JP2017217910A - 層及び機械的プレーナーを使用した静電気式３ｄプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】電子写真法を使用した３Ｄ印刷アーキテクチャにおける部品均一性を改善する、３Ｄプリンターの提供。【解決手段】３次元（３Ｄ）プリンタは、中間転写面１１０に造形及び支持材料の層１０２を転写するように配置された造形及び支持材料現像ステーション１１６、１１４を含む。中間転写面１１０は、プラテン１１８が中間転写面１１０に接触する度に、プラテンに造形及び支持材料の層１０２を転写し、センサ１４０は、プラテン上の層１０２の厚さを検出し、機械的プレーナー１４４は、プラテンが機械的プレーナーを通過するとき、プラテン上の層に接触して平坦化し、更に、フィードバックループがセンサ及び機械的プレーナーに電気的に接続されており、機械的プレーナーが、センサによって判定されるプラテン上の層の厚さに基づいて層１０２から除去される造形材料及び支持材料の量を調整する、３Ｄプリンター。【選択図】図１

Description

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

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

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

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

転写定着ステーションは、ＩＴＢに隣接しており、平坦面を有するプラテンは、ＩＴＢに繰り返し接触するように配置される。プラテンは、ＩＴＢに対して移動し、ＩＴＢは、プラテンの平坦面上の層の独立した積層を連続的に形成するように、プラテンが転写定着ステーションにおいてＩＴＢ上の層の１つに接触するたびにプラテンの平坦面に造形及び支持材料の層を転写する。

センサは、プラテン上の層の厚さを検出し、機械的プレーナーは、プラテンが機械的プレーナーを通過するのにともないプラテン上の層に接触して平坦化するように配置されている。機械的プレーナーは、層の上部をプラテンの平坦面に平行にし、層の厚さを低減させる。さらに、フィードバックループは、センサ及び機械的プレーナーに電気的に接続される。機械的プレーナーは、センサによって判定されるプラテン上の層の厚さに基づいて層から除去される造形材料及び支持材料の量を調整する。

一例において、機械的プレーナーは、角度付きブレード（例えば、プラテンの平坦面に対して非平行且つ非垂直の角度に配置されたブレード）である。さらに、そのようなブレードは可動であり、アクチュエータは可動ブレードに接続される。アクチュエータは、可動ブレードをプラテンの方へ且つプラテンから離れるように移動させる。また、クリーニング構造が固定位置に配置されており、アクチュエータが可動ブレードをクリーニング構造を通過させるとき、クリーニング構造は、可動ブレードに接触してクリーニングする。この構造は、さらに、機械的プレーナーに隣接する収集トレイを含むことができる。収集トレイは、機械的プレーナーによって層から除去された造形及び支持材料を収集するように配置されている。

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

様々な例示的なシステム及び方法が添付図面を参照して以下に詳細に記載される。

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

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

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

良好な現像及び転写特性を提供するために、造形及び支持材料の粒径分布は、均一な層の厚さを確保するために密で安定していなければならない。しかしながら、より大きなサイズの粒子は、転写定着アセンブリにおいて処理されなければならない空洞及び不均一性を各層に形成する。個々の層における小さな誤差は、数千の層が一体に定着された後、より大きな寸法誤差に累積する。例えば、１０ｃｍの高さの部品を構築するために各層のたった１％の誤差（例えば、約１０μｍの厚さの層を使用）は、１ｍｍ程度の誤差をもたらす。本願明細書における装置により、角度付きブレードを利用する機械的装置（例えば、機械的平坦化装置）は、造形及び支持材料の層のいかなる余分な厚さも除去し、それにより、新たに転写定着された層を平坦化する。

層が部品上に転写定着された後、定着プロセスを完了させるように構造が加熱されることができる。その直後、新たに転写定着された層が依然として柔らかい間に、層の積層が機械的平坦化装置を通過して余分な材料を除去する。そして、層が冷却された後、プラテンが戻って予熱され、転写定着されるべき次層の準備に備える。機械的平坦化装置はまた、層が冷却された後にも適用されることができるが、ブレードに対する反応負荷は、その種類の処理においてより高い。

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

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

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

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

図１にさらに示されるように、そのような構造は、転写定着ヒータ１２０、任意の定着ステーション１２６、任意の硬化ステーション１２４及び任意の冷却ステーション１４６を含むことができる。定着ステーション１２６は、プラテン１１８又はプラテン１１８上に存在する層に対して最近転写定着された層１０２を定着するために圧力及び／熱を印加する。硬化ステーション１２４は、層を硬化させるように光源を使用して光（例えば、ＵＶ光）を及び／又はヒータを使用して熱を印加するように配置される。冷却ステーション１４６は、ちょうど定着及び硬化された層上に潜在的に冷却された空気を吹き付ける。本構造はまた、支持材料除去ステーション１４８を含むことができる。

図１はまた、ＩＴＢ１１０とはまた別個であり且つプラテン１１８の平坦面に層の上部を平行にするように独立した積層に接触して平坦化するように配置された機械的プレーナー１４４を示している。機械的プレーナー１４４は、独立した積層の厚さを低減させる。機械的プレーナー１４４は、細長構造（例えば、角度付きブレード）を備え、プラテン１１８の平坦面に平行な方向において機械的プレーナー１４４とプラテン１１８との間の相対移動が存在する。図１はまた、厚さセンサ１４０及び機械的プレーナー１４４に電気的に接続されたフィードバックループ１４２を示している。いくつかの構造において、機械的プレーナー１４４は、センサ１４０によって判定されるプラテン１１８上の層の厚さに基づいて層から除去される造形及び支持材料の量を調整する。

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

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

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

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

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

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

図５に示されるように、センサ１４０は、プラテン上の層の厚さ及びトポグラフィを検出する。センサ１４０は、接触装置及び非接触装置を含む任意の形態の厚さ測定装置とすることができ、プラテン１１８上の最上層の厚さのみを検出するように校正される。

例えば、センサ１４０は、レーザ及びカメラを含むことができ、レーザシート光（三角測量）技術を使用して物体プロファイルが測定されるレーザプロファイリング（レーザ三角測量）を使用することができる。レーザプロファイリングセンサ１４０により、レーザラインが物体上に投影され、得られたセンサ画像がカメラコアによって評価され、物体にわたってレーザラインを走査することによって単一の高さプロファイルに変換される。それゆえに、物体の完全な高さ画像を取得することができる。センサ１４０は、プロファイル速度を犠牲にすることなく、位置データ並びに追加の特徴（例えば、強度、ライン幅）を送出することができる。

他の例において、センサ１４０は、「シーン」全体が各レーザ又は光パルスによって（同様に、レーザ源及びカメラを使用して）取り込まれるという原理を使用して距離データを作成する飛行時間型の厚さ測定を使用することができる。ここで、３Ｄカメラシステムは、使用される検出器材料に応じて、数メートルの距離をカバーする。カメラの中心には、カメラの内部照明源からの赤外光がシーン内の物体によって反射されてカメラに戻り、正確な到達時間が数万個のセンサ画素のそれぞれによって独立して測定されるという飛行時間型の距離測定原理を採用した高度なセンサ技術がある。

また、センサ１４０は、プロジェクタの視野以外の視点から歪んで見える照明ラインを生成するように光源が３次元形状の表面上に狭い光の帯域を投影する構造化された光を使用し且つ表面形状（明部）の正確な幾何学的再構成に使用されることができる光センサとすることができる。構造化光センサ１４０はまた、これが同時に多数のサンプルを得ることを可能とするように同時に多くのストライプからなるパターン又は任意の干渉縞のパターンを投影することによってより迅速且つより多彩なプロセスを提供することができる。異なる視点から見ると、パターンは、物体の表面形状に起因して幾何学的に歪んで見える。

さらに、センサ１４０は、互いに水平方向に変位した２つのカメラを使用する立体視（ステレオビジョン）システムとすることができる。これらのカメラはともに、３Ｄ画像が再構成されることができるシーンの２つの異なる視野を得る。

他の代替例において、センサ１４０は、反射性皮膚によって覆われた透明なエラストマーからなるスラブを有する接触ベースの光線検知装置とすることができる。物体が反射性皮膚を押圧すると、反射性皮膚が歪んで物体の表面の形状をとる。（エラストマースラブを介して）後方から見ると、反射性皮膚は、表面のレリーフレプリカとして見える。３つの異なる位置にある赤色、緑色及び青色光源からの照明を使用して、このレリーフの画像を記録するためにカメラがセンサ１４０に含まれる。そして、表面を再構成するために装置に合わせた測光ステレオアルゴリズムが使用される。

図６に示されるように、機械的プレーナー１４４は、（図６における水平矢印によって示されるように）プラテン１１８が機械的プレーナーを通過するのにともない、プラテン１１８上の層１０２に接触して平坦化するように配置される。機械的プレーナー１４４は、層１０２の上部をプラテン１１８の平坦面に平行にし、層１０２の厚さを低減させる。センサ１４０及び機械的プレーナー１４４に電気的に接続されるフィードバックループ１４２は、機械的プレーナー１４４がセンサ１４０によって判定されるプラテン１１８上の層１０２の厚さ／トポグラフィに基づいて層１０２から除去される造形及び支持材料の量を調整するのを可能とする。

図７に示されるように、プラテンは、独立した積層１０６内の現像層１０２をプラテン１１８上で互いに結合するために３Ｄ構造物に光及び／又は熱を印加する任意の硬化ステーション１２４へと移動する。ヒータ、光及び硬化ステーション１２４における他の要素の選択的使用は、現像層１０２の化学的構成に応じて変化する。一例において、造形材料１０４は、ＵＶ硬化性トナーを含むことができる。したがって、図７に示されるように、一例において、硬化ステーション１２４は、それらのガラス転移温度とそれらの溶融温度との間の温度に材料１０４を加熱した後に、材料１０４内のポリマーを架橋させるようにＵＶ光を印加することによってそのような材料１０４を硬化させることができ、それにより、剛性構造を形成することができる。当業者は、他の造形及び支持材料が他の結合処理及び結合要素を利用し且つ前述のものが１つの限定された例として提示されているにすぎないことを理解するであろう。本願明細書における装置及び方法は、現在知られているか又は将来開発されるかにかかわらず、そのような結合方法及び要素の全てに適用可能である。

さらに、図８に示されるように、冷却ステーション１４６（又は処理中の冷却休止さえも）は、層１０２を転写する間にプラテン１１８上の層１０２を冷却するために使用されることができる。冷却ステーションは、図８に示されるように、プラテン１１８上の層１０２上に空気（潜在的に冷却されて除湿された空気）を吹き付けることができる。

プラテン１１８は、ＩＴＢ１１０が現像層１０２のそれぞれを独立して定着、硬化、冷却するように現像層１０２のそれぞれをプラテン１１８に転写するたびに、定着ステーション１２６、硬化ステーション１２４及び冷却ステーション１４６へと移動することができる。他の代替例において、プラテン１１８は、複数の現像層１０２が同時に定着、硬化及び冷却されるのを可能とするように、プラテン１１８上に配置された特定数（例えば、２、３、４など）の現像層１０２が配置された後に、定着ステーション１２６、硬化ステーション１２４及び冷却ステーション１４６へと移動することができるにすぎない。

処理中のこの時点で、プラテン１１８は、ＩＴＢ１１０から次層１０２を受けるように転写定着ニップ１３０に戻ることができる。それゆえに、図９に示されるように、複数の現像層１０２を積層１０６に定着するために図２〜図８における処理が繰り返される。現像層１０２の積層１０６が成長するのにともない、図１０に示されるように、積層１０６の上部に追加の現像層１０２が形成され、そのような追加の現像層１０２の上層１０２の厚さがセンサ１４０によって測定され、図１１に示されるように、機械的プレーナー１４４によって平坦化される。

図１２は、機械的プレーナー１４４及びプラテン１１８上の積層１０６の拡大図を示している。上述したように、各層１０２は、若干の造形材料１０４及び若干の支持材料１０５から構成されている。図１２に示されるように、機械的プレーナー１４４は、角度付きブレード１６４（例えば、プラテン１１８の平坦面１１９に対して非平行且つ非垂直の角度に配置されたブレード１６４）を含む。 ブレード１６４は、ブレード支持体１６０によって順次支持されたリニアスライド１６８に対する斜め端縁を有する。

ブレード１６４は移動可能であり、アクチュエータ１６６は可動ブレード１６４に接続されている。プラテンが（図１２における水平矢印によって示される）機械的プレーナー１４４を通過するのにともない、アクチュエータ１６６は、積層１０６の上層１０２をより多い又はより少ない量だけ除去するように可動ブレード１６４をプラテン１１８に向かって且つプラテン１１８から離れるように移動させる。（ステッパモータ、油圧アクチュエータ、空気圧アクチュエータ、磁気アクチュエータなどの）アクチュエータ１６６は、ブレード１６４に接続され、適切な平坦化「高さ」が（センサ１４０によって検出された厚さ／トポグラフィに基づいて）達成されるのを保証するために必要に応じてブレード１６４をブレード支持体１６０における角度付き開口１７２を通って進退させるために使用される。それゆえに、図１２からわかるように、ブレード１６４の右側にある上層１０２の部分は、ブレード１６４によって掻き取られ、したがって、プラテン１１８の上面１１９に対して比較的薄く且つ平行である。一方、ブレード１６４の左側にある上層１０２の部分は、ブレード１６４によってまだ掻き取られておらず、したがって、比較的厚く、プラテン１１８の上面１１９に完全に平行ではない。

この構造は、さらに、機械的プレーナー１４４に隣接する収集トレイ１７０を含むことができる。収集トレイ１７０は、機械的プレーナー１４４によって上層１０２から除去される造形及び支持材料１０４、１０５を収集するように配置されている。図面において、上層１０２は、プラテン１１８から最も遠い積層１０６内の層１０２である。

また、クリーニング構造は、開口１７２内の固定位置に配置されることができ、アクチュエータ１６６が可動ブレード１６４を、クリーニング構造１６２を通過させるのにともない、クリーニング構造は、可動ブレード１６４に接触してクリーニングする。クリーニング構造１６２は、天然又は人工のスポンジ、ブラシ、布、パッド、研磨面などの繊維質材料とすることができる。所定の間隔で、ブレード１６４上に蓄積することがある冷却された材料１０４、１０５も除去するために、掻き取りパッド１６２に沿って（例えば、前後にわたって）ブレード１６４の端縁を擦るように、ステッパモータ１６６が作動される。この材料１０４、１０５は、クリーニング動作が実行されている間、ブレード１６４のステーションの下方に位置する容器１７０内に落下する。

上述した処理は、図１３に示されるように、造形及び支持材料１０４、１０５の独立した積層１０６を形成するために複数回繰り返される。図１３は、独立した積層１０６の累積内の支持材料１０５及び造形材料１０４の部分を示すオーバーレイを示している。そのようなものは、視認可能であってもなくてもよく、そのような造形及び支持材料１０４、１０５が配置されることができる１つの例示的な方法を示すために示されているにすぎない。

独立した積層１０６の３Ｄ構造物は、外部加熱浴を使用して支持材料１０５を手動で除去するのを可能とするように出力されることができるか、又は、図１３〜図１５に示されるように処理を進めることができる。より具体的には、図１３において、支持材料除去ステーション１４８は、プラテン１１８上のここで接合された３Ｄの独立した積層１０６を受けるように配置される。支持材料除去ステーション１４８は、造形材料１０４に影響を与えずに支持材料１０５を溶解する溶媒１５６を加える。同様に、上述したように、利用される溶媒は、造形材料１０４及び支持材料１０５の化学的構成に依存する。図１４は、支持材料１０５の約半分が残り且つ造形材料１０４の一部が支持材料１０５の残りの積層から突出する処理を示している。図１５は、支持材料除去ステーション１４８が全ての支持材料１０５を溶解するのに十分な溶媒１５６を加えた後の処理を示しており、造形材料１０４のみが残っており、造形材料１０４のみから構成された完成した３Ｄ構造物を残している。

図１６〜図１７は、図１に示される転写定着ニップ１３０の代わりに平面転写定着ステーション１３８を含む代替的な３Ｄ静電印刷構造を示している。図１６に示されるように、平面転写定着ステーション１３８は、ローラー１１２の間にあり且つプラテン１１８に平行なＩＴＢ１１０の平面部である。図１６に示されるように、この構造により、プラテン１１８が平面転写定着ステーション１３８に接触するように移動すると、現像層１０２の全てがプラテン１１８又は部分的に形成された積層１０６に同時に転写定着され、図２及び図３に示される回転転写定着プロセスを回避する。図１７は、上述したように、機械的プレーナー１４４がプラテン１１８の上面１１９と平行である積層１０６の内部に層１０２を保持するように上層１０２を平坦化することを示している。

同様に、図１８及び図１９に示されるように、ドラム１５８は、本願明細書において記載されるように動作する全ての他の要素とともに、ＩＴＢ１１０の代わりに使用されることができる。それゆえに、ドラム１５８は、上述したように、現像ステーション１１４、１１６からの材料を受ける中間転写面とすることができ、又は、感光体とすることができ、電荷の潜像を保持して現像装置２５４からの材料を受けることによって以下に記載される感光体２５６が動作するのにともない動作する。図１９に示されるように、機械的プレーナー１４４は、上述したように、積層１０６内の層１０２をプラテン１１８の上面１１９と平行に保持するように層１０２を平坦化する。

図２０は、本願明細書における３Ｄ印刷装置２０４の多くの要素を示している。３Ｄ印刷装置２０４は、コントローラ／有形プロセッサ２２４と、有形プロセッサ２２４及び印刷装置２０４の外部のコンピュータ化ネットワークに動作可能に接続された通信ポート（入力／出力）２１４とを含む。また、印刷装置２０４は、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）アセンブリ２１２などの少なくとも１つのアクセサリ機能要素を含むことができる。ユーザは、グラフィカルユーザインターフェース又はコントロールパネル２１２からメッセージ、命令及びメニューオプションを受信し、グラフィカルユーザインターフェース又はコントロールパネル２１２を介して命令を入力することができる。

入力／出力装置２１４は、３Ｄ印刷装置２０４との間の通信に使用され、（現在知られているか又は将来開発されるかにかかわらず、任意の形態の）有線装置又は無線装置を備える。有形プロセッサ２２４は、印刷装置２０４の様々な動作を制御する。持続性で有形のコンピュータ記憶媒体装置２１０（光学的、磁気的、キャパシタベースなどであり、一時的信号とは異なる）は、有形プロセッサ２２４によって読み取り可能であり、コンピュータ化装置が本願明細書において記載されるものなどの様々な機能を実行するのを可能とするように有形プロセッサ２２４が実行する命令を記憶する。それゆえに、図２０に示されるように、本体ハウジングは、電源２１８によって交流（ＡＣ）電源２２０から供給される電力で動作する１つ以上の機能的要素を有する。電源２１８は、共通電力変換ユニット、電力貯蔵素子（例えば、電池など）などを備えることができる。

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

１つ以上の印刷エンジン２４０は、現在知られているか又は将来開発されるかにかかわらず、例えば、（図２１に示されるように）中間転写ベルト１１０を使用する装置を含むことができる、造形及び支持材料（トナーなど）を塗布する任意のマーキング装置を説明するように意図される。

それゆえに、図２１に示されるように、図２０に示される印刷エンジン２４０のそれぞれは、１つ以上の潜在的に異なる（例えば、異なる色、異なる材料など）造形材料現像ステーション１１６、１つ以上の潜在的に異なる（例えば、異なる色、異なる材料など）支持材料現像ステーション１１４などを利用することができる。現像ステーション１１４、１１６は、現在知られているか又は将来開発されるかにかかわらず、個々の静電マーキングステーション、個々のインクジェットステーション、個々のドライインクステーションなど、任意の形態の現像ステーションとすることができる。現像ステーション１１４、１１６のそれぞれは、（中間転写ベルト１１０の状態とは潜在的に独立して）単一ベルト回転中に順次中間転写ベルト１１０の同一位置に材料のパターンを転写し、それにより、完全且つ完全な像が中間転写ベルト１１０に転写される前に中間転写ベルト１１０が構成しなければならない経路数を削減する。図２１は、回転ベルト（１１０）に隣接するか又は接触する５つの現像ステーションを示しているが、当業者によって理解されるように、そのような装置は、任意数（例えば、２、３、５、８、１１など）のマーキングステーションを使用することができる。

中間転写ベルト１１０に隣接して（又は潜在的に接触して）配置された１つの例示的な個々の静電現像ステーション１１４、１１６が図２２に示されている。個々の静電現像ステーション１１４、１１６のそれぞれは、内部感光体２５６上に均一な電荷を生成する独自の充電ステーション２５８と、均一な電荷を電荷潜像にパターン形成する内部露光装置２６０と、電荷潜像に一致するパターンで感光体２５６に造形又は支持材料を転写する内部現像装置２５４とを含む。そして、造形又は支持材料のパターンは、通常は中間転写ベルト１１０の反対側に電荷発生器１２８によって形成される、造形又は支持材料の電荷に対する中間転写ベルト１１０の逆電荷によって感光体２５６から中間転写ベルト１１０へと引き出される。

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

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

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

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

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

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

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

Claims (10)

1. ３次元（３Ｄ）プリンタにおいて、
   中間転写面と、
   前記中間転写面に造形材料を転写するように配置された造形材料現像ステーションと、
   前記中間転写面に支持材料を転写するように配置された支持材料現像ステーションであって、前記造形材料現像ステーション及び前記支持材料現像ステーションが前記中間転写面に前記造形材料及び前記支持材料の層を転写する、支持材料現像ステーションと、
   前記中間転写面に接触するように配置された平坦面を有するプラテンであって、前記プラテン又は前記プラテン上の既存の層が前記中間転写面に接触するたびに、前記中間転写面が前記プラテン又は前記プラテン上の既存の層に前記造形材料及び前記支持材料の層を転写するプラテンと、
   前記プラテンが機械的プレーナーを通過するのにともない、前記プラテン上の前記層に接触して平坦化するように配置された前記機械的プレーナーとを備える、３Ｄプリンタ。
2. 前記機械的プレーナーが、前記プラテンの前記平坦面に対して非平行且つ非垂直の角度に配置されたブレードを備える、請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
3. 前記機械的プレーナーが、可動ブレードと、前記可動ブレードに接続されたアクチュエータとを備え、前記アクチュエータが、前記プラテンに向かって且つ前記プラテンから離れるように前記可動ブレードを移動させる、請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
4. 前記機械的プレーナーが、固定位置にクリーニング構造を備え、前記アクチュエータが前記可動ブレードを、前記クリーニング構造を通過させるのにともない、前記クリーニング構造が前記可動ブレードに接触してクリーニングする、請求項３に記載の３Ｄプリンタ。
5. ３次元（３Ｄ）プリンタにおいて、
   中間転写面と、
   前記中間転写面に造形材料を転写するように配置された造形材料現像ステーションと、
   前記中間転写面に支持材料を転写するように配置された支持材料現像ステーションであって、前記造形材料現像ステーション及び前記支持材料現像ステーションが前記中間転写面に前記造形材料及び前記支持材料の層を転写する、支持材料現像ステーションと、
   前記中間転写面に接触するように配置された平坦面を有するプラテンであって、前記プラテン又は前記プラテン上の既存の層が前記中間転写面に接触するたびに、前記中間転写面が前記プラテン又は前記プラテン上の既存の層に前記造形材料及び前記支持材料の層を転写するプラテンと、
   前記プラテン上の前記層の厚さを検出するセンサと、
   前記プラテンが機械的プレーナーを通過するのにともない、前記プラテン上の前記層に接触して平坦化するように配置された機械的プレーナーと、
   前記センサ及び前記機械的プレーナーに電気的に接続されたフィードバックループであって、前記機械的プレーナーが、前記センサによって判定された前記プラテン上の前記層の前記厚さに基づいて前記層から除去される材料の量を調整するフィードバックループとを備える、３Ｄプリンタ。
6. 前記機械的プレーナーが、前記プラテンの前記平坦面に対して非平行且つ非垂直の角度に配置されたブレードを備える、請求項５に記載の３Ｄプリンタ。
7. 前記機械的プレーナーが、可動ブレードと、前記可動ブレードに接続されたアクチュエータとを備え、前記アクチュエータが、前記プラテンに向かって且つ前記プラテンから離れるように前記可動ブレードを移動させる、請求項５に記載の３Ｄプリンタ。
8. 前記機械的プレーナーが、固定位置にクリーニング構造を備え、前記アクチュエータが前記可動ブレードを、前記クリーニング構造を通過させるのにともない、前記クリーニング構造が前記可動ブレードに接触してクリーニングする、請求項７に記載の３Ｄプリンタ。
9. ３次元（３Ｄ）プリンタにおいて、
   転写定着ニップを有する中間転写ベルト（ＩＴＢ）と、
   前記ＩＴＢに造形材料を静電的に転写するように配置された造形材料現像ステーションと、
   前記ＩＴＢに支持材料を静電的に転写するように配置された支持材料現像ステーションであって、前記造形材料現像ステーション及び前記支持材料現像ステーションが前記ＩＴＢに前記造形材料及び前記支持材料の層を転写する、支持材料現像ステーションと、
   前記ＩＴＢに接触するように配置された平坦面を有するプラテンであって、前記プラテン又は前記プラテン上の既存の層が前記ＩＴＢの前記転写定着ニップに接触するたびに、前記ＩＴＢが前記プラテン又は前記プラテン上の既存の層に前記造形材料及び前記支持材料の層を転写するプラテンと、
   前記プラテン上の前記層の厚さを検出するセンサと、
   前記プラテンが機械的プレーナーを通過するのにともない、前記プラテン上の前記層に接触して平坦化するように配置された機械的プレーナーと、
   前記センサ及び前記機械的プレーナーに電気的に接続されたフィードバックループであって、前記機械的プレーナーが、前記センサによって判定された前記プラテン上の前記層の前記厚さに基づいて前記層から除去される材料の量を調整するフィードバックループとを備える、３Ｄプリンタ。
10. 前記機械的プレーナーが、前記プラテンの前記平坦面に対して非平行且つ非垂直の角度に配置されたブレードを備える、請求項９に記載の３Ｄプリンタ。

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