設けられた造形材料室と、
   前記ハウジングに設けられた造形室であって、前記造形室が、前記造形材料室から独立しており、かつ、造形材料供給器から前記造形材料の連続した層を受け取るための可動支持部材を含む、造形室と
   を含み、
   前記造形モジュールが、もう一つのそのような造形モジュールと同時に、積層造形システムの造形容量の中に取り外し可能に挿入可能であり、それによって、前記積層造形システムは、前記可動支持部材上に受け取られた前記連続した層の一部を硬化させることができる、造形モジュール。
10. 造形アセンブリを含み、前記造形アセンブリは、前記造形材料室及び前記造形室を含み、前記ハウジングは、前記造形アセンブリを取り外し可能に受け入れる、請求項１〜９の何れか一項に記載の造形モジュール。
11. 前記造形アセンブリは、前記造形材料供給器をさらに含む、請求項１０に記載の造形モジュール。
12. 前記造形材料供給器は、前記造形モジュールが取り外し可能に挿入可能である前記積層造形システムの一部である、請求項１、請求項３（但し、請求項２を引用する場合を除く）、及び請求項４〜９の何れか一項に記載の造形モジュール。
13. 前記ハウジングに取り外し可能に結合されたカバーを含む、請求項１〜１２の何れか一項に記載の造形モジュール。
14. 前記造形材料室は、前記造形材料を保持するための可動支持部材を含む、請求項１〜１３の何れか一項に記載の造形モジュール。
15. 請求項１〜１４の何れか一項に記載の造形モジュールを取り外し可能に受け入れるための積層造形システム。

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