特表 2024-527260 速度最適化ベクトル処理システムを有する３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】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-07-24

(54)【発明の名称】速度最適化ベクトル処理システムを有する３次元プリントシステム

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/393 20170101AFI20240717BHJP

   B29C 64/153 20170101ALI20240717BHJP

   B29C 64/268 20170101ALI20240717BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20240717BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240717BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240717BHJP

   B22F 10/85 20210101ALI20240717BHJP

   B22F 10/28 20210101ALI20240717BHJP

【ＦＩ】

B29C64/393

B29C64/153

B29C64/268

B33Y50/02

B33Y10/00

B33Y30/00

B22F10/85

B22F10/28

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023577385

(86)(22)【出願日】2022-06-09

(85)【翻訳文提出日】2024-01-30

(86)【国際出願番号】 US2022032758

(87)【国際公開番号】W WO2022271452

(87)【国際公開日】2022-12-29

(31)【優先権主張番号】63/215,155

(32)【優先日】2021-06-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】520106345

【氏名又は名称】レイヤーワイズ エヌヴェ

【氏名又は名称原語表記】ＬａｙｅｒＷｉｓｅ ＮＶ

(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】コーク，サム

(72)【発明者】

【氏名】ファン ファーレンベルク，ヨナス

(72)【発明者】

【氏名】ライ，ナヒケタ

【テーマコード（参考）】

4F213

4K018

【Ｆターム（参考）】

4F213AP07

4F213AR08

4F213WA25

4F213WB01

4F213WL03

4F213WL13

4F213WL45

4F213WL49

4F213WL78

4F213WL85

4K018CA44

4K018EA51

4K018EA60

(57)【要約】

３次元プリントシステム（３Ｄ）は、プリントエンジンおよびコントローラを含む。プリントエンジンは、電動造形プラットフォームと、コーティング装置と、ビーム形成ユニットとを備える。コントローラは、以下の工程を実行するように構成される：（ａ）仮想３Ｄ体を受信する工程、（ｂ）３Ｄ体を処理して複数のＮ個のスライスを画定する工程であって、Ｎ個のスライスが個々に３Ｄ体とスライスとの交点を表す、工程、（ｃ）Ｎ個のスライスを処理してベクトルを用いて３Ｄ体の中実部分を表す工程であって、ベクトルが輪郭およびハッチングパターンを画定し、ベクトルが個々に２つの端点によって境界付けられる、工程、（ｄ）個々のスライスについて、複数のベクトルのうちの１つまたは複数について走査速度誤差を分析する工程、および（ｅ）個々のスライスについて、走査速度誤差が所定の閾値を超える場合に端点のうちのいくつかを移動させて、速度補正されたスライスを提供する工程。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プリントエンジン、および
コントローラ
を備える３次元（３Ｄ）プリントシステムであって、
前記プリントエンジンは、
電動造形プラットフォーム；
前記造形プラットフォーム上に造形材料の均一な層を形成するためのコーティング装置；および
前記造形プラットフォームの上方にある造形平面上でエネルギービームを走査するように構成されたビーム形成ユニット
を含み、
前記コントローラは、以下の工程：
（ａ）仮想３Ｄ体を受信する工程；
（ｂ）前記３Ｄ体を処理して複数のＮ個のスライスを画定する工程であって、該Ｎ個のスライスが個々に前記３Ｄ物体とスライスとの交点を表す、工程；
（ｃ）前記Ｎ個のスライスを処理してベクトルを用いて前記３Ｄ体の中実部分を表す工程であって、前記ベクトルが輪郭およびハッチングパターンを画定し、前記ベクトルが個々に２つの端点によって境界付けられる、工程；
（ｄ）前記個々のスライスについて、前記複数のベクトルのうちの１つまたは複数について走査速度誤差を分析する工程；
（ｅ）前記個々のスライスについて、前記走査速度誤差が所定の閾値を超える場合に端点のうちのいくつかを置換させて、速度補正されたスライスを提供する工程；および
（ｆ）前記プリントエンジンを動作させて、前記速度補正されたスライスを用いて層ごとの態様で３次元物品を作製する工程
を実行するように構成される、３次元（３Ｄ）プリントシステム。

【請求項2】

前記コントローラは、前処理コントローラおよびプリントエンジンコントローラを含む少なくとも２つの別個のコントローラを含み、該２つの別個のコントローラは、互いに物理的に分離されることを特徴とする、請求項１に記載の３次元（３Ｄ）プリントシステム。

【請求項3】

前記工程（ｄ）および（ｅ）は、前記複数のベクトルのうちの個々のベクトルについて、以下：
前記ベクトルについて平均走査速度を計算する工程；
前記平均走査速度をデフォルト走査速度と比較して走査速度誤差を決定する工程；および
前記走査速度誤差が所定の閾値よりも大きい場合、前記ベクトルの端点を移動させて前記走査速度誤差を低減または排除する工程
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の３次元（３Ｄ）プリントシステム。

【請求項4】

前記コントローラは、関係ΔＴ^＊Ｖ＝ΔＳを定義し、ΔＴはビーム形成ユニットの時間的ステップサイズに等しく、ΔＳはビーム形成ユニットの寸法的ステップサイズに等しく、Ｖ＝デフォルト走査速度であり、ベクトルの端点を移動させてベクトルの長さを変化させ、ΔＳの整数倍により近づけることを特徴とする、請求項３に記載の３次元（３Ｄ）プリントシステム。

【請求項5】

前記工程（ｄ）および（ｅ）は、前記複数のベクトルのうちの２つ以上の個々のベクトルのシーケンスについて、以下：
前記２つ以上のベクトルのシーケンスについての平均走査速度を計算する工程；
前記平均走査速度をデフォルト走査速度と比較して走査速度誤差を決定する工程；および
前記走査速度誤差が所定の閾値よりも大きい場合、前記２つ以上のベクトルの１つまたは複数の端点を移動させて前記走査速度誤差を低減または排除する工程
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の３次元（３Ｄ）プリントシステム。

【請求項6】

前記コントローラは、
前記電動造形プラットフォームを動作させて、前記造形平面に近接して前記電動造形プラットフォームまたは前記造形材料の上面を位置決めし；
前記コーティング装置を動作させて、前記電動造形プラットフォームまたは前記造形材料の上面上に造形材料の新しい層を形成し；かつ
前記速度補正されたスライスを利用して前記ビーム形成ユニットを動作させて、前記造形材料の新しい層を選択的に固化させる
ように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の３次元（３Ｄ）プリントシステム。

【請求項7】

３Ｄ物品を製造する方法であって、
電動造形プラットフォーム；
前記造形プラットフォーム上に造形材料の均一な層を形成するためのコーティング装置；および
前記造形プラットフォームの上方にある造形平面上でエネルギービームを走査するように構成されたビーム形成ユニット
を含むプリントエンジンを備える３Ｄプリントシステムを提供する工程；および
（ａ）仮想３Ｄ体を受信する工程；
（ｂ）前記３Ｄ体を処理して複数のＮ個のスライスを画定する工程であって、該Ｎ個のスライスが個々に前記３Ｄ物体とスライスとの交点を表す、工程；
（ｃ）前記Ｎ個のスライスを処理して、個々に端点によって境界付けられるベクトルを用いて前記３Ｄ体の中実部分を表す工程；
（ｄ）前記個々のスライスについて、前記複数のベクトルのうちの１つまたは複数について走査速度誤差を分析する工程；
（ｅ）前記個々のスライスについて、前記走査速度誤差が所定の閾値を超える場合に端点のうちのいくつかを置換させて、速度補正されたスライスを提供する工程；および
前記プリントエンジンを動作させて、前記速度補正されたスライスを用いて層ごとの態様で３次元物品を作製する工程
を含む、方法。

【請求項8】

前記３Ｄプリントシステムは、互いに物理的に分離される前処理コントローラおよびプリントエンジンコントローラを含む少なくとも２つの別個のコントローラをさらに含むコントローラを備えることを特徴とする、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記工程（ｄ）および（ｅ）は、前記複数のベクトルのうちの個々のベクトルについて、以下：
前記ベクトルについて平均走査速度を計算する工程；
前記平均走査速度をデフォルト走査速度と比較して走査速度誤差を決定する工程；および
前記走査速度誤差が所定の閾値よりも大きい場合、前記ベクトルの端点を移動させて前記走査速度誤差を低減または排除する工程
を含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。

【請求項10】

関係ΔＴ^＊Ｖ＝ΔＳを定義する工程をさらに含み、ΔＴはビーム形成ユニットの時間的ステップサイズに等しく、ΔＳはビーム形成ユニットの寸法的ステップサイズに等しく、Ｖ＝デフォルト走査速度であり、ベクトルの端点を移動させてベクトルの長さを変化させ、ΔＳの整数倍により近づけることを特徴とする、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記工程（ｄ）および（ｅ）は、前記複数のベクトルのうちの２つ以上の個々のベクトルのシーケンスについて、以下：
前記２つ以上のベクトルのシーケンスについての平均走査速度を計算する工程；
前記平均走査速度をデフォルト走査速度と比較して走査速度誤差を決定する工程；および
前記走査速度誤差が所定の閾値よりも大きい場合、前記２つ以上のベクトルの１つまたは複数の端点を移動させて前記走査速度誤差を低減または排除する工程
を含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。

【請求項12】

前記電動造形プラットフォームを動作させて、前記造形平面に近接して前記電動造形プラットフォームまたは前記造形材料の上面を位置決めする工程；
前記コーティング装置を動作させて、前記電動造形プラットフォームまたは前記造形材料の上面上に造形材料の新しい層を形成する工程；および
前記速度補正されたスライスを利用して前記ビーム形成ユニットを動作させて、前記造形材料の新しい層を選択的に固化させる工程
をさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。

【請求項13】

３Ｄプリントシステムを制御するためのソフトウェア命令を記憶する非一時的記憶媒体であって、前記３Ｄプリントシステムは、
電動造形プラットフォーム；
前記造形プラットフォーム上に造形材料の均一な層を形成するためのコーティング装置；および
前記造形プラットフォームの上方にある造形平面上でエネルギービームを走査するように構成されたビーム形成ユニット
を含むプリントエンジンを備え、
プロセッサによって実行されると、前記ソフトウェア命令は、以下の工程：
（ａ）仮想３Ｄ体を受信する工程；
（ｂ）前記３Ｄ体を処理して複数のＮ個のスライスを画定する工程であって、該Ｎ個のスライスが個々に前記３Ｄ物体とスライスとの交点を表す、工程；
（ｃ）前記Ｎ個のスライスを処理してベクトルを用いて前記３Ｄ体の中実部分を表す工程であって、前記ベクトルが輪郭およびハッチングパターンを画定し、前記ベクトルが個々に２つの端点によって境界付けられる、工程；
（ｄ）前記個々のスライスについて、前記複数のベクトルのうちの１つまたは複数について走査速度誤差を分析する工程；
（ｅ）前記個々のスライスについて、前記走査速度誤差が所定の閾値を超える場合に端点のうちのいくつかを置換させて、速度補正されたスライスを提供する工程；および
（ｆ）前記プリントエンジンを動作させて、前記速度補正されたスライスを用いて層ごとの態様で３次元物品を作製する工程
を実行する、非一時的記憶媒体。

【請求項14】

前記３Ｄプリントシステムは、互いに物理的に分離される前処理コントローラおよびプリントエンジンコントローラを含む２つのコントローラを備えることを特徴とする、請求項１３に記載の非一時的記憶媒体。

【請求項15】

前記工程（ｄ）および（ｅ）は、前記複数のベクトルのうちの個々のベクトルについて、以下：
前記ベクトルについて平均走査速度を計算する工程；
前記平均走査速度をデフォルト走査速度と比較して走査速度誤差を決定する工程；および
前記走査速度誤差が所定の閾値よりも大きい場合、前記ベクトルの端点を移動させて前記走査速度誤差を低減または排除する工程
を含むことを特徴とする、請求項１３に記載の非一時的記憶媒体。

【請求項16】

前記工程が、関係ΔＴ^＊Ｖ＝ΔＳを定義する工程をさらに含み、ΔＴはビーム形成ユニットの時間的ステップサイズに等しく、ΔＳはビーム形成ユニットの寸法的ステップサイズに等しく、Ｖ＝デフォルト走査速度であり、ベクトルの端点を移動させてベクトルの長さを変化させ、ΔＳの整数倍により近づけることを特徴とする、請求項１５に記載の非一時的記憶媒体。

【請求項17】

前記工程（ｄ）および（ｅ）は、前記複数のベクトルのうちの２つ以上の個々のベクトルのシーケンスについて、以下：
前記２つ以上のベクトルのシーケンスについての平均走査速度を計算する工程；
前記平均走査速度をデフォルト走査速度と比較して走査速度誤差を決定する工程；および
前記走査速度誤差が所定の閾値よりも大きい場合、前記２つ以上のベクトルの１つまたは複数の端点を移動させて前記走査速度誤差を低減または排除する工程
を含むことを特徴とする、請求項１３に記載の非一時的記憶媒体。

【請求項18】

前記工程が、
前記電動造形プラットフォームを動作させて、前記造形平面に近接して前記電動造形プラットフォームまたは前記造形材料の上面を位置決めする工程；
前記コーティング装置を動作させて、前記電動造形プラットフォームまたは前記造形材料の上面上に造形材料の新しい層を形成する工程；および
前記速度補正されたスライスを利用して前記ビーム形成ユニットを動作させて、前記造形材料の新しい層を選択的に固化させる工程
を含むことを特徴とする、請求項１３に記載の非一時的記憶媒体。

【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、３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９（ｅ）の下で参照により本明細書に組み込まれる、「Ｔｈｒｅｅ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｐｒｉｎｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｓｐｅｅｄ Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｖｅｃｔｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ」と題されたＳａｍ Ｃｏｅｃｋらによる２０２１年６月２５日出願の米国仮特許出願第６３／２１５，１５５号に対する優先権を主張する。

【技術分野】

【0002】

本開示は、ポリマー粉末、金属粉末、および光硬化性樹脂などの材料の層のエネルギービーム固化による３次元（３Ｄ）物品の層ごとの製造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、動作の再現性および整合性に悪影響を及ぼし得る走査速度または実行時間誤差を補正する方法に関する。

【背景技術】

【0003】

３次元（３Ｄ）プリントシステムは、プロトタイピングおよび製造などの目的のために急速に使用が増加している。特定の３Ｄプリントシステムは、金属粉末、プラスチック粉末、および光硬化性樹脂であり得る様々な材料から３Ｄ物品を形成するために層ごとのプロセスを利用する。各材料層は、レーザビーム、電子ビーム、または粒子ビームであり得るエネルギービームで選択的に硬化される。層ごとのプロセスは、ＣＡＤファイルなどの仮想３Ｄ体から開始する。仮想３Ｄ体は、層に対応する仮想水平スライスでスライスされる。仮想スライスは、３Ｄ体の表面とスライスとの交点である輪郭または境界を個別に定義する。仮想スライスは、エネルギービームの運動を制御するために使用することができるベクトル形式に変換される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

この変換に伴う課題は、仮想スライスのベクトル形式をエネルギービームシステムに適用することから生じる走査速度および実行時間誤差である。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示のある態様では、３次元（３Ｄ）プリントシステムは、３Ｄ物品を作製または製造するために構成される。３Ｄプリントシステムは、プリントエンジンおよびコントローラを含む。プリントエンジンは、電動造形プラットフォームと、造形プラットフォーム上に造形材料の均一な層を形成するためのコーティング装置と、造形プラットフォームの上方にある造形平面上でエネルギービームを走査するように構成されたビーム形成ユニットとを含む。コントローラは、以下の工程を実行するように構成される：（ａ）仮想３Ｄ体を受信する工程、（ｂ）３Ｄ体を処理して複数のＮ個のスライスを画定する工程であって、Ｎ個のスライスが個々に３Ｄ体とスライスとの交点を表す、工程、（ｃ）Ｎ個のスライスを処理してベクトルを用いて３Ｄ体の中実部分を表す工程であって、ベクトルが輪郭およびハッチングパターンを画定し、ベクトルが個々に２つの端点によって境界付けられる、工程、（ｄ）個々のスライスについて、複数のベクトルのうちの１つまたは複数について走査速度誤差を分析する工程、および（ｅ）個々のスライスについて、走査速度誤差が所定の閾値を超える場合に端点のうちのいくつかを置換または移動させて、速度補正されたスライスを提供する工程。工程（ｄ）および（ｅ）により、走査速度誤差が排除または低減される。これにより、作製の全体的な速度が最大化され、低い走査速度で生じ得る潜在的な過熱または過硬化が低減または排除される。

【0006】

一実装形態では、コントローラは、互いに物理的に分離された前処理コントローラおよびプリントエンジンコントローラを含む少なくとも２つの別個のコントローラを含む。

【0007】

別の実装形態では、工程（ｃ）および（ｄ）は、複数のベクトルの個々のベクトルについて、以下を含む：ベクトルの平均走査速度を計算する工程、平均走査速度をデフォルト走査速度と比較して走査速度誤差を決定する工程、および、走査速度誤差が所定の閾値より大きい場合、ベクトルの端点を移動させて走査速度誤差を低減または排除する工程。コントローラは、関係ΔＴ^＊Ｖ＝ΔＳを定義することができ、ΔＴはビーム形成ユニットの時間的ステップサイズに等しく、ΔＳはビーム形成ユニットの寸法的ステップサイズに等しく、Ｖ＝デフォルト走査速度であり、ベクトルの端点を移動させてベクトルの長さを変化させ、ΔＳの整数倍により近づけることができる。

【0008】

さらに別の実装形態では、工程（ｄ）および（ｅ）は、複数のベクトルのうちの２つ以上の個々のベクトルのシーケンスについて、以下を含むことができる：２つ以上のベクトルのシーケンスについての平均走査速度を計算する工程、平均走査速度をデフォルト走査速度と比較して走査速度誤差を決定する工程、および、走査速度誤差が所定の閾値よりも大きい場合、２つ以上のベクトルの１つまたは複数の端点を移動させて走査速度誤差を低減または排除する工程。

【0009】

さらなる実装形態では、コントローラは、以下を行うようにさらに構成される：電動造形プラットフォームを動作させて、造形平面に近接して電動造形プラットフォームまたは造形材料の上面を位置決めし、コーティング装置を動作させて、電動造形プラットフォームまたは造形材料の上面上に造形材料の新しい層を形成し、速度補正されたスライスを利用してビーム形成ユニットを動作させて、造形材料の新しい層を選択的に固化させる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】３Ｄ物品を形成するための３次元（３Ｄ）プリントシステムの概略図である。

【図2】様々なソフトウェアモジュールを含むコントローラの一実施形態の概略図である。

【図3A】直円筒の形状を有する仮想３Ｄ体の概略図である。

【図3B】図３Ａの仮想３Ｄ体に作用するスライサーモジュールによって画定される仮想断面スライスの概略図である。

【図3C】図３Ｂの単一の仮想断面スライスに作用するベクトル発生器モジュールによって定義されるベクトルスライスの概略図である。

【図3D】図３Ｃのベクトルスライスに作用する速度補正モジュールによって画定される速度補正されたベクトルスライスの概略図である。

【図4A】前処理コントローラによって実行される方法のフローチャートである。

【図4B】プリントエンジンコントローラによって実行される方法のフローチャートである。

【図5】図４Ｂの方法のサブセットである、プリントエンジンコントローラによって実行される方法の第１の実施形態のフローチャートである。

【図5A】スライス、輪郭、および、まだ速度補正されていない点Ｐ１～Ｐ６の連続セットの概略図である。これは、ベクトル生成モジュール３６（図２）の出力、図３Ｃ、および図４Ａの方法６０の出力の１つのスライスｎに対応する。図示のスライスでは、Ｍ（ｎ）は５に等しく、言い換えれば、５つのベクトルが存在する。各連続する点の対はベクトルを表す。第１のベクトルテールは点Ｐ１にあり、第１のベクトルヘッドはＰ２にある（以下同様）。

【図5B】新しい連続する点に対する補正された点位置Ｑ２の決定を示す。半径ΔＳの円の中心はＰ１であり、新たな第１点Ｑ１となる。円と元のベクトル経路または輪郭８３との交点は、第２の新しい点Ｑ２を画定する。第１速度補正されたベクトルは、Ｑ１にテールを有し、Ｑ２にヘッドを有する。

【図5C】新しい連続する点に対する補正された点位置Ｑ３の決定を示す。半径ΔＳの円の中心はＱ２である。円と元のベクトル経路または輪郭８３との交点は、第３の新しい点Ｑ３を画定する。第２の速度補正されたベクトルは、Ｑ２にテールを有し、Ｑ３にヘッドを有する。

【図5D】連続する点に対する補正された点位置Ｑ４の決定を示す。半径ΔＳの円の中心はＱ３である。円と元のベクトル経路または輪郭８３との交点は、第４の新しい点Ｑ４を画定する。第３の速度補正されたベクトルは、Ｑ３にテールを有し、Ｑ４にヘッドを有する。

【図5E】連続する点に対する補正された点位置Ｑ５の決定を示す。半径ΔＳの円の中心はＱ４である。円と元のベクトル経路または輪郭８３との交点は、第５の新しい点Ｑ５を画定する。第４の速度補正ベクトルは、Ｑ４にテールを有し、Ｑ５にヘッドを有する。

【図5F】連続する点に対する補正された点位置Ｑ６の決定を示す。半径ＡＳの円の中心はＱ５である。円と元のベクトル経路または輪郭８３との交点は、第６の新しい点Ｑ６を画定する。第５の速度補正ベクトルは、Ｑ５にテールを有し、Ｑ６にヘッドを有する。

【図5G】スライス、輪郭、および、速度補正された点Ｑ１～Ｑ７の連続セットの概略図である。Ｑ１～Ｑ７によって画定されるベクトルは、速度補正モジュール３８（図２）、図３Ｄ、図４Ｂの方法７０の工程７２～７６の出力の１スライスｎ、および図５の方法８０の出力に対応する。各連続する点の対は、速度補正されたベクトルを表す。

【図6】図４Ｂの方法のサブセットである、プリントエンジンコントローラによって実行される方法の第２の実施形態のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１は、３Ｄ物品４を形成するための３次元（３Ｄ）プリントシステム２の概略図である。３Ｄプリントシステム２を説明する際に、互いに直交する軸Ｘ、Ｙ、およびＺを使用することができる。軸ＸおよびＹは、概して水平な横軸である。軸Ｚは、重力基準と概ね位置合わせされた垂直軸である。「概して」とは、設計によってそのように意図されるが、製造公差または他の変動源に起因して変動し得る。

【0012】

３Ｄプリントシステム２は、コントローラ８に結合された３Ｄプリントエンジン６を含む。コントローラ８は、プリントエンジン６と同じ位置に配置された単一のコンピュータを含むことができるか、または２つ以上のコンピュータを含むことができ、そのいくつかは、プリントエンジン６から物理的に分離されるか、または遠隔に配置される。図示の実施形態では、コントローラ８は、第１のコントローラ８Ａおよび第２のコントローラ８Ｂを含む２つのコントローラを含む。第１のコントローラ８Ａは、プリントエンジン６から物理的に分離されるか、または遠隔に配置されることさえ可能である。第２のコントローラ８Ｂは、プリントエンジン６に物理的に接続されるか、またはより密接に関連付けられる。

【0013】

コントローラ８は、情報記憶装置（少なくとも１つの非一時的または不揮発性デバイス）に結合されたプロセッサ（少なくとも１つのＣＰＵ）を含む。情報記憶装置は、命令を個別に含むソフトウェアモジュールを記憶する。情報記憶装置は、不揮発性または非一時的コンピュータメモリ、フラッシュメモリ、およびディスクドライブのうちの１つまたは複数を含むことができる。コントローラ８は、プロセッサが命令を実行するときにプリントエンジン６の様々な部分を動作させるように構成される。図示される実施形態では、第１のコントローラ８Ａは、仮想３Ｄ体を処理し、プリントエンジン６を制御するためにコントローラ８Ｂによって使用される断面「スライス」を生成する。

【0014】

プリントエンジン６は、電動造形プラットフォーム１２を収容する造形コンテナ１０を含む。電動造形プラットフォーム１２は、上面１４と、造形プラットフォーム１２を正確に垂直に位置決めするための機構（詳細は図示せず）とを有する。機構は、ラック・アンド・ピニオン、親ねじ、または他の駆動システムなどの機械的駆動を含むことができる。親ねじ駆動システムは、固定モータに連結された親ねじを含むことができる。親ねじは、造形プラットフォーム１２に結合されたねじ付きナットに受け入れることができる。コントローラ８の命令の下で、モータは、造形プラットフォーム１２を垂直に位置決めするために親ねじを回転させることができる。

【0015】

プリントエンジン６は、電動造形プラットフォーム１２上に金属粉末などの材料１８の均一な層を形成するように構成されたコーティング装置１６を含む。新しい均一な材料層１８が形成されるとき、新しい均一な材料層１８の上面２０は、「造形平面２２」を部分的に画定するものとして言及され得る。コーティング装置１６は、材料１８を分配するためのディスペンサと、平坦で均一な表面２０を確保するためのワイパーブレードとを含むことができる。分配およびワイピング中のコーティング装置１６の運動は、電動親ねじ、電動ベルト、または他の電動運動機構によって付与することができる。分配装置は、新しい材料層１８の均一性を確保するために制御されたまたは充分な量の材料１８を計量するための電動ローラまたはバルブ機構を含むことができる。

【0016】

プリントエンジン６は、造形平面２２にわたって１つまたは複数のエネルギービーム２６を形成し走査するためのビーム形成ユニット２４を含む。ビーム形成ユニット２４の横方向走査限界は、ビーム形成ユニット２４の横方向範囲を画定することができる。例示的な実施形態では、ビーム形成ユニットは、レーザビーム発生器と、それぞれＸ軸およびＹ軸に沿って造形平面を横切るレーザビームの運動を提供するＸミラーおよびＹミラーを含む２つの走査ミラーとを含む。

【0017】

コントローラ８は、プリントエンジン６の部分を動作させて３Ｄ物品４を製造または作製するように構成される。コントローラは、以下のように構成される：（ａ）３Ｄ物品４を画定するデータファイルを受信し、（ｂ）データファイルを処理して、プリントエンジン６を動作させるための準備をし、（ｃ）電動造形プラットフォームを動作させて、造形平面２２に近接して上面１４または２０を位置決めし、（ｃ）コーティング装置を動作させて、造形材料の新しい層１８を上面１４または２０に塗布し、（ｄ）ビーム形成ユニット２４を動作させて、造形材料の新しい層を選択的に硬化させ、（ｃ）～（ｄ）を繰り返して物品４の製造または作製を完了する。

【0018】

図２は、コントローラ８の概略図である。より詳細には、図２は、ソフトウェアモジュールの動作を実行するためにコントローラ８の１つまたは複数のプロセッサによって記憶および実行されるソフトウェア命令を含むソフトウェアモジュールを示すことを意図している。図示の実施形態では、コントローラ８は、前処理コントローラ８Ａおよびプリントエンジンコントローラ８Ｂを含む。前処理コントローラ８Ａは、プリントエンジン６に対して物理的に分離されるか、または遠隔に配置されることも可能である。プリントエンジンコントローラ８Ｂは、プリントエンジン６と部分的または全体的に同じ位置に配置されてもよく、またはプリントエンジン６内にあってもよい。別の実施形態では、コントローラ８は、１つの物理的に統合されたユニットとすることができる。ソフトウェアモジュール間の他の物理的分割を有する他の実施形態も可能である。

【0019】

コントローラ８は、製造される３Ｄ物品４を画定するＣＡＤファイルなどの仮想３Ｄ物体３２を受信する。スライサーモジュール３４は、３Ｄ仮想体３２を受け取り、仮想的かつ水平にスライスする。これにより、３Ｄ仮想体３２の仮想断面スライスを画定するファイルが得られる。仮想断面スライスは、３Ｄ仮想体３２の１つまたは複数の２次元境界および立体断面を個別に画定する。個々のスライスについて、２次元境界は、水平スライスと固形物３２との間の交点を画定する。仮想断面スライスはまた、スライスの中実断面部分の表現を含む。

【0020】

スライスは、スライスの中実部分に対応する一連の線形走査を定義するベクトル生成モジュール３６（ハッチャモジュールと呼ばれることもある）に送られる。これらの走査は、各ベクトルの開始および終了を定義する端点を有する線形ベクトルとして表される。その結果、造形平面２２上を走査するエネルギービーム２６に対応する複数のベクトルを個別に有する複数のベクトルスライスが得られる。

【0021】

複数のベクトルスライスは、速度補正モジュール３８に送られる。速度補正モジュール３８は、個々のベクトルまたはベクトルのグループに対する走査速度誤差を計算する。速度補正モジュール３８は、１つまたは複数の速度および／または時間誤差が所定の閾値を超えたときに、ベクトルの端点を移動または置換することによって速度および／または時間誤差を補正する。図示の実施形態では、速度補正モジュール３８は、プリントエンジンコントローラ８Ｂに組み込まれる。あるいは、前処理モジュール８Ａの一部として組み込むことができる。

【0022】

その結果、走査ドライバモジュール４０に送られる補正ベクトルを有する複数の補正ベクトルスライスが得られる。走査ドライバモジュール４０は、補正されたベクトルスライスを使用してビーム形成ユニット２４を動作させる。個々のスライスを使用して、堆積材料１８の１つの新しい層を選択的に硬化させる。上記において、「スライス」は、ソフトウェアモジュール３４～４０のうちの１つまたは複数の後の任意の段階における仮想３Ｄ体３２の水平スライスを表すデータとして解釈され得る。

【0023】

図３Ａは、垂直軸Ｚと軸方向に位置合わせされた直円筒シリンダである非常に単純な３Ｄ仮想体３２の図である。スライサーモジュール３４の動作は、水平仮想断面スライス４２の垂直配置を画定することである。

【0024】

図３Ｂは、スライサーモジュール３４によって画定される仮想断面スライス４２の概略図である。仮想断面スライス４２は、外側境界４４および外側境界４４内の固化領域４６を画定するデータを含む。

【0025】

図３Ｃは、図３Ｂの仮想断面スライス４２に作用するベクトル生成モジュール３６によって画定されるベクトルスライス４８の概略図である。ここで、外側境界４４は、輪郭５０を画定するために始点－終点（head-to-tail）に配置される一連のベクトル５２（一部のみ図示される）を含む輪郭５０によって置換される。いくつかの実施形態では、輪郭５０は、輪郭５０の周りを２回以上通過するベクトル５２の２つ以上のシーケンスを含み、輪郭５０を広げることができる。輪郭５０のベクトル５２は、輪郭５０を「周回」して輪郭５０を形成する。輪郭５０は固化領域４６を取り囲み、外側境界４４を画定する。

【0026】

固化領域４６は、ベクトル５６の領域ハッチパターン５４で置換される（一部のみ図示される）。隣接するベクトル５６は、ハッチパターン５４上で反対方向を有することができる。いくつかの実施形態では、レーザがハッチングプロセス中にオンのままであるように、追加のベクトルが隣接するベクトル５６の始点および終点を取り付けてもよい。

【0027】

図３Ｄは、補正されたベクトルスライス４９の概略図である。速度補正モジュール３８は、補正されたベクトルスライス４９を提供するためにベクトルスライス４８を処理する。補正されたベクトルスライス４９は、ベクトル５２および５６の始点および終点の補正された位置を有することによって、ベクトルスライス４８とは異なり、それぞれベクトル５３および５７を提供する。速度補正ベクトル５３および５７は、粉末の層１８上のエネルギービーム２６の走査に対応する。

【0028】

図４Ａは、コントローラ８によって実行される動作方法６０の実施形態のフローチャートである。コントローラ８は、図２のソフトウェアモジュール３４および３６を実行することによって方法６０を実行する。

【0029】

６２によれば、コントローラ２８は、３Ｄ仮想体３２を受信する。６４によれば、コントローラ２８は、モジュール３６を実行して、３Ｄ仮想体３２をＮ個の仮想断面スライス４２にスライスする。６６によれば、コントローラ２８は、モジュール２６を実行して、Ｎ個の個々のスライスの端点を有する走査ベクトル５２および５６を画定する。その結果、まだ速度補正されていないベクトル５２および５６を有するＮ個の個々のベクトルスライスが得られる。

【0030】

図４Ｂは、コントローラ８によって、より詳細にはプリントエンジンコントローラ３０によって実行される動作方法７０の実施形態のフローチャートである。プリントエンジンコントローラ３０は、図２のソフトウェアモジュール３８および４０を実行することによって方法７０を実行する。

【0031】

７２によれば、コントローラ３０は、コントローラ２８から前述のＮ個のベクトルスライス４２を受信する。７４によれば、スライス（Ｎ個のうちのスライスｎ）は、閾値条件に基づいて走査速度誤差を補正するために処理される。工程７４により、速度補正されたベクトルスライスｎが得られる。７６によれば、速度補正されたベクトルスライスは、レーザ走査ドライバモジュールに転送される。７８によれば、ビーム形成ユニット２４は、３Ｄ物品４の速度補正されたベクトルスライスｎを選択的に融合するように動作される。示されるように、工程７２～７８は、全てのＮ個のスライスを選択的に融合するために繰り返される。

【0032】

留意すべきこととして、方法６０および７０から欠落した特定のプロセスステップが存在し得る。例えば、無関係なベクトルを除去するためにデータをフィルタリングしてもよい。また、方法７０の一部として、コントローラ３０は、造形平面２２の適切な高さを維持するように電動造形プラットフォーム１２を動作させ、スライスｎごとにコーティング装置１６を動作させて材料の新しい層１８をコーティングすることができる。いくつかの実施形態では、ビーム形成ユニット２４の動作の間に材料の複数の層を適用することができる。

【0033】

別の実装形態では、工程７４－速度誤差補正は、方法７０の一部としてではなく、方法６０の一部として実行することができる。したがって、速度誤差補正は、プリントエンジンコントローラ３０がスライスを受信するときにベクトルに組み込まれているであろう。さらに他の実装形態では、方法６０および６２の工程の分割は、異なる方法で異なるコントローラ間で分割され得る。

【0034】

図５は、コントローラ８によって実行される動作方法８０の第１の実施形態のフローチャートである。コントローラ８は、図２のソフトウェアモジュール３８を実行することによって方法８０を実行する。特に、方法８０は、方法７０の工程７４のより詳細な実施形態であるが、単一のスライスｎについてである。

【0035】

８２によれば、スライスｎがソフトウェアモジュール３８によって受信される。スライスｎはＭ（ｎ）個のベクトルを有する。示されるように、Ｍはｎに依存する変数である。８４によれば、ベクトルｍ（ｍは１からＭまで変化する）の速度が測定される。

【0036】

速度測定を理解するために、いくつかのパラメータが定義される必要がある。ビーム形成モジュール２４は、デフォルト走査速度Ｖ、実際の走査速度ｖ、標準分解能ステップサイズΔＳ、実際のステップサイズΔＳ、および時間的ステップサイズまたは時間ベース分解能ΔＴを有する。時間的ステップサイズΔＴは固定され、変化しない。したがって、走査速度は、ｖに従って変化し、ステップサイズΔｓを時間的ステップサイズΔＴで割ったものに等しい（ｖ＝Δｓ／ΔＴ）。しかし、ΔｓがΔＳに等しい場合、走査速度はデフォルト走査速度Ｖに等しい。そうでない場合、実際の走査速度ｖはデフォルト走査速度Ｖとは異なる。

【0037】

スライスのためのベクトルは、非整数のステップ数ΔＳを定義する長さを有することができる。したがって、ベクトルは、長さΔＳのステップ数に加えて、長さΔｓ＜ΔＳのより短いステップを含むことができる。ΔＴは固定されているので、より短いステップは時間ΔＴで実行され、したがってより低い走査速度を有する。ベクトルの平均速度は、ベクトルを走査するための総時間をベクトルの長さで割ることによって求められる。ベクトルを走査するための総時間は、実際のステップ数に時間ΔＴをかけたものに等しい。

【0038】

工程８４について上述したように、走査速度ｖ（ｍ）は、ベクトルｍについて計算または決定される。８６によれば、ｖ（ｍ）がデフォルト走査速度Ｖのある所定の許容範囲内にあるかどうかに関して判定が行われる。一実施形態では、分数速度誤差である［Ｖ－ｖ（ｍ）］／Ｖの値が計算される。ｖ（ｍ）がデフォルトＶの所定の許容値または分数範囲内にある場合、プロセスは工程８４にループバックする。

【0039】

工程８６に従って、ｖ（ｍ）が所定の範囲内にない場合、工程８８に従ってベクトルｍの長さが長さΔＳの整数に近いかまたは等しくなるように、ベクトルｍの点位置が修正される。ある実施形態では、これは、長さがΔＳの整数倍になるまでベクトルを長くすることによって達成される。あるいは、これは、長さがΔＳの整数倍になるまでベクトルを短くすることによって達成することができる。図５に示すように、この処理方法は、スライスｎのすべてのＭ（ｎ）個のベクトルに対して実行される。このプロセスの結果として、スライスｎは、Ｍ（ｎ）に等しいかまたはより大きいまたはより小さくなり得るＲ（ｎ）ベクトルを有するであろう。

【0040】

図５Ａ～Ｇは、図５の方法８０の特定の実施形態の例示である。方法８０の工程８２は、図５Ａによって表される。ロードされたスライスｎは、走査レーザ（例えば、レーザ＋電動Ｘミラーおよび電動Ｙミラー）の移動ベクトルの連続的な端点である点Ｐ１～Ｐ６によって表される。したがって、この例におけるＭ（ｎ）は５に等しい。第１の移動ベクトルは、Ｐ１からＰ２までである。第２の移動ベクトルは、Ｐ２からＰ３までであり、これは、Ｐ５からＰ６までの第５の移動ベクトルに続く。速度補正モジュールがなければ、上述したように速度誤差が生じる。Ｐ１からＰ６までのシーケンスの破線は、まだ速度補正されていない「未補正輪郭」８３と呼ぶことができる。

【0041】

図５Ａおよび図５Ｂは、ｍ＝１の場合のステップを示す。８４によれば、第１のセグメント（Ｐ１～Ｐ２）にわたる移動の速度が計算される。８６によれば、測定された速度ｖは、許容範囲外であることが見出される。８８によれば、点位置が修正され、これが図５Ｂに示されている。点Ｐ１上に半径ΔＳの円が置かれ、経路全体（破線）との交点Ｑ２が決定される。これが新たな第２の点Ｑ２となり、Ｐ２を「置換」する。

【0042】

ここで方法８０は工程８４にループバックし、ｍはｍ＝２にインデックスされる。ここで、速度は、Ｑ２とＰ３（元の輪郭８３上の次の点）との間のセグメントについて計算され、８６に従って許容範囲外であることが見出される。ｍ＝２の場合、点位置は、図５Ｃに示すように再び修正される。

【0043】

方法８０は、ｍ＝３（図５Ｃ／５Ｄ）、ｍ＝４（図５Ｄ／５Ｅ）およびｍ＝５（図５Ｅ／５Ｆ）について継続する。最後のセグメント（Ｑ６～Ｑ７）に関して、この図示の実施形態では、Ｑ７が点Ｐ６と一致するので、セグメントは標準分解能ステップサイズΔＳの非整数倍である。

【0044】

要約すると、図５Ａの要素８３は、方法８０が実行される前の初期点Ｐ１～Ｐ６によって画定される補正されていない輪郭を指す。図５Ｇの要素８９は、方法８０が実行された後に点Ｑ１～Ｑ７によって画定される速度補正された輪郭を指す。したがって、図５Ａの点Ｐ１～Ｐ６は、補正されていないスライスを示し、図５Ｇの点Ｑ１～Ｑ７は、速度補正されたスライスを示す。図５Ａの図示された補正されていないスライスでは、Ｍ（ｎ）＝５である。図５Ｇの速度補正されたスライスでは、Ｒ（ｎ）＝６である。言い換えれば、速度補正の結果、端点のシーケンスに端点が追加された。

【0045】

図６は、コントローラ８によって、より詳細にはプリントエンジンコントローラ３０によって実行される動作方法９０の第２の実施形態のフローチャートである。プリントエンジンコントローラ３０は、図２のソフトウェアモジュール３８を実行することによって方法８０を実行する。特に、方法９０は、方法７０の工程７４のより詳細な実施形態であるが、単一のスライスｎについてである。方法９０は、一度に１つのベクトルではなく、Ｐ個のベクトルのグループについて、ｖ（ｍ）の平均値が計算され、応答される点で方法８０とは異なる。Ｐは２以上であってもよい。

【0046】

９２によれば、スライスｎがソフトウェアモジュール３８によって受信される。モジュール３８は、Ｍ（ｎ）個のベクトルを有する。示されるように、Ｍはｎに依存する変数である。９４によれば、Ｐ個のセグメントのグループについて走査速度が測定される。例えば、一度に２つのセグメントのグループを測定することができる。工程９４は、全てのセグメントに対して実行される。残りのセグメントがある場合、このプロセスは残りについても実行することができる。測定方法は、計算がセグメントの長さの合計をセグメントの総時間で割ったものを計算することであることを除いて、１つのセグメントを測定する方法と同様である。

【0047】

９６によれば、ベクトルのどのグループが許容範囲外であるか－Ｐセグメントのどのグループが所定の閾値を超える速度パーセンテージ誤差を有するか－に関する決定が行われる。

【0048】

９８によれば、許容範囲外であるベクトルの任意のグループに対して点位置が修正される。例えば、これは、セグメントの個々の長さが個々に距離ΔＳの整数に近づくように、２つのセグメント間の接続点を移動させることによって達成することができる。

【0049】

第３の実施形態では、方法７０の工程７４は、方法７０および８０の両方を利用することができる。上述の特定の実施形態およびその適用は、例示のみを目的としており、添付の特許請求の範囲によって包含される修正および変形を排除するものではない。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図5E】

【図5F】

【図5G】

【図6】

【国際調査報告】