JP2024508332A - 三次元印刷のためのシステムおよび方法、ならびにそれらにより製造される製品 - Google Patents

Abstract

積層造形装置は、出力装置およびコントローラを含む。出力装置は、コンポーネントを生成するために少なくとも１つの材料を受け取るように構成される。コントローラは、コンポーネントを表す複数の画素を含むモデルを受信し、コンポーネントの第１の表面に対応する複数の画素のうちの少なくとも１つの画素を特定し、目標露光量に基づいて少なくとも１つの画素に対応する露光量を調整するようにモデルを修正し、修正されたモデルに基づいて出力装置にコンポーネントを生成させるように出力装置の動作を制御するように構成された１つまたは複数のプロセッサを含む。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年３月４日に出願された米国仮出願第６３／１５６，５５５号の優先権を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本出願は、概してコンポーネント製造の分野に関し、より詳細には、三次元（３Ｄ）印刷のためのシステムおよび方法、ならびにそれらによって製造される製品に関する。

３Ｄ印刷は、コンポーネント（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）のコンピュータモデルに基づいて様々なコンポーネントを生成するために使用することができる。

少なくとも１つの態様は、積層造形装置（ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）に関する。積層造形装置は、出力装置およびコントローラを備えることができる。出力装置は、コンポーネントを生成するために少なくとも１つの材料を受け取るように構成され得る。コントローラは、コンポーネントを表す複数の画素を含むモデルを受信し、コンポーネントの第１の表面に対応する複数の画素のうちの少なくとも１つの画素を特定し、目標露光量に基づいて少なくとも１つの画素に対応する露光量を調整するようにモデルを修正し、修正されたモデルに基づいて出力装置にコンポーネントを生成させるように出力装置の動作を制御するように構成された１つまたは複数のプロセッサを備えることができる。

少なくとも１つの態様はシステムに関する。本システムは、コンポーネントを表す複数の画素を含むモデルを受信し、コンポーネントの第１の表面に対応する複数の画素のうちの少なくとも１つの画素を特定し、目標露光量に基づいて少なくとも１つの画素に対応する露光量を調整するようにモデルを修正し、修正されたモデルに基づいてコンポーネントを生成するように出力装置の動作を制御するように構成された１つまたは複数のプロセッサを備えることができる。

少なくとも１つの態様は方法に関する。本方法は、１つまたは複数のプロセッサが、コンポーネントを表す複数の画素を含むモデルを受信し、１つまたは複数のプロセッサが、コンポーネントの第１の表面に対応する複数の画素のうちの少なくとも１つの画素を特定し、１つまたは複数のプロセッサが、目標露光量に基づいて少なくとも１つの画素に対応する露光量を調整するようにモデルを修正し、１つまたは複数のプロセッサが、修正されたモデルに基づいてコンポーネントを生成するように出力装置を制御する、ことを含み得る。

当業者であれば、本要約は例示に過ぎず、いかなる意味においても限定することを意図していないことを理解するであろう。特許請求の範囲によってのみ定義される、本明細書に記載される装置および／またはプロセスの他の態様、発明の特徴、および利点は、本明細書に記載され、添付の図面と併せて参照される詳細な説明において明らかになるであろう。

本明細書に記載される主題の１つまたは複数の実施態様の詳細は、添付の図面および以下の説明に記載される。主題の他の特徴、態様、および利点は、明細書、図面、および特許請求の範囲から明らかになるであろう。
図１は、一実施形態による、３Ｄプリンタを使用して生成された例示的なコンポーネントを示す。 図２は、一実施形態による３Ｄ印刷システムを示す図である。 図３は、一実施形態による、３Ｄプリンタを使用して生成されるコンポーネントを示す図である。 図４は、一実施形態による、図３のコンポーネントの画素近似の垂直断面を示す図である。 図５は、一実施形態による、図３のコンポーネントのモデルに適用される様々なＺ補償を示す図である。 図６は、一実施形態による、図３のコンポーネントのモデルに適用されるＺ補償および適応Ｚ補償を示す図である。 図７は、一実施形態による、Ｚ補償を使用する３Ｄ印刷を使用してコンポーネントを製造する方法を示す図である。 図８は、一実施形態による、３Ｄ印刷システムを示す図である。 図９は、一実施形態による、図８の３Ｄ印刷システムの側面図を示す。 様々な図面における同様の参照番号および指定は、同様の要素を示す。

三次元（３Ｄ）印刷などの積層造形プロセスを使用して、様々なコンポーネント（例えば、パーツ）を生成することができる。例えば、３Ｄ印刷は、肺または他の臓器の組織または足場材（ｓｃａｆｆｏｌｄｓ）など、人工臓器用のコンポーネントを生成するために使用することができ、これには自家組織コンポーネントが含まれるが、これには限定されない。印刷されたコンポーネントは、様々な種類の細胞などの生物学的材料の足場材として使用することができる。

３Ｄ印刷されたコンポーネントは、コンポーネントの孔（ｈｏｌｅｓ）やその他の特徴の表面など、下向きの表面（ｄｏｗｎｆａｃｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅｓ）を有することができる。３Ｄ印刷のプロセスにより、コンポーネントは、下向きの表面のプリントスルー（ｐｒｉｎｔ－ｔｈｒｏｕｇｈ）を有することができる。例えば、図１に示されるように、ターゲット（例えば、所望の）形状部分１０４と１つまたは複数のプリントスルー部分１０８とを有するコンポーネント１００を生成することができる。プリントスルー部分１０８は、コンポーネント１００を生成するために使用されるモデルによって示されるように、ターゲット形状部分１０４のターゲット寸法またはサイジングよりもさらに延びる１つまたは複数のそれぞれの下向きの表面１１２に沿った材料に対応することができる。

プリントスルー部分１０８を補正するためのプロセス（例えば、Ｚ補正（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ））を実行することができる。例えば、コンポーネント１００の厚さ１１６を垂直方向に測定することができる（例えば、ｘ－ｙ－ｚ座標系におけるｚ方向のＺ厚さ）。コンポーネント１００を生成するために使用されるモデルによって示すことができる目標厚さを、測定された厚さ１１６から差し引いて、Ｚ補償のための距離を決定することができる。一部の３Ｄプリンタでは、（例えば、距離を各層の厚さで割ることによって）距離から層の数を決定し、層の数に基づいてＺ補償を適用できるようにすることができる。

しかしながら、図１を参照して説明したコンポーネント１００のような様々なコンポーネントでは、プリントスルーは一定でない場合がある（例えば、プリントスルーは、プリントスルーが発生する下向きの表面に対してｘ方向またはｙ方向に変化し得る）。例えば、プリントスルーは、コンポーネントの近傍の特徴に応じて１つまたは複数の層で変化し得る。３Ｄプリンタの印刷解像度に近いサイズの特徴を有するコンポーネントを印刷した場合、このようなプリントスルーのばらつきが明らかになることがある。

本明細書に記載のシステムおよび方法は、コンポーネントの様々な部分に異なる量の補正を適用することによって、Ｚ補正を適応的に実行することができる。このように、プリントスルーの層数が３Ｄプリンタの解像度に近い状況に対処するなど、プリントスルーをより正確に補正することができる。例えば、補正は、下向きの表面（または孔などの下向きの表面に隣接する特徴）に対応する露光量に基づいて実行することができ、補正を位置の関数として適合させることができる。露光量などの特性を使用してＺ補正を実行する方法を決定することにより、このようなシステムおよび方法は、（例えば、コンポーネントの１つまたは複数の追加印刷を続行するために）プリントスルーに関連する距離を決定するためにコンポーネントを測定することに依存する必要がなく、コンポーネントを正確に生成するための時間および材料コストを削減することができる。

図２は、システム２００を示す。システム２００は、３Ｄ印刷によってコンポーネントを生成するために使用することができ、３Ｄプリンタによって生成されたコンポーネントのプリントスルーを低減するために適応的Ｚ補正を実行することができる（例えば、図１を参照して説明したようにプリントスルーを低減する）。システム２００は、人工肺組織などの生物学的組織コンポーネント、または、肺の細胞外マトリックス部分などの生物学的構造に対応する足場材を生成することができる。本明細書においてさらに説明するように、システム２００の様々な特徴は、倒立ＤＬＰ３Ｄプリンタまたはボリューメトリック３Ｄプリンタなどのデジタル光投影（ＤＬＰ）システムを使用して実装することができる。例えば、システム２００の様々な特徴は、３Ｄ ＳＹＳＴＥＭＳ社製のＰｒｏＪｅｔ１２００を使用して実装することができる。システム２００は、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデルをスライスし、オブジェクトを層ごとに光重合することによって、ＣＡＤ仮想３Ｄモデルを具現化することができる。システム２００は、ＵＶレーザラスタライジングの露光がトップダウン方式で行われるプラットフォームとして、ステレオリソグラフィ（ＳＬ）技術を実行することができる。システム２００は、ＤＬＰを使用してレーザラスタライジングを排除し、ＵＶ硬化性ポリマーの光重合を、ボトムアップ方式で、１回の露光で行わせることができる。システム２００の様々な特徴は、図８および図９を参照して説明されるような３Ｄ印刷システム８００を用いて実施することができる。

システム２００は、少なくとも１つのプラットフォーム２０４を含むことができる。プラットフォーム２０４は、コンポーネントが形成される表面を提供することができる。例えば、プラットフォーム２０４は、システム２００の動作中に地面と平行になるように構成された表面とすることができる。

システム２００は、少なくとも１つの材料保管部２０８を含むことができる。材料保管部２０８は、コンポーネントを生成するために使用される材料を保管することができる。例えば、材料保管部２０８は、インクまたは粉末を保管することができる。材料保管部２０８は、高分子材料を保管することができる。材料保管部２０８は、金属材料を保管することができる。材料保管部２０８は、感光性液体を保管することができる。材料保管部２０８は、樹脂材料を保管することができる。材料保管部２０８は、様々な密度、融解温度、屈折率、または他の特性の材料を貯蔵することができる。材料（例えば、インク材料）は、浸透深さを有することができる。浸透深さは、１０μｍ以上、５００μｍ以下とすることができる。浸透深さは、５０μｍ以上、２００μｍ以下とすることができる。浸透深さは１００μｍとすることができる。

システム２００は、少なくとも１つの出力装置２１２を含むことができる。出力装置２１２は、（例えば、図示しない１つまたは複数の管またはパイプを通る１つまたは複数のポンプの動作に基づいて）材料保管部２０８から材料を受け取り、コンポーネントを形成するために材料を出力することができる。出力装置２１２は、制御信号に応答して出力装置２１２の位置を制御する少なくとも１つのアクチュエータ２１６を含み得るか、または、それと結合され得る。例えば、アクチュエータ２１６は、直交（例えば、ｘ－ｙ－ｚ）座標系など、プラットフォーム２０４の周囲の空間に対応する座標系における出力装置２１２の位置を制御することができる。アクチュエータ２１６は、制御信号に応答して出力装置２１２の位置を制御するための１つまたは複数のモータまたはリニアアクチュエータを含むことができる。出力装置２１２は、層のサイズ（例えば、層の高さ、層厚）を有することができる層で材料を出力することができる。例えば、層のサイズは、１μｍ以上、１００μｍ以下とすることができる。層のサイズは、５μｍ以上、５０μｍ以下とすることができる。層のサイズは、２０μｍとすることができる。層のサイズは、材料の浸透深さ以下とすることができる。

システム２００は、少なくとも１つのコントローラ２２０を含むことができる。コントローラ２２０は、少なくとも１つのプロセッサ２２４およびメモリ２２８を含むことができる。プロセッサ２２４は、汎用または特定用途プロセッサ、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）、１つまたは複数のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、処理コンポーネント群、または他の適切な処理コンポーネントとすることができる。プロセッサ２２４は、メモリ２２８（例えば、ファジーロジックなど）に記憶された、または他のコンピュータ可読媒体（例えば、ＣＤＲＯＭ、ネットワークストレージ、リモートサーバなど）から受信されたコンピュータコードまたは命令を実行して、本明細書に記載されるプロセスの１つまたは複数を実行するように構成され得る。メモリ２２８は、データ、コンピュータコード、実行可能命令、または他の形態のコンピュータ可読情報を記憶するように構成された１つまたは複数のデータ記憶装置（例えば、メモリ装置、メモリデバイス、コンピュータ可読記憶媒体など）を含むことができる。メモリ２２８は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ハードドライブ記憶装置、一時記憶装置、不揮発性メモリ、フラッシュメモリ、光メモリ、またはソフトウェアオブジェクトおよび／もしくはコンピュータ命令を記憶するための任意の他の適切なメモリを含むことができる。メモリ２２８は、データベースコンポーネント、オブジェクトコードコンポーネント、スクリプトコンポーネント、または本開示において説明される様々な活動および情報構造をサポートするための任意の他のタイプの情報構造を含むことができる。メモリ２２８は、コントローラ２２０を介してプロセッサ２２４に通信可能に接続することができ、本明細書で説明される処理の１つまたは複数を（例えば、プロセッサ２２４によって）実行するためのコンピュータコードを含むことができる。メモリ２２８は、本明細書に記載の処理を完了するための様々なモジュール（例えば、回路、エンジン）を含むことができる。

コントローラ２２０は、出力装置２１２またはアクチュエータ２１６を動作させるための制御信号を生成して出力装置２１２またはアクチュエータ２１６に送信することなどにより、出力装置２１２の動作を制御することができる。コントローラ２１２は、出力装置２１２を目標位置へ移動させるために制御信号を生成することができる。コントローラ２１２は、（例えば、１つまたは複数のポンプを作動させることによって）材料を材料保管部２０８から出力装置２１２に供給させることができる。

メモリ２２８は、少なくとも１つのモデル２３２を含むことができる。モデル２３２は、メモリ２２８のデータベースに保持することができる。モデル２３２またはその一部は、リモートデバイスから受信されるか、コントローラ２２０によって実行されるアプリケーションによって生成されるか、またはそれらの様々な組み合わせによって生成され得る。

モデル２３２は、システム２００を使用して生成されるコンポーネントを表すことができる。モデル２３２は、コンポーネントの形状を表すことができ、コンポーネントの形状における位置（例えば、座標）に割り当てられたコンポーネントの特性を有することができる。モデル２３２は、モデルの各要素に特定の座標が割り当てられるような座標系を有することができる。例えば、モデル２３２は、特定の座標に対応する複数の画素を含むことができる。モデル２３２は、デカルト座標系、または他の様々な座標系（例えば、円筒形、球形）を有することができる。座標系は、各画素が体積要素（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｅｌｅｍｅｎｔ）（例えば、ボクセル）に対応するような三次元とすることができる。

例えば、モデル２３２は、データ構造の各データ要素が特定の画素に対応し、特定の画素に対して生成されるコンポーネントの１つまたは複数の特性が割り当てられたデータ構造を含むことができる。例えば、各データ要素には、特定の座標（例えば、ｘ－ｙ－ｚ座標）と、特定の座標において使用されるコンポーネントの材料とを割り当てることができる。モデル２３２の１つまたは複数の画素には、材料が割り当てられない（または、材料が使用されないことを示すフラグまたは他のインジケータが割り当てられる）ことがあり、１つまたは複数の画素に対応するコンポーネントの部分に材料が提供されないようにする。

コントローラ２２０は、モデル２３２を使用してコンポーネントを生成するための材料を出力装置２１２に出力させることができる。例えば、コントローラ２２０は、モデル２３２のデータ要素から、データ要素の画素に対応する様々な位置において出力されるべき（または出力されない）材料を特定することができる。例えば、モデル２３２の特定の画素について、コントローラ２２０は、出力装置２１２を特定の画素に対応する位置に移動させ、特定の画素に割り当てられた材料を出力させることができる。

コントローラ２２０は、Ｚ補正プロセスを実行することなどにより、コンポーネントのプリントスルーを補正するために使用することができる。コントローラ２２０は、モデル２３２から、コンポーネントの第１の表面に対応する画素（例えば、少なくとも１つの画素）を特定することができる。コントローラ２２０は、１つまたは複数の隣接画素（例えば、少なくとも１つの画素の閾値距離内にある第２の画素、例えば、３層未満などの閾値層数内にある第２の画素）を取得し、１つまたは複数の隣接画素に対して材料が出力されないことを決定することによって、少なくとも１つの画素を特定することができる。第１の表面は、下向きの表面とすることができる。例えば、コントローラ２２０は、材料が出力されない１つまたは複数の隣接画素が、モデル２３２によって使用されるｘ－ｙ－ｚ座標系においてより小さいｚ値を有すること（または同様に、隣接画素が、様々な座標系において少なくとも１つの画素よりも低いことを決定すること）に基づいて、第１の表面が下向き表面であると決定することができる。Ｚ補正を実行する少なくとも１つの画素の数は、本明細書でさらに説明する累積露光量（ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ ｅｘｐｏｓｕｒｅ）に対応することができる（例えば、モデル２３２から決定される累積露光量が目標露光量を満たさない特定された少なくとも１つの画素のそれぞれについてＺ補正を実行し、モデル２３２から決定される累積露光量が（既に）目標露光量を満たす画素についてはＺ補正を実行しない）。

コントローラ２２０は、モデル２３２を修正して、少なくとも１つの画素に対応する露光量を調整することができる。コントローラ２２０は、モデルの様々な画素に割り当てられる材料を除去することによって、または新しいモデル（例えば、モデル２３２のコピー）を生成し、新しいモデルを修正することによって、モデル２３２を修正することができる。コントローラ２２０は、出力装置２１２に材料を出力させてコンポーネントを生成させる前（またはコンポーネントに照射を行わせる前）に、または出力装置２１２の使用中に、モデル２３２の１つまたは複数の層を評価して、１つまたは複数の層（または１つまたは複数の層に隣接する画素）に本明細書で説明するように露光量を調整させるか否かを決定することなどによって、モデル２３２を修正することができる。

露光量は、システム２００がＤＬＰを使用して動作する場合のように、（例えば、ランバートベールの法則に基づいて）光の減衰に対応することができる。例えば、光の減衰は距離に対して指数関数的に減衰し得る。露光量は、式１で定義されるように、浸透深さおよび層のサイズに基づく関係に比例し得る。
ここで、ｎは（少なくとも１つの画素より下の画素には材料を出力しないことを示すようにモデル２３２を修正することによって）実行されるＺ補正の量であり、ｈは層のサイズであり、Ｄｐは浸透深さである。コンポーネントは、少なくとも１つの画素の露光量に影響を与え得る様々な追加の孔を有する可能性があるが、少なくともいくつかのそのような孔は、（例えば、式１の関数の指数関数的減衰を考慮すると）その影響が無視できるほど十分な距離にある可能性がある。

式１に基づく、少なくとも１つの画素の露光量の変化は、式２によって定義されるように、Ｚ補正がない場合と比較した特定の量のＺ補正について、決定することができる。
これは、少なくとも１つの画素の累積露光量（例えば、総露光量）を表すことができる。例えば、累積露光量は、コンポーネントの複数の層（例えば、少なくとも１つの画素の露光量を引き起こす複数の画素または画素の層）に起因する少なくとも１つの画素の露光量に対応し得る。累積露光量は、少なくとも１つの画素の露光量（または露光量への影響）が最小閾値よりも大きい複数の画素または画素層からの露光量に基づくことができる。累積露光量は、ｘ－ｙ平面内の隣接画素が異なるｘ－ｙ値でのＺ補正の影響を受けないように、少なくとも１つの画素ごとに独立して決定することができる。

コントローラ２２０は、目標露光量に基づいてモデル２３２を修正することができる。例えば、目標露光量は、式２を使用して決定されるように、Ｚ補正が実行されていない露光量（例えば、ｎ＝ゼロの露光量）に比例し得る。目標露光量は、０．１以上、０．５以下とすることができる。目標露光量は、０．２以上、０．４以下とすることができる。目標露光量は０．２５とすることができる。例えば、コントローラ２２０は、ｎの１つまたは複数の候補値について（例えば、増加するｎの値を用いて式２を反復評価することによって）（式２を用いて）少なくとも１つの画素の露光量（例えば、累積露光量）を決定し、露光量を目標露光量と比較し、露光量が目標露光量以下となるｎの値（例えば、Ｚ補正のための層数）を選択することができる。選択された値は、露光量が目標露光量以下となるｎの最低値とすることができる。コントローラ２２０は、露光量が目標露光量以下になるまで、Ｚ補正の大きさ（例えば、Ｚ補正を行う画素の層数、Ｚ補正を行う少なくとも１つの画素から離れた画素の距離）を増加させることによって、モデル２３２を反復的に修正することができる。コントローラ２２０は、特定の画素の露光量が目標露光量以下になるまで複数の画素にＺ補正を施すなど、画素単位でＺ補正を実行することができる。

コントローラ２２０は、対応する材料の除去（例えば、層の浸食、対応する位置での材料の非出力）によってコンポーネントを生成するために、選択されたｎの値を使用してモデル２３２を修正することができる。例えば、コントローラ２２０は、選択されたｎの値の層に対応するモデル２３２の画素を特定し、特定された画素に対して材料が出力されるように割り当てられないように、特定された画素を修正することができる。このように、コントローラ２２０は、下向きの表面の画素のいずれかに対して実行されるべきＺ補正の量を、それらの画素に対する露光量に基づいて決定することによって、Ｚ補正を適応的に実行することができる。

図３は、システム２００を使用して生成できるコンポーネント３００およびコンポーネント３５０をｘｙｚ座標系で示す。コンポーネント３００は第１の孔３０４を規定し、コンポーネント３５０は２つの第２の孔３５４を規定する。孔３０４、３５４は、下向きの表面（例えば、コンポーネント３００、３５０の生成中に下向きになる表面）のプリントスルーの影響を受けやすい。

図４は、コンポーネント３００の断面の図４００およびコンポーネント３５０の断面の図４５０を示す。図４００、４５０は、コンポーネント３００、３５０のモデル（例えば、図２を参照して説明したモデル２３２）に対応し得る。図４００は、コンポーネント３００を生成するために形成されるコンポーネント３００のベース（例えば、プラットフォーム）４０４および複数の層４０８、ならびに第１の孔３０４に対応する画素を描写する表示４１２を示す。図４５０は、コンポーネント３５０を生成するために形成されるコンポーネント３５０のベース４５４および複数の層４５８、ならびに第２の孔３５４に対応する画素を描写する表示４６２を示す。図４００は、コンポーネント３００の第１の画素４１６を含み、これは下向きの表面に対応し得る。図４５０は、コンポーネント３５０の第２の画素４６６を含み、これは下向きの表面に対応し得る。

図５は、図４００と比較して、第１の画素４１６に隣接する複数の層５０４（例えば、図示されているように３つの層５０４、すなわちｎ＝３）に材料を割り当てないことによってＺ補正が実行されるコンポーネント３００の図５００を示す。ｎ＝３、ｈ＝２０μｍ、Ｄｐ＝１００μｍとする式２に基づくと、第１の画素４１６の総露光量は、約０．２５１となる。

図６は、図４５０と比較して、第２の画素４６６に隣接する複数の層６０４（例えば、図示されているように３つの層６０４、すなわちｎ＝３）に材料を割り当てないことによってＺ補正が行われるコンポーネント３５０の図６００を示す。ｎ＝３、ｈ＝２０μｍ、Ｄｐ＝１００μｍとする式２に基づくと、第２の画素４６６から離間した第２の孔３５４が第２の画素４６６の総露光量の低減に寄与するため、第２の画素４６６の総露光量は、約０．０９７となる。

目標露光量が０．２５である例では、システム２００は、（例えば、コンポーネント３５０のモデル２３２内の特定の画素または画素の層に対して出力すべき材料を割り当てたり割り当てなかったりすることによって）層６０４の数を調整して、第２の画素４６６の総露光量が目標露光量よりも小さくなるように調整することができる。例えば、コンポーネント３５０の場合、ｎ＝０では総露光量が約０．８５４となり、ｎ＝１では総露光量が約０．４７６となり、ｎ＝２では総露光量が０．２４３となるようにモデルを修正することで、総露光量が目標露光量以下となるように、Ｚ補正の層数としてｎ＝２を選択することができる。

例えば、図６は、図４５０、６００と比較して、第２の画素４６６に隣接する複数の層６５４（例えば、図示されているように２層、すなわちｎ＝２）に材料を割り当てないことによって、第２の画素４６６の総露光量を目標露光量以下になるように調整するようにＺ補正が適合される（例えば、さらに適合される）コンポーネント３５０の図６５０を示す。上述のように、式２に基づいて、ｎ＝２、ｈ＝２０μｍ、Ｄｐ＝１００μｍの場合、第２の画素４６６の総露光量は、約０．２４３である。

図７は、人工肺組織などの生体組織に対応するコンポーネントを含むがこれには限定されない、３Ｄ印刷のための適応的補正を使用したコンポーネントを生成するための方法７００を示す。方法７００は、システム２００および３Ｄ印刷システム９００など、本明細書で説明する様々なシステムおよび装置を使用して実行することができる。３Ｄ印刷によって生成されるコンポーネントのモデルの修正など、方法７００の様々な態様は、３Ｄ印刷装置の動作前または動作中に実行することができる。方法７００の様々な態様は、ユーザからの入力に応答して、またはプリントスルーを検出するためにコンポーネントの特徴を測定することに応答して、実行することができる。

７０５において、コンポーネントのモデルが受信される。モデルは、コンポーネントが複数の画素によって表される計算モデルとすることができる。各画素は、コンポーネントの空間的位置（例えば、３次元座標系における位置）に対応することができる。各画素には、コンポーネントを形成するために空間位置に出力される材料など、空間位置に対するコンポーネントの様々な特性を割り当てることができる。

７１０において、コンポーネントの第１の表面に対応する複数の画素のうちの少なくとも１つの画素が特定される。少なくとも１つの画素は、少なくとも１つの画素が、領域の１つまたは複数の画素に材料が割り当てられていないモデルの領域に隣接していることを決定することによって特定され得る。例えば、第１の表面はコンポーネントの孔の表面とすることができる。第１の表面は、下向きの表面とすることができる（例えば、第１の表面は、コンポーネントを形成するために材料がどのように出力されるかに対応するモデルの向きにおいて、領域の上方にあるようにすることができる）。

７１５において、モデルが修正される。モデルは、下向きの表面からの材料のプリントスルーを補正するように修正することができる。例えば、モデルは、特定された少なくとも１つの画素に対応する露光量を調整するように修正され得る。モデルは、目標露光量に基づいて補正の大きさ（例えば、画素または画素の層に対して材料が出力されないように変更される、少なくとも１つの画素に隣接する画素または画素の層の数）を調整することによって修正することができる。目標露光量は最大露光閾値とすることができる。特定された少なくとも１つの画素の総露光量（例えば、累積露光量）が目標露光量以下になるまで、モデルを修正することができる。総露光量は、少なくとも１つの画素（例えば、第１の画素）だけでなく、第１の画素から閾値距離内にある少なくとも１つの第２の画素（例えば、第１の画素から閾値距離内に別の孔が位置する場合など）に基づいて決定することができる。

７２０において、修正されたモデルに基づいてコンポーネントを生成するように出力装置が制御される。例えば、出力装置は、少なくとも１つの画素の総露光量を目標露光量以下とするために、修正されたモデルに対して調整された画素または画素の層における材料の出力をスキップするか、または他の方法で回避することができる。

図８および図９は、システム２００など、本明細書で説明する様々なシステムおよび装置を実装するために使用できる３Ｄ印刷システム８００を示す。３Ｄ印刷システムは、３次元オブジェクトなどのコンポーネントが形成されるプラットフォーム８０２（例えば、印刷プラットフォーム）を含むことができる。コンポーネントは、人工臓器（例えば、人工肺、人工心臓、人工腎臓、人工肝臓）を含むことができる。３Ｄ印刷システム８００は、造形面を有する酸素可溶性液体８０４（例えば、酸素キャリア液体）を含むことができる。

造形面およびプラットフォーム８０２は、それらの間に造形領域８０４（例えば、造形ウィンドウ）を規定することができる。３Ｄ印刷システム８００は、プラットフォーム８０２を造形面から離して前進させるように構成されたコントローラを含むことができる。例えば、コントローラは、プラットフォーム８０２を下降または上昇させることができる。コントローラは、酸素阻害層の厚さを少なくとも２０μｍに維持するように構成することができる。例えば、コントローラは、酸素阻害層の厚さを２０μｍ、２５μｍ、３０μｍ、３５μｍ、４０μｍ、４５μｍ、または、５０μｍに維持することができる。

システム８００は、造形領域８０４を照射するように構成された放射源８０６（例えば、ＤＬＰプロジェクタ、プロジェクタ、光源など）を含むことができる。放射源８０６は、光学的に透明な部材および酸素可溶性液体８０４を通して造形領域８０４に照射し、感光性液体（例えば、感光性樹脂、インクなど）から固体ポリマーを形成するように構成され得る。３Ｄ印刷システム８００は、酸素可溶性液体８０４を再循環させるために、蠕動ポンプなどの少なくとも１つのポンプ８０８を含むことができる。ポンプ８０８は、酸素可溶性液体８０４を圧送するために使用される容積式ポンプを含むことができる。

図９に示されているように、プラットフォーム５０２は、透明ガラス９０２（例えば、光学的に透明なガラス、光学的に透明な部材）を含むことができる。例えば、透明ガラス９０２は、酸素可溶性液体８０４を支持することができる。酸素可溶性液体８０４は、透明ガラス９０２上に配置され得る。透明ガラス９０２の厚さは、酸素溶解性液体８０４の厚さよりも実質的に薄くすることができる。

プラットフォーム８０２は、透明ガラス８０２上に高密度の酸素キャリア液体（例えば、非圧縮性酸素キャリア液体）を含むことができる。プラットフォーム８０２は、インク９０８（例えば、感光性インク、感光性液体）を含むことができる。感光性液体は、酸素可溶性液体８０４上に配置することができる。酸素可溶性液体８０４は、インク９０８の下に配置することができる。酸素可溶性液体８０４の密度は、感光性液体の密度よりも大きくすることができる。プラットフォーム８０２は、酸素キャリア液体と感光性インクとの間の界面９０６（例えば、インクとＰＦＤとの界面）を含むことができる。インク９０８の厚さは、酸素可溶性液体６０４の厚さよりも厚くすることができる。インク９０８の厚さは、透明ガラス９０２の厚さよりも実質的に厚くすることができる。

本明細書において単数形で言及されるシステムおよび方法の実装または要素もしくは動作に対するあらゆる言及は、これらの複数の要素を含む実装を含むことができ、本明細書において任意の実装または要素もしくは動作に対する複数形の言及は、単一の要素のみを含む実装を含むことができる。単数形または複数形での言及は、現在開示されているシステムまたは方法、それらのコンポーネント、動作、または要素を単一または複数の構成に限定することを意図していない。任意の情報、動作、または要素に基づく動作または要素への言及は、動作または要素が、任意の情報、動作、または要素に少なくとも部分的に基づく実装を含み得る。

本明細書で使用される場合、「実質的に」および「約」という用語は、わずかなばらつきを記述し、説明するために使用される。事象または状況とともに使用される場合、この用語は、事象または状況が正確に発生する場合だけでなく、事象または状況が近似的に発生する場合も指すことができる。数値と組み合わせて使用する場合、その数値の±１０％以下、例えば、±５％以下、±４％以下、±３％以下、±２％以下、±１％以下、±０．５％以下、±０．１％以下、±０．０５％以下の変動範囲を指すことがある。第１の数値が第２の数値と「実質的に」または「ほぼ」同じであることを指す場合、その用語は、第１の数値が第２の数値の±１０％以下の変動範囲内にあることを指すことができる。例えば、±５％以下、±４％以下、±３％以下、±２％以下、±１％以下、±０．５％以下、±０．１％以下、または±０．０５％以下である。

本明細書において様々な実施形態を説明するために使用される「例示的な」という用語およびその変形は、そのような実施形態が可能な実施例、表現、または例示であることを示すことを意図していることに留意されたい（そして、そのような用語は、そのような実施形態が必ずしも特別な例または最上級の例であることを意味することを意図していない）。

本明細書で使用される用語「結合」およびその変形は、２つの部材が互いに直接的または間接的に結合することを意味する。このような結合は、静止（例えば、永久的または固定的）していてもよいし、可動的（例えば、取り外し可能または解放可能）であってもよい。このような接合は、２つの部材が互いに直接結合された状態で、２つの部材が、別個の介在部材および互いに結合された任意の付加的な中間部材を用いて互いに結合された状態で、または、２つの部材のうちの１つと一体的に形成された介在部材を用いて互いに結合された状態で、達成され得る。「結合」またはその変形が付加的な用語（例えば、直接結合）によって修正される場合、上記で提供される「結合」の一般的な定義は、付加的な用語の平易な意味（例えば、「直接結合」とは、別個の介在部材を介さずに２つの部材が結合することを意味する）によって修正され、その結果、上記で提供される「結合」の一般的な定義よりも狭い定義となる。このような結合は、機械的、電気的、または流体的である。

本明細書に開示される任意の実施態様は、任意の他の実施態様と組み合わせることができ、「ある実施態様」、「いくつかの実施態様」、「代替の実施態様」、「様々な実施態様」、「１つの実施態様」等への言及は、必ずしも相互に排他的ではなく、実施態様に関連して記載される特定の特徴、構造、または特性が、少なくとも１つの実施態様に含まれ得ることを示すことを意図している。本明細書で使用されるこのような用語は、必ずしも全てが同じ実施態様を指すものではない。任意の実施態様は、本明細書に開示された態様および実施態様と一致する任意の方法で、包括的または排他的に、任意の他の実施態様と組み合わせることができる。

「または」を用いて説明される用語は、単一の用語、複数または全ての用語のいずれかを示すことができるように、「または」への言及は包括的なものとして解釈することができる。接続可能な用語リストの少なくとも１つへの言及は、１つまたは複数、および記載された用語の全てを示す包括的な「または」として解釈することができる。例えば、「『Ａ』および『Ｂ』の少なくとも１つ」という言及は、「Ａ」のみ、「Ｂ」のみ、および「Ａ」と「Ｂ」の両方を含むことができる。「Ａ」と「Ｂ」以外の要素も含めることができる。

本明細書における要素の位置（例えば、「上」、「下」、「上」、「下」）への言及は、単に、図中の様々な要素の向きを説明するために使用される。様々な要素の向きは、他の例示的な実施形態に従って異なっていてもよく、そのような変形は、本開示によって包含されることが意図されることに留意されたい。

図および説明には方法ステップの特定の順序が図示されている場合があるが、そのようなステップの順序は、上記で異なる指定がない限り、図示および説明されているものとは異なる場合がある。また、２つまたは複数のステップが、上記と異なる指定がない限り、同時にまたは部分的に同時に実行される場合がある。このようなバリエーションは、例えば、選択されたソフトウェアおよびハードウェアシステムや、設計者の選択に依存する場合がある。このような変形は全て本開示の範囲内である。同様に、記載された方法のソフトウェア実装は、様々な接続ステップ、処理ステップ、比較ステップ、および決定ステップを達成するための規則ベースの論理および他の論理を有する標準的なプログラミング技術で達成され得る。

本明細書に記載のシステムおよび方法は、その特徴を逸脱することなく、他の具体的形態で実施することができる。上述の実施態様は、記載されたシステムおよび方法を限定するものではなく、例示的なものである。

図面、詳細な説明、または請求項の技術的特徴の後に参照符号が付されている場合、参照符号は、図面、詳細な説明、および請求項の理解度を高めるために付されている。従って、参照符号もその欠失も、請求項の要素の範囲を限定するものではない。

本明細書に記載のシステムおよび方法は、その特徴を逸脱することなく、他の具体的形態で実施することができる。上述の実施態様は、記載されたシステムおよび方法を限定するものではなく、例示的なものである。したがって、本明細書に記載されるシステムおよび方法の範囲は、前述の説明ではなく、添付の特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味および同等性の範囲内に入る変更は、そこに包含される。

Claims (20)

1. コンポーネントを生成するために少なくとも１つの材料を受け取るように構成された出力装置と、
   １つまたは複数のプロセッサを含むコントローラであって、
   前記コンポーネントを表す複数の画素を含むモデルを受信し、
   前記コンポーネントの第１の表面に対応する前記複数の画素のうちの少なくとも１つの画素を特定し、
   目標露光量に基づいて前記少なくとも１つの画素に対応する露光量を調整するように前記モデルを修正し、
   修正された前記モデルに基づいて前記出力装置に前記コンポーネントを生成させるように前記出力装置の動作を制御する、
   ように構成されたコントローラと、
   を含む、積層造形装置。
2. 前記コントローラは、前記露光量を調整するためにＺ補正を実行することにより前記モデルを修正するように構成されている、請求項１に記載の積層造形装置。
3. 前記少なくとも１つの画素は、第１の画素を含み、前記コントローラは、前記複数の画素のうちの複数の第２の画素に基づく累積露光量として前記露光量を決定するように構成され、前記複数の第２の画素は、前記少なくとも１つの第１の画素に対して複数の層に配置される、請求項１に記載の積層造形装置。
4. 前記少なくとも１つの画素は、少なくとも１つの第１の画素であり、前記コントローラは、前記少なくとも１つの第１の画素から閾値距離内にある少なくとも１つの第２の画素に基づいて前記露光量を決定するように構成される、請求項１に記載の積層造形装置。
5. 前記コントローラは、前記露光量が前記目標露光量以下となるように前記露光量を調整するように構成されている、請求項１に記載の積層造形装置。
6. 前記コントローラは、前記露光量が前記目標露光量以下になるまでＺ補正の大きさを増加させることにより、前記モデルを反復的に修正するように構成されている、請求項１に記載の積層造形装置。
7. 前記第１の表面は、下向きの表面である、請求項１に記載の積層造形装置。
8. 前記出力装置は、前記材料として樹脂を使用して、生体組織コンポーネントとして前記コンポーネントを生成するように構成されている、請求項１に記載の積層造形装置。
9. 前記複数の画素は、３次元座標空間における複数の体積要素（ボクセル）を含む、請求項１に記載の積層造形装置。
10. 前記少なくとも１つの画素は第１の画素を含み、前記コントローラは、前記第１の画素に対する前記露光量が前記目標露光量以下になるまで、前記複数の画素のうちの複数の第２の画素にＺ補正を適用するように構成されている、請求項１に記載の積層造形装置。
11. コンポーネントを表す複数の画素を含むモデルを受信し、
    前記コンポーネントの第１の表面に対応する前記複数の画素のうちの少なくとも１つの画素を特定し、
    目標露光量に基づいて前記少なくとも１つの画素に対応する露光量を調整するように前記モデルを修正し、
    修正された前記モデルに基づいて前記コンポーネントを生成するように出力装置の動作を制御する、
    ように構成された１つまたは複数のプロセッサを備えるシステム。
12. 前記１つまたは複数のプロセッサは、前記露光量を調整するためにＺ補正を実行することにより前記モデルを修正するように構成されている、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記１つまたは複数のプロセッサは、前記出力装置に、樹脂を使用して前記コンポーネントを生成させるように構成されている、請求項１１に記載のシステム。
14. 前記１つまたは複数のプロセッサが、前記出力装置に前記コンポーネントを生体組織コンポーネントとして生成させるように構成されている、請求項１１に記載のシステム。
15. １つまたは複数のプロセッサが、コンポーネントを表す複数の画素を含むモデルを受信し、
    前記１つまたは複数のプロセッサが、前記コンポーネントの第１の表面に対応する前記複数の画素のうちの少なくとも１つの画素を特定し、
    前記１つまたは複数のプロセッサが、目標露光量に基づいて前記少なくとも１つの画素に対応する露光量を調整するように前記モデルを修正し、
    前記１つまたは複数のプロセッサが、修正された前記モデルに基づいて前記コンポーネントを生成するように出力装置を制御する、
    ことを含む方法。
16. 前記モデルを修正することは、前記露光量を調整するためにＺ補正を実行することを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記少なくとも１つの画素は、少なくとも１つの第１の画素であり、前記方法は、前記１つまたは複数のプロセッサが、前記少なくとも１つの第１の画素から閾値距離内にある少なくとも１つの第２の画素に基づいて前記露光量を決定することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
18. 前記１つまたは複数のプロセッサが、前記露光量が前記目標露光量以下となるように前記露光量を調整することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
19. 前記１つまたは複数のプロセッサが、前記露光量が前記目標露光量以下になるまで、前記少なくとも１つの画素に対して実行されるＺ補正の大きさを反復的に増加させることをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
20. 前記１つまたは複数のプロセッサが、前記出力装置に、樹脂を使用して前記コンポーネントを生体組織コンポーネントとして生成させることをさらに含む、請求項１５に記載の方法。

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