JP6796551B2 - 平坦化材料及び機械的プレーナーを使用した静電気式３ｄプリンタ - Google Patents

Description

本願明細書におけるシステム及び方法は、一般に、静電印刷プロセスを使用する３次元（３Ｄ）印刷プロセスに関する。

３次元印刷は、例えば、インクジェットプリンタを使用して物体を生成することができる。１つの例示的なプロセスにおいて、プラテンは、プラテン上に造形及び支持材料の層を形成するようにインクジェットに対して移動し、各層は、ＵＶ光源を使用して硬化される。これらのステップは、層毎に繰り返される。支持材料は、一般に、３Ｄ印刷が完了した後に造形材料から選択的にすすがれることができる酸性、塩基性又は水溶性ポリマーを含む。

静電（電子写真）プロセスは、材料を（感光体ベルト又はドラムなどの）中間面に転写する２次元ディジタル画像を生成する周知の手段である。電子写真像が転写される方法の進歩は、印刷システムの速度、効率及びディジタル特性を活用することができる。

例示的な３次元（３Ｄ）プリンタは、他の要素のうち、ドラム又は中間転写ベルト（ＩＴＢ）などの中間転写面と、ＩＴＢに対して造形及び支持材料を（例えば、静電的に又は機械的に）転写するように配置された造形及び支持材料現像ステーションとを含む。造形及び支持材料現像ステーションは、造形及び支持材料の層をＩＴＢに転写する。

転写定着ステーションは、ＩＴＢに隣接しており、平坦面を有するプラテンは、ＩＴＢに繰り返し接触するように配置される。プラテンは、ＩＴＢに対して移動し、ＩＴＢは、プラテンの平坦面上の層の独立した積層を連続的に形成するように、プラテンが転写定着ステーションにおいてＩＴＢ上の層の１つに接触するたびにプラテンの平坦面に造形及び支持材料の層を転写する。さらに、定着ステーションは、層を一体に定着するために独立した積層に熱及び圧力を印加するように配置され、硬化ステーションは、（例えば、造形材料におけるポリマーを架橋するように）独立した積層に熱及び紫外線光を印加するように配置される。

そのような構造により、ＩＴＢとは別個のディスペンサ（例えば、スプレー、ホッパー、シュートなど）が独立した積層上の最上層に平坦化材料を堆積させるように配置される。さらに、同様にＩＴＢとは別個の機械的プレーナーが平坦化材料の上部をプラテンの平坦面に平行にするように独立した積層上の平坦化材料に接触して平坦化するように配置されている。機械的プレーナーは、独立した積層上の平坦化材料の厚さを低減させる。機械的プレーナーは、プラテンの平坦面に平行な方向においてプラテンに対して移動する細長構造（例えば、ブレード、ローラー、逆回転ローラーなど）を含む。

機械的プレーナーは、平坦化材料を独立した積層に定着するように平坦化材料を平坦化した後、プラテンは定着ステーションへと移動する。平坦化材料は、造形材料と比較的容易に接合するように選択され、支持材料とは比較的容易には接合しない。換言すれば、造形材料は、平坦化材料を引き付ける一方で、支持材料は、平坦化材料をはね返す。それゆえに、定着後、平坦化材料は、造形材料と定着されるが、支持材料の分散領域にのみ残る。平坦化材料の分散部分は、支持材料が造形材料から除去されるときに除去されるが、造形材料と定着する平坦化材料の部分は、造形材料とともに最終構造物に残る。

これらの及び他の特徴は、以下の詳細な説明に記載されているか又はそれから明らかである。

様々な例示的なシステム及び方法が添付図面を参照して以下に詳細に記載される。

図１は、本願明細書における印刷装置を部分的に示す概略的な断面図である。 図２は、本願明細書における印刷装置を部分的に示す概略的な断面図である。 図３は、本願明細書における印刷装置を部分的に示す概略的な断面図である。 図４は、本願明細書における印刷装置を部分的に示す概略的な断面図である。 図５は、本願明細書における印刷装置を部分的に示す概略的な断面図である。 図６は、本願明細書における印刷装置を部分的に示す概略的な断面図である。 図７は、本願明細書における印刷装置を部分的に示す概略的な断面図である。 図８は、本願明細書における印刷装置を部分的に示す概略的な断面図である。 図９は、本願明細書における印刷装置を部分的に示す概略的な断面図である。 図１０は、本願明細書における印刷装置を部分的に示す概略的な断面図である。 図１１は、本願明細書における印刷装置を部分的に示す概略的な断面図である。 図１２は、本願明細書における印刷装置を部分的に示す概略的な断面図である。 図１３Ａは、本願明細書における装置を示す拡大概略図である。 図１３Ｂは、本願明細書における装置を示す拡大概略図である。 図１４は、本願明細書における装置を示す拡大概略図である。 図１５Ａは、本願明細書における装置を示す拡大概略図である。 図１５Ｂは、本願明細書における装置を示す拡大概略図である。 図１６は、本願明細書における印刷装置を部分的に示す概略断面図である。 図１７は、本願明細書における装置を示す拡大概略図である。 図１８は、本願明細書における印刷装置を部分的に示す概略的な断面図である。 図１９は、本願明細書における印刷装置を部分的に示す概略的な断面図である。 図２０は、本願明細書における印刷装置を部分的に示す概略的な断面図である。 図２１は、本願明細書における印刷装置を部分的に示す概略的な断面図である。 図２２は、本願明細書における印刷装置を部分的に示す概略的な断面図である。 図２３は、本願明細書における印刷装置を部分的に示す概略的な断面図である。 図２４は、本願明細書における印刷装置を部分的に示す概略的な断面図である。 図２５は、本願明細書における印刷装置を部分的に示す概略的な断面図である。 図２６は、本願明細書における印刷装置を部分的に示す概略的な断面図である。 図２７は、本願明細書における印刷装置を示す概略図である。 図２８は、本願明細書における印刷装置を部分的に示す概略図である。 図２９は、本願明細書における現像装置を示す概略図である。

上述したように、静電印刷プロセスは、２次元（２Ｄ）ディジタル画像を生成する周知の手段であり、本願明細書における方法及び装置は、（３Ｄ印刷用）３Ｄ物品の製造のためにそのような処理を使用する。しかしながら、静電プロセス（特に、ＩＴＢを使用するもの）を使用して３Ｄ印刷を行う場合、各層の厚さの均一性及び表面特性は、良好に形成された正確な最終３Ｄ部品を生成するように制御される必要がある。層が互いに重ね合わされると、個々の層の厚さの不均一性又は部品と支持材料との間の誤った位置合わせは、不均一性の相加的性質のために不正な及び／又は好ましくない最終部品を形成する。

そのような問題を考慮して、本願明細書における装置は、最終部品の寸法精度及び部品間の再現性を確保するために平坦化プロセスを実行する。本願明細書における装置は、電子写真法を使用した３Ｄ印刷アーキテクチャにおける部品均一性を改善するために平坦化粉末材料及び対応する平坦化プロセスを使用する。

良好な現像及び転写特性を提供するために、造形及び支持材料の粒径分布は、均一な層の厚さを確保するために密で安定していなければならない。しかしながら、より大きなサイズの粒子は、転写定着アセンブリにおいて処理されなければならない空洞及び不均一性を各層に形成する。個々の層における小さな誤差は、数千の層が一体に定着された後、より大きな寸法誤差に累積する。例えば、１０ｃｍの高さの部品を構築するために各層のたった１％の誤差（例えば、約１０μｍの厚さの層を使用）は、１ｍｍ程度の誤差をもたらす。

本願明細書における装置により、造形及び支持材料とは異なる第３の粉末材料（平坦化粉末）は、部分的に造形／定着された部品の上部に塗布された後、（例えば、ブレード又はロールによって）正確な高さに装置を除去する。それゆえに、余分な平坦化粉末を除去するために機械的装置（例えば、機械的プレーナー）が使用され、部分的に造形部品についての平坦上面を形成する。そして、平坦化粉末は、その後の３Ｄ造形プロセスの準備が整った構造物の一部（造形及び支持材料の双方）になるように定着される。

本願明細書における構造により、典型的な一連のステップは、造形及び支持材料の粉末を使用して粉末層を現像／形成することを含む。造形材料及び支持材料は、感光体上又は中間面上に均一層を形成するように２つ以上の別個のステーションを使用して現像されることができる。そして、粉末層は、部分的に造形部品（又は第１の層である場合には基材）に転写定着される。そのようなプロセスは、必要に応じて、表面の凹凸が過度にならないように所望の厚さに到達するように繰り返される。

あらゆる凹凸を補償するために、本願明細書における装置は、平坦化粉末の厚い層を塗布する。平坦化粉末は、帯電させる必要がなく、スプレー、ホッパーなどの多くの方法で塗布されることができる。そして、平坦化粉末層は、ブレード、ロール、一対の逆回転ロールなどの機械的装置を使用して平坦化される。最後に、平坦化粉末は、積層の残りの部分に定着される。これは、上造形面のいかなる凹凸も是正し、３Ｄ造形プロセスは、良好な部品精度で継続することができる。

そして、支持材料及び支持材料内の平坦化材料を除去するために処理が行われる。支持材料の選択に基づいて、支持材料を除去するために溶媒ベースのプロセスが使用されることができる。平坦化材料が支持材料の除去に悪影響を及ぼさないようにするために、平坦化粉末材料は、溶融時に造形材料と適合するように選択される。これは、部品強度を確保するためである。一例において、平坦化粉末の基材は、造形材料と同じとすることができる。

支持材料の容易な除去を容易とするために、平坦化材料は、平坦化材料が支持材料において膜又は大きなクラスタを形成するのを防止するように選択される。材料設計の観点から、平坦化材料は、溶融時に支持材料と適合しないため、平坦化材料は薄膜を形成しない。

これは、平坦化材料が比較的高い表面張力を有し、表面張力によって支持材料内の離散して分離された島を形成するように、比較的低い表面エネルギ及び接触角を有するように支持材料を選択することによって達成されることができる。９０°未満の接触角（ヤング方程式あたり）は、表面の濡れ性が良好であり且つ流体が表面の広い領域にわたって広がることを示している一方で、９０°よりも大きい接触角は、一般に、表面の濡れ性が好ましくないことを意味するため、流体は、表面との接触を最小限にし且つコンパクトな液滴を形成する。平坦化粉末は、平坦化材料に支持材料上で高い表面張力を有させ、支持材料上に液滴を形成させ、支持材料と接合しない（その逆は、平坦化材料及び造形材料に関して真である）ように、支持材料に対して高い接触角（例えば、６０°、７５°、９０°などよりも大きい）を有するように選択される。

支持材料及び平坦化材料の選択によるこの表面張力（接触角）効果により、支持材料内の平坦化材料の液滴（又は孤立した島）形成が促進される。さらに、その後の層形成中において、平坦化材料が大量の非相溶性の支持材料流体によって取り囲まれている領域において平坦化材料の分散が促進される。これは、支持材料内にある平坦化材料の部分を容易に除去するのを可能とする。

平坦化粉末の粒子サイズは、性能について最適化されるように選択され、造形／支持材料のものとは大きく異なることがある。より具体的には、平坦化材料の粒子サイズは、予想される凹凸及び平坦化ギャップに関して選択される。平坦化粉末の粒子サイズは、少数の平坦化粉末粒子層（例えば、１〜３層）のみが平坦化ギャップを満たすように選択される。

あるいは、平坦化装置表面と造形面のピークとの間のギャップが１つの全層（１つの粒子直径）よりも小さくなるように材料が選択されることができる。この状況において、造形面のピークよりも著しく低い表面のみが平坦化材料を受けることになる。このプロセスは、最小量の平坦化材料を使用し、支持材除去への潜在的な影響を最小限に抑える。それゆえに、より大きな粒子サイズの平坦化材料は、より少ない平坦化材料を使用する。しかしながら、より小さな粒子サイズの平坦化は、より良好な平坦化精度を確実にする。

例えば、図１に示されるように、本願明細書における例示的な３次元（３Ｄ）プリンタは、他の要素のうち、ローラー１１２上に支持された中間転写ベルト１１０（ＩＴＢ）などの中間転写面と、第１の印刷要素（例えば、現像装置１１６）と、第２の印刷要素（例えば、現像装置１１４）とを含む。それゆえに、図１に示されるように、第１の印刷要素１１６は、（潜在的に乾燥した）粉末ポリマー−ワックス材料（例えば、帯電した３Ｄトナー）などの第１の材料１０４である造形材料を（（例えば、電荷発生器１２８によって生成される）ベルトと転写される材料との間の電荷差によって）ＩＴＢ１１０に静電的に転写するように配置される。（例えば、同様に感光体とすることができる）第２の印刷要素１１４はまた、第２の材料１０５（例えば、同様に粉末ポリマー−ワックス材料（例えば、帯電した３Ｄトナー）などの支持材料）を第１の材料１０４がＩＴＢ１１０上に位置するＩＴＢ１１０の位置に静電的に転写するように配置される。

支持材料１０５は、印刷された３Ｄ構造１０４が完全な３Ｄ物品が完成した後に支持材料１０５から分離されるのを可能とするように造形材料１０４に影響を及ぼさない溶媒に溶解する。図面において、造形材料１０４及び支持材料１０５の組み合わせは、要素１０２として示されており、時には「現像層」と称されることがある。造形材料１０４及び支持材料１０５の現像層１０２は、ＩＴＢ１１０の別個の領域上にあり、その層（及びその関連する支持要素）における３Ｄ構造の要素に対応してパターン化され、現像層１０２毎に３Ｄ構造が造形される。

さらに、（表面又はベルトとすることができる）プラテン１１８は、ＩＴＢ１１０に隣接している。造形及び支持材料のパターン化された層１０２は、現像装置１１４、１１６から中間転写ベルト１１０に転写され、最終的に転写定着ステーション１３０においてプラテン１１８に転写される。

図１に示されるように、転写定着ステーション１３０は、ＩＴＢ１１０に隣接している。転写定着ステーション１３０は、ＩＴＢ１１０の一方側にＩＴＢ１１０を支持するローラー１１２を含む。転写定着ステーション１３０は、ＩＴＢ１１０が転写定着ステーション１３０へと移動するのにともない層１０２を受けるように配置される。より具体的には、造形材料現像ステーション１１６、支持材料現像ステーション１１４及び転写定着ステーション１３０は、ＩＴＢ１１０がプロセス方向に移動しているとき、ＩＴＢ１１０上の層１０２が、造形材料及び支持材料現像ステーション１１４、１１６を最初に通過した後に、転写定着ステーション１３０を通過するように、ＩＴＢ１１０に対して配置される。

図１にさらに示されるように、そのような構造は、転写定着ヒータ１２０、定着ステーション１２６、硬化ステーション１２４及び冷却ステーション１４０を含むことができる。定着ステーション１２６は、プラテン１１８又はプラテン１１８上に存在する層に対して最近転写定着された層１０２を定着するために圧力及び／熱を印加する。硬化ステーション１２４は、層を硬化させるように光源を使用して光（例えば、ＵＶ光）を及び／又はヒータを使用して熱を印加するように配置される。冷却ステーション１４０は、ちょうど定着及び硬化された層上に潜在的に冷却された空気を吹き付ける。本構造はまた、支持材料除去ステーション１４８を含むことができる。

図１はまた、ＩＴＢ１１０とは別個であり且つプラテン１１８上の独立した積層上の上層に平坦化材料を堆積させるように配置されたディスペンサ１４２（例えば、スプレー、ホッパー、シュートなど）を示している。さらに、機械的プレーナー１４４はまた、ＩＴＢ１１０とは別個であり、平坦化材料の上部をプラテン１１８の平坦面に平行にするように独立した積層上に平坦化材料を接触させて平坦化するように配置される。機械的プレーナー１４４は、独立した積層上の平坦化材料の厚さを低減させる。機械的プレーナー１４４は、細長構造（例えば、ブレード、ローラー、逆回転ローラーなど）を備え、プラテン１１８の平坦面に平行な方向において機械的プレーナー１４４とプラテン１１８との間の相対移動が存在する。

図２における垂直矢印によって示されるように、プラテン１１８は、プラテン１１８をＩＴＢ１１０と接触させるようにＩＴＢ１１０に向かって（モータ、ギア、プーリ、ケーブル、ガイドなどを使用して（全て一般物品１１８によって示されている））移動する。現像層１０２及びＩＴＢ１１０は、必要に応じて、転写定着前に現像層１０２を「粘着性」状態にするのをさらに助けるようにヒータ１２０によって局所的に加熱されることができる。一例において、現像層１０２は、支持材料（及び潜在的に造形材料）が粘着性になるのを可能とするように、ガラス転移温度（Ｔｇ）よりも高いが支持材料の融点又は溶融温度（Ｔｍ）よりも低い温度に加熱されることができる。

プラテン１１８はまた、必要に応じて、ヒータ１２０によってほぼ同じ温度に加熱されることができ、その後、ＩＴＢ−プラテンニップ（転写定着ニップ１３０）を通って平行移動するのにともない粘着層１０２と同期して接触されることができる。それにより、ＩＴＢ１１０は、プラテン１１８上に造形材料１０４及び支持材料１０５の現像層１０２を連続的に形成するように、プラテン１１８がＩＴＢ１１０に接触するたびに、造形材料１０４及び支持材料１０５の現像層１０２のうちの一方をプラテン１１８に転写する。

したがって、それぞれの別個の現像装置１１４、１１６によってＩＴＢ上に所定パターンで静電的に印刷された造形及び支持材料は、所定長を有する特定のパターンを表すように現像層１０２において一体に組み合わされる。それゆえに、図２に示されるように、現像層１０２のそれぞれは、（ＩＴＢ１１０の隣にある矢印によって表される）ＩＴＢ１１０が移動している処理方向に向かって配向された前縁１３４と、前縁１３４に対向する後縁１３６とを有する。

より具体的には、図２に示されるように、転写定着ニップ１３０において、転写定着ニップ１３０内の現像層１０２の前縁１３４は、プラテン１１８の対応する位置に転写され始める。それゆえに、図２において、プラテン１１８は、現像層１０２の前縁１３４が転写定着ニップ１３０のローラーの最低位置にある位置においてＩＴＢ１１０上の現像層１０２に接触するように移動する。それゆえに、この例において、現像層１０２の後縁１３６は、まだ転写定着ニップ１３０に到達しておらず、したがって、プラテン１１８にまだ転写されていない。

図３に示されるように、プラテン１１８は、汚れなく、現像層１０２が清浄にプラテン１１８上に転写するのを可能とするように、プラテン真空ベルトを移動又は回転させることによってＩＴＢ１１０と同期して移動する（ＩＴＢ１１０と同じ速度で且つ同じ方向に移動する）。図３において、現像層１０２の後縁１３６は、まだ転写定着ニップ１３０に到達しておらず、したがってプラテン１１８に転写されていない唯一の部分である。

そして、ＩＴＢ１１０が処理方向に移動するのにともない、プラテン１１８は、図４に示されるように、プラテン１１８がＩＴＢ１１０から離れ且つ定着ステーション１２６にわたって移動する地点において現像層１０２の後縁１３６が転写定着ニップ１３０のローラーの底部に到達するまで、ＩＴＢ１１０と同じ速度で且つ同じ方向に移動する。定着ステーション１２６は、非接触（例えば、赤外線（ＩＲ））ヒータ、又は層１０２を加熱して加圧する定着ローラーなどの加圧ヒータとすることができる。定着ステーション１２６が加圧ローラーである場合、プラテン１１８は、ローラーが回転して現像層１０２をプラテン１１８に定着するように加熱及び加圧するのに同期して移動する。このプラテン１１８とＩＴＢ１１０（及び加熱ローラー１２６）との間の同期移動は、歪み又は汚れなく、現像装置１１６、１１４によって印刷された支持及び造形材料（１０２）のパターンをＩＴＢ１１０から正確に転写させてプラテン１１８上の他層１０２に定着させる。

図５に示されるように、プラテンは、独立した積層１０６内の現像層１０２をプラテン１１８上で互いに結合するために３Ｄ構造物に光及び／又は熱を印加する硬化ステーション１２４へと移動する。ヒータ、光及び結合ステーション１２４における他の要素の選択的使用は、現像層１０２の化学的構成に応じて変化する。一例において、造形材料１０４及び支持材料１０５は、ＵＶ硬化性トナーとすることができる。したがって、図５に示されるように、一例において、定着ステーション１２６は、それらのガラス転移温度とそれらの溶融温度との間の温度に材料１０２を加熱した後に、材料１０２内のポリマーを架橋させるようにＵＶ光を印加することによってそのような材料１０２を定着することができ、それにより、剛性構造を形成することができる。当業者は、他の造形及び支持材料が他の結合処理及び結合要素を利用し且つ前述のものが１つの限定された例として提示されているにすぎないことを理解するであろう。本願明細書における装置及び方法は、現在知られているか又は将来開発されるかにかかわらず、そのような結合方法及び要素の全てに適用可能である。

さらに、図６に示されるように、冷却ステーション１４０（又は処理中の冷却休止さえも）は、層１０２を転写する間にプラテン１１８上の層１０２を冷却するために使用されることができる。冷却ステーションは、図６に示されるように、プラテン１１８上の層１０２上に空気（潜在的に冷却されて除湿された空気）を吹き付けることができる。

プラテン１１８は、ＩＴＢ１１０が現像層１０２のそれぞれを独立して定着、硬化、冷却するように現像層１０２のそれぞれをプラテン１１８に転写するたびに、定着ステーション１２６、硬化ステーション１２４及び冷却ステーション１４０へと移動することができる。他の代替例において、プラテン１１８は、複数の現像層１０２が同時に定着、硬化及び冷却されるのを可能とするように、プラテン１１８上に配置された特定数（例えば、２、３、４など）の現像層１０２が配置された後に、定着ステーション１２６、硬化ステーション１２４及び冷却ステーション１４０へと移動することができるにすぎない。

処理中のこの時点で、プラテン１１８は、ＩＴＢ１１０から次層１０２を受けるように転写定着ニップ１３０に戻ることができるか、又は、プラテンは、（より詳細には後述する）ディスペンサ１４２及び機械的プレーナー１４４へと移動することができる。それゆえに、図７に示されるように、複数の現像層１０２を積層１０６に定着するために図２〜図６における処理が繰り返される。現像層１０２の積層１０６が成長するのにともない、図７に示されるように、積層１０６の上部に追加の現像層１０２が形成され、そのような追加の現像層１０２は、定着ステーション１２６（図８）によって加圧加熱され、硬化ステーション１２４（図９）によって硬化され、冷却ステーション１４０（図１０）によって冷却される。

図１１及び図１２に示される処理は、プラテン１１８上に転写定着される各層について実行されることができるか、又は、特定数（例えば、１０、５０、２００、１０００層など）の層１０２がプラテン１１８に転写された後に実行されることができる。図１１に示されるように、ＩＴＢ１１０とは別個のディスペンサ１４２（同様に、スプレー、ホッパー、シュート、静電装置など）は、プラテン１１８上の独立した積層１０６内の上層１０２上に平坦化材料１０８を堆積させる。さらに、図１２に示されるように、機械的プレーナー１４４はまた、ＩＴＢ１１０とは別個であり、平坦化材料１０８の上部をプラテン１１８の平坦面に平行にするように独立した積層１０６上の平坦化材料１０８と接触して平坦化する。

そのような処理は、図１３Ａ〜図１５Ｂにおける拡大図に示されている。より具体的には、図１３Ａは、ディスペンサ１４２が独立した積層１０６の上部に平坦化材料１０８を堆積させることを示している。同様に、ディスペンサ１４２は、独立した積層１０６の上部に平坦化材料１０８をスプレー、重力供給、静電的転写などすることができる。図１３Ａは、独立した積層１０６が１つ以上の層１０２から構成され、各層が造形材料１０４及び支持材料１０５を含むことができることを示していることに留意されたい。また、積層１０６における少なくとも上層は、図１３Ａにおけるプラテン１１８の上部１１９と平行ではないことにも留意されたい。

図１３Ａ及び図１３Ｂは、機械的プレーナー１４４がブレード又は他の突起とすることができることを示している。図１３Ｂは、平坦化材料１０８の上部１０９をプラテン１１８の上部１１９に平行とするように、機械的プレーナー１４４が機械的プレーナー１４４とプラテン１１８との間の相対移動に基づいて平坦化材料１０８の一部を除去することを示している。図１３Ｂは、プラテン１１８が（固定位置にあることができる）機械的プレーナー１４４を通過することができることを示している。あるいは、機械的プレーナー１４４は、プラテン１１８の平坦面１１９に平行な方向において機械的プレーナー１４４とプラテン１１８との間の相対移動を生じさせるようにプラテン１１８を通過することができる。

したがって、機械的プレーナー１４４は、独立した積層１０６上の平坦化材料１０８の厚さを低減させる。図１４は、追加層１０２が平坦化材料１０８上に堆積された後の独立した積層１０６を示している。図１４からわかるように、平坦化材料１０８は、プラテン１１８の上部１１９に平行な層１０２を使用して印刷される３Ｄ構造物全体を成長させるために、追加層１０２がプラテン１１８の上部１１９に平行な面１０９に転写定着されるのを可能とする。図１３Ａ〜図１３Ｂに示されるように、機械的プレーナー１４４は、細長構造（例えば、ブレード）とすることができるか、又は、図１５Ａに示されるように、機械的プレーナー１４４は、ローラーとすることができるか、又は、図１５Ｂに示されるように、逆回転ローラーとすることができるなどである。

図１６に示されるように、機械的プレーナー１４４が平坦化材料１０８を平坦化した後、プラテン１１８は、機械的プレーナー１４４が平坦化材料１０８を平坦化して平坦化材料１０８を独立した積層１０６に定着させた後、定着ステーション１２６へと移動する。平坦化材料１０８は、比較的容易に造形材料１０４と接合し、支持材料１０５と比較的容易に接合しないように選択される。換言すれば、造形材料１０４は、平坦化材料１０８を引き付けるが、支持材料１０５は、平坦化材料１０８を混じり合わせない。

それゆえに、図１７に示されるように、定着後、平坦化材料１０８は、造形材料１０４と定着されるが、支持材料１０５の分散領域にのみ残る。（支持材料１０５を接触する）平坦化材料１０８のそれらの分散部分は、支持材料１０５が造形材料１０４から除去されるときに除去される一方で、造形材料１０４と定着する平坦化材料１０８の部分は、造形材料１０４とともに最終構造物に残る。

上述した処理は、図１８に示されるように、造形及び支持材料１０４、１０５の独立した積層１０６を形成するために複数回繰り返される。図１８は、独立した積層１０６の累積内の支持材料１０５及び造形材料１０４の部分を示すオーバーレイを示している。そのようなものは、視認可能であってもなくてもよく、そのような造形及び支持材料を配置されることができる１つの例示的な方法を示すために示されているにすぎない。

独立した積層１０６の３Ｄ構造物は、外部加熱浴を使用して支持材料１０５を手動で除去するのを可能とするように出力されることができるか、又は、図１９〜図２１に示されるように処理を進めることができる。より具体的には、図１９において、支持材料除去ステーション１４８は、プラテン１１８上のここで接合された３Ｄの独立した積層１０６を受けるように配置される。支持材料除去ステーション１４８は、造形材料１０４に影響を与えずに支持材料１０５を溶解する溶媒１５６を加える。同様に、上述したように、利用される溶媒は、造形材料１０４及び支持材料１０５の化学的構成に依存する。図２０は、支持材料１０５の約半分が残り且つ造形材料１０４の一部が支持材料１０５の残りの積層から突出する処理を示している。図２１は、支持材料除去ステーション１４８が全ての支持材料１０５を溶解するのに十分な溶媒１５６を加えた後の処理を示しており、造形材料１０４のみが残っており、造形材料１０４のみから構成された完成した３Ｄ構造物を残している。

図２２〜図２４は、図１に示される転写定着ニップ１３０の代わりに平面転写定着ステーション１３８を含む代替的な３Ｄ静電印刷構造を示している。図２２に示されるように、平面転写定着ステーション１３８は、ローラー１１２の間にあり且つプラテン１１８に平行なＩＴＢ１１０の平面部である。図２２に示されるように、この構造により、プラテン１１８が平面転写定着ステーション１３８に接触するように移動すると、現像層１０２の全てがプラテン１１８又は部分的に形成された積層１０６に同時に転写定着され、図２及び図３に示される回転転写定着プロセスを回避する。図２３は、ディスペンサ１４２が平坦化材料１０８を分配することを示しており、図２４は、上述したように、機械的プレーナーがプラテン１１８の上面１１９と平行である積層１０６の内部に層１０２を保持するように平坦化材料１０８を平坦化することを示している。

同様に、図２５に示されるように、ドラム１５８は、本願明細書において記載されるように動作する全ての他の要素とともに、ＩＴＢ１１０の代わりに使用されることができる。それゆえに、ドラム１５８は、上述したように、現像ステーション１１４、１１６からの材料を受ける中間転写面とすることができ、又は、感光体とすることができ、電荷の潜像を保持して現像装置２５４からの材料を受けることによって以下に記載される感光体２５６が動作するのにともない動作する。上述したように、ディスペンサ１４２は、平坦化材料１０８を分配し、図２６に示されるように、機械的プレーナーは、上述したように、積層１０６内の層１０２をプラテン１１８の上面１１９と平行に保つように平坦化材料１０８を平坦化する。

図２７は、本願明細書における３Ｄ印刷装置２０４の多くの要素を示している。３Ｄ印刷装置２０４は、コントローラ／有形プロセッサ２２４と、有形プロセッサ２２４及び印刷装置２０４の外部のコンピュータ化ネットワークに動作可能に接続された通信ポート（入力／出力）２１４とを含む。また、印刷装置２０４は、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）アセンブリ２１２などの少なくとも１つのアクセサリ機能要素を含むことができる。ユーザは、グラフィカルユーザインターフェース又はコントロールパネル２１２からメッセージ、命令及びメニューオプションを受信し、グラフィカルユーザインターフェース又はコントロールパネル２１２を介して命令を入力することができる。

入力／出力装置２１４は、３Ｄ印刷装置２０４との間の通信に使用され、（現在知られているか又は将来開発されるかにかかわらず、任意の形態の）有線装置又は無線装置を備える。有形プロセッサ２２４は、印刷装置２０４の様々な動作を制御する。持続性で有形のコンピュータ記憶媒体装置２１０（光学的、磁気的、キャパシタベースなどであり、一時的信号とは異なる）は、有形プロセッサ２２４によって読み取り可能であり、コンピュータ化装置が本願明細書において記載されるものなどの様々な機能を実行するのを可能とするように有形プロセッサ２２４が実行する命令を記憶する。それゆえに、図２７に示されるように、本体ハウジングは、電源２１８によって交流（ＡＣ）電源２２０から供給される電力で動作する１つ以上の機能的要素を有する。電源２１８は、共通電力変換ユニット、蓄電素子（例えば、電池など）などを備えることができる。

３Ｄ印刷装置２０４は、上述したようにプラテン上に造形及び支持材料の連続層を堆積させる少なくとも１つのマーキング装置（印刷エンジン）２４０を含み、（画像データを処理するために特化されていることから汎用コンピュータとは異なる）特殊画像プロセッサ２２４に動作可能に接続されている。また、印刷装置２０４は、（電源２１８を介して）外部電源２２０から供給される電力で同様に動作する（スキャナ２３２などの）少なくとも１つのアクセサリ機能要素を含むことができる。

１つ以上の印刷エンジン２４０は、現在知られているか又は将来開発されるかにかかわらず、例えば、（図２８に示されるように）中間転写ベルト１１０を使用する装置を含むことができる、造形及び支持材料（トナーなど）を塗布する任意のマーキング装置を説明するように意図される。

それゆえに、図２８に示されるように、図２７に示される印刷エンジン２４０のそれぞれは、１つ以上の潜在的に異なる（例えば、異なる色、異なる材料など）造形材料現像ステーション１１６、１つ以上の潜在的に異なる（例えば、異なる色、異なる材料など）支持材料現像ステーション１１４などを利用することができる。現像ステーション１１４、１１６は、現在知られているか又は将来開発されるかにかかわらず、個々の静電マーキングステーション、個々のインクジェットステーション、個々のドライインクステーションなど、任意の形態の現像ステーションとすることができる。現像ステーション１１４、１１６のそれぞれは、（中間転写ベルト１１０の状態とは潜在的に独立して）単一ベルト回転中に順次中間転写ベルト１１０の同一位置に材料のパターンを転写し、それにより、完全且つ完全な像が中間転写ベルト１１０に転写される前に中間転写ベルト１１０が構成しなければならない経路数を削減する。図２８は、回転ベルト（１１０）に隣接するか又は接触する５つの現像ステーションを示しているが、当業者によって理解されるように、そのような装置は、任意数（例えば、２、３、５、８、１１など）のマーキングステーションを使用することができる。

中間転写ベルト１１０に隣接して（又は潜在的に接触して）配置された１つの例示的な個々の静電現像ステーション１１４、１１６が図２９に示されている。個々の静電現像ステーション１１４、１１６のそれぞれは、内部感光体２５６上に均一な電荷を生成する独自の充電ステーション２５８と、均一な電荷を電荷潜像にパターン形成する内部露光装置２６０と、電荷潜像に一致するパターンで感光体２５６に造形又は支持材料を転写する内部現像装置２５４とを含む。そして、造形又は支持材料のパターンは、通常は中間転写ベルト１１０の反対側に電荷発生器１２８によって形成される、造形又は支持材料の電荷に対する中間転写ベルト１１０の逆電荷によって感光体２５６から中間転写ベルト１１０へと引き出される。

米国特許第８，４８８，９９４号明細書に示されるように、電子写真法を使用した３Ｄ部品を印刷するための積層造形システムが知られている。このシステムは、表面を有する感光体要素と、感光体要素の表面上に材料の現像層を現像するように構成された現像ステーションとを含む。このシステムはまた、回転可能な感光体要素の表面から現像層を受けるように構成された転写媒体と、受けた層の少なくとも一部から３Ｄ部品を印刷するために層毎に転写要素から現像層を受けるように構成されるプラテンとを含む。

米国特許第７，２５０，２３８号明細書に開示されるようなＵＶ硬化性トナーに関して、印刷プロセスにおいてＵＶ硬化性トナー組成物を利用する方法と同様にＵＶ硬化性トナー組成物を提供することが知られている。米国特許第７，２５０，２３８号明細書は、実施形態において約１００ｎｍから約４００ｎｍのＵＶ光などのＵＶ放射線にさらすことによって硬化可能なトナーの生成を可能とする様々なトナーエマルジョン凝集プロセスを開示している。米国特許第７，２５０，２３８号明細書において、生成されたトナー組成物は、温度感受性包装及びホイルシールの製造などの様々な印刷用途において利用されることができる。米国特許第７，２５０，２３８号明細書において、実施形態は、任意の着色剤、任意のワックス、スチレンから生成されるポリマー、並びに、ブチルアクリレート、カルボキシエチルアクリレート及びＵＶ光硬化性アクリレートオリゴマーからなる群から選択されるアクリレートを含むＵＶ硬化性トナー組成物に関する。さらに、これらの態様は、顔料、任意のワックス、及びＵＶ硬化性脂環式エポキシドから生成されたポリマーなどの着色剤からなるトナー組成物に関する。

さらに、米国特許第７，２５０，２３８号明細書は、スチレン、ブチルアクリレート、カルボキシエチルアクリレート、及びＵＶ硬化アクリレートから形成されるポリマーを含有するラテックスを着色剤及びワックスと混合することと、必要に応じて第２の混合物に分散されたトナー前駆体粒子の凝集及び形成を引き起こすようにこの混合物に凝集剤を添加することと、トナー粒子を形成するためにポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）以上の温度までトナー前駆体粒子を加熱することと、必要に応じてトナー粒子を洗浄することと、必要に応じてトナー粒子を乾燥させることとを含むＵＶ硬化性トナー組成物を形成する方法を開示している。さらなる態様は、この方法によって製造されたトナー粒子に関する。

いくつかの例示的な構造が添付図面に示されているが、当業者は、図面は簡略化された概略図であり、以下に提示される特許請求の範囲は図示されていない（又は潜在的に多くはない）がそのような装置及びシステムとともに一般的に利用されるより多くの特徴を包含することを理解するであろう。したがって、特許出願人は、以下に提示される特許請求の範囲が添付図面によって限定されることを意図しておらず、代わりに、添付図面は、特許請求された特徴が実施されることができるいくつかの方法を例示するために提供されるにすぎない。

多くのコンピュータ化された装置が上述されている。チップベースの中央処理装置（ＣＰＵ）と、（グラフィックユーザインターフェース（ＧＵＩ）、メモリ、コンパレータ、有形プロセッサなどを含む）入力／出力装置とを含むコンピュータ化装置は、米国テキサス州ラウンドロックのデルコンピュータ及び米国カリフォルニア州クパチーノのアップルコンピュータ社などの製造業者によって製造された周知且つ容易に入手可能な装置である。そのようなコンピュータ化装置は、一般に、入力／出力装置、電源、有形プロセッサ、電子記憶メモリ、配線などを含み、読者が本願明細書に記載されるシステム及び方法の顕著な態様にフォーカスするのを可能とするように、その詳細は本願明細書から省略されている。同様に、プリンタ、複写機、スキャナ及び他の類似の周辺機器は、米国コネチカット州ノーウォークのゼロックス社から入手可能であり、そのような装置の詳細は、簡潔性及び読者のフォーカスの目的のために本願明細書においては記載されない。

本願明細書において使用されるプリンタ又は印刷装置という用語は、任意の目的のために印刷出力機能を実行するディジタル複写機、製本機、ファクシミリ装置、複合機などの任意の装置を包含する。プリンタや印刷エンジンなどの詳細は周知であり、提示された顕著な特徴にフォーカスされた本開示を維持するために本願明細書においては詳細に記載されない。本願明細書におけるシステム及び方法は、カラー、モノクロで印刷する又はカラー若しくはモノクロ画像データを処理するシステム及び方法を包含することができる。全ての上述したシステム及び方法は、静電及び／又は電子写真装置及び／又はプロセスに特に適用可能である。

本発明の目的のために、定着という用語は、乾燥、硬化、重合、架橋、結合、又は付加反応若しくはコーティングの他の反応を意味する。さらに、本願明細書において使用される「右（ｒｉｇｈｔ）」、「左（ｌｅｆｔ）」、「垂直（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」、「水平（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」、「上部（ｔｏｐ）」、「底部（ｂｏｔｔｏｍ）」、「上（ｕｐｐｅｒ）」、「下（ｌｏｗｅｒ）」、「下方（ｕｎｄｅｒ）」、「下（ｂｅｌｏｗ）」、「下層（ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ）」、「上（ｏｖｅｒ）」、「上層（ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ）」、「平行（ｐａｒａｌｌｅｌ）」、「垂直（ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ）」などの用語は、（特に断らない限り）それらが図面において配向及び図示されるように相対的位置であると理解される。「接触（ｔｏｕｃｈｉｎｇ）」、「上（ｏｎ）」、「直接接触（ｉｎ ｄｉｒｅｃｔ ｃｏｎｔａｃｔ）」、「当接（ａｂｕｔｔｉｎｇ）」、「直接隣接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｄｊａｃｅｎｔ ｔｏ）」などの用語は、少なくとも１つの要素が（記載された要素を分離する他の要素なしで）他の要素に物理的に接触することを意味する。さらに、自動化又は自動的にという用語は、（機械又はユーザによって）処理が開始されると、１つ以上の機械がユーザからのさらなる入力なしで処理を行うことを意味する。本願明細書における図面において、同一の識別符号は、同一又は類似の項目を識別する。

上記開示された及び他の特徴及び機能又はその代替例は、多くの他の異なるシステム又は用途に望ましくは組み合わせることができることが理解されるであろう。様々な現在予見できない又は予測されない代替例、変更例、変形例又は改良は、当業者によって後に行われることができ、以下の特許請求の範囲に包含されるようにも意図される。特定の請求項自体に具体的に定義されない限り、本願明細書におけるシステム及び方法のステップ又は構成要素は、任意の特定の順序、数、位置、大きさ、形状、角度、色又は材料に対する限定として任意の上記例から暗示又は取り込まれることはできない。

Claims (17)

1. ３次元（３Ｄ）プリンタにおいて、
   中間転写面と、
   前記中間転写面に造形材料を転写するように配置された造形材料現像ステーションと、
   前記中間転写面に支持材料を転写するように配置された支持材料現像ステーションであって、前記造形材料現像ステーション及び前記支持材料現像ステーションが前記中間転写面に前記造形材料及び前記支持材料の層を転写する、支持材料現像ステーションと、
   前記中間転写面に接触するように配置された平坦面を有するプラテンであって、前記平坦面が前記中間転写面上の前記層の１つに接触するのにともない、前記平坦面に前記造形材料及び前記支持材料の層が転写されるプラテンと、
   前記層上に平坦化材料を堆積させるように配置されたディスペンサと、
   前記プラテン上の前記層上の前記平坦化材料に接触して平坦化する機械的プレーナーであって、前記機械的プレーナーは、前記プラテンの前記平坦面と平行な方向において前記プラテンに相対的に移動する構造を含んで、前記平坦化材料のある部位を除去し且つ前記平坦化材料の他の部位を前記層の上部に残し、前記平坦化材料の上部を前記プラテンの前記平坦面と平行にする機械的プレーナーとを備える、３Ｄプリンタ。
2. 前記平坦化材料が、前記造形材料と比較的容易に接合し、前記支持材料と比較的容易に接合しない、請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
3. 前記造形材料が前記平坦化材料を引き付け、前記支持材料が前記平坦化材料を混じり合わせない、請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
4. 前記機械的プレーナーが、細長構造物を備える、請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
5. 前記機械的プレーナーが、逆回転ローラーを備える、請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
6. 前記ディスペンサが、スプレー、ホッパーまたはシュートを備える、請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
7. ３次元（３Ｄ）プリンタにおいて、
   中間転写面と、
   前記中間転写面に造形材料を静電的に転写するように配置された造形材料現像ステーションと、
   前記中間転写面に支持材料を静電的に転写するように配置された支持材料現像ステーションであって、前記造形材料現像ステーション及び前記支持材料現像ステーションが前記中間転写面に前記造形材料及び前記支持材料の層を転写する、支持材料現像ステーションと、
   前記中間転写面に隣接する転写定着ステーションと、
   前記中間転写面に繰り返し接触するように配置された平坦面を有するプラテンであって、前記平坦面上に前記層の独立した積層を連続的に形成するように前記転写定着ステーションにおいて前記中間転写面上の前記層の１つに接触するたびに、前記造形材料及び前記支持材料の層が前記平坦面に転写されるように前記中間転写面に対して移動するプラテンと、
   前記層を一体に定着するために前記積層に熱及び圧力を印加するように配置された定着ステーションと、
   前記積層上に平坦化材料を堆積させるように配置されたディスペンサと、
   前記積層上の前記平坦化材料に接触して平坦化する機械的プレーナーであって、前記機械的プレーナーは、前記プラテンの前記平坦面と平行な方向において前記プラテンに相対的に移動する構造を含んで、前記平坦化材料のある部位を除去し且つ前記平坦化材料の他の部位を前記積層の上部に残し、前記平坦化材料の上部を前記プラテンの前記平坦面と平行にする機械的プレーナーとを備え、
   前記プラテンが、前記機械的プレーナーが前記平坦化材料を前記積層に定着させるように前記平坦化材料を平坦化した後に前記定着ステーションへと移動する、３Ｄプリンタ。
8. 前記平坦化材料が、前記造形材料と比較的容易に接合し、前記支持材料と比較的容易に接合しない、請求項７に記載の３Ｄプリンタ。
9. 前記造形材料が前記平坦化材料を引き付け、前記支持材料が前記平坦化材料を混じり合わせない、請求項７に記載の３Ｄプリンタ。
10. 前記機械的プレーナーが、細長構造物を備える、請求項７に記載の３Ｄプリンタ。
11. 前記機械的プレーナーが、逆回転ローラーを備える、請求項７に記載の３Ｄプリンタ。
12. 前記ディスペンサが、スプレー、ホッパーまたはシュートを備える、請求項７に記載の３Ｄプレインタ。
13. ３次元（３Ｄ）プリンタにおいて、
    中間転写ベルト（ＩＴＢ）と、
    前記ＩＴＢに造形材料を静電的に転写するように配置された造形材料現像ステーションと、
    前記ＩＴＢに支持材料を静電的に転写するように配置された支持材料現像ステーションであって、前記造形材料現像ステーション及び前記支持材料現像ステーションが前記ＩＴＢに前記造形材料及び前記支持材料の層を転写する、支持材料現像ステーションと、
    前記ＩＴＢに隣接する転写定着ステーションと、
    前記ＩＴＢに繰り返し接触するように配置された平坦面を有するプラテンであって、前記平坦面上に前記層の独立した積層を連続的に形成するように、前記転写定着ステーションにおいて前記ＩＴＢ上の前記層の１つに接触するたびに前記造形材料及び前記支持材料の層が前記平坦面に転写されるように前記ＩＴＢに対して移動するプラテンと、
    前記層を一体に定着するために前記積層に熱及び圧力を印加するように配置された定着ステーションと、
    前記造形材料におけるポリマーを架橋するために前記積層に熱及び紫外線光を印加するように配置された硬化ステーションと、
    前記ＩＴＢとは別個であり且つ前記積層に平坦化材料を堆積させるように配置されたディスペンサと、
    前記ＩＴＢとは別個に配置され且つ前記積層上の前記平坦化材料に接触して平坦化する機械的プレーナーであって、前記機械的プレーナーは、前記プラテンの前記平坦面と平行な方向において前記プラテンに相対的に移動する構造を含んで、前記平坦化材料のある部位を除去し且つ前記平坦化材料の他の部位を前記積層の上部に残し、前記平坦化材料の上部を前記プラテンの前記平坦面と平行にする機械的プレーナーとを備え、
    前記プラテンが、前記機械的プレーナーが前記平坦化材料を前記積層に定着させるように前記平坦化材料を平坦化した後に前記定着ステーションへと移動する、３Ｄプリンタ。
14. 前記平坦化材料が、前記造形材料と比較的容易に接合し、前記支持材料と比較的容易に接合しない、請求項１３に記載の３Ｄプリンタ。
15. 前記造形材料が前記平坦化材料を引き付け、前記支持材料が前記平坦化材料を混じり合わせない、請求項１３に記載の３Ｄプリンタ。
16. 前記機械的プレーナーが、細長構造物を備える、請求項１３に記載の３Ｄプリンタ。
17. 前記機械的プレーナーが、逆回転ローラーを備える、請求項１３に記載の３Ｄプリンタ。

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