(57)【要約】【課題】立体像造形プロセスの完了後の完成造形物体上に残る未硬化立体像造形材料の量を低減する、立体像造形装置及びその使用方法を提供する。【解決手段】未硬化造形材料の量は、造形プロセスの途上において造形物体から余剰造形材料を除去するアンコーティングウエブまたは造形パーツの作製に必要なだけの量の造形材料しか用いないインクジェット造形材料源の使用により、低減される。２つ以上の個別の結像器をアレイで組み込み、隣接する結像器の強度の変化及び位置合せを考慮した、そのような立体像造形装置とともに用いるための結像器アセンブリも開示される。装置は、望ましければ、半連続動作のため及び製造ラインに統合するために改変する事ができる。【選択図】図１５Ｂ
2014037148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元物体を作製するための像造形装置において、前記像造形装置が前記３次元物体を造形するために立体像造形材料を一層ずつ固化させ、前記立体像造形材料が閾固化エネルギーに対して所定の値を有し、ここで前記像造形装置は、立体像形成光源、コントローラ及び前記コントローラに応答する少なくとも２つの結像器を備えており、前記結像器のそれぞれが前記光源からの光を伝達するための個々に制御される像形成素子のアレイを有し、前記個々に制御される像形成素子のそれぞれがピクセルに対応し、前記アレイのそれぞれが前記コントローラに応答して投影像領域を形成し、
ここで隣接投影像領域の前記ピクセルは単一の複合像領域を形成するために位置合せされた態様で重なっており、前記単一複合像領域が前記３次元物体の層に対応する境界及び前記投影像領域間に配置される前記ピクセル重なりに対応する継目を有し、前記境界の１つ以上が前記継目の１つ以上と交差し、前記コントローラが、前記境界を定めている前記造形材料の固化のための前記所定の閾エネルギーを前記ピクセルに供給するために前記単一複合像領域において前記境界に寄与している前記ピクセルのそれぞれの露光量を調節し、前記コントローラが、前記継目の領域における前記像についての強度プロファイルを、前記造形材料を固化するための前記閾露光エネルギーレベルと比較することによって、累積露光量を考慮するために前記継目の前記領域における前記像の露光エネルギーレベルを調節する、ことを特徴とする像造形装置。
【請求項２】
前記投影像領域のそれぞれの特徴が前記投影像領域の選択されたピクセル群にわたる所定の強度及びフォーカスの分布によって定められることを特徴とする請求項１に記載の像造形装置。
【請求項３】
前記コントローラが、前記ピクセルのそれぞれに対して１つ以上の露光パラメータを制御することによって前記境界の固化のための前記所定の閾エネルギーを前記ピクセルに供給するために前記単一複合像領域において前記境界に寄与する前記ピクセルのそれぞれの露光量を調節することを特徴とする請求項１に記載の像造形装置。
【請求項４】
前記ピクセル重なりが１/２ピクセルから１ピクセルであることを特徴とする請求項１に記載の像造形装置。
【請求項５】
前記コントローラが前記重なる投影像領域を露光するための基準として１つの結像器を選択することを特徴とする請求項１に記載の像造形装置。
【請求項６】
前記コントローラが重なりピクセルの累積露光量に依存して露光を調節することを特徴とする請求項１に記載の像造形装置。
【請求項７】
前記コントローラが前記単一複合像領域をセグメントに分割し、前記分割にしたがい、前記結像器が前記セグメントを形成し、前記境界に寄与する前記ピクセルのそれぞれの露光を前記セグメントに基づいて調節することを特徴とする請求項１に記載の像造形装置。
【請求項８】
前記コントローラが前記単一複合像領域境界を、前記境界の固化のための前記所定の閾エネルギーを前記ピクセルの供給するために前記境界の複数の露光にわたって前記ピクセルの隣接ピクセルの間でシフトさせることを特徴とする請求項１に記載の像造形装置。
【請求項９】
前記結像器のそれぞれに対する前記像形成素子アレイ内の選択された前記素子が所定のグレイスケール設定にしたがう群として特徴が定められ、ここで、前記グレイスケール設定は前記ピクセルの総面積に対する前記境界に寄与する前記ピクセルの面積の比「ｒ」の関数であり、前記コントローラが前記境界の固化のために前記所定の閾エネルギーを提供するために前記所定のグレイスケール設定に基づいて前記ピクセルの露光を調節することを特徴とする請求項１に記載の像造形装置。
【請求項１０】
前記グレイスケール設定が与えられた比「ｒ」についてのある範囲の値を有し、前記所定のグレイスケール設定が、前記範囲の値を考慮した、ランダム化されたグレイスケール設定であることを特徴とする請求項９に記載の像造形装置。
【請求項１１】
前記結像器が、紫外光（ＵＶ）結像器、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）結像器、シリコン上液晶（ＬＣｏＳ）結像器、発光ダイオード（ＬＥＤ）結像器及びデジタル光処理（ＤＬＰ）結像器からなる群から選ばれることを特徴とする請求項１に記載の像造形装置。
【請求項１２】
固化に対する所定の閾エネルギー要件を有する立体像造形材料を一層ずつ固化することによって３次元物体を作製するための像造形装置において、前記像造形装置が、立体像形成光源、コントローラ及び前記コントローラに応答する少なくとも２つの結像器を備え、前記結像器のそれぞれが、前記コントローラに応答し、前記光源から、所定のグレイスケール設定にしたがって特徴が定められる複数の照射ピクセルによって定められる投影像領域を形成し、ここで前記グレイスケール設定は前記ピクセルの総面積に対する前記ピクセルの面積の比「ｒ」の関数であり、また隣接投影像領域の前記ピクセルは位置合せされた態様で約１/２ピクセルから１ピクセル重なって、前記３次元物体の層に対応する境界及び前記投影像領域間に配置された前記ピクセル重なりに対応する継目を有する単一複合像領域を形成し、前記境界の１つ以上が前記継目の１つ以上と交差し、前記コントローラが、前記境界の固化のための前記所定の閾エネルギーを前記ピクセルに供給するために前記グレイスケール設定にしたがって前記単一複合像領域において前記境界を露光するために前記ピクセルを個々に制御し、前記コントローラが、前記継目の領域における前記像についての強度プロファイルを、前記造形材料を固化するための前記閾露光エネルギーレベルと比較することによって、累積露光量を考慮するために前記継目の前記領域における前記像の露光エネルギーレベルを調節する、ことを特徴とする像造形装置。
【請求項１３】
前記結像器がデジタル光処理（ＤＬＰ）結像器であることを特徴とする請求項１２に記載の像造形装置。
【請求項１４】
立体像造形におけるビルド寸法を大きくするための方法において、２つ以上の結像器を有する像造形装置により単一複合像領域を形成する工程及び像境界の露光を前記境界において造形材料層を固化するための閾露光エネルギー値を供給するために制御する工程を含み、
２つ以上の結像器を有する像造形装置により単一複合像領域を形成する前記工程が、それぞれの結像器によってつくられる像を位置合せする工程及び、前記像を重ね合せて、前記重なりに対応する個々の投影領域間の継目を有する単一複合像領域を形成する工程を含み、
前記継目の領域における前記像についての強度プロファイルを、前記造形材料を固化するための前記閾露光エネルギーレベルと比較することによって、累積露光量を考慮するために前記継目の前記領域における前記像の露光エネルギーレベルを調節する工程をさらに含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記単一複合像領域が複数のピクセルを有し、前記像を重ね合せて継目を形成する前記工程が前記像領域を約１/２ピクセルから１ピクセルだけ重ね合せる工程を含み、前記像境界において造形材料層を固化するために前記閾露光エネルギー値を供給するために前記境界の露光を制御する前記工程が前記継目の両側にある前記ピクセルの混合特性を決定する工程を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記像境界において造形材料層を固化するために前記閾露光エネルギー値を供給するために前記境界の露光を制御する前記工程が、重なりピクセルの累積露光量を考慮する工程を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記像境界において造形材料層を固化するために前記閾露光エネルギー値を供給するために前記境界の露光を制御する前記工程が、それぞれの結像器について強度及びフォーカスの分布を個別に決定する工程並びに時間、強度、フォーカス及びこれらの１つ以上からなる群から選ばれる露光パラメータに関して前記結像器の像形成素子のそれぞれを制御する工程を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
それぞれの結像器について強度分布を決定する前記工程が前記像形成素子の選ばれた群について強度分布を決定する工程を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記露光パラメータが強度であり、強度に関してそれぞれの像形成素子を制御する前記工程が前記像形成素子についてグレイスケール露光レベルを調節する工程を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
立体像造形のための方法において、前記方法が、
（ａ）紫外光（ＵＶ）結像器、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）結像器、シリコン上液晶（ＬＣｏＳ）結像器、発光ダイオード（ＬＥＤ）結像器及びデジタル光処理（ＤＬＰ）結像器からなる群から選ばれる２つ以上の結像器を有する像造形装置を提供する工程、
（ｂ）個々の結像器のそれぞれについて強度及びフォーカスの分布を決定する工程、
（ｃ）それぞれの結像器によってつくられる像を位置合せする工程及び前記像を重ね合せて前記重なりに対応する個々の投影領域の間に継目を有する単一複合像領域を形成する工程、
（ｄ）前記個々の投影像領域にしたがって前記単一複合像領域をセグメントに分割する工程、
（ｅ）立体像造形材料層に像を形成して前記造形材料内で前記像を固化する工程、及び
（ｆ）前記像境界において造形材料層を固化するために閾露光エネルギー値を供給するために、前記既に決定された強度及びフォーカスの分布にしたがって前記境界における前記像の露光を制御する工程、
によって、造形材料層を固化するために少なくとも前記閾露光エネルギー値を供給する工程を含み、
前記継目の領域における前記像についての強度プロファイルを、前記造形材料を固化するための前記閾露光エネルギーレベルと比較することによって、累積露光量を考慮するために前記継目の前記領域における前記像の露光エネルギーレベルを調節する工程をさらに含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項２１】
露光を制御する前記工程が、それぞれの結像器についてグレイスケール設定を決定する工程及び前記それぞれの結像器の前記既に決定されたグレイスケール設定に関して前記それぞれの結像器を制御する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
露光を制御する前記工程が、前記像境界において造形材料層を固化するために少なくとも前記閾露光エネルギー値を供給するために複数の露光にわたって前記境界において前記像を変位させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記像を位置合せする前記工程が、ターゲット上の個々の投影結像器領域に像を形成する工程、それぞれのターゲット領域を埋めるために個々の前記結像器の位置を調節する工程、隣接像領域の一部を重ね合せる工程、前記重なりの量を決定する工程、及び前記重なり領域を露光するために基準結像器を選択する工程を含み、前記像境界における前記像の露光を制御する前記工程が前記重なり領域について前記グレイスケールを調節する工程を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、２００５年４月１日に出願された、名称を「立体像造形に用いるための低解像度投影像による縁端平滑度（Edge Smoothness with Low Resolution Projected Images for Use in Solid Imaging）」とする、米国通常特許出願第１１/０９６７４８号；２００５年５月３日に出願された、名称を「立体像造形に用いるための無気泡横断層（Bubble-free Cross-sections for Use in Solid Imaging）」とする、米国通常特許出願第１１/１２１３４８号；２００６年３月１５日に出願された、名称を「立体像造形に用いるための無気泡断面層（Bubble-free Cross-sections for Use in Solid Imaging）」とする、米国通常特許出願第１１/３７５９１７号；２００６年８月２９日に出願された、名称を「改善された壁面平滑度（Improved Wall Smoothness）」とする、米国通常特許出願第１１/４６８０９０号；２００７年１月１７日に出願された、名称を「コーティング／アンコーティングフレキシブル搬送システム（Coat and Un-coat Flex Transport System）」とする、米国仮特許出願第６０/８８５２５４号；２００７年１月１７日に出願された、名称を「立体像造形装置用カートリッジ、造形材料を一層ずつ搬送するための方法、立体像造形装置における空気引込みの低減及び一貫反復可能アライメントのために立体像造形プラットフォームを傾けるためのエレベータを含む、立体像造形装置及び方法（Solid Imaging Apparatus and Method Including: Cartridge for Solid Imaging Apparatus; Method for Conveying Build Material Layer-By-Layer; Elevator for Tilting Solid Image Build Platform for Reducing Air Entrainment and for Consistent Repeatable Alignment in a Solid Imaging Apparatus）」とする、米国仮特許出願第６０/８８５２５７号；２００７年７月１３日に出願された、名称を「立体像造形装置用カートリッジ、造形材料を一層ずつ搬送するための方法、空気引込みの低減及びビルド取外しのために立体像造形プラットフォームを傾けるためのエレベータ、立体像造形のための造形プラットフォーム、立体像及び方法、立体像造形装置における一貫反復可能アライメントのための結像器及び方法、過造形を抑制するための偏心往復ブラシ及び方法を含む、立体像造形装置及び方法（Solid Imaging Apparatus and Method Including: Cartridge for Solid Imaging Apparatus; Method for Conveying Build Material Layer-By-Layer; Elevator for Tilting Solid Image Build Platform for Reducing Air Entrainment and for Build Release; Build Platform, Solid Image, and Method for Solid Imaging; Imager and Method for Consistent Repeatable Alignment in a Solid Imaging Apparatus; Eccentric Reciprocating Brush and Method for Reducing Overbuild）」とする、米国仮特許出願第６０/９４９６１４号；２００７年８月１５日に出願された、名称を「立体像造形装置用カートリッジ、造形材料を一層ずつ搬送するための方法、空気引込みの低減及びビルド取外しのために立体像造形プラットフォームを傾けるためのエレベータ、立体像造形のための造形プラットフォーム、立体像及び方法、立体像造形装置における一貫反復可能アライメントのための結像器及び方法、並びに余剰未硬化造形材料を除去するための層内クリーニングアセンブリ及び方法を含む、立体像造形装置及び方法（Solid Imaging Apparatus and Method Including: Cartridge for Solid Imaging Apparatus; Method for Conveying Build Material Layer-By-Layer; Elevator for Tilting Solid Image Build Platform for Reducing Air Entrainment and for Build Release; Build Platform, Solid Image, and Method for Solid Imaging; Imager and Method for Consistent Repeatable Alignment in a Solid Imaging Apparatus; and Intra-Layer Cleaning Assembly and Method for Removing Excess Uncured Build Material）」とする、米国仮特許出願第６０/９５６０５１号；及び、２００７年８月１５日に出願された、名称を「立体像造形システム（Solid Imaging System）」とする、米国仮特許出願第６０/９５６１１８号による優先権を主張する。上記出願の明細書の内容はそれぞれの全体が本明細書に含まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は全般的に立体像造形の分野並びに光硬化性フォトポリマー造形材料の一層ずつ積上げにより３次元立体像を形成するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
立体像造形装置は可融粉末または光硬化性液体から、一般に露光により、３次元物体を作製する。立体像造形用の粉末及び液体は時に「造形材料」と称され、また立体像造形装置で作製された３次元物体は時に「ビルド」、「パーツ」及び「立体像造形品」と呼ばれ、広範な形状を有することができる。立体像造形には、一般に一層ずつ作製法を用いる、ステレオリソグラフィ、レーザ焼結、インクジェット印刷及び同様の方法を含む方法による、３次元物体を形成するための多くの装置及び方法がある。レーザまたはその他の光源が個々の造形材料薄層を順次照射し、これに応答して、材料が固体に転換し、層を重ねて、立体像造形品を形成する。より最近の発展形に、フレキシブル搬送立体像造形装置及び、可視光源及び紫外光源を、それぞれの波長に反応する造形材料を照射するために用いることができる方法がある。
【０００４】
立体像造形のために開発された様々な装置及び方法にかかわらず、多くの欠点が未だに解決されていない。立体像造形装置は一般に、連続または半連続モードではなく、バッチモードで造形品を作製する。立体像造形装置は、未硬化造形材料が表面を濡らし、造形品を粘着性にし、またビルド全体にわたって造形品を完全に硬化する前にクリーニングが必要となる「未硬化」３次元造形品を作製する。
【０００５】
多くの立体像造形装置の別の欠点は造形できる物体の大きさに関する制限である。造形材料の転換のための光源としてレーザを用いる装置にとって、物体の造形に必要な時間は、レーザが横断層の表面を走査できる速度に関する制限のため、物体の寸法に直接に関係する。レーザスキャナは、より高い解像能力及び一度により大きな面積を走査するためのより大きなレーザスポット寸法を備えることができ、境界及び微細部分をより小さなスポットで完成させることができるが、走査速度はデジタル光処理（ＤＬＰ）結像器で達成できる速度よりかなり遅いままである。
【０００６】
ＤＬＰ結像器は、個々のミラーのそれぞれの「オン」位置と「オフ」位置の間の選択制御が光硬化性造形材料の新鮮な層に所望の像を形成する、ミラーアレイを用いる。個々のミラーのそれぞれは、２次元像用表示システムにおいて個別に処理することができる像の最小要素である、ピクセルに相関する。ＤＬＰ及び高解像度レーザスキャナは同等の最小構造寸法を有する。ＤＬＰアレイの個々のミラーは、レーザスポットで像をトレースするためにスキャナを用いることによるのとは異なり、一度に、ビルドの層全体を含む、１つのビルド領域に像を形成するように同時に制御することができるから、像形成速度はＤＬＰにより、レーザスキャナに比較して、高められる。
【０００７】
より大きな物体を形成するためにＤＬＰ結像器を用いるシステムには限界がある。より大きな物体に対し、ＤＬＰ結像器はより大きな面積にわたって利用できる光エネルギーを拡げるから、露光時間が長くなり、像の解像度が低下する。１０２４×７６８ピクセルのミラーアレイを有する、普通に入手できる結像器は約５秒で面積９×６.７５インチ（面積２２.９×１７.１４ｃｍ）を露光でき、レーザスキャナの場合と同等な微細部分を形成できる。像形成面積を１８×１３.５インチ（４５.７×３４.３ｃｍ）まで広くすると、露光時間は約２０秒に延び、微細部分形成能力は１/２に低下する。
【０００８】
１０２４×７６８ピクセルアレイを有するＤＬＰを１４００×１０２４ピクセルアレイを有する高解像度ＤＬＰに交換することによって、同じ最小構造寸法で像寸法を３７％拡大することができる。すなわち、小型のアレイの９×６.７５インチフォーマット（２２.９×１７.１４ｃｍフォーマット）に比較して、大型のアレイでは同じ微細部分をもつ同じ物体を１２.２×９インチフォーマット（３１.０×２２.９ｃｍフォーマット）で作製できるであろう。それにもかかわらず、高解像度ＤＬＰ結像器ではより大きな物体に対する長露光時間及び詳細構造劣化の問題は解決されない。大型アレイでは像強度が４５％低下して、露光時間が５秒から９．１秒に延び、これはビルド完成までの時間をかなり長くする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ある程度までは、上記問題を解決するために高強度光源を大きなアレイとともに用いることが可能であるべきであるが、これまでの大アレイ結像器及び高強度光源には、立体像造形装置での使用への適合に問題があり得る。立体像造形装置及び方法の効率を改善すること及び多様な３次元物体をより少ない制限の下で作製することが望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、高効率で３次元物体を提供するための立体像造形装置及び方法に関する。いくつかの実施形態において、本発明は、未硬化状態または完全硬化状態のいずれにおいても、ビルド完成後に必要な処理が少なくなるビルドを提供する。本発明は、選ばれた実施形態において、望ましければ、無粘着状態またはほぼ無粘着状態においてバッチモードまたは半連続モードでビルドを作製できる、ビルドを完全に硬化させる、及び現在可能であるのと等価であるかまたはさらに優れた詳細構造及びさらに大きな寸法をもつビルドを作製できるという付加能力の内の１つ以上を有する。本発明の装置及び方法は、下流の製造プロセスに統合することができる。
【００１１】
本発明の装置は、立体像造形のための光源、定められた像平面から離れた場所にある１つ以上の立体像造形材料源及び、１つ以上の造形材料源から像平面に造形材料を一層ずつ搬送する、少なくとも１つの往復搬送面を提供する。造形材料は一般に、搬送面に容易に移載することができる、可流動材料であろう。光源は像平面において造形材料層を固化させる。光源は造形材料が反応する波長範囲にわたる光、一般には可視光または紫外光を放射する。
【００１２】
像平面は立体像造形品を形成するために造形材料を一層ずつ転換するための表面を空間に定める。立体像造形品を保持するための面は、光源及び少なくとも１つの搬送面と協同して像平面をつくる。光源は一層ずつ造形材料を転換させて、保持表面上の立体ビルトにする。
【００１３】
第１のさらに詳しい実施形態において、造形材料源は、ビルド表面上における像の硬化層への転換の前に、ビルド層の像の形態で造形材料層を往復搬送面に塗布する。この実施形態において、像照射後にビルド表面上または搬送面上に未硬化の造形材料は実質的に残らない。造形材料源、一般にインクジェットプリントヘッドは像を形成するから通常は未硬化材量を除去する必要はない。複数の往復搬送面及び造形材料源は複数の造形材料からのビルドの効率的な立体像造形を提供する。一般に、高速造形のためには中央に配置された像平面の周りで少なくとも２つの往復搬送面が縦連で用いられ、それぞれが、次いで順次に固化される、造形材料像を被着するであろう。
【００１４】
第２のさらに詳細な実施形態において、造形材料源が少なくとも１つの往復搬送面に造形材料層を供給し、光源が所望の形像に相当する層領域を硬化させる。例えば、グラビアロールが造形材料槽から造形材料層を取り出し、搬送面に接触して搬送面に造形材料層を塗布することができる。光源がコントローラに応答して所望の形像に相当する搬送面上の造形材料層領域を照射する。未硬化造形材料がビルドに付着していることがあり、像平面における造形材料の像形成後に残る未硬化造形材料を像平面から運び去るために、別の搬送面を備えることができる。
【００１５】
したがって、さらなる実施形態は、ビルド及び複数の造形材料源に造形材料を搬送するか、またはビルド及び複数の造形材料源から造形材料を搬送するため、１つ以上の搬送面を備える。これらの搬送面は光源及びビルドのための保持面に対して縦連でユニットとして移動し、ビルド面と搬送面の間の相対運動を小さくするため、光源及びビルドのための保持面はそれぞれユニットの移動と反対方向に往復運動する。追加の搬送面のセットは並列に配置することができ、並列のセットは、協同する光源及び保持面の順次嵌合のため、面の走行方向に直交する方向に走行する。これらの搬送面のそれぞれは、所望に応じて、使い捨て式または再使用可能とすることができる。
【００１６】
像平面に造形材料を搬送するための往復搬送面は一般に、造形材料の容易な取り上げ、搬送及び像プラットフォームへの移載のために作製された可撓性ポリマーフィルムを有することができる。一実施形態において、この搬送面は、面の２つの縁端がケーブルで結合されて、駆動機構の周りを往復するように構成され、光の透過を妨げないように面の縁端のそれぞれに１本のケーブルが隣接して配置される。
【００１７】
像平面から離れる方向に造形材料を搬送するための搬送面は一般にアンコーティング面を有する。一実施形態において、このアンコーティング面は往復態様で動作してビルドに接触して余剰未硬化造形材料を除去するブラシを有する。別の実施形態において、アンコーティング面は、ビルド面と搬送面の間の相対運動を小さくするかまたは実質的に阻むように走行の方向及び速度が制御される限り、往復態様または回転態様で動作させることができる、エンドレスベルトである。あるいは、この搬送面は、望ましければ、造形材料を像平面に搬送するための搬送面と同等に構成することができる。搬送面に有用な吸収材料には綿または、紙またはビルド表面から未硬化造形材料を容易に取り上げるに適する不織熱可塑性ポリマーを含む、その他の吸収繊維のウエブがある。造形材料を除去するための搬送面は、十分な未硬化造形材料を除去するに必要であれば、ビルド表面上に複数回軽く押し当てることができる。ビルドから除去された未硬化造形材料は、所望に応じて、再使用または処分するために搬送面から回収することができる。望ましければ、搬送面及び未硬化造形材料を一緒に処分して、搬送面を交換することができる。
【００１８】
結像器が光源を提供する場合、同時像形成のため複数の結像器を揃えることにより、像寸法を大きくすることができる。位置合せされた複数の結像器は、個々の結像器のそれぞれによる投影像の境界における結像器間の変動を低減するための調節により、単一造形装置の像平面寸法より大きく像平面寸法を拡大する。このようにすれば、造形システムは、結像器を移動させずに、１つの像として合成された領域の個々の部分の同時像形成を可能にすることによって、ビルドの寸法を大きくすることができる。
【００１９】
それぞれの結像器が像平面においてビルド領域の一部を露光して、総合像領域を形成する。個々の結像器は、像のそれぞれの部分をつくり、それぞれの部分が結合する継目においてピクセルを混合するために継目における露光を調節する、結像器にしたがって総合像領域を区分する工程により、統一された総合像領域を形成する。この方法は、単一結像器に比較して、最小構造寸法を大きくせずに、また光パワー密度を減少させずに、総合像領域を形成する。
【００２０】
継目におけるピクセルの混合をある程度さらに詳細に考察すれば、光パワーを減少させずに所望の最小構造寸法を有する大きな物体を形成するには、像領域間に継目を有するそれぞれの像領域の縁端に沿って少なくとも２つの結像器を精確に位置合せすることが必要である。像領域を縁端に沿って少量だけ重ね合せ、継目においてピクセルが整列するようにそれぞれの結像器の倍率を調節することによって、継目におけるピクセル混合特性を決定する、次の工程が可能になる。継目におけるピクセル重なり量が、継目においてピクセル強度をどれだけ低下させるかを決定する。継目におけるピクセルのグレイスケールを調節することにより、継目において交差するピクセルの境界位置の補正が可能になる。境界位置は、望ましければ、境界ピクセルの露光時間を調節することで補正することもできる。すなわち、本発明の装置により、従前の装置では必要となったであろう費用または時間をかけない立体像造形手順によって、造形品が大きな断面を有する３次元物体の作製が可能になる。
【００２１】
さらなる実施形態において、本発明の装置及び方法は複数の造形材料からビルドを提供するため、追加の搬送面または追加の造形材料源を、あるいはこれらのいずれをも、有することができる。キャリッジは単一のビルドへの塗布のため相異なる造形材料源からの造形材料で被覆された搬送面対を有することができる。必要に応じて、ビルド表面から未硬化造形材料を除去するため未硬化造形材料を除去するための搬送面を配置することができる。平行キャリッジを有するガングアセンブリが像平面に順次に造形材料を塗布することができ、それぞれのガングアセンブリは少なくとも１つの、ただし一般には２つ以上の、往復搬送面を有する。塗布シーケンスの制御により、ビルドと異なり得る支持材料または、生物医学的構造を含む、複合材料構造に時に必要とされるような相異なるコンポーネントからの層または層部分を有するビルドが提供される。
【００２２】
半連続実施形態は、ビルドが完成される間は静止保持され、次いで、次のビルドのための新鮮なビルドプラットフォームを用意するために割送られる、連続ビルドプラットフォームを提供するために、一般に搬送面の走行方向に直交して取り付けられる、エンドレス割送り面を提供する。この実施形態は、望ましければ、ビルド全体にわたる完全硬化を含む、下流の処理のための立体像造形装置の外部のステーションへの複数のビルドの搬送のための面を提供することができる。別の半連続実施形態は、立体像造形品作製を自動化するため、個別一個構成ビルドプラットフォームの取外し及び交換のための、ピックアンドプレースシステムも提供する。
【００２３】
本発明の方法は、往復搬送面に新鮮な造形材料層を塗布する工程、ビルドを新鮮な造形材料層と接触させるために像平面に新鮮な造形材料層を搬送する工程及び新鮮な造形材料層を硬化させるためにビルド表面を照射する工程を提供する。一特定実施形態において、往復搬送面に新鮮な造形材料層を塗布する工程は、搬送面上に層を造形する工程を含む。この特徴を含まない別の実施形態において、ビルド表面を照射する工程は像平面においてビルドを造形する工程を含む。これらの実施形態は、ビルドに次の新鮮な造形材料層が塗布される前に、もしあれば、残留未硬化造形材料を除去するための工程も含むことができる。像平面に新鮮な造形材料層を搬送した往復搬送面とは異なる搬送面が、未硬化造形材料を除去し、未硬化材料を像平面から運び去るために、ビルドに接触する。
【００２４】
すなわち、本発明は、とりわけ、往復キャリッジ上に縦連で取り付けられた往復搬送面及び１つ以上の造形材料源を有する、フレキシブル搬送立体像造形装置を提供する。本発明は、構造を失うことなくまたは露光時間を長くすることなく、ビルド寸法をスケールアップするための複数の結像器の精確な位置合せも提供する。本発明は、必要な後ビルド処理が軽減された、多様な寸法の比較的無粘着性のビルドを提供する。本発明は、割送り連続ビルドプラットフォームまたはピックアンドプレースシステムによる個別ビルドプラットフォームの自動化取外し及び交換の導入による半連続作業に適合させることができる。本発明は、複数の搬送面及び造形材料源を備えるキャリッジの使用により、複数の材料からなるビルドの作製に適合させることができる。本発明は、とりわけ、複数の造形材料から作製される、大形で、無粘着性で、完全に硬化された、立体像造形品のための、半連続フレキシブル搬送立体像造形装置を提供する。
【００２５】
本発明の上記またはその他の利点及び特徴、及びそのような利点及び特徴が達成される態様は、好ましい例示実施形態を示す添付図面とともになされる、以下の本発明の詳細な説明を考察すればより容易に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１Ａ】図１Ａは、装置の動作のコーティング／像形成段階中の本発明の装置の一実施形態の簡略な縦面図であり、コーティングのための往復搬送面及びアンコーティングのための回転搬送面を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは図１Ａに示される装置の一部の拡大図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは図１Ｂに示される装置の拡大部の別の実施形態である。
【図１Ｄ】図１Ｄは図１Ａの実施形態の別の構成の簡略な平面図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは図１Ｄに示される装置の一部の拡大図である。
【図１Ｆ】図１Ｆは、図１Ａの装置と同様な、装置のコーティング／像形成ステージが動作中の本発明の別の実施形態の簡略な縦面図であり、アンコーティングのための回転搬送面の代わりの、往復搬送面を示す。
【図１Ｇ】図１Ｇはビルドから余剰未硬化造形材料を除去することによるアンコーティングのためのステージを示す図１Ｆの装置の簡略な縦面図である。
【図１Ｈ】図１Ｈは図１Ｇに示される装置の一部の拡大図である。
【図１Ｉ】図１Ｉは図１Ａ，１Ｆ，１Ｇ及び１Ｈに示されるようなコーティングのための往復搬送面の斜視図である。
【図１Ｊ】図１Ｊは図１Ａ及び１Ｆの装置にともなう本発明の方法の一実施形態の工程を示す流れ図である。
【図２−１】図２は、半連続動作のための改変の一実施形態を示す、図１Ｆ及び１Ｇの装置の実施形態の縦面図である。
【図２−２】図２Ａは図２の改変の横面図である。
【図２−３】図２Ｂは半連続動作の実施形態の工程を示す流れ図である。
【図３−１】図３は、半連続動作のための別の実施形態を示す、図１Ｆ及び１Ｇの装置の実施形態の縦面図である。
【図３−２】図３Ａは図３の装置にともなう半連続動作の実施形態の工程を示す流れ図である。
【図４】図４は、未硬化造形材料を除去するための中間搬送面と縦連で配置された、図１Ｄの往復搬送面と同様の２つの往復搬送面を有する、本発明の装置の別の実施形態の縦面図である。
【図５】図５は、中間搬送面のための送出しロール及び巻取りロールが図示されるように概ね装置の外部に配置される、図４の装置と同様の本発明の装置の別の実施形態の縦面図である。
【図６】図６は、単一往復搬送面及び未硬化造形材料除去のための第２の搬送面用の統合された送出しロール及び巻取りロールを有する、本発明の装置のまた別の実施形態の縦面図である。
【図７】図７は、図４の装置と同様の、複数の往復キャリッジを並列方位で有する装置の別の実施形態の上面図である。
【図８】図８は結像器の上面図である。
【図９】図９は結像器の縦面図である。
【図１０】図１０は結像器の背面図である。
【図１１】図１１は本発明の結像器アレイにおける４つの結像器の背面図である。
【図１２】図１２は本発明にしたがう位置合せされた２つの結像器による２つの結像器投影領域の境界におけるピクセルのサブセットである。
【図１３】図１３は本発明にしたがう１/２ピクセル重なり合う２つの結像器による２つの結像器投影領域の境界におけるピクセルのサブセットである。
【図１４】図１４は本発明にしたがう結像器の特徴を表すために用いられる像の継目における５ピクセル×５ピクセルパターンである。
【図１５Ａ】図１５Ａは２つの位置合せされた結像器、結像器Ａ及び結像器Ｂからのピクセルの見取り図であり、結像器によって形成された像領域、結像器ＡとＢが重なり合う像領域境界を正しく配置するためのグレイスケールの適用、及び、同じグレイスケール設定がそれぞれの結像器に対して用いられる結像器間の像境界の変位を黒色外形線で示し、結像器Ｂは結像器Ａに対して用いられたグレイスケールと同じグレイスケールにある像を上方に変位させる。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは図１Ａの見取り図と同様の見取り図であるが、像の変位がない状態における、結像器の個別特性表示及び境界を正しく配置するためのそれぞれの結像器に対するグレイスケール設定の個別調節を示す。
【図１５Ｃ】図１５Ｃはグレイスケールが適用されていない従来技術の略図であり、ピクセルは完全明または完全暗であり、像が重なり合う像境界は上方及び左方のいずれにも変位される。
【図１６Ａ】図１６Ａは結像器を位置合せするための方法の工程を示す流れ図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは結像器によりビルドを造形するための本発明の方法の工程を示す流れ図である。
【図１７Ａ】図１７Ａはアレイをなす複数の結像器の継目を継ぎ合せるための像変位を示す図であり、１つの６のピクセル結像器が完全に照射されている。
【図１７Ｂ】図１７Ｂはアレイをなす複数の結像器の継目を継ぎ合せるための像変位を示す図であり、図１７Ａに続いて同じ像がＹ方向にシフトされて照射されている。
【図１７Ｃ】図１７Ｃはアレイをなす複数の結像器の継目を継ぎ合せるための像変位を示す図であり、図１７Ａ及び１７Ｂの結果、増分像層のピクセルがサブピクセル領域において１/２ピクセル分シフトされた複合像になっている。
【図１８Ａ】図１８Ａは本発明の装置のまた別の実施形態のシーケンスにおける簡略な縦面図であって、左コーティングベルトが像コーティング段階にあり、右コーティングベルトが全面露光段階にあるシーケンスを示す。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、図１８Ａに続く、左コーティングベルトが全面露光段階にあり、右コーティングベルトが像コーティング段階にあるシーケンスを示す。
【図１８Ｃ】図１８Ｃは、図１８Ａ及び１８Ｂの実施形態と同様であるが、搬送面をさらに有する本発明の一実施形態のシーケンスにおける簡略な縦面図である。
【図１８Ｄ】図１８Ｄは、図１８Ａ及び１８Ｂの実施形態と同様であるが、搬送面をさらに有する本発明の一実施形態のシーケンスにおける簡略な縦面図である。
【図１８Ｅ】図１８Ｅは図１８Ａから１８Ｄに示される実施形態にともなう方法工程を示す流れ図である。
【図１９Ａ】図１９Ａは図１Ｆと１Ｇ及び図１８Ａと１８Ｂの実施形態の特徴を複合した本発明の実施形態を示すシーケンスにおける簡略な縦面図である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは図１Ｆと１Ｇ及び図１８Ａと１８Ｂの実施形態の特徴を複合した本発明の実施形態を示すシーケンスにおける簡略な縦面図である。
【図２０Ａ】図２０Ａは図１Ｆと１Ｇ及び図６の実施形態の特徴を複合した本発明の実施形態を示すシーケンスにおける簡略な縦面図である。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは図１Ｆと１Ｇ及び図６の実施形態の特徴を複合した本発明の実施形態を示すシーケンスにおける簡略な縦面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
添付図面のいくつかの図にわたり、対応する参照符号は対応する要素を示す。
【００２８】
本発明は図面に示される特定の実施形態及び以下で本明細書に説明される変形を参照することで最善に理解できる。本発明はそのように説明されるが、本発明の図面に示される実施形態への限定は目的とされていないことは当然である。逆に、本発明は、添付される特許請求の範囲で定められるような本発明の精神及び範囲内に含めることができる、別形、改変及び等価形態の全てを包含する。
【００２９】
図１Ａは、装置の動作のコーティング／像形成段階中の本発明のフレキシブル立体像造形装置の一実施形態の簡略な縦面図を全体として参照数字２１で示す。図１Ｂは、詳細のために拡大した、図１Ａの構造を示す。光源２２が、像平面において新鮮な造形材料層の選択された領域を硬化させるためにビルド２８の造形材料で濡れた表面２６上に投影される、集束立体像造形光２４を供給する。ビルドは、層に層を重ねる、増分態様で造形されていく３次元物体２８である。像平面は新鮮な造形材料の増分層の立体像造形光との交点によって定められる、空間内の点である。ビルド表面２６が光源から正しい距離にあれば、ビルド表面２６は像平面にある。
【００３０】
ビルドパッド３０が、新鮮な造形材料及び立体像造形光を受け取るためにビルド表面を像平面に位置合せして、また像平面を外して、配置する、エレベータ駆動シャフト３４によって駆動されるエレベータプラットフォーム３２上に、ビルドを支持する。キャリッジフレーム３５が、造形材料源である、造形材料槽３７から造形材料を一層ずつ搬送するための造形材料搬送面３６を支持する。キャリッジフレーム３５は任意の数の、例えば工程モーター駆動親ねじまたは搬送面／造形材料槽アセンブリの移動において対抗するトルクに耐えることができるＤＣモーターを含む、停止位置間の平滑で精確な往復運動に適するデバイスとすることができる。搬送面３６は、キャリッジフレーム上に取り付けられた造形材料槽３７からの搬送面への造形材料３９の層の塗布のためのグラビアホイール３８と受取態様で接触する。搬送面は造形材料を取り上げて像平面に搬送するためにローラー４０を巡って往復し、ローラー４０の内の少なくとも１つは駆動ローラーとしてはたらく。キャリッジ３５は、搬送面とビルドの間の相対運動を実質的に排除するため、搬送面の走行方向とは逆の方向に往復する。
【００３１】
ビルドの表面が濡らされた後、像形成の前に、必要に応じて昇降可能な態様で駆動シャフト４３に取り付けられた像平面支持プレート４２を、搬送面を押してビルド表面に接触させて、レベリング及びビルド表面上への新鮮で未硬化の造形材料の一様な移載を行うために用いることができる。像平面支持プレート及び関連コンポーネントは図１Ｂの拡大図に示されている。図示されるように、プレート４２は、ベルトの濡れたビルド表面の裏の面で、濡れたビルド表面が像平面から１ベルト厚分離れるように配置される。像平面支持プレート４２及びエレベータ駆動シャフト４３は、ベルトが造形位置に移動された後のビルド表面２６にわたる造形材料の厚さを精確に設定するために濡れた表面３９の裏になるコーティングベルト３６の上部の下でキャリッジ３５に取り付けられる。プレート４２は造形材料を固体に転換するに十分な立体像造形光を透過させる。一般に、像平面支持プレートは透明ガラスまたは適する透光性プラスチックでつくられるであろう。造形材料が露光された後で、ベルトがビルドから離れる方向に送られる前に、プレート４２はベルトから引き離される。ビルドの表面に造形材料を一様に支持するに十分な張力を維持することで、プレート４２及び駆動シャフト４３がない状況において本装置を動作させ得ることは当然である。
【００３２】
図１Ａはビルドの表面からの余剰未硬化造形材料を除去するためのアンコーティング面を示し、図１Ａのアンコーティング面はデバイス４５である。デバイス４５は、一実施形態において、搬送面とともに往復運動するためにキャリッジ３５上に取り付けられたブラシとすることができる。造形材料層のビルド２８の表面２６上への被着及び表面２６の造形光２４への露光の後に、キャリッジが搬送面を左に移動させてビルドの下から出すと、エレベータがビルドをブラシクリアランスに対する正しい高さに持ち上げ、キャリッジがブラシ４５を、ビルド表面に接触して、余剰未硬化造形材料を偏心態様または回転態様で除去するために、ビルド表面まで送る。適するブラシの１つに、接着剤または塗料の塗布に用いられるタイプの、市販の合成モヘアローラーがある。余剰未硬化造形材料を除去することでビルドをアンコーティングするためにブラシがビルドに接触した後、キャリッジは戻り、別の造形材料層を塗布してビルド形成を続けるために、エレベータが下がって、造形材料３９でコーティングされた搬送面３６をビルドに接触させる。次いで、例えば保護囲い内でブラシを約３０００〜６０００ｒｐｍないしさらに高速で回転させることにより、ブラシをクリーニングする必要があるであろう。５０００ｒｐｍの回転速度が有用であると考えられる。アンコーティングのためのブラシの直線運動及び回転運動するに適するハウジングは、共通に所有される、２００７年９月１７日に出願された、名称を「余剰未硬化造形材料の除去のためのブラシアセンブリ（Brush Assembly for Removal of Excess Uncurred Build Material）」とする、米国特許出願第１１/８５６２７０号並びに２００７年７月１３日に出願された米国仮特許出願第６０/９４９６１４号及び２００７年８月１５日に出願された米国仮特許出願第６０/９５６０５１号のそれぞれの明細書に、さまざまな実施形態で説明されており、これらの出願により本出願は優先権を主張し、それぞれの明細書の内容は全体が本明細書に参照として含まれる。
【００３３】
ブラシの動作に強く影響するいくつかの要因がある。直線動作ブラシまたは回転動作ブラシのいずれが選択されるかにかかわらず、ブラシは十分な余剰未硬化造形材料を除去するに十分な回数ビルドの表面を擦るべきであり、ブラシは、ビルド表面に造形材料を再被着させないように及びキャリッジを汚さないように、造形材料のクリーニングが行われるべきである。同時に及び別途のクリーニングの前に、ブラシから造形材料を撥ね飛ばさずに、ビルドからの造形材料の除去が可能になる程度の高速の擦過を与えることが望ましい。擦過速度の大きさは経験的に決定される。造形材料をブラシに保持する力はブラシを構成する繊維上の造形材料の表面エネルギーに比例する。表面エネルギーが高くなれば、擦過速度は一般に表面エネルギーが低い場合よりも若干高くなる。
【００３４】
回転運動ブラシに対し、造形樹脂材料にかかる遠心力は回転の角速度およびブラシ直径の関数でもある。直径が１.２５インチ（３１.７５ｍｍ）の剛毛ナイロンブラシ及び本明細書で説明されるような造形材料に対しては、３６０ｒｐｍが、ブラシからの造形材料の撥ね飛びを回避できないほど速くはなく、クリーニングの効率を低下させるほど遅くはない、クリーニングに適する回転速度であることが明らかになっている。
【００３５】
ビルド表面にかけて、左及び右のいずれの方向にも、複数回ブラシを掃引することが一般的である。回転運動ブラシは、単にビルド表面に接触することにより、ブラシが自由に回転するであろう方向とは逆の方向に移動する。
【００３６】
ブラシアセンブリがビルドの表面にかけて延び出され、引き戻される速度はある範囲内で変わり得るが、高速であるほど一般にサイクル時間が改善され、低速であるほど良好なクリーニングが得られる。適する掃引回数と速度の組み合せは約１〜９インチ（約２５.４〜２２８.６ｍｍ）/秒において約１〜５掃引である。
【００３７】
剛毛の先端とビルド表面の干渉の大きさであるブラシ侵入量も、ビルド表面からの余剰未硬化造形材料の除去に寄与する。侵入量が大きいほど効果的であるが、大きすぎると繊細なビルド表面に損傷を与え得る。図示される実施形態では約０.０８０インチ（２.０３２ｍｍ）の侵入量が考えられている。
【００３８】
上で論じたパラメータは造形の段階に応じて若干変わり得ることに注意すべきである。例えば、支持体を造形する場合、凹凸のない側壁（垂直壁）は重要ではなく、水平表面から大量の未硬化造形材料を拭き取るためにブラシをより低速で当てることができる。回転動作ブラシは自由に回転するであろう場合と同じ方向に同じ速度で回転することができる。
【００３９】
ブラシから造形材料を取り除くため、ブラシを移動させて像平面から離し、ブラシから除去された造形材料がビルドに打ち当ることを阻止する態様でブラシをクリーニングする。例えば、上に挙げた米国特許出願第１１/８５６２７０号では、ブラシがシールド内に納められる。一実施形態においては、ブラシを回転させて造形材料がブラシから撥ね飛ばし、ブラシを速く回転させるほどよい。造形材料除去速度は回転数の二乗にしたがって高くなる。３０００ｒｐｍでは１.５インチ（３８.１ｍｍ）ブラシがクリーニングされ、５０００ｒｐｍでは同じブラシがさらに高速でクリーニングされるであろう。ブラシが小さくなると若干高い回転数が必要になり、機械的回転装置が十分であれば、６０００ｒｐｍより高い速度を達成できる。大量の余剰造形材料が取り除かれなければならない場合、ブラシは掃引間にクリーニングされる。余剰造形材料が少量しかない場合、クリーニングサイクルのための掃引を完了させて、ＵＶランプ露光が行われると同時にブラシをクリーニングすることができる。
【００４０】
図１Ａの装置は、望ましければ、ハウジング４９に収めることができる。ハウジング内部は加熱することができ、加熱は装置の動作及び性能に有益であり得る。加熱は、加熱がなければフレキシブル搬送による処理が困難になるかまたは希釈剤の添加が必要となり得る造形材料の粘度を下げることによって、本発明の実施に有用な造形材料の範囲を広げることができる。希釈剤は、例えば、脆性を高めるかまたは機械的強度を低下させることにより、造形材料で作製された造形品の品質を落とし得る。加熱により、分子量がより大きい出発材料の使用が可能になり、いくつかの造形材料の粘度が約１０００センチポアズ（１Ｐａ・秒）より低く、いくつかの場合には約６００センチポアズ（０.６Ｐａ・秒）まで下がる。造形材料の温度を１０℃上げることで、一般にいくつかの恩恵が得られる。一般に、約９０℃の温度が有用であることが分かっている。
【００４１】
ビルドパッドは一般に、立体像造形装置のビルドとエレベータの間でエレベータプラットフォーム３２上に設けられる。ビルドを支持する立体支持構造はビルドプラットフォーム上に直接に立体像造形装置によってつくられる。多くの構成のビルドプラットフォームが提供されている。ビルドを、図１Ａに示されるように、上下逆に配置するためのビルドプラットフォームは、２００７年１月１７日に出願された米国仮特許出願第６０/８８５２５７号、２００７年７月１３日に出願された米国仮特許出願第６０/９４９６１４号、及び２００７年８月１５日に出願された米国仮特許出願第６０/９５６０５４号のそれぞれの明細書に説明され、これらの出願により本出願は優先権を主張し、また２００７年９月１７日に出願された、名称を「ビルド支持体を造形するためのビルドパッド、立体像ビルド及び方法（Build Pad, Solid Image Build, and Method for Building Build Support）」とする、米国特許出願第１１/８５６２０９号の明細書に説明されている。
【００４２】
図１Ａのシステム及び本明細書に示される実施形態の全ては、図示されておらず、一般には、エレベータ、コーティング及びアンコーティング動作、像形成、像形成後硬化及びその他の特徴を含む、装置を動作させるためのあらかじめプログラムされたデータに応答してコンピュータによって一般に動作する、コントローラによって自動的に制御されることは当然である。
【００４３】
図１Ｃは、プラットフォーム上にまだある間にビルドの硬化を施すために強度が約１００Ｗの１つ以上のＵＶ源６１及び反射器６３が用いられている、図１Ａの装置の拡大部分の別の実施形態を示す。硬化光は、余剰未硬化造形材料の除去後の層間にある、層内に、必要に応じて時折、あるいは必要に応じて層間に、四方全てからあるいは必要に応じて二方または三方から、与えることができる。例えば可視光を放射することができる結像器２２がＵＶ光も放射することができ、よってビルド硬化のための光源としても結像器を用い得ることは当然である。
【００４４】
図示されるように、エレベータ駆動シャフト３４’及び３４”はビルド及びビルドパッド３０に隣接して配置されたビルドのための支持体への硬化光透過の遮断を回避するように配置されている。光源がビルドパッドを通してビルドを照射するために用いられていれば、ビルドパッドは、適する透明材料でつくられる必要があり、光の透過を実質的に妨害しないエレベータ駆動シャフト上に取り付けられたエレベータブラケットに保持されるように構成される必要があるであろう。適する光透過ビルドパッド／エレベータブラケットアセンブリは、先に本明細書に含められた、共通に所有される、同時継続の、米国仮特許出願第６０/８８５２５７号の明細書に説明されている。
【００４５】
像形成層内２２の場所で高強度ＵＶ源を用いることにより、本明細書に説明される本発明の実施におけるビルドの通し硬化が達成され得ることは当然である。ビルド層における光吸収を可能にし、ビルドパッド３０に隣接する向こう側までのビルドの硬化を可能にするためにビルドの厚さを透過するに十分な強度が与えられる、この通し効果は、２００７年８月１５日に出願された米国仮特許出願第６０/９５６０５１号の明細書に説明される効果と同様であろう。本出願は上記明細書により優先権を主張し、上記明細書の内容は上で本明細書に含められている。像支持平面４２に像を透過させるためにミラーアセンブリを用いることができ、ミラーアセンブリは高強度硬化光のためのクリアランスを設けるために往復態様で動作させることができる。高強度源の一例は約６００ＷのＵＶランプである。それぞれの層に対してほぼ８０ｍＷ/ｃｍ２で約１０秒間光を当てることができる。ほぼこの強度の光により、乾いて、完全に反応したパーツを達成するための、ビルドの他の表面上への追加照射の必要は排除されるはずである。
【００４６】
図１Ａ及び１Ｂは、ビルドの下面への重力による余剰未硬化造形材料の移動を可能にし、ビルドがエレベータ上にある間の余剰未硬化造形材料の除去及び層のＵＶ硬化を容易にするに有利である、上下逆配置のビルドを示している。図１Ｄ及び１Ｅは、ビルド３２８及びビルドパッド３３０が上置きエレベータプラットフォーム３３２及びエレベータ駆動シャフト３３４上に正立配置で支持される、別の構成を示す。往復搬送面３３６がローラー３４０を巡る三角形に取り付けられ、ローラー３４０のうちの少なくとも１つが駆動される。搬送面３３６はビルドへの搬送のために造形材料層３３７及びグラビアロール塗布器３３８から造形材料を取り上げる。図１Ｄの左側に示される搬送面３３６は、図１Ｄの右側に示されるように、コーティング区画３５３及び連結部分３５４の２つの区画を有し、連結部分は、例えばコーティング区画を往復態様で駆動するためにローラー３４０と嵌合するための歯付フレキシブルベルトとすることができる。
【００４７】
図１Ｅはさらに搬送面のコーティング区画３５３のビルド３２８との接触を示し、ローラー３４０が搬送面の前縁において搬送面を押してビルド表面に接触させることを示す。これは、往復搬送面が図１Ａまたは１Ｄあるいは本明細書で以降に示される別の実施形態の構成であるか否かにかかわらず、当てはまる。ローラー３７０のいずれかまたはいずれもが駆動され得るかまたはほかの機構が用いられ得るが、結果が等価である必要はない。ビルドプラットフォーム及びビルド表面に当たるための第１のローラー３４０は一般に、造形材料厚を設定するため、硬質である。図１Ｄ及び１Ｅには往復キャリッジが示されていないが、図１Ａのキャリッジと同様のキャリッジが図１Ｄに関連して用いられるであろうこと、及び図１Ｄの搬送構成が図１Ｄのエレベータを反転させて図１Ａの実施形態に用いられ得ることは当然である。右方向に移動する往復キャリッジ（図１Ａ）及び図１Ａ及び１Ｄにおけるように左方向に回転する往復ベルトの組み合せにより、ビルド表面とベルトの間の相対運動が抑えられ、ビルド表面上の新鮮層内の空気閉じ込めの確率が低められる。
【００４８】
図１Ａ〜１Ｅ及び図面を通してどこか他に示されるコーティングベルトは通常、往復移動するに十分な強度をもち、造形材料を容易に取り上げ、造形材料を容易に離してエレベータプラットフォーム上のビルドに移載するために表面を提供する、フィルムである。一般的に言って、フレキシブル搬送立体像造形に適することが知られている非弾性ベルトが本発明の実施におけるコーティングベルトとしての使用に適する。ベルトは一般に、ポリプロピレン、ポリカーボネート、フッ素化エチレンプロピレン、及びこれらの混合物及び共重合体のような、１つ以上のポリマー造形材料を含む。テフロン（登録商標）フィルムを含むＰＴＦＥフィルムが、ある程度は造形材料を十分よく離してビルド表面に移載するため、有用である。用いられる材料にかかわらずベルトは、ベルトが光源と造形材料の間におかれたときに、立体像造形のための光に対して十分に透明であるべきである。
【００４９】
造形材料は通常、光源に対して反応性であり、フレキシブル搬送フィルム上に取り上げられて、像平面にあるビルドまでフィルムによって搬送され得る、立体像造形のための可流動造形材料である。広汎なそのような造形材料がステレオリソグラフィに対して知られている。光源がデジタル光プロセッサ、すなわち「ＤＬＰ」源であれば、造形材料は一般に可視光及び紫外光に反応して固化し、造形材料はこれらの光源の両者に対する反応開始剤を含有するであろう。フレキシブル搬送造形のための造形材料は、露光時に容易に固化するべきであり、ビルドへの良好な密着性を有するべきであり、コーティング面またはアンコーティング面のいずれであっても、搬送面から容易に離れるべきである。適する造形材料は、２００５年４月１日に出願された、名称を「像投影システムに有用な光硬化性組成（Radiation Curable Compositions Useful in Image Projection Systems）」とする、米国特許出願第１１/０９６７３９号の明細書に説明されている。上記明細書の内容はその全体が本明細書に参照として含まれる。そのような造形材料は一般に、ポリ（メト）アクリレート化合物、ウレタンポリ（メト）アクリレート化合物、ポリエステルポリ（メト）アクリレート化合物、シリコーンポリ（メト）アクリレート化合物、及び可視光及びＵＶ光に対する重合開始剤を含有する。
【００５０】
図１Ｆ及び１Ｇは図１Ａ〜１Ｅの実施形態に対する、第２の往復搬送面５６を備える、別形を示し、第２の往復搬送面５６は、照射後にビルド表面２６から余剰未硬化造形材料を除去する目的のため、図示されるように、あるいは図１Ｄの三角形にすることができる。この第２の搬送面が、図１Ａに示される回転ブラシ４５に代わるアンコーティングデバイスであることは当然である。第１及び第２の搬送面は相異なる面であって、第１の搬送面が像平面にあるビルド表面に造形材料を搬送し、第２の搬送面が像平面から余剰未硬化造形材料を除去することも当然である。
【００５１】
図１Ｆにおいて、往復キャリッジ３５は、その最も右側の、ビルドに造形材料３９の層を塗布し、図１Ａについて説明した態様でビルド２８の像形成を行うための、位置に示される。ビルドを新鮮な未硬化造形材料３９でコーティングするための往復搬送ベルト３６がキャリッジフレームに取り付けられる。コーティングベルトは、グラビア塗布ロール３８との接触により、造形材料源３７から造形材料を取り上げる。造形材料源及びグラビア塗布ロールもキャリッジに取り付けられる。キャリッジがベルト、グラビアローラー及び造形材料源を最も右側の位置に移動させるにつれて、ベルトは、回転矢印で示されるように、ローラーホイール４０を巡って左に回転して、造形材料源からベルト上に立体像形成造形材料を取り上げ、ビルド表面２６上に造形材料を被着させる。
【００５２】
アンコーティングベルトは造形材料を容易に受け取り、保持し、さらに廃棄または再使用のために未硬化造形材料を放出するに十分に多孔質である。ビルドからの未硬化造形材料の除去後、アンコーティングベルトは廃棄または再使用のために余剰未硬化造形材料５９（図１Ｆ）を像平面から運び去る。図１Ｅに戻れば、往復キャリッジ３５が、ベルトからの未硬化造形材料の除去のために未硬化造形材料５９が載ったアンコーティングベルト５６を搬送するため、右に移動する。図１Ｆ及び１Ｇに、ビルド表面からアンコーティングベルトによって除去された余剰未硬化造形材料をアンコーティングベルトからキャリッジフレーム上に取り付けられた受け器６４に落とし込むための、キャリッジ３５に対して固定された位置に取り付けられたエアナイフ６２のような、加圧流体源が示される。ベルトは、余剰未硬化造形材料範囲にかけて加圧空気を当てるために、回転矢印で示されるように、受け器上方を右に移動させる。
【００５３】
動作において、コーティングベルト３６からの新鮮造形材料層の取り上げのため（図１Ｆ）、光源２２による新鮮層の像形成のため及びアンコーティングベルト５６による未硬化造形材料５９の除去のために（図１Ｇ）、エレベータプラットフォーム３２がビルド表面２６を増分態様で移動させて造形面に保つ。像平面においてコーティングベルトまたはアンコーティングベルトをビルド表面に接触させるためにキャリッジ３５が前後に移動する際に、制御された速度でベルトが逆方向に移動してビルド表面とベルトの間の相対運動を阻止する。同様に、キャリッジがコーティングベルトまたはアンコーティングベルトをビルドから外す際に、ベルトはキャリッジとは逆方向に移動する。ベルトとビルド表面の間の相対運動を抑えることで実質的に、コーティングベルトによって敷かれた新鮮造形材料層内の空気閉じ込めが排除され、コーティングベルト及びアンコーティングベルトの両者による造形材料の繊細な構造の破壊が回避される。
【００５４】
図１Ｈは、ビルドとの接触から外されて左に移動された、図１Ｇのコーティングベルトを拡大図で示す。ベルトは矢印で示される方向に移動し、グラビアロール３８に接触したままである。ビルドとの接触が外れて移動する際にベルトが造形材料３９でコーティングされているか否かは装置の動作に重要ではない。像平面支持プレート４２及びそのエレベータ機構４３もキャリッジに取り付けられ、ベルトの移動中は下げておかれる。図１１にさらに明確に見ることができるように、コーティングベルトは連続ループを形成するために、例えば歯付ベルトとすることができる、ストラップ５１によって連結された透明区画５３を有する。これらの２つの区画は、図１Ｄ及び１Ｅのコーティングベルト３３６と同様の、両方向性エンドレス面として、先の図面のコーティングベルト３６を形成する。
【００５５】
次に図１Ｊの流れ図を参照する。図１Ａ及び１Ｆに示されるように、往復キャリッジは、図示される実施形態ではコーティング位置である、右端位置に移動されている。往復キャリッジは像平面においてコーティングベルトをビルド表面に位置合せする。コーティングベルトが、反時計回りに回転しながら所定の位置に移動するにつれて、グラビアロールが時計回りに回転しながらコーティングベルトと接触して、工程６６（図１Ｊ）にしたがい、ビルドプラットフォーム上のビルド表面に接触するコーティングベルト表面の部分領域に造形材料層を塗布する。キャリッジが右に移動し、コーティングベルトを像平面に送り（工程６８）、像平面におけるコーティングベルトの相対運動を阻止するために、コーティングベルトが制御された速度で左に移動される。回転運動による造形材料塗布によってビルドに移載される造形材料内の空気閉じ込めが防止され、ビルドとコーティングベルトの間の相対運動の制御によってビルド上の繊細な構造に損傷を与える機会も減じられる。工程７０（図１Ｊ）にしたがい、ベルトがビルドに造形材料を移載してしまうと、造形材料を固化し、よって立体ビルドの新しい層を形成するために、結像器が像平面を集束光で照射する（工程７２）。その後、工程７４にしたがい、ビルド領域から造形材料のコーティングの未硬化部分を除去するため、ベルトから造形材料の硬化部分を剥がすため及び像平面からベルトを離すため、キャリッジが左に移動するとともにコーティングベルトが逆方向に回転する。キャリッジの左への移動により、工程７６にしたがい、アンコーティングベルトが新しく造形された層と接触させられる。
【００５６】
図１Ｇに示されるように、往復キャリッジは左端位置に移動されて、アンコーティング位置につけられている。往復キャリッジがアンコーティングベルトを像平面に位置合せする。アンコーティングベルトが、時計回りに回転しながら所定の位置に移動すると、工程７８にしたがい、ベルトは像平面においてビルド表面に接触して、先のコーティング動作による未硬化造形材料を除去する。キャリッジが左に移動して、アンコーティングベルトが制御された速度で右に移動し、先に説明したように、アンコーティングベルトの相対運動を阻止して繊細なビルド表面構造への損傷を防止する。
【００５７】
ベルトがビルドから造形材料を受け取ると、アンコーティングベルトが逆方向に回転し、図１Ｆに示されるようにキャリッジが右に移動してアンコーティングベルトを像平面から運び去り、サイクルを完了させる（工程８０）。図１Ｆに示されるように、アンコーティングベルトが最右端位置に達するときに、アンコーティングベルトは、一般に空気の、加圧流体を与えるエアナイフにかけて移動されて、未硬化造形材料がアンコーティングウエブを通して下の受け器に押しやられる（工程８２）。複数の層からなるビルドを完成するため、上記の工程が工程８４にしたがって反復される。
【００５８】
図１Ａ〜１Ｉを参照して説明した往復キャリッジシステムにおけるアンコーティングステーションの組込みが、層間の余剰造形材料の除去により、一層汚れが少ないパーツを作製することは当然である。本装置及び方法は、ビルドの形状に依存して、最終硬化の前のさらなるクリーニングを必要としないビルドを作製することができる。複雑なビルド形状ではアンコーティングベルトで除去されない未硬化造形材料がまだ残っていることがあるが、そのような一層複雑なビルドは一般に従来システムで供給される同等のビルドより汚れが少ない。
【００５９】
図示されていない制御システムは、エレベータ位置、ベルトのコーティング、ベルトの往復運動、ビルドパッドへのコーティングの塗布、ビルドの像形成、キャリッジの往復運動、未硬化造形材料の除去、及び温度の制御を含む、造形工程のシーケンスの実行を可能にするためのプログラマブル制御を提供する。一般に、キャリッジコンポーネント及びエレベータコンポーネントのための筺体の外部にある、独立筺体がコントローラーシステムコンポーネントを提供する。オペレータステーションは一般に、プログラマブルで自動化された動作のためのＰＣを備える。
【００６０】
次に本発明の別の実施形態に移れば、図２は、半連続動作用に改変された、図１Ｆ及び１Ｇの実施形態と同様の実施形態を示す。ビルドパッドは、図１Ｆ及び１Ｇの実施形態の個片ビルドパッド３０ではなく、連続ベルト１３０である。図示されるように装置の他の態様は図１Ｆ及び１Ｇの態様と同じであるが、図１Ａの回転ブラシまたは図１Ｄの透明構成が用いられ得るであろうことは当然である。半連続実施形態が図１Ｆ及び１Ｇの実施形態の装置に限定されず、この詳細な説明の範囲内の他の実施形態に適用され得るであろうことは当然である。
【００６１】
連続ベルトビルドパッドは、コーティングベルト３６及びアンコーティングベルト５６を有する往復キャリッジ３５の走行方向に直交する方向に向けられる。像平面において参照数字１３０’で示される区画に見られる、連続ベルト１３０は割送り態様で像平面にかけて走行し、それぞれのビルドが完了すると前に割り送られてそれぞれの新しいビルドのための新鮮なプラットフォームを提供する。連続ベルトビルドパッド１３０は、張力に耐えるに十分に強く、相互と造形プロセス中にビルドを適切にグリップし、完成したビルドのベルトからの迅速な剥離を提供するに適するいずれかの材料からなることができる。そのような適する材料の１つはマイラーである。
【００６２】
図２Ａに示されるように、連続ベルトプラットフォーム１３０は送出しロール１３０’及び巻取りロール１３０”によって提供される。連続ベルトは送出しロールからエレベータプラットフォーム３２にかけてエレベータプラットフォームとビルド２８の間を走行し、張力によるかまたはエレベータプラットフォームと連続ベルトの間の真空の使用によってエレベータ上の指定の場所に保持され得る。連続ベルト１３０が造形中は静止しており、像平面から完成ビルド１２８を退かして、像平面においてエレベータにかけてビルドパッド１３０の新しい区画を配置するために巻取りロールに向けて割り送られることは当然である。ベルトが前に割り送られると、完成ビルド１２８が退かされ、必要に応じて、さらに処理するかまたは製造で使用するために受け器１３６に入れられる。必要に応じて、完成ビルド１２８はＵＶランプ６１及び反射器６３のような、安定な光源を用いて、生乾き状態を過ぎて乾燥状態に、あるいは完全硬化状態にさえ、さらに硬化される。
【００６３】
図２Ｂは、図２及び２Ａに示される半連続実施形態の態様の方法の工程を示す。図２Ｂに示されるように、像平面において連続ビルドパッド上に汚れのないビルドが完成される。工程１９０にしたがい、ベルトが前に割り送りされて、ビルドパッド及びビルドが像平面から退かされ、ベルトの新鮮なビルドパッド区画が像平面におかれる。汚れのないビルドの製作のために工程１８８及び１９０が反復される（工程１９２）。半連続実施形態の一利点は、汚れのない生乾きビルドが半連続態様で完全に硬化され、この完全硬化プロセスがビルド製作プロセスに組み込まれることである。
【００６４】
本発明の実施において考えられるような半連続製作の結果、乾燥ビルドが得られることは当然である。図２及び２Ａの実施形態の半連続態様は、半連続態様で追加の段階も提供できる。これらの追加段階は完全硬化ビルドを作製するための紫外線ランプアセンブリを用いる生乾きビルドの追加硬化を提供することができる。望ましければ、補聴器の製作に有用であり得るような化学処理を導入することができる。半連続製作により、本発明の立体像造形装置及び方法を製造プロセスに組み込んで、統合製造プロセスの一部とすることができる。例えば、歯科矯正具は一般に立体像造形で作製された金型を用いて形成される。本発明の半連続実施形態の実施により、立体像造形で作製された汚れのない金型を完全に硬化させ、次いで半連続ベースで歯科矯正具の製作のための成形ステーションに入れることができる。
【００６５】
図２Ｂは、本発明の半連続実施形態が有用な方法の追加工程を大まかに示す。上で論じたように、ベルトプラットフォーム上でビルドが作製され、前に割り送られる。それぞれのビルドは像平面からそれぞれのビルドが退かされた後に、工程１９４にしたがい、割送り連続ビルドプラットフォーム上で完全に硬化される。必要に応じて、工程１９６で挙げられているように、完全硬化ビルドを下流の製造プロセスにまたはそのプロセスを通して搬送するために、ベルトを下流製造プロセスに統合することができる。最終的に、工程１９８にあげられるように、完全硬化ビルドがベルトプラットフォームから取り外される。
【００６６】
図３は、図１Ｇ及び１Ｈに示される装置からの個片ビルドプラットフォームの自動取外し及び交換に適合された、本発明の第２の半連続実施形態を示す。図２に関してそうであったように、図３に示されるような別の態様の装置は図１Ｆの装置と同じであるが、像平面支持プレート４２及び駆動シャフト４３（図１Ｆ）は示されていない。図３の半連続実施形態が図１Ｇの実施形態の装置に限定されず、本説明の範囲内の他の実施形態に適用され得るであろうことは当然である。
【００６７】
図３に示されるように、エレベータ３４及びエレベータプラットフォーム３２はコーティングベルト３６の十分上方に示される。先行ビルドは完成され、先行ビルド及び先行ビルドがその上に支持されていたであろうビルドプラットフォームは退けられている。新鮮なプラットフォーム上の新しいビルドはまだ始められていない。往復キャリッジ３５、コーティングベルト３６及びアンコーティングベルト５６は静止している。
【００６８】
個別ビルドプラットフォーム２３０のスタックがディスペンサー２３０’に備えられ、新鮮なビルドプラットフォーム２３０”がディスペンサーから取り出されてエレベータプラットフォーム３２に移載されている途中である。図３の実施形態において、これらのビルドプラットフォームは、本発明の装置による使用に適合された従来のピックアンドプレースシステム（図示せず）により、ディスペンサーからエレベータに、また完成ビルドとともにエレベータから、取り出され、交換されるであろう。ビルドプラットフォーム２３０”は、エレベータプラットフォームに確実に固定され、結像器２２でつくられる像に合される。
【００６９】
図３に示される実施形態の実施のための方法の工程が図３Ａに示される。初めに、工程２８８にしたがい、個別ビルドプラットフォームの１つの上で完全な汚れのないビルドが完成される。工程２８９にしたがい、ピックアンドプレースシステムまたはその他の適するシステムがビルド及びビルドプラットフォームを取り出す。システムは次いで新鮮なビルドプレートをエレベータプラットフォーム上に確実に固定し、像平面においてビルドプラットフォームを結像器に位置合せする（工程２９０）。汚れのないビルドの半連続作製のためにこれらの工程２８８，２８９及び２９０が反復される（工程２９２）。
【００７０】
必要に応じ、工程２９３にしたがい、汚れのない生乾きビルドを、ビルドがその上でつくられたビルドプラットフォームから取り外すことができ、あるいはビルドをプラットフォーム上で完全に硬化させることができ（工程２９４）、次いでビルドパッドを取り外すことができる（工程２９８）。望ましければ、工程２８８後でビルド２８及びビルドパッド３０がエレベータプラットフォーム３２（図３）上の所定の場所にまだある間に、あるいは工程２８９にしたがう取外し後に、工程２９４及び２９６を実施することができる。
【００７１】
図４は、１つより多くの供給源からの造形材料を用いることができる、本発明の装置の一実施形態の横面図である。図４の実施形態は１つより多くの造形材料でつくられた汚れのないビルドを提供できる。この実施形態は、割送り可能で往復可能な中間アンコーティングベルト３５６と縦連の２つのエンドレスコーティングベルト３３６及び３３６’を備え、ベルトのそれぞれは、ビルドパッド３３０がその上に取り付けられたビルドプラットフォーム３３２の上でのコーティングベルト／アンコーティングベルトアセンブリの往復運動のためのキャリッジ３３５に取り付けられている。ビルドパッド３３０は駆動シャフト３３４及びエレベータプラットフォーム３３２によって押し上げられる。グラビアロール３３７，３３７’及び造形材料槽３３７，３３７’が支持フレーム３５０上に固定され、キャリッジが前後に往復するにつれてコーティングベルトがそれらの上を走行する。グラビアロール及び造形材料槽は、図１Ａ及び１Ｆにおけるようにキャリッジに取り付けられておらず、キャリッジとともに往復することはない。図４の実施形態のその他の態様に、筺体３４９内における加熱がある。ベルトに用いられる材料及び造形材料の組成は上で論じた材料及び組成と同様である。
【００７２】
本明細書に論じられる全ての実施形態におけるように、一方向に移動する往復キャリッジと逆方向に移動する往復コーティングベルト及び往復アンコーティングベルトの組み合せにより、ビルド表面に塗布される新鮮造形材料層内の空気閉じ込め及び繊細なビルド構造の破壊の可能性が減じられる。先の実施形態と図４の実施形態の間にはいくつかの類似点があるが、図４及び以降の実施形態ではビルドが上下逆ではないことに注意すべきである。
【００７３】
コーティングベルト３３６及び３３６’は、必要に応じて張力印加ローラーまたは駆動ローラーとすることができる、３つのローラーを巡る三角形に配置される。３つのローラー３４０はコーティングベルト３３４に付随する。ローラー３４０’はコーティングベルト３３６’に付随する。コーティングベルトはそれぞれ、望ましければ、図１Ａに示される態様で２つのローラー４０を巡る配置とすることもできよう。図１Ａ及び１Ｅの実施形態におけるように、ビルドプラットフォーム上のビルド表面に当てるためのローラーはビルド材料厚を設定するに十分に硬質である。
【００７４】
コーティングベルトは個別の造形材料源、すなわち造形材料槽３３７及び３３７’からのビルド３２８の交互コーティングを提供する。これらの個別造形材料源は同じかまたは異なる材料を有することができる。造形材料槽３３７及び３３７’はそれぞれ、それぞれの槽内で、グラビアロール３３８及び３３８’に造形材料を供給し、グラビアロールは像平面への搬送のためにコーティングベルトに造形材料を、これが達成されまた図１Ａを参照して説明した態様と同様にして、移載する。
【００７５】
アンコーティングベルト３５６は、送出しロール３５７から駆動及び張力印加ローラー３５８を巡って巻取りロール３５９に送られる、連続割送り可能で往復運動可能なベルトである。下部のローラー３５８はそれぞれ、キャリッジが右に移動しているかまたは左に移動しているかに依存して、アンコーティングベルトをビルド表面と初めに接触させるためのローラーであり、したがってこれらのローラーはいずれも、ベルトをビルドに押し付けて未硬化材料をアンコーティングベルトに移すため、ある程度可撓で弾力性である。必要に応じて、送出しロールから巻取りロールへベルトを割り送ることにより、新鮮なアンコーティングベルトを供給することができる。
【００７６】
図４は、使用されたベルトの廃棄のために巻取りロール上にアンコーティングベルトが巻きつく際に、アンコーティングベルト上の造形材料を硬化させるためのＵＶランプ３６１及び反射器３６３を示す。あるいは、図１Ｅ及び１Ｆの造形材料回収システム／アンコーティングベルト構成を、アンコーティングベルトの第１のコーティングベルトから逆の側に第２のコーティングベルトを追加し、エアナイフまたはアンコーティングベルトのウエブから造形材料を叩き出すに適するその他の装置を備えて、用いることができる。造形材料源３３７，３３７’がインクジェット源であれば、アンコーティング装置３５６にこれらの構成のいずれもが必要ではないはずであることは当然である。
【００７７】
動作において、第１のコーティングベルト３３６がグラビアロール３３８を介して造形材料源３３７からコーティング材料層を受け取る。結像器３２２で定められる像平面にベルトが移動し、像平面においてビルド３２８の表面３２６に造形材料を移載する。結像器３３２が集束立体像造形光３２４を供給して造形材料を硬化させる。その後、コーティングベルト３３６及び３３６’並びに中間アンコーティングベルト，ウエブ３５６を含む、キャリッジが左に割り送られて、コーティングベルト３３６を像平面から移動させ、いかなる余剰未硬化造形材料も除去するためにアンコーティングベルト３５６を硬化されたビルドの表面に接触させる。その後、キャリッジが続けて左に割り送りされて、アンコーティングベルトを像平面から移動させる。この時点で、または次のアンコーティング動作の前に、アンコーティングベルトを前に割送りして新鮮なウエブを露出することができる。この時点において、アンコーティングウエブ３５６の未硬化コーティング領域を最終廃棄のためにフラッシュ露光で硬化させることができる。
【００７８】
アンコーティングベルトが移動してビルドプラットフォーム及びビルドパッドの上方の所定の位置につくと、第２のコーティングベルト３３６’がグラビアロール３３８’との接触を介して造形材料源３３７’から造形材料を取り上げる。アンコーティングベルトは続けて左に割送りされて像平面から出され、キャリッジは第２のコーティングベルト３３６’を、ビルドパッド上のビルド上に像を形成するために、ビルドプラットフォーム上方におく。キャリッジは次いでコーティングベルト及びアンコーティングベルトを右に移動させて、アンコーティングウエブ３５６を再びアンコーティングのためにビルドと接触させる。上記の工程の全てを反復して、ビルドを作製する。
【００７９】
図５は、図示されていない、コーティングステーション及びアンコーティングステーションの往復運動中は結像器３２２と干渉しないようにコーティング／アンコーティングキャリッジから離れた場所に配置された、アンコーティング媒体のより大きな送出しロール及び巻取りロールを有する、図４の装置と同様の実施形態の横断面図である。図４のローラー３５７及び３５９であるような、往復ローラーキャリッジ上に取り付けられたアンコーティングウエブの送出しロール及び巻取りロールの代わりに、図５の送出しロール及び巻取りロールは移動アセンブリから分離されて設けられる。アンコーティングベルトを送り出しローラーからアンコーティング位置に、及びアンコーティング位置から巻取りロールに向けるためにウエブ回転走行ローラーを備えることができる。その他の要素は図４と同様であり、同じ参照数字が付され、動作は全般的に図４に関して説明した動作と同様である。
【００８０】
図６は、単一造形材料源とともに用いるために設計された、図４の装置と同様の装置の別の実施形態の簡略な横面図である。図６の装置は、固定された造形材料槽３３７からグラビアホイール３３８を介して立体像造形材料を受け取る単一のコーティングベルト３３６を有し、コーティングベルト３３６はキャリッジの往復にしたがってグラビアホイール上を通過する。造形材料は次いで、エレベータ駆動シャフト３３４，エレベータプラットフォーム３３２及びビルドパッド３３０に支持された、ビルド３２８に一層ずつ塗布される。結像器３２２がそれぞれの造形材料層を光３２４に当ててそれぞれの層を固化させる。新鮮な層の塗布間にビルドから未硬化造形材料を除去するために送出しロール３５７及び巻取りロール３５９が新鮮なアンコーティングウエブ３５６を供給する。ビルドパーツから除去された造形材料は、巻取りロールに巻き取られる前に、フラッシュ露光源，ＵＶランプ３６１及び反射器３６３によって固化される。コーティングベルト及びアンコーティングベルトは筺体３４９に収められ、上で論じたようなコーティングベルト上への取り上げ及びビルドへの塗布に対する造形材料加熱の利点が実現できるように、加熱することができる。装置の往復動作は図４に関して上述した、ただし第２のコーティング装置はない、動作と同様である。
【００８１】
図７は、図４に示した装置の、単一のビルドに多種の造形材料を塗布するために第２の装置が並列に付加された、実施形態の上面図である。本装置は第１及び第２の往復キャリッジを並列で有する。キャリッジは概ね図４のキャリッジと同じであり、一度にキャリッジの内の１つだけがビルドプラットフォーム上方に配置される。第１及び第２のキャリッジの全アセンブリは、初めに第１の往復キャリッジを、次いで第２のキャリッジを、ビルドプラットフォーム及びビルドパッド上方の像平面に配置するため、方向矢印で示されるように、ビルドプラットフォーム及びビルドパッド上方の個々のキャリッジの往復運動と直交する方向に往復運動する。
【００８２】
第１及び第２の往復キャリッジはそれぞれ２つのコーティングベルト３３６，３３６'及び４３６，４３６'を有し、それぞれアンコーティングベルト３５６及び４５６を有する。左方向移動及び右方向移動を示す矢印は、ビルドプラットフォーム３３２上方の第１のキャリッジのコーティングベルト３３６，３３６'及びアンコーティングベルト３５６の往復運動を示す。ベルト４３６，４５６，４３６'を有する、第２のキャリッジアセンブリは、第１のキャリッジアセンブリのコーティング及びアンコーティング動作が完了するまで、稼働停止中である。第１のキャリッジアセンブリが、光源３２２への露光で硬化することでその層造形を完了すると、第１のキャリッジアセンブリは縦矢印で示される方向に移動して稼働停止状態に入り、第２のキャリッジアセンブリをビルドプラットフォームに位置合せした稼働状態にする。第１のキャリッジアセンブリがその層を敷いた後、望ましければ、第１のキャリッジアセンブリは縦矢印で示される方向に移動して稼働停止状態に入り、ビルド３２８が完了するまで第２のキャリッジアセンブリをビルドパッド３３０に位置合せした稼働状態にする。
【００８３】
動作において、図７のアセンブリは別々の造形材料を４種まで用いることができる。支持体を提供するために１つのキャリッジを用い、同時に別のキャリッジでビルド品を提供することができる。あるいは、生物学的構造に用いられるような、様々な造形材料の層を有する複雑な構造を形成することができる。キャリッジをさらに追加することで、立体像造形プロセスに用いられる造形材料の数および種類を多くするために、図７の実施形態を第３ないし第４のキャリッジまで、あるいはさらに多くのキャリッジにさえ、拡張できることは当然である。
【００８４】
図８，９及び１０は、図１Ａ〜７に示される実施形態のいずれかの実施において集束光を提供する結像器として用いることができる種類の、従来のデジタル光るプロセッサ結像器７２２の様々な図である。図８は上面から見た、光軸７００の中心を結像器でつくられる像７０２上にある結像器を示す。図９は側面から見た、パッド７０６により表面７０４上に支持された結像器を示し、像が光軸の上方にオフセットされていることを示す。図１０は背面から見た結像器を示し、像が光軸の右上方にオフセットされていることを示す。
【００８５】
集束光を提供するための本発明での使用に多種多様な立体像形成光源を適合させ得るであろうことは当然である。グラビアロールを用いる実施形態のため、あるいは造形材料層の所望の像に対応する領域だけを硬化させるように設計された集束光の提供のため、結像器は、ＵＶプロジェクタ、ステレオリソグラフィとともに用いられるような走査型レーザシステム、ＬＣＤ（液晶ダイオード）、ＬＣｏＳ（シリコン上液晶）、ＬＥＤ（発光ダイオード）、またはＤＬＰ（デジタル光処理）プロジェクタを備える。
【００８６】
１つの特定の実施形態において、結像器はＤＬＰプロジェクタである。普通に入手できる結像器の像領域は一般に１０２４×７６８ピクセルに限られる。マイクロミラー密度がさらに高い、解像度がさらに高い結像器は一般に、像領域が１４００×１０５０ピクセルであり、小さい結像器よりも約３７％大きな寸法をもつ像をつくる。
【００８７】
市販のＤＬＰプロジェクタには一般に、ＵＶ及び可視光のいずれの波長も表出するように、フレキシブル搬送立体像造形キャリッジシステムの構成に基づく所望の焦点距離を確立するように及び用いられる材料に基づいて光強度を調節するように、改変された光学系が必要である。そのような改変型ＤＬＰプロジェクタの１つは、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）アレイを組み込み、ランプ及び、９×６.７５インチ（２２.９×１７.４ｃｍ）の像領域にかけて４００ｍｍの投影距離で焦点が合う、約３５０〜４５０ｎｍを含む立体像造形に適するスペクトル範囲にわたるランプからの９素子投影レンズ像形成光を有する。像は幅が１０２４ピクセルで高さが７６８ピクセルである。ＤＬＰプロジェクタは所望にスペクトル範囲外のランプからの光を除去するためのＵＶ/ＩＲフィルタを備えることができる。投影レンズにわたってランプからの光を一様に分布させるために照射レンズを用いることができる。ランプと照射レンズを連結するＵＶ強化型光パイプ及び照射レンズ及び投影レンズと光指向態様で通じるＵＶ強化型ミラーを備えることができる。
【００８８】
市販デジタル光プロジェクタは、上述したように、解像度がピクセルサイズで制限されているから、解像度が粗い像をつくる。市販デジタル光プロジェクタでつくられる像における１０２４×７６８ピクセルは、ビルドプラットフォーム寸法の増大に比例して解像度が低下するから、支持プラットフォーム上に造形することができる３次元物体の寸法を制限する。代表的な市販光プロジェクタの像寸法は解像度をｘ軸方向で１０２４ピクセル、ｙ軸方向で７６８ピクセルに制限し、よって粗い像をつくる。さらに、市販光プロジェクタは完璧に集束させることができず、したがってそれぞれのプロジェクタに固有の収差がぼけピクセルを生じさせる。この「焦点ずれ」状態はピクセル像領域にわたって変化する。さらに、「焦点ずれ」状態の程度は個々のプロジェクタについて異なっている。しかし、液体樹脂配合物のような、光硬化による固化が可能な造形材料の露光中の光強度レベルを変えるためにそれぞれの境界ピクセルに対するそれぞれのピクセルの固有のぼけの利用及びグレイスケール露光レベルの使用によって、投影される境界ピクセルのグレイスケール値による固化可能な感光性ポリマー造形材料の重合境界の制御が可能になる。物体をそのピクセルにおいて１回の露光で形成して、造形されている立体像すなわち３次元パーツのより一層高い造形物体精度及び壁面平滑性を達成することができる。ｘ平面及びｙ平面において投影される１つまたは複数のピクセルに対応する固化可能造形材料の重合境界をそのようにして制御できることで、上述した１０.２４インチ（２６ｃｍ）×７.６８インチ（１９.５ｃｍ）の面積が、わずか１００ｄｐｉ（３９.４ドット/ｃｍ）よりかなり高い実効解像度を有しているかのように見えるであろう。より大きなビルドプラットフォームも利用することができ、より大きな物体を製作することができる。
【００８９】
デジタル光プロジェクタは一組の非常に小さなミラーを制御して関係するピクセルに光を反射する。反射または照射の時間を制御することによって、像平面において投影されるそれぞれのピクセルの光強度を０（黒）から１（白）まで、０から２５５の様々なグレイスケールレベルで変えることができる。１つの適するグレイスケールレベルの範囲は約６０から約２５５である。別の適するグレイスケールレベルの範囲は約１００から約２５５である。
【００９０】
像のピクセルがぼけるかまたは若干の像ぶれを有する市販デジタルプロジェクタの固有特性の結果、隣り合うピクセルの重なりが生じる。この光強度分布は以降の説明の目的のためにガウス分布として近似することができるが、実際には光分布は多くの様々な形状をとることができる。点（ｘ,ｙ）における光強度Ｋは実際上点（ｘ,ｙ）に隣接する全てのピクセルの光強度寄与の総和である。点（ｘ,ｙ）における光強度は点（ｘ,ｙ）に隣接する全てのピクセルの全てが混合された結果である。ピクセルの光強度はピクセルの中心から遠ざかるにつれて減少する。デジタル光プロジェクタの光学系を調節してピクセルのいくらかの像ぶれを得ることにより、ピクセルの光強度がその隣接ピクセルの全てに拡散する。点が物体の縁端または壁面を形成する境界ピクセルである場合、隣接ピクセル数は少なくなるであろう。コーナー壁面にある点に対して隣接ピクセル数は３となり、縁端またはコーナーから離れた壁面のピクセルにある点に対して隣接ピクセル数は５となる。
【００９１】
像領域の露光の制御は、いくつかの露光パラメータを制御することで達成することができる。光源によってターゲット基板に送られるエネルギーは、関係式、[エネルギー]＝[光強度]×[露光時間]で表すことができる。この関係式が露光パラメータの制御に用いられる。一パラメータは造形されている３次元物体の断面を構成する平面内のそれぞれのピクセルの照射時間の制御である。あるいは、露光レベルを制御するための別のパラメータは、例えば全ての境界ピクセルに対して露光時間を一定に維持しながらグレイスケールレベルを変えることによって、光強度レベルを変えることとすることができる。第３のパラメータは投影されるピクセルの光強度の幅である。これは投影されるピクセルのフォーカス度を変えることによって達成することができる。このパラメータは像領域にわたり異なる場所で変えることができる。２つの手法は全て、個別に、様々に組み合せて、または全てを同時に合せて、用いることができる。個々のプロジェクタは、像領域の選ばれたピクセルにおいてデジタルカメラで投影強度を測定することによるピクセル位置の関数としてのｘ平面及びｙ平面の両者におけるピクセル強度幅に対して特性を定めることができる。この情報は次いで立体撮像装置に格納して、像平面にわたる最適像性能及び形成されている物体における重合境界の正確な制御を得るために用いることができる。制御され得る第４のさらなるパラメータは、光強度対プロジェクタのランプの使用時間である。ランプの強度、したがって送られるエネルギーの量は時間とともに減少し、送られるエネルギー量へのランプの経時効果は、投影されるピクセルに送られる光子の数がいつも同じになるように、ランプの露光時間を延ばすことによって補償されなければならない。強度は日常的に放射計で測定される。それぞれの固化可能感光性ポリマー造形材料は重合に影響する、光速度のような、それぞれ自体の特定の特性を有するから、上記の４パラメータは、選ばれる特定の固化可能光重合性造形材料に対して較正される。
【００９２】
較正は点（ｘ,ｙ）におけるピクセル及びその８つの隣接ピクセルに対し、物体断面を形成する像領域におけるそれぞれのピクセルの照射時間に基づいて、所望の累積光強度Ｋがその点において固化可能感光性ポリマー造形材料を固化させるに十分であるように、異なる光強度を調節することで達成される。累積光強度Ｋが、液体樹脂配合物のような、効果可能感光性ポリマー造形材料を固化させるに必要な臨界エネルギーＥｃに等しいか、またはこれをこえると、造形材料が固化し、形成されている物体の形状寸法に加わる。累積光強度が臨界エネルギーＥｃより小さい場合、造形材料は未固化状態すなわち液体状態のままであろう。
【００９３】
代表的な樹脂について、臨界エネルギーＥｃは境界内の層体を露光するために用いられるエネルギーよりかなり小さく、おそらく２０％以下である。本発明の装置に用いられる代表的な樹脂に対するＥｃは通常、用いられる層露光エネルギーの約１０〜１２％である。固化される領域の幅は縁端ピクセルの光強度にしたがって変わる。ピクセルからの光強度はグレイスケールで変わるから、領域の縁端または境界を形成する固化可能造形材料の重合は境界ピクセルのグレイスケールを変えることによって制御することができる。
【００９４】
露光強度レベル及び投影されるピクセルのピクセル強度幅またはフォーカス度を変えることで、若干の像ぶれがつくられ、境界ピクセルに送られる光エネルギーの量が影響を受けて、固化可能感光性造形材料の重合境界が制御され、よって物体の境界ピクセルにおける構造の縁端または境界の実効位置がサブピクセル解像度で定められる。露光強度レベルを変えることは照射時間または露光時間及び／またはグレイスケール露光レベルを変えることで達成される。この手法により丁度ピクセル解像度で提供されるよりもかなり高い像境界解像度が達成される。
【００９５】
投影像がｘ方向及びｙ方向に縁端をもつ２次元像であることに注意すべきである。複数の断面層を積層することで３次元物体が作製される場合、作製される物体はｚ方向すなわち第３の次元に延びる。本発明は個々の２次元断面層投影において投影像における縁端平滑性を達成する。個々の２次元断面像投影のそれぞれが固化可能感光性ポリマー造形材料を重合させると、固化可能感光性ポリマー造形材料上の露光された投影ピクセル領域に対応する固体層が形成される。造形プロセスにおいて複数の断面層を一層ずつ重ね合せて密着させる、すなわち足し合せることで、本発明は複数の個々の断面層における密着平滑縁で形成された平滑壁面をもつ３次元物体を形成する。
【００９６】
動作において、造形されるべき３次元物体についてのデジタルデータが立体像造形システムに送られる。このデータは、ＣＡＤデータを適するデジタル層データフォーマットに変換し、これをアルゴリズムによってデータを最適化してデジタル光プロジェクタにオン／オフ命令を与えるようにオブジェクトデータが操作されるコンピュータ制御システムまたはホストコンピュータ（図示せず）に供給する、ＣＡＤステーション（同じく図示せず）からのデータであることが好ましい。あるいは、デジタルデータは、現物パーツのデジタイズにより、またはパターンファイルから、立体像造形システムが受け取ることができる。ＣＡＤデータによるかあるいは現物パーツのデジタイズまたは、時に、パターンファイルにより得られる立体像造形層データは、スライスプログラムを用いて造形されるべき物体の断面層を表す断面データを生成するホストコンピュータによって処理されることが好ましい。パターンデータから得られる立体像造形層データはスライスされずに直接ビットマップ断面として利用されることもある。本発明の上記の工程は、標準ステレオリソグラフィプロセスにおける態様と同じ態様で行われる。スライスプログラムで得られたスライスデータはビットマップデータに変換される。グレイスケールソフトウエアプログラムを用いて、ホストコンピュータが、固化可能感光性ポリマー造形材料が露光されるときの造形材料の重合境界を制御するために必要なグレイスケール露光レベルを計算する。立体像造形装置のマイクロプロセッサコントローラまたはコンピュータが形成されるべき物体のビットマップ入力を受け取る。次いで立体像造形装置のコントローラまたはコンピュータによってアルゴリズムがビットマップ化された断面データに適用されて、デジタル光プロジェクタの、マイクロチップのような、コントローラに対する命令がつくられる。デジタル光プロジェクタは、像領域（または像平面）にわたるピクセルのフォーカス度を観察することによって投影光ピクセルのフォーカスに対する特性が先に定められている。プロジェクタは、像領域上の選ばれたピクセル位置における光強度を記録するために放射計の使用により光強度分布についての特性も定められ、必要に応じてフォーカス及び照射時間が調節されている。照射時間は、光強度、デジタル光プロジェクタの使用時間及び用いられることになる特定の固化可能感光性ポリマー造形材料に基づいて調節される。光透過性造形材料キャリアが固化可能感光性ポリマー造形材料を供給槽またはカートリッジから像形成領域に搬送する。像形成領域は支持プラットフォームで支持され、支持プラットフォームは、その上で固化可能感光性ポリマー造形材料が重合されて３次元物体に形成される支持プラットフォームを延び出させ、引き戻すために、立体像造形装置のフレームに可動態様で取り付けられる。デジタル光プロジェクタが、形成されている断面におけるビットマップ化断面データを表す像を投影することにより、３次元物体の境界内の像領域において選ばれたピクセルを、所望の露光レベルにおいて所望の照射パターンで照射する。所望の露光レベルは、先に論じた露光パラメータの１つ以上についてデジタル光プロジェクタの特性を定め、必要にしたがい、その特性に応じて露光レベルを調節することによって得られる。像領域におけるデジタル光プロジェクタからの所望の露光レベルにより、投影像による、感光性造形材料の選択的固化及び像平面の異なる領域への異なる露光パラメータの適用による投影ピクセル化像における感光性ポリマー造形材料の重合境界の制御が可能になる。次いでビルドプラットフォームは次の露光の前の新鮮な、すなわち未硬化の、固化可能感光性ポリマー造形材料の受け取りに備えるため、光透過性造形材料キャリアから離れて移動する。固化可能感光性ポリマー造形材料の搬送工程、支持プラットフォーム上の像領域照射工程及び新鮮な固化可能感光性ポリマー造形材料を受け取るための支持プラットフォームの位置替え工程は、３次元物体が完成するまで、それぞれの断面層について反復される。
【００９７】
アルゴリズムが、実験データに基づき、特定のピクセル内に物体の構造のより大きな部分を有する、より高いグレイスケール値露光または照射のためのピクセルを選択する。境界において固化する感光性造形材料の量は造形材料のタイプが異なれば、またデジタル光プロジェクタが異なれば、変わるであろうが、グレイスケールレベルと境界ピクセルに沿って固化する感光性造形材料の量との間の関係は一般に同じパターンにしたがうであろう。あるピクセルのグレイスケール値Ｋはパーツまたは構造の内部のピクセルの面積にしたがって設定される。あるピクセルに割り当てられるグレイスケール値Ｋは比ｒの関数[Ｋ＝ｆ（ｒ）]であり、ここでｒはピクセルの総面積Ａに対するパーツまたは構造の内部のピクセルの部分の面積Ａ'、すなわちｒ＝Ａ'/Ａである。しかし、比は、パーツまたは構造の内部のピクセルに対しては１であり、外部のピクセルに対しては０であるから、境界ピクセル及びその隣接ピクセルに対してはグレイスケール値が必要である。境界ピクセルのパーツまたは構造の内部にある部分の面積の値はスーパーサンプリングに基づき、ピクセルのパーツまたは構造の内部にある部分の面積Ａ'を近似する。このスーパーサンプリング手法は像ベーススライスアルゴリズムとともに使用するに適する。
【００９８】
アルゴリズムは、物体の構造がそこを通過する、境界ピクセルをｋ×ｋのマトリックスすなわち細分Ｐｉｊにある一組のサブピクセルＰｉｊに分割する。アルゴリズムは次いでサブピクセルＰｉｊのそれぞれを、それぞれが物体の構造のいくらかの部分に覆われるか否かを決定するために、それぞれの中心においてサンプリングする。物体の構造のいくらかの部分によって覆われる、すなわちそのような部分に内包されるサブピクセルＰｉｊの総面積は、物体の構造の内部にある分割ピクセルの部分の面積Ａ'を近似する。ｋ×ｋの細分を有するピクセルに対し、比ｒは、ｋ×ｋの細分によって分割された、物体の構造のいくらかの部分によって覆われる、すなわちそのような部分に内包されるサブピクセルＰｉｊの総面積の総和として、すなわち
【数１】
2014037148.tif 000003
【００９９】
と表すことができる。
【０１００】
この手法を用いれば、ｋ×ｋのマトリックスすなわち細分を形成する上述した細分の数によって、造形される物体の境界解像度が決定される。例えば、４×４マトリックスは１６の異なるグレイスケール値を有し、境界解像度はピクセル寸法/４で決定される。同様に、８×８マトリックスについては、６４の異なるグレイスケール値があり、境界解像度はピクセル寸法/８で決定される。
【０１０１】
どのピクセルをプロジェクタが照射するかを指示するための、今論じたばかりのスーパーサンプリング手法に代わるアルゴリズム手法は、境界面積計算に基づくことができる。それぞれのピクセル内の投影される物体または構造の境界内の面積計算は、実際の、または非常によく近似された、セグメントを用いて、それぞれのピクセルの境界内の個別の幾何学的形状を生成する。アルゴリズムは、それぞれのピクセルを通過する１つまたは複数の境界セグメント内の照射されるべきそれぞれの幾何学的形状の正確な、または近似の、面積を計算し、面積を総和して、物体のそれぞれの断面において投影されている物体または構造の１つまたは複数のセグメント内の正確であるかまたはほぼ正確な面積を生成する。
【０１０２】
上述したグレイスケール露光レベルを用いて作製された物体の物体境界には観察可能なパターンの形態の系統的な目に見える境界誤差がまだあり得る。明らかに、これらの誤差は境界ピクセルに対して異なるグレイスケール露光レベルを用いることによって、１/ｋに減じられ、見えずらくなっているであろうが、それでも詳しく検査すれば観察可能であり得る。境界ピクセルにおけるグレイスケール値にランダム化を導入すれば、物体の境界上に観測可能なパターンを全く有していない作製物体をつくることができる。これは、与えられた範囲内の乱数Δｆを加算し、ピクセルのグレイスケール値としてｆ（ｒ）＋Δｆを割り当てることによるか、あるいは、いかなる与えられた面積比rに対してもルックアップテーブルからの戻し値ｆ（ｒ）が与えられた範囲内で変わる、ルックアップテーブルを用いることによって、達成することができる。
【０１０３】
本発明及びその他のフレキシブル搬送立体像造形装置を含む、立体像造形装置の造形面積は結像器の数を増やすことによって大きくすることができる。ＤＬＰ及び、照射アレイがピクセルである、液晶ダイオード（ＬＣＤ）、シリコン上液晶（ＬＣｏＳ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、紫外（ＵＶ）プロジェクタ等を含む、その他のいくつかの結像器に対し、本発明は像領域を大きくするための結像器アセンブリとして用いるために２つ以上の結像器が位置合せされている立体像造形を含む。そのような結像器のそれぞれは複合させて精確に位置合せされたアレイにすることで、最小構造寸法を大きくするかまたは光パワー密度を低下させずに、より大きな像領域をつくることができる。
【０１０４】
結像器は個別に、位置合せ手順に先立ち、デジタルカメラアレイを用いて特性が定められる。それぞれの結像器の強度分布は放射計プローブを用いて特性が定められる。適するカメラアレイの１つは、カメラが４列に配置され、一列当りに４台のカメラを有する、１６カメラアレイである。適するカメラには、Euresys Picolo Pro 3シリーズフレームグラッバーを備える、白黒モデルIV-BWCAM2EXカメラがある。
【０１０５】
個々の結像器の特性が定められた後、複数の結像器のセットの特性が、結像器によってつくられる像を位置合せし、像領域の間の継目に沿うピクセル混合特性を測定するため、９カメラの、別のデジタルカメラアレイを用いて定められる。ピクセル混合特性は一般に、継目の両側に沿ってかなり異なる。
【０１０６】
図１１は立体像造形に用いるために位置合せされた複数の結像器７２２，７２２'，７２２''及び７２２'''のアレイの一例を背面図で示す。参照数字７０２，７０２'，７０２''及び７０２'''で個別に指定される、それぞれの結像器の投影領域は複合投影領域の象限に対応する。９台のカメラ７１０が、結像器アレイにおける結像器の強度及び位置合せを観察するために、個々の結像器投影領域の間の継目に焦点を合せる。
【０１０７】
図１２，１３及び１４は結像器アレイに用いるために複数の結像器を位置合せするために用いられるテストパターンを示す。図１２は位置合せされた２つの結像器７２２及び７２２'による２つの結像器投影領域７０２及び７０２'の境界におけるピクセル７１２，７１４のサブセットである。図１３は、１/２ピクセルだけ重なっている２つの結像器による２つの結像器投影領域７０２，７０２'の境界におけるピクセル７１２，７１４のサブセットである。図１４は、結像器７２２'の特性を定めるために用いられた像の継目７０２/７０２'を示す、５ピクセル×５ピクセルパターンである。
【０１０８】
あるいは、結像器は、それぞれの結像器によって結像された２×２ピクセルチェッカーボードパターンを確立し、継目に配置された９台のカメラで継目を見ることによって位置合せすることができる。結像器位置は継目のそれぞれに沿うテストパターンの最善の一致が得られるように調節される。糸巻き型歪または樽型歪のため、パターンを正確に一致させることが可能ではないことがあり、よって、無間隙でテストパターンの全領域を結像器がカバーすることを保証するため、ある程度、１/２ピクセル、１ピクセルまたはそれ以上の重なりが必要になり得る。最大重なりは一般に約１ピクセルである。結像器は、放射計プローブによって測定することができる、結像器間の強度変動を考慮するように調節される必要があり得る。次いで、結像器を若干ターゲットに近づけるかまたは遠ざけることによって、あるいはズームレンズを調節することによって、それぞれの結像器の倍率を調節することができ、倍率は、ピクセルが継目に沿って、可能な限り厳密に、完全に並ぶように調節される。
【０１０９】
次に、継目上のピクセルの混合特性が決定される。結像器は広い光強度分布をつくることができるであろうが、立体像造形材料は、材料が硬化され得るかまたは材料が硬化され得ないかの、２つの可能な状態しかとらない。さらに、与えられたピクセルにかかるエネルギーは、そのピクセルの露光によるだけでなく、隣接ピクセルの露光によっても与えられる。したがって、像平面上の与えられた場所における立体像造形材料の固化は、そのピクセルの露光と隣接ピクセルの露光の累積の結果である。累積された露光は投影像の境界の解像度を高めるに有利に用いることができ、これは、２００６年８月２９日に出願された、名称を「立体像造形における露光レベルによる投影像の改善された壁面平滑度、構造確度及び解像度（Improved Wall Smoothness, Feature Accuracy and resolution in Projected Images via Exposure Levels in Solid Imaging）」とする、米国特許出願第１１/４６８０９０号の明細書に論じられている。上記明細書の内容はその全体が本明細書に参照として含まれる。
【０１１０】
累積露光を考慮するため、本方法は、継目におけるそれぞれのカメラ位置７１０にあるそれぞれの結像器について、継目７０２/７０２'に対して図１４に示されるように５ピクセル×５ピクセルパターンの像が形成される。引き続いて、グレイスケールを２５５から０の範囲にわたって変えることにより、初めにパターンの外側の列の強度、次いでパターンの外側の行の強度が減じられる。グレイスケールのそれぞれの変化毎にかめらからの強度プロファイルが記録される。これらの記録されたプロファイルからのデータは、処理されて、境界位置とグレイスケールの間の関係を決定するために、用いられることになる固化可能感光性ポリマー造形材料に対する閾露光と比較される。
【０１１１】
継目と交差する与えられた境界位置に対する２つの結像器には異なるグレイスケールが必要である。境界ピクセルのグレイスケール値が計算され、正しいグレイスケールが継目と交差する境界の位置を補正するために適用される。グレイスケール対境界位置較正はカメラ間で補間される。補間が十分に高精度でなければ、中間のカメラ位置が用いられるかまたはカメラが継目に沿って移動されて、精度を高めるためにより多くのデータが記録される。代替として、境界位置は露光時間または露光時間とグレイスケールによって補正できるであろう。
【０１１２】
ピクセルが重なる場合について、露光ルールが確立される。例えば、ピクセルが重なれば、ピクセル強度のそれぞれが、（正しい境界位置に対するいずれかのグレイスケール調節に加えて）グレイスケール調節により重なりのパーセンテージの１/２だけ減じられる。継目上の若干の結像アーティファクトが残り得る。このアーティファクトの目に見える効果は一層ずつの境界位置データに小さなランダムオフセットを加えることによって減じることができる。継目における露光を制御するため及び像セグメントを生成する結像器によって投影される像をセグメント化するため、コントローラを備えることができる。
【０１１３】
コーティング及びアンコーティング機能、エレベータ機能、結像器機能ビルド寸法を大きくするために複数の結像器を有する実施形態及びその他を含む、複数の制御機能を装置の自動化動作のために備え得ることは当然である。これらのコントローラは図示されず、これらの制御機能が通常は単一のコントローラ要素に複合されているであろうことは当然である。
【０１１４】
図１５Ａ，１５Ｂ及び１５Ｃは、結像器が重なる場合の結像器アレイにおけるそれぞれの結像器についての像境界の位置の決定に重要性をさらに示す。これらの図は、４５°境界領域に沿う、左側の結像器Ａ及び右側結像器Ｂの２つの結像器を示す。これらの図において、像は黒の輪郭線で示される。境界７５０は図１５Ａの境界線に対応し、境界７５２は図１５Ｂの境界に対応し、境界７５４は図１５Ｃの境界に対応する。個々の正方形は、それぞれが５×５アレイの、示される結像器のピクセルを表し、結像器は中央に配置されたピクセルに沿ってほぼ１ピクセル重なり、合せて９×５ピクセルのアレイをつくる。シェーディングは個々のピクセルの照射度を示す。シェーディングがないピクセルは全オンであり、濃いシェーディングがかけられたピクセルは全オフであって、薄いシェーディングがかけられたピクセルは、全オンでも全オフでもない、中間にある。
【０１１５】
図１５Ａは、結像器Ａについてのグレイスケール特性が定められており、境界位置を設定するために結像器Ａのグレイスケール特性が結像器Ｂに適用されている状況を示す。しかし、フォーカス度及び総結像器強度を含む様々な理由のため、与えられたグレイスケールに対して一般に２つの結像器が同じ特性を有することはない。結像器Ａの特徴を定める、選ばれたグレイスケール設定において結像器Ｂは像を上側に変位させる、言い換えれば、結像器Ｂは境界位置において結像器Ａより多くの光をピクセルに供給する、傾向がある。この効果は、像が結像器Ａの領域から結像器Ｂの領域に交差する、点７５１における境界位置に見ることができる。像境界は結像器Ｂだけの領域において上側に変位する、言い換えれば、より多くの光を利用できる（結像器Ｂピクセルは結像器Ａグレイスケール調節値においてより強い全オンになる）から、結像器Ｂピクセルに対応する造形材料はより多くが固化する。
【０１１６】
図１５Ｂは、結像器アレイのそれぞれに対する独立なグレイスケール特性の適用が図１５Ａに見られる像変位をどのように補正するかを示す。像境界位置７５２は、境界位置はグレイスケールに対して知られているように、それぞれの結像器に対して整合される。次いで個々の結像器からの像が継ぎ合される場所でグレイスケール調節を用いることができる。結像器Ｂの特性が正しく定められていれば、グレイスケール露光が減少して、結像器Ａのグレイスケール露光と一致する。４５°境界は正しく配置される。
【０１１７】
図１５Ｃは境界におけるグレイスケール調節がなされていない従来技術を示し、境界７５５において結像器Ｂの全オン領域に像が交差する場所で未だに上側に変位し、像の縁端における結像器Ａに対して調節がなされていない結果として左側にも変位して、結像器境界を所望の場所からさらに一層変位させている、図１５Ａの像を示す。
【０１１８】
図１５Ａ，１５Ｂ及び１５Ｃが、簡明のため、小さな境界区画における、代表的な総像領域の小部分しか示していないことは当然である。一般に、総照明ピクセル領域はかなり大きく、正確なビルドを保証するための工程がさらに必要である。例えば、造形材料は硬化時に収縮することがある。そのような場合、収縮してもかまわないブロックで大きな領域の中間部分の層を形成し、次いで収縮を最小限に抑えるようにブロック間の小領域を充填することが有用なことが多い。その後、正確なビルドを提供するため、図１５Ｂに関して論じたように境界の像が形成される。
【０１１９】
アレイで用いるために結像器を位置合せするための方法の基本工程の要約が図１６Ａに示される。初めに、工程７３０にしたがい、アレイのそれぞれの結像器の像領域がそれぞれの像の縁端に沿って位置合せされる。結像器を位置合せするため、それぞれの結像器でつくられる像領域がそれぞれの結像器からの像に対応する領域に分割されたターゲット上に結像される。それぞれの結像器の位置が、それぞれの像がそれぞれのターゲットを正確に埋めるまで、高精度で調節される。継目に沿うテストパターンの最善の整合が達成されて、ピクセル重なりによる像領域間の継目がつくられるまで、結像器が高精度で移動される（工程７３３）。隣接する像の継目に沿って９台のカメラが配置され、重なり量を高精度で決定するために継目が観察される（工程７３５）。継目において重なる結像器の内の１つが、重なり像領域を露光するための基準として選ばれる（工程７３７）。工程７３９にしたがい、重なりピクセルの境界位置がピクセルのグレイスケールを調節することによって補正される。アレイのそれぞれの結像器に対して上記の工程が反復される（工程７４１）。
【０１２０】
複結像器実施形態のために複結像器アレイが設定された後は、どの１つまたは複数の結像器が像の一部分を生成し、次いで継目に露光ルールを適用するかにしたがって結像ソフトウエアが像をセグメントに分けなければならないことを除き、アレイを単一の結像器であるかのように用いることができる。本発明の状況において複結像器アレイを用いるための方法の工程が、図１６Ｂに示される。初めに、工程７４３にしたがい、ビルド領域が結像器アレイによって結像される。次いで、結像ソフトウエアが、セグメントを生成する特定の結像器に依存して、像をセグメントに分ける（工程７４５）。ソフトウエアは、方法を完了するため、位置合せ手順中に発現した継目に対して露光ルールを適用する（工程７４７）。造形材料層からの造形材料層を一度に１つの層ずつ硬化させるために光が用いられる従来のステレオリソグラフィシステムとともに用いるために本発明の複結像器アレイを適合させ得ることは当然である。
【０１２１】
像領域を大きくするために複数の結像器とともに用いるために改変された実施形態を含む、上述した実施形態は全て、図２，２Ａ，２Ｂ，３及び３Ａに関して説明したように半連続動作のために適合させることができる。特に、いずれもが立体像造形によってしばらくの間に達成されている、補聴器の作製及び歯科矯正保定装置のための金型の作製が２つの分野である。
【０１２２】
図１７Ａ，１７Ｂ及び１７Ｃは別の手法である、境界を正しい位置におくことによって解像度を改善するための、像変位法を示す。しかし、像変位法では、上述したグレイスケール調節を用いるピクセル混合法の平滑度及び正確度を達成するために８〜１０のシフト境界露光が必要になり得る。像変位法は、同時継続で共通に所有される、２００５年４月１日に出願された米国特許出願第１１/０９６７４８号の明細書に全般的に説明されている。上記明細書の内容はその全体が本明細書に参照として含まれる。図１７Ａは参照数字７６０で、例えば結像器Ａによる、全オンの、２×３ピクセルアレイを示す。図１７Ｂは参照数字７６２で、例えば結像器Ｂによる２×３ピクセルアレイを示し、その像は図１７Ａにおける結像器Ａの像に対して１ピクセルだけ変位させられている。複数の境界露光による結果が図１７Ｃの、参照数字７６４で示される、実効的に１ピクセルより小さく、図１７Ｃでは１/２ピクセル、変位させられた露光である。
【０１２３】
次に独立のベルトシステムによりアンコーティングがない場合に汚れのないビルドを提供する本発明の実施形態の議論に移り、図１８Ａは、アンコーティングベルトを用いずに汚れのないビルドを作製する、本発明の別の実施形態を示す。図１８Ａは立体像造形材料８３９，８３９'のインクジェット源８３７，８３７'を示し、立体像造形材料８３９，８３９'は全て、同じかまたは異なる材料とすることができ、望ましければ、複数の造形材料でビルドを作製するか、あるいはビルドとは異なる材料の支持構造を適用するために、用いることができる。塗布される材料の量は断面積にわたって適度に一様であり、少なくとも断面層の高さを与えるに十分であり、理想的にはその量より有意に多くはない。インクジェットアプリケータは、第１のコーティングベルト８３６に、ビルドプラットフォームへの移載及びフラッシュ露光のためにベルト上のコーティング材料層を位置決めするために回転矢印で示されるように反時計回りにコーティングベルトが前進するにともない、ジェット噴射可能な立体像材料の断面像を塗布する。図１８Ａのシステムが、ベルト８３６がコーティングされるとともに、ベルト８３６'がビルド表面に当たるように反時計回りに回転しながら、像平面においてビルド表面に造形材料層を塗布していることは当然である。
【０１２４】
コーティングベルトは、それぞれのベルトを交互にコーティングするため及びコーティングされたベルトを像平面にあるビルド表面に移載するために前後に移動する、往復キャリッジ上を、図１８Ａ及び１８Ｂの水平矢印に示されるように進む。図１８Ｂに示されるように、ベルト８３６は方向矢印で示されるように時計回りに回転してビルド表面上に造形材料を向け、像平面にあるビルドに造形材料を塗布する。コーティングベルト８３６，８３６'は、コーティング層とビルドの間の相対運動を抑え、空気の閉じ込め及びビルドの損傷の機会を減じるために、図１Ｅのベルトと同様に、図１８Ａ及び１８Ｂに回転矢印で示されるような往復態様で動作する。
【０１２５】
インクジェットシステムが、制御システム（図示せず）に応答して、立体像造形材料をビルド上で固化させるべき像の形でベルト上に形成する。すなわち、この実施形態においては、ビルドの濡れた表面の選択された領域を固化させるための光源８２２からの集束光が装置に必要ではない。代わりに、フラッシュ露光源８２２及び反射器８２２'からの、硬化に適する光、一般にＵＶランプからのＵＶ光による、全像平面の照射により、未硬化造形材料が存在しない、所望の立体像層がつくられる。図１８Ａの実施形態においては、アンコーティングベルは必要ではない。
【０１２６】
図１８Ｃ及び１８Ｄは図１８Ａ及び１８Ｂに示される実施形態の複コーティングベルト構成への拡張のシーケンス図を示す。それぞれにベルトにインクジェット像形成器がさらに付加され得るであろうことは当然である。コーティングベルト８３６''及び８３６'''がさらにシステムに組み込まれている。動作は図１８Ａ及び１８Ｂの動作と同様であり、キャリッジが往復し、ベルトが往復して、ビルドの像形成のため及び像のフラッシュ露光のためにビルドにいかけてそれぞれのコーティングされたベルトを配する。
【０１２７】
図１８Ａのシステムが単一のベルト及びインクジェット像形成器で動作することはできるであろうが、図１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ及び１８Ｄに示されるように、造形材料を１つしか用いなくとも、効率及び多目的性のため、２つ以上が用いられるであろうことは当然である。図１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ及び１８Ｄのシステムが、複数の材料のための２つ以上の並列ベルトシステムの複数のセットとともに、図７のシステムと同様に同時作動させ得ることも当然である。同時作動システムは、図２，２Ａ，２Ｂ，３及び３Ａに関して説明したように、半連続的に動作させることもできる。
【０１２８】
図１８Ｅは、図１８Ａ及び１８Ｂの実施形態の動作のための方法工程を示す。工程８６６に全てがしたがい、往復コーティングベルト８３６が、この実施形態ではキャリッジの左への進行方向と同じ方向である、反時計回りに回転して、インクジェット像形成器８３７の上方にベルトを配し、造形材料源８３７から造形材料８３９を取り上げる。ベルト８３６は他の実施形態に関して上述した態様と同様にホイール８４０を巡って回転する。図１８Ｂに示されるように、キャリッジが右に移り、ベルトが時計回りに回転して、ベルト８３６及び造形材料８３９を像平面に配し（工程８６８）、ビルド表面に造形材料を移載し（工程８７０）、空気が閉じこめられずまた繊細な構造が破壊されないように相対運動はない。エレベータ８３４及びエレベータプラットフォーム８３２が像平面においてビルドパッド８３０上にビルドを支持する。工程８７２にしたがい、造形材料層を固化させるために、一般にはＵＶランプであろう、光源８２２が立体像造形光のフラッシュ露光を与える。
【０１２９】
キャリッジが左に移動して像平面からベルト８３６を離し（工程８７４）、再コーティングのために図１８Ａに示される位置に戻る。ベルト８３６'はベルト８３６の鏡像で動作して、ベルト８３６が造形材料を取り上げている間に造形材料を像平面に移載し、ベルト８３６が像平面に造形材料を移載している間に造形材料を取り上げることは当然である。上記の工程が、プライム符号（'）の使用によって示されるような第２のベルトに対して反復され、最終的に、工程が数多く反復されて、ビルドが完成される（工程８７８）。
【０１３０】
図１９Ａ，１９Ｂ，２０Ａ及び２０Ｂは上で論じた実施形態の様々な組合せを示す。図１９Ａ及び１９Ｂは、図１８Ａのインクジェットアプリケータ８３７を備える像コーティングベルトの１つが付加された、図１Ｅの装置のシーケンス図である。すなわち、図示されるように、これらの実施形態は、それぞれコーター及びアンコーターである、第１及び第２の搬送面、及び、第１の搬送面に対して第１に搬送面の反対側にあり、よって第１の搬送面と第２に搬送面の間にある、第３の搬送面を示す。同様の要素には同じ参照数字が付され、動作は同様である。キャリッジはコーティングベルト３６からビルド２８に、結像器２２によって像が形成される、コーティングを施す。キャリッジは次いで左に移動して余剰未硬化造形材料５９をアンコーティングベルト５６上に移す。図１Ｆの実施形態とは異なり、キャリッジは次いでさらに左に移動して、像形成ベルト上にビルド材料で像を形成する、インクジェット像形成器８３７によってコーティングを施される。結像器２２はフォーカス合せ可能な結像器であり、そのフォーカスはインクジェット造形材料源８３７で与えられた像を硬化させるに重要ではない。フォーカス合せ可能な結像器は全てのピクセルを、あるいは十分な全面照射が与えられる限り全てよりは少ないピクセルでさえも、照射することによる全面露光のために動作させることができるから、全面露光装置を別途に備える必要はない。像形成ベルト８３６がコーティングベルト２６及びアンコーティングベルト５６と同じ高さにあるべきであり、またアンコーティングベルト３６または５６にブラシ４５（図１）を配置し得るであろうことは当然である。
【０１３１】
図示されるように、エアナイフ６２は静止しており、キャリッジが移動してエアナイフに戻るまで余剰未硬化造形材料５９は除去されない。同様に、インクジェット像形成器８３７は静止しており、像形成ベルト８３６は、キャリッジが移動して像形成ベルトをインクジェット像形成器ステーションに戻したとき、にコーティングされる。図２０Ａ及び２０Ｂの動作は、図４の最右端のコーターが図１９Ａにあるように、図１８Ａのインクジェット及び像形成コーターで置き換えられているだけで、同様である。図４に示されるコーター／アンコーターの組合せの実施形態の動作及び認別が図２０Ａ及び２０Ｂにも同様に適用されることは当然である。
【０１３２】
本発明を好ましい実施形態を特に参照して説明した。しかし、上記明細で説明され、添付される特許請求の範囲に定められる、本発明の製品及び範囲内で変形がなされ得る。
【符号の説明】
【０１３３】
２２    光源
２４    集束立体像造形光
２６    ビルド表面
２８    ビルド
３０    ビルドパッド
３２    エレベータプラットフォーム
３４    エレベータ駆動シャフト
３５    キャリッジフレーム
３６    造形材料搬送面
３７    造形材料槽
３８    グラビア塗布ロール
３９    造形材料
４０    ローラー
４２    像平面支持プレート
４３    駆動シャフト
４５    ブラシ
４９    ハウジング
５６    アンコーティングベルト
６１    ＵＶランプ
６２    エアナイフ
６３    反射器
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
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【図１Ｈ】
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【図１Ｉ】
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【図１Ｊ】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１８Ｄ】
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【図１８Ｅ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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