JP2006312318A - 固体イメージングに使用するための気泡を含まない断面 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元物体を層毎に形成する方法において、短い構築時間で精度の高い視覚的に魅力のある三次元物体を製造する。
【解決手段】構築すべき物体の三次元ＣＡＤデータを受け取る。三次元ＣＡＤデータを加工して、物体の断面層を表すスライス・データを得る。スライス・データをビット・マップ・データに変換する。第１の側とその反対の第２の側を持つ、放射線に対して透明なエンドレスベルト１１によって、イメージング区域に固化性液体構築材料２４を送達する。エンドレスベルト１１から固化性液体構築材料２４を受容基体に、転写された固化性液体構築材料中に気泡が捕捉されるのを防ぐ様式で、各層において連続的に転写する。エンドレスベルト１１を通して放射線源１５から断面イメージ・データを表すイメージを投射して、第１の露光でイメージ面のピクセルを選択的に照射して、液体構築材料２４を選択的に固化させる。
【選択図】図１

Description

関連出願の説明

本出願は、２００５年５月３日に出願された米国特許出願第１１／１２１３４８号の一部継続出願である。

本発明は、層毎の様式で三次元物体を形成するための装置における固化性構築材料を用いたイメージ・プロジェクション・システムによる断面層の形成に関する。本発明は、より詳しくは、構築されている三次元物体に気泡が形成されず、また紫外線または可視光による露光に対応して固化する液体媒質により形成された層が、放射線に対して透明な構築材料の担体から剥離せずに分離するように固化性媒質を供給することによって、断面を形成する方法および装置に関する。

近年、三次元モデルの高速製造のための多くの異なる技法が、工業用途に開発されてきた。これらの固体イメージング技法は、高速試作製造（「ＲＰ＆Ｍ」）技法と称されることもある。一般に、高速試作製造技法では、形成すべき物体の断面を表すスライスされたデータ・セットを用いて作業媒質から層毎に三次元物体を構築する。一般に、物体の表示は、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）システムにより最初に提供される。

現在最も一般的なＲＰ＆Ｍ技法であるステレオリソグラフィーは、ＣＡＤデータから三次元物体を形成する最初に商業的に成功した固体イメージング技法であった。ステレオリソグラフィーは、物体の連続層（すなわち、薄層）を固化し、付着させるために作業面で材料層の連続露光を用いて流体状材料から三次元物体を自動的に製造するための技法と定義されるであろう。ステレオリソグラフィーにおいて、三次元物体を表すデータが、その物体の断面を表す二次元層データとして入力されるか、または層データに変換される。材料の層が、ほとんどの場合、紫外線（ＵＶ）のコンピュータ制御されたレーザビームを用いて、連続的に形成され、二次元層データにしたがって連続薄層に選択的に転換または固化（すなわち、硬化）される。転換中、連続薄層は、先に形成された薄層に結合して、三次元物体の一体形成が可能になる。これは加法プロセスである。最近の設計では、一般に樹脂と称される感光性樹脂(photopolymer)構築材料を硬化させるために重合反応を開始するのに可視光を用いている。

ステレオリソグラフィーは、工作機械を用いずに、複雑または単純な部品を迅速に製造するための前例のない様式を表す。この技術は、断面パターンを生成するためにコンピュータの使用に依存するので、ＣＡＤ／ＣＡＭへのデータ・リンクが当然ある。そのようなシステムは、収縮、反りや他の歪み、並びに解像度、精度に関連する難点、および特定の物体形状を製造する上での難点に遭遇し、それらの難点を克服しなければならなかった。ステレオリソグラフィーは、三次元物体を形成するための効果的な技法であることを示してきたが、ステレオリソグラフィーに固有の難点に対処し、他のＲＰ＆Ｍの利点を提供するために、やがて他の固体イメージング技法が開発されてきた。

これらの代わりの技術は、ステレオリソグラフィーと共に、総称して、固体自由形状製造または固体イメージング技法と称されている。それらの技術としては、積層物体製造（ＬＯＭ）、レーザ焼結、溶融堆積モデル形成（ＦＤＭ）、および温度変化または光硬化により固化する構築材料または粉末材料いずれかに液体結合剤を供給するための様々なインク・ジェットに基づくシステムが挙げられる。ごく最近、デジタル・光加工技術を用いた技術で、一般に樹脂と称される感光性樹脂構築材料を硬化させるために光重合反応を開始するのに可視光を採用した。これらの加法技術の各々は、精度、構築速度、材料特性、低減したコスト、および構築物体の外観の内の１つ以上を様々に改善してきた。

固体イメージングまたは自由形状製造技法の全ては、うまくいくためには、完全な密度に近いすなわち意図せぬ空隙またはエア・ポケットのない物体を形成しなければならない。エア・ポケットにより生じた空隙は、ＣＡＤ表示から形成されている物体の三次元態様を正確に再現できないだけでなく、構築されている物体に不連続や弱さが生じてしまう。この問題は、中間体転写プロセスを用いた層毎に配置される固化性液体樹脂を用いた技術において特に深刻である。固化性液体樹脂が支持台または材料の下にある層に転写される中間体転写表面の使用により、完成部品から除去しなければならない過剰の樹脂の量が減少し、樹脂の槽または大きな容器内で構築する必要性がなくなり、それによって、そのとき必要とされた部品を構築するのに必要なものを超えた追加の樹脂のコストが減少するが、材料の断面が形成されるときに転写される液体樹脂に気泡が形成される可能性が高まる。

さらに、実質的に改良されてはいるが、従来技術のどの固体自由形状製造手法でもまだ、短い構築時間で精度の高い視覚的に魅力のある三次元物体を製造する本当に低コストのシステムが達成されていない。

これらの問題は、固化性液体樹脂中にエア・ポケットを形成せずに、ＣＡＤ表示を正確に反映した三次元物体を形成する様式で、デジタル・イメージング・プロジェクションまたはレーザ走査を使用して、低コストの固体イメージング技法に使用可能な材料転写技法および装置を用いることによって、本発明の設計において解決される。

本発明のある態様において、紫外線または可視光および感光性樹脂構築材料を用いて構築された三次元物体において高解像度のイメージングを達成するために固化性液体構築材料の転写層に気泡が形成されるのを防ぐ構築材料転写手段を使用した固体イメージング装置が提供される。

本発明の別の態様において、物体が層毎に構築されているときに、剥離せずに放射線に対して透明な構築材料の担体から分離し、受容基体に連結されたままになるように、物体を形成できる構築材料転写手段を用いた固体イメージング装置が提供される。

本発明の特徴は、固化性液体構築材料の担体に構築材料を受容基体に転写させ、固化した構築材料を、固化性液体構築材料の担体から剥離せずにきれいに分離させるために、放射線に対して透明な構築材料の担体および膨張性膜を用いた構築材料転写手段を使用することである。

本発明の別の特徴は、膨張性膜が、固体イメージング装置のフレーム内に保持された耐摩耗性の、放射線に対して透明な材料であることである。

本発明のさらに別の特徴は、膨張性膜が空気圧で膨張可能であり、伸縮自在であることである。

本発明のさらに別の特徴は、膨張性膜が、ドームの最高点で放射線に対して透明な構築材料の担体に最初に接触し、次いで連続的に、放射線に対して透明な構築材料の担体に接触しているときにその表面のより低い点に接触するように、空気圧で膨張されたときにアーチ状のドーム形状を形成することである。

本発明のさらなる特徴は、固化性液体構築材料が、構築材料の担体と基体との間に相対運動がなく、転写された構築材料中に気泡が全く捕捉されないように、柔軟な放射線に対して透明な構築材料の担体から、受容基体にその後転写されることである。

本発明のさらに別の特徴は、膨張性膜が、放射線に対して透明な構築材料の担体が、ドームの最低点で最初に露光後に固化した構築材料から分離し、次いで連続的に、放射線に対して透明な構築材料の担体の固化した構築材料との接触を破壊するように露光後に膨張されたときにその表面の最高点で分離するように、空気圧で膨張したときにアーチ状のドーム形状を形成することである。

本発明の利点は、気泡を含まない高解像度の三次元物体を提供する低コストの固体イメージング・デバイスが得られることである。

本発明のさらに別の利点は、膨張性膜の設計が単純であり、層毎に構築される、気泡のない三次元物体の製造に効果的であることである。

これらと他の態様、特徴、および利点は、各層が層毎に構築された物体内に形成されるときに、固化性液体構築材料を放射線に対して透明な構築材料の担体から受容基体に気泡のない様式で転写し、固化した構築材料を放射線に対して透明な構築材料の担体からきれいに分離するために構築材料転写手段を用いた固体イメージング装置および方法を使用することによって本発明により得られる。ある実施の形態において、三次元物体が層毎に形成されるときに、最初に、最高点で放射線に対して透明な構築材料の担体に接触し、次いで連続的に、より低い点で接触して、転写された構築材料中に気泡を捕捉せずに構築材料の受容基体への転写を行う放射線に対して透明な膨張性膜が用いられる。構築材料の露光と固化後、放射線に対して透明な膨張性膜は膨張させられ、その後、固化した構築材料を放射線に対して透明な構築材料の担体から最低点で分離し、より高い点で、放射線に対して透明な構築材料の担体の固化した構築材料との接触を破壊する。第２の態様において、柔軟な、放射線に対して透明な構築材料の担体は、その後、受容基体と接触させられ、よって、三次元物体が層毎に形成されるときに、固化性液体構築材料の気泡を含まない転写を行うために、受容基体と構築材料との間の相対運動はない。

本発明のこれらと他の態様、特徴および利点は、特に添付の図面と併せて解釈したときに、本発明の以下の詳細な開示を考慮する際に明らかとなるであろう。

ここに開示したタイプの柔軟な搬送固体イメージングは、柔軟な搬送用エンドレス・ベルトまたは往復運動可能なフイルム・シートにより供給される可視光または紫外線硬化性液体感光性樹脂材料から物品の層毎の構築を含む。液体感光性樹脂材料は、三次元物体が構築されるときに、新たな層を形成するために、感光性樹脂を拾い上げ、それを柔軟な搬送デバイスに移送して新たな材料を提供するグラビア・ホイールなどの適切なコーティング・デバイスを用いて、カートリッジからエンドレスベルトまたは往復運動可能なフイルム・シートに施される。感光性樹脂構築材料は、転写された層内に気泡を捕捉せずに、転写手段により受容基体に転写される。感光性樹脂構築材料は、デジタルＵＶプロジェクタまたはデジタル可視光プロジェクタのいずれかから発せられた放射線により画像化され、層毎に固化される。プロジェクタは、イメージングのためのピクセルに選択的に光を当てるデジタル・マイクロミラー・デバイス（「ＤＭＤ」）などの空間光変調器を含む。可視光プロジェクタが好ましい手法である。

固体イメージングにより形成される部品は、構築プロセス中に連続層または薄層が形成されるときに、構築物体または部品を液体感光性樹脂構築材料と接触させるように移動させ、露光後に、液体感光性樹脂構築材料と接触しないように降下させる昇降台上に構築されることが好ましい。構築物体は、昇降台上に直接というよりもむしろ、支持体として知られる構造体上に構築することができる。支持体は、支持されていないまたは部分的に支持されていない表面を持つ、構築されているより複雑な三次元物体に使用される。

オレゴン州、ウィルソンビル所在のインフォーカス社(InFocus Corporation)およびカリフォルニア州、アービン所在のベンキュー・アメリカ社(BenQ America Corp.)から得られるものなどの、必要に応じてより短い焦点距離を持つように改造された、市販のデジタル・ライト・プロジェクタを用いてもよい。

本発明のある用途において、感光性樹脂構築材料は、ポリプロピレンやポリカーボネートなどの、放射線に対して透明な構築材料の担体フイルムによって、イメージング区域に送達される。感光性樹脂構築材料は、図１に示した実施の形態においては、柔軟な搬送フイルムに薄層で施される。

図１から分かるように、参照番号１０により概して示されている柔軟な搬送イメージングシステムは、駆動ローラ１２およびフォロアローラ１４の周りに配置されたエンドレスベルト１１の形態にある、放射線に対して透明な構築材料の担体を有する。デジタル・ライト・プロジェクタは、支持台１６上で形成されている三次元物体２５の断面の露光においてエンドレスベルト１１の上側のベルトの下にあるミラー（図示せず）に照射するために選択されたピクセルからなるイメージを投射する放射線源１５である。支持台１６は、概して参照番号１８により示される樹脂または固化性液体媒質のカートリッジからエンドレスベルト１１上に堆積される樹脂または固化性液体構築材料２４の層に、形成されている断面層を接触させるように昇降させられる。カートリッジ１８は、固化性液体媒質２０の樹脂貯蔵容器および固化性液体媒質をベルト１１に施すグラビアローラ１９を含む。概して参照番号２１により示されたサブピクセル・イメージ配置デバイスが、放射線源１５と、固化性液体構築材料２４が被覆されたベルト１１の標的区域との間に配置されている。選択されたピクセルを照射することによってイメージの断面を露光すると、形成されている三次元物体の断面の固化部分が形成される。あるいは、デバイス２１は、エンドレスベルト１１の経路から外れて位置しているピクセル・シフティング・デバイスを持つミラーであっても差し支えなく、または１つの要素にミラーとピクセル・シフティング・デバイスの両方を組み合わせても差し支えない。膜フレーム２８に取り付けられた、図２および３にもっともよく見られる、膨張性膜２６は、エンドレスベルト１１の真上に配置されて、第１の側に固化性液体構築材料が被覆された放射線に対して透明なエンドレスベルト１１を、三次元物体２５などの受容基体に接触させる。膜２６も、放射線に対して透明であり、ポリエチレンやポリカーボネートなどの適切な材料から製造されている。

ここで、図２を参照すると、膨らまされたまたは膨張したアーチ状のドーム形状にある膨張性膜２６が示されている。図２は、生じた膨張をよりはっきりと示すために誇張し拡大して示されている。駆動ローラ１２とフォロアローラ１４との間の距離に依存する実際の変位は、膜２６が膨張されていないときに、ベルト１１の既定の経路から約０．０２５インチ（約０．６３ｍｍ）ほど小さくて差し支えない。膜２６は、三次元物体（図示せず）を形成するために用いられる装置に固定可能に留め付けられたフレーム２８に保持されている。フレーム２８は、プラスチックなどの、放射線に対して透明な任意の適切な材料から製造される。フレーム２８は、イメージ面と受容基体の上に横たわった区域において放射線に対して透明である、プレキシガラスの機械加工シートであることが好ましい。あるいは、機械加工可能なまたは他の様式で形成可能な周囲の固定具に密閉式に取り付けられたガラスプレートを用いてもよい。膜２６は溝２９内に保持され、この溝にはＯリングなどの固定具が配置される。溝２９は、フレーム２８の周囲に亘り延在する。フレーム２８は、間に空気が満たされる空間を形成するために、膜２６の反対の閉じた側を持つ矩形、正方形、六角形、楕円形、または円形などの任意の適切な幾何学形状のものであって差し支えない。円形が好ましい。空気の供給源（図示せず）に連結した空気通路３０がフレーム２８に設けられている。膜を空気圧で膨らませまたは膨張させてアーチ状のドーム形状を形成するために、空気がフレーム２８と膜２６との間の空間中に押し入れられる。あるいは、二酸化炭素や窒素などの任意の適切なガスを用いてもよいことに留意されたい。

図２に示された膨張した形状において、膜は、高い点３１を有し、ドーム形状の表面の周りの低い点は、溝２９に向かって下方に延在している。図２から分かるように、膨張した膜２６の高い点または接触点３１は、エンドレスベルト１１の対向する第２の側と接触し、高い点３１でベルト１１を、支持台１６であるかまたは支持台１６により支持されている受容基体と接触するように加圧する。エンドレスベルトの第１の側に施された固化性液体構築材料は、層毎に構築されるときに、三次元物体２５または支持台１６のいずれかである受容基体に転写される。塗布された固化性液体構築材料２４の第１の層は、支持台１６の表面に直接施され、固化性液体構築材料２４のその後の全ての層は、放射線源１５による露光の際に形成された三次元物体２５の固化された断面に施される。支持台１６は、降下位置と、エンドレスベルト１１の第１の側で固化性液体構築材料２４と接触させられた上昇位置との間で移動可能である。図２から分かるように、アーチ状のドーム形状の膜２６の高い点３１のエンドレスベルト１１の対向する第２の側との接触により、概して参照番号３２により示される空気間隙が形成される。支持台１６が上昇させられ、アーチ状のドーム形状の膜２６が平らになるにつれて、空気がその間隙から押し出され、逃げる。

図３は、三次元物体２５がエンドレスベルト１１の第１の側で固化性液体構築材料２４と接触としている上昇位置にある支持台１６を示している。気泡の捕捉を避けるのに効果的な様式で、構築物体と、エンドレスベルト１１上の固化性液体構築材料２４の層との間の空間または間隙３２から空気が絞り出される。この位置において、膨張可能で伸縮自在の膜が圧縮され平らにされたときに、空気は、空気通路３０を通って、膜２６とフレーム２８との間の空間から押し出される。膜２６は支持台１６の上方への動きにより圧縮されるときに、放射線に対して透明な構築材料の担体、この実施の形態においてはベルト１１の第１の側は、その上にある固化性液体構築材料２４と共に、連続的に、形成されている三次元物体２５の断面である受容基体と接触させられ、構築材料２４は受容基体に転写される。膜２６の高い点３１により、高い点３１のすぐ反対にあるベルト１１の部分の第１の側にある固化性液体構築材料２４が受容基体と最初に接触した後、膨張した膜２６のアーチ状のドーム形状の表面の低い点により、ベルト１１の対応する反対の部分にある固化性液体構築材料２４が、形成されている三次元物体２５の断面である受容基体と接触し、そこに転写される。膜２６が完全に圧縮された位置にあるときに、膜はフレーム２８に対して平らであり、フレーム２８の閉じた側の平面により、固化性液体構築材料２４の層を適切な厚さに圧縮するのを補助する。エンドレスベルト１１が停止位置にあり、膜２６が完全に圧縮されると、図１の放射線源が励起されて、構築材料２４を選択的に画像様に露光し、固化させる。固化後、このプロセスを繰り返し、固化性液体構築材料２４の新たな層を、構築されている三次元物体２５の断面または最上層を形成する丁度露光され固化した構築材料に今ではなっている受容基体に堆積させられるように、支持台１６は降下させられる。

膨張性膜２６は、露光された断面の固化した構築材料をベルト１１と未露光の液体構築材料から分離するまたは剥がすのを促進するように、支持台１６が降下されるときに、膨らまされてもよい。膨張性膜２６は再度膨らまされて、現在露光され固化した層のエンドレスベルト１１からの部分的な分離または既に固化した層の剥離が生じずに、構築材料の露光され今では固化した層を、放射線に対して透明なエンドレスベルト１１からきれいに分離させる。このことは、膜２６により最初に、固化した構築材料がアーチ状のドームの最低点でエンドレスベルト１１から分離し、次いで連続的に高い点で、アーチ状のドームの最高点のみが残されるまで膜２６が膨らまされるにつれ、支持台１６が降下されるときにエンドレスベルト１１から構築材料が分離されることによって行われる。次いで、支持台１６の降下によって、ベルト１１が移動を再開し、樹脂または固化性液体媒質のカートリッジ１８からエンドレスベルト１１上に堆積された樹脂または固化性液体媒質２４の新たな層を送達し、よって、三次元物体２５が完了するまで、層様式の構築プロセスを続けることができる。

図４は、図１の放射線源１５の下の概して参照番号３３により示された往復台上に往復運動可能に取り付けられた柔軟なフイルムを用いた代わりの実施の形態を示している。往復台３３は、駆動ローラ３５とガイドローラ３６との間の三角形の２辺に亘り配置された柔軟なフイルムである、放射線に対して透明な構築材料の担体３４を有する。柔軟なフイルムは、第３の辺で対向する端部の適切なケーブル化により連結されて、三角形パターンの形成または囲いを完成している。支持台１６は、三次元物体２５が形成されたときに、支持台が、固化性液体構築材料２４により再び被覆される前に、１層または断面の厚さだけ降下させられるように、下方に移動可能である。最も右側のガイドローラ３６は、固化性液体構築材料２４の層が適切な厚さに圧縮されるのを補助する。グラビア・ローラ１９により塗布される固化性液体構築材料を収容しているカートリッジ１８が、細い点線で示された再被覆位置と、実線で示された固化性液体構築材料の転写位置との間の相対位置で示されている。往復運動台３３は、左から右に被覆位置から施用位置へと移動し、最初の層については支持台１６またはその後の層については三次元物体２５のいずれかである受容基体と放射線に対して透明な構築材料の担体との間には相対運動がないような様式で、放射線に対して透明な構築材料の担体３４が、ガイドローラ３６の周りに駆動ローラ３５によって往復して動かされる。構築材料は三次元物体２５への水平力により施されるものではないので、固化性液体構築材料２４および三次元物体２５に関して放射線に対して透明な構築材料の担体３４の水平運動はない。このことは、往復運動台３３および放射線に対して透明な構築材料の担体３４の両方の速度と加速を調節することによって、行われる。このようにして、転写された固化性液体構築材料中には気泡は捕捉されない。それに加え、物体２５に微細な特徴構造および精巧な細部を作製できる。さらに、放射線に対して透明な構築材料の担体３４は、構築材料２４の露光され固化した層から剥がれて、それらの間に水平移動がなく、三次元物体２５の断面が形成される。

駆動ローラ３５はギアにより駆動されることが好ましく、ケーブルは、２本のベルトが、放射線に対して透明な構築材料の担体３４の外縁に沿って、構築材料の担体を形成するポリプロピレンまたはポリカーボネートの柔軟なフイルムと連結するような、歯を持つ複合ギアベルトである。それゆえ、ギアベルトの間の区域は、固化性液体構築材料２４が受容基体に転写された後に台３３が静止位置にある間に妨害されずに放射線に対して透明な構築材料の担体３４上の固化性液体構築材料２４およびイメージ面が放射線源１５に照射されるように開いている。

転写は、図５に拡大様式でもっともよく図示されている。ここでは、三次元物体２５の先に露光された層である受容基体と接触するように連続的に配置されている第１の側上の固化性液体構築材料２４と共に、放射線に対して透明な構築材料の担体３４がその周りに巻き付けられたガイドローラ３６が示されている。この図に示されているように、空隙３２が、受容基体と、受容基体に転写されている固化性液体構築材料２４の層との間の空間から気泡を逃せるように存在している。この実施の形態において、放射線に対して透明な構築材料の担体３４の連続点がローラ３６の底部辺りを通過して、固化性液体構築材料２４が、形成されている三次元物体２５の断面である受容基体と接触してそこに転写されながら、構築材料２４の連続転写が行われる。露光後、台３３が図４に点線で示した最も左側の位置に戻り、放射線に対して透明な構築材料の担体３４が方向転換して、担体３４の幅に亘って一度に１線分だけ未露光の液体構築材料２４および担体３４から離れて、ガイドローラ３６の周りで露光され固化した構築材料から剥がれる。放射線に対して透明な構築材料の担体３４の柔軟性によって、分離が剥離タイプの作用で生じることができる。何故ならば、分離力は、柔軟でない平面の場合に生じるように、露光済み構築材料の全区域に対して構築材料２４の露光区域の幅に比例するからである。放射線に対して透明な構築材料の担体３４がその周りを通過するローラを使用して、固定式ラジアスローラの使用から生じる一定の水平力と垂直力のために、解放すなわち剥離作用を予測することができる。さらに、この実施の形態と図１〜３に示した実施の形態において、柔軟ではない平面について生じることに比べて著しく異なることに、剥離作用によって２つの表面間に空気が進入できるので、放射線に対して透明な構築材料の担体３４と固化した構築材料２４との間の真空を壊すための力がなくなる。両方の実施の形態では、未露光の構築材料および放射線に対して透明な構築材料の担体３４を固化した構築材料から、形成されている物体を損傷したり、繊細な特徴構造を損失したりせずに分離することができる。

三次元物体を構築するためのデータが、ＣＡＤステーション（図示せず）から固体イメージング・システムに送られる。ＣＡＤステーションは、ＣＡＤデータを適切なデジタル層データフォーマットに変換し、それをコンピュータ制御システム（これも図示せず）に供給する。このシステムにおいて、物体データは、デジタル・ライトプロジェクタにオン／オフの指示を提供するようにアルゴリズムによってデータを最適化するように操作される。固体イメージング層データは、断面データを形成するためにスライス・プログラムによって処理されているＣＡＤデータにより得られる。次いで、アルゴリズムが、マイクロプロセッサやコンピュータなどの適切な制御装置によって断面データに適用されて、形成されている断面における三次元物体の境界内にイメージの選択されたピクセルを照明するためにデジタル・ライトプロジェクタへの指示を作成する。このアルゴリズムは、露光されている断面におけるイメージの境界内に完全に含まれるピクセルのみであるピクセルを照射するために選択することができる。露光は、断面層の多数回の露光により行うことができ、したがって、例えば、同じ断面層の２回目の露光は、ピクセルがＸおよびＹ方向にシフトされて行われる。同じ断面層の２回の露光によって、より高い解像度が生じ、縁がより滑らかな物体断面が生じる。あるいは、所望のように、照明するピクセルとして、各断面内で行うべきピクセル・シフトと露光の数に応じて露光されている断面のイメージの境界内に完全に含まれるピクセルの、約１％から約１００％までに及ぶ所望の比率を持つピクセルのみを選択するために、異なるアルゴリズムを使用しても差し支えない。さらに、使用されるアルゴリズムは、露光されている断面のイメージ内のピクセルをイメージの境界が通り抜ける選択された角度と組み合わせてまたは別々に、断面内のイメージの境界内に入るピクセルの面積を計算に入れてもよい。露光されている断面の境界内のピクセルのある所望の比率で、イメージは所望のものよりも大きくなるであろう。この場合、断面の境界のある程度の「線幅補正」が必要とされるであろう。構築プロセスに支持体が用いられる場合、２種類の別々の材料または構築物体と支持体について同じである一種類の材料いずれかにより、第２の支持体生成アルゴリズムで各支持体の断面におけるピクセルシフトまたは第２の露光は用いられず、イメージの境界内の支持体の任意の部分を持つ任意のピクセルが照明される。

前述したように、光硬化性固化性液体構築材料を硬化させるために、紫外線（「ＵＶ」）デジタル放射線プロジェクタまたは可視光デジタル・ライトプロジェクタ・システムのいずれを用いてもよい。いずれのタイプのデジタル・ライトプロジェクタによっても、先に露光された断面のピクセルを拾い出すアルゴリズムを用いて、それらの区域にある樹脂の過剰硬化を防ぐこともできる。そのような過剰硬化によって、部分的に反ったり、収縮したり、部分的に歪んだりし得る。さらに、イメージの境界をビット・マップに変換し、次いで、境界を含むピクセルだけをシフトさせて、要求されるサブピクセルの配置精度の縁の滑らかさを得ることも可能である。あるいは、レーザ走査を紫外線または可視光に用いて、固化性液体構築材料をベクトル走査し、露光を行っても差し支えない。

適切な形態のエネルギー刺激の施用に応答して固化できるものであれば、どのような適切な流体構築材料を本発明の実施に用いてもよい。紫外線または可視光の照射によって固体状態のポリマープラスチックに変化するように誘起できる多くの液体状態の化学物質が知られている。本発明の実施に用いてもよい適切な可視光硬化性感光性樹脂が以下の表Ｉに示されている。この配合物は、BenQ PB7220プロジェクタで使用したときに、優れた解像度および光速度を示した。形成された部品は、剛性と靭性の釣り合いのとれた抜群の未処理強度を示した。

透明な搬送手段からの剥離能力を促進させるために、シリコーン・アクリレート材料などの添加剤を配合物に含ませても差し支えない。

本発明をその特定の実施の形態を参照して記載してきたが、ここに開示された本発明の概念から逸脱せずに、材料、部品の配置および工程において多くの変更、改変および変形を行うことができるのが明らかである。例えば、デジタル・イメージ・プロジェクション装置の代わりに、レーザ、レーザ走査ミラーおよび他の関連装置が用いられる。さらに、図４および５に示した実施の形態に関して、放射線に対して透明な構築材料の担体がローラの周りに三角形のパターンで配列されているのが図示され記載されているが、矩形、正方形または六角形などの適切な幾何学形状を形成する任意の数の異なるガイドを用いても差し支えないことが理解されるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲の性質および範囲は、この開示を読んだ際に当業者に考えられるそのような変更、改変および変形の全てを包含することが意図されている。全ての特許出願、特許およびここに引用された他の出版物は、その全てが参照により含まれる。

完全に平らになったまたは未膨張の位置にある膨張性膜を示す、構築材料転写手段を用いた柔軟な搬送固体イメージング・システムの概略図 膨張したアーチ状のドームの最高点で構築材料の担体と接触した完全に膨張した膜の概略図 三次元物体を保持する支持台の上昇位置で構築材料の担体と接触した、ある程度膨張したまたは平らになった状態の膨張性膜の概略図 往復運動可能なモジュールを用いた構築材料転写手段の代わりの実施の形態の概略図 支持台上の三次元物体に対する転写の点での構築材料を示す図４の実施の形態の部分拡大図

符号の説明

１０ 搬送イメージング・システム
１１ エンドレスベルト
１５ 放射線源
１６ 支持台
１８ カートリッジ
２４ 構築材料
２５ 三次元物体
２６ 膨張性膜

Claims (15)

1. 三次元物体を層毎に形成する方法であって、
   a. 構築すべき物体の三次元ＣＡＤデータを受け取り、
   b. 前記三次元ＣＡＤデータを加工して、前記物体の断面層を表すスライス・データを受け取り、
   c. 前記スライス・データをビット・マップ・データに変換し、
   d. 第１の側とその反対の第２の側を持つ、放射線に対して透明な構築材料の担体によって、イメージング区域に固化性液体構築材料を送達し、
   e. 前記放射線に対して透明な構築材料の担体から前記固化性液体構築材料を受容基体に、転写された固化性液体構築材料中に気泡が捕捉されるのを防ぐ様式で、各層において連続的に転写し、
   f. 前記放射線に対して透明な構築材料の担体を通して放射線源から断面イメージ・データを表すイメージを投射して、第１の露光でイメージ面のピクセルを選択的に照明して、前記液体構築材料を選択的に固化させる、
   各工程を有してなる方法。
2. 完全な三次元物体が形成されるまで、工程ｄ〜ｆを複数回繰り返す工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記放射線に対して透明な構築材料の担体としてエンドレスベルトを使用する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記放射線に対して透明な構築材料の担体として柔軟なフイルムを使用する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記放射線に対して透明な構築材料の担体に接触する膨張性膜を使用する工程をさらに含み、該膨張性膜が膨張して、その上に高い点とより低い点を持つアーチ状のドームを形成することを特徴とする請求項３記載の方法。
6. 前記膨張性膜を、前記放射線に対して透明な構築材料の担体に前記高い点で最初に接触させ、次いで連続的に前記より低い点で接触させて、前記固化性液体構築材料を前記第１の側から前記受容基体に転写させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 前記膨張性膜を、前記放射線に対して透明な構築材料の担体に前記より低い点で最初に接触させ、次いで連続的に前記高い点で接触させて、前記三次元物体が層毎に構築されるときに、選択的に固化された構築材料を前記放射線に対して透明な構築材料の担体から分離し前記受容基体に連結したままにする工程をさらに含むことを特徴とする請求項５記載の方法。
8. 前記受容基体が、前記第１の側にある前記固化性液体構築材料と接触した上昇位置と下降位置との間で移動可能な支持台上にあり、該支持台が、前記三次元物体を、層毎に構築されるときに支持することを特徴とする請求項６記載の方法。
9. 前記受容基体が、前記第１の側にある前記固化性液体構築材料と接触した上昇位置と下降位置との間で移動可能な支持台上にあり、該支持台が、前記三次元物体を、層毎に構築されるときに支持することを特徴とする請求項７記載の方法。
10. 前記膨張性膜がフレーム内に保持されており、該フレームが、流入の際に前記フレームを膨張させ、前記固化性液体構築材料の前記受容基体への送達中に、前記放射線に対して透明な構築材料の担体の第１の側および前記固化性液体構築材料に前記支持台が接触した際に前記膜が平らになるのを可能にするのに効果的に、前記フレームと前記膜との間で該フレームから出入り可能に選択的に流動できるガスの供給源に連結可能であることを特徴とする請求項８記載の方法。
11. 三次元物体を層毎に固体イメージングにより形成するための装置であって、
    a. フレーム、
    b. 前記フレームに移動可能に取り付けられた、第１の側とその反対の第２の側を持つ放射線に対して透明な構築材料の担体、
    c. 構築すべき三次元物体のフルイメージの断面を一度に１つ、前記放射線に対して透明な構築材料の担体を通して投射するための、前記フレームに取り付けられた放射線源、
    d. 前記固化性液体構築材料を前記放射線に対して透明な構築材料の担体の第１の側に施すのに効果的に、該放射線に対して透明な構築材料の担体と流体搬送連絡した固化性液体構築材料の供給源、
    e. 前記三次元物体を、層毎に断面で構築されるときに支持する、前記フレームに移動可能に取り付けられた支持台、
    f. 前記放射線に対して透明な構築材料の担体および前記支持台の動きを制御し、かつ前記固化性液体構築材料の前記三次元物体の断面のイメージ露光において前記放射線源による選択されたピクセルの照射を制御し、それによって、固化断面を形成するのに効果的な、前記フレームに取り付けられた制御手段、
    g. ＣＡＤデータを受け取り、該ＣＡＤデータを、前記三次元物体の断面を表すスライス・データに変換するための、前記制御手段とデータフロー連絡した処理手段、および
    h. 転写された固化性液体構築材料の層内に気泡を捕捉せずに、前記放射線に対して透明な構築材料の担体から固化性液体構築材料を受容基体に転写するのに効果的な、前記フレームに連結された構築材料転写手段、
    を備えた装置。
12. 前記放射線源が、紫外線源および可視光源からなる群より選択されたものであることを特徴とする請求項１１記載の装置。
13. 前記放射線源がデジタル・ライトプロジェクタであることを特徴とする請求項１１記載の装置。
14. 前記放射線に対して透明な構築材料の担体がエンドレスベルトであることを特徴とする請求項１１記載の装置。
15. 前記放射線に対して透明な構築材料の担体が柔軟なフイルムであることを特徴とする請求項１１記載の装置。

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