特開 2023-10606 三次元（３Ｄ）プリンタにおいて温度を制御するためのシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023010606

(43)【公開日】2023-01-20

(54)【発明の名称】三次元（３Ｄ）プリンタにおいて温度を制御するためのシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   B22F 12/17 20210101AFI20230113BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20230113BHJP

   B22F 10/22 20210101ALI20230113BHJP

   B22F 12/53 20210101ALI20230113BHJP

   B22F 12/70 20210101ALI20230113BHJP

【ＦＩ】

B22F12/17

B33Y30/00

B22F10/22

B22F12/53

B22F12/70

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022097917

(22)【出願日】2022-06-17

(31)【優先権主張番号】17/371,470

(32)【優先日】2021-07-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】596170170

【氏名又は名称】ゼロックス コーポレイション

【氏名又は名称原語表記】ＸＥＲＯＸ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100139712

【弁理士】

【氏名又は名称】那須 威夫

(74)【代理人】

【識別番号】100167911

【弁理士】

【氏名又は名称】豊島 匠二

(72)【発明者】

【氏名】ジェイソン・エム．・ルフェーヴル

(72)【発明者】

【氏名】ジョセフ・シー．・シェフリン

(72)【発明者】

【氏名】パルガット・エス．・ラメシュ

【テーマコード（参考）】

4K018

【Ｆターム（参考）】

4K018AA04

4K018AA14

(57)【要約】      （修正有）

【課題】印刷プロセス中に３Ｄ部品の温度を制御するための改善されたシステムを備えた３Ｄプリンタを提供する。
【解決手段】プリンタは、部品の高さが約０ｍｍから約３０ｍｍに増加するときに、プリンタによって印刷された部品の温度を所定の範囲内に留まるように構成された熱制御デバイス１６０を含む。所定の範囲は、約５４５℃～約６００℃である。熱制御デバイス１６０は、部品に向かって下向き方向に熱を発生させるように構成されているヒートプレートを含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

部品を印刷するように構成されたプリンタであって、
前記部品の高さが約０ｍｍから約３０ｍｍに増加するときに、前記部品の温度を所定の範囲内に留めるように構成されている熱制御デバイスであって、前記所定の範囲が、約５４５℃～約６００℃であり、前記熱制御デバイスが、前記部品に向かって下向き方向に熱を発生させるように構成されているヒートプレートを備える、熱制御デバイスを備える、プリンタ。

【請求項2】

前記温度が、前記部品の上面で測定される、請求項１に記載のプリンタ。

【請求項3】

前記熱制御デバイスがまた、前記部品の高さが約０ｍｍから約３０ｍｍに増加するときに、前記部品の前記温度が約５℃を超えて低下することを防止するように構成されている、請求項１に記載のプリンタ。

【請求項4】

前記温度が、前記部品の上面で測定される、請求項３に記載のプリンタ。

【請求項5】

前記ヒートプレートが、約３７５℃～約７７５℃の温度を有するように構成されている、請求項１に記載のプリンタ。

【請求項6】

前記ヒートプレートと前記部品との間の距離が、実質的に一定のままであり、前記部品の高さが増加する、請求項１に記載のプリンタ。

【請求項7】

前記部品を形成する複数の液滴を噴射するように構成されているノズルを更に備え、前記ヒートプレートと前記部品との間の距離が、前記ノズルと前記部品との間の距離と実質的に同じである、請求項１に記載のプリンタ。

【請求項8】

前記部品が印刷されたビルドプレートを更に備え、前記ヒートプレートの底面が、前記ビルドプレートの上面に実質的に平行である、請求項１に記載のプリンタ。

【請求項9】

前記熱制御デバイスが、前記部品の少なくとも一部分を少なくとも部分的に取り囲むガスカーテンを生成するように構成されているガスカーテン源を更に備える、請求項１に記載のプリンタ。

【請求項10】

前記ガスカーテンが、実質的に下向き方向に方向付けられており、前記ガスカーテンが、約４０℃～約２００℃の温度を有する、請求項９に記載のプリンタ。

【請求項11】

３Ｄプリンタであって、
ノズルを備えるポンプであって、前記ノズルが、そこを通る複数の液滴を噴射するように構成されており、前記液滴が、液体金属を含む、ポンプと、
前記液滴が上に着滴し、固化して３Ｄ部品を形成するように構成されているビルドプレートと、
前記ビルドプレートと前記３Ｄ部品の上面との間の距離が約０ｍｍから約５０ｍｍに増加するときに、前記３Ｄ部品の前記上面の温度を所定の温度範囲内に留めるように構成された熱制御デバイスであって、前記所定の範囲が、約５３０℃～約６００℃であり、前記熱制御デバイスが、
前記ビルドプレートの上方に位置付けられたヒートプレートを備え、前記ヒートプレートが、前記ノズルが延在するか、前記液滴が降下するか、又はその両方である、開口部を有し、前記ヒートプレートが、約４７５℃～約６７５℃の温度を有するように構成されており、前記３Ｄ部品に向かって下向き方向に熱を発生させる、３Ｄプリンタ。

【請求項12】

前記熱制御デバイスがまた、前記ビルドプレートと前記部品の前記上面との間の距離が約０ｍｍから約５０ｍｍに増加するときに、前記部品の前記上面の温度が約２０℃を超えて低下することを防止するように構成されている、請求項１１に記載の３Ｄプリンタ。

【請求項13】

前記ヒートプレートと前記３Ｄ部品の前記上面との間の距離が、前記ビルドプレートと前記３Ｄ部品の前記上面との間の距離が増加するときに、一定のままであり、前記ヒートプレートと前記３Ｄ部品の前記上面との間の距離が、前記ノズルと前記３Ｄ部品の前記上面との間の距離と実質的に同じである、請求項１１に記載の３Ｄプリンタ。

【請求項14】

前記ヒートプレートの底面が、前記ビルドプレートの上面に実質的に平行である、請求項１１に記載の３Ｄプリンタ。

【請求項15】

前記熱制御デバイスが、ガスカーテンを下向き方向に方向付けるように構成されているガスカーテン源であって、前記ガスカーテンが、前記液滴が前記ノズルから前記ビルドプレートに向かって降下するときの前記液滴及び前記ビルドプレート上の前記３Ｄ部品を少なくとも部分的に取り囲み、前記ガスカーテンが、約６０℃～約１５０℃の温度を有する、ガスカーテン源を更に備える、請求項１１に記載の３Ｄプリンタ。

【請求項16】

３Ｄプリンタであって、
ノズルを備えるポンプと、
前記ポンプ内の固体金属を加熱し、それにより、前記固体金属を液体金属に変換するように構成されており、前記固体金属及び前記液体金属がアルミニウムを含む、加熱要素と、
前記ポンプの周囲に少なくとも部分的に巻き付けられているコイルと、
前記コイルに電圧パルスを送信するように構成されている電源であって、前記電圧パルスに応答して前記液体金属の複数の液滴を前記ノズルを通して噴射させ、前記液滴が、約５５０℃～約９５０℃の温度を有する、電源と、
前記ノズル、前記液滴、又はその両方の周囲に少なくとも部分的にシールドガスを導入するように構成されているシールドガス源と、
前記液滴が上に着滴し、固化して３Ｄ部品を形成するように構成されているビルドプレートであって、約３５０℃～約７５０℃の温度を有するように構成されているビルドプレートヒータを備え、これが、上向き方向に熱を発生させる、ビルドプレートと、
熱制御デバイスであって、
前記ビルドプレートの上方に位置付けられたヒートプレートを備え、前記ヒートプレートが、前記ノズルが延在するか、前記液滴が降下するか、又はその両方である、開口部を有し、前記ヒートプレートが、約５２５℃～約６２５℃の温度を有するように構成されており、前記３Ｄ部品に向かって下向き方向に熱を発生させる、熱制御デバイスと、
前記熱制御デバイスが、
前記３Ｄ部品の上面の温度が、前記ビルドプレートと前記３Ｄ部品の前記上面との間の距離が約０ｍｍから約１００ｍｍに増加するときに、約６０℃を超えて低下することを防止することと、
前記ビルドプレートと前記３Ｄ部品の前記上面との間の前記距離が約０ｍｍから約１００ｍｍに増加するときに、前記３Ｄ部品の前記上面の前記温度を所定の範囲内に留めることであって、前記所定の範囲が、約４９０℃～約６００℃である、留めることと、を行うように構成されている、３Ｄプリンタ。

【請求項17】

前記ヒートプレートと前記３Ｄ部品の前記上面との間の距離が、前記ビルドプレートと前記３Ｄ部品の前記上面との間の距離が増加するときに、実質的に一定のままである、請求項１６に記載の３Ｄプリンタ。

【請求項18】

前記ヒートプレートと前記３Ｄ部品の前記上面との間の距離が、前記ノズルと前記３Ｄ部品の前記上面との間の距離と実質的に同じである、請求項１６に記載の３Ｄプリンタ。

【請求項19】

前記ビルドプレートが、前記ビルドプレートを水平平面内で移動させるように構成されているビルドプレートモータを更に備え、前記ビルドプレートが、前記ビルドプレートが前記水平面内で移動するときに前記ビルドプレートが下方に留まり、前記ヒートプレートの外周内に位置付けられている、請求項１６に記載の３Ｄプリンタ。

【請求項20】

前記熱制御デバイスが、前記ビルドプレートの上方に位置付けられたカーテンガス源を更に備え、前記カーテンガス源が、ガスカーテンを下向き方向に方向付けるように構成されており、前記ガスカーテンが、不活性ガスを含み、前記ガスカーテンが、前記液滴が前記ノズルから前記ビルドプレートに向かって下降するときの前記液滴及び前記ビルドプレート上の前記３Ｄ部品を少なくとも部分的に取り囲み、前記ガスカーテンが、約８０℃～約１２０℃の温度を有する、請求項１６に記載の３Ｄプリンタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本教示は、概して、三次元（three-dimensional、３Ｄ）印刷に関し、より具体的には、３Ｄプリンタによって印刷された３Ｄ部品の温度を制御するためのシステム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

３Ｄプリンタは、通常、層上に材料層を連続的に堆積させることによって、コンピュータ支援設計（computer-aided design、ＣＡＤ）モデルから３Ｄ部品を作り上げる（例えば、印刷する）。例えば、第１の層がビルドプレート上に堆積され得、次いで、第２の層が第１の層上に堆積され得る。３Ｄプリンタの１つの特定のタイプは、層上に液体金属層を堆積させて３Ｄ金属物体を形成するのに好適な磁気流体力学（magnetohydrodynamic、ＭＨＤ）プリンタである。磁気流体力学とは、導電性流体の磁気的特性及び挙動の研究を指す。ＭＨＤプリンタでは、電流が金属コイルに流れることにより、液体金属組成物のリザーバ内に渦電流を誘導する時変磁場を作製する。液体金属内の磁場と電界との間の連結は、液体金属の液滴をプリンタのノズルを通して排出させる（噴射されるとも称される）ローレンツ力をもたらす。液滴は、ビルドプレート及び／又は先に堆積された液滴上に着滴することで３Ｄ部品を大きくする。

【0003】

ビルドプレートは、加熱されて、印刷されているときに３Ｄ部品に熱を送達し得る。３Ｄ部品が高くなるにつれて、３Ｄ部品の上面は、加熱されたビルドプレートからより遠くになり、これは、３Ｄ部品の上面を３Ｄ部品の下層よりも速く冷却させ得る。３Ｄ部品の特性は、印刷プロセス中に３Ｄ部品の温度に少なくとも部分的に依存し得る。より具体的には、３Ｄ部品の特性は、３Ｄ部品の異なる層が印刷プロセス中に実質的に同じ温度に曝されることに少なくとも部分的に依存し得る。したがって、必要とされるものは、印刷プロセス中に３Ｄ部品の温度を制御するための改善されたシステム及び方法である。

【発明の概要】

【0004】

以下は、本教示の１つ以上の実施形態のいくつかの態様の基本的な理解を提供するために、簡略化された概要を提示する。この概要は、広範な概略ではなく、本教示の主要又は重要な要素を特定することも、本開示の範囲を明示することも意図していない。むしろ、その主な目的は、単に、後に提示される詳細な説明の前置きとして、１つ以上の概念を簡略化された形式で提示するだけである。

【0005】

部品を印刷するように構成されているプリンタが開示される。このプリンタは、部品の高さが約０ｍｍから約３０ｍｍに増加するときに、部品の温度が約５℃を超えて低下することを防止するように構成された熱制御デバイスを含む。熱制御デバイスは、部品の少なくとも一部分を少なくとも部分的に取り囲むガスカーテンを生成するように構成されているガスカーテン源を含む。

【0006】

３Ｄプリンタも開示される。この３Ｄプリンタは、ノズルを有するポンプを含む。ノズルは、それを通る複数の液滴を噴射するように構成されている。液滴は、液体金属を含む。３Ｄプリンタはまた、液滴が上に着滴し、固化して３Ｄ部品を形成するように構成されているビルドプレートを含む。３Ｄプリンタはまた、３Ｄ部品の上面の温度が、ビルドプレートと３Ｄ部品の上面との間の距離が約０ｍｍから約５０ｍｍに増加するときに、約２０℃を超えて低下することを防止するように構成された熱制御デバイスを含む。熱制御デバイスは、ガスカーテンを実質的に下向き方向に方向付けるように構成されているガスカーテン源を含む。ガスカーテンは、液滴がノズルからビルドプレートに向かって降下するときの液滴及びビルドプレート上の３Ｄ部品を少なくとも部分的に取り囲む。ガスカーテンは、約６０℃～約１５０℃の温度を有する。

【0007】

別の実施形態では、３Ｄプリンタは、ノズルを有するポンプを含む。３Ｄプリンタはまた、ポンプ内の固体金属を加熱し、それにより、固体金属を液体金属に変換するように構成されている加熱要素を含む。固体金属及び液体金属は、アルミニウムを含む。３Ｄプリンタは、ポンプの周囲に少なくとも部分的に巻き付けられているコイルを含む。３Ｄプリンタはまた、電圧パルスをコイルに送信するように構成された電源を備える。コイルは、電圧パルスに応答して、液体金属の複数の液滴をノズルを通して噴射させる。液滴は、約５５０℃～約９５０℃の温度を有する。３Ｄプリンタはまた、ノズル、液滴、又はその両方の周囲に少なくとも部分的にシールドガスを導入するように構成されているシールドガス源を含む。３Ｄプリンタはまた、液滴が上に着滴し、固化して３Ｄ部品を形成するように構成されているビルドプレートを含む。ビルドプレートは、約３５０℃～約７５０℃の温度を有するように構成されているビルドプレートヒータを含み、これは、上向き方向に熱を発生させる。３Ｄプリンタはまた、ビルドプレートの上方に位置付けられたガスカーテン源を含む熱制御デバイスを含む。ガスカーテン源は、ガスカーテンを実質的に下方に向けるように構成されている。ガスカーテンは、ビルドプレート、液滴がノズルからビルドプレートに向かって降下するときの液滴、及びビルドプレート上の３Ｄ部品、を少なくとも部分的に取り囲む。ガスカーテンは、約８０℃～約１２０℃の温度を有する。熱制御デバイスは、３Ｄ部品の上面の温度が、ビルドプレートと３Ｄ部品の上面との間の距離が約０ｍｍから約１００ｍｍに増加するときに、約６０℃を超えて低下するのを防止するように構成されている。熱制御デバイスはまた、３Ｄ部品の上面の温度を、ビルドプレートと３Ｄ部品の上面との間の距離が約０ｍｍから約１００ｍｍに増加するときに、所定の範囲内に留めるように構成されている。所定の範囲は、約４９０℃～約６００℃である。

【0008】

別の実施形態では、部品を印刷するように構成されているプリンタが開示される。プリンタは、部品の温度を、部品の高さが約０ｍｍから約３０ｍｍに増加するときに、所定の範囲内に留めるように構成された熱制御デバイスを含む。所定の範囲は、約５４５℃～約６００℃である。熱制御デバイスは、部品に向かって下向き方向に熱を発生させるように構成されているヒートプレートを含む。

【0009】

別の実施形態では、３Ｄプリンタは、ノズルを有するポンプを含む。ノズルは、それを通る複数の液滴を噴射するように構成されている。液滴は、液体金属を含む。３Ｄプリンタはまた、液滴が上に着滴し、固化して３Ｄ部品を形成するように構成されているビルドプレートを含む。３Ｄプリンタはまた、ビルドプレートと３Ｄ部品の上面との間の距離が約０ｍｍから約５０ｍｍに増加するときに、３Ｄ部品の上面の温度を所定の範囲内に留めるように構成されている熱制御デバイスを含み、所定の範囲は、約５３０℃～約６００℃である。熱制御デバイスは、ビルドプレートの上方に位置付けられたヒートプレートを含む。ヒートプレートは、ノズルが延在するか、液滴が降下するか、又はその両方である、開口部を有する。ヒートプレートは、約４７５℃～約６７５℃の温度を有するように構成されており、３Ｄ部品に向かって下向き方向に熱を発生させる。

【0010】

別の実施形態では、３Ｄプリンタは、ノズルを有するポンプを含む。３Ｄプリンタはまた、ポンプ内の固体金属を加熱し、それにより、固体金属を液体金属に変換するように構成されている加熱要素を含む。固体金属及び液体金属は、アルミニウムを含む。３Ｄプリンタは、ポンプの周囲に少なくとも部分的に巻き付けられているコイルを含む。３Ｄプリンタはまた、電圧パルスをコイルに送信するように構成された電源を備える。コイルは、電圧パルスに応答して、液体金属の複数の液滴をノズルを通して噴射させる。液滴は、約５５０℃～約９５０℃の温度を有する。３Ｄプリンタはまた、ノズル、液滴、又はその両方の周囲に少なくとも部分的にシールドガスを導入するように構成されているシールドガス源を含む。３Ｄプリンタはまた、液滴が上に着滴し、固化して３Ｄ部品を形成するように構成されているビルドプレートを含む。ビルドプレートは、約３５０℃～約７５０℃の温度を有するように構成されているビルドプレートヒータを含み、これは、上向き方向に熱を発生させる。３Ｄプリンタはまた、ビルドプレートの上方に位置付けられたヒートプレートを含む熱制御デバイスを含む。ヒートプレートは、ノズルが延在する開口部を有し、液滴は、降下するか、又はその両方である。ヒートプレートは、約５２５℃～約６２５℃の温度を有するように構成されており、３Ｄ部品に向かって下向き方向に熱を発生させる。熱制御デバイスは、３Ｄ部品の上面の温度が、ビルドプレートと３Ｄ部品の上面との間の距離が約０ｍｍから約１００ｍｍに増加するときに、約６０℃を超えて低下するのを防止するように構成されている。熱制御デバイスはまた、３Ｄ部品の上面の温度を、ビルドプレートと３Ｄ部品の上面との間の距離が約０ｍｍから約１００ｍｍに増加するときに、所定の範囲内に留めるように構成されている。所定の範囲は、約４９０℃～約６００℃である。

【0011】

別の実施形態では、３Ｄプリンタが開示される。この３Ｄプリンタは、金属印刷材料を使用して３Ｄ部品を印刷するように構成されている。３Ｄプリンタは、３Ｄ部品の温度が、３Ｄ部品の高さが約０ｍｍから約３０ｍｍに増加するときに、約５℃を超えて低下することを防止するように構成されている熱制御デバイスを含む。

【0012】

別の実施形態では、３Ｄプリンタが開示される。この３Ｄプリンタは、ノズルを有するポンプを含む。ノズルは、それを通る複数の液滴を噴射するように構成されている。液滴は、液体アルミニウムを含む。３Ｄプリンタはまた、液滴が上に着滴し、固化して３Ｄ部品を形成するように構成されているビルドプレートを含む。３Ｄプリンタはまた、３Ｄ部品の上面の温度が、ビルドプレートと３Ｄ部品の上面との間の距離が約０ｍｍから約５０ｍｍに増加するときに、約２０℃を超えて低下するのを防止するように構成されている熱制御デバイスを含む。熱制御デバイスはまた、３Ｄ部品の上面の温度を、ビルドプレートと３Ｄ部品の上面との間の距離が約０ｍｍから約５０ｍｍに増加するときに、所定の範囲内に留めるように構成されている。所定の範囲は、約５３０℃～約６００℃である。

【0013】

別の実施形態では、３Ｄプリンタが開示される。この３Ｄプリンタは、ノズルを有するポンプを含む。３Ｄプリンタはまた、ポンプ内の固体金属を加熱し、それにより、固体金属を液体金属に変換するように構成されている加熱要素を含む。固体金属及び液体金属は、アルミニウム会合（ＡＡ）６０６１アルミニウムを含む。３Ｄプリンタは、ポンプの周囲に少なくとも部分的に巻き付けられているコイルを含む。３Ｄプリンタはまた、電圧パルスをコイルに送信するように構成された電源を備える。コイルは、電圧パルスに応答して、液体金属の複数の液滴をノズルを通して噴射させる。液滴は、約５５０℃～約９５０℃の温度を有する。３Ｄプリンタはまた、ノズル、液滴、又はその両方の周囲に少なくとも部分的にシールドガスを導入するように構成されているシールドガス源を含む。３Ｄプリンタはまた、液滴が上に着滴し、固化して３Ｄ部品を形成するように構成されているビルドプレートを含む。ビルドプレートは、約３５０℃～約７５０℃の温度を有するように構成されているビルドプレートヒータを含み、これは、上向き方向に熱を発生させる。３Ｄプリンタはまた、ビルドプレートの上方に位置付けられたガスカーテン源を有する熱制御デバイスを含む。ガスカーテン源は、ガスカーテンを下向き方向に方向付けるように構成されている。ガスカーテンは、ビルドプレート、液滴がノズルからビルドプレートに向かって降下するときの液滴、及びビルドプレート上の３Ｄ部品、を少なくとも部分的に取り囲む。ガスカーテンは、約８０℃～約１２０℃の温度を有する。熱制御デバイスはまた、ビルドプレートの上方に位置付けられたヒートプレートを含む。ヒートプレートは、ノズルが延在する開口部を有し、液滴は、降下するか、又はその両方である。ヒートプレートは、約５２５℃～約６２５℃の温度を有するように構成されており、下向き方向に熱を発生させる。熱制御デバイスは、３Ｄ部品の上面の温度が、ビルドプレートと３Ｄ部品の上面との間の距離が約０ｍｍから約１００ｍｍに増加するときに、約６０℃を超えて低下するのを防止するように構成されている。熱制御デバイスはまた、３Ｄ部品の上面の温度を、ビルドプレートと３Ｄ部品の上面との間の距離が約０ｍｍから約１００ｍｍに増加するときに、所定の範囲内に留めるように構成されている。所定の範囲は、約４９０℃～約６００℃である。

【0014】

方法もまた開示される。この方法は、複数の液滴を、プリンタのノズルを通して噴射して、部品を形成することを含む。方法はまた、熱制御デバイスを使用して部品の温度を制御することを含む。温度を制御することは、部品の高さが約０ｍｍから約３０ｍｍに増加するときに、部品の温度が約５℃を超えて低下することを防止することを含む。

【0015】

別の実施形態では、方法は、複数の液滴を、プリンタのノズルを通してビルドプレート上に噴射して、部品を形成することを含む。方法はまた、熱制御デバイスを使用して部品の上面の温度を制御することを含む。温度を制御することは、部品の上面の温度が、ビルドプレートと部品の上面との間の距離が約０ｍｍから約５０ｍｍに増加するときに、約２０℃を超えて低下するのを防止することを含む。温度を制御することはまた、部品の上面の温度を、ビルドプレートと部品の上面との間の距離が約０ｍｍから約５０ｍｍに増加するときに、所定の範囲内に留めることを含む。所定の範囲は、約５３０℃～約６００℃である。

【0016】

別の実施形態では、方法は、複数の液滴を、プリンタのノズルを通してビルドプレート上に噴射して、部品を形成することを含む。部品は、垂直に積層された複数の層を含む。方法はまた、熱制御デバイスを使用して部品の上面の温度を制御することを含む。温度を制御することは、ガスカーテンを下向き方向に方向付けることを含む。ガスカーテンは、ビルドプレート、液滴がノズルからビルドプレートに向かって下降するときの液滴、及びビルドプレート上の部品、を少なくとも部分的に取り囲む。ガスカーテンは、約８０℃～約１２０℃の温度を有する。温度を制御することはまた、ビルドプレートの上方に位置付けられたヒートプレートを使用して、下向き方向に熱を発生させることを含む。ヒートプレートは、ノズルが延在する開口部を有し、液滴は、降下するか、又はその両方である。ヒートプレートは、約５２５℃～約６２５℃の温度を有するように構成されており、下向き方向に熱を発生させる。熱制御デバイスは、部品の上面の温度が、ビルドプレートと部品の上面との間の距離が約０ｍｍから約１００ｍｍに増加するときに、約６０℃を超えて低下するのを防止するように構成されている。熱制御デバイスはまた、部品の上面の温度を、ビルドプレートと部品の上面との間の距離が約０ｍｍから約１００ｍｍに増加するときに、所定の範囲内に留めるように構成されている。所定の範囲は、約４９０℃～約６００℃である。

【図面の簡単な説明】

【0017】

本明細書の一部に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付図面は、本教示の実施形態を示し、本明細書とともに本開示の原理を説明する役割を果たす。図は以下のとおりである。

【0018】

【図1】一実施形態による、３Ｄプリンタの概略断面図を表す。

【0019】

【図2A】一実施形態による、２つの異なる印刷材料の温度の関数としての液滴制御及び液滴結合を示すグラフを表す。

【図2B】一実施形態による、２つの異なる印刷材料の温度の関数としての液滴制御及び液滴結合を示すグラフを表す。

【0020】

【図3】一実施形態による、熱制御デバイス（例えば、ガスカーテン源）の第１の例を含む３Ｄプリンタの一部の概略側面図を表す。

【0021】

【図4】一実施形態による、熱制御デバイスを含む３Ｄプリンタの一部分の概略上面図を表す。

【0022】

【図5】一実施形態による、熱制御デバイス（例えば、ヒートプレート）の第２の例を含む３Ｄプリンタの一部分の概略側面図を表す。

【0023】

【図6】一実施形態による、ガスカーテン内の温度に対する３Ｄ部品の高さを示すグラフを表す。

【0024】

【図7】一実施形態による、ビルド体積（例えば、ガスカーテンの内側）の概略上面図を表す。

【0025】

【図8】一実施形態による、３Ｄ部品の表面（例えば、上面）の温度に対する３Ｄ部品の高さを示すグラフを表す。

【0026】

【図9】一実施形態による、３Ｄ部品を印刷するための方法のフローチャートを表す。

【発明を実施するための形態】

【0027】

ここで、本教示の例示の実施形態を詳細に参照し、この実施例を添付図面に示す。可能な限り、同じ参照番号が、同じ、類似、又は同様の部分を指すように図面全体にわたって使用される。

【0028】

本明細書に開示されるシステム及び方法は、三次元（３Ｄ）プリンタを対象とする。３Ｄプリンタは、３Ｄ部品を印刷する（すなわち、作り上げる）ように構成されている液滴オンデマンドプリンタであり得るか、又はそれを含み得る。以下でより詳細に説明するように、３Ｄプリンタは、射出パルスに応答して、少量の液体材料（例えば、金属）を噴射するために、磁気流体力学（ＭＨＤ）プロセスを使用し得る。この技術を使用して、互いに結合する一連の液滴を排出することによって、３Ｄ部品を材料から作製することができる。

【0029】

３Ｄプリンタから排出された金属は、加熱されたビルドプレート上に堆積され得る。印刷プロセス全体を通して標的部品表面温度を送達する（すなわち、３Ｄ部品の表面の温度を制御する）ことは、標的物理的特性（引張強度、伸びなど）、並びに部品の形状完全性の部品「ビルドルール」の連続性を維持するのに役立ち得る。いくつかのアルミニウム合金（例えば、アルミニウム会合（ＡＡ）４００８アルミニウム）では、所望の液滴結合態様並びに許容可能な部品品質を送達する液滴制御態様に対応することができるビルドプレート温度範囲（「スイートスポット」）が存在する。

【0030】

ＡＡ ４００８について特定された部品表面温度の許容範囲に起因して、部品が高く、加熱されたビルドプレートから離れて作り上げられるとき（例えば、高さ最大１５０ｍｍ）の部品表面温度の低下は、その「範囲」に留まり、標的材料強度特性及び形状完全性を送達する能力を阻害しない。

【0031】

本明細書に記載のシステム及び方法は、上面温度を所定の範囲内に維持する目的で、３Ｄ部品の領域のすぐ周囲の温度に追加及びその温度を維持するための２つの異なる技術を使用する。一実施形態では、ビルド領域の外周の周りにガスカーテンを配置し得る。ガスカーテンは、加熱されたビルドプレートが実質的に水平面内で移動し、依然としてガスカーテン内に留まるように位置付けられ得る。別の実施形態では、プリントヘッド取り付け構造の下側にヒートプレートを設置し得る。ヒートプレートは、現在の印刷ヘッド間隙も維持しながら、液滴がそこを通って噴射され得るように、その中に開口部を有し得る。これら２つの実施形態の組み合わせが、３Ｄ部品の上／周囲の熱損失を低減するのに有効であることが示されており（例えば、３Ｄ部品がＡＡ ６０６１を使用して作製されるとき）、上面温度３Ｄ部品を維持することができる。

【0032】

図１は、一実施形態による、３Ｄプリンタ１００の概略断面図を表している。３Ｄプリンタ１００は、ポンプ（ポンプ室又はエジェクタとも呼ばれる）１１０を含み得る。ポンプ１１０は、第１の（例えば、上部）部分１１２及び第２の（例えば、下部）部分１１４を含み得る。下部部分１１４は、ノズル１１６であってもよいし、ノズル１１６を含んでもよい。

【0033】

ポンプ１１０は、印刷材料１２０を受容するように構成されている内部容積を画定し得る。印刷材料１２０は、金属、ポリマー（例えば、フォトポリマー）などであってもよいし、又はこれらを含んでもよい。例えば、印刷材料１２０は、アルミニウム（例えば、アルミニウム線ひと巻き）であってもよいし、又はアルミニウムを含んでもよい。アルミニウムは、ＡＡ ４００８、ＡＡ ６０６１、ＡＡ ７０７５などであり得る。別の実施形態では、印刷材料１２０は、銅であってもよいし、銅を含んでもよい。

【0034】

３Ｄプリンタ１００はまた、１つ以上の加熱要素１３０を含んでもよい。加熱要素１３０は、ポンプ１１０の内容積部内で印刷材料１２０を溶融させるように構成されており、それにより、印刷材料１２０を、ポンプ１１０の内容積部内で固体材料から液体材料（例えば、液体金属）１２２に変換する。

【0035】

３Ｄプリンタ１００はまた、電源１３２及び１つ以上の金属コイル１３４を含み得る。金属コイル１３４は、ポンプ１１０及び／又は加熱要素１３０の周囲に少なくとも部分的に巻き付けられている。電源１３２は、コイル１３４に連結され、それに電力を供給するように構成され得る。一実施形態では、電源１３２は、階段関数直流（direct current、ＤＣ）電圧プロファイル（例えば、電圧パルス）をコイル１３４に提供するように構成されてよく、コイル１３４は、増加する磁場を生成し得る。増加する磁場は、ポンプ１１０内に起電力を生じさせ得、ひいては液体金属１２２内に誘導電流を生じさせ得る。液体金属１２２内の磁場及び誘導電流は、ローレンツ力として知られる、半径方向内向きの力を液体金属１２２に生成し得る。ローレンツ力は、ポンプ１１０のノズル１１６の入口に圧力を生成する。この圧力は、液体金属１２２を１つ以上の液滴１２４の形態でノズル１１６を通して噴射させる。

【0036】

液滴１２４が噴射されると、新しい印刷材料１２０がポンプ１１０に供給され、ドロス（dross）がポンプ１１０内（例えば、上部部分１１２内）に蓄積し得る。本明細書で使用される場合、「ドロス」は、酸化物及び／又は他の汚染物質を指す。ドロスの蓄積は、ポンプ１１０を通る印刷材料１２０の総スループットの関数であり得る。ドロスがポンプ１１０内に蓄積すると、ポンプ１１０を詰まらせる可能性がある。ドロスは、（例えば、真空を使用して）除去され得る。

【0037】

３Ｄプリンタ１００はまた、ノズル１１６の下方に位置付けられたビルドプレート（ビルド面又は基板とも呼ばれる）１４０を含み得る。ノズル１１６を通して噴射される液滴１２４は、ビルドプレート１４０上に着滴し、冷却及び固化して、３Ｄ部品１２６を生成し得る。ビルドプレート１４０は、ビルドプレート１４０及びその上の３Ｄ部品１２６の温度を増加させるように構成されているヒータ１４２をその中に含み得る。上述のように、３Ｄ部品１２６の高さが増加するにつれて、３Ｄ部品１２６の上面は、加熱されたビルドプレート１４０から遠くになり、３Ｄ部品１２６が高く成長するにつれて、３Ｄ部品１２６の上面をより速く冷却させ得る。

【0038】

３Ｄプリンタ１００はまた、液滴１２４が噴射されて３Ｄ部品１２６が所望の形状及びサイズを有するようにするときに（すなわち、印刷プロセス中に）ビルドプレート１４０を移動させるように構成されているビルドプレート制御モータ１４４を含み得る。ビルドプレート制御モータ１４４は、ビルドプレート１４０を一次元（例えば、Ｘ軸に沿って）、二次元（例えば、Ｘ軸及びＹ軸に沿って）、又は三次元（例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に沿って）で移動させるように構成され得る。本明細書で使用される場合、Ｘ及びＹ軸は水平面にあり、Ｚ軸は垂直である。別の実施形態では、ポンプ１１０及び／又はノズル１１６はまた、若しくはその代わりに、一次元、二次元、又は三次元で移動するように構成され得る。

【0039】

３Ｄプリンタ１００はまた、１つ以上のシールドガス源（１５０の１つが示されている）を含み得る。シールドガス源１５０は、ノズル１１６、液滴１２４、３Ｄ部品１２６、又はそれらの組み合わせを少なくとも部分的に取り囲むシールドガスを導入するように構成され得る。シールドガスは、アルゴンなどの不活性ガスであってもよいし、又はそれを含んでもよい。シールドガスは、液滴１２４がビルドプレート１４０に落下するにつれて酸化を低減し得る。

【0040】

３Ｄプリンタ１００はまた、熱制御デバイス１６０を含み得る。熱制御デバイス１６０は、３Ｄ部品１２６から遠位の環境から３Ｄ部品１２６に近位の環境を少なくとも部分的に隔離するように構成され得る。より具体的には、熱制御デバイス１６０は、ビルド体積の内側の環境からビルド体積の外側の環境に逃れる熱の量を（例えば、印刷プロセスから）低減するのに役立ち得る。これは、ひいては、３Ｄ部品１２６の高さが増加するときに、３Ｄ部品１２６の表面（例えば、上面）の温度が低下する量を低減し得る。これは、以下でより詳細に説明される。

【0041】

３Ｄプリンタ１００はまた、ビルド体積の内側及び／又は外側の温度を測定するように構成されている温度センサ１７０を含み得る。温度センサ１７０は、３Ｄ部品１２６の（又は周囲の）温度を測定するように構成され得る。例えば、温度センサ１７０は、３Ｄ部品１２６の高さが増加するときに、３Ｄ部品１２６の上面／層の（又は周囲の）温度を測定するように構成され得る。

【0042】

３Ｄプリンタ１００はまた、コンピューティングシステム１８０を含んでもよい。コンピューティングシステム１８０は、印刷プロセスを制御するように構成され得る。より具体的には、コンピューティングシステム１８０は、ポンプ１１０、印刷材料１２０の導入、加熱要素１３０、電源１３２、ビルドプレート１４０、ヒータ１４２、制御モータ１４４、シールドガス源１５０、熱制御デバイス１６０、温度センサ１７０、又はそれらの組み合わせを制御するように構成されてもよい。

【0043】

図２Ａ及び図２Ｂは、一実施形態による、２つの異なる印刷材料の温度の関数としての液滴制御及び液滴結合を示すグラフを表している。より具体的には、図２Ａのグラフは、第１の印刷材料に対する温度の関数としての液滴制御及び液滴結合を示し、図２Ｂのグラフは、第２の印刷材料に対する温度の関数としての液滴制御及び液滴結合を示している。本明細書で使用される場合、「液滴制御」は、液滴１２４が指定された位置に着滴し、３Ｄ部品１２６の形状完全性を維持しながらその場所に留まる能力を指し、「液滴結合」は、材料強度目標が達成されるように、液滴１２４が３Ｄ部品１２６に適切に接合する能力を指す。

【0044】

第１及び第２の印刷材料は、両方とも金属であり得る。より具体的には、第１及び第２の印刷材料は、両方ともアルミニウム又はアルミニウム合金であってもよいし、又はそれを含んでもよい。例えば、第１の印刷材料は、ＡＡ ４００８であってもよいし、又はそれを含んでもよく、第２の印刷材料は、ＡＡ ６０６１であってもよいし、又はそれを含んでもよい。第１及び第２の印刷材料は、異なる化学的性質及び／又は物理的特性を有し得る。例えば、第１の印刷材料中の一次合金元素は、マグネシウムであってもよいし、第２の印刷材料中の一次合金元素は、シリコンであってもよい。第１及び第２の印刷材料はまた、異なる溶融温度、異なる液体温度、異なる固相線温度、又はそれらの組み合わせを有し得る。

【0045】

いくつかのアルミニウム合金（例えば、ＡＡ ４００８）では、所望の液滴結合態様及び液滴制御態様に対応して許容可能な部品品質を送達することができる、ビルドプレート１４０の温度範囲（すなわち、「スイートスポット」）が特定されている。結果として、第１の印刷材料（例えば、ＡＡ ４００８）を使用して作り上げられた３Ｄ部品１２６の表面温度の許容範囲のために、３Ｄ部品１２６が高く作り上げられるとき（例えば、最大１５０ｍｍ）の３Ｄ部品１２６の表面温度の低下は、範囲内に留まり、標的材料強度特性及び形状完全性を送達する能力を阻害しない。

【0046】

第２の印刷材料（例えば、ＡＳＭ ６０６１）は、第１の印刷材料と同じビルドプレート温度ラチチュードを有さない。実際、第２の印刷材料に、ビルドプレートの設計及び部品の高さが増加するときの上面部品温度の低下が与えられると、そのビルドプロセスになるときにネガティブラチチュード空間が存在する。本明細書で使用される場合、「ネガティブラチチュード空間」は、所望の性能レベルに到達するために、既知の制約のセット内でシステムが作動することができないことを指す。

【0047】

図３は、一実施形態による、熱制御デバイス１６０の第１の例を含む３Ｄプリンタ１００の一部分の概略側面図を表している。図３に示される実施形態では、熱制御デバイス１６０は、ビルドプレート１４０、液滴１２４、３Ｄ部品１２６、又はそれらの組み合わせの周囲に少なくとも部分的にガスカーテン３１０を導入／生成するように構成されているガスカーテン源３００であってもよく、又はそれを含んでもよい。ガスカーテン源３００はまた、又は代わりに、ガスカーテン３１０が３Ｄ部品１２６全体を取り囲まない場合であっても、現在の印刷位置（例えば、液滴１２４が着滴する場所）の周囲に少なくとも部分的に、ガスカーテン３１０を導入し得る。一実施形態では、ビルド体積は、ノズル１１６とビルドプレート１４０との間で垂直に、かつガスカーテン３１０の壁内で横方向にあり得る。

【0048】

ガスカーテン３１０は、ガスカーテン３１０の内部の環境（例えば、ビルド体積）をガスカーテン３１０の外側の環境から少なくとも部分的に隔離するのに役立ち得る。より具体的には、ガスカーテン３１０は、熱（例えば、印刷プロセスから）がガスカーテン３１０の内側の環境からガスカーテン３１０の外側の環境に逃れるのを防止するのに役立ち得る。ガスカーテン３１０はまた、又は代わりに、ガスカーテン３１０の内部の環境内の実質的に均一な温度を維持するのに役立ち得るため、３Ｄ部品１２６の上面の温度は、３Ｄ部品１２６が高さが増加すると実質的に同じままである。ガスカーテン３１０の内部の温度は、約１００℃～約６００℃、約４００℃～約６００℃、又は約４５０℃～約６００℃であり得る。周囲温度（例えば、ガスカーテン３１０の外側）は、約１５℃～約４０℃、約２０℃～約３５℃、又は約２５℃～約３０℃であり得る。ガスカーテン３１０は、空気であってもよいし、又はそれを含んでもよい。別の実施形態では、ガスカーテン３１０は、アルゴンなどの不活性ガスであってもよいし、又はそれを含んでもよい。ガスカーテン３１０は、シールドガスを少なくとも部分的に取り囲み得る。

【0049】

ガスカーテン３１０は、実質的に垂直に（例えば、下向きに）方向付けられ得る。一実施形態では、ガスカーテン源３００は、ガスカーテン３１０の少なくとも一部分を下向きに、かつわずかに外向きに（例えば、ノズル１１６、３Ｄ部品１２６、及び／又はビルドプレート１４０から）、垂直に対して約５°～約３０°の角度αで方向付け得る。結果として、ガスカーテン３１０の少なくとも一部分は、逆円錐の形状であり得る。別の実施形態では、プリンタ１００は、ガスカーテン源３００の下方に位置付けられたガスカーテン表面３２０を含み得る。ガスカーテン表面３２０は、ビルドプレート１４０であってもよく、又はビルドプレート１４０の周囲に少なくとも部分的に位置付けられてもよい。ガスカーテン表面３２０は、水平に対して角度βで配向され得る。角度βは、約５°～約３０°であり得る。したがって、ガスカーテン表面３２０の少なくとも一部分は、逆円錐の形状であり得る。これらの実施形態のいずれか又は両方は、ガスカーテン３１０を３Ｄ部品１２６から離れるように（３Ｄ部品１２６に向かう反対方向に）方向付け得、その結果、ガスカーテン３１０は、印刷中に３Ｄ部品１２６に「ブローオン」しないようにし、これは、３Ｄ部品１２６の温度及び／又は固化に影響を及ぼし得る。

【0050】

図４は、一実施形態による、ガスカーテン３１０を含む３Ｄプリンタ１００の一部分の概略上面図を表している。分かるように、ガスカーテン源３００及び／又はガスカーテン３１０は、ポンプ１１０、ノズル１１６、ビルドプレート１４０、又はそれらの組み合わせの周囲に少なくとも部分的に位置付けられ得る。例えば、示される実施形態では、ガスカーテン３１０は、長方形を形成する４つの壁を有する。他の実施形態では、ガスカーテン３１０は、より多くの又はより少ない壁を含み得る。例えば、ガスカーテン３１０は、３つの壁を含み得、第４の壁は、構造的（例えば、グラナイト）であり得る。上述のように、ビルドプレート１４０は、液滴１２４が噴射され、３Ｄ部品１２６が印刷されている間に水平面内で移動するように構成され得る。ガスカーテン３１０の外周は、ビルドプレート１４０が移動しても、ビルドプレート１４０がガスカーテン３１０内に留まるようにサイズ決定及び位置決めされ得る。

【0051】

図５は、一実施形態による、熱制御デバイス１６０の第２の例を含む３Ｄプリンタ１００の一部分の概略側面図を表している。熱制御デバイス１６０はまた、又は代わりに、ヒートプレート５００を含み得る。ヒートプレート５００は、ガスカーテン源３００及び／又はガスカーテン３１０の代わりに、又はそれに加えて使用され得る。ヒートプレート５００は、プリントヘッド取り付け構造の下側に位置付けられ得る。例えば、ヒートプレート５００は、ポンプ１１０の下方に位置付けられ得る。ヒートプレート５００は、ノズル１１６と少なくとも部分的に水平に整列され得る。ヒートプレート５００は、ノズル１１６が延在し得る、及び／又は液滴１２４が通過し得る、開口部を有し得る。これは、現在の印刷ヘッド間隙を維持するのに役立ち得る。ヒートプレート５００は、３Ｄ部品１２６及び／又はビルドプレート１４０の上方に位置付けられ得る。一実施形態では、ビルド体積は、ヒートプレート５００とビルドプレート１４０との間で垂直に画定され得る。ビルド体積はまた、ヒートプレート５００の外周内で横方向に、ビルドプレート１４０の外周内で横方向に、及び／又はガスカーテン３１０の外周内で横方向に画定され得る。

【0052】

ヒートプレート５００と３Ｄ部品１２６の上面との間の距離は、ビルドプレート１４０と３Ｄ部品１２６の上面との間の距離が増加するときに、実質的に一定のままであり得る。ヒートプレート５００と３Ｄ部品１２６の上面との間の距離は、ノズル１１６と３Ｄ部品１２６の上面との間の距離と実質的に同じであり得る。ヒートプレート５００の下面は、ビルドプレート１４０の上面よりも大きい表面を有し得る。結果として、ビルドプレートモータ１４４が、ビルドプレート１４０を水平面内で移動させるとき、ビルドプレート１４０は、ヒートプレート５００の下方に留まり、ヒートプレート５００の外周内に位置付けられ得る。

【0053】

液滴１２４の温度は、約５５０℃～約９５０℃、約６５０℃～約８５０℃、又は約７００℃～約８００℃であり得る。ビルドプレート１４０の温度は、約３５０℃～約７５０℃、約４５０℃～約６５０℃、又は約５００℃～約６００℃であり得る。ヒートプレート５００の温度は、約３７５℃～約７７５℃、約４７５℃～約６７５℃、又は約５２５℃～約６２５℃であり得る。ガスカーテン３１０の温度は、約４０℃～約２００℃、約６０℃～約１５０℃、又は約８０℃～約１２０℃であり得る。液滴１２４の質量は、約０．５ｇ／１０ｋ～約１０ｇ／１０ｋ、約１．０ｇ／１０ｋ～約５ｇ／１０ｋ、又は約１．２５ｇ／１０ｋ～約１．７５ｇ／１０ｋであり得る。液滴１２４がノズル１１６を通って噴射される周波数は、約１００Ｈｚ～約５００Ｈｚ、約２００Ｈｚ～約４００Ｈｚ、又は約２５０Ｈｚ～約３５０Ｈｚであり得る。液滴１２４の（例えば、ビルドプレート１４０又は３Ｄ部品１２６上の）間隔は、約０．１ｍｍ～約２ｍｍ、約０．２ｍｍ～約１．０ｍｍ、又は約０．４ｍｍ～約０．６ｍｍであり得る。線間隔は、約０．１ｍｍ～約２ｍｍ、約０．２ｍｍ～約１．０ｍｍ、又は約０．３５ｍｍ～約０．５５ｍｍであり得る。ビルド材料は、アルミニウム（例えば、ＡＡ ６０６１）であり得る。周囲熱伝達係数は、約１Ｗ／ｍｍ^２－ｄｅｇＫ～約２０Ｗ／ｍｍ^２－ｄｅｇＫ、約５Ｗ／ｍｍ^２－ｄｅｇＫ～約１５Ｗ／ｍｍ^２－ｄｅｇＫ、又は約８Ｗ／ｍｍ^２－ｄｅｇＫ～約１２Ｗ／ｍｍ^２－ｄｅｇＫであり得る。ビルドプレート１４０の放射率は、約０．１～約０．５、約０．１５～約０．４、又は約０．２～約０．３であり得る。周囲温度（例えば、ガスカーテン３１０の外側）は、約１５℃～約４５℃、約２０℃～約４０℃、又は約２５℃～約３５℃であり得る。

【0054】

モデルの繰り返しは、範囲のビルド高さ条件（すなわち、３Ｄ部品１２６の高さ）によって実行され得、３Ｄ部品１２６のビルド高さが増加するにつれて、ビルド面積全体の空気温度が低下し得る。ｚ高さ温度に対するヒートプレート５００の効果は、ヒートプレート５００及びビルドプレート１４０からのその距離に起因して、ビルド体積の周囲温度に少なくとも部分的に依存し得る。ｚ高さ温度に対するヒートプレート５００の効果はまた、ヒートプレート５００から３Ｄ部品１２６の上面の放射加熱に少なくとも部分的に依存し得る。本明細書で使用される場合、「ｚ高さの温度」という用語は、３Ｄ部品１２６の高さの関数として、及び／又は加熱されたビルドプレート１４０から離れた距離の関数として、３Ｄ部品１２６の上面の温度を指す。

【0055】

ガスカーテン３１０がヒートプレート５００と組み合わせて使用される場合、ガスカーテン３１０は、２つの熱源（例えば、加熱されたビルドプレート１４０及びヒートプレート５００）から発生する熱をガスカーテン３１０の外側の「周囲」空気とは別に保持し得る。

【0056】

図６は、一実施形態による、ガスカーテン３１０内の温度に対する３Ｄ部品１２６の高さを示すグラフ６００を表している。この実施形態の３Ｄ部品１２６は、５０ｍｍ×５ｍｍの水平断面形状を有する引張バーである。引張バーの高さは、最大１００ｍｍに作り上げられる。図６の結果は、以下の入力パラメータを有するモデルを使用して生成された。
・ビルドプレート温度：５５０℃
・周囲温度（例えば、ガスカーテン３１０の外側）：３０℃
・ヒートプレート温度：５７５℃
・ガスカーテン温度：１００℃

【0057】

ガスカーテン３１０の内部のビルド体積温度を増加させるために、様々な選択肢を評価し得る。一例では、ビルド体積は、約６６０ｍｍ×６６０ｍｍ×（Ｈ＋ｇ）としてもよく、式中、Ｈは、３Ｄ部品１２６の高さであり、ｇは、ノズル１１６と３Ｄ部品１２６の上面との間の印刷ヘッド間隙である。モデル計算は、定常状態の、Ｈの各値の平均温度に対するものであってもよい。より具体的には、ビルドプレート１４０及び／又はヒートプレート５００から追加されたエネルギーは、ガスカーテン３１０の側面を通って失われるエネルギーとバランスをとり得る。

【0058】

図７は、一実施形態による、ビルド体積７００（例えば、ガスカーテン３１０の内側）の概略上面図を表している。ビルド体積７００は、モデルに対して１つ以上（例えば、３つ）の領域に分割され得る。第１の領域７１０は、ノズル１１６を通って中心長手方向軸を中心とする１００ｍｍ平方ｃ／ｓであり得る。第１の領域７１０の温度は、３Ｄ部品１２６の周囲の温度を表し得る。第１の領域７１０によって包含される１００ｍｍの領域は、３Ｄ部品１２６のフットプリント内にないであろうガスカーテン３１０内に他の空気体積が存在するため、３Ｄプリンタ１００によって印刷された３Ｄ部品１２６のフットプリントを表し得る。第２の領域７２０は、第１の領域７１０の周囲の１００ｍｍ～３３０ｍｍの正方形の環ｃ／ｓであり得る。第３の領域７３０は、第２の領域７２０の周囲の３３０ｍｍ～６６０ｍｍの正方形の環ｃ／ｓであり得る。

【0059】

再び図６を参照すると、図７からのビルド体積７００の第１の領域７１０内の様々な実施形態を表す６つの曲線が示されている。第１の曲線６１０は、ビルド体積が開いているとき（例えば、ガスカーテン３１０及びプレート５００なし）の、ガスカーテン３１０内の温度に対する３Ｄ部品１２６の高さを表す。第１の曲線６１０では、バルク空気温度は低い（例えば、開始する２７５℃）、次いで、約１５０℃で平行になる。第２の曲線６２０は、プレート５００が存在し、かつガスカーテン３１０が存在しないときの、ガスカーテン３１０内の温度に対する３Ｄ部品１２６の高さを表す。プレート５００は、第２の曲線６２０の実施形態において熱を発生させていない。第３の曲線６３０は、ガスカーテン３１０が存在し、かつプレート５００が存在しないときの、ガスカーテン３１０内の温度に対する３Ｄ部品１２６の高さを表す。第４の曲線６４０は、ガスカーテン３１０及びプレート５００が両方とも存在するときの、ガスカーテン３１０内の温度に対する３Ｄ部品１２６の高さを表す。プレート５００は、第４の曲線６４０の実施形態において熱を発生させていない。第５の曲線６５０は、プレート５００が存在し、かつガスカーテン３１０が存在しないときの、ガスカーテン３１０内の温度に対する３Ｄ部品１２６の高さを表す。プレート５００は、第５の曲線６５０の実施形態において熱を発生させている。第６の曲線６６０は、ガスカーテン３１０及びプレート５００が両方とも存在するときの、ガスカーテン３１０内の温度に対する３Ｄ部品１２６の高さを表す。プレート５００は、第６の曲線６６０の実施形態において熱を発生させている。第６の曲線６６０では、開始温度は、非常に５５０℃に近く、３Ｄ部品１２６が作り上げられる（例えば、上向き）、他の曲線と比較して温度降下は劇的ではない。例えば、３Ｄ部品１２６の高さが１００ｍｍ（０．１０ｍ）であっても、空気温度は依然として約４５０℃である。

【0060】

図８は、一実施形態による、３Ｄ部品１２６の上層（例えば、上面）の温度に対する３Ｄ部品１２６の高さを示すグラフ８００を表している。図８の３Ｄ部品１２６は、図６（例えば、引張バー）と同じである。グラフ８００は、図６と同じ６つのシナリオを表す６つの曲線：８１０、８２０、８３０、８４０、８５０、８６０を含む。グラフ８００の温度は、３Ｄ部品１２６の上面上の特定のＸＹ位置（例えば、水平面内）で、最後の液滴１２４が着滴して固化した後であって、次の液滴１２４がその位置で着滴する前（Ｚ方向の高さを増加させる前）に、測定される。液滴１２４は、着滴後に約５ミリ秒以下で固化する（すなわち、凍結とも呼ばれる）。最後の液滴着滴／固化と次の液滴着滴との間の持続時間は、約２秒～約２分であり得る。

【0061】

図８に示すように、ガスカーテン３１０及びヒートプレート５００が存在するときの３Ｄ部品１２６の表面（例えば、上面）の温度に対する３Ｄ部品１２６の高さを表す第６の曲線８６０は、ビルドプレート１４０の温度からの少なくとも熱劣化の量を示す（例えば、５５０℃）。より具体的には、３Ｄ部品１２６が第６の曲線８６０の実施形態で印刷されると、３Ｄ部品１２６の上面の温度は、最大１００ｍｍまで約２０℃だけ低下する。この性能は、「容易なベーク（easy-bake）」オーブンなどの構造的（例えば、ガスではない）壁を含む構造エンクロージャと同等である。

【0062】

構造エンクロージャと比較して、ガスカーテン３１０及び／又はヒートプレート５００の利点は、最も部品向けである。例えば、ビルド体積の側面に位置し得るＺ高さセンサは、従来の「容易なベークオーブン」アプローチの場合に、３Ｄ部品１２６を見るためのガラスの領域を透視し得る。Ｚ高さセンサの光学系についてのこの影響は、ささいなことではない。例えば、これは、ガラスを通って見たときの画像歪みを考慮するために、設計の複雑さの増加（例えば、エアカーテン３１０及び／又はヒートプレート５００のための複雑さを超える）を必要とする。これは、ガラスが経時的に汚れている場合に特に当てはまり、洗浄を必要とし得る。全体で、ガスカーテン３１０及びヒートプレート５００は、３Ｄ部品１２６の上面を所望の温度範囲に保つためのより良好な選択肢のように見える。

【0063】

図９は、一実施形態による、３Ｄ部品１２６を印刷するための方法９００のフローチャートを表している。より具体的には、方法９００は、３Ｄ部品１２６が印刷されるときの、ビルド体積内の温度を制御することを含み得る。

【0064】

方法９００は、室温の周囲温度にかなり近いかなり低い温度で溶融する非金属（例えば、インク）と比較して、液体金属液滴を噴射する際に遭遇する非常に急な温度勾配のために、３Ｄ印刷用途（非金属滴及び／又は非３Ｄ印刷用途とは対照的に）における液体金属液滴１２４に特に適用可能である。

【0065】

方法９００の例示的な順序が以下に提供されているが、方法９００の１つ以上のステップは、異なる順序で実行されても、同時に実行されても、組み合わされても、サブステップに分割されても、繰り返されても、省略されてもよい。方法９００の１つ以上のステップは、コンピューティングシステム１８０によって（例えば、自動的に）実行され得る。

【0066】

方法９００は、９０２の時点で、３Ｄプリンタ１００のノズル１１６を通して、複数の液滴１２４を噴射することを含み得る。上述のように、第１の複数の液滴１２４が、ビルドプレート１４０上に着滴し、３Ｄ部品１２６の第１の層を形成し得る。次いで、第２の複数の液滴１２４が、第１の層上に着滴し、３Ｄ部品１２６の第２の層などを形成し得る。各後続の層は、３Ｄ部品１２６の高さを増加させ、したがって、（加熱された）ビルドプレート１４０と３Ｄ部品１２６の上面との間の距離を増加させる。

【0067】

方法９００はまた、９０４の時点で、熱制御デバイス１６０を使用して、ビルド体積の温度を制御することを含み得る。このステップは、ステップ９０２と同時に行われ得る。温度を制御することは、９０６の時点で、ガスカーテン源３００を使用して、ビルド体積の周囲に少なくとも部分的にガスカーテン３１０を生成（例えば、噴射）することを含み得る。温度を制御することはまた、又は代わりに、９０８の時点で、ヒートプレート５００を使用して、熱をビルド体積に（例えば、下向きに）導入することを含み得る。

【0068】

方法９００はまた、９１０の時点で、温度センサ１７０を使用して、ビルド体積の温度を測定することを含み得る。温度センサ１７０は、ビルド体積内の１つ以上の位置で温度を測定し得る。例えば、温度センサ１７０は、ビルド体積内の１つ以上の高さで温度を測定し得る。一実施形態では、温度センサ１７０は、ビルド体積内のガス（例えば、空気）の温度を測定し得る。別の実施形態では、温度センサ１７０は、ビルド体積内の液滴１２４及び／又は３Ｄ部品１２６の温度を測定し得る。例えば、温度センサ１７０は、３Ｄ部品１２６の高さが増加するときの、３Ｄ部品１２６の上面／層の温度を測定し得る。

【0069】

方法９００はまた、９１２の時点で、測定された温度に応答して、熱制御デバイス１６０を使用して、ビルド体積の温度を調整することを含み得る。これは、ガスカーテン３１０の温度、ガスカーテン３１０の速度、ガスカーテン３１０の方向、又はそれらの組み合わせを調整することを含み得る。これはまた、ヒートプレート５００によって発生する熱の量を調整することを含み得る。

【0070】

その結果、方法９００は、３Ｄ部品１２６の高さ（例えば、ビルドプレート１４０と３Ｄ部品１２６の上面との間の距離）が増加するときに、３Ｄ部品１２６（例えば、の上面）の温度が所定の量を超えて低下するのを防止するように、熱制御デバイス１６０を制御することができる。例えば、熱制御デバイス１６０は、高さが約０ｍｍ（例えば、１ｍｍ）から約３０ｍｍに増加するときに、上面の温度が約３℃、約５℃、又は約１０℃を超えて低下することを防止し得る。別の例では、熱制御デバイス１６０は、高さが約０ｍｍから約５０ｍｍに増加するときに、上面の温度が約１０℃、約１５℃、又は約２０℃を超えて低下することを防止し得る。別の例では、熱制御デバイス１６０は、高さが約０ｍｍから約１００ｍｍに増加するときに、上面の温度が約２５℃、約４０℃、又は約６０℃を超えて低下することを防止し得る。

【0071】

結果として、３Ｄ部品１２６の高さが増加するときに、３Ｄ部品１２６（例えば、の上面）の温度は、所定の範囲内に留まり得る。例えば、熱制御デバイス１６０は、高さが約０ｍｍから約３０ｍｍに増加するときに、３Ｄ部品１２６の上面の温度を、約５４０℃～約６００℃、約５４５℃～約６００℃、又は約５５０℃～約６００℃の所定の範囲内に留め得る。別の例では、熱制御デバイス１６０は、高さが約０ｍｍから約５０ｍｍに増加するときに、３Ｄ部品１２６の上面の温度を約５３０℃～約６００℃、約５４０℃～約６００℃、又は約５４５℃～約６００℃の所定の範囲内に留め得る。別の例では、熱制御デバイス１６０は、高さが約０ｍｍから約５０ｍｍに増加するときに、３Ｄ部品１２６の上面の温度を約４９０℃～約６００℃、約５１０℃～約６００℃、又は約５２０℃～約６００℃の所定の範囲内に留め得る。

【0072】

本教示の広い範囲を記載する数値範囲及びパラメータは近似値であるにもかかわらず、特定の実施例に記載される数値は、可能な限り正確に報告される。しかしながら、いかなる数値も、それぞれの試験測定において見られる標準偏差から必然的に生じる特定の誤差を本質的に含む。更に、本明細書に開示される全ての範囲は、その中に含まれる任意及び全てのサブ範囲を包含すると理解されるべきである。例えば、「１０未満」の範囲は、０の最小値と１０の最大値との間の（０の最小値と１０の最大値とを含む）ありとあらゆるサブ範囲、すなわち、０以上の最小値及び１０以下の最大値を有するありとあらゆるサブ範囲、例えば、１～５を含み得る。

【0073】

本教示は、１つ以上の実装態様に対して示されているが、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、示された実施例に対して変更及び／又は修正が行われ得る。例えば、プロセスが一連の行為又は事象として説明されているが、本教示は、そのような行為又は事象の順序によって限定されないことが理解され得る。一部の行為は、異なる順序で、及び／又は本明細書に記載されているものとは別の他の行為若しくは事象と同時に発生する可能性がある。また、全てのプロセス段階が、本教示の１つ以上の態様又は実施形態に従う方法論を実装するために必要とされ得るわけではない。構造的物体及び／若しくは処理段階が追加され得るか、又は既存の構造的物体及び／若しくは処理段階が除去若しくは修正され得ることが理解され得る。更に、本明細書に示される行為のうちの１つ以上は、１つ以上の別個の行為及び／又は段階で実行され得る。更に、「含む（including）」、「含む（includes）」、「有する（having）」、「有する（has）」、「有する（with）」という用語、又はそれらの変形が発明を実施するための形態及び特許請求の範囲のいずれかで使用される限りにおいて、そのような用語は、「含む（comprising）」という用語と同様の方法で包括的であることが意図されている。「少なくとも１つの」という用語は、列挙された項目のうちの１つ以上が選択され得ることを意味するように使用される。更に、本明細書における考察及び特許請求の範囲において、２つの材料に対して使用される「上」という用語、他方「上」の一方は、材料間の少なくとも一部の接触を意味し、一方、「の上」は、材料が、場合によっては、接触が可能であるが必要とされないように、１つ以上の追加の介在材料に近接していることを意味する。「上（on）」又は「の上（over）」のいずれも、本明細書で使用される場合にいかなる指向性も暗示しない。「共形」という用語は、下にある材料の角度が共形材料によって保持されるコーティング材料を記述する。「約」という用語は、変更が、示された実施形態に対してプロセス又は構造の不適合とならない限り、列挙される値が少し変更され得ることを示す。「結合する」、「結合される」、「接続する」、「接続」、「接続される」、「と接続して」、及び「接続している」という用語は、「と直接接続する」又は「１つ以上の中間要素又は部材を介して接続する」ことを指す。最後に、「例示の」又は「例示的な」という用語は、説明が理想的であることを意味するのではなく一例として使用されることを示す。本教示の他の実施形態は、本明細書及び本明細書での本開示の慣行を考慮して当業者に明らかであり得る。本明細書及び実施例は、例示としてのみみなされることが意図され、本教示の真の範囲及び趣旨は、以下の特許請求の範囲によって示される。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】