(57)【要約】  改良型ステレオリソグラフィ技術を提供する。このような改良型技術は、複数フィルム容器、平らなフィルム表面を生成する技術、力感知の技術、可動ステージからの光を管理する技術、および／または、フィルム張力技術を含み得る。いくつかの態様によれば、容器は、少なくとも部分的に互いに分離された複数のフィルムを含み得る。いくつかの実施形態では、この複数のフィルムは、異なる材料から形成されたフィルムを含み得る。一例として、上部フィルムは、積層造形デバイスの原料内の物質に対して比較的不浸透性であるように形成され得る一方、下部フィルムは、望ましい機械的特性を提供するように形成され得る。場合によっては、複数のフィルムは、互いに結合されていなくとも、共通に張力がかかり得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体フォトポリマを硬化させることによってビルドプラットフォーム上に固体材料の層を形成するように構成され、材料の各層は、ビルドプラットフォームの表面、および／または、以前に形成された材料の層に加えて、容器に接触するように形成される積層造形デバイスであって、
内部底面を有する容器を含み、前記容器は、
前記容器の側面の間に延在し、前記容器の前記内部底面の少なくとも一部を形成する第１のフィルムと、
前記容器の側面の間に延在し、前記容器の前記内部底面の一部を形成しないように前記第１のフィルムの下に配置される第２のフィルムとを含み、
前記第２のフィルムは、前記第１のフィルムから少なくとも部分的に分離され、
前記第１のフィルムおよび前記第２のフィルムは、異なる物理的特性を有し、前記デバイスはさらに、
前記第１のフィルムと前記第２のフィルムを通って化学線を照射するように構成されたエネルギ源とを含む
前記積層造形デバイス。
【請求項２】
前記第１のフィルムおよび前記第２のフィルムが、異なる弾性を有する、請求項１に記載の積層造形デバイス。
【請求項３】
前記第１のフィルムおよび前記第２のフィルムが、異なる酸素透過性を有する、請求項１に記載の積層造形デバイス。
【請求項４】
前記第１のフィルムが、ポリ（４−メチル−１−ペンテン）（ＰＭＰ）を含む、請求項１に記載の積層造形デバイス。
【請求項５】
前記第２のフィルムが、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含む、請求項１に記載の積層造形デバイス。
【請求項６】
前記容器内に収容される可動分配アームをさらに含み、前記第１のフィルムおよび前記第２のフィルムが、前記分配アームに取り付けられている、請求項１に記載の積層造形デバイス。
【請求項７】
前記容器内に収容される可動分配アームをさらに含み、前記第１のフィルムおよび前記第２のフィルムが、前記分配アームの周りで互いに結合され、前記分配アームの動きが前記第１および第２のフィルムに均一な張力を提供するように前記分配アームに取り付けられていない、請求項１に記載の積層造形デバイス。
【請求項８】
前記分配アームを移動させ、それにより、前記第１のフィルムおよび前記第２のフィルム内の張力を増加または減少させるように構成された可変張力デバイスをさらに含む、請求項６に記載の積層造形デバイス。
【請求項９】
前記可変張力デバイスが、非線形スロット内でピンを動かし、それにより前記分配アームを動かすように構成されたアクチュエータを含む、請求項８に記載の積層造形デバイス。
【請求項１０】
前記容器の側面が剛性である、請求項１に記載の積層造形デバイス。
【請求項１１】
液体フォトポリマを硬化させて硬化フォトポリマの層を形成することによりパーツを製造するように構成された積層造形デバイス内で使用するための容器であって、前記容器は内部底面を有し、
前記容器の側面の間に延在し、前記容器の前記内部底面の少なくとも一部を形成する第１のフィルムと、
前記容器の側面の間に延在し、前記容器の前記内部底面の一部を形成しないように前記第１のフィルムの下に配置される第２のフィルムとを含み、
前記第１のフィルムおよび前記第２のフィルムはそれぞれ、化学線の第１の波長に対して透明である少なくとも１つの領域を含み、
前記第２のフィルムは、前記第１のフィルムから少なくとも部分的に分離され、
前記第１のフィルムおよび前記第２のフィルムは、異なる物理的特性を有する
前記容器。
【請求項１２】
前記第１のフィルムおよび前記第２のフィルムが、異なる弾性を有する、請求項１１に記載の容器。
【請求項１３】
前記第１のフィルムおよび前記第２のフィルムが、異なる酸素透過性を有する、請求項１１に記載の容器。
【請求項１４】
前記第１のフィルムが、ポリ（４−メチル−１−ペンテン）（ＰＭＰ）を含む、請求項１１に記載の容器。
【請求項１５】
前記第２のフィルムが、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含む、請求項１１に記載の容器。
【請求項１６】
前記容器内に収容される可動分配アームをさらに含み、前記第１のフィルムおよび前記第２のフィルムが前記分配アームに取り付けられている、請求項１１に記載の容器。
【請求項１７】
前記容器内に収容される可動分配アームをさらに含み、前記第１のフィルムおよび前記第２のフィルムは、前記分配アームの周りで互いに結合され、前記分配アームの動きが前記第１および第２のフィルムに均一な張力を提供するように前記分配アームに取り付けられていない、請求項１１に記載の容器。
【請求項１８】
前記第１のフィルムの端部が、前記容器の側面のうちの第１の側面に取り付けられ、前記第１の側面に対して固定された位置を有する、請求項１１に記載の容器。
【請求項１９】
ビルドプラットフォーム上に固体材料の層を形成するように構成され、材料の各層が、前記ビルドプラットフォームの表面、および／または、以前に形成された材料の層に加えて、容器に接触するように形成される積層造形デバイスであって、
可撓性フィルムを含むベースを有する容器と、
前記容器の下に配置され、前記容器の前記可撓性フィルムを通して化学線を向けるように構成されたエネルギ源と、
前記容器の下に配置され、セグメント化された部材を含む可動ステージとを含み、前記セグメント化された部材は共通の軸に沿って整列された複数のセグメントを含み、前記可動ステージは前記容器に対して移動するように構成され、少なくとも１つのセグメント化された部材は前記移動中に前記容器の前記可撓性フィルムと接触を保つ
前記積層造形デバイス。
【請求項２０】
前記複数のセグメントが複数のローラである、請求項１９に記載の積層造形デバイス。
【請求項２１】
前記複数のセグメントが、第１のセグメント、第２のセグメント、および、第３のセグメントを含み、前記第２のセグメントが前記第１のセグメントと前記第３のセグメントとの間に配置される、請求項１９に記載の積層造形デバイス。
【請求項２２】
前記第２のセグメントが、前記第１のセグメント、および、前記第３のセグメントと接触して配置される、請求項２１に記載の積層造形デバイス。
【請求項２３】
前記第２のセグメントが、前記第１のセグメントや前記第３のセグメントのいずれとも接触していない、請求項２１に記載の積層造形デバイス。
【請求項２４】
前記複数のセグメントが、少なくとも３つのセグメントを含む、請求項１９に記載の積層造形デバイス。
【請求項２５】
前記可動ステージが、保持機構を含み、前記複数のセグメントが前記保持機構に取り付けられずに保持される、請求項１９に記載の積層造形デバイス。
【請求項２６】
前記複数のセグメントのそれぞれの半分未満が、保持機構の外側に延在する、請求項２５に記載の積層造形デバイス。
【請求項２７】
前記セグメント化された部材が、第１のセグメント化された部材であり、前記可動ステージが、前記第１のセグメント化された部材と平行に配置された第２のセグメント化された部材をさらに含む、請求項１９に記載の積層造形デバイス。
【請求項２８】
前記第１のセグメント化された部材が、ビルド方向において前記第２のセグメント化された部材よりも高くなるように配置される、請求項２７に記載の積層造形デバイス。
【請求項２９】
前記エネルギ源が、前記可動ステージ内に収容される、請求項１９に記載の積層造形デバイス。
【請求項３０】
前記セグメント化された部材の共通軸に垂直な方向に、前記可撓性フィルムに張力を加えるように構成された張力デバイスをさらに含む、請求項１９に記載の積層造形デバイス。
【請求項３１】
前記複数のセグメントが複数の金属シリンダを含む、請求項１９に記載の積層造形デバイス。
【請求項３２】
可撓性フィルムが、第１の可撓性フィルムであり、前記容器の前記ベースは、第２の可撓性フィルムを含み、前記第１の可撓性フィルムは、前記可動ステージと前記第２の可撓性フィルムとの間に配置される、請求項１９に記載の積層造形デバイス。
【請求項３３】
積層造形の方法であって、
積層造形デバイス内で、可撓性フィルムを含むベースを有する容器の下の可動ステージを移動する工程を含み、前記容器は液体フォトポリマを保持し、前記可動ステージはセグメント化された部材を含み、前記セグメント化された部材は共通軸に沿って整列された複数のセグメントを含み、前記可動ステージの前記移動の間、前記少なくとも１つのセグメント化された部材は、前記可撓性フィルムとの接触を維持し、前記方法はさらに、
化学線を前記可撓性フィルムを通して前記容器によって保持された前記液体フォトポリマに向ける行程を含み、それにより、前記ビルドプラットフォームの前記表面、および／または、以前に形成された材料の層に加えて、前記可撓性フィルムに接触する固体材料の層を形成する
前記方法。
【請求項３４】
前記複数のセグメントが複数のローラである、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記複数のセグメントが、第１のセグメント、第２のセグメント、および、第３のセグメントを含み、前記第２のセグメントが前記第１のセグメントと前記第３のセグメントとの間に配置される、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記第２のセグメントが、前記第１のセグメント、および、前記第３のセグメントと接触して配置される、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記可動ステージが、保持機構を含み、前記複数のセグメントが前記保持機構に取り付けられずに保持される、請求項３３に記載の方法。
【請求項３８】
前記セグメント化された部材が、第１のセグメント化された部材であり、前記可動ステージが、前記第１のセグメント化された部材と平行に配置された第２のセグメント化された部材をさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１のセグメント化された部材が、ビルド方向において前記第２のセグメント化された部材よりも高くなるように配置される、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記エネルギ源が、前記可動ステージ内に収容される、請求項３３に記載の方法。
【請求項４１】
前記可動ステージの前記移動の間、前記セグメント化された部材の前記共通軸に垂直な方向に、前記可撓性フィルムに張力を加える行程をさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項４２】
前記可撓性フィルムが開口部上に懸架されている、請求項３３に記載の方法。
【請求項４３】
ビルドプラットフォーム上に固体材料の層を形成するように構成され、材料の各層が、前記ビルドプラットフォームの前記表面、および／または、以前に形成された材料の層に加えて、容器に接触するように形成される積層造形デバイスであって、
第１の方向および前記第１の方向に垂直な第２の方向に延在する内部底面を有する容器と、
前記第１の方向に移動するように構成される可動ステージとを含み、前記可動ステージは前記容器下に配置され、
光源と、
前記第２の方向に沿った複数の場所のいずれかに前記容器の前記内部底面を通して前記光源からの光を向けるように構成された放物面ミラーとを含む
前記積層造形デバイス。
【請求項４４】
前記光源からの前記光を、前記放物面ミラーを介して、前記第２の方向に沿った前記複数の場所を通って前後に向け、それにより、前記内部底面の２次元領域上の前記光を走査する間に、前記可動ステージを移動するように構成された少なくとも１つのプロセッサをさらに備える、請求項４３に記載の積層造形デバイス。
【請求項４５】
１つ以上の光学要素をさらに含む、請求項４３に記載の積層造形デバイス。
【請求項４６】
前記１つ以上の光学要素が、Ｆシータレンズを含む、請求項４５に記載の積層造形デバイス。
【請求項４７】
前記１つ以上の光学要素が、ミラー検流計を含む、請求項４５に記載の積層造形デバイス。
【請求項４８】
前記第２の方向に沿った前記複数の場所のうちの所望の１つに、前記光源からの前記光を前記容器の前記内部底面を通して向けるように、前記ミラー検流計を配置するように構成された、少なくとも１つのプロセッサをさらに備える、請求項４７に記載の積層造形デバイス。
【請求項４９】
前記ミラー検流計は、前記光源からの前記光を前記放物面ミラーに向けるように配置され、前記放物面ミラーは、前記ミラー検流計からの光を前記容器の前記内部底面を通して反射するように配置される、請求項４８に記載の積層造形デバイス。
【請求項５０】
ビルドプラットフォーム上に固体材料の層を形成するように構成され、材料の各層が、前記ビルドプラットフォームの表面、および／または、以前に形成された材料の層に加えて、容器に接触するように形成される積層造形デバイスであって、
第１の方向および前記第１の方向に垂直な第２の方向に延在する内部底面を有する容器と、
前記第１の方向に移動するように構成される可動ステージとを含み、前記可動ステージは容器下部に配置され、
光源と、
前記第２の方向に沿った複数の場所のいずれかに前記容器の前記内部底面を通して前記光源からの前記光を向けるように操作可能な１つ以上の光学要素とを含む
前記積層造形デバイス。
【請求項５１】
前記光源からの前記光を、前記第２の方向に沿った前記複数の場所を通して前後に向けるように前記１つ以上の光学要素を操作し、それにより、前記内部底面の２次元領域上の前記光を走査する間に、前記可動ステージを移動するように構成された少なくとも１つのプロセッサをさらに備える、請求項５０に記載の積層造形デバイス。
【請求項５２】
前記少なくとも１つのプロセッサは、前記内部底面の前記２次元領域上の前記光の前記走査中に、前記光源をオンおよびオフするようにさらに構成される、請求項５１に記載の積層造形デバイス。
【請求項５３】
前記１つ以上の光学要素がミラー検流計をさらに含む、請求項５０に記載の積層造形デバイス。
【請求項５４】
前記第２の方向に沿った前記複数の場所のうちの所望の１つに、前記光源からの前記光を前記容器の前記内部底面を通して向けるように、前記ミラー検流計を配置するように構成された、少なくとも１つのプロセッサをさらに備える、請求項５３に記載の積層造形デバイス。
【請求項５５】
前記ミラー検流計は、前記光源からの前記光を前記放物面ミラーに向けるように配置され、前記放物面ミラーは、前記ミラー検流計からの光を前記容器の前記内部底面を通して反射するように配置される、請求項５４に記載の積層造形デバイス。
【請求項５６】
前記１つ以上の光学要素が、前記第２の方向に沿った前記複数の場所のいずれでも前記容器の前記内部底面を通して、前記第１の方向と前記第２の方向の両方に垂直な第３の方向に、前記光源からの前記光を向けるように操作可能である、請求項５０に記載の積層造形デバイス。
【請求項５７】
前記１つ以上の光学要素が、Ｆシータレンズを含む、請求項５０に記載の積層造形デバイス。
【請求項５８】
前記可動ステージがセグメント化された部材を含み、前記セグメント化された部材が共通軸に沿って整列された複数のセグメントを含み、前記可動ステージは前記容器に対して移動するように構成され、前記少なくとも１つのセグメント化された部材は前記移動中に前記容器と接触を保つ、請求項５０に記載の積層造形デバイス。
【請求項５９】
前記複数のセグメントが複数のローラである、請求項５８に記載の積層造形デバイス。
【請求項６０】
前記容器が、前記容器の前記内部底面の少なくとも一部を形成する１つ以上の懸架されたフィルムを含む、請求項５０に記載の積層造形デバイス。
【請求項６１】
ビルドプラットフォーム上に固体材料の層を形成するように構成され、材料の各層が、前記ビルドプラットフォームの前記表面、および／または、以前に形成された材料の層に加えて、容器に接触するように形成される、積層造形デバイスであって、
可撓性フィルムを含む容器と、
前記可撓性フィルム全体に張力を加えるように構成された張力デバイスとを含み、前記張力は、
前記可撓性フィルムの第１の軸に沿って加えられる第１の張力と、
前記第１の張力とは異なり、前記可撓性フィルムの第２の軸に沿って加えられ、前記第２の軸は前記第１の軸に平行である、第２の張力とを含む
前記積層造形デバイス。
【請求項６２】
前記第１の軸および前記第２の軸に垂直な軸に沿って、前記第１の軸が、前記第２の軸よりも可撓性フィルムの端部からさらに離れて配置され、前記第１の張力が前記第２の張力よりも大きい、請求項６１に記載の積層造形デバイス。
【請求項６３】
前記可撓性フィルムに取り付けられる複数の取り付けピンをさらに含む、請求項６１に記載の積層造形デバイス。
【請求項６４】
前記複数の取り付けピンが非線形経路に配置されている、請求項６３に記載の積層造形デバイス。
【請求項６５】
前記複数の取り付けピンが、前記可撓性フィルムの反対側の端部に取り付けられた取り付けピンを含む、請求項６３に記載の積層造形デバイス。
【請求項６６】
前記張力デバイスが、前記第１の軸および前記第２の軸に垂直な方向に沿って、前記可撓性フィルムの前記第１の端部から前記可撓性フィルムの中心線まで増加し、前記可撓性フィルムの前記中心線から前記可撓性フィルムの第２の端部まで減少する、前記第１の軸および前記第２の軸に平行な張力を加えるように構成される、請求項６１に記載の積層造形デバイス。
【請求項６７】
前記可撓性フィルムの前記第１の端部から前記可撓性フィルムの前記中心線までの前記増加は、非線形の増加である、請求項６６に記載の積層造形デバイス。
【請求項６８】
前記張力の大きさが、前記第１の端部からの距離の関数として、４次から６次の間の曲線により記述される、請求項６７に記載の積層造形デバイス。
【請求項６９】
前記可撓性フィルムの一部が前記張力デバイスによって囲繞されている、請求項６１に記載の積層造形デバイス。
【請求項７０】
ビルドプラットフォーム上に固体材料の層を形成するように構成された積層造形デバイスであって、
容器と、
ビルドプラットフォームと、
前記ビルドプラットフォームに加えられる力を測定するように構成された少なくとも１つの力センサと、
少なくとも１つのプロセッサとを含み、前記プロセッサは、
前記容器に接触し、前記ビルドプラットフォーム、および／または、以前に形成された材料の層と接触する材料の層を形成し、
前記少なくとも１つの力センサを使用して、前記材料の層を前記容器から分離するのにかかる時間を測定し、
前記材料の層を前記容器から分離するのにかかる前記時間の測定長に少なくとも部分的に基づいて、前記ビルドプラットフォームの動作を制御するように構成される
前記積層造形デバイス。
【請求項７１】
前記材料の層を前記容器から分離するのにかかる前記時間の測定長に少なくとも部分的に基づいて、前記ビルドプラットフォームの前記動作を制御することが、前記材料の層が前記容器から所定の距離にあるように、前記ビルドプラットフォームを配置することを含む、請求項７０に記載の積層造形デバイス。
【請求項７２】
前記材料の層を前記容器から分離するのにかかる前記時間の測定長に少なくとも部分的に基づいて、前記ビルドプラットフォームの前記動作を制御することが、前記材料の層が前記容器から所定の距離にあるように前記ビルドプラットフォームを配置した後のある時間待機することをさらに含み、少なくとも１つのプロセッサが、前記材料の層を前記容器から分離するのにかかる前記時間の測定長に少なくとも部分的に基づいて、前記時間を決定するようにさらに構成される、請求項７１に記載の積層造形デバイス。
【請求項７３】
前記少なくとも１つのプロセッサは、前記材料の層を前記容器から分離するのにかかる前記時間の測定長に少なくとも部分的に基づいて、前記ビルドプラットフォームの所定の動作の複数のシーケンスの中から１つのシーケンスを選択するようにさらに構成され、前記材料の層を前記容器から分離するのにかかる前記時間の測定長に少なくとも部分的に基づいてビルドプラットフォームの動作を制御することが、選択されたシーケンスに従ってビルドプラットフォームの動作を制御することを含む、請求項７０に記載の積層造形デバイス。
【請求項７４】
前記容器を通って移動するように構成されたワイパをさらに備え、前記少なくとも１つのプロセッサが、前記材料の層を前記容器から分離するのにかかる前記時間の測定長に少なくとも部分的に基づいて、ワイパの動作を制御するようにさらに構成される、請求項７０に記載の積層造形デバイス。
【請求項７５】
請求項７０に記載の積層造形デバイスであって、
前記ビルドプラットフォームを第１の方向に直線的に動かすように配置されたアクチュエータと、
前記アクチュエータが取り付けられる変形可能取り付け構造とを含み、前記変形可能取り付け構造は、前記変形可能取り付け構造が変形すると前記アクチュエータが前記第１の方向に移動できるように配置され、
前記少なくとも１つの力センサが、前記変形可能取り付け構造の変形量を検出することにより、前記ビルドプラットフォームに加えられた力を測定するように構成される
前記積層造形デバイス。
【請求項７６】
前記変形可能取り付け構造が少なくとも１つの剛性構造に取り付けられる、請求項７５に記載の積層造形デバイス。
【請求項７７】
前記変形可能取り付け構造が少なくとも第１の剛性構造および第２の剛性構造に取り付けられ、その結果、前記アクチュエータが前記第１の剛性構造と前記第２の剛性構造との間の前記変形可能取り付け構造に取り付けられる、請求項７６に記載の積層造形デバイス。
【請求項７８】
前記少なくとも１つのセンサが、少なくとも１つの誘導性センサを含む、請求項７５に記載の積層造形デバイス。
【請求項７９】
前記変形可能取り付け構造に取り付けられた誘導性参照ターゲットをさらに含む、請求項７８に記載の積層造形デバイス。
【請求項８０】
前記変形可能取り付け構造が金属シートを含む、請求項７５に記載の積層造形デバイス。
【請求項８１】
前記ビルドプラットフォームに結合されるねじ棒をさらに含み、前記アクチュエータが前記ねじ棒をその軸の周りに回転させるように配置されている、請求項７５に記載の積層造形デバイス。
【請求項８２】
前記少なくとも１つの力センサを使用して、前記材料の層を前記容器から分離するのにかかる前記時間の長さを測定することが、前記少なくとも１つのプロセッサを使用して、前記少なくとも１つの力センサにより経時的に行われる複数の力測定におけるスパイク波形を特定することで、前記材料の層が前記容器から分離する瞬間を特定することを含む、請求項７０に記載の積層造形デバイス。
【請求項８３】
前記少なくとも１つの力センサを使用して、前記材料の層を前記容器から分離するのにかかる前記時間の長さを測定することが、前記少なくとも１つのプロセッサを使用して、前記少なくとも１つの力センサにより経時的に行われる力測定が、力測定の所定の範囲内にある時を検出することにより、前記材料の層が前記容器から分離する瞬間を特定することを含む、請求項７０に記載の積層造形デバイス。
【請求項８４】
ビルドプラットフォーム上に固体材料の層を形成するように構成され、材料の各層が、前記ビルドプラットフォーム、および／または、以前に形成された材料の層に加えて、容器に接触するように形成される、積層造形デバイスを操作する方法であって、
前記容器に接触し、前記ビルドプラットフォーム、および／または、以前に形成された材料の層と接触する材料の層を形成する行程と、
少なくとも１つの力センサを使用して、前記材料の層を前記容器から分離するのにかかる時間の長さを測定する工程と、
前記材料の層を前記容器から分離するのにかかる前記時間の測定長に少なくとも部分的に基づいて、前記ビルドプラットフォームの動作を制御する行程と
を含む前記方法。
【請求項８５】
前記材料の層を前記容器から分離するのにかかる前記時間の測定長に少なくとも部分的に基づいて、前記ビルドプラットフォームの前記動作を制御する行程が、前記材料の層が前記容器から所定の距離にあるように、前記ビルドプラットフォームを配置する行程を含む、請求項８４に記載の方法。
【請求項８６】
前記材料の層を前記容器から分離するのにかかる前記時間の測定長に少なくとも部分的に基づいて、前記ビルドプラットフォームの前記動作を制御する行程が、前記材料の層が前記容器から所定の距離にあるように、前記ビルドプラットフォームを配置した後のある時間待機する行程をさらに含む、請求項８５に記載の方法であって、前記方法が、少なくとも１つのプロセッサを使用して、前記材料の層を前記容器から分離するのにかかる前記時間の測定長に少なくとも部分的に基づいて、前記時間を決定する行程をさらに含む前記方法。
【請求項８７】
少なくとも１つのプロセッサを使用して、前記材料の層を前記容器から分離するのにかかる前記時間の測定長に少なくとも部分的に基づいて、前記ビルドプラットフォームの所定の動作の複数のシーケンスの中から１つのシーケンスを選択する行程と、前記選択したシーケンスに従って前記ビルドプラットフォームの動作を制御する工程とをさらに含む、請求項８４に記載の方法。
【請求項８８】
前記少なくとも１つの力センサを使用して、前記材料の層を前記容器から分離するのにかかる前記時間の長さを測定する行程が、少なくとも１つのプロセッサを使用して、前記少なくとも１つの力センサにより経時的に行われる複数の力測定におけるスパイク波形を特定することで、前記材料の層が前記容器から分離する瞬間を特定する行程を含む、請求項８４に記載の方法。
【請求項８９】
前記少なくとも１つの力センサを使用して、前記材料の層を前記容器から分離するのにかかる前記時間の長さを測定する行程が、少なくとも１つのプロセッサを使用して、前記少なくとも１つの力センサにより経時的に行われる力測定が、力測定の所定の範囲内にあるときを検出することにより、前記材料の層が前記容器から分離する瞬間を特定する行程を含む、請求項８４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
積層造形、例えば３次元（３Ｄ）印刷は、一般的に、成形材料の一部を特定の場所で固化させることにより、オブジェクトを製造するための技術を提供する。積層造形技術には、ステレオリソグラフィ、選択堆積造形法または熱溶解積層法、直接複合製造法、積層物製造法、選択段階領域堆積法、多段階ジェット固化法、弾道粒子造形法、粒子堆積法、レーザー焼結法、またはそれらの組み合わせを含む。多くの積層造形技術は、連続する層を形成することによりパーツを構築し、この層は通常、目的のオブジェクトの断面である。通常、各層は、以前に形成された層、または、その上にオブジェクトが構築される基板のいずれかに付着するように形成される。
【０００２】
ステレオリソグラフィとして知られる積層造形への１つの手法では、硬化性ポリマー樹脂の薄層を、一般的には最初に基板上に、その後次々に重ね連続的に形成することにより、固体オブジェクトが作成される。化学線にさらされると、液体樹脂の薄層が硬化し、これにより、薄層が硬化し、以前に硬化した層またはビルドプラットフォームの底面に付着する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
いくつかの態様によれば、液体フォトポリマを硬化させることによってビルドプラットフォーム上に固体材料の層を形成するように構成された積層造形デバイスが提供され、材料の各層は、ビルドプラットフォームの表面、および／または、以前に形成された材料の層に加えて容器に接触するように形成され、この積層造形デバイスは、内部底面を有する容器を含み、この容器は、容器の側面の間に延在し、容器の内部底面の少なくとも一部を形成する第１のフィルム、および、容器の側面の間に延在し、容器の内部底面の一部を形成しないように第１のフィルムの下部に配置される第２のフィルムを含み、第２のフィルムは、第１のフィルムから少なくとも部分的に分離され、第１のフィルムと第２のフィルムは異なる物理的特性を有し、さらに、前記積層造形デバイスは、第１のフィルムと第２のフィルムを通って化学線を照射するように構成されたエネルギ源を含む。
【０００４】
いくつかの態様によれば、液体フォトポリマを硬化させて硬化フォトポリマの層を形成することによってパーツを製造するように構成された積層造形デバイスで使用するために容器が提供され、その容器は内部底面を有し、その容器は、容器の側面の間に延在し容器の内部底面の少なくとも一部を形成する第１のフィルム、および、容器の側面の間に延在し容器の内部底面の一部を形成しないように第１のフィルムの下部に配置される第２のフィルムを含み、第１のフィルムおよび第２のフィルムはそれぞれ、化学線の第１の波長に対して透明である少なくとも１つの領域を含み、第２のフィルムは、第１のフィルムから少なくとも部分的に分離され、第１のフィルムおよび第２のフィルムは、異なる物理的特性を有する。
【０００５】
いくつかの態様によれば、ビルドプラットフォーム上に固体材料の層を形成するように構成された積層造形デバイスが提供され、材料の各層は、ビルドプラットフォームの表面、および／または、以前に形成された材料の層に加えて容器に接触するように形成され、この積層造形デバイスは、可撓性フィルムを含むベースを有する容器と、容器の下部に配置され容器の可撓性フィルムを通して化学線を照射するように構成されたエネルギ源と、容器の下部に配置され共通の軸に沿って整列された複数のセグメントを含むセグメント化された部材を含む可動ステージとを含み、この可動ステージは、容器に対して移動するように構成され、少なくとも１つのセグメント化された部材は、前記移動中に容器の可撓性フィルムとの接触を維持する。
【０００６】
いくつかの態様によれば、積層造形の方法が提供され、この方法は、積層造形デバイス内で、可撓性フィルムを含むベースを有する容器の下部に可動ステージを移動する行程を含み、この容器は液体フォトポリマを保持し、可動ステージはセグメント化された部材を含み、セグメント化された部材は共通の軸に沿って整列された複数のセグメントを含み、可動ステージの前記移動中、少なくとも１つのセグメント化された部材は可撓性フィルムとの接触を維持し、前記方法は、容器によって保持された液体フォトポリマに向けて可撓性フィルムを通して化学線を照射する行程を含み、それにより、ビルドプラットフォームの表面および／または以前に形成された材料の層に加えて可撓性フィルムに接触する固体材料の層を形成する。
【０００７】
いくつかの態様によれば、ビルドプラットフォーム上に固体材料の層を形成するように構成された積層造形デバイスが提供され、材料の各層は、ビルドプラットフォームの表面、および／または、以前に形成された材料の層に加えて容器に接触するように形成され、積層造形デバイスは、第１の方向、および、第１の方向に垂直な第２の方向に延在する内部底面を有する容器と、第１の方向に移動するように構成された可動ステージとを備え、可動ステージは容器の下部に配置され、光源、および、第２の方向に沿った複数の場所のいずれかに容器の内部底面を通して光源からの光を向けるように構成された放物面ミラーを含む。
【０００８】
いくつかの態様によれば、ビルドプラットフォーム上に固体材料の層を形成するように構成された積層造形デバイスが提供され、材料の各層は、ビルドプラットフォームの表面、および／または、以前に形成された材料の層に加えて容器に接触するように形成され、積層造形デバイスは、第１の方向、および、第１の方向に垂直な第２の方向に延在する内部底面を有する容器と、第１の方向に移動するように構成された可動ステージとを備え、可動ステージは容器の下部に配置され、光源、および、第２の方向に沿った複数の場所のいずれかに容器の内部底面を通して光源からの光を向けるように動作可能な１つ以上の光学要素を含む。
【０００９】
いくつかの態様によれば、ビルドプラットフォーム上に固体材料の層を形成するように構成された積層造形デバイスが提供され、材料の各層は、ビルドプラットフォームの表面、および／または、以前に形成された材料の層に加えて容器に接触するように形成され、積層造形デバイスは、可撓性フィルムを含む容器、および、可撓性フィルム全体に張力を加えるように構成された張力デバイスを含み、前記張力は、可撓性フィルムの第１の軸に沿って加えられる第１の張力、および、第１の張力とは異なる可撓性フィルムの第２の軸に沿って加えられる第２の張力を含み、第２の軸は第１の軸に平行である。
【００１０】
いくつかの態様によれば、ビルドプラットフォーム上に固体材料の層を形成するように構成された積層造形デバイスが提供され、この積層造形デバイスは、容器と、ビルドプラットフォームと、ビルドプラットフォームに加えられた力を測定するように構成された少なくとも１つの力センサーと、容器と接触し、ビルドプラットフォーム、および／または、以前に形成された材料の層と接触する材料の層を形成するように構成され、少なくとも１つの力センサーを使用して材料の層を容器から分離するために要する時間の長さを測定し、材料の層を容器から分離するために要する測定された時間の長さに少なくとも部分的に基づいてビルドプラットフォームの動きを制御する少なくとも１つのプロセッサとを含む。
【００１１】
いくつかの態様によれば、ビルドプラットフォーム上に固体材料の層を形成するように構成された積層造形デバイスを操作する方法が提供され、材料の各層は、ビルドプラットフォーム、および／または、以前に形成された材料の層に加えて容器に接触して形成され、この方法は、容器と接触し、ビルドプラットフォーム、および／または、以前に形成された材料の層と接触する材料の層を形成し、少なくとも１つの力センサーを使用して材料の層を容器から分離するために要する時間の長さを測定し、材料の層を容器から分離するために要する測定された時間の長さに少なくとも部分的に基づいてビルドプラットフォームの動きを制御する行程を含む。
【００１２】
前述の装置および方法の実施形態は、上述の、または、以下にさらに詳細に説明する態様、機構、および行為の任意の適切な組み合わせにより実施し得る。本教示のこれら、および、他の態様、実施形態、および機構は、添付の図面と併せて以下の説明から、より完全に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
以下の図を参照し、様々な態様および実施形態について説明する。図は必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではないことを理解されたい。図面中、様々な図に示されているそれぞれの同一、または、ほぼ同一の要素は、同様の数字で表される。わかりやすくするために、すべての要素がすべての図面でラベル付けされているわけではない。
【００１４】
【図１Ａ】いくつかの実施形態による、例示的なステレオリソグラフィデバイスおよびその動作の段階を示す。
【図１Ｂ】いくつかの実施形態による、例示的なステレオリソグラフィデバイスおよびその動作の段階を示す。
【図１Ｃ】いくつかの実施形態による、例示的なステレオリソグラフィデバイスおよびその動作の段階を示す。
【図１Ｄ】いくつかの実施形態による、例示的なステレオリソグラフィデバイスおよびその動作の段階を示す。
【００１５】
【図２】いくつかの実施形態による、セグメント化されたローラを含む例示的な露光モジュールを示す。
【００１６】
【図３】いくつかの実施形態による、１つの軸に沿った張力下に置かれたフィルムを示す。
【００１７】
【図４】いくつかの実施形態による、複数の軸において均一な張力下に置かれたフィルムを示す。
【００１８】
【図５】いくつかの実施形態による、フィルムの一方の側から様々な張力下に置かれたフィルムを示す。
【００１９】
【図６】いくつかの実施形態による、複数のフィルムを含むステレオリソグラフィデバイスのための例示的なタンクを示す。
【００２０】
【図７Ａ】いくつかの実施形態による、露光モジュール内に光を向けるための２つの例示的な手法を示す。
【図７Ｂ】いくつかの実施形態による、露光モジュール内に光を向けるための２つの例示的な手法を示す。
【００２１】
【図８】いくつかの実施形態による、例示的な調整可能な張力システムを示す。
【００２２】
【図９】いくつかの実施形態による、第２の例示的な調整可能な張力システムを示す。
【００２３】
【図１０】いくつかの実施形態による、位置感知要素を含む例示的な直線運動システムを示す。
【００２４】
【図１１】いくつかの実施形態による、光源をアクティブ化、および、非アクティブ化しながら、構築領域をスキャンすることによって層を硬化させる例示的な例を示す。
【００２５】
【図１２】いくつかの実施形態による、本発明の態様を実施するに適したシステムのブロック図である。
【００２６】
【図１３】いくつかの実施形態による、経時的に位置感知システムによって測定された力の測定値を示す。
【００２７】
【図１４】いくつかの実施形態による、露光モジュールのローラの位置を感知する方法を示す。
【００２８】
【図１５】本出願の態様が実装され得るコンピュータシステム環境の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明者らは、改良されたシステムおよび方法を含む、ステレオリソグラフィのための改良型技術を、認識し評価した。上に論じた通り、いくつかの積層造形技術は、ビルドプラットフォーム上に材料の薄層を連続的に形成することにより、固体オブジェクトを形成し得る。ステレオリソグラフィでは、このような材料の層は液体フォトポリマから形成される。光が、液体フォトポリマの選択した部分に向けられ、目的の形状の固体（または半固体）層に硬化する。
【００３０】
いくつかのステレオリソグラフィデバイスにおいては、液体フォトポリマが保持されている容器のような表面に、ビルドプラットフォームまたはパーツの以前の層の表面に加えて、固体材料を接触して形成し得る。これらの場合、化学線（硬化プロセスを開始、および／または、展開する放射線）は、液体フォトポリマ容器の底部にある光学窓を通して取り入られ得る。これらのタイプのステレオリソグラフィデバイスは、時には「反転ステレオリソグラフィ」デバイスまたは「拘束表面ステレオリソグラフィ」デバイスと呼ばれる。
【００３１】
反転ステレオリソグラフィデバイスでは、液体フォトポリマは、製造されるパーツ以外の表面と接して硬化するため、硬化したフォトポリマは、パーツのその次の層を形成する前に、その表面から分離する必要がある。ただし、容器や他の表面から部品を分離する際に力が加わることにより、複数の問題が発生し得る。場合によっては、分離プロセスにより、パーツ自体に、および/または、パーツ自体を介して力が加えられ得る。パーツに力が加えられると、場合によっては、パーツが容器ではなくビルドプラットフォームから分離し、それが製造プロセスを中断する可能性がある。場合によっては、パーツに力が加えられると、パーツ自体の変形や機械的欠陥の原因となり得る。場合によっては、分離プロセス中にパーツに加えられる力は、材料からのパーツの物理的分離を支援する特性を備えた材料の上面と接触するパーツを形成することにより、低減することができる。このタイプの材料の層は、時には「分離層」と呼ばれる。
【００３２】
本明細書で使用される通り、表面からのパーツの「分離」は、パーツを表面に接続する接着力の除去を意味する。従って、本明細書で使用される通り、パーツと表面は、本明細書に記載の技術を介して分離され得るが、互いに接着されていない限り、分離の直後は依然として互いに接触（例えば、縁および／または角で）し得ることを理解されたい。接着力は、化学的力（例えば、２つの材料を結合するボンド）、および/または、機械的力（例えば、流体力学および/または真空圧）を含み得る。
【００３３】
従来の分離層手法は、容器のベースの一部または全部を形成する領域にフィルムを懸架するか、さもなければ延在させる薄膜手法、および、シリコーンなどの剥離コーティングを硬質容器の内部に適用する手法を含む。どちらの場合も、目的は、パーツと分離層（例えば、フィルムまたは剥離コーティング）との間の接着力を減らして、パーツを分離層から分離するために加えなければならない力の量を減らすことである。薄膜手法においては、フィルムの柔軟性を利用して、剥離コーティングを含む硬質容器と比較して、パーツからのフィルムの剥離をより容易に誘発することができる。ただし、薄膜手法には、一般的に容器と剥離コーティング手法では発生しない更なる課題がある。
【００３４】
第１に、ステレオリソグラフィでは、パーツの層を所望の形状に形成するのに十分に平らな層に固体材料を形成し、パーツの層が互いにきれいに積み重なるようにすることが非常に望ましい。反転ステレオリソグラフィの場合、十分に平らな分離層が必要である。硬質容器と剥離コーティングの場合には、剥離コーティングは平らで硬質な容器になされてているため、平らに配置できる。しかしながら、薄膜手法においては、フィルムは通常開口部上に懸架され、たるむか、さもなければ、フィルムと接触して形成された層が十分に平らな表面上に形成されないような非平面を形成し得る。ステレオリソグラフィの材料の層は、数百ミクロンまたは数十ミクロンの厚さでしばしば形成されるため、平らな状態からの薄いわずかなずれでさえ、製造された層の望ましい平坦度に悪影響を与える可能性がある。
【００３５】
従来のステレオリソグラフィデバイスの中には、１つ以上のローラを使用して、製作中にフィルムを押して平らな状態にしているものもある。しかしながら、本発明者らは、同じ高さで平らな表面を一貫して生成するため、そのようなローラは非常に高度な許容誤差で製造されなければならないことを認識し評価した。この許容誤差は、楕円率やその他の変形によってフィルムの高さが一定しない可能性があるため、ローラの断面が円形である度合い、および、ローラの直径がその長さ全体で変化する度合いの両方を含む。本発明者らは、これらの許容誤差が数ミクロン程度に小さくなり得ることを認識し評価した。場合によっては、フィルムに対する摩擦を抑え、フィルムの磨耗、裂け目、または破損の可能性を減らすために、少なくとも一部のローラが微細な、または、滑らかな表面仕上げを有してもよい。
【００３６】
第２に、薄いフィルムに平らな表面を生成するための上記の解決策は、一般に、フィルム全体にわたって平坦な表面を生成するか、または平坦に近い表面を生成するか、および／または、１つ以上のローラを使用してフィルムを変形することにより、フィルムに何らかの形の張力を加える。これらの引っ張り力は、経時的にフィルム材料を疲労させる可能性があり、このような力を繰り返し加えた後、しわまたは他の非平面変形がフィルムに生じ得る。多くの場合、欠陥によってフィルムの弾性特性が十分に変化され得るため、張力を増加（または低減）しても、これらの欠陥を緩和して十分に平らなフィルム表面を生成できない可能性がある。
【００３７】
第３に、フィルムは、フィルムを通る酸素、および／または、他のガスの拡散（または他の移動）に対して比較的浸透性であることが望ましい。これらのガスは、液体/フィルム界面での液体フォトポリマの硬化を阻害し、界面で未硬化、および/または、部分的に硬化したフォトポリマをもたらし、パーツの硬化層からフィルムを分離するために必要な力を低減する。同時に、フィルムがフォトポリマ材料に対して比較的不浸透性であることが望ましく、さもなくば、それらの材料は、弾性材料の機械的または光学的特性の劣化など、フィルムに望ましくない変化を引き起こす可能性がある。２つの材料間の相互作用のためにフィルムに望ましくない変化を引き起こす可能性のあるフォトポリマ材料は、本明細書では、フィルムと「不適合」であると言う。例えば、イソボルニルアクリレートなどの特定の物質は、ＰＤＭＳを膨張させたり、「膨潤」させたり、他の物質から分離させたりすることが認められている。この振る舞いにより、ステレオリソグラフィプリンタのＰＤＭＳ分離層が使用不可能となる可能性がある。そのため、これらの物質はＰＤＭＳと不適合であると言われ得る。
【００３８】
上述の課題の結果として、フィルムベースのステレオリソグラフィ分離層の材料の選択には、光透過率および酸素許容度などの他の着目する特性よりも、機械的強度などの特性を好む傾向があった。例えば、フィルムは従来、テフロンR族の材料、および/または、他のポリテトラフルオロエチレンベースの処方から作成されてきた。そのような材料は限られた酸素拡散性と化学線透過性しか提供しないが、そのような材料の機械的特性により、そのような欠陥を部分的に補うのに十分に薄いフィルムを利用することが可能となる。
【００３９】
本発明者らは、フィルムベースのステレオリソグラフィ分離層に関する上述の課題を軽減するための技術を認識し、評価した。特に、本発明者らは、複数の個別フィルム、フィルム張力技術、および、セグメント化されたローラを含むフィルム手法を実現した。個別にまたは任意の適切な組み合わせで行うと、これらの改善は、以下でさらに詳細に説明するように、上記の課題の少なくとも１つを軽減する。
【００４０】
レーザー光源を使用するステレオリソグラフィデバイスで発生し得る別の問題は、レーザービームをビルドボリューム内のさまざまな位置に向ける必要があることであり、これらの位置は通常、レーザー光源から様々な距離に配置される。従って、レーザー光源から液体フォトポリマが硬化される場所までの光路長は、ビルドボリューム全体で変化する。しかし、レーザービームとそれに関連する光学系は、広範囲の光路長で明確に定義された光の点を常に生成するとは限らないため、レーザービームをビルドボリュームの外部領域に向けると、それらの外部に精度の低い方法で（例えば、光の点があまりはっきりしないために）固体材料が形成され得る。多くのステレオリソグラフィデバイスでは、レーザー光源のこの制限により、ビルドボリュームのサイズに実際的な上限が設定される。従来のステレオリソグラフィデバイスの中には、光源としてデジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）光源を採用しているものもあり、これは、ビルドボリューム内のすべての点に対して同じ光路長を有する光を生成でき、同時に化学線へのビルド領域のより大きな部分（例えば、すべて）を露光することができる。これにより、少なくとも場合によっては、全体的なビルド時間を短縮できる。ただし、ＤＬＰ光源には、ビルドボリューム内の固定された場所にのみ光が向けられるような光源の固定配列が含まれているため、ビルドボリューム内に、直接光を当てることができない、または、必要な精度で当てることができない場所が存在し得る。さらに、ビルドボリュームが増加すると、光がより長い距離を移動する必要があり、より長い距離にわたり発散し得るため、ＤＬＰ光源の精度が低下する。
【００４１】
本発明者らは、光源を移動することにより、ビルド領域全体に移動することができる光源が、ビルドボリューム内の任意の所望の位置に光を向けることを可能にすることにより、上述の問題を軽減することを、認識し評価した。これにより、光源からビルドボリュームまでの距離を一定に保ちながら光源を移動することにより、光源からビルドボリュームまでの距離（光路長）を、ビルド領域全体の各位置で実質的に同じにすることもできる。この構成により、上述のように、レーザー光源の使用により課され得るビルドボリュームの領域の実質的な上限を排除することにより、ステレオリソグラフィデバイスでのより大きなパーツの製造を可能にし得る。いくつかの実施形態では、可動光源は、共通ユニット、または、「可動ステージ」内に、１つ以上のローラとともに配置され得る。
【００４２】
いくつかの実施形態では、可動ステージは、単一の軸に沿って向けられ得る光源を含み得て、その結果、可動ステージの動きと軸に沿った光の方向付けの組み合わせにより、ビルド領域内の任意の所望の位置への光の方向付けを可能にし得る。いくつかの実施形態では、可動ステージは、光が単一の軸に沿って前後に向けられている間、ビルド領域全体に一定の速度で移動することができる。このようにして、ビルド領域の一方の側から他方の側に走る一連の走査線で、層が硬化され得る。
【００４３】
以下は、ステレオリソグラフィの改良型技術に関連する様々な概念およびその実施形態のより詳細な説明である。本明細書に記載の様々な態様は、多くの方法のいずれかで実施できることを理解されたい。具体的な実装例は、説明のみを目的として本明細書に提供されている。さらに、以下の実施形態に記載される様々な態様は、単独で、または、任意の組み合わせで使用し得て、本明細書に明示的に記載される組み合わせに限定されない。
【００４４】
いくつかの実施形態による、例示的なステレオリソグラフィデバイスおよびその動作の段階を、図１Ａ〜図１Ｄに示す。図１Ａ〜図１Ｄの例に示すように、ステレオリソグラフィデバイス１００は、本明細書ではＺ軸と呼ばれる軸１０６に沿ってタンク１０４に向かう、および、タンク１０４から離れる位置を調整するように構成されるビルドプラットフォーム１０５を含む。ビルドプラットフォーム１０５は、ステレオリソグラフィプロセスによって形成されるパーツ１０１を支持する。
【００４５】
図１Ａ〜図１Ｄの例では、タンク１０４は、大量のフォトポリマ樹脂１０２を含み得て、化学線１１５に対して実質的に透明な、薄く、可撓性、および／または、弾性のフィルム１０３によって形成された底面を含み得る。フィルム１０３は、張力デバイス１０７により張力下に保持され得る。露光モジュール１０９は、ローラ要素１１１がフィルム１０３の下面と接触するように、本明細書ではＸ軸と呼ばれる軸１０８に沿って移動し得る。露光モジュール１０９は、その長さ（すなわち、軸１０６および軸１０８の両方に直交して延びる軸、本明細書ではＹ軸と呼ばれる）に沿って化学線を選択的に放射する化学線１１５の露光源１１０を備える。露光モジュール１０９は、フィルム１０３の底部に対向する露光モジュール１０９の上面に取り付けられたローラ要素１１１をさらに含む。
【００４６】
いくつかの実施形態では、フィルム１０３は、テフロン（登録商標）（または、他のフルオロポリマ、または、フッ素化エチレンプロピレンなどのポリテトラフルオロエチレンベースの材料）などの任意の非常に可撓性の、および／または、非反応性材料を含み得る。タンク１０４の側面は、アクリルプラスチックなどのより剛性の高い材料で構成されてもよく、あるいは、可撓性または順応性のある材料で形成されてもよい。
【００４７】
いくつかの実施形態によれば、ステレオリソグラフィデバイス１００は、フォトポリマ樹脂１０２を化学線１０５の腺源１１０に曝露することにより、フォトポリマ樹脂１０２の層をビルドプラットフォーム１０５上に選択的に固化することにより、オブジェクトまたはパーツ１０１を製造するように動作され得る。特に、図１Ａに示すように、ビルドプラットフォーム１０５は、軸１０６に沿って移動して、ビルドプラットフォーム１０５の底部、またはパーツ１０１の直近に形成された層を、タンク１０４およびフィルム１０３の底面に近接して配置し得る。底部フィルム１０３は、一般的にはある程度の柔軟性および／または弾性を有するので、フォトポリマ樹脂１０２の重量および／またはビルドプラットフォーム１０６およびパーツ１０１の動作からの下方向き圧力により、フィルム１０３は「たるみ」１１２、または、他の形態のくぼみを形成し得る。
【００４８】
図１Ｂの例においては、露光モジュール１０９は、軸１０８を通りタンク１０４の底面に沿って移動された。この動作中、ローラ要素１１１は、フィルムの任意のたわみを平らにし、フィルムと接触しているローラ要素との間に実質的に平らな平面をフィルムが形成することを確実にするために、フィルム１０３に対して上向きに押し得る。また、この動作中、化学線１１５をＹ軸に沿った様々な点で選択的に放出させるために、露光源１１０がアクティブ化され得る。露光源１１０によって放出された化学線１１５は、フィルム１０３を透過し、フィルムとパーツ１０１の下面との間に位置するフォトポリマ樹脂１０２の層を照射し得る。化学線１１５に曝されると、フォトポリマ樹脂１０２の露光部分は、重合などの様々な反応を行い、流動性樹脂１０２が固化するか、さもなければ、パーツ１０１の以前形成された層に付着し、パーツ１０１の新しい層１１４を形成し得る。図１Ｃの例に示すように、露光モジュール１０９は、露光源１１０を使用しＹ軸に沿った領域を選択的に露光しながら、Ｘ軸に沿って移動し続け得る。したがって、タンク１０４の底部のＸ−Ｙ平面内の任意の所望の領域は、化学線に選択的に曝露され得て、所望の形状にパーツ１０１の新たな層１１４の重合を引き起こす。
【００４９】
露光後、新たに形成された層１１４は、以前形成された層とフィルム１０３の両方と接触し得る。新たに形成された層１１４とパーツ１０１の前の層との間に接着が起きることが望ましいが、新たに形成された層１１４とフィルム１０３との間に不必要な接着も形成され得る。上で論じたように、本明細書で「分離」と呼ばれるプロセスにおいて、新しい層の形成の前にそのような接着力を破壊するために、一般的に、追加のステップが必要とされる。
【００５０】
図１Ｄの例に示すように、例示的なステレオリソグラフィデバイス１００において分離を実行する１つの方法は、パーツ１０１、つまり新たに形成された層１１４を軸１０６に沿ってフィルム１０３から離すように持ち上げることである。新たに形成された層１１４とフィルム１０３との間の接着力により、ビルドプラットフォーム１０５が離れるにつれて、フィルムが上方１１５にたわまされ得る。容器の底部の少なくとも一部として可撓性の薄いフィルムを使用することにより、パーツ１０１とフィルム１０３との間の接触領域の外縁のほとんど、または、すべてから、剥離する縁部が内側に伝播することを可能にし得る。特に、臨界レベルのたわみにおいて、フィルム１０３の少なくとも一部は、新たに形成された層１１４から分離、または、剥離し始め、したがって、フィルム１０３と新たに形成された層１１４との接続面を横切って伝播する剥離縁部１１６を形成し得る。この方法の分離は、上述のように、剥離コーティングを有する剛性容器からのパーツの分離と比較して、パーツ１０１にかなり少ない力を加え得る。
【００５１】
図１Ｄに描かれた分離に続き、図１Ａに示される構成に戻ることにより、パーツ１０１の新しい層が形成され得る。いくつかの実施形態では、これは、追加の固体材料を形成することなく、露光モジュール１０９をその元の位置（図１Ａのように）に戻すことを含み得る。ただし、他の実施形態では、図１Ａ〜図１Ｄに示される形成プロセスで露光モジュール１０９が反対方向に移動するように、軸１０８に沿った露光モジュール１０９の方向は逆になり得る。
【００５２】
いくつかの実施形態によれば、ローラ要素１１１とフィルム１０３の底部との間の接触により、新しい層１１４の形成プロセスが起こり得るフィルム１０３の平坦な表面の形成を促進し得る。いくつかの実施形態では、ローラ要素１１１間のスパン（Ｘ軸に沿ったローラの間の距離）は、２０ｍｍ〜８０ｍｍであり得るが、４０ｍｍが好ましい。いくつかの実施形態では、ローラ要素１１１を介する場合を除き、フィルム１０３が露光モジュール１０９と接触しないことを確実にするために、ローラ要素１１１が露光モジュール１０９の上方に十分に延在し得る。いくつかの実施形態では、１ｍｍ〜３ｍｍがこの結果を達成するに十分であり得るが、ある程度はローラ要素１１１間のスパンにより、延在部は変化し得る。
【００５３】
本発明者らは、ローラ要素１１１間のスパンが、新しい層１１４が形成され得る最大速度を制限するか、さもなければ影響を与え得ることを、認識し評価した。特に露光後も、フォトポリマ樹脂は一定時間、初期化学反応を継続し得る。この時間の間に、フォトポリマ樹脂は、製造プロセスにより加えられる後続の力に耐えるに十分な凝固、または、他の物理的特性の度合いに達していない可能性がある。ローラ要素１１１の通過中に、新たに形成された層１１４材料に対して比較的わずかな下向きの力が加えられ得る。しかしながら、後方ローラ要素（例えば、図１Ａ〜１Ｄの例における左端のローラ要素）の通過後、この点でフィルムがたるみ始め得るため、そのような力が増加し得る。従って、十分な遅延時間（本明細書では「硬化後遅延時間」と呼ぶ）が経過するまで、後方ローラ要素１１１が新たに形成された層１１４の部分に到達しないことを確実にすることが有利であり得る。そのため、ローラー要素１１１間の距離は、ローラー要素１１１が前進し得る潜在的な速度を制限し得て、より速い速度では同じ硬化後遅延がまだ生じる可能性があるので、より大きなスパンにより、より速い前進が可能になり得ることがわかる。
【００５４】
しかしながら、ローラー要素１１１間のより大きなスパンにより、フィルム１０３を支持し、新たな層１１４の形成のための平らな表面を確保するというローラ要素の基本的な機能を損なう危険性がある。しかしながら、これらの相対する利益は、追加のローラ要素１１１を追加することにより解決し得る。一例として、いくつかの実施形態では、第３のローラ要素が、元の後方ローラ要素の後ろに追加され得て、その結果、はじめの２つのローラ要素１１１の間で露光し続け得て、第３のローラ要素が追従し、新たに露光された材料が必要な硬化後遅延時間に対し、十分なサポートを受けることを確実にする。このような第３のローラ要素は、望まれる追加の遅延の長さに応じて、始めのスパンに対してより長い、より短い、または等しい長さのスパンを形成し得る。あるいは、ローラ要素１１１間の間隔は、追加の硬化後遅延が望ましいとなる程度、および、ローラ要素１１１の所望の横断速度に応じて、手動または能動的手段を介して調整可能であり得る。このような一例では、１つ以上のローラ要素１１１は、露光モジュール１０９とは別に移動するように構成され得て、その結果、先方または後方ローラ要素は、露光モジュール１０９の動作とは独立したタイミングでフィルム１０３と接触して配置され得る。
【００５５】
場合によっては、特定のローラ要素１１１が、フィルム１０３の底部から様々なＺ軸のオフセットをして取り付けられるか、配置されることが有利であり得る。一例として、いくつかの実施形態では、１つ以上の後方ローラは、フィルム１０３の底部の反対側に形成された新たに硬化した材料の過剰な圧縮を回避するために、フィルム１０３の底部の下部にオフセットして取り付けられ得るが、１つ以上の前方ローラは、フィルム１０３の底部のように、より高いＺ軸位置に取り付け得る。このより高い位置は、２つのローラ用の非対称マウントを特別に製造することによって達成できるし、または、追加の調整機構またはシムを使用して達成することもできる。このような実施形態では、ローラ要素の構成、したがって露光モジュール１０９は、軸１０８に沿った動作方向に関して対称であり得ない。このような場合、露光モジュール１０９は、往復運動を伴い第２の層を継続的に形成するのではなく、特定の開始位置に戻るため、層形成の間に再配置され得る。
【００５６】
図１Ａ〜図１Ｄに描かれているローラ要素とは対照的に、いくつかの従来型ステレオリソグラフィデバイスは、静的縁部、円形ベアリング、または他の突起など、フィルムを支持するために使用され得るローラ以外の要素を含み得る。ただし、一般的には、露光モジュールのフィルムに対する動作によって及ぼされる摩擦または他の横方向の力の量を低減することは、そのような力がフィルムを傷つけたり裂いたりする可能性があるため、有利である。場合によっては、従来のステレオリソグラフィデバイスでは、摩擦を減少するため、低表面エネルギーの「非粘着性」材料または他の潤滑性材料を突起部に適用する。
【００５７】
ローラは、静的な突起と比較して、要素とフィルムの間の接触領域の最小の断面、および、フィルムによって加えられる摩擦力に対してスライドするのではなく「転がる」機能の両方を含む、多くの潜在的な利点を備える。ただし、上述のように、同じ高さで平らな表面が一貫して生成されるように、小さな公差が要求されるため、ローラは全体的に不利になり得る。このような厳しい公差は、実際に達成するのは困難であり高価となり得る。しかしながら、本発明者らは、ローラ要素の各部品がそのような小さな公差で個別に製造される必要なしに、十分に平らなフィルム表面を作り出せるローラ要素の設計を、認識し評価した。
【００５８】
図２Ａ〜図２Ｂは、いくつかの実施形態による、セグメント化されたローラを含む例示的な露光モジュールを示す。図２Ａに示す露光モジュール２０９の例において、２つの描かれたローラ要素２１１のそれぞれは、４つのローラセグメント２１２を含む。露光モジュール２０９は、図１Ａ〜図１Ｄの例示的なステレオリソグラフィデバイスに露光モジュール１０９として含まれ得て、ローラセグメント２１２がデバイス１００のＹ軸に沿って延在するようになっている。
【００５９】
図２Ａ〜図２Ｂの例において、ローラセグメント２１２は、それぞれ任意の適切な材料または複数の材料から形成され得るが、好ましくは、アルミニウム、ステンレス鋼（例えば、３０３グレードのステンレス鋼）、クロム鋼、および／または、それ以外のベアリングに一般的に使用されるグレードの鋼のような、非圧縮性かつ耐摩耗性材料を含む。いくつかの実施形態では、ローラセグメント２１２は、１つ以上のセラミック、窒化チタン、クロム、またはそれらの組み合わせなどの、１つ以上のコーティング材料で処理され得る。いくつかの実装形態では、ローラセグメント２１２は、ほぼ３ｍｍ〜１０ｍｍのベアリング鋼ロッドを含み得て、各ロッドは、２０ｍｍから６０ｍｍの間の長さを有する。いくつかの実装形態では、露光モジュール２０９は、各ローラ要素内に４つのローラセグメントを含み得て、そのセグメントは、４５ｍｍの単体の長さ、および、６．３５ｍｍの直径を有する。図２Ａ〜図２Ｂの例においては、等しい長さであることが示されているが、ローラセグメントの長さは、一般的に、互いに異なり得る。例示的なローラ要素における４つのローラセグメントの使用が一例として提供され、任意の数のローラセグメント２１２が、一般的に、各ローラ要素２１１内に配置され得ることを理解されたい。
【００６０】
図２Ａの例においては、ローラセグメント２１２間の所定の分離距離を維持するためにスペーサ２１７が提供され、ローラセグメント２１２間の摩耗および他の接触相互作用を防止するように作用し得る。いくつかの実施形態では、このようなスペーサは、ローラセグメント２１２を接続するシリコーン接着剤などの可撓性カップリングであり得る。いくつかの実施形態では、スペーサ２１７は、ボールベアリングなどの独立して可動な要素を含み得る。
【００６１】
図２Ｂの例に示されるように、ローラセグメント２１２は、保持機構２１８内に配置され得る。いくつかの実施形態によれば、ローラセグメントは、保持機構または露光モジュール２０９のある他の部分に取り付けられ得て、または、取り付けずに保持機構内に保持され得る。保持機構２１８は、ローラセグメント２１２の動作範囲を制限するように作用し得る。特に、図２Ｂの例に示す通り、保持機構２１８は、オーバーハングまたは「フィンガー」２２０を含み得て、これは、ローラセグメント２１２の横方向、および／または、上向きの動作範囲を制限し得る。保持機構２１８は、ローラセグメントの下向きの動作範囲を制限する支持ベース部２１９をさらに含み得る。いくつかの実施形態では、ローラが所望の高さ、または、位置に維持されることを確実にするために、シムなどの調整機構を追加することが有利であり得る。このような調整機構により、製造公差の影響をさらに減少し得る。
【００６２】
いくつかの実施形態では、保持機構２１８は、ナイロン、ポリアセタール、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、および／または、ＰＥＥＫのような、低摩擦および／または耐摩耗性材料を含み得て、これにより、ローラセグメント２１２は、フィンガー２２０および支持ベース２１９に対して動くことができる。しかしながら、ローラセグメント２１２は動作中に、実際に連続的に、または、全く回転する必要はないが、そのような回転はフィルムに対して及ぼされる横方向の力を低減し得ることに留意されたい。一般的に、本発明者らは、保持機構２１８とローラセグメント２１２との間の少量のクリアランスが有利であることを発見した。特に、保持機構２１８とローラセグメント２１２との間のクリアランスは、１０μｍから５０μｍの間、または２０μｍから４０μｍの間、または５０μｍ未満であり得る。
【００６３】
いくつかの実施形態では、ローラセグメント２１２は、保持機構２１８のフィンガー２２０に対してＺ軸において移動するために２００μｍ未満のクリアランス、および、保持機構２１８の側面に対してＸ軸において移動するために５０μｍ未満のクリアランスを有し得る。いくつかの実施形態では、ローラセグメント２１２は、ローラセグメント２１２と接触しているフィルムの張力によって、支持ベース２１９から離れる動きから拘束され得る。
【００６４】
いくつかの実施形態では、フィンガー２２０は、ローラセグメントの動きを制限するのに十分な量をローラセグメント２１２上に延在し得る。さらに、または、代わりに、ローラセグメント２１２の端部は、Ｙ軸に沿って互いに隣接するセグメント間の望ましくない相互作用を最小限にするために、様々な方向に形付けられ得る。いくつかの実施形態では、円筒形の間隔領域が、各ローラセグメントの端部に形成され得て、この間隔領域は、ローラの非間隔領域の直径よりも小さい直径を有する。いくつかの実施形態では、そのような狭められた円筒形セグメントによって形成された狭められた凸の機構は、円筒形のくぼみによって形成された隣接ローラーの凹の機構と対になり得て、このように、ローラセグメント２１２を部分的にインターロックする。ローラセグメント２１２の側面は、フィルム１０３に対する摩耗を増加させる可能性がある鋭いエッジを避けるために、面取り、斜角、および／または、他の機構をさらに組み込み得る。いくつかの実施形態によれば、ローラーの任意のフィルム接触縁部は、フィルムの摩耗または変形を回避するように研磨され得る。
【００６５】
本発明者らは、ローラセグメント２１２が、ローラ要素が所望のフィルムの平坦度を生成するために通常必要とされる公差と比較して、このローラセグメントが真直度または平均直径などの著しく大きな寸法公差を有することを可能とすることを、認識し評価した。上述のように、同じ高さで平らな表面が一貫して生成されるように、ローラ要素は一般的には小さな公差を要求する。しかしながら、同じ円筒形材料が単一部品のローラ要素として使用された場合には一貫して平らなフィルム表面が得られないとしても、ローラセグメントを含むローラ要素は、一貫して平坦なフィルム表面を生成し得る。
【００６６】
例えば、単一の長いローラの曲がりのような真直度のわずかな逸脱により、ローラの中点において中心線からローラの表面が大幅に変位する結果となり得る。ただし、ローラの長さが短い場合、真直度の逸脱が同じであると、短いローラの中点において、中心線からローラの表面の総変位がはるかに小さくなる結果となり得る。従って、複数の、このようにより短いローラセグメント２１２の使用は、真直度の公差が同じであっても、より小さな総変位を可能とする。そのため、はるかに広い範囲の公差がローラセグメント２１２において許容され得る。言い換えれば、特に支持ベース２１９に関して、ローラセグメント自体の寸法公差よりむしろ保持機構の寸法公差が、ローラセグメントの動きの精度および正確さに主たる影響を及ぼし得る。しかしながら、（ＸＹビルド平面に関して）均一に平らで水平な支持ベース２１９の提供は、かなり容易であり、より安価であり得る。
【００６７】
図示したセグメント化された円筒形ローラセグメント２１２の代替として、いくつかの実施形態では、１つ以上の異なるセグメント構造を組み合わせて、ローラセグメントを形成し得る。例えば、円形のボールベアリング、および／または、可撓性のロッドは、例示的な円筒形ローラセグメントの代わりに配置され得る。概念的には、十分に可撓性のロッドでは、ロッドの所与の部分でのたわみ、および／または、逸脱を、ロッド上のより離れた点から切り離すことができる。いくつかの実施形態では、ロッドの長手方向に沿って間隔を置いて配置された円形のカットを追加することにより、これを行わなければ非可撓性のロッドを改造し得る。一例として、直径６．３５ｍｍ、長さ２００ｍｍの比較的非可撓性のロッドは、ロッドの長手方向に沿って４０ｍｍ間隔でロッドにほぼ２ｍｍの放射状の切り込みまたは溝を作ることにより改造し得る。直径２．３５ｍｍを有するロッドの残りのコアは、全幅ロッドよりも比較的可撓性があり、セグメント化の形態を可能にし、これにより、溝間に配置されたロッドの非改造領域は、溝により薄くなった領域でたわみを分離可能である。
【００６８】
いくつかの実施形態では、ローラセグメント２１２は、共通の軸に沿って支持、および／または、相互接続され得る。一例として、ローラセグメント２１２は、セグメント２１２を長手方向に貫通する円筒形の穴を含み得て、細いロッドまたは可撓性ワイヤなどの取り付け装置が、そのような円筒形の穴を介してセグメント２１２の集団を貫通し得る。あるいは、または、さらに、ローラセグメント２１２は、隣接する端部に一連の突起および窪みを含み得て、その結果、第１のローラセグメント２１２の突出部分は、隣接するローラセグメント２１２の窪み部分に部分的に延在し得る。
【００６９】
図２Ａの例において、露光モジュール２０９は、ローラ要素２１２の間に配置された露光源２１０をさらに含む。露光源２１０は、製造デバイスの「Ｙ」軸または「高速」軸を表す露光源２１０の長軸に沿って、フォトポリマを化学線に選択的に露出するように構成され得る。動作中、露光源２１０は、上述の通り、露光モジュール２０９の動きによって「Ｘ」軸または「低速」軸に沿って漸進的に移動し得る。したがって、「Ｙ」軸に沿った選択的露光と「Ｘ」軸に沿った漸進的運動の組み合わせにより、「Ｘ」軸および「Ｙ」軸により形成される平面内の任意の点の選択的露光が可能になる。いくつかの実施形態では、露光源２１０は、「Ｙ」軸の複数の位置または全幅を同時に露光し得る。この手法は、このような露光源２１０により生成される露光が線または線セグメントの形を取り得るので、「線形」露光と呼ばれ得る。
【００７０】
このような露光源の一例は、ＬＥＤ「バー」などの発光要素の線形アレイ、または同様の構造であり得る。別の例として、光線は、レーザーなどの光源から回転する多角形ミラーに投射され得る。多角形ミラーが回転すると（例えば、一定の角（回転）速度で）、ビームは既知の軌道で偏向され得て、それ故に、既知の点に向けられ入射する。従って、光源は、既知の経路が露光されることが意図されている既知の点に光源を向けるかどうかに応じて、多角形ミラーの既知の回転位置に基づいてアクティブ化または非アクティブ化され得る。
【００７１】
いくつかの実施形態では、露光源２１０は、コヒーレント光線を生成し得る。例えば、露光源は、レーザーを含み得て、レーザービームを生成し得る。露光源によって放出された光のビームは、それぞれが位置決めデバイスに取り付けられた１つ以上のミラーに投射され得て、その結果、光は、１つ以上の軸に沿って各ミラーを独立して配置することにより、所望の標的位置に向けられ得る。場合によっては、位置決めデバイスは検流計のような要素であり得て、その検流計に結合されたミラーを軸の周りで回転させるように操作され得る。一例として、露光源２１０は、レーザーからの光を「Ｙ」軸に沿った様々な位置に向けるように動作可能なレーザー、および、検流計を含み得る。
【００７２】
いくつかの実施形態では、露光源２１０は、完全な「Ｙ」軸のサブセットであり得る「Ｙ」軸の範囲と、完全な「Ｘ」軸のサブセットであり得る「Ｘ」軸の範囲の両方を露光でき得る。このような露光源の一例は、線形ＬＥＤ「バー」の複数の列、またはマイクロミラーベースのデジタルプロジェクタ、または「ＤＬＰ」システムであり得る。このような露光源のさらなる一例は、ＬＣＤディスプレイ（例えば、バックライト付きＬＣＤディスプレイ）であり得る。
【００７３】
上記実施形態のいずれかにおいて、ビルド領域内（例えば、ビルド領域内の焦点面）のスポットサイズ、および／または、断面形状など、露光源２１０によって生成される光ビームの様々な特性を制御することが好ましい場合があり、そのため、前記特性はビルド領域全体で可能な限り一貫している。１つ以上の非球面レンズ、球面レンズ、凹レンズ、凸レンズ、Ｆシータレンズ、テレセントリックレンズ、フラットフィールドレンズ、カーブフィールドレンズ、グラディエントインデックスレンズ（ＧＲＩＮレンズ）、またはそれらの組み合わせなどであるがこれらに限定されない、任意の１つ以上のレンズを使用して、光ビームの特性を管理、および／または、制御して、このような一貫性を達成し得る。実際には、本明細書で言及される任意の「レンズ」は、複数の個別の要素として実装され得て、よって、「レンズ」に関するいかなる開示も、単一の光学要素に限定されると解釈されるべきではないことを理解されたい。
【００７４】
いくつかの実施形態によれば、図１Ａ〜図１Ｄに示す露光モジュール１０９などの露光モジュール、および／または、図２に示される露光モジュール２０９は、適切なレンズに光を向けることにより、Ｙ軸に沿った所望の位置に向けられ得る光源を含み得る。図７Ａ〜図７Ｂは、この方法による、露光モジュール内に光を向けるための２つの例示的な手法を示す。
【００７５】
図７Ａの例において、露光モジュール７００は、レーザーモジュールなどの光源７０１によって生成される化学線７０２の集束ビームを含む。焦点を合わせ、低速軸と高速軸の収束を修正し、さもなければ、ビーム７０２の１つ以上の態様を修正するための１つ以上のレンズを含む様々な光学要素を、光源７０１は含み、そして／または、放出されたビーム７０２は、これらの光学要素を通過し得る。
【００７６】
図７Ａの例において、１つ以上のフィルタリング要素７１２が光路内に含まれ、ビーム７０２をさらに修正するように構成される。例えば、フィルタリング要素７１２は、より一貫性のあるビームプロファイルを生成するために、通常ほぼガウス分布を有する強度プロファイルを使用して、光源７０１から生成され得る高次モードを含む、ビームプロファイルにおける分布密度レベルの空間変動性、または、ノイズを低減するように構成された１つ以上の空間フィルタを含み得る。このような空間フィルターの使用により、光がステレオリソグラフィデバイス内で向けられる液体フォトポリマから製造されたパーツの表面仕上げを改善、そして／または、最小図形寸法を縮小し得る。
【００７７】
図７Ａの例において、ビーム７０２は、ミラー７０３によって偏向され得て、ミラー７０３は、光を所望のターゲットに向けるために、検流計などの位置決めデバイス７０４により移動され得る。特に、位置決めデバイス７０４は、ミラー７０３を任意に位置決めすることによって、ビーム７０２を「Ｙ」軸に沿った所望の点に偏向させるように構成され得る。従って、ビーム７０２は、必要な角度または位置に到達するための偏向デバイス７０３の周期的な動きに依存するよりむしろ、任意の時間に任意の点に特異的に向けられ得る。この構成は、検流計のような位置決めデバイスによって提供される制御なしで、軸を横切ってスキャンする多角形ミラーのような位置決めデバイスとは異なる。
【００７８】
いくつかの実施形態によれば、露光モジュール７００の動作中に、光源７０１がアクティブ化され得て、それにより、ビーム７０２、および、ミラー７０３による反射後にビーム７０５を生成する。続いて、ミラー７０３は、位置決めデバイス７０４により回転、または、移動されて、角度７１１を通る角度の範囲にわたってビームを向け、それにより、ビーム７０６で終わり得る。ミラー７０３の様々な角度の範囲を通してビルド領域を露光するこのプロセス中に、ビームは、ビルド軸（例えば、図２Ａに示される露光源２１０のＹ軸、または、図１Ａ〜図１Ｄに示される露光源１１０のＹ軸）に沿って線形セグメント７１０を露光する。
【００７９】
ミラー７０３による偏向後のビーム７０２の角度に応じて、ビーム７０５は、ビルド平面に対して垂直に移動するか、またはビルド平面に対してある角度にて７０６を移動し得る。しかし、角度の付いた経路７０６は、特定の望ましくない光学的歪みを引き起こす可能性があり、それが形成される層の精度を低下させ得る。いくつかの実施形態では、これは、レンズ要素７０８または複合要素を使用することによって対処され得て、角度７０６でレンズに入射するビームを、レンズ７０８に対して垂直方向７０９でレンズ７０８から出るようにし、これにより、ビルド領域のテレセントリックな照光を実現する。図７の例には、レンズ７０８は単一レンズとして描かれているが、存在するビーム７０９が平行なビーム経路を形成することを確実にするように成形された、１つ以上のレンズの任意の適切な組み合わせを用い得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、レンズ７０８（または、１つ以上のレンズの別の適切な組み合わせ）は、印刷領域（「フラットフィールド」と呼ばれることもある）全体にわたって変わらないスポットサイズおよび形状を有する光線を生成し得る。このような配置は、ビルド領域のすべての場所（または大部分の場所）で予測可能なフォトポリマ硬化プロファイルを生成し得て、これにより、パーツの精度および寸法の正確さを含む全体的なパーツの品質を改善し得る。いくつかの実施形態では、露光モジュール７００は、焦点面に垂直な平行ビーム経路を使用して、ビルド領域内の焦点面全体を照らすフラットフィールド（「テレセントリックフラットフィールド」と呼ばれることもある）を作成するように構成され得る。
【００８０】
本明細書で使用される通り、テレセントリックな照光とは、少なくとも、実質的に平行な光線を生成し、それが画像平面に実質的に垂直に交差するように構成された光学システムを指す。印刷領域のすべての点でテレセントリックである化学線源を使用すると、印刷プロセスにさまざまな利点がある。そのような利点の１つは、既知で一貫した貫通角度を有することである。これにより、露光の各ピクセルまたはベクトルが同じ方向から発生するようになり得る。これにより、印刷領域全体の寸法の正確さと一貫性を改善し得る。一部の従来のデバイスは、ソフトウェアを使用して化学線源を較正および調整し、そのように生成された光がビルド領域のすべての点にわたり一貫した状態に近くなり得るが、この手法では、調整されたビームはやはり依然として一貫性のない形状であり、そして／または、発散し得る。結果として、従来のシステムは、製造公差のために、光学システムと印刷領域との間の距離の変化に対してより敏感であり得る。
【００８１】
いくつかの実施形態では、テレセントリックな照光は、レンズではなく、または、レンズに加えて、ミラーなどの反射面を介して生成され得る。図７Ｂは、そのような手法の例を提供し、光源からの光が放物面ミラー７１４によって偏向される露光モジュール７５０を示す。いくつかの実施形態では、放物面反射鏡７１４は、放物線の焦点が回転偏向ミラー７０３に近接して配置されるように成形および取り付けられ得る。放物面反射鏡７１４の形状は、ｘおよびｙが２次元平面における反射器の曲線を表し、ｆが放物線の中心点と偏向鏡７０３の位置との距離のような放物線の焦点距離を表す、放物線公式を介することを含む、様々な方法で決定され得る。
【００８２】
いくつかの実施形態によれば、図７Ｂの例における放物線反射ミラーの１つの利点は、は、ミラーが、単一の光学要素を使用して、印刷面（例えば、「フラットフィールド」）全体にわたって一定のスポットサイズおよび形状の両方を生成し得て、そして／または、ビルド平面に対して一貫した垂直ビーム配向を生成し得ることである。
【００８３】
いくつかの実施形態では、放物面ミラー７１４は、ミラーの複数の異なる断面を通る図示された放物面断面形状を有するように構成され得る。例えば、ミラーは、Ｚ軸に関して回転対称であり得て、ミラーを通る各Ｘ-Ｙ断面は、図７Ｂに示される形状を有する。そのような手法では、複合偏向ミラー７０３および位置決めデバイス７０４を配置して、そのようなミラーの内面上の任意の所望の位置に光を向け得る。例えば、２組の複合偏向ミラー７０３および位置決めデバイス７０４は、Ｘ軸に沿い（一方のミラー／デバイスの組を使用して）、また、Ｙ軸に沿い（他方のミラー／デバイスの組を使用して）、ミラー上の所望の位置に光を偏向するように配置され得る。結果として、光は、放物面ミラー上の任意の所望のＸ−Ｙ位置に入射後、印刷面に向かって上向きに向けられ得る。
【００８４】
図７Ａ〜図７Ｂの例に示され議論されたミラーおよびレンズは、ガラス、様々な光学グレードのプラスチック、および／または、他の材料のような、任意の適切な材料で形成され得る。
【００８５】
上で説明したように、図１Ａ〜図１Ｄに示される露光モジュール１０９のような露光モジュール、および／または、図２Ａに示される露光モジュール２０９は、ビルド領域の部分に向けられて、それらの部分の液体フォトポリマを硬化させ得る（例えば、図７Ａ〜７Ｂの例における位置決めデバイス７０４を制御することによって）。いくつかの実施形態では、露光モジュールは、ビルド領域の一方の側から他方の側に延びる一連の走査線内のフォトポリマの層を硬化させ得て、露光モジュールの光源は、光源が硬化されるフォトポリマーの領域に向けられる時は光源はアクティブ化され、そうでなければ非アクティブ化されるように、アクティブ化され非アクティブ化される。図１１は、この技術を用いて層を硬化させる例示的な例を示している。
【００８６】
図１１の例において、１つの層が形状１１１０で形成される（図１１の例は、上または下からのビルド領域を示す）。露光源は、層１１１０を硬化させるために必要なビルド領域のそれらの部分にのみ向けることができるが、図１１の例においては、露光源は、ビルド領域内の経路１１２０をトレースするように、ビルド領域全体にわたってスキャンされる。図１１では、露光源が非アクティブ化される（フォトポリマを硬化しない）経路１１２０の部分は破線で示され、一方、露光源がアクティブ化される（フォトポリマを硬化する）経路１１２０の部分は実線で示される。
【００８７】
いくつかの実施形態では、経路１１２０は、光が単一の軸に沿って前後に向けられている間、ビルド領域全体に一定の速度で移動するように構成された可動ステージ内に配置された露光源によって生成され得る。例えば、図１Ａ〜図１Ｄに示され上記で説明した露光モジュール１０９は、露光モジュールがビルド領域の下を一定速度で移動する間に、露光モジュールによって生成される光の方向をＹ軸に沿って前後に掃引することによって経路１１２０を生成するように管理され得る。いくつかの実施形態では、露光モジュールは、アクティブ化されている間はある速度で移動し得るが、非アクティブ化されると異なる速度（例えば、より速く）で移動し得る。同様に、いくつかの実施形態では、投影された光点の速度は変化し得て、空領域の中、および／または、層内の大きな硬化領域の内部など正確な露光制御が必要でない領域の中を、より速く移動し得る。
【００８８】
いくつかの実施形態では、露光モジュールは、図７Ａ〜図７Ｂに示され上で説明した通り、光源およびレンズ、および／または、ミラー構成を含み得る。例えば、経路１１２０は、システム１００内に配置された露出モジュール７００によって生成され得て、ここでは、露出モジュールの動作と組み合わされた位置決めデバイス７０４の制御のみが、図示の経路１１２０を生成するために必要である。可動ステージから単一の軸のみに沿って光を向けることにより光を生成するステレオリソグラフィデバイスは、複数の軸に沿って光を同時に制御して材料の層を形成するステレオリソグラフィデバイスと比較して、構成（例えば、プログラム）することが容易であるという利点を有し得る。
【００８９】
上述の通り、いくつかの実施形態では、回転多角形ミラーまたは同様の機構を使用して、高速軸でビームステアリングを作成することができる。ただし、多くの場合、ステアリングミラーとして検流計（上述の通り）を使用することが望ましい場合もある。図１１の例に見られる通り、印刷された層は、通常、印刷領域全体に広がることはない。その結果、離散的なスキャン長を可能にする検流計のようなメカニズムは、高速軸に沿った全範囲の位置を常にスキャンする回転ミラーと比較して、印刷時間を改善できる。さらに、印刷層の間隔が低密度な場合、硬化セグメントと非硬化セグメントの間でステアリングビームの速度を変化させることが印刷速度にとって好ましい場合がある。これは検流計で実現できるが、定速回転多角形ミラーではできない。
【００９０】
露光モジュールを使用して光を生成および方向付ける技術の上記の議論は、ステレオリソグラフィデバイスの本文中で説明されてきたが、そのような技術は、他のタイプの積層造形デバイスにも適用し得ることを理解されたい。例えば、選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）デバイスのような、光ビームが材料に向けられる他の積層造形デバイスは、上述の通りフラットフィールドまたはテレセントリックフラットフィールドを生成するように構成された露光モジュールを組み込み得る。例えば、露光モジュール７００または７５０は、ＳＬＳデバイスに使用され得て、こうして生成された光が、粉末材料を溶融または他の方法で固化するように向けられる。
【００９１】
いくつかの実施形態では、図１Ａ〜図１Ｄの例に示されるフィルム１０３のような薄膜は、フィルムの複数の層、および／または、様々な材料を含むフィルムなどの、材料の複数の層を含み得る。図６は、そのようなフィルムの一例を示す。
【００９２】
図６の例において、剛性側面１０４、張力デバイス１０７、および、タンク１０４の底部を形成する第１のフィルム６０３Ａと、第１のフィルム６０３Ａと露光モジュール１０９との間に配置された第２のフィルム６０３Ｂとを含む多成分フィルムを含むタンク６００が示されている。
【００９３】
いくつかの実施形態では、フィルム６０３Ａは、所望のフォトポリマ材料中の予想される成分との接触に適合している、および／または、成分により感知できるほどに分解されない第１の材料を含み得る。有利なことには、第１のフィルム６０３Ａは、所望のフォトポリマ樹脂内の物質に対して比較的不浸透性であるように選択された１つ以上の材料を含み得る。液体フォトポリマおよび選択された材料が互いに対して高度の濡れ性を有するように、フォトポリマ樹脂と接触する材料を選択することがさらに有利であり得る。特に、その後の化学線への曝露のために、フィルム１０３材料の表面に対して一定の厚みを有する液体フォトポリマ樹脂の薄膜を形成することが望ましい場合がある。材料が低い部分的な濡れを有する限り、そのような層は、材料の表面全体に容易に広がって実質的に均一な薄層になるのではなく、ビーズを形成する傾向があるか、そうでなければ凝集する傾向がある。ＦＥＰ、テフロンＡＦ、および、他のこのような「非粘着性」表面は、通常、低い表面エネルギの表面を含み、したがって、液体フォトポリマ樹脂に関して濡れが不十分な表面を提供する。この低表面エネルギは、硬化したフォトポリマ樹脂の分離には有利でありうるが、液体フォトポリマ樹脂の薄膜の形成に関しては望ましくない。本発明者らは、対照的に、ポリ（４−メチル−１−ペンテン）、つまりＰＭＰは、ＦＥＰよりも広範囲の液体フォトポリマ樹脂に関して実質的により濡れ性であり、その結果、ＰＭＰが硬化したフォトポリマに関して優れた分離性を有するという事実にもかかわらず、フォトポリマ樹脂の薄膜がＰＭＰで形成された第１の材料に対してより確実に形成され得るということを特定した。特に、本発明者らは、ＰＭＰの層が、広範囲のフォトポリマ樹脂と共に使用するための効果的なフィルム１０３を提供することを発見した。
【００９４】
いくつかの実施形態では、フィルム６０３Ａは、ＰＭＰを含むか、またはＰＭＰから構成される。いくつかの実施形態では、フィルム６０３Ａは、０．００１インチ、０．００２インチ、０．００４インチ以上の厚さを有し得る。いくつかの実施形態では、フィルム６０３Ａは、０．０１５インチ、０．０１０インチ、０．００８インチ以下の厚さを有し得る。上述の範囲の任意の適切な組み合わせも可能である（例えば、０．００２インチ以上、かつ、０．００８インチ以下の厚さなど）。
【００９５】
フィルム６０３Ａは、硬化したフォトポリマーに関して良好な分離性を提供し、また広範囲のフォトポリマ材料と適合性がある１つ以上の材料（ＰＭＰなど）から形成され得るが、そのような材料は、露光モジュール１０９との回転、または、摺動における相互作用に適した機械的特性などの他の望ましい特性を欠く可能性がある。第２のフィルム６０３Ｂは、いくつかの実施形態では、そのような特性を提供するように構成され、組み合わされた多成分フィルムが上記の望ましい特性のそれぞれを示し得る。
【００９６】
いくつかの実施形態によれば、フィルム６０３Ｂは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含み得る。いくつかの実施形態によれば、フィルム６０３Ｂは、脂肪族熱可塑性ポリウレタンまたはＴＰＵを含み得る。いくつかの実施形態によれば、フィルム６０３Ｂは、ポリスチレンを含み得る。例えば、フィルム６０３Ｂは、光学的に透明なポリスチレンのフィルムを含み得るか、またはそれから構成され得る。
【００９７】
フィルム６０３Ｂの材料組成に関係なく、いくつかの実施形態では、フィルム６０３Ｂは、０．００１インチ、０．００２インチ、０．００４インチ以上の厚さを有し得る。いくつかの実施形態では、フィルム６０３Ｂは、０．０１５インチ、０．０１０インチ、０．００８インチ以下の厚さを有し得る。上述の範囲の任意の適切な組み合わせも可能である（例えば、０．００２インチ以上、かつ、０．００８インチ以下の厚さなど）。
【００９８】
いくつかの実施形態では、有害な成分は第１のフィルム６０３Ａを通る限られた浸透があるだけであり得るので、第２のフィルム６０３Ｂは、フォトポリマ樹脂成分への曝露を最適化するための選択をする必要はない。代わりに、第２のフィルム６０３Ｂは、比較的高度の引張強度、および／または、張力下に置かれたときのクリープまたは他の変形に対する耐性など、他の有利な特性を有する様々な材料から選択され得る。いくつかの実施形態では、第２のフィルム６０３Ｂを形成するために使用される材料は、可撓性であるが、比較的非弾性であり得る（例えば、比較的高い降伏ひずみ、および、縦弾性係数の両方を有する薄い材料）。
【００９９】
いくつかの実施形態では、第２のフィルム６０３Ｂは、第２のフィルム６０３Ｂと接触し、および／または、運動中にそれに対して力を及ぼすことができるローラ要素１１１のような、様々な機械的デバイスと周期的に接触し得る。従って、第２のフィルム６０３Ｂは、そのような繰り返しの接触に適した機械的特性を有する材料から有利に選択され得て、その結果、より低い摩耗が達成され得る。特定の実施形態においては、そのような特性はまた、摩耗および破壊に対する優れた耐性、比較的低い摩擦、および／または、比較的高度の潤滑性を含み得る。第２のフィルム６０３Ｂが、過剰な力が加えられる破壊、または、他の破損モードに対し耐性があり得るように、実質的な弾性を有する材料を選択することがさらに有利であり得る。さらに、第２のフィルムの存在は、第１のフィルム６０３Ａの完全な状態が失われた時に、フォトポリマ樹脂の放出により引き起こされる損傷または他の影響を低減し得る。
【０１００】
いくつかの実施形態では、ローラ要素１１１などの機械的デバイスと接触しているフィルムにコーティングを加えることが有利であり得る。このコーティングは、好ましくは、１つ以上の関連する波長の化学線に対して透明であり得る。このコーティングは、フィルムと適合性があり、適切な透明性を有し、フィルムと比較して耐摩耗性、または、硬度が高い任意の数の材料で構成され得る。いくつかの実施形態では、コーティングは、アクリル、または、ウレタンベースのコーティングで構成され得る。このようなコーティング材料が耐摩耗性、または、高硬度に有利な特性を有することが有利であり得る。
【０１０１】
いくつかの実施形態では、第１のフィルム６０３Ａ、および、第２のフィルム６０３Ｂは、別々のフィルムであり得て、図６に示されるように、フィルム６０３Ａとフィルム６０３Ｂとの間に位置する少なくとも部分的なギャップ６０４を形成し得る。いくつかの実施形態では、ギャップ６０４は、フィルム６０３Ａ、および、６０３Ｂをフィルム間にオフセットを付けて取り付けることにより生成され得る。
【０１０２】
いくつかの実施形態では、フィルム６０３Ａ、および／または、フィルム６０３Ｂは、張力下で取り付けられ得る。このような場合、フィルムに加えられる張力は、フィルムを接触させ、張力の適用中にギャップ６０４を潜在的に閉じる傾向があり得る。いくつかの実施形態では、露光モジュール１０９の通過、および、露光モジュール１９０とフィルム６０３Ｂとの間の接触により、フィルム６０３Ｂが上方に移動され、フィルム６０３Ａとのより大きな接触６０５となり、それにより、ギャップ６０４が接点、および／または、接点付近で閉じられ得る。
【０１０３】
本発明者らは、ギャップ６０４の存在は、フィルム６０３Ｂがフィルム６０３Ａと比較してより低い酸素透過性を有し得る場合に有利であり得ることを認めた。特定の理論に限定されることを意図するものではないが、本発明者らは、ギャップ６０４がフィルム６０３Ａを通る酸素の移動が改善され、したがって光重合に関して特定の抑制効果を引き起こし得ると確信する。従って、このようなギャップ６０４は、フィルム６０３Ｂの酸素透過性についての考慮を減少させて、フィルム６０３Ｂの材料の選択を可能にし得る。さらに、このような改善により、許容可能な程度の酸素透過性を維持しながら、フィルム６０３Ａおよび６０３Ｂに比較的厚いフィルムを利用することが可能になり得る。
【０１０４】
いくつかの実施形態では、ギャップ６０４は、ギャップがフィルム張力の影響下で維持されるように生成され得る。例えば、その張力がかかっていなければフィルムを実質的に互いに接触させるであろう張力がかかっている場合でも、少なくともスペーサで、またはその近くで、フィルム間にギャップ６０４を強制するように、フィルム６０３Ａと６０３Ｂとの間に間隔要素が配置され得る。このような間隔要素は、フィルム間の境界面に沿って規則的に配置され得る。あるいは、ギャップ６０４が生成され所望の位置に移動されるように、間隔要素（図示せず）をフィルム間で移動させ得る。場合によっては、生成されたギャップは、スペーサの位置に直接配置されない場合があり、間隔要素の動作の前、および／または、後に効果的に移動する場合がある。
【０１０５】
いくつかの実施形態では、フィルム６０３Ａ、および／または、フィルム６０３Ｂは、チャネル、レリーフ機構、および／または、他の構造などの非平面表面機構を含み得て、その結果、フィルム６０３Ａおよび６０３Ｂが実質的に互いに接触している場合でさえ、複数の部分ギャップ６０４が形成され得る。いくつかの実施形態では、このようなギャップ６０４は、「マットな」、さもなくばマイクロパターン化されたフィルムを使用することにより確保され得る。いくつかの実施形態では、このマット、つまり、つや消しコーティングは、いくつかの理由で有利であり得る。つや消しフィルムは、２つの滑らかなフィルムに共通の吸引力を受けにくい場合がある。つや消しフィルムは、様々なレーザースポットサイズに対する感度を低下させるフィルターとして機能し得るため、他のアプリケーションでも役立ち得る。
【０１０６】
本発明者らは、ギャップ６０４の存在は、特にフィルム６０３Ｂがフィルム６０３Ａと比較してより低い酸素透過性を有し得る場合に有利であり得ることを認めた。特定の理論に限定されることを意図するものではないが、本発明者らは、ギャップ６０４がフィルム６０３Ａを通る酸素の移動が改善させ、よって、光重合に関して特定の抑制効果を引き起こし得ると確信する。従って、このようなギャップ６０４は、フィルム６０３Ｂの酸素透過性について少ない考慮をもって、フィルム６０３Ｂの材料の選択を可能にし得る。さらに、このような改善により、許容可能な程度の酸素透過性を維持しながら、フィルム６０３Ａおよび６０３Ｂに比較的厚いフィルムを利用することが可能になり得る。
【０１０７】
図１Ａ〜図１Ｄに示し、上で論じた、フィルム１０３、６０３Ａ、および／または、６０３Ｂなどの薄膜を利用する用途において、フィルムは、図１Ａ〜図１Ｄの例のタンク１０４のような構造物に取り付けられることが望ましい場合がある。多くの場合、前記フィルムが張力下で取り付けられること、または張力が他の方法で様々な操作点でフィルムに加えられることも望ましい。
【０１０８】
しかしながら、従来のフィルムは、時に「クリープ」として知られる、張力の方向への漸進的な変形など、多くの典型的に望ましくない挙動を示し得る。例えば、図３に示すように、単一軸３０２に沿った張力（一方向張力）下に置かれたフィルム３０２は、問題の張力の軸に直交する軸においてフィルムの寸法を減少させるような方法で、変形または「くびれ」３０３になり得る。この変形は、特に薄膜において、フィルムに実質的な波または他の歪みをもたらし得て、そうでなければ平坦なフィルムは、非平面変形３０４、または「しわ」を形成する。そして、ステレオリソグラフィ適用例では、フィルム内のそのような非平面欠陥は、そのようなフィルムが、上述のように、フォトポリマ材料が固化し得る平坦な基準表面であることが意図される場合、特に問題となり得る。
【０１０９】
張力をかけたフィルムを使用するいくつかのステレオリソグラフィデバイスは、図４に示されるように、所与のフィルムを複数の軸において均一な張力下に置くことを図ることにより、そのようなしわの挙動に対処しようとする。本明細書で「ドラムヘッド」マウントと呼ばれるこの手法は、典型的には、ピン４０３または他の取り付け技術などにより、フィルム４０１をフィルム４０１の側面の構造に固定すること、および、軸４０２に沿ったフィルム４０１上に負荷される主なる張力源を必要とする。目的は、フィルムが第２の軸４０４において収縮（または、くびれ）するのを防ぎながら、一方の軸４０２においてフィルムに張力をかけることの両方である。しかしながら、このようなシステムを使用する場合でさえ、不均等な張力が適用されることで、一方向張力によって引き起こされる、同じ方法の変形をもたらし得る。その結果、張力をかけたフィルムのための従来の取り付けシステムは、所望の程度の張力および平坦さの両方を備えたフィルムを提供するために、望ましくない強度、複雑さ、および／または、調整を必要とし得る。さらに、様々な材料で形成され、製造公差のために長さが一貫しない可能性がある、６０３Ａや６０３Ｂなどの複数のフィルムを使用すると、薄膜の取り付けに関する上述の課題をさらに複雑にする。
【０１１０】
本発明者らは、フィルム張力を提供するための改善された技術を、認識し評価した。図８は、いくつかの実施形態による、例示的な調整可能な張力システム８００を示す。図８の例において、タンクの外部にあり、タンクが設置されているステレオリソグラフィデバイスに関連した張力デバイス８０１によって、タンクが調整可能に張力がかけられている。この構成では、タンクをデバイスから取り外し可能にすることができ、図示のシステム８００は、デバイスの一部として張力デバイス８０１を含み、残りの図示した構成要素は、タンクの要素である。図８に示す通り、タンク８００は、フィルム８０３Ａ、および、フィルム８０３Ｂを含み得て、図６に示すフィルム６０３Ａ、および、６０３Ｂに関して上述のようなフィルムシステム８０３を形成する。フィルム８０３Ａ、および、８０３Ｂは、それぞれ、点８０４Ａ、および、点８０４Ｂで分配アーム８０２上またはその周囲に取り付けられ得る。いくつかの実施形態では、分配アーム８０２は、回転方向に拘束されていないシャフト要素であり得る。
【０１１１】
分配アーム８０２は、軸８０５を介して、タンク側方構造８０８内で軸８０７の周囲に回転可能であるように構成された張力アーマチュア８０６に取り付けられ得る。張力アーマチュア８０６は、ステレオリソグラフィデバイスに関連する張力デバイス８０１によって少なくとも部分的に捕捉され得るように外側に延在する結合アーム８０９を備える。フィルム８０３Ａ、および、８０３Ｂは、静的取り付け点８１０において反対側のタンク構造８０８に取り付けられ得る。あるいは、両側のタンク構造８０８は、動的取り付け要素を含み得る。ステレオリソグラフィデバイスに挿入されていないか、または、結合アーム８０９を介して係合されていない場合、張力アーマチュア８０６は、弛緩位置８１１を取り得て、フィルム８０３Ａ、および、８０３Ｂに比較的より低い張力がかかる。いくつかの実施形態では、静的取り付け点８１０は、要素８０２の軸８０７への結合と同様の方法で回転軸に取り付けられ得る。取り付け点８０２および８１０が動作してフィルムを実質的に平行な配置に維持することができるので、静的取り付け点に結合されたこの追加の回転軸を組み込むことにより、張力をかけている間、フィルムが望ましい平面を維持することが保証され得る。
【０１１２】
ステレオリソグラフィデバイスの張力機構８０１が取り外し可能なタンクの結合アーム８０９に結合され、軸８１２に沿って変位すると、張力アーマチュア８０６を軸８０７に沿って回転させ、従って、分配アーム８０２を軸８１２に沿って同じ方向に変位させ得る。理解されるように、反対側の取り付け８１０から離れている、または、２つ以上の動的取り付け要素の場合に反対側の動的取り付け要素から離れているような分配アーム８０２のこのような動きは、フィルム８０３Ａおよび８０３Ｂに張力の増加、および、潜在的に、張力に応答した前記フィルムのある程度の伸長または他の変形をもたらし得る。
【０１１３】
図８の例において、分配アーム８０２は、軸８０５の周りを回転し得るので、軸８１２に沿った動きの結果として、フィルム８０３Ａおよび８０３Ｂに加えられる張力の量は、必ずしも一定ではない。
【０１１４】
いくつかの実施形態によれば、分配アーム８０２は、分配アーム８０２上の点８０４Ａおよび８０４Ｂに取り付けられたフィルム８０３Ａおよび８０３Ｂの間の軸８０５を介して加えられる力を分配するホイップルツリー（ホイッフルツリーとしても知られる）リンケージを形成し得る。いくつかの実施形態によれば、ホイップルツリーまたはホイッフルツリーリンケージは、２つ以上の異なる点に２つ以上の力を加えることができる剛体に適用し得る。
【０１１５】
軸８０５と取り付け点８０４Ａおよび８０４Ｂとの間の距離は、図８の例では対称であると示されているが、他の実施形態では、所望する張力の差異の比が、ホイップルツリーリンケージの反対側での機械的優位を変化させる結果として、軸８１２に沿った所与の変位がフィルム８０３Ａおよび８０３Ｂに適用され得るように軸８０５を配置し得る。このような差異は、フィルム８０３Ａおよび８０３Ｂが、異なる弾性定数のような、張力に対して異なる反応を有する材料で形成されている場合に特に有利であり得る。
【０１１６】
いくつかの実施形態では、フィルム８０３Ａおよび８０３Ｂを分配アーム８０２に個々に取り付ける代わりに、フィルム８０３Ａおよび８０３Ｂは、回転的に拘束されていないシャフト要素であり得る分配アーム８０２の周りにループされるように、一端で共に結合され得る。この構成により、少なくとも場合によっては、拘束されていないシャフト要素が、製造公差、小さな欠陥、および／または、異なる程度のクリープなどの繰り返される機械力に対する異なる反応に起因する、各フィルムのたるみの小さな違いを補正することができる。いくつかの実施形態では、フィルム８０３Ａおよび８０３Ｂは、１つ以上の縁部で共に接合、または、圧着され得る一方で、少なくとも１つの自由縁部が酸素透過性を提供することを可能にする。フィルムは、ピン、接着剤、ラミネーション、クラウンピースなどを含む任意の数の方法により、一端および圧着位置にて接着または取り付けられ得る。
【０１１７】
本発明の別の態様は、「しわ」タイプの変形、または、同様の非平面の特徴を形成する結果にならずに、フィルムの一方向張力を可能にする。この態様の例示的な実施形態を図５に示す。図示の通り、薄膜５０１は、軸５０２に沿った張力の下で軸５０４に沿って取り付けられ得る。この例示的実施形態においては、取り付けピン５０３を使用して、軸５０２に沿った張力下でフィルム５０１を取り付け得る。
【０１１８】
しかしながら、図３および図４に示す上述の取り付け例とは対照的に、取り付けピン５０３は、軸５０４に沿って非線形に配向されている。特に、取り付けピン５０３の各取り付けピンの位置は、フィルムの中線軸５０２ａからのピン５０３の距離に依存し得て、中線軸５０２ａからさらに離れた５０３ｂのようなピンは、中線軸５０２ａに近い５０３ａのようなピンよりも長い距離５０２ｂにフィルム５０１を伸ばす。このような可変形状の下にフィルム５０１を取り付けることにより、本発明者らは、平面変形および非平面変形の両方が実質的に低減され得ることを発見した。
【０１１９】
特定の理論に限定されることを意図するものではないが、本発明者らは、ピン５０３の少なくとも１つの効果的な配置が、非平面変形中にフィルム５０１により加えられる張力のパターンに対応し得ることをさらに観察した。図３に示す通り、例えば、フィルム３０１は、軸３０２に沿って引っ張られ得る。張力の量、フィルムの形状、および／または、フィルムの材料に依存し得る一定期間の後、変形３０３および３０４は、成長し、比較的安定した形状に達する傾向があり得る。測定時に、本発明者らは、このような変形プロセスが、前記軸に垂直に走るフィルム３０１の取り付け縁部に沿って、軸３０２に張力が不均一に加わる結果となり得ることを認識した。適宜に、フィルム３０２の取り付け縁部に沿った各点に及ぼされる張力は、個々の取り付けピンを計装することなどにより、様々な方法で測定し得る。次に、ピン５０３により加えられる力の量が、変形後に以前に実験的に測定された力の量とほぼ同じであるように、ピン５０３は、フィルムの中線軸５０２ａからの距離に基づいてオフセットされ得る。
【０１２０】
フィルム５０１の反対側（図示せず）は、可変的にオフセットされたピン５０３を使用して取り付けられるなどの、これに限定されない、任意の適切な方法で取り付けられ得る。あるいは、または、さらに、中線軸５０２ａからの任意の距離に対して適切な力の計算を作成するために、実験的に決定された個々の力測定値を曲線に適合させ得る。いくつかの実施形態では、本発明者らは、フィルム５０２ａの中線軸からの距離の関数として実験的に測定された力を最もよく近似するために、４次から６次の間の曲線を発見した。
【０１２１】
いくつかの実施形態では、取り付け張力は、より連続的な方法でフィルム５０１に対して加えられ得る。一例として、フィルム５０１は、従来、張力下で取り付けられ得るが、偏向要素がフィルム５０１に接触して、フィルム５０１が偏向要素の外形に沿って強制的に偏向される場合、外形は、上述の曲線の近似形状をとる。図８に示す実施形態では、フィルムが取り付けられる取り付け縁部８０４Ａおよび８０４Ｂは、線形であり得るか、またはそうではなく非線形であり得て、上述の曲線または外形に従い、取り付け縁部８０４Ａまたは８０４Ｂの曲線に基づいて、取り付け点およびたわみ要素の両方を形成する。いくつかの実施形態では、分配アーム８０２は、分配アーム８０２の周りに巻き付けられたフィルムが同じ取り付け外形となるように、上記の曲線またはプロファイルの形状を有し得る。
【０１２２】
図８の例に示すように、フィルム８０４Ａおよび８０４Ｂに加えられる張力は、軸８１２に沿った張力デバイス８０１の変位を介して加えられ得る。上述の通り、図８の例では、タンク構造は、交換可能な構造の外側に配置された張力デバイス８０１と共に取り外し可能であり得る。いくつかの実施形態では、張力デバイス８０１は、引張ばね、または、ねじりばねによって生成されるものなど、任意の１つ以上の従来の張力源を含み得て、システムの初期負荷を手動で提供するためにユーザの関与を潜在的に必要とする。いくつかの実施形態では、張力デバイス８０１は、油圧シリンダ、および／または、他の形態の線形アクチュエータなどの線形力源を含み得る。いくつかの実施形態では、回転力が、ラックアンドピニオン機構などの手段を介してデバイス８０１の直線変位に変換され、このようにして、張力がシステムに加えられるようになり得る。
【０１２３】
いくつかの実施形態では、張力デバイス８０１が、機械の動作中にのみフィルムに対して張力を加えて、機械が使用されていないときには張力が除去されるか、さもなければ減少することが有利であり得る。このような張力解除は、フィルムの耐用年数を維持するのに役立ち得て、そして／または、張力下でフィルムを除去する必要なしに、デバイスの電力損失または他の故障の後に除去可能なフィルムを除去することを可能にし得る。
【０１２４】
いくつかの実施形態では、動的張力システム８００を含むステレオリソグラフィデバイスは、動作サイクル中、または、動作サイクル間で、軸８１２に沿った張力デバイス８０１の変位量を調整し得る。一般に、軸８１２に沿った所与の変位量によってフィルム８０３Ａおよび８０３Ｂに加えられる力の量は、ばね定数ｋを含むがこれに限定されないフィルムの様々な物理的特性に依存し得る。フックの法則（Ｆ＝ｋｘ）の適用により理解され得るように、軸８１２に沿った比較的少さい変位量（ｘ）が比較的大きな量の張力（Ｆ）をもたらすように、比較的非弾性の材料は高いｋ値を有し得る。その結果、加えられる変位は、フックの法則に従って、目的の力に基づいて選択し得る。
【０１２５】
いくつかの実施形態では、樹脂タンクアセンブリの様々な物理的特性は、ねじれ力、並進力または回転力に耐える本アセンブリまたは１つ以上の他の要素の性能など、軸８１２に沿った所与の量の変位に対してフィルム８０３Ａおよび８０３Ｂ全体に加えられる力に影響を及ぼし得る。この要素が力に耐える程度は、使用される材料のタイプと厚さ、および張力を達成するために加えられる力の方向を含むがこれらに限定されない様々な要因に依存し得る。いくつかの実施形態では、張力デバイス８０１、および／または、結合アーム８０９を含む張力アーマチュア８０６は、所望の張力を達成するために、フィルム８０３Ａおよび８０３Ｂ全体に加えられる力に耐えるように構成され得る。例として、図８の例のような回転軸８０７の代わりに、張力アーマチュアは、代わりに、デバイスが張力をかけられるときにフィルムの上向き回転を制限するために、タンク側体８０８内の１つ以上のチャネルまたは並進要素に沿って移動するように構成され得る。いずれの場合も、回転軸または並進要素、タンク側体は、この張力メカニズムに関与するねじり力を打ち消す機能を果たし得る。別の実施形態では、回転または並進チャネル要素がない場合があり、代わりに、結合アームおよび張力デバイスは、タンク側体８０８により提供される耐性に依存することなく、回転力の影響に対抗するための追加の補強構造をもって構成され得る。前記実施形態では、その補強構造は、互いに組み合わせて回転モーメントに耐えるように連動して機能する、接続点上に追加するかかとまたはつま先特徴部であり得る。例えば、かかとまたはつま先特徴部をいずれかの接続点に追加すると、回転運動が制限され得るように力を有利に分散させ得る。
【０１２６】
いくつかの実施形態では、フィルム８０３Ａおよび８０３Ｂへ張力をかけると、張力に対応して伸長する、または、引き延ばすことを含む、フィルムの漸進的な変形を引き起こし得る。このような変形により、軸８１２に沿った張力デバイス８０１の変位が増加しても、生成される張力量の減少を引き起こし得る。いくつかの実施形態では、これらの影響は、カウンタスプリングなどのパッシブテンショナを適用して管理し得る。例えば、張力デバイス８０１は、軸８１２に沿って延在する引張ばねに取り付けられ得て、その結果、ばねの「静止」状態では、タンク構造８０８から離れる方向に軸８１２に沿って張力デバイス８０１に力が加えられる。しかしながら、いくつかの実施形態では、プロセスに対する追加の制御が提供され得るように、より能動的な張力をかける手段を使用することがより有利であり得る。例えば、様々なプロセスパラメータを最適化するために、フィルムに加えられる張力の量を変えることが有利な場合もある。
【０１２７】
いくつかの実施形態では、動的張力システム８００を含むステレオリソグラフィデバイスは、ひずみ測定または他のセンサ技術を介するなどして、張力デバイス８０１によって加えられる張力の量を測定するように構成された１つ以上の要素を含み得る。このような測定値は、場合によっては、張力デバイス８０１の位置を調整することによって加えられる張力の量に対する「閉ループ」制御の形態を提供するために、様々な制御手段によって利用され得る。
【０１２８】
いくつかの実施形態による例示的な張力デバイス９００を、図９に示す。図９の例に示すように、ラックアンドピニオンタイプの歯車装置と組み合わされたリニアモータまたは回転モータのようなアクチュエータ９０２は、軸９０４に沿って駆動ロッド９０３の変位を引き起こすように構成される。その結果、ピン９０９はスロット９０８内を移動し、軸９１２に沿ったテンションプレート９１０の動きを引き起こす。これにより、結合アーム９０１は、様々な張力により移動され得る。いくつかの実施形態によれば、張力デバイス９００は、図８の例で使用され得て、そこでは、結合アーム９０１は、結合アーム８０９に結合する張力デバイス８０１である。
【０１２９】
アクチュエータ９０２は、駆動ロッド９０３の位置情報を提供するためのエンコーダ、および／または、駆動ロッド９０３を介して加えられる力の量を測定するための、ひずみまたは応力ゲージを使用することを含む、様々な方法で計装され得る。図９の例において、駆動ロッド９０３は、軸９０４に沿い、ばね定数Ｋを有する引張ばね９０５に結合される。ばね９０５は、駆動ロッド９０６を介して、第１のカップリングプレート９０７に取り付けられる。カップリングプレート９０７は、スロット９０８を含む。テンションプレート９１０は、スロット９０８を通って延在し、カムタイプの連係９０８−９０９を形成するピン９０９を含み、軸９０４に沿ったカップリングプレート９０７の動きが、軸９１２に沿ったテンションプレート９１０の動きを引き起こす。動作中、アクチュエータ９０２は、軸９０４に沿って線形変位を生成し、これは最終的に、フィルムシステム８０３内の張力という結果になる。ただし、この変位は、引張ばね９０５を介して伝達および変換される。特に、引張ばね９０５は、張力デバイス９００が結合されているフィルムシステム（例えば、図８の例のフィルムシステム８０３）の実行的なばね定数よりも、実質的に小さいばね定数を有するように有利に選択され得る。理解され得るように、カップリングプレート９０７およびスロット９０８は、スロット９０８がピン９０９の動きに影響を及ぼして、テンションプレートに所望の動きを提供するように、任意の方法で定位され得る。
【０１３０】
前述の通り、フィルムの形成に使用される様々な材料は比較的非弾性である可能性があり、フックの法則の観点から、それらが比較的高いばね定数ｋを提供することを示す。結果として、フィルムに加えられる張力は、軸９０４に沿った駆動ロッド９０３の変位量の小さな変化に敏感であり得て、駆動ロッド９０３の位置決めにおいて比較的高いレベルの精度を必要とする。しかしながら、フィルムまたはフィルムシステムの比較的高いばね定数よりも小さいばね定数を有するばね９０５を使用することにより、軸９０４に沿った駆動ロッド９０３のより広い範囲の変位が許容され得て、所与の変位精度に対して、生成された張力の量における、より高い精度が可能となる。特に、テンションプレート９１０から離れている軸９０４に沿った駆動ロッド９０３の変位は、実行的なばね定数の比に基づいて、軸９０４に沿った駆動ロッド９０６の著しくより小さな変位をもたらし得る。続いて、駆動ロッド９０６の変位により、カップリングプレート９０７が軸９０４に沿って変位する。スロット９０８およびピン９０９によって形成された連係により、軸９０７に沿ったカップリングプレート９０７の変位は、軸９１２に沿ったテンションプレート９１０の変位を引き起こす。
【０１３１】
しかしながら、スロット９０８の形状により、軸９０４に沿ったカップリングプレート９０７と同じ距離を、テンションプレート９０８は軸９１２に沿って変位しない。一例として、線形経路９０８の傾斜は、テンションプレート９０８とカップリングプレート９０７との間の動きの比率を定義し得る。いくつかの実施形態では、本発明者らは、経路９０８が非線形または多重線形である（すなわち、変化する勾配を有する線形セグメントから構成される）ことが有利であり、その結果、カップリングプレート９０７とテンションプレート９０８との間の変位長の比が、テンションプレート９０８の位置にある程度依存することを発見した。特に、本発明者らは、フィルムシステム８０３に同等量の張力を及ぼすために、クリープのようなフィルムシステム８０３の漸進的な変形により、テンションプレート９１０を必要な位置にするには、徐々にオフセットさせる結果となることに留意した。一例として、例示的なフィルムシステム８０３は、時間の経過とともに歪んで、軸９１２に沿って長さが増加し得る。結果として、フィルムシステムに張力を加えるテンションプレート９１２は、軸９１２に沿ってタンクからかなり離れて配置される必要があり得て、したがって、次には、カップリングプレート９０７は、軸９０４に沿ってアクチュエータにかなり近く配置される必要がある。しかしながら、アクチュエータのそのような配置は、ばね９０５の伸びが少なくなり、したがって、フィルムシステムに加えられる総力が低くなり得る。対照的に、非線形経路９０８を利用する実施形態では、経路９０８は、テンションプレート９１０とカップリングプレート９０７との間の伝達比が、テンションプレート９１０が軸９１２に沿ってタンクから離れて配置されるほど増加するように湾曲し得る。従って、軸９０４に沿ったより少ない変位が、軸９１２に沿った必要な変位を達成するために必要とされ得る。
【０１３２】
上記で図１Ａ〜図１Ｄに関連して説明した通り、材料の層は、ビルド領域に近づいたり離れたりするように構成されたビルドプラットフォーム上に形成され得る。ビルドプラットフォームは、各層を所望の厚さで形成するために正確に（例えば、数ミクロン以内に）配置する必要があるため、ステレオリソグラフィデバイスがビルドプラットホームの垂直位置（Z軸位置）を追跡できることが重要である。
【０１３３】
従来のステレオリソグラフィデバイスでは、リニアアクチュエータやラックアンドピニオンタイプのトランスミッションなどの位置決め装置を使用し得る。場合によっては、ステッピングモータなどの回転運動源が、時としてＺ軸「ねじ」として知られる、軸に沿って延在するねじ付きロッドを回転させ得る。ビルドプラットフォームは、キャプティブナットまたは同様のハードウェアを使用するなどして、ねじ付きロッドの回転により、固定されたナットとプラットフォームがねじ付きロッドの回転に比例して軸に沿って上下に強制されるように取り付けられ得る。ただし、ビルドプラットフォームとネジ付きロッドの動作には、計装が制限されている場合があり、そのため、従来、動作制御と計画の目的で、ねじ付きロッドを介してモータに加えられる反力に関係なく、ステッピングモーターのトルクは無制限であり「脱調」は発生しないと想定される。ただし、このような仮定は常に有効であるとは限らない。
【０１３４】
いくつかの手法では、ビルドプラットフォームに対して加えられる動きまたは力に対する抵抗を検出するために、さまざまな間接測定を利用するが（例えば、米国出願第１５／６２３，０５５号「積層造形の位置検出技術および関連システムと方法」（２０１７年６月２７日出願）に記載されているように）、力の測定で望ましい精度を得ることは未だに可能ではない。さらに、このような測定値は通常、システムのトルク限界の近くまたは限界でのみ取得できるため、故障や不要な摩耗の機会が増加する。これらの問題、および他の問題は、直線運動システム内のインライン力感知を含む、図１０に示すような本発明の実施形態を使用することによって対処することができる。
【０１３５】
図１０に示すように、運動源１００１は、直線運動を伝達するためにロッド１００５に結合され得る。図１０の例において、運動源１００１は、ロッド１００５に沿って伝達され、回転運動から直線運動に変換される回転運動の源（例えば、ステッピングモーター）である。しかしながら、他の実装形態では、運動源は、代わりに、ロッド１００５に沿って直線運動を直接取り入れることができる。いずれの場合も、運動源１００１の作動により、軸１００８に沿って運動源１００１に力が加えられ得る。例えば、図１０の例においては、運動源１００１の作動により、ねじ付きロッド１００５が回転し、固定されたナット、すなわち自由に回転できないナットが、軸１００８に沿って運動源１００１に向かい線形力を受ける。同時に、運動源１００１は、固定されたナットに向かって「引っ張る」、軸１００８に沿った反力を受け得る。
【０１３６】
いくつかの従来のシステムは、運動源１００１が、予想される力に耐え、運動源１００１の実質的な動きを防止することができる実質的に剛性構造に取り付けられることを保証することにより、このような反力に対処してきた。
【０１３７】
対照的に、いくつかの実施形態では、直線運動システムは、代わりに、反力が少なくとも部分的にそのような力の大きさに比例して運動源１００１を動かす傾向になるように、運動源１００１を取り付け得る。図１０の例に示すように、例えば、運動源１００１は、ばねのような変形可能取り付け構造１００２を使用して取り付けられ、次に、剛性構造１００３に取り付けられる。いくつかの実施形態では、この変形可能取り付け構造は、その上に運動源１００１が取り付けられるブラケットまたは他の構造であり得て、このブラケットは上記反力の方向と平行な方向に自由に移動できる例えば、ブラケットの一部は剛性構造に取り付けられ得て、他部は、運動源１００１に取り付けられ得る。そのような手法では、力が運動源１００１に加えられると、ブラケットは、ブラケットのマウントの周りで剛性構造に対して曲がりうる。
【０１３８】
動作中、運動源１００１に対する反力は、運動源１００１を軸１００８に沿って動かせ、変形可能取り付け構造１００２を、加えられた力の量に比例して軸１００８に沿ってたわませ得る。
【０１３９】
例えば、ばねのような変形可能取り付け構造１００２は、軸１００８に沿ってフックのばね定数ｋを有するばね鋼のシートを含むか、またはそれから構成され得る。したがって、この軸１００８に沿って力Ｆを加えると、フックの法則の結果として、変形可能取り付け構造１００２が軸１００８に沿って、ほぼ間隔Ｆ／ｋだけたわみ得る。結果として、このたわみの量を測定することにより、モーションシステムによって加えられた力の量が示される。例えば、たわみの測定は、フックの法則、および／または、前記構造に対して加えられる力の量に関して、取り付け構造１００２のたわみを説明する適切な数学的またはヒューリスティックモデルを適用することにより、力の測定に変換され得る。
【０１４０】
変形可能取り付け構造１００２のたわみの量は、光学的、および／または、機械的測定手段を介してたわみを検出することなど、任意の適切な方法で測定し得る。次に、モーションシステムによって加えられる力の量は、この測定値に基づいて推定し得る。図１０の例において、変形可能取り付け構造１００２のたわみ量の測定値は、基準プレート１００７に取り付けられた１つ以上の非接触センサ１００６を介して取得可能である。非接触センサ１００６は、例えば、誘導性、および／または、容量性感知により、変形可能取り付け構造１００２の位置を測定し得る。
【０１４１】
さまざまな形態のセンサ１００６を使用し得る。１つの考慮事項は、必要な測定精度の程度であり、これは、予想されるたわみの量によって部分的に決定される。いくつかの実施形態では、本発明者らは、コンパクトサイズが主な関心事であることを発見し、従って、１Ｎ／μｍなどの比較的高いばね定数を有するばね状の取り付けを選択し、比較的短い距離にわたって比較的高精度の測定を必要とする。いくつかの実施形態で、本発明者らは、特にアルミニウムインダクタで形成された参照ターゲット１００４と組み合わせた場合に、誘導距離検知がそのような測定を提供し得ることを発見した。このような構成では、センサ１００６は、センサコイル１００６と参照ターゲット１００４との間の距離に対応するデジタル信号を生成するために、テキサスインスツルメンツによって販売されるＬＤＣ１６１２プロセッサなどのインダクタンス−デジタル変換器に接続された誘導コイルを含み得る。
【０１４２】
図１０の例において、いくつかの実施形態によれば、参照ターゲット１００４は、変形可能取り付け構造１００２に取り付けられ得る。参照ターゲット１００４は、変形可能取り付け構造１００２よりも非接触センサ１００６によって容易に感知される構造であり得る。
【０１４３】
図１０に関連して上記で説明した位置検出技術には、様々な用途が想定され得る。例えば、図１０の力センサは、軸１００８がビルドプラットフォームのＺ軸運動方向（例えば、ビルドプラットフォーム１０５に関しての図１Ａ〜図１Ｄに示す軸１０６）であるようにビルドプラットフォームに結合され得る。この構成により、ビルドプラットフォームに加えられている力を、上記の力センサを介して測定し得る。ビルドプラットフォームに加えられる力の測定は、ビルドプラットフォームの下の表面（例えば、容器）がビルドプラットフォームの下向きの動きに抵抗する程度、ビルドプラットフォームの上向きの動きが受ける抵抗（例えば、ビルドプラットフォーム、またはビルドプラットフォームに取り付けられたパーツが、容器などの表面に接着された結果として）の程度を測定することを含む、様々な有益な用途を有し得る。このような測定に基づいて、様々な較正およびエラーチェック作業を想定し得て、その例を以下に説明する。
【０１４４】
図１３は、いくつかの実施形態による、ビルドプラットフォームに加えられた力を測定する力センサによって行われる測定の例示的なシーケンスを示す。図１３の例において、グラフ１３００は、時間（横軸）に対して取られた力の測定値（縦軸）を示す。図示順で最初に、パーツの初期の層は、ビルドプラットフォーム上、またはビルドプラットフォームに付けられたパーツの以前形成された層の上に形成される（例えば、上述の図１Ａ〜図１Ｄの例のように）。続いて、ビルドプラットフォームがパーツを引き始め、それによってパーツが粘着している容器を引き始める。これにより、容器が最初にこの動きに抵抗するため、１３０５で力の測定値が増大する。この力は、パーツが容器から分離するまで１３１０で増加し、力は１３１５で急速に減少する。弾性コーティングを施した剛性容器や、底面として薄膜を有する容器を含む、さまざまな種類の容器がステレオリソグラフィで利用され得るなかで、力対時間の測定値の形は、様々な容器の材料によって大きく異なり得るが、いずれの場合も力測定にスパイク波形が観察されると予想される。その結果、容器のタイプに関係なく、力測定におけるスパイク波形（スパイク波形は、力測定における急激な増減）を特定することで、パーツが容器から分離する瞬間を特定し得る。あるいは、または、さらに、分離は、ゼロに近い範囲（例えば、範囲１３３０）内にある力の検出に基づき得る。
【０１４５】
いくつかの実施形態では、ビルドプラットフォームの一連の動作は、パーツが容器から分離することが検出された時に基づいて選択され得る。例えば、「スキッシュ」動作（別の層を形成する準備としてパーツが容器の近くに位置し、通常、パーツが固定位置に保持される（「スキッシュ待機」）期間で終了する一連の動作）は、容器からのパーツの分離が観察されるのにどれだけ長くかかるかに基づいて実行され得る。複数のプリベークされたスキッシュ動作は、記憶されるか、そうでなければプリンタによってアクセスされ得て、容器からのパーツの分離を開始してから前記分離の完了を検出するまでの時間の長さに基づいて、動作の１つが選択され、実行され得る。
【０１４６】
いくつかの実施形態では、積層造形デバイスにおけるワイパの様々な動作は、ビルドプラットフォームに加えられる力を測定する力センサによる測定値に基づいて適合され得る。例えば、パーツを容器から分離するために加えられる力は、容器内の液体の粘度または他の特性に依存し得る。結果として、ワイパはその力に基づいて作動され得て、これは液体の特定の特性に関係し得る。例えば、測定された力が、液体が再コーティングを促進する比較的高い粘性であることを示した場合、ワイパは、比較的長く作動し得る。ビルドプラットフォームに加えられた力を測定する力センサによる測定に基づいてワイパの動きを適応させる別の例として、容器に接触するパーツの表面積が増加するにつれて、粘着力の増加により測定される力も増加し得る。パーツが移動した後、液体が逆流するスペースが広くなるため、ワイパがない場合は、再コーティングの領域もより広く増加し得る。結果として、接触表面積が大きくなった場合、より広い再コーティングを実行するようにワイパは作動され得る。しかしながら、一般的に、ワイプ速度、ワイプ間の一時停止、ワイプサイクルの数、スキッシュ待機はすべて、力測定に基づいて適合され得る。
【０１４７】
図１４Ａおよび図１４Ｂは、いくつかの実施形態による、ビルドプラットフォームを使用する力感知の別の適用例を示す。図１４Ａの例において、ビルドプラットフォーム１４１０は、図１０に示す構成のような力センサーに結合される。ビルドプラットフォームは、装着されたプローブ１４１５を有し、これは、ビルドプラットフォームに接着、貼り付け、または他の方法で装着された任意の垂直に延在する形状を含み得る。場合によっては、プローブ１４１５は、典型的な印刷技術によりビルドプラットフォーム上に製造されたパーツであり得る。プローブ１４１５の高さは、既知の場合と、既知でない場合がある。
【０１４８】
図１４Ａおよび図１４Ｂの例において、露光モジュールの２つのローラ１４２１および１４２２（例えば、図１Ａ〜図１Ｄに示すステレオリソグラフィデバイス１００のローラ要素１１１）は、１つのローラがプローブ１４１５の下にあるように、ビルドプラットフォーム１４１０の下に配置される。ビルドプラットフォームに加えられた力を測定している間、ビルドプラットフォームをローラに向かって下げ得る。図１４Ｂに示すように、接触から生じる力がビルドプラットフォームによって測定される時に、ローラとビルドプラットフォームとの間の接触が確認され得る。プローブ１４１５の高さが既知である場合、ローラ１４２２の位置は、力が検出されたときのプローブの高さおよびビルドプラットフォームの位置に基づいて確定され得る。力の検出は、所与のしきい値を超える力を検出することを含む、多くの方法で実行し得る。プローブの高さを検出するもう１つの方法は、高さによる力の変化率を測定することである。ローラーに触れた後、高さによる力の変化率は、本質的に機械のばね定数によるものである。これにより、観測データをばね定数に適合させることにより、フックの法則により力がゼロになる意味の高さを利用して、ビルドプラットフォームがローラに接触した高さを特定できる。
【０１４９】
いくつかの実施形態では、プローブ１４１５の高さは既知でない場合があるが、ローラ１４２１と１４２２との間の高さの違い（「バイアス」）（図１４Ｂにおいて間隔１４３１として表記される）を決定するために使用することができる。バイアスを決定するために、プローブを各ローラー上に下げ、記録された力の測定値により接触が確認される位置に配置し得る。これにより、バイアス１４３１は、プローブの高さに依存しない、記録された垂直位置の差として決定することができる。
【０１５０】
ビルドプラットフォームに加えられる力の測定値を適用できるさらなる技術は、ビルドプラットフォームが正しく設置されているかどうかを検出することである。ビルドプラットフォームが単にない場合、Ｚ軸の移動中に経時的に測定される力は、重量が異なるため、ビルドプラットフォームが設置されている場合と比較して異なる。さらに、ビルドプラットフォームが設置されているが、正しく移動していない場合（例えば、動きが止まっていて、時間の経過とともに力の測定値にスパイク波形が発生する場合）、これはZ軸の力の測定値からも識別可能である。
【０１５１】
いくつかの実施形態では、その表面に材料を有するビルドプラットフォームで印刷を開始するユーザが、ビルドプラットフォームの重量の増加により力測定から検出され得る。このような検出は、加えられた力、および／または、鋭いエッジとの相互作用によってフィルムが損傷する傾向ゆえに、容器が薄膜を含む場合に特に有益であり得る。ステレオリソグラフィデバイスは、デバイスの損傷を引き起こす可能性のある問題が検出された場合、および/または、印刷の品質の低下が予想される場合に、ユーザにフィードバックを提供し得る。
【０１５２】
図１２は、いくつかの実施形態による、本発明の態様を実施するに適したシステムのブロック図である。上記の説明は、主にステレオリソグラフィデバイス、および、そのコンポーネントに関するものであるが、このようなデバイスは、適切なコンピュータシステムによってプログラム、および／または、制御され得ることを理解されたい。
【０１５３】
システム１２００は、上記のような動作を実行するために、積層造形デバイスを制御するための命令を生成するに適したシステムを示す。例えば、１つ以上の光源を操作するための命令（図１１に関連して説明したように光源をオンおよびオフにすることを含む）、このような光源に関連する光方向付けコンポーネント（例えば、ミラー検流計などのコンピュータ調整可能ミラー）、センサ、フィルム表面の下の露光源の移動、ビルドプラットフォームの移動、ビルドプラットフォームの位置の感知、および／または、フィルムシステムの張力の調整、が生成され得る。
【０１５４】
いくつかの実施形態によれば、コンピュータシステム１２１０は、それぞれがオブジェクトのセクションを含み得る２次元の層を生成するソフトウェアを実行し得る。次に、この層データから命令を生成して、積層造形デバイス１２２０などの積層造形デバイスに提供し得て、装置によって実行されると、層を製造し、それによってオブジェクトを製造する。このような命令は、任意の適切な有線、および／または、無線通信接続を含み得るリンク１２１５を介して通信され得る。いくつかの実施形態では、１つのハウジングが、コンピュータデバイス１２１０および積層造形デバイス１２２０を収容し、リンク１２１５がシステム１２００のハウジング内の２つのモジュールを接続する内部リンクである。
【０１５５】
上述した任意の技術を実行するために使用し得るコンピュータシステム１５００の例示的な実装を、図１５に示す。コンピュータシステム１５００は、１つ以上のプロセッサ１５１０および１つ以上の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体（例えば、メモリ１５２０および１つ以上の不揮発性記憶媒体１５３０）を含み得る。本明細書に記載の本発明の態様は、この点に関して限定されないので、プロセッサ１５１０は、任意の適切な方法で、メモリ１５２０および不揮発性記憶装置１５３０へのデータの書き込み、および、データの読み取りを制御し得る。本明細書に記載の機能、および／または、技術を実行するために、プロセッサ１５１０が実行するための命令を記憶する非一時的コンピュータ可読記憶媒体として機能し得る、１つ以上のコンピュータ可読記憶媒体（例えば、メモリ１５２０、記憶媒体など）に格納された１つ以上の命令を、プロセッサ１５１０が実行し得る。
【０１５６】
本明細書に記載の技術に関連して、例えば、実行時には、積層造形デバイスに、１つ以上の光源（図１１に関連して説明したように光源をオンおよびオフにすることを含む）、このような光源に関連する光方向付けコンポーネント（例えば、ミラー検流計などのコンピュータ調整可能ミラー）、センサを操作させ、フィルム表面の下の露光源を移動させ、ビルドプラットフォームに加えられた力を測定させ、ビルドプラットフォームを移動させ、ビルドプラットフォームの位置を感知させ、および／または、フィルムシステムの張力を調整させるための命令を生成するために使用されるコードが、コンピュータシステム１５００の１つ以上のコンピュータ可読記憶媒体に記憶され得る。プロセッサ１５１０は、そのようなコードを実行して、本明細書に記載されている任意の上記の技術を実行し得る。本明細書に記載されている他のソフトウェア、プログラム、または命令もまた、コンピュータシステム１５００によって格納および実行され得る。コンピュータコードは、本明細書に記載の方法、および、技術の任意の態様に適用できることを理解されたい。例えば、コンピュータコードを適用して、オペレーティングシステムと相互作用し、従来のオペレーティングシステムプロセスを介して積層造形デバイスに命令を送信し得る。
【０１５７】
本明細書で概説される様々な方法またはプロセスは、様々なオペレーティングシステム、または、プラットフォームのいずれか１つを使用する、１つ以上のプロセッサ上で実行可能なソフトウェアとしてコード化され得る。さらに、このようなソフトウェアは、多数の適切なプログラミング言語、および／または、プログラミングまたはスクリプトツールの任意のものを使用して記述され得て、また、仮想マシンまたは適切なフレームワーク上で実行される実行可能な機械原語コードまたは中間コードとしてコンパイルされ得る。
【０１５８】
この点において、様々な本発明の概念は、少なくとも１つの非一時的なコンピュータ可読記憶媒体（例えば、コンピュータメモリ、１つ以上のフロッピーディスク、コンパクトディスク、光ディスク、磁気テープ、フラッシュメモリ、フィールドプログラマブルゲートアレイまたは他の半導体デバイスにおける回路構成など）として具体化され得て、１つ以上のプログラムがエンコードされ、１つ以上のコンピュータまたは他のプロセッサ上で実行されると、本発明の様々な実施形態を実施し得る。非一時的なコンピュータ可読媒体は、可搬性であり得て、そこに格納されるプログラムは、上で論じたような本発明の様々な態様を実施するために、任意のコンピュータリソースにロードされ得る。
【０１５９】
「プログラム」、「ソフトウェア」、および／または、「アプリケーション」という用語は、本明細書では、一般的な意味で使用され、コンピュータまたは他のプロセッサをプログラムし、上で論じたような実施形態の様々な態様を実施するために使用できる、任意のタイプのコンピュータコード、または、コンピュータ実行可能命令のセットを指す。さらに、一態様によれば、実行されたときに本発明の方法を実行する１つ以上のコンピュータプログラムは、単一のコンピュータまたはプロセッサ上に存在する必要はなく、異なるコンピュータまたはプロセッサ間で、モジュール方式で分散され、本発明の様々な態様を実施し得ることを理解されたい。
【０１６０】
コンピュータ実行可能命令は、1つ以上のコンピュータ、または、他のデバイスによって実行されるプログラムモジュールなどの多くの形式であり得る。一般的に、プログラムモジュールには、特定のタスクを実行したり、特定の抽象データ型を実装したりする、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などが含まれる。一般的に、プログラムモジュールの機能は、様々な実施形態において所望されるように、組み合わされ、または分散され得る。
【０１６１】
また、データ構造は、任意の適切な形式で、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体に記憶され得る。データ構造には、データ構造内の場所によって関連付けられたフィールドが含まれ得る。このような関係は、同様に、フィールド間の関係を伝達する非一時的なコンピュータ可読媒体内の場所を有するフィールドに、ストレージを割り当てることによって達成し得る。ただし、任意の適切なメカニズムを使用して、データ要素間の関係を確立するポインタ、タグ、または他のメカニズムの使用を介すること含み、データ構造のフィールド内の情報間の関係を確立し得る。
【０１６２】
このように、本発明の少なくとも１つの実施形態のいくつかの態様を説明したので、様々な変更、修正、および改善が当業者に容易に思いつくことを理解されたい。
【０１６３】
例えば、積層造形デバイス内の様々なモジュールは、特定の積層造形技術（すなわち、ステレオリソグラフィ）を備えたモジュールの特定の組み合わせを参照して説明して来た。しかしながら、これらのモジュールのいくつかは、他のタイプの積層造形デバイスにも適用できることを理解されたい。例えば、図１Ａ〜図１Ｄに示す露光モジュール１０９、または、図２Ａに示す露光モジュール２０９は、材料を溶融または固化する選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）デバイスに配備し得る。
【０１６４】
そのような変更、修正、および改善は、本開示の一部であることを意図しており、本発明の精神および範囲内にあることを意図している。さらに、本発明の利点が示されているが、本明細書に記載されている技術のすべての実施形態が、記載されているすべての利点を含むわけではないことを理解されたい。いくつかの実施形態は、本明細書で有利であると説明した機能を実装しない場合があり、場合によっては、１つ以上の説明した機能を実装して、さらなる実施形態を達成し得る。従って、前述の説明および図面は、単なる例にすぎない。
【０１６５】
本明細書記載の技術の上述の実施形態は、多くの方法のいずれかで実施可能である。例えば、実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせを使用して実装し得る。ソフトウェアに実装される場合、ソフトウェアコードは、単一のコンピュータで提供されるか、複数のコンピュータに分散されるかにかかわらず、任意の適切なプロセッサ、または、プロセッサの集合で実行可能である。このようなプロセッサは、ＣＰＵチップ、ＧＰＵチップ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、またはコプロセッサなどの名前で、当技術分野で知られている市販の集積回路コンポーネントを含む、集積回路コンポーネント内に１つ以上のプロセッサを備えた集積回路として実装され得る。あるいは、プロセッサは、ＡＳＩＣなどのカスタム回路、または、プログラマブルロジックデバイスを構成することから生じるセミカスタム回路に実装され得る。さらに別の代替案として、プロセッサは、市販されているか、セミオーダーであるか、オーダー品であるかにかかわらず、より大きな回路または半導体デバイスの一部であり得る。特定の例として、いくつかの市販のマイクロプロセッサは、それらのコアの１つ、または、サブセットがプロセッサを構成し得るように、複数のコアを有する。ただし、プロセッサは、任意の適切な形式の回路を使用して実装され得る。
【０１６６】
上述の技術は、コンピュータ可読記憶媒体（または、複数のコンピュータ可読媒体）（例えば、コンピュータメモリ、１つ以上のフロッピーディスク、コンパクトディスク（ＣＤ）、光ディスク、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、磁気テープ、フラッシュメモリ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、または、他の半導体デバイスにおける回路構成、または、他の有形のコンピュータ記憶媒体）として具体化され得て、１つ以上のプログラムでエンコードされ、１つ以上のコンピュータまたは他のプロセッサ上で実行されると、上述の本発明の様々な実施形態を実施する方法を実行し得る。前述の例から明らかなように、コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータ実行可能命令を非一時的な形式で提供するのに十分な時間情報を保持し得る。このようなコンピュータ可読記憶媒体は、可搬性であり、そこに格納されるプログラムは、上で論じたような本発明の様々な態様を実施するために、１つ以上の様々なコンピュータ、または、プロセッサにロードされることができる。本明細書で使用される場合、「コンピュータ可読記憶媒体」という用語は、製造業者（すなわち、製造品）または機械と見なすことができる、非一時的なコンピュータ可読媒体のみを包含する。あるいは、または、さらに、本発明は、伝搬信号などの、コンピュータ可読記憶媒体以外のコンピュータ可読媒体として具体化され得る。
【０１６７】
本発明の様々な態様は、単独で、組み合わせて、または前述の実施形態で具体的に論じられていない様々な構成で使用し得て、したがって、その適用において、前述の説明または図面に定める要素の詳細および配置に限定されない。例えば、一実施形態に記載されている態様は、他の実施形態に記載されている態様と任意の方法で組み合わせ得る。
【０１６８】
また、本発明は方法として具体化し得る。方法の一部として実行される行為は、任意の適切な方法で処理し得る。したがって、例示的な実施形態では連続的な行為として示されていたとしても、いくつかの行為を同時に実行することを含み得る、説明とは異なる順序で行為が実行される実施形態を構築し得る。
【０１６９】
さらに、「ユーザ」によって実行されると、説明されている行為もある。「ユーザ」は単一の個人である必要はなく、いくつかの実施形態では、「ユーザ」に起因する行為は、個人のチーム、および／または、コンピュータ支援ツールまたは他のメカニズムと組み合わせた個人によって、実行され得ることを理解されたい。
【０１７０】
請求項における請求要素を修飾する「第１の」、「第２の」、「第３の」などの序数用語の使用は、それ自体では、別の請求要素に対する１つの請求要素の優先権、優先順位、または順序、または、方法の動作が実行される一時的な順序を意味するものではなく、請求要素を区別するために、特定の名前を持つ1つの請求要素を（序数用語の使用がなければ）同じ名前を持つ別の要素から区別するためのラベルとしてのみ使用される。
【０１７１】
「ほぼ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」および「約（ａｂｏｕｔ）」という用語は、いくつかの実施形態では目標値の±２０％以内、いくつかの実施形態では目標値の±１０％以内、いくつかの実施形態では目標値の±５％以内、さらに、いくつかの実施形態では、目標値の±２％以内であることを意味するために使用され得る。「ほぼ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」および「約（ａｂｏｕｔ）」という用語は、目標値を含み得る。「実質的に等しい」という用語は、いくつかの実施形態では互いの２０％以内、いくつかの実施形態では互いの１０％以内、いくつかの実施形態では互いの５％以内、さらに、いくつかの実施形態では、互いの２％以内の値を指すために使用され得る。
【０１７２】
また、本明細書で使用される語法および用語は、説明を目的とするものであり、限定的なものと見なされるべきではない。本明細書における「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、または、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「関与する（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」、およびそれらの変形の使用は、その後に記載される項目およびその同等物、ならびに追加の項目を包含することを意味する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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