JP6835362B2 - 三次元物体を製造するための付加製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、付加製造装置に関し、詳細には付加製造装置のための樹脂操作構成要素に関する。

特許文献１は、物体を層で増成するための光重合性材料を処理するための装置を開示する。一実施形態では、この装置は、回転可能に配置されたバットと、物体を増成するためにバットの上に配置された増成プラットホームと、光重合性材料をバットの底に供給する供給装置と、光変調器と、増成プラットホームの下と上にある更なる露光ユニットとを備える。装置は、更に、供給装置と増成プラットホームの間にバットの回転方向に配置されて光重合性材料を規定の層厚に平滑化するための加圧装置（例えば、ドクターブレード）を含みうる。また、光変調器の後ろでバットの上には、バッドの底から材料を収集してその材料を取り出すか供給装置に戻すためのワイパが配置されることがあり、これは、増成工程の終わりに行われなければならない。増成工程中、ワイパが、バットの底に対して少し上昇されたとき、ワイパは、材料を再び分散させ、詳細には増成プラットホームの上昇後に露光工程によって材料層内にできた「穴」に材料を押し込む働きをする。代替実施形態では、装置は、回転バットの代わりに前後に直線運動するバットを含みうる。

特許文献２は、流動物質が透明シート上に薄膜の形で塗布される付加製造システムを開示しており、付加製造システムは、流動物質を露光するための光エネルギー放射面に流動物質の薄膜を搬送する。

特許文献３は、硬化性樹脂を入れたバットと、バット内に懸架された垂直移動プラットホームとを備え、それにより、形成される物体の上に新規の層を形成できる付加製造システムを開示している。形成される物体の上に新規の硬化性樹脂層を得るための分配部材が提供される。流体移動装置（ポンプ）が分配部材と連通し、フィルタが流体移動装置に接続された実施形態が開示される。

米国特許出願公開第２０１１／０３０９５５４号明細書 特開昭６３−３１２１３０号公報 米国特許出願公開第２０１１／０３０８０４号明細書

本発明は、高い硬化性樹脂効率と低い樹脂廃棄物流を提供する改善された付加製造装置を提供するものである。また、付加製造装置は、三次元物体を１層ずつ増成する際に層引っ掻きを受けにくい。

本発明によれば、プリアンブルで定義されたタイプの付加製造装置が提供され、この付加製造装置は、箔基板、及び箔基板の第１側に硬化性樹脂層を付着させるための樹脂デポジタとを含み、箔基板が支持板によって支持され、樹脂デポジタが入力側樹脂貯蔵ユニットを含み、箔基板の第１側の樹脂層を硬化させる放射の放射源であって、硬化樹脂層が三次元物体の断面スライスになる放射源と、少なくとも部分的に三次元物体になる１つ以上の硬化樹脂層の積み重ね構成を保持するように構成された台と、箔基板と台を相対的に位置決めするための位置決めシステムと、入力側樹脂貯蔵ユニット（又は、樹脂デポジタ）から上流の樹脂状態調節ユニットと、基板から未使用硬化性樹脂を収集するように構成された樹脂収集ユニットとを含み、樹脂状態調節ユニットが、樹脂収集ユニット及び入力側樹脂貯蔵ユニットと連通する。

本発明の付加製造装置は、樹脂の化学組成、粘度、湿度、粒子サイズ及び／又は温度などの所望の特徴が、特定用途のために維持及び／又は改善されることを保証する。例えば、使用される硬化性樹脂層内の所定サイズを超える過剰な懸濁粒子及び固体を回避する。その結果、各層に滑らかで均一な硬化性樹脂層が付着され、その結果、硬化層と最終的に作成された三次元物体が、より高品質のものになる。この実施形態は、樹脂状態調節ユニットを樹脂収集ユニット及び入力側樹脂貯蔵ユニットに接続するために適切な管路を使用して実現されてもよく、それにより、三次元物体の次とその後の層の樹脂の再使用及び状態調節が可能になる。更に、樹脂状態調節ユニットは、様々な樹脂色並びに１つ以上の異なる樹脂材料（例えば、複数の樹脂材料処理）を可能にするように構成され、これは、有利及び／又は望ましい特徴（例えば、厚さ）を有する１つ以上の異なる樹脂層を得るのに有利なことがある。

一実施形態では、樹脂状態調節ユニットは、更に、樹脂収集ユニットから入力側樹脂貯蔵ユニットまでの樹脂流路を直接提供するために、樹脂収集ユニット及び入力側樹脂貯蔵ユニットと連通するポンプユニット（例えば、蠕動ポンプの形態）含みうる。

硬化性樹脂の温度制御は、有利な実施形態では、樹脂状態調節ユニットの一部である温度制御システムによって提供され、それにより、特定用途に最適な樹脂の温度を保証できる。

一実施形態では、樹脂状態調節ユニットは、更に、硬化性樹脂の粘度を正確に制御することによって箔基板上に必要な厚さの硬化性樹脂薄層を付着させ易くする樹脂粘度制御システムを含みうる。

有利な実施形態では、樹脂状態調節ユニットは、更に、付加製造工程中に樹脂の必要湿度レベルが維持及び／又は改良されるようにする樹脂湿度制御システムを含みうる。

更に、樹脂状態調節ユニットは、樹脂組成制御システムを備え、それにより、用途の特定要件に応じて必要な化学組成を達成、維持及び／又は改良できる。

樹脂収集ユニットは、更なる実施形態では、動作中、箔基板から残留樹脂を有効に除去するために箔基板に接触するスクレーパを含みうる。これは、また、箔基板の再使用を可能にする（例えば、ループ状箔基板を使用する）。

樹脂デポジタは、更なる実施形態では、箔基板上に硬化性樹脂層を提供するために高さ可変ブレード（例えば、ドクターブレードとして実現される）を含む。これは、硬化性樹脂層の正確かつ均一な付着を可能にする。

樹脂中の懸濁粒子が特定サイズを超えないようにするため、樹脂状態調節ユニットがフィルタユニットを含む有利な実施形態が提供される。フィルタユニットは、樹脂層の懸濁粒子が、例えば箔基板上で使用される層厚を超えず、それにより、製造工程中の引っ掻き傷及び／又は他の層凹凸が回避されるように構成されうる。

更なる実施形態では、フィルタユニットは、硬化性樹脂層の厚さ（例えば、５０μｍ未満、更には１０μｍ未満）より小さいフィルタ開口サイズを有する。これを達成するために、フィルタユニットは、ふるい、メッシュフィルタ、（ワイヤ）ガーゼなどを含みうる。

更なる実施形態では、放射源は、単一プロジェクタを含む。単一プロジェクタ（例えば、４Ｋビーマ又はＤＬＰビーマ）は、所望の層構造を１度の露光で直接投影でき、その結果、複数（部分）露光と位置合わせを有する複雑な操作が不要である。

更なる実施形態では、付加製造装置は、更に、箔基板を支持板上に平坦に維持するための箔平坦化装置を含む。例えば、箔平坦化装置は、例えば画像領域のまわりだけに支持板内の適切な開口又はスリットを有する真空装置として実現される。あるいは又は更に、箔平坦化装置は、箔基板を移動させて更なる層を製造する前に箔基板を緩めるために箔基板と支持板の間に向けられたブロワを含む。

本発明は、幾つかの例示的実施形態を使用し、添付図面を参照して、以下でより詳細に検討される。

本発明による付加製造システムの一実施形態を示す図である。 本発明実施形態で使用されるような支持板と箔基板の一実施形態の平面図である。 本発明の一実施形態で使用されるようなスラリ貯蔵ユニットの下面図である。 健全状態監視ユニット機構の概略図である。 箔基板制御ユニットを含む本発明の付加製造装置の更なる実施形態の部分図である。

図１は、本発明に係る付加製造システムの一実施形態を示す。同図に示す実施形態においては、付加製造装置１は、箔基板２と、硬化性樹脂層６を箔基板２の第１側２ａに付着させるための樹脂デポジタ４（特許請求の範囲における「樹脂付着ユニット」に相当）とを含み、樹脂デポジタ４は、入力側樹脂貯蔵ユニット５を含む。入力側樹脂貯蔵ユニット５は、硬化性樹脂６を箔基板２上に連続かつ十分に供給する働きをする。箔基板２は、支持板８によって支持され、支持板８の表面の上で移動可能である。

明瞭にするため、用語「硬化性樹脂」は、放射への暴露によって硬化可能な粘着性材料として解釈されるべきであり、「放射」は、例えば、可視光放射、紫外放射、赤外放射でよい。硬化性樹脂の一例は、セラミック粒子を含むフォトポリマーなどの光重合性材料である。

更に、樹脂層６を放射硬化させるための放射源１０は、箔基板２の第２側２ｂに提供され、箔基板２は、図１に示されたような実施形態では、使用されるタイプの放射を透過する。硬化樹脂層６ａは、製造される三次元物体１２の断面スライス（「断面スライス」とは、三次元物体１２の一部分であって、この三次元物体１２をその断面に沿って薄く切り取った（スライスした）場合に得られるところの、当該薄く切り取った部分ないし切片をさす。）となる。代替実施形態では、図１に示されたように、放射源１０は、箔基板２の第１側２ａに配置されうる。

硬化層を連続的に付加することによって三次元物体が製造されるので、台９は、少なくとも部分的に三次元物体１２となる１つ以上の硬化樹脂層の積み重ね構成を保持するように構成される。箔基板２を台９に対して位置決めするために、箔基板２と台９を相対的に位置決めするための位置決めシステムが提供される。一実施形態では、位置決めシステムは、図１に矢印で示されたように、支持板８及び／又は放射源１０の台９に対する相対位置決めを提供する。

典型的な実施形態では、台９は、例えば硬化樹脂層又は断面スライス６ａを箔基板２から引き離すために、支持板８に対して実質的に垂直に移動可能に配置される。そのような硬化樹脂層６ａは、そのような硬化樹脂層６ａの１つ以上を積み重ね、硬化が終了した後でそのような硬化層の各々を箔基板２から引き離すことによって付加的に製造される物体１２の断面スライスを形成する。また、台９は、放射に暴露する前に物体１２を箔基板２から所定の距離で「新規の」樹脂層６に再び接触させ、その後で硬化工程を繰り返しうるように構成されうる。このようにして、三次元物体１２となる接着及び／又は溶融硬化樹脂層６ａの積み重ね構成が得られる。

付加製造装置１は、更に、入力側樹脂貯蔵ユニット５、又は場合によっては樹脂デポジタ４から上流に樹脂状態調節ユニット１６を備える。本発明による樹脂状態調節ユニット１６の重要な利点は、硬化性樹脂６の樹脂状態調節が、それぞれの付着及び硬化樹脂層６ａの層品質を改善するために特定の仕様に従って行われ、その結果、最終三次元物体１２の品質が向上することである。詳細には、樹脂状態調節ユニット１６は、例えば樹脂の化学組成、粘度、湿度、粒子サイズ、及び／又は温度などの所望の特徴が、特定の仕様に従って維持されかつ／又は改良されることを保証する。

有利な実施形態では、付加製造装置１は、更に、樹脂収集ユニット１４を含み、樹脂状態調節ユニット１６は、樹脂収集ユニット１４及び入力側樹脂貯蔵ユニット５と連通する。

この実施形態は、未使用の硬化性樹脂６が、基板２から収集され、樹脂デポジタ４（例えば、入力樹脂貯蔵ユニット５）に戻されることを保証する。この実施形態の重要な利点は、硬化性樹脂６の継続的再利用が行われ、その結果、三次元物体１２を作成する材料コストが下がることである。詳細には、製造される物体１２の断面スライスごとに、新しい硬化性樹脂６が、樹脂デポジタ４によって台９と物体１２の下で供給されながら、箔基板２が、支持板８に沿って樹脂収集ユニット１４まで移動したとき、ただちに硬化樹脂層６ａのまわりに配置された余分な硬化性樹脂が、樹脂収集ユニット１４に送り込まれる。樹脂状態調節ユニット１６は、付加製造工程中に望ましい樹脂品質を維持かつ／又は変性可能なようにする。

一実施形態では、樹脂状態調節ユニット１６は、更に、入力側樹脂貯蔵ユニット５と連通するポンプユニット１６ａを備え、それにより、連続した付加製造工程に十分な樹脂流が可能になる。

一実施形態では、樹脂収集ユニット１４と樹脂デポジタ４は、下流供給路１５と上流供給路１７を含む管状供給路によって接続され、これらの間に樹脂状態調節ユニット１６（詳細には、ポンプユニット１６ａ）が配置される。

一実施形態では、下流及び上流供給路１５及び１７は、必要に応じて柔軟若しくは硬質材料又はこれらの任意の組み合わせを含む。

更なる実施形態では、ポンプユニット１６ａは、膜ポンプ、蠕動ポンプ、又は硬化性樹脂（例えば、高粘土硬化性樹脂）をポンピングするのに適した他のポンプタイプである。

本発明の観点から、樹脂状態調節ユニット１６は、更に、フィルタユニット１６ｂを備えうる。フィルタユニット１６ｂは、樹脂供給流に接続されうる。フィルタユニット１６ｂは、箔基板２上の硬化性樹脂６が、所定サイズより大きい固体又は粒子を含まないようにする。例えば、有利な実施形態では、フィルタユニット１６ｂは、所定値（例えば、硬化性樹脂６の層厚ｄに関連した）を超える最大断面サイズを有する粒子をフィルタリングするように構成される。したがって、例えば樹脂層厚ｄが３０μｍの場合、フィルタユニット１６ｂは、３０μｍを超える断面サイズを有する全ての固体及び粒子をフィルタリング又は保持するように構成されうる。一般的に言って、硬化性樹脂層６内の粒子サイズは、箔基板２上の層厚ｄを超えてはならない。したがって、フィルタユニット１６ｂは、以前に硬化された樹脂層６ａの下で基板２上に供給されるとき新しい硬化性樹脂層６上に線などの不均一部分の生成を防ぐ。また、フィルタユニット１６ｂは、硬化性樹脂層６内の粒子のサイズを制限するので、硬化樹脂層又は断面スライス６ａの表面粗さが最小化される。

代替実施形態では、樹脂状態調節ユニット１６の一部としてフィルタユニット１６ｂに加えて又はその代わりに、更なるフィルタユニット７が、入力側樹脂貯蔵ユニット５に直接接続され提供されうる（図１に示されたように）。フィルタユニット１６ｂに関して本明細書で述べる特徴は、更なるフィルタユニット７にも同じように適用されうる。

樹脂状態調節ユニット１６が、別個ユニットとして配置されなくてもよいことに注意されたい。即ち、代替実施形態では、樹脂状態調節ユニット１６は、樹脂デポジタ４又は入力側樹脂貯蔵ユニット５の一部でもよくそれらに組み込まれてもよい。更なる代替実施形態では、樹脂状態調節ユニット１６が、樹脂収集ユニット１４の一部でもよくそれに組み込まれることも想定できる。したがって、本発明の観点で、樹脂状態調節ユニット１６は原則的に、仕様により要求されかつ／又は必要とされる場合に、付加製造装置１内の任意の場所に配置されかつ／又は組み込まれうる。

フィルタユニット１６ｂのフィルタリング能力は、また、フィルタユニット１６ｂを通って樹脂デポジタ４内及び箔基板２上に流れうる樹脂流中の懸濁物質又は粒子の最大サイズを示すフィルタ開口サイズによって表されうる。例えば、一実施形態では、フィルタユニット１６ｂは、硬化性樹脂層６の厚さ（例えば５０μｍ未満、例えば３０μｍ未満）より小さいフィルタ開口サイズを有する。したがって、フィルタユニット１６ｂは、硬化性樹脂層６中の粒子サイズが層厚ｄを超えず、それにより、基板２上に均一で平坦な硬化性樹脂層６が提供されるようにする。これは、また、以前に硬化された層６ａ上の引掻き傷などを防ぎ、また硬化樹脂層６ａの表面粗さを小さくする。台９が、新規の硬化性樹脂層６に三次元物体１２を押し込むとき、硬化樹脂層６ａは、一般に、箔基板２上で露光位置に送られる硬化性樹脂層６の厚さより薄くなることに注意されたい。例えば、硬化樹脂層６ａは、箔基板２上の硬化性樹脂層６の半分に過ぎない。フィルタユニット１６ｂは、ふるい、メッシュフィルタ、ワイヤメッシュ、又は密に穿孔された材料片（例えば、金属、プラスチックなど）を含みうる。

本発明の付加製造システム１を使用して三次元物体を作成し始めるとき、例えば、支持板８の全体画像形成部分を放射に晒すことによって、硬化樹脂層６ａの第１の平坦層が台９上に形成されうる。あるいは、台９に第１の樹脂層を提供し、台９がシステム１内に取り付けられる前に、その第１の樹脂層を適切な放射源を使って十分平らで完全な第１層に硬化できる。これは、例えば外部放射源を使用するか、台９を第１の未硬化樹脂層と共に単純に（透明）支持板８の上に保持し、完全に平らな露光を行うことによって達成されうる。これにより、物体１２を１層ずつ、より容易かつ確実な増成が可能になり、例えば、製造中に物体１２を一時的に支持するためのスタッド、ブリッジなどの使用が可能になる。完全な第１層は、製造済み物体から後で除去されうる（スタッド、ブリッジ及び他の支柱要素と一緒に）。第１の平坦な硬化樹脂層は、均一かつ平坦に（即ち、その面全体にわたって平行かつ同じ均一な厚さで）提供される。代替として、これは、専用ツールを使用し、固定台と、ある量の未硬化樹脂を保持する別個の箔基板を使用して達成されうる。次に、平らな板を使用して、未硬化樹脂と箔基板を台に押しつけて、同じ厚さの均一層が得られる。次に、更なる露光要素（例えば、全面光源を使用する）を使用して未硬化樹脂を硬化できる。

あるいは、第１層は、例えば支持板８の直接又は間接温度制御を使用する（例えば、赤外線、加熱空気などを使用する）、台９のすぐ隣の第１層の温度誘導硬化によって形成される。この場合、熱活性剤を含む樹脂が使用される。化学結合技術を使用して第１層が提供される更に他の代替が意図されうる。

一実施形態では、フィルタユニット１６ｂは、の上流供給路１７内のポンプユニット１６ａと樹脂デポジタ４の間に配置されうる。代替実施形態では、フィルタユニット１６ｂは、下流供給路１５内の樹脂収集ユニット１４とポンプユニット１６ａの間に配置される。フィルタユニット１６ｂが、複数のフィルタ部材を含み、例えば下流及び上流供給路１５，１７がそれぞれフィルタ部材を含むことが想定されうる。複数のフィルタ部材はそれぞれ、異なるフィルタ開口サイズ（例えば、下流供給路１５から上流供給路１７に向かって小さくなるか、又はその逆）を有しうる。下流供給路１５にフィルタ部材を入れるとポンプユニット１６ａの耐久性が高まりうる。

最適樹脂品質を更に促進するために、樹脂状態調節ユニット１６が、更に、樹脂温度制御システム、樹脂粘度制御システム、樹脂湿度制御システム、及び／又は樹脂成分若しくは組成制御システムを含む１組の実施形態が提供される。各実施形態の単独又は組み合わせで、付加製造工程全体にわたる樹脂品質の最適な制御と調整が可能になり、それにより、硬化性樹脂層６は、特定用途によって必要とされるような仕様を満たす。

更なる実施形態では、付加製造装置内に、樹脂デポジタ４と樹脂収集ユニット１４とに関連付けられた複数の樹脂状態調節ユニット１６が提供される。次に、各組み合わせが、特定の材料特性を有する硬化性樹脂層を提供でき、三次元物体の複数材料の付加製造が可能になる。

一実施形態では、樹脂収集ユニット１４は、更なる使用のために箔基板２から余分な樹脂を掻き落とすことを可能にするスクレーパ１８を含む。望ましい状況では、新規の硬化樹脂層６ａを有する物体１２を取り出した後に箔基板２上に残っている全ての硬化性樹脂が、スクレーパ１８によって箔基板２から除去され、それにより、硬化性樹脂効率が最大になり、樹脂廃棄物流が最小になる。箔基板２から樹脂を除去するために、スクレーパ１８が、箔基板２と、その幅に沿って、場合によっては箔基板２の第１面２ａに対して斜めに係合する実施形態が提供される。スクレーパ１８は、箔基板２を横切って延在するスクレープブレードとして実施されうる。

スクレーパ１８は、様々な実施形態で、例えば真っ直ぐで柔軟な材料のブレード型のスクレーパ１８として実現されうる。更に有利な実施形態では、図３の下面図に示されたように、樹脂収集ユニット１４は、吸込開口部１４ａを有し、スクレーパ１８は湾曲を有する（樹脂収集ユニット１４の底部側の平面内、即ち、動作中の箔基板２に平行に）。吸込開口部１４ａは、スクレーパ１８の湾曲に対して中心に配置され、その結果、箔基板２の残留スラリが、動作中にスクレーパ１８に集まり、吸込開口部１４ａのまわりに一種の窪みを形成し、スラリの適切な再循環が可能になる（例えば、前述のような状態調整ユニット１６を使用して）。更に、スクレーパ１８の湾曲実施形態が、より均一な圧力を箔基板２に加えることを可能にし、その結果、実際使用中に、箔基板２がスラリ収集ユニット１４の下で皺が寄りかつ／又は縮れ始める可能性が低くなる。また、様々な要素の位置決めにより、スラリが樹脂収集ユニット１４の側面から漏れる可能性が低くなる。スクレーパ１８を使用することによって使用箔基板２上にスラリが残るのを防ぐのに加えて、スクレーパ１８のこの湾曲実施形態は、付加製造装置の本発明実施形態におけるスラリのより効率的使用を保証する。

スクレーパ１８に関連する用語「湾曲」は、前述されたような類似の利点を提供する湾曲側部を有する真っ直ぐな中央部分（例えば、吸込開口部１４ａの幅にわたる）も含む意味であることに注意されたい。

スラリ収集ユニット１４の更なる実施形態は、使用中に箔基板２上のスラリ幅より大きい幅を測るスクレーパ１８を備える。更に、約２５０ｍｍ未満の半径を有するスクレーパの湾曲が好結果を提供し、例えば、様々な印刷状況下で箔基板２上の残留スラリを全て収集する際に半径１１０ｍｍがきわめて良好な結果を提供することが分かった。

更なる実施形態では、スラリ収集ユニット１４の底面上のスクレーパ１８の上流に、少なくとも１つの補助スクレーパ対１８ａが位置決めされ、少なくとも１つの補助スクレーパ対１８ａの補助スクレーパが、スラリ収集ユニット１４の長手方向中心線の鏡対称に位置決めされる。少なくとも１つの補助スクレーパ対１８ａと（主）スクレーパ１８は、有利には、側部で重なって、中心に配置された吸込開口部１４ａの方への残留スラリの収集を改善する。

吸込開口部１４ａは、更なる実施形態では、スクレーパ１８と一致する構造形態を有し、即ち、その形状が湾曲される。更なるスラリ輸送のための単一の連通アタッチメント１４ｂ（例えば、図１に示されたように下流供給路１５に接続された）が、吸込開口部１４ａの中心に提供される。これにより、残留スラリが常に連通アタッチメント１４ｂの方にできるだけ多く送られるようになり、下流供給路１５の「乾燥」動作が防止される。代替又は追加として、更なる連通アタッチメントが、図３の実施形態で示されたように、中心に配置された単一の連通アタッチメント１４ｂの隣に提供されうる。

一実施形態では、樹脂収集ユニット１４は、出力樹脂貯蔵ユニット１９を備え、これにより、付加製造中に余剰樹脂を連続的に収集し、同時に箔基板２が支持板８に沿って樹脂収集ユニット１４内に入るときにスクレーパ１８が箔基板２から余剰樹脂を除去することが可能になる。出力樹脂貯蔵ユニット１９は、所望出力レベルＬ２以下のある量の余剰樹脂の緩衝を可能にし、緩衝された余剰樹脂は、ポンプユニット１６によって、樹脂収集ユニット１４から下流供給路１５と上流供給路１７を通り樹脂デポジタ４の入力貯蔵ユニット５内にポンピングされる。

有利な実施形態では、樹脂デポジタ４は、更に、高さ可変ブレード２０（例えば、ドクターブレード）を有し箔基板２上に正確に規定された厚さｄを有する硬化性樹脂層６を提供する。高さ可変ブレード２０は、箔基板２の幅全体に所定の厚さｄを有する滑らかで平坦な硬化性樹脂層６を可能にする。一実施形態では、入力樹脂貯蔵ユニット５は、所定の厚さを有する連続硬化性樹脂層６を、高さ可変ブレード２０によって提供できるようにするように、最大入力レベルＬ１以下の量のフィルタリングされた硬化性樹脂を含む。一実施形態では、入力レベルＬ１は、硬化性樹脂層６の所定の厚さｄより大きい。

図４は、本明細書に記載された付加製造装置実施形態のいずれにも適用可能な健全状態監視ユニット機構の概略図を示す。樹脂状態調節ユニット１６と動作的に通信する非侵襲的健全状態監視ユニット３０が提供される。健全状態監視ユニットは、付加製造装置の動作で使用されるスラリの高粘性により、非侵襲型のものである。更に、非侵襲的測定の利点は、動作中にスラリと接触せず、スラリによる汚染や他の形の不利な相互作用を防ぐことである。健全状態監視ユニット３０は、図４の実施形態に示されたようなポンプユニット１６ａ及び／又はフィルタユニット１６ｂなど（ポンプユニット１６ａとフィルタユニット１６ｂの間の接続供給路１５ａと共に）の樹脂状態調節ユニット１６（の一部）のオンコンディション監視を提供するように構成される。例えば、ポンプユニット１６ａ及び／又はフィルタユニット１６ｂ全体にわたる圧力又は圧力差を監視することによって、樹脂状態調節ユニット１６のそれぞれの部分の低下を検出できる。必要なときだけ一部分のオンコンディション監視及び置換は、当然ながら、本発明の付加製造装置を使用するときに、コスト的利点を有する。また、健全状態監視ユニット３０は、異常測定値を適時に警告するように構成され、例えば、破損が起こる前に付加製造装置に対する予防処置（例えば、遮断）をとることを可能にする。

図４の実施形態に示されたような健全状態監視ユニット３０は、ポンプユニット１６ａに接続された電力センサ３２と、フィルタユニット１６ｂと通信する圧力センサ３１を備える。あるいは、圧力センサ３１は、より詳細に後で検討されるような非侵襲的圧力測定のためにも接続供給路１５ａと通信する。

健全状態監視ユニット３０は、測定データを記憶し、測定データを処理し、例えば、異常やセンサパラメータの傾向などを検出するように構成される。検出された状態に応じて、例えば表示又は警告構成要素によって、適切な指示が、付加製造装置のオペレータに提供されうる。

圧力センサ３１は、幾つかの例示的な非侵襲的実施形態で実現されうる。例えば、フィルタユニット１６ｂのフィルタハウジングの変位は、例えば機械測定、光学測定、（超）音波測定による変位センサを使用して測定されうる。これは、また、直接測定を使用して（例えば、ひずみゲージを使用して）、又は間接的に（例えば、フィルタユニット１６ｂに機械的に接続されたロードセルを使用して）、圧力作用下で湾曲又は変形するフィルタユニット１６ｂの他の部分に適用されうる。類似の構成が、樹脂状態調節ユニット１６の一部であるポンプユニット１６ａ又は他の要素に適用されうる。更に、接続供給路１５ａは、接続供給路１５ａの直径の増大が接続供給路１５ａの圧力の直接測定になりうるように、所定の柔軟性を有するように選択されてもよい。

スラリ供給路１５，１５ａ，１７内の圧力上昇（例えば、詰まったフィルタユニット１６ｂを示す）を監視するために、ポンプユニット１６ａによって消費される電力を監視できる。圧力が増大するほど高いポンプ動作が必要になり、このことは、時間の経過による電力消費の増大で分かる。特定タイプのポンプの場合、例えばポンプユニット１６ａとして蠕動ポンプを使用するときに動作周波数又はｒｐｍを監視できる。より一般的には、ポンプユニット１６ａ全体の圧力並びに更なる特性（例えば、振動）を測定し監視することによって、ポンプユニット１６ａの汚染が高すぎること、又はポンプユニット１６ａの（一部の）摩耗の増大をオペレータに警告できる。

したがって、以上を考慮して、限られた数の追加構成要素だけで、付加製造装置のきわめて信頼性の高い健全状態監視構成を提供できる。これにより、装置内のスラリの体積流を監視し、スラリの漏れ又は損失の可能性を警告できる。更に、このとき、フィルタユニット１６ｂは、必要なときだけ（フィルタユニット１６ｂの働きを低下させる汚染や他の状態のため）、監視され交換されうる。更に、ポンプユニット１６ａは、適切な機能に関しても監視されうる。更に、健全状態監視ユニット３０内で適切な測定と処理を使用して、付加製造装置内のスラリの粘度値を決定し監視することもできる。

本発明を考慮して、付加製造工程は、物体１２の所望の断面形状に応じて層を局所的に硬化させるために、硬化性樹脂層６が局所的に放射にさらされることを必要とする。したがって、放射源１０は、特定の放射像を、硬化される物体１２の断面スライスになる硬化性樹脂層６上に投影するように構成される。断面画像を効率的に投影するために、放射源１０が単一プロジェクタを含む一実施形態が提供される。単一プロジェクタは、断面画像全体を硬化性樹脂層６上に一度に投影するように構成され、それにより、当該の断面画像を完全にカバーするように複数の画像を投影し組み合わせる必要がなくなる。有利な実施形態では、放射源１０の単一プロジェクタは、十分な解像度及び放射エネルギーを有する完全断面画像を硬化性樹脂層６上に一度に投影可能な４Ｋビーマ装置（例えば、４ＫＤＬＰ又はＵＨＤビーマ装置）を含む。これは、よくあることだが、先行技術の付加製造装置によって、複数の画像を投影し組み合わせる必要をなくす。

図２は、本発明実施形態で使用されるような支持板８と箔基板２の一実施形態の平面図を示す。示された実施形態では、箔基板２は、支持板８上に摺動係合した状態で移動可能に配置される。放射源１０（図示せず）は、投影画像２８に晒されうる箔基板２上の最大使用可能な投影領域２６（即ち、硬化性樹脂層）を定義し、その輪郭が、図２に描かれる。放射源１０が、４ＫＵＨＤ／ＤＬＰビーマなどの高分解能ビーマ装置を含む場合は、使用可能領域２６全体をカバーするために複数の画像を投影することなく、最大使用可能な投影領域２６を一度に投影できる。

物体１２の実質的に平らで滑らかな断面スライスを得るために、箔基板２は、支持板８に対して平らに、できるだけ近くかつ滑らかに維持されて、少なくとも最大使用可能な投影領域２６の領域全体にわたって、例えば箔基板２の皺と折り目によって生じる硬化断面スライス上の表面凹凸を少なくすることが望ましい。したがって、一実施形態では、付加製造装置１は、箔基板２を支持板８上に平らに維持するための箔平坦化装置を含みうる。箔平坦化装置は、硬化される断面スライスが平らで滑らかになるように、箔基板２の皺、隆起、折り目などを防ぐ。

有利な実施形態では、支持板８は、図２に描かれた例示的実施形態に示されたように、例えば、支持板８の露光領域（即ち、最大使用可能な投影領域２６）を取り囲む単一スリットとして、支持板８に沿って配置された１つ以上の開口又はスリット２４を備えた真空装置を含みうる。１つ以上の開口又はスリット２４は、支持板８と箔基板２の間の圧力を付加製造装置１のまわりの大気圧より低くするために構成される。その結果、箔基板２は、支持板８に対して近くかつ平らに保持される。

一実施形態では、真空装置の１つ以上の開口又はスリット２４が、最大使用可能な投影領域２６の外部の箔エッジゾーン２ｃに沿って配置され、したがって、１つ以上の開口又はスリット２４が、投影画像２８を妨げない。当然ながら、代替実施形態では、真空装置の１つ以上の開口とスリット２４が、最大使用可能な投影領域２６を完全に取り囲み、これにより、１つ以上の開口又はスリット２４が投影画像２８とも干渉しなくなる。

箔基板２と支持板８の間により低い圧力を提供すると共に箔基板２を加熱することによって、支持板８上の箔基板２の最適配置と、付加製造工程中の硬化性樹脂層６の最適粘度の獲得が可能になる。有利な実施形態では、支持板８は、真空装置と加熱装置を含みうる。また、加熱装置は、断面スライスの硬化が完了したときに箔基板２を緩めるために使用されうる。例えば、一実施形態では、加熱装置は、箔基板２と支持板８の間に温風を吹き込むように構成されたブロワを備える。

代替実施形態では、真空装置は、また、支持板８と箔基板２の間に高い圧力を提供して箔基板２を緩めうる。したがって、１つ以上の開口又はスリット２４は、箔基板２と支持板８の間の空間から空気を吸い出し、かつ必要なときにこの空間に空気を吹き込んで箔基板２を緩めるために利用されうる。

図５は、箔基板制御ユニット２１を備えた本発明の付加製造装置の更なる実施形態の部分図を示す。この例示的実施形態では、箔基板２は、放射源１０を使用して物体１２上に新しい層を形成するために、硬化性樹脂層６を透明板８の上の位置まで送る。箔基板２は、箔基板制御ユニット２１の制御下で供給元ロール２２から使用済み箔ロール２３まで移動する（例えば、適切なエンコーダ２１ｂ，２１ｃと、供給元ロール２２及び／又は使用済み箔ロール２３の一部であるアクチュエータ／モータを使用して）。

この実施形態では、箔基板２は、箔基板２の側部上に、例えば、動作中に硬化性樹脂層６が搬送される箔基板２の部分（例えば、箔基板２上の中心にある幅１００ｍｍの線）から離れて延在する箔基板マーキング２５を含む。これは、図２の実施形態にも示される。箔基板マーキング２５は、箔基板制御ユニット２１に接続されたマーキングセンサ２１ａによって機械読取り可能であり、例えば、箔基板マーキング２５は、マーキングセンサ２１ａの光センサ実施形態によって検出可能な規則的パターンのブロックとして印刷される。また、磁気コードとセンサなどの箔基板マーキング２５と適切なマーキングセンサ２１ａの他の組み合わせを提供してもよい。箔基板マーキング２５が、箔基板２の縁部上に提供される場合、マーキングセンサ２１ａは、適切な位置に容易に位置決めされうる。また、箔基板マーキング２５は、更に、人間読取り可能なマーキング２５ａ（例えば、付加製造装置内に箔基板２の新規ロールを適切に装填するのを支援できる矢印）を含みうる。

箔基板マーキング２５は、一定間隔で離間された連続（白）ブロック（例えば、ピッチ距離１２ｍｍで離間された６ｍｍブロック）でよい。また、例えば、より精密な測定を可能にするか、箔マーキングセンサ２１ａと箔基板制御ユニット２１を使用して移動方向を決定可能にする他の連続又は配列を想定できる。箔基板制御ユニット２１は、例えば、どれだけの長さの供給元ロール２２が使用されたかを記録可能にする記憶機能を有するように構成されうる。これは、また、箔基板２の残りの量が、物体１２を完全に印刷する特定の作業を終えるのに十分かどうかを推定可能にする。更に、箔基板ユニット２１は、例えば、次の層を形成するのに十分に大きく新規の硬化性樹脂層６を有するのにちょうどよい箔基板２を前進させるために、印刷されている物体の特定の特性に依存する箔基板２の前進を計算し制御するように構成されうる。これにより、物体１２を完成させるために使用される箔基板２の量が減るが、硬化性樹脂層６のためのスラリの使用も確実に少なくなり、例えば、付加製造装置の他の構成要素の摩耗が少なくなる。これは、材料使用量だけでなく人間オペレータの存在要求も含む、物体１２の付加製造を完成させるための資源の効率的使用に有利になる。本明細書に記載された実施形態は、全てのタイプの付加製造装置に適用可能であり、例えば、箔基板２と支持板８の両方が透明でもあっても透明でなくてもよく、放射源１０は、また、本明細書の例示的実施形態に記載されたものと異なるタイプでもよく、異なるように位置決めされてもよい。

本発明実施形態は、図面に示されたような幾つかの例示的実施形態に関して前述された。幾つかの部分又は要素の修正及び代替実施態様が可能であり、添付の特許請求の範囲に定義されたような保護範囲に含まれる。

２ 箔基板
２ａ 第１側
４ 樹脂デポジタ
５ 入力側樹脂貯蔵ユニット
６ 硬化性樹脂層
９ 台
１０ 放射源
１２ 三次元物体
１６ 樹脂状態調節ユニット

Claims (15)

1. 三次元物体を製造するための付加製造装置であって、
   （イ）この付加製造装置には、
   （ａ）支持板（８）によって支持された箔基板（２）と、
   （ｂ）前記箔基板（２）の第１側（２ａ）に硬化性樹脂（６）の層を付着させるように構成された樹脂付着ユニット（４）と、
   （ｃ）前記箔基板（２）の前記第１側（２ａ）上の前記硬化性樹脂層（６）を硬化させて該硬化性樹脂層（６）を前記三次元物体（１２）の一部分をなす断面スライスとするための放射に該硬化性樹脂層（６）を暴露するように構成された、放射源（１０）と、
   （ｄ）少なくとも部分的に前記三次元物体（１２）になる１つの硬化樹脂層または複数の硬化樹脂層が積み重ねられていて該１つまたは複数の硬化樹脂層からなる層構造である積み重ね構成を保持するように構成された台（９）と、
   （ｅ）前記箔基板（２）と前記台（９）とを相対位置決めするための位置決めシステムと、
   （ｆ）前記樹脂付着ユニット（４）に設けられていて、前記硬化性樹脂層（６）を構成する硬化性樹脂を前記箔基板（２）上に連続的に供給するために該硬化性樹脂を貯蔵するように構成された、入力側樹脂貯蔵ユニット（５）と、
   （ｇ）前記箔基板（２）から未使用硬化性樹脂（６）を収集するように構成された樹脂収集ユニット（１４）と、
   （ｈ）前記入力側樹脂貯蔵ユニット（５）から上流に設けられていて、前記硬化性樹脂（６）の状態を調節するように構成された樹脂状態調節ユニット（１６）と
   が備えられ、
   （ロ）前記樹脂状態調節ユニット（１６）が、前記樹脂収集ユニット（１４）および前記入力側樹脂貯蔵ユニット（５）と連通され、かつ、
   （ハ）前記樹脂状態調節ユニット（１６）が、前記硬化性樹脂（６）の化学組成、粘度、湿度、粒子サイズおよび／または温度を維持および／または変更するように構成されている
   ことを特徴とする付加製造装置。
2. 前記樹脂収集ユニット（１４）には、スクレーパ（１８）が設けられている、請求項１に記載の付加製造装置。
3. 前記樹脂収集ユニット（１４）には、吸込開口部（１４ａ）が設けられ、前記スクレーパ（１８）が湾曲を有し、かつ、前記吸込開口部（１４ａ）が、前記スクレーパ（１８）の前記湾曲に対して中心に配置されている、請求項１または２に記載の付加製造装置。
4. 前記樹脂付着ユニット（４）には、前記箔基板（２）上に前記硬化性樹脂層（６）を提供するための高さ可変ブレード（２０）が設けられている、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の付加製造装置。
5. 前記放射源（１０）が、単一プロジェクタを備えている、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の付加製造装置。
6. 前記箔基板（２）を前記支持板（８）上に平らに維持するための箔平坦化装置が備えられている、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の付加製造装置。
7. 前記樹脂状態調節ユニット（１６）には、前記入力側樹脂貯蔵ユニット（５）と連通するポンプユニット（１６ａ）が設けられている、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の付加製造装置。
8. 前記樹脂状態調節ユニット（１６）には、フィルタユニット（１６ｂ）が設けられている、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の付加製造装置。
9. 前記フィルタユニット（１６ｂ）が、前記硬化性樹脂層（６）の厚さ（例えば、５０μｍ未満）より小さいフィルタ開口サイズを有する、請求項８に記載の付加製造装置。
10. 前記樹脂状態調節ユニット（１６）が、樹脂温度制御システムを有する、請求項１ないし９のいずれか一項に記載の付加製造装置。
11. 前記樹脂状態調節ユニット（１６）が、樹脂粘度制御システムを有する、請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の付加製造装置。
12. 前記樹脂状態調節ユニット（１６）が、樹脂湿度制御システムを有する、請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の付加製造装置。
13. 前記樹脂状態調節ユニット（１６）が、樹脂成分制御システムを有する、請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の付加製造装置。
14. 前記樹脂状態調節ユニット（１６）と動作的に通信するとともに、該樹脂状態調節ユニット（１６）の状態を監視するように構成された健全状態監視ユニット（３０）が備えられている、請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の付加製造装置。
15. 箔基板制御ユニット（２１）が備えられ、かつ、前記箔基板（２）が箔基板マーキングを有する、請求項１ないし１４のいずれか一項に記載の付加製造装置。

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