特許 7055424 立体物を形成するために液体ポリマーの光硬化のための光エンジンを用いる方法および装置

(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】

(24)【登録日】2022-04-08

(45)【発行日】2022-04-18

(54)【発明の名称】立体物を形成するために液体ポリマーの光硬化のための光エンジンを用いる方法および装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/135 20170101AFI20220411BHJP

   B29C 64/277 20170101ALI20220411BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20220411BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20220411BHJP

【ＦＩ】

B29C64/135

B29C64/277

B33Y30/00

B33Y10/00

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2019539903

(86)(22)【出願日】2018-01-08

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-02-06

(86)【国際出願番号】 US2018012774

(87)【国際公開番号】W WO2018140218

(87)【国際公開日】2018-08-02

【審査請求日】2020-12-16

(31)【優先権主張番号】62/531,211

(32)【優先日】2017-07-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】62/531,276

(32)【優先日】2017-07-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】62/450,470

(32)【優先日】2017-01-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】62/531,461

(32)【優先日】2017-07-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】15/415,688

(32)【優先日】2017-01-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】518113546

【氏名又は名称】ネクサ３ディー インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100095898

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 満

(74)【代理人】

【識別番号】100098475

【弁理士】

【氏名又は名称】倉澤 伊知郎

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100123630

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 誠

(72)【発明者】

【氏名】ジテッリ ジャンニ

(72)【発明者】

【氏名】ライヒェンタール アヴィ エヌ

(72)【発明者】

【氏名】トリンガリー ルチアーノ

【審査官】▲高▼村 憲司

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２９０８７６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－２５３８８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５４０６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０８６６３５３９（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開２００２－３７０２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５１９８７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ６４／００ － ６４／４０

Ｂ３３Ｙ １０／００ － ９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

放射線への暴露によって光硬化性液体ポリマーを光硬化させることによって立体物を形成する装置であって、前記液体ポリマーを収容したタンクを有し、前記タンクは、透明な開口部が設けられたベースを有し、前記装置は、前記ベースの前記透明な開口部を通って前記放射線を放出する平行光源をさらに有し、前記光硬化性液体ポリマーは、前記放射線によって硬化を生じ、前記平行光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）源のアレイ、バッフルのアレイ、第１のレンズのアレイおよび第２のレンズのアレイを有し、前記バッフルは、前記ＬＥＤ源のアレイ中の個々のＬＥＤ源の各々のビーム幅を前記第１のレンズのアレイに属する一レンズのほぼ直径に制限するよう配置され、前記第１のレンズのアレイの各々のレンズは、前記ＬＥＤ源の一つからの電磁線の第１のビームを受け、電磁線の中間ビームを放射するように構成され、前記第２のレンズのアレイの各々のレンズは前記第１のレンズのアレイの一レンズからの前記中間ビームを受け、電磁線の第２のビームを前記光硬化性液体ポリマーの方へ放射するように構成され、前記第２のレンズのアレイの各々のレンズは、凸状頂面及び６つの平坦な側壁を有する六角形レンズからなり、隣り合う前記六角形レンズの前記平坦な側壁は、不透明なクラッディング層によって互いに隔てられている、立体物の形成装置。

【請求項2】

前記ＬＥＤ源のうちの少なくとも幾つかは、放射線を４００～７００ｎｍの波長で放出するよう構成されている、請求項１記載の立体物の形成装置。

【請求項3】

前記ＬＥＤ源のうちの少なくとも幾つかは、放射線を４１０ｎｍの波長で放出するよう構成されている、請求項２記載の立体物の形成装置。

【請求項4】

前記ＬＥＤ源のうちの１つまたは２つ以上は、放射線を複数の波長で放出するよう構成されている、請求項２記載の立体物の形成装置。

【請求項5】

前記平行光源は、液晶ディスプレイ（“ＬＣＤ”）をさらに有し、前記ＬＣＤは、前記ＬＥＤのアレイと前記タンク内に設けられた一領域との間に位置決めされ、物体が前記一領域内において前記光硬化性液体ポリマーの光硬化によって作製される、請求項２記載の立体物の形成装置。

【請求項6】

前記ＬＣＤは、複数のフィルタを含み、前記複数のフィルタの各フィルタは、放出された放射線の前記波長のうちの１つに対応している、請求項５記載の立体物の形成装置。

【請求項7】

前記ＬＥＤ源のうちの１つまたは２つ以上は、複数のＬＥＤエミッタから成り、前記エミッタの各々は、放射線を１つまたは２つ以上の波長で放出するよう構成されている、請求項２記載の立体物の形成装置。

【請求項8】

前記平行光源の前記ＬＥＤ源は、複数のＬＥＤ群として組織化されており、前記ＬＥＤ群の各々は、前記ＬＥＤ群から伝搬している電磁線の第１のビームを拘束するとともに方向づけるよう構成された前記バッフルのうちの１つに対応する、請求項１記載の立体物の形成装置。

【請求項9】

前記複数のＬＥＤ群の各々は、２つ以上のＬＥＤを含む、請求項８記載の立体物の形成装置。

【請求項10】

放射線に暴露された光硬化性液体ポリマーを光硬化させることによって立体物を形成する方法であって、前記立体物は、前記放射線に対して透明なシートと支持プレート、すなわち前記立体物のすでに形成された一部分との間の空間内で、前記光硬化性液体ポリマーの漸次硬化に起因して成長により生じ、前記支持プレートは、前記透明なシートから徐々に遠ざかる、方法において、前記光硬化性液体ポリマーを平行光源からの照射によって硬化させ、前記平行光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）源のアレイ、バッフルのアレイ、第１のレンズのアレイおよび第２のレンズのアレイを有し、前記バッフルは、前記ＬＥＤ源のアレイ中の個々のＬＥＤ源の各々のビーム幅を前記第１のレンズのアレイに属する一レンズのほぼ直径に制限するよう配置され、前記第１のレンズのアレイの各々のレンズは、前記ＬＥＤ源の一つからの電磁線の第１のビームを受け、電磁線の中間ビームを放射するように構成され、前記第２のレンズのアレイの各々のレンズは前記第１のレンズのアレイの一レンズからの前記中間ビームを受け、電磁線の第２のビームを前記光硬化性液体ポリマーの方へ放射するように構成され、前記第２のレンズのアレイの各々のレンズは、凸状頂面及び６つの平坦な側壁を有する六角形レンズからなり、隣り合う前記六角形レンズの前記平坦な側壁は、不透明なクラッディング層によって互いに隔てられている、立体物の形成方法。

【請求項11】

前記ＬＥＤ源は、放射線を４００～７００ｎｍの波長で放出する、請求項１０記載の立体物の形成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、３Ｄプリンティングと通称されている三次元印刷またはプリンティングの分野、特に立体物（三次元物体）の形成のために液体ポリマーの光硬化を利用する３Ｄプリンティング装置で用いられる光エンジンに関する。

【0002】

〔関連出願の参照〕
本願は、２０１７年１月２５日に出願された米国特許仮出願第６２／４５０，４７０号、２０１７年７月１１日に出願された米国特許仮出願第６２／５３１，２１１号、２０１７年７月１１日に出願された米国特許仮出願第６２／５３１，２７６号、および２０１７年７月１２日に出願された米国特許仮出願第６２／５３１，４６１号ならびに２０１７年１月２５日に出願された米国特許出願第１５／４１５，６８８号の優先権主張出願である。

【背景技術】

【0003】

知られているように、光硬化による３Ｄプリンティングによる分野は、２つの基本的な技術、すなわち、約４００ｎｍのレーザ放出光が用いられて放出されたビームによって特殊なタンク内に入れられた光硬化性液体ポリマーを凝固させる光造形プリンティングおよびこの場合もまたタンク内に存在している光硬化性液体ポリマーをプロジェクタと同様な装置によって放出された光放射線に暴露させるＤＬＰ（ディジタル光加工）プリンティングを含むと言える。これら両方の技術によれば、プリンティングプロセスは、完成物体の形成まで物体の１つの層を別の層の後に作製することによって、すなわち、支持プレート（または取り出しプレート）に付着している第１の層を凝固させ、次に第１の層にくっついている第２の層を凝固させるなどすることによって進む。したがって、これらの技術によれば、形成されるべき立体物を表しているデータは、構築中の物体の横方向区分を表す一連の二次元層として組織化される。

【0004】

ＳＬＡおよびＤＬＰタイプのいずれかの機械を必要とする場合のあるボトムアップ方法によれば、物体を取り出すためのプレートは、物体が層ごとに形成されているときに、タンクの底部から上方に動く。基本的なボトムアップ方法は、次のステップから成り、すなわち次の通りである。
ａ．構築されるべき物体の３Ｄモデルをコンピュータソフトウェアで層の順序づけられた連続体として表し、その厚さは、採用した技術、液体ポリマーの不透明度、ポリマーとともに用いられる触媒の量、得られるべき精度、および提供される機械の特性に従って定められ、通常、この厚さは、５０～２００ミクロンであるが、いずれの場合においても、３Ｄモデルは、別々のかつ有限数の層の連続体として表され、
ｂ．ポリマーの第１の層のそれ自体へのくっつきを容易にすることができる材料から成る取り出しプレートが第１の層から所定の距離を置いたところまで動き、そして光ビーム（ＳＬＡまたはＤＬＰ）が第１の層を凝固させるのを待ち、次に、取り出しプレートが形成されたばかりの層がタンクのベースから外れるのに十分な距離（通常、約１ｍｍ）だけ上昇し、次に同一距離だけ下降し、第２の層の形成のために所定の距離よりも短い距離だけ下降するなどし、ついには物体全体が形成されるようにする。

【0005】

基本的なボトムアップ方法の改良例が２０１６年１０月３日に出願された本出願人の国際出願ＰＣＴ／ＩＴ２０１６／０００２２５号明細書に記載されており、この国際出願は、２０１５年１０月２日に出願されたイタリア国特許出願第１０２０１５００００５７５２７号明細書の優先権主張出願である。この特許出願では、液体ポリマーを硬化させるために用いられる電磁スペクトル放射線に対して透明でありかつ硬化が行われるタンクの底部と形成中の物体の層との間に存在する自己潤滑性サブストレータム（またはメンブレン）が記載されている。メンブレンは、潤滑性物質の層を次第に放出し、それにより、メンブレンの上方に浮いた状態で存在する液体ポリマーがメンブレン上で硬化することができ、かくして形成中の物体層とタンクベースとの吸引効果および付着性を減少させる。光源、例えばＤＬＰプロジェクタは、液体ポリマーとのメンブレンのインターフェースのところに像焦点面を有する。液体ポリマーの光硬化は、投影された像に従ってこのインターフェースのところで起こる。構築中の物体の成長がそれにより容易になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】国際出願ＰＣＴ／ＩＴ２０１６／０００２２５号明細書

【文献】イタリア国特許出願第１０２０１５００００５７５２７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

かかる構成は受け入れ可能なプリンティング速度を見越しているが、かかる構成は、構築中の物体に限定されたｘ‐ｙ解像度（例えば、７５ミクロンのオーダ）をもたらすに過ぎない。さらに、液体ポリマーを硬化させるのに相当な光強度が必要なので、ＤＬＰプロジェクタは、焦点面の近くに位置決めされなければならず、それにより液体ポリマーの硬化を行わせることができる面積が制限される（例えば、１２０×９０ｍｍのオーダまで）。作業空間へのＤＬＰプロジェクタのこの近接性はまた、焦点面内に光収差およびディストーション（歪曲）をもたらす。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の実施形態は、ＤＬＰプロジェクタを平行光源（collimated light source）で置き換え、そしてＬＣＤディスプレイを結像プラットホームとして用いることによって例えば上述したような欠点を解決する。光源は、像を作るためにＬＣＤパネルを通る放射線（radiation）の平行光束流をもたらし、この平行光束流は、一実施形態では、４００～７００ｎｍの波長範囲内にあり、特に４１０ｎｍである。ＬＣＤパネルは、複数のアドレス指定可能な画素を含み、これら画素は、入射放射線に対して個別的に透明または不透明に作られるのが良い。マトリックス中の結晶のうちの透明な結晶を通る入射放射線の作用効果により、ディスプレイ表面上に像が作られる。マトリックスの個々の結晶は、代表的には表示のための像のビットマップ（または他の）バージョンが提供されるプロセッサまたは他のコントローラの制御下において、電圧をそれぞれの結晶に印加しまたは印加しないことによって透明にまたは不透明に作られる。

【0009】

平行光源は、個々の光エミッタのアレイ、特に、放射線を４００～７００ｎｍの波長で、特に４１０ｎｍの波長で放出するよう構成された発光ダイオード（ＬＥＤ）源のアレイによって作られる。平行光源は、バッフルのアレイおよびレンズのアレイをさらに含むのが良く、バッフルは、ＬＥＤ源のアレイ中の個々のＬＥＤ源の各々のビーム幅をレンズアレイに含まれる一レンズのほぼ直径に制限するよう配置され、レンズのアレイは、ＬＥＤ源のアレイから焦点距離１つ分のところに配置される。

【0010】

本発明のこれらの実施形態および追加の実施形態を以下にさらに説明する。

【0011】

いま、本発明の実施形態を示す添付の図面を参照して一例によりかつ本発明の範囲を限定しないで、本発明について説明する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】メンブレンを採用した光硬化性システムのＤＬＰプロジェクタの使用の一例を示す図である。

【図2】本発明の実施形態に従って平行光源および液晶ディスプレイを用いた光硬化によって物体を形成するシステムの動作原理の略図である。

【図3A】点光源を用いた場合に生じる像ディストーションの一例を示す図である。

【図3B】点光源のアレイを用いた場合に生じるシャドー効果の一例を示す図である。

【図4】点光源のアレイを用いた場合に生じるシャドー効果を示す写真画像を示す図である。

【図5】本発明の実施形態に従って個々のＬＥＤ源および液晶ディスプレイで構成された平行光源を用いる光硬化によって物体を形成するシステムの動作原理の略図である。

【図6】本発明の実施形態に従って個々のＬＥＤ源および液晶ディスプレイで構成された平行光源の分解組立図である。

【図7】本発明の実施形態に従って構成された平行光源のための空間放射線パターンの一例を示す図である。

【図8】本発明の平行多周波光源の一実施形態の動作原理の略図である。

【図9】電磁線が光硬化性液体ポリマーを硬化させるために用いられる本発明の幾つかの実施形態による３Ｄプリンティングシステムを示す図である。

【図10】本発明の一実施形態に従って正方形レンズの単一の層が正方形アレイをなして配列された光源の１つのセルと関連したコンポーネントを示す図である。

【図11A】本発明の一実施形態による正方形レンズの平面図である。

【図11B】本発明の一実施形態による図１１ＡのＡ‐Ａ線に沿って見た正方形レンズの断面図である。

【図12】本発明の一実施形態に従って正方形レンズの単一の層がアレイをなした状態に配列された光源の斜視図である。

【図13】本発明の一実施形態に従って隣り合うセル相互間の放射線の混合状態を示す図１２の光源の断面図である。

【図14】本発明の一実施形態に従って正方形レンズの２つの層がアレイをなして配列された光源の１つのセルの斜視図である。

【図15】本発明の一実施形態に従って六角形セルを含む光源の平面図である。

【図16A】本発明の一実施形態に従って図１５の光源のベースプレートに取り付けられたＬＥＤの斜視図である。

【図16B】本発明の一実施形態に従って図１５の光源のベースプレートに取り付けられたＬＥＤの平面図である。

【図16C】本発明の一実施形態に従って図１５の光源のベースプレートに取り付けられたＬＥＤの側面図である。

【図17A】本発明の一実施形態に従ってベースプレート上に設けられたバッフルプレート（すなわち、バッフル付きのプレート）の斜視図である。

【図17B】本発明の一実施形態に従ってベースプレート上に設けられたバッフルプレート（すなわち、バッフル付きのプレート）の平面図である。

【図17C】本発明の一実施形態に従ってベースプレート上に設けられたバッフルプレート（すなわち、バッフル付きのプレート）の側面図である。

【図18A】本発明の一実施形態によるバッフルプレート中に挿入された円形レンズの斜視図である。

【図18B】本発明の一実施形態によるバッフルプレート中に挿入された円形レンズの平面図である。

【図18C】本発明の一実施形態によるバッフルプレート中に挿入された円形レンズの側面図である。

【図19A】本発明の一実施形態に従って円形レンズ上に設けられた六角形レンズの斜視図である。

【図19B】本発明の一実施形態に従って円形レンズ上に設けられた六角形レンズの平面図である。

【図19C】本発明の一実施形態に従って円形レンズ上に設けられた六角形レンズの側面図である。

【図20】本発明の一実施形態に従って図１４の光源の１つの六角形セルと関連したある特定のコンポーネントの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本出願人の国際出願ＰＣＴ／ＩＴ２０１６／０００２２５号明細書では、自己潤滑性サブストレータムを採用しながら立体物または三次元物体の形成のために液体ポリマーを光硬化させる方法および装置が記載されている。これら方法および装置は、吸引効果（形成中の物体の層とこの下に位置決めされたタンクのベースとの間の真空に起因して生じる）を減少させまたはなくし、形成中の層とタンクベースとの付着性を減少させまたはなくし、上述の作用効果によって生じる機械的応力を減少させ、そして従来型解決策と比較して、立体物を非常に短い時間で形成するプロセスを提供する。特に、立体物の形成のための光硬化を行うかかる方法および装置では、タンクのベースと光硬化性液体ポリマーとの間にメンブレンを介在させ、このメンブレンは、関心のある電磁スペクトルに対して透明であり、かつ潤滑性物質の層を徐々に放出することができ、それにより適切にドープされたポリマーが潤滑性物質の層上に浮いた状態のままで凝固することができる。

【0014】

かかる構成の一例が図１に示されている。ＤＬＰプロジェクタ１０がタンク（図示せず）のベースのところに設けられたホウケイ酸ガラスの層１４を通って光束流１２を生じさせる。ホウケイ酸ガラスの上にはメンブレン１６が位置している。メンブレン１６は、２０１６年１０月３日に出願された国際出願ＰＣＴ／ＩＴ２０１６／０００２２５号明細書に詳細に記載されており、この国際出願は、２０１５年１０月２日に出願されたイタリア国特許出願１０２０１５００００５７５２７号の優先権主張出願であり、このイタリア国出願を参照により引用し、その記載内容を本明細書の一部とする。概要を説明すると、メンブレン１６は、ＤＬＰプロジェクタ１０からの電磁スペクトル放射線に対して透明でありかつ潤滑性物質の層を徐々に放出することができる自己潤滑性サブストレータムであり、それにより、メンブレンの上方に浮いた状態で位置する液体ポリマー１８がメンブレン上で硬化することができ、かくして吸引効果を減少させるとともに形成中の物体層とタンクベースとの付着性をなくす。ＤＬＰプロジェクタ１０は、液体ポリマー１８とのメンブレン１６のインターフェースのところに像焦点面２０を有する。液体ポリマーの光硬化は、投影された像に従ってこのインターフェースのところで起こり、構築中の物体の成長は、それにより容易になる。液体ポリマーには紫外線触媒（ＤＬＰプロジェクタによって生じる光束流の帯域幅において敏感である）および潤滑性物質が適切にドープされるのが良い。この構成は、迅速な物体成長（厚さ２００ミクロンの層について１．８ｍｉｎ／ｃｍのオーダのプリンティング速度で）を可能にするが、ｘ‐ｙ解像度を制限する（例えば、７５ミクロン）。さらに、相当な光強度が液体ポリマーを硬化させるのに必要なので、ＤＬＰプロジェクタは、作業空間の近くに位置決めされなければならず、それにより液体ポリマーの硬化を行わせることができる面積が制限される（例えば、１２０×９０ｍｍのオーダまで）。作業空間へのＤＬＰプロジェクタのこの近接性はまた、焦点面内に光収差およびディストーション（歪曲）をもたらす。

【0015】

本発明の実施形態は、ＤＬＰプロジェクタの使用をなくし、これに代えて約４１０ｎｍの波長（または、より一般的に言って、４００～７００ｎｍの波長範囲内にある波長）で電磁線を放出する平行光源を用いることによってこれらの欠点を解決する。光源は、一実施形態では、出力が個々のビームディレクタ（beam director）（またはバッフル）によって拘束されるとともにレンズアレイによって平行にされる発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイからなる。その結果得られる平行光ビームは、液体ポリマーを収容したタンク内にかつ上述のメンブレンの下に配置された液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を照明するために用いられる。ＬＣＤは、印刷されるべき物体の断面の像の表示を提供するようコンピュータ制御下にあり、その結果、平行光ビームは、入射放射線の波長に対して不透明になっていないＬＣＤの部分を通過してＬＣＤの真上に位置する装置の作業空間内の液体ポリマーの光硬化を生じさせる。この構成は、ｘ‐ｙ平面内に光収差またはディストーションのない高い解像度（例えば、約５０ミクロン以下のオーダで、一実施形態では、約３０ミクロン）をもたらし、他方、迅速なプリンティング速度（例えば、約２～２．５秒で２００ミクロンのオーダのプリンティング厚さ）を保つ。

【0016】

図２は、この構成の一例を示している。光源３２が像３９を作るためにＬＣＤパネル３３を通る放射線の平行光束流３８をもたらし、この平行光束流は、一実施形態では、４００～７００ｎｍの波長範囲内にあり、特に４１０ｎｍである。ＬＣＤパネルは、液晶マトリックス３６をサンドイッチした２つの偏光層３４，３５を有する。液晶マトリックスは、複数のアドレス指定可能な画素を含み、これら画素は入射放射線に対して個別的に透明にまたは不透明に作られるのが良い。マトリックス中の結晶のうちの透明な結晶を通る入射放射線の作用効果により、ディスプレイ表面３７上に像３９が作られる。マトリックス３６の個々の結晶は、代表的には表示のための像のビットマップ（または他の）バージョンが提供されるプロセッサまたは他のコントローラの制御下において、電圧をそれぞれの結晶に印加しまたは印加しないことによって透明にまたは不透明に作られる。一実施形態では、ＬＣＤディスプレイ３３は、８４０ｄｐｉの解像度を有するのが良い。

【0017】

平行光源のための光の波長は、ＬＣＤディスプレイの偏光子が典型的にはＵＶフィルタとして働くので、光の可視範囲のエッジで選択される。３Ｄプリンティング用に用いられる形式の多くの光硬化可能なポリマー（レジンとも呼ばれる）がＵＶ帯で硬化する。したがって、ＬＣＤ結像装置を用いることにより、紫外線がＬＣＤディスプレイの偏光子によって濾波除去されるので従来型システムでは問題が生じる。同時に、可視帯で硬化するレジンは、典型的には、像平面内に約５０ミクロン以下のｘ‐ｙ解像度を達成するようには使用できない。これとは異なり、これらシステムは、典型的には、１００ミクロンのオーダの解像度を達成する。したがって、本発明の実施形態で用いられるレジンは、約３７０ｎｍの中心波長で硬化可能であるが、平行光源の好ましい波長である４１０ｎｍでは良好な硬化特性を依然としてもたらす。

【0018】

上述したように、好ましい光源は、平行光源であり、これは、個々の光エミッタのアレイによって作られる。これは、点光源がレジン（少なくとも、十分に広い領域にわたってではない）の硬化を生じさせるのに十分なエネルギーを生じさせない傾向があり、さらに、図３Ａに示されているようにズーム効果に起因したディストーションを生じさせるからである。点光源、例えば単一のＵＶ ＬＥＤ４０が光硬化性配列体中のＬＣＤディスプレイ３３を照明するため用いられる場合（単純化のため、この配列体のホウケイ酸ガラス１４およびメンブレン１６だけが示されている）、元の像４１がメンブレン１６の頂面上の像平面のところで拡大状態４２になる。これは、拡大像がそのエッジのところで不規則になる傾向がありかつ誤ったサイズのものとなるので、満足のゆくものではない。さらに、像平面のところの光エネルギーは、その領域全体にわたって非一様であり、したがって、硬化時間は、像の中心とそのエッジとの間ではばらつきがある。

【0019】

しかしながら、光源のアレイを用いることは、それ自体必ず難題である。源のアレイは、レジンの光硬化を生じさせるとともに像領域全体にわたって光エネルギーの分布を一層一様にするのに十分なエネルギーを達成するために必要とされるが、図３Ｂに示されているように、アレイ中の個々の源が各々像平面内にそれ自体の像（拡大状態）を生じさせるのでシャドー効果を生じさせる。個々のＬＥＤ源４３‐１，４３‐２，４３‐３のアレイ４３がホウケイ酸ガラス１４とメンブレン１６との間に設けられたＬＥＤディスプレイ３３を照明する。かくして、これら源の各々は、メンブレン１６と光硬化性レジン（図示せず）とのインターフェースのところで像平面のところでＬＣＤディスプレイ３３上にそれ自体のそれぞれの像の表示４４‐１，４４‐２，４４‐３を生じさせる。これら像は、各々、拡大されて互いにオーバーラップし、その結果、シャドー効果および他の望ましくない像硬化が生じる。単一の物体（例えば、ＬＣＤ像）上に入射する２つの光源に関するシャドー効果の一例が図４に示されている。

【0020】

平行光源を用いると、図５に示されているように、これらシャドー効果がなくなる。平行光束流４５がバッフル４７およびコリメートレンズ４８のアレイを用いて個々のＬＥＤ４６‐１，４６‐２，４６‐３のアレイ４６によって作られる。バッフル４７は、個々のＬＥＤ源４６‐１，４６‐２，４６‐３の各々のビーム幅をアレイ４８中に用いられているレンズのほぼ直径に制限するよう配置されている。レンズのアレイは、各ＬＥＤ源から焦点距離１つ分だけ離れて配置され、各ＬＥＤ源はまた、互いに焦点距離１つ分だけ離されて配置されるのが良く、それゆえ、バッフルは、かかる離隔距離に対応するよう寸法決めされる。本発明の一実施形態では、ＬＥＤ源の９×１２アレイが用いられる。これは、図６に示されており、図６は、ＬＥＤのアレイ４６、各々がＬＥＤの各々にそれぞれ対応したバッフル４７、レンズ４８のアレイ、ＬＥＤ１つ当たり１つのレンズ、およびＬＣＤディスプレイ３３を分解組立図で示しており、これらにより、印刷されるべき像がもたらされる。図５に戻ってこれを参照すると、レンズのアレイ４８により生じた平行光は、ＬＣＤ３３からの像が光硬化性液体ポリマー（図示せず）の底面の真下でメンブレン１６の頂部インターフェース上に投影されたときにその元のサイズを保持するようにする。ＬＣＤは、印刷されるべき物体の断面の像の表示を提供するようコンピュータ制御下にあり、その結果、平行光ビームは、入射放射線の波長に対して不透明になっていないＬＣＤの部分を通過してＬＣＤの真上に位置する装置の作業空間内の液体ポリマーの光硬化を生じさせる。この構成は、ｘ‐ｙ平面内に光収差またはディストーションのない高い解像度（例えば、約５０ミクロン以下のオーダで、一実施形態では、約３０ミクロン）をもたらし、他方、迅速なプリンティング速度を保つ。

【0021】

本発明の種々の実施形態では、ＬＥＤ源ビーム幅は、中心からのこれらの角変位全体の約９０％以上に拘束される。幾つかの実施形態では、これは、レンズのアレイ中に用いられているレンズの焦点距離１つ分のバッフル付きＬＥＤ相互間の距離に一致している。本発明の一実施形態では、平行光源は、約４１０ｎｍで２５０ｍＷ／ｃｍ²の光束を生じさせ、８４０ｄｐｉのＬＣＤディスプレイを用いてディストーションなしで約３０ミクロンのｘ‐ｙ解像度で約２～２．５秒以内の厚さ２００ミクロン層の印刷を可能にする。アレイの個々のＬＥＤ源は、レンズアレイに属するレンズの焦点距離のところでレンズから間隔を置いて位置し、それゆえ、バッフルは各々四方が焦点距離１つ分である。

【0022】

図７に示されているように、一実施形態では、平行光源は、ポリマーが硬化を生じている作業領域全体にわたって十分なかつ適度に一貫した光束を保証するよう、幅が約２０°以下であり、すなわちその中心軸線から半径方向に約１０°以内であり、より具体的には約１５°以内であり、すなわちその中心軸線から半径方向に約７．５°以内の空間放射パターンをなして各源ＬＥＤ源から放出された光を拘束するよう構成されている。

【0023】

本発明の別の実施形態は、放射線への暴露によって液体ポリマーを光硬化させることによって立体物の形成をもたらし、この放射線は、多周波ＬＥＤ源のアレイ、バッフルのアレイ、およびレンズのアレイで構成された平行光源によって提供される。バッフルは、ＬＥＤのアレイ中の個々のＬＥＤ源の各々のビーム幅を制限し、レンズのアレイは、ＬＥＤ源のアレイから焦点距離１つ分のところに配置される。平行光源は、複数のフィルタを有する液晶ディスプレイをさらに含み、複数のフィルタの各フィルタは、ＬＥＤ源からの放出放射線の波長に対応している。

【0024】

図８は、ディスプレイ表面３７のところに像を作るようＬＣＤパネル３３′を通る放射線の平行光束流を提供する光源３２′の一例を示している。ＬＣＤパネル３３′は、液晶マトリックス３６をサンドイッチした２つの偏光層３４，３５を有する。液晶マトリックスは、複数のアドレス指定可能な画素を含み、これら画素は入射放射線に対して個別的に透明にまたは不透明に作られるのが良い。マトリックス中の結晶のうちの透明な結晶を通る入射放射線の作用効果により、ディスプレイ表面３７上に像３９が作られる。マトリックス３６の個々の結晶は、代表的には表示のための像のビットマップ（または他の）バージョンが提供されるプロセッサまたは他のコントローラの制御下において、電圧をそれぞれの結晶に印加しまたは印加しないことによって透明にまたは不透明に作られる。この実施例では、偏光層３４，３５は、多源ＬＥＤアレイ４６′を構成するＬＥＤ６２ａ～６２ｎからの紫外線に対して透明である。

【0025】

加うるに、ＬＣＤパネル３３′内には組をなす２つまたは３つ以上のＵＶフィルタ６６が含まれている。ＵＶフィルタ６６は、各々が多源ＬＥＤアレイ４６′のＬＥＤからの入射放射線の幅の狭い周波数範囲を濾波除去するよう狭い帯域幅を有するよう設計されている。ＵＶフィルタ６６は、この実施例で示されているようにまたはＬＣＤパネル内のどこかほかの場所で液晶マトリックス３６と上側偏光フィルム３５との間に位置決めされるのが良い。好ましくは、多源ＬＥＤアレイ４６′を構成するＬＥＤ６２ａ～６２ｎは各々、２つまたは３つ以上の幅の狭い帯域幅の光を放出し、ＵＶフィルタ６６は、かかる帯域幅に合わされており、その結果、ＬＥＤの放出光の各波長について対応のＵＶフィルタが存在するようになっている。

【0026】

上述したように、液晶マトリックス３６は、複数のアドレス指定可能な画素を含み、これらアドレス指定可能な画素は、入射放射線に対して個々に透明または不透明に作られるのが良い。一実施形態では、能動型（例えば、ＴＦＴ）ＬＣＤパネルが用いられるが、他の場合、受動型（例えば、ＳＴＮ）ＬＣＤパネルが用いられるのが良い。液晶マトリックスの各セグメントは、ＬＥＤ６２ａ～６２ｎからの入射光に対してゲートとして働く。ＵＶフィルタ６６と一緒に、ＬＣＤパネルは、画素ごとの条件に基づいて、入射紫外線の特定の波長を通しまたは遮断する。例えば、ＬＥＤ６２ａ～６２ｎが各々、光を波長ＵＶ_a，ＵＶ_b，ＵＶ_cで放出することができる場合、液晶マトリックスのセグメントを透明であるようにまたは透明ではないように制御することによって、ディスプレイ表面のところの像の各「画素」を波長ＵＶ_a，ＵＶ_b，またはＵＶ_cのうちの１つであるようにまたはこれらの２つまたは３つ以上の組み合わせであるように制御するのが良い。これは、赤色‐緑色‐青色ＬＣＤディスプレイがカラー画像を提供する仕方と類似している。光を多数の別々のＵＶ波長で放出するＬＥＤの例は、カリフォルニア州サンジョゼ所在のエルイーディー・エンジン・インコーポレイテッド（LED Engin, Inc.）から入手できるＬＥＤのＬＺ４シリーズである。

【0027】

バッフル４７は、個々のＬＥＤ源６２ａ～６２ｎのビーム幅を中心からのこれらの角変位全体のほんの何分の一かに拘束する。幾つかの実施形態では、バッフルは、互いにレンズ４８のアレイ中に用いられているレンズの焦点距離１つ分のところに心出しされている。さらに、アレイの個々のＬＥＤ源６２ａ～６２ｎは、レンズアレイ４８に属するレンズの焦点距離のところでレンズから間隔を置いて位置し、それゆえ、バッフル４７は各々四方が焦点距離１つ分である。

【0028】

光エンジン３２′は、ディスプレイ表面のところに像を作るようＬＣＤパネル３３′を通って放射線の平行光束流を１つまたは２つ以上の波長で提供する。ＬＥＤ源に関する光の種々の波長は、作製中の三次元物品を形成する元となるポリマーレジン中への種々の添加物を可能にするよう選択されるのが良い。３Ｄプリンティング用に用いられる形式の多くの光硬化可能なポリマー（レジンとも呼ばれる）がＵＶ帯で硬化する。互いに異なる波長で敏感な硬化剤を導入することにより、入射放射線を適切に濾波することによって、作製中の物体の互いに異なる構造的特性を達成することができる。

【0029】

例えば、硬化剤の中には波長ＵＶ_aで敏感なものがあれば、波長ＵＶ_bで敏感なものもある。適当に選択されたＵＶフィルタ６６を維持するとともに上述した仕方でＬＣＤパネル３３′の画素に光を波長ＵＶ_a，ＵＶ_bで選択的に通しまたは通さないようにすることによって、互いに異なる硬化剤をポリマーレジンとのメンブレン（図８には示されていない）のインターフェースのところでほぼ画素ごとの条件で（硬化がＬＣＤパネルの頂面にすぐ隣接してほとんど起こり、したがってビーム発散度は、最小限であると期待できる限り）活性化することができる。その結果、例えば互いに異なる硬化剤が所与のポリマーレジンに関して互いに異なる硬化時間を有する場合、物体の幾つかの領域は、他の領域よりも剛性である場合がある。

【0030】

上述したように、好ましい光源は、平行光源であり、これは、個々の光エミッタのアレイによって作られる。これは、上述したように、本出願人の米国特許出願第１５／４１５，６８８号明細書において、点光源が樹脂（少なくとも、十分に広い領域にわたってではない）の硬化を生じさせるのに十分なエネルギーを生じさせない傾向があり、しかもズーム硬化に起因したディストーションを生じさせる場合があるからである。さらに、バッフル４７の使用は、像平面内のシャドー効果をなくすのを助ける。バッフルは、個々のＬＥＤ源の各々のビーム幅をアレイ４８で用いられているレンズのほぼ直径に制限するよう配置されている。

【0031】

本発明のさらに別の実施形態では、光源およびスペクトルのＵＶ範囲内のフィルタに代えて、光を可視帯で放出する光源および対応のフィルタフィルムを用いるのが良い。例えば、別々の赤色、緑色、および青色の光を放出するＬＥＤ源は、ＬＥＤ６２ａ～６２ｎとして用いられるのが良く、対応の赤色、緑色、および青色のフィルタ６６がこれとともに使用される。赤色‐緑色‐青色ＬＥＤパネルは、容易に入手でき、それゆえかかる実施形態は、適当な硬化剤を液体ポリマーに用いることができることを条件として、作るのに費用がそれほどかからない場合がある。

【0032】

さらに別の実施形態では、光を可視およびＵＶ波長の広いスペクトル全体にわたって放出しまたは光を各帯域内で多数の別々の波長で放出するＬＥＤを用いることができる。かかる実施例では、種々の画素のところでの作製物体の色は、適当な波長の光をＬＣＤパネルに通してレジン内の色剤（顔料）を活性化することによって制御されるのが良く、そのところどころにおいてレジンは硬化されている。

【0033】

さらに別の実施形態では、ＬＥＤ源は、多数のＬＥＤを含むのが良い。すなわち、ＬＥＤ源６２ａ～６２ｎのうちの１つまたは２つ以上は、各々がＵＶの異なる波長、および／または赤色、緑色、および青色光の多数の光源（例えば、多数のＬＥＤエミッタ）を含むのが良い。すなわち、ＬＥＤのアレイのうちの１つまたは２つ以上のセルは、各々異なる１つの波長または複数の波長で活性である多数のＬＥＤを含むのが良く、それにより、セルは、広いスペクトルにわたって光を作ることができる。かかる実施例では、種々の画素のところでの作製された物体の色および／または組成は、適当な波長の光をＬＣＤパネルに通してレジン内の色剤または物質剤（顔料）を活性化することによって制御されるのが良く、そのところどころにおいてレジンは硬化されている。かくして、放射線への暴露によって光硬化性液体ポリマーを光硬化させることによって立体物を形成する装置は、この光硬化性液体ポリマーを硬化させる放射線を放出する平行光源を有するのが良く、この平行光源は、複数のＬＥＤ源から成り、これらＬＥＤ源の各々は、放射線を複数の波長で放出するよう構成されている。これらＬＥＤ源のうちの１つまたは２つ以上は、複数のＬＥＤエミッタを有するのが良く、これらエミッタの各々は、放射線を１つまたは２つ以上の波長で放出するよう構成されている。

【0034】

図９は、本発明の幾つかの実施形態に従って電磁線が光硬化性液体ポリマーを硬化させるために用いられる３Ｄプリンティングシステムを示している。タンク１００が光硬化性液体ポリマー１８を収容しており、この液体ポリマーは、ある特定の周波数の電磁線（例えば、ＵＶ光）に暴露されると硬化する（すなわち、硬くなる）。タンク１００の底部は、タンク窓１１０を有するのが良い。一実施形態では、タンク窓１１０は、剛性裏当て材１４（例えば、ホウケイ酸ガラス）で裏打ちされた可撓性メンブレン１６によって形成され、これらの両方は、光硬化性液体ポリマーの硬化が起こる電磁線のある特定の周波数に対して透明である。

【0035】

光源３２は、ＬＣＤ３３を通って電磁線４５（またはその光線）を光硬化性液体ポリマー１８内に配置された焦点面１２０上に投射する。ＬＣＤ３３は、電磁線４５を選択的に濾波し、それにより物体の断面の像を焦点面１２０上に生じさせることができる。光源３２は、上述したように、平行にされて一様な強度を有する光線とともに柱状の電磁線を投射する。

【0036】

光硬化性液体ポリマー１８中に存在する電磁線４５と光硬化剤との相互作用の結果として、湾曲した層が部分的に形成された３Ｄ物体２２の底部とタンク１００の底部との間に生じる。硬化済みの層は、物体２２の底部にくっついて物体の断面を形成するが、メンブレン１６およびメンブレン１６の表面上に位置する潤滑性層１２の非粘着性に起因してタンク１００の底部には実質的にくっつかない。硬化済み層を形成した後、物体２２をタンク１００に対して持ち上げるのが良い。高さ調節手段（図示せず）を用いて取り出しプレート２４を持ち上げるのが良く、それにより物体２２（今や、新たに作られた層が設けられている）を持ち上げる。光硬化性液体ポリマー１８は、次に、物体２２の底面とメンブレン１６との間の隙間（すなわち、物体２２の持ち上げによって作られている）中に流れ、プロセスを繰り返して（すなわち、像を投影し、物体を持ち上げ、像を投影し、物体を持ち上げて）物体２２が完全に形成されるまで追加の硬化済み層を形成するのが良い。

【0037】

上述したように、本発明の実施形態は、部分的にレンズのアレイの使用により平行光源を提供する。幾つかの実施形態では、正方形レンズがアレイをなして配列されている。他の実施形態では、正方形レンズの２つの層が用いられる。さらに別の実施形態では、ハニカムパターンをなして配列された六角形レンズが採用される。以下において、これら構成の各々について説明する。

【0038】

図１０は、光源３２の１つのセルと関連したコンポーネントを示している。コンポーネントは、ＬＥＤ７０および正方形レンズ７２を含むのが良い。一実施形態では、レンズ７２は、凸状頂面７２Ａ、平坦な底面７２Ｃおよび４つの平坦な側面７２Ｂ（これらのうちの１つだけがラベル表示されている）を含む平凸ガラスレンズであるのが良い。正方形レンズ７２は、ＬＥＤ７０から伝搬する電磁線を平行にするよう構成されている。上述したように、光源３２は、各々がＬＥＤ７０および対応のレンズ７２を含むセルのアレイを有するのが良い。図１１Ａは、正方形レンズ７２の平面図である。レンズ７２の長さおよび幅の両方の測定寸法は、１５．５８ｍｍ±０．２０ｍｍであるのが良い。図１１Ｂは、図１１ＡのＡ‐Ａに沿って見たレンズの断面図である。レンズ７２の高さの測定寸法は、７．００ｍｍ±０．１０ｍｍであるのが良い。

【0039】

上述したように、光源３２の個々のセルは、バッフルによって互いに隔てられるのが良い。幾つかの場合、図１２に示されているように、バッフルは、不透明な仕切り壁７４を有するのが良い。不透明な仕切り壁は、１つのセルからの電磁線が隣のセルに入るのを阻止する（少なくとも、電磁線がレンズ７２から出る前に）。レンズ７２に達する電磁線は、レンズのエッジの近くで出る放射線を除き、実質的に平行にされる。図１３に示されているように、仕切り壁７４の近くの電磁線７８は、レンズ７２によって隣のセルの方へ方向づけられて仕切り壁７４のシャドーによって作られる「デッドゾーン」７６を照明する。

【0040】

本発明の幾つかの実施形態では、焦点面に送り出される全パワーを増大させるため（ＬＥＤの数を不変に保つとともにＬＥＤを作動させるパワーを不変に保ちながら）、光エンジンのセル１つ当たりの２つの正方形レンズが図１４に示されているように利用されるのが良い。正方形レンズ８０は、もし上述のように構成されていなければ仕切り壁７４によって吸収されている放射線８２を正方形レンズ７２中に方向づけるのを助け、それにより全パワーを増大させる。上述したように、正方形レンズ７２は、凸状頂面７２Ａ、平坦な底面７２Ｃおよび４つの平坦な側面７２Ｂ（これらのうちの１つだけがラベル表示されている）を含む平凸ガラス（またはプラスチック）レンズであるのが良い。同様に、正方形レンズ８０は、凸状頂面８０Ａ、平坦な底面８０Ｃおよび４つの平坦な側面８０Ｂ（これらのうちの１つだけがラベル表示されている）を含む平凸ガラス（またはプラスチック）レンズであるのが良い。正方形レンズ８０は、正方形レンズ７２よりも小さい寸法を有するのが良い。頂面７２Ａ，８０Ａの両方は、非球面であるのが良い。

【0041】

本発明のさらに別の実施形態は、六角形セルを含む光源を利用するのが良い。六角形セルの使用により、正方形セルと比較してセル中心とそのエッジとの間の平均距離が短くなり（ＬＥＤの数と全セル表面積の比が一定に保たれた状態で）、その結果、セルエッジのところ、特にセルコーナー部のところに存在する照射度の不均一性の減少が得られる。図１５は、ハニカムパターンによる六角形セルの配置状態を示しており、ＬＥＤ７０がセルの各々の中心のところに存在する。換言すると、ＬＥＤ７０は、二等辺三角形の頂点のところに配置される。図示の測定値は、例示であるに過ぎない。

【0042】

図１６Ａは、六角形セルを含む光源を部分的に形成するベースプレート９０に取り付けられているＬＥＤ７０の斜視図である。説明を簡単にするために７つのＬＥＤが示されているが、理解されるべきこととして、これよりも多い数のＬＥＤを同様な仕方で配置することができる（すなわち、二等辺三角形の角のところに）。図１６Ｂおよび図１６Ｃは、それぞれ、ベースプレート９０に取り付けられているＬＥＤ７０の平面図および側面図である。

【0043】

図１７Ａは、ベースプレート９０上に設けられたバッフルプレート９２（すなわち、バッフル９４を形成する切欠き付きのプレート）の斜視図である。バッフル９４の各々は、対応のＬＥＤ７０から伝搬する電磁線のビームを拘束するよう構成されている。一実施形態では、バッフルプレート９２は、４ｍｍだけベースプレート９０から隔てられるのが良い。一実施形態では、バッフルプレート９４の各々は、形状が円形である。図１７Ｂは、ベースプレート９０上に設けられたバッフルプレート９２の平面図である。図１７Ｂに示されているように、バッフル９４の各々は、ベースプレート９０に取り付けられた対応のＬＥＤ７０と整列している。図１７Ｃは、ベースプレート９０上に設けられたバッフルプレート９２の側面図である。

【0044】

図１８Ａは、バッフルプレート９２のバッフル９４中にそれぞれ挿入された円形レンズ９６の斜視図である。円形レンズ９６の各々は、対応のバッフル９４からの第１の放射線ビームを受け入れて第１の放射線ビームよりも集束度の高い第２の放射線ビームを投射するよう構成されている。図１８Ｂは、バッフルプレート９２のバッフル９４中に挿入された円形レンズ９６の平面図である。円形レンズの周長は、バッフルの周長よりも大きいのが良く、その結果、円形レンズのリムは、バッフルプレート９２の頂面上に載ることができる。図１８Ｃは、バッフルプレート９２のバッフル９４中に挿入された円形レンズ９６の側面図である。図１８Ｃに示されているように、円形レンズ９６の底部分は、バッフル９４から突き出るのが良い。一実施形態では、円形レンズ９６は、プラスチックで作られた平凸レンズであるのが良い。別の実施形態では、円形レンズ９６は、両凸レンズであるのが良い。

【0045】

図１９Ａは、円形レンズ９６上に設けられた六角形レンズ９８の斜視図である。六角形レンズ９８の各々は、対応の円形レンズ９６からの第２の放射線ビームを受け入れ、そして第３のビーム（これは実質的に平行にされている）を焦点面１２０の方へ投射するよう構成されている。六角形レンズ９８の各々は、凸状頂面９８Ａおよび６つの平坦な側壁９８Ｂを有するのが良い。特に、頂面９８Ａは、非球面であるのが良い。種々の実施形態では、素子５０は、六角形セル相互間に（すなわち仕切り、ダイヤフラム）を形成する薄い材料シートであるのが良い。他の場合、素子５０は、レンズ９８の各々を包囲した覆いまたは被膜、クラッディングであるのが良い。特定の一実施例では、素子５０は、レンズ９８を互いに結合する光学的に不透明な（光硬化性液体ポリマーを硬化させる放射線の波長の状態にある）接着剤であるのが良い。

【0046】

比較のため、不透明な接着剤５０は、正方形セル実施形態の仕切り７４の役割を果たすことが注目される。不透明接着剤５０の厚さ（例えば、５ミクロン）は、仕切り壁７４の厚さ（例えば、１ｍｍ）よりも実質的に小さいので、不透明接着剤５０に起因するシャドー効果は、仕切り７４のシャドー効果と比較して実質的に低い。その結果、六角形セル光源に必要な不透明接着剤５０のシャドー効果についての補償が事実上なく、その結果、セルエッジのところの非一様性が小さくなる。図１９Ｂおよび図１９Ｃは、それぞれ、円形レンズ４６上に設けられた六角形レンズ９８の平面図および側面図である。六角形レンズ９８の底面９８Ｃが部分的に図１９Ｃに見える。互いにくっつけられる六角形レンズ９８のアンサンブルまたは組み合わせの周囲を支持するために構造体（図示せず）が用いられる。

【0047】

図２０は、本発明の一実施形態に従って光エンジン１つの六角形セルと関連したある特定のコンポーネントの斜視図である。図２０には、頂面９８Ａ、６つの側面９８Ｂ、および底面９８Ｃを備えた六角形レンズ９８が記載されている。円形レンズ９６が六角形レンズ９８とＬＥＤ７０との間に設けられている。図２０にはバッフルが図示されていない。多数のかかるレンズが光エンジン全体内に存在するのが良い。さらに、上記説明では１つのＬＥＤが各セルについて存在しているが、別の実施形態では、多数のＬＥＤ（例えば、１つまたは２つ以上のＵＶ、１つの赤色、１つの緑色、および／または１つの青色ＬＥＤ）が各セル内に存在していても良い。

【0048】

上述の実施形態に加えて、本発明の別の実施形態は、レンズアレイをなした正方形または他のレンズに代えて、テレセントリックレンズを採用することができる。テレセントリックレンズは、複合レンズであり、本発明の実施形態は、無限遠のところに入射瞳と出射瞳の両方を有するものとして特徴づけられるバイテレセントリックレンズを採用するのが良い。バイテレセントリックレンズの使用により、平行光源からの照明の際の像ディストーション（例えば、糸巻き型歪曲および／または樽型歪曲）および他の誤差を減少させることができる。

【0049】

変形例として、上述の正方形レンズまたは他のレンズに代えて、レンズアレイ中にフレネルレンズを採用しても良い。例えば、ヴ等（Vu et al.），「エルイーディー・ユニフォーム・イルミネーション・ユージング・ダブル・リニア・フレネル・レンズ・フォー・エネルギー・セービング（LED Uniform Illumination Using Double Linear Fresnel for Energy Saving）」，エナジーズ（Energies）２０１７年，１０，２０９１（２０１７年１２月１１日）は、ＬＥＤのアレイのためのかかるコリメータの使用を記載している。本発明の実施形態では、直線フレネルレンズアレイは、所望の焦点距離が得られるよう比較的薄いという利点を提供する。ＬＥＤ源からできるだけ多くの光を捕捉するため、追加のプリズム素子を用いてＬＥＤによって放出された光を個々のレンズ素子に方向づけるのが良い。代替的にまたは追加的に、個々のＬＥＤは、もしそのように構成されていなければバッフルによって吸収される追加の光の方向をアレイのレンズに向け直すようレフレクタによって包囲されても良い。

【0050】

上述の実施形態では、ＬＥＤおよび平行光学系の直線配置状態を説明したが、他の配置状態の採用が可能である。例えば、ＬＥＤがタンク中への最終的な光投射平面に対して直交方向に光を放出するよう配置されている側照明配置状態を用いることができる。かかる「側照明」または「縁照明」配置状態は、光をＬＣＤユニットに方向づけるようコリメートフィルム、例えばミネソタ州セントポール所在のスリーエム・カンパニー（3M Company）製のいわゆるブライトネス・エンハンスメント・フィルムズ（Brightness Enhancement Films）を採用するのが良い。これらフィルムは、入射光の方向を変えるようプリズム構造を採用している。

【0051】

さらに、光源としてのＬＥＤの使用を上述の実施形態と関連して説明したが、他の光源を採用することができる。例えば、水銀アーク灯が伝統的にフォトリソグラフィ用途において紫外線の源として用いられており、かかる水銀アーク灯を同様に、本明細書において説明したように光エンジンに採用することができる。

【0052】

かくして、立体物の形成のために液体ポリマーの光硬化を利用する３Ｄプリンティング装置で用いられる光エンジンについて説明した。
なお、好ましい構成態様として、本発明を次のように構成することもできる。
１． 放射線への暴露によって光硬化性液体ポリマーを光硬化させることによって立体物を形成する装置であって、前記液体ポリマーを収容したタンクと、前記放射線を放出する平行光源とを有し、前記光硬化性液体ポリマーは、前記タンクに設けられている開口部を通って硬化される、立体物の形成装置。
２． 前記平行光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）源のアレイから成り、前記ＬＥＤ源のうちの少なくとも幾つかは、放射線を４００～７００ｎｍの波長で放出するよう構成されている、上記１記載の立体物の形成装置。
３． 前記平行光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）源のアレイから成り、前記ＬＥＤ源のうちの少なくとも幾つかは、放射線を４１０ｎｍの波長で放出するよう構成されている、上記２記載の立体物の形成装置。
４． 前記平行光源は、バッフルのアレイおよびレンズのアレイをさらに有し、前記バッフルは、前記ＬＥＤ源のアレイ中の個々のＬＥＤ源の各々のビーム幅を前記レンズのアレイに属する一レンズのほぼ直径に制限するよう配置され、前記レンズのアレイは、前記ＬＥＤ源のアレイから焦点距離１つ分のところに配置されている、上記３記載の立体物の形成装置。
５． 前記ＬＥＤ源のうちの１つまたは２つ以上は、放射線を複数の波長で放出するよう構成されている、上記２記載の立体物の形成装置。
６． 前記平行光源は、バッフルのアレイおよびレンズのアレイをさらに有し、前記バッフルは、前記ＬＥＤ源のアレイ中の個々のＬＥＤ源の各々のビーム幅を前記レンズのアレイに属する一レンズのほぼ直径に制限するよう配置され、前記レンズのアレイは、前記ＬＥＤ源のアレイから焦点距離１つ分のところに配置されている、上記２記載の立体物の形成装置。
７． 前記平行光源は、液晶ディスプレイ（“ＬＣＤ”）をさらに有し、前記ＬＣＤは、前記ＬＥＤのアレイと前記タンク内に設けられた一領域との間に位置決めされ、物体が前記一領域内において前記光硬化性液体ポリマーの光硬化によって作製される、上記２記載の立体物の形成装置。
８． 前記ＬＣＤは、複数のフィルタを含み、前記複数のフィルタの各フィルタは、放出された放射線の前記波長のうちの１つに対応している、上記７記載の立体物の形成装置。
９． 前記ＬＥＤ源のうちの１つまたは２つ以上は、複数のＬＥＤエミッタから成り、前記エミッタの各々は、放射線を１つまたは２つ以上の波長で放出するよう構成されている、上記２記載の立体物の形成装置。
１０． 前記平行光源は、
複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）群を有し、前記ＬＥＤ群の各々に対応して、
（ｉ）前記ＬＥＤ群から伝搬している電磁線の第１のビームを拘束するとともに方向づけるよう構成されたバッフルと、
（ｉｉ）前記電磁線の第１のビームを受け入れて電磁線の第２のビームを投射するよう構成されたレンズ配列体とを有し、前記電磁線の第２のビームは、実質的に互いに平行な光線によって特徴づけられる、上記１記載の立体物の形成装置。
１１． 前記複数のＬＥＤ群の各々は、２つ以上のＬＥＤを含む、上記１０記載の立体物の形成装置。
１２． 放射線に暴露された光硬化性液体ポリマーを光硬化させることによって立体物を形成する方法であって、前記立体物は、前記放射線に対して透明なシートと支持プレート、すなわち前記立体物のすでに形成された一部分との間の空間内で、前記光硬化性液体ポリマーの漸次硬化に起因して成長により生じ、前記支持プレートは、前記透明なシートから徐々に遠ざかる、方法において、前記光硬化性液体ポリマーを平行光源からの照射によって硬化させる、立体物の形成方法。
１３． 前記平行光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）源のアレイから成る、上記１２記載の立体物の形成方法。
１４． 前記ＬＥＤ源は、放射線を４００～７００ｎｍの波長で放出する、上記１３記載の立体物の形成方法。
１５． 前記平行光源は、バッフルのアレイおよびレンズのアレイを含み、前記バッフルは、前記ＬＥＤ源のアレイ中の個々のＬＥＤ源の各々のビーム幅を前記レンズのアレイに属する一レンズのほぼ直径に制限するよう配置され、前記レンズのアレイは、前記ＬＥＤ源のアレイから焦点距離１つ分のところに配置されている、上記１３記載の立体物の形成方法。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16A】

【図16B】

【図16C】

【図17A】

【図17B】

【図17C】

【図18A】

【図18B】

【図18C】

【図19A】

【図19B】

【図19C】

【図20】