JP3444740B2 - 三次元物体を製造する装置および方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】この発明は硬化し得る流体媒質か
ら三次元の物体を製造する方法と装置、特に高精度の三
次元物体を光造形法により正確に形成する三次元物体の
製造方法および装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】プラスチックからなる部品等を製造する
場合、まず部品を設計した後、苦労してこの部品の原型
を作るのが普通である。これにはかなりの時間、労力お
よび費用がかかる。その後、この設計を検討し、設計が
最適になるまで、この手間のかかる過程を何回も繰返す
場合が多い。設計が最適になった後に、次の工程として
生産に入る。大抵の生産では、プラスチック部品は射出
成形される。設計の時間および型のコストが非常に高い
から、射出プラスチック部品は大量生産した場合にしか
実用的にならないのが普通である。プラスチック部品を
製造するために、直接的な機械加工、真空成形および直
接成形のような他の方法を利用することもできる。しか
し、これらの方法は、短期間に生産したい場合にだけコ
スト効果があるのが普通であり、製造された部品は射出
成形部品よりも品質が劣る。 【０００３】最近、流体媒質の中で三次元の物体を作成
する非常に良い方法が開発された。流体媒質の三次元の
容積内で選択的に焦点を結ぶ放射ビームにより、流体媒
質が選択的に硬化させられる。このような三次元の物体
を作成する装置の典型が米国特許第2,775,785 号、第4,
041,476 号、同第4,078,229 号、同第4,238,840 号、同
第4,288,861 号、特開昭56−144478号公報に記載されて
いる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】このような三次元作成
装置において、実用上の大きな課題は分解能を向上させ
るということである。すなわち、断面層の厚さをできる
限り小さくして作成される三次元物体の精度を高くする
ことが望まれる。しかし、これには単に断面層の厚さを
小さくするだけでは、実際精度の高い物体は得られない
ことが判明した。 【０００５】これには、次のような原因があることが分
かった。すなわち、硬化される媒体を載置する昇降台が
液体内を上下に移動すると、液体の容積が変化し、それ
により液位が変化する。硬化する液体の層の厚さは、所
定の作業液面下に形成された直前の層の深さによっても
決まるので、もし、液位が一定に保たれていないと、実
際に形成される層の厚さは、所望の層の厚さより異なっ
てしまい正確な厚さの層が形成されない。 【０００６】本発明は、上記のような精度に影響する要
因を考慮し、硬化し得る流体媒質から光造形法により三
次元の物体を形成する方法および装置において、流体媒
質の液位を一定に調整し、従来実現できなかった高精度
の三次元物体の製造方法および装置を提供することを目
的とするものである。 【０００７】 【課題を解決するための手段および作用】本発明による
三次元物体を製造する方法は、硬化手段により硬化可能
な流体媒質の表面層を選択的に硬化させ、硬化層を形成
することにより重畳されて硬化された層から三次元物体
を製造する方法であって、流体媒質を提供し、該流体媒
質の作業面)に硬化手段であるビームの焦点を位置させ
て以前に硬化された層の上に硬化層を形成し、製造中の
物体を前記作業面から段階的に離れるように移動させ
て、各々の段階的な移動の後に選択的な硬化を行うため
に新たな流体媒質を以前に硬化された層の上に導入する
各工程からなる方法において、該新たな流体媒質の液位
を検出し、この液位を前記作業面に一致するように調節
することを特徴とするものである。 【０００８】また、本発明による三次元物体を製造する
装置は、硬化手段により硬化可能な流体媒質の表面層を
選択的に硬化させ、硬化層を形成することにより重畳さ
れて硬化された層から三次元物体を製造する装置であっ
て、流体媒質を収容する容器、該流体媒質の作業面に硬
化手段であるビームの焦点を位置させて以前に硬化され
た層の上に硬化層を形成する手段、該作業面に関して移
動するように取り付けられて、製造中の前記物体を支持
する支持手段、および該支持手段を前記作業面から段階
的に離れるように移動させて、各々の段階的な移動の後
に選択的な硬化を行うために新たな流体媒質を以前に硬
化された層の上に導入できるようにする制御手段を備え
た装置において、該新たな流体媒質の液位を検出する検
出手段、およびこの新たな流体媒質の検出された液位に
応答して、該液位を前記作業面に一致するように調節す
る調節手段を備えることを特徴とするものである。 【０００９】すなわち、本発明は、硬化用照射に露出す
ることにより硬化し得る流体媒質を使用し三次元物体を
製造する技術において、流体媒質の表面を硬化用照射に
露出する際、流体媒質の液位を硬化ビームの焦点が位置
する作業面に高精度で維持するよう、液位を検出し制御
するようにしたことを特徴とするものである。 【００１０】本発明によれば流体媒質の液位を高精度で
作業面に維持することができるので、常に一定の厚さの
層を硬化して積層することができ、精度の高いすなわち
設計に忠実な物体を作成することができる。 【００１１】ここで「硬化手段により硬化可能な流体媒
質の表面層を選択的に硬化させ、硬化層を形成すること
により重畳されて硬化された層から三次元物体を製造す
る」とは、硬化し得る材料、例えば紫外線で硬化し得る
材料の薄い層を順次積層し、硬化することにより、三次
元物体を作ることを意味する。すなわち、ＵＶ（紫外
線）で硬化し得る液体の面または層を照らすプログラム
されたＵＶ光の可動スポット・ビームを使って、液体の
表面に物体の固体断面を形成する。その後、物体をプロ
グラムされた形で、一層の厚さだけ液体の表面から遠ざ
け、その後、次の断面を形成し、その直ぐ前の層に接着
して物体を構成する。物体全体が形成されるまで、この
工程を続ける。 【００１２】この発明の方法により、ほぼあらゆる形の
物体を作ることができる。複雑な形は、計算機を使うこ
とによって作ることが一層容易になる。 【００１３】本発明の実施に際しては、所定のエネルギ
ーに応答して硬化し得る流体媒質を最初に任意の適当な
容器の中に収容して、その流体媒質に断面層を一層ずつ
作成することのできるような所定の作業面を規定する。
その後、紫外線のスポット等のような適当な種類の相乗
的なエネルギーをグラフィック・パターンとして流体媒
質のその特定された作業面に適用し、この面に薄い固体
の層を形成する。各層が作ろうとする三次元の物体の隣
接する断面を表す隣接した多数の層を、それらが形成さ
れたときに、互いに重畳することが自動的に行なわれ
て、層を一体化し、所望の三次元の物体を形成する。こ
こで流体媒質が硬化し、固体材料が作業面で薄い積層板
として形成されるとき、最初の積層板が固定されている
適当な台を任意の適当な作動装置により、典型的には全
てマイクロコンピュータ等の制御の下に、プログラムさ
れた形で作業面から遠ざける。このようにして、最初に
作業面に形成された固体材料がこの面から遠ざけられ、
新しい液体が作業面の位置に流れ込む。この新しい液体
の一部分がプログラムされたＵＶ光スポットによって固
体材料に変換されて新しい積層板（層）を形成し、この
新しい層がそれに隣接する材料、すなわち、直前に形成
された層に接着によって接合される。三次元の物体全体
が形成されるまで、この工程が続けられる。その後、形
成された物体を容器から取り出し、最初の物体と同一の
別の物体、または計算機によって創造された全く新しい
物体を作ることができる。 【００１４】この発明の三次元物体の製造方法および装
置は、プラスチックの物体を作成するために現在使われ
ている方法に比べて、多くの利点がある。すなわちこの
発明の方法は、設計したり図面を作成したり、加工のた
めの図面および工具を作る必要がない。設計者は直接的
に計算機および三次元物体の製造装置において作業する
ことができ、計算機の出力スクリーンに図形で表示され
た設計に満足したとき、直接的に検査するために部品を
製造することができる。設計を修正しなければならない
場合、これは計算機を通じて容易に行なうことができ、
その後、設計変更が正しかったことを確かめるために、
もう１つの部品を作ることができる。設計において相互
作用する設計パラメータをもつ幾つかの部品が必要にな
る場合、部品の全ての設計を迅速に変更して再び作成
し、その組立体全体を、必要があれば繰返し作って検査
することができるので、この発明の方法はさらに有用で
ある。 【００１５】設計が完了した後、部品の製造を直ちに開
始することができるので、設計と製造の間の何週間も何
ヶ月もの所要期間が避けられる。最終的な生産速度およ
び部品のコストは、短期の生産の現在の射出成形のコス
トと同様にすべきであり、射出成形の場合より労働のコ
ストは一層低くなる。射出成形は、多数の同一の部品を
必要とするときだけ経済的である。工具の必要がなく、
生産の設定時間がごく短いことから、三次元物体の製造
は短期の生産に有用である。同様に、この方法を用いる
と、設計の変更および注文部品の製造が容易になる。部
品を製造するのが容易であるため、この三次元物体の製
造により、現在金属または他の材料の部品が使われてい
る多くの箇所に、プラスチックの部品を使うことができ
るようになる。さらに、高価な金属品またはその他の材
料の製品を作ることを決定する前に、プラスチックのモ
デルを素早くかつ経済的に作ることができる。 【００１６】従って、この発明の三次元物体の製造方法
および装置は三次元のプラスチックの部品等を速やか
に、確実に、正確にかつ経済的に設計して製造すること
ができるＣＡＤまたはＣＡＭシステムに対する長い間存
在した要望に応えるものである。 【００１７】この発明の上記並びにその他の目的および
利点は、以下図面について詳しく説明するところからさ
らに明らかになろう。 【００１８】 【実施例】次に図面について本発明の実施例を説明す
る。図１および図２は、三次元物体の製造によって三次
元の物体を作成するこの発明の基本的な方法と装置を示
すフローチャートである。 【００１９】紫外線（ＵＶ）の照射、電子ビーム、可視
光、非可視光の照射のようなエネルギーにより、固定重
合体プラスチックに変化するように誘発することができ
る数多くの液体状態の化学材料が知られている。ＵＶ硬
化性樹脂はその代表的なものである。 【００２０】三次元物体の製造は種々の方式を用いて、
グラフィックな物体を再生する技術である。現在、例と
しては、微小電子回路の製造に使われるような写真の複
製、ゼログラフィおよびマイクロ製版がある。プロッタ
または陰極線管に表示された計算機で発生されたグラフ
ィックもリトグラフィー形式であり、像は計算機で符号
化された物体の映像である。 【００２１】計算機の支援による設計（ＣＡＤ）および
計算機の支援による製造（ＣＡＭ）は、計算機の能力を
設計および製造の工程に応用する技術である。ＣＡＤの
典型的な例は、電子プリント配線の設計の分野である。
計算機およびプロッタに設計パラメータがデータとして
入力されると印刷配線板の設計を描くＣＡＭの典型的な
例として、数値制御のフライス盤が知られている。適当
なプログラミング命令が与えられると、計算機およびフ
ライス盤が金属部品を加工する。ＣＡＤもＣＡＭも急速
に成長している技術である。 【００２２】図１には、この発明による三次元物体の製
造方法の概要が説明されている。図１の工程１０は、形
成しようとする三次元の物体の断面を表す個別の層を作
成することを表す。工程１１は、工程１０が正しく行な
われた場合にだけ行なわれるのが普通であるが、相次い
で形成された隣接する薄層を組み合せて、装置のプログ
ラムされた所望の三次元の物体を形成し、選択的に硬化
を行なわせる。このため、この発明の三次元物体の製造
装置は、入射する放射、電子ビーム、その他の粒子の照
射のような適当なエネルギーに応答して、硬化する流体
媒質、例えばＵＶ硬化性液体等の選ばれた面に、形成し
ようとする物体の断面パターンを作ることにより、三次
元の物体を作成する。物体の相次ぐ隣接した断面を表
す、相次ぐ隣接した層が自動的に形成され、一体化され
て、物体の段階的な層状のすなわち薄層形の構成を作
り、このような形成工程の間、流体媒質の略平面状すな
わちシート状の面から三次元の物体が形成されかつ引き
上げられる。 【００２３】上述した方法が図２にさらに詳しく述べら
れている。図２では、工程１２で、所定の反応性エネル
ギーに応答して凝固し得る流体媒質を収容することが要
求される。工程１３は、このエネルギーを選定された流
体表面にグラフィック・パターンとして適用して、その
表面に薄い固体の個別の層を形成する。各層が作ろうと
する三次元の物体の隣接する断面を表す。このような各
々の層は、形成される三次元の物体の分解能を最大にす
るとともに正確に再現しさらに作成時間を短縮するため
に、この発明を実施する間、できるだけ薄く作ることが
望ましい。このため、理想的な理論的な状態は、流体媒
質の選定された作業面だけで物体が作られて、無限の数
の層が得られるようにし、各々の層の厚さがゼロよりも
極く僅かしか大きくない硬化した深さをもつようにする
ことである。このように薄い層とすることにより形成さ
れる物体の精度を向上させることができるとともに、面
に支持体のない成形部の形成が可能となる。勿論、この
発明を実際に用いるとき、各々の層は薄い層ではある
が、断面を形成して形成される物体の他の断面を限定す
る隣接する積層版に接着する際に適当な結合性をもつ位
の厚さとする。 【００２４】図２の工程１４では、相次ぐ隣接した層を
それらが形成されたときに互いに重畳して、種々の層を
一体化して、所望の三次元の物体を形成する。この発明
を普通に実施するとき、流体媒質が硬化し、固体材料が
形成されて、１つの層を構成するとき、その層を流体媒
質の作業面から遠ざけ、前に形成された層に代わる新し
い液体の中に次の層が形成され、このため、各々の相次
ぐ層が他の全ての断面層と重畳されて（硬化した流体媒
質の自然の接着性によって）一体となる。このため、こ
のような断面層を製造する工程は、三次元の物体全体が
形成されるまで何回も繰り返される。その後、物体を液
の中から取り出し、装置は別の物体を製造する用意がで
きる。この物体は、前の物体と同一であってもよいし、
あるいは三次元物体の製造装置を制御するプログラムを
取り替えることにより、全く新しい物体にすることがで
きる。 【００２５】図３から図５は、図１と図２のフローチャ
ートで示した三次元物体の製造方法を実施するのに適し
た種々の装置を示している。 【００２６】前に述べたように、「三次元物体の製造」
は、硬化性材料、例えばＵＶ硬化性材料の薄い層を積層
し、硬化することによって、固体の物体を作る方法およ
び装置である。ＵＶ硬化性液体の表面または層を照らす
ＵＶ光のプログラムされた可動スポット・ビームを使っ
て、液体の表面に物体の固体断面を形成する。この後、
プログラムされた形で、一層の厚さだけ物体を液体の表
面から遠ざけ、次の断面を形成し、直前の層と接着して
物体を形成する。物体全体が形成されるまで、この工程
を続ける。 【００２７】この発明の方法により、ほぼあらゆる形式
の物体の形を作ることができる。プログラム命令を発生
して、このプログラム信号を三次元物体の製造装置に送
るのに計算機を使うことにより、複雑な形を一層容易に
作ることができる。 【００２８】現在、好ましいと考えられる実施例の三次
元物体の製造装置が図３に側断面図で示されている。容
器２１にＵＶ硬化性液体２２等を充填し、選定された作
業面２３を定める。紫外線２６等の制御可能な照射源が
面２３の平面内に紫外線スポット２７を作る。光源２６
の一部分である鏡、その他の光学または機械的な素子
（図示せず）の移動により、スポット２７は面２３にわ
たって移動し得る。面２３上のスポット２７の位置が計
算機２８によって制御される。容器２１の内側にある可
動の昇降台２９は選択的に昇降することができる。台２
９の位置は計算機２８によって制御される。この装置が
動作するとき、３０ａ，３０ｂ，３０ｃに示すような一
体化した層を段階的に積み上げることにより三次元の物
体３０が形成される。 【００２９】ＵＶ硬化性液体２２の表面は容器２１内の
一定の高さの所に保たれ、この液体を硬化させ固体材料
に変換する強度をもつＵＶ光のスポット２７またはその
他の適当な種類の反応性エネルギーを作業面２３にわた
って移動する。液体２２が硬化して固体材料が形成され
るとき、最初は作業面２３の直ぐ下にあった昇降台２９
を適当な作動装置によって、プログラムされた形でこの
作業面から下に降げる。このようにして、最初に形成さ
れた固体材料は面２３の下に来るようになり、新しい液
体２２が面２３に流れ込む。この新しい液体の一部分が
プログラムされたＵＶ光スポット２７によって固体材料
に変換され、この新しい材料がその下にある材料と接着
によって接合される。三次元の物体３０の全体が形成さ
れるまで、この工程を続ける。その後、物体３０を容器
２１から取出し、装置は別の物体を作る用意ができる。
その後、もう１つの物体が作ることができ、あるいは計
算機２８のプログラムを取り替えることにより、新しい
物体を作ることができる。 【００３０】硬化性液体２２、例えばＵＶ硬化性液体
は、次のような幾つかの重要な性質を持っていなければ
ならない。 （Ａ）物体を形成する時間が実用的な長さに（短く）な
るように、利用し得るＵＶ光源で早く硬化しなければな
らない。 （Ｂ）接着性があって、相次ぐ層が互いに接着しなけれ
ばならない。 （Ｃ）粘度が十分低く、昇降台が物体を動かしたとき、
新鮮な液体材料が面に素早く流れ込まなければならな
い。 （Ｄ）ＵＶを吸収して形成された層が適度に薄くならな
ければならない。 （Ｅ）液体状態である溶媒に適度に可溶性であり、固体
状態では同じ溶媒に対して適度に不溶性であって、物体
が形成された後、物体からＵＶ硬化性液体および途中ま
で硬化した液体を洗い落とすことができなければならな
い。 （Ｆ）できるだけ無毒性で非刺激性でなければならな
い。 【００３１】硬化した材料は一旦それが固体状態になっ
たとき、所望の性質をもっていなければならない。すな
わち、他のプラスチック材料を普通に使う場合と同じ
で、用途に関係する。色、生地、強度、電気的な性質、
可燃性および可撓性を考慮すべきである。さらに、多く
の場合、材料のコストも重要である。 【００３２】実用的な三次元物体の製造装置（例を図３
に示す）の現在好ましいと考えられる実施例で使われた
ＵＶ硬化性材料は、ロックタイト・リミテッド（Loctit
e Ltd.）によって製造される変性アクリレートであるポ
ッティング・コンパウンド（Potting Compound）３６３
である。この典型的なＵＶ硬化性材料を作る方法は、米
国特許第4,100,141号に記載されている。 【００３３】光源２６は、物体の所望の細部を形成する
ことができる位に小さく、かつ使われるＵＶ硬化性液体
を実用的になる位に敏速に硬化させる位の強さをもつＵ
Ｖ光のスポット２７を発生する。源２６はオンおよびオ
フに転ずるとともに、集束スポット２７が液体２２の面
２３を横切って移動するようにプログラムすることがで
きるように構成される。このため、スポット２７が移動
するとき、それが液体２２を固体に硬化させ、チャート
式記録装置または製図装置がペンを使って紙の上にパタ
ーンを描くのとほぼ同じように、面の上に固体パターン
を描く。 【００３４】現在好ましいと考えられる実施例の三次元
物体の製造装置の光源２６は、ハウジング内にある３５
０ワットの短アーク水銀灯で、ハウジングの光出力を直
径１mmのＵＶ透過性光学繊維束（図に示してない）の端
に集束した。水銀灯に近い方の束の端を水冷し、灯と束
の端の間に電子的に制御されるシャッタ・プレートを設
け、束を通る光をオンおよびオフに転ずることができる
ようにした。束の長さ１ｍであり、光出力は、ＵＶをス
ポットに集束するために石英レンズをもつレンズ管に送
り込んだ。光源２６は直径１mmより若干小さいスポット
を発生することができ、約１ワット／cm^３ の長波ＵＶ
強度をもっている。 【００３５】図３の装置では、面２３を一定の高さに保
ち、物体を取り去った後、この材料を補給する手段を設
けて、焦点スポット２７が一定の焦点平面に鮮鋭に合焦
点状態に停止し、作業面に沿って薄い層を形成する際の
分解能を最大になるようにする。この場合、作業面２３
に強度の大きい領域が得られるように焦点を形成し、急
速に低い強度に発散して、硬化工程の深さを制限して、
形成する物体に対して適当な最も薄い断面層が得られる
ようにするのが望ましい。これは、焦点距離の短いレン
ズを使い、源２６をできるだけ作業面に近づけて、流体
媒質に入る焦点コーンにおける発散が最大になるように
して達成するのが最もよい。その結果、分解能が実質的
に高くなる。 【００３６】ヒューレット・パッカード社によって製造
されるＨ−Ｐ９８７２型ディジタル・プロッタ（図示せ
ず）を用いて、光源２６を移動する。レンズ管をプロッ
タのペン・カートリッジに取付け、普通のグラフィック
指令を用いて、計算機２８によってプロッタを駆動す
る。シャッタは、計算機の指令を使って、Ｈ−Ｐ３４９
７型データ収集／制御装置によって制御する。 【００３７】物理的にこの他の形の光源２６またはその
均等物を用いることができる。走査は光走査器を用いて
行なうことができ、こうすれば光学繊維束およびディジ
タル・プロッタが不要となる。最終的には、ＵＶレーザ
が短アーク灯よりも一層良い光源になる。三次元物体の
製造工程の速度は主に光源の強度とＵＶ硬化性液体の応
答とによって制限される。 【００３８】昇降台２９を使って形成する物体３０を支
持しかつ保持するとともに、上下に動かす。典型的に
は、１つの層が形成された後、物体３０を次の層のレベ
ルを超えて移動（液体媒質内にオーバディップする）し
て、固体が形成された所で面２３に形成された一時的な
空所に液体２２が流れ込むことができるようにし、その
後、次の層に対する正しい高さに戻す。これにより空所
に流れ込んだ液体２２が潮が引くごとく退いて所定の厚
さの層となる。これにより極めて薄い層の自動積層が可
能となる。昇降台２９に対する条件は、適当な速度かつ
精度でプログラムされた通りに動かすことができるこ
と、形成する物体の重量に耐えるように丈夫であること
である。さらに、設定時並びに物体を取り外すとき、昇
降台の位置を手動で微調節できるようにするのがよい。 【００３９】図３の実施例の昇降台２９は、アナログ・
プロッタ（図示せず）に取り付けた台である。このプロ
ッタが、計算機２８のプログラム制御の下に、内部にデ
ィジタル・アナログ変換器をもつＨ−Ｐ３４９７型デー
タ収集／制御装置によって駆動される。 【００４０】この発明の三次元物体の製造装置の計算機
２８は基本的に２つの作用をもつ。第１に、オペレータ
が三次元の物体を設計するのを、それを作ることができ
るような形で助けることである。第２に、この設計を、
三次元物体の製造に対する適切な指令に変換し、その指
令を物体が形成されるように送り出すことである。ある
用途では、物体の設計が存在しており、計算機の作用は
適当な命令や司令を送り出すことだけになる。 【００４１】理想的な場合、オペレータは物体を設計し
て、それを計算機２８のＣＲＴスクリーンに三次元画像
で見ることができる。オペレータが設計を終了したと
き、計算機２８に物体を作るように命令し、計算機が三
次元物体の製造に対して適当な命令を出す。 【００４２】この発明の実施例に用いられた例では、計
算機２８はＨ−Ｐ９８１６であって、ベーシック・オペ
レーション・システムを用いる。このシステムでは、オ
ペレータがＨ−Ｐグラフィック・ランゲージ（３４９７
Ａに対する指令構造）およびベーシック・ランゲージの
指令を用いてプログラムする。オペレータはＵＶ硬化時
間に対する適当な露出時間および速度をも設定しなけれ
ばならない。この装置を動作させるため、物体の像を作
り、三次元物体の製造装置をこの物体を作るように駆動
するためのプログラムを作成する。 【００４３】昇降台２９の駆動は、機械式、空気圧式、
流体圧または電気式のいずれでもよく、その位置を精密
に制御するために光または電子回路のフィードバック制
御を用いることができる。昇降台２９は典型的にはガラ
スまたはアルミニウムで作られるが、硬化したプラスチ
ック材料が接着するものであれば任意の材料を使用する
ことができる。 【００４４】ある場合には、計算機２８が不要になり、
特に簡単な形しか造形しない場合、一層簡単な専用のプ
ログラミング装置を使うことができる。その代わりに、
計算機２８が、別のさらに複雑な計算機によって発生さ
れた命令を単に実行するだけであってもよい。例えば、
幾つかの三次元物体の製造装置を使って物体を作り、別
の装置を用いて形成すべき物体を最初に設計することが
できる。 【００４５】計算機によって制御されるポンプ（図に示
してない）を使って、作業面２３の位置に液体２２の一
定の液位を保つことができる。その必要性は、次の理由
による。すなわち、昇降台２９が液体内に移動すると、
液体の容積が変化し、それにより液位が変化する。液体
の層の厚さは、液位下に形成された直前の層の深さによ
って決まるので、もし、液位が一定に保たれていない
と、実際に形成される層の厚さは、所望の層の厚さより
異なってしまい正確な厚さの層が形成されないからであ
る。周知の適当な液位検出装置およびフィードバック回
路を用いて、流体ポンプを駆動するか、あるいは液体変
位装置を駆動し、昇降台を流体媒質の中に一層深く移動
するときに流体媒質の外へ移動する中実な棒（図示せ
ず）を駆動し、流体容積の変化量をならして、面２３に
一定の流体の液位を保つことができる。 【００４６】三次元の物体３０が形成された後、昇降台
２９を高くし、物体を台から取外す。典型的には、この
後、物体をアセトンのように、硬化した固体の媒質は溶
解しないが、未硬化の流体媒質の液体状態を溶解する溶
媒の中で、超音波で洗浄する。その後、物体３０を強い
紫外線、典型的には、２００ワット／インチ（約７８．
７ワット／cm）のＵＶ硬化灯の下に置き、硬化工程を完
了する。 【００４７】さらに、この発明を実施するとき、複数の
容器２１を用いることができる。各々の容器は、互いに
異なる種類の硬化性材料を保有していて、三次元物体の
製造装置によって自動的に選択することができる。この
場合、種々の材料は違う色のプラスチックであってもよ
いし、あるいは電子部品の種々の層に利用し得る絶縁材
料および導電材料の両方をもっていてよい。 【００４８】他の図面により本発明の他の実施例を説明
するが、図面全体にわたり、発明の好ましい例について
説明した図３と同様な部分には同じ参照数字を用いてい
る。 【００４９】図４および図５は、昇降台２９が付加的な
自由度をもち、物体３０の異なる面を他の構成方法のた
めに露出することができるようにした三次元物体の製造
装置を示している。同様に、この三次元物体の製造方法
は物体にある部分を「つけ加える」方法として用いるこ
とができ、昇降台２９を使って、補助的な三次元物体の
製造処理のために、別の部分を拾い、かつ位置決めする
ことができる。この点、図４および図５に示す装置は図
３と同一であるが、図４および図５の装置では、昇降台
２９が枢軸ピンまたは丁番部材４２の周りに手動でまた
は自動的に制御されて回転する２番目の自由度をもって
いる点が異なる。この点、図４普通の位置にある調節自
在の昇降台２９ａを示しており、図５は９０°回転した
台２９ａを示しており、このため、三次元の物体３０の
片側に追加として三次元物体の製造によって形成された
補助的な構造４１を選択的に形成することができる。実
用的な三次元物体の製造装置は、図３から図５に略図で
示した装置についてこれまで説明したもの以外に、追加
の部品およびサブシステムをもっている。例えば、実用
的な装置は枠およびハウジングと制御パネルとをもって
いる。さらに、オペレータを過剰のＵＶ光および可視光
から遮蔽する手段ももっており、形成中に物体３０を見
ることができるようにする手段をもっていてもよい。実
用的な装置は、オゾンおよび有害な煙を制御する安全手
段や高圧安全保護および連動装置を有している。このよ
うな実用的な装置は、影響を受け易い電子回路を雑音源
から有効に遮蔽する手段をももっている。 【００５０】すでに説明したように、この他の多数の装
置を利用して本発明の三次元物体の製造方法を実施する
ことができる。例えばＵＶ光源２６の代わりに、電子
源、可視光源、レーザ光源、ショートアーク光源、高エ
ネルギー粒子光源、Ｘ線源またはその他の放射線源を使
うことができ、特定の種類の反応性エネルギーに応答し
て硬化する適当な流体媒質、例えば光重合材料を用いる
ことができる。例えば、ＵＶ光を用いて若干予め重合さ
せたアルファオクタデシルアクリル酸を電子ビームを用
いて重合させることができる。同様に、ポリ（２，３−
ジクロロ−１−プロピル・アクリレート） をＸ線ビー
ムを用いて重合させることもできる。

【図面の簡単な説明】 【図１】この発明の三次元物体の製造方法を実施するの
に用いられる基本的な考えを示すフローチャート 【図２】図１と同様なフローチャート 【図３】この発明を実施する装置の現在好ましいと考え
られる実施例の断面図と組み合わせたブロック図 【図４】多数の自由度をもつ昇降台を取り入れるように
図３の三次元物体の製造装置を変更した場合の部分的な
断面図 【図５】図４と同様な断面図 【符号の説明】 ２１ 容器 ２２ ＵＶ硬化性液体 ２３ 作業面 ２６ 光源 ２８ 計算機 ２９ 昇降台 ３０ 物体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 67/00

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．硬化手段により硬化可能な流体媒質(22)の表面層を
   選択的に硬化させ、硬化層を形成することにより重畳さ
   れて硬化された層(30a,30b,30c)から三次元物体(30)を
   製造する方法であって、 流体媒質(22)を提供し、 該流体媒質(22)の作業面(23)に硬化手段(26)であるビー
   ムの焦点を位置させて以前に硬化された層の上に硬化層
   を形成し、 製造中の物体(30)を前記作業面(23)から段階的に離れる
   ように移動させて、各々の段階的な移動の後に選択的な
   硬化を行うために新たな流体媒質を以前に硬化された層
   の上に導入する各工程からなる方法において、 該新たな流体媒質の液位を検出し、この液位を前記作業
   面(23)に一致するように調節することを特徴とする方
   法。 ２．前記液位の調節が、前記流体媒質(22)とつながって
   いる流体ポンプにより行われることを特徴とする請求項
   １記載の方法。 ３．前記液位の調節が、前記流体媒質(22)内の液体変位
   装置の移動により行われることを特徴とする請求項１記
   載の方法。 ４．前記液位の検出に応答して前記ポンプの動作を制御
   するのにコンピュータが用いられることを特徴とする請
   求項２記載の方法。 ５．前記液位の検出に応答して前記液体変位装置の動き
   を制御するのにコンピュータが用いられることを特徴と
   する請求項３記載の方法。 ６．選択されたグラフィックパターンにしたがって、前
   記作業面上に前記ビームを指し向けることを含むことを
   特徴とする請求項１から５いずれかに記載の方法。 ７．前記ビームが光ビームであることを特徴とする請求
   項６記載の方法。 ８．前記光が紫外線であることを特徴とする請求項７記
   載の方法。 ９．前記ビームが高エネルギー粒子ビームであることを
   特徴とする請求項６記載の方法。 １０．前記ビームが電子ビームであることを特徴とする
   請求項６記載の方法。 １１．前記ビームがＸ線ビームであることを特徴とする
   請求項６記載の方法。 １２．硬化手段により硬化可能な流体媒質(22)の表面層
   を選択的に硬化させ、硬化層を形成することにより重畳
   されて硬化された層(30a,30b,30c)から三次元物体(30)
   を製造する装置であって、 流体媒質(22)を収容する容器(21)、 該流体媒質の作業面(23)に硬化手段であるビームの焦点
   を位置させて以前に硬化された層の上に硬化層を形成す
   る手段、 該作業面(23)に関して移動するように取り付けられて、
   製造中の前記物体(30)を支持する支持手段(29)、および 該支持手段を前記作業面から段階的に離れるように移動
   させて、各々の段階的な移動の後に選択的な硬化を行う
   ために新たな流体媒質を以前に硬化された層の上に導入
   できるようにする制御手段(28)を備えた装置において、 該新たな流体媒質の液位を検出する検出手段、およびこ
   の新たな流体媒質の検出された液位に応答して、該液位
   を前記作業面(23)に一致するように調節する調節手段を
   備えることを特徴とする装置。 １３．前記調節手段が、前記流体媒質(22)とつながって
   いる流体ポンプを含むことを特徴とする請求項１２記載
   の装置。 １４．前記調節手段が、前記流体媒質(22)内で移動可能
   な液体変位装置を含むことを特徴とする請求項１２記載
   の装置。 １５．前記調節手段が、検出された前記液位に応答して
   前記ポンプの動作を制御するコンピュータを含むことを
   特徴とする請求項１３記載の装置。 １６．前記調節手段が、検出された前記液位に応答して
   前記液体変位装置の動きを制御するコンピュータを含む
   ことを特徴とする請求項１４記載の装置。 １７．前記硬化手段を選択的に施す手段が、選択された
   グラフィックパターンにしたがって、前記作業面上に該
   硬化手段のビームを指し向ける手段を含むことを特徴と
   する請求項１２から１６いずれかに記載の装置。 １８．前記ビームを指し向ける手段が光ビームを発生さ
   せるものであることを特徴とする請求項１７記載の装
   置。 １９．前記光が紫外線であることを特徴とする請求項１
   ８記載の装置。 ２０．前記ビームを指し向ける手段が高エネルギー粒子
   ビームを発生させるものであることを特徴とする請求項
   １７記載の装置。 ２１．前記ビームを指し向ける手段が電子ビームを発生
   させるものであることを特徴とする請求項１７記載の装
   置。 ２２．前記ビームを指し向ける手段がＸ線ビームを発生
   させるものであることを特徴とする請求項１７記載の装
   置。