JP2014218089A - 固体イメージングシステム、その構成部品、および固体イメージング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】固体イメージング材料から三次元物体を製造するための固体イメージング方法および装置が提供される。
【解決手段】構築されている三次元物体の断面に選択的に硬化される固体イメージング材料を保持するための、膜状底部を有するトレイが提供される。先の層から未硬化の固体イメージング材料を除去し、固体イメージング材料の新たな層を塗布するために、塗布バーが膜上を前後に動かされる。カートリッジからの、次の層のための、加えるべき固体イメージング材料の適量を決定するために、トレイ内の樹脂の量を測定するセンサが設けられている。構築を行うために、または三次元物体を取り出すために、固体イメージング装置に対して外部扉が開けられたときにトレイを覆うシャトルを使用して、塗布バーを動かし、固体イメージング材料の所望の量を分配するためにカートリッジ上の１つ以上の弁を選択的に開けることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、固体イメージングシステム(solid imaging system)に関し、より詳しくは、固体イメージング材料の層を提供し、三次元物体に選択的に硬化させるための装置および方法に関する。

固体イメージング装置は、典型的に、材料の連続層を、三次元物体を形成するためにｚ軸に沿って結合される断面パターンに形成することにより、コンピュータデータに基づいて、三次元物体を作り出す。固体イメージングシステムには、以下の技法の内の１つ以上により部品を構築するシステムがある：ステレオリソグラフィー、レーザ焼結、融合堆積モデリング、選択的堆積モデリング、フイルム送りイメージングなど。

ある固体イメージングシステムは、感光性固体イメージング材料を三次元物体の断面パターンで硬化させるために、その底を通じて化学線を投射し、それによって、その材料を硬化させることのできる化学線透過性底を有する槽内に固体イメージング材料を提供する。構築パッドおよび／または台が槽の上に垂直に可動式になっており、三次元物体は典型的に、逆さまの様式で構築されるように構築パッドまたは台により支持されている。そのような固体イメージング技法および類似の技法の例が、ここにその全てが引用される、特許文献１から１０に開示されている。

米国特許第４５７５３３０号明細書 米国特許第５３９１０７２号明細書 米国特許第５４４７８２２号明細書 米国特許第５５４５３６７号明細書 米国特許第７０５２２６３号明細書 米国特許第７６１４８６６号明細書 米国特許第７７０６９１０号明細書 米国特許第７８４５９３０号明細書 米国特許第８００３０４０号明細書 米国特許出願公開第２００１／００４８１８３号明細書

本発明の様々な実施の形態は、先に記載された固体イメージングシステムを上回る著しい改善を提供する。本発明の実施の形態は、塗布バーの使用により、可撓性の放射線透過性底部膜を有するトレイ内に、層厚が制御された未硬化の固体イメージング材料を提供する。この塗布バーは、第１の方向に動くときに、先の層から未硬化の固体イメージング材料（並びに構築パッドまたは三次元物体の先に硬化した層に付着しなかった硬化した固体イメージング材料）を除去し、第１の方向と概して反対の第２の方向に動くときに、未硬化の固体イメージング材料の新たな層を供給する。例えば、固体イメージング材料の一層が選択的に硬化され、構築されている物体の先の層に付着した後、構築台は、塗布バーがｘ軸方向に動いて、残りの未硬化の固体イメージング材料の実質的な量、好ましくは全てを押しのけるように、物体をｚ軸方向に所定の量だけ上昇させる。次いで、塗布バーは、ｘ軸に沿って反対方向に動かされ、未硬化の固体イメージング材料の新たな層を供給する。塗布バーは、塗布バーの第１の動作（未硬化の固体イメージング材料を押しのけるための）の後であって、塗布バーの第２の動作（未硬化の固体イメージング材料の新たな層を施すための）の前に、塗布バーの旋回、回転、持上げ、または他の動きなどにより、第１の掻取り位置から第２の層形成位置に動かされる。未硬化の固体イメージング材料の新たな層が供給された後、構築台は、少なくとも、直前に硬化した層が未硬化の固体イメージング材料の新たに供給された層と接触するまで、製造されている三次元物体を画像面に向かって降下させ、次いで、イメージャ(imager)が、新たに供給された層を選択的に硬化させ、三次元物体が完成するまで、このプロセスが繰り返される。

本発明のある実施の形態は、放射線透過性底部膜の下に配置された樹脂センサであって、反射してこのセンサに戻る光信号または他の検出可能な信号を送ることによって、このセンサの上方にある樹脂層の存在と厚さを検出する樹脂センサを含む。センサの上方にある樹脂の測定された存在および／または厚さに基づいて、固体イメージング装置の制御装置は、トレイに供給すべき新たな固体イメージング材料の量を決定する。本発明のいくつかの実施の形態は、カートリッジをトレイの上に配置し、所望の量の固体イメージング材料をトレイに分配するためにある時間だけ開けられる、選択的に開閉可能な弁を含む。所望の量の固体イメージング材料がトレイに一旦供給されたら、次いで、塗布バーが膜を横切り（先の層の未硬化の固体イメージング材料を掻き取り／押し、新たに分配された固体イメージング材料の少なくともいくらかを押すため）、そして戻される（固体イメージング材料の新たな層を塗布するため）。

本発明のいくつかの実施の形態は、トレイを選択的に覆うためにｘ軸に沿って動くシャトルを有する。このシャトルは、構築プロセスが完了した後にトレイを覆うことができ、ユーザはいつでも、三次元物体を取り出すために固体イメージング装置を開けることができる。トレイの上でシャトルを閉じることによって、トレイ内の固体イメージング材料は、固体イメージング装置の外部からの化学線に暴露されず、それによって、固体イメージング材料のどのような望ましくない硬化も防がれ、したがって、その固体イメージング材料をその後の構築プロセスに使用することができる。追加の実施の形態は、塗布バーをｘ軸に沿って前後に動かすために、シャトルを硬化工程の間で開閉できるように、シャトルの一端に塗布バーを連結する。いくつかの実施の形態におけるシャトルは、未硬化の固体イメージング材料を確実に適切に除去するために、および／または固体イメージング材料の新たな層を塗布するときに所望の層厚の材料を提供するために、塗布バーが所定の力で膜に対して押しつけられるように塗布バーをシャトルに連結するバネ装置を有する。本発明のある実施の形態の塗布バーは、塗布バーの第１の動作（未硬化の固体イメージング材料を押しのけるための）の後であって、塗布バーの第２の動作（未硬化の固体イメージング材料の新たな層を塗布するための）の前に、第１の掻取り位置から第２の層形成位置に旋回するようにシャトルに旋回可能に連結されており、未硬化の固体イメージング材料の先に塗布された新たな層から未硬化の固体イメージング材料を押しのける前に、第１の掻取り位置に旋回して戻る。未硬化の固体イメージング材料の新たな層の層厚は、塗布バーに印加される下方力の量により、および／または第２の動作中に塗布バーが動かされる速度により、制御することができる。本発明のさらに別の実施の形態は、塗布バーの特定の幾何学形状および／または塗布バーのすくい角を提供することにより、層厚を制御する。

本発明のさらに別の実施の形態は、少なくと１つの選択的に開閉可能な弁を備えた取外し可能なカートリッジから前記トレイに固体イメージング材料を供給する。いくつかの実施の形態において、シャトルは、固体イメージング材料をカートリッジからトレイに分配するために、選択的に開閉可能な弁に対して押しつけられる弁開閉装置を含む。このシャトルは、固体イメージング材料をシャトルに通してトレイ中に落下させる、弁開閉装置に隣接した開口を備えてもよい。いくつかの実施の形態において、固体イメージング材料がトレイに分配された後、未硬化の固体イメージング材料を押しのけるためにシャトルがｘ軸方向に動いて第１の動作で塗布バーを動かすときに、塗布バーが、新たに堆積された固体イメージング材料を、固体イメージング材料が堆積された場所から概してトレイの反対側に押すように、固体イメージング材料は、シャトルに連結された塗布バー上またはその近くに堆積される。互いに組み合わされるか混合される新たな固体イメージング材料と掻き取られた固体イメージング材料のこの供給は、塗布バーの下および／または上を流れ、次いで、固体イメージング材料の新たな層を供給するために、第２の動作で塗布バーにより動かされる。イメージャ（またはそこからの他の化学線）の投射画像により新たな層が選択的に硬化された後、トレイ内に残留する固体イメージング材料の量を測定し、新たな固体イメージング材料をトレイに堆積させ、未硬化の固体イメージング材料を掻き取り、新たな固体イメージング材料の層を施すプロセスが、三次元物体が完成するまで繰り返される。

本発明のさらに別の実施の形態は、カートリッジ、トレイ、および／または塗布バーを取り外し、取り付けるための技法などの追加の特徴を含む。カートリッジは、オペレータがカートリッジを固体イメージング装置内に取り付ける前に、オペレータがカートリッジを振盪したときに、固体イメージング材料を混合する混合ボールを１つ以上、カートリッジの内部に含んでもよい。選択的に開閉可能な弁がシャトルの弁開閉装置に隣接して配置され、かつカートリッジ上のＲＦＩＤタグまたは他の識別装置が、カートリッジ内の固体イメージング材料が適切な材料であり、期限切れではなく、三次元物体の製造のために他の問題を提起しないことを確認するために、固体イメージング装置と通信できるように、カートリッジをアライメントするスロット内にカートリッジは挿入される。カートリッジが挿入されるスロットは、連続構築プロセスを完了するため、かつ、固体イメージング装置の制御装置が、弁開閉装置（シャトルに連結された、異なる装置に連結された、または別の装置に連結されていない）が選択的に開閉可能な弁を開く期間中に分配される固体イメージング材料の量を決定できるように選択的に開閉可能な弁から分配されている固体イメージング材料の上部圧力を決定するために十分な固体イメージング材料をカートリッジが提供できることを確実にするために、カートリッジの質量を決定する（カートリッジ内の固体イメージング材料の残りの量に基づいて）ために、本発明のある実施の形態において、ロードセルを内蔵している。本発明のさらに別の実施の形態は、流体レベルを検出するための近接センサ、流体レベルを検出するための超音波センサ、およびフロートや計深棒などの機械的装置の使用などの代わりの装置または技法を使用して、カートリッジ内の固体イメージング材料の残りの量を決定する。

トレイの膜は、膜からの硬化層の分離を支援するように可撓性であるので、ある期間が経過すると、その膜は、トレイ全体を交換することによって、交換する必要があるかもしれない。いくつかの実施の形態の固体イメージング装置のフレームは、使用済みのトレイを取り出し、新たなトレイを挿入し、所望の位置にあるフレームによりしっかり締め付けるために、オペレータにより選択的に開閉可能である。本発明のいくつかの実施の形態は、硬化層を持ち上げ、少ない力で（膜の下に空気が供給されない場合と比べて）膜から取り外すことを支援するために、膜の底部と、膜を支持しているガラスまたは他の放射線透過性表面との間にある量の空気を供給するので、フレームは、膜の底部とその下の支持表面との間に気密シールを確実にする、トレイの底面が上に載置されるガスケットを備えている。製造されている三次元物体（およびその一部）に連結された固体イメージング材料の硬化層が膜から分離された後、本発明のいくつかの実施の形態は、膜と支持表面との間の空気を除去するために、それらの間に負の空気圧を提供する。ここに記載された正と負の空気圧は、当業者に公知の、ポンプなどのどのような空気圧制御装置により提供されても差し支えない。本発明のいくつかの実施の形態において、負の空気圧が典型的に印加されるが、膜上の塗布バーにより印加される下方圧力が、捕捉されたエアポケットを、負の空気圧がそこを通じて施される開口に押しのけるのに役立つように、塗布バーが第１の動作および／または第２の動作で動く。本発明のある実施の形態は、膜の下に印加される圧縮空気の量および／または期間により、硬化層を膜から分離するために揚力を制御し、さらに他の実施の形態は、好ましい揚力および／または圧縮空気の量および／または期間を決定するために、膜から分離されている硬化層の断面積を分析する。本発明のいくつかの実施の形態は、硬化層をトレイから上昇させるための標準的な揚力および硬化層をトレイの膜から分離するのを支援するための圧縮空気の標準的な量および／または期間を適用するが、代わりの実施の形態は、硬化層の断面積、構築パッドに連結された部分的に完成した三次元物体の質量、および他のパラメータに基づいて、異なる量の揚力および／または圧縮空気の量および／または期間を提供する。

本発明のさらに別の実施の形態は、イメージャから投射された画像（画像全体または画像の選択された部分のいずれか）の強度プロファイルを測定するための技法を含む。そのような測定装置および技法が、ここに全て引用される米国特許出願公開第２０１０／００９８８３５号明細書に開示されている。追加の実施の形態は、イメージャにより投射された画像の経路に選択的に配置できるイメージャ・シャッターを含む。ある実施の形態のイメージャ・シャッターは、投射されている画像の強度を測定する化学線センサを含み、さらに別の実施の形態において、そのセンサのフラッディング、または化学線の正確な測定を行う化学線センサの能力を低減させるであろう他の状況を防ぐために、化学線センサに到達する化学線の量を減少させるディフューザを含む。画像の経路にあるシャッターにより自動較正シーケンスを行うことにより、そのセンサは、最大の可能な画像の様々な位置での、イメージャにより自動的に投射された化学線による投射画像の強度プロファイルを決定し、各投射に関する化学線強度を測定することができる。制御装置が、イメージャにより投射された画像の強度プロファイルを一旦決定したら、固体イメージング装置は、米国特許出願公開第２０１０／００９８８３５号明細書に開示された技法を用いて、また当業者に公知の他の様式で、固体イメージング材料の層上に投射される画像を調節することができる。

本発明の追加の実施の形態は、構築されている三次元物体を支持するための構築パッドを含む。この構築パッドは構築台に取り付けられており、この構築台は、構築台を垂直に昇降させる１つ以上のｚ軸モータに接続されている。構築パッドは、構築台に連結されている間に下に向いている概して平らな表面であって、三次元物体および／または三次元物体の支持構造が構築プロセス中に付着する表面を画成する概して平らな表面を含む。概して平らな表面と構築台との間には、構築パッドの底面がトレイの膜に接触する程度まで構築台が下方に動く場合、垂直方向に圧縮できる概して圧縮性の材料がある。構築パッドの圧縮性部分を設けることによって、本発明のある実施の形態は、トレイの膜（および膜の真下の支持面）と完全には同じ高さではない構築パッド上に三次元物体を正確に構築できる。何故ならば、構築パッドのどのような同じ高さにない部分も、構築パッドの圧縮された部分より下の区域で硬化される材料がわずかしかまたは全くないように、構築プロセスの最初の１つ以上の層の形成中に圧縮されるからである。それらの最初の１つ以上の層は典型的に支持構造を含み、それゆえ、硬化された材料の量におけるそのような意図していない差は、支持構造により支持されていない三次元物体の品質に悪影響を与えない（何故ならば、構築プロセスが完了した後に、支持構造は典型的に廃棄されるからである）。したがって、構築パッドが非平行様式で取り付けられた場合、支持構造は、三次元物体の品質が非平行の構築パッドまたは同じ高さにない構築パッドにより損なわれないように、三次元物体の形成を開始する前に、相違を補う。

本発明のさらに別の実施の形態は、固体イメージング材料の層上に画像を投射するための新規の光源を含む。空間光変調器、デジタル投光器、または拡大されるおよび／またはミラーで反射する二次元画像を投射する他の光源を使用するのではなく、本発明の実施の形態は、膜の支持表面の真下に配置された、膜の支持表面として配置された、または膜もトレイもない画像面として配置された、プラズマスクリーンを含む。ある実施の形態のプラズマスクリーンは、固体イメージング材料の硬化のために、ＵＶ範囲などの好ましい波長を有する化学線を所望の量だけ提供するために、ドープされている。例えば、プラズマスクリーンは、所望の範囲の波長の化学線のみが固体イメージング装置により吸収されるように（温度制御の理由、材料特性の理由、および他の理由のために）含まれる、除去されるＵＶ光のフィルタおよび／または非ＵＶ光のフィルタ（特定の化学線の非限定的例を提供するため）を有してもよい。プラズマスクリーンは、同じ固体イメージング材料を異なるように硬化させるために、１つ以上の波長の化学線を提供するためにドープされてもよい。いくつかの実施の形態において、ある画素は、固体イメージング材料を支持構造に硬化させるための第１の波長の化学線を投射し、同じ固体イメージング材料を所望の三次元物体に硬化させるための第２の波長の化学線を投射する。そのような支持構造は、三次元物体からの支持構造の取り外しを改善するのに適した異なる機械的または化学的性質を有する。異なる性質の非限定的例としては、以下に限られないが、三次元物体より低い溶融温度を有する支持構造、三次元物体を溶解させない溶液中に可溶性である支持構造、手でまたは単純な器具により容易に除去できるために三次元物体よりも柔らかい支持構造、および三次元物体とは異なる他の支持構造を提供することが挙げられる。

本発明のさらに別の実施の形態は、以下により完全に説明される、他の装置、方法、特徴、および性質を含む。

これまで本発明を一般論として説明してきたが、ここで、添付図面を参照する。これらの図面は、必ずしも一定の縮尺で描かれておらず、制限を意図するものではなく、説明を意図するものである。
オペレータがそこを通じて構築槽にアクセスできる前扉を示す、本発明の１つの実施の形態による固体イメージング装置の斜視図 カートリッジ、トレイ、塗布バー、構築台、シャトル、イメージャ、および他の構成部品を含む、固体イメージング装置の内部構成部品を示すために外壁が取り外された、図１の固体イメージング装置の斜視図 トレイがその中に配置されるフレームを示し、カートリッジと、開位置にあるシャトルとを示す、図１および２の固体イメージング装置の特定の部分の斜視図 シャトルが閉位置にある、フレームの下から見た、図３Ａの同じ部分の別の斜視図 固体イメージング装置の作動中にカートリッジを保持するスロットに挿入されている（またはそこから取り外されている）カートリッジを示す、図１および２の固体イメージング装置の特定の部分の斜視図 カートリッジの底壁から延在する選択的に開閉可能な２つの弁を示す図１〜４のカートリッジの斜視図 カートリッジの底壁から延在する選択的に開閉可能な２つの弁を示す図１〜４のカートリッジの正面図 図５Ａおよび５Ｂのカートリッジの側面図 カートリッジの内部を示し、カートリッジ内の３つの混合ボールおよびそのボールが弁内に詰まるのを防ぐための各選択的に開閉可能な弁内のバネを示す、図５Ｃのカートリッジの正面図 弁開閉装置が選択的に開閉可能な弁と接触していない、シャトルが沿って移動するフレームの部分およびシャトルに対する固体イメージング装置内の位置に示された図５Ａ〜５Ｄのカートリッジの拡大斜視図 図５Ｅと類似しているが、弁開閉装置が選択的に開閉可能な弁と接触しておらず、固体イメージング材料をカートリッジから分配させるように、異なる位置に動かされたシャトルを示す拡大斜視図 フレームの上にあるカートリッジの正面図 選択的に開閉可能な弁の側部に力を印加する位置にある弁開閉装置の側面断面図 フレームの上にあるカートリッジの側面図 選択的に開閉可能な弁の側部に力を印加する位置にある弁開閉装置の上面断面図 膜表面およびトレイの底縁の上面の内の少なくとも一方が、トレイの底縁に対する膜の付着を増加させるようにざらざらしている、トレイの底縁の上面への膜の付着を示す、図１〜３Ｂの固体イメージング装置のトレイの斜視図 トレイのフィルタ区域およびトレイの底縁の上面への膜の付着を示す、図６Ａのトレイの側面図 トレイのフィルタ区域およびトレイの底縁の上面への膜の付着をより詳しく示す、図６Ｂの一部の拡大図 図６Ａのトレイの上面図 図６Ａのトレイの側面図 図１〜３Ｂの固体イメージング装置のトレイが配置される、ガスケットを備えたフレームであって、ガスケットが、トレイの底の外面と固体イメージング装置のフレームの支持表面との間にシールを提供しており、トレイの底とフレームの支持表面との間に空気を供給し、そこから空気を除去するための通路を示している、フレームの斜視図 図７に示された通路に正の空気圧と負の空気圧を提供するための空気源を示す、カートリッジスロット内にあるカートリッジと、図１〜３Ｂの固体イメージング装置のフレームの正面図 先の層の未硬化の固体イメージング材料を掻き取るまたはトレイのフィルタ部分に向かって押す第１の動作の前の位置にある塗布バーを示す、図１〜３Ｂの固体イメージング装置のフレーム、トレイ、および塗布バーの側面断面図 トレイの底とフレームの支持表面との間に空気を供給し、そこから空気を除去するための通路の詳細な側面断面図 トレイのフィルタ部分の詳細な側面断面図 掻取りエッジ（ここでは、第１の掻取りエッジとも称される）を示し、トレイの膜上に固体イメージング材料の層を提供する第２の動作の前に固体イメージング材料を概して塗布バーの上に流動させる、塗布バーの上部にある上側凹部であって、少なくとも２つの連結位置を画成する複数の連結部分により隔てられている上側凹部を示す、図１〜３Ｂの固体イメージング装置の塗布バーの上面斜視図 層形成エッジ（ここでは、第２の層エッジとも称される）を示し、トレイの膜上に固体イメージング材料を提供する第２の動作前に固体イメージング材料を概して塗布バーの上に流動させる、塗布バーの上部にある上側凹部であって、少なくとも２つの連結位置を画成する複数の連結部分により隔てられている上側凹部を示す、図９Ａの塗布バーの上面斜視図 塗布バーの右下側にある掻取りエッジおよび塗布バーの左下側にある層形成エッジを示し、塗布バーの上側にある連結部分であって、他方に対してある角度をなす２つの表面を含む楔形スロットを画成する連結部分を示す、図９Ａの塗布バーの側面図 第２の層形成エッジに対して略直角に延在する複数のタブを示す、逆さまの図９Ａの塗布バーの側面図 連結部分とそれらの間の上側凹部を示す、図９Ａの塗布バーの上面図 図９Ｃと類似の塗布バーの側面図 第１の掻取りエッジを示す図９Ａの塗布バーの側面図 開位置にあるシャッターであって、ポーチによりイメージャに連結されたシャッターを示す、図１〜３Ｂの固体イメージング装置のイメージャの上面図 開位置にあるシャッターを示す、図１０Ａのイメージャの正面図 閉位置にあるシャッターを示す、図１０Ａのイメージャの上面図 閉位置にあるシャッターを示す、図１０Ｃのイメージャの正面図 開位置にあるシャッターおよび画像面（図示せず）にミラー（図示せず）により反射された画像の投射を示す、図１０Ａのイメージャの側面図 閉位置にあるシャッターを示す、図１０Ｃと類似のイメージャの上面図 イメージャのレンズの上にある閉位置にあるシャッターを示し、イメージャにより投射される化学線の強度を測定するための、シャッターに連結されたディフューザと化学線センサを示す、図１０Ｆのイメージャの詳細な側面図 構築台を垂直に（ｚ軸に沿って）動かすためのモータ駆動式スクリューおよびガイドを示す、図１〜３Ｂの固体イメージング装置の構築台の斜視図 構築台に取り付けられた構築パッドを示す、図１１Ａの構築台の側面図

ここで、本発明の実施の形態の全てではなくいくつかが示されている、添付図面を参照して、本発明を以下により詳しく説明する。実際に、本発明は、多くの異なる形態で具体化されるであろうし、ここに述べられた実施の形態に制限されると考えるべきではない。そうではなく、これの実施の形態は、本開示が適用される法的要件を満たすように提供されている。三次元物体を作製するための装置および方法が、特定のタイプの固体イメージング装置およびその構成部品に関して、説明され、添付図面に示されているが、様々な装置および方法の機能性は、製造されている物体を表すコンピュータデータまたはデジタルデータに基づく三次元物体を製造するためのどのような現在公知のまたは以後に想起される固体イメージング装置に適用されることが考えられる。全体に亘り、同様の番号は同様の要素を指す。

図１〜１１Ｂを参照すると、本発明の１つの実施の形態による固体イメージング装置が図解されている。図面は固体イメージング装置のただ１つの実施の形態に関するものであるが、本発明は、より多くの、より少ない、および代わりの構成部品、並びにここに記載されたものとは異なる設計の類似の構成部品を有する追加の固体イメージング装置を包含する。

図１は、本発明の１つの実施の形態の固体イメージング装置１０を示しており、オペレータがそこを通じてその固体イメージング装置の内部にある構築槽にアクセスできる前扉１２を示している。図２は、構築層１４をよりよく示すために、外壁のほとんどが取り外されている固体イメージング装置１０を示している。カートリッジ１６は、固体イメージング装置のトレイ１８に選択的に分配できる固体イメージング材料の供給源（図示せず）を含む。トレイ１８は、構築プロセス中に三次元物体（図示せず）を構築するために使用される固体イメージング材料を保持する。この固体イメージング材料は、当該技術分野で公知のまたはこれから先に発明されるどのような光硬化性材料であっても差し支えない。本発明の様々な実施の形態に使用するのに適した光硬化性材料の例としては、米国特許第７３５８２８３号および米国特許出願公開第２０１０／００５６６６１号の各明細書に記載されている光硬化性材料が挙げられる。固体イメージング材料はカートリッジ１６から、このカートリッジの底壁にある１つ以上の選択的に開閉可能な弁２０を通じて分配される。１つ以上の弁開閉装置２２、好ましくは各々の選択的に開閉可能な弁について１つの弁開閉装置（相対的な形状に応じて、開閉装置および弁のどのような組合せを使用してもよい）は、固体イメージング材料をカートリッジ１６から分配できるように、選択的に開閉可能な弁２０の側部に力を与える。図２の弁開閉装置２２は、概して固体イメージング装置１０のｘ軸に沿って前後に動くシャトル２４に取り付けられている。シャトル２４をｘ軸に沿って後ろに選択的に動かすことによって、弁開閉装置２２は、選択的に開閉可能な弁２０の側部に力を印加する。カートリッジからトレイに分配される固体イメージング材料の量は、以下により十分に論じられるように、選択的に開閉可能な弁２０に力を印加する継続期間に基づく。図２のシャトル２４は、分配された固体イメージング材料がシャトルを通じてトレイに通過できるように弁開閉装置に隣接した開口を少なくとも１つ備えている。本発明のさらに別の実施の形態は、固体イメージング材料をトレイに分配するための代わりの装置も含む。

塗布バー２６が、図２に示されるように、弁開閉装置２２の反対側に、シャトルの底部などに、シャトル２４に連結されている。塗布バー２６も、シャトル連結装置３０を介してシャトルがシャトルモータ２８によって動かされるときに、概してｘ軸に沿って動かされる。塗布バーは、以下により十分に説明されるように、未硬化の固体イメージング材料、並びに三次元物体に結合されておらず、ｘ軸方向の第１の動作において塗布バーを動かすことにより先に画像形成された層すなわち硬化層から離れた硬化材料の粒子を掻き取るかまたは除去する。塗布バー２６は、第２の動作において塗布バーが戻るように動かされるときに、トレイの底面に塗布する（固体イメージング材料の新たな層を塗布する）ように、塗布バーの位置をシャトル２４およびトレイ１８に対して変えられる連結部分を含む。第２の動作において塗布バー２６を動かすことにより、固体イメージング材料の新たな層を塗布するだけでなく、その層の厚さを制御し、かつその層の表面を平滑にする。固体イメージング材料のこの新たな層は、イメージャ３２により投射される画像（図示せず）によって選択的に硬化されて、構築されている三次元物体の１つの断面層を形成する。イメージャ３２により投射される画像は、ミラー３４で反射し、トレイ１８の下にあるフレーム３６の支持表面を通して曝露される。トレイ１８の底面は、トレイ上の固体イメージング材料が、投射された画像により選択的に硬化されるように画像がそこを通して投射される放射線透過性膜を含む。

三次元物体は、構築台の底面に連結された構築パッド３４（より詳細については図１１Ａおよび１１Ｂを参照のこと）により支持される。固体イメージング材料の新たな層は、加法式製造の当該技術分野において一般に理解されるように、新たに硬化された層が先に硬化された層に固着されるように、構築パッドおよび／または三次元物体の先に硬化された層が、新たな層と接触するように降下された後に、選択的に硬化される。本発明のいくつかの実施の形態は、構築パッドに対する硬化材料の第１の層の付着を改善するざらざらした表面を含む。いくつかの実施の形態において、構築パッドは、ペンシルベニア州ブルームズバーグ所在のKydex, LLC社より市販されているＫＹＤＥＸ（登録商標）熱可塑性プラスチックのシートを含む。一層が選択的に硬化された後、固体イメージング装置１０の可動部品のどれもが三次元物体と接触（接触すると、三次元物体を損傷させ、構築を失敗させることになり得る）しないように、少なくとも直前に硬化された層を、塗布バー２６、シャトル２４、および弁開閉装置２２の高さより上に上昇させるために、構築台は上に動く（ｚ軸に沿って垂直に）。

図３Ａおよび３Ｂは、図１および２の固体イメージング装置１０のフレーム３６を示している。固体イメージング装置１０は、機械装置のフレーム全体を画成するフレームの他の部分を含むことを認識すべきである。しかしながら、固体イメージング装置の最も重要な特徴の多くが、概してｘ軸とｙ軸に沿って配置されているフレームのこの部分に連結されているので、フレームの図示された部分が論じられている。シャトル２４、シャトルモータ２８、トレイ１８、およびカートリッジ１６（以下により十分に論じられるスロット３８を介して）は全てフレーム３６に連結されている。図４は、フレーム３６およびスロット３８をより詳しく図解している。スロット３８は、カートリッジをスロット３８の中へまたは外へとスライドできるように上方に斜めに動かせるように、カートリッジの取付・取外位置に示されている。上方フレーム部分４０は、オペレータがそこを通じてカートリッジをスロット３８に取り付ける、またはそこから取り外すことができるカートリッジ開口４２（固体イメージング装置１０の外部のアクセス扉（図示せず）と揃えられている）を備えている。図４に示されるように、カートリッジ１６がスロット３８内に一旦完全に取り付けられたら、オペレータは、スロットの左側を下方に旋回して、固体イメージング装置の構築プロセス中に留まる略水平位置にスロットを固定する。スロット３８の左側は、以下により十分に説明されるように、カートリッジ１６内に残留している固体イメージング材料の量を測定するロードセル４４上に載置される。スロット３８の両側は、フレーム３６の向かい合ったレール４６に取り付けられている。シャトル２４は、固体イメージング装置の構築プロセス中に塗布バー２６を動かし、弁開閉装置２２をカートリッジ１６の選択的に開閉可能な弁２０に対して動かすように、レール４６に沿って前後に動かされる。レール４６は、トレイ１８の取付けと取外しができるように、フレームに対して持ち上げることができる。オペレータがレールの前端を持ち上げた場合、シャトルとカートリッジは、レール４６に連結されているので、同様に持ち上げられる。これらのレールは、オペレータが一旦レールを持ち上げたら、レールを上方位置のままでいるようにできる昇降支援装置４８に両側で連結されている。この昇降支援装置４８は、機械の技術分野で公知のように、支持用気体シリンダである。しかしながら、本発明の別の実施の形態の昇降支援装置は、オペレータがレールをその作動位置（概してフレーム３６と同じ高さで平行である）に戻すように降下させる準備ができるまで、レール４６を上昇させ維持するのを支援するどのような装置も含む。

図５Ａから５Ｊは、カートリッジ１６およびその底壁にある選択的に開閉可能な弁２０の多数の図面を提供している。図５Ａから５Ｃは、少なくとも１つの側壁（前壁と後壁などの）、上壁、および底壁を有し、底壁に２つの選択的に開閉可能な弁を、上壁に通気キャップを、前壁と後壁に、カートリッジを好ましい位置に維持するためのスロット３８のタブを受け入れるための略水平のスロットと、カートリッジをスロットに取り付ける最中および／またはスロットから取り外す最中のそれぞれにオペレータがカートリッジを握るための表面を提供する略垂直なスロットとを有する、カートリッジの外部を示している。図５Ｄはカートリッジの内部を示しており、カートリッジの挿入前にオペレータがカートリッジを振盪したときに、カートリッジ内の固体イメージング材料が混ざるのを促進するように設けられた３つの混合ボールが示されている。同様に、本発明のいくつかの実施の形態の固体イメージング材料は、カートリッジが長期間に亘り動かされないと、材料の底に沈降するかまたは材料の上に浮遊かもしれない粒子を含むので、固体イメージング装置は、オペレータがカートリッジを取り外し、構築プロセス中に固体イメージング材料がトレイに分配される前に、固体イメージング材料が程よく混ざることを確実にするために、カートリッジをある期間に亘り振盪するように促してもよい。混合ボールは、オペレータがカートリッジを振盪するように指示されたどのようなときも、カートリッジが振盪されている間に、混合を改善する。混合ボールが、選択的に開閉可能な弁を通る固体イメージング材料の流れを停止するまたは妨げるのを防ぐために、選択的に開閉可能な弁の内部に弁体５２が設けられている。この弁体は、固体イメージング材料が弁内に流動できるほど十分に大きいが、混合ボールが弁を通る流れを停止させるまたは制限するのを防ぐのに十分に小さい通路を備えている。本発明の別の実施の形態は、代わりの弁体を備えているか、混合ボールまたはカートリッジ内の他の要素が、選択的に開閉可能な弁を通る固体イメージング材料の流れを停止させるまたは制限するのを妨げるための弁体を必要としない、別の選択的に開閉可能な弁を備えている。本発明の選択的に開閉可能な弁は、以下に限られないが、カリフォルニア州ペタルマ所在のCamelBack社から市販されているバイトバルブなどのシリコーン製バルブを含む、当業者に公知のどのような開閉可能な弁であっても差し支えない。

図５Ａから５Ｄは、カートリッジ内の固体イメージング材料に関連する情報を含む無線周波数識別タグ（ＲＦＩＤタグ）を受け入れるように適用された、成形カートリッジ１６の上壁にある凹部５４を示している。図５Ｅは、凹部５４に取り付けられたＲＦＩＤタグ５６を示している。スロット３８は、カートリッジがスロットに取り付けられたときに、ＲＦＩＤタグの情報を読み取れるおよび／またはＲＦＩＤタグに情報を書き込めるＲＦＩＤリーダ５８（図４に示されている）を含む。ＲＦＩＤタグ５８により、固体イメージング装置は、カートリッジ内の固体イメージング材料のタイプを特定し（トレイ内の固体イメージング材料および三次元物体を製造するために使用すべき材料が一致していることを確実にする）、その材料が、期限切れではない、または不良品回収の対象となっていない、もしくはオペレータに対する通知または警告を要する他の条件を有することを確実にし、カートリッジの製造および先の使用の記録に基づいてカートリッジ内にどれだけの材料が残留するかを決定するのに役立つ。

図５Ｅは、カートリッジとシャトルをよりうまく説明するために、スロット３８と塗布バー２６のない、シャトル２４の上にあるカートリッジ１６を示している。上述したように、シャトル２４は、分配された固体イメージング材料がシャトル２４を通り、下にあるトレイ中に通過できるようにする、弁開閉装置２２に隣接した開口６０を備えている。シャトルの下側は、以下により十分に説明されるように、塗布バーの連結部分と接触するタブ６２を備えている。図５Ｅは、ある程度閉じられた位置（シャトルが第１の動作または第２の動作のいずれかにおいて移動しているとき）にあるシャトルを示しており、図５Ｆは、図示された実施の形態において、シャトルの開位置をわずかに越えた分配位置にあるシャトルを示している。シャトルの開位置は、弁開閉装置が、選択的に開閉可能な弁に隣接しているが、カートリッジから固体イメージング材料を分配するのに十分な力を弁に印加していないときである。このシャトルは、シャトルが、先の層を掻き取る／取り除くまたは新たな層を施す／塗布するために塗布バーを動かしていない、もしくは三次元物体が、固体イメージング材料の新たな層に接触するように降下させられているときおよび／または固体イメージング材料の新たな層がイメージャにより選択的に硬化されているときなどに、選択的に開閉可能な弁の側部に力を印加するために弁開閉装置を動かしているときは概していつでも、開位置にある。シャトルが開位置にあるときの別の例は、外部の化学線がトレイ１８内の固体イメージング材料を意図的でなく硬化させるのを防ぐために、固体イメージング装置１０の前扉１２を開く前と開いている最中に、シャトルが閉位置で静止しているときである。シャトル２４は、トレイを交換するために、オペレータがレール４６を持ち上げているときに開位置にあっても閉位置にあってもよい。何故ならば、挿入されている新たなトレイは、典型的に、取付け中にその中に固体イメージング材料を含んでおらず、固体イメージング材料を含む取り外されたトレイは恐らく廃棄されるからである。

図５Ｆから５Ｊは、固体イメージング材料を選択的に開閉可能な弁から分配するためにその弁に力を印加する弁開閉装置の様々な眺めを示している。選択的に開閉可能な弁は、ｚ軸に略平行な軸を画成し、よって、弁開閉装置がｘ軸方向に動くときに、弁の軸に略垂直な力を印加する。図５Ｄに示されるように、いくつかの実施の形態の弁は、ｘ軸に沿って概して揃えられているスリット６４を含み、それゆえ、弁開閉装置がｘ軸に沿った力を印加すると、スリットが開いて、固体イメージング材料をカートリッジから流出させる。これらの実施の形態における選択的に開閉可能な弁は、当該技術分野に公知の弾性材料の「バイトバルブ」を含む。しかしながら、本発明の別の実施の形態は、固体イメージング材料をカートリッジからトレイ中に選択的に流動させる同じ機能を果たす別の設計の弁（および対応する弁開閉装置）を備えている。本発明の別の実施の形態は、固体イメージング材料を分配するように選択的に開閉可能な弁を開くのに十分な量、カートリッジ内の圧力を増加させるためにカートリッジ上の任意の軸または軸の組合せ（側壁、上壁、または底壁など）に沿って、力を印加する。さらに別の実施の形態は、固体イメージング材料を分配するように選択的に開閉可能な弁を開くのに十分な量、カートリッジの内部に空気圧を選択的に印加するためにカートリッジに連結された空気ホースを備えている。

ここで、図６Ａから６Ｅのトレイに移ると、トレイ１８は、底面および高さが１インチ（２．５４ｃｍ）以下の側壁を備えた略正方形または矩形のトレイを画成する。本発明のさらに別の実施の形態は、イメージャのタイプ、画像面のサイズ、または任意の他のパラメータに適した任意の形状およびサイズであるトレイを含む。図示された実施の形態のトレイ１８は、放射線透過性膜６６が接着されている底縁を画成する底面を有する、ポリプロピレン製トレイなどのプラスチック製トレイである。本発明の様々な実施の形態の「底面」は、大面積（ｘ軸とｙ軸の面における）、または側壁の断面厚ほど小さい面積を含む小面積を含んでよい。その膜は、概して、固体イメージング材料を硬化させるのに使用される化学線に対して放射線透過性である。その膜はまた、硬化された固体イメージング材料をそこから容易に分離できる表面も画成する。図示された実施の形態の膜６６はフッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）膜である。しかしながら、本発明の別の実施の形態は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）膜または引用される米国特許第７６１４８６６号明細書により十分に記載されているようなものを含む。膜は概して非粘着性であるので、トレイ１８の底縁に膜６６の縁を接着するために、接着すべき膜表面および／または接着すべき底縁の表面は、膜とトレイの底縁との間の接着を良好にするように機械的および／または化学的にざらざらにされている。図示された実施の形態は、接着剤またはミネソタ州セントポール所在の3M社から市販されている両面テープなどの両面テープで底面に接着された膜を開示しているが、本発明の別の実施の形態は、以下に限られないが、超音波溶接、機械的接合（ピンチ装置またはクランプ装置などによる）、底面および／または側壁の膜上への射出成形、多層多材料膜の使用などを含む、２つの表面を接着するための当該技術分野で公知の別の技法を使用して、膜と底面および／または側壁を接着する。

トレイ１８は、カートリッジと反対のトレイの端部にフィルタ部分６８も含んでいる。固体イメージング材料は、硬化した固体イメージング材料の粒子または固体イメージング装置により製造されている三次元物体の品質に悪影響を与えるであろう他の不純物を含んでいるかもしれないので、トレイ１８は、先に硬化した層からの未硬化の固体イメージング材料およびカートリッジ１６から分配された新たな固体イメージング材料を通過させて、画像形成区域の外部に望ましくない粒子を収集するフィルタ部分６８を有する。固体イメージング装置の作動中、新たに分配される固体イメージング材料は、新たに分配された固体イメージング材料が、先の層からの掻き取られた／移動された未硬化の固体イメージング材料と共にそれらの材料が混ざる／組み合わされるように移動するように、塗布バーの第１の動作の前に分配される。塗布バー２６は、塗布バーがフィルタ壁７０と接触し、以下により十分に論じられるように、トレイの底部膜上の固体イメージング材料の新たな層を施す／形成するために塗布バーが第２の動作において動かされるときに、濾過された固体イメージング材料が塗布バーの前縁に隣接するように、混合された／組み合わされた固体イメージング材料がフィルタ壁を越えてフィルタ部分６８を通りフィルタ出口７２から出て流れるまで、移動する。

図７は、トレイ１８を受け入れるための凹部にガスケット７４を有するフレーム３６を示している。凹部とトレイとの間の蒸気閉塞を防ぐために、その一方または両方が、トレイを凹部から取り外すことを可能にするリブまたは凹部などの特徴構造を含む。レール４６（図７には示されていない）は、固体イメージング装置の作動中にトレイ１８を凹部に維持する。その凹部は、固体イメージング材料を硬化させるための所望の波長の化学線を概して支持表面に透過させるガラスまたはプラスチック材料などの、放射線透過性支持表面７６を含む。空気通路７８も図７に示されており、以下に論じられる正と負の空気圧を供給するために、そこに空気ホース８０が取り付けられる。正と負の空気圧は、以下に限られないが、ＤＣモータに連結された隔膜ポンプ、蠕動ポンプ、遠心力ポンプなどを含む、当該技術分野に公知のどのように技法により与えられてもよい。

構築台上の構築パッドにより支持された三次元物体に連結された固体イメージング材料の硬化層からの分離においてトレイ１８の膜６６を支援するために、引用により含まれる従来技術の特許に開示されているものと同じまたは類似の様式で軟質膜を硬化層からより容易に分離できるように構築台を垂直に持ち上げる（ｚ軸に沿って）前、持ち上げるのと同時におよび／または持ち上げた直後に、ホース８０を通じて通路７８に正の空気圧を加える。ガスケット７４は、空気が全くまたは最小しか漏れないか、または膜６６と支持表面７６との間に入らず、膜の位置をよりよく制御し、それによって、硬化層からの膜の分離をよりよく行えることを確実にするために、ほぼ気密シールを提供する。図示された実施の形態のガスケット７４は、トレイの３つの縁に沿ったガスケット材料（当該技術分野で公知の任意の適切な材料）の単一片を含み、フレーム３６の凹部内にトレイ位置のためのある程度のクリアランスを提供しつつ、適切なシールを確実にするために通路７８に隣接したトレイの縁にガスケット材料の二片を含む。本発明において、適切な封止を確実にし、トレイ（オペレータにより取り付けられる）の取付けを容易にするために、別のガスケットパターンが含まれる。本発明のいくつかの実施の形態のガスケットは、トレイから意図せずに漏れたかもしれないどのような固体イメージング材料も、トレイの膜と支持表面との間に流れ込むのを防ぐ。その流込みは、トレイの膜と支持表面との間の空気の流れを望ましくなく制限し得るおよび／またはイメージャから投射される化学線を遮断し得る。

図８Ａから８Ｄは、取り付けられたトレイ１８および塗布バー２６を含む固体イメージング装置の作動を図解している。図８Ｂは、固体イメージング材料の層の硬化中および／またはカートリッジからの固体イメージング材料の分配中に塗布バーが配置されるであろう位置にあるシャトル（図８Ｂには示されていない）のタブ６２に連結された塗布バー２６を示している。図８Ｃは、トレイ１８の膜６６の下に位置する空気通路７８への空気ホース８０の接続を詳細に示している。図８Ｄは、トレイ１８のフィルタ部分６８とその周りの区域の詳細図である。図には示されていないが、塗布バーは、膜６６と支持表面７６との間から空気を除去するのを支援する。何故ならば、硬化層が、膜６６の上面から分離され、シャッター２４およびその連結構成部品を一掃するために安全距離だけ持ち上げられた後、膜６６が支持表面７６上に平らに置かれることを確実にするために、膜６６と支持表面７６との間の空気が除去されるように、負の空気圧（ホース８０を通じての正の空気圧のように、正と負の空気圧を提供するための弁または任意の他の装置を有する単純な空気ポンプにより供給できる）が通路７８に加えられる。塗布バーは、未硬化の固体イメージング材料を掻き取る第１の動作および固体イメージング材料を塗布する第２の動作の両方の最中に、膜と支持表面との間に捕捉されたどのような気泡も押し、それによって、空気の除去を支援する。シャトルは、必要ではないが、好ましくは、未硬化の固体イメージング材料の掻取り／取除きを改善し、一部には、固体イメージング材料の新たに塗布される層の層厚を設定する間隙距離を決定するおよび／または維持するのに役立つように塗布バーに下方力を印加するバネ装置または他の装置により、塗布バーに連結されている。この下方力は、膜と支持表面との間から気泡を除去するのも支援する。

ここで、図９Ａから９Ｇの塗布バー２６に移ると、塗布バーは概してｙ軸に沿って延在し、塗布バーは、下縁（ｚ軸において）に、概してｙ軸に沿って延在する第１の掻取りエッジ８２および概してｙ軸に沿って延在する第２の層形成エッジ８４を含む。第２の層形成エッジ８４は、層形成バーの最下部分を画成するときに、トレイ１８の膜６６には実際には接触しない。その代わりに、複数のタブ８６が、第２の層形成エッジの上流で膜に接触する。複数のタブ８６は、概してｘ軸（第１の掻取りエッジと第２の層形成エッジに対して垂直）に沿って延在し、塗布バー２６のｙ軸に沿った長手方向に間隔が置かれている。第２の層形成エッジ８４の底部と複数のタブ８６の底部との間の間隙は、一部は、塗布バーの第２の動作中に塗布される固体イメージング材料の層の厚さを調節する。層の厚さを調節する他のパラメータとしては、以下に限られないが、塗布バーの移動速度、固体イメージング材料の粘度または他の性質、および他のプロセスまたは材料のパラメータが挙げられる。塗布バーの第１の動作は、後縁（第１の掻取りエッジにより掻き取られた／取り除かれた固体イメージング材料が概してない側）に複数のタブ８６を有する。塗布バーの第２の動作は、固体イメージング材料が複数のタブの周りを通り第２の層形成エッジの下に通過して、固体イメージング材料の新たな層を形成するように、第２の層形成エッジにより押されている固体イメージング材料により概して囲まれた複数のタブを前縁に有する。複数のタブの断面形状は、ｙ軸に沿って比較的狭い幅を有する略矩形であり、それゆえ、固体イメージング材料は、第２の層形成エッジにより塗布された新たな層に固体イメージング材料のない筋、間隙、または他の点が存在しないように、複数のタブの移動する底面の後に残されたどのような通り跡も満たすことができる。本発明のさらに別の実施の形態は、固体イメージング材料の塗布層に切れ目の存在を最小にするまたは防ぐための、複数のタブの別の形状を含む。タブの形状とサイズ（特にｙ軸に沿った厚さ）は、概して、固体イメージング材料の粘度に依存し、それゆえ、材料の粘度が高いほど、通り跡（固体イメージング材料のない層の区域）の形成を防ぐために、ｘ軸に沿ってタブのプロファイルは薄いべきである。

塗布バーの第１の動作中、第１の掻取りエッジは、概して膜の画像形成区域の全ｙ軸幅に沿って、かつ塗布バーの移動する全ｘ軸距離に沿って膜６６の上面と接触する。先に述べたように、塗布バーの第１の動作は、塗布バーがトレイの前端に隣接するフィルタ壁７０に接触するまで継続することが好ましい。フィルタ壁に接触することにより、塗布バーは、押された材料（先の層の掻き取られた未硬化の材料およびカートリッジからの新たに堆積された材料の両方）を、フィルタ壁を越えてフィルタ部分６８中へと押し入れるだけでなく、塗布バーは、タブ６２を塗布バーの連結部分８８内で動かして、塗布バーを、第１の掻取り位置（第１の動作の前に、図８Ｂに示されるように、第１の掻取りエッジが膜表面に接触している）から、第２の層形成位置（複数のタブが膜表面と接触しており、第２の層形成エッジが膜表面のすぐ上に配置されている）へと旋回させる。図９Ａから９Ｇの塗布バーは、図９Ｃに最もよく示されているように、他方に対してある角度をなす２つの表面を含む楔形スロットを画成する複数の連結部分８８を備えている。シャトル２４のタブ６２は、複数のタブ８６を膜６６の表面に押し、固体イメージング材料が下を流れて固体イメージング材料の新たな層を形成できる間隙を提供するように第２の層形成エッジを持ち上げる第２の動作中に、連結部分８８の表面９０と接触する。あるいは、シャトル２４のタブ６２は、第１の掻取りエッジを膜６６の表面に押して、未硬化の固体イメージング材料を塗布バーによりトレイ１８のフィルタ部分６８へと押す第１の動作中に連結部分８８の表面９２に接触する。

塗布バー２６の連結部分８８の間には、第１の動作中に、および／または第２の動作中に固体イメージング材料の新たな層として塗布されるために、固体イメージング材料が第２の層形成エッジの前面に利用できるように、塗布バーがフィルタ壁７０に接触して配置されているときに、いくらかの固体イメージング材料が上方凹部を越えて流れるようなサイズの上方凹部９４が設けられている。上方凹部を通って流れるどのような材料も、粒子が除去されてない。しかしながら、いくらかの材料にフィルタ部分を迂回させることによって、構築プロセスの速度を減少させることができるおよび／またはフィルタ部分が、濾過れさた粒子によりある程度または完全に塞がれた場合でさえも、構築プロセスを継続できる。濾過される粒子は、典型的に、散乱した化学線または外部の化学線などにより、意図せずに硬化されたか、または三次元物体から意図せずに剥離した物体の破片である硬化した固体イメージング材料の小片である。硬化した固体イメージング材料の小片がどのように作り出されたかにかかわらず、本発明のある実施の形態は、特に小片が三次元物体の外縁に一体化された場合、そのような小片が三次元物体の一部になる、またはことによると三次元物体の品質を損なうのを防ぐために、それらを固体イメージング材料から濾過し、トレイ１８が交換されるまでそれらをフィルタ部分６８内に保持する。

本発明の代わりの実施の形態は、第１の掻取りエッジおよび第２の層形成エッジを提供する２つの別個の部分を有する塗布バーを含み、それゆえ、それぞれの動作中に、一方が他方に対して持ち上げられる。しかしながら、掻取りおよび層形成／塗布を単一の塗布バーに組み合わせることによって、本発明は、固体イメージング装置のトレイ内に固体イメージング材料の層を提供するための効果的で手頃な価格の解決策を提供する。トレイ型装置を有する従来技術の固体イメージング装置は、典型的に層厚を軽く上回る量の材料を提供するので、どのような塗布バーまたは他の掻取り・層形成装置も備えていない。しかしながら、そのような従来の固体イメージング装置は、先に硬化した部品の側壁上に余計な未硬化の固体イメージング材料がある部品を作り出し、これにより、側壁の精度が損なわれおよび／または後加工中に取り除かなければならない構築材料が廃棄されることが生じ得る。

本発明のある実施の形態は、センサであって、光信号または他の信号を、膜および固体イメージング材料を通して送り、スロット３８の底に配置された反射器（図示せず）で反射させ、センサに戻す（センサがスロット３８の下に配置されている場合の実施の形態について）ために、通路７８に外観が似ている、膜６６の下に配置されたセンサも含む。送信された信号に対する受信した信号の強度に基づいて、センサの出力は、トレイ１８内の固体イメージング材料の量の測定値に変換できる。この測定値は、カートリッジ１６からトレイに分配する必要のある固体イメージング材料の量を計算するために固体イメージング装置１０の制御装置により使用される。必要な材料の量は、弁開閉装置２２により選択的に開閉可能な弁２０に力を印加する継続期間（弁を短期間に亘り大きく開けることにより（またはその逆も同様に）、必要な固体イメージング材料の量を提供できるので、弁開閉装置が制御できるおよび／または計算において形状できる距離）に変換される。カートリッジ内の上部圧力により、カートリッジから出る固体イメージング材料の流量を変えられるので、カートリッジ内の材料の量は、ロードセル４４（またはカートリッジ内の固体イメージング材料の量を測定するために使用できる任意の他の装置）により行われ、弁開閉装置２２が選択的に開閉可能な弁２０に力を印加する継続期間を決定するために計算に含まれる測定によって決定される。さらに、本発明の様々な実施の形態は、硬化した材料の量を置き換えるために、先の層の硬化した固体イメージング材料のパターンに基づいて、要求される分配される材料の量を計算する。さらに別の実施の形態は、固体イメージング材料の実時間測定を、部品の幾何学形状（硬化した材料の断面積）に基づく理論計算と組み合わせて、分配する固体イメージング材料の量を決定する。

トレイ１８内の材料の量の測定は、第１の動作の前、第２の動作の前、および／または第２の動作の後などの、層形成プロセス中のどの時点で行っても差し支えない。不適切な量の固体イメージング材料が施され、それによって、余計な材料が分配され、三次元物体の先に硬化された層を新たな材料の層中に降下させ、その新たな材料の層を選択的に硬化させる前に、第１と第２の動作を繰り返すか否かを判定するためにも、センサを使用して差し支えない。

ここで、図１０Ａ〜１０Ｇを参照すると、本発明のある実施の形態のイメージャ３２は、そのイメージャのレンズ９８の近くまたはその周りに取り付けられたポーチ９６を備えている。シャッター１００が、電動式ヒンジまたは類似の装置によってポーチ９６に回転可能に連結されている。シャッター１００は、シャッターが閉位置にあるときにレンズ９８に面する、シャッター側に取り付けられたイメージャ・センサ１０２を含む。あるセンサ１０２は、イメージャ３２により投射される直接の化学線によって投光照射され、測定精度の低下がもたらされることがあるので、図示された実施の形態のシャッター１００は、イメージャにより投射される化学線が、センサで測定される前に拡散されるように、センサの上に配置されたディフューザ１０２を備えている。固体イメージング装置は、画像における任意の点または点の群（画素または画素の群）の化学線の強度を決定するための自動較正プロセスを経ることができる。このプロセスは、典型的に、最初の構築プロセスの前に（製造中におよび／または顧客の場所で）行われ、固体イメージング装置の作動の耐用期間中に様々な時点で行うこともできる。このプロセスは、典型的に、構築プロセスの間（言い換えれば、三次元物体が構築されていないとき）に行われる。しかしながら、構築プロセスを休止し、較正手順を行い、次いで、構築プロセスを再開することも可能である。

投射画像の強度プロファイルを決定するために、シャッターは開位置から閉位置に動かされる。次いで、イメージャが、既知の位置で化学線の所定の一連の投射光を投射し、１つのセンサ（またはある実施の形態においては複数のセンサ）からの測定を、投射光の位置と関連付けて、投射画像全体の相対強度を決定する。次いで、イメージャにおける様々な点または画素により投射される化学線のレベルを調節して、固体イメージング材料の層における対応する点または画素位置が所望の量の化学線（光重合のための臨界エネルギーなどの、および／または固体イメージング材料に所望の機械的性質および／または化学的性質を与えるために）を受けることを確実にするために、固体イメージング装置の制御装置により（または固体イメージング装置と連結された別個の制御装置により）、この強度プロファイルのマップが使用される。グレースケールおよび／または層当たり多数のパターンの投射などの、所望の量の化学線を提供するための様々な技法が、ここに全てが引用される特許に開示されている。

ここで、図１１Ａおよび１１Ｂを参照すると、構築台１０６は、以下に限られないが、米国特許第７６１４８６６号明細書を含む、ここに引用される従来技術の特許に開示されたタイプのものである。固体イメージング材料により製造された中間支持構造を通じて、または三次元物体と直接接触することのいずれかにより、製造すべき三次元物体を支持するための構築パッド１０８が、構築台の底に取外し可能に連結されている。図示された実施の形態の構築パッドとしては、発泡材料または他の弾性材料の層に接着されたＫＹＤＥＸ（登録商標）銘柄の熱可塑性アクリル−ポリ塩化ビニルアロイのシートが挙げられる。さらに別の実施の形態の構築パッドは、硬化した固体イメージング材料の層に付着するための適切な表面を提供する代わりの材料であって、構築パッドがトレイの膜および／またはトレイの膜の下にある支持表面と完全には同じ高さではない場合に最初の数層を構築している最中にその層を曲げられる代わりの材料から製造されていても差し支えない。ある量の弾力性を提供することによって、構築パッドは支持表面に対して正確に平行に配置されている必要はない。何故ならば、第１の層とその後の層の形成中、平行ではないどの部分も、層の高さの標準位置より下に単に到達し、次いで、構築パッドの底面がトレイの膜に接触するときに縮むからである。固体イメージング材料が水平ではない区域に移されるので、固体イメージング材料は硬化しない。しかしながら、そのような材料はおそらく支持構造であろう。このプロセスは、構築パッドがもやは膜と接触しておらず、固体イメージング材料が硬化し始めるまで、継続される。一般に、水平ではない区域は、構築プロセスにおけるどのような相違も、支持構造（一般に、構築プロセス後に廃棄される）に限られ、したがって、三次元物体の品質に悪影響を与えないように、支持構造の完成前に補正される。本発明のさらに別の実施の形態は、ｚ軸モータを制御すること、または他の技法などの代わりの技法により、水平ではない構築パッドを補う。

先に開示された本発明の実施の形態は、概して、ＤＬＰイメージャを備えた固体イメージング装置に関する。しかしながら、本発明の別の実施の形態は、プラズマスクリーン技術に基づく別のイメージャを含む。ＤＬＰイメージャは、高コストおよびバルブや他の構成部材を比較的頻繁に交換する必要性などの数多くの問題を引き起こす。さらに、固体イメージング用の多くのＤＬＰイメージャは特別に設計しなければならず、さらにもっと多くのコストおよび物流の問題を引き起こす。ＤＬＰイメージャには、画像をイメージャから画像面に投射するために使用される光源および／または経路と光学素子に基づく、放射強度の変動およびジオキャリブレーション(geocalibration)の問題がある。そのようなＤＬＰイメージャおよび類似のイメージャに関する問題の多くは、本発明のある実施の形態のプラズマスクリーン式イメージャによって解決されるか、回避される。液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）イメージャも、本発明の他の実施の形態に含まれる。しかしながら、現在使用されているほとんどの固体イメージング材料は、ＵＶ範囲の化学線により硬化され、現行のＬＣＤはＵＶ光を提供するのには最適ではないので、本開示はプラズマスクリーンを中心に扱う。しかしながら、本発明の代わりの実施の形態は、所望の化学線（異なる波長で光重合する固体イメージング材料を提供することによって必ずしもＵＶ光ではない）を提供するためにＬＣＤイメージャを改良するための類似の技法を使用し、プラズマスクリーン式イメージャに関してここに開示されたのと同じ様式でＬＣＤイメージャを使用して差し支えないことを認識すべきである。

現行のプラズマスクリーンは、一般的な固体イメージング材料を光硬化させるために使用できるＵＶ光を発生させる。しかしながら、ＵＶ光波長への曝露をなくすために、現在、プラズマスクリーンにフィルタが加えられている。本発明の実施の形態は、プラズマスクリーンに現在設けられているＵＶフィルタを排除することによって、光エンジンとしてプラズマスクリーンを使用する。ＵＶ波長をフィルタで除去する代わりに、本発明は実際に、イメージング目的のためにＵＶ線を使用したい。光エンジンのための光学素子を開発し、次いで、画像を、従来技術におけるような機械公差で投射する代わりに、本発明は、三次元物体を、プラズマスクリーン上またはＵＶ光を投射するために改良されたプラズマスクリーン上に直接配置された膜上、もしくは先に開示されたタイプの膜トレイ上に直接構築することができる。同様に、本発明の別の実施の形態は、類似の様式で固体イメージング材料を選択的に硬化させるために固体イメージング材料の特定の光開始剤と組み合わされた他の化学線を投射するプラズマスクリーンを含む。

現行のプラズマスクリーンは、視聴者向けに画像を再現するためにテレビが使用している、赤、緑、または青を生じるためにドープされた個々の画素を有する。本発明は、固体イメージング材料を、異なる様式でそれに応答するように製造できる特定の波長を生じるために特注でドープされた画素を有するプラズマスクリーンを含む実施の形態を含む。いくつかの実施の形態において、１つの画素または画素群は、三次元物体を画成するために固体イメージング材料を硬化させる第１の波長および三次元物体のための支持構造を画成するために固体イメージング材料を硬化させる第２の波長を生成できる。構築プロセスが完了した後、支持構造は、洗い流すか、他の後処理技法によって除去できる。本発明のこれらの実施の形態は、固体イメージング材料により吸収される化学線の特定の波長に基づいて、硬化した固体イメージング材料の異なる化学的性質および／または機械的性質を提供し、化学的性質および／または機械的性質におけるそれらの差を使用して、支持構造が、三次元物体と同じ化学的性質および／または機械的性質を有する場合にそうしなければ生じるかもしれない表面傷を改善するおよび／または支持構造の除去を改善することができる。本発明の他の類似の実施の形態は、剛性特性を有するいくつかの部分およびゴム状弾性を有する他の部分を提供することなどにより、三次元物体の異なる部分に異なる化学的性質および／または機械的性質を提供するために、異なる波長で固体イメージング材料を硬化させる。本発明のさらにまた別の実施の形態は、上述した技法を組み合わせて、硬化した固体イメージング材料に、化学的性質および／または機械的性質のさらにまた別の組合せを提供する。

本発明のさらに別の実施の形態は、赤、緑、および青の空間に分割されており、それゆえ、画素分解能が少なくとも三分の一に薄められている標準的なプラズマスクリーンと比べて、画像分解能を著しく改善するために、同じ波長について全ての画素がドープされたプラズマスクリーンを含む。さらに別の実施の形態は、変動性を減少させ、画像の品質を改善し、製品コストを低下させるために、プラズマスクリーンの画素に追加のカスタマイズを行う。

上述したタイプのプラズマスクリーン式イメージャは、イメージャ（およびその関連するシャッターとミラー）を単に取り外し、支持表面の真下にプラズマスクリーン式イメージャを配置することによって、上述した固体イメージング装置に使用できる。本発明のさらに別の実施の形態は、支持表面を同様に取り外し、トレイの膜がその上に配置される支持表面としてプラズマスクリーン式イメージャの実際の表面を使用する。

ここに述べられた本発明の多くの改変および他の実施の形態は、先の説明および関連する図面に提示された教示の恩恵を受けた、本発明が関する技術分野の当業者に想起されるであろう。したがって、本発明は、開示された特定の実施の形態に制限されるべきではなく、付随の特許請求の範囲内に改変および他の実施の形態が含まれることが意図されることを理解すべきである。本発明は、本発明の改変および変種を、それらが付随の特許請求の範囲およびその同等物に入るという条件で包含することが意図されている。ここに特定の用語が使用されているが、それらは、制限の目的ではなく、包括的かつ説明的な意味で使用されている。

したがって、本発明は、構築材料と支持材料が改善された三次元物体の製造を提供する。ここに述べられた本発明の多くの改変および他の実施の形態は、先の説明および関連する図面に提示された教示の恩恵を受けた、本発明が関する技術分野の当業者に想起されるであろう。したがって、本発明は、開示された特定の実施の形態に制限されるべきではなく、付随の特許請求の範囲内に改変および他の実施の形態が含まれることが意図されることを理解すべきである。本発明は、本発明の改変および変種を、それらが付随の特許請求の範囲およびその同等物に入るという条件で包含することが意図されている。ここに特定の用語が使用されているが、それらは、制限の目的ではなく、包括的かつ説明的な意味で使用されている。

本発明を説明する文脈における（特に以下の特許請求の範囲の文脈における）単数形の使用は、ここに別記しない限り、または文脈により明白に否定されていない限り、単数と複数の両方を網羅するように解釈すべきである。「含む(comprising)」、「有する(having)」、「含む(including)」、および「含有する(containing)」という用語は、別記しない限り、制約がない用語（すなわち、「含むが、それに制限されない」を意味する）と解釈すべきである。ここの値の範囲の列挙は、単に、別記しない限り、その範囲内に入る各別個の値を個々に称する簡潔な方法として働くことが意図されており、各別個の値は、ここに個々に列挙されているかのように、明細書に含まれる。ここに記載された全ての方法は、別記しない限り、または文脈により明白に否定されていない限り、どのような適切な順序で行っても差し支えない。任意の実施例および全ての実施例、またはここに挙げられた例示の言葉（例えば、「などの」）は、本発明の理解をより容易にするためだけが意図されており、別に請求項に記載されていない限り、本発明の範囲に制限を与えない。明細書のどの言葉も、本発明の実施に必須である、請求項に記載されていないいずれの要素を示すものと解釈すべきではない。

１０ 固体イメージング装置
１２ 前扉
１４ 構築層
１６ カートリッジ
１８ トレイ
２０ 選択的に開閉可能な弁
２２ 弁開閉装置
２４ シャトル
２６ 塗布バー
２８ シャトルモータ
３０ シャトル連結装置
３２ イメージャ
３４ ミラー
３６ フレーム
３８ スロット
４０ 上方フレーム部分
４２ カートリッジ開口
４４ ロードセル
４６ レール
４８ 昇降支援装置
５６ ＲＦＩＤタグ
５８ ＲＦＩＤリーダ
６８ フィルタ部分
７０ フィルタ壁
７４ ガスケット
８０ 空気ホース
９８ レンズ
１００ シャッター
１０２ イメージャ・センサ
１０６ 構築台
１０８ 構築パッド

Claims (19)

1. 固体イメージング材料から三次元物体を製造するための固体イメージング装置において、
   固体イメージング材料の供給源を含むカートリッジ、
   前記カートリッジから分配される固体イメージング材料を保持する使い捨てトレイ、および
   前記使い捨てトレイ内の固体イメージング材料の層に化学線を投射して、該固体イメージング材料の層を選択的に硬化させるイメージャ、
   を備え、
   前記使い捨てトレイが、側壁、底面、および該側壁と該底面の少なくとも一方に接着した放射線透過性膜を、該トレイが前記固体イメージング装置内に配置されたときに、前記化学線が前記放射線透過性膜を通じて投射されて、前記固体イメージング材料の層を選択的に硬化させるように画成することを特徴とする固体イメージング装置。
2. 前記トレイを受け入れるためのフレームをさらに備えた、請求項１記載の固体イメージング装置。
3. 前記フレームが、前記トレイをその上に受け入れる放射線透過性支持表面を有する凹部をさらに含む、請求項２記載の固体イメージング装置。
4. 前記放射線透過性支持表面を実質的に取り囲むガスケットをさらに含み、前記放射線透過性膜と該放射線透過性支持表面との間に正と負の空気圧を選択的に提供するように適合された、前記凹部内の空気通路を含む、請求項３記載の固体イメージング装置。
5. 前記トレイの取付けと取外しをできるように前記フレームに対して持ち上げられるレールをさらに備えた、請求項１記載の固体イメージング装置。
6. 前記トレイ内の固体イメージング材料の量を測定するために、該トレイの前記放射線透過性膜を通じて光信号を伝送するセンサをさらに備えた、請求項１記載の固体イメージング装置。
7. 固体イメージング装置に新たなトレイおよび新たな塗布バーを取り付ける方法において、
   前記固体イメージング装置の外部扉を開けて、使用済みトレイおよび使用済み塗布バーにアクセスできるようにする工程、
   前記使用済みトレイおよび前記使用済み塗布バーを前記固体イメージング装置から取り出す工程、
   前記新たなトレイおよび前記新たな塗布バーを、前記使用済みトレイおよび前記使用済み塗布バーの概して以前の位置に配置する工程、および
   前記固体イメージング装置の前記外部扉を閉める工程、
   を有してなり、
   前記外部扉を開ける工程の前に、前記固体イメージング装置のイメージャが前記トレイに化学線を投射して、前記使用済みトレイ内の未硬化の固体イメージング材料の実質的に全てを硬化させることを特徴とする方法。
8. 前記使用済みトレイを取り出す前に、前記固体イメージング装置のレールを持ち上げて、該使用済みトレイを前記固体イメージング装置のフレームから解放する工程、および前記新たなトレイを配置した後に、前記レールを降ろして、該フレーム内に該新たなトレイを維持する工程をさらに含む、請求項７記載の方法。
9. 前記レールを持ち上げる工程が、前記固体イメージング装置のシャトルとカートリッジを持ち上げる工程も含む、請求項８記載の方法。
10. 前記使用済みの塗布バーが前記シャトルに連結されている、請求項９記載の方法。
11. 前記レールが、該レールが降ろされるまで、該レールを上昇位置に留めることができる昇降支援装置に連結されている、請求項９記載の方法。
12. 前記新たなトレイを配置する工程が、該新たなトレイを、前記固体イメージング装置の放射線透過性支持表面を取り囲むガスケット上に配置する工程を含む、請求項７記載の方法。
13. 固体イメージング材料を化学線に曝露することによって三次元物体を製造する固体イメージング装置に使用するための使い捨てトレイにおいて、
    ある量の固体イメージング材料を保持するのに十分な高さを画成する側壁、
    前記側壁に連結した底面であって、開口を画成する底面、
    放射線透過性膜であって、前記トレイが前記固体イメージング装置内に配置されたときに、前記化学線が前記放射線透過性膜を通して投射されて、前記トレイ内のある量の固体イメージング材料を選択的に硬化させるように前記開口を覆うように、前記側壁および前記底面の少なくとも一方に接着された放射線透過性膜、および
    フィルタ、
    を備えた使い捨てトレイ。
14. 前記側壁および前記底面がプラスチック材料を含み、前記放射線透過性膜がフッ素化エチレンプロピレン膜およびポリテトラフルオロエチレン膜の少なくとも一方を含む、請求項１３記載の使い捨てトレイ。
15. 前記底面および前記放射線透過性膜の少なくとも一方が、該底面と該放射線透過性膜との間に良好な接着を提供するために接着された区域においてざらざらしている、請求項１３記載の使い捨てトレイ。
16. 前記フィルタが、未硬化の固体イメージング材料を該フィルタに通過させて、望ましくない粒子を収集するように配置されている、請求項１３記載の使い捨てトレイ。
17. 収集された前記望ましくない粒子が、投射された前記化学線に曝露されないように、前記フィルタが前記放射線透過性膜から隔てられている、請求項１６記載の使い捨てトレイ。
18. 前記フィルタが、濾過されない固体イメージング材料がその上を越えて流れるフィルタ壁、および濾過される固体イメージング材料がそこを流通する該フィルタ壁の下のフィルタ出口を含む、請求項１３記載の使い捨てトレイ。
19. 前記フィルタが、前記放射線透過性膜から前記フィルタ壁と向かい合うフィルタ部分であって、前記放射線透過性膜から離れた前記望ましくない粒子を収集するために前記固体イメージング材料が流通するフィルタ部分を含む、請求項１８記載の使い捨てトレイ。