JP2024540403A - 積層造形システムにおいて意図する局所的な熱管理のための表面トポグラフィーの解析及び利用方法 - Google Patents

Abstract

積層造形システムを用いて部品を３Ｄ印刷する方法は、部品（３４２）の第１部分（３０２）（３０８）を層状に印刷すること、部品の第１部分（３０２）（３０８）のトポロジー（３４４）を解析することを含む。方法は、部品（３４６）の第１部分（３０２）の表面上に部品の第２部分（３０６）を印刷するためにツール・パスを決定すること、部品の第１部分（３０２）（３０８）のトポロジー解析に応じて、ツール・パスに沿って部品の第１部分（３４８）を予熱することを含む。方法は、ツール・パス（３５０）に沿って部品の第２部分（３０６）を印刷することを含んで成る、方法。【選択図】図６

Description

本開示は、材料の押出成型技術により３次元部品を３Ｄ印刷するための積層造形システムに関する。具体的には、本開示は積層造形システムにおいて意図する局所的な熱管理のための表面トポグラフィーの解析及び利用に関する。本明細書で開示する全ての参考文献は、参照により組み込まれる。

３Ｄ印刷とも称する積層造形は、一般的に、従来の機械加工のように材料を除去するのではなく、材料を積層（又は付加、add）することにより３次元（３Ｄ）部品を形成するプロセスである。１又はそれ以上の積層造形技術を用いると、積層造形システム（一般的には３Ｄプリンターと称する）によって、部品のデジタル・モデルから事実上あらゆる形状の３次元立体部品（solid part）を印刷することができる。典型的な積層造形ワーク・フローは、３次元コンピュータ・モデルを、一連の層を定義する薄い断面にスライスし、その結果を２次元位置データに変換し、積層形成スタイル（又は付加形成、additive built style）で３次元構造を製造する３Ｄプリンターへ伝達することを含む。積層造形は、材料押出、インク・ジェット、選択的レーザー焼結（粉末焼結積層造形）、粉末／バインダージェッティング、電子ビーム溶融、電子写真画像、及びステレオリソグラフィー（光造形）プロセスを含む製作方法に対する多様なアプローチを伴う。

積層造形技術はプロトタイピング（長年用いられている）のために、また、最終用途生産のためにも用いることができる。最終用途部品生産の場合、ネット形状（又はネット・シェイプ、net-shape）部品、又はネット形状に近しい（又はニア・ネット・シェイプ、near-net shape）形状部品（即ち、元データ・ファイルとして供されるデジタル表現に非常に近しく一致する部品（又は物品、part）であり、そのため印刷後の工程はほとんどあるいは全く必要なく、部品のサイズや形状に対して所望の許容許容公差を達成する）を印刷するのが望ましい。

典型的な押出成形ベースの積層造形システム（例えば、Ｓｔｒａｔａｓｙｓ社、ミネソタ州、ＥｄｅｎＰｒａｉｒｉｅが開発した熱溶解積層モデリング・システム（fused deposition modeling system））では、制御される押出速度で、ツールパスに沿ってプリント・ヘッドから粘性のある、流動性の熱可塑性材料又は充填された熱可塑性材料を押し出すことによって、印刷する部品のデジタル表現から３Ｄ部品を印刷できる。押し出される材料の流れを、基板上に一続きの道（sequence of roads）として堆積し、そこで先に堆積された材料と融合し、温度が下がると固化する。プリント・ヘッドは、可撓性のフィラメントの形で熱可塑性材料の供給を受ける液化機と、溶融材料を分配する（dispensing）ためのノズル・チップとを含む。フィラメント駆動機構は、駆動輪及びベアリング表面、又は一対の歯車のようなフィラメントに係合して、液化機の中にフィラメントを搬送し、そこでフィラメントを溶融プール（又はメルトプール、molten pool）まで加熱する。フィラメントの非溶解部分は、液化機チューブの直径を基本的に満たし、プラグ－フロー・タイプのポンプ作用を提供して、液化機内の更に下流で溶融フィラメント材料を先端から押し出して、部品を印刷し、連続した流れ又は樹脂材料のツールパスを形成する。押出速度をスロットルで調整せず、液化機内へのフィラメント供給速度にのみ基づいており、例えばコーム（Comb）の米国特許第６５４７９９５号に開示されるような、計算された供給速度でフィラメントを前進させて、目標押出速度を達成する。

材料を平面層に堆積させるシステムにおいて、基板に対するプリント・ヘッドの位置を、各層を形成した後、（形成した面に対して垂直である）軸に沿ってずらし、その後、プロセスを繰り返し、デジタル表現に類似する印刷部品を形成する。部品材料の層を堆積させることによって印刷部品の製造をする際、サポート層又は構造を通常は、形成中の印刷部品のオーバーハング部分の下又は空隙部に形成し、これらは部品材料自体では支持しない。部品材料を堆積させるのと同じ堆積技術を利用して、支持構造を形成し得る。ホスト・コンピューターは、形成する印刷部品のオーバーハング又はフリースペースのセグメントのための支持構造として作用する追加形状を生成する。その後、印刷プロセス中に生成される形状に従って、支持材料を堆積させる。支持材料は、製造中に部品材料に接着（又は接合）し、印刷プロセスが完了すると、完成した印刷部品から除去できる。

多軸積層造形システムを利用し、熱溶解積層モデリング技術を用いて３Ｄ部品を印刷できる。多軸システムは、６自由度で移動可能なロボット・アームを含んでよい。多軸システムはまた、２又はそれ以上の自由度で移動可能で、ロボット・アームの運動とは独立したビルド・プラットフォームを含んでよく、部品形状に基づいた重力の影響を弱めるように形成中の３Ｄ部品を配置する。押出機をロボット・アームの末端に装着してもよいし、複数の流量で材料を押し出すように構成してもよく、ロボット・アーム及びビルド・プラットフォームの運動を、押出材料の流量と同期させて、３Ｄ部品を形成する。多数（又は複数、multiple）の運動軸は、３Ｄ部品を印刷するための複雑なツール・パスを利用でき、それには部品全体にわたるまでの単一の連続３Ｄツール・パス又は単一部品を形成するように構成される多数の３Ｄツール・パスが含まれる。３Ｄツール・パスの使用は、例えば階段ステッピング（層エイリアシング、layer aliasing）、継ぎ目（seams）、サポートの必要性等の従来の平面ツールパス３Ｄ印刷の問題を低減することができる。単一のビルド面に３Ｄ部品の層を印刷する必要なく、部品形状の特徴を用いて、印刷の方向や全てのツールパスのためのルーティングも決定することができ得る。多軸システムでは、非平面層において互いに少しずつ重ねられる適合する３Ｄツール・パスで材料を堆積させ、デジタル表現に類似する印刷部品を形成することができ得る。

熱可塑性プラスチックのような材料を用いて、充填材の有無にかかわらず３次元プリンターで部品を製造する。既に印刷された層に印刷される層の良好な接着を作り出すことは、いずれの３次元印刷システムにおいても（特に周辺温度環境において）関心事である。歴史的に、熱可塑性材料を用いる形成プロセスは加熱環境で行われ、特に半結晶材料の溶融温度又は非晶質材料のガラス転移温度が１２５℃を超える材料を用いる際、それにより層間の良好な接着や全体的な部品の品質を確保してきた。従って、層の熱管理は、特に形成環境を加熱しない際は重要である。

本開示の一つの要旨は、積層造形システムを用いて部品を３Ｄ印刷する方法に関する。この方法は、部品の第１部分を層状（layerwize manner）に印刷すること、及び部品の第１部分のトポロジーを解析することを含む。この方法は、部品の第１部分の表面上に（又は接して、on）部品の第２部分を印刷するためのツール・パスを決定すること、部品の第１部分のトポロジー解析に応じて、ツール・パスに沿って部品の第１部分を予熱することを含む。この方法は、予熱されるツール・パスに沿って部品の第２部分を印刷することを含む。

本開示の別の要旨は、積層造形システムを用いて部品を３Ｄ印刷する方法に関する。この方法は、部品の第１部分を層状に印刷すること、フィードバック制御及びフィード・フォワード制御の組合せを利用して部品の第１部分のトポロジーを解析することを含む。この方法は、部品の第１部分の表面上に部品の第２部分を印刷するためのツール・パスを決定すること、及び部品の第１部分のトポロジー解析に応じて、ツール・パスに沿って部品の第１部分を予熱することを含む。この方法は、予熱されるツール・パスに沿って、部品の第２部分を印刷することを含む。

本概要は、詳細な説明で更に後述する概念を簡略化した形で紹介するために提供する。本概要は、記載又は特許請求している対象の主な特徴又は必要な特徴を特定することを意図するものではなく、記載又は特許請求している対象の各々の開示する実施態様又は実施を説明することを意図していない。具体的には、一態様に関して本明細書で開示される特徴を、別の態様にも同様に適用できる。更に、本概要は、特許請求している対象の範囲を決定する補助として用いることを意図していない。他の多くの新規な利点、特徴、及び関係は、本明細書の説明が進むにつれて明らかになるであろう。より具体的な以下の図及び説明は、具体的な態様を例示するものである。

定義

本明細書で使用する以下の用語は、特に断りがない限り、以下の意味を有する：

「積層造形（又は付加製造、アディティブ・マニュファクチャリング）システム」なる用語は、積層造形技術を用いて、少なくとも一部分において部品、プロトタイプ又は他の３Ｄアイテム及び／又は支持構造を、印刷し、形成し、又は製造するシステムを指す。積層造形システムは、独立型の３Ｄプリンター、ロボット・システム、より大きなシステムのサブ－ユニット又は製造ラインであってよく、及び／又は他の非積層造形機構（例えばサブトラクティブ・マニュファクチュアリング（除去製造機構）、ピックアンドプレース機構、２次元印刷機構等）を含んでよい。

”好ましい（preferred）”、”好ましくは（preferably）”及び“実施例（example）”と“例示的な（exemplary）”なる用語は、特定の状況下で、特定の利益を提供し得る本発明の実施態様を指す。しかしながら、同じ又は他の状況下で、他の実施態様もまた好ましい又は例示的であり得る。更に、１又はそれ以上の好ましい又は例示的な実施態様の記載は、他の実施態様が有益でないことを暗示するものではなく、本開示の範囲から他の実施態様を除外することを意図するものではない。

例えば”上（above）” ”下（below）” ”上（top）” ”下（bottom）”等の方向・向きは、３Ｄ部品の層－印刷方向を参照する。以下に示す実施態様では、層－印刷方向は、垂直ｚ軸に沿った上向方向である。これらの実施態様では、”上（above）” ”下（below）” ”一番上（top）” ”一番下（bottom）”等は、垂直ｚ軸に基づいている。しかしながら、３Ｄ部品の層を、異なる軸に沿って（例えば水平ｘ軸又はｙ軸に沿って）印刷する実施態様では、”上（above）” ”下（below）” ”一番上（top）” ”一番下（bottom）”等の用語は、所定の軸に対するものである。

”提供する（providing）”(例えば”材料を提供する”等)という用語は、請求項で記載する場合、提供されるアイテムのいずれの特定の配達又は受け取りを必要とすることを意図するものではない。むしろ、”提供する”という用語は、明確性や読みやすさの目的で、請求項の後続要素において言及しようとするアイテムを説明するために単に用いるにすぎない。

特段の定めがない限り、本明細書で言及する温度は、大気圧（即ち、１気圧）に基づく。

”約（about）”及び”実質的に（substantially）”という用語は、当業者には既知である予期される変動（例えば、測定における限界及びばらつき）に起因する測定可能な値及び範囲に関して本明細書で用いる。

”ニアネット部品（near-net part）”なる用語は、最初の印刷後、それ自体の最終形態に非常に近くなるように印刷されている部品を指す。ニアネット部品はソース・データ・ファイルとして供されるデジタル画像に密接に一致し、従って、ほとんど又は全く印刷後の工程が必要なく、部品のサイズや形状に対する所望の許容公差を達成する。

”オーブン外（out of oven）”という用語は、温度制御された環境チャンバー内に包囲されずに、環境チャンバーの領域外で用い、操作する形成環境を指す。

”３Ｄツール・パス”なる用語は、自由空間のいずれかの方向のツール・パスを指す。

”従来の層状熱溶解積層モデリング（traditional layer-wise fused deposition modeling）”なる用語は、印刷軸に沿って相対的に移動させる形成基板によって規定される２Ｄツール・パスで印刷面にて、実質的に印刷する３Ｄプリンター又は印刷システムを指す。いくつかの場合では、従来の層状熱溶解積層モデリング３Ｄプリンター又は印刷システムは、わずかに印刷面の外側に材料を移動させ、押し出す機能を有する。

”ロボット熱溶解積層モデリング”３Ｄプリンター又は印刷システムは、ロボット・アームを利用し、プリント・ヘッド又は押出機を有し、２Ｄツール・パス及び３Ｄツール・パスで材料を押し出すことができる。

”次のツール・パス（upcoming tool path）”なる用語は、部品の後続部分上に材料が押し出される道筋を印刷するために用いるツール・パスを指す。

”材料固有接着温度（material-specific bonding temperature）” なる用語は、先に印刷した部品部分を形成する材料が、同じ材料又は第２の材料に接着する温度を指す。

”劣化温度（又は分解温度、degradation temperature）” なる用語は、材料が劣化する温度であり、劣化温度は、温度及びその温度での時間に依存する。

”熱サイクル”なる用語は、ツール・パスに沿って先に印刷された材料を材料固有温度又はそれを超える温度まで予熱し、次いで予熱したツールパス及びツールパスに沿って新たに押し出される材料が熱的に安定な温度未満まで急速に冷却することを指す。

”急速に”なる用語は、約１０秒未満又はそれに等しい持続時間を有する熱サイクルを意味する。

”熱的に安定な温度”とは、アモルファスなポリマーのガラス転移温度未満の温度及び半結晶ポリマーの溶融温度未満の温度である。

”受動冷却” なる用語は、周辺空気で冷却することを意味する。

”能動冷却”なる用語は、冷却流体を利用して、押し出される材料及び熱的に安定な温度を超えた部品の領域を冷却することを意味する。

本明細書で言及する全ての引用特許及び印刷特許出願は、参照することによりその全体が組み込まれる。

図１は３Ｄ部品を印刷するように構成される例示的な積層造形システムの正面図である。

図２は３Ｄ部品を印刷するように構成される例示的な多軸ロボット積層造形システムの斜視図である。

図３は図２のシステムの拡大部分斜視図である。

図４は図２のシステムで印刷されている部品の斜視図である。

図５は図２のシステムに印刷されている図４の部品の斜視図であり、図４の構成と比較してビルド・プラットフォームが傾いている。

上に印刷されたスキン層を有する図４の部品の概略立面部分図である。

図７Ａは第１の時点で印刷される別の部品の概略部分図である。

図７Ｂは、より後の時点で印刷されている図７Ａの部品を示す。

図８は積層造形システムを用いて３Ｄ部品を印刷する方法のフローチャートである。

上記図は、本開示の対象の１又はそれより多い実施態様を説明するが、本開示で言及するように他の実施態様もまた考えられる。全ての場合において、本開示は開示される対象の限定例ではなく、代表例として提示している。当業者であれば、本開示の原理の範囲内に含まれる多くの他の修正や実施態様を考案できると理解すべきである。

図を縮尺通りに描いてない場合がある。具体的には、いくつかの特徴を、明確性のために、他の特徴に対して拡大する場合がある。更に、”上（above）”、 ”下（below）”、 ”上（over）”、 ”下（under）”、 ”上（top）”、 ”下（bottom）”、”～の側方”、”右”、 ”左”、”垂直”、”水平”等の用語を用いる場合、それらは説明の理解を容易にするためにのみ使用していると理解されたい。構造物は他の向きでもよいと考えられる。

本開示は、積層造形システムにおける、意図する局所的な熱管理のための表面トポロジーの解析及び利用のための方法並びに装置を対象にする。多くの場合では、ツール・パスに沿ってビードを押し出す表面トポグラフィーは不規則である。不規則な表面トポグラフィーを有するツール・パスに一定のエネルギー源を適用すると、印刷されている部品に、熱劣化及び／又は変形を含むがこれに限定されない、悪影響を生じる可能性がある。

異なる熱特性を有する２又はそれより多くの材料で表面を形成する場合、局所的な熱管理を必要とする可能性がある。例えば、より低温の支持材料又は部品材料をより高温の部品材料と用いることができる。この例では、局所的な熱管理を利用するより低温の材料を有する表面上に、局所的な熱管理を利用して、より高温の材料を印刷することができる。

本開示では、フィード・フォワード及びフィードバック制御の組合せを利用して局所的な熱管理を供し、それはフィード・フォワード制御及びフィードバック制御システムは、印刷されている部品の物理的構造、印刷されている部品の物理的状態、印刷されている部品の自然特性及びそれらの組合せから成る。一実施態様では、フィード・フォワード制御は、予期される表面トポグラフィー及び／又は予期される表面の材料並びに実際の表面トポグラフィーのスキャンを利用して、表面上の加熱を制御及び調節し、実質的に熱劣化及び／又は変形を防ぎながら、接着に十分な加熱をすることを含む。他のフィードバック制御デバイスでは、赤外線スキャナー及び熱電対を利用して、材料を印刷する部品の実際の温度及び／又は温度深度を感知することを含む。いくつかの実施態様では、感知される加熱材料の実際の温度及び／又は材料への加熱の深さを利用して、レーザーの出力が変化するにつれて（通常、時間経過と共に弱まることによって）、レーザーからの電力入力を調整することができる。

図１は、本開示の実施態様による押出チップ・インサートを使用できる例示的な積層造形システム１０の概略正面図である。図１に示すように、システム１０は、層ベースの積層造形技術を用いて、３Ｄ部品及び支持構造を印刷し又は他の方法で形成する押出ベースの積層造形システムであり、３Ｄ部品を部品材料から印刷でき、支持構造は支持材料から印刷できる。システム１０に適した押出ベースの積層造形システムは、商標”ＦＤＭ”でストラタシス社のＥｄｅｎ Ｐｒａｉｒｉｅ（ミネソタ州）によって開発された熱溶解積層モデリング・システムを含む。

図示した実施態様では、システム１０はチャンバー１２、プラテン１４、プラテン・ガントリー１６、押出ヘッド又はプリント・ヘッド１８、ヘッド・ガントリー２０、及び消耗品アセンブリ２２及び２４を含む。チャンバー１２は、プラテン１４及びいずれかの印刷部品を含む閉鎖環境である。チャンバー１２を加熱して（例えば加熱空気で循環することにより）、押出及び堆積した後に、部品及び支持材料が固化する速度を小さくすることができる。別の実施態様では、チャンバー１２を省略し及び／又は形成環境の異なるタイプに置換することができる。例えば、周辺条件に開放された又は代替構造（例えば可撓性の仕切り）で包囲できる形成環境内で部品を形成することができる。

プラテン１４は、印刷部品及び支持構造をレイヤー・バイ・レイヤー法で印刷するプラットフォームである。いくつかの実施態様では、プラテン１４は、印刷部品及び支持構造を印刷する可撓性のポリマー・フィルム又はライナーも含んでよい。図示した実施例では、プリント・ヘッド１８は、デュアル－チップ押出ヘッドであり、消耗品アセンブリ２２及び２４（例えば、供給チューブ・アセンブリ２６及び２８を介して）から消耗品フィラメントを受け取るように構成され、プラテン１４上に３Ｄ部品３０及び支持構造３２を印刷するためのものである。消耗品アセンブリ２２は、部品材料から印刷部品３０を印刷するために、部品材料（例えば、高性能な部品材料等）の供給を含んでよい。消耗品アセンブリ２４は、所定の支持材料から支持構造３２を印刷するために、支持材料の供給を含んでよい。

プラテン１４をプラテン・ガントリー１６で支持するが、これは垂直ｚ軸に沿って（又は実質的に沿って）プラテン１４を移動させるように構成したガントリー・アセンブリである。それに応じて、プリント・ヘッド１８を、ヘッド・ガントリー２０で支持するが、これは、チャンバー１２より上方の（above）水平ｘ－ｙ面内で（又は実質的に中で）プリント・ヘッド１８を移動させるように構成したガントリー・アセンブリである。別の実施態様では、プラテン１４を構成して、チャンバー１２内の水平ｘ－ｙ面で移動させる場合があり、プリント・ヘッド１８を構成して、ｚ軸に沿って移動させる場合がある。プラテン１４及びプリント・ヘッド１８の１つ又は双方は、所望の自由度数に亘って互いに対して移動可能なような、他の同様の配置を用いてもよい。プラテン１４及びプリント・ヘッド１８を異なる軸に沿って向き決めしてもよい。例えば、プラテン１４を垂直に向け、プリント・ヘッド１８は、ｘ軸又はｙ軸に沿って印刷部品３０及び支持構造３２を印刷してよい。

プリント・ヘッド１８はいずれの適切な構成を有してもよい。プリント・ヘッド１８及びプリント・ヘッド１８とヘッド・ガントリー２０との接続部に適するデバイスの例としては、クランプ（Crump）らの米国特許第５，５０３，７８５号、ラボシエール（LaBossiere）らの米国特許７，３８４，２５５号及び７，６０４，４７０号、リービット（Leavitt）の米国特許第７，６２５，２００号、バチェルダー（Batchelder）らの米国特許第７，８９６，２０９号、 コームら米国特許第８，１５３，１８２号、リービット（Leavitt）の米国特許第７，６２５，２００号、スワンソン（Swanson）らの米国特許第８，４１９，９９６号及び８，６４７，１０２号、バチェルダー（Batchelder）の米国特許第８，９２６，８８２号、及びバークレー（Barclay）らの特許第１０，５１３，１０４号で開示されるものを含む。一実施例では、形成操作の間、１又はそれより多い駆動機構（例えば駆動機構１９）を、供給源２２及び２４からプリント・ヘッド１８を通して、モデリング及び支持材料（例えば、供給チューブ・アセンブリ２６及び２８を介した消耗品フィラメント）に断続的に供給するように操作する。

システム１０はコントローラー３４も含み、それはシステム１０の要素を監視し、操作するように構成される１又はそれ以上の制御回路を含むことができる。例えば、コントローラー３４によって行われる１又はそれより多い制御機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア等又はそれらの組合せで実施することができる。コントローラー３４は、チャンバー１２（例えば、チャンバー１２のための加熱ユニットと共に）、プリント・ヘッド１８、及び多様なセンサー、キャリブレーション・デバイス、表示デバイス、及び／又はユーザー入力デバイスと通信ライン３６を通じて通信することができる。

システム１０及び／又はコントローラー３４は、コンピュータ３８とも通信することができ、このコンピュータ３８は、システム１０及び／又はコントローラー３４と通信する１又はそれより多い個別コンピュータ－ベースのシステムを含むことができ、システム１０とは別である、又はシステム１０の内部要素であってよい。コンピュータ３８は、ツール・パス及び関連する印刷指示を生成及び保存するためのコンピュータ－ベースのハードウェア（例えばデータ記憶デバイス、プロセッサー、メモリー・モジュール等）を含む。コンピュータ３８はシステム１０（例えばコントローラー３４へ）にこれらの指示を送信し、印刷操作をしてよい。

例えば既存の３Ｄ対象物をスキャンして、デジタル画像ファイルを作り出すことにより、又はコンピュータ支援デザイン（ＣＡＤ）プログラムを用いて３Ｄモデルを描くことにより、印刷すべき３Ｄ部品を代表するデジタル・モデルを作り出すことができる。モデルを印刷するためのデジタル・モデル及び／又は指示を、コンピュータ３８に読み込ませることができる。コンピュータ３８は、コントローラー３４と通信することができ、コントローラー３４は、システム１０に指示を出して３Ｄ部品３０及び、場合により支持構造３２を印刷する。３Ｄ部品３０を形成するように互いに積み上げるツールパスに沿って、部品材料を層状に堆積させる。

図２は、２次元ツール・パス、３次元ツール・パス及びそれらの組合せを利用して３Ｄ部品を形成するために使用できる多軸ロボット形成システム１００の斜視図である。一実施態様では、システム１００は、６軸に沿って移動可能なロボット・アーム１０２を含む。例示的なロボット・アームはドイツ、アウグスブルクのＫＵＫＡ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ社により製造される産業ロボットである。固定基板からロボット・アーム１０２について６軸の動きを説明するが、本開示から逸脱することなく、追加の軸又は他の動きも、本開示の実施態様で使用可能であると理解されるべきである。例えば、レール又はガントリーの上で移動するように、ロボット・アーム１０２を装着し、追加の自由度を供することが可能である。ロボット・アーム１０２は、フィラメント原料から部品を印刷するため、例えば一例としてであって、限定するわけではないが、上述のプリント・ヘッド１８と同様のプリント・ヘッドのようなプリント・ヘッド１０４を持ち運ぶ。ビルド・プラットフォーム１０６を供し、これは一実施態様では２つの回転軸（ｚ軸まわりの回転、及びｘ軸まわりの傾斜（回転））に沿って、移動可能である。コントローラー１０８は、ロボット・アーム１０２及びビルド・プラットフォーム１０６の動き、並びにプリント・ヘッド１０４の印刷操作を制御するソフトウェア及びハードウェアを含む。場合によりシステム１００を、形成構造体１１０内に収容してよい。

生成するツール・パスを利用し、ロボット・アーム１０２の動きを制御する。しかしながら、押出ヘッドの制御もまた用いて、生成するツール・パスに沿って正確に材料を堆積させる。例えば、本開示の一実施態様は、プリント・ヘッド１０４とロボット・アーム１０２の動きのタイミングを同期させて、プリント・ヘッド１０４から押し出す。本開示の実施態様は、印刷のスピードアップ又はスローダウン、ロボット動きと連動する押出速度の変化、チップ・クリーニング、及び生成するツール・パス及びロボット・アーム１０２の動きに基づいてプリント・ヘッド１０４の他の動作を供する。一例として、プリント・ヘッド１０４からの押し出しは、コーム（Comb）らの米国特許第６，０５４，０７７号、コーム（Comb）の米国特許第６，８１４，９０７号、第６，５４７，９９５号及び第６，８１４，９０７号によって教示される方式で、ロボット・アーム１０２の動きと同期してもよい。

システム１０又は１００の実施態様のような熱溶解積層付加製造システムに用いるプリント・ヘッドは、一般的には、例えばスワンソン（Swanson）らの米国特許第６，００４，１２４号に開示されている液化機チューブ及び押出チップで構成される液化機を含んで成る液化機アセンブリを利用する。例えば加熱ブロック又は加熱コイルのようなヒーターを、出口端近位部から、入口端からオフセットした位置までの長さに沿って、液化機チューブの周りに位置付ける。ヒーターは、液化機の下側の長手方向領域内に溶融ゾーン範囲を作り出し、そこではフィラメント原料を加熱及び溶融して溶融プールを形成する。フィラメント原料を液化機の入口端に入れると、溶融プールからの溶融材料を出口端にて押出チップの出口を通して押し出す。液化機チューブは、通常、丸いフィラメント原料を受け取るために円筒形であるが、別の態様ではリボン・フィラメント又は他の形状の原料を受容するために長方形又は他の断面形状で構成される液化機チューブを有してよい。

ニューウェルの国際公開特許出願ＷＯ２０１８／０３９２６０及びＷＯ２０１８／０３９２６１は、本開示の実施態様を実施し得る３Ｄプリンターを記載する。ニューウェルの国際公開特許出願ＷＯ２０１８／０３９２６１に記載されるように、ツール・パスに沿って印刷するために熱管理を用いることができる。一実施態様では、プリント・ヘッドの前方のツール・パスの局所的な予熱を利用する。局所的な予熱操作の使用により、制御されるサーマル・チャンバー環境、又は形成環境における温度の低下の排除が可能となる。局所的な予熱を、一実施態様では予熱器１２０で実施する。一実施態様では、予熱器１２０をプリント・ヘッド１０４の上、前方又は近傍に配置し、プリント・ヘッド及びそれに続くツール・パスの前方で、３Ｄ部品の先に印刷された部分でツール・パスを局所的に予熱する。別の実施態様では、予熱器１２０をプリント・ヘッドから離して配置し、例えば印刷領域を考慮してフレーム等に配置する。３Ｄ部品の先に印刷された部分のツール・パスに沿った局所的な予熱を、適切な予熱装置（一例としてレーザー予熱、高温ガス予熱、誘導予熱、マイクロ波予熱、抵抗予熱、赤外線予熱、紫外線予熱、化学反応予熱、プラズマ予熱、電磁予熱、電子ビーム予熱、超音波予熱、及びそれらの組合せを含むが、これらに限定されない）で実施してよい。

エネルギー源は、押し出される材料又は材料が堆積される上の材料の化学組成に応じて選択してよい。一例として、熱伝導率、熱容量、融解潜熱、半結晶ポリマーの融解温度、非晶質ポリマーのガラス転移温度、溶融粘度、色（色は光沢があるか又は艶消しか）、材料はナノ粒子等の充填材を装填しているかどうかを含む材料の物理特性は、全て個別に又は他の物理特性と組合せて考慮できる。レーザーは、一例として、ガスレーザー、化学レーザー、色素レーザー、金属蒸気レーザー、固体レーザー、半導体レーザー、自由電子レーザー、ガス・ダイナミック・レーザー、ニッケル様サマリウム・レーザー、ラマン・レーザー、核ポンプ（励起）・レーザー、これらのいずれかの組合せを含む多様なレーザーから選択してよい。

部品及び関連する支持構造を印刷するために使用する熱可塑性材料の物理特性は、非常に多様であり得る。例えば、熱可塑性材料は非晶質又は半結晶であってよく、例えば充填しない熱可塑性材料に比べて熱可塑性材料への熱の吸収を増加させるナノ粒子等の材料を装填することができる。非晶質の熱可塑性材料の場合では、温度がガラス転移温度を超えると、材料は流動し始めることができる。いくつかの非晶質材料は１００℃付近で流動し始める。それに対して、高性能のエンジニアリング・グレードのポリマー材料の半結晶は、例えば４５０℃の範囲の高い溶融温度を有し得る。高性能のエンジニアリング・グレードの熱可塑性材料は、その強度から、通常航空機又は自動車産業で用いられる。例示的な高性能のエンジニアリング・グレードポリマーは、限定するわけではないが、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳＵ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等のポリエーテルアリールケトンを含む。

高性能のエンジニアリング・グレード熱可塑性プラスチックは、その強度のため望ましいが、ＦＤＭ印刷技術を用いた部品の品質は、高温環境で形成する際に最適化されているため、これらのポリマーもまた、印刷問題を引き起こす。形成環境が低温であればあるほど、押し出される材料はより速く冷却される。印刷される部品（及び恐らくは支持構造）に応じて、押出される材料が十分に冷却してしまい、その後、次に押出される道又はビードが、先に押出された材料に十分に接着できない場合があり、その結果、層と層の接着及び全体としての部品の強度を弱くなる可能性がある。局所的な熱管理を使用することで、新しく押出される層と前に印刷した材料（著しく冷却された部品の部分を含む）との間のより良好な接着を供する。

図３を参照すると、予熱器１２０はプリント・ヘッド１０４に近接して配置されて図示される。しかしながら、予熱器１２０を、本開示の要旨から逸脱することのない範囲で、プリント・ヘッド及びツール・パスを考慮した他の場所、例えば第２のロボット・アームの上等に配置してもよい。

システム１００のようなシステムで印刷されている部品の例を後述するが、１又はそれより多くの連続３Ｄツール・パスで印刷される中空部品、及び部分的に３Ｄツール・パスで印刷されて、また、部分的に平面ツール・パスで印刷されている部品を含むが、これらに限定されない。部品は実質的に連続する表面を含むことができ、及び／又は表面がでこぼこな疎に充填された（間があいた）領域（又はスパース・フィルド・リージョン、sparse filled region）を有することができる。でこぼこであるとは、最上表面が材料のある領域及び材料のない領域を含み、又は最上表面が異なる熱特性を有する２又はそれより多くの材料を含むことを意味する。図示される３Ｄ部品は例示的であり、全く限定するわけではないが、本システム１００は固体部品、中空部品、スパース充填（スパース・フィルド）部品、及びそれらの組合せを印刷することができる。

本開示では、局所的な熱管理（ＬＴＭ）を利用して、ツール・パスに沿って押出される材料と、より低温の先に堆積された材料との間の結合／接着を向上させる。ＬＴＭは限定的な例をするわけではないが、例えばＰＥＥＫ、ＰＥＫＫ、ＰＥＳ又はその組合せ等の性能及びエンジニアリング・グレードの熱可塑性材料で部品を印刷する際に特に有益である。ＬＴＭは具体的には、外側表面を例えば表面に空隙又開放領域を有するスパース・フィルド構造上に例えば印刷する場合等、疎充填表面上に印刷する場合にも有益であり、それはスキニ（skinning）ング又はシェリング（shelling）と呼ばれる。ＬＴＭはまた、より低い溶融又はガラス転移温度を有する熱可塑性プラスチック上に性能及びエンジニアリング・グレードの熱可塑性材料を印刷する際にも有益である。

十分なエネルギー源（例えばＶＣＳＥＬ、ファイバー・レーザー又はホット・ジェット）を用いて次の基板温度を選択的に操作することによって、例えば、先に押し出された層又は先に印刷された部品（基板）の部分と新しく堆積される熱い材料（溶融ビード）との間の結合／接着が、材料界面における局所的に上昇する温度及びポリマーの拡散率の改善を介して向上する。でこぼこな先の層を、先に印刷した材料の熱劣化を引き起こし得る温度まで加熱できる。堆積した材料の熱劣化は、結果的に部品を印刷する際に変形をもたらし得る。例えば、部品をスキニング又はシェリングする際、堆積する印刷表面は、疎になり、又はでこぼこになる可能性がある。付加的に、部品の先に印刷された部分が、十分に冷えている際、印刷品質に影響を及ぼすし得る縮みが存在し得る。複雑な内部及び表面トポロジーを有する３Ｄ印刷部品の場合、温度制御（この場合は予熱を介する）する材料の配置（location）の知見を活用して、局所的な熱管理（ＬＴＭ）を適切に適用することができる。

これらの問題を対処する方法には、先のツールパスに基づいてレーザー適用を変化させることを含む。フィードバック制御及びフィード・フォワード制御として用いられる表面・体積トポロジーの先知識と共にリアルタイムでプロセス中に感知される変数の活用を、単純な平面形状を超えた形状を含む部品印刷における、適切なＬＴＭ条件を適用するために利用する。変数を感知するために用いられる例示的かつ非限定的なセンサーは、層又は印刷されている部品の部分の実際の配置に関する情報を供する光学センサー、及び先に堆積された材料の温度及び／又はツール・パスに沿って光エネルギーにより付与される熱エネルギーを感知するための熱センサーを含む。例示的なセンサーは、実際のトポロジーを感知するための光学カメラ及びＩＲカメラ並びにツール・パスに沿って堆積される材料の温度を感知するための熱電対を含む。例えばスキニング及びブリッジングのような操作のため、又は複数材料／疎（sparse）／非平面を形成するため、ＬＴＭ条件は次の基板の状態／組成、又はそれらの欠如に依存する。

図４～６を参照すると、先進的な材料堆積の知見の使用例は、スキニング操作におけるものである。スキニングする間において、材料のビードをスパース構造又は別のスキンを横切って橋渡しして、局所的に十分に密なスキンを作り出す。スキニングの例には、レードーム部品３００上で実施する、最終操作で行うものが挙げられる。大まかには、レードーム部品３００の印刷は、３つのＦＤＭ操作で構成される：１）薄壁円錐３０２を印刷し、２）スパースなフィルド構造３０４を円錐の外側に共形に（形状が適合するように、conformally）印刷し（例えば六角形又は波状正弦曲線（wavy-sinusoid））、最後に３）薄壁表面３０６をスパース構造３０４の上に印刷し、環境に対してスパース構造３０４をシールする。充填パターンのツールパスが常に下層の材料を有するように円錐３０４が高密度であるため、操作（２）はＬＴＭで簡単である。しかしながら、ツールパス生成法によっては、操作（３）はブリッジングが必要であり、その場合、材料を下層の基板なしに押し出す。説明する方法は、下層の材料の存在（又はそれらの欠如）、構造、又はパターン（即ちトポロジー）にＬＴＭを適応させ、不必要な材料、又は機械領域を過度な加熱にさらさないようにする。

図６はブリッジングの使用を図示する。非支持ゾーン（ベース基板３０４がない）の上に押し出す間、レーザー出力熱管理（ＴＭ）の適用は必要ない。恐らく、レーザーの初期オーバードライブがあり、支持構造上に押し出す少し前に、受入材料のために準備する。本適用では、ＬＴＭは、既知のトポロジーの情報及び感知されるトポロジーの情報を制御ループにおいて利用し、押し出される材料を堆積し、入力動作条件及び材料タイプに基づいて表面に選択されたエネルギー量を適用するために準備する。

代替的な実施例では、例えばモデル及び支持材料等の異なる熱特性を有する異なる材料を用いる際に生じ、この場合支持材料を予熱すると、望ましくない結果を生じる場合がある。このことは、部品のマルチ材料印刷、例えば光沢があり（又はグロス）、又は艶消し（又はマット）のような材料の光学透過特性、色及び／又は例えばナノ粒子等の充填材料並びにそれらの組合せまで及び得る。例えば、ＰＥＫＫ ＬＴＭ条件は、サポート又はＡＢＳ／ＡＳＡに用いる場合に比べてはるかにアグレッシブである可能性が高い。その場合、ＰＥＫＫ ＬＴＭ条件はＡＢＳ劣化を引き起こす可能性が高く、材料特性の低下、材料破壊、印刷品質又は安全上の懸念につながる可能性が高い。ＬＴＭ条件はポリマーの熱転移、速度、温度等に関係する。表面、材料特性、体積トポロジーの情報を利用して、適正なＬＴＭ条件を適用することができる。

前述のように、目標とする予熱のためのトポロジー・データを取得し、それを予期トポロジー及び予期材料を用いるフィード・フォワード制御、感知される変数を用いるフィードバック制御及び、フィードバック及びフィード・フォワード制御の組合せを含むいくつかの方法で、活用することができる。限定するわけではないが、例えば比例積分微分（ＰＩＤ）ループ等のフィードバック制御システムを用いてほぼリアルタイムで、ＬＴＭを制御することができる。例えば、堆積される層又は部品の部分の温度を赤外線（ＩＲ）カメラ又は非接触熱電対で感知することができる。感知温度に関する信号を、コントローラーに送信し、コントローラーを利用してレーザー・パルス又はパルス列のエネルギー密度、波形及びの持続時間の少なくとも１つを制御する。システムはレーザー・コントローラー電力エレクトロニクス（power electronics）のような制御デバイスを含む。この制御ループを修正して、例えば予期される表面トポロジー又は部品材料等のフィード・フォワード項を組込むことにより、リアルタイムＬＴＭスロットリング（throttling）のためのいくつかのアプローチが可能になる。

例えば、ライン・スキャナーは後続のトポロジーを迅速に測定することができ、それを使用して、コントローラーはエネルギー源からの出力を適応させることができる。前方距離測定デバイスを用いることで、入力（将来）トポロジーを判断することができる。しかしながら、例えば急角度のターン（曲がり）等にある種の入力条件下で本方法は理想的でなく、測定や速い応答時間に対して次のツールパスの速い計算が必要である。

本方法に対する別のアプローチは、温度フィードバック・デバイスを使用することであり、この場合材料を表面で感知するか、又は感知しないかどちらかである。本シナリオでは、温度測定ができないこと、材料が存在しないことと相関させ得る。この場合、測定値がゼロは材料が無いことを示唆でき、それはレーザー指令をゼロにする。

別の変化例では、イン－プロセス（in-process）センサーを利用し、溶融材料を堆積させる表面トポロジーを測定する。層若しくは操作、又はより一般的には、部品トポロジー及び構造への変化に寄与するいずれかの動作の完了時に、３Ｄスキャナーを用いて、先の層／操作の結果として生じる表面又は構造を評価することができる。分析により、スキャンは、システムが印刷後に実際の表面トポロジー及び温度プロファイル並びに貫入深さを特定して、読み取り、実際の材料条件に基づいたＬＴＭパラメータ、プロセス又は設定値を調整することを可能にする。これは事前又は予測されるトポロジーの情報と組合わせて、印刷中に部品の変形を評価し、恐らくはキーポイントを用いて将来の操作／層を既存の表面／材料にマッピングして、ＬＴＭと同様の印刷操作に必要な位置を調整することができる可能性が高い。

感知される変数と共に、３Ｄモデルに基づいて印刷されている部品形状のような予測される情報に基づいて、フィード・フォワード制御を利用することができる。この情報は先知識として呼ばれる。全ての意図される操作（例えば親シリンダー及び第１表面から発し、第１表面に垂直な第２シリンダーの形成）のワークフロー情報は、操作の全ての暫定的な状態における、完全な３Ｄ及び表面トポロジーの情報を含む。実際の印刷では、この情報がベースラインを形成し、それはイン－プロセス・モニタリングにより補強する必要があり、実際の部品トポロジーに予期されるトポロジーをマッピングして、収縮、反り及びカールを吸収する。ＬＴＭは、感知される変数パラメータを有する事前情報を利用して必要なエネルギーを供し、押し出されるビードを部品の先に形成した部分又は不規則なトポグラフィー（凹凸表面）の表面に効果的に接着する。

いくつかの実施態様では、開ループ制御アーキテクチャを既知／予期されるトポロジーと共に用い、ＬＴＭ出力プロファイルを事前に形成することができる。出力は、予測される動作プロファイル、材料組成、及びＬＴＭ要件に基づいて構成される。このサブ実施例では、既知の距離又は時間オフセットに基づいて、接近する材料前方で、又は材料界面を離れた後、レーザー出力を事前に適用することになる。

加えて、出力又は出力の変化率のフィード・フォワード制御を含む閉ループ制御ストラテジーは、感知される変数に基づくゲイン・スケジューリングと連動して、材料／トポロジーの転移の間のフェーズ応答を前進させ、下層の材料の存在が公称条件に戻る際に、調整又はブレンドして公称ゲインに戻すことができる。例えばプロセス中のセンサーを利用して、トポロジーの変化、材料の存在又はそれらの欠如を判断することができる。全てのトポロジーの変化に対する応答性を、部品形状に依存し得る個別プロセスとして調整でき、それにはプリント・ヘッド速度及び先に印刷された材料に付与されるエネルギーを含むが、これらに限定されない。

実際には、上記方法の全てをある程度適用し、予熱温度を制御するためのリアルタイム熱制御を供する可能性が高い。例えば、高速ＩＲセンサーを用いて、温度を感知して、フィードバック制御のためのコントローラーに信号を供することができ、印刷プロセスの間に、実際の部品形状にノミナルな（名目上の）形状をマッピングするプロセス中の測定はまた、コントローラーに信号を供して、フィードバック制御を供することができ、ツール・パスに沿って材料を堆積後に、感知される温度は、予熱の性能に関してコントローラーに信号を供して、エネルギー出力及びフィード・フォワード制御として先知識を調整し、予測されるトポロジー構造をコントローラーに伝えることもできる。その後、フィードバック及びフィード・フォワード制御を用いて、熱劣化を最小限に抑え又は全くなしで、より正確な部品を印刷する。

図７Ａ及び７Ｂは、第２スキニング又はシェリング操作のためのＬＴＭの使用を示す。最初に、部品３０８の一部分を順に（一方を他方の上に）重ねて多数の層で印刷する。その後、共形のスキニング印刷操作を行い、部品３０８の一部分上に連続するスキン３０６を配置する。ＬＴＭを利用しない場合、プリント・ヘッド１０４の押出機先端３１２が角３１４に接近するにつれて、角を曲がるプリント・ヘッドに関連して動作が減速する可能性がかなり高い場合のように、エネルギー源３１６は次の表面に非常に多くの電力を適用し始める。ＬＴＭを利用すると、角３１４を予測し、その結果エネルギー源３１６が先制して減少する、又は印刷される材料へのエネルギー源を排除し、トポロジーにおける変化、及びそれに伴う局所領域の材料の量の変化に適応し、それが局所熱シンク及び／又はプリント・ヘッド速度のような印刷パラメータとして機能を果たす。

図６～７Ｂで示すように、印刷は、１又はそれ以上の後述の方法を用いることを含み、先に印刷された層のトポロジーを判定する。例えば、図６では、現在印刷している層がスキン層３０６であり、先に印刷された層は”層５”として番号が付けられている。スキャナー又は他の測定、若しくは感知デバイス（図示せず）は、層５が領域３１８に存在せず、領域３２２には存在し、領域３２４には存在せず、領域３２６には存在し、領域３２８には存在しないということを判定する。従って、レーザー光源３３２又は他の予熱器１２０が、プリント・ヘッド１０４のノズル３１２の前方で、押出方向３３４に移動する際、先に印刷された層５のトポロジーに応じて、出力レーザー・ビーム３１６を制御する。一例では、レーザー・ビーム３１６の出力を、領域３２２及び３２６におけるレーザー・ビーム出力に比べて、領域３１８、３２４及び３２８で停止する又は減少する。そのため、局所的な熱管理（ＬＴＭ）の加熱を領域３２２及び３２６に供し、下層の部分３０２（層５）に現在印刷しているスキン層３０６（層６）の部分の接着を促進する。しかしながら、層６が、下方の層５を有していない（”ブリッジ”として示す）場合、レーザー光源３３２は、加熱を供給しない又は供給する熱を減らす。

一つの例示的な実施態様では、方法は先に印刷された層（例えば図６の層５）のレーザー加熱部分からの赤外線（ＩＲ）放射をモニターすることを含む。これにより、レーザー３１６のバンド幅は狭いので、コールド・ウィンドウ（例えば、シリコン・ウエハー）を用いて、パイロメーターからのレーザー光を保つことができる。伝導及び対流から加熱されるパッチから出る熱の割合に対する、ＩＲの形で出て行く熱の割合は、形状及び隣接する特徴部から再放射と共に変化する。

図８は、積層造形システムで３Ｄ部品を印刷する例示的な方法３４０のフローチャートである。工程３４３では、積層造形システム１０、１００を用い、第１の部品層を印刷する。本説明では、”第１（first）”は、ビルド・シート３１０の上に堆積される層を必ずしも指すわけではない。むしろ”第１部品層（first part layer）”は、先に印刷された層を指すために用いるにすぎない。工程３４４は、先に印刷された部品層のトポロジーを解析することを含む。工程３４６は、第１部品層の上に第２部品層を印刷するために押出機ノズル３１２のツール・パスを決定することを含む。

工程３４８は、工程３５０の前にトポロジー解析に応じてツール・パスに沿って第１部品層を予熱することを含み、それはツール・パスに沿って第２部品層を印刷することを含む。一つの例示的な実施態様では、工程３４８の予熱を、第１部品層及び第２部品層の材料固有の接着温度又はそれを超える温度であって、及び第１部品層及び第２部品層の熱劣化温度未満の温度で予熱する。一つの例示的な実施態様では、方法は第１部品層の第１部分を、第１部品層の第２部分を予熱するのとは異なる温度で予熱することを含む。これは、異なる材料組成を有する第１部分及び第２部分（例えば、部品及びサポート部分）、異なるトポロジーを有する第１及び第２部分及び／又は他の幾何学的な検討事項（例えば異なる押出ヘッド動作速度をもたらす形状等）を有する第１部分及び第２部分に起因し得る。

本開示は好ましい実施態様に関して記載してきたが、当業者であれば、本開示の範囲から逸脱することなく、形態及び詳細を変更できることを認識するであろう。

Claims (21)

1. 積層造形システムを用いて部品を３Ｄ印刷する方法であって、
   部品の第１部分を層状に印刷すること、
   部品の第１部分のトポロジーを解析すること、
   部品の第１部分の表面上に部品の第２部分を印刷するためにツール・パスを決定すること、
   部品の第１部分のトポロジー解析に応じて、ツール・パスに沿って部品の第１部分を予熱すること、及び
   ツール・パスに沿って部品の第２部分を印刷することを含んで成る、方法。
2. 部品の第１部分の層及び部品の第２部分の材料の材料固有接着温度、又はそれを超える温度に予熱する、請求項１に記載の方法。
3. 部品の第１部分の材料及び部品の第２部分の材料の熱劣化温度未満の温度で予熱を供する、請求項１に記載の方法。
4. 部品の第１部分上のツール・パスの第１セグメントを、部品の第１部分上のツール・パスの第２セグメントの予熱とは異なる温度で予熱することを含む、請求項１に記載の方法。
5. 第１セグメントは第１部分の第１領域上に位置し、第２セグメントは第１部分の第２領域上に位置し、第１領域は、第２領域とは異なる材料組成である、請求項４に記載の方法。
6. 第１部品層の第１及び第２領域の材料組成を解析し、組成解析に応じてツール・パスの第１及び第２セグメントに沿って第１部品部分を予熱することを更に含む、請求項５に記載の方法。
7. 予熱はレーザー光源ヒーターの出力を変化させることを含む、請求項１に記載の方法。
8. 部品の第１部分の印刷は第１材料を用い、部品の第２部分の印刷は第１材料とは異なる第２材料を用いる、請求項１に記載の方法。
9. オーブン外環境で行う、請求項１に記載の方法。
10. 部品の第１部分は、表面に材料を有する第１領域、及び材料がない、第１部分の第２領域を含み、第２領域を予熱するよりも高い温度に第１領域を予熱することを含む、請求項１に記載の方法。
11. 部品の第１部分は、表面に材料を有する第１領域、及び表面に材料がない、第１部分の第２領域を含み、第１部分を予熱し、第２部分を加熱しないことを含む、請求項１に記載の方法。
12. 積層造形システムを用いて部品を３Ｄ印刷する方法であって、
    部品の第１部分を層状に印刷すること、
    フィードバック制御及びフィード・フォワード制御の組合せを利用して部品の第１部分のトポロジーを解析すること、
    部品の第１部分の表面上に部品の第２部分を印刷するためにツール・パスを決定すること、
    部品の第１部分のトポロジー解析に応じて、ツール・パスに沿って部品の第１部分を予熱すること、及び
    ツール・パスに沿って、部品の第２部分を印刷することを含んで成る、方法。
13. ツール・パスに沿って第１部分の温度を感知することにより、フィードバック制御を利用する、請求項１２に記載の方法。
14. ＩＲカメラ又は熱電対により温度を感知する、請求項１２に記載の方法。
15. 印刷部品の実際の表面トポロジーを感知することにより、フィードバック制御を利用する、請求項１２に記載の方法。
16. 表面トポロジーにおける材料の存在又は空隙の存在を感知することにより、フィードバック制御を利用する、請求項１２に記載の方法。
17. ツール・パスに沿って異なる組成を感知することにより、フィードバック制御を利用する、請求項１２に記載の方法。
18. ３Ｄモデルに基づいて表面トポロジーを予期することにより、フィード・フォワード制御を利用する、請求項１２に記載の方法。
19. ツール・パスに沿ってプリント・ヘッドの速度を予期することにより、フィード・フォワード制御を利用する、請求項１２に記載の方法。
20. ツール・パスに沿った予熱は、ツール・パスに沿ったエネルギー束、エネルギー持続時間又はパルスを調整するために、感知する変数及び予期する変数値を利用することを含んで成る、請求項１２に記載の方法。
21. ツール・パスに沿った予熱は、ツール・パスに沿ってレーザー・ビームを用いて予熱することを含んで成る、請求項１２に記載の方法。

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