JP7090614B2 - 力監視およびフィードバックを用いた連続的な液体界面生産 - Google Patents

Description

関連出願
本出願は、２０１６年１２月１４日に出願された米国特許仮出願第６２／４３３，８２９号の利益を主張するものであり、その開示内容は、引用することにより本明細書の一部をなすものとする。

本発明は、光造形法および装置、詳細には連続的な液体界面生産を行うための光造形法および装置に関する。

Ｊ．ＤｅＳｉｍｏｎｅらは、Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｌｉｑｕｉｄ Ｉｎｔｅｒｐｈａｓｅ Ｐｒｉｎｔｉｎｇ，ＰＣＴ出願国際公開第２０１４／１２６８３７２号（２０１４年８月２１日公開、米国特許第９，２０５，６０１号も参照）において、酸素または塩基などの重合抑制剤が窓を（または窓内部の「プール」から）通過することができるようにすることによって窓への付着が抑制された窓からの改善された光造形法について記載しており、成長する三次元物体との「液体界面」を形成する非重合剥離層または「不感帯」を形成して、その界面から三次元物体の連続的な、または層のない生産を可能にしている（Ｊ．ＴｕｍｂｌｅｓｔｏｎらのＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｌｉｑｕｉｄ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ３Ｄ Ｏｂｊｅｃｔｓ，Ｓｃｉｅｎｃｅ３４７，１３４９－１３５２（２０１５年３月１６日オンライン公開）も参照）。連続的な液体界面生産（または「ＣＬＩＰ」）を行うための他の手法は、非混和性液体を含む液体界面を利用し（２０１５年１０月２９日公開、Ｌ．Ｒｏｂｅｓｏｎら、国際公開第２０１５／１６４２３４号参照）、電気分解によって抑制剤として酸素を生成し（２０１６年８月２５日公開、Ｉ．Ｃｒａｖｅｎらの国際公開第２０１６／１３３７５９号参照）、光活性剤が結合された磁気的に位置決め可能な粒子を重合性液体に組み込むことを含む（２０１６年９月１５日公開、Ｊ．Ｒｏｌｌａｎｄの国際公開第２０１６／１４５１８２号参照）。Ａ．ＥｒｍｏｓｈｋｉｎらのＴｈｒｅｅ－Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｐｒｉｎｔｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ Ｆｅｅｄｉｎｇ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｂｌｅ Ｌｉｑｕｉｄ、ＰＣＴ出願国際公開第２０１５／１９５９２４号（２０１５年１２月２３日公開）は、粘性重合性液体の造形領域への流入を容易にするために、キャリアを段階的にまたは往復させて前進させるＣＬＩＰプロセスについて記載している（特に図２２～図２５および図２７Ａ～図２９Ｂ、ならびにそれらの関連する本文を参照）。

ＣＬＩＰの１つの利点は、物体を製造することができる速度である。ＣＬＩＰの別の利点は、Ｊ．Ｒｏｌｌａｎｄらの米国特許第９，４５３，１４２号（およびその他）に記載されている「二重硬化」樹脂などの、プロセスにおいて使用することができる（一般に粘性の）重合性液体の多様性である。しかしながら、ある場合には、そのような樹脂によって形成された中間の三次元物体は、材料自体の固有の可撓性のために、剛性ではなく可撓性である。他の場合では、物体の幾何学形状のために、中間物は、物体の初期生産中は比較的堅い場合があるが、生産が進むにつれ、物体は、全体的にますます可撓性（または「従順」）になることがある。このような場合、生産されている従順な物体は、造形面への物体の流体付着を克服することができず、流体を造形領域に流入させることができない場合がある（特に段階的動作モードまたは往復動作モード中に）。

生産をスピードアップする際のさらなる潜在的な複雑さは、光作動が早すぎることである。樹脂が造形領域にまだ流入している間に、露光が段階的モードにおいてあまりにも早く作動すると、物体内に未硬化の内部樹脂チャネル（物体上の表面ピッチングとして観察可能）が生じる可能性がある。そして、樹脂が造形領域から流出している間に、露光が往復モードにおいてあまりにも早く作動すると、物体表面のブルーミングまたは毛羽立ち（時として「縁取り」と呼ばれる）が生じる可能性がある。したがって、連続的な液体界面生産を実施するための新しいやり方が必要とされている。

本発明の第１の態様は、三次元物体を製造する方法であり、本方法は、（ａ）キャリア、および造形面を有する光学的に透明な部材を用意するステップであって、キャリアおよび造形面がそれらの間に造形領域を画定し、光学的に透明な部材が重合性液体を担持する、ステップと、（ｂ）キャリアと光学的に透明な部材とを互いに離れるように前進させて、重合性液体を造形領域内に引き込むステップと、次いで（ｃ）任意選択的に、キャリアと光学的に透明な部材とを互いに向かって部分的に引き戻すステップと、次いで（ｄ）造形領域に光を照射して、重合性液体から成長する三次元物体を形成するステップと、次いで（ｅ）三次元物体の少なくとも一部が形成されるまで、成長する三次元物体と光学的に透明な部材との間の連続的な液体界面を維持しながらステップ（ｂ）～（ｄ）を周期的に繰り返すステップと、によって行われ、周期的に繰り返すステップの少なくともいくつかの間に、（ｉ）前進させるステップ（ｂ）の間に、成長する三次元物体を通してキャリアと造形面との間の張力の一時的な増加を監視し、任意選択的に、部分的に引き戻すステップ（ｃ）の間に、成長する三次元物体を通してキャリアと造形面との間の圧縮の一時的な増加を監視し、次いで張力の一時的な増加が実質的におさまると、（ｉｉ）存在する場合は部分的に引き戻すステップ（ｃ）を開始するかまたは照射するステップ（ｄ）を開始する。いくつかの実施形態では、周期的に繰り返すステップの少なくともいくつかの間に、部分的に引き戻すステップ（ｃ）は、存在せず、他の実施形態では、周期的に繰り返すステップの少なくともいくつかの間に、部分的に引き戻すステップ（ｃ）が存在する。いくつかの実施形態では、本方法は、周期的に繰り返すステップの少なくともいくつかの間に、（ｉｉｉ）部分的に引き戻すステップ（ｃ）の間に、成長する三次元物体を通してキャリアと造形面との間の圧縮の一時的な増加を監視するステップと、次いで、圧縮の一時的な増加が実質的におさまると、照射するステップを開始するステップと、をさらに含む。

本発明のさらなる態様は、三次元物体を製造する方法であり、本方法は、（ａ）キャリア、および造形面を有する光学的に透明な部材を用意するステップであって、キャリアおよび造形面がそれらの間に造形領域を画定し、光学的に透明な部材が重合性液体を担持する、ステップと、（ｂ）キャリアと光学的に透明な部材とを互いに離れるように前進させて、重合性液体を造形領域内に引き込むステップと、次いで（ｃ）キャリアと光学的に透明な部材とを互いに向かって部分的に引き戻すステップと、次いで（ｄ）造形領域に光を照射して、重合性液体から成長する三次元物体を形成するステップと、次いで（ｅ）三次元物体の少なくとも一部が形成されるまで、成長する三次元物体と光学的に透明な部材との間の連続的な液体界面を維持しながらステップ（ｂ）～（ｄ）を周期的に繰り返すステップと、によって行われ、周期的に繰り返すステップの少なくともいくつかの間に、（ｉ）任意選択的に、前進させるステップ（ｂ）の間に、成長する三次元物体を通してキャリアと造形面との間の張力の一時的な増加を監視し、任意選択的に、部分的に引き戻すステップ（ｃ）の間に、成長する三次元物体を通してキャリアと造形面との間の圧縮の一時的な増加を監視し、次いで張力の一時的な増加が実質的におさまると、（ｉｉ）任意選択的に、存在する場合は部分的に引き戻すステップ（ｃ）を開始するかまたは照射するステップ（ｄ）を開始し、次いで（ｉｉｉ）部分的に引き戻すステップ（ｃ）の間に、成長する三次元物体を通してキャリアと造形面との間の圧縮の一時的な増加を監視し、次いで張力の一時的な増加が実質的におさまると、（ｉｖ）照射するステップ（ｄ）を開始する。

前述のいくつかの実施形態では、三次元物体の少なくとも一部は、（ｆ）キャリアと光学的に透明な部材とを互いに離れるように連続的に前進させ、（ｇ）連続的な液体界面を維持しながら、造形領域を間欠的にまたは連続的に照射して、成長する三次元物体を形成する間に形成される。

前述のいくつかの実施形態では、成長する三次元物体の少なくとも一部は、（固化材料の可撓性、物体の幾何学形状、またはそれらの組合せに起因して）可撓性である。

前述のいくつかの実施形態では、物体の少なくとも一部（例えば主要部分）は、格子またはメッシュの形態である。

前述のいくつかの実施形態では、重合性液体は、室温（例えば、摂氏２５度）で粘性である（例えば室温で、少なくとも２００、３００、１，０００、もしくは２，０００センチポイズ、またはそれ以上の粘度を有する）。

前述のいくつかの実施形態では、光学的に透明な部材は、半透性部材（例えば、フルオロポリマー）を含み、前進させるステップ、存在する場合は部分的に引き戻すステップ、照射するステップ、および／または周期的に繰り返すステップは、また同時に、
（ｉ）造形面に接触する重合性液体の不感帯を連続的に維持しながら、および／または
（ｉｉ）不感帯と成長する三次元物体との間の、それらのそれぞれに接触する、部分的に硬化された形態の重合性液体を含む、重合ゾーンの勾配を連続的に維持しながら、
実行され、
不感帯を連続的に維持するステップが、光学的に透明な部材を通して重合抑制剤を供給し、それによって、不感帯に、および任意選択的に重合ゾーンの勾配の少なくとも一部に抑制剤の勾配を生成することによって実行される。例えば、いくつかの実施形態では、重合性成分は、フリーラジカル重合性液体を含み、抑制剤は、酸素を含み、他の実施形態では、重合性成分は、酸触媒またはカチオン重合性液体を含み、抑制剤は、塩基を含む。

前述のいくつかの実施形態では、三次元物体は、毎時少なくとも１もしくは１０ミリメートルから毎時１，０００もしくは１０，０００ミリメートル、またはそれ以上の速度で作製される。

本発明のさらなる態様は、重合性液体から三次元物体を製造するのに有用な装置であり、本装置は、（ａ）三次元物体を製造することができるキャリアと、（ｂ）キャリアと動作可能に関連付けられた造形面を有する光学的に透明な部材であって、キャリアおよび造形面がそれらの間に造形領域を画定し、重合性液体を担持するように構成されている、光学的に透明な部材と、（ｃ）キャリアおよび／または光学的に透明な部材と動作可能に関連付けられた昇降機アセンブリであって、キャリアと光学的に透明な部材とを互いに離れるように前進させて重合性液体を造形領域に引き込むように構成されている、昇降機アセンブリと、（ｄ）光学的に透明な部材と動作可能に関連付けられ、造形領域に光を照射して重合性液体から成長する三次元物体を形成するように配置された光エンジンと、（ｅ）キャリアおよび／または光学的に透明な部材と動作可能に関連付けられ、キャリアと造形面との間の張力の一時的な増加および／または圧縮の一時的な増加を、それらの間に形成されている三次元物体を通して監視するように構成されている力センサと、（ｆ）昇降機アセンブリ、光エンジン、および力センサと動作可能に関連付けられたコントローラであって、三次元物体の少なくとも一部が形成されるまで三次元物体と光学的に透明な部材との間の連続的な液体界面を維持しながら、キャリアと造形面とを互いに離れるように前進させ、次いで任意選択的にキャリアおよび造形面とを互いに向かって部分的に引き戻し、次いで造形領域に光を照射するサイクルを周期的に繰り返して、それらの間に三次元物体を形成するように構成されたコントローラと、を含み、本コントローラは、周期的に繰り返すステップの少なくともいくつかの間に、（ｉ）前進させるステップの間に、成長する三次元物体を通してキャリアと造形面との間の張力の一時的な増加を監視し、任意選択的に、部分的に引き戻すステップの間に、成長する三次元物体を通してキャリアと造形面との間の圧縮の一時的な増加を監視し、次いで張力の一時的な増加が実質的におさまると、存在する場合は部分的に引き戻すステップを開始するかまたは照射するステップを開始し、ならびに／あるいは（ｉｉ）部分的に引き戻すステップの間に、成長する三次元物体を通してキャリアと造形面との間の圧縮の一時的な増加を監視し、次いで圧縮の一時的な増加が実質的におさまると、照射するステップを開始するようにさらに構成されている。いくつかの実施形態では、光学的に透明な部材は、半透性部材（例えばフルオロポリマー）を含む。いくつかの実施形態では、光エンジンは、パターニングアレイ（例えば液晶ディスプレイアレイまたはデジタルマイクロミラーアレイ）と組み合わせた光源（例えばレーザ）を含む。いくつかの実施形態では、力センサは、歪みゲージを含む。

張力の一時的な増加を監視するステップは、（ａ）絶対的な力を監視すること、（ｂ）力の変化率を監視すること、または（ｃ）絶対的な力と力の変化率の両方を互いに組み合わせて監視することによって行うことができる。いくつかの実施形態では、（ｂ）または（ｃ）は、以下で論じるように、ゼロのゆるやかなドリフトの影響を減らすために好ましい。

Ｌｉｎら／Ａｕｔｏｄｅｓｋ社の米国特許出願公開第２０１５／０３３１４０２号（２０１５年１１月１９日）は、段落００３２～００３３において、窓の付着力を決定するための、ならびに印刷中の圧縮、張力、剪断、屈曲、および捩り応力を測定するためのＤＬＰ ＳＬＡシステムに組み込まれた歪みゲージについて記載しているが、弾性中間体の作製、または段階的もしくは往復印刷モード中のいずれかとの関連でのそれらの使用を示唆しておらず、そのような情報が、そのようなモードの過程で失われる時間を未然に防ぐためにどのように使用され得るかを示していない。

本発明は、本明細書の図面および以下に記載される明細書においてより詳細に説明される。本明細書に引用されるすべての米国特許参考文献の開示は、引用することにより本明細書の一部をなすものとする。

本発明を行うのに有用な装置の概略図である。より大きな上向きの矢印は、段階的生産モード中および往復（または「ポンプ汲み上げ」）生産モード中の両方における上向き移動の支配的な方向を示す。破線の矢印は、往復モード中の下向き移動がより小さいことを示す。 本発明の装置の一実施形態の力センサおよび制御構成要素の概略図である。 本発明の装置の一実施形態のコントローラ（マイクロコントローラ）において（またはコントローラによって）実施される構成要素（または動作）の概略図である。 本発明の装置の一実施形態の段階的制御要素であるが、力フィードバックが実施されていない。 図４の実施形態の段階的制御要素であるが、ここでは、力フィードバックが実施されている。 本発明の装置の一実施形態の往復制御要素であるが、力フィードバックが実施されていない。 図６の実施形態の往復制御要素であるが、ここでは、力フィードバックが実施されている。 力監視を用いるがフィードバックのない連続的な液体界面生産（ＣＬＩＰ）の段階的動作モードにおいて感知された力である。 図８のＣＬＩＰの段階的動作モードであるが、普通ならば失われる時間を短縮するために力フィードバックが実施されている。 力監視を用いるがフィードバックのないＣＬＩＰの往復動作モードにおいて感知された力である 図１０のＣＬＩＰの往復動作モードであるが、普通ならば失われる時間を短縮するために（張力および圧縮の両方に対して）力フィードバックが実施されている。 絶対的な力の測定値（丸付きの細線）と力の変化率の測定値（四角付き太線）とをグラフで比較した図である。 図３と類似した図であるが、力測定として力の変化率を用いている。 図７と類似した図であるが、力測定として力の変化率を用いている。

本発明は、本発明の実施形態が示されている添付図面を参照して以降により完全に記載される。しかしながら、本発明は、多くの異なる様々な形態で具現化されてもよく、本明細書に述べられた実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示が完璧かつ完全なものとなるように、および本発明の範囲を当業者に完全に伝えるように提供される。

同様の数字は、全体を通して同様の要素を指す。図において、ある特定の線、層、構成要素、要素、または特徴の厚さは、明瞭にするために誇張されることがある。用いられる場合、破線は、別段の指定がない場合は、任意選択の特徴または動作を示す。

本明細書に使用される術語は、特定の実施形態のみを記述することを目的とし、本発明を限定することは意図されていない。本明細書で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈で明確にそうではないと示さない限り、複数形を同様に含むことが意図されている。用語「備える（comprises）」または「備えている（comprising）」は、本明細書で使用される場合、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはグループあるいはそれらの組合せの存在を特定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはグループあるいはそれらの組合せの存在もしくは追加を排除しないことをさらに理解されよう。

本明細書で使用されるように、用語「および／または」は、あらゆる可能性のある組合せ、または関連する列挙された項目の１つまたは複数、ならびに代替（「または」）において解釈されるときの組合せの欠如を含む。

別段の定義がない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術的および科学用語を含む）は、本発明が属する当業者によって通常理解されるのと同じ意味を有する。通常使用される辞書で定義されるような用語は、本明細書および特許請求の範囲の文脈におけるそれらの意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書で明示的に定義されていない限り、理想的なまたは過度に形式的な意味で解釈されるべきはでないことをさらに理解されよう。よく知られている機能または構造は、簡潔および／または明瞭にするために説明されない場合がある。

ある要素が別の要素「の上に」、「に取り付けられ」、「に接続され」、「と結合され」、「に接触する」などとして言及される場合は、これは、直接、他の要素の上に、に取り付けられ、に接続され、と結合され、および／または、に接触することであってもよく、あるいは介在する要素が存在してもよいことを理解されよう。対照的に、要素が、例えば、別の要素「の上に直接」、「に直接取り付けられ」、「に直接接続され」、「と直接結合され」、または「に直接接触する」として言及される場合は、介在する要素は存在しない。別の特徴に「隣接して」配置された構造または特徴への言及は、隣接する特徴と重なり合うかまたはその下にある部分を有することができることも当業者には認識されよう。

「の下に」、「より下に」、「低く」、「の上に」、「上部に」など空間的に相対的な用語は、本明細書では説明を容易にするために、要素または特徴と別の要素または特徴との関係を図に示されるように説明するために用いられる。空間的に相対的な用語は、図に表される向きに加えて、使用または動作において装置の異なる向きを包含することが意図されていることを理解されよう。例えば、図の装置が反転される場合、他の要素または特徴の「下に」または「真下に」として記載される要素は、他の要素または特徴の「上に」向けられる。したがって、例示的な用語「下に」は、上におよび下に、の両方の向きを包含することができる。装置は、それ以外の方向に向けられてもよく（９０度または他の向きに回転させられてもよく）、本明細書で使用される空間的に相対的な記述子は、それに応じて解釈される。同様に、用語「上方へ」、「下方へ」、「垂直の」、「水平の」などは、明示的に別段の記載がない限り、説明の目的のためだけに本明細書で使用されている。

用語第１の、第２のなどは、様々な要素、構成要素、領域、層、および／または部分を説明するために本明細書で使用されることがあるが、これらの要素、構成要素、領域、層、および／または部分は、これらの用語によって限定されるべきではないことを理解されよう。むしろ、これらの用語は、１つの要素、構成要素、領域、層、および／または部分を別の要素、構成要素、領域、層、および／または部分と区別するためにのみ使用される。したがって、本明細書で議論される第１の要素、構成要素、領域、層、または部分は、本発明の教示から逸脱することなく、第２の要素、構成要素、領域、層、または部分と呼ぶことができる。動作（またはステップ）の順序は、明示的に別段の記載がない限り、特許請求の範囲または図に提示される順番に限定されない。
１．一般的な方法および装置

上記したように、「連続的な液体界面生産（Continuous liquid interface production）」（または「ＣＬＩＰ」）のための方法、装置、および重合性液体もしくは樹脂は、公知であり、例えば、Ｊ．ＤｅＳｉｍｏｎｅらのＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ第２０１４／０１５４８６号（米国特許第９，２１１，６７８号として公開）、ＰＣＴ／ＵＳ第２０１４／０１５５０６号（米国特許第９，２０５，６０１号として公開）、ＰＣＴ／ＵＳ第２０１４／０１５４９７号（米国特許第９，２１６，５４６号として公開）、Ｊ．ＴｕｍｂｌｅｓｔｏｎらのＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｌｉｑｕｉｄ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ３Ｄ Ｏｂｊｅｃｔｓ，Ｓｃｉｅｎｃｅ ３４７，１３４９～１３５２（２０１５年３月１６日オンライン公開）、およびＲ．ＪａｎｕｓｚｉｅｗｃｚらのＬａｙｅｒｌｅｓｓ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｌｉｑｕｉｄ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ １１３，１１７０３～１１７０８（２０１６年１０月１８日）に記載されている。連続的な液体界面生産（または「ＣＬＩＰ」）を行うための他の手法には、非混和性液体を含む液体界面を利用すること（２０１５年１０月２９日に公開された、Ｌ．Ｒｏｂｅｓｏｎらの国際公開第２０１５／１６４２３４号参照）、電気分解によって抑制剤として酸素を生成すること（２０１６年８月２５日に公開されたＩ．Ｃｒａｖｅｎらの国際公開第２０１６／１３３７５９号参照）、および光活性剤が結合された磁気的に位置決め可能な粒子を重合性液体に組み込むこと（２０１６年９月１５日に公開された、Ｊ．Ｒｏｌｌａｎｄの国際公開第２０１６／１４５１８２号参照）が含まれる。さらなる他の手法は、Ｂａｔｃｈｅｌｄｅｒらの米国特許出願公開第２０１７／０１２９１６９号およびＳｕｎらの第２０１６／０２８８３７６号に記載されている。

加えておよび上記したように、キャリアの段階的または往復前進によってＣＬＩＰを実施して、光学的に透明な部材または「窓」から離れるように、三次元物体を成長させるための方法および装置は、公知であり、例えば、Ａ．ＥｒｍｏｓｈｋｉｎらのＴｈｒｅｅ－Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｐｒｉｎｔｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ Ｆｅｅｄｉｎｇ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｂｌｅ Ｌｉｑｕｉｄ、ＰＣＴ出願国際公開第２０１５／１９５９２４号に記載されている。

ＣＬＩＰに有用な二重硬化重合性液体は、公知であり、例えば、Ｊ．ＲｏｌｌａｎｄらのＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ第２０１５／０３６８９３号（米国特許出願公開第２０１６／０１３６８８９号も参照）、ＰＣＴ／ＵＳ第２０１５／０３６９０２号（米国特許出願公開第２０１６／０１３７８３８号も参照）、ＰＣＴ／ＵＳ第２０１５／０３６９２４号（米国特許出願公開第２０１６／０１６０７７号も参照）、およびＰＣＴ／ＵＳ第２０１５／０３６９４６号（米国特許第９４５３，１４２号も参照）に記載されている。
２．力フィードバックを用いた実施態様

上記したように、図１は、本発明を行うのに有用な装置を概略的に示す。より大きな上向きの矢印は、段階的生産モード中および往復（または「ポンプ汲み上げ」）生産モード中の両方における上向き移動の支配的な方向を示す。破線の矢印は、往復モード中の下向き移動がより小さいことを示す。一般に、装置は、光エンジン１１、窓（または、「造形プレート」）１２、コントローラ１３、ならびに昇降機および駆動アセンブリ１４を含む。キャリアプラットフォーム（または「キャリアプレート」）１５は、従来の装置と同様に昇降機および駆動アセンブリに取り付けられているが、これらと動作可能に関連付けられた力センサ１６を有する。重合性液体２１は、窓１２の上に設けられている。

窓１２は、重合抑制剤（例えば酸素）に対して不浸透性または半透性であってもよく、これに応じて連続的な液体界面生産を行うための特定の手法が使用される。いくつかの実施形態では、窓は、公知の技法に従って、フルオロポリマーを含む。

重合性液体２１と物体３１との間の連続的な液体界面２２を伴って、成長する三次元物体３１が（それが付着される）キャリアプラットフォーム１５と重合性液体２１との間に形成されていることが示されている。成長する物体上の剛性のより高い領域（剛性領域）３２および剛性のより低い領域（可撓性領域）３３が示されている。概略図によって示唆されるように、可撓性領域は、プロセスの後半できわめて片持ちにされ形成された領域であるが、他の実施形態（例えば、高度にメッシュ化された物体および／または固化時に本質的に可撓性の樹脂によって形成された物体）では、物体全体が可撓性である場合がある。

レーザ（例えば、従来の光造形におけるような走査レーザ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネル、デジタルマイクロミラーディスプレイ（ＤＭＤ）などを含む、様々な光源および／またはパターニング要素のうちのいずれかを含む任意の適切な光エンジン１１を使用することができる。窓１２のサイズおよび所望の解像度に応じて、単一の光エンジンが使用されてもよく、またはタイル状の一組の光エンジンが使用されてもよい。

概略図は、前進が、昇降機上のキャリアを持ち上げることによって達成されることを示唆するが、前進および部分的な引戻しは、固定されたまたは静止したキャリアを設けることによって、ならびに窓および光エンジンをそれらの真下の昇降機上に取り付け、次いでこの昇降機を下げることができることによって達成することができることも留意されたい。

任意の適切な装置を力センサ１６として使用することができる。例としては、限定されることなく、機械的触覚センサ、容量性力センサ、金属歪みゲージ、半導体歪みゲージ、導電性エラストマー、カーボンフェルトおよびカーボンファイバーセンサ、圧電力センサ、焦電力センサ、光学力センサ、磁気センサ、超音波力センサ、電気化学力センサなどが、これらの組合せを含めて含まれる。例えば、Ｍａｔｔｈｉａｓ ＦａｓｓｌｅｒのＦｏｒｃｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（Ｓｗｉｓｓ Ｆｅｄｅｒａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｚｕｒｉｃｈ、Ｓｐｒｉｎｇ Ｔｅｒｍ ２０１０）を参照されたい。１つの適切な例は、Ｏｍｅｇａ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ社から入手可能なＯｍｅｇａ ＬＣＭ２０２－１ＫＮ Ｍｉｎｉａｔｕｒｅ Ｍｅｔｒｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｌｏａｄ Ｃｅｌｌ（８００ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ Ａｖｅ．，Ｓｕｉｔｅ ５Ｎ０１， Ｎｏｒｗａｌｋ，Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ ０６８５４ ＵＳＡ）である。キャリアと昇降機との間にインラインで取り付けられた（または「挟まれた」）単一の負荷セルを含むがこれに限定されない、任意の適切な構成の力センサまたは負荷セルを使用することができる。力センサは、平均された出力を提供する（例えば、負荷を均一にするために圧縮板の間に挟まれた）複数の力センサを含んでもよく、および／またはキャリアの複数の領域からの独立したデータを提供する複数の力センサを含んでもよい。加えて、力感知は、モータの電流またはトルク、あるいは任意の他の直接的または間接的な力の測定値を感知することによって行うことができる。

本明細書に記載された方法を行うための本発明の装置の非限定的な例を構成するさらなる詳細が、図２～図７に示されている。この例示的な実施形態では、マイクロコントローラとマスタシステムコントローラとの間の（例えば、ローカルまたはリモート、例えばクラウドベースであってもよい）通信は、示されていない。移動、待機、または露光機能が呼び出されるときはいつでも、これらは、例示的な実施形態では、より高レベルのマスタシステムコントローラによって命令され、マイクロコントローラによって実行される。もちろん、代わりに制御プロトコル全体がマスタシステムコントローラまたはローカルコントローラによって実施されてもよい。

図２に概略的に示すように、アナログ装置である力センサ１６は、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ；１３ａ）を有するマイクロコントローラによってデジタル的にサンプリングされ、情報は、マイクロコントローラのメモリ１３ｂに記憶される。マイクロコントローラは、ＡＤＣおよびアナログ装置に関して一定のサンプリングレートを維持することが好ましい。マイクロコントローラは、移動、待機、および光エンジン機能すべてを処理する。（本発明において力フィードバックと組み合わせて使用されることがあるように）力フィードバックがない場合、予め計算されたコマンドのリストが、より高レベルのシステムコントローラからマイクロコントローラに与えられる。力フィードバックを用いる場合、マイクロコントローラは、固定の予め計算された待機コマンドを使用する代わりにフィードバックを用いて移動および待機（ｍｏｖｅ＿ａｎｄ＿ｗａｉｔ＿ｗｉｔｈ＿ｆｅｅｄｂａｃｋ）を指示することができる。マイクロコントローラをコード化するために、Ｃ／Ｃ＋＋を含むがこれに限定されない任意の論理言語を使用することができる。

図３は、マイクロコントローラにおいて（またはマイクロコントローラによって）実施されるさらなる構成要素（または動作）を示す。より高レベルのシステムコントローラは、マイクロコントローラに助言して、力センサを移動させ、待機させ、およびトリガを監視させる。負の力は、図では「張力」として記載され、正の力は、図では「圧縮」として記載されている。

図４は、本発明の装置の一実施形態の段階的制御要素を示すが、力フィードバックは実施されておらず、図５は、図４の実施形態の段階的制御要素を示すが、ここでは、力フィードバックが実施されている。前述したように、物体の生産におけるすべてのサイクルは、力フィードバックを利用してもよく、またはいくつかのサイクルは、（例えば、物体の初期のセグメントの生産、またはきわめて予測可能な挙動を有する部分の生産については）力フィードバックなしで済ませてもよい。同様に、図６は、本発明の装置の一実施形態の往復制御要素を示すが、力フィードバックは実施されておらず、図７は、図６の実施形態の往復制御要素を示すが、ここでは、力フィードバックが実施されている。前述の動作モードのうちのいくつかまたはすべては、特定の物体の生産中に互いに組み合わされてもよく、実際、物体のいくつかの部分は、実際には「連続」動作モードで作製されてもよい。

一般に、本発明の方法は、以下のように行うことができ、ここで任意選択のステップの有無は、（ｉ）力フィードバックが、段階的なまたは往復のキャリア前進中に実施されるかどうか、（ｉｉ）力フィードバックが、特定のサイクルのアップストローク、ダウンストローク、またはアップストロークとダウンストロークの両方の間に実施されるかどうかに依存する。これを念頭に置いて、様々な実施形態のステップは、一般に、以下を含むことができる。
（ａ）最初に、キャリア、および造形面を有する光学的に透明な部材を用意するステップであって、キャリアおよび造形面がそれらの間に造形領域を画定し、光学的に透明な部材が重合性液体を担持する、ステップである。
（ｂ）前述の事項を前提として、本方法は、重合性液体を造形領域内に引き込むためにキャリアおよび光学的に透明な部材とを互いに離れるように前進させることによって開始する。前進距離は、重要ではないが、一般に、次に続く部分的に前進させるステップと合わせて、累積前進距離（「スライス厚」とも呼ばれることがある）は、０．１もしくは０．２ミリメートルから２０もしくは４０ミリメートル、またはそれ以上であってもよい。次のステップは、すぐに続いてもよく、あるいは短い休止（例えば、往復モードにおける前進させるステップと部分的に引き戻すステップとの間の「停滞（ｐｌａｔｅｕ）」のような、０．１もしくは１秒から、５、１０、１００もしくは３００秒以上の休止、または単にステップモードにおける前進させるステップと照射するステップとの間の休止）があってもよい。
（ｃ）任意選択的にではあるが、いくつかの実施形態では、好ましくは、前述の前進させるステップの後に、キャリアおよび光学的に透明な部材は、互いに向かって部分的に引き戻される（前進させるステップの直後に（遅延なし）、または上述したような休止の後に）。
（ｄ）前進させるステップ（ｂ）および任意選択の引き戻すステップ（ｃ）に続いて、造形領域に光を照射して、重合性液体から成長する三次元物体を形成する。照射は、０．１もしくは０．５秒から、１０、２０、５０もしくは１００秒、あるいはそれ以上の時間などの任意の適切な期間であってもよい。次のステップ（ステップ（ｂ）への周期的な戻りがすぐに続いてもよく、または以下で論じるように休止の後に続いてもよい）。
（ｅ）照射するステップ（ｄ）に続いて（例えば、直後に（遅延なし）、または０．１秒～１、１０もしくは１００秒の遅延の後に）、三次元物体の少なくとも一部が形成されるまで、成長する三次元物体と光学的に透明な部材との間の連続的な液体界面を維持しながらステップ（ｂ）～（ｄ）が周期的に繰り返される（例えば、５もしくは１０回のさらなる回数から、５，０００もしくは１０，０００回のさらなる回数、またはそれ以上）。

前述の周期的な繰返しステップの少なくともいくつかの間に、
（ｉ）任意選択的にではあるが、いくつかの実施形態では、好ましくは、前進させるステップ（ｂ）の間に、成長する三次元物体を通してキャリアと造形面との間の張力の一時的な増加を監視するステップ、および任意選択的に、部分的に引き戻すステップ（ｃ）の間に、成長する三次元物体を通してキャリアと造形面との間の一時的な圧縮の増加を監視するステップと、次いで、張力の一時的な増加が実質的におさまると、
（ｉｉ）任意選択的にではあるが、いくつかの実施形態では、好ましくは、存在する場合は部分的に引き戻すステップ（ｃ）を開始するステップまたは照射するステップ（ｄ）を開始するステップと、次いで
（ｉｉｉ）部分的に引き戻すステップ（ｃ）の間に、成長する三次元物体を通してキャリアと造形面との間の圧縮の一時的な増加を監視するステップと、次いで、圧縮の一時的な増加が実質的におさまると、
（ｉｖ）照射するステップ（ｄ）を開始するステップと、
がさらに予備成型される。

上記の時間および距離は、重要ではなく、説明のみを目的としている。具体的な時間および距離は、物体の幾何学形状、照射波長および強度、物体の解像度要件、（光開始剤のタイプおよび密度、樹脂粘度、ならびに照射後の重合樹脂特性を含むがこれらに限定されない）樹脂特性、動作温度などの要因に依存し、当業者によって最適化され得る。張力（または圧縮）の一時的な増加（または減少）に言及するときの「実質的におさまった」とは、概して、直前の張力または圧縮の５、１０、または２０パーセント以内を意味する。一般に、物体またはその関連する部分を作製する全体的なもしくは平均の速度は、少なくとも毎時１もしくは１０ミリメートルから毎時１，０００もしくは１０，０００ミリメートル、またはそれ以上である。

図８は、力監視を用いるがフィードバックのない連続的な液体界面生産（ＣＬＩＰ）の段階的動作モードを示し、図９は、実質的に同じ動作モードを示すが、今度は、力フィードバックを利用して、ステップの周期的な繰り返しの間に次の露光または照射するステップを開始する。上向きの矢印は、前進させるステップ中のキャリアの移動のおおよその時間および方向を示す。図８と比較して、図９では３サイクルを完了するための時間が短縮されていることに留意されたい。

図１０は、力監視を用いるがフィードバックのないＣＬＩＰの往復動作モードを示す。図１１は、図１０のＣＬＩＰの往復動作モードを示すが、力フィードバックが実施され（張力および圧縮の両方に対して）、最初に、それぞれの前進させるステップに続いて部分的に引き戻すステップ、第２に、それぞれの部分的に引き戻すステップに続いて照射するステップを開始する。より大きな上向きの矢印は、前進させるステップ中のキャリアのおおよその時間および支配的な上向きの移動方向を示し、下向きの矢印は、部分的に引き戻すステップ中のキャリアのおおよその時間およびより小さな下向きの移動を示す。図１０と比較して、図１１では３サイクルを完了するための時間が短縮されていることに留意されたい。

いくつかの実施形態では、力センサフィードバックの利点は、弾性物体のより効率的な印刷を可能にするということである。例えば、製造されている物体またはその一部の剛性もしくは弾性を知っている必要はない。物体は、（ａ）部品を破裂または破砕することなく、生産の力に耐えるのに、および（ｂ）樹脂の流体力を克服して各露光または照射に対して所望のスライス高さに達するのに十分に剛性であることが必要なだけである。本明細書に記載されるようなフィードバックがない場合、解決策は、剛性、変形、および接着力、ならびにキャリアを前進させて接着力を克服する（すなわち、樹脂を造形ゾーンに「ポンプ輸送する」）のに必要な実際の距離または高さをシミュレートする有限要素解析（ＦＥＡ）モデルを検証するのが複雑で困難になる可能性がある。特にプロセス入力データが一貫していない場合、そのようなシミュレーションを完成させるのが困難であるため、そのような手法の結果は、典型的には保守的である。対照的に、本明細書に記載された方法は、各露光サイクル中に普通ならば無駄にされる時間量を低減させるためのより積極的な手法を可能にする。

いくつかの実施形態では、絶対的な力が測定されるとき、経時的にゼロのゆるやかなドリフト（張力または圧縮の欠如）がある場合がある。なんらかの特定の理論に拘束されることを望むものではないが、これは、例えば、さらなる樹脂が重合されるにつれキャリアプラットフォームに重量が加わること、部品がＺ垂直方向に造形されるにつれ浮力が変化すること、電子センサの非線形性などに起因する可能性がある。様々な技法によってゼロのドリフトを追跡することができるが、解決策は、図１３～図１４に示すように、力を追跡するために力の変化率（傾きに相当、図１２参照）を利用することである。ここでもまた、機能をマイクロコントローラに実装して、より高レベルのシステムコントローラが、マイクロコントローラに助言して力センサを移動させ、待機させ、トリガを監視させるなどをすることできる。

変化率に基づいて力感知を実施することは、効果的なフィードバック解決策を提供する。しかしながら、この技法は、絶対的な力の監視に関するいくつかのフォールトトレラントな態様を失う。したがって、さらによりロバストな技法は、力感知技法として、絶対的な力および力の変化率の両方を組み合わせて使用することである。

前述の事項は、本発明の例示であり、本発明を限定すると解釈されるべきではない。本発明は、以下の特許請求の範囲によって定義され、特許請求の範囲の等価物はこれに含まれる。
本願の出願当初の特許請求の範囲の各請求項に記載された発明は、以下の通りであった。
請求項１：
（ａ）キャリア、および造形面を有する光学的に透明な部材を用意するステップであって、前記キャリアおよび前記造形面がそれらの間に造形領域を画定し、前記光学的に透明な部材が重合性液体を担持する、ステップと、
（ｂ）前記キャリアと前記光学的に透明な部材とを互いに離れるように前進させて、前記重合性液体を前記造形領域内に引き込むステップと、次いで
（ｃ）任意選択的に、前記キャリアと前記光学的に透明な部材とを互いに向かって部分的に引き戻すステップと、次いで、
（ｄ）前記造形領域に光を照射して、前記重合性液体から成長する三次元物体を形成するステップと、次いで、
（ｅ）前記三次元物体の少なくとも一部が形成されるまで、前記成長する三次元物体と前記光学的に透明な部材との間の連続的な液体界面を維持しながらステップ（ｂ）～（ｄ）を周期的に繰り返すステップと、を含み、前記周期的に繰り返すステップの少なくともいくつかの間に、
（ｉ）前記前進させるステップ（ｂ）の間に、前記成長する三次元物体を通して前記キャリアと前記造形面との間の張力の一時的な増加を監視し、任意選択的に、前記部分的に引き戻すステップ（ｃ）の間に、前記成長する三次元物体を通して前記キャリアと前記造形面との間の圧縮の一時的な増加を監視し、次いで張力の前記一時的な増加が実質的におさまると、
（ｉｉ）存在する場合には前記部分的に引き戻すステップ（ｃ）を開始するか、または前記照射するステップ（ｄ）を開始する、
三次元物体を製造する方法。
請求項２：
張力の一時的な増加を監視する前記ステップが、（ａ）絶対的な力を監視すること、（ｂ）力の変化率を監視すること、または（ｃ）絶対的な力と力の変化率の両方を互いに組み合わせて監視することによって実行される、請求項１に記載の方法。
請求項３：
張力の一時的な増加を監視する前記ステップが、絶対的な力と力の変化率の両方を互いに組み合わせて監視することによって実行される、請求項１に記載の方法。
請求項４：
前記周期的に繰り返すステップの少なくともいくつかの間に、前記部分的に引き戻すステップ（ｃ）が存在しない、請求項１に記載の方法。
請求項５：
前記周期的に繰り返すステップの少なくともいくつかの間に、前記部分的に引き戻すステップ（ｃ）が存在する、請求項１に記載の方法。
請求項６：
前記周期的に繰り返すステップの少なくともいくつかの間に、
（ｉｉｉ）前記部分的に引き戻すステップ（ｃ）の間に、前記成長する三次元物体を通して前記キャリアと前記造形面との間の圧縮の一時的な増加を監視するステップと、次いで、圧縮の前記一時的な増加が実質的におさまると、
（ｉｖ）前記照射するステップ（ｄ）を開始するステップと、
をさらに含む、請求項５に記載の方法。
請求項７：
前記三次元物体の少なくとも一部が、前記連続的な液体界面を維持しながら、（ｆ）前記キャリアと前記光学的に透明な部材とを互いに離れるように連続的に前進させ、（ｇ）前記造形領域を間欠的にまたは連続的に照射して前記成長する三次元物体を形成する間に形成される、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
請求項８：
前記成長する三次元物体の少なくとも一部が（固化材料の可撓性、前記物体の幾何学形状、またはそれらの組合せに起因して）可撓性である、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
請求項９：
前記三次元物体および／または成長する三次元物体の少なくとも一部が格子またはメッシュの形態である、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
請求項１０：
前記重合性液体が周囲温度または室温（例えば、摂氏２５度）で粘性である（例えば室温で、少なくとも２００、３００、１，０００、もしくは２，０００センチポイズ、またはそれ以上の粘度を有する）、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
請求項１１：
前記光学的に透明な部材が半透性部材（例えば、フルオロポリマー）を含み、前記前進させるステップ、存在する場合は部分的に引き戻すステップ、照射するステップ、および／または周期的に繰り返すステップが、また同時に、
（ｉ）前記造形面に接触する重合性液体の不感帯を連続的に維持しながら、および／または
（ｉｉ）前記不感帯と前記成長する三次元物体との間の、それらのそれぞれに接触する、部分的に硬化された形態の前記重合性液体を含む、重合ゾーンの勾配を連続的に維持しながら、
実行され、
不感帯を前記連続的に維持するステップが、前記光学的に透明な部材を通して重合抑制剤を供給し、それによって、前記不感帯に、および任意選択的に重合ゾーンの前記勾配の少なくとも一部に抑制剤の勾配を生成することによって実行される、請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
請求項１２：
前記重合性成分がフリーラジカル重合性液体を含み、前記抑制剤が酸素を含み、または、前記重合性成分が酸触媒もしくはカチオン重合性液体を含み、前記抑制剤が塩基を含む、
請求項１１に記載の方法。
請求項１３：
前記三次元物体が、毎時少なくとも１もしくは１０ミリメートルから毎時１，０００もしくは１０，０００ミリメートル、またはそれ以上の速度で作製される、請求項１から１２のいずれか１項に記載の方法。
請求項１４：
（ａ）キャリア、および造形面を有する光学的に透明な部材を用意するステップであって、前記キャリアおよび前記造形面がそれらの間に造形領域を画定し、前記光学的に透明な部材が重合性液体を担持する、ステップと、
（ｂ）前記キャリアと前記光学的に透明な部材とを互いに離れるように前進させて、前記重合性液体を前記造形領域内に引き込むステップと、次いで
（ｃ）前記キャリアと前記光学的に透明な部材とを互いに向かって部分的に引き戻すステップと、次いで、
（ｄ）前記造形領域に光を照射して、前記重合性液体から成長する三次元物体を形成するステップと、次いで、
（ｅ）前記三次元物体の少なくとも一部が形成されるまで、前記成長する三次元物体と前記光学的に透明な部材との間の連続的な液体界面を維持しながらステップ（ｂ）～（ｄ）を周期的に繰り返すステップと、を含み、前記周期的に繰り返すステップの少なくともいくつかの間に、
（ｉ）任意選択的に、前記前進させるステップ（ｂ）の間に、前記成長する三次元物体を通して前記キャリアと前記造形面との間の張力の一時的な増加を監視し、任意選択的に、前記部分的に引き戻すステップ（ｃ）の間に、前記成長する三次元物体を通して前記キャリアと前記造形面との間の圧縮の一時的な増加を監視し、次いで張力の前記一時的な増加が実質的におさまると、
（ｉｉ）任意選択的に、存在する場合は前記部分的に引き戻すステップ（ｃ）を開始するかまたは前記照射するステップ（ｄ）を開始し、次いで
（ｉｉｉ）前記部分的に引き戻すステップ（ｃ）の間に、前記成長する三次元物体を通して前記キャリアと前記造形面との間の圧縮の一時的な増加を監視し、次いで圧縮の前記一時的な増加が実質的におさまると、
（ｉｖ）前記照射するステップ（ｄ）を開始する、
三次元物体を製造する方法。
請求項１５：
前記三次元物体の少なくとも一部が、前記連続的な液体界面を維持しながら、（ｆ）前記キャリアと前記光学的に透明な部材とを互いに離れるように連続的に前進させ、（ｇ）前記造形領域を間欠的にまたは連続的に照射して前記成長する三次元物体を形成する間に形成される、請求項１４に記載の方法。
請求項１６：
前記成長する三次元物体の少なくとも一部が（固化材料の可撓性、前記物体の幾何学形状、またはそれらの組合せに起因して）可撓性である、請求項１４から１５のいずれか１項に記載の方法。
請求項１７：
前記三次元物体および／または成長する三次元物体の少なくとも一部が格子またはメッシュの形態である、請求項１４から１６のいずれか１項に記載の方法。
請求項１８：
前記重合性液体が周囲温度または室温（例えば、摂氏２５度）で粘性である（例えば室温で、少なくとも２００、３００、１，０００、もしくは２，０００センチポイズ、またはそれ以上の粘度を有する）、請求項１４から１７のいずれか１項に記載の方法。
請求項１９：
前記光学的に透明な部材が半透性部材（例えば、フルオロポリマー）を含み、前記前進させるステップ、部分的に引き戻すステップ、照射するステップ、および／または周期的に繰り返すステップが、また同時に、
（ｉ）前記造形面に接触する重合性液体の不感帯を連続的に維持しながら、および／または
（ｉｉ）前記不感帯と前記成長する三次元物体との間の、それらのそれぞれに接触する、部分的に硬化された形態の前記重合性液体を含む、重合ゾーンの勾配を連続的に維持しながら、
実行され、
不感帯を前記連続的に維持するステップが、前記光学的に透明な部材を通して重合抑制剤を供給し、それによって、前記不感帯に、および任意選択的に重合ゾーンの前記勾配の少なくとも一部に抑制剤の勾配を生成することによって実行される、請求項１４から１８のいずれか１項に記載の方法。
請求項２０：
前記重合性成分がフリーラジカル重合性液体を含み、前記抑制剤が酸素を含み、
または、前記重合性成分が酸触媒もしくはカチオン重合性液体を含み、前記抑制剤が塩基を含む、請求項１９に記載の方法。
請求項２１：
前記三次元物体が、毎時少なくとも１もしくは１０ミリメートルから毎時１，０００もしくは１０，０００ミリメートル、またはそれ以上の速度で作製される、請求項１４からの２０のいずれか１項に記載の方法。
請求項２２：
（ａ）三次元物体を製造することができるキャリアと、
（ｂ）前記キャリアと動作可能に関連付けられた造形面を有する光学的に透明な部材であって、前記キャリアおよび前記造形面がそれらの間に造形領域を画定し、重合性液体を担持するように構成されている、光学的に透明な部材と、
（ｃ）前記キャリアおよび／または前記光学的に透明な部材と動作可能に関連付けられた昇降機アセンブリであって、前記キャリアと前記光学的に透明な部材とを互いに離れるように前進させて前記重合性液体を前記造形領域に引き込むように構成されている、昇降機アセンブリと、
（ｄ）前記光学的に透明な部材と動作可能に関連付けられ、前記造形領域に光を照射して前記重合性液体から成長する三次元物体を形成するように配置された光エンジンと、
（ｅ）前記キャリアおよび／または前記光学的に透明な部材と動作可能に関連付けられ、前記キャリアと前記造形面との間の張力の一時的な増加および／または圧縮の一時的な増加を、それらの間に形成されている三次元物体を通して監視するように構成されている力センサと、
（ｆ）前記昇降機アセンブリ、前記光エンジン、および前記力センサと動作可能に関連付けられたコントローラであって、前記三次元物体の少なくとも一部が形成されるまで前記三次元物体と前記光学的に透明な部材との間の連続的な液体界面を維持しながら、前記キャリアと前記造形面とを互いに離れるように前進させ、次いで任意選択的に前記キャリアおよび造形面とを互いに向かって部分的に引き戻し、次いで前記造形領域に光を照射するサイクルを周期的に繰り返して、それらの間に三次元物体を形成するように構成されたコントローラと、を備え、前記コントローラが、前記周期的に繰り返すステップの少なくともいくつかの間に、
（ｉ）前記前進させるステップの間に、前記成長する三次元物体を通して前記キャリアと前記造形面との間の張力の一時的な増加を監視し、任意選択的に、前記部分的に引き戻すステップの間に、前記成長する三次元物体を通して前記キャリアと前記造形面との間の圧縮の一時的な増加を監視し、次いで張力の前記一時的な増加が実質的におさまると、存在する場合は前記部分的に引き戻すステップを開始するかまたは前記照射するステップを開始し、ならびに／あるいは
（ｉｉ）前記部分的に引き戻すステップの間に、前記成長する三次元物体を通して前記キャリアと前記造形面との間の圧縮の一時的な増加を監視し、次いで圧縮の前記一時的な増加が実質的におさまると、前記照射するステップを開始する、ように構成されている、
重合性液体から三次元物体を製造するのに有用な装置。
請求項２３：
前記光学的に透明な部材が半透性部材（例えば、フルオロポリマー）を含む、請求項２２に記載の装置。
請求項２４：
前記光エンジンがパターニングアレイ（例えば液晶ディスプレイアレイまたはデジタルマイクロミラーアレイ）と組み合わせた光源（例えばレーザ）を備える、請求項２２または２３に記載の装置。
請求項２５：
前記力センサが歪みゲージを備える、請求項２２から２４のいずれか１項に記載の装置。

Claims (46)

1. （ａ）キャリア、および造形面を有する光学的に透明な部材を用意するステップであって、前記キャリアおよび前記造形面がそれらの間に造形領域を画定し、前記光学的に透明な部材が重合性液体を担持する、ステップと、
   （ｂ）前記キャリアと前記光学的に透明な部材とを互いに離れるように前進させて、前記重合性液体を前記造形領域内に引き込むステップと、次いで
   （ｄ）前記造形領域に光を照射して、前記重合性液体から成長する三次元物体を形成するステップと、次いで、
   （ｅ）前記三次元物体の少なくとも一部が形成されるまで、前記成長する三次元物体と前記光学的に透明な部材との間の連続的な液体界面を維持しながら前記前進させるステップ（ｂ）と前記光を照射する（ｄ）を周期的に繰り返すステップと、を含み、前記周期的に繰り返すステップの少なくともいくつかの間に、
   （ｉ）前記前進させるステップ（ｂ）の間に、前記成長する三次元物体を通して前記キャリアと前記造形面との間の張力の一時的な増加を監視し、次いで張力の前記一時的な増加が直前の張力の５、１０、または２０パーセント以内におさまると、
   （ｉｉ）前記照射するステップ（ｄ）を開始する、
   三次元物体を製造する方法。
2. 前記前進させるステップ（ｂ）と前記光を照射する（ｄ）との間に、（ｃ）前記キャリアと前記光学的に透明な部材とを互いに向かって部分的に引き戻すステップをさらに含み、前記周期的に繰り返すステップ（ｅ）で、ステップ（ｂ）～（ｄ）を周期的に繰り返す、請求項１に記載の方法。
3. 前記部分的に引き戻すステップ（ｃ）の間に、前記成長する三次元物体を通して前記キャリアと前記造形面との間の圧縮の一時的な増加を監視するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記周期的に繰り返すステップ（ｅ）で、張力の前記一時的な増加が直前の張力の５、１０、または２０パーセント以内におさまると、前記部分的に引き戻すステップ（ｃ）を開始するステップをさらに含む、請求項２または３に記載の方法。
5. 張力の一時的な増加を監視する前記ステップが、（ａ－２）絶対的な力を監視すること、（ｂ－２）力の変化率を監視すること、または（ｃ－２）絶対的な力と力の変化率の両方を互いに組み合わせて監視することによって実行される、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 張力の一時的な増加を監視する前記ステップが、絶対的な力と力の変化率の両方を互いに組み合わせて監視することによって実行される、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記周期的に繰り返すステップの少なくともいくつかの間に、前記部分的に引き戻すステップ（ｃ）が存在しない、請求項２に記載の方法。
8. 前記周期的に繰り返すステップの少なくともいくつかの間に、前記前進させるステップ（ｂ）と前記光を照射する（ｄ）との間に、（ｃ）前記キャリアと前記光学的に透明な部材とを互いに向かって部分的に引き戻すステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記周期的に繰り返すステップの少なくともいくつかの間に、
   （ｉｉｉ）前記部分的に引き戻すステップ（ｃ）の間に、前記成長する三次元物体を通して前記キャリアと前記造形面との間の圧縮の一時的な増加を監視するステップと、次いで、圧縮の前記一時的な増加が直前の圧縮の５、１０、または２０パーセント以内におさまると、
   （ｉｖ）前記照射するステップ（ｄ）を開始するステップと、
   をさらに含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記三次元物体の少なくとも一部が、前記連続的な液体界面を維持しながら、（ｆ）前記キャリアと前記光学的に透明な部材とを互いに離れるように連続的に前進させ、（ｇ）前記造形領域を間欠的にまたは連続的に照射して前記成長する三次元物体を形成する間に形成される、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記成長する三次元物体の少なくとも一部が固化材料の可撓性、前記物体の幾何学形状、またはそれらの組合せに起因して可撓性である、請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記三次元物体および／または成長する三次元物体の少なくとも一部が格子またはメッシュの形態である、請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記重合性液体が周囲温度または室温で粘性である、請求項１から１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 周囲温度または室温が摂氏２５度である、請求項１３に記載の方法。
15. 前記重合性液体が室温で、少なくとも２００、３００、１，０００、もしくは２，０００センチポイズの粘度を有する、請求項１３または１４に記載の方法。
16. 前記光学的に透明な部材が半透性部材を含み、前記前進させるステップ、存在する場合は部分的に引き戻すステップ、照射するステップ、および／または周期的に繰り返すステップが、また同時に、
    （ｉ）前記造形面に接触する重合性液体の不感帯を連続的に維持しながら、および／または
    （ｉｉ）前記不感帯と前記成長する三次元物体との間の、それらのそれぞれに接触する、部分的に硬化された形態の前記重合性液体を含む、重合ゾーンの勾配を連続的に維持しながら、
    実行され、
    不感帯を前記連続的に維持するステップが、前記光学的に透明な部材を通して重合抑制剤を供給し、それによって、前記不感帯に抑制剤の勾配を生成することによって実行される、請求項１から１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 前記半透性部材がフルオロポリマーである請求項１６に記載の方法。
18. 前記抑制剤の勾配が重合ゾーンの前記勾配の少なくとも一部に生成される、請求項１６または１７に記載の方法。
19. 前記重合性液体がフリーラジカル重合性液体を含み、前記抑制剤が酸素を含み、または、前記重合性液体が酸触媒もしくはカチオン重合性液体を含み、前記抑制剤が塩基を含む、
    請求項１６から１８のいずれか１項に記載の方法。
20. 前記三次元物体が、毎時少なくとも１もしくは１０ミリメートルから毎時１，０００もしくは１０，０００ミリメートルの速度で作製される、請求項１から１９のいずれか１項に記載の方法。
21. （ａ）キャリア、および造形面を有する光学的に透明な部材を用意するステップであって、前記キャリアおよび前記造形面がそれらの間に造形領域を画定し、前記光学的に透明な部材が重合性液体を担持する、ステップと、
    （ｂ）前記キャリアと前記光学的に透明な部材とを互いに離れるように前進させて、前記重合性液体を前記造形領域内に引き込むステップと、次いで
    （ｃ）前記キャリアと前記光学的に透明な部材とを互いに向かって部分的に引き戻すステップと、次いで、
    （ｄ）前記造形領域に光を照射して、前記重合性液体から成長する三次元物体を形成するステップと、次いで、
    （ｅ）前記三次元物体の少なくとも一部が形成されるまで、前記成長する三次元物体と前記光学的に透明な部材との間の連続的な液体界面を維持しながらステップ（ｂ）～（ｄ）を周期的に繰り返すステップと、を含み、前記周期的に繰り返すステップの少なくともいくつかの間に、
    （ｉｉｉ）前記部分的に引き戻すステップ（ｃ）の間に、前記成長する三次元物体を通して前記キャリアと前記造形面との間の圧縮の一時的な増加を監視し、次いで圧縮の前記一時的な増加が直前の圧縮の５、１０、または２０パーセント以内におさまると、
    （ｉｖ）前記照射するステップ（ｄ）を開始する、
    三次元物体を製造する方法。
22. 前記周期的に繰り返すステップの少なくともいくつかの間に、前記前進させるステップ（ｂ）の間に、前記成長する三次元物体を通して前記キャリアと前記造形面との間の張力の一時的な増加を監視する、請求項２１に記載の方法。
23. 前記周期的に繰り返すステップの少なくともいくつかの間に、前記部分的に引き戻すステップ（ｃ）の間に、前記成長する三次元物体を通して前記キャリアと前記造形面との間の圧縮の一時的な増加を監視する、請求項２１または２２に記載の方法。
24. 前記周期的に繰り返すステップの少なくともいくつかの間に、張力の一時的な増加が直前の張力の５、１０、または２０パーセント以内におさまると、前記監視するステップ（ｉｉｉ）に先立って、前記部分的に引き戻すステップ（ｃ）を開始するかまたは前記照射するステップ（ｄ）を開始する、請求項２１から２３のいずれか１項に記載の方法。
25. 前記三次元物体の少なくとも一部が、前記連続的な液体界面を維持しながら、（ｆ）前記キャリアと前記光学的に透明な部材とを互いに離れるように連続的に前進させ、（ｇ）前記造形領域を間欠的にまたは連続的に照射して前記成長する三次元物体を形成する間に形成される、請求項２１から２４のいずれか１項に記載の方法。
26. 前記成長する三次元物体の少なくとも一部が固化材料の可撓性、前記物体の幾何学形状、またはそれらの組合せに起因して可撓性である、請求項２１から２５のいずれか１項に記載の方法。
27. 前記三次元物体および／または成長する三次元物体の少なくとも一部が格子またはメッシュの形態である、請求項２１から２６のいずれか１項に記載の方法。
28. 前記重合性液体が周囲温度または室温で粘性である、請求項２１から２７のいずれか１項に記載の方法。
29. 周囲温度または室温が摂氏２５度である、請求項２８に記載の方法。
30. 前記重合性液体が室温で、少なくとも２００、３００、１，０００、もしくは２，０００センチポイズの粘度を有する、請求項２８または２９に記載の方法。
31. 前記光学的に透明な部材が半透性部材を含み、前記前進させるステップ、部分的に引き戻すステップ、照射するステップ、および／または周期的に繰り返すステップが、また同時に、
    （ｉ）前記造形面に接触する重合性液体の不感帯を連続的に維持しながら、および／または
    （ｉｉ）前記不感帯と前記成長する三次元物体との間の、それらのそれぞれに接触する、部分的に硬化された形態の前記重合性液体を含む、重合ゾーンの勾配を連続的に維持しながら、
    実行され、
    不感帯を前記連続的に維持するステップが、前記光学的に透明な部材を通して重合抑制剤を供給し、それによって、前記不感帯に抑制剤の勾配を生成することによって実行される、請求項２１から３０のいずれか１項に記載の方法。
32. 前記半透性部材がフルオロポリマーである請求項３１に記載の方法。
33. 前記抑制剤の勾配が重合ゾーンの前記勾配の少なくとも一部に生成される、請求項３１または３２に記載の方法。
34. 前記重合性液体がフリーラジカル重合性液体を含み、前記抑制剤が酸素を含み、
    または、前記重合性液体が酸触媒もしくはカチオン重合性液体を含み、前記抑制剤が塩基を含む、請求項３１から３３のいずれか１項に記載の方法。
35. 前記三次元物体が、毎時少なくとも１もしくは１０ミリメートルから毎時１，０００もしくは１０，０００ミリメートルの速度で作製される、請求項２１から３４のいずれか１項に記載の方法。
36. （ａ）三次元物体を製造することができるキャリアと、
    （ｂ）前記キャリアと動作可能に関連付けられた造形面を有する光学的に透明な部材であって、前記キャリアおよび前記造形面がそれらの間に造形領域を画定し、重合性液体を担持するように構成されている、光学的に透明な部材と、
    （ｃ）前記キャリアおよび／または前記光学的に透明な部材と動作可能に関連付けられた昇降機アセンブリであって、前記キャリアと前記光学的に透明な部材とを互いに離れるように前進させて前記重合性液体を前記造形領域に引き込むように構成されている、昇降機アセンブリと、
    （ｄ）前記光学的に透明な部材と動作可能に関連付けられ、前記造形領域に光を照射して前記重合性液体から成長する三次元物体を形成するように配置された光エンジンと、
    （ｅ）前記キャリアおよび／または前記光学的に透明な部材と動作可能に関連付けられ、前記キャリアと前記造形面との間の張力の一時的な増加および／または圧縮の一時的な増加を、それらの間に形成されている三次元物体を通して監視するように構成されている力センサと、
    （ｆ）前記昇降機アセンブリ、前記光エンジン、および前記力センサと動作可能に関連付けられたコントローラであって、前記三次元物体の少なくとも一部が形成されるまで前記三次元物体と前記光学的に透明な部材との間の連続的な液体界面を維持しながら、前記キャリアと前記造形面とを互いに離れるように前進させ、次いで前記造形領域に光を照射するサイクルを周期的に繰り返して、それらの間に三次元物体を形成するように構成されたコントローラと、を備え、前記コントローラが、前記周期的に繰り返すステップの少なくともいくつかの間に、
    （ｉ）前記前進させるステップの間に、前記成長する三次元物体を通して前記キャリアと前記造形面との間の張力の一時的な増加を監視し、次いで張力の前記一時的な増加が直前の張力の５、１０、または２０パーセント以内におさまると、前記照射するステップを開始する、ように構成されている、
    重合性液体から三次元物体を製造する、装置。
37. 前記三次元物体の少なくとも一部が形成されるまで前記三次元物体と前記光学的に透明な部材との間の連続的な液体界面を維持しながら、前記キャリアと前記造形面とを互いに離れるように前進させ、次いで前記キャリアおよび造形面とを互いに向かって部分的に引き戻すサイクルを周期的に繰り返す、ように前記コントローラが構成されている、請求項３６に記載の装置。
38. 前記部分的に引き戻すステップの間に、前記成長する三次元物体を通して前記キャリアと前記造形面との間の圧縮の一時的な増加を監視する、ように前記コントローラが構成されている、請求項３７に記載の装置。
39. 前記周期的に繰り返すステップの少なくともいくつかの間に、前記前進させるステップの間に、前記成長する三次元物体を通して前記キャリアと前記造形面との間の張力の一時的な増加を監視し、次いで張力の前記一時的な増加が直前の張力の５、１０、または２０パーセント以内におさまると、前記部分的に引き戻すステップを開始する、ように前記コントローラが構成されている、請求項３７に記載の装置。
40. 前記周期的に繰り返すステップの少なくともいくつかの間に、前記部分的に引き戻すステップの間に、前記成長する三次元物体を通して前記キャリアと前記造形面との間の圧縮の一時的な増加を監視し、次いで圧縮の前記一時的な増加が直前の圧縮の５、１０、または２０パーセント以内におさまると、前記照射するステップを開始する、ように前記コントローラが構成されている、請求項３７に記載の装置。
41. 前記光学的に透明な部材が半透性部材を含む、請求項３６から４０のいずれか１項に記載の装置。
42. 前記半透性部材がフルオロポリマーである、請求項４１に記載の装置。
43. 前記光エンジンがパターニングアレイと組み合わせた光源を備える、請求項３６から４２のいずれか１項に記載の装置。
44. 前記光源がレーザである、請求項４３に記載の装置。
45. 前記パターニングアレイが液晶ディスプレイアレイまたはデジタルマイクロミラーアレイである、請求項４３または４４に記載の装置。
46. 前記力センサが歪みゲージを備える、請求項３６から４５のいずれか１項に記載の装置。

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