【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的にコンピュータ制御押し出しシステム、詳しくはＣＡＤ定義構造を組み立てるために閉ループノズル位置決めシステムを有するデータ処理システムの制御下においてノズルを介して材料を押し出すシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】計算機援用設計（ＣＡＤ）ソリッドモデリングシステムの利用が増加するにつれ、ＣＡＤ出力データを構造的コンポーネントに変換する必要性が生じてきた。 三次元で自動的に対象物を形成することは、入力ＣＡＤエラー、部品の機能性、審美的評価、減色ワックスを用いた型の成形及び小型製品のランをテストする上で有益である。 これらのアプリケーションの中には、例えば、審美性を評価する場合の寸法エラーの範囲の長短に対して多少感知しないものがあるが、他のアプリケーション、例えば、部品の機能性をテストする場合など、
適度にエラーに対し感知する。 更に、その他のアプリケーション、例えば、型を製造する場合、寸法エラーに対し非常に敏感である。

【０００３】現在利用できる自動三次元部分「印刷」技法は、総じて、長い範囲の寸法許容差を示すには不十分である。 現在公表されている技術における最善の寸法許容差は、 １．２７ｃｍ（ ５００ミル）以上のおよそ０．
００２５４ｃｍ（ １ミル）で、これは、バインダー・ドロップレット・ジェット・オン・アルミナ・パウダー技法を用いて達成される。 ただし、このシステムは、単純なカルテシアン（デカルト）グリッド構造を用いた場合にのみ示されるものであった。

【０００４】現在利用できる多くのプロトタイプ印刷ツールにより０．０１２７ｃｍ（ ５ミル）から０．０２５
４ｃｍ（ １０ミル）の範囲に落とした機能を有する構造体を作ることができるが、寸法正確度と安定性の長期にわたる変化はおよそ５％である。 三次元プロトタイプツールの寸法正確度の典型的なテストは「Ｔ・パーティー」である。 数インチ長い垂直および水平バーをもつｔ
字形構造体が組み立てられる。 次に、組み立て直後、硬化後、数日後、そして最後に数ヶ月後、その構造の寸法がチェックされる。 一般的には、バーの長さが測定ごとに数％の割合で変化するだけでなく、最上部のバーの曲がり比率も時間が経つにつれ同様に変化する。

【０００５】市販されているあるシステムは、ＣＡＤデータによって表されたコンピュータ生成のソリッドモデルを薄い断面にスライスするためにソフトウェアを用いている。 次に、この断面は、液状のフォトポリマーが入っている槽または容器の上部表面を紫外レーザ光線のスポットを走査することによって、物理的に形成される。
走査されたレーザ光線のスポットはフォトポリマーを部分的に硬化させ、それを液状から固体に変化させる。 所定の層を形成した後、その生成された層の厚さによって、支持ステージが容器内で下降する。 構造体が完成されるまで、次の層に対して走査プロセスが繰り返される。 一般的には、組み立て後、部分的に硬化した材料の中に閉じ込められるフォトポリマーのすべてを完全に硬化させるために、次のステップが要求される。 かかる構造体の寸法の変化は、この次のフォトポリマー硬化ステップの実行中に起きる。

【０００６】米国特許第４、５６５、３３０号、同第４、７５２、４９８号及び同第４、８０１、４７７号の三つの米国特許がフォトポリマーシステムの形態を教示している。

【０００７】市販されている別のタイプのシステムでは、粉末の薄い層を各層について望ましい形に焼結させるためにレーザを用いている。

【０００８】一般的に、フォトポリマー化および焼結システムは、比較的高価であり、入力されたＣＡＤデータから平均的複雑さのある完成部品を生成するために多くの時間を要する。 また、別の市販されているシステムでは、ナイロンワイヤ、又は蝋などの溶融された材料を押し出すために加熱されたノズルを用いている。 このノズルは、先にスライスされたＣＡＤデータに従って、コンピュータシステムの制御の下で移動される。

【０００９】以下の米国特許は、コンピュータまたはＣ
ＡＤ定義三次元構造組立ての分野において興味深いものである。 米国特許第４、９１５、７５７号では、レーザ・アブレーションによる部品の機械加工について記載されている。 米国特許第４、６６５、４９２号では、水滴又は粒子をスプレイすることによる部品組立てを教示している。 米国特許第４、８５７、６９４号では、形状融解部品の冷却に関して記載されている。 米国特許第４、
８９０、２３５号では、輪郭を形成するための表面上の変形について記載されている。 最後に、米国特許第４、
８４４、１４４号では、ステレオリソグラフィによって作成されたパターンを利用したインベストメント鋳造方法が開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来技術では教示されず、本発明の目的となることは、ＣＡＤデータから三次元構造を生成するためのＣＡＤ「印刷」システムを提供することであり、このシステムは、従来技術のシステムと比べて、比較的廉価である一方、高い次元上の精度が得られる。

【００１１】更に、本発明の他の目的は、閉ループのコンピュータ制御されたＣＡＤ生成対象物組み立てシステムを提供するための付着フィードバック機能を付与することである。

【００１２】また、もう一つの目的は、コンピュータ制御による組み立てを容易にするために、ＣＡＤ定義対象物に対して支持構造とエイリアシング（所望でない階段
状またはのこぎり状の変化）防止機能を生成する方法を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記とその他の問題ならびに本発明の諸目的はそれぞれ、三次元対象物の仕様に従ってその対象物を組み立てるためのシステム及びかかるシステムを作動させる方法によって克服ならびに達成される。 このシステムは、材料を押し出すためのノズル、仕様に従ってそのノズルを制御可能に位置決めする装置、更に、材料の最も新しく押し出された部分の少なくとも一つの特徴を示すフィードバック信号を生成する装置、とを含む。

【００１４】一実施例において、フィードバック生成装置は、可視光線又は赤外線放射の画像化システムを含んでいる。 別の実施例において、フィードバック生成装置は、近接検出装置、例えば、容量性センサ、触覚センサ、又は空気圧センサ等を含んでいる。

【００１５】位置決め装置は、ノズルをｘ−ｙ平面内において水平方向に移動するためのコントローラに格納されたノズル動作リストに反応し、更に、ｚ軸に沿って垂直方向に移動される対象物支持ステージを含む。 この位置決め装置はまた、ノズルをｚ軸上で移動するように作動可能である。

【００１６】材料は、限定はされないが、接着剤、蝋、
熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマー、エポキシ樹脂、
シリコン接着剤及びこれらの合成物を含む一つ以上の材料から構成される。 更に、材料は、望ましい電気的または構造的特性をその材料に与えるために付加される異質の材料を含んだ合成物であってもよい。 現在好ましいとされている材料の一つは、先に押し出された材料に対し強い接着力を示すホットメルト接着剤であり、これを用いると、押し出された材料の水平配置の支えのない列及びスパンの形成が容易になる。 このホットメルト接着剤はさらに、短期及び長期ともに良好な寸法安定性を示す。

【００１７】更に、本発明の方法では、対象物のコンピュータ生成による定義に従って三次元対象物を組み立てる方法も記載されている。 この方法には、対象物の非支持機能を検出するためにその対象物の格納済み定義をテストするステップ及び非支持機能を検出することに応答して非支持機能に対する支持構造を定義するステップが含まれている。 さらに、この方法は、対象物、及び支持構造を組み立てるために組み立てツールにとって必要な動作を表現できる組み立てツール動作リストを生成するステップ、更に、その生成された動作リストに従って組み立てツールを移動するステップも含む。 また、エイリアシング防止機能が生成されることもある。

【００１８】動作リスト生成ステップは、対象物のベクトルベース表示をビットがマップされた表示に変換する初期ステップを含んでいる。

【００１９】本発明の前記ならびに他の特徴は、添付の図面と照らし合わせて読むことにより、後述の発明の詳細な説明においてより明らかとなる。

【００２０】

【実施例】図１（Ａ）には、本発明に従って構成され且つ作動される閉ループモデル生成システム１０が示されている。 システム１０は、ｘ−ｙ軸ガントリー式トランスレータ１４に結合されるノズル１２を含む。 このトランスレータ１４を使用して、ノズル１２は水平方向に配置されたｘ−ｙ平面内で制御可能に移動される。 ノズル１２は、ｚ軸トランスレータ１８に結合されるテーブル１６上に配置される。 作動中、ノズル１２は、材料の層を押し出すためにｘ−ｙ平面上で制御可能に移動される。 ここで利用されている通り、押し出し加工は、開口部を介して出される制御された材料の流れ、即ち、押し出し物を包囲するためのものである。 材料の層を押し出した後、ｚ軸トランスレータは、押し出し材料の厚さに等しい増加分だけテーブル１６を下降させるために起動される。 次に、ノズル１２は、次の層をそのすぐ下側の層の上に付着させるために、再度ｘ−ｙ平面上で移動される。

【００２１】適切なｘ−ｙ軸トランスレータ１４が、ニューヨーク州ニューハイドパークにあるテクノ・カンパニー社（Ｔｅｃｈｎｏ Ｃｏｍｐａｎｙ）によって、モデル番号：ＨＬ３２ＳＢＭ２５７５Ｃ号として製造されている。 かかるデバイスは、０．０１０１６mm（０．０
００４インチ）の位置決め分解能を有する。

【００２２】本発明の実施例の場合、ノズル１２は、双方向エアシリンダ２２に結合されるニードルバルブ２０
を含んでいる。 エアシリンダ２２には、コンジット（導管）２４を介して、ニードルバルブ２０を起動させるのに適切な圧力で圧縮空気の供給源が設けられており、これによって、ノズル１２を介した材料の流れのオン／オフ（出止）を制御することができる。 図１（Ｂ）はノズル１２の断面図であり、ノズルが一般的にはステンレス鋼から成り、出口オリフィス１２ｂを制御自在にブロックしたり、又はブロックを解除したりするために配置されたニードルバルブ２０を有する外部ケーシング１２ａ
を含んでいることを更に詳しく示している。 オリフィス１２ｂの口径は約０．２５４mm（０．０１インチ）であるが、この寸法はノズル速度、押し出し材料の性質等によって変わることがある。 「押し出し膨張」として知られている現象が原因で、押し出し材料、特にポリマーベースの材料の最終直径はオリフィス１２ｂの開口サイズよりもかなり大きいものである。

【００２３】この他の適切なバルブの種類としては、スライダーバルブや回転ボールバルブがあり、この二つはともに当該分野で周知である。

【００２４】図１（Ａ）を参照すると、ヒータ電源２８
に接続されたノズルヒータ２６はさらにノズル１２に結合される。 熱電対３０などの熱感知手段は、温度を約２
３２．２°Ｃ（４５０°Ｆ）に維持するためにノズル１
２と接触される。 この温度は、押し出し材料の関数であり、２３２．２°Ｃ（４５０°Ｆ）以上になったり、それ以下になったりすることもある。 以下に詳述されるように、この特定の温度は、ノズル１２から押し出される場合に現在好ましいとされる材料であるホットメルト接着剤で使用されるのに適切であることが判明されている。 この適切であると判明されている接着剤は、「サーモグリップ一般用ホットメルト接着剤（Thermogrip All
Purpose Hot Melt Adhesive）」として公知のブラック・アンド・デッカー・コーポレーション社（Ｂｌａｃｋ
ａｎｄ Ｄｅｃｋｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）によって販売されている製品である。

【００２５】コンジット３２はノズル１２に接続され、
ノズル１２に付与される溶融材料の流れに対し設けられている。 この材料は、コンジット３６を介して、圧縮空気源に結合される加熱貯留槽３４内に貯留される。 この圧縮空気源は、一般的に１．０５５ｋｇ／ｃｍ ^２ （ １５
ｐｓｉｇ ）から２．１０９ｋｇ／ｃｍ ^２ （ ３０ｐｓｉ
ｇ ）の圧力で作動する。 コンジット３２は対応するヒータ３８を有し、一方、貯留槽３４も対応するヒータ４０
を有し、これらヒータはともにヒータ電源４２に接続される。 上述したように、熱電対４４等の熱感知手段は、
槽を予め設定された温度の範囲内に維持するためのものである。 この温度範囲は、選択された材料の関数である。

【００２６】ｚ軸トランスレータ１８はｘ−ｙ軸トランスレータ１４に結合され、コントローラ４６はニードルバルブエアシリンダ２２に結合される。 コントローラ４
６は、ＩＢＭ ＰＳ／２システム（ＩＢＭ及びＰＳ／２
はともにＩＢＭコーポレイションの登録商標である）等のパーソナルコンピュータ・データ処理システムに搭載されているが、適切なタイプのデータ処理システムであれば、コントローラ４６に使用してもよい。 トランスレータ１４と１８への接続は、並列通信ポートまたは直列通信ポート等の適切な手段によって行われる。 かかるトランスレータの制御装置及び方法は、当該技術上公知であるので、ここでは、詳述しない。 コントローラ４６
は、ＣＡＤシステムから三次元形状データを受信するための入力を有し、その使用法については、以下に詳述される。 更に、コントローラ４６は、ノズル１２によって押し出される際の構造体を示すデータを格納するための対応するメモリ４８を有する。

【００２７】図２（Ａ）には、押し出された複数のフィラメント、またはビード５０が位置決めされたテーブル１６が詳細に示されている。 上述したように、初めに最下ビード層が沈積され、テーブル１６がｚ軸に沿ってビード一個分の厚さだけ下降され、次のビード層が、第一のビード層に接着するように付着（沈着）される。 ビード押し出しプロセスは、望ましい部品が構成されるまで、ｚ方向に一層ずつ継続して行なわれる。 個々のビード５０は、オリフィス開口部が０．２５４mm（０．０１
インチ）、ノズル速度が約５．０８mm（０．２インチ）
／秒、及び流出量が約０．１ｃｍ ³ ／分であるノズル１
２によって押し出される際に、約０．６３５mm（０．０
２５インチ）の実質上均一の厚さを有することが判明されている。 ノズルの開口部に比べて、ビードの直径が大きくなるのは、前述の「押し出し膨張」現象によるものである。

【００２８】ホットメルト接着材料を使用することによって、ビード同士の付着が容易になり、図２（Ｂ）の「Ａ」で示された領域の断面図によって表されているように、支持されていない隣接状態で配置されたビードを水平に位置決めすることが可能になる。 更に、このホットメルト材料を使用することによって、図１１のビード５０ｃ等の支えのない材料の水平スパンを配置するのが容易になることが判明されている。 図１１では、ビード５０ｃの各端部は、先に押し出されて硬化した材料に接着されて取付けられる。 一例として、ビードの厚さが約０．６３５mm（０．０２５インチ）であるホットメルト接着材料が、速度約５．０８mm（０．２インチ）／秒、
流出量約０．１ｃｍ ³ ／分のノズル１２を用いて、水平距離を約２５．４mm（１インチ）にわたって支えのない状態でかけわたされる。 更に、弓形のスパンも、テーブル１６をｚ軸に沿って移動し、同時にノズル１２をｘ−
ｙ平面上で移動することによって、同様の方法で沈積される。 本発明の実施例に示される３度以上ノズルを移動させる場合、押し出し材料の弓形のスパンを供給するために、テーブル１６を移動させる必要はない。

【００２９】該当部分に対応する三次元におけるノズルの運動を付加することにより、二次元沈積だけでは得られない望ましい特徴を備えた形状体を生成することが可能である。 例えば、円柱構造体の周囲への螺旋状の沈積は、水平沈積だけを行なう場合に生ずる階段状の粗さの無い滑らかなネジ山を形成する。

【００３０】図３には、ノズル５２の別の実施例が図示されている。 ノズル５２は、本体部分５４ａから成り、
一般的には、ステンレス鋼から製造され、出口オリフィス５４ｂを有する。 ノズル５２の内部には、図１（Ｂ）
のニードルバルブ２０と同様に、オリフィス５４ｂを介して押し出される材料の流れを制御する機能のある小型油圧ポンプ５６が納められている。 油圧ポンプ５６を使用することの利点の一つは、材料が押し出される際の圧力を増加させることができることである。 圧力増加により流出量が増大するので、ノズル５２の移動速度が一層増大する。 ポンプ５６は、電気的又は空気圧のどちらによっても作動されてもよい。 又は、ノズル１２にその流れを出したり、止めたりするための適切なバルブが設けられている場合、ポンプはこのノズル１２の外側に配置されるものであってもよい。

【００３１】押し出し材料は、完成される構造体への適用に従って、要求される機械的、熱的、外見上、及び／
又は他の指定された特性に基づいて選択される。 多くの副構造体から構成される複合構造体の場合、個々の副構造体は、それ自身の機能に適した材料から製造される。
複合構造体を構成するために、マルチノズルシステムを使用することが可能である。

【００３２】あるクラスの適用可能な材料は、加熱されると溶融して流れ出し、冷却前と冷却中に接着する。 これらの材料は、ホットメルト接着剤類及びそれぞれの調合物によってきまる機械的、熱的、更に、外見上（色、
不透明度、半透明度）の特性を有する合成ポリマー、蝋（ワックス）、樹脂及び酸化防止剤の同種混合物を含むが、これに限定されるものではない。 モデル作成用の蝋や封蝋を含めて、蝋は、インベストメント鋳造型や展示用模型の製造に用いることができる。 また、蝋は、誘電性の特性、特に複合構造体にも適用することができる。
合金は、誘電性のある機能的な金属部品及び／又は構造体を生成するのに用いられる。 ガラス質は、個々の光学的特性（透過率、反射率、屈折力）、又は電気的特性に従って選択される。 また、加熱されると流れ出し、冷却中に接合する他の熱可塑性または熱硬化性ポリマーも用いることが可能である。

【００３３】熱硬化性材料に関して、硬化プロセスを開始することを目的として、押し出し中の材料を加熱するために、ノズルの外部に熱源を設けることは、本発明の目的の一つである。 一例として、対応する焦点合わせ反射鏡をもつレーザまたは輻射ランプは、ノズルに結合され、押し出された熱硬化性材料に局部的加熱源を提供するためにノズルとともに移動される。

【００３４】第二のクラスの適用可能な押し出し材料は、熱、光、もしくは他の輻射熱にさらされたり、化学反応を被ったり、又は、その両方の作用を受けて、硬化する接着剤である。 必要な条件は、選択された材料がそれ自身の押し出された形状が変わる前に硬化しなければならないことである。 適切な材料としては、化学反応や加熱によって硬化するエポキシ樹脂や、水との反応によって硬化するシリコン接着剤があるが、これらに限定されるものではない。

【００３５】第三のクラスの材料は、前記材料の一つと、他の異質の材料との不均質な混合物である。 例として下記のものがあげられるが、これらに限定されるものではない。 薄いプラスチック、金属、ガラス質、または他の繊維質は、機械的剛性をより増大させる要素としての働きがある前記異質材料から成るビードの一部分として押し出される。 電気導電性の繊維又は粒子は、導電性ビードを形成するために非導電性材料と共に押し出される。 一例として、かかる方法において電気配線は非導電性のプラスチック製外被に埋め込まれる。 岩塵埃は、岩石状構造体または彫刻物を形成するために、市販されているグラニタン（花コウ岩の粉末とエポキシの混合物）
の場合と同様に、エポキシと混合される。

【００３６】認識されているように、前記列挙された押し出し材料のあるものについては、図１（Ａ）に示された種々のヒータがすべて排除される。 更に、押し出しの最中または押し出し後に加熱されるこれらの材料を使用した場合は、空気または他のガスの局部的供給源が材料の冷却を速めることが判明されている。 例えば、複数の開口部を有するダクト４７は空気源に結合され、押し出しが行なわれている平面に対し冷却空気の流れを実質上均一に供給するように配置される。

【００３７】更に本発明に従って、再度図１（Ａ）を参照すると、システム１０には、ノズル１２の先端付近で作動し、コントローラ４６にフィードバック信号を付与するフィードバックセンサ６０から成る付着フィードバックシステムが搭載されている。 このフィードバック信号は、押し出されたビード５０の特徴を示すものである。 詳細には、フィードバックセンサ６０は、最新の押し出された材料部分の位置または他の特徴を検知する。
一例として、センサ６０は、位置決め参照システムに対応する押し出されたビード５０の位置を検出するが、このビードの位置は、必要に応じて、押し出し中にノズル１２の位置を調整するため、コントローラ４６によって監視される。 この技術は、好都合なことに、押し出し構造の外形に対して更に微細な制御を可能にし、その結果、三次元形状データによって定義された構造体に更に近づいた構造体が作成される。 フィードバック信号は、
使用される特定の種類のセンサ６０によっては、押し出しビードの温度又はその導電性の特徴等の他の情報をも提供する。

【００３８】センサ６０によって付与されるフィードバックは、結果的に、押し出し材料が計画されたものとは異なる大きさになるように、多くの異なるメカニズムが作動するという点で重要である。 例えば、押し出されたビードが凸状または凹状の輪郭線上に加えられた場合、
ビードは十分に柔軟性がある熱い間に、その長さを最小限度にするように曲がる傾向がある。 更に、ノズルから下層にある材料までの距離に基づいて、押し出されたビードは、この距離の関数として、その付着された断面を変化させる。 更に、ノズルに近い既に付着された材料からの背圧によって、ノズルから出される流量が減少される。 更に、押し出し材料の温度または組成の変化が、材料がノズルから流れ出る流出量を変化させ、その結果、
材料が最終寸法に凝固する速度をも変化させる。

【００３９】従来技術のシステムにおける欠点の一つは、結果的に、該当部品の組み立てと寸法にそれ程最適な制御が与えられないので、該当部品の最終寸法に影響を与えるこれらの要因や他の要因が適切に調整されないことである。

【００４０】但し、本発明のこの形態は、付着フィードバックを提供することによって、このような種々のメカニズムによる影響を最小限にする。 例えば、ソフトウェアエラーが発生して、ノズルを付着された材料またはテーブル１６内に押し込んだ場合、フィードバック信号はこのエラー状態を表示する。 また、ノズルが、下層材料によって支持されていない領域を介して、スパンまたは弓形の材料を押し出すように作動される場合、フィードバックセンサは、押し出されたビードが予め設定された許容差を越えて下垂していること、従って、エラー状態が存在することを表示する。

【００４１】フィードバックセンサ６０は、システムのフレームに固定されるか、またはノズル１２とともに移動されたりする多くの異なる装置によって具体化される。 一般的には、フィードバックセンサ６０は、画像化（イメージング）装置または近接感知装置に内蔵されている。 いずれの場合にも、センサは、押し出されたばかりの材料に関する情報を提供するように機能する。 特に、適切なセンサには、可視的画像化装置、赤外線放射画像化装置、容量性検出装置、触覚検出装置、気圧検出装置等が含まれるが、これらに限定されるものではない。 付着フィードバック信号を提供するための種々の手段は、以下に詳しく記述される。

【００４２】押し出し材料が押し出し後に流れ出す場合、ノズル位置の認識によって、必ずしも押し出されたビード５０の最終位置を表示するとは限らない。 ビード５０の実際の付着位置を決定する第一の技法は、光学システムを用いてビードを画像表示することである。 光学付着フィードバック信号は、分割ダイオード対、象限儀、位置感知ダイオード、ＣＣＤ配列、またはビディコンを用いて生成してもよい。

【００４３】図４（Ａ）と図４（Ｂ）は各々、カセグレン式光学システム７０の上面図及び側面図である。 この実施例では、ノズル７２には、ノズルを通過する材料７
４が含まれ、光学要素を支持するための形状が備わっている。 特に、凸状要素７６は、カセグレン式構成を形成するための凹状要素７８に対して位置決めされる。 動作中、押し出された材料の領域から反射する光が、最初に凹状要素７８によって凸状要素７６の表面に反射される。 次に、この光は、要素７８の内部で孔７８ａを介して上方に反射される。 画像をＣＣＤ検出器配列等の検出器８２に方向付ける９０°プリズム８０は、孔７８ａの上方に配置される。 検出器８２の出力は、専用画像プロセッサまたはコントローラ４６自身による次の処理のためにフレームグラバーまたは同様の画像格納手段に供給される。 仮にディスプレイ８４に提供されたならば、最終的に表示された画像はビード画像８４ａと、中心に配置された不明瞭な中心部８４ｂを示すであろう。 不明瞭な中心領域８４ｂのサイズは、要素７６の直径に相当する。 エッジ検出等の従来の画像処理技法を用いて、ビード画像８４ａの位置を検出することによって、コントローラ４６は、ビードが三次元形状データによって指定されたような正しい配置に位置決めされているか否かを決定するためのものである。

【００４４】図５は、視覚的画像フィードバックセンサ６０の別の実施例を示している。 図５の実施例では、光学システム８６を利用した非並列画像と対象物平面が用いられている。 無限焦点レンズ８８は、ノズルの先端を見るために位置決めされており、レンズ８８の対称的な平面が、テーブル１６の面に関して角度θ ₁で配置されていることが望ましい。 検出器８２の画像化表面は、シンメトリーＡの平面に対して角度θ ₂で配置されており、この場合、θ ₁とθ ₂は等しいので、ビード画像を焦点上で見ることができる。 ディスプレイ８４によって表示される場合、最終的な画像は、ビード画像８４ａを示す。 この画像データは、ビード画像８４ａの位置が望ましい位置に一致するか否かを決定するために画像処理を行なうコントローラ４６に入力される。

【００４５】図６（Ａ）には、視覚的画像付着フィードバックセンサ６０の詳しい実施例が示されている。 共焦線カメラシステム９０には、複数の共焦線カメラ９２
ａ，９２ｂ，９２ｃが搭載されており、各々のカメラは、テーブル１６の上方の予め設定された高さに位置決めされている。 共焦線カメラは、複数のスリットアパーチャと１個のライン検出器と組み合わされて、照射線源を利用した公知のタイプの光学装置である。 図６（Ｂ）
は、ノズルに隣接した領域の深度分解画像を与えるため、これらの３個の共焦線カメラ出力の重ね合わせを図示している。 個々のカメラが付着されたビードを画像化し、図６（Ｂ）に示されたように重ね合わせられると、
３個の線形ビード画像は、ノズル１２の先端に対応して、ｘ軸とｙ軸の原点で交差する。 カメラ９２ａ，９２
ｂ，９２ｃは一般的には、仮にビードが誤って位置決めされた場合にビード画像が予想した位置に表示されることがないように、ノズル１２と共に移動するように装填される。 この状態は、後で訂正処理を実行するコントローラ４６によって検出される。

【００４６】深度分解共焦カメラの技法は、画像検出器が下層の先に付着されたビードからの信号に応答する可能性がある場合に、特に有用である。 この状態も、焦点技法の光断面と減少された深さを用いて、改善される。
光断面アプローチの一例として、付着されたビードの厚さに一致する厚さと画像対象物の表示フィールドに一致する幅を有する一面の光を生成するために、複数のレーザダイオードが用いられる。 この一面の光は、ノズル１
２を支持するｘ−ｙ軸ガントリー構造１４の一端または両端であることが望ましい。 このような方法で、付着されているビードの材料だけが照射され、その結果画像化される。

【００４７】付着フィードバック信号を提供するための他の適切な方法については、以下に記述される。

【００４８】一つの方法としては、例えば、冷却されたテルル化水銀カドミウム画像配列を用いた赤外線放射画像化の使用である。 この技法の利点は、最新の、従って、最も高温で付着された材料が、赤外線放射によって画像化され、その結果、先に押し出された材料が自動的に除外されることである。 更に、この技法の利点は、ビード温度を直接表示することや、不十分な熱消散が付着ビードを変形されているか否かを示すことである。

【００４９】その他種々の非光学的且つ近接型のフィードバック技法も、押し出されたビード５０の位置を検出するのに用いることができる。 第一の非光学的技法は、
図１０（Ａ）に示されており、これは空気の誘電率とは異なる付着された材料の誘電率に依存する。 この実施例の場合、容量性プローブ１００の配列は、ノズルの開口部に隣接して位置決めされる。 これらのプローブは、キャパシタンスの変化によって、押し出された材料の近接状態と位置を検出するので、検出可能な変化はキャパシタンスを通過する電気信号において発生する。 この技法の利点は、距離に従って容量性の変化が急速に減少すると、下層の先に付着されたビード層から材料が自動的に除外されることである。

【００５０】図１０（Ｂ）に示された第二の非光学的技法は、高精密機械による計測技法の変種であって、サファイアの球を或る表面に向けて押し出し、その球がその表面に接触すると、その球の位置を正確に記録することを含むものである。 この触覚技法は、押し出された材料が冷却または硬化されて固められればすぐに触れることができるとされている本発明によって有利に用いられている。 ワイヤ１０２、または、圧電センサ等の偏向検出器１０４に装着された他の対象物は、最新の付着されたビードの表面位置を決定するためにノズル１２に接着される。 ノズル１２が既に正確に定義された座標系内にある場合、偏向が生じた時は、接触面の位置は、ノズル１
２の位置及びワイヤ１０２または、押し出された材料と接触している他の対象物の寸法から導き出すことが可能である。

【００５１】図１０（Ｃ）に示された別の非光学的な技法は、ビード５０の位置の気圧検出に依存する。 この実施例の場合、気圧センサ１０６の配列は、必要とされる次元フィードバック情報を提供するために、ノズルの先端の近傍に配置される。 圧縮空気等のガスは、ノズルの先端の近傍に配置されたオリフィス１０８から排出される。 付着された材料がガス排出オリフィス１０８の一つに近密隣接状態にある場合、オリフィス１０８の内部への背圧が発達する。 背圧の存在によって、材料の存在が示され、一方、背圧の大きさによって、影響を受けたオリフィス１０８から付着された材料までの距離が示される。 この特別なタイプのフィードバックセンサ６０は、
先に付着され、下層のビードを自動的に除外するという上述の容量性プローブ１００による利点を有する。 更に、この技法を使用することから結果的に得られる利点として、ガス噴射が付着された材料を冷却する働きがある。

【００５２】付着されたビード５０を同時にモニタするための数々の付着フィードバックセンサを提供することも、この発明の範囲に含まれる。 一例として視覚的感知技法の一つを、ＩＲ放射検出及び／又は気圧検出と組み合わして使用することもできる、この組合せは、余剰ビードの位置検出のみならず、押し出されたビードの温度検出及び／又は冷却を同時に行なう。

【００５３】単独で、又は既に記述されたセンサと組み合わされて使用される別のフィードバックセンサは、ノズル１２を介して押し出されている材料の圧力を測定するために圧力計を備えている。 圧力が増加すると、ノズルの先端が既に押し出された材料と接触しており、その結果、流れの圧縮によって、背圧を生成することになるという「重ね書き」状態を示すことがある。

【００５４】図７のプロセスフローチャートには、システム１０の作動が示されている。 第１のステップ（Ａ）
では、ＡｕｔｏＣａｄ、コンピュータグラフィクス援用三次元会話式アプリケーション（ＣＡＴＩＡ）、Ｐｒｏ
／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ（パラメトリック・テクノロジー・
コーポレーション社｛Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｔｅｃｈ
ｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ｝の製品）等の多くの既存のソフトウェアパッケージの一個を用いたモデル作成が含まれる。 このモデル作成のステップでは、
望ましい三次元構造のデータモデルを作成する。 モデルデータは、例えば、初期作図交換仕様（ＩＧＥＳ）の書式、 .ＳＴＬフォーマット又はＣＡＴＩＡ表現等の個々のソフトウェアパッケージ毎の標準出力形式で格納される（Ｂ）。 必要に応じて、データは後続の処理ルーチンによって使用されるフォーマットを得るために、トランスレータを通過する（Ｃ）。 一例として、ＣＡＴＩＡを
.ＳＴＬフォーマットに変換するためのトランスレータは、（ＰＲＰＱ Ｐ８１０４０ソリッドからプロトタイプまで）ＩＢＭ社から入手できる。 一般的に、かかるトランスレータは、容易に入手できるソフトウェアモジュールとして知られている。

【００５５】この点について従来、三次元データの格納と処理は、ビットがマップされたフォーマットよりもむしろベクトルで実行されてきた。 ベクトルアプローチを利用する主な理由は、システムメモリを効率的に使用できる点にある。 例えば、一つの側面が２５．４ｃｍ（１
０インチ）である構造を超えた０．０２５４ｃｍ（ １０
ミル）の分解能は、最小限でも、ビットがマップされたデータの１ギガビット（１０ ^９ ）を表している。 更に、
特別な要素が表面の特徴であるか否か、また、この要素が付加された支持構造、要素の色や組成であるか否か等の追加情報が、結果的には、かなりのデータ格納域を必要とすることになる。 ベクトル処理は、ビットがマップされたアプローチと比べて、必要とされる格納域を大幅に現象させるが、その結果、構造上の定義にかなりの曖昧さを残すことになる。 例えば、ある変換プログラムでは時間の数パーセントだけ一貫した表現を生成できないことが知られている。

【００５６】ＣＡＤデータのビットがマップされた表現は、ベクトル表現よりも多くのシステムメモリを必要とするが、ベクトルアプローチにまさる数々の利点を備えている。

【００５７】第一の利点は、重なっている対象物の自動交差である。 ステレオリソグラフィとは異なり、本発明の押し出し技法を使用している間は、一般的に、同一の場所に何度も「書き込む」ことは望ましくない。 これは特に、内部構造支持部材とは反対側の可視面に対して当てはまる。 仮にそのような事態が起きたら、既に付着されたビードを損なうことになるだろう。 例えば、その構造の特定の層が二個の重なり合った充填された円から構成されている場合、重なり合った領域は再度充填されてはならず、更に、周辺部は隣接する対象物の中心を通過しないことを認識する必要がある。

【００５８】ビットがマップされた表現のもう一つの利点は、均一なレベルの精度を自動的に維持することである。 多くの従来のＣＡＤソフトウェアパッケージからの出力に共通する問題は、比較的小さな浮動小数点機能が意図せずに生成されることである。 ビットがマップされた表現に用いられる均一グリッドが存在すると、前記機能を放棄することができる。

【００５９】ビットがマップされた表現の別の利点は、
領域の識別に関する。 押し出し付着には、領域を感知する多くの特徴がある。 一例として、二個の支持物の間の自由空間のスパンは、或る最大限の長さをもつだけである。 同様に、垂直の形状から延出する支持されていない棚部は、或る最大限の距離だけ自由空間内に延びているにすぎない。 もう一つの例は、熱を蓄積するために、限られた領域内で付着される材料の傾向に関する。 これらの考察は、ビットをマップするアプローチにとって問題点とされているが、ベクトルアプローチによって認識及び考察することは非常に困難である。

【００６０】更に、メモリの入手される程度に応じて、
押し出されたビードの幅よりも精巧な座標グリッドを使用する上で利点がある。 これによって、内挿が可能になり、副ビードのサイズの対象物を排除するのが容易になり、更に、押し出されたビードの幅によって表されたものより精巧な機械的分解が可能である。

【００６１】図７のプロセスのフローチャートに戻って、ステップ（Ｄ）では、支持されていない形状の存在について、モデルデータが検査される。 支持されていない形状は、下に支持する構造が無いために、失敗したり、または崩壊する可能性があるモデルの構造的形状と考えられている。 ステップ（Ｅ）では、必要とされる一個、または複数の支持構造を構築する。 ステップ（Ｄ）
と（Ｅ）については、図８（Ａ）から８（Ｄ）に対応させて、更に詳しく以下に説明される。

【００６２】次のステップ（Ｆ）では、ループリストを作成するために、組合せモデル／支持構造をスライスする。 このステップの場合、一連の等しく空間を置いた水平面と対象物との交差が、予め決定された法則に従って、各平面上の一連の周辺ループとして格納される。 予め決定された法則、例えば、左手の法則等、はループのどの側面が充填され、どの側面が空いているのかを決定する。

【００６３】図１２には、外部ループと内部ループによって限定された対象平面が示されている。 対象平面の内部は、一般的に、押し出し処理中に材料で充填されたラスタである。 次に、１個又は複数の周辺ビードが、滑らかに仕上げられたエッジを供給するために押し出される。 個々のループのエッジは、フレミングの左手の法則に従って、そのループのエッジの材料側面が左側に、即ち、外部ループの場合は時計方向とは反対側に、内部ループの場合は時計方向にあるように記述される。 右手の法則は、ループの材料側面の位置の感度を逆にすることを規定している。

【００６４】このループリストの規則は、対象物スライスルーチンからノズル動作リスト生成器に転送されたデータに適用される。 組み立て処理中の実際のノズル動作は、有効なループリスト規則が表す感度と方向に一致したり、しなかったりする。

【００６５】ループリストは、ビードの厚さ分だけ離れて配置されている対象物平面に対し用いられる。 図１に図示された実施例の場合、ビード平面は、およそ２．５
４cm（１インチ）の２５、０００分の１の間隔、即ち、
押し出されたビード５０の最終直径に対応する寸法だけ離れている。

【００６６】次のステップ（Ｇ）では、既に生成されたループリストを改善するため、垂直エイリアス除去技法を実行する。 この垂直エイリアス除去技法は、結果的に図９（Ａ）に示されるような好ましくない階段効果になる垂直な傾斜をもつ面に用いられる。 図９（Ｂ）では、
ビード５０に用いられたものとは異なるｚの高さで、ビード５０ａのループを付加することによって、この好ましくない階段効果を減少させる一つの方法を図示している。 これらの小型のビード５０ａは、その部分の階段エッジを滑らかにするために用いられる。 より小径のビード５０ａを使用することによって、個々の関連する層を組み立てている間に、各ノズルに変化をきたす可能性がある。 また、大きいビード５０を用いてすべての層の押し出しを完了した後に小型のビード５０ａをモデルに付加してもよい。

【００６７】図９（Ｃ）では、好ましくない階段効果を除去するための別の方法を図示している。 この方法は特に、現在好ましいとされる押し出し材料としてのホットメルト接着剤に適用可能である。 押し出された材料の接着特性に従って、下側の層を上側の層に橋渡しをするために、複数のビード５０ｂが構造に付加される。 ｚ軸変換ステージ１８の制御によって、必要な構造上の層を組み立てた後に橋渡し用ビード５０ｂが付加される。

【００６８】先に押し出された層に再度戻るこの機能は、ステレオリソグラフィ等の従来技術の付着技法では一般的に得ることのできない本発明における特に価値のある機能である。 この技法によって、任意の複合的形状及び表面仕上げのある構造の組み立てが可能である。 例えば、ネジ山を、既に完成された周囲が円柱形状の構造に容易に付加することができる。

【００６９】垂直エイリアス除去のステップは任意であり、三次元ＣＡＤデータの総チェックとして生成された部分等の特定の部分には必要でない。

【００７０】次のステップ（Ｈ）では、構造の一層ごとの分析を実行する。 構造の或る特定の層の場合、構成領域を材料で充填するオーダは、いくつかの優先化された規則を順に考慮して決定される。

【００７１】最も高い優先権を有する規則は、付着された材料が隣接する、または下側の材料によって支持される必要があるということである。 一般的に対象物は、この規則が破られた場合には構成できない。 低い優先権の規則の場合、外部表面は、その最大限の滑らかさを保証するために、直接接触するいずれかの表面と平行状態で部分的に付着されたビードによって形成される必要がある。 更に低い優先権の規則としては、ノズルからの材料の流れの開始又は停止の回数を少なくすることである。
この規則は、ノズルからの流れの開始及び停止によって生成される構造上のアーチファクトを排除するためのものである。 最も低い優先権の規則の場合、外部ビード表面の正確な位置決めを確保するため、ノズルの座標を、
ビードの外部表面と関連ループの計算位置とが一致するように選択する必要がある。

【００７２】一層ごとに分析を実行することによって、
構造の各層または各スライスごとのノズル動作データリスト（Ｉ）が生成される。 構造がテーブル１６上に形成されるので、このノズル動作リストは、メモリ４８内に格納され、コントローラ４６によって使用される。 ノズル動作リストは、コントローラ４６によって使用されるので、ｚ軸トランスレータ１８の動作の間でｘ−ｙ軸トランスレータ１４に対する出力を制御することができる。

【００７３】ノズル動作リストに基づく三次元構造の組み立て（Ｊ）は、プロセスの最終ステップである。 この最終ステップは一般的に、付着されたビードの位置がノズル動作リストで指定された位置に対応することを確認するため、コントローラ４６がフィードバックセンサ６
０によって生成される付着フィードバック信号をモニタすることを含む。

【００７４】上述のステップＤとＥの操作の詳細については、以下に記述される。

【００７５】構造上に特定の方向付けがある場合、最高高度をもつ点、線、または面が存在する。 すぐ前の層の構造体を支持する構造体をもたず、更に、後続の層との橋渡しのための支持物から離れ過ぎているこの最上層内の領域は、先行する各層に一個または複数の構造が付加されることを必要とする。 これらの付加された構造体は、元の対象物の他の部分で終わるまで、又は、最下層に達するまで、他のすべての層を通って下方に伝播される。

【００７６】計算は最上層から開始され、対象全体について続けられ、処理が進むにつれて、必要な支持構造のベクトル記述を作成し、ベクトル記述を元の部分記述に付加する。 その部分のこのファーストパスが完了した後、複合構造体をスライスし、ノズル動作を生成する後続のステップが開始される。

【００７７】ビットがマップされた表現へ変換し、最下層から開始した後、周辺部からの１個または二個のビードの厚さとなるすべてのソリッド充填領域は、ラスタが充填され、その後、容易に周辺部に適用される。 先ず、
ラスタ充填領域が先の層によって支持された領域上で充填され、次に、これらの領域を拡大させ、支持されていない領域を橋渡しすることによって充填されるという条件の下で、後続の層は同様の方法で繰り返しノズル動作リストに変換されていく。 このアプローチの利点は、プロセッサが橋渡ししなければならない最大限のビットがマップされた量が、二個のビードの厚さをもつ層と等価であることである。 その結果、ビットがマップされたデータの比較的小さな部分だけが所定時にプロセッサ内に保持されるというシステムメモリの必要条件が減少される。

【００７８】ベクトル記述をビットをマップする記述に変換する処理に関して、ベクトルデータはいかなる適切な技法によっても変換される。 周知の技術としては、ブレセンハムアルゴリズムがあげられる。 ビットがマップされたデータの各量子またはピクセルには、１個から任意の多数のビットが含まれる。 １個のビットは、押し出された材料の存在又は不存在を示すノズルのオン／オフ状態に対応する。 しかし、好ましくは、ノズルの大きさ、ノズル開口部の形状、材料の色、複合構造のための材料の選択、材料冷却時間を制御するためのタイミングビット等のパラメータを指定するためにより多数のビットを使用することである。

【００７９】図８（Ａ）には、三次元構造９０の一部分の断面図が示されている。 構造９０は、この段階においてモデル作成のステップＡから得られたベクトル表現データファイルによって表示されることを理解すべきである。 本発明のこの形態によると、ボトムアップ（上昇形）構築技法から派生する支持されていない諸機能は、
「支持の領域」アルゴリズムによって検出される。

【００８０】このアルゴリズムの場合、次の垂直に位置決めされたスライスのための支持領域を決定するために、支持の領域は対象物のスライス毎に生成される。 いずれのスライスの場合でも、両方とも切り離され、既存の支持領域内に位置決めされていない領域は、「支持されていない」と判定される。 図８（Ｂ）では、対象物９
０の第１のスライスによって、図示のような第１支持領域（ＦＲＳ）が生じられる。 図８（Ｃ）では、更に数個のスライスが分析された後の支持の領域アルゴリズムの操作が図示されている。 この分析段階では、構造が、図示のような二つの中間支持領域（ＩＲＳ）によって画定される。 従って、この分析段階までは、スライス内に存在する構造の部分は、すべて下側の構造体によって支持されるものと決定されてきた。 分析が図８（Ｄ）に示される段階に進むと、支持されていない形状９２が検出される。 領域９２は、現ＩＲＳで定められた領域内に存在しないということが検出される。 その結果、支持構造９
４は、領域９２がすべての介在するスライスを通って第１のスライスから上側へ支持されるような方法で生成される。 支持構造９４の生成には、先に分析されたスライスを介して下方向に支持構造を伝播するプロセスが含まれる。 元の構造のどの部分も支持されていない領域の下にない場合は、支持構造９４は、下方向に第１の層へと伝播されて、テーブル１６上で終結する。 次に、複合モデル／支持構造がループリストを生成するためにスライスされるステップ（Ｆ）では、リストには、支持構造９
４をさらに形成するために必要とされるループが組み入れられている。 さらに、支持構造リストは、特に支持構造を識別し、次にそれを除去する処理へと導くために、
個別ファイルに格納及び保持される。

【００８１】前記支持分析には、支持されていない領域を決定するために、周知のタイプの片持ち梁と重心の計算が含まれる。 これらの考察が重要である点は、押し出しのために選択された材料の特性、例えば、隣接するビード間の接着等、に従い、下に支持物を置くことなしに、ある程度の水平方向形状の拡張が許容されるということである。 例として、図２（Ｂ）と図９（Ｃ）を参照されたい。

【００８２】この構造分析はさらに好ましくは、適切ならば、選択された押し出し材料の特性に基づいた熱容量の考察を含むことが望ましい。 熱容量の考察が重要である場合の一例を以下に示す。 組み立てのための構造体が閉鎖された先端のある中空シリンダの形状を呈している場合、押し出された材料が、下に支持物を置くことなく、閉鎖された端を橋渡しするように、シリンダの直径は充分に小さいものでよい。 シリンダ壁は、連続したリングになるように形成される。 先に定義された規則を適用すると、端を封鎖するために必要なディスク状の形状が、シリンダ壁の最上層の周囲部から中心部までの螺旋形状に作られる。 押し出された材料が冷却されるのに必要な時間の補償がない場合、螺旋形の内側の小さいリングが内側方向に位置決めされたリングのための側方支持物としての働きをもつことを要求される前に充分に冷却する機会をもっていないので、ディスクの中心は垂下する。

【００８３】指定された局部的ホット−スポットを収容するために、いくつか適切な補償技法がある。 最も単純且つ最もメモリ集約型の技法は、各三次元ビットがマップされたデータポイントの記述にｎ個のクロックビットを付加する。 付着処理中は、すべてのクロックビットはゼロになるまで定期的に減少させられる。 コントローラ４６は、クロックビットの状態をモニタし、隣接する材料のためのクロックビットがゼロに減少されるまで、既存の材料に隣接する新しい材料を押し出す処理を遅延させる。 ディスク状の形状の付着中の効果は、ノズル１２
の速度が機能の中心に対し測定された半径に比例して変化することである。

【００８４】より複合的ではあるが、それほどメモリ集約型ではない技法は、最後のｎ個目のノズルの動作をソフトウェアリングバッファに保持する。 新しい材料が押し出される前に満たさなければならない要件は、新しい材料が最後のｎ個目のノズルの動作内で押し出された材料に隣接して押し出されてはならないことである。

【００８５】これら両方の技法において、ｎの値は、押し出された材料の温度と熱容量、および、局部的冷却ダクト４７の供給と容量等の関数である。

【００８６】更に、本発明によると、付着フィードバック信号から得られるデータは、先に付着された層のビットがマップされた表示を生成するために用いられる。 従って、上側の層を付着するのに必要なノズル動作座標が、付着された下側の層のビットがマップされた座標と対応している。 この技法は、寸法許容差エラーの両方のリアルタイム補償を実施し、三次元ビットがマップされた構造表示を格納するのに必要なメモリの容量を減少させる。

【００８７】特定の実施例に関連して記述されてきたが、多くの修正がなされる可能性があることを当業者は理解すべきである。 例えば、三次元構造のビットがマップされた表示の使用は現在は好ましいとされているが、
本発明の提案はベクトルベースの構造表示に適用される。 さらに、ＣＡＤ定義の機能と後続のノズル動作リストの生成は、コントローラ４６等の単一データプロセッサを用いて、または複数のデータプロセッサによって達成されることを認識すべきである。 この後者の場合、ノズル動作リストだけが負荷を減少させる必要があり、メモリ４８に格納される。 同様に、視覚的付着フィードバックの場合、コントローラ４６が必要なイメージ分析を実行するか、又はコントローラ４６の内部またはコントローラ４６から離れて設置された専用画像プロセッサによってかかる機能を実行するものであってもよい。

【００８８】更に、多数の支持生成ステップを用いることもできる。 例えば、２パス技法は、記述されている通り、初めに、必要とされる支持を識別するために構造をスライスし、次に、複合モデル／支持構造の層を画定するためのスライス処理に対して使用される。 支持生成も、単一組合せ層定義および支援分析技法を用いて達成することができる。 仮に支持が必要であるとみなされると、その支持が付加され、次に、先に画定された層を介して下方向に伝播される。

【００８９】更に、支持構造を付加し、エイリアス防止機能等を実行するための対象物定義の閉ループ操作と処理に関する本発明の形態は、押し出しベースの組み立てシステム以外にも適用できる。 即ち、ステレオリソグラフィ及び組み立てシステムを焼結することに関連する他の組み立てツールも、ここに教示された技法を適用することによって利益を得るであろう。

【００９０】従って、本発明をその多くの実施例に関して特に図示し、記述してきたが、当業者には、形式や詳細における変更が、本発明の範囲と精神から逸脱することなく行われることは容易に理解されるものである。

【００９１】

【発明の効果】本発明のシステムは上記のように構成されているので、ＣＡＤデータから三次元構造体を生成する際に高次元上の精度を得ることができ、コンピュータ制御による組み立てを容易に実行できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明に従って構成且つ作動される閉ループモデル生成システムのブロック図であり、（Ｂ）
はニードルバルブが設置されているノズルの断面図である。

【図２】（Ａ）はノズルから押し出される垂直方向に配置された複数の層を示した部分的完成による構造体の拡大側面図であり、（Ｂ）は垂直及び水平方向に配置された複数の層を示した部分的完成による構造の拡大断面図である。

【図３】ノズル内を通る材料の流れを制御する内部油圧ポンプを有するノズルの他の実施例の断面図である。

【図４】（Ａ）はカセグレン式光学配列を用いた視覚的フィードバックシステムの一実施例の上面図であり、
（Ｂ）はその側面図である。

【図５】光学システムを用いた非平行画像と対象平面を利用した視覚的フィードバックシステムの別の実施例を示す側面図である。

【図６】（Ａ）はノズルに近い領域を画像化するために三個の共焦線カメラを用いた視覚的フィードバックシステムのもう一つの実施例であり、（Ｂ）は（Ａ）の三個の共焦線カメラによって生成された画像を示す図である。

【図７】本発明の閉ループ押し出しノズルシステムを有する構造体を組み立てるために実行されるステップを示す方法のフローチャートである。

【図８】（Ａ）乃至（Ｄ）はＣＡＤモデルデータの非支持機能をテストし、必要な支持構造を構築するための図７のステップＤとＥの操作を示す図である。

【図９】（Ａ）乃至（Ｃ）はそれぞれ構造内でエイリアスが起きたエッジ部分、エッジをエイリアシングから保護するための第１の方法、そして、第２の方法の断面図である。

【図１０】（Ａ）ではキャパシタンス近接検出器を、
（Ｂ）では触覚近接センサを、更に、（Ｃ）では空気圧近接センサを含む三個の非光学フィードバックセンサを示す図である。

【図１１】先に押し出された材料の各端部に固定された支持されていない押し出し材料のスパンを提供する本発明の機能を示す立面図である。

【図１２】対象の層をスライスするルーチンからノズル動作リスト生成器に渡される情報の特徴である「左手」
の法則を示す図である。

【符号の説明】

１０ 閉ループモデル生成システム １２ ノズル １２ａ 外部ケーシング １２ｂ 出力オリフィス １４ ｚ軸トランスレータ １８ ｘ−ｙトランスレータ ４６ コントローラ ４８ メモリ ６０ フィードバックセンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダグラス セイモア グッドマン アメリカ合衆国10598、ニューヨーク州 ヨークタウン ハイツ、ダーンレイ プ レイス 2616 (72)発明者 フランクリン グレイサー アメリカ合衆国10598、ニューヨーク州 ヨークタウン ハイツ、マーク ロード 2222 (72)発明者 ロバート ラッセル ジャクソン アメリカ合衆国12545、ニューヨーク州 ミルブルック、オーク サミット ロー ド、ボックス 235、アールアール３ (72)発明者 ジョージ マーティン コッペルマン アメリカ合衆国10024、ニューヨーク州 ニューヨーク、ウェスト エイティース ィックスス ストリート 10 (72)発明者 ジョン ダコスタ マッケイ アメリカ合衆国10576、ニューヨーク州 パウンド リッジ、コナント ヴァレイ ロード、ボックス 208、アールアー ル３ (56)参考文献 特開 昭62−255124（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−232024（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−78822（ＪＰ，Ａ)