JPH07509188A - High-speed prototype 3D lithography - Google Patents

High-speed prototype 3D lithography

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JPH07509188A
JPH07509188A JP5518605A JP51860593A JPH07509188A JP H07509188 A JPH07509188 A JP H07509188A JP 5518605 A JP5518605 A JP 5518605A JP 51860593 A JP51860593 A JP 51860593A JP H07509188 A JPH07509188 A JP H07509188A
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polymer
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vat
fluid
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ベイ,ヤング シー.
エス. ソーン,デイビッド
クロッカー,チャールズ
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ソーン テクノロジーズ,インコーポレイテッド
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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。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 高速プロトタイプ3次元立体リソグラフィ一本発明は、高速プロトタイプ高精密 3次死文体リソグラフィーの分野に関する。[Detailed description of the invention] High-speed prototyping 3D 3D lithography - The present invention is a high-speed prototyping with high precision. Concerning the field of tertiary necrolithography.

発明の背景 3次元立体リソグラフィーは、型どうりに形成して機能をテストするためのモデ ルの高速製造用にご(最近開発されたプロトタイプ技術である。この工程は、工 具を用いることなく、コンピュータアシステツドデザイン(CAD)およびコン ピュータアシステッドマニファクチャー(CAM)を用いて、様々な種類の物体 を製造する革命的な手法である。Background of the invention 3D stereolithography is a model for forming molds and testing functionality. This is a recently developed prototype technology for high-speed manufacturing of Computer-assisted design (CAD) and computers without tools Using computer-assisted manufacturing (CAM), various types of objects can be created. This is a revolutionary method of manufacturing.

Hullによる米国特許第4.575.330号および第4.929.402号 に記載されているように、所望の物体のCADファイルを作成し、それを数学的 に積層型断面図または層に変換する。U.S. Patent Nos. 4.575.330 and 4.929.402 to Hull Create a CAD file of the desired object and convert it mathematically as described in Convert to stacked sections or layers.

物体の第1の層を、重合開始源、典型的には紫外線レーザによって、エチレン的 不飽和モノマーバットの表面上で走査する。その後、バットのエレベータ台上に 位置するモデルの第1の層をアクチュエータによりプログラムした距離だけ降下 して、重合性液体の新しいコーティングが固化した層を覆うようにする。ワイパ ブレードにより、コーティングの厚みを完全なものにし、その後、レーザにより 前の層の上に新しい層を描(。所望の3次元構築物が得られるまで、この工程を 繰り返す。物体の突出部が遊離することを防ぐため、必要に応じて設計にウェビ ングを追加し得る。The first layer of the object is ethylene-coated by a polymerization initiating source, typically an ultraviolet laser. Scan over the surface of the unsaturated monomer vat. After that, on the elevator platform of the bat The actuator lowers the first layer of the model by a programmed distance. so that a new coating of polymerizable liquid covers the solidified layer. wiper The blade completes the coating thickness and then the laser Draw a new layer on top of the previous layer (repeat this step until the desired three-dimensional construct is obtained) repeat. Webbing may be included in the design if necessary to prevent object protrusions from becoming loose. may be added.

得られた物体(未焼成体)は部分的に硬化した構築物である。バットから除去し た後、未焼成体を硬化させ、そして必要に応じてペーパをかけるか、あるいは別 の方法で平滑化させる。The resulting body (green body) is a partially cured construct. removed from bat After that, the green body is cured and, if necessary, papered or otherwise Smooth using this method.

°330特許(’330特許の図4参照のこと)は、別の実施態様として、紫外 線硬化性液体をより重く混合不可能な紫外線透過性液体層をバット内に浮遊させ ることを教示している。、この実施態様においては、紫外線源はバットの下から 紫外線透過性材料を介して照射され、2種類の液体の界面に集まる。°330特 許の図3に示すように、物体を液体中により深く沈めるのではなく、紫外線硬化 性液体から引き出す。この実施態様は、使用する硬化性材料の量を最小限に抑え るために有用である。しかし、未焼成体が完全に重合していないと、たるんだり 変形したりし得る。The °330 patent (see Figure 4 of the '330 patent) provides that, in another embodiment, ultraviolet A layer of UV-transparent liquid that is heavier than the line-curable liquid and cannot be mixed is suspended in the vat. It teaches that , in this embodiment, the UV source is from below the vat. The UV light is irradiated through the transparent material and collects at the interface of the two liquids. °330 special Rather than submerging the object deeper into the liquid, UV curing is Draw from sexual fluids. This embodiment minimizes the amount of curable material used. It is useful for However, if the green body is not completely polymerized, it may sag. It can be deformed.

Murphyらによる米国特許第5.011.635号は、液相、液相上に位置 する実質的に浸透不可能な移動可能膜、膜上に位置する照射により重合可能な液 体有機相、および有機相上方に位置する照射源を含む3次元立体リソグラフィー 用装置を提供している。このシステムによってもまた、装置中で必要な重合性バ ット液体の量を減少できる。しかし膜が存在することにより、材料選択の基準が より複雑になる。U.S. Pat. No. 5,011,635 to Murphy et al. a virtually impermeable transferable membrane, a liquid located on the membrane that can be polymerized by irradiation; three-dimensional stereolithography comprising an organic phase and an irradiation source located above the organic phase We provide equipment for This system also eliminates the need for polymerizable buffers in the equipment. The amount of liquid can be reduced. However, the presence of the membrane changes the criteria for material selection. It becomes more complicated.

Murphyによる米国特許第4.844.144号は、3次元立体リソグラフ ィーにより製造されたモデルを用いてインベストメント鋳造を行う方法を開示し ており、この方法は、プロトタイピングにおいて、インベストメント鋳造中に加 熱するとパターンを弱体化してパターンが熱膨張のためにモールドにひび割れを 起こすことを防止する不活性低熱可塑性材料と混合した、エチレン的不飽和液体 材料を含むポリマー前駆体流体を用いることを含む。部分の弱体化は、変形を悪 化させ、最終物体が不正確になる。U.S. Pat. No. 4,844,144 to Murphy describes three-dimensional stereolithography. Discloses a method for performing investment casting using a model manufactured by This method is used during prototyping during investment casting. Heating can weaken the pattern and cause the pattern to crack in the mold due to thermal expansion. Ethylenically unsaturated liquid mixed with an inert low thermoplastic material to prevent including using a polymer precursor fluid containing the material. Weakening of the part can lead to deformation. , and the final object becomes inaccurate.

プロトタイピングに3次元立体リソグラフィーを用いることの主な問題点は、精 密な寸法許容に欠けることである。The main problem with using 3D stereolithography for prototyping is It lacks tight dimensional tolerances.

変形を引き起こす応力の一種は、液体から固体に変換されつつある材料が既に硬 化済みの材料に接触し結合するときに起こる。この応力は、各層が構築物から剥 離する巻き上げ変形を引き起こす。One type of stress that causes deformation is when a material that is being converted from a liquid to a solid is already hard. Occurs when it comes into contact with and bonds with already oxidized materials. This stress causes each layer to peel away from the construct. Letting go causes winding deformation.

別の種類の応力は、完全に重合していない物体がアニールされたく追加の熱、絨 穂照射、またはその両方を同時に行うことにより硬化された)ときに起こる。な ぜなら、反応が連続することにより既に形成された部分が収縮するからである。Another type of stress is the addition of heat, which causes the non-fully polymerized object to be annealed. (cured by panicle irradiation, or both at the same time). Na This is because, as the reaction continues, the already formed portion shrinks.

さらに、照射がない状態での硬化に必要な高温が物体に悪影響を及ぼす。硬化の ための温度が高すぎると、物体が軟化し、さらにはその形状を損なう。Additionally, the high temperatures required for curing in the absence of irradiation have an adverse effect on the object. hardening If the temperature is too high, the object will soften and even lose its shape.

寸法変形の程度は、形状の正確度、物体の空間設計、および物体の耐応力性によ り決定され、物体の各部分によって異なる。現在、3次元立体リソグラフィーは 、この収縮を予想し且つ補償することを試みる高度コンピュータアルゴリズムを 用いても、数十分の1インチのレベルで正確さに限界がある。さらに、硬化後の そりがバット硬化率を上げることにより減少する一方で、周囲圧力下において後 に続く層の堆積に伴って内部応力が発生するため、バット硬化が完全になればな るほど巻き上げ変形は大幅に増加する。The degree of dimensional deformation depends on the accuracy of the shape, the spatial design of the object, and the stress resistance of the object. and is determined by each part of the object. Currently, three-dimensional lithography is , advanced computer algorithms that attempt to anticipate and compensate for this shrinkage. Even if it is used, the accuracy is limited to a few tenths of an inch. Furthermore, after curing While warpage is reduced by increasing the butt hardening rate, The butt must be completely cured because of the internal stresses that occur with the subsequent deposition of layers. The rolling deformation increases significantly as the temperature increases.

硬化後の変形という問題を解決する試みが、Murphyらによる米国特許第4 .942.001号に開示されている。これによると、好適には三官能性である 10〜45重量%液体ポリアクリル酸塩またはポリメタクリル酸塩と10〜45 重量%N−ビニルモノマーとの混合液中に溶解された20〜80重量%樹脂性ポ リアクリル酸塩またはポリメタクリル酸塩を含むバット溶液を利用する。この溶 液は硬化が起こると、熱軟化性固体ポリマーからなる軽架橋型溶剤膨張型ポリマ ー性薄壁成分を供給する。モノマーに樹脂性ポリマーを追加すると、重合性混合 液の粘性が向上し得、それにより流体の移動が遅くなり、且つ、巻き上げ変形が 悪化する。An attempt to solve the problem of deformation after curing was published in U.S. Patent No. 4 by Murphy et al. .. No. 942.001. According to this, preferably trifunctional 10-45% by weight liquid polyacrylate or polymethacrylate and 10-45% by weight 20-80% by weight resinous polymer dissolved in a mixture with %N-vinyl monomer. A vat solution containing lyacrylate or polymethacrylate is utilized. This melt When the liquid cures, it forms a lightly crosslinked, solvent-swellable polymer consisting of a heat-softening solid polymer. - provides a thin-walled component. Adding a resinous polymer to the monomer creates a polymerizable mixture The viscosity of the liquid may increase, which slows down the movement of the fluid and reduces curling deformation. Getting worse.

Murphyらによる米国特許第4.945.032号は、層形成中に表面のい ずれかの部分で照射を停止し、その後各表面層の形成中に少なくとも一回照射を 繰り返して、製造された物体の強度および耐溶剤性を増すことにより、硬化後の 変形が減少し得ることを開示している。好適には、コンピュータによりフォーカ スされたレーザによるスキャンの高速反復工程として、各表面層に紫外線を照射 する。U.S. Pat. No. 4,945,032 to Murphy et al. Stop the irradiation at any point and then irradiate at least once during the formation of each surface layer. Repeatedly increases the strength and solvent resistance of the manufactured objects after curing. It is disclosed that deformation can be reduced. Preferably, the computer focuses Each surface layer is irradiated with ultraviolet light as a fast repeating process of laser scanning. do.

Murphyらによる米国特許第4.972.006号は、未焼成体により吸収 される水溶性遊離基触媒を含む水溶液バットに未焼性体を浸漬することにより未 焼性体を硬化し得ることを開示している。硬化を完全にするためにバットを加熱 する。U.S. Pat. No. 4,972,006 to Murphy et al. The green body is immersed in an aqueous solution vat containing a water-soluble free radical catalyst. It is disclosed that the sinterable body can be hardened. Heat the vat for complete curing do.

水溶液中の触媒によりさらなる硬化が達成しえるが、この手法は、硬化後の工程 で起こる残留そりの問題を緩和しない。Further curing can be achieved with catalysts in aqueous solution, but this technique does not alleviate the residual warpage problem that occurs in

Hullらによる米国特許第4.999.143号および第5.059.359 号は、様々な方法のうち特に、物体(ウェブ)用の内蔵サポートを供給する方法 で物体を特定し、CADを用いて固体モデルの表面を三角形(PHI GS)に 分割し、より良い表面分割を得るようにすることによって、巻き上げおよび変形 を減少し得ることを開示している。この機械作用的手法は有用ではあるが、除去 しなければならない不必要且つ所望でないウェブおよびサポートが形成される。U.S. Patent Nos. 4.999.143 and 5.059.359 to Hull et al. The issue describes, among other methods, a method of providing built-in support for objects (webs). Identify the object and use CAD to shape the surface of the solid model into a triangle (PHI GS) Rolling and deformation by dividing and getting better surface division It is disclosed that the amount can be reduced. Although this mechanical approach is useful, it Unnecessary and undesirable webs and supports are formed that must be removed.

Sma 11eyによる米国特許第5.015.424号は、物体の各部を分離 して一部分から他の部分に応力が伝達されないようにすることによって、変形を 減少し得ることを開示している。U.S. Patent No. 5.015.424 to Sma 11ey deformation by preventing stress from being transferred from one part to another. Discloses that it can be reduced.

CAD設計または部分における応力点において小さな孔またはギャップを設計す ることにより、巻き上がりやすい層部分を分離する。これらのギャップは「スモ ーリー」と呼ばれる。スモーリーはまた、バードネスティング(製造中に上昇下 降し物体の仕上がり表面を粗くする、物体中の不安定な境界)を減少するために も用いられる。この機械作用的な手法も同様に不必要な複雑性を導入する。Design small holes or gaps at stress points in a CAD design or part By doing this, the layer parts that tend to roll up easily are separated. These gaps are It is called "Lee". Smalley is also known for bird nesting (rise and fall during production). In order to reduce unstable boundaries in the object that roughen the finished surface of the object is also used. This mechanical approach also introduces unnecessary complexity.

米国特許第5.076、974号および第5.164.128号は、寸法許容を 向上する「ウィーブ」と呼ばれる新しい部分構築技術を開示している。典型的な x−yクロスハツチング法により、水がフリーザトレイ内の部分的に凍ったアイ スキューブに捕獲されるのとほぼ同様な様式で液体または半硬化樹脂を内部に捕 獲する薄壁チャンバを比較的環れやすいマトリクス状に形成する。U.S. Patent Nos. 5.076,974 and 5.164.128 provide dimensional tolerances. Discloses a new partial construction technique called ``weave'' that improves performance. Typical The x-y cross-hatching method allows water to reach partially frozen eyes in the freezer tray. Captures liquid or semi-cured resin internally in much the same manner as it is captured in a cube. The thin-walled chambers to be captured are formed in a matrix shape that is relatively easy to ring.

バット内で液体樹脂の大部分が硬化するのに伴って、硬化後のそりが減少し、且 つ、表面仕上げが向上する。硬化後の変形は、一部には硬化後の収縮が少ないた めに減少する。しかし、ビームのクロスりツチングの程度が増し、内部応力の発 生によって重合度が100%に近づくにしたがって、層の構築物からの剥離に起 因する巻き上げ変形は大幅に増加する。As most of the liquid resin hardens in the vat, warpage after hardening is reduced and First, the surface finish is improved. Deformation after curing is due in part to less shrinkage after curing. decreases. However, the degree of cross-stripping of the beam increases and the generation of internal stress increases. As the degree of polymerization approaches 100%, the layer peels off from the structure. The resulting roll-up deformation increases significantly.

Cubital Ltd、に譲渡された米国特許第5.139.338号および 第5.157.423号は、硬化後に関連する問題を排除する手段としてフラッ ド紫外線硬化工程を採用する3次元物体立体リソグラフィーを作成する方法を開 示している。全ての高速プロトタイピング工程同様、固体または表面CADモデ ルをまず薄い断面状にスライスする。その後、スライスをコンピュータから、フ ォトコピアとして機能するマスク発生器に移送する。表面の一部分を帯電し、ト ナーパウダにより静電潜像を「現像」することにより、ガラスマスクプレート上 に断面のネガ画像を形成する。同時に、液体フォトポリマーの薄層を、ワークベ ンチの表面全体(こ広げる。U.S. Patent No. 5.139.338, assigned to Cubital Ltd.; No. 5.157.423 describes the use of flash as a means of eliminating the associated problems after curing. Opens a method to create three-dimensional objects stereolithography using ultraviolet curing process. It shows. As with all rapid prototyping processes, solid-state or surface CAD models First, slice the roe into thin cross-sections. Then transfer the slices from your computer to the Transfer to a mask generator that acts as a photocopier. Charge a part of the surface and By “developing” the electrostatic latent image with powder, A negative image of the cross section is formed. At the same time, a thin layer of liquid photopolymer is applied to the work surface. Spread over the entire surface of the hole.

その後、断面スライスのネガ画像が形成されたマスクプレートをワークベンチ上 に置く。マスクとワークベンチとの両方の上方にあるシャッタが2秒間開き、そ れにより2キロワツトのランプから強い紫外光を照射することにより照射された フォトポリマー層全体を一度に固化する。モデル外部の領域は液体のまま残る。Then, place the mask plate with the negative image of the cross-sectional slice on the workbench. put it on. The shutter above both the mask and the workbench opens for 2 seconds, then It was irradiated by irradiating strong ultraviolet light from a 2 kilowatt lamp. Solidify the entire photopolymer layer at once. Areas outside the model remain liquid.

その後照射を受けたマスクを物理的に磨き静電的に放電し、マスクプレートから 電荷を除去して次のネガ断面像に備える。同時に、強制的に吹き込まれた空気と 真空圧力との組合せにより未硬化ポリマーをワークベンチから除去する。ワーク ベンチは次のステーションに移動し、そこにおいて熱いワックスを塗布すること により未硬化ポリマーがあけたキャビティを充填する。次のステーションにおい て、冷却プレートを適用することによりワックスを固化する。The irradiated mask is then physically polished and electrostatically discharged to release the mask from the mask plate. Remove the charge and prepare for the next negative cross-sectional image. At the same time, the forced air and Uncured polymer is removed from the workbench in combination with vacuum pressure. work The bench moves to the next station where hot wax is applied. The uncured polymer fills the cavity. next station smell and solidify the wax by applying a cooling plate.

固化したワ・クロスは、サポート構築物として作用して、引力または収縮効果に より変形を減少する。最後に、ポリマー/ワックス層の表面をカッタで所望の厚 みまで切削する。The solidified Wa Cloth acts as a support construct and resists gravitational or contractile effects. Reduces deformation. Finally, cut the surface of the polymer/wax layer with a cutter to the desired thickness. Cut until.

これによりワークピースの表面は次のポリマー層を受け取る準備ができる。この 工程を部分が完全になるまで反復する。モデルが構築されると、サポートワック スをマイクロウェーブエネルギー、ブロアーからの熱風、および溶剤を含む水洗 剤により除去する。各層は完全に硬化されているため、この後の硬化は不要であ る。この工程は高精密部分を形成するために用いられ得るが、重合中の層間の応 力発生により、部分はまだ多少の変形を示す。This leaves the surface of the workpiece ready to receive the next polymer layer. this Repeat the process until the part is complete. Once the model is built, the support wack Clean the bath with microwave energy, hot air from a blower, and water containing solvents. Remove with agent. Each layer is fully cured so no further curing is required. Ru. Although this process can be used to form high precision parts, the stress between the layers during polymerization The part still shows some deformation due to force generation.

米国特許第4.752.498号および第4.801.477号は、3次元物体 の立体リソグラフI−を作成する方法を記載している。U.S. Pat. No. 4.752.498 and U.S. Pat. No. 4.801.477 A method for producing a stereolithography I- is described.

これにおいて、十分剛性な透明プレートまたは膜を液体ポリマー前駆体流体と接 触した状態で設置することにより液体を所望の形状に保ち、好適には反応バット から空気を排除する。バット内の容量が、被照射領域回りからの流体の無制限な 供給により変化するように、プレートの密閉は行わない。さらに、透明プレート の表面を被照射ポリマー表面をさらなる架橋が可能である状態にしておく材料に より形成して、次の層が形成されたときに被照射ポリマー表面に密着するように してお(ことを示唆している。上記特許は、固化したフォトポリマーを変形する ことなく層を放出することを援助するために、プレートを酸素、銅または他の反 応抑制剤から形成するか、あるいはその分子中に含むことを教示している。In this, a sufficiently rigid transparent plate or membrane is brought into contact with a liquid polymer precursor fluid. Keep the liquid in the desired shape by placing it in contact with the reaction vat, preferably to exclude air from the The volume within the vat allows for unlimited flow of fluid from around the irradiated area. There is no sealing of the plate as it varies depending on the supply. Additionally, a transparent plate to a material that leaves the irradiated polymer surface ready for further crosslinking. so that when the next layer is formed, it will adhere to the irradiated polymer surface. The above patent suggests that the solidified photopolymer can be deformed. To aid in releasing the layer without oxygen, copper or other It teaches that the compound is formed from or included in the molecule of a suppressor.

3次元立体リソグラフィーの技術を用いて理論的に得られる最高の精密度は、光 の回折限度(サブミクロン)である。3次元立体リソグラフィーにより製造され た物体の変形を減少するために上記の技術が用いられてきたが、高度な精密度は まだ達成されていない。精密性を向上させる3次元立体リソグラフィーにより型 どうりに形成して機能するモデルを製造する方法を提供する必要がある。The highest precision theoretically achievable using three-dimensional stereolithography technology is diffraction limit (submicron). Manufactured by three-dimensional stereolithography Although the above techniques have been used to reduce deformation of objects that have been Not achieved yet. The mold is created using three-dimensional lithography that improves precision. There is a need to provide a method for manufacturing models that can be formed and function as desired.

高精密度は、高画像比および高構築物高さを有する、マイクロエレクトロニクス で用いる微小および小構築物の製造に必要である。微小および小構築物は、典型 的には光学的リソグラフィーにより製造され、光学的リソグラフィーは、16メ ガビツトのメモリチップを製造するために必要な0.5 μmの臨界寸法(CD )を達成するように完成化されている。この技述は、シリコンウェーハ上でのバ ルクまたはマイクロ機械加工のいずれかによりマイクロセンサおよびマイクロア クチュエータを製造するように改変されている。High precision microelectronics with high image ratio and high construction height necessary for the production of micro and small constructs used in Micro and small constructs are typical It is generally manufactured by optical lithography, and optical lithography is The critical dimension of 0.5 μm (CD ) has been perfected to achieve. This technical description applies to batteries on silicon wafers. micro-sensors and micro-apertures by either lubrication or micro-machining. Modified to produce actuators.

高置像比微小構築物はまた、高量子エネルギーシンクロトロン照射によりX線リ ソグラフィーを用いて製造されている。「リガ(L I GA)J工程(ベラカ ーら、Microelectronic Engineering 4 (19 86) 35〜56頁、および米国特許第4.990.827号を参照のこと) によると、マイクロメートルの範囲の水平方向寸法および数百マイクロメートル の構築物高さを有する微小構築物が製造される。リガ工程を図1に模式的に示す 。高エネルギー照射によって液体溶剤(現像剤)中の溶解速度が変化するポリマ ー材料(レジスト)に、X線マスクを介して強度の平行X線を照射する。High-field-of-image-ratio microconstructs can also be exposed to X-ray radiation by high quantum energy synchrotron irradiation. Manufactured using lithography. “Riga (LIGA) J process (Beraka) -ra, Microelectronic Engineering 4 (19 86) See pages 35-56 and U.S. Pat. No. 4,990,827) According to horizontal dimensions in the micrometer range and hundreds of micrometers A microconstruct is produced having a construct height of . The Riga process is schematically shown in Figure 1. . Polymers whose dissolution rate changes in liquid solvent (developer) by high-energy irradiation - The material (resist) is irradiated with intense parallel X-rays through an X-ray mask.

照J1[は、厚いレジスト層における精密ディープエッチX線リソグラフィーに 必要なスペクトル範囲において高度に平行化された光子束を発生し得る電子シン クロトロンまたは電子貯蔵リングである。例として、10と1,000 μmと の間の厚みを有するパターンは、典型的には0. 1と1 nmとの間の最適臨 界光波長のシンクロトロン照射を必要とする。次のステップにおいて、金属を導 電性基板に堆積する電気鋳造(電鋳)工程におけるテンプレートとしてレジスト 構築物を使用する。その後、ポリマーレジストを除去して高精密金属モールドを 供給する。ポリマーモールド材料をゲートプレートの孔を介して金属モールドキ ャビティに導入することにより、第2のプラスチックモールドを形成する。プレ ートは、ポリマー性微小構築物と係合間係にあり、モールド樹脂を硬化した後、 プレートは第2の金属微小構築物を形成する第2の電気鋳造工程において電極と して作用する。リガ工程によると、100までの画像比およびマイクロメートル の範囲の最小水平寸法を有する構築物を含む、高精密第2構築物が製造される。Teru J1 is suitable for precision deep etch X-ray lithography in thick resist layers. electron beams capable of generating highly collimated photon fluxes in the required spectral range. It is a crotron or electron storage ring. For example, 10 and 1,000 μm Patterns with thicknesses between 0. Optimal temperature between 1 and 1 nm Requires synchrotron irradiation at field wavelength. In the next step, the metal is Resist as a template in the electroforming (electroforming) process for depositing onto conductive substrates Use constructs. Then, the polymer resist is removed and the high precision metal mold is installed. supply Insert the polymer mold material into the metal mold key through the holes in the gate plate. A second plastic mold is formed by introducing the mold into the mold cavity. pre The mold is in engagement with the polymeric microconstruct, and after curing the mold resin, The plate is connected to the electrode in a second electroforming process to form a second metal microconstruct. It works. According to Riga process, image ratio up to 100 and micrometer A high precision second construct is manufactured, including a construct having a minimum horizontal dimension in the range of .

リガ工程は、マイクロセンサ、振動および加速度を測定する測定装置、マイクロ 光学装置および対称液体装置、そして電気および光学マイクロコネクタの製造に 使用されている。リガ工程に関する主要な欠点は、完全に取り付けられた金属構 築物しか製造することができないこと、および、容易に入手できない電子シンク ロトロンの使用を必要とすることである。The Riga process includes microsensors, measurement devices that measure vibration and acceleration, micro For the production of optical devices and symmetrical liquid devices, as well as electrical and optical microconnectors. It is used. The main disadvantage with the Rigging process is that the fully attached metal structure Only built-in structures can be manufactured, and electronic sinks are not readily available. This requires the use of a rotron.

Guckelら(Proceedings for Internationa l Conference on 5olid−State 5ensors  and Actuators、1991)は、犠牲的リガ(SLIGA)と呼ば れる新しい工程を報告している。この工程を図2に示す。犠牲層をリガ工程に追 加することにより、完全に取り付けられた金属構築物、部分的に取り付けられた 金属構築物、および完全に自由な金属構築物の製造が容易になる。装置の厚みが 典型的には10μmより大きく、300 μmより小さいため、メ・ツキされた 膜にかかる応力を適宜に制御することができれば、自立構築物は形状変形を起こ さない。しかし、この工程も容易に入手できない電子シンクロトロンの使用を必 要とする0電子シンクロトロンの使用を必要としない、マイクロエレクトロニク ス用高画像比微小および小構築物を製造する装置および方法を提供することが有 用である。Guckel et al. l Conference on 5 solid-state 5 sensors and Actuators, 1991) is called Sacrificial Liga (SLIGA). We are reporting on a new process that can be done. This process is shown in FIG. Add sacrificial layer to Riga process By adding fully attached metal construction, partially attached The production of metal constructs and completely free metal constructs is facilitated. The thickness of the device It is typically larger than 10 μm and smaller than 300 μm, so it is cut out. If the stress applied to the membrane can be appropriately controlled, the self-supporting structure will undergo shape deformation. I don't. However, this process also requires the use of an electronic synchrotron, which is not readily available. Microelectronic technology that does not require the use of zero-electron synchrotrons It is advantageous to provide an apparatus and method for manufacturing high image ratio micro and small structures for It is for use.

したがって、本発明の目的は、物体の変形を最小限に抑制する、3次元立体リソ グラフィーによる物体を製造する方法を提供することである。Therefore, an object of the present invention is to create a three-dimensional solid lithography system that minimizes deformation of an object. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing an object by graphography.

本発明の他の目的は、ポリマー前駆体の選択を広げて反応の遅い系を含み、且つ 、固化すると、ポリマーとセラミックとの二重特性および/または磁気的、電気 的、または光学的特性を有する実部(real parts)を形成する粒子含 有流体を含むようにすることである。Other objects of the invention are to expand the selection of polymer precursors to include slow reacting systems and , upon solidification, the dual properties of polymer and ceramic and/or magnetic, electrical particles that form real parts with optical or optical properties. The purpose is to contain a fluid.

本発明のさらに他の目的は、短時間のうちに精密重合を達成して実部がすばやく 発生し得るようにすることである。Still another object of the present invention is to achieve precise polymerization in a short time so that the real part can be quickly produced. The goal is to make sure that it can occur.

本発明のさらに他の目的は、マイクロエレクトロニクス用の高置像比微小および 小構築物を製造する工程および装置を提供することである。Still another object of the present invention is to provide high image ratio micro and An object of the present invention is to provide a process and apparatus for manufacturing small constructs.

発明の要旨 3次元立体リソグラフィーを用いた高精密な大規模、微小、および小構築物の製 造のための方法および装置を開示する。これらの方法を用いて製造される物体は 、層間における最小限の応力および低巻き上げ変形を有する。物体はまた、硬化 後の処理が不要であるため、そりが少ない。Summary of the invention High-precision fabrication of large-scale, micro-, and small-scale constructs using 3D stereolithography A method and apparatus for manufacturing are disclosed. Objects manufactured using these methods are , with minimal stress between layers and low roll-up deformation. The object also hardens Since no post-processing is required, there is less warping.

一実施態様においては、高圧下において3次元立体リソグラフィーを用いて構築 物が製造される。高圧の使用により、反応バットにおける高温および/または粘 性ポリマー前駆体の使用が可能になる。バット内に付与された圧力は、固体中に 、磁性粒子、誘電性粒子、セラミック粒子、液晶、液晶ポリマー、非線形光学用 非中心対称半分、導電性粒子、および導電性ポリマーを含む不活性ポリマー性ま たは非ポリマー性材料を含む実物体(プロトタイプに対して)の形成を可能にす る。磁性粒子、液晶、液晶ポリマー、および非中心対称半分は、磁場または電場 を付与することにより適切に整列し得る。In one embodiment, constructed using three-dimensional stereolithography under high pressure Things are manufactured. The use of high pressures results in high temperatures and/or viscosity in the reaction vat. This allows the use of synthetic polymer precursors. The pressure applied in the vat causes the solid to , magnetic particles, dielectric particles, ceramic particles, liquid crystals, liquid crystal polymers, nonlinear optics Inert polymeric or non-centrosymmetric halves, conductive particles, and conductive polymers. enables the formation of real objects (vs. prototypes) containing polymeric or non-polymeric materials. Ru. Magnetic particles, liquid crystals, liquid crystal polymers, and non-centrosymmetric halves are sensitive to magnetic or electric fields. can be properly aligned by adding .

別の実施態様においては、3次元立体リソグラフィ一工程の改良が提供されてい る。そこにおいては、ポリマー前駆体流体を移動する先端に沿って差動様式で重 合させて、移動するポリマー領域より前の材料は液体のまま残り、先端より後の 材料は固化するようにすることにより、ポリマー性材料における応力に関連する 変形が最小限に抑えられる。典型的な方法では、移動する先端は紫外光が透過す るスリットである。別の方法では、移動する先端は、虹彩絞りの半径方向開口部 である。その後、移動するポリマー領域より前の静液晶材料は、収縮速度と同等 の速度で自由に流動し得、変形のない応力の減少されたポリマーネットワークが 形成される。この工程を用いると、物体は、重合中の材料の収縮によって引き起 こされるキャビティまたは中空の領域を防止する様式で鋳造され得る。この方法 を以下、3次元立体リソグラフィーの「連続重合」改変と呼ぶ。In another embodiment, an improvement in a three-dimensional stereolithography step is provided. Ru. There, the polymer precursor fluid is moved in a differential manner along the tip. Together, the material ahead of the moving polymer region remains liquid, while the material behind the tip remains liquid. Related to stress in polymeric materials by allowing the material to solidify Deformation is minimized. Typically, the moving tip is transparent to ultraviolet light. It is a slit. Alternatively, the moving tip can open the radial opening of the iris diaphragm. It is. Then, the static liquid crystal material in front of the moving polymer region is equal to the contraction rate A stress-reduced polymer network that can flow freely at speeds of It is formed. Using this process, objects are produced by shrinkage of the material during polymerization. It may be cast in a manner that prevents cavities or hollow areas from being scratched. this method is hereinafter referred to as a "continuous polymerization" modification of three-dimensional stereolithography.

3次元立体リソグラフィーの連続重合改変工程は、周囲圧力、高圧または高温、 または高温および高圧で実施され得る。The continuous polymerization modification process of three-dimensional stereolithography can be performed at ambient pressure, high pressure or high temperature, or can be carried out at high temperature and pressure.

ポリマー前駆体流体下の不活性混合不可流体を含む二相バット溶液が用いられ得 る。別の実施態様においては、上部空間が気体相(または紫外線透過性であるが ポリマー前駆体流体とは混合不可能な軽流体)である多相システムが用いられる 。水平方向窓と反応混合物との間に気体(不活性または活性)またはこの間に介 在する流体層を用いることにより、層が窓に密着することが防止される。不活性 流体はまた、ポリマー前駆体流体が圧力付与手段に悪影響を与えることを防止す る。A two-phase vat solution containing an inert immiscible fluid below the polymer precursor fluid can be used. Ru. In another embodiment, the headspace is gas phase (or ultraviolet transparent but A multiphase system is used that is a light fluid (immiscible with the polymer precursor fluid). . There is no gas (inert or active) or intervening between the horizontal window and the reaction mixture. By using an existing fluid layer, the layer is prevented from sticking to the window. inert The fluid also prevents the polymer precursor fluid from adversely affecting the pressure application means. Ru.

LIGAまたは5LIGA技術を用いて製造された構築物の精密度を示すマイク ロエレクトロニクス用小および微小構築物が、本明細書に記載する方法を用いて 製造され得る。例えば、図3〜図5に示すように、連続的移動スリットシステム (SMSS)またはコンピュータ化虹彩絞り(CID)を用いて、選択的高圧ま たは高温下において、ポリマー前駆体流体をフォトマスクにより形成されたパタ ーンで照射する。所望のパターンを有するポリマー層が形成された後、アクチュ エータ機構が層(エレベータ台に取り付けられている)を差動分上昇させること により、未照射ポリマー流体が層を覆うようにする。その後、未照射ポリマー流 体は、前の層の上で所望のパターンで重合される。Microphone demonstrating the precision of constructs manufactured using LIGA or 5LIGA technology Small and microconstructs for electronics can be constructed using the methods described herein. can be manufactured. For example, a continuously moving slit system as shown in FIGS. Selective high pressure or The polymer precursor fluid is applied to a pattern formed by a photomask at high temperatures. irradiate with a light beam. After the polymer layer with the desired pattern is formed, the actuator The elevator mechanism raises the tier (attached to the elevator platform) by a differential amount. so that unirradiated polymer fluid covers the layer. Then, the unirradiated polymer stream The body is polymerized in the desired pattern on top of the previous layer.

所望の3次元構築物が得られるまで、この工程を繰り返す。This process is repeated until the desired three-dimensional construct is obtained.

高精密のプラスチックモールドが完成すると、バットから除去し、典型的にはニ ッケルで電気メッキをする。その後、゛ プラスチックモールドを除去し、自由 金属構築物が鋳造される。Once the precision plastic mold is complete, it is removed from the vat and typically Electroplating with Kkel. Then, remove the plastic mold and free A metal construct is cast.

図面の簡単な説明 図1は、高圧3次元立体リソグラフィー用装置の断面図である。Brief description of the drawing FIG. 1 is a cross-sectional view of an apparatus for high-pressure three-dimensional stereolithography.

図2は、3次元立体リソグラフィーを用いた照射中のモノマー/前駆体プール( pool)の局部領域の拡大図である。Figure 2 shows the monomer/precursor pool ( FIG. 2 is an enlarged view of a local region of pool.

図3は、ポリマー前駆体流体中に分散した磁性粒子を整列するために電場または 磁場を付与する手段を含む、高圧3次元立体リソグラフィー用装置の断面図であ る。Figure 3 shows how an electric field or 1 is a cross-sectional view of an apparatus for high-pressure three-dimensional stereolithography, including means for applying a magnetic field; FIG. Ru.

図4は、下部流体が不活性で上部流体がポリマー前駆体流体である二相バット流 体を含む、高圧3次元立体リソグラフィー用装置の断面図である。Figure 4 shows a two-phase vat flow in which the bottom fluid is inert and the top fluid is a polymer precursor fluid. 1 is a cross-sectional view of an apparatus for high pressure three-dimensional stereolithography, including a body.

図5は、不活性である下部流体、ポリマー前駆体流体である次の層、および紫外 線透過性であるがポリマー前駆体流体とは混合不可能な上部気体または軽流体相 を含む三相バット流体を含む、高圧3次元立体リソグラフィー用装置の断面図で ある。Figure 5 shows the bottom fluid being inert, the next layer being the polymer precursor fluid, and the ultraviolet Upper gas or light fluid phase that is radiolucent but immiscible with the polymer precursor fluid In a cross-sectional view of an apparatus for high-pressure three-dimensional stereolithography, including a three-phase vat fluid containing be.

図6は、不活性且つ紫外線透過性である下部液圧流体、ポリマー前駆体流体であ る次の層、およびポリマー前駆体流体とは混合不可能な上部気体または軽流体相 を含み、部分がポリマー前駆体流体から引き出される三相バット流体を含む、高 圧3次元立体リソグラフィー用装置の断面図である。Figure 6 shows a lower hydraulic fluid, polymer precursor fluid, that is inert and UV transparent. an upper gas or light fluid phase that is immiscible with the polymer precursor fluid. containing a three-phase butt fluid, a portion of which is drawn from a polymer precursor fluid. FIG. 1 is a cross-sectional view of an apparatus for pressure three-dimensional stereolithography.

図7は、LIGA技術を用いて微小または小構築物を製造する方法の断面図であ る。Figure 7 is a cross-sectional view of a method for manufacturing micro or small constructs using LIGA technology. Ru.

図8は、5LIGA技術を用いて微小または小構築物を製造する方法の断面図で ある。Figure 8 is a cross-sectional view of a method for manufacturing micro or small constructs using 5LIGA technology. be.

図93は、ポリマー前駆体流体が連続的に重合する、3次元立体リソグラフィー を用いた物体の製造のための装置の断面図(Vlは第1のバルブ、■2は第2の バルブ、S■1は第1のソレノイドバルブ、Sv2は第2のソレノイドバルブ、 モしてQlはクイックコネクトである)である。FIG. 93 shows three-dimensional stereolithography in which a polymer precursor fluid is continuously polymerized. (Vl is the first valve, ■2 is the second valve) Valves, S■1 is the first solenoid valve, Sv2 is the second solenoid valve, Ql is a quick connect).

図9bは、図9aに示す装置の平面図を含み、所望の材料の導入および除去のた めのさらなるバルブボート、およびワイパ機構を示す装置の側面図を示す。Figure 9b includes a top view of the apparatus shown in Figure 9a for introduction and removal of the desired material. Figure 3 shows a side view of the device showing a further valve boat and a wiper mechanism.

図10は、連続移動スリットシステム(SMSS)を含む、3次元物体の製造用 装置の部分断面図である。Figure 10 shows a continuous moving slit system (SMSS) for the production of three-dimensional objects. FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the device.

図11は、コンピュータ化虹彩絞り(CI D)を含む、3次元物体の製造用装 置の部分断面図である。Figure 11 shows an apparatus for manufacturing three-dimensional objects, including a computerized iris diaphragm (CID). FIG.

図12は、連続移動スリットシステムを介して紫外光照射を受けたポリマー前駆 体流体の局部領域の拡大図である。Figure 12 shows polymer precursors subjected to UV light irradiation via a continuously moving slit system. FIG. 3 is an enlarged view of a localized region of body fluid.

図13は、3次元立体リソグラフィーによって製造された物体を、それが取り付 けられている透明プレートから効率よく取り外すための装置の模式図である。透 明プレートをエツチングし、エツチングされた凹部を、透明プレートに合う屈折 率を有する柔軟な材料で充填する。テープを、その接着側が透明プレートに取り 付けられ、非接着側がポリマー前駆体流体とそれから製造された物体とに対面す るような様式で、ガラスプレート上にセットする。Figure 13 shows an object manufactured by three-dimensional stereolithography, on which it is attached. FIG. 2 is a schematic diagram of a device for efficiently removing a transparent plate from which a transparent plate is being removed. Tooru Etch the bright plate and make the etched recess into a refractor that fits the transparent plate. Filling with a flexible material with a Place the tape with the adhesive side on the transparent plate. with the non-adhesive side facing the polymer precursor fluid and the object made therefrom. Place it on a glass plate in such a way that the

図14は、本明細書に開示する方法を用いてマイクロエレクトロニクス用微小お よび小構築物を製造する方法の断面模式図である。FIG. 14 shows how microelectronics can be constructed using the methods disclosed herein. FIG.

′ 図15は、本明細書に開示する3次元立体リソグラフィー法を用いて製造さ れ得る構築物の例の模式図である。' Figure 15 shows a sample fabricated using the three-dimensional stereolithography method disclosed herein. FIG. 2 is a schematic diagram of an example of a construct that can be used.

図16は、本明細書に記載する方法により形成されたモールドから製造され得る テーバ状ハニカム構築物の断面図である。FIG. 16 can be manufactured from a mold formed by the methods described herein. FIG. 2 is a cross-sectional view of a tapered honeycomb structure.

発明の詳細な説明 本明細書において、小構築物という用語は典型的には、高さ約10ミクロンより 大きく約103 ミクロンより小さい構築物を意味する。Detailed description of the invention As used herein, the term small construct is typically less than about 10 microns in height. It refers to constructs that are no larger than about 103 microns.

本明細書において、微小構築物という用語は典型的には、約高さ10ミクロンよ り小さい構築物を意味する。As used herein, the term microconstruct is typically about 10 microns or less in height. means a small construction.

大規模構築物という用語は、xo”ミクロンより大きい構築物を意味する。The term large scale construct refers to a construct larger than xo'' microns.

3次元立体リソグラフィーを用いて高精密な大規模、微小、および小構築物を製 造する方法および装置を開示する。Fabricate large-scale, micro-, and small-scale constructs with high precision using 3D stereolithography A method and apparatus for manufacturing are disclosed.

方法としては、3次元立体リソグラフィ一工程において高圧下、高温下、または ポリマー前駆体流体の連続重合、あるいはこれらの組合せを用いることが含まれ る。As a method, one step of three-dimensional stereolithography is performed under high pressure, high temperature, or Includes continuous polymerization of polymer precursor fluids, or using combinations thereof. Ru.

■、高圧、高温、または高圧および高温下における3次元立体リソグラフィーを 用いた物体の形成高圧下において3次元立体リソグラフィーを用いて高精密に物 体を形成する方法および装置を開示する。高圧の使用は、反応バット中における 高温および/または粘性ポリマー前駆体の選択的使用を可能にする。反応バット における高温の使用は、急速重合を引き起こし、未焼成体の形成中にほぼ完成に 近い段階に達する。その結果、アニールに伴う収縮および寸法の変化が大幅に減 少する。高圧工程はそれ自体急速であるため、部分的に重合された出発原料、あ るいはアクリル酸塩またはメタクリル酸塩はど容易に重合しない他の材料の反応 を強制し得る。したがって、様々な化学物質から高重合速度で、且つ、選択され た位置における紫外線照射中または照射後の架橋が可能なように、未焼成体が生 成され得る。■ 3D stereolithography at high pressure, high temperature, or under high pressure and high temperature. Formation of the object used Highly precise object formation using three-dimensional lithography under high pressure A method and apparatus for forming a body are disclosed. The use of high pressure in the reaction vat Allows selective use of high temperature and/or viscous polymer precursors. reaction bat The use of high temperatures in causes rapid polymerization and nearly completion during the formation of the green body. reaching a near stage. As a result, shrinkage and dimensional changes due to annealing are significantly reduced. Do a little. The high-pressure process is itself rapid, so partially polymerized starting materials, or acrylates or methacrylates or other materials that do not polymerize easily. can be forced. Therefore, high polymerization rate and selected from various chemicals The green body is produced to allow cross-linking during or after UV irradiation in the It can be done.

反応工程における高圧の使用はまた、充填剤、添加剤、コロイド状粒子、磁性粒 子、および不活性ポリマーのような非重合材料を含む物体の製造を可能にする。The use of high pressure in the reaction process also affects fillers, additives, colloidal particles, magnetic particles materials, and objects containing non-polymeric materials such as inert polymers.

本明細書において開示する工程は、水平方向螺旋墳形成用の永久磁石構築物(I EEE Transactions on Magnetics。The process disclosed herein comprises a permanent magnet construction (I) for horizontal spiral mound formation. EEE Transactions on Magnetics.

Vol Mag 22(5)、 1986年9月)および増加する周期的磁場を 有する進行波管(IEEE Transactions on Magneti cs、 VoI Mag 25(5)、1989年9月)などの複雑な3次元磁 気構築物を形成するために用いられ得る。Vol.Mag 22(5), September 1986) and an increasing periodic magnetic field. traveling wave tube (IEEE Transactions on Magneti) complex three-dimensional magnetism such as CS, VoI Mag 25 (5), September 1989) It can be used to form air constructs.

アクリル酸およびメタクリル酸エステルのような、3次元立体リングラフ、「− による物体の製造において用いられる典型的なエチレン的不飽和モノマーは、周 囲温度または近周囲温度において有意な蒸気圧を有する。本明細書において開示 する閉型反応バットは、エバポレーションを防止する。バット中における高圧の 使用により、モノマーまたは前駆体が沸騰またはエバボレートすることなく、非 常に高温で重合反応が進行することが可能になる。重合は高温において高圧で進 行する。高圧により、モノマーからポリマーへの変換による収縮量が最小限に抑 制される。Three-dimensional stereophosphoric graphs, such as acrylic and methacrylic esters, “- Typical ethylenically unsaturated monomers used in the manufacture of objects by Has significant vapor pressure at or near ambient temperature. Disclosed herein A closed reaction vat prevents evaporation. High pressure in the vat The use allows the monomer or precursor to be It becomes possible for the polymerization reaction to proceed at a constant high temperature. Polymerization proceeds at high temperature and pressure. go High pressure minimizes the amount of shrinkage due to monomer to polymer conversion. be controlled.

本明細書に記載する高静水圧、および選択的に高温を用いて3次元立体リソグラ フィーにより形成される部分の精密度を向上させるための方法は、ある一種類の 装置に限られることなく、一般的な技術である。発明の背景の項で述べたように 、3次元立体リソグラフィーの技術を用いた急速プロトタイプ用に数多くの装置 が開発されている。3DSystems、Inc、5Cutibal Amer ica Inc、、Quadrax LaserTechnologies、I nc、、Light Sculping Inc、、DTM Corporat ion、その他により装置が販売されている。3次元立体リソグラフィー用のこ れらの周知の方法および装置のいずれかによって形成された物体の変形は、静水 圧を上昇させることによって緩和され得る。加圧気体相を用いることによって、 または不活性流体を排出または追加して重合流体を導入することによって、モデ ルを低下するがわりに樹脂のレベルを上昇させることによって機能するシステム が、この工程に用いられ得る。Three-dimensional stereolithography using high hydrostatic pressure, and optionally high temperature, as described herein. There is one method to improve the precision of the part formed by the fee. It is a general technology, not limited to devices. As mentioned in the Background of the Invention section , numerous devices for rapid prototyping using 3D stereolithography technology. is being developed. 3DS Systems, Inc., 5Cutival Amer ica Inc, Quadrax Laser Technologies, I nc, Light Sculping Inc, DTM Corporation ion, and others. Saw for 3D stereolithography The deformation of objects formed by any of these well-known methods and devices is hydrostatic It can be relieved by increasing the pressure. By using a pressurized gas phase, or by draining or adding an inert fluid and introducing a polymeric fluid. A system that works by increasing the level of resin at the expense of decreasing resin. may be used in this step.

図1は、高精密3次元立体リソグラフィー用の装置の一例の断面図である。ポリ マー前駆体流体1oが反応バット12に収容されている。反応バットは、直方体 箱におけるような4つの直交する側面、または円筒状など如何なる形状をも有し 得る。円筒状断面を有するバットは、高内圧のために好適な構造であり得る。バ ット中の静水圧を上昇させる手段14がバットに取り付けられている。圧力を上 昇させる手段の例として、ポンプ、HPLCまたは臨界超過流体抽出に用いられ るようなコンプレッサ、液圧ポンプ、またはピストン−シリンダ構造などが挙げ られるが、これらに限定されない。反応バット12の一側面は窓16であり、こ れを介して重合開始源18が移動する。開始源18は典型的には紫外線照射レー ザであり、プールの上面に近接した前駆体流体の層にパターンを描く。パターン は、レーザが示す選択された領域においてプールを局部光重合することによって 形成される。一層が終わると、アクチュエータ機構20が、エレベータ台22上 の像を有する層を差動分降下させ、それによりフレッシュな(未照射の)前駆体 流体10がその下のパターンを有する層を覆うことが可能になる。その後、工程 を繰り返し、このようにして新しいパターンが重ねられる。低下する台と組み合 わせてレーザを繰り返し使用することにより、最終部分が剛性化された像の連続 した層からなる複雑な3次元構築物24が次第に形成される。未反応流体10は この部分(未焼成体)を排出する。FIG. 1 is a cross-sectional view of an example of an apparatus for high-precision three-dimensional stereolithography. Poly A mer precursor fluid 1o is contained in a reaction vat 12. The reaction vat is a rectangular parallelepiped It can have any shape, such as four orthogonal sides, such as in a box, or a cylinder. obtain. A bat with a cylindrical cross section may be a suitable construction for high internal pressure. Ba Means 14 for increasing the hydrostatic pressure in the vat are attached to the vat. increase pressure Examples of elevating means include pumps, HPLC or supercritical fluid extraction. Examples include compressors, hydraulic pumps, or piston-cylinder structures. but not limited to. One side of the reaction vat 12 is a window 16. A polymerization initiation source 18 moves through this. Initiation source 18 is typically an ultraviolet radiation laser. pattern in the layer of precursor fluid close to the top surface of the pool. pattern By locally photopolymerizing the pool in selected areas indicated by the laser It is formed. When the first layer is finished, the actuator mechanism 20 is moved onto the elevator platform 22. differentially lower the layer with the image of the fresh (unirradiated) precursor The fluid 10 is allowed to cover the underlying patterned layer. After that, the process is repeated, and in this way a new pattern is superimposed. Combined with a lowering platform By repeatedly using the laser at the same time, a series of images with the final part made rigid is created. A complex three-dimensional construct 24 consisting of layers is gradually formed. The unreacted fluid 10 is This part (unfired body) is discharged.

加熱は、被覆バット、浸漬コイル、赤外線加熱ランプ、電気カートリッジヒータ 、巻線型加熱テープ、マイクロ波ヒータ、または炉内にバットを置くことを含む 標準的手段により実施され得るが、これらに限定されない。Heating can be done using coated vats, immersion coils, infrared heat lamps, or electric cartridge heaters. , including wire-wound heating tape, microwave heaters, or placing a bat in a furnace. It can be performed by standard means, but is not limited thereto.

物体内の局部的重合領域の収縮は、この技術を用いることにより最小限に抑制さ れる。なぜなら、重合が起こると、プール内の高静水圧により、より多くのポリ マー前駆体流体がすばやく被照射領域に流入するからである。収縮により空にな った被照射領域では、さらなる前駆体流体がすばやく重合する。これを図2に示 す。図2は、前駆体流体プールのうち、紫外線レーザビーム26により照射され た局部領域の拡大図である。収縮28は、高静水圧下において追加のポリマー前 駆体流体24が急速に流入することによって補償される。得られた未焼成体30 は、既にほぼ完全に重合している(場合によっては架橋している)ため、アニー ル中にあまり収縮しない。Shrinkage of local polymerized regions within the object is minimized using this technique. It will be done. This is because when polymerization occurs, the high hydrostatic pressure within the pool forces more polymer into the pool. This is because the mer precursor fluid quickly flows into the irradiated area. empty due to contraction Further precursor fluid quickly polymerizes in the irradiated area. This is shown in Figure 2. vinegar. FIG. 2 shows a precursor fluid pool irradiated by an ultraviolet laser beam 26. FIG. 3 is an enlarged view of a local area. Shrinkage 28 is performed before additional polymer under high hydrostatic pressure. This is compensated by the rapid inflow of precursor fluid 24. Obtained green body 30 is already almost completely polymerized (and in some cases cross-linked), so it cannot be annealed. It does not shrink much during cleaning.

高精密3次元立体リソグラフィーは、巻き上げ変形を最小限に抑える。巻き上げ 変形は、複雑な現象である。これは主として、析出温度における応力緩和速度に より制御され、新しく形成された層の全残留収縮は、その下の層に固定される( 取り付けられる)。高温の使用により、急速重合が保証され、それによって、新 しい層がほぼ完全にポリマーに変換される。このため、残留収縮は最小限に抑え られる。さらに、温度の上昇に伴って応力緩和が増加し、したがって、製造中に 温度を注意深く選択することにより、物体中で適切に緩和し得る。High-precision three-dimensional stereolithography minimizes roll-up deformation. winding up Deformation is a complex phenomenon. This is mainly due to the stress relaxation rate at the precipitation temperature. More controlled, the total residual shrinkage of the newly formed layer is fixed to the layer below it ( It is attached). The use of high temperatures ensures rapid polymerization, thereby producing new The new layer is almost completely converted to polymer. Therefore, residual shrinkage is kept to a minimum. It will be done. Furthermore, stress relaxation increases with increasing temperature and therefore during manufacturing By carefully selecting the temperature, proper relaxation can be achieved in the object.

閉型バットにおいて起こる硬化の程度は、適切な溶剤を用いて物体中の未硬化材 料を抽出し、その後、抽出前後の物体の重量および寸法を比較することにより容 易に評価され得る。メチルエチルケトンがこの目的に使用される一般的な溶剤で ある。The degree of curing that occurs in a closed vat is determined by removing the uncured material in the object using a suitable solvent. capacity by extracting the material and then comparing the weight and dimensions of the object before and after extraction. can be easily evaluated. Methyl ethyl ketone is a common solvent used for this purpose. be.

l叉 閉型且つ加圧されたバット内の温度は、周囲温度またはそれより下の温度から、 バットが耐えることができ、物体の質に悪影響を与えず望まれない副反応を誘導 しない限り、如何なる高温でもあり得る。反応バットを加熱するためには、当業 者に周知の如何なる手段も用いられ得る。使用する温度の上限はまた、(1)閉 型バットを構成する材料(例えば、装置は金属、ステンレス鋼、または、合金か ら形成され、窓は数千ポンド/平方インチの圧力および温度に耐え得るように厚 いガラスに石英またはサファイアを含むが、これに限定されない)、(2)ポリ マー前駆体流体の揮発度(例えば、蒸気圧はモノマー/ポリマー混合物を用いる ことにより低下し、温度は外圧を低下することによって上昇する); (3)典 型的には比較的高い(例外はあるが、400°C以上)有機分解(酸化分解また は解重合)温度を含む数多くの要素により影響を受ける。本明細書に記載する工 程にとって典型的な温度は、30〜300℃の範囲であり、より典型的には10 0〜300°Cである。自−?+ J−+J lfl! mt lレ−QhJ− $;W+Fj−1%fl−)/y二;/r’+−y /+:然対流を防ぐため、 バット全体を通じて均一な温度を維持することが好ましい。如何なるシステムに おいても最適動作温度は、この範囲の温度で工程を実行することにより容易に決 定され得る。l fork The temperature within the closed, pressurized vat ranges from ambient temperature or below. The bat can withstand and induce unwanted side reactions without adversely affecting the quality of the object Any high temperature is possible unless To heat the reaction vat, it is necessary to Any means known to those skilled in the art may be used. The upper limit of the temperature used is also (1) closed The material of which the mold bat is made (e.g., is the device made of metal, stainless steel, or an alloy? The windows are thick enough to withstand thousands of pounds per square inch of pressure and temperature. (including but not limited to quartz or sapphire); (2) polyester glass; mer precursor fluid volatility (e.g., vapor pressure using monomer/polymer mixtures) (3) Standard Generally, organic decomposition (oxidative decomposition or (depolymerization) is influenced by a number of factors, including temperature. The process described in this specification Typical temperatures for temperatures range from 30 to 300°C, more typically 10°C. It is 0-300°C. Self? +J-+Jlfl! mt l-QhJ- $;W+Fj-1%fl-)/y2;/r'+-y /+: To prevent natural convection, It is preferable to maintain a uniform temperature throughout the vat. to any system However, the optimum operating temperature can be easily determined by running the process at a temperature within this range. can be determined.

この工程において、超加熱液体が用いられ得る。しかし、酸化および熱誘導重合 を回避するために注意が必要である。Superheated liquids may be used in this step. However, oxidative and thermally induced polymerization Care must be taken to avoid this.

圧力 閉型バットにおいては、製造中の物体の変形を減少させる、または一般的品質を 向上させる限り、如何なる高圧も用いられ得る。バット内で用いられる圧力は、 周囲圧力より少し高い圧力、例えば50〜100 psiから100゜000  psi (ポンド/平方インチ)までの範囲であり得、より典型的には50また は100 psiから10,000 psiである。高圧を使用すると、粘性の 出発原料を用いることができ、且つ、二相および多相システムによる密度制御を 利用することができるため、片が浮遊する危険性およびウェブサポートの必要性 が減少する。pressure In closed vats, it reduces deformation of the object during manufacture or improves general quality. Any high pressure can be used as long as it improves. The pressure used in the vat is Pressure slightly higher than ambient pressure, e.g. 50-100 psi to 100°000 psi (pounds per square inch), more typically 50 or is from 100 psi to 10,000 psi. Using high pressure can cause viscous Starting materials can be used and density control with two-phase and multi-phase systems Risk of floating debris and need for web support decreases.

モノマーの沸騰またはエバボレーシブン(これらは定動作温度において必要な最 小圧力を供給する)により決定される圧力と温度との関係は、よく知られたアン トヮーヌの式または、開−1しされ几シ悪Gこbい又はクフンワスークフペイロ ン(C1asius−C1apeyron)の式により決定される。圧力および 温度は、各々をテストすることにより、与えられたポリマー前駆体流体に関して 最適化されるべきである。Monomer boiling or evaporation (these are the minimum required at constant operating temperature) The relationship between pressure and temperature determined by Toine's ceremony or open-1 shishi shi evil G kob oi or kufunwasu kufupeiro It is determined by the C1asius-C1apeyron equation. pressure and temperature for a given polymer precursor fluid by testing each Should be optimized.

例えば、モノマーがあまり揮発性でなければ、高圧且つ少し高い温度が適切であ り得る。For example, if the monomer is not very volatile, higher pressure and slightly higher temperature may be appropriate. can be obtained.

所望の高温に耐える接着剤によって、透明窓が容器に取り付けられなければなら ない。または、高温に耐え得るOリングまたは他の材料も窓を取り付けるために 用いられ得る。The transparent window shall be attached to the container by an adhesive that can withstand the desired high temperatures. do not have. Alternatively, O-rings or other materials that can withstand high temperatures can also be used to attach windows. can be used.

圧力を上昇させる手段 ハツト内の流体の静水圧を上昇させるためには多くの周知の手段がある。本方法 では、これらの周知の手段もいずれもが用いられ得る。例えば、図1に示すよう に、単純な圧力ポンプが装置に連結され得る。圧力を上昇させる手段の他の例と しては、HPLCまたは臨界超過流体抽出に用いられるようなコンプレッサ、液 圧ポンプとピストン−シリンダ構築物、または圧縮気体源が含まれるが、これら に限定されない。means of increasing pressure There are many known means for increasing the hydrostatic pressure of the fluid within the hat. This method Any of these well-known means may also be used. For example, as shown in Figure 1 Alternatively, a simple pressure pump can be connected to the device. Other examples of means of increasing pressure and Compressors, fluids, such as those used in HPLC or supercritical fluid extraction pressure pumps and piston-cylinder constructions, or sources of compressed gas; but not limited to.

1i −III P−Wハ 本方法では、窓を介して移動し得る如何なる重合開始源も用いられ得る。好適な 開始源は、紫外線照射レーザまたは、水銀灯からの紫外光である。使用される典 型的は波長は、300と400 nmとの間である。紫外線レーザが石英、サフ ァイア、または溶融シリカから形成された紫外線透過窓を透過し得ることはよく 知られている。5chott社製Bk7ガラスもまた、紫外線透過窓として適切 である。1i-III P-Wc Any polymerization initiation source that can migrate through the window can be used in this method. suitable The starting source is an ultraviolet radiation laser or ultraviolet light from a mercury vapor lamp. the standard used Typically the wavelength is between 300 and 400 nm. Ultraviolet laser is quartz, saf UV-transparent windows formed from fused silica or Are known. 5chott Bk7 glass is also suitable as a UV transparent window. It is.

当業者によ(知られた方法および条件によると、熱もまた重合開始源として用い られ得る。According to methods and conditions known to those skilled in the art, heat can also be used as a source of polymerization initiation. It can be done.

ポリマー前駆体流体 アクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルなどの高速硬化性モノマーは、 ポリマー前駆体流体としての使用に最適である。そのアクリル酸塩またはメタク リル酸塩は、モノマー、オリゴマー、またはポリマー、あるいはそれらの混合で あり得る。アクリル酸塩成分の率が高いほど、一般に硬化は速い。数多くのポリ マー前駆体流体が周知であり、且つ、3次元立体リソグラフィーでの使用のため に市場で入手可能である。例えば、C1ba Geigy Corporati onは3D Systems、Inc、が販売する装置に用いられるアクリル酸 塩ベースの流体を販売しているo DeSoto Chemicals、 In c。polymer precursor fluid Fast curing monomers such as acrylic esters or methacrylic esters are Ideal for use as a polymer precursor fluid. its acrylate or meth Lyric acid salts can be monomers, oligomers, or polymers, or mixtures thereof. could be. The higher the percentage of acrylate component, the faster the cure generally. numerous poly mer precursor fluids are well known and for use in three-dimensional stereolithography. are available on the market. For example, C1ba Geigy Corporation on is acrylic acid used in equipment sold by 3D Systems, Inc. o DeSoto Chemicals, In which sells salt-based fluids. c.

もまた、Quadrax La5er Technologies、 Inc、 が販売する装置に有用なアクリル酸塩ベースの材料を販売している。du Pa nt/Somos Ventureが販売するSomos 2100フオトポリ マーは、副成分としてアクリル酸塩を含む前駆体流体である。Also, Quadrax La5er Technologies, Inc. sells acrylate-based materials useful in the equipment it sells. du Pa Somos 2100 Photopoly sold by nt/Somos Venture Mer is a precursor fluid that contains acrylate as a subcomponent.

別の適切な材料は、Locktite Corporationが販売する改変 されたアクリル酸塩であるPotting Compound 363である。Another suitable material is a modified material sold by Locktite Corporation. Potting Compound 363 is an acrylic acid salt.

紫外線硬化性樹脂はまた、米国特許第4.100.141号および第4.942 .001号において教示されている。当業者には、その他の紫外線硬化性コーテ ィング、フェス、および接着剤もよく知られている。Ultraviolet curable resins are also described in U.S. Pat. .. No. 001. Those skilled in the art will know of other UV curable coatings. dings, fests, and adhesives are also well known.

先行技術の3次元立体リソグラフィーシステムでは、未照射の材料が新しく形成 されたポリマー層の表面を自由に且つすばやく流れることができるように、低粘 性のポリマー前駆体流体(遊離メタクリレートまたはアクリレートモノマーなど の)が必要である。得られた低分子量デッドポリマーは、最終部分に残され、長 期間にわたる寸法上の不安定を引き起こす。高圧および高温の使用により、より 粘性の、好適には比較的高分子量の成分を含む、または反応により比較的高分子 量の材料を形成する前駆体流体の使用が可能になる。−例としては、熱硬化性前 駆体流体がある。In prior art three-dimensional stereolithography systems, unirradiated material is newly formed. low viscosity so that it can flow freely and quickly over the surface of the polymer layer. polymer precursor fluids (such as free methacrylate or acrylate monomers) ) is required. The resulting low molecular weight dead polymer is left in the final section and is causing dimensional instability over a period of time. Due to the use of high pressure and high temperature, more viscous, preferably containing components of relatively high molecular weight, or by reaction This allows for the use of precursor fluids to form quantities of materials. - For example, before thermosetting There is a precursor fluid.

熱硬化性不フトワークは、典型的には高度に架橋している。Thermoset defective works are typically highly crosslinked.

例としては、紫外線硬化性エポキシ、多官能アクリル酸塩、およびポリ不飽和ポ リマーが挙げられる。熱硬化性前駆体流体を使用した結果、実質的に変形の減少 した未焼成体が得られる。理由は、未焼成体形成時および析出時の架橋度が高い ほど、アニール後の残留変形は少ないからである。Examples include UV-curable epoxies, polyfunctional acrylates, and polyunsaturated polymers. Rimmer is an example. Substantially reduced deformation as a result of using thermoset precursor fluids A green body is obtained. The reason is that the degree of crosslinking during green body formation and precipitation is high. This is because the residual deformation after annealing is smaller.

ポリマー前駆体流体は、固体または適切な半固体層が開始とともに形成されるよ うな使用条件下においては、十分速く硬化すべきである。本明細書に記載する方 法で用いられる、高圧および選択的に高温であるという条件により、これまであ まりにも遅い重合速度のために用いることができなかった、スチレンおよびアリ ルを末端とするモノマーを含む前駆体流体の使用が可能になる。The polymer precursor fluid is such that a solid or suitable semi-solid layer is formed upon initiation. It should cure sufficiently quickly under such conditions of use. Persons described in this specification The high pressure and selectively high temperature conditions used in the Styrene and ants could not be used due to too slow polymerization rate. This allows for the use of precursor fluids containing monomers terminated with fluorophores.

アクリル酸塩を末端とする、または不飽和ウレタン、炭酸塩、およびエポキシも また、剛性フレームにおいて使用され得る。不飽和炭酸塩の一例は、アリルジグ リコールカーボネート(CR−39)である。使用され得る不飽和エポキシは、 グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、アリルグリシジルエーテ ル、および1,2−エポキシ−3−アリルプロパンを含むが、これらに限定され ない。Also acrylate-terminated or unsaturated urethanes, carbonates, and epoxies It can also be used in rigid frames. An example of an unsaturated carbonate is Allyljig Recall carbonate (CR-39). Unsaturated epoxies that can be used include: Glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate, allyl glycidyl ether and 1,2-epoxy-3-allylpropane. do not have.

高圧高温3次元立体リソグラフィーバットにおいて用いられ得るモノマーの他の 例は、N−ビニルピロリジンを含むN−ビニルモノマー、ビスフェノール−A− ビス−2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、ビスフェノール−A−ビス−2 −ヒドロキシプロピルアクリレート、ビスフェノール−A−エトキシジアクリレ ート、三または四官能アクリレートまたはメタクリレート、エチレングリコール ジメタクリレートおよびエチレングリコールジアクリレートを含むアルキレング リコールジアクリレート、アルキレングリコールメタクリレート、ポリアルキレ ングリコールジアクリレートおよびポリアルキレングリコールメタクリレート、 プロポキシル化ネオペンチルグリコールジアクリレート、ビニルアクリレート、 ビニルメタクリレート、アリルアクリレート、アリルメタクリレート、ジビニル ベンゼン、ジアリルジグリコールジカーボネート、ジアリルマレエート、ジアリ ルフマレート、ジアリルイタコネート、ジビニルマロネ−トナどのビニルエステ ル、ジビニルマロネート、ジアリルスクシネート、トリアリルイソシアヌレート 、ビス−フェノールAまたはエトキシ化ビス−フェノールAのジメタクリレート またはジアクリレート、ヘキサメチレンビスアクリルアミドまたはへキサメチレ ンビスメタクリルアミドを含むメチレンまたはポリメチレンビスアクリルアミド またはビスメタクリルアミド、ジ(アルケン)3次アミン、トリメチロールプロ パントリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジビニルエ ーテル、ジビニルスルホン、ジアリルフタレート、トリアリルメラミン、2−イ ンシアネートエチルメタクリレート、2−インシアネートエチルアクリレート、 3−インシアネートプロピルアクリレート、1−メチル−2−インシアネートエ チルメタクリレート、および1.1−ジメチル−2−インシアネートエチルアク リレートである。上記に挙げた化合物の過フッ素化および半フッ素化誘導体もま た適切である。フッ素化モノマーまたはポリマーもまた、例えば非粘性部分の形 成に用いられ得る。Other monomers that can be used in high-pressure, high-temperature three-dimensional stereolithography vats Examples include N-vinyl monomers including N-vinylpyrrolidine, bisphenol-A- Bis-2-hydroxypropyl methacrylate, bisphenol-A-bis-2 -Hydroxypropyl acrylate, bisphenol-A-ethoxy diacrylate tri- or tetrafunctional acrylates or methacrylates, ethylene glycol Alkylene containing dimethacrylate and ethylene glycol diacrylate Recall diacrylate, alkylene glycol methacrylate, polyalkylene glycol diacrylate and polyalkylene glycol methacrylate, Propoxylated neopentyl glycol diacrylate, vinyl acrylate, Vinyl methacrylate, allyl acrylate, allyl methacrylate, divinyl Benzene, diallyl diglycol dicarbonate, diallyl maleate, diallyl Vinyl esthetics such as rufumarate, diallyl itaconate, and divinylmalonetona divinyl malonate, diallyl succinate, triallyl isocyanurate , bis-phenol A or ethoxylated bis-phenol A dimethacrylate or diacrylate, hexamethylene bisacrylamide or hexamethylene methylene or polymethylene bisacrylamide, including bismethacrylamide or bismethacrylamide, di(alkene) tertiary amine, trimethylolpropylene Pantriacrylate, Pentaerythritol Tetraacrylate, Divinyl ether, divinyl sulfone, diallyl phthalate, triallylmelamine, 2-i 2-incyanate ethyl methacrylate, 2-incyanate ethyl acrylate, 3-incyanate propyl acrylate, 1-methyl-2-incyanate ethyl methacrylate, and 1,1-dimethyl-2-incyanate ethyl acrylate It is related. Perfluorinated and semifluorinated derivatives of the compounds listed above are also available. is appropriate. Fluorinated monomers or polymers may also be used, e.g. in the form of non-viscous moieties. It can be used for construction.

エチレン性不飽和基を有する予め形成されたポリマーもまた、前駆体ポリマー流 体の形成に用いられ得る。これらは、アクリル酸塩を末端とするノボラック、お よびポリウレタン、ポリマー性エポキシ、そして誘導されてアクリル酸塩、メタ クリル酸塩、または他の不飽和官能基を含むポリカルボネートを含む。これらの タイプのポリマーはよく知られており、市場入手可能である。市場入手可能な光 重合性材料の例は、Cray Valley Productsが販売するSy nocure製品シリーズ(例えば、ビスフェノールAのジアクリル酸塩誘導体 である5ynocure 3101およびジアクリル酸脂肪族ウレタンである5 ynocure 3134)、および5hell Corporationが販 売するEpon製品(例えば、いずれもビスフェノールAのジグリシジルエーテ ルのジアクリル酸塩であるEpon 1001およびEpOn 828)である 。ビニルを末端とする液晶ポリマーもまた用いられ得る。Preformed polymers with ethylenically unsaturated groups may also be used in the precursor polymer stream. It can be used in body formation. These are acrylate-terminated novolaks, and polyurethanes, polymeric epoxies, and derived acrylates, meth Contains polycarbonates containing acrylate or other unsaturated functional groups. these Types of polymers are well known and commercially available. market available light An example of a polymerizable material is Sy, sold by Cray Valley Products. nocure product series (e.g. diacrylate derivatives of bisphenol A) 5ynocure 3101 which is and 5ynocure which is diacrylic acid aliphatic urethane ynocure 3134) and 5hell Corporation. Epon products sold (for example, all of them are bisphenol A diglycidyl ether) Epon 1001 and EpOn 828) are diacrylates of . Vinyl terminated liquid crystal polymers may also be used.

別の実施態様においては、扱いが容易になるように混合物の厚みを増すため、全 反応時間を短縮するため、またはその他の理由により、不活性ポリマーが出発原 料に添加され得る。不活性ポリマー材料は、目的物質の所望の特性に悪影響を与 えない限り、如何なるポリマーでもあり得、如何なる分量でも用いられ得る。一 般に不活性ポリマーは、反応溶液中において他の化合物と反応しないポリマーで ある。一実施態様において、ハードモノマーまたはハードマテリアルの不活性ポ リマーが重合溶液に添加される。例えば、ハードモノマーとして高分子ネットワ ーク中でメタクリル酸メチルが用いられた場合、メタクリル酸ポリメチルが重合 溶液に添加され得る。不活性材料は、所望の特性を有する部分を形成する限り、 ポリマー前駆体流体中に如何なる分量でも存在し得る。ラテックスゴムの含有に よって、最終物質に高度な耐衝撃抵抗が備わる。不活性材料の典型的な範囲は、 ポリマー前駆体流体の1重量%〜90重量%である。In another embodiment, the entire mixture is thickened for easier handling. Inert polymers are used as starting materials to shorten reaction times or for other reasons. may be added to the ingredients. Inert polymeric materials do not adversely affect the desired properties of the target substance. Unless otherwise specified, any polymer may be used and any amount may be used. one In general, inert polymers are polymers that do not react with other compounds in the reaction solution. be. In one embodiment, an inert polymer of hard monomer or hard material A remer is added to the polymerization solution. For example, polymer networks can be used as hard monomers. If methyl methacrylate is used in the solution, polymethyl methacrylate will polymerize. can be added to the solution. Inert materials can be used as long as they form parts with the desired properties. Any amount can be present in the polymer precursor fluid. Contains latex rubber The final material thus has a high degree of impact resistance. Typical ranges of inert materials include: 1% to 90% by weight of the polymer precursor fluid.

ポリマー前駆体流体にはまた、非ポリマー性充填剤も添加され得る。これらは、 CaCo、およびMgCO5などの炭酸塩、アタパルジャイトクレーを含むクレ ー、ホウ酸塩、硫酸塩、燐酸塩、セライト(celite)およびシリカ粉など の珪藻土、アルミナ、コロイドシリカおよびゼオライト固体を含むが、これらに 限られない。充填剤は、如何なる圧力が付与されても混合物が流動を停止する容 量まで添加され得る。典型的には、バッキングの上限として64%の理論的単分 散法がある。Non-polymeric fillers may also be added to the polymer precursor fluid. these are, CaCo, carbonates such as MgCO5, and clays including attapulgite clays. -, borates, sulfates, phosphates, celite and silica powder, etc. of diatomaceous earth, alumina, colloidal silica and zeolite solids, which Not limited. A filler is a volume that prevents a mixture from flowing no matter how much pressure is applied. may be added up to an amount. Typically 64% theoretical monotony as an upper limit for backing There is a san method.

ブラウン運動により懸濁されたコロイド状粒子が用いられ得る。これらは、コロ イド状金、酸化チタン、酸化鉄(磁性)、コバルト、酸化モリブデン、酸化バナ ジウム、ニッケル、合金、遷移金属−希土類錯体、二酸化シリコン、窒化シリコ ン、酸化ゲルマニウム、シリコン原子群、砒化ガリウム、および他の半導体粒子 を含む。Colloidal particles suspended by Brownian motion may be used. These are Idic gold, titanium oxide, iron oxide (magnetic), cobalt, molybdenum oxide, vana oxide Dium, nickel, alloys, transition metal-rare earth complexes, silicon dioxide, silicon nitride germanium oxide, silicon atoms, gallium arsenide, and other semiconductor particles. including.

硫化物および塩化物などのその他の無機粒子もまた用いられ得る。有機粒子は架 橋されたビーズ(コロイドはど小さいものからミクロンサイズの球まで)であり 得る。はとんどの有機材料はほぼ同等の密度を有するため、大きな有機粒子は凝 結することなく流体中を容易に分散し得る。Other inorganic particles such as sulfides and chlorides may also be used. Organic particles are Bridged beads (colloids range from the smallest to micron-sized spheres) obtain. Since most organic materials have approximately the same density, large organic particles are less likely to aggregate. It can be easily dispersed in fluids without binding.

磁性粒子の含有 別の実施態様では、磁性粒子はポリマー前駆体溶液に含有され得る。非限定的な 実施例は、小粒子の形で酸化鉄と遷移金属/粘土化合物とを含有する上述の磁性 粒子を含む。Contains magnetic particles In another embodiment, magnetic particles may be contained in a polymer precursor solution. non-limiting An example is a magnetic material as described above containing iron oxide and a transition metal/clay compound in the form of small particles. Contains particles.

レーザー照射の際に、微小な磁化領域、例えば、微小なモータ、アクチュエータ 、センサが形成されるようにS−N極の整列を行い、次いで、樹脂を硬化し得る 。複雑な鍵や錠はこの手順を用いて形成され得る。錠は、コイルの誘導電流によ ってコードを読み取る。鍵を回すと、埋め込まれた情報が読み取られる。During laser irradiation, small magnetized areas, such as small motors and actuators, , the S-N poles may be aligned so that the sensor is formed, and then the resin may be cured. . Complex keys and locks can be formed using this procedure. The lock is activated by the induced current in the coil. Read the code. When the key is turned, the embedded information is read.

ポリマー前駆体液体中の磁性粒子を用いた3D−ステレオリソグラフィによって 作製されたロッドに取り付けられたコイル中の電界を制御することによって、細 密な動作を起こすことは可能である。硬化した微細な磁石を樹脂中に配合するこ とによって埋め込まれた、複雑な情報を有するロッドは、まず明細書に記載の方 法を用いて製造される。By 3D-stereolithography using magnetic particles in a polymer precursor liquid By controlling the electric field in the coil attached to the fabricated rod, It is possible to make dense movements. By incorporating hardened fine magnets into resin. Rods with complex information embedded by Manufactured using a method.

次に、ロッドは可変電圧電源に接続される。コイルの電流が変化するたびに、ロ ッドは制御されながら移動する。The rod is then connected to a variable voltage power source. Each time the current in the coil changes, the The head moves in a controlled manner.

液晶分子(例えば、強誘電性、コレステリック、ネマチック(ネマトゲン)、ス メチックなど)、液晶類似分子あるいは集合体の整列を行い、表示あるいは光の 誘導に適用するために樹脂に取り込まれる。Liquid crystal molecules (e.g. ferroelectric, cholesteric, nematic, stent methic, etc.), liquid crystal-like molecules or aggregates are aligned, and display or light Incorporated into resin for induction applications.

非軸対称分子、ブロックポリマーなどの非線形で光学的に活性な化合物、グラフ トポリマー、あるいはコポリマーは、三次元的に制御されて硬化され得、それに よって水平および垂直の光導能力および光変調能力を有する非常に複雑な集積光 学部品を製造する。Nonlinear optically active compounds such as non-axisymmetric molecules and block polymers, graphs The top polymer, or copolymer, can be cured in a three-dimensionally controlled manner, and Therefore, very complex integrated light with horizontal and vertical light guiding and light modulating capabilities. Manufactures academic parts.

図3は、電界あるいは磁界を与えて、ポリマー前駆体液体に分散された磁性粒子 の整列を行う手段を有する、高圧三次元ステレオリングラフィのための装置の図 である。磁性粒子あるいは強誘電性液晶を含むポリマー前駆体液体32に紫外レ ーザービーム34を電極あるいは磁石36と38との間で照射し、台42の上に ある物体40を生成する。ポンプ44によって水圧が加えられ、加熱手段46に よって温度が上げられる。電界の上限は液体の破壊強度であり、典型的にはI  MY/cmの範囲である。磁界の上限は入手できる電磁石の限界である。核磁気 共鳴に使用される電磁石のように大きい電磁石は、非常に強い磁界を生じる。磁 界は制御され′ながら振動され得、あるいは所望に応じて反転され得る。Figure 3 shows magnetic particles dispersed in a polymer precursor liquid by applying an electric or magnetic field. Illustration of an apparatus for high-pressure three-dimensional stereolithography, with means for performing an alignment of the It is. Ultraviolet light is applied to the polymer precursor liquid 32 containing magnetic particles or ferroelectric liquid crystals. The laser beam 34 is irradiated between the electrodes or magnets 36 and 38 and placed on the table 42. A certain object 40 is generated. Water pressure is applied by the pump 44 to the heating means 46. Therefore, the temperature increases. The upper limit of the electric field is the breakdown strength of the liquid, typically I The range is MY/cm. The upper limit of the magnetic field is the limit of available electromagnets. nuclear magnetism Large electromagnets, such as those used for resonance, produce very strong magnetic fields. magnetic The field can be oscillated in a controlled manner or reversed as desired.

また、磁界は交差あるいは回転され得る。生成した物体は、磁化された領域と磁 化されていない領域とを有し得る。Also, the magnetic fields can be crossed or rotated. The generated object has a magnetized area and a magnetic It may have an area that is not

電界あるいは磁界は、水平および垂直に与えられ得る。Electric or magnetic fields can be applied horizontally and vertically.

さらに、物体中の粒子は、電界あるいは磁界がオンになっているとき、オフにな っているとき、あるいは反転してぃ ゛るときに従って、それぞれ異なって整列 される。明細書中の記載から明らかなように、高圧三次元ステレオリングラフィ は物体中に充填材、添加物、あるいは磁性粒子を含み得るので、この技術はただ のモデルあるいはプロトタイプではなく、実際の部品を製造するために使用され 得る。さらに、この技術は運動制御や光誘導などの能動的機能を行う部品を製造 し得る。Furthermore, particles in an object are turned off when an electric or magnetic field is turned on. They are arranged differently depending on when they are turned or reversed. be done. As is clear from the description in the specification, high-voltage three-dimensional stereolithography can contain fillers, additives, or magnetic particles in the object, so this technique is only used to manufacture actual parts, not models or prototypes. obtain. Additionally, this technology produces components that perform active functions such as motion control and light guidance. It is possible.

二相バット液あるいは 相バット液 別の実施態様では、ポリマー前駆体液体を保存し、システム加圧のための作動液 として機能するために、混合不可能な液体(不活性液体)を高圧バットで使用し 得る。不活性物質は、図4および図5に示されるように、典型的にバットの底部 にある。Two-phase butt liquid or phase butt liquid In another embodiment, the polymer precursor liquid is stored and a hydraulic fluid is used to pressurize the system. An immiscible liquid (inert liquid) is used in a high-pressure vat to act as a obtain. The inert material is typically located at the bottom of the bat, as shown in Figures 4 and 5. It is in.

不活性物質は、UV硬化性物質と混合不可能であり、がっ、硬化されていないU V硬化性物質と硬化したUV硬化性物質との中間の密度を有している。液体を硬 化すると、硬化した液体(この時点ではポリマー)は不活性物質よりも重く ( 密度が濃く)なる。レーザーは、閉じられ加圧された容器上の水晶あるいはサフ ァイアの窓によって集束されるので、不活性物質はUV透過性である必要はない 。米国特許第5.011.635号に開示されているような、二つの液体を分離 する薄膜は、このシステムでは必要ない。不活性物質が透明であれば、図6に示 されるようにUV照射はバットの底部から行われ得る。The inert material is immiscible with the UV curable material and contains no uncured UV material. It has a density intermediate between that of a V-curable material and a cured UV-curable material. harden liquid , the hardened liquid (at this point a polymer) is heavier than the inert material ( become denser). The laser emits a quartz or saph crystal on a closed, pressurized container. The inert material does not need to be UV transparent as it is focused by the fire window. . Separating two liquids as disclosed in U.S. Patent No. 5.011.635 A thin film is not required in this system. If the inert material is transparent, it is shown in Figure 6. UV irradiation can be performed from the bottom of the vat as described above.

シリコーンおよびフルオロマー(フルオロカーボンあるいはフルオロカーボン液 )は、不活性液体には理想的な候補である。これらの物質の密度はモノマーある いはポリマーの前駆体よりも高(、重合が終わったポリマー(完成したポリマー )よりも低い。部品が不活性液体中で降下するときの浮力効果によって、重力下 で部品が変形しないように(ゆがまないように)する。非限定的な例は、四フッ 化アルカンおよびPFAである。フッ素液体はE、1. du Pont de  NeMoursおよびCompany and Mfnnesota Min ing and IarltlfaCturfJ’1g Companyが販売 している。シ替コーン液は、ポリジメチルシロキサンオリゴマーおよび芳香族シ ロキサンあるいは脂肪族シロキサンを含む。Huls Corporatjan はすべてのシリコーン液体を製造している。Silicones and fluoromers (fluorocarbons or fluorocarbon liquids) ) are ideal candidates for inert liquids. The density of these substances is monomer is higher than that of the polymer precursor (and the polymer that has finished polymerization (the finished polymer) ) lower than The buoyancy effect as the part descends in the inert liquid causes it to drop under gravity. to prevent parts from deforming (distorting). A non-limiting example is alkanes and PFA. Fluorine liquid is E, 1. du Pont de NeMours and Company and Mfnnesota Min Sold by ing and IarltlfaCturfJ’1g Company are doing. The silicone cone fluid contains polydimethylsiloxane oligomers and aromatic silicones. Contains loxane or aliphatic siloxane. Huls Corporate Jan manufactures all silicone fluids.

不活性液体は、水、グリセロール、グリコール、アルコー−ル、あるいはこれら の液体のフッ化誘導体でもよい。The inert liquid may be water, glycerol, glycol, alcohol, or may be a liquid fluorinated derivative.

不活性液体は、少なくとも3つの付加的な重要な機能を行う。すなわち、過剰物 質(素地に粘着した重合化されない物質)を落とすこと、加えられた高圧を伝え ること、そして、ポリマー前駆体液体からポンプを物理的に分離することである 。バットは容器に取り付けられたダクトワークによって上昇した圧力下にあり得 るので、ダクトはポリマー前駆体物質から物理的に分離され、それによって閉塞 を防止し得る。υV硬化性液がポンプダクト中にあると、迷光でさえも開口部を 閉塞するのに十分な望ましくない重合化をおこし得る− 図4は、二相ハツト液を含む高圧三次元ステレオリソクラフィのための装置の一 類型の断面図である。ポリマー前駆体液体体48は、加圧された反応バット52 中の不活性溶液50上に浮かんでいる。典型的にはポンプであるバット中の静水 圧を上げる手段54は、二つの液体の界面56の下方のバットに取り付けられて いる。ポリマー開始源58は、窓6oを通って伝送される。典型的には紫外線レ ーザーである開始源58は、プールの上表面に近接した前駆体液の層にパターン を書き込む。層が完成すると、アクチュエータ機構62は不活性液体50の中に 画像が形成された重合化層(この時点では、不活性液体よりも密度が高い)を沈 める。次に、未加工の(露光されていない)前駆体溶液52を、2つの液体の界 面で画像が形成された層上に浮かべる。そして、この工程が繰り返され、新しい パターンが上にかぶせられる。Inert liquids perform at least three additional important functions. i.e. excess material (non-polymerized substances that adhere to the substrate) and transmit the applied high pressure. physical separation of the pump from the polymer precursor liquid. . The vat may be under increased pressure by ductwork attached to the vessel. The duct is physically separated from the polymer precursor material, thereby preventing blockage. can be prevented. When υV curable liquid is in the pump duct, even stray light will not penetrate the opening. May cause undesirable polymerization sufficient to cause blockage. Figure 4 shows an example of an apparatus for high-pressure three-dimensional stereolithography containing a two-phase liquid. It is a sectional view of a type. The polymer precursor liquid 48 is transferred to a pressurized reaction vat 52. floating on an inert solution 50 inside. Static water in a vat, typically a pump Means 54 for increasing the pressure is attached to the butt below the interface 56 of the two liquids. There is. A polymer starting source 58 is transmitted through window 6o. Typically UV light An initiation source 58, which is a laser, applies a pattern to the layer of precursor liquid proximate the top surface of the pool. Write. Once the layer is complete, the actuator mechanism 62 is placed into the inert liquid 50. The imaged polymerized layer (which is denser than the inert liquid at this point) is precipitated. Melt. The raw (unexposed) precursor solution 52 is then transferred to an interface of two liquids. Float the surface onto the imaged layer. This process is then repeated to create a new The pattern is placed on top.

台を次第に低下させながらレーザーを繰り返し使用し、複雑な三次元構造64を 台66上に構成する。三次元構造において、最後の部分は固定した画像の連続し た層で構成され、不活性液体50に浸される。不活性液体50は未反応液体48 を落とし、部品(素地)を排水させる。A complex three-dimensional structure 64 is created by repeatedly using the laser while gradually lowering the platform. It is configured on a stand 66. In a three-dimensional structure, the last part is a series of fixed images. It is made up of layers and is immersed in an inert liquid 50. The inert liquid 50 is the unreacted liquid 48 and drain the parts (substrate).

図1から図6では、ポリマー前駆体液体、不活性液および不活性ガス、あるいは 軽量液体が添加され、図示しない装置に所望に応じて適切に配置されたダクトか ら除去される。1 to 6, polymer precursor liquid, inert liquid and inert gas, or A duct into which a lightweight liquid is added and appropriately placed as desired in a device not shown. removed.

図5は、三相バット液を含む高圧三次元ステレオリングラフィのための装置の断 面図であり、三相バット液は不活性である下層の液体、次の層であるポリマー前 駆体液体70、そして、UV透過性であるが、ポリマー前駆体液体とは混合しな い上層の気体相あるいは軽量液体相72を含む。Figure 5 shows a cross-section of the apparatus for high-pressure three-dimensional stereolithography containing a three-phase vat liquid. The three-phase vat liquid is an inert bottom liquid, the next layer is the polymer Precursor liquid 70 and UV transparent, but immiscible with the polymer precursor liquid. The upper gas phase or light liquid phase 72 is included.

典型的にはポンプであるバットの静水圧を上げる手段74は、ポリマー前駆体液 体70の下のバットに取り付けられる。ポリマー開始源76は、窓78を通って 伝えられる。典型的には紫外線レーザーである開始源76は、プールの上表面に 近接した前駆体液の層にパターンを書き込む。層が完成すると、アクチニエータ 機構80は画像が形成された重合化層(この時点で、不活性液体よりも密度が高 い)を不活性液体68に沈める。次に、未加工の(露光されていない)前駆体溶 液70は、2つの液体の界面で、画像が形成された層上に浮遊させられる。そし て、この工程が繰り返され、新しいパターンが上にかぶせられる。台を次第に低 下させながらレーザーを繰り返し使用し、複雑な三次元構造82を台84上に構 成する。三次元構造において、最後の部分は固定したの連続した層で構成され、 不活性液体68に浸される。不活性液体68は未反応液体70を落とし、部品( 素地)を排水させる。Means 74 for increasing hydrostatic pressure in the vat, typically a pump, pumps the polymer precursor liquid. It is attached to the butt below the body 70. Polymer initiation source 76 passes through window 78. Reportedly. A starting source 76, typically an ultraviolet laser, is placed on the top surface of the pool. A pattern is written in a layer of adjacent precursor liquid. Once the layer is complete, the actiniator Mechanism 80 contains an imaged polymerized layer (at this point denser than the inert liquid). ) into inert liquid 68. Next, the raw (unexposed) precursor solution is A liquid 70 is suspended over the imaged layer at the interface of the two liquids. stop The process is then repeated and a new pattern is overlaid. Gradually lower the stand. A complex three-dimensional structure 82 is constructed on the table 84 by repeatedly using the laser while lowering it. to be accomplished. In a three-dimensional structure, the last part consists of successive layers of fixed Immersed in inert liquid 68. Inert liquid 68 drops unreacted liquid 70 and parts ( Drain the substrate.

図6は、三相バット液を含む高圧三次元ステレオリングラフィのための装置の断 面図であり、三相バット液は不活性であり、かつ、UV透過性である下層の液体 、次の層であるポリマー前駆体液体90、そして、ポリマー前駆体液体とは混合 しない上層の気体相あるいは軽量液体相92を含み、部品はポリマー前駆体液体 上に引き上げられている。典型的にはポンプであるバットの静水圧を上げる手段 94はポリマー前駆体液体90の下方のバットに取り付けられる。ポリマー開始 源96は、窓98を通って伝えられる。典型的には紫外線レーザーである開始源 96は、台104上のプールの上表面に近接した前駆体液の届にパターンを書き 込む。層が完成すると、アクチニエータ機構100は画像が形成された重合化層 を持ち上げる。次に、未加工の(露光されていない)前駆体液90は、2つの液 体の界面で、画像が形成された層上に浮かべられる。そして、この工程が繰り返 され、新しいパターンが上にかぶせられる。台を次第に上昇させながらレーザー を繰り返し使用し、複雑な三次元構造102を台104上に構成する。Figure 6 shows a cross-section of the apparatus for high-pressure three-dimensional stereolithography containing a three-phase vat liquid. The three-phase vat liquid is inert and the lower liquid is UV transparent. , the next layer, polymer precursor liquid 90, and the polymer precursor liquid are mixed. The part contains a polymer precursor liquid, including an upper gas phase or a light liquid phase 92. being pulled up. A means of increasing hydrostatic pressure in the vat, typically a pump 94 is attached to the vat below the polymer precursor liquid 90. polymer start Source 96 is transmitted through window 98. Starting source, typically an ultraviolet laser 96 writes a pattern in the precursor liquid near the top surface of the pool on the platform 104. It's crowded. Once the layer is complete, the actiniator mechanism 100 transfers the imaged polymerized layer. lift up. The raw (unexposed) precursor liquid 90 is then divided into two liquids. At the body interface, the image is floated on the formed layer. This process is then repeated and a new pattern is placed on top. Laser while gradually raising the platform is used repeatedly to construct a complex three-dimensional structure 102 on the stand 104.

Il、ポリマー前駆体流体の連続重合を包含する3次元立体リソグラフィーを用 いた物体の調製 能の実施態様において、大規模構築物、小規模構築物、および微小規模構築物は 、3次元立体リソグラフィーによって調製される。3次元立体リソグラフィーで は、層内および層間の応力によって生じる構築物の歪みを減少させるために、ポ リマー前駆体流体は連続重合される。この方法は、重合プロセスにおけるそり歪 みを減少させる。3次元立体リソグラフィープロセスの連続重合の改変は、室温 および大気圧、室温および高圧、高温および大気圧、または高圧および高温にお いて実施され得る。セクションIに記載されているパラメータおよび反応条件は 、周囲条件下で実施される場合を含むセクションIIに開示されている方法に適 用される。Il, using three-dimensional stereolithography involving sequential polymerization of polymer precursor fluids. Preparation of objects In functional embodiments, large-scale constructs, small-scale constructs, and microscale constructs are , prepared by three-dimensional stereolithography. with 3D stereolithography points to reduce construct distortion caused by intra- and inter-layer stresses. The remer precursor fluid is continuously polymerized. This method deals with warpage strain during the polymerization process. Reduces discomfort. Continuous polymerization modification of the three-dimensional stereolithography process can be performed at room temperature. and atmospheric pressure, room temperature and high pressure, high temperature and atmospheric pressure, or high pressure and high temperature. It can be implemented by The parameters and reaction conditions listed in Section I are , suitable for the methods disclosed in Section II, including when carried out under ambient conditions. used.

連続重合技術は、David S、 5oaneによって提出された米国特許第 5.110.514号および第5.114.632号において一般に教示されて いる。連続重合法は、重合中に材料の収縮によって生じる応力およびキャビチー シロン、すなわち空洞を最小にする。さもなければ、ロックドインストレスが生 じ、複製忠実度が減少する。物体の局所的に重合した領域の応力は、この技術を 用いることによって最小にされる。なぜなら、重合が各層内で連続的に起こり、 さらにポリマー前駆体流体が照射されたエリアに迅速に侵入し、重合によって生 じた収縮により失われた瞬間容量を補充するためである。流量は、微小なもので あり得るが、層内応力および層間応力は最小になるかまたは消滅するので、その 効果は十分である。さらにポリマー前駆体流体は、収縮から生じる照射領域の空 洞スペースにおいて迅速に重合する。これは、図12に示される。図12は、U V水銀ランプによって照射されている前駆体流体プールの局所領域の拡大図であ る。Continuous polymerization technology is described in US Pat. No. 5, filed by David S. As generally taught in No. 5.110.514 and No. 5.114.632 There is. Continuous polymerization methods reduce stress and cavities caused by material shrinkage during polymerization. Chiron, i.e. minimize the cavity. Otherwise, locked-in stress will occur. As a result, replication fidelity decreases. Stresses in locally polymerized regions of an object can be applied using this technique. minimized by using Because polymerization occurs continuously within each layer, Furthermore, the polymer precursor fluid rapidly enters the irradiated area and is produced by polymerization. This is to replenish the instantaneous capacity lost due to subsequent contraction. The flow rate is minute. Yes, but since intralaminar and interlaminar stresses are minimized or disappear, The effect is sufficient. In addition, the polymer precursor fluid has a vacancy in the irradiated area resulting from shrinkage. Polymerizes rapidly in the sinus space. This is shown in FIG. FIG. 12 shows the U Figure 2 is an enlarged view of the local area of the precursor fluid pool being irradiated by the V-mercury lamp. Ru.

連続重合プロセスは、放射線硬化または熱硬化のいずれかに容易に適用される。Continuous polymerization processes are easily applied to either radiation or heat curing.

放射線硬化は、熱硬化よりもより制御可能であり、一般に硬化時間が短いため、 好ましく1゜放射線硬化は、適度な高温で実施されると、さらに重合時間が短( なり得る。Radiation curing is more controllable than heat curing and generally has shorter curing times; Preferably, 1° radiation curing is carried out at a moderately high temperature to further shorten the polymerization time ( It can be.

典型的にはUV照射である重合開始源の移動前面は、任意の適切な手段を用いて 成し遂げられ得る。1つの実施態様において、連続移動スリットシステム(SM SS)が用いられる。このシステムでは、薄いスリット(典型的には、1μmと ioamとの間である)の照射は、移動ポリマーゾーンの前方にある材料が液体 のままで、前面が通過した材料が固化されるように、ポリマー前駆体流体上を連 続通過する。The moving front of the polymerization initiating source, typically UV radiation, is irradiated using any suitable means. It can be accomplished. In one embodiment, a continuously moving slit system (SM SS) is used. This system uses a thin slit (typically 1 μm). ioam) irradiation causes the material in front of the moving polymer zone to become liquid the polymer precursor fluid so that the material it passes through remains solidified. Continue passing.

他の方法では、移動前面は、虹彩絞りの放射状開口部である。移動ポリマーゾー ンの前方にある液体状態の材料は、収縮レートと同様のレートで自由に流れ、歪 みがなくかつ応力が低減されたポリマーネットワークが生成される。In other methods, the moving front surface is a radial aperture of an iris diaphragm. Mobile polymer zone The liquid state material in front of the pump flows freely and strains at a rate similar to the contraction rate. A smooth and stress-reduced polymer network is produced.

図9aは、ポリマー前駆体流体が、連続重合される(Vlは第1バルブ、V2は 第2バルブ、Svlは第1ソレノイド/ <ルブ、SV2は第2ソレノイドバル ブ、ならびにQlおよびQ2より物体を調製するための1つの装置の概略側面図 である。Figure 9a shows that the polymer precursor fluid is continuously polymerized (Vl is the first valve, V2 is the The second valve, Svl is the first solenoid/<lub, SV2 is the second solenoid valve Schematic side view of one apparatus for preparing objects from Ql and Q2 It is.

本実施例は、本発明の範囲を限定するものではない。他の装置設計は、本願で開 示されている方法を用いて容易に構築され得、これらはすべて、本発明の範囲内 あるものとする。This example is not intended to limit the scope of the invention. Other device designs are disclosed in this application. can be easily constructed using the methods shown, all of which are within the scope of the present invention. Assume that there is.

図98に示されているように、データ110は、コンピュータ120に入力され 、所望の物体用のCADファイルを作成する。このデータ110は、数学的に積 層側面、すなわち層に変換される。コンピュータ120は、ソレノイドバルブ1 60、ソレノイドバルブ170、パルスモータ270、および電子シャッタ22 0の動作を制御する制御ボックス130をインターフェースする。第2ソレノイ ドバルブ170は、必要に応じて、システムから圧力を解除する。不活性ガスは 、 (クイックコネクト接合部190、通しバルブ150、およびソレノイドバ ルブ160を有する)通し管155を介してクイックコネクト170を通して反 応バット205に供給される。As shown in FIG. 98, data 110 is input into computer 120. , create a CAD file for the desired object. This data 110 is mathematically It is converted into a layer side, i.e. a layer. The computer 120 controls the solenoid valve 1 60, solenoid valve 170, pulse motor 270, and electronic shutter 22 interfaces a control box 130 that controls the operation of 0; 2nd solenoid The pressure valve 170 relieves pressure from the system as needed. Inert gas is , (quick connect joint 190, through valve 150, and solenoid valve through the quick connect 170 through the through tube 155 (having the lube 160). It is supplied to the response vat 205.

パルスモータ270によって制御されるエレベータ260は、台215に接続さ れている。ポリマー前駆体流体235の薄層は、管140からバルブ145を通 して、反応バット205内の台215とUv透過窓200との間に導入される。An elevator 260 controlled by a pulse motor 270 is connected to the platform 215. It is. A thin layer of polymer precursor fluid 235 is passed from tube 140 through valve 145. Then, it is introduced between the platform 215 and the UV transmission window 200 in the reaction vat 205.

バルブ145は、必要に応じて、制御ボックス130を通してコンピュータ12 0によってインターフェースされ得る。Valve 145 is optionally connected to computer 12 through control box 130. 0.

電源250は、U■シリンダ30に電力を供給する。UVランプの電力は、通常 、数百ワットから数千ワットの範囲である。A power source 250 supplies power to the U cylinder 30. The power of the UV lamp is usually , ranging from a few hundred watts to a few thousand watts.

Uvクランプ30からのUV光は、鏡240を反射して電子シャッタ220を通 る。次に、UV光は、ホトマスクを通過して、ポリマー前駆体流体の薄層へと連 続的に伝えられる。光を連続移動させる手段245は、UV光の鏡からの反射点 と、ホトマスク210との間の任意の適切な位置に配置される。光を連続移動さ せる手段の2つの例、連続移動スリットシステムと虹彩絞りは、図10および図 11に詳細に示されている。The UV light from the UV clamp 30 is reflected off the mirror 240 and passes through the electronic shutter 220. Ru. The UV light is then passed through a photomask into a thin layer of polymer precursor fluid. Continuously conveyed. The means 245 for continuously moving the light is the reflection point of the UV light from the mirror. and the photomask 210 at any suitable position. Continuously moving light Two examples of means for controlling the 11 in detail.

ホトマスクは、光を連続移動させる手段245と、ポリマー前駆体流体235と の間、好ましくは電子シャッタ220と透明窓200との間の位置に設けられて いる。当業者に公知の任意のホトマスクがこの装置において使用され得る。−例 として、米国特許第5.157.423号および第5.139.338号は、物 体のCADスライスがコンピュータからマスク発生器へと転送されるホトマスク システムを開示している。このホトマスクシステムは、断面のネガ画像が、表面 の部分を帯電させ、トナー粉で静電画像を「現像」することによって、ガラスマ スクプレート上に生成される、写真複写機と同様ニ動作する。他の実施態様では 、ネガスライス画像は、バックライトで照らされた個別に制御される液晶の平面 的なアレイを用いて、ポリマー表面に直接伝送される。あるいは、連続移動する スリットシステムを用いると、「ドツトマトリクスj型のプログラム可能なマス クを採用することができる。ホトマスクは、圧電気によって作動する画素反射器 によって成し遂げられる。なぜなら、目的のスポットを暗くしたり/明る(する のには、小さな偏向で十分だからである。連続重合が進むと、スリット状のマス クは、インライン式画素のスイッチを同時にオンおよびオフすることによって同 期して変更される。The photomask includes a means for continuously moving light 245 and a polymer precursor fluid 235. between the electronic shutter 220 and the transparent window 200, preferably at a position between the electronic shutter 220 and the transparent window 200. There is. Any photomask known to those skilled in the art can be used in this apparatus. −Example As US Pat. Nos. 5.157.423 and 5.139.338, Photomask where CAD slices of the body are transferred from the computer to the mask generator The system is disclosed. This photomask system produces a negative cross-sectional image of the surface. By charging the area and "developing" the electrostatic image with toner powder, the glass It operates similarly to a photocopy machine, produced on a copying plate. In other embodiments , the negative slice image is created by backlit, individually controlled liquid crystal planes. directly onto the polymer surface. Or move continuously Using the slit system, a ``dot matrix type programmable mass'' can be created. can be adopted. A photomask is a pixel reflector activated by piezoelectricity. accomplished by. This is because the target spot can be darkened/brightened ( A small deflection is sufficient for this. As continuous polymerization progresses, a slit-like mass is formed. synchronization by simultaneously switching on and off the in-line pixels. Changes will be made in due course.

他の実施態様において、インクジェット印刷に用いられるマイクロ気泡技術は、 ホトマスクを形成するのに使用される。マイクロ電極は、液体で満たされたシリ ンダ内に配置され、光は、電極が加熱されている間にシリンダを通過する。瞬間 的に加熱すると、気泡が選択部位に形成され、散乱光がシリンダレンズを通過す る。気泡スポットは暗画素、すなわち焦点が合っていない画素に対応する。暗ス ポットと明スポットとの組み合わせで、ホトマスク画像が形成される。In other embodiments, the microbubble technology used in inkjet printing is Used to form photomasks. A microelectrode is a liquid-filled silicone light is passed through the cylinder while the electrode is heated. moment When heated, air bubbles form at the selected site and the scattered light passes through the cylinder lens. Ru. Bubble spots correspond to dark pixels, ie, pixels that are out of focus. dark space The combination of pots and bright spots forms a photomask image.

UV光i2、ホトマスク210を連続通過し、薄いポリマー前駆体層上に適切な 光のパターンを形成し、所望の形状のポリマー層を提供する。−互層が形成され ると、エレベータ215は、エレベータ台215上に存在する画像が形成された 層を微分量だけ移動させ、新鮮な(露光されていない)前駆体流体を下層の書き 込まれた層を覆うようにする。次に、このプロセスを首尾よく繰り返し、新しい パターンを重畳すると、固定画像の積層からなる複合3次元構築物が提供される 。連続重合の概念と3次元立体リソグラフィープロセスとを統合するこのシステ ムは、応力および立体歪みが最小の物体を提供する。UV light i2 is successively passed through a photomask 210 and applied onto the thin polymer precursor layer. Form a pattern of light to provide the desired shape of the polymer layer. - alternating layers are formed Then, the elevator 215 displays the image that exists on the elevator platform 215. Move the layer by a differential amount and add fresh (unexposed) precursor fluid to the bottom layer. Make sure to cover the embedded layer. Then repeat this process successfully and create a new Superimposing the patterns provides a composite three-dimensional construct consisting of a stack of fixed images. . This system integrates the concept of continuous polymerization with a three-dimensional stereolithography process. The system provides an object with minimal stress and steric distortion.

この方法では、ポリマー前駆体流体が非常に薄い層として、または不活性な不混 和性層上に形成された非常に薄い層として提供され得る。この方法は、吸収によ るUv減衰のみに依存しないで、層の厚さを直接限定し、硬化の深さを限定する という利点を有している。超薄層を形成する能力は、ポリマー前駆体流体の粘度 、および透明窓とエレベータ台との間へのその拡散傾向に依存する。このプロセ スにおいて高圧および高温を用いると、ポリマー前駆体流体の粘度が低下するの で、プロセスが容易になる。In this method, the polymer precursor fluid is deposited as a very thin layer or in an inert, immiscible layer. It can be provided as a very thin layer formed on a compatible layer. This method relies on absorption. Directly limit layer thickness and cure depth without relying solely on UV attenuation It has the advantage of The ability to form ultra-thin layers depends on the viscosity of the polymer precursor fluid. , and its propensity to spread between the transparent window and the elevator platform. This process The use of high pressures and temperatures in the process reduces the viscosity of the polymer precursor fluid. , which makes the process easier.

この方法を用いると、物理特性が変化する層を有する物体が調製され得る。−例 として、第1のいくつかのポリマー層は、柔軟で耐衝撃性材料から形成され、そ れに続く層は、硬直な熱可塑性材料から形成される。Using this method, objects with layers of varying physical properties can be prepared. −Example As such, the first several polymer layers are formed from a flexible, impact-resistant material; The subsequent layer is formed from a rigid thermoplastic material.

図9bは、変化するポリマー前駆体流体を導入および除去するためのバルブロを をさらに備えた図93に示される装置の平面図、および残存するポリマー前駆体 流体を透明プレートから真空除去するための手段を示す装置の側面図である。こ の装置の実施態様は、異なるポリマー前駆体流体の層から3次元の物体を調製す るために使用され得る。Figure 9b shows the valve flow for introducing and removing changing polymer precursor fluids. 93 and the remaining polymer precursor Figure 3 is a side view of the apparatus showing means for vacuum removing fluid from the transparent plate; child Embodiments of the apparatus prepare three-dimensional objects from layers of different polymer precursor fluids. can be used to

図示されるように、制御ボックス130は、所望のバルブ(■1およびv3から Vn)の開口を合図し、透明プレートと台との間に第1ポリマー前駆体流体の層 を提供する。IRセンサは、制御ボックスに信号を送信し、所望の流体の厚さが 成し遂げられるとバルブを閉じる。次に、台は、流体表面まで下げられ、流体は 所望のパターンで硬化する。次に、台は、適切な距離だけ移動し、真空ワイパ透 明プレートを横切り、残留流体を除去する。次に、これらのステップは、第2の ポリマー前駆体、そして必要ならば、他のポリマー前駆体流体を用いて繰り返さ れる。As shown, the control box 130 controls the desired valves (from ■1 and v3). Signal the opening of Vn) and create a layer of first polymer precursor fluid between the transparent plate and the platform. I will provide a. The IR sensor sends a signal to the control box and indicates that the desired fluid thickness is Once accomplished, close the valve. The platform is then lowered to the fluid surface and the fluid Cures in desired pattern. The platform is then moved the appropriate distance and the vacuum wiper Clear the plate and remove any residual fluid. These steps then add the second polymer precursor, and if necessary, repeat with other polymer precursor fluids. It will be done.

図10は、連続移動するスリットシステム(SMSS)を有し、3次元物体を製 造するための装置の部分断面図である。図示されるように、装置は、可動性かつ 調整可能なスリットz80、スリットの移動速度を制御するパルスモータ290 、電気シャッタ2201およびパルスモータ290と他のプラグラム可能な部品 を、図9で上述したように、コンピュータにインターフェースする制御ボックス 130を有する。スリットサイズは、使用されるポリマー前駆体流体の種類に応 じて変更され得る。UV光スリットの移動速度は、ポリマー前駆体流体の硬化時 間、通常、2秒と30秒との間で制御される。Figure 10 shows a system with a continuously moving slit system (SMSS) for producing three-dimensional objects. 1 is a partial cross-sectional view of an apparatus for manufacturing. As shown, the device is movable and Adjustable slit z80, pulse motor 290 to control slit movement speed , electric shutter 2201 and pulse motor 290 and other programmable components , a control box interfaced to a computer as described above in Figure 9. It has 130. Slit size depends on the type of polymer precursor fluid used. may be changed depending on the The moving speed of the UV light slit is the same as when the polymer precursor fluid is cured. The time period is usually controlled between 2 seconds and 30 seconds.

通常の走行では、電子シャッタ220は開口し、スリットは、ホトマスク210 の一方かた他方へと移動し始める。連続硬化が完了すると、電子シャッタは閉じ る。上記のように、−互層が形成されると、エレベータ260は、エレベータ台 215上に存在する画像が形成された層を微分量だけ移動させ、新鮮な(露光さ れていない)前駆体流体が下にある書き込まれた層を覆うようにする。During normal running, the electronic shutter 220 is open and the slit is opened on the photomask 210. begins to move from one side to the other. When continuous curing is complete, the electronic shutter closes. Ru. As described above: - Once the alternating layers are formed, the elevator 260 The imaged layer present on the 215 is moved by a differential amount and a fresh (unexposed) (not written) so that the precursor fluid covers the underlying written layer.

図11は、連続重合がコンピユータ化された虹彩絞り(C[D)を用いて成し遂 げられる3次元物体を製造する装置の部分断面図である。装置は、虹彩絞り30 0、コンピュータ制御回転ステージ310.1!子シヤツタ220、および図9 に示されるように、回転ステージ310、電子シャッタ220、および他のプロ グラム可能な部品をコンビコータにインターフェースする制御ボックス130を 有する。虹彩絞りは、単位面積当たりのエネルギーを一定に保ちながら、放射状 に伸び縮みする放射線をスムーズに制御するのに有用である。Figure 11 shows that continuous polymerization is achieved using a computerized iris diaphragm (C[D). FIG. 2 is a partial cross-sectional view of an apparatus for manufacturing a three-dimensional object. The device has an iris diaphragm of 30 0. Computer-controlled rotary stage 310.1! Child shutter 220, and FIG. As shown in FIG. A control box 130 interfaces the programmable part to the combi coater. have The iris diaphragm keeps the energy per unit area constant and This is useful for smoothly controlling radiation that expands and contracts.

回転ステージは、虹彩絞りが自動化されていない場合には、虹彩絞りを回転する のに使用される。まず、電子シャ・ツタが開口し、次に虹彩絞りが所望のレート で開口する。硬化が完了すると、電子シャッタは閉じる。次に、このプロセスは 、3次元物体が構築されるまで繰り返される。Rotating stage rotates the iris diaphragm if the iris diaphragm is not automated used for. First, the electronic shutter opens, then the iris diaphragm adjusts to the desired rate. Open with . When curing is complete, the electronic shutter closes. Then this process is , are repeated until a three-dimensional object is constructed.

図13は、3次元立体リソグラフィーによって形成された物体を、その物体が付 着する透明プレートから効率的に取り外す装置の概略図である。透明プレートは 、凹凸部を有するように改変され、凹部は、透明プレートの屈折率と適合する屈 折率を有する柔軟材料、または空気で満たされる。Figure 13 shows an object formed by three-dimensional stereolithography. FIG. 2 is a schematic diagram of an apparatus for efficiently removing transparent plates from which they are attached. The transparent plate , is modified to have an uneven portion, and the recessed portion has a refractive index that matches the refractive index of the transparent plate. A flexible material with a refractive index, or filled with air.

図13は、2種類の改変透明プレート表面、すなわち、格子表面と点付きの表面 とを示す。所望されるなら、他のノくターンもまた、表面を改変するのに使用さ れ得る。Figure 13 shows two types of modified transparent plate surfaces: a grid surface and a dotted surface. and Other notches can also be used to modify the surface if desired. It can be done.

接着側と非接着側とを備えたテープは、テープの接着側が透明プレートの改変表 面に付着され、テープの非接着側がポリマー前駆体流体および流体から調製され た物体と対面するように、ガラスプレート上に配置される。物体が完成すると、 物体は、改変された透明プレート内の柔軟充填剤または空気のクッション効果の ために柔軟である、非接着テープ表面から容易に分離され得る。Tapes with an adhesive side and a non-adhesive side are designed so that the adhesive side of the tape has a modified surface of a transparent plate. The non-adhesive side of the tape is prepared from a polymer precursor fluid and a fluid placed on a glass plate so as to face the object. When the object is completed, The object is a flexible filler or air cushioning effect in a modified transparent plate. Because of its flexibility, the non-adhesive tape can be easily separated from the surface.

物体を透明プレートからすばやく引き離すのに適切な透明テープの例としては、 E、1. DuPont NeMours and Company製のTef  Ion−PEPが挙げられる。Tef Ion−PEPフィルムの一側面は、 感圧性接着剤を有しているため、プレートに容易に適用される。柔軟材料の弾性 変形は、真空下での引き離しを誘発する。CHRInc、は、カタログ名°C” でTef Ion−PEPを販売し、M52、M2O、M69、およびM2Sを 含む他の適切な透明ポリエステルチーブも販売している。Examples of transparent tapes suitable for quickly separating objects from transparent plates include: E.1. Tef manufactured by DuPont NeMours and Company Examples include Ion-PEP. One side of Tef Ion-PEP film is It has a pressure sensitive adhesive and is therefore easily applied to the plate. Elasticity of flexible materials Deformation induces separation under vacuum. CHRInc is the catalog name °C” sells Tef Ion-PEP, M52, M2O, M69, and M2S. We also sell other suitable transparent polyester chives, including:

111、マイクロ電子応用のための微小構築物および小構築物の調製 本願に開示されている3次元立体リソグラフィ一方法を用いると、マイクロ電子 応用に適した高精細微小構築物および小構築物が調製され得る。これらの技術を 用いて形成され得る具体的な構築物の例としては、磁気マイクロモータ、トロイ ド状のトランスフォーマ、金属湾曲アクチユエータ、圧力ドランスデューサ、マ イクロタービン、および相互係合マイクロコイルが挙げられる。111. Preparation of microconstructs and small constructs for microelectronic applications Using one method of three-dimensional stereolithography disclosed in this application, microelectronic High definition microconstructs and small constructs suitable for applications can be prepared. These technologies Examples of specific constructs that can be formed using magnetic micromotors, shape transformers, metal curved actuators, pressure transformers, microturbines, and interengaging microcoils.

マイクロ電子用の小構築物および微小構築物は、LIGAまたは5LIGA技術 を用いて調製された構築物の精度を示す本されるように、高精細プラスチック成 形品が完成すると、その成形品はバットから除去され、通常、ニッケルを用いて 電気めっきされる。次に、プラスチック成形品は除去され、フリー金属構築物が 鋳造される。Small constructs and microconstructs for microelectronic use LIGA or 5LIGA technology High-definition plastic composites as shown in the book demonstrate the precision of constructs prepared using Once the molded part is complete, it is removed from the vat and typically nickel-plated. Electroplated. Next, the plastic molding is removed and the free metal construct is to be cast.

この技術は、非常に複雑な形状の構築物を提供し得る。 ′このプロセスは、L IGAおよび5LIGA技術よりもより柔軟である。なぜなら、CADプログラ ムを用いてホトマスクを形成することは容易であり、かつ十分に自動化されるた めである。図9は、半ドーム、円錐形、およびピラミッド形を有し、この技術を 用いて調製され得る複雑な構築物の図である。この構築物を構築するのに使用さ れる層の数が増加するにつれて、表面の滑らかさが増加する。図16は、このプ ロセスを用いて構築され得るテーバ状のハニカム形状の図である。テーパ状のハ ニカムは、バイオ分離の領域で有用である。This technique can provide constructs with very complex shapes. 'This process is More flexible than IGA and 5LIGA technologies. Because CAD program It is easy and well automated to form photomasks using It's a good thing. Figure 9 has a half-dome, conical, and pyramidal shape and uses this technique. FIG. 2 is a diagram of the complex constructs that can be prepared using used to build this construct. As the number of layers increases, the smoothness of the surface increases. Figure 16 shows this FIG. 3 is an illustration of a tapered honeycomb shape that can be constructed using a process. Tapered C Nicum is useful in the area of bioseparations.

本願で開示されている成形品構築プロセスは、以下の点で、LIGAおよび5L IGA技術よりもはるかに改良されたものである。l)X線照射の必要がない; 2)整合の必要がない(SLIGAにおいて、X線マスクは、バターニングされ た犠牲層および処理基板と幾何学的に整合されなければならない);3)成形品 構築時間が大幅に減少する; 4 ) CADによる自動ホトマスク生成のため に成形品設計が容易になる;6)構築物の高さに制限がない;7)成形品は、複 雑な側壁プロフィールを有し、積層内のいくつかの材料から形成され得る。The molded article construction process disclosed in this application is compatible with LIGA and 5L in the following respects. It is a significant improvement over IGA technology. l) No need for X-ray irradiation; 2) No need for alignment (in SLIGA, the X-ray mask is patterned) 3) The molded article must be geometrically aligned with the sacrificial layer and the treated substrate); Construction time is significantly reduced; 4) Automatic photomask generation using CAD 6) There is no limit to the height of the structure; 7) The molded product can be It has a rough sidewall profile and can be formed from several materials in a laminate.

本発明は、好ましい実施態様を参照して説明した。本願に記載の発明の改変およ び変更は、前述の本発明の詳細な説明から当業者に自明である。これらの改変お よび変更はすべて添付の請求の範囲の範囲内にあるものとする。The invention has been described with reference to preferred embodiments. Modifications and modifications of the invention described in this application Modifications and modifications will be apparent to those skilled in the art from the foregoing detailed description of the invention. These modifications All modifications and variations are intended to be within the scope of the appended claims.

F/θグ F/62 −!を覧形人 FIG、Be FIG、9σ FIG、9b 1隻 FIG、 10 FIG グl FIG、13b FIG、14σ υト緊tWN玉1ちンレI;工、てNiK’慮吟を艶床号ろFIG、15σ FIG、15b 履へ1zち11ろ固な面 フロントページの続き アメリカ合衆国 カリフォルニア 94150゜サンフランシスコ、ジャクソン  ストリート 3120F/θg F/62 -! The figure person FIG, Be FIG, 9σ FIG, 9b 1 ship FIG. 10 FIG FIG. 13b FIG, 14σ υTokintWN ball 1chinre I; Technique, Te NiK' consideration to the gloss floor FIG, 15σ FIG. 15b 1z to 11 hard surface Continuation of front page United States California 94150゜San Francisco, Jackson Street 3120

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1.重合開始源にさらされると硬化し得るポリマー前駆体流体から立体リソグラ フィーにより3次元物体を製造する方法において、外部環境に対してバットを閉 じる工程と、該バット内に高圧および高温を付与する行程とを包含する改良。 2.前記付与された圧力が、大気圧よりもわずかに高い圧力から100,000 psiまでの範囲である、請求項1に記載の改良。 3.前記付与された圧力が5,000と8,000psiとの間の範囲である、 請求項1に記載の改良。 4.前記バット内に付与された温度が、30℃から300℃までの範囲である、 請求項1に記載の改良。 5.前記ポリマー開始源が紫外線である、請求項1に記載の改良。 6.前記ポリマー前駆体流体が、メタクリレートモノマーまたはアクリレートモ ノマーよりも大きい粘度を有する、請求項1に記載の改良。 7.前記粘性ポリマー前駆体流体が、熱硬化性流体を含有する、請求項1に記載 の改良。 8.前記ポリマー前駆体流体が不活性ポリマーを含有する、請求項1に記載の改 良。 9.前記ポリマー前駆体流体が不活性ポリマーを含有する、請求項1に記載の改 良。 11.前記ポリマー前駆体流体が非ポリマー不活性材料を含有する、請求項1に 記載の改良。 12.前記非ポリマー不活性材料が、CaCO■およびMgCO■、クレー、ホ ウ酸塩、硫酸塩、燐酸塩、celiteおよびシリカ粉などの珪藻土、アルミナ 、コロイド状シリカ、およびゼオライト固体からなる群から選択される、請求項 11に記載の改良。 13.前記ポリマー前駆体流体がコロイド状粒子を含有する、請求項1に記載の 改良。 14.前記コロイド状粒子が、コロイド状金、酸化チタン、酸化鉄(磁性物質) 、コバルト、酸化モリブデン、酸化バナジウム、ニッケル、合金、遷移金属−希 土酸化物複合体、二酸化シリコン、硝酸シリコン、酸化ゲルマニウム、シリコン 原子団、砒化ガリウム、および他の半導体粒子からなる群から選択される請求項 13に記載の改良。 15.前記ポリマー前駆体流体が、有機架橋ビーズを含有する、請求項1に記載 の改良。 16.前記ポリマー前駆体流体が、磁性粒子を含有する、請求項1に記載の改良 。 17.前記3次元物体を形成中に、小さな磁化領域が形成されるように磁性流体 が整列される、請求項16に記載の改良。 18.前記磁性粒子が整列して、小さなモータ、アクチュエータ、またはセンサ を形成する、請求項17に記載の改良。 19.前記ポリマー前駆体流体が、液晶または液晶集塊を含有する、請求項1に 記載の改良。 20.高圧3次元立体リソグラフィーによって物体を製造する装置であって、 重合開始源にさらされると、固体状のポリマー物体に変形され得るポリマー前駆 体流体と、 該重合開始源が透過される、該ポリマー前駆体流体が収容される反応バットと、 該バットを透過する重合開始源と、 該物体が配置される台と、 必要に応じて該物体を移動させるアクチュエータ手段と、該ポリマー開始源を、 該ポリマー前駆体流体を介して連続移動させる手段と、 を有する、装置。 21.前記反応バットが外部環境に対して閉じられる、請求項20に記載の装置 。 22.前記バット内に圧力を付与する手段をさらに有する、請求項21に記載の 装置。 23.前記バット内の温度を上げる手段をきらに有する、請求項20に記載の装 置。 24.前記ポリマー前駆体流体を介して前記重合開始源を連続移動させる前記手 段が、虹彩絞りである、請求項20に記載の装置。 25.前記ポリマー前駆体流体を介して前記重合開始源を連続移動させる前記手 段が、スリットを連続移動させるシステムである、請求項20に記載の装置。 26.前記ポリマー前駆体流体が所望のパターンで重合されるように、前記重合 開始源を撮像するホトマスクをさらに有する、請求項20に記載の装置。 28.前記ホトマスク画像が圧電気によって生成される、請求項26に記載の装 置。 29.前記ホトマスク画像がマイクロ気泡によって生成される、請求項26に記 載の装置。[Claims] 1. Stereolithography from polymer precursor fluids that can be cured upon exposure to a polymerization initiation source In the method of manufacturing three-dimensional objects by fission, the vat is closed to the external environment. and applying high pressure and high temperature within the vat. 2. The applied pressure ranges from slightly higher than atmospheric pressure to 100,000 m The improvement of claim 1, ranging up to psi. 3. the applied pressure is in a range between 5,000 and 8,000 psi; Improvement according to claim 1. 4. The temperature applied within the vat is in the range of 30°C to 300°C. Improvement according to claim 1. 5. The improvement of claim 1, wherein the polymer initiation source is ultraviolet light. 6. The polymer precursor fluid is a methacrylate monomer or an acrylate monomer. The improvement according to claim 1, having a viscosity greater than that of the nomer. 7. 2. The viscous polymer precursor fluid of claim 1, wherein the viscous polymer precursor fluid comprises a thermosetting fluid. improvements. 8. The modified method of claim 1, wherein the polymer precursor fluid contains an inert polymer. good. 9. The modified method of claim 1, wherein the polymer precursor fluid contains an inert polymer. good. 11. 2. The polymeric precursor fluid of claim 1, wherein the polymeric precursor fluid contains a non-polymeric inert material. Improvements to the description. 12. The non-polymeric inert materials include CaCO and MgCO, clay, and Diatomaceous earth, alumina such as borates, sulfates, phosphates, celite and silica powder , colloidal silica, and zeolite solids. Improvement described in 11. 13. 2. The polymer precursor fluid of claim 1, wherein the polymer precursor fluid contains colloidal particles. Improvement. 14. The colloidal particles are colloidal gold, titanium oxide, iron oxide (magnetic substance) , cobalt, molybdenum oxide, vanadium oxide, nickel, alloys, transition metals - rare Earth oxide complex, silicon dioxide, silicon nitrate, germanium oxide, silicon Claims selected from the group consisting of atomic groups, gallium arsenide, and other semiconductor particles Improvement described in 13. 15. 2. The polymer precursor fluid of claim 1, wherein the polymer precursor fluid contains organic crosslinked beads. improvements. 16. The improvement of claim 1, wherein the polymer precursor fluid contains magnetic particles. . 17. During the formation of the three-dimensional object, the magnetic fluid is 17. The improvement according to claim 16, wherein the are aligned. 18. The magnetic particles align to form a small motor, actuator, or sensor. 18. The improvement according to claim 17, forming a . 19. 2. The polymer precursor fluid of claim 1, wherein the polymer precursor fluid contains liquid crystals or liquid crystal agglomerates. Improvements to the description. 20. An apparatus for manufacturing objects by high-pressure three-dimensional lithography, a polymer precursor that can be transformed into a solid polymer body when exposed to a polymerization initiation source body fluids, a reaction vat containing the polymer precursor fluid through which the polymerization initiation source is permeated; a polymerization initiation source that passes through the vat; a stand on which the object is placed; actuator means for moving the object as required, and the polymer initiation source; means for continuously moving through the polymer precursor fluid; A device having. 21. 21. The apparatus of claim 20, wherein the reaction vat is closed to an external environment. . 22. 22. The vat of claim 21, further comprising means for applying pressure within the vat. Device. 23. 21. The device of claim 20, further comprising means for increasing the temperature within the vat in the vat. Place. 24. said hand continuously moving said polymerization initiation source through said polymer precursor fluid; 21. The device of claim 20, wherein the stage is an iris diaphragm. 25. said hand continuously moving said polymerization initiation source through said polymer precursor fluid; 21. The apparatus of claim 20, wherein the stage is a system of continuously moving slits. 26. The polymerization process is performed such that the polymer precursor fluid is polymerized in a desired pattern. 21. The apparatus of claim 20, further comprising a photomask for imaging the initiation source. 28. 27. The apparatus of claim 26, wherein the photomask image is piezoelectrically generated. Place. 29. 27. The photomask image according to claim 26, wherein the photomask image is generated by microbubbles. equipment.
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