JPH03211040A - 種々の透過深さとビームプロフアイルを使用する立体平板技術によって三次元物体を複製するシステム - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は一般に、三次元物体を複製するための立体平板
技術およびそのシステムに関するものである。

［従来技術とｌ￥Ｆ１題点］ 近年、米国特許第４，５７５，３３０号に記載のような
「立体平板」システムが使用されるようになった。

基本的に、立体平板技術は、固化性流体様媒質の複数の
薄層を近似刺激に露出して順次に固化する事によって複
雑な三次元物体を自動的に形成する方法である。全ての
８層が形成されて物体全体を形成するまで、順次に各層
の上に次の層が形成される（このようにして形成された
物体はしばしば「部品」と呼ばれる）。好ましい実施態
様において、前記の流体媒質はＵＶ放射線に露出する事
によって重合固化される液状光重合体である。それぞれ
の重合された層は新型の三次元部品の薄い断面を成す。

この作製方法は、原型を形成するために設計思想を迅速
に物理的形状に還元するきわめて強力な手段である。さ
らに機械加工なしで複雑な三次元部品が迅速に作製され
る。このシステムはバタンの断面を生じるためにコンピ
ュータを使用するので、容易にＣＡＤ／ＣＡＭシステム
に接続される。

現在、好ましい重合体は紫外線によって硬化され、通常
の紫外線を使用してこれらの重合体の硬化速度は十分に
迅速であるので、これらの重合体は適当な形成材料とし
て使用される。三次元部品の形成に際して重合されない
液体は、なお使用可能であって、次の三次元部品の形成
のために容器中に残存する。紫外線レーザは、液体面に
沿って検流計またはサーボミラーＸ−Ｙスキャンナーに
よって所定バタンで移動される小さな強力なＵ■スポッ
トを形成する。スキャンナーはコンピュータ発生ベクト
ルまたは類似のものによって駆動される。この技術によ
って精密な複雑なバタンか形成される。

好ましい立体平板システムは、レーザスキャンナーと、
重合性液体および上下運動される物体支持プラットフォ
ームを収容した容器と、制御コンピュータとを含む。こ
のシステムは、１回に１つの薄い断面を形成し層ごとに
所望の三次元物体を形成する事によってプラスチック部
品を形成するようにプログラミングされている。

初期の立体平板技術装置においては、流体媒質を固化す
るために化学線が使用された。この技術は前記の米国特
許第４，５７５，３３０号に記載されている。

この引例特許において、流体媒質の化学線吸収能力が凝
縮性材料の薄層を形成するための固化能力の確定の重要
な要因であるという教示がある。しかしこの引例特許は
、固化材料の所望の特性を予測する方法、技術および装
置を開示せず、またこのような特性を制御する方法と技
術を開示していない。本発明のこのアスペクトを展開し
ていない他の技術はＥ、Ｖ、Ｆｕｄｉｍによって開示さ
れている。この技術は米国特許第４，７５２，４９８号
および第４，８０１，４７７号、Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇの１９８５年９月号の論文、
　”Ａ　Ｎｅｗ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｔｈｒｅｅ−Ｄ
ｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　　Ｈｉｅｒｏｍａｃｈｉｎｉｎ
ｇ”およびＭａｃｈｉｎｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　１９８６年
３月号の論文、”Ｓｃｕｌｐｔｉｎｇ　Ｐａｒｔｓ　ｗ
ｉｔｈ　Ｌｉｇｈｔｓ”を含む。これらのの引例のうち
、最も興味あるものは論文、”Ｓｃｕｌｐｔｉｎｇ　Ｐ
ａｒｔｓ　ｗｉｔｈ　Ｌｉｇｈｔ”　である。

この論文において、Ｆｕｄｉｍはベールの法則と透過係
数の使用を記述している。また著者はベールの法則から
誘導された少数ウェブの式を使用している。

しかし著者は彼以前の技術と同様の失敗をしている。著
者は、硬化深さの予測と他の関連硬化パラメータの正確
な予測を成すために各波長のそれぞれ透過深さまたはビ
ームプロファイル情報の有効性を認識していない。この
ような失敗は、著者がマスクによるフランド露出の使用
を強調した事と関連がある。前記の２つのアプローチよ
り前の他のアプローチは、Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｏｔｏ
ｇｒａｐｈｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇのｌ１ｅｒｂ
ｅｒｔ論文、”５ｏｌｉｄ　０ｂｊｅｃｔ　Ｇｅｎｅｒ
ａ−ｔｉｏｎ　　（１９８２年８月）に開示されている
。この論文において、Ｈｅｒｂｅｒｔはその材料を露出
し固化するためおそらくは単一波長のレーザの使用を記
載しているようだ。Ｈｅｒｂｅｒｔは波長の吸収性と薄
層形成力との関係を説明していない。この点に関して、
Ｈｅｒｂｅｒｔはむしろ光漂白された液状光重合体の使
用を推奨したが、こ九は予測・制御可能の結果を得る事
をさらに困難にする。光漂白とは、樹脂および部分的に
固化した材料が逐次に放射線量を吸収するに従って化学
線の吸収能力を失う事を意味する。例えば光重合開始剤
の副生物は比較的そのものほど強力に吸収しない。Ｈｅ
ｒｂｅｒｔが記載したように、その重合した材料は完全
に吸取を停止し、その低区域をビームの全光強さに対し
て露出した。Ｈｅｒｂｅｒｔは層間の接着に必要な硬化
深さおよびオーバ効果などの効果パラメータを確定する
ため、テスト物体の形成を記載している。

他の先行アプローチは、Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　Ｓｃｉｅ
ｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ”の１９８１年９
月号のコダマ論文、”Ａｕ七ｏｍａｔｉｃ　　Ｍｅｔｈ
ｏｄ　　ｆｏｒ　　Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ　　ａ　　
Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　Ｐｌａｓｔｉｃ
　Ｍｏｄｅｌ　ｗｉｔｈ　Ｐｈｏｔｏ−ｈａｒｄｅｎｉ
ｎｇ　Ｐｏｌｙｍｅｒ″に記載されている。この論文に
おいてコダマは化学線源の使用を記載し、また硬化深さ
：露出曲線のプロットを示している。Ｈｅｒｂｅｒｔと
同様にコダマは吸取、凝縮性および薄層形成能力の相互
関係を教示していない。

こ九らのすべてのアプローチは、所望の三次元部品を作
成するたびに、複数のテスト三次元部品を作成して硬化
深さ：露出パラメータおよびその他の必要な特性を確定
する必要があるという欠点がある。これは特に多重波長
源を使用する場合にいえる事である。カルホルニア、バ
レンシア、３ＤＳｙｓｔｅｍｓ、　Ｉｎｃによるこの技
術の最初の販売以来、さらに正確な三次元部品およびさ
らに強い三次元部品を迅速に作成する技術の開発が当業
界においてますます必要とされている。これらの問題を
解決する技術がなければ、この技術のこれ以上の開発を
禁止する事になった。本発明の技術はこれらの問題点を
解決し、より高い解像力と、より高い精度と、短い形成
時間と、より大きな効率と、より高い物理特性とを有し
、従って形成工程において作業員の勧誘を少なくする三
次元部品の形成を可能にする。

化学線の吸収に伴って多くの硬化性材料はベールの法則
に緊密に従う。この法則によれば、材料中の一定の深さ
（ｄ）における放射線の強さ（Ｉ）は材料表面の光強さ
ＩＯＸ　　自然対数の底（ｅ）の深さ（ｄ）割る材料の
透過深さ（Ｄｐ）の負累乗に関連する。これは下記の式
で表される。

Ｉ　（ｄ）　＝工ｏ／ｅｄ／ｌ）ｐ 透過深さは材料の放射線吸収能力に逆比例する。

前記の引例技術に使用された光重合体と、その他多くの
光重合体の場合、透過深さは波長に依存する。これらの
引例技術は、種々の正味透過深さに達する樹脂と波長の
組合せを使用している。これらの引例のすべての三次元
部品形成は、種々の透過深さの重ね合わせではなく正味
透過深さの概念に基づいている。しかしこれらの引例は
部分的に固化した重合体から相異なる特性を得るために
種々の波長の透過深さを利用できる事を開示していない
。また引例は、特定の化学線波長を使用するば、特定の
層厚さを使用して三次元部品を形成するために与えられ
た樹脂の透過深さを最適化できる事を示していない。ま
た、多重波長を効果的に使用するためには各波長の透過
深さを考慮しなければならない事を開示していない。い
ずれの引例も、立体平版技術によって積層三次元部品を
形成する際に複数の透過深さを考慮する事を提案してい
ない。この意味で、本発明の多面的考察と異なり、従来
は透過深さと材料の固化能力を使用する事のみが考慮さ
れていた。

最初の市販の立体平版装置は、単一の化学線波長と対応
の樹脂を使用し、特定の層厚さに使用するに適した特性
を有する波長と硬化性樹脂の組合せを用いた。従ってこ
のアプローチはまだ透過深さと、凝集特性と硬化深さと
の組合せのみを考慮していた。

まとめて言えば、従来の立体平版装置（ＳＬＡ）装置に
おいては、刺激性放射線と光重合体樹脂との組合せは、
硬化性樹脂の中への放射線の透過深さのみを考慮し、利
用していた。しかし理想的な透過深さは下記に詳細に述
べるように場合によって変化する。従って、ＳＬＡの作
動に際しては複数の透過深さを状況に応じてそれぞれ単
独にまたは同時的に組合せて使用できる事が望ましいで
あろうし、これが本発明の主たる目的を成す。

他のすべての条件を同一として三次元部品の各層が与え
られた層厚さに対してできるだけ迅速に形成されるため
には大きな透過深さが好ましいであろう。しかし他のす
べての条件は同等でない。

このような主張は、透過深さが深いほど、所要量の放射
線刺激線が迅速に所定の点に到達してこれを固化し、従
って最短時間で硬化材料の最も深い厚さを生じるという
事を仮定している。樹脂中の特定の点に到達する放射線
の量が大きいほど透過深さが深くなるというこの仮定の
一部は正確である。しかしこの仮定はその点以外は不正
確である。

なぜかならば、材料の固化（ゲル化）点は単位体積に到
達した光の量ではなく、その単位体積によって吸収され
た所望の固化反応を生じうる光の量に基づいているから
である。液状光重合体の場合、これは、樹脂中の光反応
性要素（一般に光重合開始剤）による刺激性放射線の単
位体積当り吸収量と、放射線／開始剤の重合体形成効率
とに対応している。粉末を溶融し、つぎに形成された液
体を再び固化して真に固化した三次元部品を形成する反
応の場合、これは特定の時点において与えられた体積の
中に生じ正味エネルギー（単位体積中のエネルギー人力
マイナスこの単位体積から出るエネルギー）に対応し、
これは吸収量であるから波長に依存する。−従って材料
を特定深さまでゲル化するのに最小限時間を特徴とする
特定の透過深さが存在する。これ以外の透過深さ（波長
、樹脂その他パラメータに依存）はゲル化のためにゲル
化の時間が長くなる。しかし作図速度はこれらの技術の
目的に含まれる唯一の評価基準ではない。光重合体の場
合、例えばゲル化した材料の硬さ、歪の量、および与え
られた区域における過剰露出の効果をも考慮しなければ
ならない。従って透過深さが本発明によって最適化され
て、種々の矛盾する要因に基づく最も望ましい正味結果
を生じるであろう。これらの要因の支配は場合によって
変動する。また数種類の要因が存在する。

従来のＳＬＡは前記のような考えから複数の透過深さを
使用したので、二、三の問題が生じた。

例えば、一部のレーザは多重波長または複数ラインを有
するので、高解像度立体平板を作製する際に最大効率を
もってこれらの波長を使用するためには特殊の考慮が必
要となる。このような特殊考慮が払われなければ、この
ようなレーザを使用する方法が限定される。すなわち１
）相異なる波長は一般に相異なる透過深さを有するので
、ＳＬＡ中に使用される波長以外のすべての波長をビー
ムから遮蔽するフィルタを使用する、２）システムを使
用するたびに、光重合体／ビーム組合わせの形成特性を
確定するためにテスト用三次元部品を形成する。しかし
前記の第１アプローチは光の一部が使用されないので、
レーザ出力を浪費する。

従ってこのような出力の浪費を避けてＳＬＡ性能を犠牲
にしない事が望ましいであろう。現在のＳＬＡの使用条
件においては、出力の浪費はきわめてコスト高になる。

第２のアプローチは、形成特性を確定するために必要で
ある。多重レーザは各ラインの出力損失が相違するので
、全体光強さのみを考慮すれば多数ラインによる効果が
予測不能１１ となるからである。しかしこの第２アプローチは労力と
時間を費やす。最近、多重ラインを放射する強力なアル
ゴンイオンレーザを使用する事ができるので、このよう
なレーザをＳＬＡにおいて使用する事が望ましい。

三次元部品の曲げがＳＬＡの使用に際して生じるもう１
つの問題である。この曲げは光重合体が効果に際して収
縮するがゆえに、発生する。上層が効果し収縮するに従
って、上層が前の層を引き上げて、曲げと呼ばれる歪を
生じる。これは三次元部品の形状を歪ませて所望の形状
と一致しなくなるので、好ましくない。このような歪を
最小限にするＳＬＡがきわめて望ましい。この型の歪は
米国特許第３３９．２４６号に詳細に記載されている。

立体平板技術のさらに詳細な説明については、米国特許
第４，５７５，３３０号および下記の同時係属米国特願
を参照されたい。これらの特願をその付録および添付資
料と共に引例とする。

米国特許第３３９，２４６号、１９８９四月１７日出願
、”５ＴＥＩ？ＥＯＬＩＴ）ＩＯＧＲＡＰＨＩＣＣＵＲ
Ｌ　ＲＥＤＵＣＴＩＯＮ”；　Ｄｋｔ　。

２− Ｎｏ、１８６／１６６： 米国特許第３３１，６６４号、１９８９、三方３１日出
願、”ＭＥＴＨＯＤ　ＡＮＤ　ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ　Ｆ
ＯＲＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ　０ＦＨＩＧＨＲＥＳＯＬＵ
ＴＩＯＮ　ＴＨＲＥＥ−ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬＯＢＪ
ＥＣＴ　ＢＹ　５ＴＥＲＥＯＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＹ”
；米国特許第１８３，０１５号、１９８８、四元１８日
出願、”ＭＥＴＨＯＤ　ＡＮＤ　ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ　
ＦＯＲＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ　ＯＦＴＨＲＥＥ−ＤＩＭ
ＥＮＳＩＯＮＡＬ　０ＢＪＥＣＴＩＯＮＳ　ＢＹ　５Ｔ
ＥＲＥＯ−ＬＩＴＨＯＨＯＧＲＡＰＨＹ”： 米国特許第２６８，４２９号、１９８８．１１月８日出
願、”ＭＥＴＨＯＤ　ＦＯＲＣＵＲＩＮＧ　ＰＡＲＴＩ
ＡＬＬＹ　ＰＯＬＹＭＥＲＩＺＥＤＰＡＲＴＳ”； 米国特許第２６８，４２８号、１９８８．１１月８日出
願、ＭＥＴＨＯＤ　ＦＯＲＦＩＮＩＳＨＩＮＧ　ＰＡＲ
ＴＩＡＬＬＹ　ＰＯＬＹＭＥＲＩＺＥＤ　ＰＡＲＴＳ”
： 米国特許第２６８　、４０８号、１９８８．１１月８日
出願、ＭＥＴＨＯＤ　ＦＯＲＤＲＡＩＮＩＮＧ　　ＰＡ
ＲＴＩＡＬＬＹ　ＰＯＬＹＭＥ−ＲＩＺＥＤ　ＰＡＲＴ
Ｓ”： 米国特許第２６８　、８１６号、１９８８．１１月８日
出願、ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ　ＡＮＤ　ＭＥＴＨＯＤ　Ｆ
ＯＲＰＲＯＦＩＬＩＮＧ　ＡＢＥＡＭ″： 米国特許第２６８　、９０７号、１９８８．１１月８日
出願、”ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ　ＡＮＤ　ＭＥＴＨＯＤ　
ＦＯＲＣ０ＲＲＥＣＴＩＮＧ　ＦＯＲＤＲＩＦＴ　ＩＮ
　ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ　ＯＦ　０ＢＪＥＣＴＳ　ＢＹ
ＳＴＥＲＥＯＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＹ”：米国特許第２
６８　、８３７号、１９８８．１１月８日出願、′”Ａ
ＰＰＡＲＡＴＵＳ　ＡＮＤ　ＭＥＴＨＯＤ　ＦＯＲＣＡ
ＬＩＢＲＡＴＩＮＧＡＮＤ　ＮＯＲＭＡＬＩＺＩＮＧ　
Ａ　５ＴＥＲＥＯＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＩＣＡＰＰＡＲ
ＡＴＵＳ”： 米国特許第２４９　、３９９号、１９８８．９月、２６
日出願、ＭＥＴＨＯＤ　ＡＮＤ　ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ　
ＦＯＲＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ　ＯＦＴＨＲＥＥ−ＤＩＭ
ＥＮＳＩＯＮＡＬ　０ＢＪＥＣＴＳ　ＢＹ　５ＴＥＲＥ
Ｏ−ＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＹ″； 米国特許第３６５，４４４号、１９８８．６月、１２日
出願、ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ　５ＴＥＲＥＯＬＩＴＨＯ
ＧＲＡＰＨＹ”：米国特許第２６５，０３９号、１９８
８．１０月３１日出願、”ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ　ＡＮＤ
　ＭＥＴＨＯＤ　ＦＯＲＭＥＡＳＵＲＩＮＧ　ＡＮＤＣ
，０ＮＴＲＯＬＬＩＮＧ　ＴＨＥ’　ＬＥＶＥＬ　ＯＦ
　Ａ　ＦＬＵＩＤ”；および米国特許第２８９，８０１
号、１９８９．３月３１日出願、”ＭＥＴＨＯＤ　ＡＮ
Ｄ　ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ　ＦＯＲＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ
　０Ｆ＝１５ ＨＩＧＨＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬ　　０ＢＪＥＣＴＳ　
　ＢＹ　　５ＴＥＲＥＯＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＹ”： ［発明の概要］ 簡単に言えば、本発明は一般に効果性材料から三次元部
品を形成する改良型立体平板装置（ＳＬＡ）および改良
法を提供する。さらに詳しくは本発明は、三次元部品の
形成の伴う所望の特性を確定しおよび／または制御しお
よび／または生じるため、光重合体容器中への刺激性（
化学作用または溶融作用）放射線（紫外線、可視赤外線
、電子ビーム、または化学的スプレーなど）の多重透過
深さを可能とする（予測し、確定し、発生しまたは制御
する）にある。確定および／または予測の観点から、こ
れらの望ましい特性は与えられた露出から生じる硬化深
さの確定、効果幅の確定、所要最小面角度（ＭＳＡ）の
確定、最適スキンフィル間隔の確定、部分的重合された
材料の断面の硬さの確定、曲げ型歪量の確定、および層
間接着を生じるに必要なオーバ効果の確定などを含むが
、１に れに限定されない。これらの確定値から、適正な三次元
部品を形成するために特定の形成技術を使用する。制御
と作製の観点から、例えば層の厚さ、最大作図速度、最
小限のプリントスルー、最大硬さ、最か曲げ、および最
大解像力などの最適特性を得るために、透過深さを制御
する事ができる。本発明の重要なアスペクトは、使用さ
れる樹脂の特性、その樹脂に対応する透過深さ、この樹
脂を固化するために使用される刺激性放射線の波長、お
よび樹脂面に作用する刺激性放射線ビームの光強さプロ
ファイルを統合するにある。複数の透過深さの予測、確
定、作製または制御はオートメイション手法で実施され
る。

複数の透過深さを考慮する事によって種々のファクタが
最適化される。三次元部品の作製速度が他のファクタに
よって許容される程度まで最適化される。

第１フアクタは三次元部品の形成に使用される垂直解像
力である。言い替えれば、このファクタは選定された層
厚さである。層の厚さ（および硬化深さ）が大きいほど
、三次元部品の形状の解像が不正確になる。ユーザによ
って要求される解像度は場合によって変動する。

第２フアクタはある箇所に偶然に加えらた追加露出であ
る。これは「プリントスルー」と呼ばれる。例えばＳＬ
Ａが三次元部品を形成するためにクロスハツチベクトル
（光重合体表面を硬化するためのＵＶ光線のトレース）
を使用する場合、トレースの交点はトレースの他の部分
の露出の倍の露出を受ける。このような形成法は米国特
許第３３１　、６６４号に記載されている。透過深さが
深くなれば、交点におけるオーバ硬化の深さも深くなる
。このようなオーバ硬化に対するユーザの許容度は場合
によって変動する。

第３フアクタは層の硬さと、層の上部と下部の硬さの差
異である。透過深さが層の厚さよりはるかに短ければ、
層の上部は下部より硬くなる。これは、下部がゲル化す
る程度に露出を受ける時までに上部は追加露出を受けて
ゲル化点をはるかに超えるまで重合され硬化するからで
ある。これは次の層に対する固着、片持ばり状硬さ、お
よび物体が完全に硬化し固化する前の「生」硬さに影響
する。層の所望の硬さと、層の上下部分の硬さの差異は
場合によって変動する。

第４フアクタは放射線ビームプロファイル（例えばレー
ザビｉムプロファイル）であって、これは同時係属米国
特願第２６８，８１６号に記載されている。

市販のレーザビームは均一な光強さ断面または「プロフ
ァイル」を有しない事がある。ビームの多くの部分が他
の部分より大きな光強さを有し、従ってより大きな露出
を生じる場合がある。例えば、ビームの中心は外周部分
より高い光強さを有する事がある。この中心部分の大き
な光強さと露出の故に、中心部分で硬化深さが大となる
。硬化深さの差異は露出の差異によって生じる。またこ
の硬化深さの差異の程度は、材料の透過深さおよび材料
の重合特性およびゲル化特性に依存する。この組合わせ
が、材料の固化特性に影響し、従って所望の正味結果を
生じるために実施できる処理技術の型を制御する。例え
ばラインに沿ったビーム走１９− 査の不均一プロファイルは不均一な硬化深さ（形成され
た固化材料の底部の不均一形状）を生じる。

固化した（少なくともゲル化した）材料の硬化深さはも
はやビームの平均光強さと走査速度によって確定する事
ができず、ビームプロファイルによって確定されなけれ
ばならない。形成された線の幅は、もはやビーム直径の
関数ではなく、ビームの正確なプロファイルと走査速度
の関数である。

透過深さが変動するに従って、硬化幅と硬化深さの相互
関係が変動する。

所望の三次元部品を得るに必要な平衡状態が変動する。

前記のファクタは用途ごとに、ＳＬＡごとに、三次元部
品ごとに、三次元部品の各層の部分ごとに変動する。本
発明のアプローチは、適正変数の確定、作製および／ま
たは制御の支援のため、ＳＬＡ操作中および操作間にお
いて複数の透過深さとビームプロファイルシステムを使
用する。

第１の好ましい実施態様において、化学線の種々の波長
によって複数の透過深さが与えられ、各波長が樹脂中へ
の相異なる透過深さを有するので、２〇− 各波長は、液状光重合体から形成されつつある部分的に
固化した体積の相異なる特性を生じる。これらの相異な
る特性は、種々の形成状況に対応して種々の所望特性を
得るため、相異なる波長を使用する可能性を生じる。実
施例は、相異なる層厚さについて形成特性を最適化する
ための相異なる波長の使用例、プリントスルーを制御す
るための相異なる波長の使用例、部品形成時間を最適か
擦るための相異なる波長の使用例を含む。相異なる波長
は単独で（１回づつ）使用しまたは同時的に使用する事
ができる。

本発明の装置および方法により、立体平板技術形成工程
において、刺激性放射線の多重波長を同時的に制御使用
および／または自動化使用する事ができる。これは下記
のアプローチのいずれか１つを使用していた従来のアプ
ローチに対する大きな進歩である。１）化学線の単一の
波長の使用、または２）多重波長の首尾一貫しない、偶
然の、評価不能の、制御不能の、また非自動的手法で使
用し、その結果、複数部品の面倒な組立て工程を必要と
し、また／あるいは低品質、低解像力の三次元部品を生
じる。前記第１のアプローチは、液状光重合体の固化の
ために発生された化学線の使用効率が低下する。前記の
第２のアプローチは放射線の使用効率は高いが、光重合
体から部分的に固化された材料の特性の制御が不十分に
なる。本発明の新規な特色はこれら従来のアプローチこ
のような欠点を克服するにある。本発明による多重波長
の自動化されたまた／あるいは制御された使用は、種々
の有効なアプローチを成す：１）刺激性放射線源に対す
る制、御は最小限であるが、形成特性を予測する望まし
い機能、従って形成前に許容できる製品の製造の可能性
を予測し、別の形成技術を使用すべきか否かを知る機能
、２）多重波長の放射線源を制御して、種々の波長を制
御し、従って透過深さを制御し、また各波長の出力と出
力分布を制御して、部分的に固化した単位体積において
所望の特定の特性を生じ、単一波長を使用した場合より
もはるかに優れた特性制御を成す。

３）各波長について同一の透過深さ（および臨界露出と
効率）を生じるように樹脂を平衡させ、多重波長による
効率的生産と共に単一波長（単一透過深さ）の使用によ
る簡単な形成技術を使用する事ができる。

第２の好ましい実施態様において、液状光重合体を変更
する事によって複数の透過深さが与えられる。その結果
、相異なる形成状況から最適特性を得る事ができる。硬
化材料は置換または変質によって変更される。

これらの実施態様は相互に組合され、また本発明の主旨
の範囲内において他の実施態様が可能である。以下、本
発明を図面に示す実施態様によって詳細に説明する。

７３− ［実施例コ ■、立」幻弘卆」４置 本発明の応用される立体平版装置は、電磁放射線、電子
またはその他の粒子ビーム爆撃の衝撃などの適当な相乗
刺激に対応して物理的状態を変更する事のできる流体媒
質、例えばＵＶ硬化性媒質などの選定された表面に、製
版される物体の断面パタンを形成する事によって三次元
部品を製版する。例えばプラスチック粉末および焼結性
金属粉末などの放射線同化性粉末を使用する事ができる
。

物体の順次の隣接断面を表示する順次の隣接層が自動的
に形成されて相互に集積され、物体の段階的ラミネート
または薄層構造を成し、このようにして製版工程に際し
て流体媒質の実質的に平坦なまたはシート状表面から三
次元部品が形成される。

第１図は立体平版システムの断面図である。容器２１は
ＵＶ硬化性らζ重合体２２または類似物によって充填さ
れ、加工面（！３を成す。紫外線のプログラマブル光源
２６などが表面２３の上に紫外線スポット２７を形成す
る。スポット２７は、光源２６と共に使用される反射鏡
またはその他の機械的または工学的要素（第１図には図
示されず）によって表面に沿って可動である。表面２３
上のスポットの位置はコンピュータ制御装置２８によっ
て制御される。制御装置２８はＣＡＤデータによって断
面の形成を制御し、このＣＡＤデータは、ＣＡＤ設計シ
ステムなどのデータ発生装置２０によって発生され、フ
ィグスフォーマットなどによってコンピュータ変換シス
テム１９に伝送され、そこで物体を定義する情報が特殊
スライスされ、ストレス、カールおよび歪を減少させる
ように処理され、製版の解像度、強度および精度を増大
した後にシステム２８に伝送される。

容器２１内部の可動エレベータプラットフォーム２１が
選択的に上下運動され、その位置はシステム２８によっ
て制御される。装置が作動するに従って、３０ｃ、３０
ｂ、３０ａなどの集積層の段階的形成によって三次元部
品３０が形成される。

ＵＶ硬化性液２２の表面は容器２１の中において一定レ
ベルに保持され、この液を硬化して固体物質に変換する
露呂を生じるに十分な強さの紫外線またはその他の適当
な形の反応性刺激のスポット２７がプログラミングに従
って加工面２３に沿って移動させられる。液２２が硬化
し固体物質が形成されるに従って、最初表面２３の直下
にあったエレベータプラットフォーム２９がこの表面か
ら適当なアクチュエータによってプログラミングされた
ように下降される。このようにして、最初に形成された
固体物質が液表面２３の下方に降ろされて、新しい液体
２２がこの層を覆って新しい加工線２３を形成するのを
待機する。新しい加工面２３と先に硬化された層の上側
面との距離は、つぎに形成される層の厚さに等しい。こ
の新しい液体部分がプログラミングされた紫外線スポッ
ト２７によって固体に変換され、この新しく固化した層
がその下方の層に対して接着する。三次元部品３０全体
が形成されるまでこの工程が続けられる。そこでこの三
次元部品３゜を容器２１から取り出し、っぎの部分の形
成に準備される。つぎの部分、またはその他の新しい部
分は、コンピュータ２８またはＣＡＤデータ発生機２゜
の設計、データまたはプログラムを変更する事によって
作成する事ができる。

本発明の好ましい実施態様による立体平版システムの光
源２６は代表的にはアルゴンイオン紫外線レーザである
。他の実施態様は、Ｌｉｃｏｎｉｘ　５ｕｎｎｙｖａｌ
ｅ　Ｃａ１ｉｆｏｒｎｉａ製のモデル４２４０−Ｎ　Ｈ
ｅＣｄ　Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ　Ｌａ５ｅｒなどのへリウ
ムーカドミウム紫外線レーザを使用する。

市販の立体平版システムは第１図に図示の以外の他の成
分およびサブシステムを有する。例えば市販のシステム
はフレームとハウジングおよび制御パネルを備える。ま
た市販システムは作業員を過度の紫外線から遮蔽する手
段を有し、また三次元部品３０が形成するに従ってこれ
を観察する手段を備える事ができる。また市販のユニッ
トはオゾンおよび有害ガスを制御するための安全手段と
、通常の高圧安全防護装置およびインタロックを備える
。また一部の市販のユニットは敏感な電子装置を電子ノ
イズ源から有効に遮蔽する手段を備える。市販のＳＬＡ
はユーザのＣＡＤシステム２７− と直接に接続したＣＡＤシステムまたはインタフェース
を含む自蔵型システムである。このような市販のＳＬＡ
システムはカルホルニア、バレンシア、３　Ｄ　　Ｓｙ
ｓｔｅｍｓ　Ｉｎｃ、から市販される。

Ｉｌ、　　透ｊ口」ざ 多くの放射線吸取物質において、吸収される放射線の量
は存在する放射線量に比例する。この放射線量はベール
の法則に従って伝達される強さに比例する。ベールの法
則は、光漂白など他のメカニズムが存在する場合でも光
の吸収行動、減衰などに関する優れた近似値を与えるの
で、この工程の説明には有効である。吸取物質がベール
の法則に従わない場合でも本発明の技術はこれらの物質
に応用される。好ましい実施態様は、ベールの法則に緊
密に従った樹脂／波長組合せを使用する。

従って本発明に記載の方法の多くはこの法則の利用に基
づいている。しかし、本発明の方法を他の法則に従う吸
取性物質について使用する方法は当業者には明らかであ
ろう。

第２図はベールの法則に従った光重合体２２の容器の垂
直断面図である。均−強さの光束の形の単色光線４４が
光重合体２２の表面２３のスポット２７に衝突する。光
４４の強さはワット／ｃｍ２または類似の単位で測定さ
れる。光重合体２２の表面において、光強さは値工０を
有する。光重合体２２の各要素がこの要素に対する入射
光の一部を吸収し、散乱される小量を除いて他の先部分
を透過させる。

光線４４がレベル６０まで部分的に透過されるまでに、
光強さは係数１　／　ｅによって減少させられる。

ここにｅは自然対して数の底であって、これは約２．７
１８に等しい。レベル４８における光線４４の強さをＩ
Ｏとすれば、レベル６０における透過光線５６の強さが
１：Ｏ／ｅである。光線４４が係数１　／　ｅだけ減衰
される距離（表面４８からレベル６０までの距離）は透
過深さＤｐまたは１透過深さ（ＰＤ）と定義される。

レベル６０から光線５６の一部は下方のレベル７０まで
透過され、また一部は吸取される（説明の便宜上、散乱
光は無視される）。レベル６０からレベルＺ６− ７０までの距離はもう１つのＰＤである。従ってレベル
７０に到達する光線５６の強さはレベル６０に到達する
光線５６の強さより、係数１　／　ｅだけ少ない。

従ってレベル７０は光重合体表面２３の下方に２つのＰ
Ｄを有し、強さＴＯ／ｅ２の光強さを有する。導入レベ
ル８０は表面２３の下方に３ＰＤを有し、レベル８０の
光強さはＩ　Ｏ／　ｅ　’である。一般に、表面強さ■
０を受ける表面２３の下方ｄの深さの強さ■は、■（ｄ
）＝工Ｏ／ｅｄ／Ｄｐで示される。ここにＤｐは透過深
さであり、ｄ／Ｄｐは特定のＰＤ数によって表される。

従って例えば表面２３下方２．３ＰＤのレベルにおいて
、光強さは工Ｑ／　ｅ２３＝工０　／　１．０となる。

本発明は従来技術とその問題点に記載の問題を解決しま
たその他の利点を得るため、種々の滲透深さＤｐに適用
される。

露出（Ｅ）は表面に衝突するエネルギー量と定義される
。従って露出はエネルギー／面積として測定される。代
表的な単位はジュール／ｃｍ２である。光重合体２２は
十分に紫外線に露出された時に液状からゲルに変換する
。ゲルを形成するに十分な反応数を生じる最／ＪＸ限の
露出は臨界露出Ｅｃと呼ばれる。この臨界露出は材料、
波長などに依存する。光重合体２２がＥｃより大きな露
出を受けた場合、ゲル化した材料はさらに重合し、固く
なり、重合工程が終了するに十分な露出が与えられるに
いたる。露出が完全重合を生じる事なく、光源から適当
な放射線量を吸取して光重合体の一部の中に重合を生じ
る。光線４４は光重合体２２の中に深く進はど減衰され
るのであるから、上方レベルは下方レベルよりも大きな
光強さ、従って大きな露出を受ける。この上に上方レベ
ルが先にゲル化する。例えば、レベル６０がＥｃを受け
た時に、下方レベル７０はＥｃより係数約３抱は低い露
出を受ける。第３図は、レベル６０より上の材料のみが
少なくともＥＣを受け、従ってレベル６０上方の光重合
体２２が光４４を受けて区域８４においてゲルに変換し
ているが、レベル６０より下方の光重合体２２は光４４
の一部に露出されてまだゲル化されていない状態を示す
。

前記より長い露出時ｒＩＲ（約２７倍の時間）後にレベ
ル７０がＥｃに達する。この時間の状態を第４図に図示
する。光線４４に露出されたレベル７０上方のすべての
材料が液体から非液体に固化している。例えば区域８６
は現在ゲル状態にある。この瞬間までに区域８４はＥｃ
よりはるかに大きな露出を受け、従ってこの区域８４の
中の光重合体２２はさらに固く凝縮性になっている。

さらに長い露出（２，７倍の露出）後に、レベル８０が
Ｅｃに達する。この瞬間を第５図に示す。第５図の時点
までにレベル７０上方の物質は光線４４をさらに受けて
液状から非液状に硬化している。例えば区域８８はゲル
状を成す。この時点までに区域８６はＥｃよりはるかに
多量の光線（約２．７倍）を受け、この区域８６の光重
合体２２はさらに重合されて、固くなり、さらに凝縮性
の塊を形成している。第５図に図示の時点までに、区域
８４はＥｃよりはるかにさらに多量の露出を受け、この
区域８４の光重合体２２はさらに重合されて、さらに固
く凝縮性の塊を成す。このように露出量を増大で光重合
体の硬さと硬化深さを増大する工程をさらに続ける事が
で１ きる。前記の第３図、第４図および第５図において、垂
直にゲル化物質を通して連続的な重合グラジェントが存
在する。レベル６０と８０との間の相異なる露出量が相
異なる硬化深さを生じている。特定の材料／波長組合せ
において最小限凝縮深さを有する最小限露出量が存在す
る。この実施例の場合、この最／Ｊ＼限深さはレベル２
３とレベル６０との間にあると考えられる。

前述のように表面２３下方の深さ（ｄ）（ミル）の関数
としての光強さ工は、 Ｉ　　（ｄ）　＝工Ｑ　／　ｅ　ｄ　／Ｄ　ｐであり、
ここに、ＩＯは第２図の表面２３のスポット２７に入射
する光線４４の強さ、Ｄｐはミルで測定・された透過深
さＰＤである。

露出Ｅは強さ（Ｌ）に比例するのであるから、Ｅ　（ｄ
）＝ＥＯ／ｅ”Ｄｐと書く事ができる。

第６図は表面２３の下方深さと表面露出ＥＯの関数とし
ての臨界露出Ｅｃをプロットした「作動曲線」である。

言い換えれば、第６図は硬化深さ対露出量のプロットで
ある。第３図、第４図および第５図について述べたよう
に、光重合体２２をゲル化す３ｚ− るのに丁度十分な臨界露出Ｅｃは、表面露出ＥＯが大き
くなった後にのみ表面２３下方の深部において到達され
る。これは表面露出ＥＯを生じる光線４４の全部が深部
に伝達されないからである。第６図において表面２３の
下方Ｏミルの深さ軸線に示されている。この実施例にお
いてＥｃは０．０１Ｊ／ａｍ２に等しい。従って作動曲
線９０、深さ（ｄ）がＯに等しく０．０１Ｊ／ｃｍ２の
得られる点９２においてＥＯ軸軸線交わる。点９２は第
２図のスポット２７が臨界露出ＥＣ＝１６ＭＪ／ｃｍ２
を受けた後の状態に対応する。この点においてスポット
２７はゲル化し始める。

先に述べたように、下方レベルにおける光強さ■は、光
重合体２２として選ばれた物質の吸収特性および入射光
線４４の波長などに対応して用途ごとに変動する。臨界
露出Ｅｃも用途ごとに変動する。

Ｅｃの値は使用された樹脂、波長、樹脂上方の（平衡）
雰囲気、温度などに依存する。従って、作動曲線９４は
ある種の用途に付いてのみ有効である。

この作動曲線９４において、点９６は表面露出ＥＯが２
５６Ｍ　Ｊ　／　０ｍ２より少し上まで増大した時に露
出が臨界露出Ｅｃと等しくのなる深さ、　（この場合２
１ミル）を示す。この実施例において、点９６の深さは
２１ミルであり、この深さは例えば第５図のレベル８０
に対応する。

第６図において、作動曲線９４の右側の区域１００は、
この実施態様において実際の露出ＥがＥｃより大となる
深さと表面露出ＥＯとの組合わせを示す。これらの組合
わせにおいて、光重合体２２はもはや液体ではない。

一般に、この区域１００において作動曲線９４から離間
するほど、光重合体２２が重合され凝縮性となる。

例えば、第６図の点１０２は第５図のレベル６０の近く
の区域８４に対応する。レベル６０はレベル７０より表
面２３から浅いレベルである。従って、一定の表面表面
露出ＥＯに達した後に、レベル６０はレベル７０より多
量の露出Ｅを受ける。点９６は作動曲線上にあり（レベ
ル８０がちょうどゲル化した点）であるが、点１０２は
作動曲線９４から離れ、レベル６０ははるかに重合され
ている。

区域１００と反対に、作動曲線９４の左側の区域１０４
３５− は、この実施態様において実際の露出ＥがＥｃより小と
なる深さと表面露出ＥＯとの組合わせを示す。

この区域においては、光重合体２２はまだ液状である。

作動曲線９４は、特定の用途に付いて、また特定の波長
または波母組合わせに露出される特定の光重合体につい
て、また樹脂の中に吸収されるガスの量と型などについ
て有効である。ヒストリー（すでに吸収された光量）お
よび光強さが光重合体の吸取％に影響しないものと仮定
する。実際上、おおくの物質が露出と光強さ（元素積率
）の非常に広い範囲にわたってこの簡単な規則に従う。

この規則に正確に従わない他の多くの場合においても、
この光重合体の重合についてのすぐれた近似値を与える
ので、非常にわずかの補正のみを必要とする。

作動曲線９４が第６図において右側に移動すれば、これ
は臨界露出Ｅｃが大きな用途を意味する。作動曲線９４
の傾斜が急であれば（大きなＰｄ）、これは光重合体が
より多量の入射光線４４を伝達する用３６− 途を意味する。これと反対に、作動曲線９４の傾斜が平
坦であれば（小さなＰｄ）、これは光重合体が第６図の
用途よりもより小量の入射光線４４を伝達する用途を意
味する。

本発明のシステムを使用して透過深さＤｐの種々の値を
可能とする事により、多くの利点が得られる。これは、
ＳＬＡ操作の最大速度を可能とし、電力を節約し、歪を
防止し、所望の解像度を得やすくし、クロスハツチ・オ
ーバキュアを制限し、硬化深さの均一性を増大する。第
１の好ましい実施態様においては、ＳＬＡにおいて、種
々の波長の単数または複数の放射線源によって種々の深
さの透過度を生じる事ができる。第２の好ましい実施態
様においては、ＳＬＡの中において、種々の伝達／吸収
率の光重合体によって種々の透過度を生じる事ができる
。

ＳＬＡはコンピュータ支援設計を迅速に三次元プロトタ
イプに還元するために使用されるので、操作速度が重要
な目標である。所定の臨界露出に対して透過深さが深い
ほど速度が増進される。透過深さが深い場合、レーザビ
ームのパスごとに各層の大部分が固化される。また、同
一の臨界露出において透過深さが深い場合、迅速なレー
ザビームパスを生じて所定点を所望の深さまで硬化させ
る事ができる。

深い透過深さを使用する事が速度の向上に重要なのは、
一部には、ビーム強さ／露出の増大が硬化深さの比較的
小さな増大を生じるからである。

すなわち露出を倍加しても（Ｉｎ　　２）　　・　（Ｄ
ｐ）までの硬化深さの変化を生じる。従って、初硬化深
さｄｌが（ｉｎ　　２）　　・　（Ｄｐ）より大である
限り、表面露出ＥＯを倍加しても初硬化深さｄｌの２倍
以下となる。

従って深い硬化深さの使用は、硬化深さの迅速な増大の
ために重要である。一定の臨界露出に対して、２倍の透
過深さを有する材料においては、ｅ（ｄ／２Ｐｄ）のフ
ァクタだけ迅速に特定の硬化深さに到達する。所望の層
厚さの約３０−４０％の透過深さ（Ｄｐ）が形成される
層の速度と凝縮性に関して適当である事が発見された。

例えば２０ミルの厚さの層の場合、これは５〜７ミルの
Ｐｄに相当する。下記の表２は、層の厚さが三次元部品
の形成速度に影響する事を示す。第２表は、所定の層厚
さまで硬化するに必要な表面露出量ＥＯを反映する重合
時間を示す。またこの表はりコート時間、すなわち各層
の重合の準備時間を示す。リコートについては、前記の
′３３０特許および同時係属米国特願第２４９．３９９
号に記載され、これを引例とする。基本的に各層が完成
した後に、液状光重合体２２の新しい層を表面２３上に
リコートし、次の三次元部品層３０を選択的に硬化する
。例えば第１図において、層３０Ｃが形成された後に、
このｊ１３０ｃの上に新しい光重合体Ｎ２２を被覆し、
つぎにこの層３０ｃを選択的に固化して層３０ｂを形成
しなければならない。薄いリコートは厚いリコートより
も長い被覆時間を必要とする。光重合体は粘性であって
、エレベータが薄い層の厚さだけ下降された時に、機械
的援助があっても展張に時間が要するからである。

（表　２） この表２は、厚さ５ミルの４層が主としてリコ９− ヘ ぐ 一、ｑ／− −ト時間の故に、厚さ１０ミルの２層の５．５倍の時間
を必要とする事を示している。１０ミルの硬化深さ（こ
の場合は層厚さ）を生じるためには重合時間が永くなる
が、厚さ５ミルの２Ｎを生じるためには、はるかに大き
なりコート時間が必要である。

表２の実施例において、厚さ５ミルの１層はその４倍の
厚さの２０ミル層と同一の時間を必要とする。

各層においてより多量の材料を重合すべきならば、所定
の厚さを形成するための最短時間は薄い層はど有利であ
る。

透過深さが深くなれば、厚い層が有利であり、従って三
次元部品の形成が迅速になる。しかし厚い層はそ九だけ
解像力が低下する。三次元部品３０の解像力は層厚さに
逆比例する。厚い層は非垂直設計面の近似度が不正確に
なるからである。例えば車イスの勾配を平滑に傾斜する
ように設計する場合、設計に近似するために顕次の複数
層を使用し各層の厚さを８インチとすれば、製版された
物体は低解像力の故に階段状となる。しかい厚さ５ミル
の複数層は非常に平滑な勾配を生じるであろう。三次元
部品のある部分は多くの理由から（例えば、他の物体と
の予定の機械的相互作用の故に）大きな解像力を必要と
する場合がある。三次元部品の垂直面は必ずしも薄い層
を必要としない。任意の適当な層厚さを使用して、その
形状がほぼ同一（垂直）となるからである。同様に、高
さ１０インチの複数段を有する階段は５ミルの層によっ
ても１０インチの層によっても同様に正確に製版する事
ができる。粗大な設計のみから成る三次元部品は解像力
が低くてもよい。すなわち製版速度が重要な要因である
場合には、透過深さの増大に対して解像力を犠牲にする
事ができる。

透過深さＤｐの増大はまたプリントスルーによって制限
される。余分な走査を受ける層の一部を生じる走査バタ
ンかこれらの区域における露出エラーを生じる。この露
出エラーの結果、硬化深さのエラーを生じる。これは、
ＳＬＡが三次元部品３０の１つの層を硬化するために紫
外線のクロスハツチトレースを使用する場合に生じる可
能性がある。露出エラーが硬化深さの小変動のみを生じ
るように、微細部分は浅い透過深さを必要とする。

レーザ出力を制御しく実際は単位面積当り強さ（１）を
制御し、）また作図速度（単位面積当り時間ｔ）を制御
する事により露出が決定される。現在市販のＳＬＡは、
露出を約１０％以内またはこれ以上の精度で制御する。

線図の交差部分は他の線図部分の露出を倍加する。先に
述べたように、露出の倍加は硬化深さを（Ｉｎ　　２）
　　・ＤＰ・たけ増大させる。従ってもし透過深さが大
きくなれば、プリントスルー深さがこれに比例して増大
する。

ユーザのプリントスルー許容度は作成される三次元部品
に依存している。

またこのオーバ硬化に対するユーザの許容度は層ごとに
また層の部分ごとに変動する。交差点が所期の硬化点を
越えていても、その層を下の層に付着させるためにある
程度のオーバ硬化は許される。その反対に交差点が下向
き面の上方にあれば、オーバ硬化が所望の下向き特性を
越えて突出する。

透過深さの増大に伴って、露出（出力または走査速度）
のエラーから硬化深さのエラーを生じる。

言い換えれば、プリントスルーエラーを所望の範囲内に
保つためには、４Ｘ透過深さを使用しなければならない
。例えば、１０ミル（０，０１０”）Ｎから形成する場
合、実際の硬化深さは１４ミル±１．５ミルとする事が
できる。もし透過深さが３ミル（層厚さの３０％）であ
れば、露出のｅ　”２＝　１．６５倍に増大すれば、予
定の露出によって硬化深さが１１．５ミルだけ増大する
。露出を６５％の変動範囲内で制御しこれらの限度内で
硬化深さを制御する事は比較的容易である。これに対６
ミルの透過深さを使用する場合前記と同様に１．５ミル
の余分深さを生じるためには、露出をｅ”’　＝１．２
８倍増大する必要があり、それだけ制御作業が困難にな
る。この場合、硬化深さのエラーを１．５ミル２ｔかさ
せるため、露出を６５％以内でなく２８％のエラー以内
に制御する必要がある。

三次元部品が形成されている際の配向において下向き面
に関してオーバ硬化が大きな問題である。

制御システム２８がどの屡のどの部分がオーバ硬化を受
けているか確定して、透過深さを減少させる。

４２ あるいはユーザが手動的に適当な透過深さを選定する事
ができる。

重合体の硬さが透過深さを制限するもう１つの要因であ
る。第５図において、区域８４は区域８８よりも数倍の
放射線量を受は吸取しているので、区域８８がゲル化す
るまでに区域８８ははるかに凝縮性（硬化）している。

区域８４は区域８８より数倍のＤＰにあるからである。

透過深さＤｐがはるかに第１であって表面２３がレベル
８０の上方ＩＤＰ以下にあるとすれば、区域８４は区域
８８と比較してはるかに凝縮性とはならないであろう。

しかし部分的に硬化した部分の「生」硬さは各単位体積
の重合度に関連している。生硬さは各単位体積の硬さの
合計と見なす事ができる。従って重合度が高いほど、生
硬さが高くなる。大きな生硬さは、下から他の部分によ
って十分に支持されていない三次元部品にとってきわめ
て重要である。片持ちぼり部分の層の上部が固ければ（
［縮性であれば）、これは大きな歪抵抗力を与える。好
ましい実施態様において、支持されない区域の各後続層
の上部が重力３− によるたわみまたは曲げによる歪に抵抗するためにどの
程度固くなければならないかを制御装置２８が確定して
、透過深さを調整する。樹脂中の曲げ、重力たわみ、引
っ張りよる歪に抵抗するようになれば、曲げ点（底面ま
たは上面）間の距離と、この距離中の各単位体積の硬さ
因子とを組合せて、曲げモーメントに対する抵抗力とし
て三次元部品の生硬さを測定する事が好ましい。

三次元部品３０の片持ちばり部分はさらに必要ならば他
の支持体または不活性物質によって支持される。ユーザ
または制御装置２８が、曲げ抵抗（片持ち強さ）、所期
の曲げモーメントおよび所期の曲げ度を考慮してその必
要を確定する。片持ち強さは層の厚さの立方に比例して
変化する。先に述べたように、層の厚さおよび所期の曲
げ度は透過深さＤｐと共に変化する。前記の支持体は、
硬化されるが三次元部品３０の実際の部分ではないので
三次元部品から除去されるワツフルグリッドとする事が
できる。この支持体については同時係属特ＩＩＩ　３３
１　、６６４および１８２，８０１に記載されている。

あるいは、三次元部品３０の周囲を流される不活性物質
が三次元部品３０の非支持部分を支持する。この種の好
ましい物質はホットメルト接着剤またはワックスとする
。必要区域を支持するために溶融されつぎに適当に固化
される不活性物質は一般に紫外線によって硬化されない
。この不活性物質を適当に（量および位置）配置するた
め、分与装置を備える事ができる。

与えられた重合体において相異なる光波長は相異なる吸
収特性を有するので、一般に相異なるＤＰ値を有する。

また一般に相異なる光重合体２２は相異なる透過深さ値
Ｄｐを有する。

ＩＶ、い 本発明の好ましい第１実施態様は相異なる波長を発生す
る光源を備えたＳＬＡである。この光源は実際上、相異
なる数個の光源から成り、各光源が単数または複数の刺
激性放射線波長を発生する。

この実施態様の重要な点は、相異なる波長の刺激性放射
線が一般に与えられた光重合体２２の中にお４６− いて相異なる透過深さ値Ｄｐを生じる事である。

この実施態様は基本的に２つの手法に分けられる。

第１の手法は樹脂を固化するために２種または２種以上
の波長を同時に使用するにある。第２の手法は２種また
は２種以上の波長の刺激性放射線を使用するが、固化工
程において１回に１つの波長のみを使用し、各波長が使
用される樹脂の中への相異なる透過深さを有する仮想光
重合開始剤の与えられた深さにおいて吸収される入射光
線の％に対波長λをナノメータ（ｎｍ）でプロットした
グラフである。一般に光重合体は主として各種の単量体
からなり、光重合開始剤を含有し、またその他各種の成
分を含有する。これらの他の成分は光吸収剤、禁止剤、
充填剤などを含む。多くの光重合体において、主な吸収
要素は光重合開始剤である。説明の便宜上、この明細書
において光重合開始剤が樹脂中の主たる吸収性要素であ
ると仮定する（他の要素が光吸収に役立つとしても分析
値は類似である）。光重合開始剤は、刺激性放射線を受
けた時に重合反応を開始する事のできる反応性７− 要素である。多くの単量体は約３００ｎｍよりはるかに
低い波長で放射線吸収を開始する。第１３図の仮想光開
始剤の場合、２９０ｎｍでは非常にｌＪＸ％の光が吸収
されている。小％の光が吸収されている場合には、入射
光線４４の大部分は容器２１の中の深部まで伝達される
。−しかし多くの単量体はこの波長で強く吸収し、この
吸収によって特定深さの透過を生じる。従って２９０ｎ
ｍの波長の放射線は光重合体２２について浅い透過深さ
を有すると思われる。第１３図において、光重合開始剤
単独で３６０ｎｍの波長で、２９０ｎｍの場合と同程度
の吸収特性を示している。しかし、単量体は強い吸収を
生ぜず、また追加成分の存在を無視すれば、光重合体全
体として、大きな透過深さを有すると思われる。しかし
３２５ｎｍにおいては入射光線４４の大部分が光重合開
始剤によって吸収される。これは浅い透過深さを示して
いる。この実施例において、透過深さは２９０ｎｍから
３６０ｎｍの波長範囲内において連続的にまた急激に変
動している。

立体平版装置において一般に使用されているレーザは、
３２５ｎｍにおいて単一の波長または「ライン」を生じ
るヘリウム−カドミウムレーザである。

しかし本発明の実施態様は好ましくは、アルゴンイオン
レーザであって、これは単一波長においてまたは数波長
において同時にレーザ光線を発生する事ができる。−ア
ルゴンイオンレーザは、従来使用されていたレーザより
も出力（光強さ）が大である。多数波長モードで作動す
る場合、出力は数ラインの間に分布される。このモード
で作動する場合、レーザはいずれかの単一波長モードで
作動する場合よりも大きな合計出力を有するので、重合
のためにすべてのラインを使用する方法が出力上有利で
ある。

第１４図は、相異なる吸収／透過深さと相異なる臨界露
出を有する２種の波長のそれぞれの作動曲線を示す。λ
１（例えば３６０ｎｍ）の作動曲線９４はλ２（例えば
３２５ｎｍ）の作動曲線３０２よりも傾斜が急である。

これは光重合体２２の各レベルにおいて、λ２よりも小
量のλ１が吸収されている事を示す。

言い換えればλ１はλ２よりも透過されるので透過度が
深い。

両方の波長が同時に存在する場合、一般に有効作動曲線
は各表面露出Ｅ。について、作動曲線９４または３０２
のいずれかの深い方の部分である。すなわち作動曲線９
４の部分３０３と作動曲線３０２の部分３０４である。

しかし 各波長からの露出が殆ど同一とすれば、得られた硬化深
さは２つの露出の累積となり、幾分増大するであろう。

これは、ゲルと液体との差異が相異なる重合度に基づく
と考える事によって理解する事ができる。各作動曲線の
上方のプロット部分は、重合の生じなかった事を示し、
ゲルを形成するには不十分な重合の生じた事だけを示し
ている。従って、２または２以上の波長が使用され、各
波長の硬化深さが殆ど同一とすれば、それぞれの波長を
単独で生じる深さ以上のゲル化を生じるのに十分な重合
が生じると考えられる。これは特に、透過深さの大きい
波長による硬化深さの方が浅い場合について言える。こ
れは破線区域３０５によって示５０− されている。このグラフの示すように、λ１（低吸収率
と大透過深さを有する放射線）がこの区域３０５以後に
おいて透過深さを決定する上にλ２に優先している。両
方の作動曲線の左側のすべての点３０６は非硬化液を示
す。各作動曲線の右側のすべての点１、すなわ−ち区域
３０８または１００は固化した物質を示す。この第１４
図の深さ軸線に沿ったレベルは第５図に示すレベルと同
様である。前記の説明は同等の光強さと、従って与えら
れた時間における同等の露出に基づいている。２つのビ
ームの強さが相異なれば、各波長によって誘導された硬
化深さは同一の垂直線から読み取る事ができない。２つ
の波長は同時に作動していると考えられるので、露出時
間は同一であるが、光強さが相違すれば、露出時間も相
違するであろう。各ラインの硬化深さはそのラインの生
じる有効露出において作動曲線から読み取らなければな
らない。これらの点を説明するため下記の表を参照する
。この表は、第１４図の作動曲線に関連して、相異なる
相対強さが硬化深さに影響する事を示す。

１− （原文ｐ、４０の表） ９１７− この表は硬化深さに関する重要な４点を示す。

１）硬化深さは使用される波長に依存する事。２）複数
の波長が使用される場合、硬化深さは強さの比率に依存
する事。３）硬化深さは各波長に対して臨界エネルギー
に依存する事。および４）硬化深さは所望の所望の硬化
深さに依存する事。前記の表は組合わせ露出によって得
られた正味硬化深さを示していない。さきに説明したよ
うに、両方の硬化深さが近似する場合に、その組合わせ
が正味硬化深さを生じる。

第１５図は、第５図と同時にとられた光重合体２２の断
面図であるが、この場合には２種の波長λ１とλ２とを
使用し、各波長は相異なる透過深さを有し、またそれぞ
れ同一の出方／光強さを有するので、与えられた時点に
おいて同一の露出を生じる。第５図の光４４ではなく、
光線３２０が表面２３上に入射する。光線３２０は同等
強さの波長λ１とλ２とを生じる２ レーザによって発生される。第１４図について述べたよ
うに、λ１が硬化深さにおいて支配的であり、液体区域
と非液体区域との境界の点の包絡線である。三次元部品
３０の区域８４と区域８６の一部の硬さは、区域８６の
中間まで硬化した波長λ２によって増大されている。−
このように影響された区域は３領域から成る。すなわち
領域３１４．３１６．３１８゜領域３１８は最も深く、
３領域のうちで最も硬化度が低いが、この区域８６にお
いてλ１によって固化された物質よりもなお凝縮性であ
る。これは領域３１８が単一体積あたり、より多くの光
線３２０を吸収したからである。領域３１６は表面２３
から二番目の領域であるので、領域３１８よりも硬い。

領域３１４は他の領域よりも多量の単一体積あたり多量
の光線量を受けているので、はるかに硬い。

第１５図は単一層の三次元部品３０を示すとすれば、こ
の層はλ１とλ２の組合わせにより　（主としてλ２の
故に）表面２３の近くにおいて（領域３１４，３１６，
３１８）はるかに硬いが、レベル８０までの他の大部分
においては比較的柔らかい。この場合、波長λ２と５３
− その浅い透過深さがなければ、このような硬い区域は存
在しないであろう。波長λ１とその深い透過深さがなけ
れば、この層は表面４８に非常に近い部分においてのみ
硬化され１、所望のレベル８０までの硬化には過度に長
い時間を必要としたであろう。

従って、各波長とその対応の透過深さの組合わせが有効
な特性を生じた事が理解されよう。

この好ましい第１実施態様は、その２つの主要手法に見
られるように、このような二重（複数）透過深さを利用
して、表面近くにおいて硬いまたはきわめた硬い浅い区
域を成して余分の「生」硬さを生じると共に、長い透過
深さを利用してさらに深い所に比較的柔らかい区域を短
時間で形成する事ができる（重合度が低いが、なお凝縮
性であって形成時間が短い区域）。

第１４図と第１５図に図示の実施例において、波長λ１
とλ２は硬化深さを決定するためにそれぞれ別個に扱わ
れる。これは下記の二、三のの要因の組合わせによって
可能である。

１）λ１はλ２より、はるかに深い透過深さを有す４− る。

２）相対光強さが同一である。

３）全露出がそれぞれの臨界露出よりはるかに大である
。

しかし、これは常に可能ではない。相異なる三次元部品
が２つの波長に対して類似の透過深さを有し、相対光強
さが相互に不一致であり、または所望の硬化深さを得る
に必要な露出が両方の波長の臨界露出よりはるかに大き
くない場合がある。

従って、波長をそれぞれ別個に考慮する事によっては正
味硬化深さを確定する事ができない。前述のように、与
えられた光重合体が２および２以上の波長について類似
の透過深さを有しまた各波長に対応する光強さが類似で
あれば、その累積効果が硬化深さを決定するものと考え
なければならないだろう。

単一の波長の硬化深さまたは同時にレーザから放射され
る複数の波長の累積硬化深さを実験的に得るためには、
　「パンジヨウ・トップ」を使用する事ができる。パン
ジヨウ・トップとは、相異なる露出によって相異なる深
さまで硬化された一連のストリングである。

第１６ｂ図は、パンジヨウ・トップ３３０の平面図であ
る。まず表面２３上に長方形輪郭を深く硬化する事によ
ってパンジヨウ・トップのフレーム３３２を形成する。

第１６ａ図は第１５図の光線３２０方向に見おろした斜
視図である。

つぎに、光線３２０によって非常に低い表面露出ＥＯを
もって通路３３４を通路３３４を横断すると、フレーム
３３２に対して横方向にストリング３３６が凝縮する。

第６図または第１４図に図示のように、作動曲線をプロ
ットするために多数のストリングが形成される。通路３
３８を少し大きな露出、例えば２Ｅｏによって横断する
。これはストリング３３６より少し幅広く深いストリン
グ３４０を形成する。通路３４２を少し大きな露出、例
えば４Ｅｏをもって横断する。これはストッパリング３
４０より少し広く深いストリング３４４を形成する。さ
らに２つの通路とプラスチック状の硬化ストリップは図
示されているが、数字を付けられていない。

最後に、光重合体２２からパンジヨウ・トップ３３０を
除去し第１６ｂ図は第１６ａ図の１６ｂ−１６ｂ線に沿
って見た側面図である。従ってフレーム３３２として透
明材料を使用する場合、フレームを通してストリング３
３６、ストリング３４０およびストリング３４４と２つ
の数字なしのストリングが見えて、側面から測定する事
ができる。あるいはキャリパ、マイクロメータ、測定用
顕微鏡などを使用して深さｄを測定する事ができ、また
は必要があればパンジヨウ・トップ３３０を切開してス
トリングに近接する事ができる。既知の表面露出から得
られたストリングの深さｄから、少なくとも２つのスト
リングについて同時に、式Ｅ　ｃ　＝　Ｅ　ｏ／　ｅ　
””を解く事によって透過深さと臨界露出Ｅｃを得る事
ができる。ストリングについての前記式を解く間接的方
法は、表面１ｉ　Ｉ！ＢＥ　ｏの対数に対して硬化深さ
ｄをプロットして作動曲線を形成するにある。露出の対
数に対して硬化深さをプロットするのは、われわれの理
論（ベールの法則）がＥの対数的増大と共にｄの線形増
大を予定しているからである。この作動曲線は下記の形
をとる： 硬化深さ＝ｄ＝Ｐｄ−Ｌｎ　（Ｅ）ｏ一定数ここに傾斜
は透過深さであり、定数は透過深さ×Ｅｃの自然対数で
ある。

前記のパンジヨウ・トップの説明は二、三の基本的特徴
を示ずために成された。同様に第２図、第３図、第４図
、第５図および第１５図は若干の特徴を示すように図示
された。これらの説明は均−強さの光ビームの使用を仮
定していた。すなわち、ビームの横断面の単位面積あた
りの出力が一定とみなされていた。しかし実際の立体平
版技術に使用されるビームは一般にこのような均一な出
力分布を有していない。ビームの半径において、光強さ
の変動がありうる。これらの変動は一般に重合物質の不
均一な重合物質の痕跡（ストリング）を生じる。一般に
固化プラスチックのストリングの中心線は縁よりも濃厚
であり、プラスチックストリングの幅は三次元部品の上
面から最大硬化深さ点まで減少する。言い替えれば、プ
ラスチックストリングの硬化深さを予測するためには、
平均露−ｂ’／− 出ではなく最大露出（ビームが走査される場合。

最大合計光強さＸ時間）に基づかなければならなし１゜ 三次元部品３０の形成後または形成中に、光源２６が光
強さを変動させる事がありうる。従って各新規三次元部
品の形成前に、または新規三次元部品の各形成段階の前
に、光強さ（単位面積あたりの出力）をチエツクしなけ
ればならない。実際上、ビームはその走査中に光重合体
を露出するために使用されるのであるから、走査軸線に
沿って積算された置火光強さを知る事が望ましい。この
光強さのチエツクは、同時係属特願Ｓ、　　Ｎ、　　３
３１，６６４に記載のように、ビームが発生された時の
ビーム出力と共にパンジヨウ・トップ情報を含む素材の
データファイルを使用してビームプロファイラによって
実施される。レーザは一般にその寿命中に出力と光強さ
を失う。単一波長ＳＬＡにおいては、レーザの出力また
は光強さが顕著に変動した時にパンジヨウ・トップを作
製する事によりまた／あるいはビームプロファイラを使
用する事により、−５８＝ 出力と光強さの喪失を考慮する事ができる。マルチライ
ンＳＬＡにおいては、出力喪失が各ラインについて比例
的に同一でなければ、前記の技術をしようする事ができ
る。出力変動が比例的であれば、パンジヨウ・トップ型
テスト部品を一層頻繁に作製しなければならない。

出力喪失は各波長について同一ではないばあいがあるの
で、硬化深さおよびその他の硬化特性を知りたければ、
各波長をそれぞれプロファイルしなければならない。各
波長の光強さを測定する好ましいシステムは、毎回１つ
を除いてすべてのラインを濾過するにある。これは例え
ば光源と走査鏡との間においてビーム幅中に可動フィル
タを配置する事によって実施される。他のアプローチは
、複数の光センサを備えた単数または複数のビームプロ
ファイラを使用し、各ライン波長に対応する各光センサ
上にそれぞれ相異なる狭帯域パスフィルタを備えるにあ
る。樹脂の必要パラメータが公知であれば、各波長の光
強さプロファイルが作られると、各波長について種々の
硬化パラメータを確定する事ができる。これらの硬化パ
ラメータが算出されれば、さらに硬化工程において、ど
の波長と対応の光強さを使用しなければならないかを決
定する事ができる。どの波長とその相対光強さを使用す
るかの制御は種々のアプローチによって自動的に実施す
る事ができる。１つの可能なアプローチは、ビームを受
信し特定波長に対応の出力を減衰させるために各種のフ
ィルタを使用するにある。さらにこれらのフィルタによ
って達成される減衰度は、フィルタをビーム通路の中に
どの程度挿入するかに従って、相異なる不透明度のフィ
ルタを設計する事によって変動させる事ができる。

あるいは、フィルタの角度配向に従って特定の波長に対
してＯ減衰から非常に高い減衰度までの範囲を持つ円形
フィルタを使用する事ができる。追加例として、他のア
プローチは、各波長について個別の制御可能光源を使用
し相異なるビームを合流させるにある。これらの種々の
アプローチは、操作員または操作員なしで制御システム
２８によって直接に制御する事ができる。他方、樹脂バ
ラン＝６１ 一タが既知でなければ、パンジヨウ・トップまたはその
他類似の部品を作製する必要があり、また追加樹脂パラ
メータを確定するための他の実験を実施する事ができる
。

パンジヨウ・トップ測定を自動化する事ができる。例え
ばパンジヨウ・トップが形成された場所からロボットが
パンジヨウ・トップを取り上げ、その上に溶媒を噴霧し
、または溶媒中に浸漬し、余分の樹脂を洗い落し、つぎ
にこれを後硬化する事ができ、つぎに機械的手段、電気
的手段または光学手段によってその厚さ測定する。しか
しこれは複雑な工程である。さらに好ましいアプローチ
は、すべての必要な測定を成すため、特定の樹脂特性と
共にビームプロファイル情報を使用するにある。これが
本発明の目的の１つである。

第１実施態様の第１アプローチ（多波長の同時使用法）
においては、二、三の好ましい法がある。

１）平衡効率を有するまたは有しない平衡樹脂の使用、
２）放射線を制御しないが、予定出力を完全に使用する
方法、および３）放射線源の制御。

前記の第１実施態様の第１法は、単一波長アプローチの
簡単さをもって同時に多数波長を使用する事が可能であ
る。

各波長の光強さを考慮するため各波長の出力を別個に測
定する代わりに、光重合体を慎重に選択する。例えばあ
る１つの光重合体が使用される各波長に対して同一の透
過深さ（および同一の臨界露出および重合体形成効率）
を有するとすれば、相異なる波長の相対的出力（合計光
強さ）の変化は硬化特性に影響しない。この方法は、表
面近くに非常に強い区域、その下方に弱い（迅速）区域
を生じないが、複数波長のレーザの全出力を利用する事
がで、またマルチライン放射線源のそれぞれの出力損失
を測定する必要がない。

各波長について同一の透過深さを得る１つの方法は、使
用されるすべての波長について同一の吸収率を有する光
重合体を選定するにある。例えば第１３図において、レ
ーザが２９０ｎｍおよび３６０ｎｍで放射する場合、グ
ラフに示した光重合開始剤はこれら両方の波長について
同一の吸収率を持つ。

従って単量体およびその他の成分による吸取を無視すれ
ば、これら両方の波長は開始剤および光重合体中への同
一の透過深さを有するものと考えられる。同様に光源（
２ｂ）が図示の波長ＡとＢの放射線を放射すれば、いず
れも同一の透過深さを有すると考え牧れる。

第１７図はＳＬＡの中の代表的化学反応を示すブロック
ダイヤグラムである。市販のＳＬＡの中に使用される液
体は一般にＵＶ感応光重合開始剤の存在の故に紫外線に
感応して重合する。光重合開始剤３５０は紫外線露出に
感応して遊離基３５２に分裂する。この遊離基３５２が
単量体分子３５４間の化学反応を誘発してこれを重合体
３５６に転化させ始める。

さらに露出と吸取後に、より多量の単量体３５４が重合
体３５６に添加される。重合体３５６の十分な密度が生
じた時、ゲル３５８が生じる。さらに重合すると、ゲル
３５８が完全に重合してプラスチック３６０を形成する
。

第１８図は、波長に従って相異なる示差吸収を示す複数
の光重合開始剤を含む光重合体の吸収／波長グラフであ
る。各波長について透過深さが同一となるまで各光重合
開始剤の量が調節される。特定の光重合開始剤の吸収特
性が第１８図のグラフの全体的形状を決定するが、そり
濃度が各波長における吸収量および透過深さを決定する
。光重合開始剤の量の増大は吸１１Ｓ！量の増大を意味
し、すなわち第１８図における高い曲線を示す。曲線３
７０はλ３において最大吸取を有する第１型の光重合開
始剤である。曲線３７２はλ４において最大吸収を示す
第２型の光重合開始剤である。これら２つの光重合開始
剤が単一樹脂の中に結合された場合の累積効果は曲線３
７４によって示される。曲線３７４はλ３とλ４との間
において比較的平坦であり、これは中間波長がλ３およ
びλ４と類似の吸収を有する事を示す。

従って１３とλ４の間の波長の有するマルチラインレー
ザを使用して、単一の均等な透過深さを保持する事がで
きる。

樹脂は各ラインについて同一の透過深さを生じるために
慎重な「調整」を必要とする。市販のアルゴン−イオン
レーザは種々の単一波長においてまたは同時に複数波長
において紫外線領域の放射線を発生するように設定する
事ができる。アルゴンレーザの主たるＵＶラインはほぼ
３６４ｎｍ、３５１ｎｍおよび３３４ｎｍその他のであ
る。レーザは、それぞれ３６４ｎｍライン、３５１ｎｍ
ラインおよび３３４ｎｍライン／その他ラインについて
それぞれ約４０％、４０％および２０％の出力をもって
これらすべての波長において同時に放射するように設定
する事ができる。またレーザは各波長についてその他の
出力をもって放射するように適当に調整する事ができる
。最も好ましいモードにおいてレーザは３６４ｎｍライ
ン、３５１ｎｍラインおよび３３４ｎｍライン／その他
ラインについてそれぞれビームの全出力の４８０％、４
８％および４％の出力を有するように調整される。前記
のその他波長の相対エネルギーが非常に低いのでこれら
の波長はこのビームの放射によって得られる硬化パラメ
ータに対して実質的に貢献しない。すなわち主として２
つの透過深さを含むビームが得られる。このビームがす
べての複数波長実施態様によって好ましいビームである
。三５５− 次元部品形成のための好ましい平衡樹脂は、ビスフェノ
ールＡ　ジグリシジルエーテルに対するアクリル酸アダ
クツ４９部（Ｎｏｖａｃｕｒｅ６３７００）、２−フェ
ノキシエチルアクリレート（Ｓａｒｔｏｍｅｒ　Ｏ３３
９）５部、トリメチロールプロパントリメタクリレ−）
　（Ｓａｒｔｏｍｅｒ＠−３５０）　１２部と、エトキ
シレートビスフェノールＡ　（Ｓａｒｔｏｍｅｒ　＠　
３４８）のジメチルアクリレート２５部とから成る組成
を有し、この組成に、１．５部の酸化２，４．６−）リ
メチルベンゾイルジフェニルホスフィン（Ｌｕｃｉｒｉ
ｎ　＠　ＴＰＯ）と、２．６８部の１−ヒドロキシシク
ロへキシルフェニルケトンと混合される。　（部数は重
量部）　この組成は３５１ｎｍおよび３６４ｎｍ波長ア
ルゴンーレーザ放射において同一の吸収率を示す［１ｍ
ｌ１１の層厚さに対して２．６の光学密度１ｇ（ＩＯ／
Ｉ）］この樹脂組成は、立体平版技術によって三次元物
体を製版するための優れた感度を有する（３５１ｎｍと
３６４ｎｍのアルゴン−レーザ放射において２４ｍＪ／
ｃｍ２のエネルギーによる放射によって深さ０　、３ｍ
ｍ重合が生じる）。

種々型の光重合開始剤が光エネルギー（例えば１光子）
を技術するので、これらの光重合開始剤は種々の量の光
重合を生じる事ができる。光重合開始剤／単賛体組合せ
の効率は吸収された光子に対応して化学結合形成する能
力に関連している。

２種の光重合開始剤が相異なる効率を有すれば、吸収さ
れた同で量（または同一％）の光吸収量（同−透過深さ
）が相異なる硬化深さを生じる。従ってこの実施態様の
光重合体は透過深さ（吸収％）のみならず、吸取に伴う
効率についても平衡されなければならない。

第１９ａ図は他の２種の光重合開始剤の吸収／波長グラ
フである。第１９ａ図乃至第１９ｇ図は効率を考慮する
方法を示す。曲線３８０は、ピーク吸収波長λ５におい
て一定の光パーセントを吸収する適当濃度の光重合開始
剤である。曲線３８２はピーク吸収波長λ７において同
一の光パーセントを吸収する適当濃度の第４光重合開始
剤を示す。この光パーセントは第１９ａ図においてＰｌ
で示’ｙｌ’　ｑＬる。これらの２つの波長（λ５とλ
７）は、同一吸取率を有するので同一の透過深さを有す
る。しかし第１光重合開始剤が第２光重合開始剤よりも
高い効率を有すれば、この第１光重合開始剤は重合に際
して高い効率を示すであろう。言い換えればλ５は与え
られた露出に対してλ７よりも高い重合度を生じ、従っ
て高い硬化深さを示す。第１光重合開始剤は第１９ｂ図
において曲線３８６においてしめされた効率を有するが
、第４光重合開始剤３８２は第１９ｂ図の曲線３８８第
子雌効率を有する。

効率の差を考慮する場合、第１９図は与えられた露出に
対してλ５はλ７の生じる重合体（ＥＦ２）より多くの
重合体（ＥＦＩ）を生じる事を示す。これらの波長につ
いて同一の硬化深さを得るためには、吸収率と同様に効
果も均等にしなければならない。

これは、第１光重合開始剤の濃度を低くして、曲線３８
０．３８６の高さを第１９ｃ図および第１９ｄ図にそれ
ぞれ示す曲線３９０．３９６まで低下させる事によって
実施できる。しかしこの場合、２種の光重合開始剤の吸
取率（透過深さ）が一致しなくなる。従ってこれらの吸
収率を一致させるため、入射光線の一部が重合に貢献し
ないように吸収しなければ６９− ならない。例えば、第１光重合開始剤を含有する樹脂に
対して光吸収剤を添加する事ができる。光吸収剤はλ５
の近く光を吸収（または阻止）するように選定される。

その吸収能力は第１９ｅ図の曲線３９８によって示され
ている。曲線３９８と曲線３９０とを加算して、第１９
ｆ図の少なくともλ５における曲線３８０を形成する（
第１９ａ図の曲線３８０と同じ）。第１光重合開始剤が
第１９ｆ図と第１９ｄ図の曲線３８０によって示される
入射光線量を吸収する事ができるようになるまで光吸収
剤を添加すると、λ５は第１９ｄ図の曲線３８８のλ７
、および第１９ｄ図の曲線３９６と同一の効率ＥＦＩを
有し、また第１９ｆ図と同一の透過深さを有する。この
ようにして、第１９ｇ図に図示のようにＰｄと効率が完
全に一致した。その結果として、第１９ｈ図と第１９Ｉ
図に図示のような任意の波長で使用できる樹脂が得られ
る。所望の平衡状態を得るためには２種以上の光重合開
始剤、光吸収剤およびその他要素を必要とするが、平衡
アプローチは同様である。

マルチライン可視光レーザについて、可視光の７〇− 任意の波長について同一の効率と吸収能力を生じる類似
の材料を製造し使用する事ができよう。しかし、この型
の材料は可視光に感応して硬化するので、適当な注意を
払わなければならない。このような注意とは、刺激性可
視放射線からＳＬＡおよび生部量を遮蔽しあるいはこの
ような放射線を可視光から除去する事を含む。

第１アプローチの第２法は複数の刺激性波長を使用しな
がら部品形成を支援するために予測出力を使用するにあ
る。この方法は種々の形成パラメータと硬化パラメータ
を予測するため、各波長に対応するビームプロファイル
特性と既知の樹脂パラメータとを使用するにある。この
ような予測／決定は主として下記の３つの目的のために
成される。１）現在使用可能の多重波長放射線源を使用
して所望の物体を製版できるかどうかの決定、２）最初
にどのような形成パラメータを使用すべきかの決定、お
よび３）必要ならば物体の形成において今後使用される
露出パラメータの決定。これらの各種の予測は硬化深さ
、硬化幅、生硬さおよびその他を含む。最も重要な予測
パラメータは生硬さである。この方法は複数の波長を使
用し、これらの波長の光強か制御されないのであるから
、正確な波長と透過深さに依存して特定体積のプラスチ
ックについて広範囲の生硬さを得る事が可能である。従
って生硬さの決定は、三次元部品の形成のためにどのよ
うな形成パラメータが最も適当であるかを決定する際に
最も重要である。例えば、あるエネルギー／波長組合せ
の場合、生硬さの不足の故に５ミル層を別個に形成する
事が不可能となるが、他の組合せの場合には生硬さは５
ミル層の形成十分であり、また支配的波長の透過深さが
少ないので２０ミル層の形成が困難となる場合がある。

この方法の最良の形成パラメータの予測と、その後の決
定は他の実施態様についても実施されうるが、複数波長
の自動化使用に対する最小限のアプローチとしての予測
と決定の可能性に限定する。

第１主要アプローチの好ましい第３法は第２法のすべて
のアスペクトを含みまたは含まない事ができるが、一定
の波長と、各波長の光強さまたは少なくと・も光強さ比
率を得るように放射源を制御する能力を含む。各波長に
ついての制御された放射線量、この方法において得られ
る種々の透過深さおよび予測可能性と決定可能性との組
合せによって出力をえる事により、この方法は複数波長
アプローチの同時的使用の好ましい実施態様である。

第１主要アプローチの第３法は複数の透過深さを考慮し
、一般に表面近くにおいて浅い透過深さを使用して硬い
または極度に硬い硬化区域を形成して極度の生硬さを生
じると共に、深い硬化深さを利用して一般に深い柔らか
い区域を単位体積あたり急速に短時間で形成する利点が
ある。生の三次元部品３０は単一の波長のみ゛で形成さ
れた場合よりも硬く、また与えられた液体中において対
応の深い透過深さを有する。浅い硬化深さのために１つ
の波長を使用し、深いゲル化のために他の波長を使用す
る事により、形成終了と後硬化まで耐える事のできる丈
夫な三次元部品を形成するための時間が短縮される。こ
れはＳＬＡの中よりも後硬７３ 化装置の中で重合が迅速であり安価なので有利である。

後硬化処理が迅速であるのは、部品全体が１回に１断面
づつ重合されるのでなく紫外線の中に全部露出されるか
らである。また後硬化処理かなのは光源が硬化なＵＶレ
ーザでなく安価な蛍光ランプだからである。

第３法は［従来技術と問題点コに記載のような曲げ作用
を減少させる。その少なくとも２つの理由がある。第１
の理由は生硬さの増大により、曲げに伴うモーメントに
抵抗する硬い区域が生じる事にある。第２の理由は硬い
区域が形状を保持している間に柔らかい区域が取締によ
る応力を吸収するからである。柔らかい区域は十分な接
着を保証する応力リリーフとして作用すると共に内部応
力の伝達を制限する。これらの内部応力が特定のレベル
に達すると歪を誘発する可能性がある。

使用される２種または２種以上の波長のエネルギー比率
に対応して三次元部品の特性を、非常に柔らかな部品の
迅速な形成から、非常に硬い部品の非常に遅い形成まで
、制御する事ができる。このような広い範囲の特性、種
々の硬さ比率は１つの層の一部と他の部分において変動
させる事ができ、また各層の厚さについて変動させる事
ができ、また特定の区域の作図において硬さと速度のい
ずれが重要であるかに対応して変動させる事ができる。

このようなアプローチは当業者にとっては明白な多くの
利点を示す。

この方法の特定の実施例を第１４図について説明する。

第１４図の２つの波長を使用し両方の波長について同等
の光強さと出力とを有するとすれば、これらの波長は非
常に薄い層の硬化に使用されて、約４または５ミル以下
の層厚さについて、非常に浅い透過深さまたは２ミルの
透過深さを生じる事ができよう。Ｅｃｌ以下の露出は大
きな重合を生じる事ができない。他方、深い硬化深さ（
従って厚い層）を得ようとする場合、Ｅｃ２とその対応
の透過深さが支配的であって、所望の厚さの硬化を迅速
に生じる。またこの場合、はるかに硬い固化材料区域が
形成されて生硬さを増進している。前述のように、薄い
層については、すぐれた硬さを生じる小透過深さが望ま
しく、これにより露出エラーによるプリントスルーの問
題を最小にする事ができる。これに対して厚い層につい
ては、適当な硬化速度を得るために、高い透過深さを得
る。高い硬化深さを使用しても、多量の材料が固化して
いるので、三次元部品の硬さはなお十分である。

小透過深さを有する波長の臨界露出は高透過深さの波長
の臨界露出より低いのであるから、透過深さと層厚さと
の適正な関係を自動的に得る事ができる（少なくともそ
の可能性がある）。その結果、露出エラーは層厚さに比
例した硬化深さの変化を生じる。この硬化深さのエラー
を層厚さに比例させる方法は、臨界露出と透過深さが同
一パタンに従う限り３または３以上の波長にも拡大され
る。

前記の好ましいアプローチは複数のラインを同時に使用
している。この第２主要アプローチにおいて複数ライン
はそれぞれ単独で使用される。

この実施態様は前記と同様の原理で作動し、それぞれの
ラインがそれぞれ深さを有する。相異なる波長の光線は
光重合体２２に対して選択的に下記の数種の手法で放射
される。１）波長を渡過またはその他の方法によってマ
ルチラインレーザから選択的に得る。２）それぞれ相異
なる波長を有する複数レーザビームを回転鏡によって表
面２３上に選択的に反射させる。３）レーザのレーザ光
線発生キャビティ中のプリズム屈折反射鏡の角度の変更
によって単一ラインレーザを切り替える方法、および選
択可能の波長を得るための類似の方法。

４）その他のマルチライン放射線源または単一ライン源
の適当な使用。

第１に、マルチラインレーザは前記の好ましい実施態様
と同様に、しかしフィルタを追加して使用される。これ
らのフィルタは、単数または複数の選択されたラインを
残して所定のラインを遮断する。好ましくは複数のフィ
ルタを使用し、各フィルタが単一のラインを遮断する。

これらのフィルタは、露出コマンドに対応して、制御シ
ステムによってレーザビームの中に機械的に出入させら
れる。あるいはこれらのフィルタを静止させ、可動鏡を
有する単数または複数のフィルタを通して７フー マルチラインレーザビームを選択的に反射させる。

このようなフィルタシステムは、示差出力変動を測定す
るため、同時マルチライン硬化についても使用される。

各波長の光強さを測定するため、１回に１本のラインが
ビームプロファイラに指向される。

第２に、マルチレーザはマルチラインを生じるために使
用される。ラインをせんたくするため、反射鏡が光源２
６を反射する位置から、相異なる波長の隣接の他の光源
を反射する位置まで移動される。反射鏡は選定されたラ
インを表面２３に反射する。

第３にレーザ光線４４が選択された波長を有するように
選択的に変更される。

ラインを選定する主たる利点は透過深さを選択できる事
にある。これは、この章においてまた「透過深さ」に記
載のような多くの利点を示す。

ライン選択は透過深さを選択する非常の能率的方法であ
る。これは手動的にまたは制御システム２８によって実
施される。波長を選択する前記の３実施例はそれぞれ非
常に迅速にまた大きな中断なしで実施された。ビームが
フィルタを通過する必要から、または相異なるレーザま
たは光源からビームが通路の中に移動される際の整列不
良からびむが沙し移動される場合、液体面のスポットの
位置の移動また顛偏位は、さきに引例とされた米国特許
第２６８，９０７号に記載の偏位補正技術によって補正
される。これにより、透過深さに関する前章に記載のよ
うに、三次元部品から三次元部品へ、層から層へ、また
同一層の部分から部分へ透過深さを選択する事ができる
。

前記の各実施態様は、ユーザまたは制御システム２８が
単数または複数のラインを選択できるように結合する事
ができる。同時に複数の透過深さを使用するために複数
のラインが選択される場合、ＳＬＡは効率の増進、生硬
さの増大、および曲げの減少などの利点を得る事ができ
る。透過深さを変動させるために、単一ラインが選択さ
れる場合、ＳＬＡは最大速度および精度など、　「透過
深さ」に記載の利点を得る事ができる。単一三次元部品
の中に結合された場合、前記のすべての利点が得られる
。

相異なる波長を単独で得るための前記の種々のアプロー
チのほか、また「透過深さ」章に記載のように複数波長
を単独で使用する方法および利点に加えて、単独で使用
される複数波長の主たる使用法をつぎに記載する：１）
相異なる層厚さについて相異なる波長を使用する。２）
最大速度について相異なる波長を使用する。３）最大硬
さについて相異なる波長を使用する。４）曲げを最ＩＪ
Ｘ限にするために相異なる波長を使用する。５）相異な
る波長のマルチパス。これらのアプローチの最初の４ア
プローチは前述したので、これ以上の説明を必要としな
い。しかし第５のアプローチはまだ説明されていないの
で、ここで説明する。この第５技術は米国特許第３３９
，２４６号に記載の多重技術と類似である。この特願は
、本特願においてさきに引例とした。最初の多重アプロ
ーチは各ベクトルについて多重走査を成した。しかし各
パスについて同一波長が使用された。第１パスはほとん
ど材料の層厚さを固化するものであったが、実際には固
化に至らなかったので、下層に接着しなかった。第１パ
スに続いて単数または複数の追加パスを実施すると、少
なくとも最後のパスが接着を生じ、従って硬化深さが所
望の最終過硬化深さに達した。第１パスの目的は二重で
あった。第１に第１パスの材料が下層に接着する事なく
硬化し、硬化に際して下層に曲げモーメントを加える事
なく収縮できる事である。第２は、第１パスに際して硬
化した材料が、挟持された下層が固化する際の上向き曲
げモーメントに抵抗するように作用する事である。マル
チパスは曲げを最小限にするために適度に有効である事
が示された。しかし第１パス中の材料硬さが著しく増大
され、また／あるいは高度の重合段階に達して、さらに
露出が継続される際にさらに硬化されて挟持材料層と共
に収縮する傾向を示さなければ、マルチパスの効果は大
幅に増大される。このような高度の重合と硬さは、第１
パスに際して低透過深さ波長を使用し、第１パスまたは
後続パスの硬化を接着を生じない限り層の厚さにできる
だけ近くする事によって達成される。つぎに後続の単数
または複数のパスは接着を生じるように深い透過深さに
切り替えられる。

各パスの作図速度、および接着前の短Ｐｄのパス数と接
着を生じる長Ｐｄのパス数を変動させる事ができる。ま
た曲げの減少と所要の走査時間の短縮とを平衡させるた
めに、このアプローチにおいて複数の波長と対応の透過
深さとを使用する事ができる。代表的には、中程度の硬
さの層を形成するための透過深さは層厚さの約３０％〜
４０％である。

おそらく、層厚さの約１５％〜２５％の範囲内の透過深
さは短いＰＤ露出については適当であるが、３０％〜４
０％またはこれ以上範囲内の透過深さは接着を生じる露
出にとって十分であろう。マルチパスを使用する際に生
じる鳥の梁形成の問題の故に、この問題を最小限にする
ためにスマレイを使用する米国特願第１８３，０１５号
を参照されたい。この特願を引例とする。またこの鳥の
巣の問題を含む種々の歪を最小限にするためにウェブま
たはその他の支持体を使用する米国特願第１８２，８０
１号を参照されたい。これを引例とする。

この章に記載の実施態様の大部分は、放射線ビームによ
って、特に紫外線ビームによって硬化を実施する場合に
関するものである。放射線ビームは広い範囲の電磁スペ
クトル（例えば赤外線、可視光線、紫外線およびＸ線）
から成るビームであり、または種々の粒子（電子）のビ
ームであって、材料が放射線を吸収する反応要素を有す
る限り、この吸収によって反応を生じて材料を液状から
凝縮状態に転化させる。本発明の多くの実施態様および
アプローチにおいて、このような吸収は波長に依存しま
たエネルギーに依存するので、複数の（少なくとも２つ
の）透過深さを考慮する必要がある。放射線ビームを使
用する場合、このビームの光強さプロファイルが硬化パ
ラメータを予測するために必要である。しかし均一光強
さを有する所望の断面パタンの放射線フラッド放射線源
を使用して各断面を露出する場合前記のようなプロファ
イル依存関係を除く事ができる。この均一な放射線フラ
ッドは先にビームアプローチについて述べたように波長
、透過深さおよび相対出力に関して同様の所望の特性を
有する事ができる。この均一フラッドは、前記１５７５
特許に記載のような短アーク型水銀灯、またはキセノン
型アーク灯、またはその他種々の光源または光源組合せ
から発生する事ができる。−放射線源には、表面全体の
均一露出を保証するための拡散要素が含まれる。また露
出時間全体にわたって放射線源のエネルギー出力を制御
するフィードバックループの一部となって一定の光強さ
を保証するために、均一露出区域の中に数個の光強さモ
ニター装置（材料を硬化するために使用される各波長に
ついて１つづつの装置）が含まれる。またビームから特
定の波長を除去しまた／あるいは各波長に対応の光強さ
をある程度減衰させるために放射線通路の中に挿入され
る種々のフィルタが含まれる。望ましくない波長から望
ましい波長を選別するために、屈折格子またはプリズム
などの機器を使用する事ができる。さらに所望の断面パ
タンの放射を生じるための種々の要素を使用する事がで
きる。

説明のため、この章に含まれた実施態様の一部を下記に
纏・める。前述の好ましい実施態様は下記の２カテゴリ
ーに分類される。すなわち１）同時多重波長を実施態様
、および２）多重波長の非同時使用する実施態様。この
第１カテゴリーは下記の実施態様を含右。

１）平衡樹脂−透過深さのみ、 ２）平衡樹脂−透過深さと効率、 ３）無制御であるが予測された特性を有する多重波長（
その幾つかについては後述する）、４）制御された特性
を有する多重波長、ａ）優れた速度と硬さを得るため、 ｂ）曲げを最小限にするため。

これらすべてのアプローチは多少ともビームプロファイ
ル予測と制御とを使用している。ビームのプロファイル
能力を完全に利用するためには、予測は各波長の露出の
重ね合わせに基づく。例えば、硬化深さは、臨界露出の
測定平均値に基づくが、全露出は現存のすべての波長か
ら誘導される。

あるいは硬化深さをゲル化に必要な重合パーセン８５− トと各波長によって決定される重合パーセントから定義
する事ができる。多重波長を使用しながらこれらの予測
を成す３レベルが存在する。すなわち１）Ｏオーダ、こ
の場合各波長について予測を実施し、リストから正味予
測を選定する。　（主予測＝正味予測）−１２）第１オ
ーダ、この場合正味予測を作るために各波長の作用の相
互作用の程度に関して簡単な仮説が作られる。および３
）第２オーダ、この場合各波長によって生じた重合度に
関する詳細な計算を行い、波長間の相互を考慮し、つぎ
に結果を組合せて正味予測を得る。この方法において、
状況に対応して一部の予測はＯオーダであり、一部は第
１オーダ、他の一部は第２オーダである。

第２カテゴリーは下記の実施態様を含む。

１）最良の全体特性に基づく相異なる層厚さについてそ
れぞれ選定された相異なる波長、２）最大速度について
選定された相異なる波長、３）最大強さについて選定さ
れた相異なる波長、４）最小的げについて選定された相
異なる波長、５）マルチパス技術を使用し、ｔｆｉ　ｐ
　ｄを使用する波長によって第１パスを実施して下層に
接着する事なく高度の重合を成し、つぎに第２パスまた
はその後のパスを実施して接着を生じる方法。

６）他の任意の特性の優先のために選定された相異なる
波長を使用する方法。

選定されたそれぞれの波長は、フィルタにより、レーザ
の波長の切り替えにより、１つのレーザから他のレーザ
に切り替える事により、また他の型の放射線源を使用す
る事によって得られる。

■、　　　　　　い　　２ ＳＬＡにおいて種々の透過深さを有する第２実施態様は
光重合体２２の変更を含む。相異なる光重合体は与えら
れた波長に対して相異なる透過深さを有する。相異なる
透過深さが望ましい場合には、光重合体２２の代わりに
他の光重合体を使用する。

あるいは光重合体２２をそのままにして、これを処理す
る。

第２０図は光重合体２２が取り替えられる第２実施態様
を示す。前記のように容器２１が光重合体２２を収容す
る。透過深さの選定は、前章「透過深さ」に記載の原理
に従ってユーザまたは制御システム２８によって実施さ
れる。他の透過深さが選ばれた時、エレベータ２９が容
器２１の上端の上方にくるまでＺ方向に持ち−上げられ
る。

同時係属特願第２４９，３９９号およびＰＣＴ、ＥＰ○
特願第１８８／１８９号に記載のように、三次元部品３
０上に液体をあふれさせた後に、ドクターブレード４１
０を使用して光重合体２２を表面２３まで欠き落とす。

従来のＳＬＡにおいてはドクターブレード４１０が容器
２１に対して固着されていた。これは容器２１の取り替
えの邪魔になる。しかし本発明においてドクターブレー
ド４１０はＳＬＡのフレームに取り付けられ、このフレ
ームに対してエレベータ２９も取り付けられる。これは
容器２１の取り替えを簡単にする。

容器２１はしばらくエレベータ２９の下方にあり、この
エレベータ２９から落ちる光重合体２２の滴を捕集する
。

オプションとして三次元部品３０を光重合体浴の中に浸
漬させて、三次元部品に付着した余分の樹脂を容器２１
から除去する。

容器２１はホイール４１２と４１４を有する。この容器
２１を転動させて移動する。別の光重合体４２２を保持
した容器４２１が容器２１の仕わりにエレベータ２９の
下方に転動する。−光重合体４２２は選定された透過深
さを有する。エレベータ２９を４２１の中に降ろすと、
三次元部品３０が光重合樹脂４２２によって覆われ、三
次元部品は表面４２３から１層の厚さだけ下方に配置さ
れる。ドクターブレード４１０が光重合体４２２をレベ
ル４２３まで欠き落とす。

三次元部品３０は容器２１の取り替え中、エレベータ２
９に取り付けられたままである。層３０ｄが最後に形成
されたのであるから、光重合体４２２の面４２３におい
て三次元部品のつぎの層を形成する事ができる。容器２
１と容器４２１との交換は、別の透過深さが望ましい場
合に、光重合体２２を取り替える迅速簡便な方法である
。

第２１図は光重合体２２を他の光重合体４２２と交換す
る他のシステムを示す。別の透過深さが望ましい場合、
ポンプ４４０が光重合体２２を容器２１からくみ出して
、ホース４４２を通して保持タンク４４］の中に送る。

つぎにポンプ４４４が別の光重合体４２２を保持タンク
４４８からくみ出して、ホース４５２を通して容器２１
に送る。この光重合体取り替えシステムは制御システム
２５８によって制御されるコンピュータによって容易に
制御されて別の透過深さを得る事ができる。

第２２図は光重合体２２を取り替える他のシステムを示
す。このシステムは光重合体２２を取り替えるのでなく
、別の透過深さを与えるように処理する。

与えられた光重合体２２は別のＤ　ｐ、値を有するよう
に変更する事ができる。例えば光重合体２２に対して光
重合開始剤を添加すれば、光重合体２２の各レベルにお
いて吸収される光の量４４が増大し、Ｄｐ値が低下する
。浅い透過深さが望ましければ、光重合開始剤タンク４
６２から光重合開始剤３５０を容器２１に添加する。深
い透過深さが望ましければ、樹脂タンク４６４が樹脂４
６６を容器２１に加えて、光重合開始剤３５０の濃度を
低下させる。

下記は材料を変更する実施態様のまとめである。

１）前記の多重波長を使用する実施態様と同様、２）三
次元部品の形成段階間の樹脂切り替え、３）三次元部品
の形成中の樹脂切り替え、ａ）三次元部品をストリッピ
ングしない場合、ｂ）三次元部品をストリッピングする
場合、４）樹脂に対して他の要素を添加する方法。

各樹脂パラメータファイル（各樹脂につき１づつのファ
イル）と共にビームプロファイラ−を使用する事ができ
る。

Ｖｌ、　　ビームプロフ　　ル 前記の各実施態様に対して本発明の他の特色を実施する
。すなわち硬化パラメータを予測するために樹脂パラメ
ータと共にビームプロファイル情報を使用する。一般に
、レーザビームのプロファイルまたは断面光強さは一定
でない。これは標準的立体平版技術の実施に際して成さ
れるように、ビームが小スポットに集束された場合にも
真実である。例えばレーザビームの中に光強さは中心部
で最も高く、中心部から遠ざかるほど低くなる。

ビームのプロファイル特性を種々の樹脂パラメータと共
に考慮に入れれば、前記の実施態様の種々の特性を増進
しまたこれらの実施態様の追加的利点を生じ、またその
ために必要である。さらに、またビームプロファイル情
報と種々の樹脂パラメータとの組合せは、前述のＳＬＡ
の単一波長アプローチを自動化するための強力な手段で
ある。

ビームプロファイリングは同時係属時ｌ！ｌｔＳ、　　
Ｎ。

２６８．８１６号に記載されている。この特願は本特願
の一部継続特願である。この引用特願を引例とじて加え
る。

第７図は光ビーム４４の断面方向に見て表面２３上のス
ポット２７内部のビーム光強さ（ビームプロファイル）
の簡単な変動例を示す。この実施例において、単位面積
当りビーム出力（光強さ）はビームの中心からの半径方
向距離の関数である。中心１５０は光強さが最大の部分
である。この区域において光強さは一定であってＩ　ｍ
ａｗを有すると仮定される。リング１５１と１５２の間
の区域は中心１５０より幾分低い光強さを有する。この
区域の光強さが均一でＩ　ｍａｘ　／　１Ｂを有するも
のとする。リング１５２と１５４の間の区域も一定であ
るが前の区域より低い光強さを有する。この一定の光強
さは工。ａｘ／ｅ２である。一般に、ビームの幅は、そ
の光強さが■ｆｆ１８８／ｅ２以下に落ちた時のビーム
直径と見なされる。従ってこの実施例の場合、ビーム直
径はリング１５４と見なされる。リング１５４と１５６
との間の区域も均−強さ工、、、ａＸ／ｅ３を有すると
見なされる。

第８図は第７図の８−８線に沿ってとられた光強さ工の
棒グラフである。中心１５０は棒１６０によつ０３− て示される置火光強さＴであって、ビームが時間（１）
単一点に露出された時の最高露出（光強さ（■）Ｘ時間
（Ｔ））の得られ点である。Ｘ軸線は第７図の８−８線
に沿った位置を示す。同様にリング１５２はそれぞれリ
ング１５２の右側と左側の棒１６２ａと１６２ｂによっ
て示されるつぎに高い光強さ区域を含み、またつぎに多
い露出量を示す。同様に棒１６４ａと１６４ｂはリング
１５４を横断する光強さを示めす。最後に棒１６６ａと
１６６ｂはリング１５６と線８８との交点の強さを示す
。

第８図の棒グラフはビームのそれぞれの放射方向位置に
おける表面２３の光強さ■０を示す。光強さ分布によっ
て生じる露出は、露出時間とビームが液体の表面に沿っ
て移動されるかいなかに依存している。ビームが静止し
ていれば、その位置における露出は単にその位置の光強
さＸ材料放射時間である。この実施態様において、光強
さは放射方向距離の関数であり、従って露出はこの放射
方向距離関数×スケールファクタとなる。第８ａ図はこ
の露出を相対ユニットととして示す。移動するビームの
場合、露出／光強さの相互関係は幾分複雑になる。種々
の光強さ区域を有するビームによって速度Ｖで横断され
る点における露出は、その点を横断する各光強さ区域の
光強さ×各光強さがその点を露出する時間の累計である
。例えば、ビームの中心が線９に沿って速度Ｖで移動し
、ビームの一部が点（ｐ）に交わるとすれば点Ｐに与え
られる露出は下記の式によって表される。

露出（点ｐ）　＝＝Ｓｕｎ　（Ｉ（ｎ）１％１Ｉ（ｎ）
　）／　ｖ＝　（０１６６）＊Ｗ（１６６）＋０１６４
）＊Ｗ（１６４）　＋Ｉ（１６２）＊Ｗ（１６２）　＋
（１６０＊Ｗ（１６０））／ｖここに、Ｉ　（ｎ）は区
域ｎの光強さ、Ｗ（ｎ）はビームがラインＱに沿って走
査する際に点Ｐと交わる区域ｎの幅、またＶはビームの
走査速度を示す。点ｐがライン２から第７図のライン１
５０の半径内部（区域１６０内部）において移動する場
合、すべての光強さ区域がこの点における露出に貢献す
る。

各区域のＷ（ｎ）値は非零である。点ｐが線９から半径
１５０と１５２の間の距離をもって離間すれば（区域１
６２）、外側の３区域のみが露出に貢献する。

その場合すべてのＷ（ｎ）値はＷ　（１６Ｂ）以外は非
零である。同様に、点Ｐが線Ｑから半径１５２と１５４
の間の距離をもって離間すれば（区域１６４）、外側の
２区域のみが露出に貢献する。この第３の場合、Ｗ　（
１６４）とＷ　（１６６）のみが非零である。最後に、
点ｐが線Ｑか−ら半径１５４と１５６の間の距離をもっ
て離間すれば（区域１６６）、外側の最外側区域のみが
露出に貢献する。この最後の場合、Ｗ　（１６６）値の
みが非零である。第８ｂ図は、線１から相異なる放射方
向距離に配置された一連の点に沿った相対ユニットにお
ける露出を示す。走査による露出（この型のプロファイ
ルの場合）は、相異なる放射方向距離における相対露出
の幅を狭くする傾向がある。

第９図は第８ａ図と、第７図の８−８線にそった光重合
体２２の断面とを並置した図である。この断面は第３図
と同様の同一時点（静止ビーム）によって得られた区域
８４の拡大図である。第３図に図示のように、第９図の
区域８４は表面２３の下方距離Ｐｄまで光重合体２２を
ゲル化するに必要な臨界露出Ｅｃを受けた時点を示す。

第１０図はこれより後の第４図と同一時間にとられた図
である。この時点において区域８６は臨界露出Ｅｃを受
けてゲル化した状態にある。区域８４はＥＣよりはるか
に多量の露出を受け、−層凝縮性の重合体に重合してい
る。

第１１図はさらに後でとられた図であって、第５図と同
一時点である。この場合、区域８８は隣家値露出Ｅｃを
受けてゲル化している。区域８６はＥｃより多量の露出
を受け、さらに凝縮性の重合体である。区域８４はＥｃ
より非常に多量の露出Ｅを受けているので、はるかに硬
い重合体である。

弐Ｅ（ｄ）＝ＥＯ／ｅ””を使用して、臨界露出が到達
した深さを計算する事ができる。第９図、第１０図およ
び第１１図のＸ軸線に沿った各位置において、この深さ
が少なくともゲルに固化した状態の光重合体２２の形状
を決定する。この形状の底部１７４は、光重合体ｘ時間
（露出）が最大となった中心における最深部（最大ｄ値
）である。実際上、この底部１７４は、これらの図の棒
グラフによって示されたよりは、丸くなるに違いない。

実際のプロファイルにおいて光重合体いは中心１５０か
ら外側リング１５６まで連続的に変動するからである。

下記は、底部１７４の形状およびサイズを求める計算例
である。表面露出Ｅ（０）によって生じた硬化深さｄを
確定するため、深さｄは露出がＥｃまで落ちた深さでな
ければならない。従って既知の臨界露出値から、硬化深
さを下記のように確定する事ができる。

Ｅ（ｄ）＝Ｅｏ／ｅ”Ｄｐ　　であり、またＥ（ｄ）＝
Ｅｃであるので、ｄ　＝Ｄｐ　−Ｉ　ｎ　　（Ｅ　Ｏ／
Ｅ　ｃ）が得られる。

例えば第６図の作動曲線において、Ｅ　（ｃ）　＝１６
ミリジユール／ｃｍ２であるので、透過深さは７．０ミ
ルであり、また第７図の半径１５０（第８ａ図の区域１
６０）中の光強さに対してＥ（０）＝２５６ミリジユー
ル／　ｃ、２とす九ば、下記の硬化深さｄが得ら九る。

δ＝７．Ｏ＊　　Ｌ　ｎ　（２５６／１６）＝　１９．
４ミル 従って、底部１７４は表面２３のスポット２７の中心１
５０の下方１９．４ミルに存在する。もしＥｏをＸ−Ｙ
軸９７− 線の関数として得られるならば（Ｅｃを一定とする）硬
化深さＰｄをＸ−Ｙ位置の関数として確定する事ができ
る。

第６図に見られるように、作動曲線は一定の最小硬化深
さまで連続線としてプロットされ、この点より下方の硬
化深さにおいて、曲線は破線である。このような曲線は
一般に第１６図に図示のようなｄ１物体を形成する事に
よって得られる。このような物体は数本（一般に５本乃
至９本）のストリングを有し、各ストリングが既知の相
異なる露出によって作られる。これらの露出は通常２つ
の相異なる露出のファクタとして決定される。これによ
り、広範な硬化深さと露出を少数のストリングによって
カバーする事ができる。これらのストリングは一般に２
つの方法のいずれか一方によって作られる。第１法は、
既知のプロファイル、既知の全出力および既知の走査速
度を有するビームの１回の走査によって各ストリングを
作図する。これらのパラメータから、最大露出ラインと
このラインでの露出量を確定する事ができる。第２法は
、９８ 複数の少し片寄ったパスを使用して各ストリングを作図
するにある。これらのパスの数は、各ストリングのビー
ムの幅より幾分広い均一露出区域を生じるのに十分であ
る。これらの均一露出区域のそれぞれの露出量は、ビー
ムの全出力、カバーされる区域のサイーズおよびこの区
域の走査時間から確定される。均一露出区域は均−深さ
区域を生じる。この均−硬化深さ区域の存在により、走
査パラメータを合理的に選定する事ができる。いずれの
場合にも、各ストリングの既知の露出区域から硬化深さ
を確定する事ができる。これらの硬化深さをそれぞれ露
出の自然対数に対してプロットする。好ましい樹脂はベ
ールの法則に（特定範囲において）従うので、これらの
プロットの形成する直線から、その傾斜（透過深さ）と
Ｘ−交点（臨界露出）とを確定する事ができる。これら
のストリングは粘性材料中において形成されるので、光
重合体の容器から一体を成して除去される程度の最小限
凝縮硬さを有しなければならない。各樹脂は与えられた
硬化深さ（露出の特定の波長）に対して相異なる凝縮硬
さを有するので、各樹脂はこれから（合理的条件で）除
去されるストリングの相異なる最小厚さを示す。合理的
条件とは、自重による最大歪に対して設定された許容差
に関連する。前記の最小厚さは、樹脂に関する数要因に
関連し、これは使用される波長に対するその透過深さ、
その粘度、樹脂を包囲する雰囲気などである。

この最小厚さは最小有効正味露出を示したものとみなす
事ができる。曲線の破線部分は、ゲル化材料が樹脂から
除去されうる区域を示す。この曲線部分は臨界露出と最
小露出としての幾分大きな露出との間の露出値に対応し
ている。曲線の連続部分は、ストリングが形成され除去
される区域を示し、従って露出がその最小値を越える区
域を示す。

正確な硬化深さを予測を成すため、ピーク露出の正確な
測定を必要とする。静止ビームの場合、これはピーク強
さの正確な測定に対応する。走査ビームの場合、これは
走査方向に対して平行に光強さ要素サイズによって測定
された光強さ要素の合計に対応する。一般に、ピーク光
強さを含むラ１ｎｌ− インは最大硬化深さを生じるラインである。走査ビーム
によって生じるその正味露出は、静止ビームの場合より
も、ピーク光強さの誤差変動の影響を受けにくい。しか
し、これらのアプローチのいずれも光強さプロファイル
とピーク光強さ値の相当に正確な知識を必要とする。第
７図において、リング１５０の中の光強さがピーク値に
等しい一定値を有すると仮定した。これは合理的な仮定
であったかも知れないし、そうでなかったかも知九ない
。

リング１５０の中において、ピーク値とされた平均値よ
り大またはより小の光強さ値を有する小区域があったか
も知れない。この値がピーク値である事について過てい
るとすれば、過小評価された各係数２について透過深さ
の７０％までを減少させる事ができるかもしれない。例
えば第７図において、プロファイルは４区域に分割され
、各区域が相互に係数ｅまたは１　／　ｅをもって相違
している。第７図に図示のビームサイズと各区域の面積
とエネルギーとから、下記の表が得られた。

区域　全面積の％ １６０　　　・７．４ １６２　　２２．４ １６４　　２２．９ １６６　　４７．３ 光強さ　　全出力の％ Ｈｍａｘ）　　　　３５．１ １（ｍａｘ）／ｅ　　　３９．Ｉ Ｈｍａｘ）／ｅ２１４．６ Ｈｍａｘ）／ｅ３１１．２ 前記の表から、順次に中心に近いリングを知らなくても
、ピーク光強さを得る事ができる。またこのアプローチ
によって硬化深さの中に導入されうる誤差の量を予測す
る事ができる。

ピーク区域 １６０　＋　１６２ １６０　＋　１６２ ＋１６４ １６０　＋　１６２ ＋１６４＋１６６ ＋　１６４　＋　１６６ 全面積の％　光強さ　Ｃ，Ｄ、の誤差 ２９．８　　５２．５％Ｈｍａｘ）　　７０％　Ｄｐ５
２．７　　３５−４％Ｉ（ｍａｘ）　　１０３％　Ｄｐ
００ ２１．１％Ｉ（ｍａｘ）　　１５５％ｏｐ前記の表は、 最大光強さの適正な確定が硬化深 さに対して有する重要性を示す。適当な硬化深さを保証
するためには、ピーク光強さ点に近い単位長さあたりの
光強さ変化率に対して比較的小さな面積の要素を選定し
なければならない。サンプルのサイズを十分に小さくす
る１つの方法は、プロファイル測定を実施し、ピーク光
強さ値が数区域（セル）においてほぼ同一となるように
するにある。均一離間セルのグリッドを使用し隣接４セ
ルがほぼ同一の最大読み値を生じるならば、ピーク光強
さが適正に発見されたとみなしても安全であろう。もし
これ以上の安全余裕が望ましければ、ピークと思われる
セル包囲する９個またはこれ以上の隣接セル（ビームが
幾分放射方向に対称的であり単一のピークを有するとす
れば、正方形形状のセル）を見て、これらすべてのセル
の比較的均一な読み値を得る事ができる。幸いにして、
走査ビームによる露出はピーク強さの偏差に対してはる
かに敏感でないので、一般にピーク値のある程度の誤差
があっても問題ではない。

立体平版技術について好ましい材料は一般にある程度の
硬化深さ／透過深さの組合せまでベールの法則に従う。

すなわち、特定の硬化深さまで硬化するために有効な透
過深さについて、樹脂はこの硬化深さを越えるまでベー
ルの法則に非常によく従う。例えば、イリノイ人　デプ
レーヌのデッド社製の５ＬＲ−８００を厚さ約５または
１０ミル〜約３０ミルの層について使用すれば、３２５
ｎｍの波長で硬化した場合に約７ミルの透過深さを示す
。この範囲内において樹脂はベールの法則によく従うが
、約４０ミルの硬化深さにおいて、材料は指数法則によ
って予測されるより強い吸収を開始する。

硬化深さがゼロとなるＸ−Ｙ位置を確定する事によって
硬化幅を確定する事ができる。これらの遷移点によって
形成されるバタンか硬化した材料の幅（ｘ−ｙ寸法）を
確定する。与えられた区域によって露出が臨界区域より
低ければ、前記の式を使用すればゼロ硬化深さと解釈さ
れる負の硬化深さを生じる。ビームプロファイルと硬化
深さを使用して硬化幅を確定する際には、臨界露出より
も最小露出Ｅｍに基づいて硬化深さを確定する方が正確
である。硬化深さを考慮する際に、臨界露出より少し高
い露出は何ら有効な固化材料を生じない。同様に、硬化
幅を考慮する際に、臨界露出に近づくに従って、有効な
固化材料がけせされない。ビームと走査技術を使用して
Ｅｃの近くで高露出から低露出への急速な遷移を生じる
ならば、Ｅ（ｃ）を使用して予測される硬化幅が満足な
結果を与える。しかしビームと走査技術を使用してＥｃ
の近くで高露出から低露出へ遅い空間還移を生じるなら
ば、Ｅｍを使用して予測される硬化深さの方がよい予測
を与える。

硬化幅の正確な予測を成すためには、予測される硬化深
さを確定しようとする精度の少なくとも約２倍に近い空
間間隙における光強さ測定値から成る光強さプロファイ
ル情報を持っていなければならない。

前記の実施例の大部分は静止ビームによる露出に基づく
ものであったが、表面露出の確定が１度なされると、硬
化深さと硬化幅の確定の残りの段階はビームが静止して
いても走査していても同様−ＩＯ！ｌ）− である。

臨界露出Ｅｃを減少させ、またＥｃを一定に保持しなが
ら透過深さＤＰを増大させると特定の時点において底部
１７４の形成される表面２３の距離ｄを増大させる。そ
の量は弐Ｅ　（ｄ）＝Ｅｏ／ｅ””によって予測され、
この−式において、Ｅ（ｄ）＝Ｅｃとする。特定の表面
露出ＥＯと特定の臨界露出を保持しながら透過深さＤＰ
を調節する事により、各区域での底部１７４の深さを調
節する。またこれにより、区域８６の凝縮プラスチック
と区域８８のゲルとの間の遷移深さ１７２を変更する事
ができる。同様に区域８４の非常に可塑性のプラスチッ
クと区域８６の凝縮性プラスチックとの間の遷移深さ１
７０を調節する事ができる。

またこれらの遷移深さは前記の式においてＥ（ｄ）の代
わりにＥｃ・二１およびＥＣ−ｅ２をそれぞれ置換する
事によって容易に決定する事ができる。曲線１７４．１
７２および１７０は固化材料の実際の物体に対応しない
と思われる。ビーム強さの不連続が存在しないと思われ
るからである。

透過深さを変動する事により、従って部分的に０１ｊ 固化したプラスチックの各区域の位置を調節する事によ
り、ゲル化材料の全体重合パーセントを変更させる事が
できる。従ってゲル化材料の全体生硬さも変更される。

このような全体生硬さの変更により、また同化材料層の
厚さを通しての重合延在グラジェントの変更により、こ
の厚さの材料が曲げモーメントに抵抗する能力が変更さ
れる。与えられた硬化深さに対して透過深さの増大は重
合パーセント、生硬さおよび曲げモーメント抵抗を低下
させる傾向がある。しかし同様の硬化深さに対して、透
過深さの増大は重合パーセント、生硬さおよび曲げモー
メント抵抗を増大する傾向かある。

要約すれば、第７図よりもさらに詳細なビームプロファ
イルを使用すれば、底部の形状と遷移をさらに正確に予
測し制御する事ができる。走査ビームから正確な予測を
成すためには、与えられた点における正味露出を確定す
るためにこのビーム運動を考慮しなければならない。１
つの点における正味露出は、点Ｐを通り走査方向に対し
て平行な線に沿ってとられた各要素の露出の合計である
。

従って露出が正確に確定されるならば、有効硬化深さと
硬化幅を得る事ができる。

米国特許箱４，５７５，３３０号に記載のように、ＳＬ
Ａの中の放射ビームは光重合体２２の表面２３に沿って
走査して１つ、の層を硬化させる。第７図のダイヤグラ
ムは光ビーム４４の強さプロファイルを示す。

もしこのビームが第８ａ図に図示のように静止していれ
ば、このパタンに露出時間を掛けた値はこのような静止
ビームの露出パタンを示す。しかし代表的なＳＬＡの中
の光ビームの運動の故に、第７図の光強さパタンは第８
ｂ図と類似の露出バタン生じ、これは区域１５０の中心
に対応する運動通路の中心における最高露出棒グラフを
示す。またこのダイヤグラムは、静止ビーム露出の場合
よりも、中心からの距離に伴って相対露出の急激な低下
を示す。実際に使用する場合、レーザビームの断面の強
さグラジェントは破線ではなく連続線である。

従って前記の例において、運動するビームの実際のパタ
ンは、運動通路の中心に近い最高露出から１０９− 外側縁の最低露出まで減衰する。

走査レーザビームにおいて、全体露出は部分的に運動速
度を制御する事によって制御される。与えられた点にお
ける露出は走査速度に逆比例する。

本発明のＳＬＡにおいては、ビームプロファイルは同心
でな−くてもよい。例えば、最高光強さが中心からはず
れ、または実際に複数のピーク光強さ区域が存在しても
よい。静止ビームの二次元光強さプロファイルは同心で
なくてもよいが、ビームを種々の方向に走査する事によ
って得られる一次元合計光強さプロファイルが類似の特
性を有する事が極めて望ましい。これらの−次元プロフ
ァイルが走査方向に関わらず同等であって、その１つに
対して対称的である事が極めて望ましい事はもちろんで
ある。つぎに走査ビームが走査方向に関わらず、層厚さ
の１０％および公称幅の１０％の許容差以内で類似の硬
化深さと硬化幅とを生じる事が望ましい。これにより走
査方法とは独立に、システム中に使用される露出パラメ
ータを確定し制御する事が可能となる。ビームがこれら
の要件を１１０ 満たさなければ、これらの要件を満たすようにレーザお
よび／または光学装置を調節する。この要件があまりに
負担になれば、相異なる走査方向の間の差異を調節する
ため、これらのビームプロファイル特性を露出制御シス
テムの中で混合する事ができよう。

下記の表１は実際のビームプロファイルの１例であって
、それぞれの数が測定点グリッド中の表面光強さＩＯを
確定する。

０１００ １２００ ２８３１ ３１１２０ ０２１１ 表−一よ 各点における光強さはその点における出力であって、こ
れは確定された数（各点の値の合計がビームの実際の全
出力に相関されるように正規化を必要とする）を各点に
よって示される面積に割った値である。ビームが図の左
から右側に一定速度で移動する場合には、数の列を左か
ら右に加算してこの列の正味光強さ値を確定する事によ
って、このプロファイルの露出バタンか確定される。こ
の正味光強さ値に、１つのセルの長さを横断する時間を
掛ける。−このようにして、各列の合計値を右端の列の
対応数字として得た。

００１００１１ ０１２０旧３ １　２　８　３　１１　１５　　　　　　表−１ａ０　
３１１　　２　０１　１６ ００２１１１４ ところで、企画化定数を１とし、１つのセルを横断する
時間を１とする。従って右端の列の数字は、指示された
方向に走るビームによる露出（および合計光強さ）を示
す。この運動によって横断された水平スワスは第１２ａ
図において露出パタンを示す。ストライプ２０６が最高
露出を有し、またスドライブ２０４がこれより低い露出
を示す。これらのストライプ２０６と２０４の上下にお
いて露出は急激に減衰する。これらのストライプ露出は
各ビームプロファイル露出を左から右に加える事によっ
て与えられた比例関係にある。

Ｅ２００：　　Ｅ２０．２：　　Ｅ２０４：　　Ｅ２０
６：　　Ｅ２０８：　　：１：３：１５：１６：４ 前記の表１ａの５水平合計がミリジュール／Ｃｍ２で現
した各ストライプの露出とすれば、第１２ａ図の走査通
路の硬化深さは式Ｅ（ｄ）＝Ｅｏ／ｅ””を使用して確
定する事ができる。硬化深さは臨界露出Ｅｃに丁度到達
した深さである。透過深さを７．０ミルとし、臨界露出
を２ｍｊ／ｃｍ２とすれば、露出ＥＯが１５ｍｊ／ｃｍ
２となるストライプ２０４の硬化深さは下記の式によっ
て与えられる。

ｄ　＝　Ｄｐ・１〜（Ｅ　ｏ／　Ｅ　ｃ）＝７．Ｏｘ　
１　〜（１５／２）　　＝１．Ｏｘ　２．０＝１４．０
ミル従ってストライプ２０４下方のゲル化区域の底部は
表面２３の下方１４．０ミルとなる。

同様に、表１のプロファイルを有するビームが１１３ 図面の上から下に向かって一定速度で移動すとすれば、
表面露出は下記の表１ｂのように表面露出Ｅｏの値の列
を合計する事によって得られる。

０１００ １２００ ２８３１ ３１１２０ 表−１ｂ この運動によって横断されるスワスは第１２ｂ図に図示
の露出パタンを示す。このパタンは殆ど対称的であって
、スワスの中心ストライプ２１４が最高露出を有する。

５ストライプの露出は運動速度に対応して下記の比率の
値を有する。

Ｅ２１０：Ｅ２１２：Ｅ２１４：Ｅ２１６：Ｅ２１Ｂ：
：１：６：２４：６：２同様に、前記のビームの走路が
図面の右下に向かって対角線的に移動する場合には、露
出パタンは表面露出Ｅｏの対角線方向に配列された値を
加算する事によって下記の表に示されたようになる。

　００ ００ ８　３　１　１０ １１　２　　Ｄ　　／２ ２　１　　１　１５ ／１２ ／１４ ６ ０ 表−」−に の運動によって描かれた対角線通路は第１２ｃ図に示さ
れた露出パタンである。セルの幅は、測定点の間隔が小
さいので、係数１／ｖ２だけ変化している。露出を確定
する際にこの係数を考慮に入れなければならない。スト
ライプ２２６が最高露出を有し、ストライプ２２８がこ
れより少ない露出を持つ。これらのストライプ２２６と
２２８の両側において露出は急激に減衰する。これらの
ストライプ露出は、図面の左上が右下に各露出を加える
事によって下記の比例関係にある。

Ｅ２２０　：　Ｅ２２２　：　Ｅ２２４　：　Ｅ２２６
：　Ｅ２２８　：　Ｅ２３０　：　Ｅ２３２　：　Ｅ２
３４：　Ｅ２３６０：　　Ｏ：　　６：１４：１２：　
　５：　　２：　　Ｏ：　　０この実施例において、外
側のストライプ２２０．２２２．２３４、および２３６
はそれぞれゼロ露出を受けるので、第１２ｃ図は他の５
ストライプに限定される。

先に述べたようにこれらのストライプはレーザビームの
走路に沿った連続的露出変化の段階的表示にすぎない。

前記の光強さプロファイルおよび対応の光強さプロファ
イル合計値は、最大合計光強さ最大値の両側のプロファ
イルの対称性および全体ビーム幅に関しである程度具な
った結果を与えている。従ってこのような分布は二、三
の点を表示するためには役立つが、ＳＬＡが走査方向に
よって露出の変動を補正するためのソフトウェアまたは
ハードウニエアを有しない限りＳＬＡの中に使用するに
は適当でない。このような性能は本発明のＳＬＡソフト
ウ・エアにおいてはまだ実現されてはいないが容易に得
られる。本発明のＳＬＡは走査速度を変更する事によっ
て露出を制御する。またこのＳＬＡはベクトル×ベクト
ルベースで走査するので、従って走査方詞に基づいてプ
レコンパイルされた相対露出リストに走査方向を合致さ
せて、合計光強さ分布の対称性の欠損を補正するように
露出を調整するに必要なパラメータを　　　する事は容
易である。この検索表はその表の中に存在しない走査方
向の値を補間して小数の補正値のみを必要とする。ビー
ムプロファイル特性を利用する好ましい実施態様におい
て、各セルの間隔はＸ軸およびＹ軸に沿って１〜４ミル
としまた各軸線に沿って１０〜２０セルが存在する。こ
れによって、１０ミル×１０ミル〜８０ミル×８０ミル
の範囲をカバーする１００〜４００セルの正方形が形成
される。一般に使用されるビーム直径は１０ミルのオー
ダである。また−般に各セルは光強さ値を大体４マグニ
チユードオーダで記録する事ができる。

１７− 露出バタンか知られると、これらの露出および／または
合計光強さプロファイルは、スキンフィルの作成に関す
るＳＬＡ性能を最適化するようにフィル区域（すべての
面積が露出される区域）を形成するようにバタン処理す
る事ができる。この最適化工程は下記の二、三のパラメ
ータを平衡させるにある。１）均一厚さのスキンを製造
する必要、２）スキンフィルベクトルの数を適正範囲内
に保持する必要、および３）二、三の走査速度上限を越
えない必要。例えば第１２ｂ図の露出バタンか得られる
場合、隣接４トレースは同一の露出バタンを４回繰り返
す。

Ｇ６：２４：６：２１：６：２４：６：２１：６：２４
：６：２１：６：２４：６：２しかし６平衡トレースか
ら成る各セットの外側の２ストライプが重なり合わされ
る場合、この重なり台は平行スキンベクトルを作図する
際の若干の片寄りに作用する。各セルが２ミル平方を成
す場合、重なり合わない場合にはベクトルの片寄りは１
０ミルであり、２つのストライプが重なり合う場合、片
寄りは６ミルである。同一区域の累積露１１８− 出パタンか従来よりも不均一になるが、なは非常 に均一である。

求める均一性を与える累積露出が得られるまで、この重
ねあい工程をさらに続ける。例えば３重なり合いストラ
イプは下記の累積露出を生じる。

１６２５１２２７１２２７１２２７１２２７、、．１２
２６６２゜これに対して４重なり台ストライプはの重な
り合いは下記を生じる。

１７３１３７３９３９３９３９　、、、３９３２８２前
記の実施例にいて４ストライプの重なり合いは最も均一
な露出を生じ、従って最も均一な硬化深さを生じる。し
かしこの程度の重なり合いの場合、フィルベクトルの間
の片寄りは１セルであって、この場合１セルは２ミルで
ある。ベクトルが相互に近接するに従って、与えられた
面積をカバーするには、より多くのベクトルを必要とす
る。

従って作図前にベクトルを記憶しなければならないなら
、ベクトル記憶ファイルのサイズは過度の大きくなる。

その故にベクトルの作製前に特定の片寄りが必要である
事を確認しなければならない。

これは大きな片寄りを使用すれば、記憶する必要のある
ベクトル数が減少するからである。この実施例の場合、
特定状態において３ストライプの重なり合い（２ストラ
イプの片寄り＝４ミル）は十分な硬化均一性を生じるの
で、この間隔を使用すれば必要記憶量は１／２　となる
。スキンフィル間隔を確定する際に考慮すべきもう１つ
の問題は、ビームを制御的に移動させる走査速度の限界
がある事である。従って、スキンフィルを作製するため
に使用できる最小限度のベクトル片寄りが存在する。Ｇ
ｅｎｅｒａｌ　Ｓｃａｎｎｉｎｇ反射鏡を使用する５Ｌ
Ａ２５０の場合、合理的な最高走査速度はだいたい毎秒
３２インチである。Ｇｒｅｙｈａｗｋ走査鏡を使用する
５ＬＡ５００と呼ばれる大型の立体平板装置の場合、最
大走査速度はだいたい毎秒１００インチである。これら
の速度はビームプロファイルに従って幾分上下に調節で
きる。例えば第６図のグラフについて、特定の硬化深さ
を得るためには特定の露出が必要である事を述べた。必
要露出Ｅと、レーザ出力り。

Ｐ、と、最大走査速度が既知であれば、最近（最小）ス
キンフィルベクトル間隔（片寄り）を確定するために下
−記の式を使用する事ができる。

最４１間隔＝Ｌ、Ｐ、／　（Ｅ　＊最大速度）例えば、
５ミルの層厚さを有し対応のスキンフィル深さを得よう
とするなら、第６図のグラフに示されるように、約３２
ｍＪ／ｃｍ２である。使用されるレーザの出力が全出力
２０ｍＷのビームであって最大走査速度が毎秒３２イン
チ（８１ｃｍ／秒）とすれば、最小フィルベクトル間隔
は、 ０．０２０／（０，０３２零８１）−０，００７７ｃｍ
　＝３ミルとなる。

ビームの光強さプロファイルに対応して、この最小限ベ
クトル間隔またはさらに大きな間隔を使用して合理的に
均一な硬化深さを得る事ができる。

他方、最大作図速度が毎秒１００インチ（２５４ｃｍ／
ｉｎ）で１２１− ありレーザ出力が４００１とすれば、同−硬化深さに対
する最小ベクトル間隔は０．１００／（０，０３２＊　
２５４）０．０１２３ｃｍ　＝　４．８ミルとなる。約
１０ミルのビーム直径の場合、この最小ベクトル間隔は
均−硬化深さの区域を生じるために若干の困難を伴う。

所望の均一性を得るためにこの最小ベクトル間隔が大き
すぎれば、これより小さい最小値を使用できるように前
記の式のパラメータの１つを変更しなければならない。

特定の硬化深さに対して大きな露出を得るため、レーザ
出力を減少させあるいは波長または材料を変更する事が
でき、あるいは最大走査速度を幾分増大させる事ができ
る（精度の損失を伴って）。さらに、これらのパラメー
タは変更を必要とするのみならず、これらの変更を成す
性能をシステムの中に組み込む事ができる。例えば、三
次元部品の形成中に、レーザから走査鏡まで走るビーム
通路の中に減衰装置を挿入する事によってレーザ出力を
変更する事ができる。この減衰装置はコンピュータ制御
によって必要に応じて挿入しまた引き出す事ができる。

この減衰装置は、ビ１２２ 一ム通路の中にどの程度挿入されるかに従って相異なる
不透明度を有する事ができる。この方法は、単一の不透
明素子が使用される場合のように形成速度の過度の損失
を生じる事なくベクトル間隔を十分に短縮せる事ができ
る。他の方法は、５ＬＡ５００上に使用される５ｐｅｃ
ｔｒａ−ＰｈｙｓｉｃｓまたはＣｏｈｅｒｅｎｔ　Ａｒ
ｇｏｎ　Ｉｏｎレーザを使用するなどしてレーザの放射
（従ってその出力）を直接制御するにある。

さらに他の方法は、相異なる作動曲線、従って相異なる
露出を得るため、一部の波長のエネルギー出力を減衰す
るフィルタを使用するにある（多重波長レーザが使用さ
れる場合）。他の方法は、レーザの放射線をその種々の
波長間において切り替えて最適波長を使用する自動的方
法および装置である（前記のアルゴンイオンレーザの切
り替えはレーザ通路内部においてプリズム角度を変更す
る事によって可能である）。前記の考察から明らかなよ
うに、スキンフィルベクトルの間隔はビームプロファイ
ル特性を使用する事によって最適化する事ができ、また
必要ならば一部の形成パラメータの変更あるいはこれら
のパラメータの自動的制御と変動を使用できる。

特定の露出の結果、特定の硬化深さに達する。

従って、硬化される区域の与えられた幅をカバーするフ
ィルベクトル数を増大すれば、同一の露出を得るために
−は走査速度も増太しなければならない。従って、与え
られた硬化厚さと、与えられた使用波長と　与えられた
使用樹脂に対して、その区域を所望の深さまで硬化させ
るに必要な露出量がある。この区域をカバーする与えら
れたレーザ出力およびベクトル数に対して、所望の露出
量を生じるに必要な走査速度がある。

ビームプロファイラ−を使用して得られる本発明の多く
の追加的改良と改善がある。

第１に、本発明におけるビームプロファイラ−はパンジ
ヨウ・トップを使用して臨界露出ＥＣと透過深さをさら
に正確に確定する事ができる。パンジヨウ・トップから
透過深さと臨界露出Ｅｃを得るに必要な露出量をさらに
正確に知るためビームプロファイラ−が使用される。基
本的に深さｄを測定すべきストリング部分の表面露出Ｅ
Ｏをさらに正確に測定する事ができる。第１６ｂ図の例
は、各ストリングの底部が均−深さであるべき事を示す
。これは、ビームの光強さを均一とみなしたからである
。一般に露出が均一でないので、これらのストリングは
一般に湾曲した底部を有する。最大深さ区域は最大露出
区域に対応する区域である。

例えばビームプロファイラ−は使用されたビームが表１
６ａのプロファイルを有する事を見いだす。

ビームが走路３３４に沿って付図の下方に走査するとす
れば、ストリング３３６の断面（シルエット）は表１ｂ
の合計値に基づく変動深さｄを有する。ストリング３３
６の断面の中心は、その縁部分より多くの露出を受けて
いるので、最も深い。ストリング３３６の最も深い部分
が他の部分より近接しやすいので、測定される。表１ｂ
における合計値２４はストリング３３６の最も深い部分
、すなわち中心に対応する。

表１ｂに図示のゆに、ストリングの中心の１１５は全露
出の２４／３９を受ける。ストリング３３６に加えられ
る表面露出ＥＯが１０ｍＪ／ｃｍ２とすれば、ストリン
グ３３６の中心１１５は（２４／３９）　・１０ｍＪ／
Ｃｍ２または６．１５ｍＪ／ｃｍ２を受ける。この単位
面積あたりの露出量を、作動曲線のプロットのため、ま
たは硬化深さの確定のため、ＥＯとして使用する。

第２に、本発明におけるビームプロファイラ−はパンジ
ヨウ−・トップを必要とする回数を低減させる。与えら
れた重合体およびレーザ（単一波長）に対して最初のパ
ンジヨウ・トップが作製されると、光強さの変動を補正
するためにビームプロファイラ−が使用される。ビーム
プロファイラ−が使用されなければ、パンジヨウ・トッ
プを頻繁に作製しなければならない。ビームプロファイ
ラ−を使用して、各波長の光強さ変化を測定し、これに
対応してビーム走査速度を変更する。ビームプロファイ
ラ−は硬化深さと硬化幅を予測するに必要な情報を与え
る。既知の透過深さと臨界露出を有する樹脂について、
ビームプロファイラ−が制御システム２８によって硬化
深さと硬化幅とをかくていするので、パンジヨウ・トッ
プは不必要である。

ｉｚｂ またビームプロファイラ−は多重波長源と共に使用され
て、パンジヨウ・トップの作製と樹脂特性のみに基づい
た硬化パラメータの予測の必要を減ψさせる。これは、
使用される各波長についてそれぞれ別個のビームプロフ
ァイラ−を作製し、このような各波長についてのプロフ
ァイル情報をその波長に対する樹脂特性と結合して使用
する事により実施される。例えば各波長は、相異なる臨
界露出と透過深さとを有し、これらを考慮しなければな
らないであろう。各波長による硬化貢献度を確定する事
ができる。そこで各貢献度を比較して、どの貢献が考慮
される硬化パラメータ（例えば硬化深さ）を支配するか
を見る事ができる。１つの波長が硬化パラメータを支配
していれば、これをそのパラメータの唯一の支配波長と
みなす事ができる。しかし、支配的波長が存在しなけれ
ば、硬化パラメータを予測するたのアプローチを使用す
る事ができる。例えばゲル化材料を生じるためには一定
度の重合が必要である。従って各波長に対応する硬化量
を使用する代わりに、各単位体積についてすべての波長
によって誘発された重合度を測定し、この重合度から各
単位体積の硬化特性を確定する事ができる。

第３に、第２３図は本発明においてビームプロファイラ
−が正確な縁形酸を可能とする事を示す。

本発明の主たーる特色は、硬化深さと与えられた深さに
対応する硬化幅とを確定するにある。ビームプロファイ
ルを考慮して硬化の深さと幅を選定するために前記のよ
うな多数のガイドラインが存在する。

第２３図は、光重合体２２から形成されている三次元部
品３０のデザインｍ６１０を示す。このデザイン縁の右
側に三次元部品３０があり、左側に未硬化重合体２２が
あり、この重合体は容器２１の中に配置されている。デ
ザイン縁６１０は、コンピュータ支援デザインが所望の
三次元部品３０と未硬化光重合体２２との間の非水平境
界を有する箇所である。光４４のビームプロファイルは
均一でないので、硬化深さと硬化幅はデザイン縁６１０
において均一でない。重なり合いビームは下向きの水平
面に沿って硬化深さを平坦にする事ができるが、垂直縁
の形状を修正する事ができない。

第２３図はこの問題を解決する二、三の好ましい手段を
示す。これらの手段は、所望の仕上げに従ってユーザま
たは制御システム２８によって選定される。

デザインｍ　６１０を得るためサンド目立てまたはサン
ドブラスト目立てによって三次元部品３０の縁を仕上げ
る場合には、オーバーサイズ構造６２０をを選定する事
ができる。定常６２２は、図面に対して垂直方向の最後
の光パスにおいて硬化された光重合体２２の形状を示す
。形状６２４は、前記の層６２６の最後のレーザパスに
おいて硬化した光重合体２２の形状を示す。前の面６２
８は、Ｎ６２６が形成されていた時の面４８と同延長で
あった。これらの区域６３０と６３２をサンド除去して
、デザインａ６１０を有する三次元部品３０を残さなけ
ればならない。形状６２２の底部は前の面６２８の下方
に垂れ下がって層６２６に固着し、同様に形状６２４の
底部は前伸そうに固着している。

前の層の上に固着するための材料が存在しなけれ１２９
− ば、形状６２４はＩＮの厚さに硬化するであろう。層６
２４と６２６が相異なる深さまで硬化したとすｔば、こ
れらの層は相異なる幅を有し、従ってそれぞれの層の縁
または中心が適正位置に配置されるにはそれぞれ相異な
る片寄り量を必要とするであろう。

硬化深さと硬化幅はビームプロファイル情報と樹脂特性
とを利用して予測する事ができるので、硬化幅について
の適当な補正を確定する事ができる。

下側構造６４０は、デザイン縁６１０を得るために三次
元部品３０の縁をフィリングによって仕上げる場合に選
定される。形状６４２と６４４はそれぞれ三次元部品３
０の層６４６と６４８に対する光パス４４によって硬化
した形状である。三次元部品３０が容器２１から除去さ
れる時に、区域６５０と６５２は硬化した重合体を有し
ない。従ってこれらの区域６５０と６５２はデザインｍ
６１０を作るために充填されなければならない。

その１つの方法は三次元部品３０が後硬化装置の中に配
置される前にこの三次元部品の上に光重合体２２を流し
込むにある。その方法は米国特願第２６８゜４２８号に
記載されている。

１３０− 三次元部品３０の縁に塗装または被覆する際には、下塗
り構造６６０が選定される。形状６６２と６６４は、意
図的にデザイン縁６１０の右側一定距離において硬化さ
れる。選ばれた間隔は平均厚さの塗料を塗装される。そ
の方法は米国特願第３３９，２４６号に記載され、これ
を引例と−する。

最小限の三次元部品後処理のために平均構造６８０が選
ばれる。三次元部品３０の多くの用途において、デザイ
ン縁６１０が得られない場合にこの平均構造６８０が好
ましい妥協的方法である。

第２４図は前記の構造をデザイン傾斜７１０に応用した
場合を示す。状況に応じて、境界ベクトル（外側区域と
内側区域の境界のベクトル）の種々の移動の可能性があ
る。これは、境界を成す面の傾斜、実施される後処理の
型、および主として硬化深さに依存している。従って、
特に片寄りが自動的に成される場合、適当な片寄りを確
定するためにビームプロファイルの確定が最も重要であ
る。

第４に、本発明の中にビームプロファイラを使用すれば
、与えられた硬化深さに対する最小面角度（ＭＳＡ）の
計算が容易になる。ＭＳＡは三次元部品３３０のある程
度垂直な面が未硬化光重合体２２を漏らす事なく水平面
から傾斜される最小角度である。三次元部品３０は、そ
の容器２１から除去される際に、後硬化を受ける前にこ
の部品から流れ落ちる若干量の未硬化光重合体２２を含
む。後硬化装置における光重合体２１の硬化はＳＬＡに
おける硬化よりも安く迅速であるから、これは費用と時
間を節約する事になる。また硬化をＳＬＡ中の形成では
なく後硬化処理中で実施した場合、歪（例えば曲げ）の
一部が減少するので、精度と製版にとって好ましい。

第２４図に図示のように、デザイン傾斜７１０はデザイ
ン縁６１０の場合よりも光重合体２２と三次元部品３０
との境界が不確実になる。すなわち図示の各層対の間を
重合体が流れる。例えば平均構造６８０において層７１
２の中に残っている液体重合体は、三次元部品３０が容
器２１から除去される際に空隙６７０を通して殆ど漏出
する。従って、デザイン傾斜７１０の水平に対する角度
７１１はＭＳＡである。この角度７１１がさらに減少す
ると実際の漏れを生じるからである。

第２５図はＭＳＡ７１１より刀＼さい表面角度７２１を
有するデザイン傾斜７２０を示す。この場合漏れが予想
される。実際に層７２４から出た液体は間隙７２６と空
隙７２８とを通して漏出する。ビームプロファイラは形
状７３０と７３２．を示す事によって漏れを予測する。

制御システム２８がこれらの形状を表面角度７２１と比
較して、表面角度７２１がＭＳＡ以下であるかどうかを
確定する事ができる。もしＭＳＡ以下であれば、ＣＡＤ
データ発生装置が形状７３０と７３２との間のスキン７
２９を硬化させてこのような漏れを防止する。

このような表面角度とパラメータとの関係を下記の式に
よって表す事ができる。

ＭＳＡ＝ＡｒｃＴａｎ（２１屡厚さ／（最大幅＋最小幅
））ここに、最大幅は、下層上の境界によって作られた
固化材料の最大幅、また最小幅は上層の上面から１層下
方レベルでの固化材料の幅である。これらの幅はビーム
プロファイル情報と既知の硬化深さとから予測する事が
できるので、各パラメータセットについて所要のＭＳＡ
を予測する事がで１３３− きる。水平に対する傾斜角度がＭＳＡより大であれば、
この面が上向きであれ下向きであれ下側層についである
種の充填が必要となる。この種の充填を必要とする区域
はニアフラット区域またはニアフラットスキンを必要と
する区域と呼ばれる。

ＭＳＡおよびニアフラットスキンに関する他の情報は前
記の米国特願第３３１　、６６４号に記載されている。

ニアフラット境界がどのように作られるかに従って、他
の重要な特性を前記の方法によって予測する事ができる
。前記の米国特訓第３３１，６６４号に記載の方法にお
いては、下向きニアフラット区域は、三次元部品の上部
構造の一部を作るために、また漏れ区域の充填のために
使用される。この場合、充填がこの値を越える必要はな
いとしても、これらのニアフラット境界の形成はＭＳＡ
値を超える必要はない。どのような非垂直角度がこのよ
うな構造境界の製作に貢献するかを予測するためにビー
ムプロファイルパラメータを使用する事ができる。表面
角度（現在のＣＡＤインタフェースの使用するようなそ
れぞれの表面三角形）は、ある限度においてニアフラッ
ト下向き境界の形成が不必要となる・程度に急傾斜とな
る。

第５に、各単位体積の重合量を確定するために樹脂パラ
メータと共にビームプロファイル情報を使用する事がで
きる。そのため、露出量（すなわち与えられた体積中に
吸収されたエネルギー）をこの体積中に誘発された重合
量（例えばパーセント）と関連付ける表または式を使用
する。固化工程において使用されるそれぞれの波長に対
応する数種類の表または式を使用する事ができる。ビー
ムプロファイルと表面露出量から、各単位体積がどの程
度の露出を受けたかを知る事ができ、従って、特定の単
位体積中の平均重合量などを確定する事ができる。平均
重合の確定はすべての要素における重合度を合算または
積分する事によって得られる。重合グラジェントは隣接
細胞中の重合度を比較する事によって確定される。この
ような重合度の確定は他の関連パラメータの確定の基礎
と見なす事ができる。重合度は材料のゲル化点に関連し
、従って与えら九た露出によって形成された硬化深さと
硬化幅に関連付けられる。このようにして数種の相異な
る波長によって誘発された重合を累積し、それぞれの単
位体積についての正味重合量を確定し、これから正味硬
化深さと硬化幅とを予測する事ができる。与えられた露
出において各波長によっ−で樹脂の中に誘発された重合
度は各種の化学的方法、抽出法または分光測光法によっ
て確定する事ができる。臨界露出および透過源さなどの
確定が成された時、ビームプロファイル情報を使用して
、正確な状態を知るために必要な確定および予測を成す
事ができる。その他の種々のパラメータがこれらの予測
に影響するので、これらの他の要素を一定に保持、また
は変動リストの中に記載しなければならない。これらの
パラメータは、露出の実施される温度、樹脂中に吸収さ
れる酸素量（従って樹脂を包囲するガス）、他の禁止剤
の存在、および使用される樹脂の特性を含む。

第６にビームプロファイラ−の対か使用は本発明におけ
る生硬さに関して優れた情報を与える。

ビームプロファイラ−を使用しない第１５図は硬さに関
するレベルを示す。区域３１８．３１６および３１４は
非常に硬いプラスチックであって区域８４を横断して未
知の幅延在している。この生硬さ値は各単位体積によっ
て受けられる種々の露出量に基づく相対測定値として使
用する事ができる。この場合平均生硬さとは、−すべで
の単位体積の露出量の合計を全体積で割った値と見なさ
れる。これは同一の計算基づいて成される相対重合量に
極めて近似している。しかし単位体積中の特定の重合度
に対応する絶対または相対生硬さを有する事の方が効果
的である。ゲル点から完全固化点までの生硬さの変動は
必ずしも直線的でないからである。このような生硬さと
重合度の関連は前記の表に記入するでき、または適当な
式によって表す事ができる。

この方法によって、各単位体積について生硬さを確定し
、これを積算して部分的に固化した材料の全体硬さパラ
メータを得る事ができ、また全体積について平均値を得
る事ができる。生硬さは重合度の関数であるから、この
方法（重合度と生硬さとの比較法）を使用して複数の波
長による固化の正味生硬さを確定する事ができる。この
場合の単位体積当りの重合度を確定し、これを単位体積
当りの特定の生硬さ（相対または絶対）と組合せる。

樹脂を包囲するガスの化学組成（樹脂中に吸収されたガ
スと周囲のガスとが平衡状態にあると仮定する）は硬化
パラメータに対して大きな作用を及ぼす。例えば酸素は
重合反応の禁止剤として作用する。酸素は、遊離基が重
合を誘発する前にこの遊離基を破壊するからである。ま
た酸素は重合域のを過早に終了させる事により、重合体
分子鎖の平均分子量を低下させる。この分子量に対する
作用は重合体特性に対して大きな影響を与える。他の実
施例として、２種の類似の樹脂と波長が使用されその一
方が窒素ガスと平衡状態にあり、他方が、空気と平衡状
態にある場合に、窒素ガスと平衡した樹脂は低い臨界エ
ネルギーを有し、下方の材料よりもはるかに低いレベル
の露出でゲルを形成する。しかしこのゲルの生硬さがは
るかに低く、従って有効でない。これら別個の物体がそ
れぞれ対応のガスとの平衡状態において重合を完了させ
３７− ら九ると、得ら九たプラスチックの特性は相異なる結合
構造の故に相違する。従って樹脂パラメタを確定する際
に樹脂を使用する雰囲気ガスを考慮する事が重要である
。生硬化部品と後硬化部品について相異なる硬化パラメ
ータを得るため、相異なる雰囲気の使用は樹脂パラメー
タを変更する効果的な方法であろう。

第７に、ビームプロファイラ−は、一定量の固化した材
料の有する曲げ抵抗の少なくとも相対値を予測する機能
を有する。一般にこの固化材料は１本の線状硬化材料で
あるが、これは特定層の出張区域、または数層の固化材
料の組合せとする事ができる。この曲げ抵抗は各単位体
積の硬さに関連するが、その曲げ軸線からの間隔によっ
て測定されなければならない。

例えば第２６図はビームプロファイル７６０を示す。

このビームプロファイル７８０は２つの波長λｌとλ２
から同等の出力および光強さを受ける。これらの波長の
作動曲線は第１４図に図示されている。

λ２によって区域３１４が形成されると同時に、深３８ い透過深さの波長λ１が区域７７０を形成する。さらに
長い時間において、短い透過深さの波長λ２によって区
域３１６が形成されると同時に、長い透過深さの波長λ
１が区域７７２をλ２と共に形成する。区域３１８が形
成されると同時に、長い透過深さの波長λ１が区域７７
４を形成する。

ビームプロファイラ−なしで本発明を実施する場合、種
々の情報、予測値および制御値が失われる。非常に硬化
した区域３１８、さらに硬化した区域３１６および最も
硬化した区域３１４などの硬化区域の幅と深さを確定す
る事が困難または不可能になる。

ビームプロファイル７６０は、非常に硬化従って区域３
１８が区域７７２はど広くない事を示す。

第８に、ビームプロファイラ−を使用して、層間の適当
な接着を得るために必要）なオーバー硬化を予測する事
ができる。層間の適当な接着には、１つの層の底部の同
化材料と前の層の上端の固化材料とのある程度の橋かけ
重合を必要とする。前の層に固着するためには一定量の
材料が過度に重合されなければならない。すなわち前の
層上部が完全に重合し、前の層と現在の層との接着を保
証するためにはオーバー硬化が必要である。与えられた
樹脂と形成条件（例えば雰囲気ガスの温度と化学組成）
に対して、１つの単位体積との接着を保証するため、１
つの単位体積（さきに硬化した体積）の重合度と第２体
積に必要な重合度とに関する表を作る事が可能である。

あるいは、２つの面（一方の面がさきに硬化する）間の
接着を保証する最大露出差の表を作る事も可能である。

ビームプロファイラ−は前の層の上部と現在の層の下部
の重合度および露出度を確定し予測する事ができるので
、前記の表をビームプロファイル情報と共に使用して、
必要なオーバー硬化を確定し設定する事ができる。こわ
らの表は与えられた樹脂と波長についてのみ作る必要が
ある。従って、樹脂がユーザに供給された時にこのよう
な表を使用する事により、所要のオーバー硬化を確定す
るために心配する必要がなくなる。またこの技術はビー
ムプロファイラ−を使用する事により三次元部品の製造
工程をさらに自動化する事ができ、従って１４１− 立体平版技術を押しボタン式（ターンキー式）プロトタ
イピング／モデリングシステムにさらに一歩近づける。

第９に、前記のようにビームプロファイラ−は種々の硬
化パラメータを確定するために単一波長または多重波長
を使用する事ができる。多重波長を使用する場合、ビー
ムプロファイラ−が各波長単独の出力／光強さを分析す
る事が好ましい。このような各波長についての分析は、
種々のフィルタを使用してビームプロファイラ−そのも
のにおいてまたはビーム通路に沿った適当な点に配置し
てビームを遮断する事によって実施する事ができる。走
査する波長のみがビームの中に存在するようにフィルタ
を使用する事が好ましい。しかしこれは必ずしも実施で
きないので、他のアプローチとして、既知の透過度を有
する種々のフィルタを使用しまたは使用しないで多数の
走査を実施し、得られたデータとフィルタの透過特性か
ら各波長の出力およびプロファイルを確定する事ができ
る。

このような確定値を種々の樹脂特性と関連付ける４２− 事ができる。この関連付けから多くの重要な硬化特性を
確定する事ができる。また前記のように、ビームプロフ
ァイラ−は立体平版技術の実施に際して他の重要な役割
を果たす事ができる。これは、ユーザの介入なしで所望
の形成パラメータを自動的に設定し更新する機能、多重
波長をそ九ぞれ単独で使用する場合に波長の自動的切り
替え機能、波長を同時にまたは単独で使用する際に相異
なる波長間のエネルギー比率を制御する機能および走査
員に問題の発生を警告する機能を含む。波長間の切り替
え機能はビームプロファイル情報および形成される物体
に関する既知の情報の分析によって決定された形成パラ
メータに対応してコンピュータによって実施される。多
重波長ビームの濾過により、またはそれぞれ単一波長源
から出る光学通路の中にビームを送る事により、または
所望の波長を生じるように放射線発生器を切り替える事
によって各波長が単独で得られる。各波長に対応するエ
ネルギーの制御は、濾過によって、あるいはそれぞれの
発生源から出る２本のビームを組合わせ各発生源の出力
を適当に調節する事によって実施する事ができる。

要約すれば、硬化パラメータを予測しまた／あるいは制
御するためにビームプロファイラ−情報を（樹脂パラメ
ータと共に）使用する種々のアプローチおよびその利点
を説明したが、その一部を下記に列挙する。

１）各波長についてビームプロファイルを確定する機能
、 ２）各種の物理的、光学的、および化学的テストに基づ
く樹脂パラメータの初期評価以外は、　（ビームプロフ
ァイルおよび既知の樹脂特性の基づいて）パンジヨウ・
トップまたは類似部材の必要をなくす機能、 ３）各波長の特定の出力比率を保証するようにフィード
バックループを形成するため、適当な制御機構の組合わ
せ、 ４）硬化深さの予測機能、 ５）硬化幅の予測機能、 ６）平均重合量の予測機能、 ７）固化材料の硬さの予測機能、 ８）固化材料の曲げモーメント抵抗力の予測機能、 ９）所要ＭＳＡの予測機能、 １０）最良スキンフィルベクトル間隔の予測機能、１１
）２層間の（特定量の）接着を生じるに必要なオーバ硬
化の予測機能、 １２）ビーム幅補正パラメータの選択機能。

前記の一次的予測を成すためには、２種類の情報が必要
である：１）樹脂の固化に使用される各波長に対する樹
脂特性のリスト、および２）ビームプロファイル情報。

高次の予測は追加的樹脂特性およびさらに複雑な放射線
／樹脂相互干渉理論を使用する。前記の予測を成すに必
要な樹脂特性は下記である＝１）各波長の透過深さ、２
）各波長の最低臨界露出〜　３）各波長の効率、４）各
波長の種々の露出に対する重合パーセント、５）ゲル化
に必要な重合パーセント、６）先にある程度重合した材
料とのある程度の接着を保証するに必・要な許容重合量
範囲、および７）種々の重合度番こ対する適当硬さパラ
メータ。温度は一般に制御されるパラ・メータであるが
、温度が変動されるべき場合には、これを考慮しなけれ
ばならない。前記のパラメータの代わりに、その他種々
のパラメータを使用する事ができる。各樹脂ロフトが製
造される際にこれあのパラメータを確定する事ができ、
あるいは各パラメータの値が特定範囲内にある事を確認
するため各樹脂ロフトを品質検査する事ができる。すべ
ての必要予測を成すために、樹脂のパラメータリストを
備え、これを与えられた装置の特定のビームプロファイ
ル情報とを結合する事ができる。これらの予測はさらに
形成工程を自動化するために使用する事ができる。これ
らの予測は、前記の（２）に記載のように、特定の特性
を有する三次元部品の形成に必要な種々のパラメータを
制御するために使用する事ができる。例えば、ビームを
遮断しまたは遮断しないように、数種のフィルタバンク
をコンピュータ制御する事ができる。特定の波長を近似
量だけ減衰させるために各フィルタが使用される。つぎ
にこれらのフィルタ１４５− をビームプロファイルと共に使用して、存在する種々の
波長が所望比率範囲の出力およびピーク出力を有する事
を確認する（これは多重波長実施態様の１つ）。これら
のビームプロファイル予測を単一波長および多重波長用
途に使用する事ができる。本発明は前記の実施態様に限
定されるものでなく、当業者には他の実施態様も明白で
あろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の立体平版装置（ＳＬＡ）のブロックダ
イヤグラムおよび断面図、第２図はＳＬＡの光重合体容
器の垂直断面図、第３図は小量の露出後の第２図の断面
図、第４図はさらに露出後の第３図の断面図、第５図は
さらに露出後の第４図の断面図、第６図はＳＬＡ使用時
の硬化深さと第７図の８−８線に沿った断面図、第９図
は第８図の棒グラフと第３図の硬化した光重合体の拡大
断面図、第１０図は第８図の棒グラフと第４図の硬Ｌ’
ｉｔｌ 化した光重合体の拡大断面図、第１１図は第８図の棒グ
ラフと第５図の硬化した光重合体の拡大断面図、第１２
図は光重合体後の容器の表面に沿って特定のレーザビー
ムを移動させた露出バタンであって、第１２ａ図は水平
移動、第１２ｂ図は垂直移動、また第１２ｃ図は対角線
移動、第１３図は光重合体の光吸収と波長との関係を示
すグラフ、第１４図は光重合体における２種の波長のそ
れぞれ作動曲線、第１５図は２つの透過深さで硬化した
光重合体の断面図、第１６ａ図は「パンジヨウ・トップ
」の平面図、第１６ｂ図はパンジヨウ・トップの側面図
、第１７図はＳＬＡ中の化学反応のブロックダイヤグラ
ム、第１８図は２種の光重合開始剤の波長とエネルギー
吸収のグラフ、第１９図は２種の光重合開始剤の波長と
吸収および有効重合との関係を示すグラフ、第２０図は
第８図の棒グラフと第３図の硬化した光重合体の拡大断
面図、ＳＬＡ中の光重合体を交換するシステムの断面図
、第２１図はＳＬＡ中の光重合体を交換する他のシステ
ムの断面図、第２２図はＳＬＡ中の光重合体を交換する
さらに他のシステムの断面図、第２３図はＳＬＡ中にお
いて作製された三次元部品の垂直縁部分の４構造を示す
概略図、第２４図はＳＬＡ中において作製された三次元
部品の傾斜縁部分の４構造を示す概略図、第２５図は第
２４図より急傾斜縁を示す概略図、また第２６図はビー
ムプロファイルに対応する硬化深さを示す図である。 ２０、、、ＣＡＤデータ発生装置、２１．、、容器、２
２．、、光重合体、２３．、、加工面、２Ｂ、、、光源
、３０．、、三次元部品、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、、
　、三次元部品の層。 ４９− ｔミ ゾ■ く源ｖＰ（Ｊφ針少革ン ４′逐ｆ￥ 哄廟ト・跨 ぢ掩 ト１ ７−℃ 一一−べＤ 邸叔蝋刊 ｆ！ｊ！共心訟刊 豐￥胱も 曲Ｋ　υ 礫　塾 〔酪ト。 ト ド α口 ト← 共鑓刊 収りぎ科。 咬　警　′Ｑ＼ に−史寸番（（Ｎ〜 ン／ｒ系 歯り４Ｙひ余 Ｙ／ｒ 珀 含 −’７Ｑ− ｑ４ 手 続 補 正 書 平成 年 月 １８日 平成 年特許願第 ９１６４７ てｙ 補正をする者 事件との関係

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、刺激性放射線を照射して前記の刺激性放射線に対応
   して硬化する順次の材料層を形成する事によつて三次元
   物体を複製する立体平板装置において、 硬化性材料中への相異なる透過深さを有する少なくとも
   ２種の別個の波長を同時的に含む刺激性放射線源と、 前記三次元物体の第１層に固着するプラットフォームと
   、 前記プラットフォームの高さを調節するためのプラット
   フォーム制御装置とを含む事を特徴とする立体平板装置
   。