(57)【要約】      （修正有）【課題】耐久性のある物体の迅速な造形方法の提供。【解決手段】３次元物体プリンタは、構造を形成した後に構造に１つ以上の物体を埋め込むためにステレオリソグラフィを使用する。プリンタは、液体フォトポリマと埋め込まれた物体の外面との間に形成されたメニスカスに対して液体フォトポリマと埋め込まれた物体の外面との間の界面において液体フォトポリマの一部を硬化させるために紫外線（ＵＶ）放射源を動作させるコントローラを含む。埋め込まれた物体の組み込みは、最終的な物体の形成を高速化し、最終的な物体の耐久性を向上させる。【選択図】図３
2017094725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステレオリソグラフィを使用して液体フォトポリマから３次元構造を形成する積層造形方法であって、
前記液体フォトポリマを含むタンク内でプラットフォームを移動させるように少なくとも１つのアクチュエータをコントローラによって動作させることと、
前記コントローラが前記３次元構造の層を形成するために紫外線（ＵＶ）放射線を放射して前記液体フォトポリマの一部を硬化させるように前記ＵＶ放射源を動作させるのにともない、前記ＵＶ放射源を移動させるように前記ＵＶ放射源に動作可能に接続された前記少なくとも１つのアクチュエータを前記コントローラによって動作させることであって、前記コントローラが層の画像データに対して前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させることと、
所定の深さで前記液体フォトポリマ内に前記形成された層を浸漬するために前記タンク内に前記プラットフォームを下降させるように前記少なくとも１つのアクチュエータを前記コントローラによって動作させることと、
前記３次元物体の次層を形成し且つ物体の断面の一部に対応する前記次層の未硬化部分を残すためにＵＶ放射を放射して前記液体フォトポリマの一部を硬化させるように前記コントローラが前記ＵＶ放射源を動作させるのにともない、前記ＵＶ放射源を移動させるように前記少なくとも１つのアクチュエータを前記コントローラによって動作させることであって、前記コントローラが前記次層の画像データに対して前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させることと、
前記次層の前記未硬化部分内に前記物体を配置するように前記少なくとも１つのアクチュエータを前記コントローラによって動作させることであって、前記物体が前記液体フォトポリマから延びる露出領域を有することと、
前記液体フォトポリマが前記物体の外面において前記物体を囲むのを可能とするように前記液体フォトポリマの前記タンク内にさらに前記プラットフォームを下降させるように第１のアクチュエータを前記コントローラによって動作させることと、
前記物体の前記外面を囲む前記液体フォトポリマと前記物体の前記外面との界面に形成されるメニスカスを前記コントローラによって識別することと、
前記周囲の液体フォトポリマの一部を硬化させて前記周囲の液体フォトポリマの硬化部分を前記物体及び前記３次元構造の外面に対して結合するように前記コントローラが前記識別されたメニスカスに対して前記ＵＶ放射源を動作させるのにともない、前記ＵＶ放射源を移動させるように前記少なくとも１つのアクチュエータを前記コントローラによって動作させることと
を備える、方法。
【請求項２】
前記メニスカスの識別が、
前記ＵＶ放射源を動作させて前記液体フォトポリマの層の一部を硬化させるために使用される画像データを前記コントローラによって分析すること
をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記メニスカスプロファイルの識別が、
前記メニスカスの画像データ及び前記周囲の液体フォトポリマを光学センサによって生成することと、
前記メニスカスの前記生成された画像データを前記コントローラによって分析することと
をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記メニスカスを識別する前に前記物体を回転させるように前記少なくとも１つのアクチュエータを前記コントローラによって動作させること
をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ステレオリソグラフィを使用して液体フォトポリマから３次元構造を形成するシステムであって、
所定量の前記液体フォトポリマを含むタンクと、
前記タンク内で移動するように構成されたプラットフォームと、
紫外線（ＵＶ）放射にさらされる前記液体フォトポリマの一部を硬化させるためにＵＶ放射を放射するように構成されたＵＶ放射源と、
前記液体フォトポリマの次層の未硬化部分内に配置されるように構成され、前記液体フォトポリマから延びる露出領域を有する物体と、
メカニカルアームと、
前記液体フォトポリマを含む前記タンク内のプラットフォーム、前記ＵＶ放射源及び前記メカニカルアームに動作可能に接続され、前記液体フォトポリマの前記次層の未硬化部分内に前記物体を配置するように、前記液体フォトポリマを含む前記タンク内の前記プラットフォームを移動させ、前記ＵＶ放射源を移動させ、前記メカニカルアームを移動させるように構成された少なくとも１つのアクチュエータと、
前記少なくとも１つのアクチュエータ及び前記ＵＶ放射源に動作可能に接続されたコントローラと
を備え、前記コントローラが、
前記液体フォトポリマの前記タンク内に前記プラットフォームを移動させるように前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させ、
前記コントローラが前記液体フォトポリマの一部を硬化させて前記３次元構造の層を形成するように前記ＵＶ放射源を動作させながら、前記ＵＶ放射源を移動させるように前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させ、
所定の深さで前記液体フォトポリマ内に形成された層を浸漬するために前記タンク内に前記プラットフォームを下降させるように前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させ、
前記液体フォトポリマの次層の一部を硬化させ且つ物体の断面に対応する前記次層の未硬化部分を残すように前記コントローラによって前記ＵＶ放射源を動作させながら、前記ＵＶ放射源を移動させるように前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させ、
前記次層の前記未硬化部分内に前記物体を配置するためにメカニカルアームを移動させるように前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させ、
前記液体フォトポリマが前記物体の外面を囲むのを可能とするように前記タンク内に前記プラットフォームを下降させるように前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させ、
前記物体の外面と前記物体の前記外面を囲む前記液体フォトポリマとの間の界面に形成されるメニスカスを識別し、
前記コントローラが前記液体フォトポリマの硬化部分を前記物体の前記外面に対して結合するために前記物体の前記外面を囲む前記液体フォトポリマの一部を硬化させるように前記ＵＶ放射源を動作させながら、前記ＵＶ放射源を移動させるように前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させる
ように構成されている、システム。
【請求項６】
前記コントローラが、
層を形成するために前記ＵＶ放射源を動作させて前記液体フォトポリマの一部硬化させるために使用される画像データを分析すること
によって前記メニスカスを識別するようにさらに構成されている、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記メニスカス及び前記周囲の液体フォトポリマの画像データを生成するように構成された光学センサ
をさらに備え、
前記コントローラが、前記光学センサから受信した前記メニスカスの前記生成された画像データを分析することによって前記メニスカスを識別するようにさらに構成されている、
請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
ステレオリソグラフィを使用して液体フォトポリマから３次元構造を形成するシステムであって、
所定量の液体フォトポリマを含むタンクと、
前記タンク内で移動するように構成されたプラットフォームと、
紫外線（ＵＶ）放射にさらされた前記液体フォトポリマの一部を硬化させるためにＵＶ放射を放射するように構成されたＵＶ放射源と、
メカニカルアームと、
物体と、
前記液体フォトポリマを含む前記タンク内の前記プラットフォーム、前記ＵＶ放射源及び前記メカニカルアームに動作可能に接続され、前記液体フォトポリマを含む前記タンク内の前記プラットフォームを移動させ、前記ＵＶ放射源を移動させ、前記プラットフォーム上に前記物体を配置するために前記メカニカルアームを移動させるように構成された少なくとも１つのアクチュエータと、
前記少なくとも１つのアクチュエータ及び前記ＵＶ放射源に動作可能に接続されたコントローラと
を備え、前記コントローラが、
前記プラットフォーム上に前記物体を配置し、前記液体フォトポリマの前記タンク内で前記プラットフォームを移動させるように前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させ、
前記コントローラが、前記液体フォトポリマの一部を硬化させて前記物体の一部の周囲に前記３次元構造の層を形成するために前記ＵＶ放射源を動作させながら、前記ＵＶ放射源を移動させるように前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させ、
所定の深さで前記液体フォトポリマ内に形成された層を浸漬するために前記タンク内に前記プラットフォームを下降させるように前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させ、
前記液体フォトポリマの次層の一部を硬化させて前記プラットフォーム上の物体に周囲に他の層を形成するために前記コントローラによって前記ＵＶ放射源を動作させながら、前記ＵＶ放射源を移動させるように前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させ、
前記プラットフォームから前記物体を除去し、前記物体を再配向し、前記プラットフォームに前記物体を戻すために、前記メカニカルアームを移動させるように前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させ、
前記液体フォトポリマが物体の周囲に以前に形成された前記３次元構造を係合するのを可能とするために前記タンク内に前記プラットフォームを下降させるように前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させ、
前記コントローラが前記物体の外面の一部の周囲に以前に形成された前記３次元構造を拡張するように以前に形成された３次元構造に隣接する前記液体フォトポリマの一部を硬化させるために前記ＵＶ放射源を動作させながら、前記ＵＶ放射源を移動させるように前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させる
ように構成されている、システム。
【請求項９】
前記コントローラが、
前記タンク内に前記物体及び前記拡張した３次元構造を有する前記プラットフォームを下降させるように前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させ、
前記コントローラが前記物体の前記外面の一部の周囲にさらに以前に形成された前記３次元構造を拡張するために前記拡張した３次元構造に隣接する前記液体フォトポリマの一部を硬化させるように前記ＵＶ放射源を動作させながら、前記ＵＶ放射源を移動させるように前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させる
ようにさらに構成されている、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コントローラが、前記プラットフォームを下降させるように前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させ、前記拡張した３次元構造が前記物体をカプセル化するまで、前記コントローラが前記ＵＶ放射源を反復的に動作させるのにともない、前記ＵＶ放射源を移動させるように前記少なくとも１つのアクチュエータを動作させるように構成されている、請求項９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この文献は、３次元物体を製造するプリンタに関し、より具体的には、そのような物体を製造するためにステレオリソグラフィを使用するプリンタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディジタル積層造形としても知られているディジタル３次元物体の製造は、ディジタルモデルからの実質的に任意の形状の３次元固体物体の製造方法である。いくつかのディジタル積層造形システムは、随時紫外光によって硬化される３次元物体を形成するために層に液体フォトポリマ材料の液滴を吐出するエジェクタを使用する。他のシステムは、３次元固体物体を製造するために液体フォトポリマの層を硬化させるように液体フォトポリマのプールに紫外線レーザを集束する積層造形技術であるステレオリソグラフィを使用する。ステレオリソグラフィプロセスは、３次元数値シミュレーション又はコンピュータ支援製図（ＣＡＤ）プログラムによって製造される物体のディジタル画像データを生成することを含む。そして、ディジタル画像データモデルは、通常は０．１ミリメートルオーダーの厚さの非常に薄い層にスライスされる。各画像のデータは、液体フォトポリマプリンタのプールを位置決めし、レーザを集束し、一度に物体層を造形するようにプールを介してレーザからのレーザビームを移動させるように使用される。プール位置決めの一部は、その後に物体の他の層を硬化させる紫外線レーザに露光される液体フォトポリマの薄い被覆によってそれぞれ形成された層を浸漬するように液体フォトポリマのタンクが配置されたプラットフォームの下降である。物体の全ての層が硬化され、硬化された層のスタックが３次元物体を画定するまで、このプロセスは継続する。
【０００３】
ステレオリソグラフィを使用した現在の３次元プリンタは、部品を製造することができる速度及び精度並びに使用されるフォトポリマ材料の点で著しい制限がある。材料の制限された選択及び制限された精度は、低強度及び耐久性を有する製造物体につながることがある。その結果、いくつかの部品は、ステレオリソグラフィ技術を用いて行うことができず、そのため、部品は、従来の方法を使用して製造される。したがって、耐久性のある物体を迅速に生成することができるステレオリソグラフィシステムが有利であろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
改良された方法は、ステレオリソグラフィプロセスの速度も増加させながら製造物体の強度及び耐久性を向上させるステレオリソグラフィを使用して液体フォトポリマから３次元物体を形成する。本方法は、液体フォトポリマを含むタンク内でプラットフォームを移動させるように少なくとも１つのアクチュエータをコントローラによって動作させることと、コントローラが３次元構造の層を形成するために紫外線（ＵＶ）放射線を放射して液体フォトポリマの一部を硬化させるようにＵＶ放射源を動作させるのにともない、ＵＶ放射源を移動させるようにＵＶ放射源に動作可能に接続された少なくとも１つのアクチュエータをコントローラによって動作させることであって、コントローラが層の画像データに対して少なくとも１つのアクチュエータを動作させることと、所定の深さで液体フォトポリマ内に形成された層を浸漬するためにタンク内にプラットフォームを下降させるように少なくとも１つのアクチュエータをコントローラによって動作させることと、３次元物体の次層を形成し且つ物体の断面の一部に対応する次層の未硬化部分を残すためにＵＶ放射を放射して液体フォトポリマの一部を硬化させるようにコントローラがＵＶ放射源を動作させるのにともない、ＵＶ放射源を移動させるように少なくとも１つのアクチュエータをコントローラによって動作させることであって、コントローラが次層の画像データに対して少なくとも１つのアクチュエータを動作させることと、次層の未硬化部分内に物体を配置するように少なくとも１つのアクチュエータをコントローラによって動作させることであって、物体が液体フォトポリマから延びる露出領域を有することと、液体フォトポリマが物体の外面において物体を囲むのを可能とするように液体フォトポリマのタンク内にさらにプラットフォームを下降させるように第１のアクチュエータをコントローラによって動作させることと、物体の外面を囲む液体フォトポリマと物体の外面との界面に形成されるメニスカスをコントローラによって識別することと、周囲の液体フォトポリマの一部を硬化させて周囲の液体フォトポリマの硬化部分を物体及び３次元構造の外面に対して結合するようにコントローラが識別されたメニスカスに対してＵＶ放射源を動作させるのにともない、ＵＶ放射源を移動させるように少なくとも１つのアクチュエータをコントローラによって動作させることとを含む。
【０００５】
改良されたステレオリソグラフィシステムは、ステレオリソグラフィプロセスの速度も増加させながら、向上した耐久性を有する液体フォトポリマから３次元物体を形成する。システムは、所定量の液体フォトポリマを含むタンクと、紫外線（ＵＶ）放射にさらされる液体フォトポリマの一部を硬化させるためにＵＶ放射を放射するように構成されたＵＶ放射源と、液体フォトポリマの次層の未硬化部分内に配置されるように構成され、前記液体フォトポリマから延びる露出領域を有する物体と、メカニカルアームと、液体フォトポリマを含むタンク内のプラットフォーム、ＵＶ放射源及びメカニカルアームに動作可能に接続され、液体フォトポリマの次層の未硬化部分内に物体を配置するように、液体フォトポリマを含むタンク内のプラットフォームを移動させ、ＵＶ放射源を移動させ、メカニカルアームを移動させるように構成された少なくとも１つのアクチュエータと、少なくとも１つのアクチュエータ及びＵＶ放射源に動作可能に接続されたコントローラとを含む。コントローラは、液体フォトポリマのタンク内にプラットフォームを移動させるように少なくとも１つのアクチュエータを動作させ、コントローラが液体フォトポリマの一部を硬化させて３次元構造の層を形成するようにＵＶ放射源を動作させながら、ＵＶ放射源を移動させるように少なくとも１つのアクチュエータを動作させ、所定の深さで液体フォトポリマ内に形成された層を浸漬するためにタンク内にプラットフォームを下降させるように少なくとも１つのアクチュエータを動作させ、液体フォトポリマの次層の一部を硬化させ且つ物体の断面に対応する次層の未硬化部分を残すようにコントローラによってＵＶ放射源を動作させながら、ＵＶ放射源を移動させるように少なくとも１つのアクチュエータを動作させ、次層の未硬化部分内に物体を配置するためにメカニカルアームを移動させるように少なくとも１つのアクチュエータを動作させ、液体フォトポリマが物体の外面を囲むのを可能とするようにタンク内にプラットフォームを下降させるように少なくとも１つのアクチュエータを動作させ、物体の外面と物体の外面を囲む液体フォトポリマとの間の界面に形成されるメニスカスを識別し、コントローラが液体フォトポリマの硬化部分を物体の外面に対して結合するために物体の外面を囲む液体フォトポリマの一部を硬化させるようにＵＶ放射源を動作させながら、ＵＶ放射源を移動させるように少なくとも１つのアクチュエータを動作させるように構成されている。
【０００６】
形成される物体内に予め製作された物体を埋め込むことによって３次元物体を形成するステレオリソグラフィシステムの上述した態様及び他の特徴は、添付図面と関連した以下の詳細な説明において説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】図１Ａは、埋め込まれた物体を受けるように３次元構造を形成するためのステレオリソグラフィを使用するシステムを図示している。
【図１Ｂ】図１Ｂは、形成された構造内に埋め込まれる物体を配置し且つ構造に物体を結合した図１Ａのシステムを図示している。
【図２】図２は、界面における液体フォトポリマ内のメニスカスを示す図１に示された埋め込まれる物体と構造との間の界面の拡大図である。
【図３】図３は、構造に埋め込まれる物体の位置決めを補助するための追加要素を有する図１Ａ及び図１Ｂのシステムを図示している。
【図４】図４は、物体の開口内に構造を形成するための追加要素を有する図１Ａ及び図１Ｂに示されるシステムの構成要素を図示している。
【図５】図５は、ステレオリソグラフィを使用して埋め込まれた物体を有する３次元構造を形成するためのプロセスのフロー図である。
【図６Ａ】図６Ａは、物体の周囲に構造を完成する前であって物体の構造を形成した後に物体を再配向するための図３のシステムの使用を図示している。
【図６Ｂ】図６Ｂは、物体の周囲に構造を完成する前であって物体の構造を形成した後に物体を再配向するための図３のシステムの使用を図示している。
【図６Ｃ】図６Ｃは、物体の周囲に構造を完成する前であって物体の構造を形成した後に物体を再配向するための図３のシステムの使用を図示している。
【図６Ｄ】図６Ｄは、物体の周囲に構造を完成する前であって物体の構造を形成した後に物体を再配向するための図３のシステムの使用を図示している。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本願明細書に開示されたシステム及び方法についての環境の一般的な理解並びにシステム及び方法の詳細のために、図面が参照される。図面において、同様の参照符号は、同様の要素を指している。
【０００９】
強度及び耐久性を付与するために予め製作された物体に埋め込まれたフォトポリマ材料によって３次元構造を形成するシステムが図１Ａに示されている。システム１０は、プラットフォーム１４及び紫外線（ＵＶ）放射源１８に動作可能に接続された少なくとも１つのアクチュエータ３４と、少なくとも１つのアクチュエータ３４及びＵＶ放射源１８に動作可能に接続されたコントローラ２６と、タンク３８とを含む。プラットフォーム１４は、液体フォトポリマ１２を含むタンク３８内に位置決めされ、少なくとも１つのアクチュエータ３４によってタンク３８内を垂直に移動されるように構成されている。コントローラ２６は、ＵＶ放射を放射するようにＵＶ放射源を動作させる信号を生成する。コントローラ２６はまた、タンク３８内のプラットフォーム１４を移動させ且つタンク内の液体フォトポリマの表面又はその近くの液体フォトポリマの一部をさらさせるためにＵＶ放射源を移動させるように少なくとも１つのアクチュエータ３４を動作させる信号を生成する。ＵＶ放射にさらされる液体フォトポリマは、硬質材料に硬化する。図１Ａに示されるように、液体フォトポリマ１２の一部は、タンク３８内に３次元構造２０を形成するようにさらされている。コントローラ２６がプラットフォーム１４を下降させるために少なくとも１つのアクチュエータを動作させるのにともない、プラットフォーム１４の水平表面１６に載置する構造２０は、液体フォトポリマの薄層が構造を覆うのを可能とするように液体フォトポリマに浸漬される。この液体フォトポリマの薄層がＵＶ放射源１８によってＵＶ放射にさらされると、硬化した部分は、構造２０の以前に形成された部分に付着する。少なくとも１つのアクチュエータ３４は、システム１０の構成要素に動作可能に接続され且つコントローラ２６からの信号に応じて構成要素を移動させるように構成された１つ以上のアクチュエータである。アクチュエータ３４は、アクチュエータが接続された構成要素の制御された動きを可能にするために、ステッピングモータ、電動カム、ウォームギアなどを含むことができる。
【００１０】
図１Ｂに示されるように、構造２０は、Ｕ字状の断面によって形成されている。この形状は、プラットフォーム１４を移動させて構造２０を形成するために液体フォトポリマの一部を選択的に露出させるために少なくとも１つのアクチュエータ３４を動作させるようにＣＡＤ／ＣＡＭファイルなどの構造の画像データを使用するコントローラ２６によって形成される。構造が所定の形状及び大きさに到達すると、コントローラ２６は、構造２０内に収まるように予め製作された物体２２を把持するためにメカニカルアームを移動させるように少なくとも１つのアクチュエータ３４を動作させる。本願明細書において使用されるように、メカニカルアームは、アームを駆動するアクチュエータに応じて物品を移動させて把持及び操作するように構成された要素である。コントローラ２６はまた、物体を移動させて構造２０の内部と係合するように少なくとも１つのアクチュエータ３４を動作させる。この物体２２の移動中において、コントローラ２６は、構造２０の内部の相補的構造との物体２２の表面の位置合わせを容易とするために物体２２を回転させるように少なくとも１つのアクチュエータ３４を動作させることができる。いくつかの実施形態において、物体２２は、より耐久性があるか又は硬化したフォトポリマよりも強度を有する材料から形成されている。物体２２は、構造２０の最終形態を増強するために他の特性によって形成されることができる。構造２０内に物体を挿入する前の物体２２の予備加熱は、物体２２と構造２０との間の結合を強化する。熱は、物体２２と構造２０との間のより良好な接触を可能とするために構造２０を柔らかくする。さらに、より高い温度はまた、それらの間の結合を強化するために物体と構造との間のフォトポリマの薄層を部分的に硬化することができる。物体２２が配置されると、コントローラ２６は、構造２０及び物体２２を下降させるように少なくとも１つのアクチュエータ３４を動作させ、そのため、液体フォトポリマの薄層は、構造２０及び物体２２の界面に提示される。そして、コントローラ２６は、この界面でＵＶ放射に液体フォトポリマをさらすようにＵＶ放射源１８を動作させながらタンク３８にわたってＵＶ放射源を移動させるように少なくとも１つのアクチュエータ３４を動作させることができる。硬化したフォトポリマは、構造２０に物体２２を結合する。物体２２が構造２０に結合されると、コントローラは、構造２０を完成させるために硬化したフォトポリマ材料の追加層を物体２２に結合するように少なくとも１つのアクチュエータ３４及びＵＶ放射源１８を動作させるように動作し続ける。
【００１１】
構造２０の完成時に生じる１つの問題は、構造２０と物体２２との間の界面において液体フォトポリマによって形成されたメニスカスである。そのようなメニスカス３０が図２に示されている。物体の表面に近いメニスカス３０の曲線は、接触角、物体２２の表面の配向、ＵＶ放射源１８と物体２２との距離及び物体表面の局所幾何学的形状に応じてより高いか又はより低い。メニスカスにおける液体フォトポリマの硬化に関する問題は、幾何学的形状及び接触角が既知の場合にはメニスカスの形状を識別することによって対処することができる。この情報は、ＵＶ放射源１８を移動して動作させるために使用される画像データを調整するためにコントローラ２６によって使用されることができる。
【００１２】
メニスカスの問題に対処するための他のアプローチは、構造２０及び物体２２の界面におけるメニスカスの画像データを生成する光学センサ４０の組み込みである。そのようなシステム３００が図３に示されている。同様の構成要素について同様の符号を使用し、システム３００は、システム１０についての上述した構成要素の多くによって示されている。それらの構成要素に加えて、システム３００は、第２のメカニカルアーム５０及び光学センサ４０を含む。光学センサ４０によって生成された画像データは、メニスカス３０を測定するためにコントローラ２６によって処理される。この情報は、ＵＶ放射源１８を移動して動作させるために使用される画像データを調整するためにコントローラ２６によって使用されることができる。コントローラ２６は、メカニカルアーム５２がそうすることができない場合、構造２０の内部の物体２２の位置を回転させるか又は調整するために第２のメカニカルアーム５０を移動させるように少なくとも１つのアクチュエータ３４を動作させる。
【００１３】
メニスカス３０から生じる問題に対処するさらに他の方法は、約９０度の接触角が物体２２及び液体１２の界面に形成されるのを可能とするように、物体２２を扱うか又はその表面構成を設計することである。物体２２の表面の設計を最適化する１つの方法は、小さな曲率を有する物体２２の表面を形成することである。小さな曲率は、物体２２及び液体１２の界面におけるメニスカスの減衰に役立つ。メニスカス３０の減衰に役立つ他の表面処理は、表面を粗くすること、及び、物体２２の表面エネルギを変化させる化学物質又はプラズマ／コロナ放電によって物体表面を処理することを含む。化学処理は、噴霧器又はローラーアプリケータを使用してプライマコーティングを塗布することを含む。
【００１４】
構造２０の完成時に生じる他の問題は、液体フォトポリマ及び物体２２の界面上に延びる物体２２の一部によって生成される影である。この影は、影内でのフォトポリマの硬化に悪影響を与える可能性がある。この問題に対処するために、コントローラは、視線は、ＵＶ放射源の適切な再配置後に以前の影領域について確立されることができることから、影をなくすために様々な位置にＵＶ放射源１８を移動させるようにアクチュエータ３４を動作させることができる。あるいは、複数のＵＶ放射源１８は、フォトポリマ表面上に延びる物体２２の一部によって生成される影を回避するために様々な角度からフォトポリマを照射して硬化させるために構造２０及び物体２２の周囲に位置決めすることができる。代替的に又は追加的に、コントローラ２６は、既に硬化した他の領域に影を移動させるためにプラットフォーム１４を回転させるようにアクチュエータ３４を動作させることができ、そのため、影内の以前未硬化のフォトポリマは、ＵＶ放射源１８の動作によって硬化させることができる。
【００１５】
いくつかの物体２２は、図４に示されるように、開口７０によって形成されることができる。図１Ａに関して上述した同様の数の同様の構成要素を使用し、システム４００が図４に示されている。このシステムにおいて、コントローラ２６は、ＵＶ放射源１８、インジェクタ６０及びミラー６４において終端する部材６２に動作可能に接続されている。コントローラは、開口７０の内部に液体フォトポリマを放出するためにインジェクタ６０を移動させるように少なくとも１つのアクチュエータ３４を動作させる。そして、コントローラ２６は、開口７０と連通するキャビティ内にミラー６４を挿入するために部材６２を移動させるように少なくとも１つのアクチュエータ３４を動作させることができる。コントローラ２６は、放射源１８によって放射されるＵＶ放射がミラー６４に向かって伝播してあたるのを可能とするように位置までＵＶ放射源１８を移動させるように少なくとも１つのアクチュエータ３４を動作させることができる。ミラー６４は、キャビティ内の液体フォトポリマがＵＶ放射にさらされて硬化されるのを可能とするようにＵＶ放射を反射する。あるいは、ミラー６４の代わりに、光ファイバは、物体２２の内部の所望の位置までＵＶ光を送達するために使用されることができる。それゆえに、構造２０内に埋め込むことができる物体２２は、多数の異なる目的及び用途のために構成されることができる。
【００１６】
３次元構造内に物体を埋め込む方法２００が図５に示されている。この方法の説明において、プロセスがいくつかのタスク又は機能を実行しているという言及は、データを操作するために又はタスク又は機能を実行するようにプリンタの１つ以上の構成要素を動作させるためにコントローラ又はプロセッサに動作可能に接続されたメモリに記憶されたプログラミングされた命令を実行するコントローラ又は汎用プロセッサを指す。上述したコントローラ２６は、そのようなコントローラ又はプロセッサとすることができる。あるいは、コントローラ２６は、そのそれぞれが本願明細書に記載された１つ以上のタスク又は機能を形成するように構成された複数のプロセッサ並びに関連する回路及び構成要素によって実装されることができる。
【００１７】
プロセス２００は、硬化したフォトポリマ層を形成するために所定レベルまで液体フォトポリマのタンク内のプラットフォームを下降させることから始まる（ブロック２０４）。プロセスは、液体フォトポリマの一部が未硬化のままとすべきか（ブロック２０８）、そうでない場合には層が硬化されたか（ブロック２１２）を判定する。硬化した層は、構造についての最後の層であり（ブロック２１６）、プロセスは終了する（ブロック２６８）。そうでなければ、プロセスは、次層を形成するために硬化層の上に液体フォトポリマを位置決めするようにプラットフォームを下降させることによって継続する。
【００１８】
層の一部が未硬化のままにすべきである場合（ブロック２０８）、形成される層は、埋め込まれる物体の断面形状に適合した硬化及び非硬化領域を形成するようにＵＶ放射に選択的にさらされる（ブロック２２０）。プロセスは、構造が物体の挿入のために十分に完成しているかどうかを判定し（ブロック２２４）、そうでない場合、物体を受けるための構造の形成が継続する（ブロック２０４から２２４）。構造が物体を受ける準備ができていると、物体は、構造内に挿入され、プラットフォームは、液体フォトポリマの層が物体と構造との間の界面を覆うのを可能とするように下降される（ブロック２２８）。プロセスは、物体が適切に収まるように回転を必要とするかどうかを判定し（ブロック２３２）、他の構造内で物体を回転又は位置決めするように１つ以上のメカニカルアームを動作させる（ブロック２３６）。そして、プロセスは、構造に物体を結合するように物体及び構造の界面にフォトポリマを硬化させる（ブロック２４４）。物体が開口を有する場合（ブロック２４８）、インジェクタは、開口内に液体フォトポリマを放出するように動作され（ブロック２５２）、部材は、開口と連通するキャビティ内にミラーを位置決めするように移動され（ブロック２５６）、ＵＶ放射源は、液体フォトポリマをさらして硬化させるようにミラーからのＵＶ放射を反射するように動作される（ブロック２６０）。物体が開口を有しない場合、プロセスは、物体周囲の構造の形成が終了したかどうかを判定し（ブロック２６４）、そうである場合、プロセスは、追加構造が形成されるかどうかを判定する（ブロック２０４から２１６）。他の構造が形成されることにならない場合、構造は完成する（ブロック２６８）。そうでない場合、プロセスは、物体周囲の構造の形成を継続する（ブロック２０４から２１６）。
【００１９】
図３のシステムはまた、図６Ａ乃至図６Ｄに示されたように埋め込まれた予め製作された物体を有する部品を形成するために使用されることができる。図６Ａに示されるように、予め製作された物体２２は、プラットフォーム１４上に位置決めされることができ、コントローラ２６は、タンク３８内のフォトポリマに物体を下降させるようにアクチュエータ３４を動作させる。コントローラ２６は、物体２２に隣接するフォトポリマを硬化させるようにＵＶ放射源１８を反復的に動作させることができ、構造２０が物体２２の上端に形成されるまで、プラットフォーム１４を下降させるようにアクチュエータ３４を動作させることができる。このプロセスは、図６Ｂに示されるようなキャップを有する物体２２をもたらす。そして、コントローラ２６は、タンク３８から物体２２及び構造２０を持ち上げるようにアクチュエータ３４を動作させ、そのため、１つ又は双方のメカニカルアーム５０及び５２は、図６Ｃに示されるように、物体２２及び構造２０を再配向してプラットフォーム１４上に配置するようにコントローラ２６によって動作されることができる。示された例において、物体の再配向は、物体の反転であるが、他の再配向も同様に行うことができる。コントローラ２６は、以前に形成された構造２０を拡張するようにＵＶ放射源１８及びアクチュエータ３４を動作させる。プラットフォーム１４を下降させ且つＵＶ放射源１８を移動させるためのアクチュエータ３４の動作は、図６Ｄに示されるように、物体２２が構造２０内にカプセル化されるまで反復的に行うことができる。もちろん、コントローラ２６はまた、選択的に物体２２の周囲に構造を形成するようにＵＶ放射源１８及びアクチュエータ３４を動作させることができる。構造２０の最後が物体２２の周囲に形成されると、メカニカルアーム５０、５２は、プラットフォーム１４から物体２２及び構造２０を持ち上げるように動作されることができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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