特許 6861295 最適化機械制御信号を提供するために画像情報を処理する三次元プリンタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6861295

(24)【登録日】2021年3月31日

(45)【発行日】2021年4月21日

(54)【発明の名称】最適化機械制御信号を提供するために画像情報を処理する三次元プリンタ

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/129 20170101AFI20210412BHJP

   B29C 64/386 20170101ALI20210412BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20210412BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20210412BHJP

   B33Y 50/00 20150101ALI20210412BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20210412BHJP

【ＦＩ】

   B29C64/129

   B29C64/386

   B29C64/393

   B33Y30/00

   B33Y50/00

   B33Y50/02

【請求項の数】18

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2019-548704(P2019-548704)

(86)(22)【出願日】2018年3月26日

(65)【公表番号】特表2020-512210(P2020-512210A)

(43)【公表日】2020年4月23日

(86)【国際出願番号】US2018024298

(87)【国際公開番号】WO2018183174

(87)【国際公開日】20181004

【審査請求日】2019年11月1日

(31)【優先権主張番号】62/477,771

(32)【優先日】2017年3月28日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】597013711

【氏名又は名称】スリーディー システムズ インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100139723

【弁理士】

【氏名又は名称】樋口 洋

(72)【発明者】

【氏名】ポッドガースキー，ニカロス

(72)【発明者】

【氏名】ジョンソン，マーティン アラン

【審査官】 関口 貴夫

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１４−５０１６４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０５９２２５８７（ＣＮ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０３５２７９１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−２２００８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１９−５１８６３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｃ ６４／００−６４／４０

Ｇ０６Ｆ １７／５０

Ｂ３３Ｙ １０／００、３０／００、５０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

製造対象の三次元物体を製造するための三次元プリントシステムであって、
光硬化樹脂を含有するための容器；
光エンジン；
前記三次元プリントシステムの部品を機械的に移動するための移動機構；および
コントローラ、
を備え、
前記コントローラは、
初期外側境界を有する二次元物体を画定する入来スライスデータアレイを受け取る工程；
イメージングデータ経路に沿って前記入来スライスデータアレイを処理する工程であって、さらに、
前記入来スライスデータアレイを前記光エンジンについての制御信号に変換する工 程；および
前記制御信号を前記光エンジンに送信し、それにより重合された層の幾何学形状を選 択的に硬化する工程、
を含む工程；および
機械制御データ経路に沿って前記入来スライスデータアレイを処理する工程であって、さらに、
前記入来スライスデータアレイを処理し、前記初期外側境界の部分の間の任意のチャネルによって画定される周囲長さの減少を含む、前記二次元物体についての減少した周囲長さの外側境界を提供する工程；
前記減少した周囲長さの外側境界について流入距離（Ｄ）を計算する工程；
前記流入距離（Ｄ）を処理し、前記移動機構について制御信号を特定する工程であって、該制御信号が、移動距離、移動速度、保持力、および遅延時間の１つ以上を特定する工程、
を含む工程、
を行うように構成される、
ことを特徴とする三次元プリントシステム。

【請求項2】

前記容器が透明シートを含む下部を含み、前記光エンジンが、前記透明シートを介してピクセル化された光を上方に選択的に伝送するよう構成されることを特徴とする、請求項１に記載の三次元プリントシステム。

【請求項3】

前記光エンジンが、光源および空間光変調器を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の三次元プリントシステム。

【請求項4】

前記製造対象の三次元物体を支持するための取付具をさらに備え、前記製造対象の三次元物体が、前記透明シートと対向する関係の下面を有し、前記移動機構が、前記下面と前記透明シートとの間の距離を制御することを特徴とする、請求項２に記載の三次元プリントシステム。

【請求項5】

前記流入距離によって特定される前記制御信号がさらに、その間に前記光硬化樹脂を補充するために前記透明シートより上に前記下面が上昇されるポンプ距離を特定することを特徴とする、請求項４に記載の三次元プリントシステム。

【請求項6】

前記流入距離によって特定される前記制御信号がさらに、前記下面が前記透明シートより上に上昇されるポンプ速度を特定することを特徴とする、請求項４に記載の三次元プリントシステム。

【請求項7】

減少した周囲長さの外側境界を提供するために前記入来スライスデータアレイを処理する工程が、入来境界がすでに前記初期外側境界の部分の間に任意のチャネルを有しない幾何学形状を有する場合に、前記境界に実質的に変化を有しないことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の三次元プリントシステム。

【請求項8】

減少した周囲長さの外側境界を提供するために前記入来スライスデータアレイを処理する工程が、その間に狭いチャネルを画定する場合に、物体の２つの部分を併合する工程を含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の三次元プリントシステム。

【請求項9】

減少した周囲長さの外側境界を提供するために前記入来スライスデータアレイを処理する工程が、前記入来境界が凹所を画定する凹部を含む場合に、凹部の深さを減少または排除する工程を含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の三次元プリントシステム。

【請求項10】

減少した周囲長さの外側境界を提供するために前記入来スライスデータアレイを処理する工程が、前記初期外側境界を拡張し、それにより任意のチャネルが少なくとも部分的に充填される工程を含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の三次元プリントシステム。

【請求項11】

減少した周囲長さの外側境界を提供するために前記入来スライスデータアレイを処理する工程がさらに、前記外側境界を縮小する工程を含むことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の三次元プリントシステム。

【請求項12】

前記流入距離（Ｄ）が、ステップ中に前記減少した周囲長さの外側境界を侵食することにより計算され、前記物体を完全に侵食するためのステップの数を特定することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の三次元プリントシステム。

【請求項13】

製造対象の三次元物体を製造するための三次元プリントシステムであって、
光硬化樹脂を含有するための容器；
光エンジン；
前記三次元プリントシステムの部品を機械的に移動するための移動機構；および
コントローラ、
を備え、
前記コントローラは、
初期外側境界を有する二次元物体を画定する入来スライスデータアレイを受け取る工程；
イメージングデータ経路に沿って前記入来スライスデータアレイを処理する工程であって、さらに、
前記入来スライスデータアレイを前記光エンジンについての制御信号に変換する工 程；および
前記制御信号を前記光エンジンに送信し、それにより重合された層の幾何学形状を選 択的に硬化する工程、
を含む工程；および
第２のデータ経路に沿って前記入来スライスデータアレイを処理する工程であって、さらに、
前記入来スライスデータアレイを処理して減少した周囲長さの外側境界を提供し、それにより、前記二次元物体がその間にチャネルを画定する２つの部分を有する場合に、前記チャネルが減少または排除され、それにより前記外側境界の周囲長さが減少する工程；
前記減少した周囲長さの外側境界について流入距離（Ｄ）を計算する工程；
前記流入距離（Ｄ）を処理し、前記移動機構について制御信号を特定する工程であって、該制御信号が、移動距離、移動速度、保持力、および遅延時間の１つ以上を特定する工程、
を含む工程、
を行うように構成される、
ことを特徴とする三次元プリントシステム。

【請求項14】

前記二次元物体がその間に形成されるチャネルを有する２つの物体を含む場合、前記２つの物体が併合され、それにより前記チャネルを減少または排除することを特徴とする、請求項１３に記載の三次元プリントシステム。

【請求項15】

前記チャネルが前記初期外側境界の凹部である場合、該凹部の深さが減少することを特徴とする、請求項１３または１４に記載の三次元プリントシステム。

【請求項16】

減少した周囲長さの外側境界を提供するために前記入来スライスデータアレイを処理する工程が、前記初期外側境界を拡張し、それにより任意のチャネルが少なくとも部分的に充填される工程を含むことを特徴とする、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の三次元プリントシステム。

【請求項17】

減少した周囲長さの外側境界を提供するために前記入来スライスデータアレイを処理する工程がさらに、前記外側境界を縮小する工程を含むことを特徴とする、請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の三次元プリントシステム。

【請求項18】

前記流入距離（Ｄ）が、ステップ中に前記減少した周囲長さの外側境界を侵食することにより計算され、前記物体を完全に侵食するためのステップの数を特定することを特徴とする、請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の三次元プリントシステム。

【発明の詳細な説明】

【関連出願の相互参照】

【0001】

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３月２８日出願のＭａｒｔｉｎ Ａｌａｎ Ｊｏｈｎｓｏｎ等による「Ｔｈｒｅｅ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｐｒｉｎｔｅｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｉｍａｇｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｏ Ｐｒｏｖｉｄｅ Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｉｇｎａｌｓ
」と題された米国仮特許出願第６２／４７７，７７１号に対する優先権を主張する。

【技術分野】

【0002】

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）物体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１つの方法に関する。

【背景技術】

【0003】

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。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）物体を形成する。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、１つ以上の移動機構、およびコントロール可能な光エンジンが含まれる。１つの移動機構は、光硬化樹脂の各層が選択的に硬化される前に製造対象の三次元（３Ｄ）物体を位置付けるために使用される。いくつかの実施形態において、別の移動機構を用いて、光硬化樹脂を層状にすることができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ステレオリソグラフィシステムにおける１つの課題は、使用される光硬化樹脂の粘度および作製される３Ｄ物体の変化する幾何学形状（geometries）のような要素の変動である。これらの要素は、移動機構の最適な動作制御に影響を与えうる。動作制御によって影響を受ける、作製スピードと品質との間のトレードオフ（tradeoff）が存在する。改良された動作制御が必要とされる。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の第１の態様において、三次元プリントシステムは、以下の工程を行うように構成されるコントローラを含む：（１）初期外側境界を有する初期二次元物体を画定する入来スライスデータアレイを受け取る工程；（２）入来スライスデータアレイを処理して単純外側境界を画定する工程であって、それにより、物体がその間にチャネルを画定する２つの部分を有する場合、チャネルが減少または排除されそれにより外側境界の周囲が減少する、工程。１つの実施形態において、物体は２つの物体である。チャネルが２つの物体の間に画定される場合、処理工程は２つの物体を併合する。チャネルが１つの物体内の凹所（concave recess）である場合、処理工程によって凹所の深さが減少するまたは凹所が排除される。

【0006】

１つの実装形態において、処理工程は、初期物体を拡張する工程を含み、それにより、初期外側境界の部分が、外側境界上の各点において外側境界に垂直な方向で外側に拡張される。狭いチャネルがある場合、狭いチャネルを画定する境界部分は拡張中にオーバーラップする。したがって、狭いチャネルを画定する物体部分は、拡張中に併合する。その結果が、拡張された物体である。１つの実施形態において、拡張された物体は、初期物体の面積の１．５〜２．０倍である。拡張後、拡張された物体は、初期物体の面積に縮小またはスケーリングされる。併合された物体の部分は、分離されず、したがって、結果は、任意の狭いチャネルが深さにおいて減少されるまたは排除される、拡張されかつスケーリングされた物体である。１つの実施形態において、拡張されかつスケーリングされた物体は、初期物体と組み合わされて、初期物体および拡張されかつスケーリングされた物体の統合を提供する。

【0007】

別の実装形態において、単純外側境界を有する物体（単純化物体）を処理して流入距離Ｄを特定する。１つの実施形態において、これは、物体の段階的な内側への侵食によって特定され、各工程は、単純外側境界上の各点において単純外側境界に垂直に移動する。単純化物体を完全に侵食するために必要とされるステップの数にステップのサイズを乗じると、流入距離Ｄと等しくなる。流入距離Ｄを用いて、三次元プリントシステムについて少なくとも１つの機械動作パラメータを計算する。

【0008】

さらに別の実装形態において、コントローラは、プロセッサおよび情報記憶装置を含む。情報記憶装置は、不揮発性のまたは非一時的な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、光エンジンおよび移動機構を制御する命令を記憶している。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、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。１つの実施形態において、コントローラは、プリントエンジンの外部にある外部コントローラおよびプリントエンジンの内部にある内部コントローラを備える。コントローラは、三次元プリントシステムのさまざまの部分を制御するよう構成される。

【0009】

本開示の第２の態様において、三次元プリントシステムは、容器、光エンジン、移動機構、およびコントローラを備える。容器は、光硬化樹脂を含有するためのものである。移動機構は、三次元プリントシステムの部品を機械的に保持するおよび／または平行移動するためのものである。コントローラは、以下を行うように構成される：（１）初期外側境界を有する初期二次元物体を画定する入来スライスデータアレイを受け取る、（２）イメージングデータ経路に沿って入来スライスデータアレイを処理する、および（３）機構制御データ経路に沿って入来スライスデータアレイを処理する。イメージングデータ経路に沿って入来スライスデータアレイを処理する工程は、以下の工程を含む：（ａ）入来スライスデータアレイを、光エンジンに適合する制御信号に変換する工程、および（ｂ）制御信号を光エンジンに送信する工程。機構制御データ経路に沿って入来スライスデータアレイを処理する工程は、以下の工程を含む（ａ）初期外側境界の部分の間に画定される任意のチャネルによって寄与される周囲長さを減少し、単純外側境界を提供する工程、（ｂ）単純外側境界について流入距離（Ｄ）を計算する工程、および（ｃ）制御信号を処理して移動機構について制御信号を特定する工程であって、制御信号が、移動距離、移動速度、保持力、および遅延時間の１つ以上を特定する、工程。

【0010】

１つの実装形態において、容器は、透明シートを有する下部を含む。三次元プリントシステムは、製造対象の三次元物体を支持するための取付具を含み、それにより、製造対象の三次元物体の下面は、透明シートと対向する関係となる。光エンジンは、イメージングデータ経路に沿って制御信号を受け取るのに応じて、構築平面上にまたはそれに近接して光硬化樹脂を硬化するように、透明シートを介してピクセル化された光を上方に伝送するように構成される。硬化した光硬化樹脂は、下面上に増分的に積層される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】例示的なプリントシステムの概略ブロック図

【図2】入来スライスデータアレイを処理するための分岐データ経路または２つのデータ経路を示すデータフローブロック図

【図3】三次元プリントシステムを作動する例示的な方法を示すフローチャート

【図4】図３のフローチャートに対応する例示的なタイミング図

【図5】入来スライスデータアレイに少なくとも部分的に基づき少なくとも１つの機械的パラメータを画定する方法を示すフローチャート

【図6】単純外側境界を有する固体円形物体についての流入距離を示す平面図

【図7】下面が上昇される際の、透明シートと直円柱の下面との間の樹脂の半径方向流入を示す垂直断面図

【図8】単純外側境界を有する固体長方形物体を示す平面図

【図9】初期外側境界の部分を分離するチャネルを有する長方形物体を示す平面図

【図10】入来スライスデータアレイを処理し流入距離Ｄおよびその結果生じる計算を特定するための例示的な実施形態を示すフローチャート

【図10A】図１０の工程９２に従って入来スライスデータアレイにより画定される初期外側境界を有する初期物体の概念図

【図10B】図１０の工程９４に従って拡張された外側境界の概念図

【図10C】図１０の工程９６に従って拡張されかつ収縮された外側境界の概念図

【図10D】初期物体の物体と図１０Ｃの拡張されかつスケーリングされた外側境界との間の統合の結果である、単純外側境界の概念図であり、図１０の工程９８に対応する図

【図10E】侵食工程の数に工程長さを乗じたものに等しい流入距離Ｄを特定するための、単純外側境界の内側への侵食を示す概念図

【図11】図１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃからの外側境界のオーバーレイを示す概念図

【図12】「Ｈ」形状の物体（頂部）および長円形の物体（底部）を含む２つの物体を含む物体における処理の効果を示す概念図

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１は、例示的なプリントシステム２の概略ブロック図である。このおよび他の図面において、互いに直交する軸Ｘ、ＹおよびＺが使用される。軸ＸおよびＹは横軸である。いくつかの実施形態において、ＸおよびＹはまた水平軸である。軸Ｚは中心軸である。いくつかの実施形態において、Ｚは垂直軸である。いくつかの実施形態において、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。

【0013】

プリントエンジン２は、光硬化樹脂６を含む容器４を備えている。容器４は、容器４の下部１０の少なくとも一部を形成する、透明シート８を含んでいる。光エンジン１２は、製造対象の三次元物体１４の形成中に、透明シート８を介して上方に光を選択的に投射して光硬化樹脂６を選択的に硬化するように配され構成される。１つの実施形態において、光エンジン１２は、光源１８および空間光変調器１６を含んでもよい。

【0014】

製造対象の三次元物体１４の下面２０と透明シート８との間に、光硬化樹脂６の薄層２２が存在する。光エンジン１２が作動すると、光硬化樹脂６の薄層２２の一部が、構築平面２４においておよびそれに近接して硬化および固化される。構築平面２４は、光硬化樹脂の層の横方向の限界（ＸおよびＹに沿って）を画定し、光エンジン１２は、製造対象の三次元物体１４を形成する際に硬化が可能である。

【0015】

プリントエンジン２は、製造対象の三次元物体１４を支持するための取付具２６を含む。取付具２６は、移動機構２８に接続され、移動機構２８は、垂直Ｚ軸に沿って取付具２６を制御可能に位置づける。それにより、移動機構２８は、製造対象の三次元物体１４の下面２０と透明シート８との間の距離Ｈ（ｔ）を制御する。

【0016】

プリントシステム２は、１つ以上の他の機構３０を含む。１つの実施形態において、機構３０は、移動機構２８から取付具２６を取り外しかつ元に戻すためのロボットグリッパでもよい。そのようなロボットグリッパは、Ｘ、ＹおよびＺに動くことができる。

【0017】

プリントエンジン２はまた、外部コントローラ３４の制御下の内部コントローラ３２を含む。内部コントローラ３２および外部コントローラ３４は、まとめて「コントローラ３６」と称されてもよく、これは、光エンジン１２、移動機構２８、他の機構３０、およびプリントシステム２の他の部分の動作を制御する。

【0018】

プリントシステム２の動作中、移動機構２８は、光硬化樹脂６内で製造対象の三次元物体１４を上昇および下降させる。光エンジン１２が動作し構築平面２４で光硬化樹脂６を硬化すると、下面２０と透明シート８との間で、樹脂の薄層２２が枯渇し始める。これは、特に下面２０が特定の大きい幾何学形状を有する場合に問題となる。光硬化樹脂６を構築平面２４に維持するために、移動機構は、下面２０を上昇および下降させる必要があるかもしれない。それに関連する移動の最適な速度および高さが存在する。コントローラ３６は、移動機構２８により誘導される最適な動作を特定するように下面２０の幾何学形状を分析するよう構成される。これは、以下の図面を参照してさらに説明されるであろう。

【0019】

図１は特定のプリントシステム２を示すが、他の実施形態が可能である。代替的なプリントシステム２は、光硬化樹脂６の下向きの照射のための容器４の上に配置される光エンジン１２を含んでもよい。次いで、取付具が、製造対象の三次元物体１４の下に配置される。光エンジン１２は、レーザおよび走査光学系を備えうる。他の機構３０は、製造対象の三次元物体１４上への光硬化樹脂６の分配または積層を容易にするための装置を含んでもよい。

【0020】

図２は、コントローラ３６によって画定される例示的な分岐データ経路３８（２つのデータ経路を規定する）を示す「情報フロー」ブロック図である。データ経路３８は、光硬化樹脂６の新しい層が製造対象の三次元物体１４の下面２０上に形成される場合に利用される。

【0021】

入来スライスデータアレイ４０は、コントローラ３６によって生成されるおよび／または受け取られる。入来スライスデータアレイ４０は、集合的に構築平面２４を画定するピクセル要素のアレイについてのエネルギー値を画定する。非ゼロエネルギー値は、所定のピクセル要素についての効果のレベルを特定し、これは、構築平面２４において硬化される二次元物体の一部を特定する。データ経路３８は、イメージングデータ経路４２および機械制御データ経路４４を含み分岐される。

【0022】

イメージングデータ経路４２に沿って、入来スライスデータアレイ４０は、空間光変調器１６に送られる前に処理される。工程４６に従って、入来データアレイ４０が処理され、空間光変調器１６について適切な解像度およびスケーリングを提供する。別のスケーリング工程４６は、樽型歪みおよびキーストーン効果のようなさまざまの歪みについての補正を含んでもよい。さらに別のスケーリング工程４６は、複数の空間光変調器を有する光エンジンのための透明度マスクを適用する工程を含む。スケーリング工程４６からのアウトプットは、スケーリングされたスライスデータアレイである。

【0023】

工程４８に従って、スケーリングされたスライスデータアレイは、空間光変調器１６に直接適合するイメージフレームに変換される。工程５０に従って、イメージフレームは、空間光変調器１６に送られ、これは、光を空間的に変調し、構築平面２４の選択的にピクセル化された照射を提供する。イメージングデータ経路４２について１つの重要な点は、入来スライスデータアレイ４０によって示される二次元物体の境界が変化しないということである。すなわち、機構がデータ経路４４を制御する１つの手段は、イメージングデータ経路４２と異なる。

【0024】

機構制御データ経路４４に沿って、入来スライスデータアレイ４０を用いて、移動機構２８について制御信号が生成される。入来スライスデータアレイ４０は、１つ以上の二次元物体を囲む１つ以上の境界を画定する。いくつかの状況において、１つ以上の境界は、２つの外側境界または外側境界に沿った凹所の間のチャネルを画定する。５２に従って、入来スライスデータアレイ４０を処理し、任意のチャネルまたは凹所が減少または排除され、それにより、そのような特徴が存在する場合に１つ以上の境界の全周囲長さが減少する。これにより、流入距離Ｄが計算されるデータ処理５４が容易になる。データ処理５６において、流入距離を利用して、移動機構２８について動作パラメータを計算する。工程５８において、制御信号が移動機構２８に送られ、これは、工程５６からの計算された動作パラメータと一致する。要点は以下である−工程５２により生じるスライス境界は、入来スライスデータアレイ４０により画定されるものと幾何学的に異なる。これが、２つのデータ経路４２および４４が利用される理由である。

【0025】

図３は、例示的な方法６０を示すフローチャートであり、方法６０により、材料の層が製造対象の三次元物体１４上に加えられる。工程６２に従って、移動機構２８が、下面２０を構築平面にまたはそれに近接して位置付ける。工程６４に従って、入来スライスデータアレイ４０は、コントローラ３６によって受け取られるまたは生成される。工程６６に従って、コントローラ３６は、入来スライスデータアレイ４０を処理し、１つ以上のイメージフレームを画定する。方法６０の工程６６は、図２のプロセス４６および４８に対応する。工程６８に従って、１つ以上のイメージフレームは、空間光変調器１６に送られる。工程６８の一部として、光源１８は、連続してオンであるかまたはオンおよびオフにされる。工程６８によって、製造対象の三次元物体１４の下面２０に加えられたポリマーの固化層が生じる。工程６２〜６８は、樹脂６の薄層２２を補充する必要があるまで繰り返される。

【0026】

工程７０に従って、入来スライスデータアレイが処理され、ポンプ距離ΔＨが特定される。方法６０の工程７０は、図２の工程５２〜５６に対応する。工程７２に従って、下面２０はΔＨだけ上昇され、樹脂６の薄層２２を補充する。次いで、プロセスは工程６２に戻る。

【0027】

工程６２〜７２は、製造対象の三次元物体１４が完全に形成されるまで繰り返される。バリエーションが可能である。例えば、工程７０は、工程６２〜６８と同時にまたはその前に起こってもよい。いくつかの実施形態において、ΔＨ値は全て、方法６０が行われる前に特定され、工程７０における単なるメモリの読出しである。

【0028】

図４は、図３の方法６０に対応する例示的なタイミング図である。このタイミング図は、時間ｔに対するＨ（ｔ）のプロットであり、Ｈ（ｔ）は、透明シート８を超える下面２０の高さである。０〜ｔ１の時間は、工程６２〜６８に対応する。ｔ１〜ｔ２までの時間は、工程６８から工程６２に戻るルーピング次いで工程６２〜６８に対応する。ｔ２〜ｔ３の時間もまた、工程６８から工程６２に戻るルーピング次いで工程６２〜６８に対応する。ｔ３〜ｔ４の時間は、工程７２に対応し、Ｈ_ｐｕｍｐ−Ｈ_ｏｐはΔＨに等しい。ｔ４〜ｔ５の時間亜ｈ、工程７２から工程６２までのルーピングに対応する。

【0029】

図５は、入来スライスデータアレイ４０を受け取る工程および処理する工程に基づき機構に関連する計算を行うための一般的な方法７４を示すフローチャートである。図６〜９を用いて、方法７４の説明を補う。方法７４は、図２のデータ経路４４に対応する。工程７６に従って、コントローラ３６は、入来スライスデータアレイ４０を受け取るまたは生成し、これは二次元物体の初期外側境界を画定する。

【0030】

理解されるように、広範な二次元物体が受け取られてもよい。非常に単純な外側領域の例は、図６に示されるように固体円形である。そのような幾何学形状を有する下面２０が透明シート８から上昇される場合、円の半径である「流入距離Ｄ」を作ることができる。樹脂の流入は、図７に示される。流入距離Ｄは、樹脂が外側境界から下面２０を完全に覆うまで流れなければならない距離の寸法である。固体円形についての流入距離は計算が非常に容易なので、「単純外側境界」と称される。

【0031】

単純外側境界の別の例は、図８に示されるような正長方形のものである。この形状についての流入距離Ｄは、長方形の短辺の長さの半分に等しい。樹脂がそこまで流れると、下面２０が覆われる。

【0032】

図９は、より複雑な幾何学形状を示す。初期外側境界は、内側チャネルに加えて複数の凹所を有し、その結果櫛形の外側境界が生じる。この幾何学形状について流入距離Ｄを画定することは、そんなに単純ではなく、図５の方法７４を用いて見い出される。

【0033】

工程７８に従って、外側入来スライスデータアレイ４０を処理し、単純外側境界を画定する。図６の固体円形幾何学形状または図８の固体正長方形幾何学形状について、工程８の処理は、すでに「単純」であるので外側境界に実質的に変化を有しない。しかしながら、初期外側境界の位置の間にチャネルを有する外側境界について、外側境界幾何学形状が変化する。図９における点線の長方形は、「単純」外側境界を示し、これは、より複雑な初期外側境界と等しいかもしれない。流入距離Ｄは、図９について図示される点線の長方形の短辺の長さの半分と等しい。

【0034】

工程８０に従って、より単純な外側境界について流入距離Ｄが計算される。最終的に工程８２に従って、Ｄの計算値に基づいて追加の計算が行われる。追加の計算は、移動距離、移動速度、保持力、遅延時間、または他の機械的パラメータの１つ以上の特定でもよい。１つの実施形態において、ポンプ距離ΔＨおよび速度が、図１のシステムについて特定される。

【0035】

図１０は、図５の方法７４の特定の実施形態である方法９０を示すフローチャートである。この方法の工程は、図１０Ａ〜１０Ｅに示される。工程９２に従って、コントローラ３６は、初期二次元物体の初期外側領域を画定する入来スライスデータアレイを受け乙ｒまたは生成する。初期二次元物体は、初期面積を有する。例示的な初期外側境界１０４が図１０Ａに示される。初期外側境界は、流入距離Ｄの特定を困難にする、多くの内側への凹所またはチャネル１０５を含むことに留意すべきである。

【0036】

工程９４に従って、初期外側境界の全ての部分が、物体の全面積が初期面積の１．５〜２．０倍に増加するまで外側に拡張される。拡張は、全ての外側領域部分に対して垂直に行われる。効果は、その間に狭いチャネル（例えば内側への凹部）を有する物体の部分を併合することである。これは、狭いチャネルを画定する境界部分が互いに向かって成長し併合するからである。図１０Ｂは、拡張された外側境界１０６を示す。結果は、初期の内側への凹部またはチャネルの深さが減少されたということである。

【0037】

工程９６に従って、物体は、初期面積にスケーリングまたは縮小される。拡張されかつスケーリングされた外側境界１０８が図１０Ｃに示される。図１０Ｃにおける形状が図１０Ａのものと同じ面積を有するのに対し、図１０Ａに対して初期凹部は深さが減少し、物体の全体的な周囲長さが減少する。工程９６のスケーリングプロセスには、外側境界１０６の縮小が含まれ、これにより「単純外側境界」１０８が生じる。

【0038】

工程９８に従って、原物体と工程９６から拡張され縮小された物体との間に統合（union）が形成される。ピクセルからピクセルへの観点から、これは論理的ＯＲ結合である。これは図１０Ｄに示され、流入距離Ｄの特定を容易にする「単純外側境界」１１０が示される。流入距離Ｄを視覚化する１つの手段−物体全体が液体で覆われるまで境界部分から移動する流量の最小距離である。

【0039】

工程１００に従って、工程９８からの物体が侵食されて流入距離を特定する。これは、物体がステップによって覆われるまで特定のステップサイズだけ外側境界の全ての部分から内側にステップする工程を含む。これは、図１０Ｅに示される。ステップの数にステップ長さを乗じたものは、計算された流入距離Ｄと等しい。工程１０２に従って、流入距離Ｄを用いて、移動機構２８のような機械機構を制御するためのその後の計算を行う。

【0040】

方法９０に代わるものとして、工程９８が含まれない。したがって、工程１００がすぐに工程９６に続く。

【0041】

図１１は、それぞれ工程９２、９４、および９６から得られる、初期外側境界１０４、拡張された外側境界１０６、および拡張され縮小された外側境界１０８のオーバーレイを示す。初期外側境界１０４および拡張され縮小された外側境界１０８のオーバーレイを工程１００について用いて、流入距離Ｄを特定する。

【0042】

図１２は、実際は２つの初期物体１０４である初期物体について拡張およびスケーリングを行う方法を示す。２つの初期物体１０４は、「Ｈ」のような形状の上側物体１０４および下側の長円形の物体１０４を含む。２つの物体を考慮する場合、外側境界１０４の部分の間に複数のチャネル１０５が存在する。Ｈ形状の物体は、図示されるように２つの内側への凹部１０５を有する。また、Ｈと長円形との間の近似はチャネル１０５を画定する。図１２において、初期外側境界１０４は、実線１０４として繰り返される。

【0043】

方法の工程９４の拡張プロセスによって、拡張された外側境界１０６が生じ、チャネル１０５の全てのチャネルがほとんどなくなる。これはまた、Ｈおよび長円形状を併合する効果を有する。図１２において、拡張された外側境界１０６は、点線１０６として繰り返される。

【0044】

工程９６の縮小によって、拡張および縮小された外側境界１０８が生じる。方法の工程９８は、形状を外側境界１０４および１０８と組み合わせる。いくつかの実施形態において、方法の工程９８は含まれない。図１２において、拡張され縮小された外側境界１０８は、点線１０８として繰り返される。

【0045】

留意点として−長円形状が初期物体のみである場合、工程９４〜９８のプロセスは、外側境界１０４にほとんどまたは全く影響を与えない、なぜならば、拡張は任意の外側境界部分をオーバーラップさせず、物体のいずれの部分も結合されないからである。したがって、図示されるように、以下の２つの基本的ケースがある。

【0046】

（Ａ）初期外側境界１０４は、四角形、円形、長円形、長方形などのような「単純外側境界」である。この場合、入来スライスデータアレイを処理することにより、初期外側境界は実質的に不変のままとなる。これは、工程９４の拡張プロセスが、外側境界の任意の部分を物体の部分にオーバーラップおよびそれにより結合させないからである。

【0047】

（Ｂ）初期外側境界は、２つの物体の間（または同じ物体の部分の間）に狭いチャネルを含み、これは拡張プロセスによって閉じられる。この場合、入来スライスデータアレイを処理することにより、２つの物体（または部分）の間の狭いチャネルおよび併合が部分的にまたは完全に排除される。これは、拡張プロセスが、外側境界の部分をオーバーラップさせ、したがって、物体または物体の部分を併合させるからである。外側境界が縮小され、物体の面積は元の面積に減少し、併合された部分は併合前には戻らず、外側境界の全周囲は工程９４および９６の結果として減少する。

【0048】

狭いチャネル１０５の２つのケースがある。第１のケースは、図１２に示されるＨおよび長円形状のような２つの物体を分離する狭いチャネル１０５である。第２のケースは、図１０Ａに示されるＨの２つの凹部（図１２）または初期凹部のような外側境界の凹所部分である。

【0049】

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、特許請求の範囲により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． 製造対象の三次元物体を製造するための三次元プリントシステムであって、
光硬化樹脂を含有するための容器；
光エンジン；
前記三次元プリントシステムの部品を機械的に移動するための移動機構；および
コントローラ、
を備え、
前記コントローラは、
初期外側境界を有する二次元物体を画定する入来スライスデータアレイを受け取る工程；
イメージングデータ経路に沿って前記入来スライスデータアレイを処理する工程であって、さらに、
前記入来スライスデータアレイを前記光エンジンについての制御信号に変換する工 程；および
前記制御信号を前記光エンジンに送信し、それにより重合された層の幾何学形状を選 択的に硬化する工程、
を含む工程；および
機械制御データ経路に沿って前記入来スライスデータアレイを処理する工程であって、さらに、
前記入来スライスデータアレイを処理し、前記初期外側境界の部分の間の任意のチャネルによって画定される周囲長さの減少を含む、前記物体についての単純外側境界を提供する工程；
前記単純外側境界について流入距離（Ｄ）を計算する工程；
前記流入距離（Ｄ）を処理し、前記移動機構について制御信号を特定する工程であって、該制御信号が、移動距離、移動速度、保持力、および遅延時間の１つ以上を特定する工程、
を含む工程、
を行うように構成される、
ことを特徴とする三次元プリントシステム。
２． 前記容器が透明シートを含む下部を含み、前記光エンジンが、前記透明シートを介してピクセル化された光を上方に選択的に伝送するよう構成されることを特徴とする、実施形態１に記載の三次元プリントシステム。
３． 前記光エンジンが、光源および空間光変調器を含むことを特徴とする、実施形態２に記載の三次元プリントシステム。
４． 前記製造対象の三次元物体を支持するための取付具をさらに備え、前記製造対象の三次元物体が、前記透明シートと対向する関係の下面を有し、前記移動機構が、前記下面と前記透明シートとの間の距離を制御することを特徴とする、実施形態２に記載の三次元プリントシステム。
５． 前記流入距離によって特定される前記制御信号がさらに、その間に前記光硬化樹脂を補充するために前記透明シートより上に前記下面が上昇されるポンプ距離を特定することを特徴とする、実施形態４に記載の三次元プリントシステム。
６． 前記流入距離によって特定される前記制御信号がさらに、前記下面が前記透明シートより上に上昇されるポンプ速度を特定することを特徴とする、実施形態４に記載の三次元プリントシステム。
７． 単純外側境界を提供するために前記入来スライスデータアレイを処理する工程が、入来境界がすでに単純な幾何学形状を有する場合に、前記境界に実質的に変化を有しないことを特徴とする、実施形態１に記載の三次元プリントシステム。
８． 単純外側境界を提供するために前記入来スライスデータアレイを処理する工程が、その間に狭いチャネルを画定する場合に、物体の２つの部分を併合する工程を含むことを特徴とする、実施形態１に記載の三次元プリントシステム。
９． 単純外側境界を提供するために前記入来スライスデータアレイを処理する工程が、前記入来境界が凹所を画定する凹部を含む場合に、凹部の深さを減少または排除する工程を含むことを特徴とする、実施形態１に記載の三次元プリントシステム。
１０． 単純外側境界を提供するために前記入来スライスデータアレイを処理する工程が、前記初期外側境界を拡張し、それにより任意のチャネルが少なくとも部分的に充填される工程を含むことを特徴とする、実施形態１に記載の三次元プリントシステム。
１１． 単純外側境界を提供するために前記入来スライスデータアレイを処理する工程がさらに、前記外側境界を縮小する工程を含むことを特徴とする、実施形態９に記載の三次元プリントシステム。
１２． 前記流入距離（Ｄ）が、ステップ中に前記単純外側境界を侵食することにより計算され、前記物体を完全に侵食するためのステップの数を特定することを特徴とする、実施形態１に記載の三次元プリントシステム。
１３． 製造対象の三次元物体を製造するための三次元プリントシステムであって、
光硬化樹脂を含有するための容器；
光エンジン；
前記三次元プリントシステムの部品を機械的に移動するための移動機構；および
コントローラ、
を備え、
前記コントローラは、
初期外側境界を有する二次元物体を画定する入来スライスデータアレイを受け取る工程；
イメージングデータ経路に沿って前記入来スライスデータアレイを処理する工程であって、さらに、
前記入来スライスデータアレイを前記光エンジンについての制御信号に変換する工 程；および
前記制御信号を前記光エンジンに送信し、それにより重合された層の幾何学形状を選 択的に硬化する工程、
を含む工程；および
第２のデータ経路に沿って前記入来スライスデータアレイを処理する工程であって、さらに、
前記入来スライスデータアレイを処理して単純外側境界を提供し、それにより、前記物体がその間にチャネルを画定する２つの部分を有する場合に、前記チャネルが減少または排除され、それにより前記外側境界の周囲長さが減少する工程；
前記単純外側境界について流入距離（Ｄ）を計算する工程；
前記流入距離（Ｄ）を処理し、前記移動機構について制御信号を特定する工程であって、該制御信号が、移動距離、移動速度、保持力、および遅延時間の１つ以上を特定する工程、
を含む工程、
を行うように構成される、
ことを特徴とする三次元プリントシステム。
１４． 前記二次元物体がその間に形成されるチャネルを有する２つの物体を含む場合、前記２つの物体が併合され、それにより前記チャネルを減少または排除することを特徴とする、実施形態１２に記載の三次元プリントシステム。
１５． 前記チャネルが前記初期外側境界の凹部である場合、該凹部の深さが減少することを特徴とする、実施形態１２に記載の三次元プリントシステム。
１６． 単純外側境界を提供するために前記入来スライスデータアレイを処理する工程が、前記初期外側境界を拡張し、それにより任意のチャネルが少なくとも部分的に充填される工程を含むことを特徴とする、実施形態１２に記載の三次元プリントシステム。
１７． 単純外側境界を提供するために前記入来スライスデータアレイを処理する工程がさらに、前記外側境界を縮小する工程を含むことを特徴とする、実施形態１５に記載の三次元プリントシステム。
１８． 前記流入距離（Ｄ）が、ステップ中に前記単純外側境界を侵食することにより計算され、前記物体を完全に侵食するためのステップの数を特定することを特徴とする、実施形態１３に記載の三次元プリントシステム。

【符号の説明】

【0050】

２ プリントシステム
４ 容器
６ 光硬化樹脂
８ 透明シート
１０ 下部
１２ 光エンジン
１４ 製造対象の三次元物体
１６ 空間光変調器
１８ 光源
２０ 下面
２６ 取付具
２８ 移動機構

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図10D】

【図10E】

【図11】

【図12】