JP6789169B2 - レーザ溶融を使用するハイブリッド静電３ｄプリンタ - Google Patents

Description

本明細書におけるシステムおよび方法は、一般的に、静電印刷プロセスを使用する三次元（３Ｄ）印刷プロセスに関する。

三次元印刷は、例えば、インクジェットプリンタを使用してオブジェクトを生産し得る。多くのシステムにおいて、プラットホームはインクジェットの下を移動して、構築および支持材料の層を形成し、各層はＵＶ光源を使用して硬化される。これらの段階は層ごとに繰り返される。支持材料は、一般的に、酸可溶性、塩基可溶性、または、水可溶性のポリマーを備え、それらは３Ｄ印刷完了後に構築材料から選択的に洗い流され得る。

静電（電子写真）プロセスは、二次元デジタル画像を生成する既知の手段であり、材料を中間表面（光受容体ベルトまたはドラム）上へ転写する。電子写真画像が転写される手法における進歩は、印刷システムの速度、効率性、および、デジタル性を利用し得る。

例示的な三次元（３Ｄ）プリンタは、他のコンポーネントの中に、中間転写表面、異なる材料を中間転写表面へ静電的に転写するよう配置される現像ステーション、および、中間転写表面と隣接する転写ステーションを含む。転写ステーションは、異なる材料の層を、中間転写表面が転写ステーションを通過する際に受けるよう配置される。したがって、現像ステーションおよび転写ステーションは中間転写表面と関連して配置され、中間転写表面上の地点は、中間転写表面がプロセス方向に移動する際、最初に現像ステーションを通過し、その後、転写ステーションを通過する。

さらに、そのような構造は、中間転写表面と相対的に移動する圧盤を含む。中間転写表面は、異なる材料の層を圧盤へ、圧盤が層のうちの１つと中間転写表面上で転写ステーションにおいて接触するたびに転写して、層の自立スタックを圧盤上に連続的に形成する。加えて、粘着剤ステーションが、粘着剤を圧盤（または、その上の層）へ供給するよう配置され得る。そのような粘着剤は、中間転写表面から層への圧盤上での前述の転写ステーションにおける層の転写を促進する。

さらに、レーザ溶融ステーションが、レーザ光を各層へ、層が転写ステーションから圧盤へ転写された直後に当てるよう配置される。レーザ溶融ステーションは、レーザ光を層内部の異なる材料へ異なって選択的に当てて、層内部の異なる材料の部分（例えば、構築材料の部分）を一緒に溶融する。しかしながら、レーザ溶融ステーションは、レーザ光を層内部の異なる材料（例えば、支持材料）の第２の部分へは当てない。したがって、レーザ光は、異なる材料を加熱して構築材料の部分を一緒に溶融し、支持材料を加熱することなく、支持材料を緩い非結合材料として残す。レーザ光が当たる構築材料の部分は、層の全てより少ない（したがって、構築材料および支持材料のこれらの部分は、層内部の異なる部分である）。

さらに、３Ｄプリンタは、層内部の異なる材料のうちの支持材料を除去して、異なる材料のうちの構築材料の部分を異なる材料のうちの支持材料から分離し、３Ｄ印刷部品を残すよう配置される材料除去ステーションを選択的に含み得る。例えば、材料除去ステーションは、音響バイブレータ、溶媒すすぎデバイス、加圧送風機などを含み得る。

これらの特徴および他の特徴は、以下の詳細な説明に記載され、または、詳細な説明から明らかになる。

様々な例示的なシステムおよび方法が、添付の図と関連して以下に詳細に記載される。

図１は、本明細書における印刷デバイスを部分的に図示する概略断面図である。 図２は、本明細書における印刷デバイスを部分的に図示する概略断面図である。 図３は、本明細書における印刷デバイスを部分的に図示する概略断面図である。 図４は、本明細書における印刷デバイスを部分的に図示する概略断面図である。 図５は、本明細書における印刷デバイスを部分的に図示する概略断面図である。 図６Ａは、本明細書におけるレーザ溶融デバイスを図示する拡張概略図である。 図６Ｂは、本明細書におけるレーザ溶融デバイスを図示する拡張概略図である。 図６Ｃは、本明細書におけるレーザ溶融デバイスを図示する拡張概略図である。 図７は、本明細書におけるデバイスにより形成される層のスタックを図示する拡張概略図である。 図８は、本明細書における印刷デバイスを部分的に図示する概略断面図である。 図９は、本明細書における印刷デバイスを部分的に図示する概略断面図である。 図１０は、本明細書における印刷デバイスを部分的に図示する概略断面図である。 図１１は、本明細書における印刷デバイスを部分的に図示する概略断面図である。 図１２は、本明細書における印刷デバイスを部分的に図示する概略断面図である。 図１３は、本明細書における印刷デバイスを部分的に図示する概略断面図である。 図１４は、本明細書における印刷デバイスを部分的に図示する概略断面図である。 図１５は、本明細書における印刷デバイスを部分的に図示する概略断面図である。 図１６は、本明細書における印刷デバイスを部分的に図示する概略断面図である。 図１７は、本明細書における印刷デバイスを部分的に図示する概略断面図である。 図１８は、本明細書における印刷デバイスを部分的に図示する概略断面図である。 図１９は、本明細書における印刷デバイスを部分的に図示する概略断面図である。 図２０は、本明細書における３Ｄ印刷デバイスを図示する概略図である。 図２１は、本明細書における印刷エンジンを図示する概略図である。 図２２は、本明細書における現像デバイスを図示する拡張概略図である。

上述されたように、静電印刷プロセスは、二次元（２Ｄ）デジタル画像を生成する既知の手段であり、本明細書における方法およびデバイスは、（３Ｄ印刷用の）３Ｄ製品を生産するために、そのような処理を使用する。しかしながら、静電プロセス（特に、ＩＴＢを使用するプロセス）を使用して３Ｄ印刷を行う際、熱管理が課題となる。これは、材料をＩＴＢから圧盤へ転写するために使用される高温が原因であり、ＩＴＢは現像デバイスへ戻る前に冷やされる。加えて、静電プロセスを使用する３Ｄ印刷では、印刷材料の機械的完全性は、非常に薄い場合に損なわれ、転写プロセスは、材料を損傷する剥奪力を与え得る。

そのような問題に対処するために、本開示は、静電印刷をレーザ焼結と組み合わせるハイブリッドアーキテクチャを提供する。これは、静電システムを使用して熱可塑性物質、セラミックなどの材料の層を作製することに関与し、レーザを使用して、３Ｄ部品を作製するために層をデジタル的に融合する。本明細書におけるデバイスおよび方法は、異なる印刷材料をデジタル的に管理するために、静電印刷の速い画像および材料管理プロセスを利用し、その後、レーザを利用して機能／エンジニアリング材料を焼結する。さらに、これらの方法およびデバイスは、転写ニップで熱を使用せず、転写後の加熱ローラ溶融を行わずに、材料を転写および溶融するために使用される高温を回避する。したがって、本明細書における処理は、相対的に冷たく、構造を冷やすために必要な任意の休止を限定し（および、追加的な冷却ステーションを必要とせず）、３Ｄ印刷プロセスを高速にしてデバイスを安価にする。

本明細書におけるデバイスおよび方法は、各々の異なる材料に対する一連の光受容体ステーションを使用し得る。ステーションの各々は、画像を中間転写ベルト（ＩＴＢ）内へ静電的に現像および転写する。複数の材料画像は、単一の現像層内へＩＴＢ上で統合される。その後、現像層は、表面構築プレート（圧盤）へ静電的に転写され、または、粘着剤を圧盤上で使用して現像層を付着したままにする。現像層が圧盤内へ転写されると、圧盤はレーザ焼結ステーションへ移動する。焼結ステーションは、固形部品を作製するために材料粒子を溶融する。焼結が行われると、圧盤は定位置（初期位置）へ移動して、プロセスを繰り返し次の層を追加する。このプロセスは、固形部品が作製されるまで繰り返す。

本明細書に提示される異なる例において、支持材料は、レーザが溶融も溶解もしない種類の材料（例えば、セラミック、ガラス玉など）を備えてよい。焼結しないことにより、支持材料は粉末状に留まる。粉末材料は、振動または空気圧により機械的に除去され得る（および、支持材料は回収および再使用され得る）。代替的に、支持材料は、構築材料に影響を及ぼさずに化学的に（または、水により）溶解され得る。さらに、材料の選択は、溶融の特徴であるように管理され、溶融後の材料収縮の特徴の一致を達成する。

したがって、本明細書におけるデバイスおよび方法は、複数の材料および色で部品またはアセンブリを作製することができ、新しい材料の特性を作製するために複数の材料をデジタル的に管理および統合することができ、材料ごとにレーザ出力を最適化する能力を提供することができる。これにより、ＩＴＢを加熱しないことにより熱管理の問題が排除され、印刷が高速化される。さらに、速い静電印刷プロセスを利用して３Ｄ製品を高速に作製する。

示されるように、例えば、図１において、本明細書における例示的な三次元（３Ｄ）プリンタは、他のコンポーネントの中に、ローラ１１２に支持される中間転写ベルト１１０（ＩＴＢ）、第１の印刷コンポーネント（例えば、現像デバイス１１６）および第２の印刷コンポーネント（例えば、現像デバイス１１４）などの１つ以上の印刷／現像ユニットを含む。したがって、図１に示されるように、第１の印刷コンポーネント１１６は、第１の材料１０４、（潜在的に乾燥した）粉末状のポリマーワックス材料（例えば、荷電３Ｄトナー）などの構築材料をＩＴＢ１１０へ静電的に転写するよう配置される。静電転写は、ベルト（例えば、電荷生成器１２８により生産される）と転写される材料１０４との間の電荷差を用いて起こる。さらに、第２の印刷コンポーネント１１４（さらに、例えば、光受容体であり得る）は、第２の材料１０５（例えば、支持材料）を、第１の材料１０４がＩＴＢ１１０上に置かれているＩＴＢ１１０の位置へ静電的に転写するよう配置される。

図において、構築材料１０４および支持材料１０５の組み合わせは要素１０２として示され、「現像層」と称されることがある。構築材料１０４および支持材料１０５の現像層１０２は、ＩＴＢ１１０の別々の領域上にあり、当該の層における３Ｄ構造のコンポーネント（および、関連する支持要素）に対応するパターンになっており、３Ｄ構造は、現像層１０２により構築されている現像層１０２である。

図１において、項目１１８は圧盤であり（音響バイブレータ要素１４４を含み得る）、項目１４２は溶融ステーション（例えば、レーザ）であり、項目１６６は粘着剤塗布ステーションであり、項目１４８は支持材料除去ステーションである。追加的に、項目１３０は転写ニップであり、項目１３４および１３６は、各現像層１０２の前端および後端を示す。

本明細書におけるデバイスは、１つの現像デバイスのみを含んでよく、または、多くを含み得る。したがって、残りの図は以下を図示する：異なる色の構築材料（例えば、項目１０３および１０４）を中間転写ベルト（ＩＴＢ１１０）へ静電的に転写するよう配置される異なる色の現像ステーション１５２〜１５８（図２に示される）；および、構築材料がＩＴＢ１１０上に置かれているＩＴＢ１１０の位置へ、支持材料を静電的に転写するよう配置される少なくとも１つの支持材料現像ステーション１５０。例えば、異なる現像ステーション１５２〜１５８の各々は、他の現像ステーション１５２〜１５８により供給される構築材料の色とは異なる色の構築材料を提供し得る。現像ステーション１５０により提供される支持材料の色は、以下に記載されるように、支持材料が最終構造から最終的に除去されるため、高い関連性はない。

追加的に、圧盤１１８（表面またはベルトであり得る）は、ＩＴＢ１１０に隣接している。この例において、圧盤１１８は、真空ベルトである。構築および支持材料のパターン化された層１０２は、現像デバイス１５２〜１５８から中間転写ベルト１１０へ、最終的に、圧盤１１８へ転写ステーション１３０において転写される。

図２に示されるように、転写ステーション１３０は、ＩＴＢ１１０に隣接している。転写ステーション１３０は、ＩＴＢ１１０の一方の側に、ＩＴＢ１１０を支持するローラ１１２を含む。転写ステーション１３０は、層１０２を、ＩＴＢ１１０が転写ステーション１３０へ移動する際に受けるよう配置される。より具体的には、構築材料現像ステーション１５２〜１５８、支持材料現像ステーション１５０、および、転写ステーション１３０は、ＩＴＢ１１０と関連して配置され、ＩＴＢ１１０上の層１０２は、ＩＴＢ１１０がプロセス方向に移動する際、最初に構築材料および支持材料現像ステーション１５０〜１５８を通過し、その後、転写ステーション１３０を通過する。

したがって、パターンでＩＴＢ上に別個の現像デバイス１５０〜１５８の各々により印刷される構築および支持材料は、現像層１０２において統合されて、所定の長さを有する特定のパターンを表す。したがって、図２に示されるように、現像層１０２の各々は、ＩＴＢ１１０が移動している処理方向（ＩＴＢ１１０の隣の矢印により表される）へ向かう前端１３４、および、前端１３４と反対の後端１３６を有する。

図３における縦の矢印により示されるように、圧盤１１８は、（モータ、ギア、滑車、ケーブル、ガイドなど（全てが一般的に項目１１８により図示される）を使用して）ＩＴＢ１１０の方へ移動し、圧盤１１８をＩＴＢ１１０と接触させる。それにより、ＩＴＢ１１０は、構築材料１０４および支持材料１０５の現像層１０２のうちの１つを圧盤１１８へ、圧盤１１８がＩＴＢ１１０と接触するたびに転写して、構築材料１０４および支持材料１０５の現像層１０２を圧盤１１８上に連続的に形成する。

より具体的には、図３に示されるように、転写ニップ１３０で、転写ニップ１３０内の現像層１０２の前端１３４は圧盤１１８の対応する位置へ転写され始める。したがって、図３において、圧盤１１８が移動して、現像層１０２とＩＴＢ１１０上で、現像層１０２の前端１３４が転写ニップ１３０のローラの最も低い位置にある位置において接触する。したがって、この例において、現像層１０２の後端１３６は、まだ転写ニップ１３０に到達しておらず、したがって、まだ圧盤１１８へ転写されていない。

図４に示されるように、圧盤１１８は、圧盤真空ベルトを移動または回転させることにより、ＩＴＢ１１０と同期的に移動して（ＩＴＢ１１０と同じ速度および同じ方向で移動して）、現像層１０２を圧盤１１８へ汚れることなく正確に転写させる。図４において、現像層１０２の後端１３６は、まだ転写ニップ１３０に到達しておらず、したがって、圧盤１１８へ転写されていない部分のみである。その後、ＩＴＢ１１０が処理方向に移動するにつれて、圧盤１１８は、図５に示されるように、ＩＴＢ１１０と同じ速度および同じ方向で、現像層１０２の後端１３６が転写ニップ１３０のローラの下部に到達するまで移動し、その地点で圧盤１１８はＩＴＢ１１０から離れて溶融ステーション１４２へと移動する。

圧盤１１８は、溶融ステーション１４２へ、ＩＴＢ１１０が現像層１０２の各々を圧盤１１８へ転写する各時間の後に移動することができ、（レーザ光１４６を使用して）現像層１０２の各々を独立的に溶融して、各現像層１０２を圧盤１１８へ、および、任意の事前に転写された現像層１０２へ圧盤１１８上で連続的に結合する。他の代替案において、圧盤１１８は、溶融ステーション１４２へ、特定数（例えば、２、３、４個など）の現像層１０２が圧盤１１８上に置かれた後に移動して、複数の現像層１０２を圧盤１１８へ、および、現像層同士を同時に溶融するのみでよい。

図６Ａ〜図６Ｃは、溶融ステーション１４２で処理される層１０２のうちの１つを図示する。より具体的には、図６Ａにおいて、レーザ光１４６は、構築材料１０３および１０４の一部分を溶融（溶解、焼結、接着、結合、凝固など）するが、支持材料１０５を溶融しなくてよい。１つの例において、レーザ溶融デバイス１４２を制御するシステムは、現像層１０２をレーザ１４２へ記録し得る。次の画像の知識を伴って、レーザ１４２は、層１０２内の異なる材料１０３、１０４の各々へ印加される出力を最適化するよう、調整される。

図６Ａにおいて異なる陰影により示されるように、溶融ステーション１４２は、異なるエネルギーレベルのレーザ光１４６を（例えば、異なる露光時間、異なる出力レベル、異なる波長などで）構築材料１０３、１０４の異なる部分へ供給して、異なる構築材料１０３、１０４を異なって（任意のレーザ光１４６を支持材料１０５へ当てることなく、したがって、支持材料１０５が溶融しないように）溶融し得る。したがって、レーザ光１４６は、異なる材料１０３、１０４を異なって加熱して構築材料１０３、１０４の部分を一緒に溶融し、支持材料１０５を加熱することなく、支持材料１０５を緩い非結合（例えば、粉末状または粒状）材料として残す。レーザ光１４６が当てられる構築材料１０３、１０４の部分は、層１０２内の異なる材料の全てより少ない（したがって、構築材料１０３、１０４および支持材料１０５のこれらの部分は、同じ層１０２の異なる部分である）。

例えば、異なる構築材料１０３および１０４は、異なる現像デバイス（例えば、１５２、１５４）により現像されてよく、したがって、異なる物理的および溶融の特徴を伴う異なる材料を備えてよい。したがって、レーザ溶融ステーション１４２は、異なるレベルのエネルギーを層１０２の異なる部分へ、潜在的に異なる材料１０３、１０４を一緒に接着させるために供給し得る。他の状況において、溶融ステーション１４２は、異なるエネルギーを同じ構築材料の異なる部分へ印加して（ここでも、図６Ａにおいて項目１０３および１０４により表される）、材料内で異なる反応を引き起こし、溶融された材料を区別して、そのような材料が異なる密度、異なる弾性、異なる色、異なる質感などを有するようにし、したがって、項目１０３および１０４を出力される最終的な３Ｄ印刷製品において区別する。

溶融材料が収縮してよいことに、留意されたい。したがって、構築材料１０３、１０４が溶融され、支持材料１０５が溶融されない場合、構築および支持材料の間の高さの差異を溶融後に作製してよい。現像デバイス１５０〜１５８は、この溶融後の高さの差異（例えば、溶融された構築材料と溶融されない支持材料の間）を、層１０２をＩＴＢ１１０上に現像することにより相殺し、異なる溶融前の厚さを有する。したがって、特定の現像デバイス（１５２〜１５８）は、そのような材料が、レーザ溶融デバイス１４２により溶融される際に収縮する場合、所与の層１０２内の他の材料より多くの材料（より高いスタックの材料）をＩＴＢ１１０上に沈着させてよい。これにより、溶融後、溶融された部分１０３、１０４は、溶融されない部分１０５と同じ高さを確実に有する。これにより、印刷される３Ｄ製品内に形成される溶融された構築材料の新しい層の各々は平盤になり、３Ｄ製品を望まれない歪曲がない状態に維持する。

図６Ｂおよび図６Ｃは、層１０２内の全ての材料が（層１０２全体がレーザ光１４６へ露光される、Ｘおよび／またはＹ方向において）レーザ溶融デバイス１４２により露光されるブランケットであり得ることを図示する。そのような状況において、支持材料１０５は、（層１０２の全ての他の部分がレーザ光１４６により溶融されるが）支持材料１０５のみがレーザ光１４６により影響を受けないよう、選択され得る。例えば、支持材料１０５は、セラミック、ガラス玉、砂などを含む、レーザ溶融デバイス１４２により印加されるレーザ光エネルギーの出力の存在下で溶融も溶解もしない、非焼結材料であり得る。

溶融プロセスに関して、材料１０２は、（完全に溶解せずに）そのような材料１０２をガラス転移温度と溶解温度との間の温度まで加熱するレーザ光１４６により溶融されてよく、材料１０２を１つに、形状にもパターンにも影響を及ぼさずに結合し、それにより、剛構造を作製する。当業者は、構築および支持材料の選択が溶融プロセスの出力および露光と連携されていることを、理解するであろう。さらに、他の溶融処理およびコンポーネントが使用されてよく、前述のものは１つの限定された例として提示されたに過ぎない。本明細書におけるデバイスおよび方法は、現段階で既知であるか今後に開発されるかに関わらず、そのような方法およびコンポーネントの全てに適用可能である。

したがって、図７に示されるように、図２〜図５における処理が繰り返されて、複数の現像層１０２をスタック１０６内へ溶融する。レーザ溶融ステーション１４２は、現像層１０２の各々内の材料を一緒に溶融するだけでなく、レーザ溶融ステーション１４２は、各現像層１０２を、最も新しく圧盤１１８へ転写された、すぐ隣の現像層１０２へ溶融する（例えば、圧盤１１８上で相互に接触する層１０２を結合する）。

図８は、粘着剤塗布ステーション１６６が、粘着剤を圧盤１１８へ（または、その上の最上層１０２へ）、圧盤が転写ニップ１３０へ戻る前に供給するよう配置され得ることを図示する。そのような粘着剤は、層１０２の中間転写表面１１０から層１０２への圧盤１１８上での転写ステーション１３０における転写を促進する。ステーション１６６で塗布される粘着剤は、支持材料にも構築材料にも影響を及ぼさないよう選択される任意の商業的に入手可能な粘着剤製品であってよく、噴霧、ローリング、ブラッシングなどにより塗布され得る。

現像層１０２のスタック１０６が大きくなるにつれて、図９に示されるように、追加的な現像層１０２がスタック１０６の上部に形成される。そのような追加的な現像層１０２は、図１０においてレーザ溶融ステーション１４２により一緒に溶融されて、スタック１０６内の現像層１０２の全てを一緒に溶融する。１つの例において、レーザ溶融ステーション１４２は、ＩＴＢ１１０が現像層１０２の各々を圧盤１１８へ転写する各時間の後に溶融を行ってよく、または、溶融は一度だけ（例えば、スタック１０６全体が完全に形成される際）など、より少ない頻度で行われ得る。加えて、図１１は、全ての層が圧盤１１８へ転写され溶融された後の自立スタック１０６の蓄積内の支持材料１０５および構築材料１０３、１０４の部分を示すオーバーレイを図示する。そのようなオーバーレイは、視認可能であっても不可能であってもよく、そのような構築および支持材料が配置されてよい１つの例示的な手法を示すよう図示されるに過ぎない。

図１１に示される自立スタック１０６の３Ｄ構造は、支持材料１０５の手動除去が空気圧、外部の溶媒槽などを使用して可能となるよう出力されてよく、または、自動化された処理が、図１２〜図１６に示されるように進み得る。より具体的には、図１２に示されるように、圧盤１１８（その上に自立スタック１０６を伴う）は、収集トレイ１６０の上部に配置されるよう移動し得る。図１３に示されるように、音響バイブレータ１４４が作動されてよく、溶融されない支持材料１０５を溶融された構築材料１０３、１０４から離れて振動させ、圧盤１１８上に残る構築材料の自立部品１０３、１０４を残し得る。これにより、支持材料１０５は、収集トレイ１６０に収集されることができ、支持材料現像デバイス１５０内で潜在的に再使用され得る。

別の配置において、図１４において、支持材料除去ステーション１４８は、圧盤１１８が移動すると、目下の溶融された３Ｄ自立スタック１０６を圧盤１１８上で受けるよう配置される。支持材料除去ステーション１４８は、溶媒、水、空気など、１６２を塗布する。支持材料除去ステーション１４８により塗布される任意の溶媒１６２は、支持材料１０５を構築材料１０３、１０４に影響を及ぼさずに溶かすよう選択される。１つの例１０５において、加圧空気１６２は、溶融されない支持材料１０５を溶融された構築材料１０３、１０４から離れて吹き飛ばすよう使用され得る（支持材料が粉末状または粒状の形態で残っている場合）。ここでも、上述されたように、利用される溶媒は、構築材料１０３、１０４および支持材料１０５の化学的構造に依存する。図１５は、支持材料１０５の約半分が残っており、構築材料１０３、１０４の一部分が支持材料１０５の残っているスタックから突き出ている処理を図示する。図１６は、支持材料除去ステーション１４８が全ての支持材料１０５を溶解または除去した後、構築材料１０３、１０４のみが残り、構築材料１０４のみで作製される完成した３Ｄ構造を残す処理を図示する。

図１７および図１８は、図１に示される転写ニップ１３０の代わりに平面転写ステーション１３８を含む本明細書における代替的な３Ｄ静電印刷構造を図示する。図１７に示されるように、平面転写ステーション１３８は、ローラ１１２間であり、圧盤１１８と平行である、ＩＴＢ１１０の平面部分である。図１７に示されるように、この構造では、圧盤１１８が移動して平面転写ステーション１３８と接触すると、現像層１０２の全てが圧盤１１８へ、または、部分的に形成されたスタック１０６へ同時に転写され、図３および図４に示される回転転写プロセスを回避する。上述されたように、層１０２は、図１８に示されるように、溶融ステーション１４２を使用して選択的にレーザ溶融される。

同様に、図１９に示されるように、ドラム１６４が、ＩＴＢ１１０の代わりに、本明細書に記載されるように動作する全ての他のコンポーネントを伴って使用され得る。したがって、ドラム１６４は、上述されたように、材料を現像ステーション１５２〜１５８から受ける中間転写表面であってよく、または、光受容体であってよく、以下に記載される光受容体２５６が動作すると、電荷の潜像を保持して材料を現像デバイス２５４から受信することにより動作し得る。

図２０は、本明細書における３Ｄ印刷デバイス２０４の多くのコンポーネントを図示する。３Ｄ印刷デバイス２０４は、コントローラ／有形プロセッサ２２４、および、有形プロセッサ２２４および印刷デバイス２０４の外部のコンピュータ化されたネットワークと動作可能に接続される通信ポート（入力／出力）２１４を含む。さらに、印刷デバイス２０４は、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）アセンブリ２１２など、少なくとも１つのアクセサリ機能コンポーネントを含み得る。ユーザは、グラフィカルユーザインタフェースまたはコントロールパネル２１２から、メッセージ、命令、および、メニューオプションを受信してもよく、グラフィカルユーザインタフェースまたはコントロールパネル２１２を介して命令を入力してもよい。

入力／出力デバイス２１４は、３Ｄ印刷デバイス２０４との間の通信のために使用され、（現段階で既知であるか今後に開発されるかに関わらず、任意の形態の）有線デバイスまたは無線デバイスを備える。有形プロセッサ２２４は、印刷デバイス２０４の様々な動作を制御する。持続性の有形コンピュータ保存媒体デバイス２１０（光、磁気、コンデンサベースなどであってよく、一時的な信号とは異なる）は、有形プロセッサ２２４により読込可能であり、コンピュータ化されたデバイスが本明細書に記載されるような様々な機能を行えるよう有形プロセッサ２２４が実行する命令を保存する。したがって、図２０に示されるように、筐体は、交流電流（ＡＣ）源２２０から電力供給２１８により供給される電力で動作する１つ以上の機能コンポーネントを有する。電力供給２１８は、共通の電力変換ユニット、電力記憶素子（例えば、電池など）などを備え得る。

３Ｄ印刷デバイス２０４は、上述されたように、構築および支持材料の連続的な層を圧盤上に沈着させる少なくとも１つのマーキングデバイス（印刷エンジン）２４０を含み、専用の画像プロセッサ２２４と動作可能に接続される（画像データの処理専用のため、汎用コンピュータとは異なる）。さらに、印刷デバイス２０４は、さらに外部の電源２２０から（電力供給２１８を介して）供給される電力で動作する少なくとも１つのアクセサリ機能コンポーネント（スキャナ２３２など）を含み得る。

１つ以上の印刷エンジン２４０は、現段階で既知であるか今後に開発されるかに関わらず、構築および支持材料（トナーなど）を適用する任意のマーキングデバイスを図示するよう意図され、例えば、（図２１に示されるように）中間転写ベルト１１０を使用するデバイスを含み得る。

したがって、図２１に示されるように、図２０に示される印刷エンジン２４０の各々は、１つ以上の潜在的に異なる（例えば、異なる色、異なる材料など）構築材料現像ステーション１５２〜１５８、１つ以上の潜在的に異なる（例えば、異なる色、異なる材料など）支持材料現像ステーション１５０などを利用し得る。現像ステーション１５２〜１５８は、現段階で既知であるか今後に開発されるかに関わらず、個々の静電マーキングステーション、個々のインクジェットステーション、個々の乾燥インクステーションなど、任意の形態の現像ステーションであり得る。現像ステーション１５０〜１５８の各々は、材料のパターンを中間転写ベルト１１０の同じ位置へ（中間転写ベルト１１０の状態とは潜在的に無関係に）順番に一度のベルト回転中に転写し、それにより、完全な完成した画像が中間転写ベルト１１０へ転写される前に中間転写ベルト１１０が通過しなければならない数が削減される。図２１が回転ベルト（１１０）と隣接または接触する５個の現像ステーションを図示する一方で、当業者により理解され得るように、そのようなデバイスは任意の数のマーキングステーション（例えば、２、３、５、８、１１個など）を使用し得る。

１つの例示的な個々の静電現像ステーション１５２〜１５８が図２２に示され、中間転写ベルト１１０と隣接して（または、潜在的に接触して）配置される。個々の静電現像ステーション１５２〜１５８の各々は、均一の電荷を内部の光受容体２５６上に作製する独自の充電ステーション２５８、均一の電荷を電荷の潜像の中にパターン化する内部の露光デバイス２６０、および、構築または支持材料を光受容体２５６へ、電荷潜像と一致するパターンで転写する内部の現像デバイス２５４を含む。その後、構築または支持材料のパターンは、光受容体２５６から中間転写ベルト１１０へ、構築または支持材料の電荷に対する中間転写ベルト１１０の反対電荷を用いて引き付けられ、すなわち、電荷生成器１２８により中間転写ベルト１１０の反対側に通常は作製される。

一部の例示的な構造が添付の図に図示される一方で、当業者は、図は簡略化された概略図であり、以下に提示される請求項は、図示されないが、そのようなデバイスおよびシステムで一般的に利用される、より多くの特徴（または、潜在的に、より少ない特徴）を包含することを、理解するであろう。したがって、出願者は、以下に提示される請求項が添付の図により限定されることを意図しておらず、添付の図は、単に、請求される特徴が実装され得る数個の手法を図示するために提供されている。

米国特許第８，４８８，９９４号に示されるように、電子写真術を使用して３Ｄ部分を印刷する追加的な製造システムが知られている。システムは、表面を有する光伝導体コンポーネントおよび現像ステーションを含み、現像ステーションは、材料の現像層を光伝導体コンポーネントの表面上に転写するよう構成される。さらに、システムは、現像層を回転可能な光伝導体コンポーネントの表面から受けるよう構成される転写媒体、および、現像層を転写コンポーネントから層ごとに受けて、受信した層の少なくとも一部分から３Ｄ部分を印刷するよう構成される圧盤を含む。

一部の例示的な構造が添付の図に図示される一方で、当業者は、図が簡略化された概略図であり、以下に提示される請求項は、図示されないが、そのようなデバイスおよびシステムで一般的に利用される、より多くの特徴（または、潜在的に、より少ない特徴）を包含することを、理解するであろう。したがって、出願者は、以下に提示される請求項が添付の図により限定される意図はなく、添付の図は、単に、請求される特徴が実装され得る数個の手法を図示するために提供されている。

多くのコンピュータ化されたデバイスが上述されている。チップベースの中央処理装置（ＣＰＵ）、入力／出力デバイス（グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）、メモリ、比較器、有形プロセッサなどを含む）を含むコンピュータ化されたデバイスが知られており、それらは米国テキサス州ラウンドロックのデルコンピュータおよび米国カリフォルニア州クパチーノのアップルコンピュータ社などの製造業者により生産される容易に入手可能なデバイスである。そのようなコンピュータ化されたデバイスは、入力／出力デバイス、電力供給、有形プロセッサ、電子保存メモリ、配線などを一般的に含むが、その詳細は、本明細書に記載されるシステムおよび方法の顕著な態様に集中できるよう、本明細書から省略される。同様に、プリンタ、コピー機、スキャナ、および、他の類似の周辺装置が、米国コネチカット州ノーウォークのゼロックス社から入手可能であるが、そのようなデバイスの詳細は、簡潔化および読み手の集中のため本明細書において議論されない。

本明細書において使用されるプリンタまたは印刷デバイスという用語は、デジタルコピー機、製本機、ファクシミリ機、多機能器など、任意の目的で印刷出力機能を行う任意の装置を包含する。プリンタ、印刷エンジンなどの詳細は既知であり、この開示が提示される顕著な特徴に集中され続けるよう、本明細書において詳細は記載されない。本明細書におけるシステムおよび方法は、カラー、モノクロで印刷する、または、カラーまたはモノクロの画像データを取り扱う、システムおよび方法を包含し得る。全ての前述したシステムおよび方法は、静電写真および／または乾式写真機および／またはプロセスに特に利用可能である。

この発明の目的において、固定化という用語は、乾燥、硬化、重合、交差結合、結合、または、コーティングの追加的な反応または他の反応を意味する。加えて、本明細書において使用される「右側の（ｒｉｇｈｔ）」「左側の（ｌｅｆｔ）」「垂直の（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」「水平の（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」「上部の（ｔｏｐ）」「下部の（ｂｏｔｔｏｍ）」「上方の（ｕｐｐｅｒ）」「下方の（ｌｏｗｅｒ）」「下位の（ｕｎｄｅｒ）」「以下の（ｂｅｌｏｗ）」「下層の（ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ）」「上位の（ｏｖｅｒ）」「上層の（ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ）」「平行な（ｐａｒａｌｌｅｌ）」「鉛直な（ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ）」などの用語は、（他に示されない限り）それらが図において配向および図示される際、相対的な位置であると理解される。「触れる（ｔｏｕｃｈｉｎｇ）」「上に（ｏｎ）」「直接接触して（ｉｎ ｄｉｒｅｃｔ ｃｏｎｔａｃｔ）」「接する（ａｂｕｔｔｉｎｇ）」「直接的に隣接する（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｄｊａｃｅｎｔ ｔｏ）」などの用語は、少なくとも１つの要素が別の要素と（記載される要素を分離する他の要素なしに）物理的に接触することを意味する。さらに、「自動化された（ａｕｔｏｍａｔｅｄ）」または「自動的に（ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ）」という用語は、プロセスが（機器またはユーザにより）始動されると、１つ以上の機器が、さらなる任意のユーザからの入力なしにプロセスを行うことを意味する。本明細書における図において、同じ識別番号は、同等または類似の項目を識別する。

Claims (17)

1. 中間転写表面と、
   統合された異なる材料の層を前記中間転写表面へ静電的に転写するよう配置される複数の現像ステーションであって、前記異なる材料が、少なくとも２つの異なる構築材料と１つの支持材料とを含む、複数の現像ステーションと、
   前記中間転写表面と隣接する転写ステーションであって、前記転写ステーションは、前記中間転写表面が前記転写ステーションを通過する際に前記層を受けるよう配置される、転写ステーションと、
   前記中間転写表面と相対的に移動する圧盤であって、前記中間転写表面は、前記統合された異なる材料の層を前記圧盤へ、前記圧盤が前記層のうちの１つと前記中間転写表面上で前記転写ステーションにおいて接触するたびに転写して、前記層の自立スタックを前記圧盤上に連続的に形成する、圧盤と、
   レーザ光を前記層へ、前記層が前記転写ステーションから前記圧盤へ転写された後に当てるよう配置される溶融ステーションであって、前記溶融ステーションは、異なる量の前記レーザ光を前記異なる構築材料に選択的に当てて、前記層内の前記異なる構築材料を互いに異なるように焼結し、前記溶融ステーションは、前記層内の前記支持材料を前記レーザ光が加熱することを防止するように前記レーザ光を制御して、前記支持材料を緩い非結合材料として残す、溶融ステーションと、
   前記支持材料を前記緩い非結合材料として除去し、前記異なる構築材料を３Ｄ印刷部品として溶融して残すよう配置される材料除去ステーションと、
   を備える、三次元（３Ｄ）プリンタ。
2. 前記レーザ光は、前記支持材料を加熱することなく、前記異なる構築材料を加熱して前記異なる構築材料を一緒に焼結する、請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
3. 前記異なる構築材料および前記支持材料は前記層の異なる部分である、請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
4. 前記材料除去ステーションは、音響バイブレータを有する、請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
5. 前記圧盤に粘着剤を供給するよう配置される粘着剤ステーションであって、前記粘着剤が、前記層の前記中間転写表面から前記層への前記圧盤上での前記転写ステーションにおける転写を促進する、粘着剤ステーションをさらに備える、請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
6. 前記複数の現像ステーションおよび前記転写ステーションは、前記中間転写表面がプロセス方向に移動する際、前記中間転写表面上の地点が、最初に前記現像ステーションを通過し、その後、前記転写ステーションを通過するように、前記中間転写表面に対して配置される、請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
7. 中間転写表面と、
   統合された異なる材料の層を前記中間転写表面へ静電的に転写するよう配置される複数の現像ステーションであって、前記異なる材料が、少なくとも２つの異なる構築材料と１つの支持材料とを含む、複数の現像ステーションと、
   前記中間転写表面と隣接する転写ステーションであって、前記転写ステーションは、前記中間転写表面が前記転写ステーションを通過する際に前記層を受けるよう配置される、転写ステーションと、
   前記中間転写表面と相対的に移動する圧盤であって、前記中間転写表面は、前記統合された異なる材料の層を前記圧盤へ、前記圧盤が前記層のうちの１つと前記中間転写表面上で前記転写ステーションにおいて接触するたびに転写して、前記層の自立スタックを前記圧盤上に連続的に形成する、圧盤と、
   レーザ光を前記層の各々へ、前記層が前記転写ステーションから前記圧盤へ転写された後に当てるよう配置される溶融ステーションであって、前記溶融ステーションは、異なる量の前記レーザ光を前記異なる構築材料に選択的に当てて、前記層内の前記異なる構築材料を互いに異なるように焼結し、前記溶融ステーションは、前記層内の前記支持材料を前記レーザ光が加熱することを防止するように前記レーザ光を制御して、前記支持材料を緩い非結合材料として残す、溶融ステーションと、
   前記支持材料を前記緩い非結合材料として除去し、前記異なる構築材料を３Ｄ印刷部品として溶融して残すよう配置される材料除去ステーションと、
   を備え、
   前記溶融ステーションが、前記異なる量の前記レーザ光を前記異なる構築材料に選択的に当てて、前記３Ｄ印刷部品内で前記異なる構築材料を異ならせる、三次元（３Ｄ）プリンタ。
8. 前記レーザ光は、前記支持材料を加熱することなく、前記異なる構築材料を加熱して前記異なる構築材料を一緒に焼結する、請求項７に記載の３Ｄプリンタ。
9. 前記異なる構築材料および前記支持材料は前記層の異なる部分である、請求項７に記載の３Ｄプリンタ。
10. 前記材料除去ステーションは、音響バイブレータを有する、請求項７に記載の３Ｄプリンタ。
11. 前記圧盤に粘着剤を供給するよう配置される粘着剤ステーションであって、前記粘着剤が、前記層の前記中間転写表面から前記層への前記圧盤上での前記転写ステーションにおける転写を促進する、粘着剤ステーションをさらに備える、請求項７に記載の３Ｄプリンタ。
12. 前記複数の現像ステーションおよび前記転写ステーションは、前記中間転写表面がプロセス方向に移動する際、前記中間転写表面上の地点が、最初に前記現像ステーションを通過し、その後、前記転写ステーションを通過するように、前記中間転写表面に対して配置される、請求項７に記載の３Ｄプリンタ。
13. 中間転写表面と、
    統合された異なる材料の層を前記中間転写表面へ静電的に転写するよう配置される複数の現像ステーションであって、前記異なる材料が、少なくとも２つの異なる構築材料と１つの支持材料とを含む、複数の現像ステーションと、
    前記中間転写表面と隣接する転写ステーションであって、前記転写ステーションは、前記中間転写表面が前記転写ステーションを通過する際に前記層を受けるよう配置される、転写ステーションと、
    前記中間転写表面と相対的に移動する圧盤であって、前記中間転写表面は、前記統合された異なる材料の層を前記圧盤へ、前記圧盤が前記層のうちの１つと前記中間転写表面上で前記転写ステーションにおいて接触するたびに転写して、前記層の自立スタックを前記圧盤上に連続的に形成する、圧盤と、
    レーザ光を前記層の各々へ、前記層が前記転写ステーションから前記圧盤へ転写された後に当てるよう配置される溶融ステーションであって、前記溶融ステーションは、異なる量の前記レーザ光を前記異なる構築材料に選択的に当てて、前記層内の前記異なる構築材料を互いに異なるように焼結し、前記溶融ステーションは、前記層内の前記支持材料を前記レーザ光が加熱することを防止するように前記レーザ光を制御して、前記支持材料を緩い非結合材料として残す、溶融ステーションと、
    前記支持材料を前記緩い非結合材料として除去し、前記異なる構築材料を３Ｄ印刷部品として溶融して残すよう配置される材料除去ステーションと、
    を備え、
    前記溶融ステーションが、前記異なる量の前記レーザ光を前記異なる構築材料に選択的に当てて、前記３Ｄ印刷部品内で前記異なる構築材料を異ならせ、前記異なる構築材料が、異なる密度、異なる弾性、異なる色、異なる質感、のうちの少なくとも１つを有するようにする、三次元（３Ｄ）プリンタ。
14. 前記レーザ光は、前記支持材料を加熱することなく、前記異なる構築材料を加熱して前記異なる構築材料を一緒に焼結する、請求項１３に記載の３Ｄプリンタ。
15. 前記異なる構築材料および前記支持材料は前記層の異なる部分である、請求項１３に記載の３Ｄプリンタ。
16. 前記材料除去ステーションは、音響バイブレータを有する、請求項１３に記載の３Ｄプリンタ。
17. 前記圧盤に粘着剤を供給するよう配置される粘着剤ステーションであって、前記粘着剤が、前記層の前記中間転写表面から前記層への前記圧盤上での前記転写ステーションにおける転写を促進する、粘着剤ステーションをさらに備える、請求項１３に記載の３Ｄプリンタ。
    

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