(57)【要約】  付加製造装置は、プラットフォームと、支持体と、プラットフォームと支持体のうちの少なくとも１つに連結され、支持体がプラットフォームをスキャンするように第１の軸に沿ってプラットフォームと支持体との間に相対運動を引き起こすように構成されたアクチュエータと、プラットフォームの上で支持体上に支持され、供給材料の連続層を分注するように構成された一又は複数のプリントヘッドと、プラットフォームの上で支持された複数の個別にアドレス可能なエネルギー源と、コントローラとを含む。エネルギー源は、少なくとも第１の軸に対して垂直な第２の軸に沿って延びるアレー状に配置され、プラットフォームの方へ放射線を放出するように構成されている。コントローラは、アクチュエータに、一又は複数のプリントヘッドとエネルギー源がプラットフォームをスキャンするように支持体とプラットフォームとの間に相対運動を引き起こさせるように構成されている。【選択図】図３
2020517491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
付加製造装置であって、
プラットフォームと、
支持体と、
前記プラットフォームと前記支持体のうちの少なくとも１つに連結され、前記支持体が前記プラットフォームをスキャンするように第１の軸に沿って前記プラットフォームと前記支持体との間に相対運動を引き起こすように構成されたアクチュエータと、
前記プラットフォームの上で前記支持体上に支持され、供給材料の連続層を分注して研磨パッドを形成するように構成された一又は複数のプリントヘッドと、
前記プラットフォームの上で支持され、少なくとも前記第１の軸に対して垂直な第２の軸に沿って延びるアレー状に配置され、前記プラットフォームの方へ放射線を放出するように構成された、複数の個別にアドレス可能なエネルギー源と、
コントローラであって、
前記アクチュエータに、前記一又は複数のプリントヘッドと前記エネルギー源が前記プラットフォームをスキャンするように前記支持体と前記プラットフォームとの間に相対運動を引き起こさせ、
前記一又は複数のプリントヘッドに、供給材料の層を前記プラットフォーム上に分注させ、
前記プラットフォーム上の前記供給材料の層の選択領域にエネルギーを印加するように前記エネルギー源を操作する
ように構成されたコントローラと
を備える、付加製造装置。
【請求項２】
前記エネルギー源は各々、前記プラットフォームの上の供給材料の最上層のボクセルに対応している、請求項１に記載の付加製造装置。
【請求項３】
前記エネルギー源のアレーは、前記第１の軸に沿って延びている、請求項１に記載の付加製造装置。
【請求項４】
前記アレーは、前記プラットフォームの構築エリアの全幅に沿って延びている、請求項１に記載の付加製造装置。
【請求項５】
前記エネルギー源は、前記プラットフォームの上で前記支持体によって支持されている、請求項１に記載の付加製造装置。
【請求項６】
前記エネルギー源のアレーは、放射線を放出して前記供給材料の層の外面を硬化させる第１のエネルギー源の第１のアレーであり、
放射線を放出して前記供給材料の層の内部を硬化させる第２のエネルギー源の第２のアレーを更に備え、
前記コントローラは、前記選択領域にエネルギーを印加するように前記第１のエネルギー源を操作し、次に前記選択領域にエネルギーを印加するように前記第２のエネルギー源を操作するように構成されている、
請求項１に記載の付加製造装置。
【請求項７】
前記第１のエネルギー源は、第１の波長を有する放射線を放出するように構成され、前記第２のエネルギー源は、前記第１の波長よりも短い第２の波長を有する放射線を放出するように構成されている、請求項６に記載の付加製造装置。
【請求項８】
前記コントローラは、前記エネルギー源によって放出された放射線の強度を制御するように構成されている、請求項１に記載の付加製造装置。
【請求項９】
前記コントローラは、前記エネルギー源に送られる電流を決定して、前記エネルギー源によって放出される前記放射線の強度を制御するように構成されている、請求項８に記載の付加製造装置。
【請求項１０】
前記放射線の強度を示す信号を生成する光検出器を更に備え、前記コントローラは、前記放射線の強度が規定範囲内になるように、前記信号に基づいて前記放射線の強度を制御するように構成されている、請求項８に記載の付加製造装置。
【請求項１１】
前記エネルギー源は、ＬＥＤに送られた電流に依存する強度を有する放射線を放出するように構成された発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む、請求項１に記載の付加製造装置。
【請求項１２】
前記プリントヘッドは、前記第２の軸に沿って前記支持体に対して移動可能である、請求項１に記載の付加製造装置。
【請求項１３】
前記コントローラは、前記支持体と前記一又は複数のプリントヘッドを前記プラットフォーム及び前記エネルギー源に対して移動させて、前記供給材料の層上に供給材料の別の層を分注し、
前記供給材料の別の層の別の選択領域にエネルギーを印加するように前記エネルギー源を操作する
ように構成されている、請求項１に記載の付加製造装置。
【請求項１４】
前記エネルギー源は、前記支持体に対して固定されている、請求項１に記載の付加製造装置。
【請求項１５】
付加製造装置であって、
プラットフォームと、
支持体と、
前記プラットフォームと前記支持体のうちの少なくとも１つに連結され、前記支持体が前記プラットフォームをスキャンするように第１の軸に沿って前記プラットフォームと前記支持体との間で相対運動を引き起こすように構成されたアクチュエータと、
前記プラットフォームの上で前記支持体上に支持され、供給材料の連続層を分注して研磨パッドを形成するように構成された一又は複数のプリントヘッドと、
前記プラットフォームの上で支持され、前記プラットフォームの方へ放射線を放出するように構成されたエネルギー源と、
放出された前記放射線を受ける、選択的にアドレス可能なマスクと、
コントローラであって、
前記アクチュエータに、前記一又は複数のプリントヘッドと前記エネルギー源が前記プラットフォームをスキャンするように前記支持体と前記プラットフォームとの間に相対運動を引き起こさせ、
前記一又は複数のプリントヘッドに、供給材料の層を前記プラットフォーム上に分注させ、
前記プラットフォームの方へ画像を投影して前記プラットフォーム上の前記供給材料の層の選択領域を硬化させるように前記マスクを操作する
ように構成されたコントローラと
を備える、付加製造装置。
【請求項１６】
付加製造装置であって、
プラットフォームと、
第１の支持体と、
前記プラットフォームと前記第１の支持体のうちの少なくとも１つに連結され、前記第１の支持体が前記プラットフォームをスキャンするように第１の軸に沿って前記プラットフォームと前記第１の支持体との間に相対運動を引き起こすように構成された第１のアクチュエータと、
前記プラットフォームの上で前記第１の支持体上に支持され、供給材料の連続層を分注して研磨パッドを形成するように構成された一又は複数のプリントヘッドと、
第２の支持体と、
前記プラットフォームと前記第２の支持体のうちの少なくとも１つに連結され、前記第２の支持体が前記プラットフォームを前記第１の軸に対して垂直な方向にスキャンするように前記第１の軸に対してほぼ垂直な第２の軸に沿って前記プラットフォームと前記第２の支持体との間に相対運動を引き起こすように構成された第２のアクチュエータと、
前記プラットフォームの上で前記第２の支持体上に支持され、少なくとも前記第１の軸に沿って延びたアレー状に配置され、前記プラットフォームの方へ放射線を放出するように構成された複数の個別にアドレス可能なエネルギー源と、
コントローラであって、
前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータに、前記一又は複数のプリントヘッドと前記エネルギー源が前記プラットフォームをスキャンするように前記第１の支持体と前記プラットフォームとの間、及び前記第２の支持体と前記プラットフォームとの間に相対運動を引き起こさせ、
前記一又は複数のプリントヘッドに、供給材料の層を前記プラットフォーム上に分注させ、
前記プラットフォーム上の前記供給材料の層の選択領域にエネルギーを印加するようにエネルギー源を操作する
ように構成されたコントローラと
を備える、付加製造装置。
【請求項１７】
前記エネルギー源は各々、前記プラットフォームの上の供給材料の最上層のボクセルに対応している、請求項１６に記載の付加製造装置。
【請求項１８】
前記エネルギー源のアレーは、前記第２の軸に沿って延びている、請求項１６に記載の付加製造装置。
【請求項１９】
前記アレーは、前記プラットフォームの構築エリアの全長に沿って延びている、請求項１６に記載の付加製造装置。
【請求項２０】
付加製造装置であって、
プラットフォームと、
支持され、供給材料の連続層を分注して研磨パッドを形成するように構成された一又は複数のプリントヘッドと、
第１の支持体と、
前記プラットフォームと前記第１の支持体のうちの少なくとも１つに連結され、前記第１の支持体が前記プラットフォームをスキャンするように第１の軸に沿って前記プラットフォームと第１の支持体との間に相対運動を引き起こすように構成された第１のアクチュエータと、
前記プラットフォームの上で前記第１の支持体上に支持され、少なくとも前記第１の軸に対して垂直な第２の軸に沿って延びるアレー状に配置され、前記プラットフォームの方へ放射線を放出するように構成された第１の複数の個別にアドレス可能な第１のエネルギー源と、
第２の支持体と、
前記プラットフォームの上で前記第２の支持体上に支持され、前記プラットフォームの方へ放射線を放出するように構成された第２の複数の個別にアドレス可能な第２のエネルギー源と、
コントローラであって、
前記プリントヘッドに、供給材料の層を分注させ、
前記第１のアクチュエータに、前記第１のエネルギー源が前記プラットフォームをスキャンするように前記第１の支持体と前記プラットフォームとの間に相対運動を引き起こさせ、
前記プラットフォーム上の前記供給材料の層の選択領域にエネルギーを印加するように前記第１及び第２のエネルギー源を操作する
ように構成されたコントローラと
を備える、付加製造装置。
【請求項２１】
第２の複数の第２のエネルギー源は、少なくとも前記第１の軸に沿って延びるアレー状に配置され、前記プラットフォームと前記第２の支持体のうちの少なくとも１つに連結され、前記第２の支持体が前記プラットフォームを前記第１の軸に対して垂直な方向にスキャンするように前記第１の軸に対してほぼ垂直な第２の軸に沿って前記プラットフォームと前記第２の支持体との間に相対運動を引き起こすように構成されている第２のアクチュエータを備える、請求項２０に記載の付加製造装置。
【請求項２２】
第２の複数の第２のエネルギー源は、少なくとも前記第２の軸に沿って延びるアレー状に配置され、前記プラットフォームと前記第２の支持体のうちの少なくとも１つに連結され、前記第２の支持体が前記プラットフォームを前記第１の軸に平行な方向にスキャンするように前記第１の軸に沿って前記プラットフォームと前記第２の支持体との間に相対運動を引き起こすように構成された第２のアクチュエータを備える、請求項２０に記載の付加製造装置。
【請求項２３】
前記第２の支持体は、前記プラットフォームに対して静止している、請求項２０に記載の付加製造装置。
【請求項２４】
前記第２の複数の個別にアドレス可能な第２のエネルギー源は、前記第１の軸と前記第２の軸の両方に沿って延びている二次元アレーである、請求項２３に記載の付加製造装置。
【請求項２５】
前記二次元アレーは、前記プラットフォームの構築エリアの全幅及び全長に沿って延びている、請求項２４に記載の付加製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、付加製造装置のためのエネルギー送達システムに関連するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体自由形状製造または３Ｄ印刷としても知られる付加製造（ＡＭ）は、原材料（例：粉末、液体、懸濁液、または融解固形物）を連続的に分注（分配）して二次元の層を形成することから３次元の物体を作り上げる、製造処理を意味する。これに対し、従来の機械加工技法には、木材、プラスチック、複合物または金属の塊といった在庫材料から物体が切り出されるサブトラクティブ処理が含まれる。
【０００３】
付加製造では、様々な付加処理が用いられうる。あるシステムは、エネルギー源を用いて、供給材料、例えば粉末にエネルギーを送り、供給材料を焼結又は融解させる。第１の層において選択された位置がすべて焼結又は融解され、再固化すると、完成した層の上に供給材料の新しい層を堆積させて、所望の物品が作製されるまでこの処理が層ごとに繰り返される。これらの方法の多くにおいて、エネルギー源は、エネルギービームを放出して粉末を溶かし、物品を形成するレーザである。例えば、選択的レーザ溶融法（ＳＬＭ）や直接金属レーザ焼結法（ＤＭＬＳ）、選択的レーザ焼結法（ＳＬＳ）、熱溶融積層法（ＦＤＭ）といったいくつかのレーザを利用した方法では、層を作り出すために材料を融解または軟化させるが、一方で、例えば光造形法（ＳＬＡ）といった別の技法を用いて、エネルギービームを使用して液体材料を硬化させる技法もある。これらの処理では、層を形成して完成物を作製する方法、及び処理での使用に適合性のある材料に違いがありうる。
【発明の概要】
【０００４】
一態様において、付加製造装置は、プラットフォームと、支持体と、プラットフォームと支持体のうちの少なくとも１つに連結され、支持体がプラットフォームをスキャンするように第１の軸に沿ってプラットフォームと支持体との間に相対運動を引き起こすように構成されたアクチュエータと、プラットフォームの上で支持体上に支持され、供給材料の連続層を分注して研磨パッドを形成するように構成された一又は複数のプリントヘッドと、プラットフォームの上で支持された複数の個別にアドレス可能なエネルギー源と、コントローラとを含む。エネルギー源は、少なくとも第１の軸に対して垂直な第２の軸に沿って延びるアレー状に配置され、プラットフォームの方へ放射線を放出するように構成されている。コントローラは、アクチュエータに、一又は複数のプリントヘッドとエネルギー源がプラットフォームをスキャンするように支持体とプラットフォームとの間に相対運動を引き起こさせ、一又は複数のプリントヘッドに、供給材料の層をプラットフォーム上に分注させ、プラットフォーム上の供給材料の層の選択領域にエネルギーを印加するようにエネルギー源を操作するように構成されている。
【０００５】
実行態様は、以下の特徴の一又は複数を含みうる。
【０００６】
各エネルギー源は、プラットフォームの上の供給材料の最上層のそれぞれのボクセルに対応していてよい。エネルギー源のアレーは、第１の軸に沿って延びていてよい。アレーは、プラットフォームの構築エリアの全幅に沿って延びていてよい。エネルギー源のアレーは、研磨パッドの構築エリアに対応しているプラットフォームの上のエリア全体に延びていてよい。エネルギー源は、支持体によってプラットフォームの上で支持されうる。
【０００７】
エネルギー源のアレーは、放射線を放出して供給材料の層の外面を硬化させる第１のエネルギー源の第１のアレーでありうる。付加製造装置は、放射線を放出して供給材料の層の内部を硬化させる第２のエネルギー源の第２のアレーを更に含み、コントローラは、選択領域にエネルギーを印加するように第１のエネルギー源を操作し、次に選択領域にエネルギーを印加するように第２のエネルギー源を操作するように構成されうる。第１のエネルギー源は、第１の波長を有する放射線を放出するように構成され、第２のエネルギー源は、第１の波長よりも短い第２の波長を有する放射線を放出するように構成されうる。
【０００８】
コントローラは、エネルギー源によって放出される放射線の強度を制御するように構成されうる。コントローラは、エネルギー源に送られる電流を決定して、エネルギー源によって放出される放射線の強度を制御するように構成されうる。光検出器は、放射線の強度を示す信号を生成しうる。コントローラは、信号に基づいて放射線の強度が規定範囲内になるように放射線の強度を制御するように構成されうる。エネルギー源は、ＬＥＤに送られた電流に依存する強度を有する放射線を放出するように構成された発光ダイオード（ＬＥＤ）を含みうる。
【０００９】
アクチュエータは、支持体に対してプラットフォームを移動させるように構成されうる。アクチュエータは、プラットフォームに対して支持体を移動させるように構成されうる。プリントヘッドは、第２の軸に沿って支持体に対して移動可能でありうる。
【００１０】
コントローラは、供給材料の層上に供給材料の別の層を分注するようにプラットフォーム及びエネルギー源に対して支持体と一又は複数のプリントヘッドとを移動させ、供給材料の別の層の別の選択領域にエネルギーを印加するようにエネルギー源を操作するように構成されうる。
【００１１】
コントローラは、供給材料の層が分注された後にエネルギー源を操作するように構成されうる。コントローラは、エネルギー源を同時に起動させるように構成されうる。エネルギー源は、支持体に対して固定されうる。
【００１２】
別の態様では、付加製造装置は、プラットフォームと、支持体と、プラットフォームと支持体のうちの少なくとも１つに連結され、支持体がプラットフォームをスキャンするように第１の軸に沿ってプラットフォームと支持体との間で相対運動を引き起こすように構成されたアクチュエータと、プラットフォームの上で支持体上に支持され、供給材料の連続層を分注して研磨パッドを形成するように構成された一又は複数のプリントヘッドと、プラットフォームの上で支持され、プラットフォームの方へ放射線を放出するように構成されたエネルギー源と、放出された放射線を受ける、選択的にアドレス可能なマスクと、コントローラとを含みうる。コントローラは、アクチュエータに、一又は複数のプリントヘッドとエネルギー源がプラットフォームをスキャンするように支持体とプラットフォームとの間に相対運動を引き起こさせ、一又は複数のプリントヘッドに、供給材料の層をプラットフォーム上に分注させ、プラットフォームの方へ画像を投影してプラットフォーム上の供給材料の層の選択領域を硬化させるようにマスクを操作するように構成されている。
【００１３】
別の態様では、付加製造装置は、プラットフォームと、第１の支持体と、プラットフォームと第１の支持体のうちの少なくとも１つに連結され、第１の支持体がプラットフォームをスキャンするように第１の軸に沿ってプラットフォームと第１の支持体との間に相対運動を引き起こすように構成された第１のアクチュエータと、プラットフォームの上で第１の支持体上に支持され、供給材料の連続層を分注して研磨パッドを形成するように構成された一又は複数のプリントヘッドと、第２の支持体と、プラットフォームと第２の支持体のうちの少なくとも１つに連結され、第２の支持体がプラットフォームを第１の軸に対して垂直な方向にスキャンするように第１の軸に対してほぼ垂直な第２の軸に沿ってプラットフォームと第２の支持体との間に相対運動を引き起こすように構成された第２のアクチュエータと、プラットフォームの上で第２の支持体上に支持された複数の個別にアドレス可能なエネルギー源と、コントローラとを含む。エネルギー源は、少なくとも第１の軸に沿って延びたアレー状に配置され、プラットフォームの方へ放射線を放出するように構成されている。コントローラは、第１のアクチュエータと第２のアクチュエータに、一又は複数のプリントヘッドとエネルギー源がプラットフォームをスキャンするように第１の支持体とプラットフォームとの間、及び第２の支持体とプラットフォームとの間に相対運動を引き起こさせ、一又は複数のプリントヘッドに、供給材料の層をプラットフォーム上に分注させ、プラットフォーム上の供給材料の層の選択領域にエネルギーを印加するようにエネルギー源を操作するように構成されている。
【００１４】
実行態様は、一又は複数の以下の特徴を含みうる。
【００１５】
エネルギー源は各々、プラットフォームの上の供給材料の最上層のボクセルに対応しうる。エネルギー源のアレーは、第２の軸に沿って延びていてよい。アレーは、プラットフォームの構築エリアの全長に沿って延びている。エネルギー源のアレーは、研磨パッドの構築エリアに対応しているプラットフォームの上のエリア全体に延びていてよい。第２の支持体は、第１の支持体上に装着されていてよい。第２の支持体は、第１の支持体とは別のフレームに装着されていてよい。
【００１６】
エネルギー源のアレーは、放射線を放出して供給材料の層の外面を硬化させる第１のエネルギー源の第１のアレーであってよく、付加製造装置は、放射線を放出して供給材料の層の内部を硬化させる第２のエネルギー源の第２のアレーを更に含みうる。コントローラは、選択領域にエネルギーを印加するように第１のエネルギー源を操作し、次に選択領域にエネルギーを印加するように第２のエネルギー源を操作するように構成されうる。
【００１７】
第１のエネルギー源は、第１の波長を有する放射線を放出するように構成されていてよく、第２のエネルギー源は、第１の波長よりも短い第２の波長を有する放射線を放出するように構成されていてよい。エネルギー源は、ＬＥＤに送られた電流に依存する強度を有する放射線を放出するように構成された発光ダイオード（ＬＥＤ）を含みうる。
【００１８】
別の態様では、付加製造装置は、プラットフォームと、支持され、供給材料の連続層を分注して研磨パッドを形成するように構成された一又は複数のプリントヘッドと、第１の支持体と、プラットフォームと第１の支持体のうちの少なくとも１つに連結され、第１の支持体がプラットフォームをスキャンするように第１の軸に沿ってプラットフォームと第１の支持体との間に相対運動を引き起こすように構成された第１のアクチュエータと、プラットフォームの上で第１の支持体上に支持された第１の複数の個別にアドレス可能な第１のエネルギー源と、第２の支持体と、プラットフォームの上で第２の支持体上に支持され、プラットフォームの方へ放射線を放出するように構成された第２の複数の個別にアドレス可能な第２のエネルギー源と、コントローラとを含む。第１のエネルギー源は、少なくとも第１の軸に対して垂直な第２の軸に沿って延びるアレー状に配置され、プラットフォームの方へ放射線を放出するように構成されている。コントローラは、プリントヘッドに、供給材料の層を分注させ、第１のアクチュエータに、第１のエネルギー源がプラットフォームをスキャンするように第１の支持体とプラットフォームとの間に相対運動を引き起こさせ、プラットフォームの上の供給材料の層の選択領域にエネルギーを印加するように第１及び第２のエネルギー源を操作するように構成されている。
【００１９】
実行態様は、一又は複数の以下の特徴を含み得る。
【００２０】
第２の複数の第２のエネルギー源は、少なくとも第１の軸に沿って延びるアレー状に配置されていてよい。第２のアクチュエータは、プラットフォームと第２の支持体のうちの少なくとも１つに連結されていてよく、第２の支持体がプラットフォームを第１の軸に対して垂直な方向にスキャンするように第１の軸に対してほぼ垂直な第２の軸に沿ってプラットフォームと第２の支持体との間に相対運動を引き起こすように構成されうる。第２の支持体は、第１の支持体上に装着されうる。第２の支持体は、第１の支持体とは別のフレームに装着されうる。
【００２１】
第２の複数の第２のエネルギー源は、少なくとも第２の軸に沿って延びるアレー状に配置されていてよい。第２のアクチュエータは、プラットフォームと第２の支持体のうちの少なくとも１つに連結されていてよく、第２の支持体がプラットフォームを第１の軸に平行な方向にスキャンするように第１の軸に沿ってプラットフォームと第２の支持体との間に相対運動を引き起こすように構成されうる。
【００２２】
第２の支持体は、プラットフォームに対して静止している。第２の複数の個別にアドレス可能な第２のエネルギー源は、第１の軸と第２の軸の両方に沿って延びている二次元アレーであってよい。二次元アレーは、プラットフォームの構築エリアの全幅及び全長に沿って延びていてよい。
【００２３】
前述のものについての利点は、以下の事項を含みうるが、それらに限定されるわけではない。エネルギーへの暴露期間は、各ボクセルで制御され、ガントリの動きからは分離されていてよい。エネルギー源はアレーを形成し、これにより、エネルギー源が分注された供給材料の大きい部分の方へ放射線を放出することが可能になり、また個別のボクセルの硬化の制御を維持しながら、分注された供給材料をより迅速に硬化させることが可能になる。
【００２４】
更に、エネルギー源のアレーは、アレーと、分注された材料を支持しているプラットフォームとの間の相対運動に対して垂直な方向に延びていてよく、この場合、分注された供給材料を硬化させるのにアレーとプラットフォームとの間の垂直方向の相対運動は必要ではない。エネルギー源は、一回の通過において分注された供給材料の層を選択的に暴露することができるため、付加製造装置によって形成される物品のスループットが上がりうる。あるいは、エネルギー源のアレーが、アレーとプラットフォームとの間の相対運動に対して垂直な方向に延びていない場合、分注された供給材料の層の全幅を暴露するために必要なエネルギー源の垂直方向の運動は少なくなる。
【００２５】
エネルギー源のアレーは、分注された供給材料の大きい部分の方へ放射線を放出しうるが、個別のエネルギー源は各々、単一のボクセルに正確にエネルギーを印加することができる。このため、個別のエネルギー源は各々、供給材料の少数の滴、例えば一滴、二滴、三滴、四滴の供給材料にエネルギーを印加することができる。供給材料はしたがって、より一貫的に硬化させることができ、これにより、物品の解像度が改善し、供給材料へエネルギーを大量に印加する単一のエネルギー源が原因のゆがみの可能性が低減する。更に、個別に制御可能なエネルギー源から形成されることによって、エネルギー源のアレーの各エネルギー源を個別に制御して、複雑な形状寸法の物品を形成することができる。
【００２６】
本明細書に記載の主題の一又は複数の実行態様の詳細事項を、添付図面及び以下の説明に明記する。その他の潜在的な特徴、態様、及び利点も、本明細書、図面、及び特許請求の範囲から自明となろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】付加製造装置の概略斜視図である。
【図２】付加製造装置の概略上面図である。
【図３】付加製造装置のための制御システムの概略ブロック図を含む、付加製造装置の概略側面図である。
【図４Ａ】研磨ステーションの概略側面図である。
【図４Ｂ】研磨パッドの概略側面図である。
【図５】エネルギー源の第１のアレーがプラットフォームの方へ放射線を放出するように操作される付加製造装置の一実施例の概略前面図である。
【図６】エネルギー源の第２のアレーがプラットフォームの方へ放射線を放出するように操作される図５の付加製造装置の概略前面図である。
【図７】一又は複数の物品を形成するための処理のフロー図である。
【図８】エネルギー源のアレーがプラットフォームの方へ放射線を放出するように操作される付加製造装置の別の実施例の概略前面図である。
【図９】付加製造装置の別の実施例の概略上面図である。
【図１０】付加製造装置の別の実施例の概略上面図である。
【図１１】付加製造装置の別の実施例の概略上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
様々な図面における類似の参照番号及び記号表示は、類似した要素を示している。
【００２９】
単一のエネルギー源を有するエネルギー送達システムを含む付加製造装置において、単一のエネルギー源を複数の水平方向に移動させて、分注された供給材料の異なる部分を硬化させることができる。具体的には、エネルギー源は、全構築エリアにわたって硬化を制御することができるように、供給材料が分注される構築エリアの全幅及び全長にわたって移動可能である。しかしながら、この動きにより、スループットが低下し、物品を製造する処理が遅くなる可能性がある。
【００３０】
各々が分注された供給材料の異なる部分を硬化させることができる複数のエネルギー源、例えばエネルギー源のアレーにより、例えば、単一のエネルギー源のエネルギー送達システムに対して、全構築エリアにわたって供給材料を硬化させるのに要するエネルギー送達システムの運動量を減らすことによって、プラットフォーム上に分注された供給材料の迅速な選択的硬化を促進することができる。アレーは、エネルギー源とプラットフォームの相対運動がそれに沿って引き起こされる軸に対して垂直な軸に沿って延びていてよい。
【００３１】
上記付加製造装置は、プラットフォーム上に供給材料を分注して、厳しい公差、例えば良好な厚さ均一性を有する例えば研磨パッド等の物品を形成することができる。
【００３２】
本書に記載の付加製造装置によって形成された物品は、例えば、集積回路の基板の平坦化に使用される研磨パッドを含みうる。集積回路は、典型的には、シリコンウエハに導電層、半導電層、又は絶縁層を連続して堆積させることによって、基板上に形成される。多種多様な製造処理で、基板上の層の平坦化が必要となる。パターニングされた層のトレンチ内にビア、プラグ、及びラインを形成するために金属層を研磨するような特定の用途では、パターニングされた層の上面が露出するまで、その上層が平坦化される。フォトリソグラフィのために誘電体層が平坦化されるような、その他の用途においては、下層の上に望ましい厚さが残るまで、上層が研磨される。
【００３３】
化学機械研磨（ＣＭＰ）は、認知されている平坦化方法の１つである。この平坦化方法では、典型的には、基板がキャリアヘッドに装着されることが必要になる。典型的には、基板の露出面が、回転している研磨パッドに当接するように置かれる。キャリアヘッドは、基板に制御可能な荷重をかけて、基板を研磨パッドに押し付ける。研磨粒子を伴うスラリなどの研磨液が、典型的には、研磨パッドの表面に供給される。
【００３４】
化学機械研磨処理の目的の１つは、研磨均一性である。基板の異なるエリアが異なる速度で研磨される場合、基板の一部のエリアでは、材料が過剰に除去される（「過剰研磨」）か、又は、材料の除去が少なすぎる（「研磨不足」）ということになりうる。研磨パッドは、平坦化に加えて、バフ仕上げなどの仕上げ工程にも使用されうる。
【００３５】
ある研磨パッドは、「標準」パッドと、固定砥粒研磨パッドを含む。標準パッドは、耐久性のある粗面を有するポリウレタン製研磨層を有し、圧縮性バッキング層も含みうる。これに対し、固定砥粒研磨パッドは、収容媒体に保持された研磨粒子を有し、概して非圧縮性のバッキング層上に支持されうる。
【００３６】
研磨パッドは、典型的には、ポリウレタン材料を成型、キャスティング、又は焼結することによって作製される。成型の場合、研磨パッドは、例えば射出成型によって、一度に１つずつ作製されうる。キャスティングの場合、液状前駆体がキャストされ、硬化されて固形物になり、その後この固形物が、個別のパッド片にスライスされる。これらのパッド片は次いで、最終的な厚さに機械加工されうる。溝が、研磨面に機械加工されうるか、又は、射出成形処理の一部として形成されうる。
【００３７】
図１〜３に示す実施例を参照すると、物品、例えば研磨パッドを形成するための付加製造装置１００は、少なくとも１つのプラットフォーム１０２と、プラットフォーム１０２の上で支持されたプリントヘッドシステムとを含む。支持体１２２は、プリントヘッドシステム１０４をプラットフォーム１０２の上で浮遊させる。例えば、図３に示すように、プラットフォーム１０２の上で支持されているプリントヘッドシステム１０４は、プラットフォーム１０２の上面１０８上に供給材料１０６の連続層を分注する。製造工程中に、供給材料１０６の層は、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、研磨パッド１１０になるように形成される。
【００３８】
図２に示すように、ある実行態様では、装置１００は、線形アレー状に配置された複数のプラットフォーム１０２ａ〜１０２ｃ、例えば３つのプラットフォームを含む。しかしながら、装置１００は、３つを超えるプラットフォームを含むことができ、プラットフォームを、線形アレーではなく、二次元アレー（例：長方形アレー）に配置することができる。ある実行態様では、装置１００は、プリントヘッドシステム１０４のスキャン方向１２６（図３参照）、例えばＸ軸に複数の物品を作製するように構成されている。各プラットフォーム１０２ａ〜１０２ｃは、形成される一又は複数の物品を支持することができる。装置１００は、例えば、対応する物品を支持するプラットフォーム１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを含む。あるいは、単一のプラットフォーム１０２が、Ｘ軸に沿って複数の物品、例えば２つ又はそれ以上の研磨パッドを運ぶようにサイズ設定される。更に、ある実行態様では、装置１００は、３つの個別のプラットフォーム１０２ａ〜１０２ｃを有する代わりに、複数の物品を運ぶ単一のプラットフォームを含む。
【００３９】
図２を参照すると、プリントヘッドシステム１０４は、全体としてプラットフォーム１０２の構築エリアに広がる一又は複数のプリントヘッドを含む。例えば、複数のプリントヘッドを、２つ又はそれ以上の列に配置して、千鳥状のアレーを形成することができる。この場合、プリントヘッドシステム１０４が装着された支持体１２２は、アクチュエータシステム１２４によってスキャン方向にのみ、すなわち、Ｙ軸ではなくＸ軸に沿って水平に移動可能であってよく、これにより、プリントヘッドシステム１０４は、構築エリアのいかなる部分にも供給材料１０６を分注することができる。支持体１２２は例えば、支持体上、例えばプラットフォーム１０２の両側に配置された２つのレール１２５ａ上に浮遊しているガントリを含む。
【００４０】
ある実行態様では、プリントヘッドシステム１０４のプリントヘッドがプラットフォーム１０２の全幅に沿って延びていない場合、プリントヘッドシステム１０４は、プラットフォーム１０２に対してＹ軸に沿って移動可能である。プリントヘッドシステム１０４は、支持体１２２に移動可能に装着することができ、これにより、プラットフォーム１０２の全幅にわたって供給材料を分注するようにプリントヘッドを再位置づけすることができる。プリントヘッドシステム１０４は、プラットフォーム１０２の上の所望の場所へ移動させることができる。ある実行態様では、アクチュエータシステム１２４の線形アクチュエータ１２４ｃは、支持体１２２上に位置づけされる。線形アクチュエータ１２４ｃは、支持体１２２に対して、またプラットフォーム１０２に対してＹ軸に沿ってプリントヘッドシステム１０４のアレー１２８ａを移動させるように操作可能である。
【００４１】
物品は、例えば研磨パッド１１０である。供給材料１０６の層は、例えば硬化工程を通して研磨パッド１１０になるように形成される。各層は、次の層が分注される前に硬化されうる。図２及び図３を参照すると、装置１００は、プラットフォーム１０２の上で支持されているエネルギー源１３０ａを含むエネルギー送達システムを含む。ある実行態様では、エネルギー源１３０ａは、支持体１２２に固定されている。図２に示すように、エネルギー源１３０ａは、アレー１２８ａを形成している。エネルギー源１３０ａは、分注された供給材料１０６の方へ放射線を放出して、供給材料１０６の選択的な部分を硬化させることにより、研磨パッド１１０の部分を形成するように操作される。
【００４２】
アクチュエータシステム１２４は、例えば図２に示すＸ軸に沿って、支持体１２２とプラットフォーム１０２との間に相対運動を引き起こすように操作可能である。Ｘ軸に沿った移動は、プリントヘッドシステム１０４とエネルギー源１３０ａのスキャン方向に対応する。支持体１２２とプラットフォーム１０２は、Ｙ軸に沿って互いに対して不動であるように構成されうる。あるいは、アクチュエータシステム１２４は、Ｙ軸に沿って支持体１２２とプラットフォーム１０２との間に相対運動を引き起こすように構成されうる。
【００４３】
ある実行態様では、支持体１２２は、プラットフォーム１０２ａ〜１０２ｃの線形アレーの方向、例えば図２に示すＸ軸に沿ったスキャン方向１２６に移動可能である。アクチュエータシステム１２４は、支持体１２２をスキャン方向１２６に水平に移動させるように操作可能である。例えば、支持体１２２は、Ｘ軸に沿って延びているレール１２５ａに連結させることができ、アクチュエータシステム１２４の部品である線形アクチュエータ１２４ａにより、レール１２５ａに沿って支持体を作動させることができる。
【００４４】
ある実行態様では、プラットフォーム１０２は、Ｘ軸に沿ってプラットフォームを移動させるように操作可能なコンベヤ上に位置づけされる。アクチュエータシステム１２４は、Ｘ軸に沿ったコンベヤの線形運動を生じさせることにより、プラットフォーム１０２と支持体１２２の相対運動を生じさせるアクチュエータを含む。Ｘ軸に沿った支持体１２２又はプラットフォーム１０２の一方向性の運動により、供給材料１０６が分注され硬化される速さが増加しうる。
【００４５】
ある実行態様では、図３に示すように、装置１００は、プラットフォーム１０２の高さ及び／又は供給材料１０６の層の上面の高さを検出する感知システム１１２を含む。感知システム１１２は、支持体１２２に対する供給材料１０６の最上層の高さを測定する一又は複数の光センサを含みうる。装置１００は、種々のシステムの工程を制御するために、装置１００の種々のシステムに動作可能に接続されたコントローラ１１６を含む。
【００４６】
コントローラ１１６は、支持体１２２とプラットフォーム１０２との間に相対垂直運動を引き起こすようにアクチュエータシステム１２４を選択的に操作するように構成されている。例えば、各層が分注された後で、アクチュエータシステム１２４を使用して、堆積された供給材料の層の厚さと等しい高さだけプリントヘッドシステム１０４を持ち上げることができる。ある場合には、アクチュエータシステム１２４は、支持体１２２を垂直に移動させる第１のアクチュエータと、支持体１２２を水平に移動させる第２のアクチュエータとを含む。硬化及び／又は分注の間、支持体１２２の運動は増加しうる又は連続的でありうる。例えば、支持体１２２は、後続の分注工程間に、後続の硬化工程間に、あるいは両方において、プラットフォーム１０２に対して移動させることができる。あるいは、支持体１２２は、供給材料１０６が分注され、硬化されている間、連続的に移動させることができる。
【００４７】
ある実行態様では、アクチュエータシステム１１８は、供給材料１０６の各層が分注された後で、プラットフォーム１０２を下げるように操作可能である。コントローラ１１６は、供給材料１０６の層の高さに等しい量だけプラットフォーム１０２を下げるようにアクチュエータシステム１１８を操作する。その結果、装置１００は、層間の、供給材料１０６の上面とプリントヘッドシステム１０４との間の高さのオフセットを一定に維持することができる。
【００４８】
エネルギー源１３０ａは、プラットフォーム１０２の方へ放射線ビーム１３２ａを放出して、プラットフォーム１０２上の分注された供給材料１０６を硬化させるように操作可能である。ある実行態様では、エネルギー源１３０ａは、分注された供給材料１０６の最上層の供給材料の異なるボクセルの方へ各放射線ビーム１３２ａが向けられるように、配置される。図５を参照すると、エネルギー源１３０ａは、各エネルギー源が、形成される物品の対応するボクセルを硬化させるように、位置づけされる。形成される物品の各ボクセルは、供給材料１０６の一又は複数の滴１３３に対応しうる。エネルギー源１３０ａの上記配置により、アレー１２８ａとプラットフォーム１０２との間のＹ軸に沿った相対運動を必要とせずに、Ｙ軸に沿って延びている供給材料１０６の複数の滴１３３を一度に選択的に硬化させるようにエネルギー源１３０ａを選択的に操作することが可能になる。
【００４９】
横切っているガントリの運動を用いて分注されている材料の分離及び硬化により、各層上の硬化材料の非対称形の形成を回避することができる。堆積と暴露との間の時間遅延を計って、硬化エネルギーが印加される前に滴を半球形の形態に「作り変える」ことを可能にすることができる。
【００５０】
後続のエネルギー源１３０ａの工程との間に、エネルギー源１３０ａは、異なる組のボクセルを硬化させるために再位置づけされる。例えば、エネルギー源１３０ａは、第１の組の滴１３３を硬化させるように操作することができ、次に、Ｘ軸に沿って第１の組の滴１３３からオフセットした第２の組のボクセルを硬化させるために再位置づけすることができる。本書に記載したように、エネルギー源１３０ａは、プラットフォーム１０２に対してＸ軸に沿って、またある実行態様では、Ｙ軸に沿って移動させることができる。その際、第２の組のボクセルは、代わりに、Ｙ軸に沿って第１の組の滴１３３からオフセットしていてよい。
【００５１】
エネルギー源１３０ａのアレー１２８ａは、Ｙ軸に沿って、例えばプラットフォーム１０２と支持体１２２の相対運動の方向に対して垂直な方向に延びている。ある実行態様では、エネルギー源１３０ａのアレー１２８ａは、線形アレーである、例えばＹ軸にのみ沿って延びている。
【００５２】
ある実行態様では、図２及び図５を参照すると、エネルギー源１３０ａのアレー１２８ａは、プラットフォーム１０２上の使用可能な構築エリア１３１の全幅にわたって延びている。支持体１２２は、エネルギー源１３０ａが、プラットフォーム１０２の使用可能な全構築エリア１３１にわたって供給材料１０６を選択的に硬化させることができるように、Ｘ軸に沿ってスキャンされる。
【００５３】
ある実行態様では、エネルギー源１３０ａは、支持体１２２上に装着され、支持体１２２がプラットフォーム１０２の上の水平平面に沿って移動したときに支持体１２２とともに移動可能である。例えば、エネルギー源１３０ａは、支持体１２２に固定することができる。それに際し、プリントヘッドシステム１０４とエネルギー源１３０ａのアレー１２８ａは、線形アクチュエータ１２４ａが支持体１２２を作動させるように操作されたときに、共にプラットフォーム１０２に対して移動可能である。
【００５４】
あるいは、ある場合には、エネルギー源１３０ａは、支持体１２２とは別の支持体に装着される。例えば、エネルギー源１３０ａは、装置１００の壁に装着され、支持体１２２が移動しても固定されたままでありうる。エネルギー源１３０ａがプリントヘッドシステム１０４を支持している支持体１２２上に支持されている場合、支持体１２２は、スキャン方向１２６にエネルギー源１３０ａの運動を生じさせるようにＸ軸に沿って移動可能である。エネルギー源１３０ａが別々に装着されている場合、アクチュエータシステム１２４は、線形アクチュエータ１２４ａに加えて、エネルギー源１３０ａにスキャン方向１２６にスキャンさせるように構成されたアクチュエータを含む。
【００５５】
あるいは、エネルギー源１３０ａのアレー１２８ａは、プラットフォーム１０２の全幅の一部にわたって延びている。エネルギー源１３０ａがプラットフォーム１０２の全幅に沿って延びていない場合、エネルギー源１３０ａのアレー１２８ａはＹ軸に沿って移動可能であり、これにより、エネルギー源１３０ａを、構築エリア又はプラットフォーム１０２の全幅のいずれかの部分に沿って分注された供給材料を硬化させるために再位置づけすることができる。ある実行態様では、アクチュエータシステム１２４の線形アクチュエータ１２４ｂは、支持体１２２上に位置づけされる。線形アクチュエータ１２４ｂは、支持体１２２に対して、またプラットフォーム１０２に対してＹ軸に沿ってエネルギー源１３０ａのアレー１２８ａを移動させるように操作可能である。
【００５６】
硬化処理中に、線形アクチュエータ１２４ｂは、エネルギー源１３０ａによって同時に硬化させることができる供給材料１０６の滴１３３の長さと等しい距離だけ、Ｙ軸に沿ってエネルギー源１３０ａのアレー１２８ａを前進させるように操作される。例えば、各エネルギー源１３０ａが供給材料１０６の対応する滴１３３を硬化させる場合、Ｙ軸に沿ってアレー１２８ａを前進させる距離を画定する滴１３３の数は、エネルギー源１３０ａの数とほぼ等しい。ある場合には、各エネルギー源１３０ａは、２つ又はそれ以上の滴１３３を硬化させる。上記例において、後続のエネルギー源１３０ａの放出工程との間でＹ軸に沿ってアレー１２８が前進する距離は、各エネルギー源１３０ａによって硬化される滴１３３の数に、Ｙ軸に沿って延びているエネルギー源１３０ａの数を乗じたものと等しい。エネルギー源１３０ａは、放射線を放出して供給材料１０６の第１の組の滴を硬化させ、Ｙ軸に沿って前進して放射線を放出し、供給材料１０６の第２の組の滴を硬化させ、エネルギー源のアレー１２８ａが構築エリア１３１の全幅にわたってスキャンするまでこれらのステップを継続する。
【００５７】
ある実行態様では、エネルギー源１３０ａのアレー１２８ａは、プラットフォーム１０２の運動方向に沿って、例えばＸ軸に沿って延びている。各エネルギー源１３０ａが単一の異なるボクセルに対応している場合、エネルギー源１３０ａはしたがって、Ｘ軸に沿って延びている複数のボクセルを硬化させることができる。この結果、エネルギー源１３０ａにプラットフォーム１０２の全長にわたってスキャンさせるための、Ｘ軸に沿った支持体１２２とプラットフォーム１０２との間の相対運動のインクリメント数を削減することが可能である。
【００５８】
ある実行態様では、アレー１２８ａは、Ｘ軸とＹ軸の両方に沿って延びている。例えば、アレー１２８ａは、エネルギー源１３０ａが平行な段と列に配置される長方形のアレーを形成しうる。あるいは、エネルギー源１３０ａの隣接する列は相対的に千鳥状になっている、又はエネルギー源１３０ａの隣接する段が相対的に千鳥状になっている。
【００５９】
ある実行態様では、アレー１２８ａは、アレー１２８ａが物品の使用可能な全構築エリア１３１にわたって延びるように、Ｘ軸及びＹ軸に沿って延びている。プラットフォーム１０２と支持体１２２の相対運動の間、プラットフォーム１０２はアレー１２８ａに対して、構築エリア１３１がエネルギー源１３０ａのアレー１２８ａの下になり、エネルギー源１３０ａが構築エリア１３１の任意の部分の方へ放射線を向けることができるように、位置づけされる。エネルギー源１３０ａが次に、構築エリア１３１の任意の部分に分注された供給材料１０６の部分を選択的に硬化させるように、選択的に操作されうる。上記例では、アレー１２８ａは、全層において供給材料を選択的に硬化させうる。
【００６０】
図２、５及び６を参照すると、ある実行態様では、エネルギー源１３０ａのアレー１２８ａは第１のエネルギー源１３０ａの第１のアレー１２８ａに対応し、装置１００は更に、第２のエネルギー源１３０ｂの第２のアレー１２８ｂを含む。第２のアレー１２８ｂは、本書に記載の第１のアレー１２８ａの配置と同様の第２のエネルギー源１３０ｂの配置を有しうる。分注工程中は、コントローラ１１６（図３に示す）は、図５を参照すると、プラットフォーム１０２上に供給材料１０６の滴１３３を分注するようにプリントヘッドシステム１０４を操作する。
【００６１】
図５に示すように、供給材料１０６の滴１３３は各々、外面１４８と、内部容積１５０とを含む。供給材料１０６の滴１３３を分注するようにプリントヘッドシステム１０４を操作した後に、コントローラ１１６は、供給材料１０６の滴１３３の方へ放射線ビーム１３２ａを放出して、供給材料１０６の滴１３３の外面１４８の硬化を開始するようにエネルギー源１３０ａを操作する。外面１４８のこの硬化の開始により、滴１３３に対応する供給材料１０６の滴を安定化させ、供給材料１０６の動きを防止することができる。
【００６２】
図６を参照すると、コントローラ１１６は次に、供給材料１０６の滴１３３の方へ放射線ビーム１３２ｂを放出するようにエネルギー源１３０ｂを操作する。放射線ビーム１３２ｂは、供給材料１０６の滴１３３の内部容積１５０を硬化させる。これに際し、第２のエネルギー源１３０ｂは、第１のエネルギー源１３０ａが滴１３３の外面１４８を硬化させるように操作され、第２のエネルギー源１３０ｂが供給材料１０６の滴１３３の内部容積１５０を硬化させるように操作されるという点で第１のエネルギー源１３０ａとは異なる。エネルギー源１３０ｂは、放射線ビーム１３２ｂを放出して供給材料１０６の滴１３３の内部容積１５０を硬化させることによって、供給材料１０６の滴の硬化処理を完了しうる。
【００６３】
ある実行態様では、第１のエネルギー源１３０ａによって放出された放射線ビーム１３２ａが、第２のエネルギー源１３０ｂによって放出される放射線ビーム１３２ｂの波長よりも短い波長を有する。エネルギー源１３０ａ、１３０ｂは、例えば、紫外光のビームを放出する紫外（ＵＶ）光源である。紫外光は、例えば、１０ｎｍ〜４００ｎｍ（例：１０〜３２０ｎｍ、３２０〜４００ｎｍ、３２０ｎｍ〜３６０ｎｍ、３４０ｎｍ〜３８０ｎｍ、３８０ｎｍ〜４００ｎｍ、３５０ｎｍ〜３７０ｎｍ、約３５５ｎｍ、約３６５ｎｍ）の波長を有しうる。放射線ビーム１３２ａの波長は、例えば、２５０ｎｍと３６５ｎｍの間の短いＵＶ波長であり、放射線ビーム１３２ｂの波長は、３６５ｎｍと４５０ｎｍの間の長いＵＶ波長である。放射線ビーム１３２ａの短いＵＶ波長の高いエネルギーにより、供給材料の滴１３３の外面１４８を迅速に硬化させて供給材料１０６を安定化させることが可能になる。これに対し、放射線ビーム１３２ｂの長いＵＶ波長の低いエネルギーにより、供給材料の滴１３３の内部容積１５０をより均一に硬化させることが可能になる。
【００６４】
ある実行態様では、コントローラ１１６は、供給材料１０６の滴１３３が放射線ビーム１３２ａ、１３２ｂの両方に同時に暴露されるように、エネルギー源１３０ａ、１３０ｂを操作する。エネルギー源１３０ａ、１３０ｂは、例えば、エネルギー源１３０ａ、１３０ｂが同時に起動されたときに、供給材料１０６の分注された滴１３３が放射線ビーム１３２ａ、１３２ｂの両方に同時に暴露されるように、支持体１２２上に相対的に位置づけされる。
【００６５】
プリントヘッドシステム１０４がプラットフォーム１０２にわたって移動可能である場合、例えばプリントヘッドシステム１０４は水平に移動可能な支持体１２２上に装着され、エネルギー源１３０ａ、１３０ｂは両方とも、スキャン方向１２６にプリントヘッドシステム１０４の背後に位置づけされる。これに際し、製造工程中は、コントローラ１１６によってプリントヘッドシステム１０４が供給材料を分注するように操作される。コントローラ１１６は次に、プリントヘッドシステム１０４とエネルギー源１３０ａ、１３０ｂを保持している支持体１２２をスキャン方向１２６にインクリメントによってスキャンするようにアクチュエータシステム１２４を操作する。インクリメントは、プリントヘッドシステム１０４によって分注される供給材料の上にエネルギー源１３０ａ、１３０ｂを再位置づけするのに十分大きいものである。これに際し、エネルギー源１３０ａ、１３０ｂは、起動されたときに、分注された供給材料が放出された放射線ビーム１３２ａ、１３２ｂの両方に暴露されるように位置づけされる。
【００６６】
ある実行態様では、放射線ビーム１３２ａ、１３２ｂに供給材料１０６の滴１３３が順次に暴露される。エネルギー源１３０ｂは、例えば、スキャン方向（すなわち、Ｘ軸）に沿ってエネルギー源１３０ａの背後に位置づけされる。エネルギー源１３０ａ、１３０ｂは、供給材料１０６の滴１３３が一度に放射線ビーム１３２ａ、１３２ｂのうちの１つだけに暴露されるように、相対的に位置づけされうる。これに際し、エネルギー源１３０ａ、１３０ｂを同時に起動して、供給材料の異なる滴及び／又は異なるボクセルを放射線に暴露しうる。供給材料１０６の滴１３３は、ある場合には、最初に放射線ビーム１３２ａに暴露されることにより、供給材料１０６の滴１３３が安定化され、次に放射線ビーム１３２ｂに暴露されて、内部容積１５０の硬化処理が完了する。
【００６７】
図７に、物品、例えば研磨パッドを形成する例示の処理３００を示す。例えば、コントローラ１１６を含む装置１００は、処理３００の工程を実行しうる。
【００６８】
工程３０２において、支持体１２２とプラットフォーム１０２との間に相対運動を生じさせる。例えば、コントローラ１１６によってアクチュエータシステム１２４の一又は複数の線形アクチュエータが相対運動を生じさせるように操作されうる。相対運動は、プリントヘッドシステム１０４が供給材料１０６が分注されるターゲット位置に再位置づけされうるように制御され、またエネルギー源１３０ａのアレー１２８ａが供給材料１０６が硬化されるターゲット位置に再位置づけされうるように制御される。
【００６９】
工程３０４において、図５も参照してみると、プラットフォーム１０２上に供給材料１０６の層１４０が分注される。例えば、プリントヘッドシステム１０４は、コントローラ１１６によって、供給材料１０６を分注するように操作されうる。プリントヘッドシステム１０４が構築エリア１３１の全幅にわたって延びておらず、支持体１２２に対して移動可能である場合、ある実行態様では、工程３０４において、プリントヘッドシステム１０４はＹ軸に沿ってスキャンし、構築エリア１３１の全幅に沿って供給材料１０６を分注する。
【００７０】
工程３０６において、図５に示すように、供給材料１０６の層の一又は複数の選択領域１４２にエネルギーが印加される。例えば、エネルギー源１３０ａによってエネルギーが印加されうる。コントローラ１１６は、各エネルギー源１３０ａを個別にアドレス（指定）することで、選択領域１４２にエネルギーを印加するようにエネルギー源１３０ａを選択的に操作することができるように構成されている。
【００７１】
アレー１２８ａが全構築エリア１３１、例えば構築エリア１３１の全幅及び全長にわたって延びている場合、工程３０６の後に層１４０の選択的な硬化が完了し、層１４０の上に後続の層が分注されうる。物品を形成するために必要な数の層が分注され選択的に硬化されるまで、工程３０４及び３０６が繰り返されうる。物品が製造されると、新たな物品を形成するために処理３００が繰り返されうる。例えば、工程３０２において、新たな物品を製造するために、支持体１２２とプラットフォーム１０２との間に相対運動を生じさせて、支持体１２２をプラットフォーム１０２ａに対して例えばプラットフォーム１０２ｂの別の構築エリアへ前進させる。次に、工程３０４及び３０６が（必要に応じて、繰り返し）実施され、供給材料１０６を分注し、選択的に硬化させて、プラットフォーム１０２ｂ上に新たな物品が形成される。
【００７２】
ある実行態様では、選択領域１４２にエネルギーを印加する前に、支持体１２２とプラットフォーム１０２との間に更なる相対運動を生じさせる。例えば、工程３０４において分注された供給材料の滴からオフセットされた供給材料１０６の一組の滴の方へ放射線を向けるようにアレー１２８ａが位置づけされるように、プリントヘッドシステム１０４を、エネルギー源１３０ａのアレー１２８ａに対して位置づけすることができる。支持体１２２とプラットフォーム１０２との間の更なる相対運動により、アレー１２８ａによって直前に分注された供給材料１０６の方へ放射線を向けることが可能になる。
【００７３】
ある実行態様では、工程３０４においてプラットフォーム１０２上に全層を分注する代わりに、層１４０の一部が分注される。例えば、プラットフォーム１０２上に供給材料１０６のラインを分注することができ、次に、エネルギー源１３０ａが分注された供給材料１０６のラインにエネルギーを印加することができる。プラットフォーム１０２上に供給材料１０６の層１４０を分注する工程３０４が実施されている間に、分注された供給材料の選択部分にエネルギーを印加する工程３０６が実施される。後続の分注工程との間に、プラットフォーム１０２と支持体１２２が相対的に移動して、プラットフォーム１０２上の新たな場所に供給材料１０６を分注することが可能になり、分注された供給材料１０６の新たな選択領域にエネルギーを印加することが可能になる。プラットフォーム１０２と支持体１２２が相対的にインクリメント的に移動することで、運動が停止したときに、供給材料１０６が分注され、供給材料１０６が硬化される。選択部分が組み合わされると、硬化された供給材料の選択領域１４２が形成される。
【００７４】
あるいは、プラットフォーム１０２と支持体１２２を、後続の分注工程との間で相対的に移動させる代わりに、工程３０４及び３０６において供給材料１０６を分注し、エネルギーを印加している間に、相対的に連続的に移動させる。プラットフォーム１０２と支持体１２２とが連続的に運動して支持体１２２に対してプラットフォーム１０２を前進させている間に、供給材料１０６が分注され、エネルギーが印加される。
【００７５】
あるいは、アレー１２８ａは、工程３０４において分注される供給材料１０６を硬化させるために更に移動させる必要がないように位置づけすることができる。プリントヘッドシステム１０４をプラットフォーム１０２の周りで移動させて供給材料１０６を分注し、全層が分注された後に、エネルギー源１３０ａで供給材料１０６を硬化させることができる。
【００７６】
ある実行態様では、選択領域１４２に印加されるエネルギーは、第１のエネルギー源１３０ａによって放出される第１の放射線ビームの形態のエネルギーと、第２のエネルギー源１３０ｂによって放出される第２の放射線ビームの形態のエネルギーとを含む。
【００７７】
ある実行態様では、コントローラ１１６は、エネルギー源１３０ａによって放出される放射線の強度を制御するように構成されている。エネルギー源１３０ａの起動又は停止を選択的に制御する代わりに、コントローラ１１６は、放出された放射線の強度を調整することにより、供給材料１０６の滴１３３に付与されるエネルギーの量を正確に制御することができる。例えば、供給材料を硬化させるために供給材料１０６に付与されるエネルギーの量は、分注される供給材料１０６の種類に依存しうる。
【００７８】
ある実行態様では、コントローラ１１６は、エネルギー源１３０ａ及び／又はエネルギー源１３０ｂに送られる電流の量を決定して、エネルギー源１３０ａ及び／又はエネルギー源１３０ｂによって放出される放射線の強度を制御する。電流の量は、放射線の強度に比例しうる。エネルギー源は、例えば、ＬＥＤに送られた電流に依存する強度を有する放射線を放出するように構成された発光ダイオード（ＬＥＤ）を含みうる。エネルギー源はまた、例えば、レーザのアレー、例えばレーザダイオードも含みうる。
【００７９】
ある実行態様では、コントローラ１１６はフィードバック制御を使用して、放射線の強度を制御する。コントローラ１１６は、送られた放射線の強度を示す信号を受信して、フィードバック制御処理を実行し、強度が所望の規定範囲内になるようにする。信号は、例えば放射線ビームの経路に沿って位置づけされた光検出器によって生成される。ある場合には、各エネルギー源１３０ａは、対応する光検出器が受け取る放射線を、各エネルギー源１３０ａによって放出される放射線が正確に制御されうるように放出する。
【００８０】
図８を参照すると、ある実行態様では、エネルギー源１３０ａ、１３０ｂを選択的に操作する代わりに、全てのエネルギー源１３０ａ、１３０ｂが放射線を放出するように操作し、選択領域１４２だけが硬化するように放射線の一部がブロックされる。ある場合には、バルクエネルギー源１４６は、プラットフォーム１０２の方へ向けて放射線を生じさせるように操作される。バルクエネルギー源１４６は、例えばランプ、又はＬＥＤアレーを含みうる。装置１００は、エネルギー源１３０ａ、１３０ｂからの放射線をブロックする、又はバルクエネルギー源１４６からの放射線をブロックする選択的にアドレス可能なマスク１４４を含む。マスク１４４は、選択領域１４２に対応する画像がマスクを通して投影されるように、選択的に制御される。コントローラ１１６は、放射線がマスク１４４の一部を通過し、放射線がマスク１４４の他の部分を通過するのを防止するのを可能にするような方法でマスク１４４を操作することにより、供給材料１０６の層１４０の選択領域１４２を硬化させる。バルクエネルギー源１４６は、放射線を放出して供給材料１０６の滴１３３の外面１４８を硬化させるように構成された第１のバルクエネルギー源であってよく、第２のバルクエネルギー源は、放射線を放出して供給材料１０６の滴１３３の内部容積１５０を硬化させるように構成されている。
【００８１】
研磨パッド１１０は、分注され、硬化される供給材料の規定数の層から形成される。図４Ｂに示す研磨パッド１１０の一例では、研磨パッド１１０はマルチレイヤパッドである。研磨パッド１１０は、例えば研磨層１５６とバッキング層１５８とを含む。研磨層１５６は、例えば研磨パッド１１０が基板を研磨するのに使用されるときは不活性である材料で形成される。研磨層１５６の材料は、プラスチック、例えばポリウレタンであってよい。ある実行態様では、研磨層１５６は比較的強く、硬い材料である。研磨層１５６は、ショアＤスケールの約４０〜８０、例えば５０〜６５の硬度を有する。
【００８２】
ある実行態様では、研磨層１５６は均質な組成物の層である。研磨層１５６は、プラスチック材料、例えばポリウレタンのマトリクス１５９内に浮遊しているポア１５７を含みうる。ポア１５７は、マトリクス１５９内に浮遊している中空の微小球体によって、又はマトリクス１５９自体のボイドによって提供されうる。
【００８３】
ある実行態様では、研磨層１５６は、プラスチック材料のマトリクス１５９内、例えばポア１５７内部に保持された研磨粒子を含む。研磨粒子は、マトリクス１５９の材料よりも硬い。研磨粒子の材料は、セリア、アルミナ、シリカ、又はこれらの組み合わせ等の金属酸化物であってよい。
【００８４】
ある実行態様では、研磨層１５６は、８０ミル以下、例えば５０ミル以下、例えば２５ミル以下の厚さＤ１を有しうる。調整処理によりカバー層がすり減りやすいため、研磨層１５６の厚さは、研磨パッド１１０に例えば１０００回の研磨及び調整サイクル等の有用な寿命が付与されるように選択されうる。
【００８５】
ある実行態様では、研磨層１５６はスラリを運ぶための溝１６０を含む。溝１６０は、例えば同心円、直線、斜交平行、螺旋等のパターンを形成する。溝がある場合、溝１６０間の平坦域は、例えば研磨パッド１１０の水平表面積全体の約２５〜９０％になりうる。溝１６０は、例えば研磨パッド１１０の水平表面積全体の約１０％〜７５％を占める。溝１６０間の平坦域は、約０．１〜２．５ｍｍの横幅を有しうる。
【００８６】
ある実行態様では、例えばバッキング層１５８がある場合、溝１６０は研磨層１５６を完全に貫通して延在する。ある実行態様では、溝１６０は、研磨層１５６の厚さの約２０〜８０％、例えば４０％を貫通して延在する。溝１６０の深さは例えば、０．２５〜１ｍｍである。ある場合には、例えば５０ミルの厚さの研磨層１５６を有する研磨パッド１１０では、溝１６０は約２０ミルの深さＤ２を有する。
【００８７】
ある実行態様では、バッキング層１５８は、研磨層１５６よりも柔軟で、より圧縮性が高い。バッキング層１５８は、ショアＡスケールで８０以下の硬度、例えば約６０ショアＡの硬度を有する。バッキング層１５８は、ある場合には、研磨層１５６よりも厚い、又は薄い、又は同じ厚さである。
【００８８】
研磨パッド１１０を使用して、研磨装置において一又は複数の基板を研磨することができる。好適な研磨装置の説明は、米国特許第５７３８５７４号で見ることができる。ある実行態様では、図４Ａを参照すると、研磨システム２００は、研磨パッド１１０が置かれる回転可能なプラテン２０４を含む。研磨工程中に、研磨液２０６、例えば研磨スラリが、リンスアーム２０８と組み合わせることができる研磨液供給ポートによって研磨パッド１１０の表面上に分注される。研磨液２０６は、ある場合には、研磨粒子、ｐＨ調節剤、又は化学活性成分を含有する。
【００８９】
ある実行態様では、基板２１０を研磨するために、キャリアヘッド２１２によって基板２１０を研磨パッド１１０に当接して保持する。キャリアヘッド２１２は、支持構造物（例えばカルーセル）から懸架され、かつ、キャリアヘッドが軸２１６の周りで回転しうるようにキャリア駆動シャフト２１４によってキャリアヘッド回転モータに接続される。研磨液２０６の存在時の研磨パッド１１０と基板２１０との相対運動により、基板２１０が研磨される。
【００９０】
コントローラ（コントローラ１１６など）は、デジタル電子回路において、又はコンピュータのソフトウェア、ファームウェア、若しくはハードウェアにおいて、又はそれらの組み合わせにおいて、実装されうる。コントローラは、一又は複数のコンピュータプログラム製品、すなわち、情報キャリアにおいて（例えば、非一過性のマシン可読記憶媒体又は伝播信号において）有形に具現化され、データ処理装置（例えば、プログラマブルプロセッサ、コンピュータ、又は、複数のプロセッサ若しくはコンピュータ）によって実行されるか、又は、かかるデータ処理装置の動作を制御するための、一又は複数のコンピュータプログラムを含みうる。コンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、又はコードとしても既知である）は、コンパイラ型又はインタープリタ型の言語を含む、任意の形態のプログラミング言語で書かれていてよく、かつ、任意の形態で展開されうる（スタンドアロンプログラムとして、又は、モジュール、コンポーネント、サブルーチン、若しくは、演算環境での使用に適したその他のユニットとして、展開されることを含む）。コンピュータプログラムは、１台のコンピュータで実行されるよう、又は、１つの場所の、あるいは複数の場所に分散され、通信ネットワークによって相互接続された複数のコンピュータで実行されるように展開されうる。
【００９１】
この明細書で説明している処理及び論理フローは、一又は複数のプログラマブルプロセッサによって実施されてよく、このプログラマブルプロセッサは、入力データに対して動作すること、及び出力を生成することによって機能を実施するために、一又は複数のコンピュータプログラムを実行する。処理及び論理フローは、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）又はＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ：特定用途向け集積回路）といった特殊用途の論理回路によって実施されてもよく、かつ、装置が、かかる特殊用途の論理回路として実装されることも可能である。
【００９２】
上述のシステムのコントローラ１１６及びその他の演算デバイス部分は、データオブジェクト（例えば、供給材料が各層として形成されるべきパターンを特定する、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）対応型ファイル）を記憶するための、非一過性のコンピュータ可読媒体を含みうる。例えば、このデータオブジェクトは、ＳＴＬフォーマットのファイル、３Ｄ製造フォーマット（３ＭＦ）のファイル、又は、付加製造ファイルフォーマット（ＡＭＦ）のファイルであることが可能である。更に、データオブジェクトは、例えばｔｉｆｆ、ｊｐｅｇ、又はビットマップ形式の複数層を有する複数ファイル、又は１つのファイル等の他の形式であってよい。例えば、コントローラは、遠隔コンピュータからデータオブジェクトを受信することもある。例えばファームウェア又はソフトウェアによって制御されている、コントローラ１１６のプロセッサは、コンピュータから受信したデータオブジェクトを解釈して、各層を望ましいパターンに堆積させ、かつ／又は硬化させるよう、装置１００の構成要素を制御するために必要な信号の組を生成しうる。
【００９３】
いくつかの実行態様について説明してきた。それでもなお、様々な改変が行われうることが、理解されよう。
【００９４】
供給材料の層の各層の厚さ、及び、ボクセルの各々のサイズは、実行態様ごとに変動しうる。一部の実行形態ではプラットフォーム１０２上に分注が行われる時に、各ボクセルは、例えば１０μｍ〜５０μｍ（例：１０μｍ〜３０μｍ、２０μｍ〜４０μｍ、３０μｍ〜５０μｍ、およそ２０μｍ、およそ３０μｍ、又はおよそ５０μｍなど）の幅を有しうる。各層は、所定の厚さを有しうる。この厚さは、例えば、０．１０μｍ〜１２５μｍ（例えば、０．１μｍ〜１μｍ、１μｍ〜１０μｍ、１０μｍ〜２０μｍ、１０  μｍ〜４０μｍ、４０μｍ〜８０μｍ、８０μｍ〜１２５μｍ、約１５μｍ、約２５μｍ、約６０μｍ、又は約１００μｍ）でありうる。
【００９５】
ある実施例では、１、２、又は３つのプリントヘッドを含む付加製造装置１００が記載されている。あるいは、装置１００は、４つ又はそれ以上のプリントヘッドを含む。各プリントヘッドは、例えば、支持体１２２上に装着される。プリントヘッドはしたがって、プラットフォーム１０２全体で一単位として移動可能である。ある場合には、装置１００は、スキャン方向１２６に沿って整列した８つ又はそれ以上のプリントヘッド、例えば８つのプリントヘッド、１２のプリントヘッド等を含む。一実施例では、プリントヘッドのうちの４つが第１の供給材料、例えば供給材料Ａを分注し、プリントヘッドのうちの２つが第２の供給材料、例えば供給材料Ｂを分注し、プリントヘッドのうちの２つが第３の供給材料、例えば供給材料Ｃを分注する。
【００９６】
図示したエネルギー源１３０ａの列は、エネルギー源１３０ｂの列と交互になっているが、ある実行態様では、アレー１２８ａとアレー１３０ａは重なり合っていない。エネルギー源１３０ａのアレー１２８ａは、プリントヘッドシステム１０４とアレー１３０ａとの間に位置づけされる。これに際し、プリントヘッドシステム１０４は供給材料１０６を分注し、支持体１２２とプラットフォーム１０２との間に相対運動が生じ、次にエネルギー源１３０ａは供給材料１０６の外面１４８を硬化させる。更に、支持体１２２とプラットフォーム１０２との間に相対運動が生じ、次にエネルギー源１３０ｂが供給材料１０６の内部容積１５０を硬化させる。
【００９７】
図２では、Ｙ軸に沿って延び、使用可能な構築エリアの幅に広がるエネルギー源１３０のアレー１２８を示したが、図９に示すように、エネルギー源のアレーがＸ軸に沿って延びている、すなわち、プラットフォーム１０２がそれに沿って配置されている方向に平行に延びていることも可能である。この場合、エネルギー源のアレー１２８は、物体が製造される使用可能な構築プラットフォーム又は領域の（Ｘ軸に沿った）長さに広がっていてよい。更に、エネルギー源１３０のアレー１２８は、支持体１２２上に（例えば支持体１２２の下に）装着された副支持体１２２ａ上に位置づけされうる。副支持体１２２ａは、例えばアクチュエータ１２４ｃによってＹ軸に沿って移動することにより、Ｙ軸の方向に沿ってエネルギー源をスキャンするように構成されうる。この場合、エネルギー源１３０のアレー１２８は、各層の堆積後に、Ｙ軸の方向（前から後ろ、又は後ろから前）に移動して、堆積層を選択的に硬化させる。
【００９８】
更に、図２では支持体１２２に固定され、第１のアレー１２８ａに対して固定された位置にある（例えば支持体が移動すると第１のアレー１２８ａと共に移動する）第２のエネルギー源１３０ｂの第２のアレー１２８ｂを示したが、これは必須ではない。例えば、図１０に示すように、第１のアレー１２８ａはＹ軸に沿って延び（そしてガントリによってＹ軸に沿って移動し）うる。第２のアレー１２８ｂは、Ｘ軸に沿って延び（そしてＹ軸に沿って副支持体１２２ａ上を移動し）うる。あるいは、第２のアレー１２８ｂは、ガントリ１２２とは別の支持体上にあってもよい。更に、第２のアレー１２８ｂは、Ｘ軸に沿って延び（そして別の支持体１２２によって支持体１２２上でＹ軸に沿って移動し）うる。
【００９９】
図１１を参照すると、更に別の代替例として、第２のアレー１２８ｂは、プラットフォームの使用可能な幅及び長さ全体に広がる二次元アレーであるが、プラットフォームに対して不動である。第２のアレー１２８ｂは、支持体１２２がスキャンする場所の上に位置づけされた支持体１２２ｂ上に保持されうる。
【０１００】
これらの様々な実行態様では、短い波長のエネルギー源は、プリントヘッドアレーとともに例えば支持体１２２上に載っていてよく、長い波長源は、プラットフォーム全体に広がっていてよい、あるいはＹ軸の方向に沿って載っていてよい。これにより、短い波長のエネルギー源がディスペンサに近接し／ディスペンサとともに駆動されることが可能になり、堆積された小滴が下位の層又はプラットフォーム上に固定され、制御された硬化形態の表面性状が得られうる。これに対し、システム内部の異なる硬化源によってバルク硬化が実施されうる。
【０１０１】
研磨パッドの製造に関連して装置を説明してきたが、この装置は、付加製造によるその他の物品の製造にも適合しうる。
【０１０２】
したがって、その他の実行態様も特許請求の範囲に含まれる。
【図１】
2020517491.tif 000003
【図２】
2020517491.tif 000004
【図３】
2020517491.tif 000005
【図４Ａ】
2020517491.tif 000006
【図４Ｂ】
2020517491.tif 000007
【図５】
2020517491.tif 000008
【図６】
2020517491.tif 000009
【図７】
2020517491.tif 000010
【図８】
2020517491.tif 000011
【図９】
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【図１０】
2020517491.tif 000013
【図１１】
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【国際調査報告】
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