(57)【要約】  三次元プリントシステムは、光硬化樹脂の個々の層を硬化して製造対象の三次元物体を形成するための、空間光変調器を有する光エンジンを含む。光エンジンは、（１）１つの層を硬化するためのエネルギー値のアレイを規定するスライスイメージを受け取り、（２）スライスイメージを処理して、空間光変調器と互換性を有するイメージフレームを規定し、（３）オン信号を受け取り、（４）オン信号に応答して第１の光源をアクティブ化し、（５）樹脂の１つの層について規定された硬化時間に亘って、規定された第１のイメージフレームを、第１の空間光変調器に繰返し送信し、（６）オフ信号を受け取り、（７）オフ信号に応答して第１の光源を非アクティブ化し、（８）製造対象の三次元物体が形成されるまで工程（１）から（７）を繰り返す、ように構成される。
2019507038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造対象の三次元物体の１つの面上に光硬化樹脂を選択的に硬化する第１の光エンジンの動作によって各層が形成される層ごとのプロセスにより、前記製造対象の三次元物体を形成する三次元プリントシステムであって、
前記光硬化樹脂を含むための容器、および
第１の空間光変調器を照明する第１の光源を含む前記第１の光エンジン、
を備え、
前記第１の光エンジンが、
（ａ）第１の入来スライスエネルギーデータアレイを受け取り、
（ｂ）前記第１の入来スライスエネルギーデータアレイを処理して、第１のイメージフレームを規定し、
（ｃ）オン信号を受け取り、
（ｄ）前記オン信号に応答して前記第１の光源をアクティブ化し、
（ｅ）前記樹脂の１つの層について規定された硬化時間に亘って、規定された前記第１のイメージフレームを、前記第１の空間光変調器に繰返し送信し、
（ｆ）オフ信号を受け取り、
（ｇ）前記オフ信号に応答して前記第１の光源を非アクティブ化し、かつ
（ｈ）前記製造対象の三次元物体が形成されるまで工程（ａ）から（ｇ）を繰り返す、
ように構成されていることを特徴とする、三次元プリントシステム。
【請求項２】
前記第１の空間光変調器が、少なくとも１００万個の個別に制御可能なミラー素子を含むデジタルミラーアレイであることを特徴とする、請求項１に記載の三次元プリントシステム。
【請求項３】
規定された前記イメージフレームが、可変の持続時間を有するビット平面のバイナリシーケンスを含むことを特徴とする、請求項１に記載の三次元プリントシステム。
【請求項４】
工程（ｂ）が、修正、較正、スケーリングおよびステッチングのうちの、１つ以上を提供するように、エネルギー値の前記アレイを処理する工程を含むことを特徴とする、請求項１に記載の三次元プリントシステム。
【請求項５】
規定された前記イメージフレームのうちの１つの時間的前縁と同時に、前記第１の光源がアクティブ化されることを特徴とする、請求項１に記載の三次元プリントシステム。
【請求項６】
前記第１の光源の前記アクティブ化と前記非アクティブ化との間において、整数個の規定された前記イメージフレームが、前記第１の空間光変調器によって受信されることを特徴とする、請求項１に記載の三次元プリントシステム。
【請求項７】
前記第１の光源の前記アクティブ化と前記非アクティブ化との間において、非整数個の規定された前記イメージフレームが、前記第１の空間光変調器によって受信されることを特徴とする、請求項１に記載の三次元プリントシステム。
【請求項８】
第２の空間光変調器を照明する第２の光源を含む第２の光エンジンをさらに備え、
前記第２の光エンジンが、
（ａ）前記第１の光エンジンと前記第２の光エンジンとが互いに異なるが一部重複する構築フィールドを有することを可能とするように、前記第１の入来スライスエネルギーデータアレイと相補的なものとされた、第２の入来スライスエネルギーデータアレイを受け取り、
（ｂ）前記第２の入来スライスエネルギーデータアレイを処理して、第２のイメージフレームを規定し、
（ｃ）前記第１の光エンジンから前記オン信号を受け取り、
（ｄ）前記オン信号に応答して前記第２の光源をアクティブ化し、
（ｅ）前記樹脂の前記１つの層について規定された前記硬化時間に亘って、規定された前記第２のイメージフレームを、前記第２の空間光変調器に繰返し送信し、
（ｆ）前記第１の光エンジンから前記オフ信号を受け取り、
（ｇ）前記オフ信号に応答して前記第２の光源を非アクティブ化し、かつ
（ｈ）前記製造対象の三次元物体が形成されるまで工程（ａ）から（ｇ）を繰り返す、
ように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の三次元プリントシステム。
【請求項９】
前記第１の光エンジンが、前記入来スライスエネルギーデータアレイを、第１のデータ経路に沿ってデジタルミラーデバイスモジュールに送信し、かつ、前記オン信号および前記オフ信号を、第２のデータ経路に沿って第１の光源モジュールに送信することを特徴とする、請求項１に記載の三次元プリントシステム。
【請求項１０】
製造対象の三次元物体の１つの面上に光硬化樹脂を選択的に硬化することによって各層が形成される層ごとのプロセスにより、前記製造対象の三次元物体を形成する三次元プリントシステムであって、
前記光硬化樹脂を含むための容器、
コントローラ、
光エンジンであって、
光源と、
前記光源により照明される空間光変調器と、
入来スライスエネルギーデータアレイおよび光源切換信号を受け取るシステムプロセッサと、
前記入来スライスエネルギーデータアレイを受け取って処理し、該入来スライスエネルギーデータアレイの修正、較正、スケーリングおよびステッチングのうちの１つ以上の後に、スケーリングされたエネルギーデータアレイを出力する、イメージスケーラと、
前記スケーリングされたエネルギーデータを受信して、該スケーリングされたエネルギーデータをイメージフレームに変換し、該イメージフレームを前記空間光変調器に繰返し送信する、デジタルミラーデバイスフォーマッタと、
前記光源切換信号を受け取り、繰返し送信される前記イメージフレームと時間的に重なる硬化持続時間に亘って、前記光源をオン状態とする光源ドライバと、
を含む光エンジン、
を備えていることを特徴とする、三次元プリントシステム。
【請求項１１】
前記光源をオン状態とする動作が、前記イメージフレームのうちの１つの開始点と同期化されることを特徴とする、請求項１０に記載の三次元プリントシステム。
【請求項１２】
前記光源がオン状態とされている間において、整数個の前記イメージフレームが、前記空間光変調器によって受け取られることを特徴とする、請求項１０に記載の三次元プリントシステム。
【請求項１３】
前記光源がオン状態とされている間において、非整数個の前記イメージフレームが、前記空間光変調器によって受け取られることを特徴とする、請求項１０に記載の三次元プリントシステム。
【請求項１４】
前記光エンジンが、協働して複合構築平面を生成するように構成された複数の光エンジンであり、該複数の光エンジンが、互いに異なるが相補的な入来スライスエネルギーデータアレイを受け取ることを特徴とする、請求項１０に記載の三次元プリントシステム。
【請求項１５】
前記複数の光エンジンが、主要光エンジンと、少なくとも１つの補助光エンジンとを含み、前記主要光エンジンが、前記切換信号を受け取り、該切換信号を、前記少なくとも１つの補助光エンジンにルーティングすることを特徴とする、請求項１４に記載の三次元プリントシステム。
【請求項１６】
製造対象の三次元物体の１つの面上に光硬化樹脂を選択的に硬化することによって各層が形成される層ごとのプロセスにより、前記製造対象の三次元物体を形成する三次元プリントシステムであって、
前記光硬化樹脂を含むための容器、および
主要光エンジンと、少なくとも１つの補助光エンジンとを含む、複数の光エンジン、
を備え、
前記主要光エンジンがシステムプロセッサを含み、該システムプロセッサが、
（ａ）前記主要光エンジンに固有の入来スライスエネルギーデータアレイを受け取り、
（ｂ）光源切換信号を受け取り、
（ｃ）前記主要光エンジンに固有の前記入来スライスエネルギーデータアレイを、前記主要光エンジン内のデジタルミラーデバイスモジュールにルーティングし、
（ｄ）前記切換信号を、前記主要光エンジン内の光源モジュールに適用し、かつ
（ｅ）前記切換信号を、前記少なくとも１つの補助光エンジンにルーティングする、
ように構成されていることを特徴とする、三次元プリントシステム。
【請求項１７】
前記デジタルミラーデバイスモジュールが、イメージスケーラ、デジタルミラーデバイスフォーマッタ、およびデジタルミラーデバイスを含むことを特徴とする、請求項１６に記載の三次元プリントシステム。
【請求項１８】
前記イメージスケーラが、前記入来スライスエネルギーデータアレイを処理してスケーリングされたエネルギーデータアレイを規定し、前記デジタルミラーデバイスフォーマッタが、前記スケーリングされたエネルギーデータアレイを処理してイメージフレームを規定し、該イメージフレームを前記デジタルミラーデバイスに繰返し送信することを特徴とする、請求項１７に記載の三次元プリントシステム。
【請求項１９】
前記切換信号がオン信号とオフ信号とを含み、前記オン信号と前記オフ信号との間の持続時間中において、整数個の前記イメージフレームが前記デジタルミラーデバイスに送信されることを特徴とする、請求項１８に記載の三次元プリントシステム。
【請求項２０】
前記切換信号がオン信号とオフ信号とを含み、前記オン信号と前記オフ信号との間の持続時間中において、非整数個の前記イメージフレームが前記デジタルミラーデバイスに送信されることを特徴とする、請求項１８に記載の三次元プリントシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、液状の光子硬化可能な（光硬化）樹脂の固化によって、製造対象の三次元物体をデジタル製作する装置および方法に関するものである。より詳細には、本開示は、三次元プリントシステム内において１つの光エンジンから多数の光エンジンへと拡張可能な、有利な光エンジンの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
三次元プリンターは、広範に使用されるようになってきている。三次元プリンター技術の例として数例を挙げると、ステレオリソグラフィ、選択的レーザ焼結、熱溶解積層法が含まれる。ステレオリソグラフィベースのプリンターは、液状の光硬化樹脂を一度に一層ずつ選択的に硬化または固化するために、制御可能な光エンジンを利用している。いくつかの実施形態では、光エンジンは、空間光変調器を照明する光源を含むものとされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これらの光エンジンの中には、画像またはビデオを表示するのに使用されるプロジェクタに、起源を発するものもある。それらの光エンジンはフルモーションビデオの表示に最適化された電子回路構成を有しているため、これらの光エンジンが三次元プリンターに使用されると、ある種の非効率性が結果として生じることとなる。そのため、三次元プリントに最適なように、電子回路構成を設計し直す必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様において、三次元プリントシステムは、光硬化樹脂を含むための容器、製造対象の三次元物体を支持するための固定具、固定具を増分的に変位させるための移動機構、光エンジン、および、移動機構と光エンジンとに電気的に接続もしくは無線接続されたコントローラを含んでいる。容器は、光硬化樹脂と接触する透明シートを有する下方表面を含む。製造対象の三次元物体は、透明シートと対向関係にある下面を有する。光エンジンは、構築平面の近傍に光硬化樹脂の薄いスライスを固化するために、ピクセル化された光を、シートを介して上記の下面に適用するように構成されている。構築平面は、光エンジンが硬化を行うことのできる横方向領域を規定する。コントローラは、以下の工程を実行するように光エンジンをアクティブ化する：（ａ）第１の入来スライスエネルギーデータアレイを受け取る工程；（ｂ）第１の入来スライスエネルギーデータアレイを処理して、第１のイメージフレームを規定する工程；（ｃ）オン信号を受け取る工程、（ｄ）オン信号に応答して第１の光源をアクティブ化する工程；（ｅ）樹脂の１つの層について規定された硬化時間に亘って、規定された第１のイメージフレームを、第１の空間光変調器に繰返し送信する工程；（ｆ）オフ信号を受け取る工程；（ｇ）オフ信号に応答して第１の光源を非アクティブ化する工程；および（ｈ）製造対象の三次元物体が形成されるまで工程（ａ）から（ｇ）を繰り返す工程。
【０００５】
１つの実装形態において、光エンジンは、デジタルミラーデバイスモジュールと光源モジュールとに接続された、システムプロセッサを含むものとされる。１つの実施形態では、デジタルミラーデバイスモジュールは、イメージスケーラ、デジタルミラーデバイスフォーマッタ、およびデジタルミラーデバイスを含む。イメージスケーラは、受領した第１のスライスイメージを処理して、修正、較正、スケーリングおよびステッチングのうちの１つ以上を行い、スケーリングされたエネルギーデータアレイを提供する。デジタルミラーデバイスフォーマッタは、スケーリングされたエネルギーデータアレイを、デジタルミラーデバイスと互換性のあるイメージフレームに変換する。デジタルミラーデバイスは、少なくとも１００万個の個別にアドレス指定可能なミラー素子を含む、デジタルミラーアレイを備えたものとされる。光源モジュールは、光源に接続された光源ドライバを含む。
【０００６】
別の実装形態では、第１のイメージフレームは、第１の空間光変調器の個々のピクセル要素についてのビット平面のシーケンスを規定する。各ピクセル要素に届けられるエネルギー値は、どのビット平面が「オン」状態にあるかによって決定される。すなわち、第１のイメージフレームは、ビット平面に対応するバイナリ数のビット位置を有する、バイナリ数のアレイである。
【０００７】
さらに別の実装形態では、第１の光源は、規定されたイメージフレームのうちの１つの「時間的前縁」と同時にアクティブ化される。１つのイメージフレームの時間的前縁とは、時間領域におけるイメージフレームの左手側の縁であり、そのイメージフレームが空間光変調器の動作に影響を与え始める時点である。こうして、第１の光源は、規定されたイメージフレームのうちの１つによる第１の光変調器のアクティブ化と同時に、オン状態とされる。
【０００８】
さらなる実装形態では、光源のアクティブ化と非アクティブ化との間において、整数個の規定されたイメージフレームが、第１の空間光変調器によって受け取られる。
【０００９】
またさらなる実装形態では、光源のアクティブ化と非アクティブ化との間において、非整数個の規定されたイメージフレームが、空間光変調器によって受け取られる。
【００１０】
別の実装形態では、三次元プリントシステムは、第２の空間光変調器を照明する第２の光源を含む第２の光エンジンを備えたものとされ、その第２の光エンジンは、（ａ）第１の光エンジンと第２の光エンジンとが互いに異なるが一部重複する構築フィールドを有することを可能とするように、第１の入来スライスエネルギーデータアレイと相補的なものとされた、第２の入来スライスエネルギーデータアレイを受け取り、（ｂ）入来スライスエネルギーデータアレイを処理して、第２のイメージフレームを規定し、（ｃ）第１の光エンジンからオン信号を受け取り、（ｄ）オン信号に応答して第２の光源をアクティブ化し、（ｅ）規定された硬化時間に亘って、規定された第２のイメージフレームを、第２の空間光変調器に繰返し送信し、（ｆ）第１の光エンジンからオフ信号を受け取り、（ｇ）オフ信号に応答して第２の光源を非アクティブ化し、かつ、（ｈ）製造対象の三次元物体が形成されるまで工程（ａ）から（ｇ）を繰り返す、ように構成される。
【００１１】
さらに別の実装形態では、第１の光エンジンは、入来スライスエネルギーデータアレイを、第１のデータ経路に沿ってデジタルミラーデバイスモジュールに送信し、かつ、オン信号およびオフ信号を、第２のデータ経路に沿って第１の光源モジュールに送信するものとされる。
【００１２】
本発明の第２の態様においては、三次元プリントシステムは、光硬化樹脂を含むための容器、製造対象の三次元物体を支持するための固定具、固定具を増分的に変位させるための移動機構、光エンジン、および、移動機構と光エンジンとに電気的に接続もしくは無線接続されたコントローラを含んでいる。容器は、光硬化樹脂と接触する透明シートを有する下方表面を含む。製造対象の三次元物体は、透明シートと対向関係にある下面を有する。光エンジンは、構築平面の近傍に光硬化樹脂の薄いスライスを固化するために、ピクセル化された光を、シートを介して上記の下面に適用するように構成されている。構築平面は、光エンジンが硬化を行うことのできる領域を規定する。光エンジンは、光源と、光源により照明される空間光変調器と、入来スライスエネルギーデータアレイおよび光源切換信号を受け取るシステムプロセッサと；入来スライスエネルギーデータアレイを受け取って処理し、その入来スライスエネルギーデータアレイの修正、較正、スケーリングおよびステッチングのうちの１つ以上の後に、スケーリングされたエネルギーデータアレイを出力する、イメージスケーラと；スケーリングされたエネルギーデータを受信して、そのスケーリングされたエネルギーデータをイメージフレームに変換し、そのイメージフレームを空間光変調器に繰返し送信する、デジタルミラーデバイスフォーマッタと；光源切換信号を受け取り、繰返し送信されるイメージフレームと重なる硬化持続時間に亘って、光源をオン状態とする光源ドライバと；を含むものとされる。第１の実施形態では、光源をオン状態とする動作が、イメージフレームのうちの１つの開始点と同期化される。第２の実施形態では、光源がオン状態とされている間において、整数個のイメージフレームが、空間光変調器によって受け取られる。第３の実施形態では、光源がオン状態とされている間において、非整数個のイメージフレームが、空間光変調器によって受け取られる。
【００１３】
１つの実装形態では、光エンジンは、協働して複合構築平面を生成するように構成された複数の光エンジンであり、それら複数の光エンジンは、互いに異なるが相補的な入来スライスエネルギーデータアレイを受け取る。それら複数の光エンジンは、主要光エンジンと、少なくとも１つの補助光エンジンとを含み、主要光エンジンは、切換信号を受け取り、それらの切換信号を、少なくとも１つの補助光エンジンにルーティングする。
【００１４】
本発明の第３の態様においては、三次元プリントシステムは、光硬化樹脂を含むための容器、製造対象の三次元物体を支持するための固定具、固定具を増分的に変位させるための移動機構、複数の光エンジン、および、移動機構と複数の光エンジンとに電気的に接続もしくは無線接続されたコントローラを含んでいる。容器は、光硬化樹脂と接触する透明シートを有する下方表面を含む。製造対象の三次元物体は、透明シートと対向関係にある下面を有する。光エンジンは、複合構築平面の近傍に光硬化樹脂の薄いスライスを固化するために、ピクセル化された光を、シートを介して上記の下面に適用するように構成されている。複合構築平面は、光エンジンが硬化を行うことのできる領域を規定する。複数の光エンジンは、主要光エンジンと、少なくとも１つの補助光エンジンとを含む。主要光エンジンはシステムプロセッサを含み、そのシステムプロセッサは、（ａ）主要光エンジンに固有の入来スライスエネルギーデータアレイを受け取り、（ｂ）光源切換信号を受け取り、（ｃ）主要光エンジンに固有の入来スライスエネルギーデータアレイを、主要光エンジン内のデジタルミラーデバイスモジュールにルーティングし、（ｄ）上記の切換信号を、主要光エンジン内の光源モジュールに適用し、かつ（ｅ）上記の切換信号を、少なくとも１つの補助光エンジンにルーティングするように、構成される。
【００１５】
１つの実装形態では、複合構築平面は、一部重複する複数の構築フィールドによって規定される。各構築フィールドは、複数の光エンジンのうちの１つによって、個別に形成される。
【００１６】
別の実装形態では、デジタルミラーデバイスモジュールは、イメージスケーラ、デジタルミラーデバイスフォーマッタ、およびデジタルミラーデバイスを含むものとされる。イメージスケーラは、入来スライスエネルギーデータアレイを処理してスケーリングされたエネルギーデータアレイを規定し、デジタルミラーデバイスフォーマッタは、スケーリングされたエネルギーデータアレイを処理してイメージフレームを規定する。切換信号は、オン信号とオフ信号とを含むものとされる。硬化時間は、オン信号とオフ信号との間の持続時間によって規定される。デジタルミラーデバイスフォーマッタは、硬化時間中において、整数個のイメージフレームをデジタルミラーデバイスに連続的に送信するように構成される。
【００１７】
さらに別の実装形態では、デジタルミラーデバイスモジュールは、イメージスケーラ、デジタルミラーデバイスフォーマッタ、およびデジタルミラーデバイスを含むものとされる。イメージスケーラは、入来スライスエネルギーデータアレイを処理してスケーリングされたエネルギーデータアレイを規定し、デジタルミラーデバイスフォーマッタは、スケーリングされたエネルギーデータアレイを処理してイメージフレームを規定する。切換信号は、オン信号とオフ信号とを含むものとされる。硬化時間は、オン信号とオフ信号との間の持続時間によって規定される。デジタルミラーデバイスフォーマッタは、硬化時間中において、非整数個のイメージフレームをデジタルミラーデバイスに連続的に送信するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】三次元プリントシステムの概略ブロック図
【図２】１つの光エンジンについて構築平面を表した図
【図３】例示的な光エンジンの電気的ブロック図
【図４】１つのイメージフレームについての例示的なビット平面シーケンスのタイミング図
【図５】三次元プリントシステムの例示的な動作方法のフローチャート
【図６】三次元プリントシステムの例示的な動作シーケンスを図解するためのタイミング図
【図７】２つ以上の光エンジンを有する三次元プリントシステムの概略ブロック図
【図８】４つの光エンジンの一部重複する４つの構築フィールドの複合である、複合構築平面を表した図
【図９】４つの例示的な光エンジンを表した電気的ブロック図
【図１０】１つより多くの光エンジンを有する三次元プリントシステムの例示的な動作方法のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、例示的な三次元プリントシステム２の概略ブロック図である。この図および後続の図を説明するに際し、互いに直交する軸Ｘ、ＹおよびＺが使用される。軸ＸおよびＹは横方向軸である。いくつかの実施形態では、ＸおよびＹは水平方向軸でもある。軸Ｚは中心軸である。いくつかの実施形態では、Ｚは垂直方向軸である。いくつかの実施形態では、方向＋Ｚは全体的に上に向かう方向であり、方向−Ｚは全体的に下に向かう方向である。
【００２０】
三次元プリントシステム２は、光硬化可能な樹脂６を含む容器４を備えている。容器４は、容器４の下方表面９の少なくとも一部を規定する、透明シート８を含んでいる。光エンジン１０は、透明シート８を介して上方に光を投射して光硬化樹脂６を固化するように配されており、これにより、製造対象の三次元物体１２が形成される。製造対象の三次元物体１２は、固定具１４に取り付けられている。固定具１４を垂直方向軸Ｚに沿って移動させるために、移動機構１６が固定具１４に連結されている。
【００２１】
コントローラ１８は、光エンジン１０および移動機構１６に電気的に接続または無線接続されている。コントローラ１８は、情報記憶装置（図示せず）に接続されたプロセッサ（図示せず）を含んでいる。情報記憶装置は、非一時的なまたは不揮発性の記憶装置（図示せず）を含んでおり、その非一時的なまたは不揮発性の記憶装置は、コントローラ１８により実行される際に単一のＩＣ（集積回路）または複数のＩＣに含まれることが可能な、命令を記憶している。コントローラ１８は、１つの場所にあるものであってもよいし、三次元プリントシステム２内の複数の場所に分散させられたものであってもよい。プロセッサは、光エンジン１０と移動機構１６とを制御する。
【００２２】
製造対象の三次元物体１２は、透明シート８に対向する下面２０を有している。下面２０と透明シート８との間には、樹脂の薄層２２が存在する。光エンジン１０が透明シート８を介して光エネルギーを印加すると、それにより、下面２０と一致するまたは下面２０の近傍にある「構築平面」２４近傍の樹脂が重合する。
【００２３】
光エンジン１０は、光源２６、空間光変調器２８、およびその他の機器を含んでいる（図３参照）。光源２６は、空間光変調器２８を照明し、空間光変調器２８は、透明フィルム８を介して上方に投影されるピクセル化イメージを生成する。１つの例示的な実施形態では、光源２６は、１つ以上の発光ダイオードおよび／またはレーザを含んでいる。光源２６は、樹脂６の層をを硬化するため、青色光または紫外光を発するものとされ得る。１つの例示的な実施形態では、空間光変調器２８は、１００万個以上の制御可能なミラー素子を含み得るデジタルミラーデバイス２８とされる。各ミラー素子（図示せず）は、「オン」配置と「オフ」配置とを含む少なくとも２つの配置を有する。「オン」配置では、構築平面２４の「ピクセル要素」２５を照明するように、ミラー素子が光を伝達する。「オフ」配置では、ミラー素子は、ピクセル要素２５を暗いままとする（図２は構築平面２４を図示している）。
【００２４】
コントローラ１８は、下面２０上に新たな樹脂層を選択的に硬化するように、光エンジン１０を制御する。樹脂の各層が硬化された後、コントローラ１８は、樹脂の薄層２２が再び補充されることを可能とするために、製造対象の三次元物体１２を上昇させるよう移動機構１６を制御する。
【００２５】
図２は、Ｚの固定値に対する、横方向の構築平面２４を表した図である。横方向の構築平面２４は、Ｚの固定値に対して、光エンジンのＸおよびＹのある横方向範囲において規定されている。横方向の構築平面２４は、中心３０および横方向エッジ３２を有している。横方向エッジ３２は、横方向の構築平面２４の横方向範囲を規定する。横方向の構築平面２４は長方形として図示されているが、歪みまたはその他のアーチファクトによって、横方向の構築平面２４が、直線状でない横方向エッジ３２および／または長方形でない形状を有することもある点を理解されたい。
【００２６】
横方向の構築平面２４内には、ピクセル要素２５が存在する。各ピクセル要素２５は、空間光変調器２８によって規定されている。１つの例示的な実施形態では、各ピクセル要素２５は、空間光変調器２８の１つのミラー素子に対応する。説明を簡単にするため、構築平面２４は、図２では実際のシステムよりもはるかに少ないピクセル要素２５を有するものとして描かれている。実際には、構築平面２４は、１００万個以上の個別のピクセル要素２５を有し得る。
【００２７】
図３は、システムプロセッサ３４を含む光エンジンを表した電気的ブロック図であり、システムプロセッサ３４は、情報記憶装置３６、光源モジュール３５、およびデジタルミラーデバイスモジュール３７に接続されている。光源モジュール３５は、光源ドライバ４２および光源２６を含んでいる。デジタルミラーデバイスモジュール３７は、イメージスケーラ３８、デジタルミラーデバイスフォーマッタ４０、およびデジタルミラーデバイス２８を含んでいる。
【００２８】
システムプロセッサ３４は、光エンジン１０の主要機能のほとんどまたはすべてを統合的に調整する。システムプロセッサ３４は、コントローラ１８から入来スライスエネルギーデータアレイを受け取るように構成されており、この入来スライスエネルギーデータアレイは、製造対象の物体１２の新たな層の少なくとも一部を規定している。入来スライスエネルギーデータアレイは、ＸおよびＹ方向の位置に対して印加される光硬化エネルギーを規定する、エネルギー値の二次元アレイを定義する。ＸおよびＹ方向におけるエネルギー値の間隔は、空間光変調器２８のピクセルアレイに対応するものであっても、対応しないものであってもよい。システムプロセッサ３４は、入来スライスエネルギーデータアレイを、デジタルミラーデバイスモジュール３７のイメージスケーラ３８に伝達する。
【００２９】
情報記憶装置３６は、システムプロセッサ３４のための入来または処理済データを記憶する１つまたは複数のメモリ機器を含み得る。かかるデータは、入来スライスエネルギーデータアレイを含み得る。
【００３０】
イメージスケーラ３８は、修正、較正、スケーリングおよびステッチングのうちの、１つ以上を提供するように、入来イメージスライスデータを処理する。修正は、湾曲歪みの補正、または樽型歪みならびにキーストーン効果といったような歪みの補正を含む。較正は、光源２６の出力、および光エンジン１０から構築平面２４までの光路長の変化に対する、補償を含み得る。スケーリングは、再マッピング、およびフレームの再スケーリングを含み得る。再マッピングは、エネルギー値の入来データアレイの間隔を、空間光変調器２８のピクセルアレイの間隔に変換する処理である。フレームの再スケーリングは、ピクセル要素２５ごとの合計エネルギーから、１つのフレームのピクセル要素ごとのエネルギー値への、エネルギー値のスケーリングである。たとえば、光源２６を用いて必要な硬化時間を提供するのに１０フレームを要する場合には、各フレームにつき、エネルギー値が９０％減少させられる。最後に、ステッチング調整は、１つの構築平面２４を規定するのに１つより多くの光エンジンが使用される場合に行われる。いくつかの代替実施形態では、修正、較正、スケーリングおよびステッチングの一部は、データがデジタルミラーデバイスモジュール３７に受け渡される前にコントローラによって実行されてもよいし、デジタルミラーデバイスフォーマッタ４０によって実行されてもよい。その場合、イメージスケーラ３８がこれら機能のすべてを実行する必要はないかもしれない。これらの機能が実施された後、イメージスケーラ３８は、結果としてのスケーリングされたエネルギーデータアレイを、空間光変調器フォーマッタ４０へと受け渡す。
【００３１】
デジタルミラーデバイスフォーマッタ４０は、スケーリングされたエネルギーデータアレイを、デジタルミラーデバイス２８と互換性のあるフォーマットにフォーマットする。スケーリングされたエネルギーデータアレイは、各ピクセルにつき、（フレーム周期に対して）スケーリングされたエネルギー値を有する。デジタルミラーデバイスフォーマッタ４０は、スケーリングされたエネルギー値の各々を、ビット平面のシーケンスに対応するバイナリ数に変換する。ビット平面の１つのシーケンスが、図４に描かれている。各ビット平面は、ピクセル要素がオン状態またはオフ状態である持続時間である。所与のビット平面についてバイナリ値１が送信されると、ピクセル要素は、そのビット平面持続時間中、オン状態とされる。所与のビット平面についてバイナリ値０が送信されると、ピクセル要素は、そのビット平面持続時間中、オフ状態とされる。図４は、６ビットのイメージフレームを図示している。それらのビット平面は、あるミラー素子がオン状態またはオフ状態であるように規定される最も狭い持続時間である、最下位ビット（ｌｅａｓｔ  ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ  ｂｉｔ；ＬＳＢ）すなわちビット０を含む。次に位が高いビット（ビット１）は、ビット０の持続時間の２倍の持続時間を有する。この関係が最上位ビット（ｍｏｓｔ  ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ  ｂｉｔ；ＭＳＢ）まで反復される。図４は、説明を簡潔にするために６ビットのフレームを表しているが、８ビットのフレームを用いたシステムや、それより多いまたは少ないビットを用いたシステムもあり得る。１０１０１０というバイナリ数は、６ビットのフレームにつき、ビット０をオン状態とし、ビット２をオフ状態とし、ビット３をオン状態とする、等の状態となす。このようにして、バイナリ数は、所与のピクセル要素についてのフレームデータを規定する。デジタルミラーデバイスフォーマッタ４０は、構築平面２４についてのイメージフレームデータを、デジタルミラーデバイス２８に送信し、デジタルミラーデバイス２８は、それに従って、個々のミラー素子を連続的にアクティブ化および非アクティブ化する。
【００３２】
システムプロセッサ３４は、コントローラ１８から切換信号を受信し、その切換信号を、光源モジュール３５の光源ドライバ４２に受け渡すように構成されている。１つより多くの光エンジン１０を有する実施形態についていえば、システムプロセッサ３４はまた、切換信号を他の光エンジン１０に送信することもできる。光源ドライバ４２は、光源２６に電力を付与する。１つの例示的な実施形態では、光源２６は、紫外（ＵＶ）光を発する発光ダイオード（ＬＥＤ）とされる。切換信号は、光源２６をアクティブ化する（オン状態とする）「オン」信号と、光源２６を非アクティブ化する（オフ状態とする）「オフ」信号とを含む。別の実施形態では、光源２６は、１つまたは複数のレーザまたは青色光発光器を含むものとされる。
【００３３】
図３には、三次元プリントシステム２内における光の伝達も図示されている（より太いグレーの矢印４４および４６）。要素４４は、光源２６により発せられた「生の」光すなわち処理を受けていない光を表している。要素４６は、デジタルミラーデバイス２８により光学系に向けて反射されたピクセル化された光を表しており、その後、光学系が、ピクセル化された光を構築平面２４へと届ける。
【００３４】
図５は、三次元プリントシステム２の例示的な動作方法４８を表したフローチャートであり、図６は、同じ例示的な動作方法４８を表したタイミング図である。ステップ５０により、システムプロセッサ３４は、製造対象の三次元物体１２のＮ番目の層を固化するための、入来スライスＮエネルギーデータアレイを（コントローラ１８から）受け取る。システムプロセッサ３４は、この入来スライスＮエネルギーデータアレイを、イメージスケーラ３８に届ける。ステップ５０は、図６においては、一番上のグラフとして表されている。スライスＮおよびスライスＮ＋１のイメージデータの受領が、上向きの矢印として表されている。
【００３５】
ステップ５２により、イメージスケーラ３８は、修正、較正、スケーリングおよびステッチングのうちの、１つ以上を提供するように、スライスＮのイメージデータを処理する。１つの変更例として、これらの機能のうちの１つまたは複数が、コントローラ１８内、またはデジタルミラーデバイスフォーマッタ４０内で生じてもよい。これらの機能をコントローラ１８内で実行することと比較した１つの利点は、スピードである。なぜならば、デジタルミラーデバイスモジュール３７の構成要素は、これらの機能を非常に高速に実行することのできる専用のハードウェアを有するためである。その後、イメージスケーラ３８は、スケーリングされたエネルギーデータアレイを、デジタルミラーデバイスフォーマッタ４０に届ける。
【００３６】
ステップ５４により、デジタルミラーデバイスフォーマッタ４０は、スケーリングされたエネルギーデータアレイを、（１つのイメージフレームについて図４に図示されたような）ビット平面表現を有する、イメージフレームに変換する。ステップ５６により、フォーマットされたイメージフレームデータが、デジタルミラーデバイス２８に繰返し送信される。図６の中央のグラフは、スライスＮを包含する持続時間中において、６個のイメージフレームがデジタルミラーデバイス２８に送信される様子を表している。一般的には、１つのスライス分の持続時間中にＭ個のフレームが含まれ、このＭは、１フレームから、樹脂６の層を適切に固化するのに十分な任意の数まで、変化し得る数である。
【００３７】
いくつかの実施形態では、各フレームは、３０分の１秒の持続時間を有するものとされる。合計の硬化時間は、１または２秒であり得る。１秒の硬化時間は、上記のようなイメージフレームを３０個必要とする。２秒の硬化時間は、６０個のイメージフレームを必要とする。この例示的な実施形態では、１つのイメージフレームは８個のビット平面を含み得る。他の実施形態では、１つのイメージフレームは、所望のエネルギー解像度に応じて、１２個、１６個、２４個またはより多くのビット平面を含み得る。
【００３８】
使用されている樹脂６の硬化速度に応じて、他の硬化時間も可能である。５０分の１秒、６０分の１秒等の、他のフレーム持続時間も可能である。１つのフレームの間におけるビット平面の数も、所望の解像度に応じて変化し得る。
【００３９】
フレームの繰返し送信（ステップ５６）と同時並行して、ステップ５８から６２が実行される。ステップ５８により、システムプロセッサ３４は、コントローラ１８から「オン」切換信号を受信する。ステップ５８の一部として、システムプロセッサ３４は、オン信号を光源ドライバ４２に伝達し、その後、光源ドライバ４２は、光源２６をアクティブ化すなわちオン状態とする。
【００４０】
ステップ６０により、光源は、硬化時間中オン状態を維持する。ステップ６０中において、デジタルミラーデバイスフォーマッタ４０は、デジタルミラーデバイス２８にイメージフレームを送信し続ける。
【００４１】
ステップ６２により、システムプロセッサは、「オフ」切換信号を受信する。ステップ６２の一部として、システムプロセッサは、オフ信号を光源ドライバ４２に伝達し、その後、光源ドライバ４２は、光源２６を非アクティブ化すなわちオフ状態とする。
【００４２】
いくつかの実施形態では、オン信号およびオフ信号は、システムプロセッサにより、１つ以上の補助光エンジン１０に送信される。補助光エンジン１０は、図３に関連して説明したのと類似のアーキテクチャを有するであろう。かかる構成は、図７から１０に関連して説明される。
【００４３】
図６の一番下のタイミング図は、ステップ５８から６２を図解している。上向きの矢印は光源２６がオン状態とされたことを示し、下向きの矢印は光源２６がオフ状態とされたことを示す。図６の各水平方向軸は、スライスデータの受領、フレームの配信、および光源２６のアクティブ化ならびに非アクティブ化の、例示的な相対タイミングを示している。様々な実施形態が可能である。
【００４４】
いくつかの実施形態では、光源２６のアクティブ化は、フレームの開始点と同期させられ得る。別の実施形態では、それらは同期されず、光源のオンおよびオフがフレームの配信中に生じることもある。
【００４５】
いくつかの実施形態では、ステップ６０の硬化時間中において、整数個のフレームが、デジタルミラーデバイスフォーマッタ４０からデジタルミラーデバイス２８に配信される。他の実施形態では、ステップ６０の硬化時間中において、非整数個のフレームが、デジタルミラーデバイスフォーマッタ４０からデジタルミラーデバイス２８に配信される。
【００４６】
ステップ６４により、コントローラ１８は、製造対象の三次元物体１２を増分的に上方に移動させるために、移動機構１６をアクティブ化する。ステップ６６により、Ｎ＋１番目のスライスのイメージデータがシステムプロセッサ３４により受信可能となるように、Ｎの値がＮ＋１に増分する。製造対象の三次元物体１２が完全に形成されるまで、シーケンス４８が繰り返される。
【００４７】
図７は、１つより多くの光エンジン１０を用いている点を除いて図１に示されたものと類似の、例示的な三次元プリントシステム２の概略ブロック図である。これにより、解像度を減ずることなく、横方向寸法がより大きな製造対象の三次元物体１２をイメージングすることが可能となる。他の類似の要素番号は、同様または類似の要素を示している。
【００４８】
光エンジン１０（光エンジンＡおよび光エンジンＢ）は、重複ゾーン６８を有し、この重複ゾーン６８に亘っては、両方の光エンジン１０が構築平面２４の同じ位置にエネルギーを供給する。２つの光エンジン１０が示されているが、三次元プリントシステム２は、１つまたは複数の光エンジン１０を含むものとされてよく、また、任意の数の光エンジン１０を含むものとされてよい点を理解されたい。
【００４９】
図８は、４つの光エンジンＡ、Ｂ、ＣおよびＤの複合により形成される、複合構築平面２４を表している。異なるタイプの破線の外形線は、複合構築平面２４内の重複する構築フィールドであって、複数の光エンジン１０によりアドレス指定される構築フィールドを示している。たとえば、点線の長方形Ａで画定されている左上の構築フィールドは、光エンジンＡでアドレス指定される構築平面２４のフィールドである。各構築フィールドは、重複しないフィールド部分と、重複するフィールド部分とを有している。重複するフィールド部分は、他の構築フィールドの１つ以上と重複する。図示されているフィールド部分６８は、構築平面２４の、構築フィールドＡと構築フィールドＢとが重複する領域である。図示されているフィールド部分７０は、構築平面２４の、４つすべての構築フィールドＡ、Ｂ、ＣおよびＤが重複する領域である。複合構築平面２４は、実質的に長方形である外側境界３２を有しているが、キーストーン効果および／または樽型歪みといった様々な歪みに起因して、異なる形状を有し得る。また、各構築フィールドＡ、Ｂ、ＣおよびＤの形状も、同様の歪みを有し得る。
【００５０】
図９は、頭文字Ａ、Ｂ、ＣおよびＤによって４つの例示的な光エンジン１０を表した、電気的ブロック図である。これらの光エンジン１０に当てはまるさらなる詳細については、図３を参照されたい。光エンジン１０は、主要光エンジンＡと、３つの補助光エンジンＢ、ＣおよびＤとを有する。主要光エンジン１０と補助光エンジン１０との差異は、信号ならびに制御のルーティング、および硬化サイクルのタイミングに関連するものである。主要光エンジンＡは、補助光エンジンＢ、ＣおよびＤに切換信号を配信し、それにより、４つの光エンジン１０のすべてに関し、硬化サイクルが同時に行われ得る。
【００５１】
光エンジン１０は、光源モジュール３５およびデジタルミラーデバイスモジュール３７に接続された、システムプロセッサ３４を含んでいる（さらなる詳細については図３参照）。システムプロセッサ３４は、光硬化樹脂のそれぞれの新規の層が、製造対象の物体１２上に選択的に硬化されるように、コントローラ１８からデータを受信するよう構成されている。コントローラ１８から光エンジン１０に送信されるデータは、入来スライスエネルギーデータアレイと、切換信号とを含んでいる。
【００５２】
入来スライスエネルギーデータアレイは、図９においては、光エンジンＡ、Ｂ、ＣおよびＤにつき、それぞれ、「Ａデータ」、「Ｂデータ」、「Ｃデータ」および「Ｄデータ」で示されている。４つのデータアレイは、図８に図示された複合構築平面２４に対し、１つのスライスを規定する。見て取れるように、コントローラ１８は、入来スライスエネルギーデータアレイを、個々の光エンジン１０に直接供給する。それらのデータアレイは相補的であり、ある特定の構築フィールドについての非重複アレイと重複データアレイとをそれぞれ含む。
【００５３】
切換信号は、図９においては「ＳＷＩＴＣＨ」により示されている。切換信号は、主要光エンジンＡのシステムプロセッサ３４によって受信され、その主要光エンジンＡのシステムプロセッサ３４は、主要光エンジンＡ内の光源モジュール３５に、切換信号を配信する。主要光エンジンＡのシステムプロセッサ３４はまた、補助光エンジンＢ、ＣおよびＤにも、切換信号を配信する。その後、補助光エンジン１０内部のシステムプロセッサが、主要光エンジン１０の光源モジュール３５と同様の動作をする光源モジュール３５に、切換信号を送る。１つの主要システムプロセッサ３４が、切換信号を受信し、補助システムプロセッサ３４に配信するようになすことにより、複数の光エンジン１０の同期化された同時動作が可能となり、それにより、複数の光エンジン１０を有する三次元プリントシステム２のスピードが増大させられる。
【００５４】
図１０は、１つより多くの光エンジン１０を有する三次元プリントシステム２の１つの動作方法７８を表した、フローチャートである。ステップ８０により、コントローラ１８は、光エンジンＡ、Ｂ、ＣおよびＤの各々に、スライスＮエネルギーデータアレイを送信する。スライスＮデータとは、製造対象の三次元物体１２のＮ番目の層を規定するデータを指す。ある特定の光エンジン１０（Ａ、Ｂ、ＣまたはＤ）により受信されるデータは、３つの他の構築フィールドと重複する部分と、その光エンジンに固有の非重複部分とを有する、１つの構築フィールドを規定するものであるため、他の光エンジンとは異なる。
【００５５】
ステップ８２により、個々の光エンジン１０は、イメージスケーラ３８を用いて、入来スライスＮエネルギーデータアレイを個別に処理する。ステップ８２は、複数の光エンジン１０につき個別の処理を含む点を除き、図５のステップ５２と類似している。ステップ８４により、ステップ８２からのデータが、個々の空間光変調器２８に合わせてフォーマットされる。ステップ８６により、イメージフレームが、光変調器２８に繰返し送信される。これは、１つの所与の光エンジン１０に関していえば、図５のステップ５６および図６の中央のグラフと同じである。
【００５６】
ステップ８８により、コントローラ１８は、主要光エンジンＡのシステムプロセッサ３４に、オンのパルスを送信する。ステップ９０により、主要光エンジンＡのシステムプロセッサ３４は、オン信号を、補助光エンジンＢ、ＣおよびＤのシステムプロセッサ３４にルーティングする。さらに、ステップ９０の一部として、それらのシステムプロセッサ３４は、光エンジンＡ、Ｂ、ＣおよびＤのすべてについて同時に、光源２６をアクティブ化する。ステップ９２により、光源２６は、層Ｎについての硬化時間に亘りオン状態とされる。ステップ９４により、主要光エンジンＡのシステムプロセッサ３４は、「オフ」信号を受信する。ステップ９６により、光エンジンＡのシステムプロセッサ３４は、オフ信号を、補助光エンジンＢ、ＣおよびＤのシステムプロセッサ３４にルーティングする。さらに、ステップ９６の一部として、それらのシステムプロセッサ３４は、光エンジンＡ、Ｂ、ＣおよびＤのすべてについて同時に、光源２６を非アクティブ化する。
【００５７】
硬化時間９２の間、複数のイメージフレームが、個々の光エンジン１０のデジタルミラーデバイス２８に送信される。図６に示されたタイミング図は、５０がステップ８０に置き換えられ、ステップ５６がステップ８６に置き換えられ、ステップ５８−６２がステップ８８−９６に置き換えられれば、類似のシーケンスを表す。前述したのと同様に、硬化時間９２は、整数個または非整数個のイメージフレームを含み得る。硬化時間の開始点は、イメージフレームの開始点と同期させられてもよいし、同期させられなくてもよい。
【００５８】
ステップ９８により、移動機構１６が、製造対象の三次元物体１２を増分的に上方に移動させる。ステップ１００により、次のスライスのイメージデータがコントローラ１８から光エンジン１０に配信可能となるように、Ｎの値がＮ＋１に増分する。製造対象の三次元物体１２が完成されるまで、ステップ８０から１００が繰り返され得る。
【００５９】
上記で説明した具体的な実施形態およびそのアプリケーションは、専ら説明目的のためのものであり、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される変更形態およびバリエーションを、除外するものではない。たとえば、図８から１０は４つの光エンジン１０に関連して説明されてきたが、本開示の技術は、いかなる数の光エンジン１０にも適用可能である。
【符号の説明】
【００６０】
２  三次元プリントシステム
４  容器
６  樹脂
８  透明シート
１０  光エンジン
１２  製造対象の三次元物体
１４  固定具
１６  移動機構
１８  コントローラ
２４  構築平面
２５  ピクセル要素
２６  光源
２８  空間光変調器／デジタルミラーデバイス
３４  システムプロセッサ
３５  光源モジュール
３６  情報記憶装置
３７  デジタルミラーデバイスモジュール
３８  イメージスケーラ
４０  デジタルミラーデバイスフォーマッタ
４２  光源ドライバ
【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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【国際調査報告】
2019507038.tif 000013
2019507038.tif 000014
2019507038.tif 000015