JP6889155B2 - ライティングパネルを有する継続的液体相間印刷用のビルドプレートアセンブリー、及び関連した方法、システム並びにデバイス - Google Patents
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Description
本出願は、2015年9月25日に出願された米国仮特許出願第62/232,783号の優先権を主張し、その開示はここに引用することによりその全体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及び装置に関する。
本発明を実現するために、任意の好適な重合性液体が使用され得る。液体(本明細書では「液体樹脂」、「インク」、又は単に「樹脂」と呼ばれる場合もある)は、モノマー、特に光重合性モノマー及び/又はフリーラジカル重合性モノマー、並びにフリーラジカル開始剤等の適切な開始剤、並びにこれらの組み合わせを含み得る。例としてアクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、アクリルアミド、スチレン系樹脂、オレフィン、ハロゲン化オレフィン、環状アルケン、無水マレイン酸、アルケン、アルキン、一酸化炭素、官能性オリゴマー、多官能性硬化部位モノマー、官能性PEG等、及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、モノマー及び開始剤の例として、米国特許第8,232,043号、同第8,119,214号、同第7,935,476号、同第7,767,728号、同第7,649,029号、国際公開第2012/129968A1号、中国特許第102715751A号、特開2012−210408A号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。
本発明の装置の非限定的な実施形態が図2に示されている。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ー(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。下記にてさらに詳しく論ずるとおり、チャンバー15の底部は、半透過性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。
本発明の方法及び装置は、例えば該方法の速度及び/又は信頼性を高めるために、フィードバック制御並びに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及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)キャリア及びビルドプレートを用意する工程(前記ビルドプレートは半透過性部材を含み、前記半透過性部材はビルド面及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(同時及び/又は順次の)(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)、並びに(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ように移動させて、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)までの継続及び/又は反復により、互いに接着した状態の重合領域の堆積の継続又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。
本発明の一実施形態では、重合性液体によるビルド領域の再充填を確かにする又は速くするために、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(又は振動させる)(すなわち、この2つを互いを基準に縦方向に往復運動させる)。そのような往復運動又は振動(これらの2つの用語は本明細書において同義的に使用される)は、それらが重合性液体のビルド面への供給を確かにするように構成される限り、互いを基準に、均一及び不均一並びに/又は周期的若しくは非周期的を含む任意の好適な構成のものであってもよい。
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。一部の実施形態において、製作速度を高めるため、光はビルド領域に集中又は「合焦」される。これは対物レンズ等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及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等)及び光学装置(対物レンズ等)を含むアセンブリーを意味し得る。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等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、動作の複数のゾーン又はセグメントを通して三次元物体の形成を実行し得る。そのような方法は、一般に、
(a)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する工程であって、キャリア及びビルド面は、その間をビルド領域として画定し、キャリアは、開始位置においてビルド面に隣接して、及びそこから離間して位置付けられる、工程と;次いで
(b)
(i)ビルド領域を重合性液体で充填すること、
(ii)光学的に透明な部材を介してビルド領域に光を照射する(例えば単一の露光により)一方で、
(iii)キャリアを静止状態に維持する、又は第1の累積移動速度でキャリアをビルド面から離れる方向に移動させ、それにより重合性液体からキャリアに接着した物体の固体ポリマー接着セグメントを形成すること
により、三次元物体の接着セグメントを形成する工程と;次いで
(c)任意選択であるが好ましくは、
(i)ビルド領域を重合性液体で充填すること、
(ii)光学的に透明な部材を介してビルド領域に光を継続的又は断続的に照射すること、及び
(iii)第2の累積移動速度でキャリアをビルド面から離れる方向に継続的又は断続的に移動させて(例えば、照射工程と順次又は同時に)、それにより重合性液体から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形成すること
により、三次元物体の遷移セグメントを形成する工程であって;
第2の累積移動速度は、第1の累積移動速度より大きい、工程と;次いで、
(d)
(i)ビルド領域を重合性液体で充填すること、
(ii)光学的に透明な部材を介してビルド領域に光を継続的又は断続的に照射すること、及び
(iii)第3の累積移動速度でキャリアをビルド面から離れる方向に継続的又は断続的に移動させて(例えば、照射工程と順次又は同時に)、それにより重合性液体から遷移セグメントとビルド面との間に物体の本体セグメントを形成すること
により、三次元物体の本体セグメントを形成する工程であって;
第3の累積移動速度は、第1及び/又は第2の累積移動速度より大きい、工程と
を含む。
前述のとおり、一部の実施形態において、本発明は、断続的期間又はバーストでの照明で実行されてもよい。一実施形態において、そのような方法は、
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する工程であって、キャリア及びビルド面は、その間をビルド領域として画定する、工程と、
ビルド領域を重合性液体で充填する工程と、
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する工程であって、これによって重合性液体から固体ポリマーを形成する、工程と、
キャリアをビルド面から離れる方向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工程と
を含む。
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する工程であって、キャリア及びビルド面は、その間をビルド領域として画定する、工程と、
ビルド領域を重合性液体で充填する工程と、
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する工程であって、これによって重合性液体から固体ポリマーを形成する、工程と、
キャリアをビルド面から離れる方向に継続的又は断続的に移動させて(例えば、照射工程と順次又は同時に)、固体ポリマーから三次元物体を形成する工程と
を含む。
動作モード(すなわち、照射及び移動の様式を定義するパターン)は、三次元物体(すなわちその主要部分又は「本体部分」)を製作する過程で、その三次元物体の各連続セグメントの特定の幾何構造に最適となるように(特にその幾何構造は製作の過程において変化するため)変更されてもよい。
物体の高密度部分又はセグメント(例えば完全固体部分、又は高密度フォーム若しくは格子部分)を製作するためには、より大きいポンプ高さが好ましくなり得;
物体の中空、メッシュ充填、連続気泡フォーム又は開放格子部分等の、物体の希薄な(又はより低密度の)セグメント又は部分には、より速いポンプ速度が好ましくなり得;
形成の全体的速度又は比率が増加された場合、増加されたリード及び遅延時間が好ましくなり得る。そのようなパラメーターを変化させるための付加的な理由は、上及び下に示されている。
前述のとおり、本明細書に記載の方法及びプロセスは、三次元物体の形成中、固定スライス厚ではなく様々なスライス厚での入力に有利に対応し、それにより方法及び装置の動作が単純化され得、特に、方法を実行するための装置に対する電子的又はコンピューターで生成された命令が単純化され得る。例えば、細かい微細部分及びより微細でない部分、又は比較的一定の部分の両方を含む物体の場合、スライス厚は、微細部分ではより薄く、また比較的一定の部分ではより厚くなり得る。
本発明の方法及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、仕上がり生産物若しくは実質的仕上がり生産物であるか、又は表面処理、レーザー切断、放電マシニング等、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又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又は「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」へ意図的に分断線又は開裂線を導入することができる。
任意の好適な材料を使用して、複数層ビルドプレート及び/又は2種以上の材料で形成されたビルドプレートを含む、本明細書に記載のビルドプレートを形成することができる。例えば、可撓性層(単独で、又は付加的な支持部若しくは層と共に使用される)は、架橋シリコーンエラストマーコーティング(例えば室温加硫(RTV)シリコーン)を有するガラス布(ガラス繊維又はe−ガラス)を含んでもよく、このコーティングは、機械的耐久性を提供するためにガラス繊維布に若干浸透され得る。シリコーンエラストマー(ゴム)の酸素透過性は、Teflon(登録商標)AF−2400と同様である。そのような構成は、単独で、又はガラスプレートに貼り付けられて(接着剤により接着されて)使用されてもよく、布の非充填エリアが空気(酸素)流に利用可能である。スルホン化テトラフルオロエチレン系フルオロポリマー−コポリマー、例えばDupontからのNafion(登録商標)もまた使用可能である。
一部の実施形態において、雰囲気を重合阻害剤、例えば酸素で高濃度化することが使用されてもよい。例えば、酸素高濃度化源を使用して、例えばビルドプレートの下で低減された全ガス圧にもかかわらず高い酸素分圧を維持する、又は、より透過性の低いビルドウィンドウを可能にする一方でビルド領域に十分な酸素又は他の重合阻害剤を存在させることができる。
ビルドプレート表面又はビルド領域においてオムニフォビックな(omniphobic)表面が使用されてもよい。例えば、毛管力により表面に支持又は保持された非混和性流体を含有するパターン化された表面(粒子のランダムアレイ又はマイクロパターン化表面)が使用されてもよい。そのような表面は、表面に沿って浮遊する表面上の流体をもたらし得る。そのような表面の例は、米国特許第8,535,779号及び同第8,574,704号に記載されており、これらの開示はここに引用することによりそれら全体が本明細書の一部をなすものとする。
本発明による実施形態は、半透過性(又はガス透過性)部材(例えばTEFLON AF(登録商標)フルオロポリマー等のパーフルオロポリマー)を含むビルドプレート上の可撓性層に関して説明されているが、任意の好適な可撓性材料が、単独で(引張部材又は「ドラムヘッド」構成と共に)、又はクラス等の別の強化基板の上に設置されて使用され得ることが理解されるべきである。例えば、透明な弾力性のある紙、例えばグラシンが使用されてもよい。グラシンは、スーパーカレンダー処理された、十分に水和したセルロース繊維で形成された比較的透明な耐油紙である。グラシンは、可塑化されてもよく、及び/又はワックス若しくは上塗り剤でコーティングされてもよい。グラシンは、ガス透過性であってもよい。一部の実施形態において、グラシンは、架橋シリコーンエラストマー又はパーフルオロポリマー、例えばTEFLON AF(登録商標)フルオロポリマーの薄層でコーティングされてもよい。グラシン紙は、実質的に耐油性であり、本明細書に記載の重合性液体に対する制限された接着性を有し得る。
図2は、光源としてデジタルライトプロセッシング(DLP)システムを有する3D印刷デバイスを例示しているが、一部の実施形態において、ライティングパネル光源が使用されてもよい。特に、ビルドプレートの下部層、例えば図22〜25に示されるビルドプレートにおけるベース層は、ビルド領域内の樹脂を照射するためにライティングパネルのディスプレイスクリーンとして使用され得る。例えば、図22〜23に例示されるように、形成されたビルドプレートのベース層は、ライティングパネルのスクリーンを形成するために使用されてもよい。一部の実施形態において、ベース層は省略されてもよく、ライティングパネルがベース層と同様の機能性及び支持を提供してもよい。図24〜25に例示されるように、ライティングパネル900は、ベース層の底部に位置し、光源制御装置950に接続されてもよい。
断続的な照射及び移動による継続的な造形
本発明の一プロセスが図6に例示されており、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、縦方向移動又は移動工程(キャリア又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)が継続的かつ一方向であり、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又は活性表面から発生し、したがって物品内での「層毎の」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ための、移動過程での往復運動の採用による継続的な造形
本発明のさらなる一実施形態が、図8で例示されている。上記の実施例10同様、この実施形態でも、移動工程を段階的に実行し、キャリア及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1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、移動及び照射の一時停止中にデッドゾーン及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及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、アップストローク及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、製作する部品又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及び/又は製作する部品の品質増進のため、アップストローク及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9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進的加速が発生し、ダウンストローク中に漸進的減速が発生するようにする。
複数のゾーンにおける製作
図10は、第1のベース(又は「接着」)ゾーン、任意選択の第2の遷移ゾーン、及び第3の本体ゾーンを通した、前述のような方法による三次元物体の製作過程における時間(t)にわたるキャリアの移動(z)を概略的に例示している。三次元物体を形成するプロセス全体は、このように3つ(又は2つ)の直接連続したセグメント又はゾーンに分割される。ゾーンは、好ましくは重合の傾斜がゾーン間で遮断されないように、好ましくは3つのゾーン間の一時停止による実質的な遅延(例えば、5又は10秒超)なしで継続的な順序で実行される。
断続的(又は「ストロボ」)照明による製作
「ストロボ」動作モードの目的は、光又は放射線の全体的曝露量が別様に実質的に同じに維持されるように、光源又は放射線源がオン又は活性である時間の量を低減し(例えば、三次元物体の製作を完了するのに必要な合計時間の80、70、60、50、40、又は30パーセント以下まで)、その強度を増加させる(そのような活性な照明又は放射線の時間低減なしで移動が同じ累積速度で実行される場合に必要な強度と比較して)ことである。これにより、樹脂は、同時に硬化しようとすることなくビルド領域内に流動する時間がより長くなる。ストロボモードの技法は、下記にてさらに詳しく論ずるとおり、継続、段階、及び振動モードを含む本明細書において前述された既存の一般動作モードのいずれにも適用され得る。
製作中のプロセスパラメーターの変更
上記実施例の方法において、本体ゾーンの間の動作条件は、ゾーン全体にわたり一定であるように示されている。しかしながら、下記にてさらに詳しく論ずるとおり、本体ゾーン又はセグメントの過程で、様々なパラメーターが改変又は修正され得る。
製作中のスライス厚の変更
本発明の方法において、スライス厚は、一定に保持されてもよく、又は動作モードのいずれかにおいて変更されてもよい。例を図21Aから21Fに示すが、水平の破線は、三次元物体の形成中の各連続スライス(異なる曝露又は照明フレーム又はパターンに対応する)からの遷移を表す。
出願当初の特許請求の範囲に記載された請求項は、以下の通りであった。
請求項1:
三次元プリンター用のビルドプレートアセンブリーであって、
ピクセルの下の照明からライティングパネルの上面上面に選択的に光を発生及び/又は光を透過させるように構成された、個々にアドレス可能なピクセルを有する、ライティングパネルと、
不均一表面トポロジーを有する上側表面、及び前記ライティングパネルの前記上面に貼り付けられた下側表面を有する、剛性の光学的に透明なガス不透過性平面スクリーン又はベースと、
上側及び下側表面を有する可撓性の光学的に透明なガス透過性シートであって、前記上側表面は、三次元物体を形成するためのビルド面を備え、前記シートの下側表面は、前記ベースと対向して位置し、前記ビルドプレートは、前記ビルド面へのガスの流れを許容するように構成される、シートと
を備えるビルドプレートアセンブリー。
請求項2:
前記ガス透過性シートと前記ベースとの間の接着剤層と、その中にチャネルを画定するチャネル層とをさらに備える請求項1に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項3:
前記チャネル層が、透過性ポリマー(例えばポリ(ジメチルシロキサン)(PDMS))等の透過性材料を含む請求項1又は2に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項4:
前記チャネル層が、前記接着剤に対向する底面上にチャネルを画定する請求項1から3のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項5:
前記チャネル層が、化学結合(例えば、酸素プラズマ処理、UVオゾン処理及び/又は湿潤化学処理を含む酸化処理)により前記ベースに接着されている請求項1から4のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項6:
前記接着剤層が、ガス透過性接着剤を含む請求項1から5のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項7:
前記接着剤層が、ポリ(ジメチルシロキサン)(PDMS)フィルム(例えばシリコーン転写フィルム接着剤)を含む請求項1から6のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項8:
ベースが、上部及び底部を備え、前記上部は、前記表面トポロジーを提供するパターン化された剛性ポリマーを含み、前記上部は、前記底部に接着されている請求項1から7のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項9:
前記上部が、第1の材料を含み、前記底部が、前記第1の材料とは異なる第2の材料を含む請求項8に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項10:
前記第2の材料が、サファイア、ガラス及び/又は石英を含む請求項8又は9に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項11:
前記チャネル層と前記ベースとの間に、前記ビルド面の弾性を増加させるように構成されたエラストマー層をさらに備える請求項1から10のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項12:
前記透過性シート及び/又はチャネル層が、酸素を感知するための蛍光酸素感知粒子を含むPDMS複合材を含む請求項1から11のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項13:
前記透過性シート、エラストマー層及び/又はチャネル層が、前記ビルドプレートの一部を加熱するための電気伝導性粒子を含むPDMS複合材を含む請求項1から12のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項14:
前記ライティングパネルが、LCDパネルを含む請求項1から13のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項15:
前記ライティングパネルが、OLEDパネルを含む請求項1から14のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項16:
前記ライティングパネルが、紫外線LED光源アレイを含む請求項1から15のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項17:
前記ライティングパネルが、グレースケールライティングパネルである請求項1から16のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項18:
前記ビルドプレート内に、前記ライティングパネルの前記個々にアドレス可能なピクセルに対応する光ガイドをさらに備える請求項1から17のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項19:
前記表面トポロジーが、前記平面ベースと前記ガス透過性シートの一部との間に所定の隙間を維持するように構成されたランダム又はパターン化された特徴を含む請求項1から18のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項20:
前記ガス透過性シートが、厚さを含み、前記隙間が、前記シートの前記厚さの5倍以内である請求項1から19のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項21:
前記平面ベースと前記ガス透過性シートとの間の領域が、前記平面ベースと前記ガス透過性シートとの間の隙間領域を含み、ガスの流れを増加させると共に前記ガス透過性シート上の湿潤面積を低減するのに十分な隙間が維持される請求項2又は3に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項22:
前記表面トポロジーが、不規則及び/又はランダムな特徴を有する粗面を含む請求項1から21のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項23:
前記平面ベースが、酸素不透過性である請求項1から22のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項24:
前記ガス透過性シートが、酸素透過性である請求項1から23のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項25:
前記平面ベースの前記表面トポロジーが、機械的研磨、化学薬品、エッチング及び/又はレーザー切断により形成されたものである請求項1から24のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項26:
前記表面トポロジーが、前記平面ベースの面積の約0.1%〜約20%を占める陥凹部又は突出部を含む請求項1から25のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項27:
前記表面トポロジーが、深さ0.1〜5μmの高さ又は深度を有する陥凹部又は突出部を含む請求項1から26のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項28:
前記表面トポロジーが、約1〜約10μmの直径を有する陥凹部又は突出部を含む請求項1から27のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項29:
前記ビルド面へのガスの流れを増加させる前記表面トポロジーが、ベースの上側表面上にある、請求項1から28のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項30:
前記ビルド面へのガスの流れを増加させる前記表面トポロジーが、シートの下側表面上にある、請求項1から29のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項31:
前記シートの厚さが、約150μm未満である、請求項1から30のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項32:
前記ベースが、サファイア、ガラス、石英又はポリマーを含む、請求項1から31のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項33:
前記シートが、フルオロポリマー(例えばパーフルオロポリエーテルポリマー)を含む、請求項1から32のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項34:
前記表面トポロジーが、20%未満、15%未満又は10%未満の光散乱角を有する請求項1から33のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
請求項35:
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する工程であって、前記キャリア及び前記ビルド面は、そ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、
前記光学的に透明な部材を介して前記ビルド領域に光を継続的又は断続的に照射する工程であって、これによ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又は断続的に移動させて(例えば、前記照射工程と順次又は同時に)、前記固体ポリマーから前記三次元物体を形成する工程とを含み、
前記光学的に透明な部材は、請求項1から34のいずれか1項に記載のビルドプレートを含む、方法。
請求項36:
前記充填工程、照射工程及び/又は移動工程が、
(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かつこれらと相互に接触している、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35に記載の方法。
請求項37:
前記重合領域が接着した前記キャリアが、静止状態の前記ビルドプレート上の前記ビルド面から離れるように一定方向に移動される請求項35に記載の方法。
請求項38:
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請求項35に記載の方法。
請求項39:
前記縦方向に往復運動させる工程が、アップストローク及びダウンストロークを含み、前記アップストロークの距離は前記ダウンストロークの距離より長く、それにより前記移動工程の一部又は全部が同時に実行される請求項38に記載の方法。
請求項40:
前記縦方向に往復運動させる工程が、アップストロークを含み、前記アップストロークの速度は、前記アップストロークの間のある期間にわたり加速する請求項35から39のいずれか1項に記載の方法。
請求項41:
前記アップストロークが、徐々に開始する請求項40に記載の方法。
請求項42:
前記縦方向に往復運動させる工程が、ダウンストロークを含み、前記ダウンストロークの速度は、前記ダウンストロークの間のある期間にわたり減速する請求項35から41のいずれか1項に記載の方法。
請求項43:
前記ダウンストロークが、徐々に終了する請求項42に記載の方法。
請求項44:
前記縦方向に往復運動させる工程が、0.01若しくは0.1秒〜最長1若しくは10秒間の合計時間にわたり、及び/又は0.02若しくは0.2ミリメートル〜1若しくは10ミリメートルのアップストロークの移動距離にわたり実行される請求項18から26のいずれか1項に記載の方法。
請求項45:
前記移動が、断続的に、毎分1、2、5又は10回の個別移動から、毎分最大300、600又は1000回の個別移動の比率で実行され、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18から27のいずれか1項に記載の方法。
請求項46:
前記個別の移動がそれぞれ、毎回の移動につき10又は50ミクロン〜100又は200ミクロンの平均移動距離にわたり実行される請求項28に記載の方法。
請求項47:
前記ビルド面が、側方(例えば、X及びY)次元において固定及び静止状態である請求項18から29のいずれか1項に記載の方法。
請求項48:
前記ビルド面が、縦方向(又はZ)次元において固定及び静止状態である請求項18から30のいずれか1項に記載の方法。
請求項49:
前記光学的に透明な部材が、半透過性部材を含み、前記デッドゾーンの継続的な維持が、前記デッドゾーン及び前記重合の傾斜を維持するのに十分な量での前記光学的に透明な部材を介した重合阻害剤の供給によって行われる請求項18から31のいずれか1項に記載の方法。
請求項50:
前記光学的に透明な部材が、半透過性フルオロポリマー、剛性ガス透過性ポリマー、多孔質ガラス、又はそれらの組み合わせを含む請求項18から32のいずれか1項に記載の方法。
請求項51:
前記重合の傾斜ゾーン及び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18から33のいずれか1項に記載の方法。
請求項52:
前記重合の傾斜ゾーンが、少なくとも5、10、20、若しくは30秒、又は少なくとも1若しくは2分間維持される請求項18から34のいずれか1項に記載の方法。
請求項53:
前記三次元物体に開裂線を形成するのに十分な時間にわた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18から35のいずれか1項に記載の方法。
請求項54:
前記重合性液体を加熱して、前記ビルド領域におけるその粘度を低減する工程をさらに含む請求項18から36のいずれか1項に記載の方法。
請求項55:
前記半透過性部材が、0.1〜100ミリメートルの厚さを有し、及び/又は
前記半透過性部材が、少なくとも7.5×10 −17 m 2 s −1 Pa −1 (10Barrers)の酸素に対する透過性を有し、及び/又は
前記半透過性部材が、半透過性フルオロポリマー、剛性ガス透過性ポリマー、多孔質ガラス、若しくはそれらの組み合わせで形成される請求項18から37のいずれか1項に記載の方法。
請求項56:
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、又は
前記重合性液体が酸触媒液体又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18から38のいずれか1項に記載の方法。
請求項57:
重合性液体から三次元物体を形成するための装置であって、
(a)支持部と、
(b)前記支持部と動作可能に関連付けられたキャリアであって、その上に前記三次元物体が形成されるキャリアと、
(c)ビルド面を有する光学的に透明な部材であって、前記ビルド面及び前記キャリアは、その間をビルド領域として画定する、光学的に透明な部材と、
(d)前記ビルド面と動作可能に関連付けられ、固化又は重合のために前記ビルド領域内に液体ポリマーを供給するように構成された液体ポリマー供給部(例えばウェル)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に構成された放射線源と、
(f)任意選択で、前記透明な部材又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つの駆動部と、
(g)前記キャリアを前記ビルド面から離れる方向に移動させて、前記固体ポリマーから前記三次元物体を形成するために、前記キャリア、及び/又は任意選択で前記少なくとも1つの駆動部、及び前記放射線源と動作可能に関連付けられた制御装置とを備え、
前記光学的に透明な部材は、請求項1から34のいずれか1項に記載の光学的に透明なガス不透過性平面スクリーン又はベースを有するビルドプレートを備え、前記放射線源は、前記平面スクリーンを備える装置。
請求項58:
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振動させる又は往復運動させるようにさらに構成される請求項57に記載の装置。
請求項59:
前記制御装置は、前記充填、移動、及び/又は照射工程と同時に、前記固体ポリマーから前記三次元物体を形成すると共に、(i)重合性液体のデッドゾーンの前記ビルド面との接触を継続的に維持し、(ii)前記デッドゾーンと前記固体ポリマーとの間の、またそのそれぞれと接触した重合の傾斜ゾーンを継続的に維持するようにさらに構成され、前記重合の傾斜ゾーンは、部分的に硬化した形態の前記重合性液体を含む請求項57に記載の装置。
請求項60:
前記ビルドプレートが、実質的に固定又は静止状態である請求項57から59のいずれか1項に記載の装置。
請求項61:
前記半透過性部材が、上面部分、底面部分、及び端面部分を備え、
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、及び前記端面部分の少なくとも1つの上にある、請求項57から60のいずれか1項に記載の装置。
請求項62:
前記光学的に透明な部材が、半透過性部材を含む請求項57から61のいずれか1項に記載の装置。
請求項63:
前記半透過性部材が、0.1〜100ミリメートルの厚さを有し、及び/又は
前記半透過性部材が、少なくとも7.5×10 −17 m 2 s −1 Pa −1 (10Barrers)の酸素に対する透過性を有し、及び/又は
前記半透過性部材が、半透過性フルオロポリマー、剛性ガス透過性ポリマー、多孔質ガラス、若しくはそれらの組み合わせで形成される請求項62に記載の装置。
Claims (21)
- 三次元プリンター用のビルドプレートアセンブリーであって、
ピクセルの下の照明からライティングパネルの上面に選択的に光を発生及び/又は光を透過させるように構成された、個々にアドレス可能なピクセルを有する、ライティングパネルと、
上側表面、及び前記ライティングパネルの前記上面に貼り付けられた下側表面を有する、剛性の光学的に透明なガス不透過性平面スクリーン又はベースと、
上側及び下側表面を有する可撓性の光学的に透明なガス透過性シートであって、前記上側表面は、三次元物体を形成するためのビルド面を備え、前記シートの下側表面は、前記ベースと対向して位置し、前記ビルドプレートは、前記ビルド面へのガスの流れを許容するように構成される、シートと、
前記ガス透過性シートと前記ベースとの間の接着剤層と、その中にチャネルを画定するチャネル層と
を備え、
前記ライティングパネルが、グレースケールライティングパネルであるビルドプレートアセンブリー。 - 前記ベースの上側表面及び/又は前記ガス透過性シートの下側表面が、前記ガス透過性シートへのガスの流れを増加させる表面トポロジーを有する請求項1に記載のビルドプレートアセンブリー。
- 前記チャネル層が、透過性材料(例えば、透過性ポリマー)を含む請求項1又は2に記載のビルドプレートアセンブリー。
- 前記チャネル層が、透過性ポリマー(例えばポリ(ジメチルシロキサン)(PDMS))を含む請求項3に記載のビルドプレートアセンブリー。
- 前記チャネル層が、前記接着剤に対向する底面上にチャネルを画定する請求項3又は4に記載のビルドプレートアセンブリー。
- 前記チャネル層が、化学結合(例えば、酸素プラズマ処理、UVオゾン処理及び/又は湿潤化学処理を含む酸化処理)により前記ベースに接着されている請求項3から5のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
- 前記接着剤層が、ガス透過性接着剤を含む請求項3から6のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
- 前記接着剤層が、ポリ(ジメチルシロキサン)(PDMS)フィルム(例えばシリコーン転写フィルム接着剤)を含む請求項3から7のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
- 前記ベースが、上部及び底部を備え、前記上部は、前記表面トポロジーを提供するパターン化された剛性ポリマーを含み、前記上部は、前記底部に接着されている請求項2又は請求項2に従属する請求項3から8のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
- 前記上部が、第1の材料を含み、前記底部が、前記第1の材料とは異なる第2の材料を含む請求項9に記載のビルドプレートアセンブリー。
- 前記第2の材料が、サファイア、ガラス及び/又は石英を含む請求項10に記載のビルドプレートアセンブリー。
- 前記チャネル層と前記ベースとの間に、前記ビルド面の弾性を増加させるように構成されたエラストマー層をさらに備える請求項3又は請求項3に従属する請求項4から11のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
- 前記透過性シート及び/又はチャネル層が、酸素を感知するための蛍光酸素感知粒子を含むPDMS複合材を含む請求項3から12のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
- 前記透過性シート、エラストマー層及び/又はチャネル層が、前記ビルドプレートの一部を加熱するための電気伝導性粒子を含むPDMS複合材を含む請求項3から13のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
- 前記ライティングパネルが、LCDパネル、OLEDパネル、又は紫外線LED光源アレイを含む請求項1から14のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
- 前記ビルドプレート内に、前記ライティングパネルの前記個々にアドレス可能なピクセルに対応する光ガイドをさらに備える請求項1から15のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
- 前記表面トポロジーが、1〜10μmの直径を有する陥凹部又は突出部を含む請求項2又は請求項2に従属する請求項3から16のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
- 前記表面トポロジーが、20%未満、15%未満又は10%未満の光散乱角を有する請求項2又は請求項2に従属する請求項3から17のいずれか1項に記載のビルドプレートアセンブリー。
- 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する工程であって、前記キャリア及び前記ビルド面は、そ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、
前記光学的に透明な部材を介して前記ビルド領域に光を継続的又は断続的に照射する工程であって、これによ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又は断続的に移動させて(例えば、前記照射工程と順次又は同時に)、前記固体ポリマーから前記三次元物体を形成する工程とを含み、
前記光学的に透明な部材は、請求項1から18のいずれか1項に記載のビルドプレートを含む、方法。 - 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請求項19に記載の方法。
- 重合性液体から三次元物体を形成するための装置であって、
(a)支持部と、
(b)前記支持部と動作可能に関連付けられたキャリアであって、その上に前記三次元物体が形成されるキャリアと、
(c)ビルド面を有する光学的に透明な部材であって、前記ビルド面及び前記キャリアは、その間をビルド領域として画定する、光学的に透明な部材と、
(d)前記ビルド面と動作可能に関連付けられ、固化又は重合のために前記ビルド領域内に液体ポリマーを供給するように構成された液体ポリマー供給部(例えばウェル)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に構成された放射線源と、
(f)前記透明な部材又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つの駆動部と、
(g)前記キャリアを前記ビルド面から離れる方向に移動させて、前記固体ポリマーから前記三次元物体を形成するために、前記キャリア、及び/又は任意選択で前記少なくとも1つの駆動部、及び前記放射線源と動作可能に関連付けられた制御装置とを備え、
前記光学的に透明な部材は、請求項1から18のいずれか1項に記載の光学的に透明なガス不透過性平面スクリーン又はベースを有するビルドプレートを備え、前記放射線源は、前記平面スクリーンを備える装置。
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