JPH0321432A - 立体像形成システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光硬化による三次元物体の造形に関する。一層
詳しく言えば、本発明は比較的高い出力のビーム放射源
（たとえば、高出力レーザ）を制御しながら用いて比較
的高い速度、精度で直接上記の製造を行うことに関する
。

光硬化によって三次元モデルを製造する装置は種々提案
されている。ヨーロッパ特許出願（１９８７年６月６日
にＳｃｉｔｅｘ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，　Ｌｔｄ．
の出願した公開番号２５０，１２１）をここに参考資料
として援用すると、これはこの技術分野に関する、Ｈｕ
ｌｌＳＫｏｄａｍａ，　Ｈｅｒｂｅｒｔによるものとさ
れる種々の方法を含む文献について良く要約している。

付加的な背景としては、１９８８年６月２１日にＦｕｄ
ｉｍに特許された米国特許第４，７５２．４９８号に記
載されているものがある。これもここに参考資料として
援用する。

これらの方法は固化させようとしている領域あるいは体
積を順次に照射することによって段階的に三次元物体の
立体領域を形戊することに関する。種々のマスキング技
術の他に、直接レーザ描画法、すなわち、光硬化性組成
物を所望のパターンに従ってレーザ・ビームで照射し、
三次元モデルを一層ずつ重ねて行く方法も記載されてい
る。

しかしながら、これらの方法は、すべて、ベクトル走査
の利点を、露光状態を一定に保ち、剛性の三次元物体の
本体部を通じて各層毎のすべての硬化部分の最終厚さを
ほぼ一定にする手段と組合わせて利用する実用的な方法
を認識していない。

さらに、上記従来方法は、方法、装置のパラメータを制
御して実用的かつ有用に利用する特定の操作範囲内の重
要な相互関係も認識していない。このような操作範囲と
しては、材料の光硬化応答性に依存した一定露光レベル
の範囲、光硬化の解像度、深さに依存する最大加速度で
のビームの最短移動距離の範囲ならびに光硬化性組成物
の感度に依存する最大ビーム強さの範囲がある。

たとえば、Ｓｃｉｔｅｘ特許は均一な露光を達成するた
めにホトマスクあるいはラスク走査を使用することを示
唆しているが、ベクトル走査の場合に露光を一定に保つ
ための解答は示唆していない。ホトマスクを使用すると
、時間、費用が過剰にかかるし、ラスク走査も以下に示
す多数の理由のためにベクトル走査に比して望ましいも
のではない。すなわち、ラスク走査では、製作しようと
している物体が全体積のほんの小さな部分である場合で
も全域を走査する必要がある、 たいていの場合に記憶すべきデータ量がかなり大きくな
る、 記憶したデータの取り扱いが全体として難しい、 ＣＡＤベースのベクトル・データをラスク・データに変
換する必要がある。

一方、ベクトル走査の場合には、剛性物体の形状に対応
する領域のみを走査すればよく、記憶すべきデータ量が
少ない程、データの取り扱いがより容易になり、ｒＣＡ
Ｄベース機の９０％を超える機種がベクトル・データを
発生、利用しているＪ（Ｌａｓｅｒｓ　＆　Ｏｐｔｒｏ
ｎｉｃｓの１９８９年１月号、第８巻第１号の５６頁）
。レーザ・ベクトル走査がこれまで広く利用されてこな
かった主たる理由は、その利点もさることながら、レー
ザのような現在のたいていの放射線源のために利用でき
る偏向システムの光学部材、たとえば、ミラーの慣性に
関する問題を内包しているということである。このよう
な偏向システムは性質上電気機械式であるから、いかな
るビーム速度を達成する際にもそれに伴う加速度には限
界がある。

速度の不均一性は避けることができないので露光した光
硬化性組成物は許容できない厚みのバラツキが生じる。

特に、高強度での露光が直前に行われていない層部分の
場合には、高いビーム速度を使用する必要があり、した
がって、良い加速時間が必要となり、これがまた露光組
成物の不均一な厚さの原因となる。低強度のレーザを使
用する場合には、立体物体の造形に過剰な時間がかかる
ので、良い結果が得られない。

さらに、本発明について以下の説明で明らかにするよう
な光硬化性組成物の少なくとも前述の深さ、露光レベル
の関係が維持されないかぎりベクトル走査の有用性はさ
らに低下する。

したがって、本発明の目的は精密に制御されｌ；深さ、
解像度の三次元モデル層を順次に走査し、形成すること
によって露光されていない光硬化性組成物上にベクトル
・モードで直接レーザ描画を行う方法および装置を提供
することにある。

本Ｊｉ［はベクトル・モードで直接レーザ描画を行う高
強度レーザを用いて一層ずつ三次元光硬化モデルの直接
的な製作を行う方法および装置であって、光硬化性組成
物における露光軌跡の深さを精密に制御する方法と装置
を目的とするものであり、それを要約すると次の通りで
ある。すなわち、液状光硬化性組或物の重なった層から
一体の三次元剛性物体を製作する方法は、 容器内に液状光硬化性組成物を設置する段階と、 放射線装置を用いて或る強さの放射ビームを発生させる
段階と、 この放射ビームの強さをほぼ零から最大値まで変調手段
によって制御しながら変調する段階と、 偏向手段を用いることによって、放射ビームを重なった
薄い層上の所定位置までベクトル走査モードで制御しな
がら偏向させて液状光硬化性ｍ或物の所定部分の光硬化
を或る光硬化深度まで行うと共に、ゼロ・レベルから最
高値までの加速度で、そして、ゼロ・レベルから最高値
までの速度で放射ビームを偏向させる段階と、剛性物体
の形状に対応する図形データを記憶する段階と、 第２のコンピュータ制御手段を前記変調手段、偏向手段
および第１コンピュータ制御手段と接続し、液状光硬化
性組成物の所定部分をほぼ一定の露光レベルで照射して
各重なった薄い層内でほぼ一定の光硬化深度を達成する
段階と、容器内でほぼ平らな可動テーブル上に剛性物体
を置く段階と、 設定手段を用い、それを第１コンピュータ制御手段で制
御することによって平らなテーブルを制御状態で移動さ
せる段階と、 第１コンピュータ制御手段によって制御される層形成手
段によって液状光硬化性組成物の重なった薄い層を形成
する段階と からなる。

本発明の好ましい実施例の実際の意図を読者に理解して
貰うべく、以下、添付図面に関連した詳しい説明を行う
。

本発明は光硬化によって三次元物体を造形する方法およ
び装置に関するものであり、一層詳しくは、比較的高い
速度と精度で直接前記造形を行うべく比較的高出力のレ
ーザを制御しながら使用することに関する。

ここで第１図を参照して、ここに示す放射線装置１０（
たとえば、レーザ）は放射ビームｌ２を発生する。本発
明の目的が高速で立体的な物体１１を製作することにあ
るので、本発明の装置は高出力レーザのような比較的高
出力の放射線装！１１０を利用すると好ましい。この高
出力レーザは可視領域、赤外線領域あるいは紫外線領域
にある主要帯域を持ち得る。ここで、高出力とは、２０
ｍＷより大きい出力と考えており、好ましくは、放射ビ
ームｌ２の強さから測定して１００＋Ｗを超える出力で
ある。これは現在の光硬化性組虞物の感度に合わせてあ
る。しかしながら、もつと速い組威物を利用できるよう
になった場合には、ビーム強さについての２０ｍＷ１１
００ｍＷの値はそれに応じて低くなることになる。これ
は組成物の感度と放射ビームの強さが同じ結果を得るに
は互いに反比例の関係を持つからである。或る種のレー
ザの選択は、光硬化性組成物の感度がレーザ放射線の波
長とうまく一致するように光硬化性組成物の選択と一緒
に考えなければならない。他の種類の放射線装置も、そ
のエネルギ形式が光硬化性組成物の感度と一致し、ビー
ムが発生し、取り扱いについて最適な状態が周知の確立
した方法によって観察されるかぎり、利用できる。たと
えば、電子ビーム、Ｘ線等も利用できる。ビーム横断面
形状を任意所望の形状に偏向する手段を設けてもよいが
、普通の形状としては円形であり、ビームの強さの分布
はガウス分布であり、最高点は円形の中心にある。

放射ビームｌ２は変調器ｌ４を通り、この変調器は音響
光学変調器であると好ましい。変調された放射ビーム１
２’は、次に偏向手段１６を通る。

この偏向手段は２つのミラー２０，　２２を包含し、各
ミラーはＸ方向、Ｙ方向において面４６に対してビーム
を反射させ得る軸線（図示せず）を有する。ここで、Ｘ
方向、Ｙ方向とは互いに直角でありかつ面４６に対して
平行である。ミラー２０，２２はモータ２４、２６によ
ってそれぞれ対応する軸線まわりに回転して、それぞれ
、Ｘ１Ｙ方向において容器４４に入っている液状光硬化
性組或物４０の所定の位置に向ってベクトル走査モード
でビームを制御しながら偏向させるようになっている。

適当な光硬化性組成物の例は後に示す。

ビームが偏向手段ｌ６によって偏向されると、このビー
ムはゼロ・レベルから最高値までの加速度と、ゼロ・レ
ベルから最高の一定値までの速度を持つ。ビームの速度
および強さは互いに比例したままであり、その結果、露
光がほぼ一定に留まる。ビームはほぼ一定の光硬化深度
まで組成物の所定部分の光硬化を生じさせる。光硬化深
度は、走査方向に対して直角の横断面で測って、面４６
と光硬化した薄い層の対向側面の間の最大厚さすなわち
ピーク厚さとして定義される。後に説明するように、各
個々の光硬化層あるいはその一部の厚さは或る走査線上
のポイント毎に異なる可能性がある。したがって、混乱
を避けるべく、ここで言う光硬化厚さとは前記層の任意
のポイントでの厚さのことであり、硬化深度は上記の定
義に限定する。容器４４内には、可動テーブル４ｌとエ
レベータ・モータ４２のような設定手段が設けてあり、
このエレベータ・モータは可動テーブル４ｌに動きを与
えて容器４４内で可動テーブルの位置を精密に制御する
ようになっている。テーブル４ｌの動きは並進運動、回
転運動、無作為運動あるいはそれらの組合わせのいずれ
であってもよい。ドクタ・ナイフ４３のような層形成手
段が容器４４内でテーブル４ｌの上方に設置してあり、
これは液状光硬化性組成物の重なった薄い層を形成する
。また、第１コンピュータ制御手段３０と第２コンピュ
ータ制御手段３４も設け〔ある。第１コンピュータ制御
手段３０は、制御／フィードバック・ライン５２、６０
、６２、５８のそれぞれを介して放射線装置ｌＯ、設定
手段４２、層形戒手段４３および第２コンピュータ制御
千段３４と接続してある。第２コンピュータ制御手段３
４は、ライン５８を介しての第１コンピュータ制御手段
３０との接続に加えて、制御／フィードバック・ライン
５０、５４のそれぞれを介して変調器ｌ４と偏向手段ｌ
６にも接続している。存在の明らかな補助的な装ｌ１類
は簡略化のために示していない。

上述したように、一定の露光を得るように放射ビームを
変調することはアナログ方式でもデイジタル方式でも行
うことができる。Ｇｒｅｙ−ｈａｗｋ■の製造する市販
のシステム（ＧｒｅｙｈａｖｋＳｙｓＬｅｍｓ，　　Ｉ
ｎｃ．．　１５５７　Ｃｅｎｔｅｒ　Ｐａｉｎｔ　Ｄｒ
ｉｖｅ，Ｍｉｌｐｉｔａｓ，　ＣＡ　９５０３５）を後
述のように改造して露光レベルを一定値に制御する本発
明の第２コンピュータ制御手段３４の一部として使用し
てもよい。Ｇｒｅｙｈａｖｋ＠システムはモータ２４、
２６の軸に取り付けたエンコーダ（図示せず）の発生し
たパルス信号を、像空間の存在および所望露光量を考慮
してデイジタル式に処理され、レーザを直接変調する電
気パルス信号に変換する。これらのエンコーダは軸の回
転を示し、したがって、像形成面４６におけるミラーか
ら反射してきたレーザ・ビームの対応する動きを示す。

効果的には、レーザはビームが像平面で動いた個々の距
離に対応させてデイジタル式に変調する。

レーザの変調にはレーザが１パルスあたり或る特定の時
間枠にわたってオン状態にあることが必要なので、像平
面でレーザ・ビームが動いた距離あたりのかなり均一な
露光が得られる。

非固体素子のレーザの直接的なデイジタル変調は、この
ようなレーザが立体像形成にとって有用なほど高い率で
デイジタル式に変調され得ないために、現在のところ非
実用的である。これらのレーザは連続的にしか作動でき
ない（ＣＷ）。

パルス状に作動する場合、パルス反復率あるいはパルス
時間幅またはこれら両方がＧｒｅｙｈａｗｋ［Ｆ］シス
テムの電子機器の発生する変調信号に追従できないから
である。この場合、像平面に不均一な露光が生じる。非
固体素子レーザのビームをＧｒｅｙｈａｗｋ＠のような
システムで要求される高い率で変調するには、固体素子
レーザを作動するのに適した電気信号を徹底的に修正し
てＣＷレーザのビーム経路にある光スイッチを作動させ
なければならない。光スイッチなちびにそこで用いられ
る変調用電子機器は電気変調信号に追従できなければな
らないし、「オン状態」で適切な伝送効率を持っていて
像形成面４６で必要とされる有用なビーム・エネルギを
与えなければならない。このような光スイッチ類はアナ
ログ式でもデイジタル式でもよいが、最も好ましいタイ
プは音響光学式である。

本発明で使用され得る他のスイッチ類の例としては次の
ものがある。

まず、電気光学式スイッチであり、これは電圧を印加し
たときに光学的極性を変える結晶を基礎とするものであ
る。

次に、液晶ゲートであり、可視領域で用いられるもので
あり、ビーム・ゲートと呼ばれる、Ｍｅａｄｏｗａｌｋ
　Ｏｐｔｉｃｓ　（７４６０　Ｅａｓｔ　Ｃｏｕｎｔｙ
　ＬｉｎｅＲｏａｄ，　Ｌｏｎｇｍｏｎｔ，　Ｃｏｌｏ
ｒａｄｏ　８０５０１）の製造したものがある。これも
液晶物質の偏光状態の変化を基礎とする。

また、ダイアプラムを動かすことのできる圧電セルもあ
り、たとえば、小ピンホールである。

最後に、偏光状態に依存するいわゆるＰＬＺＴ（Ｐｂ　
Ｏ．９、Ｌａ　Ｏ．Ｌ　Ｚｒ　Ｏ．６５、Ｔｉ　Ｏ．３
５）ベースのスイッチである。ここでは、２枚の偏光板
が互いに９０度で交差する軸線をもって設置してあり、
それらの間にＰＬＺＴフエロエレクトリック結晶が挿入
してある。ＰＬＺＴ結晶はそれに電界が与えられている
かいないかに依存して通過する光の極性を回転させるこ
とができる。現在、オフ位置にあるとすると（すなわち
、ＰＬＺＴが電界を持っていない場合には）、第１の偏
光子を通る光はＰＬＺＴによって変化せず、第２の偏光
子によって阻止される。しかしながら、ＰＬＺＴが電界
の下にある場合には、第１偏光子を通る光はＰＬＺＴに
よって回転させられ、第２偏光子を通過することができ
る。

この分野では周知のように、実際的な目的のため、より
良く理解して貰うため、そして、より良い説明のため、
第２図にＰＩ，　Ｐ２、Ｐ３、・・◆・Ｐｎで示すよう
に、二次元面に位置する像をビクセルと呼ぶ小さな仮想
面積単位に分割するのが望ましい。これらのビクセルは
通常は正方形であり、Ｘ，Ｙ両方向に同じ寸法を有する
。矩形その他の形状の代わりに正方形を選んだ主たる理
由は、多くの場合、Ｘ，Ｙ両方向において同じ解像度が
得られ、また、それが望ましいからである。同様にして
、或る立体像を考えた場合、立体像の体積を第３図にＶ
ｌ，　Ｖ２、Ｖ３、・・・・Ｖｎで示すようにポクセル
と呼ばれる小さな仮想立方体に分割すると良い。上述し
たと同じ理由で、この立方体は１つのポクセルの好まし
い形状であり、したがって、このポクセルはＸ，Ｙ，Ｚ
ノスぺての方向において同じ寸法を持つことになる。

本発明の装置、方法の製品を走査線間隔、すなわち、光
硬化性組成物４０の表面４６上のビーム１２”の任意の
２つの隣り合った走査線（互いにほぼ平行である）の中
心間隔に等しい縁寸法を有する立方体ボクセルによって
説明すると好ましい。

二次元像形戊技術について簡単な外挿法を使用すること
によって、立体すなわち三次元の像形戒の動作特性、た
とえば、走査線の最適間隔を予想できると、普通は考え
られよう。しかしながら、それは当っていない。事態は
もつと複雑である。というのは、特に、立体像形戊では
光硬化深度および厚さのような新しい複雑な変数（二次
元像では小さいし、一定値である）が存在し、積極的に
関わりを持つからである。光硬化性組或物の表面上の或
る線に沿って合焦レーザ・ビームを一回走査しｌ；場合
（単走査）、単純に考えると、矩形横断面を有する直線
立体と受け取られよう。専門家であれば、このような横
断面がガウス横断面分布を有する放射ビームから生じる
ようなガウス形状となると予想するかも知れない。しか
しながら、いずれの予想も当っていない。このように形
威された直線立体の横断面が予想外にほぼ非ガウス形状
であることを本出願人は発見しＩ；のである。換！すれ
ば、この方法で形成された直線立体をその長さ方向に対
して直角に切断した場合、液面で始まる幅が立体の先端
付近まで表面４６から遠くなるにつれてほぼ線形に減少
するのである．この横断面特性は走査立体像形戊にとっ
ては重要な情報である。なぜならば、通常、層を走査し
て各横断面薄片領域を部分的に埋めて行くとき、走査は
完全な立体面を生じさせるように互いにほぼ平行に隔た
った線またはベクトルからなる。各べクトルの幅が表面
４６かも離れるにつれてほぼ線形に減少するという知識
があれば、均一な露光ならびに均一な光硬化深度を得る
ためのベクトル線の適切な間隔を決定することができる
。適切な線間隔の場合、各薄層の底における厚さの変化
であるリプルが最小限に抑えられ、層のうねり傾向が低
減され、部分解像度、公差が保たれ、各層の強度がより
大きくなると共に方向による強度の差が小さくなり、層
対層の接着性が改善され、走査線の数を最小限に抑える
ことができる。本出願人が目的とすることは、単走査立
体線の横断面がほぼ非ガウス形状となることにある。そ
の理由は、走査中の放射ビームがガウス形エネルギ分布
の場合、その立上がり部分が光硬化性組威物の対応した
部分を光硬化させる能力に関して無効となるからである
。これには多数の原因があり、たとえば、次の原因があ
る。

光硬化が生じ得ない領域、この分野では誘導領域として
周知の領域内で露光程度が低くなる。

円形ガウスビームの単走査中、移動しているスポットの
中心の軌跡に向う部分（このスポットはビームと光硬化
性組成物の表面との交差点にある）が、スポットの速度
に逆比例して変化するガウス・モードでは、必然的に、
この軌跡から遠い部分よりも高い露光を受けることにな
る。これはビームによって影響を受けるすべての層にも
それ相応に当てはまることになる。ガウス機能とＳ字形
の光硬化厚さ対露光関係の組合わせ（立体像形成では、
深度・露光曲線と定義できる）の１例が実施、例ｌにお
いて説明される本発明の好ましい組成物のうちの１つの
組成物の作用に関して第４図に示してあり、これは単走
査線の非ガウス形状を説明している。

光硬化深度ならびに光硬化厚さが光硬化性組威物の性質
、ビーム強さおよび直接ビーム入射時刻の関数となるば
かりでなく、他のパラメータおよび二次的効果（たとえ
ば、走査重複、隣接した部分を照射したときに生じる二
次露光等）にも依存するという事実に注目するのも非常
に重要である。たとえば、１本の走査線の光硬化性深度
は連統したフイルムを形成する複数本の密接に重なり合
った走査線の光硬化深度よりもかなり小さい。同様に、
他のすべてが一致に保たれていると仮定すれば、走査線
の数が多ければ多いだけ、互いに接近度が大きくなり、
それだけ光硬化深度が大きくなる。また、縁が片側だけ
で隣り合った露光走査線を有するので、全体の露光度が
低くなり、正しい段階を踏まないかぎり、光硬化中に中
間部分よりも光硬化深度が小さくなる。

上記の現象を原因として、普通の二次元像形成と立体像
形戊の間には第２の重要な差異（後に詳しく説明する）
が現れる。普通の二次元像形成システムで走査線を形戊
するには、走査線間の距離がガウス強度分布を持つ像形
成用ビームの直径１／ｃ’２にほぼ等しいかあるいはそ
れより小さいときに、像の目に見えるリブル感覚を排除
すべく適切な走査線間隔が生じるということはこの分野
では公知である。立体像形戒の場合、この間隔での走査
線の設置により、実施例ｌに記載する組或物の場合に各
層の下面に際立ったりプルが生じることになる。その理
由は、露光に対する材料の応答性の非ガウス形状が光硬
化した薄層の許容範囲の均一な厚さを与えるほど重なり
合うことがないためである。

したがって、走査間隔の決定は、ポクセルの寸法の確定
に直接通じ、立体像形戊システムの解像度能力を製造し
ようとしている剛性物体の公差要件に合わせることにな
るので、非常に重要である。

単一の走査線の横断面のすべてのポイントにおける詳細
な光硬化厚さとビーム線の対応したガウス形強度分布に
対する露光との関係は次の等式に従うことがわかった。

光硬化厚さ一 ｃ｛Ｅｌ＝ｃ（Ｐ　ｅｘｐ（−２（（Ｙ／ｒｏ）−２）
）／（ψＴｖ　ｒｏ））　　（１）ここで、Ｇ　（Ｅ）
は露光Ｅ（＋ｎＪ／ｃ＋＋＋″′２）応答する材料の深
さに良く合った関数を表わし（実施例ｌの組成物には二
次自然対数多項式を用いた。

Ｇ（Ｅ）（＋＋ｕ＋）一０．６６＋０．４４６　１ｎ（
Ｅ）−０．３５６（Ｉｎ（Ｅ））−２）、Ｐは像平面に
おけるビーム放射束（＋ｉＷ）であり、Ｙは走査中心か
ら離れる可変距離であり、ｒｏはガウスビームのｌ／ｅ
−２ビーム半径であり、■は表面を横切るビーム走査速
度である。ここで驚くべきことには、Ｇ　｛Ｅ｝を二次
自然対数多項式と関係させる等式における露光単位が無
次元でなくても、良くなじむということである。

第５図は、 ビームが連続的にオンであるときに一定速度単一走査線
に対して直角に切断されたビーム・スポットの中心まわ
りの正規化されたガウス露光と、 一定速度の単一ベクトルで走査され、走査方向に対して
直角に切断された光硬化物質（実施例ｌの組成物を含む
）の正規化された実際の厚さと、 同じ条件の下に走査された予想される正規化光硬化厚さ
と を示している。

これらの曲線は共通最高相対値ｌに対して正規化されて
いて分布の差を良く示している。

ここで、単一走査露光の中心まわりの光硬化厚さの数学
的な予測の分布は実際に材料について測定した厚さの分
布にほぼ一致し、これは露光分布の形にそのまま基づい
て予想されるものとはかなり異なっている。

組成物の露光に対する応答性の決定は、立体像形威シス
テムの解像度ならびに組成物応答性に基づく所望の公差
で物体を製造するシステム全体の能力の確定に通じるの
で、立体像形成にとっては必須である。線、層ならびに
それに続く部分公差を保つ能力に通じる所与の時間・パ
ワー解像度に対してレーザ・エネルギを制御するのが光
学システムの能力である。光学走査システムは、所望の
寸法、位置に対してレーザ・エネルギを方向付け、合焦
するという点で優れた解像度を持ち得る。しかしながら
、それは線、層および製造される部分の公差を規定する
吸収されたエネルギに対する材料の応答性となる。

単一走査線の分布についての知識によれば、相互の接合
を生じさせかつ先端間の領域を埋めるに適した程度に重
なり合っている平行な線によって形戊される層が連続的
にオンのビームで走査される一連の単線の厚さ応答性を
単に加えるだけでモデル設計され得ると考えるのが普通
である。このような数学的なモデルは次の等式を持つこ
とになる。

ＶＬＩ ここで、Ｙは走査方向に直角で像平面（第１図の表面４
６）に対して平行な方向における第１走査ベクトルの中
心からの距離を表わし、ＹｋはＹ−０に対する各ベクト
ル走査中心の、隣り合った線についてその効果を総合し
た軌跡を表わす。

しかしながら、本出願人等の研究では、この数学的なモ
デルは光硬化厚さに関係するような組成物の露光応答性
に応じて後に行われる連続走査露光回数の合計に基づく
モデルよりもかなり劣ることを見出した。このような数
学的モデルは次の等式を持つ。

光硬化厚さーＧ｛ΣＥ｝＝ ここで、位ｌＹｋに沿って位置した各ベクトル走査から
の露光貢献度は各個々の位置Ｙについてまず合計され、
次いで、露光応答性Ｇ｛）がこの露光合計に適用される
。

式〔３′Ｊの式〔２〕以上の精度の決定は第６図のグラ
７から容葛に理解できる。この第６図では、３本の連続
した走査線が或る特定の間隔で引かれた式〔２〕に基づ
く数学モデルが、光硬化性組成物の底に８けるリプルが
同じ間隔をもって３本の走査線を引いた場合に式〔３〕
が示すものよりも２倍の周波数を持つことになることを
誤って示している。実施例ｌに記載された組成物の表面
に同じ間隔で互いに平行に延びる走査線によって形威し
た層の顕微鏡写真から得た測定結果で式〔３〕で示すリ
プル周波数が実際の組成物応答性に一致することが確認
されている。

式〔３〕の数学モデルが光硬化性組或物応答性を正確に
予測させるものであるというさらなる証拠が第７図に示
してあり、ここには、このモデルが実質的に光硬化厚さ
を示していることが明らかにされている。

先に指摘したように、普通の二次元像形成と立体像形成
との第２の重要な差異は各層の下面において明らかにな
る。銀ハロゲンフイルムで用いられるような二次元走査
の場合、走査間隔（すなわち、７イルムに像形成してい
るときの走査線間の距離）が像平面でのビーム焦点の１
／ｅ”２直径と同じ帳であることは普通のことである。

或る種のスキャナはより密接した走査線間隔を与えるが
、まれには、ビームの１７ｅ″０．６９３直径未満の場
合もある。二次元像形成の場合、この比較的広い間隔は
いくつかの理由のために適切である。これらの理由の１
つは、裸眼はより密接な走査間隔が粗くなる像暗密度の
変化に鈍感であるということである。一方、特に、高い
解像度部分を得ようとする場合には、立体像形戊では、
二次元像形成での走査間隔よりも密接な走査間隔を必要
とする。これは、露光に対する非ガクス材料厚さ応答性
が光硬化性組成物内への均一な光硬化深度を与えるほど
重なり合うことがないためである。立体像形戊の場合、
走査間隔は像平面での像形成ビームの全幅の最大半分す
なわちｌ／ｅ−０．６９３に等しいかあるいはそれより
小さいことが好ましく、底面のりプルを最小とする．第
８図の曲線は、式〔３〕の数学モデルに基づいた予測か
ら導き出したものであり、実施例１の組成物の像形成層
（この層の最大厚さは０−１２７ｍｍとなるべきである
）の底面における、連続ビーム走査間隔の変化によるリ
ブルの変化を示している。ここで、１／ｅスポット直径
に等しい走査間隔の場合、層の重要部分が走査中心線の
間でセグメント化されていることに注目されｔこい。

走査中心線間のこのようなセグメント化の効果はもつと
論議する価値がある。特徴的なのは、層の剛さが厚さの
３乗に比例して変化するということである。すなわち、
厚さが２だけ減れば、その層の剛さは先の値の８分の１
まで低下することになる。第８図において、ｌ／ｅ直径
の間隔で連続的に走査された材料は厚さが最高値の３０
％まで低下した領域を有する。このような層では、この
薄い領域での相対剛さ、したがって、走査線に対して直
角の方向における剛さは９８．７％の因数で低下するこ
とになる。ｌ／ｅ−０．６９３ビーム直径の走査間隔で
も、走査線に対して直角な方向における層の方向の場合
のほんの３６％の値となると予想できる。ｌ／ｅ−０．
５の走査間隔では、剛さはこの方向における最大値の６
５％まで減る。この剛さの差は自立層の脆弱化を招き、
材料内の応力の変化により層のうねりを生じさせ、形成
された層がその下になんの支えもないとき（すなわち、
片持つ支持されるか、架橋支持されるかしたとき）最終
部分における公差損失と考えられる。

しかしながら、より密接な走査間隔に移行するにはかね
合いを考えなければならない。走査線の密度が高くなる
ので、層を形戒する時間が長くなるのである。この余分
な時間は、線に沿った走査が同じ光硬化深度を保つよう
にスピードアップされるはずなので、幸いにもそれほど
重要とはならない。第９図の曲線は走査線に対して直角
の方向における層形成速度の変化を走査間隔の関数とし
て示している。ここで、層間隔が密接になるにつれて、
層形成速度が実際に平らになることに注目されたい。実
際に、この速度は各ベクトル走査線の端にベクトル・ミ
ラーを設置することに伴なう時間損失について調節され
るべきである。

走査間隔の決定は、上述したようにポクセルについての
寸法確立に直接通じ、したがって立体像形戊システムの
解像度、公差能力に関係するので重要である。この寸法
確立によれば、１つのポクセルのｘ，ｙＳｚ寸法は互い
に等しく、走査線間隔に等しい。光硬化の深度および輻
は材料の露光特性ならびにビーム特性に応じて変化する
。光硬化深度は単走査線の場合の光硬化幅に匹敵する、
換言すれば、それと同じ程度の大きさであると好ましい
。したがって、重なり合った多重走査線の場合、光硬化
用の露光は走査線間の間隔に応じて変わらなければなら
ない。

走査間隔が像平面での露光ビームのｌ／　ｅ−０．６９
３スポット直径より小さいか、あるいは、それに等しい
値であると好ましい。

前述したように、レーザ等のような放射ビームのベクト
ル走査を行う公知の偏向装置では、任意のビーム速度に
達する際に質量加速度を伴なう。この避けようのない速
度不均一は、特に、層がその下に直接の基層を持たない
部分を有する場合には、許容できないほどの厚さの変化
を招く。これは、適性露光レベルを高い強さに保つため
に、高いビーム速度を用いなければならず、したがって
必然的に加速時間が長くなるからである。これが、また
、加速期間中に露光エネルギが適切に制御されない場合
には厚さの不均一を招く。低出力レーザでは、厚さの不
均一は加速期間中に幾分無視しえるが、立体物体の製作
時間が長すぎることになって低強度レーザを使用しては
良い解像度が得られない。

走査方向に対して直角なスライスではなくて走査方向に
対して平行でかつ像形戊平面に対して直角なスライスを
採用して本出願人等が走査露光ならびに材料応答性を調
べたところでは、一定速度で行われる連続的な一定出力
ビーム走査の場合、材料の光硬化深度が一定となり、リ
プルもないということがわかった。しかしながら、普通
のベクトル・スキャナを用いた場合、走査速度は特殊な
設備を用いないかぎり全体的にかなり変化することにな
る。スキャナ・ミラーが最高角速度まで加速し、次いで
、最高角速度から各ベクトルの終わりのスポットまで加
速するときに各ベクトルの初めで速度変化が生じる。ス
ポット速度は走査半径（像平面からの走査ミラーの距離
）と共に線形に変化し、第１図の光硬化性組成物の表面
４６を横切って非線形に変化する。これは、像平面が立
体像形戊の際に通常平らであり、ベクトル・スキャナが
通常は像平面の上方の距離のところにあるポイントに置
かれるからである。これらの影響を避けるべく、スキャ
ナは、通常、入射面４６から適切に遠く離れたところに
設置され、非線形速度変化をすべての実用上の目的にと
って無視し得るものとしている。光学機器も、露光ビー
ムの焦点深度が充分に長くてビーム１２“を入射面４６
におけるすべてのポイントでほぼ平行とし得るように選
ぶ。

好ましいシステムでの光学機器は、すべて、好ましくは
紫外線領域で作動するレーザ・ビームを最適条件で透過
させ得るようにコート処理される。まず、レーザ・ビー
ムｌ２は安全インクロックが開かれたときにビームを遮
る手段として用いられる機械的シャツタを通る。次に、
音響光学式変調器の静的、動的動作にとって最適となる
或る直径まで合焦、平行となる。ビーム視準光学機器に
続いて、光は、ビーム方向を水平に変えてブラッグ角で
音響光学変調器クリスタルに入射させるくさびを通して
伝送される。

音響光学変調器を通っているときのビーム直径は完全に
均一であり、静的なオン状態で第ｌ次までの最大回折効
率を許すと同時に第２コンビユー夕制御手段３４によっ
て制御される切り換え速度で優れた変調効率を与えるサ
イズのものとなる。切り換え速度は、薄層の製造のため
には普通は、２〜２０メガヘルツのオーダーである。

音響光学変調器を通過した後、露光をまったく行うつも
りのないゼロ次ビーム（あるいは、露光を行おうとして
いるときにゼロ次、１次および普通は他の次数のビーム
）は別のくさびを通り、このくさびがビームを残りの光
路の下方水平方向に再整合させる。このくさびの後、ビ
ームは負レンズで拡散させられる。次いで、第１次ビー
ムを除いて、拡散させられたゼロ次ｆｌらびに他の次数
のビームは光路下方での別の伝送を阻止される。もし存
在するとして、第ｌ次ビームは光路下方で継続させられ
、そこにおいて、長焦点距離レンズを通り、ｘ−Ｙ走査
ミラー２０、２２を通して方向付けられる。これらのミ
ラーはこのビームをビームｌ２＃として光硬化性組成物
４０の表面４６に反射する。ミラーから表面４６までの
距離は最終レンズの焦点距離よりやや短い。

最終レンズの焦点距離は長く、したがって、走査半径も
長くなり、この光学形が像表面全体において完全に均一
な焦点直径を持つことを保証し、また、ビームが走査角
による低い非点収差を持つことになるのを保証する。所
与の切り換え周波数にとって音響光学変調器を通過する
最適なビーム直径についての計算はこの分野では周知で
あり、ここでは簡略化のために詳しく説明しない。

これらの条件が満たされたとき、連続ビーム走査のスポ
ット速度の変化は、直接、走査方向（Ｘ方向）ならびに
走査方向に対して直角の方向（Ｙ方向）における光硬化
厚さ、光硬化深度の変化に言い換えられる。スポットは
、先に説明したように、表面４６とビーム１２＃の交点
である。走査ビームが連続的である場合、式〔３〕は真
面４６上の任意の位置１（Ｘ％　Ｙ，ｔ）での光硬化厚
さを計算するのに用いることができるが、ただし、この
位置でのスポット速度が既知であり、この速度がＹ方向
に沿って変化しない（すなわち、走査速度が像平面にお
いて無限の曲率半径を持つ）としなければならない。

ベクトル走査の場合、一層詳しくは、本発明を説明する
のに用いられる装置の場合、偏向手段の最大許容加速度
（一回のミラー回転におけるもの）が特定の値にセット
され、それ相当に適切な走査半径が使用される。或る代
表的なシステム仕様は次の通りである。

偏向手段で発生したボクセルはＸ，Ｙ，Ｚ寸法が等しく
、各ポクセルの所望寸法はそれぞれの寸法で０．０１２
７ｃｍ（０．００５’）である。

ビーム放射照度の関数Ｇ｛ΣＥ（ｍＪ／ｃ票−　２）｝
として或る露光を受けＩ；材料を用いて達戊される光硬
化深度（　ｃｍ）は次の関数演算子によって表現される
。

Ｇ｛ΣＥ）（ｃｍ）−０．０６６＋０．０４４６　１ｎ
（ΣＥ）一０．００３５６（Ｉｎ（ΣＥ））−２　　（
４）像平面において単一の走査線で走査される０．Ｏ１
２７ｃ＋ｍ　ｌ／　ａ−０．６９３直径スポット（すな
わちｒｏ−　Ｏ．Ｏｌ０８ｃｍ　ｌ／　ｅ−２）におい
て３００ｍＷのレーザ出力でＤ　＝　０．０１２７ｃ＋
＋１深さのボクセルを生じさせるＧ｛ΣＥ｝感度の材料
の場合、最高走査速度（Ｖｘｍａｘ）は式〔ｌ〕と式〔
４〕を組合わせ、その結果生じた二次方程式を解答する
ことによって決まる。

〔５〕 ここで、Ａ，Ｂ，Ｃは材料応答性等弐〇｛ΣＥ｝の材料
係数を表わす（すむわち、Ａ　＝−０．０６６−．．．
．、Ｂ　−　０．０４４６．．．．．、Ｃ　−−０．０
３５６．．−．．）。

こうして、スキャナが最高速度に達するのに採用する時
間、距離について容易に解決できる。

この場合、約７．０２ミリ秒を採るが、適正な露光が達
戊されるまで４　−　６５ｃｍを移動しなければならな
い。この時間と移動距離のとき、材料は太きく露出過剰
となり、光硬化深度が所望程度よりもかなり深くなる。

換言すれば、走査システムは付加的な設備がまったくな
いとき所望公差の或る部分（この場合、１本の線）を生
じさせるのに適した露光エネルギの解像度を与えない。

第ｌＯ図および第Ｈ図はこの加速期間中の過露出と光硬
化深度公差の損失を示す。ここで先に説明したようにベ
クトル走査システムの場合、３００＋ｘＷの強度を有す
る、第１図のビーム１２＃のよラなビームは大きく改善
された走査速度を潜在的に与え、走査中に連続的にオン
に留まり、約４　−　６５ｃｒｔｒの移動距離まで光硬
化性材料における所望ノ露光レベル、したがって、光硬
化深度を発生することがない。この過剰な露光が走査の
終りで生じ、また、スキャナが１つのスポットまで減速
するので、３００ｍＷビームを持つスキャナ・システム
は像平面（第ｌ図の表面４６）のあらゆる部分で所望厚
さの層を走査することができない。第１１図は、第１０
図に示す曲線の開始部分の拡大図であり、走査中に連続
的にオンである１５ｍＷビームでも各走査線の始まりで
過剰露光を生じさせることを示している。同様の過剰露
光は各ベクトルの終りでも生じよう。影響を受けるのは
、所望露光点での光硬化深度だけでなく、走査線を囲む
領域における光硬化の厚さも影響を受ける。

個々のベクトルの始まりと終りでのこの公差の喪失は部
分横断面を表わす層を盛るように互いに隣り合った一連
のベクトルでも明らかである。この層はベクトル盛り分
の始まりと終りに対応する縁のところで余分な光硬化深
度を得ることになる。縁のところでこの余分な光硬化深
度が生じるという事実は、外面のところでの公差コンブ
ライアンスについて通常は部分的な測定が行われるので
、部分全体または剛性物体の公差喪失に通じる。したが
って、この部分は各横断面で望まれるよりも幅が大きく
なり、孔が所望程度よりも直径が小さくなり（ベクトル
走査では孔がベクトルの別の始まり、終りを表わす）、
片持ち部分、架橋部分あるいは傾斜部分において望まれ
るよりも深くなる。上述した１５ｍＷビームの場合には
、それで作られる剛性物体は公差セット限度に依存して
かろうじて許容できる程度であるが、３０（１＋Ｗで作
った部分または剛性物体が過剰に大きくゆがめられるこ
とになることは確かである。

一方、露光制御を利用すれば、よ゛り高い出力のレーザ
を使用でき、したがって、より速い走査速度を利用でき
、露光解像度がかなり改善され、かなり緊密な部分公差
に合わせた能力を得ることができる。基本的には、本発
明の好ましい実施例では、露光制御はスポットが光硬化
性組成物の表面上を移動する単位距離あたりの或る設定
時間にわたってレーザ・ビームを確実にオンにすること
によって走査ベクトルにわたって均等な露光を与える。

先に説明したように、レーザ・ビームは各ボクセルに対
して多数回の露光に分けるように変調される。各露光中
のビームの出力すなわち強さは同じであり、露光パルス
の時間も同じである（ただし、後述するように各ベクト
ルの始まりと終りを除く）。これはベクトル走査線に沿
って実質的にもつと均一な露光を与える。

等しい時間幅（ｖ）のデイジタル方形波時間バルスを有
し、ストップから最高速度まで加速するこのような変調
ベクトル走査システムのための一般化した露光方程式は
次の通りである。

ＬｔｌＪ ここで、ｔはベクトルの始まりの時刻を表わし、Ｙｋは
走査線Ｙｏから出発して走査方向に対して直角の距離の
ところで各走査の中心線を表わし、ＸｐはｘＯのところ
で出発して走査線に沿って各パルスが位置する距離を表
わし、「ａ」は走査方向におけるスポットの加速を表わ
す。

式〔４〕を積分すると、Ｘの点から幾分処理が容易にな
り、次の形に書き直すことができる。

Ｘｐ＋ｔｙ（２Ｘｐ　ａ）−０．５＋０．５ａ　ｗ−２
Ｉ　　　　　　　（Ｐ／（２Ｘ　ａ）−０．５）　Ｅｘ
ｐ（−２（（Ｘ−Ｘｐ）／ｒｏ）’２ｄｘ　　（７）ｘ
ｐ 代表的には、式〔６〕の積分の代わりに式〔７〕の積分
を用いて像平面内の或るポイントでの露光を計算する場
合、このポイントからのｌ／ｅ”２（３〜４シグマ）半
径の半分から２倍に存在するパルスの露光分担量を合計
しなければならない。このポイントについてひとたび全
露光量が計算されたならば、式〔４〕に記載されている
演算子関数を用いてそのポイントでの露光値を予測する
ことができる。

デイジタル・コンピュータ近似法を用いて、各寸法での
ポクセル・サイズがＯ−０１２７ｃｍであるビーム・ス
ポットのｌ／ｅ“０．６９３直径の間隔で他のベクトル
走査で囲まれたベクトル走査について光硬化厚さを計算
した。このスポットのパルスはポクセルあたり、スポッ
トから加速されたビームの４倍で生じる。走査半径は大
きくして、１．２７本　１０−６ｃｍ／ｓｅｃ−２のス
ポット加速度を与えｔこ。スポットはパノレスあｔこり
ｗ＝３．９３木　１０”−６ｓｅｃにわたってデイジタ
ル式にパルス化し、像平面でのビーム出力は１５０ｍＷ
であった。

第ｌ２図はこのような走査について予測される光硬化深
度を示す。この曲線は走査線の中心に沿った予測深度を
示しており、これが定義によれば光硬・化深度となる。

ここで、走査線に沿った光硬化深度がｌポクセルについ
て移動した後の、すなわち、走査間隔に等しい距離にわ
たる所望一定値を達成することに注目されたい。各ベク
トル始まりと終り、すなわち、各充填平面の始まりと終
りでの１ポクセル長分の損失は、露光制御を行った場合
、連続ビーム走査を利用したときに得られるもの以上の
重要な改良を表わす。より高い出力の露光ビームを利用
した場合、露光制御ではもっと速い走査速度を可能とす
る。しかしながら、始まりと終りでの１ポクセル分の損
失は或る部分についての所望の寸法におけるセット公差
に関してそれ以上の損失になお移行する。

第１ポクセルの損失についての理由を明確に理解するた
めには、プリセット公差に合わせるように露光制御を利
用するベクトル走査システムの能力をさらに改善しなけ
ればならＡい。式〔６〕ならびに隣り合ったスポットの
露光量を合計して或るポイントでの全露光量を計算しな
ければならないという事実を考えると、ベクトルの始ま
りでは、隣り合った露光が走査の背後に存在せず、走査
の前方にのみ存在するということが実現され得る。これ
は、或る走査の最初のボクセルが後に統くポクセルによ
って受け取られる露光量の約半分の量を受け取ることを
意味する。これは、さらに、パルスを発生するための情
報を与える、ミラーに取付けられたエンコーダが信号の
発生の前に約１パルス分移動しなければならないという
事実と組み合わされる。

こうして、普通は、第１２図に示す場合の第１ボクセル
は計算した露光量よりも４分の１少ない露光量を受け取
ることになる。

ｌボクセルあたりのパルス量を増大させ、エンコーダ内
のパルス損失によるパルス露光損失のパーセンテージを
減らすことはできる。これには、パルス回転率限界によ
るスキャナの速度を最終的に制限することのできるエン
コーダ上のパルス密度の増大が必要となる。これには、
また、パルス時間幅が比例して減り、ビーム・スイッチ
の光学的効率を最終的に低下させ、ビームの全出力を低
下させかつ最高ビーム速度すなわち走査速度を短縮する
ことが必要となる。

走査半径（第ｌ図のビームｌ２″の長さ）の短縮はパル
ス密度を増大させるが、大きなフィールドの走査を許さ
ず、パルス時間幅が比例的に減少して露光量を減らすと
きのシステムの光学効率の損失のために最終的に自滅す
ることになる。

好ましい解決策は、走査線の始まりの最初のポクセルと
終りの最後のボクセル内の最初の２、３のパルスに長い
パルス時間を与えることである。これが走査システムの
速度を低下させることはないし、走査システムの任意他
の部分になんら負の影響を与えることもないが、各ベク
トルの始まりと終りでポクセルの回復を許すことになる
。

作動に際して、第１図に示す放射線手段１０（好ましく
は高出力レーザである）は前述したような強さを有する
放射ビーム１２を与える。この放射ビームｌ２は変調器
１４を通過し、その強さがゼロ強さレベルからエネルギ
の損失により未変調ビーム強さのそれよりも低い値を有
する最大ビーム強さまで変調を受ける。デイジタル、ア
ナログ両方のタイプの種々の変調器が使用し得る。デイ
ジタルタイプは、システムの電子的な安定性、融通性を
高めるので好ましいものであり、音響光学式変調器が好
ましい。高エネルギ非固体レーザの場合、上述したよう
に、特殊な変調器配置をなさなければならない。次いで
、損失により幾分減少した強さを有する変調された放射
ビーム１２’は２ミラー２０、２２組立体の形をしたベ
クトル・スキャナのような偏向手段ｌ６を通過する。各
ミラーはそれぞれ異なったモータ２４、２６によって個
別に駆動される。モータ２４によって駆動されるミラー
２０はＸ方向にビームを偏向し、ミラー２２はＹ方向に
ビームを偏向する。ここで、Ｘ方向はＹ方向に対して直
角である。放射ビームｌ２＃は、付加的な損失により幾
分強さは低いが、光硬化性組成物４０の表面に最も近い
薄層４８に向けられる。この光硬化性組成物は容器４４
に入っており、ここで、薄層４８の所定の部分の光硬化
が生じる。ビームの複合運動はベクトルタイプの運動で
あり、ビームはベクトル・モードで運動すなわち走査さ
れると言える。電気機械式偏向手段ｌ６の慣性により、
薄層４８上でのビーム１２＃の速度は偏向手段ｌ６の慣
性ならびに電気機械的特性によっても制限を受ける。

２つのミラー２０、２２のモータ２４、２６を介しての
偏向は第２コンピュータ制御手段３４によって制御され
、一方、製造中の立体物体の形状に対応する図形データ
は第１コンピュータ制御手段３０内に記憶される。

第２コンピュータ制御手段３４は変調千段ｌ４、偏向手
段、第１コンピュータ制御手段３０にそれぞれ制御／７
イードバツク・ライン５０、５４、５８を介して接続し
ている。第ｌコンピュータ制御手段３０に記憶された図
形データは第２コンピュータ制御手段３４に送られ、処
理された後、モータ２４、２６を回転させ、ミラー２０
，　２２を移動させ、放射ビームを薄層４８上の所定位
置に向って偏向する。ミラー２０、２２の相対運動に関
する電気的フィードバックは偏向手段によってライン５
４を介して第２コンピュータ制御手段３４に与えられる
。このフィードバックは薄層４８の所定部分でのビーム
の速度ならびに平均残留時間に相互関係があり、第２コ
ンピュータ制御手段３４によって処理されてから、ライ
ン５０を通して制御指令として変調手段１４に送られて
ビームｌ２の強さを変調し、その結果、ビーム「２の強
さと薄層４８の所定部位のうち各部位での平均残留時間
の積がほぼ一定に留まる。こうして、これら２つのパラ
メータの積として定義される露光レベルがほぼ一定に留
まる。この露光レベルを各隣り合った薄層の所定部分に
わたって一定に維持することによって、光光度深度もほ
ぼ一定に保たれる．この補正は、膨らんだ縁が上述した
ようなベクトル走査における縁のところの低い初期速度
による過剰露光の結果として現われる薄層の不支持部分
で特に非常に重要である。ビーム１２”の強さが高けれ
ば高いほど、あるいは、光硬化性組成物の光感度が高け
れば高いほど、露光レベルを一定に保つ手段がない場合
にはこの問題はそれだけ厳しいものとなる。また、組成
物４０の感度が大きければ大きいほど、或る種の露光制
御手段なしには問題はそれだけ厳しいものとなる。

可動テーブル４ｌは、当初、光硬化性組成物４０内の表
面４６から短い所定距離のところに設置され、表面４６
とテーブル４１の間に薄層４８を与゜える。

テーブルの位置決めは設定手段４２によって行われ、こ
の設定手段は第１コンピュータ制御手段３０によってそ
こに記憶されたデータに従って制御される。剛性物体の
形状の第１層に対応する図形データは第１コンピュータ
制御手段３０から第２コンピュータ制御手段３４へ送ら
れ、そこにおいて、偏向手段ｌ６から得られたフィード
バック・データと一緒に処理され、変調器ｌ４に送られ
てそれを制御し、その結果、ビームが薄層４８の所定部
分上をベクトル・モードで移動するときに、露光量が一
定に留まる。

剛性物体の第１層が完了したならば、可動テーブル４１
を第１コンピュータ制御手段３０からの指令を介して設
定手段４２によって所定の短い距離だけ下降させる。第
１コンピュータ制御手段３０からの同様の指令により、
層形成手段、たとえば、ドクタナイフ４３が表面４６を
拭って平らにする。次いで同じ手順が繰り返され、第２
の、第３、そしてそれに続く層を製造し、最終的に剛性
物体が完成する。

先に述べたように、変調器は放射ビームの強さをほぼゼ
ロの強さから最大強さまでアナログあるいはディジタル
・モードで変調する。変調器では或る程度の光学的損失
があり、また、偏向手段でも或る程度の付加的な損失が
ある。最大強さは未変調ビームの強さマイナス全光学的
損失に等しい。本発明の好ましい具体例では、最大ビー
ム強度は光硬化性組或物の感度その他のパラメータに依
存して或る種の値を超える。

したがって、放射ビームの最大強度が次の式よりも大き
い光硬化深度を与えることが好ましい。

光硬化厚さ一Ｇ｛ΣＥ｝− ここで、Ｇ｛ΣＥ｝は露光Ｅの合計で演算する関数］）
を表し、この関数演算子は或る特定のポイントあるいは
領域で受け取られる露光量の合計（ＩＩＪ／ｃｍ〜２）
に対して或る特定の材料光硬化深度応答性（　ｃａ＋）
を関係付ける。普通は、この関数演算子は次の形の自然
対数二次多項式適合である。

Ｃ｛ΣＥ｝一光硬化深度一Ａ＋Ｂ　Ｉｎ（Ｅ）＋Ｃ　（
Ｉｎ（Ｅ））−２ここで，Ａ，Ｂ，Ｃはこの関係につい
て良好な数学的適合性を与える或る特定の材料について
の係数であり、Ｙは像平面における走査方向に対して直
角の方向における任意の該当位置（ｃｍ）を表わし、Ｙ
ｋは像平面における位置Ｙ−ｏに対する走査線の任意の
中心位置（ｃｍ）を表わし、ｒｏはビームと光硬化性材
料の像平面との交差点におけるビームの１／ｅ−２半径
（　ＣＩ＋）であり、■は像平面における表面上のビー
ム・スポットの速度（　ｃｍ／　ｓｅｃ）である。

ベクトル走査のベクトルは複数の走査線からなり得る。

これらの走査線はｌグループあるいはそれ以上のグルー
プの走査線を含み得るし、その場合、各グループの走査
線は互いに平行である。或るグルーグ内の２つの隣り合
った走査線の距離は、一定であるときには走査線間の走
査間隔となる。しかしながら、或る状況では、走査間隔
が線毎に大きく変る可能性はある。この場合、ビームが
任意最初の線を走査しているとき、前記最初の線に関係
する走査間隔は第１線と第２線との距離に等しい。この
第２線とは、他の隣り合った線のうちでも、第１線に最
も近く、第１線を走査した後に走査される線を言う。

最大加速度で走査線上を放射ビームが移動してゼロ速度
レベルから最大一定速度に到達するまでの距離は走査間
隔より大きいことが好ましく、もっとも好ましくは、走
査間隔の５倍、さらに好ましくは走査間隔のＩｎである
。

変調器ｌ４は、好ましくは、第２コンピュータ制御子段
３４を介して制御されてほぼ方形波パルスの形で放射ビ
ームをオン、オンする。各パルスは、通常は、ほぼ同じ
振幅あるいは強さならびに同じ持続時間を有する。ビー
ムが光硬化性組成物４０の表面４６を走査するにつれて
、パルス周波数は表面４６上をビームが移動する速度に
比例するように第２コンピュータ制御手股３４、走査シ
ステム１６、フィードバック手段５４によって設定され
る。

光硬化厚さ一Ｇ｛ΣＥ｝− ｔ ここで、Ｇ｛ΣＥ｝は露光量Ｅの合計について演算する
関数Ｇ｛　｝を表わしており、この関数演算子は或る特
定のポイントまたは領域で受け取られる露光量の合計（
　ｒｓＪ／　ｃｉ＊−２）に或る特定の材料光硬化深度
応答性（仰）を関係付けるものである。通常は、この関
数演算子は次の自然対数二次多項式適合である。

Ｇ｛ΣＥ｝−光硬化深度＝　Ａ＋Ｂ　Ｉｎ（Ｅ）＋Ｃ（
Ｉｎ（Ｅ））−２ここで，Ａ，ＢＳＣはこの関係につい
て良好な数学的適合性を与える或る特定の材料について
の係数であり、『０はビームと光硬化性材料の像平面と
の交差点におけるビームのｌ／ｅ”２半径（ｃｍ）であ
り、Ｐは時間積分によって示されるようには変調されな
い場合に他のパラメータによって示される状況の下で望
まれるよりも大きい重合深度を与える、像平面における
ビームの最大放射照度（ｍＷ）であり、ｘ，Ｙは像平面
における光硬嘴し性液体の表面の位Ｉｔ　（ｃｍ％ｃ＋
ａ）を表わし、Ｙｋは像平面における位置Ｙ：０に対す
る走査線の任意の中心位置（ｃｍ）を表わし、Ｘｐはビ
ーム・パルスを受ける像平面における位置ｘ＝Ｏに対す
る走査線に沿った任意の初期位置（ｃｍ）を表わし、ｔ
は像平面において或るパルスが照射を開始する時刻（ｓ
ｅｃ）を表わし、Ｗは像平面において照射パルスが持統
する時間（ｓｅｃ）を表わし、「ａ」は反射ミラー式ス
キャナの各加速度能力と走査半径とによって決められる
、像平面におけるスポットの加速度（　ｃｒａ／　ｓｅ
ｅ　−　２）を表わす。

露光制御手段を通しての被走査層の周縁領域における光
硬化公差の制御は特に重要である。

ベクトルの始まりと終りからなり、ベクトルの分担露光
量が隣接の平行なベクトルよりも少ない周縁領域では、
露光量が少ないため、２方向での光硬化深度は浅くなり
、Ｘ％Ｙ方向での光硬化深度も浅くなる。立体像形戊過
程では、前述のように、物体が層状に形戊される場合、
光硬化深度が浅いということは直ちにｘ，ｙ，ｚ方向に
おける寸法公差の損失を招く。加えて、Ｚ方向における
光硬化深度の損失は物体の眉間の剥離現象の可能性を高
める。

この層剥離現象は２方向における光硬化性材料の戊形が
先の層との接合を行うには不適当なために生じる。立体
像形成過程では、層間の接合は第１図に４８で示す先行
して光硬化した領域上方の液体層の深さに等しい深さの
光硬化層を形成するに必要とするよりもやや高い露光を
行うことによってなされる。この層剥離は物体の周縁で
生じ、薄い壁部分を作る積層体に重要な影響を与える。

層剥離を防ぐように制御されなければならない変数とし
ては、像平面におけるビーム出力Ｐ（ｍＷ）　，露光時
刻ｔ　（ｓｅｃ）、スポット・サイズｒｏ（ｃ＋ｍ）、
走査間隔Ｙ（ｋ＋１）−Ｙｋ（ｃ＋ｍ）、パルス間の距
離Ｘ（ｐ＋１）−Ｘｐ（ｃｍ）オよび再走査技術カアル
。

層剥離ならびに公差損失を防ぐには、ビーム出力をアナ
ログ手段（たとえば、前述の音響光学式変調器）を介し
て高めて隣接の露光による影響が少ない領域における正
味露光量の損失を補正するとよい。あるいは、前記のデ
イジタル・パルス化音響光学変調器のようなデイジタル
制御手段によって個々のビーム出力パルスの時間幅を増
大させることによって露光時間を延ばして隣接の露光に
よる影響が少ない領域における正味露光量の損失を補正
してもよい。再走査技術というのは、光硬化層を平行な
走査線で形戊する前か後にこの層の任意の周縁部分を走
査する技術であり、物体あるいは層の任意の周縁部分で
受け取られる低い露光量を補正することになる。

スポット・サイズを大きくし、走査間隔を縮めるかある
いはパルス間隔を縮めると、露光量が一層均一となり、
より確かな接着領域が達戊されるので層間の接着性を改
善するが、層剥離を防ぐために周縁領域でこのような方
法を使用すると、物体公差について悪影響があるかも知
れない。

本発明の好ましい具体例では、隣接の露光による影響が
少ない領域での公差の損失ならびに層接着性の低下は、
これが先に述べたようにベクトルの始まりと終りでの影
響によるものであろうと、隣接のベクトル走査による影
響のない走査線によるものであろうと、デイジタル・パ
ルス化音響光学式変調器の露光時間幅パルス制御によっ
て補正される。

放射ビーム１２の好ましい変調方法はデイジタル式であ
るが、アナログ・モードあるいはアナログ、デイジタル
・モードの組合わせでの変調も本発明の範囲内にある。

ビームｌ２は紫外線であると好ましいが、赤外線でも、
可視光線でも、赤外線あるいは可視光線と紫外線の組合
わせでもよいし、他の放射線、たとえば、Ｘ線、電子ビ
ーム、イオン・ビーム等であってもよい。

最後に、テーブル４１の運動は並進運動、回転運動、無
作為運動あるいはそれらの組合わせであってもよい。

立体像形戊のための光硬化性組成物は少なくとも１種の
光硬化性七ノマーまたはオリゴマーおよび少なくとも１
種の光開始剤を含有すべきである。本発明の目的にとっ
てモノマーおよびオリゴマーと言う用語は実質的に同等
でありそれらは交換可能に使用され得る。

単独でまたは他の七ノマーと組み合わせて使用できる適
当なモノマーとしてはｔ−プチルアクリレート、ｔ−プ
チルメタクリレート、ｌ，５−ぺ冫タンジオーノレジア
クリレートおよびジメタクリレート、Ｎ，Ｎ−ジエチル
アミノエチルアクリレートおよびメタクリレート、エチ
レングリコールジアクリレートおよびジメタクリレート
、１．４−ブタンジオールジアクリレートおよびジメタ
クリレート、ジエチレングリコールジアクリレートおよ
びジメタクリレート、ヘキサメチレングリコールジアク
リレートおよびジメタクリレート、１．３−グロパンジ
オールジアクリレートおよびジメタクリレート、デカメ
チレングリコールジアクリレートおよびジメタクリレー
ト、１．４−シクロヘキサンジオールジアクリレートお
よびジメタクリレート、２、２−ジメチロールプロパン
ジアクリレートおよびジメタクリレート、グリセロール
ジアクリレートおよびジメタクリレート、トリプロピレ
ングリコールジアクリレートおよびジメタクリレート、
グリセロールトリアクリレートおよびトリメタクリレー
ト、トリメチロールプロパントリアクリレートおよびト
リメタクリレート、ベンタエリスリトールトリアクリレ
ートおよびトリメタクリレート、ポリオキシエチル化ト
リメチロールプロパントリアクリレートおよびトリメタ
クリレートおよび米国特許第３，３８０，８３１号に開
示されたような同様の化合物、２．２−ジ（ヒドロキシ
７エニル）一ブロバンジアクリレート、ペンタエリスリ
トールテトラアクリレートおよびテトラメタクリレート
、２．２−ジ（ｐ−ヒドロキシフエニル）一プロパンジ
メタクリレート、トリエチレングリコールジアクリレー
ト、ボリオキシエチル−２．２−シ（ｐ−ヒドロキシ７
エニル）プロパンジメタクリレート、ビスフェノールー
Ａのジー（３−メタクリルオキシ−２−ヒドロキシプロ
ビル）エーテル、ビスフェノールーＡのジー（２−メタ
クリルオキシエチル）エーテル、ビスフェノールーＡの
ジー（３−アクリルオキシー２−ヒドロキシプロビル）
エーテル、ビスフェノール−Ａのジー（２−アクリルオ
キシエチル）エーテル、ｌ，４−ブタンジオールのジー
（３−メタクリルオキシ−２−ヒドロキシプ口ピル）エ
ーテル、トリエチレングリコールジメタクリレート、ポ
リオキシブロビルトリメチロールプロパントリアクリレ
ート、ブチレングリコールジアクリレートおよびジメタ
クリレート、１．２．４−ブタントリオールトリアクリ
レートおよびトリメタクリレート、２．２．４−　｝リ
メチル−１．３−ペンタンジオールジアクリレートおよ
ヒシメタクリレート、１−７エニルエチレンー１，２−
ジメタクリレート、ジアリルフマレート、スチレン、ｌ
，４−ベンゼンジオールジメタクリ１／−｝、ｌ，４−
ジイソブロペニルベンゼン、およびｌ．３．５−トリイ
ンプロペニルベンゼンが挙げられる。

また有用なものとしては分子量が少なくとも３００であ
るエチレン系不飽和化合物例えばアルキレンまたは炭素
数２〜１５のアルキレングリコールから製造したポリア
ルキレングリコールジアクリレートまたはｌ　−１０の
エーテル結合のポリアルキレンエーテルグリコールおよ
び米国特許第２．９２７．０２２号に開示されたもの、
例えば特に端末結合として存在する場合複数の付加重合
可能なエチシン系結合を有するものが上げられる。特に
好ましい七ノマーとしてはポリオキシエチル化トリメチ
ロールプロパントリアクリレート、エチル化ペンタエリ
スリトールトリアクリレート、ジペンタエリスリトール
モノヒド口キシペンタアクリレート、および１．１０デ
カンジオールジメチルアクリレートが挙げられる。

本発明において単独でまたは組み合わせて使用される有
用な光開始剤は米国特許第２．７６０．８６３号に示さ
れており、ビシナルケトアルドニルアルコール例えばペ
ンゾイン、ビバロイン；アク口インエーテル例えばペン
ゾインメチノレおよびエチノレエーテノレ、ペンジノレ
ジメチルケタール；σ−メチルベンゾインσ−アリルペ
ンゾイン、およびσ−７エニルペンゾインヲ含むα一炭
化水素一置換一芳香族アシロインが含まれる。

開始剤としては米国特許第２．８５０，４４５号、同第
２．８７５，０４７号、同第３，０９７，０９６号、同
第３，０７４，９７４号、同第３，０９７，０９７号お
よび同第３，　１４５，　１０４号に開示されている光
還元性染料および還元剤、並びに７エナジン、オキサジ
ン、キノン群の染料、ｌＪｉｃｈｌｅｒのケトン、ペン
ゾフエノン、アクリルオキシベンゾフエノン、ロイコ染
料を含む水素ドナーを有する２．４．５−　｝リフエニ
ルイミダゾリルダイマーおよび米国特許第３．４２７，
１６１号、同第３，４７９，　１８５号および同第３．
５４９，３６７号に開示されているようなその混合物を
使用出来る。

また有用な光開始剤としては米国特許第４，１６２，１
６２号に開示されているような増感剤である。

熱的に不活性であるが１８５゜Ｃ以下で活性光線に露光
すると遊離基を生成する適当な他の光開始系としては共
役した炭素環系内に二つの環内炭素原子を有する化合物
である置換されたまたは置換されていない多核キノン例
えば９，１０−アントラキノン、２−メチルアントラキ
ノン、２一エチルアントラキノン、２−ｔ−プチルアン
トラキノン、オクタメチルアントラキノン、１．４−ナ
フトキノン、９．１０−７エナントラキノン、ペンズア
ントラセン−７．１２−ジオン、２．３−ナフタセン−
５，ｌ２−ジオン、２−メチルー１．４−ナフトキノン
、１．４−ジメチルーアントラキノン、２．３−ジメチ
ルアントラキノン、２ーフエニルアントラキノン，　２
．３−ジフエニルアントラキノン、レテネキノン、７．
８，９．１０−テトラヒド口ナフタセン−５，ｌ２−シ
オン、および１．２，３．４−テトラヒド口ペンズアン
トラセンー７．１２−ジオンが挙げられる。前記の光開
始剤または光開始剤系は光硬化性ｍ成物の全重量の０．
０５〜ｌＯｆｆｉ量％で存在する。

光硬化の好ましいメカニズムはラジカル重合であるが光
硬化の他のメカニズムの適用も本発明の範囲内にある。

前記の他のメカニズムとしてはカチオン重合、アニオン
重合、縮合重合、付加重合、などが挙げられるがこれに
制限されるわけではない。

好ましい光硬化組成物を実施例ｌに示す。

実施例　１ ート） コアーシエルボリマー”　（ＲＣＰ　１６７４）　　　
　　　２６．０上記のコアーシエルポリマー本ハ プチルアクリレート　　　　　　　　７０％プチレング
リコールジアクリレート　５％アリルメタクリレート　
　　　　　　２５％からなるコアと メチルメタクリレート　　　　　　　１００％からなる
シェルを有する。

前記のコアーシエルポリマーは以下のように調製した。

コ　　　ア 脱イオン水２３８８ｇおよびドデシルスルホン酸ナトリ
ウムの３０％水溶液３７．５ｙを機械式撹拌機、凝縮器
、加熱マントル、添加用漏斗、温度計および窒素取入口
を備えた５Ｑの４ソロフラスコに入れた。フラスコの内
容物を室温下窒素で３０分間パージして、次いで８０℃
に加熱した。この温度でプチルアクリレート（ＢＡ）１
０４６９、アリルメタクリレート（ＡＮＡ）２７９ｇお
よび１．４−ブチレングリコールジアクリレート（ＢＧ
Ｄ）７０１？からなるモノマー材料の８分の１を一度に
加えた。続いて直ちにリン酸水素ナトリウムの７％溶液
１９ｒｘＱおよび過硫酸アンモニウムの５％溶液２０ｔ
ｘ（１　（いずれも水溶液）を一度に加えた。加熱を中
止し、反応混合物の発熱にまかせた。発熱により８４゜
Ｃのビクとなった時、残りの七ノマー材料を９０分かけ
て反応温度が８０〜８５℃に維持するように断続的に加
熱しながら加えた。モノマーの添加（全モノマー材料１
３４５ｇ）が終了したら、さらに反応混合物を２．５時
間８０〜８５℃で加熱した。最終生放物は青みを帯び、
固形分３５．１％を有する乳化液であり粒径０．０９７
ミクロンを有した。

ンエノレ 上述のコア乳化液２０００９をコアを調製するときに使
用したのと同じ装置を備えた５Ｉ２の７クスコに入れた
。フラスコ内容物を窒素により室温で３０分間パージし
た。窒素パージの後、過硫酸アンモニウム１．４５９、
ドデシル硫酸ナトリウム３０％水溶液２．９ｇおよび脱
イオン水３３２ｇからなる混合物を撹拌しながらフラス
コに３０分かけて加えた。次いでフラスコの内容物を８
５℃に加熱して、メチルメタクリレ−１−１７９ｇを６
０分間かけて加えた。すべての七ノマーを加えて、更に
反応混合物を２時間加熱した。最終生戊物は青みを帯び
、固形分３６．２％を有する乳化液であり粒径０．１０
７ミクロンを有した。コア：シエルの比率は実質的に４
：１であった。

青みを帯びた乳化液をフリーザー中に３日間置いて、次
いで解凍し枦過し脱イオン水で洗浄し、そして室温で約
３日間乾燥した。試験工場またはブ之ントでのバッチの
場合のような大きな試料のために、ｔｏｏ　−　ｉｓｏ
℃の熱風などのスプレードライ法を用いてもよい。

以上本発明を詳細に説明したが本発明はさらに下記の実
施態様によりこれを要約して示すことができる。

ｌ）液状光硬化性組成物の重なった層から一体の三次元
剛性物体を製作する方法であって、容器内に液状光硬化
性組或物を設置する段階と、 放射線装置を用いて或る強さの放射ビームを発生させる
段階と、 この放射ビームの強さをほぼ零から最大値まで変調手段
によって制御しながら変調する段階と、 偏向手段を用いることによって、放射ビームを重なった
薄い層上の所定位置までベクトル走査モードで制御しな
がら偏向させて液状硬化性組成物の所定部分の光硬化を
或る光硬化深度まで行うと共に、ゼロ・レベルから最高
値までの加速度で、そして、ゼロ・レベルから最高値ま
での速度で放射ビームを偏向させる段階と、 剛性物体の形状に対応する図形データを記憶する段階と
、 第２のコンピュータ制御手段を前記変調手段、偏向手段
および第１コンピュータ制御手段と接続し、液状光硬化
性組或物の所定部分をほぼ一定の露光レベルで照射して
各重なった薄い層内でほぼ一定の光硬化深度を達戊する
段階と、 容器内でほぼ平らな可動テーブル上に剛性物体を置く段
階と、 設定手段を用い、それを第１コンピュータ制御手段で制
御することによって平らなテーブルを制御状態で移動さ
せる段階と、 第１コンピュータ制御手段によって制御される層形成手
段によって液状光硬化性組成物の重なった薄い層を形戊
する段階と からなることを特徴とする方法。

２）放射ビームの最高強度が によって与えられる値より大きい光硬化深度を生じさせ
、ここで、Ｇ｛ΣＥ｝は光硬化材料の深度を露光Ｅ　（
ｍＪ／　ｃｍ　−　２）応答曲線に数学的に合わせる等
式であり、Ｙｋ（ｃｍ）は像平面におけるＹ＝Ｏに対し
て設置された各走査線の中心を表わし、Ｙ　（ｃｍ）は
走査方向に対して直角に延びる軸線を持つ可変位置であ
り、Ｐは像平面における露光ビームの放射照度（ｍＷ）
であり、■は像平面でのビーム・スポットの速度（ｃ−
／　ｓｅｃ）であり、『０は像平面と交差するガウスビ
ーム・スポットの１／ｅ“２半径（　ｃｍ）であること
を特徴とする、前項ｌ記載の方法。

３）ベクトル走査が互いにほぼ平行な多重走査線を包含
し、これら走査線が或る走査間隔を有し、或る走査線上
をビームが最高加速度で移動してゼロ速度レベルから最
高一定速度に達するまでの距離が前記走査間隔よりも大
きいことを特徴とする、前項２記載の方法。

４）或る走査線上をビームが最高加速度で移動してゼロ
速度レベルから前記特定の最高一定速度に達するまでの
距離が前記走査間隔の５倍よりも大きいことを特徴とす
る、前項３記載の方法。

５）或る走査線上をビームが最高加速度で移動してゼロ
速度レベルから前記特定の最高一定速度に達するまでの
距離が前記走査間隔のｌＯ倍より大きいことを特徴とす
る、前項４記載の方法。

６）放射ビームの強さを或る特定の周波数でパルスに変
調し、各パルスが或る特定の持続期間、強さを有するよ
うにしたことを特徴とする、前項３記載の方法。

７）パルスがほぼ等しい持続時間、ほぼ等しい強さ、前
記ビーム速度に比例する可変周波数を持つことを特徴と
する、前項６記載の方法。

８）加速中の放射ビームの強さが次の式の値にほぼ等し
い光硬化厚さを与え、 ｔ ここで、Ｇ｛ΣＥ｝は光硬化した材料の深度を露光Ｅ　
（ｍＪ／　ｃｍ−２）応答曲線に数学的に合わせる等式
であり、ｒｏは像平面と交差するガウスビーム・スポッ
トの１／ａ“２半径（Ｃ−）であり、Ｙｋ（ｃ−）は像
平面におけるＹ＝Ｏに対して位置した各走査線の初めを
表わし、Ｘｐ（ｃｍ）は像平面におけるｘ＝０に対して
位置した各ビーム・パルスの中心を表わし、Ｘ　（ｃｍ
）は走査方向に対して平行に延びる軸線を有する可変位
置であり、Ｙ　（ｃｍ）は走査方向に対して直角に延び
る軸線を有する可変位置であり、ｔ　（ｓｅｃ）は個々
のビーム・パルスが任意の時刻１＝０に対して像平面で
始まる時刻であり、ｗ（ｓｅｃ）は各パルスの時間幅で
あり、Ｐは像平面で各パルスの露光ビームにおける放射
照度（ｍＷ）であり、ａは像平面におけるビーム・スポ
ットの加速度（ｃｍ／ｓｅａ”２）であることを特徴と
する、前項７記載の方法。

９）放射ビームの強さをアナログ・モードで変調するこ
とを特徴とする、前項２記載の方法。

１０）　　ビームが赤外線からなることを特徴とする、
前項２記載の方法。

１１）　　ビームが可視光線からなることを特徴とする
、前項２記載の方法。

１２）　　ビームが紫外線からなることを特徴とする、
前項２記載の方法。

１３）　　液状光硬化性組成物の重なった薄い層から一
体の三次元剛性物体を精密に製作する装置であって、 液状光硬化性組成物を入れた容器と、 或る強さを有する放射ビームを与える放射手段と、 放射ビームの強さをほぼゼロ・レベルから最高レベルま
で変調する変調手段と、 放射ビームをベクトル走査モードで重なった薄い層上の
所定位置まで制御しながら偏向させて液状光硬化性組成
物の所定部分の光硬化を或る光硬化深度まで行い、また
、ゼロ・レベルから最高値までの加速度で、また、ゼロ
・レベルから最大の一定速度の速度でビームを制御しな
がら偏向させる偏向手段と、剛性物体の形状に一致する
図形データを記憶する第１コンピュータ制御手段と、 変調手段、偏向手段および第１コンピュータ制御手段と
接続しており、液状光硬化性組成物の所定部分にほぼ一
定の露光レベルを与えて各重なった薄い層内でほぼ一定
深さの硬化を行う第２コンピュータ制御手段と、容器内
で剛性物体を支持するほぼ平らな可動テーブルと、 第１コンピュータ制御手段によって制御され、可動テー
ブルに動きを与えて容器内の可動テーブルの位置を精密
に制御する設定手段と、 可動テーブル上に設置してあり、第１コンピュータ制御
手段によって制御されて液状光硬化性組成物の重なった
薄い層を形戊する層形成手段と を包含することを特徴とする装置。

１４）　　放射ビームの最高強度が によって与えられる値より大きい光硬化深度を生じさせ
、ここで、Ｇ｛ΣＥ｝は光硬化材料の深度を露光Ｅ　Ｃ
ｍＪ／　ｃｍ−２）応答曲線に数学的に合わせる等式で
あり、Ｙｋ（ｃ＋ｎ）は像平面におけるＹ＝Ｏに対して
設置された各走査線の中心を表わし、Ｙ　（ｃｒＡ）は
走査方向に対して直角に延びる軸線を持つ可変位置であ
り、Ｐは像平面における露光ビームの放射照度（ｍＷ）
であり、■は像平面で・のビーム・スポットの速度（ｃ
＋ｉ／ｓｅｃ）であり、ｒｏは像平面と交差するガウス
ビーム・スポットのｌ／ｅ“２半径（ｃｍ）であること
を特徴とする、前項ｌ３記載の装置。

１５）　　ベクトル走査が互いにほぼ平行な多重走査線
を包含し、これら走査線が或る走査間隔を有し、或る走
査線上をビームが最高加速度で移動してゼロ速度レベル
から最高一定速度に達するまでの距離が前記走査間隔よ
りも大きいことを特徴とする、前項ｌ３または前項ｌ４
記載の装置。

１６）　　或る走査線上をビームが最高加速度で移動し
てゼロ速度レベルから前記特定の最高一定速度に達する
までの距離が前記走査間隔の５倍よりも大きいことを特
徴とする、前項ｌ５記載の装置。

１７）　　或る走査線上をビームが最高加速度で移動し
てゼロ速度レベルから前記特定の最高一定速度に達する
までの距離が前記走査間隔のＩＯ倍より大きいことを特
徴とする、前項ｌ６記載の装置。

１８）　　放射ビームの強さを或る特定の周波数でパル
スに変調し、各パルスが或る特定の持続期間、強さを有
するようにしたことを特徴とする、前項ｌ５記載の装置
。

１９）　　パルスがほぼ等しい持続時間、ほぼ等しい強
さ、前記ビーム速度に比例する可変周波数を持つことを
特徴とする、前項ｌ８記載の装置。

２０）加速中の放射ビームの強さが次の式の値にほぼ等
しい光硬化厚さを与え、 Ｌ ここで、Ｇ｛ΣＥ｝は光硬化した材料の深度【露光Ｅ　
（ｍＪ／　ｃｍ−２）応答曲線に数学的に合わせる等式
であり、『０は像平面と交差するガウスビーム・スポッ
トの１／ｅ′２半径（ｃｍ）であり、Ｙｋ（ｃｍ）は像
平面におけるＹ−Ｏに対して位置した各走査線の中心を
表わし％　Ｘｐ（ｃｍ）は像平面におけるＸ・０に対し
て位置した各ビーム・バルスの初めを表わし、Ｘ（ｃｍ
）は走査方向に対して平行に延びる軸線を有する可変位
置であり、Ｙ　（ａｍ）は走査方向に対して直角に延び
る軸線を有する可変位置であり、ｔ　（ｓｅｃ）は個個
のビーム・パルスが任意の時刻１＝０に対して像平面で
始まる時刻であり、ｗ　（ｓｅｅ）は各パルスの時間幅
であり、Ｐは像平面で各パルスの露光ビームにおける放
射照度（ｍＷ）であり、ａは像平面に９けるビーム・ス
ポットの加速度（ｃｍ／ｓｅａ“２）であることを特徴
とする、前項１９記載の装置。

２１）放射ビームの強さをアナログ・モードで変調する
ことを特徴とする、前項ｌ４記載の装置。

２２）ビームが赤外線からなることを特徴とする、前項
ｌ４記載の装置。

２３）ビームが可視光線からなることを特徴とする、前
項ｌ４記載の装置。

２４）ビームが紫外線からなることを特徴とする、前項
ｌ４記載の装置。

２５）走査線が初めと終りを有し、走査線の初めと終り
でｌ／ｅＦスポット半径の２倍に等しい距離内のビーム
・パルスの持続時間がパルスの残部のそれよりも大きい
ことを特徴とする、前項２０記載の装置。

２６）或る層の任意の周縁部分からのｌ／ｅ−２スポッ
ト半径の２倍に等しい距離内の走査線がパルスの残部の
持続時間よりも大きい持続時間のビーム・パルスを有す
ることを特徴とする、前項２０記載の装置。

２７）或る層の任意の周縁部分が層の平行走査線に加え
て走査されることを特徴とする、前項２０記載の装置。

２８）　　ビーム放射が像平面に形戊された或る層の任
意の周縁部分のｌ／ｅ“２スポット半径の２倍以内で或
る層の残部のそれより大きい露光を与えるように変調手
段によってアナログ方式で制御されることを特徴とする
、前”Ｊｌ５記載の装置。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の好ましい具体例のブロック図で
ある。 第２１！！および第３図はピクセル、ボクセルそれぞれ
の表面ならびに体積の分割を説明する図である。 第４図は実施例ｌの光硬化性組成物の光硬化層の深さと
露光対ビーム放射の関数との関係を示す図である。 第５ｒｙＪは露光分布対走査線を横切る方向の計算深さ
、実深さの正規化曲線を比較した図である。 第６図は３つの隣り合った走査線を横切る方向の光硬化
深度を示すことを目的とする２つの計算曲線を比較した
図である。 ｇ！ｇ７図は走査線を横切る方向における実際の厚さと
計算厚さとを比較する図である。 第８図は横断面方向の光硬化厚さについての走査間隔の
影響を示す図である。 第９図は走査線速度対走査間隔の関係を示す図である。 第１０図および第１１図は露光レベルを一定に保つ設備
が設けられていないときにストップから最大加速度の下
で最小一定光硬化深度に到達するまでに必要なベクトル
走査距離についてビーム強さが影響する大きな差を示す
図である。 第１２図は露光レベルをほぼ一定に保つ設備が設けられ
ているときの光硬化深度対走査方向に沿っｔ；距離の関
係を示す図である。 ｌＯ・・・放射手段、ｌｌ・・・立体物体、ｌ２・・・
放射ビーム、１２′・・・変調済みの放射ビーム、１４
・・・変調器、１６・・・偏向手段、２０．２２・・・
ミラー、２４　．　２６・・・モータ、３０・・・第１
コンピュータ制御手段、３４・・・第２．コンピュータ
制御手段、４０・・・光硬化性ｍ或物、４ｌ・・・可動
テーブル、４２・・・設定手段、４３・・・ドクタナイ
７、４４・・・容器、４６・・・像形戒面、５２，６０
，６２．５８・・・制御／フィードバック・ライン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）液状光硬化性組成物の重なった層から一体の三次元
   剛性物体を製作する方法であって、容器内に液状光硬化
   性組成物を設置する段 階と、 放射線装置を用いて或る強さの放射ビーム を発生させる段階と、 この放射ビームの強さをほぼ零から最大値 まで変調手段によって制御しながら変調する段階と、 偏向手段を用いることによって、放射ビー ムを重なった薄い層上の所定位置までベクトル走査モー
   ドで制御しながら偏向させて液状光硬化性組成物の所定
   部分の光硬化を或る光硬化深度まで行うと共に、ゼロ・
   レベルから最高値までの加速度で、そして、ゼロ・レベ
   ルから最高値までの速度で放射ビームを偏向させる段階
   と、 剛性物体の形状に対応する図形データを記 憶する段階と、 第２のコンピュータ制御手段を前記変調手 段、偏向手段および第１コンピュータ制御手段と接続し
   、液状光硬化性組成物の所定部分をほぼ一定の露光レベ
   ルで照射して各重なった薄い層内でほぼ一定の光硬化深
   度を達成する段階と、 容器内でほぼ平らな可動テーブル上に剛性 物体を置く段階と、 設定手段を用い、それを第１コンピュータ 制御手段で制御することによって平らなテーブルを制御
   状態で移動させる段階と、 第１コンピュータ制御手段によって制御さ れる層形成手段によって液状光硬化性組成物の重なった
   薄い層を形成する段階と からなることを特徴とする方法。 ２）液状光硬化性組成物の重なった薄い層から一体の三
   次元剛性物体を精密に製作する装置であって、 液状光硬化性組成物を入れた容器と、 或る強さを有する放射ビームを与える放射 線装置と、 放射ビームの強さをほぼゼロ・レベルから 最高レベルまで変調する変調手段と、 放射ビームをベクトル走査モードで重なっ た薄い層上の所定位置まで制御しながら偏向させて液状
   光硬化性組成物の所定部分の光硬化を或る光硬化深度ま
   で行い、また、ゼロ・レベルから最高値までの加速度で
   、また、ゼロ・レベルから最大の一定速度の速度でビー
   ムを制御しながら偏向させる偏向手段と、 剛性物体の形状に一致する図形データを記 憶する第１コンピュータ制御手段と、 変調手段、偏向手段および第１コンピュー タ制御手段と接続してあり、液状光硬化性組成物の所定
   部分にほぼ一定の露光レベルを与えて各重なった薄い層
   内でほぼ一定深さの硬化を行う第２コンピュータ制御手
   段と、 容器内で剛性物体を支持するほぼ平らな可 動テーブルと、 第１コンピュータ制御手段によって制御さ れ、可動テーブルに動きを与えて容器内の可動テーブル
   の位置を精密に制御する設定手段と、 可動テーブル上に設置してあり、第１コン ピュータ制御手段によって制御されて液状光硬化性組成
   物の重なった薄い層を形成する層形成手段と を包含することを特徴とする装置。