JP6611801B2 - 重合性液体の往復運動供給による三次元印刷 - Google Patents
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Description
本出願は、2015年2月18日に出願された米国仮特許出願第62/117,640号明細書、2014年8月11日に出願された同出願第62/035,643号明細書、および2014年6月20日に出願された同出願第62/015,119号明細書の利益を主張するものであり、これらの出願は引用することによりその全てが本明細書の一部をなすものとする。
本発明は、液体の材料から固体の三次元物体を製作するための方法および装置に関する。
任意の適切な重合性液体を、本発明の実現に使用することができる。液体(本明細書にて、「液体樹脂」、「インク」、または単に「樹脂」ともいう場合もある。)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み得る。一例として、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、これらに限定されるわけではない。液体樹脂、モノマーおよび開始剤の例としては、米国特許第8,232,043号明細書、同第8,119,214号明細書、同第7,935,476号明細書、同第7,767,728号明細書、同第7,649,029号明細書、国際公開第2012129968 A1号、中国特許第102715751 A号明細書、特開第2012210408 A号公報に記載のものが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
図2に、本発明に係る装置の一実施形態を示す。この装置は、壁14により定義されるビルドチャンバーを、反射鏡13を介して照らす電磁放射線12を供給するデジタル光プロセッサ(DLP)等の放射源11と、ビルドチャンバーの底部を形成する剛性のビルドプレート15と、を含み、ビルドチャンバーには、液体樹脂16が充填されている。後述するように、チャンバー15の底部は、半透過性の部材を含むビルドプレートで構成される。構築物17の下方にある物体の頂部は、キャリア18に取り付けられる。キャリアは、リニアステージ19によって縦方向に駆動されるが、後述するとおり、代替的構造物を使用してもよい。
本発明に係る方法および装置は、例えば該方法の速度および/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を含む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特徴を含み得る。
前述のとおり、本発明は三次元物体の形成方法を提供するものであり、該方法は、(a)キャリアおよびビルドプレートを提供する工程(前記ビルドプレートは半透過性の部材を含み、前記半透過性の部材はビルド面および前記ビルド面から離れた供給面を含み、前記ビルド面と前記キャリアが中間のビルド領域を画定し、前記供給面は重合阻害剤と流体接触する)、その後における(同時および/または順次の)(b)前記ビルド領域に重合性液体を充填する工程(前記重合性液体は前記ビルドセグメントと接触する)、(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内に固体の重合領域を生み出す工程(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から成る液体フィルム放出層が形成され、液体フィルムの重合は前記重合阻害剤によって阻害される)、ならびに(d)前記キャリアが前記重合領域に接着された状態で前記キャリアを前記静止状態のビルドプレート上の前記ビルド面から離れる形で移動させて、前記重合領域と前記上部ゾーンとの間に後続のビルド領域を創出する工程を含む。概して、該方法は(e)工程(b)から(d)までの継続および/または反復により、互いに接着した状態の重合領域の堆積の継続または反復により前記三次元物体が形成されるまで、後続の重合領域が従前の重合領域と接着した状態を生み出す工程を含む。
一実施形態では、重合性液体によるビルド領域の再充填を確かにするまたは速くするために、ビルド面を基準としてキャリアを縦方向に往復運動させる(つまり、これら2つは互いを基準に縦方向に往復運動する)。
概して、製作速度は光強度の増大によって加速させることができると見られている。一実施形態では、製作速度を高めるため、光はビルド領域に集中または「合焦」される。これは対物レンズなどの光学装置を使用して達成され得る。
ビルドサイズが比較的大きい場合に分解能および光強度を保持するため、複数の光エンジンを使用することが望ましい場合がある。複数の「タイル化」画像がビルド領域に投影されるよう、1つの画像(例えば複数ピクセルの配列)をビルド領域内に投影する形で個々の光エンジンを構成することができる。本明細書で使用する場合、「光エンジン」という用語は、光源、DLP装置(デジタルマイクロミラー装置など)および光学装置(対物レンズなど)を含むアセンブリを意味し得る。また「光エンジン」は、1つ以上の他の構成要素と動作可能に関連付けられた制御装置などの電子機器をも含み得る。
前述のとおり、本発明の実施形態は、複数のゾーンまたは複数の動作セグメントを介して三次元物体の形成を実行することができる。そのような方法は一般的に、
(a)キャリア、およびビルド面を有する光学的に透明な部材を提供すること(キャリアおよびビルド面が中間のビルド領域を画定し、キャリアは開始位置ではビルド面と隣接するが間隔を空けて配置される)と、次いで
(b)
(i)重合性液体によるビルド領域の充填と、
(ii)光学的に透明な部材を介した(例えば単回曝露による)ビルド領域への光の照射と、その一方での
(iii)キャリアを静止状態に維持するか、またはキャリアを第1の累積移動率にてビルド面から離れるように移動させることにより、キャリアに接着している物体の固体のポリマー接着セグメントを重合性液体から形成すること
によって三次元物体の接着セグメントを形成することと、次いで
(c)場合により、ただし好ましくは
(i)重合性液体によるビルド領域の充填と、
(ii)光学的に透明な部材を介したビルド領域への光の継続的または断続的な照射と、
(iii)キャリアを第2の累積移動率にてビルド面から離れるように(例えば逐次的に、または照射工程と同時に)継続的または断続的に移動させることにより、接着セグメントとビルド面との間に物体の遷移セグメントを重合性液体から形成すること
(ただし第2の累積移動率は第1の累積移動率より高い)
によって三次元物体の遷移セグメントを形成することと、次いで
(d)
(i)重合性液体によるビルド領域の充填と、
(ii)光学的に透明な部材を介したビルド領域への光の継続的または断続的な照射と、
(iii)キャリアを第3の累積移動率にてビルド面から離れるように(例えば逐次的に、または照射工程と同時に)継続的または断続的に移動させることにより、遷移セグメントとビルド面との間に物体のボディセグメントを重合性液体から形成すること
(ただし第3の累積移動率は第1および/または第2の累積移動率より高い)
によって三次元物体のボディセグメントを形成することと
を含む。
前述のとおり、一実施形態では、本発明は、断続的な発光間隔での照射を使用して実行することができる。一実施形態では、そのような方法は、
キャリア、およびビルド面を有する光学的に透明な部材を提供すること(キャリアおよびビルド面が中間のビルド領域を画定する)と、
ビルド領域を重合性液体で充填することと、
光学的に透明な部材を介してビルド領域に光を断続的に照射して重合性液体から固体ポリマーを形成することと、
キャリアをビルド面から離れるように継続的に移動させて固体ポリマーから三次元物体を形成することと
を含む。
キャリア、およびビルド面を有する光学的に透明な部材を提供すること(キャリアおよびビルド面が中間のビルド領域を画定する)と、
ビルド領域を重合性液体で充填することと、
光学的に透明な部材を介してビルド領域に光を断続的に照射して重合性液体から固体ポリマーを形成することと、
キャリアをビルド面から離れるように継続的または断続的に(例えば逐次的に、または照射工程と同時に)移動させて固体ポリマーから三次元物体を形成することと
を含む。
本発明に係る方法およびプロセスによって製造される三次元生産物は最終生産物、仕上がり生産物もしくは実質的仕上がり生産物であるか、または表面処理、レーザー切断、放電マシニングなど、さらなる製造工程を経ることになる中間生産物である場合もある。中間生産物は、さらなる積層造形を同じ装置または異なる装置で実行可能な対象生産物を含む。例えば、仕上がり生産物の一領域を打ち切ることを目的に、あるいは単に仕上がり生産物または「ビルド」の特定の領域が他の領域ほど脆性でないことから、重合の傾斜ゾーンを一旦中断し、その後再開することにより、進行中の「ビルド」へ意図的に分断線または開裂線を導入することができる。
本発明は、上記および下記にて詳述のとおり、好ましくは継続液体相間重合によって実行される。一方、一実施形態では、積層造形を含め、ボトムアップ製作向けに代替的な方法および装置を使用することができる。そのような方法および装置の例として、Hullの米国特許第5,236,637号明細書、Johnの米国特許第7,438,846号明細書、El−Siblaniの米国特許第8,110,135号明細書、Joyceの米国特許出願公開第2013/0292862号明細書およびChen et al.の米国特許出願公開第2013/0295212号明細書に記載のものが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。これらの特許および出願の開示は全体が、参照により本明細書に組み込まれる。
<高アスペクト比の張力調整式ビルトプレートアセンブリ>
図6は、本発明の3インチ×16インチの「高アスペクト比」長方形ビルドプレート(または「ウィンドウ」)アセンブリの上面図、図7は、同アセンブリの分解図であり、フィルムの寸法は3.5インチ×17インチである。図8の側方断面図に記載のとおり、バットリングおよびフィルムベースの内径と比べ、フィルム自体のサイズが大きいことにより、フィルムの周囲または円周フランジ部分をバットリングとフィルムベースとの間に挟んで固定することができる。バットリングとフィルムベースとの間でポリマーフィルムを整列するのを補助するために、周囲または円周フランジ部分のポリマーフィルムに1つ以上の登録穴(不記載)を設けることができ、これは中間のポリマーフィルムをしっかり固定しつつ、一方で場合により、前述したとおり、縦方向の往復運動を採用する実施形態に役立つよう多少の可撓性を許容する形で、相互に延びる複数のネジ(不記載)(ポリマーフィルムの周辺端部の穴を一部または全部が通過する)を使用して相互に固定される。
<円形の張力調整式ビルドプレートアセンブリ>
図9は、本発明の直径2.88インチの円形ビルドプレートの上面図、図10は、同プレートの分解図であり、フィルムの寸法は直径4インチであってもよい。構成は上記の実施例1に記載のものと同様であるが、円周方向の波形ばねアセンブリが記載のとおり取り付けられる。フィルムに掛かる張力を、好ましくは上記の実施例1に記載の張力と同等に(同じく、製作速度などの動作条件に応じて)調整する。
<調整式ビルドプレートの付加的な実施形態>
図11は、図7〜図10のビルドプレートの様々な代替的な実施形態を示す図である。材料および張力は、前述と同様であってもよい。
<装置の実施形態例>
本発明の例示的な実施形態による装置について、図12は前方透視図、図13は側面図、および図14は後方透視図である。装置100は、フレーム102および筐体104を含む。図12〜図14では、筐体104の大半が除外されているか、または透明に記載されている。
<装置の別の実施形態例>
図16は、本発明の別の例示的な実施形態による装置200の前方透視図である。装置200は装置100と同じ構成要素および特徴を含むが、相違点は以下のとおりである。
<装置の別の実施形態例>
本発明の別の例示的な実施形態による装置300について、図18は前方透視図、図19は側面図である。装置300は装置100と同じ構成要素および特徴を含むが、相違点は以下のとおりである。
<Luaスクリプト記述による制御プログラム>
現在のプリンタ技術において、上質な部品製作を確保するために必要な制御水準は低い。部品の品質を確保するには、光強度、曝露時間およびキャリアの運動など、物理的パラメーターをすべて最適化すべきである。「Lua」というプログラミング言語を使用するParallax社のPROPELLER(商標)マイクロコントローラーなどの制御装置に対するスクリプト記述インターフェースを活用すれば、使用者はプリンタのあらゆる側面を低い水準で制御できるようになる。一般的にR.Ierusalimschy,Programming in Lua (2013)(ISBN−10:859037985X;ISBN−13:978−8590379850)を参照されたい。
以下は、スライス化された3Dモデルから或る部品を印刷する際の最も基本的な方法である。スライス化されたモデルの印刷は、データのローディング、プリンタの準備、印刷、およびシャットダウン、これら4つの主要部分で構成される。
modelFilePath=“Chess King.svg”
numSlices=loadslices(modelFilePath)
relay(true)−光エンジンを起動する。
showframe(−1)−セットアップ中に何も曝露されていないことを確保する。
setlevels(.55,.6)−利用可能な場合、プリンタが流体ポンプを、充填率約55%を維持するように設定する。
gotostart()−ステージを始動位置まで移動させる。
for sliceIndex=0,numSlices−1 do
infoline(5,string.format(“Current Slice:%d”,sliceIndex))
nextHeight=sliceheight(sliceIndex)−このフレームを曝露させるためにステージがあるべき高さを計算する。
moveto(nextHeight,stageSpeed)−nextHeightまで移動する。
sleep(preExposureTime)−酸素が樹脂中へ拡散するために所定の時間、待機する。preExposureTimeは「定数」セクションで事前に定義されている
showframe(sliceIndex)−曝露させるフレームを示す。
sleep(exposureTime)−フレームが曝露する間、待機する。exposureTimeは「定数」セクションで事前に定義されている。
showframe(−1)−ステージが次の位置まで移動中に無曝露を確保するよう、何も示さない。
end
relay(false)
setlevels(0,0)
−ステージを持ち上げて部品を取り出す
moveby(25,16000)
exposureTime=1.5−秒単位。
preExposureTime=0.5−秒単位。
stageSpeed=300−mm/hr単位。
−モデルのローディング
modelFilePath=“Chess King.svg”
numSlices=loadslices(modelFilePath)
−パラメーターの計算
maxPrintHeight=sliceheight(numSlices−1)−印刷時の最高点を判定する。これは最後のスライスの高さと同じである。スライスのインデックスが0の場合、値は−1である。
infoline(1,“Current Print Info:”)
infoline(2,string.format(“Calculated Max Print Height:%dmm”,maxPrintHeight))
infoline(3,string.format(“Calculated Est. Time:%dmin”,(maxPrintHeight/stageSpeed)*60+(preExposureTime+exposureTime)*numSlices/60))
infoline(4,string.format(“Number of Slices:%d”,numSlices))
−プリンタの準備
relay(true)−光エンジンを起動する。
showframe(−1)−セットアップ中に何も曝露されていないことを確保する。
setlevels(.55,.6)−利用可能な場合、プリンタが流体ポンプを、充填率約55%を維持するように設定する。
−印刷実行
gotostart()−ステージを始動位置まで移動させる。
for sliceIndex =0,numSlices−1 do
infoline(5,string.format(“Current Slice:%d”,sliceIndex))
nextHeight = sliceheight(sliceIndex)
−このフレームを曝露させるためにステージがあるべき高さを計算する。
moveto(nextHeight,stageSpeed)−nextHeightまで移動する。
sleep(preExposureTime)−酸素が樹脂中へ拡散するために所定の時間、待機する。preExposureTimeは「定数」セクションで事前に定義されている。
showframe(sliceIndex)−曝露させるフレームを示す。
sleep(exposureTime)−フレームが曝露する間、待機する。exposureTimeは「定数」セクションで事前に定義されている。
showframe(−1)−ステージが次の位置まで移動中に無曝露を確保するよう、何も示さない。
end
−シャットダウン
relay(false)
setlevels(0,0)
−ステージを持ち上げて部品を取り出す
moveby(25,16000)
gotostart()−プリンタによって異なる最大速度で始動するようステージを移動させる。
gotostart()−初期設定速度で原点まで移動する。
gotostart(number speed)−任意の速度(mm/hr単位)で始動するようステージを移動させる。
gotostart(15000)−15000mm/hrでステージを原点まで移動させる。
−speed:ステージが始動位置まで移動する速度(mm/hr単位)。
movetoを使用すると、任意の速度で所望の高さまで移動するようステージに指示することができる。速度および加速度の安全な上限と下限が内部的に確保される。
moveto(number targetHeight,number speed)
moveto(25,15000)−15,000mm/hrで25mmまで移動する。
moveto(number targetHeight,number speed,number acceleration)
このバージョンの関数により、速度同様、加速度も定義することができる。ステージは初期速度で移動し始めた後、加速する。
moveto(25,20000,1e7)−100万mm/hr2で加速しながら、20,000mm/hrでステージを25mmまで移動する。
moveto(number targetHeight,number speed,table controlPoints,function callback)
この関数は、基本バージョンの関数と同様に振舞う。初期の速度および位置で始動し、制御点テーブル上の最高点まで移動する。ステージが各制御点を通過すると、callbackが呼び出される。
function myCallbackFunction(index)−callback関数を定義する。
print(“hello”)
end
moveto(25,20000,slicecontrolpoints(),myCallbackFunction)−slicecontrolpoints()によって生成される制御点でmyCallbackFunctionを呼び出しながら、20,000mm/hrでステージを25mmまで移動する。
moveto(number targetHeight,number speed,number acceleration,table controlPoints,function callback)
この関数は、使用者が加速を渡すことができるという点を除き、上記と同じである。ステージは、最後の制御点に到達するまで、初期位置から継続的に加速する。
function myCallbackFunction(index)−callback関数を定義する。
print(“hello”)
end
moveto(25,20000,0.5e7,slicecontrolpoints(),myCallbackFunction)−50万mm/hr2で加速すると同時にslicecontrolpoints()によって生成される制御点でmyCallbackFunctionを呼び出しながら、20,000mm/hrでステージを25mmまで移動する。
−targetHeight:ステージが移動する先の原点からの高さ(mm単位)。
−initialSpeed:ステージが移動を開始する初期速度(mm/hr単位)。
−acceleration:初期速度からのステージの加速度(mm/hr2単位)。
−controlPoints:目標高さ(mm単位)の表。ステージが目標高さに到達した後、callback関数を呼び出す。
−callback:ステージが制御点に到達した際に呼び出される関数に対するポインター。callback関数は、ステージが到達した制御点のインデックスに当たる1つの引数を取るべきである。
movebyを使用すると、任意の速度で所望の量、ステージの高さを変えることができる。速度および加速度の安全な上限と下限が内部的に確保される。moveby(number dHeight,number initalSpeed)
1 moveby(−2,15000)−15,000mm/hrで2mm下方へ移動する。
moveby(number dHeight,number initialSpeed,number acceleration)
このバージョンの関数により、速度同様、加速度も定義することができる。ステージは初期速度で移動し始めた後、行先に到達するまで、accelerationの分、加速する。
1 moveby(25,15000,1e7)−1e7mm/hr2で加速しながら、15,000mm/hrで25mm上方へ移動する。
moveby(number dHeight,number initialSpeed,table controlPoints,function callback)
この関数を使用すると、絶対高座標の表を関数に渡すことができる。これらの目標高さのうちの1つにステージが到達した後、「callback」関数を呼び出す。callbackは、到達した制御点のインデックスに当たる1つの引数を取るべきである。
function myCallbackFunction(index)−callback関数を定義する。
print(“hello”)
end
moveby(25,20000,slicecontrolpoints(),myCallbackFunction)−slicecontrolpoints()によって生成される制御点でmyCallbackFunctionを呼び出しながら、20,000mm/hrで25mm上方までステージを移動させる。
moveby(number dHeight,number initialSpeed,number acceleration,table controlPoints,function callback)この関数は、使用者が加速を渡すことができるという点を除き、上記と同じである。ステージは、最後の制御点に到達するまで、初期位置から継続的に加速する。
function myCallbackFunction(index)−callback関数を定義する。
print(“hello”)
end
moveby(25,20000,1e7,slicecontrolpoints(),myCallbackFunction)−slicecontrolpoints()によって生成される制御点でmyCallbackFunctionを呼び出し、1e7mm/hr2で加速しながら、20,000mm/hrで25mm上方までステージを移動させる。
−dHeight:望ましいステージの高さの変化(mm単位)。
−initialSpeed:ステージが移動を開始する初期速度(mm/hr単位)。
−acceleration:初期速度からのステージの加速度(mm/hr2単位)。
−controlPoints:目標高さ(mm単位)の表。ステージが目標高さに到達した後、callback関数を呼び出す。
−callback:ステージが制御点に到達した際に呼び出される関数に対するポインター。callback関数は、ステージが到達した制御点のインデックスに当たる1つの引数を取るべきである。
light
relayはプリンタ内での光エンジンのオン/オフの切り替えに使用される。印刷を行うには、光エンジンがオンの状態でなければならない。スクリプト終了時にrelayがオフに設定されていることを確認すること。
relay(boolean lightOn)
relay(true)−光エンジンを起動する。
−lightOn:falseは光エンジンをオフにし、trueは光エンジンをオンにする。
このセクションの関数はスライス化された部品のファイルを使用せずに形状を投影する目的で存在する。このセクションの関数はすべて、figureIndexと呼ばれる任意の数値を有する。1つのスライス内の個々の図形が固有のインデックスを有する。図形は別の図形の上に存在する。図形は、インデックスが最も高い図形が「最上部」となるよう描画されるため、下方にある何かによって塞がれることはない。初期設定により、インデックスは、最後に作成された図形が最上部となるように作成されるよう、割り当てられる。ただし、所望のインデックスをfigureIndexへ渡すことにより、インデックスを変更することができる。
なお、本願の出願当初の特許請求の範囲は以下の通りである。
[請求項1]
三次元物体を形成する方法であって、
キャリアと、ビルド面を有する光学的に透明な部材とを用意し、前記キャリアと前記ビルド面との間をビルド領域として画定する工程と、
前記ビルド領域を重合性液体で充填する工程と、
前記ビルド領域に、前記光学的に透明な部材を介して光を継続的または断続的に照射する工程であって、前記重合性液体から固体ポリマーを形成する、工程と、
前記キャリアを前記ビルド面から離れる方向に継続的または断続的に移動させる工程であって、前記固体ポリマーから三次元物体を形成する、工程と
を含み、
前記充填工程が、前記重合性液体による前記ビルド領域の再充填を確かにする又は速くするために、前記ビルド面を基準として前記キャリアを縦方向に往復運動させることをさらに含む、方法。
[請求項2]
前記充填工程、前記照射工程および/または前記移動工程が、
(i)前記ビルド面に接触している重合性液体のデッドゾーンの継続的な維持と、
(ii)前記デッドゾーンと前記固体ポリマーとの間に位置し且つこれらと相互に接触する、重合の傾斜ゾーンの継続的な維持と
を同時に行いながら実行され、前記重合の傾斜ゾーンは、前記重合性液体が部分的に硬化した形態のものを含む、請求項1に記載の方法。
[請求項3]
前記光学的に透明な部材が、半透過性の部材を含み、前記デッドゾーンの継続的な維持が、前記デッドゾーンと前記重合の傾斜部とを維持できる量の重合阻害剤を前記光学的に透明な部材を介して供給することによって実行される、請求項3に記載の方法。
[請求項4]
前記光学的に透明な部材がフルオロポリマーで構成される、請求項4に記載の方法。
[請求項5]
前記重合の傾斜ゾーンが、少なくとも1分間に亘って維持される、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
[請求項6]
前記縦方向の往復運動が、前記キャリア単独の運動によって実行される、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
[請求項7]
前記縦方向の往復運動が、前記キャリアと前記ビルド面の複合的運動によって実行される、請求項1〜5のいずれか一項に記載に記載の方法。
[請求項8]
前記照射が断続的な照射であり、前記断続的な照射が、(a)前記縦方向の往復運動と同調する形、または(b)前記縦方向の往復運動と同調しない形のいずれかである、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
[請求項9]
前記縦方向の往復運動工程がアップストロークとダウンストロークを含み、前記アップストロークの距離が前記ダウンストロークの距離よりも長く、前記移動工程の一部または全部を同時に実行する、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
[請求項10]
前記縦方向の往復運動工程がアップストロークを含み、前記アップストロークの速度が前記アップストローク中の期間に亘り加速する、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
[請求項11]
前記アップストロークが漸次的に開始する、請求項10に記載の方法。
[請求項12]
前記縦方向の往復運動工程がダウンストロークを含み、前記ダウンストロークの速度が前記ダウンストローク中の期間に亘り減速する、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
[請求項13]
前記ダウンストロークが漸次的に終了する、請求項12に記載の方法。
[請求項14]
前記縦方向の往復運動工程が0.01〜10秒間の合計時間に亘り、および/または0.02ミリメートル〜10ミリメートルのアップストローク移動距離に亘り、実行される、請求項1〜13のいずれか一項に記載の方法。
[請求項15]
前記移動が断続的に、毎分1回の個別移動から毎分1000回の個別移動までの比率で実行され、毎回の移動に一時停止が続き、一時停止中に照射工程が実行される、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
[請求項16]
毎回の前記個別移動が、平均移動距離で実行され、この各移動が10ミクロン〜200ミクロンである、請求項15に記載の方法。
[請求項17]
前記ビルド面が横方向(例えばXおよびY方向)で固定された静止状態にある、請求項1〜16のいずれか一項に記載の方法。
[請求項18]
前記ビルド面が縦方向(またはZ方向)で固定された静止状態にある、請求項1〜17のいずれか一項に記載の方法。
[請求項19]
前記重合の傾斜ゾーンと前記デッドゾーンが一体的に1〜1000ミクロンの厚さを有する、請求項1〜18のいずれか一項に記載の方法。
[請求項20]
前記三次元物体にて開裂線を形成するための時間に亘り、前記重合の傾斜ゾーンを遮断する工程をさらに含む、請求項1〜19のいずれか一項に記載の方法。
[請求項21]
前記ビルド領域にて前記重合性液体を加熱してその粘度を下げる工程をさらに含む、請求項1〜20のいずれか一項に記載の方法。
[請求項22]
前記重合性液体がフリーラジカル重合性液体を含み、前記阻害剤が酸素を含むか、または、前記重合性液体が酸触媒液体またはカチオン重合性液体を含み、前記阻害剤が塩基を含む、請求項1〜21のいずれか一項に記載の方法。
[請求項23]
重合性液体から三次元物体を形成する装置であって、
(a)支持材と、
(b)前記支持材と動作可能に関連付けられ、前記三次元物体を形成する際の土台となるキャリアと、
(c)ビルド面を有する光学的に透明な部材あって、前記ビルド面および前記キャリアが中間のビルド領域を画定する部材と、
(d)前記ビルド面と動作可能に関連付けられ、前記ビルド領域に固化または重合のための液体ポリマーを供給するよう構成された液体ポリマー供給装置と、
(e)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するよう構成された放射源と、
(f)場合により、前記透明な部材または前記キャリアのいずれかと動作可能に関連付けられた少なくとも1つの駆動装置と、
(g)前記キャリア、および/または場合により前記少なくとも1つの駆動装置、および前記放射源と動作可能に関連付けられた、前記キャリアを前記ビルド面から離れるように移動させて前記固体ポリマーから前記三次元物体を形成するための制御装置と
を含み、
前記制御装置が、前記重合性液体による前記ビルド領域の再充填を確かにするまたは速くするために、前記ビルド面を基準として前記キャリアを振動または往復運動させるようさらに構成される、装置。
[請求項24]
前記制御装置が、前記固体ポリマーから前記三次元物体を形成するようさらに構成され、
前記充填工程、移動工程および/または照射工程が、(i)前記ビルド面に接触している重合性液体のデッドゾーンの継続的な維持と、(ii)前記デッドゾーンと前記固体ポリマーとの間でこれらと相互接触している部分硬化した形態の前記重合性液体を含む重合の傾斜ゾーンの継続的な維持と、を同時に行いながら実行される、請求項23に記載の装置。
[請求項25]
前記ビルド面が実質的に固定または静止状態である、請求項23または24に記載の装置。
[請求項26]
前記半透過性の部材が、上面部分、底面部分および端面部分を含み、前記ビルド面が、前記上面部分上にあり、前記供給面が、前記上面部分、前記底面部分および前記端面部分のうち少なくとも1つの上にある、請求項23〜25のいずれか一項に記載の装置。
[請求項27]
前記光学的に透明な部材が半透過性の部材を含む、請求項23〜26のいずれか一項に記載の装置。
[請求項28]
前記半透過性の部材が0.1〜100ミリメートルの厚さを有し、および/または、前記半透過性の部材が酸素に対して少なくとも7.5×10 −17 m 2 s −1 Pa −1 (10バーラー)を有する、請求項27に記載の装置。
[請求項29]
前記半透過性の部材がフルオロポリマーで構成されている、請求項27に記載の装置。
addcircle(number x,number y,number radius,number sliceIndex)
addcircleは指定されたスライス内に円を描く。
addCircle(0,0,5,0)−第1のスライスの原点に半径5mmの円を作成する。
−x:円の中心から原点までの横方向の距離(mm単位)。
−y:円の中心から原点までの縦方向の距離(mm単位)。
−radius:円の半径(mm単位で測定)。
−sliceIndex:図形が追加される先のスライスのインデックス。
戻り値:図形のfigureIndex。
addrectangle
addrectangle(number x,number y,number width,number height,number sliceIndex)
addrectangleは、指定されたスライス内に矩形を描く。
addrectangle(0,0,5,5,0)−左上隅を原点として、5mm×5mmの正方形を作成する。
−x:矩形の左上隅の横座標(mm単位)。
−y:矩形の左上隅の縦座標(mm単位)。
−width:矩形の幅(mm単位)。
−height:矩形の高さ(mm単位)。
−sliceIndex:図形が追加される先のスライスのインデックス。
戻り値:図形のfigureIndex。
addline
addline(number x0,number y0,number x1,number y1,number sliceIndex)
addlineは線分を描く。
addLine(0,0,20,20,0)−第1のスライスのx軸とy軸に沿って、原点から20mmまでの線を作成する。
−x0:線分の第1点の横座標(mm単位で測定)。
−y0:線分の第1点の縦横座標(mm単位で測定)。
−x1:線分の第2点の横座標(mm単位で測定)。
−y2:線分の第2点の縦座標(mm単位で測定)。
−sliceIndex:図形が追加される先のスライスのインデックス。
戻り値:図形のfigureIndex。
addtext
text(number x,number y,number scale,string text,number sliceIndex)
addtextは、指定されたスライス上に、「x,y」の位置を始点として、「scale」のサイズの文字でテキストを描く。
addtext(0,0,20,“Hello world”,0)−第1のスライスの原点に「Hello World」と書く。
−x:テキスト周囲の境界ボックスの左上隅の横座標(mm単位で測定)。
−y:テキスト周囲の境界ボックスの左上隅の縦座標(mm単位で測定)。
−scale:文字サイズ(mm単位)。解釈は基本オペレーティングシステムに応じて変動し得る(Windows、OSX、Linux(登録商標)など)。
−text:スライス上に実際に描かれるテキスト。
−sliceIndex:図形が追加される先のスライスのインデックス。
戻り値:図形のfigureIndex。
2.4.1 fillmask
fillmask(number color,number sliceIndex, number figureIndex)
fillmaskは、手続き的幾何形状の描画方法の制御に使用される。fillmaskは当該の図形に対し、内側全体を色で埋めるよう指示する。
−color:0〜255の範囲の任意の数でよい。0は黒、255は白を意味し、これらの中間の任意の値は、色値に基づいて黒と白の間で線形に補間される灰色の陰影である。0未満の値はすべて、透明色を生じる。
myCircle=addCircle(0,0,5,0)−埋める円を作成する。
fillmask(255,0,myCircle)−白で塗りつぶされた円を作成する。
−sliceIndex:修正されるべきスライスのインデックス。
−figureIndex:スライス上の図形のうち、どれを埋めるべきかの判定に使用される。個々の図形が固有のインデックスを有する。figureIndexが渡されなければ、塗りつぶしはスライス内のすべての図形に適用される。
linemask(number color,number sliceIndex,number figureIndex)
linemaskは、手続き的幾何形状の描画方法の制御に使用される。linemaskは図形に対し、特定の色で輪郭線を引くよう指示する。輪郭線の幅はlinewidth関数によって定義される。
myCircle=addCircle(0,0,20,0)−埋める円を作成する。
linemask(255,0,myCircle)−円の輪郭線を白色に設定する。
fillmask(150,0,myCircle)−円を灰色で塗りつぶすよう設定する。
−color:0〜255の範囲の任意の数でよい。0は黒、255は白を意味し、これらの中間の任意の値は、色値に基づいて黒と白の間で線形に補間される灰色の陰影である。0未満の値はすべて、透明色を生じる。
−sliceIndex:修正されるべきスライスのインデックス。
−figureIndex:スライス上の図形のうち、どれを埋めるべきかの判定に使用される。個々の図形が固有のインデックスを有する。figureIndexが渡されなければ、塗りつぶしはスライス内のすべての図形に適用される。
linewidth(number width,number sliceIndex,number figureIndex)
linewidthは、図形の輪郭線を引くためにlinemaskが使用する線の幅の設定に使用される。
linewidth(2,0)−第1のスライス上のすべての図形について、線の幅を2mmに設定する。
−sliceIndex:修正されるべきスライスのインデックス。
−figureIndex:スライス上の図形のうち、輪郭線を変更すべき図形の判定に使用される。個々の図形が固有のインデックスを有する。詳しくはセクション2.3(10頁)を参照のこと。figureIndexが渡されなければ、塗りつぶしはスライス内のすべての図形に適用される。
loadmask(string filepath)
loadmaskは、高度な充填制御を可能にする。これを使用すると、ビットマップファイルからテクスチャをロードし、それを使用して図形全体をテクスチャで埋めることができる。
texture=loadmask(“voronoi_noise.png”)−テクスチャをロードする。voronoi_noise.pngはスクリプトと同じディレクトリ内にある。
myCircle=addCircle(0,0,20,0)−埋める円を作成する。
fillmask(texture,0,myCircle)−円をボロノイノイズで埋める。
−filepath:画像ファイルへのファイルパス。
戻り値:色引数としてfillmaskまたはlinemask関数へ渡すことができる特殊データタイプ。
showframe
showframe(number sliceIndex)
showframeは、印刷プロセスに不可欠である。この関数はデータをスライスからプリンタへ送る。showframe(−1)など、黒いフレームを描画する場合、存在しないフレーム上でshowframesを呼び出す。
showframe(2)−第3のスライスを示す。
−sliceIndex:プリンタへ送るスライスのインデックス。
framegradient(number slope)
framegradientは、光強度の差を補うよう設計されている。
calcframe()
calcframeはスライスの構成を分析し、最後に示されるフレームを計算するよう設計されている。
showframe(0)
calcframe()
戻り値:図形の任意の点と端部との間の最大可能な距離。
loadframe(string filepath)
loadframeは、使用可能なビットマップファイルから単一のスライスをロードする際に使用される。
loadframe(“slice.png”)−slice.pngはスクリプトと同じディレクトリ内にある。
−filepath:スライス画像へのファイルパス。
addslice
addslice(number sliceHeight)
addsliceは、スライススタック終了時に新たなスライスを任意の高さに作成する。
addslice(.05)−0.05mmの位置にスライスを追加する。
addslice(number sliceHeight,number sliceIndex)
addslice(.05,2)−0.05mmおよびインデックス2にスライスを追加する。これはインデックスが2以上のすべての層を押し上げる。
addsliceは任意の高さおよびスライスインデックスに新たなスライスを作成する。
−sliceHeight:スライスの高さ(mm単位)。
−sliceIndex:スライスを追加すべきインデックス。
戻り値:スライスインデックス。
loadslices(string filepath)
loadslicesは、2Dスライスファイルからすべてのスライスをロードする際に使用される。
loadslices(“Chess King.svg”)−Chess King.svgファイルからすべてのスライスをロードする。
−filepath:スライス化されたモデルへのファイルパス。許容可能なフォーマットは「.cli」および「.svg」である。
戻り値:スライス数。
sliceheight(number sliceIndex)
sliceheightは、ベース上方のスライスの高さ(mm単位)の判定に使用される。
addslice(.05,0)−第1のスライスを0.05mmに設定する。
sliceheight(0)−スライスの高さ0をチェックする。この例では0.05を戻すべきである。
−sliceIndex:チェック対象スライスのインデックス。
戻り値:スライスの高さ(mm単位)。
2.6.4 slicecontrolpoints
slicecontrolpoints()
slicecontrolpointsは、モデルの各スライスの制御点を作成する補助関数である。これらの制御点をmovetoまたはmoveby関数へ渡すことにより、ステージが各スライスの高さに到達した時点でcallback関数を呼び出すよう設定することができる。この関数を呼び出す前に、loadslicesが呼び出し済みであることを確認すること。
loadslices(“Chess King.svg”)
controlPoints=slicecontrolpoints()
戻り値:制御点が記載されたLua表。
Sleep
sleep(number seconds)
sleepを使用すると、設定された秒間、プログラムの実行を一時停止することができる。
sleep(.5)−0.5秒間スリープする。
−seconds:スクリプトの実行を一時停止する秒数。
clock()
clockは現在の時間を秒単位で戻す。少なくともミリ秒単位で正確であり、したがってLuaの内蔵クロック機能の代わりに使用すべきである。clockは、秒数の計時がシステムによって変動することから、始動時間としての時間差を測定する手段として使用すべきである。
t1=clock()
loadslices(“Chess King.svg”)
deltaTime=clock()−t1
戻り値:システム時間(秒単位)。
この一連の関数は、流体制御に対応するプリンタモデルと併用することができる、スクリプトが実行を終える前に、setlevels(0,0)を呼び出して、バットへの流体圧送をポンプが止めることを確保すべきである。
getcurrentlevel()
getcurrentlevelは、満杯であるバットの割合を戻す。
print(string.format(“Vat is %d percent full.”,getcurrentlevel()*100))
戻り値:満杯であるバットの割合を表す、0〜1の範囲の浮動小数点数。
setlevels(number min,number max)
setlevelsを使用すると、バット内に存在すべき流体の量を定義することができる。流体の高さはポンプによって自動的に規制されることになる。弁が絶えず開閉しているわけではないことを確保するよう、minとmaxの差を0.05より大きくすべきである。
setlevels(.7,.75)−バットを約75%充填の状態に維持する。
−min:満杯であるべきバットの最小割合。0〜1の浮動小数点数として入力する。
−max:満杯であるべきバットの最大割合。0〜1の浮動小数点数として入力する。
2.9.1 infoline
infoline(int lineIndex,string text)
infolineを使用すると、Programmable Printer Platformのサイドバーの一定の位置に最大5行のテキストを表示させることができる。この関数は多くの場合、複数の変数を使用者が一度にモニタリングすることを可能にする。
infoline(1, string.format(“Vat is %d percent full.”,getcurrentlevel()*100))
−lineIndex:行のインデックス。インデックスは1〜5の範囲であるべきである。1が最上段の行に相当する。
−text:行インデックスに表示させるテキスト。
印刷スクリプトを実行する前に、すべてのグローバル変数を、cfgと呼ばれる構成表へロードする。この表内のデータはほとんどが、使用者がスクリプトを実行する前にProgrammable Printer Platformによって読み込まれているため、変更しても影響はない。ただし、cfgのxscale、yscale、zscale、xorigおよびyorigのフィールドへの書き込みは、後で行われるすべてのloadslicesおよびaddlayerの呼び出しに影響を及ぼす。使用者のスクリプトが特性のスケールおよび/または位置で実行される場合、スケールと位置がProgrammable Printer Platformによって偶発的に変更され得ないことを確保するよう、cfgを無効にして適正な設定に差し替えるのが賢明である。
cfg.xscale=3−グローバル設定を無効にしてx軸上のスケールを3に設定する。
cfg.yscale=2−グローバル設定を無効にしてy軸上のスケールを2に設定する。
cfg.zscale=1−グローバル設定を無効にしてz軸上のスケールを1に設定する。
cfg.xorig=−2.0−グローバル設定を無効にしてx軸上の原点を2mm左に設定する。
cfg.yorig=0.25−グローバル設定を無効にしてy軸上の原点をプラス0.25mmの方向に設定する。
−serial port:シリアルポート名(この変数を変更してもコードに影響しない)
−xscale:x軸のスケール
−yscale:y軸のスケール
−zscale:z軸のスケール
−xorig:x軸の原点
−yorig:y軸の原点
−hw xscale:x方向のピクセル分解能(この変数を変更してもコードに影響しない)
−hw yscale:y方向のピクセル分解能(この変数を変更してもコードに影響しない)
数学標準ライブラリには、幾何形状計算に役立つ様々な関数が収録されている。文字列オブジェクトは、文字列を操作する場合の印刷に最も役立つ。詳しくはLabLua at Departamento de Informatica,PUC−Rio,Rua Marques de Sao Vicente,225;22451−900 Rio de Janeiro,RJ,Brazilへ問い合わせのこと。
<継続印刷向けのLuaスクリプトプログラム>
この実施例では、継続三次元印刷に関して上記の実施例7に該当するLuaスクリプトプログラムを提示する。
sliceDepth=.05−mm単位
exposureTime=.225−秒単位
−モデルのローディング
modelFilePath=“Chess King.svg”
numSlices=loadslices(modelFilePath)
controlPoints=slicecontrolpoints()−制御点を生成する。
−パラメーターの計算
exposureTime=exposureTime/(60*60)−時間単位に換算する。
stageSpeed=sliceDepth/exposureTime−必要な距離/所要時間。
maxPrintHeight=sliceheight(numSlices−1)−印刷時の最高点を判定する。これは最後のスライスの高さと同じである。スライスのインデックスが0の場合、値は−1である。
infoline(1,“Current Print Info:”)
infoline(2,string.format(“Calulated Stage Speed:%dmm/hr¥n”,stageSpeed))
infoline(3,string.format(“Calculated Max Print Height:%dmm”,maxPrintHeight))
infoline(4,string.format(“Calculated Est. Time:%dmin”,(maxPrintHeight/stageSpeed)*60))
−movetoと併せて使用するためのCallback関数の作成
function movetoCallback(controlPointIndex)
showframe(controlPointIndex)
end
−プリンタの準備
relay(true)−光エンジンを起動する。
setlevels(.55,.6)−利用可能な場合、プリンタが流体ポンプを、充填率約50%を維持するように設定する。
−印刷実行
gotostart()−ステージを始動位置まで移動させる。
moveto(maxPrintHeight,stageSpeed,controlPoints,movetoCallback)
−シャットダウン
relay(false)
setlevels(0,0)
−ステージを持ち上げて部品を取り出す
moveby(25,160000)
<シリンダーおよびバックル向けのLuaスクリプトプログラム>
この実施例では、手続き型幾何形状を使用する、2つの作り付け部品向けのLuaスクリプトプログラムを提示する。
−定数
exposureTime=1.5−秒単位
preExposureTime=1−秒単位
stageSpeed=300−mm/hr単位
sliceDepth=.05
numSlices=700
−モデルの生成
radius=11
thickness=4
smallCircleRad=1.4
for sliceIndex=0,numSlices−1 do
addlayer(sliceDepth*(sliceIndex+1),sliceIndex)−スライスの深さ×インデックス=スライスの高さ
largeCircle=addcircle(0,0,radius,sliceIndex)
linewidth(thickness,sliceIndex,largeCircle)
linemask(255,sliceIndex,largeCircle)
for i=0,2*math.pi,2*math.pi/8 do
addcircle(math.cos(i)*radius,math.sin(i)*radius,smallCircleRad,sliceIndex)
end
fillmask(0,sliceIndex)
end
−パラメーターの計算
maxPrintHeight=sliceheight(numSlices−1)−印刷時の最高点を判定する。これは最後のスライスの高さと同じである。スライスのインデックスが0の場合、値は−1である。
infoline(1,“Current Print Info:”)
infoline(2,string.format(“Calculated Max Print Height:%dmm”,maxPrintHeight))
infoline(3,string.format(“Calculated Est.Time:%dmin”,(maxPrintHeight/stageSpeed)*60+(preExposureTime+exposureTime)*numSlices/60))
infoline(4,string.format(“Number of Slices:%d”,numSlices))
−プリンタの準備
relay(true)−光エンジンを起動する。
showframe(−1)−セットアップ中に何も曝露されていないことを確保する。
setlevels(.55,.6)−利用可能な場合、プリンタが流体ポンプを、充填率約55%を維持するように設定する。
−印刷実行
gotostart()−ステージを始動位置まで移動させる。
for sliceIndex=0,numSlices−1 do
infoline(5,string.format(“Current Slice:%d”,sliceIndex))
nextHeight=sliceheight(sliceIndex)−このフレームを曝露させるためにステージがあるべき高さを計算する。
moveto(nextHeight,stageSpeed)−nextHeightまで移動する。
sleep(preExposureTime)−酸素が樹脂中へ拡散するために所定の時間、待機する。preExposureTimeは「定数」セクションで事前に定義されている。
showframe(sliceIndex)−曝露させるフレームを示す。
sleep(1.5)−フレームが曝露する間、待機する。exposureTimeは「定数」セクションで事前に定義されている。
showframe(−1)−ステージが次の位置まで移動中に無曝露を確保するよう、何も示さない。
end
−シャットダウン
relay(false)
setlevels(0,0)
−ステージを持ち上げて部品を取り出す
moveby(25,160000)
−定数
exposureTime=1.5−秒単位
preExposureTime=0.5−秒単位
stageSpeed=300−mm/hr単位
sliceDepth=.05
numSlices=900
−モデルの生成
baseRadius=11
thickness=3
innerCircleRad=7.5
for sliceIndex=0,numSlices−1 do
addlayer(sliceDepth*(sliceIndex+1))−スライスの深さ×インデックス=スライスの高さ。
if(sliceIndex<100)then−ベース
addcircle(0,0,baseRadius,sliceIndex)
fillmask(255,sliceIndex)
else−内側の円。
innerCircle=addcircle(0,0,innerCircleRad,sliceIndex)
linewidth(thickness,sliceIndex,innerCircle)
linemask(255,sliceIndex,innerCircle)
for i=0,4*2*math.pi/8,2*math.pi/8 do
x=math.cos(i)*(innerCircleRad+thickness)
y=math.sin(i)*(innerCircleRad+thickness)
cutLine=addline(x,y,−x,−y,sliceIndex)
linewidth(3,sliceIndex,cutLine)
linemask(0,sliceIndex,cutLine)
end
if(sliceIndex>800)then−チップ。
r0=innerCircleRad+2
if(sliceIndex<850)then
r0=innerCircleRad+(sliceIndex−800)*(2/50)
end
for i=0,4*2*math.pi/8,2*math.pi/8 do
ang=i+(2*math.pi/8)/2
x=math.cos(ang)*(r0)
y=math.sin(ang)*(r0)
nubLine=addline(x,y,−x,−y,sliceIndex)
linewidth(2,sliceIndex,nubLine)
linemask(255,sliceIndex,nubLine)
end
fillmask(0,sliceIndex,addcircle(0,0,innerCircleRad−(thickness/2),sliceIndex))
end
end
showframe(sliceIndex)
sleep(.02)
end
−パラメーターの計算
maxPrintHeight=sliceheight(numSlices−1)−印刷時の最高点を判定する。これは最後のスライスの高さと同じである。スライスのインデックスが0の場合、値は−1である。
infoline(1,“Current Print Info:”)
infoline(2,string.format(“Calculated Max Print Height:%dmm”,maxPrintHeight))
infoline(3,string.format(“Calculated Est. Time:%dmin”,(maxPrintHeight/stageSpeed)*60+(preExposureTime+exposureTime)*numSlices/60))
infoline(4,string.format(“Number of Slices:%d”,numSlices))
−プリンタの準備
relay(true)−光エンジンを起動する。
showframe(−1)−セットアップ中に何も曝露されていないことを確保する。
setlevels(.55,.6)−利用可能な場合、プリンタが流体ポンプを、充填率約55%を維持するように設定する。
−印刷実行
gotostart()−ステージを始動位置まで移動させる。
for sliceIndex=0,numSlices−1 do
infoline(5,string.format(“Current Slice:%d”,sliceIndex))
nextHeight=sliceheight(sliceIndex)−このフレームを曝露させるためにステージがあるべき高さを計算する。
moveto(nextHeight,stageSpeed)−nextHeightまで移動する。
sleep(preExposureTime)−酸素が樹脂中へ拡散するために所定の時間、待機する。preExposureTimeは「定数」セクションで事前に定義されている。
showframe(sliceIndex)−曝露させるフレームを示す。
sleep(1.5)−フレームが曝露する間、待機する。exposureTimeは「定数」セクションで事前に定義されている。
showframe(−1)−ステージが次の位置まで移動中に無曝露を確保するよう、何も示さない。
end
−シャットダウン
relay(false)
setlevels(0,0)
−ステージを持ち上げて部品を取り出す。
moveby(25,160000)
<断続的な照射および移動による継続製作>
図21に、本発明に係る一プロセスを例示する。この図では縦軸が、ビルド面から離れるキャリアの動きを図解している。この実施形態では、縦方向に稼働または移動する工程(キャリアまたはビルド面のいずれか、好ましくはキャリアの駆動によって達成され得る)が継続かつ一方向であり、照射工程も同時に実行する。製作する物品の重合は重合の傾斜部または活性表面から発生し、したがって物品内での「層ごとの」分断線の発生が最小限に抑えられる。
<重合性液体によるビルド領域充填を確かにするするための、移動過程での往復運動の採用による継続製作>
図23に、本発明のさらなる一実施形態を示す。実施例10同様、この実施形態でも、移動工程を段階的に実行し、キャリアおよびビルド面が互いに離れる形での能動的移動の合間に一時停止を導入する。同じく上記の実施例10同様、照射工程を断続的に、やはり移動工程の一時停止中に実行する。ただしこの実施例では、移動および照射の一時停止中にデッドゾーンおよび隣接する重合の傾斜部を維持する能力は、照射の一時停止中における縦方向の往復運動の導入に活用される。
<部品の品質を高めるための、往復運動のアップストローク中の加速および往復運動のダウンストローク中の減速>
我々の所感として、アップストロークおよび対応するダウンストロークの速度には限度があり、それを超えてしまうと、製作する部品または物体の品質劣化を引き起こす(おそらく、重合の傾斜部内の軟質領域において側方剪断力によって生じる樹脂流動の劣化が原因である)。こうした剪断力の低減および/または製作する部品の品質増進のため、アップストロークおよびダウンストロークの範囲内に可変性の速度を導入し、図24の概略図で例示されているとおり、アップストローク中に漸次的加速が発生し、ダウンストローク中に漸次的減速が発生するようにする。
<複数ゾーンに分けた製作>
図25は、前述の方法により、第1のベース(または「接着」)ゾーン、任意選択的な第2の遷移ゾーン、および第3のボディゾーンを経て三次元物体を製作する過程における時間(t)にわたるキャリアの移動(z)を例示する概略図である。このように、三次元物体を形成するプロセス全体を3つ(または2つ)の、即座に続くセグメントまたはゾーンに分ける。これらのゾーンを、好ましくは重合の傾斜部が3つのゾーン間で遮断されないよう、これらのゾーン間で大幅に(例えば5または10秒間より長く)遅れる一時停止のない、連続的な順序で実行する。
<断続的(または「ストロボ型」)照射による製作>
「ストロボ型」動作方式の目的は、光源または放射源がオンまたは有効である時間を(例えば三次元物体の製作完了に必要な合計時間の80、70、60、50、40、または30パーセント以下にまで)短縮し、(そのような有効な照射または放射の時間を短縮しない場合と同じ累積速度で移動を実行する場合に必要な強度と比較して)強度を高めることにより、光または放射の総体的線量が他の場合と実質的に同じである状態を維持するようにすることである。これにより、樹脂の同時硬化を試みることなく、樹脂がビルド領域へ流入する時間を長くすることができる。ストロボ型技法は、下記にてさらに論ずるとおり、継続方式、段階方式および振動方式を含め、本明細書において前述の既存の一般的な動作方式のいずれにも適用することができる。
製作中におけるプロセスパラメーターの変更
実施例13〜14の方法において、ボディゾーン中の動作条件はボディゾーン全体にわたり一定であると示されている。しかし、下記にてさらに論ずるとおり、ボディゾーンの過程で様々なパラメーターを変更または修正することができる。
Claims (18)
- 三次元物体を形成する方法であって、
キャリアと、ビルド面を有する光学的に透明な部材とを用意し、前記キャリアと前記ビルド面との間をビルド領域として画定する工程と、
前記ビルド領域を重合性液体で充填する工程と、
前記ビルド領域に、前記光学的に透明な部材を介して光を継続的または断続的に照射する工程であって、前記重合性液体から固体ポリマーを形成する、工程と、
前記キャリアを前記ビルド面から離れる方向に継続的または断続的に移動させる工程であって、前記固体ポリマーから三次元物体を形成する、工程と
を含み、
前記充填工程が、前記重合性液体による前記ビルド領域の再充填を確かにする又は速くするために、前記ビルド面を基準として前記キャリアを縦方向に往復運動させることをさらに含み、
前記充填工程、前記照射工程および/または前記移動工程が、
(i)前記ビルド面に接触している重合性液体のデッドゾーンの継続的な維持と、
(ii)前記デッドゾーンと前記固体ポリマーとの間に位置し且つこれらと相互に接触する、成長中の三次元物体の底部の活性表面である重合の傾斜ゾーンの継続的な維持と
を同時に行いながら実行され、前記重合の傾斜ゾーンは、前記重合性液体が部分的に硬化した形態のものを含む、方法。 - 前記光学的に透明な部材が、ガス透過性の部材を含み、前記デッドゾーンの継続的な維持が、前記デッドゾーンと前記重合の傾斜ゾーンとを維持できる量の重合阻害剤を前記光学的に透明な部材を介して供給することによって実行される、請求項1に記載の方法。
- 前記光学的に透明な部材がフルオロポリマーで構成される、請求項1または2に記載の方法。
- 前記縦方向の往復運動工程が、前記キャリア単独の運動によって実行される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記縦方向の往復運動工程が、前記キャリアと前記ビルド面の複合的運動によって実行される、請求項1〜3のいずれか一項に記載に記載の方法。
- 前記照射が断続的な照射であり、前記断続的な照射が、前記縦方向の往復運動と同調する形、または前記縦方向の往復運動と同調しない形のいずれかである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記縦方向の往復運動工程がアップストロークとダウンストロークを含み、前記アップストロークの距離が前記ダウンストロークの距離よりも長く、前記移動工程の一部または全部を同時に実行する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記縦方向の往復運動工程がアップストロークを含み、前記アップストロークの速度が前記アップストローク中の期間に亘り加速する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記アップストロークが漸次的に加速する、請求項8に記載の方法。
- 前記縦方向の往復運動工程がダウンストロークを含み、前記ダウンストロークの速度が前記ダウンストローク中の期間に亘り減速する、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ダウンストロークが漸次的に減速する、請求項10に記載の方法。
- 前記縦方向の往復運動工程が0.01〜10秒間の合計時間に亘り、および/または0.02ミリメートル〜10ミリメートルのアップストローク移動距離に亘り、実行される、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記移動が断続的に、毎分1回の個別移動から毎分1000回の個別移動までの比率で実行され、毎回の移動に一時停止が続き、一時停止中に照射が実行される、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- 毎回の前記個別移動が、平均移動距離で実行され、この各移動が10ミクロン〜200ミクロンである、請求項13に記載の方法。
- 前記ビルド面が横方向で固定された静止状態にある、請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法。
- 重合性液体から三次元物体を形成する装置であって、
(a)支持材と、
(b)前記支持材と動作可能に関連付けられ、前記三次元物体を形成する際の土台となるキャリアと、
(c)ビルド面を有する光学的に透明な部材あって、前記ビルド面および前記キャリアが中間のビルド領域を画定する部材と、
(d)前記ビルド面と動作可能に関連付けられ、前記ビルド領域に固化または重合のための重合性液体を供給するよう構成された液体ポリマー供給装置と、
(e)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するよう構成された放射源と、
(f)場合により、前記光学的に透明な部材または前記キャリアのいずれかと動作可能に関連付けられた少なくとも1つの駆動装置と、
(g)前記キャリア、および/または場合により前記少なくとも1つの駆動装置、および前記放射源と動作可能に関連付けられた、前記キャリアを前記ビルド面から離れるように移動させて前記固体ポリマーから前記三次元物体を形成するための制御装置と
を含み、
前記制御装置が、前記重合性液体による前記ビルド領域の再充填を確かにするまたは速くするために、前記ビルド面を基準として前記キャリアを縦方向に往復運動させるようさらに構成され、
前記制御装置が、前記固体ポリマーから前記三次元物体を形成するようさらに構成され、液体ポリマーを供給すること、前記キャリアを移動することおよび/または前記ビルド領域を照射することが、(i)前記ビルド面に接触している重合性液体のデッドゾーンの継続的な維持と、(ii)前記デッドゾーンと前記固体ポリマーとの間でこれらと相互接触している部分硬化した形態の前記重合性液体を含む重合の傾斜ゾーンの継続的な維持と、を同時に行いながら実行され、前記重合の傾斜ゾーンが成長中の三次元物体の底部の活性表面となるものである、装置。 - 前記光学的に透明な部材がガス透過性の部材を含む、請求項16に記載の装置。
- 前記ガス透過性の部材がフルオロポリマーで構成されている、請求項17に記載の装置。
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