JP3349508B2 - Calibration device and calibration method for three-dimensional modeling device - Google Patents

Calibration device and calibration method for three-dimensional modeling device

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JP3349508B2
JP3349508B2 JP51006089A JP51006089A JP3349508B2 JP 3349508 B2 JP3349508 B2 JP 3349508B2 JP 51006089 A JP51006089 A JP 51006089A JP 51006089 A JP51006089 A JP 51006089A JP 3349508 B2 JP3349508 B2 JP 3349508B2
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pinholes
calibration
pinhole
calibration method
signal
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JPH04506110A (en
Inventor
トーマス スペンス,スチュアート
ターノフ,ハリー
オルムキスト,トーマス
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スリーディー、システムズ、インコーポレーテッド
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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/40Structures for supporting 3D objects during manufacture and intended to be sacrificed after completion thereof

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 1. 関連出願のクロスリファレンス 本出願は1988年4月18日に提出された米国特許出願第
182,823号、第182,830号、第183,016号、第183,015号、
第182,801号、第183,014号、および第183,012号に関連
するものであり、前記のいずれも、参照によりその全内
容が本明細書に記載されているものとする。米国特許出
願第182,830号、第183,016号、第183,014号、および第1
83,012号の一部継続出願は1988年11月8日に出願され、
その全内容は、参照により本明細書に記載されているも
のとする。前記一部継続出願の出願番号はそれぞれ、
(第182,830号について)第269,801号、第268,806号、
第268,337号、第268,907号、(第183,016号について)
第268,429号、(第183,014号について)第268,408号、
および(第183,012号について)第268,428号である。米
国特許出願番号第269,801号の継続出願は1989年3月31
日に出願され、その全内容は参照により本明細書に記載
されているものとする。前記継続出願のLyon&Lyon事件
整理番号は第186/195である。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Cross Reference of Related Applications This application is filed with United States Patent Application Serial No.
182,823, 182,830, 183,016, 183,015,
Nos. 182,801, 183,014, and 183,012, all of which are incorporated herein by reference in their entirety. U.S. Patent Applications Nos. 182,830, 183,016, 183,014, and 1st
A continuation-in-part of No. 83,012 was filed on November 8, 1988,
The entire contents of which are incorporated herein by reference. The application numbers of the partial continuation applications are respectively:
(About No. 182,830) No. 269,801, No. 268,806,
No. 268,337, No. 268,907, (About No. 183,016)
No. 268,429, (No. 183,014) No. 268,408,
And (about No. 183,012) No. 268,428. A continuation application of US Patent Application No. 269,801 is March 31, 1989.
Filed on December 5, the entire contents of which are incorporated herein by reference. The Lyon & Lyon case reference number of the continuation application is 186/195.

2.その他の参照文献 以下の2つのマニュアルの全内容は引用により本明細
書に記載されているものとする。
2. Other References The entire contents of the following two manuals are incorporated herein by reference.

・3Dシステムズ社、1987年11月、ベータ・サイト・ユー
ザース・マニュアル、および、サービス・マニュアル。
-3D Systems, November 1987, Beta Site User's Manual and Service Manual.

・3Dシステムズ社、1987年10月、ベータ・レリーズ、第
1稿ソフトウェア・マニュアル。
-3D Systems, October 1987, Beta Release, first draft software manual.

また、本明細書には以下の付録が添付されており、こ
の付録の内容も本明細書の開示内容に含まれるものとす
る。
In addition, the following appendix is attached to this specification, and the contents of this appendix are also included in the disclosure content of this specification.

付録A:1988年4月13日現在における、3Dシステムズ社
以外のソフトウェア・ベンダー。
Appendix A: Software vendors other than 3D Systems, as of April 13, 1988.

3. 発明の分野 この発明は、全般的には、電磁放射ビームまたは粒子
のビームを測定し、制御するための装置と方法に関する
ものであり、より詳細には、ビームの強度プロファイル
を測定し、その測定結果に基づいてビームを制御するた
めの新規装置と新規方法に関するものであり、また、立
体造形による三次元物体の製造に関する関連の応用に関
する。
3. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to an apparatus and method for measuring and controlling a beam of electromagnetic radiation or a beam of particles, and more particularly to measuring the intensity profile of a beam, The present invention relates to a new device and a new method for controlling a beam based on the measurement result, and also to a related application related to manufacturing of a three-dimensional object by three-dimensional modeling.

4. 発明の背景 最近、“立体造形による三次元物体の製造装置”とい
う表題の米国特許第4,575,330号に説明されているよう
な“立体造形”システムが利用されるようになった。こ
の米国特許第4,575,330号の開示は、参照により本明細
書にその全内容が記載されているものとする。基本的
に、立体造形は、その薄層の全部が互いに結合して部品
全体が形成されるまで、光重合性液体または類似のもの
による断面を積層して連続的にプリントし、複雑なプラ
スチック部品を自動的に形成するための方法である。こ
の技術では、その部品は、文字通り、液体プラスチック
を収容した容器内から成長させられる。この製作方法
は、設計着想を速やかに物理的な形にすることと試作品
の製作に対して非常に有効である。
4. Background of the Invention Recently, "solid modeling" systems have been utilized as described in U.S. Patent No. 4,575,330 entitled "Apparatus for manufacturing three-dimensional objects by solid modeling". The disclosure of U.S. Pat. No. 4,575,330 is incorporated herein by reference in its entirety. Basically, three-dimensional modeling is a continuous printing of complex plastic parts by laminating sections with photopolymerizable liquid or similar until all of its thin layers are joined together to form the entire part. This is a method for automatically forming. In this technique, the parts are literally grown from within a container containing liquid plastic. This manufacturing method is very effective for quickly bringing a design idea into a physical form and for manufacturing a prototype.

光重合性液体(感光性重合体)は、光のあるところで
は、液体から固体に変化し、紫外線光(UV)の下でのそ
の光重合速度は、実用的なモデル造形材料として十分な
速度である。部品を製作する場合、重合されない材料
は、まだ使用可能であり、容器の中に残っていて、連続
的に部品が作られる。紫外線レーザーは、UV光の小さな
強いビームスポットを発生するのに利用される。このビ
ームスポットは、ガルバノミラーを用いたX−Y軸反射
ミラー型の走査装置により、液体の表面に亘って動かさ
れる。走査装置は、ベクトルまたは類似のものを発生す
るコンピュータによって駆動される。精密で複雑なモデ
ルは、この技術によってすばやく製作することができ
る。
Photopolymerizable liquids (photopolymers) change from a liquid to a solid in the presence of light, and their rate of photopolymerization under ultraviolet light (UV) is fast enough to be a practical model building material It is. When making parts, the non-polymerized material is still usable and remains in the container, and the parts are made continuously. Ultraviolet lasers are used to generate small, intense beam spots of UV light. This beam spot is moved over the surface of the liquid by a scanning device of the XY axis reflecting mirror type using a galvanometer mirror. The scanning device is driven by a computer that generates vectors or the like. Precise and complex models can be produced quickly with this technique.

制御用コンピュータと共に使用されるレーザー、走査
装置、光重合性液体用の容器、および昇降器は、「SL
A」と呼ばれる立体造形装置を形成するために構成され
る。SLAは、一度に一つの断面を「描画」し、それらを
一層ずつ積層することによって、プラスチック部品を自
動的に製造するようにプログラムされている。
The lasers, scanners, containers for photopolymerizable liquids, and elevators used with the control computer are described in the SL
It is configured to form a three-dimensional modeling device called "A". SLAs are programmed to automatically produce plastic parts by "drawing" one cross section at a time and layering them one by one.

立体造形は、工具なしの状態で複雑または簡単な部品
をすばやく製作する前例のない新規の方法である。
Stereolithography is an unprecedented new way to quickly create complex or simple parts without tools.

この技術は、断面パターンの発生に際しコンピュータ
の使用に頼っているため、CAD/CAMへのデータ・リンク
が必然的に存在する。
Since this technique relies on the use of a computer to generate the cross-sectional pattern, there is necessarily a data link to CAD / CAM.

立体造形が効果的に成すためには、このシステムは、
部品(立体造形によって製作された物体は“部品”とい
う)の精密かつ効果的製造を実施するために、焦点、レ
ーザービーム発振モード、ビーム出力、強度分布すなわ
ち強度プロファイル、および描画を行うレーザーの走査
システムの経時的位置ずれについて、情報を有する必要
がある。ビームは、光重合性液体の表面で相対的に合焦
していなくてはならない。レーザモード、強度分布、お
よびビーム出力は、走査速度と同様に、作業媒体の硬化
深さと幅を左右する重要な要素である。走査システムの
「経時的位置ずれ」は定期的に確認し修正しなければな
らない。
In order for 3D modeling to be effective, this system
Focus, laser beam oscillation mode, beam power, intensity distribution or intensity profile, and laser scanning for writing, in order to carry out precise and effective manufacturing of parts (objects made by 3D modeling are called "parts") You need to have information about the displacement of the system over time. The beam must be relatively focused on the surface of the photopolymerizable liquid. Laser mode, intensity distribution, and beam power, as well as scan speed, are important factors that determine the cure depth and width of the working medium. The "time shift" of the scanning system must be checked and corrected periodically.

ビームプロファイル(ビーム強度のプロファイル)測
定結果は、ビームに関して有効な情報を有しており、そ
れは、それが、次のような目的の達成を支援することが
出来るからである。
The beam profile (beam intensity profile) measurement has useful information about the beam because it can help achieve the following objectives:

1.光学系の焦点を合わせ、非点収差等の収差を修正する
こと。
1. Focus the optical system and correct aberrations such as astigmatism.

2.ビーム出力の測定(毎日行われる)。2. Measurement of beam power (performed daily).

3.レーザーモードを調べ、モードの変更を行うこと。3. Check the laser mode and change the mode.

4.レーザー走査システムの経時的位置ずれに対する補
正。
4. Correction for positional deviation of laser scanning system over time.

5.変更事項の後段的解析にのための経時的位置ずれの記
録の実施。
5. Record the positional deviation over time for later analysis of the changes.

6.走査装置を自動的に較正すること。6. Automatically calibrate the scanning device.

7.他の測定(例えばシステムのパワーの較正係数を見出
すためにビームパワーを別途測定すること)をおこなう
ため、ビームスポットの位置を簡単に制御しうるように
すること。
7. To be able to easily control the position of the beam spot to perform other measurements (eg, separately measuring the beam power to find a calibration factor for the power of the system).

8.硬化したプラスチックの硬化痕についての大きさと形
状の予測ができるようにすること。
8. Be able to predict the size and shape of cured traces of cured plastic.

従って、立体造形装置の較正と規格化および立体造形
装置の反射ミラー型位置決めシステムの経時的変化に対
する修正を行うために、ビームプロファイルを迅速に決
定するための装置や方法、特に立体造形装置に関連した
ものが必要となる。
Accordingly, devices and methods for rapidly determining a beam profile to calibrate and standardize a stereolithography device and to correct for changes over time of a reflective mirror positioning system of the stereolithography device, particularly to a stereolithography device What you need is needed.

発明の要約 端的に且つ全般的に言うならば、この発明は、ビーム
プロファイルの測定を行う新規で改良された装置と方法
とを提供する。その装置は、ビームがセンサー手段上に
投射したときに、該ビームの一部の強度を測定するため
のセンサー手段と、ビームが辿る光路に対し、実質上垂
直な表面に沿って、ビームの全部またはその一部の強度
を測定するために、ビームが辿る光路に対するセンサー
手段の垂直位置を変更するための手段とにより構成され
る。ビームプロファイルを測定するための方法は、ビー
ムが辿る光路に対し実質上垂直な表面に沿って、前もっ
て選択された大きさのビームの断面部分の強度を測定す
る段階と、該表面に沿うビームの他の部分に対して該測
定段階を反復することとによって構成される。
SUMMARY OF THE INVENTION Briefly and generally speaking, the present invention provides a new and improved apparatus and method for performing beam profile measurements. The apparatus includes a sensor means for measuring the intensity of a portion of the beam when the beam impinges on the sensor means, and the entire beam along a surface substantially perpendicular to the optical path followed by the beam. Or means for changing the vertical position of the sensor means with respect to the optical path followed by the beam in order to measure the intensity of a part thereof. A method for measuring a beam profile includes measuring the intensity of a cross-section of a beam of a preselected size along a surface substantially perpendicular to an optical path followed by the beam, and measuring the intensity of the beam along the surface. By repeating the measuring step for the other part.

装置およびその方法は、ビームが辿る光路に対して実
質的に垂直な表面に沿うビームの強度マップを作成す
る。強度マップは、ビーム断面の予め選択された大きさ
の各部分に対する強度を示す。このようにして得られた
強度プロファイルは、ビームパワーを計算する(ビーム
パワーへの変換率は既知である)ためのみならず、ビー
ムの焦点を決定し、調整するために使用することができ
る。ビームプロファイルは、作業媒体上につくられるプ
ラスチックの硬化深さと幅を予測するのに利用すること
ができる。ビームプロファイル測定装置は、固定基準点
として作用し、またビーム中心の走査装置座標を決定す
ることによってビームを走査する装置の「経時的位置ず
れ」を検出するように使用することができる。またこの
装置は、コンピュータが生成する設計を、物体形成のた
めに硬化する液体表面上の実際の次元の変換する際にお
いて、走査装置の指向方向を決定する位置決め「マッ
プ」あるいは表を再較正するのに使用することができ
る。
The apparatus and method creates an intensity map of the beam along a surface substantially perpendicular to the optical path followed by the beam. The intensity map indicates the intensity for each preselected magnitude portion of the beam cross section. The intensity profile obtained in this way can be used not only to calculate the beam power (the conversion to beam power is known), but also to determine and adjust the focus of the beam. The beam profile can be used to predict the cure depth and width of the plastic created on the working medium. The beam profile measurement device acts as a fixed reference point and can be used to detect "time offset" of the beam scanning device by determining the scanning device coordinates of the beam center. The device also recalibrates a positioning "map" or table that determines the orientation of the scanning device in transforming the computer-generated design into the actual dimensions on the liquid surface that cures for object formation. Can be used for

ビームプロファイル測定システムのこの好ましい方式
は、経済上重要な利点を有する。それは、このシステム
が立体造形装置内に既に組込まれている計算システムと
光ビーム位置決めシステムとを使用しているからであ
る。
This preferred form of the beam profile measurement system has significant economic advantages. This is because the system uses a computational system and a light beam positioning system already built into the stereolithography machine.

現在のシステムとは“レーザービームシステム”や
“X−Yガルバノミラー走査システム”を指すが、異な
るエネルギー源または位置決め手段またはこれらの組合
わせを有する他の可能なシステムにも、上記の各利点が
応用され得るということは明白である。
While current systems refer to "laser beam systems" and "XY galvanometer mirror scanning systems", other possible systems having different energy sources or positioning means or combinations thereof have each of the above advantages. It is clear that it can be applied.

なお、この発明は、立体造形装置の規格化や較正につ
いて、関連する新規で改良された装置と方法を提供す
る。
The present invention provides a new and improved apparatus and method related to standardization and calibration of a three-dimensional printing apparatus.

立体造形による部品製造装置に於ては、作業媒体(好
ましい実施態様によれば、光重合性液体のある指定され
た表面)の反応手段(好ましい実施態様によれば、レー
ザービーム)の出射を規格化し、較正するための装置や
方法が必要である。作業媒体における反応手段の精密な
位置決めは、この発明によれば容易であり、それは、作
業媒体の指定された表面により規定される平面上の予め
決められた位置に位置させられ得る少なくとも1個のセ
ンサーを設置することによって可能である。センサー
は、反応手段のあることを検知する。記憶手段は、位置
決め情報を含むその他の情報を記憶するために具備され
ており、この位置決め情報は、反応手段をセンサーの方
に正確に指向させるようにする。好ましい実施態様によ
れば、記憶された参照表または記憶された参照マップに
は、作業媒体表面上の多くの特定位置のおのおのに対す
る特定の位置決め情報が記入されている。標準的な直線
補間技術が、位置決め情報の決定に利用され、参照表内
で各位置の間に当たるそれぞれの位置の方向へ反応手段
を指向させるのに有用である。
In an apparatus for producing parts by stereolithography, the emission of the reaction means (laser beam according to the preferred embodiment) of the working medium (designated surface with the photopolymerizable liquid according to the preferred embodiment) is specified. There is a need for devices and methods for optimizing and calibrating. Precise positioning of the reaction means in the working medium is easy according to the invention, which comprises at least one which can be located at a predetermined position on a plane defined by a specified surface of the working medium. This is possible by installing a sensor. The sensor detects the presence of the reaction means. A storage means is provided for storing other information, including positioning information, which causes the responsive means to be accurately directed towards the sensor. According to a preferred embodiment, the stored look-up table or stored reference map is populated with specific positioning information for each of a number of specific locations on the working medium surface. Standard linear interpolation techniques are used to determine the positioning information and are useful in directing the responsive means in the direction of each position falling between each position in the look-up table.

したがって、この発明の目的は、立体造形装置を正確
に較正し、規格化するための装置と方法を提供すること
にある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus and method for accurately calibrating and standardizing a three-dimensional printing apparatus.

さらにまた、この発明の目的は、ビームの位置決めの
ための改良されたより精密な方法と装置を提供すること
にある。
It is still another object of the present invention to provide an improved and more precise method and apparatus for beam positioning.

また、この発明は改良された精密性と反復性を与える
ように反射ミラー型位置決めシステムの経時的位置ずれ
を修正するための、関連する新規で改良された装置と方
法とを提供することにある。
It is also an object of the present invention to provide a related new and improved apparatus and method for correcting the positional displacement of a reflective mirror type positioning system over time to provide improved precision and repeatability. .

三次元の物体、すなわち“部品”は、立体造形装置に
より、媒体の指定された表面上において予め選択された
方法で操作される反応手段に露出され硬化され得る媒体
から製作することができる。この方法により、部品を形
成する硬化された媒体からなる連続して隣接した薄層
が、積み重ねられる。
A three-dimensional object, or "part", can be made from a medium that can be exposed and cured by a stereolithography device to a reaction means that is operated in a preselected manner on a designated surface of the medium. In this manner, successive adjacent thin layers of cured media forming the part are stacked.

熱効果、磨耗効果、およびその他の効果は、反応手段
の位置決めのための位置決め手段の位置を経時的にずれ
させて、反応手段がもはや繰返し同一場所に向けられな
いようにしてしまう可能性がある。このような経時的位
置ずれを軽減するため、この発明は、センサー手段への
反応手段の印加を検知する能力を有する少なくとも一個
のセンサー手段を使用する。このセンサー手段は、設定
された媒体の表面に対して固定された、予め決められた
場所に設置されている。位置決め手段は反応手段を適当
な場所に位置づけて印加し、また反応手段を上記センサ
ー手段へ印加することができる。見ためのセンサー位置
を出力する手段が、反応手段がセンサー手段に印加され
た場合においてセンサー手段の反応手段から見た位置を
示す、見ためのセンサー位置を情報を提供する。同様に
記憶手段が、上記センサー手段の以前の見ための位置を
含む過去のセンサー位置情報を包含するのに使用され
る。また上記現在のセンサー位置情報と上記過去のセン
サー位置情報との比較手段も具備しており、この比較手
段は、反応手段の指向位置の経時的位置ずれの効果を除
去するようにして位置決め手段を調整するために必要
な、該経時的位置ずれの修正を決定する能力を有する。
Thermal effects, abrasion effects, and other effects can shift the position of the positioning means for positioning the reaction means over time, so that the reaction means is no longer repeatedly directed to the same location. . To mitigate such displacement over time, the present invention employs at least one sensor means capable of detecting the application of a responsive means to the sensor means. The sensor means is installed at a predetermined location fixed to the surface of the set medium. The positioning means can position and apply the reaction means at an appropriate location, and can apply the reaction means to the sensor means. The means for outputting the sensor position for viewing provides information on the sensor position for viewing, indicating the position of the sensor means as viewed from the responding means when the responding means is applied to the sensor means. Similarly, storage means is used to contain past sensor position information, including the previous viewing position of the sensor means. The present invention also includes a comparison unit for comparing the current sensor position information with the past sensor position information, and the comparison unit removes the effect of the positional deviation of the pointing position of the reaction unit with time, thereby setting the positioning unit. It has the ability to determine the correction of the misregistration over time, which is needed to adjust.

この発明における上述およびその他の目的と利点は、
図示可能な実施態様の図面に沿って成される、以下のよ
り詳細な説明によって明白となる。
The above and other objects and advantages of the present invention are:
The following more detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings of illustrative embodiments, will become apparent.

図面の簡単な説明 第1図、第2図、および第3図は、立体造形方法を実
施する場合に用いる基本概念を図解したフロー・チャー
トである。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1, FIG. 2, and FIG. 3 are flow charts illustrating the basic concept used when carrying out the three-dimensional modeling method.

第4図は、ブロック図と立体造形システムの垂直断面
略図を組み合わせたである。
FIG. 4 is a combination of a block diagram and a schematic vertical sectional view of a three-dimensional printing system.

第5図は、立体造形システムのブロック図である。 FIG. 5 is a block diagram of a three-dimensional printing system.

第6図、第7A図、および第7B図は、立体造形システム
内の主要構成要素群の分解・透視図である。
FIGS. 6, 7A and 7B are exploded perspective views of the main components in the three-dimensional printing system.

第8図は、この発明の好ましい実施態様を使用した立
体造形システムのレーザーと光学システムの透視図であ
る。
FIG. 8 is a perspective view of a laser and optical system of a stereolithography system using a preferred embodiment of the present invention.

第9A図は、この発明の好ましい実施態様のビームプロ
ファイル測定用センサーの断面略図である。
FIG. 9A is a schematic sectional view of a beam profile measuring sensor according to a preferred embodiment of the present invention.

第9B図は、この発明の好ましい実施態様のビームプロ
ファイル測定用センサーのピンホール板の上部平面図で
ある。
FIG. 9B is a top plan view of a pinhole plate of the sensor for measuring a beam profile according to the preferred embodiment of the present invention.

第10図は、この発明の好ましい実施態様の装置を示す
ブロック図である。
FIG. 10 is a block diagram showing an apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

第11A図は、この発明による、ビームの強度プロファ
イル発生方法の好ましい実施態様の機能ブロック図であ
る。
FIG. 11A is a functional block diagram of a preferred embodiment of the method for generating a beam intensity profile according to the present invention.

第11B図は、第11A図で説明した方法を実施する場合の
ビームを動かす方法の機能ブロック図である。
FIG. 11B is a functional block diagram of a method of moving a beam when performing the method described in FIG. 11A.

第11C図は、第11A図で説明した方法を実施する場合の
ビームの一部の強度を読み取る方法の機能的ブロック図
である。
FIG. 11C is a functional block diagram of a method for reading the intensity of a part of the beam when performing the method described in FIG. 11A.

第12図は、第11A図で説明した方法と組合わぜること
のできる処理および分析を示した機能ブロック図であ
る。
FIG. 12 is a functional block diagram illustrating processing and analysis that can be combined with the method described in FIG. 11A.

第13図は、この発明の好ましい実施態様によって発生
するビームの強度プロファイルの見本を示した図表であ
る。
FIG. 13 is a chart showing a sample of the intensity profile of the beam generated by the preferred embodiment of the present invention.

第14図は、この発明の好ましい実施態様によるビーム
プロファイル情報から発生する二つの軸に沿った予想硬
化深さのプロファイルを示す。
FIG. 14 shows a profile of expected cure depth along two axes generated from beam profile information according to a preferred embodiment of the present invention.

第15図は、ビームへの露出により硬化した光重合性液
体の硬化痕の断面を描いたものである。
FIG. 15 depicts a cross section of a cured mark of a photopolymerizable liquid cured by exposure to a beam.

第16A図は、較正板の斜視図を示したものである。 FIG. 16A shows a perspective view of the calibration plate.

第16B図は、較正板の断面図を示したものである。 FIG. 16B shows a cross-sectional view of the calibration plate.

第17図は、立体造形工程の主要な段階を図解したもの
である。
FIG. 17 illustrates the main steps of the three-dimensional modeling process.

第18図は、立体造形システムのソフトウェア図を示
す。
FIG. 18 shows a software diagram of the three-dimensional printing system.

第19a−19b図は、制御パネルのスィッチ類と表示器類
を図示したものである。
19a-19b illustrate switches and indicators on the control panel.

第20図は、部品記録の見本を示す。 FIG. 20 shows a sample part record.

第21図は、作用曲線の見本を示す。 FIG. 21 shows a sample of the action curve.

第22a−22e図は、推奨する光学機器の清掃方法を図解
して示したものである。
Figures 22a-22e illustrate a recommended method for cleaning optical equipment.

第23図は、空気フィルターの交換を図示したものであ
る。
FIG. 23 illustrates the replacement of the air filter.

第24a−24b図は、SLICEコンピュータの構成部品を示
す。
Figures 24a-24b show the components of a SLICE computer.

第25a図−25b図は、電子キャビネットの構成部品を示
す。
Figures 25a-25b show the components of an electronic cabinet.

第26a−26c図は、光学系構成部品を示す。 Figures 26a-26c show the optical system components.

第27図は、チャンバーの構成部品を示す。 FIG. 27 shows the components of the chamber.

第28a−28bは、レーザー共振器の配置を示す。 Nos. 28a-28b show the arrangement of laser resonators.

第29a−29b図は、光学系のアラインメントを示す。 Figures 29a-29b show the alignment of the optical system.

第30図は、チャンバー内のアラインメントを示す。 FIG. 30 shows the alignment in the chamber.

第31図は、SLA−1型立体造形システムを図示したも
のである。
FIG. 31 illustrates an SLA-1 type three-dimensional printing system.

第32a−32b図は、電子キャビネットのアセンブリを示
す。
Figures 32a-32b show an assembly of an electronic cabinet.

第33図は、光学機器のアセンブリを示す。 FIG. 33 shows an optical instrument assembly.

第34a−34b図は、チャンバーのアセンブリを示す。 Figures 34a-34b show the assembly of the chamber.

第35図は、SLA−1形の配線図を示す。 FIG. 35 shows an SLA-1 type wiring diagram.

第36a−36f図は、SLICEに入力され得る、自動車の幾
何学的モデルを示す。
Figures 36a-36f show a geometric model of a car that can be input to SLICE.

第37a−37c図は、幾何学的モデルに含まれるすべての
三角形が、平面三角形、平面に近い三角形、または走査
三角形の、三つの型の一つに属することを示す。
Figures 37a-37c show that all triangles included in the geometric model belong to one of three types: planar triangles, near-plane triangles, or scanning triangles.

第38図は、形式と高さによってSLICEが三角形を順位
付ける方法を示す。
FIG. 38 shows how SLICE ranks triangles by type and height.

第39図は、もっとも小さい角によって走査三角形をSL
ICEが順位付ける方法を示す。
Figure 39 shows that the scanning triangle is SL
Shows how ICE ranks.

第40a−40b図は、SLICEがモデルを表現するために個
々の薄層をどのように積み重ねるかということと、平面
に近い三角形、および平面三角形をどのように「スキン
フィル(外皮充填)」するかを図解したものである。
Figures 40a-40b illustrate how SLICE stacks individual thin layers to represent a model, and how to "skin-fill" triangles that are close to plane, and plane triangles. It is an illustration of how.

第41図は、境界間の領域をスキンフィルまたはハッチ
走査することによって個々の薄層がどのようにして形成
されるかを示す。
FIG. 41 shows how individual thin layers are formed by skin-filling or hatching the area between the boundaries.

第42a−42b図は、平面に近い三角形に対してSLICEが
どのようにして台形を作るかを示す。
Figures 42a-42b show how SLICE creates a trapezoid for a triangle that is close to a plane.

第43a図は、SLICEが平面三角形に対してどうして台形
が作らないかを示す。
FIG. 43a shows why SLICE does not create a trapezoid for a planar triangle.

第43b図は、SLICEがどのようにして走査三角形に対し
て境界のみを発生させるかを示す(そのあとにこの境界
内はハッチ走査される)。
FIG. 43b shows how SLICE generates only a boundary for a scanned triangle (after which the boundary is hatched).

好ましい実施態様の説明 この発明の好ましい実施態様の装置およびその方法が
使用されている立体造形システムは、衝突する放射ビー
ム、電子その他の粒子ビームの衝撃等の適切な相乗的刺
激に応じてその物理状態を変換する能力を有するUV硬化
性液体等の液体媒体の選択された表面において形成され
る物体の断面パターンを創成することにより、三次元の
物体を生成する。物体の連続断面に相当する連続して接
する薄層は、自動的に形成結合され、階段状の薄層から
なる物体の造形がもたらされる。それによって、三次元
の物体は、形成過程の間を通して液体媒体の実質的に表
面的または板状の平面から形成・成長させられる。
Description of the Preferred Embodiment The stereolithography system in which the apparatus and method of the preferred embodiment of the present invention are used, is capable of performing its physical A three-dimensional object is created by creating a cross-sectional pattern of the object formed on a selected surface of a liquid medium, such as a UV curable liquid, that has the ability to change states. The successive contacting laminae corresponding to the continuous cross section of the object are automatically formed and joined, resulting in the shaping of the object consisting of a stepped lamina. Thereby, a three-dimensional object is formed and grown from a substantially superficial or plate-like plane of the liquid medium throughout the forming process.

この技法の全般については、第1−5図のフロー・チ
ャートと図面によって説明されている。
The general nature of this technique is illustrated by the flow chart of FIG. 1-5 and the drawings.

第4図は、立体造形システムの垂直断面図である。容
器21の中にはUV硬化性液体又は同等のものが入ってお
り、指定さた作業表面23がある。紫外線光または同等の
もののプログラム可能な光源26は、表面23の平面に紫外
光のスポット27を照射する。スポット27は、光源26と共
に使用される反射ミラーあるいは他の光学的または機械
的要素(第4図には示していない)の動きによって表面
23に亘って移動可能である。表面23上のスポット27の位
置は、コンピュータ制御システム28によって制御され
る。このシステム28は、CAD設計システムまたは同等の
ものであるデータ発生器20によって作成されPHIGS様式
または同等の様式で電算化変換システム21に送られたCA
Dデータによって制御される。電算化変換システム21
は、物体を規定する情報を、応力、カール、歪みを減少
させ、解像度、強度、再生産の精度を増大させるように
加工するものである。
FIG. 4 is a vertical sectional view of the three-dimensional printing system. The container 21 contains a UV curable liquid or equivalent and has a designated work surface 23. A programmable light source 26 of ultraviolet light or the like illuminates a plane 27 of the surface 23 with a spot 27 of ultraviolet light. The spot 27 is surfaced by the movement of a reflecting mirror or other optical or mechanical element (not shown in FIG. 4) used with the light source 26.
It is movable over 23. The position of spot 27 on surface 23 is controlled by computer control system 28. This system 28 is a CA created by the data generator 20 that is a CAD design system or equivalent and sent to the computerized conversion system 21 in PHIGS format or equivalent.
Controlled by D data. Computerized conversion system 21
Is to process information defining an object so as to reduce stress, curl and distortion, and to increase resolution, strength and reproduction accuracy.

容器21の内部にある移動可能な昇降台29は、選択的に
上下移動可能であり、その台の位置はシステム28によっ
て制御される。この装置が運転した場合、30a,30b,30c
のような結合した薄層が段階的に作られ、三次元の物体
30が生成される。
A movable lift table 29 inside the container 21 can be selectively moved up and down, and the position of the table is controlled by a system 28. When this device is operated, 30a, 30b, 30c
A three-dimensional object is created in steps by combining
30 is generated.

UV硬化性液体22の表面は、容器21内で一定の液面を保
持され、液体を硬化して固体材料に変換するのに充分な
強さをもったUV光のスポットまたはその他の反応刺激
が、作業表面23上をプログラムされた方法に従って移動
する。液体22が硬化して固体材料が形成された場合、当
初は表面23のすぐ下にあった昇降台29は、ある適当な駆
動機により、プログラム化された方法で表面から下降す
る。この方法で、最初に形成された固体材料は、表面下
に下降させられ、そして新規の液体22が表面23に亘って
流入する。この新規液体の一部分が順次プログラム化さ
れたUV光のスポット27によって固体材料に変換され、新
規材料は、その下の材料に接着するように一体化する。
この工程は、三次元の物体30が完全に形成されるまで続
行される。その後この物体30は容器21から取りはずさ
れ、装置は次の他の物体を製作する状態になる。こうな
ると、次の物体を製作することが可能であり、またはあ
る新規物体をコンピュータ28のプログラムを変更するこ
とによって製作可能である。
The surface of the UV curable liquid 22 is maintained at a constant level within the container 21 and is exposed to a spot of UV light or other stimulus of sufficient intensity to cure the liquid and convert it to a solid material. Move over the work surface 23 according to a programmed method. When the liquid 22 has hardened to form a solid material, the elevator 29, which was initially just below the surface 23, is lowered from the surface in a programmed manner by some suitable drive. In this way, the initially formed solid material is lowered below the surface, and a new liquid 22 flows over the surface 23. A portion of this new liquid is converted into a solid material by the sequentially programmed spots of UV light 27, and the new material integrates to adhere to the underlying material.
This process continues until the three-dimensional object 30 is completely formed. The object 30 is then removed from the container 21 and the device is ready to make another object. At this point, the next object can be made, or a new object can be made by modifying the program on computer 28.

この発明の好ましい実施態様による立体造形システム
の光源26は、典型的にはヘリウムーカドミウム紫外線レ
ーザーであり、例としては、カリフォルニア・サニイバ
ーレのリコニックス社製の4240−N,HeCdマルチモード・
レーザーがある。
The light source 26 of the stereolithography system according to a preferred embodiment of the present invention is typically a helium-cadmium ultraviolet laser, such as a 4240-N, HeCd multi-mode, manufactured by Reconix, Inc.
There is a laser.

市販される立体造形システムは、第1−5図に略解で
図示した装置の外に、付加的構成要素およびサプシステ
ムをもつことになる。例えば、市販されるシステムは、
枠や収納部および制御盤を有するであろう。また、操作
者を極度のUVおよび可視光線から遮蔽するための手段も
設けられるべきで、物体30が形成される間中それを観察
できる手段も設けることも可能である。市販される装置
には、また、普通の高圧安全保護やインターロックに加
え、オゾンや有害な毒気を除去するための安全手段も設
けられる。市販される装置の中には電子的ノイズ源から
敏感な電子機器を効果的に保護する目的の手段を有する
ものもあるであろう。
Commercially available stereolithography systems will have additional components and sub-systems in addition to the apparatus schematically illustrated in FIGS. 1-5. For example, commercially available systems are:
It will have a frame, storage and control panel. Also, means should be provided for shielding the operator from extreme UV and visible light, and it is possible to provide means for observing the object 30 while it is being formed. Commercially available equipment is also provided with safety measures to remove ozone and harmful poisons, in addition to the usual high pressure security and interlocks. Some commercially available devices will have means for the purpose of effectively protecting sensitive electronic equipment from electronic noise sources.

市販されるSLAは、ユーザーのCADシステムと直接対話
する自立型のシステムである。この発明の装置の好まし
い実施態様を含む市販されるSLAは第6−7図に示して
おり、四つの主要構成部品群から成り立っている。即
ち、SLICEコンピュータ端末部、電子キャビネットのア
センブリ、光学系のアセンブリ、およびチャンバーのア
センブリである。第5図は、市販されるSLAのブロック
図である。
Commercially available SLAs are self-contained systems that interact directly with the user's CAD system. A commercially available SLA containing a preferred embodiment of the apparatus of the present invention is shown in FIGS. 6-7 and comprises four main components. A SLICE computer terminal, an electronic cabinet assembly, an optical system assembly, and a chamber assembly. FIG. 5 is a block diagram of a commercially available SLA.

電子キャビネットのアセンブリは、処理コンピュー
タ、キーボート、モニター、電源部、交流電源配電盤お
よび制御盤により構成される。コンピュータのアセンブ
リは、端末制御用プラグイン型回路盤、高速走査用反射
ミラー、および垂直(Zステージ)昇降機により構成さ
れる。レーザー用電源部、ダイナミック・ミラー、およ
び昇降機駆動機は、キャビネットの下部に設置されてい
る。
The electronic cabinet assembly includes a processing computer, a keyboard, a monitor, a power supply, an AC power distribution board, and a control board. The computer assembly includes a terminal control plug-in type circuit board, a high-speed scanning reflection mirror, and a vertical (Z stage) elevator. The laser power supply, dynamic mirror, and elevator drive are located at the bottom of the cabinet.

制御盤には、電源用スイッチおよび表示器、チャンバ
ー内電灯用スイッチおよび表示器、レーザー稼働表示
器、およびシャッター開放表示器が取付けられている。
The control panel is provided with a power switch and a display, a chamber light switch and a display, a laser operation display, and a shutter open display.

操作および保守用パラメータは、故障診断情報および
レーザ機能情報を含んでおり、普通、モニター上に表示
される。操作はすべてキーボード上でおこなわれる。キ
ーボードやコンピュータ回りの作業面は、清潔および長
寿命を保つためにホルミカ(表面仕上材の一般名)等で
カバーされている。
Operation and maintenance parameters include fault diagnosis information and laser function information and are usually displayed on a monitor. All operations are performed on the keyboard. Work surfaces around the keyboard and the computer are covered with hormica (common name of surface finishing material) or the like to maintain cleanliness and long life.

次の第8図は、ヘリウム・カドミウム(HeCd)レーザ
ー100と光学的構成要素が、電子キャビネットとチャン
バーのアセンブリ102の上部に設置されていることを示
す。レーザーおよび光学的構成要素を載せた基盤には、
分離されたカバーを取外すことによって、サービスのた
めにアクセスすることが可能である。安全上、カバー錠
を解錠するには特殊工具を必要とし、カバーを取外した
場合はインターロック・スイッチが動作する。インター
ロックは、いずれのカバーが取外されても、レーザービ
ームを遮断するようにソレノイドで制御されるシャッタ
ーを作動させる。
FIG. 8 below shows that a helium-cadmium (HeCd) laser 100 and optical components are installed on top of an electronic cabinet and chamber assembly 102. The base with the laser and optical components
By removing the separated cover, access for service is possible. For safety reasons, a special tool is required to unlock the cover lock, and when the cover is removed, the interlock switch operates. The interlock activates a solenoid controlled shutter to block the laser beam, regardless of which cover is removed.

第8図に示すように、光学系基盤上には、シャッター
アセンブリ104、2個の90度ビーム方向変換ミラー106,1
08、ビーム拡大器110、X−Y軸走査ミラーアセンブリ1
12、および精密光学的窓114が設置されている。回転式
ソレノイド駆動シャッターは、レーザー出力部に設置さ
れ、安全インターロックが開放された時ビームを遮断す
るように回転する。90度ビーム方向変換ミラー106,108
は、次の光学的構成要索に向けてレーザービームを反射
する。ビーム拡大器110は、レーザービームを拡大した
上で液体表面に焦点を合わせる。高速走査ミラーは、ト
レースされるべき樹脂上のベクトルにレーザービームを
向ける。2個のミラーが付属した2軸型ガルバノミラー
走査ヘッドは、マサチューセッツ、ウォタータウンのゼ
ネラル・スキャニング社から販売されているものであ
り、この目的を十分満足するものであることが確認され
ている。好ましい実施態様では、DX−2005型サーボ、XY
−0507型ガルバノミラーX−Y走査ヘッドを使用した。
光学的容器と反応チャンバーとの間の石英製窓114は、
レーザービームのみを反応チャンバー内に向って通過さ
せ、その他については、二つの領域を隔離するものであ
る。
As shown in FIG. 8, a shutter assembly 104 and two 90-degree beam redirecting mirrors 106 and 1 are provided on the optical system base.
08, beam expander 110, XY axis scanning mirror assembly 1
12, and a precision optical window 114 is provided. A rotary solenoid driven shutter is located at the laser output and rotates to block the beam when the safety interlock is opened. 90 degree beam redirecting mirrors 106,108
Reflects the laser beam towards the next optical component. The beam expander 110 expands the laser beam and focuses on the liquid surface. The fast scanning mirror directs the laser beam at a vector on the resin to be traced. A two-axis galvo mirror scan head with two mirrors is available from General Scanning, Watertown, Mass., And has been found to be sufficient for this purpose. In a preferred embodiment, the DX-2005 servo, XY
A type-0507 galvanometer mirror XY scanning head was used.
The quartz window 114 between the optical container and the reaction chamber
Only the laser beam is passed into the reaction chamber and the others isolate the two regions.

チャンバーのアセンブリには、環境調整されたチャン
バーがあり、その中には、台、樹脂容器、昇降機、およ
びビームプロファイル測定用センサーが設置されてい
る。
In the chamber assembly, there is an environment-conditioned chamber in which a table, a resin container, a lift, and a sensor for measuring a beam profile are installed.

物体を形成するためのチャンバーは、操作者の保護を
考慮し、かつ均一な操作状態を保つように設計されてい
る。チャンバーは、約40℃(104゜F)に加温され、空気
はフィルターを通して循環している。天井灯は樹脂容器
および作業表面を照明している。入口ドアのインターロ
ックは、ドアが開放された時レーザービームを遮断する
ようにシャッターを動作させる。
The chamber for forming the object is designed in consideration of the protection of the operator and to maintain a uniform operation state. The chamber was warmed to about 40 ° C (104 ° F) and air was circulating through the filter. Ceiling lights illuminate the resin container and work surface. An entrance door interlock activates a shutter to block the laser beam when the door is opened.

樹脂容器は、樹脂の取扱いを最少にするように考慮し
て設計されている。またこの樹脂容器は、チャンバー内
において、該樹脂容器を昇降機および台と整列させるガ
イド上に取付けられる。
The resin container is designed with minimal handling of the resin. The resin container is mounted in a chamber on a guide for aligning the resin container with an elevator and a table.

物体は、垂直軸昇降機、すなわちZステージに取付け
られた台上で形成される。台は、樹脂容器内に浸され、
物体が形成されている間に亘って、徐々に下降するよう
に調整される。形成された物品を取外すには、その部品
を容器の上方の位置まで上げる。そのあと、台は昇降機
から切離され、次の工程のためチャンバーから取外され
る。通常は、樹脂のこぼれを受けるために処理皿が使用
される。
The object is formed on a vertical axis elevator, ie, a table mounted on a Z stage. The table is immersed in a resin container,
It is adjusted so that it gradually descends while the object is being formed. To remove the formed article, raise the part to a position above the container. Thereafter, the platform is disconnected from the elevator and removed from the chamber for the next step. Usually, a processing dish is used to receive resin spills.

この発明の好ましい実施態様に関する二個のビームプ
ロファイル測定用センサー116と118は、樹脂容器の両側
に設置され、レーザー光学システムの焦点は、センサー
位置に合致するように調整される(すなわち、ガルバノ
ミラー走査装置から液体表面の0.3インチ(約0.8センチ
メートル)下の点までの距離と同じ距離をガルバノミラ
ー走査装置からの動径方向の距離として取付けられる;
第7A−7B図参照)。走査ミラーは、強度プロファイルを
測定するビームプロファイル測定用センサーの上にレー
ザービームを向けるように定期的に指令される。強度デ
ータは、強度値を表すプロファイルとして、あるいは全
体の(積分された)ビーム強度を表す単一の数字とし
て、端末上に表示される。この情報は、反射鏡が汚れて
いないか、アラインメントが取れているかどうか、レー
ザーが動作しているか、走査ミラーが経時的位置ずれを
もっているか、また、どのようなパラメータ値により所
望の厚さと幅を有して硬化されるベクトルを得ることが
できるかを決定するのに利用される。
Two beam profile measurement sensors 116 and 118 according to a preferred embodiment of the present invention are installed on both sides of the resin container, and the focus of the laser optical system is adjusted to match the sensor position (ie, a galvanomirror). The same distance as the distance from the scanner to a point 0.3 inches (about 0.8 centimeters) below the liquid surface is mounted as the radial distance from the galvanometer mirror scanner;
(See FIGS. 7A-7B). The scanning mirror is periodically commanded to direct the laser beam over a beam profile measurement sensor that measures the intensity profile. The intensity data is displayed on the terminal as a profile representing the intensity value or as a single number representing the overall (integrated) beam intensity. This information includes whether the reflector is clean and aligned, whether the laser is operating, whether the scanning mirror is displaced over time, and what parameter values determine the desired thickness and width. It is used to determine if a hardened vector can be obtained.

ビームプロファイル測定用センサー116と118は、樹脂
容器の中心に対して対称的な位置に設置される(第7A図
参照)。必ずしも必要ではないが、これらは、容器中心
を基準にしたX方向およびY方向の座標が同じとなるこ
と(反対の符号で)が望ましい。換言すれば、これら
は、立体造形装置の対角上にある。このような、容器中
心を基準にしたX方向およびY方向の座標を、以下、
「オフセット値」と呼ぶことにする。第7A図において、
ビームプロファイル測定用センサー116と118は、チャン
バーのアセンブリの角に図示されている。チャンバーの
アセンブリ上方の光学系基盤上にある二番目の走査ミラ
ーから各ビームプロファイル測定用センサーの開口部ま
での距離は、液体と走査ミラーの間の所望の距離に若干
の増分を加えた焦点距離に等しい。以下、液体と走査ミ
ラーの間の所望の距離に若干の増分を加えた焦点距離を
指して、液体と走査ミラーの間の距離と「光学的に同等
の距離」ということとする。3Dシステムズ社から販売し
ているSLA−1(第6、7A、7B図に示す)では、走査ミ
ラーから液体までの距離は、約27インチ(約69センチメ
ートル)であり、上記の若干の増分は、0.3インチ(約
0.8センチメートル)である。従って、焦点距離は約27.
3インチ(約69.8センチメートル)となる。光重合性液
体と光学的に同等な距離だけ、ビームプロファイル測定
用センサー116および118を二番目の走査ミラーから離間
させることは、SLA−1樹脂容器内の光重合性液体の指
定された表面に関する、最良の平均的焦点像を検出でき
る効果を有する。樹脂容器の中心において、光重合性液
体が所望の水準にある場合、レーザービームの焦点距離
は、その光重合性液体の表面より0.3インチ(約0.8セン
チメートル)下方となる。樹脂容器中心の光重合性液体
におけるビーム焦点像は、あまり変化しない。SLA−1
の12インチ樹脂容器の角における焦点距離は、光重合性
液体の表面から約1インチ(約2.5センチメートル)上
方である。焦点距離は、光重合性液体表面の中心周り半
径4.2インチ(約10.7センチメートル)の円上におい
て、表面上となる。焦点距離にビームプロファイル測定
用センサーを配することは、光重合性液体の表面が、大
抵レーザーの焦点距離にないことを考慮して、最適なビ
ームプロファイルを得ることを意図したものである。
The beam profile measuring sensors 116 and 118 are installed at symmetrical positions with respect to the center of the resin container (see FIG. 7A). Although not necessary, it is desirable that these have the same coordinates (with opposite signs) in the X and Y directions with respect to the container center. In other words, they are on the diagonal of the 3D modeling device. The coordinates in the X direction and the Y direction based on the center of the container will be described below.
It will be referred to as “offset value”. In FIG. 7A,
Beam profile measurement sensors 116 and 118 are shown in the corner of the chamber assembly. The distance from the second scanning mirror on the optics base above the chamber assembly to the aperture of each beam profile measurement sensor is the focal length of the desired distance between the liquid and the scanning mirror plus a small increment. be equivalent to. Hereinafter, a focal length obtained by adding a slight increment to a desired distance between the liquid and the scanning mirror is referred to as an “optically equivalent distance” as the distance between the liquid and the scanning mirror. In the SLA-1 sold by 3D Systems (shown in Figures 6, 7A and 7B), the distance from the scanning mirror to the liquid is about 27 inches (about 69 centimeters), with a slight increase in the above. Is 0.3 inches (about
0.8 cm). Therefore, the focal length is about 27.
3 inches (about 69.8 cm). Separating the sensors 116 and 118 for measuring the beam profile from the second scanning mirror by an optically equivalent distance to the photopolymerizable liquid may be associated with a designated surface of the photopolymerizable liquid in the SLA-1 resin container. Has the effect of detecting the best average focus image. When the photopolymerizable liquid is at the desired level at the center of the resin container, the focal length of the laser beam will be 0.3 inches (about 0.8 centimeters) below the surface of the photopolymerizable liquid. The beam focus image in the photopolymerizable liquid at the center of the resin container does not change much. SLA-1
The focal length at the corner of the 12 inch resin container is about 1 inch (about 2.5 centimeters) above the surface of the photopolymerizable liquid. The focal length is on the surface of a circle with a radius of 4.2 inches (about 10.7 centimeters) around the center of the photopolymerizable liquid surface. The arrangement of the sensor for measuring the beam profile at the focal length is intended to obtain an optimal beam profile, taking into account that the surface of the photopolymerizable liquid is usually not at the focal length of the laser.

第9A図は、この発明に関する装置の好ましい実施態様
のビームプロファイル測定用センサー35の断面図であ
り、第9B図は、ビームプロファイル測定用センサーに使
用されるピンホール板の上部平面図である。ビームプロ
ファイル測定用センサーには異なる大きさの四つのピン
ホール(通路)45が食刻されたステインレス薄鋼板40が
ある。好ましい実施態様におけるこれらのピンホールの
直径は、0.0005インチ、0.001インチ、0.002インチ、お
よび0.004インチ(約0.01ミリメートル、約0.03ミリメ
ートル、約0.05ミリメートル、および約0.1ミリメート
ル)である。各ピンホールは、薄鋼板40の下方にある光
検知器55に届くようにピンホール上に入射する少量のレ
ーザービーム50を通過させる。数個のピンホールを設け
ているその目的は、広範な入射パワーを有するビームの
プロファイル測定を可能とすることである。1個のピン
ホールが、与えられた入射パワーを有するビームの強度
プロファイルの測定に充てられる。SLA−1型に使用さ
れているヘリウム・カドミウム・レーザーでは、直径2
ミル(約0.03ミリメートル)の1個のピンホールで目的
を満足できることが判明した。ビームは、ビーム強度の
2次元的プロファイルを形成するため、選択したピンホ
ールのX列およびY列に沿って走査される。
FIG. 9A is a cross-sectional view of a beam profile measuring sensor 35 of a preferred embodiment of the apparatus according to the present invention, and FIG. 9B is a top plan view of a pinhole plate used in the beam profile measuring sensor. The beam profile measuring sensor includes a stainless steel sheet 40 in which four pinholes (passages) 45 of different sizes are etched. The diameter of these pinholes in the preferred embodiment is 0.0005 inches, 0.001 inches, 0.002 inches, and 0.004 inches (about 0.01 millimeter, about 0.03 millimeter, about 0.05 millimeter, and about 0.1 millimeter). Each pinhole passes a small amount of laser beam 50 incident on the pinhole to reach a photodetector 55 below the thin steel plate 40. The purpose of providing several pinholes is to enable profile measurement of a beam with a wide range of incident power. One pinhole is dedicated to measuring the intensity profile of a beam with a given incident power. The helium-cadmium laser used in SLA-1 has a diameter of 2
It has been found that a single pinhole in the mill (approximately 0.03 mm) satisfies the purpose. The beam is scanned along X and Y columns of the selected pinhole to form a two-dimensional profile of beam intensity.

第7A図および特に第9A図に図示の通り、ビームプロフ
ァイル測定用センサー35は、二個の収納部60を有してい
る。光ビーム50は、第9A図の右側から入り、左側に向っ
て移動する。樹脂容器がチャンバーのアセンブリ区画に
進入または該区画から進出した場合に、ビームプロファ
イル測定用センサーが樹脂容器に衝突することを防ぐた
めに、ビームプロファイル測定用センサーは、チャンバ
ーのアセンブリ区画の角に設置される(第7A図参照)。
As shown in FIG. 7A and particularly FIG. 9A, the beam profile measuring sensor 35 has two storage sections 60. The light beam 50 enters from the right side of FIG. 9A and moves toward the left side. In order to prevent the beam profile measurement sensor from colliding with the resin container when the resin container enters or exits the assembly section of the chamber, the beam profile measurement sensor is installed at a corner of the assembly section of the chamber. (See Figure 7A).

第9A図に戻り、ビームプロファイル測定用センサー35
は、2個の分離された収納部60、ピンホール板40、およ
び紫外線透過フィルター70により構成され、このフィル
ター70は、可視光線を吸収し、可視光線に起因する偽の
読取りを防止する。フィルター70は、Schott YG−11型
の2ミリメータ厚のフィルター・ガラスで、これは、好
ましい実施態様のこの目的に合致することがわかってい
るものである。このフィルターは、波長範囲300−310ナ
ノメータで適正な透過特性を有し、他の波長では非常に
小さい透過率を有している。HOYA・U−350型の1ミリ
メートル厚のフィルター材料もまた目的に合致する。
Returning to FIG. 9A, the beam profile measurement sensor 35
Is comprised of two separate storage sections 60, a pinhole plate 40, and an ultraviolet transmission filter 70, which absorbs visible light and prevents false readings due to visible light. Filter 70 is a 2 millimeter thick filter glass of the Schott YG-11 type, which has been found to meet this purpose of the preferred embodiment. This filter has adequate transmission characteristics in the wavelength range of 300-310 nanometers, and has very low transmittance at other wavelengths. A one millimeter thick filter material of the type HOYA U-350 also meets the purpose.

収納部内のフィルター70の下方に光ダイオードセンサ
ー55があり、このセンサーは、ピンホール45からフィル
ター70を通過する紫外光を検出する。EEG Vactec,VTS3
072型超青色増強光ダイオードがこの目的に合致するこ
とが判明した。この光ダイオードからの出力は、電流電
圧増幅器(図示せず)に送られる。OP07型電流電圧増幅
器は、その使用法が当業者によく知られており、この目
的に使用出来ることが判明した。
Below the filter 70 in the housing is a photodiode sensor 55, which detects ultraviolet light passing through the filter 70 from the pinhole 45. EEG Vactec, VTS3
It has been found that a type 072 super blue enhanced photodiode is suitable for this purpose. The output from the photodiode is sent to a current-voltage amplifier (not shown). OP07 type current-voltage amplifiers are well known to those skilled in the art and have been found to be usable for this purpose.

ビームプロファイル測定用センサー35のピンホール板
40は、石英フィルター(図示せず)で覆われている。石
英フィルターは、清掃可能であり、ビームプロファイル
測定用センサーを塵埃や光重合性液体の滴下から保護す
る。光センサーがビームに対して垂直でない場合におい
て内部反射を防止し、誤った形状の測定を防止するた
め、石英フィルターは、被覆されるべきである。オプシ
ョンとして、ピンホール間においては光拡散体(図示せ
ず)を使用することができる。これは、フィルターを支
援し光学的構成要素の損傷を防ぐためである。
Pinhole plate for beam profile measurement sensor 35
40 is covered with a quartz filter (not shown). The quartz filter is cleanable and protects the beam profile measurement sensor from dripping of dust and photopolymerizable liquid. The quartz filter should be coated to prevent internal reflections and prevent false shape measurements when the light sensor is not perpendicular to the beam. Optionally, a light diffuser (not shown) can be used between the pinholes. This is to assist the filter and prevent damage to the optical components.

第10図は、この発明の好ましい実施態様の装置を示す
ブロック図である。この発明に必須なのは、制御および
解析用のコンピュータである。このコンピュータは、プ
ロクラム、キーボード等からの入力を受け、プリンター
または端末等を経てその結果を表示することができる。
制御および解析用コンピュータは、XY走査ミラーを調節
するミラー位置決めシステムにミラー位置決め命令を伝
送する。レーザービームは、XY走査ミラーに到達するよ
うに第8図に示した光学系によって焦点を合わせられ、
これらのミラーによってビームプロファイル測定用セン
サーの一つに向けられる。経時的位置ずれ修正の目的の
ため、2個のビームプロファイル測定用センサーの使用
を推奨する。ビームプロファイル測定用センサーからの
信号は、コンピュータによって読込める信号に変換され
る。その後この信号は後述するように処理されるべく、
制御および解析用コンピュータに返送される。
FIG. 10 is a block diagram showing an apparatus according to a preferred embodiment of the present invention. Essential to this invention is a computer for control and analysis. The computer can receive an input from a program, a keyboard, or the like, and display the result via a printer, a terminal, or the like.
The control and analysis computer transmits mirror positioning instructions to a mirror positioning system that adjusts the XY scanning mirror. The laser beam is focused by the optics shown in FIG. 8 to reach the XY scanning mirror,
These mirrors point to one of the sensors for measuring the beam profile. For the purpose of correcting misregistration over time, it is recommended to use two sensors for measuring the beam profile. The signal from the beam profile measurement sensor is converted into a signal that can be read by a computer. This signal is then processed as described below.
Returned to control and analysis computer.

物理的に言えば、この発明によるビームプロファイル
測定方法は、ピンホールの最適既知位置上に中心を有す
るピンホール板の各アレイ点へビームを移動させるもの
である。その結果、ビームの複数の異なる領域がピンホ
ール上に照射し、該ピンホールを通って伝送され光ダイ
オードにより検出され、コンピュータで解析可能な数値
信号に変換される。ビームの異なる領域の強度プロファ
イルは、コンピュータによって作成される(第13図参
照)。これがビームの“強度プロファイル”である。
Physically speaking, the beam profile measuring method according to the present invention moves a beam to each array point of the pinhole plate centered on the optimal known position of the pinhole. As a result, different regions of the beam illuminate the pinhole, are transmitted through the pinhole, are detected by the photodiodes, and are converted into numerical signals that can be analyzed by a computer. Intensity profiles for different areas of the beam are generated by a computer (see FIG. 13). This is the "intensity profile" of the beam.

第11A図は、この発明の好ましい実施態様によるビー
ムプロファイルの作成方法を示した機能ブロック図であ
る。ビームプロファイル測定用センサー上のピンホール
の最適既知位置は、制御および解析用コンピュータによ
りメモリーから呼出され、この最適既知位置にビームを
向けるようにXY走査ミラーを位置させるために、ミラー
位置決めシステムに伝送される。ビーム位置決めシステ
ムを通して、制御および解析用コンピュータは、最適既
知位置上に中心を有する各点の方形アレイの最初の行内
の最初の列にビームを移動させる。その後、ビームプロ
ファイル測定用センサーによって検出されたピンホール
に入射するビーム部分の強度が読み込まれ、その強度に
関連するミラー位置決め命令と共に記憶される。次に、
ビームは、ある特定の行または列上のアレイ点の最初か
ら最後まで移動され、強度値の読み込みと記憶段階が繰
り返される。そして、次に列または行のアレイを最初か
ら最後まで移動し、移動と読込みの段階が各列または行
についておこなわれる。
FIG. 11A is a functional block diagram showing a method for creating a beam profile according to a preferred embodiment of the present invention. The best known position of the pinhole on the beam profile measurement sensor is retrieved from memory by the control and analysis computer and transmitted to the mirror positioning system to position the XY scanning mirror to direct the beam to this best known position. Is done. Through the beam positioning system, the control and analysis computer moves the beam to the first column in the first row of a rectangular array of points centered on the best known location. Thereafter, the intensity of the portion of the beam incident on the pinhole detected by the beam profile measurement sensor is read and stored along with a mirror positioning instruction associated with the intensity. next,
The beam is moved from beginning to end of an array point on a particular row or column, and the steps of reading and storing intensity values are repeated. The column or row array is then moved from beginning to end, and the move and read steps are performed for each column or row.

その結果、ビーム強度の読みは、アレイ上の各位置に
対しておこなわれることになる(“位置’はミラー位置
決め命令の組として、コンピュータにとって既知であ
る)。強度値の配列の、制御および解析用コンピュータ
によって実施される標準的解析が、ピンホールの新規最
適既知位置を発生するために一般的に実施される(次
回、プロファイル走査の最初の段階を処理するのに使用
するため)。これは、実際に解析中の詳細な機能とは関
係なく行われるものである(第12図参照)。この方法に
よれば、この計算された最適既知位置は、非常に正確で
あり、ピンホールの大きさよりずっと高い精度が得られ
ることが判明した。適当数の場所が見出され、記憶され
た場合、この制御システムは、これらの場所、またはあ
る中間の場所へビームを移動するために、2軸線型の直
線補間をしてこれらの値を使用することができる。
As a result, a beam intensity reading will be made for each position on the array ("position" is known to the computer as a set of mirror positioning instructions). Control and analysis of the array of intensity values A standard analysis performed by a production computer is generally performed to generate a new optimal known position of the pinhole (to be used next time to process the first stage of the profile scan). This is done irrespective of the detailed function actually being analyzed (see Fig. 12.) According to this method, the calculated optimal known position is very accurate and the pinhole size It has been found that much higher accuracy can be obtained, and if the appropriate number of locations are found and stored, the control system will move the beam to these locations, or some intermediate location. To can use these values to the linear interpolation of 2 axes type.

第11B図は、ビーム移動方法と第10A図に関連して説明
した方法を実施する機能ブロック図である。ビームを移
動するための最初の段階は、XY走査ミラーのサーボ機構
に対して所望の場所に関するビーム位置決め情報を伝送
することである。その後、サーボ機構(アナログ式また
はディジタル式いずれでもよい)は、新規場所にXY走査
ミラーの位置を定めるため、ミラー駆動機に信号を伝送
する。XY走査ミラーのサーボ機構は、ミラー駆動機の実
際の位置を測定し、実際の位置と所望の位置とを比較
し、適切に駆動信号を調節する。調節は、所望の場所に
ついての指定値内で続行される。
FIG. 11B is a functional block diagram for implementing the beam moving method and the method described in connection with FIG. 10A. The first step in moving the beam is to transmit beam positioning information about the desired location to the XY scanning mirror servo mechanism. The servo mechanism (either analog or digital) then sends a signal to the mirror driver to position the XY scanning mirror at the new location. The servo mechanism of the XY scanning mirror measures the actual position of the mirror driver, compares the actual position with the desired position, and adjusts the drive signal appropriately. Adjustment is continued within the specified values for the desired location.

第11C図は、ビームの強度を読む方法とこの発明の好
ましい実施態様の方法を遂行するための方法を示した機
能ブロック図である。第1段階は、ピンホールを通過し
た光の総量を、その光の量に比例する信号に変換するこ
とである。好ましい実施態様では、この工程は、ピンホ
ールとフィルターを通して入射する光を測定する光ダイ
オードによって遂行されている。光ダイオードからの電
流は、光ダイオードが受けた光の量に比例する信号を発
生する電流電圧増幅器に伝送される。信号を増幅(これ
は強度に比例する)して広範な測定値を提供すること
は、そうしなければ読み落とされてしまうビームのふち
に関して、小さいが十分な読みを得るために重要であ
る。
FIG. 11C is a functional block diagram illustrating a method for reading beam intensity and a method for performing the method of the preferred embodiment of the present invention. The first step is to convert the total amount of light passing through the pinhole into a signal proportional to the amount of light. In a preferred embodiment, this step is performed by a photodiode that measures the light incident through the pinhole and the filter. The current from the photodiode is transmitted to a current-to-voltage amplifier that generates a signal proportional to the amount of light received by the photodiode. Amplifying the signal (which is proportional to intensity) to provide a wide range of measurements is important for obtaining small but sufficient readings for the beam edges that would otherwise be missed.

次の段階は、この信号が数値解析用のディジタル形式
に変換された後、受光量に比例した信号を測定すること
である。
The next step is to measure a signal proportional to the amount of received light after this signal has been converted to a digital form for numerical analysis.

第12図は、その工程と解析を図示した機能ブロック図
であり、この解析は、第11A図で説明した方法と関連が
ある。本図に示すように、種々の工程と解析をメニュー
から選択することができ、その中の最初の5つは、第11
A図のプロファイル走査ルーチンに連絡するものであ
る。最初の段階は、第11A図で説明した方法により、ビ
ームの強度プロファイルを走査することである。強度プ
ロファイルは、数字またはグラフ形式で表示することが
できる。オプションとして、使用したピンホールの新規
最適既知位置と同様に強度プロファイルからパワーを計
算することができる。他の可能な工程は、ビーム強度プ
ロファイルに関連して発生したデータを履歴ファイルに
加え、該履歴ファイル表示のオプションを設けることで
ある。その外に可能な工程は、一般的には第二の別のセ
ンサ(好ましい実施態様の場合は他のビームプロファイ
ル測定用センサー)をも走査して、ミラー位置決めシス
テムの経時的位置ずれ情報を計算し表示することであ
り、次に該経時的位置ずれに関するオフセット値とゲイ
ン値とを計算し表示することである。ほかの工程は、プ
ロファイルの強度を合計し、それにパワー変換率を掛け
ることを含んだ、ビームのパワーを計算し表示する工程
である。
FIG. 12 is a functional block diagram illustrating the steps and analysis, and this analysis is related to the method described in FIG. 11A. As shown in this figure, various steps and analyzes can be selected from the menu, the first five of which are the eleventh.
The profile scanning routine shown in FIG. The first step is to scan the beam intensity profile according to the method described in FIG. 11A. The intensity profile can be displayed in numerical or graphical form. Optionally, the power can be calculated from the intensity profile as well as the new optimal known position of the pinhole used. Another possible step is to add the data generated in connection with the beam intensity profile to the history file and provide an option for displaying the history file. An additional possible step is to generally also scan a second, separate sensor (in the preferred embodiment, another sensor for measuring the beam profile) to calculate the displacement information over time of the mirror positioning system. Then, an offset value and a gain value relating to the temporal displacement are calculated and displayed. Another step is to calculate and display the beam power, including summing the profile intensities and multiplying by the power conversion factor.

パワー変換率は、例えば、既知パワーのビームによる
プロセスを利用して決定することもできるし、較正され
たセンサーのパワーと計算されたパワーを比較して必要
なパワー倍率をきめることによっても決定可能である。
ほかの機能としては、焦点情報を計算し表示することが
挙げられ、それは、焦点情報を計算するのに使用する強
度データの特別変換を利用するオプションによるもので
もよく、また、光重合性液体の硬化痕の形状や大きさを
予測するため既知の樹脂特性を使用することによるもの
でもよい。他の可能な機能としては、起動(部品を作る
ための)および試験等のために所望の場所へビームを移
動することが挙げられ、ここで新規場所からのセンサー
探索またはプロファイル走査のオプションを設けること
も可能である。有用な機能は、渦巻状移動読取方式でセ
ンサーのピンホールを探索することである。これは、ピ
ンホールの最適既知場所が正確でない場合、すなわちア
レイのトレースをピンホールの最適既知場所を通り過ぎ
て行ってしまう場合に、必要であるかもしれない。次の
段階は、試験またはプロファイル走査により確認(ピン
ホール場所の)を行うことである。また別な機能は、較
正にビームプロファイル測定用センサーを使用すること
であり、それは、光重合性液体の表面に相当する表面に
対する較正図を得る間に経時的位置ずれの測定を行うこ
とを含む。最後の機能は、最適既知場所、尺度率、樹脂
特性等の変数をコンピュータに記憶する事である。
The power conversion factor can be determined, for example, using a process with a beam of known power or by comparing the calibrated sensor power with the calculated power to determine the required power magnification. It is.
Other features include calculating and displaying focus information, which may be due to the option of utilizing a special transformation of the intensity data used to calculate the focus information, It may be based on the use of known resin properties to predict the shape and size of the cure mark. Other possible functions include moving the beam to a desired location for start-up (to make a part), testing, etc., where the option to search for a sensor from a new location or scan a profile is provided. It is also possible. A useful function is to search for sensor pinholes in a spiral motion reading mode. This may be necessary if the best known location of the pinhole is not accurate, i.e., if the trace of the array is going past the best known location of the pinhole. The next step is to verify (by pinhole location) by testing or profile scanning. Yet another feature is to use a sensor for beam profile measurement for calibration, which involves making a measurement of misregistration over time while obtaining a calibration diagram for a surface corresponding to the surface of the photopolymerizable liquid. . The last function is to store variables such as optimal known location, scale factor, resin properties, etc. in the computer.

第13図は、この発明の好ましい実施態様によるレーザ
ービームの強度プロファイルの見本図である。その数値
は、この発明の好ましい実施態様から測定されたビーム
強度に相当する。数値は、表示の読みを容易にするため
整数に変換して示した。
FIG. 13 is a sample diagram of an intensity profile of a laser beam according to a preferred embodiment of the present invention. That number corresponds to the beam intensity measured from the preferred embodiment of the present invention. Numerical values are converted to integers for easy reading of the display.

この発明によって発生した強度プロファイルは、ビー
ムパワーを計算するのに使用することができるし、光重
合性液体の硬化痕(UV光のビームにさらされることによ
り凝固した光重合性液体)の形状と大きさを予測するた
めに使用される。以下にその検討結果を説明する。
The intensity profile generated by the present invention can be used to calculate beam power and to determine the shape of the cured trace of the photopolymerizable liquid (the photopolymerizable liquid solidified by exposure to a beam of UV light). Used to predict size. The results of the study are described below.

ビーム強度は、ビームがピンホール板上のアレイの各
々に向けられた際にビームプロファイル測定用センサー
で測定され、そのピンホール板は、一般に、ビームの光
路に対して垂直な平面である。この表面上のX方向およ
びY方向は、一個またはそれ以上の走査ミラーが回転す
る場合の、ビームが動く方向に一致する。
Beam intensity is measured with a beam profile measurement sensor when the beam is directed at each of the arrays on the pinhole plate, which is generally in a plane perpendicular to the beam path. The X and Y directions on this surface correspond to the directions in which the beam moves as one or more scanning mirrors rotate.

X方向およびY方向のアレイの座標はそれぞれ1から
i max,と1からj maxである。(一般に、i maxとj max
とはそれぞれ22である)。
The coordinates of the array in the X and Y directions are each from 1
i max, and 1 to j max. (Generally, i max and j max
Is 22).

一般に、ビームはアレイの中を、ビームがある点に滞
在する時間よりもずっと短い移動時間をもって、点から
点に移動する。点と点との間隔は、 S(mm)=走査ステップ/尺度率 [1] である。
Generally, a beam moves from point to point in the array with a transit time much shorter than the time the beam spends at a point. The interval between points is: S (mm) = scan step / scale factor [1].

走査ステップは、一般に4“ビット”で、尺度率は普
通140ビット/mmである。走査ミラーはそれぞれ40度の光
ビーム回転で、65535(64K)の異なる位置を得ることが
出来る。これは、換言すれば、XまたはY軸に沿う1ビ
ットが6.104×10-4度の回転に相当することを意味す
る。ミラーから液体表面への距離は約27インチ(約69セ
ンチメートル)であるので、この回転角度は2.875×10
-4インチ(7.303×10-3mm)すなわち、それと同等の137
ビット/mm即ち約140ビット/mmに相当する。
The scanning step is typically 4 "bits" and the scaling factor is typically 140 bits / mm. Each of the scanning mirrors can obtain 65535 (64K) different positions with a light beam rotation of 40 degrees. This means, in other words, that one bit along the X or Y axis corresponds to a rotation of 6.104 × 10 -4 degrees. Since the distance from the mirror to the liquid surface is about 27 inches (about 69 centimeters), this rotation angle is 2.875 × 10
-4 inches (7.303 × 10 -3 mm), or 137 equivalent
Bits / mm, or about 140 bits / mm.

アレイの領域はビーム全体にわたる必要がある(ビー
ムに関する最多情報を作成するためであると同時に、ビ
ーム全体の測定がビームパワー較正に必要だからであ
る)。また、所望のビームプロファイルを分解するのに
は十分な点の数が必要である。一般に、このアレイ内の
各点の間隔は、そのビーム幅の10分の1未満である。ピ
ンホールの直径は、この分解能限界よりも小さくすべき
である。
The area of the array needs to span the entire beam (because it creates the most information about the beam, as well as the measurement of the entire beam is needed for beam power calibration). Also, a sufficient number of points is needed to resolve the desired beam profile. Generally, the spacing between each point in the array is less than one tenth of its beam width. The diameter of the pinhole should be smaller than this resolution limit.

“エレメント”は、アレイのある点(m,n)にビーム
を向けた時測定されたビームの一部分である。各エレメ
ント(m,n)は強度の読みI(m,n)をとる。m,nの文字
は、それぞれ、アレイ内のX,Y方向の位置即ちアレイ点
を意味する。第13図は、今検討したアレイ内の強度の読
みを示す。
An "element" is the portion of the beam measured when the beam is directed at a point (m, n) in the array. Each element (m, n) takes an intensity reading I (m, n). The letters m and n mean the positions in the X and Y directions in the array, that is, the array points. FIG. 13 shows the intensity readings in the array just discussed.

ビームパワーは個別に測定され、パワー較正係数K
は、次の方程式から導き出される。
The beam power is measured separately and the power calibration factor K
Is derived from the following equation:

パワー較正係数Kは、選択されたピンホール、測定シ
ステム、およびレーザー波長にのみ適用される。個別の
パワーの測定は、ビーム経路上の同数の光学的表面を通
過したのちのビームについて実施しなければならない。
また、これらの計算は、背景の光信号は除去されてお
り、また増幅器の増幅率は補償済であるという仮定に立
っている。
The power calibration factor K applies only to the selected pinhole, measurement system, and laser wavelength. Individual power measurements must be performed on the beam after passing through the same number of optical surfaces on the beam path.
These calculations also assume that the background optical signal has been removed and that the amplification factor of the amplifier has been compensated.

エレメント(m,n)におけるパワー/単位面積は次の
式によって得られる。
The power / unit area in the element (m, n) is obtained by the following equation.

強度(エレメントm,nに於て) =K×I(m,n)/S2(ワット/mm2) [3] これは、ビームが固定しているか移動しているかに関
係なく、エレメント(m,n)の微小面積によって経験さ
れた瞬時強度である。
Intensity (at element m, n) = K × I (m, n) / S 2 (Watts / mm 2 ) [3] This is independent of whether the beam is stationary or moving. m, n) is the instantaneous intensity experienced by the small area.

ビームがY軸に沿って速度V(mm/sec)で均一に移動
し、各エレメントを通過するのにS/Vと同じ時間をとる
場合、エレメント(m,n)から単位面積当り吸収された
露出エネルギーは、以下のようになる。
If the beam travels uniformly along the Y axis at velocity V (mm / sec) and takes the same time as S / V to pass through each element, it is absorbed per unit area from element (m, n) The exposure energy is as follows.

エレメントの露出(m,n) =K×(I(m,n)/S2)・(S/V)(ジュール/m
m2) [4] これはビームの特定のエレメント(m,n)から単位面
積当り吸収された露出エネルギーである。ビーム全体合
計露出量(吸収されたビームエネルギー)は、以下のよ
うになる。
Exposure of the element (m, n) = K × (I (m, n) / S 2) · (S / V) ( Joules / m
m 2 ) [4] This is the exposure energy absorbed per unit area from a particular element (m, n) of the beam. The total beam exposure (absorbed beam energy) is as follows:

mにおける露出 =K×ΣI(m,n)/S2×(S/V)(ジュール/mm2) [5] 物理的に言えば、この方程式は、ビームが、上記でエ
レメントという用語を使用したビームの要素大きさに相
当する面積を有する領域にわたって、Y方向に横断する
状態を示すものである。その領域は、X座標mを有する
ビームの各エレメントと交差しており、したがって、n
が0からj maxまで変化すると、全エレメント(m,n)に
亘って、各mにおける1エレメントの面積を有する各領
域が露出されることになる。
Exposure at m = K × ΣI (m, n) / S 2 × (S / V) (joules / mm 2 ) [5] Physically speaking, this equation uses the term element as described above, where the beam is the element 5 shows a state of traversing in the Y direction over a region having an area corresponding to the element size of the beam. The area intersects with each element of the beam having the X coordinate m, thus n
Changes from 0 to jmax, each region having an area of one element at each m is exposed over all the elements (m, n).

上記で説明した計算は、個々のエレメントに基づいて
いるが、積分値を使用することもできることは明白であ
る。移動は便宜上Y軸に沿うと仮定している。他の角度
でも簡単に求めることが可能であり、そのことはビーム
が非対称であるならば必要である。
Although the calculations described above are based on individual elements, it is clear that integral values can also be used. The movement is assumed to be along the Y axis for convenience. Other angles can easily be determined, which is necessary if the beam is asymmetric.

変数SSおよびSPに対応する速度Vは次の通りである。 The speeds V corresponding to the variables SS and SP are as follows.

V=(SS/尺度率)(SP/100,000)(mm/sec) [6] ここで SS=ステップの大きさ(ビット/ステップ) 一般的に尺度率は140ビット/mmである。 V = (SS / scale rate) (SP / 100,000) (mm / sec) [6] where SS = step size (bits / step) Generally, the scale rate is 140 bits / mm.

SP/100,000=ステップ周期(秒) (SP単位は10マイクロ秒と同じ単位である) である。また 1E6=1,000,000は、ジュール/mmとジュール/m2または
マイクロジュール/mm2との間の変換係数である。
SP / 100,000 = step period (second) (SP unit is the same unit as 10 microseconds). 1E6 = 1,000,000 is the conversion factor between joules / mm and joules / m 2 or microjoules / mm 2 .

方程式5および6は、センサー、または、ビームがY
方向に移動した場合の、位置mの微小面積での、Z=0
によって表わされる液体(光重合性液体)表面に於ける
総露出(強度出力即ちエネルギー)を計算するために組
み合わせて使用できる。すなわち、 (m,Z=0)における露出; 最後に、液体に浸透するビームの吸収は、Beerの法則
に従って補正することができる。
Equations 5 and 6 show that the sensor or beam is Y
Z = 0 in a small area at position m when moving in the direction
Can be used in combination to calculate the total exposure (intensity output or energy) at the liquid (photopolymerizable liquid) surface represented by Ie, exposure at (m, Z = 0); Finally, the absorption of the beam penetrating the liquid can be corrected according to Beer's law.

E(m,Z)=E(m,o)×exp(−Z/λ) [8] ここで、 λは、浸透の深さである(mm) E(m,o)は表面における露出の合計であり、 E(m,z)は表面より下の深さZ(mm)における露出
である。
E (m, Z) = E (m, o) × exp (−Z / λ) [8] where λ is the depth of penetration (mm) E (m, o) is the exposure of the surface E (m, z) is the exposure at a depth Z (mm) below the surface.

減衰は、吸収に関して非線形性または時間依存性を有
していないと仮定できるので、 I(Z)=I(Z=0)×exp(−Z/λ) により簡単に表わされる。
Since it can be assumed that the attenuation has no nonlinearity or time dependence with respect to absorption, it is simply represented by I (Z) = I (Z = 0) × exp (−Z / λ).

上述の吸収についての簡略化された状況からのずれを
考慮し、前述の計算を適切も変更することが可能である
ことは明らかである。
Obviously, the above calculations can be modified as appropriate, taking into account the deviations from the simplified situation for the absorption described above.

光重合性液体は、もし露出が臨界値Ecより大きい場
合、ゲル状に硬化することが実験的に示されており、し
たがって、ある与えられたシステムに対する硬化したプ
ラスチックの硬化痕の形は、露出Ecを有する点の軌跡を
計算することにより予測が可能である。Ecは、各光重合
体について正確に、個別に測定することができる。“ゲ
ル・ポイント”は、“硬化している部分”対“硬化して
いない部分”の境界のみを与え、Ecに相当する深さ境界
以外の樹脂深さにおける露出勾配(浸透深さに関する)
は無視する。部品の強度は、より高い露出に関係あるも
のと思われ、従って吸収特性は最適(最高)硬化勾配を
与えるように選ぶべきである。また、勾配または浸透深
さはZ方向の最適有効解像度を制限する。それは、露出
の若干の変動(線ごとの変動など)は回避することが不
可能であり、そのため、露出のこの変動に従って硬化深
さが変化する結果となるからである。
Photopolymerizable liquids have been experimentally shown to cure to a gel if the exposure is greater than the critical value Ec, and therefore the shape of the cured trace of the cured plastic for a given system will be Prediction is possible by calculating the trajectory of the point having Ec. Ec can be accurately and individually measured for each photopolymer. The "gel point" gives only the boundary between "cured part" and "uncured part", and the exposure gradient at the resin depth other than the depth boundary corresponding to Ec (related to the penetration depth)
Is ignored. The strength of the part is likely to be related to the higher exposure, so the absorption properties should be chosen to give the optimum (highest) cure gradient. Also, the slope or penetration depth limits the optimal effective resolution in the Z direction. This is because slight variations in exposure (such as line-to-line variations) cannot be avoided, thus resulting in varying cure depths according to this variation in exposure.

あるX位置(m)に対する硬化深さZc(m)は次式に
より誘導される。
The cure depth Zc (m) for a given X position (m) is derived by the following equation.

Zc(m)=λ×ln(E(m,Z=0)/Ec) [9] 十分な信頼性と正確性とをもって測定したビームプロ
ファイルは、樹脂の化学特性のみによってきまる硬化深
さを予測するのに使用される。第14図は、それぞれXお
よびY軸に沿った予測の二つの例を図示したものであ
る。またプロファイル関数(m,Z)は、トレース幅を深
さ(および、適切な変更による“ビーム幅”と“最小表
面角”)の関数として自動的に予測することを可能にす
る。“バンジョー・トップ”、即ち、硬化した光重合性
液体の形状と大きさを直接決定するためにビームによっ
て硬化された硬化痕の形成および測定が必要なのは、チ
ェックのためのみである。第15図はバンジョー・トップ
のテスト走査の断面を示すもので、これは第14図と比較
してみるべきものである。
Zc (m) = λ × ln (E (m, Z = 0) / Ec) [9] The beam profile measured with sufficient reliability and accuracy predicts the curing depth determined only by the chemical properties of the resin Used to do. FIG. 14 illustrates two examples of prediction along the X and Y axes, respectively. The profile function (m, Z) also allows the trace width to be predicted automatically as a function of depth (and "beam width" and "minimum surface angle" with appropriate changes). The formation and measurement of the "banjo top", i.e., cure marks cured by the beam to directly determine the shape and size of the cured photopolymerizable liquid, is only for checking. FIG. 15 shows a cross section of a test scan of a banjo top, which should be compared with FIG.

予測したトレース痕のプロファイルを表示するため、
硬化深さ対位置の変換図がビームについて作図される。
ビームを横切る距離に対する変換率は簡単なものであ
り、単に、ピクセルすなわちグラフィック表示ブロック
に応じて、次元sとして走査の一行(または一列など)
を1個選択して求めればよい。このとき、深さの尺度
は、露出がe倍されるごとにλ/sピクセルである。唯一
の任意要素は深さのゼロ点であり、これは方程式9の露
出特性Ecまたは方程式7の同等係数に関連している。表
示される有効深さは、強度測定システムの動作範囲、お
よびI(m,n)における切り捨てがノイズ・レベルに近
いある適当な値以上であるかによって決定される。
To display the predicted trace trace profile,
A transformation diagram of cure depth versus position is plotted for the beam.
The conversion rate for the distance across the beam is straightforward, simply one row (or one column, etc.) of the scan as dimension s, depending on the pixel or graphic display block
May be selected and obtained. At this time, the depth scale is λ / s pixels each time the exposure is multiplied by e. The only optional element is the depth zero, which is related to the exposure characteristic Ec in Equation 9 or the equivalent factor in Equation 7. The displayed effective depth is determined by the operating range of the intensity measurement system and whether the truncation at I (m, n) is above some suitable value near the noise level.

〔較正および規格化〕[Calibration and standardization]

上記で指摘したように、立体造形装置において改良さ
れた精密性や正確性を得るために、作業媒体に対する反
応手段の位置を較正する装置や方法を具備することは望
ましいことである。この発明の好ましい実施態様の較正
手順では、CADスペース設計から“マップ”を作図し、
実際のSLAに対する命令を引き出すことが可能である。
いかなる自動造形システムにおいても、較正処理におい
て修正する必要のある異なる誤差の原因がいくつかあ
る。このシステム、は互いに近接した1対の走査ミラー
を有し、もしミラー角度に対しCAD次元の単純なマップ
が未修正のままであれば、針山状の歪みがもたらされ
る。これは、このシステムは、ミラーに最も近い表面上
の点からかなり遠い場所にまで広がる平らな表面をも造
形するからで、角度の一様増分は、その表面に累進的に
より大きな距離として投影するからである。これは、こ
のシステムにおける主要な歪みとなるが、その修正が計
算できるように幾何学的な予測を行うことが可能であ
る。しかしながら、補正を要する多くのその他の誤差や
歪みがあり、それらの多くは容易には予測できない。
As noted above, it is desirable to have an apparatus and method for calibrating the position of the reaction means with respect to the working medium in order to obtain improved precision and accuracy in the stereolithography device. The calibration procedure of the preferred embodiment of the present invention draws a "map" from the CAD space design,
It is possible to derive the instructions for the actual SLA.
In any automated modeling system, there are several sources of different errors that need to be corrected in the calibration process. This system has a pair of scanning mirrors in close proximity to each other, and if the simple map in CAD dimensions is left uncorrected for the mirror angle, needle-like distortion will result. This is because the system also models a flat surface extending far from a point on the surface closest to the mirror, so that a uniform increment of angle will project onto that surface as a progressively larger distance. Because. This is a major distortion in the system, but it is possible to make geometric predictions so that the correction can be calculated. However, there are many other errors and distortions that need to be corrected, many of which are not easily predictable.

この発明の較正と規格化とは、広範囲の応用とシステ
ムに利用され、指示されたパターンを作業表面上に描く
ために走査システムに送られる命令に、CAD位置を変換
することを可能とする“参照表”を、自動的に作る。
The calibration and normalization of the present invention is used in a wide range of applications and systems, and allows the translation of CAD positions into commands that are sent to a scanning system to draw a designated pattern on a work surface. A reference table is created automatically.

“規格化”の用語は、二次元以上のものが一度に修正
されることを示すのに使用することができ、一方、“較
正”はあるシステムに対して単一の修正率を提供する言
外の意味を有している。好ましい実施態様における装置
は、単一の位置センサー(ビームプロファイル測定用セ
ンサー)を有し、このセンサーは作業表面上の各位置の
配列に対し自動的に移動し、次に、これらの位置の各々
に到達するのに必要な相当のミラー位置決め命令を記録
する。その他の好ましい実施態様では、センサーの移動
の必要をなくすため、センサーピンホールが二次元的に
配された方形較正板が利用される。またほかの好ましい
実施態様では、単一の軸にそってのみ移動する必要のあ
るセンサーピンホールが直線状(一次元的)に配された
較正板が使用される。
The term "normalization" can be used to indicate that more than one dimension is corrected at a time, while "calibration" is a term that provides a single correction rate for a system. Has a meaning outside. The device in the preferred embodiment has a single position sensor (sensor for measuring the beam profile), which moves automatically for each array of positions on the work surface, and then for each of these positions Record the substantial mirror positioning instructions needed to reach. In another preferred embodiment, a rectangular calibration plate with two-dimensionally arranged sensor pinholes is used to eliminate the need for sensor movement. In another preferred embodiment, a calibration plate is used in which the sensor pinholes that need to move only along a single axis are arranged linearly (one-dimensionally).

第16Aおよび16B図は、この発明の好ましい実施態様の
方形較正板200を図示したものである。紫外線不透性金
属被覆の206は、厚さ1/8インチから1/4インチ(約3.2mm
から約6.4mm)までの石英またはパイレックスの好まし
い材料で作られた基板204の蒸着により提供される。好
ましい実施態様では、二次元的に配された49×49個のピ
ンホール202が1/4インチ(約6.4mm)間隔でUV不透性金
属被覆206上に食刻されている。各食刻されたピンホー
ルの直径は、0.004インチ±0.0005インチ(約0.1±0.01
mm)であるが、最良の解像度を達成するためには、その
ピンホールの直径が較正板上に投射されるビームの直径
よりも小さいということは非常に重要なことである。セ
ンサー(図示せず)は、較正板の下に取り付けられてお
り、較正板の使用時において、作業媒体表面に対してあ
る正確な場所におかれるよう配置されている。
16A and 16B illustrate a rectangular calibration plate 200 of the preferred embodiment of the present invention. The UV-opaque metal coating 206 is 1/8 inch to 1/4 inch thick (approximately 3.2mm
(Approx. 6.4 mm) to a substrate 204 made of the preferred material of quartz or Pyrex. In a preferred embodiment, 49 × 49 pinholes 202 arranged two-dimensionally are etched on the UV opaque metallization 206 at 1/4 inch (about 6.4 mm) intervals. The diameter of each etched pinhole is 0.004 inches ± 0.0005 inches (approximately 0.1 ± 0.01
mm), but it is very important that the pinhole diameter be smaller than the diameter of the beam projected on the calibration plate to achieve the best resolution. A sensor (not shown) is mounted below the calibration plate and is positioned so that, when the calibration plate is used, it is located at a precise location relative to the working medium surface.

この発明の好ましい実施態様に於ては、二次元的に配
された5×5個即ち25個のUV光を感知する光ダイオード
208が、較正板と共に使用される。
In a preferred embodiment of the present invention, two-dimensionally arranged 5.times.5, or 25, UV light sensing photodiodes
208 is used with the calibration plate.

UV光はピンホールの1個を通過してしか較正板に入射
せず、また、較正板材料は入射する光を拡散する傾向が
あるので、この好ましい実施態様では、ピンホールに入
る光は該ピンホールの厳密な位置を越えて水平方向に広
がり、前述の25個のセンサーは、49×49個のピンホール
の領域をカバーするのに十分なものとなる。
In this preferred embodiment, the light that enters the pinhole is the light entering the pinhole because the UV light only enters the calibration plate through one of the pinholes and the calibration plate material tends to diffuse the incoming light. Spreading horizontally beyond the exact location of the pinhole, the 25 sensors described above are sufficient to cover an area of 49x49 pinholes.

代表的な較正手順は、顧客にSLAを出荷する前、およ
びSLAの較正を無効としうる物理的外傷をミラー制御シ
ステムが受けた後においてなされうる。
Typical calibration procedures can be performed before shipping the SLA to the customer and after the mirror control system has been subjected to physical trauma that could invalidate the SLA calibration.

実際の較正手順は、走査データの中心位置からピンホ
ールの“最適位置”を得るための方法と同様の、ビーム
プロファイル測定方法論を用いる。
The actual calibration procedure uses a beam profile measurement methodology similar to that for obtaining the “optimal position” of a pinhole from the center position of the scan data.

新規の“最適位置”は、ピンホールが二次元的に配さ
れた方形較正板の場合各ピンホールに対し、ピンホール
が直線状に配された較正板の場合は各ピンホールの列に
対し、またセンサーが予め設定された場所に位置させら
れているの場合は各々の予め設定された場所に対して求
められる。実際に使用される参照表を求めるために各ピ
ンホールを走査することは、必ずしも必要とされる事で
はない。この発明の好ましい実施態様では、40×40のピ
ンホールが配置されマップされている。幾何学的歪みが
小さい状況、または必要とされる精度が低い状況、また
はその他の歪み原因が、補間の修正によってより高い信
頼性で適切に修正される状況においては、より少ないピ
ンホールが使用されてもよい。X位置およびY位置に関
連する直線補間が、記憶装置の中の参照表に記憶された
“最適位置”の間に入る点についてのミラー位置決めを
決定するのに使用される。ピンホールの適当数は、これ
らの考慮により、また較正をするために必要な時間か
ら、または参照表を記憶するのに利用できるシステムメ
モリから決定される。後述する経時的位置ずれ修正装置
およびその方法は、より精密より正確な結果を得るため
に、較正と共に任意にそして好適に使用される。同様
に、部品の製作中も同じ経時的位置ずれ修正方法とその
装置が正確性と精度を向上させるために使用され得る。
The new “optimal position” is defined for each pinhole in the case of a square calibration plate with pinholes arranged two-dimensionally, and for each row of pinholes in the case of a calibration plate with pinholes arranged linearly. If the sensor is located at a preset location, it is determined for each preset location. Scanning each pinhole to find the look-up table that is actually used is not necessarily required. In a preferred embodiment of the present invention, 40 × 40 pinholes are located and mapped. Fewer pinholes are used in situations where the geometric distortion is low, or where the required accuracy is low, or where other sources of distortion are properly corrected with more reliable interpolation. You may. Linear interpolation associated with the X and Y positions is used to determine mirror positioning for points falling between "optimal positions" stored in look-up tables in storage. The appropriate number of pinholes is determined by these considerations and from the time required to perform the calibration or from the system memory available to store the look-up table. The temporal displacement correction apparatus and method described below are optionally and preferably used with calibration to obtain more precise and accurate results. Similarly, the same temporal displacement correction method and apparatus may be used during part fabrication to improve accuracy and precision.

この発明の好ましい実施態様における方法を次に簡単
に説明する。
The method in a preferred embodiment of the present invention will now be briefly described.

第1段階:操作者は、液面が通常位置する場所に較正
板の各センサーピンホールが位置するようにして、該較
正板をSLA造形チャンバーに挿入し、センサー1および
2(固定されたビームプロファイル測定用センサー116,
および118)と較正板(“センサー3"とみなせる)位置
の、各読取時点の間の遅延時間を指定する。
First step: The operator inserts the calibration plate into the SLA modeling chamber so that each sensor pinhole of the calibration plate is located at a position where the liquid level is normally located, and performs sensors 1 and 2 (fixed beam). Profile measurement sensor 116,
And 118) and the position of the calibration plate (which can be considered as "sensor 3") between each reading time.

第2段階:最初のプロファイル走査が起こる際に位置
させられるべき位置にセンサー1および2が再び位置づ
けられ、それらの座標が、ミラー位置決め情報として確
定され、記録される。
Second stage: The sensors 1 and 2 are repositioned at the position to be positioned when the first profile scan occurs, and their coordinates are determined and recorded as mirror positioning information.

第3段階:センサー3の位置すなわち座標が許容誤差
範囲内にあるかどうかを判定することにより、較正板の
中心位置を決定する。その較正板の中心座標は、ミラー
位置決め用の中心座標と一致すべきである。この配置
は、あらゆる方向へミラーが同等かつ最大限に移動でき
るようにする。
Third step: The center position of the calibration plate is determined by determining whether the position of the sensor 3, that is, the coordinates are within an allowable error range. The center coordinates of the calibration plate should match the center coordinates for mirror positioning. This arrangement allows the mirror to move equally and maximally in all directions.

第4段階:較正板(センサー3)により得られる信号
レベルが、該較正板の中心のピンホールを読むことによ
って設定される。(該中心のピンホールは、ビームプロ
ファイルの第1図によって規定されたセンサー探索アル
ゴリズムによって発見される)。実際のビーム強度は、
中心ピンホールにそのビームがある場合としない場合と
において、センサーを読み取ることによって見出され
る。このことは、センサー3の受ける背景ノイズを減ず
る。信号レベルの制御は、センサーの感度が最適になる
まで操作者によって調節される。
Fourth step: The signal level obtained by the calibration plate (sensor 3) is set by reading the central pinhole of the calibration plate. (The center pinhole is found by the sensor search algorithm defined by FIG. 1 of the beam profile). The actual beam intensity is
It is found by reading the sensor with and without the beam in the central pinhole. This reduces the background noise received by the sensor 3. Control of the signal level is adjusted by the operator until the sensitivity of the sensor is optimal.

第5段階:較正板の境界はピンホールから該較正板の
境界までビームをステップ態様で進めることによって確
立される。(1=西、2=北、3=南、4=東)。
Step 5: The calibration plate boundary is established by advancing the beam from the pinhole to the calibration plate boundary in a stepped manner. (1 = west, 2 = north, 3 = south, 4 = east).

A)方向1に、予め設定された(ビット/ピンホールの
離間距離)値だけ移動することによりその方向に沿って
ピンホールを探す。ビットはミラー座標の変化値を指
す。
A) A pinhole is searched for in the direction 1 by moving in the direction 1 by a preset (bit / pinhole separation distance) value. The bit indicates the change value of the mirror coordinates.

B)境界までの既知の数のピンホールが読まれた後、も
う1回(ビット/ピンホールの離間距離)分の移動がお
こなわれる。
B) After a known number of pinholes have been read up to the boundary, another movement (bit / pinhole separation) is performed.

C)もし読取りがそこでピンホールを見出したならば、
間違ったピンホールを読んだために、信号レベルが不適
当に設定されているか、または、探索が開始されたのが
中心のピンホールより右にあるピンホールであるかどち
らかである。第3段階に戻る。
C) If the reading finds a pinhole there,
Either the signal level is improperly set due to reading the wrong pinhole, or the search has started with the pinhole to the right of the center pinhole. Return to the third stage.

D)もしピンホールが検出されなければ、左と右の境界
が確立されたことになる。
D) If no pinhole is detected, the left and right boundaries have been established.

E)ビームは中心のピンホールに戻り、A−Dと同様方
法で後方境界を探索する。
E) The beam returns to the center pinhole and searches for the rear boundary in the same way as AD.

F)移動1および2を通してすべての境界が決定した
ら、移動1,2,3,および4に対するピンホールの位置を示
す値は、ミラー・ビットの板上に“ピンホールの概略分
離マップ”を作成するのに利用される。移動4後は、ピ
ンホール(1,1)にビームが放置される。
F) Once all boundaries have been determined through movements 1 and 2, the values indicating the pinhole locations for movements 1, 2, 3, and 4 create a "pinhole coarse separation map" on the mirror bit plate. Used to do. After the movement 4, the beam is left in the pinhole (1, 1).

第6段階:較正板上のすべてのピンホール位置の急速
探索。もし、もうピンホールが探し出されない場合、ビ
ームは“ピンホールの概略分離マップ”によって決定さ
れる最適である可能性の高い場所に残り、該ピンホール
の周辺の塵埃を調査するように操作者を促す。待機のの
ち、ピンホールが探し出されるかまたは操作者が中止す
るまで探索は続行される。もし操作者が希望すれば、信
号レベルはこの段階でリセット可能である。信号レベル
を変えた場合、操作者はピンホール(1,1)から再び急
速探索を行う。
Step 6: Rapid search for all pinhole positions on the calibration plate. If the pinhole is no longer located, the beam will remain in a location that is likely to be optimal as determined by the "schematic map of the pinhole" and the operator will be asked to investigate the dust around the pinhole. Prompt. After waiting, the search continues until the pinhole is located or the operator stops. If the operator so desires, the signal level can be reset at this stage. When the signal level is changed, the operator performs a quick search again from the pinhole (1,1).

第7段階:急速探索で較正板上のすべてのピンホール
を探索したのち、第1段階から必要な遅延時間後に最終
探索が実施される。また、急速および最終探索におい
て、同じ場所へのミラー・ビット移動のインターバル
(各行の終り)において実施される、“較正時ゲイン
値”と“較正時オフセット値”修正を決定するために、
センサー1および2の位置が検査される。これらの修正
値は、固定されたセンサー1および2の基準場所の単一
の組合わせに規格化するやり方で、各較正点の位置を比
例させて修正するために適用される。
Seventh step: After searching all the pinholes on the calibration plate by the rapid search, the final search is performed after a necessary delay time from the first step. Also, to determine the “calibration gain value” and “calibration offset value” corrections performed in the rapid and final search at the mirror bit move interval to the same location (end of each row):
The positions of sensors 1 and 2 are checked. These correction values are applied to proportionally correct the position of each calibration point in a way that normalizes to a single combination of fixed sensor 1 and 2 reference locations.

第8段階:最終探索完了後、較正時ゲイン値、較正時
オフセット値、強度、および位置のすべてのデータが記
憶される。これで手順は完了する。
Eighth step: After the final search is completed, all the data of the gain value at calibration, the offset value at calibration, the intensity, and the position are stored. This completes the procedure.

〔経時的位置ずれ修正〕[Position correction over time]

経時的位置ずれ修正は、1台またはそれ以上のビーム
プロファイル測定用センサー(ここでは“センサー手
段”と言う)の見かけ位置を周期的にチェックすること
により、経時的位置ずれ、とりわけミラー位置決めシス
テムの経時的位置ずれに対して補正する手順である。1
つのセンサーの見かけの位置における変動の測定は、
“ゼロ設定”のミラーシステムの経時的位置ずれの補正
を可能とする。2個の別個のセンサーの場合は、さら
に、1個のセンサーでは補正できない、システムのミラ
ー動作範囲の伸張、および/または、熱的またはその他
の影響に起因するSLAの部品サイズにおける変動につい
ての修正を可能にする。他の誤差は、多数のセンサーを
使用することによって修正が可能であるが、この発明の
好ましい実施態様における2台のビームプロファイル測
定用センサーの使用で十分と考えられる。
Temporal displacement correction is performed by periodically checking the apparent position of one or more beam profile measurement sensors (herein referred to as "sensor means") to provide a temporal displacement, particularly for mirror positioning systems. This is a procedure for correcting a temporal displacement. 1
The measurement of the variation in the apparent position of the two sensors
It is possible to correct the temporal displacement of the “zero setting” mirror system. In the case of two separate sensors, further correction for variations in SLA part size due to extended mirror operating range of the system and / or thermal or other effects that cannot be compensated for by one sensor Enable. Other errors can be corrected by using multiple sensors, but it is believed that the use of two beam profile measurement sensors in the preferred embodiment of the present invention is sufficient.

この発明の好ましい実施態様では、較正操作を周期的
に実施する。較正手順は、多数のピンホールを有する較
正板とセンサーを使用して、較正板上の予め固定された
位置に対応するミラー位置設定の表を、システムメモリ
内に発生させるものである。
In a preferred embodiment of the invention, the calibration operation is performed periodically. The calibration procedure uses a calibration plate with a large number of pinholes and a sensor to generate a table in the system memory of mirror position settings corresponding to pre-fixed positions on the calibration plate.

較正を実施している間、システムは、2台のセンサー
の見かけの位置を周期的にチェックする。これらの測定
値は、この経時的位置ずれ値に対する較正測定値を修正
するのに使用する値であるので、該値は、2台のセンサ
ーの現在の位置を示す“標準値”として、すべて規格化
される。部品が形成されたのち、同じ2台のセンサーが
再び周期的に走査され、見かけの位置を使用して、較正
時からのゼロ点の変動およびミラー動作範囲の伸張が修
正される。この方法はミラーの経時的位置ずれに起因す
る誤差の90パーセントを除去することが判明している。
較正手順は既に説明済である。
While performing the calibration, the system periodically checks the apparent position of the two sensors. Since these measurements are used to correct the calibration measurements for this temporal displacement value, they are all standardized as "standard values" indicating the current position of the two sensors. Be transformed into After the part has been formed, the same two sensors are again scanned periodically and the apparent position is used to correct for zero point variations from the time of calibration and extension of the mirror operating range. This method has been found to eliminate 90% of the errors due to mirror displacement over time.
The calibration procedure has already been described.

この発明の好ましい実施態様の経時的位置ずれ修正方
法および装置において、レーザービームがミラー位置決
めシステムによってセンサーの方向に向けられた時に該
レーザービームを検出することができる2台のビームプ
ロファイル測定用センサーは、反応手段が衝突しそれに
より凝固可能な作業媒体の指定表面に対して予め固定さ
れた予定位置に固定されて設置される。
In the method and apparatus for correcting misregistration over time in a preferred embodiment of the present invention, two sensors for measuring a beam profile which can detect a laser beam when the laser beam is directed to the sensor by a mirror positioning system are provided. The reaction means is fixedly installed at a predetermined fixed position with respect to a designated surface of the working medium which can collide and thereby solidify.

レーザービームは周期的にセンサー方向に向けられ、
センサー位置出力手段は、センサー見かけの位置の読出
しを供給する。センサーの現在の見かけの場所は、記憶
装置に記憶されている過去の見かけのセンサー位置と比
較され、その差異は経時的位置ずれ修正の必要性を示す
ものである。
The laser beam is periodically directed at the sensor,
The sensor position output means provides a reading of the sensor apparent position. The current apparent location of the sensor is compared to past apparent sensor locations stored in storage, and the difference indicates the need for misregistration correction over time.

例えば、1つのセンサー1が使用され、このセンサー
1が、X=20、Y=20の過去の見かけの位置とX=22、
Y=22の現在の見かけの位置を有していれば、+2Xと+
2Yの経時的位置ずれが発生していることになり、ミラー
位置決めシステムは、ビームを所望の位置に指向させる
ための適当な修正率を適用しうる。他の例として、この
センサー1の外にセンサー2が使用され、該センサー2
が、X=64000、Y=64000であることを較正時において
読み、X=64004、Y=64004を現在の見かけの位置とし
て得たとする。この場合、システム全体(対角線上に配
置されている2個のセンサー)にわたる+2X、−2Xの線
形移動に加えて、センサー1とセンサー2との間の規格
化距離に関し、+2X、+1Yの伸張がある。当該伸張後の
センサー1とセンサー2の間の距離の、規格化距離に対
する割合を、「ゲイン値」と呼ぶ。そしてわれわれは、
センサー1に対する異なる相対位置に対しては、上記に
比例した異なる割合の伸張を予想し修正する。修正にあ
たって、ミラー位置決めシステムが経時的位置ずれによ
る伸張を補正するのを支援するために、直線補間を使用
することができる。
For example, one sensor 1 is used, which has a past apparent position of X = 20, Y = 20 and X = 22,
If we have the current apparent position of Y = 22, then + 2X and +
A 2Y displacement over time has occurred, and the mirror positioning system can apply an appropriate correction factor to direct the beam to the desired location. As another example, a sensor 2 is used in addition to the sensor 1, and the sensor 2
It is assumed that X = 64000 and Y = 64000 are read at the time of calibration, and X = 64004 and Y = 64004 are obtained as current apparent positions. In this case, in addition to the linear movement of + 2X, −2X over the whole system (two sensors arranged diagonally), the extension of + 2X, + 1Y is related to the normalized distance between sensor 1 and sensor 2. is there. The ratio of the distance between the sensor 1 and the sensor 2 after the extension to the normalized distance is referred to as a “gain value”. And we
For different relative positions with respect to the sensor 1, different proportions of expansion proportional to the above are expected and corrected. In making the correction, linear interpolation can be used to help the mirror positioning system correct for stretching due to displacement over time.

立体造型を利用してより正確な部品製作を達成するた
め、特殊なコンピュータ・ソフト・アルゴリズムが開発
された。このアルゴリズムは、“経時的位置ずれ修正ア
ルゴリズム”として知られており、二つの部分を有する
ものと考えられる。
Special computer software algorithms have been developed to achieve more accurate part fabrication using 3D molding. This algorithm is known as the "temporal misregistration correction algorithm" and is considered to have two parts.

第1の部分は、経時的位置ずれ修正に使用する変数の
値を決定するコードである。第2の部分は、経時的位置
ずれ修正のこれらの変数の利用のためのコードである。
The first part is a code for determining the value of a variable used for correcting the positional displacement over time. The second part is the code for the use of these variables for misregistration correction over time.

経時的位置ずれ修正変数は次の通りである。 The temporal displacement correction variables are as follows.

* X軸ゲイン値は、われわれの例では、DriftGain X
と呼ぶ。
* The X-axis gain value is DriftGain X in our example.
Call.

* 第1のセンサーのX軸オフセット値 DriftOffset
X * Y軸ゲイン値 DriftGain Y * 第1のセンサーのY軸オフセット値 DriftOffset
Y これらの変数は、レーザーのミラーが向けられる各
X、Y座標位置に適用される修正率を計算するのに使用
される。この修正は、個別に各々の軸方向に適用され、
ゲイン(乗数)値とオフセット(加算)値を各軸に対し
てもっている。当該修正は、次の式により表される。
* X-axis offset value of the first sensor DriftOffset
X * Y-axis gain value DriftGain Y * Y-axis offset value of the first sensor DriftOffset
Y These variables are used to calculate the correction factor applied to each X, Y coordinate position where the laser mirror is pointed. This correction is applied individually to each axis,
Each axis has a gain (multiplier) value and an offset (addition) value. The correction is represented by the following equation.

ある軸方向の修正後の座標値=(ゲイン値× 第1のセンサーからのその軸に沿った所望距離)+ 第1のセンサーのオフセット値 ここで、変数であるゲイン値およびオフセット値は、
測定値に基づいて、各軸方向の理想の所望位置を、実際
の修正された座標位置に対応させる。
Modified coordinate value in an axis direction = (gain value × desired distance along the axis from the first sensor) + offset value of the first sensor Here, the gain value and the offset value as variables are
Based on the measured values, the ideal desired position in each axis direction corresponds to the actual corrected coordinate position.

経時的位置ずれ修正変数は、ビーム・プログラム中の
アルゴリズムと極めて類似しているビームプロファイル
測定用アルゴリズムの使用によって、各層の形成開始時
に決まる。樹脂容器の対角部に配置された2台のビーム
プロファイル測定用センサーの位置は、測定・計算さ
れ、そして、ディスク内のデータファイルに記憶された
理想の位置と比較される。これら2台のプロファイル測
定用センサーの測定位置と理想の位置の間における差異
は、経時的位置ずれ修正変数の値を決める。走査領域の
対角部に2台のプロファイル測定用センサーを配置する
ことは、ゲイン値の変化測定の基準となるXおよびY軸
に沿った各ベースラインを最適なものとする。
The misregistration correction variable over time is determined at the beginning of each layer formation by the use of an algorithm for beam profile measurement that is very similar to the algorithm in the beam program. The positions of the two beam profile measurement sensors arranged at the diagonal portions of the resin container are measured and calculated, and are compared with the ideal positions stored in the data file in the disk. The difference between the measurement position of these two profile measurement sensors and the ideal position determines the value of the temporal displacement correction variable. Placing two profile measurement sensors at the diagonal of the scan area optimizes each baseline along the X and Y axes, which is the basis for measuring gain value changes.

以下のPascalファンクションは、経時的位置ずれ修正
変数の値を計算するための見本である。‘Ref'変数は、
ディスク内のデータファイルから読まれた2台のビーム
プロファイル測定用センサーの基準位置である。‘Now'
変数は、2台のプロファイル測定用センサーの最新位置
である。レーザー走査システムの物理的特性の動的変化
のため、‘Now'変数に保持された位置は、理想の基準位
置と僅かに異なる。直後のミラー方向を調整するために
これらの位置相差を利用することが、このファンクショ
ンの目的である。
The following Pascal function is a sample for calculating the value of the temporal displacement correction variable. The 'Ref' variable is
This is the reference position of the two beam profile measurement sensors read from the data file in the disk. 'Now'
The variable is the latest position of the two sensors for profile measurement. Due to dynamic changes in the physical properties of the laser scanning system, the position held in the 'Now' variable is slightly different from the ideal reference position. It is the purpose of this function to utilize these positional differences to adjust the mirror direction immediately after.

{ CorrectForDrift…compute value of drift correctionvariables } procedure CorrectForDrift; Var quotient:Float Type; begin DriftGain X:=(Sensor2 NowX−Sensor1 NowX)/(Sensor 2 RefX−Sensor1 RefX;) DriftOffset X:=Sensor1 NowX; DriftGain Y:=(Sensor2 NowY−Sensor1 NowY)/(Sensor 2 RefY−Sensor1 RefY;) DriftOffset Y:=Sensor1 NowY; end; 以下のPascal手順は、経時的位置ずれ修正変数の決定
後、如何にして一対の座標に対して経時的位置ずれ修正
を施すことができるかを示す。各軸に対する修正が互い
に独立になっていることに注意されたい。
For CorrectForDrift… compute value of drift correctionvariables} procedure CorrectForDrift; Var quotient: Float Type; begin DriftGain X: = (Sensor2 NowX−Sensor1 NowX) / (Sensor2 RefX−Sensor1 RefX;) DriftOffset X: = Sensor1 NowX; DriftGain Y: = (Sensor2 NowY−Sensor1 NowY) / (Sensor2 RefY−Sensor1 RefY;) DriftOffset Y: = Sensor1 NowY; end; In the following Pascal procedure, after determining the time-varying displacement correction variable, how to convert to a pair of coordinates This shows whether the correction of the positional deviation over time can be performed. Note that the corrections for each axis are independent of each other.

{ DriftCorfect…correct coordinate pair for drift } procedure DriftCorrect(oldX,oldY:FloatType:Var newX,newY:FloatTyp
e); begin newX:=(oldX−Sensor1 RefX)* DriftGain X+DriftOffsetX; newY:=(oldY−Sensor1 RefY)* DriftGain Y+DriftOffsetY: end: DriftCorreet手順は、描画ベクトルが、3Dシステムズ
社のソフトウェア内で使用されるレーザー描画の高度に
最適化された形態である“フィーチャー”に変換される
のに先立って、各描画ベクトルの始点座標と終点座標を
修正するために使用される。2台のビームプロファイル
測定用センサーの最新位置が特定されてから、CorrectF
orDriftが一層につきただ一回だけ使用される。
{DriftCorfect… correct coordinate pair for drift} procedure DriftCorrect (oldX, oldY: FloatType: Var newX, newY: FloatTyp
e); begin newX: = (oldX−Sensor1 RefX) * DriftGain X + DriftOffsetX; newY: = (oldY−Sensor1 RefY) * DriftGain Y + DriftOffsetY: end: The DriftCorreet procedure is used when the drawing vector is used within 3D Systems software. It is used to modify the start and end coordinates of each drawing vector prior to being converted into a "feature" which is a highly optimized form of laser writing. After the latest position of the two beam profile measurement sensors is determined, CorrectF
orDrift is used only once per layer.

実際上、これらのルーチンは、異なる立体造形応用プ
ログラムによって使用され得る特殊記憶常駐ドライバー
(STEREOとして知られている)内に配置される。この応
用プログラムは、プロファイル測定用センサーの位置の
検出を担っており、またこの位置情報を特殊装置ドライ
バーに伝送する。
In effect, these routines are located in a special memory resident driver (known as STEREO) that can be used by different stereolithography application programs. This application program is responsible for detecting the position of the profile measurement sensor and transmits this position information to the special device driver.

BUILD STEREO 形成部品に使用される応用 経時的位置ずれ修正を含む プログラム;各層について→複数のタスクに関連する種 のプロファイル測定用セン 々の立体造形を実行するた サーの位置情報を伝送する。 めの記憶常駐ドライバー。 BUILD STEREO Application used for molded parts Program including correction of positional deviation over time; For each layer → Transmits the position information of the server that performs 3D modeling of various types of profile measurement sensors related to multiple tasks. Memory resident driver.

経時的位置ずれ修正と同等の手順が、SLAの較正中の
全較正時点において実施される。好ましい実施態様にお
いては、予め固定された位置を有する各行の走査の終点
において経時的位置ずれが決定され、修正は、その行の
直線補間を通して適用される。このような修正ルーチン
の実際上のソフトウェア実現の方法は、当業者の能力の
範囲内であり、従ってここでこれ以上説明しない。
A procedure equivalent to the temporal displacement correction is performed at all calibration points during the calibration of the SLA. In a preferred embodiment, the displacement over time is determined at the end of the scan for each row having a pre-fixed position, and the correction is applied through linear interpolation of that row. The actual software implementation of such a modification routine is within the capabilities of those skilled in the art and will not be described further here.

本発明の特定の形態を図示・説明してきたが、本発明
の精神および範囲を逸脱することなく多くの変更例が可
能であることは、以上の記載から明らかである。従っ
て、添付した特許請求の範囲以外によっては、本発明は
限定されるものではない。
While a particular form of the invention has been illustrated and described, it will be apparent from the foregoing description that many modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the invention is not limited except as by the appended claims.

付録A 34.166−34.169 ‘88.4.13現在の3Dシステムズ社以外のソフトウェア状
況 スライス・コンピュータ(NEC386) TM 386/ix オペレーションシステム UNIX;システムVリリース1.0.4 80386 TDCP イーサネットサポート、MICOMバージョン INTERACTIVE システムズ・コーポレーション (INTERACTIVE Systems Corporation,2401 Colorado Av
enue,3rd Floor Santa Monica,Calivornia 90404) プロセスコンピュータ(WYSE 286) MS−DOS 3.21 ワイズ・テクノロジー社 (Wyse Technology,3571 N.First Street,San Jose,CA
95134) Q−DOS IIバージョン2.00 ガゼル・システムズ社 (Gazelle Systems,42 North University Avenue,Suite
10 Provo,Utah 84601) FTP ソフトウェアPC/TCPファイル転送プログラムバー
ジョン1.16 FTP ソフトウェアPC/TCPテルネットバージョン1.16 MICOM−インターラン社 (MICOM−Interlan,Inc.,155 Swanson Rd.,Boxborough,
MA 01719) 1988年4月13日 SLA−1主要部品一覧 レーザ: 1)リンコニクス社 (Linconix,1390 Borregas Abenue,Sunnyvale,CA 9408
9) A)4240H型He−Cdマルチモードレーザ B)4240PS型電源装置 2)オムニクローム社 (Omnichrome,13620 Fifth Street,Chinno,CA 91710) A)356XM型He−Cdレーザ B)100型電源装置 走査ミラー: 1)ジェネラル・スキャニング社 (General Scanning,Inc.,500 Arsonal Street,Waterto
wn,MA 02172) A)P/N E00−Z2173 XY0507走査ミラー B)P/N E00−DX2005 XY0507走査ミラーコントローラ Z軸(垂直)昇降機: 1)ディードル社 (Daedal,P.O.Box G,Harrison City,PA 15838) (代理店を介して購入) パシフィック・テクニカル・プロダクツ社 (Pacific Technical Products,15901 Foothill Blvd.,
Sylmer,CA 91342) A)P/N 008−0324−3 14インチ・5ピッチリニアテー
ブル B)P/N MC5000−20 モータ駆動制御 SLA−1プロセスコンピュータ: 1)ワイズ・テクノロジー社 (Wyse Technology,3571 N.First Street,San Jose,CA
95134) (代理店を介して購入) ペリフェラル・システムズ社 (Peripheral Systems,Inc.,8107 Orion Avenue,Van Nu
ys,CA 91406) A)Wyse 286,モデル2200(以下を含む) 1. 40MBハードディスク 2. PC ATキーボード 3. モニタ 4. グラフィックカード 5. 数学コープロセッサ 2)ターンズ・テクノロジー社 (Tarnz Technologies,8025 Sepulveda Blvd.,Van Nuy
s,CA 91406) A)I/Oボード SLA−1スライスコンピュータ: 1)NECインフォメーション・システムズ社 (NEC INformation Sysems,Inc.,1414 Massachusetts A
venue,Boxborough,MA 01719) (代理店を介して購入) ペリフェラル・システムズ社 (Peripheral Systems,Inc.,8107 Orion Avenue,Van Nu
ys,CA 91406) A)NECパワーメート 386コンピュータ ビームエキスパンダ: 1)オプトミオ・デザイン社 (Optomeo Design Co.,901 18th St.Suite 203,Los Ala
mos,NM 67544) A)No.D10493(4X)型ビームエキスパンダ
Appendix A 34.166-34.169 '88 .4.13 Software status other than 3D Systems Corporation Slice Computer (NEC386) TM 386 / ix Operation System UNIX; System V Release 1.0.4 80386 TDCP Ethernet Support, MICOM Version INTERACTIVE Systems Corporation ( INTERACTIVE Systems Corporation, 2401 Colorado Av
enue, 3rd Floor Santa Monica, California 90404) Process computer (WYSE 286) MS-DOS 3.21 Wyse Technology, 3571 N. First Street, San Jose, CA
95134) Q-DOS II version 2.00 Gazelle Systems, 42 North University Avenue, Suite
10 Provo, Utah 84601) FTP software PC / TCP file transfer program version 1.16 FTP software PC / TCP telnet version 1.16 MICOM-Interlan, Inc., 155 Swanson Rd., Boxborough,
MA 01719) April 13, 1988 SLA-1 Main Parts List Laser: 1) Linconix, 1390 Borregas Abenue, Sunnyvale, CA 9408
9) A) 4240H type He-Cd multi-mode laser B) 4240PS type power supply 2) Omnichrome (Omnichrome, 13620 Fifth Street, Chinno, CA 91710) A) 356XM type He-Cd laser B) 100 type power supply Scanning Mirror: 1) General Scanning, Inc., 500 Arsonal Street, Waterto
wn, MA 02172) A) P / N E00-Z2173 XY0507 scanning mirror B) P / N E00-DX2005 XY0507 scanning mirror controller Z-axis (vertical) elevator: 1) Dedal (Daedal, POBox G, Harrison City, PA 15838) (Purchased through an agency) Pacific Technical Products, 15901 Foothill Blvd.,
Sylmer, CA 91342) A) P / N 008-0324-3 14 inch, 5 pitch linear table B) P / N MC5000-20 Motor drive control SLA-1 Process computer: 1) Wyse Technology, 3571 N. First Street, San Jose, CA
95134) (Purchased through distributor) Peripheral Systems, Inc., 8107 Orion Avenue, Van Nu
ys, CA 91406) A) Wyse 286, Model 2200 (including the following) 1. 40MB hard disk 2. PC AT keyboard 3. Monitor 4. Graphic card 5. Mathematical coprocessor 2) Tarnz Technologies, 8025 Sepulveda Blvd., Van Nuy
s, CA 91406) A) I / O board SLA-1 slice computer: 1) NEC Information Systems, Inc., 1414 Massachusetts A
venue, Boxborough, MA 01719) (Purchased through an agency) Peripheral Systems, Inc., 8107 Orion Avenue, Van Nu
ys, CA 91406) A) NEC PowerMate 386 Computer Beam Expander: 1) Optomeo Design Co., 901 18th St. Suite 203, Los Ala
mos, NM 67544) A) No.D10493 (4X) type beam expander

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 268,816 (32)優先日 昭和63年11月8日(1988.11.8) (33)優先権主張国 米国(US) (31)優先権主張番号 268,837 (32)優先日 昭和63年11月8日(1988.11.8) (33)優先権主張国 米国(US) (72)発明者 オルムキスト,トーマス アメリカ合衆国カリフォルニア州、サ ン、ガブリエル、デュアート、ロード、 9035 (56)参考文献 特開 昭51−6742(JP,A) 特開 昭61−225012(JP,A) 特開 昭62−35966(JP,A) 特開 昭63−72526(JP,A) 特開 昭61−209424(JP,A) 実開 昭61−77184(JP,U) 特公 昭53−34058(JP,B1) 米国特許4498767(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B29C 67/00 G02B 26/10 B23K 26/00 - 26/18 G01J 1/02 G03F 7/20 - 7/24 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (31) Priority claim number 268,816 (32) Priority date November 8, 1988 (November 18, 1988) (33) Priority claim country United States (US) (31) Priority Number 268,837 (32) Priority Date November 8, 1988 (1988.11.18) (33) Priority Country United States (US) (72) Inventor Olmquist, Thomas Sa, California, United States of America , Gabriel, Duart, Lord, 9035 (56) References JP-A-51-6742 (JP, A) JP-A-61-225012 (JP, A) JP-A-62-35966 (JP, A) JP 63-72526 (JP, A) JP-A-61-209424 (JP, A) JP-A-61-77184 (JP, U) JP-B-53-34058 (JP, B1) US Patent 4,498,767 (US, A) ( 58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B2 9C 67/00 G02B 26/10 B23K 26/00-26/18 G01J 1/02 G03F 7/20-7/24

Claims (19)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ビームに露出されたときに固化可能な作業
媒体の表面上の各位置に当該ビームを向ける走査手段
と、前記走査手段が前記ビームを向ける方向を指定する
命令を発生し前記走査手段に送るコンピュータ制御手段
とを備えた、前記作業媒体の前記表面を選択的に固化す
ることにより所望の三次元物体を層ごとに形成する立体
造形装置において、前記作業媒体の前記表面上の各位置
に対応する前記ビームを向ける方向を指定する前記命令
を特定するための板状の較正装置であって、 二次元的に所定の位置に配された複数のピンホールを備
えた較正板と、 前記複数のピンホールの各々に前記ビームが入射した際
に信号を発する検出手段とを備え、 使用に際し、前記作業媒体の前記表面に対して相対的に
定められた位置に、前記較正板を前記表面と平行にして
配置されることを特徴とする較正装置。
1. A scanning means for directing a beam to each position on a surface of a work medium which can be solidified when exposed to the beam, and a command for designating a direction in which the scanning means directs the beam is issued. Means for selectively solidifying the surface of the working medium to form a desired three-dimensional object layer by layer, comprising: A plate-like calibration device for specifying the command that specifies a direction in which the beam is directed corresponding to a position, comprising: a calibration plate having a plurality of pinholes two-dimensionally arranged at a predetermined position; Detecting means for emitting a signal when the beam is incident on each of the plurality of pinholes.In use, the calibration plate is located at a position determined relative to the surface of the working medium. Calibration apparatus characterized by being arranged in parallel to the serial surface.
【請求項2】ビームに露出されたときに固化可能な作業
媒体の表面上の各位置に当該ビームを向ける走査手段
と、前記走査手段が前記ビームを向ける方向を指定する
命令を発生し前記走査手段に送るコンピュータ制御手段
とを備えた、前記作業媒体の前記表面を選択的に固化す
ることにより所望の三次元物体を層ごとに形成する立体
造形装置において、前記作業媒体の前記表面上の各位置
に対応する前記ビームを向ける方向を指定する前記命令
を特定する較正方法であって、 二次元的に所定の位置に配された複数のピンホールを備
えた較正板と、前記複数のピンホールの各々に前記ビー
ムが入射した際に信号を発する検出手段とを備えた、板
状の較正装置を、前記作業媒体の前記表面に対して相対
的に定められた位置に、前記較正板を前記表面と平行に
して配置する工程と、 前記較正装置上において前記ビームを移動させて、前記
複数のピンホールの各々に前記ビームを順次入射させる
工程と、 前記ピンホールの各々について、当該ピンホールに前記
ビームが入射し、前記検出手段が前記信号を発した際
の、前記ビームを向ける方向を指定する前記命令を、当
該ピンホールと関連づけて記憶する工程を含むことを特
徴とする較正方法。
2. A scanning means for directing the beam to each position on the surface of the solidifiable working medium when exposed to the beam, and a command for designating a direction in which the scanning means directs the beam is generated by the scanning means. Means for selectively solidifying the surface of the working medium to form a desired three-dimensional object layer by layer, comprising: What is claimed is: 1. A calibration method for specifying a command for designating a direction of directing said beam corresponding to a position, comprising: a calibration plate having a plurality of pinholes two-dimensionally arranged at a predetermined position; A detection device that emits a signal when the beam is incident on each of the work media, a plate-like calibration device is provided at a position defined relative to the surface of the working medium. table Arranging the beam in parallel with a plane; moving the beam on the calibration device so that the beam is sequentially incident on each of the plurality of pinholes; and for each of the pinholes, And storing the command specifying the direction in which the beam is directed when the beam is incident and the detection unit emits the signal in association with the pinhole.
【請求項3】前記検出手段が発生する前記信号が、前記
複数のピンホールの各々に入射したビームの強度に連動
する信号であって、 前記配置する工程と前記順次入射させる工程の間におい
て、 前記複数のピンホールから選択された1つのピンホール
が、前記走査手段により前記ビームの方向が変えられる
点の略直下に位置させられるように、前記較正装置の水
平位置を調整する工程と、 前記ビームを略前記選択されたピンホールの方向に向け
ならが、前記信号を発生する前記検出手段の感度が最適
になるように、前記較正装置を調整する工程と、 前記選択された1つのピンホールの位置から前記ビーム
を四方に移動させ、前記選択された1つのピンホールが
前記走査手段により前記ビームの方向が変えられる前記
点の直下に正確に位置させられている場合において前記
四方のそれぞれにあるべきピンホールの数と、前記四方
のそれぞれに前記ビームを移動させている間に前記検出
手段が前記信号を発生した回数が一致することを確認す
る工程をさらに含み、 前記四方のそれぞれにあるべき前記ピンホールの数と、
前記四方のそれぞれに前記ビームを移動させている間に
前記検出手段が前記信号を発生した前記回数が一致しな
い場合には、前記水平位置を調整する前記工程と、前記
感度が最適になるように前記較正装置を調整する前記工
程と、前記確認する工程を繰り返すことを特徴とする請
求項2記載の較正方法。
3. The method according to claim 2, wherein the signal generated by the detecting means is a signal linked to an intensity of a beam incident on each of the plurality of pinholes. Adjusting the horizontal position of the calibration device such that one pinhole selected from the plurality of pinholes is located substantially immediately below a point at which the direction of the beam is changed by the scanning unit; Adjusting the calibration device such that the beam is directed substantially toward the selected pinhole, but the sensitivity of the detection means for generating the signal is optimized; and The beam is moved in all directions from the position, and the selected one pinhole is accurately positioned immediately below the point where the direction of the beam is changed by the scanning means. Confirming that the number of pinholes that should be in each of the four sides in the case where the number of times the signal is generated by the detection means while moving the beam in each of the four sides is the same. Further comprising: a number of the pinholes that should be on each of the four sides;
If the number of times the detection means has generated the signal while moving the beam in each of the four directions does not match, the step of adjusting the horizontal position and the sensitivity are optimized. 3. The calibration method according to claim 2, wherein the step of adjusting the calibration device and the step of checking are repeated.
【請求項4】前記立体造形装置がさらに記憶手段を備
え、 前記記憶する工程が、前記ピンホールの各々について、
当該ピンホールに前記ビームが入射し、前記検出手段が
前記信号を発した際の、前記ビームを向ける方向を指定
する前記命令を、当該ピンホールと関連づけて前記記憶
手段に記憶する工程であり、 前記立体造形装置により前記三次元物体を形成する際、 前記ピンホールのいずれかに対応する前記作業表面上の
所望の点に前記走査手段が前記ビームを向ける場合に
は、前記コンピュータ制御手段が、前記作業表面上の当
該所望の点に対応する前記ピンホールと関連づけて前記
記憶手段に記憶された前記命令を前記走査手段に送り、 前記ピンホールのいずれにも対応しない前記作業表面上
の所望の点に前記走査手段が前記ビームを向ける場合に
は、前記コンピュータ制御手段が、前記ピンホールのう
ちの少なくとも2つのピンホールに対応する前記作業表
面上の少なくとも2点の位置と、当該少なくとも2つの
ピンホールと関連づけて前記記憶手段に記憶された少な
くとも2つの前記命令とに基づく直線補間により、当該
所望の点にビームを向けるための命令を発生し、前記走
査手段に送ることを特徴とする請求項2または3記載の
較正方法。
4. The three-dimensional modeling apparatus further includes a storage unit, wherein the storing step includes the steps of:
When the beam is incident on the pinhole and the detection unit emits the signal, storing the command specifying the direction in which the beam is directed in the storage unit in association with the pinhole, When forming the three-dimensional object by the three-dimensional modeling apparatus, when the scanning unit directs the beam to a desired point on the work surface corresponding to any of the pinholes, the computer control unit includes: Sending the command stored in the storage means in association with the pinhole corresponding to the desired point on the work surface to the scanning means; When the scanning means directs the beam to a point, the computer control means corresponds to at least two of the pinholes Directing the beam to the desired point by linear interpolation based on the positions of at least two points on the working surface and the at least two instructions stored in the storage means in association with the at least two pinholes. 4. A calibration method according to claim 2, wherein a command is generated and sent to said scanning means.
【請求項5】前記ビームがレーザービームであることを
特徴とする請求項2から4いずれか1項記載の較正方
法。
5. The calibration method according to claim 2, wherein said beam is a laser beam.
【請求項6】前記ビームが電磁放射ビームであることを
特徴とする請求項2から4いずれか1項記載の較正方
法。
6. A calibration method according to claim 2, wherein said beam is a beam of electromagnetic radiation.
【請求項7】前記ビームが光ビームであることを特徴と
する請求項2から4いずれか1項記載の較正方法。
7. The calibration method according to claim 2, wherein said beam is a light beam.
【請求項8】前記ビームが電子ビームであることを特徴
とする請求項2から4いずれか1項記載の較正方法。
8. The calibration method according to claim 2, wherein said beam is an electron beam.
【請求項9】前記作業媒体が光重合性液体であることを
特徴とする請求項2から8いずれか1項記載の較正方
法。
9. The calibration method according to claim 2, wherein the working medium is a photopolymerizable liquid.
【請求項10】前記作業媒体が粉末であることを特徴と
する請求項2から8いずれか1項記載の較正方法。
10. The calibration method according to claim 2, wherein the working medium is a powder.
【請求項11】ビームに露出されたときに固化可能な作
業媒体の表面上の各位置に当該ビームを向ける走査手段
と、前記走査手段が前記ビームを向ける方向を指定する
命令を発生し前記走査手段に送るコンピュータ制御手段
とを備えた、前記作業媒体の前記表面を選択的に固化す
ることにより所望の三次元物体を層ごとに形成する立体
造形装置において、前記作業媒体の前記表面上の各位置
に対応する前記ビームを向ける方向を指定する前記命令
を特定する較正方法であって、 二次元的に所定の位置に配された複数のピンホールを備
えた較正板と、前記複数のピンホールの各々に前記ビー
ムが入射した際に信号を発する検出手段とを備えた、板
状の較正装置を、前記作業媒体の前記表面に対して相対
的に定められた位置に、前記較正板を前記表面と平行に
して配置する工程と、 前記較正装置上において前記ビームを移動させて、前記
複数のピンホールの中から選択された複数のピンホール
に前記ビームを順次入射させる工程と、 前記選択された複数のピンホールの各々について、当該
ピンホールに前記ビームが入射し、前記検出手段が前記
信号を発した際の、前記ビームを向ける方向を指定する
前記命令を、当該ピンホールと関連づけて記憶する工程
を含むことを特徴とする較正方法。
11. A scanning means for directing the beam to each position on a surface of a work medium which can be solidified when exposed to the beam, and a command for designating a direction in which the beam is directed by the scanning means. Means for selectively solidifying the surface of the working medium to form a desired three-dimensional object layer by layer, comprising: What is claimed is: 1. A calibration method for specifying a command for designating a direction of directing said beam corresponding to a position, comprising: a calibration plate having a plurality of pinholes two-dimensionally arranged at a predetermined position; A detection device that emits a signal when the beam is incident on each of the work media, a plate-like calibration device is provided at a position defined relative to the surface of the working medium. Arranging the beam parallel to the surface; moving the beam on the calibration device to sequentially impinge the beam on a plurality of pinholes selected from the plurality of pinholes; For each of the plurality of pinholes, the command that specifies the direction in which the beam is directed when the beam is incident on the pinhole and the detection unit issues the signal is stored in association with the pinhole. A calibration method.
【請求項12】前記検出手段が発生する前記信号が、前
記複数のピンホールの各々に入射したビームの強度に連
動する信号であって、 前記配置する工程と前記順次入射させる工程の間におい
て、 前記複数のピンホールから選択された1つのピンホール
が、前記走査手段により前記ビームの方向が変えられる
点の略直下に位置させられるように、前記較正装置の水
平位置を調整する工程と、 前記ビームを略前記選択されたピンホールの方向に向け
ながら、前記信号を発生する前記検出手段の感度が最適
になるように、前記較正装置を調整する工程と、 前記選択された1つのピンホールの位置から前記ビーム
を四方に移動させ、前記選択された1つのピンホールが
前記走査手段により前記ビームの方向が変えられる前記
点の直下に正確に位置させられている場合において前記
四方のそれぞれにあるべきピンホールの数と、前記四方
のそれぞれに前記ビームを移動させている間に前記検出
手段が前記信号を発生した回数が一致することを確認す
る工程をさらに含み、 前記四方のそれぞれにあるべき前記ピンホールの数と、
前記四方のそれぞれに前記ビームを移動させている間に
前記検出手段が前記信号を発生した前記回数が一致しな
い場合には、前記水平位置を調整する前記工程と、前記
感度が最適になるように前記較正装置を調整する前記工
程と、前記確認する工程を繰り返すことを特徴とする請
求項11記載の較正方法。
12. The method according to claim 11, wherein the signal generated by the detecting means is a signal linked to an intensity of a beam incident on each of the plurality of pinholes. Adjusting the horizontal position of the calibration device such that one pinhole selected from the plurality of pinholes is located substantially immediately below a point at which the direction of the beam is changed by the scanning unit; Adjusting the calibration device so as to optimize the sensitivity of the detection means for generating the signal while directing the beam substantially in the direction of the selected pinhole; The beam is moved in all directions from a position so that the selected one pinhole is accurately located just below the point where the direction of the beam is changed by the scanning means. In this case, it is confirmed that the number of pinholes that should be in each of the four directions matches the number of times that the detection unit has generated the signal while moving the beam in each of the four directions. A number of said pinholes to be in each of said four sides;
If the number of times the detection means has generated the signal while moving the beam in each of the four directions does not match, the step of adjusting the horizontal position and the sensitivity are optimized. 12. The calibration method according to claim 11, wherein the step of adjusting the calibration device and the step of checking are repeated.
【請求項13】前記立体造形装置がさらに記憶手段を備
え、 前記記憶する工程が、前記選択された複数のピンホール
の各々について、当該ピンホールに前記ビームが入射
し、前記検出手段が前記信号を発した際の、前記ビーム
を向ける方向を指定する前記命令を、当該ピンホールと
関連づけて前記記憶手段に記憶する工程であり、 前記立体造形装置により前記三次元物体を形成する際、 前記選択された複数のピンホールのいずれかに対応する
前記作業表面上の所望の点に前記走査手段が前記ビーム
を向ける場合には、前記コンピュータ制御手段が、前記
作業表面上の当該所望の点に対応する前記ピンホールと
関連づけて前記記憶手段に記憶された前記命令を前記走
査手段に送り、 前記選択された複数のピンホールのいずれにも対応しな
い前記作業表面上の所望の点に前記走査手段が前記ビー
ムを向ける場合には、前記コンピュータ制御手段が、前
記選択された複数のピンホールのうちの少なくとも2つ
のピンホールに対応する前記作業表面上の少なくとも2
点の位置と、当該少なくとも2つのピンホールと関連づ
けて前記記憶手段に記憶された少なくとも2つの前記命
令とに基づく直線補間により、当該所望の点にビームを
向けるための命令を発生し、前記走査手段に送ることを
特徴とする請求項11または12記載の較正方法。
13. The three-dimensional modeling apparatus further includes storage means, wherein the step of storing includes, for each of the plurality of selected pinholes, the beam is incident on the pinhole, and the detection means outputs the signal Is a step of storing the command specifying the direction in which the beam is directed in the storage unit in association with the pinhole when the three-dimensional object is formed by the three-dimensional modeling apparatus. When the scanning means directs the beam to a desired point on the work surface corresponding to any of the plurality of pinholes provided, the computer control means controls the computer control means to correspond to the desired point on the work surface. Sending the command stored in the storage unit in association with the pinhole to be performed to the scanning unit, and not corresponding to any of the selected plurality of pinholes. When the scanning means directs the beam to a desired point on the work surface, the computer control means causes the computer control means to direct the beam onto the work surface corresponding to at least two of the selected plurality of pinholes. At least 2
Generating a command to direct the beam to the desired point by linear interpolation based on the position of the point and the at least two commands stored in the storage means in association with the at least two pinholes; 13. The calibration method according to claim 11, wherein the calibration method is sent to a means.
【請求項14】前記ビームがレーザービームであること
を特徴とする請求項11から13いずれか1項記載の較正方
法。
14. The calibration method according to claim 11, wherein said beam is a laser beam.
【請求項15】前記ビームが電磁放射ビームであること
を特徴とする請求項11から13いずれか1項記載の較正方
法。
15. The calibration method according to claim 11, wherein said beam is a beam of electromagnetic radiation.
【請求項16】前記ビームが光ビームであることを特徴
とする請求項11から13いずれか1項記載の較正方法。
16. The calibration method according to claim 11, wherein said beam is a light beam.
【請求項17】前記ビームが電子ビームであることを特
徴とする請求項11から13いずれか1項記載の較正方法。
17. The calibration method according to claim 11, wherein said beam is an electron beam.
【請求項18】前記作業媒体が光重合性液体であること
を特徴とする請求項11から17いずれか1項記載の較正方
法。
18. The calibration method according to claim 11, wherein the working medium is a photopolymerizable liquid.
【請求項19】前記作業媒体が粉末であることを特徴と
する請求項11から17いずれか1項記載の較正方法。
19. The calibration method according to claim 11, wherein the working medium is a powder.
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