JP2014516849A - 材料層からの箔の分離装置及び方法 - Google Patents

Abstract

箔が新たに硬化した層から剥離されている間に、新たに硬化した層が物体の先に形成された層から分離されるのを防止するのに役立つ、付加造形用の装置及び方法が提供される。一実施形態では、剥離角度の使用が、新たに硬化した層に加えられる剥離力のｚ方向成分が小さくなるように剥離力を分散させることにより、剥離中に、新たに硬化した層が先に形成された層から分離するのを防止するのに役立つ。別の実施形態では、物体を、新たに硬化した層に加えられる初期剥離力が小さくなるようにする物体の領域で剥離を開始するように向けることができる。

Description

発明の詳細な説明

［関連出願の相互参照］
本出願は、全体として参照により本明細書に組み込まれる、２０１１年６月２２日に出願された米国仮特許出願第６１／５００，０６４号明細書に対する優先権を主張する。

［発明の分野及び背景］
高い像形成解像度での付加造形（ａｄｄｉｔｉｖｅ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）プロセスでは、物体を、箔を用いて、造形材料の層を搬送し、その層を、物体造形領域（そこでは、層が露光ユニットからの放射線によって硬化して物体の新たに硬化した層を形成する）において物体の先に形成された層と接触するように配置することにより、層ごとに造形することができる。物体は物体キャリアによって保持される。先に形成された層は、新たに硬化した層が形成された時に完全に硬化していない可能性がある。後続する層を形成する前に、物体の新たに硬化した層から箔を剥離することにより、新たに硬化した層から箔を分離することができる。新たに硬化した層から箔を剥離するために加えられる力は、箔と新たに硬化した層との間の粘着力に打ち勝つように十分大きくなければならない。しかしながら、剥離プロセス中、新たに硬化した層が先に形成された層から分離しないことが重要である。

箔を利用して造形材料を物体造形領域まで搬送し新たに硬化した層から箔を剥離する付加造形プロセスが知られている。例えば、Ｆｕｄｉｍの米国特許第６，５４７，５５２号明細書（‘５５２特許）は、ローラアセンブリ及び箔を用いて造形材料の層を物体の先に形成された層に接触させる。露光ユニットは、層を放射線に露出させて層を硬化させ、硬化した層を物体の先に形成された層に付着させる。ローラアセンブリは、その元の位置に向かって戻るように移動して、物体の新たに硬化した層から箔を剥離する。このプロセスが繰り返されて、物体が完成するまで物体の後続する層が生成される。同様に、Ｈｕｌｌらの米国特許第７，７３１，８８７号明細書（‘８８７特許）は、ローラを用いて物体の新たに硬化した層から箔を剥離する箔ベースの付加造形プロセスを開示している。

エンビジョンテック社（Ｅｎｖｉｓｉｏｎｔｅｃ ＧｍｂＨ）の欧州特許第２０１１６３１Ａ１号明細書は、箔が、大タンク内に収容された造形材料と接触するシステムにおいて、いくつかのプロセスパラメータに影響を与えるために、いくつかの造形条件を検知することを開示している。影響を受ける可能性のある開示されているプロセスパラメータとしては、物体の新たに硬化した層と造形面との間に角度を生成するための物体キャリア及び／または箔の傾斜が挙げられる。この角度の生成に、分離力を増大させるかまたは調整する効果があると言われている。しかしながら、この方法は煩雑であり、物体キャリア全体または箔全体の変位が必要である。更に、こうしたプロセスにおいて有用な造形材料は非常に流動性が高いことが多いため、箔全体の傾斜によって、流出、いくつかの領域における造形材料の望ましくない蓄積、または大タンク内の造形材料の平衡の時間の延長がもたらされる可能性がある。

スリーディーシステムズ（３Ｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ）の米国特許第７６１４８６６号明細書は、箔ベースの付加造形の方法を開示している。硬化した樹脂が、主にせん断作用によって箔から分離されるが、除去を容易にするためにエレベータプラットフォームを傾斜させることができる。

従って、箔が新たに硬化した層から剥離されている間に、新たに硬化した層が物体の先に形成された層から分離されるのを、分離力を制御するかまたは低減することによって防止する、付加造形装置及び方法が望ましい。

［発明の概要］
一実施形態では、付加造形装置は、
（１）物体を保持するプレートと、箔と、
（２）箔に造形材料の層を施すように構成されたアプリケータと、
（３）造形領域に放射線を照射することができる放射線源であって、それにより造形領域に配置された造形材料の層に照射された放射線が、物体の新たに硬化した層を形成する、放射線源と、
（４）箔とプレートとの間の向きを調整するように構成された箔向き調整装置を備える、箔と新たに硬化した層とを分離するように構成された分離器と、
を備えることができ、
箔向き調整装置は、箔が、造形領域の第１位置においてプレートに対して実質的に平行に配置され、造形領域の第２位置においてプレートから離れる向きに配置されるように作動される。

実施形態では、付加造形方法は、形成される物体の造形前評価を介して剥離角度を確定するステップと、その後、剥離角度を利用して複数の個々の層から物体を造形するステップとを含むことができる。実施形態では、剥離角度は、物体の造形中に少なくとも一度変更される。実施形態では、剥離角度は、個々の層のうちの少なくとも１つの造形中に少なくとも一度変更される。

実施形態では、付加造形方法は、形成される物体の造形前評価を介して物体向きを確定するステップと、その後、確定された物体向きを利用して物体を造形するステップとを含むことができる。実施形態では、物体向きは、物体の造形中に少なくとも一度変更される。実施形態では、物体向きは、個々の層のうちの少なくとも１つの造形中に少なくとも一度変更される。

実施形態では、付加造形方法は、形成される物体の造形前評価から分離時間を確定するステップと、その後、分離時間を利用して物体を造形するステップとを含むことができる。実施形態では、分離時間は、物体の造形中に少なくとも一度変更される。実施形態では、分離時間は、個々の層のうちの少なくとも１つの造形中に少なくとも一度変更される。

一実施形態では、箔が造形材料の新たに硬化した層から剥離される付加造形方法は、物体の造形前評価を実行するステップであって、物体向きを確定することを含み、その物体向きにより、物体の造形中に、物体の新たに硬化した層に対し、別の物体向きに比較して改善された剥離力をもたらす剥離力が施されるようになる、ステップと、箔の上に造形材料を被覆するステップと造形材料に放射線を照射するステップとを実行することによって形成される複数の個々の層から物体を造形するステップであって、物体が物体向きで配置されている、ステップとを含むことができる。

実施形態では、付加造形装置は、
（１）物体を保持するプレートと、
（２）箔と、
（３）箔に造形材料の層を施すように構成されたアプリケータと、
（４）造形領域に放射線を照射することができる放射線源であって、それにより造形領域に配置された造形材料の層に照射された放射線が、物体の新たに硬化した層を形成する、放射線源と、
（５）箔と新たに硬化した層とを分離するように構成された分離器と、
（６）物体向き調整コントローラと、
を備えることができ、
物体向き調整コントローラは、物体と分離器との間の面内向きを調整するように構成されている。

別の実施形態では、箔が造形材料の新たに硬化した層から剥離される付加造形方法は、物体の造形前評価を実行して、造形中に物体の新たに硬化した層に対して相対的に低い初期剥離力が加えられるようにする向きを確定するステップと、造形前評価中に確定された向きで物体を造形するステップとを含むことができる。本方法は、造形前評価中に、すべての層にわたる平均初期剥離力または各層に対する最大剥離力等の一定のパラメータを確定するステップと、物体の造形を通して、別の造形向きに比較して一定のパラメータを改善するように確定されるパラメータの値をもたらす向きで、物体を造形するステップとを含むことができる。

実施形態では、付加造形装置は、
（１）物体を保持するプレートと、
（２）箔と、
（３）箔に造形材料の層を施すように構成されたアプリケータと、
（４）造形領域に放射線を照射することができる放射線源であって、それにより造形領域に配置された造形材料の層に照射された放射線が、物体の新たに硬化した層を形成する、放射線源と、
（５）箔と新たに硬化した層とを分離するように構成された分離器と、
（６）分離時間コントローラと、
を備えることができ、
分離時間コントローラは分離時間を調整するように構成されており、分離時間は、新たに硬化した層の少なくとも一部の形成から、新たに硬化した層の一部からの箔の分離までの時間間隔であり、分離時間は、少なくとも部分的にｉ）物体の先に形成された層あるいは物体の後に形成される層の１つまたは複数の特性、またはｉｉ）新たに硬化した層の第１領域が新たに硬化した層の第２領域とは異なる分離時間を有するように、少なくとも新たに硬化した層の複数の領域、またはｉｉｉ）両方に基づいて調整される。

実施形態では、箔が造形材料の新たに硬化した層から剥離されて、複数の個々の層から物体を造形する付加造形方法は、造形される物体の各個々の層の造形前評価を実行するステップと、少なくとも部分的に、ｉ）物体の先に形成された層あるいは物体の後に形成される層の特性、またはｉｉ）新たに硬化した層の第１領域が新たに硬化した層の第２領域とは異なる分離時間を有するように、少なくとも新たに硬化した層の複数の領域、またはｉｉｉ）両方に基づいて、剥離角度、物体向き及び／または分離時間を調整するステップとを含むことができる。

本発明の更なる詳細、態様及び実施形態を、単に例として、図面を参照して説明する。

図１は、付加造形システムの実施形態の上面斜視図である。 図２は、図１の線Ａに沿って取り出された断面図である。 図３Ａ〜図３Ｅは、動作中の付加造形システムの実施形態のさまざまな態様を示す断面図である。 図４は、動作中の本発明の実施形態の断面図である。 図５は、動作中の本発明の実施形態の断面図である。 図６Ａ〜図６Ｃは、動作中の本発明の実施形態のさまざまな態様を示す断面図である。 図７Ａ〜図７Ｃは、動作中の本発明の実施形態のさまざまな状態を示す上面図である。 図８Ａ〜図８Ｆは、動作中の本発明の実施形態のさまざまな状態を示す上面図である。 図９Ａ〜図９Ｆは、動作中の本発明の実施形態のさまざまな状態を示す上面図である。 図１０Ａ〜図１０Ｅは、動作中の本発明の実施形態のさまざまな状態を示す断面図である。 図１１は、動作中の本発明の実施形態の断面図である。 図１２は、動作中の本発明の実施形態を示す上面図である。

［詳細な説明］
本発明の態様を、箔を利用して、造形材料を物体造形領域に搬送し新たに硬化した層から箔を剥離する、新たな付加造形システム及びプロセスで適用することができる。本システム及びプロセスならびにその複数の実施形態は、本明細書に完全に示されているかのように全体として参照により本明細書に組み込まれる国際出願ＰＣＴ／ＮＬ２００９／０５０７８３号明細書及び米国特許出願第１３／１６６６７４号明細書に記載されている。図１及び図２を参照すると、一実施形態では、システムは、造形材料を搬送する箔６と、物体を物体造形領域２８に保持するプレート１５と、ある量の造形材料１００２ｂを収容する可動貯蔵器１６ｂと、造形材料の層を箔に施すアプリケータローラ１９０ｂと、箔を案内するガイドローラ１９ｃ−１及び１９ｃ−２と、造形材料の層を放射線に露出させて層を硬化させる露光ユニット９とを備えることができる。一実施形態では、例えば箔６の両端に配置された締付具５０ａ及び５０１ｂによって、箔に張力を加えることができる。一実施形態では、張力下で箔６の長さを維持するために、少なくとも１つの締付具５０１ｂにおもり５０２が固定されている。おもり５０２の力により、箔６がピンと張られ、締付具５０１ａと締付具５０１ｂとの間の箔の長さに沿ってシステムの動作中に張力が維持される。

図３Ａ〜図３Ｅを参照すると、実施形態例のさまざまな状態の例が示されている。図３Ａを参照すると、物体５の先に硬化した層４’を物体造形領域２８にかつ箔６と接触しないように配置することにより、物体５の層の造形を開始することができる。可動貯蔵器１６ｂを第１位置４１に配置することができ、そこで、箔の部分２４が、ある量の造形材料１００２ｂを収容する収容領域の収容面のうちの１つを形成する。更に、位置４１において、図３Ａに示すように、部分２４は物体造形領域２８の外側にある。

図３Ｂを参照すると、可動貯蔵器１６ｂ及び露光ユニット９が、箔６を横切って左から右に移動し始めている。可動貯蔵器１６ｂの左から右への移動により、アプリケータローラ１９０ｂが造形材料１０の実質的に均一な層を箔６の支持面に施し、上部ローラ１９ｃ−１及び１９ｃ−２が、層が施された箔の部分を物体造形領域２８内に案内する。例えば、可動貯蔵器１６ｂが位置４１の右側への第２位置４２に向かう移動を続けると、アプリケータローラ１９０ｂは部分２４を横切って移動する。アプリケータローラ１９０ｂは、部分２４を横切って移動する際、ある量の造形材料１００２ｂから造形材料を引き出し、部分２４の上に造形材料１０の層を施す。また、可動貯蔵器１６ｂが右側への移動を続けると、上部ローラ１９ｃ−１及び１９ｃ−２は部分２４を持ち上げて、部分２４及び部分２４の上の造形材料１０の層を物体造形領域２８内に配置する。図３Ｂに示すように、可動貯蔵器１６ｂが位置４２に達すると、部分２４は物体造形領域２８内に配置され、部分２４の上の造形材料１０の層は物体５と接触する。図３Ｃを参照すると、可動貯蔵器１６ｂ及び露光ユニット９は、層１０の露光されるべき部分が露光されるまで右側に移動し続け、それにより物体５の新たに硬化した層１０’が形成される。

図３Ｄ及び図３Ｅを参照すると、可動貯蔵器１６ｂが右から左に移動して、新たに硬化した層と箔との分離である剥離機能を行う。新たに硬化した層と箔との分離を達成するように構成されるかまたは操作されるあらゆる機械的アセンブリまたは機構を、分離器と呼ぶことができる。上部ローラ１９ｃ−１は、箔６を新たに硬化した層１０’から剥離するように箔を案内し、物体造形領域から造形材料の層の露光されなかった部分を除去し、箔を物体造形領域の外側に配置する。例えば、図３Ｄを参照すると、可動貯蔵器１６ｂが位置４２にあり、そこでは、支持面の部分２４が物体造形領域２８にあり、露光ユニット９によって露光された造形材料の層の新たに硬化した層１０’と接触して物体５の次の層を形成する。図３Ｄ及び図３Ｅを参照すると、可動貯蔵器１６ｂが左に向かって第１位置４１に向かって移動し続けると、上部ローラ１９ｃ−１は、箔６の下側に係合しながら部分２４を横切って移動する。上部ローラ１９ｃ−１は、部分２４を横切って移動する際、新たに硬化した層１０’から支持面の部分２４を剥離し、物体造形領域２８から部分２４と支持面上の造形材料の層の放射線に露出しなかった部分とを除去する。可動貯蔵器１６ｂが、図３Ｅに示す位置４１に達した時、部分２４は物体造形領域２８の外側にあり、造形材料１００２ｂを収容する収容領域の収容面のうちの１つを形成する。

上述した剥離機能に関して、図４を参照すると、一実施形態では、ローラ１９ｃ−１及び１９ｃ−２ならびに箔６に加えられる張力を用いて、新たに硬化した層１０’から箔６を剥離することができる。図４において、ローラ１９ｃ−１及び１９ｃ−２は、箔６が張力下にある間に右から左に移動し、箔をローラに対してピンと張って維持する。２つのローラ、即ち第１ローラ１９ｃ−１及び第２ローラ１９ｃ−２を使用して、箔６が物体５の新たに硬化した層１０’に対して角度をなして配置され、それにより剥離角度８０が形成される。ローラが右から左に移動する際、箔は、剥離角度８０の角度で新たに硬化した層から剥離される。

図４に示すように剥離角度８０を使用することは、剥離力の引張（ｚ方向）成分及びせん断（ｘ方向）成分をより均一に分散させることにより、剥離中に、新たに硬化した層が先に形成された層から分離するのを防止するのに役立つ。‘５５２特許及び‘８８７特許に開示されているような従来技術による剥離システムは、新たに硬化した層から箔を剥離するように主にｚ成分剥離力を加えるように構成されており、それにより、加えられる引張力が新たに硬化した層に集中し、新たに硬化した層を先に硬化した層から分離するかまたは先に硬化した層を互いから分離する可能性が増大する。剥離角度８０を用いることによって引張成分とせん断成分との間で剥離をより均一に分散させることにより、新たに硬化した層を先に硬化した層から分離する可能性が低減する。

剥離角度を調整して、その後、物体の造形全体に対して固定とするかまたは物体の造形中に可変とすることができる。剥離角度を、単一層内で変更することができ、または１つの層が第１剥離角度で造形され第２層が第２剥離角度で造形されるように変更することができる。一実施形態では、剥離角度８０を、第１ローラ１９ｃ−１及び第２ローラ１９ｃ−２を固定位置で維持することにより固定することができる。こうした実施形態では、箔６が新たに硬化した層１０’から剥離される際に、剥離角度は一定であり続けることができる。

実施形態では、剥離角度８０を、箔向き調整装置を使用することによって調整することができる。図５を参照すると、一実施形態では、剥離角度を、第２ローラを下降させることによって増大させ第２ローラを上昇させることによって低減させるように、第２ローラ１９ｃ−２が調整可能であるような、箔向き調整装置がある。

更に、図６Ａ〜図６Ｃを参照すると、一実施形態では、箔向き調整装置をガイド８１とすることができる。ガイド８１を用いて、剥離角度８０を確立し調整する（増大させるかまたは低減させる）ことができる。剥離角度を増大させることにより、剥離力のｚ成分が増大し、剥離角度を低減させることによりｚ成分が低減する。剥離角度が調整可能であるシステムの１つの例としての利点は、物体の造形中に引張力を変更することができるということである。例えば、第１層がプレート１５に適切に付着しているか否かを判断するために、物体の第１層に対して相対的に大きい剥離角度を用いることができ、その後その剥離角度を、新たに硬化した層の先に硬化した層からの分離を防止するように後続する層に対して低減させることができる。更に、例えば、一実施形態では、新たに硬化した層の剥離中に、こうした層の剥離中に剥離力の引張成分を変化させるように、剥離角度を調整することができる。

実施形態では、剥離角度とは対照的に、剥離半径を調整する箔向き調整装置を調整することができる。剥離半径とは、固定角度剥離で使用することができる実質的に平坦な面とは対照的に、円形または他の方法で湾曲した面等、曲率を有する面を意味する。例えば、実施形態では、剥離ローラとして適切な径のローラが使用される。実施形態では、湾曲ガイドを使用することによって、剥離半径が調整される。湾曲ガイドは、所望の剥離半径に応じて湾曲ガイドの剥離半径を増大させる（曲率が小さい）かまたは低減させる（曲率が大きい）ように調整可能である。

実施形態では、箔向き調整装置は、剥離角度を指定するプログラム命令を含むコンピュータ可読媒体を備えることができ、プログラム命令は、実行されると、剥離角度が本開示の態様に従って調整されるように指示する。実施形態では、箔調整装置は、剥離角度を調整するプログラム命令を格納するメモリと、本開示の態様に従ってこうしたプログラム命令を実行するプロセッサとを備えるコンピュータデバイスを含むことができる。実施形態では、箔向き調整装置は、ローラ及び／またはガイドに対して剥離角度を調整するよう指示する上述したコンピュータデバイスを含むことができる。

実施形態では、プログラム命令をあらゆるコンピュータ可読媒体に格納することができる。本明細書で用いるコンピュータ可読媒体は、コンピュータデバイスによってアクセスすることができ、かつ揮発性媒体及び不揮発性媒体両方ならびにリムーバブル媒体及び固定媒体を含むことができる、有形及び無形両方のあらゆる利用可能な媒体であり得る。限定ではなく例として、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体及び通信媒体の組合せを含むことができる。コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読命令、オブジェクトコード、データ構造、プログラムモジュールまたは他のデータ等の命令を格納するあらゆる方法または技術で実施される、揮発性及び不揮発性のリムーバブル及び固定媒体を含む。コンピュータ記憶媒体としては、限定されないが、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、電子的に消去可能なプログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリあるいは他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）あるいは他の光ディスク記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置あるいは他の磁気記憶デバイス、または、所望の情報を格納するように使用することができかつコンピュータデバイスによってアクセスすることができる他のあらゆる媒体が挙げられる。こうしたコンピュータは、１つあるいは複数のコンピュータデバイス及び／またはコンピュータ可読媒体への接続をサポートするネットワーク環境で動作することができる。プログラム命令は、実行されると、プロセッサに対して命令と一貫するいくつかの手段を講じ処置をとるように指示する。

一実施形態では、物体を、物体のある領域において剥離を開始するように向けることができ、それにより、別の物体の向きに比較して新たに硬化した層に対して改善された剥離力が加えられる。例えば、図７Ａ〜図７Ｃを参照すると、新たに硬化した層からの箔の剥離が、物体８２の側部８４ではなく角８３で開始するように、物体が造形されるように向けられている。

図７Ａを参照すると、実施形態では、プロセスは、造形前評価において、造形されるべき物体８２の幾何学的形状を評価することによって開始する。本特許出願において使用される造形前評価は、１つの個々の層の造形が開始する前、造形中、造形の後であるが、別の個々の層の造形の前に行われる評価を含む。造形前評価は、物体の幾何学的形状を全体として、即ち層のすべてを合わせて、物体の幾何学的形状の一部、即ち２つ以上であるがすべてではない層を、または層の幾何学的形状を個々に考慮することができる。更なる実施形態では、造形前評価は、製造されている物体の温度、物体の重量、ある層の前あるいは後の層の数、または先のあるいは後続する断面の幾何学的形状等、他の要素を考慮することができる。

造形前評価を用いて、物体を造形する成功の確率が最も高くなる付加造形プロセスのパラメータが確定される。実施形態では、造形前評価は、先に硬化した層から新たに硬化した層を分離するか、先に硬化した層を互いから分離するか、または物体を保持しているプレートとともに先に硬化した層を分離する最低の確率を達成するように、付加造形プロセスを最適化することができる。実施形態では、造形前評価は、新たに硬化した層を箔から分離する最高の確率を達成するように最適化される。

実施形態では、造形前評価はまた、造形材料またはそれから作製される物体のタイプ及び特性も考慮することができる。例えば、造形材料及び／またはそれから作製される物体のタイプ及び特性と、所望の物体の幾何学的形状とに応じて、例えばプレートから懸吊されている物体の重量が追加されるために、後の層に対してより小さい剥離力を達成することを優先して、物体の初期の層に対する高い剥離力を可能にすることがより望ましい場合がある。更に、例えば、異なる造形材料は、異なる剥離特性、箔あるいは先に硬化した層に対する粘着度、または、物体が第１造形材料で造形された場合に第１物体向きで改善された剥離力が得られ、かつ物体が異なる造形材料で造形された場合に異なる物体向きで改善された剥離力が得られるようにすることができる他の特性を有することができる。実施形態では、本装置は、物体向き調整コントローラを備えている。物体向き調整コントローラは、物体及び／または分離器の面内向きを調整するように構成されている。面内とは、新たに硬化した層と箔の表面とが実質的に平行のままであることを意味する。

図７Ａにおいて、造形される物体８２は、まず、物体の幾何学的形状の造形前評価の前に物体の向きを表すように点線フォーマットで示されている。物体が、物体の側部８４から剥離が開始するように向けられていた場合、物体に加えられる初期剥離力は、物体８２の角８３で剥離が開始した場合より大きくなる可能性があり、それは、側部８４の方が角８３より表面積が広いためである。角８３ではなく側部８４において箔と新たに硬化した層との間の粘着力に打ち勝つために、より大きい剥離力が必要となる可能性があり、それは、角８３より側部８４の方が、新たに硬化した層に付着する箔の表面積が大きいためである。従って、表面積が小さい角８３において剥離を開始することにより、物体８２の側部８４から剥離が開始した場合より、新たに硬化した層に対して加えられる初期剥離力を低くすることができる。角８３から剥離を開始することにより、剥離が進むに従い、新たに硬化した層に加えられる剥離力を徐々に増大させることも可能である。従って、図７Ａに示す例では、物体８２の幾何学的形状の造形前評価により、剥離が角８３で開始するように物体８２が向けられかつ造形された場合に、相対的に低い初期剥離力がもたらされることが確定される。実施形態では、その後、図７Ａ〜図７Ｃに示すように、物体向き調整コントローラにより、物体が、造形前評価で確定された向きで造形される。

一実施形態では、造形前評価中に、さまざまな向きにおいて物体の各層に対して初期剥離力を平均することにより、平均初期剥離力を求めることができる。平均初期剥離力を、各層に対して所定の剥離力を計算するのではなく、物体内の他の層に対して計算することができる。そして、物体を、造形を通して新たに硬化した層に対して最小の平均初期剥離力が加えられるようになる向きで造形することができる。

別の実施形態では、各層に対する造形前評価中に、最大剥離力を求めることができる。場合によっては、物体の造形全体の間に発生する最大剥離力により、造形失敗の危険が最大になる可能性があり、従って、最大剥離量を低減することにより、別の物体向きに比較して剥離力を向上させることができる。そして、最小のあり得る最大剥離力をもたらす物体向きで、物体を配置し造形することができる。

一実施形態では、物体向きは、物体のすべての層にわたって最大剥離力が最低になる向きであるように確定される。他の実施形態では、物体向きは、その物体に対して平均剥離力が最小になる向きであるように確定される。更なる実施形態では、物体向きは、その物体に対して平均初期剥離力が最小となる向きであるように確定される。更なる実施形態では、物体向きは、その物体に対して最大剥離力が最低となるともに初期剥離力が最大となる向きであるように確定される。

再び図７Ａを参照すると、実施形態では、層に対する相対的な剥離力は、第１ローラ１９ｃ−１の上を通過する断面の量を求めることによって単純に計算される。例えば、物体８２の場合、第１ローラ１９ｃ−１の上を通過する断面の量は、物体が一定の物体向きに配置された時の物体８２の側部８４の中心より、物体８２の角８３の方が小さい。実施形態では、物体向き調整コントローラは物体向きを調整し、それにより造形面における造形前評価の前に物体が物体のその向きから回転する。実施形態では、物体向き調整コントローラは、物体の向きを指定するプログラム命令を含むコンピュータ可読媒体を備え、プログラム命令は、実行されると、特に、物体と分離器との間の面内向きが調整されるように指示する。実施形態では、物体向き調整コントローラは、物体の向きを指定するプログラム命令を格納するメモリと、本開示の態様によってプログラム命令を実行するプロセッサとを備えるコンピュータデバイスを含む。実施形態では、物体向き調整コントローラは、プレートに接続された回転体及び／または分離器に対して物体と分離器との間の面内向きを調整するように指示する上述したコンピュータデバイスを含むことができる。

一実施形態では、物体向き調整コントローラは、分離器の角度を調整するように構成されている。例えば、第１ローラ１９ｃ−１に対して、箔が走行の方向に対して角度をなして剥離され得るように、剥離の方向に対して角度をつけることができる。例えば、図８Ａ〜図８Ｆを参照すると、剥離の向きは左から右である。第１物体８２に対する剥離は、図７Ａ〜図７Ｃを参照して上述したように物体８２の角８３において開始する。図８Ｄを参照すると、第１ローラ１９ｃ−１の一端は、第１ローラを剥離の向きに対して角度をなして配置するように延在している。図８Ｄにおける第１ローラ１９ｃ−１を、剥離の方向に対して横切るように配置されていると言うことも可能である。これにより、第２物体８５に対する剥離が角８３において開始することができる。図８Ｆに示すように、剥離が完了すると、第１ローラ１９ｃ−１はその初期位置に戻ることができる。

実施形態では、第１ローラ１９ｃ−１を、本明細書に完全に示されているかのように参照により本明細書に組み込まれる欧州特許出願第１０１８９５９９．３号明細書（今では欧州特許第２４４７０４４号明細書として公開されている）に記載されているような可撓性ガイドローラとすることができる。可撓性ガイドローラは、その曲率が完全に可逆であるように可撓性ローラシャフトを備えることができる。更に、可撓性ガイドローラの曲率を変更するために可撓性ガイドローラと係合することができる軸受システムが存在し得る。湾曲ローラの使用により、箔が走行の方向に対して角度をなして剥離され得るようにすることも可能である。例えば、図８Ｄを参照すると、第１ローラ１９ｃ−１が物体８５に向かって湾曲していた（図示せず）場合、ローラの中心は、側部８７の中心において剥離を開始する。剥離が続くに従い、ローラは、剥離の方向に対して角度をなして（または剥離の方向に対して横切って）側部の中心と角８６との間と接触する。

実施形態では、物体向き調整コントローラは、プレート、それにより物体及び／または分離器の面内回転を調整するように構成されている。実施形態では、プレートを、新たに硬化した層に対してより小さい剥離力が加えられることになるように物体を仕向けるように、剥離の方向に対して角度をなして配置することができる。例えば、図９Ａ〜図９Ｆを参照すると、剥離の向きは左から右である。図９Ａにおいて、プレート１５は剥離の向きに対して平行に配置されている。プレート１５が図６Ａに示す位置にある間に剥離が完了した場合、第２物体８５の剥離はその側部８７で開始する。従って、図９Ｄに示すように、物体８５に対する剥離がその角８６で開始するように、プレート１５を剥離の方向に対して角度をなして配置することができる。

更に、造形される物体の幾何学的形状の造形前評価中に、プレート１５のさまざまな位置によって確定されるさまざまな向きにおける物体の各層に対して、初期剥離力を平均することによって、平均初期剥離力を求めることができる。例えば、図９Ｂ〜図９Ｆにおいて、造形前評価により、図９Ｂ〜図９Ｆに示すプレートの位置の下で物体８２及び８５に対して最小の平均剥離力が加えられることを確定することができる。

更なる実施形態では、造形前評価において、各層に対する異なる物体向きを計算することができる。そして、第１硬化層の完了の後に、かつ第２硬化層の造形の開始前に、プレートを回転させることができ、それにより、別の物体向きに比較して各層に対し改善された剥離力が得られる。例えば、第１硬化層及び第２硬化層の幾何学的形状の差により、異なる物体向きにおける第２硬化層に対して、第２硬化層が第１硬化層を造形するために用いられた物体向きで形成される場合より、改善された剥離力を達成することができる可能性がある。実施形態では、個々の層の造形中にプレートを回転させることができ、それにより層の造形中に物体向きを調整することができる。

鋭利な細部、いわゆる微細な特徴の物体の分離した要素を造形することが、箔を利用しない従来の付加造形プロセスに対して、箔を利用する付加造形プロセスにおいてより困難であることが観察された。小さい特徴を、概して、形成されている層における小さい表面積の分離した位置として説明することができる。それらの特徴を、より広い表面積の領域に連結するのではなく分離しなければならない。鋭利な細部の領域は、その細部がより広い表面積の特徴に連結された場合、微細な特徴とみなされない。

更に、特徴の最小寸法が、その特徴が微細な特徴であるか否かを定義する可能性がある。例えば、５ｍｍ×５ｍｍである分離した特徴は微細な特徴ではない可能性があり、１ｍｍ×２５ｍｍである分離した特徴は微細な特徴である可能性がある。解像度、放射線強度及び／または造形材料等、付加造形プロセスの特性は、特徴を所与のプロセスに対して微細な特徴であると分類することができるか否かに影響を与える可能性がある。箔を利用しない従来の付加造形プロセスに対して箔を利用する付加造形プロセスにおいて微細な特徴を造形する際の更なる難題は、箔を利用する付加造形プロセスにおいて新たに硬化した層に対して加えられる追加の応力の結果であると考えられる。

実施形態では、付加造形装置は、形成されている層の幾何学的形状に基づいて、造形材料の放射線に対する露出と個々の層内の剥離の開始との間の時間の量を変更するように構成される。本特許出願で用いる分離時間は、造形材料の少なくとも一部の露光（従って新たに硬化した層を形成する）から、箔が新たに硬化した層の一部から剥離される時間までの時間間隔である。分離時間は、例えば、形成されている幾何学的形状または造形材料の硬化挙動によって決まる可能性がある。

例えば、図１０Ａを参照すると、造形されている物体は、別個の幾何学的形状の２つの領域、即ち領域２００及び領域２０１を有している。領域２００は、比較的大きい断面積の特徴を含み、領域２０１はいくつかの微細な特徴を含む。

図１０Ａ〜図１０Ｅにおける付加造形装置を、３つの概略的なステージを有するものとして説明することができる。アプリケータステージ２１０は、走行の方向において動作する時、箔６に対して造形材料１００２ｂを施す先行ステージである。像形成ステージ２２０は、造形材料の層を固化する。分離ステージ２３０は、走行の方向において動作する時、新たに硬化した層と箔６とを分離する後行ステージである。像形成ステージ２２０と分離ステージ２３０の分離位置２３１との間の距離を、第１分離距離２４０と呼ぶことができる。従って、分離時間は、造形材料の層の一部が像形成ステージ２２０によって像形成された時に開始し、分離ステージ２３０によって箔が新たに硬化した層の部分から分離される時に終了する時間間隔である。３つのステージすべてが、図１０Ａにおいて右側に移動するように開始している。

ここで図１０Ｂを参照すると、第１分離距離２４０が維持されており、新たに硬化した層１０’が領域２００に形成されている。分離の前に領域２０１において新たに硬化した層の追加の固化を可能にするために、アプリケータステージ２１０及び像形成ステージ２２０が移動し続ける間に、分離ステージ２３０は停止するかまたは速度を低下させる。

図１０Ｃを参照すると、分離距離は延長して第２分離距離２４１を形成している。従って、分離時間は増大している。この時、分離ステージ２３０は再度移動を開始する。分離ステージ２３０はまた、領域２００内を移動した分離ステージ２３０より低速で領域２０１内を進行することも可能である。

図示しないが、領域２０１において像形成ステージ２２０によって照射される光の線量を、供給される放射線の強度あるいは線量を増大させることにより、またはゾーン２０１内の像形成ステージ２２０の速度を低減することにより、増大させることも可能である。更に、放射線の線量を、幾何学的形状の異なる領域に異なる線量を提供するように制御することができる。例えば、線量または強度を、幾何学的形状の中心より幾何学的形状の境界の周囲で大きくなるように調整することができる。

ここで図１０Ｄ及び図１０Ｅを参照すると、像形成プロセスは、領域２０１において箔と新たに硬化した層１０’とを分離する分離ステージ２３０で完了する。そして、プロセスを逆に完了して、追加の新たに硬化した層を形成することができる。

微細な特徴を造形することとは対照的に、より大きい特徴にはより短い分離時間が必要である可能性があり、それは、分離時間が大きいことにより箔に対する過度の付着がもたらされる可能性があるためである。更に、付加造形プロセスの持続時間は分離時間によって決まる。分離時間を可能な限り短く維持することにより、物体をより短い時間で製造することができるため、付加造形プロセスの全体的な速度が向上する。

実施形態では、分離時間を、一連の箔向き調整装置を備える分離器によって調整することができる。ここで図１１を参照すると、所望の分離時間に応じて、箔向き調整装置８１のいずれも、所望の分離時間をもたらすように向けることができ、更に、剥離角度８０を生成しかつ／または変更するように調整することができる。更に、異なる箔向き調整装置を、個々の層の造形内の異なる位置で起動させることができ、それにより同じ層内の異なる位置に対して異なる分離遅延を提供することができる。箔向き調整装置は、更に、必要な分離時間をもたらすように垂直に移動可能であり得る（図示せず）。

実施形態では、箔向き調整装置の複数の列が存在し、それにより、同じ層の異なる領域に対して分離時間を制御することができる。実施形態では、本装置は、例えば箔向き調整装置の５つの列を備えることができ、各列は３つの箔向き調整装置を各々有している。

実施形態では、分離時間は、可変曲率のローラを備える分離器によって同じ層の異なる領域に対して制御される。ここで図１２を参照すると、物体断面は２つの分離した領域を含む。領域３００は通常の特徴サイズの領域であり、領域３０１は微細な特徴を含む領域である。領域３０１を通して分離時間を増大させるために、ローラ３１０は、剥離が領域３００より領域３０１に対して後の時点で発生するように固定される。実施形態では、ローラは、例えば欧州特許第２４４７０４４号明細書に開示されているような複数の軸受要素を使用して固定される。実施形態では、軸受要素は、ローラの幾分かの長さにわたって並進可能であり、それによりローラ曲率の正確な位置決めを可能にする。

分離時間を、例えば、形成されている物体の個々の層（層間）の位置に基づいて、調整することも可能である。例えば、生成されている物体のサイズに応じて、造形材料の硬化により、箔からの新たに硬化した層の分離をより困難にする可能性がある著しい量の熱が発生する可能性がある。熱の量は、物体が形成されるに従って増大する。蓄熱は、例えば、先の層が小さいかまたは分離しているのとは対照的に大きくかつ／または連結されている場合に形成される先の層の特性によって決まる。物体全体内に形成されている層の位置、先の層の幾何学的形状に基づく、かつ／または物体の測定された温度あるいは推定された温度に基づく等、形成された先の層の特性に基づいて層における分離時間を増大させることにより、新たに硬化した層を箔から分離する前に、この熱をよりよく放散することができる。

実施形態では、分離時間は、形成されている現層の先のまたは後の層の特性に基づいて調整される。実施形態では、これらの特性としては、物体の測定された温度あるいは推定された温度、物体の現重量または予期された総重量、形成されている層の前あるいは後の層の数、及び／または形成されている層の前または後の層の幾何学的形状が挙げられる。

実施形態では、分離時間コントローラは、この開示の態様に従って分離時間を調整するように構成されている。実施形態では、分離時間コントローラは、分離時間を指定するプログラム命令を含むコンピュータ可読媒体を備え、プログラム命令は、実行されると、装置に対して、本開示の態様に従って分離時間を調整するように、例えばステージに対して指示することにより指示する。実施形態では、分離時間コントローラは、分離時間を指定するプログラム命令を格納するメモリと、本開示の態様に従ってプログラム命令を実行するプロセッサとを備えるコンピュータデバイスを含む。実施形態では、分離時間コントローラは、装置に対して、本開示の態様に従って分離時間を調整するように、例えばステージに対して指示することによって指示する、上述したコンピュータデバイスを含むことができる。

実施形態では、物体の造形前評価は、物体の幾何学的形状に基づいて、物体向き、剥離角度、分離時間、または３つのあらゆる組合せを求めるように実行される。実施形態では、物体向き、剥離角度あるいは分離時間、またはこれら３つのあらゆる組合せは、物体の個々の層の造形中に調整可能である。

与えられている詳細な図面、所定の例及び特定の実施形態は、単に例示の目的を果たすものである。本明細書に記載し示したシステム及び方法の所定の実施形態は、物体を上下反対に造形することに関しているが、本発明の教示を、物体を正しい上下でまたは角度をなして造形する装置に適用することができる。上述した明細書では、本発明を、本発明の実施形態の所定の例に関して説明した。しかしながら、添付の特許請求の範囲に示されているような本発明のより広い趣旨及び範囲から逸脱することなく、それらの例においてさまざまな変更及び変形を行うことができることが明らかとなろう。更に、物体はいかなる好適なサイズ及び形状であり得る。更に、本装置は、単一装置として機能的に動作しながら、複数の機器にわたって物理的に分散され得る。また、機能的に別個の装置を形成している装置を、単一の物理的装置に組み込むことができる。しかしながら、他の変更形態、変形形態及び代替形態も可能である。従って、本明細書及び図面は、限定する意味ではなく例示する意味でみなされるべきである。いくつかの実施形態は本発明の更なる態様としていくつかの任意選択的な特徴を詳述しているが、説明は、特に示されているかまたは物理的に不可能でない限り、これらの特徴のすべての組合せを包含しかつ特に開示するように意図されている。

Claims (31)

1. （１）物体を保持するプレートと、箔と、
   （２）前記箔に造形材料の層を施すように構成されたアプリケータと、
   （３）造形領域に放射線を照射することができる放射線源であって、それにより前記造形領域に配置された前記造形材料の層に照射された放射線が、前記物体の新たに硬化した層を形成する、放射線源と、
   （４）前記箔と前記プレートとの間の向きを調整するように構成された箔向き調整装置を備える、前記箔と前記新たに硬化した層とを分離するように構成された分離器と、
   を具備し、
   前記箔向き調整装置が、前記箔が、前記造形領域の第１位置において前記プレートに対して実質的に平行に配置され、前記造形領域の第２位置において前記プレートから面外の向きに配置されるように作動される、付加造形装置。
2. 前記箔向き調整装置が、前記箔と前記プレートとの間の角度の変化をもたらすように調整可能である角度調整装置を含む、請求項１に記載の付加造形装置。
3. 前記箔向き調整装置が複数のローラを含み、前記ローラの位置が、前記箔と前記プレートとの間の角度の変化をもたらすように調整可能である、請求項１または２に記載の付加造形装置。
4. 前記箔向き調整装置が、前記箔と前記プレートとの間の角度の変化をもたらすように調整可能なガイドを含む、請求項１または２に記載の付加造形装置。
5. 前記箔向き調整装置が、前記箔と前記プレートとの間の曲率の変化をもたらすように調整可能な湾曲ガイドを含む、請求項１、２または４に記載の付加造形装置。
6. 付加造形方法であって、
   （１）剥離角度を確定することを含む、物体の造形前評価を実行するステップと、
   （２）箔の上に造形材料を被覆するステップ、前記造形材料に放射線を照射し、それにより前記造形材料から新たに硬化した層を形成するステップ、及び前記剥離角度を利用して前記箔と前記新たに硬化した層とを分離するステップを含むステップを実行することによって形成された複数の個々の層から、前記物体を造形するステップと、
   を含む方法。
7. 前記剥離角度が、前記物体の前記造形中に少なくとも一度変更される、請求項６に記載の方法。
8. 前記剥離角度が、前記物体の個々の層の前記造形中に少なくとも一度変更される、請求項６または７に記載の方法。
9. 箔が造形材料の新たに硬化した層から剥離される付加造形方法であって、
   （１）物体の造形前評価を実行するステップであって、物体向きを確定することを含み、前記物体向きにより、前記物体の造形中に、前記物体の新たに硬化した層に対し、別の物体向きに比較して改善された剥離力をもたらす剥離力が施されるようになる、ステップと、
   （２）箔の上に造形材料を被覆するステップと前記造形材料に放射線を照射するステップとを含むステップを実行することによって形成される複数の個々の層から前記物体を造形するステップであって、前記物体が前記物体向きで配置されている、ステップと、
   を含む方法。
10. 前記物体向きが、前記物体の造形の成功をもたらす可能性が最も高いように計算される、前記物体の向きである、請求項９に記載の方法。
11. 前記物体向きが、別の物体向きに比較して少なくとも１つの層に対して相対的に低い初期剥離力をもたらすように計算される、請求項９または１０に記載の方法。
12. 前記物体向きが、前記物体の回転を含む、請求項９〜１１の何れか一項に記載の方法。
13. 前記物体の回転が、前記造形平面における前記物体の回転である、請求項１２に記載の方法。
14. 前記造形前評価中に平均初期剥離力を確定するステップを更に含む、請求項９に記載の方法。
15. 前記造形前評価中に平均初期剥離力を確定する前記ステップが、２つ以上の向きで前記物体の各層に対する前記初期剥離力を平均することを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記物体が、前記造形を通して前記新たに硬化した層に最小の平均初期剥離力が加えられるようにする前記物体向きで造形される、請求項１４または１５に記載の方法。
17. 前記物体の前記複数の層の各々に対応する物体向きを確定するステップを更に含む、請求項９に記載の方法。
18. 前記物体の前記造形中に少なくとも一度、前記物体向きを変更するステップを更に含む、請求項９または１７に記載の方法。
19. 前記物体向きが、少なくとも１つの個々の層の前記造形中に変更される、請求項９、１７または１８に記載の方法。
20. 前記物体向きが、前記物体を保持するように構成されたプレートを回転させることによって変更される、請求項１９に記載の方法。
21. 付加造形装置であって、
    （１）物体を保持するプレートと、
    （２）箔と、
    （３）前記箔に造形材料の層を施すように構成されたアプリケータと、
    （４）造形領域に放射線を照射することができる放射線源であって、それにより前記造形領域に配置された前記造形材料の層に照射された放射線が、前記物体の新たに硬化した層を形成する、放射線源と、
    （５）前記箔と前記新たに硬化した層とを分離するように構成された分離器と、
    （６）物体向き調整コントローラと、
    を具備し、
    前記物体向き調整コントローラが、前記物体と前記分離器との間の面内向きを調整するように構成されている、装置。
22. 前記物体向き調整コントローラが、前記物体の向きを指定するプログラム命令であって、実行されると、前記物体と前記分離器との間の前記面内向きが調整されるように指示するプログラム命令を含むコンピュータ可読媒体を備えている、請求項２１に記載の装置。
23. 前記物体向き調整コントローラが、前記プレートに接続された回転体を備えている、請求項２１または２２に記載の装置。
24. 前記物体向き調整コントローラが、前記分離器の角度を調整するように構成されている、請求項２１または２２に記載の装置。
25. 付加造形装置であって、
    （１）物体を保持するプレートと、
    （２）箔と、
    （３）前記箔に造形材料の層を施すように構成されたアプリケータと、
    （４）造形領域に放射線を照射することができる放射線源であって、それにより前記造形領域に配置された前記造形材料の層に照射された放射線が、前記物体の新たに硬化した層を形成する、放射線源と、
    （５）前記箔と前記新たに硬化した層とを分離するように構成された分離器と、
    （６）分離時間コントローラと、
    を具備し、
    前記分離時間コントローラが、分離時間を調整するように構成されており、前記分離時間が、前記新たに硬化した層の少なくとも一部の形成から、前記新たに硬化した層の前記一部からの前記箔の分離までの時間間隔であり、前記分離時間が、少なくとも部分的にｉ）前記物体の前記先に形成された層あるいは前記物体の後に形成される層の１つまたは複数の特性、またはｉｉ）前記新たに硬化した層の第１領域が前記新たに硬化した層の第２領域とは異なる分離時間を有するように、少なくとも前記新たに硬化した層の複数の領域、またはｉｉｉ）両方に基づいて調整される、装置。
26. 前記分離時間コントローラが、前記放射線源と前記分離器との間の距離を指定することができる、請求項２５に記載の装置。
27. 前記分離時間コントローラが、複数の箔向き調整装置を含む、請求項２５または２６に記載の装置。
28. 前記分離器が可撓性ローラを含み、前記分離時間コントローラが、前記可撓性ローラの曲率を調整することができる、請求項２５または２６に記載の装置。
29. 前記分離時間が、少なくとも部分的に、前記物体の前記先に形成された層または前記物体の前記後に形成される層の１つまたは複数の特性に基づき、前記物体の前記先に形成された層または前記物体の前記後に形成される層の前記１つまたは複数の特性が、前記物体の温度、前記先に形成された層の幾何学的形状または前記物体の前記後に形成される層の幾何学的形状、前記新たに硬化した層の前または後の層の数及び前記物体の重量からなる群から選択されている、請求項２５〜２８の何れか一項に記載の装置。
30. 付加造形方法であって、
    （１）物体の造形前評価を実行するステップであって、少なくとも１つの分離時間を確定することを含む、ステップと、
    （２）箔の上に造形材料を被覆するステップ、前記造形材料に放射線を照射し、それにより前記造形材料から新たに硬化した層を形成するステップ、及び前記箔と前記新たに硬化した層とを分離するステップを含むステップを実行することによって形成された複数の個々の層から、前記物体を造形するステップと、
    を含み、
    前記分離時間が、前記新たに硬化した層の少なくとも一部の形成から、前記新たに硬化した層の前記一部からの前記箔の分離までの時間間隔であり、
    少なくとも１つの個々の層に対して、前記分離時間が、前記少なくとも１つの個々の層の前記造形中に変更される、方法。
31. 請求項６〜２０及び請求項３０の何れか一項に記載の方法によって製造された物体。

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