特許 7165761 統合走査モジュール較正を備えた三次元プリントシステム

(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】2022-10-26

(45)【発行日】2022-11-04

(54)【発明の名称】統合走査モジュール較正を備えた三次元プリントシステム

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/393 20170101AFI20221027BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20221027BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20221027BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20221027BHJP

   B29C 64/268 20170101ALI20221027BHJP

   B29C 64/135 20170101ALI20221027BHJP

【ＦＩ】

B29C64/393

B33Y30/00

B33Y10/00

B33Y50/02

B29C64/268

B29C64/135

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2020572401

(86)(22)【出願日】2019-06-27

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-11-11

(86)【国際出願番号】 US2019039548

(87)【国際公開番号】W WO2020006260

(87)【国際公開日】2020-01-02

【審査請求日】2021-02-24

(31)【優先権主張番号】62/691,100

(32)【優先日】2018-06-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】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】クーパー，ガスリー

(72)【発明者】

【氏名】クレイ，ジョン ディー

【審査官】関口 貴夫

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／１８７１４７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１４－５１８１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３５５１４７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－２１８４０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ６４／００－６４／４０

Ｂ３３Ｙ １０／００、３０／００、５０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

構築平面において層ごとの態様で光硬化樹脂を固化するためのビームを生成するレーザモジュールを有する三次元プリントシステムであって、
光ビームを受け取り、該光ビームを２つの軸に沿って走査して前記構築平面を処理するための走査モジュール；
前記走査モジュールと前記構築平面との間の光路に配置される透明プレート；
前記透明プレート上にまたは前記透明プレートに近接して配置される反射特徴；
前記反射特徴から反射された光を受け取るように配置される前記透明プレートの上のセンサ；および
コントローラ
を備え、
前記コントローラは、
前記走査モジュールを作動して前記構築平面に亘って前記光ビームを走査し；
前記光ビームが前記反射特徴と衝突する際に前記センサから信号を受け取り；かつ
前記信号を分析して、前記構築平面に対する前記光ビームの適切な位置合わせを確認する
ように構成され、
前記反射特徴が、複数の反射特徴のアレイを含む
ことを特徴とする、三次元プリントシステム。

【請求項2】

構築平面において層ごとの態様で光硬化樹脂を固化するためのビームを生成するレーザモジュールを有する三次元プリントシステムであって、
光ビームを受け取り、該光ビームを２つの軸に沿って走査して前記構築平面を処理するための走査モジュール；
前記走査モジュールと前記構築平面との間の光路に配置される透明プレート；
前記透明プレート上にまたは前記透明プレートに近接して配置される反射特徴；
前記反射特徴から反射された光を受け取るように配置される前記透明プレートの上のセンサ；および
コントローラ
を備え、
前記コントローラは、
前記走査モジュールを作動して前記構築平面に亘って前記光ビームを走査し；
前記光ビームが前記反射特徴と衝突する際に前記センサから信号を受け取り；かつ
前記信号を分析して、前記構築平面に対する前記光ビームの適切な位置合わせを確認する
ように構成され、
前記光硬化樹脂の固化中に生じる蒸気から走査光学系を保護するための筐体をさらに備え、該筐体は、前記光ビームを前記構築平面に到達させるための開口部を有し、該開口部は、前記透明プレートによって閉じられ、これは、蒸気を遮断しかつ前記反射特徴を較正に提供するという二重の機能を提供し、
前記光硬化樹脂を含有する樹脂容器をさらに備える
ことを特徴とする、三次元プリントシステム。

【請求項3】

前記樹脂容器が電動構築プラットフォームを含み、前記構築平面が、前記光硬化樹脂の上面に近接して画定され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4】

前記コントローラが、前記走査モジュールおよび前記電動構築プラットフォームを作動し、三次元物品を製造するよう構成されることを特徴とする、請求項３に記載の三次元プリントシステム。

【請求項5】

前記コントローラが、前記三次元物品の製造中にリアルタイムで位置合わせを確認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】

前記透明プレートに対して固定して取り付けられた傾斜計をさらに備え、前記コントローラが、前記傾斜計から信号を受け取り前記筐体の傾斜角を特定するよう構成され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】

前記コントローラがさらに、前記筐体を水平にするための指示をユーザに提供するよう構成されることを特徴とする、請求項６に記載の三次元プリントシステム。

【請求項8】

前記コントローラがさらに、前記三次元物品の製造中に前記傾斜角を補正するよう構成されることを特徴とする、請求項６に記載の三次元プリントシステム。

【請求項9】

前記反射特徴が、軸方向寸法を有するドットであり、前記光ビームが、前記ドットの軸方向寸法の少なくとも１０倍である衝突直径で前記透明プレートに衝突することを特徴とする、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10】

前記衝突直径が、前記ドットの軸方向寸法の少なくとも１００倍であることを特徴とする、請求項９に記載の三次元プリントシステム。

【請求項11】

前記反射特徴が、前記透明プレートの下に配置され、前記反射特徴から反射された前記光が、前記透明プレートを通過することを特徴とする、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12】

前記コントローラが、前記センサに到達する光のパワーレベルを特定することを特徴とする、請求項１１に記載の三次元プリントシステム。

【請求項13】

前記コントローラが、前記パワーレベルの特定に基づき、前記透明プレートの下側に蓄積された樹脂フィルムの効果を評価することを特徴とする、請求項１２に記載の三次元プリントシステム。

【請求項14】

前記コントローラが、前記樹脂フィルムを介した減衰損失の補償として、前記レーザモジュールにより供給されるエネルギーのレベルを調整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】

前記コントローラが、前記樹脂フィルムの減衰が閾値レベルに達すると、ユーザインターフェースに警告またはメッセージを送信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16】

三次元プリントシステムを作動する方法であって、
レーザモジュールを作動し、該レーザモジュールから構築平面まで光路に沿って光ビームを放射する工程であって、前記光路が、前記構築平面に到達する前に走査モジュールおよび透明プレートを通過し、該透明プレートが反射特徴を有する、工程；
前記走査モジュールを作動し、前記構築平面に亘って前記光ビームを走査する工程であって、前記反射特徴が前記光路中で周期的であり、前記反射特徴が前記光ビームの一部をセンサに反射する、工程；
前記センサから信号を受け取る工程；および
前記信号を分析し、前記光ビームを前記構築平面に位置合わせする工程
を含み、
前記反射特徴が、前記透明プレート上に配置された複数の反射特徴のアレイを含み、前記三次元プリントシステムが、光硬化樹脂を有する樹脂容器および該樹脂容器内の電動構築プラットフォームを含み、さらに、
前記電動構築プラットフォームおよび前記走査モジュールを作動して、層ごとの態様で三次元物品を形成する工程であって、前記信号を分析する工程および前記光ビームを前記構築平面に位置合わせる工程が、前記三次元物品の形成と同時に行われる工程、
を含む
ことを特徴とする、方法。

【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、２０１８年６月２８日出願のＧｕｔｈｒｉｅ Ｃｏｏｐｅｒらによる「ＴＨＲＥＥ－ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬ ＰＲＩＮＴＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ ＷＩＴＨ ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＳＣＡＮ ＭＯＤＵＬＥ ＣＡＬＩＢＲＡＴＩＯＮ」と題された米国仮特許出願第６２／６９１，１００号に対する優先権を主張する。

【技術分野】

【0002】

本開示は、構築材料の層ごとの固化による製造の三次元物品のデジタル作製のための装置および方法に関する。より詳細には、本開示は、三次元プリントシステム内で走査光学系の連続的較正を可能とするシステムに関する。

【背景技術】

【0003】

三次元プリンタは広く使われている。多くの異なる三次元プリントシステムは、構築材料を三次元物品に層ごとに固化するためにレーザを利用する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

レーザの課題には、位置合わせおよび較正の必要が挙げられる。これは、新しいレーザが設置される場合に特に当てはまる。そのような設置は通常、高度な訓練を受けた技術者のスキルを必要とする。また、レーザベースのシステムでは、時間の経過とともに位置合せおよび較正の「ドリフト（drift）」が発生する傾向があり、その結果、三次元物品の製造における品質が低下する。高品質の製造を実用化するために、メンテナンスのコストを削減するための実用的な解決法が必要である。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の態様において、三次元プリントシステムは、層ごとの態様で光硬化性構築材料を選択的に固化するためのレーザモジュールを有する。三次元プリントシステムは、走査モジュール、透明プレート、センサ、およびコントローラを備える。走査モジュールは、光ビームを受け取り、２つの軸に沿って光ビームを走査して構築平面を処理する。透明プレートは、走査モジュールと構築平面との間の光路に配置される。反射特徴は、透明プレート上にまたは透明プレートに近接して配置される。センサは、ガラスプレートの上に取り付けられ、反射特徴から反射された光を受け取るように配置される。コントローラは、走査モジュールを作動して構築平面に亘って光ビームを走査し、光ビームが反射特徴と衝突する際にセンサから信号を受け取り、信号を分析して構築平面に対する光ビームの適切な位置合わせを確認するよう構成される。

【0006】

１つの実装形態において、反射特徴は複数の反射特徴を含む。反射特徴は、ガラスプレートに亘って配列されてもよい。

【0007】

別の実装形態において、光ビームは、直径Ｄ_１でガラスプレートに衝突する。反射特徴は、横寸法ｄを有する。直径Ｄ_１は、ｄの少なくとも１０倍またはｄの少なくとも１００倍でもよい。

【0008】

さらに別の実装形態において、三次元プリントシステムは、光硬化樹脂の固化中に生じる蒸気から走査光学系を保護するための筐体を含む。筐体は、光ビームを構築平面に到達させるための開口部を有する。開口部は、透明プレートによって閉じられ、これは、蒸気を遮断しかつ反射特徴を較正に提供するという二重の機能を提供する。樹脂容器は、光硬化樹脂を含有し、電動構築プラットフォームを含む。構築平面は、樹脂容器内の光硬化樹脂の上面に近接して画定される。コントローラは、走査モジュールおよび電動プラットフォームを作動して、三次元物品を製造するよう構成される。コントローラは、製造と同時に位置合わせを確認または補正することができる。

【0009】

さらなる実装形態において、三次元プリントシステムは、ガラスプレートに対して固定して取り付けられた傾斜計を備える。コントローラは、傾斜計からの信号を分析し、重力基準（gravitational reference）に対する筐体の傾斜角を特定する。コントローラは、当該特定に基づいて筐体を水平にするための指示をユーザインターフェースに提供するよう構成されてもよい。コントローラは、三次元物品を製造する際の傾斜角を自動的に補正するように構成されてもよい。

【0010】

別の実装形態において、反射特徴は透明プレートの下に配置され、反射特徴から反射された光は、センサに到達する前に透明プレートを通過する。コントローラは、センサに到達する光のパワーレベルを特定できる。コントローラは、パワーレベルの特定に基づき、透明プレートの下側に蓄積された樹脂フィルムの効果を評価できる。コントローラは、樹脂フィルムを介した減衰損失の補償として、レーザモジュールにより供給されるエネルギーのレベルを調整できる。コントローラは、樹脂フィルムの減衰が閾値レベルに達すると、ユーザインターフェースに警告またはメッセージを送信できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】様々の較正技術を組み込む三次元プリントシステムの実施形態の概略ブロック図

【図2】光エンジンの実施形態の等角図

【図3】構築平面上に光ビームを走査するための操作システムを図示する電気回路図

【図4】ＸミラーおよびＸセンサを含む走査システムの一部を図示する概略図

【図5】ＹミラーおよびＹセンサを含む走査システムの一部を図示する概略図

【図6】三次元プリントシステムの一部の概略ブロック図

【図7】光ビームを主光路に位置合わせする方法の実施形態を示すフローチャート

【図8】光ビームの収束を分析する方法の実施形態を示すフローチャート

【図9】構築平面への光ビームの走査を位置合わせする方法の実施形態を示すフローチャート

【図10】三次元プリントシステムを作動する方法の実施形態を示すフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１は、様々な較正技術を組み込んだ三次元プリントシステム２の実施形態の概略ブロック図である。三次元プリントシステムは、光エンジン４、樹脂容器６、およびユーザインターフェース８を含み、これらはすべてコントローラ１０に接続される。

【0013】

樹脂容器６は、構築プラットフォーム１８の上面１６上に三次元物品１４を形成するための光硬化樹脂１２を含む。構築プラットフォーム１６は、垂直位置決め機構２０によって樹脂１２内に垂直に配置される。

【0014】

光エンジン４は、アライナ２４に接続されたレーザモジュール２２を含む。アライナ２４は、レーザモジュール２２のための機械的支持、位置決め、および位置合わせを提供する。レーザモジュール２２は、主光路２８に沿って進む光ビーム２６を放射する。主光路２８は、レーザモジュール２２および走査モジュール３０によって画定される。主光路２８は、三次元物品１４の上面に近接する構築平面３２で終了する。

【0015】

走査モジュール３０は、構築平面３２を画定する２つの実質的に垂直な横方向（ＸおよびＹ）に沿って光ビーム２６を走査する。走査方向は、光ビーム２６の伝搬方向Ｓに実質的に垂直である。走査モジュールは、ベース筐体３３に取り付けられている。ベース筐体３３は、光ビームが光エンジン４から樹脂容器６に通過することを可能にする開口部３４（図２）を画定する。レーザモジュール２２と構築平面３２との間の主光路２８に沿って、光ビーム２８は、構築平面３２において初期直径から最終直径に収束する。１つの実施形態において、構築平面３２は、光ビーム２８の焦点にある。しかしながら、レーザモジュール２２は、構築平面３２において光ビーム２８の直径を制御可能に変化させるための光学系を含むことができる。

【0016】

三次元物品１４は、コントローラ１０の制御下で層ごとのプロセスで製造される：（１）垂直位置決め機構２０は、構築平面３２において活性表面１７（最初は構築プラットフォーム１８の上面１６）を位置決めするように作動される。（２）未硬化樹脂の層１２が、活性表面１７上に提供される。（３）レーザモジュール２２および走査モジュール３０は、活性表面１７上に三次元物品１４の層を選択的に硬化させるように作動される。（４）工程（１）～（３）を繰り返して、三次元物品１４の製造を完了する。したがって、硬化樹脂の材料層は、層ごとの態様で活性表面１７上に固着される。

【0017】

ユーザは、ユーザインターフェース８を利用してコマンドを入力し、コントローラ１０から情報を受け取ることができる。一実施形態では、ユーザインターフェース８は、三次元プリントシステム２のシャーシに一体化されている。他の実施形態では、ユーザインターフェース８は、スマートフォン、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、または任意の他のデバイスのうちの１つまたは複数を含むことができる、物理的に分離されたコンピュータの一部である。ユーザインターフェース８は、無線または有線接続を使用してコントローラ１０と通信することができる。

【0018】

ユーザインターフェース８に入力されるコマンドは、三次元物品１４の較正または製造のためでもよい。情報には、状態、エラー、または較正情報が含まれてもよく、三次元物品１４の形成中または較正ルーチン中に発生しうる。情報は、ユーザインターフェース８に表示されうる、および／または、データベースまたはスプレッドシートの記録のような後で使用できる形式で格納されうる。

【0019】

代替的な実施形態では、樹脂容器は、下面を画定する透明シートを含む。構築プラットフォームは、透明シートと対向する関係の三次元物品の下面を支持する。構築平面は、三次元物品の下面に近接して画定される。光エンジンは、透明シートを通って上向きに構築平面に光を放射するよう構成され、下面上に層を増分的に形成する。光エンジンは、光源および空間光変調器を含むことができる。

【0020】

図２は、光エンジン４のある実施形態の等角図である。レーザモジュール２２は、精密ロッド３６で走査モジュール３０に接続されている。レーザモジュール２２と走査モジュール３０との間には、小さい直径の凹レンズ３８および大きい直径の凸レンズ４０がある。

【0021】

走査モジュール３０は、電動Ｘミラー４２および電動Ｙミラー４４を含む。Ｘミラーは、Ｘ軸に沿って光ビーム２６を走査し、Ｙミラーは、Ｙ軸に沿って光ビーム２６を走査して、構築平面３２を処理する。主光路２８は、レーザモジュール２２から、レンズ３８および４０を通って、Ｘミラー４２、Ｙミラー４４まで、開口部３４を通って、構築平面３２まで延びる（図１）。レーザモジュール２２と構築平面３２との間で、光ビーム２６は光路２８に沿って収束する。別の言い方をすれば、光ビーム２６の直径は、光路２８に沿って構築平面３２に向かって減少する。一実施形態では、光ビームは、構築平面３２において焦点および最小ビーム直径を有する。しかしながら、コントローラ１０は、レンズ３８を動かして、構築平面３２におけるビームの直径および焦点の程度を制御することができる。

【0022】

較正の目的で、少なくとも２つの二次光路が存在する。主光路２８は、Ｘミラー４２およびＹミラー４４から反射する。二次光路４６は、Ｘミラー４２を通ってＸセンサ４８まで延びる。別の二次光路５０は、Ｙミラーを通ってＹセンサ５２まで延びる。二次光路４６および５０は、以下でより詳細に説明される。

【0023】

走査モジュール３０は、ベース筐体３３に取り付けられている。また、ベース筐体３３には、近位端３７から遠位端３９まで延びる片持ち（cantilevered）支持体３５が取り付けられる。走査モジュール３０は、近位端３７に取り付けられている。二次光路５０は、Ｙミラー４４とＹセンサ５２との間の片持ち支持体に沿って画定される。センサ４１は、近位端３７に取り付けられ、走査モジュール３０によって生成される内部（内部とは、プリントシステム２内から生じることを意味する）振動を受け取る。センサ４１は、内部振動を示す信号をコントローラ１０に提供する。センサ４１は、多軸加速度計でもよい。センサ４３は、遠位端３９に取り付けられ、三次元プリントシステム２の外部にある発生源から生じる振動を感知できる。センサ４３は、センサ４３での振動を示す信号をコントローラ１０に提供する。センサ４３は、多軸加速度計でもよい。１つの実装形態では、コントローラ１０は、センサ５２からの信号を利用して、外部発生源からの振動を分析することができ、したがって、センサ４３は必要でないかもしれない。別の実装形態では、コントローラ１０は、センサ４３および５２の両方からの信号を利用して、外部振動を分析する。

【0024】

図３は、電動Ｘミラー４２、Ｘセンサ４８、電動Ｙミラー４４、およびＹセンサ５２に接続されたコントローラ１０を示す走査システム３０を含む電気ブロック図である。また、一次光路２８および二次光路４６および５０も示されている。内部振動を感知するセンサ４１は、コントローラ１０に接続されて図示されている。外部振動を感知するセンサ４３もまた、コントローラ１０に接続されて図示されている。

【0025】

図４は、Ｘミラー４２およびＸセンサ４８を含む走査モジュール３０の一部を示す概略図である。Ｘミラーは、表面５６および裏面５８を有する基板５４を有する。表面５６は、光学コーティング６０を有する。裏面５８は、不透明な特徴６２を有する。

【0026】

光学コーティング６０は、主光路２８に沿って光ビーム２６の光パワーの少なくとも９０％を反射する。Ｘミラー４２は、二次光路４６に沿って光ビーム２６の光パワーの１０％未満を透過する。より詳細な実施形態では、Ｘミラー４２は、二次光路４６に沿って光ビーム２６の光パワーの０．１％～４％を透過する。さらにより詳細な実施形態では、Ｘミラー４２は、二次光路４６に沿って光ビーム２６の光パワーの０．２％～２％を透過する。さらなる実施形態では、Ｘミラー４２は、二次光路４６に沿って光ビーム２６の光パワーの約１％を透過する。

【0027】

図示される実施形態では、不透明な特徴６２は、透過光路４６に対して中央に配置された反射材料の小さなドットである。その結果、Ｘセンサは、不透明な特徴６２からの影を伴う低強度の光ビームを受け取る。経路４６に沿った透過光ビームに対する影の位置は、走査システム３０に対する光ビームの位置合わせを示している。

【0028】

図５は、Ｙミラー４４およびＹセンサ５２を含む走査システム３０の一部を示す概略図である。Ｙミラー４４は、基板６４および光学コーティング６６を有する。光学コーティングは、主光路２８に沿って光ビーム２６の光パワーの少なくとも９０％を反射する。Ｙミラーは、二次光路５０に沿って光ビーム２６の光パワーの１０％未満を透過する。より詳細な実施形態では、Ｙミラー４４は、二次光路５０に沿って光ビーム２６の光パワーの０．１％～４％を透過する。さらにより詳細な実施形態では、Ｙミラー５０は、二次光路５０に沿って光ビーム２６の光パワーの０．２％～２％を透過する。さらなる実施形態では、Ｙミラー５０は、二次光路５０に沿って光ビーム２６の光パワーの約１％を透過する。

【0029】

Ｙミラー４４から、光ビーム２６の反射部分および透過部分の両方が収束する。図示の実施形態では、Ｙセンサにおけるビームの直径は、構築平面３２における直径と同じである。ＹミラーとＹセンサ５２との間の物理的経路長を短縮するために、収束レンズ６８が含まれている。詳細な実施形態では、光ビームは、構築平面３２およびＹセンサ５２において集束された最小直径を有する。代替的な実施形態は、収束レンズ６８を含まない。その場合、Ｙミラーと構築平面３２との間の物理的光路長は、ＹミラーとＹセンサ５２との間の物理的光路長と同じである。

【0030】

Ｙセンサ５２は、ビーム２６の透過部分のプロファイルをキャプチャするカメラまたは他のセンサである。センサ５２におけるビーム直径は構築平面３２におけるビーム直径と同じであるため、結果として得られるプロファイルは、ビーム２６が構築平面３２上でどれだけ良好に集束されているかを示す良い指標である。コントローラ１０は、プロファイルを分析し、構築平面３２上のレーザモジュール２２の焦点の度合いを特定するように構成される。

【0031】

図６は、走査モジュール３０から構築平面３２までの主光路２８の最終部分を示すための三次元プリントシステム２の一部の概略図である。三次元物品１４の製造中に、フューム（fumes）が発生する。走査モジュール３０は、ベース筐体３３によってフュームから保護されている。ベース筐体３３は開口部３４を含み、走査ビーム２６が構築平面３２を完全に処理することを可能にする。いくつかの実施形態では、開口部３４は精密開口部である。

【0032】

開口部３４は、透明プレート７２によって閉じられている。透明プレート７２は２つの機能を提供する。第１に、透明プレートは、走査モジュール３０をフュームから保護する。第２に、透明プレートは、光路２８を構築平面３２に位置合わせするための較正機能を提供する。透明プレート７２は、反射特徴７４を含む。光ビーム２６が構築平面３２に亘って走査されると、透明プレートは時に反射特徴７４に衝突する。次いで、反射特徴７４から上方に光センサ７６まで光が反射される。

【0033】

例示的な実施形態では、反射特徴７４は、構築平面３２に対応する既知の位置を有する反射材料の小さなドットまたは線のアレイを含む。光ビーム２６がこれらの小さなドット７４に衝突すると、コントローラ１０は、センサ７６によって受け取られた反射光を示す信号を受け取る。コントローラ１０は、この情報を使用して、走査モジュール３０の動作を構築平面座標と相関させる。いくつかの実施形態では、センサ７６は、異なるドットから反射された光をキャプチャするためのセンサ７６の配置またはアレイである。また、センサ７６は、異なる種類の測定のために最適化された異なるセンサを表すことができる。１つの種類の測定は、光ビームの存在および／または軌道に基づくことができる。別の種類の測定は、電力レベルに基づくことができる。

【0034】

小さなドット７４は、透明プレート７２に衝突する際の収束光ビーム２６の直径よりもはるかに小さい。一実施形態では、（衝突時の）光ビームの直径は、小さなドット７４の軸方向の寸法の少なくとも１０倍である。他の実施形態では、光ビームの直径は、小さなドット７４の直径の少なくとも１００倍または少なくとも１０００倍である。したがって、小さなドット７４は、構築平面３２で樹脂１２を適切に固化する限り、光ビーム２６に有意な影響を及ぼさない。

【0035】

図示の実施形態では、反射特徴７４は、透明プレート７２の上面に配置される。代替的な実施形態では、反射特徴７４は、透明プレート７２の下面に配置することができる。いくつかの実施形態では、センサ７６からの信号を利用して、レーザモジュール２２のパワー出力を分析することができる。透明プレート７２の下面に反射特徴７４を配置することにより、電力レベルが透明プレートを介した減衰を含むことが可能になる。

【0036】

図示の実施形態では、追加の反射特徴７５が透明プレート７２の下に取り付けられている。この反射特徴７５には追加の利点がある。三次元物品１４が作製されると、透明プレート７２の下面に樹脂のフィルムが構築され得る。これによって、走査モジュール３０からの光が減衰される。動作中、センサ７６は、反射特徴７５によって反射された放射の強度を監視することができる。コントローラ１０は、センサ７６から信号を受け取り、その信号を分析して、構築平面３２に到達するビーム２６の電力レベルの低下を特定することができる。次に、コントローラ１０は、補正においてエネルギー投与量を増加させる、および／または、透明プレート７２を洗浄するようにユーザに指示するメッセージをユーザインターフェース８に送ることができる。

【0037】

また、重力基準（gravitational reference）に対する走査モジュール３０の向きを示す信号をコントローラ１０に提供する傾斜計７８も含まれる。一実施形態では、コントローラ１０は、特定の閾値が特定された場合に、三次元プリントシステム２の部分をこんとろするための指示をユーザに提供するように構成される。別の実施形態では、コントローラ１０は、角度傾斜を補正するように構成される。

【0038】

図７、８、および９は、３次元プリントシステム２を較正するための方法を説明するフローチャートである。以下に説明する方法はすべて、コントローラ１０によって実行される。しかしながら、これらの方法に関連する手動プロセスが存在しうる。

【0039】

図７は、光ビーム２６を主光路２８に位置合わせするための方法８０の実施形態を示すフローチャートである。方法８０は、新しいレーザがレーザモジュール２２に設置されるときはいつでも実行されるべきである。方法８０はまた、三次元プリントシステム２の動作中に連続的に実行され、補正措置をとることができるように位置合わせドリフトを識別することができる。

【0040】

８２によれば、レーザモジュール２２は、主光路２８に沿って光ビーム２６を生成および放射するように作動される。８４によれば、光ビーム２６は、表面の光学コーティング６０および裏面の不透明な特徴６０を有する電動ミラー（例えば、Ｘミラー４２）によって受け取られる。受け取られた放射パワーの１０％未満がＸミラー４２を介して透過される。Ｘセンサ４８は、光路４６に沿って透過光の少なくとも一部を受け取る。

【0041】

８６によれば、Ｘセンサ４８は、不透明な特徴６２からの影を含む透過光を受け取るように作動される。また、８６によれば、受け取られた光が分析され、主光路２８に対するビーム２６の位置合わせが特定される。

【0042】

８８によれば、光路２８へのビーム２６の位置合わせが許容差はずれであるかどうかに関して特定がなされる。位置合わせが許容差はずれの場合は、８８に従ってさらに動作が実行される。さらなる動作は、以下の１つまたは複数を含むことができる：（１）ずれに関してユーザに警告するメッセージがユーザインターフェース８に送信される。（２）ユーザがアライナ２４を手動で利用してレーザモジュール２２を位置合わせするように示す指示がユーザインターフェース８に送信される。自動アライナ２４を作動してレーザモジュール２２を自動的に位置合わせするように指示が送信される。

【0043】

図８は、光ビーム２６を特徴付け、必要に応じてさらなる動作を実行する、方法９０の実施形態を示すフローチャートである。ステップ９２によれば、レーザモジュール２２を作動して、光路２８に沿って光ビーム２６を生成および放射する。ステップ９４によれば、光ビームは、表面光学コーティング６６を有する電動ミラー（例えば、Ｙミラー４４）によって受け取られる。受け取られた放射パワーの１０％未満がＹミラーを介して透過される。センサ（例えば、Ｙセンサ５２）は、透過された放射線を受け取る。

【0044】

９６によれば、Ｙセンサ５２は、透過された放射線を受け取り、強度分布を分析する。９８によれば、光ビーム２６がＹセンサ５２において焦点がはずれるかどうかに関して特定がなされる。光ビーム２６の焦点がはずれている場合、９８に従ってさらなる動作が実行される。さらなる動作は、以下のうちの１つまたは複数を含むことができる：（１）焦点のはずれた光線２６に関してユーザに警告するメッセージがユーザインターフェース８に送信される。（２）手動で焦点を調整するための指示がユーザインターフェース８に送信される。（３）レーザモジュール２２の一部は、光ビーム２６をオートフォーカスするように作動できる。

【0045】

図９は、図６に示される装置を使用して、走査された光ビームを構築平面に位置合わせする方法１００の実施形態を示すフローチャートである。１０２によれば、レーザモジュール２２が作動されて、光路２８に沿って走査システム３０に光ビーム２６を生成および放射する。１０４によれば、走査システム３０は、透明窓７２に亘って光線２６を走査するように作動される。１０６によれば、センサ７６は、反射特徴７４からの光を受け取り、信号を生成するように作動される。

【0046】

１０８によれば、センサ７６から受け取られた信号が分析され、光ビーム２６を反射特徴７４に位置合わせする。そうすることで、光ビームは構築平面３２に位置合わせされる。

【0047】

別の実施形態では、１０８は、信号からレーザパワーを特定する工程を含む。いくつかの実施形態では、測定は異なるレーザパワーレベルで行われ、異なるパワーレベルでの較正を提供することができる。

【0048】

図１０は、三次元プリントシステム２を使用して三次元物品１４を製造する方法１１０である。１１２によれば、コントローラは、活性表面１７を構築平面３２に配置する。１１２の一部として、樹脂１２の層が分配されるか、そうでなければ、活性表面１７を覆う。１１４によれば、レーザモジュール２２および走査モジュール３０は、構築平面３２において樹脂１２を選択的に重合するように作動される。

【0049】

１１６によれば、信号はセンサ４３から受け取られる。１１８によれば、プリントが完了したかどうかに関して特定がなされる。その場合、１２０に従ってプリントが停止される。プリントが完了していない場合は、信号を分析して、１２２に従って外部振動が所定の閾値を超えたかどうかを判断する。そうでない場合、別の層の形成のためにプロセスは１１２に戻る。閾値を超えた場合は、１２４に従ってさらなる動作が実行される。

【0050】

外部振動についての所定の閾値は、１つまたは複数の要因に基づいてもよい。１つの要因は、振動の最大強さまたは振幅である。別の要因は、振動の持続時間である。さらに別の要因は、特定の期間に亘る振動エネルギーの統合である。

【0051】

１２４によるさらなる動作は、コントローラ１０によって実行される１つまたは複数の動作を含むことができる。第１の動作は、振動が特定の上限を超えたときにプリント操作を停止することでありうる。この第１の動作の一部は、振動が特定の下限まで下がったときにプリント操作を再開することでありうる。第２の動作は、タイムスタンプ、形成中の層、三次元物品内の位置、および閾値との比較に用いられるような振動要因のうちの１つまたは複数を含みうる、振動に関する情報を格納することでありうる。第３の動作は、振動が閾値または制御限界を超えていることを示す警告をユーザインターフェース８に送信することでありうる。

【0052】

別の実装形態では、さらなる動作は、超えられている複数の所定の閾値に応じて変化する。上限閾値には、プリントの停止が含まれうる。下限閾値には、振動に関する情報の保存が含まれうる。

【0053】

さらに他の実施形態では、ステップ１１６は、他のセンサからの信号の受信を含みうる。さらなる動作１２４は、位置合わせのタイミングの調整などの他の調整を含むことができる。

【0054】

方法１１０の厳密な順序は変えることができる。例えば、ステップ１１６は、ステップ１１２および１１４と同時に、またはステップ１１２と１１４との間で生じてもよい。

【0055】

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、説明目的のためのものであり、以下の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． 構築平面において層ごとの態様で光硬化樹脂を固化するためのビームを生成するレーザモジュールを有する三次元プリントシステムであって、
光ビームを受け取り、該光ビームを２つの軸に沿って走査して前記構築平面を処理するための走査モジュール；
前記走査モジュールと前記構築平面との間の光路に配置される透明プレート；
前記透明プレート上にまたは前記透明プレートに近接して配置される反射特徴；
前記反射特徴から反射された光を受け取るように配置される前記ガラスプレートの上のセンサ；および
コントローラ
を備え、
前記コントローラは、
前記走査モジュールを作動して前記構築平面に亘って前記光ビームを走査し；
前記光ビームが前記反射特徴と衝突する際に前記センサから信号を受け取り；かつ
前記信号を分析して、前記構築平面に対する前記光ビームの適切な位置合わせを確認する
ように構成されていることを特徴とする、三次元プリントシステム。
２． 前記反射特徴が、複数の反射特徴のアレイ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。
３． 前記光硬化樹脂の固化中に生じる蒸気から走査光学系を保護するための筐体をさらに備え、該筐体は、前記光ビームを前記構築平面に到達させるための開口部を有し、該開口部は、前記透明プレートによって閉じられ、これは、蒸気を遮断しかつ前記反射特徴を較正に提供するという二重の機能を提供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。
４． 前記光硬化樹脂を含有する樹脂容器をさらに備えることを特徴とする、実施形態３に記載の三次元プリントシステム。
５． 前記樹脂容器が電動構築プラットフォームを含み、前記構築平面が、前記光硬化樹脂の上面に近接して画定され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． 前記コントローラが、前記走査モジュールおよび前記電動プラットフォームを作動し、三次元物品を製造するよう構成されることを特徴とする、実施形態５に記載の三次元プリントシステム。
７． 前記コントローラが、前記三次元物品の製造中にリアルタイムで位置合わせを確認することを特徴とする、実施形態６に記載の三次元プリントシステム。
８． 前記ガラスプレートに対して固定して取り付けられた傾斜計をさらに備え、前記コントローラが、前記傾斜計から信号を受け取り前記筐体の傾斜角を特定するよう構成されることを特徴とする、実施形態６に記載の三次元プリントシステム。
９． 前記コントローラがさらに、前記筐体を水平にするための指示をユーザに提供するよう構成されることを特徴とする、実施形態８に記載の三次元プリントシステム。
１０． 前記コントローラがさらに、前記三次元物品の製造中に前記傾斜角を補正するよう構成されることを特徴とする、実施形態８に記載の三次元プリントシステム。
１１． 前記反射特徴が、軸方向寸法を有するドットであり、前記光ビームが、前記ドットの軸方向寸法の少なくとも１０倍である衝突直径で前記透明プレートに衝突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。
１２． 前記衝突直径が、前記ドットの軸方向寸法の少なくとも１００倍であることを特徴とする、実施形態１１に記載の三次元プリントシステム。
１３． 前記反射特徴が、前記透明プレートの下に配置され、前記反射特徴から反射された前記光が、前記透明プレートを通過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。
１４． 前記コントローラが、前記センサに到達する光のパワーレベル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。
１５． 前記コントローラが、前記パワーレベルの特定に基づき、前記透明プレートの下側に蓄積された樹脂フィルムの効果を評価することを特徴とする、実施形態１４に記載の三次元プリントシステム。
１６． 前記コントローラが、前記樹脂フィルムを介した減衰損失の補償として、前記レーザモジュールにより供給されるエネルギーのレベルを調整することを特徴とする、実施形態１５に記載の三次元プリントシステム。
１７． 前記コントローラが、前記樹脂フィルムの減衰が閾値レベルに達すると、ユーザインターフェースに警告またはメッセージを送信することを特徴とする、実施形態１５に記載の三次元プリントシステム。
１８． 三次元プリントシステムを作動する方法であって、
レーザモジュールを作動し、該レーザモジュールから構築平面まで光路に沿って光ビームを放射する工程であって、前記光路が、前記構築平面に到達する前に前記走査モジュールおよび透明プレートを通過し、該透明プレートが反射特徴を有する、工程；
前記走査モジュールを作動し、前記構築平面に亘って前記光ビームを走査する工程であって、前記反射特徴が前記光路中で周期的であり、前記反射特徴が前記光ビームの一部をセンサに反射する、工程；
前記センサから信号を受け取る工程；および
前記信号を分析し、前記レーザを前記構築平面に位置合わせする工程
を含む、方法。
１９． 前記反射特徴が、前記透明プレート上に配置された複数の反射特徴のアレイを含み、前記三次元プリントシステムが、光硬化樹脂を有する樹脂容器および該樹脂容器内の電動構築プラットフォームを含み、さらに、
前記電動構築プラットフォームおよび前記走査モジュールを作動して、層ごとの態様で三次元物品を形成する工程であって、前記信号を分析する工程および前記レーザを前記構築平面に位置合わせる工程が、前記三次元物品の形成と同時に行われる工程、
を含むことを特徴とする、実施形態１８に記載の方法。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】