JP6454699B2 - 積層造形プロセスに使用するための補償デジタル表現を作製するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本開示の分野は概して積層造形システムに関し、より詳細には、積層造形プロセスに使用するための補償デジタル表現を作製するためのシステムに関する。

積層造形システムおよびプロセスは、デジタルモデルから精密な三次元構成要素を作製するのに使用される。そのような構成要素は、連続した材料層が順に重ねて固化されていく積層プロセスを使用して作製される。少なくともいくつかの既知の積層造形システムは、レーザ（または同様のエネルギー源）、ならびに、デジタルモデルによって与えられるパターンになっている粉末状材料の上にレーザを方向付けるための一連のレンズおよびミラーを使用する。レーザは、粉末状材料を焼結または溶融することによって粉末状材料を固化する。

しかしながら、構成要素は積層造形プロセスの間および後の両方において冷えるため、構成要素の層は、熱の放出ならびに構成要素内の機械的応力および変形に起因して、それらの慣性所の位置に対してずれてしまう。結果として、完成した構成要素は、許容可能なレベルの幾何学的精度をもたらすためにさらに処理しなければ構成要素を使用不可能にしてしまう歪みを有する。

少なくともいくつかの既知の積層造形プロセスが、デジタルモデルを固定量だけ埋め合わせることによって、構成要素を作製するのに使用されるデジタルモデルを補償するよう試みている。しかしながら、そのような補償デジタルモデルから作製される構成要素の精度は、一部には、これらの補償デジタルモデルが構成要素の隣接する層の間の局所変化を考慮に入れていないため、決して望ましいものではない。

したがって、積層造形プロセスに使用するためのより正確な補償デジタルモデルを提供するシステムおよび方法が必要とされている。

一態様において、構成要素を作製するためのシステムが提供される。システムは、積層造形デバイスと、積層造形デバイスに結合されているコンピューティングデバイスとを含む。積層造形デバイスは、第２の構成要素の公称デジタル表現に基づいて複数の重ね合わせ層を連続して形成することによって、第１の構成要素を作製するように構成されている。公称デジタル表現は、各々が第１の構成要素の層に対応する複数の公称デジタル二次元断面を含む。コンピューティングデバイスは、メモリデバイスと、プロセッサとを含む。メモリデバイスは、第２の構成要素の公称デジタル表現を記憶するように構成されている。第１の構成要素のｉ番目の層について、プロセッサは、（ａ）ｉ番目の層と関連付けられる累積的補償変形を生成し、（ｂ）ｉ番目の層に対応する中間デジタル二次元断面を作製するために、ｉ番目の層に対応する公称デジタル二次元断面に、ｉ番目の層と関連付けられる累積的補償変形を適用し、（ｃ）ｉ番目の層の局所補償変形を決定し、（ｄ）ｉ番目の層に対応する補償デジタル二次元断面を作製するために、ｉ番目の層に対応する中間デジタル二次元断面に、ｉ番目の層の局所補償変形を適用し、（ｅ）第１の構成要素の少なくとも１つの他の層について（ａ）〜（ｄ）を実施するように構成されている。

さらなる態様において、積層造形プロセスを使用して構成要素を作製する方法が提供される。方法は、第２の構成要素の公称デジタル表現に基づいて複数の重ね合わせ層を連続して形成することによって、第１の構成要素を作製することを含む。公称デジタル表現は、各々が第１の構成要素の層に対応する複数の公称デジタル二次元断面を含む。方法は、第１の構成要素のｉ番目の層について、（ａ）ｉ番目の層と関連付けられる累積的補償変形を生成することと、（ｂ）ｉ番目の層に対応する中間デジタル二次元断面を作製するために、ｉ番目の層に対応する公称デジタル二次元断面に、ｉ番目の層と関連付けられる累積的補償変形を適用することと、（ｃ）ｉ番目の層の局所補償変形を決定することと、（ｄ）ｉ番目の層に対応する補償デジタル二次元断面を作製するために、ｉ番目の層に対応する中間デジタル二次元断面に、ｉ番目の層の局所補償変形を適用することと、（ｅ）第１の構成要素の少なくとも１つの他の層について（ａ）〜（ｄ）を実施することとを含む。

別の態様において、三次元物体の補償デジタル表現を生成するためのシステムが提供される。補償デジタル表現の生成は、複数の重ね合わせ層を連続して形成することによって作製される第１の三次元物体の作製に基づく。複数の重ね合わせ層の連続した形成は、三次元物体の公称デジタル表現に基づく。三次元物体の公称デジタル表現は、各々が第１の三次元物体の層に対応する複数の公称デジタル二次元断面を含む。システムは、メモリデバイスと、プロセッサとを含む。メモリデバイスは、三次元物体の公称デジタル表現を記憶するように構成されている。第１の三次元物体のｉ番目の層について、プロセッサは、（ａ）ｉ番目の層と関連付けられる累積的補償変形を生成し、（ｂ）ｉ番目の層に対応する中間デジタル二次元断面を作製するために、ｉ番目の層に対応する公称デジタル二次元断面に、ｉ番目の層と関連付けられる累積的補償変形を適用し、（ｃ）ｉ番目の層の局所補償変形を決定し、（ｄ）ｉ番目の層に対応する補償デジタル二次元断面を作製するために、ｉ番目の層に対応する中間デジタル二次元断面に、ｉ番目の層の局所補償変形を適用し、（ｅ）第１の三次元物体の少なくとも１つの他の層について（ａ）〜（ｄ）を実施するように構成されている。

本開示のこれらの及び他の特徴、態様、及び利点は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むとより良好に理解されることとなり、図面において、同様の参照符号は図面全体を通じて同様の部分を表す。

コンピューティングデバイスを含む例示的な積層造形システムの概略図である。 図１に示すコンピューティングデバイスのブロック図である。 構成要素を作製するのに使用される未補償デジタル表現の絵図である。 図３に示すデジタル表現を定義するデータオブジェクトの代表図である。 図３に示す未補償デジタル表現に従って作製される構成要素の斜視図である。 図３に示す未補償デジタル表現の上面図である。 構成要素を作製するプロセス中の一時点における、図５に示す構成要素の上面図である。 構成要素を作製するプロセス中の一時点における、図５に示す構成要素の上面図である。 構成要素を作製するプロセス中の一時点における、図５に示す構成要素の上面図である。 構成要素を作製するプロセス中の一時点における、図５に示す構成要素の上面図である。 図１０の拡大図である。 積層造形プロセスを使用して構成要素を作製する例示的な方法の流れ図である。 図１２に示す方法の間にコンピューティングデバイスによって受信される測定データの代表図である。 図５に示す構成要素に対応する測定データセットの代表図である。 代替的な形式における、図４に示すデータオブジェクトおよび図１４に示す測定データセットの代表図である。 図３に示す構成要素の第１の層と関連付けられる累積的補償変形の代表図である。 図３に示す構成要素の第１の層と関連付けられる局所補償変形の代表図である。 図３に示す構成要素の第１の層と関連付けられる補償デジタル二次元断面を表すテンソル行列の代表図である。 図３に示す構成要素の第２の層と関連付けられる補償デジタル二次元断面を生成するための方法の代表図である。 図１９Ａの続きの図である。 図１９Ｂの続きの図である。 図３に示す構成要素の第３の層と関連付けられる補償デジタル二次元断面を生成するための方法の代表図である。 図２０Ａの続きの図である。 図２０Ｂの続きの図である。 図３に示す構成要素の第１の層と関連付けられるデジタル二次元断面、および、対応する中間デジタル二次元断面の絵図である。 図３に示す構成要素の第２の層と関連付けられるデジタル二次元断面、および、対応する中間デジタル二次元断面の絵図である。 図３に示す構成要素の第３の層と関連付けられるデジタル二次元断面、および、対応する中間デジタル二次元断面の絵図である。 図３に示す第１の層、第２の層、および第３の層と関連付けられる補償デジタル二次元断面の絵図である。 所望の構成要素を作製するのに使用される補償デジタル表現の絵図である。 図２５に示す補償デジタル表現に従って作製される所望の構成要素の斜視図である。

別途指示しないかぎり、本明細書において提供されている図面は、本開示の実施形態の特徴を例示するように意図されている。これらの特徴は、本開示の１つまたは複数の実施形態を備える多種多様なシステムに適用可能であると考えられる。そのため、図面は、本明細書に開示されている実施形態の実践に当業者が必要とされるすべての従来の特徴を含むようには意図されていない。

以下の明細書および特許請求の範囲において、幾つかの用語が参照されるが、これらは以下の意味を有するように定義されるものとする。

単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が別途明確に指示しないかぎり、複数の参照を含む。

「任意選択の（ｏｐｔｉｏｎａｌ）」または「任意選択的に（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」は、続いて記載される事象または状況が発生する場合があるし、または発生しない場合もあること、ならびに、その記載が、事象が発生する場合および事象が発生しない場合を含むことを意味する。

明細書および特許請求の範囲全体を通じて、本明細書に使用されているような、近似を示す文言は、関連する基本的な機能に変化をもたらすことなく自由に変えられ得る任意の量的表現を修飾するために用いられる場合がある。したがって、「約（ａｂｏｕｔ）」および「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」のような１つまたは複数の用語によって修飾されている値は、指定されている厳密な値に限定されるべきではない。少なくともいくつかの事例において、近似を示す文言は、値を測定する機器の精度に対応する場合がある。ここで、ならびに、本明細書および特許請求の範囲全体を通じて、範囲の限定は組み合わせおよび／または交換されてもよく、そのような範囲は、文脈または文言が別途指示しないかぎり、その中に含まれるすべての部分範囲を識別され、それらの部分範囲を含む。

本明細書において説明されているシステムおよび方法は、積層造形システムを使用してより精密な構成要素を作製することを容易にする。具体的には、本明細書において説明されているシステムおよび方法は、積層造形プロセスに使用するためのより正確な補償デジタル表現を生成することを容易にする。本明細書において説明されているシステムおよび方法は、構成要素内の隣接する層の間の局所的な差を求め、局所的な差に対応する局所補償変形を求めて、これをデジタル表現および／またはデジタル表現のセグメントに適用することを容易にする。それゆえ、既知の積層造形システムおよび方法とは対照的に、本明細書において説明されているシステムおよび方法は、構成要素の隣接する層の間の局所的な差を考慮した補償デジタル表現を提供し、より精密な作製構成要素を提供する。

図１は、積層造形デバイス１０２とコンピューティングデバイス２００とを含む例示的な積層造形システム１００、たとえば、選択的レーザ焼結システムの概略図である。本明細書における実施形態は選択的レーザ焼結システムに関連して説明されるが、本開示は、液状樹脂ベースの積層造形システム（たとえば、ステレオリソグラフィシステム）のような他のタイプの積層造形システムにも適用されてもよい。

例示的な実施形態において、積層造形デバイス１０２は、積層造形プロセス中に三次元構成要素１０６を支持するための構築プラットフォーム１０４と、構築材料１１０のリザーバ１０８と、構成要素１０６を構成する複数の重ね合わせ層１１６、１１８、および１２０を形成するために構築材料１１０を焼結、硬化、硬質化、または他の様態で固化するためのエネルギービーム１１４を放出するためのエネルギー源１１２とを含む。図示のために、リザーバ１０８の正面の壁は図１では省かれている。同様に、図示のために構築材料１１０の部分は図１では省かれている。例示的な実施形態において、三次元構成要素１０６は航空機構成要素であるが、積層造形システム１００は、任意の三次元構成要素を作製するために使用されてもよい。構築プラットフォーム１０４は、構築材料１１０が固化されることになる平面を調整するために構築プラットフォームが上昇および／または下降することができるように、垂直アジャスタ１２２に結合されている。

例示的な実施形態において、エネルギー源１１２はレーザである。より具体的には、エネルギー源１１２は、ＣＯ₂レーザのようなガスレーザである。代替的な実施形態において、エネルギー源１１２は、たとえば、紫外線レーザまたは光源のような、構築材料１１０を焼結、硬化、硬質化、または他の様態で固化するための任意の適切なエネルギー源であってもよい。

さらに、例示的な実施形態において、構築材料１１０は金属粉末である。より具体的には、構築材料１１０は、約１０〜１００マイクロメートルの範囲内の平均粒径を有するガス噴霧金属粉末（たとえば、コバルト、鉄、アルミニウム、タンタルおよび／またはニッケル合金）である。代替的な実施形態において、構築材料１１０は、熱硬化性もしくは熱可塑性樹脂、または成形可能材料のシート（たとえば、金属、紙、または複合生地）であってもよい。

例示的な実施形態において、積層造形デバイス１０２はまた、すでに形成されている層の上に構築材料１１０の薄層を提供するための構築材料ディスペンサ１２４をも含む。構築材料１１０に液状樹脂を利用するシステム（たとえば、ステレオリソグラフィデバイス）のような代替的な実施形態において、構築材料ディスペンサ１２４は省かれてもよく、構築プラットフォーム１０４を下降させ、液体構築材料がすでに形成されている層の上を流れることを可能にすることによって、固化していない構築材料がすでに形成されている層の上に提供されてもよい。

例示的な実施形態において、積層造形デバイス１０２はまた、各々がコンピューティングデバイス２００に結合されている光学撮像デバイス１２６、赤外線撮像デバイス１２８、およびＣＴ Ｘ線撮像デバイス１３０をも含む。撮像デバイス１２６、１２８、および１３０は、互いに連動してまたは独立して、構築プロセス中および構築プロセスが完了した後の両方において層１１６、１１８、および１２０ならびに／または構成要素１０６と関連付けられるデータ（たとえば、画像）を記録および／または記憶するのに使用することができる。積層造形デバイス１０２はまた、光学撮像デバイス１２６が層１１６、１１８、および１２０ならびに／または構成要素１０６と関連付けられるデータを記録および記憶することができるように、可視光１３６を放出する１つまたは複数の可視光源１３２および１３４をも含む。代替的な実施形態において、積層造形デバイス１０２は、撮像デバイス１２６、１２８、および１３０の任意の組み合わせを含んでもよく（たとえば、赤外線撮像デバイス１２８が省かれてもよい）、かつ／または、積層造形デバイス１０２は、同じタイプの複数の撮像デバイス（たとえば、２つの光学撮像デバイス１２６）を含んでもよい。例示的な実施形態において、撮像デバイス１２６、１２８、および１３０によって記録されるデータは、図２に最もよく見えるように、コンピューティングデバイス２００のメモリデバイス２０２に記憶される。

例示的な実施形態において、積層造形デバイス１０２は、１つまたは複数のビームを所望の目標に向けて方向付けるように構成されているいくつかのビームスプリッタ１３８、１４０、および１４２を含む。たとえば、ビームスプリッタ１３８は、エネルギービーム１１４が通過することを可能にし、構成要素１０６からビームスプリッタ１４０に向けて放出される赤外線放射１４４を反射するように構成されており、ビームスプリッタ１４０は、赤外線放射１４４を赤外線撮像デバイス１２８に向けて反射するように構成されている。例示的な実施形態において、ビームスプリッタ１４０は、赤外線スペクトル内の光波を反射し、可視スペクトル内の光波を投下するように構成されているダイクロイックビームスプリッタである。積層造形デバイス１０２および／または積層造形システム１００が本明細書において説明されているように機能することを可能にする、任意の適切な組み合わせおよび構成のビームスプリッタ１３８、１４０、および１４２が積層造形デバイス１０２において使用されてもよい。

例示的な実施形態において、積層造形デバイス１０２はまた、構築材料１１０の選択的部分にわたってエネルギービーム１１４を走査するための走査デバイス１４６をも含む。例示的な実施形態において、走査デバイス１４６は、下記により詳細に説明するように、構築材料１１０の選択的部分にわたってエネルギービーム１１４を方向付けるように構成されている１つまたは複数のガルバノメータ光スキャナを含む。代替的な実施形態において、走査デバイス１４６は、構築材料１１０の選択的部分にわたってエネルギービーム１１４を方向付けるように構成されている１つまたは複数の電動ミラー、レンズおよび／または他の光学デバイスを含んでもよい。

構築プラットフォーム１０４、構築材料ディスペンサ１２４、走査デバイス１４６、エネルギー源１１２、撮像デバイス１２６、１２８、および１３０、ならびに可視光源１３２および１３４のうちの１つまたは複数は任意選択的に、それに接続されているデバイスの１つまたは複数のパラメータ（たとえば、一、エネルギー強度など）を制御するコントローラ１４８に接続されてもよい。例示的な実施形態において、走査デバイス１４６、エネルギー源１１２、および構築材料ディスペンサ１２４はコントローラ１４８に接続される。また、例示的な実施形態において、コントローラ１４８は、コンピューティングデバイス２００に接続される。代替的な実施形態において、コントローラ１４８は別個のコンピューティングデバイス（図示せず）に接続されてもよく、コントローラ１４８は一体型コンピューティングデバイスを有してもよく（図示せず）、または、コントローラ１４８はコンピューティングデバイスに接続されなくてもよい。

ここで図２を参照すると、コンピューティングデバイス２００は、メモリデバイス２０２と、命令を実行し、撮像デバイス１２６、１２８、および１３０のような１つまたは複数のデバイスから受信される処理済みデータを記憶し、メモリデバイス２０２に記憶されているデータおよび／または実行可能命令を取り出すための、メモリデバイス２０２に動作可能に結合されているプロセッサ２０４とを含む。プロセッサ２０４は、（たとえば、マルチコア構成の）１つまたは複数の処理装置を含んでもよい。コンピューティングデバイス２００は、プロセッサ２０４をプログラムすることによって、本明細書において説明されている１つまたは複数の動作を実施するように構成可能である。たとえば、プロセッサ２０４は、動作を１つまたは複数の実行可能命令として符号化し、実行可能命令をメモリデバイス２０２内に提供することによってプログラムすることができる。

例示的な実施形態において、メモリデバイス２０２は、実行可能命令および／または他のデータのような情報の記憶および取り出しを可能にする１つまたは複数のデバイスである。メモリデバイス２０２は、限定ではなく、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ソリッドステートディスク、ハードディスク、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）および／または不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリのような、１つまたは複数の有形持続性コンピュータ可読媒体を含んでもよい。上記メモリタイプは例に過ぎず、したがって、コンピュータプログラムの記憶に使用可能なメモリのタイプに関する限定ではない。

例示的な実施形態において、メモリデバイス２０２は、層１１６、１１８、および１２０ならびに／または構成要素１０６と関連付けられるデータを記憶するように構成されている。より具体的には、メモリデバイス２０２は、１つまたは複数の層１１６、１１８、および１２０ならびに／または構成要素１０６の１つまたは複数の幾何学的特性と関連付けられる測定データを記憶するように構成されている。本明細書において使用される場合、「幾何学的特性」という用語は、層１１６、１１８、および１２０の長さ、幅、厚さ、形状、サイズ、相対位置および／または相対的な向きのような、層１１６、１１８、および１２０ならびに／または構成要素１０６の物理的サイズ、形状、向き、および一に関連する層１１６、１１８、および１２０ならびに／または構成要素１０６の任意の特性を表すように意図されている。上記幾何学的特性は例に過ぎず、したがって、メモリデバイス２０２によって記憶することができる幾何学的特性のタイプに関する限定ではない。

いくつかの実施形態において、コンピューティングデバイス２００は、プロセッサ２０４に結合されている提示インターフェース２０６を含む。提示インターフェース２０６は、ユーザインターフェースのように、ユーザ２０８に情報を提示する。一実施形態において、提示インターフェース２０６は、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、および／または「電子インク」ディスプレイのような表示デバイス（図示せず）に結合されているディスプレイアダプタ（図示せず）を含む。いくつかの実施形態において、提示インターフェース２０６は、１つまたは複数の表示デバイスを含む。加えて、または代替的に、提示インターフェース２０６は、オーディオ出力デバイス（図示せず）（たとえば、オーディオアダプタおよび／もしくはスピーカ）ならびにプリンタ（図示せず）を含む。

いくつかの実施形態において、コンピューティングデバイス２００は、ユーザ入力インターフェース２１０を含む。例示的な実施形態において、ユーザ入力インターフェース２１０はプロセッサ２０４に結合されており、ユーザ２０８からの入力を受信する。ユーザ入力インターフェース２１０は、たとえば、キーボード、ポインティングデバイス、マウス、スタイラス、タッチセンサ式パネル（たとえば、タッチパッドもしくはタッチスクリーン）、および／またはオーディオ入力インターフェース（たとえば、マイクロフォンを含む）を含んでもよい。タッチスクリーンのような単一の構成要素が、提示インターフェース２０６の表示デバイスおよびユーザ入力インターフェース２１０の両方として機能することができる。

通信インターフェース２１２がプロセッサ２０４に結合されており、撮像デバイス１２６、１２８、および１３０、コントローラ１４８、エネルギー源１１２、または別のコンピューティングデバイス（図示せず）のような１つまたは複数の他のデバイスと通信して結合され、そのようなデバイスに関連する入力および出力動作を実施するように構成されている。たとえば、通信インターフェース２１２は、限定ではなく、有線ネットワークアダプタ、無線ネットワークアダプタ、移動体通信アダプタ、シリアル通信アダプタ、および／またはパラレル通信アダプタを含んでもよい。通信インターフェース２１２は、１つまたは複数の遠隔デバイスとやり取りしてデータを受信および／または送信することができる。通信インターフェース２１２は、マシン間通信を促進する、すなわち、マシン間インターフェースとして機能する。

提示インターフェース２０６および／または通信インターフェース２１２は両方共、本明細書において説明されている方法によって使用するのに適した情報を（たとえば、ユーザ２０８または別のデバイスに）提供することが可能である。したがって、提示インターフェース２０６および通信インターフェース２１２は出力デバイスとして参照される場合がある。同様に、ユーザ入力インターフェース２１０および通信インターフェース２１２は、本明細書において説明されている方法によって使用するのに適した情報を受信することが可能であり、入力デバイスとして参照される場合がある。

動作時、積層造形システム１００は、層ごとの造形プロセスによって三次元構成要素１０６を作製するのに使用される。より具体的には、積層造形デバイス１０２は、図３に示すように、構成要素のデジタル表現３００に基づいて複数の重ね合わせ層１１６、１１８、および１２０を連続して形成することによって、構成要素１０６を作製するように構成されている。

デジタル表現３００は、複数のセグメント３０２、３０４、および３０６を含む。図３に示す例において、セグメント３０２、３０４、および３０６は、各々が構成要素１０６の少なくとも１つの層１１６、１１８、および１２０に対応する、同じく３０２、３０４、および３０６とラベリングされているデジタル二次元断面によって表される。各デジタル二次元断面３０２、３０４、および３０６は、デジタル二次元断面３０２、３０４、および３０６の周縁端部をも画定する複数の点または頂点によって画定される。より具体的には、第１のデジタル二次元断面３０２は、頂点３０８、３１０、３１２、および３１４によって画定される。頂点３０８および３１０は、第１のデジタル二次元断面３０２の第１の周縁端部３１６を画定する。頂点３１０および３１２は、第１のデジタル二次元断面３０２の第２の周縁端部３１８を画定する。頂点３１２および３１４は、第１のデジタル二次元断面３０２の第３の周縁端部３２０を画定する。頂点３１４および３０８は、第１のデジタル二次元断面３０２の第４の周縁端部３２２を画定する。第２のデジタル二次元断面３０４は、頂点３２４、３２６、３２８、および３３０によって画定される。頂点３２４および３２６は、第２のデジタル二次元断面３０４の第５の周縁端部３３２を画定する。頂点３２６および３２８は、第２のデジタル二次元断面３０４の第６の周縁端部３３４を画定する。頂点３２８および３３０は、第２のデジタル二次元断面３０４の第７の周縁端部３３６を画定する。頂点３３０および３２４は、第２のデジタル二次元断面３０４の第８の周縁端部３３８を画定する。第３のデジタル二次元断面３０６は、頂点３４０、３４２、３４４、および３４６によって画定される。頂点３４０および３４２は、第３のデジタル二次元断面３０６の第９の周縁端部３４８を画定する。頂点３４２および３４４は、第３のデジタル二次元断面３０６の第１０の周縁端部３５０を画定する。頂点３４４および３４６は、第３のデジタル二次元断面３０６の第１１の周縁端部３５２を画定する。頂点３４６および３４０は、第３のデジタル二次元断面３０６の第１２の周縁端部３５４を画定する。

デジタル表現３００、セグメント３０２、３０４、および３０６、ならびに／または頂点３０８、３１０、３１２、３１４、３２４、３２６、３２８、３３０、３４０、３４２、３４４、および３４６は、コンピューティングデバイス２００のメモリデバイス２０２に記憶される。プロセッサ２０４は、構成要素１０６の作製中にデジタル表現３００、セグメント３０２、３０４、および３０６、ならびに／または頂点３０８、３１０、３１２、３１４、３２４、３２６、３２８、３３０、３４０、３４２、３４４、および３４６を取り出すように構成されている。

図４は、メモリデバイス２０２に記憶されているデジタル表現３００を定義するデータオブジェクト４００の代表図である。データオブジェクト４００は、それぞれデジタル二次元断面３０２、３０４、および３０６に対応する複数の行列４０２、４０４、および４０６を含む。各行列４０２、４０４、および４０６は、基準座標系（図１１に関連して後述する座標系１１１６など）においてデジタル二次元断面３０２、３０４、および３０６の頂点を定義する複数の座標点を含む。より具体的には、デジタル二次元断面の拡張点は、ｘ_ijとして示されているｘ座標値およびｙ_ijとして示されているｙ座標値によって表され、「ｉ」はデジタル表現３００のｎ個のデジタル二次元断面のうちの１つを示し、「ｊ」は、ｉ番目のデジタル二次元断面を画定するｋ個の頂点のうちの１つを示す。したがって、行列４０２は第１のデジタル二次元断面３０２に対応し、行列４０４は第２のデジタル二次元断面３０４に対応し、行列４０６は第３のデジタル二次元断面３０６に対応する。各デジタル二次元断面３０２、３０４、および３０６の頂点は、積層造形システム１００および／またはコンピューティングデバイス２００が本明細書において説明されているように機能することを可能にする任意の適切な様式でナンバリングされてもよい。図４に示す実施形態において、頂点３０８、３２４および３４０はそれぞれのデジタル二次元断面３０２、３０４、および３０６の第１の頂点として示されており、各デジタル二次元断面３０２、３０４、および３０６の残りの頂点は、反時計回り方向に連続してナンバリングされている（すなわち、頂点３１０は座標点（ｘ₁₂，ｙ₁₂）によって表され、頂点３１２は座標点（ｘ₁₃，ｙ₁₃）によって表され、以下同様である）。代替的な実施形態において、デジタル表現３００および／またはデジタル二次元断面３０２、３０４、および３０６は、積層造形システム１００および／またはコンピューティングデバイス２００が本明細書において説明されているように機能することを可能にする任意の他の適切なデータオブジェクトまたはフォーマットを使用してメモリデバイス２０２に記憶されてもよい。

例示的な実施形態において、構成要素１０６の層１１６、１１８、または１２０を形成するために、コンピューティングデバイス２００は、プロセッサ２０４および／または通信インターフェース２１２を介してコントローラ１４８と通信し、コントローラ１４８は、形成されている層１１６、１１８、または１２０に対応するデジタル二次元断面３０２、３０４、または３０６に従って構築材料１１０の選択的部分にわたってエネルギービーム１１４を方向付けるように、走査デバイス１４６および／またはエネルギー源１１２を制御する。エネルギービーム１１４は、構築材料１１０を固化するのに十分な強度である。層１１６、１１８、または１２０が形成されると、構築プラットフォーム１０４は下降され、固化していない構築材料の層が、すでに形成されている層の上に提供される。例示的な実施形態において、構築材料ディスペンサ１２４が使用されて、すでに形成されている層の上に固化していない構築材料の層が配置される。液状樹脂を利用するシステム（たとえば、ステレオリソグラフィデバイス）のような代替的な実施形態において、構築プラットフォーム１０４を下降させ、液状樹脂がすでに形成されている層の上を流れることを可能にすることによって、すでに形成されている層の上に固化していない構築材料の層が提供される。上記ステップは、構成要素１０６のすべての層１１６、１１８、および１２０が形成されるまで繰り返される。

図３に示すデジタル表現３００は未補償デジタル表現である。より具体的には、デジタル表現３００は、積層造形システム１００によって作製されるべき所望の構成要素２６００（図２６に示す）と実質的に同一の幾何学的特性を有する。しかしながら、構成要素１０６の層１１６、１１８、１２０が形成後に熱平衡および力学的平衡に達すると、層１１６、１１８および１２０の１つまたは複数の幾何学的特性は、形成された時点における層の初期または公称幾何学的特性から変化する場合がある。結果として、未補償デジタル表現３００によって作製される構成要素１０６は、構成要素１０６が熱平衡および力学的平衡に達すると、デジタル表現３００とは異なる幾何学的特性を有する。

図５は、未補償デジタル表現３００に従って作製される構成要素１０６の斜視図である。構成要素１０６の各層１１６、１１８、および１２０は、頂点によって画定される上面を有する。より具体的には、第１の層１１６は、頂点５０４、５０６、５０８、および５１０によって画定される第１の上面５０２を含む。第２の層１１８は、頂点５１４、５１６、５１８、および５２０によって画定される第２の上面５１２を含む。第３の層１２０は、頂点５２４、５２６、５２８、および５３０によって画定される第３の上面５２２を含む。図５に示すように、構成要素１０６の各層１１６、１１８、および１２０の相対位置は、層１１６、１１８、および１２０が形成後にずれた結果として、対応するデジタル二次元断面３０２、３０４、および３０６の相対位置とは異なる。

図６は、デジタル表現３００の上面図であり、図７〜図１０は、未補償デジタル表現３００に従って構成要素１０６を形成するプロセスの間の複数の異なる時点における構成要素１０６の上面図である。第１のデジタル二次元断面３０２が、例示のために図７〜図１０に示されている。図７を参照すると、第１の層１１６が、第１の層１１６に対応する第１のデジタル二次元断面３０２に従って形成されている。図８を参照すると、第１の層１１６が形成された後、第２の層１１８が、第２の層１１８に対応する第２のデジタル二次元断面３０４に従って、第１の層１１６の上に形成されている。図８に示すように、第２の層１１８が形成された時点において、第１の層１１６は、その初期位置に対してずれている。結果として、第１の層１１６と比較した第２の層１１８の相対位置は、未補償デジタル表現３００の対応する第１のデジタル二次元断面３０２および第２のデジタル二次元断面３０４の相対位置とは異なっている。図９を参照すると、第３の層１２０が、第３のデジタル二次元断面３０６に従って、第２の層１１８の上に形成されている。図９に示すように、第３の層１２０が形成された時点において、第１の層１１６は、第２の層１１８が形成された時点におけるその位置に対してずれており、第２の層１１８は、第１の層１１６に対するその初期位置に対してずれている。図１０を参照して、構成要素１０６の層１１６、１１８、および１２０が形成後に熱平衡および力学的平衡に達するにつれて、第１の層１１６、第２の層１１８、および第３の層１２０は、互いに対する位置がずれ続ける。

図１１は、層１１６、１１８、および１２０が熱平衡および力学的平衡に達した後の構成要素１０６の拡大上面図である。第１の層１１６、第２の層１１８、および第３の層１２０に対応する未補償デジタル表現３００のデジタル二次元断面３０２、３０４、および３０６が、例示のために破線で示されている。図１１に示すように第１の層１１６は、距離１１０２だけその公称位置からずれている。同様に、第２の層１１８は、距離１１０４だけその公称位置からずれており、第３の層１２０は、距離１１０６だけその公称位置からずれている。さらに、第１の層１１６に対する第２の層１１８の位置は、未補償デジタル表現３００の対応するデジタル二次元断面３０２および３０４とは異なっている。より具体的には、第４の周縁端部３２２と第８の周縁端部３３８との間の距離１１０８は、第１の層１１６および第２の層１１８の対応する端部間の距離１１１０とは異なっている。同様に、第２の層１１８に対する第３の層１２０の位置は、未補償デジタル表現３００の対応するデジタル二次元断面３０４および３０６とは異なっている。より具体的には、第８の周縁端部３３８と第１２の周縁端部３５４との間の距離１１１２は、第２の層１１８および第３の層１２０の対応する端部間の距離１１１４とは異なっている。

コンピューティングデバイス２００および１つまたは複数の撮像デバイス１２６、１２８、および１３０は、各層１１６、１１８、および１２０の幾何学的特性と、層１１６、１１８、および１２０に対応するデジタル二次元断面３０２、３０４、および３０６の対応する幾何学的特性との間の差を測定、記録、計算、および／または記憶し、差に基づいて作製されるべき所望の構成要素２６００（図２６に示す）の補償デジタル表現２５００（図２５に示す）を生成するように構成されている。コンピューティングデバイス２００は、所望の構成要素２６００の補償デジタル表現２５００の生成を容易にするために、図１１に示す座標系１１１６のような基準座標系を事前にプログラムすることができる。図１１に示す実施形態において、座標系１１１６は、それぞれ「＋」および「−」の符号で指示されている正の方向および負の方向を有するｘ軸およびｙ軸によって定義される。座標系１１１６は、構築プラットフォーム１０４のような、積層造形デバイス１０２の１つまたは複数の要素を基準点として使用することができる。代替的な実施形態において、コンピューティングデバイス２００は、基準座標系を事前にプログラムされない。そのような実施形態において、コンピューティングデバイスは、座標系を定義するように構成されてもよく、かつ／または、コンピューティングデバイスは、ユーザ２０８が、積層造形プロセスの前または間に座標系を定義することを可能にするように構成されてもよい。

図１２を参照すると、積層造形プロセスを使用して構成要素を作製する例示的な方法の流れ図が、全体的に１２００において示されている。方法１２００の説明全体を通じて、公称デジタル二次元断面の中間デジタル二次元断面への変形（図２１〜図２３）および中間デジタル二次元断面の補償デジタル二次元断面への変形（図２４）を絵図で示す図２１〜図２４を参照する。

構成要素１０６（図１および図５に示す）のような第１の構成要素が、未補償デジタル表現３００のような、第２の構成要素の公称デジタル表現に基づいて、層１１６、１１８および１２０のような複数ｎ個の重ね合わせ層を連続して形成することによって作製される１２０２。図１〜図５に示す実施形態において、構成要素１０６は３つの層１１６、１１８、および１２０から形成されるため、ｎは３に等しい。公称デジタル表現は、各々が第１の構成要素の層に対応する、デジタル二次元断面３０２、３０４、および３０６のような複数の公称デジタル二次元断面を含む。

任意選択的に、第１の構成要素の各層には、本明細書において説明されている方法の実行を容易にするために、コンピューティングデバイス２００によって固有の参照符号（図１２においてはｉによって表す）を割り当てることができる。たとえば、構成要素１０６の各層１１６、１１８、および１２０には、１と、図１および図５に示す実施形態においては３であるｎとの間の固有の参照符号を割り当てることができる。第１の層１１６には１の参照符号を割り当てることができ、第２の層１１８には２の参照符号を割り当てることができ、第３の層１２０には３の参照符号を割り当てることができる。代替的に、第３の層１２０が１の参照符号を割り当てられ、第１の層１１６が３の参照符号を割り当てられるように、参照符号の順序は逆になってもよい。

第１の構成要素の各層について、たとえば、コンピューティングデバイス２００および１つまたは複数の撮像デバイス１２６、１２８、および１３０を使用して、層が形成された後に各層の幾何学的特性が測定され１２０４、ｎ個の層の幾何学的特性の測定に基づいて、測定データがコンピューティングデバイス２００に送信され、コンピューティングデバイス２００によって受信される１２０６。図１２に示す実施形態においては、方法１２００の後続のステップが実行される前に、第１の構成要素のすべてのｎ個の層について、測定データが受信される１２０８。代替的な実施形態において、方法１２００の後続のステップは、第１の構成要素のすべてのｎ個の層について測定データが受信される前に実行されてもよい。測定データはメモリデバイス２０２に記憶され、それによって、測定データは、プロセッサ２０４によって取り出し処理することができる。

図１３は、コンピューティングデバイス２００によって受信される測定データ１３００の代表図である。測定データ１３００は、形成された層の２つ以上の表面または端部が交差することによって形成される、形成された層の頂点または角に対応する複数の座標点を含む。図１３に示す測定データ１３００において、形成された層の各頂点または角は、ａ_ijとして示されているｘ座標値およびｂ_ijとして示されているｙ座標値によって表され、「ｉ」は、構成要素１０６のような構成要素のｎ個の層のうちの１つを示し、「ｊ」は、構成要素のｉ番目の層を画定するｋ個の頂点または角のうちの１つを示す。

図１４は、コンピューティングデバイス２００によって受信され、メモリデバイス２０２に記憶される、構成要素１０６の測定データセット１４００の代表図である。測定データセット１４００は、第１の層１１６に対応する第１の測定データ１４０２、第２の層１１８に対応する第２の測定データ１４０４、および第３の層１２０に対応する第３の測定データ１４０６を含む。各層１１６、１１８、および１２０の頂点は、積層造形システム１００および／またはコンピューティングデバイス２００が本明細書において説明されているように機能することを可能にする任意の適切な様式でナンバリングされてもよい。図１４に示す実施形態において、頂点５０４、５１４および５２４はそれぞれの層１１６、１１８、および１２０の第１の頂点として示されており、各層１１６、１１８、および１２０の残りの頂点は、反時計回り方向に連続してナンバリングされている（すなわち、頂点５０６は座標点（ａ₁₂，ｂ₁₂）によって表され、頂点５０８は座標点（ａ₁₃，ｂ₁₃）によって表され、以下同様である）。代替的な実施形態において、測定データ１３００および／または測定データセット１４００は、積層造形システム１００および／またはコンピューティングデバイス２００が本明細書において説明されているように機能することを可能にする任意の他の適切なフォーマットを使用してメモリデバイス２０２に記憶されてもよい。

方法１２００の前または間に、デジタル表現３００、デジタル二次元断面３０２、３０４、および３０６、測定データ１３００、ならびに／または測定データセット１４００がメモリデバイス２０２に記憶されるフォーマットは、後述する１つまたは複数の変形関数の実施を容易にするために変換されてもよい。たとえば、図１５を参照すると、各デジタル二次元断面３０２、３０４、および３０６ならびに測定データセット１４００は、後述する１つまたは複数の変形関数の実施を容易にするために、対応するテンソル行列に変換することができる。より具体的には、第１のテンソル行列１５０２が第１のデジタル二次元断面３０２に対応し、第２のテンソル行列１５０４が第２のデジタル二次元断面３０４に対応し、第３のテンソル行列１５０６が第３のデジタル二次元断面３０６に対応し、第４のテンソル行列１５０８が第１の測定データ１４０２に対応し、第５のテンソル行列１５１０が第２の測定データ１４０４に対応し、第６のテンソル行列１５１２が第３の測定データ１４０６に対応する。

図１２を参照して、第１の構成要素の１つまたは複数の層について測定データが受信されると１２０６、第１の構成要素の各層について、たとえば、コンピューティングデバイス２００を使用して累積的補償変形（ＣＣＴ）が生成される。より具体的には、第１の構成要素の各ｉ番目の層についてＣＣＴが生成される。本明細書において使用される場合、「累積的補償変形」という用語は、デジタル表現のデジタル二次元断面を、方法１２００の間にすべての先行するデジタル二次元断面に適用される合計のまたは累積的な補償変形によって変形させるように構成されている、スカラー、ベクトル、回転行列、変換行列、変換フィールド、または変形フィールド、およびそれらの組み合わせのような、任意の変形オブジェクトまたは関数を表すように意図されている。

例示的な実施形態において、生成される最初のＣＣＴが１の基準数を割り当てられている第１の構成要素の層に対応するように、累積的補償変形は最初は１に設定される。さらに、例示的な実施形態において、ＣＣＴが生成される様式は、ｉ番目の層が初期層であるか否かに応じて決まる。方法１２００の間に先行する層にＣＣＴが生成または適用されていない場合、層は「初期層」である。例示的な実施形態において、初期賞は、基準数１を割り当てられている層に対応する（すなわちｉ＝１）。ｉ番目の層が初期層であるか否かが判定される１２１０。ｉ番目の層が初期層である場合、恒等変換（すなわち、デジタル二次元断面に適用されると、同じまたは同一のデジタル二次元断面を返す変形オブジェクトまたは関数）に等しいＣＣＴを設定することによって、ＣＣＴが生成される１２１２。

図１６は、構成要素１０６の第１の層１１６と関連付けられる第１のＣＣＴ１６０２の代表図である。図１６に示すように、第１のＣＣＴ１６０２は１２×１２恒等行列である。代替的な実施形態において、第１のＣＣＴ１６０２は、積層造形システム１００および／またはコンピューティングデバイス２００が本明細書において説明されているように機能することを可能にする任意の適切な寸法を有してもよい。第１のＣＣＴ１６０２が、第１のデジタル二次元断面３０２に対応する第１のテンソル行列１５０２に適用されると、第７のテンソル行列１６０４として参照される、結果もたらされる値は、第１のテンソル行列１５０２と同一になる。

ｉ番目の層が初期層でない場合、（ｉ−１）番目の層に対応する局所補償変形（ＬＣＴ）（下記により詳細に説明する）を（ｉ−１）番目の層に対応するＣＣＴに適用することによって、ＣＣＴが生成される１２１４。結果もたらされる変形が、ｉ番目の層に対するＣＣＴである。（ｉ−１）番目とは、ＣＣＴおよびＬＣＴが生成および／または決定された先行する層を指す。（ｉ−１）番目は、物理的にｉ番目の層の下またはｉ番目の層よりも下方に位置する層には限定されない。いくつかの実施形態において、（ｉ−１）番目の層は、たとえば、方法１２００が構成要素１０６の第３の層１２０で開始される場合に、物理的にｉ番目の層よりも上に位置する層を参照してもよい。さらに、代替的な実施形態において（ｉ−１）番目の層に対するＬＣＴを決定するのに使用される方法に応じて、ＣＣＴは、（ｉ−１）番目の層に対応するＬＣＴの逆を（ｉ−１）番目の層に対応するＣＣＴに適用することによって生成されてもよい１２１４。

本明細書において、「適用する（ａｐｐｌｙ）」という用語および関連用語、たとえば、「適用される（ａｐｐｌｉｅｄ）」、「適用すること（ａｐｐｌｙｉｎｇ）」などは、任意の数学演算、ならびに、より具体的には、行列加算、スカラー乗法、行列乗算、行加算、行乗算、行列減算、または、対応する補償変形によってデジタル二次元断面を変形させることおよび／または補償変形を生成することに適した任意の他の数学演算のような、任意の数学演算を参照してもよい。たとえば、補償変形がベクトルまたは複数のベクトルである場合、補償変形は、当該ベクトルまたは複数のベクトルを、デジタル二次元断面を構成する点または頂点に適用することによって、デジタル二次元断面に適用することができる。

ｉ番目の層に対応する中間デジタル二次元断面を作製するために、たとえば、コンピューティングデバイス２００を使用して、ｉ番目の層に対するＣＣＴが、ｉ番目の層に対応する公称デジタル二次元断面に適用される１２１６。代替的な実施形態においてｉ番目の層に対するＣＣＴを決定するのに使用される方法に応じて、ＣＣＴは、ｉ番目の層に対するＣＣＴの逆をｉ番目の層に対応する公称デジタル二次元断面に適用することによって適用されてもよい１２１６。またさらに代替的な実施形態において、ｉ番目の層に対するＣＣＴの一部分のみが、ｉ番目の層に対応する公称デジタル二次元断面に適用される。そのような実施形態において、ｉ番目の層に対するＣＣＴは、ｉ番目の層が形成される前に発生する、すでに形成されている層の移動を考慮にいれるために時間依存成分によって低減することができる。

第１の構成要素の各層について、たとえば、コンピューティングデバイス２００を使用して、局所補償変形（ＬＣＴ）が決定される１２１８。より具体的には、ｉ番目の層に対応する中間デジタル二次元断面と、第１の構成要素のｉ番目の層との対応する頂点の間の差に基づいて、第１の構成要素のｉ番目の層に対するＬＣＴが決定される１２１８。たとえば、最初に、ｉ番目の層の頂点に対応する、ｉ番目の層に対応する公称デジタル二次元断面の頂点を識別することによって、ｉ番目の層に対応する中間デジタル二次元断面の頂点に対応するｉ番目の層の頂点を決定することができる。ｉ番目の層の中間デジタル二次元断面の頂点（すなわち、上述した、ｉ番目の層に対応する公称デジタル二次元断面に、ｉ番目の層に対するＣＣＴを適用する結果としてもたらされる頂点）は、公称デジタル二次元断面の対応する頂点が対応するｉ番目の層の同じ頂点に対応する。ＬＣＴは対応する頂点の間の差に基づいて計算される。「局所補償変形」という用語は、中間デジタル二次元断面と、構成要素１０６のような作製される構成要素の対応する層との１つまたは複数の幾何学的特性の間の局所的な差によって、デジタル表現のデジタル二次元断面を変形させるように構成されている、スカラー、ベクトル、回転行列、変換行列、変換フィールド、変形フィールド、およびそれらの組み合わせのような、任意の変形オブジェクトまたは関数を表すように意図されている。したがって、ＬＣＴは、寸法精度、表面仕上げ、または材料状態のような、所望の造形または性能機能を最適化するのに使用することができる。

例示的な実施形態において、ｉ番目の層に対応する中間デジタル二次元断面の幾何学的特性と、第１の構成要素のｉ番目の層の幾何学的特性との間の差に基づいて、ｉ番目の層に対するＬＣＴが決定される１２２０。ｉ番目の層に対するＬＣＴを決定するのに使用される幾何学的特性の間の差は、サイズ、形状、長さ、厚さ、幅、相対的な向き、相対位置、または、これらの幾何学的特性の間の差の任意の組み合わせであってもよい。図１７は、第７のテンソル行列１６０４によって表わされ、図２１に絵図によって示されている、第１の中間デジタル二次元断面２１０２と、第４のテンソル行列１５０８によって表されている第１の層１１６との間の差を計算することによって決定される、第１の層１１６と関連付けられる第１のＬＣＴ１７０２の代表図である。特に、第７のテンソル行列１６０４と第４のテンソル行列１５０８との間の差が求められる。第８のテンソル行列１７０４として参照される、結果もたらされる値は、第１の中間デジタル二次元断面２１０２の幾何学的特性と、第１の層１１６の対応する幾何学的特性との間の差を表す。第８のテンソル行列１７０４は、第１の層１１６に対するＬＣＴとして使用されてもよく、または、図１７に示すように、第１のＬＣＴ１７０２は、第８のテンソル行列１７０４を、第１のＣＣＴ１６０２のような他の変形行列と同様の寸法を有するように変形させることによって生成されてもよい。図１１および図２１に示すように、第１の層１１６の拡張点は、負のｙ方向に距離１１０２だけ、第１のデジタル二次元断面３０２のその対応する頂点からずれている。したがって、第１のＬＣＴ１７０２は、第１の中間デジタル二次元断面２１０２を、正のｙ方向に距離１１０２だけ補償するように構成されている。

再び図１２を参照すると、第１の構成要素の各層の補償デジタル二次元断面を作製するために、たとえば、コンピューティングデバイス２００を使用して、各ＬＣＴが、対応する中間デジタル二次元断面に適用される１２２２。より具体的には、ｉ番目の層に対応する補償デジタル二次元断面を作製するために、ｉ番目の層に対するＣＣＴが、ｉ番目の層に対応する中間デジタル二次元断面に適用される１２２２。

たとえば、図１８を参照すると、第１のＬＣＴ１７０２を第７のテンソル行列１６０４に適用することによって、第１のＬＣＴ１７０２が第１の中間デジタル二次元断面２１０２に適用される。第９のテンソル行列１８０２として参照される、結果もたらされる値は、図２４に絵図で示す、第１の補償デジタル二次元断面２４０２として参照される、構成要素１０６の第１の層１１６に対応する補償デジタル二次元断面を表す。代替的な実施形態においてｉ番目の層に対するＬＣＴを決定するのに使用される方法に応じて、ＬＣＴは、ｉ番目の層に対するＬＣＴの逆を、ｉ番目の層に対応する中間デジタル二次元断面に適用することによって、対応する中間デジタル二次元断面に適用されてもよい１２２２。

上記ステップは、第１の構成要素の各層の補償デジタル二次元断面を生成する１２２４ために繰り返される。たとえば、図１９Ａ〜図１９Ｃを参照すると、第１のＬＣＴ１７０２を第１のＣＣＴ１６０２に適用することによって、第２の層１１８と関連付けられる第２のＣＣＴ１９０２が生成される。第２のＣＣＴ１９０２を第２のテンソル行列１５０４に適用することによって、第２のＣＣＴ１９０２が第２のデジタル二次元断面３０４に適用される。第１０のテンソル行列１９０４として参照される、結果もたらされる値は、図２２に絵図で示す、第２の中間デジタル二次元断面２２０２として参照される、第２の層１１８に対応する中間デジタル二次元断面を表す。第１０のテンソル行列１９０４によって表される、第２の中間デジタル二次元断面２２０２と、第５のテンソル行列１５１０によって表される、第２の層１１８との間の局所的な差を計算することによって、第２のＬＣＴ１９０６が計算される。例示的な実施形態において、第２の中間デジタル二次元断面２２０２と第２の層１１８との間の局所的な差は、図２４において距離２４０４によって表される、距離１１０４（すなわち、第２のデジタル二次元断面３０４からの第２の層１１８のオフセット距離）と、距離１１０２（すなわち、第１のＣＣＴ１６０２の変形成分）との間の差と等価である。例示的な実施形態において、距離１１０２は距離１１０４よりも大きいため、第２のＬＣＴ１９０６は、負のｙ方向に距離２４０４だけ第２の中間デジタル二次元断面２２０２を補償するように構成されている。第２のＬＣＴ１９０６を第１０のテンソル行列１９０４に適用することによって、第２のＬＣＴ１９０６が第２の中間デジタル二次元断面２２０２に適用される。第１１のテンソル行列１９０８として参照される、結果もたらされる値は、図２４に絵図で示す、第２の補償デジタル二次元断面２４０６として参照される、構成要素１０６の第２の層１１８に対応する補償デジタル二次元断面を表す。

同様に、図２０Ａ〜図２０Ｃを参照すると、第２のＬＣＴ１９０６を第２のＣＣＴ１９０２に適用することによって、第３の層１２０と関連付けられる第３のＣＣＴ２００２が生成される。第３のＣＣＴは、距離１１０２（すなわち、第２のＣＣＴ１９０２の変形成分）と負のｙ方向における距離２４０４（すなわち、第２のＬＣＴ１９０６の変形成分）との和と等価である変形成分２３０４を有する。第３のＣＣＴ２００２を第３のテンソル行列１５０６に適用することによって、第３のＣＣＴ２００２が第３のデジタル二次元断面３０６に適用される。第１２のテンソル行列２００４（図２０Ｂに示す）として参照される、結果もたらされる値は、図２３に絵図で示す、第３の中間デジタル二次元断面２３０２として参照される、第３の層１２０に対応する中間デジタル二次元断面を表す。図２３に示すように、第３の中間デジタル二次元断面２３０２は、第３のデジタル二次元断面から、正のｙ方向に距離２３０４だけ変形される。第１２のテンソル行列２００４によって表される、第３の中間デジタル二次元断面２３０２と、第６のテンソル行列１５１２によって表される、第３の層１２０との間の局所的な差を計算することによって、第３のＬＣＴ２００６（図２０Ｂに示す）が計算される。例示的な実施形態において、第３の中間デジタル二次元断面２３０２と第３の層１２０との間の局所的な差は、図２４において距離２４０８によって表される、距離１１０６（すなわち、第３のデジタル二次元断面３０６からの第３の層１２０のオフセット距離）と、距離２３０４（すなわち、第３のＣＣＴ２００２の変形成分）との間の差と等価である。例示的な実施形態において、距離２３０４は距離１１０６よりも大きいため、第３のＬＣＴ２００６は、負のｙ方向に距離２４０８だけ第３の中間デジタル二次元断面２３０２を補償するように構成されている。第３のＬＣＴ２００６を第１２のテンソル行列２００４に適用することによって、第３のＬＣＴ２００６が第３の中間デジタル二次元断面２３０２に適用される。第１３のテンソル行列２００８（図２０Ｃに示す）として参照される、結果もたらされる値は、図２４に絵図で示す、第３の補償デジタル二次元断面２４１０として参照される、構成要素１０６の第３の層１２０に対応する補償デジタル二次元断面を表す。

再び図１２を参照して、第１の構成要素の各層について補償デジタル二次元断面が生成されると、補償デジタル二次元断面に基づいて、第２の構成要素の補償デジタル表現を生成することができる１２２６。図２５は、補償デジタル二次元断面２４０２、２４０６、２４１０から生成される補償デジタル表現２５００の絵図である。代替的な実施形態において、第２の構成要素の補償デジタル表現は生成される。

再び図１２を参照すると、ステップ１２２２において各層について生成された補償デジタル二次元断面、および／または、ステップ１２２６において生成された第２の構成要素の補償デジタル表現に基づいて、第２の構成要素を作製することができる１２２８。第２の構成要素は、図１を参照して上述した構成要素１０６を作製するのに使用される方法と実質的に同様の方法を使用して作製されてもよい。

代替的な実施形態において、方法１２００に従って作製される構成要素の精密度および精度を増大させるために、以前に生成された補償デジタル二次元断面および／または補償デジタル表現から作製される構成要素を使用して方法１２００の数回の反復が実行されてもよい。

図２６は、補償デジタル表現２５００に従って作製される所望の構成要素２６００の斜視図である。所望の構成要素は、第１の補償層２６０２、第２の補償層２６０４、および第３の補償層２６０６を含む。デジタル表現２５００および補償デジタル二次元断面２４０２、２４０６、および２４１０は、作製中の層２６０２、２６０４、および２６０６のずれおよび移動を考慮にいれるために補償されているため、結果もたらされる所望の構成要素２６００の幾何学的特性は、構成要素１０６よりも、所望のまたは所定の使用からの狂いが大幅に少ない。

いくつかの実施形態において、ステップ１２２２において生成される補償デジタル二次元断面、および／または、ステップ１２２６において生成される第２の構成要素の補償デジタル表現は、補償デジタル二次元断面および／または第２の構成要素の補償デジタル表現を生成するのに使用されるコンピューティングデバイスとは異なるコンピューティングデバイスにアップロードおよび／または記憶されてもよい。たとえば、補償デジタル二次元断面および／または第２の構成要素の補償デジタル表現は、第１の積層造形システムの第１のコンピュータを使用して生成されてもよく、その後、第２の構成要素を作製するのに使用される第２の積層造形システムの第２のコンピュータにアップロードおよび／または記憶されてもよい。第１の積層造形システムおよび第２の積層造形システムは、図１に示す積層造形システム１００と実質的に同様であってもよい。同様に第１のコンピューティングデバイスおよび第２のコンピューティングデバイスは、図１および図２に示すコンピューティングデバイス２００と実質的に同様であってもよい。

上述したシステムおよび方法は、積層造形システムを使用してより精密な構成要素を作製することを容易にする。具体的には、本明細書において説明されているシステムおよび方法は、積層造形プロセスに使用するためのより正確な補償デジタル表現を生成することを容易にする。本明細書において説明されているシステムおよび方法は、構成要素内の隣接する層の間の局所的な差を求め、局所的な差に対応する局所補償変形を求めて、これをデジタル表現および／またはデジタル表現のセグメントに適用することを容易にする。それゆえ、既知の積層造形システムおよび方法とは対照的に、本明細書において説明されているシステムおよび方法は、構成要素の隣接する層の間の局所的な差を考慮した補償デジタル表現、および、より精密な作製構成要素を提供する。

本明細書において説明されているシステムおよび方法の例示的な技術的効果は、（ａ）積層造形プロセスを使用して作製される構成要素の精度が改善すること、（ｂ）積層造形プロセスを使用して作製される構成要素から歪みを除去するのに必要とされる作製後処理の量が低減すること、および、（ｃ）積層造形プロセスを使用して構成要素を作製するのに使用される補償デジタル表現の精度が改善することのうちの少なくとも１つを含む。

本明細書において使用される場合、「持続性コンピュータ可読媒体」という用語は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュールおよびサブモジュール、または他のデータのような情報を任意のデバイス内での短期的および長期的記憶のための任意の方法または技術において実装される任意の有形コンピュータベースデバイスを表すように意図されている。それゆえ、本明細書において説明されている方法は、限定ではなく、記憶デバイスおよび／またはメモリデバイスを含む、有形持続性コンピュータ可読媒体内で具現化される実行可能命令として符号化することができる。そのような命令は、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、本明細書において説明されている方法の少なくとも一部分を実施させる。その上、本明細書において使用される場合、「持続性コンピュータ可読媒体」という用語は、限定ではなく、ファームウェア、物理的および仮想記憶装置、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、および、ネットワークまたはインターネットのような任意の他のデジタルソース、ならびに、まだ開発されていないデジタル手段のような、揮発性および不揮発性媒体、ならびに取り外し可能および取り外し不能媒体を含む持続性コンピュータ記憶媒体を限定ではなく含むすべての有形コンピュータ可読媒体を含み、唯一の例外は一時的な伝搬信号である。

本明細書において使用される場合、「コンピュータ」という用語、および、関連用語、たとえば、「コンピューティングデバイス」は、当該技術分野においてコンピュータと称される集積回路には限定されず、広範に、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路、および他のプログラム可能回路を指し、これらの用語は、本明細書においては交換可能に使用される。

本発明の様々な実施形態の特定の特徴は、或る図面には示されており、他の図面には示されていないが、これは便宜上のことに過ぎない。本発明の原理によれば、図面の任意の特徴は、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または特許請求することができる。

本明細書は、最良の態様を含めて本発明を開示するとともに、いかなる当業者も、任意のデバイス又はシステムの作製及び使用並びに任意の組み込まれた方法の実行を含め、本発明を実施することを可能にするために、実施例を使用する。本発明の特許可能な範囲は特許請求の範囲によって定義されるとともに、当業者に想起される他の実施例を含んでもよい。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、又は、特許請求の範囲の文言と実質的な差のない等価の構造要素を含む場合に、特許請求の範囲内にあることが意図されている。

１００ 積層造形システム
１０２ 積層造形デバイス
１０４ 構築プラットフォーム
１０６ 三次元構成要素
１０８ リザーバ
１１０ 構築材料
１１２ エネルギー源
１１４ エネルギービーム
１１６ 第１の層
１１８ 第２の層
１２０ 第３の層
１２２ 垂直アジャスタ
１２４ 構築材料ディスペンサ
１２６ 光学撮像デバイス
１２８ 赤外線撮像デバイス
１３０ ＣＴ Ｘ線撮像デバイス
１３２ 可視光源
１３４ 可視光源
１３６ 可視光
１３８ ビームスプリッタ
１４０ ビームスプリッタ
１４２ ビームスプリッタ
１４４ 赤外線放射
１４６ 走査デバイス
１４８ コントローラ
２００ コンピューティングデバイス
２０２ メモリデバイス
２０４ プロセッサ
２０６ 提示インターフェース
２０８ ユーザ
２１０ ユーザ入力インターフェース
２１２ 通信インターフェース
３００ 未補償デジタル表現
３０２ 第１のデジタル二次元断面
３０４ 第２のデジタル二次元断面
３０６ 第３のデジタル二次元断面
３０８ 頂点
３１０ 頂点
３１２ 頂点
３１４ 頂点
３１６ 第１の周縁端部
３１８ 第２の周縁端部
３２０ 第３の周縁端部
３２２ 第４の周縁端部
３２４ 頂点
３２６ 頂点
３２８ 頂点
３３０ 頂点
３３２ 第５の周縁端部
３３４ 第６の周縁端部
３３６ 第７の周縁端部
３３８ 第８の周縁端部
３４０ 頂点
３４２ 頂点
３４４ 頂点
３４６ 頂点
３４８ 第９の周縁端部
３５０ 第１０の周縁端部
３５２ 第１１の周縁端部
３５４ 第１２の周縁端部
４００ データオブジェクト
４０２ 行列
４０４ 行列
４０６ 行列
５０２ 第１の上面
５０４ 頂点
５０６ 頂点
５０８ 頂点
５１０ 頂点
５１２ 第２の上面
５１４ 頂点
５１６ 頂点
５１８ 頂点
５２０ 頂点
５２２ 第３の上面
５２４ 頂点
５２６ 頂点
５２８ 頂点
５３０ 頂点
１１０２ 距離
１１０４ 距離
１１０６ 距離
１１０８ 距離
１１１０ 距離
１１１２ 距離
１１１６ 座標系
１２００ 方法
１３００ 測定データ
１４００ 測定データセット
１４０２ 第１の測定データ
１４０４ 第２の測定データ
１４０６ 第３の測定データ
１５０２ 第１のテンソル行列
１５０４ 第２のテンソル行列
１５０６ 第３のテンソル行列
１５０８ 第４のテンソル行列
１５１０ 第５のテンソル行列
１５１２ 第６のテンソル行列
１６０２ 第１のＣＣＴ
１６０４ 第７のテンソル行列
１７０２ 第１のＬＣＴ
１７０４ 第８のテンソル行列
１８０２ 第９のテンソル行列
１９０２ 第２のＣＣＴ
１９０４ 第１０のテンソル行列
１９０６ 第２のＬＣＴ
１９０８ 第１１のテンソル行列
２００２ 第３のＣＣＴ
２００４ 第１２のテンソル行列
２００６ 第３のＬＣＴ
２００８ 第１３のテンソル行列
２１０２ 第１の中間デジタル二次元断面
２２０２ 第２の中間デジタル二次元断面
２３０２ 第３の中間デジタル二次元断面
２３０４ 距離、変形成分
２４０２ 第１の補償デジタル二次元断面
２４０４ 距離
２４０６ 第２の補償デジタル二次元断面
２４０８ 距離
２４１０ 第３の補償デジタル二次元断面
２５００ 補償デジタル表現
２６００ 所望の構成要素
２６０２ 第１の補償層
２６０４ 第２の補償層
２６０６ 第３の補償層

Claims (20)

1. 構成要素（１０６）を作製するためのシステム（１００）であって、
   第２の構成要素の公称デジタル表現に基づいて複数の重ね合わせ層（１１６、１１８、１２０）を連続して形成することによって、第１の構成要素（１０６）を作製するように構成されている積層造形デバイス（１０２）であって、前記公称デジタル表現は、各々が前記第１の構成要素（１０６）の層に対応する複数の公称デジタル二次元断面を含む、積層造形デバイス（１０２）と、
   前記積層造形デバイス（１０２）に結合されているコンピューティングデバイス（２００）と
   を備え、前記コンピューティングデバイス（２００）は、前記第２の構成要素の前記公称デジタル表現を記憶するように構成されているメモリデバイス（２０２）を備え、前記コンピューティングデバイス（２００）は、プロセッサ（２０４）をさらに備え、前記第１の構成要素（１０６）のｉ番目の層について、前記プロセッサ（２０４）は、
   （ａ）前記ｉ番目の層と関連付けられる累積的補償変形（１６０２、１９０２、２００２）を生成し、
   （ｂ）前記ｉ番目の層に対応する中間デジタル二次元断面（２１０２、２２０２、２３０２）を作製するために、前記ｉ番目の層に対応する前記公称デジタル二次元断面に、前記ｉ番目の層と関連付けられる前記累積的補償変形（１６０２、１９０２、２００２）を適用し、
   （ｃ）前記ｉ番目の層の局所補償変形（１７０２、１９０６、２００６）を決定し、
   （ｄ）前記ｉ番目の層に対応する補償デジタル二次元断面（２４０２、２４０６、２４１０）を作製するために、前記ｉ番目の層に対応する前記中間デジタル二次元断面（２１０２、２２０２、２３０２）に、前記ｉ番目の層の前記局所補償変形（１７０２、１９０６、２００６）を適用し、
   （ｅ）前記第１の構成要素（１０６）の少なくとも１つの他の層について（ａ）〜（ｄ）を実施する
   ように構成されている、システム（１００）。
2. 前記積層造形デバイス（１０２）は、前記補償デジタル二次元断面（２４０２、２４０６、２４１０）に基づいて前記第２の構成要素を作製するようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム（１００）。
3. 前記プロセッサ（２０４）は、前記補償デジタル二次元断面（２４０２、２４０６、２４１０）に基づいて前記第２の構成要素の補償デジタル表現（２５００）を生成するようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム（１００）。
4. 前記第１の構成要素（１０６）の初期層について、前記プロセッサ（２０４）は、恒等変換に等しい累積的補償変形を生成するように構成されている、請求項１に記載のシステム（１００）。
5. 前記初期層以外の前記第１の構成要素（１０６）の各層（１１６、１１８、１２０）について、前記プロセッサ（２０４）は、（ｉ−１）番目の層に対応する局所補償変形（１７０２、１９０６、２００６）を、（ｉ−１）番目の層と関連付けられる累積的補償変形（１６０２、１９０２、２００２）に適用することによって、前記ｉ番目の層の累積的補償変形（１６０２、１９０２、２００２）を生成するように構成されている、請求項４に記載のシステム（１００）。
6. 前記第１の構成要素（１０６）の前記ｉ番目の層に対する前記局所補償変形（１７０２、１９０６、２００６）は、前記ｉ番目の層の幾何学的特性と、前記ｉ番目の層に対応する前記中間デジタル二次元断面（２１０２、２２０２、２３０２）の対応する幾何学的特性との間の差に基づく、請求項１に記載のシステム（１００）。
7. 前記幾何学的特性は、形状、向き、長さ、幅、および相対位置のうちの少なくとも１つを含む、請求項６に記載のシステム（１００）。
8. 前記第２の構成要素は航空機構成要素である、請求項１に記載のシステム（１００）。
9. 前記積層造形デバイス（１０２）は選択的レーザ焼結デバイスを含む、請求項１に記載のシステム（１００）。
10. 積層造形プロセスを使用して構成要素（１０６）を作製する方法（１２００）であって、
    第２の構成要素の公称デジタル表現に基づいて複数の重ね合わせ層（１１６、１１８、１２０）を連続して形成することによって、第１の構成要素（１０６）を作製すること（１２０２）であって、前記公称デジタル表現は、各々が前記第１の構成要素（１０６）の層に対応する複数の公称デジタル二次元断面を含む、作製すること（１２０２）と、
    前記第１の構成要素（１０６）のｉ番目の層について、
    （ａ）前記ｉ番目の層と関連付けられる累積的補償変形（１６０２、１９０２、２００２）を生成すること（１２１２、１２１４）と、
    （ｂ）前記ｉ番目の層に対応する中間デジタル二次元断面（２１０２、２２０２、２３０２）を作製するために、前記ｉ番目の層に対応する前記公称デジタル二次元断面に、前記ｉ番目の層と関連付けられる前記累積的補償変形（１６０２、１９０２、２００２）を適用すること（１２１６）と、
    （ｃ）前記ｉ番目の層の局所補償変形（１７０２、１９０６、２００６）を決定すること（１２１８）と、
    （ｄ）前記ｉ番目の層に対応する補償デジタル二次元断面（２４０２、２４０６、２４１０）を作製するために、前記ｉ番目の層に対応する前記中間デジタル二次元断面（２１０２、２２０２、２３０２）に、前記ｉ番目の層の前記局所補償変形（１７０２、１９０６、２００６）を適用すること（１２２２）と、
    （ｅ）前記第１の構成要素（１０６）の少なくとも１つの他の層について（ａ）〜（ｄ）を実施することと
    を含む、方法（１２００）。
11. 前記補償デジタル二次元断面（２４０２、２４０６、２４１０）に基づいて前記第２の構成要素を作製すること（１２２８）をさらに含む、請求項１０に記載の方法（１２００）。
12. 前記補償デジタル二次元断面（２４０２、２４０６、２４１０）に基づいて前記第２の構成要素の補償デジタル表現（２５００）を作製すること（１２２６）をさらに含む、請求項１０に記載の方法（１２００）。
13. 前記第１の構成要素（１０６）の初期層について、累積的補償変形（１６０２、１９０２、２００２）を生成すること（１２１２、１２１４）は、恒等変換に等しい累積的補償変形を生成すること（１２１２）を含む、請求項１０に記載の方法（１２００）。
14. 前記初期層以外の前記第１の構成要素（１０６）の各層（１１６、１１８、１２０）について、前記ｉ番目の層と関連付けられる累積的補償変形（１６０２、１９０２、２００２）を生成すること（１２１２、１２１４）は、（ｉ−１）番目の層に対応する局所補償変形（１７０２、１９０６、２００６）を、（ｉ−１）番目の層と関連付けられる累積的補償変形（１６０２、１９０２、２００２）に適用すること（１２１４）を含む、請求項１３に記載の方法（１２００）。
15. 前記ｉ番目の層に対する前記局所補償変形（１７０２、１９０６、２００６）を決定すること（１２１８）は、前記ｉ番目の層の幾何学的特性と、前記ｉ番目の層に対応する前記中間デジタル二次元断面（２１０２、２２０２、２３０２）の対応する幾何学的特性との間の差を求めること（１２２０）を含む、請求項１０に記載の方法（１２００）。
16. 前記第１の構成要素を作製すること（１２０２）は、選択的レーザ焼結プロセスを含む、請求項１０に記載の方法（１２００）。
17. 三次元物体（１０６）の補償デジタル表現（２５００）を生成するためのシステム（１００）であって、前記補償デジタル表現（２５００）の生成は、複数の重ね合わせ層（１１６、１１８、１２０）を連続して形成することによって作製される第１の三次元物体（１０６）の作製に基づき、複数の重ね合わせ層（１１６、１１８、１２０）の連続した形成は、前記三次元物体（１０６）の公称デジタル表現に基づき、さらに、前記三次元物体（１０６）の前記公称デジタル表現は、各々が前記第１の三次元物体（１０６）の層に対応する複数の公称デジタル二次元断面を含み、前記システム（１００）は、
    前記三次元物体（１０６）の前記公称デジタル表現を記憶するように構成されているメモリデバイス（２０２）と、
    プロセッサ（２０４）と
    を備え、前記第１の三次元物体（１０６）のｉ番目の層について、前記プロセッサ（２０４）は、
    （ａ）前記ｉ番目の層と関連付けられる累積的補償変形（１６０２、１９０２、２００２）を生成し、
    （ｂ）前記ｉ番目の層に対応する中間デジタル二次元断面（２１０２、２２０２、２３０２）を作製するために、前記ｉ番目の層に対応する前記公称デジタル二次元断面に、前記ｉ番目の層と関連付けられる前記累積的補償変形（１６０２、１９０２、２００２）を適用し、
    （ｃ）前記ｉ番目の層の局所補償変形（１７０２、１９０６、２００６）を決定し、
    （ｄ）前記ｉ番目の層に対応する補償デジタル二次元断面（２４０２、２４０６、２４１０）を作製するために、前記ｉ番目の層に対応する前記中間デジタル二次元断面（２１０２、２２０２、２３０２）に、前記ｉ番目の層の前記局所補償変形（１７０２、１９０６、２００６）を適用し、
    （ｅ）前記第１の三次元物体（１０６）の少なくとも１つの他の層について（ａ）〜（ｄ）を実施する
    ように構成されている、システム（１００）。
18. 前記プロセッサ（２０４）は、前記補償デジタル二次元断面（２４０２、２４０６、２４１０）に基づいて前記三次元物体（１０６）の前記補償デジタル表現（２５００）を生成するようにさらに構成されている、請求項１７に記載のシステム（１００）。
19. 前記第１の三次元物体（１０６）の初期層について、前記プロセッサ（２０４）は、恒等補償変換に等しい累積的補償変形を生成するように構成されている、請求項１７に記載のシステム（１００）。
20. 前記初期層以外の前記第１の三次元物体（１０６）の各層（１１６、１１８、１２０）について、前記プロセッサ（２０４）は、（ｉ−１）番目の層に対応する局所補償変形（１７０２、１９０６、２００６）を、（ｉ−１）番目の層と関連付けられる累積的補償変形（１６０２、１９０２、２００２）に適用することによって、前記ｉ番目の層の累積的補償変形（１６０２、１９０２、２００２）を生成するように構成されている、請求項１９に記載のシステム（１００）。