JP3378862B2 - 三次元物体を形成する方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、硬化性材料（例え
ば感光性重合体、焼結性粉末および結合性粉末などの流
体または流体様材料）から固体の三次元物体を形成する
方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、米国特許第４，５７３，３３０
号、名称「ステレオリソグラフィーによって三次元物体
を製造する装置」に記載されたようなステレオリソグラ
フィーシステムが使用されている。基本的に、ステレオ
リソグラフィー法は、薄い断面層を順次に硬化すること
によって複雑な三次元部品を自動的に形成する方法であ
る。これらの層は感光性重合体や樹脂粉末材料などから
構築される。ある種の粉末材料は溶融および硬化作用に
よって流体様媒質から結合力を有する断面に転移され
る。全ての層が相互に接合されて部品全体が形成される
まで、上記の層が重畳されて順次に硬化される。光硬化
性重合体は相乗刺激に露出された際に液体状態から固体
状態に変化する。紫外線光（ＵＶ）によって照射された
際の感光速度（液体から固体への変化速度）が実際の試
作品造形材料として十分な程度に速い、多くの感光性重
合体が存在する。好ましいシステムにおいては、放射線
源（例えば紫外線レーザ）はビームを発生し、このビー
ムが、ガルバノメータ型またはサーボ型のミラーｘ−ｙ
スキャナによって集束され、液体感光性重合体の表面に
沿って移動させられる小さな高密度スポットとされる。
これらのスキャナは、コンピュータによって発生された
ベクトルあるいはそれに類似のものによって駆動され
る。部品が製造される際に重合されなかった材料はなお
作用可能であって、次の部品の製造に際して使用される
ために容器中に残る。この技法によれば部品は流体様材
料（例えば樹脂または粉末）用の容器から、文字どおり
成長させられる。もっと正確に言えば、部品は流体様材
料用の容器の表面近くにある薄い層から成長させられ
る。このようにして、正確で複雑な三次元パターンが迅
速に製造される。この製造法は、設計アイディアを物理
的形状に迅速に変換して試作品を作製するためにきわめ
て有力な方法である。

【０００３】この技法は、典型的には「ＳＬＡ」と呼ば
れるステレオリソグラフィー装置を使用し、この装置は
一般にレーザおよびスキャナ、感光性重合体用の容器、
エレベータおよび制御コンピュータを含む。ＳＬＡは、
重畳された断面層の連なりとして三次元部品を造形する
ことにより、この三次元部品を自動的に製造するように
プログラミングされる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ステレオリソグラフィ
ー法は、工具を使用せずに複雑なまたは簡単な部品を迅
速に製造する従来にない方法である。この技法は、部品
の断面パターンを生成するためにコンピュータの使用に
頼っているので、計算機援用設計および製造（ＣＡＤ／
ＣＡＭ）への通常型のデータリンクが存在する。しかし
このようシステムは、構造応力、収縮、カールおよびそ
の他の歪み、ならびに分解能、速度、精度、およびある
特定の物体形状の製造における困難性に関する問題点を
示している。

【０００５】ステレオリソグラフィーの通常の実施に際
しては、物体または「部品」は層ごに形成され、この場
合、各層は造形される部品の１断面を表現している。ス
テレオリソグラフィーによる部品造形法の初期のアプロ
ーチは、各層の完全充填処理（例えば、少なくとも１層
分の厚さまで各断面の各区域を完全重合させる方法）に
基づいていた。この充填処理は、光ペンシルの走査、集
束型（または非集束型）光ペンシル、または適当な断面
イメージの一斉露出によって実施されていた。光ペンシ
ルのアプローチは、断面パターン全体が硬化されるま
で、重なり合いを有して隣接する各ベクトルを走査する
ことに基づく、断面の完全充填処理を使用した。これら
の初期アプローチはいくつかの問題を生じた。例えば、
歪み、カール、不正確なサイズ、構造一体性の欠損、お
よび下向き外面における外観上の均一性の欠如を生じ
た。

【０００６】その後のステレオリソグラフィー技法は、
連続する各断面の完全充填処理の代わりに、部分的に硬
化された材料から成る内部格子（「網面」または「ハッ
チ」）を使用した。この内部構造は、未転移の造形材料
（例えば感光性重合体など）によって相互に離間された
網面から成っていた。このアプローチにおいては、各層
の外縁および内縁は「境界ベクトル」と呼ばれるもの
（「境界」、または「ボーダベクトル」または「ボー
ダ」とも呼ばれる）の走査によって硬化されていた。こ
れらのベクトルは、断面の内部固体区域と、部品外部の
未転移の造形材料とを隔てるものである。部品の外部区
域との境界となるべき断面または断面の一部は、網面状
に硬化された後に、スキンフィル（「フィル」または
「スキン部」とも呼ばれる）によって完全充填処理され
ていた。ハッチは、スキン部が形成されている際におい
て該スキン部に対する十分な支持を保証し、歪みを最小
限に成していた。

【０００７】スキン部、ハッチおよび境界が、部品の造
形中に部品構造内部の未転移造形材料（例えば液体感光
性重合体）を捕捉して、これを一定位置に保持する。捕
捉された未転移材料（例えば液体感光性重合体）と、境
界、ハッチおよびスキン部を構成する少なくとも部分的
に転移された造形材料（例えば少なくとも部分的に硬化
された重合体）とは、例えば「後硬化」と呼ばれる後処
埋によって完全に転移（例えば重合）される。

【０００８】内部ハッチの格子が複数の個別のｘ−ｚ面
およびｙ−ｚ面のみを形成し、これらの面がビームによ
る硬化幅以上に相互に離間されている場合には、未転移
材料の長い垂直路が後硬化処理まで実質的に未転移のま
まで残存し、相当に広範な後硬化処埋が必要となる。

【０００９】本発明の目的は、ステレオリソグラフィー
により造形された部品の構造一体性を増進させると共
に、後処理時間およびそれに付随する歪みを低減させま
たは除去する方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による三次元物体
の形成方法は、三次元物体に対応するデータにしたがっ
て、相乗刺激への露出により固化可能な媒質から、層毎
に該三次元物体の少なくとも一部を形成する方法であっ
て、 a) 前記三次元物体の先に固化された層上に前記媒質の
層を施し、 b) 該層を相乗刺激に選択的に露出して、前記三次元物
体の１つの層を形成し、 c) 前記三次元物体の前記少なくとも一部が形成される
まで、後に形成される層について工程a)およびb)を繰り
返す、各工程を含み、 前記層を選択的に露出する工程が、各々のタイルが近隣
のいずれのタイルからも該タイルの間の露出されていな
い媒質の間隔だけ隔てられているタイルのパターン状
に、少なくとも１つの層の少なくとも一部を露出する工
程を含むことを特徴とするものである。

【００１１】また、本発明による三次元物体の形成装置
は、三次元物体に対応するデータにしたがって、相乗刺
激への露出により固化可能な媒質から、層毎に該三次元
物体の少なくとも一部を形成する装置であって、 a) 前記三次元物体の先に固化された層上に前記媒質の
層を施す手段、 b) 前記三次元物体の１つの層を形成するために、前記
層を相乗刺激に選択的に露出する手段、および c) 前記三次元物体の前記少なくとも一部が形成される
まで、後に形成される層について手段a)およびb)を繰り
返し操作する手段を含み、 前記層を選択的に露出する手段が、各々のタイルが近隣
のいずれのタイルからも該タイルの間の露出されていな
い媒質の間隔だけ隔てられているタイルのパターンに、
少なくとも１つの層の少なくとも一部を露出する手段を
含むことを特徴とするものである。

【００１２】

【発明の効果】本発明による三次元物体の形成方法およ
び装置によれば、隙間をおいて隣接するタイルのパター
ン状に露出され硬化された層が歪を吸収し、作成される
三次元物体は歪のないあるいは歪の大幅に軽減された物
体となり、この種の方法における精度を向上させること
ができる。

【００１３】以下、本発明を図面に示す実施例について
詳細に説明するが本発明はこれに限定されるものではな
い。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明はステレオリソグラフィー
法における４つの改良のそれぞれまたはその組合わせに
関するものである。これらの改良方法の第１は、後硬化
の必要を低減させると共に構造一体性を増大する方法；
第２は、種々の型のベクトルが交差する区域において均
一露出を得る方法；第３は、硬化深さを特定する方法；
第４は、収縮、カールおよび後硬化による歪みを低減さ
せる方法である。本発明のこれらの３側面は、緊密に相
互に関連しまたしばしば相互依存するが、この詳細な説
明においては、これらの側面を順次に解説し、また実施
例についても後に説明する。

【００１５】「ビームプロファイル」とは、ステレオリ
ソグラフィーの実施法に従って感光性重合体またはその
他の硬化材料を硬化するために使用される紫外ビームま
たは類似ビーム中の、照射エネルギー分布を意味する。

【００１６】「造形材料」とは、三次元部品を造形する
ために本発明において使用できる材料を言う。使用可能
の造形材料は、相乗刺激に対する露出に対応して１つの
状態から他の状態に転移することのできる材料である。
これらの２つの状態は、単一層を相乗刺激に露出した
後、または複数層の完成後に分離可能なものとする。最
も好ましい材料は、流体様状態から結合状態または固体
状態に転移する材料である。そうした材料には、液体感
光性重合体、焼結性粉末、結合性粉末などが含まれる。
適当な相乗刺激（例えばカーボンダイオキサイドレーザ
からのＩＲ放射など）に露出する前には、焼結性粉末は
その粉末粒子が相互に流動できるので流体様状態にある
が、焼結後は粉末粒子が結合して結合塊を形成する。同
様に結合性粉末は適当な相乗刺激（例えば、選択的にま
た制御的に粉末中に分与された化学結合剤）に露出され
る前には流体様状態にあるが、露出後は結合剤が凝固し
て粉末（および結合剤）は結合塊を成す。前記の材料の
うちで本発明に最も好ましい材料は、感光性重合体型の
材料である。他の使用可能な材料としては、１つの状態
から他の状態に転移可能な材料の、比較的固いシートが
含まれる。これらのシート状材料としては「ドライスキ
ンフィルム」型感光性重合体材料が含まれる。該「ドラ
イスキンフィルム」型感光性重合体材料は、適当な相乗
刺激を受けた時に硬化することができ、露出後に、露出
材料と非露出材料とを適当な溶媒中において溶解度の差
異によって分離することができる。

【００１７】「ブリット」とは、実質的に重なり合わな
い単一の一点照射に材料を露出する際に、相乗刺激ビー
ムに対応して硬化される造形材料の固まりである。硬化
した材料の通常の形状は弾丸（ブリット）の形状に類似
している。図５ｂは照射ビームで硬化された材料の線ま
たはベクトルの断面図を示す。またこれは、ブリットの
二次元図式を示すものと解釈され、この場合、三次元に
おけるブリットは、図５ｂの中心を通る垂直軸線まわり
に物体を回転させることにより形成される回転体とな
る。

【００１８】「有効硬化幅」（ＥＣＷ）とは、２つのベ
クトル間で可能な最短間隔の２倍に等しい幅であって、
組合わせの硬化深さを測定可能な程度に増大させずとも
それぞれの硬化深さ（すなわち、各ベクトルに対応する
硬化深さ）を与える幅である。好ましいビームプロファ
イルおよび硬化に対して、有効硬化幅（ＥＣＷ）は常に
最大硬化幅（ＭＣＷ）（すなわち、造形材料表面におけ
る硬化されたストリングの幅）より小であるので、硬化
材料のそれぞれのストリングは、硬化深さを増大させず
とも付着することができる。例えば図５ｂにおいて、線
１１８と１２０との水平間隔はストリング１００のＥＣ
Ｗを示し得る。典型的には、ＥＣＷの半分にあたる値
は、類似のストリングがストリング１００の最大硬化深
さを著しく増大することなくストリング１００に近接で
きる最近点を示す。さらに詳しくは、ＥＣＷは、硬化し
た材料の他の（任意厚さおよび方向の）ストリングまた
はストリングの組が、組合わせの最大硬化厚さを該スト
リングおよび最初のストリングの最大厚さより著しく大
とすることなく、最初のストリングに近接することので
きる最近位置を表現した、ストリング１００のようなス
トリングの中心線を包囲する区域である。平行でない２
つのベクトルがそれら同士の交点に近づく際、過剰露出
点すなわち「ＥＥＰ」（それらの２つのベクトルの組合
わせが、硬化厚さの測定可能な増大を生じる点）が、ビ
ームプロファイルと、２つのベクトルが近づく角度とに
よって決定される。ベクトルが直交する場合は、過剰露
出点は１／２ＥＣＷである。ベクトルが相互に４５°の
角度で近づく場合は、過剰露出点は１／２×１．４１４
×ＥＣＷである。ＥＣＷと、近づき角度と、ＥＥＰとの
近似的関係は下記である。

【００１９】 ＥＥＰ＝（１／２）×ＥＣＷ／ＳＩＮ（Ａ） ここに、Ａは２つのベクトル間の角度である。ビームプ
ロファイル、硬化深さ、造形材料の応答特性、およびベ
クトルの交差方向に関する情報からさらに正確な関係を
誘導することができる。

【００２０】「層」とは、物体を分割する順次の断面間
の増分厚さである。これらの層は造形材料（例えば、感
光性重合体）の厚さの基礎を成す。これらの材料は、そ
の流体様状態から結合状態に転移するのに十分な相乗刺
激（例えば紫外線またはその他の重合性放射線）の露出
を受けなければならない。これらの層は相互に接着して
硬化した（重合または部分的重合した）ステレオリソグ
ラフィー部品を集合的に形成するように形成されなけれ
ばならない。

【００２１】「最大硬化深さ（ＭＣＤ）」および「最大
硬化幅（ＭＣＷ）」とは、それぞれ未硬化造形材料を単
一線またはブリット状に相乗刺激に露出する際に得られ
る、硬化の最大深さと最大幅とを言う。最大硬化深さ
は、一般に境界ベクトルおよびハッチベクトルの硬化深
さと呼ばれるものである。光ビームは一般にその幅全体
に一定の強さを有しないので、１つの線を一回または多
数回走査するこのビームは、均一な硬化深さと硬化幅を
生じさせない。一般に最大硬化深さは、硬化痕の断面の
中央近くで生じるが、実際上は、ビーム中の強度分布に
依存して任意の箇所において発生し得る。またこの最大
硬化深さは、硬化痕を形成する際のビームの走査方向に
依存する。最大硬化深さは硬化された材料の線の最上部
（表面）に生じる。最大硬化深さと硬化幅の例は図５ａ
に図示されている。この図には硬化された材料の線（時
にストリングと呼ばれる）１００を図示する。ベクトル
１０２は材料のストリング１００を作る際に使用される
走査方向を示す。表面１０４は、硬化材料の表面の一部
を成していた流体様材料から作られた硬化材料を示す。
図５ｂはストリング１００の端面図である。線１０６は
硬化されたストリング１００の最上部の位置を示し、こ
れに対して線１０８は硬化されたストリングの下端を示
す。１０６と１０８との間の垂直間隔がストリング１０
０の最大硬化深さである。線１１２はストリング１００
の左縁を示し、線１１４はストリング１００の右端を示
す。線１１２と１１４との水平間隔がストリング１００
の最大硬化幅である。このような硬化された造形材料の
ストリング１００は、種々の目的に使用される。すなわ
ち、（１）このストリングの形成を伴う層と直前の層と
の間の接着を保証するため、（２）形成される部品の下
向き外面を形成するため、または（３）前記の２つの目
的のいずれかに使用される一連の硬化された材料のスト
リングの、１要素として使用される。上向き外面につい
て前述されていないのは、上向き外面は状況に応じて前
記のカテゴリーのいずれかに適合できるからである。前
記の第１の目的のためには、好ましくは最大硬化深さは
層の厚さより大とする。線１０６と線１１０との間の垂
直間隔はこのような場合の層厚さを示す。第２の目的に
ついては、ＭＣＤが層の厚さに相当する。重なり合った
走査線のために、材料の正味の硬化厚さが増大する可能
性があるので、第３の目的については、線１０６と線１
１０との垂直間隔が層の厚さに相当するかもしれない。

【００２２】「重なり合い」とは、最大硬化深さの増大
を生じるように１つの区域に対して複数の露出が加えら
れる場合をいう。硬化プロファイルは必ずしもステップ
関数ではないので、２つの別々に露出された区域は、い
ずれの最大硬化深さをも変更することなく相互に接触し
また結合することができる。２本の線が相互に近接して
露出された場合、これらの線の最大幅が重なり合って、
その重なり合い区域においてより大きな露出を生じ、そ
れに対応する硬化深さの増大を生じる場合がある。しか
しこの追加露出が各線の最大硬化深さ近くの区域で生じ
なければ、これらの線の組合せ最大硬化深さは、一般に
それぞれの最大硬化深さより著しく深くはない。重なり
合いとは、場合によっては２つの隣接露出のいずれかの
最大硬化深さを増大させるか否かに拘らず、これらの隣
接露出がそれぞれの硬化に影響を与える状態を指す。
「重なり合い」という用語が使用される文脈によって、
該用語がどちらの意味合いで使用されているのかが明ら
かとなろう。

【００２３】「ステップ期間（ＳＰ）」とは、レーザの
各ステップ間の待機時間を決定する部品造形パラメータ
である。

【００２４】「ステップサイズ（ＳＳ）」は、造形材料
表面においてレーザスポットが移動するステップの大き
さを特定する部品造形パラメータである。

【００２５】「ベクトル」とは、本発明の好ましい実施
態様において、造形材料の硬化に際して該造形材料を放
射線（例えば光重合体またはその他の流体様硬化性媒質
上を走査する紫外線照射ビーム）に露出する長さおよび
方向を示すデータである。

【００２６】「スキンベクトル」とは、代表的には一方
の境界から他方の境界まで比較的高速で走査される水平
表面ベクトルであって、一般に順次逆方向に走査される
隣接ベクトルによるストリングとの間に相当の重なり合
いを有するストリングを生じさせるベクトルである。こ
れらのベクトルは一般に、従来のステレオリソグラフィ
ーおよび本発明の好ましい実施態様の一部において、ス
テレオリソグラフィーによる部品の少なくとも下向きお
よび上向きの水平外面を画成する「スキン部」を形成す
る。一般に１４−１５ミル（約０．３６‐０．３８ｍ
ｍ）の単一露出の最大硬化幅に対して、スキンベクトル
の間隔は約１乃至約４ミル（約０．０２５−０．１０ｍ
ｍ）である。もちろんこのようなパラメータの例は、各
層の所望の平滑度、レーザの出力、放射源の速度範囲
（すなわち最大走査速度）、所望の層厚さ、および記憶
しようとするベクトル数などの要件に基づいて変動し得
る。しかしながら、本発明の特定の側面によれば、部品
の外表面以外の区域にもスキン部が形成される。本発明
の他の側面によれば、スキンベクトルは非順次的におよ
び／または重なり合わない状態に走査することができる
（例えば第１パスが７−８ミル（約０．１８−０．２０
ｍｍ）の間隔で走査され、間を縫うような間隔で次のパ
スが走査され得る）。これらの側面およびその他の側面
を下記において説明する。

【００２７】「境界ベクトル」は、ステレオリソグラフ
ィーによる部品の垂直外表面を画成するために（従って
各断面の広がり範囲を規定するために）走査される。こ
れらのベクトルは一般に、より深い硬化深さが得られる
ようにスキンベクトルよりもゆっくりと掃引される。境
界ベクトルは、一般にスキンベクトルと異なり、ずれを
有して重なり合うストリングに依存してその全硬化深さ
を得ることはない。ある層の区域が先に形成された層の
区域に重なり合う場合には（下向き外面でない区域）、
硬化深さが層厚さを越えることが好ましく、これにより
層間の接着状態が改良される。下向き外面区域において
は、正味硬化深さが層厚さに実質的に等しいことが好ま
しい。

【００２８】「ハッチベクトル」は境界ベクトルと類似
であるが、ステレオリソグラフィーによる部品の内部格
子構造を画成するため、実質的に均一な十文字型パター
ンで走査される。この場合にも、下向き外面でない区域
において走査される場合には、層間接着を改良するよう
に硬化深さが層厚さを越えることが好ましい。下向き外
面区域において走査される場合には、層の厚さ分の硬化
深さが好ましい。本発明の好ましい実施態様において
は、個々のハッチ線の硬化深さが層間においてカールを
誘発する接着を生じるのに不十分である場合でも、複数
のハッチベクトルの交差によって得られる余剰な硬化深
さによって層間接着が得られる。

【００２９】「スキン連続法」とは一般に、部品の断面
の大部分において、実質的にべた一面のスキン部パター
ンを発生させる造形技術をいう。

【００３０】「マルチパス」とは、周囲構造との直接接
着が生じるより前に材料を実質的に反応させるために、
１つの区域（例えば線）の露出に複数のパスを使用する
描画技術をいう。この方法の目的は、層間の引っ張り力
を最小限に成し、従ってカールを低減させることにあ
る。

【００３１】「中断走査」または「ブリッキング」と
は、伝達されている応力を解放するために、反復的な間
隙を有するベクトルを走査することをいう。

【００３２】「タイル張りパターン形成」とは、ベクト
ルではなく、複数のベクトルから成る比較的広い区域に
適用される中断走査技術である。この走査の結果、非常
に緊密に嵌合するが、相互に接着しない別々の複数の形
状が得られる。この方法の目的は、カールを発生する応
力伝達を低下させながら、造形工程における硬化割合を
最大化することにある。

【００３３】「ログジャム」とは、接着を防止するため
に一部の内部ハッチベクトル（またはスキンベクトル）
を層境界から後退させる走査技術であって、この場合、
ハッチベクトルまたはスキンベクトルの露出後に、ハッ
チともとの境界とを結び付けるために、位置をずらされ
た境界などを走査する。

【００３４】「キルティング」とは、比較的大きなハッ
チ構造を走査することによって各層を複数のパッチに仕
切り、次に各パッチをそれぞれの区域として走査する描
画技術である。この方法は、比較的大きな区域を材料浮
動型技術（例えばログジャム）によって描画する際に生
じる種々の問題を避ける。

【００３５】「ストロングアーム」とは、下向き外面区
域に過剰露出を加えてこれを過剰剛性とすることによ
り、次に高い層の材料との接着によって生じる歪みに抵
抗する能力を増大させる走査技術である。

【００３６】「織成」とは一般に、べた一面に近いスキ
ン部パターンを発生させる描画パターンを指し、この場
合第１パス上のベクトル（糸）同士が最大効果幅（ＭＣ
Ｗ）分よりもさらに少しだけ大きく離間され、接着に必
要な露出以下の露出を有する（すなわち過少硬化され
る）。接着は、第２回パスまたは高次パスにおいて累積
露出して糸の交差区域を生じる際に得られる。これらの
交差区域は時にステッチと呼ばれる。

【００３７】「インタレース」は「非順次走査」の特殊
の型であって、この場合１つおきのベクトルが１つの区
域の第１パスにおいて走査され、その他のベクトルが第
２パスにおいて走査される。

【００３８】「互い違い」とは、１つおきの層において
相異なる描画パターンを使用する造形方法である。例え
ば、互い違いハッチは、隣接する層上のハッチベクトル
が相互に重なり合わないように、１つおきの層において
ハッチベクトルをずらしたり移動させたりすることを意
味する。この方法の目的は、さらに均一な構造を生じさ
せ、またいくつかの例ではカールを低減させることにあ
る。

【００３９】「スモーリ形成」は、与えられた断面上の
重要箇所に孔または間隙を配置する造形技術である（一
般にはＣＡＤ設計により組み込まれるが、スライス型プ
ログラムにより個々の断面に組み込まれることも可能で
ある）。これは、層の１つの区域から他の区域への応力
の伝達を中断することにより、カールを低減させるもの
である。

【００４０】「リベット形成」または「ステッチング」
は、与えられた１つの層に対して相異なるレベルの露出
を加える露出技術をいう。この場合、一部の露出が接着
に必要な露出以下となり、また一部の露出が接着を生じ
るのに十分であるため、リベットに類似した不連続の接
着箇所を生じる。

【００４１】「ウェブ」は、ＣＡＤ設計された部品の所
望の最終複製品の一部を成すものではないが、ステレオ
リソグラフィー装置によってＣＡＤ設計された物体と共
に形成されて、該物体の種々の形状を支持し、また造形
プラットフォームから該物体を容易に分離させる支持構
造である。

【００４２】「物体の上向き外面区域および下向き外面
区域」とは、物体の広がる範囲の上限または下限を規定
する、特定断面上の区域またはサブ区域である。

【００４３】各断面は画成区域と非画成区域との組合せ
から成る。画成区域は、物体の固体構造の一部を成す区
域である。（その区域が完全固体区域として形成される
かまたはハッチ区域として形成されるかは問題でな
い）。非画成区域は物体の中空部分を成す区域である。
これらの概念は図１６ａに図示されている。図１６ａは
物体の断面の１例の平面図である。この例の断面は３つ
の画成区域と２つの非画成区域とに分けることができ
る。境界７００は区域７０５を画成し、境界７１０は区
域７１５を画成し、また境界７２０と７２５は区域７３
０を画成する。区域７３５と７４０は非画成区域であ
る。

【００４４】断面の各画成区域はサブ区域に分けられ、
これらのサブ区域は、与えられた断面の画成区域と、２
つの隣接断面（これより高い断面と低い断面）上の画成
区域および非画成区域との相互関係によって決定され
る。断面ｉの上向き外面区域は、断面ｉ＋１の非画成サ
ブ区域の下方にある断面ｉの画成サブ区域である。断面
ｉの下向き外面区域は、断面ｉ−１の非画成サブ区域に
重なった断面ｉの画成サブ区域である。一部のサブ区域
は、上向き外面と下向き外面との両方を示し得る。この
場合、該サブ区域は、一般に下向き外面サブ区域とみな
すことができる。なぜならば、下向き外面の適当な硬化
は上向き外面の硬化よりも一般に重要だからである。こ
の概念は図１６ｂおよび図１６ｂ’に図示されている。
断面「ｉ」７５０は断面「ｉ−１」７５５の上方にあ
り、また断面「ｉ＋１」７６０の下方にある。図１６
ｂ’は図１６ｂのコピーであるが、図１６ｂ’の場合、
断面「ｉ」７５０がサブ区域に分割されている。断面ｉ
の上向き外面画成サブ区域は７６１、７６４および７６
８である。断面ｉの下向き外面画成サブ区域は７６１、
７６２および７６９である。上向き外面でも下向き外面
でもない画成サブ区域は７６３、７６５および７６７で
ある。断面ｉの非画成区域は７６６および７７０であ
る。サブ区域７６１は上向き外面であると共に下向き外
面でもあって、一般に下向き外面区域として処理され
る。断面ｊが完全に非画成である断面の上方にあれば、
断面ｊ全体が下向き外面区域となる（例えば部品の底
部）。断面ｊが完全に非画成である断面の下にあれば、
断面ｊ全体が上向き外面区域となる（例えば部品の上端
部）。

【００４５】さらなる定義づけは、米国特願第０７／４
２９，４３５号に付録ＢおよびＣとして添付されている
マニュアルおよびその他の開示から必要に応じて得られ
る。この特願は、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。さらに、ＳＬＡハードウェ
ア、樹脂およびレーザタイプの仕様、および前記の改良
ステレオリソグラフィープロセスに関する一般的パラメ
ータについても、これらの添付書類に記載されている。

【００４６】改良された構造一体性を得る好ましい方法 本発明のいくつかの好ましい実施態様は、形成される部
品の上向き外面および下向き外面の以外の部分にもスキ
ン部を適当に提供することにより、改良された構造一体
性、より小さい後硬化歪み、全体的により小さい水平歪
み、および多くの場合には全体的により小さい垂直歪み
（例えば垂直方向カール）を得る方法に関するものであ
る。例えば、上向き外面と下向き外面にのみスキン部を
提供し、ｘ−ｚ面（Ｘ方向ハッチ）とｙ−ｚ面（Ｙ方向
ハッチ）にハッチを加えることは、少なくとも、部分的
に転移されたハッチと、側方の境界材料と、上向き外面
および下向き外面の表面上のスキン部とによって捕捉さ
れた、実質的に未転移の材料から成る、比較的長い立柱
を本質的に含む内部構造を形成する効果を有する。従っ
て、上向き外面および下向き外面のスキンまたはハッチ
の任意部分における漏れが、歪みおよび未転移造形材料
の望ましくない漏出しの原因となる可能性がある。しか
し、上向き外面と下向き外面以外の部分においてもｘ−
ｙ面（水平面）にスキン部が配される場合には、ハッ
チ、境界およびスキン部によって捕捉される未転移材料
の区画がはるかに小となり、よりよく封じ込められる。
部品の内部構造中に追加のスキン部が形成された面を提
供することによる他の利点は、構造一体性の改良、形成
中の歪みの低減、後硬化時間の短縮、および後硬化歪み
の低減である。さらに表面仕上げが後硬化の以前に実施
でき、また場合によっては後硬化を完全に省略すること
ができる。この追加スキン部を得るにあたり種々の異な
るアプローチを使用した、各種の好ましい実施態様が存
在する。

【００４７】第１グループの実施態様は、一連の重なり
合うストリングを生じさせる露出によってスキン部が形
成される点において、従来のスキン部形成技術と類似の
露出法を使用する。これらの実施態様では、断面の同一
区域において、ハッチおよびスキン部として従来から公
知のものの双方を使用することもでき、または使用しな
いこともできる。

【００４８】好ましい第１実施態様においては、まず断
面上の境界ベクトルについて造形材料を露出し、次に該
断面上のハッチベクトルを露出し、最後に該断面上のあ
らゆる上向き外面区域および下向き外面区域においてス
キンベクトルを露出することによって、１層ずつ物体が
形成される。また下向き外面でない区域および上向き外
面でない区域に関しても、周期的または（一定の発生確
率の）ランダムな断面上において、スキンベクトルを提
供し露出することができる。例えば１０ミル（約０．２
５ｍｍ）の層厚さが５０層に対応する部品の、１／２イ
ンチ（約１．３ｃｍ）の垂直間隔ごとに、断面全体にス
キン部を提供するスキンベクトルを発生させる。これら
のスキンベクトルは、下向き外面区域が下向き外面でな
い区域から区別されうる形で発生される。他の区域を区
別することも可能であるが、その必要のないことが発見
された。このアプローチの利点は先に説明した。

【００４９】もちろん幾何学的選択による間隔設定な
ど、スキン部の他の垂直間隔設定も可能である。すなわ
ち、ある１つのスキン部間隔設定によってよりよく取り
扱われる幾何学形状もあれば、他のスキン部間隔設定を
必要とする幾何学形状もある。この実施態様において、
層間の接着を達成するために使用される境界ベクトルと
ハッチベクトルは、一般に十分な接着を保証するために
ある程度の過剰硬化を与えられる。しかし、下向き外面
でない区域に使用されるスキンベクトルには、層厚さ未
満、または同等、または層厚さより大きい硬化深さのい
ずれをも与えることができる。層厚さ以上のスキン深さ
は、過度のカールを生じ、従って最適でないことが発見
された。他方、下向き外面区域におけるスキンベクトル
は、その他すべてのベクトル型と組み合わされて１層厚
分となるような硬化深さを与えられる。この実施態様
は、全体的または部分的に、後述される均一スキン厚さ
法と組み合わせることができる。

【００５０】この造形法は、実際には、所望のＣＡＤ物
体ファイルなどを２回スライスし、次に、得られた（．
ｓｌｉ）ファイルを編集しマージ（統合）処理すること
によって実施できる。１回目のスライスは、通常のスラ
イス処理パラメータによって処理される。例えば、５０
ミル（約１．３ｍｍ）間隔のＸ方向および６０°方向／
１２０°方向に走るハッチベクトルを使用し、また３ミ
ル（約０．０７６ｍｍ）間隔のＸ方向スキンベクトルを
使用する。２回目のスライスは、スキンベクトルを使用
せずに、１回目のスライスのスキンベクトル間隔と同等
の型および間隔を有する、密接間隔のハッチベクトル
（これはスキンベクトルとして作用する）を使用して処
理される。例えば、前記の例を続ければ、２回目のスラ
イスは同一の層厚さを使用して、しかし３ミル（約０．
０７６ｍｍ）間隔のＸ方向ハッチベクトルのみを使用し
て処理される。２回目のスライスファイルの発生後、該
スライスファイルは手動またはプログラムによって編集
され、スキンベクトルとして作用するハッチベクトルの
うち、下向き外面でない区域および上向き外面でない区
域においてスキンベクトルを使用しない断面に組み合わ
されたハッチベクトルが、拾い出され除去される。次
に、１回目のスライスに由来するすべてのベクトルを保
存し、また２回目のスライスに由来する残りのＸ方向ハ
ッチベクトルのみを保存するマージ処理オプションを使
用して、２ファイルをマージする（平坦に近い下向き外
面上のハッチベクトルを含めて、他のすべてのベクトル
型は除去される）。これらのハッチベクトルおよびスキ
ンベクトルは、これらのベクトルがどちらのマージ対象
から来たかを示すブロックヘッダによって、なお区別さ
れている。このようにして、組合わせファイルが単一物
体として形成される。

【００５１】各ベクトル型に対して適正な露出値を確実
に与えなければならない。従って２回目のスライスに由
来するハッチベクトルは、スキンベクトルと同等の対応
露出値を与えられる。この手順は実質的に前述のような
物体を生じる。しかしこの実施態様と望ましい実施態様
との間にはいくつかの相違点が存在する。第１に、下向
き外面区域と上向き外面区域は、物体の２回目のスライ
スに由来するハッチベクトルがなお組合わせファイルの
中に含まれているかいないかに従って、二重露出（従っ
て余分な望ましくない硬化深さ）を与えられる可能性が
あることである。第２に、このスライスプログラムは一
般に下向き外面でない区域を下向き外面区域から分離し
ないので（平坦に近い区域内を除く）、下向き外面区域
の中に追加の硬化が存在するであろう。なぜならば、断
面間の接着を保証するためには、ハッチベクトルは幾分
過剰硬化されなければならないからである。

【００５２】図１４ａないし図１４ｂは、この第１実施
態様の技法によって形成された物体の側面図である。図
１４ａはＣＡＤ設計された物体の側面図である。点模様
の区域は固体区域を示す。図１４ｂはこの第１実施態様
によって形成された物体の側面図を示し、この場合物体
の構造一体性を増進するため、３層ごとにスキン部形成
処理が施されている。前向きスラッシュ「／」で表示さ
れた区域は、下向き外面区域であるためにスキン部が形
成された区域を示す。後向きスラッシュ「＼」で表示さ
れた区域は、上向き外面区域であるためにスキン部が形
成された区域を示す。「×」で表示された区域は、本発
明によらなければスキン部は形成されなかったであろう
が、本発明によってスキン部が形成される区域を示す。
層１、４、７および１０は、本発明によってスキン部形
成処理を施される。

【００５３】第２の好ましい実施態様においては、各層
において境界ベクトルを提供かつ露出し、各層において
ハッチベクトルを提供かつ露出し、各層の各部分におい
てスキンベクトルを提供かつ露出することによって物体
が形成される。前記の実施態様および下記の実施態様と
同様に、この第２実施態様はベクトルデータを使用する
部品形成に限定されない。ベクトルデータは本発明の概
念の実施例として使用されるにすぎず、他の実施例を使
用することもできる。本発明のいくつかの特定の概念
は、断面上における硬化量、および／または各断面上の
材料硬化順序、および／または各断面の各区域における
硬化深さを取り扱うものである。この第２実施態様は第
１実施態様と同様であるが、相違点は、第２実施態様の
場合には、周期的な断面と下向き外面区域および上向き
外面区域とに対してのみスキン部が与えられるのではな
く、各断面の各区域に対して与えられることである。従
ってこの第２実施態様は、境界内部に捕捉された実質的
に未転移の材料を、ほとんどあるいは全く有さない生部
品を生じる。有効スキン深さが層厚さと同等またはこれ
より大であれば、実質的に未転移の材料は存在しないで
あろう。有効スキン硬化深さが層厚さ未満であれば、実
質的に未転移の材料が若干量存在するであろう。前記の
実施態様と同様に、十分な接着状態を得るために、直前
の断面区域に重なり合う断面区域においてはある程度の
正味過剰硬化を生じることが望ましいが、下向き外面区
域においては、正味硬化深さは均一であって１層の厚さ
に限定されることが望ましい。各断面の実質的にすべて
の材料が実質的に転移されるこの実施態様のような場
合、垂直カールが一般に顕著に増加するが、水平歪みが
著しく減少することが発見された。カール量（水平方向
および垂直方向）が層間の過剰硬化量、同一断面上の隣
接走査線間における過剰硬化量、過剰硬化の発生面積、
層の厚さ、および層間の硬化順序に対応して大きく変動
することは公知である。支持されない重要な形状がほと
んどない部品を形成する場合、または支持されない重要
な形状がウェブによって支持されうる部品を形成する場
合には、この実施態様の直接的利用によって、部品精度
の実質的改良をもたらすことができる。

【００５４】形成される部品がよく支持されない区域を
含む場合には、この実施態様の変更態様が、垂直「カー
ル」型歪みの低減にとって有益である。このような変更
態様は、十分に支持されている区域および支持され得る
区域についてのみ、この実施態様の技術（すなわち「連
続スキン形成法」または「スキン連続法」）を使用し、
これ以外の他の部品区域においては、境界、広く離間さ
れたハッチ、下向き外面区域のスキン部形成処理および
上向き外面区域のスキン部形成処理といった、標準的な
形成法を使用するような変更が含まれ得る。上記の他の
部品区域については、「ストロングアーム」形成技術を
使用することが有効である。この変形アプローチの結
果、支持されない区域における垂直精度を犠牲とせず
に、支持された区域における水平精度が実質的に増大さ
れる。

【００５５】垂直歪みの増大を防止する他の変更方法
は、同時係属出願米国特願第１８３，０１５号に記載の
スモーリ形成を使用する方法、同時係属出願米国特願第
１８２，８２３号および第３３９，２４６号に記載のマ
ルチパス描画技術を使用する方法、同時係属出願米国特
願第１８２，８２３号および第３３９，２４６号に記載
のリベット型層間接着技術を使用する方法、「ストロン
グアーム法」、「ログジャム法」および「キルティング
法」の使用、および下記に説明するその他の技術、類似
の技術、ならびにこれらの技術の組合せを含む。

【００５６】前記の第１実施態様と同様に、この第２実
施態様の形成法は、まず所望ＣＡＤ物体ファイルなどを
２回スライスし、次にこれらのファイルをマージするこ
とによって実施される。１回目のスライスは、スキンベ
クトルが全く使用されないという点を除いて、比較的普
通のスライス処理パラメータによって処理される。その
１例は、５０ミル（約１．３ｍｍ）間隔のＸ方向および
６０°方向／１２０°方向に走るハッチベクトルを使用
することである。２回目のスライスは、同様に、スキン
ベクトルを使用しないが、スキン部を形成するために望
ましいものと同等の型および間隔を有する相互に密接し
たハッチベクトルを各層において使用して処理される。
例えば、２回目のスライスは、同一の層厚さを使用する
が、３ミル（約０．０７６ｍｍ）間隔のＸ方向ハッチベ
クトルのみを使用して実施することができる。２回目の
スライスファイルの形成後に、１回目のスライスに由来
するすべてのベクトル（使用されたスキンベクトルを除
く）を保存し、また２回目のスライスに由来するベクト
ルについてはＸ方向ハッチベクトル（平坦に近い下向き
外面区域のハッチベクトルを含む）のみを保存し、他の
すべての型のベクトルを除去するマージ処理オプション
を使用して、前記２つのファイルを相互にマージする。
１回目のスライスに由来するハッチベクトルと、２回目
のスライスに由来するスキンベクトル（実際には２回目
のスライスに由来するハッチベクトル）はなお、これら
がどちらのマージ対象からきたかを表示するブロックヘ
ッダによって区別されている。このようにして、組合わ
せファイルが単一物体として形成され、しかも各ベクト
ル型に対して適正な露出値を与えることができる。従っ
て２回目のスライスに由来するハッチベクトルは、スキ
ンベクトルに相当する対応の露出値を与えられる。この
手順はこの実施態様の好ましい方法として先に説明した
ものと実質的に同様の物体を生産するであろう。しかし
この実施例と前記の所望の実施例との間には、ある相違
点が存在する。この実施例のスライスプログラムは一般
に下向き外面でない区域のハッチベクトルを下向き外面
区域のハッチベクトルから分離しないので（平坦に近い
区域内を除く）、下向き外面区域において追加の硬化が
存在するであろう。これは、断面間の接着を保証するた
めにハッチはある程度過剰に硬化される必要があるから
である。

【００５７】第２実施態様および第１実施態様ならびに
下記の実施態様に関しては、これら種々の実施態様を少
なくとも部分的に実施するために、既存の市販のソフト
ウェアを使用したり、または既存のソフトウェアからの
出力を変更したりする多くの方法がある。本明細書に記
載した実施態様はこれらの技法の１例にすぎない。

【００５８】好ましい第３実施態様においては、各断面
に境界ベクトルおよびスキンベクトルのみを与える（こ
の実施態様はハッチベクトルを使用しない）。この第３
実施態様において、境界ベクトルは、直前の断面との接
着を成すために使用されるかまたは下向き外面区域を形
成するために使用されるかに従って、層の厚さと同等ま
たはこれより大きい有効深さまで硬化される。前記の実
施態様と同様に、下向き外面でない区域のスキンベクト
ルは、層の厚さ分未満、同等またはこれより大きい深さ
まで硬化されることができる。スキンベクトルが、通常
の硬化技法により層厚さより深い有効深さまで硬化され
る場合、垂直カールが増大することが発見された。従っ
てスキンベクトルをこのような深さまで硬化しようとす
るならば、マルチパスなどのカールを低減させる描画法
を使用することが望ましい。マルチパスは少なくとも２
段階によって材料を硬化する方法であって、この場合、
相乗刺激に対する材料の第１パスに沿った露出は層の厚
さより小さい硬化深さを生じさせ、第２パス（またはよ
り高次のパス）に沿った露出は接着を保証するような正
味硬化深さを生じさせる。マルチパスはカールを低減さ
せる効果的な方法である。マルチパス走査のさらなる拡
張については、多重走査プロセス中の多重波長の使用に
関する同時係属米国特願第４２９，９１１号に記載され
ている。最初の単数または複数のパスにおいて造形材料
の実質的転移が生じるように短い透過深さの露出を加
え、その後単数または複数の長い透過深さの露出を加え
る。後者の露出は断面間の十分な接着を保証するために
使用される。

【００５９】この第３実施態様において生じ得る他の問
題は、過度の水平カールである。前記の実施態様におい
ては、スキンベクトルの露出より前にハッチベクトルを
露出することによって、水平カールは最小限度に保たれ
ていた。その場合、ハッチベクトルはスキンベクトルを
形成するための固定フレームとして作用する。この第３
実施態様はハッチを使用しないのであるから、何らかの
水平カール低減技法を利用することも必要であろう。

【００６０】このような水平カール低減技法には、非順
次ベクトルの描画法の使用、硬化痕が重なり合わないよ
うなスキンベクトルの使用（例えば下記の実施態様につ
いて記載される「織成」）、および非順次的に描画され
たベクトルをそれらの間に介在するベクトルによって充
填する方法（多くの点においてこれは上記のマルチパス
技法の水平型の変形であるといえる）が含まれる。ベク
トルの非順次的順序とは、特定の間隔をもってスキンベ
クトルまたはハッチベクトルを提供し、これらのベクト
ルを非順次的に露出する技法をいう。従来のステレオリ
ソグラフィーにおいてはスキンベクトルは順次的に硬化
される。

【００６１】順次的順序および非順次的順序の相違を示
す例を図７に示す。図７ａは境界２００の断面を示し、
これは単一方向のスキンベクトル２０１乃至２０９を含
む。従来のステレオリソグラフィーにおいては、描画の
順序はベクトル２０１から２０９であった。これらの各
ベクトルの走査方向は一般に、ベクトル間のジャンプ量
が最小限となる方向であった。奇数番号のベクトルは一
般に左から右に描画され、偶数番号のベクトルは右から
左へ描画された。従って、スキン部全体は、１つのベク
トルの頭部と次のベクトルの尾部との間に最小限のジャ
ンプをもって描画することができる。

【００６２】図７ｂは同様の断面を示すが、発生する傾
向のある水平カールを最小限に成すために非順次的な描
画を使用する例を示す。この断面は境界２２０によって
包囲され、ベクトル２２１乃至２２９によって充填され
る。描画順序は２２１から２２９の順序であるが、描画
の第１パスにおいては１つおきのベクトルを飛び越し、
この第１パスにおいて飛び越されたベクトルを第２パス
において走査する。各ベクトルによって硬化される材料
が、その次に走査されるベクトルによって硬化される材
料と接続しないように、連続して走査される２つのベク
トルが一定距離をもって離間されている場合、この技法
はカールの低減にとって特に有効である。この場合、第
２パス（すなわち後の方のパス）において、第１パスに
よって露出された材料の間隙部分が、この間隙をベクト
ル走査する第２パスによって充填される。各ベクトルの
硬化幅がベクトル間隙と比較して比較的広ければ、１つ
おき以上に飛び越える必要があろう。例えば第１パスに
おいて、１つのベクトルを硬化し、３つのベクトルを飛
び越え、別のベクトルを硬化し、次の３つのベクトルを
飛び越えるなどの処理が必要な場合がある。第２パスに
おいて、各々３つのベクトルから成る組中の、第１パス
において描画されなかった中間べクトルを硬化させ、最
後に第３パスにおいて、残っているベクトルを走査す
る。これは図７ｃにおいて図示されている。境界２４０
はベクトル２４１乃至２４９によって充填され、走査順
序は２４１から２４９の順序である。

【００６３】スキンベクトルが層厚さ以下の有効硬化深
さのみを与えられる場合、直前の断面に重なり合った断
面部分において、点状のリベットなどの形で追加露出を
加える必要があろう。リベット形成の適正な使用の結
果、層間の十分な接着を生じるが、さらに垂直カールを
最小限に維持できる傾向もある。このアプローチでも、
これより深い硬化深さの方法と同様に、水平カール低減
技法を使用する必要があるかもしれない。

【００６４】前述の形成法と同様に、この形成法はユー
ザが所望のＣＡＤ物体ファイルなどを１回だけスライス
することによって実施することができる。部品は、ハッ
チベクトルを使用するがスキンベクトルを使用せずに、
スライス処理される。ハッチベクトルは、スキンベクト
ルにとって典型的な間隔によって離間される。単数また
は複数のハッチ型を同時に使用することができる。例え
ば、それぞれ４ミル（約０．１０ｍｍ）の間隔をもっ
て、Ｘ方向ハッチベクトルとＹ方向ハッチベクトルの両
方を使用することができる。１つのベクトルに沿った単
一パスの最大硬化幅がベクトル間隔（例えば１２ミル
（約０．３０ｍｍ）ＭＣＷ）と同等またはこれより大で
あって、順次に硬化されたベクトルが相互に作用するこ
とを望まない場合は、各ハッチ型ついて図７ｃに記載し
たのと同様の描画パターンを使用することができる。こ
の手順は、第３実施態様の好ましい方法によって生産さ
れた物質と実質的に同様の物体を生産するであろう。し
かしこの実施態様と、望ましい実施態様との間には相違
点がある。このスライスプログラムは下向き外面でない
区域のハッチと境界を、下向き外面区域のハッチ（平坦
に近い区域内を除く）および下向き外面区域の境界から
分離しないので、下向き外面区域内に追加的硬化が生じ
るであろうという点である。ハッチベクトルが幾分過剰
硬化されて断面間の接着を保証するからである。

【００６５】第４実施態様は前記第３実施態様と類似で
あるが、境界ベクトルを使用しない。従ってこの実施態
様では、スキンベクトルのみが提供され露出される。こ
の実施態様においては各断面に組み合わされた境界が存
在しないのであるから、従って隣接ベクトルとの水平接
続および先行断面との垂直接続のある箇所を除いて、ベ
クトルが描画される際にこれを定位置に保持するのは表
面張力と粘度以外にないので、この実施態様のベクトル
は大いに順序立てられた手法で描画されなければならな
い。断面全体が描画されるまで各ベクトルが定位置に留
まるように、各ベクトルは一定の順序で、また／あるい
は十分な構造支持を保証する深さまで描画されなければ
ならない。ベクトルが不適切な順序で描画されると、一
部のベクトルが、露出の完了前あるいは断面の硬化前
に、その定位置から移動しあるいは歪められる可能性が
ある。垂直カールは一般に、現在描画されている断面の
硬化材料と直前に描画された断面の硬化材料との間にお
いて生じるため、この区域におけるべクトルは、最小限
のカールを保証するように、非順次的に描画され、かつ
２つのパスから成るマルチパスを使用して硬化されるこ
とができる。次に下向き外面区域上のベクトルを、他の
型のハッチベクトルを用いて、非順次的に交互に硬化さ
せることができる。例えば単数または複数の非順次Ｘ方
向ベクトルを走査し、次に単数または複数のＹ方向ベク
トルを走査し、次にすべてのベクトルが走査されてしま
うまで、他のＸ方向ベクトルおよびＹ方向ベクトルの露
出を繰り返すことが可能である。この区域においては、
走査方向は走査順序と同程度に重要である。ベクトルの
最も適切な配置を成すため、これらのベクトルは支持さ
れている区域から支持されていない区域に向かって走査
される必要があるかもしれない。

【００６６】下記に述べるその他の実施態様は、標準ア
プローチにおけるハッチベクトルにより類似した手法
で、断面上に少なくとも相当量のスキン部を生じさせ
る。すなわち、露出中に相互に作用しない程度に離間さ
れたベクトルを描画し露出する。これらのベクトルは、
それぞれ露出されるベクトルの予想最大硬化幅またはこ
れより少し広い幅に離間される。このようにしてすべて
のベクトルを露出した後には、実質的に転移された断面
は、ベクトル間にごく少量の未転移材料しか含まない。
このアプローチの種々の実施態様は一般に「織成」とい
う名称で知られている。

【００６７】「織成」という名称は、特にこの概念の第
１実施態様について適用される（この特願の第５実施態
様）。この実施態様は種々のスキン連続法の形成技法の
うちで最も好ましい実施態様である。この実施態様で
は、境界ベクトルを提供して露出し、次に互いに平行で
ない少なくとも２つの型のハッチベクトルを提供して露
出するが、この場合に第１型のハッチベクトルの露出は
直前の断面に対して垂直カールを生じる程度の接着を生
じる硬化深さを得るには不十分であるが、第２型のハッ
チベクトルの露出が第１型のハッチベクトルと同等であ
るため、重なり合い区域において断面間の接着を生じる
のに十分な露出を生じる。ハッチベクトルの間隔は、各
ベクトルが所望の硬化深さを生じるのに適した露出を受
けた際のその最大硬化幅よりも少し広く離間される。

【００６８】前述の形成法と同様に、この形成法では、
ＳＬＡソフトウェアを使用して所望のＣＡＤ物体ファイ
ルを１回スライスする。この部品はハッチベクトルを用
いてスライス処理されるが、スキンベクトルは使用され
ない。ハッチベクトルは予想される最大硬化幅より少し
大きな間隔（例えば約１０％大きな間隔）をもって離間
される。この実施態様を使用して部品を形成するために
現在好ましいシステムは、カリフォルニア、バレンシア
の３Ｄシステム社によって製造されているＳＬＡ−２５
０である。またこの場合に好ましい造形材料はチバガイ
ギー社によって製造されたＸＢ５０８１ステレオリソグ
ラフィー樹脂（液体感光性重合体）である。またこの場
合に好ましいシステムは、３２５ｎｍで作動するＨｅＣ
ｄレーザを使用したシステムであり、このレーザは代表
的には約１０−１１ミル（約０．２５−０．２８ｍｍ）
の硬化幅と８−９ミル（約０．２０−０．２３ｍｍ）の
硬化深さとを生じる。従って、ハッチベクトルは約１２
ミル（約０．３０ｍｍ）離間される。またこの場合に好
ましいスキンベクトルとして作用するのは、相互に組み
合わされたＸ方向ハッチベクトルおよびＹ方向ハッチベ
クトルである。この場合好ましいＳＬＡソフトウェアは
バージョン３．６０である。このソフトウェアを使用す
ると、境界ベクトルとハッチベクトルを露出することに
よって物体が形成される。先に述べたように断面間の接
着は、２つの型のハッチベクトル間の交点において得ら
れる。部品が１０ミル（約０．２５ｍｍ）層によって形
成される場合、上記の交点の深さは約１２ミル（約０．
３０ｍｍ）である。この形成法によれば、同等の部品が
標準的な技法によって形成される場合と比べて、実質的
により低い水平歪みと、同等またはより低い垂直歪みと
を生じる。測定された後硬化歪みは、従来の方法による
部品形成の場合よりも実質的に小である。

【００６９】この第５実施態様による断面形成は図８ａ
乃至図８ｉに図示されている。この図８は均一深さまで
硬化されるべき正方形断面を示す。図８ａは境界ベクト
ルの走査によって硬化された材料の平面図である。図８
ｂは、図８ａのｂ−ｂ線に沿った断面図である。境界ベ
クトルの硬化深さは層厚さに若干の過剰硬化量を加えた
深さ（例えば、１０ミル（約０．２５ｍｍ）の層厚さ＋
６ミル（約０．１５ｍｍ）の過剰硬化）である。図８ｃ
は、境界ベクトルによって硬化された材料を示す破線背
景に対し、実施されたＸ方向ハッチベクトルの走査に応
じて硬化された材料を示す平面図である。図８ｄは図８
ｃのｄ−ｄ線に沿って取られた硬化材料の断面図であ
る。Ｘ方向ハッチベクトルの硬化深さは１層分の厚さよ
り小である（例えば、１０ミル（約０．２５ｍｍ）の層
厚さに対して８ミル（約０．２０ｍｍ）の硬化深さ）。
露出される区域は露出されない区域と比較して幅広い。
すなわち、ハッチベクトルの間隔はハッチベクトルの最
大硬化幅より少し大であるにすぎない（例えば１２ミル
（約０．３０ｍｍ）のハッチベクトル間隔と１１ミル
（約０．２８ｍｍ）の最大硬化幅）。

【００７０】図８ｅと図８ｆはＹ方向ハッチベクトルに
対応する同様の硬化材料を示す。図８ｇは図８ａ、図８
ｃおよび図８ｅに図示された硬化材料を重ね合わせた平
面図である。この図において小さな正方形区域は未硬化
区域を示す。これらの正方形のサイズは幅が１ミル（約
０．０２５ｍｍ）またはこれ未満であり、これらの正方
形の間の硬化材料は幅が約１１ミル（約０．２８ｍｍ）
である。図８ｈは図８ｇのｈ−ｈ線に沿った断面図であ
って、ｈ−ｈ線はＸ方向ハッチベクトルから生じた最大
硬化位置の直上にある。図８ｉは図８ｇのｉ−ｉ線に沿
った材料の硬化形状を示す側面図である。Ｘ方向ハッチ
ベクトルとＹ方向ハッチベクトルとが重なり合った区域
の硬化深さは、層厚さより若干深くまで増大している。
線ｉ−ｉは隣接する２つのＸ方向ハッチベクトルの硬化
部分の間に配置されている。該断面の表面の大部分は図
８ｉよりは図８ｈに類似している。図８ｈの露出は均一
でないが、この不均一性は、部品造形中において表面に
スキン部を形成する従来のアプローチの場合より小であ
る。このような不均一性の減少の理由は、均一の層厚さ
分の硬化深さを形成するスキンベクトルと組み合わされ
た場合のようにハッチベクトルが各々６ミル（約０．１
５ｍｍ）の過剰硬化を追加され、それら個々のベクトル
が重なり合って交点において１１ミル（約０．３０ｍ
ｍ）またはこれより大きい過剰硬化を生じることがない
からである。代わりに、本発明の場合は、重なり合った
ハッチベクトル同士のみの単純な二重露出を生じ、これ
は、約５ミル（約０．１３ｍｍ）の過剰硬化が追加され
た点を有する、実質的に均一な硬化深さを生じる。

【００７１】この第５実施態様の変形は、すべての下向
き外面でない区域において織成を使用し、下向き外面区
域については、他の従来のスキン部形成法（下記に説明
する均一スキン部形成法を含む）を使用し、これらの下
向き外面区域に層厚さ分の硬化深さを与えることであ
る。

【００７２】本発明の第６実施態様は前記の第５実施態
様と類似であるが、この第６実施態様においてはハッチ
ベクトル（またはスキンベクトル）が層ごとに位置をず
らされているか、または「互い違い」にされている点が
異なる。この実施態様の１つの実施法は隣接する層上に
おけるベクトルの位置を、ハッチ間隔の１／２だけずら
すことである。従って１つおきの各層上にあるハッチベ
クトルは、同一のハッチ経路に重なる。ハッチ経路（ハ
ッチ経路は、ある与えられた断面上におけるハッチ処理
される可能性のある線である）の重なり合いが１つおき
以外の周期で繰り返されるような、層間における前記以
外のずらし方も可能である。例えば、３層以上に亘っ
て、ハッチ経路が互いに重なり合わないこともあり得
る。

【００７３】この位置をずらされたまたは「互い違い」
にされたハッチベクトルは、標準的な形成技法において
も、本発明の種々の実施態様においても利用することが
できる。標準的な形成技法において位置をずらされた
（すなわち広く離間されたハッチ）を使用する利点は、
物体の垂直面を平滑になし、堆積特性を均一になし、ま
た層間接着が線でなく点であるので層間カールを低減さ
せることにある。

【００７４】埋設法鋳型用の部品を形成する場合、造形
材料が焼失させられるに従って、鋳型が被る構造張力が
少なくなる。中空部分はハッチを備えるがスキン部を備
えないように造形されることが可能で、これによりハッ
チ間の未転移材料を物体から流出させる傾向を持ち得
る。固体部分は膨張して埋設法鋳型に亀裂を生じさせる
傾向があるが、中空部分はこの傾向が少ない。しかし、
連続する断面上のハッチベクトルが上下に重なり合って
いる場合には、スキン部が使用されなくても、中空部分
の形成に問題が生じる。未転移の造形材料がハッチと境
界との間に捕捉され、この捕捉された材料があとで硬化
して、物体の所望の中空部分形状を失わせるかもしれな
いからである。しかし、ハッチベクトルの中心間隔が近
似的に硬化最大幅の２倍より大であれば、１つおきの層
上においてベクトル間隔の１／２だけベクトルの位置を
ずらすことによって得られる部品では、この部品を埋設
法鋳型の製造に使用する以前に、内部の未転移材料の実
質的に大部分を種々のギャップを通して流出させ除去す
ることが可能である。この位置をずらされたハッチベク
トルの利点を、図９ａと図９ｂとに図示する。

【００７５】図９ａと図９ｂは第６実施態様を示し、境
界ベクトルの位置が、相互にずらされているが、その間
から未転移材料を流出させるほどにはずらされていない
物体の側面図である（これらの境界は平坦または平坦に
近い境界と異なり、垂直まではいかないが急傾斜の境界
である）。図９ａは、重なり合ったハッチを有するよう
に造形され、従って未転移材料を捕捉するポケットを有
する部品を示す。図９ｂは、位置がずらされたハッチを
有し、従って内部の未転移材料の排出通路を有する部品
を示す。図９ａに図示のように、各部分的な物体の上端
が続いていて造形材料が該上端から流出できないとすれ
ば、ポケット３０６と３０８のみが未転移材料を排出す
ることができ、ポケット３０２、３０４、３１０、３１
２は排出を行えない。図９ｂにおいては、部品の内部区
域全体が１つの相互に接続されたポケットを成し、この
ポケットから未転移材料の実質的に全部が排出される。
感光性重合体を使用する場合、樹脂粘度を低下させるた
めに高温を使用することにより、排出が増進される。本
発明の第１の方針はできるだけ多量の内部材料を硬化さ
せることにあるので、位置をずらされたハッチに関する
この第６実施態様は、スキン連続法の形成技法からはず
れている。しかしこの実施態様はそれ自体で有効な形成
法である。後硬化歪みを低減させるその性能は実施例６
に記載されている。

【００７６】非重ね合わせ形成アプローチの他の実施態
様は、重ね合わせ露出技法について述べた技法、および
後述の本発明の他の実施態様との、適当な組合せによっ
て開発することができる。

【００７７】前述の２つの主たるアプローチ、すなわち
断面の少なくとも一部において重なり合ったスキン部ま
たは重なり合わないスキン部を形成する技法のほかに
も、構造一体性を増進するために使用される他の分類の
実施態様が存在する。この分類のスキン連続法の実施態
様は、重なり合う線または重なり合わない線状に材料を
硬化するのではなく、「ブリット」と呼ばれる個別の点
状に材料を硬化させることである。ブリットは単一断面
については、実質的に重なり合わない複数の露出として
硬化される。このアプローチの実施態様は、主として物
体の内部区域の硬化法を含み、これに対して物体の上向
き外面区域および下向き外面区域は他のアプローチによ
って硬化される。

【００７８】この「スキン連続法」の第７実施態様は、
この分類の第１実施態様であって、所望の断面における
境界内部の材料を一連の個別の点として露出することに
よって、断面内部を硬化するものである。与えられた断
面上において露出される点は、相乗刺激に対する材料の
露出に際して形成される硬化材料の最大直径よりすこし
大きい間隔で相互に離間されている。言い替えれば、単
一の内部断面上において、材料の大部分が、相互に小さ
なギャップで離間された点露出の形で硬化される。この
ような離間が応力の伝達を停止させ、従ってカールを低
減させる。各点は、断面間の接着を保証するため、層厚
さと同等または少し大きな深さまで硬化される。次の断
面においては、この断面の点露出が、直前の断面上にお
ける点間のギャップの上方に定心されるように、露出パ
ターンが「互い違い」に成されるか、あるいは移動させ
られる。このようなブリット露出パターンの移動は、部
品の所望区域が完成するまで、１つおきの断面において
繰り返される。この方法により、与えられた層厚さをも
って造形する際に、断面間の実質的な構造一体性を生じ
させると共にカールを低減させることができる。

【００７９】連続して重なり合った２層のサンプル断面
を、図１０ａおよび図１０ｂに示す。これらの断面は、
一連の点露出を包囲した断面境界４００を示している。
図１０ａは特定の格子上に配置された点露出４０２を示
し、図１０ｂは図１０ａから位置をずらされた（互い違
いの）点露出を示す。これらの２つの図を比較してみれ
ば、一方の断面上のブリットが、先行断面上のブリット
間のスペースの中央に定心していることが明らかであ
る。図１０ｃは、相互に重ね合わされた図１０ａと図１
０ｂのｃ−ｃ線に沿った断面図である。この図は、少な
くとも二次元的にブリットが層ごとに互い違いに配置さ
れていることを示す。図１０ａと図１０ｂは与えられた
断面上におけるブリットの特定の配置を示すが、他の配
置も可能である。例えば、ブリットをさらに密に嵌合さ
せるため（与えられた断面における、未転移材料に対す
る転移材料の比率の増大のため）、これらの点を六角形
パターンに配置することもできよう。より高い位置の断
面においてもこの六角形パターンを使用すれば、六角形
の稠密構造が得られる。このようにすると各ブリット
は、図１０ａおよび図１０ｂに図示されるような４つの
最近接ブリットではなく、６つの最近接ブリットを得る
であろう。

【００８０】このブリットによる形成方法は、現在の３
Ｄシステムソフトウェアでは部分的にしか実施できな
い。このような実施は不十分である。この実施態様を適
切に実施するには、変更されたソフトウェアが必要であ
る。

【００８１】現在のソフトウェアにおける実施は、形成
されるべき材料ブリットの直径より少し大きな間隔を有
する単一の型のハッチベクトル（例えばＸ方向ハッチベ
クトル）を用いて物体をスライスすることによって実施
される。次に、選ばれたハッチ方向に対して垂直の方向
（例えばＹ軸方向）に沿って、部品を１／２間隔分だけ
ずらすことによって、物体の２回目のスライスを実施す
る。次に２回目のファイルを垂直方向（例えばＹ軸方
向）に沿ってハッチ間隔の−１／２分だけ移動させ、Ｘ
軸方向にハッチ間隔の１／２分だけ移動させるオプショ
ンを使用して、２つの物体をマージ処理する。またこれ
らのマージ処理オプションは、ハッチベクトル以外のす
べてのベクトルを、２回目のスライスファイルから除去
する。その後、交互の層において交互のスライスファイ
ルから、ハッチベクトルを除去するように、得られたフ
ァイルが編集される。

【００８２】現在のソフトウェアを使用してベクトルを
硬化する際に、これらのベクトルは連続走査ビームによ
って硬化されるのでなく、ステップサイズまたはＳＳと
して知られる短い距離（例えば０．３ミル（約０．００
７６ｍｍ）の整数倍）をジャンプするビームであって、
与えられた各ＳＳ位置において、ステップ期間またはＳ
Ｐとして知られる時間（例えば１０マイクロ秒の整数
倍）だけ待機するビームによって硬化される。待機およ
びジャンプのための特定の位置付けは、描画される各ベ
クトルの始点に基づいている。物体が造形される際、使
用されるＳＳ値はベクトル間隔に等しい（例えば１２ミ
ル（約０．３０ｍｍ）すなわち約４０のＳＳ値）。２つ
のファイルは、スライス時において、ハッチ方向に対し
て垂直な方向に沿って位置をずらされ、次にマージに際
しては、共に元の位置に戻されるので、各ブリットに対
応するＹの値は、１つおきの層においてハッチ間隔の１
／２分だけずらされる。この場合これらのファイルはハ
ッチ方向に沿ってハッチ間隔の１／２分だけ相互に位置
をずらされてマージされたので、各成分に対応するＸ値
は１つおきの層の間において、ハッチ間隔の１／２だけ
ずらされる。この実施法は使用可能であるが、端部の値
においては、各ベクトルのＸ成分が断面の境界からわず
かに外側に（ハッチ間隔の１／２）落ち得るので必ずし
も満足でない。ソフトウェアを使用した他の実施法で
は、前述のように部品を２回スライスするのであるが、
この場合には各部品が所望の２倍の層厚さをもって２回
スライスされ、一方の部品が、スライス前において該所
望の２倍の層厚さの１／２だけ移動させられ、その後マ
ージ処理中において元の位置に戻される。

【００８３】現在のソフトウェアを大きく変化させない
でこの実施態様を実施する有効なツールは、ハッチベク
トルの長さを各末端において特定量だけ短縮させるパラ
メータを含むことになろう。これによってハッチ方向に
対して垂直方向の移動が可能となり、同時に２回目のス
ライスによって作られるベクトルをハッチ間隔の１／２
だけ短くし、次にマージ処理中において再登録すること
ができよう。また、マージされたファイルを読み通して
適当な断面から選ばれたベクトル型を除去することので
きる編集プログラムも、役に立つものである。

【００８４】垂直方向よりもはるかにカールを受けやす
い方向を有する物体を形成する場合、この実施態様は位
置をずらされた単一方向ハッチベクトル型の実施態様に
変更することができる。この場合、位置をずらす方向は
最もカールを受けやすい方向となり、ベクトルの方向は
これよりカールを受けにくい方向となるであろう。

【００８５】本発明の第８実施態様は第７実施態様と類
似であるが、現在の断面のみならず直前の断面上にある
材料をも硬化させるようにブリットが硬化される。従っ
て各ブリットの硬化深さは、典型的には２層の厚さと同
等または少し大である。従ってこの実施態様において
は、特定の断面について加工する際に、現在の断面の内
部区域を知るのみならず、直前の断面の重なり合った内
部区域をも知ることが重要である。ブリットの間隔は、
先行実施態様における間隔と、現在の断面から１層の厚
さ分だけ下方におけるブリットの直径との中間にある。
層間の接着は、現在の断面におけるブリットの上面から
１層の厚さ分だけ下方の位置におけるブリットの側面
と、直前の断面におけるブリットの上側の側面との間の
接着によって得られる。隣接層におけるブリットの位置
の側面図を図１１に示す。この実施態様は、下向き外面
から２層以上離れた物体の区域について適用されること
を注意する。

【００８６】さらに別の実施態様においては、１つの断
面に配置された材料の転移が、２層分またはそれより高
い位置の断面に与えられた露出から生じる。

【００８７】前述のように、本発明に関連して、スキン
ベクトルの非順次的順序に基づいて数種の新しいスキン
部形成技術を使用することができる。従来は、スキンベ
クトルは頭部が次の尾部に続くように順序付けられ、ベ
クトルの第１パスが一方の境界から反対側の境界までス
キンベクトルのパスに沿って形成され、次のベクトルに
沿ったパスは少し位置をずらされて（例えば第１パスか
ら１乃至４ミル（約０．０２５乃至０．１０ｍｍ）ずら
されて）、後者の境界から最初の境界に戻される。しか
し本発明の好ましい実施態様の一部により、適切な非順
次走査によって、従ってスキンベクトルの非順次的な走
査順序によって、歪みが低減されることが発見された。
さらに詳しくは、形成される部品区域の表面を横切る一
連のパスを形成する際に、連続するスキンベクトルが隣
接の線に対して全くあるいはより少なくしか衝撃を与え
ないようにするため、ベクトル間の位置ずらし量を有益
に増大させる（例えば２倍、３倍またはこれ以上に増大
させる）こともできる。さらに、単数または複数の連続
するシリーズ内のパスにおいては、先行シリーズ中のパ
スにおいて描画されたスキンベクトルの間に、追加のス
キンベクトルを描画することもできる。これらの実施態
様は、好ましくは各層上においてスキンベクトルのみな
らずハッチベクトルをも有する。

【００８８】歪みを最小限に成すことのできるさらに別
の実施態様は、相異なる層における相異なる方向に沿っ
たスキン部形成処理を含む。例えば、各層においてＸ方
向ハッチとＹ方向ハッチとを有する部品においては、奇
数番目の層はＸ方向に沿ってスキン部形成処理を施さ
れ、偶数番目の層はＹ方向に沿ってスキン部形成処理を
施されることができ、またはその逆とすることもでき
る。

【００８９】さらに別の実施態様においては、Ｘ方向ハ
ッチとＹ方向ハッチとを有する与えられた層において、
Ｘ方向とＹ方向の双方に沿ってスキンベクトルを提供す
ることもできる。

【００９０】しかし最も好ましい実施態様においては、
Ｘ方向、６０°方向および１２０°方向ハッチベクトル
が、Ｘ方向、６０°方向または１２０°方向のうちの少
なくとも一方向、好ましくは各方向に走るスキンベクト
ルを提供される。下記において詳細に説明するこの実施
態様の好ましい変形においては、与えられた方向のスキ
ンベクトルは同一方向のハッチベクトルのすぐ上に引か
れることはなく、このようにして任意の箇所に対する過
剰露出を防止する。さらにスキン部形成処理を施される
層の任意の点において３方向に露出が実施されるので、
ベクトル走査速度が３倍に増大されてベクトル当たりの
通常露出の１／３を生じ、三方向のパス全てが走査され
た後に均一な露出を生じる。

【００９１】他の実施態様は「タイル張りパターン形
成」法である。この実施態様においては、それぞれの
「タイル状」区域を露出する際に前述のいずれかのアプ
ローチが使用され、この場合それぞれのタイル間の小さ
なスペースは未反応状態に残されて応力解放区域として
作用する。各タイルのサイズは点露出から、全断面露出
までの範囲とすることができ、最も好ましいサイズは、
１辺が１／４インチから３／４インチ（約６．４ｍｍか
ら約１９ｍｍ）の範囲内となるサイズである。

【００９２】タイル張りパターン形成は、ステレオリソ
グラフィー法によって生産される物体の層を形成する方
法であって、この場合、各層が一連の面積要素すなわち
タイルに分割される。各面積要素は、隣接の面積要素か
ら間隙によって離間されている。各面積要素の周囲の間
隙は、少なくともすべての隣接面積要素またはタイルが
転移または硬化されるまで、未転移状態に留まる。各タ
イルの間の間隙は応力解放区域として作用するために、
未転移状態に残される。間隙の幅はそれぞれのタイルの
幅に比べて比較的小である。

【００９３】またタイル張りパターン形成は、下向き外
面区域の上方２番目の層あるいはそれより上の層に実施
された場合には、カール低減技術としても使用できる。
一般に下向き外面区域上においてはカールが発生させら
れないので、下向き外面区域にはカール低減技術として
のタイル張りパターン形成を必要としない。また転移プ
ロセス中において、それぞれのタイルの付着先となる下
部構造が存在しないので、下向き外面区域には一般にタ
イル張りパターン形成が使用されないことに注意しなけ
ればならない。すなわちタイル張りパターン形成は、支
持されない区域ではなく、支持された区域にのみ適用さ
れる。

【００９４】タイルは個々別々の比較的小さい面積であ
るから、タイルの使用は、タイルの境界の収縮を制限す
る。これによってタイルが形成された層の応力およびカ
ールを低減させる。これは、下向き外面区域のすぐ上方
にある最初の数層においては、非常に重要なことであ
る。一般にカールは主として下向き外面区域に対して生
じる。これらの下向き外面区域は、その上方にある数層
の転移の結果として上向きにカールする。他方、タイル
張りパターン形成の不利な点は強度の低下である。

【００９５】タイル間の間隙（グラウトまたはモルタル
と呼ばれる）は通常、すべてのタイルが形成された後に
転移または硬化させられることができる。後処理を減ら
すために物体全部をタイル張りパターン形成によって製
造することもできる。このグラウトはタイルよりも一般
に低い転移度に転移させられる（低露出が使用され
る）。

【００９６】１例として、ＸＢ５０８１のような好まし
い材料および５ミル（約０．１３ｍｍ）の層を使用し
て、下向き外面の直上の層より上方にある第１層から第
２０層までを形成する際に、特に第１０層までを形成す
るために（第１層は支持されているものと仮定する）タ
イル張りパターン形成法を使用することができる。１０
ミル（約０．２５ｍｍ）の層が使用される場合、タイル
張りパターン形成は第１層乃至第１０層の範囲内で適用
することが好ましく、特に下向き外面の上方第１層から
第５層まででは使用することが好ましい。

【００９７】好ましくは、タイルのサイズはレーザビー
ムの幅（０．０１０インチ、１／４ｍｍ）から約０．１
２０−０．１５０インチ（約３．０‐３．８ｍｍ）まで
の範囲とするが、最も好ましい範囲は１辺が３／４−２
ミリメートルとなる範囲である。

【００９８】タイル間の間隙すなわちギャップは、配置
精度限界および相乗刺激ビームの硬化幅の限界内におい
てできるだけ小さくしなければならない。これらのギャ
ップの代表的な幅は、露出および硬化後において１−１
０ミル（約０．０２５−０．２５ｍｍ）となる範囲であ
る。間隙すなわちギャップにおける材料が、応力を伝達
するのに十分な程度には転移または硬化されないことが
重要である。

【００９９】材料を転移するために走査ミラー指向型レ
ーザビームを使用する場合、間隙を横切る際のタイルか
らタイルへの「ジャンプ速度」を考慮しなければならな
い。レーザを指向させるミラーは、その角加速度を制限
する慣性モーメントをもっている。レーザが１つのタイ
ルの縁から他のタイルの隣接縁までジャンプしなければ
ならない場合、このジャンプ速度が制限される。この場
合、ミラーが次のタイルの縁の上にレーザを正確に指向
させるために減速し始める以前の、ミラーが加速を行え
る距離が非常に短いからである。ジャンプ速度が制限さ
れるので、ギャップ中の材料が、ジャンプするレーザに
よって不本意にも硬化される場合がある。レーザがタイ
ルの間を頻繁に往復ジャンプするタイル張りパターン形
成の場合、これは特に問題となる。

【０１００】タイル間のジャンプ中における材料の不本
意な硬化は、いくつかの方法によって解決することがで
きる。急速にミラーを加速させ、実際的な上限に急速に
達するようにさせることができる。あるいはレーザが走
査ミラーに達する前にレーザビームをさえぎるためのシ
ャッターを提供することもできる。しかし機械的シャッ
ターも慣性遅れを生じ、遅すぎて効率的であるとは考え
られない。電気駆動式結晶音響−工学シャッターを考慮
することもできる。第３の技法、すなわち「ロングジャ
ンプ」技法が最も好ましい。このロングジャンプ技法に
おいては、レーザは反対側縁からジャンプして、タイル
（離陸タイル）の上で加速し、次に最大速度でギャップ
を越えて、隣接タイル（着陸タイル）の遠隔点まで減速
しながら、この着陸タイルの反対側縁に近い区域のタイ
ル材料を転移させ始める。このロングジャンプにより、
レーザは、加速してギャップの上を高速で越え、ギャッ
プから反対側の着陸点まで減速するのに十分な距離を持
つ。

【０１０１】タイルは種々のパターンと形状に形成する
ことができる。１つの基本的な方法は、まっすぐな格子
パターンに正方形または長方形タイルを形成する方法で
ある。すなわちこの場合には、ギャップまたはグラウト
線が層の２方向（Ｘ方向およびＹ方向）に連続的に延在
する。しかしこの格子パターンの場合グラウト線そのも
のが比較的長くなり、この線の材料が硬化された時にカ
ールを生じる。また、単純な格子パターンを成すタイル
は、硬化中にグラウト線の収縮によっていずれかの方向
に生じるカールに、抵抗する構造ではない。従って、ま
っすぐな格子タイルパターンは２本の易曲げ軸線を有す
る。

【０１０２】１つの改良されたタイル張りパターンは、
位置をずらされたすなわち互い違いにされた格子パター
ンであり、この場合タイルは水平壁上の煉瓦のように横
列ごとに交互に互い違いに配列される。この互い違いパ
ターンのタイルの場合、グラウト線は、前記のまっすぐ
な格子パターンの場合のような２軸線ではなく、１軸線
に沿って連続する。さらに互い違い格子パターンにおい
ては、グラウト線は、まっすぐな格子パターンの場合の
４路交差点ではなく、「３路」交差点のみで出会う。従
って、タイルが一方の側からの収縮をブロックするの
で、グラウト線は１方向においてのみ収縮し得る。すな
わち互い違い格子パターンは中断されないグラウト線に
沿った１本の易曲げ軸線のみを有するが、まっすぐな格
子パターンは２本の易曲げ軸線を有する。互い違い格子
パターンのタイルは、カールを低減させ、また易曲げ点
を分散させることにより比較的強い層を生じる。

【０１０３】互い違い格子パターン中の単一方向に延在
する比較的長いグラウト線は相当に収縮するが、交互に
配置されたタイルは曲げに抵抗できるので、層の面を上
方に湾曲させることはない。

【０１０４】造形材料が硬化される際に、好ましい材料
（ＸＢ ５０８１）を使用しても、材料の収縮前に約２
−３秒の遅れが生じる。従ってグラウトが使用されない
場合はタイルをできるだけ迅速に形成してよいが、グラ
ウトを含む実施態様においては、最初にタイルを硬化さ
せて、タイルを収縮させた後に（数秒間）、グラウトを
配置しなくてはならない。タイルはスキン部形成処理に
よって硬化させることができる。スキン部形成処理は、
マルチパス、織成、リベット形成および前記のその他の
技法または前掲の特願のその他の技法によって実施する
ことができる。このようなカール低減技法は、顕著なカ
ールを生じさせることなくタイルのサイズを増大させる
ことができる。１つのタイルの面全体に亘ってスキン部
を形成してから次のタイルに移動することにより、タイ
ルを硬化させることができる。あるいは、タイルを部分
的に硬化し（例えば１線走査）、次に他のタイルを部分
的に硬化し、次に以前に部分的に硬化されたタイルを完
全に硬化させるために一回または数回往復することもで
きる。

【０１０５】互い違い格子パターンにおいては、Ｘ方向
に中断しないで延在するグラウト線の硬化はＹ方向にお
いても収縮を生じ、ある程度のＹ方向カールを生じる。
三角形はタイル張りパターン形成において使用すること
のできる他のパターンである。これらのパターンは、単
一のサイズおよび形状の三角形を使用した反復パターン
とすることができ、または相異なる形状の三角形を使用
した反復パターンとすることもできる。また隣接縁が嵌
合して比較的狭いギャップを生じる限り、ランダム形状
の三角形パターンを使用することもできる。ランダム三
角形パターンの場合、易曲げ軸線を生じないようにグラ
ウト線はすべて短く連続的につくることができる。

【０１０６】六角形が最も好ましいタイル形状である。
六角形は、狭い分離線によって相互に分離された複数の
中実タイルを形成するように、密接に詰め込むことがで
きる。六角形タイルパターンは易曲げ軸線も長いグラウ
ト線も有しない。好ましさの高い順に並べると、六角形
タイルパターンに続いて、ランダム順序およびサイズの
三角形パターン（図１７ｂ）、一定秩序の三角形パター
ン（図１７ｃ）、互い違い格子の正方形タイルパターン
（レンガ壁体）（図１７ｄ）、まっすぐな格子のタイル
パターン（図１７ｅ）、逆方向三角形対の規則的正方形
列から成るパターン（図１７ｆ）、最後に正方形列に嵌
合された三角形パターン（図１７ｇ）となる。前記の図
１７ａ−ｇに記載のパターン以外にも、合理的な等方性
硬化を生じさせかつ易曲げ軸線を生じさせない他のパタ
ーンがある（例えば、複数の型の多角形パターンを嵌合
された区域、または円形タイルを密接に詰め込まれた区
域）。

【０１０７】タイル張りパターン形成によって層を形成
する際に、層ごとにタイル位置を互い違いにして、隣接
層のタイルが相互に整列しないようにすることが好まし
い。層間においてタイルの位置を相互にずらす技法は、
カールを過度に増大させることなく層の強度を増大させ
る。下向き外面区域の上方にある最初の数層について
は、層間で整列した互い違いでないタイル（すなわちタ
イル立柱）は許容され得る。これに続けて離間したタイ
ル区域を相互に接続する、改良された形成法もある。し
かし、もし物体全体がタイル張りパターン形成によって
形成される場合（層の下向き部分を除く）、層間におい
てタイルを互い違いにすることが望ましい。この互い違
い構造は間欠的にすることができる。すなわち物体全体
において短いタイル立柱を集合させることができる。グ
ラウトが提供されている場合、層間のタイルの互い違い
構造は強度のためには不必要であるが、均質性のために
は好ましい。

【０１０８】タイル張りパターン形成を実施するために
有効な他の開示は、米国特願“Boolean Layer Comparis
on Slice（論理演算による断面比較スライス）”、処理
番号１９０／２１７に記載されている。この特願は、参
照により本明細書に記載されているものとする。この特
願は、各断面に組み合わされた下向き外面区域およびそ
の他の区域を決定するために断面比較法を使用する方法
を開示している。このような方法を拡張してタイル張り
パターンを形成すべき領域を決定することができる。こ
のようなタイル張りパターン形成領域は、下向き外面上
方の単数または複数の層から成る区域を含むことができ
る。タイル張りパターン形成およびその他のスキン連続
法を実施する最も好ましい方法は、物体設計すなわち所
望の物体設計と、造形表現との違いを通じて実施するこ
とであり、これらの違いはスライス型プログラムによっ
て組み込まれるものである。タイル張りパターン形成を
実施するためのスライスプログラムの変更は、交互に設
けられた近接されたハッチパスとより大きく離間された
ハッチパスとの組の利用を含み得る。近接されたパス間
の領域がグラウト区域またはギャップ区域を規定し、よ
り大きく離間されたパス間の領域がスキン部形成処理を
施される領域を規定する。第２の好ましい方法は、区域
全体に亘って連続的なスキンベクトルの組であって、硬
化されるべきベクトル部分と未硬化状態に残される部分
とに分解されるスキンベクトルの組を形成することによ
る方法である。この硬化されるべきベクトル部分と未硬
化状態に残される部分とを決定するプロセスは、プロセ
スコンピュータにおいて造形プログラムなどの一部とし
て作ることができる。もちろん他の実施方法も存在す
る。

【０１０９】前記の実施態様の要旨は、隣接層に付着さ
せる前に、最小限の歪みをもって最大限の硬化を得るこ
とにある。あまり長時間の完全な非付着状態は、硬化材
料部分の所定位置からの移動を生じる。先行層の中にカ
ールを誘発することなく浮動硬化材料の位置を保持する
１つの方法は、各ベクトル（例えば織成アプローチを使
用する場合、第１ハッチパスの各ハッチベクトル）の１
点のみを先行層に付着させることである（これはそのベ
クトルを定置固定するであろう）。次に、それまで浮動
していた１点固定ベクトルを追加パスによって走査し
て、硬化プロセスを完了し、境界とハッチとの間の十分
な接着を保証する。

【０１１０】一般に、前記の実施態様の多くについて、
カールを低減させるための多重走査技法を使用すること
ができる。多重走査は、それぞれのベクトル上の多重パ
スの形で実施することができ、またはベクトルの交差
や、複数区域をリベットで留め合わせることによって実
施することもできる。

【０１１１】種々の歪みを低減させるため、前記の実施
態様の多くと組み合わせて、スモーリ形成およびその他
のカール低減技法を簡単に使用することができる。

【０１１２】各種のスキン連続法の実施態様においてカ
ールを最小限になすための、ある追加のアプローチを
「ストロングアーム法」と呼ぶ。このアプローチにおい
ては、支持されない区域の第１層が余分に硬化されて強
く成され、従って弱い薄い上層が誘発するカールに抵抗
できるようにされる。

【０１１３】本出願の定義のセクションにおいて定義さ
れた、その他の歪み低減技法を使用することもできる。

【０１１４】均等露出を得るための好ましい技法 図１と図２について述べれば、境界線１０、ハッチ線１
２、およびスキン線１４の多重露出が図２に図示のよう
に硬化深さの変動を生じることがわかる。

【０１１５】平滑な下向き外面区域を得るためには、す
べての面積要素の正味露出が同一でなければならない。
平滑な下向き外面区域のためには均一な硬化深さが必要
であるが、それは平滑な上向き外面区域を得るためには
必要ではない。造形材料の加工面（例えば樹脂表面）の
平滑さと、後硬化中の収縮を含む種々の応力によるスキ
ンの圧潰を防止するのに十分なスキンの強さとの故に、
これらの上向き外面区域はその平滑な上表面仕上げを得
る。

【０１１６】特に下向き外面区域の均一露出を達成する
ための主要な３つのアプローチを下記に記載する。第３
アプローチが最も望ましいが、他の２とのアプローチ
も、下記の説明から当業者には明白なこれら３つのアプ
ローチの変形と同様に、本発明の主旨の範囲内にある。

【０１１７】相異なる露出を避ける第１アプローチは、
下向き外面区域の硬化に関して境界ベクトルとハッチベ
クトルの両方の使用を避けて、スキンベクトルのみを使
用するものである。均一に露出されたスキンベクトル
は、適当なスキン部深さを生じる。これは均一な露出、
従って均一な硬化深さを得る効果的な方法であるが、歪
みの問題を生じる可能性がある。一般にスキンベクトル
が描画される際にスキン部の歪みを防止するためには、
比較的固定されたフレーム（境界およびハッチ）を必要
とするからである。前述のようにベクトルの描画順序に
ついて特別の注意を払えば、この方法は有効である。

【０１１８】第２アプローチは、所望の完全な深さま
で、境界ベクトルと変形ハッチベクトルとを描画するこ
とである。第１に、硬化した交差区域に余分の深さを与
えることを避けるためには、ハッチベクトルを他のハッ
チベクトルまたは境界ベクトルと交差させてはならな
い。残余のポケット部分は、硬化した境界線またはハッ
チ線のいずれとも交差しない、小スキンベクトルをもっ
て充填される。

【０１１９】この第２アプローチは、例えば以下の２つ
の方法のいずれかによって実施することができる。

【０１２０】第１の方法は、単一方向に走る第１の型の
ハッチベクトルが中断しないベクトルとして描画され、
他の方向に走るハッチベクトルが、第１の型のハッチベ
クトルを横断する箇所および同型のハッチベクトルを相
互に横断する箇所において、「ジャンプ」することに基
づいている。これらのハッチベクトルは、それらの所要
の成分に分断され、走査ミラーの運動を制御するための
出力ファイル（時に．ＳＬＩファイルと呼ばれる）の中
に記憶される。時間の一部において描画され時間の他の
部分においてジャンプするハッチベクトルのほか、ハッ
チベクトルおよび／または境界ベクトルの交差によって
形成される各ポケット部分を充填するために、個々のス
キンベクトルを作製することができる。これらのスキン
ベクトルは．ＳＬＩファイルの中に記憶される。

【０１２１】該第２の方法は、スライス、ビームプロフ
ァイル、ベクトル交差方向および硬化深さパラメータを
使用して、ベクトルがハッチベクトルや境界ベクトルを
横断するかどうか、あるいは分析されている該ベクトル
の下方にハッチベクトルがあるかどうかに従ってベクト
ルを描画要素とジャンプ要素とに分断するシステム（例
えばミラー駆動システムの一部）と共に、．ＳＬＩファ
イルの中に記憶されている標準ハッチベクトルおよびス
キンベクトルを使用することに基づいている。

【０１２２】第２アプローチを実施するこれらの２つの
方法は、ハッチベクトルまたは境界ベクトルが、ハッチ
ベクトルまたは境界ベクトルを横断しまたはその上に横
たわるということの、意味する所を規定することを必要
とする。この規定は、露出されたベクトル（スキンベク
トルおよびハッチベクトル）が、その区域での最大限硬
化深さの増大を生じることなく、ハッチベクトルまたは
境界ベクトルにどの程度近接できるかを判断することに
基づいている。

【０１２３】この第２アプローチの第１法は、大き
な「．ＳＬＩ」ファイルの作製と、それに対応した永い
ベクトルローディング時間とを必要とする。従って、第
２アプローチの第２法をルックアップテーブルと共に使
用するのが、現在のところより好ましい。このようなル
ックアップテーブルの内容は、場合に応じて、使用され
るスライスパラメータ、ビームプロファイル特性、およ
び所望の硬化深さに対応して変動し、または所要のパラ
メータ組に応じて当業者によって通常の方法で定式化さ
れる。このシステムはオプションとして、ベクトル同士
の間の近付き角度を考慮するように成されることもでき
る。

【０１２４】現在最も好ましい第３アプローチは、ハッ
チベクトルによって硬化された区域のスキンベクトルに
よる二重露出を防止するため、スキンベクトルのパラメ
ータをハッチベクトルのパラメータに合致させることで
ある。二重露出は、ハッチベクトル区域に対して平行ま
たは反平行に走るスキンベクトルから生じる可能性があ
る。このアプローチと前述のアプローチとの相違点は、
ハッチベクトルに重ねてスキンベクトルが描画され、そ
れにより、描画されているスキンベクトルに対して平行
でないハッチベクトルに追加露出が加えられる点であ
る。このスキンベクトルの連続のしかたは「．ＳＬＩ」
ファイルのサイズが過大となることを防止する。このア
プローチは図３においてまとめて図示されている。図３
ｃと図３ｄのスキンベクトルが、該スキンベクトルに対
して平行に走るＸ方向ハッチベクトルおよびＹ方向ハッ
チベクトルに対応する区域において不連続であることが
わかる。得られた硬化深さの均一性を図４に示す。

【０１２５】下向き外面のスキン部形成領域すなわちス
キン部形成「区域」は、露出の性質に対応して、すなわ
ち相異なるベクトル露出の間に重なり合いがあるかまた
どの程度に重なり合うかによって、下記のようにカテゴ
リーすなわち「サブ区域」に分類することができる。

【０１２６】 サブ区域 １――スキンベクトルの露出のみ、 サブ区域 ２――スキンベクトルとハッチベクトルの重
なり合った露出、 サブ区域 ３――スキンベクトルと境界ベクトルの重な
り合った露出、 サブ区域 ４――ハッチベクトルと境界ベクトルの重な
り合った露出、 サブ区域 ５――スキンベクトル、ハッチベクトルおよ
び境界ベクトルの重なり合った露出。

【０１２７】各サブ区域１−５のそれぞれが同一の正味
露出を与えられるように各サブ区域を露出する、数種の
アプローチがある。この場合に最も好ましい実施態様に
おいては、下記の３つの基準が最も重要である。

【０１２８】第１は、スキン部を支持するための適度に
固定されたフレームを提供するためには、まず境界ベク
トル、次にハッチベクトル、最後にスキンベクトルを描
画するという描画順序が好ましいということである。

【０１２９】第２には、スキンベクトルが境界ベクトル
からそのＥＣＷの１／２だけ離間して開始されまた終了
する（近付き角度を考慮して）ことが好ましいというこ
とである。これはサブ区域３、４および５を境界ベクト
ルのみを含む区域に成し、従って境界ベクトルは所望の
硬化深さを達成するために必要な全露出を与えられる。

【０１３０】最後に、好ましくは、使用された各型のハ
ッチベクトルに対して平行に１組のスキンベクトルを描
画し、すべての型のスキンベクトルに対して好ましくは
同一の露出を加えることである。ただしスキンベクトル
は、これに対して平行な型のハッチベクトルによって露
出された区域においては、さらなる露出を生じないよう
にしなければならない。例えばＸ方向ハッチベクトルと
Ｙ方向ハッチベクトルとが使用される場合、Ｘ方向スキ
ンベクトルとＹ方向スキンベクトルも使用される。この
場合、ハッチ線のＥＣＷの少なくとも１／２分だけＸ方
向ハッチベクトルから離間した、Ｘ方向スキンベクトル
のみを作製する。Ｙ方向スキンベクトルとＹ方向ハッチ
ベクトルについても同様の関係を守らなければならな
い。

【０１３１】これは、サブ区域１が、各型のスキンベク
トルの組み合わされた露出に等しい露出を有することを
意味する。Ｘ方向とＹ方向のハッチベクトルおよびスキ
ンベクトルを使用する場合、各型のスキンベクトルは、
所望の硬化深さを得るために必要とされる露出の１／２
まで露出されなければならない。このようにスキンベク
トルの露出を制限することはサブ区域２に対して大きな
影響を与える。このサブ区域２は下記の２つのマイクロ
区域から成ると見なされる。すなわち（ａ）種々の型の
ハッチベクトルおよび種々の型のスキンベクトルの重な
り合いを含むマイクロ区域、および（ｂ）単一の型のハ
ッチベクトルと種々の型のスキンベクトルとを含むマイ
クロ区域。スキンベクトルは、この第１マイクロ区域か
らは除外される。スキンベクトルは、ハッチを形成され
た区域の再露出を避けるために除外されているからであ
る。従って第１マイクロ区域はその全露出をハッチベク
トルの各型の組み合わせから得る。従ってＸ方向ハッチ
ベクトルおよびＹ方向ハッチベクトルはそれぞれ必要露
出の１／２を生じさせる。第２マイクロ区域の場合、露
出の一部が単一のハッチベクトルによって与えられ、残
余の露出がこれに対して平行でない型のスキンベクトル
によって与えられる。その結果、露出全体は、１つの型
のハッチベクトルの露出プラス１つを除くすべての型の
スキンベクトルからくる露出によって与えられる。従っ
て、露出源の数はハッチベクトルの型の数、従ってスキ
ンベクトルの型の数に等しい。例えばＸ方向ハッチベク
トルとＹ方向ハッチベクトルとを使用する場合、Ｘ方向
ハッチ区域の露出の１／２はＸ方向ハッチベクトルによ
って与えられ、他の１／２はＹ方向スキンベクトルによ
って与えられる。またその逆の場合もあり得る。

【０１３２】この最も好ましいアプローチは下記のよう
にまとめることができる。好ましい硬化順序は境界ベク
トルから始まり、次にハッチベクトル、最後にスキンベ
クトルである。境界ベクトルは所望の硬化深さを提供す
る。スキンベクトルとハッチベクトルは、境界のＥＣＷ
のために短くされる（ＥＥＰ分だけ短くされる）。スキ
ンベクトルは、ある平行なハッチベクトルの両側方にお
けるＥＣＷの１／２の範囲内では露出に寄与しない（作
製されない）。均一な硬化深さを得るために、各型のハ
ッチベクトルと、それに平行な各型のスキンベクトルと
の各組合せを使用する。各ハッチベクトルとそれに対応
する型のスキンベクトルとは、同等の露出を与えられ
る。従って、各型に与えられる個々の露出片（ＩＦ
Ｅ）、すなわち必要露出に対する無次元的な割合は、ハ
ッチベクトルの異なる型の数（ＮＨＴ）の逆数である。
すなわち、 ＩＦＥ＝１／ＮＨＴ 前記の好ましい実施態様は、この場合、好ましいハッチ
形成法の使用に基づいている。この好ましいハッチ形成
法は、Ｘ方向およびＹ方向のハッチベクトルではなくＸ
方向および６０°方向／１２０°方向のハッチベクトル
を使用するものである。前出の議論は、「ワッフル」状
の外観を軽減する一般的な好ましい方法に関するもので
あるが、これらの好ましい型のハッチベクトルすなわち
等間隔のＸ方向、６０°方向および１２０°方向ハッチ
ベクトルについて、このワッフル軽減／除去法を使用す
ることが最も好ましい。得られたハッチベクトルは正三
角形を成す。従って、１本のハッチベクトルの存在する
区域と、３本のハッチベクトルが重なり合った区域とが
存在するが、正確な走査を実施するかぎり２つのベクト
ルの重なり合った区域は存在しない。対応のスキンベク
トルはＸ方向、６０°方向および１２０°方向となるで
あろう。またこれらのスキンベクトルは、それらに平行
なハッチベクトルの両側方においてＥＣＷの１／２の範
囲内では、また境界ベクトルのＥＣＷの１／２の範囲内
では（近づき角度を考慮して）、追加露出を生じさせて
はならない。硬化順序は最初に境界ベクトル、次にハッ
チベクトル、次にスキンベクトルである。境界ベクトル
は所望の硬化深さを得るように完全露出を受ける。また
ハッチベクトルとスキンベクトルは、それぞれの末端に
おいて、境界ベクトルのＥＥＰ分だけ短くされる。ハッ
チベクトルはそれぞれ、最終所望硬化深さを得るために
必要な露出量の１／３を与えられる。スキンベクトル
は、「スキンのみ」の区域における正味露出もまた該露
出の１／３の露出によって与えられるように走査され
る。

【０１３３】境界ベクトルの区域以外においては、完全
露出を達成するため、各点は、それぞれ１／３の露出を
有する３つの型のベクトルによって走査されなければな
らない。スキンベクトルのみの区域においては、同等
（１／３）かつ互いに重なり合う露出を有する３つの型
のスキンベクトルが使用されれば、正味露出は１とな
る。同様に、ハッチベクトルおよびスキンベクトルの区
域においては、１つの型のハッチベクトルとこれに対し
て平行でない２つの型のスキンベクトルが使用される。
正味露出１の区域を得るために、それぞれのベクトルが
同等の１／３の露出を受ける。ハッチベクトルが正三角
形を形成する場合、２つのハッチベクトルが重なり合う
点には常に、第３のハッチベクトルも存在する。各ハッ
チベクトルが１／３の露出を受ける場合には、この区域
の正味露出は１となる。

【０１３４】境界の存在する区域においては、境界ベク
トルの存在と前記の他の型のベクトルの存在によってバ
ランスの悪い状態が生じる。その起こり得る組合せは、
境界ベクトル１＋ハッチベクトル３、境界ベクトル１＋
ハッチベクトル１＋スキンベクトル２、または境界ベク
トル１＋スキンベクトル３である。これらの組合せは、
例えば次の２つの方法によって受容される。（１）すべ
てのハッチベクトルおよびスキンベクトルを、境界ベク
トルの線の手前で（有効硬化深さの１／２分だけ手前
で）停止させ、境界自体には１の露出を加える方法。ま
た（２）２つの型のハッチベクトルのいずれかとそれに
対応する２つの型のスキンベクトルを選択して、境界ベ
クトルの線まで完全に硬化し、残りの型のハッチベクト
ルおよびスキンベクトルを、境界線のＥＣＷの１／２手
前で停止させる。他のベクトルと同様に境界ベクトルに
１／３硬化が与えられれば、この組合せは境界線区域に
おいて正味露出１を生じる。前記の２つのオプションの
うちで第１オプションが最も好ましい。

【０１３５】さらに他の実施態様は、Ｘ方向ハッチベク
トルとＹ方向ハッチベクトルとを使用し、同時に前記の
第２オプションを使用するものである。この場合、境界
区域の露出は、境界ベクトルと、１つの型のハッチベク
トルおよびそれに対応する型のスキンベクトルとによっ
て１となる。その他のハッチ型およびスキン型のベクト
ルは、手前で停止する。この実施態様は、境界ベクトル
と、スキンベクトルおよびハッチベクトルとの接着状態
を改良する利点がある。

【０１３６】さらに他の実施態様はＸ方向および６０°
方向／１２０°方向ハッチベクトルを使用するものであ
り、その場合には、境界区域の正味露出は境界ベクトル
の露出と、３型のハッチベクトルおよびそれに対応する
スキンベクトルのうちの、２つの型のベクトルの露出と
から成る。

【０１３７】前記以外の実施態様も考えられる。例え
ば、１つの型のハッチベクトルとそれに対応する型のス
キンベクトルに対して、その他の型のハッチベクトルお
よびスキンベクトルと異なる露出を加え、この場合にお
いて正味露出が所望のスキン部深さを生じるようにする
ことである。また、下向き外面区域を含む層の上方にあ
る層のハッチなどによるプリントスルー源を含むよう
に、上記の方法を拡張することもできる。このような上
層のハッチは、実際に下層をプリントスルーし得る。特
定の材料を使用する場合、このプリントスルー硬化量
は、厚い層を使用すれば低減され、薄い層を使用すれば
増大される。実験的方法および分析的方法を使用してプ
リントスルーの量を特定することができ、また下向き外
面区域を含む層のハッチベクトルには、それに対応した
低い硬化を与えることもできる。この層およびその後の
層の露出後には、下向き外面区域は均一な硬化をもつで
あろう。たいがいの場合、下向き外面区域に隣接した層
上にはハッチベクトルが存在し、前記の補正法が役立つ
であろう。しかしまれな場合に、上向き外面区域が下向
き外面区域と同一層にある場合がある（従ってこの区域
は１層にすぎない）。この場合１層の硬化厚さを得るよ
うにハッチとスキン部を完全に嵌合させる必要がある。
同一領域において上向き外面と下向き外面とを有する層
については、必要以上の露出を生じないように、下向き
外面用のスキン部のみを硬化することが重要である。

【０１３８】上記の説明においては、ベクトルの相互近
接を説明するために１つのみの有効硬化幅を例示した
が、適当な環境においては１つ以上のＥＣＷおよびＥＥ
Ｐを使用することもできる。

【０１３９】上記の方法は、変形されたソフトウェアを
必要とせずにＸ方向およびＹ方向のハッチベクトルとス
キンベクトルとを使用して、実施および実験的に検証さ
れたものである。Ｘ方向およびＹ方向のハッチベクトル
と、Ｘ方向およびＹ方向のスキンベクトルとを使用して
物体をスライスすることができる。作製された．ＳＬＩ
ファイルを次に手作業で編集して、対応する平行ハッチ
ベクトルから特定距離（ＥＣＷの距離）の範囲内にある
スキンベクトルを除去することができる。次にこの．Ｓ
ＬＩファイルを支持体ファイルとマージ処理する。次に
範囲ファイルを作製して、Ｘ方向ハッチベクトルとＹ方
向ハッチベクトルに対して同等の硬化を与え、かつＸ方
向ハッチベクトルおよびＹ方向ハッチベクトルからの露
出と同等の全露出を生じさせるためにスキンベクトルに
対して適当な単一線露出を与える。

【０１４０】また他の方法として、ソフトウェアを下記
のように変形することができる。

【０１４１】（１）６０°方向ハッチベクトルに対応す
る型のスキンベクトルと、１２０°方向ハッチベクトル
に対応する別の型のスキンベクトルを作製し、（２）ス
キンベクトルの位置ずらしが、ハッチパスの近くにおい
て発生しないように（または描画されないように）スラ
イスオプション（または他の適当なプログラム）を作製
し、（３）ハッチベクトルとスキンベクトルをそれぞれ
の末端において必要量だけ短くするオプションを作製す
る。

【０１４２】均一なスキン部深さを得るための本発明の
方法の別の好ましい実施態様は、ハッチベクトルとスキ
ンベクトルの両方に対して同一の露出を使用する発想で
ある。ハッチベクトルとスキンベクトルが同一の走査速
度で描画される。前記の実施態様においては領域の正味
の露出は、個々のベクトル露出と同一ではない。この実
施態様においては、別個のハッチを作製する必要がな
い。その代わりに、周期的に離間されたスキンベクトル
がスキンベクトルのリストから抜き出され、ハッチベク
トルのリストの中に露出のために挿入される。この作業
は、残りのスキンベクトルを露出する前に行われる。こ
れらの最初に露出されたスキンベクトルはハッチとして
作用し、従ってこの方法は、もはやハッチベクトルとス
キンベクトルについてＥＣＷを計算することを必要とし
ない。ハッチベクトルがスキンベクトルを支持するフレ
ームを成すのに十分な強度を有するようにするため、ス
キンベクトルを最大限間隔に（しかしなお十分に均一な
硬化深さを形成できる程度に）離間し、個々のスキン／
ハッチベクトルを比較的強くすることが有用であるかも
しれない。

【０１４３】硬化深さを選択し決定する好ましい方法 １つまたは複数の計算法によってスキン部厚さを理論的
に特定するためには、通常、速度パラメータ［ステップ
期間（ＳＰ）およびステップサイズ（ＳＳ）］、レーザ
出力、ビームプロファイル、造形材料、有効曲線の硬化
深さおよびそれに対応する最大効果幅、ベクトルの位置
ずらし量を考慮する。しかし、レーザビームより数倍幅
広いスキン部を作製し、またレーザビーム幅より数倍狭
いステップサイズと位置ずらし量が使用される場合、ス
キン処理された面積のエネルギー分布は実質的に均一に
分布される。エネルギーが均一に分布されれば、この面
積は露出に対応して特定深さまで均一に硬化される。従
って露出は、単位面積当たりエネルギー＝レーザ出力×
ステップ期間／（ステップサイズ×位置ずらし量）によ
り規定される。この関係式は、露出の対数値に対して厚
さをプロットすることによって、特定の厚さについての
等式とされ得る。このプロットは、樹脂吸収率がベール
の法則に従うならば、線形となる。前記の関係式から、
このプロットの傾斜と切片を特定することができる。前
記の関係式は、焦点、プロファイルおよび機器の有効曲
線パラメータを明示的に含んでいないので、材料、波
長、および走査ミラーから樹脂表面までの距離のパラメ
ータが同一である限り（あるいは考慮されているかぎ
り）、１つの機器について特定された定数を他の機器に
そのまま使用することができるはずである。

【０１４４】以下本発明を実施例について説明するが、
本発明はこれに限定されるものではない。

【０１４５】実施例 実施例１ 部品の各層にスキン部を形成する方法が、実質的に未転
移の材料部分を部品の境界内に捕捉する技術と比較し
て、歪みの低減に関して有利であるかどうかを確認する
実験を実施した。

【０１４６】この実験においては、それぞれ２個から成
るグループに属する８個の部品を形成した。各グループ
は、エレベータのプラットフォーム上において該プラッ
トフォームの中点より手前で形成された物体と、この中
点より奥側で形成された物体とを含み、これらの物体は
そのプラットフォーム上における位置以外は同等であ
る。サンプル物体を図１２に示す。各物体は、１インチ
（約２．５ｃｍ）四方の立方体であって、上面と底面は
ないが、１００ミル（約０．２５ｃｍ）の壁厚さを有す
る。下記の４グループを作製するために種々のスライス
処理オプションとマージ処理オプションとを使用した。

【０１４７】 グループ 説明 名称 Sknti101 − 手前の物体は各層においてスキン部を有する。

【０１４８】 奥側の物体は最上層および最下層においてのみスキン部を有する 。

【０１４９】 Skntin02 − 手前の物体は最上層および最下層においてのみスキン部を有する 。

【０１５０】 奥側の物体は各層においてスキン部を有する。

【０１５１】 Skntin03 − 手前の物体は各層においてスキン部を有する。

【０１５２】 奥側の物体は各層においてスキン部を有する。

【０１５３】 Skntin04 − 手前の物体は最上層および最下層においてのみスキン部を有する 。

【０１５４】 奥側の物体は最上層および最下層においてのみスキン部を有する 。

【０１５５】４グループの全部品（８部品）は下記のパ
ラメータによって作製された。

【０１５６】 層厚さ−２０ミル（約０．５１ｍｍ） 境界ベクトルの硬化厚さ−２６ミル（約０．６６ｍｍ） ハッチベクトルの硬化厚さ−２６ミル（約０．６６ｍ
ｍ） ハッチベクトルはＸ軸線とＹ軸線に対して平行に５０ミ
ル （約１．３ｍｍ）の間隔で走り、スキンベクトルはＸ軸
線に対して平行に走る。

【０１５７】スキン部の硬化厚さは厚さとして指定され
なかったが、２６ミル（約０．６６ｍｍ）の硬化（２の
ＳＳの場合）と１６のステップサイズ（ＳＳ）に対する
ステップ期間（ＳＰ）の、１／２として指定された。す
べてのスキンベクトルはＸ軸線に対して平行であり、相
互間に２ミル（約０．０５１ｍｍ）の位置ずらし量を有
する。（注：類似硬化条件におけるスキン部厚さの測定
は、硬化厚さが近似的に２０ミル（約０．５１ｍｍ）で
あることを示した。造形材料はデソトケミカル社製造の
ＳＬＲ８００であった）。

【０１５８】部品の構造精度を判定するために、各部品
について測定を実施した。硬化収縮を補正する試みは成
されなかった。各部品の最上部近くで一連の測定を実施
した。この測定を図１３に示す。これらの測定は５０１
乃至５０６と符号付けされる。測定５０１乃至５０３は
Ｘ軸線に対して平行な間隔を測定し、測定５０４乃至５
０６はＹ軸線に対して平行な間隔を測定する。Ｘ軸線に
沿った部品の歪みの量は下記のように定義される： 歪み（Ｘ）＝（５０１＋５０３）／２−５０２ 同様に、Ｙ軸線に沿った歪みの量は下記のように定義さ
れる： 歪み（Ｙ）＝（５０４＋５０６）／２−５０５ 部品はＸ方向に沿ってスキン部形成処理を施された。Ｘ
歪みはスキン部形成方向に対して垂直な壁体の歪みであ
り、Ｙ歪みはスキン部形成方向に対して平行な壁体の歪
みである。

【０１５９】その結果を下記にまとめる。

【０１６０】Skntin01−手前の物体、すべての層におい
てＸ方向に沿ってスキン部形成処理。

【０１６１】−スキン部形成方向に垂直な壁体の歪み＝
３．６ミル（約０．０９１ｍｍ） −スキン部形成方向に平行な壁体の歪み＝９．４ミル
（約０．２４ｍｍ） 奥側の物体、標準形成、上面と底面のみにスキン部形成
処理 −スキン部形成方向に垂直な壁体の歪み＝９．６ミル
（約０．２４ｍｍ） −スキン部形成方向に平行な壁体の歪み＝９．７ミル
（約０．２５ｍｍ） Skntin02−奥側の物体、すべての層においてＸ方向に沿
ってスキン部形成処理。

【０１６２】−スキン部形成方向に垂直な壁体の歪み＝
１．２ミル（約０．０３０ｍｍ） −スキン部形成方向に平行な壁体の歪み＝８．２ミル
（約０．２１ｍｍ） 手前の物体、標準形成、上面と底面のみにスキン部形成
処理 −スキン部形成方向に垂直な壁体の歪み＝９．１ミル
（約０．２３ｍｍ） −スキン部形成方向に平行な壁体の歪み＝７．０ミル
（約０．１８ｍｍ） Skntin03−奥側の物体、すべての層においてＸ方向に沿
ってスキン部形成処理。

【０１６３】−スキン部形成方向に垂直な壁体の歪み＝
１．５ミル（約０．０３８ｍｍ） −スキン部形成方向に平行な壁体の歪み＝７．９ミル
（約０．２０ｍｍ） 手前の物体、すべての層においてＸ方向に沿ってスキン
部形成処理 −スキン部形成方向に垂直な壁体の歪み＝２．０ミル
（約０．０５１ｍｍ） −スキン部形成方向に平行な壁体の歪み＝７．７ミル
（約０．２０ｍｍ） Skntin04−手前の物体、標準形成、上面と底面のみにス
キン部形成処理。

【０１６４】−スキン部形成方向に垂直な壁体の歪み＝
１１．０ミル（約０．２８ｍｍ） −スキン部形成方向に平行な壁体の歪み＝９．７ミル
（約０．２５ｍｍ） 奥側の物体、標準形成、上面と底面のみにスキン部形成
処理 −スキン部形成方向に垂直な壁体の歪み＝９．５ミル
（約０．２４ｍｍ） −スキン部形成方向に平行な壁体の歪み＝７．９ミル
（約０．２０ｍｍ） まとめて言えば、Ｘ方向に沿って各層にスキン部形成処
理を施すことは、Ｘ軸線に対して平行に測定された寸法
の歪みを低減させたが、垂直に測定された寸法の歪みは
低減させていない。

【０１６５】実施例ＩＩ 第２実験においては、各層に対して、直前の層のスキン
部形成方向に垂直な方向に沿ってスキン部形成処理を施
すことによって、部品を造形した。言い替えれば、部品
の１つおきの層をＸ方向スキンベクトルをもって、また
１つおきの層をＹ方向スキンベクトルをもって形成し
た。これらの部品は、スキン部形成処理における相違以
外は、実施例Ｉと同等であった。

【０１６６】 部品 ＧＢ３４９ 手前の物体、１層おきにＸ方向とＹ方向をもって、各層
に対しスキン部形成処理。

【０１６７】 −歪み（Ｘ）＝４．９ミル（約０．１２ｍｍ） −歪み（Ｙ）＝４．４ミル（約０．１１ｍｍ） 奥側の物体、標準形成、上面と底面のみにスキン部形成
処理。

【０１６８】 −歪み（Ｘ）＝４．０ミル（約０．１０ｍｍ） −歪み（Ｙ）＝５．３ミル（約０．１３ｍｍ） 部品 ＧＢ３５０ 手前の物体、標準形成、上面と底面のみにスキン部形成
処理。

【０１６９】 −歪み（Ｘ）＝３．１ミル（約０．０７９ｍｍ） −歪み（Ｙ）＝７．４ミル（約０．１９ｍｍ） 奥側の物体、１層おきにＸ方向とＹ方向をもって、各層
に対しスキン部形成処理。

【０１７０】 −歪み（Ｘ）＝５．０ミル（約０．１３ｍｍ） −歪み（Ｙ）＝−２．７ミル（約‐０．０６９ｍｍ） 部品 ＧＢ３５１ 手前の物体、標準形成、上側面と底面のみにスキン部形
成処理。

【０１７１】 −歪み（Ｘ）＝５．３ミル（約０．１３ｍｍ） −歪み（Ｙ）＝６．２ミル（約０．１６ｍｍ） 奥側の物体、標準形成、上側面と底面のみにスキン部形
成処理。

【０１７２】 −歪み（Ｘ）＝９．４ミル（約０．２４ｍｍ） −歪み（Ｙ）＝６．８ミル（約０．１７ｍｍ） 部品 ＧＢ３５２ 手前の物体、１層おきにＸ方向とＹ方向をもって、各層
に対しスキン部形成処理。

【０１７３】 −歪み（Ｘ）＝２．５ミル（０．０６４ｍｍ） −歪み（Ｙ）＝３．０ミル（約０．０７６ｍｍ） 奥側の物体、１層おきにＸ方向とＹ方向をもって、各層
に対しスキン部形成処理。

【０１７４】 −歪み（Ｘ）＝１．９ミル（約０．０４８ｍｍ） −歪み（Ｙ）＝４．１ミル（約０．１０ｍｍ） 部品 ＧＢ３５４ 手前の物体、各層に対しスキン部形成処理、すべてＹ方
向スキンベクトル。

【０１７５】 −歪み（Ｘ）＝６．０ミル（約０．１５ｍｍ） −歪み（Ｙ）＝１．０ミル（約０．０２５ｍｍ） 奥側の物体、各層に対しスキン部形成処理、すべてＸ方
向スキンベクトル。

【０１７６】 −歪み（Ｘ）＝１．５ミル（約０．０３８ｍｍ） −歪み（Ｙ）＝７．５ミル（約０．１９ｍｍ） まとめて言えば、このデータは実質的分散を有するが、
対面する層においてＸ方向とＹ方向に交互に沿ってスキ
ン部形成処理を施すことは、各方向における歪みをある
程度低減させると思われると結論できる。

【０１７７】実施例ＩＩＩ 前記の実施例Ｉと実施例ＩＩに記載のものと類似の実験
が、各層においてＸ方向スキンベクトルとＹ方向スキン
ベクトルとの双方を提供することは、全般的にＸ方向と
Ｙ方向の双方において歪みを低減させることを示した。

【０１７８】また、前記の実施例Ｉと実施例ＩＩに記載
のものと類似の実験が、各断面においてＸ方向、６０°
方向および１２０°方向のハッチベクトルとともにＸ方
向スキンベクトルを提供することは、両方向における歪
みを実質的に低減させることを示した。

【０１７９】実施例ＩＶ ステレオリソグラフィー装置において、単一造形プロセ
スで４個の１”×１”（約２．５４ｃｍ四方）の正方形
を形成した。各正方形は６層の２０ミル（約０．５１ｍ
ｍ）層から成る。各層に対する構造支持部は、５０ミル
（約１．３ｍｍ）間隔のＸ方向ハッチとＹ方向ハッチか
ら成っていた。各正方形は１／４”（約０．６４ｃｍ）
間隔に配置されたウェブ格子によって支持された。これ
らのウェブはそれぞれ１０層の２０ミル（約０．５１ｍ
ｍ）層から成っていた。各正方形の上面には、標準的な
スキン部形成処理技法が適用された。従って該上面は、
Ｘ方向およびＹ方向ハッチの格子の上に、２ミル（約
０．０５１ｍｍ）間隔のＸ方向スキンベクトルを提供さ
れたことになる。支持体であるウェブの構造は符号１−
４、正方形パッチは符号５−８を付された（マージ順序
に従って）。

【０１８０】各正方形の第１層において、ある特定の露
出と、ある特定のスキン部形成処理技法およびそれに対
応する露出とを使用して、Ｘ方向ハッチおよびＹ方向ハ
ッチが適用された。第２乃至第６層は、境界ベクトルお
よびハッチベクトルについての標準的硬化深さである２
６ミル（約０．６６ｍｍ）硬化深さを与えられた。第１
層において、境界ベクトルは所望の全硬化深さを与えら
れたが、境界区域における多重露出を最小限にするため
のハッチベクトルとスキンベクトルの短縮は実施されな
かった。各パッチの第１層ごとに、スキン部形成処理／
露出技法を変更した。

【０１８１】正方形パッチ５：「下向き外面のスキン部
に対する標準的なアプローチ」 境界ベクトル＝２６ミル（約０．６６ｍｍ）硬化（ＳＰ
６５、ＳＳ２） Ｘ方向およびＹ方向ハッチベクトル＝２６ミル（約０．
６６ｍｍ）硬化（ＳＰ６５、ＳＳ２） Ｘ方向スキンベクトル＝ＳＳが２なら２６ミル（約０．
６６ｍｍ）である露出の、ＳＰの半分（ＳＰ３３，ＳＳ
１６）；ハッチベクトルと完全に同一となる箇所以外に
はギャップを有しない、２ミル（約０．０５１ｍｍ）間
隔のスキンベクトル。

【０１８２】Ｙ方向スキンベクトル＝なし。

【０１８３】正方形パッチ６：「少し過少露出されたス
キン部を含む下向き外面のスキン部」 Ｘ方向およびＹ方向ハッチベクトル＝２０ミル（約０．
５１ｍｍ）硬化（ＳＰ２９，ＳＳ２） 境界ベクトル＝２０ミル（約０．５１ｍｍ）（ＳＰ２
９，ＳＳ２） Ｘ方向スキンベクトル＝ＳＳが２なら１６ミル（約０．
４１ｍｍ）である硬化の、ＳＰ（ＳＰ１７、ＳＳ１
６）；平行に走るハッチベクトルから２ミル（約０．０
５１ｍｍ）および４ミル（約０．１０ｍｍ）の位置にあ
るベクトルが除去（これはハッチベクトルに最も近いス
キンベクトルが、ハッチベクトルから６ミル（約０．１
５ｍｍ）の位置にあることを意味する）された、２ミル
（約０．０５１ｍｍ）間隔のスキンベクトル。

【０１８４】Ｙ方向スキンベクトル＝ＳＳが２なら１６
ミル（約０．４１ｍｍ）である硬化の、ＳＰ（ＳＰ１
７、ＳＳ１６）；平行ハッチベクトルから２ミル（約
０．０５１ｍｍ）および４ミル（約０．１０ｍｍ）の位
置にあるベクトルが除去された、２ミル（約０．０５１
ｍｍ）間隔のスキンベクトル。

【０１８５】正方形パッチ７：「ハッチベクトル露出に
密接に嵌合したスキンベクトルの露出が行われる、下向
き外面のスキン部」 境界ベクトル＝２０ミル（約０．５１ｍｍ）（ＳＰ２
９，ＳＳ２） Ｘ方向およびＹ方向ハッチベクトル＝２０ミル（約０．
５１ｍｍ）硬化（ＳＰ２９，ＳＳ２） Ｘ方向スキンベクトル＝ＳＳが２なら２０ミル（約０．
５１ｍｍ）である硬化の、ＳＰ（ＳＰ２９、ＳＳ１
６）；平行ハッチベクトルから２ミル（約０．０５１ｍ
ｍ）および４ミル（約０．１０ｍｍ）の位置にあるベク
トルが除去された、２ミル（約０．０５１ｍｍ）間隔の
スキンベクトル。

【０１８６】Ｙ方向スキンベクトル＝ＳＳが２なら２０
ミル（約０．５１ｍｍ）である硬化の、ＳＰ（ＳＰ２
９、ＳＳ１６）；平行ハッチベクトルから２ミル（約
０．０５１ｍｍ）および４ミル（約０．１０ｍｍ）の位
置にあるベクトルが除去された、２ミル（約０．０５１
ｍｍ）間隔のスキンベクトル。

【０１８７】正方形パッチ８：「少し過剰露出されたス
キンベクトルを含む下向き外面のスキン部」 境界ベクトル＝２０ミル（約０．５１ｍｍ）（ＳＰ２
９，ＳＳ２） Ｘ方向およびＹ方向ハッチベクトル＝２０ミル（約０．
５１ｍｍ）硬化（ＳＰ２９，ＳＳ２） Ｘ方向スキンベクトル＝ＳＳが２なら２６ミル（約０．
６６ｍｍ）である硬化の、ＳＰ（ＳＰ６５、ＳＳ１
６）；平行ハッチベクトルから２ミル（約０．０５１ｍ
ｍ）および４ミル（約０．１０ｍｍ）の位置にあるベク
トルが除去された、２ミル（約０．０５１ｍｍ）間隔の
スキンベクトル。

【０１８８】Ｙ方向スキンベクトル＝ＳＳが２なら２６
ミル（約０．６６ｍｍ）である硬化の、ＳＰ（ＳＰ６
５、ＳＳ１６）；平行ハッチベクトルから２ミル（約
０．０５１ｍｍ）および４ミル（約０．１０ｍｍ）の位
置にあるベクトルが除去された、２ミル（約０．０５１
ｍｍ）間隔のスキンベクトル。

【０１８９】これらの４つの正方形パッチの形成後に、
これらのパッチを検査したが、いずれのパッチも歪みの
兆候を示さなかった。部品５は、ハッチがスキン部を越
えて突出した、代表的な大きなワッフル形状を示した。
部品６はハッチがスキン部を越えて突出した、より小さ
なワッフル形状を有していた。部品７は、ハッチとスキ
ン部が近似的に同一の水準まで硬化されていた。しかし
ハッチの側方部に沿った軽度の凸部と、ハッチの中心部
分における軽度の凹部があった。これは、スキン部が少
し過剰に硬化されたこと、およびハッチの適当な有効硬
化幅の範囲内ではスキン部が硬化されていないことを示
す。部品８のハッチの中心線は、スキン部、およびスキ
ン部とハッチの接合した盛り上がった重なり縁と比較し
て、陥没しているようであった。部品８における不連続
部分の大きさは、部品７のものより大きかった。図６ａ
乃至図６ｄはこれらのケースの断面図である。

【０１９０】引掻き試験は、部品７がほとんど平滑であ
り、部品８はわずかに粗く、部品６がこれより粗く、最
後に部品５が最も粗いことを示した。目視による検査
は、部品７が最もよく、次に部品８または６、最後に部
品５であることを示した。

【０１９１】この実験結果は、本発明の技法がワッフル
を大幅に低減させたことを示す。この試験に使用された
パラメータの場合は、ハッチ強度はスキン部を歪みなし
に支持するのに十分であるようであった。

【０１９２】実施例Ｖ この実験は、部品の垂直歪みを増大することなくまた追
加支持体の必要なく部品を形成するために、「織成」が
有効であることを示すために実施された。

【０１９３】この実験においては、織成形成技法におけ
るハッチベクトルの第１パスについて最も適当な硬化深
さを決定するために、８個の部品が形成された。これら
の部品は、ＸＢ−５０８１ステレオリソグラフィー樹脂
を使用し、１４．８ｍＷのＨｅＣｄレーザと８．７乃至
９．０ミル（約０．２２乃至０．２３ｍｍ）のビーム直
径によって、それぞれ１０ミル（約０．２５ｍｍ）の層
で形成された。これらの部品は、前述の織成実施態様に
よる境界ベクトルとＸ方向およびＹ方向ハッチベクトル
によって形成された。すなわち、ハッチベクトルの間隔
は、ベクトルの硬化に伴う硬化幅より少し大であった。
境界ベクトルは１６ミル（約０．４１ｍｍ）の硬化を与
えられ、ハッチベクトルの第１パスの硬化幅は部品ごと
に変動された。層間の接着は、境界の過剰硬化と、２つ
の同等に露出されたハッチベクトルの交差する対が成す
交差点の正味硬化深さ（過剰硬化）とによって実施され
た。各部品のハッチの第１パスの硬化深さは７、８、
９、１０、１１、１２、１３および１４ミル（約０．１
８、０．２０、０．２３、０．２５、０．２８、０．３
０、０．３３および０．３５ｍｍ）であった。それぞれ
７、８、９ミル（約０．１８、０．２０、０．２３ｍ
ｍ）の初期硬化深さを得るための初期ハッチ露出を受け
た部品は、カールの兆候を示すことなく十分な接着を示
した。１０ミル（約０．２５ｍｍ）以上の初期ハッチ硬
化深さで造形された部品は、許容不能のカールを示し
た。従って、好ましい織成実施態様におけるハッチベク
トルの第１露出は、層厚さ以下の硬化深さに基づかなけ
ればならないと結論される。小さな過剰硬化に対しては
顕著な層間接着を示さない材料については、層厚さより
少し大きい硬化深さも許容可能であると思われる。

【０１９４】「織成」形成法について使用される最も適
当なハッチ間隔を調べるために前記と同様の第２実験を
行った。使用された材料はＸＢ ５０８１、層厚さは１
０ミル（約０．２５ｍｍ）、境界の硬化深さは１２ミル
（約０．３０ｍｍ）、ハッチの第１硬化深さは８ミル
（約０．２０ｍｍ）、またビーム直径は８．８ミル（約
０．２２ｍｍ）（最大硬化深さ＝１０ミルすなわち約
０．２５ｍｍ）であった。それぞれの部品のハッチ間隔
は３，５，７，９，１１，１３，１５および１７ミル
（約０．０７６、０．１３、０．１８、０．２３、０．
２８、０．３３、０．３８および０．４３ｍｍ）であっ
た。１５ミルおよび１７ミル（約０．３８および０．４
３ｍｍ）の間隔で形成された部品は十分な構造一体性を
示さなかった。３，５，７および９ミル（約０．０７
６、０．１３、０．１８および０．２３ｍｍ）の間隔で
形成された部品は許容できないカールを示した。最後
に、１１ミルおよび１３ミル（約０．２８および０．３
３ｍｍ）の間隔で形成された部品（および１５ミルと１
７ミル（約０．３８および０．４３ｍｍ）の間隔で形成
された部品）は過度のカールの兆候を示さなかった。

【０１９５】実施例ＶＩ 好ましい「織成」形成法、標準の形成法、および標準間
隔であるが互い違いのハッチベクトルを用いた形成法を
それぞれ使用して形成された部品の、後硬化歪みを比較
するための実験を行った。

【０１９６】この実験においてはまず相異なる造形パラ
メータをもって一連の部品を造形した。これらの部品を
洗浄し、次に座標測定機（ＣＭＭ）で測定した。第１組
の測定は生部品（部分硬化部品）を測定した。次にこれ
らの部品を同様に後硬化し、つづいてＣＭＭにおいて各
部品の第２組の測定を行った。この第２組の測定では、
完全に硬化した部品を測定した。

【０１９７】この実験に使用された部品を図１５に示
す。図１５ａは相互に小間隔で並置された２つの垂直壁
体を示す。各壁体５３０の高さは１．０００インチ（約
２．５４ｃｍ）であった。これらの部品は、造形プラッ
トフォーム（図示されず）に取り付けられた支持体であ
るウェブに取り付けられたまま、造形され測定された。
図１５ｂは２つの壁体の平面図である。壁体の長さ５１
０は４．０００インチ（約１０．１２ｃｍ）であった。
各壁体の幅５００は０．１００インチ（約０．２５４ｃ
ｍ）、また壁体間隔５２０は０．０５０インチ（約０．
１２７ｃｍ）であった。実質的に背中合わせにされた２
つの壁体を造形することは、それぞれの壁体が壁体の片
方の側からくる相乗刺激によって後硬化されることを可
能とした。このような片方の側からの硬化の結果、予想
済みの物体の不均一硬化を生じ、従って予想済みの歪み
方向を生じた。また図１５ｂには、各壁体についてＣＭ
Ｍによって行われる測定を示す。測定５４０，５５０，
５７０および５８０は壁体の縁から約５０ミル（０．０
５０インチすなわち約１．３ｍｍ）、また壁体の上面か
ら約１００ミル（約２．５ｍｍ）の位置で実施された。
測定５６０と５９０は、上記と同じ壁体の縁上におい
て、壁体の上面から約１００ミル（約２．５ｍｍ）下方
で実施された。測定５６０と５９０は、上記と同じ壁体
の縁に沿って、それぞれ測定５４０、５５０および５７
０、５８０と同一の垂直位置で実施された。これらの測
定５６０、５９０は、壁体の縁に水平な方向上の中心に
おいて実施された。

【０１９８】図１５ｃは後硬化によって誘発された壁体
の歪みを示す。この図１５ｃは壁体の平面図である。破
線６００と６１０は壁体の所望形状を示す。これに対し
て実線は壁体の実際形状を示す。第１の壁体の歪みを測
定するため、測定点５４０と５５０は直線によって結ば
れている。歪みの量６３０は、この直線と点５６０との
間の垂直間隔の長さである。第２の壁体の歪みを測定す
るため、測定点５７０と５８０は直線によって結ばれて
いる。歪みの量６５０は、この直線と点５９０との間の
垂直間隔である。

【０１９９】これらの部品は３Ｄシステムズ社製の標準
型ＳＬＡ−２５０において、ＨｅＣｄレーザと、チバガ
イギー社製の造形材料「ＸＢ−５０８１」とを使用して
実施された。後硬化は１０−４０ワットのブラックライ
トランプ（米国特願０７／４１５，１３４号に記載）を
使用してＰＣＡの中で実施された。部品の洗浄はアルコ
ール浴の中で２分間超音波処理で実施された。標準的な
形成技法を使用して８対の部品を形成した（すなわち、
部品の上向き外面区域と下向き外面区域のみにスキン部
形成処理を施し、部品の内部構造を形成するために広い
間隔のハッチを使用する方法）。４対の部品は、標準形
成技術において、層ごとにハッチベクトルの位置を互い
違いにされて造形された。２組の部品は織成アプローチ
によって形成された。

【０２００】生部品の測定から、すべての部品は処理浴
から取り出して洗浄した後において、実際上歪みを有し
ないことが発見された。この段階における各部品の歪み
は１ミル（約０．０２５ｍｍ）未満であった。従って後
硬化歪みを研究するためには、後硬化歪みデータのみを
見ればよい。

【０２０１】その実験結果は下記である。

【０２０２】 造形法 平均の歪み 通常のハッチベクトル １２．５２ミル（約０．３２ｍｍ） 互い違いのハッチベクトル ８．１１ミル（約０．２１ｍｍ） 織成 １．７６ミル（約０．０４５ｍｍ） この表から明らかなように、互い違いのハッチベクトル
と織成による技法は、後硬化歪を実質的に低減させる。
特に織成がこの歪みを低減させるために有効であると思
われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】それぞれ（ａ）境界ベクトルのみ、（ｂ）ハッ
チベクトルのみ、（ｃ）スキンベクトルのみおよび
（ｄ）以上のべクトルの組合わせを示し、断面の各区域
における造形材料の多重露出を補正していない層の平面
図

【図２】それぞれ（ａ）図１ｄの繰返し、（ｂ）図２ａ
の２ｂ−２ｂ線に沿った断面図、（ｃ）２ｃ−２ｃ線に
沿った断面図、（ｄ）２ｄ−２ｄ線に沿った断面図

【図３】本発明による（ａ）境界ベクトルのみを備えた
層、（ｂ）ハッチベクトルのみを備えた層、（ｃ）第１
の型のスキンベクトルを備えた層、（ｄ）第２の型のス
キンベクトルを備えた層、および（ｅ）以上のベクトル
の組合わせを備えた層を示す図

【図４】それぞれ（ａ）図３ｅの繰返し、（ｂ）図４ａ
の４ｂ−４ｂ線に沿った断面図、（ｃ）４ｃ−４ｃ線に
沿った断面図、および（ｄ）４ｄ−４ｄ線に沿った断面
図

【図５】それぞれ単一のベクトルによる硬化に対応する
「ストリング」のプロファイルを示す斜視図および断面
図

【図６】図６ａから図６ｄは、それぞれ下記の実施例Ｉ
Ｉによって作られた部品の下向き外面の輪郭を示す断面
図

【図７】従来のベクトル順序付け技法と本発明による好
ましい実施例のベクトル順序付け技法とを比較する図で
あって、図７ａはベクトルの順次的順序を示す断面図、
図７ｂは２本のパスで断面を充填する非順次的順序を示
す断面図、図７ｃは３本のパスで断面を充填する非順次
的順序を示す断面図

【図８Ａ】本発明による「織成」形成実施態様において
使用されるベクトルと硬化深さを示す図であって、図８
ａ、図８ｃおよび図８ｅはそれぞれ境界ベクトル、Ｘ方
向ハッチベクトルおよびＹ方向ハッチベクトルの平面
図、図８ｂ、図８ｄおよび図８ｆはそれら各々に対応す
る断面図

【図８Ｂ】図８ｇは図８ａ、図８ｃおよび図８ｅの個々
のベクトル型により硬化された材料を組み合わせて得ら
れた断面の平面図、図８ｈと図８ｉはそれぞれ８ｈ−８
ｈ断面図、８ｉ−８ｉ断面図

【図９】境界ベクトルおよびハッチベクトルの配置を示
す断面図であって、図９ａは各層におけるハッチが互い
に積み重ねられた状態を示し、図９ｂはハッチの位置が
層ごとにずらされた状態を示す断面図

【図１０】本発明の第７実施態様によって硬化されたブ
リットの配置を示し、図１０ａは第１の断面において硬
化された境界ベクトルおよびブリットの平面図、図１０
ｂは第２の断面において硬化された境界およびブリット
の平面図、図１０ｃは上下に配置された５断面上の境界
とブリットを示す断面図

【図１１】本発明の第８実施態様を実施する際に形成さ
れたブリットの重なり合い状態を示す断面図

【図１２】本発明による「スキン連続法」を試験するた
めに実施例１において使用された三次元物体を示す斜視
図

【図１３】図１２の部品の最上層の平面図であって、こ
の部品に対して加えられた測定点を示す図

【図１４】それぞれＣＡＤ設計物体と、本発明の第１実
施態様によって複製された物体の断面

【図１５】実施例ＶＩの実験に使用された部品を示し、
図１５ａはこの部品の三次元図、図１５ｂは部品の平面
図、図１５ｃは後硬化後の部品の歪みを示す平面図

【図１６】物体の上向き外面と下向き外面を区別する目
的で示した物体断面の例であって、図１６ａは物体の水
平断面図、図１６ｂは物体の垂直断面図、図１６ｂ’は
中央断面のサブ区域を示した垂直断面図

【図１７Ａ】図１７ａから図１７ｃは、タイル張りパタ
ーン形成用の各種パターンおよびタイル形状と、各パタ
ーン／タイル形状の組合せに付随する易曲げ軸線／難曲
げ軸線とを示す図

【図１７Ｂ】図１７ｄおよび図１７ｅは、タイル張りパ
ターン形成用の各種パターンおよびタイル形状と、各パ
ターン／タイル形状の組合せに付随する易曲げ軸線を示
す図

【図１７Ｃ】図１７ｆおよび図１７ｇは、タイル張りパ
ターン形成用の各種パターンおよびタイル形状と、各パ
ターン／タイル形状の組合せに付随する易曲げ軸線を示
す図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チャールズ ウイリアム ハル アメリカ合衆国カリフォルニア州、サン タ、クラリタ、エヌ．タマラック、レイ ン、28155 (72)発明者 デニス ローレット スモーリー アメリカ合衆国カリフォルニア州、ボー ルドウィン、パーク、ロサンゼルス、ス トリート、14131 (72)発明者 ジョセフ ウォルター アリソン アメリカ合衆国カリフォルニア州、バレ ンシア、セナ、コート、27156 (56)参考文献 特開 昭63−72526（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−232026（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 67/00

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 三次元物体に対応するデータにしたがっ
   て、相乗刺激への露出により硬化可能な媒質から、層毎
   に該三次元物体の少なくとも一部を形成する方法であっ
   て、 a) 前記三次元物体の先に硬化された層上に前記媒質の
   層を施す工程と、 b) 該層を前記相乗刺激に選択的に露出して、該層の少
   なくとも一部を、硬化された複数のタイル状区域が配置
   されたタイル張りパターン状に硬化することにより、前
   記三次元物体の１つの層を形成する工程と、 c) 前記三次元物体の前記少なくとも一部が形成される
   まで、後に形成される層について前記工程a)およびb)を
   繰り返す工程を含み、 前記工程b)において硬化される前記複数のタイル状区域
   間の間隙を、少なくとも一部、未硬化の状態あるいは前
   記複数のタイル状区域よりも弱く硬化された状態に残し
   たまま、次の層の形成に進むことを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 前記間隙の幅が前記複数のタイル状区域
   の各々の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１項記載
   の方法。
3. 【請求項３】 三次元物体に対応するデータにしたがっ
   て、相乗刺激のビームへの露出により硬化可能な媒質か
   ら、層毎に該三次元物体の少なくとも一部を形成する方
   法であって、 a) 前記三次元物体の先に硬化された層上に前記媒質の
   層を施す工程と、 b) 該層を前記ビームの走査により選択的に露出して、
   該層の少なくとも一部を、第1の露出により硬化された
   複数のタイル状区域が配置されたタイル張りパターン状
   に硬化する工程と、 c) 前記第１の露出により硬化された前記複数のタイル
   状区域の収縮が実質的に完了した後に、前記ビームをさ
   らに走査して、前記複数のタイル状区域間の間隙を、少
   なくとも一部、第２の露出により硬化する工程と、 d) 前記三次元物体の前記少なくとも一部が形成される
   まで、後に形成される層について前記工程a)、b)および
   c)を繰り返す工程を含み、 前記複数のタイル状区域の各々が前記間隙により互いに
   隔てられており、前記間隙の幅が前記複数のタイル状区
   域の各々の幅よりも狭いことを特徴とする方法。
4. 【請求項４】 前記第２の露出が、前記第１の露出より
   も低い露出であることを特徴とする請求項３記載の方
   法。
5. 【請求項５】 後に形成される層上において、前記複数
   のタイル状区域の少なくとも一部が、前記先に硬化され
   た層上の前記複数のタイル状区域の少なくとも一部から
   ずらされて配置されることを特徴とする請求項１から４
   いずれか１項記載の方法。
6. 【請求項６】 前記複数のタイル状区域の少なくともい
   くつかが、正方形、矩形、三角形、六角形、および任意
   の他の多角形からなる群より選択される形状に硬化され
   ることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の
   方法。
7. 【請求項７】 前記複数のタイル状区域の硬化が、織成
   (weave)、スモーリー(smalleys)、リベット(rivets)、
   ウェブ(webs)、マルチパス(multipass)およびそれらの
   組合せからなる群より選択される技法を用いて行われる
   ことを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載の方
   法。
8. 【請求項８】 三次元物体に対応するデータにしたがっ
   て、相乗刺激への露出により硬化可能な媒質から、層毎
   に該三次元物体の少なくとも一部を形成する装置であっ
   て、 a) 前記三次元物体の先に硬化された層上に前記媒質の
   層を施す手段、 b) 該層を前記相乗刺激に選択的に露出して、該層の少
   なくとも一部を、硬化された複数のタイル状区域が配置
   されたタイル張りパターン状に硬化することにより、前
   記三次元物体の１つの層を形成する手段、および c) 前記三次元物体の前記少なくとも一部が形成される
   まで、後に形成される層について前記手段a)およびb)を
   繰り返し操作する手段を含み、 前記手段b)により硬化される前記複数のタイル状区域間
   の間隙を、少なくとも一部、未硬化の状態あるいは前記
   複数のタイル状区域よりも弱く硬化された状態に残した
   まま、次の層の形成に進むことを特徴とする装置。
9. 【請求項９】 前記間隙の幅が前記複数のタイル状区域
   の各々の幅よりも狭いことを特徴とする請求項８項記載
   の装置。
10. 【請求項１０】 三次元物体に対応するデータにしたが
    って、相乗刺激のビームへの露出により硬化可能な媒質
    から、層毎に該三次元物体の少なくとも一部を形成する
    装置であって、 a) 前記三次元物体の先に硬化された層上に前記媒質の
    層を施す手段、 b) 該層を前記ビームの走査により選択的に露出して、
    該層の少なくとも一部を、第1の露出により硬化された
    複数のタイル状区域が配置されたタイル張りパターン状
    に硬化し、前記第１の露出により硬化された前記複数の
    タイル状区域の収縮が実質的に完了した後に、前記ビー
    ムをさらに走査して、前記複数のタイル状区域間の間隙
    を、少なくとも一部、第２の露出により硬化することに
    より、前記三次元物体の１つの層を形成する手段、およ
    び c) 前記三次元物体の前記少なくとも一部が形成される
    まで、後に形成される層について前記手段a)およびb)を
    繰り返し操作する手段を含み、 前記複数のタイル状区域の各々が前記間隙により互いに
    隔てられており、前記間隙の幅が前記複数のタイル状区
    域の各々の幅よりも狭いことを特徴とする装置。
11. 【請求項１１】 前記第２の露出が、前記第１の露出よ
    りも低い露出であることを特徴とする請求項１０記載の
    装置。
12. 【請求項１２】 後に形成される層上において、前記複
    数のタイル状区域の少なくとも一部が、前記先に硬化さ
    れた層上の前記複数のタイル状区域の少なくとも一部か
    らずらされて配置されることを特徴とする請求項８から
    １１いずれか１項記載の装置。
13. 【請求項１３】 前記複数のタイル状区域の少なくとも
    いくつかが、正方形、矩形、三角形、六角形、および任
    意の他の多角形からなる群より選択される形状に硬化さ
    れることを特徴とする請求項８から１２いずれか１項記
    載の装置。
14. 【請求項１４】 前記複数のタイル状区域の硬化が、織
    成(weave)、スモーリー(smalleys)、リベット(rivet
    s)、ウェブ(webs)、マルチパス(multipass)およびそれ
    らの組合せからなる群より選択される技法を用いて行わ
    れることを特徴とする請求項８から１３いずれか１項記
    載の装置。