JP6697514B2 - 印刷モジュールおよびそれを用いた３ｄ印刷装置 - Google Patents

Description

本発明は、印刷モジュールおよびそれを用いた３Ｄ（three-dimensional, 3D）印刷装置に関するものである。

近年、技術の進歩に伴い、付加製造（additive manufacturing）技術（例えば、交互積層（layer-by-layer）モデル構造）を利用して３Ｄ物理モデルを構築する様々な方法が提案されている。一般的に、付加製造技術は、コンピュータ支援設計（computer-aided design, CAD）等のソフトウェアで構築された３Ｄモデルの設計データを順番に積み重ねられた複数の薄い（擬二次元（quasi-two-dimensional））断面層に変換する技術である。

現在、薄い断面層を形成する多くの方法が開発されている。例えば、各薄い断面層のメッセージに基づいて、プラットフォームに形成材料を吹き付け塗装または押し出し成形した後、形成材料を硬化して、薄い断面層を形成する。そして、薄い断面層を層毎に積み重ねた後に、３Ｄ物体を形成することができる。また、印刷装置にカラーノズルをさらに設置することにより、プロセス中または後に薄い断面層または３Ｄ物体に着色してもよく、あるいは、異なる形成材料を使用して３Ｄ物体を作成してもよい。

上述したように、３Ｄ物体を印刷する時、３Ｄ印刷の品質および効率に影響を与えずに、いかにして関連構造がスムーズに形成材料を着色できるようにするか、あるいは切り替えを行って異なる形成材料を使用できるようにするかが、本産業において重要な課題となっている。

本発明は、クイックリリース（quick release）駆動アセンブリを介して異なるプリントヘッドをピックアンドプレース（pick-and-place）し、迅速な分解組立効果を達成することができるとともに、プリントヘッドアセンブリをスタンバイモードの半スタートアップ状態に維持して、予備印刷スタートアップ効率を向上させることのできる３Ｄ印刷装置の印刷モジュールを提供する。

本発明の１つの実施形態において、印刷モジュールは、３Ｄ印刷装置に適している。３Ｄ印刷装置は、ラック（rack）と、制御モジュールとを含み、ラックは、印刷領域およびスタンバイ領域を有する。印刷モジュールは、キャリッジアセンブリと、第１支持台と、少なくとも１つの第２支持台と、少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリと、クイックリリース駆動アセンブリとを含む。キャリッジアセンブリは、ラックに配置され、制御モジュールに電気接続される。第１支持台は、キャリッジアセンブリに配置され、駆動される。少なくとも１つの第２支持台は、スタンバイ領域に配置される。少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリは、制御モジュールに電気接続され、第１バックル部（buckling portion）を有する。クイックリリース駆動アセンブリは、第１支持台に配置され、制御モジュールに電気接続される。クイックリリース駆動アセンブリは、第１バックル部に留まる、または第１バックル部から取り外されるよう制御モジュールによって制御される第２バックル部を有し、少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリを第１支持台に留める、または第１支持台から取り外す。制御モジュールは、印刷領域からスタンバイ領域に移動するよう第１支持台を駆動して、第１支持台と第２支持台の間で少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリをピックアンドプレースするようクイックリリース駆動アセンブリを駆動する。

３Ｄ印刷装置は、ラックと、制御モジュールと、キャリッジアセンブリと、第１支持台と、少なくとも１つの第２支持台と、少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリとを含む。ラックは、印刷領域およびスタンバイ領域を有する。キャリッジアセンブリは、ラックに配置され、制御モジュールに電気接続される。第１支持台は、キャリッジアセンブリに配置され、制御モジュールは、キャリッジアセンブリを介して第１支持台を駆動する。少なくとも１つの第２支持台は、スタンバイ領域に配置される。少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリは、第１支持台または少なくとも１つの第２支持台に着脱可能に組み立てられる。少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリは、プリントヘッドと、ヒーターとを含み、ヒーターは、制御モジュールに電気接続される。固体状態の形成材料は、プリントヘッドに挿入されるのに適合し、ヒーターを介して液体状態の形成材料に加熱された後、プリントヘッドから押し出される。制御モジュールは、キャリッジアセンブリを介して第１支持台を印刷領域とスタンバイ領域の間で前後に移動させることにより、少なくとも１つの第２支持台において、少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリをピックアンドプレースする。少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリが第１支持台または少なくとも１つの第２支持台に載置された時、ヒーターは、形成材料を加熱し続ける。

以上のように、本発明の実施形態で開示する３Ｄ印刷装置は、クイックリリース駆動アセンブリおよび対応するバックル部を介して第１支持台と第２支持台の間でプリントヘッドアセンブリをピックアンドプレースすることができる。つまり、３Ｄ印刷装置に複数のプリントヘッドアセンブリを配置することができる。スタンバイ領域の第２支持台で使用されていないプリントヘッドアセンブリが一時的に置かれることにより、プリントヘッドアセンブリを有効に交換することができ、３Ｄ印刷装置の応用範囲を拡大することができる。

添付図面は、本発明の原理がさらに理解されるために含まれており、本明細書に組み込まれかつその一部を構成するものである。図面は、本発明の実施形態を例示しており、説明とともに、本発明の原理を説明する役割を果たしている。

本発明の１つの実施形態に係る３Ｄ印刷装置の局所概略図である。 別の角度から見た図１の印刷モジュールの局所概略図である。 図１の３Ｄ印刷装置の関連部材の接続を示した図である。 別の状態の図１の３Ｄ印刷装置を示す局所概略図である。 図４のプリントヘッドアセンブリおよびクイックリリース駆動アセンブリを示す拡大図である。 図６（Ａ）〜図６（Ｄ）は、プリントヘッドアセンブリの移動を示す概略図である。 図７（Ａ）および図７（Ｂ）は、本発明の別の実施形態に係る異なる角度から見たプリントヘッドアセンブリをそれぞれ示す概略図である。 図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、本発明の別の実施形態に係る異なる角度から見た印刷モジュールの一部の部材を示す概略図である。図８（ｃ）は、図８（ａ）および図８（ｂ）の関連部材に対応する関係を示す概略図である。

図１は、本発明の１つの実施形態に係る３Ｄ印刷装置（three-dimensional printing apparatus）の局所概略図である。図２は、別の角度から見た図１の印刷モジュールの局所概略図である。図３は、図１の３Ｄ印刷装置の関連部材の接続を示した図であり、実線は、電気的関係を指し、点線は、構造的関係を指す。ここで、構造の説明を容易にするため、直角座標（Cartesian coordinate）Ｘ−Ｙ−Ｚも提供する。図１〜図３を参照すると、本実施形態において、３Ｄ印刷装置１００は、例えば、熱溶解積層造形（fused deposition modeling, FDM）によって形成され、ＦＤＭは、様々な熱溶融フィラメント（filament）（ストリップ（strip））状材料（ワックス（wax）、ＡＢＳ、ナイロン等であり、以下、「形成材料」と称す）の加熱および溶融方法である。３Ｄ印刷装置１００は、ラック１１０と、制御モジュール１２０と、印刷モジュール１３０とを含む。ラック１１０は、印刷領域Ａ２とスタンバイ領域Ａ１に分割される。印刷モジュール１３０は、キャリッジアセンブリ１３１と、第１支持台１３２と、少なくとも１つの第２支持台（第２支持台１３３Ａおよび第２支持台１３３Ｂを例に挙げるが、本発明はこれに限定されない）と、少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリ（プリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよびプリントヘッドアセンブリ１３５Ｂを例に挙げるが、本発明はこれに限定されない）と、クイックリリース駆動アセンブリ（quick release driving assembly）１３４とを含む。第２支持台１３３Ａおよび１３３Ｂは、ラック１１０のスタンバイ領域Ａ１に配置され、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂは、ケーブルＢ１およびケーブルＢ２（図１に示す）を介してそれぞれ制御モジュール１２０に電気接続される。

キャリッジアセンブリ１３１は、ラック１１０に配置され、制御モジュール１２０に電気接続される。ここで、キャリッジアセンブリ１３１は、構成要素Ｃ１〜Ｃ６を含み、構成要素Ｃ４は、例えば、第１支持台１３２をその上にスライド可能に組み立てる軌道であり、構成要素Ｃ１は、例えば、制御モジュール１２０に電気接続されたモータであり、構成要素Ｃ２は、例えば、第１支持台１３２を構成要素Ｃ２のベルトに接合させるプーリー（pulley）構造である。そのため、制御モジュール１２０は、構成要素Ｃ１、Ｃ２、およびＣ４を介してＸ軸に沿って移動するよう第１支持台１３２を駆動することができる。さらに、構成要素Ｃ４は、構成要素Ｃ３（例えば、駆動モータセット）を介して構成要素Ｃ５とＣ６の間を移動することができ、構成要素Ｃ４は、制御モジュール１２０に電気接続される。そのため、第１支持台１３２は、さらに、構成要素Ｃ３、Ｃ５、およびＣ６の配列（collocation）を介してＹ軸およびZ軸に沿って移動するよう駆動される。したがって、制御モジュール１２０は、キャリッジアセンブリ１３１を介してラック１１０内で三次元的に移動するよう第１支持台１３２をスムーズに駆動することができる。しかしながら、本発明は、キャリッジアセンブリ１３１の各構成要素を限定する意図はない。本実施形態において、三次元的に移動するよう第１支持台１３２を駆動することのできる任意の既存の技術を使用することができる。

図４は、別の状態の図１の３Ｄ印刷装置を示す局所概略図であり、印刷モジュール１３０の印刷状態を説明するための示したものである。プリントヘッドアセンブリ１３５Ａを例に挙げる。プリントヘッドアセンブリ１３５Ａは、第２支持台１３３Ａから離れるように移動し、代わりに、第１支持台１３２に位置する。この状態は、図１および図２に示したプリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂがいずれもスタンバイ状態にある状態とは異なる。図５は、図４のプリントヘッドアセンブリおよびクイックリリース駆動アセンブリを示す拡大図である。図３〜図５を同時に参照すると、本実施形態において、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂは、それぞれ、筐体１３５１と、プリントヘッド１３５２と、ヒーター１３５３と、放熱フィン１３５４とを含む。ヒーター１３５３および放熱フィン１３５４は、それぞれ、プリントヘッド１３５２に配置され、筐体１３５１の内側に一緒に収納される。固体状態の材料は、その上端を介してプリントヘッド１３５２に挿入され、ヒーター１３５３で液体状態の形成材料に加熱された後、関連する駆動部材（図示せず）を介してプリントヘッド１３５２の下端から押し出されるのに適合する。ここで、制御モジュール１２０は、関連する駆動部材およびヒーター１３５３に電気接続されるため、形成材料を加熱し、押し出す等の操作を完了させることができる。

さらに、上述したように、複数のプリントヘッドアセンブリ（上述した異なる形成材料に適合するプリントヘッド、または異なる色を提供するカラーヘッドであり、本実施形態では、２つのプリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂを例に挙げるが、種類と数はこれに限定されない）をラック１１０に配置して、３Ｄ印刷装置１００を幅広く応用できるようにする。印刷操作を行うプリントヘッドアセンブリは、第１支持台１３２に載置され、キャリッジアセンブリ１３１で駆動されるのに適合する。関連する印刷または着色操作を行うが、印刷領域Ａ２で使用されていない他のプリントヘッドアセンブリは、第２支持台１３３Ａおよび１３３Ｂに一時的に配置される。同時に、クイックリリース駆動アセンブリ１３４の配列により、本実施形態のキャリッジアセンブリ１３１は、それに応じて、印刷領域Ａ２とスタンバイ領域Ａ１の間で前後に移動するよう第１支持台１３２を駆動することができるため、第１支持台１３２と第２支持台１３３Ａおよび１３３Ｂの間でプリントヘッドアセンブリをピックアンドプレース（pick-and-place）することができる。ここで、プリントヘッドアセンブリの数および第２支持台の数は、複数であるが、第２支持台の数がプリントヘッドアセンブリの数よりも多いか、それに等しいのが好ましい。

図４および図５を図１と合わせて参照すると、第１支持台１３２と第２支持台１３３Ａおよび１３３Ｂの間でプリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂをスムーズにピックアンドプレースできるようにするために、本実施形態において、関連する部材の配列も要求される。図１に示すように、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂは、それぞれ、筐体１３５１の上に配置された第１バックル部Ｐ１および第１磁気引力部Ｐ３を有し、第１バックル部Ｐ１および第１磁気引力部Ｐ３は、筐体１３５１の２つの対向する側に設置される。それに対応して、第２支持台１３３Ａおよび１３３Ｂは、それぞれ、第２磁気引力部１３３１（図４において、第２支持台１３３Ａを例に挙げる）を有し、クイックリリース駆動アセンブリ１３４は、第１支持台１３２に配置される。そのため、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂにおいて、第１バックル部Ｐ１は、第１支持台１３２のクイックリリース駆動アセンブリ１３４に対応し、第１磁気引力部Ｐ３は、第２支持台１３３Ａおよび１３３Ｂの第２磁気引力部１３３１に対応する。そのため、このような配列を介して、関連するピックアンドプレース操作を実行することができる。

図６（Ａ）〜図６（Ｄ）は、プリントヘッドアセンブリの移動を示す概略図であり、図６（Ｃ）は、図６（Ａ）に示した状態に対応し、図６（Ｄ）は、図６（Ｂ）に示した状態に対応する。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）を図４および図５と合わせて参照すると、本実施形態において、クイックリリース駆動アセンブリ１３４は、モータ１３４１と、回転台１３４２とを含む。モータ１３４１は、制御モジュール１２０に電気接続され、回転台１３４２は、モータ１３４１に接続され、回転台１３４２の上に第２バックル部１３４３が配置される。第２バックル部１３４３は、例えば、徐々に広がる穴であり、第１バックル部Ｐ１は、例えば、カラム型のフックである。そのため、モータ１３４１が回転台１３４２を回転させるよう駆動した時、徐々に広がる穴の直径が第１バックル部Ｐ１に相対して変化する。そのため、図６（Ａ）に示すように、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａを第１支持台１３２に組み立てて、その上に載置した時、制御モジュール１２０は、クイックリリース駆動アセンブリ１３４を介して第２バックル部１３４３を第１バックル部Ｐ１に留めることができる。つまり、互いに対向するカラム型のフックは、図６（Ｃ）に示すように、徐々に広がる穴の狭い端部と係合する。次に、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａを交換したい時、制御モジュール１２０は、キャリッジアセンブリ１３１を駆動して、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａが第２支持台１３３Ａに載置されるまで第２支持台１３３Ａに向かって移動するよう第１支持台１３２を駆動する。この時、第１磁気引力部Ｐ３および第２磁気引力部１３３１は、図４に示すように、互いに引き付けられるため、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａは、第２支持台１３３Ａに位置する。この時、制御モジュール１２０は、さらにクイックリリース駆動アセンブリ１３４を介してコラム型のフックを徐々に広がる穴の狭い端部から離れるように移動させることができるため、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａと第１支持台１３２が互いにスムーズに分離し、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａを第２支持台１３３Ａにスムーズに留めることができる。それにより、図１に示すように、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａが第１支持台１３２から取り外される。

次に、制御モジュール１２０は、別の支持台１３３Ｂに向かって移動するよう第１支持台１３２を駆動する。そして、上述した図６（Ａ）〜図６（Ｄ）の操作を逆順に実行するが、これは、第１支持台１３２が第２支持台１３３Ｂに向かって移動して、他のプリントヘッドアセンブリ１３５Ｂにもたれかかった時、プリントヘッドアセンブリ１３５Ｂの第１バックル部Ｐ１が回転台１３４２の上の徐々に広がる穴を貫通することを意味する。次に、制御モジュール１２０が回転台１３４２を回転させるよう駆動し、カラム型のフックが徐々に広がる穴の狭い端部に留まった時、プリントヘッドアセンブリ１３５Ｂは、第１支持台１３２に留められる。この時、制御モジュール１２０は、キャリッジアセンブリ１３１のみを介して第１支持台１３２を第２支持台１３３Ｂから離れるように移動させることができる。第１バックル部Ｐ１と第２バックル部１３４３の間の座屈力（buckling force）は、第１磁気引力部Ｐ３と第２磁気引力部１３３１の間の引力よりも大きい。それにより、プリントヘッドアセンブリ１３５Ｂは、第２支持台１３３Ｂから離れるようにスムーズに移動することができるため、プリントヘッドアセンブリ１３５Ｂを交換することができる。

つまり、３Ｄ印刷装置１００において、印刷モジュール１３０は、複数の第２支持台１３３Ａ、１３３Ｂおよびプリントヘッドアセンブリ１３５Ａ、１３５Ｂと、クイックリリース駆動アセンブリ１３４および対応する係合構造と磁気引力構造の配列とを介して、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂを第１支持台１３２および第２支持台１３３Ａ、１３３Ｂに着脱可能に配置させることができる。そのため、制御モジュール１２０がキャリッジアセンブリ１３１を駆動し、第１支持台１３２を印刷領域Ａ２とスタンバイ領域Ａ１の間で前後に移動させた時、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂを順番にピックアンドプレースすることができる。

図２および図３を図１と合わせて再度参照すると、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂは、それぞれケーブルＢ１およびＢ２を介して制御モジュール１２０に接続されるため、制御モジュール１２０は、ケーブルＢ１およびＢ２を介して、それぞれプリントヘッド１３５２の形成材料を加熱するようヒーター１３５３を駆動することができる。つまり、本実施形態の３Ｄ印刷装置１００は、複数のプリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂを有するため、形成材料を加熱して、制御モジュール１２０で第１支持台１３２の上のプリントヘッドアセンブリ１３５Ａまたは１３５Ｂのヒーター１３５３を加熱することによって３Ｄ印刷操作を実行する一般的な印刷プロセスの他に、本実施形態の制御モジュール１２０は、スタンバイ領域Ａ１に位置する（第２支持台１３３Ａおよび１３３Ｂの上の）プリントヘッドアセンブリ１３５Ａまたは１３５Ｂが印刷状態にない時に、それに応じてヒーター１３５３を加熱することができる。そのため、ヒーター１３５３の温度が所定の温度に維持される。

例えば、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａが第１支持台１３２に位置し、プリントヘッドアセンブリ１３５Ｂが第２支持台１３３Ｂに位置する時、制御モジュール１２０は、第１支持台１３２の上のプリントヘッドアセンブリ１３５Ａを駆動するため、ヒーター１３５３が固体状態の形成材料を加熱して、溶融温度に達し（すなわち、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａが印刷温度に達し）、３Ｄ印刷操作を容易にする。同時に、制御装置１２０は、第２支持台１３３Ｂの上のプリントヘッドアセンブリ１３５Ｂのヒーター１３５３も駆動するため、形成材料を溶融せずに、固体状態の形成材料が加熱されて、軟化温度に達する（すなわち、プリントヘッドアセンブリ１３５Ｂがスタンバイ温度に達する）。つまり、印刷温度（形成材料の溶融温度）＞スタンバイ温度（形成材料の軟化温度）である。

そのため、３Ｄ印刷の実行をプリントヘッドアセンブリ１３５Ｂに変更したい時、プリントヘッドアセンブリ１３５Ｂはスタンバイ温度にあり、冷却されていないため、ヒーター１３５３を駆動して形成材料を溶融温度に到達させ、３Ｄ印刷を実行するために必要なエネルギーが少なくて済む。それにより、プリントヘッドアセンブリを交換した後に必要な再起動プロセスを省略することができる。つまり、印刷領域Ａ２にあるか、スタンバイ領域Ａ１にあるかに関わらず、ヒーター１３５３は、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂの両方を継続して加熱する。

言及すべきこととして、実際には、ヒーター１３５３は、起動時に加熱操作を継続して実行する。本実施形態の３Ｄ印刷装置１００は、さらに、第２支持台１３３Ａ、１３３Ｂおよび第１支持台１３２にそれぞれ対応して配置された複数の第１ファン１３６Ａ、１３６Ｂ、および１３６Ｃを含み、プリントヘッド１３５２の形成材料を特定の温度範囲に維持することができる。第１ファン１３６Ａ、１３６Ｂ、および１３６Ｃは、制御モジュール１２０に電気接続されるため、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂが第１支持台１３２および第２支持台１３３Ａ、１３３Ｂに載置された時、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂの熱を放散する。図４および図５を参照すると、プリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂに関し、本実施形態の筐体１３５１は、開口Ｐ２を有する。プリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂが第２支持台１３３Ａおよび１３３Ｂに位置するか、第１支持台１３２に位置するかに関わらず、開口Ｐ２と第１ファン１３６Ａ、１３６Ｂ、および１３６Ｃは、放熱フィン１３５４の対向する側に配置される。そのため、放熱フィン１３５４の熱は、開口Ｐ２を介して、第１ファン１３６Ａ、１３６Ｂ、および１３６Ｃによってプリントヘッドアセンブリ１３５Ａおよび１３５Ｂの外へ吹き飛ばされる。

図７（Ａ）および図７（Ｂ）は、本発明の別の実施形態に係る異なる角度から見たプリントヘッドアセンブリをそれぞれ示す概略図である。図７（Ａ）および図７（Ｂ）を同時に参照すると、本実施形態の３Ｄ印刷装置は、さらに、プリントヘッドアセンブリ２３５の上に配置された第２ファン２３６を含む。第２ファン２３６および開口Ｐ２は、放熱フィン１３５４の２つの対向する側に配置される。さらに、第２ファン２３６は、制御モジュール１２０に電機接続される。つまり、第２ファン２３６以外の本実施形態の他の構造は、上述した実施形態の構造と類似する。第２ファン２３６は、プリントヘッドアセンブリ２３５と同時に移動するため、第１ファン１３６Ａ、１３６Ｂ、および１３６Ｃを第１支持台１３２または第２支持台１３３Ａおよび１３３Ｂに配置する必要がない。

図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、本発明の別の実施形態に係る異なる角度から見た印刷モジュールの一部の部材を示す概略図である。図８（Ｃ）は、図８（Ａ）および図８（Ｂ）の関連部材に対応する関係を示す概略図である。図８（Ａ）〜図８（Ｃ）を参照すると、本実施形態の３Ｄ印刷装置は、さらに、第１電子デバイスグループ３３１と、第２電子デバイスグループ３３４とを含む。第１電子デバイスグループ３３１は、第１支持台３３２に配置され、制御モジュール１２０に電気接続される。第２電子デバイスグループ３３４は、第２支持台３３３に配置され、制御モジュール１２０に電気接続される。プリントヘッドアセンブリ３３５は、ヒーター１３５３に電気接続された第１パッド３３６および第２パッド３３７を有する。したがって、プリントヘッドアセンブリ３３５が第１支持台３３２に載置された時、プリントヘッドアセンブリ３３５の第２パッド３３７が第１電子デバイスグループ３３１に電気接続されるため、制御モジュール１２０は、第１電子デバイスグループ３３１を介してヒーター１３５３を駆動することができる。反対に、プリントヘッドアセンブリ３３５が第２支持台３３３に載置された時、図８（Ｃ）に示すように、プリントヘッドアセンブリ３３５の第１パッド３３６が代わりに第２電子デバイスグループ３３４に電気接続されるため、制御モジュール１２０は、代わりに第２電子デバイスグループ３３４を介してヒーター１３５３を駆動することができる。

また、本実施形態の第１電子デバイスグループ３３１は、さらに、上述した電気信号送信機能の他に、電磁変換機能を含む。つまり、本実施形態の第２バックル部Ｐ５は、第１支持台３３２の上に配置された複数の電磁部であり、第１電子デバイスグループ３３１に電磁的に接続される。本実施形態の第１バックル部Ｐ４は、プリントヘッドアセンブリ３３５の複数の磁気片または磁気引力片である。そのため、プリントヘッドアセンブリ３３５が第１支持台３３２に載置された時、制御モジュール１２０は、さらに、それに応じて電磁引力を生成し、第２バックル部Ｐ５を介して第１バックル部Ｐ４を引き付けるよう第１電子デバイスグループ３３１を駆動する。そのため、プリントヘッドアセンブリ３３５を第１支持台３３２にしっかりと組み立てることができる。反対に、プリントヘッドアセンブリ３３５を第２支持台３３３に置きたい時、第１電子デバイスグループ３３１は、電磁力を生成することができないため、プリントヘッドアセンブリ３３５が第１支持台３３２から取り外される。また、第２支持台３３３に配置された第３バックル部Ｐ６は、プリントヘッドアセンブリ３３５の第４バックル部Ｐ７と対応して係合されるため、プリントヘッドアセンブリ３３５を第２支持台３３３にスムーズに組み立てて、留めることができる。上記と同様に、プリントヘッドアセンブリ３３５と第１支持台３３２の上の電磁部の間の電磁引力は、実際には、第３バックル部Ｐ６と第４バックル部Ｐ７の間の構造的座屈力よりも大きい。そのため、プリントヘッドアセンブリ３３５を第１支持台３３２と第２支持台３３３の間でスムーズにピックアンドプレースすることができる。また、図８（Ｂ）に示すように、印刷モジュールは、さらに、第２支持台３３３に配置され、第２電子デバイスグループ３３４を介して制御モジュール１２０に電気接続されたセンサ３３８を含む。プリントヘッドアセンブリ３３５が第２支持台３３３に組み立てられた時、プリントヘッドアセンブリ３３５がセンサ３３８を構造的にトリガー（trigger）するため、センサ３３８は、制御モジュール１２０にトリガー信号を提供する。そのため、制御モジュール１２０は、第１電子デバイスグループ３３１を介して電磁部によって生成された磁力を解除し、それにより、上述したピックアンドプレース効果を達成することができる。

以上のように、本発明の実施形態で開示する３Ｄ印刷装置は、クイックリリース駆動アセンブリおよび対応するバックル部を介して第１支持台と第２支持台の間でプリントヘッドアセンブリをピックアンドプレースすることができる。つまり、３Ｄ印刷装置に複数のプリントヘッドアセンブリを配置することができる。スタンバイ領域の第２支持台で使用されていないプリントヘッドアセンブリを一時的に置くことにより、プリントヘッドアセンブリを有効に交換することができ、３Ｄ印刷装置の応用範囲を拡大することができる。

さらに、制御モジュールを直接プリントヘッドアセンブリに電気接続する、または支持台を介して間接的にプリントヘッドアセンブリに電気接続することにより、プリントヘッドアセンブリが使用中であるか、スタンバイ状態であるかに関わらず、プリントヘッドアセンブリを所定の温度に維持することができる。つまり、プリントヘッドアセンブリがスタンバイ状態にある場合でも、プリントヘッドアセンブリのヒーターは、上述した電気接続を介して加熱し続けることができる。スタンバイモードにあるプリントヘッドアセンブリの形成材料は、軟化温度に維持されるため、プリントヘッドアセンブリを第１支持台に組み立てて、３Ｄ印刷操作を実行したい時、再起動操作のエネルギーと時間を有効に減らすことができ、それにより、３Ｄ印刷の効率を上げることができる。

本発明は、３Ｄ印刷装置に関するものであり、クイックリリース駆動アセンブリおよび対応するバックル部を介して第１支持台と第２支持台の間でプリントヘッドアセンブリをピックアンドプレースすることができる。つまり、３Ｄ印刷装置に複数のプリントヘッドアセンブリを配置することができる。スタンバイ領域の第２支持台で使用されていないプリントヘッドアセンブリを一時的に置くことにより、プリントヘッドアセンブリを有効に交換することができ、３Ｄ印刷装置の応用範囲を拡大することができる。

１００ ３Ｄ印刷装置
１１０ ラック
１２０ 制御モジュール
１３０ 印刷モジュール
１３１ キャリッジアセンブリ
１３２ 第１支持台
１３３Ａ、１３３Ｂ 第２支持台
１３３１ 第２磁気引力部
１３４ クイックリリース駆動アセンブリ
１３４１ モータ
１３４２ 回転台
１３４３ 第２バックル部
１３５Ａ、１３５Ｂ、２３５ プリントヘッドアセンブリ
１３５１ 筐体
１３５２ プリントヘッド
１３５３ ヒーター
１３５４ 放熱フィン
１３６Ａ、１３６Ｂ、１３６Ｃ 第１ファン
２３６ 第２ファン
３３１ 第１電子デバイスグループ
３３２ 第１支持台３３３ 第２支持台
３３４ 第２電子デバイスグループ
３３５ プリントヘッドアセンブリ
３３６ 第１パッド
３３７ 第２パッド
３３８ センサ
Ａ１ スタンバイ領域
Ａ２ 印刷領域
Ｂ１、Ｂ２ ケーブル
Ｃ１〜Ｃ６ 構成要素
Ｐ１ 第１バックル部
Ｐ２ 開口
Ｐ３ 第１磁気引力部
Ｐ４ 第１バックル部
Ｐ５ 第２バックル部
Ｐ６ 第３バックル部
Ｐ７ 第４バックル部
Ｘ−Ｙ−Ｚ 直角座標

Claims (15)

1. ３Ｄ印刷装置用の印刷モジュールであって、前記３Ｄ印刷装置が、ラックと、制御モジュールとを含み、前記ラックが、印刷領域およびスタンバイ領域を有し、
   前記印刷モジュールが、
   前記ラックに配置され、前記制御モジュールに電気接続されたキャリッジアセンブリと、
   前記キャリッジアセンブリに配置され、前記キャリッジアセンブリを介して前記制御モジュールによって駆動される第１支持台と、
   前記スタンバイ領域に配置された少なくとも１つの第２支持台と、
   前記制御モジュールに電気接続され、第１バックル部を有する少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリと、
   前記第１支持台に配置され、前記制御モジュールに電気接続されたクイックリリース駆動アセンブリと、
   を含み、
   前記クイックリリース駆動アセンブリが、前記第１バックル部に留まる、または前記第１バックル部から取り外されるよう前記制御モジュールによって制御される第２バックル部を有し、前記少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリを前記第１支持台に留める、または前記少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリを前記第１支持台から取り外し、前記制御モジュールが、前記印刷領域から前記スタンバイ領域に移動するよう前記第１支持台を駆動して、前記第１支持台と前記第２支持台の間で前記少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリをピックアンドプレースするよう前記クイックリリース駆動アセンブリを駆動する印刷モジュール。
2. 前記クイックリリース駆動アセンブリが、
   前記第１支持台に配置され、前記第２バックル部が位置する回転台と、
   前記第１支持台に配置され、前記回転台に接続されたモータと、
   を含み、
   前記モータが、前記制御モジュールに電気接続され、前記制御モジュールが、前記モータを介して回転するよう前記回転台を駆動する請求項１に記載の印刷モジュール。
3. 前記第１バックル部が、カラム型のフックまたは徐々に広がる穴であり、前記第２バックル部が、徐々に広がる穴またはカラム型のフックであり、前記カラム型のフックが、前記徐々に広がる穴を貫通して、前記徐々に広がる穴の狭い端部に留められるのに適合するか、または前記カラム型のフックが、前記狭い端部から取り外されて、前記徐々に広がる穴から離れるように移動するのに適合した請求項２に記載の印刷モジュール。
4. 前記少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリが、
   前記第１バックル部を有する筐体と、
   前記筐体に挿入されたプリントヘッドと、
   前記プリントヘッドに配置され、前記制御モジュールに電気接続されたヒーターと、
   を含み、
   固体状態の材料が、前記プリントヘッドに挿入され、前記ヒーターで液体状態の形成材料に加熱された後、前記プリントヘッドから押し出されるのに適合した請求項１に記載の印刷モジュール。
5. 前記筐体が、開口を有し、前記少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリが、さらに、前記プリントヘッドに配置され、前記ヒーターに隣接する放熱フィンを含み、前記放熱フィンが、前記開口に対応し、前記開口および前記第１バックル部が、前記筐体の２つの対向する側に設置された請求項４に記載の印刷モジュール。
6. 前記筐体が、第１磁気引力部を有し、前記第１磁気引力部および前記第１バックル部が、前記筐体の２つの対向する側に設置され、前記少なくとも１つの第２支持台が、第２磁気引力部を有し、前記制御モジュールが前記スタンバイ領域の前記少なくとも１つの第２支持台に向かって移動するよう前記第１支持台を駆動して、前記少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリをピックアンドプレースして、前記少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリを前記少なくとも１つの第２支持台に載置した時、前記第１磁気引力部および前記第２磁気引力部が互いに引き付けられる請求項４に記載の印刷モジュール。
7. 前記第１バックル部と前記第２バックル部の間の座屈力が、前記第１磁気引力部と前記第２磁気引力部の間の引力よりも大きい請求項６に記載の印刷モジュール。
8. 前記ヒーターが、前記形成材料を加熱し続け、前記印刷モジュールが、さらに、
   前記第１支持台および前記少なくとも１つの第２支持台にそれぞれ対応して配置され、前記少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリが前記第１支持台または前記少なくとも１つの第２支持台に載置された時に前記プリントヘッドの熱を放散する複数の第１ファンを含む請求項４に記載の印刷モジュール。
9. 前記印刷モジュールが、複数の第２支持台および複数のプリントヘッドアセンブリを含み、前記プリントヘッドアセンブリが、前記第２支持台に着脱可能に配置され、前記制御モジュールが、前記キャリッジアセンブリを介して前記第１支持台を前記印刷領域と前記スタンバイ領域の間で前後に移動させて、前記プリントヘッドアセンブリを順番にピックアンドプレースする請求項１に記載の印刷モジュール。
10. 前記印刷モジュールが、さらに、前記第１支持台に配置された第１電子デバイスグループを含み、前記第１バックル部が、磁気片または磁気引力片であり、前記第２バックル部が、前記第１支持台の上に配置され、前記第１電子デバイスグループに電気接続された少なくとも１つの電磁部であり、前記制御モジュールが、磁力を生成するかどうかに関わらず、前記第１電子デバイスグループを介して前記少なくとも１つの電磁部を駆動して、前記第１バックル部を磁気的に引き付ける、または解除する請求項１に記載の印刷モジュール。
11. 前記少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリが前記第１支持台に組み立てられた時、前記少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリの前記ヒーターが、前記第１電子デバイスグループを介して前記制御モジュールに電気接続される請求項１０に記載の印刷モジュール。
12. 前記印刷モジュールが、さらに、
    前記少なくとも１つの第２支持台に配置され、前記制御モジュールに電気接続された第２電子デバイスグループと、
    前記少なくとも１つの第２支持台に配置された第３バックル部と、
    を含み、
    前記少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリが、さらに、筐体と、第４バックル部とを含み、前記第１バックル部および前記第４バックル部が、前記筐体の２つの対向する側に設置され、前記少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリが前記少なくとも１つの第２支持台に移動した時、前記少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリが、前記第３バックル部および前記第４バックル部の配列を介して前記少なくとも１つの第２支持台に組み立てられ、前記少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリの前記ヒーターが、前記第２電子デバイスグループを介して前記制御モジュールに電気接続される請求項１０に記載の印刷モジュール。
13. 前記印刷モジュールが、さらに、前記少なくとも１つの第２支持台に配置され、前記第２電子デバイスグループを介して前記制御モジュールに電気接続されたセンサを含み、前記少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリが前記少なくとも１つの第２支持台に組み立てられた時、前記制御モジュールが、前記第１電子デバイスグループを介して前記電磁部によって生成された前記磁力を解除する請求項１２に記載の印刷モジュール。
14. 印刷領域およびスタンバイ領域を有するラックと、
    制御モジュールと、
    前記ラックに配置され、前記制御モジュールに電気接続されたキャリッジアセンブリと、
    前記キャリッジアセンブリに配置され、前記キャリッジアセンブリを介して前記制御モジュールによって駆動される第１支持台と、
    前記スタンバイ領域に配置された少なくとも１つの第２支持台と、
    前記第１支持台または前記少なくとも１つの第２支持台に着脱可能に配置された、第１バックル部を有する少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリと、
    前記第１支持台に配置され、前記制御モジュールに電気接続されたクイックリリース駆動アセンブリと、
    を含み、
    前記少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリが、プリントヘッドと、前記制御モジュールに電気接続されたヒーターとを含み、固体状態の材料が、前記プリントヘッドに挿入され、前記ヒーターで液体状態の形成材料に加熱された後、前記プリントヘッドから押し出されるのに適合し、前記制御モジュールが、前記キャリッジアセンブリを介して前記第１支持台を前記印刷領域と前記スタンバイ領域の間で前後に移動させることにより、前記少なくとも１つの第２支持台において、前記少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリをピックアンドプレースし、前記少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリが前記第１支持台または前記少なくとも１つの第２支持台に載置された時、前記ヒーターが、前記形成材料を加熱し続け、前記制御モジュールは、前記スタンバイ領域で印刷状態にない前記少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリも加熱し、
    前記クイックリリース駆動アセンブリが、前記第１バックル部に留まる、または前記第１バックル部から取り外されるよう前記制御モジュールによって制御される第２バックル部を有し、前記少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリを前記第１支持台に留める、または前記少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリを前記第１支持台から取り外し、前記制御モジュールが、前記印刷領域から前記スタンバイ領域に移動するよう前記第１支持台を駆動して、前記第１支持台と前記第２支持台の間で前記少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリをピックアンドプレースするよう前記クイックリリース駆動アセンブリを駆動する３Ｄ印刷装置。
15. 前記３Ｄ印刷装置が、さらに、
    前記第１支持台に配置され、前記制御モジュールに電気接続された第１電子デバイスグループと、
    前記少なくとも１つの第２支持台に配置され、前記制御モジュールに電気接続された第２電子デバイスグループと、
    を含み、
    前記少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリが前記第１支持台に載置された時、前記少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリの前記ヒーターが、前記第１電子デバイスグループを介して前記制御モジュールに電気接続され、前記少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリが前記少なくとも１つの第２支持台に載置された時、前記少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリの前記ヒーターが、前記第２電子デバイスグループを介して前記制御モジュールに電気接続される請求項１４に記載の３Ｄ印刷装置。
    

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