JP2017094725A - ステレオリソグラフィを使用して構造に物体を埋め込むシステム及び方法 - Google Patents
ステレオリソグラフィを使用して構造に物体を埋め込むシステム及び方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017094725A JP2017094725A JP2016215690A JP2016215690A JP2017094725A JP 2017094725 A JP2017094725 A JP 2017094725A JP 2016215690 A JP2016215690 A JP 2016215690A JP 2016215690 A JP2016215690 A JP 2016215690A JP 2017094725 A JP2017094725 A JP 2017094725A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid photopolymer
- actuator
- controller
- radiation source
- operating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/4097—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by using design data to control NC machines, e.g. CAD/CAM
- G05B19/4099—Surface or curve machining, making 3D objects, e.g. desktop manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/10—Processes of additive manufacturing
- B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
- B29C64/124—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/68—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts by incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or layers, e.g. foam blocks
- B29C70/70—Completely encapsulating inserts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
- B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/35—Nc in input of data, input till input file format
- G05B2219/35134—3-D cad-cam
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
- G05B2219/49007—Making, forming 3-D object, model, surface
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
- G05B2219/49013—Deposit layers, cured by scanning laser, stereo lithography SLA, prototyping
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
- Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]
Abstract
【課題】耐久性のある物体の迅速な造形方法の提供。【解決手段】3次元物体プリンタは、構造を形成した後に構造に1つ以上の物体を埋め込むためにステレオリソグラフィを使用する。プリンタは、液体フォトポリマと埋め込まれた物体の外面との間に形成されたメニスカスに対して液体フォトポリマと埋め込まれた物体の外面との間の界面において液体フォトポリマの一部を硬化させるために紫外線(UV)放射源を動作させるコントローラを含む。埋め込まれた物体の組み込みは、最終的な物体の形成を高速化し、最終的な物体の耐久性を向上させる。【選択図】図3
Description
この文献は、3次元物体を製造するプリンタに関し、より具体的には、そのような物体を製造するためにステレオリソグラフィを使用するプリンタに関する。
ディジタル積層造形としても知られているディジタル3次元物体の製造は、ディジタルモデルからの実質的に任意の形状の3次元固体物体の製造方法である。いくつかのディジタル積層造形システムは、随時紫外光によって硬化される3次元物体を形成するために層に液体フォトポリマ材料の液滴を吐出するエジェクタを使用する。他のシステムは、3次元固体物体を製造するために液体フォトポリマの層を硬化させるように液体フォトポリマのプールに紫外線レーザを集束する積層造形技術であるステレオリソグラフィを使用する。ステレオリソグラフィプロセスは、3次元数値シミュレーション又はコンピュータ支援製図(CAD)プログラムによって製造される物体のディジタル画像データを生成することを含む。そして、ディジタル画像データモデルは、通常は0.1ミリメートルオーダーの厚さの非常に薄い層にスライスされる。各画像のデータは、液体フォトポリマプリンタのプールを位置決めし、レーザを集束し、一度に物体層を造形するようにプールを介してレーザからのレーザビームを移動させるように使用される。プール位置決めの一部は、その後に物体の他の層を硬化させる紫外線レーザに露光される液体フォトポリマの薄い被覆によってそれぞれ形成された層を浸漬するように液体フォトポリマのタンクが配置されたプラットフォームの下降である。物体の全ての層が硬化され、硬化された層のスタックが3次元物体を画定するまで、このプロセスは継続する。
ステレオリソグラフィを使用した現在の3次元プリンタは、部品を製造することができる速度及び精度並びに使用されるフォトポリマ材料の点で著しい制限がある。材料の制限された選択及び制限された精度は、低強度及び耐久性を有する製造物体につながることがある。その結果、いくつかの部品は、ステレオリソグラフィ技術を用いて行うことができず、そのため、部品は、従来の方法を使用して製造される。したがって、耐久性のある物体を迅速に生成することができるステレオリソグラフィシステムが有利であろう。
改良された方法は、ステレオリソグラフィプロセスの速度も増加させながら製造物体の強度及び耐久性を向上させるステレオリソグラフィを使用して液体フォトポリマから3次元物体を形成する。本方法は、液体フォトポリマを含むタンク内でプラットフォームを移動させるように少なくとも1つのアクチュエータをコントローラによって動作させることと、コントローラが3次元構造の層を形成するために紫外線(UV)放射線を放射して液体フォトポリマの一部を硬化させるようにUV放射源を動作させるのにともない、UV放射源を移動させるようにUV放射源に動作可能に接続された少なくとも1つのアクチュエータをコントローラによって動作させることであって、コントローラが層の画像データに対して少なくとも1つのアクチュエータを動作させることと、所定の深さで液体フォトポリマ内に形成された層を浸漬するためにタンク内にプラットフォームを下降させるように少なくとも1つのアクチュエータをコントローラによって動作させることと、3次元物体の次層を形成し且つ物体の断面の一部に対応する次層の未硬化部分を残すためにUV放射を放射して液体フォトポリマの一部を硬化させるようにコントローラがUV放射源を動作させるのにともない、UV放射源を移動させるように少なくとも1つのアクチュエータをコントローラによって動作させることであって、コントローラが次層の画像データに対して少なくとも1つのアクチュエータを動作させることと、次層の未硬化部分内に物体を配置するように少なくとも1つのアクチュエータをコントローラによって動作させることであって、物体が液体フォトポリマから延びる露出領域を有することと、液体フォトポリマが物体の外面において物体を囲むのを可能とするように液体フォトポリマのタンク内にさらにプラットフォームを下降させるように第1のアクチュエータをコントローラによって動作させることと、物体の外面を囲む液体フォトポリマと物体の外面との界面に形成されるメニスカスをコントローラによって識別することと、周囲の液体フォトポリマの一部を硬化させて周囲の液体フォトポリマの硬化部分を物体及び3次元構造の外面に対して結合するようにコントローラが識別されたメニスカスに対してUV放射源を動作させるのにともない、UV放射源を移動させるように少なくとも1つのアクチュエータをコントローラによって動作させることとを含む。
改良されたステレオリソグラフィシステムは、ステレオリソグラフィプロセスの速度も増加させながら、向上した耐久性を有する液体フォトポリマから3次元物体を形成する。システムは、所定量の液体フォトポリマを含むタンクと、紫外線(UV)放射にさらされる液体フォトポリマの一部を硬化させるためにUV放射を放射するように構成されたUV放射源と、液体フォトポリマの次層の未硬化部分内に配置されるように構成され、前記液体フォトポリマから延びる露出領域を有する物体と、メカニカルアームと、液体フォトポリマを含むタンク内のプラットフォーム、UV放射源及びメカニカルアームに動作可能に接続され、液体フォトポリマの次層の未硬化部分内に物体を配置するように、液体フォトポリマを含むタンク内のプラットフォームを移動させ、UV放射源を移動させ、メカニカルアームを移動させるように構成された少なくとも1つのアクチュエータと、少なくとも1つのアクチュエータ及びUV放射源に動作可能に接続されたコントローラとを含む。コントローラは、液体フォトポリマのタンク内にプラットフォームを移動させるように少なくとも1つのアクチュエータを動作させ、コントローラが液体フォトポリマの一部を硬化させて3次元構造の層を形成するようにUV放射源を動作させながら、UV放射源を移動させるように少なくとも1つのアクチュエータを動作させ、所定の深さで液体フォトポリマ内に形成された層を浸漬するためにタンク内にプラットフォームを下降させるように少なくとも1つのアクチュエータを動作させ、液体フォトポリマの次層の一部を硬化させ且つ物体の断面に対応する次層の未硬化部分を残すようにコントローラによってUV放射源を動作させながら、UV放射源を移動させるように少なくとも1つのアクチュエータを動作させ、次層の未硬化部分内に物体を配置するためにメカニカルアームを移動させるように少なくとも1つのアクチュエータを動作させ、液体フォトポリマが物体の外面を囲むのを可能とするようにタンク内にプラットフォームを下降させるように少なくとも1つのアクチュエータを動作させ、物体の外面と物体の外面を囲む液体フォトポリマとの間の界面に形成されるメニスカスを識別し、コントローラが液体フォトポリマの硬化部分を物体の外面に対して結合するために物体の外面を囲む液体フォトポリマの一部を硬化させるようにUV放射源を動作させながら、UV放射源を移動させるように少なくとも1つのアクチュエータを動作させるように構成されている。
形成される物体内に予め製作された物体を埋め込むことによって3次元物体を形成するステレオリソグラフィシステムの上述した態様及び他の特徴は、添付図面と関連した以下の詳細な説明において説明される。
本願明細書に開示されたシステム及び方法についての環境の一般的な理解並びにシステム及び方法の詳細のために、図面が参照される。図面において、同様の参照符号は、同様の要素を指している。
強度及び耐久性を付与するために予め製作された物体に埋め込まれたフォトポリマ材料によって3次元構造を形成するシステムが図1Aに示されている。システム10は、プラットフォーム14及び紫外線(UV)放射源18に動作可能に接続された少なくとも1つのアクチュエータ34と、少なくとも1つのアクチュエータ34及びUV放射源18に動作可能に接続されたコントローラ26と、タンク38とを含む。プラットフォーム14は、液体フォトポリマ12を含むタンク38内に位置決めされ、少なくとも1つのアクチュエータ34によってタンク38内を垂直に移動されるように構成されている。コントローラ26は、UV放射を放射するようにUV放射源を動作させる信号を生成する。コントローラ26はまた、タンク38内のプラットフォーム14を移動させ且つタンク内の液体フォトポリマの表面又はその近くの液体フォトポリマの一部をさらさせるためにUV放射源を移動させるように少なくとも1つのアクチュエータ34を動作させる信号を生成する。UV放射にさらされる液体フォトポリマは、硬質材料に硬化する。図1Aに示されるように、液体フォトポリマ12の一部は、タンク38内に3次元構造20を形成するようにさらされている。コントローラ26がプラットフォーム14を下降させるために少なくとも1つのアクチュエータを動作させるのにともない、プラットフォーム14の水平表面16に載置する構造20は、液体フォトポリマの薄層が構造を覆うのを可能とするように液体フォトポリマに浸漬される。この液体フォトポリマの薄層がUV放射源18によってUV放射にさらされると、硬化した部分は、構造20の以前に形成された部分に付着する。少なくとも1つのアクチュエータ34は、システム10の構成要素に動作可能に接続され且つコントローラ26からの信号に応じて構成要素を移動させるように構成された1つ以上のアクチュエータである。アクチュエータ34は、アクチュエータが接続された構成要素の制御された動きを可能にするために、ステッピングモータ、電動カム、ウォームギアなどを含むことができる。
図1Bに示されるように、構造20は、U字状の断面によって形成されている。この形状は、プラットフォーム14を移動させて構造20を形成するために液体フォトポリマの一部を選択的に露出させるために少なくとも1つのアクチュエータ34を動作させるようにCAD/CAMファイルなどの構造の画像データを使用するコントローラ26によって形成される。構造が所定の形状及び大きさに到達すると、コントローラ26は、構造20内に収まるように予め製作された物体22を把持するためにメカニカルアームを移動させるように少なくとも1つのアクチュエータ34を動作させる。本願明細書において使用されるように、メカニカルアームは、アームを駆動するアクチュエータに応じて物品を移動させて把持及び操作するように構成された要素である。コントローラ26はまた、物体を移動させて構造20の内部と係合するように少なくとも1つのアクチュエータ34を動作させる。この物体22の移動中において、コントローラ26は、構造20の内部の相補的構造との物体22の表面の位置合わせを容易とするために物体22を回転させるように少なくとも1つのアクチュエータ34を動作させることができる。いくつかの実施形態において、物体22は、より耐久性があるか又は硬化したフォトポリマよりも強度を有する材料から形成されている。物体22は、構造20の最終形態を増強するために他の特性によって形成されることができる。構造20内に物体を挿入する前の物体22の予備加熱は、物体22と構造20との間の結合を強化する。熱は、物体22と構造20との間のより良好な接触を可能とするために構造20を柔らかくする。さらに、より高い温度はまた、それらの間の結合を強化するために物体と構造との間のフォトポリマの薄層を部分的に硬化することができる。物体22が配置されると、コントローラ26は、構造20及び物体22を下降させるように少なくとも1つのアクチュエータ34を動作させ、そのため、液体フォトポリマの薄層は、構造20及び物体22の界面に提示される。そして、コントローラ26は、この界面でUV放射に液体フォトポリマをさらすようにUV放射源18を動作させながらタンク38にわたってUV放射源を移動させるように少なくとも1つのアクチュエータ34を動作させることができる。硬化したフォトポリマは、構造20に物体22を結合する。物体22が構造20に結合されると、コントローラは、構造20を完成させるために硬化したフォトポリマ材料の追加層を物体22に結合するように少なくとも1つのアクチュエータ34及びUV放射源18を動作させるように動作し続ける。
構造20の完成時に生じる1つの問題は、構造20と物体22との間の界面において液体フォトポリマによって形成されたメニスカスである。そのようなメニスカス30が図2に示されている。物体の表面に近いメニスカス30の曲線は、接触角、物体22の表面の配向、UV放射源18と物体22との距離及び物体表面の局所幾何学的形状に応じてより高いか又はより低い。メニスカスにおける液体フォトポリマの硬化に関する問題は、幾何学的形状及び接触角が既知の場合にはメニスカスの形状を識別することによって対処することができる。この情報は、UV放射源18を移動して動作させるために使用される画像データを調整するためにコントローラ26によって使用されることができる。
メニスカスの問題に対処するための他のアプローチは、構造20及び物体22の界面におけるメニスカスの画像データを生成する光学センサ40の組み込みである。そのようなシステム300が図3に示されている。同様の構成要素について同様の符号を使用し、システム300は、システム10についての上述した構成要素の多くによって示されている。それらの構成要素に加えて、システム300は、第2のメカニカルアーム50及び光学センサ40を含む。光学センサ40によって生成された画像データは、メニスカス30を測定するためにコントローラ26によって処理される。この情報は、UV放射源18を移動して動作させるために使用される画像データを調整するためにコントローラ26によって使用されることができる。コントローラ26は、メカニカルアーム52がそうすることができない場合、構造20の内部の物体22の位置を回転させるか又は調整するために第2のメカニカルアーム50を移動させるように少なくとも1つのアクチュエータ34を動作させる。
メニスカス30から生じる問題に対処するさらに他の方法は、約90度の接触角が物体22及び液体12の界面に形成されるのを可能とするように、物体22を扱うか又はその表面構成を設計することである。物体22の表面の設計を最適化する1つの方法は、小さな曲率を有する物体22の表面を形成することである。小さな曲率は、物体22及び液体12の界面におけるメニスカスの減衰に役立つ。メニスカス30の減衰に役立つ他の表面処理は、表面を粗くすること、及び、物体22の表面エネルギを変化させる化学物質又はプラズマ/コロナ放電によって物体表面を処理することを含む。化学処理は、噴霧器又はローラーアプリケータを使用してプライマコーティングを塗布することを含む。
構造20の完成時に生じる他の問題は、液体フォトポリマ及び物体22の界面上に延びる物体22の一部によって生成される影である。この影は、影内でのフォトポリマの硬化に悪影響を与える可能性がある。この問題に対処するために、コントローラは、視線は、UV放射源の適切な再配置後に以前の影領域について確立されることができることから、影をなくすために様々な位置にUV放射源18を移動させるようにアクチュエータ34を動作させることができる。あるいは、複数のUV放射源18は、フォトポリマ表面上に延びる物体22の一部によって生成される影を回避するために様々な角度からフォトポリマを照射して硬化させるために構造20及び物体22の周囲に位置決めすることができる。代替的に又は追加的に、コントローラ26は、既に硬化した他の領域に影を移動させるためにプラットフォーム14を回転させるようにアクチュエータ34を動作させることができ、そのため、影内の以前未硬化のフォトポリマは、UV放射源18の動作によって硬化させることができる。
いくつかの物体22は、図4に示されるように、開口70によって形成されることができる。図1Aに関して上述した同様の数の同様の構成要素を使用し、システム400が図4に示されている。このシステムにおいて、コントローラ26は、UV放射源18、インジェクタ60及びミラー64において終端する部材62に動作可能に接続されている。コントローラは、開口70の内部に液体フォトポリマを放出するためにインジェクタ60を移動させるように少なくとも1つのアクチュエータ34を動作させる。そして、コントローラ26は、開口70と連通するキャビティ内にミラー64を挿入するために部材62を移動させるように少なくとも1つのアクチュエータ34を動作させることができる。コントローラ26は、放射源18によって放射されるUV放射がミラー64に向かって伝播してあたるのを可能とするように位置までUV放射源18を移動させるように少なくとも1つのアクチュエータ34を動作させることができる。ミラー64は、キャビティ内の液体フォトポリマがUV放射にさらされて硬化されるのを可能とするようにUV放射を反射する。あるいは、ミラー64の代わりに、光ファイバは、物体22の内部の所望の位置までUV光を送達するために使用されることができる。それゆえに、構造20内に埋め込むことができる物体22は、多数の異なる目的及び用途のために構成されることができる。
3次元構造内に物体を埋め込む方法200が図5に示されている。この方法の説明において、プロセスがいくつかのタスク又は機能を実行しているという言及は、データを操作するために又はタスク又は機能を実行するようにプリンタの1つ以上の構成要素を動作させるためにコントローラ又はプロセッサに動作可能に接続されたメモリに記憶されたプログラミングされた命令を実行するコントローラ又は汎用プロセッサを指す。上述したコントローラ26は、そのようなコントローラ又はプロセッサとすることができる。あるいは、コントローラ26は、そのそれぞれが本願明細書に記載された1つ以上のタスク又は機能を形成するように構成された複数のプロセッサ並びに関連する回路及び構成要素によって実装されることができる。
プロセス200は、硬化したフォトポリマ層を形成するために所定レベルまで液体フォトポリマのタンク内のプラットフォームを下降させることから始まる(ブロック204)。プロセスは、液体フォトポリマの一部が未硬化のままとすべきか(ブロック208)、そうでない場合には層が硬化されたか(ブロック212)を判定する。硬化した層は、構造についての最後の層であり(ブロック216)、プロセスは終了する(ブロック268)。そうでなければ、プロセスは、次層を形成するために硬化層の上に液体フォトポリマを位置決めするようにプラットフォームを下降させることによって継続する。
層の一部が未硬化のままにすべきである場合(ブロック208)、形成される層は、埋め込まれる物体の断面形状に適合した硬化及び非硬化領域を形成するようにUV放射に選択的にさらされる(ブロック220)。プロセスは、構造が物体の挿入のために十分に完成しているかどうかを判定し(ブロック224)、そうでない場合、物体を受けるための構造の形成が継続する(ブロック204から224)。構造が物体を受ける準備ができていると、物体は、構造内に挿入され、プラットフォームは、液体フォトポリマの層が物体と構造との間の界面を覆うのを可能とするように下降される(ブロック228)。プロセスは、物体が適切に収まるように回転を必要とするかどうかを判定し(ブロック232)、他の構造内で物体を回転又は位置決めするように1つ以上のメカニカルアームを動作させる(ブロック236)。そして、プロセスは、構造に物体を結合するように物体及び構造の界面にフォトポリマを硬化させる(ブロック244)。物体が開口を有する場合(ブロック248)、インジェクタは、開口内に液体フォトポリマを放出するように動作され(ブロック252)、部材は、開口と連通するキャビティ内にミラーを位置決めするように移動され(ブロック256)、UV放射源は、液体フォトポリマをさらして硬化させるようにミラーからのUV放射を反射するように動作される(ブロック260)。物体が開口を有しない場合、プロセスは、物体周囲の構造の形成が終了したかどうかを判定し(ブロック264)、そうである場合、プロセスは、追加構造が形成されるかどうかを判定する(ブロック204から216)。他の構造が形成されることにならない場合、構造は完成する(ブロック268)。そうでない場合、プロセスは、物体周囲の構造の形成を継続する(ブロック204から216)。
図3のシステムはまた、図6A乃至図6Dに示されたように埋め込まれた予め製作された物体を有する部品を形成するために使用されることができる。図6Aに示されるように、予め製作された物体22は、プラットフォーム14上に位置決めされることができ、コントローラ26は、タンク38内のフォトポリマに物体を下降させるようにアクチュエータ34を動作させる。コントローラ26は、物体22に隣接するフォトポリマを硬化させるようにUV放射源18を反復的に動作させることができ、構造20が物体22の上端に形成されるまで、プラットフォーム14を下降させるようにアクチュエータ34を動作させることができる。このプロセスは、図6Bに示されるようなキャップを有する物体22をもたらす。そして、コントローラ26は、タンク38から物体22及び構造20を持ち上げるようにアクチュエータ34を動作させ、そのため、1つ又は双方のメカニカルアーム50及び52は、図6Cに示されるように、物体22及び構造20を再配向してプラットフォーム14上に配置するようにコントローラ26によって動作されることができる。示された例において、物体の再配向は、物体の反転であるが、他の再配向も同様に行うことができる。コントローラ26は、以前に形成された構造20を拡張するようにUV放射源18及びアクチュエータ34を動作させる。プラットフォーム14を下降させ且つUV放射源18を移動させるためのアクチュエータ34の動作は、図6Dに示されるように、物体22が構造20内にカプセル化されるまで反復的に行うことができる。もちろん、コントローラ26はまた、選択的に物体22の周囲に構造を形成するようにUV放射源18及びアクチュエータ34を動作させることができる。構造20の最後が物体22の周囲に形成されると、メカニカルアーム50、52は、プラットフォーム14から物体22及び構造20を持ち上げるように動作されることができる。
Claims (10)
- ステレオリソグラフィを使用して液体フォトポリマから3次元構造を形成する積層造形方法であって、
前記液体フォトポリマを含むタンク内でプラットフォームを移動させるように少なくとも1つのアクチュエータをコントローラによって動作させることと、
前記コントローラが前記3次元構造の層を形成するために紫外線(UV)放射線を放射して前記液体フォトポリマの一部を硬化させるように前記UV放射源を動作させるのにともない、前記UV放射源を移動させるように前記UV放射源に動作可能に接続された前記少なくとも1つのアクチュエータを前記コントローラによって動作させることであって、前記コントローラが層の画像データに対して前記少なくとも1つのアクチュエータを動作させることと、
所定の深さで前記液体フォトポリマ内に前記形成された層を浸漬するために前記タンク内に前記プラットフォームを下降させるように前記少なくとも1つのアクチュエータを前記コントローラによって動作させることと、
前記3次元物体の次層を形成し且つ物体の断面の一部に対応する前記次層の未硬化部分を残すためにUV放射を放射して前記液体フォトポリマの一部を硬化させるように前記コントローラが前記UV放射源を動作させるのにともない、前記UV放射源を移動させるように前記少なくとも1つのアクチュエータを前記コントローラによって動作させることであって、前記コントローラが前記次層の画像データに対して前記少なくとも1つのアクチュエータを動作させることと、
前記次層の前記未硬化部分内に前記物体を配置するように前記少なくとも1つのアクチュエータを前記コントローラによって動作させることであって、前記物体が前記液体フォトポリマから延びる露出領域を有することと、
前記液体フォトポリマが前記物体の外面において前記物体を囲むのを可能とするように前記液体フォトポリマの前記タンク内にさらに前記プラットフォームを下降させるように第1のアクチュエータを前記コントローラによって動作させることと、
前記物体の前記外面を囲む前記液体フォトポリマと前記物体の前記外面との界面に形成されるメニスカスを前記コントローラによって識別することと、
前記周囲の液体フォトポリマの一部を硬化させて前記周囲の液体フォトポリマの硬化部分を前記物体及び前記3次元構造の外面に対して結合するように前記コントローラが前記識別されたメニスカスに対して前記UV放射源を動作させるのにともない、前記UV放射源を移動させるように前記少なくとも1つのアクチュエータを前記コントローラによって動作させることと
を備える、方法。 - 前記メニスカスの識別が、
前記UV放射源を動作させて前記液体フォトポリマの層の一部を硬化させるために使用される画像データを前記コントローラによって分析すること
をさらに備える、請求項1に記載の方法。 - 前記メニスカスプロファイルの識別が、
前記メニスカスの画像データ及び前記周囲の液体フォトポリマを光学センサによって生成することと、
前記メニスカスの前記生成された画像データを前記コントローラによって分析することと
をさらに備える、請求項1に記載の方法。 - 前記メニスカスを識別する前に前記物体を回転させるように前記少なくとも1つのアクチュエータを前記コントローラによって動作させること
をさらに備える、請求項1に記載の方法。 - ステレオリソグラフィを使用して液体フォトポリマから3次元構造を形成するシステムであって、
所定量の前記液体フォトポリマを含むタンクと、
前記タンク内で移動するように構成されたプラットフォームと、
紫外線(UV)放射にさらされる前記液体フォトポリマの一部を硬化させるためにUV放射を放射するように構成されたUV放射源と、
前記液体フォトポリマの次層の未硬化部分内に配置されるように構成され、前記液体フォトポリマから延びる露出領域を有する物体と、
メカニカルアームと、
前記液体フォトポリマを含む前記タンク内のプラットフォーム、前記UV放射源及び前記メカニカルアームに動作可能に接続され、前記液体フォトポリマの前記次層の未硬化部分内に前記物体を配置するように、前記液体フォトポリマを含む前記タンク内の前記プラットフォームを移動させ、前記UV放射源を移動させ、前記メカニカルアームを移動させるように構成された少なくとも1つのアクチュエータと、
前記少なくとも1つのアクチュエータ及び前記UV放射源に動作可能に接続されたコントローラと
を備え、前記コントローラが、
前記液体フォトポリマの前記タンク内に前記プラットフォームを移動させるように前記少なくとも1つのアクチュエータを動作させ、
前記コントローラが前記液体フォトポリマの一部を硬化させて前記3次元構造の層を形成するように前記UV放射源を動作させながら、前記UV放射源を移動させるように前記少なくとも1つのアクチュエータを動作させ、
所定の深さで前記液体フォトポリマ内に形成された層を浸漬するために前記タンク内に前記プラットフォームを下降させるように前記少なくとも1つのアクチュエータを動作させ、
前記液体フォトポリマの次層の一部を硬化させ且つ物体の断面に対応する前記次層の未硬化部分を残すように前記コントローラによって前記UV放射源を動作させながら、前記UV放射源を移動させるように前記少なくとも1つのアクチュエータを動作させ、
前記次層の前記未硬化部分内に前記物体を配置するためにメカニカルアームを移動させるように前記少なくとも1つのアクチュエータを動作させ、
前記液体フォトポリマが前記物体の外面を囲むのを可能とするように前記タンク内に前記プラットフォームを下降させるように前記少なくとも1つのアクチュエータを動作させ、
前記物体の外面と前記物体の前記外面を囲む前記液体フォトポリマとの間の界面に形成されるメニスカスを識別し、
前記コントローラが前記液体フォトポリマの硬化部分を前記物体の前記外面に対して結合するために前記物体の前記外面を囲む前記液体フォトポリマの一部を硬化させるように前記UV放射源を動作させながら、前記UV放射源を移動させるように前記少なくとも1つのアクチュエータを動作させる
ように構成されている、システム。 - 前記コントローラが、
層を形成するために前記UV放射源を動作させて前記液体フォトポリマの一部硬化させるために使用される画像データを分析すること
によって前記メニスカスを識別するようにさらに構成されている、請求項5に記載のシステム。 - 前記メニスカス及び前記周囲の液体フォトポリマの画像データを生成するように構成された光学センサ
をさらに備え、
前記コントローラが、前記光学センサから受信した前記メニスカスの前記生成された画像データを分析することによって前記メニスカスを識別するようにさらに構成されている、
請求項5に記載のシステム。 - ステレオリソグラフィを使用して液体フォトポリマから3次元構造を形成するシステムであって、
所定量の液体フォトポリマを含むタンクと、
前記タンク内で移動するように構成されたプラットフォームと、
紫外線(UV)放射にさらされた前記液体フォトポリマの一部を硬化させるためにUV放射を放射するように構成されたUV放射源と、
メカニカルアームと、
物体と、
前記液体フォトポリマを含む前記タンク内の前記プラットフォーム、前記UV放射源及び前記メカニカルアームに動作可能に接続され、前記液体フォトポリマを含む前記タンク内の前記プラットフォームを移動させ、前記UV放射源を移動させ、前記プラットフォーム上に前記物体を配置するために前記メカニカルアームを移動させるように構成された少なくとも1つのアクチュエータと、
前記少なくとも1つのアクチュエータ及び前記UV放射源に動作可能に接続されたコントローラと
を備え、前記コントローラが、
前記プラットフォーム上に前記物体を配置し、前記液体フォトポリマの前記タンク内で前記プラットフォームを移動させるように前記少なくとも1つのアクチュエータを動作させ、
前記コントローラが、前記液体フォトポリマの一部を硬化させて前記物体の一部の周囲に前記3次元構造の層を形成するために前記UV放射源を動作させながら、前記UV放射源を移動させるように前記少なくとも1つのアクチュエータを動作させ、
所定の深さで前記液体フォトポリマ内に形成された層を浸漬するために前記タンク内に前記プラットフォームを下降させるように前記少なくとも1つのアクチュエータを動作させ、
前記液体フォトポリマの次層の一部を硬化させて前記プラットフォーム上の物体に周囲に他の層を形成するために前記コントローラによって前記UV放射源を動作させながら、前記UV放射源を移動させるように前記少なくとも1つのアクチュエータを動作させ、
前記プラットフォームから前記物体を除去し、前記物体を再配向し、前記プラットフォームに前記物体を戻すために、前記メカニカルアームを移動させるように前記少なくとも1つのアクチュエータを動作させ、
前記液体フォトポリマが物体の周囲に以前に形成された前記3次元構造を係合するのを可能とするために前記タンク内に前記プラットフォームを下降させるように前記少なくとも1つのアクチュエータを動作させ、
前記コントローラが前記物体の外面の一部の周囲に以前に形成された前記3次元構造を拡張するように以前に形成された3次元構造に隣接する前記液体フォトポリマの一部を硬化させるために前記UV放射源を動作させながら、前記UV放射源を移動させるように前記少なくとも1つのアクチュエータを動作させる
ように構成されている、システム。 - 前記コントローラが、
前記タンク内に前記物体及び前記拡張した3次元構造を有する前記プラットフォームを下降させるように前記少なくとも1つのアクチュエータを動作させ、
前記コントローラが前記物体の前記外面の一部の周囲にさらに以前に形成された前記3次元構造を拡張するために前記拡張した3次元構造に隣接する前記液体フォトポリマの一部を硬化させるように前記UV放射源を動作させながら、前記UV放射源を移動させるように前記少なくとも1つのアクチュエータを動作させる
ようにさらに構成されている、請求項8に記載のシステム。 - 前記コントローラが、前記プラットフォームを下降させるように前記少なくとも1つのアクチュエータを動作させ、前記拡張した3次元構造が前記物体をカプセル化するまで、前記コントローラが前記UV放射源を反復的に動作させるのにともない、前記UV放射源を移動させるように前記少なくとも1つのアクチュエータを動作させるように構成されている、請求項9に記載のシステム。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US14/945,828 US10331109B2 (en) | 2015-11-19 | 2015-11-19 | System and method to embed objects into structure using stereolithography |
US14/945,828 | 2015-11-19 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017094725A true JP2017094725A (ja) | 2017-06-01 |
Family
ID=58694110
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016215690A Pending JP2017094725A (ja) | 2015-11-19 | 2016-11-02 | ステレオリソグラフィを使用して構造に物体を埋め込むシステム及び方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10331109B2 (ja) |
JP (1) | JP2017094725A (ja) |
CN (1) | CN106738899A (ja) |
DE (1) | DE102016222227A1 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10518489B2 (en) * | 2017-09-13 | 2019-12-31 | Aurora Flight Sciences Corporation | Composite structures incorporating additive manufactured components |
EP4265397A1 (en) * | 2022-04-19 | 2023-10-25 | Vestel Elektronik Sanayi ve Ticaret A.S. | 3d printer and method of printing |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5495328A (en) | 1988-04-18 | 1996-02-27 | 3D Systems, Inc. | Apparatus and method for calibrating and normalizing a stereolithographic apparatus |
US5776409A (en) | 1988-04-18 | 1998-07-07 | 3D Systems, Inc. | Thermal stereolithograp using slice techniques |
US5182715A (en) | 1989-10-27 | 1993-01-26 | 3D Systems, Inc. | Rapid and accurate production of stereolighographic parts |
US6482576B1 (en) * | 2000-08-08 | 2002-11-19 | Micron Technology, Inc. | Surface smoothing of stereolithographically formed 3-D objects |
US6544465B1 (en) | 2000-08-18 | 2003-04-08 | Micron Technology, Inc. | Method for forming three dimensional structures from liquid with improved surface finish |
US6562278B1 (en) * | 2000-08-29 | 2003-05-13 | Micron Technology, Inc. | Methods of fabricating housing structures and micromachines incorporating such structures |
CA2675495A1 (en) * | 2007-02-26 | 2008-09-04 | Stemcell Technologies Inc. | Methods for improving culture vessel assays |
US8383028B2 (en) | 2008-11-13 | 2013-02-26 | The Boeing Company | Method of manufacturing co-molded inserts |
ES2681980T3 (es) | 2011-06-28 | 2018-09-17 | Global Filtration Systems, A Dba Of Gulf Filtration Systems Inc. | Aparato para formar objetos tridimensionales utilizando solidificación lineal |
US8855452B2 (en) * | 2012-01-18 | 2014-10-07 | International Business Machines Corporation | Silicon photonic chip optical coupling structures |
US9943996B2 (en) * | 2012-05-22 | 2018-04-17 | University Of Southern California | Process planning of meniscus shapes for fabricating smooth surfaces in mask image projection based additive manufacturing |
JP6461090B2 (ja) | 2013-03-22 | 2019-01-30 | マーク,グレゴリー,トーマス | 三次元印刷法 |
US10843266B2 (en) * | 2015-10-30 | 2020-11-24 | Seurat Technologies, Inc. | Chamber systems for additive manufacturing |
-
2015
- 2015-11-19 US US14/945,828 patent/US10331109B2/en active Active
-
2016
- 2016-11-02 JP JP2016215690A patent/JP2017094725A/ja active Pending
- 2016-11-11 CN CN201610997848.5A patent/CN106738899A/zh active Pending
- 2016-11-11 DE DE102016222227.9A patent/DE102016222227A1/de not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102016222227A1 (de) | 2017-05-24 |
CN106738899A (zh) | 2017-05-31 |
US20170144376A1 (en) | 2017-05-25 |
US10331109B2 (en) | 2019-06-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3556923B2 (ja) | ステレオリソグラフィ用造形スタイルの構成による機械的特性の選択的な制御方法 | |
US20160067922A1 (en) | Three dimensional (3d) printing by volumetric addition through selective curing of a fluid matrix | |
RU2550399C2 (ru) | Способ получения трехмерного объекта и стереолитографическая машина, реализующая такой способ | |
US6500378B1 (en) | Method and apparatus for creating three-dimensional objects by cross-sectional lithography | |
US9221216B2 (en) | Computer numerical control (CNC) additive manufacturing | |
US20150290874A1 (en) | Three dimensional printing apparatus | |
KR101648282B1 (ko) | 3 차원 물체를 위한 지지 표면이 용기의 바닥으로 간헐적으로 접근하는 운동을 포함하는 3 차원 물체를 제작하기 위한 스테레오리소그라피 방법 및 이를 이용한 스테레오리소그라피 기계 | |
EP3323615B1 (en) | Three-dimensional printing apparatus | |
JP6058819B2 (ja) | 3次元物体の作製 | |
US20180243977A1 (en) | Method and apparatus for layerwise production of a tangible object | |
JP4928345B2 (ja) | 三次元造形装置 | |
JP2000280359A (ja) | 歪みの少ない三次元物体をステレオリソグラフィーで形成する方法および装置 | |
US20160332365A1 (en) | Process for producing a three-dimensional structure | |
JP6491131B2 (ja) | 三次元印刷装置 | |
JP3803223B2 (ja) | 層群に対するリコーティングパラメータを用いた3次元物体造形のためのステレオリソグラフィ方法および装置 | |
JP2017094725A (ja) | ステレオリソグラフィを使用して構造に物体を埋め込むシステム及び方法 | |
WO2007023724A1 (ja) | 光造形装置および光造形方法 | |
KR20180119355A (ko) | 이중 상자를 이용한 3차원 프린터 | |
US10525695B2 (en) | Three-dimensional printing method | |
US10118338B2 (en) | Additive manufacturing with integrated microliter resin delivery | |
JP4639322B2 (ja) | 光造形装置及び方法 | |
JP5993224B2 (ja) | 三次元造形装置 | |
KR102264538B1 (ko) | 3d 프린터의 출력물 정밀도 향상을 위한 출력 방법 | |
JP2023531229A (ja) | 光硬化型3dプリンタ及びプリンティング方法 | |
JP4626446B2 (ja) | 光造形装置および光造形方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20161116 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20170206 |