JP6909891B2 - 三次元物体プリンタにおけるｚ軸の印字ヘッド位置を特定および制御するシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本開示は、三次元物体印刷システムに向けられ、より詳細には、印字ヘッドの相対的な位置を、支持部材または印刷物体の上層でＺ軸に沿って、特定および制御するシステムおよび方法に向けられる。

三次元印刷は、積層造形としても知られている、三次元固体物体を実質的に任意の形状のデジタルモデルから作製するプロセスである。多くの三次元印刷技術は、一部の連続層が事前に堆積された層の上部に造形される、積層プロセスを使用する。これらの技術のうちの一部は、１つ以上の印字ヘッドが材料の連続層を排出する、インクジェット印刷を使用する。三次元印刷は、大抵は切削または掘削などの減法プロセスにより加工対象物から材料を除去することに依存している、従来の物体形成技術とは区別され得る。

インクジェットプリンタでの三次元印刷物体の製造中、プリンタは、１つ以上の印字ヘッドの相対的な位置を、造形材料を受ける基板の表面から比較的に狭い領域の距離内で調整する。一部の事例において、基板は三次元物体プリンタの支持部材であり、一方で他の事例において、基板は三次元物体プリンタにおいて形成される物体の上層である。プリンタは、印字ヘッドと、物体を保持する支持部材と、の間の相対的な距離を調整し、印字ヘッドが、材料の追加的な層を物体の上層に、プリンタが物体を造形材料の一連の層から形成する際に、印刷できるようにする。プリンタは印字ヘッドの位置を制御し、印字ヘッドが、造形材料の滴を正確かつ精密に配置するために、基板の表面に確実に十分に近くなるようにする。さらに、プリンタは印字ヘッドの位置を制御して、印字ヘッドと基板との間の十分な分離を維持することにより、造形される物体の損傷に加えて、以降の噴出の発射の阻止または噴出の誤発射の誘引をもたらす、ノズルの目詰まりが結果的に生じ得る、印刷物体の印字ヘッドへの接触を防ぐ。

三次元物体プリンタの動作中、支持部材または印字ヘッドのうちの少なくとも１つは、物体印刷プロセス中にＺ軸に沿って移動し、支持部材から印字ヘッドへ向かって延びる印刷物体を収容する。支持部材または物体の上層と印字ヘッドとの間の距離を正確に測定することにより、印字ヘッドは、高い正確性および信頼性を伴って動作することができる。したがって、三次元物体プリンタにおいて、印字ヘッドと支持部材または物体との間の分離を特定および制御するための改良されたシステムおよび方法が、有益であろう。

１つの実施形態において、三次元物体プリンタを動作させて、印字ヘッドと基板との間のＺ軸距離を特定する方法が、開発されている。本方法は、第１の印字ヘッドの複数の排出器を動作させて、クロスプロセス方向に配置される第１の複数のマークを有する第１の所定のテストパターンを基板の表面上に形成すること、画像センサで、第１の所定のテストパターンの画像データを基板上に生成すること、コントローラで、第１の所定のテストパターンの第１の複数のマークにおけるマーク間のクロスプロセス方向距離の分散を、生成された画像データを参照して特定すること、コントローラで、第１の印字ヘッドと基板との間の第１のＺ軸距離を、特定された分散を参照して特定することであって、Ｚ軸は基板の表面と垂直である、特定すること、および、コントローラで、少なくとも１つのアクチュエータを動作させて、第１の印字ヘッドおよび基板のうちの少なくとも１つを、Ｚ軸に沿って、所定のＺ軸距離領域の外側である特定された第１のＺ軸距離に応じて移動させること、を含む。

別の実施形態において、三次元物体プリンタを動作させて、印刷テストパターンにおける分散、および、印字ヘッドと基板との間のＺ軸距離、に対応するプロファイルを生成する方法が、開発されている。本方法は、第１の印字ヘッドの複数の排出器を動作させて、クロスプロセス方向に配置される第１の複数のマークを有する第１の所定のテストパターンを、基板の表面上に、第１の印字ヘッドと基板との間の第１のＺ軸距離で形成することであって、Ｚ軸は基板の表面と垂直である、形成すること、画像センサで、第１の所定のテストパターンの第１の画像データを基板上に生成すること、コントローラで、第１の所定のテストパターンの第１の複数のマークにおけるマーク間のクロスプロセス方向距離の第１の分散を、第１の生成された画像データを参照して特定すること、アクチュエータを動作させて、第１の印字ヘッドおよび基板のうちの少なくとも１つを、Ｚ軸に沿って所定のオフセット距離だけ移動させ、第１の印字ヘッドと基板とを第２のＺ軸距離だけ分離させること、第１の印字ヘッドの複数の排出器を動作させて、クロスプロセス方向に配置される第２の複数のマークを有する第２の所定のテストパターンを、基板の表面上に、第１の印字ヘッドと基板との間の第２のＺ軸距離で形成すること、画像センサで、第２の所定のテストパターンの第２の画像データを基板上に生成すること、コントローラで、第２の所定のテストパターンの第２の複数のマークにおけるマーク間のクロスプロセス方向距離の第２の分散を、第２の生成された画像データを参照して特定すること、コントローラで、第１の印字ヘッドのためのプロファイルを、第１の分散、第２の分散、および、所定のオフセット距離を参照して生成することであって、プロファイルは、印刷テストパターンにおけるマーク間のクロスプロセス方向距離の複数の分散の間の関係を含み、第１の印字ヘッドと基板との間のＺ軸距離に対応する、生成すること、および、プロファイルをメモリに、第１の印字ヘッドと基板との間のＺ軸距離の特定を印刷動作中に行う際に使用するために保存すること、を含む。

別の実施形態において、印字ヘッドと基板との間のＺ軸距離を特定するよう構成される三次元物体プリンタが、開発されている。プリンタは、複数の排出器を有する第１の印字ヘッド、第１の印字ヘッドの複数の排出器から排出される材料を受けるよう構成される表面を有する支持部材、第１の印字ヘッドまたは支持部材と動作可能に接続される少なくとも１つのアクチュエータ、支持部材の表面の画像データを生成するよう構成される画像センサ、および、第１の印字ヘッド、少なくとも１つのアクチュエータ、および画像センサと動作可能に接続されるコントローラ、を含む。コントローラは、第１の印字ヘッドの複数の排出器を動作させて、クロスプロセス方向に配置される第１の複数のマークを有する第１の所定のテストパターンを支持部材の表面上に形成すること、第１の所定のテストパターンの画像データを画像センサで生成すること、第１の所定のテストパターンの第１の複数のマークにおけるマーク間のクロスプロセス方向距離の分散を、画像データを参照して特定すること、第１の印字ヘッドと支持部材の表面との間の第１のＺ軸距離を、特定された分散を参照して特定することであって、Ｚ軸は支持部材の表面と垂直である、特定すること、および、少なくとも１つのアクチュエータを動作させて、第１の印字ヘッドおよび支持部材のうちの少なくとも１つを、Ｚ軸に沿って、所定のＺ軸距離領域の外側である特定された第１のＺ軸距離に応じて移動させること、を行うよう構成される。

１つ以上の印字ヘッドと基板との間のＺ軸距離を動作中に特定する、装置またはプリンタの先行の態様および他の特徴が、添付の図に関連して記載される以下の記述において説明される。

図１Ａは、三次元物体プリンタの図である。 図１Ｂは、物体印刷動作中の図１Ａの三次元物体プリンタの図である。 図２は、印字ヘッドから基板上へ、印字ヘッドと基板との間の異なるＺ軸距離で排出される、滴の例示的な分布を描写する図である。 図３は、基板からの印字ヘッドのＺ軸距離と、異なるＺ軸距離で印字ヘッドから排出される滴のクロスプロセス方向位置における分散と、の間の関係を含む、三次元物体プリンタにおける印字ヘッドのためのプロファイルを生成するプロセスのブロック図である。 図４は、三次元物体プリンタにおいて印字ヘッドと基板との間のＺ軸距離を特定するプロセスのブロック図である。 図５Ａは、三次元物体プリンタにおいて基板の傾きを特定するプロセスのブロック図である。 図５Ｂは、三次元物体プリンタにおいて基板の傾きを特定する別のプロセスのブロック図である。 図６は、クロスプロセス方向に形成される印刷マークを含む、所定のテストパターンの例示的な例である。 図７は、印字ヘッドから基板の表面上に排出される滴のクロスプロセス方向位置における分散と、印字ヘッドと基板との間の異なるＺ軸距離と、の間の関係を描写するグラフである。

デバイスの詳細と共に、本明細書に開示されるデバイスの環境を一般的に理解するために、図が参照される。図において、同様の参照番号は同様の要素を指す。

本明細書において使用される「造形材料」という用語は、液滴の形式で、１つ以上の印字ヘッドの複数の排出器から排出され、三次元物体プリンタにおいて形成される物体の材料の層を形成する、材料を指す。造形材料の例は、熱可塑性物質、ＵＶ硬化性ポリマー、および、液滴として１つ以上の印字ヘッドの排出器から排出されるように液化され、続いて、積層三次元物体印刷プロセスを介して物体を形成する固体材料へと硬化され得る結合剤、を含むが、それらに限定されない。一部の三次元物体プリンタの実施形態において、複数の形状の造形材料が、物体を製造するために使用される。一部の実施形態において、様々な物理的または化学的特性を伴う異なる造形材料が、単一の物体を形成する。他の実施形態において、プリンタは、造形材料に含まれる染料または他の着色剤を介して異なる色を組み込む、単一の種類の造形材料の滴を排出するよう構成される。三次元物体プリンタは、異なる色を伴う造形材料の滴の排出を制御し、様々な色および選択的に印刷テキスト、絵、または、他の単色および多色パターンを伴う物体を、物体の表面上に形成する。

本明細書において使用される「支持材料」という用語は、三次元物体印刷プロセス中に印字ヘッドから排出され、造形材料から形成される物体を安定させる、別の材料を指す。例えば、三次元物体プリンタが、造形材料の層を塗布して物体を形成する際、プリンタの少なくとも１つの印字ヘッドは、さらに、物体の一部分を係合する支持材料の層を排出する。支持材料は、造形材料で構築される物体が完成物体であり、単一物体であるので支持される前は、造形材料の１つ以上の部分を所定の位置に保持する。支持材料の使用の簡単な例は、三次元物体プリンタを使用する杖の構造を含む。杖のアーチ部分は物体の上部であり、支持材料は、杖におけるアーチの上部の完成前に、持ち手の下向き部分への支持を提供する。さらに、支持材料は、新たに形成された外観が、物体を一緒に保持するのに十分な造形材料が存在する前に壊れることを防ぎ、まだ完全に固体化されていない造形材料の一部分が、硬化プロセスの完了前に、所定の位置の外側へ流れ出ることを防ぐ。支持材料の例は、印刷プロセス中に物体への支持を提供し、印刷プロセスの完了後に物体から簡単に除去され得る、ワックス状材料を含むが、それらに限定されない。

本明細書において使用される「プロセス方向」という用語は、三次元物体形成プロセス中に１つ以上の印字ヘッドを通過した支持部材の移動方向を指す。支持部材は、印刷プロセス中、三次元物体および付属の支持材料および造形材料を保持する。一部の実施形態において、支持部材は金属プレートなどの平面部材であり、一方で他の実施形態において、支持部材は、回転する円筒部材、または、三次元物体印刷プロセス中に物体の形成を支持する別の形状の部材、である。一部の実施形態において、支持部材および物体が印字ヘッドを通過して移動する間、印字ヘッドは安定したままである。他の実施形態において、支持部材が安定を維持している間に印字ヘッドが移動する。さらに他の実施形態において、印字ヘッドおよび支持部材の両方が移動する。

本明細書において使用される「クロスプロセス方向」という用語は、処理方向に対して垂直な、支持部材の平面における方向を指す。２つ以上の印字ヘッドの排出器は、クロスプロセス方向においてレジストレーションされ、印字ヘッドの列が、造形材料および支持材料の印刷パターンを二次元平面領域にわたって形成できるようにする。三次元物体印刷プロセス中、レジストレーションされた印字ヘッドから形成される造形材料および支持材料の連続的な層が、三次元物体を形成する。

本明細書において使用される「Ｚ軸」という用語は、プロセス方向、クロスプロセス方向、および、三次元物体プリンタにおける支持部材の平面、と垂直な軸を指す。三次元物体印刷プロセスの最初における、Ｚ軸に沿う分離は、支持部材と、造形材料および支持材料の層を形成する印字ヘッドと、の間の分離の距離を指す。印字ヘッドの排出器が造形材料および支持材料の各層を形成する際、プリンタは、印字ヘッドと最上層との間のＺ軸分離を調整し、印刷動作中、印字ヘッドと物体の最上層との間を実質的に一定な距離で維持する。多くの三次元物体プリンタの実施形態において、印字ヘッドと印刷材料の最上層との間のＺ軸分離は、比較的に狭い許容誤差内で維持され、排出された造形材料および支持材料の滴を一定に配置および制御することができる。一部の実施形態において、支持部材は、印刷動作中に印字ヘッドから離れるように移動してＺ軸分離を維持し、一方で他の実施形態において、印字ヘッドは、部分的に印刷された物体および支持部材から離れるように移動してＺ軸分離を維持する。

本明細書において使用される「分散」という用語は、所定のテストパターンにおける印刷マークのクロスプロセス方向位置よりも、プリンタの印字ヘッドからの印刷テストパターンにおける印刷マークの相対的なクロスプロセス方向位置の、間の差に対応する、任意の統計的な測定値を指す。本明細書において使用される「マーク」という用語は、印字ヘッドの単一の排出器により形成され、プロセス方向軸に配置される、１つ以上の滴の印刷パターンを指す。テストパターンは、マークの配列から、印字ヘッドの複数の排出器を使用して形成される。テストパターンにおいて印刷されるマークの分散統計値の限定されない例は、標準偏差、分散、平均絶対偏差、値域、四分位範囲などを含む。例えば、所定のテストパターンは、各行における隣接マーク間の均一なクロスプロセス方向距離で形成される、複数の行の印刷マークを含む。材料の滴をＺ軸と平行に排出する排出器を伴う印字ヘッドは、分散がないか、または、最少の分散を伴う、所定のテストパターンを形成する。しかしながら、プリンタにおける印字ヘッドの実際の実施形態は、テストパターンにおける印刷マーク間のクロスプロセス方向距離の間の差をもたらす角度で、材料の滴を排出する、少なくとも一部の排出器を含む。以下にさらに詳細に記載されるように、プリンタは、プリンタにおける異なる印字ヘッドと基板との間のＺ軸距離を、テストパターンにおける印刷マークのクロスプロセス方向位置の分散の特定されたレベルを参照して、特定する。

図１Ａおよび図１Ｂは、プリンタ１００における１つ以上の印字ヘッドと基板との間のＺ軸距離を特定するよう構成される、三次元物体プリンタ１００を描写する。プリンタ１００は、支持部材１０２、印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃを含む第１の印字ヘッド列、印字ヘッド１０８Ａ〜１０８Ｃを含む第２の印字ヘッド列、印字ヘッド列アクチュエータ１２０Ａおよび１２０Ｂ、支持部材アクチュエータ１２４、画像センサ１１６、コントローラ１２８、およびメモリ１３２を含む。１つの構成において、印字ヘッド列１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃは、２つの異なる種類の造形材料を排出して、２つの異なる種類の造形材料で三次元印刷物体を形成する。別の構成において、一方の印字ヘッド列は造形材料を排出し、他方の印字ヘッド列は支持材料を排出して、三次元印刷物体を形成する。代替のプリンタの実施形態は、異なる数の印字ヘッド列または各印字ヘッド列における異なる数の印字ヘッドを含む。

プリンタ１００において、支持部材１０２は、金属プレートなど、プロセス方向Ｐに移動する平面部材である。印字ヘッド列１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃおよび画像センサ１１６は、印刷ゾーン１１０を形成する。支持部材１０２は、支持材料および造形材料の事前に形成された任意の層を、印刷ゾーン１１０を介してプロセス方向Ｐに支持する。印刷動作中、支持部材１０２は、印字ヘッドを複数回にわたり通過する所定のプロセス方向経路Ｐに移動し、図１Ｂに描写される物体１５０など、三次元印刷物体の連続的な層を形成する。さらに、印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃは、材料の滴を排出して、図１Ａに描写されるテストパターン１９２Ａ〜１９２Ｂおよび１９４Ａ〜１９４Ｂ、および、図１Ｂに描写されるテストパターン１８４および１８６など、所定のテストパターンを形成する。一部の実施形態において、部材１０２と類似する複数の部材は、回転式または類似の構成の印刷ゾーン１１０を通過する。プリンタ１００において、１つ以上のアクチュエータは、部材１０２を、印刷ゾーン１１０を介してプロセス方向Ｐに移動させる。他の実施形態において、アクチュエータ１２０Ａおよび１２０Ｂまたは他のアクチュエータは、印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃを、それぞれプロセス方向Ｐに沿って移動させ、印刷物体を支持部材１０２上に形成する。

プリンタ１００において、アクチュエータ１２４は、さらに、支持部材１０２を、印刷ゾーン１１０における印字ヘッドから離れるＺ方向軸（Ｚ）に沿って、材料の各層を支持部材に塗布した後に移動させる。一部の実施形態において、アクチュエータ１２４、または、支持部材１０２と動作可能に接続される他のアクチュエータは、クロスプロセス方向軸ＣＰ（傾斜した矢印１７２および１７４）およびプロセス方向軸Ｐ（傾斜した矢印１７６および１７８）の周囲に対する、支持部材１０２の傾斜の角度を調整するよう構成される。別の構成において、アクチュエータ１２０Ａおよび１２０Ｂは、印字ヘッド列１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃを、それぞれＺ軸に沿って上方に移動させ、印字ヘッドと印刷物体との間の分離を維持する。プリンタ１００において、アクチュエータ１２４および１２０Ａ〜１２０Ｂは、制御信号をコントローラ１２８から受信して、支持部材１０２または印字ヘッド列１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃを、所定の距離だけＺ軸に沿って移動させる、ステッパモータなどの電気機械アクチュエータである。プリンタ１００の例示的な実施形態は、支持部材１０２および印字ヘッド列１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃの両方のＺ軸位置を調整するアクチュエータを含むが、代替のプリンタの実施形態は、支持部材１０２とのみ、または、印字ヘッドとのみ、動作可能に接続されるアクチュエータを含む。印刷ゾーン１１０は、三次元印刷物体（単数または複数）に対する追加的な層を、各部材上に、各周期中に経路を介して形成し、複数セットの三次元物体を同時に形成する。

印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃを含む印字ヘッド列は、材料を支持部材１０２に向けて排出し、図１Ｂに描写される物体１５０などの三次元印刷物体の層を形成する。印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃの各々は、造形材料または支持材料の液化された滴を排出する、複数の排出器を含む。１つの実施形態において、各排出器は、液体造形材料を受ける流体圧力チャンバ、圧電アクチュエータなどのアクチュエータ、および、出口ノズルを含む。圧電アクチュエータは、電気発射信号に応じて変形し、液化された造形材料を、ノズルを介して、部材１０２へ向けて排出される滴として進ませる。部材１０２が三次元物体の事前に形成された層を支える場合、造形材料の排出された滴は、物体の追加的な層を形成する。印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃの各々は、８８０個の排出器を含む例示的な印字ヘッドの実施形態を伴う、排出器の二次元配列を含む。動作中、コントローラ１２８は、電気発射信号の生成を制御し、選択された排出器を異なる回数にわたって動作させて、物体の造形材料の各層を形成する。以下にさらに詳しく記載するように、コントローラ１２８は、さらに、印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃの排出器のための発射信号を生成し、印刷ゾーン１１０における、各印字ヘッドと基板との間のＺ軸に沿う距離を特定するために使用される、テストパターンを印刷する。基板は、支持部材１０２の表面、または、支持部材１０２上に形成される三次元印刷基板の上層、であり得る。

図１Ａおよび図１Ｂが造形材料の滴を排出する２つの印字ヘッド列を描写する一方で、代替の実施形態は、追加的な造形材料で印刷物体を形成する、３つ以上の印字ヘッド列を含み得る。別の実施形態は、単一の印字ヘッド列のみを含む。印字ヘッド列１０４Ａ〜１０４Ｃ、１０８Ａ〜１０８Ｃは、各々が３つの印字ヘッドを含んで描写される一方で、代替の構成は、少ない印字ヘッド、または、より多い印字ヘッドを含んでよく、印刷ゾーンを異なるサイズでクロスプロセス方向に収容し得る。追加的に、ラスタライズされた三次元物体プリンタの実施形態において、１つ以上の印字ヘッドは、印刷動作中、クロスプロセス方向軸ＣＰに沿って、および、選択的にプロセス方向軸Ｐに沿って、移動する。

画像センサ１１６は、クロスプロセス方向ＣＰにおいて印刷ゾーン１１０に沿って配置され、部材１０２上に形成される造形材料および支持材料から反射される光に対応する、デジタル化された画像データを生成するよう構成される、光検出器の列を含む。１つの実施形態において、光検出器は、各光検出器が印刷された支持材料および印刷された造形材料の最上位層から受信する、反射光のレベルに対応する、全部で２５６（０〜２５５）レベルのグレースケール８ビット画像データを生成する。他の実施形態において、画像センサ１１６は、赤、緑、青（ＲＧＢ）センサ素子などのマルチスペクトル光検出器素子を組み込む。動作中、画像センサ１１６は、造形材料または支持材料の層から形成される支持部材１０２または基板上に形成される、印刷テストパターンを含む、材料滴の印刷パターンに対応する複数の画像走査線を生成する。支持部材１０２が画像センサ１１６を通過して移動する際、画像センサ１１６は、二次元の走査画像データを一連の走査線から生成する。コントローラ１２８は走査画像データを受け、走査画像データのさらなる処理を行って、印字ヘッドと基板との間のＺ軸方向距離を、印刷テストパターンの走査画像データを参照して特定する。

コントローラ１２８は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、または、プリンタ１００を動作させるよう構成される任意の他のデジタル論理デバイスなど、デジタル論理デバイスである。プリンタ１００において、コントローラ１２８は、支持部材１０２の移動を制御するアクチュエータ１２４、および、印字ヘッド列１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８ＣのＺ軸の移動を制御する、アクチュエータ１２０Ａおよび１２０Ｂ、と動作可能に接続される。さらに、コントローラ１２８は、印字ヘッド列１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃ、画像センサ１１６、およびメモリ１３２と、動作可能に接続される。

プリンタ１００の実施形態において、メモリ１３２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）デバイスなどの揮発性データ保存デバイス、および、固体データ保存デバイス、磁気ディスク、光ディスク、または、任意の他の適切なデータ保存デバイスなどの不揮発性データ保存デバイスを含む。メモリ１３２は、プログラム命令１３６、３Ｄ物体画像データ１３８、テストパターンデータ１４０、および、印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃの各々と関連付けられる、Ｚ軸距離プロファイル１４４に対する滴分散を保存する。コントローラ１２８は、保存されたプログラム命令１３６を実行して、プリンタ１００のコンポーネントを動作させ、物体１５０などの三次元印刷物体の形成、および、印刷ゾーン１１０における印字ヘッドと基板との間のＺ軸方向距離を特定するテストパターンの印刷、の両方を行う。さらに、コントローラ１２８は、プロセス３００において、以下により詳細に記載されるように、印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８ＣのためのＺ軸距離プロファイルに対する滴分散を生成する。一部の構成において、コントローラ１２８は、さらに、印刷ゾーン１１０における支持部材１０２または別の基板の表面のＺ軸から離れる傾斜の角度を特定する。３Ｄ物体画像データ１３８は、例えば、プリンタ１００が三次元物体印刷プロセス中に形成する、造形材料および支持材料の各層に対応する、複数の二次元画像データパターンを含む。コントローラ１２８は、材料の滴を印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃから、二次元画像データの各セットを参照して排出し、物体１５０の各層を形成する。メモリ１３２は、さらに、印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃの排出器が印刷ゾーン１１０の基板上に形成する、マークの所定のパターンに対応する、テストパターンデータ１４０を保存する。

図１Ｂは、三次元物体印刷動作中のプリンタ１００を描写する。図１Ｂにおいて、印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃは、三次元印刷物体１５０を形成する。支持部材１０２は、追加的な印刷テストパターン１８４を、印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃの一部または全てから受けるよう構成される、マージン領域を含む。図１Ｂの実施形態において、印刷物体１５０の上面は、さらに、印刷テストパターン１８６を印字ヘッド１０４Ａから受ける、基板の役割を果たす。画像センサ１１６は、物体１５０の最上層または層が、異なる色の造形材料または印字ヘッド１０８Ａ〜１０８Ｃから排出される支持材料など、光学的に特異な材料から形成される場合、テストパターン１８６における認識可能な印刷マークを含む画像データを生成する。他の構成において、印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃは、２つの異なる造形材料、または、造形材料と支持材料から、構造を形成し、印刷テストパターンを受ける、物体１５０の高さと類似するＺ軸の高さを有する、基板構造を形成する。コントローラ１２８は基板構造を使用して、１つ以上の印字ヘッドと物体１５０の最上層との間のＺ軸距離を特定する。

図２は、第１のＺ軸方向位置２４０および第２のＺ軸位置２４４における、印字ヘッド１０４Ａおよび基板２０２を描写する。上述したように、基板２０２は、支持部材１０２の表面、または、支持部材１０２上に形成される印刷構造の上面、であり得る。図２の例示的な例において、第１のＺ軸方向位置２４０は、印字ヘッド１０４Ａおよび基板２０２を、第２の位置２４４よりも、互いに近い位置にＺ軸に沿って配置するが、別の構成において、第１の位置は、印字ヘッド１０４および基板２０２を、第２の位置より大きいＺ軸距離に配置する。図２の構成において、コントローラ１２８は、アクチュエータ１２４を動作させて、基板を、Ｚ軸に沿って第１の位置２４０と第２の位置２４４との間で移動させ、一方で他の実施形態において、アクチュエータ１２０Ａは、印字ヘッド１０４Ａまたはアクチュエータ１２４および１２０Ａを移動させて、基板２０２および印字ヘッド１０４Ａの両方を、それぞれＺ軸に沿って移動させる。

印字ヘッド１０４Ａは、クロスプロセス方向軸ＣＰに沿って配置される複数の排出器を含む。一部の実施形態において、印字ヘッド１０４Ａは、二次元配列における印字ヘッド１０４Ａの面に沿って交互になっている、排出器の斜め配列を含む。上述したように、コントローラ１２８は、印字ヘッド１０４の排出器の一部分を動作させるのみで、マークの単一セットをテストパターンの行セットにおいて形成する。図２は、滴を排出して単一の行セットを形成する、印字ヘッド１０４Ａの排出器のサブセットのみを描写し、印字ヘッド１０４Ａは、隣接する作動された排出器の各々をクロスプロセス方向ＣＰに分離し、図６のテストパターン６００を形成する、４つの排出器を含む。例えば、図２において、排出器２２０および２２４は、隣接するマークを印刷テストパターンの１つの行において形成するが、４つの追加的な排出器は、排出器２２０および２２４をクロスプロセス方向に分離する。コントローラ１２８は、中間排出器を動作させて、他の行セットを所定のテストパターン６００において形成する。異なるテストパターン構成において、コントローラ１２８は排出器を動作させて、マークを、単一の行セットにおいて、作動された排出器の間にクロスプロセス方向において配置された、少なくとも１つの排出器で形成する。

図３は、印字ヘッドと基板との間のＺ軸距離と、クロスプロセス方向に沿う三次元物体プリンタの印字ヘッドからの滴配置の分散のレベルと、の間のプロファイルの生成を行うプロセス３００のブロック図を描写する。以下の記載において、活動または機能を行うプロセス３００への参照は、保存されたプログラム命令を実行して、プリンタの他のコンポーネントで機能または活動を行う、プリンタのコントローラの動作を指す。プロセス３００は、例示的な目的で、プリンタ１００および図１Ａ〜図１Ｂ、図２、図６、および図７と併せて記載される。

プロセス３００は、プリンタ１００が、印字ヘッドおよび基板を、第１の距離の分離を伴う第１の位置にＺ軸に沿って配置することで始まる（ブロック３０４）。例えば、コントローラ１２８は、アクチュエータ１２０Ａおよび１２４のうちの一方または両方を動作させて、印字ヘッド１０４Ａおよび基板を、第１の位置にＺ軸に沿って配置する。上述したように、基板は、支持部材１０２、または、印刷基板を形成する造形材料または支持材料構造の上面、のいずれかである。例えば、プリンタ１００において、コントローラ１２８は、印字ヘッド１０８Ａ〜１０８Ｃを選択的に動作させて、印字ヘッド１０４Ａから排出される材料と選択的に区別される、均一な基板表面を有する、第２の造形材料または支持材料の構造を形成する。コントローラ１２８は、印刷テストパターンを、一部の構成において支持部材の表面の代わりに構造の表面に形成する。

プロセス３００は、コントローラ１２８が印字ヘッド１０４Ａを動作させて、第１の所定のテストパターンを基板の表面上に形成することで継続する（ブロック３０８）。コントローラ１２８は、印字ヘッド１０４Ａの排出器のための発射信号を生成して、複数の行セットを伴う所定のテストパターンを形成する。本明細書において使用される「行セット」という用語は、プリンタが、クロスプロセス方向に延びる所定の配列において基板の表面上に形成する、複数の印刷マークを指す。行セットは、単一の「行」にクロスプロセス方向に沿って配列される印刷マークのうちの少なくとも１つのセットを含むが、一部のテストパターンは、プロセス方向に沿って延びる別個のマークのセットとして形成される、複数行の印刷マークを伴う行セットを含む。プリンタ１００は、一部の行セットに複数の印刷行を形成して、印刷テストパターンのマークのクロスプロセス方向位置における分散を特定する間に不規則に生じるクロスプロセス材料滴配置エラーの影響を減少させる。図６における印刷テストパターン６００は、各々がクロスプロセス方向軸ＣＰに沿って配置されるマークの単一の行を含む、５つの行セット６０２Ａ〜６０２Ｅを含む。コントローラ１２８は、印字ヘッドの排出器の一部分のみを動作させて、テストパターンの各行セットを形成する。テストパターン６００は５つの行セットを含む。これは、コントローラ１２８が、行セットにおいて隣接するマークを形成する排出器の各組の間に、４つの中間排出器が置かれる、印字ヘッド１０４Ａの排出器のセットを使用して、隣接するマークを各行セットに形成するからである。一部の実施形態において、コントローラ１２８は、テストパターン６００または基板表面の異なる領域における別の類似するテストパターンの複数のインスタンスを含む、テストパターンを形成する。他のテストパターンの実施形態において、行セットは、印刷マークの複数の行を含む。例えば、一部の実施形態において、各行セットは、印字ヘッド１０４Ａの排出器の単一部分により形成される、印刷マークの連続する２つ以上の行を含む。コントローラ１２８は、複数の行を各行セットに備える印刷テストパターンを形成して、クロスプロセス方向における印刷マークの位置の間の分散を特定する際に不規則に生じる滴配置エラーの影響を減少させる。

プロセス３００は、画像センサ１１６が、基板の走査画像データおよび基板上に形成される第１の印刷テストパターンを生成することで継続する（ブロック３１２）。プリンタ１００において、コントローラ１２８は、走査画像データを画像センサ１１６から受信する。コントローラ１２８は、印刷マークのクロスプロセス方向位置における第１の分散を、クロスプロセス方向位置、および、テストパターンの走査画像における印刷マークを分離する、対応するクロスプロセス方向距離、を参照して、特定する（ブロック３１６）。本明細書において使用される「分散」という用語は、Ｚ軸からの偏移を示さない排出器で印刷されるテストパターンのための印刷マークの所定の位置よりも、印刷テストパターンの走査画像データにおける印刷マーク間のクロスプロセス方向位置の、差を指す。例えば、図６において、テストパターン６００は、隣接するマーク間のクロスプロセス方向距離が、行セット６０２Ａ〜６０２Ｅの各々に等しい、マークの理想的な配列を描写する。印刷テストパターン６５０は、印字ヘッド１０４Ａで印刷されるマークの走査画像データを描写する。印字ヘッド１０４Ａの少なくとも一部の排出器は、材料の滴を様々な角度で、Ｚ軸ではないクロスプロセス方向に沿って排出するので、テストパターン６００よりも、テストパターン６５０における行セット６５２Ａ〜６５２Ｅの隣接する印刷マーク間のクロスプロセス距離が、分散を示す。

１つの実施形態において、コントローラ１２８は、マークのクロスプロセス位置における分散を、印刷テストパターンの行セットにおけるマーク間の平均的なクロスプロセス方向距離よりも、マーク間のクロスプロセス方向距離における標準偏差を参照して、特定する。１つの構成において、コントローラ１２８は、分散を、経験的に印刷テストパターンの走査画像データからのマーク間の平均的なクロスプロセス方向距離（例えば、テストパターン６５０の走査画像データにおけるマーク間の平均的な距離）を参照して特定し、続いて標準偏差を、経験的な平均を参照して特定する。別の構成において、コントローラ１２８は、所定のテストパターンにおけるマーク間の所定のクロスプロセス方向分離（例えば、テストパターン６００におけるマーク間のクロスプロセス方向分離）を平均として使用し、標準偏差を、所定の平均を参照して特定する。別の構成において、コントローラ１２８は、標準偏差を印刷マークの組に基づいて特定する。コントローラ１２８は、テストパターンにおいて隣接する印刷マークを分離するクロスプロセス方向距離と、所定のテストパターンにおけるマーク間の平均的な所定の分離距離と、の間の標準偏差を特定する。別の構成において、コントローラ１２８は、マークの隣接する群の間の平均的なクロスプロセス方向距離を特定し、続いて標準偏差を、各ダッシュ記号が属する群の経験的な平均を参照して特定する。

コントローラ１２８は、印刷テストパターンにおける各行セットの走査画像データの印刷マーク間のクロスプロセス距離に対する、標準偏差などの分散を特定する。別の実施形態において、プリンタ１００は、印刷テストパターンを、支持部材１０２の複数のパス中に印刷ゾーンを介して形成する。プリンタ１００が、テストパターンにおけるマークの異なる行を異なるパス中に印刷する場合、各パスの走査画像データにおける個々の行セットに対する分散は、印字ヘッド１０４Ａの排出器の一部分のみが印刷テストパターンの各行を形成するため、アーチファクトを含む。各排出器のクロスプロセス方向における排出角度はランダムであるため、および、各行は排出器の異なるサブセットをサンプリングするため、行の間の分散は等しくないことが多い。例えば、プリンタが、部材の間隔を保持する印字ヘッドが同じ固定距離にある際に、行セット６５２Ａ〜６５２Ｃにおいてマークを形成する場合、行セット６５２Ａに対する標準偏差測定基準は、行セット６５２Ｃに対する標準偏差測定基準と異なり得る。

単一パスの実施形態において、プリンタ１００は、異なる行セットの間に形成されるプロセス方向の間隔を伴う印刷テストパターンにおいて行セットを形成し、画像センサ１１６が、基板上に形成される異なる行セットの走査画像データを生成できるようにする。プリンタ１００の多重パス構成において、標準偏差または他の分散測定基準は、支持部材１０２のパスの間で印刷ゾーン１１０を介して分散を経験する。いずれかの実施形態において、プリンタ１００は、標準偏差を、周期信号を含む生成された画像データのセットから特定する。周期信号の周波数は、印字ヘッドの排出器により基板上に形成されるマークの反復セット間の相対的なプロセス方向空間、または、多重パス構成におけるパスの数、のいずれかに依存する。周期信号は、異なる行が何らかの異なる標準偏差測定基準を有するため、標準偏差測定基準の特定の行への依存に起因して生じる、アーチファクトを含む。１つ以上のテストパターンの生成された画像データにおける行の規則的な反復は、アーチファクト信号を標準偏差測定基準信号内に生じさせる。一部の実施形態において、コントローラ１２８は、ノッチフィルタを各行からの分散結果に適用して、フィルタリングされた複数の分散を、画像データにおける行セットの各々に対して特定された分散から生成する。コントローラ１２８は、図６の例示的なテストパターン６００および６５０における５つの行セットなど、第１の所定のテストパターンにおける所定の数の行セットに対応する、中心周波数を伴うノッチフィルタを適用する。

プロセス３００は、プリンタ１００がコントローラ１２８を調整して、印字ヘッドアクチュエータ１２０Ａおよび支持部材アクチュエータ１２４の一方または両方を動作させ、印字ヘッド１０４Ａおよび基板を、所定の距離だけＺ軸に沿って、Ｚ軸に沿う第２の分離距離を伴う第２の位置まで移動させることで、継続する（ブロック３２０）。コントローラ１２８は、印字ヘッド１０４Ａを動作させて、第２の所定の印刷テストパターンを第２の位置に形成し（ブロック３２４）、第２の印刷テストパターンの第２の走査画像データを画像センサ１１６で生成し（ブロック３２８）、第２の走査画像データのマーク間のクロスプロセス方向距離における第２の分散を特定する（ブロック３３２）。プリンタ１００は、それぞれブロック３０８〜３１６の処理と実質的に同じ手法で、ブロック３２４〜３３２の処理を行う。プロセス３００中、コントローラ１２８は、第１のテストパターンの第１の分散よりも、第２のテストパターンにおける印刷マーク間のクロスプロセス方向距離のための異なる第２の分散を、特定する。これは、プリンタ１００が印字ヘッド１０４Ａと基板との間のＺ軸距離を調整するからである。例えば、プリンタ１００が、第２の位置における印字ヘッド１０４Ａと基板との間のＺ軸距離を大きくする場合、印字ヘッドから排出される材料の滴は基板の表面まで、より長い直線距離を移動するため、分散レベルが増大する。しかしながら、第２の位置が、第１の位置より短いＺ軸距離を有する場合、印字ヘッドから排出される材料の滴は基板の表面まで、より短い直線距離を移動するため、分散が縮小する。

図２に記載されるように、印刷材料の滴の位置と基板表面２０２上のマークの位置との間の分散のレベルは、印字ヘッド１０４Ａと基板２０２との間のＺ軸距離が大きくなるにつれて、増大する。図２の実施形態において、材料の滴は、印字ヘッド１０４Ａの排出器から排出された後、相対的に直線的な経路に沿って移動する。印字ヘッド１０４Ａにおける製造の分散に起因して、少なくとも一部の排出器は、材料の滴を、角度を伴ってクロスプロセス方向に排出し、材料の滴は、Ｚ軸と平行な経路に従わず、基板２０２に到達する。例えば、排出器２２０、２２４、２２６、および２２８は、材料の滴を、Ｚ軸と平行ではない角度で排出する。

図２に記載されるように、印字ヘッド１０４Ａから排出される材料の滴のクロスプロセス方向位置の間の分散のレベルは、印字ヘッド１０４Ａと基板２０２との間のＺ軸距離が大きくなるにつれて、増大する。実際の動作において、排出された材料の滴は、印字ヘッド１０４Ａと基板２０２との間の実質的に直線の経路に沿って移動する。したがって、所与の排出器からの材料の滴に対するクロスプロセス方向軸ＣＰに沿う滴位置の分散の程度は、印字ヘッド１０４Ａと基板２０２との間のＺ軸方向距離が大きくなるにつれて、増大する。第１の位置２４０において、排出器２２０および２２４から、それぞれ排出される滴２５０および２５２は、両方の排出器がＺ軸と平行に材料滴を排出する際の隣接する印刷マーク間の名目上のクロスプロセス方向距離より、クロスプロセス方向において互いに近い位置に沈着する。排出器２２６および２２８など、他の排出器は、それぞれ材料滴２５４および２５６を排出し、両方の排出器が材料滴をＺ軸と平行に排出する際に隣接する印刷マーク間の名目上のクロスプロセス方向分離より、クロスプロセス方向軸において離れて沈着する。第２の位置２４４において、クロスプロセス方向の滴配置において同じ種類の分散が起こるが、分散の程度は、印字ヘッド１０４Ａと基板２０２との間の長いＺ軸距離に起因して、増大する。例えば、材料滴２６０および２６２は、第１の位置２４０において対応する滴２５０および２５２より、互いに近く、一方で材料滴２６４および２６６は、第１の位置２４０において対応する滴２５４および２５６より離れている。材料滴配置の正確な分散は、各印字ヘッドの特性に依存し、プロセス３００は経験的に分散を特定する。

図３を再び参照すると、プロセス３００は、コントローラ１２８が、Ｚ軸距離と、印刷マークおよび第１の位置と第２の位置との間の所定のＺ軸距離の間のクロスプロセス方向距離における、第１および第２の分散と、の間の関係を含む、印字ヘッド１０４Ａに対するプロファイルを生成することで、継続する（ブロック３３６）。１つの実施形態において、コントローラ１２８は、関係を、１つの軸の第１および第２の分散レベルと、別の軸に沿う第１および第２の位置の間のＺ軸に沿う所定の偏心距離と、の間の直線関係として特定する。コントローラ１２８は、生成されたプロファイルをメモリ１３２に、Ｚ軸距離プロファイルデータ１４４に対する滴分散を伴って、印字ヘッド１０４Ａと関連付けて保存する。

図７は、印字ヘッドプロファイルの関係の例のグラフ７００を描写する。グラフ７００は、印字ヘッドおよび基板の距離の所定の変化に対応する上昇７２８、および、第１の位置分散７２０と第２の位置分散７２４との間の特定されたクロスプロセス方向の滴配置分散の変化に対応する距離７３０、に適合する直線７３２を含む。さらに、グラフ７００は、印字ヘッドと基板との間の異なるＺ軸距離で生成される、追加的な特定される分散レベルを含み、コントローラ１２８は、直線関係７３２を最適な線として異なる分散レベルを介して生成する。図７が印字ヘッドプロファイルに対する直線関係を描写する一方で、代替的なプロファイルの実施形態は、曲線、スプライン、または、クロスプロセス方向分散レベルとＺ軸距離との間の他の関連性を含み得る。

一部の実施形態において、Ｚ軸に沿う第１の位置および第２の位置の片方または両方は、印字ヘッドと基板との間の所定の測定距離（例えば、０．５ｍｍおよび１ｍｍ）である。これらの実施形態において、コントローラ１２８は、プロファイルデータを使用して、印字ヘッド１０４Ａと基板との間の絶対距離を特定し、Ｚ軸距離が印刷動作には過小または過大であるか特定し得る。しかしながら、プリンタ１００は、印字ヘッドと基板表面との間の絶対的なＺ軸距離測定結果を伴わないプロファイルを生成し得る。代わりに、コントローラ１２８は、印字ヘッドおよび基板の第１の位置および第２の位置の間のＺ軸に沿う、既知のＺ軸変位を伴うプロファイルを生成する。コントローラ１２８は、印字ヘッドと基板との間の相対的なＺ軸距離に対応するプロファイルを使用して、印字ヘッドが基板からＺ軸に沿って過度に近いか、または、過度に遠いか特定する。

上述したように、プロセス３００はプロファイルを生成して、印字ヘッドと基板との間の３次元物体プリンタにおけるＺ軸距離を、クロスプロセス材料滴配置の分散の印字ヘッドと基板との間の異なるＺ軸距離での変化に基づいて特定する。一部の実施形態において、プリンタ１００は、印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃの各々に対するプロセス３００を行い、各印字ヘッドに対するプロファイルを特定する。これは、クロスプロセス方向の滴配置における分散が、各印字ヘッドの製造における個々の分散に依存するからである。他の実施形態において、異なる印字ヘッドの間の分散レベルの差は、必要な測定結果の感度よりも小さく、プリンタ１００は、単一の印字ヘッドに対して生成されるプロファイルを使用して、基板と、印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０６Ａ〜１０６Ｃの各々と、の間のＺ軸距離を特定する。プロセス１００が、２つの位置における印字ヘッドおよび基板の配置を、Ｚ軸に沿う２つの異なる分離距離を伴って記載する一方で、プロセス３００の代替的な実施形態は、所定のテストパターンを３つ以上のＺ軸位置で形成して、プロファイルを生成する。

図４は、三次元物体プリンタにおいて印字ヘッドと基板との間のＺ軸に沿う距離の特定を行うプロセス４００のブロック図を描写する。以下の記載において、活動または機能を行うプロセス４００への参照は、保存されたプログラム命令を実行して、プリンタの他のコンポーネントで機能または活動を行う、プリンタのコントローラの動作を指す。プロセス４００は、例示の目的で、プリンタ１００および図１Ｂと関連して記載される。プロセス４００は、例示の目的で、印字ヘッド１０４Ａと関連して記載されるが、プリンタ１００は、印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃの一部または全てに対して同じプロセスを行う。

プロセス４００は、コントローラ１２８が印字ヘッド１０４Ａを動作させて、三次元印刷物体を形成することで、開始される（ブロック４０４）。プリンタ１００における動作中、コントローラ１２８は、印字ヘッド１０４Ａおよび他の印字ヘッド１０４Ｂ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃを動作させて、図１Ｂに描写される印刷物体１５０などの印刷物体を形成する。印刷プロセス中、コントローラ１２８は、印字ヘッド１０４Ａの排出器を動作させて、テストパターン１８４など、支持部材１０２の表面上の所定の印刷テストパターンを、または、支持部材１０２上に形成される別の基板を、形成する（ブロック４０８）。図１Ｂの例において、物体１５０の上層は、印字ヘッド１０８Ａ〜１０８Ｃとは光学的に異なる材料を使用して基板を形成し、印刷テストパターン１８６と対照的な表面を印字ヘッド１０４Ａから形成する。他の実施形態において、印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃは、Ｚ軸に沿う三次元印刷物体の高さに対応する、分離基板構造を形成する。プロセス４００中、コントローラ１２８は第１の印字ヘッド１０４Ａの排出器を動作させて、プロセス３００中に形成されるのと同じテストパターン、または、テストパターンにおけるマーク間の同じ相対的なクロスプロセス方向間隔を伴う行セットを含む、別のテストパターン、のいずれかを形成する。

プロセス４００は、プリンタ１００が印刷テストパターンの走査画像データを画像センサ１１６で生成し（ブロック４１２）、コントローラ１２８が、テストパターンの印刷マークのクロスプロセス方向位置における分散を、走査画像データを参照して特定する（ブロック４１６）。コントローラ１２８は、ブロック４１２および４１６の処理を、プロセス３００において、それぞれブロック３１２および３１６で上述された、または、それぞれブロック３２４および３２８で上述された、テストパターンスキャニングおよび分散特定と類似の手法で行う。

プロセス４００中、コントローラ１２８は、印刷テストパターンのマークのクロスプロセス方向位置における特定された分散、および、メモリ１３２に保存されるＺ軸距離プロファイルデータ１４４に対する分散、を使用し、印字ヘッド１０４Ａと基板との間のＺ軸距離を特定する（ブロック４２０）。図７に関して上述したように、コントローラ１２８は、事前に生成された直線関係を使用して、印字ヘッド１０４Ａと、支持部材１０２または物体１５０の上層などの基板と、の間のＺ軸距離に沿う距離を特定する。印字ヘッドと基板との間の特定されたＺ軸距離が、所定の許容範囲内にある場合（ブロック４２４）、プリンタ１００は印字ヘッド１０４Ａの使用を継続して、三次元印刷物体を形成し、コントローラ１２８は、プロセス４００を、印刷プロセスの後半段階で再び選択的に行う。しかしながら、印字ヘッド１０４Ａと基板との間のＺ軸距離が、過小または過大のいずれかである場合、コントローラ１２８は、アクチュエータ１２０Ａおよび１２４の片方または両方を動作させて、印字ヘッド１０４Ａと基板との間のＺ軸距離を、所定の許容範囲内になるよう調整する（ブロック４２８）。例えば、プリンタ１００の実施形態において、許容可能なＺ軸距離は、おおよそ０．４ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲であるが、Ｚ軸距離は、異なる三次元物体プリンタの実施形態に応じて様々である。

上述されたプロセス４００により、プリンタ１００は、印字ヘッドと、印刷テストパターンを含む基板の単一領域と、の間のＺ軸距離を、特定することができる。しかしながら、一部の事例において、支持部材１０２または基板１０２により支持される三次元印刷構造などの基板は、プリンタ１００の印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃの面と平行な角度から離れて傾斜する。基板の傾斜は、印刷された三次元物体にエラーをもたらし、図５Ａおよび図５Ｂは、それぞれ、プリンタ１００の基板の傾斜を特定および修正する、プロセス５００および５５０を描写する。以下の記載において、活動または機能を行うプロセス５００または５５０への参照は、保存されたプログラム命令を実行して、プリンタの他のコンポーネントで機能または活動を行う、プリンタのコントローラの動作を指す。プロセス５００および５５０は、例示の目的で、プリンタ１００および図１Ａ〜図１Ｂと関連して記載される。

図５Ａは、クロスプロセス方向軸ＣＰ周囲の傾斜を特定するためのプロセス５００を描写する。例えば、図１Ａおよび図１Ｂにおいて、矢印１７２および１７４は、クロスプロセス方向軸ＣＰ周囲の支持部材１０２の潜在的な傾斜を描写する。傾斜は、支持部材１０２の勾配、および、プロセス方向軸Ｐの長さに沿う、支持部材１０２と印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃとの間のＺ軸距離の対応する変化、をもたらす。

プロセス５００中、プリンタ１００は、基板の第１の領域における、印字ヘッド１０４Ａなどの少なくとも１つの印字ヘッドと、支持部材１０２などの基板と、の間のＺ軸距離を特定する（ブロック５０４）。プリンタ１００は、第一に、支持部材１０２の第１の領域までのＺ軸距離を、プロセス４００、および、プロセス３００中に生成される印字ヘッド１０４Ａと関連付けられる、保存されたプロファイルデータ１４４、を使用して、特定する。印字ヘッド１０４Ａは、図１Ａの支持部材１０２上に形成される印刷テストパターン１９２Ａなど、基板１０２の第１の領域上に印刷テストパターンを生成する。さらに、プリンタ１００は、第１の領域から所定の距離だけプロセス方向Ｐに分離される、支持部材の第２の領域における、印字ヘッド１０４Ａと支持部材１０２との間のＺ軸距離を特定する（ブロック５０８）。さらに、プリンタ１００は、支持部材の第２の領域までのＺ軸距離を、プロセス４００、および、プロセス３００中に生成される印字ヘッド１０４Ａに関連付けられる、保存されたプロファイルデータ１４４、を使用して、特定する。図１Ａにおいて、印字ヘッド１０４Ａは、印刷テストパターン１９２Ｂを、第１のテストパターン１９２Ａを含む第１の領域から所定の距離だけプロセス方向Ｐに分離される、支持部材１０２の第２の領域上に形成する。

プロセス５００中、コントローラ１２８は、クロスプロセス方向軸ＣＰ周囲の傾斜の角度を、第１のＺ軸距離、第２のＺ軸距離の間の差、および、第１のテストパターン１９２Ａを有する支持部材１０２の第１の領域と、第２のテストパターン１９２Ｂを有する支持部材１０２の第２の領域と、の間の所定のプロセス方向分離、を参照して、特定する（ブロック５１２）。例えば、コントローラ１２８は、傾斜角度θを、以下の方程式を参照して特定する：θ＝ａｔａｎ（（ｚ_１−ｚ_２）／Ｄ）。ここで、ｚ_１およびｚ_２は、それぞれ第１および第２の特定されたＺ軸距離であり、Ｄは第１および第２の印刷テストパターンの間の所定のプロセス方向分離である。θの値は任意の傾斜の大きさを表し、符号（正または負）は傾斜の方向を表す。

特定された傾斜の角度がゼロであるか、または、十分に小さく、プリンタ１００の所定の動作閾値内である場合（ブロック５１６）、プリンタ１００は、三次元物体印刷動作を、支持部材１０２を使用して継続する（ブロック５２０）。しかしながら、特定された傾斜が所定の閾値を超える場合（ブロック５１６）、コントローラ１２８は、アクチュエータ１２４または支持部材１０２と動作可能に接続される別のアクチュエータなど、アクチュエータを動作させて、クロスプロセス方向軸の周囲の特定された傾斜を削減または消去する（ブロック５２４）。プリンタ１００は、支持部材１０２を伴う印刷動作を継続する。代替の実施形態において、プリンタ１００は動作を中止し、傾斜を表すオペレータへの出力警告を生成し、手動の再調整プロセスは支持部材１０２を再調整して、傾斜を削減または消去する。

図５Ｂにおけるプロセス５５０は、プロセス方向軸Ｐの周囲の、支持部材１０２などの基板の傾斜を、支持部材１０２の２つの領域と、印字ヘッド１０４Ａおよび１０４Ｃなどのプリンタ１００の２つの印字ヘッドと、の間のＺ軸距離の変化を参照して特定する。例えば、図１Ａおよび図１Ｂにおいて、矢印１７６および１７８は、プロセス方向軸Ｐの周囲の支持部材１０２の潜在的な傾斜を描写する。傾斜は、支持部材１０２の勾配、および、支持部材１０２と印字ヘッド１０４Ａ〜１０４Ｃおよび１０８Ａ〜１０８Ｃとの間の、クロスプロセス方向軸ＣＰの長さに沿うＺ軸距離の、対応する変化をもたらす。

プロセス５５０中、プリンタ１００は、印字ヘッド１０４Ａなどの第１の印字ヘッドと、支持部材１０２などの基板と、の間のＺ軸距離を、基板の第１の領域において特定する（ブロック５５４）。プリンタ１００は、最初に、支持部材１０２の第１の領域までのＺ軸距離を、プロセス４００、および、プロセス３００中に生成される印字ヘッド１０４Ａと関連付けられる、保存されたプロファイルデータ１４４、を使用して特定する。印字ヘッド１０４Ａは、図１Ａにおいて支持部材１０２上に形成される印刷テストパターン１９４Ａなど、印刷テストパターンを基板１０２の第１の領域上に生成する。さらに、プリンタ１００は、第２の印字ヘッド１０４Ｃと支持部材１０２との間のＺ軸距離を、第１の領域から所定の距離だけクロスプロセス方向ＣＰに分離される、支持部材の第２の領域において特定する（ブロック５５８）。さらに、プリンタ１００は、支持部材の第２の領域までのＺ軸距離を、プロセス４００、および、プロセス３００中に生成される印字ヘッド１０４Ｃと関連付けられる、保存されたプロファイルデータ１４４、を使用して特定する。図１Ａにおいて、印字ヘッド１０４Ｃは、印刷テストパターン１９４Ｂを、第１のテストパターン１９４Ａを含む第１の領域から、所定の距離だけクロスプロセス方向ＣＰに分離される、支持部材１０２の第２の領域上に形成する。

別の実施形態において、プリンタ１００は、２つの異なる印字ヘッドにより形成されるテストパターンを使用する代わりに、単一の印字ヘッドの排出器の２つ以上のセットから形成されるマークの異なる群のための２つ以上の分散レベルを特定する。例えば、図１Ｂのテストパターン１８６は、単一の印字ヘッドの排出器から形成されるが、コントローラ１２８は、テストパターン１８６における印刷マークの第１の部分および第２の部分に対する２つの異なる分散値を、選択的に特定する。印刷マークの第１の部分は、印刷マークの第２の部分から、所定の距離だけクロスプロセス方向ＣＰに分離される。１つの実施形態において、コントローラ１２８は、印刷マークの画像データをプロセス方向軸Ｐに沿って半分に分割し、画像データを、クロスプロセス方向軸に沿って分離される２つの群に分類する。コントローラ１２８は、マークの第１および第２の群に対する第１および第２の分散値を特定する。プロセス５５０の単一の印字ヘッドの実施形態を使用するプリンタの例は、プリンタ１００を含み、単一の印字ヘッドが、印刷ゾーン１１０のクロスプロセス方向幅の大部分または全てに沿って延びる、「全幅」印字ヘッドを含む、幅の広い印字ヘッドを含むプリンタにある。

プロセス５５０中、コントローラ１２８は、プロセス方向軸Ｐの周囲の角度傾斜を、第１のＺ軸距離、第２のＺ軸距離の間の差、および、第１のテストパターン１９４Ａを含む支持部材１０２の第１の領域と、第２のテストパターン１９４Ｂを含む支持部材１０２の第２の領域と、の間の所定のクロスプロセス方向分離、を参照して特定する（ブロック５６２）。例えば、コントローラ１２８は、傾斜角度φを、以下の方程式を参照して特定する：φ＝ａｔａｎ（（ｚ_ｐ１−ｚ_ｐ２）／Ｃ）。ここで、ｚ_ｐ１は第１の印字ヘッド１０４Ａと支持部材１０２の第１の領域との間のＺ軸距離であり、ｚ_ｐ２は第２の印字ヘッド１０４Ｃと支持部材１０２の第２の領域との間のＺ軸距離であり、Ｃは、第１および第２の印刷テストパターンの間の所定のクロスプロセス方向分離、または、Ｚ軸距離を抽出するために使用される単一のテストパターンの２つの部分の間の所定のクロスプロセス方向分離である。φの値は任意の傾斜の大きさを表し、符号（正または負）は傾斜の方向を表す。

特定された傾斜の角度が、ゼロであるか、または、十分に小さく、プリンタ１００の所定の動作閾値内である場合（ブロック５６６）、プリンタ１００は、三次元物体印刷動作を、支持部材１０２を使用して継続する（ブロック５７０）。しかしながら、特定された傾斜が所定の閾値を超える場合（ブロック５６６）、コントローラ１２８は、アクチュエータ１２４または支持部材１０２と動作可能に接続される別のアクチュエータなど、アクチュエータを動作させて、クロスプロセス方向軸の周囲の特定された傾斜を削減または消去する（ブロック５７４）。プリンタ１００は、支持部材１０２を伴う印刷動作を継続する。代替の実施形態において、プリンタ１００は動作を中止して、傾斜を表すオペレータへの出力信号を生成し、手動再調整プロセスは支持部材１０２を再調整して、傾斜を削減または消去する。

Claims (19)

1. 支持部材、
   材料の滴を前記支持部材に向けて排出するように構成される複数の排出器を有する第１の印字ヘッド、
   複数のテストパターンと、複数の所定のプロファイルであって、各所定のプロファイルは、前記第１の印字ヘッドと前記支持部材との間のＺ軸距離の範囲および前記Ｚ軸距離の範囲に対して形成される印刷テストパターンにおけるマーク間のクロスプロセス方向距離の対応する分散との関係を含み、Ｚ軸は、前記支持部材の表面に対して垂直であるような前記複数の所定のプロファイルと、を保存するメモリ、
   前記支持部材および前記支持部材上に排出された前記材料の滴の画像データを生成するよう構成される画像センサ、
   前記支持部材および前記第１の印字ヘッドのうちの一方を前記Ｚ軸に沿って移動させるように構成される、少なくとも１つのアクチュエータ、および
   前記少なくとも１つのアクチュエータ、前記メモリ、前記第１の印字ヘッド、および、前記画像センサと動作可能に接続されるコントローラであって、前記コントローラは、
   前記第１の印字ヘッドの前記複数の排出器を動作させて、前記メモリに保存された前記テストパターンのうちの１つを用いて、第１の所定のテストパターンを、前記支持部材の前記表面上に前記複数の排出器から排出された前記材料の滴で形成し、前記第１の所定のテストパターンは、前記支持部材の前記表面のクロスプロセス方向に配置される第１の複数のマークを有すること、
   前記第１の所定のテストパターンの前記第１の複数のマークにおけるマーク間のクロスプロセス方向距離の分散を、前記画像センサによって生成された画像データを用いて特定すること、
   前記第１の印字ヘッドと前記支持部材の前記表面との間の第１のＺ軸距離を、前記第１の所定のテストパターンの前記第１の複数のマークにおけるマーク間のクロスプロセス方向距離の前記特定された分散および前記メモリに保存された前記所定のプロファイルのうちの１つを用いて特定すること、
   前記特定された第１のＺ軸距離が、所定のＺ軸距離の範囲の外側であることを検出すること、および
   前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させて、前記第１の印字ヘッドおよび前記支持部材のうちの少なくとも１つを前記Ｚ軸に沿って移動させて、前記第１の印字ヘッドと前記支持部材の前記表面との間の距離を前記所定のＺ軸距離範囲内にすること、
   を行うよう構成される、前記コントローラ、
   を備える、三次元物体プリンタ。
2. 前記コントローラは、
   前記第１の印字ヘッドの前記複数の排出器を動作させて、前記クロスプロセス方向に配置される第２の複数のマークを有する第２の所定のテストパターンを、所定の距離だけプロセス方向に、前記第１の所定のテストパターンを包含する前記支持部材の前記表面の領域から分離される、前記支持部材の前記表面の領域上に形成すること、
   前記画像センサにより生成された前記第２の所定のテストパターンの前記画像データを用いて前記第２の所定のテストパターンの前記第２の複数のマークにおけるマーク間のクロスプロセス方向距離の別の分散を特定すること、
   前記第１の印字ヘッドと、前記第２の所定のテストパターンを包含する前記支持部材の前記表面の前記領域と、の間の第２のＺ軸距離を、前記別の分散を用いて特定すること、および、
   前記支持部材の前記表面の傾斜の角度を、前記第１のＺ軸距離および前記第２のＺ軸距離の間の差と、前記第１の所定のテストパターンと前記第２の所定のテストパターンとの間の前記プロセス方向における分離の前記所定の距離と、を参照して、特定すること、
   を行うよう、さらに構成される、請求項１に記載の三次元物体プリンタ。
3. 前記コントローラは、特定された前記傾斜の角度が所定の閾値を超える場合のみ、前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させて、前記傾斜の角度を削減するよう、さらに構成される、請求項２に記載の三次元物体プリンタ。
4. 材料の滴を前記支持部材に向かって排出するように構成された複数の排出器を有する第２の印字ヘッド、
   前記支持部材および前記第２の印字ヘッドのうちの少なくとも１つを前記Ｚ軸に沿って移動させるように構成された前記少なくとも１つのアクチュエータ、および
   前記コントローラであって、前記コントローラは、
   前記１つのテストパターンを用いて前記第２の印字ヘッドの前記複数の排出器を動作させて、前記クロスプロセス方向に配置される第２の複数のマークを有する第２の所定のテストパターンを、所定の距離だけ前記クロスプロセス方向に、前記第１の所定のテストパターンを包含する前記支持部材の前記表面の領域から分離される、前記支持部材の前記表面の領域上に形成すること、
   前記第２の所定のテストパターンの前記第２の複数のマークにおけるマーク間のクロスプロセス方向距離の分散を、前記画像センサにより生成された前記支持部材の前記表面の前記第２の所定のテストパターンの画像データを用いて特定すること、
   前記第２の印字ヘッドと、前記第２の所定のテストパターンを包含する前記支持部材の前記表面の前記領域と、の間の第２のＺ軸距離を、前記支持部材上の前記第２の所定のテストパターンの前記画像データおよび前記１つの所定のプロファイルを用いて、前記第２の所定のテストパターンの前記第２の複数のマークにおけるマーク間のクロスプロセス方向距離の前記特定された分散を用いて特定すること、および、
   前記支持部材の傾斜の角度を、前記第１のＺ軸距離および前記第２のＺ軸距離の間の差と、前記第１の所定のテストパターンと前記第２の所定のテストパターンとの間の前記クロスプロセス方向における分離の前記所定の距離と、を用いて、特定すること、
   を行うよう、さらに構成される、コントローラ、
   をさらに備える、請求項１に記載の三次元物体プリンタ。
5. 前記コントローラは、
   前記特定された傾斜の角度が所定の閾値を超えることを検出すること、および
   前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させて、前記傾斜の角度を前記所定の閾値より小さくなるよう削減すること、
   を行うよう、さらに構成される、請求項４に記載の三次元物体プリンタ。
6. 材料の滴を前記支持部材に向かって排出するように構成された複数の排出器を有する第２の印字ヘッド、
   前記支持部材および前記第２の印字ヘッドのうちの少なくとも１つを前記Ｚ軸に沿って移動させるように構成された前記少なくとも１つのアクチュエータ、および
   前記コントローラであって、前記コントローラは、
   前記メモリからの別のテストパターンを用いて前記第２の印字ヘッドの前記複数の排出器を動作させて、前記クロスプロセス方向に配置される第２の複数のマークを有する第２の所定のテストパターンを、所定の距離だけ前記クロスプロセス方向に、前記第１の所定のテストパターンを包含する前記支持部材の前記表面の領域から分離される、前記支持部材の前記表面の領域上に形成すること、
   前記第２の所定のテストパターンの前記第２の複数のマークにおけるマーク間のクロスプロセス方向距離の分散を、前記画像センサにより生成された前記支持部材の前記表面の前記第２の所定のテストパターンの画像データを用いて特定すること、
   前記第２の印字ヘッドと、前記第２の所定のテストパターンを包含する前記支持部材の前記表面の前記領域と、の間の第２のＺ軸距離を、前記支持部材上の前記第２の所定のテストパターンの前記画像データおよび前記１つの所定のプロファイルを用いて、前記第２の所定のテストパターンの前記第２の複数のマークにおけるマーク間のクロスプロセス方向距離の前記特定された分散を用いて特定すること、および、
   前記支持部材の傾斜の角度を、前記第１のＺ軸距離および前記第２のＺ軸距離の間の差と、前記第１の所定のテストパターンと前記第２の所定のテストパターンとの間の前記クロスプロセス方向における分離の前記所定の距離と、を用いて、特定すること、
   を行うよう、さらに構成される、コントローラ、
   をさらに備える、請求項１に記載の三次元物体プリンタ。
7. 前記コントローラは、
   前記特定された傾斜の角度が所定の閾値を超えることを検出すること、および
   前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させて、前記傾斜の角度を前記所定の閾値より小さくなるよう削減すること、
   を行うよう、さらに構成される、請求項６に記載の三次元物体プリンタ。
8. 前記コントローラは、
   前記第１の所定のテストパターンの前記第１の複数のマークの第１の部分のみにおけるマーク間のクロスプロセス方向距離の第１の分散を、前記画像センサにより生成された前記第１の所定のテストパターンの前記画像データを用いて特定すること、
   前記第１の所定のテストパターンの前記第１の複数のマークの第２の部分であって、前記第１の複数のマークの前記第２の部分は前記第１の複数のマークの前記第１の部分から所定の距離だけクロスプロセス方向に分離されるものであるような前記第１の複数のマークの前記第２の部分のみにおけるマーク間のクロスプロセス方向距離の第２の分散を、前記画像センサにより生成された前記第１の所定のテストパターンの前記画像データを用いて特定すること、
   前記第１の印字ヘッドの前記第１の部分と前記支持部材との間の前記第１のＺ軸距離を、前記特定された第１の分散を用いて特定すること、
   前記第１の印字ヘッドの前記第２の部分と前記支持部材との間の第２のＺ軸距離を、前記特定された第２の分散を用いて特定すること、および
   前記支持部材の前記表面の傾斜の角度を、前記第１のＺ軸距離および前記第２のＺ軸距離の間の差と、前記第１の所定のテストパターンの前記第１の部分と前記第１の所定のテストパターンの前記第２の部分との間の前記クロスプロセス方向における分離の前記所定の距離と、を用いて特定すること、
   を行うよう、さらに構成される、請求項１に記載の三次元物体プリンタ。
9. 前記コントローラは、前記支持部材の前記表面から前記Ｚ軸に延びる造形材料構造および支持材料構造のうちの１つの表面上の前記第１の所定のテストパターンを形成するように、さらに構成される、請求項１に記載の三次元物体プリンタ。
10. 前記コントローラは、
    前記第１の所定のテストパターンのマーク間のクロスプロセス方向距離の分散を、前記画像センサにより生成された前記第１の所定のテストパターンの前記画像データの前記複数のマークにおいて隣接するマーク間の複数のクロスプロセス方向距離を特定することによって、特定すること、および
    前記第１の所定のテストパターンのマーク間のクロスプロセス方向距離の前記分散を、前記画像センサにより生成された前記第１の所定のテストパターンの前記画像データの前記複数のマークにおいて前記隣接するマーク間の前記複数のクロスプロセス方向距離の標準偏差を用いて特定すること、
    を行うよう、さらに構成される、請求項１に記載の三次元物体プリンタ。
11. 前記コントローラは、
    所定の数の行セットにおける前記第１の所定のテストパターンにおける前記第１の複数のマークを形成し、各行は、前記第１の印字ヘッドにおける少なくとも１つの他の排出器により、前記クロスプロセス方向に互いに分離された前記第１の印字ヘッドにおける前記複数の排出器の一部により印刷されたマークを有するように、前記複数の排出器を動作させること、
    前記複数の行セットの各行セットにおける前記マーク間のクロス方向距離に対応する複数の分散を特定すること、
    ノッチフィルタであって、前記ノッチフィルタの周波数は前記第１の所定のテストパターンにおける前記所定の数の行セットに対応するものである前記ノッチフィルタでフィルタリングされた複数の分散および前記複数の分散を生成すること、および
    前記第１の所定のテストパターンに対する前記分散を、前記フィルタリングされた前記複数の分散を用いて特定すること、
    を行うよう、さらに構成される、請求項１０に記載の三次元物体プリンタ。
12. 各行セットは、前記支持部材の前記クロスプロセス方向に配置される少なくとも１つのマークの行を有する、請求項１１の三次元物体プリンタ。
13. 各行セットは、前記マークの複数の行として、各行セットにおけるマークの各行は、前記支持部材の前記クロスプロセス方向に配置される、請求項１２の三次元物体プリンタ。
14. 前記コントローラは、
    前記画像センサにより生成された前記テストパターンの前記画像データにおけるマークの各行セットのマーク間の平均的な距離を特定すること、および
    前記所定の数の行セットにおける各行セットに対して特定された、前記特定された平均的な距離に対する標準偏差を特定すること、
    を行うよう、さらに構成される、請求項１３の三次元物体プリンタ。
15. 前記コントローラは、
    前記画像センサにより生成された前記テストパターンの前記画像データのマークの各行セットにおける隣接するマークの各組の間の平均的な距離を特定すること、および
    前記所定の数の行セットにおける各行セットの各行における隣接するマークの各組に対して特定された、前記特定された平均的な距離に対する標準偏差を特定すること、
    を行うよう、さらに構成される、請求項１３に記載の三次元物体プリンタ。
16. 前記コントローラは、
    前記画像センサにより生成された前記テストパターンにおけるマークの各行セットにおけるマークの間の平均的な距離を特定すること、および
    前記所定の数の行セットにおける各行セットに対して特定された、前記特定された平均的な距離に対する標準偏差を特定すること、
    を行うよう、さらに構成される、請求項１３に記載の三次元物体プリンタ。
17. 前記少なくとも１つのアクチュエータは、前記支持部材をプロセス方向およびクロスプロセス方向の両方に傾斜させるように構成される、請求項１に記載の三次元物体プリンタ。
18. 前記画像センサが、
    前記支持部材の幅の前記クロスプロセス方向に延びる光検出器のアレイをさらに含む、請求項１に記載の三次元物体プリンタ。
19. 前記傾斜の角度は、以下の式：
    θ＝ａｔａｎ（（ｚ₁−ｚ₂）／Ｄ）
    を用いて特定され、ｚ₁およびｚ₂は、それぞれ特定された前記第１のＺ軸距離および特定された前記第２のＺ軸距離であり、Ｄは、前記第１の印刷テストパターンおよび前記第２の印刷テストパターンとの間の前記所定のプロセス方向の分離である、請求項４に記載の三次元物体プリンタ。

Images