JP2000141494A - 立体造形方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 立体造形装置の液体媒質の水準を精密かつ高
い信頼性をもって測定する。 【解決手段】 相乗刺激により硬化可能な流体媒質から
三次元物体を立体造形する装置の容器内の流体媒質の液
面レベルを測定する装置において、流体媒質を含有する
第一の槽10と、第一の槽10と接続され、少なくとも第二
の槽16内の流体媒質の液面が第一の槽10内の流体媒質の
液面20から隔てられている第二の槽16と、第一の槽10の
液体媒質の液面20を測定する手段として、非相乗電磁放
射線のビームを発生する源21と、ビーム方向付け手段
と、センサ全体に亘り入射する電磁ビームの動きに反応
して信号を変化させるセンサ22を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は三次元物体の製造の
ための改良された立体造形の方法および装置に関し、特
に、立体造形における液体媒質の液面レベルを測定する
ための方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、「立体造形による三次元物体の製
造のための装置」と題する米国特許第４，５７５，３３
０号に記載されたような「立体造形」システムが実用化
されている。基本的に、立体造形は、重合性液体の多数
の薄層を各層の上に連続的に硬化させ、すべての薄層が
結合されて部品全体を形成させることにより、複雑な立
体プラスチック部品を自動的に製作するための方法であ
る。重合化された各層は、本質的に、希望の三次元物体
の薄い断面層である。この技術では、部品は、文字通
り、液状プラスチックの槽の中で創出される。この方法
は、設計構想を迅速に具体的な形状にし、試作品のモデ
ルを作るために極めて有効である。さらに、複雑な部品
も工具を要さずに迅速に製作できる。このシステムは、
コンピュータを利用して断面パターンを生成するので、
ＣＡＤ／ＣＡＭシステムと容易に連結することができ
る。

【０００３】好ましい重合性液体は、実用的なモデル製
作材料とするのに十分な高速で紫外線で硬化するもので
ある。部品製作時に重合に用いられなかった液体はその
まま槽内に残して以後の部品を製作するのに使用する。
紫外線レーザが、ガルバノメータミラーを使用したＸ−
Ｙ走査装置によりその液体の表面上を既定のパターンで
移動する小さな高強度の紫外線スポットを作る。走査装
置は、コンピュータ生成ベクトルなどによって駆動さ
れ、精密かつ複雑なパターンがこの技術によって容易に
作成される。

【０００４】立体造形システムには、レーザ走査装置、
重合性液体を入れるための槽、槽内を上下動可能な物体
支持台、および制御コンピュータが含まれる。システム
は、一度に一つの薄層断面を形成し、層単位で希望の三
次元物体を作り上げることによりプラスチック部品を自
動的に製作するようにプログラムされる。

【０００５】通常の立体造形手順では、粘性硬化性プラ
スチック液体の薄層がすでに硬化された層の上に付与さ
れ、その重合性液体の薄層が重力によって平滑になるだ
けの十分な時間が経過した後、コンピュータ制御放射線
ビームが薄層上を移動し、そのプラスチック液体を十分
に硬化させ、その上に以後の層が付与できるようにす
る。薄層が平滑になるための待機時間は、重合性液体の
粘度、層の厚さといったいくつかの要因によって異な
る。

【０００６】通常、硬化層は、上下動可能な物体支持台
に支持されており、液状プラスチックが硬化層上に満た
されるように希望の層厚さに等しい距離だけ、粘性重合
性液体の浴の表面下に浸漬される。表面が平坦になる
と、層は放射線による硬化の準備が整ったことになる。

【０００７】立体造形の詳細については、米国特許第
４，５７５，３３０号および以下に挙げる係属中の米国
特許出願に説明されている。

【０００８】米国特許出願番号第３３９，２４６号「立
体造形におけるカールの低減」（１９８９年４月１７日
出願）米国特許出願番号第３３１，６６４号「立体造形
による高分解能三次元物体の製造のための方法および装
置」（１９８９年３月３１日出願） 米国特許出願番号第１８３，０１５号「立体造形による
三次元物体の製造方法および装置」（１９８８年４月１
８日出願） 米国特許出願番号第１８２，８０１号「立体造形による
三次元物体の製造方法および装置」（１９８８年４月１
８日出願） 米国特許出願番号第２６８，４２９号「部分的に重合化
された部品を硬化させる方法」（１９８８年１１月８日
出願） 米国特許出願番号第２６８，４２８号「部分的に重合化
された部品を作成する方法」（１９８８年１１月８日出
願） 米国特許出願番号第２６８，４０８号「部分的に重合化
された部品から排液する方法」（１９８８年１１月８日
出願） 米国特許出願番号第２６８，８１６号「ビームの輪郭を
描くための装置および方法」（１９８８年１１月８日出
願） 米国特許出願番号第２６８，９０７号「立体造形におけ
るドリフトを補正する装置および方法」（１９８８年１
１月８日出願） 米国特許出願番号第２６８，８３７号「立体造形装置を
較正・標準化する装置および方法」（１９８８年１１月
８日出願） 米国特許出願番号第２４９，３９９号「立体造形による
三次元物体の製造方法および装置」（１９８８年９月２
６日出願） 米国特許出願番号第３６５，４４４号「統合化立体造
形」（１９８９年６月１２日出願） 米国特許出願番号第２６５，０３９号「液面を測定・制
御する装置および方法」（１９８８年１０月３１日出
願） 現在必要とされており、これまで利用できなかったこと
は、プラスチックの各層を形成するためのサイクル時間
を短縮するための手段である。本発明は、その必要性を
満たすものである。

【０００９】本発明はまた、液体の水準（液位）を測定
・制御する装置および方法、特に、立体造形装置におけ
る使用液体の水準を測定・制御する装置および方法を利
用するものである。

【００１０】多くの科学実験および工業用途では、液位
の測定を必要とする。ここで用いる「液体の水準（液
位）」とは、重力場または他の加速座標系における液面
の高度を意味する。この表面は、液体は、多くの可能性
が考えられ、海でもあり、自動車のガソリンタンク内の
ガソリンでもあり、試験管内の液体薬品でもあり得る。
こうした液体の水準を測定するために、浸漬棒、杭の側
面に塗装された線、試験管側面の印、フロートなど、各
種の手段が長年にわたって採用されている。しかし、液
体の水準を極めて精密かつ高い信頼性をもって測定でき
る装置の必要性が存在する。この種の装置は、工業用途
で特に有益であり、液体の水準を希望の高度に維持する
ためにポンプのプランジャ、ダイヤフラムその他の調節
装置などの水準維持装置と組み合わせることができる。

【００１１】特に、立体造形装置は、使用液体の水準の
極めて精確な管理を必要とする。前述のチャールズ．
Ｗ．ハルの米国特許第４，５７５，３３０号は、立体造
形による三次元物体の製造のための装置を開示してい
る。この立体造形装置で用いられる使用液体は、通常、
紫外線の照射によって硬化可能な液状感光性重合体であ
る。米国特許第４，５７５，３３０号に記載されている
ように、好ましい実施例における使用液体の水準は、紫
外線のビームが一定の平面で高精度に正確に焦点を維持
するように一定の水準に維持されなければならない。

【００１２】液状感光性重合体の表面の紫外線ビームの
全強度およびビーム断面における強度分布（ビームプロ
ファイル）は、他の要因（液状感光性重合体の特性、ビ
ームが単一のスポットに留まっている時間など）と関連
して、ビームの照射により硬化または重合化する感光性
重合体の深さおよび輪郭を決定する。ビームプロファイ
ルは、ビームが液状感光性重合体の既定の水準で既知の
輸郭を有するように焦点を結ぶので、液状感光性重合体
の水準によって異なる。液状感光性重合体が既定の水準
と異なる水準を有した場合、ビームプロファイルの相違
は、硬化した感光性重合体の幅およびその深さを予定の
深さおよび幅とは異なるものにさせる。

【００１３】さらに、液状感光性重合体の水準が既定の
水準よりも高ければ、硬化した感光性重合体の深さは、
先行の硬化層まで到達して付着するために十分でなく、
物体の構造結合性にとって不都合な結果を生じることに
なる。反対に液状感光性重合体の水準が低ければ、新し
い層が予定よりも薄くなり、物体の再現精度に不都合と
なる。

【００１４】液状感光性重合体の水準は、液状感光性重
合体の硬化、加熱、蒸発などによって生じる収縮や減少
にかかわらず維持されなければならない。立体造形装置
の初期の機種では、この水準は、排液路を設けることに
よって維持していた。液状感光性重合体の水準は、オー
バーフロー用排液路をわずかに超える所まで（表面張力
により）上昇した。しかし、排液路は、立体造形装置に
よって作成される部品の高分解能を可能にするほど十分
な精度で液状感光性重合体の水準を管理できない。従っ
て、液体の水準を測定するさらに精密な手段の必要性が
存在する。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑みなされたものであり、立体造形装置の液体媒質の水
準を極めて精密かつ高い信頼性をもって測定することを
可能とする液面レベルを測定する装置および方法を提供
することを目的とするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の、相乗刺激によ
り硬化可能な流体媒質から三次元物体を立体造形する装
置の容器内の該流体媒質の液面レベルを測定する装置
は、流体媒質を含有する前記容器の第一の槽（１０，３
０ａ）、該第一の槽と接続された該容器の第二の槽（１
６，４０ａ）であって、少なくとも該第二の槽内の流体
媒質の液面が、該第一の槽内の流体媒質の液面から隔て
られている第二の槽、および該第二の槽内の流体媒質の
液面レベルを測定し、該第二の槽内の測定した流体媒質
の液面レベルから前記第一の槽内の流体媒質の液面レベ
ルを決定する手段を備えていることを特徴とするもので
ある。

【００１７】前記測定する手段は、非相乗電磁放射線の
ビームを発生する源、該ビームを第一の光路に沿って方
向付けて、該ビームの検出可能な部分が、第二の光路に
沿って液面で反射するように、前記第二の槽内の液体媒
質の液面に入射させるビーム方向付け手段、およびセン
サ全体に亘り入射する電磁ビームの動きに反応して信号
を変化させるセンサを備えているものとすることができ
る。

【００１８】前記ビームを発生する源は、レーザである
ことがより好ましい。

【００１９】前記センサは、二重セルであることがより
好ましい。またセンサは、二重セルより発生した二つの
別々の信号から信号を作成する手段を備えていることが
望ましい。

【００２０】前記第一と第二の槽は、接続されて該二つ
の槽間で流体媒質を混合できることがより望ましい。

【００２１】また、前記測定する手段は、前記第二の槽
内の流体媒質の表面に測定放射物を発生し、方向付ける
手段、および該第二の槽内の流体媒質の表面で反射した
前記測定放出物の少なくともいくつかを検出するセンサ
であって、該センサ上の前記測定放出物の位置に応答し
て変化する出力を有し、該センサの前記出力が、前記第
一と第二の槽のうちの少なくとも一つの槽内の前記流体
媒質のレベルを示すセンサを備えているものとすること
ができる。

【００２２】前記第一と第二の槽は、該第一と第二の槽
内の流体媒質の表面が同一のレベルにあるように配列さ
れ、前記センサからの出力が両槽内の流体媒質のレベル
を示すことがより望ましい。さらに、前記第一と第二の
槽は、実質的に同じ平面にある下側の表面を有している
ことがより好ましい。

【００２３】前記第一の槽は、前記第二の槽に隣接し、
該第一と第二の槽を接続する、流体媒質中に沈んだ開口
部を有する共通壁により該第二の槽から隔てられている
ことがより望ましい。

【００２４】本発明の立体造形装置は、硬化された流体
媒質から形成された構造体の先に形成された層の上に硬
化された流体媒質の構造体の層を形成することにより、
実質的に層毎を基準として三次元物体を製造する立体造
形装置において、流体媒質を含有する前記容器の第一の
槽、該第一の槽と接続された該容器の第二の槽であっ
て、少なくとも該第二の槽内の流体媒質の液面が、該第
一の槽内の流体媒質の液面から隔てられている第二の
槽、および該第二の槽内の流体媒質の液面レベルを測定
し、該第二の槽内の測定した流体媒質の液面レベルから
前記第一の槽内の流体媒質の液面レベルを決定する手段
を備え、前記物体の先に形成された層を、該先に形成さ
れた層の厚さと実質的に等しい距離だけ、前記第一の槽
内の流体媒質の前記表面より下に位置決めする手段を備
えていることを特徴とするものである。

【００２５】本発明の、所定の刺激に曝したときに硬化
できる流体媒質から実質的に層毎を基準として三次元物
体を製造する立体造形装置において該流体媒質のレベル
を測定する装置は、媒質の層を形成し硬化させて、前記
物体を形成する第一の指定領域と、該第一の指定領域か
ら間隔が置かれた第二の指定領域を有する少なくとも１
つの槽、および該第二の指定領域で前記流体媒質のレベ
ルを測定する手段を備えていることを特徴とするもので
ある。

【００２６】この場合、前記第一の指定領域が前記装置
の第一の槽内にあり、前記第二の指定領域が該装置の第
二の槽内にあることが好ましい。

【００２７】前記測定する装置は、非相乗電磁放射線の
ビームを発生する源、前記ビームを第一の光路に沿って
方向付けて、該ビームの検出可能な部分が第二の光路に
沿って前記第二の指定領域内の流体媒質の表面で反射す
るように該表面に入射させるビーム方向付け手段、およ
びセンサであって、該センサ全体に亘り入射する電磁ビ
ームの動きに応答して信号を変化させるセンサを備えて
いることことが望ましい。

【００２８】前記ビームを発生する源はレーザであるこ
とが好ましい。

【００２９】前記センサは二重セルであることが好まし
い。またセンサは、前記二重セルにより生じた二つの別
々の信号の差から前記信号を形成する手段を備えている
ことがより好ましい。

【００３０】本発明の、硬化された流体媒質から形成さ
れた構造体の先に形成された層の上に硬化された流体媒
質の構造体の層を形成することにより、実質的に層毎を
基準として三次元物体を製造する立体造形装置において
流体媒質のレベルを測定する装置は、前記流体媒質を保
持する槽、前記物体の先に形成された層の上側表面と前
記流体媒質の表面とを相対的に移動させる手段、該物体
の先に形成された層が、実質的に該層の厚さよりも多く
前記流体媒質の表面の下に移動されたときに、前記槽内
の流体媒質のレベルを検出する検出器を備えていること
を特徴とするものである。

【００３１】前記測定する装置は、非相乗電磁放射線の
ビームを発生する源、前記ビームを第一の光路に沿って
方向付けて、該ビームの検出可能な部分が第二の光路に
沿って前記流体媒質の表面で反射するように該表面に入
射させる方向付け手段、およびセンサであって、該セン
サ全体に亘り入射する電磁ビームの動きに応答して信号
を変化させるセンサを備えていることが望ましい。

【００３２】前記ビームを発生させる源はレーザである
ことが望ましい。

【００３３】前記センサは二重セルであることが望まし
い。またセンサは、前記二重セルにより生じた二つの別
々の信号の差から前記信号を形成する手段を備えている
がより好ましい。

【００３４】前記流体媒質の液面のレベルを測定する手
段に接続された、該流体媒質の液面のレベルを調節する
手段をさらに備えていることが望ましい。

【００３５】前記調節手段は、前記流体媒質中に並びに
その外に移動可能なプランジャを備えていることが望ま
しい。また前記プランジャを、前記流体媒質中に並びに
その外に移動させるモータをさらに備えていることが好
ましい。さらに、前記モータと、前記流体媒質の表面の
レベルを測定する手段との間にフィードバックループが
設けられていることがより好ましい。

【００３６】前記センサは、前記第二の槽に関して適所
に固定されていることが望ましい。

【００３７】前記ビームを方向付ける、前記第二の槽に
関して適所に固定されている鏡を備えていることが望ま
しい。

【００３８】前記ビームを前記センサに反射させる、前
記流体媒質の表面に浮遊している反射器を備えているこ
とが好ましい。

【００３９】本発明の、実質的に層毎を基準として立体
造形により形成される物体の先に形成された層の上への
流体媒質の層の形成に備えて、容器内に含まれる流体媒
質の表面のレベルを測定する方法は、(a) 前記物体の先
に形成された層を、形成すべき層の厚さよりも実質的に
大きく前記流体媒質の最終的なレベルよりも下に相対的
に移動させ、(b) 該物体の先に形成された層が、形成す
べき層の厚さよりも実質的に大きく該流体媒質のレベル
の表面の下に移動されたときに流体媒質のレベルを測定
する各工程からなることを特徴とするものである。

【００４０】前記流体媒質としては、たとえば感光性重
合体をあげることができる。

【００４１】本発明の、実質的に層毎を基準として立体
造形により形成される物体の先に形成された層の上への
流体媒質の薄い均一コーティングの形成に備えて、容器
内に含まれる流体媒質の表面のレベルを測定する方法
は、(a) 前記容器の第一の槽内に前記流体媒質を含ま
せ、(b) 該容器の第二の槽内の第二の流体媒質の表面
が、該第一の槽内の流体媒質の表面から隔てられた状態
で、該第一の槽に適切に接続された該第二の槽内に第二
の流体媒質を含ませ、(c) 該第二の槽内の第二の流体媒
質の表面のレベルを測定し、それによって、該第一の槽
内の流体媒質の表面のレベルが測定できる各工程からな
ることを特徴とするものである。

【００４２】前記物体の先に形成された層は、形成すべ
き層の厚さと実質的に等しい距離だけ、前記第一の槽内
の流体媒質の表面より下に位置させることが望ましい。

【００４３】前記流体媒質と前記第二の流体媒質とは同
一の媒質であることが好ましい。

【００４４】前記流体媒質と前記第二の流体媒質とは異
なる密度を有することが好ましい。

【００４５】前記流体媒質としては、たとえば感光性重
合体をあげることができる。

【００４６】本発明の、所定の相乗刺激の下で硬化可能
な流体媒質から実質的に層毎を基準として三次元物体を
立体造形により製造する装置において該流体媒質のレベ
ルを測定する方法は、少なくとも１つのバット内に前記
流体媒質を含ませ、該少なくとも１つのバットの少なく
とも第一の部分内に前記三次元物体の層を形成し、該少
なくとも１つのバットの第二の部分が前記第一の部分か
ら間隔が置かれた状態で、該第二の部分内の流体媒質の
表面のレベルを測定する各工程からなることを特徴とす
るものである。

【００４７】前記物体の次の層の形成に備えて、該物体
の先に形成された層を流体媒質で比較する工程をさらに
含むことが望ましい。

【００４８】また、前記バット内の流体媒質のレベルを
調節する工程をさらに含むことが望ましい。

【００４９】本発明の、所定の刺激への露出の際に選択
的に変換できる造形材料から三次元物体の少なくとも一
部を立体造形により形成する方法は、(a) 容器内に多量
の該造形材料を保持し、ここで、該造形材料の少なくと
も上側表面が、仕切りにより少なくとも第一と第二の部
分に隔てられており、該第一の部分内で物体が形成さ
れ、(b) 前記物体の先に形成された層の上に該第一の部
分内の造形材料のコーティングを形成し、(c) 該造形材
料のコーティングに所定の刺激のパターンを施して、前
記三次元物体の連続層を形成し、(d) 前記第二の部分内
の造形材料の上側表面のレベルを周期的に検出する各工
程からなることを特徴とするものである。

【００５０】本発明の、所定の刺激に露出したときに硬
化できる造形材料から三次元物体の少なくとも一部を立
体造形により形成する装置は、(a) 多量の前記造形材料
を保持する容器と、ここで、該造形材料の少なくとも上
側表面が、仕切りにより少なくとも第一と第二の部分に
隔てられており、該第一の部分内で物体が形成され、
(b) 前記物体の先に形成された層の上に該第一の部分内
の造形材料のコーティングを形成するリコート装置と、
(c) 該造形材料のコーティングに所定の刺激のパターン
を施して、前記三次元物体の連続層を形成する露出装置
と、(d) 前記第二の部分内の造形材料の上側表面のレベ
ルを周期的に測定する検出装置とを備えたことを特徴と
するものである。

【００５１】本発明の液体の表面のレベルを測定する装
置は、(a) 電磁放射線のビームを発生させ、第一の光路
に沿って方向付けて、該ビームの検出可能な一部が該流
体の表面で第二の光路に沿って反射するように該流体の
表面に当てる手段、(b) センサであって、入射する電磁
ビームの該センサを横切る動きに応答して電気信号を変
化させるセンサ、および(c) 該センサを、前記流体のレ
ベルに対して垂直方向に所定の距離をおいた位置に、前
記反射したビームが該センサと交差するように前記第二
の光路中に取り付ける手段を備えていることを特徴とす
るものである。

【００５２】本発明の流体の表面のレベルを測定する装
置は、(a) 該流体の表面の上方から該流体の表面に向け
て第一の光路に沿って方向付けられ、また該流体の表面
から第二の光路に沿って反射するように方向付けられた
レーザ、(b) 入射する光の強度に応じて変化する電気信
号を出力する複数の連結されたフォトセル、および(c)
該複数の連結されたフォトセルを前記流体の表面の上方
に前記第二の光路中に取り付ける手段であって、前記レ
ーザが該連結されたフォトセルの一つ以上に入射するよ
うに該連結されたフォトセルが、該流体の表面のレベル
に対して垂直な方向に互いの上に一つずつ整列されるよ
うに設ける手段を備えていることを特徴とするものであ
る。

【００５３】本発明の立体造形装置は、(a) 相乗刺激に
応答して物理的状態を転移可能な流体媒質、(b) 電磁放
射線のビームを発生させる手段、(c) 該発生手段からの
電磁放射線のビームを第一の光路に沿って方向付けて、
該ビームの検出可能な一部が前記流体の表面で第二の光
路に沿って反射するように該流体の表面に入射させる手
段、(d) センサであって、該センサに入射する電磁ビー
ムの位置の変化に応答して電気信号を変化させるセン
サ、および(e) 該センサを、前記流体媒質の表面に対し
て垂直方向に所定の距離をおいた位置に、反射したビー
ムが該センサと交差するように前記第二の光路中に取り
付ける手段を備えていることを特徴とするものである。

【００５４】本発明の流体の表面のレベルを測定する方
法は、(a) 電磁放射線のビームを発生させ、(b) 該電磁
放射線のビームを、該ビームの検出可能な一部が前記流
体の表面から第二の光路に沿って反射するように第一の
光路に沿って該面に入射させ、(c) 前記流体のレベルの
変化による、該流体のレベルに対して垂直方向に所定の
距離をおいた位置における前記第二の光路のずれを検出
する各工程を含むことを特徴とするものである。

【００５５】本発明によれば、始めに、重合性液体の層
が物体支持台の表面に付与される。希望の層厚さの平滑
な層を得るために層の表面上をブレードで引く（掃引す
る、ならす）ことにより、余分な重合性液体が層から掻
き取られる。放射線などの硬化媒質が平滑にされた層の
上表面すなわち作業表面に事前に選択されたパターンで
当てられ、それによりその層が十分に硬化し、希望の三
次元物体を形成するために以降の層が同様にして付与さ
れ硬化できるようにする。

【００５６】好ましい実施の態様では、物体支持台は、
それらの層が積層される表面を有しており、槽内の重合
性液体の浴中を上下できるように設けられている。その
物体支持台は、その表面（最新の硬化層の場合もある）
が全体的に希望の層厚よりも大きい距離だけ重合性液体
の浴の上面より下にあるように浴中に下げられる。次に
支持台は、表面の粘度の高い重合性液体が浴の上面より
も上に位置するように引き上げられる。その後、水平移
動ドクターブレードが希望の厚さの重合体の液層ができ
るように水平に移動して余分な重合性液体を掻き取る。
次いで支持台は平滑にされた重合性液体の層の上面が浴
とほぼ同じ水準になるように下げられる。その後、硬化
放射線が図形パターンで平滑にされた層の上に照射さ
れ、その薄い液体層を硬化させ、その結果、それ以降の
重合性液体の層がその上に積層できるようになる。一部
硬化した固体層を載せた物体支持台は、重合性液体がそ
の固体層上に流入できるように浴の表面からさらに下げ
られ、上記のサイクルが繰り返される。

【００５７】このプロセスは、それらの層を一体に結合
しながら多数の連続的に形成される層の作成によって、
希望の三次元物体が形成されるまで継続される。立体造
形の最終製品は、以後の取扱いに対して十分な強さを有
していなければならない。通常、物体は形成後に最終硬
化が行われる。上記の工程において、浴中の重合性液体
の水準（液面レベル）は、特にその平滑にされた層が浴
中に下げられて放射線によって硬化される際に一定の水
準（液面レベル）に維持されるように注意しなければな
らない。浴中の液体が液体の平滑な層の境界を形成する
からである。好ましい実施例では、浴中の液体の水準
（液面レベル、以下、単に「液面」ともいう）が適切な
方法で検出され、ある水準が希望の水準と比較され、そ
の差異に応答して、浴内のピストンすなわちプランジャ
が水準を希望の設定点に制御するように浴内で上下され
る。

【００５８】三次元物体は、光硬化性樹脂の表面にへリ
ウム−カドミウムレーザによる紫外線などの放射ビーム
を移動させ、それが照射された部分の液体を凝固させる
ことによって一度に１水平層ずつ形成される。樹脂の紫
外線吸収により紫外線が液中に深く透過するのを妨げ、
薄層が形成されるようにする。

【００５９】液面制御には、電磁線ビームを発生するた
めの装置と、液面に衝突した電磁線ビームの位置の変化
に応答して電気信号を変化させる検出器を含む、液面を
測定するための新しい改良された装置が使用される。こ
のビーム検出器は、液面に対して垂直方向の一定距離に
設置される。ビームは、液面に対して一定の角度で第１
の光路に沿って液面に向けて発せられ、液面から検出器
への第２の光路に沿ってビーム検出可能位置に反射され
る（ビームは可視光である必要はないが、「光路」とい
う用語を使用する）。液面の変化は、ビームが検出器に
衝突する地点を変え、それによって検出器からの電気信
号の変化を生じさせる。この信号は、その後、ポンプ、
ダイヤフラム、プランジャなどの液面を管理する装置を
制御するために使用することができる。

【００６０】液体の表面は、平坦、または、液体の表面
の高度が変化する場合でも、ビームに関して同一角度を
保つものと仮定する。従って、ビームが液面から反射す
る角度は変化しない。表面が平坦でない場合、ビームは
反射されないか、または、予測できない角度で反射され
る。波または乱れが予想される場合は、斜め揺れ、縦揺
れおよび横揺れを防止するように加重された鏡付フロー
トを液面に置いてビームを反射させてもよい。

【００６１】好ましい実施の態様では、電磁線ビームを
発生させるための装置はレーザであり、検出器は液面に
垂直方向に沿って液面からずらして位置する多数の結合
された光電池（フォトセル）である。レーザによる放射
線は、好ましくは、液体の状態を変化させるものであっ
てはならない。光電池のそれぞれの電気出力を比較し、
それによってビームが光電池に衝突した時のビームの位
置の移動を検出する電子回路が使用される。液面が変化
すると、ビームはそれ以上、同じ位置の光電池に衝突し
ない。ある光電池は以前より多くのビームを受け、別の
光電池は以前より少なく受ける。これが、作用される光
電池のそれぞれからの電気出力を変化させる。比較回路
がこの相違を検出し、液面を表示する計器もしくは液面
を変化させるための装置（プランジャなど）のいずれか
一方、または、双方を駆動させる。

【００６２】

【発明の効果】相乗刺激により硬化可能な流体媒質から
三次元物体を立体造形する装置の容器内の該流体媒質の
液面レベルを測定する装置において、流体媒質を含有す
る前記容器の第一の槽（１０）、該第一の槽と接続され
た該容器の第二の槽（４０ａ）であって、少なくとも該
第二の槽内の流体媒質の液面が、該第一の槽内の流体媒
質の液面から隔てられている第二の槽、および該第二の
槽内の流体媒質の液面レベルを測定し、該第二の槽内の
測定した流体媒質の液面レベルから前記第一の槽内の流
体媒質の液面レベルを決定する手段を備えたので、液面
レベルの測定が極めて精密かつ高い信頼性をもって測定
することが可能となる。

【００６３】すなわち本発明の液面を側定するための装
置は、迅速で、高信頼性を有する、極めて敏感に反応す
る装置である。この装置は、液面（液体の水準）を極め
て精密に測定し、それに従って極めて精確にその水準を
維持することができる。現在、本発明によって製作され
た液面測定装置は、少なくとも±０．５ミル（±０．０
０５インチ＝０．１２５ｍｍ）の範囲内で液面を測定し
（維持する）ことができる。このように液面レベルが極
めて精密かつ高い心霊性をもって測定されることによ
り、本発明の立体造形の方法および装置により形成され
る三次元物体は、極めて寸法精度が向上したものとな
り、また三次元物体を形成する各層の形成サイクル時間
を著しく短縮することが可能となり、未処理強度および
最終硬化強度を増大させることができる。

【００６４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について詳細に説明する。第１図および第２図
は、本発明の特徴を具体化した三次元物体を形成するた
めの立体造形システムを図式的に示すものである。これ
らの図面に示すように、槽１０は重合性液体の浴１１を
入れるために備わっている。物体支持台１２は、槽１０
内に配置されており、モータ（図示ぜず）によって槽内
を上下するようにフレーム要素１３および１４によって
適合されている。支持台１２は、そこに本発明に従って
三次元物体が形成される部位である水平表面１５を有し
ている。槽１０には、その一方の壁面の上部にトラフ１
６が設けてあり、トラフ内にはプランジャ１７またはピ
ストンが配置されており、槽１０内の重合性液体の上面
２０の水準を制御するためにモー夕１８によって上下さ
れる。

【００６５】浴１１の上面２０の水準は、ある角度で上
面２０に向けられているＨｅ−Ｎｅレーザなどの線源２
１および、２セル型検出器などが可能である放射線検出
器２２によって検出される。検出器２２の位置は、Ｈｅ
−Ｎｅレーザからの放射線を受けるように上面２０に関
して余角をとるように調整される。モータ１８によるプ
ランジャ１７の移動を制御するために制御システム２３
が備えられている。

【００６６】コンピュータ制御放射線源２４が浴１１の
上方に配置されており、浴１１の上面２０に既定のパタ
ーンで紫外線その他の種類の硬化放射線などの硬化媒質
を発し、その放射線が作用した部分の支持台上の層の重
合性液体を硬化させる。線源２４の移動および動作なら
びに物体支持台１２の上下動は、以下に詳述するよう
に、本発明のシステムのコンピュータ制御システム２５
の一体部分である。

【００６７】槽１０の上部にドクターブレード２６が装
備されており、槽の上部を水平方向に移動するように適
応されている。ブレード支持２７は、槽１０の一方の側
面に沿って配置されたレール３０および３１に滑動でき
るように設置されている。ねじ山付駆動軸３２がブレー
ド支持２７のねじ山付通路（図示せず）を通っており、
モータ３３による軸の回転によってブレード支持２７が
移動し、それによりブレード２６が槽の上部を水平に移
動する。

【００６８】第１図および第２図に示した立体造形シス
テムの動作は、一連の図面、第３図から第６図によく示
されている。まず第３図において、物体支持台１２が、
その水平表面１５が浴の上面２０からわずかな距離に位
置するように重合性液体の浴１１内に位置決めされるこ
とから立体造形の手順は始まる。この距離は、硬化され
る重合性液体の層の希望の厚さよりも大きい。水平表面
１５のすぐ上の重合性液体の層が、硬化した時に、三次
元物体の最初の固体層を形成する。

【００６９】プロセスの次の段階は第４図に示される。
物体支持台１２は、水平表面１５上の重合性液体の層３
４が浴１１の上面２０より上に保たれるように引き上げ
られる。この重合性液体は比較的粘性のある液体であ
り、そのため、層が浴から引き上げられた時に、支持台
１２の水平表面１５の縁からすぐに流出しない。ドクタ
ーブレード２６が水平方向に移動し、その下縁３５が層
３４から余分な重合性液体を掻き取り、上部作業面３６
を平滑にする。作業面３６に希望の水準を付与するため
に適切なブレード速度が経験的に決定される。ここで
「作業面」とは、支持台１２上にある重合性液体の、紫
外線その他の適当な放射線である硬化媒質を当てる、硬
化させる作業が行われる面を意味する。さらに、平滑な
水準３４を付与するために特定の速度でドクターブレー
ド２６による１以上のパスが必要な場合もある。通常の
ブレード速度は、ほぼ毎秒、１〜１０インチ（２．５４
〜２５．４センチ）の間であろう。低粘度の重合性液体
が使用される場合は、硬化するまで液体を留めておく囲
い枠を用いてもよい。

【００７０】層３４の作業面３６がドクターブレード２
６によってならされた後、物体支持台１２は第５図に示
すように浴１１中に下げられ、層３４の平滑作業面３６
は浴１１の上面２０と同じ高さ、すなわち同一平面とな
る。層３４を囲む浴１１の重合性液体は、本質的に層３
４の外周を支持する壁となる界面３７を形成する。物体
支持台１２および層３４の浴１１への浸漬によって生じ
る作業面３６または浴１１の上面２０のいずれの乱れ
も、比較的わずかであり、すぐにおさまる。

【００７１】コンピュータ制御放射線源２４は、上面の
何らかの乱れを解消するために短い遅延をもって作動さ
れ、好ましくは紫外線その他の適切な放射線である硬化
媒質を既定のパターンで層３４の作業面３６上に当て、
放射線が作用する部位の重合性液体を硬化させる。層３
４は十分に硬化され、以後同様にして作成される付加的
な層を支えるために、また、立体造形が終わり最終硬化
前の成形物体の取扱いを容易にするために必要な未処理
強度を得る。

【００７２】層３４の照射後、物体支持台１２はさら
に、第６図に示すように引き下げられ、浴１１から重合
性液体が先行の硬化層３４上に流入し、新しい層３８を
形成し、プロセスの新たなサイクルが開始される。

【００７３】上述のようにして、一連の重合化した層が
第１図に示すように積層され、このとき各層は事実上、
所望の三次元物体４０の薄い断面となっている。個々の
層の厚さは、重合性液体の組成および粘度ならびに硬化
放射媒質の性質および強度にもとづいて変更できる。し
かし、通常の厚さは、約０．００５から０．０１インチ
（０．１２５〜０．２５４ｍｍ）までの範囲である。前
述の立体造形システムによって形成された最終三次元物
体４０は、槽１０から取り出され、三次元物体の境界表
面内に残っている未硬化材料の硬化を完了させるために
さらに処理が行われる。必要な場合、サンダ仕上げなど
の表面仕上げを行ってもよい。

【００７４】本発明では、広範な硬化媒質と同様、各種
の重合性液体が使用できる。しかし現在のところ、アク
リル樹脂などの光重合性液体が、その硬化のための紫外
線とともに好ましい。好ましくは、重合性液体の粘度
は、１００センチポアズを超えなければならず、約１０
００〜６０００センチポアズの範囲が好ましい。

【００７５】本発明の好ましい実施態様の一例として、
本出願人によって開発された、第１図および第２図に概
略的に示されたコンピュータ制御立体造形システムが、
第７図に示した三次元物体を形成するために使用され
た。この物体の底面は８．２５×８．２５インチ（２
０．９ｃｍ×２０．９ｃｍ）、最大高さは約４インチ
（約１０ｃｍ）、最小高さは約１インチ（約２．５４ｃ
ｍ）であった。肉厚は約０．２５インチであった。重合
性液体は、デソト・ケミカル・カンパニー社製の４１１
２−６５樹脂と称する比較的粘調な樹脂を使用した。そ
の液体の温度は約３０℃に維持された。作成する各層の
厚さは約０．０２インチ（約０．５ｍｍ）であった。

【００７６】本発明の特徴を具体化する以下の工程によ
り各層を作成した。立体造形システムの物体支持台を４
１１２−６５樹脂の浴中に沈め、希望の厚さよりも厚め
の重合性液体の初層を形成するために液状樹脂を支持台
の表面上に流入させる。支持台を引き上げ、その初層が
浴よりも上にあるようにする。毎秒約１インチ（約２．
５４ｃｍ）で移動するブレードが１パスで約０．１イン
チ（約２．５４ｍｍ）の重合性液体を掻き取り、支持台
の支持表面に約０．０２インチ（約０．５ｍｍ）の重合
性液体を残す。支持台はその後、層の平滑な作業面が、
浴の上面と同じ高さになるように下げられる。層は、約
１５ミリワットの出力で約３２５ナノメートルの波長で
放射線を発するＨｅ−Ｃｄレーザからの紫外線を受け
る。各層のサイクルの合計時間は約３５秒であった。従
来の方法によりこうした部品を製作するための時間は、
層サイクル当たり約１６５秒であった。この実施例にお
いて本発明の実施態様を利用することにより節約された
合計時間は、約７．５時間であった。

【００７７】次に、第８図について説明する。本発明の
水準側定の面に関する好ましい実施例が、樹脂槽30aの
使用液体２０（デソト＃６５などの紫外線硬化性感光性
重合体）の水準を測定するために立体造形装置に付属さ
れて示されている。第８図に示す立体造形装置は、本発
明の好ましい実施例の追加および関連装置とは別であ
り、米国特許第４，５７５，３３０号（すでに参照によ
り一体を成している）に示されており、頭字語ＳＬＡ−
１の名称により３Ｄシステムズ社によって販売されてい
る商用立体造形装置に見られる基本的な形式を有してい
る。

【００７８】立体造形装置は、樹脂槽30aの壁６０にあ
る通路５０によって樹脂槽30aと連絡している副槽40aが
付加されている。副槽の寸法は、本発明の好ましい実施
例では７×４インチ（１７．７８ｃｍ×１０．１ｃｍ）
である。使用液体２０が、樹脂槽３０ａおよび副槽４０
ａを満たしている。使用液体は、副槽から樹脂槽ヘ、ま
た逆に、樹脂槽から副槽ヘ、自由に流れることができ
る。樹脂槽（従って、副槽）の液面は、部品（立体造形
により製作される物体を「部品」と称する）の立体造形
製作を実行するために既定の水準に精確に管理されなけ
ればならない。本発明の装置は、図示された好ましい実
施例の形式により、この目的を達成する。

【００７９】副槽４０ａの側面下方の樹脂槽３０ａにへ
リウム−ネオンレーザ１００が装備されている。このレ
ーザは、その出力ビームが副槽の側面に沿って真上に発
せられるように調整が行われている。本発明の好ましい
実施例では、ユニフェーズ社の１５０８レーザが良好で
あった。ユニフェーズ１５０８レーザは、その低価格、
小型であること、および、低出力要求条件を理由に選択
された。このレーザから発する光は使用液体を重合化さ
せない。

【００８０】へリウム−ネオンレーザの出力ビーム１１
０は、副槽上方の張出しに取り付けられた鏡１２０（ロ
リン・オプティクス社＃６０．２１）に向けて上方に発
せられる。この鏡は、第９図でよくわかるように、副槽
４０ａの使用液体の表面７０への第１の光路に沿ってビ
ームを屈折させる。ビームは、表面７０に対して角度β
で使用液体の表面にぶつかる（入射角は９０°−βであ
る）。角度βは、ビームの検出可能成分が第２の光路１
１４に沿って反射されるような値を持つ。角度の可変範
囲は、使用液体およびレーザの特性ならびに槽の寸法に
もとづいて、その第２の光路の要求条件に適合する。こ
こで説明する好ましい実施例では、この角度は１５°で
ある。

【００８１】本明細書に説明する装置は、樹脂槽ではな
く、副槽の樹脂の水準を測定する。これは、部品製作の
各サイクルで部品または支持体が樹脂表面を通過する時
に主槽に気泡その他の表面の乱れが生じる恐れがあるの
で、有利だからである。こうした気泡その他の表面の乱
れにビームが当たった場合、ビームが誤った角度で樹脂
表面から反射する原因となる可能性がある。他の表面の
乱れは、誤ったビームの屈折の原因となり得る浸漬部品
の上部に生じるかもしれず、こうした乱れを平滑にする
ために時間がかかることになる。これらは樹脂のふく
れ、または、ブレードの引きのために、再コーティング
においてブレードにより過剰な樹脂が押し出されてしま
った領域を含む。こうした問題は、閉鎖容積部分を有す
る、または、大形の平坦な水平表面を有するある種の部
品形状の場合に特に深刻となるが、そうした形状につい
ては後に詳述する。副槽の樹脂の水準を測定することに
より、上記の問題は、最小限になるかまたは完全に解決
される。

【００８２】使用液体の表面７０からの反射後、ビーム
は、ビームが液面７０にぶつかった時の液面に対する角
度と同じ角度で第２の光路１１４に沿って戻る。その
後、ビームは、鏡１２０と反対側の副槽４０ａの側面の
プランジャーハウジング８５に取り付けられた２セル型
光検出器１３０に当たる。鏡は、液面が希望の高さにあ
る時にビームが２セル型光検出器１３０に当たるように
調整される。鏡は、液面が希望の高さにある時にビーム
を使用液体の表面から２セル型光検出器に反射させるよ
うに調整された後は、移動または回転することはない。

【００８３】第１１図に示すような、良好な２セル型光
検出器は、シリコン・ディテクター・コーポレーション
社製の、製品番号ＳＤ１１３−２４−２１−０２１とし
て知られているものである。他の製品および大きさの２
セル型光検出器も満足できるであろう。ハママツ二次元
ＰＳＤ（Ｓ１５４４）や二次元ラテラルセル（Ｓ１Ｂ５
２）といった線形ＰＳＤ（位置検出器）も適応できるで
あろうし、長さ単位で大量の出力を測定し表示すること
を目的とする装置の場合には好ましいかもしれない。２
セル型光検出器は２の並列光電池１４０から成る。２セ
ル型光検出器は、並列光電池１４０が一方が他方の上に
あり、両方の光電池が液面より上にあるように、プラン
ジャハウジング８５に取り付けられている。光検出器
は、第２の光路１１４と直角に交差するように傾けるこ
とができ、これは第９図および第１２図でよくわかる。
こうすることにより、光検出器のビームの輪郭を、ビー
ムが本来円形の輸郭であった場合に、楕円にならず、円
になるようにできる。

【００８４】液面がカール、加熱などによる収縮のため
に上下した場合、ビームは表面７０の異なる点に当た
る。従って、ビームは２セル型光検出器の異なる点に当
たる。ビームのこの作用は第９図の影線で示されてお
り、図では使用液体の低位水準８０はビームを第２の光
路１５０に沿って反射し、２セル型光検出器に対して低
位の点にぶつかる。

【００８５】液面の変化はこの作用を図示するために誇
張されているが、本発明の好ましい実施例は、既定の高
さにその水準を維持するために液面を測定するものであ
る。水準の変化は、そうした水準の変化が以下の説明す
るようにすばやく補正されるので、ごくわずかである。
液面の所与の変化は、値βにかかわらず、ビームが２セ
ル型光検出器にぶつかる点で同じ変位を生じる。第１０
図は、水準８２から高位水準８４への液面の変化の結果
を図示している。水準８２と８４との間の差は垂直距離
ｄである。２の異なるビームは、第１の光路１５１およ
び１５２に沿って到達し、それぞれ、角度β１およびβ
２で液体の表面にぶつかることが示されている。（第１
の水準８２についての）第２の光路１５３および１５４
は、垂線Ｐの同一の点Ｙ１に交わるように設定されてい
る。液面が水準８４まで上昇すると、ビームはそれぞれ
第２の光路１５５および１５６をたどる。単純な三角法
による計算は、両方の第２の光路１５５および１５６は
垂線Ｐの同一の点Ｙ２に交わり、Ｙ１とＹ２との間の垂
直距離は液面の垂直変化、値ｄの２倍であることを示し
ている。従って、βの変化は、本発明に従って液面を側
定する方法の精度に影響しない。選択するβの値は、主
として、装置の制約条件内のビームの良好な反射を得る
角度に依存する。

【００８６】液面の変化は、２セル型光検出器によって
発せられた電気信号の変化をもたらす。２セル型光検出
器の光電池１４０は、厚さ１ミル（０．０２５ｍｍ）未
満の狭いスリット１６０によって分離されている（第１
１図参照）。２セル型光検出器がレーザによって照射さ
れていない時、または、レーザビームが光電池１４０の
間のスリット１６０を精確に中心としていない時は、両
方の光電池の出力は等しい。ビームが移動して他方のセ
ルではなく一方のセルに当たるようになった場合、出力
は等しくなくなる。比較回路による不等出力の比較は、
以下に述べるように、プランジャ９５を駆動させるため
に、ステップモータ９０に送られる信号を生じる。プラ
ンジャ９５（第９図参照）は、液面を維持するために必
要に応じて上下する。

【００８７】プランジャは、液面を空間的にほぼ一定の
水準に維持する。これは、レーザビームの焦点を保つた
めに有利である。部品製作の各サイクルで槽に新しい樹
脂を供給する何らかの樹脂供給システムの場合のよう
に、水準が変化できるようになっている場合、レーザは
新しい水準について再び焦点を合わせされなければなら
ないであろう。

【００８８】第１２図について説明する。光電池１４０
の電流出力２０５および２０７は、各光電池の出力を０
〜２．５ボルトの間の電圧に変換する電流／電圧変換器
２００に供給される。電流／電圧変換器２００の２の電
圧出力２１５および２１７（各光電池１４０が各自の出
力を有する）は減算器２２０に供給され、そこで電圧出
力は減算される。基準電圧の加算により（図示せず）、
電圧出力２１５と２１７との間の差は、０〜＋５ボルト
の間の信号２２５である。液体が希望の水準にあれば、
信号２２５は＋２．５ボルトになる。信号２２５は、ア
ナログ／ディジタル変換器２３０に送られ、そこで信号
はディジタル信号２３５に変換され、コンピュータ２４
０に送られる。コンピュータ２４０は、信号２３５を希
望の液面の既定のディジタル信号と比較し、ステップモ
ータ制御装置２４５を起動させる。ステップモータ制御
装置２４５は、次に、液面を希望の値に戻すために液体
を変位させるためにプランジャ９５を上下に移動させる
ステップモータ９０（好ましい実施例では、ミナリック
・エレクトリック社のＬＡＳ３８０２−００１ステップ
モータ）を作動させる。

【００８９】コンピュータは、最初の浸漬動作の後ただ
ちに液面を測定するようにプログラムされており、この
動作において、部品は、支持台を液体中に深めに動かし
て浸漬された後、支持台は引き上げられ、部品上に次の
層を描く。液面は、製作プロセスにおけるこの特定時間
にのみ測定され制御される。コンピュータは、この特定
時間にのみ信号２３５を基準電圧と比較し、ステップモ
ータ制御装置２４５がステップモータ９０を動作させる
時間および方向を決定する、ステップモータ制御装置２
４５への信号２４２を生成する。

【００９０】本発明の再コーティング装置の補助的な実
施例では、ブレード再コーティングプロセスに関連した
いくつかのパラメータを変更できる能力が備わってお
り、これらのパラメータには、ドクターブレードと槽の
樹脂浴の表面との間の距離であるブレードギャップ、ブ
レードと部品上部との間の距離であるブレードクリアラ
ンスがある。通常、ブレードクリアランスは、形成され
る次の層の層厚さと同じであるが、そうでない場合もあ
る。

【００９１】ブレードギャップの最適な大きさは、いく
つかの検討事項の比較考量によって異なる。大きなブレ
ードギャップは、平滑になるのに時間を要し、樹脂浴の
表面にしわを生じる恐れがあるので問題である。これが
そうした問題となる理由は、ブレードギャップが、部品
の上部を掻取りのために樹脂表面より上に引き上げなけ
ればならない程度および、その後に、次の層の硬化が始
められる前に部品の上部を下げなければならない程度を
決定するからである。例えば、ブレードギャップが１２
５ミル（３．１２５ｍｍ）、希望のブレードクリアラン
スが２０ミル（０．５１ｍｍ）である場合について説明
すると、部品は、その全体を液体中に深めに浸漬された
後、掻取りのために樹脂表面よりも高く引き上げられ
る。具体的には、ブレードクリアランスが２０ミル
（０．５１ｍｍ）であるから、部品の上部は掻取りが始
められる前に樹脂表面よりも１０５ミル（２．６７ｍ
ｍ）だけ引き上げられなければならない。その後、硬化
が始められる前に作業面となる樹脂浴の表面まで、すな
わち１２５ミル（３．１７５ｍｍ）だけ下ろし、それに
より部品の上部は樹脂表面下２０ミル（０．５１ｍｍ）
にあるようになる。部品上部の移動が大きくなればなる
ほど、支持台および支持体ならびに部品の他の部分によ
る液状樹脂内外への移動による樹脂表面に生じ得る乱れ
は大きくなる。この乱れは上述では「しわ」と述べた。
これらのしわは、通常、樹脂と部品との界面で生じる。

【００９２】ブレードギャップが小さい場合も問題であ
る。ブレードギャップが小さくなればなるほど、通常、
ドクターブレードが所定の掻取りで大量の樹脂を押し出
すことになるからである。例えば、ブレードギャップが
０ミルであり、ドクターブレードが浴の表面で正確に保
たれている場合、上述のしわの問題は低減できるかもし
れないが、ドクターブレードは、槽の表面全体から樹脂
を掻き取らなければならないかもしれない。これは樹脂
のわずかな波を生じ、槽の側面にあふれさせ、樹脂表面
の気泡を生じ破裂させる可能性がある。

【００９３】２５ミル（０．６４ｍｍ）のブレードギャ
ップが上述の両者の問題の良好な妥協点となることがわ
かっている。通常、ブレードギャップは部品製作前に一
度設定すれば、その後、部品製作を通じて一定に維持さ
れる。

【００９４】変更が有利である別のパラメータは、ブレ
ードクリアランスである。しかし、ブレードギャップと
異なり、ブレードクリアランスは、部品製作前に一度だ
けではなく、部品製作においてブレードクリアランスを
変更できることが望ましい。

【００９５】可変ブレードクリアランスは、段階再コー
ティングが可能になるので有利である。段階再コーティ
ングは、各掻取りで異なるブレードクリアランスおよ
び、おそらく異なるブレード速度によって、所定の層の
再コーティングのためにブレードの多数の掻取りが使用
される場合である。例えば、次の層の層厚さが２０ミル
（０．５１ｍｍ）であるとすれば、段階再コーティング
プロセスでは、ブレードクリアランスは、第１の掻取り
で６０ミル（１．５２ｍｍ）、第２の掻取りで４０ミル
（１．０２ｍｍ）、第３の掻取りで２０ミル（０．５１
ｍｍ）としてもよい。その結果、各掻取りで、再コーテ
ィングに単一の掻取りが使用された場合に比べて少量の
樹脂が掻き取られ、再コーティングに単一の掻取りが使
用された場合に比べてブレード前面に樹脂のふくれが生
じることが少ない。ブレード前面に大きなふくれが生じ
ることは、閉鎖容積の樹脂がブレードとぶつかった場合
に問題となる。閉鎖容積がある場合、重力により、ブレ
ードの下に大きなふくれの樹脂が流れ込み、ブレードの
跡に形成される平滑な層の希望の層厚さを乱す可能性が
ある。最初の時にふくれを生じさせなければ、この問題
はそれほど深刻にはならないであろう。この問題は、第
１３図によって示すことができ、掻取り途中のブレード
３００が示されている。部品３０４は、ブレードクリア
ランスとなる距離３０３だけブレードより下に下げられ
ている。平滑な樹脂層３０１は、ブレードの跡に形成さ
れるが、参照番号３０２で指示された余分な樹脂のふく
れがブレードの前面に生じる。ブレードが参照番号３０
５で指示された閉鎖容積の樹脂にぶつかった時、ふくれ
３０２が十分に大きい場合、ふくれによる樹脂は、指示
されているようにブレードの下に流れ込み、平滑な層３
０１の形成を乱す恐れがある。この作用は、ブレードが
部品の平坦な水平表面を移動している場合は、樹脂がブ
レードの下に流れ込む余地が少ないので、それほど大き
くない。

【００９６】変更できるもう一つのパラメータは、ブレ
ード速度、それも特に、各掻取りについて異なる速度が
指定できる段階掻取りにおけるブレード速度である。部
品形状に合わせてブレード速度を設定できるようにする
ことが有利である。ブレードが部品の大きい平坦な水平
領域を移動している場合、ブレードの移動が速すぎれ
ば、引張りによって過剰な樹脂が掻き取られる恐れがあ
り、それはブレード下の樹脂を個別の速度で動かすこと
になる。例えば、ブレードが毎秒５インチで動いている
時、ブレード下１ミルの樹脂は毎秒４インチで、さらに
その下の樹脂は毎秒３インチで動かされるかもしれな
い。ある場合には、平坦な領域でも引張りが相当深刻に
なり、すべての液状樹脂がブレードによって掻き取られ
るかもしれない。従って、大きい平坦領域では、上記の
問題が生じないようにブレード速度を減速することが望
ましいであろう。

【００９７】他方、閉鎖容積の上では、ブレードが過度
に緩慢に移動した場合、これは、ふくれの樹脂がブレー
ドの下に流れ込むのに多くの時間がかかることになる。
従って、閉鎖容積の上では、樹脂が流れ込むだけの時間
がないようにブレードの移動速度を高めることが望まし
い。しかし、速度を過度に高めると、樹脂の波がブレー
ドの前面に形成され、気泡を生じたり破裂させたりする
恐れがあるので、速度を過度に高めることはできない。

【００９８】残念ながら、部品製作中に、部品形状にも
とづいて動的にブレードの速度を変化させることは難し
い。しかし、段階再コーティングの各掻取りについて可
変速度が付与された場合、各掻取りのブレード速度およ
び掻取り数は、通常の部品について上述の問題を最小限
にするように選択できる。例えば、大きな平坦な領域と
閉鎖容積が合わさっているような一定の部品の場合、各
掻取りで比較的緩慢なブレード速度により５〜１０の範
囲で、層ごとに多数の掻取りを使用することが望ましい
かもしれない。多数の掻取りにより、各掻取りで少量の
樹脂だけが押し出され、その結果、閉鎖容積にぶつかっ
た時でもふくれが生じてブレードの下に流れ込むことが
できなくなる。他方、緩慢なブレード速度による、大形
の平壇な水平部品の表面から樹脂を過度に押し出すとい
う問題は、最小限になる。これは、ブレードがすべての
樹脂を掻き取るほど十分に引張りを生じることができな
いからである。さらに、緩慢なブレード速度は、大きな
ふくれが形成できないので、閉鎖容積の上では問題とは
ならず、緩慢なブレード速度でもブレードの下に流れ込
む樹脂の問題はほとんど、または、まったく生じない。

【００９９】掻取り開始前に部品が樹脂中に過浸漬され
る程度を変化できることも有利である。前述のように、
部品は、通常、次の層の希望の層厚さよりも大きい厚さ
だけ樹脂の表面に下に浸漬される。例えば、本発明の譲
受人である、３Ｄシステムズ社により製造されているＳ
ＬＡ−２５０として公知のＳＬＡの商用実施例では、好
ましい層厚さは１／２ｍｍ以下である。ＳＬＡ−２５０
では、部品は、通常、樹脂中に８ｍｍ過浸漬され、この
厚さは適常の層厚さの数倍である。従って、層厚さに応
じてこのパラメー夕を変更できることが望ましい。

【０１００】通常の再コーティングサイクルは、以下の
段階を含む。１）部品の深い過浸漬、２）樹脂表面の水
準の検出および調整、３）浸漬の引き上げ、４）掻取
り、５）表面が安定するまでの遅延。層厚さより大きい
厚さの過浸漬は、掻取りにおいて平滑にできる部品の上
部に樹脂のふくれが生じることを保証するだけでなく、
段階２）の樹脂の水準検出を妨げる可能性のある表面の
乱れが高速に平滑になることを保証する。部品が表面近
くに浸漬された場合、部品の上に形成し得る何らかの表
面の乱れが平滑化するために、より多くの時間がかかる
であろう。これは、部品の上部と樹脂との間の「通路」
が小さくなり、乱れを平滑にするのに必要な樹脂の動き
を制限するからである。従って、層厚さよりも大きい過
浸潰により、水準検出はそれに応じてさらに精確にな
る。さらに、過浸漬が１層の厚さに制限された場合、１
／２ｍｍ（約２０ミル）以下の薄い層厚さはあまり望ま
しいものではないだろう。しかし、こうした層厚さは、
高分解能によるある種の部品を製作するには必要かもし
れない。従って、深い過浸漬はまた、この範囲での薄層
を使用することを容易にする。

【０１０１】すなわち、この実施例では、ブレードギャ
ップ、ブレードクリアランス、過浸漬の深さおよびブレ
ード速度を変化できる能力、ならびに、段階再コーティ
ングを使用できる能力は、特定の部品形状に合わせた特
注のブレード再コーティングを改善させるための手段を
付与し、それにより、これらの形状に関した特定の問題
を克服することができる。

【０１０２】補助的な実施例において、ブレード設計を
さらに効率的にするために変更することができる。ＳＬ
Ａ−２５０では、ドクターブレードの断面は１／８イン
チ（３．１７５ｍｍ）の幅を有する方形である。さら
に、ブレードは、ブレードおよびその支持体が片持ちば
りに似たようにブレードの移動を案内する支持レールと
一端だけで支持されている。これは、フラッタおよびね
じれとして公知の問題を生じる可能性があり、それはブ
レードの不支持端の揺れやねじれとなり、不均一な層厚
さなどの再コーティングプロセスの不具合につながる。
不支持端がねじれや揺れを生じる程度は、ブレード長の
平方に比例する。生じ得る付加的な問題は、この問題に
よるブレードギャップの設定である。このプロセスは、
それぞれが不具合を生じ得る多数の段階を含んでおり、
また、時間のかかるものである。さらに、そのプロセス
は、トルクを与えることになるねじを回転する必要があ
り、従って、ブレードを変形させる。

【０１０３】やはり３Ｄシステムズ社によって開発され
た、ＳＬＡ−５００として公知の立体造形システムの新
しい商用実施例では、ブレードは、ＳＬＡ−２５０で用
いられているブレードから設計し直されている。

【０１０４】初めに、ブレードギャップの設定をより容
易に得ることを可能にするために、マイクロメータねじ
がブレードの各端に付与されており、このねじが、樹脂
表面上のブレードの各端の高さがブレードにトルクを与
えることなく１／２ミル（０．０１２５ｍｍ）の許容差
で公知の値に独立して調整されるようにする。

【０１０５】さらに、ねじ山の付けられた伸縮自在な針
がブレードの各端に一つずつ備わっており、各針はブレ
ードの底面から既知の距離だけ出るようになっており、
その距離は期待のブレードギャップに等しい。現在のと
ころ、針はブレードの底面から２５ミル出るようになっ
ている。異なるブレードギャップが希望であれば、異な
る量だけ伸びる針を使用することができる。

【０１０６】このような針は第１４図および第１５図に
図示されている。第１４図は、両端に針４０１および４
０２が備わっているブレード４００を示している。第１
５図は、ブレードに取り付けられた針の一方の拡大図で
ある。図示されたように、針は、ブレードの底面４０８
から距離４０４だけ出ている延長部分４０３を有してい
る。ＳＬＡ−５００では、この距離は２５±０．５ｃｍ
（０．６３５±０．０１２５ｍｍ）である。図のよう
に、針は、好ましくは、６０回転／インチ（２３．６回
転／ｃｍ）のマイクロメータねじであるねじ山部分４０
５を有している。

【０１０７】ブレードの針取付部は参照番号４０９で識
別されている。図のように、取付部は、ブレードの底面
から針が出る程度を制御するための、針のねじ山部分が
ねじ込まれることができるねじ山部分４０６および止め
４０７を有している。

【０１０８】ブレードギャップを設定するには、針が適
切な量だけ出るまでブレードの中に針をねじ込むことに
より取り付け、ブレードの一端のマイクロメータねじを
その端の針が樹脂表面に触れるまで回転する。これは、
針の先端が、１／４〜１／２ｃｍ（０．００６４ｍｍ〜
０．０１２７ｍｍ）の範囲で接した時に樹脂表面と容易
に観察できる大きなメニスカスを形成するので、目視に
より容易に判断できる。従って、針は１／４〜１／２ｃ
ｍ（０．００６４ｍｍ〜０．０１２７ｍｍ）の許容差で
表面に位置させることができる。次に、ブレードの他方
の端のマイクロメータねじを、その端の針が樹脂表面に
触れるまで調整する。その後、ブレードを引き上げてか
ら、両方の針が同時に表面に接するかどうかを調べるた
めに引き下げる。同時に接しない場合は、接するように
なるまで上記のサイクルを繰り返す。両方の針が同時に
表面に接すれば、ブレードギャップは設定されたとみな
し、針はねじ込まず、それ以上出さない。しかし、針は
ブレードの重さが同一であるように取付部に保持され
る。

【０１０９】針をブレードに取り付けるための他の手段
も、ラチェット機構で使用されているものに類似の戻り
止めピンおよびレリースポタンの使用を含め、可能であ
る。

【０１１０】ブレードのねじれや揺れを低減するため
に、第２のレールを付加して、レールの各端がそのレー
ルによって支持されるようにすることができる。これ
は、ブレードの不支持端のねじれや揺れを低減または解
消するであろう。

【０１１１】こうした二重レール支持により、ブレード
は、強度を増すとともに、ブレード中央の揺れを低減す
るために厚くすることができる。厚いブレードは、より
大きくたわむので、１つの支持だけでは支持できないか
もしれない。現在、ＳＬＡ−５００のブレードは、幅１
／８インチ（３．１７５ｍｍ）、３／１６インチ（４．
７６ｍｍ）および１／４インチ（６．３５ｍｍ）のもの
が入手できる。

【０１１２】さらにまた、第１６図に示すように、ブレ
ードの断面は変更することができ、長方形である必要は
ない。まず、ブレードの底面は、底面付近のブレードの
非水平な縁が参照番号５０６および５０７で指示される
ような、それぞれ、迎え角および離れ角として公知の、
角を樹脂表面と形成するように構成することができる。
迎え角はブレードの移動方向の角であり、離れ角は他方
の縁の角である。これらの角は、ブレードの下への樹脂
の流れをいっそう改善するために付加される。こうした
角がない場合、ブレードの下で乱れが生じ、気泡を生じ
る可能性がある。気泡は、ブレード下をブレードととも
に移動し、ブレードが部品表面を掻き取った後に残る恐
れがあるので問題である。結果として、気泡は部品の不
良を生じるであろう。ブレードの縁に角を付けることに
より、ブレードの下の圧力勾配が低減され、液体の分割
を小さくし、従って、乱れの発生および気泡の形成を少
なくすることができる。部品形状によるが、これらの角
は５〜８°の間の範囲とすることができ、また、迎え角
は離れ角と異なるようにできることがわかっている。Ｓ
ＬＡ−５００の場合、６°の迎え角が使用されている。

【０１１３】第１６図のブレードは、どちらの方向にも
掻き取りできるように相称形として示されている。また
は、移動方向の迎え角によるいずれかの方向に選択的に
掻き取るために非対称形のブレードを使用することも可
能であろう。その他のブレード構成も可能である。

【０１１４】第１７図は、第１６図のブレードで各頂角
が曲線である場合を示している。これは樹脂表面の乱れ
をさらに低減できるだろう。第１８図は底面全体が曲面
となっている例である。第１９図は底面が鋭利な頂角と
なっている例である。

【０１１５】次に、ＳＬＡ−５００の水準測定装置につ
いて説明する。この装置は、前述の２セル型光検出器に
よって生じる可能性のある問題を解消している。前述の
ように、２セル型光検出器は気泡の影響を受けやすい恐
れがある。上記の装置でこの問題を解決するために、気
泡が形成されないように副槽が付加されており、樹脂の
水準は副槽で検出される。しかし、樹脂の層が米国特許
出願番号第３６５，４４４号に記載されたような重質な
不混和性液体上に支持される場合、副槽の水準は、仮定
ではあるが、主槽の樹脂の水準の正確な決定要素とはな
らないかもしれない。その理由は、部品製作中に、主槽
の樹脂が副槽に対して不均等に消費される可能性がある
からである。この不均等さのために、副槽の液体は、全
体として見た場合、主槽の液体と同じ密度ではならなく
なる。このことが副槽の樹脂の水準を誤って高すぎるよ
うに示す原因となるかもしれない。

【０１１６】この問題を解決するために、ＳＬＡ−５０
０では、前述の２セル型光検出器ではなく、主槽の樹脂
の水準を検出するためのフロートを含む装置が使用され
ている。このフロートは、気泡の影響を比較的受けにく
く、従って、副槽ではなく主槽の樹脂の水準を検出する
ために使用できるという利点がある。その理由は、フロ
ートの側面に気泡が付着してもフロートの重さ、それゆ
え、フロートが浮いている水準を変えることはないため
である。従って、副槽は必要とせず、フロートは、樹脂
層が重質の不混和性液体上に浮いている場合でも樹脂の
水準を正確に検出する。

【０１１７】フロートは多様な形状をとることができ
る。ＳＬＡ−５００の場合、現在、そのフロートは、約
５０ｃｃ以上の容積を持つ小型缶の形をしている。さら
に、フロートは有利なようにテフロン被覆されており、
フロート上部に乗ったり、側面を濡らしたいずれの樹脂
もすばやくはね落とし、相当の期間フロートの重さをほ
とんど変えることはない。

【０１１８】気泡がフロートの下に滞留できたとした
ら、フロートの浸漬の程度を変えるので誤った水準測定
を生じるかもしれない。こうした場合、この問題を解決
するために、気泡をフロートの下に滞留させない、第２
０図に示すような別のフロート設計が可能である。

【０１１９】ＳＬＡ−５００で現在使用されているフロ
ート装置を第２１図に示す。図示されたように、装置
は、フロート６０２、支持棹６０３、軸受６０４および
光学検出回路６０５を有している。図のように、支持棹
はフロートに連結されており、フロートは槽６００内の
樹脂表面６０１に浮いている。支持棹はまた、軸受６０
４を支点として上下に可動できる。ＳＬＡ−５００で
は、軸受６０４は有利なように等級９の軸受となってい
る。

【０１２０】光学検出回路６０５は第２１図に詳しく図
示する。図示されたように、回路は、支持棹６０３に結
合されている部材６０５１、それぞれ光線６０５６およ
び６０５７を発する発光ダイオード（ＬＥＤ）６０５２
および６０５３、ならびに、それぞれ光線６０５６およ
び６０５７の遮断されていない存在を検出する光検出器
６０５４および６０５５を含んでいる。光検出器は、前
述の、光検出器の電気信号に応答して樹脂の水準を上下
させるためのプランジャその他の装置（図示せず）と電
子工学的に結合されている。

【０１２１】液面の何らかの変化は、フロートの対応し
た垂直変位を生じさせる。これは次に、支持棹６０３を
軸受６０４を支点として傾斜させ、部材６０５１を液体
の変位の大きさとなる距離だけ垂直に移動させる。

【０１２２】図示のように、部材６０５１が２つの光線
６０５６および６０５７の間にあって、いずれの光線も
遮断していない限り、遮断されていない光線の存在がそ
れぞれ光検出器６０５４および６０５５によって検出さ
れ、樹脂の水準は正しい高さにあると推定される。光検
出器の不良によって対応するＬＥＤからの何らかの光線
を拾って検出されることもあるので、部材６０５１が対
応する光検出器への一方の光線の通過を十分に遮断する
ほど傾けられた場合にのみ、樹脂は誤った水準にあると
推定される。この場合、光検出器に電気的に結合された
プランジャその他の装置は、樹脂の水準すなわちフロー
トを正しい高さに位置決めするために上下いずれかに動
かされる。光検出器６０５４によって検出される光線６
０５６が部材によって遮断された場合は、樹脂の水準は
低すぎると推定され、その場合、樹脂の水準が正しい高
さまで上昇するまでプランジャその他の装置は下げられ
る。光検出器６０５５によって検出される光線６０５７
が部材によって遮断された場合は、樹脂の水準は高すぎ
ると推定され、その場合、樹脂の水準が正しい高さまで
下げられるまでプランジャその他の装置は上げられる。
光線６０５６および６０５７の両方が同時に部材６０５
１によって遮断されることはない点に留意しなければな
らない。従って、この装置は、樹脂の水準が正しくない
高さである場合に、その適切な対応が樹脂の水準を上げ
ることであるか、または、下げることであるかに関し
て、暖昧さはまずほとんど存在しない。

【０１２３】次に、ＳＬＡ−２５０で使用される再コー
ティング用ソフトウェアについて説明する。フローチャ
ートによるソフトウェアの仕様を第２３図に示す。この
ソフトウェアを利用する前に、使用者はまず、支持台の
移動を制御するために用いられる一定のパラメータを指
定しなければならない。これらのパラメータは、ＺＡ、
ＺＶ、ＺＷおよびＺＤである。米国特許出願番号第３３
１，６４４号に詳述されたように、支持台はＰＲＯＣＥ
ＳＳコンピュータとして既知のコンピュータの制御のも
とにある。ＺＡは、ＰＲＯＣＥＳＳコンピュータが支持
台を加速または減速させる量である。ＺＶは、支持台が
得ることができる最大速度である。ＺＤは、支持台を掻
取り前に液状樹脂中に過浸漬させるための深さである。
前述のように、ＺＤは、通常、層厚さよりも大きい。Ｚ
Ｗは、安定化のための遅延であり、掻取り後に支持台が
下げられた後、槽の樹脂と同じ水準の部品の上部に樹脂
層の上面を付与するために、ＰＲＯＣＥＳＳコンピュー
タが待機を指示される時間量である。ＰＲＯＣＥＳＳコ
ンピュータは、部品上部の樹脂を硬化させる前にＺＷに
よって指定された時間量だけ待機する。

【０１２４】これらのパラメータのほかに、使用者は、
層ごとの掻取り数を示すＳＮ、大域速度を意味し、すべ
ての掻取りが指定の速度で行われることを指示するＧＶ
といった、各層または一定範囲の層についての他の変数
を指定することができる。使用者はまた、１から７の各
掻取りに関するそれぞれ個別の速度であるＶ１からＶ７
を指定することもできる。これらの値を設定することに
より、使用者は、掻取りごとに速度を変化させたいと指
示することができる。

【０１２５】プロセスはステップ７００に始まり、この
場合、層Ｎが描かれる。次に、ステップ７０１で、支持
台は、ＺＡおよびＺＶにより決定された速度でＺＤの深
さだけ樹脂表面下に下げられる。ステップ７０３では、
支持台が動かされてから樹脂を安定化させるために浸漬
後の遅延が実施される。

【０１２６】ステップ７０４では、２セル型光検出器か
らの読みが得られ、検出回路から導かれた偏り（ＢＣＶ
ＡＬ−ＢＩＡＳと識別される）について補正される。そ
の読みは、ＵＰＬＩＭと指示される上限値およびＬＯＷ
ＬＩＭと指示される下限値と比較される。読みがこれら
の２値の間にあれば、樹脂の水準は正しい高さにあると
推定される。

【０１２７】水準が正しい高さにあると仮定して、ステ
ップ７０５では、フラグが設定されたかどうか検査され
る。フラグは使用者が押すキーに応答して設定され、使
用者が手作業により槽に樹脂を足す、または、槽から除
くことを指示する。フラグが設定されていない場合、ス
テップ７０８で、層Ｎ＋１の掻取り数ＳＮが０より大き
く、かつ、ブレードが掻取り中にぶつからないような安
全な位置に支持台があることを判定するために検査が行
われる。支持台の位置の上限は簡略記憶名ＮＯＳＷＩＥ
ＥＰで指示される。

【０１２８】これらの条件が満たされた場合、ステップ
７０９において、内部カウンタＳＷＥＥＰがまず０に初
期化されてから、増分される。ステップ７１２で、ブレ
ードが槽の前部にあるか後部にあるかを判定するために
検査される。その時槽の前部にあれば、ステップ７１３
で、ブレードは、ＳＷＥＩＥＰの現在値にもとづく速度
で（ＳＷＥＥＰＤＩＳＴにより指定された距離だけ）槽
の後部に向かって掻取りを行う。

【０１２９】ブレードが槽の後部に達すると、通例、簡
略記憶名ＬＩＭＩＴ ＳＷＩＴＣＨで識別されるスイッ
チを動作させる。リミットスイッチが作動すれば、ステ
ップ７２７で、ＳＮにより指定されたすべての掻取りが
その層について実行されたかどうかを判定するために検
査が行われる。掻取りが行われていなければ、ステップ
７０９にジャンプして戻り、上述のサイクルが繰り返さ
れる。

【０１３０】ステップ７１４に戻って、リミットスイッ
チが作動しない場合、ブレードは後部に向かって毎秒
０．５インチ（１．２７ｃｍ）の速度でゆっくりと移動
し、リミットスイッチが２秒以内に作動すれば、ステッ
プ７２２にジャンプする。それでも作動しない場合、プ
ロセスはステップ７２１で終了する。

【０１３１】ステップ７１２に戻り、ブレードが槽の後
部にある場合、ステップ７１７で、ブレードは現在の掻
取り数の関数であるはずの速度で槽の前部に向かって掻
取りを行い、その後、ステップ７１８で、リミットスイ
ッチが作動したかどうかを確認するために検査が行われ
る。スイッチが作動すればステップ７２２にジャンプす
る。作動しない場合、ブレードは前部に向かって毎秒
０．５インチ（１．２７ｃｍ）の速度でゆっくりと移動
し、リミットスイッチが２秒以内に作動すれば、ステッ
プ７２２にジャンプする。それでも作動しない場合、プ
ロセスはステップ７２１で終了する。

【０１３２】支持台（および部品）が樹脂表面下に過浸
潰された直後の段階であるステップ７０４に戻って、樹
脂の水準が正しい高さにない場合、ステップ７２３にお
いて、樹脂の水準が高すぎるのか低すぎるのかを確認す
るために検査が行われる。ＢＣＶＡＬ−ＢＩＡＳがＵＰ
ＬＩＭよりも大きければ、樹脂の水準は低すぎるのであ
り、プランジャは下げられなければならない。ステップ
７２４では、プランジャがすでに槽の底にあるかどうか
を確認するために検査が行われ、プランジャが槽の底に
なければ、ステップ７２５および７２６においてプラン
ジャは下げられ、簡略記憶名ＰＬＵＮＧＰＯＳで識別さ
れるプランジャ位置が更新される。ステップ７２７で、
樹脂を安定させるために遅延が開始され、再び樹脂の水
準を検査するためにステップ７０４にジャンプする。そ
の後、上述のサイクルが繰り返される。

【０１３３】ステップ７２４に戻って、プランジャが槽
の底にある場合、水準を上げるための唯一の方法は、槽
に樹脂を加えることである。ステップ７３２で、水準が
再び検査され、水準がまだ低すぎるという場合、ステッ
プ７３３および７３４で、使用者は、手作業で樹脂を加
えることを指示するキーを押すように求められる。この
キーが押されるまで、プロセスはループに入る。キーが
押されると、フラグ（ステップ７０３で検査されるもの
と同じフラグ）が設定される。使用者が当然のこととし
て樹脂を槽に足している間、ステップ７３９でプロセス
は樹脂の水準が現在水準になるまでループに入る。樹脂
の水準が現在水準になると、ステップ７４０で、十分な
樹脂が足されたことを指示するメッセージが使用者に示
され、ステップ７０４にジャンプする。

【０１３４】ステップ７０５に戻り、樹脂が加えられ、
樹脂の水準が正しい高さになった後に、フラグはリセッ
トされなければならない。この状態はステップ７０５お
よび７０６で検出され、ステップ７０７でフラグはリセ
ットされる。

【０１３５】ステップ７２３に戻って、ＢＣＶＡＬ−Ｂ
ＩＡＳがＬＯＷＬＩＭよりも小さい場合、樹脂の水準は
高すぎることを示し、プランジャは上げられなければな
らない。ステップ７２８で、プランジャがすでにその可
能な最高位置にある（０で指示される）かどうかを確認
するために検査が行われる。プランジャが最高位置にな
ければ、ステップ７２９および７３０においてプランジ
ャは上げられ、簡略記憶名ＰＬＵＮＧＰＯＳで識別され
るプランジャ位置が更新される。その後、ステップ７２
７で、樹脂を安定させるために遅延が開始され、ステッ
プ７０４にジャンプする。

【０１３６】ステップ７２８に戻り、プランジャがすで
にその可能な最高位置にあり、それ以上上げられない場
合、使用者は槽の樹脂の一部を除去するように通告され
るはずである。ステップ７４１で樹脂の水準がまだ高す
ぎるかどうかを判定するために検査が行われ、ステップ
７４２および７４３で、使用者は、樹脂を除去するよう
に求めるメッセージが送られ、そのメッセージを認める
キーを押すように要求される。キーが押されるまでプロ
セスはループに入る。キーが押されると、ステップ７４
４でフラグが設定され、その後、ステップ７４５で、使
用者が樹脂を除去している間、樹脂の水準は、適切な高
さになるまで検査される。樹脂の水準が適切な高さにな
るまで、プロセスはループに入る。樹脂の水準が正しい
高さになると、ステップ７４６で使用者は樹脂の除去を
停止するように通知され、ステップ７０４にジャンプす
る。ステップ７０５から７０７では、前述のように、フ
ラグがリセットされる。

【０１３７】水準測定は、各層で実施される必要はない
が、１）熱膨張、２）収縮、および３）支持台の支持に
よって生じた変位、のいずれかの理由で水準が変化した
可能性がある場合には必要であることに留意しなければ
ならない。これらのいずれも存在しない場合、水準側定
は各層について行う必要はない。

【０１３８】ステップ７４９に戻って、層Ｎ＋１のすべ
ての掻取りが実行されると、ＺＷである安定化のための
遅延が開始され、ステップ７５０および７５１で、層Ｎ
＋１のベクトルが計算され、ステップ７５１でこれらの
ベクトルによって層が描かれる。ベクトルの計算および
層の描写に関する詳細は、米国特許出願番号第３３１，
６４４号に記載されている。

【０１３９】その後、上記のサイクルが部品の残りのす
べての層について繰り返される。

【０１４０】以下に、ＳＬＡ−５００で使用されてい
る、再コーティング用ソフトウェアのバージョン３．６
０のリストを記載する。このソフトウェアは、ＴＵＲＢ
ＯＰＡＳＣＡＬで書かれた以下のモジュールを含んでお
り、その各モジュールを記載する。

【０１４１】モジュール説明 ＵＴＬＳＷＥＥＰ．ＰＡＳ 部品製作において掻取りを制御する。ＢＵＩＬＤととも
に使用される。

【０１４２】ＳＩＮＳＴＥＰ．ＰＡＳ 再コーティングにおける支持台の正弦波ステップを行わ
ぜる。

【０１４３】ＭＡＣＨＩＮＥ．ＰＲＭ 掻取りの入力／デフォールトパラメータを含む。

【０１４４】ＡＵＴＯＬＥＶＥＬ．ＰＡＳ 層の描写の問の水準測定を実行する。

【０１４５】ＵＴＬＡＤＪＵＳＴ．ＰＡＳ 部品製作前に樹脂の水準を設定するために使用される。

【０１４６】ＲＥＣＯＡＴＥＲ．ＰＡＳ ＢＵＩＬＤに無関係な再コーティング動作を実行するた
めに上記のプログラムを使用する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の特徴を具体化した立体造形システムの
断面図

【図２】第１図に示す実施例をさらに説明する第１図の
システムの斜視図

【図３】立体造形の手順の各段階における第１図に示す
槽の略断面図

【図４】立体造形の手順の各段階における第１図に示す
槽の略断面図

【図５】立体造形の手順の各段階における第１図に示す
槽の略断面図

【図６】立体造形の手順の各段階における第１図に示す
槽の略断面図

【図７】本発明に従って製作された三次元物体の斜視図

【図８】本発明の液面測定装置の好ましい実施例を備え
た立体造形装置の一部の斜視図

【図９】本発明の好ましい実施例の側面立面図

【図１０】液面および入射角を変化させた条件のもとで
の本発明の好ましい実施例のレーザビームがとる光路の
側面立面図

【図１１】本発明の好ましい実施例で使用される２セル
型光検出器の正面立面図

【図１２】本発明の好ましい実施例の２セル型光検出器
と関係する電子部品のプロック図

【図１３】閉鎖容積問題の説明図

【図１４】ブレードギャップ設定用のねじ山付伸縮自在
針の説明図

【図１５】ブレードに取り付けられた針の拡大図

【図１６】ブレード移動方向の迎え角を有するブレード
の断面図

【図１７】第１６図のブレードの別様の断面形状の説明
図

【図１８】第１６図のブレードのさらに異なる例の断面
形状の説明図

【図１９】第１６図のブレードのさらに異なる例の断面
形状の説明図

【図２０】水準検出フロートの別様の形状の説明図

【図２１】フロートを含む水準検出装置

【図２２】第２１図の装置の光検出器の説明図

【図２３】ＳＬＡ−２５０で使用されている再コーティ
ング用ソフトウェアのフローチャートの一部

【図２４】ＳＬＡ−２５０で使用されている再コーティ
ング用ソフトウェアのフローチャートの一部の続き

【図２５】ＳＬＡ−２５０で使用されている再コーティ
ング用ソフトウェアのフローチャートの一部の続き

【図２６】ＳＬＡ−２５０で使用されている再コーティ
ング用ソフトウェアのフローチャートの一部の続き

【図２７】ＳＬＡ−２５０で使用されている再コーティ
ング用ソフトウェアのフローチャートの一部の続き

【符号の説明】

１０ 第一の槽 １６ 第二の槽 ２０ 第一の槽の重合性液体の液面 ２１ ビーム発生源 ２２ センサ（放射線検出器） ３０a 樹脂層 ４０a 副層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チャールズ、ダブリュ．ハル アメリカ合衆国カリフォルニア州、サン タ、クラリタ、ノース、タマラク、レー ン、28155 (72)発明者 ボルゾ．モドレク アメリカ合衆国カリフォルニア州、モント ベロ、ネール、アームストロング、ナンバ ー、306、1640 (72)発明者 アンドルジェイ、アール．セルクチェウス キー アメリカ合衆国カリフォルニア州、ニュー ホール、ノースレインボー、グレン、 26174 (72)発明者 ポール、エフ．ジェイコブ アメリカ合衆国カリフォルニア州、ラ、ク レセンタ、パインリッジ、ドライブ、5347 (72)発明者 チャールズ、ダブリュ．ルイス アメリカ合衆国カリフォルニア州、シャー マン、オークス、コディー、ロード、3930 (72)発明者 マーク、エー．ルイス アメリカ合衆国カリフォルニア州、バレン シア、サイカモアー、クリーク、27624 (72)発明者 アブラハム．リラン アメリカ合衆国カリフォルニア州、ノース リッジ、ビンセンス、ストリート、18619

Claims (45)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相乗刺激により硬化可能な流体媒質から
   三次元物体を立体造形する装置の容器内の該流体媒質の
   液面レベルを測定する装置において、 流体媒質を含有する前記容器の第一の槽（１０，３０
   ａ）、 該第一の槽と接続された該容器の第二の槽（１６，４０
   ａ）であって、少なくとも該第二の槽内の流体媒質の液
   面が、該第一の槽内の流体媒質の液面から隔てられてい
   る第二の槽、および該第二の槽内の流体媒質の液面レベ
   ルを測定し、該第二の槽内の測定した流体媒質の液面レ
   ベルから前記第一の槽内の流体媒質の液面レベルを決定
   する手段を備えていることを特徴とする装置。
2. 【請求項２】 前記測定する手段が、 非相乗電磁放射線のビームを発生する源、 該ビームを第一の光路に沿って方向付けて、該ビームの
   検出可能な部分が、第二の光路に沿って液面で反射する
   ように、前記第二の槽内の液体媒質の液面に入射させる
   ビーム方向付け手段、およびセンサ全体に亘り入射する
   電磁ビームの動きに反応して信号を変化させるセンサを
   備えていることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 前記ビームを発生する源が、レーザであ
   ることを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 【請求項４】 前記センサが、二重セルであることを特
   徴とする請求項２記載の装置。
5. 【請求項５】 前記二重セルより発生した二つの別々の
   信号から信号を作成する手段を備えていることを特徴と
   する請求項４記載の装置。
6. 【請求項６】 前記第一と第二の槽が接続されて、該二
   つの槽間で流体媒質を混合できることを特徴とする請求
   項１記載の装置。
7. 【請求項７】 前記測定する手段が、 前記第二の槽内の流体媒質の表面に測定放射物を発生
   し、方向付ける手段、および該第二の槽内の流体媒質の
   表面で反射した前記測定放出物の少なくともいくつかを
   検出するセンサであって、該センサ上の前記測定放出物
   の位置に応答して変化する出力を有し、該センサの前記
   出力が、前記第一と第二の槽のうちの少なくとも一つの
   槽内の前記流体媒質のレベルを示すセンサを備えている
   ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の装置。
8. 【請求項８】 硬化された流体媒質から形成された構造
   体の先に形成された層の上に硬化された流体媒質の構造
   体の層を形成することにより、実質的に層毎を基準とし
   て三次元物体を製造する立体造形装置において、 流体媒質を含有する前記容器の第一の槽、 該第一の槽と接続された該容器の第二の槽であって、少
   なくとも該第二の槽内の流体媒質の液面が、該第一の槽
   内の流体媒質の液面から隔てられている第二の槽、およ
   び該第二の槽内の流体媒質の液面レベルを測定し、該第
   二の槽内の測定した流体媒質の液面レベルから前記第一
   の槽内の流体媒質の液面レベルを決定する手段を備え、 前記物体の先に形成された層を、該先に形成された層の
   厚さと実質的に等しい距離だけ、前記第一の槽内の流体
   媒質の前記表面より下に位置決めする手段を備えている
   ことを特徴とする装置。
9. 【請求項９】 前記第一と第二の槽が、該第一と第二の
   槽内の流体媒質の表面が同一のレベルにあるように配列
   され、前記センサからの出力が両槽内の流体媒質のレベ
   ルを示すことを特徴とする請求項１記載の装置。
10. 【請求項１０】 前記第一の槽が、前記第二の槽に隣接
    し、該第一と第二の槽を接続する、流体媒質中に沈んだ
    開口部を有する共通壁により該第二の槽から隔てられて
    いることを特徴とする請求項１記載の装置。
11. 【請求項１１】 前記第一と第二の槽が、実質的に同じ
    平面にある下側の表面を有していることを特徴とする請
    求項９記載の装置。
12. 【請求項１２】 所定の刺激に曝したときに硬化できる
    流体媒質から実質的に層毎を基準として三次元物体を製
    造する立体造形装置において該流体媒質のレベルを測定
    する装置であって、媒質の層を形成し硬化させて、前記
    物体を形成する第一の指定領域と、該第一の指定領域か
    ら間隔が置かれた第二の指定領域を有する少なくとも１
    つの槽、および該第二の指定領域で前記流体媒質のレベ
    ルを測定する手段を備えていることを特徴とする装置。
13. 【請求項１３】 前記第一の指定領域が前記装置の第一
    の槽内にあり、前記第二の指定領域が該装置の第二の槽
    内にあることを特徴とする請求項１２記載の装置。
14. 【請求項１４】 前記測定する装置が、 非相乗電磁放射線のビームを発生する源、 前記ビームを第一の光路に沿って方向付けて、該ビーム
    の検出可能な部分が第二の光路に沿って前記第二の指定
    領域内の流体媒質の表面で反射するように該表面に入射
    させるビーム方向付け手段、およびセンサであって、該
    センサ全体に亘り入射する電磁ビームの動きに応答して
    信号を変化させるセンサを備えていることを特徴とする
    請求項１２記載の装置。
15. 【請求項１５】 前記ビームを発生する源がレーザであ
    ることを特徴とする請求項１４記載の装置。
16. 【請求項１６】 前記センサが二重セルであることを特
    徴とする請求項１４記載の装置。
17. 【請求項１７】 前記二重セルにより生じた二つの別々
    の信号の差から前記信号を形成する手段を備えているこ
    とを特徴とする請求項１６記載の装置。
18. 【請求項１８】 硬化された流体媒質から形成された構
    造体の先に形成された層の上に硬化された流体媒質の構
    造体の層を形成することにより、実質的に層毎を基準と
    して三次元物体を製造する立体造形装置において流体媒
    質のレベルを測定する装置であって、 前記流体媒質を保持する槽、 前記物体の先に形成された層の上側表面と前記流体媒質
    の表面とを相対的に移動させる手段、 該物体の先に形成された層が、実質的に該層の厚さより
    も多く前記流体媒質の表面の下に移動されたときに、前
    記槽内の流体媒質のレベルを検出する検出器を備えてい
    ることを特徴とする装置。
19. 【請求項１９】 前記測定する装置が、 非相乗電磁放射線のビームを発生する源、 前記ビームを第一の光路に沿って方向付けて、該ビーム
    の検出可能な部分が第二の光路に沿って前記流体媒質の
    表面で反射するように該表面に入射させる方向付け手
    段、およびセンサであって、該センサ全体に亘り入射す
    る電磁ビームの動きに応答して信号を変化させるセンサ
    を備えていることを特徴とする請求項１８記載の装置。
20. 【請求項２０】 前記ビームを発生させる源がレーザで
    あることを特徴とする請求項１９記載の装置。
21. 【請求項２１】 前記センサが二重セルであることを特
    徴とする請求項１９記載の装置。
22. 【請求項２２】 前記二重セルにより生じた二つの別々
    の信号の差から前記信号を形成する手段を備えているこ
    とを特徴とする請求項２１記載の装置。
23. 【請求項２３】 前記流体媒質の液面のレベルを測定す
    る手段に接続された、該流体媒質の表面のレベルを調節
    する手段を備えていることを特徴とする請求の範囲第１
    項記載の装置。
24. 【請求項２４】 前記調節手段が、前記流体媒質中に並
    びにその外に移動可能なプランジャを備えていることを
    特徴とする請求項２３記載の装置。
25. 【請求項２５】 前記プランジャを、前記流体媒質中に
    並びにその外に移動させるモータを備えていることを特
    徴とする請求項２４記載の装置。
26. 【請求項２６】 前記モータと、前記流体媒質の表面の
    レベルを測定する手段との間にフィードバックループが
    設けられていることを特徴とする請求項２５記載の装
    置。
27. 【請求項２７】 前記センサが、前記第二の槽に関して
    適所に固定されていることを特徴とする請求項２記載の
    装置。
28. 【請求項２８】 前記ビームを方向付ける、前記第二の
    槽に関して適所に固定されている鏡を備えていることを
    特徴とする請求項２記載の装置。
29. 【請求項２９】 前記ビームを前記センサに反射させ
    る、前記流体媒質の表面に浮遊している反射器を備えて
    いることを特徴とする請求項１４記載の装置。
30. 【請求項３０】 実質的に層毎を基準として立体造形に
    より形成される物体の先に形成された層の上への流体媒
    質の層の形成に備えて、容器内に含まれる流体媒質の表
    面のレベルを測定する方法であって、 (a) 前記物体の先に形成された層を、形成すべき層の
    厚さよりも実質的に大きく前記流体媒質の最終的なレベ
    ルよりも下に相対的に移動させ、 (b) 該物体の先に形成された層が、形成すべき層の厚
    さよりも実質的に大きく該流体媒質のレベルの表面の下
    に移動されたときに流体媒質のレベルを測定する各工程
    からなることを特徴とする方法。
31. 【請求項３１】 前記流体媒質が感光性重合体であるこ
    とを特徴とする請求項３０記載の方法。
32. 【請求項３２】 実質的に層毎を基準として立体造形に
    より形成される物体の先に形成された層の上への流体媒
    質の薄い均一コーティングの形成に備えて、容器内に含
    まれる流体媒質の表面のレベルを測定する方法であっ
    て、 (a) 前記容器の第一の槽内に前記流体媒質を含ませ、 (b) 該容器の第二の槽内の第二の流体媒質の表面が、
    該第一の槽内の流体媒質の表面から隔てられた状態で、
    該第一の槽に適切に接続された該第二の槽内に第二の流
    体媒質を含ませ、 (c) 該第二の槽内の第二の流体媒質の表面のレベルを
    測定し、それによって、該第一の槽内の流体媒質の表面
    のレベルが測定できる各工程からなることを特徴とする
    方法。
33. 【請求項３３】 前記物体の先に形成された層を、形成
    すべき層の厚さと実質的に等しい距離だけ、前記第一の
    槽内の流体媒質の表面より下に位置させる工程を含むこ
    とを特徴とする請求項３２記載の方法。
34. 【請求項３４】 前記流体媒質と前記第二の流体媒質と
    が同一の媒質であることを特徴とする請求の範囲第２項
    記載の方法。
35. 【請求項３５】 前記流体媒質と前記第二の流体媒質と
    が異なる密度を有することを特徴とする請求項３２記載
    の方法。
36. 【請求項３６】 前記流体媒質が感光性重合体であるこ
    とを特徴とする請求項３２記載の方法。
37. 【請求項３７】 所定の相乗刺激の下で硬化可能な流体
    媒質から実質的に層毎を基準として三次元物体を立体造
    形により製造する装置において該流体媒質のレベルを測
    定する方法であって、 少なくとも１つのバット内に前記流体媒質を含ませ、 該少なくとも１つのバットの少なくとも第一の部分内に
    前記三次元物体の層を形成し、 該少なくとも１つのバットの第二の部分が前記第一の部
    分から間隔が置かれた状態で、該第二の部分内の流体媒
    質の表面のレベルを測定する各工程からなることを特徴
    とする方法。
38. 【請求項３８】 前記物体の次の層の形成に備えて、該
    物体の先に形成された層を流体媒質で比較する工程を含
    むことを特徴とする請求項３７記載の方法。
39. 【請求項３９】 前記バット内の流体媒質のレベルを調
    節する工程を含むことを特徴とする請求項３７記載の方
    法。
40. 【請求項４０】 所定の刺激への露出の際に選択的に変
    換できる造形材料から三次元物体の少なくとも一部を立
    体造形により形成する方法であって、 (a) 容器内に多量の該造形材料を保持し、ここで、該
    造形材料の少なくとも上側表面が、仕切りにより少なく
    とも第一と第二の部分に隔てられており、該第一の部分
    内で物体が形成され、 (b) 前記物体の先に形成された層の上に該第一の部分
    内の造形材料のコーティングを形成し、 (c) 該造形材料のコーティングに所定の刺激のパター
    ンを施して、前記三次元物体の連続層を形成し、 (d) 前記第二の部分内の造形材料の上側表面のレベル
    を周期的に検出する各工程からなることを特徴とする方
    法。
41. 【請求項４１】 所定の刺激に露出したときに硬化でき
    る造形材料から三次元物体の少なくとも一部を立体造形
    により形成する装置であって、 (a) 多量の前記造形材料を保持する容器と、ここで、
    該造形材料の少なくとも上側表面が、仕切りにより少な
    くとも第一と第二の部分に隔てられており、該第一の部
    分内で物体が形成され、 (b) 前記物体の先に形成された層の上に該第一の部分
    内の造形材料のコーティングを形成するリコート装置
    と、 (c) 該造形材料のコーティングに所定の刺激のパター
    ンを施して、前記三次元物体の連続層を形成する露出装
    置と、 (d) 前記第二の部分内の造形材料の上側表面のレベル
    を周期的に測定する検出装置とを備えていることを特徴
    とする装置。
42. 【請求項４２】 流体の表面のレベルを測定する装置で
    あって、 (a) 電磁放射線のビームを発生させ、第一の光路に沿
    って方向付けて、該ビームの検出可能な一部が該流体の
    表面で第二の光路に沿って反射するように該流体の表面
    に当てる手段、 (b) センサであって、入射する電磁ビームの該センサ
    を横切る動きに応答して電気信号を変化させるセンサ、
    および (c) 該センサを、前記流体のレベルに対して垂直方向
    に所定の距離をおいた位置に、前記反射したビームが該
    センサと交差するように前記第二の光路中に取り付ける
    手段を備えていることを特徴とする装置。
43. 【請求項４３】 流体の表面のレベルを測定する装置で
    あって、 (a) 該流体の表面の上方から該流体の表面に向けて第
    一の光路に沿って方向付けられ、また該流体の表面から
    第二の光路に沿って反射するように方向付けられたレー
    ザ、 (b) 入射する光の強度に応じて変化する電気信号を出
    力する複数の連結されたフォトセル、および (c) 該複数の連結されたフォトセルを前記流体の表面
    の上方に前記第二の光路中に取り付ける手段であって、
    前記レーザが該連結されたフォトセルの一つ以上に入射
    するように該連結されたフォトセルが、該流体の表面の
    レベルに対して垂直な方向に互いの上に一つずつ整列さ
    れるように設ける手段を備えていることを特徴とする装
    置。
44. 【請求項４４】 立体造形装置であって、 (a) 相乗刺激に応答して物理的状態を転移可能な流体
    媒質、 (b) 電磁放射線のビームを発生させる手段、 (c) 該発生手段からの電磁放射線のビームを第一の光
    路に沿って方向付けて、該ビームの検出可能な一部が前
    記流体の表面で第二の光路に沿って反射するように該流
    体の表面に入射させる手段、 (d) センサであって、該センサに入射する電磁ビーム
    の位置の変化に応答して電気信号を変化させるセンサ、
    および (e) 該センサを、前記流体媒質の表面に対して垂直方
    向に所定の距離をおいた位置に、反射したビームが該セ
    ンサと交差するように前記第二の光路中に取り付ける手
    段を備えていることを特徴とする装置。
45. 【請求項４５】 流体の表面のレベルを測定する方法で
    あって、 (a) 電磁放射線のビームを発生させ、 (b) 該電磁放射線のビームを、該ビームの検出可能な
    一部が前記流体の表面から第二の光路に沿って反射する
    ように第一の光路に沿って該面に入射させ、 (c) 前記流体のレベルの変化による、該流体のレベル
    に対して垂直方向に所定の距離をおいた位置における前
    記第二の光路のずれを検出する各工程を含むことを特徴
    とする方法。