(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造対象の三次元物体の１つの面上に光硬化樹脂を選択的に硬化する光エンジンの動作によって層が形成される層ごとのプロセスにより、前記製造対象の三次元物体を形成する三次元プリントシステムのための較正システムであって、
光学素子が取り付けられた光検出器を含む少なくとも１つのセンサであって、前記光学素子は、前記光エンジンと前記製造対象の三次元物体の面との間の光経路の高密度部分をシミュレートし、前記光経路の前記高密度部分は、前記光硬化樹脂の層を含む、センサと、
前記光エンジンの横方向の構築面を対象とするように前記少なくとも１つのセンサを位置付ける装置と、
コントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
（ａ）前記光エンジンをアクティブ化し、横方向の位置で前記構築面を照射し、
（ｂ）前記光エンジンから受け取った光に応じて前記少なくとも１つのセンサから信号を受け取り、
（ｃ）前記光エンジン構築面をマッピングする較正値のセットが定められるまで、工程（ａ）−（ｂ）を繰り返し、
（ｄ）前記構築面において前記横方向の位置の関数として前記光経路における変化を補正する前記光エンジンについての前記較正値のセットを保存する、
ように構成されていることを特徴とする、較正システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つのセンサにより受け取られる光が、中心軸に関して軌道角を定め、これは、前記横方向の位置に従って変化し、前記光経路の前記高密度部分の経路長が、前記軌道角が増加すると増加する、ことを特徴とする、請求項１に記載の較正システム。
【請求項３】
前記光経路の前記高密度部分の長さが、前記光経路の前記高密度部分内の前記軌道角のコサインの逆数に実質的に比例することを特徴とする、請求項２に記載の較正システム。
【請求項４】
前記光エンジンが、紫外線光源を含むことを特徴とする、請求項１に記載の較正システム。
【請求項５】
前記光経路の前記部分がさらに、前記光エンジンと前記光硬化樹脂の層との間に配置される透明シートを含むことを特徴とする、請求項１に記載の較正システム。
【請求項６】
前記光学素子が、前記光経路の前記部分のスペキュラー特性をシミュレートする減衰器を含むことを特徴とする、請求項１に記載の較正システム。
【請求項７】
前記光学素子が、前記光経路の前記部分の濁度をシミュレートするディフューザを含むことを特徴とする、請求項１に記載の較正システム。
【請求項８】
前記光エンジンが、ピクセル要素のアレイを生成することを特徴とする、請求項１に記載の較正システム。
【請求項９】
工程（ａ）に従って、複数の前記ピクセル要素が、前記センサに光を提供するようにアクティブ化されることを特徴とする、請求項８に記載の較正システム。
【請求項１０】
工程（ａ）に従って、少なくとも１００の前記ピクセル要素が、前記センサに光を提供するようにアクティブ化されることを特徴とする、請求項８に記載の較正システム。
【請求項１１】
工程（ａ）に従って、少なくとも１０００の前記ピクセル要素が、前記センサに光を提供するようにアクティブ化されることを特徴とする、請求項８に記載の較正システム。
【請求項１２】
製造対象の三次元物体の１つの面上に光硬化樹脂を選択的に硬化する光エンジンの動作によって各層が形成される層ごとのプロセスにより、前記製造対象の三次元物体を形成する三次元プリントシステムのための較正方法であって、
（ａ）前記光エンジンの光経路において、
光学素子が取り付けられた光検出器を含む少なくとも１つのセンサであって、前記光学素子は、前記光エンジンと前記製造対象の三次元物体の面との間の光経路の高密度部分の長さをシミュレートし、前記光経路の前記高密度部分は、前記光硬化樹脂の層を含む、センサと、
前記光エンジンの横方向の構築面を対象とするように前記少なくとも１つのセンサを位置付ける装置と、
を備える、較正装置を提供する工程；
（ｂ）前記光エンジンをアクティブ化し、横方向の位置で前記構築面を照射する工程；
（ｃ）前記光エンジンから受け取った光に対応する前記少なくとも１つのセンサから信号を受け取る工程；
（ｄ）前記光エンジンの前記構築面をマッピングする較正値のセットが定められるまで、工程（ｂ）−（ｃ）を繰り返す工程；および
（ｅ）前記構築面において前記横方向の位置の関数として前記光経路の前記高密度部分の前記長さにおける変化を補正する前記光エンジンについての前記較正値のセットを保存する工程、
を含むことを特徴とする、
較正方法。
【請求項１３】
前記センサにより受け取られる光が、中心軸に関して軌道角を定め、これは、前記横方向の位置に従って変化し、前記光経路の前記高密度部分の経路長は、前記軌道角が増加すると増加する、ことを特徴とする、請求項１２に記載の較正方法。
【請求項１４】
前記光経路の前記高密度部分の経路長が、前記光経路の前記高密度部分内の前記軌道角のコサインの逆数に実質的に比例することを特徴とする、請求項１３に記載の較正方法。
【請求項１５】
製造対象の三次元物体の１つの面上に光硬化樹脂を選択的に硬化する光エンジンの動作によって各層が形成される層ごとのプロセスにより、前記製造対象の三次元物体を形成する三次元プリントシステムであって、
樹脂を含む容器；
光エンジン；
光学素子が取り付けられた光検出器を含む少なくとも１つのセンサであって、前記光学素子は、前記光エンジンと前記製造対象の三次元物体の面との間の光経路の高密度部分をシミュレートし、前記光経路の前記高密度部分は、前記光硬化樹脂の層を含む、センサ;
前記光エンジンの横方向の構築面を対象とするように前記少なくとも１つのセンサを位置付ける装置；および
コントローラ、
を備え、
前記光エンジンは、光経路に沿って放射線を選択的に適用するよう構成され、それにより樹脂が横方向に伸長する構築面に近接して硬化され、前記光経路は、前記構築面において横方向の位置の関数として変化する中心軸に関する軌道角を定め、前記光エンジンから前記横方向の位置までの前記光経路の高密度部分の経路長は、前記軌道角に従って変化し、
前記コントローラが、
（ａ）前記光エンジンをアクティブ化し、横方向の位置で前記構築面を照射し、
（ｂ）前記光エンジンから受け取った光に応じて前記少なくとも１つのセンサから信号を受け取り、
（ｃ）前記光エンジン構築面をマッピングする較正値のセットが定められるまで、工程（ａ）−（ｂ）を繰り返し、
（ｄ）前記構築面において前記横方向の位置に対応する前記較正値のセットを保存し、前記較正値は、前記構築面において前記横方向の位置の関数として前記光経路の前記高密度部分の前記経路長における変化の補正を定め、
（ｅ）前記較正値を用いて前記光エンジンを動作し、前記製造対象の三次元物体の面上に前記樹脂の層を選択的に硬化し、それにより、前記横方向の位置に適用されたエネルギーが、前記光経路の前記高密度部分の経路長の変化を補正するよう調整される、
よう構成される、ことを特徴とする、三次元プリントシステム。
【請求項１６】
前記光経路の前記高密度部分の経路長が、前記軌道角が増加すると増加することを特徴とする、請求項１５に記載の三次元プリントシステム。
【請求項１７】
前記光経路の前記高密度部分の長さが、前記光経路の前記高密度部分内の前記軌道角のコサインの逆数に実質的に比例することを特徴とする、請求項１６に記載の三次元プリントシステム。
【請求項１８】
前記構築面が、一定の垂直位置においてピクセル要素のアレイによって定められ、前記構築面が、前記中心軸と一致する中心を有することを特徴とする、請求項１５に記載の三次元プリントシステム。
【請求項１９】
前記軌道角が、前記構築面に沿って前記中心から横方向の距離に伴って増加することを特徴とする、請求項１８に記載の三次元プリントシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
この非仮特許出願は、Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９（ｅ）の下でここに参照することによって援用される、２０１６年１２月２９日出願のＧｕｔｈｒｉｅ  Ｃｏｏｐｅｒによる「ＳＥＮＳＯＲ  ＴＨＡＴ  ＳＩＭＵＬＡＴＥＳ  ＲＥＳＩＮ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ」と題された米国仮特許出願第６２／４４０，１６８号に対する優先権を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、液状の光子−硬化可能な（光硬化）樹脂の固化によって、製造対象の三次元物体をデジタル製作する装置および方法に関する。より詳細には、本開示は、光硬化樹脂を硬化するために用いられるプロジェクションベースシステムを較正する有利な方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
三次元プリンタは広く普及している。三次元プリンタ技術の例として数例を挙げると、ステレオリソグラフィ、選択的レーザ焼結、および溶融堆積モデリングが含まれる。ステレオリソグラフィをベースとするプリンタは、液状の光硬化樹脂を選択的に硬化または固化するために制御可能な光エンジンを利用する。いくつかの実施形態において、光エンジンは、構築面までピクセル化した画像マップを投影するプロジェクタである。ピクセルが「オン」である場合、その位置における液体は構築プロセス中に硬化する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そのような投影システムを用いる１つの問題は、較正である。光学の変化および光エンジンは、光エンジンの制御によって各ピクセルに所望のエネルギーレベルが提供されるように特徴付けられる必要がある。例えば、あるピクセルが「弱い」場合、光源はピクセルについてオンタイムの持続時間を増加するように制御され、所望のエネルギーを提供しうる。そのようなシステムを用いる１つの問題は、樹脂を通る光の減衰である。樹脂中の構築面に達するエネルギー密度分布は、同じ距離が関係する場合でも、樹脂なしで光源から直接受け取る場合とは異なる。そのようなシステムを較正するための正確な方法を提供することが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様において、三次元プリントシステムの較正システムは、少なくとも１つのセンサ、位置決め装置、およびコントローラを備える。三次元プリントシステムは、層ごとのプロセスによる製造対象の三次元物体を形成する。製造対象の三次元物体の面上に光硬化樹脂を選択的に硬化する光エンジンの動作により層が形成される。少なくとも１つのセンサは、光学素子を取り付けられた光検出器を備える。光学素子は、光エンジンと形成される製造対象の三次元物体の面との間の光経路の「高密度部分（dense portion）」をシミュレートする。光経路の「高密度部分」は、光エンジンと三次元製品の面との間に配置される光硬化樹脂の層を含む光経路の液体および／または固体（気体ではない）の部分を称する。位置決め装置は、少なくとも１つのセンサが、光エンジンの横方向構築面（横方向の範囲を画定する）を対象とするよう構成される。コントローラは、（ａ）横方向の位置で構築面を照射するよう光エンジンをアクティブ化し、（ｂ）光エンジンからの受け取った光に応答して少なくとも１つのセンサから信号を受け取り、（ｃ）光エンジン構築面をマッピングする較正値のセットが画定されるまで（ａ）−（ｂ）を繰り返し、光エンジンのために較正値のセットを保存する、よう構成され、較正値は、構築面における横方向位置の関数として光経路中の変化を補正する。
【０００６】
ある実践形態において、光エンジンから少なくとも１つのセンサによって受け取られた光は、中心軸に関して軌道（trajectory）角を画定する。軌道角は、光エンジンの横方向構築面内で横方向位置に従って変動する。光経路の高密度部分の経路長は、軌道角が増加するにつれて増加する。ある実施形態において、光エンジンの横方向構築面は、実質的に長方形であり、中心軸および周辺端部と一致する中心を画定する。軌道角は、構築面の中心からの横方向距離と共に増加する。より詳細な実施形態において、光経路の高密度部分の長さは、光経路の高密度部分内で軌道角のコサインの逆数に比例する。
【０００７】
別の実践形態において、光エンジンは、紫外線（ＵＶ）光源を含む。ある実施形態において、ＵＶ光源は、発光ダイオードである。別の実施形態において、ＵＶ光源は、ＵＶレーザである。
【０００８】
さらに別の実践形態において、光学素子は、減衰器およびディフューザの１つまたはそれ以上を含む。ある実施形態において、光学素子は、樹脂のスペキュラー（specular）面をシミュレートするガラス減衰器または透明シートを含む。別の実施形態において、光学素子は、樹脂の濁度をシミュレートするプラスチックディフューザを含む。濁度は、制御可能な表面粗さによりシミュレートされうる。詳細な実施形態において、光学素子は、約１ミリメートルの厚さであるプラスチックディフューザおよび上に横たわる約１ミリメートルの厚さであるガラス減衰器を含む。さらに別の実施形態において、ディフューザは、オパールガラスのようなやや半透明のガラスから形成されてもよい。別の詳細な実施形態において、減衰器は、強い放射線から光検出器を保護するように、１〜４の範囲の光学密度を有してもよい。さらにより詳細な実施形態において、減衰器は、２の光学密度を有してもよく、これによって、光の９９％を遮断し光検出器を保護する。
【０００９】
さらなる実践形態において、光エンジンは、光エンジンの横方向構築面に亘ってピクセル要素のアレイを生じる空間光変調器に光を与える光源を含む。ピクセル要素のアレイは、中心軸および周辺端部と一致する中心を画定する。センサにより受け取られた光は、中心軸に関して軌道角を画定し、これは、中心から離れかつ周辺端部に向かう任意の方向で増加する。光経路の高密度部分の経路長は、軌道角のコサインの逆数に比例する。いくつかの実施形態において、光経路の高密度部分は、２つ以上の屈折率を有してもよく、それにより、軌道角は高密度部分内の位置内で変動する。次いで、高密度部分の経路長は、経路長セグメントの集合を含み、各セグメントは、セグメント内で軌道角の逆数として変動する経路長さを有する。
【００１０】
別の実践形態において、光エンジンは、光エンジンの横方向構築面に亘ってピクセル要素のアレイを生じる空間光変調器に光を与える光源を含む。第１の実施形態において、複数のピクセル要素は、工程（ａ）に従ってアクティブ化され、センサに光を提供する。第２の実施形態において、少なくとも１０のピクセル要素が工程（ａ）に従ってアクティブ化され、センサに光を提供する。第３の実施形態において、少なくとも１００のピクセル要素が工程（ａ）に従ってアクティブ化され、センサに光を提供する。第４の実施形態において、少なくとも１０００のピクセル要素が工程（ａ）に従ってアクティブ化され、センサに光を提供する。第５の実施形態において、少なくとも４０００のピクセル要素が工程（ａ）に従ってアクティブ化され、センサに光を提供する。他の実施形態において、１〜１００のピクセル要素が工程（ａ）に従ってアクティブ化される。さらに他の実施形態において、１０〜１００のピクセル要素が工程（ａ）に従ってアクティブ化される。
【００１１】
さらに別の実践形態において、位置決め装置は、横方向構築面に亘って少なくとも1つのセンサを平行移動するための移動機構である。ある実施形態において、移動機構は、少なくとも１つのセンサを２つの横方向の寸法で平行移動するよう構成される。
【００１２】
さらなる実施形態において、少なくとも１つのセンサは、構築面の第１の横軸に及ぶセンサの直線状アレイである。位置決め装置は、第１の横軸に直交する第２の横軸に沿ってセンサの直線状アレイを平行移動し、センサの直線状アレイが構築面を対象とするよう構成される。
【００１３】
別の実施形態において、少なくとも１つのセンサは、二次元アレイのセンサである。位置決め装置は、センサの二次元アレイが横方向構築面に広がるのを支持するための固定具である。
【００１４】
本発明の第２の態様において、三次元プリントシステムは、樹脂を含む容器、光エンジン、およびコントローラを備える。三次元プリントシステムは、層ごとのプロセスにより製造対象の三次元物体を形成する。層は、光硬化樹脂を製造対象の三次元物体の面上に選択的に硬化する光エンジンの動作により形成される。光エンジンは、変化する光経路に沿って放射線を選択的に適用するよう構成され、それにより、樹脂は横方向に伸長する構築面に近接して硬化される。光経路は、構築面における横方向位置の関数として変動する中心軸に関して軌道角を画定する。光エンジンから横方向位置までの光経路の高密度部分の経路長は、軌道角に従って変動する。コントローラは、構築面における横方向位置に対応する較正値であって光経路の高密度部分の経路長における変化を補正する較正値のマップを保存し、較正値を用いて光エンジンを動作して製造対象の三次元物体の面上で樹脂の層を選択的に硬化させ、それによって横方向位置に与えられたエネルギーが構築面における光経路の高密度部分の変化する経路長を補正するよう調整される、ように構成される。
【００１５】
ある実践形態において、光経路の高密度部分の経路長は、軌道角が増加すると増加する。ある実施形態において、光経路の高密度部分の経路長は高密度部分内の軌道角のコサインの逆数に実質的に比例する。いくつかの実施形態において、光経路の設計部分の屈折率が変動しうる。次に、高密度部分の経路長は、個々の経路長の合計である。
【００１６】
別の実践形態において、光エンジンは、構築面の上にピクセル化画像を生成するように構成される。中心軸は、構築面の中心点を通過する。
【００１７】
さらなる実践形態において、構築面は、一定の垂直位置においてピクセル要素のアレイにより画定される。構築面は、中心軸および周辺端部に一致する中心を有する。軌道角は、中心から構築面に沿った横方向距離と共に増加する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】液状の光硬化樹脂の固化による製造対象の三次元物体のデジタル製作のための三次元プリントプリントシステムの概略ブロック図
【図２】光エンジンから構築面までの光経路の固体部分を示す三次元プリントシステムの拡大部分
【図３】一定値のＺにおけるＸおよびＹにおけるピクセル化した横方向構築面を示す図
【図４】図１の三次元プリントシステムの動作の方法を示すフローチャート
【図５】較正装置を有する三次元プリントシステムの一部を示す概略ブロック図
【図６】図５または図７に示されるものと同様の較正装置を用いる較正プロセスを示すフローチャート
【図７】較正装置を組み込む三次元プリントシステムの概略ブロック図
【図８】図５、図７に示されるようなまたは上部照明（例えば、樹脂を硬化するためのレーザ）を有するシステムのための較正装置を用いる代替的な較正プロセスを示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、光硬化可能な樹脂の光学的性質を補正するための新しい補正システムおよび方法を有する三次元プリントシステム２の概略ブロック図である。この図および後続の図を説明するに際し、互いに直交する軸Ｘ、ＹおよびＺが使用される。軸ＸおよびＹは横方向軸である。いくつかの実施形態では、ＸおよびＹは水平方向軸でもある。軸Ｚは中心軸である。いくつかの実施形態では、Ｚは垂直方向軸である。いくつかの実施形態では、方向＋Ｚは全体的に上に向かう方向であり、方向−Ｚは全体的に下に向かう方向である。
【００２０】
三次元プリントシステム２は、光硬化可能な樹脂６を含む容器４を備えている。容器４は、容器４の下方表面の少なくとも一部を規定する、透明シート８を含んでいる。光エンジン１０は、透明シート８を介して上方に光を投射して光硬化樹脂を固化し、製造対象の三次元物体１２を形成するように配される。製造対象の三次元物体は、固定具１４に取り付けられている。固定具１４を垂直方向軸Ｚに沿って移動させるために、移動機構１６が固定具１４に連結されている。
【００２１】
コントローラ１８は、光エンジン１０および移動機構１６に電気的に接続または無線接続されている。コントローラ１８は、情報記憶装置（図示せず）に接続されたプロセッサを含んでいる。情報記憶装置は、非一時的なまたは不揮発性の記憶装置（図示せず）を含んでおり、その非一時的なまたは不揮発性の記憶装置は、プロセッサにより実行される際に、光エンジンおよび移動機構を制御する命令を記憶する。これらの命令は、図４、６および８に説明されるプロセスおよび／または方法を定める命令を含みうる。コントローラ１８は、単一のＩＣ（集積回路）または複数のＩＣに含まれうる。コントローラ１８は、１つの場所にあるものであってもよいし、三次元プリントシステム２内の複数の場所に分散させられたものであってもよい。
【００２２】
製造対象の三次元物体１２は、透明シート８に対向する下面１９を有している。下面１９と透明シート８との間には、光硬化樹脂６の薄層２２が存在する。光エンジン１０が動作すると、下面１９は、層ごとの原理でまたは連続的な原理で下方に（−Ｚ）選択的に成長する。下面１９についてのＺ値は、「構築面」２０と一致するまたはそれに近接する。
【００２３】
コントローラ１８の制御下で、光エンジン１０は、イメージフレームスライス（image frame slice）を生成する。イメージフレームスライスは、ピクセル化されかつ時間加重された（time-weighted）画像であり、これは、光エンジン１０から下面１９に投影されて、下面１９上に新しい層を形成する。ピクセル化画像は、光エンジン１０から下面１９へ上方に進む際に横方向に広がる。光硬化樹脂６は、ある程度の減衰および反射率を有し、これによって下面１９に達する光の強度が減少する。この減少は、横方向位置の関数である。これは、光硬化樹脂６内の衝突光の軌道角シータ（θ）のコサインの逆数だけ光硬化樹脂６の薄層２２を通る距離が増加するからである。アレイの端部において、効果はよりはっきりとする。図２は、この効果をより詳細に示すのに役立つ。
【００２４】
図２は、光エンジン１０から製造対象の三次元物体１２の下面１９への光の光経路２４の高密度（固体および／または液体）部分を図示するための、三次元プリントシステム２の一部の拡大図である。光エンジン１０は、製造対象の三次元物体の下面１９とＺにおいて一致する構築面２０の側面積に亘って光を選択的に投影するまたは方向付ける。構築面２０は、光エンジンが樹脂の薄層２２を処理する能力の横方向の限界まで横方向に伸長する。この図において、いくつかの寸法が定められる。Ｈ１は、樹脂の薄層２２のＺに沿った垂直方向厚さである。Ｈ２は、透明シート８の垂直方向厚さである。
【００２５】
例示的実施形態において、光エンジン１０からの光経路の一部を形成する光ビームまたは光線２４は、樹脂の薄層２２を通過する前に透明シート８を通過する。いくつかの実施形態において、阻害物質の供給源が、透明シート８の下側から樹脂の薄層へ通過され、透明シート８上への樹脂の固化を避けるように、硬化しない樹脂２２Ｌのゾーンを維持する。樹脂の層２２の選択的照射中、樹脂のより薄い上層２２Ｕのみが実際に硬化される。この効果は、光が光エンジン１０と構築面２０との間を通過しなければならない光経路の高密度部分Ｓの長さを増加するということである。
【００２６】
光経路の高密度部分の長さは、Ｓ＝Ｓ１＋Ｓ２に等しい。Ｓ１の寄与は、樹脂の薄層２２のものであり、最も重要である、なぜならば、樹脂層２２の硬化を開始する光吸収分子を含むからである。Ｓ１の長さは、垂直方向厚さＨ１よりも大きく、構築面上の横方向位置の関数である。中心軸Ｚから離れるにつれ、軌道角シータ（θ）が大きくなり、したがって、経路長Ｓ１が大きくなる。通常、経路長Ｓ１＝Ｈ１／コサイン（θ）である。また、Ｓ２＝Ｈ２／コサイン（θ）である。したがって、Ｓ＝Ｓ１＋Ｓ２である。ある光エンジン形状について、経路長の違いは非常に重要でありうる。補正なしでは、製造対象の三次元物体の横方向周辺部のための光吸収量に大きい誤差が生じうる。
【００２７】
なお、図示される光経路２４の高密度部分は、スネルの法則によってある偏向角を示す。これは、角度シータ（θ）にある程度の影響を与え、境界面における屈折率の変化に基づいて光を多少中心軸方向に曲げる。したがって、角度シータ（θ）は、空気、樹脂２２、および透明シート８について異なり、これは上述の計算に影響を与える。光経路２４の他の詳細は、説明を簡単にするために省略される。
【００２８】
図３は、Ｚの固定値に対する、横方向の構築面２０を表した図である。横方向の構築面２０は、Ｚの固定値に対して、光エンジンのＸおよびＹの横方向範囲を含む。光エンジン１０は、ＸおよびＹに亘る個々のピクセル要素２５のアレイによってピクセル化画像を生じる。各ピクセル要素２５は、グレーレベルに基づいてエネルギー吸収量が変化しうる。いくつかの実施形態において、８つのグレーレベル（８ビットグレースケール）が存在しうる。構築面２０は、光エンジン１０の横方向の構築面を定める。構築面２０は、中心２６および周辺端部２８を有する。中心２６は、Ｘ＝０およびＹ＝０で定められ、中心軸Ｚと一致する。中心２６において、軌道角シータ（θ）はゼロに等しい。ＸおよびＹの絶対値は中心２６から増加するにつれ、軌道角シータ（θ）が増加する。横方向の構築面２０は形状が長方形に示されるが、光エンジン１０に適用される画像修正によって変形されてもよい。しかしながら、中心２６は、ゼロである軌道角シータ（θ）によって依然として定められ、中心２６から離れて増加する軌道角シータ（θ）の傾向は依然として当てはまる。
【００２９】
説明を簡単にするため、構築面２０は、図３では典型的なシステムよりもはるかに少ないピクセル要素２５を有するものとして描かれている。実際には、構築面２０は、１００万個以上の個別のピクセル要素２５を有しうる。
【００３０】
図面には、透明シート８を含む光経路の高密度部分を有する三次元プリントシステム２が示されているが、他の三次元プリントシステムが検討されうる。これらのシステムのいくつかは、樹脂６の上からレーザ光を方向付けるが、透明シート８を必要としない。そのようなシステムはまた、開示される較正方法によって改良できる。
【００３１】
図４は、図１−３に示されるのと同様の三次元プリンタを用いて製造対象の三次元物体を作製する方法３０を示すフローチャートである。工程３２に従って、樹脂６を含む容器４、光エンジン１０、およびコントローラ１８を備える三次元プリントシステム２が提供される。
【００３２】
光エンジン１０は、光経路２４に沿って放射線を与えるように構成され、それにより、樹脂は横方向に伸長する構築面２０に近接して硬化される。光経路２４は、中心軸Ｚに関して軌道角シータ（θ）を定め、これは、構築面２０において横方向の位置（Ｘ、Ｙ）の関数として変化する。光経路２４の高密度部分の経路長Ｓは、軌道角シータ（θ）に従って変化する。
【００３３】
コントローラ１８は、構築面２０における横方向の位置（Ｘ、Ｙ）に対応する較正値のマップを保存するよう構成される。較正値は、光経路２４の高密度部分の経路長Ｓにおける変化についての補正を定める。
【００３４】
工程３４に従って、構築面において製造対象の三次元物体の層を定めるピクセル値が読み取られる。これらのピクセル値は、各ピクセル要素について硬化の程度にそれぞれ比例する。工程３６に従って、ピクセル値は、工程３２からの較正値に基づいて修正される。工程３８に従って、イメージスライスフレームが、構築面２０に近接する光硬化樹脂の層を選択的に硬化する修正されたピクセル値に基づいて生成される。工程４０に従って、移動機構が下面１９を増分的に上方に移動させる。その後、製造対象の三次元物体１２が完全に作製されるまで工程３４−４０が繰り返される。
【００３５】
代替的な実施形態において、工程３４および３６は、工程３８の前に全ての層について行われる。この代替的な実施形態において、工程３８および４０が繰り返されて、製造対象の三次元物体１２を作製する。
【００３６】
さまざまの実施形態において、較正値は、横方向の位置（Ｘ、Ｙ）の関数としてピクセル値を増加または減少するための乗数を定める。ある実施形態において、構築面２０の中心についての乗数は、１未満である（光経路の高密度部分のより短い経路長を補正するために減少される）。残りの位置についての乗数は、経路長対位置における増加に基づいてより大きくなるであろう。
【００３７】
図５は、樹脂６を考慮に入れた態様で光エンジン１０を較正するためのコントローラ１８に連結された較正装置４２を有する三次元プリントシステム２の一部を示す概略ブロック図である。装置４２は、ＸＹ移動機構４６に連結されたセンサボード４４を備える。光センサ４８および熱センサ５０がセンサボード４４上に取り付けられる。センサ５０のアウトプットは温度の関数でありうるので、熱センサ５０からのデータは、コントローラ１８によって用いられて、センサ４８を較正する。
【００３８】
光センサ４８は、１つ以上の光学素子５４および５６によってカバーされる光ダイオード５２を備える。図示される実施形態において、光学素子５４は、１ミリメートルの厚さであるプラスチックディフューザであり、光学素子５６は、１ミリメートルの厚さであるガラス減衰器である。これらの光学素子５４および５６は同時に、ある範囲の異なる樹脂をシミュレートすることが実験的に見出された。代替的なシステムにおいて、異なる材料および／または異なる厚さを有する他の光学素子が用いられてもよい。
【００３９】
光学素子５４および５６は、樹脂６の薄層２２の濁度、減衰、および／またはスペキュラー特性をシミュレートしうる。光学素子５４および５６は、軌道角シータ（θ）により変化する光経路長を樹脂の薄層２２のものと同様の程度まで誘導する。
【００４０】
光エンジン１０は、構築面２０上にピクセル化画像を投影するよう構成される。移動機構４６は、センサ４８を構築面２０上またはそれに近接して配置し、構築面２０に亘ってＸおよびＹにおいて移動することを可能にする。
【００４１】
別の実施形態において、センサ４８は、Ｘ軸に沿って伸長するセンサ４８の直線状アレイである。移動機構４６は、Ｙ軸に沿って走査するよう構成される。さらに別の実施形態において、構築面２０に広がるセンサ４８の二次元グリッドパターンが提供される。次いで、位置決め装置４６を用いて、構築面に関してセンサ４８の全アレイの位置決めをすることができる。
【００４２】
図６は、図５または図７のシステムのための較正方法６０の実施形態を示すフローチャートである。工程６２に従って、少なくとも１つの光センサ４８が、構築面２０に近接して配置される。
【００４３】
工程６４に従って、１つ以上のピクセル要素がオン状態とされ、構築面２０上に１つ以上の連続（Ｘ、Ｙ）位置を照射する。複数のアクティブ化された連続ピクセル要素は、アクティブ化「ピクセルグループ」と称されうる。
【００４４】
工程６６に従って、光センサ４８は、アクティブ化された１つ以上のピクセル要素からまたはアクティブ化ピクセルグループから光を受け取る。これに応じて、光センサ４８は、コントローラ１８により受け取られる信号を生成する。信号は、光ダイオード５２により受け取られる強度および熱センサ５０からの情報を示す。コントローラ１８は、ピクセル位置についての信号を示す情報を保存する。随意的工程６８に従って、システムは、次のピクセルグループのアクティブ化の前に機械的または熱的に安定するのを待つ。工程７０に従って、移動機構４６は、光センサ４８を別の位置に移動する。
【００４５】
ブラケット７２に従って、強度情報が全構築面２０について集められるまで工程６４−７０のプロセスを繰り返す。工程７４に従って、構築面２０について異なる（Ｘ、Ｙ）位置についての一群の較正値として結果を保存する。
【００４６】
方法６０の第１の代替的な実施形態において、光センサ４８は、光センサ４８の直線状アレイである。工程６４−６８は、光センサについて、列が工程６８に従って移動する前に各列における個々の光センサに亘ってサイクルされる。
【００４７】
方法６０の第２の代替的な実施形態において、光センサは、構築面２０に広がるセンサの二次元アレイである。その結果、工程７０は必要ではない。
【００４８】
図７は、図５および６に関して記載される較正を組み込む三次元プリントシステム２のブロック図表示である。図７のプリントシステム２は、図１のものと同様であるが、較正システム４２をも備える。他の類似の要素番号は、類似の要素を示している。
【００４９】
光エンジン１０の出力は、温度、入力パラメータ、および構成要素の経年変化のような因子の可変関数でありうる。較正システム４２は、プリントシステム２の周期的較正を可能とし、これらの因子が経時で変化する際の精度を改良する。センサ４８は、変化する角度において光エンジンからの光が通過しなければならない透明シート８および樹脂の薄層２２をシミュレートする半透明および／または透明材料の単一層または複数層でもよい光学素子５５を有する。
【００５０】
図８は、図５、７のシステム、または上部照明を有するシステム（図示せず）を較正するための、代替的な方法８０を示すフローチャートである。工程８２に従って、１つ以上の光センサ４８が、構築面２０に近接して提供される。１つ以上の光センサ４８は、単一の光センサ４８でも、構築面２０に亘って直線的に走査される光センサ４８の柱状アレイでも、光センサ４８の二次元アレイでもよい。
【００５１】
工程８４に従って、測定されるピクセルグループがアクティブ化される。ピクセルグループは、１つ以上のピクセルを含んでもよい。ピクセルグループが複数のピクセルを含む場合、それらは通常、単純に連結された隣接グループを形成する。ピクセルグループは、１−１０、１−１００、１００−１０００または１０００超のピクセルを含んでもよい。
【００５２】
工程８６に従って、周囲ピクセルパターン状態がアクティブ化される。工程８８に従って、横方向の構築面位置について強度情報が記録され保存される。工程８６および８８は、周囲ピクセルパターン状態について繰り返される。これらの周囲ピクセルパターン状態の例は以下のようである：状態ａ−全ての他のピクセルがオフ（ブラック）である。状態ｂ−全ての他のピクセルがオン（照射される）である。状態ｃ−選択的な周囲ピクセルがオン（照射される）であり、他はオフ（ブラック）である。状態ｃは、実際には、オンおよびオフのピクセルの変化するパターンを有する多くの異なる状態を含みうる。これらの状態をサイクルする目的は、構築面位置に対応するピクセルグループにおける周囲ピクセルの様々の状態の効果を定量化することである。
【００５３】
工程９０に従って、工程８４−８８（周囲ピクセルについての状態を含む）のプロセスは、次の構築面位置について繰り返される。工程８４−８８は、全ての残りの構築面位置について繰り返される。
【００５４】
工程９２に従って、選択的に硬化される材料の所定の層についてどのピクセルがオンであるかを考慮に入れる較正マップが保存される。次いで、このマップは図４の工程３６において用いられる。
【００５５】
図面には、透明シート８を含む光経路の高密度部分を有する三次元プリントシステム２が示されているが、他のシステムがこの補正により改良されうる。これらのシステムのいくつかは、樹脂６の上からレーザ光を方向付けるが、透明シート８を必要としない。そのようなシステムは、開示される較正装置および方法によって改良できる。
【００５６】
上記で説明した具体的な実施形態およびそのアプリケーションは、専ら説明目的のためのものであり、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される変更形態およびバリエーションを、除外するものではない。
他の実施形態
１．  製造対象の三次元物体の１つの面上に光硬化樹脂を選択的に硬化する光エンジンの動作によって層が形成される層ごとのプロセスにより、前記製造対象の三次元物体を形成する三次元プリントシステムのための較正システムであって、
光学素子が取り付けられた光検出器を含む少なくとも１つのセンサであって、前記光学素子は、前記光エンジンと前記製造対象の三次元物体の面との間の光経路の高密度部分をシミュレートし、前記光経路の前記高密度部分は、前記光硬化樹脂の層を含む、センサと、
前記光エンジンの横方向の構築面を対象とするように前記少なくとも１つのセンサを位置付ける装置と、
コントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
（ａ）前記光エンジンをアクティブ化し、横方向の位置で前記構築面を照射し、
（ｂ）前記光エンジンから受け取った光に応じて前記少なくとも１つのセンサから信号を受け取り、
（ｃ）前記光エンジン構築面をマッピングする較正値のセットが定められるまで、工程（ａ）−（ｂ）を繰り返し、
（ｄ）前記構築面において前記横方向の位置の関数として前記光経路における変化を補正する前記光エンジンについての前記較正値のセットを保存する、
ように構成されていることを特徴とする、較正システム。
２．  前記少なくとも１つのセンサにより受け取られる光が、中心軸に関して軌道角を定め、これは、前記横方向の位置に従って変化し、前記光経路の前記高密度部分の経路長が、前記軌道角が増加すると増加する、ことを特徴とする、実施形態１に記載の較正システム。
３．  前記光経路の前記高密度部分の長さが、前記光経路の前記高密度部分内の前記軌道角のコサインの逆数に実質的に比例することを特徴とする、実施形態２に記載の較正システム。
４．  前記光エンジンが、紫外線光源を含むことを特徴とする、実施形態１に記載の方法。
５．  前記光経路の前記部分がさらに、前記光エンジンと前記光硬化樹脂の層との間に配置される透明シートを含むことを特徴とする、実施形態１に記載の方法。
６．  前記光学素子が、前記光経路の前記部分のスペキュラー特性をシミュレートする減衰器を含むことを特徴とする、実施形態１に記載の方法。
７．  前記光学素子が、前記光経路の前記部分の濁度をシミュレートするディフューザを含むことを特徴とする、実施形態１に記載の方法。
８．  前記光エンジンが、ピクセル要素のアレイを生成することを特徴とする、実施形態１に記載の方法。
９．  工程（ａ）に従って、複数の前記ピクセル要素が、前記センサに光を提供するようにアクティブ化されることを特徴とする、実施形態８に記載の方法。
１０．  工程（ａ）に従って、少なくとも１００の前記ピクセル要素が、前記センサに光を提供するようにアクティブ化されることを特徴とする、実施形態８に記載の方法。
１１．  工程（ａ）に従って、少なくとも１０００の前記ピクセル要素が、前記センサに光を提供するようにアクティブ化されることを特徴とする、実施形態８に記載の方法。
１２．  製造対象の三次元物体の１つの面上に光硬化樹脂を選択的に硬化する光エンジンの動作によって各層が形成される層ごとのプロセスにより、前記製造対象の三次元物体を形成する三次元プリントシステムのための較正方法であって、
（ａ）前記光エンジンの光経路において、
光学素子が取り付けられた光検出器を含む少なくとも１つのセンサであって、前記光    学素子は、前記光エンジンと前記製造対象の三次元物体の面との間の光経路の高密度部分の長さをシミュレートし、前記光経路の前記高密度部分は、前記光硬化樹脂の層を含む、センサと、
前記光エンジンの横方向の構築面を対象とするように前記少なくとも１つのセンサを位置付ける装置と、
を備える、較正装置を提供する工程；
（ｂ）前記光エンジンをアクティブ化し、横方向の位置で前記構築面を照射する工程；
（ｃ）前記光エンジンから受け取った光に対応する前記少なくとも１つのセンサから信号を受け取る工程；
（ｄ）前記光エンジンの前記構築面をマッピングする較正値のセットが定められるまで、工程（ｂ）−（ｃ）を繰り返す工程；および
（ｅ）前記構築面において前記横方向の位置の関数として前記光経路の前記高密度部分の前記長さにおける変化を補正する前記光エンジンについての前記較正値のセットを保存する工程、
を含むことを特徴とする、
較正方法。
１３．  前記センサにより受け取られる光が、中心軸に関して軌道角を定め、これは、前記横方向の位置に従って変化し、前記光経路の前記高密度部分の経路長は、前記軌道角が増加すると増加する、ことを特徴とする、実施形態１２に記載の較正方法。
１４．  前記光経路の前記高密度部分の経路長が、前記光経路の前記高密度部分内の前記軌道角のコサインの逆数に実質的に比例することを特徴とする、実施形態１３に記載の較正方法。
１５．  製造対象の三次元物体の１つの面上に光硬化樹脂を選択的に硬化する光エンジンの動作によって各層が形成される層ごとのプロセスにより、前記製造対象の三次元物体を形成する三次元プリントシステムであって、
樹脂を含む容器；
光エンジン；および
コントローラ、
を備え、
前記光エンジンは、光経路に沿って放射線を選択的に適用するよう構成され、それにより樹脂が横方向に伸長する構築面に近接して硬化され、前記光経路は、前記構築面において横方向の位置の関数として変化する中心軸に関する軌道角を定め、前記光エンジンから前記横方向の位置までの前記光経路の高密度部分の経路長は、前記軌道角に従って変化し、
前記コントローラが、
前記構築面において前記横方向の位置に対応する較正値のマップを保存し、前記較正値は、前記光経路の前記高密度部分の前記経路長における変化の補正を定め、
前記較正値を用いて前記光エンジンを動作し、前記製造対象の三次元物体の面上に前記樹脂の層を選択的に硬化し、それにより、前記横方向の位置に適用されたエネルギーが、前記光経路の前記高密度部分の経路長の変化を補正するよう調整される、
よう構成される、ことを特徴とする、三次元プリントシステム。
１６．  前記光経路の前記高密度部分の経路長が、前記軌道角が増加すると増加することを特徴とする、実施形態１５に記載の三次元プリントシステム。
１７．  前記光経路の前記高密度部分の長さが、前記光経路の前記高密度部分内の前記軌道角のコサインの逆数に実質的に比例することを特徴とする、実施形態１６に記載の三次元プリントシステム。
１８．  前記構築面が、一定の垂直位置においてピクセル要素のアレイによって定められ、前記構築面が、前記中心軸と一致する中心を有することを特徴とする、実施形態１５に記載の三次元プリントシステム。
１９．  前記軌道角が、前記構築面に沿って前記中心から横方向の距離に伴って増加することを特徴とする、実施形態１８に記載の三次元プリントシステム。
【符号の説明】
【００５７】
２  三次元プリントシステム
４  容器
６  樹脂
８  透明シート
１０  光エンジン
１２  製造対象の三次元物体
１４  固定具
１６  移動機構
１８  コントローラ
２０  構築面
２２  樹脂の薄層
２４  光経路
【図１】
0006898449.tif 000002
【図２】
0006898449.tif 000003
【図３】
0006898449.tif 000004
【図４】
0006898449.tif 000005
【図５】
0006898449.tif 000006
【図６】
0006898449.tif 000007
【図７】
0006898449.tif 000008
【図８】
0006898449.tif 000009