JP6058819B2 - ３次元物体の作製 - Google Patents

Description

積層製造技術やこれに類似のその他の技術などのラピッドプロトタイピング（ＲＰ）技術は、複雑な３次元（３Ｄ）パーツの製造を可能にする。具体的には、ラピッドプロトタイピング技術は、一般に、たとえば、玩具業界、自動車産業、航空機産業及び医療産業で使用されるパーツを、一つずつ層を形成することによって作製（構成）する。ラピッドプロトタイピング技術によって作製されるプロトタイプ（試作品など）は、研究開発に役立ち、及び、従来のプロトタイピングよりも低コストでプロトタイプを提供する。

ＲＰ技術の１つの方法は、光重合（photopolymerization）と呼ばれる化学プロセスを使用する。光重合は、主に、液体から固体のパーツを生成するためにＲＰ技術で使用される。光重合を用いて３Ｄ物体を作製するときには、液体フォトポリマーが入ったバット（槽）が、デジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）プロジェクターまたはレーザースキャナーの下に置かれる。光にさらされた液体ポリマーが硬化される。次に、作製されたプレートを少しずつ上または下に動かして、再度液体ポリマーを光にさらす。モデルが作製されるまでこのプロセスを繰り返す。

光造形法は、モデル、プロトタイプ、パターン（または鋳型）、及び製造部品を作製するために最も広く使われているＲＰ技術の１つである。光造形法、すなわち、３Ｄ印刷技術は、液体フォトポリマー樹脂が入ったバット、及び紫外線レーザーを使用して、パーツの層を一つずつ形成する。それぞれの層毎に、レーザー光線が、該液体樹脂（または液状樹脂。以下同じ）の表面におけるパーツのパターンの断面をトレースする。該樹脂上のトレースされたパターンは、紫外線レーザー光にさらされることによって、硬化及び凝固して下の層に接合する。

従来の光造形システムでは、支持板が、光重合性材料または光硬化性材料で満たされた容器内に提供され、たとえばレーザー光線を走査させることによって、設定された層厚が硬化するまで該材料の表面の層に選択的に光を当てる。層が硬化した後、次の層厚分だけ支持板が下げられて、硬化されていない新しい材料が加えられる。

非常に複雑な３Ｄ物体を製造することを可能にする光造形装置の解像力及び光造形法の能力のゆえに、光造形法は、機能的なプロトタイプと機能的でないプロトタイプの両方を製作するのに理想的である。

（補充可能性あり）

いくつかの実施例を、以下の詳細な説明において図面を参照して説明する。
１実施例にしたがう例示的な光造形システムの斜視図である。 １実施例にしたがう例示的な光造形システムの例示的な構成要素を示す。 １実施例にしたがう例示的な処理フローチャートを示す。

本明細書において、３次元物体の作製に向けられた種々の実施例を説明する。より具体的には、以下でより詳細に説明されているように、本開示の種々の側面は、投影幾何学が変更された光造形システムを用いることによって３次元物体を作製する方法に関する。

本明細書に記載されている本開示のいくつかの側面は、搬送台を横に動かして、充填する材料の流入（の速さないし速度）を製作速度に一致ないし同期させる。とりわけ、このアプローチは、連続的な材料の再流入をもたらすことができ、これによって、層毎のやり方とは対照的に連続的な光造形処理を可能にする。本開示の種々の側面によれば、本明細書に開示されているアプローチは、パーツ作製用の固体の支持構造の必要性を低減し、及び、層に依存しない連続的な作製プロセスを可能にする。これは、材料の層構造化によるオーバーヘッドを最小化してパーツの製作時間を短くすることによって、３次元物体製造の実施を簡単にしうる。したがって、これは、製作速度をより高速にすることができる。

さらに、本明細書に記載されている本開示のいくつかの側面は、露光画像が投影されるウィンドウ（窓）を提供する。該ウィンドウは、フォトポリマーの表面から離れている。とりわけ、このアプローチは、成形面（building plane）に対する、材料の凹凸などの材料表面のでこぼこ（不規則性）の影響を除去する。したがって、ワイパーによる樹脂表面の安定化処理を省くことができ、このため、樹脂の層形成時間及びシステムのスループットを改善することができる。

本開示にしたがう１例では、３次元物体を製作すなわち構成するための方法が提供される。該方法は、３次元物体のセクション（セクションは３次元物体の一部分（たとえば薄板状の部分）を意味する。すなわち、３次元物体をいくつかの部分に分割したときのそれぞれの部分をセクションという。以下同じ）の画像（イメージ）を投影装置（投影ユニット）によって成形面に投影することと、３次元物体の該セクションの画像に対応する光を、成形面上の光重合性材料の境界面に横方向から当てる（照射する）ことによって硬化したセクションを形成する（該硬化したセクションは、成形面と支持面（支持プレーン）との間にある）ことと、該支持面を横方向に動かして該硬化したセクションを成形面から分離し、これによって、該硬化したセクションと成形面の間にギャップ（間隙）を提供することと、該硬化したセクションと成形面の間の該ギャップを光重合性材料で満たす（充填する）ことを含む。

本開示にしたがう別の例では、３次元物体を作製すなわち構成するための光造形システムが提供される。該システムは、３次元物体のセクションの画像を成形面に投影するための投影装置（投影ユニット）と、横方向に移動可能な支持面（支持プレーン）と、３次元物体の該セクションの該画像に対応する光を、成形面上の光重合性材料の境界面に横方向から当てる（照射する）ことによって硬化したセクションを形成するための該成形面（該硬化したセクションは、該成形面と横方向に移動可能な該支持面との間にある）と、該支持面を横方向に動かして該硬化したセクションを成形面から分離し、これによって、該硬化したセクションと成形面の間にギャップを提供するためのモーターと、該３次元物体に基づいて該モーターを制御するためのコントローラを備える。

本開示にしたがうさらに別の例では、非一時的なコンピュータ可読媒体が提供される。該非一時的なコンピュータ可読媒体は命令を含み、該命令は、実行されると、(i) 光学素子（光学部品ないし光学要素）によって３次元物体のセクションの画像を成形面に投影し、（ii）３次元物体の該セクションの該画像に対応する光を、成形面上の光重合性材料の境界面に横方向から当てる（照射する）ことによって硬化したセクションを形成し（該硬化したセクションは、成形面と支持面との間にある）、（iii）該支持面を横方向に動かして該硬化したセクションを成形面から分離し、これによって、該硬化したセクションと成形面の間にギャップを生じさせ、（iv）該硬化したセクションと成形面の間の該ギャップを光重合性材料で満たす（充填する）、という処理ないし動作を装置に実行させる。

図１は、１実施例にしたがう例示的な光造形システム１００を示している。システム１００は、上または下から（光を）照射するのではなく横方向から投影を行い、支持板が横方向に動くという構成を備えている。システム１００は、画像提供装置（イメージ提供装置またはイメージプロバイダー）１１０、投影装置（投影ユニット）１２０、成形面１３０、樹脂保持容器（樹脂保持レセプタクル）１５０、横方向に移動可能な台（以下、横方向可動台という）１６０、エンコーダー１７５を有するモーター１７０、コントローラ１８０、及び材料ディスペンサー１９０を備えている（これらの各々についてはより詳細に後述する）。図１に示されているシステム１００は一般化した例を表していること、及び、本開示の範囲から逸脱することなく、他の構成要素を追加できること、または既存の構成要素を除去しもしくは変更しもしくは配置し直すことができることが容易に理解されよう。たとえば、図１に示されているシステム１００は材料ディスペンサーを１つだけ備えているが、実際には該システムは複数の材料ディスペンサーを備えることができるところ、単純化のために、１つの材料ディスペンサーだけが図示及び説明されている。

画像提供装置１１０を、パーツ（たとえば３次元物体の部分または部品）１４０を作製するために使用することができる露光画像のデータベースを含むコンピュータとすることができる。１実施例では、所望の構造の形状の正確な数学的及び幾何学的な記述が、多くのコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）プログラムのうちの１つに入力される。このファイルを、光造形マシン固有のプログラム（ラピッドプロトタイピング（rapid prototyping）プログラム）に取り込むことができる。所望のパーツ用の造形パラメータ（build parameter）は機械語に翻訳される。最後に、該機械語を用いてパーツ１４０を作製（または造形）することができる。非限定的な例として、該コンピュータを、任意のタイプのパーソナルコンピュータ、ポータブルコンピュータ、ワークステーション、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ビデオゲーム機、（無線電話やメッセージング装置を含む）通信装置、（テレビ受像機、ケーブルボックス（cable box）、音楽プレーヤー、及びビデオプレーヤーを含む）記録装置及び再生装置を含むメディア装置（media device）、または、ユーザーからの入力を受け入れることができかつ情報を処理することができるその他の装置として構成することができる。

いくつかの実施例では、ユーザーは、該コンピュータの入力装置とすることができるキーボードを制御することによって、システム１００と相互作用（たとえば対話）することができる。さらに、ユーザーインターフェースは、コンピュータプログラムがユーザーに提示することができる図形情報、文字情報、及び聴覚情報、並びに、ユーザーがプログラム（たとえばＣＡＤプログラム）を制御するために利用することができる（コンピュータキーボードのキーストロークなどの）制御シーケンスを参照することができる。ユーザーインターフェースは、ユーザー入力を促し及びユーザー入力に応答し、及び、タスク及び結果をユーザーが理解できる言語や画像に翻訳ないし変換することによって、ユーザーとシステム１００との間の相互作用（たとえば対話）を容易にすることができる。

コンピュータは、広義のデータプロセッサのうちの代表的なものであることが意図されていることに留意されたい。コンピュータは、プロセッサ及びメモリ（記憶装置）を備えて、キーボードによって受け取られた入力の変換を助けることができる。１実施例では、コンピュータは、任意のタイプのプロセッサ、メモリまたは表示装置を備えることができる。さらに、コンピュータの構成要素は、バスまたはネットワークまたはその他の有線もしくは無線の相互接続を介して通信することができる。

プロセッサは、コンピュータ可読媒体に格納されている命令を取り出して実行することができる。プロセッサを、たとえば、中央処理装置（ＣＰＵ）、半導体ベースのマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、命令を取り出して実行するように構成されたフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、コンピュータ可読記憶媒体に格納されている命令を取り出して実行するのに適したその他の電子回路、または、それらの組み合わせとすることができる。プロセッサは、該記憶媒体に格納されている命令をフェッチし、デコードし、及び実行して、上記の例にしたがってコンピュータを動作させることができる。コンピュータ可読媒体を、機械可読命令、コード、データ、及び／または他の情報を格納している非一時的なコンピュータ可読媒体とすることができる。

さらに、コンピュータ可読媒体は、実行のためにプロセッサに命令を提供することに関与することができる。コンピュータ可読媒体を、少なくとも１つの不揮発性メモリ、及び／または少なくとも１つの揮発性メモリ、及び／または少なくとも１つの記憶装置（ストレージデバイス）とすることができる。不揮発性メモリの例には、電気的消去可能なＰＲＯＭ（EEPROM）や読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）が含まれる（但しそれらには限定されない）。揮発性メモリの例には、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）やダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）が含まれる（但しそれらには限定されない）。記憶装置の例には、ハードディスクドライブやコンパクトディスクドライブやデジタル多用途ディスクドライブや光学装置やフラッシュメモリ装置が含まれる（但しそれらには限定されない）。

図１に示されている画像提供装置１１０は一般化して表されており、本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施例では他の画像提供装置を使用できること、または、他の構成要素を追加できること、または既存の構成要素を除去しもしくは変更しもしくは配置し直すことができることが容易に理解されよう。

１実施例では、投影装置１２０は、一連の（または一組の）光学素子とフォトポリマー樹脂を固める（または硬化させる）ための制御可能な光ビームを含む。別の実施例では、投影装置１２０を、白色光が放出されたときに分子を切断して遊離基を形成することによって光化学反応を開始するのに十分な紫外光（ＵＶ光：紫外線）を提供する標準的なビデオプロジェクターとすることができる。遊離基は、追加の重合反応によってモノマー（単量体）を重合させることができる。遊離基は、白色光が投影（または投射）された場合だけ、溶液を重合させて固体にすることができ、他の部分は、未反応の液体のままでありうる。重合した形状部を横方向に動かすことによって連続するセクションを作ることができる。光重合性材料（たとえば樹脂）の層が、パーツ１４０と成形面１３０の間のギャップ（間隙）に流れ込むことができ、新たな部分（未処理の部分）を固める（たとえば硬化させる）ために光を投影（または投射）し続けることができる。これを繰り返して、３次元物体の（複数の）セクションを生成することができる。

１実施例では、投影装置を、デジタルマイクロミラーデバイスを使用する、テキサスインスツルメント（Texas Instruments）のデジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）プロジェクターとすることができる。他の実施例では、液晶表示装置（ＬＣＤ）を含む異なるタイプのプロジェクターを使用することができる。システム１００は、光開始重合体樹脂（光開始ポリマー樹脂：photo-initiated polymer resin）のセクションに画像（の光）を当てるために該プロジェクターを使用することができ、これによって、セクション全体を１行程で素早く硬化させることができる。１実施例では、セクションの厚さは典型的には１００マイクロメートル（０．１ｍｍ）である。他の実施例では、各セクションを異なる寸法になるようにスライスすることができる。１実施例では、あるソフトウェアパッケージを用いて、該パーツを作製する前に該パーツを分析し、及び、該パーツの作製中に必要な個々のセクションの数が最少になるように該パーツを回転させることができる。

１実施例では、ＤＬＰプロジェクターは、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を備えることができる。ＤＭＤミラーは、デジタルビデオ信号やグラフィック信号（たとえば、画像提供装置１１０からのデータ）、光源、及び投影レンズと連係して、成形面１３０上にデジタル画像を反射（または投影）することができる。各ミラーは、露光画像中の少なくとも１つの画素を表すことができる。ミラーの数を露光画像の解像度に合致ないし対応付けることができる。

成形面１３０を、適切な光透過材料（または透明材料）の形態で設けることができる。１実施例では、成形面１３０を、投影装置１２０からの露光画像を受ける窓（ウィンドウ）とすることができる。樹脂保持容器１５０に面しており、かつ、液体（ないし液状）樹脂に接触している該窓の側面を、樹脂が硬化された後に該樹脂が該窓にくっつく（ないしはりつく）のを防止するシリコン膜（シリコンの膜）でコーティング（被覆）することができる。別の実施例では、該窓を、光を透過させる（光に対して透明な）石英窓とすることができる。積層方向に所定の厚さの複数のセクションをなすようにスライスされた３次元物体の３次元形状に関するデータにしたがって、投影装置１２０からの紫外光を成形面１３０を通して投影（または投射）することができる。

樹脂保持容器１５０を、材料ディスペンサー１９０から供給される硬化性材料とパーツ１４０とを保持するように構成ないし配置することができる。樹脂保持容器１５０は、液体（ないし液状）の紫外線硬化性フォトポリマー樹脂（または紫外線硬化性感光性樹脂）を収容することができ、樹脂保持容器１５０の内部を、種々の高さ及び深さのパーツを作製するのに十分大きなものとすることができる。

露光画像が投影される成形面１３０は、樹脂保持容器１５０内の紫外線硬化性樹脂の流体表面とは異なり、かつ、該流体表面に影響されない。材料の凸部や凹部などの材料表面のでこぼこは、成形面に影響を与えない。したがって、ワイパーによる樹脂表面の安定化処理を省くことができ、これによって、樹脂形成時間及びシステムのスループットを改善することができる。

横方向可動台１６０（たとえば支持板）を、樹脂の境界面に垂直である水平方向に動くことができる横方向可動板とすることができる。パーツ１４０の作製中に、パーツ１４０を横方向可動台１６０に取り付けて該可動台によって支持することができる。横方向可動台１６０を水平エレベーターに取り付けることができ、この場合、該エレベーターを、コントローラ１８０によって制御されるステッピングモーター１７０によって駆動される高精度のリードスクリューによって制御することができる。かかる水平駆動機構によって、パーツ１４０は、横方向可動台１６０と成形面１３０の間を動くことができる。該水平駆動機構を、たとえばボールねじなどの既知の駆動機構によって実施することができる。

１実施例では、傾斜した（または角のある）パーツ及び回路を形成するために、オプションとして、横方向可動台１６０を水平軸（横軸）のまわりに回転するように構成することができる。かかる回転は、形成用ねじに対して台１６０を傾斜させることができる。別の実施例では、傾斜が垂直軸（縦軸）のまわりに回転するようにすることができる。図１には、中間洗浄及び／または中間硬化装置は示されていないが、中間洗浄及び／または中間硬化装置を含む（または該装置に適合する）システムも利用できることがさらに理解されよう。

１実施例では、モーター１７０をステッピングモーター（またはステップモーター）とすることができ、この場合、該モーターを、完全な一回転（３６０度回転）を複数の同じステップに分割するブラシレス直流（ＤＣ）電気モーターとすることができる。

制御装置１８０は、モーター１７０の動きを画像提供装置１１０からのデータに同期させる。制御装置１８０は、モーター１７０とコンピュータとのインターフェースとして機能することができる。制御装置１８０は、画像提供装置１１０からのデータを受け取って、該データを処理し、及び、該処理されたデータに基づいて命令を生成するように構成することができる処理装置を備えることができる。該処理されたデータは、パーツ１４０の露光画像に応じた機能を示す装置データを含むことができる。１実施例では、該処理されたデータを、スキャンコードと呼ばれる数値データの形式とすることができる。１実施例では、制御装置１８０を、（図１に示されているような）独立型の装置とすることができる。別の実施例では、制御装置１８０を、画像提供装置１１０（たとえばコンピュータ）内に組み込むことができる。さらに、いくつかの実施例では、制御装置１８０を、専用のコントローラプログラムを実行することができる組み込みコントローラを用いて実施することができる。他の実施例では、制御装置１８０を、「スーパーＩ／Ｏ」デバイス(Super I/O device)などの多機能入出力装置を用いて実施することができる。

制御装置１８０は、エンコーダー１７５からデータを受け取り、該データに応じて命令を出す。該データは、一方の端部が横方向可動台１６０に取り付けられ、他方の端部がモーター１７０に取り付けられた梁（ビーム）の現在の位置（位置情報）を含むことができる。制御装置１８０は、該データを、該制御装置が画像提供装置１１０から受け取ることができる所望の位置データと比較し、これに応じて（すなわち比較結果に応じて）命令を出すことができる。モーター１７０は、コントローラ（制御装置）からの命令に基づいて、該梁を所望の位置に移動させることができる。

１実施例では、システム１００は、層毎の作製モードで動作することができる。別の実施例では、システム１００は、連続作製モードで動作することができる。連続動作モードでは、所与のポイントにおけるフォトポリマーの硬化を、成形面１３０と横方向可動台１６０との間の相対速度、及び、対応する画素の照射（放射）強度によって決定することができる。この追加の制御パラメータは、作製のフレキシビリティーを向上させ、かつ、硬化性能の最適化を可能にする。連続モードにおける作製は、速さ（速度）、及び、場合によっては成形方向（作製方向）における解像度を高めることに留意されたい。

材料ディスペンサー１９０は、パーツ１４０を作製するために、樹脂保持容器１５０に、所定量の液体（または液状）紫外線硬化性フォトポリマー樹脂を供給することができる。該液体（または液状）合成物を材料ディスペンサー１９０に格納することができる。

コントローラ１８０によって、材料ディスペンサー１９０（の動作）を画像提供装置１１０（の動作）と同期させることができる。１実施例では、材料ディスペンサー１９０は連続流れモードで動作することができる。連続的な材料の再流入は、層毎のやり方とは対照的に、連続的な光造形処理を可能にすることができる。したがって、かかる処理を成形方向における任意の高解像度で行うことができる。個別の層を有しないか、または、別個に硬化される部分間に重要ではない（取るに足らない）境界面しか有しない３次元物体を提供することができる。かかる処理は、作製されるパーツ（すなわちパーツ１４０）の機械的性質及び表面粗さを改善することができる。さらに、該再流入すなわち材料供給を支援する必要はない場合がある。さらに、材料の凸状または凹状の湾曲部を除去しかつ要求された平面性を再現するための、成形面１３０から所定の高さにおけるブレード、ワイパーまたはスライダの交互のもしくは周期的な水平移動を省くことができる。

モーター１７０は、各露光サイクルの間または各露光サイクルの終了時に、梁を使って、横方向可動台１６０を、連続的にまたは次のセクションの位置決めのために横方向に動かすことができる。この処理において、成形面１３０上の既に重合したパーツ１４０の領域は成形面１３０から離れることができ、まだ重合していない新たな材料が自由に流れて、成形面１３０とパーツ１４０の間に生成されたギャップを満たす（充填する）ことができる。該ギャップは、パーツ１４０が成形面１３０から離れたときに形成されたものである。

材料ディスペンサー１９０から供給された樹脂保持容器１５０内の液体（または液状）合成物は均一の厚さになるように加えられ、これによって、該合成物は、成形面１３０とパーツ１４０の間のギャップ内のパーツ１４０の側面にわたって広がる。投影装置１２０からのＵＶ（紫外）ビームによる照射によって、新たに硬化したセクションが既に硬化したセクション上に形成される。

１つの供給動作における樹脂の供給量は調節可能である。該量を、成形面１３０とパーツ１４０の間のギャップの大きさ、樹脂のタイプ（種類）及び形成中の断面の形状に応じて適切に決定することができる。１実施例では、（図１には示されていない）ディスペンサーセンサーを使用することができる。該センサーは、樹脂保持容器１５０内の液位（たとえば液体の高さ）を検出することができる。１実施例では、該センサーを表面レベル（表面高さ）検出器とすることができ、この場合、該検出器は、フロート（浮き袋など）またはこれと同様のものを備えることができ、該検出器を樹脂保持容器１５０の後部（ないし背面）に配置することができる。表面レベル検出器は、樹脂のレベル（樹脂の液位）を検出して所定のレベルと比較することができる。たとえば、該液位を、成形面１３０における投影装置１２０からの投影領域（の高さ）を越えないように設定することができる。材料ディスペンサー１９０を、該液体用の所定のレベルまで補充して、（液体の)表面を該所定のレベルに維持するように設定することができる。この場合、好ましくは該表面を、投影装置１２０からの紫外光の焦点面（または合焦面）とすることができる。

制御装置１８０は、該検出器によって実行された比較に基づいて、樹脂のレベルが低すぎる場合には、樹脂のレベルが適正になるまで樹脂の流れを維持していくらかの樹脂を移動させるための命令を材料ディスペンサー１９０に対して出すことができる。樹脂のレベルが高すぎる場合には、制御装置１８０は、樹脂のレベルが適正になるまで樹脂の流れを停止するための命令を出す。別の実施例では、液体材料を送り出すためのホースを用いて、固定されたフレームに対して適正な液位を維持することができる。そのようなホースを制御装置１８０によって制御して、樹脂保持容器１５０内への流量を増減させることができ、これによって、液位を上下させることができる。

別の実施例では、該センサーを省くことができる。そのような実施例では、充填する材料の流れ（の速さ（速度）もしくは量）を製作の速さ（速度）に一致ないし同期させることができる。充填レベル（すなわち材料の充填の度合い（たとえば材料の液位））の変動は成形面１３０には影響しない。樹脂表面の位置である充填レベルは、該レベルがパーツ１４０のｚ方向の寸法を超えている限り、パーツ１４０の作成には無関係でありうる。さらに、図１に示されているように、横方向からの投影アプローチは、パーツ１４０用の人工の支持構造の必要性を最小限にすることができ、これによって、パーツ１４０のコストを自動的に小さくすることができる。

別の実施例では、システム１００は、液体樹脂の代わりに、成形面１３０がパーツ１４０から離れる方向に動いたことによって形成されたギャップに流れ込むことができる任意の材料を使用することができる。たとえば、１実施例では、プラスチックや金属のような粉末ベースの系を使用することができる。

図２は、１実施例にしたがう例示的なシステム２００の種々の構成要素を示している。システム２００は、図１に関して詳述したシステム１００に類似するシステムを表している。システム１００と同様に、システム２００は、画像提供装置２１０（図１の画像提供装置１１０に対応する）、投影装置２２０（図１の投影装置１２０に対応する）、成形面２３０（図１の成形面１３０に対応する）、樹脂保持容器２５０（図１の樹脂保持容器１５０に対応する）、横方向可動台２６０（図１の横方向可動台１６０に対応する）、エンコーダー２７５（図１のエンコーダー１７５に対応する）モーター２７０（図１のモーター１７０に対応する）、コントローラ２８０（図１のコントローラ１８０に対応する）、及び、材料ディスペンサー２９０（図１の材料ディスペンサー１９０に対応する）を備えており、これらの各々については詳細に上述されている。システム１００と同様に、図２に示されているシステム２００は一般化した例を表していること、及び、本開示の範囲から逸脱することなく、他の構成要素を追加できること、または既存の構成要素を除去しもしくは変更しもしくは配置し直すことができることが容易に理解されよう。たとえば、図２に示されているシステム２００は材料ディスペンサーを１つだけ備えているが、実際には該システムは複数の材料ディスペンサーを備えることができるところ、単純化のために、１つの材料ディスペンサーだけが図示及び説明されている。

１実施例では、光造形システム２００の主要な構成要素は、制御モジュール、処理モジュール、及びサービスモジュールを備える。処理モジュールは電子アセンブリ（または電子装置）を含むことができる。該電子アセンブリはラックを備えることができ、該ラックは、画像提供装置２１０（たとえばコンピュータ）、投影装置２２０、制御装置２８０、エンコーダー２７５を備えるモーター２７０、材料ディスペンサー２９０、及びその他のドライバー電子機器（不図示）を収容するために使用することができる。制御装置２８０及びコンピュータ構成は、イーサネット（Ethernet）によるローカルエリアネットワークまたはこれと同種のものを用いてワークステーション構成と通信することができる。コンピュータ構成は、マイクロプロセッサ、メモリ（記憶装置）、及び種々の他の処理要素を備えることができる。

サービスモジュールは、電力入力、加熱装置、及び／または送風機を含むことができる。樹脂保持容器２５０を加熱して液体樹脂をユーザー指定の最適な温度に維持するために、加熱装置を用いることができる。送風機を用いて処理モジュール内の空気を循環させることができる。これらの構成要素を別個のモジュールに配置することによって、振動及び電磁ノイズが処理モジュールに伝わる可能性を最小限にすることができる。

システム１００の動作に関して、図３は、１実施例にしたがう例示的な処理フローチャート３００を示している。図３に示されている処理は一般化した例を表していること、及び、本開示の範囲及び思想から逸脱することなく、他の処理を追加できること、または既存の処理を除去しもしくは変更しもしくは配置し直すことができることが容易に理解されよう。さらに、該処理は、プロセッサに、応答させ、動作（アクション）を実行させ、状態を変化させ、及び／または決定を行わせることができる、メモリ（記憶装置）に格納されている実行可能命令を表すことができることが理解されよう。したがって、記載されている処理を、システム１００に関連するメモリによって提供される実行可能命令及び／または実行可能な操作（または演算処理）として実施することができる。これに代えてまたはこれに加えて、該処理は、システム１００に関連するアナログ回路、デジタルシグナルプロセッサ回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、もしくはその他の論理デバイスのような機能的に同等の回路によって実行される機能及び／または動作を表すことができる。さらに、図３は、記載されている実施例の実施を限定することを意図したものではなく、図３は、当業者が、回路を設計／作製し、プログラムを作成し、または、ハードウェアと機械可読命令であるソフトウェアとの組み合わせを用いて、図示の処理を実行するために使用することができる機能的な情報を例示している。

処理３００は、ブロック３０５から開始することができ、該ブロックにおいて、３次元物体の画像を受け取る。図１に関して詳述したように、画像データを画像提供装置から受け取る。具体的には、この処理は、システムが、コンピュータファイルから３次元物体の設計情報（または設計図）を読み出して、パーツを一連の断面図から連続的に作製するステップを含むことができる。このステップはさらに、２次元（２Ｄ）画像を作製セクションとして生成するステップを含む。より具体的には、３次元（３Ｄ）画像が作製方向（成形方向）にスライスされる（すなわち薄板（スライス）に切り分けられる）。１実施例では、画像を、１００マイクロメートル（μｍ）未満の厚さ毎にスライスすることができる。別の実施例では、該ステップはさらに、作製パーツの収縮を補償するためのキャリブレーション（較正）及び２次元スライスを変更（または修正）することを含むことができる。これはさらに、それらの２次元スライスの異なる位置における照度（光強度）を変更して適正な硬化レベルを提供することを含むことができる。１実施例では、各セクションのデータを変更して、セクション間の相互作用を考慮し、光学系の収差を補償し、メニスカス成長及び他のエッジ効果（edge effect）を補償し、及び、ソフトウェアファイル（たとえばＣＡＤファイル）には含まれていないがソフトウェアコンポーネントを通じて送られる内部構造を生成することができる。

ブロック３１０において、投影装置が、受け取った画像を成形面に投影する。この場合、成形面の一方の側は、樹脂保持容器に面し、かつ、液体樹脂と接触している。図１に関して詳述したように、液体樹脂に接触しているこの側を、該樹脂が硬化した後で窓にくっつくのを防止するシリコン膜でコーティングすることができる。

ブロック３１５において、３次元物体の画像データにしたがって、投影装置からの紫外光（ＵＶ光）を成形面を通して投影（または投射）して、成形面の表面上の樹脂を重合させることができる。

ブロック３２０において、露光画像のセクションが重合すると、システムは、横方向可動台を横方向に動かし、これによって、成形面上の既に重合しているパーツの領域が成形面から分離する。具体的には、この処理は、制御装置（コントローラ）が、モーターに対して横方向可動台を横方向に動かすように指示する命令を出すことを含むことができる。コントローラは、命令を出す処理の一部として、エンコーダーからデータを受け取ることができ、これに応じて命令を出す。図１に関して詳述したように、該データは、横方向可動台の現在位置を含むことができる。制御装置は、該データを横方向可動台の所望の位置に関連するデータと比較し、この比較に応じて命令を出すことができる。コントローラからの命令に基づいて、モーターは、横方向可動台を所望の位置に動かすことができる。

ブロック３２５において、まだ重合されていない新たな材料（すなわち樹脂）が自由に流れて、成形面と作製中のパーツとの間に（該パーツが該成形面から離れたときに）形成されたギャップを満たす。

ブロック３３０において、システムは、画像提供装置からの画像に基づいてパーツが完成したか否かを判定するために調べる。システムは、パーツが未完成であると判定した場合には、ブロック３１０に記載されている処理に進む。１実施例では、該処理は、パーツが投影装置からの投影画像に基づいて作製されているときに連続的に繰り返される。各露光サイクル中にまたは各露光サイクルの終了時に、横方向可動台を、連続的にまたは次のセクションの位置決めのために横方向に動かすことができる。

３次元物体が完全に作製された場合には、ブロック３３５において、パーツの仕上げが行われる。具体的には、仕上げ処理は、パーツを横方向可動台から分離し、該パーツを該機械から取り外し、余分な硬化材料を除去するためにクリーニング及び／または洗浄をし、その後、後硬化処理を行うことを含むことができる。該処理はさらに、該構造物に特定の表面仕上げを提供するために、該パーツに対して、サンダー仕上げをすること、やすり仕上げをすること、またはその他の何らかの仕上げ技術を使用することを含むことができ、該表面仕上げには、表面の塗装、めっき、及び／もしくはコーティングを含めることができる。これらの代わりにまたはこれらに加えて、パーツは、完成の前に後硬化処理を施される（典型的には紫外光にさらされる）。

本開示を上記の例示的な実施例に関して図示し説明した。しかしながら、特許請求の範囲において画定される本開示の思想及び範囲から逸脱することなく、他の形態、細部、及び例を実施できることが理解されよう。したがって、全ての例は、本開示全体を通じて非限定的なものである。

Claims (17)

1. ３次元物体を構成するための方法であって、
   投影装置によって３次元物体の一部分の画像を成形面に投影するステップと、
   前記３次元物体の前記画像に対応する光を、前記成形面上の光重合性材料の境界面に横方向から当てることによって硬化した部分を形成するステップであって、該硬化した部分は、前記成形面と支持面の間にある、ステップと、
   前記支持面を横方向に動かして前記硬化した部分を前記成形面から分離し、これによって、該硬化した部分と前記成形面の間にギャップを提供するステップと、
   前記硬化した部分と前記成形面の間の前記ギャップを光重合性材料で充填するステップ
   を含み、
   前記ギャップを充填する速さが、硬化した部分を形成する速さと同期することからなる、方法。
2. 前記支持面を横方向に動かすステップが、前記支持面を連続的に動かすステップをさらに含む、請求項１の方法。
3. 前記３次元物体の前記一部分の前記画像を画像提供装置から受け取るステップをさらに含む、請求項１または２の方法。
4. 前記支持面と前記成形面の間の領域に光重合材料を格納するステップをさらに含む、請求項１〜３のいずれかの方法。
5. 投影装置によって３次元物体の一部分の画像を成形面に投影するステップが、横方向から前記画像を投影するステップをさらに含む、請求項１〜４のいずれかの方法。
6. 前記光重合性材料の表面が前記成形面とは異なる、請求項１〜５のいずれかの方法。
7. ワイパーによる前記光重合性材料の表面の安定化処理を省くステップをさらに含む、請求項６の方法。
8. 前記硬化した部分と前記成形面の間の前記ギャップを光重合性材料で充填する前記ステップが、前記投影装置の投影領域を越えるレベルまで前記ギャップを充填するステップをさらに含む、請求項１〜７のいずれかの方法。
9. 前記硬化した部分と前記成形面の間の前記ギャップを光重合性材料で充填する前記ステップが、前記３次元物体のｚ方向の寸法を超えるレベルまで前記ギャップを充填するステップをさらに含む、請求項１〜７のいずれかの方法。
10. ３次元物体を構成するための光造形システムであって、
    ３次元物体の一部分の画像を成形面に投影するための投影装置と、
    横方向に移動可能な支持面と、
    成形面であって、前記３次元物体の前記一部分の前記画像に対応する光を、該成形面上の光重合性材料の境界面に横方向から当てることによって、該成形面と前記横方向に移動可能な支持面との間に硬化した部分が形成されることからなる、成形面と、
    前記支持面を横方向に動かして前記硬化した部分を前記成形面から分離し、これによって、前記硬化した部分と前記成形面の間にギャップを提供するためのモーターと、
    前記成形面と前記横方向に移動可能な支持面との間の領域を光重合性材料で充填するための材料ディスペンサーと、
    前記３次元物体に基づいて前記モーターを制御して、前記領域の前記充填を硬化した部分の形成と同期させるためのコントローラ
    を備える光造形システム。
11. 前記材料ディスペンサーの充填レベルを検出するためのセンサーをさらに備え、
    前記充填レベルは、前記成形面と前記横方向に移動可能な支持面との間の領域にある前記光重合性材料の表面である、請求項１０のシステム。
12. 前記モーター及び前記コントローラに接続されて、前記支持面に関連するデータを提供するためのエンコーダーをさらに備え、該データは前記支持面の位置を含む、請求項１０または１１のシステム。
13. 前記投影装置は、前記光重合性材料を硬化させるための一連の光学素子及び紫外光を有する、請求項１０〜１２のいずれかのシステム。
14. 前記成形面は、前記光重合性材料が硬化すると、該光重合性材料が前記成形面にくっつかないようにするためにシリコン膜でコーティングされている、請求項１０〜１３のいずれかのシステム。
15. 命令を含む非一時的なコンピュータ可読媒体であって、
    前記命令は、実行されると、光造形システムに、
    光学素子によって３次元物体の一部分の画像を成形面に投影することと、
    前記３次元物体の前記一部分の前記画像に対応する光を、前記成形面上の光重合性材料の境界面に横方向から当てることによって硬化した部分を形成することであって、該硬化した部分は、前記成形面と支持面との間にあることからなる、形成することと、
    前記支持面を横方向に動かして前記硬化した部分を前記成形面から分離し、これによって、前記硬化した部分と前記成形面の間にギャップを提供することと、
    前記硬化した部分と前記成形面の間の前記ギャップを光重合性材料で充填することと、
    前記ギャップを充填する速さを硬化した部分を形成する速さと同期させること
    を実行させることからなる、コンピュータ可読媒体。
16. 前記硬化した部分が前記成形面から分離したことが検出されるまで前記支持面を水平方向に動かすことによって、前記硬化した部分を前記成形面から分離する、請求項１５のコンピュータ可読媒体。
17. 前記成形面は前記光重合性材料の表面とは異なり、前記成形面は、前記光重合性材料の前記表面のでこぼこによって影響を受けず、前記でこぼこは、前記光重合性材料の凸部と凹部の少なくとも一方を含む、請求項１５または１６のコンピュータ可読媒体。
    

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