(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明は部品を層ごとに製造する方法を提供する。【解決手段】この方法は、少なくとも一部が透明な樹脂支持体（２２）を含む２つ以上の樹脂処理アセンブリ（１２、１１２）であって、各樹脂支持体がアセンブリの造形ゾーンに位置する造形面を画定する２つ以上の樹脂処理アセンブリを提供することと、各造形面上に独自の材料の組み合わせである放射エネルギー硬化性の樹脂を堆積するステップ、層の増分を画定するために、ステージ（１６）を造形面の１つに対して位置決めするステップ、部品の断面層を画定するために、印加された放射エネルギーを用いて樹脂を選択的に硬化させるステップ、部品を造形面から離間させるステップ、及び部品とステージの少なくとも１つを洗浄するステップ、を含む造形サイクルを実行することと、造形ゾーンにおいて少なくとも１つの層を硬化するこのサイクルを複数の層に対して反復することと、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品を層ごとに製造する方法であって、
２つ以上の樹脂処理アセンブリ（１２、１１２）であって、前記樹脂処理アセンブリ（１２、１１２）の各々が少なくとも一部が透明な樹脂支持体（２２、１２２）を含み、前記樹脂支持体（２２、１２２）の各々が前記樹脂処理アセンブリ（１２、１１２）の各々の造形ゾーンに位置する造形面を画定する、２つ以上の樹脂処理アセンブリを提供することと、
造形サイクルであって、
造形面の各々に放射エネルギー硬化性の樹脂を堆積するステップであって、前記造形面の各々の上の前記樹脂は独自の材料の組み合わせである樹脂を堆積するステップと、
選択された造形面上の前記樹脂に層の増分を画定するために、前記選択された１つの造形面に対してステージ（１６）を位置決めするステップと、
前記部品の断面層形状を画定するために、前記選択された造形面上の前記樹脂を、放射エネルギーを特定のパターンで印加することにより選択的に硬化させるステップと、
前記部品を前記選択された造形面から分離するために、前記選択された造形面と前記ステージ（１６）を相対的に移動させて離間するステップと、
を含む造形サイクルを実行することと、
造形ゾーンのそれぞれにおいて少なくとも１つの層を硬化するこのサイクルを、部品が完成するまで複数の層に対して反復することと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記造形ゾーンの間を移動可能な、単一の放射エネルギー装置（１８）が提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記造形ゾーンのそれぞれに対して、別々の放射エネルギー装置（１８）が提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
投影領域すなわちビーム掃引範囲が前記樹脂処理アセンブリ（１２、１１２）のすべてを覆うのに十分な大きさを有する、単一の放射エネルギー装置（１８）が提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
単一の放射エネルギー装置（１８）が、前記放射エネルギー装置（１８）から前記樹脂処理アセンブリ（１２、１１２）へ放射エネルギーを選択的に指向操作可能な像シフト手段との組み合わせで提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記樹脂は粒子材料の充填剤を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
硬化樹脂を燃焼させて前記充填剤を一体化するために前記部品を焼結することを更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記放射エネルギーの印加は、複数のピクセルからなるパターン化された像を投影することにより行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記放射エネルギーは、樹脂表面上に、造形ビームを走査することによって印加される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記造形サイクル中に、２つ以上の独自の材料組み合わせを前記２つ以上の造形面上へ堆積させることを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
付加製造装置であって、
少なくとも２つの樹脂処理アセンブリ（１２、１１２）であって、各樹脂処理アセンブリ（１２、１１２）が樹脂支持体（２２、１２２）を含み、各樹脂支持体（２２、１２２）が前記それぞれの樹脂処理アセンブリの造形ゾーンに位置する造形面を画定する、少なくとも２つの樹脂処理アセンブリ（１２、１１２）と、
前記造形ゾーンに隣接する位置にあり、放射エネルギー硬化性樹脂の１つ以上の硬化層の積層構成を保持するように構成されたステージ（１６）と、
前記造形面と前記ステージ（１６）の相対位置を操作するように動作可能な１つ以上のアクチュエータと、
前記ステージ（１６）と前記樹脂処理アセンブリ（１２、１１２）との相対位置を変化させるように動作可能なシフト機構と、
前記ステージ（１６）の反対の前記造形ゾーンに隣接して位置し、放射エネルギーを所定のパターンに生成して投影可能な、放射エネルギー装置（１８）と、
を備える、装置。
【請求項１２】
前記造形ゾーンのそれぞれに対して、別々の放射エネルギー装置（１８）が提供される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
部品を層ごとに製造する方法であって、
樹脂処理アセンブリ（１２、１１２）であって、前記樹脂処理アセンブリ（１２、１１２）は少なくとも一部が透明な樹脂支持体（２２、１２２）を含み、前記樹脂支持体（２２、１２２）は前記樹脂処理アセンブリの造形ゾーンに位置する造形面を画定する、樹脂処理アセンブリ（１２、１１２）を提供することと、
前記造形面上に放射エネルギー硬化性の樹脂を堆積可能な２つ以上の材料堆積器であって、各材料堆積器には前記樹脂の独自の材料組み合わせが供給される、材料堆積器を提供することと、
造形サイクルを実行することであって、
前記２つ以上の材料堆積器の内の選択した１つを用いて、前記造形面上に前記樹脂の対応する材料組み合わせを堆積させるステップと、
前記造形面上の前記樹脂に層の増分を画定するために、前記造形面に対してステージ（１６）を位置決めするステップと、
前記部品の断面層形状を画定するために、放射エネルギーを特定のパターンで印加することにより、前記造形面上の前記樹脂を選択的に硬化させるステップと、
前記部品を前記造形面から分離するために、前記造形面と前記ステージを相対的に移動させて離間するステップと、
を含む造形サイクルを実行することと、
前記２つ以上の材料堆積器のそれぞれが前記層の少なくとも１つに前記樹脂を堆積するために使用されて、前記部品が完成するまで、前記造形サイクルを複数の層に対して反復することと、
を含む、方法。
【請求項１４】
前記２つ以上の独自の材料組み合わせは、前記部品の単一層に対して堆積される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
付加製造装置であって、
樹脂処理アセンブリ（１２、１１２）であって、前記樹脂処理アセンブリ（１２、１１２）が樹脂支持体（２２、１２２）を含み、前記樹脂支持体（２２、１２２）が前記樹脂処理アセンブリ（１２、１１２）の造形ゾーンに位置する造形面を画定する、樹脂処理アセンブリと、
前記造形面上に放射エネルギー硬化性の樹脂を堆積可能な２つ以上の材料堆積器であって、各材料堆積器には前記樹脂の独自の材料組み合わせが供給される、材料堆積器と、
前記造形ゾーンに隣接する位置にあり、放射エネルギー硬化性樹脂の１つ以上の硬化層の積層構成を保持するように構成されたステージ（１６）と、
前記造形面と前記ステージ（１６）の相対位置を操作可能な１つ以上のアクチュエータと、
前記ステージ（１６）の反対の前記造形ゾーンに隣接して位置し、放射エネルギーを所定のパターンに生成して投影可能な、放射エネルギー装置（１８）と、
を備える、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に付加製造に関し、より具体的には複数材料を有する部品の付加製造方法に関する。
【０００２】
付加製造は、材料を層ごとに造形して部品を形成するプロセスである。ステレオリソグラフィは、液体の放射エネルギー硬化性ポリマー「樹脂」のタンクと、レーザなどの硬化性エネルギー源とを使用する、付加製造プロセスの一種である。同様に、ＤＬＰ３Ｄ印刷は、２次元像投影機を使用して部品の１層を一度に造形する。各層に対して、投影機が、液体の表面、又は樹脂の拘束表面を画定する透明体を通して、部品の断面の放射像を照射する。放射に曝されることにより、樹脂内にパターンが硬化及び凝固されて、前段階の硬化層に結合する。他のタイプの付加製造プロセスは、他のタイプの放射エネルギー源を使用して樹脂にパターンを凝固させる。
【０００３】
別の従来法はいわゆる「テープ成形」プロセスである。このプロセスでは、樹脂が供給リールから送出される可撓性の放射線透過性テープ上に堆積される。上部プレートが樹脂上に降下されて、樹脂をテープと上部プレートの間に圧縮して層厚さを画定する。放射エネルギーを用いて、放射線透過テープ越しに樹脂を硬化する。第１層の硬化が完了すると、上部プレートが上方に後退して、硬化した材料を一緒に取り去る。次にテープを前進させて新しい清浄部分を露出して、更なる樹脂に備える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
既存の付加製造プロセスでの１つの問題点は、異なる層に複数の材料を有する部品の製造が困難又は不可能なことである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
これらの問題の少なくとも１つは、複数の材料の組み合わせを含み、層ごとに複数の材料構造を可能とする、複数の樹脂処理アセンブリを備える付加製造法によって対処される。
【０００６】
本明細書に記載の技術の一態様によれば、部品を層ごとに製造する方法が、それぞれが少なくとも一部が透明な樹脂支持体を含む２つ以上の樹脂処理アセンブリであって、各樹脂支持体がそれぞれのアセンブリの造形ゾーンに位置する造形面を画定する２つ以上の樹脂処理アセンブリを提供することと、各造形面上に独自の材料の組み合わせである放射エネルギー硬化性の樹脂を堆積するステップ、選択された造形面上の樹脂に層の増分を画定するために選択された１つの造形面に対してステージを位置決めするステップ、部品の断面層形状を画定するために放射エネルギーを特定のパターンで印加することにより選択された造形面上の樹脂を選択的に硬化させるステップ、部品を選択された造形面から分離するために造形面とステージを相対的に移動させて離間するステップ、及び部品とステージの少なくとも１つを洗浄するステップを含む造形サイクルを実行することと、造形ゾーンのそれぞれにおいて少なくとも１つの層を硬化するこのサイクルを、部品が完成するまで複数の層に対して反復することと、を含む。
【０００７】
本明細書に記載の技術の別の態様によれば、付加製造装置が、それぞれが少なくとも一部が透明な樹脂支持体を含む少なくとも2つの樹脂処理アセンブリであって、その各樹脂支持体が各樹脂処理アセンブリの造形ゾーンに位置する造形面を画定する少なくとも２つの樹脂処理アセンブリと、洗浄流体を含む洗浄タンクと、造形ゾーンに隣接する位置にあり、放射エネルギー硬化性樹脂の１つ以上の硬化層の積層構成を保持するように構成されたステージと、造形面とステージの相対位置を操作するように動作可能な１つ以上のアクチュエータと、ステージと樹脂処理アセンブリと洗浄タンクの相対位置を変化させるように動作可能なシフト機構と、ステージとは反対の前記造形ゾーンに隣接して位置し、放射エネルギーを所定のパターンに生成して床越しに投影可能とする放射エネルギー装置と、を備える。
【０００８】
本発明は添付の図面と共に以下の説明を参照することで最もよく理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的な付加製造装置の概略斜視図である。
【図２】図１の装置の代替実施形態の概略斜視図である。
【図３】例示的な投影装置の概略図である。
【図４】図１の装置の代替実施形態であって、複数の放射エネルギー装置を含む装置の概略斜視図である。
【図５】例示的な走査ビーム装置の概略図である。
【図６】ステージ及び洗浄流体を含む洗浄タンクの概略側立面図である。
【図７】空気ノズルを装備する空のタンク内のステージの概略側立面図である。
【図８】図１の装置の別の代替実施形態の概略斜視図である。
【図９】造形面に堆積された樹脂層の概略上面図である。
【図１０】代替樹脂処理アセンブリの概略斜視図である。
【図１１】図１の装置の別の代替実施形態の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
様々な図を通して同一参照番号が同一要素を表す図面を参照すると、図１は、本明細書に記載の付加製造法の実施形態を実行するための、好適な装置１０の１タイプの例を概略的に表す。
【００１１】
本方法は、装置１０において逐次的に使用される樹脂支持体（例えば、フォイル、テープ、プレート、タンク、槽など）を組み込んだ、複数の樹脂処理アセンブリの使用法を提供する。結果的に、異なる樹脂で連続層を作製可能なように、複数の層を作製することができる。
【００１２】
この方法は、高粘度樹脂及び／又は粉末、並びに低粘度樹脂、スラリー及びペーストに適応可能である。本方法の実行には他の構成の設備も使用可能であることは理解されるであろう。例示の装置１０の基本構成要素には、２つ以上の樹脂処理アセンブリ１２、１１２、洗浄タンク１４、ステージ１６、及び放射エネルギー装置１８が含まれる。
【００１３】
図１に示す実施例では、装置には第１と第２の樹脂処理アセンブリ１２、１１２がそれぞれ含まれる。装置１０には任意の数の樹脂処理アセンブリが含まれ得ること、及びこれらの樹脂処理アセンブリのそれぞれは、以下で詳細を述べるように放射エネルギー硬化樹脂の層を保持するのに適した、透明な造形面を有する樹脂支持体を提供する任意の種類及び構成であってよいことが理解されるであろう。図に示す実施例では、第１の樹脂処理アセンブリ１２は「テープ成形」型のデバイスであり、第２の樹脂処理アセンブリ１１２はタンク型のデバイスである。ただし、この特定の組み合わせは単に可能な変形を示すためのものである。これに代わり、第１と第２の樹脂処理アセンブリ１２、１１２が両方とも「テープ成形」型デバイスであることも、あるいは第１と第２の樹脂処理アセンブリ１２、１１２が両方ともタンク型デバイスであることもあり得る。
【００１４】
第１の樹脂処理アセンブリ１２は、可撓性のポリマーテープ又はフォイル２２が間に延在する、離間したローラ２０を含む。フォイル２２の一部は支持プレート２４によって下側を支えられている。ローラ２０及び支持プレート２４には適切な機械的支持体（フレーム、ブラケットなど−図示せず）が備えられる。フォイル２２は「樹脂支持体」の一例である。
【００１５】
支持プレートとフォイル２２の両方が、透明であるか、一つ又は複数の透明部分を含む。本明細書における「透明」という用語は、選択された波長の放射エネルギーが通過可能な材料を指している。例えば以下で述べるように、硬化に使用される放射エネルギーは、紫外光又は可視スペクトルのレーザ光であってよい。透明材料の非限定的な例としては、ポリマー、ガラス、又はサファイアや水晶などの結晶性鉱物がある。
【００１６】
モータ、アクチュエータ、フィードバックセンサ、及び／又は既知のタイプの制御機（図示せず）などの適切な手段が提供されて、ローラ２０を駆動し、フォイル２２がローラ２０間で張力を保ち、かつ１つのローラ２０からもう１つのローラ２０へフォイル２２を巻き上げるようになっている。
【００１７】
ローラ２０同士の間に延在するフォイル２２は第１の「造形面」２６を画定する。これは図では平坦であるが、（支持プレートの形状に応じて）湾曲していてもよい。説明の便宜上、第１の造形面２６は装置１０のＸ−Ｙ面に平行に配向するものと考えてよい。そしてＸ−Ｙ面に垂直な方向をＺ方向と記す（Ｘ、Ｙ，Ｚは互いに直交する３つの方向である）。
【００１８】
第１の造形面２６は、硬化樹脂の付着に抗する「非粘着性」に構成されてもよい。非粘着性は、フォイル２２とその表面仕上げ、及び／又は塗布された被膜の化学的性質などの、複数の変数の組み合わせで実現され得る。一実施例では、永続性又は半永続性の非粘着被膜が塗布されてもよい。適切な被膜の非限定的な実施例の１つは、ポリテトラフルオロエチレン（「ＰＴＦＥ」）である。一実施例では、第１の造形面２６のすべて又は一部は、非粘着性を有する、制御された面粗さ又は表面テキスチャ（例えば突起、窪み、溝、隆起など）を含んでもよい。一実施例では、フォイル２２が、全体又は部分的に酸素透過性材料でできていてもよい。
【００１９】
フォイル２２の位置を直接取り囲む領域又は体積は、参照のために、符号２８を付けた第１の「造形ゾーン」として定義される。
【００２０】
第１の造形面２６に樹脂Ｒをほぼ均一な層として塗布又は堆積する、いくつかの手段が提供される。図１は材料堆積器３０を概略的に示す。これはスロット又は開口（図示せず）などの材料出口に連通する材料の保存容器を含むものと考えてよい。フォイル２２が材料堆積器３０の下を通過するとき、フォイル２２に塗布される樹脂Ｒの厚さの制御にドクターブレード（図示せず）などの従来の手段が使用されてもよい。
【００２１】
第２の樹脂処理アセンブリ１１２は、装置１０内の適切な位置に支持されたタンク１２２を含む。適切な機械的支持体（フレーム、ブラケットなど−図示せず）がタンク１２２に備えられる。タンク１２２は「樹脂支持体」の別の例である。
【００２２】
タンクは、床１２４と周囲壁１２５を含み、タンク１２２が放射エネルギー硬化樹脂Ｒを収容するように構成される。床１２４は、前に定義したような意味で透明であるか、透明である一つ又は複数の部分を含む。透明材料の非限定的な例としては、ポリマー、ガラス、又はサファイアや水晶などの結晶性鉱物が含まれる。床１２４は２つ以上の副構成要素から構成されて、そのうちのいくつかが透明であってもよい。相対的により高い粘度の樹脂Ｒが使用される代替実施形態では、周囲壁１２５なしで、床１２４だけのまま（すなわち実質的にプレート）であってもよい。
【００２３】
床１２４は、第２の造形面１２６を画定する。これは平坦であってもよい。説明の便宜上、第２の造形面１２６は装置１０のＸ−Ｙ面に平行な配向となっているものと考えてよい。
【００２４】
第２の造形面１２６は、硬化樹脂が付着しにくい「非粘着性」に構成されていてもよい。非粘着性は、床１２４とその表面仕上げ、及び／又は塗布された被膜の化学的性質などの、複数の変数の組み合わせで実現され得る。一実施例では、永続性又は半永続性の非粘着被膜が塗布されてもよい。適切な被膜の非限定的な１つの例は、ポリテトラフルオロエチレン（「ＰＴＦＥ」）である。一実施例では、第２の造形面１２６のすべて又は一部は、非粘着性を有する、制御された面粗さ又は表面テキスチャ（例えば突起、窪み、溝、隆起など）を含むことができる。一実施例では、床１２４が、全体又は部分的に酸素透過性材料でできていてもよい。
【００２５】
参照のために、タンク１２２の位置を直接取り囲む領域又は体積は、符号１２８を付けた第２の「造形ゾーン」として定義される。
【００２６】
第２の造形面１２６にほぼ均一な樹脂Ｒの層を塗布又は堆積する、いくつかの手段が提供されてよい。図１は材料堆積器１３０を概略的に示す。これはタンク１２２に樹脂を排出するために位置する材料出口に連通する材料の保存容器を含むものと理解してよい。
【００２７】
代替として、タンク１２２は、第２の造形ゾーン１２８の外部で準備されて樹脂を充填された後、以下で述べる造形プロセスのために第２の造形ゾーン１２８に輸送され、その後洗浄および再充填のために造形ゾーンから外部へ輸送されてもよい。タンク１２２の充填、洗浄又はその他の準備をするための具体的なプロセス又は機構は、本発明には特に関連しない。
【００２８】
ステージ１６は、造形面２６、１２６に平行に配向可能な、平坦な上面１７を画定する構造体である。ステージ１６を、第１と第２の樹脂処理アセンブリ１２、１１２に対して、Ｚ方向に平行に移動させるいくつかの手段が提供される。図１において、ステージ１６は直立した柱３４に取り付けられた横梁３２に取り付けられ、この直立した柱は横に延びる台３５に取り付けられる。移動手段が、梁３２と柱３４との間に接続された単純な垂直アクチュエータ３６として概略的に示されている。ここでボールねじ電気アクチュエータ、リニア電気アクチュエータ、空気圧シリンダ、油圧シリンダ又はデルタドライブなどの装置がこの目的で使用できることが理解される。ステージ１６を可動とすることに加え、あるいはその代わりに、フォイル２２及び／又はタンク１２２をＺ方向に平行に可動とすることもできる。あるいは、横梁３２を、両側で機械的に支えるように、第２の柱（図示せず）で支持してもよい。これが、システムのその性能に影響を及ぼし得る、横梁３２の望ましくない撓みを排除する助けとなる。この第２の柱には、横梁３２の遠位端を横梁３２の近位端の運動に追随可能とする、第２の垂直アクチュエータ、ベアリングアセンブリ又はベアリング面があってもよい。そのほかの機械的支持手段が当分野では知られている。
【００２９】
ステージ１６を、第１と第２の樹脂処理アセンブリ１２、１１２に対して横方向に、例えば少なくともＸ方向に平行に移動させるいくつかの手段が提供される。これは例えば、ステージ１６と梁３２の間に接続された、簡単な横移動アクチュエータ３８であってもよい。ボールねじ電気アクチュエータ、リニア電気アクチュエータ、空気圧シリンダ、油圧シリンダ又はデルタドライブなどの装置がこの目的で使用できる。Ｘ方向への移動に加え、又はその代わりに、ステージ１６をＹ方向に平行に移動させる手段が提供されてもよい。これは例えば、台３５をＹ方向に平行に向いたレール３９に沿って移動させるアクチュエータ３７であってもよい。説明のために、ステージ１６を一つ又は複数の横方向に移動させる手段を「シフト機構」と称することもある。
【００３０】
ステージ１６を横方向に移動可能とすることに加え、あるいはその代わりに、第１と第２の樹脂処理アセンブリ１２、１１２が横方向、例えばＸ方向及び／又はＹ方向に移動可能であってもよい。例えば図２は代替の装置１００であって、そこでは、放射エネルギー装置１８とステージがＸ−Ｙ面内に固定され、第１と第２の樹脂処理アセンブリ１２、１１２と洗浄タンク１４が、第１のステージ１６と放射エネルギー装置１８に対して横方向、例えばＸ方向に平行に、移動可能なフレーム１３２上に支持されている。フレーム１３２の横方向移動は、例えばフレーム１３２と固定支持構造（図示せず）の間に接続された、簡単な横方向アクチュエータ１３８を用いて行われてもよい。ボールねじ電気アクチュエータ、リニア電気アクチュエータ、空気圧シリンダ、油圧シリンダ又はデルタドライブなどの装置がこの目的で使用されてもよい。
【００３１】
ステージ１６又は第１と第２の樹脂処理アセンブリ１２、１１２を移動可能、例えばＸ方向及び／又はＹ方向に平行に移動可能、とすることに加え、それらに回転運動を取り込むことも可能である。例えば図８には、台５３５から延びる直立した中央柱５３４を含む、代替装置５００が示されている。横方向梁５３２は柱５３４から外方向に延在して、その中心軸「Ａ」を中心に回転可能であり、また中心軸Ａに平行に（例えばＺ方向に平行に）上下に移動可能なように取り付けられている。下の梁５４０は、後でより詳細を述べるように放射エネルギー源１８を担持する（図の実施形態には投影機４８を示す）。適切なアクチュエータ（図示せず）が設けられて、横梁５３２と下梁５４０の回転運動及び垂直運動を、そして任意選択でそれぞれのビームに対するステージ１６又は投影機４８の任意の運動を駆動してもよい。梁５３２、５４０及びそのそれぞれのアクチュエータを「シフト機構」と称してもよい。
【００３２】
装置５００のその他の要素は柱５３４の周りに配列されてもよい。図に示す例では、関連する第１の造形ゾーン２８を有する第１の樹脂処理アセンブリ１２は中心柱５３４に対して近似的に９時の位置に配置され、関連する第２の造形ゾーン１２８を有する第２の樹脂処理アセンブリ１１２は中心柱５３４に対して近似的に３時の位置に配置される。図示した例では、装置５００には、後でより詳細を述べる洗浄タンク３１４と乾燥タンク４１４もまた設けられている。装置５００のこれらの追加要素のそれぞれは、中心柱５３４に対して任意の角度位置及び任意のＺ高さ（例えば高度）に配列されてもよい。さらに、これらの追加要素は「積層」されてもよい。すなわち、共通の角度方向で異なる高さに配置されてもよい。操作時には、横梁５３２を必要に応じた回転と垂直変位のある組み合わせで移動させて、ステージ１６を選択された造形ゾーン２８、１２８又は選択されたタンク３１４、４１４に持ってくる。
【００３３】
放射エネルギー装置１８は、適切なパターンで、かつ造形プロセス中に樹脂Ｒを硬化させるための適切なエネルギーレベルとその他の動作特性で以って、放射エネルギーを生成しかつ樹脂Ｒ上に投影するように動作可能な、任意の装置又は装置の組み合わせを備えてよい。これについては以下で詳細を述べる。
【００３４】
図１に示す例示的実施形態において、放射エネルギー装置１８は、「投影機」４８を含むことができる。これは本明細書においては、樹脂Ｒを硬化させるための適切なエネルギーレベルとその他の動作特性を有する放射エネルギーパターン化像を生成するように動作可能な任意の装置を一般的に指すために使用される。本明細書で使用されるように、用語「パターン化像」とは、個別のピクセルのアレイから成る放射エネルギーの投影物を指す。パターン化像装置の非限定的な例としては、ＤＬＰプロジェクタ又は別のデジタルマイクロミラーデバイス、ＬＥＤの２Ｄアレイ、レーザの２Ｄアレイ、光アドレス型ライトバルブがある。図に示す実施例では、投影機４８には（その内部に、図３参照）、ＵＶランプなどの放射エネルギー源５０と、放射エネルギー源からの光源ビーム５４を受光して樹脂Ｒの表面上に投影されるパターン化像５６を生成するように動作可能な像形成装置５２と、任意選択で一つ又は複数のレンズなどの集束光学系５８が含まれる。
【００３５】
放射エネルギー源５０は、樹脂Ｒを硬化させるための適切なエネルギーレベルと周波数特性を有するビームを生成するように動作可能な任意の装置を含んでよい。図に示す実施例では、放射エネルギー源はＵＶフラッシュランプを含む。
【００３６】
像形成装置５２は、一つ又は複数のミラー、プリズム及び／又はレンズを含み、適切なアクチュエータを備えている。そうして放射エネルギー源５０からの光源ビーム５４を、樹脂Ｒの表面に一致するＸ−Ｙ平面におけるピクセル化像に変換することができる。図示した実施例では像形成装置５２は、デジタルマイクロミラー装置であってもよい。例えば、投影機４８は、市販品のデジタル光処理（「ＤＬＰ」）投影機であってもよい。
【００３７】
任意選択として、投影機４８は、投影機４８の像形成装置やその他の部分を選択的に動かせるように構成されたアクチュエータ、ミラーなどの追加的手段（図示せず）を含み、それぞれの造形面２６、１２６上でパターン化像を走査又はその位置をシフトさせる効果を有してもよい。別の表現をすれば、パターン化像は、公称位置又は開始位置から離れて移動してもよい。これにより、単一像形成装置が例えば大きな造形領域をカバーすることが可能となる。像形成装置からパターン化像を走査又はシフトさせる手段は市販されている。この種の像投影は、本明細書では、「タイル像」とも呼ばれる。
【００３８】
図示した例においては、単一の放射エネルギー装置１８が提供され、第１と第２の樹脂処理アセンブリ１２、１１２の間に、例えばＸ方向に平行に、放射エネルギー装置１８を移動させるためのいくつかの手段が設けられている。これは例えば、放射エネルギー装置１８と梁３２の間に接続された、簡単なアクチュエータ４０であってもよい。ボールねじ電気アクチュエータ、リニア電気アクチュエータ、空気圧シリンダ、油圧シリンダ又はデルタドライブなどの装置がこの目的で使用されてもよい。あるいは、固定式であって、放射エネルギー装置１８の移動を必要とせずに、投影領域、すなわちビーム掃引範囲が樹脂処理アセンブリ１２、１１２のすべてを覆うのに十分な大きさを有する、単一の放射エネルギー装置１８が提供されてもよい。任意で、１つの投影機が像シフト手段を使用することによって複数の樹脂処理アセンブリに供用されてもよい。例えば、図１１は、樹脂支持体１２、１１２と単一の固定投影機４８とを含む、装置１０とほぼ同様の装置１０’を示す。装置１０’にはさらに像シフト手段が設けられている。１つの可能な像シフト手段には、各樹脂処理アセンブリ１２、１１２に関連する固定ミラー７００、７０２と、アクチュエータ７０６に接続された可動ミラー７０４が含まれる。図１１に示す位置では、可動ミラー７０４が第１の位置にあって、投影機４８からの像を、破線で模式的に示すように第１の可動ミラー７００へ、そして樹脂処理アセンブリ１１２へ指向させる。可動ミラー７０４は、像を樹脂処理アセンブリ１２へ指向させるために、アクチュエータ７０６を使用して反対方向に回転させられる。
【００３９】
これに代わって、２つ以上の放射エネルギー装置１８を提供することも可能である。図４は、各造形ゾーン２８、１２８に１つの固定投影機４８を含む、図１０の装置を修正したものを示す。
【００４０】
図５に示す別の例示的実施形態においては、他の種類の放射エネルギーデバイスに加えて、放射エネルギー装置１８が「走査ビーム装置」６０を含んでもよい。これは本明細書においては、適切なエネルギーレベルとそのほかの動作特性を有する放射エネルギーを生成して樹脂Ｒを硬化させ、ビームを樹脂Ｒの表面に所望のパターンで走査するように動作可能な任意のデバイスを指す。図に示す実施例では、走査ビーム装置６０は、放射エネルギー源６２とビーム操縦装置６４とを含む。
【００４１】
放射エネルギー源６２は、樹脂Ｒを硬化させるための適切な出力と他の動作特性を有するビームを生成するように動作可能な任意の装置を含んでよい。適切な放射エネルギー源の非限定的な例としては、レーザ又は電子線銃がある。
【００４２】
ビーム操縦装置６４は１つ以上のミラー、プリズム及び／又はレンズを含み、適切なアクチュエータを備え、放射エネルギー源６２からのビーム６６が所望のスポットサイズに集束されて、樹脂の表面に一致する面内の所望位置に操縦されるようになっていてよい。ビーム６６は本明細書では「造形ビーム」とも称される。他の種類の走査ビーム装置も使用することができる。例えば、放射エネルギー源自体が１つ以上のアクチュエータによって可動である走査ビーム源のように、複数の造形ビームを用いる走査ビーム源も知られている。
【００４３】
装置１０にはコントローラ６８が含まれてもよい。図１のコントローラ６８は、装置１０、樹脂処理アセンブリ１２、１１２、洗浄タンク１４、ステージ１６、放射エネルギー装置１８及び上記の様々なアクチュエータの動作を制御するために必要なハードウェアとソフトウェアを一般化した表示である。コントローラ６８は例えば、プログラマブルロジックコントローラ（「ＰＬＣ」）又はマイクロコンピュータなどの１つ以上のデバイスに含まれる１つ以上のプロセッサ上で動作するソフトウェアで具体化されてもよい。そのようなプロセッサは、例えば有線接続又は無線接続によって、センサ及び動作要素に結合されてもよい。同一の１つ又は複数のプロセッサが、統計解析及びフィードバック制御のためにセンサデータを取り込んで解析することに使用されてもよい。装置１０の多くの態様は閉ループ制御されてもよい。例えば、センサは、任意の構成要素の位置、変位、又は移動の監視に使用できる。センサは、放射エネルギー装置１８の出力または周波数特性の監視に使用できる。画像センサ（例えば、マシンビジョン）は、堆積又は硬化のプロセス観察に使用できる。いずれのセンサからの情報も、コントローラ６８の適切なプログラムと共に、装置１０の一部またはすべての動作の監視、制御又は自動化に使用できる。
【００４４】
任意選択により、装置１０の構成要素はハウジング（図示せず）で囲まれてもよい。これを用いて、遮蔽体、又はガスポート７２を用いた不活性ガス雰囲気、を提供可能である。ハウジング内の圧力は、大気より高いか低い、所望のレベルに任意で維持することが可能である。ハウジングは任意で、温度及び／又は湿度制御可能である。時間間隔、温度、湿度及び／又は化学種の濃度などの因子に基づいて、ハウジングの換気を任意で制御可能である。
【００４５】
樹脂Ｒは放射エネルギー硬化性の材料を含み、硬化状態で充填剤（それが使用される場合には）を一体的に付着又は結合させることができる。本明細書における「放射エネルギー硬化性」という用語は、特定の周波数及びエネルギーレベルの放射エネルギーの照射に応答して固化する任意の材料を指す。例えば、樹脂Ｒは、重合反応を誘発する機能を有し、樹脂を液体状態から固体状態に変化させる光開始剤化合物を含む既知の種類の光ポリマー樹脂を含んでよい。あるいは、樹脂Ｒは放射エネルギーの照射によって蒸発する溶媒を含む材料から成っていてもよい。未硬化樹脂Ｒは、固体（例えば顆粒状）、又はペースト若しくはスラリーを含む液体の状態で提供されてもよい。
【００４６】
一般に、樹脂Ｒは流動性でなければならない。タンク１２２を使用する場合、樹脂Ｒはセルフレベリング性のある、比較的低粘度の液体であることが好ましい。フォイル２２を使用する場合、樹脂Ｒは造形中に「落下」したり、流出したりしない、比較的高粘度の流体であることが好ましい。任意選択で、樹脂Ｒは、樹脂Ｒの水平出しにステージ１６との接触を要する、より高い粘度を有する液体であってもよい。任意選択で、樹脂Ｒは、樹脂Ｒの水平出しにドクターブレード（図示せず）などの平坦化装置との接触を要するような、より高い粘度を有する液体であってもよい。樹脂Ｒの組成は、特定の用途に適合するように所望して選択されてもよい。異なる組成の混合物が使用されてもよい。
【００４７】
樹脂Ｒは、以下で説明する焼結プロセスなどの後続処理により、発ガス又は焼失する能力を有するように選択されてもよい。
【００４８】
樹脂Ｒは充填剤を含有してもよい。充填剤は、樹脂に前もって混合されてから、材料堆積器３０、１３０に装填されてもよい。充填剤は、通常「物質の非常に小さい粒」として定義される粒子を含む。充填剤は、選択された樹脂Ｒに化学的かつ物理的に適合する任意の材料を含んでよい。粒子は規則的形状又は不規則的形状であってよく、大きさが均一又は不均一であってよく、また可変的なアスペクト比を有してもよい。例えば、粒子は、小さい球か細粒の粉末形状であってよいし、あるいは小さい針または繊維状の形状であってもよい。
【００４９】
充填剤の組成は、その化学的性質及び微細構造を含めて、特定の用途に適合するように所望して選択されてもよい。例えば、充填剤は金属、セラミック、ポリマー及び／又は有機物であってもよい。他の可能性のある充填剤の例としては、ダイアモンド、シリコン、グラファイトがある。異なる組成の混合物が使用されてもよい。一例では、充填剤組成は、その電気的又は電磁的性質によって選択されてもよい。例えば具体的には電気絶縁物、誘電体材料、又は電気導体であってよい。磁性を有してもよい。
【００５０】
充填剤は「可融性」であってよい。これは十分なエネルギーを与えることによって塊に固化可能であることを意味する。例えば、可融性は、これに限らないが、ポリマー、セラミック、ガラス、金属などの多くの入手可能な粉末の特性である。
【００５１】
樹脂Ｒに対する充填剤の割合は、特定の用途に適合するように選択されてもよい。一般的に、組み合わされた材料が流動して平坦化可能であり、かつ硬化状態で充填剤粒子を保持するのに十分な樹脂Ｒがある限りは、任意の量の充填剤を使用できる。
【００５２】
次に装置１０の動作例を、図１を参照して詳細に説明する。部品を製造し、装置１０を使用する前段として、部品４２が、例えば、ツール（エネルギー源走査）の経路によって、あるいはＺ軸に沿って配列された平坦層の積み重ねとして、ソフトウェアでモデル化されることを理解されたい。使用する硬化方法の種類に応じて、各層はピクセルのグリッドに分割されてもよい。実際の部品４２は、数ダース又は数百の層の積層体としてモデル化及び／又は製造することができる。適切なソフトウェアのモデル化プロセスは当分野では知られている。
【００５３】
最初に、第１と第２の造形ゾーン２８、１２８に、それぞれの造形面２６、１２６上の樹脂Ｒが準備される。
【００５４】
第１の造形ゾーン２８に関して、材料堆積器３０を使用して樹脂Ｒがフォイル２２の第１の造形面３０上に堆積される。
【００５５】
第２の造形ゾーン１２８に関して、タンク１２２が配置されて、樹脂Ｒが床１２４上に堆積される。タンク１２２は、１層又は複数層に対して十分な適切な量の樹脂Ｒで既に満たされた、事前に充填された「カートリッジ」として供給されてよい。タンク１２２が事前充填されたカートリッジとして提供されない場合には、タンク１２２は、例えば材料堆積器１３０を使用して樹脂で充填する必要がある。本明細書で使用する「充填」という用語は、タンク１２２に樹脂Ｒを、分注、装填又は配置する行為を一般的に表し、タンク１２２が満杯すなわち最大容量まで満たされること、あるいはタンクの底が完全に覆われることを必ずしも意味するものではない。こうして、「充填」作業は、部分的又は完全であってよい。
【００５６】
任意選択により、充填プロセスの予備段階として、非粘着性材料が、樹脂を塗布する前に造形面２６、１２６に塗布されてもよい。例えば、ポリビニルアルコール（「ＰＶＡ」）などの剥離剤が、各層を造形する前に造形面２６、１２６に塗布されてもよい。別の実施例では、非粘着特性を有する犠牲層が塗布されてもよい。ポリマーシート又はポリマーフィルムなどの非粘着フィルムを造形面２６、１２６に被覆することもできる。フィルムは層を硬化した後、除去可能である。
【００５７】
複数材料の部品４２の造形を容易にするために、第１と第２の造形面２６、１２６が樹脂Ｒ及び／又は充填剤の異なる材料の組み合わせで提供されてもよい。本明細書で使用されるように、「組み合わせ」という用語は、いずれかの構成要素のいかなる違いについても言う。したがって例えば、２つの異なる充填物成分のいずれかと混合された特定の樹脂組成は、２つの異なる材料の組み合わせを示す。例えば、第１の造形面２６が樹脂Ｒと充填剤の第１の組み合わせで覆われ、第２の造形面１２６が樹脂Ｒと充填剤の異なる組み合わせで覆われてもよい。別の言い方をすれば、各造形面２６、１２６には、独自の材料の組み合わせが提供されてもよい。異なる材料はまた、造形面の１つ、例えば造形面２６に、造形中の異なる時間に供給されてもよい。また、２つ以上の材料が、与えられた造形面、例えば造形面２６の異なる領域に、同時に供給されてもよい。任意で、個別の層のいずれかが、２つ以上の材料の組み合わせを含んでもよい。図９は重畳された部品４２の断面を表す例示的な層８０を示す。層８０は、樹脂Ｒと充填剤の第１の組み合わせを含む第１のセクション８２と、樹脂Ｒと充填剤の第２の組み合わせを含む第２のセクション８４とに分割される。破線８６は２つのセクション８２、８４の間の分割を示す。与えられた層内のセクションの形状、寸法及び数、並びに異なる材料の組み合わせの数は、任意に選択されてよい。複数の材料の組み合わせが１つの層に使用される場合、上記の堆積ステップが、その層の各セクションに対して実行される。
【００５８】
図１０は、代替樹脂処理アセンブリ６１２の一実施例を示し、これを使用して、造形中の異なる時間に異なる材料が造形面へ供給されるか、又は与えられた造形面上の異なる領域へ２つ以上の材料が供給されてよい。樹脂処理アセンブリ６１２は、上記の樹脂処理アセンブリのいずれかで置き換えられてもよい。樹脂処理アセンブリ６１２は、前述したフォイル２２と同様の、可撓性のポリマーテープ又はフォイル６２２を含む（それに代わって、プレート又はタンクを使用することもできる）。フォイル６２２の一部は支持プレート６２４によって下側から支えられる。フォイル６２２は「樹脂支持体」の一例であって、造形面６２６を画定する。樹脂処理アセンブリ６１２は、任意で充填剤を有する樹脂Ｒを造形面６２６上に堆積させるように配置された２つ以上の材料堆積器を含む。図示した例では第１と第２の材料堆積器６３０、６４０が示されている。堆積器６３０、６４０は、スロット又は開口（図示せず）などの材料出口に連通する材料の保存容器を含むものと考えてよい。各材料堆積器６３０、６４０は、異なる材料の組み合わせで充填されてもよい。任意選択により、堆積器６３０、６４０は、連続した層よりもむしろ選択されたパターン（例えば、点、線又はその他の任意の形状）で材料を堆積させることができるように構成されて、造形面６２６上の異なる領域に異なる材料の堆積を容易にしてもよい。
【００５９】
一般的に、材料堆積器６３０、６４０は、一度に１つが操作されて、樹脂Ｒと、任意で充填剤とを造形面６２６上に分注する。一例では、第１の材料堆積器６３０を使用して造形面上６２６に第１の材料の組み合わせを堆積し、これを前述したように硬化させて次の層が作製される。次に、第２の材料堆積器６４０を使用して造形面上６２６に第２の材料の組み合わせを堆積し、これを前述したように硬化させて第２の層が作製される。別の一例では、第１の材料堆積器６３０を使用して造形面上６２６に第１の材料の組み合わせを堆積し、造形面６２６の一つ又は複数の被覆されない部分を残す。次に、第２の材料堆積器６４０を使用して造形面６２６の被覆されていない部分に第２の材料の組み合わせを堆積する。こうして１つの層に対して複数の材料の組み合わせが存在する。
【００６０】
任意選択により、アクチュエータ（図示せず）などの手段を使用して、材料堆積器６３０、６４０の一方又は両方が使用状態にないときに、その材料堆積器６３０、６４０を造形面６２６から離すように移動させてもよい。例えば、使用状態にない材料堆積器は、造形面６２６から垂直に持ち上げてもよいし、造形面６２６から横にシフトさせてもよいし、あるいは造形面６２６から傾斜又は旋回させてもよい。
【００６１】
上記の樹脂処理アセンブリ６１２は、前述の任意の樹脂処理アセンブリと置き換えてもよいし、あるいは前述の任意の樹脂処理アセンブリと併せて使用してもよい。例えば、完全な装置には、本明細書に記載の任意選択の洗浄タンクと共に、図１０に示すような単一の樹脂処理アセンブリ６１２のみが含まれてもよい。そうして、複数材料部品が、単一の樹脂処理アセンブリ６１２により作製される異なる材料の組み合わせの層を用いて構築されてもよい。あるいは、複数の樹脂処理アセンブリ６１２が提供されて、それぞれが２つ以上の材料の組み合わせを使用可能であってもよい。
【００６２】
材料が堆積された後、装置１０（又はその一部）が、１つの造形面２６、１２６に対して選択された層の増分を画定するように構成又は配置される。ここでは説明のために第１の造形面２６を使用する。層の増分は、樹脂Ｒが塗布される厚さと、ステージ１６の操作とで画定される。例えば、ステージ１６は、上面１７が塗布された樹脂Ｒにちょうど触るように位置決めされてもよいし、あるいはステージ１６は樹脂Ｒを圧縮して押しのけて、積極的に層の増分を画定するように使用されてもよい。層の増分は、付加製造プロセスの速度、及び部品４２の解像度に影響する。層の増分は可変であってもよく、層のより大きい増分を用いて、高精度を必要としない部品４２の部分のプロセスの速度を上げ、高精度を必要とするところでは、プロセス速度を犠牲にして、層のより小さい増分を用いることができる。
【００６３】
樹脂Ｒが塗布され、層の増分が画定されると、放射エネルギー装置１８を用いて、造形中の部品４２の２次元断面すなわち層が硬化される。
【００６４】
投影機４８が使用される場合、投影機４８が部品４２の断面を表すパターン化像を支持プレート２４とフォイル２２越しに樹脂Ｒに投影する。このプロセスは、本明細書では「選択性」硬化と呼ぶ。光ポリマーはある程度硬化することが理解されるであろう。多くの場合、放射エネルギー装置１８は、樹脂Ｒを完全には硬化しない。むしろ、樹脂Ｒが十分に「ゲル化」する程度に部分的に硬化させ、後硬化プロセス（後で説明）で、到達し得る完全さまで樹脂Ｒを硬化させる。この種の樹脂Ｒを用いて、複数層の構成要素が作製されるとき、放射エネルギー装置１８のエネルギー出力は慎重に選択されて、後続の層が塗布されたとき、次の層からのエネルギーが前の層の硬化を更に進めることを予期して、前の層を部分硬化、すなわち「半硬化」させてもよい。本明細書に記載のプロセスにおいては、「硬化する」又は「硬化された」という用語は、樹脂Ｒの部分硬化又は完全硬化を指すために使用されてよい。硬化プロセスの間、放射エネルギーは与えられた層に複数のステップ（例えば複数回の照射）で供給される場合もあるし、また、与えられた層に対して複数の異なるパターンで供給されることもある。これにより、層の異なる部分に対して異なる量のエネルギーの印加が可能となる。
【００６５】
第１の層の硬化が完了すると、例えば垂直アクチュエータ３６を使用してステージ１６を上昇させることによって、ステージ１６が第１の造形面２６から離間される。樹脂Ｒ及び／又は硬化層は、必ずしも造形面に接合、固着又は接着する必要がないことは理解されるであろう。したがって、本明細書で使用される「分離」という用語は、２つの要素を互いに移動して離すことを指しており、必ずしも結合を切り離すことや１つの要素を別の要素から分離することを意味しない。
【００６６】
分離した後、第１の造形面２６は洗浄するか又は他の方法で再生して、再使用に備える。例えば、フォイル２２を前進させて、第１の造形ゾーン２６内に清浄面２６が提供される。フォイル２２が前進するときに、材料堆積器３０を使用して樹脂Ｒが造形面２６に塗布され、再度の硬化に備える。
【００６７】
分離後、硬化のサイクルとサイクルの間に部品４２及び／又はステージ１６を洗浄して、未硬化の樹脂Ｒ、破片又は汚染物質を除去してもよい。上記の選択的硬化ステップにおいて硬化しなかった樹脂Ｒ又は十分にゲル化するまで硬化しなかった樹脂Ｒを除去するために、洗浄プロセスを利用してもよい。例えば、部品４２及び／又はステージ１６を洗浄して、最終部品４２に余計な材料や汚染物質がない様にすることが望ましいであろう。例えば、部品４２及び／又はステージ１６を、液体洗剤又は溶媒などの洗浄流体に接触させて洗浄を行ってもよい。図１は、上部が開放された洗浄タンク１４に洗浄流体１５を供給することによる、洗浄の仕方の一例を示す。
【００６８】
シフト機構を使用して、ステージ１６を第１の造形ゾーン２６から洗浄タンク１４の上に移動させる。次にステージ１６を降下させて部品４２を洗浄流体１５に接触させる。洗浄サイクルが終了すると、次にステージ１６を引き上げて部品４２を洗浄タンク１４から離す。任意選択により、洗浄プロセスは、洗浄流体１５と部品４２の間に何らか種類の相対運動の導入を含んでもよい。
【００６９】
図６は、この相対運動をもたらす複数の異なる可能な手段を組み込んだ洗浄タンク３１４（洗浄タンク１４とほぼ同じ）を示す。一例として、機械的混合ブレード３１６を用いて洗浄流体１５を撹拌してもよい。別の例として、洗浄タンク３１４に連結された超音波変換器３１８を用いて、洗浄流体１５内に超音波を生成してもよい。別の例として、一つ又は複数のノズル３２０を用いて、洗浄流体１５のジェット流を導入してもよい。さらに別の例として、適切なアクチュエータ（図示せず）を用いて、ステージ１６と洗浄タンク３１４の相対運動を生成してもよい。
【００７０】
任意選択により、洗浄プロセスには「乾燥」ステップが含まれてもよい。そこでは洗浄されたばかりの部品４２が空気ノズル４１６を有する空の洗浄タンク４１４（図７）の中に配置され、そのノズルを使用して部品４２に空気のジェット流を流して洗浄流体を吹き飛ばすか又は蒸発させてもよい。特定の状況に応じて、「乾燥」ステップ自体が部品４２の洗浄に十分である場合もある。
【００７１】
洗浄ステップの次に、シフト機構を用いてステージ１６を造形ゾーン２８、１２８の１つの中へ移動させる。ここでは、一例として第２の造形ゾーン１２８を使用する。任意の層に対して任意の造形ゾーン２８、１２８が使用され得ることは理解されるであろう。
【００７２】
ステージ１６がタンク１２２上に降下される。層の増分は、タンク１２２内の樹脂の充填深さと、ステージ１６の操作とのある組み合わせで画定される。例えば、ステージ１６は、上面１７が塗布された樹脂Ｒにちょうど触るように位置決めされてもよいし、あるいはステージ１６は樹脂Ｒを圧縮して押しのけて、積極的に層の増分を画定するように使用されてもよい。
【００７３】
投影機４８を再度使用して、部品４２の断面を表すパターン化像５６を、タンク１２２の床１２４越しに樹脂Ｒに投影することにより、樹脂Ｒを選択的に硬化させる。放射エネルギーに曝すことにより、前述したように樹脂Ｒを選択的に硬化させ、新しい層をそれ以前の硬化層に結合させる。
【００７４】
層の硬化が完了すると、例えば垂直アクチュエータ３６を使用してステージ１６を上昇させることによって、ステージ１６が第２の造形面１２６から離間される。
【００７５】
離間した後、第２の造形面１２６は洗浄するか又は他の方法で再生して、未硬化樹脂Ｒ及びその他の破片を第２の造形面１２６から除去することで再使用に備える。適切な洗浄プロセスの非限定的な例としては、ブラシ掛け、研削、削除、真空吸引又は吹き付け、吸収、拭き取り、溶剤すすぎ、あるいはこれらの組み合わせがある。洗浄又は他の方法で再生するプロセスは、装置１０から離れた場所で行われてもよいことは理解されるであろう。材料堆積器１３０を使用して樹脂Ｒを第２の造形面１２６に塗布して、それを再硬化に備える。
【００７６】
また、分離後、部品４２及び／又はステージ１６を洗浄タンク１４を使用して再度洗浄し、上記のように未硬化の樹脂Ｒ、破片又は汚染物質を除去することができる。
【００７７】
造形面２６、１２６を準備し、層を増加し、選択的に硬化し、部品４２を造形面２６、１２６から分離し、部品４２及び／又はステージ１６を洗浄する、このサイクルが、部品４２の全体が完了するまで必要に応じて繰り返される。このサイクル内で、シフト機構を使用して、硬化される特定の層に要求される必要な材料の組み合わせを含むいずれの造形ゾーン２８、１２８へでもステージ１６を移動させることができる。このシフト機構の移動は、並進、回転、又はそれらのある組み合わせであってよい。さらに、移動は、ステージ１６が装置の他の部分の上を移動することを回避するように構成されてもよい。例えば、図１に示す装置１０を考えると、ステージ１６はＸ方向に移動する前にＹ方向にシフトしてもよい。複数の造形ゾーンが存在する場合、こうすることでステージ１６は、中間の造形ゾーンの上を通過しないで１つの位置から別の位置への移動が可能となる。これにより、樹脂Ｒ、洗浄流体、又は破片がステージ１６及び／又は部品４２から落下することによる造形ゾーンの汚染が回避される。
【００７８】
投影機の代わりに走査ビーム装置が上記の造形サイクルに使用される場合、放射エネルギー源６２が造形ビーム６６を放出し、ビーム操縦装置６４を使用して、造形ビーム６６の焦点を露出した樹脂Ｒ上に適切なパターンで操縦することにより樹脂Ｒが硬化される。
【００７９】
任意選択により、走査ビーム装置は投影機と組み合わせて使用されてもよい。例えば、走査ビーム装置は、未硬化樹脂Ｒの表面上に一つ又は複数のビームを走査して（投影機により印加されたものに加えて）放射エネルギーを印加するように使用されてもよい。これは、投影機の使用と同時であっても、逐次的であってもよい。
【００８０】
いずれの硬化方法（投影機又は走査）でも、硬化された樹脂Ｒにより、（それが使用されている場合には）充填剤が固体形状内に保持された部品４２が得られる。この部品はある条件に関して最終製品として使用可能である。硬化ステップの後、部品４２はステージ１６から取り外すことができる。
【００８１】
最終製品が充填剤（例えば純粋なセラミック、ガラス、金属、ダイアモンド、シリコン、グラファイトなど）を含むように意図される場合、部品４２は通常の焼結プロセスで処理されて、樹脂Ｒを燃焼させて、セラミック又は金属粒子を一体化してもよい。任意選択により、部品内の空洞を充填剤よりも低融点の材料で充填するために、焼結プロセス中又はその後で含侵処理が行われてもよい。含侵処理により部品の物理的性質が改善される。
【００８２】
本明細書に記載の方法は従来技術に対していくつかの利点を有する。具体的には、絶縁相に対する電気伝導相の混合などの（例えば機械的、電気的、誘電的及び／又は磁気的な）所望の性質を有する、付加製造された複数材料層の構造を作製可能とする。例えば、±０．３ｍｍ（０．００１インチ）よりも高い優れた解像度を提供可能である。複数材料の組み合わせは、例えば、ポリマー複合材料、セラミックとセラミック、金属と金属又はセラミックと金属であってよい。
【００８３】
これまで付加製造の方法及び装置を説明した。本明細書（すべての添付の特許請求の範囲、要旨及び図面を含む）に開示のすべての特徴、及び／又はそのように開示されたすべての方法又はプロセスのすべてのステップは、そのような特徴及び／又はステップの少なくともあるものが相互に排他的である組み合わせを除いて、いかなる形にも組み合わせることが可能である。
【００８４】
本明細書（すべての添付の特許請求の範囲、要旨及び図面を含む）に開示の各特徴は、特に断らない限り、同様、等価又は類似の目的に供する代替的な特徴で置き換えることが可能である。したがって、特に断らない限り、開示の各特徴は、一般的な一連の等価又は類似の特徴の一例に過ぎない。
【００８５】
本発明は前述の実施形態の詳細に限定されるものではない。本発明は、本明細書（すべての添付の特許請求の範囲、要旨及び図面を含む）に開示の特徴のすべての新規のもの又はすべての新規の組み合わせに、あるいは、そのように開示されたすべての方法又はプロセスのステップのすべての新規のもの又はすべての新規の組み合わせに及ぶ。
【００８６】
本発明の更なる態様は以下の番号づけされた条項の主題によって提供される。
【００８７】
１．部品を層ごとに製造する方法であって、２つ以上の樹脂処理アセンブリであって、各樹脂処理アセンブリが少なくとも一部の透明な樹脂支持体を含み、各樹脂支持体がそれぞれの樹脂処理アセンブリの造形ゾーンに位置する造形面を画定する、２つ以上の樹脂処理アセンブリを提供することと、造形サイクルであって、各造形面に放射エネルギー硬化性の樹脂を堆積するステップであって、各造形面上の樹脂は独自の材料の組み合わせである樹脂を堆積するステップと、選択された造形面上の樹脂に層の増分を画定するために、選択された１つの造形面に対してステージを位置決めするステップと、部品の断面層形状を画定するために、選択された造形面上の樹脂を、放射エネルギーを特定のパターンで印加することにより選択的に硬化させるステップと、部品を選択された造形面から分離するために、選択された造形面とステージを相対的に移動させて離間するステップと、を含む造形サイクルを実行することと、造形ゾーンのそれぞれにおいて少なくとも１つの層を硬化するこのサイクルを、部品が完成するまで複数の層に対して反復することと、を含む。
【００８８】
２．部品とステージの少なくとも１つを洗浄することを更に備える、前項のいずれかに記載の方法。
【００８９】
３．樹脂支持体の少なくとも１つは、対応する造形面を画定する可動フォイルを含む、前項のいずれかに記載の方法。
【００９０】
４．樹脂支持体の少なくとも１つは、対応する造形面を画定する床を有するタンクを含む、前項のいずれかに記載の方法。
【００９１】
５．洗浄ステップが、洗浄流体を含む洗浄タンクを提供することと、部品とステージの少なくとも１つを洗浄流体に接触させるようにステージを移動させることと、ステージと部品を洗浄流体から離間させるようにステージを移動させることとを含む、前項のいずれかに記載の方法。
【００９２】
６．ステージを位置決めするステップは、並進及び回転のうちの少なくとも１つによってステージを造形ゾーンの１つの中に移動させることを含む、前項のいずれかに記載の方法。
【００９３】
７．ステージを位置決めするステップは、並進及び回転のうちの少なくとも１つによって樹脂処理アセンブリをステージに対して移動させることを含む、前項のいずれかに記載の方法。
【００９４】
８．造形ゾーン間を移動可能な、単一の放射エネルギー装置が提供される、前項のいずれかに記載の方法。
【００９５】
９．造形ゾーンのそれぞれに対して、別々の放射エネルギー装置が提供される、前項のいずれかに記載の方法。
【００９６】
１０．投影領域、すなわちビーム掃引範囲がすべての樹脂処理アセンブリを覆う十分な大きさを有する、単一の放射エネルギー装置が提供される、前項のいずれかに記載の方法。
【００９７】
１１．単一の放射エネルギー装置が、放射エネルギー装置からの放射エネルギーを樹脂処理アセンブリへ選択的に指向操作可能な像シフト手段との組み合わせで提供される、前項のいずれかに記載の方法。
【００９８】
１２．樹脂は粒子材料の充填剤を含む、前項のいずれかに記載の方法。
【００９９】
１３．硬化樹脂を燃焼させて充填剤を一体化するために部品を焼結することを更に含む、前項のいずれかに記載の方法。
【０１００】
１４．焼結中または焼結後に、低融点材料を部品内に含侵させることを更に含む、前項のいずれかに記載の方法。
【０１０１】
１５．放射エネルギーの印加は、複数のピクセルからなるパターン化された像を投影することにより行われる、前項のいずれかに記載の方法。
【０１０２】
１６．パターン化された像は放射エネルギーの印加中にシフトされる、前項のいずれかに記載の方法。
【０１０３】
１７．追加の放射エネルギーが、樹脂表面上に、少なくとも１つの造形ビームを走査することによって印加される、前項のいずれかに記載の方法。
【０１０４】
１８．放射エネルギーは、樹脂表面上に造形ビームを走査することによって印加される、請求項１に記載の方法。
【０１０５】
１９．造形サイクル中に、２つ以上の独自の材料組み合わせを２つ以上の造形面上へ堆積させることを更に含む、請求項１に記載の方法。
【０１０６】
２０．２つ以上の独自の材料組み合わせは部品の単一層に対して堆積される、前項のいずれかに記載の方法。
【０１０７】
２１．２つ以上の独自の材料組み合わせは部品の異なる層に堆積される、前項のいずれかに記載の方法。
【０１０８】
２２．付加製造装置であって、少なくとも２つの樹脂処理アセンブリであって、各樹脂処理アセンブリが樹脂支持体を含み、各樹脂支持体がそれぞれの樹脂処理アセンブリの造形ゾーンに位置する造形面を画定する、少なくとも２つの樹脂処理アセンブリと、造形ゾーンに隣接する位置にあり、放射エネルギー硬化性樹脂の１つ以上の硬化層の積層構成を保持するように構成されたステージと、造形面とステージの相対位置を操作するように動作可能な１つ以上のアクチュエータと、ステージと樹脂処理アセンブリとの相対位置を変化させるように動作可能なシフト機構と、ステージとは反対の造形ゾーンに隣接して位置し、放射エネルギーを所定のパターンに生成して投影可能な、放射エネルギー装置と、を備える装置。
【０１０９】
２３．洗浄流体を含む洗浄タンクを更に含む、前項のいずれかに記載の装置。
【０１１０】
２４．シフト機構は、ステージを樹脂処理アセンブリ及び洗浄タンクに対して移動させるように動作可能である、前項のいずれかに記載の装置。
【０１１１】
２５．シフト機構は、樹脂処理アセンブリ及びタンクをステージに対して移動させるように動作可能である、前項のいずれかに記載の装置。
【０１１２】
２６．造形ゾーンのそれぞれに対して、別々の放射エネルギー装置が提供される、前項のいずれかに記載の装置。
【０１１３】
２７．部品を層ごとに製造する方法であって、樹脂処理アセンブリであって、樹脂処理アセンブリは少なくとも一部が透明な樹脂支持体を含み、樹脂支持体は樹脂処理アセンブリの造形ゾーンに位置する造形面を画定する、樹脂処理アセンブリを提供することと、造形面上に放射エネルギー硬化性の樹脂を堆積可能な２つ以上の材料堆積器であって、各材料堆積器には樹脂の独自の材料組み合わせが供給される、材料堆積器を提供することと、造形サイクルであって、２つ以上の材料堆積器の内の選択した１つを用いて、造形面上に樹脂の対応する材料組み合わせを堆積させるステップと、前記造形面上の前記樹脂に層の増分を画定するために、前記造形面に対してステージを位置決めするステップと、部品の断面層形状を画定するために、放射エネルギーを特定のパターンで印加することにより、造形面上の樹脂を選択的に硬化させるステップと、部品を造形面から分離するために、造形面とステージを相対的に移動させて離間するステップと、を含む造形サイクルを実行することと、２つ以上の材料堆積器のそれぞれが層の少なくとも１つに樹脂を堆積するために使用されて、部品が完成するまで、サイクルを複数の層に対して反復することと、を含む、方法。
【０１１４】
２８．２つ以上の独自の材料組み合わせは、部品の単一層に対して堆積される、前項のいずれかに記載の方法。
【０１１５】
２９．２つ以上の独自の材料組み合わせは、部品の異なる層に対して堆積される、前項のいずれかに記載の方法。
【０１１６】
３０．付加製造装置であって、樹脂処理アセンブリが樹脂支持体を含み、樹脂支持体が樹脂処理アセンブリの造形ゾーンに位置する造形面を画定する、樹脂処理アセンブリと、造形面上に放射エネルギー硬化性の樹脂を堆積可能な２つ以上の材料堆積器であって、各材料堆積器には樹脂の独自の材料組み合わせが供給される、材料堆積器と、造形ゾーンに隣接する位置にあり、放射エネルギー硬化性樹脂の１つ以上の硬化層の積層構成を保持するように構成されたステージと、造形面とステージの相対位置を操作可能な１つ以上のアクチュエータと、ステージとは反対の造形ゾーンに隣接して位置し、放射エネルギーを所定のパターンに生成して投影可能な、放射エネルギー装置と、を備える装置。
【０１１７】
３１．洗浄流体を含む洗浄タンクと、ステージと樹脂処理アセンブリと洗浄タンクの相対位置を変化させるように動作可能なシフト機構と、を更に備える、前項のいずれかに記載の装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【外国語明細書】
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