JP6634485B2

JP6634485B2 - ３ｄ印刷法およびそれを用いた３ｄ印刷装置

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Publication number: JP6634485B2
Application number: JP2018149121A
Authority: JP
Inventors: 裕傑楊
Original assignee: XYZ Printing Inc
Current assignee: XYZ Printing Inc
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2018-08-08
Publication date: 2020-01-22
Anticipated expiration: 2038-08-08
Also published as: US20190091897A1; CN109571960A; EP3461618B1; US10875215B2; ES2834069T3; JP2019064252A; EP3461618A1

Description

本発明は、印刷法および印刷装置に関するものであり、特に、３Ｄ印刷法およびそれを用いた３Ｄ印刷装置に関するものである。

最新の３Ｄ印刷機は、専用の印刷フィラメントを備えている。製造業者は、印刷を行う前に、専用フィラメントをテストして、各専用印刷フィラメントに適した印刷温度（例えば、プリントヘッドの加熱温度）または供給速度等のパラメータを決定する。しかしながら、材料の固有特性により、フィラメントの特性は、保存時間に伴い変化する；したがって、製造業者が行った試験から得られるフィラメントの特性は、ユーザーが行った実際の印刷操作に適した最適印刷パラメータではなくなる。

時間の他に、３Ｄ印刷機を使用する環境も最適印刷パラメータに影響を与える。例えば、印刷フィラメントは、同じ３Ｄ印刷機と印刷フィラメントが天候が暑いまたは寒い異なる領域で使用された時に、異なる速度で冷却するため、最適印刷パラメータまたは供給速度は、同じではない。また、前もって印刷パラメータがわかっている印刷フィラメントをユーザーが使用しなかった時、不適切な印刷温度によって印刷品質が大幅に下がる可能性がある。使用中の印刷温度が高すぎる場合、材料が滴り落ちたり、垂れ下がったりする問題があり；使用中の印刷温度が低すぎる場合、材料がスムーズに供給されなかったり、詰まったりする問題がある。

したがって、３Ｄ印刷の技術分野において、使用中に最適印刷パラメータを決定することのできる方法があれば、その方法で決定された印刷パラメータを使用することにより、印刷品質を大幅に改善することができる。

本発明は、より優れた３Ｄ印刷パラメータを決定して印刷を行うことができ、任意の印刷可能なフィラメントに適用可能であり、且つ印刷品質を向上させることもできる３Ｄ印刷法およびそれを用いた３Ｄ印刷装置に関するものである。

本発明の１つの実施形態において、３Ｄ印刷装置に用いる３Ｄ印刷法は、ターゲット温度およびターゲット供給速度を含む印刷パラメータを用いて材料を供給するステップと；印刷パラメータを調整して、単位長さ毎に印刷フィラメントに提供される熱エネルギーを変更するステップと、調整した印刷パラメータに基づいて、ターゲット供給速度が実際の供給速度と適合するかどうかを決定し、判断結果を取得するステップと、調整した印刷パラメータおよび判断結果に基づいて、複数のターゲット温度と複数のターゲット供給速度の間の対応関係を取得するステップと、対応関係に基づいて、印刷パラメータを設定するステップとを含む。

本発明の１つの実施形態において、３Ｄ印刷装置は、供給素子と、コントローラとを含む。供給素子は、熱エネルギーを印刷フィラメントに提供して、材料を供給する。コントローラは、供給素子に結合され、印刷パラメータを設定して、設定した印刷パラメータに基づいて材料を供給するよう供給素子を制御する。印刷パラメータは、ターゲット温度およびターゲット供給速度を含む。コントローラは、印刷パラメータを調整して、供給素子が単位長さ毎に印刷フィラメントに提供する熱エネルギーを変更し、調整した印刷パラメータに基づいて、ターゲット供給速度が供給素子の実際の供給速度と適合するかどうかを決定し、判断結果を取得する。また、コントローラは、調整した印刷パラメータおよび判断結果に基づいて、複数のターゲット温度と複数のターゲット供給速度の間の対応関係を取得するとともに、取得した対応関係に基づいて、印刷パラメータを設定し、印刷を行う。

以上のように、本発明の実施形態における３Ｄ印刷法および３Ｄ印刷装置は、実際の印刷前に前もって材料を供給して試験を行うことにより、使用中の印刷フィラメントが現在の環境でスムーズに材料を供給するのに必要なターゲット温度およびターゲット供給速度の間の対応関係を取得し、且つ取得した対応関係を使用して、印刷を行うことができる。このように、物体の印刷時にどの種類のフィラメントを使用するかに関わらず、優れた印刷品質が得られる。

本発明の上記および他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。

添付図面は、本発明の原理がさらに理解されるために含まれており、本明細書に組み込まれ、且つその一部を構成するものである。図面は、本発明の実施形態を例示しており、説明とともに、本発明の原理を説明する役割を果たしている。

本発明の１つの実施形態に係る３Ｄ印刷装置の概略的ブロック図である。本発明の１つの実施形態に係る３Ｄ印刷法のフローチャートである。本発明の１つの実施形態に係る３Ｄ印刷法の概略図である。

以下、添付の図面を例として、本発明の実施形態を詳細に説明する。各図面および関連説明において、同一または類似する構成要素には、同一の参照番号を使用する。

図１は、本発明の１つの実施形態に係る３Ｄ印刷装置の概略的ブロック図である。

図１を参照すると、本実施形態において、３Ｄ印刷装置１００は、供給素子１１０と、保存素子１３０と、コントローラ１５０と、少なくとも１つのセンサー１７０とを含み、コントローラ１５０は、供給素子１１０、保存素子１３０、および少なくとも１つのセンサー１７０に結合され、各センサー１７０は、供給素子１１０に結合される。

本実施形態において、供給素子１１０は、例えば、動力源（例えば、モータ）と、少なくとも１つの輸送車輪と、プリントヘッドとを含む。詳しく説明すると、材料を供給する時、供給素子１１０は、例えば、動力源および少なくとも１つの輸送車輪を使用して、印刷フィラメントをプリントヘッドに輸送する。プリントヘッドは、印刷フィラメントを加熱して、プリントヘッドから溶けた印刷フィラメントを放射し、供給動作を完了させる。

保存素子１３０は、例えば、任意の種類の固定された、または移動可能なランダムアクセスメモリ（random access memory, RAM）、読み取り専用メモリ（read-only memory, ROM）フラッシュメモリ（flash memory）、または他の類似する素子、またはその組み合わせである。１つの実施形態において、保存素子１３０は、データベースに任意の形式の必要なデータを記録するために使用されるが、本発明はこれに限定されない。

コントローラ１５０は、例えば、中央処理装置（central processing unit, CPU）、または他のプログラム可能な一般用途または特殊用途マイクロプロセッサ（microprocessor）、デジタル信号プロセッサ（digital signal processor, DSP）、プログラマブルコントローラ（programmable controller）、特定用途向け集積回路（application-specific integrated circuit, ASIC）、プログラム可能論理デバイス（programmable logic devices, PLD）、または他の類似する装置、またはその組み合わせである。

本実施形態において、コントローラ１５０は、ターゲット温度およびターゲット供給速度を含む印刷パラメータを設定し、設定した印刷パラメータに基づいて、材料を供給するよう供給素子１１０を制御する。例えば、コントローラ１５０が印刷パラメータを設定した後、供給素子１１０は、例えば、印刷パラメータのターゲット温度に基づいて、プリントヘッドを加熱するとともに、ターゲット供給速度に基づいて、モータの回転速度を制御し、印刷フィラメントの輸送速度を変更する。

本実施形態において、少なくとも１つのセンサー１７０は、感知信号を生成するため、コントローラ１５０は、感知信号に基づいて、設定したターゲット供給速度が供給素子１１０の実際の供給速度と適合するかどうかを判断することができる。しかしながら、本発明は、少なくとも１つのセンサー１７０の種類、構成、および位置を限定しない。

１つの実施形態において、少なくとも１つのセンサー１７０は、例えば、回転速度を検出するために使用されるエンコーダディスク（encoder disk）センサーであり、供給素子１１０の少なくとも１つの輸送車輪に結合され、少なくとも１つの輸送車輪の回転速度を検出して、回転速度の感知信号を取得する。そのため、コントローラ１５０は、例えば、直接、回転速度の感知信号に基づいて、材料を供給する実際の速度を計算し、実際の速度とターゲット供給速度の間の差が所定の閾値よりも大きいかどうかを判断する。大きい場合は、ターゲット供給速度が実際の供給速度と適合しないことを示し、大きくない場合は、ターゲット供給速度が実際の供給速度と適合することを示す。

１つの実施形態において、少なくとも１つのセンサー１７０は、例えば、供給素子１１０の動力源（例えば、モータ）に直接結合され、動力源の回転速度または輸送速度が変化したかどうかを感知する。そのため、ターゲット供給速度が実際の供給速度と適合する時、動力源を同じ回転速度または輸送速度で継続して作動させる。この時、センサー１７０が感知した感知信号は、変化しない。しかしながら、ターゲット供給速度が実際の供給速度と適合しない時、材料が詰まっている可能性があるため、動力源の操作状態を変更する。同時に、感知信号も変化する。このように、コントローラ１５０が少なくとも１つのセンサー１７０からの感知信号が変化したことを検出した時、ターゲット供給速度が実際の供給速度と適合しないと判断することができる。

つまり、本発明は、少なくとも１つのセンサー１７０を限定しないだけでなく、ターゲット供給速度が実際の供給速度と適合しないと判断した時の特定の実施形態も限定しない。材料が詰まっているかどうか、あるいは予期された、または予期されない供給エラーが発生したかどうかを決定できる限り、本分野における技術者であれば、関連知識に基づいて実施することができる。そのため、ここでは詳しい説明を省略する。

３Ｄ印刷装置１００のコントローラ１５０は、例えば、印刷ファイルを読み出して、３Ｄ物体を印刷するよう供給素子１１０のプリントヘッドの位置を制御する。本実施形態において、３Ｄ印刷装置１００が使用する３Ｄ印刷法は、さらに、３Ｄ物体を印刷する前に、まず、印刷フィラメントに対して試験を行って、３Ｄ物体の印刷に使用される３Ｄ印刷パラメータを決定することのできる校正機能を有する。

図２は、本発明の１つの実施形態に係る３Ｄ印刷法のフローチャートである。

図２を参照すると、コントローラ１５０は、まず、印刷パラメータを設定して、材料を供給するよう供給素子１１０を制御し（ステップＳ２１０）、材料を供給しながら印刷パラメータを調整して、単位長さ毎に印刷フィラメントに提供される熱エネルギーを変更する（ステップＳ２２０）。続いて、コントローラ１５０は、調整した印刷パラメータに基づいて、ターゲット供給速度が実際の供給速度と適合するかどうかを判断し、判断結果を取得する（Ｓ２３０）。コントローラ１５０は、調整した印刷パラメータおよび判断結果に基づいて、複数のターゲット温度と複数のターゲット供給速度の間の対応関係を取得することができる（Ｓ２４０）。

（ターゲット温度を固定する）

１つの実施形態において、供給素子１１０が材料を供給する時、コントローラ１５０は、ターゲット温度を固定して、ターゲット供給速度を変更することにより、単位長さ毎に印刷フィラメントに提供される熱エネルギーを変更する。さらに詳しく説明すると、ターゲット供給速度が変更された時、プリントヘッドによって単位長さ毎に印刷フィラメントが加熱される時間も変更されるため、それにより、単位長さ毎に印刷フィラメントに提供される熱エネルギーを変更する。

例えば、コントローラ１５０は、ターゲット温度（例えば、プリントヘッドの温度）を２１０℃に固定するよう設定して、ターゲット供給速度を３ｍｍ／秒に設定し、特定の長さ（例えば、１０ｃｍ）の材料を供給する。供給プロセスの間、コントローラ１５０は、センサー１７０の感知信号に基づいて、ターゲット供給速度（すなわち、３ｍｍ／秒）が実際の供給速度と適合するかどうかを判断する。適合する場合、コントローラ１５０は、ターゲット温度を２１０℃に固定し、ターゲット供給速度を所定の値（例えば、１ｍｍ／秒）追加することによって４ｍｍ／秒に増やし、材料を特定の長さ（例えば、１０ｃｍ）供給する。同様にして、供給プロセスにおいて、コントローラ１５０は、センサー１７０の感知信号に基づいて、ターゲット供給速度（すなわち、４ｍｍ／秒）が実際の供給速度と適合するかどうかを判断する。このようにして、ターゲット供給速度が実際の供給速度と適合しないとコントローラ１５０が判断するまで、このプロセスを同様にして実行する。

ターゲット供給速度（例えば、６ｍｍ／秒）が実際の供給速度と適合しないとコントローラ１５０が判断した場合は、固定されたターゲット温度（例えば、２１０℃）においてターゲット供給速度が臨界値を超過していることを意味する。そのため、コントローラ１５０は、ターゲット温度が２１０℃で固定されているという条件の下で、実際の供給速度と適合する最も速いターゲット供給速度が５ｍｍ／秒であることを記録する。１つの実施形態において、コントローラ１５０は、ターゲット温度が２１０℃であるという条件の下で、対応するターゲット供給速度が５ｍｍ／秒であることを保存素子１３０に記録する。

同様にして、コントローラ１５０は、ターゲット温度（例えば、プリントヘッドの温度）を２２０℃に固定し、ターゲット供給速度を５ｍｍ／秒に設定し、材料を１０ｃｍ供給する。供給プロセスにおいて、コントローラ１５０は、センサー１７０の感知信号に基づいて、ターゲット供給速度（すなわち、５ｍｍ／秒）が実際の供給速度と適合するかどうかを判断する。適合する場合、コントローラ１５０は、ターゲット温度を２２０℃に固定し、ターゲット供給速度を所定の値（例えば、１ｍｍ／秒）追加することによって６ｍｍ／秒に増やし、材料を１０ｃｍ供給する。同様にして、供給プロセスにおいて、コントローラ１５０は、センサー１７０の感知信号に基づいて、ターゲット供給速度（すなわち、６ｍｍ／秒）が実際の供給速度と適合するかどうかを判断する。このようにして、ターゲット供給速度が実際の供給速度と適合しないとコントローラ１５０が判断するまで、このプロセスを同様にして実行する。

ターゲット供給速度（例えば、９ｍｍ／秒）が実際の供給速度と適合しないとコントローラ１５０が判断した場合は、固定されたターゲット温度（例えば、２２０℃）においてターゲット供給速度が臨界値を超過していることを意味する。そのため、コントローラ１５０は、ターゲット温度が２２０℃で固定されているという条件の下で、実際の供給速度と適合する最も速いターゲット供給速度が８ｍｍ／秒であることを記録する。１つの実施形態において、コントローラ１５０は、ターゲット温度が２２０℃であるという条件の下で、対応するターゲット供給速度が８ｍｍ／秒であることを保存素子１３０に記録する。

１つの実施形態において、コントローラ１５０は、さらに、ターゲット温度（例えば、プリントヘッドの温度）を２００℃に固定し、ターゲット供給速度を１ｍｍ／秒に設定し、材料を１０ｃｍ供給してもよい。供給プロセスにおいて、コントローラ１５０は、センサー１７０の感知信号に基づいて、ターゲット供給速度（すなわち、１ｍｍ／秒）が実際の供給速度と適合するかどうかを判断する。適合する場合、コントローラ１５０は、ターゲット温度を２００℃に固定し、ターゲット供給速度を所定の値（例えば、１ｍｍ／秒）追加することによって２ｍｍ／秒に増やし、材料を１０ｃｍ供給する。同様にして、供給プロセスにおいて、コントローラ１５０は、センサー１７０の感知信号に基づいて、ターゲット供給速度（すなわち、２ｍｍ／秒）が実際の供給速度と適合するかどうかを判断する。このようにして、ターゲット供給速度が実際の供給速度と適合しないとコントローラ１５０が判断するまで、このプロセスを同様にして実行する。

ターゲット供給速度（例えば、３ｍｍ／秒）が実際の供給速度と適合しないとコントローラ１５０が判断した場合は、固定されたターゲット温度（例えば、２００℃）においてターゲット供給速度が臨界値を超過していることを意味する。そのため、コントローラ１５０は、ターゲット温度が２００℃で固定されているという条件の下で、実際の供給速度と適合する最も速いターゲット供給速度が２ｍｍ／秒であることを記録する。１つの実施形態において、コントローラ１５０は、ターゲット温度が２００℃であるという条件の下で、対応するターゲット供給速度が２ｍｍ／秒であることを保存素子１３０に記録する。

上述した方法に基づいて、コントローラ１５０は、複数のターゲット温度に対応する複数のターゲット供給速度を取得することができる。言及すべきこととして、コントローラ１５０は、複数のターゲット温度と複数のターゲット供給速度の間の対応関係を保存素子１３０に記録するだけでなく、対応関係を確立する印刷フィラメントも保存素子１３０に記録する。また、上述した方法を同じように使用して、コントローラ１５０は、さらに、別の種類の印刷フィラメントを使用して、別の組み合わせの複数のターゲット温度と複数のターゲット供給速度の間の対応関係を見つけてもよく、その対応関係およびその対応関係を確立する印刷フィラメントも保存素子１３０に記録する。

そのため、１つの実施形態において、保存素子１３０は、複数の印刷フィラメントと、それぞれ記録した印刷フィラメントのうちの１つに対応する複数のターゲット温度と複数のターゲット供給速度の間の対応関係と、を記録する。このような設計により、物体を印刷する実際の操作において、異なる印刷フィラメントに基づいて異なる対応関係をロードすることにより、印刷パラメータを設定し、印刷を行うことができる。

（ターゲット供給速度を固定する）

上述した実施形態において、コントローラ１５０は、ターゲット温度を固定して、ターゲット供給速度を変更することにより、単位長さ毎に印刷フィラメントに提供される熱エネルギーを変更する。別の実施形態において、コントローラ１５０は、ターゲット供給速度を固定して、ターゲット温度を変更することにより、単位長さ毎に印刷フィラメントに提供される熱エネルギーを変更する。さらに詳しく説明すると、ターゲット温度が変更された時、プリントヘッドは、より高いエネルギーを使用して印刷フィラメントを加熱することにより、単位長さ毎に印刷フィラメントに提供される熱エネルギーを変更する。

例えば、コントローラ１５０は、ターゲット供給速度を５ｍｍ／秒に固定し、ターゲット温度を材料が継続的に供給され始める２５０℃の高温になるように設定して、供給プロセスの間、ターゲット温度を下げる。供給プロセスにおいて、コントローラ１５０は、センサー１７０の感知信号に基づいて、ターゲット供給速度（すなわち、５ｍｍ／秒）が実際の供給速度と適合するかどうかを判断する。適合する場合、ターゲット供給速度が実際の供給速度と適合しないとコントローラ１５０が判断するまで、コントローラ１５０は、ターゲット温度を下げ続ける。

ターゲット温度が２１０℃である条件において、ターゲット供給速度が実際の供給速度と適合しないとコントローラ１５０が判断した場合は、ターゲット供給速度が５ｍｍ／秒であるという条件の下で、ターゲット供給速度が実際の供給速度と適合した時、最も低いターゲット温度も約２１０℃である（またはそれよりもわずかに高い）ことを意味する。そのため、コントローラ１５０は、ターゲット供給速度を５ｍｍ／秒に固定した時のターゲット供給速度が実際の供給速度と適合する最も低いターゲット温度が２１０℃であることを記録する。１つの実施形態において、コントローラ１５０は、ターゲット供給速度が５ｍｍ／秒である時に、対応するターゲット温度が２１０℃であることを保存素子１３０に記録する。

同様にして、コントローラ１５０は、ターゲット供給速度を８ｍｍ／秒に固定し、ターゲット温度を材料が継続的に供給され始める２５０℃の高温になるように設定して、供給プロセスの間、ターゲット温度を下げる。供給プロセスにおいて、コントローラ１５０は、センサー１７０の感知信号に基づいて、ターゲット供給速度（すなわち、８ｍｍ／秒）が実際の供給速度と適合するかどうかを判断する。適合する場合、ターゲット供給速度が実際の供給速度と適合しないとコントローラ１５０が判断するまで、コントローラ１５０は、ターゲット温度を下げ続ける。

２２０℃の温度においてターゲット供給速度が実際の供給速度と適合しないとコントローラ１５０が判断した場合は、ターゲット供給速度が８ｍｍ／秒であるという条件の下で、ターゲット供給速度が実際の供給速度と適合した時の最も低いターゲット温度も約２２０℃である（またはそれよりもわずかに高い）ことを意味する。そのため、コントローラ１５０は、ターゲット供給速度を８ｍｍ／秒に固定した時に、ターゲット供給速度が実際の供給速度と適合する最も低いターゲット温度は２２０℃であることを記録する。１つの実施形態において、コントローラ１５０は、ターゲット供給速度が８ｍｍ／秒である時、対応するターゲット温度が２２０℃であることを保存素子１３０に記録する。

１つの実施形態において、コントローラ１５０は、さらに、ターゲット供給速度を２ｍｍ／秒に固定し、例えば、ターゲット温度を材料が継続的に供給され始める比較的速いターゲット供給速度（例えば、５ｍｍ／秒）に対応するターゲット温度（例えば、２１０℃）に設定して、供給プロセスの間、ターゲット温度を下げてもよい。供給プロセスにおいて、コントローラ１５０は、センサー１７０の感知信号に基づいて、ターゲット供給速度（すなわち、２ｍｍ／秒）が実際の供給速度と適合するかどうかを判断する。適合する場合は、ターゲット供給速度が実際の供給速度と適合しないとコントローラ１５０が判断するまで、コントローラ１５０は、ターゲット温度を下げ続ける。

２００℃の温度においてターゲット供給速度が実際の供給速度と適合しないとコントローラ１５０が判断した場合は、ターゲット供給速度が２ｍｍ／秒であるという条件の下で、ターゲット供給速度が実際の供給速度と適合した時の最も低いターゲット温度も約２００℃である（またはそれよりもわずかに高い）ことを意味する。そのため、コントローラ１５０は、ターゲット供給速度を２ｍｍ／秒に固定した時に、ターゲット供給速度が実際の供給速度と適合する最も低いターゲット温度は２００℃であることを記録する。１つの実施形態において、コントローラ１５０は、ターゲット供給速度が２ｍｍ／秒である時、対応するターゲット温度が２００℃であることを保存素子１３０に記録する。

上述した方法に基づいて、コントローラ１５０は、複数のターゲット温度に対応する複数のターゲット供給速度を取得することができる。言及すべきこととして、コントローラ１５０は、複数のターゲット温度と複数のターゲット供給速度の間の対応関係を保存素子１３０に記録するだけでなく、対応関係を確立する印刷フィラメントも保存素子１３０に記録する。また、同様にして、上述した方法を用いることにより、コントローラ１５０は、さらに、別の種類の印刷フィラメントを使用して、別の組み合わせの複数のターゲット温度と複数のターゲット供給速度の間の対応関係を見つけてもよく、その対応関係およびその対応関係を確立する印刷フィラメントも保存素子１３０に記録する。

そのため、１つの実施形態において、保存素子１３０は、複数の印刷フィラメントと、それぞれ記録した印刷フィラメントのうちの１つに対応する複数のターゲット温度と複数のターゲット供給速度の間の対応関係と、を記録する。このような設計により、物体を印刷する実際の操作において、異なる印刷フィラメントに基づいて異なる対応関係をロードすることにより、印刷パラメータを設定して、印刷を行うことができる。

図３は、本発明の１つの実施形態に係る３Ｄ印刷法の概略図である。

１つの実施形態において、コントローラ１５０は、例えば、固定された期間内に様々なターゲット温度で印刷フィラメントに提供することのできる熱エネルギーの比率関係をさらに計算する。図３を参照すると、２００℃のターゲット温度は、２ｍｍ／秒のターゲット供給速度に対応し、２１０℃のターゲット温度は、５ｍｍ／秒のターゲット供給速度に対応し、２２０℃のターゲット温度は、８ｍｍ／秒のターゲット供給速度に対応する。そのため、２１０℃の温度を基礎として設定し、供給素子１１０が２１０℃のターゲット温度で印刷フィラメントに提供することのできる熱エネルギーが毎秒Ｋであると仮定した場合、供給素子１１０が２００℃のターゲット温度で印刷フィラメントに提供することのできる熱エネルギーは、毎秒０．４Ｋであり（すなわち、「２ｍｍ／秒」を「５ｍｍ／秒」で割ると、得られる比率は０．４である）、供給素子１１０が２２０℃のターゲット温度で印刷フィラメントに提供することのできる熱エネルギーは、毎秒１．６Ｋである（すなわち、「８ｍｍ／秒」を「５ｍｍ／秒」で割ると、得られる比率は１．６である）。理解しやすくするため、コントローラ１５０が計算したデータを図３の左側にある座標図３００ａに示してある。

一方、さらに、実際の供給速度と適合する最も速いターゲット供給速度と供給素子１１０が毎秒印刷フィラメントに提供することのできる熱エネルギーが直線関係にあると仮定すると、その関係を図３の右側にある座標図３００ｂで示すことができる。詳しく説明すると、上記の仮定に基づき、ターゲット供給速度を１ｍｍ／秒に設定する必要がある場合、供給素子１１０は、印刷フィラメントに少なくとも０．２Ｋを提供して、ターゲット供給速度が実際の供給速度と適合する（例えば、材料が詰まらずに、またはアイドリングが発生せずに、スムーズに供給される）ようにしなければならない。ターゲット供給速度を２ｍｍ／秒に設定する必要がある場合、供給素子１１０は、印刷フィラメントに少なくとも０．４Ｋを提供して、ターゲット供給速度が実際の供給速度と適合するようにしなければならない。

言及すべきこととして、フィラメント材料の本来の特性により、またはフィラメント材料によって吸収される熱エネルギーが制限される（すなわち、フィラメント材料の熱エネルギーの吸収が飽和する）ことにより、座標図３００ａおよび３００ｂの関係曲線は、比較的高い温度で変化する。例えば、座標図３００ａにおける関数の切線傾斜（tangent slope）は、比較的高い温度においてターゲット温度が増加するにつれて減少し、あるいは座標図３００ｂにおける関数の切線傾斜は、供給速度が増加するにつれて増加する（図示せず）。ターゲット温度が比較的低い時、座標図３００ａの関数は、ほぼ直線関係であり、ターゲット温度がさらに高くなった時、座標図３００ａの関数は、例えば、ある特定の値に対して漸近的（asymptotical）である。上述した特定の値は、異なるフィラメント材料によって変化する。そのため、本発明はこれに限定されない。

したがって、ステップＳ２１０〜Ｓ２４０において、より多くの複数のターゲット温度および対応する複数のターゲット供給速度を取得した場合、使用中の印刷フィラメントに対応するより現実的で正確な対応関係を取得することが可能である。同様にして、実際の供給速度と適合する最も速いターゲット供給速度が供給素子１１０が毎秒印刷フィラメントに提供できる熱エネルギーと非直線関係にある場合、ステップＳ２１０〜Ｓ２４０において、より多くの複数のターゲット温度および対応する複数のターゲット供給速度を取得した時、現在使用中の印刷フィラメントに対応するより現実的で正確な対応関係を取得することが可能である。

図２を再度参照すると、コントローラ１５０が複数のターゲット温度と複数のターゲット供給速度の間の対応関係を取得した後、物体を印刷するプロセスにおいて、取得した対応関係に基づいて印刷パラメータを設定し、印刷を行う（Ｓ２５０）。１つの実施形態において、保存素子１３０は、複数の印刷フィラメントと、それぞれ記録した印刷フィラメントのうちの１つに対応する複数のターゲット温度と複数のターゲット供給速度の間の対応関係と、が記録される。３Ｄ印刷装置１００を使用して、特定の印刷ファイルに基づいて物体を印刷した時、コントローラ１５０は、例えば、現在使用中の印刷フィラメントに対応する複数のターゲット温度と複数のターゲット供給速度の間の対応関係を前もって保存素子１３０からロードする。

１つの実施形態において、コントローラ１５０は、印刷操作において、まず、印刷時に使用したい所望の供給速度を取得する。例えば、コントローラ１５０は、上述した対応関係を取得した後に印刷ファイルの内容を読み出して、印刷に使用したい所望の供給速度を計算し、あるいは、例えば、３Ｄ印刷装置１００の入力インターフェースを介してユーザーが入力した所望の供給速度を受信する。次に、予めロードした対応関係に基づいて、所望の供給速度に対応する印刷温度を計算する。このようにして、コントローラ１５０は、所望の供給速度を印刷パラメータのターゲット供給速度に設定し、印刷温度を印刷パラメータのターゲット温度に設定し、その印刷パラメータで印刷ファイルの内容に基づいて印刷することができる。

例えば、図３の実施形態において対応関係を予めロードした後、コントローラ１５０は、プリントヘッドの孔径または印刷速度等の印刷ファイルの情報に基づいて、印刷に使用したい供給速度を所望の供給速度（例えば、６．５ｍｍ／秒）として計算する。図３の右側にある座標図３００ｂに基づくと、６．５ｍｍ／秒の供給速度において、供給素子１１０は、印刷フィラメントに毎秒少なくとも１．３Ｋ提供しなければならないことが直線関係から推測される。さらに、左側にある座標図３００ａに基づき、内挿法（interpolation method）を使用すると、供給素子１１０が毎秒１．３Ｋ提供できるようにするには、印刷時の印刷温度を少なくとも２１５℃に設定しなければならないことが推測される。そのため、コントローラ１５０は、印刷パラメータのターゲット供給速度を６．５ｍｍ／秒に設定し、ターゲット温度を２１５℃に設定し、印刷ファイルの内容に基づいて印刷を行う。

別の実施形態において、印刷時に、コントローラ１５０は、まず、印刷に使用したい所望の温度を取得する。例えば、コントローラ１５０は、対応関係を取得した後に印刷ファイルの内容を読み出して、印刷に使用したい所望の温度を計算し、あるいは３Ｄ印刷装置１００の入力インターフェースを介してユーザーが入力した所望の温度を受信する。次に、予めロードした対応関係に基づいて、所望の供給速度に対応する印刷供給速度を計算する。このようにして、コントローラ１５０は、所望の温度を印刷パラメータのターゲット温度に設定し、印刷供給速度を印刷パラメータのターゲット供給速度に設定し、その印刷パラメータを用いて印刷ファイルの内容に基づいて印刷することができる。

例えば、図３の実施形態において対応関係を予めロードした後、コントローラ１５０は、印刷温度または印刷速度等の印刷ファイルの情報に基づいて、印刷に使用したい印刷温度を所望の印刷温度（例えば、２０５℃）として計算する。図３の左側にある座標図３００ａに基づくと、２０５℃の印刷温度において、供給素子１１０は、印刷フィラメントに毎秒０．７Ｋの熱エネルギーを提供することができる。さらに、右側にある座標図３００ｂに基づき、直線関係を使用すると、印刷時の供給速度を３．５ｍｍ／秒に設定できることが推測される。そのため、コントローラ１５０は、印刷パラメータのターゲット供給速度を３．５ｍｍ／秒に設定し、ターゲット温度を２０５℃に設定し、印刷ファイルの内容に基づいて印刷を行う。

以上のように、本発明の実施形態が提供する３Ｄ印刷法およびそれを用いた３Ｄ印刷装置は、実際の印刷前に、まず、材料を供給してテストすることにより、現在の環境でスムーズに材料を供給することができる現在使用中の印刷フィラメントに必要なターゲット温度およびターゲット供給速度の間の対応関係を取得するとともに、取得した対応関係を使用して実際に印刷することができる。このような設計により、どのフィラメントを使用して物体を印刷するかに関わらず、優れた印刷品質を得ることができる。

以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。

１００３Ｄ印刷装置
１１０供給素子
１３０保存素子
１５０コントローラ
１７０センサー
３００ａ、３００ｂ座標図
Ｓ２１０、Ｓ２２０、Ｓ２３０、Ｓ２４０、Ｓ２５０３Ｄ印刷法を実行するステップ

Claims

３Ｄ印刷装置に用いる３Ｄ印刷法であって、
ターゲット温度およびターゲット供給速度を含む印刷パラメータを用いて材料を供給することと、
前記印刷パラメータを調整して、単位長さ毎に印刷フィラメントに提供される熱エネルギーを変更することと、
前記調整した印刷パラメータに基づいて、前記ターゲット供給速度が実際の供給速度と適合するかどうかを決定し、特定のターゲット温度において対応する最も速いターゲット供給速度または特定のターゲット供給速度において対応する最も低いターゲット温度の判断結果を取得することと、
前記調整した印刷パラメータおよび前記判断結果に基づいて、複数の前記ターゲット温度と複数の前記ターゲット供給速度の間の対応関係を取得することと、
前記対応関係に基づいて、前記印刷パラメータを設定し、印刷を行うことと、
を含み、
前記ターゲット供給速度が実際の供給速度と適合するかどうかを決定することは、設定されたターゲット供給速度が、供給素子が印刷フィラメントをプリントヘッドに輸送する実際の供給速度と適合するかどうかを決定することを含む３Ｄ印刷法。
前記印刷パラメータを調整して、単位長さ毎に前記印刷フィラメントに提供される前記熱エネルギーを変更することが、
前記ターゲット温度を固定して、前記ターゲット供給速度を変更することを含む請求項１に記載の３Ｄ印刷法。
前記印刷パラメータを調整して、単位長さ毎に前記印刷フィラメントに提供される前記熱エネルギーを変更することが、
前記ターゲット温度を第１ターゲット温度として固定して、前記ターゲット供給速度を変更することと、
前記ターゲット温度を第２ターゲット温度として固定して、前記ターゲット供給速度を変更することと、
を含む請求項２に記載の３Ｄ印刷法。
前記調整した印刷パラメータおよび前記判断結果に基づいて、前記複数のターゲット温度と前記複数のターゲット供給速度の間の前記対応関係を取得することが、
前記ターゲット温度を前記第１ターゲット温度として固定した時に、最も速いターゲット供給速度が前記実際の供給速度と適合する第１ターゲット供給速度を取得することと、
前記第１ターゲット供給速度を前記第１ターゲット温度に対応する前記ターゲット供給速度とすることと、
前記ターゲット温度を前記第２ターゲット温度として固定した時に、最も速いターゲット供給速度が前記実際の供給速度と適合する第２ターゲット供給速度を取得することと、
前記第２ターゲット供給速度を前記第２ターゲット温度に対応する前記ターゲット供給速度とすることと、
を含む請求項３に記載の３Ｄ印刷法。
前記印刷パラメータを調整して、単位長さ毎に前記印刷フィラメントに提供される前記熱エネルギーを変更することが、
前記ターゲット供給速度を固定して、前記ターゲット温度を変更することを含む請求項１に記載の３Ｄ印刷法。
前記印刷パラメータを調整して、単位長さ毎に前記印刷フィラメントに提供される前記熱エネルギーを変更することが、
前記ターゲット供給速度を第１ターゲット供給速度として固定して、前記ターゲット温度を変更することと、
前記ターゲット供給速度を第２ターゲット供給速度として固定して、前記ターゲット温度を変更することと、
を含む請求項５に記載の３Ｄ印刷法。
前記調整した印刷パラメータおよび前記判断結果に基づいて、前記複数のターゲット温度と前記複数のターゲット供給速度の間の前記対応関係を取得することが、
前記ターゲット供給速度を前記第１ターゲット供給速度として固定した時に、前記実際の供給速度と適合する前記第１ターゲット供給速度を有する最も低いターゲット温度である第１ターゲット温度を取得することと、
前記第１ターゲット温度を前記第１ターゲット供給速度に対応する前記ターゲット温度とすることと、
前記ターゲット供給速度を前記第２ターゲット供給速度として固定した時に、前記実際の供給速度と適合する前記第２ターゲット供給速度を有する最も低いターゲット温度である第２ターゲット温度を取得することと、
前記第２ターゲット温度を前記第２ターゲット供給速度に対応する前記ターゲット温度とすることと、
を含む請求項６に記載の３Ｄ印刷法。
前記対応関係に基づいて、前記印刷パラメータを設定し、印刷を行うことが、
印刷を行うための所望の供給速度を取得して、
前記対応関係に基づいて、前記所望の供給速度に対応する印刷温度を計算することと、
前記所望の供給速度を前記ターゲット供給速度として使用し、前記印刷温度を前記ターゲット温度として使用して、前記印刷パラメータを設定することと、
前記設定した印刷パラメータに基づいて、印刷を行うことと、
を含む請求項１に記載の３Ｄ印刷法。
前記対応関係に基づいて、前記印刷パラメータを設定し、印刷を行うことが、
印刷を行うための所望の温度を取得して、
前記対応関係に基づいて、前記所望の温度に対応する印刷供給速度を計算することと、
前記印刷供給速度を前記ターゲット供給速度として使用し、前記所望の温度を前記ターゲット温度として使用して、前記印刷パラメータを設定することと、
前記設定した印刷パラメータに基づいて、印刷を行うことと、
を含む請求項１に記載の３Ｄ印刷法。
熱エネルギーを印刷フィラメントに提供し、材料を供給する供給素子と、
前記供給素子に結合され、ターゲット温度およびターゲット供給速度を含む印刷パラメータを設定して、前記印刷パラメータに基づいて前記材料を供給するよう前記供給素子を制御するコントローラと、
を含み、
前記コントローラが、前記印刷パラメータを調整して、前記供給素子によって単位長さ毎に前記印刷フィラメントに提供される前記熱エネルギーを変更し、前記調整した印刷パラメータに基づいて、前記ターゲット供給速度が前記供給素子の実際の供給速度と適合するかどうかを決定し、特定のターゲット温度において対応する最も速いターゲット供給速度または特定のターゲット供給速度において対応する最も低いターゲット温度の判断結果を取得するとともに、
前記コントローラが、さらに、前記調整した印刷パラメータおよび前記判断結果に基づいて、複数の前記ターゲット温度と複数の前記ターゲット供給速度の間の対応関係を取得し、前記対応関係に基づいて、前記印刷パラメータを設定し、印刷を行い、
前記コントローラが、さらに、設定されたターゲット供給速度が、前記供給素子が印刷フィラメントをプリントヘッドに輸送する実際の供給速度と適合するかどうかを決定し、前記判断結果を取得する３Ｄ印刷装置。
前記印刷パラメータを調整して、前記供給素子によって単位長さ毎に前記印刷フィラメントに提供される前記熱エネルギーを変更した時、前記コントローラが、前記ターゲット温度を固定して、前記ターゲット供給速度を変更する請求項１０に記載の３Ｄ印刷装置。
前記コントローラが前記ターゲット温度を固定して前記ターゲット供給速度を変更した時、前記ターゲット温度を第１ターゲット温度として固定して、前記ターゲット供給速度を変更することと、前記ターゲット温度を第２ターゲット温度として固定して、前記ターゲット供給速度を変更することを含む請求項１１に記載の３Ｄ印刷装置。
前記ターゲット温度を前記第１ターゲット温度として固定した時に、前記コントローラが、最も速いターゲット供給速度が前記実際の供給速度と適合する第１ターゲット供給速度を取得して、前記第１ターゲット供給速度を前記第１ターゲット温度に対応する前記ターゲット供給速度とし、
前記ターゲット温度を前記第２ターゲット温度として固定した時に、前記コントローラが、最も速いターゲット供給速度が前記実際の供給速度と適合する第２ターゲット供給速度を取得して、前記第２ターゲット供給速度を前記第２ターゲット温度に対応する前記ターゲット供給速度とする請求項１２に記載の３Ｄ印刷装置。
前記印刷パラメータを調整して、前記供給素子によって単位長さ毎に前記印刷フィラメントに提供される前記熱エネルギーを変更した時、前記コントローラが、前記ターゲット供給速度を固定して、前記ターゲット温度を変更する請求項１０に記載の３Ｄ印刷装置。
前記コントローラが前記ターゲット供給速度を固定して前記ターゲット温度を変更した時、前記ターゲット供給速度を第１ターゲット供給速度として固定して、前記ターゲット温度を変更することと、前記ターゲット供給速度を第２ターゲット供給速度として固定して、前記ターゲット温度を変更することを含む請求項１４に記載の３Ｄ印刷装置。
前記ターゲット供給速度を前記第１ターゲット供給速度として固定した時に、前記コントローラが、前記実際の供給速度と適合する前記第１ターゲット供給速度を有する最も低いターゲット温度である第１ターゲット温度を取得して、前記第１ターゲット温度を前記第１ターゲット供給速度に対応する前記ターゲット温度とし、
前記ターゲット供給速度を前記第２ターゲット供給速度として固定した時に、前記コントローラが、前記実際の供給速度と適合する前記第２ターゲット供給速度を有する最も低いターゲット温度である第２ターゲット温度を取得して、前記第２ターゲット温度を前記第２ターゲット供給速度に対応する前記ターゲット温度とする請求項１５に記載の３Ｄ印刷装置。
前記コントローラが、印刷を行うための所望の供給速度を取得して、前記対応関係に基づいて、前記所望の供給速度に対応する印刷温度を計算し、
前記コントローラが、前記所望の供給速度を前記ターゲット供給速度として使用し、前記印刷温度を前記ターゲット温度として使用して、前記印刷パラメータを設定するとともに、前記設定した印刷パラメータに基づいて、印刷を行う請求項１０に記載の３Ｄ印刷装置。
前記コントローラが、印刷を行うための所望の温度を取得して、前記対応関係に基づいて、前記所望の温度に対応する印刷供給速度を計算し、
前記コントローラが、前記印刷供給速度を前記ターゲット供給速度として使用し、前記所望の温度を前記ターゲット温度として使用して、前記印刷パラメータを設定するとともに、前記設定した印刷パラメータに基づいて、印刷を行う請求項１０に記載の３Ｄ印刷装置。
供給素子および前記コントローラに結合され、感知信号を生成するよう構成されたセンサーをさらに含み、前記コントローラが、前記感知信号に基づいて、前記ターゲット供給速度が前記供給素子の前記実際の供給速度と適合するかどうかを判断する請求項１０に記載の３Ｄ印刷装置。
前記コントローラに結合された保存素子をさらに含み、前記コントローラが、さらに、前記印刷フィラメントおよび前記複数のターゲット温度と前記複数のターゲット供給速度の間の前記対応関係を前記保存素子に記録する請求項１０に記載の３Ｄ印刷装置。