JP6928673B2 - 自動化機構を有する三次元プリントシステム - Google Patents

Description

本開示は、放射線硬化（光硬化）樹脂から製造対象の固体三次元（３Ｄ）物体を作製する装置および方法に関する。より詳細には、本開示は、自動化機構を使用することにより作製の再現性および生産性を改良する。

三次元（３Ｄ）プリンタは、使用が急速に増加している。３Ｄプリンタの１つの種類には、放射線硬化（光硬化）液体樹脂の選択的硬化および固化を含むオペレーションの原則を有するステレオリソグラフィプリンタが含まれる。一般的なステレオリソグラフィシステムには、光硬化樹脂を保持する樹脂容器、支持表面に連結される移動機構、およびコントロール可能な光エンジンが含まれる。ステレオリソグラフィシステムは、光硬化樹脂の層を選択的に硬化することにより製造対象の三次元（３Ｄ）物体を形成する。それぞれの選択的に硬化された層は、樹脂内の「構築平面」に形成される。

ステレオリソグラフィシステムにおける１つの課題は、人間労働の費用および変動性である。歴史的に、これらのシステムがプロトタイプ作製に使用される場合には、このことは許容されてきた。生産に用いられる場合には、自動化を可能としかつ変動性を排除するデザインを提供することが必要である。

本開示の第１の態様において、三次元プリントシステムは、垂直サポート、支持プレート、樹脂容器、樹脂操作モジュール、ラッチ、およびインターフェース機構を含む。支持プレートは、垂直サポートに取り付けられた近位端を有し、第１の横軸に沿って遠位端まで伸長する。樹脂容器は、支持プレートによって支持され、容器本体および透明シートを含む。容器本体は、透明シートによって閉鎖される中央開口を画定する。容器本体は、支持プレートの近位端に近接する裏面、および、支持プレートの遠位端に近接する正面を有する。容器本体は、内部に形成されたラッチ機構を有する。樹脂操作モジュールは、樹脂容器内に樹脂を分配するための流体出口を含む。インターフェース機構は、ラッチを移動させてラッチ機構と係合させ、かつ、樹脂操作モジュールを非動作状態から動作状態に移動させることにより流体出口が樹脂容器の部分の上方に動作可能に位置付けられるように構成される。

１つの実装形態において、ラッチ機構は、容器本体の対向する端部上に２つのラッチ機構を含む。ラッチは、２つのラッチ機構を係合する２つのラッチを含む。ラッチは、第１の横軸に垂直な第２の横軸に関して対向する横方向においてラッチ機構を同時に係合する。

別の実装形態において、樹脂操作モジュールは、流体レベルセンサを含み、樹脂操作モジュールを位置づける工程は、樹脂容器に関して流体レベルセンサを同時に位置づける。樹脂操作モジュールに作用するインターフェース機構は、流体出口および流体レベルセンサを容器本体の裏面の上方に位置づける。また、樹脂操作モジュールに作用するインターフェース機構は、流体出口および流体レベルセンサを、第１の横軸に垂直な第２の横軸に関して樹脂容器の対向する端部に位置づける。

さらに別の実装形態において、インターフェース機構は、第１の横軸に垂直な第２の横軸の周りに樹脂操作モジュールを回転させることにより、樹脂操作モジュールを位置づけるよう構成される。

さらなる実装形態において、インターフェース機構は、ラッチ機構をラッチと係合させ、かつ、樹脂操作モジュールを実質的に同時に位置づけるように構成される。

さらなる実装形態において、インターフェース機構は、ラッチを移動させるためのアクチュエータおよび樹脂操作モジュールを位置づけるためのアクチュエータを含む複数の空気アクチュエータを含む。

別の実装形態において、容器本体の上面中にチャネルが形成される。チャネルは、容器本体の裏面に近接する第１の端部を有し、中央開口に向かって第１の横軸に沿って伸長する。樹脂操作モジュールは、流体出口をチャネルの第１の端部の上方に位置づけ、流体を中央開口中に排出させる。

例示的な三次元プリントシステムを示す等角図 例示的な三次元プリントシステムの側面図 例示的な三次元プリントシステムの背面図 例示的な三次元プリントシステムの概略ブロック図 光エンジンによって選択的に硬化される樹脂の薄いスラブを示す「構築平面」を示す図 例示的な樹脂容器の平面図 例示的な樹脂容器の側面図 例示的な樹脂容器の下側の等角図 例示的な樹脂容器の底面図 例示的な支持プレートの平面図 例示的な支持取付具の平面図 例示的な支持取付具の側面図 支持取付具中の開口を貫流する樹脂の「流入距離」を示すダイアグラム 製造対象の三次元物体を製造する例示的な方法を示すフローチャート 非動作状態においてインターフェース機構を用いて支持プレート上に樹脂容器を取り付けることを示す等角図 動作状態においてインターフェース機構を用いて支持プレート上に樹脂容器を取り付けることを示す等角図 支持プレートの下側に取り付けられるところである流体流出封じ込め容器を示す等角図 支持プレートの下側に取り付けられた流体流出封じ込め容器を示す等角図 透明シートの張力調整の簡略化した断面概略図 図８Ａの透明シートに印加される力の略図 透明シートの張力調整の別の方法の簡略化した断面概略図 受容アーム上に支持取付具を取り付けることを示す等角図 樹脂容器および支持取付具を設置された例示的な三次元プリントシステムの一部の平面図

図１Ａ−Ｃは、例示的な三次元（３Ｄ）プリントシステム２の図である。図１Ａは等角図であり、図１Ｂは側面図であり、図１Ｃは背面図である。プリントシステム２の図示において、位置、方向、および動きを示すために軸Ｘ、ＹおよびＺが使用される。軸Ｘ、ＹおよびＺは互いに直交する。軸ＸおよびＹは、「横」または「水平」軸である。軸Ｚは、「垂直」軸である。軸Ｚは、重力参照（gravitational reference）と通常位置合わせされるまたはほぼ位置合わせされる。方向の図示において、以下の決まりが用いられる：＋Ｙは「右」方向であり−Ｙは「左」方向である。＋Ｚは全体的に上に向かう方向であり、−Ｚは全体的に下に向かう方向である。

三次元プリントシステム２は、正面６および裏面８を有する垂直サポート４を含む。垂直サポート４は、全体的に「垂直バックボーン」を提供し、ここから三次元プリントシステム２の他の構成要素が取り付けられる。

支持プレート１０は、垂直サポート４に取り付けられる。支持プレート１０は、垂直サポート４の正面６に近接する近位端１２を有する。支持プレート１０は、横軸Ｘに沿って近位端１２から遠位端１４まで伸長する。支持プレート１０は、内向し中央開口１８を画定する内表面１６を有する。

樹脂容器２０は、支持プレート１０によって支持される。樹脂容器２０は、支持プレート１０の近位端１２に近接する後部２２を有する。樹脂容器２０は、支持プレート１０の遠位端１４に近接する前部２４を有する。樹脂容器２０は、中央開口２８を囲む内側エッジ２６を有する。中央開口１８および２８は、互いに関して横方向に位置合わせされ、垂直方向に射出されるピクセル化された光のための光路を可能とする。中央開口２８は、中央開口１８内に側面にそって含まれる。

樹脂流体出口３０が、樹脂容器２０の後部２２の上に位置付けられる。流体レベルセンサ３２が、樹脂容器２０の後部２２の上に位置付けられる。樹脂流体出口３０および流体レベルセンサ３２は、横軸Ｙに沿って互いに分離される。

流体流出封じ込め容器３４は、支持プレート１０の下側３６に取外し可能に取り付けられる。流体流出封じ込め容器３４は、樹脂容器２０への損傷または樹脂容器２０の過充填から生じる任意の樹脂の流出を捕捉するためのものである。窓は、中央開口１８および２８と横方向に位置合わせされ、垂直方向に射出されるピクセル化された光についての上記の光路を可能とする。

垂直サポート４の裏面８には、垂直トラック３８が取り付けられる。往復台（carriage）４０が、垂直トラック３８と摺動係合して取り付けられる。電動式送りネジ４２は、垂直軸Ｚに沿って往復台４０を駆動するように構成される。送りネジ４２はモータシステム４４に連結され、モータシステム４４は、送りネジ４２を回転させ、垂直トラック３８に沿って垂直方向に往復台４０を駆動させる。一対の取付具受容アーム４６は、横軸Ｘに沿って往復台４０から伸長する。受容アーム４６の間に、支持取付具４８が支持される。

光エンジン５０が、支持ブラケット５２を介して垂直サポート４に取り付けられる。支持ブラケット５２は、横軸Ｘに沿って垂直サポート４の正面６から離れて伸長する。光エンジン５０からのピクセル化された光が、垂直方向上方に射出される。ピクセル化された光は、流体流出封じ込め容器３４、支持プレート１０、および容器２０を通過し、樹脂容器２０内の構築平面に達する。

図２Ａは、いくつかの機械的特徴および簡略化された電気ブロック図を含む、三次元プリントシステム２の概略ブロック図である。樹脂５４を含む樹脂容器２０が図示される。樹脂容器２０は、容器２０中で樹脂５４のための下限を定める透明シート５５を含む。樹脂は、樹脂供給源５６から樹脂供給路５８に沿って樹脂流体出口３０に供給される。インターフェース機構６０は、樹脂容器２０を支持プレート１０にコントロール可能にラッチし、樹脂容器２０の上方に樹脂流体出口３０および流体レベルセンサ３２を配置するよう構成される。

光エンジン５０は、光源６２および空間光変調器６４を含む。光エンジン５０は、ピクセル化された光６６を、作製される製造対象の三次元物体の下面７０と一致するまたはそれに近接する「構築平面」６８まで射出する。構築平面６８は、ピクセル７４の二次元アレイとして図２Ｂに示される。各ピクセル７４は、空間光変調器６４のピクセル要素に対応する。

構築平面６８は、樹脂容器２０内の光エンジン５０の横方向にアドレス可能な範囲を定める。構築平面６８は、実際にはＸおよびＹにおける横寸法および小さい垂直厚さを有する樹脂の非常に薄いスラブまたは「スライス」である。この樹脂のスラブは、処理され空間光変調器６４に送られるデータの「スライス」に基づいて選択的に硬化される。構築平面６８スラブは、透明シート５５に接触しない、なぜならば、透明シート５５の上面における重合をブロックするために酸素、化学物質、または他の抑制剤が用いられるからである。構築平面６８スラブの一部が選択的に硬化されるたびに、製造対象の三次元物体７２の下面７０上に別の堆積層が提供される。

下面７０と透明シート５５との間の樹脂の厚さは、ピクセル化された光６６についての光路を提供するため重要である。樹脂５４および他の要素の重量によって、透明シート５５は構築平面６８の中心７６とエッジ７８との間で隆起しうる。そのような隆起によって、中心７６からの距離の関数として、変動する硬化および寸法変動が生じる。この要因を減少させるために、固有の張力機構が提供され、透明シート５５の平面度を維持する。

コントローラ８０は、流体レベル検出器３２、モータシステム４４、光エンジン５０、樹脂供給源５６、およびインターフェース機構６０にコントロール可能に連結される。コントローラ８０は、情報記憶装置（図示せず）に連結されたプロセッサ（図示せず）を含む。情報記憶装置は、非一時的なまたは不揮発性の記憶装置を含んでおり、その非一時的なまたは不揮発性の記憶装置は、コントローラ８０により実行される際に、流体レベル検出器３２、モータシステム４４、光エンジン５０、樹脂供給源５６、インターフェース機構６０、および三次元プリントシステム２の他の部分を動作する（および／またはそれから情報を受け取る）ソフトウェア命令を記憶している。コントローラ８０は、１つの回路基板上にあるものであってもよいし、三次元プリントシステム２に亘って複数の回路基板に分散されるものであってもよい。

図３Ａ−Ｄは、樹脂容器２０の図を示す。図３Ａは平面図であり、図３Ｂは側面図であり、図３Ｃは等角図であり、図３Ｄは樹脂容器２０の底面図である。樹脂容器２０の構成は、樹脂容器本体８２、透明シート５５、および、透明シート５５を樹脂容器本体８２に固定する保持具８４を含む。

樹脂容器本体８２は、外周エッジ８６および内側エッジ２６を有する。内側エッジ２６は、透明フィルム５５によって下側で閉じられる中央開口２８を画定する。樹脂容器本体８２は、外周エッジ８６を一部画定する周壁９０によって囲まれる傾斜面８８を含む。周壁９０は、樹脂容器２０に含まれる樹脂５４を収容するのに役立つ。傾斜面８８によって、中央開口２８に向かって樹脂が排出される。

樹脂容器本体８２は、横軸Ｙに関して対向する位置の一対の対向ラッチ機構９２を有する。樹脂流体出口３０から樹脂５４を受け取るためのチャネル９６が、容器本体８２の傾斜面８８中に形成される。

図４は、支持プレート１０を示す平面図である。支持プレート１０は、内向壁１０２によって囲まれる凹面１００を含む上面９８を有する。樹脂容器２０が支持プレート１０の上面９８上に位置する場合、樹脂容器２０の下部は凹部１０１中に部分的に収容され、凹部１０１は、内向壁１０２と、凹面１００の上に出る隆起リッジ１０４との間に画定される。樹脂容器２０は、外周エッジ８６と内向壁１０２との間の係合によって、支持プレート１０に位置合わせされる。

隆起リッジ１０４が、凹面１００の上に伸長する。樹脂容器２０が支持プレート１０の上に取り付けられると、隆起リッジ１０４が、透明シート５５の下面に係合し、それによって、透明シート５５が横方向に引っ張られる。周囲エッジ８６と内向壁１０２との間の係合によって、樹脂容器２０の中央開口２８の内側エッジ２６に関して隆起リッジ１０４が位置合わせされる。位置合わせされると、隆起リッジ１０４が、内側エッジ２６から実質的に一定の距離に配置される。同時に、樹脂容器の中央開口２８は、支持プレート１０の中央開口１８に関して位置合わせされる。図示される実施形態において、隆起リッジ１０４は、中央開口１８を囲み画定する内向面またはエッジ１６の少なくとも一部を画定する。

図５Ａおよび５Ｂは、支持取付具４８を示す。図５Ａは平面図であり、図５Ｂは側面図である。支持取付具４８は、上部１０８、平坦な下部１１０、および、上部１０８を平坦な下部１１０に連結する側壁１１２を含む。

上部１０８は、横軸Ｘに沿って伸びる部分１０８Ｘおよび横軸Ｙに沿って伸びる部分１０８Ｙを含む。部分１０８Ｙは、受容アーム４６巻で支持取付具４８を支持するためのものである。各１０８Ｙ部分は、受容アーム４６から上方に伸長するピンを収容し位置合わせするための基準特徴１１４を含む。部分１０８Ｙはまた、磁性材料で作製され、これは受容アーム４６に埋め込まれる磁石によって押さえられる。例示的な実施形態において、支持取付具４８全体は、磁性材料から形成される。支持取付具４８が上昇されると、受容アーム４６が部分１０８Ｙを上方に押すので、受容アーム４６によって上方向のサポートが提供される。支持取付具が低下すると、それによって平坦な下部１１０が樹脂５４中に入り、上部１０８と受容アーム４６との間の磁性作用によって下向きの力が提供され、これによって支持取付具４８が受容アーム４６に固定される。

平坦な下部１１０は、下面１１６を有し、この上に製造対象の三次元物体７２が形成される。小さい開口１１８の密集アレイが平坦な下部１１０中に形成される。小さい開口１１８の主な目的は、製造対象の三次元物体７２の形成の直前およびその開始時に、流体の抵抗を低減することである。製造対象の三次元物体７２を形成する前に、樹脂５４に亘ってかつ透明シート５５に非常に近接して、下面１１６を移動させる。下面１１６が透明シート５５に近づくと、樹脂が移動し、下面１１６と透明シート５５との間から横方向に流れ出る。そのような開口１１８が無いと、透明シート５５に印加される力が、透明シート５５を隆起させるあるいは損傷さえするほどに大きくなりうる。

開口１１８によって、樹脂５４は、支持取付具４８の平坦な下部１１０に亘って垂直に逃げることができる。しかしながら、透明シート５５には依然として垂直の力が印加される。この垂直の力は、「流入距離」Ｄに応じて積極的に変化する。図５Ｃは、３つの小さい開口１１８の間の流入距離Ｄを示す。流入距離Ｄは、下面１１６と透明シート５５との間でその間の樹脂の薄層５４によって間接的に印加される垂直の力に応じて単調に変化する幾何学的パラメータである。

流入距離１２０は、下面１１６全体が樹脂で覆われる前に、透明シート５５と下面１１６との間の開口１１８から樹脂が流出する距離として幾何学的に画定される。これは、円から流出する「樹脂の前線（resin front）」を示す点線円が全ての覆われていないギャップを閉じる際に生じる。したがって、これは、３つの開口１１８の配置の間の中心点において樹脂の前線が交わる際に生じる。

いくつかの用語を定義する：Ｓは、Ｙに沿った開口間の中心から中心までの距離である。Ｒは、開口半径である。Ｄは、開口のエッジと開口間の中心点との間の流入距離である。幾何学を用いた開口のこの配置についての結果は、Ｄ＝Ｓ／√３−Ｒである。

特定の実施例について、中心から中心までの距離Ｓは、４．５ミリメートルである。開口半径Ｒは、１．５ミリメートルである。次いで、流入距離Ｄは、１．１ミリメートルである（有効数字１桁に切り上げる）。

好ましくは、小さい開口１１８の密集アレイが、構築平面６８の領域全体を覆い、透明シート５５に印加される垂直の力を最小とする。１つの実施形態において、小さい開口１１８の密集アレイは、少なくとも１００の小さい開口１１８を含む。別の実施形態において、小さい開口１１８の密集アレイは、少なくとも２００の小さい開口１１８を含む。

いくつかの実施形態において、流入距離は、３ミリメートル未満である。他の実施形態において、流入距離は、２ミリメートル未満である。さらに他の実施形態において、流入距離は、１．５ミリメートル未満である。

小さい開口１１８は、製造対象の三次元物体７２の形成の直前およびその開始時に（および／または、下面１１６が透明シート５５の上面に近接して樹脂中を垂直に移動する際に）、透明シート５５上の流体の抗力を低減する主な特徴である。製造対象の三次元物体７２が形成される際に、下面１１６と透明シート５５との間の距離が増加し、開口１１８の影響が減少する。

複数の大きい開口１２０が、側壁１１２に沿って形成される。大きい開口１２０は、支持取付具４８の平坦な下部１１０が樹脂５４中で上昇または下降される際に、樹脂５４の流体抗力を低減する。製造対象の三次元物体７２の作製中に、大きい開口１２０は、製造対象の三次元物体７２の十分な部分が形成される際の流体抗力の低減において、より小さい開口１１８よりも大きい要因となる。大きい開口１２０はまた、平坦な下部１１０が樹脂容器２０中で樹脂５４から取り出される際に、残った樹脂５４が支持取付具４８から排出される作用を提供する。

大きい開口１２０は、平坦な下部が樹脂５４内で上昇および下降されると、支持取付具４８の側壁１１２の内側の樹脂５４と側壁１１２の外側との間の流体圧力の違いを低減する。平坦な下部１１０が樹脂５４中に硬化されると、大きい開口１２０によって樹脂が平坦な下部１１２の上のスペースに流入できる。平坦な下部１１０が上昇されると、大きい開口１２０によって樹脂が平坦な下部１１２の上のスペースから流出できる。

図示される実施形態に従って、大きい開口１２０は、小さい開口１１８の密集アレイを囲むように分布する。大きい開口は、少なくとも部分的に側壁１１２中に形成される。いくつかの実施形態において、個々の大きい開口１２０は、側壁１１２および下方の支持部分１１０のエッジにかかる。１つの実施形態において、大きい開口１２０は、１つの小さい開口１１８の断面積の少なくとも複数に等しい断面積を有する。別の実施形態において、大きい開口１２０は、１つの小さい開口１１８の断面積の少なくとも５倍に等しい断面積を有する。別の実施形態において、大きい開口１２０は、１つの小さい開口１１８の断面積の少なくとも１０倍に等しい断面積を有する。

側壁１１２は好ましくは、垂直軸Ｚに関して角度が付けられており、支持取付具４８の入れ子状のスタッキングが可能となる。これによって、支持取付具４８の積み重ねがプリントシステム２への自動装填のためにマガジン中に装填されることが可能となる。１つの実施形態において、垂直軸Ｚに関する側壁１１２の角度は、１０〜５０度の範囲内である。別の実施形態において、垂直軸Ｚに関する側壁１１２の角度は、２０〜４０度の範囲内である。さらに別の実施形態において、垂直軸Ｚに関する側壁１１２の角度は、２５〜３５度の範囲内である。さらなる実施形態において、垂直軸Ｚに関する側壁１１２の角度は、約３０度である。角度にはトレードオフが存在する。角度が増大すると、支持取付具４８および樹脂容器２０の必要とされる面積が、構築平面６８の所定面積について増大する。しかしながら、角度が減少すると、支持取付具４８の垂直のスタッキング効率が低下する。したがって、概略で垂直から約３０度の角度が、サイズに対する垂直のスタッキング効率のための最適なトレードオフである。

Ｘ軸に沿って伸びる上部１０８の部分１０８Ｘは、部分１０８Ｘの上部平面１２４の上方に伸びる複数のベントタブ１２２を含む。ベントタブ１２２は、部分１０８Ｘの下部平面１２６と係合するためのものであり、積み重ねた支持取付具４８の間にコントロールされた垂直の間隔を提供する。図示される実施形態において、個々のベントタブ１２２は、Ｕ字形に曲げられ、それによりタブ１２２の端部は内側に向く。

図６は、製造対象の三次元物体７２を作製するためにプリントシステム２を用いるための製造方法１３０を示すフローチャートである。方法１３０のいくつかの個々の工程はまた、詳細を追加して後続の図面に関して説明および／または図示されるであろう。また、先行図面のいくつかは、方法１３０に関する。方法１３０の工程のほとんどまたは全ては、コントローラ８０の制御下でもよい。工程１３２、１３６および１４６について、これらのいくつかまたは全ては、コントローラ８０の制御下で手動でまたはロボットアームを用いて行われてもよい。残りの工程１３４、１３８−１４４、および１４８は、コントローラ８０によって制御されてもよい。

工程１３２に従って、樹脂容器２０は、支持プレート１０の上に配置される。工程１３４に従って、インターフェース機構６０がアクティブ化され、樹脂容器２０を支持プレート１０に固定し、樹脂流体出口３０および樹脂レベルセンサ３２を樹脂容器２０の上方に配置する。工程１３６に従って、支持取付具４８が、取付具受容アーム４６条に配置される。いくつかの実施形態において、工程１３６は、工程１３４の前および／または工程１３２の前に行われる。

工程１３８に従って、樹脂供給源５６がアクティブ化され、これにより、樹脂供給源５６が樹脂を樹脂容器２０に供給する。この工程に従って、コントローラ８０は、流体レベルセンサ３２を用いて樹脂容器２０中の樹脂５４の流体レベルをモニタする。コントローラ８０は、樹脂供給源５６をアクティブ化し、適切なレベルの樹脂５４が樹脂容器２０中に存在するまで、供給経路５８を通って樹脂流体出口３０の外に樹脂５４を送る。その後の工程中、コントローラ８０は、流体レベルセンサ３２からの情報をモニタし続け、樹脂供給源５６を作動して樹脂容器２０中に適切なレベルの樹脂を維持することができる。

工程１４０に従って、モータシステム４４が送りネジ４２を作動して往復台４０を移動させ、それにより、支持取付具４８の下面１１６が、透明シート５５からの動作距離に位置づけられる。工程１４２に従って、光エンジン５０が作動され、樹脂の層を下面１１６上に選択的に重合する。工程１４０および１４２は、製造対象の三次元物体７２の全体が形成されるまで繰り返される。留意点として、工程１４０が繰り返される場合、透明シート５５から動作距離に位置付けられるのは、製造対象の三次元物体７２の下面７０である。

工程１４４に従って、モータシステム４４を作動させ、製造対象の三次元物体７２を樹脂５４から上昇させる。工程１４６に従って、支持取付具４８を受容アーム４６から取り外す。工程１４８に従って、インターフェース機構６０を作動させ、樹脂流体出口３０および流体レベルセンサ３２を樹脂容器２０の上から移動させる。また工程１４８に従って、樹脂容器２０を外し、支持プレート１０から取り外してもよい。

留意点として、さまざまの代替的な実施形態が可能である。例えば、工程１４８をスキップし、処理を工程１３６に進めてもよく、これにより、別の支持取付具４８が、同じ樹脂容器２０を用いて別の製造対象の三次元物体７２を形成するために配置される。したがって、図示される方法１３０は、例示であり、特定のバリエーションに適する。

図７Ａ−Ｄは、樹脂容器２０および流体流出封じ込め容器３４を、支持プレート１０に装着し固定することを示す等角図である。図７Ａは、図６の工程１３２を示す。樹脂容器２０は、支持プレート１０上に取り付けられる。樹脂容器２０の下部は、凹部１０１中に収容される（図４も参照）。周囲エッジ８６および内向壁１０２の係合によって、支持プレート１０に関して樹脂容器２０の横方向（ＸおよびＹ）の位置合わせが提供される。

図７Ａにはまた、アーム１５４によって、樹脂流体出口３０および流体レベルセンサ３２の両方を支持する樹脂ハンドリングモジュール１５０が示される。樹脂ハンドリングモジュール１５０は、横軸Ｙに平行な軸の周りに回転するよう構成される。図７Ａにおいて、樹脂ハンドリングモジュール１５０は、非動作位置で示され、これによって、樹脂流体出口３０および流体レベルセンサ３２は、樹脂容器２０の上方に位置しない。ラッチ１５２もまた、非係合位置で示される。

図７Ｂは、図６の工程１３４を示す。図７Ａと図７Ｂとの間で、樹脂ハンドリングモジュール１５０は、非動作位置（図７Ａ）から動作位置（図７Ｂ）へ、横軸Ｙに平行な軸の周りに回転される。動作位置において、樹脂流体出口３０および流体レベルセンサ３２はいずれも、樹脂容器２０の上方に配置される。またラッチ１５２は、樹脂容器の対向する端部でラッチ機構９２と係合する。ラッチ１５２は、ラッチ機構９２に下方（−Ｚ）垂直力を印加し、透明シート５５内の張力を増加する。

樹脂ハンドリングモジュール１５０は、互いに連結される２つのアーム１５４を含み、これにより、樹脂ハンドリングモジュール１５０の非動作位置と動作位置との間で共に同時に回転する。樹脂ハンドリングモジュール１５０およびラッチ１５２を作動させるインターフェース機構６０は、同時にそれらを作動して非動作状態（樹脂ハンドリングモジュール１５０およびラッチ１５２が係合していない非動作位置）と動作状態（樹脂ハンドリングモジュール１５０およびラッチ１５２が係合している動作位置）との間で前後に移動させるように構成される。

例示的な実施形態において、インターフェース機構６０は、空気アクチュエータ１５６である。図７Ｃは、空気アクチュエータ１５６のより完全な図を示す（空気「配管（plumbing）なしで図示される」）。各ラッチ１５２に連結された空気アクチュエータ１５６および樹脂ハンドリングモジュール１５０に連結された空気アクチュエータ１５６が存在する。空気アクチュエータ１５６に与えられる空気圧によって、樹脂ハンドリングモジュール１５０およびラッチ１５２を同時に動かすことができる。

樹脂容器２０は、取付けと逆の順序で取り外される。これには、（１）動作状態から非動作状態へインターフェース機構６０を変える工程−図７Ｂから図７Ａへ、および次いで、（２）支持プレート１０から樹脂容器２０を取り外す工程、が含まれる。

図７Ｃおよび７Ｄは、支持プレート１０の下側３６に摺動可能に取り付けられる流体流出封じ込め容器３４を示す。流体流出封じ込め容器３４は、光エンジン５０から樹脂容器２０へ光が通過するのを可能とする透明窓１５８を含む。流体流出封じ込め容器３４は、遠位端１６０から近位端１６２まで概してテーパ状のプロファイルを有する。テーパ状のプロファイルは、内部にスロープを提供し、これにより樹脂は、透明窓１５８から排出されてトラフ１６４に流入しうる。これによって、光エンジン５０から構築平面６８までの光路が、流体流出封じ込め容器３４中に堆積した流出樹脂によって塞がれる傾向が最小限となる。

流体流出封じ込め容器３４は、横軸Ｙに沿って外側に伸びる一対の対向する上側リップを有する。支持プレート１０の下側３６には、横軸Ｘと位置合わせされかつ横軸Ｙに関して間隔をあけた２つのレール１６８が取り付けられる。流体流出封じ込め容器３４は、横軸Ｙに沿ってレール１６８を上側リップ１６６と摺動係合することにより、支持プレート１０に取り付けられる。

図７Ｃおよび７Ｄはそれぞれ、支持プレート１０に関する流体流出封じ込め容器３４の解放位置および係合位置を示す。係合状態において、樹脂容器中心開口２８、支持プレート中心開口１８、および流体流出封じ込め容器３４の透明窓１５８は、すべて位置合わせされ、これにより、光エンジン５０は、それらを通して構築平面６８まで上方にピクセル化された光を照射することができる。

図８Ａは、図６の工程１３２および１３４中の透明シート５５を引っ張る工程に関する構成要素の相互作用を示す断面図である。樹脂容器２０が支持プレート１０上に取り付けられると、上昇したリッジ１０４が透明シート５５と係合する。ラッチ１５２がラッチ機構９２に係合すると、複合した下向きのラッチ力Ｆ_Ｌを樹脂容器上に印加する。これは、透明シート５５を引っ張る効果を有する。透明シート５５中の張力は、ラッチ力Ｆ_Ｌを制御することによりコントロールできる。

図８Ｂは、関連する力を示す：Ｔ＝透明シート５５中の張力、Ｆ_Ｈ＝容器本体８２によって透明シート５５上に印加される水平方向の力、ｆ＝上昇したリッジ１０４によって透明シート５５上に印加される水平方向の摩擦力、Ｆ_Ｖ＝容器本体８２によって透明シート５５上に印加される垂直方向の力、および、Ｆ_Ｒ＝上昇したリッジ１０４によって透明シート５５上に印加される垂直方向の力。ここで、Ｆ_Ｖ＝Ｗ_Ｖ＋Ｆ_Ｌ＝であり、Ｗ_Ｖは樹脂容器２０の質量であり、Ｆ_Ｌは両方のラッチの下向きの力である。これらの力は既知である。

Ｘ方向の力を合計すると、Ｔ＋ｆ＝Ｆ_Ｈである。Ｙ方向の力を合計すると、Ｆ_Ｖ＝Ｆ_Ｒである。幾何学から、θのタンジェントは、Ｆ_ＶをＦ_Ｈで割ったものに等しい。上記の関係式から、および、摩擦係数およびＦ_Ｒに基づいた摩擦力ｆの計算から、張力Ｔは、既知の変数の点から概算される。この図は、２次元にあるので実際のシステムの単純な概算であり、実際のシステムは３次元におけるシートを苦慮する。角度θが小さい場合、張力Ｔは適用される垂直方向の力に関して非常に大きくなりうる。透明シート５５が伸びる場合、角度θにおける増加を補正するために、時間をかけて垂直方向の力を増加する必要があるかもしれない。図８Ａの構成は、ラッチ力Ｆ_Ｌが、空気アクチュエータ１５６に適用される空気圧を制御するコントローラ８０によってプログラム可能にコントロールできるという利点を有する。したがって、張力Ｔは、コントローラ８０によって間接的にプログラム可能にコントロールできる。

図８Ｃは、樹脂容器２０が支持プレート１０の「底に達する」代替的な実施形態を示す。この実施形態では、透明シート５５中の張力Ｔは、上昇したリッジ１０４に関する容器本体８２の垂直方向の位置によって決定される。この実施形態において、透明シート５５中の任意の圧縮歪みによって張力Ｔが減少する。この実施形態は可変であるが、透明シート５５が経時で伸びるおよび／または寸法公差が正確にコントロールされない場合に、図８Ａの実施形態より所望ではない。

図９は、図６の工程１３６に従って支持取付具が配置される際の、支持取付具４８の部分１０８Ｙと受容アーム４６との間の機械的相互作用を示す。受容アーム４６は、支持取付具４８の横方向の位置合わせを提供するための基準特徴１１４によって受け取られる直立ピン１７０を含む。両方の指示アームの間に提供される横方向の位置合わせは、Ｘ、Ｙ、および軸Ｚの周りの回転を含む。部分１０８Ｙは磁性材料から形成され、受容アームは磁石を含む。部分１０８Ｙと受容アームとの間の垂直軸Ｚに沿った磁性相互作用および機械的相互作用は、垂直軸Ｚに沿ったかつ水平軸の周りの回転に対する支持を提供する。

図１０は、樹脂容器２０および支持取付具４８が取り付けられた三次元プリントシステム２の実施形態の平面図である。垂直サポート４は、正面６および裏面８を有する。支持プレート１０が正面６から伸びる。支持プレート１０は、近位端１２（正面６に近接する）から遠位端１４まで横軸Ｘに沿って伸びる。

樹脂容器２９は、支持プレート１０（透明シート５５の上に上昇したリッジ１０４の力によって上面の凹部１００の上方に保持される）の上面９８の部分の上方に配置される。樹脂容器２０は、支持プレートの近位端１２に横方向に近接する後部２２を有する。樹脂容器２０は、支持プレートの遠位端１４に横方向に近接する前部２４を有する。樹脂容器２０は、横軸Ｙに関して対向する端部で左右のラッチ機構９２を含む一対の対向するラッチ機構９２を有する。左右のラッチ１５２は、左右のラッチ機構９２に対応する。

インターフェース機構６０（図２Ａにおいてブロック図形態で示される）がアクティブ化され、これにより、樹脂操作モジュール１５０およびラッチ１５２が動作状態になる。動作状態において、樹脂操作モジュール１５０は動作状態にあり、これにより、樹脂流体出口３０および流体レベルセンサ３２は、樹脂容器２０の上方に位置づけられ、ラッチ１５２は、樹脂容器２０のラッチ機構９２と係合される。樹脂流体出口３０および流体レベルセンサ３２は、樹脂容器２０の後部２２の上方に配置される。樹脂流体出口３０および流体レベルセンサ３２はまた、間隔をあけて、横軸Ｙに関して垂直サポート４のいずれかの側面上にあり、それぞれ樹脂操作モジュール１５０のアーム１５４によって支持される。

往復台４０が、垂直サポート４の裏面８から伸びる。受容アーム４６が、往復台４０から横軸Ｘに沿って前方（＋Ｘ）に伸びる。受容アーム４６は、アーム１５４が受容アーム４６の間になるまで、横軸Ｙに沿って間隔をあける。横軸Ｙに沿って受容アーム４６の間の間隔を定める支持取付具４８が、受容アーム４６の間に取り付けられる。

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、専ら説明目的のためのものであり、特許請求の範囲により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。

２ プリントシステム
４ 垂直サポート
１０ 支持プレート
２０ 樹脂容器
３０ 樹脂流体出口
３２ 流体レベルセンサ
４０ 往復台
４６ 受容アーム

Claims (20)

1. 三次元プリントシステムであって、
   垂直サポート；
   近位端で前記垂直サポートに取り付けられ、かつ、第１の横軸に沿って遠位端まで伸長する、支持プレート；
   前記支持プレートによって囲まれる樹脂容器；
   前記樹脂容器中に樹脂を分配するための流体出口を含む樹脂操作モジュール；
   ラッチ機構を係合するためのラッチ；および
   前記ラッチを移動させて前記ラッチ機構と係合させ、かつ、前記樹脂操作モジュールを非動作位置から動作位置に移動させることにより前記流体出口が前記樹脂容器の一部の上方に動作可能に位置づけられるよう構成される、インターフェース機構、
   を含み、
   前記樹脂容器がさらに、
   ラッチ機構を有し中央開口を画定する容器本体であって、前記支持プレートの前記近位端に近接する裏面および前記支持プレートの前記遠位端に近接する正面を有する、容器本体；および
   前記中央開口を閉じる透明シート、
   を含むことを特徴とする、
   三次元プリントシステム。
2. 前記ラッチ機構が、前記容器本体の対向する端部上に２つのラッチ機構を含み、前記ラッチが、前記２つのラッチ機構を係合する２つのラッチを含むことを特徴とする、請求項１に記載の三次元プリントシステム。
3. 前記ラッチが、前記第１の横軸に垂直な第２の横軸に関して対向する横方向で前記ラッチ機構を同時に係合す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。
4. 前記樹脂操作モジュールが、流体レベルセンサを含み、前記樹脂操作モジュールを位置づける工程が、前記樹脂容器に関して前記流体レベルセンサを同時に位置づけることを特徴とする、請求項１に記載の三次元プリントシステム。
5. 前記樹脂操作モジュールに作用する前記インターフェース機構が、前記容器本体の裏面の上方に前記流体出口および前記流体レベルセンサを位置づけ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。
6. 前記樹脂操作モジュールに作用する前記インターフェース機構が、前記第１の横軸に垂直な第２の横軸に関して前記樹脂容器の対向する端部に前記流体出口および前記流体レベルセンサを位置づけることを特徴とする、請求項５に記載の三次元プリントシステム。
7. 前記インターフェース機構が、前記第１の横軸に垂直な第２の横軸の周りに前記樹脂操作モジュールを回転させることにより、前記樹脂操作モジュールを位置づけるよう構成されることを特徴とする、請求項１に記載の三次元プリントシステム。
8. 前記インターフェース機構が、前記ラッチ機構を前記ラッチと係合させ、かつ、前記樹脂操作モジュールを実質的に同時に位置づけるように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の三次元プリントシステム。
9. 前記インターフェース機構が、前記ラッチを移動させるためのアクチュエータおよび前記樹脂操作モジュールを位置づけるためのアクチュエータを含む複数の空気アクチュエータを含むことを特徴とする、請求項１に記載の三次元プリントシステム。
10. 前記容器本体の上面中にチャネルが形成され、該チャネルは、前記容器本体の裏面に近接する第１の端部を有し、前記中央開口に向かって前記第１の横軸に沿って伸長し、前記樹脂操作モジュールは、前記流体出口を前記チャネルの第１の端部の上方に位置づけ、流体を前記中央開口中に排出させる、ことを特徴とする、請求項１に記載の三次元プリントシステム。
11. 製造対象の三次元物体を製造するための三次元プリントシステムを動作する方法であって、
    垂直サポートを提供する工程；
    近位端で前記垂直サポートに取り付けられ、かつ、第１の横軸に沿って遠位端まで伸長する、支持プレートを提供する工程；
    前記支持プレート上に樹脂容器を配置する工程；
    前記樹脂容器中に樹脂を分配するための流体出口を含む樹脂操作モジュールを提供する工程；
    前記支持プレートに機械的に連結されたインターフェース機構、ラッチ、および前記樹脂操作モジュールを提供する工程；
    前記インターフェース機構をアクティブ化する工程であって、これにより、前記インターフェース機構は、前記ラッチを移動させて前記ラッチ機構と係合させ、かつ、前記樹脂操作モジュールを非動作位置から動作位置に移動させることにより前記流体出口が前記樹脂容器の一部の上方に動作可能に位置づけられる、工程、
    を含み、
    前記樹脂容器が、
    ラッチ機構を有し中央開口を画定する容器本体；および
    前記中央開口と閉じる透明シート、
    を含むことを特徴とする、方法。
12. 前記ラッチ機構が、前記容器本体の対向する端部上に２つのラッチ機構を含み、前記ラッチが、２つのラッチを含み、前記インターフェース機構をアクティブ化する工程が、両方のラッチを同時に移動させて前記ラッチ機構と係合させることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 前記インターフェース機構をアクティブ化する工程が、両方のラッチを移動させて係合させ、かつ、前記樹脂操作モジュールを前記非動作位置から前記動作位置に移動させることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
14. 前記樹脂操作モジュールが、流体レベルセンサを含み、前記樹脂操作モジュールを移動させる工程が、前記センサを前記樹脂容器の一部の上方に位置づけることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
15. 三次元プリントシステムであって、
    垂直サポート；
    近位端で前記垂直サポートに取り付けられ、かつ、第１の横軸に沿って遠位端まで伸長する、支持プレート；
    樹脂容器；
    固定されたサポートに関して回転可能に取り付けられ、かつ、前記樹脂容器中に樹脂を分配するための流体出口を含む、樹脂操作モジュール；
    一対のラッチ；および
    前記ラッチおよび前記樹脂操作モジュールに連結された１つ以上のアクチュエータを含むインターフェース機構であって、それによって、前記インターフェース機構をアクティブ化することにより前記一対のラッチを移動させて前記容器本体の対向する端部において前記一対のラッチ機構を係合させ、かつ、前記樹脂操作モジュールを動作位置に回転させることにより前記回転が前記流体出口を前記容器本体の一部の上方に位置づける、インターフェース機構、
    を含み、
    前記樹脂容器がさらに、
    対向する端部において一対のラッチ機構を有し、中央開口を画定する、容器本体；および
    中央開口を閉じる透明シート、
    を含むことを特徴とする、
    三次元プリントシステム。
16. 前記樹脂操作モジュールが、流体レベルセンサを含み、前記樹脂操作モジュールを動作位置に回転させることにより、前記流体出口および前記流体レベルセンサを前記容器本体の上方に同時に位置づけることを特徴とする、請求項１５に記載の三次元プリントシステム。
17. 前記容器本体が、前記支持プレートの前記近位端に隣接する裏面を有し、前記樹脂操作モジュールを回転させることにより、前記流体出口および前記流体レベルセンサを前記容器本体の前記裏面に近接して位置づけることを特徴とする、請求項１６に記載の三次元プリントシステム。
18. 前記樹脂操作モジュールを回転させる工程が、前記流体出口および前記流体レベルセンサを、前記第１の横軸に垂直な第２の横軸に関して前記樹脂容器の対向する端部に位置づけることを特徴とする、請求項１７に記載の三次元プリントシステム。
19. 前記インターフェース機構が、前記ラッチを移動させ、かつ、前記樹脂操作モジュールを同時に回転させるよう構成されることを特徴とする、請求項１５に記載の三次元プリントシステム。
20. 前記インターフェース機構が、各ラッチに連結された空気アクチュエータおよび前記樹脂操作モジュールに連結された空気アクチュエータを含む３つの空気アクチュエータを含むことを特徴とする、請求項１５に記載の三次元プリントシステム。
    

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