JP6600274B2 - ピン駆動型印字ヘッド - Google Patents

Description

付加的な製造プロセス（または、３Ｄ印刷）は、材料の連続する層を堆積させて三次元物体を作成することに関与する。例えば、インクジェットの印字ヘッドを使用して感光性樹脂を堆積させ、物体を形成する。しかしながら、ほとんどの現在の印字ヘッドは、排出され得る材料の粘度の上限が１０〜２０センチポアズ（ｃＰ）である。熱溶解積層法（Ｆｕｓｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ（ＦＤＭ））または選択的レーザ焼結（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｌａｓｅｒ Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ（ＳＬＳ））など、他の付加的な製造方法が極端に粘着性のある材料を使用し得る一方で、噴出された材料に行われ得るような、複数材料の混合物または堆積材料の混合を提供することができない。したがって、複数材料または複数色の混合物を、高粘度材料を使用して作成し得る付加的な製造プロセスに対する要求がある。

この概要は、本開示の１つ以上の実施形態の一部の態様の簡略化された概要を取り込むことを単に意図する。この概要は広範囲な要約ではなく、本内容の主要または重要な要素を特定する意図もなく、本開示の範囲を明確に記載する意図もない。むしろ、その目的は、１つ以上の概念を簡略化された形式で、以下の詳細な記載への前段階として単に提示することである。

付加的な目的および利点は、図の説明、詳細な説明、および、請求項において、より明白になるであろう。

本開示において具現化される前述および／または他の態様および効用は、ピン駆動型印字ヘッドを提供することにより達成されてよく、ピン駆動型印字ヘッドは、材料が排出される複数の開口部、排出される材料を保持する少なくとも１つのチャンバ、チャンバを開口部と接続する複数のチャネル、および、開口部に入り材料を開口部から排出するための複数の駆動ピンを含み、ここで、印字ヘッドは高温で１０，０００ｃＰ以上の粘度の材料を排出するよう構成される。

別の実施形態において、第１の開位置で、駆動ピンの各々により材料が開口部の中へ入ることが可能となり、第２の閉位置で、駆動ピンの各々はチャネル内の材料が各々の開口部へ入るのを阻止し、一方で同時に開口部へ入り材料を排出する。

別の実施形態において、第１の開位置における駆動ピンの各々の持続時間は、排出される材料の量を判定する。

別の実施形態において、各開口部は、１００μｍ〜３００μｍの直径を有する材料の滴を排出するよう構成される。

別の実施形態において、閉位置で、駆動ピンの各々は、開口部の外表面を規定する平面を過ぎて突出する。

別の実施形態において、ピン駆動型印字ヘッドは、駆動ピンの動きを案内する複数のピンチャンバをさらに含む。

別の実施形態において、ピン駆動型印字ヘッドは、駆動ピンを移動させる複数のアクチュエータモジュールをさらに含む。

別の実施形態において、アクチュエータモジュールは、電磁アクチュエータおよび圧電アクチュエータのうちの１つを含む。

別の実施形態において、材料は、２００℃で５０，０００ｃＰ以上の粘度を有するエンジニアリングポリマーである。

別の実施形態において、少なくとも１つのチャンバは、圧力下で材料を保持するよう構成される。

別の実施形態において、少なくとも１つのチャンバは、５０ｐｓｉ〜１５０ｐｓｉの圧力で材料を保持するよう構成される。

別の実施形態において、少なくとも１つのチャンバは、１００℃以上の高温で材料を保持するよう構成される。

別の実施形態において、少なくとも１つのチャンバは複数のチャンバを備え、各々が複数の開口部と接続され、複数のチャンバの各々は材料を複数の開口部の各々へ提供する。

別の実施形態において、複数のチャンバは複数の異なる材料を保持し、各チャンバは材料を複数の開口部へ提供する。

別の実施形態において、アクチュエータモジュールは、チャンバ、開口部、および材料から離され、それにより、チャンバ、開口部、および材料を、アクチュエータモジュールより高い温度まで加熱することができる。

別の実施形態において、複数のピンは金属ワイヤを含む。

別の実施形態において、複数のピンは低接着力の塗装膜で被覆され、排出された材料のピンの先端からの分離を容易にする。

別の実施形態において、複数の駆動ピンは段階的な構成を有し、ピンチャンバは、駆動ピンの段階的な構成に係合して駆動ピンの動きを止めるよう構成される。

別の実施形態において、複数の駆動ピンは段階的な構成を有し、ピンチャンバは、駆動ピンの段階的な構成に係合して密閉部を提供するよう構成される。

別の実施形態において、アクチュエータモジュールは複数のアクチュエータモジュールを備え、開口部は複数の開口部を備え、各開口部はアクチュエータモジュールと関連付けられ、複数のアクチュエータは、関連付けられる開口部間の空間よりも離れた距離だけ互いに離されている。

別の実施形態において、各駆動ピンのタイミングは、各駆動ピンにより排出される滴が一定のサイズであるよう制御される。

別の実施形態において、第１の開位置における駆動ピンの持続時間は、排出される滴のサイズが多様であり得るよう制御される。

別の実施形態において、印字ヘッドは、排出された材料が開口部から受信表面へ進む際に浮揚するよう、排出された材料を受ける表面から離される。

別の実施形態において、印字ヘッドは、ピンが排出された材料を受信表面へ運ぶよう、排出された材料を受ける表面の近くに離される。

別の実施形態において、アクチュエータは、アクチュエータの動きを増幅するレバーアームまたは屈曲部のうちの１つを介して複数のピンを駆動する。

この明細書に組み込まれて明細書の一部を構成する添付の図は、本内容の実施形態を図示する。本開示の実施形態における、これらの態様および利点、および／または、他の態様および利点は、添付の図と連動して様々な実施形態の以下の説明から明らかになり、より容易に理解されよう。

図１は、１つの実施形態におけるピン駆動型印字ヘッドを図示する。 図２は、１つの実施形態におけるピン駆動型印字ヘッドを図示する。 図３は、１つの実施形態におけるピン駆動型印字ヘッドを図示する。 図４は、１つの実施形態におけるアクチュエータモジュールを有するピン駆動型印字ヘッドを図示する。 図５Ａは、１つの実施形態におけるアクチュエータモジュールを図示する。 図５Ｂは、１つの実施形態におけるアクチュエータモジュールを図示する。 図６は、１つの実施形態におけるピン駆動型印字ヘッドアレイを図示する。 図７は、１つの実施形態におけるアクチュエータモジュールを有するピン駆動型印字ヘッドを図示する。 図８は、１つの実施形態における材料排出のモデルを図示する。

図の一部の詳細は簡略化されており、厳密な構造上の精度、詳細、および寸法を維持するよりも、本内容の理解を容易にするために描写されることに、留意されたい。これらの描写／図面は、説明することを意図し、限定する意図はない。

ここで本開示における様々な実施形態の詳細が参照され、それらの例が添付の描写および図面に図示される。実施形態は以下に説明され、本明細書に開示されるコンポーネント、プロセス、および装置のより完全な理解を提供する。所与の任意の例は、例示することを意図し、限定する意図はない。しかしながら、本発明がこれらの詳細な説明なしに実践されてよいことが当業者に明らかとなるであろう。他の実例において、既知の方法、手順、コンポーネント、回路、およびネットワークは詳細に記述されておらず、したがって、不必要に実施形態の態様を曖昧にしない。

本明細書および請求項全体を通して、他に明示されない限り、以下の用語は本明細書に明白に関連付けられる意味を持つ。「一部の実施形態において（ｉｎ ｓｏｍｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ）」および「１つの実施形態において（ｉｎ ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」という語句は、本明細書において使用される場合、同じ実施形態（複数可）を指す場合もあるが、必ずしも同じ実施形態（複数可）を指すものではない。さらに、「別の実施形態において（ｉｎ ａｎｏｔｈｅｒ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」および「一部の他の実施形態において（ｉｎ ｓｏｍｅ ｏｔｈｅｒ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ）」という語句は、本明細書において使用される場合、異なる実施形態を指す場合もあるが、必ずしも異なる実施形態を指すものではない。以下に記載されるように、様々な実施形態が、本開示の範囲または精神から逸脱することなく、容易に組み合わされてよい。

本明細書において使用される場合、「または（ｏｒ）」という用語は包括的に作用し、他に明示しない限り、「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」という用語と同等である。「基づいて（ｂａｓｅｄ ｏｎ）」という用語は排他的ではなく、他に明示されない限り、記載されない付加的な要因に基づいてよい。本明細書において、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ Ａ，Ｂ，ａｎｄ Ｃ）」という列挙は、Ａ、Ｂ、またはＣを包含する実施形態、Ａ、Ｂ、またはＣの複数の例、または、Ａ／Ｂ、Ａ／Ｃ、Ｂ／Ｃ、Ａ／Ｂ／Ｂ、Ｂ／Ｂ／Ｃ、Ａ／Ｂ／Ｃなどの組み合わせを含む。加えて、本明細書全体を通して、「１つの（ａ）」「１つの（ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」の意味は、複数の参照を含む。「中に（ｉｎ）」の意味は、「中に（ｉｎ）」および「上に（ｏｎ）」を含む。

さらに、「第１の（ｆｉｒｓｔ）」「第２の（ｓｅｃｏｎｄ）」などの用語は、本明細書において様々な要素を説明するために使用されてよいが、これらの要素は、これらの用語により限定されるべきでないことを、理解されたい。これらの用語は、１つの要素を別の要素と区別するために使用されるのみである。例えば、第１の物体またはステップは、第２の物体またはステップと称される可能性があり、同様に、第２の物体またはステップは、本発明の範囲から逸脱することなく、第１の物体またはステップと称され得る。第１の物体またはステップおよび第２の物体またはステップはいずれも、物体またはステップであるが、同じ物体またはステップと見なされない。さらに、本明細書において使用される場合、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、既定された特徴、完全体、ステップ、動作、要素、および／または、コンポーネントの存在を特定するが、１つ以上の他の特徴、完全体、ステップ、動作、要素、コンポーネント、および／または、それらの群の存在または追加を除外しない。さらに、本明細書において使用される場合、「の場合（ｉｆ）」という用語は、「際に（ｗｈｅｎ）」または「すると（ｕｐｏｎ）」または「判定することに応答して（ｉｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ）」または「検出することに応答して（ｉｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ）」を意味すると、文脈に応じて解釈されてよい。

以降に規定される、すべての物理的な特性は、他に指定されない限り、セ氏２０°〜２５°で測定される。「室温（ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）」という用語は、他に指定されない限り、セ氏２５°を指す。

本明細書において任意の数値範囲の値に言及する場合、そのような範囲は、規定された範囲の最小値と最大値との間のあらゆる数および／または分数を含むと理解される。例えば、０．５〜６％の範囲は、０．６％、０．７％、および、０．９％のすべての中間値、５．９５％、５．９７％、および、５．９９％までの、それらを含むすべての値を明白に含む。同様のことが、他に明示されない限り、本明細書に明記される各々の他の数値特性および／または要素範囲に適用される。

ここで、一部の実施形態による処理手順、方法、技術、および、ワークフローに注目する。本明細書に開示される処理手順、方法、技術、および、ワークフローにおける一部の動作は組み合わされてよく、および／または、いくつかの動作の順番は変更されてよい。

１つの実施形態において、ピン駆動型印字ヘッドは、付加的な製造用途のために粘度が高い材料を排出するよう構成される。

材料は、エンジニアリングポリマーまたは感光性樹脂など、粘度が高い材料を含んでよい。他の実施形態において、材料２００は、半田ペースト、接着剤、食品化合物、および、他の粘度が高い材料を含んでよい。例えば、排出される材料は、２３０℃の温度で５００，０００ｃＰ以上の粘度を有するＡＢＳエンジニアリングポリマーを含んでよい。

他の実施形態において、ピン駆動型印字ヘッドは、高温で粘度の高い材料を排出してよい。例えば、高温で排出される材料は、１０，０００ｃＰ以上または５０，０００ｃＰ以上の粘度を有してよい。別の実施形態において、排出される材料は、５００，０００ｃＰ以上の粘度を有してよい。

図１は、１つの実施形態におけるピン駆動型印字ヘッドを図示する。図１に図示されるように、ピン駆動型印字ヘッドは、開口部１１０、チャンバ１２０、チャネル１３０、ピンチャンバ１４０、および、駆動ピン１５０を含んでよい。

開口部１１０は印字ヘッド１００の本体において規定されてよく、印字ヘッド１００は１つ以上の開口部１１０を含んでよい。他の実施形態において、印字ヘッド１００は、１つ以上の開口部１１０を規定する開口プレートを含んでよい。一部の実施形態において、開口部は相互に１ｍｍ離される。開口部１１０は、５０〜８００ミクロン（μｍ）の直径を有してよい。別の実施形態において、開口部１１０は、１２５〜５００ミクロンまたは１５０〜３００ミクロンの直径を有してよい。

開口部１１０の直径および奥行きは、排出される材料２００にしたがって既定されてよい。例えば、開口部１１０は、約２００μｍの直径を有する材料２００の滴を排出するよう構成されてよい。１つの実施形態において、開口部１１０は、１００μｍ〜３００μｍの直径を有する材料２００の滴を排出するよう構成されてよい。別の実施形態において、開口部１１０は、５０μｍ以上の直径を有する材料２００の滴を排出するよう構成されてよい。

チャンバ１２０は印字ヘッドの本体内に規定されてよく、印字ヘッド１００は１つ以上のチャンバ１２０を含んでよい。例えば、印字ヘッド１００は、１つ以上のチャンバ１２０を含んで異なる種類の材料２００を保持してよく、印字ヘッド１００は、異なる種類の材料２００を、材料２００の排出／印刷中に開口部１１０を介して混合するよう構成されてよい。例えば、物体を印刷する際、印字ヘッド１００は、異なる材料２００の滴が組み入れられている１つの材料２００の滴を排出してよい。一部の実施形態において、様々な材料２００で作成された物体は、使用される２つ以上の材料２００の中間または平均の機械的または光学的特性を有してよい。１つの実施形態において、チャンバ１２０は、排出される単一の材料２００を保持するよう構成される。別の実施形態において、複数のチャンバ１２０は、排出される複数の材料２００を保持する。

印字ヘッド１００は、異なる色の材料２００を保持し、開口部１１０から排出される材料２００の色を混合して最終的な３Ｄ印刷製品の色を調整するよう構成されてよい。同様に、印字ヘッド１００は、異なる材料特性を有する材料２００を保持し、開口部１１０から排出される際に材料２００を組み合わせて３Ｄ印刷製品の最終的な特性を調整するよう構成されてよい。

材料２００は、圧力下で保持され材料２００の排出を容易にしてよい。例えば、チャンバ１２０は、圧力下で排出される材料２００を保持して、材料２００が開口部１１０へ容易に流れるよう構成されてよい。一部の実施形態において、１００ｐｓｉの圧力により、１００，０００ｃＰの材料２００がチャネル１３０を介して開口部１１０の中へ流れることができ、１０００Ｈｚ程度の発射周波数を確保するのがよい。他の実施形態において、チャンバ１２０内の材料２００に印加される圧力は、材料２００の粘度、所望の発射周波数、および／または、開口部１１０および／またはチャネル１３０を含む印字ヘッド１００のコンポーネントの寸法にしたがって調整されてよい。１つの実施形態において、印字ヘッド１００は、材料２００を５０ｐｓｉ〜１５０ｐｓｉの圧力で保持するよう構成される。別の実施形態において、印字ヘッド１００は、材料２００を少なくとも２５ｐｓｉの圧力で保持するよう構成される。

材料２００は高温で保持されてよく、材料２００の排出を容易にする。例えば、チャンバ１２０は、材料２００を１００℃以上で保持し、材料２００が開口部１１０へ容易に流れるよう構成されてよい。別の実施形態において、印字ヘッド１００は、材料を２００℃以上または３００℃以上まで加熱するよう構成されてよい。

チャネル１３０は印字ヘッド１００の本体内に規定されてよく、印字ヘッド１００は１つ以上のチャネル１３０を含んでよい。１つの実施形態において、チャネル１３０は、排出される材料２００を開口部１１０内へ向かわせるよう構成されてよい。チャネル１３０の寸法は、排出される材料２００の特徴にしたがって調整されてよい。

図１が１つの実施形態にしたがって印字ヘッドの構成を図示する一方で、印字ヘッド１００の他の構成も可能である。例えば、図２〜図３は、印字ヘッド１００の他の可能な構成を図示する。図２に図示されるように、印字ヘッド１００は、材料２００を複数の開口部１１０へ別個のチャネル１３０を介して提供する単一のチャンバ１２０を有するよう構成されてよい。代替的に、図３に図示されるように、印字ヘッド１００は、材料２００を複数の開口部１１０へ単一のチャネル１３０を介して提供する単一のチャンバ１２０を有するよう構成されてよい。図２に図示される実施形態は、チャネル１３０における材料２００の流れ抵抗を削減してよく、または、チャネル１３０における材料２００に対する圧力損失を最小化してよく、および、粘度が非常に高い材料２００に対する高い流動率を可能にしてよい。

一部の実施形態において、各開口部１１０は、関連付けられる駆動ピン１５０を有して材料を開口部１１０内へ排出し、各駆動ピン１５０は、駆動ピン１５０の動きを案内するよう構成されるピンチャンバ１４０内へ移動してよい。

ピンチャンバ１４０は印字ヘッド１００の本体内に規定されてよく、印字ヘッド１００は１つ以上のピンチャンバ１４０を含んでよい。１つの実施形態において、ピンチャンバ１４０は、駆動ピン１５０を開口部１１０内へ案内するよう構成される。他の実施形態において、ピンチャンバ１４０は、駆動ピン１５０をチャネル１３０の少なくとも一部分を介して開口部１１０内へ案内する。図１に図示されるように、ピンチャンバ１４０は段階的な構成を有してよく、駆動ピンの段階的な構成と一致させ、駆動ピン１５０の動きを制限し、密閉部１４５をピンチャンバ１４０の地点に提供する。別の実施形態において、密閉部１４５は、ピンチャンバ１４０と駆動ピン１５０との間の直径公差により提供されてよい。例えば、図２〜図３に図示されるように、ピンチャンバ１４０と駆動ピン１５０との間の空間は、粘度の高い材料２００がピンチャンバ１４０に入るのを防ぎながら、駆動ピン１５０が容易に動けるよう選択されてよい。

駆動ピン１５０は、ピンチャンバ１４０および開口部１１０内へ移動してよい。例えば、駆動ピン１５０は、電磁石、圧電デバイス、または、他のドライバ機構を介して移動されてよい。駆動ピン１５０は、材料２００を印字ヘッド１００からチャネル１３０および／または開口部１１０内へ押し出すよう構成されてよい。

１つの実施形態において、印字ヘッド１００の発射サイクルは、駆動ピン１５０の移動により規定される。例えば、図１に図示されるように、発射サイクルは、駆動ピン１５０が閉位置「Ａ」の状態で開始してよい。駆動ピン１５０は開口部１１０内に配置されてよく、材料２００の開口部１１０内への任意の大きな流れを阻止してよい。その後、駆動ピンは開位置「Ｂ」内へ移動してよく、駆動ピン１５０を開口部１１０内から格納して、材料２００の開口部１１０内への流れを許容する。一部の実施形態において、駆動ピン１５０は、開口部１１０内へ流れる材料の量を制御するよう部分的に格納するのみであってよい。最終的に、駆動ピン１５０は閉位置「Ｃ」内へ戻り、発射サイクルを完了してよい。図１に図示されるように、閉位置内へ移動し、駆動ピン１５０は、開口部１１０内の材料２００を印字ヘッド１００から押し出してよい。図８に図示されるように、駆動ピン１５０は、開口部１１０の外表面を通過して材料２００を開口部１１０内へ事前に排出してよい。

一部の実施形態において、駆動ピン１５０はワイヤとして具現化されてよい。例えば、駆動ピン１５０は、２００〜３００ミクロン（μｍ）の直径を有する、ステンレス鋼またはタングステンなどの金属ワイヤであってよい。１つの実施形態において、駆動ピン１５０は１００μｍ〜５００μｍの直径を有する。

駆動ピン１５０は、ピンチャンバ１４０および開口部１１０を通過して材料２００を排出するよう構成されてよい。駆動ピン１５０が材料２００を排出するために進む距離は、印字ヘッド１００の構成および／または材料２００の特徴に依存してよい。例えば、駆動ピンは発射サイクル中に１．５ｍｍ以下の距離を移動するよう構成されてよい。１つの実施形態において、駆動ピンは発射サイクル中に１．０ｍｍ以下の距離を移動してよい。別の実施形態において、駆動ピン１５０は０．５ｍｍ以下の距離を移動してよい。さらに別の実施形態において、駆動ピン１５０は０．４ｍｍ〜０．５ｍｍ移動してよい。

駆動ピン１５０は、秒速１メートル（Ｍ／ｓ）以上の速度で移動してよい。１つの実施形態において、駆動ピンは発射サイクル中に約２Ｍ／ｓ以上の速度で移動してよい。別の１つの実施形態において、駆動ピンは発射サイクル中に５Ｍ／ｓ以上の速度で移動してよい。一部の実施形態において、駆動ピンは２０Ｍ／ｓｅｃ^２以上の割合で減速され、粘着性材料がピンの端部から容易に排出されるようにしてよい。例えば、一部の実施形態において、駆動ピン１５０の減速は、急ブレーキの使用または駆動ピン１５０の動きを急に止める他の要素の使用を介して、容易になってよい。

駆動ピン１５０は、約１０００Ｈｚの発射周波数を達成するよう構成されてよい。１つの実施形態において、駆動ピン１５０の発射周波数は５００Ｈｚ〜１５００Ｈｚの間である。別の実施形態において、駆動ピン１５０の発射周波数は１００Ｈｚ〜２０００Ｈｚの間である。

１つの実施形態において、駆動ピン１５０は、ＦＤＴＳまたはＴｅｆｌｏｎなど接着力の低い材料または塗装膜を含み、材料２００の駆動ピン１５０への接着力を弱めてよい。

印字ヘッド１００は印刷される物体の表面から離されてよく、印字ヘッド１００から排出される材料２００は、表面へ向かって進みながら開口部１１０から排出される際に浮揚する。別の実施形態において、印字ヘッド１００は印刷される物体の表面と近接し、駆動ピン１５０は、開口部１１０から印刷される物体の表面へ排出される材料を運ぶ。

図４は、１つの実施形態におけるアクチュエータモジュールを有するピン駆動型印字ヘッドを図示する。図４に図示されるように、印字ヘッド１００は、材料２００を排出するための開口部１１０（図示せず）、排出される材料２００を保持するためのチャンバ１２０、複数の駆動ピン１５０、および、複数のアクチュエータモジュール３００を含んでよい。複数のチャンバ１２０が印字ヘッド１００内へ組み込まれる可能性があり、各チャンバ１２０は異なる材料を複数の開口部１１０へ搬送し得る。

アクチュエータモジュール３００は、駆動ピン１５０の印字ヘッド１００内での動きを駆動するために使用されてよい。一部の実施形態において、アクチュエータモジュール３００は、駆動ピン１５０の１つの端部と接続される電磁アクチュエータとして具現化されてよく、駆動ピン１５０を印字ヘッド１００内で移動させるよう構成されてよい。

他の実施形態において、アクチュエータモジュール３００は、ソレノイド、アクチュエータアームを引き付ける電磁石、圧電アクチュエータの積層アレイ、または、駆動ピン１５０の動きを駆動する他の機構として、具現化されてよい。積層された圧電アクチュエータは高い信頼性を提示し、屈曲部は積層された圧電アクチュエータからの動きを増幅するために使用され得る。例えば、図５Ａに図示されるように、アクチュエータモジュール３００は、積層された圧電アクチュエータ３１０および動き増幅のための屈曲部３２０を含んでよい。図５Ｂに図示されるように、アクチュエータモジュール３００は、電磁石３７０および駆動ピン１５０を駆動する旋回アーム３８０を含んでよい。旋回アーム３８０は、電磁石３７０と近接する回転軸３８５で位置づけられる可能性があり、結果として、小さい隙間および強い電磁引力をもたらし、旋回アーム３８０の長さは、駆動ピン１５０が取り付けられる端部で動きの増幅を提供する。

一部の実施形態における印字ヘッド１００の群の構成および／またはアクチュエータモジュール３００の構成は、印字ヘッド１００を利用する３Ｄ印刷システムの濃度または解像度全体が向上するよう修正されてよい。例えば、図６〜図７は、アクチュエータモジュールを有するピン駆動型印字ヘッドの異なる構成を図示する。

図６に図示されるように、２つの印字ヘッド１００の各々が向かい合って配置され、向かい合う開口部１１０の間にハーフピッチの空間を有する印刷アレイ５００全体を作成するよう互い違いに配置されてよい。一部の実施形態において、印刷アレイ５００は、通路間で指標化され解像度全体を向上させ得る。

他の実施形態において、駆動ピン１５０は、ファンのような構成で配置されて印字ヘッド１００の排出開口部の解像度または密度を向上させてよい。例えば、図７に図示されるように、複数の駆動ピン１５０は、傾斜して各アクチュエータモジュール３００から開口部１１０を有する印字ヘッド１００の収束エリアまで延びる。一部の実施形態において、印字ヘッド１００は、駆動ピン１５０を案内して座屈または屈曲を防ぐガイドを含む。ガイドは成形または機械加工されてよく、または、印字ヘッド１００上に形成されてよい。

一部の実施形態によると、印字ヘッド１００により排出される材料２００の量は、駆動ピン１５０の動きにしたがって制御されてよい。例えば、駆動ピン１５０を開口部１１０および／またはチャネル１３０から格納することにより作成される空所内へ流れる材料の量は、駆動ピン１５０が格納位置に留まる時間に依存してよい。

図８は、材料排出のモデルを図示する。図８に図示されるように、駆動ピン８００を開口部エリア８１０から格納することにより、最初に空所８２０を作成する。その後、排出される材料８３０は空所８２０内へ流れ、それにより、開口部エリア８１０から駆動ピン８００の動きにより排出される。駆動ピン８００は、空所８２０が部分的に満たされているのみであっても、材料８３０を排出してよい。

一部の実施形態において、駆動ピン８００の格納と元に戻る動きとの間の期間により、材料８３０により満たされる空所８２０の割合が判定される。他の実施形態において、さらに、温度、粘度、および、材料８３０の他の特徴により、駆動ピン８００の動きの間に満たされる空所８２０の割合が判定される。したがって、一部の実施形態において、駆動ピン８００の動きは、排出される材料８３０のサイズまたは量を調整するよう制御されてよい。他の実施形態において、個々の駆動ピン８００のタイミングは、排出される材料８３０の量を正規化する方法として調整されてよい。すなわち、駆動ピン８００のタイミングは、群の中のすべての駆動ピン８００が一定または同等の量の材料８３０を排出するよう調整されてよい。

１つの実施形態において、駆動ピン８００が材料８３０を排出するために移動する速度により、材料８３０を排出する速度が判定されてよい。速い排出速度は３Ｄ印刷動作中に滴の配置を最小化するのに役立ち、一方で遅い排出速度は、材料８３０が排出動作中に、より球状の滴へ合体することを許容する。

図１に関して、チャネル１３０内へ広がる可能性がある、開口部１１０が材料２００で再び満たされる範囲は、駆動ピン１５０の格納（開位置）と駆動ピン１５０の発射（閉位置）との間の期間により判定され得る。駆動ピン１５０が開位置に長期間あることにより、チャネルを完全に満たすことが可能となり、排出される材料の量が最大になる。期間が短いと部分的に再び満たされるだけであり、排出される材料の量は再び満たされる割合に依存する。したがって、このタイミングの差は、排出される材料２００の可変の滴サイズを作成するために使用され得る。一部の実施形態において、この変動は、各開口部の滴サイズを「正規化」すると共に、グレースケールを作成するために使用され得る。

１つの実施形態において、印字ヘッド１００は、印刷される物体の表面から１ｍｍ〜１０ｍｍ離れている。別の実施形態において、印字ヘッド１００から排出される材料２００の滴は、堆積する前に０．５ｍｍ〜１０ｍｍ進む。

Claims (25)

1. 材料が排出される複数の開口部と、
   １００℃以上の高温で排出される前記材料を保持する少なくとも１つのチャンバと、
   前記少なくとも１つのチャンバを前記複数の開口部と接続する複数のチャネルと、
   前記複数の開口部へ入り前記材料の滴を前記複数の開口部から排出するための複数の駆動ピンと、
   を備える、ピン駆動型印字ヘッドであって、
   前記印字ヘッドは高温で１０，０００ｃＰ以上の粘度を有する材料を排出するよう構成され、
   前記少なくとも１つのチャンバは、前記材料を０．１７Ｍｐａ以上の圧力で保持するように構成され、前記複数の駆動ピンの発射周波数を１００Ｈｚ〜２０００Ｈｚの間に確保する、ピン駆動型印字ヘッド。
2. 第１の開位置において、前記複数の駆動ピンにより材料が関連付けられた開口部内へ入ることが可能となり、第２の閉位置において、前記複数の駆動ピンは関連付けられたチャネル内の材料が前記関連付けられた開口部へ入ることを阻止し、一方で同時に前記関連付けられた開口部へ入り前記材料を排出する、請求項１に記載の印字ヘッド。
3. 前記複数の駆動ピンの各々の前記第１の開位置における持続時間により、排出される前記材料の滴の量が判定される、請求項２に記載の印字ヘッド。
4. 各開口部は、１００μｍ〜３００μｍの直径を有する材料の滴を排出するよう構成され、前記複数の駆動ピンの前記発射周波数は、５００Ｈｚ〜１５００Ｈｚの間である、請求項２に記載の印字ヘッド。
5. 前記第２の閉位置において、前記複数の駆動ピンの各々は、前記開口部の外表面を規定する平面を通過して突き出す、請求項２に記載の印字ヘッド。
6. 前記複数の駆動ピンの動きを案内する複数のピンチャンバをさらに備える、請求項１に記載の印字ヘッド。
7. 前記複数の駆動ピンを移動させる複数のアクチュエータモジュールをさらに備え、前記複数の駆動ピンは、秒速１メートル（Ｍ／ｓ）以上の速度で移動し、２０Ｍ／ｓｅｃ^２以上の割合で減速される、請求項１に記載の印字ヘッド。
8. 前記複数のアクチュエータモジュールは、電磁アクチュエータおよび圧電アクチュエータのうちの少なくとも１つを備え、前記複数の駆動ピンは５Ｍ／ｓ以上の速度で移動する、請求項７に記載の印字ヘッド。
9. 前記少なくとも１つのチャンバは、２００℃以上の高温で排出される前記材料を保持し、前記材料は、２００℃で５０，０００ｃＰ以上の粘度を有するエンジニアリングポリマーである、請求項８に記載の印字ヘッド。
10. 前記材料は、２３０℃の温度で５００，０００ｃＰ以上の粘度を有する、請求項９に記載の印刷ヘッド。
11. 前記少なくとも１つのチャンバは、０．３４ＭＰａ〜１．０２ＭＰａの圧力で前記材料を保持するよう構成される、請求項１に記載の印字ヘッド。
12. 前記少なくとも１つのチャンバは、３００℃以上の高温で前記材料を保持するよう構成される、請求項１０に記載の印字ヘッド。
13. 前記少なくとも１つのチャンバは複数のチャンバを備え、前記複数のチャンバの各々１つが前記複数の開口部の１つ以上と関連付けられ、前記複数のチャンバの各々１つが材料を前記関連付けられた開口部へ提供する、請求項１に記載の印字ヘッド。
14. 前記複数のチャンバは複数の異なる材料を保持し、各チャンバは材料を前記関連付けられた開口部へ提供する、請求項１３に記載の印字ヘッド。
15. 前記複数のアクチュエータモジュールは、前記少なくとも１つのチャンバ、前記複数の開口部、および材料から離され、それにより、前記少なくとも１つのチャンバ、前記複数の開口部、および材料を、前記複数のアクチュエータモジュールより高い温度まで加熱することができる、請求項７に記載の印字ヘッド。
16. 前記複数の駆動ピンは金属ワイヤを備える、請求項１に記載の印字ヘッド。
17. 前記複数の駆動ピンは、低接着力の塗装膜で被覆され、排出された前記材料の前記複数の駆動ピンの先端からの分離を容易にする、請求項１に記載の印字ヘッド。
18. 前記複数の駆動ピンの動きを案内する複数のピンチャンバをさらに含み、前記複数の駆動ピンは、段階的な構成を有し、前記複数のピンチャンバは、前記複数の駆動ピンの段階的な構成に係合して前記複数の駆動ピンの動きを止めるよう構成される、請求項７に記載の印字ヘッド。
19. 前記複数の駆動ピンの動きを案内する複数のピンチャンバをさらに含み、前記複数の駆動ピンは、段階的な構成を有し、前記複数のピンチャンバは、前記複数の駆動ピンの段階的な構成に係合して密閉部を提供するよう構成される、請求項７に記載の印字ヘッド。
20. 前記複数の開口部の各々は、前記複数のアクチュエータモジュールのうちの１つと関連付けられ、前記複数のアクチュエータモジュールは、関連付けられる開口部間の空間よりも離れた距離だけ互いに離されている、請求項７に記載の印字ヘッド。
21. 前記複数の駆動ピンの各々１つのタイミングは、前記複数の駆動ピンの各々１つにより排出される前記材料の滴が一定のサイズであるよう制御される、請求項３に記載の印字ヘッド。
22. 前記第１の開位置における前記複数の駆動ピンの各々１つの持続時間は、排出される前記材料の滴のサイズが多様であり得るよう制御される、請求項２に記載の印字ヘッド。
23. 前記印字ヘッドは、排出された前記材料の滴が前記開口部から印刷される物体の表面へ進む際に浮揚するよう、排出された前記材料の滴を受ける前記表面から離される、請求項１に記載の印字ヘッド。
24. 前記印字ヘッドは、前記複数の駆動ピンが排出された前記材料の滴を印刷される物体の表面へ運ぶよう、排出された前記材料の滴を受ける前記表面の近くに離される、請求項１に記載の印字ヘッド。
25. 前記複数のアクチュエータは、前記複数のアクチュエータの動きを増幅するレバーアームまたは屈曲部のうちの１つを介して前記複数の駆動ピンを駆動する、請求項７に記載の印字ヘッド。
    

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