JP6887018B2 - 三次元プリンタの樹脂を補充する方法 - Google Patents
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Description
この非仮特許出願は、Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９（ｅ）の下でここに参照することによって援用される、２０１７年２月２０日出願のＰｅｔｅｒ Ｓｃｏｔｔ Ｔｕｒｎｅｒによる「ＴＨＲＥＥ ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬ ＰＲＩＮＴＥＲ ＲＥＳＩＮ ＲＥＰＬＥＮＩＳＨＭＥＮＴ ＭＥＴＨＯＤ」と題された米国仮特許出願第６２／４６０，９４７号に対する優先権を主張する。
本開示は、エネルギー硬化可能な材料から製造対象の固体三次元（３Ｄ）物品を作製する装置および方法に関する。より詳細には、本開示は、光硬化樹脂を利用する三次元（３Ｄ）プリンタのスピードおよびアウトプットの品質を最適化する方法に関する。
三次元（３Ｄ）プリンタは、使用が急速に増加している。３Ｄプリンタの１つの種類には、放射線硬化（光硬化）樹脂の選択的硬化および固化を含むオペレーションの原則を有するステレオリソグラフィプリンタが含まれる。一般的なステレオリソグラフィシステムには、硬化樹脂を保持する格納容器、支持表面に連結された移動機構、およびコントロール可能な光エンジンが含まれる。ステレオリソグラフィシステムは、光硬化樹脂の層を選択的に硬化することにより、製造対象の三次元（３Ｄ）物品を形成する。
あるシステムの実施形態において、容器は、容器の下面の一部を形成する透明シートを含む。支持表面は、透明シートの上にかつそれに対向する関係で配置される。以下の工程が生じる：（１）移動機構が支持表面を位置付け、それにより、光硬化樹脂の薄い層が、支持表面と透明シートとの間に存在する；（２）光エンジンが透明シートを介して上方にピクセル化された光を伝送し、支持表面上に光硬化樹脂の層を選択的に硬化させる；（３）次いで、移動機構が支持表面を徐々に上昇させる。工程（２）および（３）は、透明シートと対向する関係の下面を有する製造対象の三次元（３Ｄ）物品を軽視するよう繰り返される。
１つの問題は、硬化したポリマーによる透明シートの「汚れ（fouling）」である。理想的には、ポリマーは、支持表面上かつ製造対象の３Ｄ物品の下面上でのみ硬化する。しかしながら、ポリマーの一部は、下側窓上で硬化しうる。時間が経つと、窓上の硬化したポリマーが、３Ｄプリンタの適切な動作と干渉する。また、下面は、下側窓にくっついてもよい。この問題を克服するために、下側窓上に剥離コーティングを提供することおよび／または下側窓上でまたはその近くで樹脂が硬化するのを防ぐために化学抑制剤を使用することを含む、さまざまの解決法が実施されてきた。
そのようなシステムによる別の問題は、下面に近接する構築面において新しい樹脂の供給をどのようにして維持するかである。製造対象の３Ｄ物品の下面が中空でなくかつ大きい断面積を有する場合、樹脂は構築面で枯渇しうる。製造対象の３Ｄ物品の下面の上下の動きを用いて、樹脂の薄い層を補充しうる。この上下の動きは、製造対象の３Ｄ物品の下面上に圧力を与え、その結果品質が低下する。上下の動きの速度を落とすことにより、これらの圧力を低下させることができるが、処理時間が長くなる。製造対象の３Ｄ物品の品質を低下させずに高速オペレーションを提供するシステムが必要とされる。
本開示の第１の態様において、三次元（３Ｄ）プリンタは、容器、光エンジン、取付具、移動機構、センサ、およびコントローラを備える。容器は、液状の光硬化樹脂を含有するためのものであり、それを通して樹脂が照射できる下方表面の少なくとも一部を画定する透明シートを備える。光エンジンは、透明シートを介して樹脂を選択的に照射するように配置および構成される。取付具は、製造対象の三次元（３Ｄ）物品を支持するためのものであり、それにより、製造対象の３Ｄ物品の下面が、透明シートと対向する関係で樹脂中に浸漬される。移動機構は、取付具をコントロール可能に平行移動するよう構成され、それにより、製造対象の３Ｄ物品の下面と透明シートとの間の垂直距離がコントロールできる。センサは、下面上で動的垂直力を観察するよう構成される。コントローラは、以下を行うように構成される：（ａ）製造対象の３Ｄ物品の下面を、透明シートからの動作距離に位置づける；（ｂ）光エンジンを作動し、下面上に樹脂の層を選択的に硬化する；（ｃ）（ａ）および（ｂ）を１回以上繰り返す；（ｄ）移動機構を作動し、Ｄの距離だけ上方に、次いでポンプサイクルに従った動作距離まで下方に、下面を平行移動する；（ｅ）（ｄ）と同時に、製造対象の３Ｄ物品の下面上に印加される動的力を示すセンサからの信号を観察する；（ｆ）センサからの信号の分析に少なくとも部分的に基づいて、ポンプサイクルをアップデートする；および（ｇ）製造対象の３Ｄ物品が完成するまで工程（ａ）から（ｆ）までを繰り返す。
１つの実践形態において、光エンジンは、光源および空間光変調器を備える。空間光変調器は、その上で樹脂が選択的に硬化される構築面に亘ってピクセル要素を選択的にコントロールするよう動作する。１つの実施形態において、空間光変調器は、デジタルミラー装置である。空間光変調器は、光源からの未処理の光を受け取り、ピクセル化されかつ処理された光を反射または伝送する。光エンジンは、樹脂内かつ製造対象の３Ｄ物品の下面に近接する構築面に処理済みの光を供給する光学素子を備える。
別の実践形態において、センサは、圧縮および／または張力における動的変化を感知できる感圧トランスデューサである。トランスデューサを取り付けることにより、取付具に与えられる垂直力を直接感知することができる。
さらに別の実践形態において、コントローラは、電気的におよび／または無線で光エンジン、移動機構、およびセンサに接続される。コントローラは、情報記憶装置に接続されたプロセッサを含んでいる。情報記憶装置は、非一時的なまたは不揮発性の記憶装置を含んでおり、その非一時的なまたは不揮発性の記憶装置は、プロセッサにより実行される際に、センサからの信号を処理し、かつ、光エンジンおよび移動機構をコントロールする命令を記憶する。コントローラは、単一のＩＣ（集積回路）または複数のＩＣに含まれうる。コントローラは、１つの場所にあるものであってもよいし、三次元プリントシステム内の複数の場所に分散させられたものであってもよい。
さらなる実践形態において、製造対象の３Ｄ物品の下面の平行移動速度は、センサからの信号に基づいてリアルタイムで調整される。第１の実施形態において、センサからの信号が、動的力が指定の上部制御限界を超える大きさを有することを示す場合に、平行移動速度が減少する。第２の実施形態において、センサからの信号が、時間に対する動的力が指定の上部制御限界を超える大きさを有することを示す場合に、平行移動速度が減少する。第３の実施形態において、センサからの信号が、動的力が指定の下部制御限界未満の大きさを有することを示す場合に、平行移動速度が増加する。第４の実施形態において、センサからの信号が、時間に対する動的力の傾斜が下部制御限界未満であることを示す場合に、平行移動速度が増加する。
さらなる実践形態において、時間に対する動的力が上昇し、次いで、製造対象の３Ｄ物品の下面が透明シートから離れて上方に平行移動される間に降下する。上方の平行移動は、時間に対する動的力のリアルタイム分析に応じてリアルタイムで中断できる。動的力の大きさが急速に低下し始める時に、上方の平行移動を中断できる。
別の実践形態において、コントローラは、ポンプサイクルパラメータを少なくとも製造対象の３Ｄ物品の下面の幾何学形状（geometry）と相関させるパラメトリック相関に基づいてポンプサイクルを画定するよう構成される。ポンプサイクルパラメータは、ポンプ距離Ｄおよび製造対象の３Ｄ物品の下面の平行移動速度を含む。第１の実施形態において、ルックアップテーブルが、ポンプサイクルパラメータを下面の幾何学的パラメータと相関させる。第１の実施形態において、ルックアップテーブルは、センサからの信号の分析に基づいてアップデートされる。第２の実施形態において、関数関係により、ポンプサイクルパラメータが下面の幾何学的パラメータに関係づけられる。第２の実施形態において、関数関係は、センサからの信号の分析に基づいてアップデートされる。
さらに別の実践形態において、樹脂の流動様式は、製造対象の３Ｄ物品の下面と透明シートとの間で画定できる。樹脂の流動様式は、レイノルズ数に基づいて層流または乱流でよい。ポンプサイクルは、層流を維持し乱流を避けながらレイノルズ数を最大にするようアップデートされる。ポンプサイクルはまた、非常に粘性の樹脂について動的力に上限を有する。
さらなる実践形態において、工程（ａ）は、距離ｄだけ下面を徐々に上昇させる工程を含む。第１の実施形態において、Ｄはｄの４倍に少なくとも等しい。第２の実施形態において、Ｄはｄの１０倍に少なくとも等しい。第３の実施形態において、Ｄはｄの５０倍に少なくとも等しい。第４の実施形態において、Ｄはｄの１００倍に少なくとも等しい。
さらなる実践形態において、工程（ａ）は、距離ｄだけ下面を徐々に上昇させる工程を含む。いくつかの実施形態において、距離ｄは１０〜１００マイクロメートルの範囲内である。ある実施形態において、距離ｄは約３０マイクロメートルでもよい。距離Ｄは、下面の幾何学形状のような要因に依存して変化する。いくつかの実施形態において、距離Ｄはｄの少なくとも４倍に等しい。
図１は、三次元（３Ｄ）プリントシステム２の実施形態の概略ブロック図表示である。図１には、互いに直交する軸Ｘ、ＹおよびＺが示される。軸ＸおよびＹは横方向軸である。いくつかの実施形態では、ＸおよびＹは水平方向軸でもある。軸Ｚは中心軸である。いくつかの実施形態では、Ｚは垂直方向軸である。いくつかの実施形態では、方向＋Ｚは全体的に上に向かう方向であり、方向−Ｚは全体的に下に向かう方向である。
三次元プリントシステム２は、光硬化可能な樹脂６を含む容器４を備えている。容器４は、容器４の下方表面１０の少なくとも一部を画定する、透明シート８を含んでいる。光エンジン１２は、透明シート８を介して上方に光を投射して光硬化樹脂６の層を固化し、製造対象の三次元物品１４を徐々に形成するように配される。製造対象の三次元物品１４は、取付具１６に取り付けられそれによって支持されている。取付具１６を垂直方向軸Ｚに沿って平行移動させるために、移動機構１８が取付具１６に連結されている。
三次元プリントシステム２は、製造対象の三次元物品上に印加される動的垂直力を観察するように構成されるセンサ２０を備える。１つの実施形態において、センサ２０は、取付具１６に与えられる垂直力を感知するように取付具１６および／または移動機構１８上に配されるトランスデューサである。動的垂直力は、樹脂６を通る製造対象の三次元物品１４の移動によって主に生じる。
コントローラ２２は、光エンジン１２、移動機構１８、およびセンサ２０に電気的にまたは無線で接続される。コントローラ２２は、情報記憶装置に接続されたプロセッサ２４を含む。情報記憶装置２６は、非一時的なまたは不揮発性の記憶装置を含んでおり、その非一時的なまたは不揮発性の記憶装置は、プロセッサ２４により実行される際に、センサ２０からの信号を分析および処理し、かつ、光エンジン１２および移動機構１８を制御する命令を記憶する。コントローラ２２は、単一のＩＣ（集積回路）または複数のＩＣに含まれる。コントローラ２２は、１つの場所にあるものであってもよいし、三次元プリントシステム２内の複数の場所に分散させられたものであってもよい。
製造対象の三次元物品１４は、透明シート８に対向する下面２８を有している。光エンジン１２が透明シート８を介して光エネルギーを選択的に与えると、下面２０と一致するまたはそれに近接しうる「構築面」に近接する樹脂が選択的に重合される。これは、下面２８上に樹脂の層を選択的に構築する効果を有する。移動機構は、コントローラ２２の制御下で、下面２８と透明シート８との間の距離Ｈ（ｔ）を制御する。
図２は、三次元（３Ｄ）プリントシステム２を用いて製造対象の三次元物品１４を形成する例示的な方法３０を示すフローチャートである。図３は、方法３０の一部に対応しうる、時間ｔに対するＨ（ｔ）の例示的なグラフである。この２つは同時に議論される。
工程３２に従って、製造対象の三次元分物品１４の下面２８は、透明シート８の上に動作距離または高さＨＯＰに配置される。工程３２は、ｔ＝０における図３のグラフの左側によって示される。
工程３４に従って、光エンジン１２が作動され、下面２８上に樹脂の層を硬化する。工程３４は、図３のｔ＝０とｔ＝ｔ１との間の点線に対応する。工程３４の硬化後、距離Ｈ（ｔ）は、下面２８上に加えられた光硬化樹脂の厚さだけ下げられる。次いで、この方法は、工程３２に戻り、下面が上昇して動作高さＨＯＰに戻される。
工程３２および３４は、工程３６に進む前に１回以上繰り返される。図３は、これらが２回繰り返されることを示すが、工程３２および３４が繰り返される回数は変化してよい。これらは全く繰り返されなくてもよく、工程３６に進む前に１、２、３、４、５、６、７、またはそれ以上の回数繰り返されてもよい。繰返しの数は、下面２８の幾何学形状、樹脂６のレオロジー、および樹脂中への硬化深さのようなさまざまの要因の関数でありうる。時間ｔ１および時間ｔ２においてまたはその周辺で、下面２８は、光エンジンを作動する前に適切な動作高さＨＯＰを提供するように距離ｄだけ徐々に上昇される。
下面２８が比較的大きい幾何学形状を有する場合、樹脂６は、ｔ＝０〜ｔ＝ｔ３において下面２８と透明シート８との間で完全に補充されないかもしれない。ある時点で、加えられた樹脂の層の品質が損なわれる。次いで、「ポンプサイクル」が行われてもよい。例示的なポンプサイクルが、時間ｔ＝ｔ３〜ｔ＝ｔ７において図３に従って示される。下面２８は、透明フィルム８の上にＨ（ｔ）＝ＨＯＰに上昇される。ｔ＝ｔ３〜ｔ＝ｔ６において下面２８が上昇される距離は、ポンプ距離Ｄと称される。
工程３６に従って、ポンプサイクルは、下面２８の幾何学形状に少なくとも部分的に基づいて特定される。ポンプサイクルはまた、粘度のような樹脂特性の関数でありうる。ポンプサイクルは、Ｄおよび粘度特性またはｔ＝ｔ３〜ｔ＝ｔ７における時間ｔに対する高さＨ（ｔ）を含む曲線を画定する。
工程３８に従って、移動機構１８はポンプサイクルを開始する。工程４０に従って、センサ２０からの信号が、ポンプサイクルと同時に観察される。信号は、樹脂６による製造対象の三次元物品１４上の動的なまたは動作により誘発された力を示す。時間ｔに対する「理想的な」動的力の特性Ｆ（ｔ）が図４に示される。これは、実際のグラフは図示されない他の「ウィグル（wiggles）」を有しうるが主な力の移行が示されているので、理想的である。図４の上のグラフは、ｔ＝ｔ３〜ｔ＝ｔ６における時間ｔに対するＨ（ｔ）を示す。図３および４は、さまざまの時間の間で直線的な（一定の傾斜）としての動作を示し、これは、説明の目的のためである。実際の動作は、下面２８と透明シート８との間の樹脂の流動様式を最適化するために非直線状でありうる。
図４の下のグラフは、時間ｔ＝ｔ３〜ｔ＝ｔ６においてセンサ２０により検出される動的垂直力Ｆ（ｔ）を示す。ｔ＝ｔ３〜ｔ＝ｔ４において、樹脂６の粘性抵抗によって、透明シート８は、下面２８が上昇されると上方に曲げられる。透明シート８は、弾性的に戻り、結果として力が増加する。樹脂６が最終的に下面２８と透明シート８との間を実質的に流れ始めると、ｔ＝ｔ４〜ｔ＝ｔ５に示されるように力Ｆ（ｔ）が急速に減少する。最終的に、下面２８が透明シート２８からより離れるにつれｔ＝ｔ５〜ｔ＝ｔ６において力Ｆ（ｔ）はよりゆっくりと低下し、力は樹脂６を通る粘性抵抗によるものである。
工程４２に従って、工程４０の信号の分析に応じてかつそれと同時に、ポンプ運動をリアルタイムで調整できる。工程４２は、力曲線Ｆ（ｔ）が最適でないことが分析によって特定されない限り、必ずしも行われない。工程４２が呼び出される多くの実施形態があり、従われるのはいくつかの例示的な実施形態である。
第１の実施形態によれば、ｔ３〜ｔ４の時間ｔに対する力Ｆ（ｔ）について上部制御限界がある。力が高すぎると、製造対象の三次元物品１４および場合によっては透明シート８にまで損傷が生じうる。分析によってＦ（ｔ）の大きさが上部制御限界を超えたことが示されると、ｔに対するＨ（ｔ）の傾斜（取付具１６の上方への平行移動速度に等しい）が低減され、ポンプサイクルについてピークの力（図４において曲線のピークとして示される）が低減される。
第２の実施形態によれば、ｔ３〜ｔ４の時間ｔに対する力Ｆ（ｔ）について上部制御限界がある。工程４０の分析によって傾斜の大きさが上部制御限界を超えることが示されると、上方への平行移動速度（ｔに対するＨ（ｔ）の傾斜）がリアルタイムで低減され、ポンプサイクルについてピークの力が低減される。
第３の実施形態によれば、特定の時間ｔにおいて力Ｆ（ｔ）について下部制御限界が存在する。低すぎる力Ｆ（ｔ）は、悪影響なしに製造対象の三次元物品１４についての構築速度を増加する機会を示す。工程４０の分析によって力Ｆ（ｔ）の大きさが下部制御限界より低いことが示される場合、下面２８の上方への平行移動の速度（時間ｔに対する高さの傾斜Ｈ（ｔ）に等しい）が増加する。
第４の実施形態によれば、ｔ３〜ｔ４の時間ｔに対するＦ（ｔ）の傾斜についての下部制御限界が存在する。低すぎる傾斜は、悪影響なしに製造対象の三次元物品１４についての構築速度を増加する機会を示す。分析によって時間ｔに対するＦ（ｔ）の曲線傾斜が下部制御限界より低いことが示される場合、下面２８の上方への平行移動の速度が増加する。
第５の実施形態によれば、実行されるポンプサイクルは、時間ｔに対する力Ｆ（ｔ）の予想グラフに基づく。分析に基づいて、時間１４が予想より早く生じること−すなわち、力Ｆ（ｔ）が予想よりも早く急速に減少し始めることが特定されうる。次いで、ポンプサイクルは、時間ｔ＝ｔ６およびｔ＝ｔ７を減少することにより一時的に短縮できる。そのようにすることにより、下面２８と透明シート８との間の樹脂の完全な還流を依然として確保しながら、製造対象の三次元物品１４についての構築速度が増加する。
工程４４に従って、ｔ＝ｔ３からｔ＝ｔ７までのポンプサイクルが完了する。工程４４は、実際には、下面が動作距離ＨＯＰに再び位置する工程３２と一致する。工程３２〜４４までのサイクルは、製造対象の三次元物品１４が完成するまで繰り返されてもよい。
工程４６に従って、ポンプサイクルを少なくとも下面２８の幾何学形状およびおそらく他のパラメータと相関させる新しいパラメトリック相関が保存される。この新しいパラメトリック相関は、工程３２から４４までのその後の繰返しに使用できる。このパラメトリック相関は、さまざまの実施形態で行われてもよい。
第１の実施形態において、パラメトリック相関は、ルックアップテーブルにより画定される。第１の実施形態に従って、工程４６は、下面２８の幾何学形状のようなさまざまの入力変数にポンプサイクルを相関させるルックアップテーブルを修正する工程を含む。
第２の実施形態において、パラメトリック相関は、ポンプサイクルを下面２８の幾何学形状に相関させる１つ以上の関数関係により定められる。関数関係は、倍数定数のような関数パラメータを含む。第２の実施形態に従って、工程４６は、１つ以上のパラメータを修正し、それにより関数関係を修正する工程を含む。
第３の実施形態において、パラメトリック相関は、１つ以上のルックアップテーブルおよび１つ以上の関数関係の組合せにより定められる。工程４６は、ルックアップテーブルおよび／または関数関係への修正を含んでもよい。
図５および６は、下面２８の幾何学形状を議論する目的で製造対象の円筒型三次元物品１４の単純な幾何学形状を示すための略図である。樹脂６を含む容器４および製造対象の三次元物品１４の、図５は平面図であり図６は側面図である。必要なポンプ距離Ｄは、製造対象の円形三次元物品１４の外側半径である流入半径Ｒと徐々に相関する。したがって、そのような単純な幾何学形状について、ルックアップテーブルは、ポンプ距離ＤをＲと相関させうる。より複雑な幾何学形状では、そのような単純な相関は有しないが、そのような幾何学形状については等しい流入半径Ｒが評価されうる。方法３０を用いることにより、相関が所定の樹脂６について経時で自動的に改良されうる。
製造対象の三次元物品１４の下面２８が透明シート８の上に上昇されると、矢印４８により示されるように樹脂が流入する。ｔに対する平行移動速度Ｈ（ｔ）が十分に低い大きさの場合、樹脂流動４８様式は層流であり、流動ベクトルは均一に半径方向に内向きの傾向となる。しかしながらｔに対するＨ（ｔ）が所定の閾値より上に増加すると、樹脂流動４８様式は乱流かつ不規則になる。そのような流動様式は最適ではない。最適な樹脂流動４８速度は、流動が乱流になる前の層流についての上限である。工程４２および４６を含む方法３０を行って、樹脂流動４８が層流であり動的力における上限を超えていない平行移動速度（時間ｔに対する高さＨ（ｔ））の最大の大きさを提供することができる。
ポンプサイクルを定める変数は劇的に変化してよい。最適な層流による動作は、多くの変数の相関を必要とする。材料の所定の層の有効半径（流入距離）Ｒは劇的に変化してよい。より小さい有効半径は、１〜５ミリメートルの範囲内でありうる。より大きい有効半径範囲は、５〜５００ミリメートルの範囲内またはそれより大きくてもよい。
樹脂６のレオロジー特性を幾何学形状と組み合わせて、最適なポンプサイクルを特定する。ポンプサイクルは、下面２８の幾何学形状、樹脂６のレオロジー、およびおそらく他の因子に依存して、１００〜３００マイクロメートルほど小さいまたは５００〜５０００マイクロメートルほど大きいポンプ距離を含んでもよい。平行移動速度（時間ｔに対する高さＨ（ｔ）の傾斜）もまた広く変化しうる。許容できる最大の力Ｆ（ｔ）ｍａｘは、樹脂６のレオロジーおよび下面２８の幾何学形状を含む因子の関数である。これは、所定の樹脂レオロジーについて、所定の幾何学形状についての力Ｆ（ｔ）の境界を見いだすことにより特定できる。
上記で説明した具体的な実施形態およびそのアプリケーションは、専ら説明目的のためのものであり、特許請求の範囲に包含される変更形態およびバリエーションを除外するものではない。
他の実施形態
１． 透明シートを有しそれを介して樹脂が照射できる、液状樹脂を含有するための容器；
前記透明シートを介して前記樹脂を選択的に照射するよう配置される光エンジン；
製造対象の３Ｄ物品を支持するための取付具であって、それにより前記３Ｄ物品の下面が前記透明シートと対向する関係で前記樹脂中に浸漬される、取付具；
前記取付具をコントロール可能に平行移動するための移動機構であって、それにより前記製造対象の３Ｄ物品の前記下面と前記透明シートとの間の垂直距離がコントロールできる、移動機構；
前記下面上で動的垂直力を観察するよう構成されるセンサ；
コントローラ
を備え、
前記コントローラが、
（ａ）前記製造対象の３Ｄ物品の前記下面を、前記透明シートからの動作距離に位置づけ；
（ｂ）前記光エンジンを作動し、前記下面上に樹脂の層を選択的に硬化し；
（ｃ）（ａ）および（ｂ）を１回以上繰り返し；
（ｄ）前記移動機構を作動し、Ｄの距離だけ上方に、次いでポンプサイクルに従った動作距離まで下方に、前記下面を平行移動し；
（ｅ）（ｄ）と同時に、前記製造対象の３Ｄ物品の前記下面上に印加される動的力を示す前記センサからの信号を観察し；
（ｆ）前記センサからの前記信号の分析に少なくとも部分的に基づいて、少なくとも１つのポンプサイクルパラメータをアップデートし；
（ｇ）前記製造対象の３Ｄ物品が完成するまで工程（ａ）から（ｆ）までを繰り返す
ように構成されていることを特徴とする、三次元（３Ｄ）プリンタ。
２． 前記センサが、前記取付具に与えられる垂直力を直接測定することを特徴とする、実施形態１に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
３． 前記下面の平行移動速度が、前記センサからの信号に基づいてリアルタイムで調整されることを特徴とする、実施形態１に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
４． 前記センサからの信号が、前記動的力が指定の上部制御限界を超える大きさを有することを示す場合に、前記平行移動速度が減少することを特徴とする、実施形態３に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
５． 前記センサからの信号が、前記動的力が指定の下部制御限界未満の大きさを有することを示す場合に、前記平行移動速度が増加することを特徴とする、実施形態３に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
６． 時間に対する前記動的力の傾斜が下部制御限界未満である場合に、前記平行移動速度が増加することを特徴とする、実施形態３に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
７． 前記動的力が上昇し、次いで、前記下面が前記透明シートから上方に平行移動する間に降下し、該上方への平行移動は、時間に対する前記動的力のリアルタイム分析に応じてリアルタイムで中断されることを特徴とする、実施形態１に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
８． 前記コントローラが、ポンプサイクルを少なくとも前記３Ｄ物品の幾何学形状と相関させるパラメトリック相関に基づいて前記ポンプサイクルを画定するよう構成されることを特徴とする、実施形態１に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
９． 前記センサからの信号が分析され、前記パラメトリック相関がそれに応じてアップデートされることを特徴とする、実施形態８に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
１０． 前記パラメトリック相関のアップデートが、ルックアップテーブルの変更に基づくことを特徴とする、実施形態９に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
１１． 前記パラメトリック相関のアップデートが、新しいルックアップテーブルの指定に基づくことを特徴とする、実施形態９に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
１２． 前記パラメトリック相関のアップデートが、関数パラメータの調整に基づくことを特徴とする、実施形態９に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
１３． 前記パラメトリック相関が、前記分析された信号に応じてアップデートされる倍数パラメータに基づくことを特徴とする、実施形態９に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
１４． 前記工程（ａ）が、距離ｄだけ前記下面を徐々に上昇させる工程を含み、Ｄはｄの４倍に少なくとも等しいことを特徴とする、実施形態１に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
１５． Ｄがｄの１０倍に少なくとも等しいことを特徴とする、実施形態１４に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
１６． 樹脂を含有する容器および前記樹脂の下側部分において透明シートを有する３Ｄプリンタを用いて３Ｄ物品を製造する方法であって、
（ａ）前記３Ｄ物品の下面を前記透明シートの上の構築面に近接して位置付ける工程；
（ｂ）前記透明シートを介して上方にピクセル化された光照射し、前記下面上に樹脂を選択的に硬化する工程；
（ｃ）（ａ）および（ｂ）を１回以上繰り返す工程；
（ｄ）前記下面を前記構築面の上に上昇させ、次いで前記下面を前記構築面に近接するように降下させ、それにより、樹脂が前記下面と前記透明シートとの間で補充される、ポンプサイクルを実行する工程；
（ｆ）前記ポンプサイクルと同時に、該ポンプサイクル中に前記下面上に印加される動的力を示すセンサからの信号を観察する工程；および
（ｇ）前記センサからの前記信号の分析に少なくとも基づいて、ポンプサイクルパラメータをアップデートする工程、
を含むことを特徴とする方法。
１７． 工程（ｄ）中に、前記ポンプサイクルが前記信号に応じてリアルタイムで修正されることを特徴とする、実施形態１６に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
１８． 前記ポンプサイクルをアップデートする工程が、ポンプサイクルパラメータ間の相関および前記３Ｄ物品の幾何学形状を最適化する工程を含むことを特徴とする、実施形態１６に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
１９． 前記ポンプサイクルパラメータが、前記ポンプサイクル中の垂直平行移動速度を含むことを特徴とする、実施形態１６に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
２０． 前記ポンプサイクルパラメータが、前記ポンプサイクルについての垂直平行移動距離Ｄを含むことを特徴とする、実施形態１６に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
他の実施形態
１． 透明シートを有しそれを介して樹脂が照射できる、液状樹脂を含有するための容器；
前記透明シートを介して前記樹脂を選択的に照射するよう配置される光エンジン；
製造対象の３Ｄ物品を支持するための取付具であって、それにより前記３Ｄ物品の下面が前記透明シートと対向する関係で前記樹脂中に浸漬される、取付具；
前記取付具をコントロール可能に平行移動するための移動機構であって、それにより前記製造対象の３Ｄ物品の前記下面と前記透明シートとの間の垂直距離がコントロールできる、移動機構；
前記下面上で動的垂直力を観察するよう構成されるセンサ；
コントローラ
を備え、
前記コントローラが、
（ａ）前記製造対象の３Ｄ物品の前記下面を、前記透明シートからの動作距離に位置づけ；
（ｂ）前記光エンジンを作動し、前記下面上に樹脂の層を選択的に硬化し；
（ｃ）（ａ）および（ｂ）を１回以上繰り返し；
（ｄ）前記移動機構を作動し、Ｄの距離だけ上方に、次いでポンプサイクルに従った動作距離まで下方に、前記下面を平行移動し；
（ｅ）（ｄ）と同時に、前記製造対象の３Ｄ物品の前記下面上に印加される動的力を示す前記センサからの信号を観察し；
（ｆ）前記センサからの前記信号の分析に少なくとも部分的に基づいて、少なくとも１つのポンプサイクルパラメータをアップデートし；
（ｇ）前記製造対象の３Ｄ物品が完成するまで工程（ａ）から（ｆ）までを繰り返す
ように構成されていることを特徴とする、三次元（３Ｄ）プリンタ。
２． 前記センサが、前記取付具に与えられる垂直力を直接測定することを特徴とする、実施形態１に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
３． 前記下面の平行移動速度が、前記センサからの信号に基づいてリアルタイムで調整されることを特徴とする、実施形態１に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
４． 前記センサからの信号が、前記動的力が指定の上部制御限界を超える大きさを有することを示す場合に、前記平行移動速度が減少することを特徴とする、実施形態３に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
５． 前記センサからの信号が、前記動的力が指定の下部制御限界未満の大きさを有することを示す場合に、前記平行移動速度が増加することを特徴とする、実施形態３に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
６． 時間に対する前記動的力の傾斜が下部制御限界未満である場合に、前記平行移動速度が増加することを特徴とする、実施形態３に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
７． 前記動的力が上昇し、次いで、前記下面が前記透明シートから上方に平行移動する間に降下し、該上方への平行移動は、時間に対する前記動的力のリアルタイム分析に応じてリアルタイムで中断されることを特徴とする、実施形態１に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
８． 前記コントローラが、ポンプサイクルを少なくとも前記３Ｄ物品の幾何学形状と相関させるパラメトリック相関に基づいて前記ポンプサイクルを画定するよう構成されることを特徴とする、実施形態１に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
９． 前記センサからの信号が分析され、前記パラメトリック相関がそれに応じてアップデートされることを特徴とする、実施形態８に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
１０． 前記パラメトリック相関のアップデートが、ルックアップテーブルの変更に基づくことを特徴とする、実施形態９に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
１１． 前記パラメトリック相関のアップデートが、新しいルックアップテーブルの指定に基づくことを特徴とする、実施形態９に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
１２． 前記パラメトリック相関のアップデートが、関数パラメータの調整に基づくことを特徴とする、実施形態９に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
１３． 前記パラメトリック相関が、前記分析された信号に応じてアップデートされる倍数パラメータに基づくことを特徴とする、実施形態９に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
１４． 前記工程（ａ）が、距離ｄだけ前記下面を徐々に上昇させる工程を含み、Ｄはｄの４倍に少なくとも等しいことを特徴とする、実施形態１に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
１５． Ｄがｄの１０倍に少なくとも等しいことを特徴とする、実施形態１４に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
１６． 樹脂を含有する容器および前記樹脂の下側部分において透明シートを有する３Ｄプリンタを用いて３Ｄ物品を製造する方法であって、
（ａ）前記３Ｄ物品の下面を前記透明シートの上の構築面に近接して位置付ける工程；
（ｂ）前記透明シートを介して上方にピクセル化された光照射し、前記下面上に樹脂を選択的に硬化する工程；
（ｃ）（ａ）および（ｂ）を１回以上繰り返す工程；
（ｄ）前記下面を前記構築面の上に上昇させ、次いで前記下面を前記構築面に近接するように降下させ、それにより、樹脂が前記下面と前記透明シートとの間で補充される、ポンプサイクルを実行する工程；
（ｆ）前記ポンプサイクルと同時に、該ポンプサイクル中に前記下面上に印加される動的力を示すセンサからの信号を観察する工程；および
（ｇ）前記センサからの前記信号の分析に少なくとも基づいて、ポンプサイクルパラメータをアップデートする工程、
を含むことを特徴とする方法。
１７． 工程（ｄ）中に、前記ポンプサイクルが前記信号に応じてリアルタイムで修正されることを特徴とする、実施形態１６に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
１８． 前記ポンプサイクルをアップデートする工程が、ポンプサイクルパラメータ間の相関および前記３Ｄ物品の幾何学形状を最適化する工程を含むことを特徴とする、実施形態１６に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
１９． 前記ポンプサイクルパラメータが、前記ポンプサイクル中の垂直平行移動速度を含むことを特徴とする、実施形態１６に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
２０． 前記ポンプサイクルパラメータが、前記ポンプサイクルについての垂直平行移動距離Ｄを含むことを特徴とする、実施形態１６に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
２ 三次元プリントシステム
４ 容器
６ 樹脂
８ 透明シート
１０ 下方表面
１２ 光エンジン
１４ 製造対象の三次元物品
１６ 取付具
１８ 移動機構
２０ センサ
２２ コントローラ
４ 容器
６ 樹脂
８ 透明シート
１０ 下方表面
１２ 光エンジン
１４ 製造対象の三次元物品
１６ 取付具
１８ 移動機構
２０ センサ
２２ コントローラ
Claims (14)
- 透明シートを有しそれを介して樹脂が照射できる、液状樹脂を含有するための容器；
前記透明シートを介して前記樹脂を選択的に照射するよう配置される光エンジン；
製造対象の３Ｄ物品を支持するための取付具であって、それにより前記３Ｄ物品の下面が前記透明シートと対向する関係で前記樹脂中に浸漬される、取付具；
前記取付具をコントロール可能に平行移動するための移動機構であって、それにより前記製造対象の３Ｄ物品の前記下面と前記透明シートとの間の垂直距離がコントロールできる、移動機構；
前記下面上で動的垂直力を観察するよう構成されるセンサ；
コントローラ
を備え、
前記コントローラが、
（ａ）前記製造対象の３Ｄ物品の前記下面を、前記透明シートからの動作距離に位置づけ；
（ｂ）前記光エンジンを作動し、前記下面上に樹脂の層を選択的に硬化し；
（ｃ）（ａ）および（ｂ）を１回以上繰り返し；
（ｄ）前記移動機構を作動し、Ｄの距離だけ上方に、次いでポンプサイクルに従った動作距離まで下方に、前記下面を平行移動し；
（ｅ）（ｄ）と同時に、前記製造対象の３Ｄ物品の前記下面上に印加される動的力を示す前記センサからの信号を観察し；
（ｆ）前記センサからの前記信号の分析に少なくとも部分的に基づいて、少なくとも１つのポンプサイクルをアップデートし；
（ｇ）前記製造対象の３Ｄ物品が完成するまで工程（ａ）から（ｆ）までを繰り返す
ように構成され、
前記コントローラが、前記ポンプサイクルを少なくとも前記３Ｄ物品の下面の幾何学形状と相関させるパラメトリック相関に基づいて前記ポンプサイクルを画定するよう構成される
ことを特徴とする、三次元（３Ｄ）プリンタ。 - 前記センサが、前記取付具に与えられる垂直力を直接測定することを特徴とする、請求項１に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
- 前記下面の平行移動速度が、前記センサからの信号に基づいてリアルタイムで調整されることを特徴とする、請求項１または２に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
- 前記センサからの信号が、前記動的力が指定の上部制御限界を超える大きさを有することを示す場合に、前記平行移動速度が減少することを特徴とする、請求項３に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
- 前記センサからの信号が、前記動的力が指定の下部制御限界未満の大きさを有することを示す場合に、前記平行移動速度が増加することを特徴とする、請求項３に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
- 時間に対する前記動的力の傾斜が下部制御限界未満である場合に、前記平行移動速度が増加することを特徴とする、請求項３に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
- 前記動的力が上昇し、次いで、前記下面が前記透明シートから上方に平行移動する間に降下し、該上方への平行移動は、時間に対する前記動的力のリアルタイム分析に応じてリアルタイムで中断されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
- 前記センサからの信号が分析され、前記パラメトリック相関がそれに応じてアップデートされることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
- 前記パラメトリック相関のアップデートが、ルックアップテーブルの変更に基づくことを特徴とする、請求項８に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
- 前記パラメトリック相関のアップデートが、新しいルックアップテーブルの指定に基づくことを特徴とする、請求項８に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
- 前記パラメトリック相関のアップデートが、関数パラメータの調整に基づくことを特徴とする、請求項８に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
- 前記パラメトリック相関が、前記分析された信号に応じてアップデートされる倍数パラメータに基づくことを特徴とする、請求項８に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
- 前記工程（ａ）が、距離ｄだけ前記下面を徐々に上昇させる工程を含み、Ｄはｄの４倍に少なくとも等しいことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
- Ｄがｄの１０倍に少なくとも等しいことを特徴とする、請求項１３に記載の三次元（３Ｄ）プリンタ。
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