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図面 (17)

課題

造形材料の適切な部分に冷却剤を加える(供給する)ことによって、合体ブリードの効果を低減できるようにして3次元物体を作製することができる装置及び方法の提供。

解決手段

造形材料の層に第1のパターンでエネギーを加えて、該層の第1の部分を合体及び固化させることができる。該造形材料の該層の第2の部分に第2のパターンで冷却剤を選択的に加えて、該第2の部分の温度を下げることができる。該第1のパターンと該第2のパターンは互いに独立していることからなる。

概要

背景

層毎に3次元物体を生成する積層造形ステムが、3次元物体を少量作製するための可能性のある便利な方法として提案されている。

そのようなシステムによって作製された物体品質は、使用する積層造形技術のタイプに依存して大きく異なりうる。一般に、価格がより低いシステムを用いると、低品質で低強度の物体が作製され、価格がより高いシステムを用いると、高品質で高強度の物体が作製されうる。

概要

造形材料の適切な部分に冷却剤を加える(供給する)ことによって、合体ブリードの効果を低減できるようにして3次元物体を作製することができる装置及び方法の提供。造形材料の層に第1のパターンでエネギーを加えて、該層の第1の部分を合体及び固化させることができる。該造形材料の該層の第2の部分に第2のパターンで冷却剤を選択的に加えて、該第2の部分の温度を下げることができる。該第1のパターンと該第2のパターンは互いに独立していることからなる。

目的

たとえば、それらの命令を、本明細書に記載されている方法を実行するために、システム200の種々の構成要素に1以上の制御信号を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

次元物体を生成するための装置であって、造形材料の層の第1の部分を合体及び固化させるために該層にエネルギーを加えるためのエネルギー源と、造形材料の層の第2の部分に冷却剤を選択的に加えるための剤供給器と、コントローラを備え、前記コントローラは、前記第1の部分を合体及び固化させるために前記層に第1のパターンでエネルギーを加えるように前記エネルギー源を制御し、及び、前記層の前記第2の部分に前記冷却剤を第2のパターンで選択的に加えるように前記剤供給器を制御し、前記第2のパターンは、前記層からの測定された温度分布を表すデータまたは熱プロセスモデルによって予測された温度分布を表すデータから得られ、前記第1のパターンと前記第2のパターンは互いに独立していることからなる、装置。

請求項2

前記冷却剤を加える前に、造形材料の前記層からの測定された温度分布を表す温度フィードバックを得るための温度センサーをさらに備える請求項1の装置であって、前記冷却剤は、前記測定された温度分布に基づいて選択的に加えられることからなる、装置。

請求項3

前記コントローラは、前記冷却剤を加えるように前記剤供給器を制御する前に、熱プロセスモデルに基づいて、前記造形材料の層の温度分布を決定することができ、前記コントローラは、前記温度分布に基づいて、前記冷却剤を選択的に加えるように前記剤供給器を制御することができる、請求項1の装置。

請求項4

前記コントローラは、前記冷却剤が選択的に加えられる前に、前記造形材料の温度分布に基づいて、目標温度分布を達成するために選択的に加えるべき前記冷却剤の量及び位置を決定することができる、請求項1の装置。

請求項5

第2の剤供給器をさらに備え、前記剤供給器と前記第2の剤供給器の少なくとも一方が、前記層の前記第1の部分に合体助剤を選択的に加えることができ、前記コントローラは、前記エネルギーが加えられたときに前記層の前記第1の部分を合体させるために、該第1の部分に前記合体助剤を選択的に加えるように前記剤供給器または前記第2の剤供給器を制御することができる、請求項1の装置。

請求項6

前記剤供給器と前記第2の剤供給器の少なくとも一方が、前記層の第3の部分に追加の合体助剤を選択的に加えることができ、前記コントローラは、前記追加の合体助剤と前記造形材料の組み合わせに起因する前記第3の部分の合体を生じさせることなく、前記エネルギーが加えられたときに前記第3の部分を暖めるために、該第3の部分に前記合体助剤を選択的に加えるように前記剤供給器または前記第2の剤供給器を制御することができる、請求項5の装置。

請求項7

前記冷却剤は水を含む、請求項1の装置。

請求項8

前記コントローラは、前記エネルギーを加えるように前記エネルギー源を制御する前に、前記冷却剤を選択的に加えるように前記剤供給器を制御することができる、請求項1の装置。

請求項9

前記コントローラは、前記エネルギーを加えるように前記エネルギー源を制御した後に、前記冷却剤を選択的に加えるように前記剤供給器を制御することができる、請求項1の装置。

請求項10

3次元物体を生成する方法であって、供給された造形材料の層の第1の部分を合体及び固化させるために、該層にエネルギーを第1のパターンで加えるステップと、前記造形材料の前記層の第2の部分の温度を下げるために、該第2の部分に冷却剤を第2のパターンで選択的に加えるステップを含み、前記第2のパターンは、前記層からの測定された温度分布を表すデータまたは熱プロセスモデルによって予測された温度分布を表すデータから得られることからなる、方法。

請求項11

前記冷却剤を加える前に、造形材料の前記層からの前記測定された温度分布を表す温度フィードバックを得るステップをさらに含む、請求項10の方法。

請求項12

前記冷却剤を加える前に、前記熱プロセスモデルによって予測された前記温度分布に基づいて、造形材料の前記層の温度分布を決定するステップをさらに含む、請求項10の方法。

請求項13

前記エネルギーが加えられたときに前記造形材料の前記第1の部分を合体させるために該第1の部分に合体助剤を選択的に加えるステップをさらに含む、請求項10の方法。

請求項14

合体することが必要とされる箇所の前記造形材料の力学的性質を制御するために前記冷却剤を選択的に加えるステップをさらに含む、請求項10の方法。

請求項15

3次元物体を生成する方法であって、造形材料の層を供給するステップと、前記層の第1の部分に合体助剤を選択的に配置するステップと、前記合体助剤を有する前記第1の部分を合体及び固化させるために前記層にエネルギーを第1のパターンで加えるステップと、前記造形材料の第2の部分の温度を下げるために、冷却液を選択的に加えることができる場所を表すデータに基づいて、及び前記層からの測定された温度分布を表すデータまたは熱プロセスモデルによって予測された温度分布を表すデータを考慮して、第2のパターンで、前記層の第2の部分に前記冷却液を選択的に加えるステップを含み、前記第1のパターンと前記第2のパターンは互いに独立していることからなる、方法。

背景技術

0001

層毎に3次元物体を生成する積層造形ステムが、3次元物体を少量作製するための可能性のある便利な方法として提案されている。

0002

そのようなシステムによって作製された物体品質は、使用する積層造形技術のタイプに依存して大きく異なりうる。一般に、価格がより低いシステムを用いると、低品質で低強度の物体が作製され、価格がより高いシステムを用いると、高品質で高強度の物体が作製されうる。

先行技術

0003

(補充可能性あり)

図面の簡単な説明

0004

いくつかの例を添付の図面に関して説明する。
いくつかの例にしたがう3次元物体を生成する方法を示すフローチャートである。
いくつかの例にしたがう積層造形システムの単純化した等角図である。
いくつかの例にしたがう積層造形システムのヒーターの単純化した等角図である。
いくつかの例にしたがう3次元物体を生成する方法を示すフローチャートである。
いくつかの例にしたがう造形材料の層の側面断面図である。
いくつかの例にしたがう造形材料の層の側面断面図である。
いくつかの例にしたがう造形材料の層の側面断面図である。
いくつかの例にしたがう造形材料の層の側面断面図である。
いくつかの例にしたがう図4aの造形材料の層の平面図である。
いくつかの例にしたがう図4bの造形材料の層の平面図である。
いくつかの例にしたがう図4cの造形材料の層の平面図である。
いくつかの例にしたがう図4dの造形材料の層の平面図である。
いくつかの例にしたがう図4aの造形材料の層の温度分布略平面図である。
いくつかの例にしたがう図4bの造形材料の層の温度分布の略平面図である。
いくつかの例にしたがう図4cの造形材料の層の温度分布の略平面図である。
いくつかの例にしたがう図4dの造形材料の層の温度分布の略平面図である。

実施例

0005

次の用語は、それらが明細書ないし特許請求の範囲に記載されているときには、以下の意味であるものとする。単数形の「ある」及び「該」(ないし「前記」)は「1以上」を意味する。「を備える」及び「を有する」は、「を含む」という用語と同じ包括的な意味を有することが意図されている。

0006

積層造形技術は、造形材料の1以上の連続する層の一部分を固化させることによって3次元物体を生成することができる。造形材料を粉末ベース粉末系)とすることができ、生成された物体の性質は、使用される造形材料及び固化メカニズムの種類に依存する。

0007

物体の性質は、使用される造形材料の特性、所望の3次元物体を形成するために造形材料を固化(凝固)するプロセス、及び、かかるプロセス中の造形材料の温度に依存しうる。そのような性質は、たとえば、表面粗さ、精度、及び強度を含みうる。

0008

合体助剤(coalescing agent。結合剤結合助剤、または凝集助剤ともいう。以下同じ)は、適切な量のエネルギーが造形材料と合体助剤の組み合わせ(混合物)に加えられると、該造形材料を合体(または結合もしくは融合。以下同じ)させて固化(凝固)させることができる材料である。しかしながら、いくつかの例では、合体助剤が加えられているかまたは浸透している造形材料によって吸収されるエネルギーはまた、周囲の造形材料中にも伝わりうる。該エネルギーは、周囲の造形材料を加熱するのに十分なものでありうる。たとえば、該エネルギーは、造形材料を横方向に通って、及び/または、現在の層の下に、及び/または、該エネルギーが一番新しい層に加えられた場合には後に続く層中を、伝わることができる。この効果は、比較的低い熱伝導率を有しうる造形材料を使用するときには悪化しうる。なぜなら、造形材料の熱伝導率が低いと、新たに各層が形成されたときにそれらの各層の表面の下に熱だめ熱源)が形成されうるからである。この場合、該熱だめにおける熱は、造形材料を横方向に、及び/または、一番新しい層の下に、及び/または、一番新しい層に該熱が加えられた場合には後に続く層中を、ゆっくりと伝わることができる。

0009

したがって、造形材料を軟化及び結合させるのに適した温度に造形材料を加熱することができる。この温度は、該材料の融点よりも高い場合もあれば低い場合もある。これによって、固化することが意図されていなかった造形材料の一部が引き続いて固化する場合があり、この効果を、本明細書では、合体ブリード(coalescence bleed)という。合体ブリードは、たとえば、生成された3次元物体の全体の精度を低下させる場合がある。たとえば、変形には、該物体の側部から横方向に延びる変形や該物体の底部から下に延びる変形などの3次元部分が含まれうる。変形にはまた、造形材料における望ましくない温度分布もしくは熱伝導効果に起因する固化の小さな不規則性が含まれうる。

0010

したがって、本開示は、造形材料の適切な部分に冷却剤を加える(供給する)ことによって、合体ブリードの効果を低減できるようにして3次元物体を作製することを可能にすることができる。いくつかの例では、冷却剤を造形材料の層の選択された部分に加えることができる。これによって、余分な熱を拡散させて、造形材料の層が、所定の目標温度分布(たとえば均一なまたは実質的に均一な温度分布)に合致する温度分布を有するようにすることが可能になる。これによって、造形材料のうちの冷却剤が加えられた部分の合体(ないし結合)の程度を低減することができる。

0011

図1は、いくつかの例にしたがう3次元物体を生成する方法を示すフローチャートである。ブロック102において、造形材料の層にエネルギーを第1のパターンで加えて、該層の第1の部分を合体させて固化(凝固)させることができる(または、造形材料の層にエネルギーを加えて、該層の第1の部分を第1のパターンをなすように合体させて固化(凝固)させることができる)。ブロック104において、冷却剤を、該造形材料の該層の第2の部分に第2のパターンで選択的に加えて、該第2の部分の温度を下げることができる。該第1のパターンと該第2のパターンは互いに独立している。たとえば、エネルギーを加える前または加えた後に冷却剤を加えることができる。

0012

図2aは、いくつかの例にしたがう積層造形(「積層造形」は「付加製造」ともいう)システム200の単純化した等角図である。図3のフローチャートを参照して後述するように、システム200を、3次元物体を生成するように動作させることができる。

0013

いくつかの例では、造形材料を、粉末ベースの造形材料とすることができる。本明細書で使用されている「粉末ベース」の材料は、乾燥粉末ベースの材料と湿潤粉末ベースの材料の両方、粒状物質、及び顆粒状物質を含むことが意図されている。いくつかの例では、造形材料は、たとえば空気が約40%で固体ポリマー粒子が約60%の比率である、空気と固体ポリマー粒子の混合物を含むことができる。1つの適切な材料は、たとえばSigma-Aldrich社から入手できるNylon(ナイロン)12でありうる。別の適切なNylon 12材料は、Electro Optical Systems EOS GmbHから入手できるPA2200でありうる。適切な造形材料の他の例には、たとえば、粉末金属材料粉末複合材料粉末セラミック材料、粉末ガラス材料、粉末樹脂材料粉末ポリマー高分子)材料など、及び、これらの組み合わせを含めることができる。しかしながら、本明細書に記載されている例は、粉末ベースの材料にも、上記の材料のいずれにも限定されないことが理解されるべきである。他の例では、造形材料をペーストまたはゲルとすることができる。1例によれば、適切な造形材料は、粉末状半結晶熱可塑性プラスチック材料でありうる。いくつかの材料は低い熱伝導率を有するため、合体ブリードの危険が高くなる。たとえば、いくつかのナイロンは、室温で約0.1W/m K、融点で約0.2W/m Kの熱伝導率を有する。

0014

積層造形システム200は、システムコントローラ210を備えることができる。本明細書に開示されている任意の動作及び方法を、積層造形システム200及び/またはコントローラ210において実施し及び制御することができる。

0015

コントローラ210は、本明細書における方法に記載されている命令などの命令を実行するためのプロセッサ212を備えることができる。プロセッサ212を、たとえば、マイクロプロセッサマイクロコントローラプログラマブルゲートアレイ特定用途向け集積回路ASIC)、コンピュータープロセッサなどとすることができる。プロセッサ212は、たとえば、1つのチップにおける複数のコア、複数のチップにわたる複数のコア、複数のデバイスにわたる複数のコア、またはそれらの組み合わせを備えることができる。いくつかの例では、プロセッサ212は、少なくとも1つの集積回路(IC)、その他の制御論理回路、その他の電子回路、または、それらの組み合わせを備えることができる。

0016

コントローラ210は、直接ユーザー対話サポートすることができる。たとえば、積層造形システム200は、キーバード、タッチパッド、ボタンキーパッドダイヤルマウストラックボールカードリーダー、またはその他の入力デバイスのうちの1以上などの、プロセッサ212に結合されたユーザー入力デバイス220を備えることができる。さらに、積層造形システム200は、液晶ディスプレイ(LCD)、プリンタービデオモニタータッチスクリーンディスプレイ発光ダイオードLED)、またはその他の出力デバイスのうちの1以上などの、プロセッサ212に結合された出力デバイス222を備えることができる。出力デバイス222は、命令に応答して文字情報グラフィックデータを表示することができる。

0017

プロセッサ212は、通信バス214を介してコンピューター可読記憶媒体216と通信することができる。コンピューター可読記憶媒体216は、単一の媒体または複数の媒体を有することができる。たとえば、コンピューター可読記憶媒体216は、ASICのメモリとコントローラ210内の個別のメモリの一方または両方を有することができる。コンピューター可読記憶媒体216を、任意の電子記憶装置磁気記憶装置光記憶装置、もしくはその他の物理的記憶装置とすることができる。たとえば、コンピューター可読記憶媒体216を、ランダムアクセスメモリ(RAM)、スタティックメモリ読取り専用メモリ電気的消去可能プログラマブル読取り専用メモリ(EEPROM電気的消去可能プログラマブルROM)、ハードドライブ光学式ドライブ、記憶(ストレージドライブ、CD、DVDなどとすることができる。コンピューター可読記憶媒体216を非一時的なものとすることができる。コンピューター可読記憶媒体216は、プロセッサ212によって実行されると、プロセッサ212に、本明細書に開示されている種々の例にしたがう方法または動作のうちの任意の1つ以上を実行させることができるコンピューター実行可能命令218を格納し、エンコードし、または保持ないし伝達することができる。たとえば、それらの命令を、本明細書に記載されている方法を実行するために、システム200の種々の構成要素に1以上の制御信号を提供するためのものとすることができる。

0018

システム200は、支持部材(「支持体」ともいう)204上に提供された造形材料の連続する層に合体助剤を選択的に加えるための合体助剤供給器(合体助剤ディストリビューターともいう)202を備えることができる。1つの非限定的な例によれば、適切な合体助剤を、たとえば、ヒュレットパッカードカンパニーから入手できるCM997Aとして商業的に知られているインク調合物などのカーボンブラックを含むインクタイプ調合物とすることができる。1例では、そのようなインクは、赤外光吸収剤をさらに含むことができる。1例では、そのようなインクは、近赤外光吸収剤をさらに含むことができる。1例では、そのようなインクは、可視光吸収剤をさらに含むことができる。1例では、そのようなインクは、UV(紫外光吸収剤をさらに含むことができる。可視光増強剤を含むインクの例は、ヒューレット・パッカードカンパニーから入手できるCE039A及びCE042Aとして商業的に知られているインクなどの、染料ベースカラーインク及び顔料ベースのカラーインクである。

0019

システム200はまた、支持部材204上に提供された造形材料のある層に冷却剤を選択的に加えるための冷却剤供給器(冷却剤ディストリビューターともいう)206を備えることができる。より詳細に後述するように、冷却剤は、該冷却剤が加えられる造形材料の部分の温度を下げるように作用することができる。いくつかの例では、造形材料の融点よりも低い沸点を有する冷却剤を選択することができる。造形材料の表面の温度は、該造形材料がヒーター230及び/またはエネルギー源226によって加熱されたか否かに依存しうる。したがって、冷却剤を加えるときに該冷却剤の温度が造形材料の表面の温度より低い温度を有するような該冷却剤を選択し、これによって、該冷却剤を造形材料に加えるときに該冷却剤に熱が伝わることができるようにするための温度勾配を生成できるようにすることができる。いくつかの例では、造形材料からの早い熱伝達及びその後の蒸発気化)を達成するために、適切な蒸気圧、適切な熱伝導率、及び/または、適切な蒸発エンタルピーを有する冷却剤を選択することができる。

0020

いくつかの例では、適切な冷却効果を示す液体などの流体を冷却剤として用いることができる。1例では、水を高い割合で含む剤が適切な冷却剤として実証されている。いくつかの例では、冷却剤を、着色剤を含まない水性インクとすることができる。いくつかの例では、ポリエチレングリコールを冷却剤として用いることができる。他の例では、他のタイプの冷却剤を使用することができる。

0021

1例では、支持部材204は、約10cm×10cmから100cm×100cmまでの範囲内の寸法を有する。他の例では、支持部材204は、これより大きいかまたは小さい寸法を有することができる。支持部材204を、システム200の固定部分とすることができ、または、たとえば取り外し可能なモジュールの一部などの、システム200の固定部分ではないものとすることができる。

0022

剤供給器(剤ディストリビューターともいう)202、206を、サーマルプリントヘッド圧電インクジェットプリントヘッドなどのプリントヘッドとすることができる。これらのプリントヘッドは、ノズルの配列(アレイ)を有することができる。1例では、市販されているインクジェットプリンターで一般的に使用されているプリントヘッドなどのプリントヘッドを使用することができる。他の例では、それらの剤を、プリントヘッドではなく噴霧ノズルを通じて加える(供給する)ことができる。他の供給メカニズムを使用することもできる。

0023

剤供給器202、206を用いて、合体助剤及び冷却剤が液体などの適切な流体の形態にあるときにそれらの剤を選択的に加える(たとえば、配置ないし付着ないし堆積させる)ことができる。いくつかの例では、300ドットインチDPI)と1200DPIの間(たとえば600DPI)の分解能で剤の滴を加えるように剤供給器202、206を選択することができる。他の例では、これより高いかまたは低い分解能で剤の滴を加えることできるように剤供給器202、206を選択することができる。いくつかの例では、剤供給器202、206は、ノズルの配列を有し、該ノズルを通じて、流体の滴を選択的に噴射することができる。いくつかの例では、該ノズルは、1つ以上の場所に複数の滴を短時間に連続して噴射することができる。いくつかの例では、それぞれの滴を約10ピコリットル(pl)/滴とすることができ、他の例では、これより大きいかまたは小さい滴サイズ(たとえば滴径)を加えることができる剤供給器202、206を使用することができる。いくつかの例では、可変サイズの滴を加えることができる剤供給器202、206を使用することができる。

0024

さまざまな例において、剤供給器202は、剤供給器206から加えられる冷却剤の滴より大きいか、小さいか、またはそれと同じ大きさの合体助剤の滴を加える(供給する)ことができる。

0025

いくつかの例では、プリントヘッドを通じて合体助剤を加えることができるようにするために、合体助剤は、水や任意の他の適切な溶媒もしくは分散剤などの液体キャリアを含むことができる。

0026

いくつかの例では、該プリントヘッドを、ドロップオンデマンドプリントヘッドとすることができる。他の例では、該プリントヘッドを、コンティニュアスドロッププリントヘッドとすることができる。

0027

いくつかの例では、剤供給器202、206をシステム200の一体部分とすることができる。いくつかの例では、剤供給器202、206をユーザー交換可能なものとすることができ、その場合には、それらの剤供給器を、システム200の適切な剤供給器受けもしくはインターフェースモジュールに取り外し可能に挿入可能なものとすることができる。

0028

いくつかの例では、プリントヘッドなどの単一の剤供給器を用いて、合体助剤と冷却剤の両方を選択的に加えることができる。たとえば、剤供給器の第1の組のノズルを、合体助剤を加えるように構成することができ、剤供給器の第2の組のノズルを、冷却剤を加えるように構成することができる。

0029

図2aに示されている例では、剤供給器202、206は、これらがいわゆるページワイドアレイ(ページ幅配列)構成をなすように、支持部材204の全幅にわたることを可能にする長さを有している。1例では、これを、複数のプリントヘッドの適切な配列によって達成することができる。他の例では、ノズルの配列が支持部材204の幅にわたることができるようにするための長さを有する該ノズルの配列を有する単一のプリントヘッドを使用することができる。他の例では、剤供給器202、206は、これらが支持部材204の全幅にわたらないようにすることを可能にするより短い長さを有することができる。

0030

剤供給器202、206は、図示のY軸に沿った方向に支持部材204の全長さ(全長)にわたってこれらの供給器を双方向に移動させることを可能にするための可動式キャリッジ可動台)に取り付けられている。これは、1回のパス通行)で、支持部材204の全幅及び全長さにわたって合体助剤及び冷却剤を選択的に加えることを可能にする。他の例では、剤供給器202、206は固定されて、支持部材204が、剤供給器202、206に対して移動することができる。

0031

本明細書で使用されている「幅」という用語は、図2aに示さているX軸及びY軸に並行な面内の最も短い寸法を一般に意味するものとして使用されており、本明細書で使用されている「長さ」という用語は、その面内の最も長い寸法を一般に意味するものとして使用されていることに留意されたい。しかしながら、他の例では、「幅」という用語は「長さ」という用語と交換可能であることが理解されよう。たとえば、他の例では、剤供給器202、206は、これらが支持部材204の全長さにわたることができるようにする長さを有することができ、一方、可動式キャリッジは、支持部材204の幅全体にわたって双方向に移動することができる。

0032

別の例では、剤供給器202、206は、これらが支持部材204の全幅にわたることができるようにする長さを有していないが、図示のX軸方向に支持部材204の幅全体にわたって双方向にさらに可動である。この構成は、複数回のパス(通行)を使って、支持部材204の全幅及び全長さにわたって合体助剤及び冷却剤を選択的に加えることを可能にする。しかしながら、ページワイドアレイ構成などの他の構成は、3次元物体をより速く作製することを可能にすることができる。

0033

合体助剤供給器202は、合体助剤の供給源サプライ)を備えることができ、または、該供給器を、合体助剤の別個の(分離している)供給源に接続することができる。冷却剤供給器206は、冷却剤の供給源(サプライ)を備えることができ、または、該供給器を冷却剤の別個の(分離している)供給源に接続することができる。

0034

システム200はさらに、造形材料の連続する層を支持体204上に提供する(たとえば、加える、及び/または、堆積ないし配置させる)ための造形材料供給器(造形材料ディストリビューターともいう)224を備えている。適切な造形材料供給器224は、たとえば、ワイパーブレードローラーを備えることができる。造形材料を、ホッパーまたは造形材料格納部から造形材料供給器224に供給することができる。図示の例では、造形材料供給器224は、造形材料の層を堆積(または配置)するために支持体204の長さ方向(Y軸方向)に移動する。前述したように、造形材料の1つの層は支持体204上に堆積(ないし配置)させられるが、造形材料の後続の層は、その前に堆積させられた造形材料の層上に堆積させられる。造形材料供給器224を、システム200の固定部分とすることができ、または、たとえば取り外し可能なモジュールの一部などの、システム200の固定部分ではないものとすることができる。

0035

いくつかの例では、図2aに示されている供給器に加えて、合体助剤供給器、冷却剤供給器、及び、造形材料供給器をさらに設けることができる。いくつかの例では、システム200のそれらの供給器を、同じキャリッジに、互いに隣接してもしくは短い距離だけ離して配置することができる。他の例では、2つ以上のキャリッジの各々が、1以上の供給器を含む(ないし収容する)ことができる。たとえば、それぞれの供給器を、(互いに)別個のそれ自体のキャリッジに配置することができる。

0036

図示の例では、支持体204はZ軸に沿って可動であり、これによって、造形材料の新しい層を堆積するときに、直前に堆積した造形材料の層の表面と剤供給器202、206の下面との間に所定のギャップ間隙)が維持されるようにする。しかしながら、他の例では、支持体204はZ軸に沿って可動ではなく、剤供給器202、206を、Z軸に沿って可動とすることができる。

0037

システム200は、造形材料のどこに合体助剤が加えられているかまたは浸透しているかに応じて該造形材料の一部を固化(凝固)させるために、該造形材料にエネルギーを加えるエネルギー源226をさらに備えることができる。いくつかの例では、エネルギー源226は、赤外線(IR)放射源、または近赤外線放射源、またはハロゲン放射源、または発光ダイオードである。いくつかの例では、エネルギー源226を、支持体204に堆積させられる造形材料にエネルギーを均一に加えることができる単一のエネルギー源とすることができる。いくつかの例では、エネルギー源226を、(複数の)エネルギー源の配列から構成することができる。

0038

いくつかの例では、エネルギー源226は、造形材料の層の全表面に実質的に均一にエネルギーを加えるように構成される。これらの例では、エネルギー源226を、非集束エネルギー源と呼ぶことができる。これらの例では、層全体に同時にエネルギーを加えることができ、これは、3次元物体を生成する速さを速くするのに役立ちうる。

0039

他の例では、エネルギー源226は、造形材料の層の全表面の一部に実質的に均一にエネルギーを加えるように構成される。たとえば、エネルギー源226を、造形材料の層の全表面のうちの1つのストリップ(1つの細片)にエネルギーを加えるように構成することができる。これらの例では、最終的に、造形材料の層の全表面に実質的に同じ量のエネルギーが加えられるように、エネルギー源を造形材料の層を横断して移動または走査させることができる。

0040

いくつかの例では、エネルギー源226を可動式キャリッジに取り付けることができる。

0041

他の例では、エネルギー源226は、造形材料の層を横断して移動するときに、可変量のエネルギーを加えることができる。たとえば、コントローラ210は、合体助剤が加えられている造形材料の部分にだけエネルギーを加えるようにエネルギー源を制御することができる。

0042

さらに別の例では、エネルギー源226を、レーザー光線などの集束エネルギー源とすることができる。この例では、造形材料の層の全体または一部を走査するようにレーザー光線を制御することができる。これらの例では、剤供給制御データにしたがって造形材料の層を走査するようにレーザー光線を制御することができる。たとえば、合体助剤が加えられている層の部分にエネルギーを加えるようにレーザー光線を制御することができる。

0043

システム200は、支持体204上に堆積された造形材料を所定の温度範囲内に維持するために熱を放出するためのヒーター230をさらに備えることができる。ヒーター230は任意の適切な構成を有することができる。1つの例が、いくつかの例にしたがう積層造形システム用のヒーター230の単純化した等角図である図2bに示されている。図示のように、ヒーター230は、(複数の)加熱素子(もしくは発熱体)232の配列を有することができる。加熱素子232の各々を任意の適切な加熱装置(たとえば、赤外線ランプなどの加熱ランプ)とすることができる。加熱素子(または加熱装置。以下同じ)232は、図2bに示されているような長方形などの適切な形状もしくは構造を有することができる。他の例では、加熱素子232を、たとえば、円形、棒状、または球状とすることができる。該形状ないし構造を、造形材料が延在している領域に向けて均一な熱分布を提供するように最適化することができる。それぞれの加熱素子232、または加熱素子232のグループは、造形材料の表面に加えられる局所的なエネルギー密度可変制御するための調節可能な電流源もしくは電圧源を有することができる。

0044

加熱素子232の各々を、造形材料のそれぞれの領域に(一意に)対応付けることができ、これによって、それぞれの加熱素子232が、他の加熱素子232によってカバーされる領域ではない、自身に対応する加熱素子の領域に実質的に向けて熱を放出することができる。たとえば、図2b中の16個の加熱素子232の各々は、造形材料の16個の異なる領域のうちの1つを加熱することができ、この場合、該16個の領域全体で造形材料の全領域をカバーする。しかしながら、いくつかの例では、それぞれの加熱素子232は、隣接する領域に影響を与える(それほど多くはないにせよ)いくらかの熱を放出することもできる。

0045

ヒーター230の使用は、合体助剤が加えられているかまたは浸透している造形材料を合体(ないし結合)させてその後に固化させるためにエネルギー源226によって加える必要があるエネルギーの量を低減するのに役立ちうる。

0046

システム200は、温度センサー228、たとえば、1以上の熱電対や1以上のサーモパイルなど、またはサーモグラフィカメラなどの点非接触温度センサーをさらに備えることができる。温度センサー228は、支持部材204上の造形材料が延在する領域における造形材料のそれぞれのポイント(場所)から放出される放射分布を表す温度値またはイメージ(画像)を捕捉することができる。温度センサー228は、コントローラ210に対して該放射分布を出力することができ、コントローラ210は、造形材料として使用されている材料の温度と放射強度の間の、黒体分布などの既知の関係に基づいて造形材料全体にわたる温度分布を決定することができる。たとえば、該放射分布の放射周波数は、赤外線(IR)領域内の特定の値において最大強度を有しうる。これを利用して、造形材料における複数の温度を含む温度分布を決定することができる。

0047

図2aでは、エネルギー源226、ヒーター230、及びサーモグラフィカメラ228は支持部材204の上の特定の場所に示されているが、それらの各々を、支持部材204の上または周囲の任意の適切な場所に配置することができる。

0048

コントローラ210は、剤供給制御データ208にしたがって剤の供給(たとえば投与)を制御することができる。たとえば、コントローラ210は、合体助剤供給制御データを含む命令にしたがって、提供された造形材料の層への合体助剤の選択的な供給(たとえば投与)を制御することができる。さらに、コントローラ210は、冷却剤供給制御データを含む命令にしたがって、提供された造形材料の層への冷却剤の選択的な供給(たとえば投与)を制御することができる。コントローラ210はまた、エネルギー源226を制御して、該エネルギー源が造形材料の層を横断して移動するときに、たとえば剤供給制御データ208にしたがって、可変量のエネルギーを加えることができるようにすることができる。

0049

剤供給制御データ208は、生成される3次元物体のそれぞれのスライス薄片)毎に、合体助剤と冷却剤の少なくとも一方が加えられることになる造形材料の部分または造形材料の位置(がもしあれば)を画定することができる。

0050

合体助剤供給制御データを、たとえば、適切な3次元物体処理システムによって得ることができる。いくつかの例では、該3次元物体処理システムを積層造形システム200内に含めることができる。たとえば、命令218は、プロセッサ212によって実行されると、プロセッサ212を、本明細書に記載されている3次元物体処理システムとして動作させる命令をさらに含むことができる。他の例では、該3次元物体処理システムを、積層造形システム200の外部のものとすることができる。たとえば、該3次元物体処理システムを、システム200から分離したコンピューティング装置で実行可能なソフトウェアアプリケーション、もしくはソフトウェアアプリケーションの一部とすることができる。

0051

いくつかの例では、合体助剤供給制御データを、生成する物体の3次元モデルを表す物体設計データに基づいて、及び/または、該物体の特性ないし特徴を表す物体設計データから、生成することができる。該モデルは該物体の固体部分を画定することができ、該モデルを3次元物体処理システムによって処理して、該モデルの平行面のスライス(薄片)を生成することができる。それぞれのスライスは、積層造形システムによって固化されることになる造形材料のそれぞれの層の一部を画定することができる。物体特性データは、濃度、表面粗さ、及び強度などの物体の特性を明らかにすることができる。

0052

物体設計データ及び物体特性データを、たとえば、ユーザーからの、もしくはソフトウェアドライバからの、もしくはコンピューター支援設計(CADアプリケーションなどのソフトウェアアプリケーションからの入力として入力デバイス220を介してユーザーから受け取ることができ、または、デフォルトのまたはユーザー定義による物体設計データ及び物体特性データを格納しているメモリ(記憶装置)から得ることができる。

0053

いくつかの例では、ブロック308に関して説明するように、冷却剤供給制御データを、たとえば、温度フィードバックや熱プロセス(熱処理)モデルに基づいて生成することができる。

0054

いくつかの例では、物体処理システムは、積層造形システム200の特性に関連するデータを得ることができる。そのような特性は、たとえば、造形材料層の厚さ、合体助剤の特性、冷却剤の特性、造形材料の特性、エネルギー源226の特性、ヒーター230の特性、及び、温度センサー228の特性を含むことができる。

0055

剤供給制御データ208は、処理される造形材料の各層について、合体助剤と冷却剤の少なくとも一方が加えられることになる造形材料の位置(場所)もしくは部分を表すことができる。1例では、合体助剤及び冷却剤が加えられる造形材料の位置(場所)もしくは部分はそれぞれのパターンによって画定ないし決定される。いくつかの例では、物体処理システムは、合体助剤と冷却剤を造形材料に加える順番を、たとえば、合体助剤の供給と冷却剤の供給との間にある時間遅れを画定ないし設定することができる対応するタイミングデータと共に、決定することができる。

0056

上記の特徴に依存して、加える合体助剤及び冷却剤の濃度を変えることができる。たとえば、合体助剤が加えられているかまたは浸透している造形材料の一部が加えられたエネルギーを受け取ると、それらの部分によって吸収されたエネルギーは、周囲の他の領域に伝搬する。1例では、加える合体助剤の特性及び合体助剤の量を、エネルギーが層の厚さの約1.5倍の範囲内で球内を伝搬するように選択することができる。これは、層間を十分に結合(たとえば接着)するだけでなく、造形材料の横方向に隣接する部分間を十分に結合するのにも役立ちうる。ブロック310に関して説明するように、造形材料の温度を調節するために濃度を変えることもできる。

0057

このようにして、物体処理システムは、たとえば合体助剤の隣接する滴間の横方向の間隔を大きくする一方で、十分な物体強度を依然として確保することを決定することができる。こうすることによって、造形材料の層に加えることができる合体助剤の平均濃度が低減され、したがって、物体強度に影響を与えることなく、合体助剤の消費が低減される。

0058

いくつかの例では、剤供給制御データは、造形材料の任意の部分について、合体助剤を加える前、加えている間、及び加えた後のうちのいずれか1つ、もしくは2つ、もしくは全てにおいて、冷却剤を加えるか否かを表す(示す)ことができる。

0059

図3の記載に関して、図2a図2b図4a図4d図5a図5d、及び図6a〜6dを参照する。図4a図4dは、いくつかの例にしたがう造形材料の層の一連の側面断面図である。図5a図5dは、いくつかの例にしたがう図4a図4dの造形材料の層の一連の平面図である。図6a図6dは、いくつかの例にしたがう図4a図4dの造形材料の層における温度分布の一連の略平面図である。

0060

図3は、いくつかの例にしたがう3次元物体を生成する方法300を説明するフローチャートである。該方法をコンピューターによって実施することができる。いくつかの例では、いくつかのステップを同時に行うことができるように図示の順番を変更することができ、また、いくつかのステップを追加することができ、また、いくつかのステップを省くことができる。

0061

302において、コントローラ210は、合体助剤供給制御データなどの剤供給制御データ208を得ることができる。

0062

304において、図4a及び図5aに示されているように、造形材料の層402bを供給することができる。たとえば、コントローラ210は、造形材料供給器224を制御して、前述したように造形材料供給器224をY軸に沿って移動させることによって、造形材料供給器224が支持部材204上の前に完成した層402a上に層402bを供給するようにすることができる。完成した層402aは、固化(凝固)した部分408を含むことができる。図4a図4dには、説明のために、完成した層402aが示されているが、第1(最初)の層402aを生成するためにステップ304〜310を最初に適用できることが理解されよう。

0063

いくつかの例では、供給された造形材料の層402bの厚さは、約50マイクロメートル〜約300マイクロメートルの間の範囲から選択された値、または、約90マイクロメートル〜約110マイクロメートルの間の範囲から選択された値、または、約250マイクロメートルを有することができる。ただし、他の例では、これらより薄いかまたは厚い造形材料の層を供給することができる。該厚さを、コントローラ210によって、たとえば剤供給制御データ208に基づいて、制御することができる。

0064

306において、造形材料をヒーター230によって加熱して、所定の温度範囲内になるように該造形材料を加熱し及び/または該所定の温度範囲内に該造形材料(の温度)を維持することができる。該所定の温度範囲を、たとえば、造形材料が合体助剤404の存在下で結合(ないし接着)する温度より低い温度とすることができる。たとえば、該所定の温度範囲を、約155℃〜約160℃とすることができ、または、該温度範囲の中心を約160℃とすることができる。予熱は、合体助剤が加えられているかまたは浸透している造形材料を合体させ及びその後固化(凝固)させるためにエネルギー源226によって加える必要があるエネルギーの量を少なくするのに役立ちうる。造形材料は、たとえば約90℃〜約100℃の一定の(もしくは均一な)基準温度ベースライン温度)を有しうるという想定に基づいて、均一に加熱することができる。したがって、該一定の基準温度を該所定の温度範囲まで上げるような程度の加熱が提供される。しかしながら、いくつかの例では、造形材料は、この段階では、実際には、均一な(もしくは一定の)温度を有していない場合がある。したがって、造形材料は、該造形材料の1以上のポイント(位置)における温度が該所定の温度範囲外にありうる不均一な温度分布を有しうる。

0065

308において、造形材料の温度分布を決定することができる。たとえばサーモグラフィカメラ228などの温度センサーは、たとえば造形材料の放射分布を表すイメージ(画像)を捕捉することによって、温度フィードバックを得ることができる。該放射分布をコントローラ210によって用いて、たとえば前述の方法に基づいて、造形材料の温度分布500aを決定することができる。図6aの例では、領域502は該基準温度を有することができ、領域506は、該基準温度よりも高いそれぞれの温度を有することができる。これらの不均一性は、たとえばブロック312におけるエネルギー印加中に、前に堆積された層の一部の合体及び固化(凝固)に起因して生じ得る。図6aに示されているように、該前の層402aの生成中に合体助剤406が加えられた領域は、基準温度よりもかなり高い温度を有しうる。

0066

いくつかの例では、コントローラ210は、温度フィードバックを得るのではなく、合体助剤供給制御データに基づいて熱拡散数学的にモデル化する熱プロセスモデルに基づいて、温度分布500aを生成することができる。該モデルは、有限要素解析を用いて熱方程式解くことを含むことができ、または、他の任意の適切な方法を含むことができる。いくつかの例では、コントローラ210は、種々の3次元物体の熱拡散特性を定義ないし示すルックアップテーブルを有する(もしくは格納する)ことができる。したがって、コントローラ210は、剤供給制御データ208を適切なルックアップテーブルと突き合わせて(もしくは照合して)、温度分布500aを生成することができる。

0067

いくつかの例では、温度フィードバックと熱プロセスモデルとルックアップテーブルとの任意の組み合わせを用いることができる。

0068

したがって、コントローラ210は、温度フィードバック、熱プロセスモデル、もしくはルックアップテーブルに基づいて決定された温度分布500aに基づいて、冷却剤供給制御データなどの剤供給制御データ208を得ることができる。

0069

310において、図4b及び図5bに示されているように、合体助剤404及び冷却剤406を、造形材料の層402bの表面の1以上の部分に選択的に加えることができる。前述したように、それらの剤404及び406を、たとえば液滴などの流体の形態で、剤供給器202、206によって加えることができる。

0070

合体助剤404の選択的な供給を、固化して(固体になって)生成中の3次元物体の一部が形成されるようにするために、合体助剤供給制御データなどの剤供給制御データ208が画定することができる層402bの一部に対してあるパターンで実行することができる。冷却剤406の選択的な供給を、冷却剤供給制御データなどの剤供給制御データ208が該冷却剤を用いて温度が下げられる部分として画定することができる層402bの一部に対してあるパターンで実行することができる。

0071

「選択的な供給」は、合体助剤及び冷却剤を、造形材料の表層の選択された部分に種々のパターンで加えることができることを意味する。それらのパターンを、剤供給制御データ208によって決定ないし画定することができる。剤404のパターンと406のパターンを互いに独立したものとすることができるが、これは、剤404と406が、造形材料の各ポイントにおいて互いに対して一定の割合で加えられないようにすることができることを意味する。

0072

種々の例において、コントローラ210は、冷却剤406を選択的に加えるために、合体助剤供給器202を制御して、該供給器202が、冷却剤供給器202または206の制御前もしくは制御後もしくは制御中のうちの1以上において合体助剤404を選択的に加えるようにする。これらの例のうちの任意の例において、異なる剤供給器202、206を用いて、それぞれの剤404、406を加えることができる。さらに、これらの例のうちの任意の例において、1つの剤供給器202だけを用いて、たとえば、(1)プリントヘッド202内のいくつかのノズルを用いて合体助剤404を加えることができ、かつ、同じプリントヘッド202内の他のノズルを用いて冷却剤406を加えることができ、及び/または、(2)合体助剤404と冷却剤406を1つの混合物または溶液中に(または1つの混合物または溶液として)準備して、プリントヘッド202内の少なくともいくつかのノズルが該混合物または溶液を加えるようにすることができ、及び/または(3)プリントヘッド202内の同じノズルが、混合されていない互いに異なる剤404と406を異なる時刻に加えることができる、ようにすることができる。

0073

温度分布500aが該基準温度よりも高い温度を有する部分であることを示している層402bの部分に、冷却剤406を選択的に加えることができる。冷却剤406は、加える前(供給前)に、たとえば、約20℃〜約60℃の温度、または室温付近の温度、または約50℃の温度を有することができる。いくつかの例では、該温度は、上記の範囲内において室温より高い温度(たとえば約40℃と約60℃の間)でありうる。これは、冷却剤406を噴射するプロセスが、室温からの幾分かの加熱をもたらしうるからである。冷却剤406は、該冷却剤が加えられる部分における造形材料の温度を下げることができる。たとえば、冷却剤406の量及び位置を選択して該冷却剤を加えることによって、温度分布500aを所定の目標温度分布に移行させることができ、これによって、たとえば、図6aの領域506を冷却して領域502と同じ温度にすることができる。この結果、図6bの均一なまたは実質的に均一な目標温度分布500bは、均一なまたは実質的に均一な領域502を有することができる。他の例では、該目標温度分布を、変形の適切な低減を同様に達成することができる個別に設定される不均一な温度分布とすることができる。

0074

合体助剤404が加えられない造形材料の部分に冷却剤406が加えられる場合には、冷却剤406が加えられている部分の造形材料が、該造形材料の融点もしくは該融点よりも高い温度に達することを阻止することができる。いくつかの例では、ブロック312においてエネルギーが加えられているときに、横方向の合体ブリードの効果を低減するのを助けるために、冷却剤406を、(1)温度が高い領域、及び(2)合体助剤404が加えられている領域に隣接する領域、に加えることができる。これを用いて、たとえば、物体のエッジ(縁)または表面の鮮鋭度や精度を改善することができ、及び/または、表面粗さを低減することができる。したがって、冷却剤406は、冷却剤406が加えられているかまたは浸透している造形材料の部分の合体(結合)の程度を低減するように作用することができる。

0075

合体助剤404が加えられる造形材料の部分に冷却剤406が加えられる場合には、冷却剤406は、(該部分の)融解を阻止することを必ずしも目的としておらず、その代わり、造形材料における熱の望ましくない蓄積を低減することができる。

0076

いくつかの例では、冷却剤406の沸点は、造形材料の融点よりも低く、かつ、冷却剤406の供給時における造形材料の温度より低い。たとえば、冷却剤406を、沸点が100℃の水とすることができ、造形材料の温度を約160℃とすることができる。したがって、冷却剤406が供給されると、冷却剤406は、それが加えられる造形材料の部分から熱を吸収し、これによって、冷却剤406はその沸点を超えて気化することができる。これによって、造形材料の該部分の温度を下げることができる。

0077

いくつかの例では、冷却剤406は、造形材料の現在の温度よりも高い沸点を有する。たとえば、造形材料の予熱が不十分かまたは該予熱が全くされない場合があり、その場合には、該造形材料の現在の温度は冷却剤406の沸点よりも低くなる。したがって、冷却剤406は、後述するブロック312において造形材料に加えられたエネルギーを吸収することによって気化し、これによって、造形材料を冷却することができる。

0078

いくつかの例では、冷却剤406を、固化される造形材料の部分の強度(たとえば引張り強さ)などの力学的(もしくは機械的)性質を制御するために加えることもできる。冷却剤406の供給とブロック312におけるエネルギーの印加の間に長い時間差がある場合には、冷却剤406は、該力学的性質に対して何の効果も示さない場合があるが、これは、たとえば、冷却剤406があまりにも早く気化してしまう場合があるからである。しかしながら、該時間差が短い場合には、合体助剤404が冷却剤406と共に加えられた造形材料の部分は、たとえば、合体助剤404は加えられたが冷却剤は加えられなかった部分よりも大きな強度を示しうる。かかる効果が得られるのは、温度勾配が小さいほど、造形材料に対する機械的ストレスが小さくなりうるからである。

0079

いくつかの例では、たとえば、温度分布500a内に低い温度領域がある場合や、温度が領域502内の基準温度よりも低い場合などに、温度が上げるために合体助剤404を加えることもできる。造形材料上に合体助剤404が存在すると、ブロック312で供給されるエネルギーの印加などのエネルギーの印加に応答して、合体助剤404を有する領域内の造形材料がより大きな加熱を受けうるために、追加の加熱が生じうる。かかる効果を得るために、加える合体助剤404の量及び濃度を制御することができる。

0080

いくつかの例では、合体及び固化のために合体助剤404をすでに受け取っている造形材料の部分を加熱するために追加の合体助剤404を加えることができる。そのような例では、合体の目的だけで合体助剤404を加える場合よりも多くの量または高い濃度で合体助剤404を加えることができる。

0081

いくつかの例では、合体及び固化が要求されない領域内を加熱するために合体助剤404を加えることができる。これらの例では、合体を生じさせるのに必要な合体助剤404の閾値量または閾値濃度よりも小さい量または濃度の合体助剤404を加えることができる。しかしながら、加えられる該量または該濃度は依然として、合体助剤404が加えられる領域内の造形材料を加熱するのに十分なものでありうる。

0082

いくつかの例では、造形材料の温度が目標分布に達するように該温度を調節することは、(1)冷却すべき領域に冷却剤406を加えることと、(2)暖めるべき領域に、合体のために要求される量または濃度を超えた量または濃度の追加の合体助剤404を加えることとの組み合わせを含むことができる。

0083

図4c及び図5cは、造形材料の層402bに実質的に完全に浸透している合体助剤404を示しているが、他の例では、浸透の程度を100%よりも小さくすることができる。浸透の程度は、たとえば、加えられる剤の特性や造形材料の性質や該剤の性質などに依存しうる。図6cは、造形材料が、均一な領域502を有する実質的に均一な温度分布500cを依然として有しうることを示している。

0084

310において、所定レベルのエネルギーを造形材料の層402bに一時的に加えることができる。種々の例において、加えるエネルギーを、赤外線エネルギー近赤外線エネルギー、マイクロ波エネルギー、紫外(UV)線、ハロゲンライト超音波エネルギーなどとすることができる。エネルギーを加える時間の長さ、すなわちエネルギー照射時間は、たとえば、エネルギー源の特性と造形材料の特性と合体助剤の特性と冷却剤の特性とのうちの1以上に依存しうる。使用されるエネルギー源のタイプは、造形材料の特性と合体助剤の特性と冷却剤の特性とのうちの1以上に依存しうる。1例では、該エネルギーを所定の時間長の間加えることができる。

0085

エネルギーの一時的な印加によって、合体助剤404が加えられているか浸透している造形材料の部分を、該造形材料の融点を超えて加熱して合体させることができる。たとえば、造形材料の層402bの温度を約220℃にすることができる。合体した部分は、冷やされると、固化して(すなわち固体になって)、生成中の3次元物体の一部を形成する。前述したように、そのような1つの部分408を前の繰り返しにおいて生成されたものとすることができる。エネルギーの印加中に吸収された熱は、すでに固化している部分408に伝搬して、該部分408の一部をその融点以上に加熱することができる。この効果は、図4dに示されているように、固化した造形材料の隣接する層間の層間結合が強い部分410を生成するのに役立つ。

0086

さらに、加えられた冷却剤406が、エネルギーの印加の前にまだ気化していない場合、たとえば、予熱が不十分かまたは予熱がされない場合には、冷却剤406は、加えられた該エネルギーを吸収することによって気化して造形材料を冷却することができる。これは、加えられたエネルギーが、冷却剤406の沸点よりも高い温度に層402bの温度を上げることができるからである。

0087

合体助剤404が加えられているかまたは浸透している造形材料によって吸収されたエネルギーはまた、周囲の造形材料中に伝搬することができ、かつ、周囲の造形材料を加熱するのに十分なものでありうる。このため、冷却剤406がない場合には、たとえば、造形材料がその融点を超えて加熱されることになりえ、または、たとえば、造形材料がその融点よりは低いが造形材料を軟らかくして結合するのに適した温度まで加熱されることになりうる。この結果、固化することが意図されていなかった造形材料の部分が引き続いて固化することとなりうるが、前記したように、この効果を、本明細書では合体ブリードという。しかしながら、前述したように、冷却剤406の供給は、合体ブリードを低減するように作用することができる。

0088

いくつかの例では、エネルギーの印加によって、図6aの領域502及び領域506と類似の領域502及び506を含む図6dの温度分布500dに示されているように、新たな温度不均一出現しうる。したがって、後続の層の処理中に、より熱い領域506を冷却することができる。

0089

いくつかの例では、前述のようにエネルギーの印加の前に冷却剤406を加えるのではなく、エネルギーの印加の後に冷却剤406を加えることができる。エネルギーが既に加えられているので、合体助剤404が加えられた造形材料の部分の温度は、220℃などの高温になりえ、この温度は、冷却剤406の沸点よりも高いものでありうる。したがって、冷却剤406が加えられると、冷却剤406は、それが加えられている造形材料の部分から熱を吸収し、これによって、冷却剤406をその沸点よりも高くして気化させることができる。これによって、造形材料の該部分の温度を下げることができる。

0090

合体ブリードの効果が排除されるように、すなわち、
(i)合体助剤404が加えられていない造形材料の部分にエネルギーが一時的に加えられたときに、該部分が合体しないように、
(ii)合体助剤404だけが加えられているかまたは浸透している造形材料の部分にエネルギーが一時的に加えられたときに、該部分が合体するように、及び、
(iii)冷却剤406だけが加えられているかまたは浸透している造形材料の部分にエネルギーが一時的に加えられたときに、該部分が合体しないように、
供給されるエネルギーと造形材料と合体助剤404と冷却剤406との組み合わせを選択することができる。

0091

合体助剤404と冷却剤406の両方が加えられているかまたは浸透している造形材料の部分が合体するようにすることも合体しないようにすることもでき、また、該部分の合体の程度(度合)を変更することもできる。変更の程度は、たとえば、造形材料の任意の部分における合体助剤と冷却剤との比率と、合体助剤及び/もしくは冷却剤を造形材料に加えるパターンと、合体助剤、冷却剤、及び/もしくは造形材料の化学的性質と、造形材料とそれらの剤との化学的相互作用と、エネルギーが加えられているときの造形材料とそれらの剤との相互作用と、のうちの任意の1以上に依存しうる。いくつかの例では、変更の程度は、合体助剤と冷却剤が造形材料に加えられる順番に依存しうる。いくつかの例では、変更の程度は、合体助剤と冷却剤が造形材料に加えられるタイミングに依存しうる。

0092

造形材料の層が上記のように処理されると、造形材料の新しい層を、前に処理された造形材料の層の上に供給することができる。このようにして、前に処理された造形材料の層は、造形材料の後続の層の支持体として作用する。その後、層毎に3次元物体を生成するために、ブロック304〜312のプロセス(処理)を繰り返すことができる。

0093

本明細書(添付の特許請求の範囲、要約書及び図面を含む)に開示されている全ての特徴、及び/または、そのように開示されている任意の方法もしくはプロセスの全てのステップを、そのような特徴及び/またはステップのうちの少なくともいくつかが互いに排他的である組み合わせを除いて、任意に組み合わせることができる。

0094

上記の説明において、本明細書に開示されている主題を理解できるようにするために多くの細部が示されている。しかしながら、それらの細部のいくつかまたは全てがなくてもいくつかの例を実施することができる。他のいくつかの例は、上記の細部からの改良及び変更を含むことができる。添付の特許請求の範囲は、そのような改良及び変更をカバーすることが意図されている。

0095

以下に、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。
1.3次元物体を生成するための装置であって、
造形材料の層の第1の部分を合体及び固化させるために該層にエネルギーを加えるためのエネルギー源と、
造形材料の層の第2の部分に冷却剤を選択的に加えるための剤供給器と、
コントローラ
を備え、
前記コントローラは、前記第1の部分を合体及び固化させるために前記層に第1のパターンでエネルギーを加えるように前記エネルギー源を制御し、及び、前記層の前記第2の部分に前記冷却剤を第2のパターンで選択的に加えるように前記剤供給器を制御し、
前記第1のパターンと前記第2のパターンは互いに独立していることからなる、装置。
2.前記冷却剤を加える前に、造形材料の前記層からの測定された温度分布を表す温度フィードバックを得るための温度センサーをさらに備える上項1の装置であって、前記冷却剤は、前記測定された温度分布に基づいて選択的に加えられることからなる、装置。
3.前記コントローラは、前記冷却剤を加えるように前記剤供給器を制御する前に、熱プロセスモデルに基づいて、前記造形材料の層の温度分布を決定することができ、前記コントローラは、前記温度分布に基づいて、前記冷却剤を選択的に加えるように前記剤供給器を制御することができる、上項1の装置。
4.前記コントローラは、前記冷却剤が選択的に加えられる前に、前記造形材料の温度分布に基づいて、目標温度分布を達成するために選択的に加えるべき前記冷却剤の量及び位置を決定することができる、上項1の装置。
5.前記剤供給器と第2の剤供給器の少なくとも一方が、前記層の前記第1の部分に合体助剤を選択的に加えることができ、
前記コントローラは、前記エネルギーが加えられたときに前記層の前記第1の部分を合体させるために、該第1の部分に前記合体助剤を選択的に加えるように前記剤供給器または前記第2の剤供給器を制御することができる、上項1の装置。
6.前記剤供給器と前記第2の剤供給器の少なくとも一方が、前記層の第3の部分に追加の合体助剤を選択的に加えることができ、
前記コントローラは、前記追加の合体助剤と前記造形材料の組み合わせに起因する前記第3の部分の合体を生じさせることなく、前記エネルギーが加えられたときに前記第3の部分を暖めるために、該第3の部分に前記合体助剤を選択的に加えるように前記剤供給器または前記第2の剤供給器を制御することができる、上項5の装置。
7.前記冷却剤は水を含む、上項1の装置。
8.前記コントローラは、前記エネルギーを加えるように前記エネルギー源を制御する前に、前記冷却剤を選択的に加えるように前記剤供給器を制御することができる、上項1の装置。
9.前記コントローラは、前記エネルギーを加えるように前記エネルギー源を制御した後に、前記冷却剤を選択的に加えるように前記剤供給器を制御することができる、上項1の装置。
10.3次元物体を生成する方法であって、
供給された造形材料の層の第1の部分を合体及び固化させるために、該層にエネルギーを第1のパターンで加えるステップと、
前記造形材料の前記層の第2の部分の温度を下げるために、該第2の部分に冷却剤を第2のパターンで選択的に加えるステップ
を含み、
前記第2のパターンは、前記層からの測定された温度分布を表すデータまたは熱プロセスモデルによって予測された温度分布を表すデータから得られることからなる、方法。
11.前記冷却剤を加える前に、造形材料の前記層からの前記測定された温度分布を表す温度フィードバックを得るステップをさらに含む、上項10の方法。
12.前記冷却剤を加える前に、前記熱プロセスモデルによって予測された前記温度分布に基づいて、造形材料の前記層の温度分布を決定するステップをさらに含む、上項10の方法。
13.前記エネルギーが加えられたときに前記造形材料の前記第1の部分を合体させるために該第1の部分に合体助剤を選択的に加えるステップをさらに含む、上項10の方法。
14.合体することが必要とされる箇所の前記造形材料の力学的性質を制御するために前記冷却剤を選択的に加えるステップをさらに含む、上項10の方法。
15.3次元物体を生成する方法であって、
造形材料の層を供給するステップと、
前記層の第1の部分に合体助剤を選択的に配置するステップと、
前記合体助剤を有する前記第1の部分を合体及び固化させるために前記層にエネルギーを第1のパターンで加えるステップと、
前記造形材料の第2の部分の温度を下げるために、冷却液を選択的に加えることができる場所を表すデータに基づいて第2のパターンで、前記層の第2の部分に前記冷却液を選択的に加えるステップ
を含み、
前記第1のパターンと前記第2のパターンは互いに独立していることからなる、方法。

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