特表 2022-538445 異種材料を使用する選択的堆積ベースの付加製造

(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】2022-09-02

(54)【発明の名称】異種材料を使用する選択的堆積ベースの付加製造

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/336 20170101AFI20220826BHJP

   B29C 64/153 20170101ALI20220826BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20220826BHJP

   B33Y 70/00 20200101ALI20220826BHJP

   B29C 64/40 20170101ALI20220826BHJP

   G03G 15/22 20060101ALI20220826BHJP

【ＦＩ】

B29C64/336

B29C64/153

B33Y10/00

B33Y70/00

B29C64/40

G03G15/22

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021577823

(86)(22)【出願日】2020-06-30

(85)【翻訳文提出日】2022-02-25

(86)【国際出願番号】 US2020040317

(87)【国際公開番号】W WO2021003166

(87)【国際公開日】2021-01-07

(31)【優先権主張番号】62/870,451

(32)【優先日】2019-07-03

(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】520233249

【氏名又は名称】エボルブ アディティブ ソリューションズ， インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000796

【氏名又は名称】弁理士法人三枝国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】バッチェルダー ジェイ． サミュエル

【テーマコード（参考）】

2H078

4F213

【Ｆターム（参考）】

2H078AA15

2H078DD03

2H078DD38

2H078DD45

2H078DD59

2H078FF02

4F213AC04

4F213AR06

4F213AR17

4F213WA25

4F213WB01

4F213WK03

4F213WL02

4F213WL32

4F213WL62

4F213WL74

(57)【要約】

選択的堆積付加製造プロセスに従って３Ｄ部品をプリントする方法において、流動性材料の第１の像部分が第１の電子写真エンジンを使用して現像される。弾性材料の第２の像部分が第２の電子写真エンジンを使用して現像される。第１の像部分は第２の像部分と位置合わせされて、第１及び第２の像部分を含む結合像層を転写媒体上に形成する。結合像層は、転写媒体から３Ｄ部品の部品構築面に定着する。弾性材料の粘度（Ｖｒ）は、流動性材料の粘度（Ｖｆ）の３倍以上であり、且つ／又は弾性材料の貯蔵弾性率（Ｅｒ）は、流動性材料の貯蔵弾性率（Ｅｆ）の３倍以上である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

選択的堆積付加製造プロセスに従って３Ｄ部品をプリントする方法であって、
第１の電子写真エンジンを使用して流動性材料の第１の像部分を現像することと、
第２の電子写真エンジンを使用して弾性材料の第２の像部分を現像することと、
前記第１の像部分を前記第２の像部分と位置合わせして、前記第１及び第２の像部分を含む結合像層を転写媒体上に形成することと、
ニップローラを使用して前記結合像層を前記転写媒体から３Ｄ部品の部品構築面に定着させることと、
を含み、
前記弾性材料は、前記ニップローラにおける前記結合像層の表面温度に対応するニップ入口温度において粘度Ｖｒを有し、
前記流動性材料は前記ニップ入口温度において粘度Ｖｆを有し、Ｖｒ≧３^＊Ｖｆである、方法。

【請求項2】

前記ニップ入口温度は１８０～３８０℃である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記弾性材料及び前記流動性材料の粘度は、振動プレートレオメータを使用して測定される、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記弾性材料及び前記流動性材料の粘度は、周波数２０Ｈｚ～２０ｋＨｚで振動する振動プレートレオメータを使用して測定される、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記弾性材料及び前記流動性材料の粘度は、周波数３０～１００Ｈｚで振動する振動プレートレオメータを使用して測定される、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記結合像層を部品構築面に定着させることは、前記部品構築面を加熱することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記弾性材料は、前記部品構築面から約５０～１００ミルの深さでの前記３Ｄ部品の平均温度に対応するバルク温度において貯蔵弾性率Ｅｒを有し、
前記流動性材料は前記バルク温度において貯蔵弾性率Ｅｆを有し、Ｅｒ≧３^＊Ｅｆである、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記バルク温度は６０～１８０℃である、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記弾性材料及び前記流動性材料の前記貯蔵弾性率は、振動板リオメータを使用して決定される、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

選択的堆積付加製造プロセスに従って３Ｄ部品をプリントする方法であって、
第１の電子写真エンジンを使用して流動性材料の第１の像部分を現像することと、
第２の電子写真エンジンを使用して弾性材料の第２の像部分を現像することと、
前記第１の像部分を前記第２の像部分と位置合わせして、前記第１及び第２の像部分を含む結合像層を転写媒体上に形成することと、
前記結合像層を前記転写媒体から３Ｄ部品の部品構築面に定着させることと、
を含み、
前記弾性材料は、前記部品構築面から約５０～１００ミルの深さでの前記３Ｄ部品の平均温度に対応するバルク温度において貯蔵弾性率Ｅｒを有し、
前記流動性材料は前記バルク温度において貯蔵弾性率Ｅｆを有し、Ｅｒ≧３^＊Ｅｆである、方法。

【請求項11】

前記バルク温度は６０～１８０℃である、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記弾性材料及び前記流動性材料の前記貯蔵弾性率は、振動板リオメータを使用して決定される、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記弾性材料及び前記流動性材料の前記貯蔵弾性率は、周波数２０Ｈｚ～２０ｋＨｚで振動する振動板リオメータを使用して決定される、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記弾性材料及び前記流動性材料の前記貯蔵弾性率は、周波数３０～１００Ｈｚで振動する振動板リオメータを使用して決定される、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記結合像層を前記転写媒体から３Ｄ部品の部品構築面に定着させることは、ニップローラを使用して前記結合像層を前記転写媒体から前記３Ｄ部品の前記部品構築面に定着させることを含み、
前記弾性材料は、前記ニップローラにおける前記結合像層の表面温度に対応するニップ入口温度において粘度Ｖｒを有し、
前記流動性材料は前記ニップ入口温度において粘度Ｖｆを有し、Ｖｒ≧３^＊Ｖｆである、請求項１０に記載の方法。

【請求項16】

前記ニップ入口温度は１８０～３８０℃である、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記弾性材料及び前記流動性材料の粘度は、振動板リオメータを使用して測定される、請求項１５に記載の方法。

【請求項18】

選択的堆積付加製造プロセスに従って３Ｄ部品をプリントする方法であって、
第１の電子写真エンジンを使用して流動性材料の第１の像部分を現像することと、
第２の電子写真エンジンを使用して弾性材料の第２の像部分を現像することと、
前記第１の像部分を前記第２の像部分と位置合わせして、前記第１及び第２の像部分を含む結合像層を転写媒体上に形成することと、
ニップローラを使用して前記結合像層を前記転写媒体から３Ｄ部品の部品構築面に定着させることと、
を含み、
前記弾性材料は、前記ニップローラにおける前記結合像層の表面温度に対応するニップ入口温度において粘度Ｖｒを有し、
前記流動性材料は前記ニップ入口温度において粘度Ｖｆを有し、Ｖｒ≧３^＊Ｖｆであり、
前記弾性材料は、前記部品構築面から約５０～１００ミルの深さでの前記３Ｄ部品の平均温度に対応するバルク温度において貯蔵弾性率Ｅｒを有し、
前記流動性材料は前記バルク温度において貯蔵弾性率Ｅｆを有し、Ｅｒ≧３^＊Ｅｆである、方法。

【請求項19】

前記ニップ入口温度は１８０～３８０℃であり、
前記バルク温度は６０～１８０℃である、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記弾性材料及び前記流動性材料の粘度及び貯蔵弾性率は、振動プレートレオメータを使用して決定される、請求項１８に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、各国での指定出願人である米国国内企業Ｅｖｏｌｖｅ Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ，Ｉｎｃ．及び各国での指定発明者である米国市民Ｊ．Ｓａｍｕｅｌ Ｂａｔｃｈｅｌｄｅｒの名において２０２０年６月３０日付けでＰＣＴ国際特許出願として出願されており、２０１９年７月３日付けで出願された米国仮特許出願第６２／８７０，４５１号明細書の優先権を主張するものであり、その内容は全体的に、参照により本明細書に援用される。

【背景技術】

【0002】

本開示は、三次元（３Ｄ）部品及びサポート構造をプリントする付加製造システムに関する。特に、本開示は、異種材料を使用する選択的堆積付加製造プロセスに関する。

【0003】

付加製造は一般に、物体のコンピュータモデルを利用して三次元（３Ｄ）物体を付加的に製造するプロセスである。付加製造システムの基本動作は、三次元コンピュータモデルを薄い断面にスライスし、その結果を位置データに翻訳し、位置データ、１つ又は複数の付加製造技法を使用して層単位で三次元構造を製造する機器を制御することからなる。付加製造は、溶融堆積モデリング、インクジェット、選択的レーザ焼結、粉体／バインダジェット、電子ビーム溶融、電子写真イメージング、及び立体リソグラフィプロセスを含め、作製方法に多くの異なる手法を伴う。

【0004】

部品材料の層を堆積することによって３Ｄ部品を作製するに当たり、サポート層又は構造が典型的には、部品材料自体によって支持されない構築中の物体の突き出た部分の下又はキャビティ内に構築される。サポート構造は、部品材料を堆積するのと同じ堆積技法を利用して構築し得る。ホストコンピュータは、形成中の３Ｄ部品の突き出た又は自由空間セグメント及び幾つかの場合、形成中の３Ｄ部品の側壁のサポート構造として働く追加のジオメトリを生成する。サポート材料は、作製中、部品材料に接着し、プリントプロセスが完了したとき、完成した３Ｄ部品から取り外し可能である。

【0005】

静電複写３Ｄプリントプロセスでは、３Ｄ部品及びそのサポート構造のデジタル表現のスライスは、電子写真エンジンを使用してプリント又は現像される。静電複写エンジンは一般に、３Ｄ部品の構築で使用されるように調合された帯電粉体材料（例えば、高分子トナー材料）を使用して２Ｄ静電写真プリントプロセスに従って動作する。静電複写エンジンは典型的には、感光材料層が成膜された支持ドラムを使用し、静電潜像が光源による感光層の像毎の露光に続く静電帯電によって形成される。静電潜像は次いで現像ステーションに移され、そこで、高分子トナーが帯電エリア又は代替的には感光性絶縁体の放電エリアに塗布されて、３Ｄ部品のスライスを表す帯電粉体材料の層を形成する。現像された層は転写媒体に転写され、そこから層は、前にプリントされた層に熱及び圧力を用いて定着して、３Ｄ部品を構築する。

【0006】

上述した市販の付加製造技法に加えて、粒子がまずイメージングプロセスで選択的に堆積して、サポート材料で形成されるサポート部分を含み得る、作製すべき部品のスライスに対応する層を形成する新規の付加製造技法が出現した。層は次いで互いに接合されて、部品及びサポート構造を形成する。これは、例えば選択的焼結とは対照的に、イメージング及び部品形成が同時に行われる選択的堆積プロセスである。選択的堆積プロセスでのイメージングステップは電子写真法を使用して行うことができる。二次元（２Ｄ）プリントでは、電子写真（すなわちゼログラフィ）は、プリント用紙等の平坦基板上に２Ｄ像を作成する普及した技術である。電子写真システムは、感光材料層が成膜された導電性支持ドラムを含み、そこで、感光層を帯電させ、次いで光源によって像毎に露光することによって静電潜像が形成される。静電潜像は次いで現像ステーションに移され、そこで、トナーが感光性絶縁体の帯電エリアに塗布されて、可視像を形成する。形成されたトナー像は次いで基板（例えばプリント用紙）に転写され、熱又は圧力を用いて基板に固定される。

【0007】

先に開示された選択的堆積プロセスは、層構築プロセスを適宜実行するために、部品及びサポート構造の形成に使用される材料が適合性を有することの決定的重要性を強調していた。具体的には、先に開示された選択的堆積プロセスでは、部品材料及びサポート材料が、動作温度範囲内で同様の粘度及び同様の貯蔵弾性率を含め同様のレオロジーを有する必要がある。その結果、選択的堆積プロセスで使用される材料のタイプは、非常に似たレオロジーを有するものに大幅に制限されてきた。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の実施形態は、部品及び／又はサポート構造を形成する選択的堆積プロセスにおいて異種レオロジーを有する材料を使用することに関する。選択的堆積付加製造プロセスを通して３Ｄ部品をプリントする方法の一実施形態では、流動性材料の第１の像部分は第１の電子写真エンジンを使用して現像される。弾性材料の第２の像部分は第２の電子写真エンジンを使用して現像される。第１の像部分は第２の像部分と位置合わせされて、第１の及び第２の像部分を含む結合像層を転写媒体上に形成する。結合像層は、転写媒体から３Ｄ部品の部品構築面に定着する。

【0009】

本方法の一態様では、結合像層は、ニップローラを使用して転写媒体から部品構築面に定着する。弾性材料は、ニップローラにおける結合像層の表面温度に対応するニップ入口温度において粘度Ｖｒを有し、流動性材料はニップ入口温度において粘度Ｖｆを有する。さらに、弾性材料の粘度（Ｖｒ）は、流動性材料の粘度（Ｖｆ）の３倍以上である。すなわち、Ｖｒ≧３^＊Ｖｆである。

【0010】

別の態様によれば、弾性材料は、部品構築面から約５０～１００ミルの深さでの３Ｄ部品の平均温度に対応するバルク温度において貯蔵弾性率Ｅｒを有する。流動性材料はバルク温度において貯蔵弾性率Ｅｆを有する。弾性材料の貯蔵弾性率（Ｅｒ）は、流動性材料の貯蔵弾性率（Ｅｆ）の３倍以上である。すなわち、Ｅｒ≧３^＊Ｅｆである。

【0011】

定義
別記される場合を除き、本明細書で使用される以下の用語は以下に提供される意味を有する。

【0012】

「コポリマー」という用語は、２つ以上のモノマー種を有するポリマーを指す。

【0013】

「好ましい」及び「好ましくは」という用語は、特定の状況下で特定の恩恵を提供し得る本開示の実施形態を指す。しかしながら、同じ又は他の状況下で他の実施形態が好ましいこともある。さらに、１つ又は複数の好ましい実施形態という記載は、他の実施形態が有用ではないことを暗示せず、他の実施形態を本開示の範囲から除外することを意図しない。

【0014】

「１つの（ａ）」化学化合物への言及は、化学化合物の単一分子に限定されるのではなく、化学化合物の１つ又は複数の分子を指す。さらに、１つ又は複数の分子は、その化学化合物のカテゴリに入る限り、同一であってもよく、又は同一でなくてもよい。

【0015】

「少なくとも１つ」の要素及び要素「の１つ又は複数」という用語は同義で使用され、１つの要素及び複数の要素を含む同じ意味を有し、要素の末尾における接尾辞「（ｓ）」によって表すこともできる。

【0016】

「上」、「下」、「上部」「下部」等の方向向きは、３Ｄ部品のプリント軸に沿った方向を参照してなされている。プリント軸が垂直ｚ軸である実施形態では、層プリント方向が垂直ｚ軸に沿った上向き方向である。これらの実施形態では、「上」、「下」、「上部」、「下部」等の用語は、垂直ｚ軸に基づく。しかしながら、３Ｄ部品の層が異なる軸に沿ってプリントされる実施形態では、「上」、「下」、「上部」、「下部」等の用語は所与の軸に相対する。

【0017】

「材料を提供する」等の「提供する」という用語は、特許請求の範囲に記載されるとき、提供される物品のいかなる特定の送達又は受け取りの必要も意図しない。むしろ、「提供する」という用語は単に、明確化且つ読みやすさを目的として、請求項の後続要素において参照される項目の記載に使用される。

【0018】

「選択的堆積」という用語は、熱及び圧力を利用して粒子の１つ又は複数の層が前に堆積した層と経時的に融合する付加製造技法を指し、ここで、粒子は一緒に融合して、部品の層を形成すると共に、前にプリントされた層と融合もする。

【0019】

「静電複写」という用語は、部品、指示構造、又は両方の層の像を表面上に形成するための静電潜像パターンの形成及び利用を指す。静電複写は、限定されないが、光学エネルギーを使用して潜像を形成する電子写真法、イオンを使用して潜像を形成するイオノグラフィ、及び／又は電子を使用して潜像を形成する電子ビームイメージングを含む。

【0020】

「弾性材料」及び「流動性材料」という用語は、３Ｄ部品及びサポートのプリントに使用される別個の材料を記述する。弾性材料は、流動性材料と比較して高い粘度及び／又は貯蔵弾性率を有する。

【0021】

別記される場合を除き、本明細書で参照される温度は、大気圧（すなわち１気圧）に基づく。

【0022】

「約」及び「実質的に」という用語は、本明細書では、当業者に既知の予期される変動（例えば、測定の制限及びばらつき）に起因して、測定可能な値及び範囲に関して使用される。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本開示の実施形態による、部品材料及びサポート材料から３Ｄ部品及びサポート構造をプリントする例示的な電子写真ベースの付加的製造システムの正面図である。

【図2】本開示の実施形態による、部品材料及びサポート材料の層を現像するシステムの一対の電子写真エンジンの概略正面図である。

【図3】本開示の実施形態による、中間ドラム又はベルトを含む代替の電子写真エンジンの概略正面図である。

【図4】本開示の実施形態による、現像層との層定着ステップを実行するシステムの層定着組立体の概略正面図である。

【図5】先に開示された選択的堆積プロセスによる、３Ｄ部品への転写前及び後の転写媒体上の例示的な結合像層を示す簡易図である。

【図6】本開示の実施形態による、３Ｄ部品への転写前及び後の転写媒体上の例示的な結合像層を示す簡易図である。

【図7】本開示の実施形態による、プリントされた層を位置合わせする例示的なプロセスを示す簡易図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本開示の実施形態は、高解像度及び高速プリントレートで３Ｄ部品及び／又はサポート構造をプリントする静電複写ベースの付加製造システム等の選択的堆積ベースの付加製造システムに関する。プリント動作中、静電複写エンジンは、静電複写プロセスを使用して部品材料及びサポート材料の各層を現像又は他の方法で像形成し得る。現像された層は次いで層定着組立体に転写され、そこで定着して（例えば熱及び／又は圧力を経時使用して）、１つ又は複数の３Ｄ部品及びサポート構造を層ごとにプリントする。

【0025】

プリント用紙を通して電位を配置することにより、現像されたトナー粒子をプリント用紙に静電的に転写することができる２Ｄプリントと比較して、３Ｄ環境での複数のプリントされた層は、所与の数の層がプリントされた後（例えば、約１５層）、部品材料及びサポート材料の静電転写を事実上妨げる。その代わり、３Ｄ部品の各層及び／又は前にプリントされた部分は、高い転写温度に加熱され得、次いで先にプリントされた層（又は構築プラットフォーム）に押しつけられて、定着ステップにおいて層を一緒に定着させ得る。これにより、静電転写を介しては達成可能ではないものを超えて、３Ｄ部品及びサポート構造の多くの層を構築することができる。

【0026】

本開示の実施形態は、先に開示された選択的堆積プロセスで使用される材料と比較して、３Ｄ部品及びサポート構造の形成に実質的に異種の材料を利用する。これは、３Ｄ部品及びサポート構造の形成に使用し得る材料の拡張並びに更に詳細に後述する他の利点を含め、先に開示された選択的堆積プロセスを凌ぐ幾つかの利点に繋がる。

【0027】

本開示は任意の静電複写ベースの付加製造システムと共に利用することができるが、本開示については電子写真ベース（ＥＰ）の付加製造システムに関連して説明する。しかしながら、本開示はＥＰベースの付加製造システムに限定されず、任意の静電複写ベースの付加製造システムと共に利用することができる。

【0028】

図１は、本開示の実施形態による、選択的堆積プロセスを実行して３Ｄ部品及び関連するサポート構造をプリントするように構成された例示的な電子写真ベースの付加製造システム１０の簡易図である。図１に示すように、システム１０は、ＥＰエンジン１２ｐ及び１２ｓ等の全体的に１２と呼称される１つ又は複数のＥＰエンジンと、転写組立体１４と、バイアス機構１６と、定着組立体２０とを含む。システム１０の適した構成要素及び機能動作の例には、Ｈａｎｓｏｎらによる米国特許第８，８７９，９５７号明細書及び同第８，４８８，９９４号明細書並びにＣｏｍｂらによる米国特許出願公開第２０１３／０１８６５４９号明細書及び同第２０１３／０１８６５５８号明細書に開示されるものがある。

【0029】

ＥＰエンジン１２ｐ及び１２ｓは、粉体ベースの部品材料及びサポート材料の、全体的に２２と参照される層をそれぞれイメージング又は他の方法で現像するイメージングエンジンであり、部品材料及びサポート材料は各々、好ましくは、特定のアーキテクチャのＥＰエンジン１２ｐ又は１２ｓと併用するように工学的に設計される。後述するように、現像層２２は転写組立体１４の転写媒体（例えばベルト２４）に転写され、転写媒体は層２２を定着組立体２０に送る。定着組立体２０は、層２２を構築プラットフォーム２８上に一緒に定着させることにより、サポート構造及び他の特徴を含み得る３Ｄ部品２６を層ごとに構築するように動作する。

【0030】

幾つかの実施形態では、図１に示すように、転写媒体はベルト２４を含む。転写媒体の適した転写ベルト（ベルト２４等）の例には、Ｃｏｍｂらによる米国特許出願公開第２０１３／０１８６５４９号明細書及び同第２０１３／０１８６５５８号明細書に開示されるものがある。幾つかの実施形態では、ベルト２４は前面２４ａ及び後面２４ｂを含み、前面２４ａはＥＰエンジン１２に面し、後面２４ｂはバイアス機構１６に接触する。

【0031】

幾つかの実施形態では、転写組立体１４は、例えばモータ３０及び駆動ローラ３３又は他の適した駆動機構を含み及び転写媒体又はベルト２４を供給方向３２に駆動するように操作する、１つ又は複数の駆動機構を含む。幾つかの実施形態では、転写組立体１４は、ベルト２４に支持を提供するアイドラローラ３４を含む。図１に示す例示的な転写組立体１４は高度に簡易化され、他の構成をとることもできる。さらに、転写組立体１４は、説明を簡易化するために示されていない追加の構成要素、例えばベルト２４の所望の張力を維持する構成要素、層２２を受け取る表面２４ａからデブリを除去するベルトクリーナ、及び他の構成要素等を含むこともできる。

【0032】

ＥＰエンジン１２ｓは、粉体ベースのサポート材料の層又は像部分２２ｓを現像し、ＥＰエンジン１２ｐは、粉体ベースの部品／構築材料の層又は像部分２２ｐを現像する。幾つかの実施形態では、ＥＰエンジン１２ｓは、図１に示すように、供給方向３２に関してＥＰエンジン１２ｐの上流に位置する。代替の実施形態では、ＥＰエンジン１２ｐ及び１２ｓの配置は、ＥＰエンジン１２ｐが供給方向３２に関してＥＰエンジン１２ｓの上流にあるように逆にし得る。更なる代替の実施形態では、システム１０は、図１に示すように、追加の材料の層をプリントする３つ以上のＥＰエンジン１２を含み得る。

【0033】

システム１０はコントローラ３６も含み、コントローラ３６は、ローカルにシステム１０のメモリ又はシステム１０からリモートのメモリに記憶し得る命令を実行して、本明細書に記載の１つ又は複数の機能を実行するようにシステム１０の構成要素を制御するように構成された１つ又は複数のプロセッサを表す。幾つかの実施形態では、コントローラ３６は、１つ又は複数の制御回路、マイクロプロセッサベースのエンジン制御システム、及び／又はデジタル制御されるラスタイメージングプロセッサシステムを含み、ホストコンピュータ３８又はリモートロケーションから受信するプリント命令に基づいてシステム１０の構成要素を同期して動作させるように構成される。幾つかの実施形態では、ホストコンピュータ３８は、コントローラ３６と通信してプリント命令（及び他の動作情報）を提供するように構成された１つ又は複数のコンピュータベースのシステムを含む。例えば、ホストコンピュータ３８は、３Ｄ部品及びサポート構造のスライスされた層に関する情報をコントローラ３６に転送し得、それにより、システム１０が３Ｄ部品２６及びサポート構造を層毎にプリントできるようにする。コントローラ３６はまた、１つ又は複数のセンサからの信号を使用して、部品又は像部分２２ｐ及び／又はサポート構造又は像部分２２ｓのプリントをベルト２４上の前にプリントされた対応するサポート構造部分２２ｓ又は部品部分２２ｐと適宜位置合わせして、個々の層２２を形成することを助けることもできる。

【0034】

システム１０の構成要素は、１つ又は複数のフレーム構造（簡明にするために図示せず）によって保持し得る。さらに、システム１０の構成要素は、動作中、システム１０の構成要素が周囲光に露出されないようにする囲繞可能な筐体（簡明にするために図示せず）内に保持し得る。

【0035】

図２は、本開示の実施形態例によるシステム１０のＥＰエンジン１２ｓ及び１２ｐの概略正面図である。図示の実施形態では、ＥＰエンジン１２ｐ及び１２ｓは、導電性ドラム本体４４と、感光面４６とを有する感光体ドラム４２等の同じ構成要素を含み得る。導電性ドラム本体４４は、電気的に接地され、シャフト４８の回りを回転するように構成された導電性ドラム（例えば、銅、アルミニウム、スズ等から作製される）である。シャフト４８は対応して駆動モータ５０に接続され、駆動モータ５０は、方向５２（矢印で示される）に一定速度でシャフト４８（及び感光体ドラム４２）を回転させるように構成される。

【0036】

感光面４６は、導電性ドラム本体４４の円周面の周りに延びる薄膜として示され、好ましくは、非晶質シリコン、セレン、酸化亜鉛、有機材料等の１つ又は複数の感光材料から導出される。後述するように、表面４６は、３Ｄ部品又はサポート構造のスライス層の帯電潜像（又はネガ像）を受け取り、部品材料又はサポート材料の帯電粒子を帯電又は放電像エリアに引きつけ、それにより、３Ｄ部品又はサポート構造の層を作成するように構成される。

【0037】

更に示されるように、一例のＥＰエンジン１２ｐ及び１２ｓの各々は、電荷誘導器５４、イメージャ５６、現像ステーション５８、クリーニングステーション６０、及び放電デバイス６２も含み、これらは各々、コントローラ３６と信号通信し得る。電荷誘導器５４、イメージャ５６、現像ステーション５８、クリーニングステーション６０、及び放電デバイス６２はしたがって、表面４６の像形成組立体を定義し、一方、駆動モータ５０及びシャフト４８は感光体ドラム４２を方向５２に回転させる。

【0038】

ＥＰエンジン１２の各々は、本明細書では全体的に参照文字６６と参照される粉体ベース材料（例えば、高分子トナー又は熱可塑性トナー）を使用して層２２を現像又は形成する。幾つかの実施形態では、ＥＰエンジン１２ｓの表面４６の像形成組立体は、粉体ベースのサポート材料６６ｓのサポート層２２ｓ（例えば像部分）を形成するのに使用され、そこにサポート材料６６ｓの供給源をキャリア粒子と共に現像ステーション５８（ＥＰエンジン１２ｓの）によって保持し得る。同様に、ＥＰエンジン１２ｐの表面４６の像形成組立体は、粉体ベースの部品材料６６ｐの部品層２２ｐ（例えば像部分）を形成するのに使用され、そこに部品材料６６ｐの供給源をキャリア粒子と共に現像ステーション５８（ＥＰエンジン１２ｐの）によって保持し得る。

【0039】

電荷誘導器５４は、表面４６が電荷誘導器５４を通過して方向５２に回転するにつれて、表面４６上に均一な静電荷を生成するように構成される。電荷誘導器５４に適したデバイスには、コロトロン、スコロトロン、帯電ローラ、及び他の静電帯電デバイスがある。

【0040】

各イメージャ５６は、表面４６がイメージャ５６を通過して方向５２に回転するにつれて、表面４６上の均一な静電荷に向けて電磁放射を選択的に放射するように構成されたデジタル制御されるピクセル単位の露光装置である。表面４６への電磁放射の選択的露光は、コントローラ３６によって指示され、離散したピクセル単位のロケーションの静電電荷を除去（すなわち対地放電）させ、それにより、表面４６上に潜像電荷パターンを形成する。

【0041】

イメージャ５６に適したデバイスには、走査型レーザ（例えば、ガス又は固体状態レーザ）光源、発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイ露光デバイス、及び２Ｄ電子写真システムで従来使用されている他の露光デバイスがある。代替の実施形態では、電荷誘導器５４及びイメージャ５６に適したデバイスには、荷電イオン又は電子を表面４６に選択的に直接堆積させて、潜像電荷パターンを形成するように構成されたイオン堆積システムがある。

【0042】

各現像ステーション５８は、キャリア粒子と共に部品材料６６ｐ又はサポート材料６６ｓの供給源を保持する静電及び磁気現像ステーション又はカートリッジである。現像ステーション５８は、２Ｄ電子写真システムで使用される一成分又は二成分現像システム及びトナーカートリッジと同様に機能し得る。例えば、各現像ステーション５８は、部品材料６６ｐ又はサポート材料６６ｓ及びキャリア粒子を保持するエンクロージャを含み得る。攪拌されると、キャリア粒子は、部品材料６６ｐ又はサポート材料６６ｓの粉体を引きつける摩擦電荷を生成し、これは、後述するように、引きつけられた粉体を所望の符号及び大きさに帯電させる。

【0043】

各現像ステーション５８は、コンベア、ファーブラシ、パドルホイール、ローラ、及び／又は磁気ブラシ等の、帯電した部品材料６６ｐ又はサポート材料６６ｓを表面４６に転写させる１つ又は複数のデバイスを含むこともできる。例えば、表面４６（帯電潜像を含む）がイメージャ５６から現像ステーション５８まで方向５２に回転するにつれて、帯電した部品材料６６ｐ又はサポート材料６６ｓは、帯電エリア現像又は放電エリア現像のいずれか（利用されている電子写真モードに依存する）を利用して、表面４６上の潜像の適宜帯電した領域に引きつけられる。これは、感光体ドラム４２が方向５２に引き続き回転するにつれて、連続した層２２ｐ又は２２ｓを作成し、連続した層２２ｐ又は２２ｓは、３Ｄ部品又はサポート構造のデジタル表現の連続したスライス層に対応する。

【0044】

連続した層２２ｐ又は２２ｓは次いで、表面４６と共に転写領域まで方向５２に回転され、転写領域において、後述するように、層２２ｐ又は２２ｓは感光体ドラム４２からベルト２４又は別の転写媒体に連続して転写される。感光体ドラム４２とベルト２４との直接係合として示されるが、幾つかの好ましい実施形態では、更に後述するように、ＥＰエンジン１２ｐ及び１２ｓは中間転写ドラム及び／又はベルトを含んでもよい。

【0045】

所与の層２２ｐ又は２２ｓが感光体ドラム４２からベルト２４（又は中間転写ドラム若しくはベルト）に転写された後、駆動モータ５０及びシャフト４８は、層２２ｐ又は２２ｓを前に保持していた表面４６の領域がクリーニングステーション６０を通過するように、感光体ドラム４２を方向５２に引き続き回転させる。クリーニングステーション６０は、部品材料６６ｐ又はサポート材料６６ｓの残留している転写されなかったいかなる部分も除去するように構成されたステーションである。クリーニングステーション６０に適したデバイスには、ブレードクリーナ、ブラシクリーナ、静電クリーナ、真空ベースのクリーナ、及びそれらの組合せがある。

【0046】

クリーニングステーション６０を通過した後、次のサイクルの開始に先立って、表面４６のクリーニングされた領域が放電デバイス６２を通過して、表面４６上の任意の残留静電荷をいずれも除去するように、表面４６は方向５２に引き続き回転する。放電デバイス６２に適したデバイスには、光学システム、高電圧交流コロトロン及び／又はスコロトロン、高電圧交流が印加される導電性コアを有する１つ又は複数の回転誘電ローラ、及びそれらの組合せがある。

【0047】

バイアス機構１６は、ベルト２４を通して電位を誘導して、層２２ｓ及び２２ｐをＥＰエンジン１２ｐ及び１２ｓからベルト２４に静電的に引きつけるように構成される。層２２ｓ及び２２ｐの厚さは各々、プロセスのこの時点では単層のみの増分であるため、層２２ｐ及び２２ｓのＥＰエンジン１２ｐ及び１２ｓからベルト２４への転写には静電引力が適する。

【0048】

コントローラ３６は好ましくは、ベルト２４のライン速度及び／又は任意の中間転写ドラム又はベルトと同期される同じ回転速度でＥＰエンジン１２ｐ及び１２ｓの感光体ドラム４２の回転を制御する。これにより、システム１０は、別個の現像器像から互いと協調して層２２ｐ及び２２ｓを現像且つ転写することができる。特に、示すように、層２２ｐの各部品は、各サポート層２２ｓと適宜位置合わせされてベルト２４に転写され、結合部品及びサポート材料層又は結合イメージ層を生成し得、これは全体的に層２２と呼ばれる。理解できるように、層定着組立体２０に転写された層２２によっては、特定のサポート構造及び３Ｄ部品のジオメトリ並びに層スライスに応じて、サポート材料６６ｓのみを含むものもあれば、又は部品材料６６ｐのみを含むものもある。

【0049】

代替の実施形態では、部品層２２ｐ及びサポート層２２ｓは任意選択的に、層２２ｐ及び２２ｓを交互になど、別個にベルト２４に沿って現像且つ転写し得る。これらの交互になった連続層２２ｐ及び２２ｓは次いで層定着組立体２０に転写し得、層定着組立体２０において、層２２ｐ及び２２ｓは別個に定着して、層２２を形成し、３Ｄ部品２６及びサポート構造をプリント又は構築し得る。

【0050】

更なる代替の実施形態では、ＥＰエンジン１２ｐ及び１２ｓの一方又は両方は、１つ又は複数の中間転写ドラム及び／又はベルトを感光体ドラム４２とベルト又は転写媒体（ベルト２４等）との間に含むこともできる。例えば、図３に示すように、ＥＰエンジン１２ｐは、モータ５０ａの回転力下で、ドラム４２が回転する方向５２の逆の方向５２ａに回転する中間ドラム４２ａを含むこともできる。中間ドラム４２ａは感光体ドラム４２と係合して、感光体ドラム４２から現像された層２２ｐを受け取り、次いで受け取った現像された層２２ｐを搬送し、ベルト２４に転写する。

【0051】

ＥＰエンジン１２ｓは、現像された層２２ｓを感光体ドラム４２からベルト２４に搬送する、同じ配置の中間ドラム４２ａを含み得る。ＥＰエンジン１２ｐ及び１２ｓへのそのような中間転写ドラム又はベルトの使用は、所望であれば、ベルト２４から感光体ドラム４２を熱的に分離するのに有益であることができる。

【0052】

図４は層定着組立体２０の一実施形態を示す。示すように、例示的な定着組立体２０は、構築プラットフォーム２８、ニップローラ７０、並びに定着前ヒータ７２及び７４を含む。幾つかの実施形態では、定着組立体は、図１及び図４に示すように、任意選択的な定着後ヒータ７６及び／又は冷却器（例えば、エアジェット７８又は他の冷却ユニット）を含む。構築プラットフォーム２８は、加熱された結合層２２（又は別個の層２２ｐ及び２２ｓ）を受け取り、部品層２２ｐで形成された３Ｄ部品２６ｐ及びサポート層２２ｓで形成されたサポート構造２６ｓを含む部品２６を層ごとにプリントするように構成されたシステム１０のプラットフォーム組立体又はプラテンである。幾つかの実施形態では、構築プラットフォーム２８は、プリントされた層２２を受け取る取り外し可能なフィルム基板（図示せず）を含み得、取り外し可能なフィルム基板は、任意の適した技法（例えば真空引き）を使用して構築プラットフォームに対して拘束し得る。

【0053】

構築プラットフォーム２８は、図１に概略的に示すように（ｙ軸は図１の紙面に入って出る軸であり、ｚ軸、ｘ軸、及びｙ軸は右手の法則に従って相互に直交する）、ｚ軸及びｘ軸（及び任意選択的にｙ軸も）に沿って構築プラットフォーム２８を移動させるように構成することができるガントリ８４又は他の適した機構によって支持し得る。ガントリ８４は、図４の破線８６で示されるように、ニップローラ７０及び他の構成要素に対して円柱形移動パターンを生成し得る。ガントリ８４の特定の移動パターンは基本的に、所与の用途に適した任意の所望のパスを辿ることができる。ガントリ８４は、コントローラ３６からのコマンドに基づいてモータ８８によって動作し得、モータ８８は電気モータ、油圧システム、空気圧システム等であり得る。一実施形態では，ガントリ８４は、ｚ及びｘ軸方向（及び任意選択的にｙ軸方向）の構築プラットフォーム２８の移動を精密に制御する統合された機構を含むことができる。代替の実施形態では、ガントリ８４は、各々が１つ又は複数の方向における構築プラットフォーム２８の移動を制御する複数の動作可能に結合された機構を含むことができ、例えば、第１の機構はｚ軸及びｘ軸の両方に沿った移動を生み出し、第２の機構はｙ軸のみに沿った移動を生み出す。複数の機構の使用により、ガントリ８４は異なる軸に沿って異なる移動分解能を有することができる。さらに、複数の機能の使用により、３軸よりも少ない軸に沿って動作可能な既存の機構に追加の機構を追加することができる。

【0054】

図示の実施形態では、構築プラットフォーム２８は加熱要素９０（例えば電気ヒータ）を用いて加熱可能であることができる。加熱要素９０は、Ｃｏｍｂらの米国特許出願公開第２０１３／０１８６５４９号明細書及び同第２０１３／０１８６５５８号明細書で考察されるように、３Ｄ部品２６ｐ及び／又はサポート構造２６ｓの所望の平均部品温度等の室温（２５℃）よりも高い高温で構築プラットフォーム２８を加熱し、その温度に維持するように構成される。これにより、構築プラットフォーム２８は、３Ｄ部品２６ｐ及び／又はサポート構造２６ｓをこの平均部品温度に維持するのを助けことができる。

【0055】

ニップローラ７０は、ベルト２４の移動に伴って固定軸の周りを回転するように構成された加熱可能な要素又は加熱可能な層定着要素の一例である。特に、ニップローラ７０は、ベルト２４が供給方向３２に回転する間、矢印９２の方向に後面２２ｓに当接して転がり得る。図示の実施形態では、ニップローラ７０は加熱要素９４（例えば電気ヒータ）を用いて加熱可能である。加熱要素９４は、層２２に望ましい転写温度等の室温（２５℃）よりも高い高温にニップローラ７０を加熱し維持するように構成される。

【0056】

定着前ヒータ７２は、ニップローラ７０への到達に先立って、ベルト２４上の層２２を部品材料６６ｐ及びサポート材料６６ｓの溶融温度まで等の層２２の選択された温度に加熱するように構成された１つ又は複数の加熱デバイス（例えば赤外線ヒータ及び／又は加熱エアジェット）を含む。各層２２は望ましくは、層２２を意図される転写温度まで加熱するのに十分な滞留時間にわたってヒータ７２の付近を通過する（又はヒータ７２を通過する）。定着前ヒータ７４はヒータ７２と同じように機能し得、構築プラットフォーム２８上の３Ｄ部品２６ｐ及びサポート構造２６ｓの上面を高温に加熱し、一実施形態では、接触時に熱を層に供給し得る。

【0057】

層２２ｐ及び２２ｓの部品材料６６ｐ及びサポート材料及び６６ｓは、ヒータ７２を用いて実質的に同じ温度まで一緒に加熱され得、３Ｄ部品２６ｐ及びサポート構造２６ｓの上面における部品材料６６ｐ及びサポート材料６６ｓは、ヒータ７４を用いて実質的に同じ温度に一緒に加熱され得る。これにより、部品層２２ｐ及びサポート層２２ｓを一緒に単一の定着ステップで結合層２２として３Ｄ部品２６ｐ及びサポート構造２６ｓの上面に定着させることができる。任意選択的な定着後ヒータ７６は、ニップローラ７０の下流且つエアジェット７８の上流に提供し得、単一の定着後ステップで定着層２２を高温に加熱するように構成される。

【0058】

上述したように、幾つかの実施形態では、部品２６を構築プラットフォーム２８上に構築するに先立って、構築プラットフォーム２８及びニップローラ７０は、それらの選択された温度に加熱し得る。例えば、構築プラットフォーム２８は、３Ｄ部品２６ｐ及びサポート構造２６ｓの平均部品温度（例えばバルク温度）に加熱し得る。これと比較して、ニップローラ７０は、層２２に所望の転写温度又はニップ入口温度に加熱し得る。

【0059】

図４に更に示すように、動作中、ガントリ８４は構築プラットフォーム２８を（３Ｄ部品２６ｐ及びサポート構造２６ｓと共に）破線８６で移動させ得る。特に、ガントリ８４は、ヒータ７４の下、ヒータ７４に沿って、又はヒータ７４を通って構築プラットフォーム２８をｘ軸に沿って移動させ得る。ヒータ７４は、部品材料及びサポート材料の転写温度等の高温に３Ｄ部品２６ｐ及びサポート構造２６ｓの上面を加熱する。Ｃｏｍｂらの米国特許出願公開第２０１３／０１８６５４９号明細書及び同第２０１３／０１８６５５８号明細書で論考されるように、ヒータ７２及び７４は、概ね同じ温度に層２２並びに３Ｄ部品２６ｐ及びサポート構造２６ｓの上面を加熱して、一貫した定着界面温度を提供し得る。代替的には、ヒータ７２及び７４は、層２２並びに３Ｄ部品２６ｐ及びサポート構造２６ｓの上面を異なる温度に加熱して、所望の定着界面温度を達成し得る。

【0060】

引き続くベルト２４の回転及び構築プラットフォーム２８の移動により、加熱された層２２（例えば結合像層）を３Ｄ部品２６ｐ及びサポート構造２６ｓの加熱された上面とｘ軸に沿って適切な位置合わせで並べるか、又は位置合わせする。ガントリ８４は、供給方向３２においてベルト２４の回転速度と同期した速度でｘ軸に沿って構築プラットフォーム２８を（すなわち、同じ方向及び速度で）移動させ続け得る。これにより、ベルト２４の後面２４ｂをニップローラ７０の周りで回転させて、ベルト２４及び加熱された層２２を３Ｄ部品２６ｐ及びサポート構造２６ｓの上面に対して挟む。これはニップローラ７０の場所において、加熱された層２２を、３Ｄ部品２６ｐの加熱された上面とサポート構造２６ｓの上面との間で押圧し、加熱された層２２を３Ｄ部品２６ｐ及びサポート構造２６ｓの上層に少なくとも部分的に定着させる。

【0061】

定着層２２がニップローラ７０のニップを通過するにつれて、ベルト２４はニップローラ７０に巻き付いて、構築プラットフォーム２８から定着層２２を分離させて解放する。これは、定着層２２をベルト２４からリリースするのを助け、定着層２２が３Ｄ部品２６ｐ及びサポート構造２６ｓに接着した状態を保てるようにする。定着界面温度をガラス遷移温度よりも高いが、溶融温度よりも低い転写温度に維持することにより、ベルト２４から容易にリリースするのに十分に冷却しながらも、被加熱層２２を、３Ｄ部品２６ｐ及びサポート構造２６ｓに接着するのに十分に高い温度にすることができる。さらに、先に論考したように、部品材料及びサポート材料の近い溶融レオロジーは、部品材料及びサポート材料を同じステップで定着できるようにする。

【0062】

リリース後、ガントリ８４は構築プラットフォーム２８をｘ軸に沿って定着後ヒータ７６まで引き続き移動させる。任意選択的な定着後ヒータ７６において、３Ｄ部品２６ｐ及びサポート構造２６ｓの最上層（転写された層２２を含む）を次いで、溶融後又は加熱設定ステップにおいて熱可塑性ベースの粉体の少なくとも溶融温度まで加熱し得る。これは任意選択的に、定着層２２のポリマー分子が素早く相互拡散して、３Ｄ部品２６ｐ及びサポート構造２６ｓとの高レベルの界面交絡を達成するような高度に溶融可能な状態まで定着層２２の材料を加熱する。

【0063】

さらに、ガントリ８４が構築プラットフォーム２８をｘ軸に沿って定着後ヒータ７６を過ぎてエアジェット７８まで引き続き移動させると、エアジェット７８は冷却空気を３Ｄ部品２６ｐ及びサポート構造２６ｓの上面に向かって吹く。これは、Ｃｏｍｂらの米国特許出願公開第２０１３／０１８６５４９号明細書及び同第２０１３／０１８６５５８号明細書で論考されるように、能動的に定着層２２を平均部品温度まで下げる。

【0064】

３Ｄ部品２６ｐ及びサポート構造２６ｓを平均部品温度に維持するのを助けるために、幾つかの好ましい実施形態では、ヒータ７４及び／又はヒータ７６は、３Ｄ部品２６ｐ及びサポート構造２６ｓの最上層のみを加熱するように動作し得る。例えば、ヒータ７２、７４、及び７６が赤外線放射を放射するように構成される実施形態では、３Ｄ部品２６ｐ及びサポート構造２６ｓは、赤外線波長の侵入を最上層内に制限するように構成された吸熱剤及び／又は他の着色剤を含み得る。代替的には、ヒータ７２、７４、及び７６は、加熱された空気を３Ｄ部品２６ｐ及びサポート構造２６ｓの上面にわたり吹くように構成し得る。いずれの場合でも、熱侵入を３Ｄ部品２６ｐ及びサポート構造２６ｓに制限することにより、最上層を十分に定着させることができ、その上、３Ｄ部品２６ｐ及びサポート構造２６ｓを平均部品温度に保つために必要な冷却量も低減する。

【0065】

ガントリ８４は次いで、構築プラットフォーム２８を下方に作動させ、破線８６を辿り、構築プラットフォーム２８をｘ軸に沿って、ｘ軸に沿った開始位置に戻すことができる。構築プラットフォーム２８は望ましくは、次の層２２との適宜位置合わせのために開始位置に達する。幾つかの実施形態では、ガントリ８４はまた、構築プラットフォーム２８及び３Ｄ部品２６ｐ及びサポート構造２６ｓを上方に作動させて、次の層２２と適宜位置合わせすることもできる。次いで、３Ｄ部品２６ｐ及びサポート構造２６ｓの残りの各層２２に対して同じプロセスを繰り返し得る。

【0066】

定着動作が完了した後、その結果生成された３Ｄ部品２６ｐ及びサポート構造２６ｓはシステム１０から取り外し、１つ又は複数のプリント後動作を受けることができる。例えば、サポート構造２６ｓは、アルカリ水溶液等の水性ベースの溶液を使用して３Ｄ部品２６ｐから犠牲的に取り外し得る。この技法下では、サポート構造２６ｓは溶液中に少なくとも部分的に溶解して、ハンズフリーで３Ｄ部品２６ｐからサポート構造２６ｓを分離し得る。

【0067】

これと比較して、部品材料は、アルカリ水溶液に対して化学的耐性を有する。これにより、３Ｄ部品２６ｐの形状又は品質を低下させずに犠牲的サポート構造２６ｓを取り外すために、アルカリ水溶液の使用を利用することができる。このようにしてサポート構造２６ｓを取り外すのに適したシステム及び技法の例には、Ｓｗａｎｓｏｎらの米国特許第８，４５９，２８０号明細書、Ｈｏｐｋｉｎｓらの米国特許第８，２４６，８８８号明細書、及びＤｕｎｎらの米国特許出願公開第２０１１／０１８６０８１号明細書に開示されるものがあり、これらの各々は、本開示と競合しない程度まで参照により援用される。

【0068】

さらに、サポート構造２６ｓが取り外された後、３Ｄ部品２６ｐは、表面処理プロセス等の１つ又は複数の追加のプリント後プロセスを受け得る。適した表面処理プロセスの例には、Ｐｒｉｅｄｅｍａｎらの米国特許第８，１２３，９９９号明細書及びＺｉｎｎｉｅｌの米国特許第８，７６５，０４５号明細書がある。

【0069】

先に述べたように、先に開示された選択的堆積プロセスでは、サポート層２２ｓ及びサポート構造２６ｓの形成に使用されるサポート材料６６ｓ並びに部品層２２ｐ及び３Ｄ部品２６ｐの形成に使用される部品材料６６ｐは、動作温度範囲内で実質的に同じ又は同様のレオロジー（例えば粘度及び貯蔵弾性率）を有する必要があることが求められた。これは、先に開示された選択的堆積プロセスで使用することができる材料６６に厳しい制限を課す。

【0070】

本開示の幾つかの実施形態は、先に開示された選択的堆積プロセスで使用される材料と比べて、部品構造２６ｐ及びサポート構造２６ｓの形成に実質的に異種の材料６６を利用する。これは、部品構造２６ｐ及びサポート構造２６ｓの形成に使用し得る材料６６の拡張並びに更に詳細に後述する他の利点を含め、先に開示された選択的堆積プロセスを凌ぐ幾つかの利点に繋がる。

【0071】

本開示の実施形態は部分的に、ニップ入口温度及びバルク温度を参照して定義し得る。ニップ入口温度は一般に、層２２がニップローラ７０によって部品表面に接合される際の層２２の上部１０ミルの温度に関連する。幾つかの実施形態では、ニップ入口温度は、層２２の形成に使用される材料６６ｐ及び６６ｓに応じて１８０～３８０℃の範囲である。例えば、部品材料６６ｐがＡＢＳである場合、ニップ温度は２１０～２８０℃の範囲であり得る。

【0072】

バルク温度とは、部品２６の上面から約５０～１００ミルの深さでの部品の平均温度を指す。幾つかの実施形態では、バルク温度は、使用される材料６６ｐ及び６６ｓに応じて約６０～１８０℃の範囲である。部品材料６６ｐがＡＢＳである場合、バルク温度は一般に１１０～１２０℃に維持される。

【0073】

ニップ入口温度を測定する種々の技法を使用し得る。一例では、温度センサを含むサポート又は層２２をベルト２４上でニップローラ７０に供給して、ニップ入口温度を検出する。温度センサは、サーモカプラ等の任意の適した形態をとり得る。別の適した温度センサは、銅トレースの温度依存抵抗に基づいてニップ入口温度を検出する露出銅トレースを上面に有するプリント回路基板を使用して形成し得る。高温計を使用して、ニップ入口における赤外線放射に基づいてニップ入口温度を検出してもよい。

【0074】

部品２６のバルク温度を測定するのに種々の技法を使用し得る。部品２６のバルク温度を直接測定する例示的な一技法は、サーモカプラ、上述したプリント回路基板、又は別の適した温度センサ等の温度センサを含むサポート上に部品２６を構築することを含む。サポート上に構築された層２２の厚さが約５０～１００ミル（例えば約１００つの層２２）に達した後、サポートの温度センサによって部品２６のバルク温度を検出することができる。バルク温度は、層２２が部品２６に定着して、短時間冷却された後数秒（例えば１～４秒）後且つ次の層２２が部品２６の表面に定着する前、部品２６の上面温度を測定することによって間接的に測定することもできる。この温度を使用して、部品２６のバルク温度を近似し得る。したがって、高温計又は他の適した温度センサを使用して部品２６の表面温度を測定することにより、バルク温度を推定し得る。

【0075】

本開示の実施形態はまた、部品材料６６ｐ及びサポート材料６６ｓ等の材料６６の粘度及び／又は貯蔵弾性率を参照して部分的に定義することもできる。材料の粘度は一般に、流れに対する材料の抵抗を示す。粘度が低いほど、材料の流動性は高い。定着プロセス中、材料６６がニップ入口温度において、材料のポリマー鎖を交絡させる（レプテーション）のに十分な流動性がある粘度を有することが一般に望ましい。

【0076】

材料の貯蔵弾性率とは一般に、定着プロセス中、ニップローラ７０によって印加される等の圧力印加に応答して、プリントされた形状及び位置を保持する材料６６ｐ及び６６ｓの復元力を示す。したがって、貯蔵弾性率が低いほど、材料の展性は高い。貯蔵弾性率の測定が、材料６６の剪断弾性率の測定を通して決定又は推定し得ることが理解される。部品２６を形成する材料の貯蔵弾性率が、定着プロセス中、ニップローラ７０によって印加される圧力に応答して、バルク温度においてプリントされた形状及び位置を維持するのに十分に高いことが一般に望ましい。

【0077】

材料６６の貯蔵弾性率（又は剪断弾性率）及び粘度の値は、振動プレートレオメータを使用して所与の温度で測定し得る。振動プレートレオメータは好ましくは、層２２が概ね３０～５０ミリ秒間にわたり部品２６の上面に押し当てられる定着プロセス中、条件をシミュレートするように構成される。幾つかの実施形態では、所与の温度での材料の粘度及び剪断弾性率は、２０Ｈｚ～２ｋＨｚ、例えば３０～１００Ｈｚ等の周波数でプレートレオメータを振動させることによって測定される。貯蔵弾性率は、従来の変換技法を使用して、測定された剪断弾性率に基づいて決定し得る。

【0078】

先に開示された選択的堆積プロセスでは、サポート層２２ｓの形成に使用されるサポート材料６６ｓ並びに部品層２２ｐ及び３Ｄ部品２６ｐの形成に使用される部品材料６６ｐは、ニップ入口温度において実質的に同様の粘度及びバルク温度において実質的に同様の貯蔵弾性率を有する必要があった。これは、部品層２２ｐ及びサポート層２２ｓを３Ｄ部品２６ｐ及びサポート構造２６ｓの上面に結合層２２として１つの定着ステップで定着させるために必要であると考えられた。さらに、部品材料６６ｐ及びサポート材料６６ｓの溶融レオロジーが近いことが、ニップローラ７０の下流且つエアジェット７８の上流に配置される任意選択的な定着後ヒータ７６が３Ｄ部品２６ｐ及びサポート構造２６ｓの上面を１つの溶融後ステップで一緒に事後加熱できるようにするために必要であると考えられた。

【0079】

本開示の幾つかの実施形態は、材料６６を利用して、先に開示された選択的堆積プロセスで使用される材料と比べて、動作温度範囲にわたり実質的に異種の貯蔵弾性率及び／又は粘度を有する３Ｄ部品２６ｐ及びサポート構造２６ｓの層２２を形成する。一実施形態では、材料６６は、選択的堆積プロセスの動作温度において一般に流動性材料６６ｆと呼ばれる比較的流動性の材料及び一般に弾性材料６６ｒと呼ばれる比較的弾性の（例えば流動性がより低い）材料を含む。幾つかの実施形態では、流動性材料６６ｆは、バルク温度範囲にわたり弾性材料６６ｒよりも低い貯蔵弾性率を有し、且つ／又は流動性材料６６ｆは、ニップ入口温度範囲にわたり弾性材料６６ｒよりも低い粘度を有する。部品材料６６ｐ及び／又はサポート材料６６ｓとしてのこれらの異種材料の使用は、実質的に同様のレオロジーを有する材料を使用する先に開示した選択的堆積技法を凌ぐ利点を提供する。

【0080】

図５は、同じ又は実質的に同様のレオロジーを有する材料６６ｐ及び６６ｓを利用する先に開示された選択的堆積プロセスによる、部品２６への転写前且つニップローラ（図示せず）を使用して部品２６に層２２が定着した後の転写媒体（例えばベルト２４）上の層２２を示す簡易図である。先に開示したプロセスでは、部分２２ｐ及び２２ｓは、ｘ方向及びｙ方向において厳しい許容差で転写媒体（例えばベルト２４）にプリントされる。さらに、ベルト２４にプリントされる部分２２ｐ及び２２ｓは同じ厚さ９６（ｚ方向で測定される）を有する。定着プロセス中、部分２２ｐ及び２２ｓは、ニップローラ７０（図４）によって印加される熱及び圧力に応答して、部分２２ｐと２２ｓとの間のギャップ内の中間点に向かって移動すると予期される。転写媒体（例えばベルト２４）上の部分２２ｐと２２ｓとの間の厳しい許容差により、層部分２２ｐ及び２２ｓがベルト２４に正確にプリントされており重複していない場合、部品２６への定着後、層２２の厚さは実質的に均一なままである。

【0081】

しかしながら、図５に示すようにｘ方向等に、転写媒体（例えばベルト２４）にプリントされた部分２２ｐと２２ｓとの間に位置合わせずれがある場合、部分２２ｐ及び２２ｓは重複し得、層２２にバンプ９８を生じさせると共に、部分２２ｐと２２ｓとの間にギャップ１００を生じさせる。定着プロセスに続き、定着層２２’の重複した部分２２ｐ及び２２ｓは一緒に混合し、部品２６の上面１０２上にバンプ９８を形成し、層２２におけるギャップ１００は、部品２６の上面１０２に窪み１００’を生じさせる。これは部品２６上に不均一な構築面１０２’を生じさせ、不均等面１０２に定着する追加の層２２を通して伝播し得、欠陥部品２６を生じさせる。さらに、部分２２ｐ及び２２ｓがバンプ９８’において一緒に混合するエリアは、部品２６内のクラック伝播開始部位を助長し得る。

【0082】

本開示の幾つかの実施形態は、先に開示された選択的堆積プロセスと比較して、異種の流動性材料及び弾性材料によって形成される層２２の部分間の許容差を拡大することによってこれらの問題に対処する。幾つかの実施形態では、部分２２ｐ及び２２ｓは、転写媒体上でｘ方向及び／又はｙ方向においてギャップによって隔てられるように、互いに対してプリント又は位置合わせされる。これらのギャップは、先に開示された選択的堆積プロセスよりも大きな間隔を部分２２ｐと２２ｓとの間に生み出し、異種の流動性材料及び弾性材料で形成された部分２２ｐと２２ｓとが重複する可能性を低下させる。これは一般に図６の簡易図に示され、図６は、部品２６に転写される前且つニップローラ（図示せず）を使用して層２２が部品２６に定着した後、転写媒体（例えばベルト２４）上に結合層２２を形成するための部分２２ｐと２２ｓとの位置合わせを示す。ｘ方向におけるベルト２４上の部分２２ｐと２２ｓとの間の大きなギャップ１０４及び１０６は、それらの部分が重複するのを防ぐ。ギャップ１０４及び１０６の各々によって提供される層２２ｐと層２２ｓとの間の間隔は、先に開示された選択的堆積プロセスで許されるよりも大きい。

【0083】

図６に示す例示的な選択的堆積プロセスでは、サポート部分２２ｓは流動性材料６６ｆで形成され（比較的流動性の形態のサポート材料６６ｓ）、部品部分２２ｐは比較的弾性の材料６６ｒで形成される（比較的弾性の形態の部品材料６６ｐ）。しかしながら、比較的流動性の材料６６ｆを部品部分２２ｐの形成に使用してもよく、比較的弾性の材料６６ｒをサポート部分２２ｓの形成に使用してもよいことが理解される。

【0084】

幾つかの実施形態では、図６に示すように、層２２の流動性層部分２２ｓは、層２２の比較的弾性の層部分２２ｐの厚さ１１０よりも大きな厚さ１０８（ｚ方向で測定される）でプリントされる。幾つかの実施形態では、部分２２ｐの厚さに対する部分２２ｓの厚さの増大は、ｘ方向に延びるギャップ１０４及び１０６並びにｙ方向に延びる部分２２ｐと２２ｓとの間のギャップを埋めるのに十分な容量の材料６６ｆを提供するように選択される。幾つかの実施形態では、図６の例では層部分２２ｓ等の流動性材料６６ｆで形成された層部分は、弾性層部分２２ｐの厚さ１１０よりも例えば約５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、４０％、及び／又は５０％大きい厚さ１０８を有する。

【0085】

定着プロセス中、部分２２ｓの流動性材料６６ｆは流れてギャップ１０４及び１０６を埋め、一方、部分２２ｐの弾性材料６６ｒは概してそのプリント位置に留まり、その結果、定着層２２’は実質的に均一な厚さ１１２を有する。幾つかの実施形態では、流動性材料６６ｆは、定着プロセス中、ギャップ（例えばギャップ１０４及び１０６）によって形成された層部分２２ｐと２２ｓとの間の間隔の５０％超、例えば６０％超、７０％超、８０％超、及び９０％超等を埋める。その結果生成される部品２６上の定着層２２’の均一な厚さ１１２は、クラック伝播開始部位の発生及び上述した先に開示した選択的堆積プロセスに伴う他の問題を低減しながら、平らな構築面１０２’に起因して部品２６のより正確なプリントを促進する。

【0086】

幾つかの実施形態では、流動性材料６６ｆは、先に開示された選択的堆積プロセスで使用される材料と比較して、ニップ入口温度において弾性材料６６ｒよりも実質的に低い粘度を有するように選択される。一実施形態では、弾性材料６６ｒは、ニップ入口温度において流動性材料６６ｆの粘度の３倍超の粘度を有する。したがって、流動性材料６６ｆの粘度がＶｆである場合、比較的弾性の材料６６ｓの粘度Ｖｒは、選択的堆積プロセスのニップ入口温度又はニップ入口温度範囲において粘度Ｖｆの３倍以上である。すなわち、ニップ入口温度においてＶｒ≧３^＊Ｖｆである。

【0087】

幾つかの実施形態では、弾性材料６６ｒは、より低温のポリマーが、定着プロセス中、バックリング及び非弾性歪みに耐えて、ニップローラ７０により印加される圧力に耐えるのに十分な剛性を有する限り、流動性材料６６ｆよりも部品のバルク温度においてはるかに高い剛性を有することができる。一実施形態では、材料６６ｒ及び６６ｆは、バルク温度範囲にわたって３倍超異なる貯蔵弾性率を有する。したがって、弾性材料６６ｒは、貯蔵弾性率Ｅｒを有するように選択され、比較的流動性の材料６６ｆは貯蔵弾性率Ｅｆを有するように選択され、ここで、選択的堆積プロセスのバルク温度において又はバルク温度範囲にわたりＥｒ≧３^＊Ｅｆである。

【0088】

例示的な弾性材料６６ｒは、Ａｒｋｅｍａ Ｐｅｂａｘ９００２ブラック、ポリイミドとポリエーテルの半結晶組合せ、又は他の適した熱可塑性エラストマー等の熱可塑性エラストマーを含む。Ａｒｋｅｍａ Ｐｅｂａｘ９００２ブラックとペアにすることができる１つの適した流動性材料６６ｆは、ミネソタ州Ｅｄｅｎ Ｐｒａｉｒｉｅに所在のＳｔｒａｔａｓｙｓ，Ｉｎｃ．販売のＳＳ９４熱可塑性物質である。ＳＳ９４熱可塑性物質は、ニップ入口温度範囲にわたりＳＳ９４熱可塑性物質と実質的に同様の粘度及びバルク温度範囲にわたりＳＳ９４熱可塑性物質と実質的に同様の貯蔵弾性率を有するＳｔｒａｔａｓｙｓ，Ｉｎｃ．販売のＡＢＳ ＭＧ９４等のアクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）のサポート材料として使用されてきている。使用し得る他の比較的弾性の材料６６ｒは、ＰＡ１１ナイロン、熱可塑性ポリウレタン、ＡＢＳ及びポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）組合せ、ＡＢＳ及びポリカーボネート（ＰＣ）組合せ、及び他の適した材料等のナイロンを含む。

【0089】

部品材料６６ｐ及び／又はサポート材料６６ｓを形成する弾性材料６６ｒ及び／又は流動性材料６６ｆは、ＥＰエンジン１２ｐ又は他の静電複写エンジンの特定のアーキテクチャと併用されるように設計し得る。材料６６ｒ及び／又は６６ｆは組成的に、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）ポリマー、電荷制御剤、好ましいが任意選択的に、吸熱剤（例えば、カーボンブラック又は赤外線吸収剤）及び任意選択的に、２０１８年９月２０日付けで出願された国際公開出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１８／０５１９４１号明細書に記載のように、流れ調整剤等の１つ又は複数の追加の材料を含み、この国際特許出願は全体的に、参照により本明細書に援用される。

【0090】

本開示の追加の実施形態は、層２２が部品２６の構築面に定着するとき、図５に示すように、部品部分２２ｐを形成する部品材料６６ｐ及び部品部分２２ｓを形成するサポート材料６６ｓ等のプリントされた層２２における材料の重複を避けるための代替の技法を提供する。図７は、本開示の実施形態による、転写媒体（例えばベルト２４）上にプリントされた層２２を部品２６の構築面１２０と位置合わせする例示的なプロセスと、部品２６’上のその結果定着した層２２’とを示す簡易図である。

【0091】

プリントされた層２２の部品部分２２ｐ及びサポート部分２２ｓは、定着プロセス中、材料６６ｐ及び６６ｓが完全に焼結するとき、増分部品厚変化が厚さ１２２であるような単位面積質量（Ｍ／Ａ）及び濃度で材料６６ｐ及び６６ｓによって形成される。例えば、転写媒体（例えばベルト２４）上の部品部分２２ｐの標準部分１２３ｐ及びサポート部分２２ｓの標準部分１２３ｓはそれぞれ、定着プロセスにより、定着された部分２２ｐ’及び２２ｓ’が所望の厚さ１２２を有するように、標準厚１２４ｐ及び１２４ｓを有するように構成される。

【0092】

幅１２７を有するギャップ１２６をｘ方向（図示）及び／又はｙ方向においてプリント層２２の部品部分２２ｐとサポート部分２２ｓとの間に形成して、先に論考したように、部分２２ｐと２２ｓとが重複する可能性を低減し得る。定着プロセス中、ギャップ１２６は部品部分２２ｐ及びサポート部分２２ｓの部品材料６６ｐ及びサポート材料６６ｓによって埋められ、その結果、定着層２２’は均一な厚さ１２２を有する。これには、定着プロセス中、層２２ｐの部品材料６６ｐをサポート部分２２ｓに向かって距離１２８だけギャップ１２６中に移動させ、層２２ｓのサポート材料６６ｓを部品部分２２ｐに向かって距離１３０だけギャップ１２６中に移動させる必要がある。

【0093】

材料６６ｐ及び６６ｓは互いと実質的に同様（例えば同じ粘度）である場合、距離１２８及び１３０は概ね同じであり得、材料６６ｐ及び６６ｓが異なる（例えば異なる粘度である）場合、距離１２８及び１３０は異なる。一般に、比較的流動性の材料は、先に論考したように、比較的弾性の材料よりもギャップ１２６中に大きな距離、移動する傾向を有する。例えば、部品材料６６ｐが比較的弾性であり、サポート材料６６ｓが比較的流動性である場合、図７に示す例示的なプロセスに示されるように、距離１２８は距離１３０未満である。

【0094】

幾つかの実施形態では、定着プロセス中、部品材料６６ｐ及び／又はサポート材料６６ｓによって充填するギャップ１２６の容積は、ギャップ１２６から変位した部分２２ｐ及び２２ｓの標準部分１２３ｐ及び１２３ｓよりも高いＭ／Ａでプリントされる部分２２ｐ及び２２ｓの周縁エリアに対応する、部品部分２２ｐのバンド１３２ｐ及び／又はサポート部分２２ｓのバンド１３２ｓ等の、ギャップ１２６に隣接するエッジ強化バンド１３２によって収容される。したがって、バンド１３２は標準部分１２３よりも大きな厚さを有する。部品材料６６ｐ及びサポート材料６６ｓが各々、定着プロセス中、材料がギャップ１２６に流れ込むような十分に低い粘度を有する場合、部品部分２２ｐ及びサポート部分２２ｓは各々、対応するエッジ強化バンド１３２ｐ及び１３２ｓを有する。しかしながら、材料６６ｐ又は６６ｓの一方が、定着プロセス中、図６を参照して上述したように定位置に残りがちであるような十分な弾性を有する場合、比較的流動性の材料６６ｐ又は６６ｓで形成された部分２２ｐ又は２２ｓのみがエッジ強化バンド１３２を含まなければならない。

【0095】

バンド１３２ｐ及び１３２ｓの容量は、定着プロセス中、ギャップ１２６を埋める。バンド１３２ｐ及び１３２ｓは、バンド厚１３４ｐ及び１３４ｓで転写媒体１２４にプリントされる。さらに、部品部分バンド１３２ｐは幅１３６ｐを有し、サポート部分バンド１３２ｓは幅１３６ｓを有する。バンド１３２ｐ及び１３２ｓの厚さ１３４及び幅１３６のパラメータは、バンド１３２ｐ及び１３２ｓにおける付加質量が距離１２８及び１３０に対応するギャップの部分を埋めるのに十分であるように選択される。したがって、部品部分バンド１３２ｐの面積（厚さ１３４ｐを幅１３６ｐで乗じたもの）は、定着プロセス中にそれが埋めるように構成されたギャップ１２６の対応する面積（距離１２８を厚さ１２４ｐで乗じたもの）に等しい。同様に、サポート部分バンド１３２ｓの面積（厚さ１３４ｓを幅１３６ｓで乗じたもの）も、定着プロセス中にそれが埋めるように構成されたギャップ１２６の対応する面積（距離１３０を厚さ１２４ｓで乗じたもの）に等しい。

【0096】

したがって、３Ｄ部品をプリントする方法の実施形態は、ギャップ１２６を設定した後、対応する材料６６ｐ及び６６ｓがギャップ１２６に流れ込むことになる距離１２８及び１３０を決定（例えば、計算又は推定）することを含む。幾つかの実施形態では、距離１２８は、ニップ入口温度及びギャップ１２６の長さにおける材料６６ｐ及び６６ｓの特性（例えば粘度）に基づいて決定される。距離１２８及び１３０に基づいて、材料６６ｐ及び６６ｓの各々によって埋められるギャップ１２６の面積を決定し得る。さらに、方法は、決定された距離１２８及び１３０に基づいて、バンド１３２ｐ及び１３２ｓの厚さ１３４ｐ及び１３４ｓ（又はバンドの総厚）を決定（例えば計算又は推定）することと、バンド１３２ｐ及び１３２ｓの幅１３６ｐ及び１３６ｓを決定（例えば計算又は推定）することとを含む。

【0097】

エッジ強化バンド１３２は、ギャップ１２６を埋めるように特に構成され、任意の適した技法を使用して形成し得る。幾つかの実施形態では、バンド１３２は、グレースケール若しくはルミナンス制御を通して又はハーフトーン処理により、バンド１３２ｐ及び１３２ｓを隣接する標準部分１２３ｐ及び１２３ｓよりも高いＭ／ＡでプリントするようにＥＰエンジン１２ｐ及び１２ｓを構成することによって形成される。代替的には、エッジ強化バンド１３２は、材料６６ｐ及び６６ｓの複数の層をプリントして、まず、均一な厚さ１２８及び１３０を有する部分２２ｐ及び２２ｓをそれぞれ形成し、その後、１つ又は複数の追加の層でバンド１３２ｐ及び１３２ｓをプリントすることによってプリントし得る。例えば、部品部分２２ｐは、部品材料６６ｐのｎ層を一定のＭ／Ａでプリントし、その後、バンド１３２ｐを形成する部品材料６６ｐの単層をプリントすることによって形成し得る。ここで、層数ｎは、厚さ１２８を厚さ１３４ｐで除したものに概ね等しく、幅１３６ｐは、埋めるギャップ１２６の容積（例えば、距離１２８を厚さ１３４ｐで乗じたもの）に基づいて可変である。

【0098】

本開示は好ましい実施形態を参照して説明されたが、本開示の趣旨及び範囲から逸脱せずに形態及び詳細に変更を行い得ることを当業者は認識しよう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【国際調査報告】