特許 6872628 インクジェットベースの三次元プリントシステムを較正する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6872628

(24)【登録日】2021年4月21日

(45)【発行日】2021年5月19日

(54)【発明の名称】インクジェットベースの三次元プリントシステムを較正する方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/165 20170101AFI20210510BHJP

   B29C 64/209 20170101ALI20210510BHJP

   B29C 64/218 20170101ALI20210510BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20210510BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20210510BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20210510BHJP

【ＦＩ】

   B29C64/165

   B29C64/209

   B29C64/218

   B29C64/393

   B33Y30/00

   B33Y50/02

【請求項の数】11

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2019-548734(P2019-548734)

(86)(22)【出願日】2018年3月14日

(65)【公表番号】特表2020-511336(P2020-511336A)

(43)【公表日】2020年4月16日

(86)【国際出願番号】US2018022333

(87)【国際公開番号】WO2018170058

(87)【国際公開日】20180920

【審査請求日】2019年10月28日

(31)【優先権主張番号】62/472,749

(32)【優先日】2017年3月17日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】597013711

【氏名又は名称】スリーディー システムズ インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100139723

【弁理士】

【氏名又は名称】樋口 洋

(72)【発明者】

【氏名】パーカー，マーク レイモンド

【審査官】 ▲高▼橋 理絵

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−１８１９４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１５１１０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１３５５９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｃ ６４／００−６４／４０

Ｂ３３Ｙ １０／００−９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

製造対象の三次元物体を製作するための三次元プリントシステムであって、
構築平面を支持するためのエレベータ機構；
走査軸に沿って前記構築平面に関してプリントヘッドを走査するよう構成されるプリントヘッドアセンブリ；
前記構築平面に関して前記プリントヘッドアセンブリを走査するための移動機構；および
コントローラ、
を備え、
前記プリントヘッドアセンブリが、前記プリントヘッドおよび前記走査軸に沿って配置されるプラナライザを備え、それにより、前記プラナライザは走査中に前記プリントヘッドを導くまたはプリントヘッドを追随し、前記プリントヘッドは射出面を含み、前記プラナライザは、軌道高さＨ_Ｔだけ前記射出面から下方にオフセットされる平坦化平面を画定し、
前記コントローラは、
（ａ）前記プリントヘッドおよび前記移動機構を動作し、前記構築平面上に１つ以上のインクのベース層を射出する工程であって、少なくとも前記プラナライザが前記ベース層に係合し始めるまで固定された高さに前記構築平面が位置する間に前記ベース層がプリントされる、工程、
（ｂ）前記構築平面を増分的に下降させる間に、位置決め決定ができるまで１つ以上のテストパターンの層を前記ベース層上にプリントする工程であって、前記テストパターンが異なるタイミング値を含み、タイミング値は、ノズルが液滴を射出して前記テストパターンのパターンセグメントを形成し始める開始時間である、工程、
（ｃ）前記テストパターンに基づいて情報を受け取る工程、および
（ｄ）システムタイミングパラメータをアップデートし、前記三次元プリントシステムを前記走査軸に沿ってより正確に位置合わせする工程、
を行うように構成される、
ことを特徴とする三次元プリントシステム。

【請求項2】

前記プリントヘッドが、６０℃より低い温度で固体であり高温で液体状態で射出される相変化インクを射出するよう構成されることを特徴とする、請求項１に記載の三次元プリントシステム。

【請求項3】

前記プリントヘッドが、支持材料を射出するための第１のプリントヘッドおよび製造対象の三次元物体を形成するための構築材料を射出するための第２のプリントヘッドを含む２つのプリントヘッドを含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の三次元プリントシステム。

【請求項4】

前記プリントヘッドが、相変化インクを射出する第１のプリントヘッドおよび紫外線硬化インクを射出する第２のプリントヘッドを含む複数のプリントヘッドを含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の三次元プリントシステム。

【請求項5】

前記複数のベース層が、少なくとも２００マイクロメートルの厚さを有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の三次元プリントシステム。

【請求項6】

前記複数のベース層が、約４００〜６００マイクロメートルの範囲の厚さを有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の三次元プリントシステム。

【請求項7】

前記ベース層が、相変化インクから形成される支持部分を画定することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の三次元プリントシステム。

【請求項8】

前記ベース層が、前記支持部分の上にプリントされた複数の前記テストパターンの層を含むことを特徴とする、請求項７に記載の三次元プリントシステム。

【請求項9】

前記ベース層が、少なくとも約２０層のインクを含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の三次元プリントシステム。

【請求項10】

前記ベース層および前記テストパターン層の組合せが、少なくとも約５０層のインクを含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の三次元プリントシステム。

【請求項11】

前記テストパターンについて受け取られた情報が、ユーザインターフェースを介して手動で受け取られることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の三次元プリントシステム。

【発明の詳細な説明】

【関連出願の相互参照】

【0001】

この非仮特許出願は、Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９（ｅ）の下でここに参照することによって援用される、２０１７年３月１７日出願のＭａｒｋ Ｒａｙｍｏｎｄ Ｐａｒｋｅｒによる「ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＣＡＬＩＢＲＡＴＩＮＧ ＡＮ ＩＮＫＪＥＴ ＢＡＳＥＤ ＴＨＲＥＥ ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬ ＰＲＩＮＴＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ」と題された米国仮特許出願第６２／４７２，７４９号に対する優先権を主張する。

【技術分野】

【0002】

本開示は、インクジェットプリントヘッドからの材料の選択的堆積から製造対象の固体三次元（３Ｄ）物体を製作する装置および方法に関する。より詳細には、本開示は、相変化インクおよび光硬化可能インクと共に使用するのに適切なプリントシステムを正確に較正する装置および方法に関する。

【背景技術】

【0003】

三次元（３Ｄ）プリントシステムは、例えばプロトタイプおよび製造の目的で使用が急増している。３Ｄプリンタの１つのタイプは、材料を選択的に堆積するためにインクジェットプリントヘッドを利用し、製造対象の三次元（３Ｄ）物体を形成する。プリントヘッドは、「走査軸」に沿って走査し、製造対象の三次元（３Ｄ）物体を累積的に画定する層を選択的にかつ反復的に形成する。いくつかの実施形態において、各層はＵＶ硬化可能である。他の実施形態において、相変化インクが使用される。当該技術において知られるように、「インク」なる用語は、構築材料および支持材料の両方を含む。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

相変化インクは通常、ワックス材料を含む。相変化インクは、室温または約２５℃で固体である。これらのインクは、プリントシステムにおいて高温で処理され、プリントヘッドへのインクの提供および射出を容易にする。衝撃により固まるので、これらのインクは、分配後に所定の横方向の境界から流れる傾向はない。したがって、正確な横方向の臨界寸法が可能となる。しかしながら、プリント中に凹凸のあるまたは粗い表面を形成する傾向を含むいくつかの課題を有する。

【0005】

また、相変化インクによってより正確な横方向の位置付けが可能となる一方で、横方向の分配のエラーが生じるとより「寛大（forgiving）」ではなくなる。これは、相変化ではないインクが流れて広がり、液滴配置エラーを打ち消すからである。したがって、相変化インクについて正確な配置を達成することは、室温で液体である他の種類のインクについてよりも重要である。垂直方向に関する平面性および横方向における正確性を達成する全般的な解決が必要である。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の第１の態様において、三次元プリントシステムは、構築平面を支持するためのエレベータ機構、プリントヘッドアセンブリ、移動機構、およびコントローラを備える。プリントヘッドアセンブリは、プリントヘッドおよび走査軸に沿って配置されるプラナライザ（planarizer）を備える。プリントヘッドアセンブリは、構築平面に関し、走査軸に沿って移動するように構成され、これにより、プラナライザが走査に沿ってプリントヘッドを導くまたはプリントヘッドを追随する。プリントヘッドは、下方を向く射出面を含む。プラナライザは、軌道高さＨ_Ｔだけ射出面から下方にオフセットされる平坦化平面を画定する。移動機構は、構築平面に亘ってプリントヘッドを走査するためのものである。コントローラは、以下の工程を行うように構成される：（ａ）構築平面上に１つ以上のインクのベース層をプリントする工程、（ｂ）位置決め決定ができるまでベース層上に１つ以上のテストパターンの層をプリントする工程であって、テストパターンが異なるタイミング値を含む、工程、および（ｃ）情報を受け取り、上記決定に基づいて走査軸タイミングパラメータをアップデートする工程。

【0007】

１つの実装形態において、コントローラは、情報記憶装置に接続されたプロセッサを含む。情報記憶装置は、不揮発性のまたは非一時的な記憶装置を含んでおり、その非一時的なまたは不揮発性の記憶装置は、プロセッサにより実行される際に、製造対象の三次元物体の形成中および較正プロセス中に、エレベータ機構、プリントヘッドアセンブリ、移動機構、および三次元プリントシステムの他の部分を制御する命令を記憶している。コントローラは、１つの場所にあるものであってもよいし、プリントシステム内の複数の場所に分散させられたものであってもよい。１つの実施形態において、コントローラは、プリントエンジンの外部にある外部コントローラおよびプリントエンジンの内部にある内部コントローラを備える。

【0008】

別の実装形態において、プリントヘッドは、２５℃で固体であり高温で液体状態で射出される相変化インクを射出するよう構成される。相変化インクは、６０〜１４０℃の範囲または８０〜１００℃の範囲内の融点を有しうる。相変化インクは、異なる融点を有する複数の成分を含んでもよく、したがって、特定のまたは明確な融点を示さないかもしれない。三次元プリントシステムは、プリントヘッドへ提供する前にインクを加熱および溶融するインク供給システムを含む。相変化インクは、相変化特性を提供するワックス成分を含んでもよい。

【0009】

さらに別の実装形態において、プリントヘッドは、構築材料および支持材料を含む２つの異なる相変化インクを射出する。いずれの相変化インクも、２５℃または室温で固体である。構築材料は、支持材料よりも高い融点を有する。インクの融点は、およそ６０〜１４０℃の範囲または８０〜１００℃の範囲内でよい。

【0010】

さらなる実装形態において、プリントヘッドは、構築材料および支持材料を含む２つの異なるインクを射出する。構築材料は、紫外線（ＵＶ）硬化インクである。支持材料は、２５℃で固体であり、６０〜１４０℃の範囲または８０〜１００℃の範囲内でありうる高温で融点を有する、相変化インクである。

【0011】

さらなる実装形態において、プリントヘッドアセンブリは、複数の異なるインクをプリントする複数の異なるプリントヘッドを含む。複数の異なるインクは、１つ以上の相変化インクおよびＵＶ硬化インクを含みうる。プリントヘッドアセンブリは、単一のプラナライザまたは複数のプラナライザまたは各プリントヘッドについて１つのプラナライザを含みうる。

【0012】

別の実装形態において、工程（ａ）に従って、エレベータ機構が固定された垂直位置に構築平面を維持する間に、コントローラがベース層をプリントするよう構成される。平坦化平面がベース層により画定されるインクの上面に近接するまで、または、プラナライザがベース層を平坦化し始めるまで、ベース層がプリントされる。次いで、工程（ｂ）に従って、コントローラは、テストパターンの各層をプリントした後に構築平面を増分的に下降させ始める。

【0013】

本開示の第２の態様において、三次元プリントシステムは、構築平面を支持するためのエレベータ機構、プリントヘッドアセンブリ、移動機構、およびコントローラを備える。プリントヘッドアセンブリは、プリントヘッドおよび走査軸に沿って配置されるプラナライザを備える。移動機構は、プリントヘッドと走査軸に沿った構築平面との間に相対運動を与えるよう構成され、それによりプラナライザは走査に沿ってプリントヘッドを導くまたはプリントヘッドを追随する。プリントヘッドは、下方を向く射出面を含む。プラナライザは、軌道高さＨ_Ｔだけ射出面から下方にオフセットされる平坦化平面を画定する。移動機構は、構築平面に亘ってプリントヘッドを走査するためのものである。コントローラは、以下の工程を行うように構成される：（ａ）プリントヘッドおよび移動機構を動作し、インクのベース層の累積的厚さがベース高さＨ_Ｂに達しそれによりプラナライザがインクの層にかみ合い始めるまたはプラナライザがベース層の上面に近接するまで、固定された垂直高さに構築平面を維持する間に構築平面上に複数のインクベース層を射出する工程、（ｂ）テストパターンの層をベース層上にプリントする工程、（ｃ）層厚さだけベースを増分的に下降させる工程、（ｄ）位置決め決定ができるまで複数のテストパターン層について工程ｂおよびｃを繰り返す工程、（ｅ）テストパターンに基づいて情報を受け取る工程、および（ｆ）機械のタイミングパラメータをアップデートし、走査軸に沿って三次元プリントシステムをより正確に位置決めする工程。

【0014】

１つの実装形態において、ベース高さＨ_Ｂは少なくとも２００マイクロメートルである。第１の実施形態において、ベース高さＨ_Ｂは少なくとも３００マイクロメートルである。第２の実施形態において、ベース高さＨ_Ｂは少なくとも４００マイクロメートルである。第３の実施形態において、ベース高さＨ_Ｂは約４００〜６００マイクロメートルの範囲内である。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】例示的な三次元プリントシステムを示す概略ブロック図

【図2】例示的な三次元プリントシステムの等角図

【図3】プリントヘッドアセンブリ内の部品の配置を示す説明図

【図4】三次元プリントシステムの例示的な部分の断面図

【図5】プリントヘッドから射出されたインク液滴の軌道を示す説明図

【図6】三次元プリントシステム内で寸法制御を提供するための例示的な方法を示すフローチャート

【図7】三次元プリントシステムのための走査軸軌道較正を提供するためのテストパターンの例示的部分を示す図

【図8】図７のテストパターンの断面図

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１は、例示的なプリントシステム２の概略ブロック図である。図２は、部品の例示的な物理的配置を示す、プリントシステム２の等角図である。プリントシステム２を説明するに際し、互いに直交する軸Ｘ、ＹおよびＺが使用される。軸ＸおよびＹは、「横方向」または「水平方向」軸と称され、Ｚは「垂直方向」軸として記載される。しかしながら、Ｚは、重力の基準と必ずしも完全に位置合わせされないことが理解されるべきである。また、Ｘは「走査」軸を指し、Ｙは「横」軸を指す。方向＋Ｚは全体的に「上に向かう」方向であり、方向−Ｚは全体的に「下に向かう」方向である。

【0017】

プリントシステム２は、構築平面４を支持し、位置合わせし、垂直方向に位置づけるためのエレベータ機構６を備える。構築平面４は通常、アルミニウムのような剛体材料から形成され、その上に製造対象の三次元（３Ｄ）物体が形成される上面を含む。正確な位置決め公差および寸法公差が達成できるように、剛性が重要である。エレベータ機構６は、垂直軸Ｚに沿って構築平面４を制御可能に位置づけるよう構成される。

【0018】

プリントシステム２は、移動機構１０によって支持され横方向に移動されるプリントヘッドアセンブリ８を備える。移動機構１０は、プリントヘッドアセンブリ８が構築平面４上にインクの液滴を選択的に堆積して製造対象の三次元（３Ｄ）物体の層を形成する際に、走査軸Ｘに沿ってプリントヘッドアセンブリ８を移動するように構成される。代替的な実施形態において、構築平面は、構築平面を横方向に移動する移動機構に取り付けられ、プリントヘッドアセンブリは、構築平面に関してプリントヘッドアセンブリを垂直に位置づけるためのエレベータ機構に取り付けられる。本発明のさらなる実施形態は、Ｘ、ＹおよびＺ軸における構築平面に関してプリントヘッドアセンブリを移動させるための代替的な機構を含む。

【0019】

プリントヘッドアセンブリ８は、インク経路１４を介してインク供給源１２からインクを受け取る。例示的な実施形態において、インク経路１４は、加熱された管を含み、これは、インク供給源１２からプリントヘッドアセンブリ８まで相変化インクを搬送する。コントローラ１６は、製造対象の三次元（３Ｄ）物体をプリントするためかつ以下で説明される較正方法中、プリントシステム２を動作するよう構成される。

【0020】

図２に示されるように、プリントシステム２は、プリントヘッドアセンブリ８を含むさまざまの部品を支持するシャーシ１８を含む。プリントヘッドアセンブリは、走査軸Ｘに沿って走査を行い、横軸Ｙに沿って配置されるノズルのアレイを含む。ノズルは、整数の順序で軸Ｙに沿う位置に対して番号をつけられてもよい。そのような実施形態において、番号は、位置に対して偶数の整数と奇数の整数とで交互である。偶数の整数により示されるノズルは「偶数ノズル」と称され、奇数の整数により示されるノズルは「奇数ノズル」と称されてもよい。この決まりは、以下の議論で利用される。

【0021】

図３は、走査軸に沿った例示的なプリントヘッドアセンブリ８を概略的に示す。Ｘに沿って配置されるプリントヘッドアセンブリ８は、２つのＵＶランプ２０、２つのファン２２、プラナライザローラ２４、およびプリントヘッド２６を備える。プリントヘッド２６は、下面２８を有する。プラナライザローラ２４は、平坦化平面３０を超えて伸長する材料に衝突してそれを平坦化する。垂直距離Ｈ_Ｔは、下面２８と平坦化平面３０との間に伸長する。垂直距離Ｈ_Ｔは、以下に説明されるように、「軌道高さ」Ｈ_Ｔと称される。

【0022】

プリントヘッド２６は、異なるインクをプリントするための異なるグループのノズルを含みうる。これらのインクのいくつかがＵＶ硬化（紫外線で硬化可能）である場合、ＵＶランプ２０を動作してインクを硬化できる。いくつかの実施形態において、プリントシステム２はＵＶ硬化インクを使用せず、ＵＶランプ２０は必要ではない。

【0023】

図３は、１つのプリントヘッド２６および１つのプラナライザローラ２４を有するプリントヘッドアセンブリ８を示す。１つの代替的な実施形態において、プリントヘッドアセンブリ８は、複数のプリントヘッド２６および１つのプラナライザローラ２４を含んでもよい。別の代替的な実施形態において、プリントヘッドアセンブリ８は、複数のプリントヘッド２６および各プリントヘッド２６について別個のプラナライザローラ２４を含んでもよい。

【0024】

図４は、構築平面４、プラナライザ２４、プリントヘッド２６、および他の部品を含むプリントシステム２の例示的な部分の断面図である。プラナライザ２４が構築平面４に直接衝突することは所望でない。平坦化平面３０は、プラナライザが構築平面４に「衝突（crash）」しないことを確保しながら、最小限とされる構築平面４の上面３２を超える垂直距離Ｈ_Ｂに最初は位置する。

【0025】

正確な臨界寸法を達成するための重要なパラメータは、プリントヘッド２６の下面２８と、その上にプリントヘッド２６からの射出されたインク液滴が落ちる上面３４との間の垂直液滴軌道距離Ｈである。図５は、減少（reducing）Ｈの効果を有するいくつかのすでにプリントされたインク３６の頂部としての上面３４を示す。この説明のための図面において、プリントヘッド２６は、水平方向の速度成分Ｖ_Ｘで左右に移動する。プリントヘッド２６は、プリントヘッドが静止している間に垂直速度Ｖ_Ｚで液滴を射出するよう構成される。しかしながら、プリントヘッドが移動すると、液滴もまた水平方向の速度成分Ｖ_Ｘを有する。プリントヘッド面２８から表面３４までの飛行中に、液滴は、およそＨ倍（Ｖ_Ｘ÷Ｖ_Ｚ）に等しい走査方向オフセットを受け取る。プリントが両方向で行われる場合、＋Ｘ走査と−Ｘ走査との間の水平方向オフセットが２倍になる。

【0026】

ＨおよびＶ_Ｚがいずれも正確に分かる場合、水平方向オフセットは、液滴を発射するタイミングを調整することにより容易に補正される。しかしながら、機械公差により、Ｈは概して正確に分からない。さらに、Ｖ_Ｚもまた正確に分からない。プリントシステム２が上面３２上にプリントを開始すると、Ｈの値はＨ_ＢプラスＨ_Ｔに等しくなる。後に、プリントされたインク３６が蓄積されると、プラナライザ２４の効果によってＨの値はＨ_Ｔの値に安定する。

【0027】

図６は、プリントシステム２において製造対象の３Ｄ物体をプリントするための寸法制御を提供する方法４０を示すフローチャートである。工程４２に従って、きれいな構築平面４が三次元プリントシステム２内に配置され、エレベータ機構６と位置合わせされ係合される。

【0028】

工程４４に従って、エレベータ機構６が構築平面を固定された垂直高さに維持する間に、支持部分６０（図８参照）が構築平面４の上面３２上にプリントされる。支持部分６０は、１つ以上の支持材料のプリントされた層から形成される。１つの実施形態において、支持部分６０は、支持材料の６つの層のプリントにより形成される。

【0029】

本発明の特定の実施形態において、テストパターンが分析され、テストパターン内のギャップおよび／またはオーバーラップを視覚的に比較することにより、もしあれば、システム走査軸タイミングパラメータにどのようなアップデートが必要かを特定する。ギャップおよび／またはオーバーラップの改良された視認性を提供するために、特定の実施形態は、構築平面とテストパターンとの間、および／または、支持部分６０を含む支持材料とテストパターンとの間に、色コントラストを提供する。構築平面が黒色のアルマイト（anodized aluminum）プレートであり支持材料が白色である実施形態において、支持部分６０は、厚さがわずかに数層であり、黒色の表面を可視のままにし、テストパターンの白色の支持材料に対して明確なコントラストを提供する。構築材料が黒色や濃い紫色のような暗色であるさらなる実施形態において、支持部分６０は、暗色の構築材料に対して明確なコントラストを提供するために、上から見ると白色を提供するのに十分な層でもよい。さらなる実施形態において、異なるインクの組合せを利用して、色相、グレースケール、および／または輝度に基づくコントラストを提供する。本発明のさらなる実施形態は、テストパターンの視認性を改良するために、さまざまの厚さ、形状、および／または外観の支持部分を含んでもよい。

【0030】

工程４６に従って、１つ以上のベース層６２（図８参照）が、テストパターンの下にプリントされる。いくつかの実施形態において、エレベータ機構６が構築平面を固定された垂直高さに維持する間に、ベース層６２がプリントされる。したがって、プリントヘッド２６の下面２８および構築平面の上面３２が互いに関して垂直方向に固定されたままである一方で上面３４が「上方に成長する」ので、支持部分４５およびベース層６２のプリントは、減少Ｈの効果を有する。プラナライザ２４がプリントされたインク３６の上面３４に近接する、または接触し始めるまで、ベース層６２がプリントされる。

【0031】

工程４８から５４に従って、テストパターンのセットがプリントされる。本発明の１つの実施形態の１つのそのようなテストパターン６４が、図７に示される。このテストパターンは、液滴射出タイミングの特定の「オフセット」を用いてプリントされ、落下速度の水平方向成分Ｖ_Ｘを補正する。プリントヘッドが左から右へ移動する際に、奇数ノズルを用いて「奇数」パターンがプリントされる。プリントヘッドが右から左へ移動する際に、偶数ノズルを用いて「偶数」パターンがプリントされる。さらなる実施形態は、任意の順序の偶数および奇数ノズルを用いて、同様のまたは代替的なテストパターンをプリントする。プラナライザ２４は、プリントされたインクの上面３４に係合するので、高さＨは常にＨ_Ｔと等しく、これは、プリントヘッド２６の下面２８と平坦化平面３０との間の垂直方向オフセットである。したがって、液滴の走査関連オフセット距離は、層から層まで相対的に固定される。

【0032】

図示される実施形態の工程４８において、テストパターン６４の「奇数６６」部分は、第１のセットの奇数ノズルを用いてプリントされる。プラナライザ２４は、プリントヘッドアセンブリ８が構築平面４に関して横方向に移動するＸ軸に沿った方向に応じて、プリントされた層に係合しうる。工程５０において、テストパターン６４の「偶数６８」部分は、第１のセットの偶数ノズルを用いてプリントされる。プラナライザ２４は、プリントヘッドアセンブリ８が構築平面４に関して横方向に移動するＸ軸に沿った方向に応じて、プリントされた層に係合しうる。

【0033】

工程５２において、テストパターン６４の「奇数７０」部分は、第２のセットの奇数ノズルを用いてプリントされる。プラナライザ２４は、プリントヘッドアセンブリ８が構築平面４に関して横方向に移動するＸ軸に沿った方向に応じて、プリントされた層に係合しうる。工程５４において、テストパターン６４の「偶数７２」部分は、第２のセットの偶数ノズルを用いてプリントされる。プラナライザ２４は、プリントヘッドアセンブリ８が構築平面４に関して横方向に移動するＸ軸に沿った方向に応じて、プリントされた層に係合しうる。工程５５に従って、エレベータ機構６は、単一の層厚さに等しい量だけ、構築平面を増分的に下降させる。

【0034】

テストパターン６４を正確に読み取るのに十分なテストパターン層セグメント７４が生成されるまで、工程４８から５５が繰り返される。テストパターンは、異なるタイミング値で生成される図７に示されるような複数のパターン６４を含んでもよい。タイミング値は、ノズルがパターンセグメント７４を形成するために液滴の射出を開始する開始時間である。タイミング値は調整可能であり、それにより異なるプリントヘッドおよび異なる走査方向のための液滴が位置合わせできる。パターン６４が設計され、それにより、２つのパターンセグメント（例えば、「奇数６６」および「偶数６８」）がギャップまたはオーバーラップなしに互いに対して「突き合わす（butt up）」際に位置合わせが認識される。６６および６８がオーバーラップすると、次いで６８および７０がその間にギャップを示す。したがって、パターン６４の手動観察を用いて、タイミング値が適切に液滴を位置合わせするかを特定できる。複数のテストパターン６４を提供することにより、ユーザまたはマシンビジョンシステムは、ギャップまたはオーバーラップなしにパターン６４を選択することができ、これは、適切なセットのタイミング値に対応する。したがって、工程４８から５４において、複数のテストパターン６４が生成され、異なるタイミング値との比較が提供できる。

【0035】

工程５６に従って、テストパターン６４が分析される。これは、テストパターン６４の奇数および偶数部分の列の間の最小ギャップを有するテストパターン６４を選択することにより手動で行うことができる。あるいは、プリントシステム２に接続されるまたはそれに含まれるビジョンシステムによって自動的に選択を行うことができる。

【0036】

工程５８に従って、分析されたテストパターンを用いて落下タイミングパラメータをアップデートする。これは、プリントシステム２により生じるユーザインタフェースへのインプットにより、または、完全に自動化された態様で行われる。

【0037】

代替的な実施形態において、工程４８から５４に関して説明されるもの以外の別のタイプのテストパターンをプリントしてもよい。この代替的なテストパターンは依然として、プラナライザ２４がプリントされたインクの上面３４に係合し始める前にプリントされるベース層上にプリントされる。ここでも、テストパターンは、ＨがＨ_Ｔに等しい状態でプリントされ、Ｈ_Ｔは、プリントヘッド２６の下面２８と平坦化平面３０との間の垂直報告オフセットである。

【0038】

次に図８の実施形態を参照すると、支持部分６０およびベース層６２は全て、これらはテストパターン６４の下にある層なので、「ベース層」６２と称されてもよい。テストパターン層セグメント７４は、積層してテストパターン６４を形成する。１つの実施形態において、積層して少なくともＨ_Ｂに等しい高さを画定する支持部分６０を含む約２０〜４０のベース層６２が存在する。この実施形態において、テストパターン６４は、少なくとも３０のテストパターン層７４を含んでもよい。例示的な実施形態において、ベース層６２（支持部分６０を含む）およびテストパターン層の組合せは、合計約１００〜１１０層を含む。さらなる実施形態は、構築時間および材料消費を低減するためにより少ない層を画定しうるが、テストパターンを正確に分析する能力が低減するかもしれない。さらなる実施形態は、テストパターンを正確に分析する能力を改良するために追加の層を画定しうるが、テスト方法を必要としより多くの時間を費やしより多くの材料を消費しうる。

【0039】

ベース層６２の支持部分６０は、残りのベース層６２およびテストパターン６４の完全に下にある。支持部分６０が相変化インクから形成される際に、構築平面４を冷却することによりインクを素早く容易に除去できることが発見された。これは、構築平面４の便利な洗浄および再利用に重要である。

【0040】

図８は単一の材料についての単一のテストパターン６４のみを示すが、本発明のさらなる実施形態は、追加の材料、例えば、支持材料、複数の異なる構築材料、および／または複数の異なる着色材料についての追加のテストパターンを含む。そのような追加のテストパターンは、単一のテスト方法中に含まれる、または、構築平面の面積に関して必要とされるテストパターンの数およびサイズに応じて個々にまたは一組で行われてもよい。

【0041】

いくつかの実施形態において、テストパターン６４は全て、落下タイミングを最適化するために比較できる結果を有するように互いに近接してプリントされる。他の実施形態において、１つ以上のテストパターン６４は、パターン位置合わせにおけるプリント位置の効果を特徴付けるために、構築平面４に亘って異なる位置で繰り返されてもよい。

【0042】

上記で説明した具体的な実施形態およびそのアプリケーションは、専ら説明目的のためのものであり、特許請求の範囲により包含される変更形態およびバリエーションを、除外するものではない。
他の実施形態
１． 製造対象の三次元物体を製作するための三次元プリントシステムであって、
構築平面を支持するためのエレベータ機構；
走査軸に沿って前記構築平面に関してプリントヘッドを走査するよう構成されるプリントヘッドアセンブリ；
前記構築平面に関して前記プリントヘッドアセンブリを走査するための移動機構；および
コントローラ、
を備え、
前記プリントヘッドアセンブリが、前記プリントヘッドおよび前記走査軸に沿って配置されるプラナライザを備え、それにより、前記プラナライザは走査中に前記プリントヘッドを導くまたはプリントヘッドを追随し、前記プリントヘッドは射出面を含み、前記プラナライザは、軌道高さＨ_Ｔだけ前記射出面から下方にオフセットされる平坦化平面を画定し、
前記コントローラは、
（ａ）前記プリントヘッドおよび前記移動機構を動作し、前記構築平面上に１つ以上のインクのベース層を射出する工程、
（ｂ）位置決め決定ができるまで１つ以上のテストパターンの層を前記ベース層上にプリントする工程であって、前記テストパターンが異なるタイミング値を含む、工程、
（ｃ）前記テストパターンに基づいて情報を受け取る工程、および
（ｄ）システムタイミングパラメータをアップデートし、前記三次元プリントシステムを前記走査軸に沿ってより正確に位置合わせする工程、
を行うように構成される、
ことを特徴とする三次元プリントシステム。
２． 前記プリントヘッドが、６０℃より低い温度で固体であり高温で液体状態で射出される相変化インクを射出するよう構成されることを特徴とする、実施形態１に記載の三次元プリントシステム。
３． 前記プリントヘッドが、支持材料を射出するための第１のプリントヘッドおよび製造対象の三次元物体を形成するための構築材料を射出するための第２のプリントヘッドを含む２つのプリントヘッドを含むことを特徴とする、実施形態２に記載の三次元プリントシステム。
４． 前記プリントヘッドが、相変化インクを射出する第１のプリントヘッドおよび紫外線硬化インクを射出する第２のプリントヘッドを含む複数のプリントヘッドを含むことを特徴とする、実施形態１に記載の三次元プリントシステム。
５． 工程（ａ）に従って、前記ベース層がベース高さＨ_Ｂの厚さにプリントされ、前記ベース高さＨ_Ｂは、前記構築平面の上面の上の前記平坦化平面の高さに基づくことを特徴とする、実施形態１に記載の三次元プリントシステム。
６． 前記ベース高さＨ_Ｂが、少なくとも２００マイクロメートルであることを特徴とする、実施形態５に記載の三次元プリントシステム。
７． 前記ベース高さＨ_Ｂが、約４００〜６００マイクロメートルの範囲内であることを特徴とする、実施形態６に記載の三次元プリントシステム。
８． 前記ベース層が、相変化インクから形成される支持部分を画定することを特徴とする、実施形態１に記載の三次元プリントシステム。
９． 前記ベース層が、前記支持部分の上にプリントされた複数の前記テストパターンの層を含むことを特徴とする、実施形態８に記載の三次元プリントシステム。
１０． 前記ベース層が、少なくとも約２０層のインクを含むことを特徴とする、実施形態１に記載の三次元プリントシステム。
１１． 前記ベース層および前記テストパターン層の組合せが、少なくとも約５０層のインクを含むことを特徴とする、実施形態１に記載の三次元プリントシステム。
１２． 前記テストパターンについて受け取られた情報が、ユーザインターフェースを介して手動で受け取られることを特徴とする、実施形態１に記載の三次元プリントシステム。
１３． 製造対象の三次元物体を製作するための三次元プリントシステムであって、
構築平面を支持するためのエレベータ機構；
走査軸に沿って前記構築平面の上を走査するよう構成されるプリントヘッドアセンブリ；
前記構築平面に亘って前記プリントヘッドアセンブリを走査するための移動機構；および
コントローラ、
を備え、
前記プリントヘッドアセンブリが、プリントヘッドおよび前記走査軸に沿って配置されるプラナライザを備え、それにより、前記プラナライザは走査中に前記プリントヘッドを導くまたはプリントヘッドを追随し、前記プリントヘッドは射出面を含み、前記プラナライザは、軌道高さＨ_Ｔだけ前記射出面から下方にオフセットされる平坦化平面を画定し、
前記コントローラは、
（ａ）前記プリントヘッドおよび前記移動機構を動作し、前記インクのベース層の累積的厚さが少なくともベース高さＨ_Ｂに達しそれにより前記平坦化平面が前記複数のベース層の上面に少なくとも近接するまで、固定された垂直高さに前記構築平面を維持する間に前記構築平面上に複数のインクベース層を射出する工程、
（ｂ）テストパターンの層を前記ベース層上にプリントする工程、
（ｃ）層厚さだけ前記ベースを増分的に下降させる工程、
（ｄ）位置決め決定ができるまで前記複数のテストパターン層について工程ｂおよびｃを繰り返す工程、
（ｅ）前記テストパターンに基づいて情報を受け取る工程、および
（ｆ）機械のタイミングパラメータをアップデートし、前記走査軸に沿って前記三次元プリントシステムをより正確に位置決めする工程、
を行うように構成される、
ことを特徴とする三次元プリントシステム。
１４． 前記プラナライザが、工程（ｂ）の前に前記インクのベース層に係合し始めることを特徴とする、実施形態１３に記載の三次元プリントシステム。
１５． 前記ベース層が、相変化インクから形成される支持部分を画定することを特徴とする、実施形態１３に記載の三次元プリントシステム。
１６． 前記ベース層が、前記支持部分の上にプリントされた複数の構築材料の層を含むことを特徴とする、実施形態１５に記載の三次元プリントシステム。
１７． 前記構築材料が、前記支持部分よりも高い平均融点を有する相変化インクから形成されることを特徴とする、実施形態１６に記載の三次元プリントシステム。
１８． 前記構築材料が、ＵＶ硬化インクから形成されることを特徴とする、実施形態１６に記載の三次元プリントシステム。
１９． 前記構築材料が、相変化成分を含むことを特徴とする、実施形態１８に記載の三次元プリントシステム。

【符号の説明】

【0043】

２ プリントシステム
４ 構築平面
６ エレベータ機構
８ プリントヘッドアセンブリ
１０ 移動機構
１２ インク供給源
１４ インク経路
１６ コントローラ
２０ ＵＶランプ
２２ ファン
２４ プラナライザローラ
２６ プリントヘッド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】