(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】
(24)【登録日】2023-10-31
(45)【発行日】2023-11-09
(54)【発明の名称】３Ｄ印刷用装置及びその制御方法
(51)【国際特許分類】
B29C 64/209 20170101AFI20231101BHJP
B29C 64/241 20170101ALI20231101BHJP
B29C 64/321 20170101ALI20231101BHJP
B33Y 30/00 20150101ALI20231101BHJP
B33Y 50/02 20150101ALI20231101BHJP
【ＦＩ】
B29C64/209
B29C64/241
B29C64/321
B33Y30/00
B33Y50/02
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2022559878
(86)(22)【出願日】2021-01-29
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-05-17
(86)【国際出願番号】 CN2021074434
(87)【国際公開番号】W WO2021196858
(87)【国際公開日】2021-10-07
【審査請求日】2022-09-29
(31)【優先権主張番号】202010261474.7
(32)【優先日】2020-04-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(73)【特許権者】
【識別番号】522384905
【氏名又は名称】蘇州美梦機器有限公司
【氏名又は名称原語表記】ＳＵＺＨＯＵ ＭＥＡＭＡＮ ＭＡＣＨＩＮＥＳ ＣＯ．， ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ２， Ｎｏ． ３６， Ｅａｓｔ Ｄａｌｉａｎ Ｒｏａｄ， Ｔａｉｃａｎｇ Ｃｉｔｙ Ｓｕｚｈｏｕ， Ｊｉａｎｇｓｕ ２１５４００， Ｃｈｉｎａ
(74)【代理人】
【識別番号】110002262
【氏名又は名称】ＴＲＹ国際弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】黄 衛東
(72)【発明者】
【氏名】黄 ▲ぷん▼
【審査官】神田 和輝
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－１０００５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０７５９９３９６（ＣＮ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０９５７１９５４（ＣＮ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０６４２６９０８（ＣＮ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１１０５２４８６８（ＣＮ，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】
３Ｄ印刷用装置であって、外壁に軸方向に沿って延びる開口部が設置される材料輸送管と、
前記材料輸送管に被せられ、外壁に前記開口部に連通可能な材料吐出口が設置されるスリーブと、を備え、
前記スリーブは、前記材料吐出口と前記開口部とが連通するか又は連通しなくなるように、前記材料輸送管に対して前記材料輸送管の軸線に関して回転可能であり、
前記材料吐出口のチャンネルは、断面が材料の流出方向に沿って漸次収縮して前記材料吐出口の所望のサイズになる構造を有し、
前記材料吐出口はサイズが連続的に調整可能な材料吐出口であり、且つ、前記材料吐出口は目標印刷領域の断面輪郭線に沿って連続的に印刷する
ことを特徴とする３Ｄ印刷用装置。
【請求項2】
前記スリーブは、印刷停止が必要になるときに、前記材料吐出口と前記開口部とが連通しなくなるように、前記材料輸送管に対して前記材料輸送管の軸線に関して回転可能であることを特徴とする請求項１に記載の３Ｄ印刷用装置。
【請求項3】
第１駆動装置を更に備え、前記第１駆動装置は、印刷停止が必要になるときに、前記スリーブが前記材料輸送管に対して前記材料輸送管の軸線に関して回転するように前記スリーブを駆動して、前記材料吐出口と前記開口部とが連通しなくなるようにする
ことを特徴とする請求項２に記載の３Ｄ印刷用装置。
【請求項4】
第２駆動装置を更に備え、前記第２駆動装置は、印刷開始が必要になるときに、前記スリーブが前記材料輸送管に対して前記材料輸送管の軸線に関して回転するように前記スリーブを駆動して、前記材料吐出口と前記開口部とが連通するようにする
ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄ印刷用装置。
【請求項5】
制御装置を更に備え、前記制御装置は、前記３Ｄ印刷用装置における駆動装置を制御するように構成される
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の３Ｄ印刷用装置。
【請求項6】
前記材料吐出口のチャンネルは、断面が材料の流出方向に沿って漸次収縮して前記材料吐出口の所望の幅になる構造を有することを特徴とする請求項１に記載の３Ｄ印刷用装置。
【請求項7】
前記材料吐出口のチャンネルの、長さ方向における断面は段差形又は流線形であることを特徴とする請求項６に記載の３Ｄ印刷用装置。
【請求項8】
前記スリーブの外壁は第１部分及び第２部分を含み、前記第１部分と前記第２部分は、前記材料吐出口の長さを調整するように、前記軸方向に沿って相対的にスライド可能である
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の３Ｄ印刷用装置。
【請求項9】
３Ｄ印刷用装置の制御方法であって、前記３Ｄ印刷用装置は、外壁に軸方向に沿って延びる開口部が設置される材料輸送管と、前記材料輸送管に被せられ、外壁に前記開口部に連通可能な材料吐出口が設置されるスリーブと、を備え、
前記スリーブは前記材料輸送管に対して前記材料輸送管の軸線に関して回転可能であり、
前記材料吐出口のチャンネルは、断面が材料の流出方向に沿って漸次収縮して前記材料吐出口の所望のサイズになる構造を有し、
前記材料吐出口はサイズが連続的に調整可能な材料吐出口であり、且つ、前記材料吐出口は目標印刷領域の断面輪郭線に沿って連続的に印刷し、
前記制御方法は、
前記スリーブを制御して前記材料輸送管に対して前記材料輸送管の軸線に関して回転させることによって、前記材料吐出口と前記開口部とが連通するか又は連通しなくなるようにするステップを含む
ことを特徴とする制御方法。
【請求項10】
前記スリーブを制御して前記材料輸送管に対して前記材料輸送管の軸線に関して回転させることは、印刷停止が必要になるときに、前記スリーブを駆動して前記材料輸送管に対して前記材料輸送管の軸線に関して回転させることによって、前記材料吐出口と前記開口部とが連通しなくなるようにするステップを含む
ことを特徴とする請求項９に記載の制御方法。
【請求項11】
前記スリーブを制御して前記材料輸送管に対して前記材料輸送管の軸線に関して回転させることは、印刷開始が必要になるときに、前記スリーブを駆動して前記材料輸送管に対して前記材料輸送管の軸線に関して回転させることによって、前記材料吐出口と前記開口部とが連通して材料輸送チャンネルが貫通するようにするステップを含む
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、２０２０年０４月０３日に中国特許局に出願された、出願番号が２０２０１０２６１４７４．７であって出願名称が「３Ｄ印刷用装置及びその制御方法」である中国特許出願の優先権を主張し、そのすべての内容を本発明に組み込む。
【0002】
本発明は３Ｄ印刷の分野に関し、より具体的には、３Ｄ印刷用装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【0003】
熱溶解積層（ｆｕｓｅｄ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｉｎｇ，ＦＤＭ）技術は一般的な３Ｄ印刷技術である。ＦＤＭ技術では通常、材料を溶融状態（又は半流動状態）に加熱し、３Ｄ印刷ヘッドの材料吐出口（又は押出口と呼ばれる）から溶融状態の材料を押し出す必要があり、材料は印刷プラットフォームに層ごとに堆積して、３Ｄ物品を形成する。
【0004】
従来の３Ｄ印刷ヘッドは材料輸送部及び材料吐出口を形成するためのノズルを有する。該ノズルが通常、材料輸送部の下端に取り付けられるため、装置の構造は十分にコンパクトではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、装置の構造をよりコンパクトにすることができる３Ｄ印刷用装置及びその制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
第１の態様では、３Ｄ印刷用装置を提供する。前記３Ｄ印刷用装置は、外壁に軸方向に沿って延びる開口部が設置される材料輸送管と、前記材料輸送管に被せられ、外壁に前記開口部に連通可能な材料吐出口が設置されるスリーブとを備え、前記スリーブは、前記材料吐出口と前記開口部とが連通するか又は連通しなくなるように、前記材料輸送管に対して前記材料輸送管の軸線に関して回転可能である。
【0007】
第２の態様では、３Ｄ印刷用装置の制御方法を提供する。前記３Ｄ印刷用装置は、外壁に軸方向に沿って延びる開口部が設置される材料輸送管と、前記材料輸送管に被せられ、外壁に前記開口部に連通可能な材料吐出口が設置されるスリーブとを備え、前記スリーブは前記材料輸送管に対して前記材料輸送管の軸線に関して回転可能であり、前記制御方法は、前記スリーブを制御して前記材料輸送管に対して前記材料輸送管の軸線に関して回転させることによって、前記材料吐出口と前記開口部とが連通するか又は連通しなくなるようにするステップを含む。
【0008】
第３の態様では、第２の態様に記載の制御方法を実行するための命令が記憶されているコンピュータ可読記憶媒体を提供する。
【0009】
第４の態様では、第２の態様に記載の制御方法を実行するための命令を含むコンピュータプログラム製品を提供する。
【発明の効果】
【0010】
従来の設計方式（ノズルが材料輸送部の底部に設置される方式）に比べて、本発明は、スリーブを利用して材料吐出口を提供し、スリーブと材料輸送管を一体に組合せることにより、装置全体の構造をよりコンパクトにする。それとともに、スリーブが材料輸送管に対して材料輸送管の軸線に関して回転することによって印刷の停止を実現して、印刷停止の動作が速やかに応答することを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】従来の３Ｄ印刷装置の全体構造の模式図である。
【図2】従来の３Ｄ印刷ヘッドの構造模式図である。
【図3a】印刷対象層の印刷領域の一例を示す図である。
【図3b】パスの配置方式の一例を示す図である。
【図4】本発明の実施例に係る３Ｄ印刷用装置の構造の一例を示す図である。
【図5】本発明の実施例に係る材料輸送管の３次元構造の一例を示す図である。
【図7】本発明の実施例に係る材料輸送管及びスリーブの、材料吐出口の押出チャンネルを通過する方向における断面模式図である。
【図9】本発明の一実施例に係る分離型スリーブの分離可能な部分の３次元構造を示す図である。
【図12】本発明の一実施例に係る分離型スリーブの各分離可能な部分の分解図である。
【図14】本発明の別の実施例に係る分離型スリーブの各分離可能な部分の分解図である。
【図16】本発明の実施例に係る、端部が無端リングとして設計される分離可能なスリーブの一例を示す図である。
【図17】本発明の別の実施例に係る分離型スリーブの分離可能な部分の３次元構造の一例を示す図である。
【図19】本発明の実施例に係る装置の印刷過程の一例を示す図である。
【図20】本発明の実施例に係る装置と従来の３Ｄ印刷方式との印刷効果の比較図である。
【図21】従来の３Ｄ印刷方式のパス切り替え方式を示す図である。
【図22】本発明の実施例に係る材料送り装置の一例を示す図である。
【図23】本発明の他の実施例に係る３Ｄ印刷用装置の開口するチャンネルの側面図である。
【図26】本発明の他の実施例に係る３Ｄ印刷用装置の斜視図である。
【図27】本発明の実施例に係る制御方法の例示的なフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0012】
理解しやすくするために、従来の３Ｄ印刷装置を簡単に説明する。
【0013】
図１に示すように、従来の３Ｄ印刷装置１は通常、材料送り装置１１、３Ｄ印刷ヘッド１２、印刷プラットフォーム１３、及び制御装置１４を備えてもよい。なお、以上の構造分割方式は一例に過ぎず、実際には、制御装置及び/又は材料送り装置１１が３Ｄ印刷ヘッド１２の一部に属するなどの他の構造分割方式を採用してもよい。
【0014】
材料送り装置１１はフィラメントリール１５に接続されてもよい。実際の印刷過程では、材料送り装置１１はフィラメントリール１５からフィラメント状の材料を取得して３Ｄ印刷ヘッド１２に輸送することができる。３Ｄ印刷過程で使用される材料は、一般的に熱可塑性材料であり、例えば、高分子ポリマー、低融点金属、及び他の流動性ペースト状に調製可能な材料（例えば、ペースト状のセラミック、高融点金属粉末混合物、セメントなど）である。
【0015】
図２に示すように、３Ｄ印刷ヘッド１２は通常、材料輸送部１２１、ノズル１２２及び温度制御装置１２３を備えてもよい。温度制御装置１２３は一般に材料輸送部１２１の外側に設置され、材料送り装置１１が材料輸送部１２１に送った材料を溶融状態に加熱することに用いられる。温度制御装置１２３は、例えば加熱装置であってもよい。ノズル１２２は材料輸送部１２１の下端に取り付けられる。ノズルは材料吐出口１２４を提供することにより、材料輸送部１２１が輸送した溶融状態の材料を印刷プラットフォーム１３に押し出すことができる。
【0016】
制御装置１４は、３Ｄ印刷ヘッド１２を制御して物品を層ごとに印刷することができる。各層を印刷する過程では、３Ｄ印刷ヘッド１２を制御して予め設定された印刷ルートに応じて該印刷対象層の全ての印刷領域（すなわち、該印刷対象層の断面輪郭線で囲まれる領域の全体）を完全に印刷することができる。
【0017】
従来の３Ｄ印刷の全体的な過程は概ね以下のとおりである。
物品を印刷する前に、先ず、モデリングソフトウェアで物品の３Ｄモデルを作成する。該モデリングソフトウェアは、例えばコンピュータ支援設計（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ，ＣＡＤ）ソフトウェアであってもよい。次に、作成した３Ｄモデルを階層化し、３Ｄモデルを複数の印刷対象層に分割して、各印刷対象層の階層データを得る。３Ｄモデルを階層化することにより、３Ｄ物品の印刷過程を複数の２Ｄ印刷過程に分解し、各印刷対象層の印刷過程が平面の２Ｄ印刷過程に類似する。各印刷対象層の階層データを得た後、制御装置１４は、各印刷対象層の階層データに基づいて、３Ｄ印刷ヘッド１２を制御して所定の印刷ルートに移動させることができ、さらに、移動過程では、材料吐出口１２４を通って溶融状態の材料を印刷プラットフォーム１３に押し出して、各印刷対象層の印刷領域を印刷又は充填することができる。物品の全ての印刷対象層の印刷が終了すると、材料が層ごとに固化して、３Ｄ物品を形成する。
物品を印刷する前に、先ず、モデリングソフトウェアで物品の３Ｄモデルを作成する。該モデリングソフトウェアは、例えばコンピュータ支援設計（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ，ＣＡＤ）ソフトウェアであってもよい。次に、作成した３Ｄモデルを階層化し、３Ｄモデルを複数の印刷対象層に分割して、各印刷対象層の階層データを得る。３Ｄモデルを階層化することにより、３Ｄ物品の印刷過程を複数の２Ｄ印刷過程に分解し、各印刷対象層の印刷過程が平面の２Ｄ印刷過程に類似する。各印刷対象層の階層データを得た後、制御装置１４は、各印刷対象層の階層データに基づいて、３Ｄ印刷ヘッド１２を制御して所定の印刷ルートに移動させることができ、さらに、移動過程では、材料吐出口１２４を通って溶融状態の材料を印刷プラットフォーム１３に押し出して、各印刷対象層の印刷領域を印刷又は充填することができる。物品の全ての印刷対象層の印刷が終了すると、材料が層ごとに固化して、３Ｄ物品を形成する。
【0018】
【0019】
【0020】
領域３１を欠落なく印刷するために、通常は断面輪郭線３２に基づいて領域３１を緊密に配置される複数のパス（ｐａｓｓ）に分割する。例えば、図３ｂに示されるパスＡ１－パスＡ２５のように分割する。
【0021】
印刷過程において、制御装置１４は、３Ｄ印刷ヘッド１２のｚ座標を変更しないように制御するとともに、３Ｄ印刷ヘッド１２を制御して所定の順序で全てのパスを完全に印刷し、例えば、平行する往復直線ルートに応じてパスＡ１－Ａ２５を順に印刷する。
【0022】
パスＡ１の印刷過程を例として、制御装置１４は、先ず３Ｄ印刷ヘッド１２を図３ａに示される位置点ｐ１の上方に移動させ、次に、３Ｄ印刷ヘッド１２が位置点ｐ１の上方から位置点ｐ２の上方に移動するとともに材料吐出口１２４を通って溶融状態の材料をパスＡ１に押し出すように制御し、それによりパスＡ１を印刷する。なお、他のパスの印刷方式も類似するため、ここで繰り返し説明しない。全てのパスの印刷が終わると、該印刷対象層の印刷過程が終了し、３Ｄ印刷ヘッド１２又は作業プラットフォーム１３を制御してｚ軸方向に移動させ、次の層の印刷を準備することができる。
【0023】
前述したように、従来の３Ｄ印刷ヘッド１２は材料輸送部１２１及び材料吐出口１２４を提供するためのノズル１２２を有する。該ノズル１２２は一般に材料輸送部１２１の下端に取り付けられるため、３Ｄ印刷ヘッド１２の構造は十分にコンパクトではない。
【0024】
以下、本発明の実施例に係る３Ｄ印刷用装置を詳しく説明する。なお、該３Ｄ印刷用装置は、３Ｄ印刷ヘッドを指してもよく、３Ｄプリンタ全体又は３Ｄ印刷システムを指してもよい。
【0025】
図４に示すように、３Ｄ印刷用装置４は材料輸送管５及びスリーブ６を備えてもよい。該スリーブ６は材料輸送管５に被せられることができ、それにより、構造がコンパクトな組合せアセンブリを形成する。
【0026】
【0027】
いくつかの実施例において、材料輸送管５は装置４の材料輸送部全体の一部であってもよい。材料輸送部は、材料輸送管５の他に、材料輸送管５と連通する他の部分をさらに備えてもよい。
【0028】
別のいくつかの実施例においては、材料輸送管５が装置４の材料輸送部である。ここで、材料供給口５４は材料輸送管５の端面に設置されてもよく、材料輸送管５の外壁に設置されてもよい。
【0029】
材料輸送管５の内部（以下、材料輸送チャンネルと称する）は円弧状に設計されてもよい。例えば、図５－図６に示すように、材料輸送チャンネルを円筒状のチャンネルとして設計することができる。この他、いくつかの実施例では、前記円筒状のチャンネルとその端部との間も円弧で遷移する。材料輸送チャンネルを円弧状に設計することにより、材料輸送チャンネルに溶融状態の材料をスムーズに輸送することができるだけでなく、材料輸送チャンネルの洗浄を容易にし、材料輸送チャンネルの内部での材料の滞留による材料の浪費をできるだけ回避することができる。
【0030】
スリーブ６は材料輸送管５に被せられることができ、すなわち、材料輸送管５をスリーブ６の内管と見なすことができる。スリーブ６の外壁には、開口部５２と連通可能な材料吐出口６５が設置される。いくつかの実施例において、開口部５２と類似するように、材料吐出口６５も材料輸送管５の軸方向に沿って延びる材料吐出口６５であってもよく、すなわち、材料吐出口６５の長さ方向は材料輸送管５の軸方向であってもよい。スリーブ６の外壁には１つの材料吐出口６５が設けられてもよく、複数の材料吐出口６５が設けられてもよい。例えば、スリーブ６の外壁には２つの材料吐出口、３つの材料吐出口、４つの材料吐出口又は８つの材料吐出口が設けられることができる。スリーブ６は、異なる材料吐出口６５が開口部５２と連通するように、材料輸送管６に対して運動することができる（すなわち、異なる材料吐出口６５の切り替えを実現する）。
【0031】
スリーブ６は材料輸送管に対して材料輸送管５の軸線に関して回転することができ、それにより、材料吐出口６５と開口部５２は連通するか又は連通しなくなる。
【0032】
例えば、スリーブ６が材料輸送管に対して材料輸送管５の軸線に関して回転することによって、印刷を停止する必要があるときに、材料吐出口６５と開口部５２が連通しなくなるようにすることができる。それにより、材料輸送チャンネルを遮断して、印刷停止を実現する。
【0033】
図７を参照しながら１つの例を説明する。図７は２つの材料吐出口６５を例示的に示しており、限定ではなく区分の目的で、２つの材料吐出口６５をそれぞれ材料吐出口６５（１）と材料吐出口６５（２）と記す。ここで、最初は材料吐出口６５（１）が開口部５２と連通していると仮定する。図７の左部分に示すように、材料吐出口６５（１）は開口部５２と連通している。印刷停止が必要になる場合、スリーブ６は材料輸送管に対して材料輸送管５の軸線に関して１つの角度を回転（図７による例においては、時計回りに１つの角度を回転）することができ、それによって、材料吐出口６５（１）は開口部５２と連通しなくなって、図７の右部分に示すように、材料輸送チャンネルを遮断して、印刷停止が実現される。
【0034】
そこで、本発明の実施例に係る装置４は、スリーブが材料輸送管に対して材料輸送管の軸線に関して回転することによって印刷の停止を実現し、印刷停止動作の速やかな応答を実現できる。
【0035】
例えば、スリーブ６は材料輸送管に対して材料輸送管５の軸線に関して１つの小さい角度を回転して、材料吐出口６５と開口部５２が連通するか又は連通しなくなるようにすることができる。例えば、該小さい角度は、材料吐出口６５と開口部５２が連通状態から非連通状態になるようにすることができる角度である。
【0036】
１つの例として、印刷停止が必要な場合、材料吐出口６５と開口部５２が連通しなくなるようにするために、スリーブ６は材料輸送管に対して材料輸送管５の軸線に関して第１角度以上を回転すればよい、と仮定すると、スリーブ６は、材料輸送管に対して材料輸送管５の軸線に関して該第１角度を回転することによって、材料吐出口６５と開口部５２が連通しなくなるようにする。
【0037】
この例において、印刷の再開が必要になるときには、スリーブ６が材料輸送管に対して材料輸送管５の軸線に関して反時計回りに該第１角度を回転すれば、材料吐出口６５と開口部５２は連通して、印刷を速やかに再開することができる。
【0038】
３Ｄ印刷が行われる間、印刷を停止しなければならない場合が時々発生する。例えば、目標印刷領域の輪郭のエッジ部まで印刷したら、印刷動作を一時停止し、印刷ヘッドを新しい印刷始点の位置に移動させてから印刷動作を再開する必要がある。３Ｄ印刷で押し出される材料は一般に高粘度の物質であり、例えば、高分子材料の粘性及び弾性の特性を有する。材料輸送装置が印刷材料の輸送を停止したとき、材料の流動はすぐには止まらないため、印刷材料は目標印刷領域の輪郭のエッジ部の外まで積んでしまう。それによって、目標印刷領域の断面輪郭線の形状が破壊されて、印刷物品の幾何的精度が低下してしまう。
【0039】
本発明の実施例に係る装置４は、３Ｄ印刷を行っている間、目標印刷領域の輪郭のエッジ部まで印刷して印刷を停止しなければならないときに、材料輸送装置が印刷材料の輸送を停止するとともに、スリーブ６は材料輸送管に対して材料輸送管５の軸線に関して１つの小さい角度を回転して、材料吐出口６５と開口部５２が連通しなくなるようにすることによって材料輸送チャンネルを遮断する。それにより、印刷材料は制御システムによる命令に速やかに応答して、材料吐出口６５からの流出が停止する。
【0040】
よって、本発明の実施例に係る装置４は、印刷停止の速やかな応答を実現することができる。
【0041】
いくつかの実施例において、スリーブ６が材料輸送管に対して材料輸送管５の軸線に関して回転することは、印刷開始が必要になるときに、材料吐出口６５と開口部５２が連通するようにすることもできる。それにより、材料輸送チャンネルを開通させて、印刷開始を実現する。
【0042】
再度図７を例とする。材料吐出口６５（１）と開口部５２が最初には連通しないと仮定し、図７の右部分に示すように、印刷開始が必要になるとき、スリーブ６は材料輸送管に対して材料輸送管５の軸線に関して１つの角度を回転（図７による例においては反時計回りに１つの角度を回転）することができる。それにより、材料吐出口６５（１）と開口部５２が連通して、図７の左部分に示すように、材料輸送チャンネルが開通して、印刷が開始する。
【0043】
本発明の実施例に係る装置４は、スリーブ６が材料輸送管に対して材料輸送管５の軸線に関して回転することによって印刷開始を実現し、印刷開始の速やかな応答を実現することができる。
【0044】
スリーブ６が材料輸送管に対して材料輸送管５の軸線に関して回転することは、駆動装置によって実現することができる。図４に示すように、装置４は駆動装置７を備える。
【0045】
駆動装置７は、スリーブ６が材料輸送管に対して材料輸送管５の軸線に関して回転するように駆動することができ、それによって材料吐出口６５と開口部５２が連通するか又は連通しなくなる。
【0046】
例えば、駆動装置７は、印刷停止が必要になるときに、スリーブ６が材料輸送管に対して材料輸送管５の軸線に関して回転することによって材料吐出口６５と開口部５２が連通しなくなるように、スリーブ６を駆動する。
【0047】
もう１つの例として、駆動装置７は、印刷開始が必要になるときに、スリーブ６が材料輸送管に対して材料輸送管５の軸線に関して回転することによって材料吐出口６５と開口部５２が連通するように、スリーブ６を駆動する。
【0048】
駆動装置７は複数の実現形態を有してもよく、本発明の実施例はそれについて限定しない。例えば、ラックアンドピニオン機構であってもよく、スライダクランク機構であってもよい。
【0049】
いくつかの実施例において、材料吐出口６５と開口部５２は常に連通していてもよい。例えば、材料吐出口６５は開口部５２の下方に固定されることができる。印刷停止が必要になるとき、スリーブ６は材料輸送管に対して材料輸送管５の軸線に関して回転して、材料吐出口６５と開口部５２が連通しなくなるようにする。
【0050】
他のいくつかの実施例において、スリーブ６は材料輸送管５に対して運動して、材料吐出口６５を開口部５２の下方に移動させて開口部５２に連通させる。印刷停止が必要になるとき、スリーブ６は材料輸送管に対して材料輸送管５の軸線に関して回転して、材料吐出口６５と開口部５２が連通しなくなるようにする。
【0051】
いくつかの実施例では、スリーブ６は一体成型されたスリーブなどの一体型スリーブであってもよい。別のいくつかの実施例では、スリーブ６は分離型スリーブであってもよく、すなわち、スリーブ６の外壁は分離可能な複数の部分を備えるか、又はスリーブ６の外壁は分離可能な複数の部分が接合されることによって形成されてもよい。
【0052】
図８－図１０に示すように、スリーブ６の外壁は分離可能な第１部分６１及び第２部分６２を備えてもよい。第１部分６１は図１１に示される方式で材料輸送管５と一体に組み立てられることができる。第２部分６２は第１部分６１と相補的な構造を有してもよく、両者は図８に示される方式で一体に接合されて、スリーブ６の外壁を形成することができる。
【0053】
一部の実施例では、スリーブ６の外壁は３つ又は３つ以上の分離可能な部分により組み立てられて形成されてもよい。図１２－図１３を例として、スリーブ６の外壁は分離可能な第１部分６１、第２部分６２、第３部分６３及び第４部分６４を備え、この４つの部分はエッジが相互に接合されてスリーブ６の外壁を形成する。
【0054】
スリーブ６は、材料輸送管５と一体に固定されてもよく、材料輸送管５に対して移動してもよい。例えば、スリーブ６は材料輸送管５の軸方向に沿って移動でき、又は、スリーブ６は材料輸送管５の軸線の回りに回転でき、又は、スリーブ６は材料輸送管５の軸方向に沿って移動できるだけでなく、材料輸送管５の軸線の回りに回転できる。
【0055】
材料吐出口６５は大きさが一定の材料吐出口であってもよく、サイズが調整可能な材料吐出口であってもよい。材料吐出口６５のサイズが調整可能であることは、材料吐出口６５の長さが調整可能である（もしくは長さが連続的に調整可能である）ことを指してもよく、又は材料吐出口６５の幅が調整可能である（もしくは幅が連続的に調整可能である）ことを指してもよく、又は材料吐出口６５の長さ及び幅がいずれも調整可能である（もしくは連続的に調整可能である）ことを指してもよい。
【0056】
サイズが調整可能な材料吐出口として材料吐出口６５を設計する方式は様々である。以下、いくつかの可能な実現形態を挙げる。
【0057】
例えば、１つの可能な実現形態としては、材料吐出口６５のサイズを調節するために、材料吐出口６５に１つ又は複数の止め部材を設置することができる。
【0058】
また例えば、別の可能な実現形態として、スリーブ６は分離可能な複数の部分を備えてもよい。該複数の部分の突合せ面は複数の材料吐出口を囲むことができ、且つ該複数の部分は互いに相対的に移動する（例えば、材料輸送管５の軸方向に沿って移動する）ことによって材料吐出口６５のサイズを調節することができる。
【0059】
図８を例として、スリーブ６は第１部分６１及び第２部分６２を備えてもよい。第１部分６１と第２部分６２は材料輸送管５の軸方向に沿って相対的にスライドすることができ、それにより長さが調整可能（もしくは連続的に調整可能）な材料吐出口６５を形成することができる。
【0060】
なお、第１部分６１と第２部分６２の形状、及びそれらが材料吐出口６５を形成する形態は様々である
【0061】
一例として、図８に示すように、第１部分６１は、第１上段差面６１１、第１下段差面６１２、及び、第１上段差面６１１と第１下段差面６１２とを接続する第１接続面６１３を備えてもよい。第２部分６２は、第２上段差面６２１、第２下段差面６２２、及び、第２上段差面６２１と第２下段差面６２２とを接続する第２接続面６２３を備えてもよい。第１上段差面６１１と第２下段差面６２２は接触し、両者は材料輸送管５の軸方向に沿って相対的にスライドすることができる（言い換えれば、第１上段差面６１１と第２下段差面６２２は材料輸送管５の軸方向に沿ってスライド可能に接続される）。第１下段差面６１２と第２上段差面６２１は接触し、両者は材料輸送管５の軸方向に沿って相対的にスライドすることができる（言い換えれば、第１下段差面６１２と第２上段差面６２１は材料輸送管５の軸方向に沿ってスライド可能に接続される）。第１下段差面６１２、第１接続面６１３、第２下段差面６２２及び第２接続面６２３によって形成された中空領域を材料吐出口６５とすることができる。
【0062】
本例において、第１部分６１と第２部分６２はずれる相補的な段差形状の構造で一体に突き合せられ、両者は材料輸送管５の軸方向に沿って相対的にスライドして長さが連続的に調整可能な材料吐出口６５を形成する。材料吐出口６５の幅は、第１上段差面６１１と第１下段差面６１２との間（又は第２上段差面６２１と第２下段差面６２２との間）の高さの差により決められる。このような材料吐出口の実現形態により、第１部分６１及び第２部分６２のサイズ及び強度を確保する上で、幅が非常に小さい材料吐出口６５を形成することができる（材料吐出口の幅は印刷精度に影響を与えることができる）。
【0063】
別の例として、第１部分６１及び第２部分６２は凹凸状の相補的な構造を有してもよい。材料輸送管５の軸方向に沿う第１部分６１と第２部分６２が相対的にスライドすることによって、それらの凹凸部分の間の相対的な位置関係は変化することができ、該凹凸部分の間の中空領域は材料吐出口６５を形成することができる。
【0064】
なお、以上では第１部分６１と第２部分６２が材料輸送管５の軸方向に沿って相対的にスライド可能であると記載したが、本発明の実施例は、第１部分６１及び第２部分６２がいずれも材料輸送管５に対してスライドできることを必要としない。
【0065】
１つの可能な実現形態として、第１部分６１及び第２部分６２はいずれも材料輸送管５に対してスライドすることができる。
【0066】
別の可能な実現形態として、図１４－図１５に示すように、第１部分６１は材料輸送管５に対してスライドすることができ、第２部分６２は材料輸送管５に固定接続されるか又は材料輸送管５と一体成型される。このような実現形態により、装置４の制御を容易にすることができる。
【0067】
図８又は図１６に示すように、いくつかの実施例では、材料輸送管５に被せられた無端リングとして第１部分６１の端部６１４を設計してもよく、及び／又は、材料輸送管５に被せられた無端リングとして第２部分６２の端部６２４（端部６１４と端部６２４はスリーブ６の軸方向の長さを限定することができる）を設計してもよい。このようにしてスリーブ６の全体的な剛性及び密封性を向上させることができる。
【0068】
一部の実施例では、第１部分６１がスライダであり、第２部分６２が固定部材である場合、図１４－図１５に示すように、第１部分６１の２つの端部を全て無端リングとして設計することができる。このようにしてスリーブ６の全体的な剛性及び密封性を向上させることができる。
【0069】
本発明の実施例は、材料吐出口６５のサイズと開口部５２のサイズとの間の関係を具体的に限定しない。材料吐出口６５のサイズは、開口部５２のサイズと同じであってもよく、開口部５２のサイズと異なってもよい。
【0070】
例えば、材料吐出口６５の長さ（材料吐出口６５が長さ調整可能な材料吐出口である場合、材料吐出口６５の長さは材料吐出口６５の最大長さを指してもよい）は前記開口部５２の長さよりも小さくてもよく、また例えば、材料吐出口６５の幅（材料吐出口６５が幅調整可能な材料吐出口である場合、材料吐出口６５の幅は材料吐出口６５の最大幅を指してもよい）は前記開口部５２の幅よりも小さくてもよい。
【0071】
材料吐出口６５のサイズの調節は駆動装置によって実現できる。図４を例として、スリーブ６に、第１部分６１を固定するためのブラケット９１及び第２部分６２を固定するためのブラケット９２を設置してもよい。駆動装置７は、材料輸送管５の軸方向に沿って移動する動力をブラケット９１及びブラケット９２に提供することによって、ブラケット９１を介して第１部分６１を軸方向に沿って移動させ、ブラケット９２を介して第２部分６２を軸方向に沿って移動させることができる。
【0072】
駆動装置７の具体的な実現形態は様々であり、本発明の実施例はこれについて限定しない。例えば、ラックアンドピニオン機構であってもよく、スライダクランク機構であってもよい。
【0073】
前述したように、スリーブ６の外壁には１つの材料吐出口６５が設置されてもよく、複数の材料吐出口６５が設置されてもよい。例えば、スリーブ６の外壁には、２つの材料吐出口、３つの材料吐出口、４つの材料吐出口、８つの材料吐出口が設置されてもよい。スリーブ６は、材料輸送管５に対して運動することによって、異なる材料吐出口６５と開口部５２とが連通するようにすることができる（すなわち、異なる材料吐出口６５の切り替えを実現する）。
【0074】
一例として、複数の材料吐出口６５は材料輸送管５の軸方向に沿って配列されてもよい。この場合、スリーブ６は材料輸送管５の軸方向に沿って並進することによって、異なる材料吐出口６５を開口部５２に連通させることができる。
【0075】
別の例として、複数の材料吐出口６５はスリーブ６の円周方向に沿って配列されてもよい。この場合、スリーブ６は材料輸送管５の軸線の回りに回転することによって、異なる材料吐出口６５を開口部５２に連通させることができる。スリーブ６が材料輸送管５の軸線の回りに回転することを実現するために、装置４には対応する駆動装置がさらに設置されてもよい。該駆動装置は、例えば、ギア伝動機構であってもよい。
【0076】
勿論、以上の２つの場合は組み合わせられてもよい。
【0077】
【0078】
１つの可能な実現形態として、図１７－図１８に示すように、スリーブ６は第１部分６１及び第２部分６２を備えてもよい。該第１部分６１及び第２部分６２は図８及び図９に示される第１部分６１及び第２部分６２に類似するが、相違点として、図１７－図１８においては、第１部分６１及び第２部分６２の２つの突合せ面がいずれも段差状の突合せ面である。ここで、第１部分６１の段差状の突合せ面６１１ａ、６１２ａ及び６１３ａと第２部分の対応する面とは材料吐出口６５ａを形成するように構成され、第１部分６１の段差状の突合せ面６１１ｂ、６１２ｂ及び６１３ｂと第２部分の対応する面とは材料吐出口６５ｂを形成するように構成される。
【0079】
別の可能な実現形態として、図１２－図１３に示すように、スリーブ６は４つの部分（６１、６２、６３、６４）の接合によって形成され、隣接する２つの部分が１つの材料吐出口を形成し、合計で４つの材料吐出口（６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ）が形成される。勿論、一部の実施例において、ある隣接する２つの部分は、突合せ面が平面として設計されてもよく、それによって該隣接する２つの部分は材料吐出口を形成しない。こうすると、材料吐出口の数を実際の需要によって設計することができ、例えば、奇数個の材料吐出口を設計することができ、偶数個の材料吐出口を設計することもできる。
【0080】
本発明の実施例は複数の材料吐出口６５のサイズを具体的に限定しない。該複数の材料吐出口６５はサイズが同じである（材料吐出口６５がサイズ調整可能な材料吐出口である場合、サイズが同じであることは、材料吐出口６５の最大サイズが同じであることを指してもよい）材料吐出口であってもよく、サイズが異なる材料吐出口であってもよい。
【0081】
一例として、複数の材料吐出口６５の長さ（又は最大長さ）は異なる。
【0082】
別の例として、複数の材料吐出口６５は幅が異なる。材料吐出口６５の幅は押し出される材料の幅に影響を与え、ひいては３Ｄ印刷の精度に影響を与える。幅が異なる複数の材料吐出口６５を設計することにより、装置４は実際の需要に応じて精度が異なる材料吐出口を選択して印刷することができる。
【0083】
例えば、印刷対象層が、断面輪郭線が垂直方向において急激に変化する第１印刷領域と、断面輪郭線が垂直方向において緩やかに変化する第２印刷領域とを含むと仮定すると、装置４を使用して第１印刷領域を印刷する場合には幅が小さい材料吐出口に切り替えて印刷精度を向上させることができ、装置４を使用して第２印刷領域を印刷する場合には幅が大きい材料吐出口に切り替えて印刷精度を確保するとともに印刷効率を向上させることができる。
【0084】
勿論、以上の形態は組み合わせられてもよく、すなわち、複数の材料吐出口６５の幅及び長さ（又は最大長さ）はいずれも異なる。
【0085】
前述したように、本発明の実施例に係る材料吐出口６５は長さが連続的に調整可能な材料吐出口６５であってもよい。従来の３Ｄ印刷ヘッドの材料吐出口の設計方式に比べて、材料吐出口６５を長さが連続的に調整可能な材料吐出口として設計することにより、従来の材料吐出口の設計概念による制約を突破することができる。このような新しい材料吐出口は顕著な長所及び幅広い適用可能性を有する。以下、これについて分析する。
【0086】
従来の３Ｄ印刷ヘッドの材料吐出口は通常、一定の形状を有するノズルとして設計され、一般的なノズル形状は円穴、四角穴又はやや変形した等径の異形穴を含む。ノズルの口径は通常１ｍｍ程度であり、一般的な口径は０．４ｍｍである。通常、物品の印刷精度の要求が高い場合には、口径が小さいノズルを選択し、このタイプのノズルは単位時間内の材料押出量が少なくて、印刷効率が低い。一方、物品の印刷効率の要求が高い場合には、口径が大きいノズルを選択し、このタイプのノズルで印刷される物品は形状が粗くて印刷精度が低い。これで分かるように、従来の３Ｄ印刷ヘッドは３Ｄ印刷の効率と精度を両立できない。以下、従来の材料吐出口のこのような設計方式の形成経緯を分析する。
【0087】
３Ｄ印刷技術は２Ｄ印刷技術に基づいて開発された、より高度な製造技術である。３Ｄ印刷を行う前に、通常、印刷対象物品の３Ｄモデルを階層化する必要がある。階層化することにより、３Ｄ物品の印刷過程を複数の２Ｄ印刷過程に分解する。すなわち、１つの階層の印刷過程は１回の平面印刷過程と見なされてもよい。したがって、従来の３Ｄ印刷装置には２Ｄ印刷装置のたくさんの設計概念が適用されている。最も明らかに、２Ｄ印刷ヘッドの材料吐出口は一般に一定の形状を有するノズルとして設計されており、３Ｄ印刷ヘッドの材料吐出口は、２Ｄ印刷ヘッドの材料吐出口のこのような設計方式が適用されて、材料吐出口は一定の形状を有するノズルとして設計されている。前述したように、このようなノズル設計により、３Ｄ印刷ヘッドは効率と精度を両立できず、３Ｄ印刷技術の発展を阻害する主な障害となっている。
【0088】
本発明の実施例は材料吐出口６５を長さが所定の範囲内に連続的に調整可能な材料吐出口として設計する。これは、３Ｄ印刷対象の特性を十分に考慮した上で行われた設計であり、従来の３Ｄ印刷装置に比べて、本発明の実施例に係る３Ｄ印刷装置は３Ｄ印刷の効率と精度を両立でき、より３Ｄ印刷に適する。以下、具体的に説明する。
【0089】
２Ｄ印刷対象のサイズは一般的に小さく、且つ印刷対象は主に文字又は画像である。文字又は画像は、２次元平面において任意に配置されることができ、従うルールがない。よって、一定の形状を有するノズルとして設計される２Ｄ印刷装置の材料吐出口はある程度の汎用性を有し、このような設計は２Ｄ印刷の分野では合理的である。しかしながら、２Ｄ印刷対象とは異なり、３Ｄ印刷対象は通常、実際に使用される３Ｄ物品である。３Ｄ物品は特定の物理的輪郭があるので、３Ｄ物品の１つの断面の輪郭線は一般に１つ又は複数の閉じた、且つ連続的に変化する曲線である。本発明の実施例は３Ｄ印刷対象のこの特徴を十分に利用し、材料吐出口６５を長さが連続的に調整可能な材料吐出口として設計する。材料吐出口６５の長さが連続的に調整可能であることは、３Ｄ印刷対象の断面輪郭線が閉じており且つ連続的に変化する特性に合致し、このような材料吐出口６５はより３Ｄ印刷にふさわしく、印刷効率を大幅に向上させることを可能にする。
【0090】
例えば、本発明の実施例に係る材料吐出口を使用すれば、断面輪郭線に沿って連続的に印刷するとともに、印刷過程中に材料吐出口６５が断面輪郭線の変化に従って変化するように制御することができる。理解できるのは、従来のパスごとに印刷する方式に比べて、断面輪郭線に沿って印刷することは非常に高い印刷効率を有する。
【0091】
さらに、材料吐出口６５の幅を値が小さい固定値に設定してもよい。それによって、３Ｄ物品の印刷精度を変更しないように維持すると同時に、高い精度を維持する。材料吐出口６５が連続的に変化する過程で印刷精度を変更しないように維持することは、従来の３Ｄ印刷ヘッドが達成し難いことである。従って、本発明の実施例に係る長さが連続的に調整可能な材料吐出口は、３Ｄ印刷の効率と精度を両立でき、より３Ｄ印刷にふさわしい。
【0092】
以下、具体的な実施例を参照して、材料吐出口６５の長さの変化形態を詳細に説明する。
【0093】
選択的に、目標印刷領域の形状に応じて材料吐出口６５の長さが連続的に変化するように制御してもよい（又は、材料吐出口６５の長さが目標印刷領域の形状の変化に従って変化するように制御してもよく）。ここで、目標印刷領域は印刷対象層の一部の印刷領域であってもよく、印刷対象層の印刷領域全体であってもよい。
【0094】
例えば、一部の実施例では、材料吐出口６５のサイズを調節して、材料吐出口６５の長さを印刷対象層の目標印刷領域の断面輪郭線の横断線の長さに対応させてもよい。
【0095】
また例えば、一部の実施例では、材料吐出口６５のサイズを調節して、垂直方向において材料吐出口６５の両端を目標印刷領域の断面輪郭線と位置合わせしてもよい。
【0096】
材料吐出口６５の両端が垂直方向において目標印刷領域の断面輪郭線と位置合わせされると、材料吐出口６５の両端の垂直方向での投影は目標印刷領域の断面輪郭線の横断線にある。説明の便宜上、以下、この印刷方式を目標印刷領域の断面輪郭線の追跡印刷と称する。
【0097】
以下、図１９を参照しながら、追跡印刷をより詳細に説明する。
【0098】
図１９に示すように、符号１００は印刷対象層の目標印刷領域を表し、材料吐出口６５の長手方向はｘ方向に沿って延びる。目標印刷領域１００を印刷するときには、装置４が基本的にｙ方向に向かって移動するように制御することができる。装置４が移動している間には、材料吐出口６５の長さ及び／又は位置をリアルタイムに変更して、材料吐出口６５の両端が垂直方向ｚ（ｘ－ｙ平面に垂直）において常に目標印刷領域１００の断面輪郭線に位置合わせされるようにする。すなわち、材料吐出口６５の両端の垂直方向ｚでの投影が常に目標印刷領域１００の断面輪郭線にあるようにする。
【0099】
例を挙げて説明する。材料吐出口６５の現在位置のｙ座標がｙ１であり、且つｙ１がｘ方向に沿って目標印刷領域１００の断面輪郭線を横断した場合に２つの点（ｘ１，ｙ１）及び（ｘ２，ｙ１）が得られると仮定すると、材料吐出口６５の両端の位置を変更して、第１端部を（ｘ１，ｙ１）の真上に位置させ、第２端部を（ｘ２，ｙ１）の真上に位置させることにより、目標印刷領域１００の断面輪郭線に対して高精度の追跡印刷を行うことができる。
【0100】
目標印刷領域の断面輪郭線の追跡印刷の実現形態は様々である。選択的に、第１の実現形態として、材料吐出口６５の両端の位置を調節して、垂直方向において材料吐出口６５の両端を目標印刷領域の断面輪郭線に位置合わせすることができる。
【0101】
選択的に、第２の実現形態として、材料吐出口６５のサイズを調節して材料吐出口６５の長さを印刷対象層の目標印刷領域の断面輪郭線の横断線の長さに対応させるとともに、材料輸送管５及びスリーブ６を一体と見なして、それと印刷プラットフォームとの相対的な位置を駆動装置によって調節して、垂直方向において材料吐出口６５の両端を目標印刷領域の断面輪郭線と位置合わせすることができる。
【0102】
目標印刷領域を印刷する過程では、装置４は実際の需要に応じて前述した２つの実現形態のうちのいずれかを使用して追跡印刷を実現してもよく、又は、目標印刷領域の異なる部分を印刷するときに異なる追跡印刷方式を使用してもよい。
【0103】
例えば、目標印刷領域は横断線の長さが短い部分及び横断線の長さが長い部分を含んでもよい。横断線の長さが短い部分を印刷する場合には、第１の実現形態を用いて追跡印刷を行うことができ、それにより装置４の制御を簡略化する。一方、横断線の長さが長い部分を印刷する場合には、第２の実現形態を用いて追跡印刷を行うことができる。
【0104】
従来の材料吐出口により印刷された物品に比べて、目標印刷領域の断面輪郭線に対して追跡印刷を行うことによって印刷された物品は、力学的性質及び形状の均一性が著しく向上している。以下、図２０及び図２１を参照しながら、これについて詳細に説明する。
【0105】
従来の３Ｄ印刷は一般的に所定のパス順序に従ってパスごとに印刷を行う。従来の３Ｄ印刷装置の材料吐出口のサイズが小さいため（口径が通常ミリメートルレベルである）、各パスの印刷に長い時間がかかる。また、現在のパスを印刷しようとするとき、現在のパスに隣接する前のパス上の材料は既に固化状態になったか又は固化状態に近いが、現在のパス上の材料はまだ溶融状態である。現在のパス上の溶融状態の材料は前のパス上の固化状態になったか又は固化状態に近い材料と融合して、一体を形成する必要がある。ここで、隣接するパス間の材料融合過程はパス連結と呼ばれる。
【0106】
パス連結過程では、現在パスの前のパスが既に固化したか又は固化に近い状態にある一方、現在のパスがまだ溶融状態である場合、隣接するパス間の材料融合過程には融合不良の現象が発生する可能性があり、印刷された物品は力学的性質が悪くなる。また、材料状態が同期しないため、隣接するパス上の材料が相互に融合して得られた物体は形状が粗くなる。円柱体の印刷を例として、図２０に示すように、円柱体１０１は従来の３Ｄ印刷技術を用いてパス連結方式で印刷された円柱体である。該円柱体１０１は、形状全体の輪郭が粗いだけでなく、パス連結過程での材料の融合不良による複数のノッチ１０３が存在している。
【0107】
本発明の実施例に係る装置４は、材料吐出口６５の長さ及び位置を調整することにより、目標印刷領域の断面輪郭線に対して追跡印刷を行う。従って、目標印刷領域を印刷する過程では、装置４はパスに応じてパスごとに印刷を行う必要がなく、それによりパス連結を行う必要もなく、融合不良の問題は発生しない。従って、装置４によって印刷された物品は優れた力学的性質を有する。図２０に示すように、円柱体１０２は装置４によって印刷された円柱体であり、円柱体１０１に比べて、円柱体１０２の充填材料の融合状況が良好であり、パス連結の融合不良の問題が存在しない。
【0108】
続いて円柱体の印刷を例とする。図２１に示すように、従来の３Ｄ印刷過程では、パス間の切り替えは、実際の輪郭曲線の代わりに折れ線１０４を使用している。言い換えると、実際の輪郭曲線に近似するように折れ線を使用している。その結果、印刷された円柱体１０１は輪郭線が粗い。それに対して、本発明の実施例に係る装置４は、パスに従って印刷する必要がなく、代わりに材料吐出口６５の長さ及び位置を調整することによって目標印刷領域の断面輪郭線に対して追跡印刷を行う。それにより、装置４によって印刷された円柱体１０２は輪郭線が滑らかで迫真である。
【0109】
目標印刷領域の決定方式は様々である。例えば、印刷対象層の断面輪郭線の形状、最長横断線の長さ及び材料吐出口のサイズなどの要素のうちの１つ又は複数に基づいて、印刷対象層の印刷領域全体を目標印刷領域とするか、又は印刷対象層の印刷領域を複数の目標印刷領域に分割してそれぞれ印刷するかを決定することができる。
【0110】
例えば、印刷対象層の断面輪郭線の最長横断線の長さが材料吐出口の最大長さ以下である場合には、印刷対象層の印刷領域全体を目標印刷領域として決定することができる。印刷対象層の断面輪郭線の最長横断線の長さが材料吐出口の最大長さより大きい場合には、印刷対象層の印刷領域全体を複数の目標印刷領域に分割することができる。
【0111】
また例えば、印刷対象層の断面輪郭線が互いに連通しない複数の閉じた領域を含む場合、各閉じた領域を１つ又は複数の目標印刷領域として印刷することができる。
【0112】
また例えば、一部の実施例では、印刷対象層の印刷領域全体を分割せずに、印刷対象層の印刷領域全体を直接目標印刷領域としてもよい。例えば、特定の物品を専ら印刷する専用装置として装置４を設計し、且つ物品の各印刷層の印刷領域全体が一回の動作で印刷完成されるように装置４の材料吐出口６５の長さを設計してもよい。このようにして、実際に作業するときに、装置４は既定の方式で該物品の各層を印刷することができ、作業中に印刷領域を分割する必要がない。
【0113】
図２２に示すように、装置４は材料送り装置２００をさらに備えてもよい。該材料送り装置２００は材料輸送管５を介して材料吐出口６５に材料を送ることができる。装置４は材料送り装置２００を駆動するための駆動装置（図示せず）をさらに備えてもよく、該駆動装置は材料送り装置を駆動することにより、材料吐出口６５の材料押出量を材料吐出口の長さに対応させることができる。
【0114】
該材料送り装置２００は図２２（ａ）に示されるスクリュー式材料送り装置であってもよく、図２２（ｂ）に示される気圧式材料送り装置であってもよく、図２２（ｃ）に示されるピストン式材料送り装置であってもよい。
【0115】
材料送り装置２００がスクリュー式材料送り装置である場合には、駆動装置によってスクリューの回転数を調整することにより材料吐出口６５の材料押出量を制御することができる。材料送り装置２００が気圧式材料送り装置である場合には、材料の液面に作用する圧力を調整することにより材料吐出口６５の材料押出量を制御することができる。材料送り装置２００がピストン式材料送り装置である場合には、筒状の材料供給口でのピストンの移動速度を駆動装置によって調整することにより材料吐出口６５の材料押出量を制御することができる。
【0116】
材料吐出口６５の材料押出量が材料吐出口６５の長さに対応するとは、材料吐出口６５の材料押出量が材料吐出口６５の長さに比例して変化することを指す。
【0117】
実際に印刷するとき、材料吐出口６５の長さに基づいて材料押出量を決定することができる。次に、材料送り装置２００の材料送り量を制御して、材料送り量を材料押出量に等しくすることができる。
【0118】
図４に示すように、装置４は、上述した各種の駆動装置を制御するための制御装置8をさらに備えてもよい。該制御装置８は専用のデジタル制御装置であってもよく、汎用プロセッサであってもよい。この他、該制御装置８は分散型の制御装置であってもよく、集中型の制御装置であってもよい。
【0119】
以下、本発明の方法実施例を説明する。なお、方法実施例は以上で説明した装置４により実行できる（具体的には装置４の制御装置８により実行できる）ため、ここで詳しく説明していない部分については以上の記載を参照することができる。
【0120】
本発明の実施例は３Ｄ印刷用装置をさらに提供する。該装置は長さ調節可能な材料吐出口を有し、該材料吐出口の押出チャンネルは材料の流れ方向に沿って断面が変化する構造である。
【0121】
例えば、材料吐出口の押出チャンネルは、断面が材料の流れ方向において漸次収縮して該材料吐出口の所望のサイズになる構造である。なお、材料吐出口のサイズは幅と長さを含む。
【0122】
例えば、材料吐出口の押出チャンネルは、断面が材料の流れ方向において漸次収縮して該材料吐出口の所望の幅になる構造である。言い換えると、材料吐出口の押出チャンネルは、断面の幅が材料の流れ方向において漸次縮小して該材料吐出口の所望の幅になる。
【0123】
さらに例えば、材料吐出口の押出チャンネルは、断面が材料の流れ方向において漸次収縮して該材料吐出口の所望の長さになる構造である。
【0124】
材料吐出口の押出チャンネルを、断面が材料の流れ方向において漸次収縮して該材料吐出口の所望のサイズになる構造にするために、材料吐出口は様々な設計形態を有してもよい。
【0125】
１つの例として、図２３（ｂ）に示すように、材料吐出口の押出チャンネルは、長さ方向における断面が段差形の流れ通路の断面である。
【0126】
もう１つの例として、図２３（ｃ）に示すように、材料吐出口の押出チャンネルは、長さ方向における断面が流線形の流れ通路の断面である。
【0127】
選択的に、材料吐出口の押出チャンネルが、断面が材料の流れ方向において漸次収縮して該材料吐出口の所望のサイズになる構造にさえなればよく、材料吐出口の押出チャンネルの、長さ方向における断面は、他の可能な形状やパターンに設計されてもよい。
【0128】
もう１つの例として、材料吐出口の押出チャンネルの、幅方向における断面も、段差形の流れ通路の断面であってもよい（図示せず）。
【0129】
３Ｄ印刷の押出材料は一般に高粘度物質であり、押出材料による抵抗力は材料吐出口のチャンネル長さに正比例する。材料吐出口の幅が小さい（印刷精度が高い場合、材料吐出口の幅は小さく求められる）とき、材料吐出口は１つの隙間チャンネルになって、図２３（ａ）に示すように、押出材料が受ける抵抗力が非常に大きくて、印刷効率が悪くなる。この場合、材料を隙間チャンネルから速やかに押し出して高精度３Ｄ印刷を効率よく実現するためには、非常に大きな押出圧力が必要となって、材料輸送システムは非常に高い輸送パワーを提供しなければならない。しかし、これは明らかに印刷コストを増加してしまって、印刷プロセスの経済性が悪くなる。
【0130】
本発明の実施例に係る装置においては、材料吐出口の押出チャンネルは材料の流れ方向において断面が漸次収縮して該材料吐出口の所望のサイズになる構造を有する。これにより、材料が押し出されるときに受ける抵抗力を効果的に低減することができ、したがって印刷成型の効率が向上する。また、材料が押し出される時に受ける抵抗力を低減できるため、材料輸送システムの輸送パワーに対する要求も低く抑えることができ、印刷コストを削減することができる。
【0131】
本実施例の適用場面は前述した実施例に係る装置４を含むがそれに限られない。
【0132】
例えば、本実施例に係る３Ｄ印刷用装置は前述した実施例に係る装置４であり、本実施例に係る材料吐出口は装置４における材料吐出口６５である。
【0133】
スリーブ６が一体成型されたものである場合、押出チャンネルが材料の流れ方向において漸次収縮して材料吐出口の所望のサイズになる材料吐出口６５を、スリーブ６の金型によって形成することができる。
【0134】
スリーブ６が複数の分離可能な部分を含む場合、隣接する２つの部分の突合せ面において段差形構造を設けることによって、押出チャンネルが材料の流れ方向において漸次収縮して材料吐出口の所望のサイズになる材料吐出口６５を形成することができる。
【0135】
例えば、図８－図１０及び図１７－図１８に示す前述した実施例において、第１部分６１と第２部分６２の間の突合せ面は材料の流出方向において段差形の構造を有することができ、それによって材料吐出口６５のチャンネルは材料の流出方向に沿って断面が漸次収縮して該材料吐出口６５の所望のサイズになる構造となる。
【0136】
図８－図１０に示す実施例を例とする。第１部分６１の突合せ面６１２は材料の流出方向に沿う段差形構造を備えており、図２４に示すように、突合せ面６１２は上段差面６１２１及び下段差面６１２２を含む。第２部分６２の突合せ面６２２も材料の流出方向に沿う段差形構造を備えている（突合せ面６１２の段差形構造に類似するため図示せず）。このようにして、第１部分６１と第２部分６２が突合せられて形成した材料吐出口６５の押出チャンネルは、図２５に示すように、材料の流れ方向に従って断面が漸次収縮して材料吐出口の所望のサイズになる構造となる。本例において、材料吐出口６５の押出チャンネルの、長さ方向における断面は、図２３（ｂ）に示される段差形の流れ通路の断面である。
【0137】
図２５に示される第１部分６１と第２部分６２は、材料輸送管５と一体に装着される。すなわち、図２６に示すように、材料の流れ方向において断面が漸次収縮して材料吐出口の所望のサイズになる構造を有する押出チャンネルを備える装置４を形成する。図２６による例において、材料輸送管５及びスリーブ６の、材料吐出口６５の押出チャンネルを通過する方向における横断面は図７に示す通りである。図７に示される材料吐出口６５（１）は、押出チャンネルの断面が材料の流れ方向において漸次収縮して材料吐出口の所望のサイズになる構造を有する材料吐出口を表す。
【0138】
図２７は本発明の実施例に係る制御方法の例示的なフローチャートである。図２７による制御方法は３Ｄ印刷用装置を制御するために用いられることができる。該装置は、例えば前述した装置４であってもよく、該制御方法は、例えば装置４の制御装置８によって実行されてもよい。
【0139】
該装置は材料輸送管及びスリーブを備えてもよい。材料輸送管の外壁には材料輸送管の軸方向に沿って延びる開口部が設置される。スリーブは材料輸送管に被せられ、スリーブの外壁には、開口部に連通可能な材料吐出口が設置されており、スリーブは材料輸送管に対して材料輸送管の軸線に関して回転することができる。
【0140】
図２７に係る方法はステップＳ２７１０を含んでもよい。
【0141】
ステップＳ２７１０において、前記スリーブが前記材料輸送管に対して前記材料輸送管の軸線に関して回転することによって前記材料吐出口と前記開口部が連通するか又は連通しなくなるように、前記スリーブを制御する。
【0142】
選択的に、ステップＳ２７１０は、印刷停止が必要になるときに、スリーブが材料輸送管に対して材料輸送管の軸線に関して回転することによって材料吐出口と開口部が連通しなくなって材料輸送チャンネルが遮断されるように、スリーブを制御する、ことを含む。
【0143】
選択的に、ステップＳ２７１０は、印刷開始が必要になるときに、スリーブが材料輸送管に対して材料輸送管の軸線に関して回転することによって材料吐出口と開口部が連通して材料輸送チャンネルが貫通するように、スリーブを制御する、ことを含む。
【0144】
選択的に、図２７に係る方法はステップＳ２７２０を含んでもよい。
【0145】
ステップＳ２７２０において、材料吐出口のサイズを調節する。
【0146】
選択的に、スリーブの外壁は、軸方向に沿って相対的にスライドすることができる第１部分と第２部分を備える。ステップＳ２７２０は、第１部分と第２部分を制御して相対的にスライドさせて、材料吐出口のサイズを調節することを含んでもよい。
【0147】
選択的に、第１部分は、第１上段差面、第１下段差面、及び、第１上段差面と第１下段差面とを接続する第１接続面を備え、第２部分は、第２上段差面、第２下段差面、及び、第２上段差面と第２下段差面とを接続する第２接続面を備える。第１上段差面及び第１下段差面はそれぞれ、第２下段差面及び第２上段差面に接触し且つ軸方向に沿って相対的にスライドすることができる。第１下段差面、第１接続面、第２下段差面及び第２接続面によって形成される中空領域は材料吐出口である。
【0148】
選択的に、ステップＳ２７２０は、材料吐出口のサイズを調節して、材料吐出口の長さを目標印刷領域の断面輪郭線の横断線の長さに対応させることを含んでもよい。ここで、目標印刷領域は印刷対象層の印刷領域の一部又は全体である。
【0149】
選択的に、ステップＳ２７２０は、材料吐出口のサイズを調節して、材料吐出口の長さを限定する両端を垂直方向において目標印刷領域の断面輪郭線と位置合わせすることを含んでもよい。
【0150】
選択的に、図２７に係る方法は、材料輸送管及びスリーブを一体と見なして、それと印刷プラットフォームとの相対的な位置を調節することによって、材料吐出口の長さを限定する両端を垂直方向において目標印刷領域の断面輪郭線と位置合わせするステップをさらに含んでもよい。
【0151】
選択的に、図２７に係る方法は、印刷対象層の断面輪郭線の最長横断線の長さが材料吐出口の最大長さ以下である場合、印刷対象層の印刷領域全体を目標印刷領域として決定するステップと、印刷対象層の断面輪郭線の最長横断線の長さが材料吐出口の最大長さより大きい場合、印刷対象層の印刷領域全体を複数の目標印刷領域に分割するステップと、をさらに含んでもよい。
【0152】
選択的に、図２７に係る方法は、材料送り装置を制御して材料吐出口に材料を送らせて、材料吐出口の材料押出量を材料吐出口のサイズに対応させるステップをさらに含んでもよい。
【0153】
選択的に、スリーブの外壁には複数の材料吐出口が設置される。図２７に係る方法は、スリーブを制御して材料輸送管に対して移動させて、異なる材料吐出口を開口部に連通させるステップをさらに含んでもよい。
【0154】
選択的に、複数の材料吐出口はスリーブの円周方向に沿って配置される。スリーブを制御して材料輸送管に対して移動させて、異なる材料吐出口を開口部に連通させる前記ステップは、スリーブを制御して材料輸送管の軸線の回りに回転させて、異なる材料吐出口を開口部に連通させるステップを含んでもよい。
【0155】
選択的に、異なる材料吐出口の幅は異なる。
【0156】
以上の実施例は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア又は他の任意の組み合わせによって全部又は一部が実現されることができる。ソフトウェアにより実現される場合、コンピュータプログラム製品の形態によって全部又は一部が実現されることができる。前記コンピュータプログラム製品は１つ又は複数のコンピュータ命令を含む。コンピュータにおいて前記コンピュータプログラム命令をロード及び実行するとき、本発明の実施例に記載のプロセス又は機能の全部又は一部が発生する。前記コンピュータは、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、コンピュータネットワーク、又は他のプログラマブル装置であってもよい。前記コンピュータ命令は、コンピュータ可読記憶媒体に記憶されてもよく、又は１つのコンピュータ可読記憶媒体から別のコンピュータ可読記憶媒体へ伝送されてもよく、例えば、前記コンピュータ命令は、１つのウェブサイト、コンピュータ、サーバ又はデータセンターから有線（例えば同軸ケーブル、光ファイバー、デジタル加入者線（digital subscriber line、DSL））又は無線（例えば赤外線、ワイヤレス、マイクロ波など）方式で別のウェブサイト、コンピュータ、サーバ又はデータセンターへ伝送される。前記コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータがアクセスできる任意の利用可能な媒体であってもよく、又は１つ又は複数の利用可能な媒体を含んで集積されるサーバ、データセンターなどのデータ記憶装置であってもよい。前記利用可能な媒体は、磁気媒体（例えば、フロッピーディスク、ハードディスク、磁気テープ）、光学媒体（例えばデジタルビデオディスク（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｉｄｅｏ ｄｉｓｃ，ＤＶＤ））、又は半導体媒体（例えばソリッドステートディスク（ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅ ｄｉｓｋ，ＳＳＤ））などであってもよい。
【0157】
当業者であれば、本明細書に開示されている実施例に説明された各例示的なユニット及びアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、又はコンピュータソフトウェアと電子ハードウェアとの組み合わせによって実現できることを理解できる。これらの機能がハードウェアで実行されるかソフトウェアで実行されるかは、技術案の特定の応用と設計上の制約条件に決められる。当業者は、各特定の応用に対して異なる方法で説明された機能を実現することができ、しかし、この実現は本発明の範囲を超えると考えられるべきではない。
【0158】
本発明のいくつかの実施例では、開示されているシステム、装置及び方法は、他の方式で実現され得ることを理解すべきである。例えば、上記説明された装置の実施例は例示的なものに過ぎず、例えば、前記ユニットの分割は、論理機能の分割に過ぎず、実際に実現するときに他の分割方式を有することができ、例えば、複数のユニット又はアセンブリを組み合わせてもよく、又は別のシステムに集積してもよく、又はいくつかの特徴を無視してもよく、又は実行しなくてもよい。また、図示又は検討される相互結合又は直接結合又は通信接続は、いくつかのインタフェース、装置又はユニットを介する間接結合又は通信接続であってもよく、電気的、機械的、又は他の形態のものであってもよい。
【0159】
分離部材として説明された前記ユニットは、物理的に分離していても分離していなくてもよく、ユニットとして図示される部材は、物理的ユニットであってもそうでなくてもよく、すなわち、１つの位置に配置してもよく、又は複数のネットワークユニットに分布してもよい。実際の需要に応じてそのうちの一部又は全部のユニットを選択して本実施例の解決手段の目的を実現することができる。
【0160】
また、本発明の各実施例の各機能ユニットが１つの処理ユニットに集積されてもよく、各ユニットが別々に物理的に存在してもよく、２つ又は２つ以上のユニットが１つのユニットに集積されてもよい。
【0161】
以上は、本発明の具体的な実施形態に過ぎず、本発明の保護範囲を制限するためのものではなく、当業者が本発明に開示されている技術範囲内に、容易に想到できる変化や置換は、いずれも本発明の保護範囲内に含まれるべきである。従って、本発明の保護範囲は前記特許請求の範囲の保護範囲を基準とする。
【図1】
【図2】
【図3a】
【図3b】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
