特許 7348912 付加製造にて物体を形成する方法、および物体を形成する装置

(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】2023-09-12

(45)【発行日】2023-09-21

(54)【発明の名称】付加製造にて物体を形成する方法、および物体を形成する装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/393 20170101AFI20230913BHJP

   B29C 64/205 20170101ALI20230913BHJP

   B29C 64/264 20170101ALI20230913BHJP

   B29C 64/106 20170101ALI20230913BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20230913BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20230913BHJP

   B33Y 70/10 20200101ALI20230913BHJP

   B22F 10/85 20210101ALI20230913BHJP

   B22F 12/44 20210101ALI20230913BHJP

   B28B 1/30 20060101ALI20230913BHJP

【ＦＩ】

B29C64/393

B29C64/205

B29C64/264

B29C64/106

B33Y10/00

B33Y30/00

B33Y70/10

B22F10/85

B22F12/44

B28B1/30

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020553445

(86)(22)【出願日】2019-04-09

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-08-12

(86)【国際出願番号】 NL2019050209

(87)【国際公開番号】W WO2019199162

(87)【国際公開日】2019-10-17

【審査請求日】2022-03-16

(31)【優先権主張番号】18166297.4

(32)【優先日】2018-04-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】515124288

【氏名又は名称】ネーデルランツ オルガニサティー フォール トゥーゲパスト‐ナトゥールヴェテンシャッペリーク オンデルズーク テーエンオー

(74)【代理人】

【識別番号】110000442

【氏名又は名称】弁理士法人武和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ブルーニング，ファビアン バーナード ジャック

(72)【発明者】

【氏名】マールデリンク，ハーマン ヘンドリクス

(72)【発明者】

【氏名】ゲルムス，ウィナンド クリスチャーン

【審査官】▲高▼橋 理絵

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０７５３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第０２０５２６９３（ＥＰ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０５９４５２８０（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１８９９６５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１８５８０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ６４／００－６４／４０

Ｂ３３Ｙ １０／００－９９／００

Ｂ２２Ｆ １０／００－１２／９０

Ｂ２８Ｂ １／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

構築材の複数の層を連続的に提供することと、前記層のそれぞれの１または複数のピクセルをそのプリント中に選択的に硬化させることと、を含む、付加製造にて物体を形成する方法であって、
支持面または先行する層上に第１構築材の第１層を提供することと、
層のデータに従って、前記第１層中の１または複数のピクセルを所定の線量の放射に選択的に曝露することと、を含む方法において、
前記層のデータに基づいて、後続の第２層の着目領域の輪郭と一致する、前記第１層中の１または複数の輪郭ピクセルを識別することであって、前記第２層の前記着目領域は、前記第１構築材とは異なる第２構築材を使用して提供される、識別することと、
前記選択的な曝露の前に、前記識別された輪郭ピクセルに対する放射線量を増加させることと、
を特徴とし、
前記選択的に曝露するステップは、前記増加させた放射線量を用いて前記１または複数の輪郭ピクセルを曝露することを含む、方法。

【請求項2】

前記第１層上に構築材の第２層を提供することであって、前記第２層は前記着目領域を含み、前記着目領域は前記層のデータに従って前記第２構築材をプリントすることで提供される、提供することと、
前記第２層中の１または複数のピクセルを硬化させることと、を更に含む、
請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記着目領域の前記輪郭は、
表面積の少なくとも５０％超が前記着目領域の境界の外側に位置するピクセル、もしくは、それらと一続きでありかつ前記着目領域の外側に位置するピクセルを含む、外側輪郭、または、
表面積の少なくとも５０％超が前記着目領域の境界の内側に位置するピクセル、もしくは、それらと一続きでありかつ前記着目領域の内側に位置するピクセルを含む、内側輪郭、のうちの少なくとも一方である、
請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記１または複数の輪郭ピクセルに加え、前記第２層中の前記着目領域と一致する前記第１層中の１または複数の填充ピクセルを識別することをさらに含み、
前記選択的に曝露するステップは、前記増加させた放射線量を使用して前記１または複数の填充ピクセルを曝露することをさらに含む、
請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記第１層中の前記１または複数のピクセルのうちの少なくとも１つが前記所定の線量の放射に選択的に曝露された後、前記少なくとも１つのピクセルの場所における酸素阻害層の厚さを測定するステップをさらに含む、
請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記酸素阻害層の前記厚さの前記測定は、前記少なくとも１つのピクセルの前記場所に放射ビームを照射して、前記放射ビームの反射した部分がもたらす干渉パターンを分析することで行われる、
請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記酸素阻害層の前記厚さの前記測定は、前記少なくとも１つのピクセルの前記場所における前記第１層の表面の高さ位置を測定し、前記測定された高さ位置を基準高さ位置と比較することで行われる、
請求項５に記載の方法。

【請求項8】

付加製造にて物体を形成する装置であって、
前記形成される物体を支持する支持面を提供するキャリアと、
前記キャリア上に構築材の複数の層を連続的に提供する構成とされたアプリケータと、
前記層それぞれの１または複数のピクセルをその適用中に選択的に硬化させる放射源と、を備え、
前記アプリケータは、前記支持面上または形成中の前記物体の先行する層上に、第１構築材の第１層を提供する構成とされ、
前記放射源は、層のデータに従って、前記第１層中の１または複数のピクセルを所定の線量の放射に選択的に曝露する構成とされた装置において、
前記装置がさらに、
前記層のデータに基づいて後続の第２層の着目領域の輪郭と一致する前記第１層中の１または複数の輪郭ピクセルを識別する構成とされた制御装置を備え、前記第２層の前記着目領域は、前記第１構築材とは異なる第２構築材を用いて提供され、
前記制御装置は、前記選択的な曝露の前に、前記識別された輪郭ピクセルに対する増加させた放射線量を決定する構成とされ、
前記放射源は、前記選択的な曝露中に、前記増加させた放射線量を用いて前記１または複数の輪郭ピクセルを曝露する構成とされた、ことを特徴とする装置。

【請求項9】

前記アプリケータは、前記着目領域を含む構築材の第２層を前記第１層上に提供し、および前記層のデータに従って前記第２構築材を適用することによって前記着目領域を提供する構成とされた、
請求項８に記載の装置。

【請求項10】

前記１または複数の輪郭ピクセルを識別するために、前記制御装置は、前記着目領域の前記輪郭を、
表面積の少なくとも５０％超が前記着目領域の境界の外側に位置するピクセル、もしくは、それらと一続きでありかつ前記着目領域の外側に位置するピクセルを含む、外側輪郭、または、
表面積の少なくとも５０％超が前記着目領域の境界の内側に位置するピクセル、もしくは、それらと一続きでありかつ前記着目領域の内側に位置するピクセルを含む、内側輪郭、のうちの少なくとも一方として判定する構成とされた、
請求項８または９に記載の装置。

【請求項11】

前記制御装置は、前記１または複数の輪郭ピクセルに加え、前記第２層中の前記着目領域と一致する前記第１層中の１または複数の填充ピクセルを識別する構成とされ、
前記放射源は、前記増加させた放射線量を用いて前記１または複数の填充ピクセルを選択的に曝露する構成とされた、
請求項８～１０のいずれか一項に記載の装置。

【請求項12】

前記第１層の前記１または複数のピクセルのうちの少なくとも１つの場所における酸素阻害層の厚さを、前記少なくとも１つのピクセルが前記所定の線量の放射に曝露された後で測定するセンサをさらに備える、
請求項８～１１のいずれか一項に記載の装置。

【請求項13】

前記酸素阻害層の前記厚さを測定する前記センサは、検知ビームを前記少なくとも１つのピクセルの前記場所に照射する検知放射源と、前記検知ビームの１または複数の反射した部分を受ける受信部と、を含み、
前記制御装置は、前記検知ビームの前記反射した部分にて提供される干渉パターンを分析する構成とされた、
請求項１２に記載の装置。

【請求項14】

前記酸素阻害層の前記厚さを測定する前記センサは、前記少なくとも１つのピクセルの前記場所における前記第１層の表面の高さ位置を測定するセンサを含み、
前記制御装置は、前記酸素阻害層の前記厚さを判定するために、前記測定された高さ位置を基準高さ位置と比較する構成とされた、
請求項１２に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は、構築材の複数の層を連続的に提供することと、層それぞれの１または複数のピクセルをそのプリント中に選択的に硬化させることとを含む、付加製造にて物体を形成する方法であって、支持面または先行する層上に第１構築材の第１層を設けることと、層のデータに従って、第１層中の１または複数のピクセルを所定の線量の放射に選択的に曝露することとを含む、方法を対象とする。

【0002】

さらに、本明細書は、付加製造にて物体を形成する装置であって、形成される物体を支持する支持面を有するキャリアと、キャリア上に構築材の複数の層を連続的に提供する構成とされたアプリケータと、層それぞれの１または複数のピクセルをその適用中に選択的に硬化させる放射源と、を備え、アプリケータは、支持面上または形成中の物体の先行する層上に、第１構築材の第１層を設ける構成とされ、放射源は、層のデータに従って、第１層中の１または複数のピクセルを所定の線量の放射に選択的に曝露する構成とされた装置を対象とする。

【0003】

またさらに、本明細書は、上記で規定する装置の使用、上記で規定する方法を用いて形成された物体、およびコンピュータプログラム製品を対象とする。

【背景技術】

【0004】

３Ｄプリントなどの付加製造工程の普及がこの１０年間で非常に急速に進んだ。この技術は多くの異なる産業用および家庭用の適用分野に活路を見い出しており、依然として絶えず発展し続けている。発展している分野のうちの１つは、単一の物体をプリントするために様々な材料が使用される多材料体の製造に関するものである。本明細書は、製品に第２材料の構造が埋め込まれている３Ｄプリントされた多材料部品の作製に関する。

【0005】

多材料体の製造中にしばしば直面する問題は、硬化の様々な段階または状態にある異なる材料間の相互作用に関するものである。この問題は、例えばステレオリソグラフィ（ＳＬＡ）、デジタル光処理（ＤＬＰ）、または類似の技術にて作製されるポリマ製品に導電トラックを埋め込む特定のケースを用いて説明されるが、同様のことが、樹脂で作製される製品に適用される他の材料にも当てはまる。

【0006】

導電性材料のトラック（押出成形、インクジェット、レーザ誘起前方転写（ＬＩＦＴ）、またはその他）が、ＳＬＡプリント製品に適用されるとき、下の表面の濡れによって、表面に沿って導電性材が提供されるべきでない場所まで拡散する場合がある。これにより、付加される材料の形状／外形の制御が基本的に困難となる結果、所望する外形にならなくなり、また導電性材の場合には、他の導電トラックとの短絡が生じる。これが生じる理由は、特に、硬化した表面の上に、酸素阻害に起因してポリマ樹脂の薄い「濡れ（ｗｅｔ）」層が残留するからである。この樹脂の「濡れ」層、すなわち酸素阻害層によって導電性ペーストの濡れが過度に良好になる。

【0007】

銀ペーストなどの懸濁液の場合は、濡れが大きいと未硬化の樹脂中の金属粒子の分散が大きくなり、上述した問題が悪化する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上述した欠点を回避すること、ならびに短時間で正確に多材料体の形成を可能にする付加製造の方法および装置を提供することが、本発明の目的である。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この目的のために、本明細書では、構築材の複数の層を連続的に提供することと、層それぞれの１または複数のピクセルをそのプリント中に選択的に硬化させることとを含む、付加製造にて物体を形成する方法であって、支持面または先行する層上に第１構築材の第１層を提供することと、層のデータに従って、第１層中の１または複数のピクセルを所定の線量の放射に選択的に曝露することと、を含む方法において、層のデータに基づいて、後続の第２層の着目領域（ｆｅａｔｕｒｅｄ ｒｅｇｉｏｎ）の輪郭と一致する、第１層中の１または複数の輪郭ピクセルを識別することであって、第２層の着目領域は第１構築材とは異なる第２構築材を用いて設けることによる識別することと、上記選択的な曝露の前に、識別された輪郭ピクセルに対する放射線量を増加させることと、を特徴とし、選択的に曝露するステップは、増加させた放射線量を用いて１または複数の輪郭ピクセルを曝露することを含む、方法、が提供される。

【0010】

本発明は、増加させた放射線量を用いることによって、より完全に硬化した状態になるようにピクセルの硬化レベル（すなわちピクセルの硬化の良好程度）を上げることができる、という洞察に基づいている。この場合、ピクセル硬化の良好程度（すなわち硬化レベル）に応じて、酸素阻害層が減少または除去されることになる。表面の濡れに伴って経験される不具合を引き起こすものは酸素阻害層であるため、酸素阻害層の減少または不在によって、下にある層の表面に沿った第２構築材のさらなる拡散が防止される。よって、このことにより、第２構築材を用いて着目領域を正確にプリント可能になる。

【0011】

第１層の表面全体を完全に硬化させることによっても、酸素阻害層を完全に排除するための同じ効果を達成できる可能性がある。しかしながら、このことは他の欠点を生じさせるため、通常はやはり望まれていないことを、発明者らは認識している。連続する第２層中の、第１構築材料の次の層が適用される領域において、第１構築材の完全な硬化が行われると、接着がより不十分となる結果になる。このため、これら領域（すなわち着目領域の外部の領域）では接着が不十分となり、その結果、脆弱なスポットが生じることになる、すなわち層が剥離もしくは裂開する可能性、または衝撃耐性が低くなる可能性がある。したがって、第１層全体を完全に硬化させることによって、完全性の問題が生じる。また、完全な硬化は、さらに色の相異をもたらす場合があるが、これは通常望まれていない。

【0012】

したがって、本発明によれば、システムが利用可能な（例えば、メモリからまたはメモリが受信するデータ信号から）層のデータに基づいて、第１層中の１または複数の輪郭ピクセルが判定される。これらの輪郭ピクセルは、後続の第２層の着目領域の輪郭と一致するように識別される。（適用される第２層の下にある）第１層中のこれらの輪郭ピクセルは、増加させた放射線量に曝露され、この結果、それらの硬化レベルが向上、または輪郭ピクセルが完全に硬化される。このことに起因して、酸素阻害層が著しく削減、またはこれらのピクセル上から無くなる。続いて、第２層がプリントされるときは、硬化した輪郭ピクセルにて第２構築材の拡散が止められる。このことにより、第１層を完全に硬化させることの欠点も克服される。

【0013】

いくつかの実施形態によれば、方法は、第１層上に構築材の第２層を提供することであって、第２層は着目領域を含み、着目領域は層のデータに従って第２構築材をプリントすることで提供されることによる提供することと、第２層中の１または複数のピクセルを硬化させることと、を更に含む。材料は、材料を単に乾燥させることによって（例えば、空気中または空気ブロワもしくはガスブロワを用いて、オーブン中またはヒータを用いて、あるいは別の好適な手法で）硬化できる。また好ましくは、材料は、好適な線量の放射に選択的に曝露させることで硬化できる。所望のレベルの硬化を達成するために必要な放射の線量は、材料によって異なることに留意すべきである。そのため、第２構築材が必要とする放射線量は、第１層のピクセル用の標準的な放射線量とは異なる。また、波長または適用様式（例えば、パルス状もしくは連続的）などの他の放射特性も異なる。しかしながら、当業者は、所望の硬化レベルを達成するために必要な各構築材の放射線量および放射特性を判定できると考えられる。

【0014】

着目領域の輪郭、および第２層の下にある第１層中の輪郭ピクセルとして選択されるべきピクセルの識別は、付加製造装置の制御装置によって判定される。１または複数の輪郭ピクセルを判定するために、様々な異なる方法を適用できる。例えば、いくつかの実施形態によれば、着目領域の輪郭は、以下のうちの少なくとも１つである：自体の表面積の少なくとも５０％超が着目領域の境界の外側に位置するピクセル、もしくは、それらと一続きでありかつ着目領域の外側に位置するピクセルを含む、外側輪郭、または、自体の表面積の少なくとも５０％超が着目領域の境界の内側に位置するピクセル、もしくは、それらと一続きでありかつ着目領域の内側に位置するピクセルを含む、内側輪郭。着目領域の境界、および、どのピクセルがそれらと一致または部分的にまたは完全にその内側または外側に位置するかは、付加製造システムが利用可能な層のデータに基づいて判定される。

【0015】

本発明のさらなる実施形態によれば、方法は、１または複数の輪郭ピクセルに加え、第２層中の着目領域と一致する第１層中の１または複数の填充ピクセル（ｆｉｌｌ－ｉｎ ｐｉｘｅｌ）を識別することをさらに含み、選択的に曝露するステップは、増加させた放射線量を用いて１または複数の填充ピクセルを曝露することを更に含む方法、が提供される。填充ピクセルは、輪郭内に位置、すなわち輪郭にて囲まれるピクセルである。これらの実施形態では、着目領域の下にある全ピクセルを増加させた放射線量に曝露して、酸素阻害層を削減または除去することによって、それらの濡れ性を改善する。第２構築材は、第１層が提供する支持表面上へのプリント中に、プリント中のピクセルを越えて拡散することがない。実際、このことにより、第１層上にプリント中の第２構築材のプリント正確度の改善という、同じ効果が達成される。この結果、着目領域の形状がより正確にプリントされる。

【0016】

いくつかの実施形態によれば、第１層中の１または複数のピクセルのうちの少なくとも１つが所定の線量の放射に選択的に曝露された後、方法は、少なくとも１つのピクセルの場所における酸素阻害層の厚さを測定するステップを更に含む。システムの制御装置は、酸素阻害層の測定された厚さを用いて、第２構築材を第１層の上に正確にプリント可能にする所望の硬化レベルを達成するために放射線量をどの程度増加させるべきかを、より正確に判定できる。そのような測定は、ピクセルごとに、または第１層の全部もしくは一部に対して平均として行うことができる。

【0017】

これらの実施形態のうちのいくつかによれば、酸素阻害層の上記厚さの測定は、少なくとも１つのピクセルの場所に放射ビームを当て、放射ビームの反射した部分がもたらす干渉パターンを分析することで行われる。例えば、レーザビームを照射し、酸素阻害層と周囲空気との間の界面で一度および酸素阻害層と第１層の硬化した第１構築材との間の界面で一度の複屈折にて引き起こされる干渉パターンを得ることができる。各界面が放射ビームの所定の部分を反射することになり、これらの屈折した部分を光センサで受けて干渉パターンを取得でき、この干渉パターンから酸素阻害層の厚さを正確に判定できる。測定は、構築材をそれ以上硬化させることなく瞬間的に行うことができる。追加または別の方法として、構築材の反応がより小さく硬化しないような放射波長を適用できる。分かるように、ある実施形態では、この方式での厚さの測定は、選択的曝露のステップ中に、第１構築材を硬化させるための放射を用いて行うこともできる。

【0018】

別の実施形態では、酸素阻害層の上記厚さの測定は、少なくとも１つのピクセルの場所における第１層の表面の高さ位置を測定すること、および、測定された高さ位置を基準高さ位置と比較することで行われる。そのような予想される高さ位置は、メモリから取得、または、計算によって「オンザフライ」、もしくはシステムが受信したデータ信号から、システムに提供される。

【0019】

本発明の第２態様では、付加製造にて物体を形成する装置であって、形成される物体を支持する支持面を提供するキャリアと、キャリア上に構築材の複数の層を連続的に提供する構成とされたアプリケータと、層それぞれの１または複数のピクセルをその適用中に選択的に硬化させる放射源と、を備え、アプリケータは、支持面上または形成中の物体の先行する層上に、第１構築材の第１層を提供する構成とされ、放射源は、層のデータに従って、第１層中の１または複数のピクセルを所定の線量の放射に選択的に曝露する構成とされた装置において、さらに、装置は、層のデータに基づいて後続の第２層の着目領域の輪郭と一致する第１層中の１または複数の輪郭ピクセルを識別する構成とされた制御装置を備え、第２層の着目領域は、第１構築材とは異なる第２構築材を用いて提供され、制御装置は、上記選択的な曝露の前に、識別された輪郭ピクセルに対する増加させた放射線量を決定するように更に構成され、放射源は、上記選択的な曝露中に、増加させた放射線量を使用して１または複数の輪郭ピクセルを曝露する構成とされたことを特徴とする装置、が提供される。

【0020】

本発明の第３態様では、第１態様に係る方法、または第２態様に係る装置を用いて製造される物体であって、物体は硬化した第１構築材の１または複数のピクセルを備える第１層を少なくとも含み、後続の第２層の着目領域の外側輪郭または内側輪郭と一致する、第１層中の少なくとも１または複数の輪郭ピクセルは、増加させた放射線量を用いて硬化され、さらに物体は第２層を含み、第２層は着目領域を含み、着目領域は第２構築材を含む物体、が提供される。

【0021】

本発明の第４態様では、付加製造装置の制御装置システムのメモリの搭載に適したコンピュータプログラム製品であって、付加製造にて第３態様に係る物体を製造するために第２態様に係る方法を用いるように適合されたコンピュータプログラム製品が提供される。

【0022】

本発明は、添付の図面を参照して、いくつかのその具体的な実施形態の説明にてさらに明らかになる。詳細な説明は、本発明の可能な実装形態の例を提供するが、範囲に含まれる実施形態のみを説明するものと見なされるべきではない。本発明の範囲は特許請求の範囲にて規定され、明細書は本発明を制約することのない例示的なものと見なされるべきである。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の実施形態に係る装置を概略的に示す図である。

【図2】本発明の実施形態に係る代替の装置を概略的に示す図である。

【図3】酸素阻害層を含む硬化した第１構築材上に第２構築材をプリントするときに直面する問題、および本発明が提供する様々な解決方法を概略的に示す図である（Ａ～Ｃ）。

【図4A】第１実施形態に係る様々な方法ステップを示す図である。

【図4B】第１実施形態に係る様々な方法ステップを示す図である。

【図4C】第１実施形態に係る様々な方法ステップを示す図である。

【図5A】第２実施形態に係る様々な方法ステップを示す図である。

【図5B】第２実施形態に係る様々な方法ステップを示す図である。

【図5C】第２実施形態に係る様々な方法ステップを示す図である。

【図6】阻害層の厚さを検知するセンサを概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

図１は、多材料の有形物８を層状に製造するための本発明の実施形態に係る装置１を概略的に示す。装置１は、回転可能な軸１０を駆動するアクチュエータ１２にて垂直（ｚ）方向に上下に移動できる並進可能なキャリアプラットフォーム４からなる。分かるように、上下の動きは異なる方式でも、例えば液圧式でもまたは異なるタイプのアクチュエータでも達成される。キャリアプラットフォーム４を並進できる方向（ｚ）は、両方向矢印１１で示されている。

【0025】

使用時に、有形物８は、キャリアプラットフォーム４上に一層ずつ作り出される。この目的のため、第１アプリケータ３６－１を介して第１構築材５を適用できる。第２構築材６を適用するための追加のアプリケータ３６－２が任意選択的に存在する。またさらに、所望であれば、追加の構築材を提供するアプリケータ３６－１および３６－２と同じまたは類似のタイプの追加のアプリケータ（図１の実施形態には存在しない）が存在してもよい。本説明では、適用可能な異なる構築材は特定の数に限定されない。

【0026】

第１構築材５および第２構築材６は、十分な量のエネルギを適用することで硬化する液体または粉体でもよい。例えば、構築材５，６は、光放射を照射することで硬化する樹脂を含んでもよい。そのような樹脂を硬化させるためには、樹脂のボクセルを硬化させるために十分な量の光エネルギを局所的に適用しなければならない。これは、例えば好適な波長、強度、および／または持続時間の光放射のレーザビームなどの光ビームにて適用される。構築材５，６のボクセルを硬化させるために必要なエネルギの総量または放射線量は、構築材の種類および各ボクセルの体積（すなわち各ピクセルの表面積層の厚さ×各ピクセルの表面積）に依存する。分かるように、構築材５，６のボクセルを硬化させるために十分な放射線量を適用するために、通常は、光パルスの持続時間、レーザビームの強度、および／または放射の波長を変えることができる。

【0027】

構築材５，６は、粉末状の金属材もしくはセラミック材、または機能剤（例えば着色剤）などのさらなる構築材を含むことができる。例えば、構築材５，６は、樹脂の懸濁液または溶剤、および粉末状のさらなる構築材でもよい。例えば、金属粉末を樹脂と均一、かつ樹脂中の金属粉末の濃度が十分となるように混合してもよい。これにより、樹脂中に金属粉末を融着、焼結、または溶融し、樹脂の残渣を除去することで金属物を層状に製造可能となる。

【0028】

図１は、キャリッジ２０上にアプリケータ３６－１，３６－２と、センサ２２と、曝露システム（組み合わされた要素１８，２１，２５）とを含む、有形物８を構成する層が上に適用されるキャリアプラットフォーム４を示すに過ぎない。任意選択的に、図１のプラットフォーム４は、構築材５を含む容器（図示せず）の内側に位置してもよく、この場合、物体８は液中に置かれる。物体８を一層ずつ作り出すため、キャリアプラットフォーム４は、物体８の連続した層が生成されるごとに下方に移動する。

【0029】

プラットフォーム４を１つの層の高さに沿って下方に移動させた後、アプリケータ３６－１，３６－２は、新しい未硬化の構築材５，６の次の層を、先に構築された物体８の層の上に選択的に適用し、これにより、均一な厚さを有する構築材の液体層が提供される。アプリケータ３６－１、３６－２のそれぞれは、構築材リザーバ３９－１，３９－２から、ダクト３７－１，３７－２を介して構築材５，６を受け取る。各材料５，６を適用するために、メモリ１６から制御装置１５によって各層９の層のデータが取得される。層のデータは、各層９についてどこに第１構築材５を提供すべきか、およびどこに第２構築材６を提供すべきかを指定するピクセルアレイとして構築される。例えば、層のデータは、そのピクセルごとに、層９の各ボクセルを形成するために、第１構築材５を適用すべきか、または第２構築材６（もしくは任意選択的に、更なる構築材料）を適用すべきかを指定する。制御装置は、この層のデータに応じて、構築材５，６のいずれかを提供するようにアプリケータ３６－１，３６－２を制御する。

【0030】

図１に示すように、装置１は、光放射源１８と光学要素２１，２５とをさらに有し、構築材５，６を選択的に曝露して物体８の層の形成を可能にする曝露システムをさらに備える。図１の装置１の光放射源１８は、キャリッジ２０上の曝露ヘッドにレーザビーム１９を提供するレーザユニット１８である。曝露ヘッドは、レーザビーム１９を回転可能な角柱プリズム２５上へ反射するミラー２１を備える。回転可能な角柱プリズム２５は、例えば矢印２６が示す方向に回転できる。別の方法として、ビーム１９を制御可能に反射するために、角柱プリズム２５の代わりに角柱ミラーや異なるスキャナ要素を適用できる。

【0031】

キャリッジ２０は、プラットフォーム４（および／またはその上の有形物８）に対して、両矢印２８が示す方向に移動する。これにより、第１構築材５および第２構築材６を、有形物８の先行する層９上に、選択的に適用可能となる。角柱プリズム２５を、例えば矢印２６が示す方向に回転させることで、光ビーム１９を物体８の表面の端から端へ所望の方向に走査できる。制御装置１５は、第１構築材５または第２構築材６が選択的に適用されるように、キャリッジ２０の動きならびにアプリケータ３６－１，３６－２の動作を制御する。さらに、制御装置１５は、光放射線１９への未硬化の樹脂（５または６）の選択的な曝露を、構築材が選択的に硬化するように制御する。その選択的な曝露を制御するために、制御装置１５は、メモリ１６から取得した層のデータを用いて、その硬化のためにどのピクセルを光放射に曝露すべきか識別する。

【0032】

構築材を硬化させるために必要な放射線量は、構築材の種類、ボクセルの体積（すなわち、層９の各ピクセルのサイズおよび厚さ）、ならびに所望の硬化レベルに依存する。通常は、付加製造工程にて構築材を硬化させるために用いられる放射線量は、異なる層が後で層間剥離することを防止、および色の相異を防止するように最適化される。したがって、各ボクセルは、完全に硬化されるのではなく、構築材の次の層と十分に結合できるレベルまで硬化される。ピクセル当たりの適正な放射線量を計算するために必要なデータは、システムのメモリ１６から取得される。別の方法として、制御装置１５は、提供されたアルゴリズムを用いて、放射線量をオンザフライで計算してもよい。

【0033】

上述のように、例えば、構築材５の各ボクセルが不完全に硬化する結果、硬化した構築材５の上に酸素阻害層７が存在する（図１では見えない）。この酸素阻害層７に起因して、構築材５の最上層の表面の濡れ特性が過度に良好になる。阻害層７上に第２構築材６を適用すれば、物体８の表面の残りの部分に沿って構築材５の望まれない拡散が生じる。これを防止するため、本発明によれば、適用中の現在の層の下にある層中のピクセルのうちのいくつかが、酸素阻害層７を排除するために、より高い硬化レベルまで選択的に硬化される。より詳しくは、以下にさらに説明するように、制御装置１５は、現在の層の硬化中に、現在の層中のどのピクセルが次の層中の着目領域と一致するかを判定する。次の層中の着目領域は、次の層において第２構築材６（または更なる構築材）が適用される領域である。次いで、少なくとも着目領域の輪郭と一致するピクセルが、より高レベルの硬化まで硬化させるものと識別される。この後、これらの識別されたピクセルの放射線量を例えば完全な硬化が得られるように増加させ、この増加させた放射線量をこれらのピクセルに選択的に適用して、酸素阻害層７が局所的に減少または除去されるようにする。次の層が適用されるときに、完全に硬化したピクセル上に酸素阻害層が局所的に存在しないことに起因して、第２構築材６の拡散は、これらの輪郭を越えて生じない。

【0034】

各ピクセルに適用させる必要な放射線量を決定するため、制御装置１５は、センサ２２からセンサ読取値を受信する。センサ２２は、酸素阻害層７の厚さを測定する。酸素阻害層の厚さは構築材の硬化レベルを示し、所定のピクセルの完全な硬化が得られるように増加させる放射線量の正確な決定を可能にする（または、硬化レベルまで、もしくは阻害層における硬化は問題にならない）。センサ２２は、例えば酸素阻害層１７の厚さを示す干渉パターンを取得できる、さらなるレーザビームにて構成されてもよい。

【0035】

図２は、有形物８を層状に製造する代替の装置２９を示す。図２に示す装置では、有形物８の層９が可動キャリアプラットフォーム３０に取り付けられ、製造される物体８は、製造中にそこから懸架される。キャリアプラットフォーム３０は、アクチュエータ３３にて上下に移動できる。アプリケータ３６－１，３６－２，３６－３は、様々な構築材（例えば第１構築材５）を含む層を、ローラ４０－１，４０－２にて有形物８の下に移動できる可撓性シート３５に適用される。プラットフォーム３０は、物体８の下にある層の移動中に、この層が移動している間、この層と有形物８の先行する層とが接触することを防止するために、上方に少しだけ移動できる。可撓性シート３５は、例えば透明でもよく、または、レーザユニット１８が提供するレーザビーム１９の放射波長に対して少なくとも透過性でもよい。ここで、構築材（例えば第１構築材５，第２構築材６，第３構築材）の選択的な曝露中、レーザビーム１９は、ミラー２１で反射され、回転可能な角柱プリズム２５またはミラーもしくはまたは他の偏向手段を用いる類似の対処手段に通過される。曝露ヘッドを含むキャリッジ２０を、矢印２８が示す方向に移動させることで、生成される表面層を端から端へ走査する動作によって、所望の曝露パターンに従った選択的な曝露が可能になる。

【0036】

図２に示す３つのアプリケータ３６－１，３６－２，３６－３は、それぞれダクト３７－１，３７－２，および３７－３を介して、３つのリザーバ３９－１，３９－２，３９－３と接続される。構築材リザーバ３９－１には、第１構築材５が収容される。構築材リザーバ３９－２には、第２構築材６が収容される。構築材リザーバ３９－３には、第３構築材が収容される。アプリケータ３６－１～３６－３は、制御装置１５によって、メモリ１６から取得された層のデータに基づいて、所望の構築材を選択的に適用するように制御される。また、制御装置１５は、キャリッジ２０、ならびに曝露ヘッドの要素、例えば光源１８および角柱プリズム２５の動作も制御する。

【0037】

図３Ａ～図３Ｃは、酸素阻害層を含む硬化した第１の構築材の上に第２構築材をプリントするときに直面する問題、および、本発明が提供する様々な解決法を、概略的に示す。図３Ａでは、ステップ１において、先に硬化した第１層は、第１構築材５（材料Ａ）を含んで示され、この上には硬化後に酸素阻害層７が残っている。続くステップ２において、第２構築材６（材料Ｂ）が第１層の上に適用される。酸素阻害層７が存在することに起因し、ステップ３に示すように、第２構築材６は、第１層の表面に沿って拡散する。よって、ステップ４において、第２構築材６の形状は、意図したよりも遥かに大きい。

【0038】

図３Ｂに示す解決方法は、本発明によれば、次の（プリントされることになる）第２層中の着目領域と一致する第１層の表面５８上の領域６０を判定することを提案する。実際に、図３Ｂの解決方法よれば、第２層中のこの着目領域と一致するピクセルは全て、領域６０の一部であるとして識別される。ピクセルを構成する領域６０は、構築材料５を完全に硬化させように増加させた放射線量を用いて硬化される。したがって、酸素阻害層７は、領域６０の硬化後は存在しない。酸素阻害層７は、構築材５を硬化するように計算された通常の放射線量を使用して硬化される、表面５８の残り部分上にのみ存在する。次いで、ステップ２において、構築材５の追加の硬化に起因して、濡れが局所的に酸素阻害層７よりも小さくなり、第２構築材６を拡散させることなくプリント可能になる。よって、第２構築材６は、図３Ｂのステップ２に示すように、それがプリントされる場所に留まる。

【0039】

実際に、図３Ｃに示すように、本発明の解決方法は僅かに異なり、後続の第２層中の着目領域と一致する領域６０の輪郭６１のみを判定することで適用されてもよい。このため、図３Ｃに示すように、制御装置は、まず最初に、後続の第２層の着目領域と一致する領域６０の輪郭６１を判定する。制御装置は、輪郭６１を構成するピクセルを識別する。これは（図３Ｃに示す）領域６０の外側輪郭でも、領域６０の内側輪郭でも、または着目領域の境界がピクセルのエリアを横切るときに通る任意のピクセルでもよい。これらのピクセルが判定されると、輪郭を構成するピクセル６１は、酸素阻害層７がこれらの輪郭６１内に発生しないように、増加させた放射線量を用いて硬化される。第２構築材６が第１構築材５の上に適用されるとき、図３Ｃのステップ２に示すように、輪郭の濡れが低減したことに起因して、第２構築材６は、着目領域（第１層中の領域６０上の領域）内に留まる。

【0040】

図４Ａ～図４Ｃに従いステップごとの説明を行う。図４Ａには、有形物８の最後に硬化した層９が示されている。層９の上に、第１構築材５の新しい層ｎが適用されている。新しい層ｎは、ボクセル４５に大まかに分割され、その上側表面は、付加製造システムのメモリ中の指定された層のデータのピクセルと一致するピクセルを形成している。制御装置１５は、ピクセル４７ごとに、ピクセル４７をその対応するピクセルの所望の硬化レベルまで硬化させるために必要な放射線量を決定する。例えば、そのような放射線量は、制御装置のメモリ１６中のその層のデータで指定される。別の方法として、放射線量は、制御装置１５にてオンザフライで決定される。更なる代替として、システムは、層の厚さに関して最適化された構築材当たりの標準的な放射線量を適用してもよく、またより高い硬化レベルを達成するために、この標準的な放射線量を、増加させた放射線量を必要とするピクセル４７について計算または取得された量だけ増加させてもよい。図４Ａでは、ピクセル４７のそれぞれについて、放射線量４５，４５’が、層ｎの上方にあるバーによって概略的に示されている。ピクセル４７が存在するものは、より低い放射線量４５を受け、ピクセル４７がまた存在するものは、増加させた放射線量４５’を受ける。

【0041】

実際に、より高い放射線量４５を受けるピクセルは、第２構築材６が適用される後続の第２層（層ｎ＋１）中の着目領域を形成するピクセルと一致するピクセルである。これが図４Ｂに示されている。図４Ｂでは、より高い線量の放射４５’を受けたピクセル４７がより高いレベルまで硬化されて参照符号５’で示されている。これらのピクセル上には酸素阻害層７は存在しない。この結果、図４Ｃに示すように、層ｎ＋１が適用されるとき、完全に硬化した領域５’の上に適用された第２構築材６は、表面に沿って拡散することがない。

【0042】

輪郭ピクセルを増加させた線量４５’に曝露するだけで、同じ効果を達成できる。図５Ａ～図５Ｃは、この代替の実施形態を示す。この場合、着目領域の内側輪郭と一致するピクセルが、増加させた放射線量４５’に曝露される（図５Ａを参照）。図５Ｂに示すように、着目領域の輪郭を構成する特定のピクセルだけが完全に硬化し、完全に硬化した構築材料５’を含んでいる。酸素阻害層７は、層ｎの表面上のそれ以外の場所に存在する。図５Ｃは、層ｎ＋１における新しい第１構築材５および新しい第２構築材６の適用を示す。図５Ｃに示すように、第２構築材６は、着目領域の輪郭を横切って拡散することがない。

【0043】

図６は、阻害層の厚さを検知するセンサ２２を概略的に示す。硬化した材料５上の酸素阻害層の厚さを測定することにより、材料を過剰に硬化させずに酸素阻害層を排除するために必要な増加させた放射線量の、より正確な決定が可能になる。酸素阻害層７を測定するために、センサ２２は、硬化した材料５に照射するレーザビーム５４を提供するレーザ５０を備える。レーザビーム５４の第１部分５５は、酸素阻害層７と周囲の空気との間の界面で反射される。この第１部分５５は、光センサ５１に向けて反射される。第２部分５６は、酸素阻害層と硬化した材料５との間の界面で反射される。この部分５６もまた、光受信部５１に向けて反射される。反射した部分５５，５６の大部分は、光受信部５１の表面上に干渉パターンを生成する。この干渉パターンを分析することで、酸素阻害層７の厚さの正確な判定が可能になる。この情報は、第１構築材５を完全に硬化させるためにこれに適用されるべき絶対放射線量、または、第１構築材５を完全に硬化させて酸素阻害層を排除するために、標準的な放射線量に加えて必要な、追加の放射線量、のいずれかを決定するために使用される。

【0044】

本発明について、そのいくつかの具体的な実施形態に着目して記載した。図示するおよび本明細書に記載する実施形態は、例示の目的のみが意図されており、本発明を制約することは決して意図していないが分かるであろう。本発明の動作および構造は、前述の記載およびそこに添付された図面から明らかになると考えられる。本発明が本明細書に記載したどの実施形態にも限定されず、および、添付の特許請求の範囲の範囲内と当然見なされる修正が可能であることは当業者に明らかであろう。また、運動学的置き換えが本来的に開示されていると見なされ、それらは本発明の範囲内にあるものとする。またさらに、必要、所望、または好ましいと見なされる場合には、開示される様々な実施形態の構成要素および要素のうちの任意のものを、特許請求の範囲にて規定されている本発明の範囲から逸脱することなく、組合せできるか、または他の実施形態に組込みできる。

【0045】

特許請求の範囲において、どの参照記号も特許請求の範囲を限定すると解釈されるべきではない。用語「備える」および「含む」は、本明細書または付属の特許請求の範囲にて使用される場合、排他的または網羅的な意味ではなく、むしろ包括的な意味として解釈されるべきである。よって、「備える」という表現は本明細書で使用される場合、いずれかの請求項に列挙されるもの以外の他の要素またはステップの存在を除外しない。さらに、単語「ａ」および「ａｎ」は、「ただ１つ」に限定されると解釈すべきではなく、代わりに「少なくとも１つ」を意味するために使用され、複数を除外しない。具体的または明示的に記載または特許請求されていない特徴が、本発明の範囲内でその構造中に追加的に含まれてもよい。「・・・手段」のような表現は、「．．．のように構成された要素」または「・・・ように構築された部材」として読むべきであり、開示する構造の等価物を含むと解釈するべきである。「非常に重要」、「好ましい」、「特に好ましい」等の表現の使用は、本発明を限定することを意図していない。一般に、特許請求の範囲にて判定される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、当業者の裁量において追加、削除、および修正を行うことができる。本発明は、その他の点では本明細書に具体的に記載したように実施でき、付属の特許請求の範囲にてのみ限定される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】