(57)【要約】  本開示は、３Ｄプリンティング装置で使用されるインプロセス樹脂の化学的性質を変更する方法に関する。この方法には、イメージング分光計を使用してインプロセス樹脂をモニタし、イメージング分光計からの１つ又は複数のスペクトルを用いてインプロセス樹脂とモデルを比較し、インプロセス樹脂を希釈樹脂で希釈する、ことが含まれる。
2019532843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３Ｄプリンティング装置で使用するインプロセス樹脂の化学的性質を変更する方法であって、
イメージング分光計を用いてインプロセス樹脂をモニタし、
前記イメージング分光計からの１つ又は複数のスペクトルを用いて、前記インプロセス樹脂とモデルとを比較し、
前記インプロセス樹脂を希釈樹脂により希釈する、
ことを含む方法。
【請求項２】
前記イメージング分光計からの、１つ又は複数の第１のスペクトルと、１つ又は複数の第２のスペクトルとの比較に少なくとも部分的に基づいて、標準ピークを識別することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記イメージング分光計からの、１つ又は複数の第１のスペクトルと、１つ又は複数の第２のスペクトルとの比較に少なくとも部分的に基づいて、化学成分の消耗を示す、少なくとも１つの化学成分ピークを識別することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
標準ピークと少なくとも１つの化学成分ピークとに少なくとも部分的に基づいて、少なくとも１つのピーク比を決定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１つのピーク比の動作範囲に少なくとも基づいて、前記インプロセス樹脂の寿命サイクルを生成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記インプロセス樹脂を前記希釈樹脂で希釈する、ピーク比の範囲を決定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
希釈樹脂の波数に対する、少なくとも１つの吸光度の値を規定する１つ又は複数の第３のスペクトルを、前記イメージング分光計からの受信し、
標準ピークと前記インプロセス樹脂に識別される少なくとも１つの化学成分ピークとに少なくとも部分的に基づいて、前記希釈樹脂のための少なくとも１つのピーク比を決定し、
前記インプロセス樹脂を希釈する、前記希釈樹脂に対するピーク比の範囲を決定する、
ことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記インプロセス樹脂を希釈する、前記希釈樹脂に対するピーク比の範囲を決定することが、複合則を用いることを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記インプロセス樹脂を前記希釈樹脂で希釈する、ピーク比の範囲を決定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
３Ｄプリンティング装置で使用されるインプロセス樹脂の化学的性質を評価して変更する、コンピュータに実装された方法であって、
１つ又は複数のコンピュータ装置により、前記インプロセス樹脂の波数に対する、少なくとも１つの吸光度の値を規定する、１つ又は複数の第１のスペクトルを、イメージング分光計から受信し、
１つ又は複数のコンピュータ装置により、モデルの波数に対する、少なくとも１つの吸光度の値を規定する１つ又は複数の第２のスペクトルを、前記イメージング分光計からの受信し、
１つ又は複数のコンピュータ装置により、前記１つ又は複数の第１のスペクトルと前記１つ又は複数の第２のスペクトルとの比較に少なくとも部分的に基づいて、標準ピークを識別し、
１つ又は複数のコンピュータ装置により、１つ又は複数の第１のスペクトルと１つ又は複数の第２のスペクトルとの比較に少なくとも部分的に基づいて、化学成分の消耗を示す少なくとも１つの化学成分ピークを識別し、
１つ又は複数のコンピュータ装置により、前記標準ピークと少なくとも１つの化学成分ピークとに少なくとも部分的に基づいて、少なくとも１つのピーク比を決定し、
１つ又は複数のコンピュータ装置により、前記少なくとも１つのピーク比の動作範囲に少なくとも基づいて、前記インプロセス樹脂の寿命サイクルを生成する、
ことを含む、コンピュータに実装された方法。
【請求項１１】
前記インプロセス樹脂の寿命サイクルを生成することが、少なくとも１つのピーク比と少なくとも１つのピーク比の１又は２以上の標準偏差との動作範囲に少なくとも基づいて、樹脂のグラデーションを生成することを含む、請求項１に記載のコンピュータに実装された方法。
【請求項１２】
１つ又は複数のコンピュータ装置により、前記インプロセス樹脂の寿命サイクルに少なくとも基づいて、前記インプロセス樹脂が寿命切れか否かを判定することをさらに含む、請求項１に記載のコンピュータに実装された方法。
【請求項１３】
前記インプロセス樹脂を希釈するピーク比の範囲を決定することをさらに含む、請求項１に記載のコンピュータに実装された方法。
【請求項１４】
１つ又は複数のコンピュータ装置により、希釈する樹脂の波数に対する、少なくとも１つの吸光度の値を規定する１つ又は複数の第３のスペクトルを、前記イメージング分光計からの受信し、
１つ又は複数のコンピュータ装置により、標準ピークと前記インプロセス樹脂で識別された少なくとも１つの化学成分ピークとに少なくとも部分的に基づいて、前記希釈樹脂のための少なくとも１つのピーク比を決定し、   
１つ又は複数のコンピュータ装置により、前記インプロセス樹脂を希釈する前記希釈樹脂に対するピーク比の範囲を決定する、
ことをさらに含む、請求項１３に記載のコンピュータに実装された方法。
【請求項１５】
前記インプロセス樹脂を希釈する前記希釈樹脂に対するピーク比の範囲を決定することが、複合則を用いることを含む、請求項１４に記載のコンピュータに実装された方法。
【請求項１６】
複合則を使用することが、前記希釈樹脂の前記少なくとも１つのピーク比を使用することと、前記インプロセス樹脂の前記少なくとも１つのピーク比を使用することとを含む、請求項１５に記載のコンピュータに実装された方法。
【請求項１７】
１つ又は複数のコンピュータ装置により、前記インプロセス樹脂の前記寿命サイクルに少なくとも基づいて、前記インプロセス樹脂を希釈樹脂で希釈することをさらに含む、請求項１０に記載のコンピュータに実装された方法。
【請求項１８】
１つ又は複数のコンピュータ装置により、前記インプロセス樹脂の１つ又は複数の化学成分を判定し、
１つ又は複数のコンピュータ装置により、前記インプロセス樹脂の１つ又は複数の化学成分を、前記第１のスペクトル及び／又は前記第２のスペクトルの少なくとも１つの化学成分のピークに相関づける、
ことをさらに含む、請求項１０に記載のコンピュータに実装された方法。
【請求項１９】
インプロセス樹脂の化学的性質を評価し、かつ制御するためのシステムであって、
インプロセス樹脂を含み、モデルを生成するように構成された３Ｄプリンティング装置と、
前記インプロセス樹脂と前記モデルのそれぞれに対して、少なくとも１つの波数に対する吸光度の値を規定する、少なくとも１つのスペクトルを出力するように構成されたイメージング分光計と、
３Ｄプリンティング装置及びイメージング分光計を操作するように構成されたコンピュータ装置と、
を備えるシステム。
【請求項２０】
前記３Ｄプリンティング装置は希釈樹脂を更に含み、前記コンピュータ装置は、前記インプロセス樹脂の少なくとも寿命サイクルに基づいて、前記インプロセス樹脂を前記希釈樹脂で希釈するように構成された、請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本主題は一般に、樹脂の化学的性質の制御及び変更に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層造形（付加製造）すなわち３Ｄプリンティングは、液体フォトポリマー樹脂（樹脂）を用いたモデル形成にしばしば使用される。モデルは、鋳造鋳型、試作品、模型、あるいは最終製品として更に使用することができる。３Ｄプリンティングでは、他の機械加工や製造方法では作製できない、複雑なデザインをした所望の表面仕上げを作製可能である。例えば、ステレオリソグラフィ（ＳＬＡ）鋳型は、タービン翼の製造に使用可能である。
【０００３】
３Ｄプリンティングを用いて鋳型を作製するとき、鋳造されてできる部品の品質は、少なくとも部分的にはモデルの品質に依存する。モデルの品質は、少なくとも部分的には樹脂の品質に依存する。樹脂の化学特性および物理特性を含む品質は、モデルを製造する前に一般的にわかっているが、樹脂が古くなるとともに樹脂の化学特性および物理特性が消耗する方向に変化して、樹脂のモデル作製能力が失われる。樹脂が消耗するとモデルの破壊の発生頻度が増して、モデルの樹脂が適切にキュアすなわち硬化しない。その結果、形状、公差、所望の表面仕上げが失われ、究極的にはモデル及び樹脂の廃棄に至る。樹脂の消耗は、樹脂の全量が消費される前に生じることが多い（すなわち、樹脂の物理的な量が消費される前に樹脂の有効寿命が終わる）ので、樹脂の無駄、モデルのスクラップ化、原価の上昇という結果となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
それゆえ、樹脂の老化と共に樹脂の化学的性質を制御するシステム及び方法が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様及び利点は、以下の説明で部分的に記述されるか、その説明によって自明であるか、または本発明の実施によって習得することができる。
【０００６】
本開示は、３Ｄプリンティング装置に使用されるインプロセス樹脂の化学的性質を変更する方法に関する。この方法は、イメージング分光計を用いてインプロセス樹脂をモニタし、イメージング分光計からの１つ又は複数のスペクトルを用いて、インプロセス樹脂とモデルとを比較し、インプロセス樹脂を希釈樹脂により希釈する、ことを含む。
【０００７】
本開示の更なる態様は、３Ｄプリンティング装置で使用されるインプロセス樹脂の化学的特性を評価して変更する、コンピュータに実装された方法に関する。このコンピュータに実装された方法は、１つ又は複数のコンピュータ装置により、インプロセス樹脂の波数に対する少なくとも１つの吸光度の値を規定する１つ又は複数の第１のスペクトルを、イメージング分光計からの受信することを含む。コンピュータに実装された方法はさらに、１つ又は複数のコンピュータ装置により、モデルの波数に対する少なくとも１つの吸光度の値を規定する１つ又は複数の第２のスペクトルをイメージング分光計から受信することを含む。コンピュータに実装された方法はさらに、１つ又は複数のコンピュータ装置により、１つ又は複数の第１のスペクトルと１つ又は複数の第２のスペクトルとの比較に少なくとも部分的に基づいて標準ピークを識別し、１つ又は複数のコンピュータ装置により、１つ又は複数の第１のスペクトルと１つ又は複数の第２のスペクトルとの比較に少なくとも部分的に基づいて、化学成分の消耗を示す少なくとも１つの化学成分ピークを識別し、１つ又は複数のコンピュータ装置により、標準ピークと少なくとも１つの化学成分ピークとに少なくとも部分的に基づいて、少なくとも１つのピーク比を決定し、１つ又は複数のコンピュータ装置により、少なくとも１つのピーク比の動作範囲に少なくとも基づいて、インプロセス樹脂の寿命サイクルを生成する、ことを含む。
【０００８】
本開示の更なる態様は、インプロセス樹脂の化学的特性を評価及び制御するシステムに関する。このシステムは、インプロセス樹脂を含み、モデルを生成するように構成された、３Ｄプリンティング装置と、インプロセス樹脂とモデルのそれぞれに対して、少なくとも１つの波数に対する吸光度の値を規定する、少なくとも１つのスペクトルを出力するように構成されたイメージング分光計と、３Ｄプリンティング装置及びイメージング分光計を操作するように構成されたコンピュータ装置と、を備える。
【０００９】
本発明のこれら及びその他の特徴、態様、利点は以下の説明及び添付の特許請求の範囲を参照してよりよく理解されるようになるであろう。本明細書に組み込まれ、その一部をなす添付の図面は、本発明の実施形態を例示し、説明と相俟って、本発明のの原理の説明及び例示に供される。
【００１０】
当業者に向けられた本発明の完全かつ有効な開示は、その最良の形態を含めて、添付の図面を参照する本明細書において説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】樹脂に対する例示的な評価及び制御システムの図である。
【図２】図１に示す例示的システムからの例示的スペクトルの図である。
【図３】図１に示す例示的システムから生成される例示的な樹脂のグラデーションの図である。
【図４】図１に示す例示的システムから生成される例示的制御チャートである。
【図５】樹脂の化学的性質の評価及び制御の開示された方法により実行される概略ステップのフローチャートである。
【図６】樹脂に対する評価及び制御システムの別の例示的実施形態の図である。
【００１２】
本明細書及び図面における参照文字の反復使用は、本発明の同一又は類似の特徴又は要素を表すものとする。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に本発明の実施形態を詳細に参照する。その１つ又は複数の実施例を図面に示す。各実施例は本発明の説明のために提供するものであり、本発明を限定するためのものではない。実際に、本発明の範囲または精神を逸脱することなしに本発明に対して様々な変更及び変形をなし得ることは当業者には明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示または記載された特徴を、別の実施形態に使用することで、更なる別の実施形態をもたらすことが可能である。このように、本発明はそのような変更及び変形を添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内にあるとして包含することが意図されている。
【００１４】
本明細書で使用する、「第１」、「第２」、「第３」という用語は、１つの構成要素を別の構成要素と区別するために互換可能に使用し得るものであって、個別の構成要素の位置や重要度を表すことを意図してはいない。
【００１５】
３Ｄプリンティング装置での使用時に、樹脂の化学的性質を評価及び制御する方法及びシステムが一般に提供される。特性評価する方法及びシステムは、３Ｄプリンティング装置で使用される樹脂の寿命サイクルを判定し、樹脂を既知の再現可能な化学状態に戻すことによって、樹脂の特性評価および制御を改善する。既知の再現可能かつ定量化可能な化学的性質を回復することで、モデルの破壊を低減し、樹脂を消費する前に消耗によって樹脂が廃物となることを防止する。
【００１６】
以下の本開示ではフォトポリマ樹脂の特定の化学成分及び組成物を参照するが、本開示は一般的に、３Ｄプリンティング、積層造形、及びその他の、これに限らないがステレオリソグラフィ（ＳＬＡ）、光造形、光固化、立体自由造形、ソリッドイメージング、ラピッドプロトタイピング、樹脂印刷、熱溶解積層法（ＦＤＭ）、デジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）、マルチジェット印刷（ＭＬＰ）及び活字印刷を含むポリマーシステム、に使用される樹脂に適用可能である。
【００１７】
ここで図面を参照すると、図１は３Ｄプリンティング装置１１０（ここでは「３Ｄプリンタ１１０」と称す）で使用される樹脂のための特性評価及び制御システム１００（ここでは「システム１００」と称す）の例示的実施形態である。このシステムには、３Ｄプリンタ１１０、イメージング分光計１２０及びコンピュータ装置１３０が含まれる。３Ｄプリンタ１１０は、１つ又は複数のモデル１１２を作製する。３Ｄプリンタ１１０には、液体フォトポリマー樹脂としてのインプロセス樹脂１１６で満たされたバット１１４に浸漬されたプラットフォーム１１３とノズル１１８が含まれ得る。一実施形態において、ノズル１１８がバット１１４内のインプロセス樹脂１１６へ紫外光を露光し、インプロセス樹脂１１６をキュアしてモデル１１２を作製する。様々な実施形態において、３Ｄプリンタ１１０には、モデル１１２内のフォトポリマー樹脂を更にキュア又は硬化するためにモデル１１２を焼成するオーブンが更に含まれてもよい。
【００１８】
システム１００にはコンピュータ装置１３０が更に含まれる。コンピュータ装置１３０には、１つ又は複数のプロセッサ１３２と１つ又は複数のメモリ装置１３４が含まれる。１つ又は複数のメモリ装置１３４は命令１３６を含み、これは１つ又は複数のプロセッサ１３２によって実行されると１つ又は複数のプロセッサに動作を実行させる。コンピュータ装置１３０の動作は、本明細書で更に説明する。
【００１９】
システム１００の一実施形態において、コンピュータ装置１３０は３Ｄプリンタ１１０を制御する。一実施例において、所望のモデル１１２の３Ｄモデル（例えばＣＡＤモデル）がコンピュータ装置１３０にアップロードされる。コンピュータ装置１３０は３Ｄモデルを多数の薄層に分割する。コンピュータ装置１３０は、ノズル１１８を制御、関節駆動及び操作をして、インプロセス樹脂１１６の各薄層をＵＶ光に露出し、それによってそのインプロセス樹脂１１６の薄層をキュアしてモデル１１２の一部にする。コンピュータ装置１３０はさらに、バット１１４内でプラットフォーム１１３を制御、関節駆動及び操作をしてもよい。プラットフォーム１１３は、ノズル１１８の操作と連携して、インプロセス樹脂１１６の各薄層をＵＶ光に更に露光させるように、回転又は並進してもよい。
【００２０】
３Ｄプリンタ１１０の他の実施形態においては、ノズル１１８がある量のインプロセス樹脂１１６をバット１１４からプラットフォーム１１３上へ堆積させる。コンピュータ装置１３０はノズル１１８を制御して、多数の薄層上にある量のインプロセス樹脂１１６を堆積させる。ノズル１１８は、インプロセス樹脂１１６をキュアするための発光源又は発熱源を更に含んでもよい。
【００２１】
システム１００の別の実施形態において、コンピュータ装置１３０はイメージング分光計１２０を制御する。様々な実施形態において、イメージング分光計１２０は赤外分光計である。更に他の実施形態において、イメージング分光計１２０は、フーリエ変換赤外分光法を用いるフーリエ変換赤外分光計である。一実施形態において、赤外分光計は約１４０００ｃｍ−１〜約４０００ｃｍ−１の近赤外領域を包含する。別の実施形態では、赤外分光計は約４０００ｃｍ−１〜約４００ｃｍ−１の中赤外領域を包含する。さらに別の実施形態では、赤外分光計は約４００ｃｍ−１〜約１０ｃｍ−１の遠赤外領域を包含する。また更に他の実施形態では、赤外分光計は、近赤外、中赤外又は遠赤外領域の重複する領域の組み合わせを包含してもよい。更に他の実施形態では、イメージング分光計が動作する電磁スペクトル部分を記述するために、他の領域、規則、単位をイメージング分光計が定義してもよい。
【００２２】
イメージング分光計１２０は、インプロセス樹脂１１６に関して、少なくとも１つの吸収又は出射の値を規定する１つ又は複数の第１のスペクトル１２１を波数のスペクトル領域に対して出力する。第１のスペクトル１２１は、約０〜約１００の範囲のパーセンテージを規定してもよいし、又はそれに等価な十進数、又はそれらの間の任意のサブセットを規定してもよい。波数のスペクトル領域は、センチメートルの逆数を規定できる。
【００２３】
イメージング分光計１２０は、モデル１１２に関して、少なくとも１つの吸収又は出射の値を規定する１つ又は複数の第２のスペクトル１２２を波数のスペクトル領域に対して出力する。一実施形態において、モデル１１２に関する第２のスペクトル１２２は、未使用又は新しいインプロセス樹脂１１６で作られたモデル１１２から作成される。例えば、第２のスペクトル１２２は、インプロセス樹脂１１６が、複数のモデル１１２の作製に使用する前の、化学的又は物理的特性が既知である、モデル１１２から作成される。
【００２４】
システム１００の様々な実施形態において、コンピュータ装置１３０が、インプロセス樹脂１１６の１つ又は複数の化学成分を判定し、インプロセス樹脂１１６の１つ又は複数の化学成分を、第１のスペクトル及び／又は第２のスペクトルのピークの少なくとも１つの化学成分に相関づける。一実施形態において、コンピュータ装置１３０は、表、グラフ、チャート又は文書を使用して、インプロセス樹脂１１６の１つ又は複数の化学成分を決定する。
【００２５】
次に図２を参照すると、第１のスペクトル１２１と第２のスペクトル１２２のグラフ２００の一実施形態が与えられている。様々な実施形態において、第１のスペクトル１２１及び／又は第２のスペクトル１２２は、他の形式で提供されてもよい。それは例えば、これに限るものではないが、カンマで区切られた値のファイル、表又は表形式データ、スプレッドシート、データベース、又はスペクトル領域の波数に対応する少なくとも吸収又は出射の値を含むその他の図形形式、である。
【００２６】
図１及び図２を参照すると、システム１００のコンピュータ装置１３０が、１つ又は複数の第１のスペクトルと、１つ又は複数の第２のスペクトルとの比較に少なくとも部分的に基づいて、標準ピークを識別する。一実施形態では、標準ピークは、第１及び／又は第２のスペクトルのピークの吸収又は出射の値に寄与する複数の化学成分によって識別される。図２に示す例示的実施形態では、コンピュータ装置１３０が第１のスペクトル１２１と第２のスペクトル１２２の重ね合わせとしてグラフ２００を出力する。化学成分の少なくともかなりの部分が吸収又は出射の値１２４に寄与する波数１２５において、標準ピーク２１２が出現し得る。インプロセス樹脂１１６が、開始剤化学成分及び反応性化学成分を規定する１つ又は複数の化学成分を含む別の実施形態においては、標準ピーク２１２にはインプロセス樹脂１１６内の開始剤化学成分及び反応性化学成分に共通な化学結合が含まれ得る。更に別の実施形態では、標準ピーク２１２は、第２のスペクトル１２２に比べて第１のスペクトル１２１が実質的に同じような吸収値１２４を有するものとして規定されてもよい。
【００２７】
非限定的な例として、インプロセス樹脂１１６とモデル１１２に、１−クロロ−２，３−エポキシプロパンとのオリゴマー反応生成物である４，４’−イソプロピリデンシクロヘキサノール；３−エチル−３−ヒドロキシメチルオキセタン；エトキシル化トリメチロールプロパントリアクリレートエステル；プロピレンカーボネート中の混合トリアリルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート塩；及び１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンが含まれる場合、各化学成分に炭素−酸素の単結合長が出現し、したがって、波数１２５における標準ピーク２１２の吸収又は出射の値１２４が第１のスペクトル１２１と第２のスペクトル１２２の間でほぼ同じになることに寄与し得る。
【００２８】
図１及び図２ではさらに、システム１００のコンピュータ装置１３０が、１つ又は複数の第１のスペクトル１２１と、１つ又は複数の第２のスペクトル１２２との比較に少なくとも部分的に基づいて、化学成分の消耗を示す、少なくとも１つの化学成分ピーク２１４を識別する。様々な実施形態において、インプロセス樹脂１１６には１つ又は複数の溶媒、エポキシ、及び／又はオキセタンが含まれ得る。
【００２９】
一実施形態において、化学成分の消耗の兆候には、化学成分の重合の兆候が含まれる。上に述べた化学成分を含む一実施形態では、プロピレンカーボネート中のアンモニア（ＣＨ）芳香族および炭素−酸素二重結合が、インプロセス樹脂１１６からモデル１１２への重合プロセスの結果として、開始剤中の溶媒に対応する化学結合の波数あたりで、第１のスペクトル１２１から第２のスペクトル１２２に減少し得る。別の実施形態では、前述の化学成分を含む化学成分の消耗の兆候は、第１のスペクトル１２１に対する第２のスペクトル１２２の反応性を減少させ得る。さらに別の実施形態では、化学成分の消耗の兆候には、第１のスペクトル１２１に対して第２のスペクトル１２２では、反応性の化学成分に関する波数の変化が含まれ得る。例えば前述の化学成分ではさらに、エポキシ及び／又はオキセタン内の炭素−酸素の単結合の消耗によって、第２のスペクトル１２２が反応性化学成分の吸光度の減少を含み得る。
【００３０】
図１に戻ると、コンピュータ装置１３０が、標準ピークと少なくとも１つの化学成分ピークとに少なくとも部分的に基づいて、少なくとも１つのピーク比を決定する。一実施形態では、ピーク比は、化学成分のピークの吸光度を標準ピークの吸光度で割ったものである。別の実施形態では、ピーク比は反応性化学成分のピークの吸光度を標準ピークの吸光度で割ったものである。更に別の一実施形態では、ピーク比は開始剤の化学成分のピークの吸光度を標準ピークの吸光度で割ったものである。
【００３１】
システム１００は、少なくとも１つのピーク比の動作範囲に少なくとも基づいてインプロセス樹脂１１６の寿命サイクル１４０を生成する。様々な実施形態において、コンピュータ装置１３０が１つ又は複数の制御チャート（図４に示す制御チャート１４１など）に基づいてインプロセス樹脂１１６の寿命サイクル１４０を生成する。一実施形態では、寿命サイクル１４０には、反応性化学成分からの少なくとも１つのピーク比が含まれる。別の実施形態では、寿命サイクル１４０には、開始剤の化学成分からの少なくとも１つのピーク比が含まれる。様々な実施形態において、寿命サイクル１４０には、管理上限、管理下限及び／又は移動範囲が含まれてもよい。他の実施形態では、寿命サイクル１４０には平均移動範囲が含まれてもよい。
【００３２】
システム１００の様々な実施形態において、少なくとも１つのピーク比と、少なくとも１つのピーク比の１つ又は複数の標準偏差との動作範囲に少なくとも基づいて、コンピュータ装置１３０が、樹脂のグラデーション（図３に示す樹脂のグラデーション１５０など）を含む、インプロセス樹脂１２０の寿命サイクル１４０を生成する。ここで図１と図３を参照すると一実施形態において、樹脂のグラデーション１５０は、コンピュータ装置１３０により決定されるピーク比１５２、１５３の範囲によって定義されてもよい。樹脂のグラデーション１５０は複数の樹脂のグレード１５１を定義することができる。図３に示す実施形態では、樹脂グラデーション１５０は、１５２における第１の開始剤のピーク比がＩ１未満に対してグレード１が定義され、グレード２の樹脂は、第２の開始剤のピーク比範囲がＩ１〜Ｉ２に対して定義され、グレード３の樹脂は、第３の開始剤のピーク比範囲がＩ２〜Ｉ３に対して定義されてよい。このようにしてグレードＮの樹脂が、ＩＮ−１〜ＩＮの間のＮ番目の開始剤ピーク比によって定義され得る。別の実施形態では、樹脂のグラデーション１５０は１５３において定義される。グレード１の樹脂は、第１の反応性ピーク比がＲ１未満の範囲に対して定義され、グレード２の樹脂は、第２の反応ピーク比の範囲がＲ１超に対して定義され、グレード３の樹脂は、第３の反応ピーク比範囲がＲ２超に対して定義されてよい。このようにしてグレードＮの樹脂が、ＲＮ−１を超える反応ピーク比範囲によって定義され得る。
【００３３】
次に図１と図４を参照すると、システム１００が、少なくともインプロセス樹脂１１６の寿命サイクル１４０に基づいて、インプロセス樹脂１１６が寿命内か寿命切れかを判定する。一実施形態では、コンピュータ装置１３０が、少なくとも１つ又は複数の制御チャート１４１に基づいて、インプロセス樹脂１１６が寿命内か寿命切れかを判定する。制御チャート１４１には、時間依存軸１４２とピーク比軸１４３が含まれ得る。制御チャート１４１には、１つ又は複数のピーク比１４４が含まれ得る。様々な実施形態において、コンピュータ装置１３０は、それ以下ではインプロセス樹脂１１６が寿命切れとなる、ピーク比限界１４５を定義する。一実施形態では、１つ又は複数のピーク比が、ピーク比の制御下限により定義されるピーク比限界１４５以下の場合に、インプロセス樹脂１１６が寿命切れとなる。別の実施形態では、１つ又は複数のピーク比が、中央値より３標準偏差だけ下に定義されるピーク比限界１４５以下の場合に、インプロセス樹脂１１６は寿命切れとなる。更に他の実施形態では、反応性化学成分及び／又は開始剤化学成分に対応する１つ又は複数のピーク比１４４がほぼピーク比限界１４５以下の場合に、インプロセス樹脂１１６は寿命切れとなる。様々な実施形態において、ピーク比１４４はインプロセス樹脂１１６からの反応性化学成分又は開始剤化学成分で決定される。
【００３４】
図３と図４を参照すると、様々な実施形態において、樹脂のグラデーション１５０又は制御チャート１４１は、第１の量の樹脂１２０のピーク比の標本母集団の中央値からの標準偏差の数によって、樹脂のグレード１５１又はピーク比の範囲１５２、１５３を更に定義してもよい。非限定的な例として、開始剤化学成分のピーク比中央値が約０．１２５であり、標本母集団の正規分布の約９９．７％（すなわち３標準偏差）がピーク比をとらえられることが望ましい場合、中央値から下へ３標準偏差以下のピーク比がグレード１樹脂を定義してもよい。中央値から中央値の下へ３標準偏差までの範囲がグレード２樹脂を定義してよい。中央値から上へ３標準偏差までのピーク比がグレード３樹脂を定義してもよい。グレード３の上へ更に３標準偏差までの範囲が、グレード４樹脂を定義してもよい。グレード４の上へ更に３標準偏差の範囲がグレード５樹脂を定義してもよい。別の非限定的な例として、グレード５の樹脂は、未使用の（すなわちモデル１１２の作製にそれまでに使用されたことがない）インプロセス樹脂１１６、又は約１回使用された（すなわちモデル作製のために過去に１回使用された）インプロセス樹脂１１６の標本母集団に対するピーク比１５２、１５３の範囲で定義されてもよい。
【００３５】
図１を参照すると、システム１００は、少なくともインプロセス樹脂１１６が寿命内か寿命切れかによって、インプロセス樹脂１１６を希釈樹脂１１７で希釈する。様々な実施形態において、インプロセス樹脂１１６を希釈樹脂１１７で希釈することは、複合則を使用することを含む。一実施形態において、希釈樹脂１１７は未使用の液体フォトポリマー樹脂である。別の実施形態では、希釈樹脂１１７は以前に使用された液体フォトポリマー樹脂である。様々な実施形態において、希釈樹脂１１７には、インプロセス樹脂１１６と同様の化学成分が含まれる。
【００３６】
本システム１００の様々な実施形態において、コンピュータ装置１３０はイメージング分光計１２０から１つ又は複数の第３のスペクトル１２３を受信する。そこでは、１つ又は複数の第３のスペクトル１２３が、希釈樹脂１１７の波数に対する少なくとも１つの吸光度の値を規定する。コンピュータ装置１３０はさらに、標準ピーク２１２と、インプロセス樹脂１１６に識別される少なくとも１つの化学成分ピークとに少なくとも部分的に基づいて、希釈樹脂１１７に関する少なくとも１つのピーク比を決定する。コンピュータ装置１３０はさらに、インプロセス樹脂１１６を希釈する希釈樹脂１１７に対するピーク比の範囲を決定してもよい。
【００３７】
システム１００の一実施形態において、コンピュータ装置１３０は、インプロセス樹脂１１６を、複合則を用いて希釈する、希釈樹脂１１７に関するピーク比の範囲を決定する。別の実施形態では、複合則を使用することが、希釈樹脂１１７の少なくとも１つのピーク比を使用することと、インプロセス樹脂１１６の少なくとも１つのピーク比を使用することとを含んでよい。
【００３８】
非限定的な例として、複合則は、既知のピーク比において、既知の量のインプロセス樹脂１１６を希釈する希釈樹脂１１７の量（例えば、重量、体積など）の計算に使用される。一実施形態において、複合則は、インプロセス樹脂１１６に対する所望のピーク比を達成するための、希釈樹脂１１７の量の決定に使用される。別の実施形態において、複合則は、インプロセス樹脂１１６に対して樹脂グラデーション１５０から所望のグレード１５１を達成するための、希釈樹脂１１７の量の決定に使用される。
【００３９】
ここで図１〜図４を参照すると、希釈樹脂１１７及び１つ又は複数の第３のスペクトル１２３が、インプロセス樹脂１１６及び／又は１つ又は複数の第１のスペクトル１２１を参照して説明したように実装、構成されるか、あるいは実質的に同様に実行されてよい。さらには、図４に示すように、制御チャート１４１には、希釈後のピーク比１４９が更に含まれてもよく、これがインプロセス樹脂１１６の化学特性が希釈樹脂１１７で希釈された後に既知の状態へ戻ることを示す。
【００４０】
図５には、インプロセス樹脂の化学特性を評価、制御する方法５００（本明細書では「方法５００」と称する）の例示的ステップを概説するフローチャートが提供される。図５のフローチャートは、図１及び図６に関して図示及び説明されるコンピュータ装置１３０のような、１つ又は複数のコンピュータ装置によって実装されてよい。図５は、説明および議論の目的で、特定の順序で遂行されるステップを表す。本明細書での開示を使用する当業者は、本明細書に開示されたあらゆる方法の様々なステップが、本開示の範囲から逸脱することなしに、様々な方法で適合、変更、再配置、省略又は拡張可能であることを理解するであろう。
【００４１】
方法５００には、イメージング分光計を用いてインプロセス樹脂をモニタし、イメージング分光計からの１つ又は複数のスペクトルを用いて、インプロセス樹脂とモデルとを比較し、インプロセス樹脂を希釈樹脂により希釈することを含むことができる。方法５００は（５０２）において、イメージング分光計から１つ又は複数の第１のスペクトルを受信することを含むことができる。１つ又は複数の第１のスペクトルは、インプロセス樹脂の波数に対する、少なくとも１つの吸光度の値を規定する。方法５００は（５０４）において、イメージング分光計から１つ又は複数の第２のスペクトルを受信することを含むことができる。１つ又は複数の第２のスペクトルは、モデルの波数に対する、少なくとも１つの吸光度の値を規定する。例えば、図１及び図２に関して説明したシステム１００により生成される１つ又は複数の第２のスペクトル１２２は、イメージング分光計１２０からのモデル１１２のイメージング分光法から作成されてもよい。モデル１１２は３Ｄプリンタ１１０からのベースライン又は所望の出力を表すことが可能であり、それらは望ましくはインプロセス樹脂１１６で再現することが可能である。
【００４２】
方法５００は（５０６）において、１つ又は複数の第１のスペクトルと、１つ又は複数の第２のスペクトルとの比較に少なくとも部分的に基づいて、標準ピークを識別することを含むことができる。方法５００は（５０８）において、１つ又は複数の第１のスペクトルと、１つ又は複数の第２のスペクトルとの比較に少なくとも部分的に基づいて、化学成分の消耗を示す少なくとも１つの化学成分ピークを識別することを含むことができる。様々な実施形態において、方法５００は、対応する波数における１つ又は複数の第１のスペクトルと、１つ又は複数の第２のスペクトルとを比較することを更に含んでもよい。一実施形態において、１つ又は複数の第１のスペクトルと、１つ又は複数の第２のスペクトルとの比較には、波数範囲における吸収又は出射の大きさの変化を識別し、及び／又は吸収又は出射の大きさに対する波数の変化、すなわちシフトを識別することを含んでもよい。
【００４３】
方法５００は（５１０）において、標準ピークと少なくとも１つの化学成分ピークとに少なくとも部分的に基づいて、少なくとも１つのピーク比を決定することを含むことができる。例えば、少なくとも１つのピーク比を決定することは、標準ピークと反応性化学成分ピークとに基づいてピーク比を決定することを含んでもよい。別の例では、少なくとも１つのピーク比を決定することは、標準ピークと開始剤化学成分ピークとに基づいてピーク比を決定することを含んでもよい。更に別の例では、ピーク比を決定することは、方法５００の１つ又は複数のステップをある期間にわたって繰り返すことを含んでもよい。
【００４４】
方法５００は（５１２）において、少なくとも１つのピーク比の動作範囲に少なくとも基づいて、インプロセス樹脂の寿命サイクルを生成することを含むことができる。一実施形態において、インプロセス樹脂の寿命サイクルを生成することが、少なくとも１つのピーク比の動作範囲と、少なくとも１つのピーク比の１つ又は複数の標準偏差とに少なくとも基づいて樹脂のグラデーションを生成することを含む。
【００４５】
様々な実施形態において、図５００は（５１４）においてさらに、少なくともインプロセス樹脂の寿命サイクルに基づいて、インプロセス樹脂が寿命内か寿命切れかを判定することを含んでもよい。例えば、インプロセス樹脂が寿命内か寿命切れかを判定することは、ピーク比を寿命サイクルの動作範囲に比較することが含まれてよい。別の例では、インプロセス樹脂が寿命内か寿命切れかを判定することは、ピーク比を樹脂のグラデーションに比較することが含まれてよい。更に別の例では、インプロセス樹脂が寿命内か寿命切れかを判定することは、ピーク比を下限と比較することが含まれてよい。
【００４６】
別の実施形態では、方法５００は（５１６）において、１つ又は複数の第３のスペクトルを、イメージング分光計からの受信することを更に含んでもよい。１つ又は複数の第３のスペクトルは、希釈樹脂の波数に対する、少なくとも１つの吸光度の値を規定する。方法５００は（５１８）において、標準ピークとインプロセス樹脂で識別された少なくとも１つの化学成分ピークとに少なくとも部分的に基づいて、希釈樹脂のための少なくとも１つのピーク比を決定することを含んでもよい。
【００４７】
方法５００は（５２０）において、インプロセス樹脂を希釈する、希釈樹脂のピーク比の範囲を決定することを含んでもよい。バット１１４が体積及び／又は重量の制限を受ける一実施形態において、インプロセス樹脂を希釈する希釈樹脂に対するピーク比の範囲を決定することが、インプロセス樹脂を所望のピーク比に希釈するのに十分で、かつバット１１４又はシステム１００の制約内において、希釈樹脂の最小ピーク比を決定することを含む。別の実施形態では、インプロセス樹脂を希釈する希釈樹脂に対するピーク比の範囲を決定することが、インプロセス樹脂を所望のピーク比範囲にまで希釈するのに必要な、既知ピークの希釈樹脂の量を決定することを含んでもよい。
【００４８】
方法５００は（５２１）において、インプロセス樹脂を希釈するピーク比の範囲を決定することを含んでもよい。一実施形態において、ユーザがコンピュータ装置１３０に、インプロセス樹脂１１６を希釈するピーク比の所望範囲を入力してもよい。別の実施形態では、コンピュータ装置１３０が、少なくとも寿命サイクル１４０に基づいて、インプロセス樹脂１１６を希釈するピーク比の範囲を決定してもよい。例えば、インプロセス樹脂１１６を希釈するピーク比の範囲は、インプロセス樹脂１１６の動作範囲から規定された範囲であってよい。別の非限定的実施例では、ピーク比１５２、１５３の範囲は、これに限らないが例えば制御チャート又は樹脂グラデーションから決定又は選択されてもよい。
【００４９】
方法５００は（５２２）において、少なくともインプロセス樹脂が寿命内か寿命切れかに基づいて、インプロセス樹脂を希釈樹脂で希釈することを含んでもよい。例えば、システム１００のコンピュータ装置１３０が、希釈樹脂１１７とインプロセス樹脂１１６を所定の量だけ、及び／又は所定のピーク比範囲まで混合するように、３Ｄプリンタ１１０に信号を送信してもよい。
【００５０】
方法５００は（５２４）において、インプロセス樹脂の１つ又は複数の化学成分を判定することを含んでもよい。方法５００は（５２６）において、インプロセス樹脂の１つ又は複数の化学成分を、第１のスペクトル及び／又は第２のスペクトルの少なくとも１つの化学成分のピークに相関づけることを含んでもよい。
【００５１】
様々な実施形態において、方法５００又はその一部が繰り返し実行されてもよい。一実施形態において、ステップ（５０２）、（５０４）、（５０６）、（５０８）、（５１０）及び（５１２）が繰り返し実行されてもよい。別の実施形態では、上記のステップ及び（５１４）が繰り返し実行されてもよい。さらに別の実施形態では、上記のステップが実行されて、その後に（５０２）、（５１０）、（５１２）及び（５１４）などのステップの一部が繰り返し実行されてもよい。
【００５２】
次に図６では、フォトポリマー樹脂に対する特性評価及び制御システムの別の例示的実施形態が提供される。このシステム１００には、３Ｄプリンタ１１０、イメージング分光計１２０及びコンピュータ装置１３０が含まれてよい。システム１００には、システム１００内で、及び／又はシステム１００の外部と通信する、１つ又は複数のネットワーク１６０が更に含まれてもよい。１つ又は複数のプロセッサ１３２は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、集積回路、論理回路、及び／又は他の好適な処理装置などの、任意の好適な処理装置を含むことができる。１つ又は複数のメモリ装置１３４は、これに限るものではないが、非一時的なコンピュータ可読媒体、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク駆動装置、フラッシュメモリ駆動装置、非揮発性記憶装置、及び／又は他のメモリ装置などを含む、１つ又は複数のコンピュータ可読媒体を含むことができる。
【００５３】
システム１００は、本明細書に記載の通信及び／又はデータ送信のための任意の好適な有線及び／又は無線の通信リンクを含むことが可能な、１つ又は複数のネットワーク１６０を介して通信可能である。例えば、ネットワーク１６０には、ＳＡＴＣＯＭネットワーク、ＡＣＡＲＳネットワーク、ＡＲＩＮＣネットワーク、ＳＩＴＡネットワーク、ＡＶＩＣＯＭネットワーク、ＶＨＦネットワーク、ＨＦネットワーク、Ｗｉ−Ｆｉネットワーク、ＷｉＭＡＸネットワーク、ゲートリンクネットワークなどが含まれ得る。
【００５４】
１つ又は複数のメモリ装置１３４は、１つ又は複数のプロセッサ１３２によりアクセス可能な情報を格納可能であり、これには１つ又は複数のプロセッサ１３２によって実行可能なコンピュータ可読命令１３６が含まれる。命令１３６は、１つ又は複数のプロセッサ１３２によって実行される、１つ又は複数のプロセッサ１３２に動作を実行させる任意の命令セットであってよい。いくつかの実施形態では、命令１３６は１つ又は複数のプロセッサ１３２によって実行されて、１つ又は複数のプロセッサ１３２に動作を遂行させることができる。その動作は、システム１００及び／又はコンピュータ装置１３０がそのために構成された、任意の動作及び機能；本明細書に記載した、フォトポリマー樹脂の化学的性質を評価して制御するための動作（例えば方法４００）；フォトポリマー樹脂の寿命サイクルの生成及び／又はフォトポリマー樹脂の希釈のためのシステム（例えばシステム１００）；フォトポリマー樹脂のための評価及び制御システム及び／又は１つ又は複数のコンピュータ装置１３０のそのほかの任意の動作又は機能；などである。命令１３６は任意の適切なプログラミング言語で書かれたソフトウェアであってもよいし、ハードウェアに実装されてもよい。それに加えて及び／又はその代わりに、命令１３６は１つ又は複数のプロセッサ１３２上で、論理的又は実質的に分離されたスレッドで実行することが可能である。１つ又は複数のメモリ装置１３４は、さらにプロセッサ１３２によってアクセス可能なデータ１３８を格納することができる。例えば、データ１３８には、第１のスペクトル１２１、第２のスペクトル１２２、第３のスペクトル１２３、標準ピーク１２４、化学成分ピーク２１４、吸収又は出射の値１２４、波数の値１２５、１つ又は複数のピーク比の範囲１５２、１５３、寿命サイクル１４０、制御チャート１４１、樹脂のグラデーション１５０、及び／又は本明細書に記載の他の任意のデータ及び／又は情報を含むことができる。
【００５５】
コンピュータ装置１３０はまた、例えばシステム１００の他の構成要素と（例えばネットワーク１６０を介して）通信するのに使用されるネットワークインタフェース１３９を含むことができる。ネットワークインタフェース１３９は、１つ又は複数のネットワークとのインタフェースとなる、例えば、送信器、受信器、ポート、コントローラ、アンテナ及び／又はそのほかの適切な構成要素などを含む、任意の好適な構成部品を含むことができる。
【００５６】
本明細書で議論した技術は、コンピュータをベースとするシステムと、コンピュータをベースとするシステムにより行われるアクション及びやり取りされる情報とに言及している。コンピュータベースのシステムの本質的な柔軟性により、構成要素間のタスクと機能の可能な構成、組み合わせ及び分割に非常な多様性を可能とすることを、当業者は理解するであろう。例えば、本明細書で議論したプロセスは、単一のコンピュータ装置、又は組み合わせで作用する複数のコンピュータ装置を用いて実装することができる。データベース、メモリ、命令及びアプリケーションは、単一システムに実装することも、又は複数システムに分散させることも可能である。分散された構成要素は、順次又は並行して動作可能である。
【００５７】
図１〜図６に関して示し、ここに説明したシステム１００及び方法５００は、時間経過と共に化学的性質が変化する際に、インプロセス樹脂の化学的特性を評価し制御し得る。本明細書に記載のシステム及び方法は、未知の状態へ変化した後に、インプロセス樹脂を既知の望ましい化学的性質へ戻すことができる。さらには、インプロセス樹脂を希釈樹脂で希釈する方法は、他の方法よりも利点がある。例えば、３Ｄプリンティングはバットを含めて、一般に空間、重量、体積などの物理的性質によって制限を受けるので、ここに開示した方法及びシステムは限られた物理的空間内で樹脂特性を改良し得る。さらに、開示した方法及びシステムは、他の方法とは対照的に、インプロセス樹脂を既知の化学的状態と既知のインプロセス寿命サイクルに戻し得る。さらには、開示した方法及びシステムは、無駄を減らし、したがって他の希釈や特性評価の方法に対して原価上の利点を与える。
【００５８】
この書面の記述は、最良の形態を含む本発明を開示するための、また当業者に、任意のデバイスまたはシステムの作成と使用、および組み込まれた任意の方法の遂行を含む本発明の実行を可能とさせるための、実施例を使用する。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思いつく他の実施例も含み得る。そのような他の例は、もしそれらが請求項の文字通りの言葉に違わない構造要素を有する場合、または請求項の文字通りの言葉からあまり差異のない、等価な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあることが意図されている。
【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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【国際調査報告】
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