(57)【要約】  ３次元オブジェクトを提供するための付加製造装置、および３次元オブジェクト５の付加製造のための方法。露光ユニット１１が、形成中のオブジェクト５上にスラリーの層を硬化するように構成され、基板２が、スラリー４の所定量を受け取り、露光ユニット１１に関連した露光位置にスラリー４の所定量を配置するように構成される。基板２は基板２の表面上にスラリー反撥層３を含む。形成中のオブジェクト５を保持するためのオブジェクト保持部が提供され、オブジェクト保持部は、次の付加製造ステップのための層の所望の厚さが到達されるまで、基板２の方へ、形成中のオブジェクト５をスラリー４の所定量中にプレスしていくように構成される。
2018520028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元オブジェクト（５）の付加製造のための方法であって、
反復的に、基板（２）上の層としてスラリー（４）の所定量を提供することと形成中の前記オブジェクト（５）上に前記層を硬化することとによって、前記オブジェクト（５）を製造することを含み、
スラリー反撥層（３）が前記基板（２）の表面上に提供され、
前記方法が、次の付加製造ステップのための前記層の所望の厚さが到達されるまで、形成中の前記オブジェクト（５）をスラリー（４）の前記所定量中にプレスしていくことと、形成中の前記オブジェクトをスラリー（４）の前記所定量中へプレスする間にスラリー（４）の前記所定量を撹拌することとをさらに含む、
方法。
【請求項２】
前記スラリー反撥層（３）がポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
撹拌することが例えば振動による間接的な撹拌を含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記層の前記所望の厚さが１０μｍ未満、例えば５μｍである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記スラリー（４）が高度に粘性である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記スラリー（４）が金属粒子、または金属粒子の前駆体を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
形成中の前記オブジェクト（５）の断面表面が１ｃｍ２超、例えば１０ｃｍ２超である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
３次元オブジェクトを提供するための付加製造装置であって、
形成中のオブジェクト（５）上にスラリーの層を硬化するように構成された露光ユニット（１１）と、
スラリー（４）の所定量を受け取り、前記露光ユニット（１１）に関連した露光位置にスラリー（４）の前記所定量を配置するように構成された基板（２）であって、前記基板（２）の表面上にスラリー反撥層（３）を含む基板（２）と、
形成中の前記オブジェクト（５）を保持するためのオブジェクト保持部であって、次の付加製造ステップのための前記層の所望の厚さが到達されるまで、前記基板（２）の方へ、形成中の前記オブジェクト（５）をスラリー（４）の前記所定量中にプレスしていくように構成されるオブジェクト保持部と、
スラリー（４）の前記所定量を撹拌するように構成された撹拌機システム（１２）と、
を含む、付加製造装置。
【請求項９】
前記スラリー反撥層（３）がポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含む、請求項８に記載の付加製造装置。
【請求項１０】
前記撹拌機システム（１２）が振動部材を含む、請求項８または９に記載の付加製造装置。
【請求項１１】
前記撹拌機システム（１２）が樹脂粘度低減デバイスを含む、請求項８または９に記載の付加製造装置。
【請求項１２】
前記樹脂粘度低減デバイス（１２）が表面加熱デバイスを含む、請求項１１に記載の付加製造装置。
【請求項１３】
前記表面加熱デバイスが加熱空気ブロワーを含む、請求項１２に記載の付加製造装置。
【請求項１４】
前記樹脂粘度低減デバイス（１２）が超音波デバイスを含む、請求項１２に記載の付加製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は３次元オブジェクトの付加製造のための方法に関し、反復的に、基板上の層としてスラリーの所定量を提供することと、形成中のオブジェクト上に層を硬化することとによってオブジェクトを製造することを含む。さらなる態様において、本発明は３次元オブジェクトを提供するための付加製造装置に関し、形成中のオブジェクト上にスラリーの層を硬化するように構成された露光ユニット、スラリーの所定量を受け取り、露光ユニットに関連した露光位置にスラリーの所定量を配置するように構成された基板を含む。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、イメージプレートからの部品剥離の点で改善を有する付加製造装置を開示している。硬化抑制層がイメージプレートの上面表面上に提供され、この層は例えばポリジメチルシロキサンＰＤＭＳから作られている。
【０００３】
特許文献２は、形成中のオブジェクト（「ビルド」）が光反応性物質中に沈められる種類の付加製造装置を開示している。光への露光を用いて物質を固化するための光透過性部材が提供されている。１つの実施形態において、光透過性部材は透明な円筒形状の構成要素であり、これは形成中のオブジェクト上を「ローラー動作」し得る（図１および２はそれぞれ装置のｙ平面およびｘ平面断面図である）。
【０００４】
特許文献３は、バインダーと光重合開始剤とフィラーとを有するスラリーの使用を開示しており、これは歯科エレメントの付加製造に用いられる。開示されている付加製造装置は、形成中のオブジェクトがスラリー中に沈められる種類である。
【０００５】
特許文献４は、オブジェクトを積層的に構築するために光重合可能な材料を処理するためのデバイスを開示している。ある実施形態においては、デバイスは、回動可能に配されたバット、オブジェクトを構築するためにバットの上方に配されたビルドプラットホーム、光重合可能な材料をバットの底にフィードするためのフィードデバイス、光変調器、およびさらなる露光ユニットをそれぞれビルドプラットホームの上方および下方に含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／２９２８６３号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１４／００６３９９号
【特許文献３】欧州特許公開ＥＰ−Ａ−２１５１２１４
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１１／０３０９５５４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、特に、スラリー組成物（それゆえに、最終的な３次元オブジェクト）によるスラリーの薄層が用いられることを必要とするときに、付加製造のための改善された方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に従って、上で定義されているプリアンブルに従う方法が提供され、スラリー反撥層が基板の表面上に提供され、方法は、次の付加製造ステップのための層の所望の厚さが到達されるまで、形成中のオブジェクトをスラリーの所定量中にプレスしていくことと、形成中のオブジェクトをスラリーの所定量中にプレスしていく間にスラリーの所定量を撹拌することとをさらに含む。スラリー反撥層は、スラリーの撹拌との組み合わせで、スラリーがそれまでに形成されたオブジェクトによってより容易に押しやられ得る効果を有し、より少ない力を必要とし、オブジェクトの既に形成された層の損害の可能性を低下させる。特に、露光されるべきスラリーの薄層が必要とされるとき（例えば、より透明でないスラリー組成物を用いるとき）、または高度に粘性のスラリー組成物が用いられるときには、これは高品質３次元オブジェクトを提供することに非常に有利であり得る。
【０００９】
本発明のさらなる態様においては、上で定義されている付加製造装置が提供され、基板は、基板の表面上のスラリー反撥層と、形成中のオブジェクトを保持するためのオブジェクト保持部であって、次の付加製造ステップのための層の所望の厚さが到達されるまで、基板の方へ、形成中のオブジェクトをスラリーの所定量中にプレスしていくように構成されるオブジェクト保持部と、スラリーの所定量を撹拌するように構成された撹拌機システムとを含む。再び、特に、３次元オブジェクトの製造の間に薄層が必要とされるとき、および／または高度に粘性のスラリー組成物が用いられるときには、オブジェクト保持部によって行使される必要のある力が低下され、より信頼できる強健な付加製造装置をもたらす。
【００１０】
添付の請求項に記載され、下の例示的な実施形態の記載において説明されるさらなる可能な特徴が、別個にまたは組み合わせで、本発明の方法および装置に付加されることが可能である。
【００１１】
本発明は、付属の図面を参照して、いくつかの例示的な実施形態を用いて下でより詳細に論じられる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、付加製造を用いて製造されている３次元オブジェクトの断面図を示している。
【図２】図２は、本発明のある実施形態に従う付加製造装置のさらなる構成要素を包含する図１の断面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、例えばスラリーの形態の硬化性材料の層の露光を用いて、３次元オブジェクトを積層的に作るための付加製造技術に特に適用可能である。そして、爾後に、形成されて行くオブジェクトを、スラリーの新たな生の層と接触して配置することと、その新たな層を露光／硬化することとによって、オブジェクトが積層的に作り出される。
【００１４】
具体的な適用では、スラリーは硬化性樹脂と、露光放射（例えば、デジタル光プロセッサ（ＤＬＰ）から発する）を吸収性ではない高品質酸化物セラミックスとを含み得、その結果として、層全体が露光され、それゆえに形成中のオブジェクト上に硬化させられ得る。
【００１５】
露光に用いられる放射を（多かれ少なかれ）吸収性である他の材料がスラリー中に用いられるときには、用いられる露光放射の透過深さおよび効率が削減されるので、付加製造は難しくなる。そして、積層的な付加製造のこの種類は、非常に薄層の感光性スラリーが用いられる場合にのみ奏功し得る。
【００１６】
そしてまた遭遇される問題は、用いられることが望ましいスラリーが通常は高度に粘性であるということである。形成されて行くオブジェクト（形成された最新の層）をスラリーの新たな層と接触させ、その層の厚さの正しい量で層全体の硬化（つまり、完全な硬化）を許すために、形成されて行くオブジェクトは、粘性のスラリー中に力によってプレスされていかなければならない。そして作り出された力があまりに大きいときには、形成されて行くオブジェクトは損傷され得るか、またはスラリーの層の所望の（薄い）厚さは到達され得ない。
【００１７】
図１は、付加製造（形成中のオブジェクト５中の複数の横線によって示されている）を用いて３次元オブジェクト５を作るときに用いられる主要な構成要素の断面図を示している。スラリー４の所定量を保持するための基板２が提供されており、本実施形態においては別個のスラリー反撥層３を有する。形成中のオブジェクト５のそれぞれの層について、所定の層厚さが達成されるまで、オブジェクトは基板２の方へ、スラリー４中に降ろされていく。その後に、スラリー４の層が放射に露光されて、形成中のオブジェクト上にスラリー４を硬化する。
【００１８】
それゆえに、本発明の第１の実施形態に従って、３次元オブジェクト５の付加製造のための方法が提供され、反復的に、基板２上の層としてスラリー４の所定量を提供することと、形成中のオブジェクト５上に層を硬化することとによってオブジェクト５を製造することを含む。基板２は例えば透明または半透明であって、好適な放射線量への、基板２上のスラリー４の新たに形成された層の露光を許す。スラリー反撥層３が基板２の表面上に提供される。方法は、次の付加製造ステップのための層の所望の厚さが到達されるまで、形成中のオブジェクト５をスラリー４の所定量中にプレスしていくことをさらに含む。スラリー反撥層３が原因で、形成中のオブジェクト５をスラリー４の生の層に押し込むときには、（基板の方への）大きい下方向の力が行使されることは必要とされない。基板２の上面に反撥層３を用いることは、その側において境界層（そこでは、スラリーの動きは理論的にはゼロであろう）がもはや存在しないということを意味し、スラリー４のその量があまり労力なしに押しやられることを許す。これは、基板２または形成中のオブジェクト５（の直前に形成された層）どちらか（または用いられる装置の他の部品）の損傷などの可能性がより少なくなる。
【００１９】
具体的な実施形態において、スラリー反撥層はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含み、これは別個の層として基板２に付加することが容易である。スラリー反撥層３は、基板２の上側部品または基板２の物理的もしくは化学的構造としてもまた形成され得る。スラリー反撥層のための代替的な材料は例えばペルフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）およびフッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）である。より一般的に言うと、スラリー反撥層３は、スラリー４が容易に押しのけられることを許すために、基板２の単なる表面と比較してより低い表面張力を提供する。
【００２０】
さらなる実施形態において、方法は、形成中のオブジェクト５をスラリー４の所定量中へプレスする間に、スラリー４の所定量を撹拌することをさらに含む。この撹拌は、粘度などのスラリーの特性に影響し、形成中のオブジェクト５をスラリー４中にプレスしていくことをより容易にすることに有利であり得る。スラリーの生の層との形成中のオブジェクト５との直前の層の接触もまた改善される。
【００２１】
さらなる実施形態において、撹拌は例えば（超音波）振動による間接的な撹拌を含む。これは、超音波トランスデューサなどの難なく入手可能である構成要素を用いて費用効果的な様式で実装され得る。
【００２２】
露光のすぐ前のスラリー４の層の所望の厚さは１０μｍ未満、例えば５μｍである。これは、露光の間に放射を反射または拡散させる粒子（例えば金属粒子）を有するスラリー４が用いられるときでさえも、放射（例えば光）にスラリー４の層全体を透過させることを許し、新たな層の深さ全体の適切で十分な硬化を許す。普通は、２つの表面（形成中のオブジェクト５の底および基板２の上面）の間にスラリー４のかかる薄層を作り出すことは、スラリーを絞り出すための大きい力を要求するであろう。本発明の実施形態（反撥層３を用いる）によってこれは可能になり、スラリー４の所定量の撹拌を用いるときにはさらにいっそう向上し得る。
【００２３】
本発明の実施形態は、高度に粘性のスラリー、例えば粒子、例えば金属粒子の高添加量との硬化性樹脂の混合物を用いるときに特に有利である。それゆえに、さらなる実施形態において、スラリー４は高度に粘性であり、例えば２０〜５００ポアズの範囲の粘度を有する。
【００２４】
さらなる実施形態において、スラリー４は金属粒子、または金属粒子の前駆体を含む。例は例えばタングステンまたはチタン粒子であるが、水素化金属または有機金属化合物などだがこれに限定されない金属の前駆体もまた用いられ得る。
【００２５】
さらなる実施形態において、形成中のオブジェクト５の断面表面は１ｃｍ２超、例えば１０ｃｍ２超である。かかる寸法は、スラリー４の層の所望の厚さを得るために比較的多くのスラリー４が押しのけられることを必要とすることを意味するが、これは本発明の実施形態を用いて可能である。
【００２６】
図２は、本発明のさらなる態様に従って３次元オブジェクトを提供するための付加製造装置のさらなる構成要素を有する、図１の断面図を示している。装置は、形成中のオブジェクト５上にスラリー４の層を硬化するように構成された露光ユニット１１を含む。基板２が、スラリー４の所定量を受け取り、露光ユニット１１に関連した露光位置にスラリー４の所定量を配置するように構成される。基板２は、基板２の表面上にスラリー反撥層３を含む。形成中のオブジェクト５を保持するためのオブジェクト保持部が提供され、オブジェクト保持部は、次の付加製造ステップのための層の所望の厚さが到達されるまで、基板２の方へ、形成中のオブジェクト５をスラリー４の所定量中にプレスしていくように構成される。上に記載されている実施形態のように、スラリー反撥層３はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含む。上で論じられているように、スラリー反撥層３は、それぞれの付加製造ステップについてスラリー４の非常に薄層を有することを許す。
【００２７】
さらにその上に、付加製造装置は、例えば形成中のオブジェクト５をスラリー４中にプレスしていきながら同時に、（新たに堆積した）スラリー４の所定量を撹拌するように構成された撹拌機システム１２をさらに含み得る。ある実施形態においては、撹拌機システム１２は、振動部材、例えば超音波トランスデューサを含み得る。振動部材はスラリー４の層と直接的に接触し得るか、または例えば基板２もしくは装置の他の中間オブジェクト（例えば、例えば基板２が箔基板として実装されるときに基板２を保持する支持プレート）を介する間接的な接触を用いて実装され得る。
【００２８】
撹拌機システム１２は、形成中のオブジェクト５上にスラリーの層を硬化するように構成された露光ユニット１１と、スラリー４の所定量を受け取り、露光ユニット１１に関連した露光位置にスラリー４の所定量を配置するように構成された基板２と、形成中のオブジェクト５を保持するためのオブジェクト保持部とを含むより一般的な付加製造装置にもまた提供され得る。撹拌機システム１２は、３次元オブジェクトの製造プロセスの他の段階においてもまた、例えば樹脂層を硬化させた後の中間３次元オブジェクト５を持ち上げることを容易化するために用いられ得る。
【００２９】
有利な実施形態においては、基板２を支持する支持プレートが提供され、撹拌機システム１２（または樹脂粘度低減ユニット１２）を含み、これは、硬化プロセスを最適化するために硬化性樹脂４の層が所定の粘度を獲得することを許す。例えば、オブジェクト５の断面スライスを製造するためには、（中間）オブジェクト５を保持するステージが（箔）基板２の方へ下げられ、最も最近に硬化した樹脂層がスラリー４の新たに供給された層中にプレスされていく。これは、スラリー４の新たに供給された層が形成中のオブジェクト５の下側において所望の厚さを獲得することと、オブジェクト５と箔基板２（スラリー反撥層３を包含する）との間の未硬化の樹脂が均一に分配されることとを保証する。さらにその上に、オブジェクト５と箔基板２との間の硬化性樹脂（スラリー４）の粘度を変化させることは、オブジェクト５をスラリー層４中にプレスしていくために適用されなければならない圧縮力を最小化し、箔基板２に対するステージおよびオブジェクト５のより正確な配置を許す。
【００３０】
スラリー４の層の粘度をコントロールすることは、いくつかのやり方で成し遂げられ得る。例えば、ある実施形態において、樹脂粘度低減ユニット１２は表面加熱デバイスを含む。表面加熱デバイスは、支持プレートと、結果として箔基板２およびその上に配されたスラリー４の層とを加熱するように構成される。結果的に、スラリー４の層の粘度は、オブジェクト５がその下方の樹脂中に下げられていくときのステージの圧縮力が低減されるように下げられ得る。加えて、樹脂の粘度が低減されると、オブジェクト５と箔基板２との間のスラリー４の層は、より均一で一様な様式で流動する。
【００３１】
さらなる実施形態において、表面加熱デバイスは加熱空気ブロワーを含む。加熱空気ブロワーは基板２が下および／または上から加熱されることを許す。加熱空気ブロワーは急速な加熱を提供し、加熱空気流を許し、付加製造デバイス１を取り巻く雰囲気条件に従って、加熱空気流の温度および流動方向は容易にオブジェクト５に適合させられ得る。
【００３２】
いっそうのさらなる実施形態においては、支持プレート（および／またはステージ）に高周波数振動をかけることによってスラリー４の層の粘度が改変され得る、例えば下げられ得るように、樹脂粘度低減ユニット１２は超音波デバイスを含む。すなわち、超音波デバイスは直接的に支持プレート（および／またはステージ）に接続されて、スラリー４の層の粘度の所望の変化を達成するように、スラリー４の層に直接的に高い振動周波数をかけ得る。代替的な実施形態においては、樹脂粘度低減ユニット１２は、支持プレート（および／またはステージ９）を振動させるための振動アクチュエータ、例えば高周波数ピエゾアクチュエータを含む。樹脂粘度低減ユニット１２の上の実施形態は、樹脂内のせん断速度が増大するときに低減された粘度を見せる非ニュートン性の硬化性樹脂のケースにおいて有利である。これは多くの場合にポリマー系樹脂に当てはまる。
【００３３】
さらにその上に、図２に示されている実施形態に示されているように、コントロールユニット１０が露光ユニット１１および撹拌機システム１２と接触して提供され得る。コントロールユニット１０は、付加製造プロセスの間に形成中のオブジェクト５を好適な位置に動かすためにオブジェクト保持部ともまた連絡し得る。
【００３４】
本発明の実施形態が、図面に示されているいくつかの例示的な実施形態を参照して上に記載された。一部の部分または要素の改変および代替的な実装が可能であり、添付の請求項に定義される保護の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００３５】
２    基板
３    スラリー反撥層
４    スラリー
５    ３次元オブジェクト
１０  コントロールユニット
１１  露光ユニット
１２  樹脂粘度低減ユニットまたは撹拌機システム
【図１】
2018520028.tif 000003
【図２】
2018520028.tif 000004
【国際調査報告】
2018520028.tif 000005
2018520028.tif 000006
2018520028.tif 000007