(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元プリントシステムであって、
重なり合って構築平面を画定する、対応する複数の構築フィールドを定める複数の光エンジン；
位置合わせ校正イメージを持ち、前記構築平面に近接しかつ前記複数の光エンジンに対向する関係で前記位置合わせ校正イメージを用いて前記三次元プリントシステム中に取り付けられるように構成される、位置合わせ物品であって、前記位置合わせ校正イメージは、反射位置合わせターゲットのアレイを有するダークフィールドを定める、位置合わせ物品；
前記位置合わせ校正イメージに対向する関係となるように取り付けられたカメラ；
前記複数の光エンジンおよび前記カメラに接続されたコントローラであって、情報記憶装置に接続されたプロセッサを備える、コントローラ；
を備え、
前記情報記憶装置は、前記プロセッサによって実行される際に、以下を含む工程：
（ａ）前記複数の光エンジンを作動して、前記位置合わせ校正イメージ上に光のスポットを投影する工程、
（ｂ）前記カメラを作動して、前記反射位置合わせターゲットから反射された光のスポットを含む前記位置合わせ校正イメージを反復的に保存する工程、および
（ｃ）前記反復的に保存された校正イメージを分析し、前記光エンジンをそれぞれ前記位置合わせ校正イメージに位置合わせする工程
を行う命令を記憶しており、
前記コントローラがさらに、前記反射ターゲットのイメージを保存し；かつ
前記カメラに関して前記位置合わせ校正イメージの方位エラーを計算する
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２】
製造対象の三次元物体を形成するための動作モード中に樹脂容器を支持するための支持プレートをさらに備え、前記樹脂容器は、樹脂を収容するための下限を定める透明シートを含み、前記複数の光エンジンは、前記透明シートを介して上方にピクセル化された光を投影して前記透明シートの上方に構築平面を画定し、前記位置合わせ物品と前記支持プレートとの間の係合によって、前記校正イメージが、前記構築平面に近接してまたは前記構築平面においてかつ下向きに、位置づけられることを特徴とする、請求項１に記載の三次元プリントシステム。
【請求項３】
前記複数の光エンジンが、前記製造対象の三次元物体の形成のための動作モード中に、ピクセル化された光を下方に投影し、樹脂の上面に近接して構築平面を定めるように構成され、前記位置合わせ物品と前記支持プレートとの間の係合によって、前記位置合わせ校正イメージが、前記構築平面に近接しかつ上向きに位置づけられることを特徴とする、請求項１に記載の三次元プリントシステム。
【請求項４】
前記位置合わせ物品が、
前記三次元プリントシステムに取り付けるための硬質プレート；および
前記位置合わせ校正イメージを定めかつ前記硬質プレートの表面により支持される可撓性シート
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の三次元プリントシステム。
【請求項５】
三次元プリントシステムであって、
重なり合って構築平面を画定する、対応する複数の構築フィールドを定める複数の光エンジン；
位置合わせ校正イメージを持ち、前記構築平面に近接しかつ前記複数の光エンジンに対向する関係で前記位置合わせ校正イメージを用いて前記三次元プリントシステム中に取り付けられるように構成される、位置合わせ物品であって、前記位置合わせ校正イメージは、反射位置合わせターゲットのアレイを有するダークフィールドを定める、位置合わせ物品；
前記位置合わせ校正イメージに対向する関係となるように取り付けられたカメラ；
前記複数の光エンジンおよび前記カメラに接続されたコントローラであって、情報記憶装置に接続されたプロセッサを備える、コントローラ；
を備え、
前記情報記憶装置は、前記プロセッサによって実行される際に、以下を含む工程：
（ａ）前記複数の光エンジンを作動して、前記位置合わせ校正イメージ上に光のスポットを投影する工程、
（ｂ）前記カメラを作動して、前記反射位置合わせターゲットから反射された光のスポットを含む前記位置合わせ校正イメージを反復的に保存する工程、および
（ｃ）前記反復的に保存された校正イメージを分析し、前記光エンジンをそれぞれ前記位置合わせ校正イメージに位置合わせする工程
を行う命令を記憶しており、
前記位置合わせ物品が、
前記三次元プリントシステムに取り付けるための硬質プレート；および
前記位置合わせ校正イメージを定めかつ前記硬質プレートの表面により支持される可撓性シート
を含み、
前記可撓性シートが位置合わせピンホールを有し、前記硬質プレートから前記ピンホールを通って伸長して前記ピンと前記ピンホールとの間の係合を可能とし前記硬質プレートに関して前記可撓性シートの方位回転を容易にするピンをさらに備える、三次元プリントシステム。
【請求項６】
前記コントローラがさらに、ユーザインターフェース上に命令を表示し、ユーザに前記方位エラーを手動で修正するよう命令するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の三次元プリントシステム。
【請求項７】
前記コントローラがさらに、前記カメラに関して前記位置合わせ校正イメージの電動式相対運動を提供し、前記方位エラーを自動で修正するよう構成されることを特徴とする、請求項１に記載の三次元プリントシステム。
【請求項８】
さらに樹脂レベルセンサを備え、前記コントローラがさらに、前記樹脂レベルセンサから情報を受け取り、前記構築平面に近接する前記樹脂のレベルを制御するよう構成され、それによって前記樹脂上面および前記位置合わせ校正の垂直位置が実質的に同じになることを特徴とする、請求項１に記載の三次元プリントシステム。
【請求項９】
三次元プリントシステムであって、
重なり合って構築平面を画定する、対応する複数の構築フィールドを定める複数の光エンジン；
位置合わせ校正イメージを持ち、前記構築平面に近接しかつ前記複数の光エンジンに対向する関係で前記位置合わせ校正イメージを用いて前記三次元プリントシステム中に取り付けられるように構成される、位置合わせ物品であって、前記位置合わせ校正イメージは、反射位置合わせターゲットのアレイを有するダークフィールドを定める、位置合わせ物品；
前記位置合わせ校正イメージに対向する関係となるように取り付けられたカメラ；
前記複数の光エンジンおよび前記カメラに接続されたコントローラであって、情報記憶装置に接続されたプロセッサを備える、コントローラ；
を備え、
前記情報記憶装置は、前記プロセッサによって実行される際に、以下を含む工程：
（ａ）前記カメラを作動して、前記反射ターゲットのイメージを保存する工程；
（ｂ）前記カメラに関して前記位置合わせ校正イメージの方位エラーを計算する工程；
（ｃ）（ｉ）手動の回転補正のためにユーザインターフェース上にユーザのための命令を提供する工程、または（ｉｉ）前記カメラと前記位置合わせ校正イメージとの間の回転方位を自動で調整する工程、のいずれかによって、方位エラーを修正する工程：
（ｄ）前記複数の光エンジンを作動して、前記位置合わせ校正イメージ上に光のスポットを投影する工程；
（ｅ）前記カメラを作動して、前記反射位置合わせターゲットから反射された光のスポットを含む前記位置合わせ校正イメージを反復的に保存する工程；および
（ｆ）前記反復的に保存された校正イメージを分析し、前記光エンジンをそれぞれ前記位置合わせ校正イメージに位置合わせする工程
を行う命令を記憶していることを特徴とする、三次元プリントシステム。
【請求項１０】
（ｉ）ユーザインターフェース上に命令を提供して、ユーザが前記位置合わせ校正イメージに関して前記光エンジンの機械的位置合わせを調整することをガイドする工程、および（ｉｉ）ソフトウェア中で前記個々の光エンジンを位置合わせする工程、の１つ以上を含む少なくとも１つの追加の工程を行うようにさらに校正されることを特徴とする、請求項９に記載の三次元プリントシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、複数の光エンジンを用いた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ものである。より詳細には、本開示は、大きく高品質の製造対象の物品を提供するよう複数の光エンジンを位置合わせする正確で効率的な方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元（３Ｄ）プリンターは、急速に使用が拡大している。ある種類の３Ｄプリンターは、放射線硬化可能な（光硬化可能）液状樹脂の選択的硬化および固化を含むオペレーションの原則を有するステレオリソグラフィプリンターを含む。典型的なステレオリソグラフィシステムは、光硬化樹脂を保持する樹脂容器、支持表面に接続された移動機構、および制御可能な光エンジンを含む。ステレオリソグラフィシステムは、光硬化樹脂の層を「支持固定具（support fixture）」上に選択的に硬化することにより、製造対象の三次元（３Ｄ）物体を形成する。それぞれの選択的に硬化された層は、樹脂内の「構築平面」において形成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ある種類のステレオリソグラフィシステムは、マイクロミラーのアレイのような空間光変調器に基づく光エンジンを利用する。そのようなシステムは通常、空間光変調器のピクセル数によって制限される。より大きくかつより高い解像度の製造対象の物体を形成するためにより多くのピクセルを有するシステムを提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示の第１の態様において、三次元プリントシステムは、複数の光エンジン、位置合わせ物品、カメラ、およびコントローラを備える。複数の光エンジンは、重なり合って構築平面を画定する、対応する複数の構築フィールドを定める。位置合わせ物品は、位置合わせ校正イメージを持ち、構築平面に近接しかつ複数の光エンジンに対向する関係で位置合わせ校正イメージを用いて三次元プリントシステム中に取り付けられるよう構成される。位置合わせ校正イメージは、反射位置合わせターゲットのアレイを有するダークフィールドを定める。カメラは、位置合わせ校正イメージに対向する関係となるように取り付けられる。コントローラは、複数の光エンジンおよびカメラに接続される。コントローラは、情報記憶装置に接続されたプロセッサを備える。情報記憶装置は、プロセッサによって実行される際に、以下を含む工程を行う命令を記憶している：（ａ）複数の光エンジンを作動して、位置合わせ校正イメージ上に光のスポットを投影する工程、（ｂ）カメラを作動して、反射位置合わせターゲットから反射された光のスポットを含む位置合わせ校正イメージを反復的に保存する工程、および（ｃ）反復的に保存された校正イメージを分析し、光エンジンをそれぞれ位置合わせ校正イメージに位置合わせする工程。
【０００５】
１つの実装形態において、三次元プリントシステムは、製造対象の三次元物体を形成するための動作モード中に樹脂容器を支持するための支持プレートを含む。樹脂容器は、樹脂を収容するための下限を定める透明シートを含む。複数の光エンジンは、透明シートを介して上方にピクセル化された光を投影し、透明シートの上方に構築平面を画定する。位置合わせ物品と支持プレートとの間の係合によって、位置合わせ校正イメージは、構築平面に近接しかつ下向きに位置づけられる。ここで近接とは、５００マイクロメートル以内、２５０マイクロメートル以内、または１２５マイクロメートル以内の、同じまたは略同じ垂直位置を有することを意味する。
【０００６】
別の実装形態において、複数の光エンジンは、製造対象の三次元物体の形成のための動作モード中に、ピクセル化された光を下方に投影し、樹脂の上面に近接して構築平面を定めるように構成される。位置合わせ物品と支持プレートとの間の係合によって、位置合わせ校正イメージは、構築平面に近接しかつ上向きに位置づけられる。ここで近接とは、５００マイクロメートル以内、２５０マイクロメートル以内、または１２５マイクロメートル以内の、同じまたは略同じ垂直位置を有することを意味する。
【０００７】
さらに別の実装形態において、位置合わせ物品は、三次元プリントシステムに取り付けるための硬質プレート、および、位置合わせ校正イメージを定めかつ硬質プレートの表面により支持される可撓性シートを含む。可撓性シートは、それを貫通して形成される位置合わせピンホールを有する。ピンは、硬質プレートからピンホールを通って伸長し、ピンとピンホールとの間の係合を可能として、硬質プレートに関して可撓性シートの方位回転を容易にする。ユーザは、ユーザインターフェースからの命令に応じて可撓性シートを手動で回転できる。所望の程度の方位位置合わせにおいて、ユーザは、可撓性シートと硬質プレートとの間にアルコールのような液体を投与することにより、適切な位置に位置合わせを「ロック」することができる。
【０００８】
さらなる実施形態において、コントローラは、反射ターゲットのイメージを保存し、かつ、カメラに関して位置合わせ校正イメージの方位エラーを計算するよう構成される。コントローラはさらに、ユーザインターフェース上に命令を表示し、ユーザに方位エラーを手動で修正するよう命令するように構成される。
【０００９】
さらなる実施形態において、コントローラはさらに、反射ターゲットのイメージを保存し、かつ、カメラに関して位置合わせ校正イメージの方位エラーを計算するよう構成される。コントローラはさらに、カメラに関して位置合わせ校正イメージの電動式相対運動を提供し、方位エラーを自動で修正するよう構成される。
【００１０】
別の実施形態において、三次元プリントシステムは、樹脂レベルセンサを備える。コントローラはさらに、樹脂レベルセンサから情報を受け取り、構築平面に近接する樹脂のレベルを制御するよう構成され、それによって樹脂上面および位置合わせ校正の垂直位置が実質的に同じになる。
【００１１】
さらに別の実施形態において、コントローラは、ユーザインターフェース上に命令を提供し、ユーザが位置合わせ校正イメージに関して光エンジンの機械的位置合わせを調整することをガイドするよう構成される。さらなる実施形態において、コントローラは、ソフトウェア中で個々の光エンジンを位置合わせする。さらなる実施形態において、コントローラは、ユーザインターフェース上にユーザ命令を提供し、ユーザが位置合わせ校正イメージに関して光エンジンの機械的位置合わせを調整することをガイドし、その後、ソフトウェア位置合わせによる機械的位置合わせが行われる。
【００１２】
本開示の第２の態様において、三次元プリントシステムは、複数の光エンジン、位置合わせ物品、カメラ、およびコントローラを備える。複数の光エンジンは、重なり合って構築平面を画定する、対応する複数の構築フィールドを定める。位置合わせ物品は、位置合わせ校正イメージを持ち、構築平面に近接しかつ複数の光エンジンに対向する関係で位置合わせ校正イメージを用いて三次元プリントシステム中に取り付けられるよう構成される。位置合わせ校正イメージは、反射位置合わせターゲットのアレイを有するダークフィールドを定める。カメラは、位置合わせ校正イメージに対向する関係となるように取り付けられる。コントローラは、複数の光エンジンおよびカメラに接続される。コントローラは、情報記憶装置に接続されたプロセッサを備える。情報記憶装置は、プロセッサによって実行される際に、以下を含む工程を行う命令を記憶している：（ａ）カメラを作動して、反射ターゲットのイメージを保存する工程、（ｂ）カメラに関して位置合わせ校正イメージの方位エラーを計算する工程、（ｃ）以下の１つにより方位エラーを修正する工程：（ｉ）手動の回転修正についてユーザインターフェース上でユーザに命令を提供するまたは（ｉｉ）カメラと位置合わせ校正イメージとの間の回転位置合わせを自動的に調整する、（ｄ）カメラを作動して、反射位置合わせターゲットから反射された光のスポットを含む位置合わせ校正イメージを反復的に保存する工程、および（ｅ）反復的に保存された校正イメージを分析し、光エンジンをそれぞれ位置合わせ校正イメージに位置合わせする工程。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】製造対象の三次元物体を形成するための動作構成における三次元プリントシステムの第１の実施形態の簡略化したブロック図
【図２】４つの光エンジンに対応する４つの構築フィールドの複合である複合構築平面の概略図
【図３】複数の光エンジンを位置合わせするための校正構成における三次元プリントシステムの第１の実施形態の簡略化したブロック図
【図４Ａ】位置合わせ物品の第１の実施形態の概略図
【図４Ｂ】図４Ａの位置合わせ物品からの反射ターゲットのより高い倍率の詳細を示す図
【図５】位置合わせ物品の第２の実施形態の図
【図６】校正構成における三次元プリントシステムの第２の実施形態の簡略化したブロック図
【図７】複数の光エンジンを位置合わせするための三次元プリントシステムのための校正モード手順を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、複合構築平面６を提供するための複数の光エンジン４（４Ａおよび４Ｂとして示される）を有する三次元プリントシステム２の第１の実施形態の簡略化した概略ブロック図である。プリントシステム２は、光エンジン４を適切に位置合わせする容易さおよび精度を改良する新規な位置合わせ校正システムを含む。図１には２つのみの光エンジン４Ａおよび４Ｂが示されているが、任意の数の光エンジン４が、複合構築平面６を形成するためにさまざまの直線的または二次元配置で三次元プリントシステム２によって利用されうることが理解されるべきである。
【００１５】
三次元プリントシステム２の説明において、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。
【００１６】
さらに、極座標角θおよびφが用いられる。角θは、＋Ｚ方向に関して測定される極角である。したがって、上向き方向（Ｚ軸に沿う）はθ＝０の値を表し、水平方向はθ＝９０度（またはπ／２）の値を表し、下向き方向はθ＝１８０度（またはπ）の値を表す。角φは、Ｚ軸の周りの回転の測定である方位角である。Ｘ軸は、φ＝０度の値を有する。Ｙ軸は、φ＝９０度（またはπ／２）の値を有する。−Ｘ軸は、φ＝１８０度（またはπ）の値を有する。
【００１７】
三次元プリントシステム２は、光硬化可能な樹脂１０を収容する樹脂容器８を備える。樹脂容器８は、光硬化可能な樹脂１０のための下限を定める透明シート１２を含む。樹脂容器８は、支持プレート１４上に支持される。支持プレート１４は、三次元プリントシステム２の機械ベース（図示せず）に取り付けられ、樹脂容器８に関しかつそれを含む三次元プリントシステム２のさまざまの構成要素の指示および位置合わせを提供する。
【００１８】
支持プレート１４の下方に光エンジン４が配置される。光エンジン４は、複合構築平面６までピクセル化された光を投影する。光エンジン４から構築平面６までの距離は、距離ＤＰによって表される。光エンジンは、横軸ＸおよびＹに沿って直線的に位置合わせされ、軸θおよびφに関して回転して位置合わせされる。位置合わせは、機械的およびソフトウェア位置合わせの両方を含む。光エンジン４は、構築平面距離ＤＰについて最適化される焦点距離を有する。
【００１９】
製造対象の三次元物体１８は、支持固定具２０により、樹脂容器８の上方かつその内部に支持される。移動機構２２が連結され、支持取付具２０について垂直方向の位置付けおよび移動を提供する。特に、移動機構２２は、製造対象の三次元物体１８の下面または端部２４の位置を調整する。
【００２０】
コントローラ２６は、光エンジン４、移動機構２２、および三次元プリントシステム２の他の部分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２６は、情報記憶装置３０に接続されたプロセッサ２８を含んでいる。情報記憶装置３０は、非一時的なまたは不揮発性の記憶装置を含んでおり、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４、移動機構２２、および三次元プリントシステム２の他の部分を制御する命令を記憶している。これには、動作モードまたは校正モードのいずれかを提供することが含まれる。動作モードは、図１に示されるように三次元プリントシステムが動作構成にある際に製造対象の三次元物体１８を形成するために用いられる。校正モードは、図３に示されるように三次元プリントシステムが校正構成にある際に光エンジン４を位置合わせするために用いられる。コントローラ２６は、１つの場所にあるものであってもよいし、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。
【００２１】
透明シート１２と製造対象の三次元物体１８の下面２４との間には、構築平面６を含む樹脂の薄層３２が存在する。樹脂の薄層３２は、構築平面６を含み、これは実際には下面２４上への光エンジン４の作用によって選択的に硬化される樹脂の非常に薄い層である。
【００２２】
図２は、４つの光エンジン４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、および４Ｄの作用により形成される構築平面６を概略的に示す。光エンジン４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、および４Ｄは、４つの異なる点線パターンによって表される、４つの構築フィールド６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、および６Ｄをそれぞれ定める。構築フィールド６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、および６Ｄは、重なり合って複合構築フィールド６を形成する。構築フィールドのペアはオーバーラップゾーン３４を定める。中央のオーバーラップゾーン３６が存在し、ここでは４つの構築フィールド６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、および６Ｄの全てが重なり合う。構築フィールド６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、および６Ｄは、それぞれ外縁３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ、および３８Ｄを有する。
【００２３】
図３は、校正構成における三次元プリントシステム２の第１の実施形態を示す。樹脂容器８は、支持プレート１４から取り外され、位置合わせ物品４０に置換される。位置合わせ物品４０は、位置合わせ校正イメージ４４を持つ下部または校正表面４２を含む。表面４２は、複数の光エンジン４（４Ａおよび４Ｂとして示される）に向かって下方に面する。表面４２と光エンジンとの間の垂直距離は、構築平面垂直距離であるＤＰと好ましくは等しい。
【００２４】
光エンジン４までの校正表面４の垂直距離は、好ましくは、５００マイクロメートル以内で、構築平面６の光エンジン４までの垂直距離に等しい。より好ましくは、校正表面４２の光エンジン４までの垂直距離は、好ましくは、２５０マイクロメートル以内でまたはより好ましくは１２５マイクロメートル以内で、構築平面６の光エンジン４までの垂直距離に等しい。
【００２５】
カメラ４６が、校正表面４２と対向する関係で配置される。カメラ４６は、位置合わせ校正イメージ４４、および、位置合わせ校正イメージ４４が光エンジン４から反射する光を保存するよう構成される。
【００２６】
ユーザインターフェース４８は、コントローラ２６に無線接続または電気的に接続されている。ユーザインターフェース４８は、三次元プリントシステム２のユーザと三次元プリントシステム２との間の連絡のために、タッチスクリーンのようなディスプレイを最低限含む。
【００２７】
コントローラ２６は、光エンジン４を作動し、位置合わせ校正イメージ４４を選択的に照射しカメラ４６から保存されたイメージを受け取るよう構成される。コントローラ２６は、保存されたイメージを分析し、それに応じて、光エンジン４、位置合わせ校正イメージ４４、およびカメラ４６の間の位置合わせ処理を促進またはアクティブ化する。
【００２８】
図４Ａは、位置合わせ物品４０の校正表面４２の簡略化した第１の実施形態を示す。校正表面４２は、位置合わせ校正イメージ４４を持つ。位置合わせ校正イメージ４４は、反射ターゲット５２のアレイを有する、黒い、暗い、または概してエネルギー吸収領域５０を有するダークフィールドイメージである。反射ターゲット５２は、反射円として図示され、内部に白色部分およびさまざまの反射率の同心部分を有する。しかしながら、白色十字、四角形、または他の形状のような他の反射ターゲット５２を用いてもよい。エネルギー吸収領域５０と反射ターゲット５２との間でエネルギー吸収に強いコントラストが存在し、カメラ４６によるイメージ保存を含む位置合わせプロセスが促進される。図４Ｂは、エネルギー吸収領域５０によって囲まれる単一の例示的なターゲット５２の詳細を図示する。単一の例示的なターゲット５２は、同心円によって囲まれる中央の白い確固たる円を含み、同心円は、確固たる白い塩の中心から半径が増加するにつれて反射率が減少する。図４Ａは、簡略化したものであり正確な縮尺ではないことが理解されるべきである。図４Ａは、４２（７×６アレイ）のターゲット５２を示すが、実際には多くのより小さいターゲット５２を用いて画像処理、分析、および位置合わせを最適化してもよい。
【００２９】
１つの実施形態において、位置合わせ物品４０は、硬質プレート５６に取り付けられた可撓性フィルムのシート５４を含む。シート５４は、位置合わせ校正イメージ４４を持ち、中央ピンホール５８を含む。ピン６０は、硬質プレート５６からピンホール５８を通って伸長する。これによって、ユーザが、カメラ４６に関して方位角φについて校正イメージ４４を回転し、それによってターゲット５２のアレイをカメラ４６のピクセルアレイに回転位置合わせする手段が提供される。可撓性シート５４は、寸法的に正確で安定な材料から形成される。ある特定の実施形態において、可撓性シート５４は、耐熱性で寸法安定性の２軸配向ポリエチレンテレフタレート（ＢｏＰＥＴ）から形成される。
【００３０】
図５は、正確な縮尺に近く図示される位置合わせ物品４０の第２の実施形態を示す。位置合わせ校正イメージ４４は、暗い（エネルギー吸収）フィールド５０および反射ターゲット５２の長方形のアレイを有する。重なり合って複合構築平面６を画定する、オーバーラップ構築フィールド境界６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、および６Ｄもまた図示される。好ましい実施形態において、反射ターゲット５３は、４つ全てのプロジェクタにより共有される中央の反射ターゲット５３を含み、したがって、４つの構築フィールドの中央のオーバーラップゾーン３６中に位置する。中央の反射ターゲット５３はまた、好ましくは、直線的な中心（Ｘ＝Ｙ＝０）および方位調整のための回転の中心を定める。これによって空間計算および位置合わせが簡略化される。
【００３１】
いくつかの実施形態において、ターゲット５２のいくつかまたは全ては、放射性でもよい。これによって、位置合わせ校正イメージ４４とカメラ４６との間の位置合わせ中にターゲット５２を効果的に照射する必要がなくなる。放射性ターゲット５２の提供は、数例を挙げると、発光ダイオードのアレイまたは電子発光エミッタのような光源を用いた逆光照明（背面から表面４２に向かって）によって行うことができる。
【００３２】
レーザ６２は、校正表面４２上に衝突する光ビームを放射するよう構成され、検出器６４によって受け取られる。レーザ６２および検出器は、三次元プリントシステム２の一部でもよく、コントローラ２６に接続される。レーザ６２および検出器６４は、光エンジン４から位置合わせ校正イメージ４４までの距離ＤＰのような主要距離を検出および特定するための距離測定システム６３を形成する。いくつかの実施形態において、２つ以上のレーザ６２を使用してもよい。他の実施形態において、１つまたは複数のレーザ６２を、位置合わせ物品４０のレベリングのためのシステムの一部として利用してもよい。
【００３３】
図６は、三次元プリントシステム２の第２の実施形態を示す。図６に図示される実施形態は、図１および３のものとは異なり、構築平面６は、樹脂容器６６中の光硬化樹脂の上面に近接する。樹脂容器６６は点線で示され、樹脂容器６（図２の）とは異なり、樹脂容器６６は透明シート１２を有しない。製造対象の三次元物体は、移動機構７０によって光硬化樹脂中に降下される構築プラットフォーム６８の上に形成され、構築平面６６は、製造対象の三次元物体の上面または表面に近接する。
【００３４】
図６は、校正構成における三次元プリントシステム２を図示する。樹脂容器６６および樹脂充填装置７２（樹脂容器６６に樹脂を補充するための）が、校正処理中は取り外されうるので点線で示される。図６における同様の構成要素番号は、同様の機能を有する構成要素を表すが、図１および３に示されるものとは異なる構成でありうる。
【００３５】
光エンジン４（４Ａおよび４Ｂとして図示される）の下方には、校正表面４２を有する位置合わせ物品４０が配置される。校正表面４２および光エンジン４は、互いに対向する関係にある。校正表面４２は、位置合わせ校正イメージ４４を含む。位置合わせ物品４０は、図４Ａ、４Ｂおよび５のいずれかに関して説明される位置合わせ物品４０のいずれかと同様または同じでもよい。
【００３６】
三次元プリントシステム２は、光エンジン４から、動作中に構築平面６（この図で樹脂の上部）まで、または校正中に校正表面４２までの垂直距離を測定するための距離測定システム６３（１つの実施形態においてレーザ６２および検出器６４）を含む。カメラ４６は、校正表面４２の上方にあり、それと対向する関係にある。コントローラ２６は、光エンジン４、カメラ４６、ユーザインターフェース４８、距離測定システム６３、移動機構７０、樹脂充填システム７２、および三次元プリントシステム２の他の部分に接続される。
【００３７】
いくつかの実施形態において、三次元プリントシステム２は、重力参照（gravitational reference）に関して位置合わせ物品４０（およびしたがって校正表面４２）のレベリングのためのレベリング性能を組み込む。これによって、位置合わせ物品４０が構築平面６に平行であることが確保される。レベリング性能は、バブルレベル（液体中の眼に見える空気バルブ）または電気レベルセンサの１つ以上を含んでもよい。あるいは、レベリング性能は、校正表面４２上の複数点までの距離を感知する１つ以上のレーザ６２に基づいてもよい。光エンジン４もまたレベリング性能を組み込んでもよく、これにより、それぞれの垂直時は重力参照と位置合わせされる。
【００３８】
図１、３および６を含む全ての実施形態について、コントローラ２６は、校正モードおよび動作モードを含む少なくとも２つの異なるモードにおいて三次元プリントシステム２を作動するよう構成される。校正モード中、コントローラ２６は、三次元プリントシステム２を作動して、位置決め校正イメージ４４に関して光エンジン４を位置合わせする。動作モード中、コントローラは、三次元プリントシステム２を作動して、製造対象の三次元物体１８を形成する。
【００３９】
いくつかの大きいアレイの実施形態において、光エンジン４を位置合わせするために２つ以上のカメラ４６が用いられる。これは、６つ以上の光エンジン（例えば２×３アレイ）を用いる好ましいアレイでありうる。
【００４０】
図７は、図３または６のいずれかに説明される三次元プリントシステム２のための校正モード手順８０を示す。ステップ８２に従って、三次元プリントシステム２は校正モード用に構成される。これには、容器樹脂（８または６６）を取り外し、光エンジン４およびカメラ４６と対向する関係にある校正表面４２を有する位置合わせ物品４０を取り付ける工程が含まれてもよい。
【００４１】
ステップ８４に従って、校正表面４２が照射される。照射は、光エンジン４または他の光源を用いて提供されうる。ステップ８６に従って、カメラが作動されて位置合わせ校正イメージ４４を保存する。ステップ８８に従って、コントローラは、保存された位置合わせ校正イメージ４４を用いて、方位エラーΔφを特定し、これは、ターゲット５２のアレイとカメラ４６のピクセルアレイとの間の方位位置合わせにおける不一致である。ステップ９０に従って、Δφの大きさが十分に小さいかに関して特定が行われる。Δφの絶対値が閾値より低い場合、処理はステップ９４に進む。そうでない場合、処理はステップ９２に進む。
【００４２】
ステップ９２に従って、コントローラ２６は、方位エラーΔφの補正を容易にするあるいはそれを補正する。第１の実施形態によれば、コントローラ２６は、カメラ４６と位置合わせ校正イメージ４４との間の相対的な方位位置合わせを自動で調整する。第２の実施形態によれば、コントローラ２６は、ユーザインターフェース４８上で命令を提供し、ユーザが方位エラーΔφを調整するのを補助する。図４Ａに関して説明されるある実施形態において、ユーザは、硬質プレート５６に関して可撓性フィルム５４を手動で回転させることにより方位角を手動で調整する。方位エラーΔφの大きさが十分に小さい場合、ユーザは可撓性フィルム５４と硬質プレート５６との間に液体を配置し、それらの間に一時的な保持を提供する。ステップ９２の後、処理はステップ８６に戻る。
【００４３】
ステップ９４に従って、光エンジン４は、ピクセル化された配列においてアクティブ化され、位置合わせ校正イメージ４４のターゲット５２上に反射光スポットの配列を生成する。またステップ９４中には、カメラ４６が反射された光スポットのイメージを保存している。
【００４４】
ステップ９６に従って、光エンジン４によって生成される光スポットが分析される。ステップ９６の一部として、光エンジンがターゲット５２のアレイにそれぞれ位置合わせされる。１つの実施形態において、ステップ９６は、個々の光エンジン４の並進角度および位置エラーを補正するための機械的位置合わせを含む。機械的位置合わせは、ユーザインターフェース４８によって動力化または促進されてもよい。別の実施形態において、ステップ９６は、ソフトウェア位置合わせを含み、ターゲット５２上で光エンジンにより生成される反射スポットまたはピクセル位置を同定する。第３および例示的な実施形態において、ステップ９６は、機械的位置合わせおよびそれに続くソフトウェア位置合わせを含む。
【００４５】
図６に説明される三次元プリントシステム２の動作モード中、測定システム６３は、樹脂容器６６中の樹脂のレベルを特定するよう作動される。レベルが特定の閾値より低い場合、樹脂充填装置が作動されて、光エンジン４からの距離と校正表面４２との間の距離に一致する構築平面距離ＤＰを提供する。
【００４６】
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．  三次元プリントシステムであって、
重なり合って構築平面を画定する、対応する複数の構築フィールドを定める複数の光エンジン；
位置合わせ校正イメージを持ち、前記構築平面に近接しかつ前記複数の光エンジンに対向する関係で前記位置合わせ校正イメージを用いて前記三次元プリントシステム中に取り付けられるように構成される、位置合わせ物品であって、前記位置合わせ校正イメージは、反射位置合わせターゲットのアレイを有するダークフィールドを定める、位置合わせ物品；
前記位置合わせ校正イメージに対向する関係となるように取り付けられたカメラ；
前記複数の光エンジンおよび前記カメラに接続されたコントローラであって、情報記憶装置に接続されたプロセッサを備える、コントローラ；
を備え、
前記情報記憶装置は、前記プロセッサによって実行される際に、以下を含む工程：
（ａ）前記複数の光エンジンを作動して、前記位置合わせ校正イメージ上に光のスポットを投影する工程、
（ｂ）前記カメラを作動して、前記反射位置合わせターゲットから反射された光のスポットを含む前記位置合わせ校正イメージを反復的に保存する工程、および
（ｃ）前記反復的に保存された校正イメージを分析し、前記光エンジンをそれぞれ前記位置合わせ校正イメージに位置合わせする工程
を行う命令を記憶していることを特徴とする、三次元プリントシステム。
２．  製造対象の三次元物体を形成するための動作モード中に樹脂容器を支持するための支持プレートをさらに備え、前記樹脂容器は、樹脂を収容するための下限を定める透明シートを含み、前記複数の光エンジンは、前記透明シートを介して上方にピクセル化された光を投影して前記透明シートの上方に構築平面を画定し、前記位置合わせ物品と前記支持プレートとの間の係合によって、前記校正イメージが、前記構築平面に近接してまたは前記構築平面においてかつ下向きに、位置づけられることを特徴とする、実施形態１に記載の三次元プリントシステム。
３．  前記複数の光エンジンが、前記製造対象の三次元物体の形成のための動作モード中に、ピクセル化された光を下方に投影し、樹脂の上面に近接して構築平面を定めるように構成され、前記位置合わせ物品と前記支持プレートとの間の係合によって、前記位置合わせ校正イメージが、前記構築平面に近接しかつ上向きに位置づけられることを特徴とする、実施形態１に記載の三次元プリントシステム。
４．  前記位置合わせ物品が、
前記三次元プリントシステムに取り付けるための硬質プレート；および
前記位置合わせ校正イメージを定めかつ前記硬質プレートの表面により支持される可撓性シート
を含むことを特徴とする、実施形態１に記載の三次元プリントシステム。
５．  前記可撓性シートが位置合わせピンホールを有し、前記硬質プレートから前記ピンホールを通って伸長して前記ピンと前記ピンホールとの間の係合を可能とし前記硬質プレートに関して前記可撓性シートの方位回転を容易にするピンをさらに備える、実施形態４に記載の三次元プリントシステム。
６．  前記コントローラがさらに、前記反射ターゲットのイメージを保存し；かつ
前記カメラに関して前記位置合わせ校正イメージの方位エラーを計算する
よう構成されることを特徴とする、実施形態１に記載の三次元プリントシステム。
７．  前記コントローラがさらに、ユーザインターフェース上に命令を表示し、ユーザに前記方位エラーを手動で修正するよう命令するように構成されることを特徴とする、実施形態６に記載の三次元プリントシステム。
８．  前記コントローラがさらに、前記カメラに関して前記位置合わせ校正イメージの電動式相対運動を提供し、前記方位エラーを自動で修正するよう構成されることを特徴とする、実施形態６に記載の三次元プリントシステム。
９．  さらに樹脂レベルセンサを備え、前記コントローラがさらに、前記樹脂レベルセンサから情報を受け取り、前記構築平面に近接する前記樹脂のレベルを制御するよう構成され、それによって前記樹脂上面および前記位置合わせ校正の垂直位置が実質的に同じになることを特徴とする、実施形態１に記載の三次元プリントシステム。
１０．  製造対象の三次元物体を製造するための三次元プリントシステムを作動する方法であって、
対応する複数の構築フィールドを定める複数の光エンジンを提供する工程であって、前記構築フィールドが部分的に重なり合って構築平面を画定する、工程；
前記光エンジンに対向する関係で前記構築平面に近接して位置合わせ校正イメージを有する位置合わせ物品を取り付ける工程；
前記位置合わせ校正イメージに対向する関係でカメラを提供する工程；
前記複数の光エンジンを作動して、前記位置合わせ校正イメージ上に光のスポットを投影する工程；
前記カメラを作動して、反射位置合わせターゲットから反射された光のスポットを含む前記位置合わせ校正イメージを反復的に保存する工程：および
前記反復的に保存された校正イメージを分析し、前記光エンジンをそれぞれ前記位置合わせ校正イメージに位置合わせする工程、
を含むことを特徴とする、方法。
１１．  前記三次元プリントシステムが、前記製造対象の三次元物体の形成中に樹脂容器を支持するための支持プレートを備え、前記樹脂容器は、樹脂を収容するための下限を定める透明シートを含み、前記複数の光エンジンは、前記透明シートを介して上方にピクセル化された光を投影して前記透明シートの上方に構築平面を画定するよう構成され、前記位置合わせ物品と前記支持プレートとの間の係合によって、前記校正イメージが、前記構築平面に近接してまたは前記構築平面においてかつ下向きに、位置づけられることを特徴とする、実施形態１０に記載の方法。
１２．  前記複数の光エンジンが、前記製造対象の三次元物体の形成中に、ピクセル化された光を下方に投影し、樹脂の上面に構築平面を定めるように構成され、前記校正イメージが、樹脂表面の高さにかつ上向きに位置づけられることを特徴とする、実施形態１０に記載の方法。
１３．  前記位置合わせ物品が、表面を有する硬質プレート、および、前記表面に回転可能に取り付けられる前記位置合わせ校正イメージを定めるシートを含み、さらに、前記シートを回転して前記カメラに関して前記シートの方位角を調整する工程を含むことを特徴とする、実施形態１０に記載の方法。
１４．  前記シートがピンホールを含み、ピンが、前記表面から上方に前記ピンホールを通って伸長し、前記硬質プレートに関して前記シートを回転させながら動きを抑制することを特徴とする、実施形態１３に記載の方法。
１５．  液体を利用して、回転位置合わせ後に前記シートを前記表面に一時的に接着する工程をさらに含むことを特徴とする、実施形態１４に記載の方法。
１６．  前記カメラを作動して前記反射ターゲットのイメージを保存する工程；および
前記カメラに関して前記位置合わせ校正イメージの方位エラーを計算する工程
を含む、前記光エンジンを個々に位置合わせする前に前記位置合わせ校正イメージカメラを回転して位置合わせする工程をさらに含むことを特徴とする、実施形態１０に記載の方法。
１７．  ユーザインターフェース上に命令を表示し、ユーザが前記方位エラーを手動で修正することを可能とする工程をさらに含むことを特徴とする、実施形態１６に記載の方法。
１８．  前記カメラおよび前記位置合わせ校正イメージの相対的な方位位置を自動で修正する工程をさらに含むことを特徴とする、実施形態１６に記載の方法。
１９．  三次元プリントシステムであって、
重なり合って構築平面を画定する、対応する複数の構築フィールドを定める複数の光エンジン；
位置合わせ校正イメージを持ち、前記構築平面に近接しかつ前記複数の光エンジンに対向する関係で前記位置合わせ校正イメージを用いて前記三次元プリントシステム中に取り付けられるように構成される、位置合わせ物品であって、前記位置合わせ校正イメージは、反射位置合わせターゲットのアレイを有するダークフィールドを定める、位置合わせ物品；
前記位置合わせ校正イメージに対向する関係となるように取り付けられたカメラ；
前記複数の光エンジンおよび前記カメラに接続されたコントローラであって、情報記憶装置に接続されたプロセッサを備える、コントローラ；
を備え、
前記情報記憶装置は、前記プロセッサによって実行される際に、以下を含む工程：
（ａ）前記カメラを作動して、前記反射ターゲットのイメージを保存する工程；
（ｂ）前記カメラに関して前記位置合わせ校正イメージの方位エラーを計算する工程；
（ｃ）（ｉ）手動の回転補正のためにユーザインターフェース上にユーザのための命令を提供する工程、または（ｉｉ）前記カメラと前記位置合わせ校正イメージとの間の回転方位を自動で調整する工程、のいずれかによって、方位エラーを修正する工程：
（ｄ）前記複数の光エンジンを作動して、前記位置合わせ校正イメージ上に光のスポットを投影する工程；
（ｅ）前記カメラを作動して、前記反射位置合わせターゲットから反射された光のスポットを含む前記位置合わせ校正イメージを反復的に保存する工程；および
（ｆ）前記反復的に保存された校正イメージを分析し、前記光エンジンをそれぞれ前記位置合わせ校正イメージに位置合わせする工程
を行う命令を記憶していることを特徴とする、三次元プリントシステム。
２０．  （ｉ）ユーザインターフェース上に命令を提供して、ユーザが前記位置合わせ校正イメージに関して前記光エンジンの機械的位置合わせを調整することをガイドする工程、および（ｉｉ）ソフトウェア中で前記個々の光エンジンを位置合わせする工程、の１つ以上を含む少なくとも１つの追加の工程を行うようにさらに校正されることを特徴とする、実施形態１９に記載の三次元プリントシステム。
【符号の説明】
【００４７】
２  三次元プリントシステム
４  光エンジン
６  複合構築平面
８  樹脂容器
１４  支持プレート
２６  コントローラ
４６  カメラ
５２  ターゲット
【図１】
0006948464.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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