(57)【要約】  スロットダイ（１１０）を用いて支持面より上に放射線硬化性構造材料（Ｍ）を押し出して、押し出した構造材料（Ｍ）の層（Ｌ）を支持面より上に堆積させる、装置が提供される。放射（Ｒ）は、投射ユニットを用いて、支持面とスロットダイ（１１０）との間の構造領域に選択的に投射され、それにより、押し出した構造材料（Ｍ）の部分を硬化させる。装置は、所望の物体が層（Ｌ）に亘って並びに層（Ｌ）の間に延在する構造材料（Ｍ）の連続的な硬化部分によって形成されるまで、これらのステップを繰り返す。
2019525852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持面と、
スロットダイであって、スロットダイの下面に形成されるスロットと連通する内部キャビティを有する、スロットダイと、
該スロットダイを支持するキャリッジであって、移動方向における前記支持面に亘る並びに前記支持面より上の前記スロットダイの移動を可能にするように配置されるキャリッジと、
前記移動方向における前記キャリッジの前記移動を駆動するように配置される駆動機構と、
前記支持面と前記スロットダイとの間の構造領域に放射線を選択的に投射する投射ユニットと、
少なくとも前記駆動機構を制御するように構成されるコントローラとを含み、
前記スロットダイ及び前記支持面は、前記スロットダイと前記支持面との間で分離方向において相対的に移動可能である、
添加物製造装置。
【請求項２】
前記スロットダイは、前記スロットを定める前記スロットダイの少なくとも一部分を加熱する加熱ユニットを備える、請求項１に記載の添加物製造装置。
【請求項３】
前記スロットは、２つのスロット半体によって定められ、前記スロットダイは、前記スロットの縁を互いに対して振動させる振動器を備える、請求項１又は２に記載の添加物製造装置。
【請求項４】
当該添加物製造装置は、前記構造領域から熱を除去する冷却ユニットを備える、請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項５】
前記冷却ユニットは、ガス源に接続可能であり、前記構造領域に向かってガスを吹き付けるように構成される、少なくとも１つのガス供給ポートを含む、請求項４に記載の添加物製造装置。
【請求項６】
前記スロットは、スロット配向方向に向けられ、前記移動方向は、前記スロット配向方向に対して垂直である、請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項７】
前記分離方向は、前記スロットの配向方向及び前記移動方向のそれぞれに対して垂直である、請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項８】
前記支持面は平坦であり、前記分離方向に対して垂直な平面を定める、請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項９】
前記平面は、前記スロットの配向方向及び前記移動方向と平行である、請求項８に記載の添加物製造装置。
【請求項１０】
当該添加物製造装置は、構造材料の貯槽に接続可能なポンプを含み、前記スロットダイは、前記ポンプに接続される入口ポートを有する、請求項１乃至９のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記ポンプを制御して、前記構造材料を所定の速度で押し出させる、ように構成される、請求項１０に記載の添加物製造装置。
【請求項１２】
前記コントローラは、押出の容積流量及び前記キャリッジの移動速度を互いに比例して制御する、ように構成される、請求項１乃至１１のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項１３】
前記コントローラは、押出の線形速度及び前記キャリッジの移動速度が互いに等しくなるように制御する、ように構成される、請求項１乃至１２のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項１４】
前記投射ユニットは、放射線ビームを生成する放射源と、前記放射線ビームをパターン化するために前記放射線ビームによって照明されるパターニングユニットと、前記パターンの画像を前記支持面と前記スロットダイとの間に定められる平面に投射して該平面に放射を選択的に適用する投射光学とを含む、請求項１乃至１３のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項１５】
前記パターニングユニットは、空間光変調器である、請求項１４に記載の添加物製造装置。
【請求項１６】
前記パターニングユニットは、デジタル光プロセッサである、請求項１５に記載の添加物製造装置。
【請求項１７】
前記投射ユニットは、放射線ビームを生成する放射源と、前記支持面と前記スロットダイとの間に定められる平面に亘る前記放射線ビームを走査して前記平面に放射を選択的に適用する走査光学とを含む、請求項１乃至１３のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項１８】
前記放射線ビームは、断続的な放射線ビームであり、前記走査は、放射をラスタ画像として前記平面に選択的に適用するためにある、請求項１７に記載の添加物製造装置。
【請求項１９】
前記走査は、放射をベクトル画像として前記平面に選択的に適用するためにある、請求項１７に記載の添加物製造装置。
【請求項２０】
前記放射線ビームは、電子ビームである、請求項１７乃至１９のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項２１】
前記放射は、紫外光放射又は可視光放射である、請求項１乃至１９のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項２２】
当該添加物製造装置は、井戸と、エレベータ機構とを含み、前記支持面は、前記エレベータ機構によって、前記分離方向において前記井戸内に移動可能である、請求項１乃至２１のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項２３】
前記井戸は、内壁を有し、前記支持面は、前記内壁を封止する縁シールを備える、請求項２２に記載の添加物製造装置。
【請求項２４】
前記井戸の頂部は、前記井戸の前記頂部から離れる方向に下向きに傾斜する傾斜面によって取り囲まれる、請求項２２又は２３に記載の添加物製造装置。
【請求項２５】
前記井戸は、前記井戸の壁を冷却する１つ又はそれよりも多くの冷却要素を備える、請求項２２乃至２４のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項２６】
前記支持面は、前記支持面から熱を除去する１つ又はそれよりも多くの冷却要素を備える、請求項１乃至２５のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項２７】
前記１つ又はそれよりも多くの冷却要素は、冷却源に接続可能であり、冷媒を運ぶように構成される、チャネルを含む、請求項２６に記載の添加物製造装置。
【請求項２８】
前記１つ又はそれよりも多くの冷却要素は、熱電冷却器を含む、請求項２６又は２７に記載の添加物製造装置。
【請求項２９】
前記井戸は、一定の断面を有し、前記支持面は、前記井戸の前記断面に対応する形状を有する、請求項１乃至２８のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項３０】
前記井戸の断面は、長方形である、請求項１乃至２９のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項３１】
前記制御ユニットは、前記駆動機構に従って前記投射ユニットを制御して、一連の異なる部分画像を異なる時に前記支持面に亘って投射する、ように構成され、各部分画像は、１つ又はそれよりも多くの他の部分画像とオーバーラップする、請求項１乃至３０のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項３２】
前記制御ユニットは、各部分画像が隔離されたピクセルを含むように、並びに前記部分画像がオーバーラップさせられるときに前記隔離されたピクセルが前記複数の部分画像のうちの他の部分画像によって接続されるように、前記投射ユニットを制御する、ように構成される、請求項１乃至３１のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項３３】
前記制御ユニットは、前記部分画像の各々が、前記複数の画像の残余の１つ又はそれよりも多くのパターンと組み合わさるパターンを有して、均一な被照射領域を形成するように、前記投射ユニットを制御する、ように構成される、請求項１乃至３２のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項３４】
前記パターンは、疑似乱数パターンである、請求項３３に記載の添加物製造装置。
【請求項３５】
前記パターンは、チェッカー盤パターンである、請求項３３に記載の添加物製造装置。
【請求項３６】
前記粘着性の構造材料は、放射線硬化性液体媒体内の粒子材料の懸濁液である、請求項１乃至３５のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項３７】
前記液体媒体は、重合可能である、請求項３６に記載の添加物製造装置。
【請求項３８】
前記粒子材料は、セラミックであり、任意的に、窒化物、酸化物又は炭化物セラミックである、請求項３６又は３７に記載の添加物製造装置。
【請求項３９】
前記粒子材料は、金属粉末である、請求項３６又は３７に記載の添加物製造装置。
【請求項４０】
前記粒子材料は、５ミクロン未満の、任意的に、２ミクロン未満の、平均直径を有する、請求項３６乃至３９のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項４１】
前記放射線硬化性液体媒体は、紫外光硬化性又は可視光硬化性である、請求項３６乃至４０のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項４２】
前記放射線硬化性液体媒体は、電子ビーム硬化性である、請求項３６乃至４０のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項４３】
前記投射ユニットは、１０ミクロンより良い解像度を備える画像を投射する、ように構成される、請求項１乃至４２のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項４４】
前記投射ユニットは、更なるキャリッジによって支持され、該更なるキャリッジは、前記移動方向及び前記移動方向に対して垂直な横方向における前記支持面に亘る並びに前記支持面より上の前記投射ユニットの投射位置の移動を可能にするように構成され、当該添加物製造装置は、前記移動方向及び前記横方向における前記更なるキャリッジの前記移動を駆動するように構成される、請求項１乃至４３のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項４５】
前記投射ユニットの投射領域にガスを供給するためのガスフードを更に含む、請求項１乃至４４のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項４６】
前記ガスフードは、前記投射ユニットから懸架されている、請求項４５に記載の添加物製造装置。
【請求項４７】
前記ガスフードは、前記支持面から離れる方向に後退可能である、請求項４５又は４６に記載の添加物製造装置。
【請求項４８】
前記ガスフードは、前記投射ユニットから投射される前記放射の少なくとも一部分を実質的に取り囲むように配置される、請求項４５乃至４７のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項４９】
前記ガスフードは、前記投射領域に面するように配置される下方開口を有する、請求項４５乃至４８のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項５０】
前記ガスフードは、前記投射ユニットから投射される前記放射が通過することを可能にする上方開口を有する、請求項４５乃至４９のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項５１】
前記上方開口は、放射線透過板を備える、請求項５０に記載の添加物製造装置。
【請求項５２】
前記ガスフードの上部は、前記投射ユニットから投射される前記放射線が通過するのを可能にするよう放射線を透過する、請求項４５乃至４９のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項５３】
前記ガスフードは、不活性ガスを供給するように構成される、請求項４５乃至５２のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項５４】
前記ガスフードは、冷却ガスを供給するように構成される、請求項４９乃至５３のうちのいずれか１項に記載の添加物製造装置。
【請求項５５】
順次式に堆積させられる構造材料の層から物体を形成する方法であって、
押し出される構造材料の層を支持面より上に堆積させるために移動方向において前記支持面に亘って並びに前記支持面より上でスロットダイを相対的に移動させながら、前記スロットダイを用いて前記支持面より上に放射線硬化性の構造材料を押し出す、ステップと、
前記支持面と前記スロットダイとの間の構造領域に放射線を選択的に投射することにより、前記押し出される構造材料の部分を硬化させて、前記物体の部分を形成する前記押し出される層の領域を定める、ステップと、
前記スロットダイと前記支持面との間で分離方向において前記スロットダイ及び前記支持面を相対的に移動させる、ステップと
を繰り返し含む、
方法。
【請求項５６】
前記粘着性の構造材料は、放射線硬化性液体媒体中の液体材料の懸濁液である、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記粒子材料は、セラミック又は金属粉末である、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記液体媒体は、ポリマーを形成するよう放射線硬化性である、請求項５６又は５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記粒子材料は、５ミクロン未満の、任意的に２ミクロン未満の、平均直径を有する、請求項５６乃至５８のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６０】
前記放射は、紫外光放射、可視光放射又は電子ビーム放射である、請求項５６乃至５９のうちのいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、添加物(additive)を製造する装置および方法、具体的には、粘性媒体、特に放射線硬化性液相中の微粒子の懸濁液である粘性媒体の放射線誘発硬化によって１以上（１つ又はそれよりも多く）の所望の物体を形成することができる方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
添加物製造は、部分的に形成された物体に材料を連続的に添加することによって物体を製造することを含む。これは物体が形成されるまでバルク材料の部分が除去される減法的製造(subtractive  manufacturing)と対照的である。
【０００３】
添加物製造は、高精度またはオーダーメイド部品の費用効果的な構築を可能にする可能性を有し、従来的な減法的製造技法によって容易に達成することができない１つの幾何学的形状の製造も可能にする。
【０００４】
添加物製造の多くのモードにおいて、物体は、構造材料の層を連続的に堆積させる、各々の堆積させられた層の部分を互いに結合させ、それらの部分を直下の層の以前に結合させられた部分と結合させることによって、形成される。物体は、層を通じて延びる隣接して結合させられた領域によって形成される。次に、適切な技法によって、層の非結合部分を除去することができる。
【０００５】
そのような添加物製造技術の例は、インクジェットヘッドおよび粉末床３Ｄ印刷、選択的レーザ焼結、および溶融堆積モデリングを含む。
【０００６】
そのような技法では、特定の上層の結合部分は、典型的には、その上層の下に配置される層の結合部分および非結合部分の両方によって支持される。これは添加物製造において使用されてよい材料および技法ならびに見出すことができる部品の幾何学的形状を制約する。
【０００７】
これらの問題を克服するために、意図される製造されるべき物体に加えて、物体の部分の下に位置する層の結合領域によって形成される支持部分を形成することが提案されている。そのような支持部分は物体に接続されてよく或いは物体から分離されてよい。
【０００８】
しかしながら、そのようなアプローチは、材料消費を増加させることがあり、製造時間を増加させることがあり、特定の幾何学的形状を有する部品の製造をより困難にすることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、これらの問題を克服する添加物製造技術の必要がある。
【００１０】
例えば、１つの以前に提案された添加物製造技術において、物体は、放射線硬化性液体の層を井戸内に連続的に堆積させ、層への放射線の選択的な適用によって各層の部分を選択的に硬化させて物体を形成することによって、製造される。しかしながら、そのような技法において、各層の硬化部分は、少なくとも部分的には、下の層の未硬化部分によって支持される。液体媒体は流動する傾向を有するので、そのような未硬化部分によって提供される支持は不十分なことがあり、製造された物体にひずみが生じることがある。そのようなひずみを避けるために、完成した物体から後に捨てられなければならない硬化した液体によって形成される支持部分を印刷物体に含めることがしばしば必要であり、上記の欠点をもたらす。
【００１１】
懸濁液（またはコロイド）としての粉末を硬化性液体媒体中に懸濁させ、その液体媒体を構造材料として使用して液体ベース添加物製造プロセスによって物体を形成し、次に、液相プロセスに由来する製造物体を焼結することによって、微粉末からセラミックまたは金属成分を製造するために、そのような技法の改良を使用することも提案されている。
【００１２】
しかしながら、上述のような技法は、典型的には、製造中の液相による製造物体の十分な支持をもたらすことができない。特に、放射線硬化性液体結合剤中の金属またはセラミック粒子の比較的粘性のある懸濁液の層を堆積させることは、以前に堆積させられた層に望ましくない剪断力を加えることなく達成することが困難である。何故ならば、例えば、移動堆積ヘッドによる粘性液体の堆積は、堆積ヘッドの移動方向に下層を引き寄せる傾向を有するからである。
【００１３】
従って、放射線硬化性液体の層の堆積を可能にする一方で、製造速度の増大及び／又は材料消耗の低減を伴う複雑な幾何学的形状の物体の製造を許容する、添加物製造装置および方法の必要がある。
【００１４】
指摘した利点のうちの少なくとも一部が達成されることを可能にする硬化可能な液相中の粒子の懸濁さえも伴って、そのような利点を達成することができる、液相３Ｄ製造技術の必要もある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者は、とりわけ、スロットダイを介した比較的粘性のある液体構造材料を堆積が、上述の利点のうちの一部が達成されることを有利に可能にすることを認識した。
【００１６】
従って、この認識の観点から、本開示は、第1の態様において、添加物製造装置を提供する。添加物製造装置は、物体を形成するために粘性のある構造材料の層を順次式に堆積させるのに適する。装置は、支持面を含む。支持面は、形成中に物体を支持するのに適する。装置は、スロットダイを含む。スロットダイは、内部キャビティ（内部空洞）を有する。キャビティは、スロットダイの下面に形成されるスロットと連通する。スロットは、内部キャビティから構造材料を押し出すのに適する。装置は、キャリッジを含む。キャリッジは、スロットダイを支持する。キャリッジは、移動方向における支持面に亘る並びに支持面より上のスロットダイの移動を可能にする構成される。移動は、押し出される構造材料の層を支持面の上に堆積させるためにある。装置は、駆動機構を含む。駆動機構は、移動方向におけるキャリッジの移動を駆動するように構成される。装置は、投射ユニットを含む。投射ユニットは、放射線を構造領域に選択的に投射するためにある。構造領域は、支持面とスロットダイとの間に配置される。放射線の投射は、物体の部分を形成する押出層の領域を定めるためにある。装置は、コントローラを含む。コントローラは、少なくとも駆動機構を制御するように構成される。装置において、スロットダイおよび支持面は相対的に移動可能である。スロットダイ及び支持面の相対的な移動は、スロットダイと支持面との間で分離方向にある。相対的な移動は、構造材料の層の互いの順次式の堆積を可能にする。
【００１７】
１つの実施形態において、スロットダイは、加熱ユニットを備える。加熱ユニットは、スロットを定めるスロットダイの少なくとも一部分を加熱するためにある。
【００１８】
１つの実施形態において、スロットは、２つのスロット半体によって定められる。スロットダイは、スロットの縁を互いに対して振動させる振動器を備える。
【００１９】
１つの実施形態において、添加物製造装置は、冷却ユニットを備える。冷却ユニットは、構造領域から熱を除去するのに適する。
【００２０】
１つの実施形態において、冷却ユニットは、少なくとも１つのガス供給ポートを含む。少なくとも１つのガス供給ポートは、ガス源に接続可能である。少なくとも１つのガス供給ポートは、構造領域に向かってガスを吹き付けるように構成される。
【００２１】
１つの実施形態において、スロットは、スロット配向方向に向けられる。移動方向は、スロット配向方向に対して垂直である。
【００２２】
１つの実施形態において、分離方向は、スロット配向方向及び移動方向のそれぞれに対して垂直である。
【００２３】
１つの実施形態において、支持面は、平坦である。支持面は、分離方向に対して垂直な平面を定める。
【００２４】
１つの実施形態において、平面は、スロット配向方向と平行である。平面は、移動方向と平行である。１つの実施形態において、添加物製造装置は、ポンプを含む。ポンプは、構造材料の貯槽に接続可能である。スロットダイは、入口ポートを有する。入口ポートは、ポンプに接続される。その接続は、スロットを介してポンプからの圧力の下で貯槽からの構造材料を押し出すことができるような、接続である。
【００２５】
１つの実施形態において、コントローラは、ポンプを制御するように構成される。制御は、構造材料を所定の速度で押し出させるためにある。
【００２６】
１つの実施形態において、コントローラは、押出の容積流量及びキャリッジの移動速度を制御するように構成される。押出の容積流量及びキャリッジの移動速度は、互いに比例して制御される
【００２７】
１つの実施形態において、コントローラは、押出の線形速度及びキャリッジの移動速度を制御するように構成される。押出の線形速度及びキャリッジの移動速度は、互いに等しくなるように制御される。
【００２８】
１つの実施形態において、投射ユニットは、放射源を含む。放射源は、放射線ビームを生成するのに適する。放射ユニットは、パターニングユニット(patterning  unit)を含む。パターニングユニットは、放射線ビームによって照明される。照明は、放射線ビームをパターン化する(patterning)のに適するような、照明である。投射ユニットは、投射光学を含む。投射光学は、パターンの画像を平面の上に投射するのに適する。平面は、支持面とスロットダイとの間に定められる。投射は、平面に放射線を選択的に適用するためにある。従って、平面への放射線の選択的に適用は、パターニングユニットによる放射線ビームのパターン化に基づく。
【００２９】
１つの実施形態において、パターニングユニットは、空間光変調器である。
【００３０】
１つの実施形態において、パターニングユニットは、デジタル光プロセッサである。
【００３１】
１つの実施形態において、投射ユニットは、放射源を含む。放射源は、放射線ビームを生成するのに適する。投射ユニットは、走査光学(scanning  optics)を含む。走査光学は、平面に亘って放射線ビームを走査（スキャン）するのに適する。平面は、支持面とスロットダイとの間に定められる。
【００３２】
１つの実施形態において、放射線ビームは、断続的な放射線ビームであり、走査は、放射をラスタ画像として平面に選択的に適用するためにある。
【００３３】
１つの実施形態において、走査は、放射をベクトル画像として平面に選択的に適用するためにある
【００３４】
１つの実施形態において、放射線ビームは、電子ビームである。
【００３５】
１つの実施形態において、放射は、紫外光放射又は可視光放射である。
【００３６】
１つの実施形態において、添加物製造装置は、井戸(well)を含む。装置は、エレベータ機構を含む。支持面は、分離方向において井戸内に移動可能である。移動は、エレベータ機構による。
【００３７】
１つの実施形態において、井戸は、内壁を有する。支持面は、縁シール(edge  seal)を備える。縁シールは、内壁を封止するように構成される。
【００３８】
１つの実施形態において、井戸の頂部は、傾斜面によって取り囲まれる。傾斜面は、井戸の頂部から離れる方向に下向きに傾斜する
【００３９】
１つの実施形態において、井戸は、１つ又はそれよりも多くの冷却要素を備える。冷却要素は、井戸の壁から熱を除去するのに適する。
【００４０】
１つの実施形態において、井戸は、１つ又はそれよりも多くの冷却要素を備える。１つ又はそれよりも多くの冷却要素は、井戸の壁を冷却するためにある。１つの実施形態において、１つ又はそれよりも多くの冷却要素は、チャネルを含む。チャネルは、冷却源に接続可能である。チャネルは、冷媒を運ぶように構成される。
【００４１】
１つの実施形態において、１つ又はそれよりも多くの冷却要素は、熱電冷却器を含む。
【００４２】
１つの実施形態において、井戸は、一定の断面を有する。支持面は、井戸の断面に対応する形状を有する。
【００４３】
１つの実施形態において、壁は、長方形である。
【００４４】
１つの実施形態において、制御ユニットは、投射ユニットを制御するように構成される。制御は、駆動機構に従う。制御は、支持面に亘るキャリッジの各移動について、一連の異なる部分画像を投射するためにある。各部分画像は、１つ又はそれよりも多くの他の部分画像とオーバーラップする。
【００４５】
１つの実施形態において、制御ユニットは、投射ユニットを制御するように構成される。制御は、各部分画像が隔離されたピクセルを含むような制御である。隔離されたピクセルは、部分画像がオーバーラップさせられるときに、複数の部分画像のうちの他の部分画像によって接続される。１つの実施形態において、制御ユニットは、投射ユニットを制御するように構成される。制御は、部分画像の各々がパターンを有するような制御である。パターンは、均一な被照射領域を形成するように、複数の画像の残余の１つ又はそれよりも多くのパターンと組み合わさるパターンである。
【００４６】
１つの実施形態において、パターンは、疑似乱数パターンである。
【００４７】
１つの実施形態において、構造材料は、液体媒体である。液体媒体は、放射線硬化性である。
【００４８】
１つの実施形態において、液体媒体は、重合可能である。
【００４９】
１つの実施形態において、粒子材料は、セラミックである。
【００５０】
１つの実施形態において、セラミックは、窒化物である。
【００５１】
１つの実施形態において、セラミックは、酸化物である。
【００５２】
１つの実施形態において、セラミックは、炭化物である。
【００５３】
１つの実施形態において、放射線硬化性液体媒体は、紫外光硬化性又は可視光硬化性である。
【００５４】
１つの実施形態において、放射線句苛性液体媒体は、電子ビーム硬化性である。
【００５５】
１つの実施形態において、粒子材料は、金属粉末である。
【００５６】
１つの実施形態において、粒子材料は、５ミクロン未満の平均直径を有する。
【００５７】
１つの実施形態において、粒子材料は、２ミクロン未満の平均直径を有する。
【００５８】
１つの実施形態において、投射ユニットは、１０ミクロンより良い解像度を備える画像を投射するように構成される。
【００５９】
１つの実施形態において、投射ユニットは、更なるキャリッジによって支持される。更なるキャリッジは、投射ユニットの投射位置の移動を可能にするように構成される。移動は、移動方向及び横方向において支持面に亘り且つ支持面より上にある。横方向は、移動方向に対して垂直である。添加物製造装置は、移動方向及び横方向における更なるキャリッジの移動を駆動するように構成される。
【００６０】
１つの実施形態において、添加物製造装置は、ガスフードを更に含む。ガスフードは、ガス層の投射ユニットの投射領域にガスを供給するためにある。
【００６１】
１つの実施形態において、ガスフードは、投射ユニットから懸架されている。
【００６２】
１つの実施形態において、ガスフードは、支持面から離れる方向に引っ込み可能である。
【００６３】
１つの実施形態において、ガスフードは、投射ユニットから投射される放射の少なくとも一部分を実質的に取り囲むように配置される。
【００６４】
１つの実施形態において、ガスフードは、下方開口を有する。下方開口は、投射領域に面するように配置される。
【００６５】
１つの実施形態において、ガスフードは、上方開口を有する。上方開口は、投射ユニットから投射される放射が通過することを可能にするためにある。
【００６６】
１つの実施形態において、上方開口は、放射線透過板を備える。
【００６７】
１つの実施形態において、ガスフードの上部は、投射ユニットから投射される放射線が通過するのを可能にするよう放射線を透過する。
【００６８】
１つの実施形態において、ガスフードは、不活性ガスを供給するように構成される。
【００６９】
１つの実施形態において、ガスフードは、冷却ガスを供給するように構成される。
【００７０】
更なる態様において、本開示は物体を形成する方法を提供する。物体の形成は、順次式に堆積させられる構造材料の層からである。方法は、一連のステップを反復的に形成することを含む。ステップは、構造材料の層を支持面より上に堆積させるために移動方向において支持面に亘って並びに支持面より上でスロットダイを相対的に移動させながら、スロットダイの支持面より上に放射線硬化性の構造材料を押し出すことを含む。ステップは、支持面とスロットダイとの間の構造領域に放射線を選択的に投射することにより、押し出される構造材料の部分を硬化させて、物体の部分を形成する押し出される層の領域を定めることを含む。ステップは、スロットダイと支持面との間で分離方向においてスロットダイ及び支持面を相対的に移動させることを含む。
【００７１】
１つの実施において、粘着性の構造材料は、放射線硬化性液体媒体内の粒子材料の懸濁液である。
【００７２】
１つの実施において、粒子材料は、セラミック又は金属粉末である。
【００７３】
１つの実施において、液体媒体は、ポリマーを形成するよう放射線硬化性である。
【００７４】
１つの実施において、粒子材料は、５ミクロン未満の、任意的に、２ミクロン未満の、平均直径を有する。
【００７５】
１つの実施において、放射は、紫外放射、可視光放射又は電子ビーム放射である。
【００７６】
方法は、第１の態様の装置を用いて行われてよく、任意の開示の実施態様の構成が当て嵌まることがある。
【００７７】
本発明をより良く理解するために、並びに、本発明をどのように実施することができるかを示すために、ほんの一例として、添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本開示に従った添加物製造装置の垂直断面図を示している。
【図２】図１に示す添加物製造装置の平面図を示している。
【図３】押出動作における添加物製造装置のスロットダイの断面図を示している。
【図４】投射動作における図１の装置の投射ユニットを示している。
【図５】投射の１つのモードを説明するために図１の装置の簡略化された平面図を示している。
【図６】投射の他のモードを示す図５の変形を示している。
【図７】図１の装置における使用に適した投射ユニットの第１の構成を示している。
【図８】図１の装置における使用に適した投射ユニットの代替的な変形を示している。
【図９Ａ】ガスフードを有する図６の投射ユニットの変形を示している。
【図９Ｂ】ガスフードを有する図６の投射ユニットの更なる変形を示している。
【図１０Ａ】ショット領域内の第１のモードのパターンの重なり合いを示している。
【図１０Ｂ】ショット領域内の第２のモードのパターンの重なり合いを示している
【図１１】図１の装置の制御構成を示すブロック図を示している。
【図１２】本開示に従った添加物製造方法を例示するフローチャートを示している。
【発明を実施するための形態】
【００７９】
図１は、本開示の原理を実施する添加物製造装置を示している。
【００８０】
図１において、添加物製造装置１００(additive  manufacturing  apparatus)は、構築プラットフォーム１２０(build  platform)の上に懸架されたスロットダイ１１０を含む。構築プラットフォーム１２０は、井戸１２４(well)内に収容されている。スロットダイ１１０(slot  die)は、スロットダイキャリッジ１３０によって、図の左から右に走る第１の方向（Ｘ）において移動可能である。
【００８１】
スロットダイキャリッジ１３０は、スロットダイキャリッジガイド１４０の上に支持されている。スロットダイキャリッジガイド１４０は、（Ｘ）方向に走り、スロットダイキャリッジ１３０がスライドするように配置される支承面(bearing  surface)を提供する。例えば、スロットダイキャリッジガイド１４０は、スロットダイキャリッジ１３０の下面(lower  surface)に設けられるローラベアリングと協働して、スロットダイキャリッジガイド１４０に対するスロットダイキャリッジ１３０のスライド移動を可能にする、平坦な上面(upper  surface)を提供してよい。代替的に、フラットサイディングベアリング、エアベアリング、または当技術分野において知られている他のベアリングのような、他のベアリングが適用されてよい。
【００８２】
スロットダイキャリッジガイド１４０は、スロットダイ１１０からのスロットダイキャリッジ１３０の移動方向に対して垂直な方向（Ｙ方向）において分離され、スロットダイキャリッジ１３０は、この方向（Ｙ方向）に延びて、スロットダイキャリッジ１３０上に支持されたスロットダイ１１０がスロットダイの移動方向（Ｘ方向）に対して垂直な方向及びスロットダイキャリッジガイド１４０からのスロットダイ１１０の分離方向（Ｙ方向）においてキャリッジガイド１４０と交差することを可能にする。
【００８３】
図１に示す装置の平面図である図２を参照して、この構成をより容易に見ることができる。図２には、（Ｙ方向において）互いに分離された２つのスロットダイキャリッジガイド１４０が設けられていることを見ることができ、スロットダイキャリッジ１３０をそれらの間に支持している。もちろん、代替的な実施形態では、例えば、１つだけのスロットダイキャリッジガイド１４０が設けられる必要があるが、スロットダイ１１０の移動方向に対して垂直な方向におけるスロットダイ１１０の両側に配置される２つのスロットダイキャリッジガイド１４０を提供することは、装置の安定性を向上させることがある。
【００８４】
スロットダイキャリッジ１３０が、スロットダイ１１０の両側に配置された２つのスロットダイキャリッジ部分をスロットダイの移動方向（Ｘ方向）に入らせるように設けられていることも、図２から見ることができる。やはり、代替の実施形態では、１つのスロットダイキャリッジ部分のみが、例えば、スロットダイの一方の側または他方の側に設けられる必要がある。しかしながら、スロットダイキャリッジ部分をスロットダイ１１０の移動方向におけるスロットダイ１１０の両側に設けることは、装置の安定性を向上させることができる。いくつかの実施形態では、例えば、スロットダイキャリッジ１３０は、スロットダイ１１０と一体的であってよく、或いは、換言すれば、スロットダイ１１０は、スロットダイキャリッジガイド１４０によって直接的に支持されてよく、その場合、スロットダイキャリッジガイド１４０は、スロットダイキャリッジガイドとしてというよりもむしろスロットダイガイドとして機能する。
【００８５】
図１を再び参照すると、スロットダイキャリッジ１３０は、スロットダイキャリッジ駆動セクション１５０によってスロットダイ１１０の移動方向（Ｘ方向）において移動可能である。ここで、スロットダイ駆動セクション１５０は、スロットダイキャリッジ駆動ネジ１５２を回転させるスロットダイキャリッジ駆動モータ１５１を含む。スロットダイキャリッジ駆動ネジ１５２自体は、スロットダイキャリッジガイド１４０より上で、スロットダイキャリッジガイド１４０と平行に、スロットダイ１１０の移動方向（Ｘ方向）に向けられている。スロットダイキャリッジ駆動ネジ１５２は、スロットダイキャリッジ駆動ネジ１５２の回転がスロットダイ１１０の移動方向（Ｘ方向）に力を加えて、スロットダイ１１０を支持するスロットダイキャリッジ１３０をスロットダイ１１０の移動方向（Ｘ方向）に移動させるよう、スロットダイキャリッジ１４０に形成された協働ネジ山と協働する。スロットダイキャリッジ駆動モータ１５１によるスロットダイキャリッジ駆動ネジ１５２の逆回転は、逆方向（負のＸ方向）におけるスロットダイ１１０の後退を可能にする。
【００８６】
図２に示すように、対応するスロットダイキャリッジ駆動モータ１５１および対応するスロットダイキャリッジ駆動ネジ１５２は、スロットダイキャリッジガイド１４０より上に類似の方法において配置される。この二重駆動構成は、スロットダイ１１０の安定した移動に寄与することができる。
【００８７】
しかしながら、他の実施形態では、第２のスロットダイキャリッジ駆動モータと第２のスロットダイキャリッジ駆動ネジとを含むそのような第２のスロットダイキャリッジ駆動手段が設けられる必要はない。更なる実施形態では、第２のスロットダイキャリッジ駆動モータおよびスロットダイキャリッジ駆動ネジの代わりに、例えば、スロットダイキャリッジ１３０を支持するベアリングを有する簡単な支持レールが設けられてよい。
【００８８】
一層更なる代替的な実施形態において、スロットダイキャリッジ駆動ネジ１５２および第２のスロットダイキャリッジ駆動ネジ（または必要に応じて支持レール）がスロットダイ１１０およびスロットダイキャリッジ１３０の重量を完全に支えることができるならば、別個のスロットダイキャリッジガイド１４０を省略することが可能な場合がある。
【００８９】
図１に同様に示されているのは、ガス供給ユニット１７０である。ガス供給ユニット１７０は、スロットダイ１１０の移動方向（Ｘ方向）におけるスロットダイ１１０の一方の側に配置されている。本実施形態において、ガス供給ユニット１７０は、スロットダイ１１０の移動方向（Ｘ方向）に対してスロットダイ１１０の後端側(trailing  side)に配置されている。代替的に、ガス供給ユニット１７０は、ガス供給ユニットスロットダイ移動方向（Ｘ方向）におけるスロットダイ１１０の前端側(leading  side)に配置されてよい。ガス供給ユニット１７０は、ガス供給ユニット１７０の下面に形成された、よって、構築プラットフォーム１２０に面するよう配置された、１以上（１つ又はそれよりも多く）のガス供給ポート１７１を有する。
【００９０】
ガス供給ユニット１７０の構成は、図２の平面図にも見ることができ、図２には、ガス供給ユニット１７０が、構築プラットフォーム１２０に面するよう配置された複数のガス供給ポート１７１を有することが示されている。
【００９１】
代替的な構成では、例えば図２のガス供給ポート１７１によって覆われた領域に亘って延在する単一のガス供給ポートが設けられてよい。
【００９２】
各ガス供給ポートは、ガスの流れを拡散させるために、多孔質セラミック板のような多孔質部材を備えてよい。そのような構成は、スロットダイから堆積させられるガス噴流妨害材料の力を回避することができる。
【００９３】
ガス供給ユニット１７０は、ガス供給源（図示せず）に接続され、ガス供給源は、装置内に設けられてよく、或いは、例えば、装置１１０を据え付ける施設で提供される圧縮空気ラインまたは乾燥窒素ラインのような装置に対するサービスとして提供されてよい。
【００９４】
ガス供給ユニット１７０がスロットダイ１１０に固定されるので、スロット駆動キャリッジ駆動セクション１５０によってスロットダイ１１０の移動方向（Ｘ方向）に駆動されると、ガス供給ユニット１１０は、スロットダイ１１０と共に移動する。代替的に、様々な実施形態では、ガス供給ユニット１７０をその独自の独立したキャリッジに設けることができる。
【００９５】
同様に図１に示されているのは、投射ユニット１６０(projection  unit)である。投射ユニット１６０は、スロットダイ１１０より上に設けられ、図１に示すような構成ではスロットダイ１１０の移動方向（Ｘ方向）と一致する第１の方向（Ｘ方向）における構築プラットフォーム１２０より上の移動のためにも配置される。投射ユニット１６０は、投射ユニットキャリッジ１９４によって支持され、以下において明らかな理由から、以下、投射ユニットキャリッジ１９４を投射ユニットＹ駆動キャリッジ１９４と呼ぶ。
【００９６】
投射ユニット１６０のための支持構成は、図２を参照して最も容易に理解されるであろう。投射ユニット１６０は、横方向(cross-direction)(Ｙ方向)と呼ぶスロットダイ１１０の移動方向（Ｘ方向）に対して垂直な方向において移動可能に取り付けられる、投射ユニットＹ駆動キャリッジ１９４によって直接的に支持されている。
【００９７】
図１（及び図２）の実施形態において、投射ユニットＹ駆動キャリッジ１９４は、例えば、ラック及びピニオン駆動装置(rack-and-pinion  drive)又は当技術分野で知られていることがあるような他の適切な駆動装置によって、構築プラットフォーム１２０より上で横方向（Ｙ方向）に延びる投射ユニットＹ駆動レール１９４と協働する、Ｙ駆動モータ（図示せず）を含む。例えば、代替として、ベルト駆動装置(belt  drive)またはホイール及び表面駆動装置(wheel-and-surface  drive)が、投射ユニット駆動キャリッジ１９４が投射ユニットＹ駆動レール１９４上で横方向（Ｙ方向）において移動可能であることを許容するために均等に使用されることができる。
【００９８】
代替的な実施形態では、投射ユニットＹ駆動レールのうちの１つだけが設けられる必要がある、投射ユニットＹ駆動レール１９４は、投射ユニット１６０の横方向（Ｙ方向）におけるいずれかの側に配置される投射ユニットＸ駆動キャリッジ１９３の間に延在する。
【００９９】
投射ユニットＸ駆動キャリッジ１０３は、それぞれ、投射ユニットＸ駆動レール１９２上のスロットダイ１１０の移動方向（Ｘ方向）において移動可能であるように配置される。この移動は投射ユニットＹ駆動レール１９４上の投射ユニットＹ駆動キャリッジ１９４の移動と類似の方法において駆動させられてよい。
【０１００】
投射ユニットＸ駆動レール１９２は、対応する投射ユニット駆動支持体１９１によって支持される。
【０１０１】
投射ユニット駆動支持体１９１、投射ユニットＸ駆動レール１９２、投射ユニットＸ駆動キャリッジ１９３、投射ユニットＹ駆動レール１９４、および投射ユニットＹ駆動キャリッジ１９４は、全体的に、投射ユニット駆動セクション１９０を構成する。
【０１０２】
投射ユニットＸ駆動レール１９２は、スロットダイ１１０の移動方向（Ｘ方向）に延び、スロットダイ１１０に対してスロットダイキャリッジガイド１４０に対して外向きに配置される。
【０１０３】
また、図１に示すように、投射ユニット駆動セクション１９０および投射ユニット１６０は、スロットダイキャリッジ１３０およびスロットダイ１１０より上に配置される。しかしながら、この配置は必須でなく、同じ機能性のうちの少なくとも一部を達成する他の取付け構成が可能である。特に、投射ユニット１６０がスロットダイ１１０の移動平面に対して平行な平面内を移動する点において、投射ユニット駆動セクション１９０は、スロットダイキャリッジ駆動セクション１５０として対応する座標系に基づくＸ駆動レール１９２及びＹ駆動レール１９４を有するが、これは必須でない。投射ユニット１６０の移動のために、代替的な座標系が使用されてよい。例えば、投射ユニット１６０は、投射ユニットラジアル駆動レールに沿って移動するように配置される他のラジアル駆動キャリッジによって支持されることができ、次に、そのラジアル駆動レールは、投射ユニット１６０の位置が図１および図２に示すようにデカルト座標というよりもむしろ極座標に関して設定されてよいように、投射ユニット１６０の移動平面内の一方の端について回転するように配置される。
【０１０４】
投射ユニット１６０は、投射孔１６１を有してよく、紫外放射、可視光放射、または電子ビーム放射のような放射線が、投射孔を通じて投射ユニット１６０より下に投射されてよい。投射ユニット駆動セクション１９０によって提供される投射ユニット１６０のための移動構成の結果として、放射線は、構築プラットフォーム１２０上のある範囲の地点より上の位置から投射されることがあり、その範囲は、二次元に広がる。故に、放射線は、所定の領域内の位置から投射されてよい。
【０１０５】
同様に、図２を参照して最も容易に見られることがあるように、スロット１３４を有する。移動方向（Ｘ方向）におけるスロットダイ１１０の移動によって、構築プラットフォーム１２０上の全ての地点がスロット１３４の下方に配置されることがあるよう、スロットダイ１１０は、横方向（Ｙ方向）に延在し、横方向において構築プラットフォーム１２０の全幅に亘って並びに全幅を越えて延在する。
【０１０６】
図２に示すように、構築プラットフォーム１２０は、上方構築によって定められる平面（ＸＹ平面）において概ね長方形の断面を有し、その表面は、概ね平坦であり、スロットダイ１１０の移動方向（Ｘ方向）および横方向（Ｙ方向）と整列させられる。しかしながら、他の実施形態において、構築プラットフォーム１２０の断面は、他の形状、例えば、正方形、円形、多角形、又はことによると必要とされる他の形状であってよい。
【０１０７】
図２から同様に分かることは、構築プラットフォーム１７０の表面上の実質的に全ての場所にガスを供給することができるように、ガス供給ユニット１７０のガス供給ポート１７１が、スロットダイキャリッジ駆動セクション１５０による並びに構築プラットフォーム１２０の幅方向（Ｙ方向）に亘るガス供給ポート１７１の配置によるスロットダイ１１０の移動を通じて、配置されることである。
【０１０８】
代替的に、ガス供給ユニット１７０は、井戸１２４より上に移動可能に取り付けられなくてよいが、ガス供給ポートまたは複数のガス供給ポートが冷却ガスを井戸１２４の開放上方領域の実質的に全体に提供するように配置された状態で、井戸１２４に対して所定の位置に固定されてよい。例えば、１以上のガス供給ポートを、井戸１２４を取り囲んで、井戸１２４より上に配置して、冷却ガスを井戸１２４の周りの複数の位置から井戸１２４の開放上方領域の実質的に全体に内向き及び下向きに向けることができる。
【０１０９】
また、図１に示すように、構築プラットフォーム１２１は、構築プラットフォームエレベータ１２２によって構築プラットフォーム上面１２１に対して垂直な方向（Ｚ方向）に対して移動可能、特に交替可能である。構築プラットフォームエレベータ１２２は、図１に示すように、構築プラットフォーム下面１２３から構築プラットフォーム上面１２１に対して法線方向（Ｚ方向）に延びるように配置される２つの列として形成され、構築プラットフォームエレベータ１２２の伸長および収縮を引き起こす駆動ユニと（図示せず）に連結される。
【０１１０】
構築プラットフォーム１２０は、井戸１２４内に配置される。井戸１２４は、上部境界１２４ａから、一定の内部断面で、構築プラットフォーム上面１２１に対して法線方向に延びる。井戸１２４の断面は、構築プラットフォーム上面１２１に対して法線方向（Ｚ方向）における構築プラットフォーム１２０の断面と同じである。これは構築プラットフォーム１２０が構築プラットフォームエレベータ１２２によって井戸内で自由に昇降させられることを可能にする。
【０１１１】
構築プラットフォーム１２０の縁と井戸１２４の壁との間を封止するために、構築プラットフォーム１２０に隣接するシール１２０ａが設けられる。例えば、構築プラットフォーム１２０の周りに形成される溝内に設定されるＯリングのような連続的な弾性ビードによってそのようなシールを提供することができる。代替的に、当該技術分野で知られているような弾力性ワイパまたは他のシールが設けられてよい。
【０１１２】
上述の構成の代わりに、他の構成を設けることができ、構築プラットフォーム１２０が徐々に上昇させられるというよりもむしろ、スロットダイ１１０が徐々に下降させられることに留意のこと。これは構築プラットフォーム１２０に対する井戸１２４の対応する上昇する壁を用いて或いは用いないで達成されることがある。しかしながら、本構成は構築するのが特に簡単であると考えられる。
【０１１３】
従って、スロットダイ１１０およびスロットダイキャリッジ駆動セクション１５０のような協働部品ならびに井戸１２４は、全て、工場床のような安定した表面で装置を支持する装置１００（図示せず）のメインフレームによって支持され、構築プラットフォーム１２０、このメインフレームに対して引っ込められる。
【０１１４】
図１に見えるように、井戸１２４の上部境界１２４ａは、井戸１２４ａの上部境界１２４ａから離れる方向に下向きに傾斜した傾斜面１２４ｂを備える。結果的に、井戸１２４の内部断面の外側になる材料は、重力の影響下で、装置１００の作業部から離れる方向に傾斜面を流れて、スライドして、或いは転動して下ることができる。
【０１１５】
同様に図１に示されているのは、井戸１２４を取り囲むよう井戸１２４の壁に設けられた井戸冷却要素１２５である。１つの構成において、これらの井戸冷却要素１２５は、図示しないチラー(chiller)のような、冷却流体源から冷却流体を運ぶように構成されたチャネルであってよい。他の変形において、井戸冷却要素１２５は、ペルチエ冷却要素または当技術分野において入手可能なことがあるような他の冷却要素のような、熱電冷却器（熱電クーラ）であってよい。井戸冷却要素１２５は、井戸内から熱を除去するために、井戸の壁１２４が冷却されることを可能にする。
【０１１６】
構築プラットフォーム１２０は、プラットフォーム冷却要素１２６の形態の冷却要素も備える。プラットフォーム冷却要素１２６は、構築プラットフォーム上面１２１より上の領域から熱を除去するように作用する。プラットフォーム冷却要素は、同じまたは異なる種類の冷却要素並びに冷却要素１２５であってよい。プラットフォーム冷却要素１２６は、構築プラットフォーム１２０内に埋め込まれる。いくつかの実施形態において、プラットフォーム冷却要素１２６は、構築プラットフォーム上面１２１の小さな距離だけ下方に位置付けられる。
【０１１７】
次に、図３を参照して、スロットダイ１１０の動作を説明する。スロットダイ１１０は、主に２つの部分、即ち、第１のスロットダイ部分１１１および第２のスロットダイ部分１１２で形成される。第１のスロットダイ部分１１１および第２のスロットダイ部分１１２の各々は、スロットダイ１００の全幅に延びるよう、横方向（Ｙ方向）に配置される。第１のスロットダイ部分１１１及び第２のスロットダイ部分１１２は協働して、スロットダイの実質的に全長を走るスロットダイキャビティ１１３を定める。
【０１１８】
スロットダイキャビティ１１３は、スロットダイキャビティ壁（図示せず）によって横方向両端（Ｙ向両端）で閉塞される。スロットダイキャビティ１１３は、スロットダイ入口ポートを備えるスロットダイ１１０の頂部で開放し、スロットダイ入口ポートは、横方向（Ｙ方向）においてスロットダイ１１０に亘る全幅に延びなくてよい。スロットダイキャビティ１１３は、横方向（Ｙ方向）においてスロットダイ１１０の実質的に全幅に延びるスロット１１４で、スロットダイ１１０の底で開放する。よって、スロット１１４は非常に細長く、横方向において比較的長いが、移動方向において比較的狭い。
【０１１９】
例えば、狭い細長いスロットを提供するために、スロット１１４は、１０ｃｍより長くてよく、５００ミクロンより狭くてよい。いくつかの構成において、スロットは、３００ミクロンより狭くてよく、２５０ミクロンより狭くてよく、２００ミクロンより狭くてよく、或いは１００ミクロンより狭くてよく、各々の場合において、その幅は、スロット１１４の伸長方向に対して垂直に測定される。本実施形態において、スロット１１４の伸長方向は、横方向（Ｙ方向）に対応する。よって、スロット１１４は、横方向（Ｙ方向）に向けられている。
【０１２０】
もちろん、スロット１１４は、代替的に、横方向に対して角度付けられてよい。しかしながら、特定の実施形態では、スロットダイ１１０の移動方向（Ｘ方向）に対するスロット伸長方向の角度は、２０度未満、１５度未満、１０度未満、または５度未満であってよいと考えられる。
【０１２１】
いくつかの実施形態において、スロット１１４の幅は調整可能であってよい。例えば、第１のスロットダイ部分１１１と第２のスロットダイ部分１１２との間に追加的なシム（剛性スペーサ）を挿入して、スロットダイ部分を互いから分離させる一方で、スロットダイキャビティ１１３の実質的な完全性を維持して、スロット１１４の調整可能な幅が提供されてよい。
【０１２２】
代替的に、弾力性スペーサ、例えば、ゴムキャスケット(rubber caskets)が設けられてよい。そのような構成を用いるならば、第１のスロットダイ部分１１１と第２のスロットダイ部分１１２との間に可変のクランプ力を加えて、弾力性スペーサを圧縮して、スロット１１４の縁を互いにより近づかせるために、止めネジまたは調整ボルトが設けられてよい。逆に、クランプ力を減少させることは、スロット１１４の縁が分離することを可能にする。
【０１２３】
スロットダイ１１０は、スロットダイチャネル形成部材１１６を備え、スロットダイチャネル形成部材１１６は、キャビティ１１３を覆い、スロットダイチャネル形成部材１１６に形成されるチャネルとスロットダイ入口ポート１１５との間の連通を可能にする。スロットダイキャビティ１１３を充填するために、液体構造材料が、スロットダイチャネル形成部材１１６およびスロットダイ入口ポート１１５を連続的に通じて、ポンプ（図示せず）を介してポンピングされてよい。
【０１２４】
スロット１１４は狭いので、スロットダイキャビティ１１３が比較的粘性のある液体で満たされるときでさえも、液体はスロット１１４での表面張力の作用によってスロット１１４を通じて漏れない傾向を有する。しかしながら、より多くの液体がスロットダイチャネル形成部材１１６およびスロットダイ入口ポート１１５を介してスロットダイキャビティ１１３にポンピングされると、スロットダイキャビティ１１３内の圧力が上昇し、次に、スロットダイキャビティ１１３内の材料はスロット１１４を通じて押し出される。
【０１２５】
特定の種類の液体、特にいわゆる剪断減粘性液体(shear-thinning  fluids)の場合、液体は、剪断ひずみを受けると、粘度の減少を示す。スロットダイ１１０は、スロットダイキャビティ１１３の断面積をキャビティ１１３の主要部分からスロット１１４まで漸進的に狭める傾斜面１１１を有する。キャビティ１１３の断面積は漸進的に制約されるにつれて、キャビティ１１３からスロット１１４に向かって流れる流体は、剪断する傾向を有する。よって、剪断減粘性流体は、適切に増大させられた圧力の下で、スロット１１４を通じて特別に容易に計量分配される(dispensed)。傾斜面１１１の圧力が存在しなくても、例えば、傾斜面１１１が１以上のステップで近似させられる(approximated)場合でも、この効果を観察することができる。
【０１２６】
適切に高い圧力の下では、比較的高い粘性を有するにも拘わらず、非剪断減粘性流体(non-shear  thinning  fluids)さえも、スロット１１４を通じて成功裡に計量分配することができる。
【０１２７】
スロットダイキャビティ１１３内で達成可能な典型的な圧力は、例えば、２バールを超える圧力を含む。
【０１２８】
スロットダイ１１０は、スロットダイ加熱要素１１７も備え、本実施形態において、スロットダイ加熱要素１１７は、スロット１１４の近傍に配置される。スロットダイ加熱要素１１７は、スロットダイキャビティ１１３内の流体に、特にスロット１１４に接近している流体に、熱を提供する。スロットダイ加熱要素１１７は、例えば、熱電加熱要素、抵抗加熱要素、または高温流体源（図示せず）から供給される熱水または熱油のような加熱流体を運ぶチャネルであってよい。
【０１２９】
３つのそのようなスロットダイ加熱要素１１７がスロットダイ１１０の各半分に示されており、合計で６個であるが、これは純粋に例示的であり、代替的な構成では、この数よりも多い又は少ない数が提供されてよい。例えば、そのような加熱要素は、スロットダイキャビティ１１３の一方の側または他方の側にのみ設けられてよい。
【０１３０】
本実施形態において、スロットダイ加熱要素１１７は、スロットダイキャビティ１１３の頂部および底部に対してほぼ均等に離間して設けられる。従って、スロットダイ加熱要素１１７は、スロットダイキャビティ１１３の全高に熱を加えるように構成される。他の実施形態において、スロットダイ加熱要素１１７は、スロットの近くにのみ集中させられてよく、スロット１１４から比較的更に遠い位置ではより少なく密集して提供されてよく、或いは存在しなくてさえよい。
【０１３１】
スロットダイ１１０が銅またはアルミニウムのような比較的高い熱伝導率の材料で作られるならば、スロットダイ１１０が鋼のような比較的より低い熱伝導率の材料で作られるときの状況と比べて比較的より少ないスロットダイ加熱要素１１７が設けられてよい。後者の状況では、比較的より多くのスロットダイ加熱要素１１７が設けられてよい。
【０１３２】
いくつかの構成では、スロットダイ１１０の外部を熱損失に対して絶縁して、スロットダイ加熱要素１１７でスロットダイを加熱する効率を向上させてよい。
【０１３３】
スロットダイ加熱要素１１７は、スロットダイキャビティ１１３内の流体の温度を上昇させて、スロット１１４を介した押出前にその粘度を減少させることができる。従って、スロットダイ要素１１７を使用して熱を加えることは、スロットを通じる流体の通過を制御することができ、且つ所与の速度でスロット１１４を通じて材料を押し出すために必要とされる圧力を減少させることができる。
【０１３４】
他の実施形態において、スロットダイ加熱要素１１７は、第１のスロットダイ部分１１１および第２のスロットダイ部分１１２の一方または他方を通じて配置されてよい。
【０１３５】
スロットダイ１１０は、スロットダイ振動器１１８ａも備え、スロットダイ振動器１１８ａは、第１のスロットダイ部分１１１の上に位置付けられ、スロットダイ振動器の駆動ロッド１１８ｂへの連結によって、第２のスロットダイ部分１１２に対して第１のスロットダイ部分１１１を振動させることができる。本実施形態において、スロットダイ振動器１１８ａは、交互の押す力および引っ張る力をスロットダイ振動器の駆動ロッド１１８ｂに加え、駆動ロッド１１８ｂは、スロット１１４の縁を押して離すこと及び互いに引っ張ることを交互に行う。機械的手段によって、例えば、スロットダイ振動器１１８ａ内に配置されるスロットダイ振動器１１８ｂの端と接触するカムによって、電磁手段によって、例えば、スロットダイ振動器１１８ａ内に配置されるスロットダイ振動器駆動ロッド１１８ｂの端に連結されるソレノイドを交互に駆動させることによって、スロットダイ振動器１１８ａ内に配置される圧電素子がスロットダイ振動器駆動ロッド１１８ｂを交互に押すか或いは引っ張る圧電手段によって、そのような振動をもたらすことができる。過度のスロット１１４での振動ブレードの位置付けまたは単に全体としてスロットダイ全体に機械的振動を提供することを含む、他の振動機構も可能である。そのような振動は、表面張力を破壊する傾向を有し、材料がスロット１１４を通じてより容易に押し出されることを可能にする。
【０１３６】
特定の流体中の低粘稠化(thinning)を誘発するために、振動、特に超音波振動を使用することもできる。いくつかの変形例では、これを達成するために、スロットダイ振動器１１８ａは、高周波または超音波振動を提供するように構成されてよい。
【０１３７】
スロットダイ振動器１１８ａの作動を使用して、スロット１１４を介してスロットダイキャビティ１１３から流体を押し出すために必要とされる圧力を減少させてよく、或いはそのような押出しが生じる質量速度を変更してよい。
【０１３８】
次に、図１も参照して、図３を使用して、装置１００の層堆積動作を説明する。
【０１３９】
装置１００の層堆積動作の開始時に、スロット１３４が井戸１２４の上部境界１２４ａの左手側（負のＹ方向側）に相対的に位置付けられるよう、スロットダイ１１０は開始位置にある。スロットダイキャビティ１１３を充填するために、所望の構成液体がスロットダイ入口ポート１１５を通じてポンプ（図示せず）を介してポンピングされ、加熱要素１１７およびスロットダイ振動器１１８ａが起動させられる（アクティブ化される）。流体および所望の堆積速度に依存して、スロットダイ加熱要素１１７およびスロットダイ振動器１１８ａが作動させられる必要はなく、一方または他方のみが作動させられてよいことは注目に値する。いくつかの状況では、スロットダイキャビティ１１３に材料をポンピングすることにより、スロットダイキャビティ１１３内の圧力を上昇させて、スロット１１４を通じたスロットダイキャビティ１１３からの構造材料の押出しを達成することで十分である。
【０１４０】
材料の押出しがひとたび開始すると、井戸１２４に対するスロット１１４の位置の結果として、初めに押し出された材料は、傾斜面１２４ｂに落ち、重力の作用を通じて、装置１００の作業部から運び去られる。ひとたび押出しが開始すると、スロットダイキャリッジ駆動セクション１５０は、スロット１１４が井戸１２４の上部境界１２４ａの最も右側（正のＸ方向側）に位置付けられるまで、構築プラットフォーム１２０に亘って制御された速度でスロットダイ１１０を前進させるように、作動させられる。
【０１４１】
ここで図３を参照すると、スロットダイ１１０が（図１のＸ方向に対応する）方向Ａに移動すると、押し出された材料Ｍは、スロット１１４から構築プラットフォーム１１０上に堆積させられ、堆積層Ｌを形成する。
【０１４２】
材料Ｍの押出速度は、材料Ｍの線形押出速度が方向Ａにおいてスロットダイ１１０の移動速度に実質的に対応するか或いは実質的に同じであるように、方向Ａにおけるスロットダイ１００の移動と協調して制御されることができる。そのような協調の効果は、材料Ｍが、層Ｌとして、例えば、カーペットを展開するのと類似の方法において、構築プラットフォーム１２０上に堆積されることである。剪断力（または引張力(drag  force)）が、層Ｌの既に堆積させられた部分または構築プラットフォーム１２０に加えられる。
【０１４３】
単一の層がひとたび堆積させられると、スロットダイ１１０は、スロットダイキャリッジ駆動セクション１５０によって初期の（最も左の、負のＸ方向）位置に戻されることがあり、更なる層が堆積させられることがある。比較的粘性のある堆積材料Ｍの場合でさえも、更なる層Ｌが、以前に堆積させられた層Ｌに実質的な力を加えることなく、以前に堆積させられた層Ｌの上に堆積させられることがある。
【０１４４】
図１および図３において、プラットフォーム１２０からのスロット１１４の間隔は、参照の容易さのために誇張されている。１つの実施形態において、スロット１１４は、井戸１２４の頂部より上に短い距離だけ離間させられてよい。例えば、スロット１１４は、井戸１２４の頂部より上に１ミリメートル未満、５００ミクロン未満、３００ミクロン未満、２００ミクロン未満または１００ミクロン未満であってよい。
【０１４５】
第１の層がひとたび堆積させられると、更なる層が堆積させられるのに十分な空間を可能にするために、構築プラットフォーム１２０は、次の層が堆積させられる前に、構築プラットフォームエレベータ１２２によって、層Ｌの厚さに対応する短い距離だけ引っ込められてよい。
【０１４６】
いくつかの構成では、井戸１２４の壁が第１の層を安定させるように作用するよう、構築プラットフォーム１２０は、第1の層が堆積させられる前に、第１の層の厚さに相当する短い距離だけ既に引っ込められていてよい。他の構成では、各層は井戸の壁の上に堆積させられ、次に、層が井戸内に下降すると、井戸１２４の壁は層を安定させる。
【０１４７】
そのようなプロセスによって、いくつかの層は、上層の体積が以前に堆積させられた層に力を加えることなく並びに以前に堆積させられた層を実質的に妨害することなく、順番に堆積させられることがある。
【０１４８】
層堆積プロセスにおいて、押出速度は、２５０ミクロン未満、特に１００ミクロン未満の厚さの層を適用するように選択されてよい。本実施形態において、層は、連続する層の間のように均一な厚さを有さなくてよいが、層厚は、必要に応じて変更されてよい。
【０１４９】
そのようなプロセスが以前に堆積させられた層を妨害する最上層の堆積を回避する能力は、スロットダイ振動器１１８ａの使用と関連する剪断減粘効果またはスロットダイ加熱要素１１７の使用と関連する熱効果の使用によって強化されることがある。
【０１５０】
具体的には、押出直後の押出材料Ｍの粘度が、以前に堆積させられた材料の粘度よりも大きいならば、以前に堆積さられた層は、更なる層の堆積中に加えられる任意の力に対してより弾力性がある。
【０１５１】
ここで図１を参照すると、井戸冷却要素１２５及び／又はプラットフォーム冷却要素１２６の使用は、それらの粘度が増加するよう以前に堆積させられた層を冷却することによって、以前に堆積させられた層の粘度を増加させることにおいて有利である場合があることが理解されるであろう。このアプローチは、更なる層Ｌの堆積によって妨げられない、安定した一連の層の形成に寄与することもできる。
【０１５２】
この目的を達成するために、ガス供給ユニット170は、ガス供給ポート１７１を通じて冷却ガスを排出するために、堆積動作中の井戸１２４を横断するスロットダイ１１０の通過中に作動させられてよい。スロットダイ１１０がスロットダイ移動方向（Ｘ方向）において井戸１２４を横切って進行するときに、井戸１２４に向かって方向付けられる、ガス供給ポート１７１を通じる冷却ガスの適用は、層が堆積させられている間に層を急速に冷却する効果も提供することができる。
【０１５３】
代替的に、ガス供給ユニット１７０を用いて冷却が堆積させられる材料に提供されない、井戸１２４を横断するスロットダイ１１０の材料堆積通過の後に、冷却ガスがガス供給ユニット１７０及びガス供給ポート１７１を介して供給されるスロットダイ１１０の引き続きの冷却通過が続くことができる。前述の変形例において、冷却ガスを井戸１２４の周りの複数の位置から実質的に井戸１２４の開放頂部領域全体に内向きに及び下向きに方向付けるために、ガス供給ポートが井戸１２４を取り囲んで井戸１２４より上に配置される、前述の変形の実施形態では、冷却ガスの流れが連続的に提供されてよい。
【０１５４】
従って、開示の装置１００のいくつかの特徴は、構築プラットフォーム１２０が井戸１２４内に徐々に降下するにつれて、構築プラットフォーム１２０上に安定した一連の層を形成することを可能にすることができる。
【０１５５】
図４は、投射ユニット１６０の動作を説明している。投射ユニット１６０は、放射線ビームＲが画像平面Ｐ上に投射されることがある投射ユニット孔１６１を有する。画像平面Ｐは、スロット１１４と構築プラットフォーム１２０との間に位置する堆積層Ｌの厚さ内の画像平面に対応する。画像平面Ｐは、通常、殆どは最近に堆積させられた層Ｌ内に含まれる平面に対応する。図４において、層Ｌは、構築プラットフォーム上面１２１上に、換言すると、第１の層として堆積させられている。しかしながら、図４に示す層Ｌは、前述の堆積プロセスの適用によって、層Ｌの堆積によって実質的に妨げられなかった、１以上の以前に堆積させられた層の上に同様に十分に堆積させられることができる。
【０１５６】
図４に関する議論において、層Ｌは放射線Ｒの適用によって固体状態に硬化させられてよい粘性液体構成材料Ｍで形成されると仮定される。放射線Ｒは、例えば、紫外（ＵＶ）光であってよい。他の実施形態において、放射線Ｒは、極端紫外放射（ＥＵＶ）光、Ｘ線放射、ガンマ放射、電子ビーム放射のような粒子放射、赤外放射若しくは熱放射、または可視光であってよい。放射の種類は、最新の堆積層Ｌを選択的に照射するよう制御された方法において方向付け得る限り、特に限定されない。
【０１５７】
放射線ビームＲが層Ｌの被照射領域に亘って均一な強度にあるならば、層Ｌの被照射領域の全体が硬化されるようになる。しかしながら、図４に示す構成では、放射線ビームＲを層Ｌの特定の領域Ｂに選択的に適用して、それらの特定の領域のみを硬化させる一方で、結合されない他の領域Ｕを残している。図４の例では、放射線ビームＲは、領域Ｂが高線量の放射を受け取り、領域Ｕが比較的低い線量の放射を受け取るよう、パターン化されており、比較的低い線量は、放射の線量がないことがある。よって、領域Ｂのみが放射線硬化されて固体状態になるのに対し、非結合領域Ｕ(unbound)は液体状態に留まる。放射線ビームＲの強度は、層Ｌの全厚が硬化させられ、硬化させられた接続が下層の以前に硬化させられた部分に対しても行われる一方で、如何なる下層も実質的に硬化されないままであるよう、調整されてよい。
【０１５８】
投射ユニット１６０は、投射ユニット駆動セクション１９０の作用によって井戸１２４より上に位置する平面（ＸＹ平面）全体内で、井戸１２４より上で移動可能であるので、投射ユニット１６０が任意の所与の時に放射線Ｒを投射することができる投射領域が、井戸１２４の断面積よりもずっと小さいことがあるとしても、放射線Ｒは、投射ユニット１６０をその移動平面（ＸＹ平面）内で移動させることによって、図５に示すように、井戸１２４内の層Ｌ上の一連のショット領域Ｓに順次式に適用されてよい。従って、井戸１２４内の層Ｌ上のあらゆる地点が硬化されることがある。
【０１５９】
図５に示すように、ショット領域Ｓ(shot  areas)は規則的に配置され、格子（グリッド）または行列（マトリクス）構成において離間させられてよい。しかしながら、これに当て嵌まらなくてもよい。
【０１６０】
図５の構成において、ショット領域Ｓの外側の領域は未結合のままであり、ショット領域Ｓよりも断面寸法が大きい部分はない。従って、各ショット領域Ｓは、層Ｌより下の任意の層の結合領域と共に、層Ｌの結合領域(bound  regions)によって形成される、製造されるべき部分に対応することがある。そのような構成において、その部分は、井戸１２４の深さに対応する最大長さを有することがあるが、断面寸法は、ショット領域Ｓの断面寸法内にあることがある。
【０１６１】
代替的に、図６に示すように、ショット領域は、ステップアンドスティッチ投射モード(step-and-stitch  projection  mode)において部分的にオーバーラップさせられる或いは当接させられることがあり、層Ｌの実質的に全体は、放射線Ｒで露光されることがある。そのようなアプローチを用いるならば、ショット領域Ｓは、個々のショット領域Ｓの寸法よりも大きい寸法を有する一体的な物体の部分に対応することがある。
【０１６２】
投射ユニット１６０の上述の構成が井戸１２４より上で移動可能であるべきことを考慮すると、放射線ビームが発生する点を定める投射孔１６１のような、投射ユニット１６０の投射位置のみが、井戸１２４より上で移動可能であることも等しく可能である。例えば、放射線Ｒが生じる放射源は、井戸１２４に対して固定された場所に設けられてよく、或いは装置１００の外部に設けられてさえよい。次に、放射線Ｒは、導波路、光ファイバ、ミラー又は同等物のような、適切な放射ガイドを介して、投射のために投射孔１６１に誘導されてよい。ガイドの適切な構成によって、放射源および関連する光学部品は固定されてよいが、放射線が層Ｌに投射される投射位置は移動可能であってよい。
【０１６３】
更なる変形例では、放射線を放射源から投射位置に導くために、ガイドのうちの１以上は、ある経路内で、或いは平面（ＸＹ平面）内の軸又は投射位置の移動の平面（ＸＹ平面）内の他のもの外の他の軸に沿って移動可能であってよい。例えば、ガイドのうちの１以上は、垂直平面（ＸＺ平面またはＹＺ平面）内で、または平行な軸（Ｘ軸、Ｙ軸）若しくは垂直な軸（Ｚ軸）に沿って、移動可能であってよい。そのような構成において、ガイドは、投射位置が移動する井戸１２４より上の領域の一方の側にまたはその領域から離れる方向に移動可能に配置されてよい。移動可能な投射位置は、映写レンズ(projection  lens)またはリレーミラー(relay  mirror)のような光学素子によって定められてよい。
【０１６４】
図１乃至図６に関連して装置を記載するとき、投射ユニット１６０は、小さなショット領域Ｓのみを正確に照明することができると仮定した。他の実施形態では、投射ユニット１６０は、例えば、中心照明位置から移動することなく、層Ｌの全体又は実質的に全体を照明することができることが提供されてよく、中心照明位置は、井戸１２４の中心より上にあってよい。そのような構成において、投射ユニット１６０は、装置メインフレームに対して固定されてよく、その場合、投射ユニット駆動セクション１９０が設けられる必要はない。しかしながら、小さな部品を製造するためには、非常に高解像度の投射システムを有することが必要なことがあり、その場合には、図１乃至図６に関連して示し且つ記載した移動投射ユニット１６０を設けることがより実際的なことがある。
【０１６５】
図４を参照すると、投射ユニット１６０は、放射線Ｒでショット領域Ｓの実質的に全てを同時に照明してよく、或いは少なくともショット領域Ｒ内の様々な分散位置に放射を同時に提供して、ショット領域Ｒにパターン画像を効果的に適用してよい。図７は、ショット領域Ｓのそのような同時照明を可能にすることがある投射ユニット１６０の内部構成を示している。
【０１６６】
図７において、投射ユニット１６０は、層Ｌを形成する材料Ｍを硬化させるために、エネルギ、波長及び／又は強度のような、適切な特性の放射線Ｒを生成する、照明源１６２を含む。照明源１６２’は、例えば、レーザまたは発光ダイオード（ＬＥＤ）であってよく、特に紫外線レーザまたは紫外線発光ダイオード（ＬＥＤ）であってよい。電子ビーム放射について、照明源は、電子ビーム発生装置であってよい。照明源１６２からの放射線Ｒは、空間光変調器１６４を照明するコリメートされたビームを形成するよう、成形レンズ１６３(shaping  lens)によって成形される(shaped)。
【０１６７】
空間光変調器１６４は、照明された領域および照明されていない領域のパターンを定めるパターニング要素として働く。例えば、空間光変調器は、可動ミラーの行列（マトリクス）を提供してよく、可動ミラーは、第１の向きと第２の向きとの間で移動可能であり、第１の向きは、照明源１６２からの放射を、大きな角度で投射ユニットの光軸ＡＸ及び放射が方向付けられる他の方向に偏向し、或いは小さな角度で光軸ＡＸに偏向する。しかしながら、放射線ビームをパターニングするために、可変透過マスクを使用する空間光変調器のような空間光変調器の他の変形も当該技術分野において知られており、開示の構成に適用されてもよい。
【０１６８】
光軸ＡＸに対して小さな角度で向けられた放射線Ｒは、最終投射要素１６６を通じて放射線Ｒを誘導する第１の投射光学要素１６５によって捕捉される。最終投射要素１６８は、層Ｌで空間光変調器１６４の画像を形成するよう、投射孔１６１内に配置される。
【０１６９】
従って、空間光変調器１６４は、第１の投射要素１６５と最終投射要素１６６とを含む投射光学によって層Ｌの上に転写されるパターンまたは画像を定める。しかしながら、投射光学の精密な構造は、例示的であるに過ぎず、当業者によって十分に理解されるように、画像が空間光変調器１６４によって定められ、次に、平面上に投射されることを可能にする、他の光学的構成が、可能である。
【０１７０】
従って、投射ユニット１６０をデジタル光プロセッサ（ＤＬＰ）として実施することができる。
【０１７１】
紫外放射または可視光放射のような荷電された電磁放射が使用されるときには、図７に示す投射ユニット１６０の着想が採用されてよい。特に、紫外放射または可視光放射は、ミラー面によって容易に反射させられ、従って、紫外放射または可視光放射は、可動ミラーを含む空間光変調器によって容易にパターン化される。
【０１７２】
しかしながら、図８を参照すると、代替的な種類の投射ユニット１６０’が投射ユニット１６０の代わりに使用されてよい。投射ユニット１６０’は、放射線ビームＲを生成する照明源１６２’も含む。照明源１６２’は、狭い直径のコリメートされたビームを提供するよう、ビーム成形光学１６３’によって成形される、放射を生成する。例えば、ビーム成形光学１６３’は、照明源１６２’の出力を取ってよく、円形またはガウス形態の放射線ビームＲを生成してよい。そのようなビームは、例えば、直径が１０ミクロン未満であってよく、或いは直径が１ミクロン未満であってよい。
【０１７３】
次に、放射線ビームＲは、折畳みミラー１６４’の作用によって、第１の操縦ミラー１６５’（第１のステアリングミラー）の上に導かれ、第１の操縦ミラー１６５’は、第1の軸の周りでビームを走査（スキャン）するために、ビームを可変角度で第１の方向に偏向させる。第1のステアリングミラー１６５’は、例えば、検流計スキャナであってよい。次に、第1のステアリングミラー１６５’からのビームは、第２の操縦ミラー１６６’（第２のステアリングミラー）に導かれ、第２の操縦ミラー１６６’は、放射線ビームＲを、第１のステアリングミラー１６５’の第1の軸に対して垂直であってよい第２の軸について偏向させる。第２の操縦１６６’は、検流計スキャナであってよい。次に、放射線ビームＲは、放射線ビームＲが層Ｌに適用される前に、孔１６１’を通じて方向付けられる。
【０１７４】
投射ユニット１６０’の構成を使用するならば、放射線ビームＲは、一度にショット領域Ｓの全体を照明することができず、むしろ連続的な時にショット領域Ｓ内の任意の点に向けられることがある。よって、放射線ビームＲは、例えば、ラスタ式に、ショット領域Ｓの上を走査して、第１の操縦ミラー１６４’および第２の操縦ミラー１６５’の案内の下で行毎に進行的に走査してよい。ショット領域Ｓ上のラスタ式のビーム走査を用いるならば、ショット領域内の層Ｌの部分を選択的に照明するために、ビームが走査されるときに、照明源１６２’自体がパルス化されてよい。代替的に、折畳みミラー１６４’は、ビームが第1の操縦ミラー１６５’に向けられる第１の位置と、ビームが第１の操縦ミラー１６５’から離れる方向に向けられる第２の位置との間で切り替え可能であってよく、それにより、放射線ビームＲを選択的に中断してよい。
【０１７５】
変形の構成において、ビームは、層Ｌ上のパターン、ラスタというよりもむしろ、ベクトルを定めるよう操縦可能である。
【０１７６】
電子ビーム放射のような荷電粒子放射が使用されるときには、図８に示す投射ユニット１６０’の着想が採用されてよい。特に、電子ビーム放射は、磁場によって容易に偏向させられ、従って、電子ビーム放射は、投射領域に亘って容易に走査される。
【０１７７】
図７および図８の構成は例示的であり、投射ユニットで層の部分を選択的に照明する他のアプローチが当該技術分野内で利用可能である。
【０１７８】
図９Ａは、図７または図８の原理に従って動作することがある投射ユニット２６０が、例えば、ガスフード２６７を備える、図４の構成に基づく変形の実施形態を示している。ガスフード２６７は、投射ユニット２６０によって投射される放射線ビームＲのうちの少なくとも一部を取り囲むように位置付け可能なカップ状の部材である。
【０１７９】
ガスフード２６７は、典型的には１ｃｍ〜１ｍｍの間の小さな間隙Ｇがフードの下面２６７ａと堆積層Ｌとの間に存在するように、位置付け可能である。
【０１８０】
ガスフード２６７は、下面２６７ａによって境界付けられた下方開口２６７ｂを有する。ガスフード２６７は、ガスフード２６７の上面２６７ｄによって境界付けられた上方開口２６７ｃも有する。下方開口２６７ｂは、放射線ビームＲの意図された投射領域の全体より上の領域を取り囲むような適切な形状および寸法にされる。上方開口２６７ａは、本実施形態において、投射ユニット２６０の少なくとも一部分を取り囲むような形状及び寸法にされる。上方開口２６７ａは、例えば、投射ユニット２６０の部分にぴったり適合してよく或いは投射ユニット２６０の部分を封止してよい。従って、ガスフード２６７は、投射ユニット２６０と層Ｌとの間で実質的に放射線ビームＲの全体を取り囲む。
【０１８１】
ガス供給ユニット１７０と同様に、ガスフード２６７は、ガス供給源（図示せず）に接続され、ガス供給源は、装置内に設けられてもよく、或いは、例えば、装置が据え付けられる施設で提供される圧縮空気ラインまたは乾燥窒素ラインのような、装置へのサービスとして提供されてよい。ガスフード２６７は、ガスがガス供給源からフード２６７の内部に供給されることを可能にする１以上のガス供給ポート２６８を有する。各ガス供給ポート２６８は、ガスの流れを拡散させる、多孔質セラミック板のような、多孔質部材（図示せず）を備えてよい。そのような構成は、フード内の乱流を回避することがある。
【０１８２】
ガスフード２６７は、投射ユニット２６０の本体に固定構成において配置されてよく、或いは格納可能であってよい。本実施形態において、ガスフード２６７は、格納可能である。具体的には、ガスフード２６７は、投射ユニット２６７の本体とガスフード２６７との間に配置された引込みユニット２６９によって引き込まれてよい。ここで、引込みユニット２６９は、例えば、ロッドまたはケーブルによって、ガスフード２６７の下端に接続される、ユニットであり、ガスフード２６７の下端に上向きの力を加えることによって、ガスフード２６７の下面２６７ａを、図９Ａ中のラベル付けられていない矢印の方向に沿って、層Ｌから垂直に上昇させる、ユニットである。この実施形態では、ガスフード２６７の頂部が投射ユニット２６０に取り付けられ、ガスフード２６７の少なくとも側壁３６７ｅは、フレキシブル（可撓）またはベローズ構造であるので、ガスフード２６７は、図９Ａに示す拡張状態からコンパクト状態に収縮されてよい。ガスフード２６７を収縮させる他の構成が可能である。
【０１８３】
引込みユニット２６７は、スロットダイ１１０が下方を通過できるよう、ガスフード２６７を層Ｌから離れる方向に上昇させるように作動させられてよい。従って、スロットダイ１１０が投射ユニット２６０と構築プラットフォーム１２１との間を通過するときに、ガスフード２６７とスロットダイ１１０との間の機械的干渉を回避することが可能である。
【０１８４】
代替的な構成において、投射ユニット２６０全体は、ガスフード２６７の間の干渉を避けるために引っ込み可能であってよく、或いは、ガスフード２６７はフレキシブルでなくてよく或いはベローズ構造でなくてよいが、剛的であってよく、投射ユニット２６０を下から持ち上げることによって引っ込められてよい。
【０１８５】
ガス、任意的に、冷却ガス、および、任意的に、窒素のような酸素処理されていないガス又は不活性ガスが、ガスポート２６８を介してガス供給フードの内部に導入されるときには、放射線ビームＲが加えられると、層Ｌの改良された硬化挙動を得ることができる。特に、特定の放射線硬化性ポリマーは、遊離酸素の不存在の下でより均一にかつ再現可能に硬化する。従って、硬化時のひずみを回避することができ、不完全なまたは過度の硬化の発生を削減することができる。また、硬化プロセスは層Ｌを加熱することができるので、ポート２６８を通じて導入される冷却ガス流は、層Ｌから余分な熱を除去することができる。
【０１８６】
図９Ｂは、投射ユニット３６０がガスフード３６７の代替的な構成を備える、図９Ａの構成に基づく更なる変形の実施形態を示している。ガスフード３６７は、投射ユニット３６０によって投射された放射線ビームＲの少なくとも部分を取り囲むように位置付け可能なキャップ状の部材である、図９Ａに示すガスフード２６７と類似している。図９Ａに示すガスフード２６７に関して、ガスフード３６７は、ガスがガス供給源からフード３６７の内部に供給されることを可能にする、１以上のガス供給ポート３６８を有する。
【０１８７】
しかしながら、ガスフード３６７は、図９Ａに示すガスフード２６７よりも下面と上面との間で短く、よって、放射線ビームＲの下部のみを取り囲む。ガスフード３６７は、ガスフード内のガス及び放射線ビームＲが層Ｌに達することを可能にするよう、下面３６７ａによって境界付けられた下方開口３６７ｂを有する。ガスフード３６７は、ガスフード３６７の上面３６７ｄによって境界付けられた上方開口３６７ｃも有する。下方開口３６７ｂは、意図される投射領域の全体より上の領域を取り囲む適切な形状及び寸法にされている。上方開口３６７ａは、本実施形態において、放射線ビームＲが通過するのを許容するような形状および寸法にされている。
【０１８８】
また、上方開口３６７ａは、本実施形態において、放射線ビームＲが通過するのを可能にするが、フード内からのガスの逃げを回避する、放射線透過部材３６７ｆを備える。例えば、放射線透過部材３６７ｆは、ここでは、石英または蛍石プレートのような透明な板として示されている。
【０１８９】
他の実施形態において、ガスの漏れが問題と考えられないならば、開口３６７ｃは、遮断（ブロック）されないままであってよい。代替的に、開口３６７ｃは存在することができず、代わりに、ガスフード３６７全体またはガスフード３６７の上面３６７ｄのような適切な部分が放射線を透過させることができる。例えば、ガスフード３６７は、石英または蛍石で作られてよく、或いは石英または蛍石の上部または蓋を有してよい。
【０１９０】
ガスフード２６７とは対照的に、ガスフード３６７は、投射ユニット３６０の本体とガスフード３６７との間に配置される引込みユニット３６９を介して、層Ｌより上にある小さな間隙Ｇで懸架されている。ガスフード２６７のためのガスフード２６７に関して、間隙Ｇは、典型的には、１ｃｍと１ｍｍとの間にあってよい。引込みユニット３６９は、スロットガイド１１０が下方を通過することができるよう、ガスフード３６７の全体を層Ｌから離れる方向に上昇させるように作動させられてよい。この構成において、ガスフード３６７は、部分的にまたは全体的に可撓性である必要はなく、或いはベローズ構造を有する必要はないが、剛性であってよい。
【０１９１】
図９Ｂにおいて、ガスフード３６７は、投射ユニット２６０によって支持されているが、変形の実施形態において、ガスフード３６７は、他の部材によって別個に支持されてよい。例えば、適切な時に意図される投射領域より上にガスフード３６７を導入し且つ除去するために、投射ユニット駆動セクション１９０に対する類似の機構が設けられてよい。
【０１９２】
図９Ａの構成におけるように、スロットダイ１１０が投射ユニット２６０と構築プラットフォーム１２１との間を通過するときに、ガスフード２６７とスロットダイ１１０との間の機械的干渉を回避することが可能である。
【０１９３】
従って、スロットダイ１１０を使用して放射線硬化性材料の層を堆積させ、次に、その層の選択的な部分を投射ユニット１６０で連続的に硬化させることによって、並びに、物体が層毎に構築されるようこのプロセスを繰り返すことによって、各層の部分は互いに接合され、下層の部分と接合され、物体全体を構築することができる。開示する構成を使用するならば、上層を堆積する間でさえも、下層内の未硬化材料の乱流は回避される。
【０１９４】
加えて、堆積層Ｌ内の結合領域のパターンを定めるために投射ユニット１６０を使用することによって、複数の露光技術を利用して変形を減少させることができる。特に、層Ｌの広い領域が互いに硬化させられるとき、硬化させられる部分は収縮または膨潤して、ひずみをもたらす傾向を有することがある。従って、ショット領域の単一の露光というよりもむしろ、単一のショット領域の複数の露光が行われてよく、その場合、ショット領域内の全体的な接続パターンは、重ね合わされるときに接続構造を形成する、一連の画像から構築される。このアプローチは、全体的なひずみを減少させるという利点を有する。
【０１９５】
例えば、図１０Ａに示すように、円形領域Ｃがショット領域Ｓ内で硬化されるべきならば、例えば、チェッカー盤パターンを円Ｃ内に定めることができ、次に、チェッカー盤パターンの偶数番号の正方形１が第１の部分露光において第１に照明されてよく、次に、チェッカー盤の奇数番号の正方形２が、第１の部分露光に重ね合わされた第２の部分露光において露光されてよい。奇数番号の正方形２の硬化は、偶数番号の正方形内の以前に硬化させられた材料を一緒に接続する。いくつかの状況において、チェッカー盤パターンの正方形は、１６０まで投射を介して画像投射されるべき画像全体のピクセルに対応してよい。また、そのようなアプローチを適用することによって、収縮の全体的な程度および硬化に起因する層内の全体的な結果として生じる力は減少させられ或いは排除されることがある。
これは単一の露光において円Ｃの全体を硬化させることに比べてひずみを低減させることがある。
【０１９６】
図１０Ｂに示す他のアプローチでは、いくつかの画像が重ね合わされ、それらの各々は、円Ｃを定めるピクセルｎｉの擬似乱数サブセットを含む。他のアプローチも可能である。このアプローチによっても、収縮の全体的な程度および硬化に起因する層内の全体的な結果として生じる力が減少させられ或いは排除されることがあり、そして、ひずみが減少させられることがある。
【０１９７】
図１１は、装置１００の全体的な制御を示す制御概略図を示している。図１１に示す制御概略図は、別個のハードウェアとして提供されてよく、或いは全体的な産業制御システムまたはマイクロコンピュータ内の統合された或いは別個のソフトウェアモジュールとして提供されてよい。
【０１９８】
全体的なシステム制御ユニットＣＯＮＴは、通信インタフェースＣＯＭＭを介して装置１００の動作に関する命令を受信する。通信リンクＣＯＭＭは、装置１００の動作についての命令を含むクライアントコンピュータへのネットワークリンクであってよく、ネットワークリンクは、例えば、オブジェクトを、例えば、オブジェクト定義データに従って預けられ、次に、順次選択的に結合されるべき一連の層Ｌとして定義する、オブジェクト定義データを含んでよい。オブジェクト定義データは、例えば、画像のシーケンスであってよく、或いは、代替的に、ボクセルデータであってよく、或いは、他の形態のオブジェクト定義データは、当該技術分野において知られていることがある。代替的に、通信リンクＣＯＭＭは、対話型装置制御セッションをユーザに提供する対話型入出力デバイスに接続されるバスであってよい。代替的に、通信リンクＣＯＭＭは、ローカル記憶装置または装置１００の動作についての命令を提供する産業コントローラとのリンクであってよい。これらの命令は、例えば、実行されるべき動作のシーケンスを定義するレシピを共に形成してよい。
【０１９９】
制御ユニットＣＯＮＴは、投射ユニット駆動セクション１９０および投射ユニット１６０を制御する投射コントローラＰＲＯＪに接続される。従って、投射制御ユニットＰＲＯＪは、投射ユニット１６０の位置、および任意の所与のショット領域に投射されるべきパターン、並びに、例えば、露光時間、適切な場合には走査速度、適切な場合には放射線波長またはエネルギ、放射線ビーム寸法および形状、および他の放射特性のような、投射ユニット１６０の動作の他の態様を制御する。また、投射コントローラＰＲＯＪは、投射されるべき大きな画像を、図６に示すようなステップアンドスティッチアプローチのために部分的に重ね合わされるべき一連のより小さな画像に分断するように構成されてよく、或いは、ショット領域Ｓを、図１０Ａ及び図１０Ｂを参照して記載したように、互いに積み重ねられるべき部分画像の連続に分断してよい。
【０２００】
制御ユニットＣＯＮＴは、ポンプコントローラＰＵＭＰにも接続され、ポンプコントローラＰＵＭＰは、例えば、スロットダイ１１０に送達される材料の質量流量またはポンプの内部若しくはスロットダイキャビティ１１３の内部で得られる圧力に関して、ポンプ（図示せず）の動作を制御する。
【０２０１】
制御ユニットＣＯＮＴは、スロットダイ駆動コントローラＤＲＩＶＥにもつながり、スロットダイ駆動コントローラＤＲＩＶＥは、移動方向においてスロットダイ１１０を位置つけるよう、スロットダイキャリッジ駆動セクション１５０を制御する。
【０２０２】
制御ユニットＣＯＮＴは、図３に関連して説明したように、材料Ｍの押出し速度とスロットダイ１１０の移動速度との間の対応を達成するために、ポンプコントローラＰＵＭＰ及びスロットダイ駆動コントローラＤＲＩＶＥの動作を調整してよい。
【０２０３】
制御ユニットＣＯＮＴは、層堆積のための適切なパラメータを達成するために、スロットダイ加熱要素１１７、スロットダイ振動器１１８ａ、およびプラットフォーム冷却要素１２６及び井戸冷却要素１２５並びにガス供給ユニットをそれぞれ制御する、ヒータコントローラＨＥＡＴ、振動コントローラＶＩＢおよび冷却コントローラＣＯＯＬにも接続される。
【０２０４】
図１００の装置の動作についてのフローチャートを図１２に示し、以下に記載する。
【０２０５】
層堆積ステップＳ１において、図１乃至図３に関連して説明したように、押し出された構造材料の層を支持面より上に堆積させるために、移動方向において支持面より上で支持面に亘ってスロットダイを相対的に移動させる間に、スロットダイを用いて放射線硬化性構造材料を支持面より上で押し出す。
【０２０６】
硬化ステップＳ２において、図４乃至図８と関連して説明したように、放射線を、支持面とスロットダイとの間の構造領域に選択的に投射し、それにより、押し出された構造材料の部分を硬化させ、物体の部分を形成する押し出された層の領域を定める。
【０２０７】
分離ステップＳ３において、図１乃至図３と関連して説明したように、スロットダイ及び支持面をスロットダイと支持面との間で分離方向に移動させる。
【０２０８】
所望の物体が層に亘って並びに層の間に延在する構造材料の連続的な硬化部分によって形成されるまで、ステップＳ１乃至ステップＳ３を繰り返す。
【０２０９】
この装置および方法は、金属またはセラミックの粉末粒子の懸濁液の堆積に特に適用可能である。特に、この装置および方法は、硬化可能な、特に紫外線硬化性または電子ビーム硬化性液相中に分散された炭化物、酸化物または窒化物セラミックに適用可能である。１つの例示的な懸濁液は、硬化してポリマーを形成する、任意的に光開始剤を含む、モノマー及び／又はオリゴマーの液体混合物中のそのような粒子の懸濁液である。そのような懸濁液は、しばしば粘性が高く、従来的な液体堆積手段を介して取り扱うことが困難である。懸濁液中、粒子は、５ミクロン未満の平均直径、或いはそれどころか２ミクロン未満の平均直径を有してよい。そのような材料を構造材料として採用することは、硬化性バインダの殆どまたは実質的に全てが焼結プロセス中に除去される或いは分解される、金属またはセラミック部品を提供するよう、引き続き一緒に焼結することができる硬化物体を形成することができる、方法および装置を提供することができる。粉末粒子がセラミック粒子であるときには、代替的に、セラミックの他の例、例えば、ホウ化物およびケイ酸塩を、制限なしに使用することができる。
【０２１０】
このアプローチは、未硬化の液体を単に除去して再使用することができる一方で、硬化した物体を原則として液体から除去し、洗浄後に、直ちに使用することができるという利点を有する。
【０２１１】
上記の開示は、純粋に例示的であり、当業者は、現地の要求および工学的慣行ならびに材料および部品の入手可能性に従って変更されてよい。従って、本発明は、添付の請求項の精神および範囲によってのみ定められると考えられる。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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