(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直配向での構造の３次元（３Ｄ）印刷のための装置であって、
構築フレームと、
流動可能な積重ね材料であって、固化可能な積重ね材料を内部に有する材料ディスペンサと、
構築領域および積重ねプラットフォームであって、その両方が前記構築フレーム内に水平に配置され、それらの間での固化された３Ｄ構造の倒立型積重ねのために構成され、前記積重ねプラットフォームが前記構築領域から規定された距離だけ離間され、前記積重ねプラットフォームの各３６０度回転において前記積重ねプラットフォームと前記構築領域との間で連続的に増加するまたは段階的に増加する規定された距離を提供するように、前記構築フレーム内で垂直に上方に移動しながら回転し、これにより、前記構築領域と前記積重ねプラットフォームとの間で前記積重ね材料を渦巻状に積み上げるように構成された、構築領域および積重ねプラットフォームと、を備え、
前記材料ディスペンサが、前記流動可能な積重ね材料のフィルムを前記構築領域の上部表面の曝露ゾーンに送出するように配置されており、
固化媒体を前記曝露ゾーンに配置された前記流動可能な積重ね材料に送出するように配置された固化機構をさらに備え、
前記積重ねプラットフォームが、前記流動可能な積重ね材料のフィルムが固化するとき前記構築領域の上部表面に送出された前記流動可能な積重ね材料のフィルムを受け取り且つ保持するように構成され、前記積重ねプラットフォームが前記構築フレーム内で回転しながら前記規定された距離だけ垂直に上方に移動させられ、
前記装置は、過剰な前記流動可能な積重ね材料を除去する排出システムをさらに備える、装置。
【請求項２】
前記構築領域の前記曝露ゾーンが放射源に対して透過性であり、前記固化機構が透過性の前記構築領域の下に配置された、請求項１に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項３】
前記固化機構が放射源を備える、請求項１に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項４】
前記放射源が１つまたは複数のミラーを備える、請求項３に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項５】
前記１つまたは複数のミラーが可動である、請求項４に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項６】
前記放射源が１つまたは複数のＬＥＤを備える、請求項３に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項７】
前記放射源が１つまたは複数のレーザダイオードを備える、請求項３に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項８】
第２の材料ディスペンサをさらに備える、請求項１に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項９】
前記透過性の基板がガラスを含む、請求項２に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項１０】
前記積重ねプラットフォームから過剰な構築材料を除去する機構をさらに備える、請求項１に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項１１】
前記構築領域の前記曝露ゾーン全体に材料を均一に広げるように構成された材料スプレッダをさらに備える、請求項１に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項１２】
前記積重ねプラットフォームがｚ軸に沿って上方または下方に移動するように構成された、請求項１に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項１３】
前記３Ｄ印刷装置の前記構築フレーム内の空間の温度を制御するための要素をさらに備える、請求項１に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項１４】
前記３Ｄ印刷装置の前記構築フレーム内の空間の調節された雰囲気条件をさらに備える、請求項１に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項１５】
前記材料ディスペンサが、１つまたは複数の材料を供給し、誘導するための１つまたは複数の材料カートリッジを備える、請求項１に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項１６】
前記１つまたは複数の材料カートリッジが取り外し可能であり、かつ交換可能である、請求項１５に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項１７】
走査された物体の像を形成する投影ユニットをさらに備える、請求項１に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項１８】
前記投影ユニットが、少なくとも１つの画像記録システムを備える、請求項１７に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項１９】
３次元（３Ｄ）印刷装置であって、
固化可能な液体材料のフィルムの送出のための材料ディスペンサと、
前記液体材料のフィルムを固化させるための材料固化機構と、
積重ねプラットフォームと、
上面に曝露ゾーンを有する構築領域とを備え、
前記積重ねプラットフォームおよび前記構築領域が、前記曝露ゾーンと前記積重ねプラットフォームの下側表面との間の空間への前記固化可能な液体材料のフィルムの送出のために構成され、前記構築領域および前記積重ねプラットフォームが、実質的に平行な平面に配置され、
前記積重ねプラットフォームが前記構築領域との関係で複数の３６０度回転を行い、各３６０度回転において前記積重ねプラットフォームと前記構築領域の間の規定された距離を連続的または半連続的に増加させるように垂直に上方に移動しながら回転し、これにより、前記構築領域と前記積重ねプラットフォームとの間で前記固化可能な液体材料のフィルムを渦巻状に積み上げるように構成され、前記積重ねプラットフォームの回転によって、前記空間に送出され構造に固化される前記固化可能な液体材料のフィルムの部分が、前記積重ねプラットフォームの前記下側表面に保持され、
前記３Ｄ印刷装置は、過剰な前記固化可能な液体材料を除去する排出システムをさらに備える、
３Ｄ印刷装置。
【請求項２０】
第２の材料ディスペンサをさらに備える、請求項１９に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項２１】
前記曝露ゾーンが透過性の基板を備える、請求項１９に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項２２】
前記透過性の基板がガラスを含む、請求項２１に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項２３】
過剰な構築材料を前記積重ねプラットフォームから除去するための機構をさらに備える、請求項１９に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項２４】
前記構築領域の前記曝露ゾーン全体に材料を均一に広げるように構成された材料スプレッダをさらに備える、請求項１９に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項２５】
前記積重ねプラットフォームがｚ軸に沿って上方または下方に移動するように構成された、請求項１９に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項２６】
前記３Ｄ印刷装置内の積重ね空間内の所定の温度を調整および維持するための温度制御システムをさらに備える、請求項１９に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項２７】
前記３Ｄ印刷装置内の積重ね空間内の所定の環境条件を調整および維持するための制御システムをさらに備える、請求項１９に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項２８】
前記材料ディスペンサが、１つまたは複数の材料容器からの材料を供給し、誘導するための１つまたは複数の材料容器および送出手段を備える、請求項１９に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項２９】
前記材料容器が取り外し可能であり、かつ交換可能である、請求項２８に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項３０】
走査された物体の像を形成する投影ユニットをさらに備える、請求項１９に記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項３１】
前記投影ユニットが、画像の取込みおよび記憶のための１つまたは複数の装置を備える、請求項３０に記載の３Ｄ印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]本出願は、２０１３年３月１２日に出願したＫｕｒｔ  Ｄｕｄｌｅｙの「３Ｄ  ＰＲＩＮＴＩＮＧ  ＵＳＩＮＧ  ＳＰＩＲＡＬ  ＢＵＩＬＤＵＰ」という題名の米国特許仮出願第６１／７７８，２８５号の利益を主張する。この仮出願は、それに限定するものではないが、図面、表、略図、図解、および関連する明細書を含む参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
[0002]本明細書には、高分子材料、生物材料、または金属材料などの多種多様な媒体から３次元（３Ｄ）物体を形成するための方法、手順、および装置が記載される。その方法、手順、および装置は、重合、架橋、硬化、焼結、融解または固化、および同様の技法を使用して、従来のステレオリソグラフィ、光硬化、またはその他の３Ｄ物体形成技法に勝る改善を成す様式で所望の３次元（３Ｄ）構造を製造するようにプログラムされている。
【背景技術】
【０００３】
[0003]近年、３Ｄ印刷は、プロトタイピングおよび製造の目的などで、３Ｄ物体を正確に形成するための効果的な技法であることが実証されている。最も一般的な意味では、３Ｄ印刷は、一般に、３Ｄスキャナおよび／またはコンピュータソフトを利用し、所望の物体のイメージマップを生成する。次いで、イメージマップは、製造装置が、添加剤プロセス（ａｄｄｉｔｉｖｅ  ｐｒｏｃｅｓｓ）を介して、同時に固化されて３Ｄ物体を作り出すプラスチック、ポリマー、生物材料、または樹脂などの流動性の材料を堆積させることができるように、グリッド様の構造に変換される。固有の利点を提供する様々な現行の３Ｄ印刷方法は、同時にそれぞれがそれ自体の欠点も有する。
【０００４】
[0004]そのような方法の１つが、Ｃｈａｒｌｅｓ  ｗ．  Ｈｕｌｌによって開発されたとされるステレオリソグラフィであり、たとえば米国特許第４，５７５，３３０号に記載されている。ステレオリソグラフィは、先行して形成された媒体の層に隣接して流体様の媒体の層を連続的に直線状に形成し、固体層を形成するために所望の３次元物体の連続的なスライスを表す断面データに従ってそれらの層を選択的に固化することに基づいて、３次元物体を作り出すことを目的としている。ステレオリソグラフィ技術は、典型的には選択的に固化される融解した熱可塑性プラスチックまたはフォトポリマーである液体媒体を使用する。熱可塑性プラスチックは、より低い温度に曝されることによって固化し、フォトポリマーは、通常はＵＶまたは可視波長の放射に曝露させ、ポリマーを架橋または硬化させることによって固化される。この放射を光硬化性の材料に誘導する典型的な方法は、モータ制御された走査ミラー、マスクシステム、またはレーザを含み、最小の物理的分解能は、レーザビームの大きさ、またはマスク内での画素の大きさである。
【０００５】
[0005]フォトポリマーベースの樹脂を固化させるステレオリソグラフィベースの装置は、一般的に、物理的なガントリシステムを使用してＸ−Ｙ平面で走査され、またはガルバノメータもしくは回転する多角形ミラーなどの電気機械式に駆動される高反射性の表面によって別の方法で誘導される、単一の合焦されたレーザポイントを利用する。このため、印刷速度は層密度および層体積の両方に反比例する。
【０００６】
[0006]「単一点」タイプのステレオリソグラフィを使用してフォトポリマーを固化する方法は、Ｈｕｌｌの米国特許第４，５７５，３３０号に記載されたレーザおよび制御可能なミラー構成を利用するステップを含む。プロセスは、積重ねプラットフォームを光硬化性の材料のバットに徐々に沈めることを利用し、積重ねプラットフォームを覆う材料の層は、材料の表面に沿ってｘ／ｙ平面で放射を誘導する２つの制御可能なミラーを使用する、レーザからの標的を定められた放射を介して固化される。領域は、物体を表す仮想３次元モデルのスライスの断面ビットマップイメージで表された断面データに対応して、選択的に固化される。ラインは、光硬化性の材料を固化するための液体表面の上をトレースされる。プロセスは、次の所望の層に関係する量だけ積重ねプラットフォームを材料のバットの中に下降させることによって何度も繰り返される。新しい材料が構築領域の上に堆積された後に、固化のプロセスが繰り返され、個々の積み重ねられた層が形成され、３次元物体が形成される。
【０００７】
[0007]「平面曝露」型のステレオリソグラフィを利用する別の方法は、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）ベースの変形形態をステレオリソグラフィプロセスに使用することである。これらの変形形態は、ＤＭＤ配列が、層を作り出すために走査されなければならない単一点ではなく、合焦された光の平面全体を一度に曝露し、誘導することができるので、印刷速度に著しい改善をもたらし、所要の層体積に対して層密度に依存せずに一定の積重ね時間を生成する。典型的な７２０×４８０ＤＭＤ配列が、３４５，６００個の固化された樹脂の、ボクセルとしても知られる個々の「ポケット」を単一の層の曝露で一度に曝露させることができる。典型的な層の曝露時間は、様々な要因に依存して０．２〜１０＋秒の範囲にわたり得る。ＤＭＤベースのプロセスは、小さな印刷サイズに対しては非常に良好に機能することができるが、限界の層領域を超過すると、層を剥離するメカニズムによって発生する吸引力が３Ｄ物体の積上げを阻止する。
【０００８】
[0008]上記のプロセスにはいくつかの制限がある。たとえば、分解能はレーザの合焦可能な点の大きさに比例し、分解能を上げることが望ましければ、点の大きさを小さくして使用しなければならない。これにより、所与の領域においてトレースされるラインの総量が増加し、構築時間がより短くなる。さらに、材料のバットにプラットフォームを沈めるプロセスは、作り出される物体の機能サイズを制限し、また３Ｄ物体を構築するために大きな体積の光硬化性の材料を曝露することも必要とする。
【０００９】
[0009]さらに、流体表面に放射を受けさせる上記の方法は、一貫した層の高さ、および液体表面への擾乱から生じ得る誤差に関するそれ自体の一連の問題を提起する。これらの擾乱は、内部および外部の両方の振動源から生じ得る。層の高さ、およびしたがって物体の垂直分解能は、使用される材料の粘度および表面張力にも依存する。これは、所与の範囲の材料によって得られる垂直分解能を制限する。
【００１０】
[0010]最近、バットの底部に付着する新たに固化された層から生じる表面付着のさらなる要因を取り入れた倒立型ステレオリソグラフィプロセス（ｉｎｖｅｒｔｅｄ  ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ  ｐｒｏｃｅｓｓ）が開発された。この付着力は、固化された層の大きさに応じて増加する。しかし、構築プロセスが再開可能になる前に、付着力を除去し、積重ねプラットフォームを上昇させ、たとえばこじ上げ（ｐｒｙｉｎｇ）、傾け、剥離、およびずらしを用いることによって、新たな材料を配置してから、材料の次のさらなる層の固化ができるようにしなければならない。
【００１１】
[0011]付着力の除去のためのこれらのプロセスは、バット、積重ねプラットフォーム、積重ねプラットフォームのための上昇要素、および印刷された物体の新たに固化された幾何学的形状を高い応力負荷の下に置き、それによって機械およびその構成要素の機能寿命（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ｌｉｆｅ）を短縮させ、さらに構築されている物体の変形および離層を生じるおそれがある。広い領域の固化においてこの表面付着を低下させる方法が、欧州特許出願第ＥＰ２４１９２５８Ａ２号に記載され、そこでは単一の層が個々に固化され分離されるサブ構成要素イメージに分解される。しかし、この方法は、固化されることになる支持されない領域の量を増加させることによって生じる離層のために、構築時間を倍増させ、製品欠陥の可能性を増加させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
[0012]全ての迅速な製造システムが改善され得る共通の領域は、分解能を上げ、構築可能な部分の拡張性を高め、空洞および張出しなどの難しい幾何学的形状を構築する能力を向上させ、周囲の支持がほとんどないような小さく壊れやすい幾何学的形状を構築し維持する能力を向上させることを含む。個々の層を構築する時間、および総構築時間は、あらゆるシステムの構築プロセスの効率に関連する他の重要な要因であり、それぞれが所与の物体を構築するためにどの程度の時間がかかるかを決定するそれ自体の固有の制約要因を有する。したがって、単一のコンパクトな装置を利用する間のこれらの従来の非効率に対処する効率的な方法および装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
[0013]単一の装置を利用する現時点で存在する３Ｄ印刷システムの非効率および欠陥に対処する効率的な３Ｄ印刷のための方法、装置、およびシステムが本明細書に説明される。説明を容易にし、効率的な学術用語を提供するため、記載された新しい技法、手順、および装置を使用し、本発明の特徴を組み込む３Ｄ構造の形成がヘリオリソグラフィ（ｈｅｌｉｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）と呼ばれる。ヘリオリソグラフィは、従来のプロトタイピング技法に関連する上記に示した固有の問題に対する解決策を提供する。ヘリオリソグラフィは、３次元固体物理製品がコンピュータを駆使したデータから直接的に作製され、完全に自動化されたプロセスを使用して短い時間で細部が非常に高度で正確なレベルで再生されることを可能にする。ヘリオリソグラフィのいくつかの側面は、ステレオリソグラフィと同様である。ヘリオリソグラフィベースのプロセスおよびステレオリソグラフィベースのプロセスの両方は、それらの基材として様々な材料を利用することができ、これらの材料は、十分なエネルギー密度の正確に誘導され合焦された化学線の光子源に曝露されるとフォトポリマーの遊離基重合などの様々な固化技法によって物理的な部分に固化される。しかし、ヘリオリソグラフィベースのプロセスとステレオリソグラフィベースのプロセスとの間にはいくつかの主要な違いがある。
【００１４】
[0014]ヘリオリソグラフィは、フォトポリマー材料などの積重ね材料を渦巻状の積上げによって薄いラインに連続的に固化するために上記に論じられた「単一点」および「平面曝露」の概念の最も良い部分を利用する。これらのラインが、半径として積重ね領域に、たとえば単一の中心点の周りで対称的に回転する円形の積重ね領域に向けられた場合、連続的なプリンティングプロセスが、らせん様式で行われ得る。１つの実施形態における積重ねプラットフォーム（その上に固化された材料が堆積されて物理的物体が形成される）は、絶えず回転され、非常に漸進的に同時に上昇され、一方フォトポリマーなどの固化されることになる材料が透過性のプラットフォームに薄いラインで液体として堆積される。プラットフォームの下の位置から送出された、合焦された化学線放射の固定されたラインが、液体フォトポリマーに誘導され、らせん様式で隣接する先行してまたは同時に堆積された材料に堆積され接合された、この時点で固化された材料の単一の連続した「層」を生成する。あるいは、ヘリオグラフィは、積重ねプラットフォームを回転させずにゆっくりと上昇させ、一方合焦された放射のラインは、プログラムされた様式で下方で「回転」し、液体のフォトポリマーを連続的に硬化させることによっても実施され得る。別の実施形態では、プラットフォームは、周期的にまたは連続的に回転され得、同時に化学線光が積上げおよび硬化プロセスの間、周期的にまたは連続的に位置を変えることができる。
【００１５】
[0015]本発明の特徴を組み込む方法およびシステムは、従来技術によって達成され得るより速くより経済的な方式で大きな構造的な物体を印刷する能力をなお維持しながら、同時に高い構築分解能の両方を有する課題を解決することを目標とする。そのようなシステムは、材料が渦巻状に積み上がる回転する様式で、たとえば光硬化性の材料などの材料を堆積および固化させるための連続的な方法を利用することができる。
【００１６】
[0016]本発明の特徴を組み込む装置のいくつかの実施形態では、Ｚ軸に沿って制御され得る高さを伴う回転する積重ねプラットフォームが利用される。この積重ねプラットフォームは、少なくとも１つの固化領域に下降され、その固化領域は、少なくとも１つの材料ディスペンサと、少なくとも１つの透過性の基板であって、たとえば材料がその基板から流れ、固化中に積重ねプラットフォームに対して保持される基板と、使用されない材料を除去するための少なくとも１つの排出システムと、固化されていない材料の収集および除去および回収ための少なくとも１つの超過材料除去装置とを備える。光重合プロセスでは、透過性の基板の下の放射源から放出された電磁放射線が、機械のメモリシステムに記憶された３次元物体から得られた点データと一致する、特に標的とする領域での光硬化性の構築材料に誘導される。
【００１７】
[0017]フォトポリマーの使用において、構築材料および照射源の両方が選択され、構築材料のほぼ瞬時の硬化を提供する。固化された材料は、回転する積重ねプラットフォームに付着し、材料の連続的または半連続的なら渦巻状の積上げを生じ、外観が所望の３次元物体と実質的に同様の物体を構築する。本発明の特徴を組み込むこれらのプロセスを利用する際に、構築可能な物体の垂直分解能が材料の連続的なら渦巻状層の層高さまたは層ピッチ角に対応することができ、透過性の基板に保持される光硬化性の材料の上に倒立型積重ねプラットフォーム（ｉｎｖｅｒｔｅｄ  ｂｕｉｌｄ  ｐｌａｔｆｏｒｍ）が吊り下げられる相対的な位置を変えることによって制御され得る。
【００１８】
[0018]本発明のこれらのおよびその他の実施形態、特徴、および利点は、以下の詳細な説明を添付の図面とともに読むこと基づいて当業者に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】[0019]本発明の特徴を組み込む３Ｄプリンタ装置の分解断面図である。
【図２】[0020]本発明の特徴を組み込む図１の３Ｄ印刷装置の正面斜視図である。
【図３】[0021]本発明の特徴を組み込む３Ｄプリンタ装置の構成要素の分解断面図である。
【図４】[0022]本発明の特徴を組み込む３Ｄプリンタの投影構成要素の斜視図である。
【図５】[0023]本発明の特徴を組み込む３Ｄプリンタのｚ軸昇降機ステージの斜視図である。
【図６】[0024]本発明の特徴を組み込む３Ｄプリンタのための積重ねプラットフォーム取付けプレートの斜視図である。
【図７】[0025]本発明の特徴を組み込む３Ｄプリンタのための取り外し可能な積重ねプラットフォームインサートの斜視図である。
【図８】[0026]本発明の特徴を組み込む３Ｄプリンタのための取り外し可能な積重ねプラットフォームインサートの底面図である。
【図９】[0027]本発明の特徴を組み込む３Ｄプリンタのための拡張された固化領域／バットの図の上面図である。
【図１０】[0028]本発明の特徴を組み込む３Ｄプリンタの基材貯蔵および構築領域の部分内部斜視図である。
【図１１】[0029]本発明の特徴を組み込む固化領域全体の斜視図である。
【図１２Ａ】[0030]本発明の特徴を組み込む３Ｄプリンタの積重ねチャンバ床部の中心から半径方向に延びる、構築された単一の品目を示す。
【図１２Ｂ】[0031]本発明の特徴を組み込む３Ｄプリンタの積重ねチャンバ床部の中心から半径方向に延びる、構築中の複数の品目を示す。
【図１３Ａ】[0032]本発明の特徴を組み込む３Ｄプリンタの単一の構築積上げ領域を利用する連続的なら渦巻状層構築の側面図である。
【図１３Ｂ】[0033]本発明の特徴を組み込む３Ｄプリンタの複数の構築領域を利用する連続的な渦巻状層構築積上げの側面図である。
【図１４】[0034]本発明の特徴を組み込む３Ｄプリンタ構成要素のための放射源の斜視図である。
【図１５】[0035]本発明の特徴を組み込む３Ｄプリンタのための別の放射源の斜視図である。
【図１６】[0036]本発明の特徴を組み込む３Ｄプリンタのための別の放射源の拡大斜視図である。
【図１７】[0037]本発明の特徴を組み込む３Ｄプリンタのための第４の放射源の斜視図である。
【図１８】[0038]本発明の特徴を組み込む３Ｄプリンタのための第５の放射源の斜視図である。
【図１９】[0039]本明細書に示され、説明された３Ｄプリンタ装置を使用する製品積上げのための特定の実施形態に関するプロセスフロー図である。
【図２０】[0040]本明細書に示され、説明された３Ｄプリンタ装置を使用する製品積上げのための特定の実施形態に関するプロセスフロー図である。
【図２１】[0041]本明細書に示され、説明された３Ｄプリンタ装置を使用する製品積上げのための特定の実施形態に関するプロセスフロー図である。
【図２２】[0042]３Ｄ構造が印刷されている途中の、図１の３Ｄプリンタ装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
[0043]本開示は、単一のコンパクトな装置を利用しながら、従来の非効率および欠陥に対処する効率的な３Ｄ印刷のための方法および装置を記載する。そのような方法および３Ｄ製造装置を例示するものとして、光硬化性の物質を透過性の基板に分配すること、そのような材料を選択的に硬化および固化させること、および固化された製品を回収することが説明される。しかし、当業者は、本明細書の教示に基づいて、本明細書に説明された装置および技法は、固化を行うために適した照射源とともにフォトポリマーを使用することに限定されず、固体の３次元物体の連続的な形成のために迅速に固化され得る広い範囲の流動性の材料に容易に適用可能であることができることを理解するであろう。
【００２１】
[0044]本開示全体にわたって、本明細書の好ましい実施形態、および示された例は、本発明の範囲への限定としてではなく、例として提供される。本明細書では、「発明」、「方法」、「システム」、「本方法」、「本システム」、または「本発明」という用語は、本明細書に説明される本発明の特徴を組み込む実施形態のうちの任意の１つ、および任意の等価物を述べる。さらに、本文書全体にわたる「発明」、「方法」、「システム」、「本方法」、「本システム」、または「本発明」の様々な特徴への参照は、全ての特許請求の範囲に記載された実施形態または方法は、参照された特徴を含まなければならないことを意味しない。
【００２２】
[0045]要素または特徴が別の要素または特徴に「接する」または「隣接する」ものとして言及される場合、やはり存在し得るその他の要素もしくは特徴、または介在する要素もしくは特徴に直接的に接しまたは隣接する可能性があることも理解される。さらに、「外側」、「上方」、「下側」、「下方」などの相対的な用語および同様の用語は、本明細書では１つの特徴と別の特徴の関係を説明するために使用され得る。これらの用語は、図に示された向きに加えて、異なる向きを包含することが意図されることが理解される。
【００２３】
[0046]第１、第２などの用語は、本明細書では様々な要素または構成要素を説明するために使用され得るが、これらの要素および構成要素はこれらの用語によって限定されるべきではない。これらの用語は、１つの要素または構成要素を別の要素または構成要素と区別するためにのみ使用される。したがって、下記に論じられる第１の要素または構成要素は、本発明の教示から離れずに第２の要素または構成要素と呼ばれ得る。本明細書では、「および／または」という用語は１つまたは複数の関連付けられたリスト項目の任意かつ全ての組合せを含む。
【００２４】
[0047]本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的とし、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書では、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈が特に明示しない限り、複数形も含むことが意図されている。たとえば、本明細書が「１つの（ａ）」放射源または「１つの（ａ）」材料に言及する場合、この言語は、第１の例では単一の放射源、または複数の放射源もしくは放射源の配列を包含し、第２の例では単一または複数の材料の供給源を包含することが理解される。「備える」、「備えている」、「含む」、および／または「含んでいる」という用語は、本明細書で使用される場合、記載した特徴、完全体、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を規定するが、１つまたは複数のその他の特徴、完全体、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在または付加を排除しないことがさらに理解されよう。
【００２５】
[0048]「固体」３Ｄ構造への言及は、固体になる構築材料を指し、さらに、製造された３Ｄ製品は、必ずしも中実構造でなく、その中に充填されないまたは中空の空間、または意図された場合、開放、多孔、または格子様の構造を有する製品を含むことができ、その中に実際に液体、または非固体の充填材を封入する空間を含むことができることを指すことがさらに認識されるべきである。
【００２６】
[0049]構築手順を説明する目的で、「倒立型」または「倒立型積重ね」は、３Ｄ構造の「基部」と称されることもある部分が積重ねプラットフォームインサート１８に取り付けられている、水平の組み立てられた積重ね構造１６、１８の下に懸垂された３Ｄ構造を積み重ねる方法および手順を指す。組み立てられた積重ね構造１６、１８は、図２２に示されるように、３Ｄ構造７８０を印刷する時に、構築／固化領域２０から、その上方に垂直に上昇する。
【００２７】
[0050]いくつかの実施形態では、ヘリオリソグラフィプロセスの基本的な不可欠の機能は、３Ｄモデルソフトウェアファイルの使用によって実行され得、それによってイメージマップを生成し、イメージマップは、コンピュータ支援製図（ＣＡＤ）タイプのコンピュータプログラムを使用して渦巻状またはらせん状の構造に区分される。渦巻状構造は、構築材料を選択的に固化させるために露出された領域の上への制御可能な放射の投影によって固化される、意図された印刷された物体の表面領域に沿った点に対応する、セグメント化されたイメージまたはビットデータに変換され得る。
【００２８】
[0051]固化方法は、液体または流動性の状態から刺激に応答して固体に変化することが可能な任意の積重ね材料を利用することができる。たとえば、固化は、回転する積重ねプラットフォームに配置された、照射された反応性の液体のフォトポリマー材料を硬化または反応させるための適切な物理特性を有する、反応性の放射源を提供する結果であることができる。いくつかの実施形態では、積重ね材料は、少なくとも１つの光開始剤を含むフォトポリマー溶液を含む。光開始剤は、特定の波長の放射を吸収し、局所化された照射された領域での迅速な重合化を生じる遊離基を生成する。使用され得る代表的な化学物質は、不飽和ポリエステル、スチレン−ポリエン、チオール−アクリレート、およびメタクリレート−脂環式エポキシドを含む。あるいは、第２の反応性の材料は、主要なポリマーの架橋を生じるように分配され得る。さらに、熱可塑性プラスチックは、加熱されて液化し、次いで急速に冷却されて固化する。別の代替として、粉末化された金属または熱可塑性プラスチックが分配され、熱源またはレーザビームを使用して「スポット溶接される」。
【００２９】
[0052]そのようなプロセスで使用される光反応性材料のための典型的な調合物は、１つまたは複数のモノマー、（特定の所望の性質および付着をもたらす低重量の分子）、オリゴマー（増加された引っ張り強度、剛性、および伸び率などの付加的な特性に寄与する中程度の長さのポリマー鎖）、光開始剤（重合化プロセスを開始するための遊離基生産をトリガする光感応性材料）、および充填剤、顔料、染料、接着促進剤、耐摩耗剤、ＵＶ光安定剤、および化学的安定化剤などの添加剤を含む。
【００３０】
[0053]説明されたプロセスにおいて使用され得るフォトポリマー調合物の１つの例は、２重量パーセントと８重量パーセントの間の濃度の１つまたは複数の光開始剤、フェニルビス（２，４，６トリメチルベンゾイル）−フォスフィンオキシド、［ＣＨ３）３Ｃ６Ｈ２ＣＯ］２Ｐ（Ｏ）Ｃ６Ｈ５、およびジフェニル（２，４，６トリメチルベンゾイル）フォスフィンオキシド（ＣＨ３）３Ｃ６Ｈ２ＣＯＰ（Ｏ）（Ｃ６Ｈ５）２を伴う、１，６−ヘキサンジオール（ＨＯＣＨ２（ＣＨ２）４ＣＨ２ＯＨ）、およびポリエチレングリコールジアクリレート（Ｃ３Ｈ３Ｏ）．（Ｃ２Ｈ４Ｏ）ｎ．（Ｃ３Ｈ３Ｏ２）などのモノマーの溶液を含む。
【００３１】
[0054]図１〜２は、本発明の特徴を組み込む例示の３Ｄプリンタ１０の主要な機能構成要素のうちのいくつかの断面図および正面斜視図をそれぞれ示す。３Ｄプリンタ１０は、投影ユニット１２、構築フレームとも呼ばれるｚ軸昇降機ステージ１４、積重ね（換言すれば、堆積または積層）プラットフォーム１６、および積重ねプラットフォーム１６と互いに嵌合するように構成された積重ねプラットフォームインサート１８を備え、（図２に示されるような）組み立てられた積重ねプラットフォームを提供する。本開示は、積重ねプラットフォーム１６および積重ねプラットフォームインサート１８の両方を利用する構成を記載するが、本発明の特徴を組み込む方法および装置の使用が積重ねプラットフォームインサート１８なしで積重ねプラットフォーム１６だけを利用できることが理解される。組み立てられた積重ねプラットフォーム１６、１８の下には、構築／固化領域２０、材料貯蔵領域２２、材料カートリッジ／リザーバ２４、電子構成要素２６、および固化機構２８がある。これらの構成要素およびその様々なサブ構成要素は、本開示の全体にわたってより詳細に論じられる。
【００３２】
[0055]図１および図２を参照すると、３Ｄファイル（製造される所望の３Ｄ物体に対応する（「印刷タスク」））が印刷プロセッサ１００のメモリにロードされ、印刷プロセッサ１００は、ＣＰＵおよびソリッドステートメモリストレージとともに動作するように構成され、３Ｄプリンタ１０を制御する。この印刷タスクは、当分野で知られている様々な方法でＣＰＵを介してソリッドステートストレージに伝達され得る。たとえば、印刷タスクは、インターネットプロトコルを使用して（そのＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）またはＷｉＦｉ接続１０２を介して）、リモートサーバまたはプログラムから転送され得、または制御インターフェース１０４および／または汎用シリアルバス（ＵＳＢ）データ転送ポートを使用してユーザによって手動でロードされ得る。制御インターフェース１０４は、当分野で知られている任意の制御インターフェースであることができる。図示された実施形態では、制御インターフェース１０４は、ＬＣＤタッチスクリーンインターフェースなどのタッチスクリーンインターフェースである。データは装置にアップロードされ、装置はセルフテストおよびプライミング機能を実施し、機械を印刷する準備が整った状態にすることができる。モータドライバ１０８は、印刷プロセッサ１００から低電圧信号を受け、プリンタ全体にわたって使用される様々なモータを適切に駆動するために必要な制御された電流信号を生成することによって印刷プロセッサとともに動作する。３Ｄプリンタ１０の電子構成要素アセンブリ２６内のその他の電子回路は、電圧入力を変換して電子構成要素アセンブリ２６の全ての構成要素に調整された電力を提供することができる電源１１２を含む。電源１１２は出力を備えるものとして示されているが、当分野で知られている、たとえばバッテリーまたは発電機ベースの電源などの任意の適切な電源が本開示の範囲内にあることが理解される。
【００３３】
[0056]プリンタは、積重ねプラットフォーム１６および構築領域２０を備える。積重ねプラットフォーム１６は、永久的に設置され、またはたとえばｚ軸昇降機ステージ１４に取り外し可能に接続されて、再取付け可能であることができる。積重ねプラットフォーム１６は、時計回りにおよび／もしくは反時計回りに回転可能であり、または別の方法で１つまたは複数の方向に可動であり、任意の規則的なまたは不規則な多角形を含む様々な形状を有することができ、または円形もしくは実質的に円形であることができる。積重ねプラットフォーム１６は、ｚ軸ステッパモータ１１４を使用して固化領域２０に向かって下降され得、センサ１２４は、製造されることになる物体の所望の層高さにいつ到達するかを決定するために使用され得る。次いでプリンタは、全ての可動軸が正確な開始位置にあることを最初に確実にすることによって印刷サイクルを開始する。ｚ軸に関しては、開始位置は、一般的に（ホームポジションの上の）硬化ゾーンの１層分上の高さにある。しかし、特定の印刷タスクに対して必要に応じてその他の開始位置が指定され得、および／または新しい技術が利用可能になり、本発明に従って装置および方法に組み込まれることが理解される。回転軸に関しては、開始位置がホームポジションと同じである。
【００３４】
[0057]各軸の「０」または開始位置を確立するホーミングプロセスは、クローズドフィードバックシステムにおいてホール効果センサなどのセンサ１２４を使用して、各軸のハードリミットを決定することができる。ホール効果センサは、当分野で知られており、一般に磁界に応答して出力電圧を変えるトランスデューサを備える。軸ごとのハードリミットは、各リミットに配置されたホール効果近接センサ１２４などの一対のリニアセンサから駆動され得る。ホール効果センサを利用する場合、１つまたは複数の小さなマグネット１２６が可動なｚ軸キャリッジ１４に埋め込まれ得る。センサは磁束に正比例する線形のアナログ出力を有するので、各センサはそれ自体のトリガ電圧によって較正され得る。
【００３５】
[0058]一度ハードリミットが決定されると、プリンタファームウェアがそのメモリ内にホームポジションに対する各軸の現在の位置を維持する。プリンタが電源投入されると、新しい印刷タスクを受け入れる前に、たとえばプリンタが電源を切られていた間に軸を移動された状況を補償するために各軸をホームに戻すようにプログラムされ得る。各軸の現在の位置が、ゼロからの整数のモータステップとして記憶され得る。これらの構成では、軸を「上に」移動させると、この内部のカウンタを増加させ、軸を下側に移動させるとカウンタが減少する。
【００３６】
[0059]プリンタが、軸を最下位置の下、または各軸の長さに固有の最大可能値を超えて送るモータの動きを決して可能にしないようにプリンタを構成するように、ソフトリミットも定位置に定められ得る。軸がこれらの規定のリミットを超えるように指示された場合、プリンタ制御装置が印刷タスクを停止し、適切なエラーメッセージを出す。また、プログラミングエラーがあり、プリンタがソフトリミットを超えて移動しようとすると、各軸に組み込まれたハードリミットが、プリンタに対する損傷が少しでも生じる前に軸移動および印刷タスクを停止させ、適切なソフトのリセットの入力が必要になる。
【００３７】
[0060]材料貯蔵領域２２は、交換可能な材料カートリッジ２４を保持することができる。材料カートリッジは、電子的に記憶された情報を含み、その情報は３Ｄプリンタ１０によって読み取られ、材料カートリッジ２４内の材料の量およびカートリッジの材料についてのその他の詳細を決定することができる。図１０に示されるような磁気撹拌装置２３０などのアジテータ機構が含まれ、カートリッジ２４の下に配置され、材料が分配の前に均一に混合されることを確実にすることができる。電子加熱機構および／またはファンおよび／または加湿制御システムなどの１つまたは複数の雰囲気制御機構１１９も使用され、必要であれば材料カートリッジ２４内での構築材料の温度を変え、または湿気への露出を制御し、たとえば、分配前に所望の粘度を達成し、または好ましくない湿気を低減する。温度センサおよび／または湿度センサも使用され、所望の材料温度に到達する時、または過剰な湿気がないことを監視することができる。
【００３８】
[0061]図１０を参照すると、材料ポンプ１１５が使用され、材料リザーバ２４から材料堆積器に液状の光硬化性の材料などの光硬化性の積重ね材料を移動することができる。次いで、積重ね表面に適切な厚さの被覆を行うために必要な少なくとも最小限の量の材料を分配することができる。フォトポリマー樹脂などの材料が、小さなポンプによって駆動されたプリンタの内部配管システムによって印刷領域に投入され得る。図１を参照すると、樹脂は、投入されると印刷ヘッド内の樹脂供給チャネルを流れ落ち、硬化ゾーンの上を流れ、樹脂戻りチャネル１１７に入る。過剰な液体樹脂は、樹脂戻りチャネル１１７から連続的に引き出され、濾過され、適切であれば樹脂タンクに戻され、または廃棄される。
【００３９】
[0062]次いで、組み立てられた積重ねプラットフォーム１６、１８が回転され、それによって液体樹脂を固化領域の上に広げ、フォトポリマーを堆積させ、均一に広げ、所望の層厚さにすることができる。いくつかの実施形態では、所望の厚さは０．００１ｍｍと０．１ｍｍの間の厚さである。二次的な材料ディスペンサは、任意選択で、付加的な添加剤、顔料、染料、着色剤を有する主要な材料を硬化の前に主要なフォトポリマーに注入するために使用され得る。別の実施形態では、二次的な材料は、固化を行うために第１の材料と反応性のある材料であることができる。本明細書に記載された実施形態は回転可能な積重ねプラットフォームおよび固定された材料ディスペンサおよび固化領域を説明するが、材料ディスペンサおよび固化領域が固定された積重ねプラットフォームの下で回転する反対の構成も機能し、本発明の範囲内にあることが理解される。別の実施形態では、材料ディスペンサ、固化および積重ねプラットフォームが、プログラムされた様式で同時にまたは交互に移動され得る。
【００４０】
[0063]連続的な樹脂流れが確立されると、組み立てられた積重ねプラットフォーム１６、１８は、回転し始め、その後、固化プロセスが材料スプレッダ全体に均一な材料の流れを確立し始める。組み立てられた積重ねプラットフォーム１６、１８の回転は、ｚステージ１４に接続された１つまたは複数の軸受１４２に吊り下げられたスキャナおよび組み立てられた積重ねプラットフォーム１６、１８の両方を回転させる、係合された９０度歯車１３８を備える中央シャフト１３７を駆動する可変速モータ１３６の使用によって行われる。積重ねプラットフォームは、「スピンアップ」期間としても知られる、規定の回転数で回転するように定められ得る。組み立てられた積重ねプラットフォーム１６、１８の回転は、硬化ゾーンの上に新しい材料を引き出すのを補助し、空気が混入しないことを確実にする。回転を休止させずに、プリンタは固化機構を作動させることによって光硬化プロセスを開始する。
【００４１】
[0064]積重ね表面の連続した回転（または移動するようにプログラムされた供給機構もしくはその他の構成要素の移動）は、印刷材料を、好ましくはガラスまたはその他の堅牢で透過性であり、好ましくは付着性の低い媒体である曝露／硬化ゾーン１１８の上に全体に進める。曝露ゾーン１１８は、非粘着および耐摩耗被覆によって処理され、それによって硬化された材料が表面に付着するのを防止し、または遅らせることができる。積重ねプラットフォームと透過性の構築表面との間に堆積された材料のセグメントを選択的に固化させることは、固化領域の透過性の基板部分を通して液体の構築材料の上および中に放射を誘導することに使用される放射源および放射誘導機構のいくつかの可能な組合せのうちの１つによって実施される。材料カートリッジ２４内の材料レベルセンサも使用され、材料レベルを監視し、材料レベルが決定的に低くなると印刷サイクルを休止または減速させることが可能である。
【００４２】
[0065]プリンタのメモリに記憶されたデータは、プログラムされた様式で固化機構２８に伝達され、透過性の基板を介してフォトポリマーの部分を選択的に曝露させ、構築されている３Ｄモデルの特定のセグメントに関係する構造的な情報に対応する様式で固化される。連続的であるように見えるヘリオリソグラフィプロセスは、実際には、積重ねプラットフォームの完全な回転ごとに、多数の小さな累積的な「ステップ」を含み、重合化反応が、積重ねプラットフォームインサート１８、および形成されている構造の先行して固化された部分に堅固に隣接して十分に接着するのに必要な臨界的な「硬化度」（すなわち固化のレベル）を超えて進行できるようにするのに必要な、典型的には５〜１０ミリ秒の間の小さな時間の間、各ステップで休止することができる。代替として、積重ねプラットフォームインサート１８は、その下側表面に加えられた取り外し可能保持手段を備えることができ、それは積み重ねられている製品の第１の層に組み込まれ、それによって、完成すると、その構造の取り外し可能な接続機構が積重ねプラットフォームインサートからできるようにする。いくつかの実施形態では、図８を参照すると、倒立円錐などの別の保持構造７７０を加えるように穴を形作ることができ、または追加の構造７７０が加えられて、積み重ねられている構造のさらなる保持を与えることができる。固化されていない材料は、同時に除去され、リザーバに戻されて回収される。
【００４３】
[0066]積み重ねられている部分が十分に固化されると、回転する組み立てられた積重ねプラットフォーム１６、１８が曝露ゾーン１１８から固化された材料を連続的に取り除き、構築領域２０全体に広がる新しい構築材料を提供する。固化された材料は、また、同時に、大きくなりつつある構造からどのような非固化材料も取り除く過剰材料除去装置などの排出部１３２を備える回収領域に向かって回転され、次いで固化されていない材料は濾過され、構築材料リザーバ２４に戻されて回収され、必要であれば別の硬化機構１３３に入る。
【００４４】
[0067]したがって、積重ねプロセスのさらなるステップに到達すると、新しい情報が、硬化機構１３３に提供され、それによって必要な場所で必要な時に樹脂を固化する。組み立てられた積重ねプラットフォーム１６、１８が回転すると、組み立てられた積重ねプラットフォーム１６、１８が各回転に１層分高く上昇されるような速度でリニアアクチュエータによって絶えず上昇される。いくつかの実施形態では、１層分の高さは構造の意図された硬化片の半径の数に対応する。たとえば、直径（すなわち２半径）を下方に硬化させる間に１つの材料を利用する実施形態では、積重ねプラットフォームの毎１８０度回転の間に層全体が硬化される。いくつかの実施形態では、複数の硬化領域を利用して、ただし単一の材料を利用して、単一の層が、たとえば約３６０度／数の硬化半径のより少ない回転によってより速く硬化され得る。リニアアクチュエータは、結合装置１４８を介して親ねじ１５０などの留め具に結合されたステッパモータ１４６を含み、それによって親ねじナット１５２などの留め具受け器と接続されるｚステージを回転された時に上昇させる。ｚステージ１４に装着された軸受１５４および直線状ガイドレール１５６がこの垂直移動を安定化させる。
【００４５】
[0068]このサイクルは、渦巻状に堆積され、固化された材料が積み上がり、組み立てられた積重ねプラットフォーム１６、１８の下であるが、構築／固化表面２０の上方に吊り下げられた構築された３次元物体が完成されるまで繰り返される。このプロセスは、連続的な様式で、累積的に、印刷された物体の総計の高さに到達するまで繰り返される。これが完遂され、入力バッファに残る情報が硬化機構にないと、硬化機構（光子源）が遮断され、積重ねプラットフォームの回転が停止する。樹脂の流れが遮断され、全ての残りの液体樹脂が排出され、材料カートリッジ内に戻る。機械は、上方のソフトリミットに積重ねプラットフォームを上昇させる動きシーケンスを開始し、プラットフォームの回転をホームに定めた「０」位置にする。
【００４６】
[0069]既存のソフトウェア印刷モジュールを利用することに加えて、本発明の特徴を組み込む方法および装置が走査およびその他の投影ユニットも利用することができる。いくつかの実施形態では、物体はスキャナプラットフォーム１３９に配置され得、プリンタ１０が走査を開始するように指令される。ｚステージ１４は、物体を最初の高さに上昇させ、走査を開始する。投影機またはレーザなどのパターン投影装置２０６が使用され、物体の表面に既知の幾何学的パターンを投影し得る。次いで、スキャナプラットフォーム１３９が積重ねプラットフォームと同じ可変速モータ１３６および駆動ギア１３８によって駆動されて回転すると、記録装置２０８がこの既知の幾何学的パターンに対する歪みを記録することができる。物体の高さは、リニアアクチュエータを使用して上昇または下降され、それに続く段階を行い、アンダーカットおよび張出しを含む物体の幾何学的形状のより向上したカバレージを生成する。次いで、この情報はプロセッサ１００に送られ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ＷｉＦｉ、または有線接続１０２を介して、走査された物体の構築のためのコンピュータまたはクラウドシステムに伝達される。
【００４７】
[0070]多くの異なる固化機構が本開示による方法および装置とともに利用され得る。図１の装置で使用される固化機構２８は、高出力ダイオード２１２、２１４などの任意の放射源を含むことができ、放射を硬化ゾーンの曝露ゾーン１１８を通して誘導するために、放射が補正および合焦光学素子２２２を通してモータ制御されたミラー走査システム２２０に誘導される。その他の固化機構が、以下にさらに論じられる。
【００４８】
[0071]図３は、投影ユニット１２、ｚ軸昇降機ステージ１４、積重ねプラットフォーム１６、積重ねプラットフォーム１６と互いに嵌合し（図２に示すような）組み立てられた積重ねプラットフォーム１６、１８を形成するように構成された積重ねプラットフォームインサート１８、構築／固化領域２０、材料貯蔵領域２２、および材料カートリッジ／リザーバ２４の分解図を示す。図３は、これらの構成要素を本出願の図１〜２に示された実施形態１０などの本発明の特徴を組み込むいくつかの実施形態に従って正確な構成に整列させて示す。図４は、上記に論じたようなパターン投影装置２０６および記録装置２０８を備える投影ユニット１２の拡大図を示す。投影ユニット１２は、図１に示されるように軸受１５４を介してｚ軸昇降機ステージ１４に接続され得る。
【００４９】
[0072]図５は、ホール効果センサと相互作用してｚ軸ステージ１４の位置を中継することができるマグネット１２６を備えるｚ軸昇降機ステージ１４、係合された９０度歯車１３８を備える中央シャフト１３７を駆動する可変速モータ１３６、スキャナプラットフォーム１３９、および留め具受け器１５２を備える、ｚ軸昇降機ステージ１４のより詳細な図を示す。これらの構成要素は上記に記載したように機能することができる。
【００５０】
[0073]図６は積重ねプラットフォーム１６の拡大図を示す。図６により明白に示される１つの態様は、インサート受け入れ部分２２４である。図７は、積重ねプラットフォームインサート１８およびインサート接続部分２２６を示す。図６に示されるような積重ねプラットフォーム１６のインサート受け入れ部分２２４は、図７に示される積重ねプラットフォームインサート１８のインサート接続部分２２６と相互作用または噛み合うように構成され得、それによって２つの構成要素が接続されて（たとえば図２に示されるように）組み立てられた積重ねプラットフォーム１６、１８になることができる。これは、積重ねプラットフォームインサート１８が装置内で容易に取り外し、再取付けすることができるようにする。図８は、積重ね材料に関して表面領域が増加することができるようにする穴２２８の配列を備える積重ねプラットフォームインサート１８の底面図を示す。取り外し可能な積重ねプラットフォームインサート１８または積重ねプラットフォームインサート１８への取り外し可能な接続機構が、完成した製品から分離され、または完成した製品の一部分として残ることができる。
【００５１】
[0074]図９は、主要な材料ディスペンサ１８０、硬化ゾーン１１８、樹脂戻りチャネル１１７、材料スプレッダ１８２、および過剰材料除去装置などの硬化機構１３３を備える構築／固化領域２０の拡大図を示し、これらの構成要素は上記に記載したように機能する。
【００５２】
[0075]図１０は、材料貯蔵領域２２および材料カートリッジ／リザーバ２４の拡大上面斜視図である。図１０には、制御インターフェース１０４、材料ポンプ１１５、樹脂戻りチャネル１１７、透過性の基板である曝露／硬化ゾーン１１８、雰囲気制御機構１１９、硬化機構１３３、留め具１５０に取り付けられた結合装置１４８、結合装置内の直線状ガイドレール１５６、主要な材料ディスペンサ１８０、材料スプレッダ１８２、二次的な材料ディスペンサ１８４、および磁気撹拌装置２３０も示される。図１０は、主要な材料ディスペンサ１８０、および／または二次的な材料ディスペンサ１８４を通して二次的な材料を供給するように構成され得る、添加剤材料カートリッジ１８６も示す。
【００５３】
[0076]図１１は、主要な材料ディスペンサ１８０、材料スプレッダ１８２、二次的な材料ディスペンサ１８４、透過性の基板である曝露／硬化ゾーン１１８、樹脂戻りチャネル１１７、および硬化機構１３３を備える構築ゾーン７２０の縮約した斜視図を示す。同じ構造が図１２Ａに示され、図１２Ａは、積重ねチャンバ２１の床部の中心から半径方向に延びる単一の構築ゾーン７２０を示す。図１２Ａは添加剤材料カートリッジ構造１８６も示す。図１２Ｂは、複数の構築ゾーン７２０および添加剤材料カートリッジ構造１８６が積重ねチャンバ２１の床部の中心から半径方向に延びる、別の構成を示す。
【００５４】
[0077]例示の目的で、図１３Ａおよび１３Ｂは、それぞれ単一の構築領域２３１および複数の構築領域２３２に関する渦巻状層印刷構造の側面図である。複数の構築領域を使用することは、同時に層を生成することの利点、またはより多くの範囲の構築材料の選択に関する拡張された能力をさらに提供し、各構築領域が材料を固有の材料の範囲を単一層に分配および固化することができる。単一の構築層に堆積するために、構築基板の後続する高さは、生成されることになる渦巻状層のピッチにも一致し、各構築領域の一貫した層厚さを確かにする。しかし、これは、所望の色精度を達成するのに必須ではない。このプロセスは、積重ねプラットフォームが回転されたが、１つの完全な回転が完遂された後にのみ上昇された場合にも利用され得る。これは、同じ高さの複数の構築領域が使用される場合に、特定の値のものになる。そのような場合に、材料セグメントごとに一貫した層高さが効果的に達成され得る。実際の動作では、示された拡張された渦巻は、適切な固化技法が、渦巻状の敷設の隣接する後続の層が形成される時、それらを互いに付着および固化させるので、決して生じることができない。
【００５５】
[0078]様々な固化機構および放射源が、本発明の特徴を組み込む装置および方法によって利用され得る。図１４は、図１の固化機構２８を示す。フォトポリマーが使用される場合、固化機構２８は、高出力ダイオード、ＬＥＤまたはレーザ２１２、２１４などの様々な放射源を含むことができる。特定の実施形態では、放射は、補正および合焦光学素子２２２を通して、曝露ゾーン１１８を通して放射を誘導するためのモータ駆動の使用によるなどの、入射光を走査させるようになされた制御された走査ミラーシステム２２０に誘導される。固化機構２８は、さらにＤＭＤチップマイクロミラー装置（図示せず）をさらに組み込むことができる。
【００５６】
[0079]図１５は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）または光弁スイッチを利用する固化機構２３５を示す。光スイッチ２４０アセンブリ上に合焦するための光学素子システム２３８の光／波ガイド２３６に結合された上記の固化機構２８とともに利用され得るダイオードと同様の高出力ダイオード２１２、２１４が示される。光スイッチ２４０は、放射が、重なり合う六角形のグリッドシステムに配置された所望の位置で通過することができるようにする機構である。ファンおよび放熱器２４２、ならびにＴＥＣ温度制御システム２４４も温度制御のために利用され得る。
【００５７】
[0080]図１６は、超高性能（ＵＨＰ）水銀灯２４８などのボード放射源２４６を備える別の固化機構を示す。この機構は、放射源２４６からの放射をＬＣＤスクリーンなどのデジタルマスク２５２に向かって合焦させるための凸形反射器２５０を使用する。デジタルマスクは、それを通過して流れる放射を遮蔽または伝達するようにプログラムされた画素マトリックスに従って通過する放射を制御する。
【００５８】
[0081]図１７は、高出力ダイオード２４６を備える放射源２５４、および多角形多側面ミラー２５８などのモータ制御されたミラーを使用する別の固化機構である。ミラーは、回転の角度に対応する直線方向に放射を走査させるために、ダイオードに対して回転され、またはその逆のことも言える。４５度の二次的なミラー２６０が、放射を硬化ゾーン１１８の透過性の基板などの曝露ゾーンに向かって反射させるために使用される。この二次的なミラー２６０は、モータ制御されて走査の第２の側面を提供することができる。光学素子システム２６２が、歪みおよび走査角度を補正するためにも使用される。いくつかの実施形態では、Ｆθ光学システムが利用される。
【００５９】
[0082]図１８は、構築材料の固化を制御するために個別に使用され得るマイクロＬＥＤ配列２６６などの個別にアドレス可能なダイオード２６５の配列を備える、別の固化機構２６４を示す。光学システム２６８を使用して、放射を５ｎｍと５０ｎｍの間の所望のポイントサイズに合焦させることもできる。
【００６０】
[0083]別の代替は、合焦ミラーを必要とし、または必要としない１つまたは複数のレーザビームを使用することであり得、それはレーザビームが、制御された周波数光の狭いピンポイントのビームを特定の標的位置に送出するために必要に応じて個別に配置され、または再配置され得るからである。
【００６１】
[0084]図２２を参照すると、特定の製品が、本発明の特徴を組み込む装置を利用して構築される。上記の走査技法を使用して、おおよその寸法で直径が約２６．６７ｃｍ（約１０．５インチ）未満、高さが約２３．５０ｃｍ（約９．２５インチ）未満の３次元物体の寸法的な特徴および表面の特性が走査され、その物体に関連する走査されたデータが図１〜２に示されるような３Ｄ積重ねシステムのメモリに記憶された。好ましくは２〜８％のジフェニル（２，４，６トリメチルベンゾイル）フォスフィンオキシド、熱可塑性ポリオレフィン（ＴＰＯ）、および／またはフェニルビス（２，４，６トリメチルベンゾイル）フォスフィンオキシドの組合せを含むアクリル酸エステルメタクリル酸エステル樹脂のフォトフォトポリマーが材料貯蔵領域２２に加えられる。フォトポリマーを３〜１０ｃｃ／秒以内で効果的に硬化するのに適した光源が、マイクロＬＥＤ（３６５〜３８５ｎｍ）の配列を備え、少なくとも約２６．６７ｃｍ（約１０．５インチ）幅または直径にわたるポリマーの照射（約２００〜３００ワット／ｃｍ２）を提供する。
【００６２】
[0085]ポリマーは、秒当たり約３〜１０ｃｃの速度で計量され、それはガラスで作製され得るたとえばＵＶ放射などの何らかタイプの放射に対して透過性の２．５４ｃｍ（１インチ）の広さの部分の積重ね領域のより小さな部分であることができる透過性の曝露ゾーンを有する、３０．４８ｃｍ（１２インチ）径の構築領域（硬化表面）に配分された、積み重ねられている物体の寸法に依存した。この曝露ゾーンは、商業的にＴｅｆｌｏｎ（登録商標）として知られているフッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）および／またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの付着性の低い材料によって先行して処理され、硬化されたポリマーが硬化表面に対して付着するのを遅らせ、または防止した。得られた液体ポリマーフィルムは、約２０〜１００ミクロンの厚さであった。ビルトプラットフォームの回転速度は、積み重ねられている製品の大きさおよび密度、ならびに構築の材料の固化速度に主に依存し、固化速度は、照射源の強度および周波数に依存する。プラットフォームは、２〜１２ｒｐｍの速度で回転された。
【００６３】
[0086]構築の速度は、複数の硬化領域および複数の供給を使用することによって高めることができる。しかし、構造の構築は、構造の大きさ、および曝露ごとに硬化され得る積重ね材料の厚さに依存する。積重ね速度を推定するための一般的な式は、以下の
【００６４】
【数１】
0006456353.tif 000002
【００６５】
である。したがって、５０ミクロン（０．０５ミリメートル）の層高さ、５ＲＰＭの回転速度、および単一の硬化ゾーンを有する意図された９インチ（２２８．９ミリメートル）高さを有する構造に対して、積重ね時間が約９１５．６分であることが推定され、それは約１５．２６時間（［１／５］＊［２２８．９／．０５］）である。しかし、図１２Ｂに示されるような４つの硬化ゾーンの場合、積重ね時間は２５％（約３．８時間）に縮減される。積重ね材料に依存して、追加の硬化ゾーンが加えられて積重ね時間をさらに短縮することができる。
【００６６】
[0087]積重ねプラットフォームを回転させる本明細書に説明された方法は、より広い表面領域が堆積された光硬化性の材料を固化させるために使用される電磁放射線に曝露されることができるようにし、それによって個々の固化領域の物理的な寸法よりも大きな物体が構築され、したがってより大きな物体が構築できるようになる。固化のために小さい領域を利用することにより、固化点の数をより小さく密度の高い領域に集中させることでより高い分解能および出力密度を得ることができ、それによって回転を通じて積重ね領域の部分全体を照射することができる。この縮小された固化領域は、また、標的にされた領域により高く放射が集中し、それによって構築材料の即時に近い硬化を提供することを補助し、物体のより速い構築をもたらす。
【００６７】
[0088]積重ねプラットフォームと別の基板の間で材料を硬化させ、または別の方法で固化させる方法は、層高さの均一性、精度、および一貫性をより向上させる。この方法は、他の方法では２つの基板の間で定位置に保持されなかった材料を分配したかもしれない、振動などの外部要因から生じるおそれのある層形成中の誤りを防止することも補助する。これは、小さい超高分解能の構成要素を構築することに特定の利点を有する機械のより高い信頼性につながり、それによって構成要素が３Ｄ積重ね装置への内部または外部の擾乱によって変形され、または歪みを生じるのを防止され得る。
【００６８】
[0089]多くの以前の３Ｄ積重ねシステムに見られる部分離層の問題は、材料の連続的な個別の層を形成することによって発生され得、その層は本来的にその水平軸（すなわち、後続の層が接触する場所）に沿って構造的に弱い。バット床部から固化された材料を強制的に繰り返し分離すること、および層の間で不適切に付着することが組み合わさって作用することは、１つまたは複数の層が分離し、欠陥のある構造が積み重ねられるおそれがある。特に、固化が高められた領域での劇的な変化を含む物体は、構造が十分な支持および構造的な一貫性を与えることができないこと、および構築プロセスの間にそれに加わる外力により、構造的に弱い領域が破損し、または固化された材料の高度に密度の高い領域を生じるおそれがある。これらの位置での積重ね領域を増加させることは、上記に説明した問題をさらに悪化させるおそれがあり、離層によって印刷された物体が破損する危険がより高くなる。本明細書に説明されたプロセスおよび装置は、固化された材料と透過性の積重ねとの間の表面付着を低下させ、その結果、構築された壊れやすい幾何学的形状の一貫性を維持し、構築プロセスにおいて速度を使用する能力を高める。
【００６９】
[0090]総構築領域に匹敵する比較的小さな領域において構築材料を選択的に固化させることを含む本発明の特徴を組み込む方法は、付着を発生させる物理的領域を最小限に抑えることによって付着力を低下させることに役立つ。積重ねプラットフォームの回転運動は、それが形成される時、この付着力を絶えず除去することに役立ち、付着力の蓄積を防止する。これは、所与のいかなる時にも基板への材料の付着を絶えず受ける構築可能な領域のわずかな小さい部分を使用して、大きい領域の構築ができるようにする。非粘着材料から構成され、または非粘着材料によって処理された透過性の基板は、付着の効果をさらに低下させる。
【００７０】
[0091]本発明の特徴を組み込む方法は、固化領域の周りおよび上方で積重ねプラットフォームを回転させることを含み、硬化された材料を積重ね基板から分離する革新的な方法を提供する。回転する積重ねプラットフォームによって生成された円形運動は、固化された材料を透過性の積重ね構造から分離し、またはずらして離すのに必要な力がより少なく、構築された部分に加えられる力がより少ないので、新たに固化された材料への損傷を低減する優れた分離方法を提供する。これは、支持されていない、小さい、高い、薄い、または隔離されたものであり得、別の方法では従来技術の３Ｄ積重ねシステムの分離プロセスにおいて損傷された可能性がある非常に壊れやすい幾何学的形状の構築ができるようにする。光硬化性の材料をｚ軸に沿って漸進的に上方に移動する積重ねプラットフォームに対して分配および固化するための回転機構を利用する連続的な、または半連続的な構築のための方法は、少なくとも１つの連続的な渦巻状またはらせん状の形状の層を作り出す。材料のこのような渦巻状の積上げは、優れた層間の強度特性を有する物体を形成させ、それが部分離層の機会を減少させるのを助け、欠陥のある構造の発生を低下させる。
【００７１】
[0092]倒立型の構築プロセスは、いくつかの利点をもたらす。いくつかの従来技術のシステムでは、物体はプラットフォームに積み重ねられ、プラットフォーム第１の層および後続する層が以前の層の上部に加えられる。いくつかの従来のシステムは、倒立型積重ねを使用し得るが、現在の倒立型積重ねシステムでは、第１の層が連続的に積重ねプラットフォームに加えられ、固化される。しかし、第１の層は、積重ねプロセスの間、固体層として積重ねプラットフォームからやはり連続的に取り外され、新しい材料が第１の層と積重ねプラットフォームの間に供給され、それによって積重ねプラットフォームから連続的に取り外される間に、上昇する以前の層に付着する。それは、必要な材料の比較的浅い層によって広い領域の固化を可能にし、バット全体を満たすのに必要な材料の量と比較して、プロセス中に使用される材料をより少なくすることができる。垂直および倒立型の構築プロセスは、重力を利用して過剰な材料を先行して固化された領域から排出する。構造内に空洞を形成する能力は、材料を節約し、内部の幾何学的形状を有する物体を製造する点で非常に有益である。材料除去装置および排出部の使用は、回収のために過剰な材料をさらに除去するのを補助し、したがって機械の経済性を改善し、過剰な材料の意図的ではない硬化を防止し、それによって意図した製品により厳密に似ており、より綿密な細部を有する物体を製造可能にすることができる。
【００７２】
[0093]構築のために回転移動を利用する方法は、揺動と呼ばれるような側方の前後の動きの代わりに、機械の拡張性を増大させる。揺動とは異なり、１つの方向に連続して動く回転構成要素は、揺動の動きから生じる運動量に対して相殺する必要がない。したがって、説明された回転的技法を利用する機械は、別の方法では構築プロセスおよび動作速度に著しく不利な影響を有するであろう、より大きくかつより重い構成要素を備えることができる。この回転的な方法では、構築速度は構築体積からは独立している。構築機構および積重ねプラットフォームの大きさを増大させることは、可能な積重ね体積をより大きくし、所与の材料の体積からの比較的速い構築につながる。
【００７３】
[0094]本発明の実施形態は、本発明の理想化された実施形態の様々な図および概略的な図表を参照して本明細書に説明される。したがって、たとえば製造技法および／または許容誤差の結果としての図表の形状からの差異が予期される。本発明の実施形態は、本明細書に図示された領域の特定の形状に限定されると解釈されるべきではなく、たとえば製造から生じる形状の逸脱を含むことが企図される。
【００７４】
[0095]本発明の特徴を組み込む装置、システム、および方法は、液体ベースの積重ね材料を使用するステレオリソグラフィプロセスを主に対象としているが。本発明の技法は、分解能を高める、構築時間をより速くする、材料の使用を経済的にする、別の方法では過剰な構築材料で満たされていたであろう構築された物体に空洞を形成できるようにする目的で、その他の流動性の材料および選択的なレーザ焼結（ＳＬＳ）などの適切な固化技術を使用する用途を有することができる。そのような実施形態は、加熱された構築材料を利用することができ、その構築材料は次いで固化される。赤外スペクトラムにおいて放射を放出するレーザダイオードの使用、赤外放射に対しても透過性である構築基板。材料および積重ねチャンバ２１への温度制御および雰囲気制御が、構築プロセスでの反応材料へのより向上した制御のために望ましい。
【００７５】
[0096]金属または粉末化されたポリマーなどの焼結された材料は、材料の熱的な加熱および／または溶融のための加熱および／または放射源とともに、上記のプロセスで使用され得る。上記に列挙したプロセスとの主な違いは、アルゴンまたは窒素などの不活性ガスで積重ねチャンバ２１を満たす雰囲気制御システム、および赤外線加熱器などの熱制御システムを付加する可能性であることができる。レーザビームは、構築材料を融解および溶融するために使用され得る。
【００７６】
[0097]流動性の焼結性材料または添加剤が構築材料として、または構築材料の一部としても使用され得る。次いで、焼結性材料は、周囲のフォトポリマーの硬化、または粉末化されたポリマーの融解または結合によって定位置に結合され得、「未焼結物体」が生成される。次いで、この未焼結物体は、炉後処理として知られる未焼結物体を変質させ、より高い部分密度を生成するための追加のステップを必要とし、そのステップは、結合材料を気化または炭化させ、固体構造を形成しながらその形状を保持するために未焼結の積重ね材料の制御された収縮または狭窄を促進する温度でその部分を炉内に配置することを含む結合解除を含むことができる。
【００７７】
[0098]溶侵は、形成された固体であるが多孔性の部分に別の材料を注入し、その部分の孔の空間を満たすためのプロセスである。この注入された材料は、主要な構築材料よりも低い融点を有することができる。溶侵に適した１つのそのような材料の例は銅である。溶融銅が鉄粉末粒子に拡散し、膨張を生じる。銅の集中を制御することによって、焼結中に鉄の自然収縮を相殺することが可能であり、未焼結物体の部分寸法を維持するのを補助する。そのようなプロセスは、生体親和性材料からの構造を形成するためにも使用され得、次いで生体親和性材料は、他の生体材料を注入され、生体的に親和性のある移植片構造を形成する。
【００７８】
[0099]緻密化は、焼結中に起こり得るプロセスであり、製品が収縮し、それによって部分密度を増加させる。
【００７９】
[00100]十分な出力のレーザを含むことによって、構築材料の直接熱焼結、または構成要素が互いに、および積重ねプラットフォームに融合することができる分配された調合物に含まれる添加剤の集中を誘導することが可能である。この実施形態は、材料および積重ねチャンバ２１の向上した熱制御、ならびに窒素およびアルゴンなどの不活性ガスによる固化領域のブランケッティングを利用する雰囲気を調節する手段、およびいかなるガス状副産物も除去するための方法を必要とする。
【００８０】
[00101]焼結性添加剤の例は、１７−４および１５−５ステンレス鋼、マレージング綱、コバルトクロム、インコネル６２５およびインコネル７１８、チタンＴｉ６Ａｌｖ４、チタンＴｉ６４、コバルトクロム合金Ｃｏ２８Ｃｒ６Ｍｏ、ニッケル合金Ｉｎ７１８である。理論的に、ほとんど全ての金属がこのプロセスで使用できる。焼結は、典型的には、誘発された結合、液相焼結および／または完全融解を含む。これらの技法は当分野で知られている。
【００８１】
[00102]図１９〜２１は、本発明の特徴を組み込む３Ｄ印刷を利用するためにコンピュータソフトを組み込むことができるプロセス流れ図である。ユーザ開始プロセス８００を示す図１９に関して、セッションが開始ステップ８０２で開始され、このステップはＯＭ（Ｏｍｉｃｒｏｎ  Ｃｏｍｐｉｌｅｒ  Ｆｉｌｅ）ソフトウェアまたはその他の適切なソフトウェアなどのソフトウェアの開始を含むことができる。ユーザは、一連の相互に関連するユーザアクションにかかわり、開始することができる。たとえば、ユーザはインポートステップ８０４を作動させることができ、ユーザは、たとえば既存のデータまたは最近走査されたデータから３Ｄ幾何学的形状をインポートする。このステップから、ユーザは保存ステップ８０６を開始することを選択することができ、ステップ８０６でユーザは３Ｄ幾何学的形状データ、たとえばＯＭソフトウェアファイルを保存することができる。あるいは、または保存ステップ８０６を開始することに加えて、ユーザはインポートされた３Ｄ幾何学的形状データの手動のサイズ変更／再配置ステップ８０８を開始することができる。次いで、３Ｄ幾何学的形状は、自動化された調整ステップ８１０で自動的にサイズ変更され／再配置される。
【００８２】
[00103]任意の点で、既存のファイル、たとえば保存ステップ８０６で保存されたＯＭファイル、手動および自動化された調整ステップ８０８、８１０からの手動および自動で調整されたファイルは、ロードステップ８１２でユーザインターフェースのメモリ内にロードされ得る。ロードステップ８１２から、いくつかの追加のステップが開始され得る。たとえば、ユーザは、複製ステップ８１４を開始することができ、３Ｄ幾何学的形状データの１つまたは複数の態様が複製され得る。次いで、ユーザは適用ステップ８１６を開始することができ、ユーザは色およびその他の材料オプションを３Ｄ幾何学的データに変更および／または適用することができる。次いで、ユーザは、接続ステップ８１８を開始することができ、ユーザは、ローカル３Ｄプリンタを検索し接続することができ、その後ユーザは印刷ステップ８２０を開始し、３Ｄ物体が印刷を開始する。
【００８３】
[00104]セットアッププロセスおよび印刷ステップ８２０で３Ｄ物体を印刷するための印刷指令をコンパイルする間、指令が固体または中空の構造を製造するために提供され得、物体をさらに定義するために追加のステップが開始され得る。ユーザは、中空化ステップ８２２を開始することができ、それによって中空物体が既存の個体物体から、および既存の個体物体の代わりに製造される。次いで、ユーザは中空度調整ステップ８２４を開始することができ、それによって中空または外殻化された製品の壁厚が調整され得る。自動化された充填ステップ８２６も開始され得、中空モデルに対する充填物が自動的に生成される。最後に、ユーザは、カスタマイズステップ８２８を開始することができ、追加のカスタマイズされた印刷固有の設定が３Ｄ物体に適用される。
【００８４】
[00105]上記に挙げた例は具体的にＯＭファイルに言及するが、その他のソフトウェアファイルが利用され得ることが理解される。たとえば、ユーザは、ＡＭＦ、ＳＴＬ、ＰＬＹ＜  ＯＢＪとしてフォーマットされている３Ｄモデル、または当分野で知られている任意のその他の同様なファイルをインポートすることができる。色および／または材料を自動検出することに対するサポートも含まれ得る。固有のインポートされた３Ｄ幾何学的形状データの各部片が、変換行列（原点から適用される）ならびに色および材料選択を説明するメタデータとともに記憶され得る。
【００８５】
[00106]次に、本発明の特徴を組み込む別のプロセス流れ図８５０を示す、図２０を参照すると、自動化された印刷準備（走査）プロセス８５２がユーザによって、またはプリンタが電源投入されたこと、もしくはたとえば、コンピュータまたはその他のユーザインターフェースから接続信号を受信したことなどの刺激に応答して開始される。第１のステップ８５４では、再現されつつある物体の知的なメッシュ統合が行われる。いくつかの実施形態では、アルゴリズムが利用されて、スライスのための準備で全てのメッシュを統合する。この第１のステップ８５４は、それぞれが色および材料によって編成された別々の組み合わされたメッシュの生成に使用され得る。第２のステップ８５６では、アルゴリズムは、必要であれば各組み合わされたメッシュに必要な任意の支持構造を自動的に生成し、加えることができる。第３のステップ８５８では、メッシュの径方向スライスが行われる。このステップ８５８では、１つまたは複数のアルゴリズムが入力されたメッシュを径方向にスライスし、実世界の単位を利用して実世界の寸法で印刷される意図された構造を表現する符号化されたベクトルデータを生成することができる。このデータは記憶され、後で機械に固有の指令にコンパイルされ得る。層高さは、この段階で考慮され、印刷全体の間一定の値として事前設定され、または印刷全体にわたって変わることができる。
【００８６】
[00107]第４のステップ８６０では、印刷ジョブが１つまたは複数のアルゴリズムによってコンパイルされ、プリンタによって利用される全ての印刷情報を含む単一のコンパイルされた（機械に固有の）印刷ジョブファイルを生成する。第５のステップ８６２では、機械に固有であることができ、ＯＭフォーマットのものであることができる、このコンパイルされた印刷ジョブファイルはプリンタに転送される。
【００８７】
[00108]次に、ステップ８８２の後のプロセス流れ８８０の例を示す図２１を参照すると、（図２０での第５のステップ８６２の続きであり、またはロードされた外部からもしくは独立に提供された印刷ファイルから直接的に進むことができる）印刷ジョブファイルが、コンパイルされ、プリンタに転送される。第１のステップ８８４では、アルゴリズムがベクトル指令を実世界の単位から、プリンタによって使用される２値配列（個別の１と０の配列）に変換される。第２のステップ８８６では、プリンタの印刷プロセッサが、データビットをモータ／ミラーの動きと一致するハードウェアに同期した速度で硬化機構に流す。第３のステップ８８８では、連続的なコンピュータ制御された選択的な固化を利用して、実際のヘリオリソグラフィ（硬化）プロセスが行われる。第４のステップ８９０では、バーチャルの３Ｄ幾何学的形状を忠実に反映する完成された物理的物体が製造される。
本発明は、以下の態様を含む。
１．  連続的な倒立型積上げ手順によって３Ｄ構造を積み重ねるための方法であって、
ａ．積重ね材料が基板に堆積されるように、積重ねプラットフォームと基板の間に積重ね材料を堆積させるステップと、
ｂ．積重ね材料の部分が選択的に固化され、以前の固化された積重ね材料および積重ねプラットフォームに付着するが基板には付着しないように、積重ね材料を処理するステップと、
ｃ．積重ねプラットフォームを回転させ、回転する積重ねプラットフォームと基板の間の距離を連続的に増加させるステップと
を含む方法。
２．  基板がガラスである、上記１．に記載の方法。
３．  積重ね材料を処理するステップが、放射源を利用するステップを備える、上記１．に記載の方法。
【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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【図１２Ａ】
0006456353.tif 000014
【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0006456353.tif 000020
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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