３次元物体の模型を製作する方法および装置
【課題】粉末の造形材料のような物質から３次元物体を製作するための方法および装置を提供する。
【解決手段】３次元物体を製作するための造形材料を内部に蓄えている材料供給リザーバを設け、前記材料供給リザーバからの前記造形材料の漸増する層を受け入れる造形チャンバを設け、前記材料供給リザーバから送られるが、前記造形チャンバで受け取られない余分量の造形材料を受け入れるためのオーバーフロー・キャビティを設け、前記材料供給リザーバまたは造形チャンバを通る空気流れを発生させる。
【解決手段】３次元物体を製作するための造形材料を内部に蓄えている材料供給リザーバを設け、前記材料供給リザーバからの前記造形材料の漸増する層を受け入れる造形チャンバを設け、前記材料供給リザーバから送られるが、前記造形チャンバで受け取られない余分量の造形材料を受け入れるためのオーバーフロー・キャビティを設け、前記材料供給リザーバまたは造形チャンバを通る空気流れを発生させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラピッド・プロトタイピング、特にプリンタを用いるインクジェット法により、３次元物体の模型を制作する方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ラピッド・プロトタイピング（rapid prototyping）とは、対象物のコンピュータ・モ
デルからその対象物の３次元模型を製作するさまざまな方法のことである。１つの方法は３次元プリントである。これは、特殊なプリンタを使用して、複数の２次元層から立体模型を製作するものである。詳細には、３Ｄ対象物のディジタル表現をコンピュータ・メモリに格納する。コンピュータ・ソフトウェアはそのディジタル表現を複数の別個の２Ｄ層に分割する。次に、３Ｄプリンタは、ソフトウェアで分割された各層毎に材料層を加工する。複数の加工された層が積層されて、所望の模型が造形される。
【０００３】
３次元プリントの１つの方法では、粉末材料の層が限られた領域に堆積される。各層の上に結合剤溶液を選択的に滴下し、堆積させて、結合された粉末の領域を形成する。その後、結合されなかった粉末を除去して、３次元造形物を形成する。
【発明の開示】
【０００４】
本発明は、粉末の造形材料のような物質から３次元物体を製作するためのシステムを提供する。液体結合剤のような第２の材料を使用して造形材料を特定の箇所で結合させることにより、３次元物体を形成する。
【０００５】
本発明の１つの構成によれば、３次元プリンタは、結合剤溶液を造形チャンバ内の造形材料のベッド上にプリントするための複数のプリントヘッドを備える。この結合剤溶液は、着色剤と混合された結合剤からなる着色結合剤溶液である。プリントヘッドは、造形チャンバを横断して低速軸に沿って往復移動するように設計されたガントリ上に取り付けされる。さらに、プリントヘッドはガントリ全体にわたって高速軸上を往復運動するので、高速軸および低速軸の両方に沿って移動でき、それにより、（着色された）結合剤溶液を造形チャンバ内の造形材料のベッドの表面全体に滴下し、堆積できる。
【０００６】
プリントヘッドが高速軸に沿って造形材料のベッドを横断して通過する毎に、プリントヘッドは低速軸に沿って１段階進行し、その後、再度高速軸に沿ってベッドを横断して通過する。造形材料のベッド上に１つの層全体がプリントされるまで、この工程を繰り返す。次に、その層の上に別の層を同一工程により堆積できる。
【０００７】
ガントリ上で、プリントヘッドを低速軸の方向に互いにずらすことができる。この構成により、プリントヘッドは、高速軸に沿って造形材料のベッドを横断して通過するときに、造形材料のベッド全体に隣り合うラインまたは重複ラインをプリントできるので、プリントヘッドが造形材料のベッドを横断して通過する毎に、着色結合剤溶液を含む結合剤溶液の幅広いバンド状のラインをベッド上にプリントできる。各プリントヘッドは、結合剤溶液のみか、または着色剤と混合した結合剤溶液をプリントできる。
【０００８】
３次元物体を製作するこのシステムを使用して、着色された物体を造形できる。さらに、複数のプリントヘッドを使用して、造形材料に結合剤溶液をプリントできる。
【０００９】
別の構成によれば、プリントヘッドはそれぞれ、複数の外部結合剤供給源に接続できる。例えば、少なくとも３つのプリントヘッドのそれぞれは３原色（シアン、イエロー、マゼンタ）のうちの一色またはブラックを有する異なる着色剤に接続できる。外部結合剤供給源もまた、プリントヘッドのそれぞれに接続でき、さらに少なくとも１つの別のプリントヘッドを設けて、結合剤溶液をプリントすることができる。結合剤供給源から供給される結合剤溶液は無色（すなわち、透明またはホワイト）であってもよい。結合剤溶液供給源および着色剤供給源はさらに、プリントする前に結合剤溶液および着色剤を混合するか、またはプリントヘッドに結合剤溶液または着色剤を送るかのどちらかに構成できる。さらに、プリントヘッドは少なくとも２列に並べることができ、これらの列を低速軸に沿って互いにずれている。各列内で、（着色剤供給源に接続された）カラー・プリントヘッドは、（無色の結合剤溶液供給源に接続された）無色用プリントヘッドと対にできる。
【００１０】
さらに別の構成によれば、外部結合剤溶液供給源をプリントヘッドに接続するコンジットは循環ループを含む。この不要な結合剤溶液および取り込まれた空気をシステムから容易に排出できる。
【００１１】
プリント工程は、プロセッサに接続されたコンピュータ読出し可能メモリに格納されたソフトウェア命令により管理できる。このプロセッサもまたプリントヘッドに接続される。ソフトウェアは、プリントされる物体の縁部に滴下された着色結合剤溶液のバンド（band）を、先細りにして、隣り合うバンド間のセクションを無色のままに残すことにより、異なる色のバンドが接する物体の縁部における色の混合を減少させる命令を含む。ソフトウェアはさらに、高濃度の着色剤をバンドの先細り部分（セグメント）にプリントすることにより、物体の縁部にプリントする着色剤の濃度が淡い場合であっても、物体の表面全体にわたる色の濃さを均一にする命令を含む。
【００１２】
着色された３次元物体を製作するシステムが提供される。このシステムは、物体の特定の位置に透明結合剤溶液および着色結合剤溶液を使用する。全結合剤溶液の所定の量を特定の位置に滴下し、堆積させて、造形材料を結合剤溶液で飽和させることなく、造形材料に結合させることが望ましい。
【００１３】
特定のシステムは、３次元プリンタで造形材料上の特定の位置に結合剤を滴下し、堆積させる。システムは、造形材料を特定の位置で固化させるのに必要な結合剤溶液の総量を決定すること、特定の位置に所望の色を生成するのに必要な着色結合剤溶液のそれぞれの量を決定すること、および要求される結合剤溶液の所定の総量を得るために、着色結合剤溶液に加える必要のある無色の結合剤溶液の量を決定することを含む。供給されるすべての結合剤溶液（着色結合剤溶液および無色結合剤溶液の両方、）の加算総量は、したがって、造形材料の特定の位置で造形材料を固化するのに必要な十分な結合剤溶液の総量にほぼ等しい。
【００１４】
３次元プリンタを通して空気を吸引または押出すシステムは、製造工程において、製作される物体を保持して、物体の品質を向上させるなどの目的で提供される。
【００１５】
３次元物体を製作する別の装置は、物体を形成するための造形材料を内部に蓄える材料供給リザーバと、材料供給リザーバからの造形材料の増加する層を受け入れるための造形チャンバと、材料供給リザーバおよび／または造形チャンバを通して空気流れを発生させるために材料供給リザーバおよび／または造形チャンバに接続された真空ポンプとを備える。
【００１６】
また、プリントヘッドを清浄化するためのシステムが提供される。３次元物体を製作するための特定の装置は、構造フレームと、このフレームで支持され、かつ造形材料が充填される造形チャンバと、造形チャンバを横断して移動するように取り付けられたガントリと、ガントリに取り付けられた少なくとも１つのプリントヘッドと、少なくとも１つのプリントヘッドを清浄化するための、フレームに対して移動可能な少なくとも１つのクリーニング・エレメントとを含む。
【００１７】
さらに未使用の造形材料を回収するシステムが提供される。このシステムは造形材料を再使用するので、無駄を無くすることができる。１つの実施形態では、３次元物体を製作するための装置は、フレームと、このフレームに取り付けられ、かつ造形材料を充填するのに適する造形チャンバと、オーバーフロー・キャビティ（cavity）を形成し、造形チャンバからのオーバーフローした造形材料を受け入れるように位置するシュートと、このシュートを通過する造形材料を受け入れるために、このシュートに連結された着脱可能な収集チャンバとを含む。
【００１８】
構成部品の構造および構成部品の組合せに関する種々の新規な細部事項を含む前述および他の特徴は、添付図面を参照して詳細に説明され、また請求項において述べられる。本発明を具体化する、３次元物体の模型を製作する特定の方法および装置は、図により示されているが、本発明を限定するものではないことは理解されるであろう。本発明の原理および特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、さまざまな、多数の実施形態で具体化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１はラピッド・プロトタイピング用の特定の装置の概略図である。図には、コンピュータ１、３次元プリンタ３、形成された３Ｄプリンタ物体５、後処理システム７、および後処理された、最終造形物となる３Ｄ模型物体９が示されている。
【００２０】
コンピュータ１は、デスクトップ・コンピュータまたはポータブル・コンピュータなどのパーソナル・コンピュータであってもよい。コンピュータ１は、インターネットのような公衆アクセス通信ネットワークを含む、スタンドアロン・コンピュータ、ＬＡＮ（ローカルエリア・ネットワーク）の一部またはＷＡＮ（ワイドエリア・ネットワーク）であってもよい。本発明によれば、コンピュータ１はＣＡＤ（コンピュータ支援設計）／ＣＡＭ（コンピュータ支援製造）プログラムのようなソフトウェア・アプリケーション１２を含む。ＣＡＤ／ＣＡＭプログラム１２は、データ格納領域１５に格納された３次元物体のディジタル表現を操作する。ＣＡＤ／ＣＡＭプログラム１２は、格納されたディジタル表現１７を生成、修正および再生できる。ユーザが格納された物体表現１７の模型物体９を製作することを望む場合、ユーザは格納された物体表現を高レベルのソフトウェア・プログラム１８にエクスポートする。次に、高レベル・プログラム１８から、ユーザはプログラム１８にプリント命令を出す。プログラム１８はディジタル表現１７を、それぞれが所定の厚さを有する複数の個別の２次元層に分割する。
【００２１】
プログラム１８は、高レベル命令を送ってプリンタ３の（３次元プリンタを作動する）電子回路５２を制御することにより、各層をプリントする。これとは別に、物体１７のディジタル表現は、プリンタ・ハードウェアにより、コンピュータ読出し可能な媒体（例えば、磁気または光ディスク）から直接読み出しできる。３次元プリンタ３は、プリントが実行されるダーティ（dirty）領域２０と、制御電子回路５２が収納されるクリーン領域
５０とを含む。
【００２２】
３次元プリンタ３はインクジェット式プリントヘッドを使用して、粉末造形材料の連続層の上に結合剤を堆積させる。これについては、Ｂｒｅｄｔらに対する米国特許Ｎｏ．５，９０２，４４１に記載されており、この全文は参照により本明細書に引用したものとする。結合剤が造形粉末と結合すると、粉末は反応を起こし、硬化して固体構造体になる。これらのプリントヘッドからの結合剤の小液滴の（滴下）位置を制御することにより、固体構造体の２Ｄ断面を物理的に再現できる。３次元プリンタ３は、プログラム１８により提供される分割された各層毎に物理層を形成する。ディジタル表現１７を複数の２次元層に分割したデータを含むファイルが完全にプリントされると、３次元造形物５が形成される。粉末を結合させて物体を形成することに関する詳細は、Ｓａｃｈｓらに対する米国特許Ｎｏ．５，３４０，６５６、Ｃｉｍａらに対する米国特許Ｎｏ．５，３８７，３８０、およびＢｒｅｄｔらによる（代理人事務処理Ｎｏ．２２４７．２００１−００１）２００１年４月１３日に出願の米国特許出願Ｎｏ．０９／８３５ ２９２の発明「固体物体の３次元プリントの組成物」に開示されており、前記３者の全文は参照により本明細書に引用したものとする。
【００２３】
後処理システム７を使用して、プリントされた造形物となる部分５を最終造形物となる模型物体９に改良する。所望の結果に応じてさまざまな仕上げオプション（加工）が利用できる。
【００２４】
当業者には、３次元物体の模型製作に用いられる方法は、コンピュータ使用可能な媒体を含むコンピュータ・プログラム・プロダクトで実現できることは認識されるであろう。例えば、このようなコンピュータ使用可能な媒体は、ソリッド・ステート・メモリ・デバイス、ハード・ドライブ・デバイス、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、またはコンピュータ・ディスケットなどの読出し可能メモリ・デバイスを含み、これらのメモリ・デバイス上には、コンピュータ読出し可能なプログラム・コード化した複数のセグメントが格納される。コンピュータ読出し可能な媒体はまた、光学的、有線または無線によるバスまたは通信リンクのような通信または伝送媒体を含むことができ、通信または伝送媒体は、ディジタルまたはアナログ・データ信号として保持されるプログラム・コード化したセグメントを有する。
【００２５】
図２は、図１の３次元プリンタ３の実施形態の平面図である。前部の粉末の多いダーティ領域２０および後部のクリーン領域５０が詳細に示されている。チャンバ２４、２６、２８の３つの開口に加えて、上部デッキ２２は以下に述べる研削セクション２９を含む。プリント・ガントリ４９は、トラック５７および支持棒２３に連結されたアーム・アセンブリ５５により上部デッキ２２の上方で吊られている。作動中は、アームはトラック５７および支持棒２３上をｘ軸（低速軸）に沿って移動し、ガントリ４０を移動させる。
【００２６】
図示するように、ガントリ４０は結合剤溶液を堆積させるプリントヘッド４５を保持する。プリントヘッド４５はプリント・トラック４６に沿ってｙ軸方向に往復運動する。１つの実施形態では、ガントリ４０は、結合剤溶液を堆積するための複数の結合剤ジェット４７を有する少なくとも１つのインクジェット・プリントヘッド４５を含む。結合剤ジェットは結合剤コンジット７７から結合剤溶液を受け取る。また、図には、材料供給チャンバ２４から造形チャンバ２６に造形粉末を拡散するスプレッダローラー４８が示されている。
【００２７】
空気流れ
装置内部で空気を循環させることにより、さまざまな問題を解決できる。１つの特定の問題は空中浮遊している粉末、つまり飛散した粉末であり、これによりプリンタ機構および電子構成部品が汚染され、結果的に装置の信頼性が低下する。また、粉末は装置の上蓋内部に堆積し、結果的に装置動作を監視するオペレータ能力を低下させる。
【００２８】
図３Ａは、図１の３次元プリンタの実施形態を通る空気流れを調整するための基本構成部品の斜視図である。図のように、３次元プリンタ３は複数の開口を有する上部デッキ２２を含む。上部デッキ２２は構造フレームに取り付けられている。供給ピストン２５を有する矩形の材料供給チャンバ２４、造形テーブル２７を形成する造形ピストンを有する矩形の造形チャンバ２６、およびオーバーフロー・シュート２８が、ｘ軸（低速軸）に沿って示されている。簡単化のために図では省略しているが、ピストン２５、２７がチャンバ２４、２６の壁面に対し滑らかに動くように、シールを固定している。また図示していないが、上蓋はプリント領域を外部環境から隔離している。
【００２９】
図３Ａはまた、使用済み造形材料を回収するように設計されたプリンタの構成部品を示す。このプリンタでは、オーバーフロー・シュート２８に流れ込む造形材料は、収集バケットト８１内に収集される。収集バケット８１はプリンタの底面上の取付け台８２にスライド挿入されるので、バケット８１はシュート２８の底から出る造形材料を収容するように位置される。上部プレート８３はバケット８１上にシールを形成し、上部プレート８３上に取り付けられたブロワー３４はシュート２８を通る下方への通風を発生させる。フィルタ３１は上部プレート８３上で、ブロワー３４とバケット８１および上部プレート８３により囲まれたキャビティとの間に取り付けられる。これら構成部品の位置的構成により、オーバーフローした造形材料は、フィルタ３１ではなく、主としてバケット８１内に収集される。
【００３０】
バケット８１の底に落ちる造形材料は、シュート２８からブロワー３４を通過する空気の流路から除去される。バケット８１は容易に取り外しできるので、図３Ｂに示すように、造形材料を材料供給チャンバに戻すことができる。バケット８１のリップ８４は造形材料をチャンバに戻すのを容易にする。
【００３１】
１つの実施形態では、１つまたは複数の光センサを配置しているので、バケットが一杯になったことを検知できる。例えば、光センサは、シュート２８の終端部の内側の位置で検知するように配置される。“フル（full）”表示がなされると、バケット８１は取り外され、造形材料は、汚染物または凝集した材料を除去するスクリーンを通して材料供給チャンバに戻される。
【００３２】
余分な粉末を捕集することに加えて、オーバーフロー・シュート２８を通る空気流れは飛散粉末の量を低減するので、装置の信頼性およびユーザ満足度を向上させる。
【００３３】
別の実施形態では、コンジットを介して、真空ポンプを材料供給チャンバ２４および／または造形チャンバ２６に連結できる。材料供給チャンバが一杯のときに、空気を造形材料から材料供給チャンバ２４の底面を通して吸引することにより、造形材料を材料供給チャンバ内に高密度で均一に詰め込むことができる。これにより、飛散粉末の望ましくないかたまり（cloud）を発生させる傾向がある、時間のかかる工程である充填の間にオペレ
ータがこてを用いて造形材料から空気を出す作業の必要性が減少する。
【００３４】
また、空気を造形材料から造形チャンバ２６の底面または側面を通して吸引することにより、造形材料を造形チャンバ内により高密度で詰め込むことができる。この高密度の材料により、造形チャンバ内で形成される造形物を確実に支持できる。これにより、造形工程の間に造形物が動くのを防止し、形成される造形物の品質を向上させる。
【００３５】
図３Ｃは、材料供給チャンバ２４および造形チャンバ２６の底面上に置くことができる
プレナム２４０の１つの実施形態を示す。プレナム２４０はプレナムの基台として働くピストン・プレート２４２を含む。真空ポンプは開口２４４を通して取り付けられる。
【００３６】
ピストン・プレート２４２の上には、フィルタ媒体２４８を支持し、かつ貫通した孔２５０が設けられている上部プレート２４６が位置する。フィルタ媒体２４８は、造形材料と真空システムとを離間させており、また別のインライン（一列に並んだ）・フィルタを含むことができる。孔２５０は、下方への空気流れの通路を提供し、最適空気流れ特性となるように配置できる。
【００３７】
さらに、複数のスペーサ２５２をピストン・プレート２４２と上部プレート２４６の間に設けて、プレナム２４０内の均一な真空分布を保証する。さらに、ピストン・プレート２４２と上部プレート２４６の間のガスケット２５４がプレナム２４０の縁部からの空気漏れを防止する。フィルタ２４８の上にメッシュ２５６を置き、セットアップおよび清浄化作業の間、フィルタ２４８を保護する。プレナム２４０は、メッシュ２５６からピストン・プレート２４２に延びる外周部に沿ってねじを用いてサンドイッチ状に一体にしてはさまれる。プレナム２４０の外周部にシールを設けて、ピストンとチャンバ壁の間の粉末損失を防止する
【００３８】
図３Ｄは、材料供給チャンバ２４および／または造形チャンバ２６を通る空気流れの制御を示す概略図である。図のように、真空ポンプ２５８は、材料供給チャンバ・プレナム２４１および造形チャンバ・プレナム２４３に連結されて、それらプレナムの一方または両方を通る空気流れを発生させる。1つの実施形態では、真空ポンプ２５８は１．５〜２
ｉｎ３（２．５〜３．３×１０−５ｍ３）／分の空気流れ量で水銀柱約１０インチ（２５４ｍｍ）の真空レベルを可能にする。図では、真空ポンプ２５８、材料供給チャンバ・プレナム２４１および造形チャンバ・プレナム２４３間に第１バルブ２６０が置かれている。第１バルブ２６０により、材料供給チャンバ・プレナムまたは造形チャンバ・プレナムのどちらかを通るように、空気流れの方向を選択できる。特に、スイッチ２６２はユーザが操作できるように構成され、例えば、ユーザが材料供給チャンバ２４を充填するときは、スイッチ２６２でバルブ２６０を操作して、全空気流れを材料供給チャンバ・プレナム２４１を通るように方向付けする。材料供給チャンバ２４を充填後、ユーザは、フット・ペダルであるスイッチ２６２を操作して、全空気流れが造形チャンバ・プレナム２４３を通るように方向付けできる。バルブ２６０および／または真空ポンプ２５８の間に流量計２６１を置いて、このバルブ２６０と真空ポンプの間の空気容積流量を測定する。
【００３９】
さらに、バルブ２６０と造形チャンバ・プレナム２４３の間に、３方向バルブであるバルブ２６４を置くことができる。バルブ２６４はソフトウェア命令２６５に接続され、制御される。詳細には、製作工程の間、ソフトウェア命令２６５は、電力線２６８間に接点を形成するソリッド・ステート・リレー２６６を制御することにより、バルブ２６４を制御して、選択的に空気流れが造形チャンバ・プレナム２４３を通るようにできる。例えば、造形材料を供給する間は、空気流れを造形チャンバ・プレナム２４３に流し、結合剤溶液をプリントする間は、空気流れを止めることができる。材料供給チャンバ・プレナムおよび／または造形チャンバ・プレナムの近くに複数のインライン・ゲージ２７０を取り付けて、それらの位置の真空レベルを測定できる。さらにインライン・フィルタを設けて、プレナム２４１および２４３の周囲またはそれらを通過する造形材料または残留物を濾過する。１つの実施形態では、造形チャンバ・プレナム２４３とバルブ２６４の間に調整可能なレギュレータ２７４を設けて、造形チャンバ・プレナム２４３を通る空気流れを調整する。さらにゲージ２７６をレギュレータ２７４に接続して、このレギュレータの真空レベルを測定する。
【００４０】
プリント
図４Ａは、単色および多色モードの両方で高速プリントするのに特に適している高速プリント３次元プリンタの構成部品を示す。キャリッジ８５が往復運動するようにガントリ４０に取り付けられている。キャリッジ８５は、レール８６上でｙ軸（高速軸）に沿って往復運動できる。図４Ｂには、上蓋を閉じた状態のキャリッジ８５、およびガントリ４０が、結合剤コンジット８７と共に示されている。図４Ｃは上蓋を開いたキャリッジ８５を示している。
【００４１】
４つのほぼ同一のプリントヘッド４５（Ｈｅｗｌｅｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ部品番号Ｃ４８００Ａ等）がキャリッジ８５内に取り付けられている。各プリントヘッド４５はコンジット８７の１つに接続されており、これらのコンジットは外部結合剤溶液供給源に接続されている。１つの実施形態では、第１のプリントヘッドがシアン着色剤を含む結合剤溶液を供給する供給源に接続され、第２のプリントヘッドがマゼンタ着色剤を含む結合剤溶液を供給する供給源に接続され、第３のプリントヘッドがイエロー着色剤を含む結合剤溶液を供給する供給源に接続され、さらに第４のプリントヘッドが透明（またはホワイト）着色剤を含む結合剤溶液を供給する供給源に接続されている。ブラック着色剤を含む結合剤を供給する供給源に接続され、かつ他のプリントヘッドとはｘ軸に沿ってずれている第５のプリントヘッドをキャリッジ８５内に設けることができる。種々の着色剤を結合剤溶液と予め混合しそれぞれの供給源に貯蔵できる。または、種々の着色剤を別個に貯蔵し、装置内で、例えばプリント前にプリントヘッドにおいて結合剤溶液と混合することもできる。
【００４２】
図５Ａ−５Ｄは造形粉末を処理する工程を示す概略図である。上部デッキ２２に頂部を揃える形で、材料供給チャンバ２４、造形チャンバ２６、およびオーバーフロー・シュート２８が示されている。造形粉末６０の供給は、材料供給チャンバ２４の可動供給ピストンによりなされ、また造形テーブル２７は造形チャンバ２６内に示されている。当技術分野では公知のように、作動中、供給ピストン２５は徐々に上方向（ｚ＋方向）に移動し、一方で、造形テーブル２７は徐々に下方向（ｚ−方向）に移動する。オーバーフロー・シュート２８を通り下方に流れる空気流れは、ブロワー３４（図３Ａ）により発生する。
【００４３】
図５Ａを参照すると、材料供給リザーバ・チャンバ２４の底面２５は、１つの造形層に対して十分な量６２の造形材料６０を材料供給チャンバ２４から上に押し出すように位置している。造形テーブル２７は、造形材料の第１層を受け入れるだけの特定の深さに位置している。１つの実施形態では、造形テーブル２７は徐々に下降し、それぞれが約３〜９ミル（約７６〜２３０ミクロン）厚さの連続する複数の造形層を生成する。
【００４４】
図５Ｂを参照すると、ローラーは、その前進方向と逆に回転して、一定量の造形材料６２を造形チャンバ２６方向に押し出している。図５Ｃに示すように、ローラー４８は造形チャンバ２６を横断して移動し、一定量の造形材料６４の層を造形テービル２７上に堆積させる。完全な造形層を造形テーブル２７上に確実に堆積させるために、材料供給リザーバ２４により造形材料６０を余分に供給する。余分な造形材料６６はローラー４８によりオーバーフロー・シュート２８内に排出される。排出された材料粒子は重力および空気流れにより収集バケット８１（図３Ａ）に運ばれる。
【００４５】
再度図２を参照すると、ガントリ４０が上部デッキ２２の上方を通過するとき、ガントリ表面で飛散粉末が飛散結合剤材料と混合する結果として、通常、硬い表面を持つ層がガントリの底面上に形成される。この層は時間と共に厚くなって、粉末ベッドにとって障害となり、その結果、粉末ベッドの上層に凹部または溝を発生させ、最終仕上げされた造形物となる最終部分に割れ目を発生させる。小型ブラシ、ループ材料（例えば、Ｖｅｌｃｒｏ(R)ファスナ材料）、または別の研削材２９を上部デッキ２２上に配置して、ガントリ
の底面から余分な残留物を掻き落とすことができる。この残留物はオーバーフロー・シュート２８に落とすことができる。
【００４６】
ガントリのｘ方向への移動により１つの層を堆積させると、その層の２Ｄ断面がプリントされる。詳細には、このプリントは、ガントリを負のｘ軸方向に移動させながら、プリントヘッドを連続的にｙ軸方向に移動させる間においてなされる。この代わりに、以下に詳細を述べる別のプリント方法を使用することもできる。
【００４７】
造形材料が広がると共に、粉末６５の起伏ができ、ローラーの運動方向に対して横方向に移動する傾向がある。押え片（プラウ（plow））４９は粉末６５の起伏を抑えるのに役立つ。これにより、造形材料が上部デッキ２２上に溢れ出すのを防止し、さらに装置の信頼性およびユーザ満足度の点で望ましくない隆起部を形成するのを防止する。押え片４９は、回転および平行移動するスプレッダローラー４８の端部と、上部デッキ２２の上面とに対するシールを形成する。スプリングを利用して、押え片４９に対して両方向から内側向きの力を発生させることにより、押え片４９がスプレッダローラー４８との緊密なシールを形成するようにできる。スプリングはまた、押え片４９に下方向の力を発生させて、上部デッキ２２の上面とのシールを形成する。
【００４８】
押え片４９を油含浸プラスチック材料から製作しているので、粉末を拡散させている間の、押え片４９の底面と上部デッキ２２の上面との間の摩擦を低減できる。油含浸材料はまた、粉末が押え片４９の底面に付着するのを防止する隔壁を形成する。さらに、油含浸材料は上部デッキ２２の支持表面上に自己補充剥離層（self-replenishing release layer）を形成できる。
【００４９】
スプレッダローラー４８が粉末６５の起伏を押し付けるとき、ローラーの前端部には、押え片４９の前面領域上に押し付けられた粉末の堆積部分が生じる。この粉末は押え片４９により押され、最後にオーバシュート２８内に引き込まれて落下するか、またはその進路方向から外れて堆積される。オーバーフロー・シュート２８は材料供給リザーバ２４および造形チャンバ２６の開口より幅を広くして、この余分粉末を捕集できる。
【００５０】
プリントの間に、粉末層に衝突する結合剤の衝撃により、粉末が飛散して、プリントヘッドの底面に衝突する。プリントヘッドは結合剤溶液で濡れているため、粉末は硬化して、プリントヘッドの底面上に硬い表層を形成するか、または最終的に粉末がジェットの内部に入り込み、ジェットの出口を詰まらせる可能性がある。さらに、時には、余分な結合剤が液滴を形成することがあり、この液滴はプリントヘッドの底面に残り、表面張力によりそこに留まる。この影響によっても、ジェットの出口が詰まるか、またはジェットの偏向が生じることがある。ジェットが詰まるかまたはずれると、結合剤が所望の位置に付着しないため、最終仕上げされた造形物に不具合が発生する。したがって、プリントヘッドの底面から粉末または結合剤を除去して、ジェット出口が開いた状態（つまり、クリーンな状態）に維持するための方法が望まれる。
【００５１】
図４Ａに示すように、上部デッキ２２には凹部９０が形成されている。この凹部には、プリント・ジェットを清浄化するための、構造フレームおよび上部デッキ２２に対して移動可能な少なくとも１つのスキージ（squeegee）またはワイパー部材を含む。この凹部９０は、スキージがプリント・ジェットの移動軌道内にある限り、上部デッキのどの位置にでも形成できる。図４Ａの実施形態では、凹部９０はオーバーフロー・シュート２８から離れた、造形材料供給リザーバ２４および造形チャンバ２６の反対側に形成される。さらに図４Ｄおよび４Ｅに示すように、凹部９０内に取り付けられたクリーニング・アセンブリ２００は、モータ２０６により上下運動する支持部材２０４上に取り付けられたスキージ２０９を含む。詳細には、モータ２０６は、ギヤ２１０と噛合って駆動するギヤ２０８を回転させる。ギヤ２０８、２１０はシャフト２１２（図４Ｅではシャフトを１つだけ示す）に連結され、このシャフトを回転させる。このシャフト２１２はカム２１４を回転させて、支持部材２０４に取り付けられた中間部材２１６を上下動させる。ＰＣボート２２０はセンサ２２２を保持し、このセンサは、シャフト２１２の１つに取り付けられたホイール２２４の位置を検出することにより、スキージの位置（上方または下方）を検出する。ホイール２２４は、センサ２２２で検出してスキージが上方または下方のどちらに位置しているかを決定するための埋め込み磁石を含む。クリーニング・アセンブリ２００は、そのアセンブリを凹部９０内に固定するためのフランジ２１８を含む。
【００５２】
作動中は、ガントリ４０がオーバーフロー・シュート２８を通過して、凹部９０に向かって移動するとき、モータ２０６が支持部材２０４を上方に持上げることにより、スキージ２０９がデッキ２２の上に突出して、プリントヘッド面をこすり、清浄化する。その後、スキージ２０９は凹部９０内に収納される。
【００５３】
別の実施形態では、クリーニング・スキージは、上部デッキ２２の上のような適所に固定できる。この時、クリーニング・スキージは、プリントヘッがスキージ上を定期的に通過、例えば、プリント毎に通過するように配置することができる。この時、堆積した粉末および結合剤は、スキージによりプリントヘッドから掻き落とすことができる。この後、スキージは、例えば近接して配置されたクリーニング・ジェットまたはプリントヘッド・ジェット自体からのクリーニング剤により清浄化される。適正な排出手段をプリンタ内に組み込んで、廃棄材料を排出できる。固定されたスキージは機械的な複雑性が少ないが、すべての実施形態に適合するとは限らない。
【００５４】
複雑性は増すが、収納式スキージの利点は、スキージを使用しないときには、凹部９０内で保護されることである。また、スキージ２０９がデッキ２２の下方に位置するか、または下方に移動するとき、クリーニング剤、例えば透明結合剤を含む１つまたは複数のノズル２２６をスキージに向けて噴射し、清浄化する。ノズル２２６をデッキ２２の下方に位置させることで、クリーニング剤の噴射は大概、凹部９０内で行われる。
【００５５】
別の実施形態では、クリーニング剤は潤滑特性を有する液体を含む。すなわち、クリーニング剤はスキージ２０９上に膜を形成し、この膜がプリント・ジェットに移動するので、造形材料がプリント・ジェットに付着しにくくなる。特定の実施形態では、クリーニング剤は約５〜２０％のポリエチレン・グリコールを混合した水である。
【００５６】
支持部材２０４はプリントヘッド・キャップ・アセンブリ２０２を有し、これらのアセンブリにより、使用されていないときのプリントヘッドを保護する。
【００５７】
プリント速度および造形品質
造形速度を最大化することは、ユーザの重要な関心事項である。造形時間は２つの主要な要素、すなわち粉末の拡散と結合剤溶液の堆積とを有する。粉末の拡散速度はいくつかの要因で制限される。これら要因には、平滑な表面層の維持および飛散粉末量の最小化を必要とすることが挙げられる。したがって、造形速度を増加させる１つの方法は、結合剤の堆積速度を増加させることである。結合剤の堆積速度を増加させる１つの方法は、複数のプリントヘッドを利用することである。
【００５８】
図６は複数のプリントヘッドを使用する装置の概略図である。この構成はモノクロ・プリント・モードにおけるプリント速度を最大にする。なぜなら、全プリントヘッド４５が同時にプリントすることにより、各ジェットアレイの幅Ｗｊにプリントヘッド数を乗じた幅に等しいｘ方向の全幅Ｗｔを完全にカバーできるからである。ｙ方向全体にわたりこの全幅Ｗｔをプリント後、ガントリは全幅Ｗｔに等しい距離だけｘ方向に進行する。次に、プリントヘッド４５は再度、ｙ方向全体にわたり全幅Ｗｔをカバーしてプリントする。
【００５９】
この構成はまた、カラー・プリントに対しても有効である。図６に示す特定の実施形態では、４つのプリントヘッドがあり、３つのプリントヘッドのそれぞれは原色をプリントし、１つは透明色をプリントする。カラー・プリントの場合、ガントリは１つのジェットアレイＷｊの幅だけ進行し、それにより、固有の色を有するプリントヘッドはそれぞれ粉末の各領域の上を通過することになる。
【００６０】
プリントヘッド４５を一列に隣接させて配置しない理由は、各プリントヘッドＷｐの幅がジェットアレイの幅Ｗｊより大きいために、一列に隣接させて配置すると、プリントされていない縦のストライプ（縞模様）が発生するからである。したがって、すべての領域をプリント可能にするために、プリントヘッド４５をｙ軸方向にオフセット距離Ｗｙずつ互いにずらせて配置して、プリントヘッド４５の物理的制約に対処している。
【００６１】
プリントヘッド４５はまた、ｘ軸に沿ってオフセット距離Ｗｘずつ互いにずれている。実際には、プリントヘッド４５は、ｘ軸においてプリント範囲がわずかに重なる部分Ｗｏが存在するように整列されている。すなわち、隣接する２つのプリントヘッド４５が同一のｘ軸の位置上で同時にプリントできる。これにより、装置の組立て後にプリントヘッド４５を校正できるため、設計および製造工程における精度を落とすことができる。この時、重なり合うプリントヘッド４５の一方は、他方のプリントヘッドのピクセルと重なるいくつかのピクセルをプリントしないように命令される。
【００６２】
図６には、クリーニング・エレメント２０９が示されている。クリーニング・エレメントはｙ軸に沿って間隔を空けて整列しているので、各クリーニング部材は対応するプリントヘッドに位置合わせされている。
【００６３】
他のプリントヘッド構成を使用できることは認識されるべきである。他の典型的な実施形態の詳細な説明は、引用した米国出願Ｎｏ．０９／４１６，７８７に開示されている。構成の選択は、プリントヘッド仕様を含むさまざまなパラメータを考慮に入れる設計事項である。
【００６４】
例えば、プリントヘッド４５を高速のｙ軸に沿って一列に配列させて、結合剤ジェットの連続シーケンスを形成できる。この配列により、結合剤を堆積させる間、プリントヘッド４５は高速のｙ軸に沿って移動または往復運動する必要がなくなる。
【００６５】
この配列の変形例には、高速ｙ軸に沿ったプリントヘッドの部分列を含むことができる。つまり、複数のプリントヘッドのうち一部を一列に整列させる。プリントヘッドが低速のｘ軸に沿って（ｘ＋方向に）通過する間に、最初に結合剤の堆積が発生する。この通過が完了すると、プリントヘッドを高速ｙ軸に沿って割り送りして、結合剤を戻り（ｘ−方向）の通過時に堆積する。この工程を繰り返して、全プリント範囲をカバーする。
【００６６】
また、特定のジェットの動作に問題がある場合にも、場所的に均一高強度を持つ造形物を得ることが望まれる。例えば、プリントヘッドの製造品質が劣っているかまたはヘッドが粉末により汚染された結果、場合により、プリントヘッドの特定のジェットが噴射しないか、または噴射が不安定になることがある。
【００６７】
図７は、不完全な結合剤ジェットを有するプリントヘッドの概略図である。図に示すように、プリントヘッド４５ｆは、ガントリ４０（図２）が移動するとともに、ｙ軸に沿ってプリントする複数のプリントヘッドのうちの１つである。プリントヘッド４５ｆの特定のジェット４７−６が噴射しない場合、プリントされている粉末の特定の層６４上にｙ方向においてストライプ９６が表われることがある。これによりプリントされた領域９５に望ましくない不連続性が生じる。問題は、結合されていない粉末９６の縦のストライプが各層において同一のｘ軸上の位置ｘｆに存在するため、いったん造形物が完成すると、デラミネーション（積層剥離）の面が発生することである。
【００６８】
図８は不完全な結合剤ジェットを用いて２つの層をプリントする方法を示す概略図である。本発明によれば、シングリング（shingling）法を使用して、結合されていない縦の
ストライプ９６−１、９６−２を各層６４−１、６４−２上の異なるｘ軸上の位置に配置することにより、強度の弱い領域を１つの面に集中させずに造形物全体にわたり分散させる。したがって、不完全なジェット４７−６は、すべての隣接する層に対し、通過する度にｘ軸上の異なる位置に配置される。複数カートリッジ・システムでのシングリングは、結合剤の新しい各層を堆積する前に、ｘ軸に沿ってカートリッジ４５をオフセットｘ０ずつわずかにずらすことにより達成される。
【００６９】
高速の造形速度を維持する一方で、造形部分の強度を最適化することが望ましい。単位面積当たりにより多くの結合剤を堆積することにより、部分の強度を強化できる。しかし、多量の結合剤の堆積は、造形速度を低下させて、部分のひずみを発生させる欠点がある。部分の強度を向上させ、かつ造形速度を大幅に低減することなく部分のひずみを最少化する１つの方法は、各層の外周部に供給する結合剤の量を増加することにより、その外周部まわりに硬質の外殻を形成する方法である。これは、外周部に結合剤を供給するときに、造形物の外周部に２倍の結合剤を供給して、結合剤流量を増加するか、または結合剤の飽和を調整することにより達成される。この方法はさらに、造形物の内部領域のひずみを制御できる利点を持つ。
【００７０】
造形モデルの特性を最適化するために、単位面積当たりに供給する結合剤の量を調整して、使用する特定の粉末タイプおよびそのモデルの幾何形状の両方に適合させる。公称では（飽和度＝１）、プリントヘッドは、固体領域をプリントするときに、結合剤溶液量をこの領域の約１０〜２０％に供給する。ピクセルの一部をプリントしないことにより、同一面積走査速度を維持しながら、単位面積当たりの結合剤量をこのレベルより少なく（飽和度＜１）できる。単位面積当たりの公称結合剤量より多い量（飽和度＞１）でプリントするには、プリントヘッドからの同一流量を維持しながら、面積走査速度を減少させる。これは、ビットマップ・イメージを高速走査方向に拡大し、同時に高速軸モータを比例して減速することにより達成できる。１．５の飽和度を得るには、例えば、１８０×１８０ピクセル領域を１８０×２７０ピクセルに拡大し、高速軸速度を９０ｃｍ／ｓｅｃから６０ｃｍ／ｓｅｃに減速する。このような可変飽和度法により、造形物の強度を最適化できる。
【００７１】
例えば、造形物は、硬い外殻、およびその内部領域にトラス（truss）または卵ケース
構造を有するように形成できる。内部領域の残りの部分は結合されない粉末のままで残すことができる。
【００７２】
カラー・プリント
カラーのインク・ジェット・プリントヘッドをプリンタに組み込むことにより、様々なカラーまたはインクをプリントする能力を提供できる。システムはこれらのプリントヘッドを利用して液体結合剤を堆積させるため、これらプリントヘッドにより、多孔質材料を結合させる材料としてカラー結合剤を堆積できる。特に、粉末材料はホワイトまたは無色であり、インクを吸収して粉末に色を付けることができる。結果的に、本発明の実施形態は、実質的にフルカラーの３次元造形物を造形し、造形物全体にわたって色を変化させることができる。
【００７３】
例えば、製品設計者は、表面に予め施されたさまざまな配色、ラベルおよび装飾を有する製品モデルを製作できる。さらに、外科医は患者の人体の一部の３Dカラー・プリント
されたモデルを解体して、３次元配置の臓器、腫瘍、血管などを十分認識することにより手術の準備ができる。モデルに関するデータは、コンピュータ断層撮影装置（ＣＴ）または磁気共鳴映像装置（ＭＲＩ）から得られる。
【００７４】
色の付いた内部領域を必要とする造形物もあるが、表面色だけを必要とする造形物もある。目に見える表面が色付けを必要とする、造形物の一部であるため、ソフトウェアは各層の外側縁部のみに使用するカラー・インクを調整すればよい。このような場合、無色（すなわち、透明またはホワイト）あるいは単色結合剤（すなわち、ホワイト以外の単一色）が、ユーザには見えない造形物の内部に使用される。これにより、高価で、補充の面倒な着色結合剤を節減できる。
【００７５】
一定量の液体結合剤を所定量の粉末上に堆積して、正確に造形された造形物を製作できる。余分な結合剤は、造形物における所望の領域を越えて移行する結合剤を生じさせる。この作用は通常“ブリーディング（breeding）”と呼ばれる。しかし、この一定量より少ない量の結合剤では、強度の弱い造形物が製作される。色の量に関係なく十分な適正量の結合剤を使用することが望ましい。色の変化を制御した造形物を製作する方法は、以下に述べる。
【００７６】
第１に、各層の縁部（これらの縁部は、最後には、造形物の表面になる）上でプリントするための最少飽和量を決定する。十分な着色剤を各着色結合剤に加えることにより、プリントするための最少飽和量で、仕上がった造形物の表面が純粋な原色になる。３原色のそれぞれで着色された結合剤をプリントする３つのプリントヘッドがある。透明結合剤をプリントする第４のプリントヘッドがある。
【００７７】
各層をプリントする前に、コンピュータ・ソフトウェアは、最初に、所望の色を得るために、各プリントヘッドが各スポット内にプリントする必要のある着色結合剤の量を計算するアルゴリズムを実行する。次に、ソフトウェアは各スポットに対する最適飽和度（例えば、前述のように、内部にトラス構造を有する各層の外周部上の増加した飽和度）を決定するアルゴリズムを実行する。次にソフトウェアは、３色のプリントヘッド全てによりすでにプリントされた結合剤の総量を減算し、その後、第４プリントヘッドにより、透明な、したがって色に影響を与えない結合剤の残量を供給する。このように、各スポットは正しい量の各色と正しい量の結合剤とを供給される。
【００７８】
ディザリング（dithering）およびハーフトーン化したバックグラウンドを得るには、
最初に、モノクロ・モードにおけるバックグラウンドについて理解することがすることが有効である。プリンタはホワイト粉末上にプリントし、２組のジェットアレイを有している。一方の組のジェットアレイはブラック結合剤を堆積し、他方の組のジェットアレイは、粉末がホワイトであるため、ホワイトで表われる透明結合剤を堆積する。造形される造形物各位置で、２種類の結合剤がある比率で堆積され、造形物のある領域で所望のグレー、ホワイトまたはブラックの陰影を生成する。このように、造形物の全ての領域は、強化の高い部分を生成するのに必要な総結合剤量を受け取る。ただし、この方法は、制御された大きさの液滴を生成できるプリントヘッドを必要とする。
【００７９】
インク・ジェット・プリントヘッドを選択して、制御された大きさの範囲の液滴を生成できるが、最新のプリントヘッドは、１種類の大きさの液滴だけを生成するように使用される場合に最適動作する。したがって、液滴が層全体にわたり均一に分布する場合、造形物の断面の各位置に、ブラックの液滴または透明の液滴のどちらかが衝突する。ディザリングまたはハーフトーン化に対しては、これらの液滴を、十分に離れて見るときにはグレーに認識されるが、拡大したときにはドット・パターンに見えるように分布させることができる。
【００８０】
ディザリングまたはハーフトーン化の従来の方法を各層に使用して、各結合剤の液滴を滴下する場所を決定できる。またアルゴリズムはディザリングまたはハーフトーン化方法に対しても機能して、仕上った造形物の表面に滴下する液滴の最適配置を決定する。
【００８１】
別の色の結合剤を堆積する別のノズルを追加することにより、前述の方法はフルカラーの造形物を製作できる。プリントされる物体の境界面に異なる色の表面が接する場合、アルゴリズムをプリントされる領域に適用して、各層の外周部にカラー・バンドを形成する（図９参照）。最も簡単なアルゴリズムは単純な半直角の面である。造形物は完全な不透明ではなく、したがって、造形物の観察者の認識する色は、色がプリントされる造形物の表面における濃度に依存する。したがって、広いカラー・バンド（color band）が細いカラー・バンドの色に比べて濃い色に見える。
【００８２】
異なる色の２つの表面が接する部分の内側のカラー・バンドに対するすべての着色方法の持つ問題点は、少なくとも１つの色がその部分の表面より淡くプリントされるのが避けられないことである。したがって、この色はその部分の観察者には淡い色に見える。この色を標準濃度を持つ着色領域と同一レベルまで復元するために、物体の表面の縁部に、高濃度の着色剤をプリントする。
【００８３】
造形部分がわずかに半透明であるため、１つの表面に関連するカラー・バンドは、隣接する表面から知覚される色に影響を与えることがある。例えば、図９では、色２がブラックで、色１がホワイトである場合、観察者はホワイトだと考えられた表面を通してブラックを見ることになる。この影響を最少にするには、隣接する表面のそれぞれのカラー・バンドを斜めに切り、造形物体の縁部からその物体に延びるホワイトまたは無色のストライプを残す必要がある。
【００８４】
例えば、図１０を参照すると、第１の色のバンド９２は第２の色のバンド９４とコーナーで接している。先細の領域９６は透明結合剤から形成されているため、バンド９２、９４の色は正確に知覚され、各色の知覚は“バックグラウンド”内の別の色の存在による影響が少ない。
【００８５】
十分に着色された造形物を製作するのに必要な着色結合剤の量が、正確な形状の造形物を製作するのに必要な着色結合剤の量より多い場合には、問題が生じる。この場合には、着色の精度または許容されるブリーディング（breeding）量のどちらかにおいて、妥協点を見出す必要がある。着色液が結合剤として作用しない場合、造形物の機械的特性に影響を与えずに、多量の着色液を堆積できる。
【００８６】
結合剤の供給
図１１Ａは圧力制御されたコンジット８７Ａ−１４５Ｄにより供給されるプリントヘッド１４５Ａ−１４５Ｄのシステムの概略ブロック図である。図に示すように、結合剤供給システムは複数のプリントヘッド１４５Ａ、１４５Ｂ、１４５Ｃ、１４５Ｄを含み、これらプリントヘッドは、複数の結合剤供給リザーバ１７５、１１２、１１４、１１６および廃液収容器１５５に接続されている。図のように、イエロー結合剤供給リザーバ１１２はイエローに指定されたプリントヘッド１４５Ｂに接続され、マゼンタ結合剤供給リザーバ１１４はマゼンタに指定されたプリントヘッド１４５Ｃに、またシアン結合剤供給リザーバ１１６はシアンに指定されたプリントヘッド１４５Ｄに接続されている。透明結合剤供給リザーバ１７５は透明色に指定されたプリントヘッド１４５Ａおよび色の指定されたプリントヘッド１４５Ｂ、１４５Ｃ、１４５Ｄのそれぞれに接続されている。すべてのプリントヘッド１４５Ａ〜１４５Ｄは廃液収容器１５５に接続されている。詳細は以下に述べる。
【００８７】
図１１Ｂは、図１１Ａの、透明（無色）結合剤溶液をプリントするように指定されているプリントヘッド１４５Ａに対する結合剤溶液供給装置を示す。通常の動作モードでは、バルブ１２２Ａが開いて溶液を流し入れ、バルブ１２８Ａが閉じて溶液をブロックする。ポンプ１８５Ａはフィルタ１１８Ａを通して透明結合剤溶液をリザーバ１７５から吸引し、この液を加圧して、コンジット８７Ａおよびバルブ１２２Ａを通してプリントヘッド１４５Ａに供給する。圧力スイッチ１２１Ａは予め設定された圧力レベル（例えば、３ｐｓｉ（２．１×１０４Ｐａ））に達すると、ポンプ１８５Ａの作動を停止するように構成されている。この機構により、プリントヘッド１４５Ａの透明結合剤溶液の圧力はほぼ設定圧力レベルに維持される。
【００８８】
別の動作モードでは、バルブ１２８Ａが開いて溶液を流し入れ、リザーバ１７５からの結合剤溶液を、供給装置を通して循環させ、廃液収容器１５５に戻す。この構成により、例えば、プリンタが長時間にわたりアイドル状態のときに、供給装置内の結合剤溶液を定期的に入れ替えることができる。さらに別の動作モードでは、バルブ１２２Ａが閉じて溶液をブロックし、例えば、プリンタが作動していないときに、プリントヘッド内の溶液が透明結合剤供給リザーバ１７５に戻るのを防ぐ。
【００８９】
図１１Ｃは図１１Ａの、イエロー結合剤溶液をプリントするように指定されているプリントヘッド１４５Ｂに対する結合剤溶液供給装置を示す。この供給装置の図１１Ｂに示す透明結合剤供給装置と異なる点は、この供給装置にバルブ１２０Ｂが追加されている点であり、このバルブ構成により、ポンプ１８５Ｂが必要に応じて、透明結合剤溶液供給リザーバ１７５またはイエロー結合剤供給リザーバ１１２の一方から結合剤溶液を吸引できる。他のプリントヘッド１４５Ｃ、１４５Ｄは、イエローのプリントヘッド１４５Ｂと同様に、透明結合剤溶液か、または関連する着色結合剤溶液リザーバ１１４、１１６からの着色結合剤溶液のどちらかを供給される。
【００９０】
前述の供給装置では、バルブ１２０Ｂ〜１２０Ｄをすべて、透明結合剤をそれぞれのプリントヘッドに供給するように構成して、例えば、高速の造形速度でモノクロの造形物をプリントできる。これとは別に、各ヘッドに異なる色を供給して、着色された造形物をプリントできる。カラー・モードとモノクロ・モード間で切り替えが必要なとき、バルブ１２８B〜１２８Dを開いて、カラー・プリントヘッド供給装置きから廃液収容器１５５に不要な結合剤溶液を流し出す。
【００９１】
均等物
３次元物体の模型を製作する方法および装置を、その特定の実施形態に関して図示し、説明してきたが、当業者には、添付の特許請求の範囲に定義された本発明の精神と範囲から逸脱することなく、形態または細部に各種の変更を加えるのが可能であることは理解されるであろう。これらおよび他のすべての均等物も特許請求の範囲に包含されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】ラピッド・プロトタイピング用装置の概略図である。
【図２】図１の３次元プリンタの実施形態の平面図である。
【図３Ａ】図１の３次元プリンタの実施形態を通る空気流れを調整および利用する基本構成要素の斜視図である。
【図３Ｂ】使用済み造形材料を回収するシステムの使用を示す図である。
【図３Ｃ】図１の３次元プリンタで使用するプレナムの斜視図である。
【図３Ｄ】図１のプリンタの材料供給チャンバおよび造形チャンバを通る空気流れの制御を示す概略図である。
【図４Ａ】図１の３次元プリンタの実施形態の斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ａのプリンタのガントリの斜視図である。
【図４Ｃ】図４Ａおよび４Ｂのキャリッジの斜視図であり、そのカバーが開いている状態を示す。
【図４Ｄ】プリント・ジェットを清浄化するのに使用されるクリーニング・アセンブリの斜視図である。
【図４Ｅ】図４Ｄに示されるクリーニング・アセンブリの内部コンポーネントを示す部分斜視図である。
【図５Ａ】プリント媒体を制御する工程の概略図である。
【図５Ｂ】プリント媒体を制御する工程の概略図である。
【図５Ｃ】プリント媒体を制御する工程の概略図である。
【図５Ｄ】プリント媒体を制御する工程の概略図である。
【図６】複数のプリントヘッドを使用する装置の概略図である。
【図７】不完全な結合剤ジェットを有するプリントヘッドの概略図である。
【図８】不完全な結合剤ジェットで２つの層をプリントする方法を示す概略図である。
【図９】少なくとも２つの異なる色から形成される物体の部分破断図である。
【図１０】異なる色が接する箇所の外観を制御する方法を示す部分的な破断図である。
【図１１Ａ】図１１Ａ−１〜４の関連を示す図である。
【図１１Ａ−１】圧力制御された結合剤溶液供給システムの概略ブロック図である。
【図１１Ａ−２】圧力制御された結合剤溶液供給システムの概略ブロック図である。
【図１１Ａ−３】圧力制御された結合剤溶液供給システムの概略ブロック図である。
【図１１Ａ−４】圧力制御された結合剤溶液供給システムの概略ブロック図である。
【図１１Ｂ】透明の結合剤溶液の部分を示す図１１Ａの詳細図である。
【図１１Ｃ】着色された結合剤溶液の部分を示す図１１Ａの詳細図である。
【符号の説明】
【００９３】
２２ 上部デッキ
２４ 材料供給チャンバ
２５ 供給ピストン
２６ 造形チャンバ
２７ 造形テーブル
２８ オーバーフロー・シュート
３１ フィルタ
３４ ブロワ−
８１ バケット
８２ 取付け台
８３ 上部プレート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラピッド・プロトタイピング、特にプリンタを用いるインクジェット法により、３次元物体の模型を制作する方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ラピッド・プロトタイピング（rapid prototyping）とは、対象物のコンピュータ・モ
デルからその対象物の３次元模型を製作するさまざまな方法のことである。１つの方法は３次元プリントである。これは、特殊なプリンタを使用して、複数の２次元層から立体模型を製作するものである。詳細には、３Ｄ対象物のディジタル表現をコンピュータ・メモリに格納する。コンピュータ・ソフトウェアはそのディジタル表現を複数の別個の２Ｄ層に分割する。次に、３Ｄプリンタは、ソフトウェアで分割された各層毎に材料層を加工する。複数の加工された層が積層されて、所望の模型が造形される。
【０００３】
３次元プリントの１つの方法では、粉末材料の層が限られた領域に堆積される。各層の上に結合剤溶液を選択的に滴下し、堆積させて、結合された粉末の領域を形成する。その後、結合されなかった粉末を除去して、３次元造形物を形成する。
【発明の開示】
【０００４】
本発明は、粉末の造形材料のような物質から３次元物体を製作するためのシステムを提供する。液体結合剤のような第２の材料を使用して造形材料を特定の箇所で結合させることにより、３次元物体を形成する。
【０００５】
本発明の１つの構成によれば、３次元プリンタは、結合剤溶液を造形チャンバ内の造形材料のベッド上にプリントするための複数のプリントヘッドを備える。この結合剤溶液は、着色剤と混合された結合剤からなる着色結合剤溶液である。プリントヘッドは、造形チャンバを横断して低速軸に沿って往復移動するように設計されたガントリ上に取り付けされる。さらに、プリントヘッドはガントリ全体にわたって高速軸上を往復運動するので、高速軸および低速軸の両方に沿って移動でき、それにより、（着色された）結合剤溶液を造形チャンバ内の造形材料のベッドの表面全体に滴下し、堆積できる。
【０００６】
プリントヘッドが高速軸に沿って造形材料のベッドを横断して通過する毎に、プリントヘッドは低速軸に沿って１段階進行し、その後、再度高速軸に沿ってベッドを横断して通過する。造形材料のベッド上に１つの層全体がプリントされるまで、この工程を繰り返す。次に、その層の上に別の層を同一工程により堆積できる。
【０００７】
ガントリ上で、プリントヘッドを低速軸の方向に互いにずらすことができる。この構成により、プリントヘッドは、高速軸に沿って造形材料のベッドを横断して通過するときに、造形材料のベッド全体に隣り合うラインまたは重複ラインをプリントできるので、プリントヘッドが造形材料のベッドを横断して通過する毎に、着色結合剤溶液を含む結合剤溶液の幅広いバンド状のラインをベッド上にプリントできる。各プリントヘッドは、結合剤溶液のみか、または着色剤と混合した結合剤溶液をプリントできる。
【０００８】
３次元物体を製作するこのシステムを使用して、着色された物体を造形できる。さらに、複数のプリントヘッドを使用して、造形材料に結合剤溶液をプリントできる。
【０００９】
別の構成によれば、プリントヘッドはそれぞれ、複数の外部結合剤供給源に接続できる。例えば、少なくとも３つのプリントヘッドのそれぞれは３原色（シアン、イエロー、マゼンタ）のうちの一色またはブラックを有する異なる着色剤に接続できる。外部結合剤供給源もまた、プリントヘッドのそれぞれに接続でき、さらに少なくとも１つの別のプリントヘッドを設けて、結合剤溶液をプリントすることができる。結合剤供給源から供給される結合剤溶液は無色（すなわち、透明またはホワイト）であってもよい。結合剤溶液供給源および着色剤供給源はさらに、プリントする前に結合剤溶液および着色剤を混合するか、またはプリントヘッドに結合剤溶液または着色剤を送るかのどちらかに構成できる。さらに、プリントヘッドは少なくとも２列に並べることができ、これらの列を低速軸に沿って互いにずれている。各列内で、（着色剤供給源に接続された）カラー・プリントヘッドは、（無色の結合剤溶液供給源に接続された）無色用プリントヘッドと対にできる。
【００１０】
さらに別の構成によれば、外部結合剤溶液供給源をプリントヘッドに接続するコンジットは循環ループを含む。この不要な結合剤溶液および取り込まれた空気をシステムから容易に排出できる。
【００１１】
プリント工程は、プロセッサに接続されたコンピュータ読出し可能メモリに格納されたソフトウェア命令により管理できる。このプロセッサもまたプリントヘッドに接続される。ソフトウェアは、プリントされる物体の縁部に滴下された着色結合剤溶液のバンド（band）を、先細りにして、隣り合うバンド間のセクションを無色のままに残すことにより、異なる色のバンドが接する物体の縁部における色の混合を減少させる命令を含む。ソフトウェアはさらに、高濃度の着色剤をバンドの先細り部分（セグメント）にプリントすることにより、物体の縁部にプリントする着色剤の濃度が淡い場合であっても、物体の表面全体にわたる色の濃さを均一にする命令を含む。
【００１２】
着色された３次元物体を製作するシステムが提供される。このシステムは、物体の特定の位置に透明結合剤溶液および着色結合剤溶液を使用する。全結合剤溶液の所定の量を特定の位置に滴下し、堆積させて、造形材料を結合剤溶液で飽和させることなく、造形材料に結合させることが望ましい。
【００１３】
特定のシステムは、３次元プリンタで造形材料上の特定の位置に結合剤を滴下し、堆積させる。システムは、造形材料を特定の位置で固化させるのに必要な結合剤溶液の総量を決定すること、特定の位置に所望の色を生成するのに必要な着色結合剤溶液のそれぞれの量を決定すること、および要求される結合剤溶液の所定の総量を得るために、着色結合剤溶液に加える必要のある無色の結合剤溶液の量を決定することを含む。供給されるすべての結合剤溶液（着色結合剤溶液および無色結合剤溶液の両方、）の加算総量は、したがって、造形材料の特定の位置で造形材料を固化するのに必要な十分な結合剤溶液の総量にほぼ等しい。
【００１４】
３次元プリンタを通して空気を吸引または押出すシステムは、製造工程において、製作される物体を保持して、物体の品質を向上させるなどの目的で提供される。
【００１５】
３次元物体を製作する別の装置は、物体を形成するための造形材料を内部に蓄える材料供給リザーバと、材料供給リザーバからの造形材料の増加する層を受け入れるための造形チャンバと、材料供給リザーバおよび／または造形チャンバを通して空気流れを発生させるために材料供給リザーバおよび／または造形チャンバに接続された真空ポンプとを備える。
【００１６】
また、プリントヘッドを清浄化するためのシステムが提供される。３次元物体を製作するための特定の装置は、構造フレームと、このフレームで支持され、かつ造形材料が充填される造形チャンバと、造形チャンバを横断して移動するように取り付けられたガントリと、ガントリに取り付けられた少なくとも１つのプリントヘッドと、少なくとも１つのプリントヘッドを清浄化するための、フレームに対して移動可能な少なくとも１つのクリーニング・エレメントとを含む。
【００１７】
さらに未使用の造形材料を回収するシステムが提供される。このシステムは造形材料を再使用するので、無駄を無くすることができる。１つの実施形態では、３次元物体を製作するための装置は、フレームと、このフレームに取り付けられ、かつ造形材料を充填するのに適する造形チャンバと、オーバーフロー・キャビティ（cavity）を形成し、造形チャンバからのオーバーフローした造形材料を受け入れるように位置するシュートと、このシュートを通過する造形材料を受け入れるために、このシュートに連結された着脱可能な収集チャンバとを含む。
【００１８】
構成部品の構造および構成部品の組合せに関する種々の新規な細部事項を含む前述および他の特徴は、添付図面を参照して詳細に説明され、また請求項において述べられる。本発明を具体化する、３次元物体の模型を製作する特定の方法および装置は、図により示されているが、本発明を限定するものではないことは理解されるであろう。本発明の原理および特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、さまざまな、多数の実施形態で具体化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１はラピッド・プロトタイピング用の特定の装置の概略図である。図には、コンピュータ１、３次元プリンタ３、形成された３Ｄプリンタ物体５、後処理システム７、および後処理された、最終造形物となる３Ｄ模型物体９が示されている。
【００２０】
コンピュータ１は、デスクトップ・コンピュータまたはポータブル・コンピュータなどのパーソナル・コンピュータであってもよい。コンピュータ１は、インターネットのような公衆アクセス通信ネットワークを含む、スタンドアロン・コンピュータ、ＬＡＮ（ローカルエリア・ネットワーク）の一部またはＷＡＮ（ワイドエリア・ネットワーク）であってもよい。本発明によれば、コンピュータ１はＣＡＤ（コンピュータ支援設計）／ＣＡＭ（コンピュータ支援製造）プログラムのようなソフトウェア・アプリケーション１２を含む。ＣＡＤ／ＣＡＭプログラム１２は、データ格納領域１５に格納された３次元物体のディジタル表現を操作する。ＣＡＤ／ＣＡＭプログラム１２は、格納されたディジタル表現１７を生成、修正および再生できる。ユーザが格納された物体表現１７の模型物体９を製作することを望む場合、ユーザは格納された物体表現を高レベルのソフトウェア・プログラム１８にエクスポートする。次に、高レベル・プログラム１８から、ユーザはプログラム１８にプリント命令を出す。プログラム１８はディジタル表現１７を、それぞれが所定の厚さを有する複数の個別の２次元層に分割する。
【００２１】
プログラム１８は、高レベル命令を送ってプリンタ３の（３次元プリンタを作動する）電子回路５２を制御することにより、各層をプリントする。これとは別に、物体１７のディジタル表現は、プリンタ・ハードウェアにより、コンピュータ読出し可能な媒体（例えば、磁気または光ディスク）から直接読み出しできる。３次元プリンタ３は、プリントが実行されるダーティ（dirty）領域２０と、制御電子回路５２が収納されるクリーン領域
５０とを含む。
【００２２】
３次元プリンタ３はインクジェット式プリントヘッドを使用して、粉末造形材料の連続層の上に結合剤を堆積させる。これについては、Ｂｒｅｄｔらに対する米国特許Ｎｏ．５，９０２，４４１に記載されており、この全文は参照により本明細書に引用したものとする。結合剤が造形粉末と結合すると、粉末は反応を起こし、硬化して固体構造体になる。これらのプリントヘッドからの結合剤の小液滴の（滴下）位置を制御することにより、固体構造体の２Ｄ断面を物理的に再現できる。３次元プリンタ３は、プログラム１８により提供される分割された各層毎に物理層を形成する。ディジタル表現１７を複数の２次元層に分割したデータを含むファイルが完全にプリントされると、３次元造形物５が形成される。粉末を結合させて物体を形成することに関する詳細は、Ｓａｃｈｓらに対する米国特許Ｎｏ．５，３４０，６５６、Ｃｉｍａらに対する米国特許Ｎｏ．５，３８７，３８０、およびＢｒｅｄｔらによる（代理人事務処理Ｎｏ．２２４７．２００１−００１）２００１年４月１３日に出願の米国特許出願Ｎｏ．０９／８３５ ２９２の発明「固体物体の３次元プリントの組成物」に開示されており、前記３者の全文は参照により本明細書に引用したものとする。
【００２３】
後処理システム７を使用して、プリントされた造形物となる部分５を最終造形物となる模型物体９に改良する。所望の結果に応じてさまざまな仕上げオプション（加工）が利用できる。
【００２４】
当業者には、３次元物体の模型製作に用いられる方法は、コンピュータ使用可能な媒体を含むコンピュータ・プログラム・プロダクトで実現できることは認識されるであろう。例えば、このようなコンピュータ使用可能な媒体は、ソリッド・ステート・メモリ・デバイス、ハード・ドライブ・デバイス、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、またはコンピュータ・ディスケットなどの読出し可能メモリ・デバイスを含み、これらのメモリ・デバイス上には、コンピュータ読出し可能なプログラム・コード化した複数のセグメントが格納される。コンピュータ読出し可能な媒体はまた、光学的、有線または無線によるバスまたは通信リンクのような通信または伝送媒体を含むことができ、通信または伝送媒体は、ディジタルまたはアナログ・データ信号として保持されるプログラム・コード化したセグメントを有する。
【００２５】
図２は、図１の３次元プリンタ３の実施形態の平面図である。前部の粉末の多いダーティ領域２０および後部のクリーン領域５０が詳細に示されている。チャンバ２４、２６、２８の３つの開口に加えて、上部デッキ２２は以下に述べる研削セクション２９を含む。プリント・ガントリ４９は、トラック５７および支持棒２３に連結されたアーム・アセンブリ５５により上部デッキ２２の上方で吊られている。作動中は、アームはトラック５７および支持棒２３上をｘ軸（低速軸）に沿って移動し、ガントリ４０を移動させる。
【００２６】
図示するように、ガントリ４０は結合剤溶液を堆積させるプリントヘッド４５を保持する。プリントヘッド４５はプリント・トラック４６に沿ってｙ軸方向に往復運動する。１つの実施形態では、ガントリ４０は、結合剤溶液を堆積するための複数の結合剤ジェット４７を有する少なくとも１つのインクジェット・プリントヘッド４５を含む。結合剤ジェットは結合剤コンジット７７から結合剤溶液を受け取る。また、図には、材料供給チャンバ２４から造形チャンバ２６に造形粉末を拡散するスプレッダローラー４８が示されている。
【００２７】
空気流れ
装置内部で空気を循環させることにより、さまざまな問題を解決できる。１つの特定の問題は空中浮遊している粉末、つまり飛散した粉末であり、これによりプリンタ機構および電子構成部品が汚染され、結果的に装置の信頼性が低下する。また、粉末は装置の上蓋内部に堆積し、結果的に装置動作を監視するオペレータ能力を低下させる。
【００２８】
図３Ａは、図１の３次元プリンタの実施形態を通る空気流れを調整するための基本構成部品の斜視図である。図のように、３次元プリンタ３は複数の開口を有する上部デッキ２２を含む。上部デッキ２２は構造フレームに取り付けられている。供給ピストン２５を有する矩形の材料供給チャンバ２４、造形テーブル２７を形成する造形ピストンを有する矩形の造形チャンバ２６、およびオーバーフロー・シュート２８が、ｘ軸（低速軸）に沿って示されている。簡単化のために図では省略しているが、ピストン２５、２７がチャンバ２４、２６の壁面に対し滑らかに動くように、シールを固定している。また図示していないが、上蓋はプリント領域を外部環境から隔離している。
【００２９】
図３Ａはまた、使用済み造形材料を回収するように設計されたプリンタの構成部品を示す。このプリンタでは、オーバーフロー・シュート２８に流れ込む造形材料は、収集バケットト８１内に収集される。収集バケット８１はプリンタの底面上の取付け台８２にスライド挿入されるので、バケット８１はシュート２８の底から出る造形材料を収容するように位置される。上部プレート８３はバケット８１上にシールを形成し、上部プレート８３上に取り付けられたブロワー３４はシュート２８を通る下方への通風を発生させる。フィルタ３１は上部プレート８３上で、ブロワー３４とバケット８１および上部プレート８３により囲まれたキャビティとの間に取り付けられる。これら構成部品の位置的構成により、オーバーフローした造形材料は、フィルタ３１ではなく、主としてバケット８１内に収集される。
【００３０】
バケット８１の底に落ちる造形材料は、シュート２８からブロワー３４を通過する空気の流路から除去される。バケット８１は容易に取り外しできるので、図３Ｂに示すように、造形材料を材料供給チャンバに戻すことができる。バケット８１のリップ８４は造形材料をチャンバに戻すのを容易にする。
【００３１】
１つの実施形態では、１つまたは複数の光センサを配置しているので、バケットが一杯になったことを検知できる。例えば、光センサは、シュート２８の終端部の内側の位置で検知するように配置される。“フル（full）”表示がなされると、バケット８１は取り外され、造形材料は、汚染物または凝集した材料を除去するスクリーンを通して材料供給チャンバに戻される。
【００３２】
余分な粉末を捕集することに加えて、オーバーフロー・シュート２８を通る空気流れは飛散粉末の量を低減するので、装置の信頼性およびユーザ満足度を向上させる。
【００３３】
別の実施形態では、コンジットを介して、真空ポンプを材料供給チャンバ２４および／または造形チャンバ２６に連結できる。材料供給チャンバが一杯のときに、空気を造形材料から材料供給チャンバ２４の底面を通して吸引することにより、造形材料を材料供給チャンバ内に高密度で均一に詰め込むことができる。これにより、飛散粉末の望ましくないかたまり（cloud）を発生させる傾向がある、時間のかかる工程である充填の間にオペレ
ータがこてを用いて造形材料から空気を出す作業の必要性が減少する。
【００３４】
また、空気を造形材料から造形チャンバ２６の底面または側面を通して吸引することにより、造形材料を造形チャンバ内により高密度で詰め込むことができる。この高密度の材料により、造形チャンバ内で形成される造形物を確実に支持できる。これにより、造形工程の間に造形物が動くのを防止し、形成される造形物の品質を向上させる。
【００３５】
図３Ｃは、材料供給チャンバ２４および造形チャンバ２６の底面上に置くことができる
プレナム２４０の１つの実施形態を示す。プレナム２４０はプレナムの基台として働くピストン・プレート２４２を含む。真空ポンプは開口２４４を通して取り付けられる。
【００３６】
ピストン・プレート２４２の上には、フィルタ媒体２４８を支持し、かつ貫通した孔２５０が設けられている上部プレート２４６が位置する。フィルタ媒体２４８は、造形材料と真空システムとを離間させており、また別のインライン（一列に並んだ）・フィルタを含むことができる。孔２５０は、下方への空気流れの通路を提供し、最適空気流れ特性となるように配置できる。
【００３７】
さらに、複数のスペーサ２５２をピストン・プレート２４２と上部プレート２４６の間に設けて、プレナム２４０内の均一な真空分布を保証する。さらに、ピストン・プレート２４２と上部プレート２４６の間のガスケット２５４がプレナム２４０の縁部からの空気漏れを防止する。フィルタ２４８の上にメッシュ２５６を置き、セットアップおよび清浄化作業の間、フィルタ２４８を保護する。プレナム２４０は、メッシュ２５６からピストン・プレート２４２に延びる外周部に沿ってねじを用いてサンドイッチ状に一体にしてはさまれる。プレナム２４０の外周部にシールを設けて、ピストンとチャンバ壁の間の粉末損失を防止する
【００３８】
図３Ｄは、材料供給チャンバ２４および／または造形チャンバ２６を通る空気流れの制御を示す概略図である。図のように、真空ポンプ２５８は、材料供給チャンバ・プレナム２４１および造形チャンバ・プレナム２４３に連結されて、それらプレナムの一方または両方を通る空気流れを発生させる。1つの実施形態では、真空ポンプ２５８は１．５〜２
ｉｎ３（２．５〜３．３×１０−５ｍ３）／分の空気流れ量で水銀柱約１０インチ（２５４ｍｍ）の真空レベルを可能にする。図では、真空ポンプ２５８、材料供給チャンバ・プレナム２４１および造形チャンバ・プレナム２４３間に第１バルブ２６０が置かれている。第１バルブ２６０により、材料供給チャンバ・プレナムまたは造形チャンバ・プレナムのどちらかを通るように、空気流れの方向を選択できる。特に、スイッチ２６２はユーザが操作できるように構成され、例えば、ユーザが材料供給チャンバ２４を充填するときは、スイッチ２６２でバルブ２６０を操作して、全空気流れを材料供給チャンバ・プレナム２４１を通るように方向付けする。材料供給チャンバ２４を充填後、ユーザは、フット・ペダルであるスイッチ２６２を操作して、全空気流れが造形チャンバ・プレナム２４３を通るように方向付けできる。バルブ２６０および／または真空ポンプ２５８の間に流量計２６１を置いて、このバルブ２６０と真空ポンプの間の空気容積流量を測定する。
【００３９】
さらに、バルブ２６０と造形チャンバ・プレナム２４３の間に、３方向バルブであるバルブ２６４を置くことができる。バルブ２６４はソフトウェア命令２６５に接続され、制御される。詳細には、製作工程の間、ソフトウェア命令２６５は、電力線２６８間に接点を形成するソリッド・ステート・リレー２６６を制御することにより、バルブ２６４を制御して、選択的に空気流れが造形チャンバ・プレナム２４３を通るようにできる。例えば、造形材料を供給する間は、空気流れを造形チャンバ・プレナム２４３に流し、結合剤溶液をプリントする間は、空気流れを止めることができる。材料供給チャンバ・プレナムおよび／または造形チャンバ・プレナムの近くに複数のインライン・ゲージ２７０を取り付けて、それらの位置の真空レベルを測定できる。さらにインライン・フィルタを設けて、プレナム２４１および２４３の周囲またはそれらを通過する造形材料または残留物を濾過する。１つの実施形態では、造形チャンバ・プレナム２４３とバルブ２６４の間に調整可能なレギュレータ２７４を設けて、造形チャンバ・プレナム２４３を通る空気流れを調整する。さらにゲージ２７６をレギュレータ２７４に接続して、このレギュレータの真空レベルを測定する。
【００４０】
プリント
図４Ａは、単色および多色モードの両方で高速プリントするのに特に適している高速プリント３次元プリンタの構成部品を示す。キャリッジ８５が往復運動するようにガントリ４０に取り付けられている。キャリッジ８５は、レール８６上でｙ軸（高速軸）に沿って往復運動できる。図４Ｂには、上蓋を閉じた状態のキャリッジ８５、およびガントリ４０が、結合剤コンジット８７と共に示されている。図４Ｃは上蓋を開いたキャリッジ８５を示している。
【００４１】
４つのほぼ同一のプリントヘッド４５（Ｈｅｗｌｅｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ部品番号Ｃ４８００Ａ等）がキャリッジ８５内に取り付けられている。各プリントヘッド４５はコンジット８７の１つに接続されており、これらのコンジットは外部結合剤溶液供給源に接続されている。１つの実施形態では、第１のプリントヘッドがシアン着色剤を含む結合剤溶液を供給する供給源に接続され、第２のプリントヘッドがマゼンタ着色剤を含む結合剤溶液を供給する供給源に接続され、第３のプリントヘッドがイエロー着色剤を含む結合剤溶液を供給する供給源に接続され、さらに第４のプリントヘッドが透明（またはホワイト）着色剤を含む結合剤溶液を供給する供給源に接続されている。ブラック着色剤を含む結合剤を供給する供給源に接続され、かつ他のプリントヘッドとはｘ軸に沿ってずれている第５のプリントヘッドをキャリッジ８５内に設けることができる。種々の着色剤を結合剤溶液と予め混合しそれぞれの供給源に貯蔵できる。または、種々の着色剤を別個に貯蔵し、装置内で、例えばプリント前にプリントヘッドにおいて結合剤溶液と混合することもできる。
【００４２】
図５Ａ−５Ｄは造形粉末を処理する工程を示す概略図である。上部デッキ２２に頂部を揃える形で、材料供給チャンバ２４、造形チャンバ２６、およびオーバーフロー・シュート２８が示されている。造形粉末６０の供給は、材料供給チャンバ２４の可動供給ピストンによりなされ、また造形テーブル２７は造形チャンバ２６内に示されている。当技術分野では公知のように、作動中、供給ピストン２５は徐々に上方向（ｚ＋方向）に移動し、一方で、造形テーブル２７は徐々に下方向（ｚ−方向）に移動する。オーバーフロー・シュート２８を通り下方に流れる空気流れは、ブロワー３４（図３Ａ）により発生する。
【００４３】
図５Ａを参照すると、材料供給リザーバ・チャンバ２４の底面２５は、１つの造形層に対して十分な量６２の造形材料６０を材料供給チャンバ２４から上に押し出すように位置している。造形テーブル２７は、造形材料の第１層を受け入れるだけの特定の深さに位置している。１つの実施形態では、造形テーブル２７は徐々に下降し、それぞれが約３〜９ミル（約７６〜２３０ミクロン）厚さの連続する複数の造形層を生成する。
【００４４】
図５Ｂを参照すると、ローラーは、その前進方向と逆に回転して、一定量の造形材料６２を造形チャンバ２６方向に押し出している。図５Ｃに示すように、ローラー４８は造形チャンバ２６を横断して移動し、一定量の造形材料６４の層を造形テービル２７上に堆積させる。完全な造形層を造形テーブル２７上に確実に堆積させるために、材料供給リザーバ２４により造形材料６０を余分に供給する。余分な造形材料６６はローラー４８によりオーバーフロー・シュート２８内に排出される。排出された材料粒子は重力および空気流れにより収集バケット８１（図３Ａ）に運ばれる。
【００４５】
再度図２を参照すると、ガントリ４０が上部デッキ２２の上方を通過するとき、ガントリ表面で飛散粉末が飛散結合剤材料と混合する結果として、通常、硬い表面を持つ層がガントリの底面上に形成される。この層は時間と共に厚くなって、粉末ベッドにとって障害となり、その結果、粉末ベッドの上層に凹部または溝を発生させ、最終仕上げされた造形物となる最終部分に割れ目を発生させる。小型ブラシ、ループ材料（例えば、Ｖｅｌｃｒｏ(R)ファスナ材料）、または別の研削材２９を上部デッキ２２上に配置して、ガントリ
の底面から余分な残留物を掻き落とすことができる。この残留物はオーバーフロー・シュート２８に落とすことができる。
【００４６】
ガントリのｘ方向への移動により１つの層を堆積させると、その層の２Ｄ断面がプリントされる。詳細には、このプリントは、ガントリを負のｘ軸方向に移動させながら、プリントヘッドを連続的にｙ軸方向に移動させる間においてなされる。この代わりに、以下に詳細を述べる別のプリント方法を使用することもできる。
【００４７】
造形材料が広がると共に、粉末６５の起伏ができ、ローラーの運動方向に対して横方向に移動する傾向がある。押え片（プラウ（plow））４９は粉末６５の起伏を抑えるのに役立つ。これにより、造形材料が上部デッキ２２上に溢れ出すのを防止し、さらに装置の信頼性およびユーザ満足度の点で望ましくない隆起部を形成するのを防止する。押え片４９は、回転および平行移動するスプレッダローラー４８の端部と、上部デッキ２２の上面とに対するシールを形成する。スプリングを利用して、押え片４９に対して両方向から内側向きの力を発生させることにより、押え片４９がスプレッダローラー４８との緊密なシールを形成するようにできる。スプリングはまた、押え片４９に下方向の力を発生させて、上部デッキ２２の上面とのシールを形成する。
【００４８】
押え片４９を油含浸プラスチック材料から製作しているので、粉末を拡散させている間の、押え片４９の底面と上部デッキ２２の上面との間の摩擦を低減できる。油含浸材料はまた、粉末が押え片４９の底面に付着するのを防止する隔壁を形成する。さらに、油含浸材料は上部デッキ２２の支持表面上に自己補充剥離層（self-replenishing release layer）を形成できる。
【００４９】
スプレッダローラー４８が粉末６５の起伏を押し付けるとき、ローラーの前端部には、押え片４９の前面領域上に押し付けられた粉末の堆積部分が生じる。この粉末は押え片４９により押され、最後にオーバシュート２８内に引き込まれて落下するか、またはその進路方向から外れて堆積される。オーバーフロー・シュート２８は材料供給リザーバ２４および造形チャンバ２６の開口より幅を広くして、この余分粉末を捕集できる。
【００５０】
プリントの間に、粉末層に衝突する結合剤の衝撃により、粉末が飛散して、プリントヘッドの底面に衝突する。プリントヘッドは結合剤溶液で濡れているため、粉末は硬化して、プリントヘッドの底面上に硬い表層を形成するか、または最終的に粉末がジェットの内部に入り込み、ジェットの出口を詰まらせる可能性がある。さらに、時には、余分な結合剤が液滴を形成することがあり、この液滴はプリントヘッドの底面に残り、表面張力によりそこに留まる。この影響によっても、ジェットの出口が詰まるか、またはジェットの偏向が生じることがある。ジェットが詰まるかまたはずれると、結合剤が所望の位置に付着しないため、最終仕上げされた造形物に不具合が発生する。したがって、プリントヘッドの底面から粉末または結合剤を除去して、ジェット出口が開いた状態（つまり、クリーンな状態）に維持するための方法が望まれる。
【００５１】
図４Ａに示すように、上部デッキ２２には凹部９０が形成されている。この凹部には、プリント・ジェットを清浄化するための、構造フレームおよび上部デッキ２２に対して移動可能な少なくとも１つのスキージ（squeegee）またはワイパー部材を含む。この凹部９０は、スキージがプリント・ジェットの移動軌道内にある限り、上部デッキのどの位置にでも形成できる。図４Ａの実施形態では、凹部９０はオーバーフロー・シュート２８から離れた、造形材料供給リザーバ２４および造形チャンバ２６の反対側に形成される。さらに図４Ｄおよび４Ｅに示すように、凹部９０内に取り付けられたクリーニング・アセンブリ２００は、モータ２０６により上下運動する支持部材２０４上に取り付けられたスキージ２０９を含む。詳細には、モータ２０６は、ギヤ２１０と噛合って駆動するギヤ２０８を回転させる。ギヤ２０８、２１０はシャフト２１２（図４Ｅではシャフトを１つだけ示す）に連結され、このシャフトを回転させる。このシャフト２１２はカム２１４を回転させて、支持部材２０４に取り付けられた中間部材２１６を上下動させる。ＰＣボート２２０はセンサ２２２を保持し、このセンサは、シャフト２１２の１つに取り付けられたホイール２２４の位置を検出することにより、スキージの位置（上方または下方）を検出する。ホイール２２４は、センサ２２２で検出してスキージが上方または下方のどちらに位置しているかを決定するための埋め込み磁石を含む。クリーニング・アセンブリ２００は、そのアセンブリを凹部９０内に固定するためのフランジ２１８を含む。
【００５２】
作動中は、ガントリ４０がオーバーフロー・シュート２８を通過して、凹部９０に向かって移動するとき、モータ２０６が支持部材２０４を上方に持上げることにより、スキージ２０９がデッキ２２の上に突出して、プリントヘッド面をこすり、清浄化する。その後、スキージ２０９は凹部９０内に収納される。
【００５３】
別の実施形態では、クリーニング・スキージは、上部デッキ２２の上のような適所に固定できる。この時、クリーニング・スキージは、プリントヘッがスキージ上を定期的に通過、例えば、プリント毎に通過するように配置することができる。この時、堆積した粉末および結合剤は、スキージによりプリントヘッドから掻き落とすことができる。この後、スキージは、例えば近接して配置されたクリーニング・ジェットまたはプリントヘッド・ジェット自体からのクリーニング剤により清浄化される。適正な排出手段をプリンタ内に組み込んで、廃棄材料を排出できる。固定されたスキージは機械的な複雑性が少ないが、すべての実施形態に適合するとは限らない。
【００５４】
複雑性は増すが、収納式スキージの利点は、スキージを使用しないときには、凹部９０内で保護されることである。また、スキージ２０９がデッキ２２の下方に位置するか、または下方に移動するとき、クリーニング剤、例えば透明結合剤を含む１つまたは複数のノズル２２６をスキージに向けて噴射し、清浄化する。ノズル２２６をデッキ２２の下方に位置させることで、クリーニング剤の噴射は大概、凹部９０内で行われる。
【００５５】
別の実施形態では、クリーニング剤は潤滑特性を有する液体を含む。すなわち、クリーニング剤はスキージ２０９上に膜を形成し、この膜がプリント・ジェットに移動するので、造形材料がプリント・ジェットに付着しにくくなる。特定の実施形態では、クリーニング剤は約５〜２０％のポリエチレン・グリコールを混合した水である。
【００５６】
支持部材２０４はプリントヘッド・キャップ・アセンブリ２０２を有し、これらのアセンブリにより、使用されていないときのプリントヘッドを保護する。
【００５７】
プリント速度および造形品質
造形速度を最大化することは、ユーザの重要な関心事項である。造形時間は２つの主要な要素、すなわち粉末の拡散と結合剤溶液の堆積とを有する。粉末の拡散速度はいくつかの要因で制限される。これら要因には、平滑な表面層の維持および飛散粉末量の最小化を必要とすることが挙げられる。したがって、造形速度を増加させる１つの方法は、結合剤の堆積速度を増加させることである。結合剤の堆積速度を増加させる１つの方法は、複数のプリントヘッドを利用することである。
【００５８】
図６は複数のプリントヘッドを使用する装置の概略図である。この構成はモノクロ・プリント・モードにおけるプリント速度を最大にする。なぜなら、全プリントヘッド４５が同時にプリントすることにより、各ジェットアレイの幅Ｗｊにプリントヘッド数を乗じた幅に等しいｘ方向の全幅Ｗｔを完全にカバーできるからである。ｙ方向全体にわたりこの全幅Ｗｔをプリント後、ガントリは全幅Ｗｔに等しい距離だけｘ方向に進行する。次に、プリントヘッド４５は再度、ｙ方向全体にわたり全幅Ｗｔをカバーしてプリントする。
【００５９】
この構成はまた、カラー・プリントに対しても有効である。図６に示す特定の実施形態では、４つのプリントヘッドがあり、３つのプリントヘッドのそれぞれは原色をプリントし、１つは透明色をプリントする。カラー・プリントの場合、ガントリは１つのジェットアレイＷｊの幅だけ進行し、それにより、固有の色を有するプリントヘッドはそれぞれ粉末の各領域の上を通過することになる。
【００６０】
プリントヘッド４５を一列に隣接させて配置しない理由は、各プリントヘッドＷｐの幅がジェットアレイの幅Ｗｊより大きいために、一列に隣接させて配置すると、プリントされていない縦のストライプ（縞模様）が発生するからである。したがって、すべての領域をプリント可能にするために、プリントヘッド４５をｙ軸方向にオフセット距離Ｗｙずつ互いにずらせて配置して、プリントヘッド４５の物理的制約に対処している。
【００６１】
プリントヘッド４５はまた、ｘ軸に沿ってオフセット距離Ｗｘずつ互いにずれている。実際には、プリントヘッド４５は、ｘ軸においてプリント範囲がわずかに重なる部分Ｗｏが存在するように整列されている。すなわち、隣接する２つのプリントヘッド４５が同一のｘ軸の位置上で同時にプリントできる。これにより、装置の組立て後にプリントヘッド４５を校正できるため、設計および製造工程における精度を落とすことができる。この時、重なり合うプリントヘッド４５の一方は、他方のプリントヘッドのピクセルと重なるいくつかのピクセルをプリントしないように命令される。
【００６２】
図６には、クリーニング・エレメント２０９が示されている。クリーニング・エレメントはｙ軸に沿って間隔を空けて整列しているので、各クリーニング部材は対応するプリントヘッドに位置合わせされている。
【００６３】
他のプリントヘッド構成を使用できることは認識されるべきである。他の典型的な実施形態の詳細な説明は、引用した米国出願Ｎｏ．０９／４１６，７８７に開示されている。構成の選択は、プリントヘッド仕様を含むさまざまなパラメータを考慮に入れる設計事項である。
【００６４】
例えば、プリントヘッド４５を高速のｙ軸に沿って一列に配列させて、結合剤ジェットの連続シーケンスを形成できる。この配列により、結合剤を堆積させる間、プリントヘッド４５は高速のｙ軸に沿って移動または往復運動する必要がなくなる。
【００６５】
この配列の変形例には、高速ｙ軸に沿ったプリントヘッドの部分列を含むことができる。つまり、複数のプリントヘッドのうち一部を一列に整列させる。プリントヘッドが低速のｘ軸に沿って（ｘ＋方向に）通過する間に、最初に結合剤の堆積が発生する。この通過が完了すると、プリントヘッドを高速ｙ軸に沿って割り送りして、結合剤を戻り（ｘ−方向）の通過時に堆積する。この工程を繰り返して、全プリント範囲をカバーする。
【００６６】
また、特定のジェットの動作に問題がある場合にも、場所的に均一高強度を持つ造形物を得ることが望まれる。例えば、プリントヘッドの製造品質が劣っているかまたはヘッドが粉末により汚染された結果、場合により、プリントヘッドの特定のジェットが噴射しないか、または噴射が不安定になることがある。
【００６７】
図７は、不完全な結合剤ジェットを有するプリントヘッドの概略図である。図に示すように、プリントヘッド４５ｆは、ガントリ４０（図２）が移動するとともに、ｙ軸に沿ってプリントする複数のプリントヘッドのうちの１つである。プリントヘッド４５ｆの特定のジェット４７−６が噴射しない場合、プリントされている粉末の特定の層６４上にｙ方向においてストライプ９６が表われることがある。これによりプリントされた領域９５に望ましくない不連続性が生じる。問題は、結合されていない粉末９６の縦のストライプが各層において同一のｘ軸上の位置ｘｆに存在するため、いったん造形物が完成すると、デラミネーション（積層剥離）の面が発生することである。
【００６８】
図８は不完全な結合剤ジェットを用いて２つの層をプリントする方法を示す概略図である。本発明によれば、シングリング（shingling）法を使用して、結合されていない縦の
ストライプ９６−１、９６−２を各層６４−１、６４−２上の異なるｘ軸上の位置に配置することにより、強度の弱い領域を１つの面に集中させずに造形物全体にわたり分散させる。したがって、不完全なジェット４７−６は、すべての隣接する層に対し、通過する度にｘ軸上の異なる位置に配置される。複数カートリッジ・システムでのシングリングは、結合剤の新しい各層を堆積する前に、ｘ軸に沿ってカートリッジ４５をオフセットｘ０ずつわずかにずらすことにより達成される。
【００６９】
高速の造形速度を維持する一方で、造形部分の強度を最適化することが望ましい。単位面積当たりにより多くの結合剤を堆積することにより、部分の強度を強化できる。しかし、多量の結合剤の堆積は、造形速度を低下させて、部分のひずみを発生させる欠点がある。部分の強度を向上させ、かつ造形速度を大幅に低減することなく部分のひずみを最少化する１つの方法は、各層の外周部に供給する結合剤の量を増加することにより、その外周部まわりに硬質の外殻を形成する方法である。これは、外周部に結合剤を供給するときに、造形物の外周部に２倍の結合剤を供給して、結合剤流量を増加するか、または結合剤の飽和を調整することにより達成される。この方法はさらに、造形物の内部領域のひずみを制御できる利点を持つ。
【００７０】
造形モデルの特性を最適化するために、単位面積当たりに供給する結合剤の量を調整して、使用する特定の粉末タイプおよびそのモデルの幾何形状の両方に適合させる。公称では（飽和度＝１）、プリントヘッドは、固体領域をプリントするときに、結合剤溶液量をこの領域の約１０〜２０％に供給する。ピクセルの一部をプリントしないことにより、同一面積走査速度を維持しながら、単位面積当たりの結合剤量をこのレベルより少なく（飽和度＜１）できる。単位面積当たりの公称結合剤量より多い量（飽和度＞１）でプリントするには、プリントヘッドからの同一流量を維持しながら、面積走査速度を減少させる。これは、ビットマップ・イメージを高速走査方向に拡大し、同時に高速軸モータを比例して減速することにより達成できる。１．５の飽和度を得るには、例えば、１８０×１８０ピクセル領域を１８０×２７０ピクセルに拡大し、高速軸速度を９０ｃｍ／ｓｅｃから６０ｃｍ／ｓｅｃに減速する。このような可変飽和度法により、造形物の強度を最適化できる。
【００７１】
例えば、造形物は、硬い外殻、およびその内部領域にトラス（truss）または卵ケース
構造を有するように形成できる。内部領域の残りの部分は結合されない粉末のままで残すことができる。
【００７２】
カラー・プリント
カラーのインク・ジェット・プリントヘッドをプリンタに組み込むことにより、様々なカラーまたはインクをプリントする能力を提供できる。システムはこれらのプリントヘッドを利用して液体結合剤を堆積させるため、これらプリントヘッドにより、多孔質材料を結合させる材料としてカラー結合剤を堆積できる。特に、粉末材料はホワイトまたは無色であり、インクを吸収して粉末に色を付けることができる。結果的に、本発明の実施形態は、実質的にフルカラーの３次元造形物を造形し、造形物全体にわたって色を変化させることができる。
【００７３】
例えば、製品設計者は、表面に予め施されたさまざまな配色、ラベルおよび装飾を有する製品モデルを製作できる。さらに、外科医は患者の人体の一部の３Dカラー・プリント
されたモデルを解体して、３次元配置の臓器、腫瘍、血管などを十分認識することにより手術の準備ができる。モデルに関するデータは、コンピュータ断層撮影装置（ＣＴ）または磁気共鳴映像装置（ＭＲＩ）から得られる。
【００７４】
色の付いた内部領域を必要とする造形物もあるが、表面色だけを必要とする造形物もある。目に見える表面が色付けを必要とする、造形物の一部であるため、ソフトウェアは各層の外側縁部のみに使用するカラー・インクを調整すればよい。このような場合、無色（すなわち、透明またはホワイト）あるいは単色結合剤（すなわち、ホワイト以外の単一色）が、ユーザには見えない造形物の内部に使用される。これにより、高価で、補充の面倒な着色結合剤を節減できる。
【００７５】
一定量の液体結合剤を所定量の粉末上に堆積して、正確に造形された造形物を製作できる。余分な結合剤は、造形物における所望の領域を越えて移行する結合剤を生じさせる。この作用は通常“ブリーディング（breeding）”と呼ばれる。しかし、この一定量より少ない量の結合剤では、強度の弱い造形物が製作される。色の量に関係なく十分な適正量の結合剤を使用することが望ましい。色の変化を制御した造形物を製作する方法は、以下に述べる。
【００７６】
第１に、各層の縁部（これらの縁部は、最後には、造形物の表面になる）上でプリントするための最少飽和量を決定する。十分な着色剤を各着色結合剤に加えることにより、プリントするための最少飽和量で、仕上がった造形物の表面が純粋な原色になる。３原色のそれぞれで着色された結合剤をプリントする３つのプリントヘッドがある。透明結合剤をプリントする第４のプリントヘッドがある。
【００７７】
各層をプリントする前に、コンピュータ・ソフトウェアは、最初に、所望の色を得るために、各プリントヘッドが各スポット内にプリントする必要のある着色結合剤の量を計算するアルゴリズムを実行する。次に、ソフトウェアは各スポットに対する最適飽和度（例えば、前述のように、内部にトラス構造を有する各層の外周部上の増加した飽和度）を決定するアルゴリズムを実行する。次にソフトウェアは、３色のプリントヘッド全てによりすでにプリントされた結合剤の総量を減算し、その後、第４プリントヘッドにより、透明な、したがって色に影響を与えない結合剤の残量を供給する。このように、各スポットは正しい量の各色と正しい量の結合剤とを供給される。
【００７８】
ディザリング（dithering）およびハーフトーン化したバックグラウンドを得るには、
最初に、モノクロ・モードにおけるバックグラウンドについて理解することがすることが有効である。プリンタはホワイト粉末上にプリントし、２組のジェットアレイを有している。一方の組のジェットアレイはブラック結合剤を堆積し、他方の組のジェットアレイは、粉末がホワイトであるため、ホワイトで表われる透明結合剤を堆積する。造形される造形物各位置で、２種類の結合剤がある比率で堆積され、造形物のある領域で所望のグレー、ホワイトまたはブラックの陰影を生成する。このように、造形物の全ての領域は、強化の高い部分を生成するのに必要な総結合剤量を受け取る。ただし、この方法は、制御された大きさの液滴を生成できるプリントヘッドを必要とする。
【００７９】
インク・ジェット・プリントヘッドを選択して、制御された大きさの範囲の液滴を生成できるが、最新のプリントヘッドは、１種類の大きさの液滴だけを生成するように使用される場合に最適動作する。したがって、液滴が層全体にわたり均一に分布する場合、造形物の断面の各位置に、ブラックの液滴または透明の液滴のどちらかが衝突する。ディザリングまたはハーフトーン化に対しては、これらの液滴を、十分に離れて見るときにはグレーに認識されるが、拡大したときにはドット・パターンに見えるように分布させることができる。
【００８０】
ディザリングまたはハーフトーン化の従来の方法を各層に使用して、各結合剤の液滴を滴下する場所を決定できる。またアルゴリズムはディザリングまたはハーフトーン化方法に対しても機能して、仕上った造形物の表面に滴下する液滴の最適配置を決定する。
【００８１】
別の色の結合剤を堆積する別のノズルを追加することにより、前述の方法はフルカラーの造形物を製作できる。プリントされる物体の境界面に異なる色の表面が接する場合、アルゴリズムをプリントされる領域に適用して、各層の外周部にカラー・バンドを形成する（図９参照）。最も簡単なアルゴリズムは単純な半直角の面である。造形物は完全な不透明ではなく、したがって、造形物の観察者の認識する色は、色がプリントされる造形物の表面における濃度に依存する。したがって、広いカラー・バンド（color band）が細いカラー・バンドの色に比べて濃い色に見える。
【００８２】
異なる色の２つの表面が接する部分の内側のカラー・バンドに対するすべての着色方法の持つ問題点は、少なくとも１つの色がその部分の表面より淡くプリントされるのが避けられないことである。したがって、この色はその部分の観察者には淡い色に見える。この色を標準濃度を持つ着色領域と同一レベルまで復元するために、物体の表面の縁部に、高濃度の着色剤をプリントする。
【００８３】
造形部分がわずかに半透明であるため、１つの表面に関連するカラー・バンドは、隣接する表面から知覚される色に影響を与えることがある。例えば、図９では、色２がブラックで、色１がホワイトである場合、観察者はホワイトだと考えられた表面を通してブラックを見ることになる。この影響を最少にするには、隣接する表面のそれぞれのカラー・バンドを斜めに切り、造形物体の縁部からその物体に延びるホワイトまたは無色のストライプを残す必要がある。
【００８４】
例えば、図１０を参照すると、第１の色のバンド９２は第２の色のバンド９４とコーナーで接している。先細の領域９６は透明結合剤から形成されているため、バンド９２、９４の色は正確に知覚され、各色の知覚は“バックグラウンド”内の別の色の存在による影響が少ない。
【００８５】
十分に着色された造形物を製作するのに必要な着色結合剤の量が、正確な形状の造形物を製作するのに必要な着色結合剤の量より多い場合には、問題が生じる。この場合には、着色の精度または許容されるブリーディング（breeding）量のどちらかにおいて、妥協点を見出す必要がある。着色液が結合剤として作用しない場合、造形物の機械的特性に影響を与えずに、多量の着色液を堆積できる。
【００８６】
結合剤の供給
図１１Ａは圧力制御されたコンジット８７Ａ−１４５Ｄにより供給されるプリントヘッド１４５Ａ−１４５Ｄのシステムの概略ブロック図である。図に示すように、結合剤供給システムは複数のプリントヘッド１４５Ａ、１４５Ｂ、１４５Ｃ、１４５Ｄを含み、これらプリントヘッドは、複数の結合剤供給リザーバ１７５、１１２、１１４、１１６および廃液収容器１５５に接続されている。図のように、イエロー結合剤供給リザーバ１１２はイエローに指定されたプリントヘッド１４５Ｂに接続され、マゼンタ結合剤供給リザーバ１１４はマゼンタに指定されたプリントヘッド１４５Ｃに、またシアン結合剤供給リザーバ１１６はシアンに指定されたプリントヘッド１４５Ｄに接続されている。透明結合剤供給リザーバ１７５は透明色に指定されたプリントヘッド１４５Ａおよび色の指定されたプリントヘッド１４５Ｂ、１４５Ｃ、１４５Ｄのそれぞれに接続されている。すべてのプリントヘッド１４５Ａ〜１４５Ｄは廃液収容器１５５に接続されている。詳細は以下に述べる。
【００８７】
図１１Ｂは、図１１Ａの、透明（無色）結合剤溶液をプリントするように指定されているプリントヘッド１４５Ａに対する結合剤溶液供給装置を示す。通常の動作モードでは、バルブ１２２Ａが開いて溶液を流し入れ、バルブ１２８Ａが閉じて溶液をブロックする。ポンプ１８５Ａはフィルタ１１８Ａを通して透明結合剤溶液をリザーバ１７５から吸引し、この液を加圧して、コンジット８７Ａおよびバルブ１２２Ａを通してプリントヘッド１４５Ａに供給する。圧力スイッチ１２１Ａは予め設定された圧力レベル（例えば、３ｐｓｉ（２．１×１０４Ｐａ））に達すると、ポンプ１８５Ａの作動を停止するように構成されている。この機構により、プリントヘッド１４５Ａの透明結合剤溶液の圧力はほぼ設定圧力レベルに維持される。
【００８８】
別の動作モードでは、バルブ１２８Ａが開いて溶液を流し入れ、リザーバ１７５からの結合剤溶液を、供給装置を通して循環させ、廃液収容器１５５に戻す。この構成により、例えば、プリンタが長時間にわたりアイドル状態のときに、供給装置内の結合剤溶液を定期的に入れ替えることができる。さらに別の動作モードでは、バルブ１２２Ａが閉じて溶液をブロックし、例えば、プリンタが作動していないときに、プリントヘッド内の溶液が透明結合剤供給リザーバ１７５に戻るのを防ぐ。
【００８９】
図１１Ｃは図１１Ａの、イエロー結合剤溶液をプリントするように指定されているプリントヘッド１４５Ｂに対する結合剤溶液供給装置を示す。この供給装置の図１１Ｂに示す透明結合剤供給装置と異なる点は、この供給装置にバルブ１２０Ｂが追加されている点であり、このバルブ構成により、ポンプ１８５Ｂが必要に応じて、透明結合剤溶液供給リザーバ１７５またはイエロー結合剤供給リザーバ１１２の一方から結合剤溶液を吸引できる。他のプリントヘッド１４５Ｃ、１４５Ｄは、イエローのプリントヘッド１４５Ｂと同様に、透明結合剤溶液か、または関連する着色結合剤溶液リザーバ１１４、１１６からの着色結合剤溶液のどちらかを供給される。
【００９０】
前述の供給装置では、バルブ１２０Ｂ〜１２０Ｄをすべて、透明結合剤をそれぞれのプリントヘッドに供給するように構成して、例えば、高速の造形速度でモノクロの造形物をプリントできる。これとは別に、各ヘッドに異なる色を供給して、着色された造形物をプリントできる。カラー・モードとモノクロ・モード間で切り替えが必要なとき、バルブ１２８B〜１２８Dを開いて、カラー・プリントヘッド供給装置きから廃液収容器１５５に不要な結合剤溶液を流し出す。
【００９１】
均等物
３次元物体の模型を製作する方法および装置を、その特定の実施形態に関して図示し、説明してきたが、当業者には、添付の特許請求の範囲に定義された本発明の精神と範囲から逸脱することなく、形態または細部に各種の変更を加えるのが可能であることは理解されるであろう。これらおよび他のすべての均等物も特許請求の範囲に包含されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】ラピッド・プロトタイピング用装置の概略図である。
【図２】図１の３次元プリンタの実施形態の平面図である。
【図３Ａ】図１の３次元プリンタの実施形態を通る空気流れを調整および利用する基本構成要素の斜視図である。
【図３Ｂ】使用済み造形材料を回収するシステムの使用を示す図である。
【図３Ｃ】図１の３次元プリンタで使用するプレナムの斜視図である。
【図３Ｄ】図１のプリンタの材料供給チャンバおよび造形チャンバを通る空気流れの制御を示す概略図である。
【図４Ａ】図１の３次元プリンタの実施形態の斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ａのプリンタのガントリの斜視図である。
【図４Ｃ】図４Ａおよび４Ｂのキャリッジの斜視図であり、そのカバーが開いている状態を示す。
【図４Ｄ】プリント・ジェットを清浄化するのに使用されるクリーニング・アセンブリの斜視図である。
【図４Ｅ】図４Ｄに示されるクリーニング・アセンブリの内部コンポーネントを示す部分斜視図である。
【図５Ａ】プリント媒体を制御する工程の概略図である。
【図５Ｂ】プリント媒体を制御する工程の概略図である。
【図５Ｃ】プリント媒体を制御する工程の概略図である。
【図５Ｄ】プリント媒体を制御する工程の概略図である。
【図６】複数のプリントヘッドを使用する装置の概略図である。
【図７】不完全な結合剤ジェットを有するプリントヘッドの概略図である。
【図８】不完全な結合剤ジェットで２つの層をプリントする方法を示す概略図である。
【図９】少なくとも２つの異なる色から形成される物体の部分破断図である。
【図１０】異なる色が接する箇所の外観を制御する方法を示す部分的な破断図である。
【図１１Ａ】図１１Ａ−１〜４の関連を示す図である。
【図１１Ａ−１】圧力制御された結合剤溶液供給システムの概略ブロック図である。
【図１１Ａ−２】圧力制御された結合剤溶液供給システムの概略ブロック図である。
【図１１Ａ−３】圧力制御された結合剤溶液供給システムの概略ブロック図である。
【図１１Ａ−４】圧力制御された結合剤溶液供給システムの概略ブロック図である。
【図１１Ｂ】透明の結合剤溶液の部分を示す図１１Ａの詳細図である。
【図１１Ｃ】着色された結合剤溶液の部分を示す図１１Ａの詳細図である。
【符号の説明】
【００９３】
２２ 上部デッキ
２４ 材料供給チャンバ
２５ 供給ピストン
２６ 造形チャンバ
２７ 造形テーブル
２８ オーバーフロー・シュート
３１ フィルタ
３４ ブロワ−
８１ バケット
８２ 取付け台
８３ 上部プレート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元プリンタにおいて造形材料上の特定位置に結合剤溶液を堆積する方法であって、
造形材料の特定位置を固化するための結合剤溶液の総量を決定し、
特定位置に所望の色を生成するための着色された結合剤溶液の量を決定し、
前記結合剤溶液の総量を得るために、前記着色結合剤溶液に加える無色の結合剤溶液の量を決定することを含み、
前記特定位置に供給される着色および無色結合剤を含む全ての結合剤の合計量が、造形材料の前記特定位置でその造形材料を固化するのに十分な結合剤溶液の総量に等しい方法。
【請求項２】
請求項１において、さらに、着色結合剤溶液および無色結合剤溶液の前記総量を前記特定位置に堆積することを含む方法。
【請求項３】
請求項１において、さらに、造形材料の前記特定位置でその造形材料を結合するための前記結合剤の総量を決定後、いずれかの結合剤を前記造形材料上に堆積することを含む方法。
【請求項４】
請求項１において、さらに、前記特定位置で前記造形材料を結合するために、着色結合剤溶液および無色結合剤溶液の各供給量を決定するソフトウェア命令をプログラミングすることを含む方法。
【請求項５】
請求項１において、さらに、３次元プリンタにおいて別の特定位置で前記造形材料を結合するために、着色結合剤溶液および無色結合剤溶液の第２総量を決定することを含む方法。
【請求項６】
請求項５において、着色結合剤溶液および無色結合剤溶液の前記第２総量が、前記別の特定位置で前記造形材料を結合するのに十分な結合剤溶液の総量にほぼ等しい方法。
【請求項７】
造形材料の特定位置でその造形材料を固化するのに必要な結合剤溶液の十分な量を堆積することにより、３次元物体を製作する装置であって、
前記造形材料で充填される造形チャンバと、
前記造形チャンバを横断して移動するように取り付けられたガントリと、
前記造形材料上に結合剤溶液を堆積するために、前記ガントリに取り付けられた少なくとも1つのプリントヘッドと、
前記特定位置で前記造形材料を固化するための結合剤の総量を決定する第１セットのソフトウェア命令と、
前記特定位置に所望の色を生成するために、前記造形材料の前記特定位置における着色結合剤溶液の供給量を決定する第２セットのソフトウェア命令と、
前記造形材料の前記特定位置における、着色結合剤溶液に追加される無色の結合剤溶液の供給量を決定する第３セットのソフトウェア命令と、
着色結合剤溶液および無色結合剤溶液の前記総量を堆積するために、前記プリントヘッドを制御する第４セットのソフトウェア命令とを備え、
前記着色結合剤溶液および無色結合剤溶液の前記総量が、造形材料の前記特定位置でその造形材料を結合するのに十分な結合剤溶液の総量にほぼ等しい装置。
【請求項８】
請求項７において、さらに、前記３次元物体を形成するための造形材料を内部に蓄えている材料供給リザーバと、
前記材料供給リザーバまたは造形チャンバに接続され、この材料供給リザーバまたは造形チャンバをそれぞれ通る空気流れを発生させる真空ポンプとを備えている装置。
【請求項９】
請求項８において、さらに、空気流れが前記材料供給リザーバまたは造形チャンバを通るようにするスイッチを備えている装置。
【請求項１０】
請求項８において、さらに、３次元物体の製作中に、前記造形チャンバを通る空気流れを制御するバルブを備え、このバルブがコントローラにより制御されている装置。
【請求項１１】
所定量の結合剤溶液を物体の特定位置で造形材料上に堆積することにより３次元物体を製作する方法であって、
前記特定の位置に所望の色を生成するのに必要な、前記造形材料の特定位置における着色結合剤溶液の供給量を決定し、
前記造形材料の前記特定位置における無色の結合剤溶液の供給量を決定し、
前記特定位置で前記造形材料を固化するのに十分な着色結合剤溶液および無色結合剤溶液の総量を決定することを含み、
着色結合剤溶液および無色結合剤溶液の前記総量が、造形材料の前記特定位置における結合剤溶液の前記所定量を超えないものであり、
さらに、着色結合剤溶液および無色結合剤溶液の前記総量を前記特定位置に堆積することを含む方法。
【請求項１２】
３次元物体を形成するための造形材料を内部に蓄えている材料供給リザーバと、
前記材料供給リザーバから前記造形材料の層を受け入れる造形チャンバと、
前記材料供給リザーバに接続され、この材料供給リザーバを通る空気流れを発生させる真空ポンプとを備えている装置。
【請求項１３】
請求項１２において、前記真空ポンプがさらに、前記造形チャンバに接続されている装置。
【請求項１４】
請求項１３において、さらに、前記材料供給リザーバまたは造形リザーバを通る空気流れを選択するスイッチを備えている装置。
【請求項１５】
請求項１４において、さらに、前記３次元物体の製作中に、前記造形チャンバを通る空気流れを制御するバルブを備え、このバルブが前記スイッチに応答するコントローラにより制御されている装置。
【請求項１６】
請求項１５において、前記コントローラがソフトウェア命令を含む装置。
【請求項１７】
請求項１２において、さらに、前記造形材料を支持し、かつ空気流れがこの造形材料を通るようにするプレナムを備えている装置。
【請求項１８】
３次元物体を製作するための造形材料を内部に蓄えている材料供給リザーバを設け、
前記材料供給リザーバからの前記造形材料の漸増する層を受け入れる造形チャンバを設け、
前記材料供給リザーバから送られるが、前記造形チャンバで受け取られない余分量の造形材料を受け入れるためのオーバーフロー・キャビティを設け、
前記材料供給リザーバまたは造形チャンバを通る空気流れを発生させることを含む、３次元物体を製作する方法。
【請求項１９】
請求項１８において、さらに、前記材料供給リザーバまたは造形チャンバを通る空気流れを選択的に発生させることを含む方法。
【請求項２０】
請求項１８において、さらに、前記３次元物体を製作中に、前記造形チャンバを通る空気流れを選択的に発生させることを含む方法。
【請求項２１】
請求項１８において、さらに、前記造形材料に空気流れを通すことにより、この造形材料を支持することを含む方法。
【請求項２２】
３次元物体を形成するための造形材料を内部に蓄えている材料供給リザーバと、
前記材料供給リザーバからの前記造形材料の層を受け入れるる造形チャンバと、
前記材料供給リザーバおよび造形チャンバに接続され、スイッチに応答して、この材料供給リザーバまたは造形チャンバを通る空気流れを発生させる真空ポンプとを備えている、３次元物体を製作する装置。
【請求項２３】
請求項２２において、前記スイッチが前記装置のユーザにより制御されるように構成されている装置。
【請求項２４】
請求項２２において、さらに、前記３次元物体の製作中に、前記造形チャンバを通る空気流れを制御するバルブを備え、このバルブが前記スイッチに応答するコントローラにより制御されている装置。
【請求項２５】
請求項２４において、前記バルブがソフトウェア命令を含むコントローラにより制御されている装置。
【請求項２６】
造形材料のベッド上に第１の着色結合剤溶液を堆積して、第１縁部に沿って第１のカラー・バンドを形成し、
造形材料の前記ベッド上に第２の着色結合剤溶液を堆積して、第２縁部に沿って第２のカラー・バンドを形成し、
前記第１バンドと第２バンドの間の、造形材料の前記ベッド上に無色の結合剤溶液を堆積する、３次元物体をプリントする方法。
【請求項２７】
請求項２６において、前記無色のバンドが先細りのバンドを形成している方法。
【請求項２８】
請求項２６において、さらに、前記先細りのバンドセクションに高濃度の前記第１着色結合剤溶液および高濃度の前記第２着色結合剤溶液をプリントする方法。
【請求項２９】
造形材料のベッド上に着色剤を含む物質をプリントする少なくとも１つのプリントヘッドを制御して、多色の３次元物体を形成するコマンドを発生するソフトウェア命令を格納するコンピュータ読出し可能媒体であって、
前記ソフトウェア命令が前記３次元物体の表面からその物体の内部に延びるバンド状に前記物質をプリントするコマンドを含み、
前記バンドが、隣接するバンド間に着色されないセクションが残るように、前記３次元物体の縁部で先細りになっているコンピュータ読出し可能媒体。
【請求項３０】
請求項２９において、前記ソフトウェア命令が、さらに、バンドの前記先細りセクションに高濃度の着色剤をプリントするコマンドを発生するコンピュータ読出し可能媒体。
【請求項３１】
少なくとも１つのプリントヘッドを用いて、造形材料のベッド上に結合剤溶液を堆積して、３次元物体の各セクションを形成するステップと、
少なくとも１つのプリントヘッドを用いて、前記３次元物体の第１表面からその物体の内部に延びるバンド状に、造形材料の前記ベッド上に、第１色の着色剤を含む物質を堆積するステップであって、前記バンドが、前記第１表面が隣接する表面に接する縁部で先細りになっているステップと、
少なくとも１つのプリントヘッドを用いて、前記３次元物体の前記隣接する表面からその物体の内部に延びるバンド状に、造形材料の前記ベッド上に、第２色の着色剤を含む物質を堆積するステップであって、前記バンドが、前記隣接する表面が前記第１表面に接する縁部で先細りになっているステップとを含む３次元プリント方法。
【請求項３２】
請求項３１において、さらに、前記物質を堆積して、前記バンドの前記先細りセクションに、前記バンドの残りのセクションに比べて高濃度の着色剤を形成することを含む３次元プリント方法。
【請求項３３】
構造フレームと、
前記フレームに支持され、かつ造形材料を充填するのに適する造形チャンバと、
前記造形チャンバを横断して移動するように取り付けられたガントリと、
前記ガントリに取り付けられた少なくとも1つのプリントヘッドと、
前記少なくとも１つのプリントヘッドを清浄化するための、前記フレームに対して移動可能な少なくとも１つのクリーニング・エレメントとを備えている、３次元物体を製作する装置。
【請求項３４】
請求項３３において、前記クリーニング・エレメントがクリーニング・アセンブリの支持部材に取り付けられている装置。
【請求項３５】
請求項３４において、さらに、前記フレームに支持されたデッキを備え、前記クリーニング・アセンブリがさらに、前記支持部材を上下動させるデバイスを含むことにより、前記少なくとも１つのクリーニング・エレメントが１つの位置では前記デッキの上方に延び、さらに別の位置では前記デッキの下方に延びるようになっている装置。
【請求項３６】
請求項３３において、前記クリーニング・エレメントがスキージを含む装置。
【請求項３７】
請求項３３において、さらに、前記クリーニング・エレメントに溶液を噴射して、前記少なくとも１つのクリーニング・エレメントを清浄化するノズルを備えている装置。
【請求項３８】
請求項３７において、前記ノズルが、前記クリーニング・エレメントが移動している間に、このクリーニング・エレメントに溶液を噴射する装置。
【請求項３９】
請求項３７において、前記溶液が結合剤溶液を含んでいる装置。
【請求項４０】
請求項３７において、前記溶液がポリエチレン・グリコールを混合した水を含む装置。
【請求項４１】
請求項３３において、前記ガントリが低速軸に沿って前記造形チャンバを横断して移動するように取り付けられ、
さらに、高速軸に沿って移動するように前記ガントリに取り付けられた少なくとも４つのプリントヘッドを備え、前記プリントヘッドは互いにずれて配置され、
さらに、それぞれのプリントヘッドに位置合わせするために、前記高速軸に沿ってずれて配置されている少なくとも４つのクリーニング・エレメントを備える装置。
【請求項４２】
構造フレームを設け、
前記フレームを用いて、造形材料を充填するのに適する造形チャンバを支持し、
前記造形チャンバを横断して移動するガントリを設け、
前記ガントリに取り付ける少なくとも1つのプリントヘッドを取り付け、
前記少なくとも１つのプリントヘッドを清浄化するためのクリーニング・エレメントを取り付けることを含む、３次元物体を製作する方法。
【請求項４３】
請求項４２において、さらに、前記クリーニング・エレメントを前記フレームに支持されたデッキの上方で移動して、少なくとも１つのプリントヘッドを清浄化することを含む方法。
【請求項４４】
請求項４３において、さらに、少なくとも１つのプリントヘッドを清浄化した後、前記クリーニング・エレメントを前記デッキの下方に移動する方法。
【請求項４５】
請求項４４において、さらに、前記クリーニング・エレメントに溶液を噴射して、このクリーニング・エレメントが前記デッキの下方にある状態で、このクリーニング・エレメントを清浄化することを含む方法。
【請求項４６】
請求項４５において、さらに、前記クリーニング・エレメントに結合剤溶液を噴射することを含む方法。
【請求項４７】
請求項４５において、さらに、前記クリーニング・エレメントにポリエチレン・グリコールを混合した水を噴射することを含む方法。
【請求項４８】
請求項４２において、前記ガントリが低速軸に沿って前記造形チャンバを横断して移動するように取り付けられ、
さらに、高速軸に沿って移動するように前記ガントリに取り付けられた少なくとも４つのプリントヘッドを備え、
さらに、前記低速軸に沿って前記プリントヘッドを互いにずらして配置することを含み、
さらに、それぞれのプリントヘッドに位置合わせされた少なくとも４つのクリーニング・エレメントを備えることを含む方法。
【請求項４９】
造形材料が充填される造形チャンバと、
低速軸に沿って前記造形チャンバを横断して移動するように取り付けられたガントリと、
高速軸に沿って移動するように前記ガントリに取り付けられた少なくとも４つのプリントヘッドとを備え、
前記プリントヘッドが互いにずれて配置されている、３次元物体を製作する装置。
【請求項５０】
請求項４９において、前記プリントヘッドが前記造形材料上に着色剤を含む物質をプリントする装置。
【請求項５１】
請求項５０において、前記プリントヘッドが隣接するプリントヘッドから、前記低速軸に沿って一定の距離だけずれて配置され、
前記プリントヘッドが前記低速軸に沿って前記一定距離ずつ段階的に進む装置。
【請求項５２】
請求項５０において、前記造形材料上に結合剤溶液を堆積する前に、その結合剤溶液が着色剤と混合される装置。
【請求項５３】
請求項４９において、無色の結合剤溶液が前記プリントヘッドのそれぞれにより堆積される装置。
【請求項５４】
請求項５３において、前記プリントヘッドが隣接するプリントヘッドから、前記低速軸に沿って一定の距離だけずれて配置され、
また、前記プリントヘッドが前記低速軸に沿って前記一定距離の倍数に等しい距離ずつ段階的に進む装置。
【請求項５５】
複数のプリントヘッドを、高速軸に沿って造形材料のベッドの上方を通過させ、
プリントヘッドのそれぞれが必要に応じて前記造形材料上に物質のストライプをストライプ状に堆積でき、
それぞれのプリントヘッドによりプリントされた前記ストライプが、前記高速軸にほぼ垂直な低速軸に沿って互いにずれており、
前記複数のプリントヘッドを前記低速軸に沿って進ませる、３次元プリント方法。
【請求項５６】
請求項５５において、前記プリントヘッドが前記造形材料上に着色剤を含む物質をプリントする３次元プリント方法。
【請求項５７】
請求項５６において、前記プリントヘッドが隣接するプリントヘッドから、前記低速軸に沿って一定の距離だけずれて配置され、
また、前記プリントヘッドが前記低速軸に沿って前記一定距離ずつ段階的に進む３次元プリント方法。
【請求項５８】
請求項５６において、さらに、前記造形材料上に結合剤溶液を堆積する前に、その結合剤溶液を着色剤と混合することを含む３次元プリント方法。
【請求項５９】
請求項５５において、無色の結合剤溶液が前記プリントヘッドのそれぞれにより堆積される
３次元プリント方法。
【請求項６０】
請求項５９において、前記プリントヘッドが隣接するプリントヘッドから一定の距離ずつずれて配置され、
また、前記プリントヘッドが前記低速軸に沿って前記一定距離の倍数に等しい距離ずつ段階的に進む３次元プリント方法。
【請求項６１】
造形材料のベッドを充填できる造形チャンバと、
前記造形チャンバを横断して移動するように取り付けられた複数のプリントヘッドと、
前記プリントヘッドの外部の少なくとも１つの結合剤供給源と、
各結合剤供給源を少なくとも１つのプリントヘッドに接続する複数のコンジットとを備えている、３次元物体を製作する装置。
【請求項６２】
請求項６１において、各結合剤供給源が無色の結合剤溶液または単一色の着色結合剤溶液のどちらかを含む装置。
【請求項６３】
請求項６２において、前記着色結合剤溶液が、前記装置の外部で、無色の結合剤溶液を着色剤と前もって混合することにより生成される装置。
【請求項６４】
請求項６２において、前記着色結合剤溶液が、前記装置の内部で、無色の結合剤溶液を着色剤と前もって混合することにより生成される装置。
【請求項６５】
請求項６２において、着色結合剤溶液を含む各結合剤供給源が、他の着色結合剤溶液の色と異なる色を含む装置。
【請求項６６】
請求項６５において、前記装置が、前記無色の結合剤溶液に接続された第１プリントヘッドと、シアンの着色結合剤溶液に接続された第２プリントヘッドと、イエローの着色結合剤溶液に接続された第３プリントヘッドと、マゼンタの着色結合剤溶液に接続された第４プリントヘッドとを備えている装置。
【請求項６７】
請求項６６において、さらに、ブラックの着色結合剤溶液に接続された第５プリントヘッドを備えている装置。
【請求項６８】
請求項６２において、さらに、低速軸に沿って前記造形チャンバを横断して移動するように取り付けられたガントリを備え、前記プリントヘッドが前記ガントリ上で少なくとも２列に配列されて、高速軸または低速軸に平行に延びている装置。
【請求項６９】
請求項６８において、着色結合剤溶液に接続されているプリントヘッドが、無色結合剤溶液に接続されたプリントヘッドと同列内で対になっている装置。
【請求項７０】
請求項６１において、さらに、低速軸に沿って前記造形チャンバを横断して移動するように取り付けられたガントリを備え、前記プリントヘッドのそれぞれが、前記低速軸に沿って互いに異なる座標位置に配置されている装置。
【請求項７１】
請求項６１において、前記結合剤供給源がコンジットにより前記結合剤溶液を前記プリントヘッドのそれぞれに供給し、前記コンジットが、その結合剤溶液を該コンジット内で循環させる循環ループを含む装置。
【請求項７２】
請求項６１において、さらに、前記プリントヘッドにコマンドを発行するソフトウェア命令を格納するコンピュータ読出し可能なメモリを備え、
前記ソフトウェア命令がコマンドを発行して、プリントヘッドに対して、前記着色結合剤溶液を、３次元物体の表面からその物体の内部に延びるバンド状に噴射するように命令し、
前記バンドが前記３次元物体の縁部で先細りになって、前記縁部から前記物体内部に延びる着色されないセクションを残している装置。
【請求項７３】
請求項７２において、前記ソフトウェア命令がコマンドを発行して、プリントヘッドに対して、前記バンドの前記先細りのセクションに高濃度の着色結合剤溶液をプリントするように命令する装置。
【請求項７４】
請求項７２において、さらに、前記プリントヘッドにコマンドを発行するソフトウェア命令を格納するコンピュータ読出し可能なメモリと、低速軸に沿って前記造形チャンバを横断して移動するように取り付けられたガントリとを備え、
前記ソフトウェア命令が、前記プリントヘッドが前記着色結合剤溶液を堆積しているかどうかに関係して、前記低速軸に沿ってガントリが進行する度にその進行する距離の長さを制御し、
前記プリントヘッドのすべてが無色結合剤溶液を堆積している場合か、または前記プリントヘッドのすべてが同一色の着色結合剤溶液をプリントしている場合は、前記ソフトウェアがコマンドを発行して、前記ガントリを前記低速軸に沿って長い距離進める装置。
【請求項７５】
造形材料のベッドが充填される造形チャンバを設け、
前記造形チャンバを横断して移動する複数のプリントヘッドを取り付け、
前記プリントヘッドの外部に少なくとも１つの結合剤供給源を設け、
各結合剤供給源を、複数のコンジットを通して少なくとも１つのプリントヘッドに接続する、３次元物体を製作する方法。
【請求項７６】
請求項７５において、各結合剤供給源が無色の結合剤溶液または単一色の着色結合剤溶液のどちらかを含む方法。
【請求項７７】
請求項７６において、さらに、前記装置の外部で、無色の結合剤溶液を着色剤と前もって混合して前記着色結合剤を生成することを含む方法。
【請求項７８】
請求項７６において、さらに、前記装置の内部で、無色の結合剤溶液を着色剤と前もって混合して前記着色結合剤を生成する方法。
【請求項７９】
請求項７６において、着色結合剤溶液を含む各結合剤供給源が、他の着色結合剤溶液の色と異なる色を含む方法。
【請求項８０】
請求項７９において、さらに、第１プリントヘッドを前記無色の結合剤溶液に接続し、第２プリントヘッドをシアンの着色結合剤溶液に接続し、第３プリントヘッドをイエローの着色結合剤溶液に接続し、さらに、第４プリントヘッドをマゼンタの着色結合剤溶液に接続することを含む方法。
【請求項８１】
請求項８０において、さらに、第５プリントヘッドをブラックの着色結合剤溶液に接続することを含む方法。
【請求項８２】
請求項７６において、さらに、低速軸に沿って前記造形チャンバを横断して移動するガントリを取り付けることを含み、前記プリントヘッドが前記ガントリ上で少なくとも２列に配列されて、高速軸または低速軸に平行に延びている方法。
【請求項８３】
請求項８２において、着色結合剤溶液に接続されたプリントヘッドが、無色結合剤溶液に接続されたプリントヘッドと同列内で対になっている方法。
【請求項８４】
請求項７９において、さらに、低速軸に沿って前記造形チャンバを横断して移動するガントリを取り付けることを含み、前記プリントヘッドのそれぞれが、前記低速軸に沿って互いに異なる座標位置に配置されている方法。
【請求項８５】
請求項７５において、前記結合剤供給源がコンジットにより前記結合剤溶液を前記プリントヘッドのそれぞれに供給し、前記コンジットが、前記結合剤溶液をそのコンジット内で循環させる循環ループを含む方法。
【請求項８６】
請求項７５において、さらに、前記３次元物体の表面からその物体の内部に延びるバンド状に前記着色結合剤溶液を供給し、
前記バンドが前記３次元物体の縁部で先細りになって、前記縁部から前記３次元物体内部に延びる着色されないセクションを残す方法。
【請求項８７】
請求項８６において、さらに、前記バンドの前記先細りセクションに高濃度の前記着色結合剤溶液をプリントする方法。
【請求項８８】
請求項７６において、さらに、低速軸に沿って前記造形チャンバを横断して移動するガントリを取り付け、
前記プリントヘッドが前記着色結合剤溶液を堆積しているかどうかに関係して、前記低速軸に沿って前記ガントリが進行する度にその進行する距離の長さを制御することを含み、
前記プリントヘッドのすべてが無色結合剤溶液を堆積している場合か、または前記プリントヘッドのすべてが同一色の着色結合剤溶液をプリントしている場合は、前記ガントリが前記低速軸に沿って長い距離進行する方法。
【請求項８９】
着色剤と混合されて着色結合剤溶液を生成する結合剤溶液を蓄えるコンテナと、
前記着色結合剤溶液を造形材料のベッド上に堆積するプリントヘッドに前記着色結合剤溶液を送るためのコンジットとを備え、
さらに、前記コンジット内で前記着色結合剤溶液を循環させる循環ループとを備えている、３次元物体を製作する装置。
【請求項９０】
請求項８９において、さらに、前記コンジットに送られる無色の結合剤溶液と、
前記着色結合剤溶液の流れを、前記コンジットを通して前記プリントヘッドに送るバルブとを備えている装置。
【請求項９１】
請求項９０において、さらに、前記コンジット内で前記無色結合剤溶液を循環させる第２循環ループを前記コンジット内に備えている装置。
【請求項９２】
請求項９０において、さらに、前記プリントヘッドへの前記着色結合剤溶液の供給を停止し、また前記循環ループを通る前記無色結合剤溶液の循環を可能にするバルブを備えている装置。
【請求項９３】
請求項９２において、前記バルブが、前記プリントヘッドへの前記無色結合剤溶液の供給を停止し、また前記循環ループを通る前記着色結合剤溶液の循環を可能にする装置。
【請求項９４】
請求項８９において、さらに、前記着色結合剤溶液の廃液を前記コンジットから排出できるバルブを前記コンジット内に備えている装置。
【請求項９５】
請求項９０において、さらに、前記無色結合剤溶液の廃液を前記コンジットから排出できるバルブを前記コンジット内に備えている装置。
【請求項９６】
結合剤溶液を着色剤と混合して、着色結合剤溶液を生成し、
コンジットにより前記着色結合剤溶液をプリントヘッドに送り、
前記プリントヘッドを用いて、前記着色結合剤溶液を造形材料のベッド上に堆積し、
前記着色結合剤溶液を前記コンジット内の第１循環ループを通して循環させる、各ステップを含む、３次元物体を製作する方法。
【請求項９７】
請求項９６において、さらに、無色の結合剤溶液を外部の結合剤溶液供給源から前記コンジットに送り出し、
バルブを使用して、前記コンジットを通る前記着色結合剤溶液流れを前記プリントヘッドに向けて流す方法。
【請求項９８】
請求項９７において、さらに、前記無色結合剤溶液を前記コンジット内の第２循環ループを通して循環させることを含む方法。
【請求項９９】
請求項９７において、さらに、前記プリントヘッドへの前記着色結合剤溶液の送り出しを停止し、
前記循環ループを通して前記無色の結合剤溶液を循環させ、
前記無色の結合剤溶液を前記プリントヘッドまで送ることを含む方法。
【請求項１００】
請求項９７において、さらに、前記プリントヘッドへの前記無色結合剤溶液の送り出しを停止し、
前記循環ループを通して前記着色結合剤溶液を循環させ、
前記着色結合剤溶液を前記プリントヘッドに送ることを含む方法。
【請求項１０１】
請求項９６において、さらに、前記着色結合剤溶液の廃液を前記コンジットから排出できるバルブを前記コンジット内に備えている方法。
【請求項１０２】
請求項９７において、さらに、前記無色結合剤溶液の廃液を前記コンジットから排出できるバルブを前記コンジット内に備えている方法。
【請求項１０３】
フレームと、
前記フレームに取り付けられ、かつ造形材料を充填するのに適する造形チャンバと、
前記造形チャンバからオーバーフローした造形材料を受け入れるように配置され、かつオーバーフロー・キャビティを形成するシュートと、
前記シュートを通過する造形材料を収容するために前記シュートに接続された着脱式収集チャンバとを備えている、３次元物体を製作する装置。
【請求項１０４】
請求項１０３において、さらに、前記シュートに接続されて、このシュートを通して空気を吸引するブロワーを備えている装置。
【請求項１０５】
請求項１０４において、前記着脱式収集チャンバが前記ブロワーとシュートの間に配置されている装置。
【請求項１０６】
請求項１０３において、さらに、前記フレームに取り付けられた材料供給チャンバを備え、この材料供給チャンバが、前記造形チャンバに送られる造形材料を充填するのに適している装置。
【請求項１０７】
請求項１０３において、前記着脱式収集チャンバが、収集された造形材料を前記材料供給チャンバに戻して使用できるようなバケットの形状をしている装置。
【請求項１０８】
請求項１０７において、前記バケットが、収集された造形材料の注入を容易にする突出したリップを含む装置。
【請求項１０９】
請求項１０３において、さらに、前記着脱式収集チャンバが所定量の造形材料を収容したときを検知する光学センサを備えている装置。
【請求項１１０】
材料供給チャンバを造形材料で充填し、
前記造形材料を前記材料供給チャンバから造形チャンバに移し、
前記造形チャンバ内の前記造形材料上に結合剤溶液をプリントし、
余分な造形材料を収集チャンバに入れ、
前記余分な造形材料を前記収集チャンバから前記材料供給チャンバに戻す、各ステップを含む、３次元プリンタにおいて造形材料を回収する方法。
【請求項１１１】
請求項１１０において、前記余分な造形材料を前記収集チャンバから取り除き、前記材料供給チャンバ内に注入することにより、その造形材料を前記材料供給チャンバに戻す方法。
【請求項１１２】
請求項１１０において、前記余分な造形材料を、前記造形チャンバからシュートを通して前記収集チャンバに移す方法。
【請求項１１３】
請求項１１２において、さらに、ブロワーを使用することにより、前記シュートを通して空気を前記収集チャンバ内に吸引するステップを含み、前記収集チャンバが前記ブロワーの上流に配置されている方法。
【請求項１１４】
請求項１１０において、光学センサにより、前記着脱式収集チャンバが所定量の造形材料を収容したときを検知するステップを含む方法。
【請求項１】
３次元プリンタにおいて造形材料上の特定位置に結合剤溶液を堆積する方法であって、
造形材料の特定位置を固化するための結合剤溶液の総量を決定し、
特定位置に所望の色を生成するための着色された結合剤溶液の量を決定し、
前記結合剤溶液の総量を得るために、前記着色結合剤溶液に加える無色の結合剤溶液の量を決定することを含み、
前記特定位置に供給される着色および無色結合剤を含む全ての結合剤の合計量が、造形材料の前記特定位置でその造形材料を固化するのに十分な結合剤溶液の総量に等しい方法。
【請求項２】
請求項１において、さらに、着色結合剤溶液および無色結合剤溶液の前記総量を前記特定位置に堆積することを含む方法。
【請求項３】
請求項１において、さらに、造形材料の前記特定位置でその造形材料を結合するための前記結合剤の総量を決定後、いずれかの結合剤を前記造形材料上に堆積することを含む方法。
【請求項４】
請求項１において、さらに、前記特定位置で前記造形材料を結合するために、着色結合剤溶液および無色結合剤溶液の各供給量を決定するソフトウェア命令をプログラミングすることを含む方法。
【請求項５】
請求項１において、さらに、３次元プリンタにおいて別の特定位置で前記造形材料を結合するために、着色結合剤溶液および無色結合剤溶液の第２総量を決定することを含む方法。
【請求項６】
請求項５において、着色結合剤溶液および無色結合剤溶液の前記第２総量が、前記別の特定位置で前記造形材料を結合するのに十分な結合剤溶液の総量にほぼ等しい方法。
【請求項７】
造形材料の特定位置でその造形材料を固化するのに必要な結合剤溶液の十分な量を堆積することにより、３次元物体を製作する装置であって、
前記造形材料で充填される造形チャンバと、
前記造形チャンバを横断して移動するように取り付けられたガントリと、
前記造形材料上に結合剤溶液を堆積するために、前記ガントリに取り付けられた少なくとも1つのプリントヘッドと、
前記特定位置で前記造形材料を固化するための結合剤の総量を決定する第１セットのソフトウェア命令と、
前記特定位置に所望の色を生成するために、前記造形材料の前記特定位置における着色結合剤溶液の供給量を決定する第２セットのソフトウェア命令と、
前記造形材料の前記特定位置における、着色結合剤溶液に追加される無色の結合剤溶液の供給量を決定する第３セットのソフトウェア命令と、
着色結合剤溶液および無色結合剤溶液の前記総量を堆積するために、前記プリントヘッドを制御する第４セットのソフトウェア命令とを備え、
前記着色結合剤溶液および無色結合剤溶液の前記総量が、造形材料の前記特定位置でその造形材料を結合するのに十分な結合剤溶液の総量にほぼ等しい装置。
【請求項８】
請求項７において、さらに、前記３次元物体を形成するための造形材料を内部に蓄えている材料供給リザーバと、
前記材料供給リザーバまたは造形チャンバに接続され、この材料供給リザーバまたは造形チャンバをそれぞれ通る空気流れを発生させる真空ポンプとを備えている装置。
【請求項９】
請求項８において、さらに、空気流れが前記材料供給リザーバまたは造形チャンバを通るようにするスイッチを備えている装置。
【請求項１０】
請求項８において、さらに、３次元物体の製作中に、前記造形チャンバを通る空気流れを制御するバルブを備え、このバルブがコントローラにより制御されている装置。
【請求項１１】
所定量の結合剤溶液を物体の特定位置で造形材料上に堆積することにより３次元物体を製作する方法であって、
前記特定の位置に所望の色を生成するのに必要な、前記造形材料の特定位置における着色結合剤溶液の供給量を決定し、
前記造形材料の前記特定位置における無色の結合剤溶液の供給量を決定し、
前記特定位置で前記造形材料を固化するのに十分な着色結合剤溶液および無色結合剤溶液の総量を決定することを含み、
着色結合剤溶液および無色結合剤溶液の前記総量が、造形材料の前記特定位置における結合剤溶液の前記所定量を超えないものであり、
さらに、着色結合剤溶液および無色結合剤溶液の前記総量を前記特定位置に堆積することを含む方法。
【請求項１２】
３次元物体を形成するための造形材料を内部に蓄えている材料供給リザーバと、
前記材料供給リザーバから前記造形材料の層を受け入れる造形チャンバと、
前記材料供給リザーバに接続され、この材料供給リザーバを通る空気流れを発生させる真空ポンプとを備えている装置。
【請求項１３】
請求項１２において、前記真空ポンプがさらに、前記造形チャンバに接続されている装置。
【請求項１４】
請求項１３において、さらに、前記材料供給リザーバまたは造形リザーバを通る空気流れを選択するスイッチを備えている装置。
【請求項１５】
請求項１４において、さらに、前記３次元物体の製作中に、前記造形チャンバを通る空気流れを制御するバルブを備え、このバルブが前記スイッチに応答するコントローラにより制御されている装置。
【請求項１６】
請求項１５において、前記コントローラがソフトウェア命令を含む装置。
【請求項１７】
請求項１２において、さらに、前記造形材料を支持し、かつ空気流れがこの造形材料を通るようにするプレナムを備えている装置。
【請求項１８】
３次元物体を製作するための造形材料を内部に蓄えている材料供給リザーバを設け、
前記材料供給リザーバからの前記造形材料の漸増する層を受け入れる造形チャンバを設け、
前記材料供給リザーバから送られるが、前記造形チャンバで受け取られない余分量の造形材料を受け入れるためのオーバーフロー・キャビティを設け、
前記材料供給リザーバまたは造形チャンバを通る空気流れを発生させることを含む、３次元物体を製作する方法。
【請求項１９】
請求項１８において、さらに、前記材料供給リザーバまたは造形チャンバを通る空気流れを選択的に発生させることを含む方法。
【請求項２０】
請求項１８において、さらに、前記３次元物体を製作中に、前記造形チャンバを通る空気流れを選択的に発生させることを含む方法。
【請求項２１】
請求項１８において、さらに、前記造形材料に空気流れを通すことにより、この造形材料を支持することを含む方法。
【請求項２２】
３次元物体を形成するための造形材料を内部に蓄えている材料供給リザーバと、
前記材料供給リザーバからの前記造形材料の層を受け入れるる造形チャンバと、
前記材料供給リザーバおよび造形チャンバに接続され、スイッチに応答して、この材料供給リザーバまたは造形チャンバを通る空気流れを発生させる真空ポンプとを備えている、３次元物体を製作する装置。
【請求項２３】
請求項２２において、前記スイッチが前記装置のユーザにより制御されるように構成されている装置。
【請求項２４】
請求項２２において、さらに、前記３次元物体の製作中に、前記造形チャンバを通る空気流れを制御するバルブを備え、このバルブが前記スイッチに応答するコントローラにより制御されている装置。
【請求項２５】
請求項２４において、前記バルブがソフトウェア命令を含むコントローラにより制御されている装置。
【請求項２６】
造形材料のベッド上に第１の着色結合剤溶液を堆積して、第１縁部に沿って第１のカラー・バンドを形成し、
造形材料の前記ベッド上に第２の着色結合剤溶液を堆積して、第２縁部に沿って第２のカラー・バンドを形成し、
前記第１バンドと第２バンドの間の、造形材料の前記ベッド上に無色の結合剤溶液を堆積する、３次元物体をプリントする方法。
【請求項２７】
請求項２６において、前記無色のバンドが先細りのバンドを形成している方法。
【請求項２８】
請求項２６において、さらに、前記先細りのバンドセクションに高濃度の前記第１着色結合剤溶液および高濃度の前記第２着色結合剤溶液をプリントする方法。
【請求項２９】
造形材料のベッド上に着色剤を含む物質をプリントする少なくとも１つのプリントヘッドを制御して、多色の３次元物体を形成するコマンドを発生するソフトウェア命令を格納するコンピュータ読出し可能媒体であって、
前記ソフトウェア命令が前記３次元物体の表面からその物体の内部に延びるバンド状に前記物質をプリントするコマンドを含み、
前記バンドが、隣接するバンド間に着色されないセクションが残るように、前記３次元物体の縁部で先細りになっているコンピュータ読出し可能媒体。
【請求項３０】
請求項２９において、前記ソフトウェア命令が、さらに、バンドの前記先細りセクションに高濃度の着色剤をプリントするコマンドを発生するコンピュータ読出し可能媒体。
【請求項３１】
少なくとも１つのプリントヘッドを用いて、造形材料のベッド上に結合剤溶液を堆積して、３次元物体の各セクションを形成するステップと、
少なくとも１つのプリントヘッドを用いて、前記３次元物体の第１表面からその物体の内部に延びるバンド状に、造形材料の前記ベッド上に、第１色の着色剤を含む物質を堆積するステップであって、前記バンドが、前記第１表面が隣接する表面に接する縁部で先細りになっているステップと、
少なくとも１つのプリントヘッドを用いて、前記３次元物体の前記隣接する表面からその物体の内部に延びるバンド状に、造形材料の前記ベッド上に、第２色の着色剤を含む物質を堆積するステップであって、前記バンドが、前記隣接する表面が前記第１表面に接する縁部で先細りになっているステップとを含む３次元プリント方法。
【請求項３２】
請求項３１において、さらに、前記物質を堆積して、前記バンドの前記先細りセクションに、前記バンドの残りのセクションに比べて高濃度の着色剤を形成することを含む３次元プリント方法。
【請求項３３】
構造フレームと、
前記フレームに支持され、かつ造形材料を充填するのに適する造形チャンバと、
前記造形チャンバを横断して移動するように取り付けられたガントリと、
前記ガントリに取り付けられた少なくとも1つのプリントヘッドと、
前記少なくとも１つのプリントヘッドを清浄化するための、前記フレームに対して移動可能な少なくとも１つのクリーニング・エレメントとを備えている、３次元物体を製作する装置。
【請求項３４】
請求項３３において、前記クリーニング・エレメントがクリーニング・アセンブリの支持部材に取り付けられている装置。
【請求項３５】
請求項３４において、さらに、前記フレームに支持されたデッキを備え、前記クリーニング・アセンブリがさらに、前記支持部材を上下動させるデバイスを含むことにより、前記少なくとも１つのクリーニング・エレメントが１つの位置では前記デッキの上方に延び、さらに別の位置では前記デッキの下方に延びるようになっている装置。
【請求項３６】
請求項３３において、前記クリーニング・エレメントがスキージを含む装置。
【請求項３７】
請求項３３において、さらに、前記クリーニング・エレメントに溶液を噴射して、前記少なくとも１つのクリーニング・エレメントを清浄化するノズルを備えている装置。
【請求項３８】
請求項３７において、前記ノズルが、前記クリーニング・エレメントが移動している間に、このクリーニング・エレメントに溶液を噴射する装置。
【請求項３９】
請求項３７において、前記溶液が結合剤溶液を含んでいる装置。
【請求項４０】
請求項３７において、前記溶液がポリエチレン・グリコールを混合した水を含む装置。
【請求項４１】
請求項３３において、前記ガントリが低速軸に沿って前記造形チャンバを横断して移動するように取り付けられ、
さらに、高速軸に沿って移動するように前記ガントリに取り付けられた少なくとも４つのプリントヘッドを備え、前記プリントヘッドは互いにずれて配置され、
さらに、それぞれのプリントヘッドに位置合わせするために、前記高速軸に沿ってずれて配置されている少なくとも４つのクリーニング・エレメントを備える装置。
【請求項４２】
構造フレームを設け、
前記フレームを用いて、造形材料を充填するのに適する造形チャンバを支持し、
前記造形チャンバを横断して移動するガントリを設け、
前記ガントリに取り付ける少なくとも1つのプリントヘッドを取り付け、
前記少なくとも１つのプリントヘッドを清浄化するためのクリーニング・エレメントを取り付けることを含む、３次元物体を製作する方法。
【請求項４３】
請求項４２において、さらに、前記クリーニング・エレメントを前記フレームに支持されたデッキの上方で移動して、少なくとも１つのプリントヘッドを清浄化することを含む方法。
【請求項４４】
請求項４３において、さらに、少なくとも１つのプリントヘッドを清浄化した後、前記クリーニング・エレメントを前記デッキの下方に移動する方法。
【請求項４５】
請求項４４において、さらに、前記クリーニング・エレメントに溶液を噴射して、このクリーニング・エレメントが前記デッキの下方にある状態で、このクリーニング・エレメントを清浄化することを含む方法。
【請求項４６】
請求項４５において、さらに、前記クリーニング・エレメントに結合剤溶液を噴射することを含む方法。
【請求項４７】
請求項４５において、さらに、前記クリーニング・エレメントにポリエチレン・グリコールを混合した水を噴射することを含む方法。
【請求項４８】
請求項４２において、前記ガントリが低速軸に沿って前記造形チャンバを横断して移動するように取り付けられ、
さらに、高速軸に沿って移動するように前記ガントリに取り付けられた少なくとも４つのプリントヘッドを備え、
さらに、前記低速軸に沿って前記プリントヘッドを互いにずらして配置することを含み、
さらに、それぞれのプリントヘッドに位置合わせされた少なくとも４つのクリーニング・エレメントを備えることを含む方法。
【請求項４９】
造形材料が充填される造形チャンバと、
低速軸に沿って前記造形チャンバを横断して移動するように取り付けられたガントリと、
高速軸に沿って移動するように前記ガントリに取り付けられた少なくとも４つのプリントヘッドとを備え、
前記プリントヘッドが互いにずれて配置されている、３次元物体を製作する装置。
【請求項５０】
請求項４９において、前記プリントヘッドが前記造形材料上に着色剤を含む物質をプリントする装置。
【請求項５１】
請求項５０において、前記プリントヘッドが隣接するプリントヘッドから、前記低速軸に沿って一定の距離だけずれて配置され、
前記プリントヘッドが前記低速軸に沿って前記一定距離ずつ段階的に進む装置。
【請求項５２】
請求項５０において、前記造形材料上に結合剤溶液を堆積する前に、その結合剤溶液が着色剤と混合される装置。
【請求項５３】
請求項４９において、無色の結合剤溶液が前記プリントヘッドのそれぞれにより堆積される装置。
【請求項５４】
請求項５３において、前記プリントヘッドが隣接するプリントヘッドから、前記低速軸に沿って一定の距離だけずれて配置され、
また、前記プリントヘッドが前記低速軸に沿って前記一定距離の倍数に等しい距離ずつ段階的に進む装置。
【請求項５５】
複数のプリントヘッドを、高速軸に沿って造形材料のベッドの上方を通過させ、
プリントヘッドのそれぞれが必要に応じて前記造形材料上に物質のストライプをストライプ状に堆積でき、
それぞれのプリントヘッドによりプリントされた前記ストライプが、前記高速軸にほぼ垂直な低速軸に沿って互いにずれており、
前記複数のプリントヘッドを前記低速軸に沿って進ませる、３次元プリント方法。
【請求項５６】
請求項５５において、前記プリントヘッドが前記造形材料上に着色剤を含む物質をプリントする３次元プリント方法。
【請求項５７】
請求項５６において、前記プリントヘッドが隣接するプリントヘッドから、前記低速軸に沿って一定の距離だけずれて配置され、
また、前記プリントヘッドが前記低速軸に沿って前記一定距離ずつ段階的に進む３次元プリント方法。
【請求項５８】
請求項５６において、さらに、前記造形材料上に結合剤溶液を堆積する前に、その結合剤溶液を着色剤と混合することを含む３次元プリント方法。
【請求項５９】
請求項５５において、無色の結合剤溶液が前記プリントヘッドのそれぞれにより堆積される
３次元プリント方法。
【請求項６０】
請求項５９において、前記プリントヘッドが隣接するプリントヘッドから一定の距離ずつずれて配置され、
また、前記プリントヘッドが前記低速軸に沿って前記一定距離の倍数に等しい距離ずつ段階的に進む３次元プリント方法。
【請求項６１】
造形材料のベッドを充填できる造形チャンバと、
前記造形チャンバを横断して移動するように取り付けられた複数のプリントヘッドと、
前記プリントヘッドの外部の少なくとも１つの結合剤供給源と、
各結合剤供給源を少なくとも１つのプリントヘッドに接続する複数のコンジットとを備えている、３次元物体を製作する装置。
【請求項６２】
請求項６１において、各結合剤供給源が無色の結合剤溶液または単一色の着色結合剤溶液のどちらかを含む装置。
【請求項６３】
請求項６２において、前記着色結合剤溶液が、前記装置の外部で、無色の結合剤溶液を着色剤と前もって混合することにより生成される装置。
【請求項６４】
請求項６２において、前記着色結合剤溶液が、前記装置の内部で、無色の結合剤溶液を着色剤と前もって混合することにより生成される装置。
【請求項６５】
請求項６２において、着色結合剤溶液を含む各結合剤供給源が、他の着色結合剤溶液の色と異なる色を含む装置。
【請求項６６】
請求項６５において、前記装置が、前記無色の結合剤溶液に接続された第１プリントヘッドと、シアンの着色結合剤溶液に接続された第２プリントヘッドと、イエローの着色結合剤溶液に接続された第３プリントヘッドと、マゼンタの着色結合剤溶液に接続された第４プリントヘッドとを備えている装置。
【請求項６７】
請求項６６において、さらに、ブラックの着色結合剤溶液に接続された第５プリントヘッドを備えている装置。
【請求項６８】
請求項６２において、さらに、低速軸に沿って前記造形チャンバを横断して移動するように取り付けられたガントリを備え、前記プリントヘッドが前記ガントリ上で少なくとも２列に配列されて、高速軸または低速軸に平行に延びている装置。
【請求項６９】
請求項６８において、着色結合剤溶液に接続されているプリントヘッドが、無色結合剤溶液に接続されたプリントヘッドと同列内で対になっている装置。
【請求項７０】
請求項６１において、さらに、低速軸に沿って前記造形チャンバを横断して移動するように取り付けられたガントリを備え、前記プリントヘッドのそれぞれが、前記低速軸に沿って互いに異なる座標位置に配置されている装置。
【請求項７１】
請求項６１において、前記結合剤供給源がコンジットにより前記結合剤溶液を前記プリントヘッドのそれぞれに供給し、前記コンジットが、その結合剤溶液を該コンジット内で循環させる循環ループを含む装置。
【請求項７２】
請求項６１において、さらに、前記プリントヘッドにコマンドを発行するソフトウェア命令を格納するコンピュータ読出し可能なメモリを備え、
前記ソフトウェア命令がコマンドを発行して、プリントヘッドに対して、前記着色結合剤溶液を、３次元物体の表面からその物体の内部に延びるバンド状に噴射するように命令し、
前記バンドが前記３次元物体の縁部で先細りになって、前記縁部から前記物体内部に延びる着色されないセクションを残している装置。
【請求項７３】
請求項７２において、前記ソフトウェア命令がコマンドを発行して、プリントヘッドに対して、前記バンドの前記先細りのセクションに高濃度の着色結合剤溶液をプリントするように命令する装置。
【請求項７４】
請求項７２において、さらに、前記プリントヘッドにコマンドを発行するソフトウェア命令を格納するコンピュータ読出し可能なメモリと、低速軸に沿って前記造形チャンバを横断して移動するように取り付けられたガントリとを備え、
前記ソフトウェア命令が、前記プリントヘッドが前記着色結合剤溶液を堆積しているかどうかに関係して、前記低速軸に沿ってガントリが進行する度にその進行する距離の長さを制御し、
前記プリントヘッドのすべてが無色結合剤溶液を堆積している場合か、または前記プリントヘッドのすべてが同一色の着色結合剤溶液をプリントしている場合は、前記ソフトウェアがコマンドを発行して、前記ガントリを前記低速軸に沿って長い距離進める装置。
【請求項７５】
造形材料のベッドが充填される造形チャンバを設け、
前記造形チャンバを横断して移動する複数のプリントヘッドを取り付け、
前記プリントヘッドの外部に少なくとも１つの結合剤供給源を設け、
各結合剤供給源を、複数のコンジットを通して少なくとも１つのプリントヘッドに接続する、３次元物体を製作する方法。
【請求項７６】
請求項７５において、各結合剤供給源が無色の結合剤溶液または単一色の着色結合剤溶液のどちらかを含む方法。
【請求項７７】
請求項７６において、さらに、前記装置の外部で、無色の結合剤溶液を着色剤と前もって混合して前記着色結合剤を生成することを含む方法。
【請求項７８】
請求項７６において、さらに、前記装置の内部で、無色の結合剤溶液を着色剤と前もって混合して前記着色結合剤を生成する方法。
【請求項７９】
請求項７６において、着色結合剤溶液を含む各結合剤供給源が、他の着色結合剤溶液の色と異なる色を含む方法。
【請求項８０】
請求項７９において、さらに、第１プリントヘッドを前記無色の結合剤溶液に接続し、第２プリントヘッドをシアンの着色結合剤溶液に接続し、第３プリントヘッドをイエローの着色結合剤溶液に接続し、さらに、第４プリントヘッドをマゼンタの着色結合剤溶液に接続することを含む方法。
【請求項８１】
請求項８０において、さらに、第５プリントヘッドをブラックの着色結合剤溶液に接続することを含む方法。
【請求項８２】
請求項７６において、さらに、低速軸に沿って前記造形チャンバを横断して移動するガントリを取り付けることを含み、前記プリントヘッドが前記ガントリ上で少なくとも２列に配列されて、高速軸または低速軸に平行に延びている方法。
【請求項８３】
請求項８２において、着色結合剤溶液に接続されたプリントヘッドが、無色結合剤溶液に接続されたプリントヘッドと同列内で対になっている方法。
【請求項８４】
請求項７９において、さらに、低速軸に沿って前記造形チャンバを横断して移動するガントリを取り付けることを含み、前記プリントヘッドのそれぞれが、前記低速軸に沿って互いに異なる座標位置に配置されている方法。
【請求項８５】
請求項７５において、前記結合剤供給源がコンジットにより前記結合剤溶液を前記プリントヘッドのそれぞれに供給し、前記コンジットが、前記結合剤溶液をそのコンジット内で循環させる循環ループを含む方法。
【請求項８６】
請求項７５において、さらに、前記３次元物体の表面からその物体の内部に延びるバンド状に前記着色結合剤溶液を供給し、
前記バンドが前記３次元物体の縁部で先細りになって、前記縁部から前記３次元物体内部に延びる着色されないセクションを残す方法。
【請求項８７】
請求項８６において、さらに、前記バンドの前記先細りセクションに高濃度の前記着色結合剤溶液をプリントする方法。
【請求項８８】
請求項７６において、さらに、低速軸に沿って前記造形チャンバを横断して移動するガントリを取り付け、
前記プリントヘッドが前記着色結合剤溶液を堆積しているかどうかに関係して、前記低速軸に沿って前記ガントリが進行する度にその進行する距離の長さを制御することを含み、
前記プリントヘッドのすべてが無色結合剤溶液を堆積している場合か、または前記プリントヘッドのすべてが同一色の着色結合剤溶液をプリントしている場合は、前記ガントリが前記低速軸に沿って長い距離進行する方法。
【請求項８９】
着色剤と混合されて着色結合剤溶液を生成する結合剤溶液を蓄えるコンテナと、
前記着色結合剤溶液を造形材料のベッド上に堆積するプリントヘッドに前記着色結合剤溶液を送るためのコンジットとを備え、
さらに、前記コンジット内で前記着色結合剤溶液を循環させる循環ループとを備えている、３次元物体を製作する装置。
【請求項９０】
請求項８９において、さらに、前記コンジットに送られる無色の結合剤溶液と、
前記着色結合剤溶液の流れを、前記コンジットを通して前記プリントヘッドに送るバルブとを備えている装置。
【請求項９１】
請求項９０において、さらに、前記コンジット内で前記無色結合剤溶液を循環させる第２循環ループを前記コンジット内に備えている装置。
【請求項９２】
請求項９０において、さらに、前記プリントヘッドへの前記着色結合剤溶液の供給を停止し、また前記循環ループを通る前記無色結合剤溶液の循環を可能にするバルブを備えている装置。
【請求項９３】
請求項９２において、前記バルブが、前記プリントヘッドへの前記無色結合剤溶液の供給を停止し、また前記循環ループを通る前記着色結合剤溶液の循環を可能にする装置。
【請求項９４】
請求項８９において、さらに、前記着色結合剤溶液の廃液を前記コンジットから排出できるバルブを前記コンジット内に備えている装置。
【請求項９５】
請求項９０において、さらに、前記無色結合剤溶液の廃液を前記コンジットから排出できるバルブを前記コンジット内に備えている装置。
【請求項９６】
結合剤溶液を着色剤と混合して、着色結合剤溶液を生成し、
コンジットにより前記着色結合剤溶液をプリントヘッドに送り、
前記プリントヘッドを用いて、前記着色結合剤溶液を造形材料のベッド上に堆積し、
前記着色結合剤溶液を前記コンジット内の第１循環ループを通して循環させる、各ステップを含む、３次元物体を製作する方法。
【請求項９７】
請求項９６において、さらに、無色の結合剤溶液を外部の結合剤溶液供給源から前記コンジットに送り出し、
バルブを使用して、前記コンジットを通る前記着色結合剤溶液流れを前記プリントヘッドに向けて流す方法。
【請求項９８】
請求項９７において、さらに、前記無色結合剤溶液を前記コンジット内の第２循環ループを通して循環させることを含む方法。
【請求項９９】
請求項９７において、さらに、前記プリントヘッドへの前記着色結合剤溶液の送り出しを停止し、
前記循環ループを通して前記無色の結合剤溶液を循環させ、
前記無色の結合剤溶液を前記プリントヘッドまで送ることを含む方法。
【請求項１００】
請求項９７において、さらに、前記プリントヘッドへの前記無色結合剤溶液の送り出しを停止し、
前記循環ループを通して前記着色結合剤溶液を循環させ、
前記着色結合剤溶液を前記プリントヘッドに送ることを含む方法。
【請求項１０１】
請求項９６において、さらに、前記着色結合剤溶液の廃液を前記コンジットから排出できるバルブを前記コンジット内に備えている方法。
【請求項１０２】
請求項９７において、さらに、前記無色結合剤溶液の廃液を前記コンジットから排出できるバルブを前記コンジット内に備えている方法。
【請求項１０３】
フレームと、
前記フレームに取り付けられ、かつ造形材料を充填するのに適する造形チャンバと、
前記造形チャンバからオーバーフローした造形材料を受け入れるように配置され、かつオーバーフロー・キャビティを形成するシュートと、
前記シュートを通過する造形材料を収容するために前記シュートに接続された着脱式収集チャンバとを備えている、３次元物体を製作する装置。
【請求項１０４】
請求項１０３において、さらに、前記シュートに接続されて、このシュートを通して空気を吸引するブロワーを備えている装置。
【請求項１０５】
請求項１０４において、前記着脱式収集チャンバが前記ブロワーとシュートの間に配置されている装置。
【請求項１０６】
請求項１０３において、さらに、前記フレームに取り付けられた材料供給チャンバを備え、この材料供給チャンバが、前記造形チャンバに送られる造形材料を充填するのに適している装置。
【請求項１０７】
請求項１０３において、前記着脱式収集チャンバが、収集された造形材料を前記材料供給チャンバに戻して使用できるようなバケットの形状をしている装置。
【請求項１０８】
請求項１０７において、前記バケットが、収集された造形材料の注入を容易にする突出したリップを含む装置。
【請求項１０９】
請求項１０３において、さらに、前記着脱式収集チャンバが所定量の造形材料を収容したときを検知する光学センサを備えている装置。
【請求項１１０】
材料供給チャンバを造形材料で充填し、
前記造形材料を前記材料供給チャンバから造形チャンバに移し、
前記造形チャンバ内の前記造形材料上に結合剤溶液をプリントし、
余分な造形材料を収集チャンバに入れ、
前記余分な造形材料を前記収集チャンバから前記材料供給チャンバに戻す、各ステップを含む、３次元プリンタにおいて造形材料を回収する方法。
【請求項１１１】
請求項１１０において、前記余分な造形材料を前記収集チャンバから取り除き、前記材料供給チャンバ内に注入することにより、その造形材料を前記材料供給チャンバに戻す方法。
【請求項１１２】
請求項１１０において、前記余分な造形材料を、前記造形チャンバからシュートを通して前記収集チャンバに移す方法。
【請求項１１３】
請求項１１２において、さらに、ブロワーを使用することにより、前記シュートを通して空気を前記収集チャンバ内に吸引するステップを含み、前記収集チャンバが前記ブロワーの上流に配置されている方法。
【請求項１１４】
請求項１１０において、光学センサにより、前記着脱式収集チャンバが所定量の造形材料を収容したときを検知するステップを含む方法。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ａ−１】
【図１１Ａ−２】
【図１１Ａ−３】
【図１１Ａ−４】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ａ−１】
【図１１Ａ−２】
【図１１Ａ−３】
【図１１Ａ−４】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【公開番号】特開２００８−３０２７０１（Ｐ２００８−３０２７０１Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０１１１１（Ｐ２００８−２０１１１１）
【出願日】平成２０年８月４日（２００８．８．４）
【分割の表示】特願２００３−５２０６００（Ｐ２００３−５２０６００）の分割
【原出願日】平成１４年５月８日（２００２．５．８）
【出願人】（５０２３６７３７３）ゼット コーポレーション (1)
【氏名又は名称原語表記】Ｚ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月４日（２００８．８．４）
【分割の表示】特願２００３−５２０６００（Ｐ２００３−５２０６００）の分割
【原出願日】平成１４年５月８日（２００２．５．８）
【出願人】（５０２３６７３７３）ゼット コーポレーション (1)
【氏名又は名称原語表記】Ｚ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]