JPH0661847B2 - 立体像形成システム - Google Patents
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- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
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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。
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。ヨーロツパ特許出願（1987年６月６日にSc
itex 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、Hull、Kodama、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Fudim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。
されている。ヨーロツパ特許出願（1987年６月６日にSc
itex 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、Hull、Kodama、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Fudim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
立体領域を形成することに関する。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。
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
立体領域を形成することに関する。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。
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。
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タ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、ラスタ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、ラスタ走査では、 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・データをラスタ・データに変換
する必要がある。
トマスクあるいはラスタ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、ラスタ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、ラスタ走査では、 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・データをラスタ・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、「CAD
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」（Lasers＆Optronics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。
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、「CAD
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」（Lasers＆Optronics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た深さ、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。
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。
本発明はベクトル・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のコンピユータ制御手段を前記変調手段、偏向手段
および第１コンピユ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コンピユータ制御手段で制
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コンピユ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。
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のコンピユータ制御手段を前記変調手段、偏向手段
および第１コンピユ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コンピユータ制御手段で制
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コンピユ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。
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。
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12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
の放射線装置10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、20mWより大き
い出力と考えており、好ましくは、放射ビーム12の強さ
から測定して100mWを超える出力である。これは現在の
光硬化性組成物の感度に合わせてある。しかしながら、
もっと速い組成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20mW、100mW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を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。
とえば、レーザ）は放射ビーム12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
の放射線装置10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、20mWより大き
い出力と考えており、好ましくは、放射ビーム12の強さ
から測定して100mWを超える出力である。これは現在の
光硬化性組成物の感度に合わせてある。しかしながら、
もっと速い組成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20mW、100mW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を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12は変調器14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12′
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（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、Ｘ、Ｙ方向において容器44に入っている液状光
硬化性組成物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16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41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41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41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41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コンピユータ制御手段
30と第２コンピユータ制御手段34も設けてある。第１コ
ンピユータ制御手段30は、制御／フイードバツク・ライ
ン52、60、62、58のそれぞれを介して放射線装置10、設
定手段42、層形成手段43および第２コンピユータ制御手
段34と接続してある。第２コンピユータ制御手段34は、
ライン58を介しての第１コンピユータ制御手段30との接
続に加えて、制御／フイードバツク・ライン50、54のそ
れぞれを介して変調器14と偏向手段16にも接続してい
る。存在の明らかな補助的な装置類は簡略化のために示
していない。
変調器であると好ましい。変調された放射ビーム12′
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（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、Ｘ、Ｙ方向において容器44に入っている液状光
硬化性組成物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16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41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41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41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41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コンピユータ制御手段
30と第２コンピユータ制御手段34も設けてある。第１コ
ンピユータ制御手段30は、制御／フイードバツク・ライ
ン52、60、62、58のそれぞれを介して放射線装置10、設
定手段42、層形成手段43および第２コンピユータ制御手
段34と接続してある。第２コンピユータ制御手段34は、
ライン58を介しての第１コンピユータ制御手段30との接
続に加えて、制御／フイードバツク・ライン50、54のそ
れぞれを介して変調器14と偏向手段16にも接続してい
る。存在の明らかな補助的な装置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。Greyhawk の製造する市販のシステム
（Greyhawk Systems，Inc.，1557 Center Point Driv
e，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コンピユータ制
御手段34の一部として使用してもよい。Greyhawk 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テ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。
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。Greyhawk の製造する市販のシステム
（Greyhawk Systems，Inc.，1557 Center Point Driv
e，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コンピユータ制
御手段34の一部として使用してもよい。Greyhawk 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テ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 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硬化スイツチを作動させなければ
ならない。光スイツチなら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。このような光スイツ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。
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 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硬化スイツチを作動させなければ
ならない。光スイツチなら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。このような光スイツ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ツチ類の例としては次の
ものがある。
ものがある。
まず、電気光学式スイツチであり、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。
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(7
460 East County Line Road，Longmont，Colorado 8050
1)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。
あり、ビーム・ゲートと呼ばれる、Meadowalk Optics(7
460 East County Line Road，Longmont，Colorado 8050
1)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、ダイアフ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。
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(Pb0.9、La0.
1、Zr0.65、Ti0.35)ベースのスイツチである。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フエロエレクトリツク
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。
1、Zr0.65、Ti0.35)ベースのスイツチである。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フエロエレクトリツク
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P1、P2、P3、‥‥Pnで示すように、二次元面に
位置する像をピ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。これらのピ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V1、V2、V3、‥‥
Vnで示すようにボ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つのボクセルの好ましい形状であり、したがって、こ
のボクセルはＸ、Ｙ、Ｚのすべての方向において同じ寸
法を持つことになる。
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P1、P2、P3、‥‥Pnで示すように、二次元面に
位置する像をピ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。これらのピ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V1、V2、V3、‥‥
Vnで示すようにボ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つのボクセルの好ましい形状であり、したがって、こ
のボクセルはＸ、Ｙ、Ｚのすべ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。
硬化性組成物40の表面46上のビーム12″の任意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。
二次元像形成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成の動作特性、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
もっと複雑である。というのは、特に、立体像形成では
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。光硬化性組成物の表面上の或
る線に沿って合焦レーザ・ビームを一回走査した場合
（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
成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たのである。換言すれ
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成にとって
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。各ベクトルの幅が表面46
から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成物の対応した部分
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。
によって、立体すなわち三次元の像形成の動作特性、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
もっと複雑である。というのは、特に、立体像形成では
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。光硬化性組成物の表面上の或
る線に沿って合焦レーザ・ビームを一回走査した場合
（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
成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たのである。換言すれ
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成にとって
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。各ベクトルの幅が表面46
から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成物の対応した部分
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。
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、移動しているスポツトの
中心の軌跡に向う部分（このスポツ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、スポツトの速度
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１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。
中心の軌跡に向う部分（このスポツ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、スポツトの速度
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１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成物の性
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
度は連続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。
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
度は連続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
形成の間には第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成
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/e^2にほぼ等しいかあるいはそれよ
り小さいときに、像の目に見えるリプル感覚を排除すべ
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。立体像形成の場合、この間隔での走査線の
設置により、実施例１に記載する組成物の場合に各層の
下面に際立ったリ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。
形成の間には第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成
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/e^2にほぼ等しいかあるいはそれよ
り小さいときに、像の目に見えるリプル感覚を排除すべ
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。立体像形成の場合、この間隔での走査線の
設置により、実施例１に記載する組成物の場合に各層の
下面に際立ったリ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、ボクセルの寸法の確定
に直接通じ、立体像形成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。
に直接通じ、立体像形成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。
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。
ここで、G{E}は露光E(mJ/cm^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１の組成物には二次自然
対数多項式を用いた。G{E}(mm)＝-0.66+0.446 ln〔Ｅ〕
-0.356(ln〔Ｅ〕)^2)、Ｐは像平面におけるビーム放射
束(mW)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1/e^2ビーム半径であり、ｖ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。
く合った関数を表わし（実施例１の組成物には二次自然
対数多項式を用いた。G{E}(mm)＝-0.66+0.446 ln〔Ｅ〕
-0.356(ln〔Ｅ〕)^2)、Ｐは像平面におけるビーム放射
束(mW)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1/e^2ビーム半径であり、ｖ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・スポツトの中心まわ
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１の組成物を含
む）の正規化されたれ実際の厚さと、 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。
に対して直角に切断されたビーム・スポツトの中心まわ
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１の組成物を含
む）の正規化されたれ実際の厚さと、 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１に対して正規化されて
いて分布の差を良く示している。
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。
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、立体像形成シス
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。
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成される層が連続的
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。
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成される層が連続的
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。
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。
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。
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。
ここで、位置Yk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。
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〕の式〔２〕以上の精度の決定は第６図のグラフ
から容易に理解できる。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おけるリプルが同
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１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成した
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。
から容易に理解できる。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おけるリプルが同
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１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成した
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成物応答性を正確に
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。
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、フ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直径と同じ幅であることは普通のことである。或る
種のスキヤ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1/e^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、立体像形成では、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、露光に対する非ガウ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。立体像形成の場合、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1/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、底面のリプルを最小とする。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プルの変化を示してい
る。ここで、1/eスポツ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たい。
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、フ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直径と同じ幅であることは普通のことである。或る
種のスキヤ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1/e^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、立体像形成では、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、露光に対する非ガウ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。立体像形成の場合、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1/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、底面のリプルを最小とする。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プルの変化を示してい
る。ここで、1/eスポツ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たい。
走査中心線間のこのようなセグメント化の効果はもっと
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、1/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。1/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。1/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65％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。
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、1/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。1/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。1/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65％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、層を形成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
にスピードアツ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。
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、層を形成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
にスピードアツ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、上述したようにボクセルについての
寸法確立に直接通じ、したがって立体像形成システムの
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つのボクセルのＸ、Ｙ、Ｚ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幅
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1/e^0.69
3スポツ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。
寸法確立に直接通じ、したがって立体像形成システムの
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つのボクセルのＸ、Ｙ、Ｚ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幅
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1/e^0.69
3スポツ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。
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成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・スキヤナを用いた場合、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。スキヤナ・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ツトまで
加速するときに各ベクトルの初めで速度変化が生じる。
スポツト速度は走査半径（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
体像形成の際に通常平らであり、ベクトル・スキヤナが
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、スキヤ
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。
対して平行でかつ像形成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・スキヤナを用いた場合、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。スキヤナ・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ツトまで
加速するときに各ベクトルの初めで速度変化が生じる。
スポツト速度は走査半径（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
体像形成の際に通常平らであり、ベクトル・スキヤナが
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、スキヤ
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12は安全インタロツ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ヤツタを通る。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ツグ角で音
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１次までの
最大回折効率を許すと同時に第２コンピユータ制御手段
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ならびに他の
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１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12″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。
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12は安全インタロツ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ヤツタを通る。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ツグ角で音
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１次までの
最大回折効率を許すと同時に第２コンピユータ制御手段
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ならびに他の
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１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12″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
ツト速度の変化は、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。スポツト
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〕は表面
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
のスポツ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。
ツト速度の変化は、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。スポツト
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〕は表面
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
のスポツ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）が特定の値にセツト
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。
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）が特定の値にセツト
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タルはＸ、Ｙ、Ｚ寸法が等し
く、各ボクセルの所望寸法はそれぞれの寸法で0.0127cm
(0.005″）である。
く、各ボクセルの所望寸法はそれぞれの寸法で0.0127cm
(0.005″）である。
ビーム放射照度の関数Ｇ｛ΣE(mJ/cm^2)｝として或る露
光を受けた材料を用いて達成される光硬化深度(cm)は次
の関数演算子によって表現される。
光を受けた材料を用いて達成される光硬化深度(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 ln〔ΣＥ〕-0.00356(l
n〔ΣＥ〕)^2 〔４〕 像平面において単一の走査線で走査される0.0127cm 1/e
^0.693直径スポツト（すなわちro＝0.0108cm 1/e^2）に
おいて300mWのレーザ出力でＤ＝0.0127cm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〔１〕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。
n〔ΣＥ〕)^2 〔４〕 像平面において単一の走査線で走査される0.0127cm 1/e
^0.693直径スポツト（すなわちro＝0.0108cm 1/e^2）に
おいて300mWのレーザ出力でＤ＝0.0127cm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〔１〕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。
ここで、Ａ、Ｂ、Ｃは材料応答性等式Ｇ｛ΣＥ｝の材料
係数を表わす（すなわち、Ａ＝-0.066.....、Ｂ＝0.044
6.....、Ｃ＝-0.0356.....）。
係数を表わす（すなわち、Ａ＝-0.066.....、Ｂ＝0.044
6.....、Ｃ＝-0.0356.....）。
こうして、スキヤ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、適正な露光が達成されるまで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、
材料は大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。
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、適正な露光が達成されるまで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、
材料は大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10図および第11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、300mWの強度を有する。第１
図のビーム12″のよう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4.65cm移動距離まで光硬化性材料における所望の露光
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、スキヤ
ナが１つのスポツトまで減速するので、300mWビームを
持つスキヤナ・システムは像平面（第１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。
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、300mWの強度を有する。第１
図のビーム12″のよう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4.65cm移動距離まで光硬化性材料における所望の露光
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、スキヤ
ナが１つのスポツトまで減速するので、300mWビームを
持つスキヤナ・システムは像平面（第１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プ
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ツト限度に依存し
てかろうじて許容できる程度であるが、300mW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。
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プ
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ツト限度に依存し
てかろうじて許容できる程度であるが、300mW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、露光制御はスポツトが光硬化性
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
て実質的にもっと均一な露光を与える。
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、露光制御はスポツトが光硬化性
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
て実質的にもっと均一な露光を与える。
等しい時間幅(w)のデイジタル方形波時間パルスを有
し、ストツ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。
し、ストツ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。
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ツトの加速を表わす。
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ツトの加速を表わす。
式〔４〕は積分すると、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。
り、次の形に書き直すことができる。
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1/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。
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1/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・コンピユータ近似法を用いて、各寸法での
ボクセル・サイズが0.0127cmであるビーム・スポツトの
1/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。このスポツ
トのパルスはボクセルあたり、スポツトから加速された
ビームの４倍で生じる。走査半径は大きくして、1.27*
10^6cm/sec^2のスポツト加速度を与えた。スポツトはパ
ルスあたりｗ＝3.93* 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。
ボクセル・サイズが0.0127cmであるビーム・スポツトの
1/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。このスポツ
トのパルスはボクセルあたり、スポツトから加速された
ビームの４倍で生じる。走査半径は大きくして、1.27*
10^6cm/sec^2のスポツト加速度を与えた。スポツトはパ
ルスあたりｗ＝3.93* 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12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、走査線に沿って光硬化深度が１ボクセルについて移
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ボ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ボクセル分の損失は
或る部分についての所望の寸法におけるセツト公差に関
してそれ以上の損失になお移行する。
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、走査線に沿って光硬化深度が１ボクセルについて移
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ボ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ボクセル分の損失は
或る部分についての所望の寸法におけるセツト公差に関
してそれ以上の損失になお移行する。
第１ボ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、プリセツ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
ればならない。式〔６〕ならびに隣り合ったスポツトの
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続くボクセルによ
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。
めには、プリセツ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
ればならない。式〔６〕ならびに隣り合ったスポツトの
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続くボクセルによ
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。
１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
るスキヤ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・スイツチ
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。
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
るスキヤ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・スイツチ
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１図のビーム12″の長さ）の短縮はパルス
密度を増大させるが、大きなフイ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。
密度を増大させるが、大きなフイ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ボクセルと
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ボクセルの回復を許すことにな
る。
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ボ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12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1
2′は２ミラー20、22組立体の形をしたベクトル・スキ
ヤナのような偏向手段16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Ｘ方向にビームを偏向する。ここ
で、Ｘ方向はＹ平行に対して直角である。放射ビーム1
2″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16の慣性により、薄層48上でのビーム12″の速度は偏
向手段16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。
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12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1
2′は２ミラー20、22組立体の形をしたベクトル・スキ
ヤナのような偏向手段16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Ｘ方向にビームを偏向する。ここ
で、Ｘ方向はＹ平行に対して直角である。放射ビーム1
2″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16の慣性により、薄層48上でのビーム12″の速度は偏
向手段16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コンピユータ制御手段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
ピユータ制御手段30内に記憶される。
２コンピユータ制御手段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
ピユータ制御手段30内に記憶される。
第２コンピユータ制御手段34は変調手段14、偏向手段、
第１コンピユータ制御手段30にそれぞれ制御／フイード
バツク・ライン50、54、58を介して接続している。第１
コンピユータ制御手段30に記憶された図形データは第２
コンピユータ制御手段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2
0、22の相対運動に関する電気的フイードバツクは偏向
手段によってライン54を介して第２コンピユータ制御手
段34に与えられる。このフイードバツクは薄層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コンピユータ制御手段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12の強さを変調し、その結果、ビーム12
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、光硬度深度も
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。
第１コンピユータ制御手段30にそれぞれ制御／フイード
バツク・ライン50、54、58を介して接続している。第１
コンピユータ制御手段30に記憶された図形データは第２
コンピユータ制御手段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2
0、22の相対運動に関する電気的フイードバツクは偏向
手段によってライン54を介して第２コンピユータ制御手
段34に与えられる。このフイードバツクは薄層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コンピユータ制御手段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12の強さを変調し、その結果、ビーム12
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、光硬度深度も
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41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コンピユー
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コンピユータ制御手段30から第２コンピユー
タ制御手段34へ送られ、そこにおいて、偏向手段16から
得られたフイードバツク・データと一緒に処理され、変
調器14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。
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コンピユー
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コンピユータ制御手段30から第２コンピユー
タ制御手段34へ送られ、そこにおいて、偏向手段16から
得られたフイードバツク・データと一緒に処理され、変
調器14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コンピユータ制御手段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
ピユータ制御手段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。
第１コンピユータ制御手段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
ピユータ制御手段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イジタル
・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成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。
ロの強さから最大強さまでアナログあるいはデイジタル
・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成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。
ここで、Ｇ｛ΣＥ｝は露光Ｅの合計で演算する関数Ｇ
｛ ｝を表し、この関数演算子は或る特定のポイントあ
るい領域で受け取られる露光量の合計(mJ/cm^2)に対し
て或る特定の材料光硬化深度応答性(cm)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。
｛ ｝を表し、この関数演算子は或る特定のポイントあ
るい領域で受け取られる露光量の合計(mJ/cm^2)に対し
て或る特定の材料光硬化深度応答性(cm)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。
Ｇ｛ΣＥ｝＝光硬化深度＝A+B ln〔Ｅ〕+C(ln〔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、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、
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(cm)であり、ｖは像平面における表
面上のビーム・スポツトの速度(cm/sec)である。
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、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、
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(cm)であり、ｖは像平面における表
面上のビーム・スポツトの速度(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１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。或るグループ内の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。
これらの走査線は１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。或るグループ内の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、さらに好ましくは操作間隔の10倍であ
る。
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、さらに好ましくは操作間隔の10倍であ
る。
変調器14は、好ましくは、第２コンピユータ制御手段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、オフする。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コンピユータ制御手段34、走査システム16、フ
イードバツク手段54によって設定される。
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、オフする。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コンピユータ制御手段34、走査システム16、フ
イードバツク手段54によって設定される。
ここで、Ｇ｛ΣＥ｝は露光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(mJ/
cm^2)に或る特定の材料光硬化深度応答性(cm)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。
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(mJ/
cm^2)に或る特定の材料光硬化深度応答性(cm)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 ln〔Ｅ〕+C(ln〔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、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(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化性液体の表面の位
置(cm、cm)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＝０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(sec)を表
わし、ｗは像平面において照射パルスが持続する時間(s
ec)を表わし、「ａ」は反射ミラー式スキヤナの各加速
度能力と走査半径とによって決められる、像平面におけ
るスポツトの加速度(cm/sec^2)を表わす。
合性を与える或る特定の材料についての係数であり、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(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化性液体の表面の位
置(cm、cm)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＝０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(sec)を表
わし、ｗは像平面において照射パルスが持続する時間(s
ec)を表わし、「ａ」は反射ミラー式スキヤナの各加速
度能力と走査半径とによって決められる、像平面におけ
るスポツトの加速度(cm/sec^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、Ｚ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。立体像形成過程では、前述のよ
うに、物体が層状に形成される場合、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
は物体の層間の剥離現象の可能性を高める。
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、Ｚ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。立体像形成過程では、前述のよ
うに、物体が層状に形成される場合、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
は物体の層間の剥離現象の可能性を高める。
この層剥離現象はＺ方向における光硬化材料の成形が先
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。
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(se
c)、スポツト・サイズro(cm)、走査間隔Y(k+1)-Yk(c
m)、パルス間の距離X(p+1)-Xp(cm)および再走査技術が
ある。
ては、像平面におけるビーム出力Ｐ(mW)、露光時刻t(se
c)、スポツト・サイズro(cm)、走査間隔Y(k+1)-Yk(c
m)、パルス間の距離X(p+1)-Xp(cm)および再走査技術が
ある。
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
走査線で形成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。
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
走査線で形成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。
スポツト・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成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。
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成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
少ない領域での交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。
少ない領域での交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。
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12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。
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。
為運動あるいはそれらの組合わせであってもよい。
立体像形成のための光硬化性組成物は少なくとも１種の
光硬化性モ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。
光硬化性モ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。
単独でまたは他のモ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−ブチルアクリレート、ｔ−ブ
チルメタクリレート、1,5−ペンタンジオールジアクリ
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−プ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、ペ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、ボ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（ヒドロキシフエニル）−プロバンジア
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）−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、ポリオキシエチル−2,2
−ジ（ｐ−ヒドロキシフエニル）プロパンジメタクリレ
ート、ビスフエノール−Ａのジ−（３−メタクリルオキ
シ−２−ヒドロキシプロピル）エーテル、ビスフエノー
ル−Ａのジ−（２−メタクリルオキシエチル）エーテ
ル、ビスフエノール−Ａのジ−（３−アクリルオキシ−
２−ヒドロキシプロピル）エーテル、ビスフエノール−
Ａのジ−（２−アクリルオキシエチル）エーテル、1,4
−ブタンジオールのジ−（３−メタクリルオキシ−２−
ヒドロキシプロピル）エーテル、トリエチレングリコー
ルジメタクリレート、ポリオキシプロピルトリメチロー
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−トリメチル−1,3−ペンタンジオールジアクリレ
ートおよびジメタクリレート、１−フエニルエチレン−
1,2−ジメタクリレート、ジアリルフマレート、スチレ
ン、1,4−ベンゼンジオールジメタクリレート、1,4−ジ
イソプロペニルベンゼン、および1,3,5−トリイソプロ
ペニルベンゼンが挙げられる。
当なモノマーとしてはｔ−ブチルアクリレート、ｔ−ブ
チルメタクリレート、1,5−ペンタンジオールジアクリ
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−プ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、ペ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、ボ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（ヒドロキシフエニル）−プロバンジア
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）−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、ポリオキシエチル−2,2
−ジ（ｐ−ヒドロキシフエニル）プロパンジメタクリレ
ート、ビスフエノール−Ａのジ−（３−メタクリルオキ
シ−２−ヒドロキシプロピル）エーテル、ビスフエノー
ル−Ａのジ−（２−メタクリルオキシエチル）エーテ
ル、ビスフエノール−Ａのジ−（３−アクリルオキシ−
２−ヒドロキシプロピル）エーテル、ビスフエノール−
Ａのジ−（２−アクリルオキシエチル）エーテル、1,4
−ブタンジオールのジ−（３−メタクリルオキシ−２−
ヒドロキシプロピル）エーテル、トリエチレングリコー
ルジメタクリレート、ポリオキシプロピルトリメチロー
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−トリメチル−1,3−ペンタンジオールジアクリレ
ートおよびジメタクリレート、１−フエニルエチレン−
1,2−ジメタクリレート、ジアリルフマレート、スチレ
ン、1,4−ベンゼンジオールジメタクリレート、1,4−ジ
イソプロペニルベンゼン、および1,3,5−トリイソプロ
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１〜10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レン系
結合を有するものが上げられる。特に好ましいモノマー
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ロキシペ
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。
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１〜10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レン系
結合を有するものが上げられる。特に好ましいモノマー
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ロキシペ
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ベンゾイ
ン、ピバロイン；アクロインエーテル例えばベンゾイン
メチルおよびエチルエーテル、ベンジルジメチルケター
ル；α−メチルベンゾインα−アリルベンゾイン、およ
びα−フエニルベンゾインを含むα−炭化水素−置換−
芳香族アシロインが含まれる。
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ベンゾイ
ン、ピバロイン；アクロインエーテル例えばベンゾイン
メチルおよびエチルエーテル、ベンジルジメチルケター
ル；α−メチルベンゾインα−アリルベンゾイン、およ
びα−フエニルベンゾインを含むα−炭化水素−置換−
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3,097,09
7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、並びにフエナジン、オキサジン、キノ
ン群の染料、Michlerのケトン、ベンゾフエノン、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−ト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。
号、同第3,097,096号、同第3,074,974号、同第3,097,09
7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、並びにフエナジン、オキサジン、キノ
ン群の染料、Michlerのケトン、ベンゾフエノン、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−ト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4,162,162号に
開示されているような増感剤である。
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℃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
−エチルアントラキノン、２−ｔ−ブチルアントラキノ
ン、オクタメチルアントラキノン、1,4−ナフトキノ
ン、9,10−フエンナントラキノン、ベンズアントラセン
−7,12−ジオン、2,3−ナフタセン−5,12−ジオン、２
−メチル−1,4−ナフトキノン、1,4−ジメチル−アント
ラキノン、2,3−ジメチルアントラキノン、２−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−テトラヒドロナフタセン−5,
12−ジオン、および1,2,3,4−テトラヒドロベンズアン
トラセン−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組成物の全重量の0.05〜10
重量％で存在する。
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
−エチルアントラキノン、２−ｔ−ブチルアントラキノ
ン、オクタメチルアントラキノン、1,4−ナフトキノ
ン、9,10−フエンナントラキノン、ベンズアントラセン
−7,12−ジオン、2,3−ナフタセン−5,12−ジオン、２
−メチル−1,4−ナフトキノン、1,4−ジメチル−アント
ラキノン、2,3−ジメチルアントラキノン、２−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−テトラヒドロナフタセン−5,
12−ジオン、および1,2,3,4−テトラヒドロベンズアン
トラセン−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組成物の全重量の0.05〜10
重量％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。
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１に示す。
実施例１ Novacure 3704 29.6 〔ビスフエノール−Ａビス（２−ヒドロ キシプロピル）ジアクリレート〕 TMPTA（トリメチロールプロパントリア 29.6 クリレート） Plasthall 4141(CP Hall社）（トリエチ 14.8 レングリコールカプレート−カプリレ ート） Triton X-100（オクチルフエノールポ 0.78 リエーテルアルコール） Irgacure 651(2,2−ジメトキシ２−フ 1.6 エニルアセトフエノン） コア−シエルポリマー＊(RCP 1674) 26.0 上記のコア−シエルポリマー＊は ブチルアクリレート 70％ ブ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％ からなるシエルを有する。
前記のコア−シエルポリマーは以下のように調整した。
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37.5ｇを機械式攪拌機、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５
の４ツ口フラスコに入れた。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
の温度でブチルアクリレート(BA)1046ｇ、アリルメタク
リレート(AMA)279ｇおよび1,4−ブチレングリコールジ
アクリレート(BGD)70ｇ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19ｍおよび過硫酸アンモニウムの５％溶液
20ｍ（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℃のピ
クとなった時、残りのモノマー材料を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1345ｇ）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。最終生成物は青みを帯び、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。
の30％水溶液37.5ｇを機械式攪拌機、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５
の４ツ口フラスコに入れた。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
の温度でブチルアクリレート(BA)1046ｇ、アリルメタク
リレート(AMA)279ｇおよび1,4−ブチレングリコールジ
アクリレート(BGD)70ｇ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19ｍおよび過硫酸アンモニウムの５％溶液
20ｍ（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℃のピ
クとなった時、残りのモノマー材料を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1345ｇ）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。最終生成物は青みを帯び、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。
シエル 上述のコア乳化液2000ｇ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５のフラスコに入れた。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1.45ｇ、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
なる混合物を攪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85℃に加熱して、メチル
メタクリレート179ｇを60分間かけて加えた。すべての
モノマーを加えて、更に反応混合物を２時間加熱した。
最終生成物は青みを帯び、固形分36.2％を有する乳化液
であり粒径0.107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。
たのと同じ装置を備えた５のフラスコに入れた。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1.45ｇ、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
なる混合物を攪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85℃に加熱して、メチル
メタクリレート179ｇを60分間かけて加えた。すべての
モノマーを加えて、更に反応混合物を２時間加熱した。
最終生成物は青みを帯び、固形分36.2％を有する乳化液
であり粒径0.107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。試験工場またはプラントでのバツチの
場合のような大きな試料のために、100〜150℃の熱風な
どのスプレードライ法を用いてもよい。
いで解凍し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。試験工場またはプラントでのバツチの
場合のような大きな試料のために、100〜150℃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。
施態様によりこれを要約して示すことができる。
1)液状光硬化生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のコンピユータ制御手段を前記変調手段、偏向手段
および第１コンピユ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コンピユータ制御手段で制
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コンピユ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。
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のコンピユータ制御手段を前記変調手段、偏向手段
および第１コンピユ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コンピユータ制御手段で制
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コンピユ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)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＝０に対して位置した各走査線の中
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、ｖは像平面でのビーム・スポ
ツトの速度(cm/sec)であり、roは像平面と交差するガウ
スビーム・スポツトの1/e^2半径(cm)であることを特徴
とする、前項１記載の方法。
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＝０に対して位置した各走査線の中
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、ｖは像平面でのビーム・スポ
ツトの速度(cm/sec)であり、roは像平面と交差するガウ
スビーム・スポツトの1/e^2半径(cm)であることを特徴
とする、前項１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。
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。
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10倍より大きいことを特徴とする、
前項４記載の方法。
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10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。
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。
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、 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・スポツトの1/e^2半径(c
m)であり、Yk(cm)は像平面におけるＹ＝０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・パルスの初めを表わ
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(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ｔ＝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・スポツトの加速度(cm/
sec^2)であることを特徴とする、前項７記載の方法。
光硬化厚さを与え、 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・スポツトの1/e^2半径(c
m)であり、Yk(cm)は像平面におけるＹ＝０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・パルスの初めを表わ
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(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ｔ＝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・スポツトの加速度(cm/
sec^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。
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。
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。
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。
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
ンピユータ制御手段と、 変調手段、偏向手段および第１コンピユータ制御手段と
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
深さの光硬化を行う第２コンピユータ制御手段と、 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コンピユ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コンピユータ制御
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。
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
ンピユータ制御手段と、 変調手段、偏向手段および第１コンピユータ制御手段と
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
深さの光硬化を行う第２コンピユータ制御手段と、 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コンピユ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コンピユータ制御
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。
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(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＝０に対して位置した各走査線の中
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、ｖは像平面でのビーム・スポ
ツトの速度(cm/sec)であり、roは像平面と交差するガウ
スビーム・スポツトの1/e^2半径(cm)であることを特徴
とする、前項13記載の装置。
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＝０に対して位置した各走査線の中
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、ｖは像平面でのビーム・スポ
ツトの速度(cm/sec)であり、roは像平面と交差するガウ
スビーム・スポツトの1/e^2半径(cm)であることを特徴
とする、前項13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13または前項14記載の装
置。
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13または前項14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15記載の装置。
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15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10倍より大きいことを特徴とす
る、前項16記載の装置。
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10倍より大きいことを特徴とす
る、前項16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15記載の装置。
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15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18記載の装置。
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18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、 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・スポツトの1/e^2半径(c
m)であり、Yk(cm)は像平面におけるＹ＝０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・パルスの初めを表わ
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(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)は個個のビー
ム・パルスが任意の時刻ｔ＝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・スポツトの加速度(cm/
sec^2)であることを特徴とする、前記19記載の装置。
い光硬化厚さを与え、 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・スポツトの1/e^2半径(c
m)であり、Yk(cm)は像平面におけるＹ＝０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・パルスの初めを表わ
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(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)は個個のビー
ム・パルスが任意の時刻ｔ＝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・スポツトの加速度(cm/
sec^2)であることを特徴とする、前記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14記載の装置。
とを特徴とする、前項14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14
記載の装置。
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1
4記載の装置。
4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14
記載の装置。
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1
/e^2スポツト半径の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。
/e^2スポツト半径の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1/e^2スポツト半径の
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。
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。
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成された或る層の任意の周
縁部分の1/e^2スポツト半径の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、前項15記
載の装置。
縁部分の1/e^2スポツト半径の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、前項15記
載の装置。
第１図は本発明の装置の好ましい具体例のブロツク図で
ある。 第２図および第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１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５図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。 第７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ツ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た距離の関係を
示す図である。 10……放射手段、11……立体物体、12……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コンピユータ制御手段、34……第２コンピユータ制
御手段、40……光硬化性組成物、41……可動テーブル、
42……設定手段、43……ドクタナイフ、44……容器、46
……像形成面、52,60,62,58……制御／フイードバツク
・ライン。
ある。 第２図および第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１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５図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。 第７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ツ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た距離の関係を
示す図である。 10……放射手段、11……立体物体、12……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コンピユータ制御手段、34……第２コンピユータ制
御手段、40……光硬化性組成物、41……可動テーブル、
42……設定手段、43……ドクタナイフ、44……容器、46
……像形成面、52,60,62,58……制御／フイードバツク
・ライン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２９Ｋ 105:24 105:32
Claims (14)
- 【請求項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成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。 - 【請求項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＝０に対して位置した各走査線の中
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、ｖは像平面でのビーム・スポ
ットの速度(cm/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1/e^2半径(cm)であることを特徴
とする、請求項１記載の方法。 - 【請求項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、請求項２記載の方法。 - 【請求項４】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、請求項３記載の方
法。 - 【請求項５】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、 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/e^2半径(c
m)であり、Yk(cm)は像平面におけるＹ＝０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・パルスの初めを表わ
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(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ｔ＝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/
sec^2)であることを特徴とする、請求項４記載の方法。 - 【請求項６】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
深さの光硬化を行う第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。 - 【請求項７】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＝０に対して位置した各走査線の中
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、ｖは像平面でのビーム・スポ
ットの速度(cm/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1/e^2半径(cm)であることを特徴
とする、請求項６記載の装置。 - 【請求項８】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、請求項６または７記載
の装置。 - 【請求項９】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、請求項８記載の装
置。 - 【請求項１０】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、 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/e^2半径(c
m)であり、Yk(cm)は像平面にＹ＝０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・パ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(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t=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/sec^2)で
あることを特徴とする、請求項９記載の装置。 - 【請求項１１】走査線が初めと終りを有し、走査線の初
めと終りで1/e^2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、請求項10記載の装置。 - 【請求項１２】或る層の任意の周縁部分からの1/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、請求項10記載の装置。 - 【請求項１３】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、請求項10記載
の装置。 - 【請求項１４】ビーム放射が像平面に形成された或る層
の任意の周縁部分の1/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、請求項８記載の装置。
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