特表 2022-504332 ３次元物体、３次元付加製造システム及び３次元物体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-13

(54)【発明の名称】３次元物体、３次元付加製造システム及び３次元物体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/223 20170101AFI20220105BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20220105BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20220105BHJP

   B33Y 80/00 20150101ALI20220105BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20220105BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20220105BHJP

   B29C 64/236 20170101ALI20220105BHJP

   B29C 64/232 20170101ALI20220105BHJP

   B29C 64/112 20170101ALI20220105BHJP

【ＦＩ】

B29C64/223

B33Y30/00

B33Y10/00

B33Y80/00

B33Y50/02

B29C64/393

B29C64/236

B29C64/232

B29C64/112

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021518732

(86)(22)【出願日】2019-10-07

(85)【翻訳文提出日】2021-04-05

(86)【国際出願番号】 US2019055061

(87)【国際公開番号】W WO2020076734

(87)【国際公開日】2020-04-16

(31)【優先権主張番号】62/742,505

(32)【優先日】2018-10-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/595,265

(32)【優先日】2019-10-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】520272949

【氏名又は名称】サクウ コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】110001586

【氏名又は名称】特許業務法人アイミー国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】フィリップ エウゲン ログレン

【テーマコード（参考）】

4F213

【Ｆターム（参考）】

4F213AP06

4F213AR07

4F213AR12

4F213WA25

4F213WB01

4F213WL02

4F213WL32

4F213WL73

4F213WL74

4F213WL85

(57)【要約】

【課題】魅力的な３Ｄ印刷システムを提供する。
【解決手段】３次元付加製造システムの第１および第２のプリンタモジュールは、第１および第２のキャリア基板上に、それぞれ、第１のパターン化された単層物体および第２のパターン化された単層物体を順次形成する。パターン化された単層物体は、アセンブリステーションのアセンブリプレート上の三次元物体に組立てられる。コントローラは、プリンタモジュールに形成されたパターン化された単層物体の順序およびパターン、ならびに第１のパターン化された単層物体および第２のパターン化された単層物体のアセンブリプレート上の３次元物体への組立の順序を制御する。第１の移送モジュールは、第１のパターン化された単層物体を、第１のキャリア基板から第１の移送ゾーンにあるアセンブリ装置に移送し、第２の移送モジュールは、第２のパターン化された単層物体を、第２のキャリア基板から第２の移送ゾーンにあるアセンブリ装置に移送する。第１および第２のプリンタモジュールは、それぞれ第１および第２の堆積条件下で第１および第２の材料を堆積させるように構成される。第１および第２の材料は異なり、および／または第１および第２の堆積条件は異なる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

３次元付加製造システムであって、
第１のキャリア基板と、
第２のキャリア基板と、
第１のキャリア基板上に一連の第１のパターン化された単層物体を形成するための第１のプリンタモジュールと、
第２のキャリア基板上に一連の第２のパターン化された単層物体を形成するための第２のプリンタモジュールと、
アセンブリプレートを含むアセンブリステーションとを備え、
前記第１のパターン化された単層物体および前記第２のパターン化された単層物体は、前記アセンブリプレート上の３次元物体に組み込まれるものであり、
前記３次元付加製造システムは、さらに、
第１のパターン化された単層物体を、第１のキャリア基板から第１の移送ゾーンにあるアセンブリステーションに移送するための第１の移送モジュールと、
第２のパターン化された単層物体を、第２のキャリア基板から第２の移送ゾーンにあるアセンブリステーションに移送する第２の移送モジュールと、
コントローラとを備え、
前記コントローラは、（１）第１のプリンタモジュールに形成された第１のパターン化された単層物体の順序およびパターン、（２）第２のプリンタモジュールに形成された第２のパターン化された単層物体の順序およびパターン、および（３）第１のパターン化された単層物体および第２のパターン化された単層物体のアセンブリプレート上の３次元物体への組立の順序を制御するものであり、
第１のプリンタモジュールは、第１の堆積条件下で第１の材料を堆積するように構成され、
第２プリンタモジュールは、第２の堆積条件下で第２の材料を堆積するように構成され、第２の材料の少なくとも１つは第１の材料と異なり、第２の堆積条件は第１の堆積条件とは異なる、３次元付加製造システム。

【請求項2】

前記第１のプリンタモジュールは、ジェットバインダプリンタを含む、請求項１に記載の三次元付加製造システム。

【請求項3】

前記第２のプリンタモジュールは、ジェットバインダプリンタを含む、請求項２に記載の三次元付加製造システム。

【請求項4】

前記第２のプリンタモジュールは、電子写真プリンタを含む、請求項１に記載の３次元付加製造システム。

【請求項5】

前記第２の堆積条件が前記第１の堆積条件と異なる場合に、前記第１の堆積条件は２５μｍ～２，０００μｍの範囲の堆積層厚さを含み、前記第２の堆積条件は、３μｍ～７５μｍの範囲の堆積層厚さを含む、請求項１に記載の三次元付加製造システム。

【請求項6】

前記第２の堆積条件が前記第１の堆積条件と異なる場合、前記第１の堆積条件は２５μｍ～４，０００μｍの範囲のボクセル解像度を含み、前記第２の堆積条件は、３μｍ～１５０μｍの範囲のボクセル解像度を含む、請求項１に記載の３次元付加製造システム。

【請求項7】

前記第２の材料が前記第１の材料と異なる場合、前記第１のパターン化された単層物体は第１の材料特性を特徴とし、前記第２のパターン化された単層物体は、前記第１の材料特性とは値が異なる第２の材料特性を特徴とする、請求項１に記載の三次元付加製造システム。

【請求項8】

前記第１の材料特性および前記第２の材料特性の一方が０％～１０％の範囲の気孔率であり、前記第１の材料特性および前記第２の材料特性の他方が、２５％～７５％の範囲の気孔率である、請求項７に記載の三次元付加製造システム。

【請求項9】

第３のキャリア基板上に一連の第３のパターン化された単層物体を形成するための第３のプリンタモジュールと、
第３のパターン化された単層物体を、第３のキャリア基板から第３の移送ゾーンにあるアセンブリステーションに移送するための第３の移送モジュールとをさらに備え、
第１のパターン化された単層物体、第２のパターン化された単層物体、及び第３のパターン化された単層物体は、アセンブリプレート上の三次元物体に組み立てられるものであり、
前記コントローラは、さらに、（１）第３のプリンタモジュールに形成された第３のパターン化された単層物体の順序およびパターン、（２）第１のパターン化された単層物体、第２のパターン化された単層物体、および（３）第３のパターン化された単層物体のアセンブリプレート上の３次元物体への組立の順序を制御するものである、請求項１に記載の３次元付加製造システム。

【請求項10】

前記第１のキャリア基板および前記第２のキャリア基板のうちの少なくとも一方がベルトである、請求項１に記載の三次元付加製造システム。

【請求項11】

前記アセンブリステーションは、横方向ポジショナをさらに備え、前記横方向ポジショナは、前記アセンブリプレートを、前記第１移送ゾーンおよび前記第２移送ゾーンに関連するそれぞれの横方向位置にまで横方向に変位させるものである、請求項１に記載の三次元付加製造システム。

【請求項12】

前記アセンブリステーションは、前記アセンブリプレートを垂直方向に変位させるための垂直方向ポジショナをさらに備える、請求項１に記載の三次元付加製造システム。

【請求項13】

第１のキャリア基板及び第２のキャリア基板はそれぞれ、第１のパターン化された単層物体及び第２のパターン化された単層物体の各々に対する基準マーカーを含み、
アセンブリステーションは、基準マーカーをアセンブリプレートに位置合わせするためのアライメントセンサを含む、請求項１に記載の三次元付加製造システム。

【請求項14】

３次元物体を製造する方法であって、
コントローラによって命令された順序およびパターンに従って、第１のプリンタモジュールにおいて第１のキャリア基板上に第１のパターン化された単層物体を順次形成するステップと、
コントローラによって命令された順序およびパターンに従って、第２のプリンタモジュールにおいて第２のキャリア基板上に第２のパターン化された単層を順次形成するステップと、
第１のパターン化された単層物体を、第１のキャリア基板から第１の移送ゾーン内のアセンブリステーションに移送するステップと、
第２のパターン化された単層物体を、第２のキャリア基板から第２の移送ゾーンのアセンブリステーションに移送するステップと、
コントローラによって指示された組立順序に従って、第１のパターン化された単層物体および第２のパターン化された単層物体をアセンブリステーションのアセンブリプレート上の３次元物体に組立てるステップとを備え、
前記第１のプリンタモジュールは、第１の堆積条件下で第１の材料を堆積し、
前記第２のプリンタモジュールは、第２の堆積条件下で第２の材料を堆積し、
前記第２の材料の少なくとも１つは、第１の材料からであり、第２の堆積条件は第１の堆積条件とは異なる、３次元物体を製造する方法。

【請求項15】

前記第１のプリンタモジュールは、ジェットバインダプリンタを含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記第２のプリンタモジュールは、ジェットバインダプリンタを含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記第２のプリンタモジュールは、電子写真プリンタを含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項18】

前記第２の堆積条件が前記第１の堆積条件と異なる場合に、前記第１の堆積条件は２５μｍ～２，０００μｍの範囲の堆積層厚さを含み、前記第２の堆積条件は、３μｍ～７５μｍの範囲の堆積層厚さを含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項19】

前記第２の堆積条件が前記第１の堆積条件と異なる場合、前記第１の堆積条件は２５μｍ～４，０００μｍの範囲のボクセル解像度を含み、前記第２の堆積条件は、３μｍ～１５０μｍの範囲のボクセル解像度を含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項20】

前記第２の材料が前記第１の材料と異なる場合、前記第１のパターン化された単層物体は第１の材料特性を特徴とし、前記第２のパターン化された単層物体は、前記第１の材料特性とは値が異なる第２の材料特性を特徴とする、請求項１４に記載の方法。

【請求項21】

前記第１の材料特性および前記第２の材料特性のうちの一方が０％～１０％の範囲の気孔率であり、前記第１の材料特性および前記第２の材料特性のうちの他方が、２５％～７５％の範囲の気孔率である、請求項２０に記載の方法。

【請求項22】

第１のパターン化された単層物体を第１のキャリア基板から第１の移送ゾーン内のアセンブリステーションに移送するステップは、アセンブリプレートを、第１の移送ゾーンに関連した横方向位置にまで横方向に変位させることを含み、
第２のパターン化された単層物体を第２のキャリア基板から第２の移送ゾーン内のアセンブリステーションに移送するステップは、アセンブリプレートを、第２の移送ゾーンに関連した横方向位置にまで横方向に変位させることを含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項23】

順次の組立が、少なくとも１つの第１のパターン化された単層物体及び少なくとも１つの第２のパターン化された単層物体を３次元物体の単層に組立てることを含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項24】

複数の層を備え、
前記複数の層の少なくとも一つの層は、第１の材料特性を特徴とする第１のパターン化された単層物体と、第１の材料特性とは値が異なる第２の材料特性を特徴とする第２のパターン化された単層物体とを備える、３次元物体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１９年１０月７日に出願された米国特許出願第１６／５９５，２６５号の優先権を主張する。この米国特許出願は、２０１８年１０月８日に出願された米国特許仮出願第６２／７４２，５０５号、名称「多方式３次元プリンタ」の優先権を主張する。上記出願は、参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

［発明の属する技術分野］
本発明は、３次元印刷のためのシステムおよび装置に関する。

【背景技術】

【0003】

３次元付加製造（３Ｄ印刷）は、３０年以上前に最初に考えられて以来、より迅速でより経済的な製造アプローチの可能性に高度の関心をもたらしてきた。しかし、今日まで、その可能性はほとんど満たされていない。今日、大多数の３Ｄプリンタは、主にプラスチック材料から、デモンストレーション部品または非機能性プロトタイプを作製するために使用されている。プラスチック材料は、最終部品の材料要件から選ばれているというよりもむしろ、主にプリンタとの適合性のために選択される。

【0004】

商業的に実行可能な製造方法としての３Ｄ印刷のより広範な受け入れを妨げる問題の中には、これらの用途に適合する特定の材料に対する特定の用途の要件がある。別の問題は、部品の残りのバルクと比較して、部品のいくつかのセクションの精度を高める必要があることである。現在の技術では、精度を向上させる必要性から、要求される精度を提供することができる３Ｄ印刷技術の選択を強制される。このことは、典型的には結果として、精度の低い方法よりも遅い形成速度となってしまう。これらのより遅い形成速度は、部品の総体積に適用されるならば、最終部品のコストに著しい影響を及ぼす可能性がある。

【0005】

３Ｄ印刷は、材料をより効率的に使用し、最終的な物体の重量をより少なくして、３次元物体を製造する可能性を保持するが、従来の大部分の３Ｄ印刷技術は、一度に１つのボクセル（ｖｏｘｅｌ）を、適所に堆積または固定する。溶融堆積モデリング（ＦＤＭ）タイプの共通３Ｄプリンタは、溶融ポリマーのラインを押し出す。利用可能な材料セットによって厳しく制限されることに加えて、ＦＤＭもまた非常に遅い。指向性エネルギープリンタは、材料の層に相変化を生じさせる。相変化は、コンピュータにガイドされたレーザまたは電子ビームによる焼結または溶融によってもたらされるし、または選択された電磁放射線への指向性露出による重合によってもたらされ得る。指向性エネルギープリンタは、クラスとして、利用可能な材料セットを大幅に拡張し、迅速に配置された材料の層の上で動作するという事実のために、ＦＤＭプリンタよりも高速である可能性を有する。現在の３Ｄプリンタ技術のうち、材料の選択に最も柔軟性があり、最も速い速度を有するプリンタは、ジェットバインダ技術を採用するものである。これらのプリンタは、粉末の全層を迅速に堆積させ、次いで、インクジェットタイプの印刷ヘッドを介して結合剤を堆積させることによって、粉末中にパターンを定着させる。その結果、ＦＤＭプリンタよりも少なくとも１桁大きい速度で、幅広い種類の材料から目的物体を製造するシステムが得られる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

全体として、ジェットバインダプリンタは、現在の技術の中で最良であるが、物体に単一の材料のみを組み込むことができる。それらは単位時間当たりに大量の材料のパターニングを可能とするが、そのようなシステムで達成可能な最小の実用的な層の厚さは、典型的には、約２５μｍである。この制限はまた、印刷層の精度を制限する。

【0007】

電子写真のような印刷技術は、非常に高い精度で広い領域を非常に迅速に印刷することを可能にするが、非常に薄い層を印刷することに限定されている。電子写真の質量堆積速度が比較的遅く、電子写真システムの複雑さが加わるため、物体内の全てのボクセルが電子写真技術で形成されるのであれば、３Ｄ印刷システムは魅力的なものでなくなる。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の実施形態は、多材料多方式プリンタシステムとして本明細書に記載される３次元付加製造システムを対象とする。プリンタシステムは、プリンタモジュールのシステムを備える。すべてのモジュールは、中央コンピュータシステム（コントローラと呼ばれることもある）によって指示されて、必要に応じてモジュールを調整し、全体の構築速度を最大にしながら、適切な材料を必要な精度で単一の構築位置に堆積させるようにする。高い構築速度が経済的な操作に不可欠であるので、各モジュールに好ましい基本技術は、ジェットバインダである。ジェットバインダ技術が特定のボクセルに必要な特性を提供しない場合、プリンタモジュールは、より適切な技術に基づくことができる。例えば、指向性エネルギビームプリンタまたは電子写真プリンタを使用することができる。

【0009】

一実施形態では、ジェットバインダ技術を組み込んだプリンタモジュールが、他の技術に基づいたプリンタモジュールと組み合わされる。２０１８年６月７日に出願された「多材料３Ｄプリンタ」という名称の米国仮特許出願６２／６８２，０６７、および２０１８年１０月２２日に出願された「多材料３次元プリンタ」という名称の米国特許出願１６／１６７，０８８に記載されている多材料３Ｄプリンタは、その全体が参照により本明細書に組み込まれるが、本発明の多材料多方式３Ｄプリンタのプリンタモジュールに組み込まれるジェットバインダ技術の１つを表す。

【0010】

上述の問題に対する解決策は、用途に必要な材料、および部品内の特定のボクセルに必要な精度に最適化された印刷技術を採用する能力である。本発明の実施形態は、複数の材料プリンタモジュールを含む３Ｄ印刷システムを提供することによる解決策を提供し、これらのモジュールの各々は、目的用途の特定のボクセルに必要とされる精度で特定の材料または材料のグループを堆積する能力のために選択される。

【0011】

本発明の一態様によれば、ジェットバインダ印刷システムが開示される。このシステムは、複数のパターン化された単層の物体が形成されるキャリア基板を含む。パターン化された単層物体は、キャリア基板上で互いから分離される。キャリア基板は進行方向に沿って変位されるものである。分配モジュールは、キャリア基板上に流動化粒子を分配し、材料層を形成する。圧縮モジュールは、進行方向に沿って分配モジュールから下流に配置されて、材料層の圧縮を所定の圧縮範囲にまで高める。バインダプリンタは、進行方向に沿って圧縮モジュールから下流に配置され、所定のパターンに従って材料層上にバインダ材料を印刷する。融解モジュールは、進行方向に沿ってバインダプリンタから下流に配置され、所定のパターンに従って材料層の選択的融解を生じさせる。材料除去モジュールは、進行方向に沿って融解モジュールから下流に配置され、パターン化された単層物体のうちの１つを形成するために材料層の非融着部分を除去する。移送モジュールは、材料除去モジュールから進行方向に沿って下流に配置され、パターニングされた単層物体のうちの１つを、キャリア基板からアセンブリプレートに移送する。アセンブリステーションは、アセンブリプレートを備える。パターン化された単層物体が、パターン化された単層物体を含む物体の所定の順序に従って、アセンブリプレート上の積み重ねに組み立てられる。コントローラは、所定の順序および所定のパターンを制御する。

【0012】

上述のジェットバインダ印刷システムにおいて、キャリア基板はベルトであってもよい。

【0013】

上述のジェットバインダ印刷システムにおいて、キャリア基板は、材料層がその上に形成される接着力制御層をさらに含んでもよい。

【0014】

上述のジェットバインダ印刷システムにおいて、分配モジュールが、キャリア基板上に分配される流動化粒子の量を正確に計量するように構成された分配コントローラを備えてもよい。

【0015】

上述のジェットバインダ印刷システムにおいて、分配モジュールが、キャリア基板上に流動化粒子を広げるためのローラを備えてもよい。

【0016】

上述のジェットバインダ印刷システムにおいて、圧縮モジュールが、コンプライアント圧力カフ又は圧力プレートアセンブリを含むことができる。

【0017】

上述のジェットバインダ印刷システムにおいて、圧縮機モジュールが、流動化粒子の沈降を引き起こすための振動エネルギ源を含むことができる。

【0018】

上述のジェットバインダ印刷システムにおいて、バインダプリンタはインクジェット印刷ヘッドを含むことができる。

【0019】

上述のジェットバインダ印刷システムにおいて、融解モジュールが、紫外線（ＵＶ）源、赤外線（ＩＲ）源、電子ビーム源、および熱源から選択されるエネルギー源を含むことができる。

【0020】

上述のジェットバインダ印刷システムにおいて、融解モジュールは、バインダ材料および流動化粒子と反応して流動化粒子を固定化する反応剤を分配する反応剤ディスペンサを含んでもよい。

【0021】

上述のジェットバインダ印刷システムにおいて、材料除去モジュールは、機械的破壊機を備えてもよい。

【0022】

上述のジェットバインダ印刷システムにおいて、材料除去モジュールはエアナイフを含むことができる。

【0023】

上述のジェットバインダ印刷システムにおいて、材料除去モジュールは、真空ポートを備えることができる。

【0024】

上述のジェットバインダ印刷システムにおいて、組立ステーションが、アセンブリプレートを横方向に変位させるための横方向ポジショナをさらに備えることができる。

【0025】

上述のジェットバインダ印刷システムにおいて、組立ステーションが、アセンブリプレートを垂直方向に変位させるための垂直ポジショナをさらに備えることができる。

【0026】

上述のジェットバインダ印刷システムにおいて、キャリア基板はパターン化された単層物体の各々についての基準マーカーを備えることができ、組立ステーションは、基準マーカーを組立プレートに位置合わせするためのアライメントセンサを備えることができる。

【0027】

上述のジェットバインダ印刷システムにおいて、コントローラは、各材料層の所定の圧縮範囲をさらに制御してもよい。

【0028】

上述のジェットバインダ印刷システムにおいて、移送モジュールが加圧ローラまたは加圧プレートを備えることができる。

【0029】

本発明の他の態様によれば、３次元物体を製造する方法が開示される。この方法は、所定の順序及び所定のパターンに従って、パターン化された単層物体を繰り返し形成する工程と、アセンブリプレート上にパターン化された単層物体を順次組立てて三次元物体にする工程とを備える。パターン化された単層物体の各々を形成する工程は、キャリア基板上に流動化材料を分配して材料層を形成することと、材料層を所定の圧縮範囲に圧縮することと、所定のパターンに従って材料層上にバインダ材料を印刷することと、所定のパターンに従って材料層を選択的に融解することと、材料層の非融着部分を除去してパターン化された単層物体の１つを形成することと、パターン化された単層物体の一つを、キャリア基板からアセンブリプレートに移送することとを含む。

【0030】

本開示は、添付の図面に関連する本開示の様々な実施形態の以下の詳細な説明を考慮して、より完全に理解され得る。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明の一実施形態に従った３次元付加製造システムのいくつかの主要構成要素のブロック図である。

【図2】本発明の一実施形態に従った３次元付加製造システムのいくつかの構成要素間の関係および通信経路の概略図である。

【図3】本発明の一実施形態に従ったジェットバインダプリンタモジュールの構成要素間の関係および通信経路の概略図である。

【図4】本発明の一実施形態に従った汎用プリンタモジュールの構成要素間の関係および通信経路の概略図である。

【図5】本発明の一実施形態に従ったジェットバインダプリンタモジュールを含む３次元付加製造システムのいくつかの構成要素を示す概略図である。

【図5a】本発明の一実施形態に従ったジェットバインダプリンタモジュールを含む３次元付加製造システムのいくつかの構成要素を示す概略図である。

【図6】本発明の一実施形態に従った流動化材料除去モジュールを示す概略図である。

【図7】本発明の一実施形態に従った移送モジュールを示す概略図である。

【図8】本発明の一実施形態に従った移送モジュールを示す概略図である。

【図9】本発明の一実施形態に従った移送モジュールを示す概略図である。

【図10】本発明の一実施形態に従った移送モジュールを示す概略図である。

【図11】本発明の一実施形態に従った３次元付加製造システムの一構成を示す概略図である。

【図12】本発明の一実施形態に従った３次元付加製造システムの別の構成を示す概略図である。

【図13】本発明の一実施形態に従った３次元物体の製造方法のフロー図である。

【図14】本発明の一実施形態に従ったジェットバインダプリンタモジュール内のパターン化された単層物体の製造方法のフロー図である。

【図15】本発明の一実施形態に従った単層物体の三次元物体への組み立てを示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

本発明は添付の図面を参照して説明され、同様の参照番号は同様または同等の要素を示すために図面全体にわたって使用される。図面は、一定の縮尺で描かれておらず、単に本発明を例示するために提供されているに過ぎない。本発明のいくつかの態様を、例示的に図示した例を参照して以下に説明する。本発明の完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細、関係、および方法が記載されていることを理解されたい。しかし、当業者は、本発明が１つ以上の特定の詳細なしに、または他の方法を用いて実施され得ることを容易に認識する。他の例では、本発明を曖昧にすることを避けるために、周知の構造または動作は詳細には示されていない。本発明は、いくつかの行為が異なる順序で、および／または他の行為または事象と同時に起こり得るので、行為または事象の図示された順序によって限定されない。さらに、本発明による方法を実施するために、すべての例示された動作または事象が必要とされるわけではない。

【0033】

３次元付加製造システムが開示される。第１および第２のプリンタモジュールは、それぞれ、第１および第２のキャリア基板上に第１のパターン化された単層物体および第２のパターン化された単層物体を続けて形成する。パターン化された単層物体は、アセンブリステーションのアセンブリプレート上の三次元物体に組立てられる。コントローラは、プリンタモジュールに形成されたパターン化された単層物体の順序（シーケンス）およびパターン、ならびに第１のパターン化された単層物体および第２のパターン化された単層物体のアセンブリプレート上の３次元物体への組立のシーケンスを制御する。第１の移送モジュールは、第１の移送ゾーンにおいて、第１のパターン化された単層物体を第１のキャリア基板からアセンブリステーションに移送し、第２の移送モジュールは、第２の移送ゾーンにおいて、第２のパターン化された単層物体を第２のキャリア基板からアセンブリステーションに移送する。第１および第２のプリンタモジュールは、それぞれ、第１および第２の堆積条件下で第１および第２の材料を堆積させるように構成される。第１および第２の材料は異なり、および／または第１および第２の堆積条件は異なる。

【0034】

［定義］
本開示全体を通して理解を容易にするために、特定の定義を以下に提供する。

【0035】

プリンタモジュール：キャリア基板上に印刷物体（単層物体とも呼ばれる）を作成するように構成されたパターニングおよび堆積システム。

【0036】

移送モジュール：プリンタモジュールから印刷された物体を受け取り、その印刷された物体を印刷部品の印刷層に移送するように構成された搬送システム。

【0037】

組立装置：複数の移送モジュールから印刷物体を受け取り、受け取った印刷物体を所定の順序（コントローラによって指示される）に従って、所定の設計に従って印刷部品を形成すべく組み立てるように構成されたシステム。

【0038】

印刷部品：印刷された層の積み重ねで、所定のデザインに準拠した部品（三次元物体）を形成するように融合される。

【0039】

印刷層：１つ以上の印刷物体からなる、１ボクセル厚の材料層。ここにおいて、印刷層は、特定の印刷部品デザインの要件に適合する。例えば、印刷層は２つの印刷された物体から成り、そのうちの第１のものは第１のプリンタモジュールで作られ、第２のものは第２のプリンタモジュールで作られる。

【0040】

印刷物体：プリンタモジュールで形成された、１ボクセル厚の材料層。単層物体とも呼ばれる。所定の順序に従って印刷部品（三次元物体）に組み立てて融解すると、得られた三次元物体は特定の印刷部品設計の要件に適合する。印刷物体（単層物体）のパターンは、印刷部品の所定の位置のパターンに適合する。

【0041】

先に移送された物体：印刷物体（単層物体）が現在移送されるよりも前に、アセンブリ装置で組み立てられた印刷物体の全体アセンブリ。現在移送されている印刷物体を最上層に追加することが可能であり、この場合、最上層は、印刷部品のデザインに従って必要とされる印刷物体の全てをまだ有していない。

【0042】

［複数のプリンタモジュール］
本発明の多材料多方式３Ｄプリンタシステムは、複数のプリンタモジュールの配置を含む。各プリンタモジュールは、精密で堅牢な印刷物体（単層物体）を作成するための機構を備える。各印刷物体は、所定の材料を含み、所定の組の物理的要件に適合することができる。複数のプリンタモジュールの各々は、複数の搬送モジュールのうちの１つに結合され、通信することができる。複数の搬送モジュールの各々は、キャリア基板を備え、その上に関連するプリンタモジュールが３Ｄ印刷物体を形成することができる。各搬送モジュールはさらに、印刷物体をアセンブリ装置に移送するための移送機構を備えてもよい。アセンブリ装置は、構築ステーションを備えてもよく、さらに付加的に位置決め装置を備えてもよい。構築ステーションは、組み立て装置と呼ばれることもある。

【0043】

［印刷部品を形成するように積み重ねられた印刷物体］
図１は、本発明の実施形態による三次元付加製造システム１００を示す。図１に示す構成要素は、図２に示すコンピュータシステム１０（コントローラ）によって指示されるように、残りの構成要素と協働して機能する。コンピュータシステム１０は、設計ファイル３１０のプログラムによって指示される。設計ファイル３１０のプログラムは、３Ｄ多材料多方式プリンタシステム１００の複数のコンポーネントに、構築されるべき所定の多材料印刷部品（３次元物体）を作成させるために中央処理装置３２０に必要なすべての情報を含む。

【0044】

図１に示すように、三次元付加製造システム１００は、複数の堆積およびパターニング（印刷）モジュールＡ、複数の移送モジュールＢ、および複数の移送機構Ｃを含むことができる。移送機構Ｃの各々は、位置決めモジュール２３０に接続されている組立ステーション１１０に接続される。多材料多方式プリンタシステムのプリントモジュールＡは、所定の材料において必要な物理的特性の印刷物体を作成する能力のために選択されてもよい。一実施形態では、プリンタシステムに組み込まれたプリンタモジュールの少なくとも半分が、ジェットバインダ技術に基づくようにしてもよい。

【0045】

複数の印刷物体は、各々、複数のプリンタモジュールのうちの１つから組立ステーション１１０に移送されて印刷層を形成する。複数の印刷層を、一つまたは複数の多材料印刷部品（三次元物体）を形成するために、一つを他の上に順次積み重ねることができる。

【0046】

位置決めモジュール２３０は、アセンブリ（またはビルド）ステーション１１０を、複数の移送機構Ｃのうちの任意の指定された１つに対して位置決めするために使用されてもよい。組み合わせると、ビルドステーション１１０および位置決め装置２３０は、アセンブリ装置を備える。

【0047】

［コンピュータシステム］
図２は、製造システム１００を制御するための例示的なコンピュータシステムを示す。各印刷モジュールまたはステーションＡは、関連する印刷ステーションコントローラ４０１、４０２、４０３を備える。図２に示すように、印刷ステーションコントローラ４０１、４０２、４０３は、インタフェースバス３５０を介して中央処理装置３２０によって指示される。中央処理ユニット３２０はまた、組立装置Ｃの動作を調整することができる。コンピュータシステム１０はまた、設計ファイル３１０および他の操作命令をロードするための入力装置３０２と、中央処理ユニット３２０による直接アクセスのための設計ファイルを格納するためのメモリ３０６と、出力装置３０４とを備える。

【0048】

図３は、個々のジェットプリンタステーションコントローラを示す。図３に示すように、中央処理装置３２０は、ジェットバインダプリンタモジュールの構成要素に接続されている。印刷ステーション制御ユニット４０１は、複数の印刷ステーション制御ユニットのうちの１つを表し、デバイスコントローラ４２０を介して、ジェットバインダプリンタモジュールのキャリアデバイス２００、分配デバイス２０、圧縮デバイス３０、印刷デバイス４０、定着デバイス５０、および流動化材料除去デバイス６０の動作を指示する。

【0049】

図４は、ジェットバインダプリンタモジュール以外の３Ｄプリンタモジュールの制御構成を示す図である。基本的な印刷技術にかかわらず、中央処理装置３２０と印刷ステーション制御装置４０１との間のインターフェースは同一であってもよい。プリントステーション制御ユニットと、プリンタモジュールの構成要素１（４５１）、構成要素２（４５２）、および構成要素ｎ（４５３）との間のインターフェースは、プリントモジュール性能の要件に基づいて性能を最適化するようにカスタマイズすることができる。いくつかの実施形態では、デバイスコントローラ４２０が、印刷ステーション制御ユニット４０１と個々の構成要素４５１、４５２、４５３との間の中間にあってもよい。別の実施形態では、印刷ステーション制御ユニット４０１が、個々の構成要素４５１、４５２、４５３と直接通信することができる。

【0050】

一実施形態では、各プリンタモジュールが専用コントローラによって制御されてもよく、各プリンタ制御モジュールは、中央処理装置によって調整されて、印刷層および印刷部品を組み立てるのに適した順序で印刷物体を作成してもよい。

【0051】

［３Ｄプリンタシステム］
図５は、３Ｄプリンタシステムの基本構成要素のいくつかを示す。簡単にするために、複数のプリンタモジュールＡおよび移送モジュールＢのうちの１つだけが図５に示されている。図５は、プリンタモジュールＡ、移送モジュールＢ、および組立装置Ｃの間の可能な関係をさらに示す。

【0052】

［ジェットバインダプリンタモジュール］
図５のプリンタモジュールＡは、ジェットバインダプリンタモジュール１として表され、所定の物理的仕様に準拠して、単一の粉末材料から印刷物体を作成するための構成要素を備える。ジェットバインダプリンタモジュール１は、移送モジュールＢのキャリア基板２００上に印刷物体を作成することができる。

【0053】

［移送モジュール］
キャリア基板２００に加えて、移送モジュールＢは、１つまたは複数のバッファ装置２１２および２１０と、移送装置７６とを備えることができる。キャリア基板２００は、鋼合金、銅合金、またはポリマー材料などの機械的に安定な材料のエンドレスループ（エンドレスベルト）を含むことができるが、これらに限定されない。キャリア基板２００はまた、キャリア基板２００への印刷物の接着力を制御するために、材料でコーティングされた機械的に安定な材料を含んでもよい。キャリア基板２００上にコーティングされた接着力制御材料は、現在の印刷物体の３Ｄ印刷材料のための所定の範囲内で印刷材料の接着力を制御するように選択されてもよい。接着力制御材料は例えば、シリコーン材料、フルオロポリマー材料、または金などの薄膜金属を含むことができる。

【0054】

別の実施形態では、図５ａに示すように、キャリア基板２００は、ソースリール（供給リール）２１４から移送モジュールＢ内に取り込まれるある長さの機械的に安定な材料を含むことができる。供給リール２１４は移送モジュールＡの先端部に提供され得る。印刷物体が移送領域２４０においてキャリア基板２００から離れて移送された後、キャリア２００の使用された長さは、巻き取りリール２１６上に蓄積され得る。図５ａのキャリア基板２００は、キャリア基板２００への印刷物体の接着力を制御するための材料でコーティングされた機械的に安定な材料を含んでもよい。キャリア基板２００上にコーティングされた接着力制御材料は、現在の印刷物体の３Ｄ印刷材料のための所定の範囲内で印刷材料の接着力を制御するように選択されてもよい。接着力制御材料は、例えば、シリコーン材料、フルオロポリマー材料、または金などの薄膜金属を含むことができる。いずれの場合も、キャリア基板は、プリンタシステムが動作している間、移動方向に沿って変位される。

【0055】

本発明の一実施形態によれば、ジェットバインダプリンタモジュール１は、キャリア基板２００上に３Ｄ印刷物体を作成するために、移送モジュールＢのキャリア基板２００と通信することができる。

【0056】

移送モジュールＢの先端部には、分配装置２０を設けることができる。分配装置は、分配モジュールと呼ばれることもある。分配装置２０は単に、流動化された材料を分配するように構成されたディスペンサとすることができる。分配装置２０は、材料貯蔵部２１と分配コントローラ２２とを含むことができる。分配コントローラ２２は、キャリア基板２００上の流動化材料の量を正確に計量するように構成することができる。分配コントローラ２２は、堆積された流動化材料の均一性を正確に制御するように構成することもできる。分配モジュールは、キャリア基板上に流動化粒子を広げるためのローラを含むことができる。

【0057】

移送モジュールＢの先端部の近くに、圧縮装置３０を設けることができる。圧縮装置は、圧縮モジュールと呼ばれることもある。圧縮モジュールは、進行方向に沿って、分配モジュールから下流側に配置される。いくつかの実施形態では、圧縮装置３０が円筒管として設計された硬化金属材料で構成されたローラを含むことができる。他の実施形態では、圧縮装置３０がコンプライアント圧力カフ、または堆積された流動化材料およびキャリア基板２００の平面に直交する制御された圧力を印加するように構成された別の装置を含むことができる。圧縮装置３０はまた、振動を提供するように構成された沈降装置を含むことができる。圧縮装置３０の振動は、流動化材料の分布および圧縮を改善することができる。いくつかの実施形態では、圧縮装置３０が流動化材料を、流動化材料の理論密度の少なくとも４０％の高密度に圧縮するように構成することができる。

【0058】

［印刷装置］
キャリア基板２００の先端部付近には、印刷装置４０（バインダプリンタとも呼ばれる）を設けることができる。バインダプリンタは、移動方向に沿って圧縮モジュールの下流側に配置される。印刷装置４０は、液体結合材料を堆積させて、所定のパターンを流動化物質に固定するように構成することができる。正確なパターンは、流動化材料を連結された堅牢な塊に結合することによって、流動化材料に固定されることができる。いくつかの実施形態では、印刷装置４０を、図２および図３のコンピュータシステムの直接制御下にあるインクジェットタイプの印刷ヘッドとすることができる。コンピュータシステムは、一組のパターニング指令、例えば所定のＣＡＤ(コンピュータ支援設計）プログラムを使用して、指令され得る。

【0059】

印刷装置４０は、キャリア基板２００の幅にまたがるジェットノズルを備えたインクジェット式のプリントヘッドを含むことができる。インクジェットタイプのプリントヘッドは、所望の印刷解像度を達成するのに十分な密度で設けることもできる。インクジェット式ヘッドを所定の位置に固定することができ、各ジェットノズルの機能は、キャリア基板２００の動きと協調して、流動化材料内に所望のパターンを作り出すことができる。印刷装置４０に対するキャリア基板２００の運動は、制御されたコンピュータシステム１０として、近位バッファ２１２および印刷装置モータ２５０によって実施することができる。さらなるバッファを近位バッファ２１２と先端部バッファ２１０との間に配置して、現像中の３Ｄ印刷物とジェットバインダプリンタモジュール１の構成要素のいずれかとの間の相互作用をより正確に制御することができる。

【0060】

代替の実施形態では、印刷装置４０が、キャリア基板２００の幅にまたがるのに必要な数よりも少ないジェットノズルを含むインクジェットヘッドを含むことができ、しかも、キャリア基板２００の全幅および所望の解像度の印刷物体を達成することができる。インクジェットタイプのヘッドは、キャリア基板２００の幅にわたってコンピュータ制御の下で移動可能であり、インクジェットタイプのプリントヘッド及び近位バッファ２１２及びプリント駆動モータ２５０の動きを協調させて、流動化材料中に所望の固定されたプリントパターンを達成することができる。

【0061】

印刷装置４０は、１つまたは複数の市販のプリントヘッドを含むことができる。例えば、富士フイルムは、予想される幅広い要求に対応するために、幅広い特性を有するプリントヘッドのアレイを供給している。好ましい実施形態では、印刷装置４０が、印刷ヘッドのパルス毎に、計量された調節可能な体積のバインダを印刷物９１の目標ボクセルに送出することができる。印刷装置４０は、コンピュータシステムの制御下で、１つ以上の計量された体積を各ボクセルに提供してもよい。好ましい実施形態では、プリントヘッド４０が、６００ｄｐｉの解像度を有することができ、各ジェットは各パルス中に２００ピコリットル（ｐｌ）まで堆積することができる。

【0062】

[定着装置]
キャリア基板２００の中央付近に、定着装置（または融解モジュール）５０を設けることができる。融解モジュールまたは定着装置５０は、バインダプリンタから移動方向に沿って下流に配置される。定着装置５０は、液体結合材料を固化させることによって、液体結合材料に曝された流動化材料を強固な固体パターンで定着させるように構成することができる。定着装置５０は、液体結合材料と相互作用して液体結合材料を固体にすることができる放射エネルギー源とすることができる。いくつかの実施形態では、放射エネルギーがＩＲ放射線、ＵＶ放射線、電子ビーム、または他の公知の放射線タイプであり得る。代替的に、融解モジュール５０は、熱源を含むことができる。上記に列挙したリストは例示的な実施形態のために提示したものであり、網羅的であることを意図していないので、定着装置５０は、開示された放射線タイプに限定される必要はないことを理解されたい。あるいは、定着装置５０が反応剤を分散させるための装置を含むことができる。反応剤は、液体結合材料および流動化材料と反応して、流動化材料を強固な塊に変換するように構成することができる。

【0063】

［流動化材料除去装置］
キャリア基板２００の運動に対して、定着装置５０の下流側に流動材料除去装置６０を設けることができる。流動化材料除去装置６０は、材料除去モジュールと呼ばれることもある。材料除去モジュールは、進行方向に沿って融解モジュールから下流側に配置される。流動化材料除去装置６０は、キャリア基板２００上に堆積され圧縮された流動化材料の全てを除去するように構成することができる。流動材料除去装置６０は、キャリア基板上に堆積され圧縮されているが、液体バインダ材料によって定位置に固定されていない流動化材料を除去することができる。

【0064】

流動化材料除去装置６０は、図６に詳細に示されている。図６に示すように、流動化材料除去装置６０は、遠位端および近位端を有することができるエンクロージャ（囲い）６３を含む。印刷物体９１の固定された流動化材料８８および圧縮された流動化材料８５を有するキャリア基板２００は、エンクロージャ６３の先端部から近位端に搬送され得る。エンクロージャ６３は、圧縮された粉末８４を緩めるために、ブラシまたはプローブなどの破壊装置６１（機械的破壊装置）を含むことができる。破壊装置６１は、印刷装置４０からのバインダによって適所に固定されていない圧縮粉末を破壊するのに十分な破壊強度を有するように設計されているが、印刷装置４０からのバインダで処理され、図５の固定装置５０によって固定された圧縮粉末を破壊するのに十分な破壊強度を有さないように設計することができる。図５の印刷装置４０からバインダによって適所に固定された粉末への付着を一旦緩めると、残留粉末８６は、エアナイフ装置６２によってさらに移動され、エアロゾル化されてもよい。固定されていない圧縮粉末８４が、エンクロージャ６３内で完全に取り除かれ、エアロゾル化されると、固定粉末８８はキャリア基板２００に付着したままとなる。エアロゾル化された圧縮粉末８４は、真空ポート６４に取り付けられた真空力によってエンクロージャ６３から除去することができる。

【0065】

［移送モジュール］
上述のように、各多方式プリンタシステムは複数の転送モジュールＢを備えることができる。一実施形態では、１つの移送モジュールＢが、プリンタシステムに関連付けられた複数のプリンタモジュールＡのそれぞれと通信するように設けられてもよい。移送モジュールＢは、材料除去モジュールから進行方向に沿って下流側に位置している。移送モジュールＢは印刷物体を作成するための基板を提供し、印刷物体をその基板（キャリア基板２００）からアセンブリ装置Ｃへ移送する。図５に示すように、移送モジュールＢは、基板２００と、１つまたは複数のバッファ２１０および／または２１２と、１つまたは複数の基板駆動装置２５０、２６０と、移送領域２４０とを備える。いくつかの実施形態では、移送領域２４０に対する３Ｄ印刷物体の滞留時間をジェットバインダ印刷モジュール１の構成要素と調和させるために、近位バッファ２１２が、流動化材料除去デバイス６０と移送領域２４０（移送ゾーンとも呼ばれる）との間に提供されてもよい。

【0066】

基板２００は、その幅が構築プレート８０に等しいか、またはそれよりも広くなるような大きさの、ある長さの可撓性材料を備え得る。キャリア基板２００の材料は、鋼合金、またはポリエステルもしくはポリテトラフルオロエチレンなどのポリマー材料、または複合材料であってもよいが、これらに限定されない。キャリア基板２００の表面は、基板２００と、関連するプリンタモジュールによって印刷される材料との間の接着力を制御するように選択することができる。一実施形態では、基板２００が材料のループを備えるものであってもよく、その材料のループは、移送モジュールＢを、先端部バッファ装置２１０から近位バッファ装置２１２を通り、移送装置７６を通って先端部バッファ装置２１２に戻るように動かすことができる。

【0067】

移送モジュールＢは、先端部バッファ２１０および近位バッファ２１２に加えて、バッファを備えることができ、これにより、プリンタモジュールＡおよび移送装置７６の構成要素に対するキャリア基板２００の差動運動を提供して、堆積、パターニング、および印刷物体の構築プレート８０への移送または以前に移送された物体９０の積み重ねの上部への移送の間の異なる運動要件に対応することができる。

【0068】

キャリア基板２００は、印刷駆動モータ２５０および移送駆動モータ２６０によって動かされることができる。また、基板２００には、印刷物体の形成および構築ステーション１１０への移送の個々のステップの要件に従って基板２００の運動を制御するための追加の装置を設けることもできる。移送装置７６は、キャリア基板２００の漸進的な運動に対して、流動化材料除去装置６０の下流で実行することができる。移送領域２４０を通るキャリア基板２００上の３Ｄ印刷物体の運動は先端部バッファ装置２１０および移送モータ駆動装置２６０によって調整することができ、これは、図２および図３のコンピュータシステムによって制御され得る。

【0069】

［ローラ移送装置］
図７に示されるように、移送装置７６は、印刷物体９１と構築プレート８０または以前に移送された印刷物体９０の積み重ねの上部との間に接触および圧力を生じさせることによって、印刷物体９１をキャリア基板２００から移送するように構成されてもよい。移送装置７６の実施形態において、図７に示すように、移送装置７６は、ローラ７９と、ローラ７９を支持しかつ上下方向に移動させるキャリアとを含む。いくつかの実施形態において、キャリアは、２軸キャリア７７であり、キャリア基板２００に対してローラ７９を上下方向及び水平方向に移動させる。２軸キャリア７７の上下方向の動きは、キャリア基板２００を偏向させ、印刷物体９１が構築プレート８０または前もって移送された印刷物体９０の積み重ね体の上部と圧力接触するようにさせることができる。次いで、２軸キャリア７７の水平方向の移動によって、一端側の印刷物体９１から他端側の印刷物体９１への所定の方向に移動する漸進的移動線接触を生じさせることができる。印刷物体９１を横切る移動線接触は、印刷物体９１を構築プレート８０または以前に移送された印刷物体９０の積み重ねの上部に移送することができる。移送装置７６は、接着修正装置７４をさらに含むことができる。

【0070】

［接着修正装置］
印刷物体９１のキャリア基板２００への接着強度を調整して、印刷物体９１のビルドプレート８０への解放、または以前に移送された印刷物体９０の積み重ねの上部への解放を容易にする接着修正装置７４を設けることができる。接着修正装置７４は、印刷物体９１の構築プレート８０の表面への接着、または印刷物体９１の、以前に移送された印刷物体の積み重ねの上部への接着を修正し、それによって印刷物体９１とキャリア基板２００との間の接着強度が、印刷物体９１と構築プレート８０との間の接着強度、または以前に移送された印刷物体９０の積み重ねの上部との接着強度よりも小さくなるようにしている。接着調整装置７４は、キャリア基板２００または印刷物体９１、あるいはその両方に刺激を加えることによって、キャリア基板２００と印刷物体９１との間の界面に作用することができる。刺激を加えることにより、印刷物体９１のキャリア基板２００への接着力を減少させることができる。接着修正装置７４からの接着力の調整を引き起こす刺激は、熱刺激、放射線刺激、磁気刺激、機械的刺激、または粒子ビーム刺激であってもよいが、これらに限定されない。また、印刷物体９１は、アライメント基準点１０２を含んでもよい。

【0071】

［プレス装置］
別の実施形態では図８に示すように、移送装置７６はプレス装置８２を含むことができる。プレス装置８２には、プレス装置８２の上下方向の動きを与えるための一軸キャリア７８を設けることができる。プレス装置８２の上下方向の動きによって、キャリア基板２００を上下方向に偏向させ、それにより、印刷物体９１が、圧力をもって、構築プレート８０または前に移送された印刷物体の積み重ねの上部に接触するようになる。図８の移送装置７６はまた、図７の接着修正装置７４と同様の接着修正装置７４を含むことができる。

【0072】

［形状修正装置］
本発明の別の実施形態では、図９に示すように、移送装置７６に、プレス装置８２及び形状修正装置７２を設けることができる。また、図９の移送装置７６には、プレス装置８２の上下方向の動きを与えることができる一軸キャリア７８を設けることもできる。プレス装置８２の上下方向の動きによって、キャリア基板２００を上下方向に偏向させ、それにより、印刷物体９１が、圧力をもって、構築プレート８０に、または以前に移送された印刷物体の積み重ねの上部に接触するようになる。形状修正装置７２は、予備成形された成形構造を備え得る。その構造は、成形表面に垂直に加えられる機械的圧力によって平坦化され得る弾性材料から構成され得る。単一軸キャリア７８が印刷物体を構築プレート８０または以前に移送された印刷物体９０の積み重ねの上部と接触させると、形状修正装置７２は、印刷物体９１を徐々に平らにし、したがって、印刷物体９１を徐々に構築プレート８０または以前に移送された印刷物体９０の積み重ねの上部に接触させるようになる。構築プレート８０との間、または以前に移送された印刷物体９０の積み重ねの上部との間で漸進的に移動する接点は、印刷物体９１と構築プレート８０との間、または以前に移送された印刷物体９０の積み重ねの上部との間に均一な付着を保証し得る。図９の移送装置７６はまた、図７の接着修正装置７４と同様な接着修正装置７４を含むことができる。

【0073】

［関節式移送装置］
本発明のさらに別の実施形態では図１０に示すように、移送装置７６は、成形されたプレス装置８４および関節運動装置８３を備えることができる。図１０の移送装置７６には、成形プレス装置８４の水平および上下方向の動きを与えることができる２軸キャリア７７を設けることもできる。コンピュータシステム１０の制御の下で、成形プレス装置８４の上下方向及び水平方向の動きにより、キャリア基板２００を上下方向に偏向させ、それにより印刷物体９１が、圧力をもって、構築プレート８０または先に移送された印刷物体の積み重ねの上部に接触するようになる。２軸キャリアの上下方向の移動により、成形プレス装置８４の所定の端部が、キャリア基板２００と圧力接触するようになる。したがって、印刷物体９１の所定の端部が、構築プレート８０または先に移送された印刷物体９０の積み重ねの上部に接触するようになる。２軸キャリア７７の更なる上下方向及び水平方向の移動を関節装置８３と協調させることによって、成形プレス装置８４の成形表面全体が、圧力をもって、キャリア基板２００に線接触するようになる。キャリア２００への進行する線接触により、キャリア基板２００の偏向を生じさせて、印刷物体９１との間、または構築プレート８０の間、または先に移送された印刷物体９０の積み重ねの上部との間に進行性線接触を生じさせ得る。印刷物体９１と構築プレート８０との間、または以前に移送された印刷物体９０の積み重ねの上部との間の進行性線接触は、印刷物物体９１の、構築プレート８０への移送、または以前に移送された印刷物体９０の積み重ねの上部への移送に十分である。図１０の移送装置７６はまた、図７の接着修正装置７４と同様な接着修正装置７４を含むことができる。

【0074】

［組立装置］
組立装置Ｃは、その一部が図５に示されているが、Ｘ－Ｙ位置決め装置２３０と構築ステーション１１０とを備えることができる。構築ステーション１１０は、構築プレート８０を備えることができる。ＡＺ軸位置決め装置１００（上下方向位置決め装置）が設けられてもよい。この位置決め装置は、構築プレート８０の上下方向位置を調節し、先に移送された印刷物体９０の上面の高さを所定の上下方向位置に維持する。これにより、印刷物体の、構築プレート８０への移送、または先に移送された物体９０の積み重ねの上部への移送を容易にする。構築プレート上のパターン化された単層物体の完成アセンブリは、関係する材料に適した条件下で融合される。

【0075】

［接着力低減装置］
構築プレート８０は、構築プレート８０からの印刷物体の完成した積み重ねの取り外しを容易にするために、接着力低減装置６８を備えてもよい。接着力低減装置６８は、加えられた刺激によって、以前に移送された物体９０の積み重ねの接着力を低減するように作動されてもよい。以前に移送された物体９０の積み重ねを解放させるために接着低減層６８に与えられる刺激は、熱刺激、放射刺激、磁気刺激、化学刺激、または機械的刺激であってもよい。

【0076】

［アライメントシステム］
構築プレート８０は、アライメントセンサ１０５を更に備えることができる。印刷物体９１は１つまたは複数のアライメント基準点１０２を備えることができ、この基準点は、１つまたは複数のアライメントセンサ１０５と相互作用して、印刷物体９１を構築プレート８０に、または先に移送された印刷物体の上部に正確に位置合わせすることができる。アライメントセンサ１０５は、ＵＶスペクトル、視覚スペクトル、またはＩＲスペクトルにおいて、または磁気的に、または機械的に、アライメント基準１０２と相互作用することができる。コンピュータシステム１０と関連して、アライメントセンサ１０５は、アライメント基準点１０２の位置を実際の位置の０．０１ｍｍ以内にまで検出し、構築プレート８０をアライメント基準点１０２に対して所定位置の０．０１ｍｍ以内に位置決めさせることができるようにする。

【0077】

［組立装置ポジショナ］
組立装置Ｃは、Ｘ－Ｙ位置決め装置２３０と構築ステーション１１０とを備えることができる。構築ステーション１１０は、Ｚ位置決め装置および構築プレート８０を備えることができる。構築ステーション１１０は、構築プレート８０およびＸ－Ｙ位置決め装置２３０と相互作用して、コンピュータシステム１０の指令で、構築プレート８０を、多材料多モジュールプリンタシステムを含む複数の移送モジュールのいずれか１つの移送領域２４０に対して所定位置の０．０１ｍｍ以内にまで位置決めさせることができる。

【0078】

Ｘ－Ｙ位置決め装置２３０は、コンピュータ制御のＸ－Ｙ移動システムを備えることができる。移動システムは、直交して接続された一対のリニアアクチュエータまたは平面リニアモータであってもよいが、これらに限定されない。構築ステーション１１０は、Ｘ－Ｙ移動システムと通信可能であってもよく、その場合には、構築ステーション１１０が、図１１および図１２に示すように、Ｘ－Ｙ位置決め装置２３０の制限内の任意の地点にまで移動され得る。Ｘ－Ｙ移動システムの大きさは、以下の動作を達成するように選ばれている。すなわち、構築ステーション１１０が、プリンタに関連付けられた移送モジュールＢの複数の装置のいずれかの移送領域２４０から移送された印刷層にまで動かされ、その印刷層を受け入れるように正確に位置決めできるように、その大きさが選ばれている。Ｘ－Ｙ位置決め装置２３０はさらに、構築ステーション１１０がすべてのプリンタモジュールＡおよびプリンタに関連する移送モジュールＢからクリアするアンロード位置に移動することが可能となるように、その大きさが選ばれている。モジュールＡおよびＢからのクリアランスは、Ｘ－Ｙ平面において設けられるか、またはＸ－Ｙ平面に対して直交方向に離れることによって提供されてもよい。構築ステーション１１０は、さらに、構築プレート８０と移送領域２４０との回転位置合わせを提供するための回転移動システムを備えることができる。

【0079】

［ヘキサポッド（ｈｅｘａｐｏｄ）］
本発明の別の実施形態では、構築プレート８０の正確な位置が，Ｘ、ＹおよびＺ軸に沿った運動、ならびに少なくとも１つの軸の周りの回転を提供することができるヘキサポッドによって提供されてもよい。

【0080】

組立装置Ｃは、多材料多方式３Ｄプリンタの一体化構成要素であってもよい。組立装置Ｃは、プリンタモジュールＡ及び関連する移送モジュールＢの取り付けを収容することができる複数の受け入れ装置を備えることができる。組立装置Ｃの受け入れ装置は、プリンタモジュール及び移送モジュールを所定の態様で組立装置Ｃと物理的に関連付けるための機械的取り付け装置を備えることができる。組立装置Ｃの受信装置には、プリンタモジュール処理ユニットを図２および図３の中央処理ユニットと一体化するための論理アタッチメント装置を設けることもできる。

【0081】

図１１は、本発明の多方式３Ｄプリンタの一実施形態を示す。図１１は、組立装置Ｃに関連する４つのプリンタモジュールＡ及び４つの移送モジュールＢを示している。４つのプリンタモジュールは、全て、異なるパターニング及び堆積技術を実施することができる。図１１に示すように、バインダジェットモジュール１は、４つのプリンタモジュールのうちの１つに使用される。タイプ２のプリンタモジュール２、タイプ３のプリンタモジュール３、およびタイプ４のプリンタモジュール４は、ジェットバインダ以外の堆積およびパターニング技法を使用することができる。プリンタモジュール２、３、および４は、電子写真、オフセット印刷、ジェット材料印刷、および選択的レーザ溶融などの堆積およびパターン技術を採用するプリンタモジュールから選択することができるが、これらに限定されない。

【0082】

図１１において、４つのプリンタモジュール／移送モジュールは、Ｘ－Ｙ位置決め装置２３０の中心に向かって、その近位端部が２列に並んでいる。また、水平面内のプリンタモジュールから離れた構築ステーション印刷部品除去領域も示されている。

【0083】

図１１に示す構成は、４つのプリンタモジュールＡに限定されるものではなく、２つのプリンタモジュール、３つのプリンタモジュール、または４つ以上のプリンタモジュールから構成することができることが理解されよう。印刷部品除去領域は、Ｘ－Ｙ位置決め装置２３０上の任意の開放空間における水平方向の分離によって提供されてもよく、またはプリンタモジュールＡおよび移送モジュールＢからの構築ステーション１１０の垂直方向の分離によって提供されてもよいことがさらに理解される。

【0084】

図１２は、多方式３Ｄプリンタの代替構成を表し、４つのプリンタモジュールが、それらの最も近い隣接するものに対して９０度で整列し、プリンタモジュール間の空間またはＸ－Ｙ位置決め装置２３０の隅に可能なアンロードステーションを残す。他の構成は、当業者には明らかであろう。

【0085】

［複数のプリンタモジュール］
本発明の多材料多方式３Ｄプリンタは、関連する移送モジュールＢを有する複数のプリンタモジュールＡに基づいており、それらはすべて組立装置Ｃによって一体化されている。各プリンタモジュールＡは、印刷厚さ、バインダ濃度、バインダの種類、及び材料の種類などの操作パラメータを調整することができる。操作パラメータの調節は最終印刷物体の特性に著しく影響を及ぼす可能性があるが、各プリンタモジュールは、１つの特定の方法に基づいて印刷物体を作成する。潜在的な方法の例の非網羅的なリストには、ジェットバインダ印刷、電子写真印刷、オフセット印刷、およびジェット材料印刷が含まれる。所与の印刷物体を作成するための好ましい方法は、実際の厚さ範囲、最小フィーチャサイズ、精度、および印刷速度などの別個の方法の能力に基づいて選択することができる。ほとんどの印刷方法は１つ以上の材料と適合し得るが、基礎材料は特定の方法で使用するための特定の調製を必要とし得る。

【0086】

実用上、本発明の多材料多方式３Ｄプリンタ、プリンタ方法と最終的に製造される部品に必要とされる材料との各組合せに対して、１つのプリンタモジュールＡを用いて構成されてもよい。本発明の好ましい実施形態では、多方式３Ｄプリンタシステムを構成する複数のプリンタモジュールのうちの少なくとも１つは、特定の最終部品に必要とされるように、迅速かつ容易に別のモジュールと交換され得る。

【0087】

一実施形態では、プリンタモジュールのうちの少なくとも１つは、多材料３Ｄプリンタへの応用のためのジェットバインダ技術に基づくことができる。

【0088】

一例として、第１のプリンタモジュールと第２のプリンタモジュールとを含むプリンタシステムを考える。第１の材料（第１のプリンタモジュールによって堆積される）と第２の材料（第２のプリンタモジュールによって堆積される）は、異なる必要はない。(１)第１のプリンタモジュールにジェットバインダプリンタを使用し、第２のプリンタモジュールに電子写真プリンタを使用する場合を考える。ジェットバインダプリンタは、典型的には、２５μｍ～２，０００μｍの範囲の堆積層厚さを含む堆積条件下で材料を堆積することができ、電子写真プリンタは、典型的には、３μｍ～７５μｍの範囲の堆積層厚さを含む堆積条件下で材料を堆積することができる。ジェットバインダプリンタおよび電子写真プリンタに関連する堆積層の厚さは異なる。したがって、プリンタシステムは、異なる厚さを有する複数の単層物体を単一の３次元物体（印刷物体）に組み立てることができる。

【0089】

(２)ジェットバインダプリンタは、典型的には、２５μｍ～４，０００μｍの範囲のボクセル分解能を含む堆積条件下で材料を堆積させることができ、電子写真プリンタは、典型的には、３μｍ～１５０μｍの範囲のボクセル分解能を含む堆積条件下で材料を堆積させることができる。ジェットバインダプリンタおよび電子写真プリンタに関連するボクセル解像度は異なる。したがって、プリンタシステムは、異なるボクセル解像度を有する複数の単層物体を単一の３次元物体（印刷物体）に組み立てることができる。

【0090】

別の例として、第１のプリンタモジュールと第２のプリンタモジュールとを含むプリンタシステムを考える。第１および第２のプリンタモジュールは、異なる必要はない（両方とも、ジェットバインダプリンタであってもよい）。プリンタモジュールは、異なる材料を堆積するように構成される。第１のプリンタモジュールは、第１の材料特性によって特徴付けられる第１のパターン化された単層物体を形成し、第２のプリンタモジュールは、第２の材料特性によって特徴付けられる第２のパターン化された単層物体を形成する。以下の場合を考える。すなわち、第１の材料が無視できる濃度の気孔形成剤を有するセラミック前駆体であり、その濃度は０％～１０％の範囲の気孔率を有するセラミックを作成するように構成されたものであり、第２の材料は、より高い濃度の気孔形成剤を有するセラミック前駆体であり、この濃度は、２５％～７５％の範囲の気孔率を有するセラミックを作成するように構成された場合を考える。したがって、プリンタシステムは、異なる気孔率を有する複数の単層物体を単一の三次元物体（印刷物体）に組み立てることができる。

【0091】

一実施形態では、プリンタは、複数の移送モジュールＢのうちの１つにそれぞれ関連することができる複数のプリンタモジュールＡを含み、これらのすべてはアセンブリ装置Ｃと調整することができる。複数のプリンタモジュールは、少なくとも２つの異なる堆積およびパターン形成技法を採用するプリンタモジュールを含むことができ、複数のプリンタモジュールＡのそれぞれは、１つの材料の印刷物体を作成するように構成され得る。各プリンタモジュールＡは、異なる材料を用いて印刷物体を作成することができ、又は幾つかのプリンタモジュールＡは同じ材料を使用することができ、又は３Ｄ多方式プリンタシステムのプリンタモジュールの全ては、同じ材料を使用することができる。関連する移送モジュールＢを有するプリンタモジュールＡは、組立装置Ｃと容易に結合されるか、または組立装置Ｃから容易に取り外されるように構成されてもよく、プリンタの容易なカスタム構成が構築要件に適合することを可能にする。中央コンピュータシステム１０（コントローラ）は、プリンタのすべての構成要素の動作を調整することができる。

【0092】

［パターン生成］
上述の３Ｄ印刷システムは、複雑な３次元パターンで２つ以上の材料の構造を作成するために使用され、その構造は層状に構築され、各層は１つ以上の材料で構成される。各層の各材料のパターンは、従来の３Ｄプリンタの各層のパターン生成と同様の方法で生成され得る。具体的には、各層のパターンが、例えばＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓなどのＣＡＤ(コンピュータ支援設計）ソフトウェアを使用することによって、構造全体のスライスから取り出され得る。従来の３Ｄプリンタとは異なり、本発明の実施形態では、コンピュータシステム１０が各層のパターンを、２つ以上の材料と、材料が他のボクセルと同じであっても異なる特性を必要とするボクセルとに分離することができる。例えば、材料が基本的に同じであっても、より微細な解像度、したがってより小さいボクセルサイズを必要とするボクセルを、高解像度堆積およびパターニング技術を使用するプリンタモジュールに送ることができる。

【0093】

［材料のタイプ］
材料のタイプは、少なくとも２つの基本的なカテゴリ、すなわち、堅牢な材料および一過性（ｆｕｇｉｔｉｖｅ）材料から選択することができる。

【0094】

堅牢な材料は、印刷後の処理ステップに耐えて、最終印刷物体の非圧縮性ボクセルになる。堅牢な材料は、印刷されたときの材料と組成および構造が同じ後処理ステップに耐えることができる。堅牢な材料はまた、最終材料の前駆体として出発してもよい。後処理は、堅牢な材料の前駆体を、新しい化合物を生成するか、または相を変化させるか、または結晶タイプを変化させるように反応させることができる。

【0095】

一過性材料は、後処理ステップの直後に気体または真空によって占有されるように設計された、印刷部分内のボクセルを占有することができるものである。一過性材料は、印刷処理中、および印刷物体を印刷部品に組み立てる処理中に、固体または半固体材料から構成されてもよい。後処理工程の間に、逃散性材料（一過性材料）は、気体または液体のような、印刷部分から容易に逃げることができるフォーマットに変換される。堅牢な材料の体積内に一過性材料のボクセルからなる連続した塊を含む結果、後処理ステップの後に、所定の形態のキャビティが形成される。キャビティは、予め設計された通路を介して印刷部品の外側と連通していてもよいし、完全に密封されていてもよい。密閉されたキャビティは、所定のガスまたは真空によって占有されてもよい。

【0096】

［処理］
３Ｄプリント部品を製造するための基本プロセスを図１３に示す。図１３に示すように、プロセスは、所望の部品の構造、材料、および仕様を完全に定める設計ファイル３１０から開始する。設計ファイルは層にスライスされ（５１０）、各層の厚さは、最終的な厚さおよびパターン公差のような、印刷部品内の各位置に対する仕様によって決定される。次いで、各層は、異なる材料および／または異なる印刷技術を必要とする領域に分離されてもよい（５２０）。次に、異なる材料／技術要件の領域の各々に対するプリンタ制御命令を、プリンタシステムの適切なプリンタモジュールＡに移送することができる。

【0097】

図２に示される中央処理ユニットのような中央処理ユニットは、プリンタ制御ファイルを生成し、それらを各プリンタモジュールＡのための適切なプリンタ制御ユニットに転送する能力を有する。中央処理ユニットはまた、アセンブリ装置Ｃを直接制御してもよく、その制御は、図５の構築プレート８０の位置決めを引き起こすことを含むものである。その結果、印刷物体９１が、所定のシーケンス（順序）でキャリア基板２００から移送され得る。

【0098】

構築シーケンスは。複数のプリントモジュールＡの各プリントモジュールＡに適切な材料を提供することから始まる。各異なるパターニングおよび堆積技術は例えば、粒子サイズ、粒子形態、バインダ含有量、およびキャリア媒体に関して、異なるフォーマットの材料を必要とし得る。粉末床およびジェットバインダ技術に基づくプリンタモジュールの場合、供給原料材料は、０．０００１ｍｍ～０．２５ｍｍの範囲の粒子サイズを有し、優れた流動性および自己充填特性を示す流動化材料であってもよい。

【0099】

引き続き図１３を参照すると、印刷される部品が複数の層にスライスされ（５１０）、第１の２Ｄ層が選択され（５１５）、層が物体に分離された（５２０）後、印刷命令が、所望の印刷物体のための正しい流動化材料が装填されたジェットバインダプリンタモジュールに送られ（５２５）、印刷物体が移送モジュール内に生成される（５３０）。次に、印刷物体は、構築ステーション１１０と位置合わせされる（５４０）。次に、印刷物体９１は、構築ステーション１１０に移送される（５５０）。各印刷層上の各印刷物体が整列され（５８０）、構築ステーションに移送された（１１０）後、構築ステーションは、多材料多方式プリンタシステムの別の印刷ステーション１から印刷物体を受け取るように移動することができる。印刷層の最後の印刷物体が構築ステーション１１０上に配置されると、印刷ステーション１１０の構築プレート８０は、次の層の厚さまでインクリメントされ（５９０）、次の印刷層の構築命令が選択され、印刷層内の異なる材料に分離される（５２０）。このプロセスは、印刷部品９０の最後の印刷物体が構築ステーション１１０上に組み立てられるまで、ステップ５２０からステップ５６０まで続くことができる。最後の印刷物体９１が印刷部品９０に追加されると、構築ステーション１１０は部品除去領域に移動され（５６５）、構築ステーション１１０から解放される。

【0100】

図１４は、ジェットバインダプリンタモジュールの詳細なプロセスを示す。印刷される部品が層にスライスされ（６１０）、層が物体に分離され（６２０）、適切な印刷ステーションに列をなして並んだ後、印刷命令は、所望の印刷物体のための正しい流動化材料が装填されたジェットバインダプリンタモジュールに送られてもよい。各印刷ステーションＡ上の印刷物体の生成は、それぞれのキャリア装置２００上の関連する各印刷ステーションからの流動化材料の堆積（６４０）によって、選択された印刷層を完成させることを必要とした。次いで、キャリアデバイス２００をインデックスし（６５０）、堆積した流動化材料をそれぞれの圧縮装置３０にまで移動させることができる。次いで、流動化材料は、圧縮装置３０によって所定のレベルに圧縮される（６６０）。

【0101】

次に、キャリア装置２００は、プリンタ装置４０にまでインデックスされ（６７０）、所定のパターンが印刷装置４０によってその上に印刷される（６８０）。次いで、パターン化された流動化材料は、キャリア装置２００上で材料定着装置５０にまでインデックスされ（６９０）、固定（定着）されて印刷パターンを堅牢なものにする。パターン化され固定された流動性粉末はその後、キャリア装置２００上で流動性粉末除去装置６０にまで割り出され（７１０）、そこで、パターン化され固定されていない流動性粉末はキャリア装置２００から除去されてもよく（７２０）、所定の印刷物体のみを残す。キャリア装置２００は更に、キャリヤ装置２００上で移送ステーション２４０にまでインデックスされ、印刷物体を構築ステーション１１０と整列させる。

【0102】

次に、印刷物体は、構築プレート８０にまで、または印刷部品９０の以前に印刷された物体の上部にまで動かされる（７４０）。印刷物体が印刷部品７６０に必要な印刷物体の最後でない場合、次の印刷層が選択され、選択された層を完成するために必要な印刷命令が印刷ステーションに送られる（７７０）。最後の印刷物体が構築ステーション１１０に移送されるまで、印刷部品の残りの部分の印刷がステップ７７０からステップ７６０を通るループで継続し、構築ステーション１１０は、部品除去領域に除去される（７８０）。

【0103】

目的の印刷物体に適した流動化材料は、分配装置２０によってキャリア基板２００上に分散され得る。分配装置２０はプリンタモジュールの先端部に配置されてもよい。分配装置２０は、流動化材料の均一な層を所定の厚さの正確に制御された層に分配するために、流動化材料の状態を調節することができる材料調節ユニット２４を備えてもよい。

【0104】

流動化材料の堆積に続いて、キャリア基板２００は、堆積した流動化材料を印刷モジュールＡの近位端に向かって圧縮装置３０にまで移動させることができる。圧縮装置３０を作動させて、流動化材料の層に刺激を加えて、流動化材料の層内の充填密度を材料の理論密度の少なくとも４０％まで増大させることができる。

【0105】

流動化材料の圧縮に続いて、キャリア基板２００はプリンタモジュールＡの近位端に向かって移動することができ、したがって、圧縮された流動化層をプリンタ装置４０の近傍にまで搬送する。プリンタ装置４０は、正確に測定された体積のバインダ材料を、印刷物体の作成に備える流動化材料の全てのボクセルに堆積させることができる。プリンタ装置４０によって分配されるバインダ材料は、流動化材料の粒子を強固な塊に確実に結合するように選択されてもよい。プリンタ装置４０は、印刷物体内のあらゆるボクセルに所定の体積のバインダ材料を堆積させることができる。ジェットバインダ印刷物のボクセルサイズは、０．０１０ｍｍ程度に小さくてもよい。

【0106】

バインダ材料を印刷物体の流動化材料になるように堆積することに続いて、キャリア基板２００は、プリンタモジュールＡの近位端に向かって定着装置５０にまで移動させられてもよい。定着装置５０は、バインダ材料に流動化材料の粒子を一緒に結合させ、それらを所定のパターンおよび厚さの堅牢な塊に固定させることができる放出源を含むことができる。定着装置５０からの放射は、熱放射、ＵＶ放射、可視放射、ＩＲ放射、磁気波、または粒子ビームとすることができるが、これらに限定されない。

【0107】

堅牢な塊として一緒に固定され、キャリア基板２００に固着された印刷物体を伴って、キャリア基板２００は、図６の流動材料除去装置６０にまで移動させられ得る。流動化材料除去装置６０には、破壊装置６１、エアナイフ装置６２、および真空ポート６４を設けることができる。破壊装置６１は、定着装置５０からのバインダ材料で定位置に固定されていない印刷物体の近傍にある流動化材料を機械的に破壊することができる。部分的に固定されていない流動化材料８６をさらに破壊するために、エアナイフ装置は、部分的に固定されていない流動化材料を固定された流動化材料８８およびキャリア２００から吹き飛ばすことができる。エアナイフ装置６１はまた、外部真空源の影響下で真空ポート６４を通してエンクロージャから除去され得る全ての固定されていない流動化材料をエアロゾル化し得る。

【0108】

プリンタモジュールＡの先端部からのキャリア基板２００の運動は、図５の近位バッファデバイス２１２および印刷駆動モータ２５０の協調動作によって制御され得る。プリンタモジュールＡの構成要素間の印刷物体の運動をより便利に調整するために、分配装置２０と近位バッファ装置２１２との間に追加のバッファ装置を設けることができる。

【0109】

固定されていない流動化材料および部分的に破壊された流動化材料を含まない印刷物体９１は、キャリア基板２００によって移送装置７６にまで搬送されてもよい。コンピュータシステム１０が組立装置Ｃと移送装置２００の動作を調整することにより、印刷物体９１は、アライメントセンサ１０５の案内を受けて、構築プレート８０にまで、または以前に移送された印刷物体９０の積み重ねの上部にまで移送される。アライメントセンサは、基準マーカーを構築プレート（アセンブリプレート）に合わせる。

【0110】

［移送］
複数のプリンタモジュールＡのそれぞれは、図７、図８、図９、図１０に示すような印刷物体９１を作成することができる。印刷物体は印刷層の全部または一部を含むことができ、各印刷物体は単一の材料からなることができ、単一のパターニングおよび堆積技術によって作成され得る。移送モジュールＢのキャリア基板２００上で印刷物体９１が完成した後、例えば、図５に示すように、それを移送領域２４０にまで移動させることができる。構築ステーション１１０は、コンピュータシステム１０からの指示の下で、Ｘ－Ｙポジショナ装置２３０によって所定の位置に移動され得る。構築プレート８０は、Ｚポジショナ装置１００によって、キャリア基板２００に対して所定の垂直位置にまで移動され得る。キャリア基板２００に固定された印刷物体９１と構築プレート８０との最終的な正確な位置合わせは、位置合わせ基準点１０２、コンピュータシステム１０、Ｘ－Ｙポジショナ装置２３０、およびＺポジショナ装置１００を参照して位置合わせセンサ１０５間の調整によって行うことができる。キャリア基板は、キャリア基板上のパターン化された単一層物体の各々に対する基準マーカー１０２を備える。

【0111】

印刷物体９１と構築プレート８０との間に正確な位置合わせが確立されると、移送装置７６が印刷物体９１を構築プレート８０に、または以前に移送された印刷物の積み重ねの上部に接触するように移動させるので、印刷物体の移送を完了することができる。移送を完了するために、移送装置７６はキャリア基板２００に所定の圧力を加えることができ、接着修正装置７４は、適切な刺激を加えることによって作動され得る。印刷層が複数の印刷物体９１から構成される場合、印刷層を構成する全てのボクセルが印刷物体９１のボクセルで占められるように、複数の印刷物体９１の各々は、複数の印刷物体９１の他のものと相補的であってもよい。

【0112】

各印刷物体が以前に移送された印刷物体にまで移送されると、接着修正装置７４の作動により、印刷物体９１とキャリア２００との間の接着を減少させることができる。接触する印刷物体９１および以前に移送された印刷物体９０の表面は、印刷物体９１がキャリア基板２００に接着するよりも強く互いに接着するように準備されてもよい。印刷物体９１および以前に移送された印刷物体の表面の調製は、印刷物体および以前に移送された印刷物体を含む材料の表面の工学的特性によって、または放射源による現場での表面処理によって、または化学源による現場での処理によって、または機械源による現場での処理によって、または磁気源による現場での処理によって達成され得るが、これらに限定されない。

【0113】

［印刷層の作成］
印刷部品の第１の層は、１つ以上の印刷物体９１として、構築プレート８０の上面と関連付けられ得る接着力低減装置６８上に移送され得る。後続のすべての層は、１つ以上の印刷物体として、先に移送された印刷物体９０上に移送されてもよい。図１５は、この例では５つの印刷物体を順次移送することによって印刷層９２を生成するステップを表している。シーケンスは上から下に進む。作成ステップ８５の間に、印刷物体９３は、以前に移送された印刷層の積み重ねにまで移送されてもよい。作成ステップ８６は、異なる材料から構成され、および／または異なる技術形態の印刷物体９３によって作成された印刷物体９４を、作成ステップ８５のオープン領域にまで移送することであってもよい。作成ステップ８７は作成ステップ８６と同様に、印刷された物体９５を作成ステップ８６のオープンエリアに転送することによって継続することができる。作成ステップ８８は、印刷物体９６を追加してもよい。作成ステップ８９は、印刷物体９７を移送することによって、印刷層９２を完成させてもよい。各層の各材料が印刷されるにつれて、それは、３次元および２つ以上の材料で所望の構造を生成するように、順番に、先の印刷物体上に積み重ねられる。この例は印刷層を構成する５つの異なる印刷物体を示しているが、印刷層は、設計要件を満たすのに必要な数だけの１つの印刷物体または任意の数を構成することができることを理解されたい。

【0114】

様々な例および他の情報が添付の特許請求の範囲内の態様を説明するために使用されたが、当業者はこれらの例を使用して、多種多様な実施を行うことができるので、特許請求の範囲の限定はそのような例における特定の特徴または構成に基づいて暗示されるべきではない。さらに、いくつかの主題を、構造的特徴および／または方法ステップの例に特有の言語で説明してきたが、添付の特許請求の範囲で定義される主題は必ずしもこれらの説明された特徴または動作に限定されないことを理解されたい。例えば、そのような機能は、本明細書で識別されるもの以外の構成要素において、異なるように分散されるか、または実行され得る。むしろ、記載された特徴およびステップは、添付の特許請求の範囲内のシステムおよび方法の構成要素の例として開示される。集合の「少なくとも１つ」を列挙する請求項言語は、集合の１つのメンバーまたは集合の複数のメンバーが請求項を満たすことを示す。

【0115】

本発明の様々な実施形態が上述されてきたが、それらは限定ではなく、単に例として提示されてきたことを理解されたい。本発明の精神または範囲から逸脱することなく、本明細書の開示に従って、開示された実施形態に多数の変更を加えることができる。したがって、本発明の幅および範囲は、上述の実施形態のいずれによっても限定されるべきではない。むしろ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲およびその均等物に従って定義されるべきである。

【0116】

本発明を、１つまたは複数の実施形態に関して図示し、説明したが、本明細書および添付の図面を読んで理解すると、他の当業者は同等の変更および修正を思いつこう。さらに、本発明の特定の特徴はいくつかの実施形態のうちの１つのみに関して開示されているが、そのような特徴は任意の所与のまたは特定の応用に対して所望され、有利であり得るように、他の実施形態の１つまたは複数の他の特徴と組み合わせることができる。

【0117】

本明細書で使用される用語は特定の実施形態を説明するためだけのものであり、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は文脈が別段の明確な指示をしない限り、複数形も同様に含むことが意図される。さらに、用語「含む」、「含む」、「有する」、「有する」、「有する」、「伴う」、またはそれらの変形が詳細な説明および／または特許請求の範囲のいずれかで使用される程度まで、そのような用語は、用語「備える」と同様に包括的であることが意図される。

【0118】

別段の定義がない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術用語および科学用語を含む）は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。さらに、一般的に使用される辞書で定義されるような用語は関連技術の文脈におけるそれらの意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書で明示的にそのように定義されない限り、理想化されたまたは過度に形式的な意味で解釈されるべきではないことが理解されるのであろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図5a】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【国際調査報告】