JP6577883B2 - ３次元物体印刷システムによって形成された物体の不具合を修正するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

この文献に開示されたシステムおよび方法は、３次元物体を作成するプリンタに関し、さらに詳細には前記プリンタによって作成される３次元物体の滴の脱落に関する。

デジタルの付加的な製造としても知られたデジタルの３次元の製造は、デジタルのモデルから実質的にいかなる形の３次元の固体の物体でも作成するプロセスである。３次元印刷は、１つ以上のプリントヘッドが異なる形の回路基板に材料の連続層を噴出する付加的なプロセスである。一般に、文献のプリンタのプリントヘッドと同様の噴出ヘッドは、材料の供給部に連結されたアレイの噴出部を含む。単一の噴出ヘッドの内部の噴出部は、異なる源の材料に連結することができるか、または噴出ヘッドの全ての噴出部が同一材料の滴を噴出できるように、それぞれの噴出ヘッドは、異なる源の材料に連結することができる。作成される物体の部分になる材料は、ビルド材料と称され、一方では、物体形成のための構造的な支持部を設けるために使用されるが後で物体から除去される材料は、支持材料として知られている。３次元印刷は、切断または穴あけのような削減処理による加工対象物からの材料の除去に大部分が依存する従来の物体形成技術と区別できる。

既に知られた３次元物体印刷システムの部分は、図４に示されている。その図面に示された図では、カートと称されるプラットフォーム１４は、印刷ステーション２６のような印刷ステーション間でプロセス方向Ｐにカートを移動させることができるように、トラックレール２２に乗っかるように構成されている。印刷ステーション２６は、図に示すように４つの噴出ヘッド３０を含むが、４つより少ないまたは４つより多い噴出ヘッドを印刷ステーションで使用することもできる。カート１４が印刷ステーション２６に到達すると、カート１４は、精密レール３８に移行する。精密レール３８は、噴出ヘッド３０の真下へのカート１４の正確な配置および操縦を保証する手助けをするように、厳しい精度の範囲内で製造された円筒状のレール部分である。リニア電気モータは、ハウジング４２の内部に設けられている。これらのモータは、ステーション間でトラックレール２２に沿ってカートを移動させステーション２６の内部でレール３８にカートを移動させるために、カート１４の下端に連結されたマグネット４６と相互作用する電磁場を作り出す。カート１４が印刷ステーション２６の真下に位置すると、プリントヘッドは、カートの動きと同期して材料を噴出するように作動する。（図示していない）付加的なモータは、プリントヘッドによって噴出される材料の層によって物体を形成するために、印刷ステーション２６を垂直に、かつＸ−Ｙ平面でカートの上を移動する。代案として、機構は、カートの上に物体を形成できるように、カート１４を垂直に、かつＸ−Ｙ平面で移動させるように設けることができる。印刷ステーションによって実行される印刷が終了すると、カート１４は、別の部分の形成のために、または層硬化または他の処理のために、レール２２に沿って別の印刷ステーションに移動する。

レール３８上のカート１４の端部の図は、図３に示されている。印刷ステーション２６では、カート１４のベアリング３４は、カート１４上でのビルドプラテンの正確な位置決めを容易にする配置で精密レール３８上に配置されている。詳細には、一対のベアリング３４は、カート１４の４つの自由度を除去するために、レール３８の１つの上で互いに直角に配置され、一方では、残りのベアリング３４は、もう１つの自由度を除去するために、残りのレール３８の上に載っている。上述したように、ハウジング４２のリニアモータは、ハウジング４２の上面５０の上でカート１４を移動させるために、ハウジング４２の内部に配置されたマグネットと相互作用するように作動する。ハウジングのモータとマグネット４６との間の重力および磁力により、レール３８と接するベアリング３４が保持される。

３次元の付加的なプロセスは、多層にする方法でプリンタで実行される。層を形成するようにプリントヘッドの噴出部を作動させるために、３次元のラスタープロセッサは、作成される部分の３次元データのファイルを受信する。これらの３次元の部分のデータは、例えば、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ファイルに含むことができる。プロセッサは、部分を形成するそれぞれの層に対応するデータを含むラスターデータファイルを作り出すためにこれらのデータを使用する。プリントヘッドドライバは、ラスターデータファイルを受信し、部分を多層に形成するために、支持プラテンの上への建造物および支持材料を噴出するためのプリントヘッドの噴出部を作動させるために使用される画素化したデータを作り出す。プリントヘッドドライバおよびプリンタコントローラは、プリントヘッドの噴出部の作動とプラテンおよびプリントヘッドの移動を連係させるために、信号を発生させる。

部分の印刷中に層を形成する間、噴出ヘッドの噴出部が、正常に動作しないことがある。正常に動作しない噴出部は、その意図された進路以外の方向に材料の滴を噴出するか、期待されるものよりも小さい滴を噴出するか、または材料の滴を全く噴出できないものを含む。正常に動作しない噴出部を検出する技術が知られている。材料の滴の欠如、または材料の滴の大きさの誤配置または減少が修正されない場合、部分は、部分を廃棄させるほど十分に悪影響が及ぼされることがある。部分の印刷が数時間かかることがあるので、その作成後の部分の廃棄がシステムの処理量を大幅に減少させる。それゆえに、滴の位置での材料の塊の欠如または目減りに対する補正が有益である。

プリンタは、欠落した、またはサイズが減少した材料の滴を補正するように構成されている。プリンタは、材料を噴出するように構成された複数の噴出部を有する少なくとも１つの噴出ヘッドと、少なくとも１つの噴出ヘッドを通り過ぎてプロセス方向に移動し、印刷領域で少なくとも１つの噴出ヘッドによって噴出される材料を受け取るように構成されたプラットフォームと、少なくとも１つの噴出ヘッドによって噴出される材料で形成された部分の最上層の測定結果を作り出すように構成されたセンサと、センサおよび少なくとも１つの噴出ヘッドに操作可能に連結されたコントローラとを含む。コントローラは、部分の層を形成するために少なくとも１つの噴出ヘッドを作動させ、部分の最上層で材料の欠落した滴を検出し、材料の欠落した滴が検出された最上層の位置に噴出部が材料を噴出できるように、噴出ヘッドの下にカートを移動させるための信号を発生させるように構成されている。

プリンタを作動させるための方法は、欠落した、またはサイズが減少した材料の滴の補正を手助けする。本方法は、少なくとも１つの噴出ヘッドを通り過ぎてプロセス方向に移動するカートのプラットフォームの上に、部分の層を形成するために、コントローラによって少なくとも１つの噴出ヘッドを作動させることと、部分の最上層の材料の滴がないことを検出するセンサから測定データを受信するコントローラにより検出することと、材料の欠落した滴が検出された最上層の位置に噴出部が材料を噴出できるように、少なくとも１つの噴出ヘッドの下にカートを移動させるための信号を発生させることとを含む。

欠落した、またはサイズが減少した材料の滴の補正を手助けするプリンタの前述の態様および他の特徴は、添付図面に関連させて以下で説明される。

欠落した、またはサイズが減少した材料の滴を補正するための３次元印刷システムを作動させるシステムのブロック図である。 欠落した、またはサイズが減少した材料の滴を補正するための３次元印刷システムを作動させるシステムのフローチャートである。 先行技術の３次元印刷システムの透視端面図である。 図３の先行技術の３次元印刷システムの前側斜視図である。

システムおよび方法の詳細だけでなく、ここで開示されたシステムおよび方法の周囲も全般的に理解するために、図面に対して参照がなされる。図面において、同様の参照符号が同様の要素に付されている。

図１を参照すると、３次元印刷システムは、ハウジング４２から延びるトラックレール２２に乗っかるように構成されたプラットフォームまたはカート１４を含む。ハウジング４２のモータの、カート１４の底部に装着されたマグネットとの相互作用により、プラットフォームを、印刷ステーション２６のような印刷ステーション間でプロセス方向Ｐのレール２２上で移動させることができる。印刷ステーション２６は、カート１４のプラットフォームの表面に３次元物体を形成するために、材料を噴出するように構成された４つの噴出ヘッド３０を含む。４つの噴出ヘッドが示されているが、他の実施形態では、４つより少ないまたは４つより多い噴出ヘッドが印刷ステーションで使用される。

印刷ステーション２６では、カート１４は、精密レール３８に移行する。精密レール３８は、互いに概ね平行であり、印刷ステーション２６の噴出ヘッド３０の下方の印刷領域を通って延びている。ベアリング３４がレール３８上でカートを支持するので、ハウジング４２の（図示していない）電気モータは、カート１４を移動させ続ける。材料の層が部分を形成するためにプラットフォームに蓄積するので、（図示していない）他のモータは、噴出ヘッドをカート１４のプラットフォームに対して垂直に移動させる。しかしながら、噴出ヘッド３０は、カート１４のプラットフォームに平行なＸ−Ｙ平面での移動のために構成されていない。それぞれの噴出ヘッド３０は、カート１４のプラットフォームを覆うのに十分に広いので、Ｘ−Ｙ平面での移動は必要とされていない。Ｘ−Ｙ平面移動の排除は、部分の形成エラーの可能性のある源を除去する。印刷ステーションによって実行される印刷が終了すると、カート１４は図に示すハウジング４２の端部を越えて別のセットのレール２２に移動し、カートは、別の印刷ステーション、層硬化のためのステーション、または他の処理のためのステーションに移動させることができる。

印刷ステーション間でレール２２に沿ってカート１４を移動させるために、かつ印刷ステーションまたは他の処理ステーションの内部で精密レール３８に沿ってカート１４を移動させるために、電磁場およびマグネットの相互作用ができるように、ハウジングの内部の（図示していない）リニア電気モータは、ハウジング４２に近いカート１４の下側ハウジングの内部の（図示していない）マグネットと相互作用する電磁場を作り出す。

続いて図１を参照すると、コントローラ１００は、噴出ヘッド３０、レーザ測定装置８０、およびハウジング４２の内部のモータのそれぞれに操作可能に連結されている。コントローラ１００は、部分を形成するために、部分のデジタルのイメージデータを参照して、カート１４のプラットフォームの上に材料を噴出するために噴出ヘッド３０を作動させる。カート１４が、部分の層の形成のために、噴出ヘッド３０を通り過ぎて移動した後、センサ８０は、部分の最上面の測定結果を作り出す。コントローラ１００は、これらの測定データを、噴出ヘッド３０を作動させるために使用されるデータと比較し、層が正確に形成されたかどうかを決定する。コントローラ１００が、材料の滴が噴出されなかったことを検出した場合、コントローラは、噴出ヘッド３０の１つの噴出部が正常に動作していないということを決定する。コントローラ１００は、図に示すプロセス方向Ｐで正常に動作しない噴出部と一直線になっている噴出部を有する噴出ヘッド３０の１つの真下にカートを後退させるために、ハウジング４２のモータを作動させる信号を発生させる。この噴出部は、欠落した滴を供給するために、コントローラ１００によって作動される。この手順は、レーザ測定結果から、欠落したものとして検出されたそれぞれの滴に対して繰り返される。コントローラ１００は、前に述べたように、レーザ測定結果を使用して確認される別の層の印刷のために噴出ヘッドの下の領域にカートを戻すために、ハウジング４２のモータを作動させることができる。ステーション２６で印刷される層の全てが印刷されると、コントローラ１００は、別のコントローラがカートを移動させる隣の印刷ステーションまたは処理ステーションにカートを移動させる。

プリンタを作動させるための方法は、図２に示されている。本方法の説明において、データを操作するために、またはプリンタの１以上の構成要素を作動させるために、コントローラまたはプロセッサに操作可能に連結された持続性コンピュータ読み出し可能記憶媒体に記憶されたプログラムされた指示を実行するコントローラまたは汎用プロセッサが、タスクまたはファンクションを実行するために、本方法がいくつかのタスクまたはファンクションを実行する命令文を参照する。上述したコントローラ１００は、前記のコントローラまたはプロセッサで存在することができる。代案として、コントローラは、１つ以上のプロセッサにより実行することができ、それぞれがここで説明された１つ以上のタスクまたはファンクションを形成するように構成された、電気回路および構成要素を関連付けることができる。

プロセス２００は、部分を形成するために、部分のデジタルのイメージデータを参照して、カート１４のプラットフォームの上に材料を噴出するために、噴出ヘッド３０を作動させるコントローラ１００から始まる（ブロック２０４）。カート１４が、部分の層の形成のために、噴出ヘッド３０を通り過ぎて移動した後、センサ８０は、部分の最上面の測定結果を作り出し、コントローラに送信する（ブロック２０８）。コントローラ１００は、これらの測定データを、噴出ヘッド３０を作動させるために使用されるデータと比較し、層が正確に形成されたかどうかを決定する。コントローラ１００が、材料の滴が噴出されなかったことを検出した場合、コントローラは、噴出ヘッド３０の１つの噴出部が正常に動作していないということを決定する。コントローラ１００は、図に示すプロセス方向Ｐで正常に動作しない噴出部と一直線になっている噴出部を有する噴出ヘッド３０の１つの真下にカートを後退させるために、ハウジング４２のモータを作動させる信号を発生させる（ブロック２１２）。この噴出部は、欠落した滴を供給するために、コントローラ１００によって作動される（ブロック２１６）。この手順は、レーザ測定結果から、欠落したものとして検出されたそれぞれの滴に対して繰り返される（ブロック２２０）。コントローラ１００は、前に述べたように、レーザ測定結果を使用して確認される（ブロック２１２）、別の層の印刷のために噴出ヘッドの下の領域にカートを戻すためにハウジング４２のモータを作動させることができる（ブロック２２４）。ステーション２６で印刷される層の全てが印刷されると、コントローラ１００は、別のコントローラがカートを移動させる隣の印刷ステーションまたは処理ステーションにカートを移動させる（ブロック２３２）。

Claims (4)

1. 材料を噴出するように構成された複数の噴出部を有する少なくとも１つの噴出ヘッドと、
   前記少なくとも１つの噴出ヘッドを通り過ぎてプロセス方向に移動し、前記少なくとも１つの噴出ヘッドによって噴出される前記材料を受け取るように構成されたプラットフォームと、
   前記少なくとも１つの噴出ヘッドによって噴出される前記材料で形成された部分の最上層の測定結果を作り出すように構成されたセンサと、
   前記センサおよび前記少なくとも１つの噴出ヘッドに操作可能に連結されたコントローラとを備え、
   前記コントローラは、
   前記部分の複数の層を形成するために前記少なくとも１つの噴出ヘッドの前記複数の噴出部を作動させ、
   前記複数の層の前記最上層の測定結果を、前記センサから前記部分の完成前に受信し、
   少なくとも１つの材料の滴が欠落した、前記部分の前記複数の層の前記最上層の位置を検出し、前記位置は、前記コントローラにより前記センサから受信される、前記部分の前記複数の層の前記最上層の前記測定結果を参照して検出され、
   少なくとも１つの材料の滴が欠落した、前記部分の前記最上層の前記位置に対応する、前記少なくとも１つの噴出ヘッドの噴出部を特定し、
   前記少なくとも１つの噴出ヘッドを作動して前記部分の別の複数の層を形成する前に、少なくとも１つの材料の滴が欠落した滴として検出された前記最上層の前記位置に、前記特定された噴出部のうちの１つ以外の、前記少なくとも１つの噴出ヘッドの前記噴出部が少なくとも１つの材料の滴を噴出できるように、前記噴出ヘッドの下に前記プラットフォームを移動させるための信号を発生させるように構成されており、
   前記発生させた信号は、前記プロセス方向と反対方向に前記プラットフォームを移動させるために、前記プラットフォームと関連付けられたマグネットと相互作用するように電磁場を作り出すためにモータを作動させる、プリンタ。
2. 前記センサはレーザ測定センサである、請求項１に記載のプリンタ。
3. 前記少なくとも１つの噴出ヘッドは、
   複数の噴出ヘッドと、
   前記複数の噴出ヘッドのそれぞれの噴出ヘッドに操作可能に連結された前記コントローラであって、
   前記部分の前記複数の層の一部分を形成するために、前記複数の噴出ヘッドのそれぞれの噴出ヘッドを作動させ、
   少なくとも１つの材料の滴が欠落した滴として検出された前記最上層の前記１つの位置に少なくとも１つの材料の滴を噴出できるように、少なくとも１つの材料の滴が欠落した滴として検出された位置のうちの１つに少なくとも１つの材料の滴を噴出し損ねた前記特定された噴出部のうちの１つを有する前記噴出ヘッド以外の、前記複数の噴出ヘッドのうちの１つの噴出ヘッドの下に前記プラットフォームを移動させるための信号を発生させるようにさらに構成されたコントローラと
   をさらに備える、請求項１に記載のプリンタ。
4. 前記コントローラは、
   前記センサから受信した前記測定結果を、前記少なくとも１つの噴出ヘッドを作動して前記部分の前記複数の層を形成するために前記コントローラにより使用されるデータと比較し、
   前記少なくとも１つの噴出ヘッドを作動させるために使用される前記データを用いて前記コントローラにより行われる比較結果を参照して、少なくとも１つの材料の滴が欠落している前記位置を検出するようにさらに構成された、請求項１に記載のプリンタ。

Images