JP2023547401A - 積層造形された物体を処理するための方法及びシステム - Google Patents

積層造形された物体を処理するための方法及びシステム Download PDF

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Abstract

積層造形によってモデリング材から製造された物体を処理する方法であって、４７０ｎｍ未満のピーク波長を有する可視光と、モデリング材の熱変形温度（ＨＤＴ）より低い温度とに物体を曝露することを含む方法。

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２０２０年１０月２１日に出願された米国仮特許出願第６３／０９４，７１２号の優先権の利益を主張し、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本願はまた、２０２０年１０月２１日に出願された米国仮特許出願第６３／０９４，８０１号の優先権の利益を主張する、「ADDITIVE MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL OBJECTS CONTAINING A TRANSPARENT MATERIAL」（代理人整理番号第８９３４３号）と題する、同時に出願、係属、及び譲渡されたＰＣＴ出願に関連し、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本発明は、そのいくつかの実施形態では、積層造形に関し、より具体的には、積層造形によって製造された物体を処理するための方法及びシステムに関するが、これに限定されない。
積層造形（Additive Manufacturing：ＡＭ）は、積層形成工程を介してコンピュータのデータから直接任意の形状の構造を製造することを可能にする技術である。任意のＡＭシステムの基本的な動作は、三次元コンピュータモデルを薄い断面にスライスすることと、その結果を二次元位置データに変換することと、そのデータを三次元構造を層毎に製造する制御機器に供給することとからなる。
積層造形は、３Ｄインクジェット印刷、電子ビーム溶融、ステレオリソグラフィ、選択的レーザ焼結、積層体製造、溶融堆積モデリングなどの三次元（３Ｄ）印刷を含む、製造方法に対する多くの異なるアプローチを伴う。
一部の３Ｄ印刷プロセス、例えば３Ｄインクジェット印刷は、造形材の層ごとのインクジェット堆積によって実行されている。このように、造形材は、ノズルセットを有する吐出ヘッドから吐出され、支持構造上に層を堆積させる。次いで、造形材に応じて、適切な装置を使用して、層を硬化又は固化させることができる。
様々な三次元印刷技術が存在し、それらの三次元印刷技術は、例えば、すべて同じ譲受人による米国特許第６，２５９，９７９号明細書、６，５６９，３７３号明細書、６，６５８，３１４号明細書、６，８５０，３３４号明細書、６，８６３，８５９号明細書、７，１８３，３３５号明細書、７，２０９，７９７号明細書、７，２２５，０４５号明細書、７，３００，６１９号明細書、７，５００，８４６号明細書、９，０３１，６８０号明細書、及び９，２２７，３６５号明細書、米国特許出願公開第２００６００５４０３９号明細書、並びに国際公開第２０１６／００９４２６号パンフレットに開示されており、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。
いくつかの三次元印刷技術は、吐出される造形材を硬化させるために紫外線（ＵＶ）放射を使用する。これらの技術では、造形材組成物は、典型的には、反応性成分とは別に、光開始剤を含む。例えば、いくつかの三次元印刷技術は、以下でさらに詳細に説明するように、ホスフィンオキシド型光開始剤を使用する。一般的に使用される光開始剤には、（２，４，６トリメチルベンゾイル）－ジフェニルホスフィンオキシド［（ＴＰＯ）-CAS番号75980-60-8］及びビス（２，４，６トリメチルベンゾイル）－フェニルホスフィンオキシド［(ＢＡＰＯ、例えばIrgacure 819)-CAS番号162881-26-7)］が含まれる。
本発明のいくつかの実施形態の一態様によれば、積層造形によってモデリング材から製造された物体を処理する方法が提供される。本方法は、４７０ｎｍ未満のピーク波長を有する可視光と、モデリング材の熱変形温度（ＨＤＴ）より低い温度とに物体を曝露することを含む。
本発明のいくつかの実施形態によれば、温度は、熱変形温度よりも最大で５℃低い。
本発明のいくつかの実施形態によれば、物体は、複数のモデリング材配合物から製造され、熱変形温度は、複数のモデリング材配合物のそれぞれの複数の熱変形温度の値のうちで最も低い熱変形温度である。
本発明のいくつかの実施形態によれば、曝露の持続時間は、ＣＩＥ ＸＹＺ色空間でモデリング材の黄色度指数を少なくとも５単位低下させるように選択される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、ピーク波長及び温度は、物体の少なくとも１つの着色領域について、曝露後の着色領域の色と曝露前の着色領域の色との間の色の差が２ΔＥ＊単位未満であるように選択される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、曝露は、光を生成するための複数の光源を有する処理チャンバ内で行われる。
本発明のいくつかの実施形態によれば、モデリング材は、ホスフィンオキシド型光開始剤を含む光硬化性モデリング材配合物を硬化させると得られる。
本発明のいくつかの実施形態によれば、光開始剤は、モノアシル化（ＭＡＰＯ）又はビスアシル化ホスフィンオキシド型（ＢＡＰＯ）光開始剤である。
本発明のいくつかの実施形態によれば、ホスフィンオキシド型光開始剤であるホスフィンは、約３８０ｎｍ～約４５０ｎｍの波長範囲で照射されるとフリーラジカルの開始が可能になる。
光開始剤は、（２，４，６－トリメチルベンゾイル）－ジフェニルホスフィンオキシド（ＴＰＯ）、ビス（２，４，６－トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキシド（IRGACURE（登録商標）819として市販されている）、ビス（２，６－ジメトキシベンゾイル）－（２，４，４－トリメチルペンチル）ホスフィンオキシド（CGI 403として市販されている）、ビス（２，６－ジメトキシベンゾイル）－２，４，４－トリメチルペンチルホスフィンオキシド及び２－ヒドロキシ－２－メチル－１－フェニルプロパン－１－オン（IRGACURE（登録商標）1700として市販されている）の重量比で２５：７５の混合物、ビス（２，４，６－トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキシド及び２－ヒドロキシ－２－メチル－１－フェニルプロパン－１－オン（DAROCUR（登録商標)4265として市販されている）の重量比で１：１の混合物、並びにエチル２，４，６－トリメチルベンジルフェニルホスフィネート（LUCIRIN LR 8893X）から選択される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、光開始剤はIRGACURE（登録商標）819であるか、又はそれを含む。
本発明のいくつかの実施形態によれば、物体の少なくとも一部は、透明なモデリング材を含む。
本発明のいくつかの実施形態によれば、方法は、物体の製造に対応する製造パラメータのセットを積層造形システムから受信することと、製造パラメータに基づいて温度及び曝露の持続時間を自動的に選択することとを含む。
本発明のいくつかの実施形態によれば、製造パラメータのセットは、モデリング材、物体の形状、及び物体中のモデリング材の量のうちの少なくとも１つを含む。
本発明のいくつかの実施形態の態様によれば、積層造形システムによってモデリング材から製造された物体を処理するシステムが提供される。システムは、物体を受け入れるための処理チャンバと、ピーク波長が４７０ｎｍ未満の可視光を発生させるための照明システムと、処理チャンバを加熱するための加熱システムと、物体の製造に対応する製造パラメータのセットを受信するための入力部と、製造パラメータのセットに基づいて照明システム及び加熱システムを動作させるためのコンピュータ化されたコントローラと、を含む。
本発明のいくつかの実施形態によれば、製造パラメータのセットは、モデリング材の種類を含み、コンピュータ化されたコントローラが、熱変形温度のデータを含むコンピュータ可読媒体にアクセスし、モデリング材の種類に対応する熱変形温度の値を抽出し、加熱システムを制御して処理チャンバ内で熱変形温度の値より低い温度を維持するように構成される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、製造パラメータのセットは、モデリング材の熱変形温度（ＨＤＴ）の値を含み、コンピュータ化されたコントローラが、加熱システムを制御して処理チャンバ内で熱変形温度の値より低い温度を維持するように構成される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、物体は、複数のモデリング材配合物から製造され、熱変形温度の値が、複数のモデリング材配合物のそれぞれの複数の熱変形温度の値のうちの最低の熱変形温度の値である。
本発明のいくつかの実施形態によれば、製造パラメータのセットが、物体を記述する幾何学的パラメータを含み、コンピュータ化されたコントローラは、幾何学的パラメータに基づいて曝露の持続時間を選択するように構成される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、幾何学的パラメータは、物体の形状を含む。
本発明のいくつかの実施形態によれば、幾何学的パラメータは、物体の体積を含む。
本発明のいくつかの実施形態によれば、製造パラメータのセットが、モデリング材の種類を含み、コンピュータ化されたコントローラが、熱伝導率データを含むコンピュータ可読媒体にアクセスし、モデリング材の前記種類に対応する熱伝導率の値を抽出し、熱伝導率の値に基づいて曝露の持続時間を選択するように構成される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、製造パラメータのセットが、モデリング材の熱伝導率の値を含み、コンピュータ化されたコントローラが、熱伝導率の値に基づいて曝露の持続時間を選択するように構成される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、入力部はユーザインターフェースを含む。
本発明のいくつかの実施形態によれば、入力部は、積層造形システムと通信して、積層造形システムからから製造パラメータのセットを自動的に受信するように構成された通信システムを含む。
特に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語及び／又は科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に記載の方法及び材料と類似又は同等の方法及び材料が、本発明の実施形態の実施又は試験において使用され得るが、例示的な方法及び／又は材料が以下に記載される。矛盾する場合、定義を含む特許明細書が優先される。さらに、材料、方法、及び実施例は例示にすぎず、必ずしも限定することを意図していない。
本発明の実施形態の方法及び／又はシステムの実装は、選択されたタスクを手動で、自動的に、又はそれらの組み合わせで実行又は完了することを含むことができる。さらに、本発明の方法及び／又はシステムの実施形態の実際の計装及び機器によれば、いくつかの選択されたタスクは、オペレーティングシステムを使用してハードウェア、ソフトウェア若しくはファームウェア、又はそれらの組み合わせによって実装され得る。
例えば、本発明の実施形態による選択されたタスクを実行するためのハードウェアは、チップ又は回路として実装され得る。ソフトウェアとして、本発明の実施形態による選択されたタスクは、任意の適切なオペレーティングシステムを使用してコンピュータによって実行される複数のソフトウェア命令として実装することができる。本発明の例示的な実施形態では、本明細書に記載される方法及び／又はシステムの例示的な実施形態による１つ以上のタスクは、複数の命令を実行するためのコンピューティングプラットフォームなどのデータプロセッサによって実行される。任意選択で、データプロセッサは、命令及び／又はデータを記憶するための揮発性メモリ、及び／又は命令及び／又はデータを記憶するための不揮発性記憶装置、例えば磁気ハードディスク及び／又はリムーバブルメディアを含む。任意選択で、ネットワーク接続も提供される。ディスプレイ及び／又はキーボード又はマウスなどのユーザ入力装置もまた、任意選択で提供される。
本発明のいくつかの実施形態は、添付の図面及び画像を参照して、単なる例として本明細書で説明されている。ここで詳細に図面を具体的に参照するが、示されている詳細は例としてのものであり、本発明の実施形態の例示的な説明のためのものであることが強調される。この点に関して、図面を用いてなされた説明は、本発明の実施形態がどのように実施され得るかを当業者に明らかにする。
本発明のいくつかの実施形態による積層造形システムの概略図である。 本発明のいくつかの実施形態による積層造形システムの概略図である。 本発明のいくつかの実施形態による積層造形システムの概略図である。 本発明のいくつかの実施形態による積層造形システムの概略図である。 本発明のいくつかの実施形態による印刷ヘッドの概略図である。 本発明のいくつかの実施形態による印刷ヘッドの概略図である。 本発明のいくつかの実施形態による印刷ヘッドの概略図である。 本発明のいくつかの実施形態による座標変換を示す概略図である。 本発明のいくつかの実施形態による座標変換を示す概略図である。 本発明のいくつかの実施形態による、積層造形システムによってモデリング材から製造された物体を処理するためのシステムの概略図である。 黄色度指数に対する貯蔵の影響を調査するために、本発明のいくつかの実施形態に従って行われた実験中に得られた、時間の関数としての黄色度指数を示す。 黄色度指数に対する異なる照明シナリオの影響を調査するために、本発明のいくつかの実施形態に従って行われた別の実験中に得られた、時間の関数としての黄色度指数を示す。 黄色度指数に対する光スペクトルの影響を調査するために、本発明のいくつかの実施形態に従って行われた別の実験中に得られた、時間の関数としての黄色度指数を示す。 黄色度指数に対する白色光と青色光の影響を比較するために、本発明のいくつかの実施形態に従って行われた追加の実験中に得られた、時間の関数としての黄色度指数を示す。 本実施形態に適した可視光のスペクトル成分を示す。 本実施形態に適した白色ＬＥＤのスペクトル成分を示す。
本発明は、そのいくつかの実施形態では、積層造形に関し、より具体的には、積層造形によって製造された物体を処理するための方法及びシステムに関するが、これに限定されない。
本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その適用において、以下の説明に記載され、及び／又は図面及び／又は実施例に示される、構造、構成要素の配置及び／又は方法の詳細に必ずしも限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態が可能である、又は様々な方法で実施又は実行することができる。
本実施形態の方法及びシステムは、積層造形（ＡＭ）によって製造された物体を処理する。以下でさらに詳述する処理の前に、処理される物体は、典型的には、コンピュータ物体データに基づいて、物体の形状に対応する構成されたパターンで複数の層を形成することによって、層毎に製造される。本実施形態の方法及びシステムの自己完結型の説明を提供するために、本実施形態に適したいくつかの好ましい積層造形技術について説明する。
物体を造形するために使用されるコンピュータ物体データは、限定はしないが、標準テッセレーション言語（ＳＴＬ）又はステレオリソグラフィ輪郭（ＳＬＣ）フォーマット、ＯＢＪファイルフォーマット（ＯＢＪ）、３Ｄ造形フォーマット（３ＭＦ）、仮想現実モデリング言語（ＶＲＭＬ）、積層造形ファイル（ＡＭＦ）フォーマット、図面交換フォーマット（ＤＸＦ）、ポリゴンファイルフォーマット（ＰＬＹ）、又はコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）に適した任意の他のフォーマットを含む、任意の既知のフォーマットとすることができる。
本明細書全体を通して使用される「物体」という用語は、物体全体又はその一部を指す。
各層は、二次元表面を走査してそれをパターン化する積層造形装置によって形成され得る。走査中、装置は、二次元層又は表面上の複数の目標位置に行き、各目標位置又は目標位置のグループについて、目標位置又は目標位置のグループが造形材配合物によって占められるべきかどうか、及びどのタイプの造形材配合物がそこに送達されるべきかを決定する。決定は、表面のコンピュータ画像に従って行われる。
本発明の好ましい実施形態では、ＡＭは、三次元印刷、より好ましくは三次元インクジェット印刷を含む。これらの実施形態では、造形材は、１つ以上のノズルアレイを有する印刷ヘッドから吐出され、支持構造体上に層状に造形材を堆積させる。したがって、ＡＭ装置は、占有されるべき目標位置に造形材を吐出し、他の目標位置を空にする。装置は、典型的には、複数のノズルアレイを含み、各ノズルアレイは、異なる造形材を吐出するように構成することができる。これは、典型的には、互いに分離された複数の流体チャネルを印刷ヘッドに設けることによって達成され、各チャネルは、別々の入口を介して異なる造形材を受け取り、それを異なるノズルアレイに搬送する。
したがって、異なる目標位置は、異なる造形材配合物によって占有され得る。造形材配合物のタイプは、モデリング材配合物と支持材配合物の、２つの主要なカテゴリーに分類することができる。支持材配合物は、製造プロセス及び／又は他の目的、例えば、中空又は多孔質の物体をもたらす際に、物体又は物体部分を支持するための支持マトリックス又は構造として機能する。支持構造は、例えば、さらなる支持強度のために、モデリング材配合物の要素をさらに含むことができる。
モデリング材配合物は、一般に、積層造形に使用するために配合され、単独で、すなわち、任意の他の物質と混合又は組み合わせる必要なく、三次元物体を形成することができる組成物である。
最終的な三次元物体は、モデリング材配合物、又はモデリング材配合物の組み合わせ、又はモデリング材配合物と支持材配合物との組み合わせ、又はそれらの修正（例えば、硬化後）で作られる。これらの操作はすべて、固体自由造形の当業者には周知である。
本発明のいくつかの例示的な実施形態では、物体は、２つ以上の異なるモデリング材配合物を吐出することによって製造され、各材料配合物は、ＡＭ装置の（同じ又は異なる印刷ヘッドに属する）異なるノズルアレイからのものである。
いくつかの実施形態では、異なるモデリング材配合物を吐出する２つ以上のそのようなノズルのアレイは、両方ともＡＭ装置の同じ印刷ヘッドに配置される。いくつかの実施形態では、異なるモデリング材配合物を吐出するノズルアレイは、別個の印刷ヘッドに配置され、例えば、第１のモデリング材配合物を吐出する第１のノズルアレイは、第１の印刷ヘッドに配置され、第２のモデリング材配合物を吐出する第２のノズルアレイは、第２の印刷ヘッドに配置される。
いくつかの実施形態において、モデリング材配合物を吐出するノズルアレイ及び支持材配合物を吐出するノズルアレイは、両方とも同じ印刷ヘッドに配置される。いくつかの実施形態において、モデリング材配合物を吐出するノズルアレイ及び支持材配合物を吐出するノズルアレイは、別々の印刷ヘッドに配置される。
本発明のいくつかの実施形態による物体１１２のＡＭに適したシステム１１０の代表的で非限定的な例を図１Ａに示す。システム１１０は、複数の印刷ヘッドを備える吐出ユニット１６を有する積層造形装置１１４を備える。各ヘッドは、好ましくは、後述の図２Ａ～図２Ｃに示すように、典型的にはオリフィスプレート１２１に取り付けられたノズル１２２の１つ以上のアレイを備え、それを通して液体造形材配合物１２４が吐出される。
好ましくは、必須ではないが、装置１１４は三次元印刷装置であり、この場合、印刷ヘッドはプリントヘッドであり、造形材配合物はインクジェット技術を介して吐出される。一部の用途では、積層造形装置が三次元印刷技術を使用する必要がない場合があるため、これは必ずしもそうである必要はない。本発明の様々な例示的な実施形態に従って企図される積層造形装置の代表的な例には、溶融堆積モデリング装置及び溶融材料配合物堆積装置が含まれるが、これらに限定されない。
各印刷ヘッドは、任意選択でかつ好ましくは、１つ以上の造形材配合物リザーバを介して配合物を供給され、造形材配合物リザーバは、温度制御ユニット（例えば、温度センサ及び／又は加熱装置）及び材料配合物レベルセンサを、任意選択で含み得る。造形材配合物を吐出するために、印刷ヘッドに電圧信号が印加され、例えば、圧電インクジェット印刷技術におけるように、印刷ヘッドノズルを介して材料配合物の液滴を選択的に堆積させる。別の例としては、サーマルインクジェット印刷ヘッドがある。このタイプのヘッドには、造形材配合物と熱接触するヒータ要素があり、電圧信号によるヒータ要素の作動により、造形材配合物を加熱してその中に気泡を形成する。この気泡は、造形材配合物中に圧力を発生させ、造形材配合物の液滴をノズルから吐出させる。圧電式及び感熱式の印刷ヘッドは、固体自由造形の当業者には知られている。任意のタイプのインクジェット印刷ヘッドについて、ヘッドの吐出速度は、ノズルの数、ノズルのタイプ、及び印加電圧信号速度（周波数）に依存する。
任意選択で、吐出ノズル又はノズルアレイの全体の数は、吐出ノズルの半分が、支持材配合物を吐出するために指定され、吐出ノズルの半分が、モデリング材配合物を吐出するために指定されるように選択される、すなわち、モデリング材配合物を噴射するノズルの数は、支持材配合物を噴射するノズルの数と同じである。図１Ａの代表例では、４つの印刷ヘッド１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄが図示されている。各ヘッド１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄは、ノズルアレイを有している。この例において、ヘッド１６ａ及び１６ｂは、モデリング材配合物用に指定することができ、ヘッド１６ｃ及び１６ｄは、支持材配合物用に指定することができる。したがって、ヘッド１６ａは、１つのモデリング材配合物を吐出することができ、ヘッド１６ｂは、別のモデリング材配合物を吐出することができ、ヘッド１６ｃ及び１６ｄの両方は、支持材配合物を吐出することができる。別の実施形態において、ヘッド１６ｃ及び１６ｄは、例えば、支持材配合物を堆積させるための２つのノズルアレイを有する単一のヘッドにおいて組み合わされてもよい。さらなる代替の実施形態において、印刷ヘッドのいずれか１つ以上は、複数の材料配合物を堆積させるための複数のノズルアレイ、例えば、２つの異なるモデリング材配合物、又はモデリング材配合物と支持材配合物とを堆積させるための２つのノズルアレイを有することができ、各配合物は、異なるアレイ又は異なる数のノズルを介している。
しかし、本発明の範囲を限定する意図はなく、モデリング材用配合物用の印刷ヘッド（造形用ヘッド）の数と、支持材用配合物用の印刷ヘッド（支持ヘッド）の数とは、異なっていてもよいことが理解されよう。一般に、モデリング材配合物を吐出するノズルアレイの数、支持材配合物を吐出するノズルアレイの数、及びそれぞれのアレイにおけるノズルの数は、支持材配合物の最大吐出速度とモデリング材配合物の最大吐出速度との間の所定の比ａをもたらすように選択される。所定の比ａの値は、好ましくは、形成された各層において、モデリング材配合物の高さが支持材配合物の高さと確実に等しくなるように選択される。ａの典型的な値は、約０．６～約１．５である。
本明細書で使用される場合、用語「約」は±１０％を指す。
例えば、ａ＝１の場合、支持材配合物の全体的な吐出速度は、すべてのノズルアレイが動作するときのモデリング材配合物の全体的な吐出速度と概ね同じである。
装置１１４は、例えば、各々がｐ個のノズルのｍ個のノズルアレイを有するＭ個のモデリングヘッドと、各々がｑ個のノズルのｓ個のノズルアレイを有するＳ個の支持ヘッドとを備え、Ｍ×ｍ×ｐ＝Ｓ×ｓ×ｑとなるようにすることができる。（Ｍ×ｍ）個のモデリングアレイ及び（Ｓ×ｓ）個の支持アレイの各々は、アレイのグループから組み立てられ、分解され得る別個の物理的ユニットとして製造され得る。この実施形態では、そのような各アレイは、任意選択でかつ好ましくは、それ自体の温度制御ユニット及び材料配合物レベルセンサを備え、その動作のために個別に制御された電圧を受け取る。
装置１１４は、固化装置３２４をさらに含むことができ、固化装置３２４は、堆積された材料配合物を硬化させることができる光、熱などを放出するように構成された任意の装置を含むことができる。例えば、固化装置３２４は、１つ以上の放射線源を含むことができ、放射線源は、例えば、使用されるモデリング材配合物に応じて、紫外線ランプ、可視光ランプ若しくは赤外線ランプ、又は他の電磁放射線源、又は電子ビーム源であり得る。本発明のいくつかの実施形態では、固化装置３２４は、モデリング材配合物を硬化又は固化させるのに役立つ。
固化装置３２４に加えて、装置１１４は、任意選択でかつ好ましくは、溶媒蒸発のための追加の放射線源３２８を含む。放射線源３２８は、任意選択でかつ好ましくは赤外線を発生させる。本発明の様々な例示的な実施形態では、固化装置３２４は、紫外線を発生する放射線源を備え、放射線源３２８は赤外線を発生させる。
本発明のいくつかの実施形態では、装置１１４は、１つ以上のファンなどの冷却システム１３４を備える。
印刷ヘッド（複数可）及び放射線源は、好ましくは、作業面として機能するトレイ３６０上を往復移動するように好ましくは動作可能なフレーム又はブロック１２８に搭載される。本発明のいくつかの実施形態では、放射線源は、印刷ヘッドの後に続いて、印刷ヘッドによって吐出されたばかりの材料配合物を少なくとも部分的に硬化又は固化させるように、ブロックに搭載される。トレイ３６０は水平に配置されている。一般的な慣例によれば、Ｘ－Ｙ平面がトレイ３６０に平行となるように、Ｘ－Ｙ－Ｚ直交座標系が選択される。トレイ３６０は、好ましくは、垂直方向に（Ｚ方向に沿って）、典型的には下方に移動するように構成される。本発明の様々な例示的な実施形態では、装置１１４は、１つ以上のレベリング装置１３２、例えばローラ３２６などをさらに備える。レベリング装置３２６は、その上に連続層を形成する前に、新たに形成された層の厚さを真っ直ぐにし、平らにし、及び／又は確立するのに役立つ。レベリング装置３２６は、好ましくは、レベリング中に発生した余分な材料配合物を回収するための廃棄物回収装置１３６を備える。廃棄物回収装置１３６は、材料配合物を廃棄物タンク又は廃棄物カートリッジに送達する任意の機構を含むことができる。
使用中、ユニット１６の印刷ヘッドは、本明細書ではＸ方向と呼ばれる走査方向に移動し、トレイ３６０上を通過する過程で所定の構成で造形材配合物を選択的に吐出する。造形材配合物は、典型的には、１種類以上の支持材配合物と１種類以上のモデリング材配合物とを含む。ユニット１６の印刷ヘッドの通過に続いて、放射線源１２６によるモデリング材配合物（複数可）の硬化が行われる。堆積したばかりの層の出発点に戻るヘッドの逆方向の通過（passage）において、所定の構成に従って、造形材配合物の追加の吐出が実行され得る。印刷ヘッドの順方向及び／又は逆方向の通過において、このように形成された層は、好ましくは印刷ヘッドの順方向及び／又は逆方向の移動の経路（path）をたどるレベリング装置３２６によって直線化されてもよい。印刷ヘッドがＸ方向に沿ってそれらの出発点に戻ると、印刷ヘッドは、本明細書ではＹ方向と呼ばれるインデックス方向（indexing direction）に沿って別の位置に移動し、Ｘ方向に沿った往復移動によって同じ層の造形を継続することができる。あるいは、印刷ヘッドは、順方向への移動と逆方向への移動との間に、又は２回以上の順方向及び逆方向への移動の後に、Ｙ方向に移動してもよい。単一の層を完成させるために印刷ヘッドによって行われる一連の走査は、本明細書では単一の走査サイクルと呼ばれる。
層が完成すると、トレイ３６０は、その後に印刷される層の所望の厚さに応じて、所定のＺレベルまでＺ軸方向に下降される。この手順を繰り返すことにより、三次元物体１１２を層状に形成する。
別の実施形態では、トレイ３６０は、ユニット１６の印刷ヘッドの順方向への通過と逆方向への通過との間で、層内でＺ方向に変位されてもよい。このようなＺ変位は、レベリング装置と表面との接触を一方向において引き起こし、他方向において防止するために行われる。
システム１１０は、任意選択でかつ好ましくは、造形材配合物の容器又はカートリッジを備え、複数の造形材配合物を積層造形装置１１４に供給する造形材配合物供給システム３３０を備える。
制御ユニット１５２は、積層造形装置１１４を制御し、任意選択でかつ好ましくは、供給システム３３０も制御する。制御ユニット１５２は、典型的には、制御動作を実行するように構成された電子回路を含む。制御ユニット１５２は、好ましくは、例えば標準テッセレーション言語（ＳＴＬ）フォーマットなどの形態でコンピュータ可読媒体上に表されるＣＡＤ構成などの、コンピュータ物体データに基づいて、製造命令に関するデジタルデータを送信するデータプロセッサ１５４と通信する。典型的には、制御ユニット１５２は、各印刷ヘッド又は各ノズルアレイに印加される電圧と、各印刷ヘッド又は各ノズルアレイにおける造形材配合物の温度とを制御する。
製造データが制御ユニット１５２にロードされると、ユーザの介入なしに動作することができる。いくつかの実施形態では、制御ユニット１５２は、例えばデータプロセッサ１５４を使用して、又はユニット１５２と通信するユーザインターフェース１１６を使用して、オペレータから追加の入力を受信する。ユーザインターフェース１１６は、これらに限定されないが、キーボード、タッチスクリーンなど、当技術分野で知られている任意の種類のものとすることができる。例えば、制御ユニット１５２は、追加の入力として、色、特性の歪み及び／又は転移温度、粘度、電気的特性、磁気的特性などであるがこれらに限定されない、１つ以上の造形材配合物の種類及び／又は属性を受信することができる。他の属性及び属性群も想定されている。
本発明のいくつかの実施形態による物体のＡＭに適したシステム１０の別の代表的かつ非限定的な例が、図１Ｂ～図１Ｄに示されている。図１Ｂ～図１Ｄは、システム１０の上面図（図１Ｂ）、側面図（図１Ｃ）、及び等角図（図１Ｄ）を示す。
本実施形態において、システム１０は、トレイ１２と複数のインクジェット印刷ヘッド１６とを備え、複数の印刷ヘッド１６の各々は、それぞれが１つ以上の複数の分離されたノズルを有する１つ以上のノズルアレイを有する。三次元印刷に使用される材料は、造形材供給システム４２によって印刷ヘッド１６に供給される。トレイ１２は、ディスクの形状を有することができ、又は環状であってもよい。垂直軸を中心に回転させることができる限り、非円形形状も考えられる。
トレイ１２及びヘッド１６は、任意選択でかつ好ましくは、トレイ１２とヘッド１６との間の相対的な回転運動を可能にするように取り付けられる。これは、（i）トレイ１２をヘッド１６に対して垂直軸１４を中心に回転するように構成すること、（ii）ヘッド１６をトレイ１２に対して垂直軸１４を中心に回転するように構成すること、又は（iii）トレイ１２及びヘッド１６の両方を、垂直軸１４を中心に、しかし異なる回転速度（例えば、反対方向の回転）で回転するように構成することによって達成され得る。システム１０のいくつかの実施形態は、トレイ１２がヘッド１６に対して垂直軸１４を中心に回転するように構成された回転トレイである、構成（i）に特に重点を置いて以下で説明されるが、本願は、システム１０の構成（ii）及び（iii）も企図していることを理解されたい。本明細書に記載のシステム１０の実施形態のいずれか１つは、構成（ii）及び（iii）のいずれにも適用可能であるように調整することができ、本明細書に記載の詳細を提示される当業者は、そのような調整を行う方法を知っているであろう。
以下の説明では、トレイ１２に平行で垂直軸１４から外側を向く方向を半径方向ｒと呼び、トレイ１２に平行で半径方向ｒに垂直な方向を本明細書では方位角方向φと呼び、トレイ１２に垂直な方向を本明細書では垂直方向ｚと呼ぶ。
システム１０における半径方向ｒは、システム１１０におけるインデックス方向ｙを規定し、方位角方向φは、システム１１０における走査方向ｘを規定する。したがって、半径方向は、本明細書ではインデックス方向と互換的に呼ばれ、方位角方向は、本明細書では走査方向と互換的に呼ばれる。
本明細書で使用される「半径方向位置」という用語は、垂直軸１４から特定の距離にあるトレイ１２の上又は上方の位置を指す。この用語が印刷ヘッドに関連して使用される場合、この用語は、垂直軸１４から特定の距離にあるヘッドの位置を指す。この用語がトレイ１２上の点に関連して使用される場合、この用語は、その半径が垂直軸１４からの特定の距離であり、その中心が垂直軸１４にある円である点の軌跡に属する任意の点に対応する。
本明細書で使用される「方位角位置」という用語は、所定の基準点に対して特定の方位角にあるトレイ１２の上又は上方の位置を指す。したがって、半径方向位置は、基準点に対して特定の方位角を形成する直線である点の軌跡に属する任意の点を指す。
本明細書で使用される「垂直位置」という用語は、特定の点で垂直軸１４と交差する平面上の位置を指す。
トレイ１２は、三次元印刷の造形プラットフォームとして機能する。１つ以上の物体が印刷される作業領域は、必ずしもそうである必要はないが、典型的には、トレイ１２の総面積よりも小さい。本発明のいくつかの実施形態では、作業領域は環状である。作業領域は符号２６で示されている。本発明のいくつかの実施形態では、トレイ１２は、物体の形成中に、同じ方向に連続的に回転し、本発明のいくつかの実施形態では、トレイ１２は、物体の形成中に、少なくとも１回（例えば、振動して）回転方向を逆転させる。トレイ１２は、任意選択でかつ好ましくは、取り外し可能である。トレイ１２を取り外すことは、システム１０のメンテナンスのためであり、又は必要に応じて、新しい物体を印刷する前にトレイを交換するためであり得る。本発明のいくつかの実施形態では、システム１０は、１つ以上の異なる交換トレイ（例えば、交換トレイのキット）を備え、異なる種類の物体（例えば、異なる重さ）や異なる動作モード（例えば、異なる回転速度）などに対して、２つ以上のトレイが指定される。トレイ１２の交換は、必要に応じて手動又は自動で行うことができる。自動交換が使用される場合、システム１０は、ヘッド１６の下方のその位置からトレイ１２を取り外し、それを交換トレイ（図示せず）と交換するように構成されたトレイ交換装置３６を備える。図１Ｂの代表的な図では、トレイ交換装置３６は、トレイ１２を引っ張るように構成された可動アーム４０を有する駆動装置３８として示されているが、他のタイプのトレイ交換装置も考えられる。
印刷ヘッド１６の例示的な実施形態を図２Ａ～図２Ｃに示す。これらの実施形態は、システム１１０及びシステム１０を含むがこれらに限定されない、上述のＡＭシステムのいずれかに使用することができる。
図２Ａ～図２Ｂは、１つのノズルアレイ１２２を有する印刷ヘッド１６（図２Ａ）と、２つのノズルアレイ１２２を有する印刷ヘッド１６（図２Ｂ）とを示す。アレイ内のノズルは、好ましくは直線に沿って直線的に整列される。特定の印刷ヘッドが２つ以上の直線状のノズルアレイを有する実施形態では、ノズルアレイは、任意選択でかつ好ましくは、互いに平行であり得る。印刷ヘッドが２つ以上のノズルアレイを有する場合（例えば、図２Ｂ）、ヘッドのすべてのアレイに同じ造形材配合物を供給することができ、又は同じヘッドの少なくとも２つのアレイに異なる造形材配合物を供給することができる。
システム１１０と同様のシステムが使用される場合、すべての印刷ヘッド１６は、任意選択でかつ好ましくは、走査方向に沿った位置が互いにオフセットされた状態でインデックス方向に沿って配向される。
システム１０と同様のシステムが使用される場合、すべての印刷ヘッド１６は、任意選択でかつ好ましくは、それらの方位角位置が互いにオフセットされた状態で、半径方向（半径方向に平行）に配向される。したがって、これらの実施形態では、異なる印刷ヘッドのノズルアレイは、互いに平行ではなく、むしろ互いに対してある角度を成しており、その角度は、それぞれのヘッド間の方位角オフセットに概ね等しい。例えば、１つのヘッドを半径方向に配向し、方位角位置φ１に配置することができ、別のヘッドを半径方向に配向し、方位角位置φ２に配置することができる。この例では、２つのヘッド間の方位角オフセットはφ１－φ２であり、２つのヘッドの直線状のノズルアレイ間の角度もφ１－φ２である。
いくつかの実施形態では、複数の印刷ヘッドを印刷ヘッドのブロックに組み立てることができ、この場合、ブロックの複数の印刷ヘッドは、典型的には互いに平行である。複数のインクジェット印刷ヘッド１６ａ、１６ｂ、１６ｃを含むブロックは、図２Ｃに示されている。
いくつかの実施形態では、システム１０は、トレイ１２が安定化構造体３０とヘッド１６との間にあるように、ヘッド１６の下方に配置された安定化構造体３０を備える。安定化構造体３０は、インクジェット印刷ヘッド１６が動作している間に発生し得るトレイ１２の振動を防止又は低減するのに役立ち得る。印刷ヘッド１６が垂直軸１４を中心に回転する構成では、好ましくは、安定化構造体３０が常にヘッド１６の真下にある（ヘッド１６とトレイ１２との間にトレイ１２がある）ように、安定化構造体３０も回転する。
トレイ１２及び／又は印刷ヘッド１６は、任意選択でかつ好ましくは、トレイ１２と印刷ヘッド１６との間の垂直距離を変化させるように、垂直軸１４に平行な垂直方向ｚに沿って移動するように構成される。トレイ１２を垂直方向に沿って移動させることによって垂直距離を変化させる構成では、安定化構造体３０もトレイ１２と一緒に垂直方向に移動することが好ましい。トレイ１２の垂直位置を固定したままで、ヘッド１６によって垂直方向に沿った垂直距離を変化させる構成では、安定化構造体３０も固定された垂直位置に維持される。
垂直運動は、垂直駆動装置２８によって確立することができる。１つの層が完成すると、その後に印刷される層の所望の厚さに応じて、トレイ１２とヘッド１６との間の垂直距離を所定の垂直ステップだけ増加させる（例えば、トレイ１２はヘッド１６に対して降下される）ことができる。この手順を繰り返すことにより、層毎に三次元物体を形成する。
インクジェット印刷ヘッド１６の動作、及び任意選択でかつ好ましくはシステム１０の１つ以上の他の構成要素の動作（例えばトレイ１２の動作）は、コントローラ２０によって制御される。コントローラは、電子回路と、回路によって読み取り可能な不揮発性記憶媒体とを有することができ、記憶媒体は、回路によって読み取られると、以下でさらに詳細に説明するように、回路に制御動作を実行させるプログラム命令を記憶する。
コントローラ２０はまた、例えば、標準テッセレーション言語（ＳＴＬ）若しくはステレオリソグラフィ輪郭（ＳＬＣ）フォーマット、仮想現実モデリング言語（ＶＲＭＬ）、積層造形ファイル（ＡＭＦ）フォーマット、図面交換フォーマット（ＤＸＦ）、ポリゴンファイルフォーマット（ＰＬＹ）、又はコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）に適した任意の他のフォーマットの形態で、コンピュータ物体データに基づいて製造命令に関するデジタルデータを送信するホストコンピュータ２４と通信することができる。物体データのフォーマットは、通常、デカルト座標系に従って構造化される。これらの場合、コンピュータ２４は、好ましくは、コンピュータ物体データの各スライスの座標をデカルト座標系から極座標系に変換するための手順を実行する。コンピュータ２４は、任意選択でかつ好ましくは、変換された座標系に関して製造命令を送信する。あるいは、コンピュータ２４は、コンピュータ物体データによって提示される元の座標系に関して製造命令を送信することができ、その場合、座標の変換はコントローラ２０の回路によって実行される。
座標の変換により、回転トレイ上での三次元印刷が可能になる。印刷ヘッドと静止トレイとを有する非回転システムでは、印刷ヘッドは、通常、固定トレイの上方を直線に沿って往復移動する。そのようなシステムでは、ヘッドの吐出速度が均一であれば、印刷の解像度はトレイ上のどの点でも同じである。システム１０では、非回転システムとは異なり、ヘッドポイントのすべてのノズルが同時にトレイ１２上で同じ距離をカバーするわけではない。座標の変換は、任意選択でかつ好ましくは、異なる半径方向位置における等量の過剰な材料配合物を保証するように、実行される。本発明のいくつかの実施形態による座標変換の代表的な例を図３Ａ～図３Ｂに提示する。図３Ａ～図３Ｂは、物体の３つのスライス（各スライスは、物体の異なる層の製造命令に対応する）を示し、図３Ａは、デカルト座標系におけるスライスを示し、図３Ｂは、それぞれのスライスへの座標変換手順の適用後の同じスライスを示す。
典型的には、コントローラ２０は、製造命令に基づいて、かつ以下に説明するように記憶されたプログラム命令に基づいて、システム１０のそれぞれの構成要素に印加される電圧を制御する。
一般に、コントローラ２０は、トレイ１２の回転中に、トレイ１２上に三次元物体を印刷するなどのために、層毎に造形材配合物の液滴を吐出するように印刷ヘッド１６を制御する。
システム１０は、任意選択でかつ好ましくは、１つ以上の放射線源１８を含むことができる。放射線源１８は、使用されるモデリング材配合物に応じて、例えば紫外線ランプ、可視光ランプ、若しくは赤外線ランプ、又は他の電磁放射線源、又は電子ビーム源であり得る。放射線源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、デジタル光処理（ＤＬＰ）システム、抵抗ランプなどを含むがこれらに限定されない、任意の種類の放射線放出装置を含むことができる。放射線源１８は、モデリング材配合物を硬化又は固化するのに役立つ。本発明の様々な例示的な実施形態では、放射線源１８の動作はコントローラ２０によって制御され、コントローラ２０は、放射線源１８を作動及び停止させることができ、また、任意選択で放射線源１８によって生成される放射線の量も、制御することができる。
本発明のいくつかの実施形態では、システム１０は、ローラ又はブレードとして製造することができる１つ以上のレベリング装置３２をさらに備える。レベリング装置３２は、その上に連続層を形成する前に、新たに形成された層を真っ直ぐにする役割を果たす。いくつかの実施形態では、レベリング装置３２は、その対称軸３４がトレイ１２の表面に対して傾斜し、その表面がトレイの表面に平行になるように配置された円錐形ローラの形状を有する。この実施形態は、システム１０の側面図に示されている（図１Ｃ）。
円錐形ローラは、円錐又は円錐台の形状を有することができる。
円錐形ローラの開口角度（opening angle）は、好ましくは、その対称軸３４に沿った任意の位置における円錐の半径と、その位置と対称軸１４との間の距離との間に一定の比が存在するように選択される。ローラが回転する間、ローラの表面上の任意の点ｐが、点ｐの垂直方向下方にある点におけるトレイの線速度に比例する（例えば、同じ）線速度を有するので、この実施形態は、ローラ３２が層を効率的に水平にすることを可能にする。いくつかの実施形態では、ローラは、高さｈ、垂直軸１４からのその最も近い距離における半径Ｒ１、及び垂直軸１４からのその最も遠い距離における半径Ｒ２を有する円錐台の形状を有し、パラメータｈ、Ｒ１及びＲ２は、Ｒ１／Ｒ２＝（Ｒ－ｈ）／ｈという関係を満たし、Ｒは、垂直軸１４からのローラの最も遠い距離である（例えば、Ｒはトレイ１２の半径とすることができる）。
レベリング装置３２の動作は、任意選択でかつ好ましくは、コントローラ２０によって制御され、コントローラ２０は、レベリング装置３２を作動及び停止させることができ、また、任意選択で、垂直方向（垂直軸１４に平行）及び／又は半径方向（トレイ１２に平行で、垂直軸１４に向かって又は垂直軸１４から離れる方向）に沿って、レベリング装置３２の位置を制御することもできる。
本発明のいくつかの実施形態では、印刷ヘッド１６は、半径方向ｒに沿ってトレイに対して往復移動するように構成されている。これらの実施形態は、ヘッド１６のノズルアレイ２２の長さが、トレイ１２上の作業領域２６の半径方向に沿った幅よりも短い場合に有用である。半径方向の方向に沿ったヘッド１６の動きは、任意選択でかつ好ましくはコントローラ２０によって制御される。
いくつかの実施形態は、（同じ又は異なる印刷ヘッドに属する）異なるノズルアレイから異なる材料配合物を吐出することによって、物体を製造することを企図する。これらの実施形態は、とりわけ、所与の数の材料配合物から材料配合物を選択し、選択された材料配合物及びそれらの特性の所望の組み合わせを定義できることをもたらす。本実施形態によれば、層を有する各材料配合物の堆積の空間位置は、異なる材料配合物による異なる三次元空間位置の占有を達成するために定義されるか、又は２つ以上の異なる材料配合物による実質的に同じ三次元位置又は隣接する三次元位置の占有を達成するために定義され、層内の材料配合物の堆積後の空間的組み合わせを可能にし、それによってそれぞれの位置又は複数の位置で複合材料配合物を形成するようにする。
モデリング材配合物の任意の堆積後の組み合わせ又は混合が企図される。例えば、特定の材料配合物が吐出されると、それはその元の特性を保つことができる。しかし、同じ又は近くの場所に吐出される別のモデルリング材配合物又は他の吐出された材料配合物と同時に吐出される場合、吐出された材料配合物とは異なる特性（複数可）有する複合材料配合物が形成され得る。
本発明のいくつかの実施形態では、システムは、層の少なくとも１つのためのデジタル材料配合物を吐出する。
「デジタル材配合物」という語句は、本明細書及び当技術分野で使用される場合、異なる材料配合物の画素又はボクセルが領域にわたって互いに混在（interlace）するように、画素レベル又はボクセルレベルでの２つ以上の材料配合物の組み合わせを表す。そのようなデジタル材配合物は、材料配合物の種類の選択によって、及び／又は２つ以上の材料配合物の比及び相対的な空間分布によって影響を受ける新しい特性を示すことができる。
本明細書で使用される場合、層の「ボクセル」は、層を記述するビットマップの単一のピクセルに対応する、層内の物理的な三次元の体積要素を指す。ボクセルのサイズは、造形材がそれぞれの画素に対応する位置に吐出され、水平にされ、固化されると、造形材によって形成される領域のサイズに概ね等しい。
したがって、本実施形態は、物体の異なる部分において、物体の各部分を特徴付けるために所望される特性に従って、広範囲の材料配合物の組み合わせの堆積と、材料配合物の複数の異なる組み合わせからなり得る物体の製造とを可能にする。
本実施形態に適したＡＭシステムの原理及び動作のさらなる詳細は、米国特許第９，０３１，６８０号に見出され、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
本発明者らは、場合によっては、モデリング材が一旦硬化されると黄色がかった色相を呈し、したがって黄色化された材料の領域を生成することを見出した。これは、必ずしもそうであるとは限らないが、特に、１つ以上の領域が概して透明及び無色であることが意図されている製造物体にとっては望ましくない。
「透明」という用語は、それを通る光の透過率を反射する材料の特性を表す。透明材料は、典型的には、それを通過する光の少なくとも７０％を透過することができること、又は少なくとも７０％の透過率を有することを特徴とする。材料の透過率は、当技術分野で周知の方法を使用して決定することができる。
そのような材料の代表例には、イスラエルのStratasys Ltd社から市販されている、RGD720、MED610（登録商標）、MED625FLX（登録商標）、Vero Clear（登録商標）、及びVero Ultra（登録商標）Clearの商品名を有する材料が含まれるが、これらには限定されない。追加の透明配合物は、「ADDITIVE MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL OBJECTS CONTAINING A TRANSPARENT MATERIAL」（代理人整理番号第８９３４３号）と題する同時出願されたＰＣＴ出願に記載されており、これは、国際公開第２０２０／０６５６５４号パンフレット、及び国際出願第ＰＣＴ／ＩＬ２０２０／０５０３９６号において、米国仮特許出願第６３／０９４，８０１号の優先権を主張している。
本発明のいくつかの好ましい実施形態において、物体が製造されるモデリング材配合物の少なくとも１つは、光開始剤を含有する。
本発明のいくつかの実施形態によれば、モデリング材は、４７０ｎｍ未満、より好ましくは４６０ｎｍ未満、例えば４５０ｎｍ未満のピーク波長を有する可視光に曝露されたときに光退色を起こす光開始剤を含む光硬化性モデリング材配合物を硬化させると得られる。
本明細書で使用する場合、「光退色を起こす（undergoes photobleaching）」とは、光開始剤の残留量が分解され、その結果、一旦硬化すると、材料の透過率が、少なくともＹｎｍの幅を特徴とするスペクトル帯域の光に対して少なくともＸ％増加するような変化を意味し、ここで、Ｘは５、又は１０、又は２０、又は３０であり、Ｙは１０、又は２０、又は３０、又は４０、又は５０である。透過率が低下するスペクトル帯域の代表例は、黄色光（例えば、約５６５ｎｍ～約５９０ｎｍの波長）である。なお、スペクトル帯域外の光に対する材料の透過率は、好ましくは変化しない。
本発明のいくつかの実施形態では、光退色は、ＣＩＥ ＸＹＺ色空間でモデリング材の黄色度指数の少なくとも５単位の減少をもたらす。
本発明のいくつかの実施形態によれば、光開始剤は、ホスフィンオキシド型光開始剤及びゲルマニウム系光開始剤から選択される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、ゲルマニウム系光開始剤は、モノアシル、ジアシル、トリアシル及びテトラアシルゲルマン型を含むアシルゲルマン型の光開始剤である。
本明細書に記載される実施形態のいずれかのいくつかによれば、光開始剤（複数可）は、ホスフィンオキシド型（例えば、モノアシル化（ＭＡＰＯ）又はビスアシル化ホスフィンオキシド型（ＢＡＰＯ）光開始剤）を含むか、又は本質的にホスフィンオキシド型からなる。
例示的なモノアシル及びビスアシルホスフィンオキシドとしては、（２，４，６－トリメチルベンゾイル）－ジフェニルホスフィンオキシド（ＴＰＯ）、ビス（２，４，６－トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキシド、ジベンゾイルフェニルホスフィンオキシド、ビス（２，６－ジメトキシベンゾイル）フェニルホスフィンオキシド、トリス（２，４－ジメチルベンゾイル）ホスフィンオキシド、トリス（２－メトキシベンゾイル）ホスフィンオキシド、２，６－ジメトキシベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、２，６－ジクロロベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、２，３，５，６－テトラメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、ベンゾイル－ビス（２，６－ジメチルフェニル）ホスホネート及び２，４，６－トリメチルベンゾイルエトキシフェニルホスフィンオキシドが挙げられるが、これらに限定されない。
約３８０ｎｍを超えて最大約４５０ｎｍまでの波長範囲で照射されたときにフリーラジカル開始が可能な市販のホスフィンオキシド光開始剤としては、ビス（２，４，６－トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキシド（IRGACURE（登録商標）819として市販されている）、ビス（２，６－ジメトキシベンゾイル）－（２，４，４－トリメチルペンチル）ホスフィンオキシド（CGI 403として市販されている）、ビス（２，６－ジメトキシベンゾイル）－２，４，４－トリメチルペンチルホスフィンオキシド及び２－ヒドロキシ－２－メチル－１－フェニルプロパン－１－オン（IRGACURE（登録商標）1700として市販されている）の２５：７５の混合物（重量比）、ビス（２，４，６トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキシド及び２－ヒドロキシ－２－メチル－１－フェニルプロパン－１－オン（DAROCUR（登録商標）4265として市販されている）の１：１の混合物（重量比）、並びにエチル２，４，６－トリメチルベンジルフェニルホスフィネート（LUCIRIN LR 8893X）が挙げられる。
約３８０ｎｍを超えて最大約４５０ｎｍまでの波長範囲で照射されたときにフリーラジカル開始が可能な市販のホスフィンオキシド光開始剤としては、ビス（２，４，６－トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキシド（IRGACURE（登録商標）819として市販されている）、ビス（２，６－ジメトキシベンゾイル）－（２，４，４－トリメチルペンチル）ホスフィンオキシド（CGI 403として市販されている）、ビス（２，６－ジメトキシベンゾイル）－２，４，４－トリメチルペンチルホスフィンオキシド及び２－ヒドロキシ－２－メチル－１－フェニルプロパン－１－オン（IRGACURE（登録商標）1700として市販されている）の２５：７５の混合物（重量比）、ビス（２，４，６トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキシド及び２－ヒドロキシ－２－メチル－１－フェニルプロパン－１－オン（DAROCUR（登録商標）4265として市販されている）の１：１の混合物（重量比）、並びにエチル２，４，６－トリメチルベンジルフェニルホスフィネート（LUCIRIN LR 8893X）が挙げられる。
例示的な実施形態において、ホスフィンオキシド型光開始剤は、３８０ｎｍより長い波長、例えば約３９０～約４４０ｎｍの波長で活性化される。
例示的な実施形態では、ホスフィンオキシド型光開始剤は、（２，４，６－トリメチルベンゾイル）－ジフェニルホスフィンオキシド（ＴＰＯ）、及び／又はビス（２，４，６－トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキシド（IRGACURE（登録商標）819として市販されており、本明細書及び当該技術分野ではI-819とも呼ばれる）であるか又はそれを含む。
本発明者らは、本明細書において光退色と呼ばれるプロセスにおいて、光及び熱による物体の製造後の処理によって黄色がかった色合いの少なくとも一部を除去できることを見出した。本発明者らは、予期せぬことに、可視光範囲内の波長の特定の部分範囲について、光退色が他の波長と比較して著しく速く、より効率的であることを発見した。特に、本発明者らは、４７０ｎｍ未満、より好ましくは４６０ｎｍ未満、例えば４５０ｎｍ未満のピーク波長を有する可視光が、他のピーク波長を有する光、又は実質的に白色光よりも黄色味を速く低減することを見出した。
したがって、本発明のいくつかの実施形態によれば、積層造形によってモデリング材から製造された物体は、４７０ｎｍ未満のピーク波長を有する可視光にそれを曝露することによって処理される。ピーク波長は、好ましくは少なくとも３５０ｎｍ、より好ましくは少なくとも３７０ｎｍ、より好ましくは少なくとも３９０ｎｍ、例えば４００ｎｍ以上である。
本発明のいくつかの実施形態では、物体の可視光への曝露の任意の時間間隔において、可視光のスペクトルエネルギーのＸ％は、約４３０ｎｍ～約４７０ｎｍ、又は約４４０ｎｍ～約４６０ｎｍに及ぶスペクトル範囲内であり、Ｘは、少なくとも２０、又は少なくとも３０、又は少なくとも４０、又は少なくとも５０、又は少なくとも６０、又は少なくとも７０、又は少なくとも８０、又は少なくとも９０、又は少なくとも９５である。
本実施形態に適した可視光のスペクトル成分の代表例を図９Ａに示す。白色ＬＥＤのスペクトル成分を図９Ｂに示す。図に示すように、図９Ａでは、スペクトルエネルギーの大部分が約４３０ｎｍ～約４７０ｎｍに及ぶスペクトル範囲内にあるが、図９Ｂでは、スペクトルエネルギーのかなりの部分がより長い波長（５００ｎｍ以上）で供給される。
また、予想外にも、光退色プロセスが過度に高い温度で実行される場合、又は光退色プロセス自体がモデリング材の温度を上昇させる場合に、モデリング材中のいくつかの染料が、分解又は他の方法で化学的に修飾され得ることが発見された。特に、本発明者らは、マゼンタ染料が光退色プロセスに対して実質的に脆弱であり、特に光退色プロセスが、マゼンタ染料（例えば、黒色などのマゼンタを含むモデリング材）を含むモデリング材の熱変形温度（ＨＤＴ）を超える温度で行われる場合において、マゼンタ染料が光退色プロセスに対して脆弱であることを見出した。
したがって、本発明のいくつかの実施形態によれば、物体は、本明細書でさらに詳述するように可視光線と、モデリング材のＨＤＴ未満の温度、より好ましくはモデリング材のＨＤＴより最大５℃又は最大１０℃低い温度に物体を曝露することによって処理される。好ましくは、物体がさらされる温度は、ＴＭＩＮよりも高く、ＴＭＩＮは、室温（例えば、２５℃）及びＨＤＴよりも２０℃低い温度のうちの、より大きい方である所定のパラメータである。物体が２つ以上のモデリング材から製造される場合、光退色は、最も低いＨＤＴ値を有するモデリング材のＨＤＴよりも低い（例えば、少なくとも５℃低い）温度、又は前記物体を製造するために使用されるモデリング材の加重平均ＨＴＤよりも低い温度で行う。
可視光線及び温度への曝露の持続時間は、好ましくは、所望の効果の程度に基づいて選択される。例えば、本発明のいくつかの実施形態では、曝露の持続時間は、式ＹＩ＝１００－青色／［（青色＋赤色＋緑色）／３］＊１００を用いて計算されるモデリング材の黄色度指数（ＹＩ）を低下させるように選択される。
代替的に、ＹＩは、ＡＳＴＭ規格Ｅ３１３に従って分光光度計を使用して測定することができる。
本発明の様々な例示的な実施形態では、曝露の持続時間は、ＹＩを少なくとも５単位、より好ましくは少なくとも６単位、より好ましくは少なくとも７単位、より好ましくは少なくとも８単位、より好ましくは少なくとも９単位、より好ましくは少なくとも１０単位減少させるように選択される。
さらに代替的に、ＹＩは、式ＹＩ＝１００×（ＣＸＸ－ＣＺＺ）／Ｙを使用して計算することができ、式中、ＣＸ及びＣＺは定数であり、Ｘ、Ｙ、ＺはＣＩＥ ＸＹＺ色空間における三刺激値である。モデリング材の色が他の色空間（例えば、ＣＭＹＫ）で表現される場合、色変換によりそれぞれの色空間をＣＩＥ ＸＹＺ色空間に変換することができる。そのような色変換は、印刷の技術分野の当業者には周知である。係数ＣＸ及びＣＺの値は、ＹＩを定義するために使用されるＡＳＴＭ規格に従っている。ＡＳＴＭ規格Ｄ－１９２５が使用される場合、ＣＸは約１．２８であり、ＣＺは約１．０６である。
一般に、モデリング材の黄色度指数を低下させることが望まれているが、特に、一般に透明で無色のモデリング材で作られた物体の部分については、物体の着色部分の色を維持することが好ましい。すなわち、曝露後の着色部分の色と曝露前の着色部分の色との色差が小さいことが好ましい。
色差は、本明細書では、ＣＩＥ（Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊）色空間における数学的演算を使用して計算することができる量によって好都合に表される。オブジェクトの着色領域の色を他の色空間（例えば、ＣＭＹＫ又はＣＩＥ ＸＹＺ）で表現する場合、色差はそれらの色空間で表現することができ、あるいは、色変換によってそれぞれの色空間をＣＩＥ（Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊）色空間に変換して、この空間の色差を計算することができる。ＣＩＥ（Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊）色空間は、一般に「均一な」色空間と呼ばれ、色空間内のある色点から別の色点までのステップのサイズが等しいと、略等しい色の違いとして知覚される。すべての色は、色空間内の点として扱われ、３成分（Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊）によって表される。これは、例えば、限定はしないが、米国ミシガン州のX-Rite社から市販されている商品名Ci7860を有する分光計などの分光計によって測定することができる。
２色間の差は、色空間における対応する点の間でユークリッド距離を用いて定量化することができる。正式には、２つの色の座標を（Ｌ１ ＊、ａ１ ＊、ｂ２ ＊）及び（Ｌ２ ＊、ａ２ ＊、ｂ３ ＊）で示すと、２つの色の差は下記式によって与えられる。
上記のΔＥ＊の式を用いることにより、曝露後の着色領域の色と、曝露前の同じ着色領域の色との色差を、いわゆる「ΔＥ＊単位」で表すことができる。したがって、例えば、ΔＥ＊についての上記式の右辺が１である場合、２色間の色差は１ΔＥ＊単位であると言われる。
本発明のいくつかの実施形態では、物体の少なくとも１つの着色領域、より好ましくは物体の各着色領域について、曝露後の着色領域の色と曝露前の着色領域の色との間の色差が２ΔＥ＊単位未満となるように、光退色プロセス（例えば、ピーク波長、温度、持続時間）のパラメータの１つ以上が選択される。
本発明のいくつかの実施形態では、光退色プロセスの持続時間は、処理後に、物体が製造される透明なモデリング材が、少なくとも９０のＣＩＥ明度値Ｌ＊と、少なくとも－０．３５のＣＩＥａ＊値と、２未満又は１．５未満のＣＩＥｂ＊値とによって特徴付けられるように選択される。
上記の実施形態のいずれかでは、光退色プロセスのパラメータの１つ以上は、オペレータによって手動で選択され、及び／又は自動的に選択され、及び／又はオペレータによって選択できないように予め決定され得る。例えば、光のピーク波長は、予め決定され、オペレータによって選択できないようにすることができ（例えば、４００ｎｍ～５００ｎｍの間、又は４２０ｎｍ～４８０ｎｍの間の値に設定される）、温度及び曝露の持続時間の少なくとも一方は手動又は自動で選択することができる。
パラメータの選択は、物体固有であることが好ましく、その結果、物体の製造パラメータの１つ以上が、光退色プロセスのためのそれぞれのパラメータを選択するための入力として使用される。入力として使用することができる製造パラメータの代表的な例には、物体が製造されたモデリング材の種類、物体が製造されたモデリング材のＨＤＴ、物体が製造されたモデリング材の熱伝導率、物体の幾何学的形状（例えば、ある方向に沿った厚さ又は厚さのセット、或いは、２つ若しくは３つの方向の各々に沿った厚さ又は厚さのセット）、物体を製造するために使用された各モデリング材の量（例えば、体積、重量）、硬化放射線（使用される場合）への物体の曝露の持続時間などが含まれるが、これに限定するものではない。いくつかの製造パラメータは、他の製造パラメータに関する情報から得ることができることが理解される。例えば、モデリング材の種類に関する入力を受け取ることにより、例えばルックアップテーブルを使用して、この材料のＨＤＴ及び／又は熱伝導率を得ることができる。
製造パラメータが受信されると、製造パラメータを光退色のパラメータと関連付けるルックアップテーブル、又はより好ましくは製造パラメータのセットを光退色のパラメータのセットと関連付けるルックアップテーブルを使用して、光退色プロセスのパラメータを選択することができる。実際の製造パラメータがルックアップテーブルのエントリと正確に一致する場合でも、ルックアップテーブルを使用することができる。この場合、実際の製造パラメータに最もよく一致するエントリが選択され、選択されたエントリに対応する光退色のためのパラメータがルックアップテーブルから抽出される。抽出されたパラメータは、光退色プロセスで使用することができる。あるいは、光退色に使用されるパラメータは、例えば補間及び／又はスケーリングを適用することによって、抽出されたパラメータに基づいて計算することができる。
光退色のためのパラメータの選択が自動的に行われる場合、それは好ましくは、ＡＭシステム（例えば、システム１０又は１１０）から製造パラメータを受信し、製造パラメータを光退色のためのパラメータと関連付けるルックアップテーブルを含むコンピュータ可読媒体にアクセスし、ＡＭシステムから受信した製造パラメータと一致する製造パラメータについてルックアップテーブルを検索し、ルックアップテーブルから光退色プロセスのためのそれぞれのパラメータを抽出することによって実行される。
図４は、本発明のいくつかの実施形態による、ＡＭシステムによってモデリング材から製造された物体１１２を処理するためのシステム２００の概略図である。ＡＭシステムは、積層造形によって三次元物体を製造する任意のシステムとすることができ、例えば、上述のシステム１０又は１１０などが挙げられるが、これに限定されない。システム２００は、物体１１２を受け入れるための処理チャンバ２０２を備える。典型的には、チャンバ２０２には、物体１１２がチャンバ２０２に導入された後にチャンバを閉じるためのドア２０４が設けられる。システム２００は、物体１１２を照明するための光２０８を生成するための照明システム２０６をさらに備える。典型的には、照明システム２０６は、光２０８を生成するための１つ以上の光源２１０を備える。光源２１０は、これらに限定されないが、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ、水銀ランプなどの、当技術分野で公知の任意のタイプのものとすることができる。本発明のいくつかの実施形態では、照明システムは、本明細書でさらに詳述するように、４７０ｎｍ未満のピーク波長を有する可視光を生成する。所望のピーク波長を有する発光スペクトルを有する光源を選択することによって、又は所望のピーク波長を有する透過スペクトルを有するフィルタを用いてより広いスペクトルを有する光をフィルタリングすることによって、所望のピーク波長を有する光２０８のスペクトルを確保することができる。チャンバ２０２内の光源２１０の位置は変化してもよいが、それらは好ましくはチャンバ２０２の上部内面及び／又は角部に配置される。いくつかの実施形態では、１つ以上のＬＥＤのストリップが使用される（例えば、白色ＬＥＤ及び／又は青色ＬＥＤのストリップ）。
システム２００は、任意選択でかつ好ましくは、物体１１２及び／又はチャンバ２０２の内部を加熱するための加熱システム２１２をさらに備える。図４は、加熱システム２１２がチャンバ２０２の底部にあり、物体１１２を下方から加熱するように配置されている実施形態を示す。しかしながら、本発明のいくつかの実施形態は、加熱システム２１２をチャンバ２０２の他の部分（例えば、１つ以上の側壁、及び／又は上部）に配置することを企図しているので、これは必ずそうである必要はない。さらに、本実施形態は、複数の加熱要素を有する加熱システムを想定しており、その場合、加熱要素は、チャンバ２０２内の１つの位置に配置されるか、又は（例えば、その壁、底部及び／又は上部に）分散して配置され得る。いくつかの実施形態では、システム２００は、冷却システム２３０（例えば、１つ以上のファン）、及び／又は物体１１２及び／又はチャンバ２０２の閉ループ温度監視用の１つ以上の温度センサ２３２（例えば、ＩＲセンサ）を含む。
本発明のいくつかの実施形態では、システム２００は、ＡＭシステムによる物体の製造に対応する製造パラメータのセットを受け取るように構成された回路を有する入力２１４を備える。入力２１４は、例えば、キーボード又はタッチスクリーンなどであるがこれらに限定されないユーザインターフェースを含むことができる。あるいは、入力２１４は、遠隔ユーザインターフェース（図示せず）と通信するように構成された通信システムを含むことができ、製造パラメータのセットに関する信号を遠隔ユーザインターフェースから受信することができる。遠隔ユーザインターフェースは、当技術分野で知られている任意のタイプのものとすることができる。例えば、遠隔ユーザインターフェースは、携帯電話、タブレットコンピュータ、ノートブックコンピュータなどからなる群から選択することができる。入力２１４は、本発明のいくつかの実施形態では、ＡＭシステム１０／１１０と直接通信するように構成された通信システムを含むことができ、その場合、ＡＭシステムはまた、入力２１４と通信するように構成された通信システム１７（図１Ａ及び図１Ｂも参照されたい）を含む。これらの実施形態では、ＡＭシステムのコントローラ又はデータプロセッサは、入力２１４への送信のために製造パラメータのセットを通信システム１７に供給する。
入力２１４と、ＡＭシステムの遠隔インターフェース及び／又は通信システム１７との間の通信は、ケーブル２１８を介した有線通信、又は例えば近距離無線通信技術（例えば、Bluetooth（登録商標）、WiFiなど）を介した無線通信とすることができる。
システム２００は、好ましくは、入力２１４から製造パラメータのセットを受信するように構成された回路を有するコンピュータ化されたコントローラ２１６を備える（入力２１４がユーザインターフェースであっても、又は遠隔ユーザインターフェースから（又はＡＭシステムから直接）製造パラメータを受信する通信システムであってもよい）。任意選択でかつ好ましくは、コントローラ２１６の回路はまた、製造パラメータのセットに基づいて照明システム２１０及び加熱システム２１２を動作させるように構成される。典型的には、必須ではないが、コントローラ２１６は、コントローラ２１６が入力２１４を介して受信した製造パラメータのセットに基づいて光退色プロセスのパラメータを決定するのに十分な情報を記憶するコンピュータ可読媒体２２０にアクセスする。次いで、コントローラ２１６は、光退色プロセスの決定されたパラメータに従って、照明システム２１０及び加熱システム２１２を動作させる。
また、本実施形態では、媒体２２０に記憶させる多くの種類の情報を企図している。好ましくは、情報は、本明細書でさらに詳述するように、製造パラメータを光退色のためのパラメータと関連付けるルックアップテーブルの形態である。例えば、製造パラメータのセットがモデリング材の種類を含む場合、媒体２２０は、例えば、それぞれがモデリング材の種類とエントリのモデリング材の種類に対応するＨＤＴの値とを含む、複数のエントリを有するルックアップテーブルの形態のＨＤＴデータを含むことができる。この場合、モデリング材の種類は製造パラメータであり、ＨＤＴの値は光退色のパラメータである。次いで、コントローラ２１６は、ＨＤＴデータを検索し、入力２１４を介して受け取ったモデリング材の種類に対応するＨＤＴの値を抽出し、加熱システム２１２を制御して、本明細書でさらに詳述するように、ＨＤＴの値より低い温度をチャンバにおいて維持することができる。あるいは、入力２１４を介して受信した製造パラメータのセットは、ＨＤＴの値を予め含むことができ、この場合、コンピュータ化されたコントローラ２１６は、媒体２２０を検索することなく、ＨＤＴの値より低い温度を維持するように加熱システム２１２を制御することができる。
製造パラメータのセットがモデリング材の種類を含む場合、媒体２２０はまた、例えば、それぞれがモデリング材の種類とエントリのモデリング材の種類に対応する熱伝導率の値とを含む、複数のエントリを有するルックアップテーブルの形態で、熱伝導率データを含むことができる。次いで、コントローラ２１６は、熱伝導率データを検索し、入力２１４を介して受け取ったモデリング材の種類に対応する熱伝導率の値を抽出し、熱伝導率の値に基づいてシステム２１０及び２１２が動作する持続時間を制御することができる。媒体２２０は、熱伝導率を持続時間と関連付ける別のルックアップテーブルを含むことができ、コントローラ２１６は、このルックアップテーブルを検索することによって適切な持続時間を選択することができる。あるいは、媒体２２０は、モデリング材の種類と持続時間とを関連付けるルックアップテーブルを含むことができ、この場合、コントローラ２１６は、熱伝導率を決定することなくモデリング材の種類に基づいて持続時間を選択することができる。さらに代替的に、入力２１４を介して受信した製造パラメータのセットは、熱伝導率の値を予め含んでおくことができ、この場合、コンピュータ化されたコントローラ２１６は、熱伝導率を持続時間と関連付けるルックアップテーブルを使用して、モデリング材の種類を決定することなく、適切な持続時間を決定することができる。
製造パラメータのセットが物体を記述する幾何学的パラメータを含む場合、コントローラ２１６は、幾何学的パラメータに基づいて曝露の持続時間を選択する。任意選択でかつ好ましくは、これは、媒体２１６内の情報を使用して行われる。例えば、媒体２２０は、それぞれが幾何学的情報及びエントリの幾何学的情報に対応する持続時間の値を含む、複数のエントリを有するルックアップテーブルを含むことができる。ルックアップテーブルは、エントリ毎に異なる幾何学的パラメータ、又はエントリ毎に異なる幾何学的パラメータのセットを含むことができる。例えば、ルックアップテーブルは、異なる形状に関係する第１の複数のエントリ、異なる体積に関係する第２の複数のエントリ、異なる厚さに関係する第３の複数のエントリなどを含むことができる。あるいは、ルックアップテーブルは、それぞれが形状、体積、及び厚さの異なる組み合わせに関連する、複数のエントリを含むことができる。
製造パラメータのセットはまた、製造に使用される光開始剤の種類及び／又は濃度を含むことができる。この場合、コントローラ２１６は、光開始剤の種類及び／又は濃度に基づいて、システム２１０及び２１２が動作する持続時間を制御することができる。媒体２２０は、光開始剤の種類及び／又は濃度を持続時間と関連付けるルックアップテーブルを含むことができ、コントローラ２１６は、このルックアップテーブルを検索することによって適切な持続時間を選択することができる。
上記のタイプの情報の任意の組み合わせが考えられる。例えば、好ましい実施形態では、各エントリが１つの製造シナリオに対応し、この製造シナリオを光退色プロセスのパラメータのセットに関連付けるように、可能な製造シナリオの先験的な集合（a priori collection）が媒体２２０のルックアップテーブルを定義するために使用される。例えば、ルックアップテーブルのエントリは、モデリング材の種類、幾何学的形状、ＨＤＴ、熱伝導率、及び光退色プロセスの対応するパラメータのセット（例えば、温度、持続時間）からなる群から選択される製造パラメータのセットを含むことができる。
用語「comprises、comprising（備える、含む）」「includes、including（含む）」「having（有する）」及びそれらの活用形は、「を含むが、これに限定されない」ということを意味する。
用語「からなる（consisting of）」は、「を含み、これに限定される」ということを意味する。
「本質的に～からなる（consisting essentially of）」という用語は、組成物、方法又は構造が追加の成分、工程及び／又は部分を含み得るが、追加の成分、工程及び／又は部分が、特許請求される組成物、方法又は構造の基本的かつ新規な特徴を実質的に変化させない場合に限ることを意味する。
本明細書で使用される場合、単数形「a」、「an」、及び「the」は、文脈上他に明確に指示されない限り、複数の言及を含む。例えば、「化合物（a compound）」又は「少なくとも１つの化合物（at least one compound）」という用語は、それらの混合物を含む複数の化合物を含み得る。
本願を通して、本発明の様々な実施形態は、範囲の形式で提示され得る。範囲の形式での説明は、単に便宜及び簡潔さのためのものであり、本発明の範囲に対する柔軟性のない限定として解釈されるべきではないことを理解されたい。したがって、範囲の説明は、すべての可能な部分範囲と、その範囲内の個々の数値とを具体的に開示したと見なされるべきである。例えば、１～６などの範囲の説明は、１～３、１～４、１～５、２～４、２～６、３～６などの部分範囲と、その範囲内の個々の数、例えば１、２、３、４、５、及び６と、を具体的に開示していると見なされるべきである。これは、範囲の幅に関係なく適用される。
本明細書において数値範囲が示される場合はいつでも、示された範囲内の任意の引用された数字（分数又は整数）を含むことを意味する。第１の指示数と第２の指示数との「間の範囲」及び第１の指示数「から」第２の指示数「までの範囲」という語句は、本明細書では互換的に使用され、第１指示数及び第２の指示数と、第１指示数及び第２の指示数の間のすべての分数及び整数とを含むことを意味する。
明確にするために別個の実施形態の文脈で説明されている本発明の特定の特徴は、単一の実施形態において組み合わせて提供されてもよいことが理解される。逆に、簡潔にするために単一の実施形態の文脈で説明されている本発明の様々な特徴はまた、別個に、又は任意の適切な部分的組み合わせで、又は本発明の任意の他の説明された実施形態で適切であるように提供されてもよい。様々な実施形態の文脈で説明される特定の特徴は、実施形態がそれらの要素なしでは動作不能でない限り、それらの実施形態の本質的な特徴と見なされるべきではない。
本明細書で説明され、以下の特許請求の範囲の項で特許請求される本発明の様々な実施形態及び態様は、以下の実施例において実験的裏付けを見出す。
ここで、上記の説明と共に、本発明のいくつかの実施形態を非限定的に例示する、以下の実施例を参照する。
本実施形態の光退色プロセスが、積層造形（ＡＭ）によって製造された物体を漂白する能力を調べるために、比較研究を行った。すべての実験において、物体は、「ADDITIVE MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL OBJECTS CONTAINING A TRANSPARENT MATERIAL」（代理人整理番号第８９３４３号）と題する同時出願されたＰＣＴ出願（それは本譲受人による米国仮特許出願第６３／０９４８０１号の優先権の利益を主張するものである）に記載されているように、チオエーテル材料を含む新たに設計された透明配合物から製造され、その透明配合物は、例えば０．８％の濃度で光開始剤としてＴＰＯを含み、４５℃～４８℃で推定されるＨＤＴを特徴とする。
ある実験では、横寸法４０ｍｍ×４０ｍｍ、高さ５ｍｍの物体を３Ｄインクジェット印刷によって製造し、少なくとも２４時間、様々な貯蔵条件下に置いた。物体は、（１５ｍｍの物体が完成するまで）高さ５ｍｍの物体を過剰な量のＵＶ光に曝すように、高さ１５ｍｍの他の物体（この実験では使用されなかった）と共に製造された。以下の４つの貯蔵条件を試験した。（i）白色光（白色ランプ４５Ｗ、光温度６５００Ｋ）と室温（約２５℃）、（ii）青色光と温度４５℃、（iii）暗い条件での温度４５℃、及び（iv）室温条件と白色蛍光灯。各貯蔵条件について、貯蔵時間の関数としてＹＩを計算した。ＹＩは以下のようにして算出した。
デジタルカメラ（Canon、PowerShot A650 ＩS）を用いて、一対の印刷部品の画像を撮影した。次いで、画像をImageJを使用して分析し、ＲＧＢの値を抽出した。黄色度指数は、以下の式に従って計算した。
黄色度指数＝１００－青色／［（青色＋赤色＋緑色）／３］＊１００
式中、青色、赤色、及び緑色は、画像処理によって得られたそれぞれの色の強度である。
結果を図５に示す。図示されるように、ＹＩの最も速い減少は、貯蔵条件（ii）に対するものであった。
別の実験では、高さ１０ｍｍ及び横寸法４０ｍｍ×４０ｍｍの物体を３Ｄインクジェット印刷によって製造し、異なる照明シナリオで光に曝露した。以下の３つの照明シナリオを試験した。（i）実験室での蛍光白色光、（ii）４０℃に維持された照明室での白色光照明、及び（iii）４０℃の温度に維持されたテーブル上での４５Ｗ及び光温度６５００Ｋの白色ランプを用いた照明。各シナリオについて、ＹＩは、前の実験について行われたように、照明時間の関数として計算された。結果を図６に示す。示されるように、ＹＩが最も速く減少したのは、照明シナリオ（ii）であった。
追加の実験では、光スペクトルの影響を調査した。高さ１０ｍｍ、横寸法４０ｍｍ×４０ｍｍの物体を、３Ｄインクジェット印刷によって製造し、異なるスペクトルで光に曝露した。以下の４つの照明シナリオを試験した。（i）室温（２５℃）で４６０ｎｍのピーク波長を有する光、（ii）室温（２５℃）で４４０ｎｍのピーク波長を有する光、（iii）室温（２５℃）の白色投光ランプ（１００Ｗ、光温度－６５００Ｋ）、及び（iv）温度４０℃で白色投光ランプ（１００Ｗ、光温度－６５００Ｋ）。各シナリオについて、ＡＳＴＭ Ｅ－３１３に従い、ベンチトップ分光光度計（CI76600）を使用して、照明時間の関数としてＹＩを測定した。結果を図７に示す。図示されるように、ＹＩが最も速く減少したのは、照明シナリオ（ii）であった。照明シナリオ（iv）では実験の最後に１回の測定が行われたため、図７は傾向線を含んでいない。
以下の表１は、３Ｄインクジェット印刷によって製造された高さ１ｍｍ及び横寸法４０ｍｍ×４０ｍｍの１０個の物体を、室温と、投光ランプの１００Ｗ、ＬＥＤ６５００Ｋシステムによって生成された白色光とで、光退色処理を施した実験の結果をまとめたものである。表１には、処理前、光への曝露の１時間後、及び光への曝露の６時間後の各物体の色が示されている。色はＣＩＥ（Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊）色空間で表されている。処理前の色に対する色差ΔＥも示されている。表１は、光退色に白色光を使用すると、多くのサンプルについて６時間の処理後に色の著しい変化をもたらすことを実証している。
以下の表２は、より高い線量の４６０ｎｍのＬＥＤ光（この実験では１００Ｗ）を使用したことを除いて、表１に要約した実験と同様の実験の結果をまとめている。
表２は、高い線量の４６０ｎｍのＬＥＤ光はまた、６時間の処理後に色の有意な変化をもたらすことを実証している。
図８は、（i）室温及び投光ランプの１００Ｗの白色光での光退色、（ii）温度４０℃及び４つの９Ｗ、６５００ＫのＬＥＤを使用した白色ＬＥＤ光での光退色、並びに（iii）温度４０℃及び４５０ｎｍ～５００ｎｍの間のピーク波長を有する光を放出する４つの９ＷのＬＥＤを使用した青色ＬＥＤ光での光退色、についてのＹＩの減少を示す。図示されるように、ＹＩの最も大きな変化は、光退色プロセス（iii）に対するものであった。以下の表３及び表４は、３Ｄインクジェット印刷によって製造された高さ１ｍｍ及び横寸法４０ｍｍ×４０ｍｍの１０個の物体について、それぞれ光退色プロセス（iii）及び（i）の色の変化をまとめたものである。
表３及び表４と図８とは、光退色プロセス（iii）が、物体の色の変化を小さく維持しながら、ＹＩの大幅な低減を首尾よく達成することを実証している（表３）。これに対して、光退色プロセス（i）は、物体の色の変化を小さく維持するが（表４）、ＹＩを低減するのに十分ではないことが分かる。
物体の機械的特性に対する光退色プロセスの効果も研究した。２４時間の曝露の持続時間の結果を以下の表５にまとめ、図８に記載の光退色プロセス（i）～（iii）を適用した後の改善された機械的特性を示す。
「曲げ強度」又は「曲げ応力（flexural stress or Flex., Stress）」とは、曲げ試験で降伏する直前の材料の応力を意味する。曲げ応力は、例えば、ＡＳＴＭ Ｄ－７９０－０３に従って判定することができる。
「曲げ弾性率」、又は「曲げＹ弾性率（flex. Y. Modulus）」とは、曲げ変形における応力と歪みの比を意味し、ＡＳＴＭ Ｄ７９０などの曲げ試験によって生成された応力－歪み曲線の勾配から判定される。曲げ弾性率は、例えば、ＡＳＴＭ Ｄ－７９０－０４に従って判定することができる。
本発明をその特定の実施形態と併せて説明してきたが、多くの代替、修正及び変形が、当業者に明らかであることは明白である。したがって、添付の特許請求の範囲の精神及び広い範囲に含まれるすべてのそのような代替、修正及び変形を包含することが意図されている。
本明細書で言及されるすべての刊行物、特許及び特許出願は、あたかも個々の各刊行物、特許又は特許出願が参照により本明細書に組み込まれることが言及されるときに具体的かつ個別に言及されたかのように、その全体が参照により本明細書に組み込まれることが本出願人の意図である。さらに、本願における任意の参考文献の引用又は特定は、そのような参考文献が本発明の先行技術として利用可能であることを認めるものと解釈されるべきではない。項目の見出しが使用される場合、それらが必ず限定的であると解釈されるべきではない。さらに、本願の任意の優先権書類は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (28)

  1. 積層造形によってモデリング材から製造された物体を処理する方法であって、４７０ｎｍ未満のピーク波長を有する可視光と、前記モデリング材の熱変形温度より低い温度とに、前記物体を曝露することを含む、方法。
  2. 前記温度が、前記熱変形温度よりも最大で５℃低い、請求項１に記載の方法。
  3. 前記物体が、複数のモデリング材配合物から製造され、前記熱変形温度が、前記複数のモデリング材配合物のそれぞれの複数の熱変形温度の値の中で最低の熱変形温度である、請求項１又は請求項２に記載の方法。
  4. 前記曝露の持続時間が、前記モデリング材の黄色度指数をＣＩＥ ＸＹＺ色空間で少なくとも５単位減少させるように選択される、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記ピーク波長及び前記温度が、前記物体の少なくとも１つの着色領域について、前記曝露後の前記着色領域の色と前記曝露前の前記着色領域の色との間の色の差が、２ΔＥ＊単位未満となるように選択される、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記曝露が、前記可視光を生成するための複数の光源を有する処理チャンバ内で行われる、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記モデリング材が、前記ピーク波長で光退色を起こす光開始剤を含む光硬化性モデリング材配合物を硬化させて得られる、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記光開始剤が、ホスフィンオキシド型光開始剤及びゲルマニウム系光開始剤から選択される、請求項７に記載の方法。
  9. 前記ゲルマニウム系光開始剤が、アシルゲルマン型光開始剤である、請求項８に記載の方法。
  10. 前記モデリング材が、ホスフィンオキシド型光開始剤を含む光硬化性モデリング材配合物を硬化させて得られる、請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記光開始剤が、モノアシル化（ＭＡＰＯ）又はビスアシル化ホスフィンオキシド型（ＢＡＰＯ）光開始剤である、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記ホスフィンオキシド型光開始剤であるホスフィンは、約３８０ｎｍ～約４５０ｎｍの波長範囲で照射された場合にフリーラジカルの開始が可能になる、請求項１０又は請求項１１に記載の方法。
  13. 前記光開始剤が、（２，４，６－トリメチルベンゾイル）－ジフェニルホスフィンオキシド（ＴＰＯ）、ビス（２，４，６－トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキシド、ビス（２，６－ジメトキシベンゾイル）－（２，４，４－トリメチルペンチル）ホスフィンオキシド、ビス（２，６－ジメトキシベンゾイル）－２，４，４－トリメチルペンチルホスフィンオキシド及び２－ヒドロキシ－２－メチル－１－フェニルプロパン－１－オンの重量比で２５：７５の混合物、ビス（２，４，６－トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキシド及び２－ヒドロキシ－２－メチル－１－フェニルプロパン－１－オンの重量比で１：１の混合物、並びにエチル２，４，６－トリメチルベンジルフェニルホスフィネートから選択される、請求項１０から請求項１２までのいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記光開始剤が、IRGACURE（登録商標）819であるか、又はそれを含む、請求項１０から請求項１２までのいずれか一項に記載の方法。
  15. 前記物体の少なくとも一部が透明なモデリング材を含む、請求項１から請求項１４までのいずれか一項に記載の方法。
  16. 前記物体の製造に対応する製造パラメータのセットを積層造形システムから受信することと、前記製造パラメータに基づいて前記温度及び前記曝露の持続時間を自動的に選択することとを含む、請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載の方法。
  17. 前記製造パラメータのセットが、前記モデリング材、前記物体の形状、前記物体中の前記モデリング材の量、前記モデリング材中の光開始剤の種類、及び前記光開始剤の濃度のうちの少なくとも１つを含む、請求項１６に記載の方法。
  18. 積層造形システムによってモデリング材から製造された物体を処理するためのシステムであって、
    前記物体を受け入れるための処理チャンバと、
    ピーク波長が４７０ｎｍ未満の可視光を発生させるための照明システムと、
    前記処理チャンバを加熱するための加熱システムと、
    前記物体の製造に対応する製造パラメータのセットを受信するための入力部と、
    前記製造パラメータのセットに基づいて前記照明システム及び前記加熱システムを動作させるためのコンピュータ化されたコントローラと、
    を含む、システム。
  19. 前記製造パラメータのセットが前記モデリング材の種類を含み、
    前記コンピュータ化されたコントローラが、熱変形温度のデータを含むコンピュータ可読媒体にアクセスし、前記モデリング材の前記種類に対応する熱変形温度の値を抽出し、前記加熱システムを制御して前記処理チャンバ内で前記熱変形温度の値より低い温度を維持するように構成される、
    請求項１８に記載のシステム。
  20. 前記製造パラメータのセットが、前記モデリング材の熱変形温度の値を含み、
    前記コンピュータ化されたコントローラが、前記加熱システムを制御して前記処理チャンバ内で前記熱変形温度の値より低い温度を維持するように構成される、請求項１８に記載のシステム。
  21. 前記物体が、複数のモデリング材配合物から製造され、前記熱変形温度の値が、前記複数のモデリング材配合物のそれぞれの複数の熱変形温度の値のうちの最低の熱変形温度の値である、請求項１９又は請求項２０に記載のシステム。
  22. 前記製造パラメータのセットが、前記物体を記述する幾何学的パラメータを含み、
    前記コンピュータ化されたコントローラは、前記幾何学的パラメータに基づいて前記曝露の持続時間を選択するように構成される、
    請求項１８から請求項２１までのいずれか一項に記載のシステム。
  23. 前記幾何学的パラメータが、前記物体の形状を含む、請求項２２に記載のシステム。
  24. 前記幾何学的パラメータが、前記物体の体積を含む、請求項２２に記載のシステム。
  25. 前記製造パラメータのセットが、前記モデリング材の種類を含み、
    前記コンピュータ化されたコントローラが、熱伝導率データを含むコンピュータ可読媒体にアクセスし、前記モデリング材の前記種類に対応する熱伝導率の値を抽出し、前記熱伝導率の値に基づいて前記曝露の持続時間を選択するように構成される、
    請求項１８から請求項２４までのいずれか一項に記載のシステム。
  26. 前記製造パラメータのセットが、前記モデリング材の熱伝導率の値を含み、
    前記コンピュータ化されたコントローラが、前記熱伝導率の値に基づいて前記曝露の持続時間を選択するように構成される、
    請求項１８から請求項２４までのいずれか一項に記載のシステム。
  27. 前記入力部がユーザインターフェースを含む、請求項１８から請求項２４までのいずれか一項に記載のシステム。
  28. 前記入力部が、前記積層造形システムと通信して、前記積層造形システムから前記製造パラメータのセットを自動的に受信するように構成された通信システムを含む、請求項１８から請求項２４までのいずれか一項に記載のシステム。
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