JP6423801B2 - ３次元製作のための方法および装置 - Google Patents

Description

[関連出願]
本出願は、共同所有の、２０１３年１２月２３日に出願された米国仮特許出願第６１／９１９，９０３号（事件整理番号１１５１−３ＰＲ２）、２０１３年８月１４日に出願された米国仮特許出願第６１／８６５，８４１号（事件整理番号１１５１−３ＰＲ）および２０１３年２月１２日に出願された米国仮特許出願第６１／７６３，７４６号（事件整理番号１１５１−２ＰＲ）の利益を主張し、これらの開示は、それら全体が参照により本願明細書の一部となすものとする。

本発明は、液体の重合性材料から固体の３次元物体を製作するための方法および装置に関する。

従来の積層製作技法または３次元製作技法(three-dimensional fabrication)では、３次元物体の構築は、段階的なまたは交互積層の様式で実施される。具体的には、可視光照射またはＵＶ光照射の作用を受けた光硬化性樹脂の固化により、層形成が実施される。下記の２種の技法が知られている。すなわち、一つは、成長している物体(growing object)の上面に新たな層が形成され、もう一つは、成長している物体の底面に新たな層が形成される。

成長している物体の上面に新たな層を形成する場合、各照射工程後に構築中の物体を樹脂「プール(pool)」中に下げて、上部に樹脂の新たな層をコーティングし、新たな照射工程が行われる。そのような技法の初期の例が、Ｈｕｌｌの米国特許第５，２３６，６３７号の図３に示されている。そのような「トップダウン」技法の欠点は、成長している物体を液体樹脂の（潜在的に深い）プールに浸す必要があることおよび液体樹脂の正確な被覆層を再構築する必要があることである。

成長している物体の底部に新たな層を形成する場合、各照射工程後に、構築中の物体を、製作ウェル（ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｗｅｌｌ）中の底板から分離しなくてはならない。そのような技法の初期の例が、Ｈｕｌｌの米国特許第５，２３６，６３７号の図４に示されている。そのような「ボトムアップ」技法は、代わりに比較的浅いウェルまたはプールの中から物体を持ち上げることにより、物体が浸される深いウェルの必要性を取り除く可能性を保持するが、商業的に実行されるそのような「ボトムアップ」製作技法に関する問題は、底板と固化層との間の物理的なおよび化学的な相互作用に起因して、底板から固化層を分離する際に細心の注意を払わなくてはならないことおよび追加の機械要素を用いなくてはならないことである。例えば、米国特許第７，４３８，８４６号では、弾性の分離層を使用して、底部の構築面での固化材料の「非破壊的な」分離を実現している。その他のアプローチ、例えばＢ９Ｃｒｅａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｄｅａｄｗｏｏｄ（サウスダコタ、米国）から市販されているＢ９Ｃｒｅａｔｏｒ（商標）３次元プリンターは、スライドするビルドプレート(build plate)を用いている。例えば、Ｍ．Ｊｏｙｃｅの米国特許出願第２０１３／０２９２８６２号およびＹ．Ｃｈｅｎらの米国特許出願第２０１３／０２９５２１２号（両方とも２０１３年１１月７日）を参照されたい。また、Ｙ．Ｐａｎら、Ｊ．Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｓｃｉ．ａｎｄ Ｅｎｇ．１３４，０５１０１１−１（２０１２年１０月）も参照されたい。このようなアプローチは、装置を複雑にしたり、方法に時間がかかったり、および／または最終製品を潜在的に歪めるたりするという可能性がある機械的工程が導入されている。

米国特許第７，８９２，４７４号では、「トップダウン」技法に関して３次元物体を製造するための連続プロセスが相当に詳しく提案されているが、この参考文献は、連続プロセスを、製造する物品に対して非破壊的な方法で「ボトムアップ」システムをどのようにして実行することができるかを説明していない。従って、「ボトムアップ」製作における機械的分離工程の必要性を取り除くことができる、３次元製作のための代替方法および代替装置が必要とされている。

本明細書には、３次元物体の一般的な連続的生産のための方法、システムおよび装置（関連する制御方法、制御システムおよび制御装置を含む）が記載されている。これらの方法、システムおよび装置では、液界面から３次元物体が製造される。従って、これらを、限定を目的とするものではなく便宜のために「連続的液体界相印刷(continuous liquid interphase printing)」と称する場合がある。本明細書の図１に略図を示す。

下記で論じるように、この界面は、同じ重合性液体の第１の層と第２の層との間または第１のゾーンと第２のゾーンとの間に存在する。第１の層またはゾーン（「デッドゾーン(dead zone)」と称する場合もある）は、（少なくとも重合を阻害する量で）重合の阻害剤を含有するが、第２の層またはゾーンでは、重合がもはや実質的に阻害されない程度まで阻害剤が消費されている（またはその他の方法により第２の層もしくはゾーンに取り込まれていないもしくは浸透していない）。第１のゾーンおよび第２のゾーンは互いの間に厳密な界面を形成せず、むしろ、明確な界面とは対照的に第１のゾーンと第２のゾーンとの間に界相が形成されていると説明することもできる組成の勾配が存在しており、各界相は互いに混ざり合っている。さらに、第１のゾーンと第２のゾーンとの間には（および製作する３次元物体とビルド面(build surface)（該ビルド面を介して重合性液体が照射される）との間にも）、（部分的にまたは完全に重複する）重合の勾配が発生する。この重合の勾配から、（層毎に製作するのではなく）３次元物体を連続的に製作する、成長させるまたは製造することができる。結果として、例えばＹ．ＰａｎらまたはＪ．Ｊｏｙｃｅら（上記で述べた）に記載されている交互積層技法で生じる可能性がある、製造する物体中における分断（ｆａｕｌｔ）線または切断線の発生を低減することができるまたは未然に防ぐことができる。当然のことながら、下記で更に論じるように、所望される場合には、そのような分断線または切断線を意図的に導入することができる。

連続的液体界相印刷のいくつかの実施形態では、第１の層またはゾーンは、ビルドプレートの真上にまたは該ビルドプレートと接触して設けられる。ビルドプレートは、重合を開始(initiate)させる照射（例えばパターン化された照射）に対して透明であるが、ビルドプレートは、重合阻害剤に対して好ましくは半透過性であり、（例えば阻害剤を「デッドゾーン」に連続的に供給するために）重合の阻害剤（例えば酸素）の一部または全てがビルドプレートを通過することを可能にする。ビルドプレートは、（交互積層プロセスにおけるような）独立(separate)したまたは順次的な工程を作るためにスライドさせる、格納する、元に戻す等の必要がないという意味で、好ましくは「固定されている」または「静止している」。当然のことながら、下記でも更に論じるように、いくつかの実施形態では、重合の勾配を過度に破壊せず、液界面からの連続的重合を依然として可能にするｘ方向および／またはｙ方向におけるビルドプレートの小さい動きがなお受け入れられ得る。

そのため、本発明は、３次元物体を形成する方法であって、キャリア(carrier)と、ビルド面を有する光学的に透明な部材とを準備することであり、前記キャリアと前記ビルド面とがそれらの間にビルド領域(build region)を画定する、前記準備することと、前記ビルド領域に重合性液体を充填することと、前記光学的に透明な部材を介して前記ビルド領域を照射して前記重合性液体から固体ポリマーを形成し、同時に前記キャリアを前記ビルド面から離れるように前進(advancing)させて前記固体ポリマーから前記３次元物体を形成することであり、同時に（ｉ）前記ビルド面に接触する重合性液体のデッドゾーンを連続的に維持し、ならびに（ｉｉ）前記デッドゾーンと前記固体ポリマーとの間のおよびこれらに接触する重合ゾーンの勾配を連続的に維持し、前記重合ゾーンの勾配が前記重合性液体を部分的に硬化した形態で含む（例えば、その結果、前記３次元物体における固体ポリマーの層間の分断線または切断線の形成が低減される）こととを含む方法を提供する。いくつかの実施形態では、光学的に透明な部材が半透過性部材を含み、前記デッドゾーンを連続的に維持することを、前記光学的に透明な部材を介して重合の阻害剤を供給することにより実行し、これにより、前記デッドゾーン中におよび任意選択的に前記重合ゾーンの勾配(gradient)の少なくとも一部の中に阻害剤の勾配を生じさせ、その他の実施形態では、光学的に透明な部材は半透過性部材を含み、プロセス中に阻害剤を追加で供給することなく、製作する物品を製造するのに十分な長さの時間にわたってデッドゾーンを連続的に維持すべく、十分な量の阻害剤（または阻害剤の「プール」）を含有するように構成されている（これにより、製造工程の間に「プール」を補充するまたは再充填することができる）。いくつかの実施形態では、光学的に透明な部材が、半透過性フルオロポリマー、硬質(rigidify)のガス透過性ポリマー、多孔質ガラスまたはこれらの組み合わせで構成されている。いくつかの実施形態では、照射する工程を、前記ビルド領域に投影される２次元放射パターンにより実行し、前記パターンが経時的に変化し、更に前記同時に前進させることが前記３次元物体を形成するのに十分な時間にわたり（即ち、前記重合ゾーンの勾配が維持される時間の間）連続する。

デッドゾーンと重合ゾーンの勾配は、（２つが接するこれらの場所では）それらの間に厳密な境界を有しないが、いくつかの実施形態では、重合ゾーンの勾配の厚さは少なくともデッドゾーンの厚さ程度である。そのため、いくつかの実施形態では、デッドゾーンは、０．０１、０．１、１、２もしくは１０ミクロンから１００、２００もしくは４００ミクロンまたはそれ以上の厚さを有し、ならびに／または、前記重合ゾーンの勾配および前記デッドゾーンは合わせて、１もしくは２ミクロンから４００、６００もしくは１０００ミクロンまたはそれ以上の厚さを有する。いくつかの実施形態では、重合ゾーンの勾配は、少なくとも５、１０、１５、２０もしくは３０秒から５、１０、１５もしくは２０分またはそれ以上の時間にわたり、または３次元製品の完成まで（重合させる工程が継続すると同時に）維持される。

この方法は、（例えば、前進させることを中止するおよび再開することにより、照射の強度を増加させ、次いで低下させることにより、ならびにこれらの組み合わせにより）前記３次元物体中に切断線を形成するのに十分な時間にわたり（例えば、意図した切断のために予め定めた所望の位置で、または前記物体中において切断の予防または切断の低減が重要ではない位置で）前記重合ゾーンの勾配を破壊し、次いで前記重合ゾーンの勾配を元に戻す工程を更に含むことができる。

この方法は、ビルド領域に供給されるおよび／またはビルド領域内の前記重合性液体を（例えば下記の実験例に示す分だけ）加熱して、ビルド領域中における重合性液体の粘度を（例えば下記の実験例に示す分だけ）低下させることを更に含むことができる。

前記キャリアは、該キャリア中に形成された少なくとも１つの流路を有し、前記充填することは、前記少なくとも１つの流路を介して前記ビルド領域中に前記重合性液体を通すまたは押し込む(passing or forcing)ことにより実行される（例えば、前記キャリアは該キャリア中に形成された複数の流路を有し、様々な重合性液体を前記複数の流路のうちの異なる１つを介して押し込み、例えば、前記物体とは別の少なくとも１本または複数の外部供給導管(external feed conduit)を同時に形成することを更に含み、前記キャリアから少なくとも１種または複数の異なる重合性液体を前記ビルドゾーンに供給するために前記少なくとも１本の供給導管のそれぞれが前記キャリア中の流路と流体連通している）、方法を実行することができる、および装置を実現することができる。いくつかの実施形態では、半透過性部材は、０．１もしくは１ミリメートルから１０もしくは１００ミリメートルの厚さを有し、および／または前記半透過性部材は、少なくとも１０Ｂａｒｒｅｒの酸素に対して透過性を有する。

このように、本発明の第１の特定の態様は３次元物体を形成する方法である。一般に、この方法は、
（ａ）キャリアおよびビルドプレートを準備する工程であって、ビルドプレートが（任意選択的ではあるがいくつかの実施形態では好ましくは固定された）半透過性部材を含み、前記半透過性部材が、ビルド面と（任意選択的ではあるがいくつかの実施形態では好ましくは）前記ビルド面とは別の供給面(feed surface)とを（例えば、半透過性部材の反対側にもしくは端部上に、および／または半透過性部材の上部ではあるがビルド領域とは別の位置で）含み、ビルド面とキャリアとがそれらの間にビルド領域を画定し、供給面は（液体または気体の）重合阻害剤に流体接触(fluid contact)している、工程と、
（ｂ）ビルド領域に重合性液体を充填する工程であって、前記重合性液体が前記ビルド部分に接触する、工程、次いでおよび／または同時に、
（ｃ）（例えば化学線により）ビルドプレートを介してビルド領域を照射する工程であって、この照射によりビルド領域中に固体の重合領域を生じさせるとともに、固体の重合領域とビルド面との間に、重合性液体で構成される液体フィルムのリリース(release:剥離)層が形成され、この液体フィルムの重合が前記重合阻害剤により阻害される、工程と、次いでおよび／または同時に、
（ｄ）重合領域が接している(adhered)キャリアを、（任意選択的ではあるがいくつかの実施形態では好ましくは静止している）ビルドプレート上のビルド面から離れるように前進させる工程であって、該前進させることにより（例えば、重合領域と前記ビルド面との間に空気、ガスまたは蒸気のポケット(pocket)またはギャップを形成することを伴わず、代わりに前記重合性液体を介して重合領域およびビルド面との液体接触を維持して）重合領域とビルドプレートの上部ゾーンとの間に次のビルド領域を作る、工程と
を含む。

互いに接している重合領域の堆積の繰り返しにより前記３次元物体が形成されるまで（例えば、例えば重合ゾーンの勾配を介して前記連続中におよび／または繰り返し中に前記固体の重合領域が前記重合性液体に接触したままであり、ならびに例えば少なくとも１０、２０もしくは３０秒の時間にわたり、または少なくとも１もしくは２分の時間にわたり、および／または少なくとも０．５、１、２、３、４もしくは５センチメートルの高さに製品を製作中に、形成される（完成したまたは中間の）３次元物体の完成まで（完成したまたは中間の製品の完成まで）、工程（ｂ）および工程（ｄ）または工程（ｂ）から工程（ｄ）を、（同時に、順次に、またはこれらの任意の組み合わせで）連続的にまたは段階的に繰り返し、各繰り返し時に、前の重合領域と接している次の重合領域を生じさせることができ、同時にビルド面は静止したままである。

言い換えると、本発明のある実施形態は、３次元物体を形成する方法であって、（ａ）キャリアと固定された半透過性部材とを準備する工程であり、前記半透過性部材が、ビルド面と（任意選択的ではあるがいくつかの実施形態では好ましくは）前記ビルド面とは別の供給面とを含み、前記ビルド面と前記キャリアとがそれらの間にビルド領域を画定し、前記供給面が重合阻害剤に流体接触する、工程と、（ｂ）前記ビルド領域に重合性液体を充填する工程であり、前記重合性液体が前記ビルド部分に接触する、工程と、（ｃ）前記ビルドプレートを介して前記ビルド領域を照射する工程であり、該照射して前記ビルド領域中に固体の重合領域を作る、工程と、さらに（ｄ）前記固体の重合領域と前記ビルド面との間に、前記重合性液体で構成される液体フィルムのリリース層を形成するまたは維持する工程であり、この液体フィルムの重合が前記重合阻害剤により阻害される、工程と、および（ｅ）前記重合領域が接した前記キャリアを前記静止しているビルドプレート上の前記ビルド面から離れるように一方向に前進させる工程であり、該前進させることにより前記重合領域と前記ビルド面との間に次のビルド領域を作る、工程（例えば、いくつかの実施形態では、前進させることは、重合領域と前記ビルド面との間に空気、ガスまたは蒸気のポケットまたはギャップを形成することを伴わず、代わりに前記重合性液体を介して重合領域およびビルド面との液体接触を維持することであり、その他の実施形態では、例えば生じる物体が発泡物体である場合に、または阻害剤が気体であり、十分な圧力で供給されてガスポケットまたは気泡が形成される場合に、前進させることを、空気、ガスまたは蒸気のポケットまたは気泡の形成を伴って実行するが、これらの実施形態では、（下記で論じた理由により意図的である場合を除き）重合性液体から３次元物体を完全に分離するガスまたは蒸気のギャップが形成されることはあまり好ましくはない）とを含む方法である。この方法は一般に、（ｆ）互いに接している重合領域の堆積の連続または繰り返しにより前記３次元物体が形成されるまで（例えば、例えば重合ゾーンの勾配を介して前記連続中におよび／または繰り返し中に前記固体の重合領域が前記重合性液体に接触したままであり、および例えば少なくとも１０、２０もしくは３０秒の時間にわたり、または少なくとも１もしくは２分の時間にわたり、および／または、少なくとも０．５、１、２、３、４もしくは５センチメートルの高さに製品を製作中に、形成される（完成したまたは中間の）３次元物体の完成まで（完成したまたは中間の製品の完成まで）、工程（ｂ）から工程（ｅ）を続けておよび／または繰り返して、前の重合領域と接している次の重合領域を生じさせることを更に含む。

前進させることを、任意の適切な累積速度(cumulative rate)または平均速度で実行することができる。これらの速度は、一定としてもよいし、または可変としてもよい（例えば、予め定めた可変パターンとしてもよい、または下記で論じる制御因子により調整され得る）。前進させることを、断続的な「工程」ではなくて連続的に実行することができる。いくつかの実施形態では、前進させる工程を、秒当たり少なくとも０．１、１、１０、１００もしくは１００ミクロンの速度(rate)またはそれ以上で、例えば重合反応の熱が重合反応製品の分解温度に達する時点まで実行することができる。上記で述べたように、前進させることは、工程間での重合性液体の再充填を容易にするために、例えば一方ではビルドプレートまたは重合性液体と他方ではキャリアまたは物体との間に完全なギャップを形成する必要がない連続した様式であり得る。

いくつかの実施形態では、充填する工程中に重合性液体を加熱し、例えば十分に加熱して重合性液体の粘度を低下させ、いくつかの実施形態では、光重合硬化の化学（ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｃｕｒｅ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）を高め、これにより、工程（ｂ）から工程（ｄ）を繰り返すことができる速度(speed)または進行度(rate)を増加させる。いくつかの実施形態では、例えばペルチェ(peltier)冷却器を用いて、ヒートシンク(heat sink)に接触させることにより、循環する冷却液を含有する冷却素子に接触させることにより、熱交換器等に接触させるもしくは該熱交換器等を循環させることにより、またはこれらの組み合わせにより、重合性液体を冷却して、ビルド物体(build object)中の隣接領域における光重合プロセスに由来する熱を消散させる。

本発明の第２の態様は、重合性液体から３次元物体を形成するための装置である。この装置は、一般に、
（ａ）支持体と、
（ｂ）支持体に作動可能に関連付けられている(associated)キャリアであって、該キャリア上で３次元物体が形成される、キャリアと、
（ｃ）支持体に接続されているビルドプレートであって、該ビルドプレートが、固定された半透過性部材を含み、半透過性部材が、ビルド面と（任意選択的にではあるがいくつかの実施形態では好ましくは）ビルド面とは別の供給面とを含み、ビルド面とキャリアとがそれらの間にビルド領域を画定している、ビルドプレートと、
（ｄ）供給面と流体連通している重合阻害剤の供給源と、
（ｅ）ビルドプレートに作動可能に関連付けられており、固化重合用のビルド領域に液体ポリマーを供給するように構成されている液体ポリマー供給部と、
（ｆ）ビルドプレートに作動可能に関連付けられており、ビルドプレートを介してビルド領域を照射し、該ビルド領域中において液体ポリマーから固体の重合領域を形成するように構成されている放射源と、ならびに
（ｇ）ビルドゾーン中における液体の重合中または重合後にキャリアをビルドプレートから離れるように前進させるために、キャリアおよび照射光源に作動可能に関連付けられている任意選択的な制御装置（例えば、３次元物体が形成される間に経時的に前記ビルド面と前記キャリア上の固体の重合材料との間の重合ゾーンの勾配を維持するように構成されている制御装置）と
を含む。

いくつかの実施形態では、装置は、（１つまたは複数の）加熱器であって、（例えば、共通の容器（ｖｅｓｓｅｌ）もしくは容器（ｃｏｎｔａｉｎｅｒ）中にビルドプレートおよび加熱器を配置し、次いで該容器がオーブンまたは加熱チャンバとして機能することにより、加熱素子をビルドプレートに直接接触させることにより、加熱器を重合性液体中に浸すことにより）ビルドプレートに作動可能に関連付けられており、ならびに／または液体ポリマー供給部に作動可能に関連付けられており、いくつかの実施形態において、（例えば下記の実験例で論じた）制御装置に接続され得る加熱器を更に含む。

Ｂ９Ｃｒｅａｔｏｒ（商標）３次元プリンターは、スライドするビルド面にポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）コーティングが塗布されている。ＰＤＭＳコーティングは、酸素を吸収し、酸素の重合阻害剤としての作用により未重合樹脂の薄い潤滑フィルムを作ると言われている。しかしながら、ＰＤＭＳがコーティングされたビルド面は、ワイパーブレードで該ビルド面から未重合樹脂を拭き取りながら、成長する物体の真下から面を機械的に移動させ（スライドさせ）、次いで成長する物体の真下の元の位置に戻すことにより、酸素が直接補充される。いくつかの実施形態では、酸素等の阻害剤を供給するための補助的手段（例えば関連する流路のための圧縮機）が設けられているが、このプロセスは、表面のスライドおよび拭き取りを伴う交互積層アプローチを依然として用いる。ＰＤＭＳコーティングは、樹脂により膨張する可能性があり、この膨張は、これらの機械的工程と共に、ＰＤＭＳコーティングの引き裂きを生じさせるまたは該ＰＤＭＳコーティングに損傷を与える可能性がある。

本発明の非限定的な例および具体的な実施形態を、本明細書の図面および下記の明細書でより詳細に説明する。本明細書で引用した全ての米国特許文献の開示は、その全体が参照により本願明細書の一部となすものとする。

本発明の方法の一実施形態の概略図である。 本発明の装置の一実施形態の斜視図である。 本発明で使用する硬質のビルドプレートの代替実施形態の側断面図である。 本発明で使用する様々な代替キャリアを示す図である。 硬質のビルドプレートのビルド面上に非重合フィルムを構築することを促進するための、硬質のビルドプレート中における重合阻害剤を示す図である。 ビルド面上での非重合フィルムの構築を促進するための、ビルドプレートを介する該プレート裏側の供給面からプレート表側のビルド面への阻害剤（この場合は酸素）の移行を示す図である。 ビルド面から離れるように前進される、成長している３次元物体、および、次の重合が実行され得る前に充填しなくてはならない物体とビルド面との間のギャップの概略図である。 本発明のある実施形態の概略図であり、図８に示すギャップの充填を速めるために圧力を印加する。 本発明の方法および装置により製造され得るロッドまたは繊維を示す図である。 本発明の方法および装置により製作した微小針アレイを示す写真である。アレイが保持されるキャリアの直径は、米国の２５セント硬貨（または「クォーター」）とほぼ同じである。下記に示す更なる例においても本質的に同じキャリアを使用する。 本発明の方法および装置により製作した別の微小針アレイを示す写真である。 本発明の方法および装置により製作したリング構造体を示す写真である。製作中における広範囲の「張り出し(overhang)」に留意すべきである。 図１２の完成したリングを示す写真である。 本発明の方法および装置により製作した４つのチェスの駒構造体を示す写真である。 本発明の方法および装置により製作した直方体構造を示す写真である。 本発明の方法および装置により製作したコイル構造体を示す写真である。構造体の完成まで製作中における広範囲の「張り出し」に留意すべきである。 染料および光開始剤の硬化時間への影響を示すグラフである。 上記の図１４に示すものと類似するが、本発明の方法により染色樹脂で製造したチェスの駒を示す写真である。 キャリア上での複数の物品の製作の概略図であり、このキャリアは該キャリア上にリリース層を有する。 リリース層によるキャリアからの複数の物品のリリースを概略的に示す図である。 リリース層上で本発明の方法および装置により製作した角柱体のアレイを示す写真である。 リリース後の図２１に示す角柱体を示す写真である。 本発明の方法および装置により製造した円筒状のケージ構造体を示す写真である。 図２１のアレイと類似し、ポリエチレングリコールポリマーを含むことを除いて本質的に同じ方法により製造したアレイを示す写真である。 図２３のケージ構造体に類似し、ポリエチレングリコールポリマーを含むことを除いて本質的に同じ方法により製造した円筒状のケージ構造体を示す写真である。この部品は可撓(flexible)であることに留意した。 本発明の装置のある実施形態の概略図であり、重合性液体の粘度を低下させるために１つまたは複数の加熱器が組み入れられている。 本発明の装置のある実施形態の概略図であり、キャリアを介して送られる重合性液体がビルド領域に充填されている。 本発明のある実施形態を概略的に示す図であり、キャリアからビルド領域への１種または複数の重合性液体の供給を容易にするために外部導管が形成されている。 本発明を実行するための制御システムおよび制御方法を示すフローチャートである。 本発明を実行するための制御システムおよび制御方法を示すフローチャートである。 本発明を実行するための制御システムおよび制御方法を示すフローチャートである。

本発明の実施形態を示す添付図面を参照して、本発明を下記により詳細に説明する。しかしながら、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈すべきではなく、本発明を多くの異なる形態で具現化することができ、、これらの実施形態は、本開示が完全であるおよび完璧であることができるようにならびに当業者に本発明の範囲を十分に伝えることができるように記載されている。

全体にわたって同じ番号は、同じ要素を指す。図面では、特定の線の厚さ、層、構成要素、要素または特徴を、明瞭にするために誇張する場合がある。使用する場合、破線は、別途に指定しない限り任意選択的な特徴または動作を説明する。

本明細書で使用する専門用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的とするものであり、本発明を限定することを意図しない。本明細書で使用する場合、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、別途に文脈が明確に示さない限り複数形も含むことを意図する。用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は本明細書で使用する場合、述べた特徴、整数、工程、動作、要素、構成要素および／またはこれらの群もしくは組み合わせの存在を明示するが、１つもしくは複数のその他の特徴、整数、工程、動作、要素、構成要素および／またはこれらの群もしくは組み合わせの存在または追加を除外しない。

本明細書で使用する場合、用語「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」は、関連して列挙した項目の任意のおよび全ての可能な組み合わせまたは該項目のうちの１つもしくは複数を含み、選択的に解釈される（「または（ｏｒ）」）場合には組み合わせの欠如を含む。

別途に定義しない限り、本明細書で使用する全ての用語（技術用語および科学用語を含む）は、本発明が属する分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。一般に使用される辞書で定義されているもの等の用語を、本明細書および特許請求の範囲の文脈における該用語の意味と一致する意味を有すると解釈すべきであり、本明細書において明白にその通りに定義されない限り理想的なまたは過度に形式的な意味で解釈すべきでないことが更に理解されるだろう。簡潔にするためにおよび／または明瞭にするために、公知の機能または構成を詳細に説明しない場合がある。

要素が別の要素の「上にある(on)」、〜に「取り付けられている(attach)」、〜に「接続されている(connect)」、〜と「連結されている(couple)」、〜に「接触している(contact)」等のように言及される場合、この要素は、その他の要素の直上にあることができる、その他の要素に直接取り付けられ得る、直接接続され得る、直接連結され得る、および／もしくは直接接触していることができる、または介在する要素も存在することができる。対照的に、要素が、例えば別の要素の「直上にある」、〜に「直接取り付けられている」、〜に「直接接続されている」、〜と「直接連結されている」または〜に「直接接触している」と言及される場合、介在する要素は存在しない。別の特徴に「隣接して(adjacent)」配置される構成または特徴への言及は、隣接する特徴に重なり合うまたは該特徴下にある部分を有することができることも当業者に認識されるだろう。

空間的に相対的な用語、例えば「の下（ｕｎｄｅｒ）」、「の下（ｂｅｌｏｗ）」、「の下（ｌｏｗｅｒ）」、「の上（ｏｖｅｒ）」、「の上（ｕｐｐｅｒ）」等は、図に示す一要素のまたは一特徴の別の要素または特徴に対する関係を説明するために説明を容易にすべく本明細書で使用され得る。この空間的に相対的な用語は、図に描かれる方向に加えて、使用中のまたは作動中の装置の様々な方向を包含することを意図していることが理解されるだろう。例えば、図中の装置の上下が逆になる場合、その他の要素または特徴「の下（ｕｎｄｅｒ）」または「の下（ｂｅｎｅａｔｈ）」のように記載された要素は、その他の要素または特徴「の上（ｏｖｅｒ）」に方向付けられるだろう。そのため、例示的な用語「の下（ｕｎｄｅｒ）」は、上および下の両方の方向を包含することができる。その他の方法により装置を方向付ける（９０度回転させるまたはその他の方向に方向付ける）ことができ、本明細書で使用する空間的に相対的な記述語(descriptor)は、それに応じて解釈される。同様に、用語「上方」、「下方」、「垂直」、「水平」等は、別途に具体的に示さない限り説明のみを目的として本明細書で使用される。

用語「第１の」、「第２の」等は、様々な要素、構成要素、領域、層および／または部分を説明するために本明細書で使用することができるが、これらの用語により、これらの要素、構成要素、領域、層および／または部分を限定すべきでないことが理解されるだろう。むしろ、これらの用語は、１つの要素、構成要素、領域、層および／または部分を別の要素、構成要素、領域、層および／または部分と区別するためにのみ使用される。このため、本明細書で論じる第１の要素、構成要素、領域、層または部分を、本発明の教示から離れることなく第２の要素、構成要素、領域、層または部分と命名することが可能である。動作（または工程）の順序は、別途に具体的に指定しない限り特許請求の範囲または図面に示される順番に限定されない。

１．重合性液体
本発明を可能にするために、任意の適切な重合性液体を使用することができる。この液体（本明細書において「液体樹脂」、「インク」または単に「樹脂」と称する場合もある）は、モノマー、特に光重合性モノマーおよび／またはフリーラジカル重合性モノマーならびに例えばフリーラジカル開始剤等の適切な開始剤、ならびにこれらの組み合わせを含むことができる。例として、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、アクリルアミド、スチレン系樹脂、オレフィン、ハロゲン化オレフィン、環状アルケン、無水マレイン酸、アルケン、アルキン、一酸化炭素、官能性オリゴマー、多官能性硬化部位モノマー、官能性ＰＥＧ等およびこれらの組み合わせが挙げられるがこれらに限定されない。液体樹脂、モノマーおよび開始剤の例として、米国特許第８，２３２，０４３号、米国特許第８，１１９，２１４号、米国特許第７，９３５，４７６号、米国特許第７，７６７，７２８号、米国特許第７，６４９，０２９号、国際公開第２０１２１２９９６８号、中国特許出願公開第１０２７１５７５１号明細書、特開２０１２−２１０４０８号公報に記載されたものが挙げられるがこれらに限定されない。

[酸触媒の重合性液体]
上記で述べたいくつかの実施形態では、重合性液体は、フリーラジカル重合性液体（この場合、阻害剤は下記に記載する酸素であることができる）を含むが、その他の実施形態では、重合性液体は、酸触媒のまたはカチオン性の重合性液体を含む。そのような実施形態では、重合性液体は、エポキシド基、ビニルエーテル基等の酸触媒反応に適した基を含有するモノマーを含む。このため、適切なモノマーとして、オレフィン、例えばメトキシエテン、４−メトキシスチレン、スチレン、２−メチルプロパ−１−エン(2-methylprop-1-ene)、１，３−ブタジエン等；複素環式モノマー（ラクトン、ラクタムおよび環式アミンを含む）、例えばオキシラン、チエタン(thietane)、テトラヒドロフラン、オキサゾリン(oxazoline)、１，３，ジオキセパン(1,3, dioxepane)、オキセタン−２−オン(oxetan-2-one)等、およびこれらの組み合わせが挙げられる。酸触媒の重合性液体に含まれる適切な（一般にイオン性のまたは非イオン性の）光酸発生剤（photoacid generator:ＰＡＧ）の例として、オニウム塩、スルホニウム塩およびヨードニウム塩等、例えばジフェニルヨージドヘキサフルオロホスフェート、ジフェニルヨージドヘキサフルオロアルセネート(diphenyl iodide hexafluoroarsenate)、ジフェニルヨージドヘキサフルオロアンチモネート、ジフェニルｐ−メトキシフェニルトリフレート、ジフェニルｐ−トルエニルトリフレート、ジフェニルｐ−イソブチルフェニルトリフレート、ジフェニルｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニルトリフレート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート（ｔｒｉｐｈｅｎｙｌｓｕｌｆｏｎｉｕｍ ｈｅｘａｆｌｕｏｒｏｒｐｈｏｓｐｈａｔｅ）、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアルセネート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムトリフレート、ジブチルナフチルスルホニウムトリフレート(dibutylnaphthylsulfonium triflate)等、およびこれらの混合物が挙げられるがこれらに限定されない。例えば、米国特許第７，８２４，８３９号、米国特許第７，５５０，２４６号、米国特許第７，５３４，８４４号、米国特許第６，６９２，８９１号、米国特許第５，３７４，５００号および米国特許第５，０１７，４６１号を参照されたい。また、Ｐｈｏｔｏａｃｉｄ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ Ｇｕｉｄｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ ｃｕｒａｂｌｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ（ＢＡＳＦ ２０１０）も参照されたい。

[ヒドロゲル]
いくつかの実施形態では、適切な樹脂として、ポリ（エチレングリコール）（ＰＥＧ）およびゼラチンのような光硬化性ヒドロゲルが挙げられる。ＰＥＧヒドロゲルは、増殖因子等の様々な生物学的製剤を送達するために使用されているが、連鎖成長重合(chain growth polymerization)により架橋されているＰＥＧヒドロゲルが直面している大きな課題は、不可逆的なタンパク質の損傷(irreversible protein damage)の可能性である。持続的な送達を可能にする光重合の前に、親和性結合(affinity binding)しているペプチド配列をモノマー樹脂溶液へ包含(inclusion)させることにより、光重合したＰＥＧジアクリレートヒドロゲルからの生物学的製剤の最大放出の状態(condition)を増強することができる。ゼラチンは、食品業界、美容業界、製薬業界および写真業界で頻繁に使用されるバイオポリマーである。ゼラチンは、コラーゲンの熱変性または化学的分解および物理的分解により得られる。ゼラチンには、動物、魚およびヒトに見られるものを含む３種が存在する。冷水魚の皮膚由来のゼラチンは、薬学的用途での使用に安全であると考えられている。ＵＶ光または可視光を使用して、適切に修飾したゼラチンを架橋させることができる。ゼラチンを架橋させる方法は、ローズベンガル等の染料由来の誘導体を硬化させることを含む。

[光硬化性シリコーン樹脂]
適切な樹脂として、光硬化性シリコーンが挙げられる。Ｓｉｌｉｏｐｒｅｎ（商標）ＵＶ Ｃｕｒｅ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ等のＵＶ硬化シリコーンゴムを、ＬＯＣＴＩＴＥ（商標）Ｃｕｒｅ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ接着封止剤(adhesive sealant)として使用することができる。用途として、光学機器、診察用のおよび手術用の器具、外部照明および筐体、電気コネクタ／センサ、光ファイバーならびにガスケットが挙げられる。

[生分解性樹脂]
生分解性のネジ(screw)およびステント(stent)のような、薬剤を送達するためのまたは一時的な実行用途のための埋め込み型デバイスにとって、生分解性樹脂は特に重要である（米国特許第７，９１９，１６２号、米国特許第６，９３２，９３０号）。乳酸およびグリコール酸（ＰＬＧＡ）の生分解性コポリマーをジメタクリル酸ＰＥＧに溶解させて、使用に適した透明樹脂を得ることができる。ポリカプロラクトンおよびＰＬＧＡオリゴマーをアクリル基またはメタクリル基で官能化させて、これらを使用に効果的な樹脂にすることができる。

[光硬化性ポリウレタン]
特に有用な樹脂は、光硬化性ポリウレタンである。（１）脂肪族ジイソシアネートに基づくポリウレタン、即ちポリ（ヘキサメチレンイソフタレートグリコール）および任意選択的に１，４−ブタンジオール、（２）多官能性アクリル酸エステル、（３）光開始剤、および（４）抗酸化剤を含む光重合性ポリウレタン組成物を配合し、その結果、硬質で耐摩耗性のおよび耐汚染性の材料を得ることができる（米国特許第４，３３７，１３０号）。光硬化性の熱可塑性ポリウレタンエラストマーは、鎖延長剤(chain extender)として光反応性ジアセチレンジオールを包含する。

[高性能樹脂(high performance resin)]
いくつかの実施形態では、高性能樹脂を使用する。時として、そのような高性能樹脂は、上記で述べたようにおよび下記で更に論じるように、融解するためにおよび／またはこの高性能樹脂の粘度を低下させるために加熱の使用を必要とする場合がある。そのような樹脂の例として、米国特許第７，５０７，７８４号、米国特許第６，９３９，９４０号に記載されている、エステル、エステルイミドおよびエステルアミドオリゴマーの液晶ポリマーと称される場合がある、高性能樹脂用の樹脂材料が挙げられるがこれに限定されない。そのような樹脂が高温での熱硬化性樹脂として用いられる場合があることから、本発明では、そのような樹脂は、下記で更に論じるように、照射により架橋を開始するために、適切な光開始剤、例えばベンゾフェノン開始剤、アントラキノン開始剤およびフルオレノン（ｆｌｕｏｒｏｅｎｏｎｅ）開始剤（これらの誘導体を含む）を更に含む。

[更なる樹脂の例]
歯科用途に特に有用な樹脂として、ＥｎｖｉｓｉｏｎＴＥＣ’ｓ Ｃｌｅａｒ Ｇｕｉｄｅ、ＥｎｖｉｓｉｏｎＴＥＣ’ｓ Ｅ−Ｄｅｎｓｔｏｎｅ Ｍａｔｅｒｉａｌが挙げられる。補聴器産業に特に有用な樹脂として、ＥｎｖｉｓｉｏｎＴＥＣ’ｓ ｅ−Ｓｈｅｌｌ ３００ Ｓｅｒｉｅｓの樹脂が挙げられる。特に有用な樹脂として、成型／鋳造用途で加硫ゴムと直接使用するためのＥｎｖｉｓｉｏｎＴＥＣ’ｓ ＨＴＭ１４０ＩＶ Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｍｏｌｄ Ｍａｔｅｒｉａｌが挙げられる。頑丈で硬い部品を製造するのに特に有用な材料として、ＥｎｖｉｓｉｏｎＴＥＣ’ｓ ＲＣ３１樹脂が挙げられる。インベストメント鋳造用途(investment casting application)に特に有用な樹脂として、ＥｎｖｉｓｉｏｎＴＥＣ’ｓ Ｅａｓｙ Ｃａｓｔ ＥＣ５００が挙げられる。

［更なる樹脂成分］
液体樹脂または重合性材料は、それらに懸濁されているまたは分散されている固体粒子を有していてもよい。製作する最終産物に応じて、任意の適切な固体粒子を使用することができる。この粒子は、金属、有機／ポリマー、無機、またはこれらの組成物もしくは混合物であることができる。この粒子は、非導電性、半導電性または導電性（金属導体および非金属導体またはポリマー導体を含む）であることができ、この粒子は磁性、強磁性、常磁性または非磁性であることができる。この粒子は、球状、楕円状、円柱形等の任意の適切な形状であることができる。この粒子は、下記でも論じるように液体樹脂中に溶解して可溶化され得るが、この粒子は、下記に記載する活性剤または検出可能な化合物を含むことができる。例えば、磁性のまたは常磁性の粒子またはナノ粒子を用いることができる。

液体樹脂は、製作する製品の具体的な目的に更に応じて、顔料、染料、活性化合物または薬学的化合物、検出可能な化合物（例えば蛍光性、燐光性、放射性）等の、この液体樹脂に可溶化する更なる成分を有することができる。そのような更なる成分の例として、タンパク質、ペプチド、ｓｉＲＮＡ等の核酸（ＤＮＡ、ＲＮＡ）、糖類、小型有機化合物（薬剤および薬剤様化合物）等、およびこれらの組み合わせが挙げられるがこれらに限定されない。

［重合の阻害剤］
本発明で使用する阻害剤または重合阻害剤は、液体または気体の形態であることができる。いくつかの実施形態では、気体の阻害剤が好ましい。具体的な(particular)阻害剤を、重合するモノマーおよび重合反応に応じて決めることができる。フリーラジカル重合モノマーの場合、阻害剤は、好都合なことに酸素であることができ、酸素を、空気、酸素に富む気体（しかしながらいくつかの実施形態では、任意選択的に、可燃性を低減するために追加の不活性ガスを好ましくは含有する）またはいくつかの実施形態では純粋な酸素ガス等の気体の形態で供給することができる。例えば、モノマーが光酸発生開始剤により重合されるという代替の実施形態では、阻害剤は、塩基、例えばアンモニア、微量アミン（例えばメチルアミン、エチルアミン、ジアルキルアミンおよびトリアルキルアミン、例えばジメチルアミン、ジエチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン等）または二酸化炭素、およびこれらの混合物または組み合わせであることができる。

［生細胞を保有する重合性液体］
いくつかの実施形態では、重合性液体は、この重合性液体中に「粒子」として生細胞を保有することができる。そのような重合性液体は、一般に水性である、酸素化(oxygenate)され得る、および生細胞が不連続相(discrete phase)である「乳濁液(emulsion)」と見なされ得る。適切な生細胞は、植物細胞（例えば単子葉植物、双子葉植物）、動物細胞（例えば哺乳類細胞、鳥類細胞、両生類細胞、爬虫類細胞）、微生物細胞（例えば原核生物、真核生物、原生動物等）等であることができる。生細胞は、任意の種類の組織（例えば血液、軟骨、骨、筋肉、内分泌腺、外分泌腺、上皮、内皮等）由来のもしくはこの組織に対応する分化細胞であることができる、または幹細胞もしくは前駆細胞等の未分化細胞であることができる。そのような実施形態では、重合性液体はヒドロゲルを形成するものであることができ、該重合性液体として、米国特許第７，６５１，６８３号、米国特許第７，６５１，６８２号、米国特許第７，５５６，４９０号、米国特許第６，６０２，９７５号、米国特許第５，８３６，３１３号等に記載されているものが挙げられるがこれらに限定されない。

２．装置
本発明の装置の非限定的な実施形態を図２に示す。この装置は、反射鏡１３を介して、壁１４により画定されているビルドチャンバを照らす電磁放射線１２を供給するデジタル光プロセッサ（ＤＬＰ）等の放射源１１と、ビルドチャンバの底部を形成する硬質のビルドプレート１５とを含み、ビルドチャンバには液体樹脂１６が充填されている。チャンバ１５の底部は、下記で更に論じるように、硬質の半透過性部材を含む硬質のビルドプレートで構成されている。構築物(construction)１７下の物体の上部は、キャリア１８に取り付けられている。キャリアは、リニアステージ(linear stage)１９により垂直方向に駆動されるが、下記で論じるように代替の構造を使用することができる。

液体樹脂のリザーバー、チューブ、ポンプ、液体レベルセンサおよび／またはバルブを、ビルドチャンバ中の液体樹脂のプールを補充するために含めることができる（明瞭にするために図示せず）が、いくつかの実施形態では、単純な重量による供給を採用することができる。既知の技法に従って、キャリア用のまたはリニアステージ用の駆動装置／アクチュエータ(actuator)を配線と共に含めることができる（この場合も明瞭にするために図示せず）。駆動装置／アクチュエータ、放射源ならびにいくつかの実施形態ではポンプおよび液体レベルセンサを全て、この場合も既知の技法に従って適切な制御装置と作動可能に関連付けることができる。

本発明を実行するために使用するビルドプレート１５は、一般に、（典型的には硬質のまたは硬い、静止しているおよび／または固定された）半透過性（またはガス透過性）部材を単独で含む、もしくは該半透過性部材から成る、またはこの半透過性部材を１つもしくは複数の別の支持基板（例えば、本来であれは可撓性の半透過物を硬くするためのクランプ(clamp)および引張部材(tensioning member)）との組み合わせで含む、もしくはこの半透過性部材と該支持基板との組み合わせから成る。硬質の半透過性部材を、関連(relevant)する波長で光学的に透明である（または、ヒトの目に知覚される視覚的に透明であるかどうかに関わらず放射源に対して別の方法で透明である、即ち、いくつかの実施形態では、光学的に透明なウィンドウは視覚的に不透明であることができる）任意の適切な材料で製造することができ、この材料として、多孔質ガラスまたは微多孔質ガラスおよび硬質のガス透過性コンタクトレンズの製造で使用される硬質のガス透過性ポリマーが挙げられるがこれらに限定されない。例えば、Ｎｏｒｍａｎ Ｇ．Ｇａｙｌｏｒｄの米国再発行特許第３１，４０６号を参照されたい。また、米国特許第７，８６２，１７６号、米国特許第７，３４４，７３１号、米国特許第７，０９７，３０２号、米国特許第５，３４９，３９４号、米国特許第５，３１０，５７１号、米国特許第５，１６２，４６９号、米国特許第５，１４１，６６５号、米国特許第５，０７０，１７０号、米国特許第４，９２３，９０６号および米国特許第４，８４５，０８９号も参照されたい。いくつかの実施形態では、材料は、ガラス質のおよび／もしくは非晶質のポリマーを特徴しならびに／または実質的に架橋されているので、材料は本質的には非膨潤性である。好ましくは、硬質の半透過性部材は、液体樹脂に接触した場合に膨潤しない材料、または重合させる（即ち、「非膨潤性」である）材料で形成されている。硬質の半透過性部材に適した材料として、米国特許第５，３０８，６８５号および米国特許第５，０５１，１１５号に記載されたもの等の硬質で非晶質のフルオロポリマーが挙げられる。例えば、そのようなフルオロポリマーは、重合する有機液体樹脂インクと共に使用される場合に、潜在的に膨潤するであろうシリコーンと比べて特に有用である。いくつかの液体樹脂インク、例えばより水性のモノマー系および／または低い膨潤傾向を有するいくつかのポリマー樹脂インク系の場合、シリコーンベースのウィンドウ材料が適切であるかもしれない。ウィンドウ材料の架橋密度の増加または液体樹脂インクの分子量の増加等の多くの既知のパラメータにより、有機液体樹脂インクの溶解性または透過性を劇的に低減させることができる。いくつかの実施形態では、本発明の装置から分離した場合には可撓ではあるが、該装置に取り付けた場合に固定されおよび（例えば引張リングにより）張力をかけられ、その結果、該装置内では硬質になる材料の薄いフィルムまたはシートから、ビルドプレートを形成することができる。具体的な材料として、ＤｕＰｏｎｔから市販されているＴＥＦＬＯＮ（登録商標） ＡＦフルオロポリマーが挙げられる。別の材料として、例えば米国特許第８，２６８，４４６号、米国特許第８，２６３，１２９号、米国特許第８，１５８，７２８号および米国特許第７，４３５，４９５号に記載されているパーフルオロポリエーテルポリマーが挙げられる。

基本的に全ての固体材料および上記に記載したものの大部分は、これらの形状および厚さ等の因子ならびにこれらが曝される圧力および温度等の環境因子によって「硬質」と見なすことができるが、固有の「可撓性」を多少は有することが認識されるだろう。さらに、ビルドプレートに関する用語「静止している」または「固定された」は、たとえビルドプレートの漸進的(incremental)調整（例えば、重合ゾーンの勾配の崩壊に至らないまたは該崩壊を生じない調整）用のメカニズムが設けられていても、（交互積層の方法または装置のような）プロセスの機械的中断が生じないまたはプロセスの機械的中断のためのメカニズムもしくは構造が設けられていないことを意味することを意図する。

半透過性部材は、典型的には、上面部分、底面部分および端面部分を含む。ビルド面は、上面部分上にあり、供給面は、上面部分上、底面部分上および／または端面部分上のうちの１つ、２つまたは３つ全てにあることができる。図２に示す実施形態では、供給面は底面部分上にあるが、供給面が端面部分上および／または上面部分上に設けられている（ビルド面に近接しているが、該ビルド面から独立しているまたは離間している）代替配置を通常の技術で実現することができる。

いくつかの実施形態では、半透過性部材は、（下記で更に論じるように、半透過性部材が例えばガラス等の別の支持プレートに積層されているまたは該支持プレートに接触しているかどうかに関わらず、製造する物品のサイズに応じて）０．０１、０．１もしくは１ミリメートルから１０もしくは１００ミリメートルまたはそれ以上の厚さを有する。

重合阻害剤に対する半透過性部材の透過性を、雰囲気および／または阻害剤の圧力、阻害剤の選択、製作の進行度または速度等の条件によって決めることができる。一般に、阻害剤が酸素である場合、酸素に対する半透過性部材の透過性は、１０もしくは２０Ｂａｒｒｅｒから１０００もしくは２０００Ｂａｒｒｅｒまたはそれ以上であることができる。例えば、１５０ＰＳＩの圧力下、純粋な酸素またはより高濃度の酸素の雰囲気、大気で使用される１０Ｂａｒｒｅｒの透過性を有する半透過性部材は、大気条件下でその周囲の雰囲気から酸素が供給される場合に、５００Ｂａｒｒｅｒの透過性を有する半透過性部材と実質的に同じように機能することができる。

そのため、半透過性部材は、可撓性のポリマーフィルム（任意の適切な厚さ、例えば０．００１、０．０１、０．１もしくは１ミリメートルから５、１０もしくは１００ミリメートルまたはそれ以上を有する）を含むことができ、ビルドプレートは、ポリマーフィルムに接続されているならびに（例えば、物体を前進させ、弾性的にまたは伸縮自在に元に戻るようにフィルムが物体に張り付かないように少なくとも十分に）フィルムを固定するおよび硬くするために接続されている引張部材（例えば、周囲のクランプおよび作動可能に関連付けられた歪み部材または伸縮部材、「ドラムヘッド(drum head)」の場合では、複数の周囲のクランプ等、およびこれらの組み合わせ）を更に含むことができる。フィルムは、上面および底面を有しており、ビルド面は、上面上にあり、供給面は、好ましくは底面上にある。その他の実施形態では、半透過性部材は、（ｉ）前記重合性流体に接触するように配置されている上面と底面とを有するポリマーフィルム層（任意の適切な厚さ、例えば０．００１、０．０１、０．１もしくは１ミリメートルから５、１０もしくは１００ミリメートルまたはそれ以上を有する）および（ｉｉ）前記フィルム層の底面に接触する、硬質でガス透過性の光学的に透明な支持部材（任意の適切な厚さ、例えば０．０１、０．１もしくは１ミリメートルから１０、１００もしくは２００ミリメートルまたはそれ以上を有する）を含む。支持部材は、フィルム層の底面に接触している上面を有しており、支持部材は、重合阻害剤の供給面として機能することができる底面を有する。半透過性である（即ち、重合阻害剤に対して透過性である）任意の適切な材料を使用することができる。例えば、ポリマーフィルムまたはポリマーフィルム層は、例えばＴＥＦＬＯＮ（登録商標） ＡＦ １６００フルオロポリマーフィルムもしくはＴＥＦＬＯＮ（登録商標） ＡＦ ２４００フルオロポリマーフィルムのような非晶質の熱可塑性フルオロポリマー等のフルオロポリマーフィルム、またはパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）、特に架橋ＰＦＰＥフィルム、または架橋シリコーンポリマーフィルムであることができる。支持部材は、ポリジメチルシロキサン（ｐｏｌｙｄｍｉｅｔｈｙｌｘｉｌｏｘａｎｅ）部材等のシリコーンポリマー部材もしくは架橋シリコーンポリマー部材、硬質のガス透過性ポリマー部材、または多孔質もしくは微多孔質のガラス部材を含む。（例えばＰＦＰＥ材料およびＰＤＭＳ材料を使用して）接着剤を使うことなく、フィルムを硬質の支持部材に直接積層することができる、もしくは直接固定することができる、またはＰＤＭＳ層の上面と反応するシランカップリング剤を用いて第１のポリマーフィルム層に接着させることができる。ＵＶ硬化性ＰＦＰＥと硬質のＰＤＭＳ支持層との間の連結層(tie layer)として、ＵＶ硬化性のアクリレート官能性シリコーンも使用することができる。

上記で述べたように、いくつかの実施形態では、半透過性部材は阻害剤を通過させることができるが、プロセス中に阻害剤を追加で供給することなく、製作する物品を製造するために、十分な長さの時間にわたりデッドゾーンを連続して維持すべく十分な量の阻害剤（または阻害剤の「プール」）を含有するように半透過性部材をシンプルに構成することができる（製造工程間に「プール」を補充するまたは再充填することができる）。阻害剤の十分なプールを含有させるために、半透過性部材のサイズおよび内部体積を、製作する具体的な物品に適するように設計することができる。

装置内に配置される場合、キャリアは、ビルド面の全領域内でビルド面上に「ビルド領域」を画定する。既に述べたＪｏｙｃｅおよびＣｈｅｎの装置のように、連続層間の接着を壊すために本発明では横方向の（例えばＸ方向および／Ｙ方向における）「動作」は必要ないことから、ビルド面内でのビルド領域の面積を最大化することができる（または逆に、ビルド領域に割り当てられないビルド面の面積を最小化することができる）。従って、いくつかの実施形態では、ビルド領域の全表面積は、ビルド面の全表面積の少なくとも５０パーセント、６０パーセント、７０パーセント、８０パーセントまたは９０パーセントを占めることができる。

図２に示すように、支持組立体またはフレーム組立体２０上には、様々な構成要素が取り付けられている。支持組立体またはフレーム組立体の具体的な設計は重要ではなく、多数の構成を仮定することができるが、例示した実施形態では、放射源１１がしっかりと(securely)または強固に(rigidly)取り付けられているベース２１と、リニアステージが作動可能に関連付けられている垂直部材２２と、および壁１４が着脱可能に(removably)またはしっかりと取り付けられており（または該壁が載置されており）、上記に記載のビルドチャンバを形成するために恒久的にまたは着脱可能にビルドプレートが強固に固定されている水平テーブル２３とで構成されている。

上記で述べたように、ビルドプレートは、硬質の半透過性部材の単一で一体型(integral)の部品から成ることができる、または更なる材料を含むことができる。例えば、３ｒｅ ２Ａに示すように、多孔質または微多孔質のガラスを、硬質の半透過性材料に積層するまたは固定することができる。または、図３Ｂに示すように、上部としての半透過性部材を、重合阻害剤を保有するガスを半透過性部材に供給するために形成されたパージ流路を有する透明な下方の部材に固定することができる（このガスは、ビルド面に向かってパージ流路を通り、上記に記載したようにおよび下記に記載するように未重合の液体材料のリリース層の形成を促進する）。そのようなパージ流路は、ベースプレート全体にわたって伸びていてもよく、または該ベースプレートの一部にわたって伸びていてもよく、例えば、パージ流路は、ベースプレート中に部分的に伸びていてもよいが、その場合には、歪みが入るのを避けるために、ビルド面の直下の領域で終わる。具体的な配置は、半透過性部材への阻害剤の供給面が、ビルド面と同じ側に位置しているかもしくはビルド面の反対側に位置しているか、ビルド面の端部上に位置しているか、またはこれらのいくつかの組み合わせであるかどうかによる。

用いる具体的な樹脂に応じて、電子ビーム放射源および電離放射源等の任意の適切な放射源（または放射源の組み合わせ）を使用することができる。好ましい実施形態では、放射源は、１つまたは複数の光源等の化学線(actinic radiation)源であり、特に１つまたは複数の紫外線源である。白熱灯、蛍光灯、燐光灯または発光灯、レーザー、発光ダイオード等、およびこれらのアレイ等の任意の適切な光源を使用することができる。上記で述べたように、光源は、制御装置に作動可能(operatively)に関連付けられているパターン形成要素を好ましくは含む。いくつかの実施形態では、光源またはパターン形成要素は、デジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）を備えたデジタル（または変形可能な）マイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、空間変調器（ＳＬＭ）もしくは微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーアレイ、マスク（別名レチクル(reticle)）、シルエット（ｓｈｉｌｈｏｕｅｔｔｅ）、またはこれらの組み合わせを含む。米国特許第７，９０２，５２６号を参照されたい。好ましくは、光源は、例えばマスクレスフォトリソグラフィによりマスクなしに重合性液体の曝露または照射を実行するように構成されている、液晶光バルブアレイまたはマイクロミラーアレイまたはＤＭＤ（例えばデジタルライトプロセッサに作動可能に関連付けられており、典型的には順に適切な制御装置の制御下にある）等の空間光変調アレイを含む。例えば、米国特許第６，３１２，１３４号、米国特許第６，２４８，５０９号、米国特許第６，２３８，８５２号および米国特許第５，６９１，５４１号を参照されたい。

代替のキャリアおよびアクチュエータ／駆動装置の配置を図４に示す。巻き取りリール、（例えば自動顕微鏡ステージ上で一般に使用される）ＸＹＺ駆動装置等の多数のバリエーションを用いることができる。図２に示す実施形態では、駆動装置は一般に、垂直方向のみにまたは「Ｚ」方向のみにキャリアをビルド面から離れるように移動させるまたは前進させるのに適合した、ウォームギアおよびモーター、ラックおよびピニオン(pinion)およびモーター、油圧駆動装置、空気圧駆動装置または圧電駆動装置を含むことができる。図４に示す代替実施形態では、特に、製作する製品が細長い(elongate)ロッドまたは繊維である場合に、関連付けられた駆動装置またはアクチュエータとガイド（図示せず）とを備えるスプール(spool)または巻き取りリールを用いることができる（下記で更に論じる）。代替の実施形態では、関連付けられたガイドと、関連付けられた駆動装置またはアクチュエータ（図示せず）を備える一対の巻き取りリールとをリニアステージ上に載置し、リニアステージ１９によりもたらされたＺ方向での移動に加えてまたはこの移動と組み合わせて、Ｘ方向および／またはＹ方向のどちらかでの移動をもたらすことができる。更にその他の実施形態では、自動顕微鏡で使用されるようなＸＹＺ駆動装置をリニアステージ１９の代わりに使用して、例えば斜めにまたは角度を変えてまたは様々な段階での方向の組み合わせで、Ｘ方向、Ｙ方向および／またはＺ方向にキャリアをビルド面から離れるように移動させるまたは前進させることができる。そのため、ビルドプレートから離れる前進を単にＺ（または垂直）方向のみで、またはＺ方向での移動をＸ方向および／またはＹ方向での移動と組み合わせることにより少なくともＺ方向で、実行することができる。いくつかの実施形態では、Ｚ方向での移動と同時にＸ方向および／またはＹ方向での移動が存在することができ、従って、Ｘ方向および／またはＹ方向での移動は重合性液体の重合中に起こる（これは、重合性液体を補充する目的のための前の重合工程と後の重合工程との間の移動であるＹ．ＣｈｅｎらまたはＭ．Ｊｏｙｃｅ、上記参照に記載されている移動とは対照的である）。本発明では、そのような移動を、ビルド面の特定ゾーンでの「焼き付き(burn in)」または汚損(fouling)を低減する等の目的のために実行することができる。

本発明のいくつかの実施形態の利点は、上記で述べたＪｏｙｃｅまたはＣｈｅｎの装置での広範囲の横方向の「動作（ｔｈｒｏｗ）」を必要としないことから、半透過性部材上のビルド面（即ちビルドプレートまたはウィンドウ）のサイズを低減することができることであり、本発明の方法、システムおよび装置では、（そのような横方向の移動が存在する場合の）キャリアおよび物体の横方向の移動（Ｘ方向および／もしくはＹ方向での移動またはこれらの組み合わせ等）は、好ましくはビルド領域の（横方向の移動の方向における）幅の８０、７０、６０、５０、４０、３０、２０パーセント以下もしくは未満、または１０パーセントである。

いくつかの実施形態では、キャリアは、静止しているビルドプレートから離れて上昇するためにエレベータに載置されているが、その他の実施形態では逆の配置を使用することができる。即ち、キャリアを固定してビルドプレートを下げ、これによりキャリアをビルドプレートから離れるように前進させることができる。同じ結果を得るための多数の異なる機械的構成が当業者に明らかであるだろう。これらの機械的構成の全てにおいて、ビルドプレートは、該ビルドプレート上に阻害剤を補充するための横方向の（ＸのもしくはＹの）移動が必要ない、または、引き延ばした後に（キャリアの過剰な前進および後退を伴って）元に戻さなくてはならない弾性のビルドプレートを用いる必要がないという意味で「静止している(stationary)」。

キャリアを製作するための材料の選択、および、物品を製造するためのポリマーまたは樹脂の選択によっては、キャリアへの物品の接着が時として、物品または「ビルド」の完成が完了するまでキャリア上に物品を保持するのに不十分な場合がある。例えば、アルミニウム製のキャリアでは、ポリ（塩化ビニル）（または「ＰＶＣ」）製のキャリアに比べて接着が低い場合がある。従って、一つの解決策は、製作する物品を重合する表面上にＰＶＣを含むキャリアを用いることである。この解決策により接着が過剰に促進されて完成部分をキャリアから都合よく分離することができない場合には、様々な技法のうちのいずれかを使用して、物品を、より低い接着性のキャリアに更に固定することができ、様々な技法としては、製作中に物品をキャリアに更に固定するための「Ｇｒｅｅｎｅｒ Ｍａｓｋｉｎｇ Ｔａｐｅ ｆｏｒ Ｂａｓｉｃ Ｐａｉｎｔｉｎｇ ＃２０２５ Ｈｉｇｈ ａｄｈｅｓｉｏｎ」等の粘着テープの適用が挙げられるがこれに限定されない。

［可溶性の犠牲層］
いくつかの実施形態では、キャリアと３次元物体との間に可溶性の犠牲層(sacrificial layer)またはリリース層(release layer)を設置することができ、その結果、犠牲層をその後可溶化させ、製作の完了時にキャリアから３次元物体を都合良く離すことができる。キャリア上にコーティングされ得るまたはその他の方法で設けられ得る、接着剤等の任意の適切な犠牲層を用いることができ、犠牲リリース層を可溶化するために任意の適切な溶媒（例えば、極性のおよび非極性の有機溶媒、水性溶媒等）を用いることができるが、３次元物体を形成する具体的な材料自体が溶媒により過度に攻撃されないまたは可溶化されないように、犠牲層およびその対応する溶媒を選択しなければならない。噴霧、浸漬コーティング、塗布等の任意の適切な技法により、犠牲層をキャリアに塗布することができる。可溶性の犠牲リリース層に適した材料の例（および対応する溶媒の非限定的な例）として、シアノアクリレート接着剤（アセトン溶媒）、ポリ（ビニルピロリドン）（水および／またはイソプロピルアルコール溶媒）、ラッカー(lacquer)（アセトン溶媒）、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリ（メタクリル酸）、ポリアクリルアミド、ポリアルキレンオキシド、例えばポリ（エチレンオキシド）、糖類および糖質、例えばスクロースおよびデキストラン（全て水または水性溶媒）等が挙げられるがこれらに限定されない。いくつかの実施形態では、表面エネルギーがより低い溶媒が特に好ましい。

本発明のいくつかの実施形態では、アクチュエータ／駆動装置および／または関連する制御装置は、下記で更に論じるように、キャリアをビルドプレートから離れるように前進させる（例えば一方向）ためだけに構成されている。

本発明のいくつかの実施形態では、アクチュエータ／駆動装置および／または関連する制御装置は、下記でも論じるように、（段階的駆動とは対照的に）連続駆動として構成されている。

３．方法
上記で述べたように、本発明は、３次元物体を形成する方法であって、（ａ）キャリアおよびビルドプレートを準備する工程であり、前記ビルドプレートが半透過性部材を含み、前記半透過性部材がビルド面と前記ビルド面とは別の供給面とを含み、前記ビルド面と前記キャリアとがそれらの間にビルド領域を画定し、前記供給面が重合阻害剤に流体接触する、準備する工程、次いで（同時におよび／または逐次的に）（ｂ）前記ビルド領域に重合性液体を充填する工程であり、前記重合性液体が前記ビルド部分に接触する、充填する工程、（ｃ）前記ビルドプレートを介して前記ビルド領域を照射して、前記ビルド領域中に固体の重合領域を生じさせ、前記固体の重合領域と前記ビルド面との間に、前記重合性液体で構成される液体フィルムのリリース層を形成する工程であり、前記液体フィルムの重合が前記重合阻害剤により阻害される、照射する工程、および（ｄ）前記重合領域が接している前記キャリアを、前記静止しているビルドプレート上の前記ビルド面から離れるように前進させて、前記重合領域と前記上部ゾーンとの間に次のビルド領域を作る工程を含む方法を提供する。一般に、この方法は、（ｅ）互いに接する重合領域の堆積の連続または繰り返しにより前記３次元物体が形成されるまで、工程（ｂ）から工程（ｄ）を連続させておよび／または繰り返して、前の重合領域と接する次の重合領域を生じさせることを含む。

リリース層の機械的なリリースが必要ないことから、または酸素を補充するためのビルド面の機械的な移動が必要ないことから、この方法を連続的な手法(fashion)で実行することができるが、上記で述べた個々の工程を逐次的に、同時に、またはこれらを組み合わせて実行することができることが理解されるであろう。実際には、製作での領域の密度および／または複雑さ等の因子に応じて、工程の速度を経時的に変化させることができる。

また、ウィンドウまたはリリース層からの機械的なリリースは、一般に、キャリアを、次の照射工程に必要とされるよりも大きな距離だけビルドプレートから前進させ、これによりウィンドウを再コーティングすることができるようになり、次いでキャリアをビルドプレートに近づけて戻す（例えば「二進一退」動作）ことが必要であることから、本発明はいくつか実施形態では、再コーティングのためにウィンドウを中間移動させることなく、または予め形成した弾性のリリース層を「弾く(snapping)」ことなく、この「バックアップ」工程の削除を可能にし、キャリアを一定方向にまたは単一方向に前進させることができる。

いくつかの実施形態では、前進させる工程を、各工程または増加量に関して、一定の増加量（例えば０．１もしくは１ミクロンから１０もしくは１００ミクロンまたはそれ以上）で逐次的に実行する。いくつかの実施形態では、前進させる工程を、各工程または増加量に関して可変増加量（例えば、０．１もしくは１ミクロンから１０もしくは１００ミクロンまたはそれ以上の範囲の各増加）で逐次的に実行する。増加量の大きさを、前進速度と共に、温度、圧力、製造する物品の構造（例えばサイズ、密度、複雑さ、構成等）等の因子に応じて決めることができる。

本発明のその他の実施形態では、前進させる工程を、一定速度でまた可変速度で連続的に実行する。

いくつかの実施形態では、（逐次的または連続的のどちらかで実行する）前進の速度(rate)は、この場合も例えば温度、圧力、製造する物品の構造、照射の強度等の因子に応じて、秒当たり約０．１、１または１０ミクロンから秒当たり約１００、１，０００または１０，０００ミクロンである。

下記で更に述べるように、いくつかの実施形態では、充填する工程を、加圧下で前記ビルド領域中に前記重合性液体を押し込むことにより実行する。そのような場合、秒当たり少なくとも０．１、１、１０、５０、１００、５００もしくは１０００ミクロンまたはそれ以上の速度で、累積速度でまたは平均速度で、１つまたは複数の前進させる工程を実行することができる。一般に、圧力は、前記前進させる工程の速度を、前記圧力を加えない前記前進させる工程の繰り返しの最大速度と比較して、少なくとも２倍、４倍、６倍、８倍または１０倍増加させるのに十分であればどれだけでもよい。上記に記載の装置を圧力容器に収納することにより圧力を印加し、（例えば空気、酸素に富む空気、ガスの混和物、純粋な酸素等の）加圧雰囲気中でプロセスを実行する場合には、１０、２０、３０もしくは４０ポンド／平方インチ（ＰＳＩ）から２００、３００、４００もしくは５００ＰＳＩまたはそれ以上の圧力を使用することができる。大きくて不規則な物体の製作の場合、より高い圧力は、大きな高圧容器のコストに起因して、より遅い製作時間に照らして好ましくない場合がある。そのような実施形態では、供給面および重合性液体の両方は、同じ圧縮ガス（例えば、酸素を２０〜９５体積パーセント含むもの、酸素は重合阻害剤として作用する）に流体接触していることができる。

これに対して、より小さい製品を製作する場合には、または、ロッドもしくは繊維は圧力容器の孔もしくは開口部を通って製造されることから圧力容器から取り出すまたは抜くことができるロッドまた繊維を製作する場合には、圧力容器のサイズは、製作する製品のサイズと比較して小さく保つことができ、（必要に応じて）より高い圧力をより容易に利用することができる。

上記で述べたように、いくつかの実施形態では、照射する工程を、パターン化された照射により実行する。パターン化された照射は、製作する具体的な製品に応じて、固定されたパターンであることができる、または上記で論じたパターン発生器(pattern generator)（例えばＤＬＰ）により作られた可変パターンであることができる。

パターン化された照射が、時間と共に一定に保持されているパターンではなく可変パターンである場合、各照射する工程は任意の適切な時間であることできる、または例えば照射の強度、重合性材料中における色素(dye)の有無、成長速度等の因子に応じた継続時間であることができる。そのため、いくつかの実施形態では、各照射する工程は、継続時間で０．００１、０．０１、０．１、１もしくは１０マイクロ秒から１、１０もしくは１００分またはそれ以上であることができる。いくつかの実施形態では、各照射する工程間の間隔は好ましくは可能な限り短く、例えば０．００１、０．０１、０．１または１マイクロ秒から０．１、１または１０秒である。

いくつかの実施形態では、ビルド面は平坦であるが、その他ではビルド面は平坦ではなく、例えば凸状もしくは凹状に湾曲している、またはビルド面に形成された壁もしくは溝を有する。いずれの場合も、ビルド面は滑らかであることができる、または粗であることができる。

繊維またはロッドの形成において湾曲したおよび／または平坦ではないビルドプレートまたはビルド面を使用して、様々な材料を、製作する単一の物体に供給することができる（即ち、それぞれが独立した液体供給部等と関連付けられている、ビルド面に形成された流路または溝を介して同じビルド面に様々な重合性液体を供給することができる）。

［重合性液体用のキャリア供給流路］
重合性液体を液体導管およびリザーバーシステム(reservoir system)からビルドプレートに直接供給することができるが、いくつかの実施形態では、キャリアは該キャリア中に１つまたは複数の供給流路を含む。キャリア供給流路は、重合性液体の供給部、例えばリザーバーおよび関連するポンプと流体連結(fluid communication)されている。異なるキャリア供給流路を同じ供給部と流体連結して互いに同時に作動させることができる、または（例えば、各キャリア供給流路用のポンプおよび／またはバルブを設けることにより）異なるキャリア供給流路を互いに独立して制御することができる。独立して制御可能な供給流路は、同じ重合性液体を含有するリザーバーと流体連結することができる、または異なる重合性流体を含有するリザーバーと流体連結することができる。バルブアセンブリ(valve assembly)の使用により、いくつかの実施形態では、必要に応じて同じ供給流路を介して異なる重合性液体を交互に供給することができる。

４．制御装置およびプロセス制御
本発明の方法および装置は、例えばこの方法の速度および／または信頼性を高めるために、フィードバック制御およびフィードフォワード制御等の、プロセス制御を実施するためのプロセス工程および装置の機能を含むことができる。

本発明の実行で使用する制御装置を、ハードウェア回路、ソフトウェアまたはこれらの組み合わせとして実現することができる。一実施形態では、制御装置は、適切なインターフェイスハードウェアおよび／またはソフトウェアによりモニタ、駆動装置、ポンプおよびその他の構成要素と作動可能に関連付けられている、ソフトウェアを実行する汎用コンピュータである。本明細書に記載の３次元の印刷または製作の方法および装置の制御に適したソフトウェアとして、ＲｅｐｌｉｃａｔｏｒＧオープンソース３ｄ印刷プログラム、３Ｄ ｓｙｓｔｅｍの３ＤＰｒｉｎｔ（商標）コントローラーソフトウェア、Ｓｌｉｃ３ｒ、Ｓｋｅｉｎｆｏｒｇｅ、ＫＩＳＳｌｉｃｅｒ、Ｒｅｐｅｔｉｅｒ−Ｈｏｓｔ、ＰｒｉｎｔＲｕｎ、Ｃｕｒａ等およびこれらの組み合わせが挙げられるがこれらに限定されない。

プロセス中に（例えば、充填する工程、照射する工程および前進させる工程のうちの１つか、いくつかまたは全ての間に）連続的にまたは断続的に、直接的にまたは間接的にモニタリングするためのプロセスパラメータとして、照射強度、キャリアの温度、ビルドゾーン中の重合性液体、成長させる製品の温度、ビルドプレートの温度、圧力、進行(advance:前進)の速度、圧力、（例えば、キャリアおよび製作する製品を介してビルドプレートにかかる）力、（例えば、製作される、成長させる製品によりキャリアにかかる）張力、リリース層の厚さ等が挙げられるがこれらに限定されない。

フィードバック制御システムおよび／またはフィードフォワード制御システムで使用することができる既知のパラメータとして、（例えば、製作する物品の既知の形状または体積から）予想される重合性流体の消費量、重合性液体から形成されるポリマーの分解温度等が挙げられるがこれらに限定されない。

（例えば、上記で述べたプロセスの工程のうちのいずれかまたは全ての間に）モニタリングするパラメータおよび／または既知のパラメータに応じて、連続的にまたは段階的に、直接的にまたは間接的に制御するためのプロセス条件として、重合性液体の供給速度、温度、圧力、キャリアの進行率または進行速度(rate or speed of advance)、照射の強度、（例えば各「薄片(slice)」に関する）照射の継続時間等が挙げられるがこれらに限定されない。

例えば、温度が重合製品の分解温度を超えているかどうかを確認するために、適切な熱電対、非接触式温度センサ（例えば赤外線温度センサ）またはその他の適切な温度センサにより、ビルドゾーン中における重合性液体の温度またはビルドプレートの温度を直接的にまたは間接的にモニタリングすることができる。その場合、ビルドゾーン中および／またはビルドプレートの温度を低下させるために、制御装置によりプロセスパラメータを調整することができる。そのような調整に適したプロセスパラメータとして、冷却器により温度を低下させること、キャリアの進行率を低下させること、照射強度を低下させること、照射への曝露の継続時間を短縮させること等を挙げることができる。

さらに、照射源（例えば水銀灯等の紫外線源）の強度を光検出器によりモニタリングして、（例えば使用中の照射源の定常的な劣化による）照射源からの強度の低下を検出することができる。検出した場合、強度の低下に適合させるために、制御装置によりプロセスパラメータを調整することができる。そのような調整に適したプロセスパラメータとしては、加熱器により温度を上昇させること、キャリアの進行率を低下させること、光源への電力を上昇させること等を挙げることができる。

別の例として、製作時間を延ばすための温度および／または圧力の制御を、加熱器および冷却器により（個々にもしくは互いに組み合わせておよび制御装置に別々に応答して）、ならびに／または圧力供給部（例えば、ポンプ、圧力容器、バルブおよびこれらの組み合わせ）により、ならびに／または制御可能なバルブ等の圧力解放機構(pressure release mechanism)により（個々にもしくは互いに組み合わせておよび制御装置に別々に応答して）、実現することができる。

いくつかの実施形態では、制御装置は、最終製品の一部または全ての製作期間中における、本明細書に記載の（例えば図１を参照されたい）重合ゾーンの勾配を維持するように構成されている。具体的な構成（例えば時間、進行率または進行速度、照射強度、温度等）は、具体的な重合性液体および作られる製品の性質等の因子に依存するだろう。過去に決定したまたは一連の試運転もしくは「試行錯誤」により決定した一連のプロセスパラメータまたは指示を入力することにより、重合ゾーンの勾配を維持するための構成を経験的に実行することができる、または予め決定した指示により構成を実現することができる、または（上記に論じられた）適切なモニタリングおよびフィードバック、これらの組み合わせもしくは任意のその他の適切な方法により構成を実現することができる。

５．製作品
本発明の方法およびプロセスにより製造される３次元製品は、最終製品、完成品もしくは実質的な完成品であることができるまたは例えば表面処理、レーザー切断、放電機械加工等の更なる製造工程にかけられる中間製品であることができることが意図されている。中間製品としては、同じ装置中でまたは別の装置中で更なる追加の製造を実行することができる製品が挙げられる。例えば、完成品の一領域を終了させるために、または単に完成品もしくは「ビルド」の特定の領域がその他に比べて脆くないことから、重合ゾーンの勾配を破壊し、次いで元に戻すことにより、進行中の「ビルド」に分断線または切断線を意図的に導入することができる。

本発明の方法および装置により、多数の異なる製品を製造することができ、この製品としては、大規模なモデルまたはプロトタイプの両方、少量のカスタム製品、小型のまたは超小型の製品または装置等が挙げられる。例として、医療機器、埋め込み型医療機器、例えばステント(stent)、薬物送達デポー(drug delivery depot)、機能性構造物(functional structure)、微小針のアレイ、繊維およびロッド、例えば導波管、微小機械素子、微小流体素子等が挙げられるがこれらに限定されない。

そのため、いくつかの実施形態では、製品は、０．１もしくは１ミリメートルから１０もしくは１００ミリメートルまたはそれ以上の高さ、および／または、０．１もしくは１ミリメートルから１０もしくは１００ミリメートルまたはそれ以上の最大幅を有することができる。その他の実施形態では、製品は、１０もしくは１００ナノメートルから１０もしくは１００ミクロンまたはそれ以上の高さ、および／または、１０もしくは１００ナノメートルから１０もしくは１００ミクロンまたはそれ以上の最大幅を有することができる。これらは単なる例であり、最大のサイズおよび幅は、具体的な装置の構造および光源の分解能に依存しており、実施形態または製作する物品の具体的な目標に応じて調整され得る。

いくつかの実施形態では、製品の高さ対幅の比は、少なくとも２：１、１０：１、５０：１もしくは１００：１またはそれ以上である、または１：１、１０：１、５０：１もしくは１００：１またはそれ以上の幅対高さの比である。

下記で更に論じるように、いくつかの実施形態では、製品は、該製品中に形成された少なくとも１つのまたは複数の細孔または流路を有する。

本明細書に記載のプロセスにより、様々に異なる特性を有する製品を製造することができる。従って、いくつかの実施形態では、製品は硬質であるが、その他の実施形態では、製品は可撓性または弾性である。いくつかの実施形態では、製品は固体であるが、その他の実施形態では、製品はヒドロゲル等のゲルである。いくつかの実施形態では、製品は形状記憶を有する（即ち、製品が構造破壊点まで変形しない限り、変形後に以前の形状に実質的に戻る）。いくつかの実施形態では、製品は単体である（即ち、単一の重合性液体で形成されている）が、いくつかの実施形態では、製品は複合体である（即ち、２種以上の異なる重合性液体で形成されている）。用いる重合性液体の選択等の因子により、具体的な特性を決定することができる。

いくつかの実施形態では、製造した製品または物品は、少なくとも１つの張り出している特徴（または「張出部(overhang)」）、例えば２つの支持体間の架橋要素(bridging element)または１つの実質的に垂直な支持体から突出(project)する片持ち要素(cantilevered element)を有する。本プロセスのいくつかの実施形態の一方向の連続的な性質(nature)のために、実質的な完了まで各層が重合される場合に層間を形成する分断線または切断線の問題および次のパターンが曝露される前に生じる実質的な時間間隔の問題が大幅に低減される。従って、いくつかの実施形態では、この方法は、物品と同時に製作されるそのような張出部用の支持構造体の数を低減または削除することに特に有利である。

本発明を、下記の非限定的な実験例においてより詳細に説明する。

＜実験例１＞
［独立した供給面からビルド面への阻害剤の移動］
図５ａに示すように、紫外線（ＵＶ）硬化性接着剤を一滴、金属プレート上に載置し、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）ＡＦフルオロポリマー（非晶質のガラス状ポリマー）の１０ｍｍ厚のプレートで覆った。図５ｂに示すように、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標） ＡＦ側から接着剤にＵＶ放射線を供給した。ＵＶ曝露後、これら２枚のプレートを分離した。この２枚のプレートを分離するのに力は必要ないことを見出した。これらの試料の試験において、図５ｃに示すように、接着剤は金属プレートの隣でのみ硬化し、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標） ＡＦフルオロポリマープレート上に、および接着剤の硬化部分上にも未硬化の接着剤の薄いフィルムが存在したことを発見した。

クリーンなガラス（図５ｄ〜５ｆ）、および、リリース層で処理したガラス（図５ｇ〜５ｉ）も使用して、２種類の管理した実験も実施した。金属からクリーンなガラスを分離するために相当な力が必要であったことを確認し、ガラス上に接着剤が残留したことを発見した。金属プレート上に接着剤が残留したが、処理したガラスを分離させるのに必要な力はより小さかった。

観測した挙動を説明する化学的現象は、ラジカル重合反応の酸素による阻害である。具体的には、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標） ＡＦは、非常に高い酸素透過係数を有する。１０ｍｍ厚のＴｅｆｌｏｎ（登録商標） ＡＦを介した酸素の連続的な供給は、薄層のアクリレート系接着剤の重合を防止するのに十分である。上記実験での未硬化の接着剤層の厚さは、約１０ミクロンであり、この厚さを、接着剤中に存在する光開始剤の量を変化させることにより増加させることができる、または減少させることができる。

＜実験例２＞
［ビルドプレートを介したビルド面への阻害剤の移動］
下記のように、同じ方法で試料１および試料２を調製した。図６ａに示すように、ＵＶ硬化性接着剤を一滴、金属プレート上に載置し、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）ＡＦフルオロポリマーの１０ｍｍ厚のプレートで覆った。図６ｂに示すように、両方の試料を窒素雰囲気(environment:環境)に曝露し、存在する酸素を除去した。次に、両方の試料を標準的な雰囲気環境中に運び、直ちに試料１をＵＶ放射線に曝露し、試料２を、雰囲気環境中に置いてから１０分後にＵＶ放射線に曝露した。図６Ｃおよび図６Ｅに示すように、両方の試料を同じ量のＵＶ放射線に曝露した。これらの試料の試験では、ＵＶ曝露後に、図６Ｄに示すように、試料１は接着剤が完全に硬化したが、図６Ｆに示すように、試料２は接着剤が金属プレートの隣でのみ硬化したことを発見した。試料２の場合、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標） ＡＦフルオロポリマーのプレート上および接着剤の硬化部分上にも未硬化の接着剤の薄いフィルムが存在した。この試験は、雰囲気環境に曝露する１０分間の中で、阻害剤である酸素がＴｅｆｌｏｎ（登録商標） ＡＦプレートを介して接着剤に移動したことを示す。

＜実験例３＞
［製作速度の増加：圧力］
酸素透過性がより高く、ＵＶに対して透明な(UV transparent)材料を、本発明の装置において光硬化性樹脂が充填されるチャンバの底部に使用する。構築の間中、物体の上部は、実質的に一定の速度で上昇する支持プレートに接着しており、チャンバの底部の真上では物体の底部が絶えず形成される。物体の底部とチャンバの底部との間のギャップは、樹脂が常に充填される。物体が形成され前進されるので、ギャップ中の樹脂は、チャンバに含まれる供給樹脂と絶えず置き換えられる。

物体の形成速度は、樹脂の粘度η、雰囲気圧(atmospheric pressure)Ｐ、物体とチャンバの底部との間のギャップの高さｈ、および、物体の底面の長さ寸法Ｌに依存する。２枚の平行なプレート間の粘性流(viscous flow)の理論を使用して、この物体の形成速度を推定するために、単純な計算を実施する。図７に示すギャップを充填するのに必要な時間τを、下記の方程式より求める。

下記のように仮定する：
Ｌ〜１００ｍｍ
ｈ〜１００ミクロン
η〜１００センチポアズ(cPoise)
Ｐ〜１ａｔｍ。

この例示的な実施形態では、時間τを約１秒であると推定し、結果として製作速度は、秒当たり１００ミクロンまたはインチ当たり５分となる。この計算では、未硬化樹脂の厚さが約１００ミクロンで維持されると仮定する。樹脂の化学的性質およびベースプレートの透過性に応じて、このパラメータを変更することができる。例えば、ギャップが２５ミクロンである場合、雰囲気圧での製作速度を方程式１に従って１６倍低下させることができる。しかしながら、例えば図８に示すように、約１５０ＰＳＩの外圧を加えて周囲圧力を雰囲気圧よりも高く増加させることにより、いくつかの実施形態では、製作速度を１０倍増加させることができる。

酸素が重合阻害剤である場合、供給面に接触している密閉チャンバの物理的環境を変えることにより、未硬化樹脂のギャップを制御することができる。例えば、純粋酸素の雰囲気または酸素が豊富な雰囲気（例えば９５％の酸素、５％の二酸化炭素）を圧縮空気の代わりに供給し、ギャップを増加させて結果として製作時間を延ばすことができる。

＜実験例４＞
［ロッドおよび繊維の製作］
図９に示すように、本発明の方法を使用して細長いロッドまたは繊維を製造することができ、このロッドまたは繊維は、（例えば）０．０１または０．１から１０または１００ミリメートルの幅または直径を有する。円形断面を示すが、楕円形、多角形（三角形、正方形、五角形、六角形等）、不規則およびこれらの組み合わせ等の任意の適切な断面を用いることができる。ロッドまたは繊維は、任意の適切な直径（例えば、０．１もしくは１ミクロンから１０もしくは１００ミクロンまたはそれ以上）の複数個（例えば、１個、１０個、１００個、１，０００個、１０，０００個もしくは１００，０００個またはそれ以上）の細長い細孔または流路と、上記に記載の任意の適切な断面とを有することができる。任意の適切な技法、例えばブローイング(blowing)、加圧、真空、加熱、乾燥およびこれらの組み合わせにより、細孔または流路中の未重合の液体を（必要に応じて）除去することができる。上記に記載の巻き取りリールを用いることによりロッドまたは繊維の長さを増加させることができ、上記に記載したように加圧下で重合を実行することによりロッドまたは繊維の製作速度を増加させることができる。複数の独立したキャリアまたは巻き取りリールを設けることにより、複数のそのようなロッドまたは繊維を単一のビルドプレートから同時に構築することができる。そのようなロッドまたは繊維を、任意の目的のために、例えばマイクロ流体システムにおける独立した流路として各細孔または流路を用いるために使用することができる。

＜実験例５＞
［例示的装置］
本発明を実行するために使用することができる装置を、紫外線源としてのＬＯＣＴＩＴＥ（商標）ＵＶ Ｃｕｒｉｎｇ Ｗａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ、ウィンドウ中で固定され、引張リングにより実質的に強固に張力をかけられている、Ｂｉｏｇｅｎｅｒａｌの０．００２５インチ厚のＴｅｆｌｏｎ（登録商標） ＡＦ ２４００フィルムで構成されているビルドプレート、光学素子：Ｎｅｗｐｏｒｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｅｄｍｕｎｄ Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｔｈｏｒｌａｂｓ製、デジタルプロジェクタとしてのＴｅｘａｓ ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのＤＬＰ ＬｉｇｈｔＣｒａｆｔｅｒ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｋｉｔ、キャリア用のエレベータとして機能する、ＴＨＫ Ｃｏ．，ＬＴＤのボールネジリニアステージ、エレベータおよびキャリアの駆動装置またはモーターとしての、Ｐａｒａｌｌａｘ Ｉｎｃの連続サーボ(continuous servo)、Ｐａｒａｌｌａｘ Ｉｎｃ．のＰｒｏｐｅｌｌｅｒマイクロ制御装置をベースとするモーション制御装置、Ａｕｓｔｒｉａ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓの磁気エンコーダ(magnetic encoder)をベースとする位置制御装置、オープンソースのＳｌｉｃ３ｒ ３ＤスライスソフトウェアであるＰａｒａｌｌａｘにより作られた、ＳＰＩＮ言語で書かれたモーション制御ソフトウェア、およびＱｔフレームワークおよびＶｉｓｕａｌ Ｃ＋＋を使用して書かれたイメージ制御ソフトウェアにより、上記に記載したように組立てた。

本明細書に記載の方法によりこの装置を用いて製作した様々に異なる物品例を、下記で更に説明する。

＜実験例６＞
［７００ミクロンの微小針アレイの製作］
上記の実験例に記載の装置、重合性液体としてのトリメチロールプロパントリアクリレート(trimethylolpropane triacrylate)、および、光開始剤としてのジフェニル（２，４，６−トリメチルベンゾイル）ホスフィンオキシドを使用して、図１０に示す微小針のアレイを製造した。キャリアを、秒当たり１０ミクロンの連続速度でボールネジにより一方向に前進させ、曝露当たり０．２秒の持続時間で、ビルド方向の高さに沿って２ミクロン毎に曝露を逐次実行した。逐次的な曝露の総数は３５０回であり、全製作時間は７０秒であった。

＜実験例７＞
［２０００ミクロンの微小針アレイの製作］
上記実験例６に記載したのと同様の方法で、図１１に示す２０００ミクロンの微小針アレイを製造し、２００秒の全製作時間にわたり逐次曝露は１０００回であった。

例えば５〜５００マイクロメートルの幅、および、５〜２０００マイクロメールまたはそれ以上の高さを有する微小針のその他のアレイを同様の方法で製作することができることは明らかであるだろう。正方形の断面を示すが、円形、楕円形、多角形（三角形、長方形、五角形、六角形等）不規則およびこれらの組み合わせ等の任意の適切な断面を用いることができる。微小針間の間隔を、例えば５マイクロメートルから１００マイクロメートルに必要に応じて変更することができ、微小針またはその他の微小構造体を任意の適切なパターン、例えば正方形、長方形、六角形等で互いに対して配置することができる。

＜実験例８＞
［リング構造体の製作］
上記の実験例５に記載の装置、重合性液体としてのトリメチロールプロパントリアクリレート、および、光開始剤としてのジフェニル（２，４，６−トリメチルベンゾイル）ホスフィンオキシドを使用してリングを製作した。キャリアを、秒当たり２０ミクロンの連続速度でボールネジにより一方向に前進させ、曝露当たり０．５秒の持続時間で、ビルド方向の高さに沿って１０ミクロン毎に曝露を逐次実行した。逐次的な曝露の総数は１０４０回であり、全製作時間は５２０秒であった。図１２は製作中のリングを示し、図１３は製作後のリングを示す。製作中に広範囲に張り出す要素のための支持体が存在しないことに留意すべきである。

＜実験例９＞
［チェスの駒の製作］
図１４に示すチェスの駒を、上記実験例に記載の装置、重合性液体としてのトリメチロールプロパントリアクリレート、および、光開始剤としてのジフェニル（２，４，６−トリメチルベンゾイル）ホスフィンオキシドを使用して製造した。キャリアを、秒当たり２０ミクロンの連続速度でボールネジにより一方向に前進させ、曝露当たり０．５秒の持続時間で、ビルド方向の高さに沿って１０ミクロン毎に曝露を逐次実行した。逐次的な曝露の総数は１０７０回であり、全製作時間は５３５秒であった。

＜実験例１０＞
［リブ付き直方体の製作］
図１５に示すリブ付き直方体を、上記実験例に記載の装置、重合性液体としてのトリメチロールプロパントリアクリレート、および、光開始剤としてのジフェニル（２，４，６−トリメチルベンゾイル）ホスフィンオキシドを使用して製造した。キャリアを、秒当たり２０ミクロンの連続速度でウォームギアにより一方向に前進させ、曝露当たり０．５秒の持続時間で、ビルド方向の高さに沿って１０ミクロン毎に曝露を逐次実行した。逐次的な曝露の総数は８００回であり、全製作時間は４００秒であった。

＜実験例１１＞
［コイル状のまたは螺旋状の構造体の製作］
図１６に示すコイルまたは螺旋を、上記実験例に記載の装置、重合性液体としてのトリメチロールプロパントリアクリレート、および、光開始剤としてのジフェニル（２，４，６−トリメチルベンゾイル）ホスフィンオキシドを使用して製造した。キャリアを、秒当たり２０ミクロンの連続速度でボールネジにより一方向に前進させ、曝露当たり０．５秒の持続時間で、ビルド方向の高さに沿って１０ミクロン毎に曝露を逐次実行した。逐次的な曝露の総数は９７０回であり、全製作時間は４８５秒であった。

この広範囲に張り出した構造体を、あらゆる支持構造体なしで製造したことに留意すべきである。

＜実験例１２＞
［硬化深度(curing depth)対曝露時間］
重合性液体としてのトリメチロールプロパントリアクリレート中における様々な濃度の琥珀色のロウソク染料および光開始剤（ＰＩ）ならびに光開始剤としてのジフェニル（２，４，６−トリメチルベンゾイル）ホスフィンオキシドを使用して実験を実施した。結果を図１７に示す。使用した像は６ｍｍの円であり、硬化した場合に、樹脂槽中でディスク様部品が製造された。このディスクの厚さは、曝露時間ならびに樹脂中における光開始剤および染料の濃度に基づいて変化した。全ての樹脂混合物が急速に硬化し、限界値に達することができた。最適な樹脂は、短期間で硬化するはずであり、限界値は、可能な限り小さいはずである。これらの基準に最も適合するのは、３％の光開始剤および０．０５％の染料（細かい点線）と５％の光開始剤および染料なし（実線）との２種の樹脂である。これらの樹脂はまた、コントラストおよび明瞭さを特徴とするという観点で最良の印刷部品も製造する。

そのような染料含有樹脂を使用して製造したチェスの駒を図１８に示す。

＜実験例１３＞
［キャリアの可溶性犠牲（またはリリース）層］
これまでの技法の欠陥は、例えばビルドプレートをスライドさせることによりまたは可撓性のビルドプレートを使用することによりビルドプレートからの接着を「破る(break)」必要があるということであり、そのため、製作プロセス中に早々に機能しなくなる可能性があるキャリア上でリリース層または可溶性の接着剤層を用いることは困難であった。本発明により、製作中におけるキャリア上でのリリース層の利用が容易になる。

キャリアの表面をリリース層、即ち可溶性の犠牲層（例えばシアノアクリレート接着剤）で覆うことができ、物体のアレイを図１９に示すように印刷することができる。任意の適切な厚さ、例えば１００ナノメートル〜１ミリメートルのリリース層を使用することができる。製作した物体を有するキャリアを、リリース層を選択的に溶解させるまたは可溶にする適切な溶媒（例えばシアノアクリレート接着剤の場合にはアセトン）に浸漬すると、図２０に示すように物体がキャリアからリリースされる。

＜実験例１４＞
［リリース層上での直方体の製作］
図２１に示す２００×２００×１０００ミリメートルの寸法を有する直方体のアレイを、上記に記載の装置、重合性液体としてのトリメチロールプロパントリアクリレート、光開始剤としてのジフェニル（２，４，６−トリメチルベンゾイル）ホスフィンオキシドおよびリリース層としてのシアノアクリレート接着剤を使用して製造した。キャリアを、秒当たり１０ミクロンの連続速度でボールネジにより前進させ、曝露当たり１秒の持続時間で、ビルド方向の高さに沿って１０ミクロン毎に曝露を逐次実行した。逐次的な曝露の総数は１００回であり、全製作時間は１００秒であった。次いで、シアノアクリレートリリース層をアセトンで溶解して、図２２に示す自由に浮遊する角柱体(free floating prism)を製造した。

＜実験例１５＞
［円筒状のケージ構造体の製作］
図２３の円筒状のケージ構造体を、上記実験例に記載の装置、重合性液体としてのトリメチロールプロパントリアクリレートおよび光開始剤としてのジフェニル（２，４，６−トリメチルベンゾイル）ホスフィンオキシドを使用して製造した。キャリアを、秒当たり２０ミクロンの連続速度でボールネジにより前進させ、曝露当たり０．５秒の持続時間で、ビルド方向の高さに沿って１０ミクロン毎に曝露を逐次実行した。逐次的な曝露の総数は１４００回であり、全製作時間は７００秒であった。片持ち特徴(cantilevered feature)または「張出部」のための取り外し可能な支持構造体は使用しなかった。

＜実験例１６＞
［ヒドロゲルからの構造体の製作］
図２４および図２５はそれぞれ、重合性液体としてＰＥＧ（ポリ（エチレングリコール）ジアクリレート、平均Ｍｎ ７００）を使用し、光開始剤として５％のジフェニル（２，４，６−トリメチルベンゾイル）ホスフィンオキシドを使用して製作したことを除いて、上記に記載したものと同様の方法で製造したアレイ構造体およびケージ構造体の写真である。その他の処理条件は、既に製作したトリアクリレート部品の場合と同じであった。

＜実験例１７＞
［ヒドロゲルをベースとする部品の可撓性］
上記実験例２３で製造したおよび図２５に示す円筒状のケージ構造体を、２枚のガラスの顕微鏡スライドの間に手動で配置し、円筒状のケージ構造体が変形して実質的に平らになるまで圧力を手動で印加した。次いで、手動の圧力を解除すると、ケージ構造体は以前の実質的な円筒形状に戻った。この物品の可撓性、弾力性および形状記憶特性により、この物品は様々な用途に魅力的であり、該用途として様々な生物医学的応用のためのステントが挙げられるがこれに限定されない。

＜実験例１８＞
［治療的使用のための腔内ステントの製作］
ステントは、典型的には、閉塞したまたは部分的に閉塞した動脈およびその他の血管の処置において、経皮経管のバルーン血管形成手術(percutaneous transluminal balloon angioplasty procedure)の補助として使用される。バルーン血管形成手術の一例として、ガイディング(guiding)カテーテルまたはガイディングシース(guiding sheath)を、大腿動脈を通って患者の心臓血管系に経皮的に導入し、ガイディングカテーテルの遠位端(distal end)を病変部(lesion site)の近位(proximal)の箇所に配置するまで脈管構造を通って前進させる。ガイドワイヤと遠位端でバルーンを有する拡張カテーテルとを、ガイドワイヤを拡張カテーテル内にスライドさせて、ガイディングカテーテルを通して導入する。ガイドワイヤを最初にガイドカテーテルから出して患者の脈管構造中に前進させ、血管病変(vascular lesion)と交差するように案内する。続いて、拡張バルーンが血管病変と交差して適切に配置されるまで、拡張カテーテルを、既に前進させたガイドワイヤ上を前進させる。病変と交差する位置ですぐに、比較的高い圧力でＸ線不透過性液体により拡張バルーンを予め決めたサイズまで膨張させ、病変の動脈硬化プラークを動脈壁の内側に向かって放射状に圧迫し、これにより動脈の管腔を拡張する。次いで、バルーンを小さい断面まで収縮させ、その結果、拡張カテーテルを患者の脈管構造から引き抜くことができ、拡張された動脈を通って血流が再開される。

バルーン血管形成は短期的なまたは長期的な失敗に終わる場合がある。即ち、この手術の直後に血管が不意に閉じる場合がある、または手術後に数ヶ月にわたって再狭窄が徐々に起こる場合がある。血管形成後の再狭窄に対抗するために、長期にわたる血管の開存性を実現すべく、一般にステントと称される埋め込み型の腔内装具が使用される。ステントは血管壁を構造的に支持し、これにより内腔の開存性を維持するための足場として機能し、送達カテーテルによって病変部に運ばれる。

ステントの種類として、バルーン拡張式ステント、バネ様の自己拡張式および熱拡張式ステントを挙げることができる。バルーン拡張式ステントは、拡張カテーテルにより送達され、拡張可能な部材、例えば膨張バルーンにより小さい初期直径からより大きい拡張直径へと可塑的に変形される。自己拡張式ステントは、送達カテーテルの周囲で放射状に圧縮可能であるバネ要素として形成されている。圧縮された自己拡張式ステントは、典型的には、送達シースにより圧縮された状態で保持される。病変部への送達時に送達シーツ(delivery sheath)が引っ込められ、該ステントを拡張させることが可能になる。熱拡張式ステントは、熱の印加時に小さい初期直径から別のより大きな直径へと拡張する能力を有する形状記憶合金で形成されている。

ステントにより支持されている部位で、血管の局部的な薬学的処置を施すことが望ましい場合がある。そのため、内腔壁用の支持体および１種または複数の薬剤用の送達ビヒクルの両方としてステントを利用することが望ましいことがある。残念ながら、従来のステントで典型的に用いられている裸(bare)の金属材料は、一般に、薬剤を運搬して放出することができない。このジレンマに対して過去に提案された解決策は、金属製ステントに薬剤運搬ポリマーを取り付けることであった。さらに、適用された薬剤を保持する能力を増強する多孔質表面を作るように、ステントの金属表面を形成するまたは処理する方法が開示されている。しかしながら、これらの方法は、一般に、ステント等の腔内装具上に薬剤を積載させる、迅速、容易で高価でない方法を提供することに失敗している。さらに、薄いポリマーコーティング中には、少量の薬剤しか積載することができない。

従来の金属製装具の限界を克服するために、様々なポリマー材料および／またはポリマー材料のコーティングを使用して、ステント等の腔内装具が開発されている。しかしながら、ポリマー製腔内装具の様々な機械的特性（例えば、引張り応力、フープ(hoop)強度、可撓性等）を調整することができることが望ましいだろう。例えば、薬剤の送達に使用する腔内装具の場合、該腔内装具からの薬剤の溶出速度を調整することができることが望ましいだろう。別の例として、ポリマー材料の分解速度および／または分解の性質を調整することができることが望ましいだろう。

本実験例の実施形態によれば、（例えば、適切に官能化されたＰＥＧ、ＰＬＧＡ、ポリカプロラクトン、ゼラチン等を含むためにポリマー材料から形成された）ポリマー製腔内装具を製造する方法は、ポリマー材料をアニーリングしてポリマー材料の結晶化度または結晶構造を選択的に変更することを含み、上記に記載の円筒状のケージ構造体に関連して記載したものが挙げられるがこれに限定されない本明細書に記載の方法により実現される。

ポリマー材料上にまたは該ポリマー材料内に配置される薬剤として、下記のカテゴリから選択される薬剤を挙げることができるがこれらに限定されない。すなわち、抗悪性腫瘍薬、有糸分裂阻害薬、抗炎症薬、抗血小板物質、抗凝血剤、抗フィブリン剤、抗トロンビン剤、細胞増殖阻害薬、抗生物質、抗酸化剤、免疫抑制剤、抗アレルギー物質およびこれらの組み合わせである。

本発明のその他の実施形態によれば、ポリマー材料を化学処理および／または放射線照射にかけることにより、腔内装具のポリマー材料の分子架橋の程度を変更することができる。アニーリング前に、アニーリング中におよび／またはアニーリング後に、ポリマー材料を化学処理および／または放射線照射にかけることができる。そのような処理は、殺菌工程として作用することもできる。

＜実験例１９＞
［治療用微小針アレイの製作］
多くの有望な新規の治療薬は、ペプチド、タンパク質、抗体および核酸等の大きな生体分子である。これらの分子は、導入の従来の経路による送達には過度に大きく、脆弱でありまたは不溶性である可能性がある。皮下注射（血管内、筋肉内等を含む）は、敏感な治療薬の送達を可能にするが、皮下注射は疼痛を誘発し、偶発的な針刺しの機会をもたらし、および、鋭いバイオハザード廃棄物(biohazardous waste)が生じる。さらに、ワクチン送達の場合は、皮下注射の針は、免疫反応を誘発するのに最適な位置に投与量を送達できず、投与量は、皮膚と比べて免疫学的に敏感な細胞の濃度が低いことが知られている領域である筋肉に浸透する。経皮パッチ剤は、（ニコチンおよび乗り物酔い薬のような）選択された時間に放出される薬剤に効果的であるが、表皮（特に角質層）は、皮膚を介したほとんどの薬剤（＞５００Ｄａ）の拡散を制限する。明らかに、治療薬を身体中に効率的に運ぶ能力には重要な課題が依然として存在する。

典型的には、皮膚を介した治療薬の受動拡散(passive diffusion)に依存する従来の経皮的な薬剤送達には限界がある。従って、この投与の経路は、依然として非常に有望である。

上記実験例に記載の装置、ならびに光重合可能な生体適合性のおよび生分解性の樹脂（適切に官能化されたＰＥＧ、ＰＬＧＡ、ポリカプロラクトン、ゼラチン等）を、治療薬およびワクチン要素（抗原、アジュバント等）と組み合わせて使用し、上記に示したものと本質的に同じ構造または外観を有する治療用微小針アレイを製造する。当業者は、本明細書に記載の方法および装置により製造され得るそのような治療用微小針アレイの数多くの異なる構造および構成を認識することができる。

＜実験例２０＞
［垂直解像度の製作速度への依存］
いくつかの実施形態では、部品のビルドプロセス中に、制御装置の画像処理ユニット（ＩＰＵ）は、部品の断面層の画像を常に更新している。いくつかの実施形態において、画像更新の最大速度ｆは、ハードウェアに依存して、秒当たり１フレームから秒当たり１０００フレームまで様々であることができる。

所望の垂直解像度がデルタ(delta)である場合、ビルドプロセス中において、１枚の画像フレーム中での部品用キャリアの前進(advancement)ｄｚは、デルタ未満でなければならない。製作速度がｖである場合、ｄｚは

により求められる。

解像度デルタを実現するために、製作速度ｖは、

により求められる最大製作速度Ｖ_ｍａｘ未満でなければならない。

上記に示したものと同様の２つのチェスの駒部品を、２５０ｍｍ／時間および５００ｍｍ／時間のキャリア前進速度で製造した。部品を製造するために使用した特定のＩＰＵの最大フレームレートは、秒当たり約１フレームであった。この部品の推定解像度は、２５０ｍｍ／時間で５０マイクロメートルであり、５００ｍｍ／時間で１００マイクロメートルであった。

＜実験例２１＞
［製作速度の増加：温度］
圧力による製作速度の増加を、上記で説明している。さらに、上記におよび下記に一般的および具体的の両方で記載している方法および装置は、（加圧の有無に関わらず）重合性液体のビルドゾーンへの充填またはビルドゾーンへの重合性液体の移動を容易にするために、重合性液体または樹脂の粘度を低下させるべくこれらを加熱することにより、製作速度を増加させることができる。上記で述べたものを含む高性能樹脂等のいくつかの樹脂は、室温および室内圧力で固体であることができ、加熱は、この樹脂を液体にする便利な方法であることができる。

図２６に概略的に示すように、温度センサおよび制御装置に作動可能に関連付けられている、密閉したオーブン赤外線ヒーターによる等の任意の適切な技法により、加熱を実行することができる。加熱器の数多くの更なる種類および構成を、単独でまたは上述のものと互いに組み合わせて使用することができる。例えばビルドプレート上の重合性液体に浸漬されている抵抗加熱器を使用することができる。例えばビルドプレートおよび／または重合性液体に接触している熱電装置またはペルチェ加熱器を使用することができる。貯蔵リザーバー中でおよび／または様々な供給ラインを介して、重合性液体を予め加熱することができる。１つまたは複数の温度センサを用いて、周囲の（チャンバ中の）温度、ビルドプレートの温度、キャリアの温度、（例えばビルドプレート上等の任意の箇所での）重合性液体の温度等を検出することができる。

いくつかの実施形態では、重合性液体を、室温から少なくとも５、１０、２０、４０、６０、８０もしくは１００℃またはそれ以上で加熱する。

いくつかの実施形態では、重合性液体は、２５℃および雰囲気圧で、少なくとも１００、１，０００もしくは１０，０００センチポアズから１，０００，００００センチポアズまたはそれ以上の粘度を有する（注記 １センチポアズ＝１ミリパスカル秒）。いくつかの実施形態では、そのような重合性液体は、（例えば上記に記載の分だけ）加熱した場合に、１，０００、１００、１０または１センチポアズ以下の粘度を有することができる。実現することが望ましい具体的な最終粘度は、例えば所望の製作速度、製作する物品のサイズおよび形状、加圧の有無等の因子に依存するだろう。

任意の適切な技法により、例えば、１度のコーン角(cone angle)、４０ミリメートルの直径を有し、１分当たり６０回転で操作される、コーンおよびプレートの形状を有するブルックフィールド型(Brookfield)粘度計により、粘度を測定することができる。

必要に応じて冷却器を任意選択的に組み入れて、例えば急速な光重合により発熱的に生成された熱の消散を補助するために、より急速に（加熱器を用いて、または加熱器を用いることなく）温度を調整することができる。この場合も、上記で述べた制御装置および温度センサに一般に作動可能に関連付けられている任意の適切な冷却器の構成を使用することができる。熱交換器、ヒートシンク、冷却剤、熱電装置、例えばペルチェ冷却器（ペルチェ加熱器としても機能することができる）等を用いることができる。

＜実験例２２＞
［キャリアおよび内部の供給流路を介した樹脂の供給］
実験例３で論じたように、物体の形成速度は、物体の底面の長さ寸法Ｌ、樹脂の粘度η、雰囲気圧Ｐおよび物体とチャンバの底部との間のギャップの高さｈに依存している。物体とチャンバの底部との間のギャップを充填するのに必要な時間τは下記の通りである。

部品サイズが１０倍増加すると、製作速度が１００倍低下することがわかる。そのような製作速度の部品サイズへの強い依存を取り除くために、図２７に示す部品用キャリアおよび部品を介して、重合性液体（または樹脂）を供給することができる。

ポンプは、任意の適切な圧送装置を含むことができ、該圧送装置として、シリンジポンプ、ギアポンプ、蠕動ポンプ等が挙げられるがこれらに限定されない。ポンプが作動する速度を制御装置により制御し、該速度は部品の形状および製作速度に依存する。重合性液体の圧力は、・・・でよい。

このアプローチでは、物体の底面の長さ寸法Ｌ、樹脂の粘度η、雰囲気圧Ｐおよび物体とチャンバの底との間のギャップの高さｈへの部品製作速度の依存は、もはや上記方程式で制限されず、それどころか、樹脂ポンプが作動する速度、硬化反応の速度および硬化反応からの熱除去を緩和する能力により制御される。本実験例でのポンプは、シリンジポンプ、ギアポンプまたは蠕動ポンプを含むことができた。圧送速度(pumping rate)が部品の形状および所望の製作速度に依存するポンプの作動を、中央処理装置により制御されるフィードバックループに含めることができた。

＜実験例２３＞
［樹脂供給速度の制御：フィードフォワード制御］
部品ビルドプロセス中での樹脂消費速度は、部品の断面積に基づいて変化する。樹脂送達速度を制御するためのプロセスを下記に記載する。ビルド速度がｖであり、部品の断面積ＡがＡ（ｔ）として時間ｔと共に変化する場合、樹脂送達速度の全部または一部を、
Ｒ（ｔ）＝ｖＡ（ｔ）
に対応するように調整することができる。

例えば、ビルドプロセス中に、制御装置として機能する中央処理装置（ＣＰＵ）は、リアルタイムで部品の現在の断面を算出し、次いで上記方程式等の法則に基づいて送達速度を算出し、算出した速度を樹脂送達ポンプ制御装置（ＲＤＰＣ）に伝達することができる。次いで、ＲＤＰＣは、ＣＰＵから受信したデータに基づいて樹脂送達ポンプの速度を調整することができる。

そのようなフィードフォワード制御システムを、単独でまたは上記に記載のその他のフィードフォワード制御システムおよびフィードバック制御システム（例えば温度制御および／または圧力制御）と組み合わせて使用することができる。

＜実験例２４＞
［外部供給導管を介した重合性液体の供給］
キャリア中に形成された１つまたは複数の流路を介して重合性液体が供給されるいくつかの実施形態では、製作する物品の一部または全てが終始固体であることが望ましい場合がある。そのような場合では、重合性液体を供給する１つの流路（または各流路）と流体連通している独立したまたは外部の供給導管を、（製造する物品内に形成される１つまたは複数の内部供給流路とは異なり）製作する物品に隣接して同時に製作することができる。

次いで、外部供給導管を介して、重合性液体をビルドプレートおよび製作ゾーンに供給することができる。いくつかの実施形態では、製作する物品のサイズに応じて、複数本の、例えば２本の、１０本の、１００本のもしくは１０００本のまたはそれ以上のそのような供給導管を構成することができる。そのような外部供給導管を、内部供給流路（即ち、製作する物品内に形成される流路）と組み合わせて、同時にまたは逐次的に（例えば交互に）使用することができる。

＜実験例２５＞
［複数の供給導管を使った複数の別々の樹脂による製作］
ビルドプラットフォーム(build platform)を介して異なる樹脂を供給することにより複数の樹脂を使用して、および、製作する部品の正確な領域に樹脂を送達するための管または流路を作るために複数の樹脂を使用して、物品を製作することができる。

図２８は、ビルドプラットフォームを介して樹脂を供給するために使用され得る方法を示しており、この方法を使用して樹脂送達流路が必要な形状で製作され、必要な場合には、部品自体を製作するために余分な樹脂が供給される。この部分の製作が終了した場合、流路が硬化して遮断され、別の流路が次の樹脂を供給し始めて部品の製作を継続することができる。

＜実験例２６＞
［方法および装置の制御］
汎用コンピュータと上記に記載の装置との間に適切なインターフェイスハードウェアを有する汎用コンピュータで動作するソフトウェアプログラムにより、上記に記載の方法および装置を制御することができる。多数の代替手段が市販されている。「マイクロ制御装置」がＰａｒａｌｌａｘ Ｐｒｏｐｅｌｌｅｒであり、ステッピングモーターの駆動装置がＳｐａｒｋｆｕｎ ＥａｓｙＤｒｉｖｅｒであり、ＬＥＤ駆動回路がＬｕｘｅｏｎ Ｓｉｎｇｌｅ ＬＥＤ Ｄｒｉｖｅｒであり、シリアルに対するＵＳＢがＰａｒａｌｌａｘ ＵＳＢ ｔｏ Ｓｅｒｉａｌ変換器であり、ＤＬＰシステムがＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ＬｉｇｈｔＣｒａｆｔｅｒシステムである、構成要素の一組み合わせの非限定的な例を図２９〜３１に示す。

上記は本発明の例示であり、本発明を限定すると解釈すべきではない。本発明は、特許請求の範囲の等価物を特許請求の範囲に含むべき下記の特許請求の範囲により定義される。

Claims (20)

1. ３次元物体を形成する方法であって、
   （ａ）キャリアおよびビルドプレートを準備する工程であり、前記ビルドプレートが半透過性部材を含み、前記半透過性部材がビルド面を含み、前記ビルド面と前記キャリアとがそれらの間にビルド領域を画定し、重合阻害剤がその供給源から前記半透過性部材を介して前記ビルド面に流体連通する、工程と、
   （ｂ）前記ビルド領域に重合性液体を充填する工程であり、前記重合性液体は前記ビルド面に接触している、工程と、
   （ｃ）前記ビルドプレートを介して前記ビルド領域に照射する工程であり、この照射により前記ビルド領域中に固体の重合領域を生じさせるとともに、固体の重合領域と前記ビルド面との間に前記重合性液体で構成される液体フィルムのリリース層を形成するまたは維持し、前記液体フィルムはその重合が前記重合阻害剤により阻害される、工程と、
   （ｄ）前記重合領域と接している前記キャリアを前記ビルドプレートの前記ビルド面から離れるように前進させる工程であり、該前進させることにより前記重合領域と前記ビルド面との間に次のビルド領域を作るとともに、工程（ｂ）に準じて前記次のビルド領域に重合性液体を充填する、工程と
   （ｅ）工程（ｃ）および工程（ｄ）を続けるおよび／または繰り返し、前の重合領域と接する次の重合領域を、層毎に製作するのではなく連続的に生じさせる工程であり、これら続けられたまたは繰り返された互いに接する重合領域の堆積により、前記３次元物体が形成されるまで行う、工程と
   を含み、
   前記ビルドプレートが、実質的に固定されている、または静止している、方法。
2. 工程（ｃ）および工程（ｄ）が同時に実行される、請求項１に記載の方法。
3. 前記重合阻害剤の供給源が、前記半透過性部材内の重合阻害剤のリザーバーである、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記半透過性部材が、前記ビルド面とは別の供給面を更に含み、任意に、前記供給面が、前記重合阻害剤の供給源となるように重合阻害剤に流体接触している、請求項１又は２に記載の方法。
5. 前記重合性液体を加熱して、前記ビルド領域中における前記重合性液体の粘度を低下させることを更に含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記ビルド領域中における前記重合性液体を冷却して、重合反応により生じた熱を消散させることを更に含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記前進させる工程が、前記キャリアを前記ビルド面から垂直に前進させることにより実行される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記ビルド領域の全表面積が、前記ビルド面の全表面積の少なくとも７０パーセントを占め、および／または
   任意の方向での前記キャリアおよび物体の横方向への移動が、対応する方向における前記ビルド領域の幅の３０％以下である、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記重合領域が接している前記キャリアを、前記静止しているビルドプレート上の前記ビルド面から離れるように一方向に前進させる、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記半透過性部材が可撓性のポリマーフィルムを含み、前記ビルドプレートが、前記ポリマーフィルムに接続して前記フィルムを固定するおよび硬くする引張部材を更に含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記半透過性部材が、
    （ｉ）前記重合性液体に接触するように配置した上面、および、底面を有するポリマーフィルム層と、
    （ｉｉ）前記フィルム層の底面に接触している、硬質でガス透過性の光学的に透明な支持部材と
    を含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
12. 重合性液体から３次元物体を形成するための装置であって、
    （ａ）支持体と、
    （ｂ）前記支持体に作動可能に関連付けられているキャリアであり、前記キャリア上で前記３次元物体が形成される、キャリアと、
    （ｃ）前記支持体に接続されているビルドプレートであり、前記ビルドプレートが半透過性部材を含み、前記半透過性部材がビルド面を含み、前記ビルド面と前記キャリアとがそれらの間にビルド領域を画定している、ビルドプレートと、
    （ｄ）前記ビルドプレートに作動可能に関連付けられており、固化重合用の前記ビルド領域中に液体ポリマーを供給するように構成されている液体ポリマー供給部と、
    （ｅ）前記ビルドプレートに作動可能に関連付けられており、前記ビルドプレートを介して前記ビルド領域を照射し、前記ビルド領域中において前記液体ポリマーから固体の重合領域を形成するように構成されている放射源と
    を含み、
    （ｆ）重合阻害剤が、その供給源から前記半透過性部材を介して前記ビルド面に流体連通し、これにより、前記固体の重合領域と前記ビルド面との間に前記重合性液体で構成されている液体フィルムのリリース層の形成または維持することを促進し、前記液体フィルムは、その重合が前記重合阻害剤により阻害され、
    前記ビルドプレートが、実質的に固定されている、または静止している、装置。
13. 前記重合阻害剤の供給源が、前記半透過性部材内の重合阻害剤のリザーバーである、請求項１２に記載の装置。
14. 前記半透過性部材が、前記ビルド面とは別の供給面を更に含み、任意に、前記供給面が、前記重合阻害剤の供給源となるように重合阻害剤に流体接触している、請求項１２に記載の装置。
15. 前記ビルドプレートおよび／または前記液体ポリマー供給部に作動可能に関連付けられており、前記ビルド領域に供給される重合性液体を加熱するように構成されている加熱器を更に含み、及び／又は、
    前記ビルドプレートに作動可能に関連付けられており、前記ビルド領域中における重合性液体を冷却するように構成されている冷却器を更に含む、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の装置。
16. 前記液体ポリマー供給部に作動可能に関連付けられている圧力源を更に含む、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の装置。
17. 前記ビルド領域中における液体の重合中または重合後に前記キャリアを前記ビルドプレートから離れるように前進させるための、前記キャリアおよび前記光源に作動可能に関連付けられている制御装置を更に含み、
    任意に、前記キャリアが駆動装置を含み、前記駆動装置および前記制御装置が、前記キャリアを前記ビルド面から一方向に離れるように前進させるように構成されている、請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の装置。
18. 前記キャリアが前記キャリア上に可溶性の犠牲層を有し、前記３次元物体が前記可溶性の犠牲層上に形成される、請求項１２〜１７のいずれか１項に記載の装置。
19. 前記半透過性部材が可撓性のポリマーフィルムを含み、前記ビルドプレートが、前記ポリマーフィルムに接続されて前記フィルムを固定するおよび硬くする引張部材を更に含む、請求項１２〜１８のいずれか１項に記載の装置。
20. 前記半透過性部材が、
    （ｉ）前記重合性液体に接触するように配置されている上面、および、底面を有するポリマーフィルム層と、
    （ｉｉ）前記フィルム層の底面に接触している、硬質でガス透過性の光学的に透明な支持部材と
    を含む、請求項１２〜１９のいずれか１項に記載の装置。

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