JP2000296560A - 硬化刺激の改良されたステレオリソグラフィ方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 液体材料あるいはその他の流体状材料を、所
定の硬化刺激ビームに選択的に露出することにより、３
次元物体を造形するステレオリソグラフィにおいて、そ
のシステム中におけるベクトル露出効率を向上させる。 【解決手段】所定の硬化刺激発生源の制御により、所定
の硬化刺激による液体材料あるいはその他の流体状材料
の露出が必要でないような時間のうち、少なくともいく
らかの時間内において、所定の硬化刺激の発生を削減あ
るいは抑止したり、硬化刺激源の制御により、発生され
る、および前記材料に到達させられる所定の硬化刺激量
を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の属する技術分野 本発明は、高速試作および製造（Rapid Prototyping an
d Manufacturing; RP&M）技術を利用した3次元物体の造
形（たとえばステレオリソグラフィ）に関するものであ
る。本発明は、より詳細には、所定の硬化刺激の発生に
おいて改良された発生制御方法を利用した3次元物体の
造形、およびその硬化刺激の造形材料への印加に関する
ものである。

【０００２】発明の背景 １． 関連技術 高速試作および製造（Rapid Prototyping and Manufact
uring; RP&M）と呼ばれる技術分野に属する技術を利用
すると、ある3次元物体を表現したコンピュータ上の3次
元データから、高速かつ自動的にその3次元物体を造形
することができる。このRP&Mには、（１）ステレオリソ
グラフィ法、（２）選択的積層成型法、および（３）ラ
ミネート・オブジェクト作成法の3つの技術分類が含ま
れると考えられている。

【０００３】ステレオリソグラフィ法の分類に属する技
術では、形成済みの層に接する流体状材料の新たな層を
形成させ、3次元物体の連続断面を表す断面データをも
とにこの層を選択的に硬化させ、硬化層（すなわち固体
化した層）を形成・密着させるという操作の繰り返しに
より、3次元物体を作成する。単にステレオリソグラフ
ィと呼ぶ場合は、ステレオリソグラフィ法に属する技術
のうち特に、所定の硬化刺激に露出することにより選択
的に硬化させられる液体材料を利用した技術を指すもの
と捕らえられている。ここで、液体材料とは典型的には
感光性重合体であり、所定の硬化刺激とは典型的には可
視光あるいは紫外線の放射エネルギーである。放射エネ
ルギーはレーザーで発生させるのが典型であるが、アー
ク灯や電灯等、他のエネルギー源の使用も可能である。
硬化刺激に対する流体の露出は、ビーム走査、あるいは
放射エネルギーを選択的に透過もしくは反射する光バル
ブを利用した一括露出制御により行われる。液体材料を
使用したステレオリソグラフィに関しては、多くの特
許、特許出願および特許公開が開示されており、そのい
くつかについては、後出の関連出願の項で簡潔に述べ
る。

【０００４】ステレオリソグラフィ技術として知られる
他の技術としては、選択的レーザー焼結（Selective La
ser Sintering; SLS）が挙げられる。SLSは、粉末材料
層を赤外線放射エネルギーに露出し、粉末粒子を燒結も
しくは溶解させることにより、選択的硬化をはかる技術
に基づいている。SLSに関しては、１９８９年９月５日
にDeckardに発行された米国特許第４，８６３，５３８
号に記載されている。３番目に挙げられるのは、３次元
印刷（Three Dimensional Printing; 3DP）と呼ばれる
技術である。3DPは、粉末材料層に結合剤を選択的に吹
き付けることにより、選択的硬化をはかる技術に基づい
ている。3DPに関しては、１９９３年４月２０日にSachs
に発行された米国特許第５，２０４，０５５号に記載さ
れている。

【０００５】本発明は、基本的には、液体状造形材料
（すなわち液体状基材）を使用したステレオリソグラフ
ィのための発明である。しかし、本発明の技術は、他の
ステレオリソグラフィ技術にも応用可能だと考えられ
る。

【０００６】選択的積層成型法（Selective Deposition
Modeling; SDM）では、３次元物体の断面を表すデータ
をもとに、硬化性材料を一硬化層分ずつ選択的に重ねて
いくことにより、３次元物体を作成する。配分された造
形材料は、冷却、加熱、放射エネルギーへの露出、ある
いは第二の材料物質の塗布により、硬化させられる。配
分される材料は、単一材料である場合も、異なる特性を
持つ複数材料である場合もある。こうした技術の１つ
に、溶解積層成型法（Fused Deposition Modeling; FD
M）がある。FDMは、過熱された流体状の造形材料を、造
形物体の形成済み硬化層の上に糸状に押し出して硬化さ
せる過程を含む。FDMに関しては、１９９２年６月９日
にCrumpに発行された米国特許第５，１２１，３２９号
に記載されている。他の技術としては、弾道粒子成型法
（Ballistic Particle Manufacturing; BPM）が挙げら
れる。BPMでは、５軸インクジェット噴射機を用いて、
硬化済みの層の上に造形材料の粒子を発射する。BPMに
関しては、１９９６年５月２日に公開されたBrownによ
る国際特許公開第WO／９６／１２６０７号、１９９６年
５月２日に公開されたBrownによる国際特許公開第WO／
９６／１２６０８号、１９９６年５月２日に公開された
Menhennettによる国際特許公開第WO／９６／１２６０９
号、１９９６年５月２日に公開されたMenhennettによる
国際特許公開第WO／９６／１２６１０号に記載されてい
る。３番目に挙げられる技術は、マルチジェット成型法
（Multijet Modeling; MJM）と呼ばれる技術で、複数の
インクジェット・オリフィスから造形材料の液滴を選択
的に吹き付けることにより、造形過程の高速化がはから
れている。MJMに関しては、１９９６年９月２７日にEar
lらにより出願された米国特許出願第０８／７２２，３
２６号、および１９９６年９月２７日にLeydenらにより
出願された米国特許出願第０８／７２２，３３５号（両
出願とも本出願と同様3D Systems社に譲渡されている）
に記載されている。

【０００７】ラミネート・オブジェクト作成法（Lamina
ted Object Manufacturing; LOM）では、造形される３
次元物体を表す断面データに応じて選択された順序で、
シート状の材料を積層、接着および選択的に切断するこ
とにより、3次元物体を造形する。LOMに関しては、１９
８８年６月２１日にFeyginに発行された米国特許第４，
７５２，３５２号、１９９１年５月１４日にKinzieに発
行された米国特許第５，０１５，３１２号、１９９３年
３月９日にHullらに発行された米国特許第５，１９２，
５５９号、および１９９５年７月６日に公開されたMori
taによる国際特許公開第ＷＯ／９５／１８００９号に記
載されている。

【０００８】前述のように、本発明の技術は、基本的に
は液体材料を利用したステレオリソグラフィ法による物
体造形のための技術であるが、ビームその他の硬化層形
成要素の印加に関して精密な制御が要求されるようなLO
Mおよび／またはSDM技術においては、本発明のいくつか
の技術が応用可能であると考えられる。

【０００９】ステレオリソグラフィ技術におけるビーム
発生技術およびビーム位置決定技術に関しては、複数の
点で改良が要求されている。第一の要求点は、ステレオ
リソグラフィのシステム内にある半導体紫外レーザーの
有効寿命を長くすることである。第二の要求点は、走査
ベクトル全体を通じて実質的に一様な露出を保ちなが
ら、同時に可能な限り走査を高速化し、かつ十分なビー
ム位置制御能を維持して、全体の露出時間を最小限に抑
えることである。第三の要求点は、ステレオリソグラフ
ィのシステム内で発生させられ、造形材料に印加される
レーザーの強度に関し、より高い制御能を実現すること
である。第四の要求点は、造形材料の露出が、複数の異
なる型のベクトルで制御される場合において、ステレオ
リソグラフィのシステム内における露出効率を改善する
ことである。第五の要求点は、与えられたベクトル集合
の露出に有用な最大レーザー強度限界を決定するため
の、簡単な方法を導入することである。

【００１０】２． その他の関連特許および関連特許出
願 本明細書中では、前出および後出の特許、特許出願、お
よび特許公開の全内容を参照により記載しているものと
する。表１から表６は、本出願の譲受人が共有する特許
および特許出願の一覧表である。特定記載事項について
の参照先が分かるよう、表中には各特許および特許出願
の発明主旨を簡単に併記した。表中の発明主旨に関する
各項目は、文中に特記した事項に発明主旨を限定する意
図ものではなく、各特許出願および特許に記載されてい
る全ての発明主旨を含む意味合いのものである。表に示
した参照書類の記載事項は、多くの点で本出願の記載事
項と組み合わせて利用できる。例えば、種々のデータ操
作技術に関する参照書類と本発明の記載事項とを併せて
用いれば、より有用に修正された造形物体データを引き
出し、より精密および／または効率的な物体造形を行う
ことも可能である。他にも例を挙げると、各参照書類で
開示されている種々の装置構成についても、本発明に含
まれる新規の特徴と組み合わせた利用が可能である。

【００１１】

【表１】

【表２】

【表３】

【表４】

【表５】

【表６】 また、本明細書中では、以下の２冊の書籍に関しても全
内容を参照により記載しているものとする：（１）Paul
F. Jacobs著; Rapid Prototyping and Manufacturing:
Fundamentals of Stereolithography; 発行元Society
of Manufacturing Engineers, Dearborn MI, U.S.A.;
１９９２年 （日本語訳：「高速３次元成型の基礎」、
日経ＢＰセンター、１９９３年）; （２）Paul F. Jaco
bs著; Stereolithography and other RP&M Technologie
s: from Rapid Prototyping to Rapid Tooling; 発行元
Society of Manufacturing Engineers, Dearborn MI,
U.S.A.; １９９６年。

【００１２】発明の要約 本発明の目的は、ステレオリソグラフィのシステム中に
おけるベクトル露出効率を向上させることにある。

【００１３】本発明は第一に、硬化材料の連続的な層を
所定の硬化刺激ビームに露出することにより、密着した
複数の硬化層からなる３次元物体を造形する方法を提供
するものであり、その方法は（１）所定の硬化刺激ビー
ムを発する、制御可能なビーム源の設置、（２）造形物
体の次硬化層を形成するための準備段階として、直前に
形成された材料層に接する新たな材料層を形成する技
術、（３）造形物体の次硬化層を表現したベクトル・デ
ータに従って、所定の硬化刺激ビームに硬化材料を露出
し、次硬化層を形成する技術、および（４）硬化層形成
動作と露出動作を複数回繰り返し、複数の密着した硬化
層からなる物体を造形する技術を含む。所定の硬化刺激
ビーム源の制御により、１組目のベクトル集合に応じて
硬化材料を露出する時と、２組目のベクトル集合に応じ
て露出する時とでは、選択した次元のビームが担う硬化
刺激の強さを変化させられるものとする。

【００１４】本発明は第二に、硬化材料の連続的な層を
所定の硬化刺激ビームに露出することにより、密着した
複数の硬化層からなる３次元物体を造形する装置を提供
するものであり、その装置は（１）所定の硬化刺激ビー
ムを発する制御可能な光源、および造形物体の次硬化層
を形成するための準備段階として、直前に形成された材
料層に接する新たな材料層を形成する再塗層システム、
（２）造形物体の次硬化層を表現したベクトル・データ
に従って、所定の硬化刺激ビームに硬化材料を選択的に
露出し、次硬化層を形成する走査システム、および
（３）複数の密着した硬化層からなる物体を造形するた
めに、上記の再塗層システムと走査システムとを複数回
動作させるプログラムを組み込んだコンピュータを、備
えているものとする。所定の硬化刺激ビーム源の制御に
より、１組目のベクトル集合に従って硬化材料を露出す
る時と、２組目のベクトル集合に従って露出する時とで
は、ビームが担う硬化刺激の強さを変化させられるもの
とする。

【００１５】本発明は他にも、前述した本発明の方法に
関する内容を、実行する装置を提供するものである。

【００１６】本発明のさらなる目的および内容は、後に
記す本発明の実施形態の項、およびそこで引用されてい
る各図で、明らかにされる。

【００１７】本発明の好ましい実施形態の説明 図１および図２は、本発明を実施するための好ましいス
テレオリソグラフィ装置１（ＳＬＡ）の概略を示した図
である。ＳＬＡの基礎をなす各構成要素については、前
出の参照書類表に示した通り、米国特許第４，５７５，
３３０号、５，１８４，３０７号、および５，１８２，
７１５号に記載されている。好ましいＳＬＡには、造形
物体１５の素となる造形材料５（すなわち感光性重合
体）を入れるための槽３、エレベータ７とその駆動機構
（図示せず）、エレベータに付属した支持台９、露出シ
ステム１１、再塗層バー１３とその駆動機構（図示せ
ず）、および最低１台のコンピュータが備わっている。
上記のコンピュータは、造形物体データの（必要に応じ
た）操作と、露出システム、エレベータ、および再塗層
装置の制御を行うためのものである。

【００１８】図１は、造形物体の造形途中段階のうち、
最も新しく形成された硬化層が、造形材料５上部表面の
所望の水準（すなわち所望の作業面）から、およそ１層
の厚さ分だけ下の位置に下げられた段階を図示したもの
である。層の厚さは薄く、かつ造形材料は非常に粘性が
強いので、図１に示したように、支持台９を下降させて
も、造形材料は最新硬化層の上全体に効果的に流れてこ
ない。図２は、前硬化層上を塗層バー１３が掃引し、次
の造形材料層が形成されている途中の段階を示した図で
ある。

【００１９】好ましい露出システムについては、前出の
参照書類表に示した数件の特許および特許出願に記載が
あり、たとえば５，０５８，９８８号、５，０５９，０
２１号、５，１２３，７３４号、０８／７９２，３４７
号、および０９／２４７，１２０号などが挙げられる。
ここで言う好ましい露出システムは、レーザー、ビーム
集束システム、およびコンピュータにより制御されたモ
ーター駆動型もしくは検流計型のＸＹ可回転走査鏡を備
えたものである。

【００２０】図３は、好ましいステレオリソグラフィ・
システム１の主要要素を図示したブロック図である。図
中では、同様の要素には、同じ番号を付してある。露出
システムは、赤外レーザーヘッド７０を備えており、所
望の反復パルス反復率（たとえば２２．２−４０ＫＨ
ｚ）でパルス型の放射ビームを発生させることができ
る。露出システムは他に、ＡＯＭ ７２、第一周波数変
換結晶（ＦＣ１）７４、第二周波数変換結晶（ＦＣ２）
７６、２枚の折り曲げ鏡７８、集束光学系８０、１対の
ＸＹ走査鏡８２、および検出器８４を備えている。これ
らの要素中とりわけ走査鏡８２、ＡＯＭ ７２、検出器
８４、および集束光学系８０を制御するために、制御コ
ンピュータ９５が設置されている。光路は参照番号８６
を付して示してある。前記のコンピュータは、ステレオ
リソグラフィ造形用に修正された造形物体データをもと
に、上記の構成要素を制御する。集束光学系は、造形物
体の硬化層形成時において２つ以上のビーム径が実現可
能なように制御されることが好ましい。ＡＯＭは、ビー
ム径等複数の基準に基づいてビーム強度を調節するよう
に、特に制御されている。

【００２１】走査鏡は、造形材料５の表面上、あるいは
検出器８４など他の要素上における所望の位置に向け
て、選択的に光路の向きを変えるために使用される。走
査鏡以後、ビームがたどり得る異なる方向の例として、
３つの光路を参照番号８６'、８６''、あるいは８６'''
を付して示した。ＡＯＭは、赤外レーザーヘッド７０か
ら第一および第二周波数変換結晶へと向かうビームの強
度を設定するものである。ビームは、ＡＯＭから１次光
路を経由して、周波数変換結晶へ向かう。他の次数（た
とえばの０次や２次）の光路が、周波数変換結晶に向か
うことはない。集束光学系は、造形材料５の表面２０上
で、所望の集束および／またはビーム径を実現するため
の系である。

【００２２】露出システム中のビーム発生部について
は、図４により詳細な構成図を示した。この図中では、
他の図中の要素と類似した要素には、前者の要素と同じ
番号が付されている。露光システム中の放射エネルギー
発生部は、レーザーヘッド６８、赤外線発生レーザー・
ダイオード７１、および光ファイバー・ケーブル６９を
備えている。レーザー・ダイオードは、約１８Ｗにて約
８０８ｎｍの放射を発生させる。レーザー・ダイオード
７１の出力は、光ファイバー・ケーブルを経由して、紫
外レーザーヘッド内の赤外レーザー７０に伝達され、そ
の光ファイバーからの放射エネルギーが、赤外レーザー
７０を励起する。赤外レーザー７０は、１．０９４ミク
ロンのレーザー放射を発生させ、そのレーザー放射は、
音響光学変調器（ＡＯＭ）７２に向けられる。このＡＯ
Ｍ７２は、変数として指定された分のビームエネルギー
を、異なる光路に逃がすことにより、ビームの強度を制
御するものである。ビームの逃がし先へ向かう光路が、
０次光路である。逃がし先は、たとえば、２つの三角形
型要素７３からなるトラップなどである。ビームの偏光
方向を回転させる半波長板７５に向かう光路が、１次光
路にあたる。

【００２３】半波長板７５を通過したビームは、開口部
７７から周波数変換モジュール９３に入射する。開口部
７７から入ったビームは、集束鏡７９'を経て、第一周
波数変換結晶７４に入射する。第一結晶７４は、第一の
ビームの一部を、倍の周波数を持つビームに変換する。
周波数変換を受けなかった残りのビームと、倍の周波数
に変換されたビームとは、ともに２番目の集束鏡７
９''、さらに３番目の集束鏡７９'''を経て、第二周波
数変換結晶７６へ向かう。第二結晶７６では、第一結晶
７４に入射したもとのビームの３倍にあたる周波数を持
つ、第三のビームが生成される。そして、３種類全ての
周波数を含むビームが、開口部７７を通って変換モジュ
ール９３の外へ出て行く。一連の折り曲げ鏡７８および
その他の光学要素は波長選択性を有しており、ビーム中
に残存しているもとの周波数および２倍周波数のビーム
成分を減衰させる。こうして、３倍周波数のビーム成分
のみが、以後のレーザーヘッド６８内の光路を通って伝
播していくことになる。

【００２４】開口部７７から出たビームは、折り曲げ鏡
７８を経由した後、円柱レンズ８１'および８１''を通
過する。これらの円柱レンズは、ビーム中の非点収差と
過剰な楕円度成分とを除去するためのものである。過剰
な楕円成分は、ビームの縦横比、すなわち焦点面におけ
るビームの最小切断径と最大切断径の比に基づいて決定
される。縦横比が１の場合はビーム断面が対称円である
ことを示し、縦横比が１．１もしくは０．９の場合は、
ビーム断面のある方向の径が、別のある方向の径に比べ
て１０％大きいもしくは小さいことを示す。一般的に、
１．１あるいは０．９を超える縦横比は過剰な縦横比と
みなされるが、こうした過剰なビーム成分も利用可能な
場合もありうる。

【００２５】円柱レンズ８１''を通過したビームは、折
り曲げ鏡７８へと進む。続くビームスプリッター９４で
は、ビームのほとんどの成分は透過され、ごく一部（た
とえば１−４％程度）のみが検出器８５に方向へ反射さ
れる。検出器８５では受けたビームの強度を測定するこ
とができ、その測定値はビーム全体の強度を決定するた
めに利用できる。ビームスプリッター９４を透過したビ
ーム成分は、ビーム集束モジュール８０内のレンズ８
３'および８３''を通過する。レンズ８３''を通過した
ビームは、２枚の折り曲げ鏡７８によって進行方向を変
えられる。

【００２６】続いて、ビームは集束モジュール内に再入
射し、可動レンズ８３'''を通過する。可動レンズ８
３'''の位置は、ステップモーター８７、可動マウント
８８、および親ねじ８９により制御される。モーター
は、造形材料の表面上で実現したいビーム径に応じてビ
ームの焦点面を変化させられるよう、コンピュータ制御
されている。

【００２７】あるビーム径から別のビーム径への変更が
遅延なく完了するよう、集束システムを前もって較正し
ておくことが好ましい。この点から、ステップモーター
の回転位置を与えるエンコーダーを設けて、エンコーダ
ーが与える位置とビーム径との対応表をコンピュータに
記憶させておくことが好ましい。この対応表の値に基づ
いてステップモーターに命令を与え、現在の位置と所望
の位置との差をもとに、ステップモーターを新たな位置
まで回転させることができる。モーターが新たな位置に
達した後、必要であれば先に参照書類として挙げた米国
特許第５，０５８，９８８号に記載されているビーム・
プロファイル測定システムを利用して、実際のビーム径
を確認することができる。ビーム径の設定に関しては、
他の手法が数多く存在し、それらは当業者には明らかで
あろう。

【００２８】この後、ビームは折り曲げ鏡７８を経て、
出射窓９０から発射される。出力後のビームは、走査鏡
その他の光学要素を経ることになる。このレーザーヘッ
ドが発生させたビームは、使用に適した周波数（たとえ
ば２２．２−４０ＫＨｚ、あるいはそれ以上）でパルス
化される。レーザーヘッドについては、図４に図示した
各要素を支える基盤内に水を流して、冷却することが好
ましい。冷却水の流し方は、オリフィス９１から基盤内
に流入させ、畝状の冷却水路上を流した後に、オリフィ
ス９２から基盤外に排出させる方法が好ましい。

【００２９】レーザー用電源は、（１）レーザー・ダイ
オード７１に所望の電力（たとえば１８Ｗ）を供給し、
所望の光学的出力を発生させる、（２）熱電加熱／冷却
器等の加熱／冷却器を制御し、結果として、レーザー・
ダイオード、赤外レーザー、および／または周波数変換
結晶の温度を制御する、（３）ＡＯＭのＱ−スイッチを
制御する、（４）集束システムを制御する、（５）検出
器の制御、および検出器からの信号の解釈に使用される
といった複数の点で、レーザーの動作制御に利用でき
る。レーザー用電源に代わって、あるいはレーザー用電
源に加えて、前出の処理コンピュータを利用しても、上
記のうち１つあるいは複数の要素を制御できる。レーザ
ーをより強力に制御するために、処理コンピュータは、
レーザー用電源と機能的に接続されていることが好まし
い。

【００３０】好ましいレーザーヘッド、赤外モジュー
ル、および電源としては、カリフォルニア州のSpectra-
Physics of Mountain View社が販売している、パーツ番
号Ｊ３０Ｅ−ＢＬ １０−３５５Ｑ−１１あるいはＪ３
０Ｅ−ＢＬ ６−３５５Ｑ−１１が挙げられる。

【００３１】基盤内を流れる冷却水は、赤外レーザー・
ダイオード７１の冷却にも利用できることが好ましい。
冷却水の流れる順序としては、基盤内を流れた後にレー
ザー・ダイオード７１上に流れることが好ましい。閉鎖
型の冷却システム、あるいはその他の再循環システムも
しくは非再循環システムを経由させて、冷却水を再循環
させることも可能である。水冷方法に関しては多くの変
更例が可能であり、それらは当業者には明らかであろ
う。

【００３２】好ましい制御システムとデータ操作システ
ム、および好ましいソフトウェアについては、米国特許
第５，１８４，３０７号、５，３２１，６２２号、５，
５９７，５２０号を含め、前出の参照表に挙げた多くの
特許に記載されている。

【００３３】図１および図２に戻り、好ましい再塗層装
置については、再塗層バー１３、調整された真空ポンプ
１７、およびバー１３とポンプ１７を繋ぐ真空管１９に
関する説明を含め、前出の参照表に挙げた米国特許第
５，９０２，５３７号に記載されている。

【００３４】好ましいＳＬＡが有する他の要素（図示せ
ず）としては、液面水準制御システム、造形チャンバ
ー、温度制御システムを含む環境制御システム、安全用
インターロック、視認装置などが挙げられる。

【００３５】本発明を実施するためのＳＬＡは、カリフ
ォルニア州バレンシアの3D Systems社から入手可能であ
る。ここで言うＳＬＡには、３２０ｎｍで動作するＣＷ
（連続波）ＨｅＣｄレーザーを使用したＳＬＡ−２５
０、３５５ｎｍで動作する半導体レーザーを使用し、各
々パルス反復率２２．２ＫＨｚ、４０ＫＨｚ、２５ＫＨ
ｚを採用しているＳＬＡ−３５００、ＳＬＡ−５００
０、およびＳＬＡ−７０００が含まれる。造形材料とし
て好ましいのは、カリフォルニア州ロサンゼルスのCIBA
Specialty Chemicals社により製造された感光性重合体
であり、これも3D Systems社から入手可能である。上記
重合体としては、ＳＬ ５１７０、ＳＬ ５１９０、およ
びＳＬ ５５３０ＨＴが挙げられる。

【００３６】ＳＬＡの典型的動作には、造形材料による
塗層膜（すなわち造形材料層）の生成と、その塗層膜の
選択的硬化を繰り返し、複数の密着した硬化層からなる
造形物体を造形する動作が含まれる。この処理過程を概
念的に説明する。まず、エレベータに付属した支持台９
が、感光性重合体５の上面２０から１層の厚さ分だけ沈
められる。感光性重合体の塗層膜は、液面から所望の深
さまでにある材料を硬化させるような所定の硬化刺激
（たとえば紫外ビーム）に選択的に露出され、造形物体
の第一硬化層が、エレベータに付属した支持台に密着し
た形で形成される。この第一硬化層は、造形物体の第一
断面、もしくは造形物体を支持台上に固定するための保
持部分の第一断面に相当する。この第一硬化層の形成
後、エレベータに付属した支持台および支持台に密着し
た第一硬化層は、１層の厚さに相当する深さ分、材料中
に沈められる。

【００３７】以下、層厚その他の長さの単位には、
（１）インチ、（２）ミリインチ（すなわちミル）、あ
るいは（３）ミリメートルのいずれかの単位を用いる。
通常、用いられる材料は非常に粘性が強く、各材料層の
厚さは非常に薄い（たとえば４−１０ミル）ので、最新
硬化層上には材料塗層膜が容易に形成されない（図１参
照）。塗層膜が容易に形成されない場合には、再塗層装
置によって、造形材料（すなわち感光性重合体）の表面
上もしくは表面よりも若干上の面上を掃引し、新たな塗
層膜の形成を助けることができる。上記の塗層膜形成過
程には、再塗層バーによる所望の速度での掃引処理が、
１回あるいは複数回含まれうる。

【００３８】この塗層膜の形成後、造形物体の第二断面
を表現したデータに基づいて行われる、２回目の所定の
硬化刺激への材料露出により、２番目の材料層が硬化さ
せられる。この塗層膜形成過程と硬化過程とが、密着し
た複数の層（２１、２３、２５、２７、２９、３１、お
よび３３）からなる造形物体が造形されるまで、幾度も
繰り返される。

【００３９】造形技術によっては、いくつかのあるいは
全ての造形物体断面が、十分に硬化されない場合があり
うる。その他にも、処理過程によっては、ある特定層に
対応する硬化層（すなわち、造形物体の他の部分と比較
した場合、その特定層に相当する高さにあるべき硬化
層）が、その特定層が液体表面に位置するときにおいて
は、全くあるいは部分的にしか露出されない場合もあり
うる。その場合、上記特定層より後の、ある層の形成過
程において、その後形成層に印加される露出が、上記特
定層に対応する断面水準にある材料まで硬化させる程の
材料変性をもたらす露出であれば、上記硬化層の全体あ
るいは一部は、この後形成層が材料表面にある際に形成
されることもある。すなわち、ある特定硬化層に対応す
る層と、その硬化層が硬化される際の表面層とは、必ず
しも同一とは限らないのである。ある硬化層あるいはあ
る硬化層の一部が硬化される際の表面層とは、その硬化
層が硬化された際に材料表面に位置している層のことで
あると言ってもよい。ある硬化層に対応する層とは、造
形物体の他の部分と比較して、その硬化層が位置してい
るべき次元的に正しい高さに相当する層のことである。

【００４０】図５は、ステレオリソグラフィの手法で作
成しようとするある物体４１の側面図である。水平な層
を形成するという観点から、この図には垂直方向軸
（Ｚ）および水平方向軸のうちの１つ（Ｘ）が記してあ
る。この物体を利用して、本発明の１つの好ましい実施
形態、および変更例の特徴を説明する。この物体は、水
平な（すなわち横に平らな）下向き面を２つ含んでい
る。１つは、物体下面の４３であり、もう１つは、物体
中央に開いた穴４７の上面４５である。同様に、この物
体は、水平な（すなわち横に平らな）上向き面を２つ含
んでいる。１つは、物体上面の４９であり、もう１つ
は、物体中央に開いた穴の下面５１である。この物体
は、２つの垂直な壁５３と５５を含んでおり、それらは
穴４７の両側面にあたる。この物体はまた、両側面に、
非水平な（二アフラットと言うこともある）２つの上向
き領域５７および５９を含んでおり、同じく両側面に、
非水平な２つの下向き領域６１および６３を含んでい
る。

【００４１】図６は、ステレオリソグラフィ法を利用し
て、前記物体をある解像度で造形した場合の形状例を図
示した図である。ここで、材料のＭＳＤおよびＭＲＤ
（最小硬化深さおよび最小再塗層深さ；米国特許第５，
５９７，５２０号および米国特許出願第０８／９２０，
４２８に説明がある）は、共に所望の層厚（すなわち解
像度）以下である。この例では、各層の厚さ２２０は一
定である。図に示されているように、この造形物体は、
１６層の密着した硬化層１０１−１１６、およびそれら
に対応した１６層の材料層２０１−２１６から形成され
ている。材料層は典型的には上方表面から下方へと硬化
されていくため、断面データ、硬化層および材料層の指
定に際しては、上面位置に対応させた指定を行うのが典
型である。硬化層同士を確実に密着させるため、各硬化
層の少なくともいくらかの部分には、一層厚分よりも深
い硬化をもたらすような露出量が適用されるのが典型で
ある。状況によっては、こうした一層厚よりも深い硬化
深さを利用せずとも、確実に層の密着を図れる場合もあ
る。精度を最適化するために、物体データを操作して、
一層厚よりも大きなＭＳＤに妥当性を持たせるか、ある
いは下向き面の領域が一層厚分より深く硬化しないよう
下向き面領域の露出を制限するのが典型である。

【００４２】図５と図6を比較すると、この例にある造
形物体は、もとの設計に比べて過剰な大きさに複製され
ていることが分かる。垂直面および水平面の位置は正確
だが、傾斜した面あるいはニアフラットな面（水平面で
も垂直面でもない面）においては、各硬化層の最小はみ
出し部がもとの設計の外形面に接しており、最大はみ出
し部はもとの設計よりも外側にはみ出している。データ
の相関、露出および造形物体の大きさの問題について
は、米国特許第５，１８４，３０７号および５，３２
１，６２２号、および前出の参照表に示した他の多くの
特許にさらなる説明がある。

【００４３】図７は、図６に示した形成済みの造形物体
について、造形物体中の様々な領域および硬化層を区別
して分けた図である。１つの分類法によると（米国特許
第５，３２１，６２２号に記載されている）、造形物体
の各硬化層は、（１）下向き面領域、（２）上向き面領
域、および（３）連接面領域（すなわち、下向き面でも
上向き面でもない領域）のうち、１種類から３種類の領
域より形成されている。この分類法の場合、次の８個の
ベクトル型を実用化することができる。また、他の型の
ベクトルも規定および使用され得る。

【００４４】下向き面輪郭 − 造形物体の下向き面領域を取り囲む輪郭 上向き面輪郭 − 造形物体の上向き面領域を取り囲む輪郭 連接面輪郭 − 造形物体の下向き面でも上向き面でもない領域を取
り囲む輪郭 下向き面ハッチ − 下向き面輪郭の内側に属する露出線。これらの露出
線の間隔は狭くても広くてもよく、また方向も一方向で
も多方向でもよい。

【００４５】上向き面ハッチ − 上向き面輪郭の内側に属する露出線。これらの露出
線の間隔は狭くても広くてもよく、また方向も一方向で
も多方向でもよい。

【００４６】連接面ハッチ − 連接面輪郭の内側に属する露出線。これらの露出線
の間隔は狭くても広くてもよく、また方向も一方向でも
多方向でもよい。

【００４７】下向き面スキン／フィル − 下向き輪郭の内側に属する露出線で、硬化済み材料
の連続領域を形成するために密に分布している露出線。

【００４８】上向き面スキン／フィル − 上向き輪郭の内側に属する露出線で、硬化済み材料
の連続領域を形成するために密に分布している露出線。

【００４９】以上を組み合わせて、下向き面輪郭、下向
き面ハッチ、および下向き面フィルにより、造形物体の
下向き面領域が規定される。また、上向き面輪郭、上向
き面ハッチ、および上向き面フィルにより、造形物体の
上向き面領域が規定される。連接面輪郭および連接面ハ
ッチは、造形物体の連接面領域を規定する。下向き面領
域の下方には、その領域が密着すべき物体は何ら存在し
ないので（保持部分が存在する場合を除けば）、この領
域に適用される露出量は、下方硬化層への密着を図るた
めの過剰露出量を含まないのが典型である。しかし、Ｍ
ＳＤに関する何らかの問題に適切に対処するため、過剰
露出が行われることもあり得る。上向き面領域および連
接面領域の下方には硬化された材料が存在するので、こ
れらの領域に印加される露出量には、下方硬化層への確
実な密着を図るための過剰露出量が含まれるのが典型で
ある。

【００５０】表７は、図７中の各硬化層上に存在する上
記分類領域を、要約した表である。

【００５１】

【表７】 領域の識別およびベクトル型の提唱に関する他の方法に
ついては、米国特許第５，１８４，３０７号、５，２０
９，８７８号、５，２３８，６３９号、５，５９７，５
２０号、および米国特許出願第０８／７２２，３２６
号、０８／８５５，１２５号、および０８／９２０，４
２８号を含め、前出の参照表に示した多くの特許および
特許出願に記載されている。より少ない設定項目しか含
まない案も存在する。たとえば、（１）下向き面領域と
上向き面領域を統合して外面領域とし、その外面領域と
連接面領域のみを規定する方法、（２）全てのフィル型
ベクトルを統合して、１つの設定項目とする方法、ある
いは（３）上向きハッチと連接ハッチ、または３種類全
てのハッチ型ベクトルを統合して１つの設定項目とする
方法などがそれである。また、より多くの設定項目を含
む方法もある。たとえば、上向き面領域と下向き面領域
の片方あるいは双方を、水平な領域と非水平な領域とに
分割する方法などがそれである。

【００５２】領域識別の方法には、各硬化層に付随する
境界領域のうち、いずれの部分が外部に面しており、あ
るいは／またはいずれの部分が硬化層内部に当たるのか
の識別を含むような方法もある。外部に面した境界領域
は、初期断面境界（InitialCross-Section Boundaries;
ICSB）に対応する。ICSBは、所望の様々な領域に形成
される断面に先立って形成される断面境界領域である
と、解釈すればよい。ICSBに関しては、米国特許第５，
３２１，６２２号および５，５９７，５２０号に記載さ
れている。内部境界は、両面を硬化層の造形物体部分に
挟まれている境界であり、一方、外部境界は、片面を硬
化層の造形物体部分に、もう片面を硬化層の非造形物体
部分に挟まれている境界である。

【００５３】次に、以上で述べた前提知識および背景を
踏まえて、本発明の好ましい実施形態に関し、具体例に
注目して説明していく。以下に挙げる実施形態に付した
見出しは、この開示情報を読みやすくするためのもので
あり、本明細書内の記載事項の適用範囲を、その事項が
明確に開示された個々の実施形態に、個別化あるいは制
限する意図のものではない。

【００５４】第一の好ましい実施形態 図８は、第一の好ましい実施形態を示したフローチャー
トである。この実施形態は、ビームが必要でない時間中
は、相乗刺激の発生を抑制するよう要求するものであ
る。この実施形態における上記の時間中は、単にビーム
が造形材料表面に到達することが阻止されるのではな
く、刺激の発生自体が抑制されることが好ましく、ある
いはより好ましくは中止される方がよい。

【００５５】要素３００は、造形材料が所定の刺激ビー
ムに露出されることを示す。要素３０２は、次の露出が
時間Ｔ１以内に行われるか否かを判断するための分析が
なされることを示す。次の露出が時間Ｔ１以内に行われ
る場合は、処理過程は要素３００に戻り、露出が続行さ
れる。次の露出が時間Ｔ１以内には行われない場合は、
要素３０４に示すように、ビームエネルギーの周波数変
換結晶への到達が阻止される。要素３０６は、次の露出
が時間Ｔ２以内に行われるか否かを判断するための分析
がなされることを示す。次の露出が時間Ｔ２以内には行
われない場合は、処理過程は要素３０６を繰り返す。次
の露出が時間Ｔ２以内に行われると判断された場合は、
周波数変換結晶に再びエネルギーが向けられ（要素３０
８）、所定の刺激発生が再誘発されて、要素３００によ
り再度の露出が行われる。

【００５６】この技術の長所は、レーザー・システムの
有効寿命を延ばせる点にある。ここで言う「有効寿命」
という用語は、そのレーザーが一度の修理から次の修理
までの間の、物体造形時間を指す。周波数変換レーザー
を使用して紫外放射を発生させる場合については、紫外
放射発生による周波数変換結晶出射面の損傷が検出され
ている。この損傷は、レーザーの寿命を著しく縮める要
因となる。紫外放射を発生させる結晶の損傷度合いは、
その結晶が発生させるエネルギーおよび動作時間に直接
関係していると思われるため、本実施形態により、結晶
から放出されるエネルギーを削減し、レーザーの有効寿
命を延ばすことができる。この実施形態にて使用するレ
ーザーとして好ましいのは、図３および図４に示したレ
ーザーである。図に示してあるように、赤外レーザーヘ
ッド７０と、２つの周波数変換結晶７４および７６との
間に、ＡＯＭ（すなわち音響光学変調器）７２が設置さ
れている。このＡＯＭは、システム制御コンピュータ
（すなわち処理コンピュータ）の制御により、造形材料
５の表面２０の露出、あるいはその他の目的においても
エネルギーを周波数変換結晶に到達させる必要がない時
は、その到達を抑止する。再塗層時間その他の非露出時
間が、実際の造形物体製作時間の５０％を超えるような
こともよくあるため、この技術を用いれば、レーザーの
寿命を２倍かそれ以上に延ばすことも可能である。

【００５７】図９は、この技術の実行結果を図示したも
ので、レーザーの出力強度がグラフに示されている（出
力される所定の硬化刺激を時間の関数として示してあ
る）。このグラフに示した時間範囲内において、３層分
の露出と２層分の形成がなされる。図中には、層形成に
関わるいくつかの段階が記されている。すなわち（１）
ＰＢ＝ビーム・プロファイル測定および分析時間、
（２）露出＝硬化層形成のための層露出時間、（３）Ｐ
ｄ＝沈下前遅延時間、（４）塗層＝前硬化層の上に層を
形成するための時間で、典型的には前硬化層上を再塗層
装置で掃引する時間、および（５）Ｚ−待機＝掃引処理
と露出の間の遅延時間である。

【００５８】図に示してあるように、露出時間中は、物
体造形のために好ましい強度水準で所定の硬化刺激が発
生させられる。また、これも図に示してあるように、非
露出時間中は、硬化刺激の量は著しく削減されている。
数秒を超える長さの非露出時間中においては、所定の硬
化刺激の発生は、露出時の水準の５０％以下に削減され
ることが望ましく、もっと言えば７５％以下、９０％以
下に削減されることが、さらに理想を言えば完全に抑止
されることが好ましい。

【００５９】図９に示した抑止時間の他にも、抑止が起
こり得る時間が存在する可能性がある。そうした時間の
一例に、１９９９年２月８日出願の米国特許出願第０９
／２４６，５０４号に記載されている、ハッチ間遅延時
間がある。硬化刺激の抑止あるいは削減は、こうした抑
止が起こり得る各時間の全体を通じてなされている場合
もあるし、各時間中の一部分、各時間のうち１つのみの
一部分、あるいは他の何らかの時間においてなされてい
る場合もある。

【００６０】レーザー強度の削減には、様々な方法があ
る。強度削減および再活性化の時間能力が速くなればな
るほど、本実施形態の技術の効率は向上する。前述のよ
うに、音響光学変調器を利用すれば、周波数変換結晶へ
の到達強度を変化させることが可能である。ＡＯＭの使
用により、硬化刺激の発生を完全に抑止すること、ある
いは何分の１秒かのわずかな時間中に、レーザー強度を
０％から１００％の間で任意に変化させることが可能と
なるため、ＡＯＭは、本実施形態、さらには後述の他の
実施形態において、好ましい装置であると言える。

【００６１】他のレーザー強度制御技術としては、以下
の技術が含まれる：（１）レーザー光源に励起エネルギ
ーを供給するレーザー・ダイオード源に、可変的に電力
を供給するような機構、（２）レーザー光源のＱ−スイ
ッチの動作を、可変的に制御するような機構、（３）電
気光学変調器、（４）ビーム強度のパルス反復率を可変
的に制御する機構、（５）レーザー光源に励起エネルギ
ーを供給するレーザー・ダイオード源の温度を制御する
機構、（６）レーザー光源からのビームを透過させる周
波数変換結晶の、温度を制御する機構、および（７）コ
ンピュータにより制御されたシャッター。

【００６２】時間Ｔ１の決定要素としては、いくつかの
要素が挙げられ、たとえば（１）ビームの減衰あるいは
抑止に要する時間、および（２）ビームを再活性化し、
安定させるのに要する時間などが含まれる。時間Ｔ２の
決定要素としても、いくつかの要素が挙げられ、たとえ
ば上記（２）の要素、および再点検・再評価間の時間な
どが含まれる。他の例として、比較ルーチンのループで
はなく、カウントダウン・クロックの経過時間に基づい
て、ビームをオンにする決定がなされる場合もある。

【００６３】第二の好ましい実施形態 本実施形態は、ベクトルの露出の制御、特に高速走査が
実現される際の上記制御を、効率的に行う技術を提供す
る形態である。本技術においては、選択した複数の露出
ベクトル（すなわち、造形材料の露出を意図したベクト
ル）を、１つあるいは複数の非露出ベクトル（すなわ
ち、造形材料を有意に露出することなく、ビームの走査
方向および速度の設定を変更するために利用されるベク
トル）で連結し、各露出ベクトルの始点において、辿る
べきベクトルに適合した走査速度および動作方向が保証
されるようにする。同様に、各露出ベクトルの終点にお
いては、そのベクトルに適合した走査速度の維持が保証
される。

【００６４】図１０および図１１は、本実施形態の実行
過程を表したフローチャートである。このフローチャー
トの出発点は要素４００で、ここで変数“ｉ”が１に設
定される。この変数は、走査する各露出ベクトルを指定
するための変数である。この次に続く露出ベクトルは、
“ｉ＋１”で指定される。

【００６５】要素４０２は、第一露出ベクトルＥＶｉお
よび第二露出ベクトルＥＶｉ＋１を表現するデータの供
給を、要求するものである。各ベクトルを表すパラメー
タとしては、以下のパラメータが含まれる：（１）各ベ
クトルの始点のＸ位置ＸｉｂおよびＸ（ｉ＋１）ｂ、
（２）各ベクトルの始点のＹ位置ＹｉｂおよびＹ（ｉ＋
１）ｂ、（３）各ベクトルの終点のＸ位置Ｘｉｅおよび
Ｘ（ｉ＋１）ｅ、（４）各ベクトルの終点のＹ位置Ｙｉ
ｅおよびＹ（ｉ＋１）ｅ、（５）各ベクトルの走査速度
のＸ成分ＳＸｉおよびＳＸｉ＋１、および（６）各ベク
トルの走査速度のＹ成分ＳＹｉおよびＳＹｉ＋１。

【００６６】要素４０４は、４つの全体制御パラメター
の値を要求するものである。この４つの全体制御パラメ
ターとは、（１）ＨＳ境界：速度傾斜を必要としない速
度境界における、各軸ごとの最大走査速度変化分＝Ｎ
１、（２）ＨＳ傾斜：最大加速時に許容できる速度変化
量＝Ｎ２、（３）ＨＳ休息：方向変更の遷移が行われる
際に許されている速度＝Ｎ３、および（４）ＦＦ：ベク
トル終点までの前送コマンドを適用するための時間＝Ｎ
４である。これらのパラメターについて、好ましい値の
例としては、ＨＳ境界＝７０ｉｐｓ（すなわちインチ／
秒）、ＨＳ傾斜＝２５ｉｐｓ／時間単位、ＨＳ休息＝７
０ｉｐｓ、およびＦＦ＝４時間単位といった値が挙げら
れる。好ましいシステムにおいては、１時間単位＝１５
マイクロ秒である。

【００６７】要素４０６は、第一ベクトルと第二ベクト
ル間の速度変化を、Ｘ軸およびＹ軸のそれぞれの方向に
ついて決定することを要求するものである。この情報お
よび４０４の全体制御パラメターは共に、要素４０８に
対する入力となる。

【００６８】要素４０８は、ΔＳＸとΔＳＹのどちらか
一方でも、Ｎ１より大きな値をとるものが存在するか否
かを分析することを要求するものである。Ｎ１より大き
な値のものが存在する場合は、２つのベクトル間の遷移
は、２つ以上の非露出ベクトルを導入しなくては実現さ
れないことになる。ここでの応答が「はい」の場合は、
処理過程は要素４１０へと進み、非露出ベクトルの生成
過程が開始される。そうではなく、応答が「いいえ」の
場合は、処理過程は要素４２４へと進み、また別の分岐
条件が課せられる。

【００６９】要素４１０は、Ｎ４の時間内で“ｉ”番目
の露出ベクトルＥＶｉの終点にて前送加速制御を行い、
“ｉ”番目の露出ベクトルＥＶｉの終点到着時において
ビームを遮断し、さらに“ｉ”番目の露出ベクトルＥＶ
ｉの終点に、ＥＶｉに平行な第一傾斜ベクトルＲＶｉを
挿入することを要求するものである。方向あるいは速度
の変更が起こる時点に先立って、加速コマンドを適用す
るというのが、前送の概念である。加速のために加えら
れる力の大きさ、および加速を加える時間の長さは、第
一ベクトルの終点および第二ベクトルの始点における、
位置決定能および走査速度を最適化することにより、経
験的に決定され得る。上記の始点を超えて行き過ぎてし
まうよりは、上記始点に到達しきらない形の誤差のほう
が好ましい。こうした最適化は、遷移後における位置お
よび／または走査速度の誤差の合計量を最小化するとい
う考えに基づいて行うことができる。ここでの好ましい
実施形態においては、走査鏡コマンドが１５マイクロ秒
ごとに更新されることが好ましい。各１５マイクロ秒
は、１「時間単位」として捉えられる。ある好ましいシ
ステムにおける最大加速量は、約２５インチ／秒／時間
単位に設定されている。このシステムでは、前送時間と
して４時間単位という値を使用するとよい結果が得られ
ることが、経験的に分かっている。当然ながら、システ
ムの状況、または位置決定能および速度に関する所望の
誤差許容量基準によっては、前送時間を指定するＮ４に
他の値を使用してもよい。

【００７０】要素４１２は、所望の最大加速水準として
Ｎ２が適用されたとして、第一傾斜ベクトルＲＶ１ｉの
時間設定値および／または長さ設定値を、Ｘスキャナー
とＹスキャナーの双方を所望の走査速度に到達させるた
めに必要な最小の設定値に合わせることを要求するもの
である。第一傾斜ベクトルの走査時間を、数式で表現す
ると、 （ＳＸｉ−Ｎ３−Ｎ４＊Ｎ２）／Ｎ２ あるいは （ＳＹｉ−Ｎ３−Ｎ４＊Ｎ２）／Ｎ２ のいずれか大きい方ということになる。第一傾斜ベクト
ルの長さは、導出された時間および使用される加速値Ｎ
２から決定される。

【００７１】要素４１４は、第一傾斜ベクトルＲＶ１ｉ
の終点を始点とし、標準前送量Ｎ４と等しい長さの時間
内だけ、第一傾斜ベクトルと同じ方向へ進むような遷移
ベクトルＴＶｉの生成を要求するものである。本実施形
態においては、このベクトルの長さ分全体に前送加速コ
マンドが課されることになる。前送加速コマンドは、各
スキャナーを適切に加速し、要素４２０で生成されるで
あろうジャンプベクトルへの遷移を図るコマンドであ
る。そのため、処理過程中のこの時点では、前送に関す
る判定基準は、まだ具体的に設定できない。

【００７２】要素４１６は、次の露出ベクトルＥＶｉ＋
１に平行で、ＥＶｉ＋１の始点を終点とするような、第
二傾斜ベクトルＲＶ２ｉを挿入することを要求するもの
である。第二傾斜ベクトルの終点における走査速度のＸ
成分およびＹ成分は、次の露出ベクトルについての所望
の速度値と等しくされる。

【００７３】要素４１８は、第二傾斜ベクトルＲＶ２ｉ
の時間／長さの設定を要求するものである。この時間／
長さは、遷移ベクトルの走査速度Ｎ３から次の露出ベク
トルの走査速度への遷移に必要とされる、最小値以上の
値に設定される。第二傾斜ベクトルの走査時間として
は、 （ＳＸｉ＋１−Ｎ３）／Ｎ２ あるいは （ＳＹｉ＋１−Ｎ３）／Ｎ２ のいずれか大きい方に等しいか、あるいはそれよりも大
きな値が指定され得る。第二傾斜ベクトルの長さは、導
出された時間および使用される加速値Ｎ２から決定され
る。

【００７４】要素４２０は、第一傾斜ベクトルＲＶ１ｉ
の終点を始点とし、第二傾斜ベクトルＲＶ２ｉの始点を
終点とするような、ジャンプ・ベクトルＪＶｉを挿入す
ることを要求するものである。前送加速コマンドは、ジ
ャンプ・ベクトルＪＶｉが走査される、Ｎ４の最終段階
に当たるいくつかの時間単位中全体を通じて、課される
ことになる。ジャンプベクトルの終点（すなわち次の露
出ベクトルの始点）において、ビームの伝播に対する抑
止は終了され、ビームは光学系を経由して造形材料へと
伝播ことができるようになる。

【００７５】要素４２２は、露出ベクトルおよび生成さ
れたあらゆる非露出ベクトルに従って、走査鏡を制御す
ることを要求するものである。

【００７６】要素４２４は、要素４０８において、走査
速度のＸ成分およびＹ成分の双方とも、前記のＨＳ境界
変数により設定された許容量に比べて小さいという結果
が出た場合の、次の段階である。要素４２４は、“ｉ”
番目の露出ベクトルＥＶｉの終点と、（ｉ＋１）番目の
露出ベクトルＥＶｉ＋１の始点とが一致しているか否か
の判定を要求するものである。

【００７７】上記の終点と始点が一致している場合は、
処理過程は要素４２２へと進む。要素４０８の判定基準
で「いいえ」となり、要素４２４の判定基準で「はい」
となった場合は、“ｉ”番目の露出ベクトルの終点に適
用される前送コマンドのみにより、“ｉ”番目の露出ベ
クトルと（ｉ＋１）番目の露出ベクトル間の遷移を十分
な精度で実行することができると結論してよい。

【００７８】要素４２４の判定基準で「いいえ」となっ
た場合には、処理過程は要素４２６へと進み、“ｉ”番
目と（ｉ＋１）番目の露出ベクトル間に、ジャンプ・ベ
クトルＪＶｉが挿入される。このジャンプ・ベクトル
は、２つのベクトル間の間隙を補うためのベクトルであ
る。“ｉ”番目の露出ベクトルの終点、およびジャンプ
・ベクトルの終点において前送加速コマンドを使用する
ことにより、所望の方向変更および速度変更が達成可能
であるので、非露出ベクトルの追加使用は必要とされな
いのが典型である。

【００７９】要素４２８は、ＥＶｉが形成されるべき最
後のベクトルであるか否かを判定するものである。ＥＶ
ｉが最後のベクトルでない場合は、要素４３２にて変数
“ｉ”に１が加算され、要素４０２から４２８のループ
による処理が再度行われることになる。“ｉ”番目の露
出ベクトルが最後のベクトルである場合は、処理過程は
要素４３０へと進み、ビームが抑止され処理は終了す
る。

【００８０】図１０および図１１に要約した処理過程の
適用例を、図１２および図１３を用いて説明する。図１
２は、ある仮想的な硬化層形成に使用される一連のベク
トルの、上から見た分布である。これらのベクトルは、
造形される物体のある断面を表現したもので、ＸＹ平面
上に分布している。これらのベクトルには、４本の輪郭
ベクトル４４０、４４２、４４４、および４４６が含ま
れている。さらに、輪郭内部にあり、Ｙ軸に平行な一連
のベクトル（たとえばＹ方向ハッチやＹ方向フィルのベ
クトル）である４４８、４５０、および４５２も含まれ
ている。また、輪郭内部にあり、Ｘ軸に平行な一連のベ
クトル（たとえばＸ方向ハッチやＸ方向フィルのベクト
ル）である４５４、４５６、および４５８も含まれてい
る。これらの各ベクトル分類については、露出量、位置
誤差許容量規準、および露出に用いるビーム・サイズに
関し、それぞれ異なる設定を施すことが可能である。同
様に、各分類において使用されるビーム強度について
も、それぞれ異なった設定が可能である。

【００８１】図１３は、２本の境界ベクトル４４４と４
４６間の遷移の様子を示した図である。これら２本の境
界ベクトルは端点が一致しているが、それぞれの走査速
度および角度の組み合わせから、一連の非露出ベクトル
を使用せずに十分な精度の遷移を達成することは不可能
となっている。そのため図１３には、露出ベクトル４４
４の終点を始点とし、ベクトル４４４に平行な方向に延
び、かつ４４４の走査速度を所望の速度（すなわちＨＲ
休息）にまで落とす遷移の達成に必要な長さを有するよ
うな、第一傾斜ベクトル４６０が描かれている。傾斜ベ
クトル４６０の終点は遷移ベクトルの始点となってい
る。この遷移ベクトルは、傾斜ベクトルに平行な方向に
延び、かつ所望の前送量（たとえば４時間単位）分に等
しい長さを有している。この遷移ベクトルの終点は、ジ
ャンプ・ベクトルの始点となっていて、その終点は第二
傾斜ベクトル４６６の始点となっている。ジャンプ・ベ
クトル４６４の終点において前送コマンドが適用され、
走査速度の正味の大きさに対する変更を要さずに、第二
傾斜ベクトルの方向への遷移が行われる。第二傾斜ベク
トル４６６は、ジャンプ・ベクトル４６４と、次の露出
ベクトル４４６との間を結ぶベクトルである。この傾斜
ベクトルは、次の露出ベクトルに対する所望の走査速度
値に到達するのに十分な長さを有している。

【００８２】図１４は、図１３に示した２つの露出ベク
トルおよびその間を結ぶ非露出ベクトルの走査中におけ
る、３つの走査変数（すなわち、赤外エネルギーの発生
量、槽に到達する紫外エネルギー、および走査速度）の
変化を示したグラフである。図中の下のグラフに示して
あるように、レーザーにおける赤外エネルギーの発生量
は一定に維持されることが好ましい。紫外エネルギーに
関しては、図中の中央のグラフに示したように、２つの
露出ベクトル４４４および４４６の走査中のみ、槽に到
達していることが好ましい。非露出ベクトルの走査中に
おいては、紫外エネルギーの発生は停止されていること
が好ましい。ビームの抑止機構として作用するＡＯＭを
利用すれば、ビームの遮断および再活性化を数マイクロ
秒の時間内で行うことが可能である。図中の上のグラフ
は、実質的に直行する２枚の走査鏡の走査により実現さ
れる、走査速度の正味の大きさについての、変化の様子
である。図に示してある通り、露出ベクトル４４４は４
７０番で示した高速で走査されており、傾斜ベクトル４
６０において、走査速さが所望の低い値まで減速され、
遷移ベクトル４６２においては同じ速さが維持され、そ
して第二傾斜ベクトルにおいて、露出ベクトル４４６に
対する所望の速さ４７２まで、走査速さが加速される。

【００８３】本実施形態に関しては、多くの変更例が存
在し、それらは当業者には明らかであろう。そうした変
更例としては、要素４２４に当たる端点一致の検査を、
要素４０８に当たる速度変化分の検査に先立って行う方
法などが挙げられる。また、速度傾斜による走査速度の
変更を行わずに、第一露出ベクトルＥＶｉの終点をもっ
てジャンプ・ベクトルの始点とすることも可能である。
０時間単位以上の範囲で、他の前送量を採用することも
可能である。

【００８４】全体制御パラメターに関して異なる値を採
用することも可能である。また、全体制御パラメター自
体を異なるものにすることもできる。処理過程中の異な
る要素に対しては、異なるパラメター値を使用してもよ
い。たとえば、異なるベクトル型に対しては、異なる前
送量を採用することができる。

【００８５】第三の好ましい実施形態 図１５に示した第三の好ましい実施形態は、所定の硬化
刺激の強度を調節する技術を提供する形態である。要素
５００は、処理過程制御変数“ｉ”を１に設定すること
を要求するものである。要素５０２は、“ｉ”番目のベ
クトルの集合ＶＳ（ｉ）を構成する各ベクトルについて
の所望の露出量に基づき、所望のレーザー強度ＤＬＰを
決定することを要求するものである。このベクトルの集
合は、様々なベクトルで構成され得る。たとえば、与え
られた断面上に存在する、ある１つの型のベクトル全て
をＶＳに含めることが可能である。１つのあるいは複数
の断面上に存在する、全ての型のベクトルをＶＳに含め
ることも可能である。ＶＳ内の個々のベクトルに対して
は、異なる露出を与えることが可能であるが、ベクトル
上を走査する際に使用するレーザー強度は共通である。

【００８６】要素５０４は、一時的にビームをセンサー
に向けて、現行のレーザー強度（ＡＬＰ）を決定するこ
とを要求するものである。このセンサーは、ビームの全
強度が測定できるような全面検出器、一点検出器、ある
いはスロット検出器であることが好ましい。所望の時点
におけるセンサー方向へのビーム誘導、および造形材料
表面方向へのビーム誘導には走査鏡が利用されると考え
られるため、上記のセンサーは、走査鏡以降の光路上に
設置されていることが好ましい。

【００８７】要素５０６は、現行の強度と所望の強度と
の差分、すなわち ＡＬＰ−ＤＬＰ＝ΔＬＰ の決定を要求するものである。

【００８８】要素５０８は、上記のレーザー強度の差分
が、所望の誤差許容帯δＬＰ内に収まっているか、すな
わち ΔＬＰ＜δＬＰ となっているか否かの判定を要求するものである。

【００８９】要素５０８の分析による判定結果が「は
い」であれば、レーザー強度の変更は不必要なので、処
理過程は要素５１０へと進み、既存のビームによるＶＳ
（ｉ）の露出が行われる。要素５１２は、レーザー強度
に対し、強度の差分ΔＬＰに基づく補正要素を適用する
ことを要求するものである。引き続いて、処理過程は要
素５１４へと進み、補正されたビームによるＶＳ（ｉ）
の露出が要求される。

【００９０】５１０あるいは５１４の段階を経た後の処
理過程においては、ＶＳ（ｉ）が最後のベクトル集合で
あるか否かの判定がなされる。この結果が「はい」であ
る場合は、要素５２０に示されている通り、処理過程は
完了する。上記の結果が「いいえ」である場合は、要素
５１８にて“ｉ”に１が加算された後、処理過程はルー
プにより要素５０２へと戻ることになる。

【００９１】本実施形態に関しては、様々な変更例が可
能である。たとえば、要素５１２では、ビーム強度の差
分に代えて、所望のビーム強度を得るための既知の設定
に基づいて、ビーム強度を補正することが可能である。
要素５１２においては、パラメター設定と、ビーム強度
の変更値あるいはビーム強度の絶対値との対応表を用い
て、そこから新しいパラメター設定を引き出すことも可
能である。要素５１２ではまた、調整およびフィードバ
ック用のループを強度検出機構と併用し、それら単独で
使用、あるいは強度差分に基づく高等な調整方法とさら
に併用することにより、新たな所望の値にレーザー強度
を設定することも可能である。

【００９２】ビーム強度の調整は、可能であれば、レー
ザー発振器と、所定の硬化刺激発生に使用される周波数
変換要素のうち少なくとも１つの要素との間に、抑止装
置（たとえばＡＯＭ）を設置して行うことが好ましい。
あるいは、周波数変換結晶以降の光路上、またはレーザ
ー発振器自体の内部に抑止装置を設置しても、ビーム強
度を調整することは可能である。ビームが一時的に誘導
されるセンサーの代わりに、図４中の８５等のセンサー
を、ＡＯＭ以外の様々な強度調整装置（たとえば、第一
の実施形態の項で述べたもの）と併用することも可能で
ある。

【００９３】物体造形を最適化するためには、前記のベ
クトル集合の大きさを可能な限り小さくすることが好ま
しい。特に望まれるのは、このベクトル集合内に含まれ
るベクトルの数を、ある特定の断面に付随する全ベクト
ルの数よりも少なくすることである。言い換えれば、各
断面ごとに複数のベクトル集合が存在することが好まし
いのである。

【００９４】各ベクトル集合は、前述のベクトル型に基
づいて、それらのベクトルを走査するビーム・サイズご
とに決定してもよい。強度調整の達成に要する時間は１
秒未満であることが望ましく、さらに言えば０．５秒未
満、理想を言えば０．１秒未満であることが好ましい。
レーザー強度の誤差許容量δＬＰは、具体的にどのよう
な判定基準が考慮されているかによって、数ｍＷもの小
さな値を取ることもあれば、所望のビーム強度の１０％
にも当たる大きな値を取ることもある。

【００９５】第四の実施形態 本実施形態は、レーザー強度の変更を、レーザー強度レ
ベルが所望の強度レベルと合致するか否かに基づいて行
う代わりに、その強度変更により節約される露出時間が
所望の最少限度時間以上となるか否かの推定結果に基づ
いて行う技術を提供する形態である。強度の変更値の確
認は、変更による走査時間の変化分と、ある所定のパラ
メター値との比較により行われる。ビーム強度の変更値
が、上記のパラメター値が要求する値よりも小さい場合
は、ビーム強度は変更されない。

【００９６】例えば、第一の強度によるＶＳ（ｉ）の走
査にかかるある時間を第一時間とし、第二の強度による
走査にかかるある時間を第二時間とする。第一時間と第
二時間との差分が、強度変更にかかる時間を超えない場
合、あるいは所定のパラメター値に合致する場合は、最
適走査処理は第一のビーム強度を使用して行われる。ビ
ーム径を変更するか否かの決定も、同様の手続きでなさ
れる。

【００９７】図１６の要素６００は、処理過程変数
“ｉ”を1に設定することを要求するものである。要素
６０２は、ある同一強度のビームで露出されるベクトル
で構成される、“ｉ”番目のベクトル集合ＶＳ（ｉ）の
供給を要求するものである。

【００９８】要素６０４は、選択された複数のベクトル
型に対し、ある１つの所望の露出を設定することを要求
するものである。要素６０６は、ＶＳ（ｉ）中の少なく
とも１つのベクトル型に対し、ある１つの所望の最大走
査速度限界を設定することを要求するものである。要素
６０８は、ＶＳ（ｉ）中の少なくとも１つのベクトル型
の露出に関して、使用可能な最大レーザー強度ＨＬＰを
決定することを要求するものである。選択される１つあ
るいは複数のベクトル型は、ある最大走査速度を超える
ことが禁じられているような型が選択されるべきであ
る。

【００９９】要素６１０は、現行のレーザー強度ＡＬＰ
の供給を要求するものである。要素６１２は、現行のレ
ーザー強度と使用可能な最大強度との差分の決定を要求
するものである。この差分は、 ＡＬＰ−ＨＬＰ＝ΔＬＰ と表現できる。

【０１００】要素６１４は、上記のレーザー強度の差分
が、０とレーザー強度の誤差許容値との和より大きいか
否かを、判定するものである。この判定命題は、 ΔＬＰ＞＝０＋δＬＰ ？ と表現できる。

【０１０１】要素６１４の判定結果が「はい」である場
合は、処理過程は要素６１６に進み、レーザー強度がＡ
ＬＰからＨＬＰへと減少させられる。レーザー強度がリ
セットされると、その直後の処理過程にて、ＨＬＰを使
用したＶＳ（ｉ）の露出が行われる（要素６１８）。

【０１０２】要素６１４の判定結果が「いいえ」である
場合は、処理過程は要素６２０および６２２へと進む。
要素６２０は、ＶＳ（ｉ）中の全ベクトル型に対し、使
用可能な最大レーザー強度ＨＬＰを使用した場合の露出
時間ＥＴＨ（ｉ）を導出することを要求するものであ
る。要素６２２は、ＶＳ（ｉ）中の全ベクトル型に対
し、現行のレーザー強度ＡＬＰを使用した場合の露出時
間ＥＴＡ（ｉ）を導出することを要求するものである。

【０１０３】要素６２４は、現行のレーザー強度を使用
した場合の露出時間と、使用可能な最大レーザー強度を
使用した場合の露出時間との差分を決定することを、要
求するものである。この差分は、 ＥＴＡ（ｉ）−ＥＴＨ（ｉ）＝ΔＥＴ と表現できる。

【０１０４】要素６２６は、上記の露出時間の差分が、
予め設定されたある値よりも大きいか否かを判定するも
のである。この予め設定された値により、レーザー強度
についてのある変更が許可されるためには、どれだけの
時間が節約されなくてはならないかが示される。この判
定命題は、 ΔＥＴ＞δＥＴ ？ と表現できる。この判定結果が「いいえ」である場合
は、現行のレーザー強度を使用した露出が行われる（要
素６２８）。判定結果が「はい」である場合は、レーザ
ー強度は、使用可能な最大強度まで増加させられる（要
素６３０）。その後、要素６３２により、使用可能な最
大レーザー強度ＨＬＰを使用した、ベクトル集合ＶＳ
（ｉ）の露出が要求される。

【０１０５】要素６３４は、“ｉ”番目のベクトル集合
ＶＳ（ｉ）が最後のベクトル集合であるか否かを、判定
するものである。判定結果が「はい」である場合は、処
理過程は要素６３４へと進み、終了する。判定結果が
「いいえ」である場合は、処理過程は要素６３８へと進
み、変数“ｉ”に１が加算される。その後、処理過程は
ループにより要素６０２へと戻り、全てのベクトル集合
が処理されるまで、６０２−６３４の要素が繰り返され
る。

【０１０６】この第四の実施形態に関しては、様々な変
更例が可能である。たとえば、露出時間の導出について
は、推定により行うことも、正確な計算により行うこと
も可能である。予め設定されるδＥＴの値は、定数でも
変数でもよい。露出過程にデッド・タイムを生じさせる
ような強度変更の場合には、予め設定されるδＥＴに何
らかの値を取らせることが可能であるし、強度変更が非
露出時間中に行われ、造形時間に何ら影響を及ぼさない
ような場合には、δＥＴを０とすることが可能である。
以上に挙げたいくつかの変更例の他にも、当業者には明
らかであろう変更例がいくつか存在する。

【０１０７】第五の実施形態 本発明の第五の実施形態は、多くのパラメターを考慮す
ることにより、ビーム強度を決定する技術を提供する形
態である。本実施形態では、ある１つのパルス反復率と
ビーム径を有するような、一連のパルスビームから成る
ビームが使用される（ここでのビーム径とは、造形材料
の作業表面における、ビーム断面方向の径のことを指
す）。

【０１０８】本実施形態においては、グラフィカル・ユ
ーザー・インターフェースを介して、システムのユーザ
ーがある１つの最大走査速度限界値を指定する。その指
定された１つの最大走査速度限界値は、選択された複数
のベクトルに対するものである。これら複数のベクトル
は、造形処理過程にとって重要な走査速度を有するとみ
なせるようなベクトルが選択されたものである。あるい
は、これら複数のベクトルは、その最大走査速度限界値
が指定されれば、その硬化深さ等に基づいた処理過程の
制御を、他のベクトル型に対する最大速度限界指定値の
影響を受けずに行うことが分っているようなベクトルで
あればよい。各ベクトル型に対する、上記の最大速度限
界値を実現するために必要なビーム強度の計算は、特に
既知の材料特性、所望の硬化深さ、場合によってはさら
にビーム・プロファイルに関する情報に基づいて行われ
る。たとえば、最大走査速度限界値が指定されるベクト
ル型は、輪郭型１タイプおよびハッチ型１タイプである
場合もあれば、輪郭型あるいはハッチ型のどちらか一方
のみである場合もある。

【０１０９】各ベクトル型については、最高走査速度が
導出される。この最高走査速度は、各ベクトルに対して
指定されたレーザーのビーム径、パルス反復率、および
重複基準に基づいて決定されるものである。この重複基
準とは、２つの連続したパルスがどれだけ近接していな
くてはならないかを指定し、十分なパルス重複が得るた
めの基準である。この重複の大きさは、ビーム径の何％
かという形で考慮されるのが普通である。上記の最高速
度を表す式の例として、 最高速度 ＝ Ｑ＊Ｂ＊（１−ＯＬ） を挙げる。ここで、ＱはＨｚを単位とするパルス反復率
であり、Ｂはインチあるいはｍｍを単位とする作業表面
におけるビーム径であり、ＯＬは上記の最小重複基準で
ある。算出される走査速度の単位は、インチ／秒あるい
はｍｍ／秒である。重複基準の決定は、異なる重複量に
より複数の試験物体を造形し、いずれの重複量にて、結
合性あるいはその他の１つまたは複数の造形特性につい
て、十分な特性を有する物体が形成されるかを決定する
ことにより、経験的に行うことができる。これまでのと
ころ有効とされている最小重複量は、ビーム径の４０％
−６０％程度である。

【０１１０】多ビーム径システムおよび多ビーム径処理
を使用する場合のスポット径の小さいレーザーの強度
は、以下に挙げるもののうち最小の強度に設定される。

【０１１１】（１）グラフィカル・ユーザー・インター
フェースに入力された値から導かれた、輪郭の最大走査
速度限界値に対応する強度、（２）小スポット・ビーム
径、輪郭の重複基準、および所望の硬化深さ等に基づ
く、最高速度の計算から導かれた強度、（３）所望の硬
化深さ等に基づく輪郭上の小スポット用のデータベース
内に、コード化され組み込まれている、走査速度のハー
ド限界に対応する強度、（４）グラフィカル・ユーザー
・インターフェースに入力された値から導かれた、ハッ
チにおける最大走査速度限界値に対応する強度、（５）
小スポット・ビーム径、ハッチの重複基準、および所望
の硬化深さ等に基づく、最高速度の計算から導かれた強
度、（６）所望の硬化深さ等に基づくハッチ上の小スポ
ット用のデータベース内に、コード化され組み込まれて
いる、走査速度のハード限界に対応する強度。

【０１１２】複数ではなく単一のビーム径を採用する場
合には、前記の処理過程にて導出された限界値を使用し
て、レーザー強度の設定が行われる。スポット径の大き
いレーザーの強度についても、上記の一連の比較と類似
の比較処理が使用される。

【０１１３】上記の処理過程は、上記の比較処理、ある
いは上記と同様または類似の結果をもたらす比較処理に
基づいて、進められる。たとえば、まず（１）、（２）
および（３）の速度を比較して、そのうちの最も低い速
度を用いて、小スポット径で走査する輪郭上において使
用可能なレーザー強度の最大限界値を求められる。同様
に、（４）、（５）および（６）の速度を比較して、そ
のうちの最も低い速度を用いて、小スポットで走査する
ハッチ上において使用可能なレーザー強度の最大限界値
を求められる。その後、ハッチ上と輪郭上との小スポッ
トにおける最大レーザー強度限界値を比較して、そのう
ち小さい方の値を、小スポット径および考慮されるベク
トル集合中のベクトルに関する使用可能な最大限界値と
して採用することができる。この処理過程を繰り返し
て、大スポット径についての強度設定を行うこともでき
る。

【０１１４】本処理過程に関しては、多くの変更例が存
在する。たとえば、上記の比較処理では、考慮されてい
るベクトル集合に含まれるベクトルのみを考慮すればよ
い。輪郭およびハッチ、さらにはフィルに関しても、異
なる型に対して１つの最大レーザー強度限界値を決定す
ることができる。状況によっては、最大レーザー強度限
界値は、ユーザー定義の最大走査速度限界値に基づいた
値でなくてもよい。最大レーザー強度限界値は、コード
化された既存のハード限界値に基づいた値でなくてもよ
い。上記の処理過程を、ベクトル集合中に含まれるある
１つのベクトル型に対してのみ適用することも、可能で
ある。

【０１１５】本実施形態に関しては、他にも様々な変更
例が可能である。以上に挙げたいくつかの変更例の他に
も、当業者には明らかであろう変更例がいくつか存在す
る。

【０１１６】その他の変更例 本明細書に記載した方法を実行し、本明細書の記載事項
に基づく物体造形のための装置を作成するにあたって
は、ソフトウェアあるいはハードへのコード化によっ
て、ＳＬＡ制御コンピュータあるいは別個のデータ処理
コンピュータにプログラムを組み込むことが可能であ
る。各実施形態の項中にある方法および装置は、他の実
施形態の項中に明記されている変更例に関する記載事項
にしたがって、変更することが可能である。さらに、そ
れぞれの実施形態および変更例中に記載された方法およ
び装置は、前に引用した多くの特許および特許出願中の
様々な記載事項にしたがって、変更することが可能であ
る。また、本明細書中の記載事項は、他のＲＰ＆Ｍ技術
にも応用可能であると考えられる。

【０１１７】以上では、特定の実施形態を複数記載およ
び説明し、かつ多くの変更例を示してきたが、本明細書
中の記載事項を一読すれば、当業者には明らかであろう
実施形態および変更例を他にも数多く見出せる。つま
り、以上に示した実施形態は、本発明の範囲を制限する
意図のものではなく、例示的な意味合いのものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するためのステレオリソグラフィ
装置の側面図。

【図２】本発明を実施するためのステレオリソグラフィ
装置の側面図。

【図３】ステレオリソグラフィ・システムの主要構成要
素を図示したブロック図。

【図４】レーザーヘッド内の主要構成要素、およびレー
ザーヘッド内の光路を図示した概略図。

【図５】ステレオリソグラフィを利用して造形しようと
するある物体の側面図。

【図６】図５に示した物体を、ステレオリソグラフィを
利用して実際に造形した場合の側面図。

【図７】図６の物体の側面図に、各層に付随する複数の
異なる露出領域を記した図。

【図８】好ましい実施形態の１つについて、処理過程を
示したフローチャート。

【図９】複数の異なるベクトル型に対する際の走査速
度、および好ましい実施形態で典型的に使用される複数
の造形段階を通じて、レーザー発振器が発生させる赤外
エネルギーおよび紫外エネルギーを表したグラフ。

【図１０】好ましい実施形態の１つを示したフローチャ
ートの前半部。

【図１１】好ましい実施形態の１つを示したフローチャ
ートの後半部。

【図１２】ある硬化材料を露出する際に使用される仮想
的なベクトル群を示した図。

【図１３】図９の露出ベクトル２本と、好ましい実施形
態において、その２つの露出ベクトル間の遷移に利用さ
れる複数の非露出ベクトルとを、ともに示した図。

【図１４】レーザー発振器が、図１３に示したベクトル
上を走査する際に発生させる、紫外エネルギーおよび赤
外エネルギーを示したグラフ。

【図１５】好ましい実施形態の１つを示したフローチャ
ート。

【図１６】好ましい実施形態の１つを示したフローチャ
ート。

フロントページの続き (72)発明者 ジューニ ピー パータネン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 90031 ロサンゼルス モンテシト ドラ イヴ 1146

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続する材料層を所定の硬化刺激ビーム
   に露出することにより、複数の密着した硬化層から成る
   ３次元物体を造形する方法であって、 所定の硬化刺激ビームを発する制御可能なビーム源を設
   置し、 前記物体の次硬化層の準備段階として、直前に形成され
   た材料層に接した材料層を形成し、 前記物体の前記次硬化層を表現したベクトル・データに
   従って、前記次硬化層を形成するために、前記材料を前
   記の所定の硬化刺激ビームに露出し、 複数の密着した硬化層から前記物体を形成するために、
   前記の形成動作および露出動作を複数回繰り返し行うこ
   とを含み、 第一ベクトル集合、および第二ベクトル集合に従って前
   記材料を露出する際に、選択した次元のビーム中の所定
   硬化刺激の量を変化させるために、前記の所定硬化刺激
   ビーム源が制御される方法。
2. 【請求項２】 第一層の少なくとも一部の露出において
   は前記第一ベクトル集合が用いられ、第二層の少なくと
   も一部の露出においては前記第二ベクトル集合が用いら
   れ、前記第一層および第二層が異なる断面水準に位置し
   ている、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 前記の所定の硬化刺激ビーム源が、 ある１つの光路に沿った方向へ放射エネルギーを発す
   る、放射エネルギー第一波長の発生源、 前記光路上に設置されたビーム抑止装置、 前記第一波長の放射エネルギーを前記の所定の硬化刺激
   に変換するために、光路上に設置された少なくとも１つ
   の周波数変換要素であって、前記抑止装置が、前記光路
   上の、前記放射エネルギー第一波長の発生源と、前記少
   なくとも１つの周波数変換要素との間の位置に設置され
   ているような周波数変換要素を備えた、請求項１記載の
   方法。
4. 【請求項４】 変化量である放射エネルギーを、前記少
   なくとも１つの周波数変換装置の方向へ向けさせ、変化
   量である所定刺激を発生させるために、前記抑止装置が
   用いられる、請求項３記載の方法。
5. 【請求項５】 前記少なくとも１つの周波数変換装置
   が、前記第一波長の放射エネルギーを第二波長の放射エ
   ネルギーに変換し、然る後に前記第二波長の放射エネル
   ギーを前記所定硬化刺激に変換する、請求項４記載の方
   法。
6. 【請求項６】 前記抑止装置が、音響光学変調器（ＡＯ
   Ｍ）である、請求項４記載の方法。
7. 【請求項７】 前記少なくとも１つの周波数変換装置に
   到達する前記放射エネルギーが、その到達に際して前記
   ＡＯＭの１次光路を経由する、請求項６記載の方法。
8. 【請求項８】 前記所定硬化刺激の量が、（１）輪郭ベ
   クトルの露出とハッチベクトルの露出との間、（２）ハ
   ッチベクトルの露出とフィルベクトルの露出との間、お
   よび（３）輪郭ベクトルの露出とフィルベクトルの露出
   との間のうち、いずれか１つあるいは複数の間において
   変化させられる、請求項１記載の方法。
9. 【請求項９】 前記所定硬化刺激の量が、２つの層の露
   出間において変化させられる、請求項１記載の方法。
10. 【請求項１０】 前記所定硬化刺激の量が、保持構造部
    の形成と物体構造部の形成との間において変化させられ
    る、請求項１記載の方法。
11. 【請求項１１】 前記の制御可能な所定硬化刺激源が、
    （１）前記レーザー源に励起エネルギーを供給するレー
    ザー・ダイオード源に、可変的に電力を供給する機構、
    （２）前記レーザー源中のＱ−スイッチの動作を、可変
    的に制御する機構、（３）電気光学変調器、（４）前記
    ビームのエネルギーにおけるパルス反復率を可変的に制
    御する機構、（５）前記レーザー源に励起エネルギーを
    供給するレーザー・ダイオード源の温度を制御する機
    構、あるいは（６）前記レーザー源が発する前記ビーム
    を透過させる周波数変換結晶の、温度を制御する機構の
    うち、１つあるいは複数の機構を備えた、請求項１記載
    の方法。