特表 2024-534397 造形平面を正確に確立するためのステレオリソグラフィシステム

(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】2024-09-20

(54)【発明の名称】造形平面を正確に確立するためのステレオリソグラフィシステム

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/124 20170101AFI20240912BHJP

   B29C 64/214 20170101ALI20240912BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20240912BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240912BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20240912BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240912BHJP

【ＦＩ】

B29C64/124

B29C64/214

B29C64/393

B33Y10/00

B33Y50/02

B33Y30/00

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024516643

(86)(22)【出願日】2022-09-15

(85)【翻訳文提出日】2024-04-16

(86)【国際出願番号】 US2022043661

(87)【国際公開番号】W WO2023049016

(87)【国際公開日】2023-03-30

(31)【優先権主張番号】63/246,536

(32)【優先日】2021-09-21

(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】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】イネス，エリック エム

【テーマコード（参考）】

4F213

【Ｆターム（参考）】

4F213AP06

4F213AP11

4F213AQ01

4F213AR07

4F213AR12

4F213AR20

4F213WA25

4F213WB01

4F213WL03

4F213WL12

4F213WL32

4F213WL43

4F213WL52

4F213WL72

4F213WL74

4F213WL85

(57)【要約】

三次元プリントシステム（３Ｄ）は、容器と、コーティングサブシステムと、較正ブロックと、コントローラとを備える。容器は、樹脂上面を有する光硬化性樹脂を収容するように構成される。コーティングサブシステムは、コーターブレードを含むコーターモジュールと、コーターモジュールに連結された横方向移動機構と、コーターモジュールに取り付けられたセンサと、垂直アクチュエータシステムとを含む。較正ブロックは較正面を有する。コントローラは、横方向移動機構を動作させてコーターブレードを較正ブロック上に位置決めし、垂直アクチュエータシステムを動作させてコーターブレードを下降させて較正ブロックの較正面と係合させ、センサを動作させて較正ブロックまでの距離を測定し、コーターブレードの下端の垂直位置を示すものとして距離を記憶するように構成される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

樹脂上面を有する光硬化性樹脂を収容するように構成される容器；
コーティングサブシステム；
較正面を有する較正ブロック；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、
前記コーティングサブシステムは、
コーターブレードを含むコーターモジュール；
前記コーターモジュールに連結された横方向移動機構；
前記コーターモジュールに取り付けられたセンサ；および
垂直アクチュエータシステム
を含み、
前記コントローラは、
前記横方向移動機構を動作させて、前記コーターブレードを前記較正ブロック上に位置決めし；
前記垂直アクチュエータシステムを動作させて、前記コーターブレードを下降させて前記較正ブロックの較正面と係合させ；
前記センサを動作させて、前記較正ブロックまでの距離を測定し；
前記コーターブレードの下端の垂直位置を示すものとして距離を記憶する
ように構成される
ことを特徴とする、３次元プリントシステム。

【請求項2】

Ｙ軸に沿って個々に延在する一対のリニアベアリングをさらに含み、
前記コーターモジュールは、Ｙ軸に直交するＸ軸に沿って延在し、前記コーターモジュールは、Ｘ軸に関して前記コーターモジュールの対向する端部に２つの端部を含み、該２つの端部は、前記リニアベアリングと個々に係合し、前記コーターモジュールをＹ軸に沿って支持しガイドする
ことを特徴とする、請求項１に記載の３次元プリントシステム。

【請求項3】

前記横方向移動機構は、前記２つの端部に個々に取り付けられた２つのベルトを含む電動ベルトシステムを含むことを特徴とする、請求項２に記載の３次元プリントシステム。

【請求項4】

前記垂直アクチュエータシステムは、一対のリニアベアリングを垂直に位置決めするように構成された複数のアクチュエータを含み、Ｙ軸に沿って搬送される前記コーターブレードの垂直位置を制御することを特徴とする、請求項２に記載の３次元プリントシステム。

【請求項5】

前記垂直アクチュエータシステムは、前記リニアベアリングの各々に対して、Ｙ軸に対して離間した、後方垂直アクチュエータおよび前方垂直アクチュエータを含む４つの垂直アクチュエータを含むことを特徴とする、請求項２に記載の３次元プリントシステム。

【請求項6】

前記センサは、前記コーターモジュールの２つの端部の一方に個々に配置される２つのセンサを含むことを特徴とする、請求項２に記載の３次元プリントシステム。

【請求項7】

前記較正ブロックは、前記２つのセンサのうちの１つに個別に対応する２つの較正ブロックを含むことを特徴とする、請求項６に記載の３次元プリントシステム。

【請求項8】

前記コントローラはさらに、
前記横方向移動機構を動作させて、前記コーターブレードを前記樹脂上面の上に位置決めし；
前記センサを動作させて、前記樹脂上面の感知位置を取得し；
前記垂直アクチュエータシステムを動作させて、前記樹脂上面の感知位置に対する前記コーターブレードの下端の垂直位置の比較に基づいて、前記コーターブレードを垂直方向に位置決めする
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次元プリントシステム。

【請求項9】

造形プラットフォームおよび撮像モジュールに連結された垂直移動機構をさらに含み、
前記コントローラはさらに、
前記垂直移動機構を動作させて、前記造形プラットフォームまたは前記３Ｄ物品の上面を造形平面に位置決めし；
前記垂直アクチュエータシステムを動作させて、前記コーターブレードの下端を前記造形平面に位置決めし；
前記横方向移動機構を動作させて、前記コーターブレードの下端を前記上面にわたって平行移動させ、光硬化性樹脂の新しい層を前記上面上に形成し；
前記撮像モジュールを動作させて、前記光硬化性樹脂の新しい層を選択的に硬化させ；
エレベータ機構、垂直移動機構、横方向移動機構、および撮像モジュールの動作を繰り返して、層ごとの態様で３Ｄ物品の作製を完了する
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次元プリントシステム。

【請求項10】

３次元（３Ｄ）プリントシステムを動作させる方法であって、
３Ｄプリントシステムを提供する工程であって、該３Ｄプリントシステムが、
樹脂上面を有する光硬化性樹脂を収容するように構成される容器；
コーターブレードを含むコーターモジュール、前記コーターモジュールに連結された横方向移動機構、前記コーターモジュールに取り付けられたセンサ、および垂直アクチュエータシステムを含む、コーティングサブシステム；
較正面を有する較正ブロック
を含む、工程；
前記横方向移動機構を動作させて、前記コーターブレードを前記較正ブロック上に位置決めする工程；
前記垂直アクチュエータシステムを動作させて、前記コーターブレードを下降させて前記較正ブロックの較正面と係合させる工程；
前記センサを動作させて、前記較正ブロックまでの距離を測定する工程；および
前記コーターブレードの下端の垂直位置を示すものとして距離を記憶する工程
を含むことを特徴とする、方法。

【請求項11】

前記３Ｄプリントシステムは、Ｙ軸に沿って延在する一対のリニアベアリングを含み、前記コーターモジュールは、Ｙ軸に直交するＸ軸に沿って延在し、前記コーターモジュールは、Ｘ軸に対して前記コーターモジュールの対向する端部に２つの端部を含み、該２つの端部は、前記リニアベアリングに個々に係合し、前記コーターモジュールをＹ軸に沿って支持しガイドし、前記横方向移動機構は、前記２つの端部の一方に個々に連結された２つのベルトを含み、該２つのベルトはモータに連結され、前記横方向移動機構を動作させる工程は、前記モータを動作させて前記２つのベルトに運動を付与する工程を含む
ことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記３Ｄプリントシステムは、Ｙ軸に沿って延在する一対のリニアベアリングを含み、前記コーターモジュールは、Ｙ軸に直交するＸ軸に沿って延在し、前記コーターモジュールは、Ｘ軸に関して前記コーターモジュールの対向する端部に２つの端部を含み、該２つの端部は、前記リニアベアリングと個々に係合し、前記コーターモジュールをＹ軸に沿って支持しガイドし、前記垂直アクチュエータシステムは、前記リニアベアリングに結合された複数の垂直アクチュエータを含み、前記垂直アクチュエータシステムを動作させる工程は、前記複数の垂直アクチュエータを個々に動作させる工程を含む
ことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。

【請求項13】

前記センサは、前記コーターモジュールの対向する端部に２つのセンサを含み、前記較正ブロックは、前記２つのセンサに対応する２つの較正ブロックを含み、前記横方向移動機構を動作させて、前記コーターブレードを前記較正ブロック上に位置決めする工程が、前記２つのセンサの各々を前記２つの較正ブロックのうちの対応する１つの上に位置決めすることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。

【請求項14】

前記横方向移動機構を動作させて、前記コーターブレードを前記樹脂上面の上に位置決めする工程；
前記センサを動作させて、前記樹脂上面の感知位置を取得する工程；および
前記垂直アクチュエータシステムを動作させて、前記樹脂上面の感知位置に対する前記コーターブレードの下端の垂直位置の比較に基づいて、前記コーターブレードを垂直方向に位置決めする工程
をさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。

【請求項15】

前記３Ｄプリントシステムは、造形プラットフォームおよび撮像モジュールに連結された垂直移動機構をさらに含み、
前記方法はさらに、
前記垂直移動機構を動作させて、前記造形プラットフォームまたは前記３Ｄ物品の上面を造形平面に位置決めする工程；
前記垂直アクチュエータシステムを動作させて、前記コーターブレードの下端を前記造形平面に位置決めする工程；
前記横方向移動機構を動作させて、前記コーターブレードの下端を前記上面にわたって平行移動させ、光硬化性樹脂の新しい層を前記上面上に形成する工程；
前記撮像モジュールを動作させて、前記光硬化性樹脂の新しい層を選択的に硬化させる工程；および
エレベータ機構、垂直移動機構、横方向移動機構、および撮像モジュールの動作を繰り返して、層ごとの態様で３Ｄ物品の作製を完了する工程
を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。

【請求項16】

樹脂上面を有する光硬化性樹脂を収容するように構成される容器；
コーティングサブシステム；
較正面を有する較正ブロック；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、
前記コーティングサブシステムは、
コーターブレードを含むコーターモジュール；
前記コーターモジュールに連結された横方向移動機構；
前記コーターモジュールに取り付けられたセンサ；および
垂直アクチュエータシステム
を含み、
前記コントローラは、
前記横方向移動機構を動作させて、前記コーターブレードを前記較正ブロック上に位置決めし；
前記垂直アクチュエータシステムを動作させて、前記コーターブレードを下降させて前記較正ブロックの較正面と係合させ；
前記センサを動作させて、前記較正ブロックまでの距離Ｄ_０を測定し；
前記横方向移動機構を動作させて、前記コーターブレードを前記樹脂上面上に位置決めまたは平行移動させ；
前記センサを動作させて、前記樹脂上面までの距離Ｄを測定し；
前記コーターブレードの下端から前記樹脂上面までの距離ｄを式ｄ＝Ｄ－Ｄ_０にしたがって計算する
ように構成される
ことを特徴とする、３次元（３Ｄ）プリントシステム。

【請求項17】

前記コーターブレードは、Ｘ軸に沿った長軸を有し、前記横方向移動機構は、Ｘ軸に直交するＹ軸に沿って前記コーターブレードを搬送するように構成され、前記センサは、Ｙ軸に対して離間した２つのセンサを含むことを特徴とする、請求項１６に記載の３次元（３Ｄ）プリントシステム。

【請求項18】

前記較正ブロックは、２つの較正ブロックを含み、前記横方向移動機構を動作させて前記コーターブレードを前記較正ブロック上に位置決めする工程は、前記２つの較正ブロックのうちの１つの上に前記２つのセンサの各々を位置決めする工程を含み、前記距離Ｄ_０は、前記２つのセンサの各々について測定されることを特徴とする、請求項１７に記載の３次元（３Ｄ）プリントシステム。

【請求項19】

造形プラットフォームおよび撮像モジュールに連結された垂直移動機構をさらに含み、
前記コントローラはさらに、
前記垂直移動機構を動作させて、前記造形プラットフォームまたは前記３Ｄ物品の上面を造形平面に位置決めし；
前記垂直アクチュエータシステムを動作させて、前記コーターブレードの下端を前記造形平面に位置決めし；
前記横方向移動機構を動作させて、前記コーターブレードの下端を前記上面にわたって平行移動させ、光硬化性樹脂の新しい層を前記上面上に形成し；
前記撮像モジュールを動作させて、前記光硬化性樹脂の新しい層を選択的に硬化させ；
エレベータ機構、垂直移動機構、横方向移動機構、および撮像モジュールの動作を繰り返して、層ごとの態様で３Ｄ物品の作製を完了する
ように構成される
ことを特徴とする、請求項１６に記載の３次元（３Ｄ）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）の下で参照により本明細書に組み込まれる、「Ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｂｕｉｌｄ Ｐｌａｎｅ」と題されたＥｒｉｃ Ｍ．Ｉｎｎｅｓによる２０２１年９月２１日出願の米国仮特許出願第６３／２４６，５３６号に対する優先権を主張する。

【技術分野】

【0002】

本開示は、光硬化性造形材料の層ごとの選択的放射硬化による３次元（３Ｄ）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、造形材料の上面に対するコーターブレードの高さおよび位置合わせを較正することによって造形平面を形成する自動化された方法に関する。

【背景技術】

【0003】

３Ｄプリントシステムは、物品のプロトタイピングおよび製造に広く使用されている。１つのタイプの３Ｄプリントシステムは、ステレオリソグラフィと呼ばれるプロセスを利用する。典型的なステレオリソグラフィシステムは、樹脂容器と、撮像システムと、樹脂容器によって保持された液体光硬化性樹脂内の造形プレートとを利用する。物品は、造形プレート上に光硬化性樹脂の層を選択的に画像化し、放射硬化させることによって、層ごとに製造される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

１つの課題は、困難な手作業による位置合わせ手順なしに、正確かつ再現可能な垂直寸法で光硬化性樹脂の液状層を形成することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の第１の態様では、３次元（３Ｄ）プリントシステムは、容器と、コーティングサブシステムと、較正ブロックと、コントローラとを含む。容器は、樹脂上面を有する光硬化性樹脂を収容するように構成される。コーティングサブシステムは、コーターブレードを含むコーターモジュールと、コーターモジュールに連結された横方向移動機構と、コーターモジュールに取り付けられたセンサと、垂直アクチュエータシステムとを含む。較正ブロックは較正面を有する。コントローラは、横方向移動機構を動作させてコーターブレードを較正ブロック上に位置決めし、垂直アクチュエータシステムを動作させてコーターブレードを下降させて較正ブロックの較正面と係合させ、センサを動作させて較正ブロックまでの距離を測定し、コーターブレードの下端の垂直位置を示すものとして距離を記憶するように構成される。

【0006】

一実装形態では、３Ｄプリントシステムは、Ｙ軸に沿って個々に延在する一対のリニアベアリングを含む。コーターモジュールは、Ｙ軸に直交するＸ軸に沿って延在する。コーターモジュールは、Ｘ軸に関してコーターモジュールの対向する端部に２つの端部を含む。２つの端部は、リニアベアリングと個々に係合し、コーターモジュールをＹ軸に沿って支持し、ガイドする。横方向移動機構は、２つの端部に個別に取り付けられた２つのベルトを含む電動ベルトシステムを含む。垂直アクチュエータシステムは、一対のリニアベアリングを垂直に位置決めするように構成された複数のアクチュエータを含み、Ｙ軸に沿って搬送されるコーターブレードの垂直位置を制御する。垂直アクチュエータシステムは、リニアベアリングの各々に対して、Ｙ軸に対して離間した、後方垂直アクチュエータおよび前方垂直アクチュエータを含む４つの垂直アクチュエータを含む。センサは、コーターモジュールの２つの端部の一方に個々に配置される２つのセンサを含む。較正ブロックは、２つのセンサのうちの１つに個別に対応する２つの較正ブロックを含む。

【0007】

別の実装形態では、コントローラは、横方向移動機構を動作させて、コーターブレードを樹脂上面の上に位置決めし、センサを動作させて、樹脂上面の感知位置を取得し、垂直アクチュエータシステムを動作させて、樹脂上面の感知位置に対するコーターブレードの下端の垂直位置の比較に基づいて、コーターブレードを垂直方向に位置決めするようにさらに構成される。

【0008】

さらに別の実装形態では、３Ｄプリントシステムは、造形プラットフォームおよび撮像モジュールに連結された垂直移動機構を含む。コントローラは、垂直移動機構を動作させて、造形プラットフォームまたは３Ｄ物品の上面を造形平面に位置決めし、垂直アクチュエータシステムを動作させて、コーターブレードの下端を造形平面に位置決めし、横方向移動機構を動作させて、コーターブレードの下端を上面にわたって平行移動させ、光硬化性樹脂の新しい層を上面上に形成し、撮像モジュールを動作させて、光硬化性樹脂の新しい層を選択的に硬化させ、エレベータ機構、垂直移動機構、横方向移動機構、および撮像モジュールの動作を繰り返して、層ごとの態様で３Ｄ物品の作製を完了する、ように構成される。

【0009】

本開示の第２の態様では、３次元（３Ｄ）プリントシステムは、容器と、コーティングサブシステムと、較正ブロックと、コントローラとを含む。容器は、樹脂上面を有する光硬化性樹脂を収容するように構成される。コーティングサブシステムは、コーターブレードを含むコーターモジュールと、コーターモジュールに連結された横方向移動機構と、コーターモジュールに取り付けられたセンサと、垂直アクチュエータシステムとを含む。較正ブロックは較正面を有する。コントローラは、横方向移動機構を動作させてコーターブレードを較正ブロック上に位置決めし、垂直アクチュエータシステムを動作させてコーターブレードを下降させて較正ブロックの較正面と係合させ、センサを動作させて、較正ブロックまでの距離Ｄ_０を測定し、横方向移動機構を動作させて、コーターブレードを樹脂上面上に位置決めまたは平行移動させ、センサを動作させて、樹脂上面までの距離Ｄを測定し、コーターブレードの下端から樹脂上面までの距離ｄ、ｄ＝Ｄ－Ｄ_０を計算する、ように構成される。

【0010】

一実装形態では、コーターブレードは、Ｘ軸に沿った長軸を有する。横方向移動機構は、Ｘ軸に直交するＹ軸に沿ってコーターブレードを搬送するように構成される。センサは、Ｙ軸に対して離間した２つのセンサを含む。較正ブロックは、２つの較正ブロックを含む。較正ブロック上にコーターブレードを位置決めするための横方向移動機構の動作は、２つの較正ブロックのうちの１つの上に２つのセンサの各々を位置決めすることを含む。距離Ｄ_０は、２つのセンサのそれぞれについて測定される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】３Ｄ物品を製造または作製するための３次元（３Ｄ）プリントシステムの一実施形態の概略図

【図2】３Ｄ物品を製造または作製するための３次元（３Ｄ）プリントシステムの一実施形態の特定の構成要素を示す等角図

【図3】コーティングサブシステムの一実施形態を分離して示す等角図

【図4】コーターブレードの一実施形態を分離して示す等角断面図

【図5】コーティングサブシステムの一部分の等角図

【図6】コーティングサブシステムの一実施形態の分離した正面図

【図7】コーターブレードの下端を垂直に位置決めする方法の一実施形態のフローチャート

【図8】コーターモジュールの移動と樹脂上面との間の平行度および最適距離を調整する方法の一実施形態のフローチャート

【図9】３Ｄ物品を製造するためにコントローラによって実行される方法の一実施形態のフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１は、３Ｄ物品４を製造または作製するための３次元（３Ｄ）プリントシステム２の実施形態の概略図である。システム２を説明する際に、相互に直交する軸Ｘ、Ｙ、およびＺが利用され、別称としてＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸と呼ばれる。軸ＸおよびＹは、概して水平な横軸である。Ｚ軸は、重力基準と概ね位置合わせされた垂直軸である。「概して」なる用語は、方向または大きさが必ずしも正確なものではなく、設計によるものであることを意味する。したがって、「概して水平」なる用語は、設計公差および製造公差内での水平（重力ベクトルに垂直）を意味する。「概ね位置合わせされた」なる用語は、設計公差および製造公差の範囲内で位置合わせされることを意味する。

【0013】

３Ｄプリントシステム２は、光硬化性樹脂８を収容するための樹脂容器６を含む。図示の実施形態では、光硬化性樹脂８は、とりわけ、モノマー、触媒、および充填剤を含む。触媒は、典型的には約４５０ｎｍ（ナノメートル）未満の波長を有する青色放射線、紫色放射線、または紫外線放射などの放射線の適用によって、樹脂８が固化および硬化されることを可能にする。ステレオリソグラフィシステム用の光硬化性樹脂は、当該技術分野において既知である。

【0014】

システム２は、３Ｄ物品４が形成される上面１２を有する造形プレート１０を含む。造形プレート支持構造１４は、造形プレート１０を支持する。垂直移動機構１６は、造形プレート支持構造１４を垂直に位置決めし、そうすることで造形プレート１０を垂直に位置決めするように動作可能である。一実施形態では、垂直移動機構１６は、親ねじに結合された固定モータを含む。造形プレート支持構造１４は、親ねじを受けるねじ付き軸受を含む。モータが親ねじを回転させると、造形プレート支持構造１４が上下に制御可能に平行移動される。さらに、垂直移動機構１６および造形プレート支持構造１４は、垂直軸Ｚに沿った造形プレート支持構造の直線運動を確保する相互に係合するリニアベアリングを含む。ステレオリソグラフィの分野では、様々な垂直および横方向の移動機構が知られている。全ては、典型的には、運動をガイドするためのリニアベアリングを含むが、運動は、親ねじ、ラックアンドピニオンシステム、ベルトおよびプーリシステム、または運動を付与する周知の手段に基づくことができる。

【0015】

システム２は、樹脂上面２０を所定の垂直位置に維持するように構成された樹脂レベルサブシステム１８を含む。図示の実施形態では、樹脂上面２０は、造形平面２２と概ね一致する。樹脂レベルサブシステム１８は、樹脂レベルセンサと、プーリシステムに連結された錘とを含むことができる。錘は一部が樹脂８に浸漬されており、錘の昇降により樹脂上面２０の垂直位置が容積変位を介して変化する。樹脂レベルセンサは、樹脂上面２０の垂直位置を示す信号を出力する。信号を分析し、プーリシステムを動作させて錘を昇降し、樹脂上面２０を造形平面２２と概ね一致するように維持する。

【0016】

「上面」２４は、部分的に形成される際の３Ｄ物品４の上面１２または上面２４のいずれかであると画定することができる。３Ｄ物品４上に追加の材料層を形成する前に、上面２４は、造形平面２２の概して１つの材料層厚さだけ下である垂直位置に位置決めされる。

【0017】

システム２は、コーティングサブシステム２６を含む。上面２４が造形平面２２の１つの層厚さだけ下に位置決めされた後、コーティングサブシステム２６は、上面上を通過し、上面２４の上に樹脂８の新しい層２８を画定するように構成される。コーティングサブシステム２６の詳細は後述する。樹脂８の新しい層２８は、造形平面２２と概ね一致する樹脂上面２０を有する。

【0018】

システム２は、撮像サブシステム３０を含む。撮像サブシステム３０は、造形平面２２上でエネルギービーム３２を走査して、樹脂８の新しい層２８を選択的に硬化および固化させ、３Ｄ物品４の新しい材料層を形成するように構成される。例示的な実施形態では、撮像サブシステム３０は、スキャナによって反射される放射ビーム３２を生成するレーザを含む。スキャナは、造形平面２２上で放射ビーム３２を走査する。例示的な実施形態では、スキャナは、造形平面２２上でＸ軸およびＹ軸に沿って放射ビームをそれぞれ走査するように構成されたＸミラーおよびＹミラーを含む２つのガルバノミラーを含む。撮像サブシステムは、ステレオリソグラフィの分野で知られている。別の撮像サブシステムは、造形平面２２上を走査する発光デバイスの「ライトバーアレイ」に基づくことができる。さらに別の撮像サブシステムは、放射線の画素アレイの投影に基づくことができる。そのような放射線サブシステムはすべて、当該技術分野において周知である。

【0019】

コントローラ３４は、垂直移動機構１６、樹脂レベルサブシステム１８、コーティングサブシステム２６、撮像サブシステム３０、およびシステム２の他の部分に連結される。コントローラ３４は、非一時的情報記憶装置３８（フラッシュメモリなど）に結合されたプロセッサ３６（ＣＰＵまたは中央処理装置など）を含む。記憶装置３８は、ソフトウェア命令を記憶する。コントローラ３４は、プロセッサ３６が非一時的情報記憶装置３８に記憶されたソフトウェア命令を実行する際に、システム２の部分を動作させるように構成される。コントローラ３４は、システム２に関連付けられた単一のユニットを含むことができる、または、図示のシステム２に対して同位置におよび／または遠隔に配置され得る複数の制御ユニットを含むことができる。

【0020】

図２は、システム２の実施形態の特定の構成要素を示す等角図である。図示した実施形態では、ユーザの観点から、軸Ｘ、Ｙ、およびＺを説明することができる。横方向Ｘ軸は左から右に延びる。横方向Ｙ軸は、前から後へまたは前方から後方へ延びる。垂直Ｚ軸は上方に延びる。図示の構成要素は、樹脂容器６、造形プレート１０、造形プレート支持構造１４、垂直移動機構１６、および樹脂レベルサブシステム１８（昇降される錘）を含む。垂直移動機構１６は、造形プレート支持構造１４および造形プレート１０の垂直位置決めを提供するために垂直親ねじに連結されたモータ１５を含む。造形プレート支持構造１４と垂直移動機構１６との間には、Ｚ軸に沿った運動の直線性を制御するための一対のリニアベアリング（この図では隠れている）がある。コーティングサブシステム２６および撮像サブシステム３０は図示されていない。

【0021】

図３は、コーティングサブシステム２６の一実施形態を分離して示す等角図である。コーティングサブシステム２６は、ワイパーモジュール４０またはコーターモジュール４０を含み、これは、横方向Ｘ軸に関してコーターブレード４２の対向する端部にある２つの端部４４の間に支持されるコーターブレード４２を含む。

【0022】

図４は、コーターブレード４２を分離して示す等角断面図である。切断面図の一端は、３Ｄ物品４の不規則な上面２４のコーティングを容易にするために樹脂８で少なくとも部分的に充填された内部凹部４６を示す。コーターブレード４２はまた、下端４８を有する。

【0023】

図３に戻ると、コーティングサブシステム２６は、Ｘ軸に関してコーターモジュール４０の対向する端部に一対のリニアベアリング５０を含む。端部４４は、リニアベアリング５０と摺動係合し、リニアベアリング５０によって支持されている。端部４４は、Ｙ軸に沿ってリニアベアリング５０上を摺動する。

【0024】

２つのベルト５２は、コーターモジュール４０の対向する端部においてプーリ５４によって個別に支持される。ベルト５２は、コーターモジュール４０の両端で端部４４に取り付けられる。２つのプーリ５４にはモータ５６が連結されている。モータ５６によるプーリ５４の回転によって、ベルトが動き、コーターモジュール４０が、リニアベアリング５０と摺動係合してそれによって支持されてＹ軸に沿って平行移動する。モータ５６、プーリ５４、ベルト５２、および他の可能な構成要素の組合せは、Ｙ軸に沿ってコーターモジュール４０を搬送するための「横方向移動機構」５８と呼ぶことができる。

【0025】

４つの垂直アクチュエータ６０のセットは、リニアベアリング５０を支持し、垂直に位置決めする。垂直アクチュエータ６０は、垂直支持体６２（図５）とリニアベアリング５０の１つとの間に個々に結合される。各リニアベアリング５０は、前側の垂直アクチュエータ６０と後側の垂直アクチュエータ６０とによって個別に支持されており、各リニアベアリング５０の高さおよび傾斜角の調整が可能となっている。一実施形態では、垂直アクチュエータ６０は、リニアベアリング５０の一方の端部に取り付けられたナットを回転させ、それによって上昇または下降させる電動親ねじを個々に含む。４つの垂直アクチュエータ６０のセットおよび他の関連する構成要素は、「垂直アクチュエータシステム」６１と呼ぶことができる。

【0026】

２つの較正ブロック６４のセットは、コーターモジュール４０の横方向の移動範囲内に横方向に配置される。較正ブロック６４は、上向きの較正面６６を個々に有する。較正面６６は、造形平面２２とほぼ同じ垂直位置を有することができるが、正確な高さは重要ではない。

【0027】

図５は、コーティングサブシステム２６の一部の等角図であり、上述のいくつかの構成要素をより詳細に見ることができる。コーターモジュールの端部４４は、距離センサ６８を個々に含む。距離センサ６８は、距離センサ６８の下方の表面までの距離を示す情報を出力するように構成される。図示の実施形態では、距離センサ６８は、三角測量原理で動作するレーザ距離センサである。センサ６８は、半導体レーザとフォトダイオードラインとを含む。レーザは、表面から反射されてフォトダイオードラインに戻るビームを放射する。フォトダイオードラインへの入射位置は、感知される距離の関数である。超音波センサなどの異なる原理で動作する他の距離センサ６８も可能であり、表面までの距離を感知するために当該技術分野で知られている。

【0028】

図６は、コーティングサブシステム２６を分離して示す正面図である。この図では、コーターブレード４２の下端４８は、較正ブロック６４の較正面６６と接触している。

【0029】

図７および図８は、コーティングサブシステム２６を較正するための方法７０および８０を示すフローチャートである。コントローラ３４は、システム２の構成要素を動作させて方法７０および８０を実行するように構成される。

【0030】

図７は、垂直距離センサ６８を較正するための方法７０の実施形態を示すフローチャートである。７２によれば、コーターモジュール４０は上昇位置にある。７４によれば、横方向移動機構５８は、コーターブレード４２および垂直センサ６８の端部が較正面６６のうちの１つの上に個々に配置されるまで、コーターモジュール４０をＹ軸に沿って平行移動させるように動作される。

【0031】

７６によれば、垂直アクチュエータシステム６１は、コーターブレード４２の下端４８の端部が較正ブロック６４の上面６６と係合して接触するまで、コーターモジュール４０を下降させるように動作される（図６のとおり）。７８によれば、距離センサ６８は、上面６６までの垂直距離を個々に測定するように動作される。この測定値は、コーターブレードの下端４８の垂直高さである「ゼロ位置」として記憶される。７９によれば、垂直アクチュエータシステム６１は、コーターモジュール４０を上昇させ、下端４８を較正面６６から持ち上げるように動作される。

【0032】

図８は、コーターモジュール４０の移動と樹脂上面２０（造形平面２２に概ね一致するはずである）との間の平行度および最適な距離を調整する方法８０の実施形態を示すフローチャートである。８２によれば、コーターモジュール４０は上昇位置にある。８４によれば、横方向移動機構５８は、前方垂直アクチュエータ６０（前方は後方に対してＹの値が低いことを意味する）の位置にまたはそれに近接してコーターブレード４２が横方向に位置決めされるまで、コーターモジュールをＹ軸に沿って平行移動させるように動作される。

【0033】

８６によれば、前方垂直アクチュエータ６０は、距離センサ６８が樹脂上面２０の最適な感知範囲になるまでコーターモジュール４０を下降させるように動作される。センサ６８は、コーターブレードの下端４８においてゼロ位置を有し、示される距離は、下端４８から樹脂上面２０までの垂直距離に等しい。

【0034】

８８によれば、横方向移動機構５８は、後方垂直アクチュエータ６０（後方は前方に対してＹの値が高いことを意味する）の位置にまたはそれに近接してコーターブレード４２が横方向に位置決めされるまで、コーターモジュールをＹ軸に沿って平行移動させるように動作される。９０によれば、後方垂直アクチュエータ６０は、距離センサ６８が樹脂上面２０の最適な感知範囲になるまでコーターモジュール４０を下降させるように動作される。工程９０は、Ｙ軸に関して造形平面２２の反対側の端部を除いて、工程８６と本質的に同じである。工程８４～９０を繰り返して、下端４８と造形平面２２との間の移動平行度および距離を反復的に較正することができる。

【0035】

図９は、３Ｄ物品４を製造するためにコントローラ３４によって実行される方法の一実施形態のフローチャートである。１０２によれば、方法７０（図７）は、コーターブレード４２の下端４８に対して距離センサ６８を「ゼロ」にするように実行される。１０４によれば、方法８０（図８）は、垂直アクチュエータ６０の垂直位置を最適化するように実行される。

【0036】

１０６によれば、垂直移動機構１６は、造形プレートの上面（１２または２４）を造形平面２２に位置決めするように動作される。１０８によれば、垂直アクチュエータシステム６１は、コーターブレード４２の下端４８を造形平面２２と一致するように位置決めするよう動作される。１１０によれば、横方向移動機構５８は、コーターブレード４２の下端４８を造形平面２２上で平行移動させて、光硬化性樹脂８の新しい層２８を上面（１２または２４）上に形成するように動作される。１１２によれば、撮像サブシステム３０は、光硬化性樹脂８の新しい層２８を選択的に硬化および固化させるように動作される。示されるように、工程１０６～１１２は、３Ｄ物品４の作製が完了するまで繰り返される。

【0037】

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、以下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3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【国際調査報告】