JP3237132U - 付加製造システム - Google Patents

Abstract

付加製造方法は、構築ウィンドウの上方に配置された、樹脂の樹脂溜まりを含む構築トレイにおいて、光硬化状態の樹脂の熱たわみ温度よりも低い目標バルク樹脂温度に向けて樹脂溜まりを加熱するステップと、構築ウィンドウの表面と樹脂溜まりとの間の樹脂界面において、樹脂溜まりの界面層を目標反応温度に向けて加熱するステップと、樹脂溜まりが目標バルク樹脂温度に近い第１の温度を示すことに応答して、かつ界面層が目標反応温度に近い第２の温度を示すことに応答して、樹脂界面において、第１の量の樹脂溜まりを選択的に光硬化させて、構築プラットフォームに付着した構築体の第１の層を形成するステップと、構築ウィンドウから構築プラットフォームを引き離すステップとを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、概して付加製造の分野に関し、より具体的には、付加製造の分野の付加製造プロセスにおける樹脂界面の温度を調節するための新規かつ有用な方法に関する。

関連出願の相互参照
この出願は、２０１９年４月１７日に出願された米国仮出願第６２／８３５，４４４号の利益を主張するものであり、その全体がこの引用により援用されるものとする。

図１は、方法のフローチャート図である。 図２は、方法の一変形例のフローチャート図である。 図３は、システムの概略図である。 図４は、方法の一変形例のフローチャート図である。 図５は、方法の一変形例のフローチャート図である。

本考案の実施形態の以下の説明は、これらの実施形態に本考案を限定することを意図したものではなく、むしろ当業者が本考案を製造して使用することができるようにすることを意図したものである。本明細書に記載の変形、構成、実施、実施例および例は任意選択的であり、それらが記載する変形、構成、実施、実施例および例に限定されるものではない。本明細書に記載の本考案は、これらの変形、構成、実施、実施例および例の任意のおよびすべての置換を含むことができる。

１．方法
図１に示すように、付加製造の方法Ｓ１００は、ブロックＳ１１０において、構築ウィンドウの上方に配置された、樹脂の樹脂溜まりを含む構築トレイにおいて、樹脂溜まりを、光硬化状態の樹脂の熱たわみ温度よりも低い目標バルク樹脂温度に向けて加熱するステップであって、目標バルク樹脂温度が液体状態の樹脂の目標粘度に対応する、ステップと、ブロックＳ１２０において、構築トレイおよび構築ウィンドウを包含する、ガス状環境を含む構築チャンバにおいて、光硬化状態の樹脂の熱たわみ温度よりも低い目標チャンバ温度に向けて、ガス状環境を加熱するステップと、ブロックＳ１３０において、構築ウィンドウの表面と樹脂溜まりとの間の樹脂界面において、樹脂溜まりの界面層を目標反応温度に向けて加熱するステップであって、目標反応温度が光硬化状態の樹脂の目標架橋密度に対応する、ステップとを含む。また、方法Ｓ１００は、ブロックＳ１４０において、第１の構築サイクルにおいて、樹脂溜まりが目標バルク樹脂温度に近い第１の温度を示すことに応答して、かつガス状環境が目標チャンバ温度に近い第２の温度を示すことに応答して、かつ界面層が目標反応温度に近い第３の温度を示すことに応答して、樹脂界面において、第１の量の樹脂溜まりを選択的に光硬化させて、構築プラットフォームに付着した構築体の第１の層を形成するステップと、ブロックＳ１５０において、構築ウィンドウから構築プラットフォームを後退させるステップとをさらに含む。

図２に示すように、方法Ｓ１００の一変形例は、ブロックＳ１１０において、構築ウィンドウの上方に配置された、樹脂の樹脂溜まりを含む構築トレイにおいて、光硬化状態の樹脂の熱たわみ温度よりも低い目標バルク樹脂温度に向けて樹脂溜まりを加熱するステップであって、目標バルク樹脂温度が液体状態の樹脂の目標粘度に対応する、ステップと、ブロックＳ１２０において、ガス状環境を含み、構築トレイおよび構築ウィンドウを包含する構築チャンバにおいて、光硬化状態の樹脂の熱たわみ温度よりも低い目標チャンバ温度に向けてガス状環境を加熱するステップと、ブロックＳ１３２において、構築ウィンドウの表面と樹脂溜まりとの間の樹脂界面において、構築ウィンドウの下方に配置された、樹脂界面を包含する視野を規定する熱画像センサを介して、樹脂溜まりの界面層の温度分布を検出するステップと、ブロックＳ１３４において、樹脂界面全体で目標反応温度に近い均一温度に界面層を加熱すると予測される赤外線投射を計算するステップであって、目標反応温度が光硬化状態の樹脂の目標架橋密度に対応する、ステップと、ブロックＳ１３６において、赤外線投射を構築ウィンドウに向けて投射するステップとを含む。また、この方法Ｓ１００の変形例は、ブロックＳ１４０において、第１の構築サイクルにおいて、樹脂溜まりが目標バルク樹脂温度に近い第１の温度を示すことに応答して、かつガス状環境が目標チャンバ温度に近い第２の温度を示すことに応答して、かつ界面層が目標反応温度に近い第３の温度を示すことに応答して、樹脂界面において、第１の量の樹脂溜まりを選択的に光硬化させて、構築プラットフォームに付着した構築体の第１の層を形成するステップと、ブロックＳ１５０において、構築ウィンドウから構築プラットフォームを後退させるステップとをさらに含む。

２．応用例
概して、方法Ｓ１００のブロックは、付加製造システム１００（以下、「システム１００」と称する。）によって実行され、構築トレイ１４０内の樹脂溜まりに貯蔵された樹脂のバルク温度を調節し、それにより、構築体の連続する各層に続く構築ウィンドウ１１０に向かう樹脂の流れおよび樹脂粘度を制御し、構築体の前に光硬化した層を熱たわみ温度以下に維持することができる。方法Ｓ１００の他のブロックは、システム１００によって同時に実行され、構築体の現在の層の製造中に、構築ウィンドウ１１０（すなわち、構築ウィンドウ１１０の樹脂界面）に隣接する樹脂の界面層の界面温度を調節し、それにより、光硬化樹脂の架橋密度を制御および／または増加させ、製造中の現在の層のグリーン強度を増加させることができる。

より具体的には、システム１００は、デジタル光プロセス（以下、「ＤＬＰ」と称する。）または連続デジタル光プロセス（以下、「ＣＤＬＰ」と称する。）を実行して、一連の構築サイクル中に、樹脂の連続する層の標的領域を選択的に光硬化させて、液体樹脂を固体構造体（以下、「構築体」と称する）に変換する。各構築サイクル中、システム１００は、方法Ｓ１００のブロックを実行して、液体樹脂のバルク温度を調節するとともに、システム１００が（例えば、ＤＬＰまたはＣＤＬＰプロセスを介して）樹脂の薄層の領域を選択的に光硬化する際に、構築ウィンドウ１１０にわたる樹脂の薄層（またはフィルム）の局所的な温度を調節し、それにより、構築体のグリーン特性を制御し（例えば、構築体のグリーン強度を高め）、樹脂の光硬化速度を高め（よって、各構築サイクルの持続時間を短縮し）、樹脂溜まりから構築ウィンドウ１１０への樹脂の流量を増加させ（例えば、液体樹脂の粘度の低下により）、室温でより高い粘度を示す樹脂を用いた構築体の製造を可能にし、過剰な熱暴露による構築体の先行層における光硬化樹脂のたわみを防止することができる。このため、システム１００は、高粘度の樹脂から、高い寸法精度と制御された機械的特性を特徴とする構築体を生成することができる。

図３に示すように、システム１００は、投射サブシステム１２０と、投射サブシステム１２０の上方に配置され、投射サブシステム１２０の焦点面と一致する表面を規定する構築ウィンドウ１１０と、構築ウィンドウ１１０の上方にある樹脂溜まりを含むように構成された構築トレイ１４０と、構築トレイ１４０および構築ウィンドウ１１０を囲む構築チャンバ１３０と、構築体の層を光硬化させる準備のために構築ウィンドウ１１０に平行にかつそこからオフセットして構築体を配置するように構成されるとともに、構築体の連続する層を光硬化させる準備のために構築ウィンドウ１１０から構築体を後退させるように構成された垂直方向に移動可能な構築プラットフォーム１０２とを含むことができる。また、図３に示すように、システム１００は、構築チャンバ１３０内のガス状環境を制御するように構成されたチャンバ温度制御サブシステムと、樹脂溜まりのバルク温度を制御するように構成された構築トレイ１４０と一体化した構築トレイ１４０加熱要素のセットと、構築ウィンドウ１１０との樹脂界面における樹脂の界面温度を制御するように構成された界面熱源（例えば、界面加熱要素１６２のセット）とを含むことができる。一変形例では、システム１００は、構築ウィンドウ１１０の下方に配置され、樹脂界面にわたる界面温度分布を検出するように構成された熱画像センサ１６０と、樹脂界面の領域を選択的に加熱し、それによりシステム１００が方法Ｓ１００のブロックを実行することを可能にして、樹脂界面での目標加熱を達成し、樹脂界面の目標温度プロファイル（例えば、均一な温度プロファイル）を実現するように構成された赤外線投射サブシステム１２０とを含むことができる。このため、システム１００は、方法Ｓ１００のブロックを実行して、樹脂界面において界面温度を目標反応温度に近い温度で維持し、かつ樹脂溜まりにおいてバルク樹脂温度を目標バルク樹脂温度に近い温度で維持し、かつチャンバ温度を目標チャンバ温度に近い温度で維持しながら、付加製造プロセスにより構築体の連続する層を選択的に硬化させるように構成されている。

２．１ 樹脂粘度
樹脂溜まり内の樹脂の温度を上昇させて制御することにより、システム１００は、樹脂の粘度を低下させることができ、それにより、構築プラットフォーム１０２の後退によって生じる樹脂溜まり内のボイドに向かう樹脂の流量を増加させ、構築体が樹脂溜まりから後退する際に新たに光硬化される構築体にかかる流体力学的力を低減させることができる。このため、システム１００は、室温では高粘度を示すか、または固相で存在する、樹脂、材料または他の化学物質から構築体を製造することができる。

２．２ 架橋密度
システム１００は、樹脂溜まりのバルク樹脂温度よりも高く樹脂界面温度を上昇させるために、樹脂と構築ウィンドウ１１０との間の界面に隣接する樹脂層の界面温度を監視および調整することによって、樹脂界面における樹脂の温度を制御することができる。特に、多くの化学物質では、製造プロセスの光硬化段階でフリーラジカルの移動性が増加するため、より高い温度で起きる光硬化反応により、光硬化製品の架橋密度が高くなる。したがって、複数の構築サイクルにわたって適用される場合、システム１００は、同じ架橋密度を維持しながら構築体の製造時間を短縮することができ、あるいは同じ構築時間を維持しながら架橋密度を増加させることができる。

システム１００は、界面熱源を介して、樹脂界面における樹脂の界面層を加熱して、樹脂溜まりのバルク温度に対して樹脂界面の温度を上昇させることができる。このため、システム１００は、付加製造プロセス中に一定量の樹脂を選択的に光硬化させる際に、層の各領域が、光硬化される層の全体量にわたって樹脂の反応温度に近い温度で光硬化するように、樹脂界面全体にわたって目標反応温度に近い一貫した界面温度を維持することができる。

システム１００は、加熱要素のセット（すなわち、界面熱源）を介して、樹脂界面における特定の界面温度を維持するために、樹脂界面を直接加熱することができる。例えば、システム１００は、構築ウィンドウ１１０、ひいては樹脂界面を均一に加熱するように構成された、構築ウィンドウ１１０に埋め込まれた透明な加熱要素または赤外線ランプを含むことができる。代替的には、システム１００は、樹脂界面の領域をピクセル単位で選択的に加熱することができ、それにより樹脂界面における界面温度を目標反応温度に近い温度で維持することができるとともに、樹脂界面における温度の局所的な制御を行うことができる。例えば、システム１００は、赤外線ＤＬＰプロジェクタなどのデジタル赤外線プロジェクタ１６４（以下、「ＩＲプロジェクタ」と称する。）を含むことができ、このプロジェクタは、スクリーンのピクセルを選択的に照射するように構成され、それにより樹脂界面の相対的に低温の領域を選択的に加熱して、樹脂界面の温度勾配をなくすことができる。

２．３ 温度勾配
ＩＲプロジェクタ１６４を含むシステム１００の態様では、システム１００が、構築体の層の製造中に、樹脂界面全体の温度勾配を低減する（例えば、均一な温度分布をもたらす）ために、閉ループ制御を実行することができる。特に、樹脂界面における樹脂の層の選択領域の発熱性の光硬化は、樹脂界面に温度勾配（例えば、局所的な「ホットスポット」）をもたらす可能性がある。このため、システム１００は、樹脂界面全体の温度を監視し、樹脂界面の領域を（例えば、ＩＲプロジェクタ１６４により）選択的に照射して、樹脂界面のより低温の領域を局所的に加熱して、樹脂界面全体の温度勾配を低減することができる。樹脂の層の領域を選択的に硬化させながら、樹脂の層全体のそのような温度勾配を低減することにより、システム１００は、層のそれら硬化領域内での内部応力の形成を低減することができ、それにより、構築体が冷却される際のそれら硬化領域のたわみを低減して、完成時の構築体の寸法精度を高めることができる。

より具体的には、システム１００は、例えば、熱（赤外線または近赤外線）画像センサ（構築ウィンドウ１１０に跨る視野を有する画像センサ）を介して、樹脂界面における界面温度を監視し、それにより例えば、樹脂界面全体の界面温度を測定することができるとともに、樹脂界面における樹脂層の全体的な温度に対する低温領域および高温領域を特定することができる。そして、システム１００は、高温領域を目標反応温度に向けて冷却させながら、低温領域の温度を目標反応温度に向けて上昇させると予測されるＩＲプロジェクタ１６４の赤外線投射を算出することができる。このため、システム１００が構築体の後続の層を光硬化させるときに、後続の層のすべての領域は、目標反応温度に近い温度で光硬化することとなる。

追加的または代替的には、システム１００は、樹脂界面が不均一な目標温度プロファイルを示すように、ＩＲプロジェクタ１６４を介して樹脂界面の領域を選択的に加熱することができる。例えば、システム１００は、構築体の連続する層の幾何学的形状と一致する樹脂界面の領域を選択的に加熱することができる。別の例では、システム１００は、大きな断面積を特徴とする構築体の中心に向かう、ＩＲプロジェクタ１６４からの入射ＩＲ放射を減少させることができ、それにより、それら特徴部の中心部における樹脂の過剰硬化を防止することができる。

２．４ 先読み
別の態様では、システム１００は、各光硬化層の光硬化反応によって生成される熱エネルギー（すなわち、発熱出力）を考慮して、後続の光硬化層に対応する発熱出力に応答して、樹脂溜まりのバルク樹脂温度および／または構築ウィンドウ１１０に隣接する樹脂の界面層の界面温度を調整するために、先読み制御および構築チャンバ１３０の熱力学モデルを実行することができる。例えば、システム１００は、製造される構築体の現在の層および／または後続の層を光硬化することによって放出される（樹脂界面全体の）発熱出力の量および分布を推定し、ＩＲプロジェクタ１６４または他の加熱源のための現在の赤外線投射またはエネルギー投射をそれぞれ計算する際に、この追加エネルギーを考慮することができる。後続の層を光硬化させる際に、樹脂界面の温度が目標温度を超えると計算することに応答して、システム１００は、焼付速度を遅くし（それにより、樹脂を光硬化させる速度を低下させ）、かつ／または、樹脂溜まりのバルク樹脂温度を低下させて、界面層から離れる熱流束を増加させることができる。

２．５ 用語
方法Ｓ１００は、特定の目標温度に「近い」温度を検出するようにシステム１００によって実行されるものとして本明細書に記載されている。一般的に、「目標温度に近い第１の温度」という表現は、第１の温度が目標温度に近いかまたは等しいことを指す。一実施態様では、システム１００は、目標温度の閾値温度間隔（例えば、±１℃）内で第１の温度を検出することに応答して、目標温度に向けた第１の温度の「近さ」を識別することができる。代替的には、システム１００は、温度を検出した機器の予め特徴付けられた測定誤差内で第１の温度が目標温度に等しいことを検出することによって、目標温度に向かう第１の温度の近さを検出することができる。このため、システム１００は、目標温度に近い第１の温度を測定することに応答して、方法Ｓ１００のブロックを実行することができる。

方法Ｓ１００は、システム１００内に含まれる樹脂の様々な領域および／または構築チャンバ１３０内のガス状環境の温度を検出および／または調整するように、システム１００によって実行されるものとして本明細書に記載されている。以下では、システム１００が、（例えば、樹脂界面に隣接する樹脂層を含まない）樹脂溜まりのバルク温度（例えば、平均温度）を検出または調整する場合、樹脂溜まりの「バルク樹脂温度」を検出または調整すると記載する。以下では、樹脂界面に隣接する（例えば、構築体の層厚内、１０～１００ミクロン以内の）樹脂層の温度を検出または調整する場合、システム１００は、樹脂溜まりの「界面層」の「界面温度」を検出または調整すると記載する。以下では、構築チャンバ１３０内および樹脂溜まりの表面上のガス状環境の温度を検出または調整する場合、システム１００が「ガス状環境」の「チャンバ温度」を検出または調整すると記載する。

本明細書では、方法Ｓ１００が、システム１００内の領域またはコンポーネントを目標温度「に向けて」「加熱」するように、システム１００によって実行されるものとして記載されている。しかしながら、システム１００の領域またはコンポーネントを目標温度「に向けて」「加熱」することにより、システム１００はこの目標温度を超過する場合がある。このため、システム１００内の領域またはコンポーネントを目標温度「に向けて」「加熱」する際に、システム１００内の領域またはコンポーネントにおける目標温度を維持するために、システム１００は、システム１００内の領域またはコンポーネントを（例えば、システム１００に向けて入力される熱エネルギーを減少させることにより）受動的に冷却するか、または（例えば、能動的な冷却サブシステムを介して）能動的に冷却することもできる。代替的には、システム１００により制御される加熱の上記プロセスが、システム１００内の領域またはコンポーネントの目標温度を「維持する」として、またはシステム１００内の領域またはコンポーネントの温度をその領域またはコンポーネントの目標温度で「制御する」として代替的に言及される場合がある。

３．システム
方法Ｓ１００を実行するシステム１００は、コンピュータコードを実行する組み込み計算デバイス（以下、「コントローラ」と称する。）によって制御される電気機械コンポーネントのアセンブリを含むことができる。より具体的には、システム１００は、ベースアセンブリと、取り外し可能なトレイアセンブリ（以下、「トレイアセンブリ」と称する。）とを含む。ベースアセンブリは、投射サブシステム１２０、構築ウィンドウ１１０、垂直方向に移動可能な構築プラットフォーム１０２、および構築チャンバ１３０を含むことができる。トレイアセンブリは、ベースアセンブリと係合するとともに、構築ウィンドウ１１０の上方であって構築チャンバ１３０内に樹脂溜まりを収容するように構成された構築トレイ１４０を含むことができ、それにより、システム１００が、樹脂界面に隣接する樹脂の層（すなわち、界面層）内に電磁放射を投射することができる。また、システム１００は、構築チャンバ１３０のガス状環境のチャンバ温度と、構築トレイ１４０内の樹脂溜まりのバルク樹脂温度と、樹脂界面に隣接する樹脂の界面層の界面温度とを検出して調節するように構成された電気機械コンポーネントも含む。それらの電気機械コンポーネントは、チャンバ温度制御サブシステム、樹脂温度制御サブシステムおよび界面温度制御サブシステムを含むことができる。それらの温度制御サブシステムの各々は、以下でさらに詳細に説明する。

システム１００は、方法Ｓ１００のブロックにおいて、「ボトムアップ」デジタル光プロセス（例えば、「ＤＬＰ」）を実行することができる。このため、投射サブシステム１２０は、上方を向くことができ、構築ウィンドウ１１０を介して電磁放射（例えば、紫外線、近紫外線または可視）光を樹脂界面（すなわち、溜まりと構築ウィンドウ１１０との間の界面）における樹脂の界面層内に投射することができ、構築プラットフォーム１０２は、投射サブシステム１２０および構築ウィンドウ１１０の上方に垂直方向に配置することができ、投射サブシステム１２０により出力される電磁放射によって構築体の層が樹脂界面で選択的に光硬化されるときに、垂直方向に前進および後退するように構成することができる。さらに、投射サブシステム１２０、構築ウィンドウ１１０および構築プラットフォーム１０２は、密閉された（すなわち、気密性のある）構築チャンバ１３０によって完全に囲まれることができ、それにより、樹脂溜まりの周囲の圧力およびバルク温度の制御が可能になる。

３．１ 投射サブシステム
投射サブシステム１２０は、上向きであり、ベースアセンブリ１０２内に収容され、紫外線（以下、「ＵＶ」と称する。）、可視光または近赤外線（以下、「ＮＩＲ」と称する。）スペクトルを含むことができる放射スペクトルで電磁放射を投射するように構成された１または複数のプロジェクタを含むことができる。投射サブシステム１２０は、樹脂の化学的および物理的特性並びにその特定の硬化プロセスに調整された１または複数の波長帯域で電磁放射を放出することができる。例えば、投射サブシステム１２０（例えば、デジタルＵＶプロジェクタ）は、３００ナノメートル～４５０ナノメートルの放射スペクトルで電磁放射を投射することができる。投射サブシステム１２０は、コントローラに電気的に結合され、構築体の３次元モデルの全断面または部分断面に対応する潜在的にソフトウェアで変更されたフレームを受信し、構築ウィンドウ１１０を通じて電磁放射を投射して、構築設定および受信されたフレームに従ってある量の樹脂を選択的に光硬化させる。

一変形例では、システム１００は、投射サブシステム１２０を含むことができ、この投射サブシステムは、プロジェクタまたは他の電磁放射デバイスのような光源のセットをさらに含む。この変形例では、投射サブシステム１２０の各照射源は、タイルまたはステッチ技術を介して構築ウィンドウ１１０全体でより高い解像度を維持するために、構築ウィンドウ１１０内に投射領域を規定することができる。追加的または代替的には、各光源は、投射サブシステム１２０がスペクトル帯域の複数の組合せ内に電磁放射を投射することを可能にする別個の放射スペクトルを規定することができる。

一変形例では、投射サブシステム１２０は、ＵＶまたは近紫外レーザを含み、樹脂界面である量の樹脂を選択的に光硬化させるために、コントローラから受信されたフレームに従って、（例えば、ラスタのように）構築ウィンドウ１１０全体にレーザビームを走査する。

３．２ 構築ウィンドウ
構築ウィンドウ１１０は、ベースアセンブリに取り付けられ、さらに、システム１００内で製造される構築体のための水平基準面を規定する。構築ウィンドウ１１０は、投射サブシステム１２０の焦点面が樹脂界面と一致するように、投射サブシステム１２０の上方に配置されて投射サブシステム１２０の投射領域に整列させられる。概して、構築ウィンドウ１１０は、投射サブシステムの放射スペクトルに対して実質的に透過性を有し（例えば、８５％より大きい透過率を示し）、よって、投射サブシステム１２０によって出力された電磁放射を構築ウィンドウ１１０の上方の樹脂内を通過させる。構築ウィンドウ１１０はまた、その上に配置された樹脂界面層のための剛体の支持体および基準面としても機能する。構築ウィンドウ１１０は、ベースアセンブリに静的に取り付けられ、このベースアセンブリは、投射サブシステム１２０、構築プラットフォーム１０２および／または構築チャンバ１３０を含むことができ、構築ウィンドウ１１０とベースアセンブリの残りの部分との間の反復可能で正確な整列を確実にすることができる。ベースアセンブリと構築ウィンドウ１１０との間の界面はまた、３００キロパスカルのような圧力勾配が構築ウィンドウ１１０全体で維持され得るようにガス不透過性を有している。

ベースアセンブリは、非結晶／ケイ酸塩または結晶／セラミックガラスのような透明で剛性を有するガラスのパネルから製造された構築ウィンドウ１１０を含むことができる。特に、構築ウィンドウ１１０は、投射サブシステム１２０によって出力されたＵＶ（または他の）光に対して透過性を有することができ、かつ、実質的に剛体の硬くて温度安定性を有し、頑強で平坦な基準面を形成することができ、当該基準面は、複数の構築サイクル中に最小のたわみまたは変形を示すことによって高い一貫した構築体品質をもたらすことができる。

一変形例では、ベースアセンブリは、構築ウィンドウ１１０の下方に位置決めされた熱画像センサ１６０が樹脂界面の樹脂の温度を正確に計算することができるように、赤外線（以下、「ＩＲ」と称する。）放射に透過性を有する構築ウィンドウ１１０を含むことができる。この変形例では、システム１００が、構築ウィンドウ１１０を介して直接ＩＲ放射を送信することもでき、それにより、樹脂の界面層の特定の領域の標的加熱が可能になる

３．３ 構築プラットフォーム
通常、ベースアセンブリは、構築体の第１層が付着し、かつ、製造プロセス中に構築ウィンドウ１１０に向かって構築体が吊される、垂直移動の構築プラットフォーム１０２も含む。より具体的には、ベースアセンブリは、構築ウィンドウ１１０の上面と対向し実質的に平行な平坦面を規定する構築プラットフォーム１０２と、構築ウィンドウ１１０に対して構築プラットフォーム１０２を垂直に並進させるように構成された線形作動システム１００（単一の線形アクチュエータまたは複数のタイミング付き線形アクチュエータを含む）とを含むことができる。一実施態様では、システム１００は、構築プラットフォーム１０２の樹脂溜まり内への前進中に構築プラットフォーム１０２の下から出る樹脂の流れを増加させ、構築体の完成後に構築プラットフォーム１０２からの構築体の除去を（付着表面積を減少させることにより）容易にするために、チャネルまたはスルーホールなどのネガティブ特徴を規定する構築プラットフォーム１０２を含むことができる。

構築プラットフォーム１０２は、構築ウィンドウ１１０に対向する垂直作動面である。システム１００は、構築プラットフォーム１０２に機械的に結合された線形作動システム１００（０．１ミクロン程度の増分を有する）を含むことができる。追加として、線形作動システム１００の作動中、コントローラは、（例えば、線形作動システム１００の電流の流れに基づいて、または、構築プラットフォーム１０２に結合された力センサまたは歪ゲージをサンプリングすることによって）構築プラットフォーム１０２に線形作動システム１００によって作用される力を追跡することができ、分離力の特定の分布を達成するために線形作動システム１００の移動を制御する閉ループ技術を実施することができる。したがって、構築サイクル中、線形作動システム１００は、光硬化樹脂が、構築ウィンドウ１１０を向く構築プラットフォーム１０２の構築表面に付着するように、構築ウィンドウ１１０の上方の特定の高さに構築プラットフォーム１０２を低下させる。システム１００が、方法Ｓ１００のブロックに従って構築体の連続層を選択的に硬化させると、システム１００は、構築体の現在の層を構築ウィンドウ１１０から分離するために構築プラットフォーム１０２を第１距離だけ上方に引き戻し、その後、構築体の連続層を硬化させることに備えて、構築プラットフォーム１０２を前進させることができる。

３．４ 構築チャンバ
システム１００は、構築ウィンドウ１１０、構築トレイ１４０、構築プラットフォーム１０２および／またはシステム１００の前述した他のコンポーネントの何れかを囲む、密封された（すなわち、５気圧までの気密性を有する）構築チャンバ１３０を含む。構築チャンバ１３０は、構築プラットフォーム１０２へのアクセスを可能にするとともに、（例えば、ハッチ／ドアシステム１００を介して）構築トレイ１４０の挿入および取り外しを可能にするように構成され、それにより、完成した構築体をシステム１００から取り出し、構築トレイ１４０に樹脂を充填し、かつ／または構築トレイ１４０を取り外して交換することができる。さらに、構築チャンバ１３０は、樹脂溜まりおよび構築トレイ１４０の上方に位置するガス状環境を含み、その中に、構築プラットフォーム１０２が製造プロセス中に引き込まれる。このため、構築チャンバ１３０は、構築チャンバ１３０内のガスを加圧するために、かつ／または周囲環境および／または不活性ガス溜まりと交換するために、流体ポートおよび／またはバルブを含むことができる。

以下でさらに説明する一実施態様では、構築チャンバ１３０が、樹脂ディスペンシングシステム１００と協働して、構築チャンバ１３０を開くことなく、構築トレイ１４０内に含まれる樹脂の量を調節することができる。

３．５ 構築トレイ
トレイアセンブリは、システム１００のベースアセンブリと係合する（そして運動学的に整列する）ように構成された構築トレイ１４０を含む。通常、構築トレイ１４０は、樹脂溜まりが樹脂界面で構築ウィンドウ１１０全体に均等に分布するように、構築サイクル中に樹脂溜まりを含む。

構築トレイ１４０は、製造プロセス中に樹脂溜まりが占める容積と、製造プロセス中に作成される構築体のための構築領域とを規定する。一実施態様では、構築トレイ１４０の上側部材が、矩形状の構築領域を規定する。さらに、構築トレイ１４０は、構築ウィンドウ１１０に対して垂直にかつ上方に延びる内面を規定することができる。その後、内面は、円錐形状に上向きかつ外向きに傾斜しており、円錐形内面の垂直断面が、垂直な内面の垂直断面と相対的に類似した寸法を有する。このため、内面の垂直断面および円錐断面は、樹脂溜まりを含むための容積を規定する。しかしながら、構築トレイ１４０は、任意の丸みを帯びた内部容積を規定することができる。さらに、構築トレイ１４０は、以下でさらに説明するように、統合された加熱要素および／または冷却要素（例えば、抵抗冷却要素または水冷システム）を含むことができる。システム１００は、以下でさらに説明されるように、加熱要素および／または冷却要素を作動させて、構築トレイ１４０内のバルク樹脂温度を調整することができる。

構築トレイ１４０は、ベースアセンブリ内の基準面と連動することもできる。一実施態様では、ベースアセンブリおよび／または構築トレイ１４０が磁石を含み、この磁石が、構築トレイ１４０をベースアセンブリ内の基準面に対して付勢することによって、構築トレイ１４０をベースアセンブリに対して運動学的に位置合わせする。さらに、構築トレイ１４０は、構築トレイ１４０とベースアセンブリとの間の界面に配置されたゴム製ガスケットを含むことができ、それにより、構築トレイ１４０とベースアセンブリとの間の構築トレイ１４０により保持される樹脂溜まりからの樹脂の流出を防止することができる。したがって、構築トレイ１４０は、構築トレイ１４０の内面および構築ウィンドウ１１０の上面が容積を形成し、この容積が樹脂溜まりを含むことができるように、構築ウィンドウ１１０の上方に運動学的に配置することができる。

構築トレイ１４０は、アルミニウムまたは別の金属のような、剛性で、非反応性で、温度安定性のある固体材料から構築することができる。一実施態様では、構築トレイ１４０が、圧延アルミニウムから構築される。さらに、構築トレイ１４０は、システム１００に関連する構築トレイ１４０のセットの一部材であってもよく、構築トレイ１４０のセットの各構築トレイ１４０が、異なる形状またはサイズによって特徴付けられる。

３．６ コントローラ
システム１００のベースアセンブリは、システム１００の電気機械コンポーネントを制御するコントローラを含むことができる。概して、コントローラは、方法Ｓ１００のブロックを実行するために、投射サブシステム１２０、構築プラットフォーム１０２、樹脂温度制御サブシステム、界面温度制御サブシステムおよびチャンバ温度制御サブシステムに命令を送信する組み込みコンピュータシステム１００である。一実施態様では、コントローラは、タッチスクリーンまたはボタン、スイッチ、ノブのセットなどであり得るユーザインタフェースを制御し、ユーザインタフェースから命令を受信する。代替として、コントローラは、外部計算デバイスと通信し、外部計算デバイスから命令を受信することができる。別の実施態様では、コントローラは、インターネットのようなネットワークに接続され、ネットワークを介して命令を受信するように構成される。追加として、コントローラは、構築チャンバ１３０へのドアハッチ解放、パージ弁および／または構築チャンバ１３０内の照明要素のようなシステム１００の種々の電気機械コンポーネントを作動させるために、デジタルおよび／またはアナログ電気信号の形態のコマンドを送信することができる。さらに、コントローラは、システム１００と統合されたセンサからデータを受信し、投射サブシステム１２０、構築プラットフォーム１０２、樹脂温度制御サブシステム、界面温度制御サブシステムおよびチャンバ温度制御サブシステムの機能を調整するために、これらのデータに基づいてフィードバック制御アルゴリズムを実行することができる。

３．７ 樹脂温度制御サブシステム
通常、システム１００は、構築トレイ１４０に含まれる樹脂溜まりのバルク樹脂温度を制御するように構成された樹脂温度制御サブシステムを含むことができる。実施態様に応じて、システム１００は、複数のタイプの温度感知デバイスおよび／または加熱デバイスまたは冷却デバイスを含むことができる。

一実施態様では、システム１００が、構築トレイ１４０と一体化された温度センサ（例えば、熱電対、サーミスタ、デジタル温度計）のセットを含み、それらがコントローラに通信可能に結合されている。この実施態様では、システム１００が、温度センサのセットの各々からの温度測定値に基づいて樹脂溜まりの代表的なバルク温度を計算することができるように、温度センサのセットを構築トレイ１４０の内壁に沿って分散配置することができる。

別の実施態様では、システム１００が、構築トレイ１４０内に収容された樹脂溜まりの表面と一致する視野を規定する、チャンバに取り付けられた熱画像センサ１６０を含むことができる。このため、システム１００は、構築チャンバ１３０内に配置された、樹脂溜まりの表面に入射する視野を規定する熱画像センサ１６０を介して、樹脂溜まりのバルク樹脂温度を検出することができる。

さらに別の実施態様では、システム１００が、構築トレイ１４０と一体化され、構築トレイ１４０内の樹脂溜まりを加熱するように構成された加熱要素１５２のセットを含むことができる。例えば、システム１００は、構築トレイ１４０内に抵抗加熱要素を含むことができる。代替的には、システム１００は、構築トレイ１４０の構造内のチャネルを介して、加熱された水（または別の作動流体）を循環させ、それにより構築トレイ１４０内に含まれる樹脂溜まりを加熱するように構成された流体加熱システム１００を含むことができる。追加的または代替的には、システム１００が、構築トレイ１４０の構造内の別個のチャネルを介して、冷却された水（または別の作動流体）を流して循環させるように構成された流体冷却システム１００を含むことができる。

このため、上述した検出要素と加熱要素および／または冷却要素との何れかの組合せを介して、システム１００は、コントローラから受け取った命令に基づいてバルク樹脂温度を制御することができる。

３．８ 界面温度制御サブシステム
通常、システム１００は、構築ウィンドウ１１０との樹脂界面に隣接する樹脂層の温度を制御するように構成された界面温度制御サブシステムを含むことができる。より具体的には、システム１００は、樹脂の界面層の温度（例えば、平均温度または温度分布の何れか）を測定するように構成された温度感知要素のセットと、バルク樹脂温度に対して界面温度を上昇させるように構成された加熱要素のセットとを含むことができる。一実施態様では、システム１００が、構築ウィンドウ１１０の周囲に配置されかつ構築ウィンドウ１１０の温度を測定するように構成された、熱電対、サーミスタまたはデジタル温度計のセットなどの温度感知要素のセットを含むことができる。このため、システム１００は、構築ウィンドウ１１０を介した伝導により、界面層の温度を間接的に測定することができる。

追加的または代替的には、システム１００は、界面熱画像センサ１６０を含むことができ、このセンサは、樹脂の界面層によって放出される赤外線または近赤外線放射を直接測定し、界面熱画像センサ１６０の各ピクセルについて界面層の温度を計算することができる。さらに、界面温度制御サブシステムは、以下でさらに説明する追加の界面熱源を含むことができる。

３．８．１ 界面熱画像センサ
また、システム１００は、構築ウィンドウ１１０の下方に配置された熱画像センサ１６０も含むことができ、この熱画像センサ１６０は、その視野が構築ウィンドウ１１０の樹脂界面の領域に及ぶように構成されている。このため、システム１００は、熱画像センサ１６０を介して、樹脂界面での樹脂の界面温度を検出することができる。熱画像センサ１６０は、コントローラに電気的に結合され、それにより、コントローラは、方法Ｓ１００のブロックに従って、樹脂界面の熱画像を記録することができる。一実施態様では、熱画像センサ１６０から取り込まれた画像のピクセルが、投射サブシステム１２０からの電磁放射の投射のためのピクセル、および／または、界面熱源が正確に熱を導くことができる樹脂界面の領域に対応するように、熱画像センサ１６０が、投射サブシステム１２０および界面熱源と相対的に配置されている。一実施態様では、熱画像センサ１６０が、長波長ＩＲ範囲（すなわち、８～１５マイクロメートル）で動作し、それにより界面熱画像センサ１６０が樹脂内の温度差を検出することを可能にする。追加的または代替的には、熱画像センサ１６０は、中波長ＩＲ範囲（すなわち、３～８マイクロメートル）内で動作することができる。このため、システム１００は、構築ウィンドウ１１０の下方に配置され、樹脂界面を包含する視野を規定する熱画像センサ１６０を介して、界面層の温度を検出することができる。

３．８．２ 界面熱源
システム１００は、構築ウィンドウ１１０の樹脂界面に向けて熱を導くように構成された界面熱源を含む。システム１００の実施態様に応じて、界面熱源は、樹脂界面の領域を選択的に加熱することができるか、または樹脂界面全体に熱を加えることができる。一実施態様では、システム１００が、構築ウィンドウ１１０の下方に（投射サブシステム１２０および／または界面熱画像センサ１６０に隣接して）配置された、界面熱源としてのＩＲランプを含み、ＩＲ光を下方から樹脂界面に向けて照射し、それにより樹脂界面で樹脂の界面層を広く加熱するように構成されている。別の実施態様では、システム１００が、構築ウィンドウ１１０内に埋め込まれた透明な抵抗加熱要素（例えば、導電性の光学透明フィルム）を含むことができ、この加熱要素が、樹脂界面の領域を選択的に加熱するか、または構築ウィンドウ１１０を広く加熱するように構成され、それにより樹脂界面で樹脂に熱を均一に伝えることができる。追加的または代替的には、本実施形態では、システム１００が、透明な抵抗加熱要素の対応する領域を選択的に作動させることにより、樹脂界面の領域を選択的に加熱することができる。このように、システム１００は、目標温度プロファイルに従って、樹脂界面を加熱することができる。

さらに別の実施態様では、システム１００が、構築ウィンドウ１１０の外周の周りに配置された加熱要素（例えば、抵抗加熱要素）のセットを含むことができ、それら加熱要素が、構築ウィンドウ１１０内に熱を伝導し、それにより構築ウィンドウ１１０の上面に隣接する樹脂の界面層を間接的に加熱するように構成されている。このため、システム１００は、構築ウィンドウ１１０の外周に沿って配置された加熱要素のセットを介して、樹脂溜まりの界面層を目標反応温度に向けて加熱することができる。

代替的には、システム１００は、熱画像センサ１６０によって記録された温度分布に基づいて、樹脂界面の領域を選択的に加熱する熱源として、デジタルＩＲプロジェクタ１６４を含むことができる。より具体的には、システム１００は、構築ウィンドウ１１０と位置合わせされた投射領域を規定するＩＲプロジェクタ１６４を介して、樹脂溜まりの界面層を目標反応温度に向けて加熱することができる。

ＩＲプロジェクタ１６４は、デジタルマイクロミラーデバイス（以下、「ＤＭＤ」と称する。）と、ＩＲ源と、（ＤＬＰプロジェクタなどに従って）ＩＲ源からのＩＲ光を樹脂界面における様々な位置に導くように構成された一連の光学レンズとを含むことができる。このため、ＤＭＤの構成をデジタル的に調整することで、システム１００は、構築ウィンドウ１１０を介してＩＲ光をピクセル単位で選択的に導くことができ、それにより樹脂界面で樹脂を選択的に加熱することができる。

３．９ チャンバ温度制御サブシステム
システム１００は、構築チャンバ１３０を指定された温度および圧力に加熱および／または加圧するように構成されたチャンバ温度制御サブシステムも含むことができる。このため、チャンバ温度制御サブシステムは、空気または不活性ガスを構築チャンバ１３０に出入りさせるように構成された複数の電気機械コンポーネント、構築チャンバ１３０内のチャンバ加熱要素１７２、構築チャンバ１３０内にポンプで送り込まれるガスを予熱するための構築チャンバ１３０外の加熱要素、温度制御アルゴリズム（例えば、ＰＩＤ制御、または構築チャンバ１３０環境の熱力学モデル）を実行して構築チャンバ１３０内の温度を調整するために、構築チャンバ１３０内のガス状環境のチャンバ温度を記録するように構成されたデジタル温度計１７０、および／または圧力制御アルゴリズムに従って圧力を調整するために、構築チャンバ１３０内の圧力を記録するように構成された圧力センサを備えている。このため、システム１００は、チャンバ温度制御サブシステムと通信するコントローラを介して、構築チャンバ１３０内のガス状環境の温度および圧力を制御することができる。

４．材料の充填および初期化
システム１００が方法Ｓ１００を実行する前に、構築トレイ１４０がベースアセンブリ上に配置され、樹脂が構築トレイ１４０および構築ウィンドウ１１０によって規定される容積に充填される。樹脂が酸素および／または周囲の空気に反応しない場合、樹脂を、構築トレイ１４０内に直接注ぐようにしてもよい。しかしながら、樹脂が酸素および／または周囲の空気に反応する場合、構築チャンバ１３０を不活性ガスで加圧した後に、樹脂を構築トレイ１４０内に投入することができる。

このため、充填が完了した後、構築トレイ１４０の内面によって規定される内部容積は、少なくとも部分的に一定量の樹脂によって占められる。樹脂は、構築ウィンドウ１１０（または構築ウィンドウ１１０にわたって配置された透明な膜）の上面および構築トレイ１４０の内面と接触している。

４．１ 樹脂ディスペンシングサブシステム
一実施態様では、システム１００が、樹脂ディスペンシングサブシステムを含み、このサブシステムが、構築トレイ１４０内で一貫した樹脂レベルを維持するために、外部樹脂供給部に貯蔵された樹脂を構築トレイ１４０内に投入するとともに、樹脂溜まりへの追加の樹脂の注入が樹脂溜まりのバルク樹脂温度を著しく乱すことのないように、この樹脂を予熱するように構成されている。構築トレイ１４０内で同じレベルの樹脂を維持するために、システム１００は、後続の層の層幾何学的形状にアクセスし、この層で光硬化される樹脂の量を計算し、樹脂ディスペンシングサブシステムを介して樹脂溜まりに等しい量の樹脂を投入することができる。より具体的には、システム１００は、構築サイクルにおいて層幾何学的形状にアクセスし、層幾何学的形状で光硬化される樹脂の量に近似した層幾何学的形状に基づく樹脂の置換量を計算し、樹脂ディスペンササブシステムで、置換量を目標バルク樹脂温度に近い温度に予熱し、構築ウィンドウ１１０から構築プラットフォーム１０２を後退させることに応答して、樹脂ディスペンササブシステムを介して樹脂溜まりに置換量を投入することができる。このため、システム１００は、樹脂溜まりのバルク樹脂温度を乱すことなく、あるいはユーザが構築チャンバ１３０を開くことを必要とすることなく、よって、構築チャンバ１３０の温度および／または構築チャンバ１３０内のガス状環境の温度を乱すことなく、樹脂溜まりに追加の樹脂を注入して、製造プロセス中に樹脂レベルを一定に保つことができる。

一実施態様では、樹脂ディスペンシングシステム１００からの投入樹脂を、樹脂溜まりのバルク樹脂温度に近い温度に予熱するために、システム１００が、コントローラを介して樹脂ディスペンシングサブシステムと通信する。より具体的には、システム１００は、樹脂ディスペンシングサブシステムに接続された熱交換器を含むことができ、熱交換器を介して投入樹脂をバルク樹脂温度に近い温度に加熱することができる。また、システム１００は、熱交換器を通る投入樹脂の流れを制御し、樹脂溜まりに注入される投入樹脂の量を計量するための電気機械式バルブのセットを含むことができる。

別の実施態様では、システム１００が、投入樹脂を樹脂溜まり全体に均等に投入して樹脂溜まり内で温度勾配またはバルク樹脂の流れが形成されるのを防止するために、構築トレイ１４０の外周の周りに配置された樹脂ディスペンシングポートのセットを含むことができる。例えば、システム１００は、矩形状の構築トレイ１４０の片側にそれぞれ配置された４つの樹脂ポートを含むことができる。このため、システム１００は、構築チャンバ１３０内に樹脂を均等に分配することができる。

４．２ 相変化の検出
いくつかの応用では、システム１００は、室温で固体である樹脂から構築体を製造することができる。このため、システム１００、またはシステム１００を操作するユーザは、樹脂を構築トレイ１４０内に単純にそれぞれ注入または注ぐことはできない。しかしながら、一実施態様では、システム１００が、方法Ｓ１００の更なるブロックを開始する前に、構築チャンバ１３０内の構築トレイ１４０上に置かれた固体量の樹脂を加熱して、この固体量の樹脂が相変化を起こしたことを（視覚光またはＩＲ画像センサを介して）検出することができる。より具体的には、システム１００は、構築トレイ１４０において、固体状態のある量の樹脂を溶融し；構築チャンバ１３０内に配置された光画像センサを介して、樹脂溜まりを形成する上記量の樹脂の相変化を検出し；相変化を検出することに応答して、構築トレイ１４０において、樹脂溜まりを目標バルク樹脂温度に向けて加熱し；相変化を検出することに応答して、構築チャンバ１３０において、ガス状環境を目標チャンバ温度に向けて加熱し；相変化を検出することに応答して、樹脂溜まりの界面層を目標反応温度に向けて加熱することができる。このため、システム１００は、方法Ｓ１００の連続するブロックを開始する前に、樹脂が溶融したときを自動的に検出することにより、室温で固体状態にある樹脂を利用する構築を効果的に開始することができる。

５．製造プロセス
システム１００は、ＤＬＰまたはＣＤＬＰプロセスの前およびその最中に方法Ｓ１００を実行し、ブロックＳ１１０において、光硬化状態の樹脂の熱たわみ温度よりも低い目標バルク樹脂温度に向けて樹脂溜まりを加熱し、ブロックＳ１２０において、目標チャンバ温度に向けて構築チャンバ１３０内のガス状環境を加熱し、ブロックＳ１３０において、目標反応温度に向けて樹脂溜まりの界面層を加熱することができる。システム１００から周囲環境への連続的な熱損失により、システム１００は、製造プロセスを通して、樹脂溜まり、ガス状環境および界面層の温度を対応する目標温度に近い温度に維持するために、ブロックＳ１１０、Ｓ１２０およびＳ１３０を連続的に実行することができる。このため、システム１００は、樹脂溜まり、ガス状環境および界面層の温度が対応する目標温度に近いことに応答して、ブロックＳ１４０において、界面層内の一定量の樹脂を選択的に光硬化させ、ブロックＳ１５０において、構築体が付着した構築プラットフォーム１０２を後退させることができる。さらに別の実施態様では、システム１００が、樹脂溜まりのバルク樹脂温度が目標バルク樹脂温度に近いこと、樹脂の界面層の界面温度が目標反応温度に近いこと、および／または、チャンバ温度が目標チャンバ温度に近いことを検出したときに、ブロックＳ１４０およびＳ１５０を実行することができる。追加的または代替的には、システム１００は、界面層が目標界面温度分布（例えば、目標温度に対して低い分散を示す分布）を有することを検出することに応答して、ブロックＳ１４０およびＳ１５０を実行することができる。

５．１ 光硬化
通常、ブロックＳ１１０、Ｓ１２０およびＳ１３０（以下でさらに説明）の実行時に、システム１００は、ブロックＳ１４０において、構築体の層を形成するために、一定量の樹脂を選択的に光硬化させる。より具体的には、システム１００は、樹脂界面において、界面層の一定量の樹脂溜まりを選択的に光硬化させて、構築プラットフォーム１０２に付着した構築体の第１の層、または構築体の先行層に付着した構築体の後続層を形成し、それにより一連の連続する光硬化された樹脂の層から構築体を製造することができる。特に、構築プラットフォーム１０２の底面または構築プラットフォーム１０２に付着した構築体の先行層が、構築体の予め設定された層厚に等しい樹脂界面上の高さで樹脂内に下降すると、コントローラは、構築体の第１の層に対応する構築ウィンドウ１１０と構築プラットフォーム１０２との間の樹脂の界面層の選択的な領域に、放射スペクトル内の電磁放射線を投射するように投射サブシステム１２０に指示する。

樹脂は、放射スペクトル内の電磁放射線に曝されると、光硬化するように構成されている。このため、樹脂の界面層における一定量の樹脂は、放射スペクトル内の電磁放射線に曝された選択的な領域内で光硬化する。

しかしながら、システム１００は、任意の光造形技術および／またはＤＬＰ技術を利用して、構築プラットフォーム１０２と構築ウィンドウ１１０との間の一定量の樹脂を選択的に光硬化させることができる。

５．２ 層の進行
通常、ブロックＳ１４０で構築体の層を光硬化させると、システム１００は、構築体の後続の層を光硬化させる準備をするために、構築プラットフォーム１０２を構築ウィンドウ１１０から引き離すことができる。より具体的には、システム１００は、構築体の底面が構築ウィンドウ１１０の上面の上に構築体の予め設定された単層の厚さにほぼ等しい距離になるように、構築プラットフォーム１０２および付着した構築体を作動させる。

構築体および構築プラットフォーム１０２が正しい高さになると、システム１００は、システム１００の各領域において目標温度に近い温度を検出することに応答して、光硬化された先行層の層特徴の底面と、構築体の第２の断面（すなわち、構築体の第２の層）に対応する構築ウィンドウ１１０の上面との間で、第２の量の樹脂を選択的に光硬化させることができる。このため、システム１００は、第１の構築サイクルに続く第２の構築サイクルにおいて、樹脂溜まりが目標バルク樹脂温度に近い温度を示すことに応答して、かつガス状環境が目標チャンバ温度に近い温度を示すことに応答して、かつ界面層が目標反応温度に近い温度を示すことに応答して、樹脂界面において、第２の量の樹脂溜まりを選択的に光硬化させて、構築体の第１の層に付着した構築体の第２の層を形成することができ、構築プラットフォーム１０２を構築ウィンドウ１１０から引き離すことができる。

システム１００は、このプロセスを繰り返して、付加製造プロセスにおいて構築体の連続する層を光硬化させ、最終的に完成した構築体を得ることができる。

５．３ 温度選択
通常、方法Ｓ１００のブロックを実行する前に、システム１００は、構築体が製造される選択された樹脂に基づいて、システム１００内の各領域の目標温度にアクセス、選択または計算することができる。より具体的には、システム１００は、光硬化状態の樹脂の熱たわみ温度よりも低く、液体状態の樹脂の目標粘度に対応する目標バルク樹脂温度を選択し、樹脂の熱たわみ温度よりも低い目標チャンバ温度を選択し、目標バルク樹脂温度よりも高く、光硬化状態の樹脂の目標架橋密度に対応する目標反応温度を選択することができる。このため、システム１００は、製造プロセスにおいて光硬化される特定の樹脂に合わせた温度にシステム１００の各領域を加熱することができる。

一実施態様では、システム１００は、樹脂についての予め特徴付けられた温度データ（例えば、温度－粘度曲線、反応温度対架橋密度曲線）のデータベースにアクセスすることができ、目標粘度および目標架橋密度のそれぞれに対応する目標バルク樹脂温度および目標反応温度の値を選択することができる。このため、システム１００は、樹脂を選択するシステム１００のユーザからの入力を受け取ることができ、それに応答して、選択された樹脂に対応する目標バルク樹脂温度および目標反応温度にアクセスすることができる。

別の実施態様では、システム１００は、樹脂の他の予め特徴付けられた特性に基づいて、目標バルク樹脂温度および目標反応温度の値を自動的に選択することができる。例えば、システム１００は、樹脂の既知の化学的および／または物理的特性を特定し、それらの予め特徴付けられた化学的および物理的特性に基づいて、目標バルク樹脂温度および目標反応温度を選択することができる。このため、樹脂の予め特徴付けられた温度データがない場合、システム１００は、光硬化樹脂の目標特性をもたらす目標温度の値を選択することができる。

５．３．１ 目標バルク樹脂温度
通常、システム１００は、構築体の一部またはすべてが樹脂浴に浸漬されている間の製造プロセス中に新たに硬化される構築体の変形を防止するために、光硬化状態の樹脂の熱たわみ温度よりも低く、液体状態の樹脂の目標粘度（例えば、２０，０００センチポイズ未満）に（例えば、温度－粘度曲線を介して）対応する、目標バルク樹脂温度にアクセスすることができる。一例では、システム１００が、２０，０００センチポイズ未満でかつ１０センチポイズを超える目標粘度を設定する。

液体状態の樹脂が、光硬化状態の樹脂の熱たわみ温度未満のすべての温度に対して目標粘度よりも高い粘度を示す場合、またはユーザが（例えば、焼付速度を向上させるために）液体状態の樹脂の粘度を最小化することを望む場合、システム１００は、光硬化状態の樹脂の熱たわみ温度に対する温度バッファを維持しながら、樹脂の粘度を最小化する目標バルク樹脂温度を選択することができる。この実施態様では、システム１００は、システム１００の動作中のバルク樹脂温度の典型的な測定温度変動よりも大きい温度バッファを選択することができる。例えば、システム１００が樹脂温度を２℃の範囲内に維持することができる場合、システム１００は、温度バッファを２℃に設定することができ、よって、光硬化状態の樹脂の熱たわみ温度よりも２℃低い目標バルク樹脂温度を選択することができる。このため、システム１００は、バルク樹脂温度が光硬化状態の樹脂の熱たわみ温度を超えないようにしながら、樹脂の粘度を最小化することができる。

システム１００は、樹脂界面において高分解能（例えば、「ピクセルレベル」）の温度制御を可能にする目標バルク樹脂温度を選択することができる。例えば、システム１００は、樹脂溜まりを、樹脂界面での目標反応温度のすぐ下であるが、光硬化状態の樹脂の熱たわみ温度よりも低い目標バルク温度（例えば、最大１１０℃）に向けて加熱することができ、それにより、システム１００は、界面熱源を介して、樹脂界面での小さな熱入力を介して、樹脂界面での温度を反応的に調整することができる。

一実施態様では、システム１００は、樹脂の特性（樹脂の粘度など）を自動的に検出し、樹脂の特性に応じて、目標バルク樹脂温度を調整することができる。例えば、システム１００は、樹脂の粘度が閾値粘度未満であることをシステム１００が検出するまで、バルク樹脂温度を上昇させることができる。

５．３．２ 目標反応温度
通常、システム１００は、バルク樹脂温度よりも高く、（例えば、樹脂の光硬化反応を特徴付ける架橋密度に対する反応温度の曲線に基づいて）光硬化状態の樹脂の目標架橋密度に対応する目標反応温度にアクセスすることができる。このため、樹脂溜まり内の界面温度を目標反応温度に近い温度に上昇させることにより、システム１００は、所与の露光時間および強度に対して得られる光硬化樹脂の架橋密度を増加させることができ、それにより、構築体のグリーン強度を増加させ、製造プロセスに続いて構築体を後硬化するための要件を減らし、かつ／または構築体の製造速度を増加させることができる。

システム１００は、樹脂の化学組成および物理的特性に対応する、樹脂界面の目標反応温度にアクセスまたは選択することができる。一実施態様では、システム１００は、樹脂の目標反応温度を、樹脂の成分の最小沸点（構築チャンバ１３０内の圧力を前提）によって支配される樹脂の最大安定温度のすぐ下の温度に設定することができ、それにより界面層における樹脂の粘度を最小化し、光硬化反応中に発生する架橋密度を最大化することができる。一実施態様では、システム１００が、樹脂の成分の最小沸点に基づいて計算される目標反応温度にアクセスする。代替的には、システム１００は、各成分の蒸気圧または蒸発速度の最大許容値に対応する目標反応温度を選択することにより、樹脂の揮発性成分の蒸気圧曲線または樹脂の揮発性成分の蒸発速度曲線に基づいて算出される樹脂の目標反応温度にアクセスすることができる。一例では、システム１００は、樹脂の最大安定温度に関する製造業者の推奨に基づいて、目標反応温度を設定することができる。別の例では、システム１００は、様々な反応温度に対応する構築体の達成可能な寸法精度に関する経験的な研究に基づいて、目標反応温度を設定することができる。

一実施態様では、システム１００は、光硬化反応中に所望の架橋密度を達成するために、光硬化状態の樹脂の熱たわみ温度よりも高い目標反応温度にアクセスすることができる。

別の実施態様では、システム１００は、樹脂の温度が光硬化状態の樹脂の熱たわみ温度を超える構築ウィンドウ１１０からの距離を推定することによって、目標バルク樹脂温度および樹脂の熱伝達特性（液体状態および光硬化状態の両方）に基づいて計算された目標反応温度にアクセスすることができる。例えば、システム１００は、構築体の先行層の温度を光硬化状態の樹脂の熱たわみ温度未満に維持しながら、樹脂溜まりの界面層を目標反応温度に近い温度に加熱することができるように、当該システム１００は、目標バルク樹脂温度および目標反応温度を選択することができる。

５．３．３ 目標チャンバ温度
通常、システム１００は、樹脂溜まりの表面から構築チャンバ１３０内のガス状環境への過剰な熱伝達を防止し、それにより、目標バルク樹脂温度から離れるバルク樹脂温度の低下を防止する一方で、光硬化反応の熱出力エネルギーおよび樹脂界面における樹脂の界面層の加熱による樹脂溜まりのバルク樹脂温度の過剰な加熱も防止する目標チャンバ温度にアクセスまたは選択することができる。

一実施態様では、樹脂溜まりと構築チャンバ１３０のガス状環境との間の熱伝達が、製造プロセスの期間中、許容可能な範囲内に留まるように、システム１００は、対応する目標バルク樹脂温度に較正された、予め特徴付けられた目標チャンバ温度にアクセスすることができる。

別の実施態様では、システム１００は、現在のバルク樹脂温度と、後述する熱力学モデルに基づく目標バルク樹脂温度とに基づいて、目標チャンバ温度を自動的に調整することができる。このため、システム１００は、樹脂溜まりのバルク樹脂温度に影響を与えるために、構築チャンバ１３０のガス状環境を利用することができる。

５．４ 温度制御
通常、ブロックＳ１１０、Ｓ１２０およびＳ１３０において、システム１００は、樹脂温度制御サブシステムを介して樹脂溜まりのバルク温度を制御し、チャンバ温度制御サブシステムを介して構築チャンバ１３０のチャンバ温度を制御し、界面温度制御サブシステムを介して樹脂の界面層の界面温度を制御し、それにより、それら温度の各々を目標バルク樹脂温度、目標チャンバ温度および目標反応温度に近い温度にそれぞれ維持する。構築チャンバ１３０内のチャンバ温度を調節することに加えて、システム１００は、構築チャンバ１３０内の目標チャンバ圧力を維持するために構築チャンバ１３０を加圧することもでき、それにより、樹脂溜まりからの揮発性化合物のガス放出を防止することができる。

５．４．１ 樹脂溜まりの温度制御
通常、ブロックＳ１１０において、システム１００は、樹脂温度制御サブシステムを介して、樹脂溜まりを目標バルク樹脂温度に向けて加熱する。より具体的には、システム１００は、構築ウィンドウ１１０の上方に配置された、樹脂の樹脂溜まりを含む構築トレイ１４０において、光硬化状態の樹脂の熱たわみ温度よりも低く、液体状態の樹脂の目標粘度に対応する目標バルク樹脂温度に向けて樹脂溜まりを加熱することができる。このため、システム１００は、樹脂溜まりのバルク樹脂温度を検出し、この樹脂溜まりのバルク樹脂温度に基づいて、樹脂温度制御サブシステムの加熱要素または冷却要素を作動または作動停止して、樹脂溜まりのバルク樹脂温度を目標バルク樹脂温度に近い温度に維持することができる。

図４に示す一実施態様では、システム１００が、樹脂温度制御サブシステムのセンサを介して検出された温度に基づいて、樹脂溜まりのバルク樹脂温度を目標バルク樹脂温度に近い温度に維持するために、樹脂温度制御サブシステムの熱出力を増加および／または減少させる閉ループ制御（例えば、比例・積分・微分、以下「ＰＩＤ」、制御）を実行する。より具体的には、システム１００は、溜まりの閉ループ制御関数に従って、目標バルク樹脂温度に向けて樹脂溜まりを加熱することができる。この実施態様では、システム１００が、オーバーシュートおよび遅延を最小化するために構築トレイ１４０および樹脂溜まりに調整されたＰＩＤ制御関数を含むことができる。このため、システム１００は、樹脂溜まりのバルク樹脂温度を、樹脂溜まりに対する熱の入出力（例えば、樹脂の界面層の加熱からのもの、構築体の層の光硬化による熱出力、および／または樹脂溜まりに出入りする対流、伝導または放射熱伝達によるもの）から独立して制御することができる。別の実施態様では、システム１００は、チャンバに取り付けられた熱画像センサ１６０の視野が樹脂溜まりの表面に入射するように構成された、チャンバに取り付けられた熱画像センサ１６０を介して、樹脂溜まりのバルク樹脂温度を検出することができる。この実施態様では、システム１００は、樹脂溜まりの表面に対応する、チャンバに取り付けられた熱画像センサ１６０により生成された画像の予め設定された領域の温度を平均化し、この平均化された表面温度に基づいて（例えば、外挿または熱力学モデルを介して）バルク樹脂温度を計算することができる。代替的には、システム１００は、コンピュータビジョン技術を実行して、構築トレイ１４０、構築プラットフォーム１０２、部分的に製造された構築体またはシステム１００の構築チャンバ１３０内の任意の他の表面とは対照的に、樹脂溜まりの表面に対応する、チャンバに取り付けられた熱画像センサ１６０の視野の領域を識別することができる。

５．４．２ 構築チャンバの温度制御
通常、ブロックＳ１２０において、システム１００は、樹脂溜まりのバルク樹脂温度をさらに断熱して安定させるために、チャンバ温度制御サブシステムを介して、構築チャンバ１３０内のガス状環境を加熱することができる。より具体的には、システム１００は、ガス状環境を含み、構築トレイ１４０および構築ウィンドウ１１０を包含する構築チャンバ１３０において、光硬化状態の樹脂の熱たわみ温度よりも低い目標チャンバ温度に向けて、ガス状環境を加熱することができる。このため、システム１００は、構築チャンバ１３０のガス状環境のチャンバ温度を検出し、検出した温度に基づいて、チャンバ温度制御サブシステムの加熱要素または冷却要素を作動または作動停止して、チャンバ温度を目標チャンバ温度に近い温度に維持することができる。

図４に示す一実施形態では、システム１００は、チャンバ温度制御サブシステムのセンサに基づいて、構築チャンバ１３０のガス状環境における目標チャンバ温度を維持するために、チャンバ温度制御サブシステムの熱出力を増加および／または減少させる閉ループ制御（例えば、ＰＩＤ制御）を実行する。より具体的には、システム１００は、構築チャンバ１３０において、チャンバ閉ループ制御関数に従って、ガス状環境を目標チャンバ温度に向けて加熱することができる。このため、システム１００は、より高温の樹脂溜まりからの熱入力や、構築チャンバ１３０の側面とのガス状環境の伝導および対流による熱損失にもかかわらず、目標チャンバ温度を維持することができる。この実施態様では、システム１００は、構築チャンバ１３０のガス状環境のチャンバ温度を調整する際に、オーバーシュートおよび遅延を最小化するように調整されたチャンバの閉ループ制御関数を含むことができる。

また、システム１００は、構築チャンバ１３０を加圧して、樹脂中の成分の沸点を樹脂のバルク温度よりも高い沸点に上昇させ、それにより、付加製造中に（例えば、樹脂のより揮発性の高い成分のガス放出に起因する）樹脂の組成の変化を防止することもできる。より具体的には、システム１００は、樹脂溜まり内の樹脂のガス放出を防止すると予測される目標チャンバ圧力に向けて、構築チャンバ１３０を加圧することができる。さらに、システム１００は、不活性ガスで構築チャンバ１３０を加圧して、空気と樹脂溜まり内の加熱された樹脂との間のあらゆる化学反応の可能性を低減することができる。このように、構築チャンバ１３０を加圧することで、システム１００は、樹脂を加熱することによる樹脂の組成への意図しない化学変化を軽減することができる。

５．４．３ 樹脂界面の温度制御
通常、ブロックＳ１３０において、システム１００は、構築体の後続層の選択的光硬化時に、光硬化樹脂の架橋密度、すなわちグリーン強度を高めるために、界面温度制御サブシステムを介して、樹脂溜まりの界面層を目標反応温度に向けて加熱する。より具体的には、システム１００は、樹脂界面における温度または温度分布を検出し、この温度分布に基づいて、樹脂溜まりの界面層の目標温度分布（例えば、目標反応温度の均一な分布、目標反応温度の樹脂界面の選択的領域）をもたらすために、界面温度制御サブシステムの加熱要素を作動させることができる。

図４に示すように、システム１００は、界面熱源を介して構築ウィンドウ１１０の樹脂界面における樹脂の界面層の温度を目標反応温度に向けて上昇させるために、構築ウィンドウ１１０の下方に配置された熱画像センサ１６０により検出された温度分布に基づいて、閉ループ制御アルゴリズムを実行することができる。さらに、システム１００は、構築ウィンドウ１１０を均一にまたは選択的に加熱することにより、樹脂界面を横切るバルク樹脂の流れを低減するために、かつ／または構築体の様々な領域における光硬化時間またはグリーン強度のバラツキを低減するために、樹脂界面における温度勾配の大きさを低減することができる。樹脂溜まり内の樹脂の上昇したバルク温度よりも樹脂界面での樹脂の界面層の温度を高くするために、システム１００は、樹脂界面における樹脂の平均温度を（例えば、熱画像センサ１６０を介して）検出し、樹脂界面での平均温度が目標温度に達するように、構築ウィンドウ１１０にわたり均一に樹脂界面にエネルギーを加えることができる。代替的には、システム１００は、目標温度よりも低い温度を特徴とする樹脂界面の領域を（例えば、熱画像センサ１６０を介して）検出し、樹脂界面における樹脂の温度を目標温度に向けて上昇させるために、検出した領域に選択的にエネルギーを加えることができる。

上述した実施態様の何れかにおいて、システム１００は、先ず、構築ウィンドウ１１０全体の温度分布を監視する。システム１００は、構築ウィンドウ１１０の下に配置された熱画像センサ１６０を利用して、熱画像を記録することができる。次に、システム１００は、記録した熱画像を解釈して、熱画像に基づいて樹脂界面における樹脂の界面層の温度分布を推定し、構築ウィンドウ１１０からの赤外線の吸収および／または放射を補正することができる。システム１００は、樹脂界面における樹脂の温度分布を、構築ウィンドウ１１０全体の各ピクセルにおける樹脂の推定温度を示す２次元マトリクスとして記録することができる。一実施態様では、システム１００は、２次元マトリックスのサイズが投射サブシステム１２０および／またはＩＲプロジェクタ１６４のピクセル分解能と一致するように、温度分布（すなわち、アップサンプルまたはダウンサンプル）を補間または外挿することができる。このため、システム１００は、ピクセル単位でエネルギーを樹脂界面に向けることができる。

樹脂界面の平均温度を検出すると、システム１００は、樹脂界面における樹脂の界面温度を目標反応温度に向けて上昇させると予測される熱エネルギー量を計算し、計算したエネルギー量を構築ウィンドウ１１０に均一に加え、それにより樹脂溜まりのバルク温度に対して樹脂界面における樹脂の温度を上昇させることができる。

通常、樹脂界面の樹脂を目標温度に向けて加熱するのに必要な入力エネルギーを計算するとき、システム１００は、物理モデルおよび／または閉ループ／フィードバック制御アルゴリズムを利用することができる。一実施態様では、システム１００は、コントローラで調整されたＰＩＤ制御を実行して、付加製造プロセス中にエネルギーの強度を連続的に調整する。代替的には、システム１００は、樹脂界面に適用されるときに、システム１００が製造中の構築体の後続の層を光硬化させる時点で、樹脂の温度を目標温度に向けて上昇させる均一な熱源の電力および持続時間を、樹脂界面の物理モデルを介して計算することができる。

一実施態様では、システム１００は、樹脂界面全体に熱を均一に分布させるために、構築ウィンドウ１１０および／または樹脂界面を均一な赤外線ランプで照明する。さらに、システム１００は、樹脂界面に入射する入力エネルギーを変化させるために、赤外線ランプの強度、持続時間および／または周波数を調整することができ、それにより前述の計算した入力エネルギーに従って、オーバーシュートを防止することができる。

代替的には、システム１００は、構築ウィンドウ１１０にわたって配置された導電性の透明な薄膜を介して、樹脂界面を均一に加熱することができる。この実施態様では、システム１００が、（例えば、電気的損失、および構築ウィンドウ１１０に失われる熱を考慮して）計算した入力エネルギーを構築ウィンドウ１１０に放散する電流を印加する。さらに別の実施態様では、システム１００が、構築ウィンドウ１１０の外周の周り配置され、構築ウィンドウ１１０を加熱するように構成された抵抗加熱要素のセットを介して、電流を印加することができる。

通常、ブロックＳ１３２、Ｓ１３４およびＳ１３６において、システム１００は、樹脂界面における樹脂の界面層の温度分布を検出し、赤外線光源によって構築ウィンドウ１１０にわたって投射されたときに、構築ウィンドウ１１０の樹脂界面における樹脂の温度を目標温度に近い温度に向かわせる対応する赤外線光投射を計算し、この赤外線光投射を構築ウィンドウ１１０に向けて投射することができる。より具体的には、システム１００は、構築ウィンドウ１１０の表面と樹脂溜まりとの間の樹脂界面において、構築ウィンドウ１１０の下方に配置された、樹脂界面を包含する視野を規定する熱画像センサ１６０を介して、樹脂溜まりの界面層における温度分布を検出し、光硬化状態の樹脂の目標架橋密度に対応する樹脂界面の目標反応温度に近い均一な温度に界面層を加熱すると予測されるＩＲ光投射を計算し、そのＩＲ光投射を構築ウィンドウ１１０に向けて投射することができる。このため、システム１００は、目標反応温度に比べて相対的に低温であることを特徴とする樹脂界面の領域を特定し、特定した領域に入射するＩＲ光を選択的に投射することにより、特定した領域の温度を樹脂界面における樹脂の目標温度に向けて上昇させ、かつ／または、樹脂界面における低温領域と高温領域との間の温度勾配を平滑化することができる。システム１００は、各構築サイクルの前に、方法Ｓ１００のそれらブロックを実行することができ、その結果、システム１００は、樹脂界面における温度を継続的に監視し、樹脂界面における樹脂の温度を上昇させるために、樹脂界面に（ＩＲ投射の形態で）熱を加えることができる。

システム１００は、樹脂界面の低温領域を加熱し、ＩＲ界面全体の温度勾配を平滑化するために、樹脂界面全体の温度分布の逆数であるＩＲ光の分布を投射することができる。しかしながら、一実施態様では、システム１００は、ピクセル単位で赤外線を樹脂界面に選択的に適用するように構成されたデジタルＩＲプロジェクタ１６４を含むことができる。このため、システム１００は、制御アルゴリズムを実行して、樹脂界面全体にわたって各ピクセルで目標温度を設定することができる。代替的には、システム１００は、プロジェクタからの入射ＩＲ光による樹脂界面全体の熱伝達を予測する物理モデルを実行し、目標温度の局所的なオーバーシュートを防止するために、物理モデルに従って入射ＩＲ光を変調することができる。

システム１００のいくつかの実施態様では、システム１００が、構築体の連続する層の幾何学的形状に基づいて、樹脂界面で特定の（不均一な温度分布）をもたらすように、樹脂界面を選択的に加熱することができる。このため、システム１００は、構築体の連続する層の幾何学的形状にアクセスし、構築体の連続する層の幾何学的形状に基づいて目標温度分布を計算し、その目標温度分布をもたらすと予測されるＩＲ光投射を計算することができる。

一例では、システム１００は、構築体の連続する層の幾何学的形状と一致する樹脂界面の領域が目標反応温度に向けて上昇する一方で、構築体の連続する層と一致しない領域が低い温度に維持されるような目標温度分布をもたらすために、樹脂界面を選択的に加熱することができる。このため、この例では、システム１００は、樹脂界面の意図された領域の外側で発生する反応の発生率を低減し、それにより構築体の寸法精度を向上させることができる。

別の例では、システムは、界面温度分布における最高温度が、構築体の連続する層の幾何学的形状のエッジと一致し、構築体の連続する層に対応する断面領域の内部に向かって減少するような目標温度分布をもたらすように、樹脂界面を選択的に加熱することができる。このため、この例では、システム１００は、大きな断面積を有する構築体内の光硬化反応中に発生する可能性のある、樹脂界面のそれら領域における低い樹脂移動度および／または過度に高い温度に起因して構築体の中心に向かって発生する可能性のある過度の硬化を低減することができる。

一実施態様では、物理モデルは、システム１００がブロックＳ１４０またはＳ１５０を実行する将来の光硬化時間において目標温度となる入射エネルギー量をピクセル単位で予測し、これにより、システム１００が樹脂界面に向けてＩＲ光を投射してからシステム１００が構築体の後続の層を光硬化させるまでの間に樹脂内で発生し得る熱伝達効果を考慮することができる。別の実施態様では、システム１００は、現在の温度分布に基づいて、樹脂が樹脂界面全体で目標反応温度を示すことを検出することに応答して、ブロックＳ１４０またはＳ１５０を実行する。

６．全体的なシステム制御
一変形例では、図５に示すように、システム１００は、複数のサブシステム（すなわち、樹脂温度制御サブシステム、界面温度制御サブシステムおよびチャンバ温度制御サブシステム）によって検出された温度データを統合して、樹脂温度制御サブシステム、界面温度制御サブシステムまたはチャンバ温度制御サブシステムによる温度オーバーシュートを低減することができる。より具体的には、システム１００は、製造される構築体の幾何学的形状および液体の光硬化反応の化学的性質に基づいて先読み制御を実行し、検出した樹脂界面の温度分布に基づいて樹脂のバルク温度を制御し、かつ／または、付加製造プロセスの層進行速度（すなわち、焼付速度）を制御することができる。このため、システム１００は、熱画像センサ１６０から温度分布データを収集することができ、樹脂界面制御を実行することに加えて、樹脂界面における目標温度を正確に維持するためにシステム１００の他の態様を制御することができる。

システム１００は、システム１００および樹脂の熱力学的特性に基づいて、樹脂溜まりのバルク温度、界面層の界面温度および構築チャンバ１３０のチャンバ温度を予測するために、システム１００の熱力学モデルを維持することができる。例えば、熱力学モデルは、システム１００と外部環境との間の熱流束を推定し、樹脂温度制御サブシステム、界面温度制御サブシステム、チャンバ温度制御サブシステムによって、かつ発熱光硬化反応によってシステム１００に入力されるエネルギーを調整するために、システム１００内の物体（樹脂自体および／または構築体の以前に光硬化された層に含まれる光硬化樹脂を含む）の幾何学的形状、質量、密度、比熱、熱伝導率、熱伝達係数および／または任意の他の特性を含むことができる。熱力学モデルは、数学的シミュレーション、数値モデル、および／または有限要素法（以下、「ＦＥＭ」と称する。）のようなより複雑なシミュレーションを含むことができる。

一実施態様では、システム１００は、樹脂界面における平均界面温度が、樹脂界面における樹脂の目標反応温度よりも著しく低いか、かつ／または目標反応温度よりも著しく高いか（すなわち、予め設定された間隔の外にあるか）否かを検出し、それに応じて、システム１００による熱入力に対する界面層の応答時間を減少させるために、樹脂のバルク樹脂温度を調整するように、樹脂温度制御サブシステムに指示することができる。例えば、樹脂界面の平均温度が閾値温度を超える（例えば、目標反応温度または目標反応温度の１０２％を超える）場合、システム１００は、樹脂温度制御サブシステムを介して樹脂溜まりのバルク樹脂温度を冷却して（すなわち、目標バルク樹脂温度を下げて）、樹脂界面からの熱伝達を増加させることができる。代替的には、システム１００は、樹脂界面における平均界面温度が目標温度よりも低いことに応答して、樹脂溜まりのバルク樹脂温度を上昇させる（すなわち、目標バルク樹脂温度を上昇させる）ことができる。このように、システム１００は、樹脂界面における界面温度を制御する際にシステム１００を支援するために、樹脂溜まりの目標バルク樹脂温度を調整することができる。

上述した実施態様の何れかにおいて、システム１００は、構築体の新たに光硬化される層に対する構築体の以前に光硬化された層の過冷却または過加熱を防止するために、樹脂溜まりのバルク樹脂温度を特定のバルク樹脂温度範囲内に（例えば、最小バルク樹脂温度および最大バルク樹脂温度で）制限することができる。

７．先読み制御
一実施態様では、システム１００は、製造される構築体のためのコンピュータ支援設計ファイルにアクセスすることによって、先読み制御を実行することができる。その後、システム１００は、システム１００によってまだ光硬化されていない構築体の連続する層の幾何学的形状を特定することができる。光硬化反応は発熱反応であるため、ステップＳ１４０およびＳ１５０においてシステム１００によって硬化される樹脂の量は、樹脂界面における界面温度および界面温度プロファイルに大きく寄与する。このため、システム１００は、界面分布または樹脂界面に向けて導かれるエネルギーの量を決定する際に、光硬化プロセスによる樹脂溜まりおよび界面層への熱入力を考慮することができる。

先読み制御を実行するために、システム１００は、反応の単位量あたりに放出されるエネルギーなど、樹脂の光硬化反応の特性を記憶する。このため、システム１００は、後続の層で光硬化される樹脂の量と、光硬化反応で放出されるエネルギーの量とを関連付けることができる。さらに、システム１００は、製造される構築体の３次元モデルを記憶しているため、システム１００は、光硬化反応で放出されるエネルギーの分布を特定することもできる。

さらに、システム１００は、樹脂界面における現在の界面温度分布、記憶された光硬化反応の特性、および構築体の後続の層の幾何学的形状に基づいて、樹脂界面全体の界面温度分布を（例えば、システム１００の熱力学モデルを介して）予測することができる。より具体的には、システム１００は、構築サイクルにおいて層の幾何学的形状にアクセスして、層の幾何学的形状と一致する樹脂界面の目標反応温度に近い均一温度に界面層を加熱すると予測されるＩＲ光投射を計算することができる。

一実施態様では、樹脂界面における将来の界面温度分布を予測すると、システム１００は、後続の層を光硬化させる際にその領域の界面温度が閾値最大界面温度を超えると予測した場合に、当該システム１００は、構築体の後続の層と一致する樹脂界面の領域に入射するＩＲ光を先制して（例えば、樹脂界面の領域が目標界面温度に達する前に）低減することができる。より具体的には、システム１００は、構築サイクルにおいて層幾何学的形状にアクセスし、層幾何学的形状の光硬化に対応する発熱出力を計算し、発熱出力に基づいて熱力学モデルを調整することができる。

別の実施態様では、システム１００は、連続する光硬化ステップにわたって樹脂溜まりに加えられる予測熱量と、システム１００の熱力学モデルとに基づいて、樹脂溜まりの目標バルク樹脂温度を調整することができる。同様に、システム１００は、樹脂溜まりのバルク樹脂温度の変化をもたらすために、システム１００の熱力学モデルに基づいて、目標チャンバ温度を調整することができる。より具体的には、システム１００は、構築ウィンドウ１１０、樹脂溜まり、構築トレイ１４０、ガス状環境および構築チャンバ１３０の熱力学モデルに応じて、樹脂溜まりを目標バルク樹脂温度に向けて加熱し、熱力学モデルに応じてガス状環境を目標チャンバ温度に向けて加熱し、熱力学モデルに応じて界面層を目標反応温度に向けて加熱することができる。

特に、この実施態様では、システム１００は、第１の発熱出力に基づいて樹脂溜まりへの熱入力を低減することによって、かつ第１の発熱出力に基づいてガス状環境への熱入力を低減することによって、熱力学モデルを調整することができる。このため、システム１００は、システム１００の領域間の熱伝達と、構築体の連続する各層の光硬化反応によるシステム１００への予測される熱入力とを考慮することによって、樹脂界面または樹脂溜まり内での樹脂の過加熱を防止することができる。

８．焼付速度の調整
一実施態様では、システム１００は、樹脂界面における樹脂の界面温度が閾値最大界面温度を超える（例えば、目標反応温度よりも高い）ことを防止するために、システム１００が光硬化ブロックＳ１４０およびＳ１５０を実行する速度を調整することができる。樹脂界面の界面温度または樹脂溜まりのバルク樹脂温度が閾値最大温度を超えると予測した場合、システム１００は、システム１００が構築体の後続の層を光硬化させるまでの時間を長くすることができる。より具体的には、システム１００は、構築体の第１の層を光硬化することによる予測される発熱出力に基づいて、構築サイクルの遅延を計算し、この構築サイクルの遅延により、第１の構築サイクルに続く第２の構築サイクルを開始することができる。

システム１００は、光硬化反応のエネルギーをより長い期間にわたって拡散させるために、ブロックＳ１４０およびＳ１５０におけるＵＶ光照射の強度および／または持続時間を調整し、それにより樹脂界面における界面温度が閾値最大界面温度を超えることを防止することもできる。

９．赤外線後硬化
一実施態様では、システム１００は、構築サイクルの後硬化段階において、新たに光硬化された層を反応温度よりも高く加熱するために、連続する新たに光硬化された各層をＩＲプロジェクタ１６４から投射されたＩＲ光に曝すことによって、層毎に構築体を後硬化することができる。より具体的には、システム１００は、構築サイクルにおいて、ＩＲプロジェクタ１６４を介して構築体の層を後硬化することができる。このため、システム１００は、構築体のグリーン特性と構築体の最終的な目標特性との間の差をさらに低減し、システム１００から構築体を除去した後の後硬化ステップの必要性を低減することができる。

この実施態様では、システム１００は、構築体の層の幾何学的形状にアクセスし、ＩＲプロジェクタ１６４を介して、構築体の先行層に対応する樹脂界面の領域にＩＲ光を向けることができ、それにより樹脂界面に入射する過剰なＩＲ放射を防止することができる。さらに、構築体の先行層に入射するＩＲ光を選択的に投射することによって、システム１００は、構築体に入力される総熱エネルギーを最小化し、それにより構築体の先行層の熱たわみを防止することができる。

本明細書に記載されるシステムおよび方法は、コンピュータ可読命令を記憶するコンピュータ可読媒体を受け入れるように構成された機械として、少なくとも部分的に実施および／または具現化されることができる。命令は、アプリケーション、アプレット、ホスト、サーバ、ネットワーク、ウェブサイト、通信サービス、通信インタフェース、ユーザコンピュータまたはモバイルデバイスのハードウェア／ファームウェア／ソフトウェア要素、リストバンド、スマートフォンまたはそれらの任意の適切な組み合わせと統合されたコンピュータ実行可能コンポーネントによって実行されることができる。本実施形態の他のシステムおよび方法が、コンピュータ可読命令を記憶するコンピュータ可読媒体を受け入れるように構成された機械として少なくとも部分的に実施されることができる。命令は、上述したタイプの装置およびネットワークと統合されたコンピュータ実行可能コンポーネントによって統合されたコンピュータ実行可能コンポーネントによって実行されることができる。コンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ、光学デバイス（ＣＤまたはＤＶＤ）、ハードドライブ、フロッピードライブまたは任意の適切なデバイスなどの任意の適切なコンピュータ可読媒体に記憶されることができる。コンピュータ実行可能コンポーネントは、プロセッサであってもよいが、任意の適切な専用ハードウェアデバイスが（代替または追加として）命令を実行することができる。

当業者は、前述の詳細な説明および図面並びに請求の範囲から理解するであろうが、以下の請求の範囲で規定されるように、本考案の範囲から逸脱することなく本考案の実施形態に修正および変更が加えられることができる。

Claims (20)

1. 付加製造方法であって、
   ・構築ウィンドウの上に配置された、樹脂の樹脂溜まりを含む構築トレイにおいて、光硬化状態の樹脂の熱たわみ温度よりも低い目標バルク樹脂温度に向けて樹脂溜まりを加熱するステップであって、前記目標バルク樹脂温度が液体状態の樹脂の目標粘度に対応する、ステップと、
   ・前記構築トレイおよび前記構築ウィンドウを包含する、ガス状環境を有する構築チャンバにおいて、前記ガス状環境を、光硬化状態の樹脂の熱たわみ温度よりも低い目標チャンバ温度に向けて加熱するステップと、
   ・前記構築ウィンドウの表面と前記樹脂溜まりとの間の樹脂界面において、前記樹脂溜まりの界面層を目標反応温度に向けて加熱するステップであって、前記目標反応温度が光硬化状態の樹脂の目標架橋密度に対応する、ステップと、
   ・第１の構築サイクルにおいて、前記樹脂溜まりが目標バルク樹脂温度に近い第１の温度を示すことに応答して、かつ前記ガス状環境が目標チャンバ温度に近い第２の温度を示すことに応答して、かつ前記界面層が目標反応温度に近い第３の温度を示すことに応答して、
   －前記樹脂界面において、第１の量の樹脂溜まりを選択的に光硬化させて、前記構築プラットフォームに付着した構築体の第１の層を形成するステップと、
   －前記構築ウィンドウから前記構築プラットフォームを後退させるステップとを備えることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   ・前記樹脂溜まりを目標バルク樹脂温度に向けて加熱することが、前記構築トレイにおいて、溜まり閉ループ制御関数に従って前記樹脂溜まりを目標バルク樹脂温度に向けて加熱することを含み、
   ・前記ガス状環境を目標チャンバ温度に向けて加熱することが、前記構築チャンバにおいて、チャンバ閉ループ制御関数に従って前記ガス状環境を目標チャンバ温度に向けて加熱することを含み、
   ・前記界面層を目標反応温度に向けて加熱することが、界面閉ループ制御関数に従って前記界面層を目標反応温度に向けて加熱することを含むことを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の方法において、
   ・前記第１の構築サイクルに続く第２の構築サイクルにおいて、前記樹脂溜まりが目標バルク樹脂温度に近い第４の温度を示すことに応答して、かつ前記ガス状環境が目標チャンバ温度に近い第５の温度を示すことに応答して、かつ前記界面層が目標反応温度に近い第６の温度を示すことに応答して、
   －前記樹脂界面において、第２の量の樹脂溜まりを選択的に光硬化させて、前記構築体の第１の層に付着した前記構築体の第２の層を形成するステップと、
   －前記構築ウィンドウから前記構築プラットフォームを後退させるステップとをさらに備えることを特徴とする方法。
4. 請求項１に記載の方法において、
   前記構築ウィンドウの下方に配置された、前記樹脂界面を包含する視野を規定する熱画像センサを介して、前記界面層の第３の温度を検出するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
5. 請求項１に記載の方法において、
   前記樹脂溜まりの界面層を目標反応温度に向けて加熱することが、前記構築ウィンドウの外周に沿って配置された加熱要素のセットを介して、前記樹脂溜まりの界面層を目標反応温度に向けて加熱することを含むことを特徴とする方法。
6. 請求項１に記載の方法において、
   前記樹脂溜まりの界面層を目標反応温度に向けて加熱することが、前記構築ウィンドウと位置合わせされた投射領域を規定する赤外線プロジェクタを介して、前記樹脂溜まりの界面層を目標反応温度に向けて加熱することを含むことを特徴とする方法。
7. 請求項６に記載の方法において、
   ・さらに、
   －前記構築ウィンドウの下方に配置された、前記樹脂界面を包含する視野を規定する熱画像センサを介して、前記界面層全体の温度分布を検出するステップと、
   －前記樹脂界面で目標反応温度に近い均一な温度に前記界面層を加熱すると予測される赤外線投射を計算するステップとを備え、
   ・前記赤外線プロジェクタを介して前記樹脂溜まりの界面層を目標反応温度に向けて加熱することが、前記構築ウィンドウに向けて赤外線投射することを含むことを特徴とする方法。
8. 請求項７に記載の方法において、
   ・前記第１の構築サイクルにおいて、第１の層の幾何学的形状にアクセスするステップをさらに含み、
   ・赤外線投射を計算することが、前記第１の層の幾何学的形状に一致する樹脂界面全体で、目標反応温度に近い均一な温度に前記界面層を加熱すると予測される赤外線投射を計算することを含むことを特徴とする方法。
9. 請求項６に記載の方法において、
   第１の構築サイクルにおいて、前記樹脂溜まりが目標バルク樹脂温度に近い第１の温度を示すことに応答して、かつ前記ガス状環境が目標チャンバ温度に近い第２の温度を示すことに応答して、かつ前記界面層が目標反応温度に近い第３の温度を示すことに応答して、前記赤外線プロジェクタを介して前記構築体の第１の層を後硬化するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
10. 請求項１に記載の方法において、
    ・前記樹脂溜まりを目標バルク樹脂温度に向けて加熱することが、前記構築トレイにおいて、前記構築ウィンドウ、前記樹脂溜まり、前記構築トレイ、前記ガス状環境および前記構築チャンバの熱力学モデルに従って、前記樹脂溜まりを目標バルク樹脂温度に向けて加熱することを含み、
    ・前記ガス状環境を目標チャンバ温度に向けて加熱することが、前記構築チャンバにおいて、前記熱力学モデルに従って前記ガス状環境を目標チャンバ温度に向けて加熱することを含み、
    ・前記界面層を目標反応温度に向けて加熱することが、前記熱力学モデルに従って前記界面層を目標反応温度に向けて加熱することを含むことを特徴とする方法。
11. 請求項１０に記載の方法において、
    ・前記第１の構築サイクルにおいて、第１の層の幾何学的形状にアクセスするステップと、
    ・前記第１の層の幾何学的形状の光硬化に対応する第１の発熱出力を計算するステップと
    ・前記第１の発熱出力に基づいて前記熱力学モデルを調整するステップとをさらに含むことを特徴とする方法。
12. 請求項１１に記載の方法において、
    前記第１の発熱出力に基づいて前記熱力学モデルを調整することが、
    ・前記第１の発熱出力に基づいて、前記樹脂溜まりへの熱入力を低減すること、並びに、
    ・前記第１の発熱出力に基づいて、前記ガス状環境への熱入力を低減することをさらに含むことを特徴とする方法。
13. 請求項１１に記載の方法において、
    ・前記第１の発熱出力に基づいて、構築サイクル遅延を計算するステップと、
    ・サイクル遅延だけ第１の構築サイクルの後に続く第２の構築サイクルにおいて、前記樹脂溜まりが目標バルク樹脂温度に近い第４の温度を示すことに応答して、かつ前記ガス状環境が目標チャンバ温度に近い第５の温度を示すことに応答して、かつ前記界面層が目標反応温度に近い第６の温度を示すことに応答して、
    －前記樹脂界面において、第２の量の樹脂溜まりを選択的に光硬化させて、前記構築体の第１の層に付着した前記構築体の第２の層を形成するステップと、
    －前記構築ウィンドウから前記構築プラットフォームを後退させるステップとをさらに備えることを特徴とする方法。
14. 請求項１に記載の方法において、
    前記構築チャンバ内に配置された、前記樹脂溜まりの表面に入射する視野を規定する熱画像センサを介して、前記樹脂溜まりの第１の温度を検出するステップをさらに備えることを特徴とする方法。
15. 請求項１に記載の方法において、
    ・前記第１の構築サイクルにおいて、第１の層の幾何学的形状にアクセスするステップと、
    ・第１の量の樹脂に近似する前記第１の層の幾何学的形状に基づいて、樹脂の置換量を計算するステップと、
    ・樹脂ディスペンササブシステムにおいて、目標バルク樹脂温度に近い第４の温度に向けて前記置換量を予熱するステップと、
    ・前記構築ウィンドウから前記構築プラットフォームを後退させることに応答して、前記樹脂ディスペンササブシステムを介して前記樹脂溜まり内に前記置換量を投入するステップとをさらに備えることを特徴とする方法。
16. 請求項１に記載の方法において、
    前記樹脂溜まり内の樹脂のガス放出を防止すると予測される目標チャンバ圧力に向けて前記構築チャンバを加圧するステップをさらに備えることを特徴とする方法。
17. 請求項１に記載の方法において、
    ・さらに、
    －前記構築トレイで、固体状態のある量の樹脂を融解するステップと、
    －前記構築チャンバ内に配置された可視光画像センサを介して、前記樹脂溜まりを形成するための前記量の樹脂の相変化を検出するステップとを含み、
    ・前記構築トレイにおいて、前記樹脂溜まりを目標バルク樹脂温度に向けて加熱することが、相変化を検出することに応答して、前記構築トレイにおいて、前記樹脂溜まりを目標バルク樹脂温度に向けて加熱することを含み、
    ・前記構築チャンバにおいて、前記ガス状環境を目標チャンバ温度に向けて加熱することが、相変化を検出することに応答して、前記構築チャンバにおいて、前記ガス状環境を目標チャンバ温度に向けて加熱することを含み、
    ・前記樹脂界面において、前記樹脂溜まりの界面層を目標反応温度に向けて加熱することが、相変化を検出することに応答して、前記樹脂溜まりの界面層を目標反応温度に向けて加熱することを含むことを特徴とする方法。
18. 付加製造方法であって、
    ・構築ウィンドウ上に配置された、樹脂の樹脂溜まりを含む構築トレイにおいて、光硬化状態の樹脂の熱たわみ温度よりも低い目標バルク樹脂温度に向けて前記樹脂溜まりを加熱するステップと、
    ・前記構築ウィンドウの表面と前記樹脂溜まりとの間の樹脂界面において、前記樹脂溜まりの界面層を目標反応温度に向けて加熱するステップと、
    ・第１の構築サイクルにおいて、前記樹脂溜まりが目標バルク樹脂温度に近い第１の温度を示すことに応答して、かつ前記界面層が目標反応温度に近い第２の温度を示すことに応答して、
    －前記樹脂界面において、第１の量の樹脂を選択的に光硬化させて、構築プラットフォームに付着した構築体の第１の層を形成するステップと、
    －前記構築ウィンドウから前記構築プラットフォームを後退させるステップとを備えることを特徴とする方法。
19. 請求項１８に記載の方法において、
    ・ガス状環境を含み、前記構築トレイと前記構築ウィンドウを包含する構築チャンバにおいて、光硬化状態の樹脂の熱たわみ温度よりも低い目標チャンバ温度に向けて前記ガス状環境を加熱するステップをさらに含み、
    ・前記第１の構築サイクルにおいて、前記樹脂溜まりが目標バルク樹脂温度に近い第１の温度を示すことに応答して、かつ前記界面層が目標反応温度に近い第２の温度を示すことに応答して、前記樹脂界面において、第１の量の樹脂を選択的に光硬化させて、前記構築プラットフォームに付着した構築体の第１の層を形成することが、前記第１の構築サイクルにおいて、前記樹脂溜まりが目標バルク樹脂温度に近い第１の温度を示すことに応答して、かつ前記界面層が目標反応温度に近い第２の温度を示すことに応答して、かつ前記ガス状環境が目標チャンバ温度に近い第３の温度を示すことに応答して、前記樹脂界面において、第１の量の樹脂を選択的に光硬化させて、前記構築プラットフォームに付着した構築体の第１の層を形成することを含み、
    ・前記第１の構築サイクルにおいて、前記樹脂溜まりが目標バルク樹脂温度に近い第１の温度を示すことに応答して、かつ前記界面層が目標反応温度に近い第２の温度を示すことに応答して、前記構築ウィンドウから前記構築プラットフォームを後退させることが、前記第１の構築サイクルにおいて、前記樹脂溜まりが目標バルク樹脂温度に近い第１の温度を示すことに応答して、かつ前記界面層が目標反応温度に近い第２の温度を示すことに応答して、かつ前記ガス状環境が目標チャンバ温度に近い第３の温度を示すことに応答して、前記構築ウィンドウから前記構築プラットフォームを後退させることを含むことを特徴とする方法。
20. 請求項１８に記載の方法において、
    ・前記構築トレイにおいて、前記樹脂溜まりを目標バルク樹脂温度に向けて加熱することが、前記構築トレイにおいて、液体状態の樹脂の目標粘度に対応する目標バルク樹脂温度に向けて前記樹脂溜まりを加熱することを含み、
    ・前記樹脂界面において、前記樹脂溜まりの界面層を目標反応温度に向けて加熱することが、前記樹脂界面において、光硬化状態の樹脂の目標架橋密度に対応する目標反応温度に向けて前記樹脂溜まりの界面層を加熱することを含むことを特徴とする方法。

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