(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リソグラフィーをベースにした造形生成（ラピッドプロトタイピング）を使用することによって、光重合性材料から成形体を構成するための方法であって、液体光重合性材料の層を生成プラットフォーム上に画定し、前記層を、露光ステップで、露光ユニットにより所定の輪郭を有する露光領域で重合させ、光重合性材料のさらなる層を画定し、最後に画定された前記層を、前記最後に画定された層に関して所定の輪郭を有する露光領域においてさらなる露光ステップで重合させ、後の２つのステップを、層ごとの所定の輪郭を持つ一連の硬化層によって、所定の形状を有する成形体が形成されるまで繰り返し、所定の輪郭を有する露光領域でのそれぞれの露光を、露光素子の二次元アレイの個々の露光素子の制御されたアクティブ化によって実施し、各露光素子には画素が割り当てられて、前記露光された画素が一まとめになって前記露光領域を画定し、前記露光領域の前記露光は、共通光源と、前記光源により照射されかつ個々に制御可能な強度変調器のグリッドを有する二次元光強度変調器とによって、それぞれ照射された強度変調器が、前記露光領域の画素を露光する露光素子を形成するように実施され、二次元マトリックスは、層の露光ステップごとにコンパイルされ、前記マトリックスの各素子は、前記露光素子のアレイの露光素子に割り当てられ、この露光素子に関する制御命令は、前記露光ステップでの前記露光素子の放射線の強度プロファイルを個々に確立する時間依存関数の形で得られ、
前記方法は、アクティブ化されることになる全ての露光素子の強度プロファイルの全ての時間依存関数に共通する強度変動の成分が、露光ステップで一般的強度変動として存在する場合、前記一般的強度変動は、前記一般的強度変動に従い前記光源の強度を制御することによって実施されることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記光源の前記強度が、前記時間依存関数に依存する各時点で、画素に必要とされるだけの強度を有する最高強度で現時点で露光されなければならない前記画素が得られるだけ十分な、可能な限り低い値に設定されるように、前記露光ステップの最中に前記光源の前記強度が制御される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
露光ステップ中に、現時点での露光領域で露光されることになっている１つまたは複数の連続エリアと、前記連続エリアに割り当てられたアクティブ化されることになる前記露光素子とが特定され、各連続エリアはコア領域および縁部領域から構成され、前記露光素子の前記強度プロファイルの前記時間依存関数は、前記露光素子が、前記縁部領域での前記露光素子よりも前記コア領域でより早く始動するように選択される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
露光ステップ中に、現時点での露光領域で露光されることになっている１つまたは複数の連続エリアと、前記連続エリアに割り当てられたアクティブ化されることになる前記露光素子とが特定され、各連続エリアは、コア領域と、前記コア領域からの距離が増大した１つまたは複数の中心領域と、縁部領域とから構成され、前記露光素子の前記強度プロファイルの前記時間依存関数は、前記素子が最初に前記コア領域で始動し、次いで中心ゾーン、または前記コア領域からの距離に順じて逐次配されたゾーンで始動し、最後に前記縁部領域の前記露光素子が始動するように選択される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
前記露光素子の前記強度プロファイルの前記時間依存関数は、さらに内側に存在する先行領域の前記露光素子が、前記現時点での露光ステップに関する前記露光素子の積分強度の少なくとも５０％を送出した場合のみ、中心領域の前記露光素子または前記縁部領域の前記露光素子が始動するように選択される、請求項３または４に記載の方法。
【請求項６】
前記露光素子の前記強度プロファイルの前記時間依存関数は、さらに内側に存在する前記先行領域の前記露光素子が、前記現時点での露光ステップに関する前記露光素子の積分強度を完全に送出した場合のみ、中心領域の前記露光素子または前記縁部領域の前記露光素子が始動するように選択される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記露光素子の前記強度プロファイルの前記時間依存関数は、露光ステップ中に、前記縁部領域での積分露光持続時間が、さらに内側に存在する前記領域におけるよりも短くなるように選択される、請求項３から６の一項に記載の方法。
【請求項８】
前記露光素子の前記強度プロファイルの前記時間依存関数は、所定のパルス長および期間を有するパルスシーケンスによって定義され、前記縁部領域の露光素子に関する前記パルスシーケンスの前記パルス長は、さらに内側に存在する領域に関する露光素子のパルス長よりも短くなるように選択される、請求項３から７の一項に記載の方法。
【請求項９】
前記露光素子の前記強度プロファイルの前記時間依存関数は、所定のパルス長および期間を有するパルスシーケンスによって定義され、前記縁部領域の露光素子に関する前記パルスシーケンスの前記期間は、さらに内側に存在する領域に関する露光素子の期間よりも長くなるように選択される、請求項３から８の一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記露光素子の前記強度プロファイルの前記時間依存関数は、露光ステップ中、前記時間依存関数が、露光強度が低い第１の露光段階と、その後に続く、所定の期間にわたり最大値で高強度を有する段階とを有するように選択され、前記時間依存関数は、より強度の低い前記第１の露光段階が、前記最大値での前記所定期間の少なくとも３倍の長さであるように確立される、請求項１から９の一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の露光段階での前記強度プロファイルの前記時間依存関数は、式Ｉ０・ｅｔ／τの関数によって定義され、式中、Ｉ０が定数であり、τが所定の時定数である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
互いに隣りに存在するが中間スペースにより離間された２つまたは２つより多くのエリアが前記露光領域で露光されることになっている場合、直接隣接するエリアの前記露光素子は、直接隣接するエリアの前記露光が互いに対して時間オフセットを伴って生じるように、時間の関数として制御される、請求項１から１１の一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リソグラフィーをベースにした造形生成（ラピッドプロトタイピング）を使用することによって、液体光重合性材料から成形体を構成するための方法に関し、この方法では、粘性液体材料の層を生成プラットフォーム上に画定し、この層を、露光ユニットによって、所定の輪郭を有する露光領域を露光することにより重合させ、光重合性材料のさらなる層をこの重合層上に画定し、最後に画定された層を、この最後に画定された層に関して所定の輪郭を有する露光領域を露光ステップで露光することにより重合させ、後の２つのステップは、層ごとの所定の輪郭を持つ一連の硬化層によって、所定の形状を有する成形体が形成されるまで繰り返し、所定の輪郭を有する露光領域でのそれぞれの露光は、露光素子の二次元アレイの個々の露光素子の、制御されたアクティブ化によって実施し、各露光素子には画素が割り当てられて、これらの露光された画素が一まとめになって露光領域を画定し、二次元マトリックスは、層の露光ステップごとにコンパイルされ、マトリックスの各素子を、露光素子のアレイの露光素子に割り当て、この露光素子に関する制御命令は、露光ステップでの露光素子の放射線の強度プロファイルを個々に確立する時間依存関数の形で得られる。
【背景技術】
【０００２】
成形体を構成するための方法は、例えば、特に液体光重合性材料からの歯科修復物の構成に関するＷＯ２０１０／０４５９５０Ａ１によって公知である。公知の方法では、構成プラットフォームは、光を透過させるよう形成されたタンク底部の上方に、垂直に移動可能に保持される。タンク底部の下には、露光ユニットがある。生成プラットフォームは、所望の層厚の光重合性材料層のみが生成プラットフォームとタンク底部との間に存在するようになるまで、最初に光重合性材料内まで降下させられる。この層を、引き続き露光ユニットにより所定の輪郭で露光し、それによって硬化させる。生成プラットフォームが上昇した後、光重合性材料を周囲から補給し、生成プラットフォームを再び降下させるが、この降下は、所望の厚さの層が、最後に形成された層とタンク底部との間に画定されるような手法で制御される。次いで、後の２つのステップを、それぞれ所定の輪郭を持つ層を連続硬化することによって所望の形状を有する成形体が生成されるまで繰り返す。
【０００３】
所定の輪郭を有する露光領域での露光は、所定の輪郭を有する露光領域を生成するために選択的に駆動させることができる、露光素子のアレイを有する露光ユニットを使用して実施される。露光ユニットは、例えば、光源とマイクロミラーのアレイとを含んでいてもよく、これらのマイクロミラーはスイッチを選択的に切り換えることができ、即ち露光領域内の関連ある画素に、光を反射しまたは反射させない。露光素子の（平均）強度の調節は、所望の周波数および所望の露光パルス持続時間でマイクロミラーのスイッチを逐次オンにすることによって実施することができ、したがって所望の強度が全露光ステップを通して得られる。他の露光ユニットは、光源と、位置選択的光変調器（デジタルライトバルブ）、例えばＬＣＤアレイの形をとるものであって、個々に調節可能な強度を有するような露光素子のアレイを形成する変調器とを含んでいてもよい。
【０００４】
欧州特許出願ＥＰ１８９４７０４Ａ１は、構成される成形体の縁部での、成形体の改善された分解能の課題にも対処する。このために、とりわけ縁部に存在する画素のグレースケーリング、即ちコンピューターグラフィックスにより公知のアンチエイリアシング法に相当する手順が提示される。縁部でグレースケールにより露光を実施するために、例えば露光素子の露光強度を一定の露光持続時間ではより低くなるようにし、露光強度がこの露光持続時間中は一定であるように設定する。代替例として、全ての画素に関して同一強度の場合には、成形体の縁部のより良好な画定がなされるようグレースケールの調節を実施するために、縁部の画素に関して制御された手法で露光持続時間を短縮する。これに相応して、ＷＯ２００８／０８８６４２Ａ２では、縁部画素の露光に関して同様の文脈で、縁部画素の露光時間を、グレースケーリングを実現するために調節してもよいことも記載されている。
【０００５】
本発明による方法によって生成される成形体は、例えば歯科修復物用の素地体であってもよく、その場合、光重合性材料は、セラミックが充填されたフォトポリマー（スリップ）であってもよい。
【０００６】
所望の輪郭を持つ、層状化重合による素地体の構成後、成形体の熱処理を実施する。熱処理の第１のステップは、光重合した結合剤材料の除去、いわゆる脱バインダーを含む。結合剤マトリックスが熱分解によって除去されるや否や、成形体は、凝集力によって一まとめに保持される、緩く充填されたセラミック粉末粒子からなる。欠陥が、脱バインダー中に生成される可能性があり、即ち亀裂が成形体に形成される可能性がある。そのような欠陥は、脱バインダー中の非最適化温度プロファイルの結果と考えられるが、その由来は層状化重合による成形体の生成にもあると考えられる。脱バインダー中の成形部品の構造強度は、非常に限られている。脱バインダーでは、層状化重合による成形体の生成中に蓄積された内部応力の緩和が、脱バインダー中に弱くなった構造に亀裂をもたらす可能性がある。内部応力は、光重合性スリップの光重合中にも蓄積され得る。約５％の体積収縮が光重合中に生じることが見出された。スリップの粘性流入は、この体積収縮を補償することができる。しかし、既に凝固した面が材料の流れを妨げる場合、内部応力が、得られる凝固層に蓄積される。従来の方法では、タンク底部と、最後に硬化した層の固体面とが、材料の流入を制限する固体境界面を形成する。さらに、層の凝固ゾーンは、重合中のさらなる光重合性材料の流入を制限する。
【０００７】
層状化重合により成形体を構成するための公知のデバイスは、露光持続時間および露光強度の定数パラメーターを有する露光プロトコルを使用し、その積は、エネルギー線量を与えるものである。光重合を誘発させるために、最小エネルギー線量しか必要としないことは公知である。幾何学的精度（位置分解能）、または内部応力および亀裂の発生の、露光持続時間および露光強度に対する依存が公知でなかったので、短い露光持続時間にするには高強度の露光が好まれた。
【０００８】
重合収縮に起因した内部応力は、光硬化性歯科用複合材料の分野により公知である。残留内部応力は、その材料から生成された歯科修復物の機械的および化学的安定性を損なわせる。様々なタイプの硬化は、著しく低い重合応力をもたらすことができることが見出された（Ｎｉｃｏｌｅｔａら、「Ｉｓ  ｔｈｅ  ｓｏｆｔ−ｓｔａｒｔ  ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｃｏｎｃｅｐｔ  ｓｔｉｌｌ  ｒｅｌｅｖａｎｔ」、Ｃｌｉｎｉｃａｌ  Ｏｒａｌ  Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ、１巻（１５号）、２１〜２９頁参照）。内部応力の低減は、体積収縮を最小限に抑えることによって実現されるが、これは低い変換率に基づくものである。これに関連して、一定ではない強度で操作する歯科用複合材料の照明プロトコルも、公知である。これの一例は、いわゆる「ソフトスタート」プロトコルであり、最初に低い強度で、決定された時間期間にわたって露光し、その後、最大強度で露光する。さらなるプロトコルは、いわゆる「パルス遅延」硬化であり、低い強度のパルスでの露光と、その後の、露光を行わない待機時間（何秒か、または何分間でさえも）、次いで最大強度での露光を、次々と行う。
【０００９】
請求項１のプリアンブルの特徴を含む方法は、ＷＯ２０１２／００９６３０Ａ１により公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０４５９５０号
【特許文献２】国際公開第２００８／０８８６４２号
【特許文献３】国際公開第２０１２／００９６３０号
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ｎｉｃｏｌｅｔａら、「Ｉｓ  ｔｈｅ  ｓｏｆｔ−ｓｔａｒｔ  ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｃｏｎｃｅｐｔ  ｓｔｉｌｌ  ｒｅｌｅｖａｎｔ」、Ｃｌｉｎｉｃａｌ  Ｏｒａｌ  Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ、１巻（１５号）、２１〜２９頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、光重合性材料から成形体を層状化構成するための方法であって、内部応力、亀裂、および縁部での幾何学的な不正確さなど、完成した成形体での欠陥を低減させ得ることが可能な方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的は、特許請求項１の特徴を有する本発明の方法によって達成される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項に記述される。
【００１４】
方法に関連して、二次元マトリックスは層の露光ステップごとにコンパイルされ、マトリックスの各素子は、露光素子のアレイの露光素子に割り当てられ、この露光素子に関する制御命令は、露光ステップにおける露光素子の放射線の強度プロファイルを個々に確立する時間依存関数の形で得られる。これに関し、制御された強度調節によって、重合層の欠陥が便宜上低減されるよう、位置および／または時間に関して差別的に重合動態に影響を及ぼすことが可能になる。強度プロファイルを定めるための時間依存関数は、連続的な不断関数、またはパルスシーケンスの形をとる関数であって、パルス持続時間および／またはパルス周波数を変化させることによって強度が制御される関数であってもよい。
【００１５】
本発明による方法は、露光ステップにおいて、アクティブ化される露光素子の強度曲線の全ての時間依存関数が一般的な強度変動として共通の変動成分を含有する限り、この一般的な強度変動が、一般的な強度変動に従い光源の強度を制御することによって実現されるように構成される。このように好ましくは、最高強度で露光されなければならない画素のみが所望の露光強度を受けるように、光源の強度を最小限に調節することが可能である。露光強度が露光ステップ中に低下した場合、光源の強度もそれに応じて低減される。このように、最小限必要な強度でのみ光源を各時点で操作することが可能である。その結果、いわゆる暗視野が低減される。暗視野は、露光ステップ中に全く露光されない画素のエリアから構成される。原則として、この暗視野での光強度はゼロであるべきである。光変調器およびビーム誘導の完全には理想的でない特性に起因して、露光ステップ中に、露光エリア外の暗視野にもゼロになることのない光強度があることがわかる。暗視野におけるこの残留光強度は、露光に使用される光源の強度に依存し、暗視野の残留光強度は光源の強度が増大するにつれて増大する。露光ステップにおいて時間に応じて光源の制御された強度を最小限に抑えることにより、暗視野の望ましくない強度をこのように最小限に抑えることができる。この暗視野は、全構成プロセス中で有効であり、現時点では露光されることになっていないエリアでも永続的に存在する。その結果、光重合性材料は低レベルで連続的に反応し、ゲル形成の増加および液体ベース材料の粘度の増加をもたらす。
【００１６】
本発明によれば、光強度が各時点で最小限可能な値に設定されるよう、時間に応じて光源強度を変化させることによって、暗視野を通してフォトポリマーに影響を及ぼす光エネルギーの全線量を低減させる方法が提示される。露光ステップにおいて、現時点でアクティブ化されることになっている画素が、時間依存性強度プロファイルの共通変動成分を有する限り、強度変動のこの共通成分は、相応に個々の露光素子を個々に制御することによっては実現されず、相応に光源の強度を全体として制御することによって実現される。いずれにせよ、本発明を進行させる方法により、光源の積分強度の低減がもたらされ、それによって暗視野の効果が低減するが、それは光源の強度が変化しない場合、この光源を、構成プロセスの露光中に必要とされ得る最大値で動作させなければならないからである。
【００１７】
好ましい実施形態では、露光ステップ中に、この露光ステップに提供された露光領域で露光されることになっている１つまたは複数の連続エリアと、それらに割り当てられた露光素子であってアクティブ化されることになっているものが、特定される。各連続エリアはコア領域および縁部領域から構成され、露光素子の強度プロファイルの時間依存関数は、それらが縁部領域の露光素子よりもコア領域で早く始動するように選択される。
【００１８】
代替の実施形態では、露光ステップ中に、この露光ステップに提供された露光領域で露光される１つまたは複数の連続エリアと、それらに割り当てられた露光素子であってアクティブ化されるものが、特定される。各連続エリアは、コア領域、コア領域からの距離が増大した１つまたは複数の中心領域、および縁部領域から構成される。露光素子の強度プロファイルの時間依存関数は、それらが最初にコア領域から始動し、次いで中心ゾーン、またはコア領域からの距離に順じて逐次配されたゾーンで始動し、最後に縁部領域の露光素子で始動するように、選択される。
【００１９】
上記にて定められた手順により発揮された効果は、内側から外に向かう連続エリアでの重合の進行である。このように、内側ゾーンでの進行性重合は、そこで露光されることになっているエリアに既に収縮をもたらしているので、さらに外側に存在するゾーンの光重合性材料が内側に流入できる。このように、通常なら重合中の収縮により生じる応力を、重合材料中で低減させることができる。
【００２０】
この場合、好ましい実施形態では、露光素子の強度プロファイルの時間依存関数は、さらに内側に存在する先行領域の露光素子が、現時点での露光ステップに関するそれらの積分強度の少なくとも５０％を送出した場合のみ、中心領域のまたは縁部領域の露光素子から始動されるように選択される。特に、さらに内側に存在する先行領域の露光素子が、現時点での露光ステップに関するそれらの積分強度を完全に送出した場合のみ、中心領域のまたは縁部領域の露光素子が始動するように、露光素子の強度プロファイルの時間依存関数が選択されることが好ましい。
【００２１】
好ましい方法では、露光素子の強度プロファイルの時間依存関数は、所定のパルス長および期間を有するパルスシーケンスによって定義され、縁部領域の露光素子に関するパルスシーケンスでは、パルス長は、さらに内側に存在する領域に関する露光素子のパルス長よりも短くなるように選択される。これは、本発明の文脈では、より良好な位置分解能が、より短いパルス長を有するパルスシーケンスでの露光によって実現されることが見出されたからである。この点に関し、縁部の正確な輪郭画定のために良好な位置分解能が求められる縁部領域では、より短いパルス長を有するパルスシーケンスを使用することが有利であり、一方、コア領域でのまたは１つもしくは複数の中心領域でのより長いパルス長での操作を実施することができ、それが露光持続時間を短縮させる。
【００２２】
別の好ましい方法では、露光素子の強度プロファイルの時間依存関数は、所定のパルス長および期間を有するパルスシーケンスによって定義される。さらに、縁部領域の露光素子に関するパルスシーケンスの期間は、さらに内側に存在する領域に関する露光素子の期間よりも長くなるように選択される。これは、本発明に関して、所与のパルス長のパルスシーケンスでの露光の場合、より長い期間（より低い周波数）のパルスシーケンスでより高い位置分解能を実現できることもまた見出されたからであり、即ち、光はそれほど強くない状態で露光領域からこの露光領域の外側のゾーン内に散乱し、これは露光領域のより良好な輪郭画定を示唆している。この理由で、露光持続時間を短縮するために、より短い期間（より高い周波数）で操作を実施することもできるさらに内側に存在する領域に比べ、より良好な輪郭画定が求められる縁部領域では、より長い期間を有するパルスシーケンスが使用される。
【００２３】
別の好ましい方法では、露光素子の強度プロファイルの時間依存関数は、露光ステップ中、露光強度が低い第１の露光段階と、その後に続く、所定の期間にわたり最大値で高強度を有する段階とを有するように選択され、この時間依存関数は、強度の低い第１の露光段階が、最大値での所定期間の少なくとも３倍の長さであるように確立されたものである。特に、第１の露光段階における強度プロファイルの時間依存関数は、式Ｉ０・ｅｔ／τの関数によって定義することができ、式中、Ｉ０は定数であり、τは所定の時定数である。現時点で露光されることになっている全ての画素が、同じ時定数τを有する場合、光源は、ｅｔ／τに比例する強度で動作させてもよい。
【００２４】
好ましい実施形態では、互いに隣りに存在するが中間スペースにより離間された２つ以上のエリアが露光領域で露光されることになっている場合、直接隣接するエリアの露光素子は、直接隣接するエリアの露光が互いに対して時間オフセットを伴って生じるように、時間の関数として制御される。このように、エリアの位置分解能および縁部画定は、以下の理由、すなわち散乱により、光は隣接エリアの中間スペースにも進入することにより、改善することができる。両方のエリアが同時に露光される場合、２つのエリアからの散乱光は中間スペースで一緒に加えられ、強度は、重合の閾値を超える可能性がある。これは、中間スペースに、意図しない重合をもたらす可能性がある。隣接エリアが連続して露光される場合、隣接エリアの１つからの散乱光のみが、それぞれの場合に中間スペースに進入する。それによって、中間スペースに散乱光が進入する持続時間は長くなるが、その強度は半分になり、したがって重合の閾値強度よりも低いままにすることができ、したがって中間スペースに重合は生じない。
【００２５】
任意選択で、サイズが異なる複数のエリアであって互いに隣りに存在するが完全に離間している複数のエリアが、露光領域で露光されることになっている場合、それらのエリアは、それらのサイズの関数として、異なる強度プロファイルで露光されてもよい。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
リソグラフィーをベースにした造形生成（ラピッドプロトタイピング）を使用することによって、光重合性材料から成形体を構成するための方法であって、液体光重合性材料の層を生成プラットフォーム上に画定し、前記層を、露光ステップで、露光ユニットにより所定の輪郭を有する露光領域で重合させ、光重合性材料のさらなる層を画定し、最後に画定された前記層を、前記最後に画定された層に関して所定の輪郭を有する露光領域においてさらなる露光ステップで重合させ、後の２つのステップを、層ごとの所定の輪郭を持つ一連の硬化層によって、所定の形状を有する成形体が形成されるまで繰り返し、所定の輪郭を有する露光領域でのそれぞれの露光を、露光素子の二次元アレイの個々の露光素子の制御されたアクティブ化によって実施し、各露光素子には画素が割り当てられて、前記露光された画素が一まとめになって前記露光領域を画定し、前記露光領域の前記露光は、共通光源と、前記光源により照射されかつ個々に制御可能な強度変調器のグリッドを有する二次元光強度変調器とによって、それぞれ照射された強度変調器が、前記露光領域の画素を露光する露光素子を形成するように実施され、二次元マトリックスは、層の露光ステップごとにコンパイルされ、前記マトリックスの各素子は、前記露光素子のアレイの露光素子に割り当てられ、この露光素子に関する制御命令は、前記露光ステップでの前記露光素子の放射線の強度プロファイルを個々に確立する時間依存関数の形で得られる方法において、アクティブ化されることになる全ての露光素子の強度プロファイルの全ての時間依存関数に共通する強度変動の成分が、露光ステップで一般的強度変動として存在する場合、前記一般的強度変動は、前記一般的強度変動に従い前記光源の強度を制御することによって実施されることを特徴とする方法。
（項目２）
前記光源の前記強度が、前記時間依存関数に依存する各時点で、画素に必要とされるだけの強度を有する最高強度で現時点で露光されなければならない前記画素が得られるだけ十分な、可能な限り低い値に設定されるように、前記露光ステップの最中に前記光源の前記強度が制御される、項目１に記載の方法。
（項目３）
露光ステップ中に、現時点での露光領域で露光されることになっている１つまたは複数の連続エリアと、前記連続エリアに割り当てられたアクティブ化されることになる前記露光素子とが特定され、各連続エリアはコア領域および縁部領域から構成され、前記露光素子の前記強度プロファイルの前記時間依存関数は、前記露光素子が、前記縁部領域での前記露光素子よりも前記コア領域でより早く始動するように選択される、項目１または２に記載の方法。
（項目４）
露光ステップ中に、現時点での露光領域で露光される１つまたは複数の連続エリアと、前記連続エリアに割り当てられたアクティブ化されることになる前記露光素子とが特定され、各連続エリアは、コア領域と、前記コア領域からの距離が増大した１つまたは複数の中心領域と、縁部領域とから構成され、前記露光素子の前記強度プロファイルの前記時間依存関数は、前記素子が最初に前記コア領域で始動し、次いで中心ゾーン、または前記コア領域からの距離に順じて逐次配されたゾーンで始動し、最後に前記縁部領域の前記露光素子が始動するように選択される、項目１または２に記載の方法。
（項目５）
前記露光素子の前記強度プロファイルの前記時間依存関数は、さらに内側に存在する先行領域の前記露光素子が、前記現時点での露光ステップに関する前記露光素子の積分強度の少なくとも５０％を送出した場合のみ、中心領域の前記露光素子または前記縁部領域の前記露光素子が始動するように選択される、項目３または４に記載の方法。
（項目６）
前記露光素子の前記強度プロファイルの前記時間依存関数は、さらに内側に存在する前記先行領域の前記露光素子が、前記現時点での露光ステップに関する前記露光素子の積分強度を完全に送出した場合のみ、中心領域の前記露光素子または前記縁部領域の前記露光素子が始動するように選択される、項目５に記載の方法。
（項目７）
前記露光素子の前記強度プロファイルの前記時間依存関数は、露光ステップ中に、前記縁部領域での積分露光持続時間が、さらに内側に存在する前記領域におけるよりも短くなるように選択される、項目３から６の一項に記載の方法。
（項目８）
前記露光素子の前記強度プロファイルの前記時間依存関数は、所定のパルス長および期間を有するパルスシーケンスによって定義され、前記縁部領域の露光素子に関する前記パルスシーケンスの前記パルス長は、さらに内側に存在する領域に関する露光素子のパルス長よりも短くなるように選択される、項目３から７の一項に記載の方法。
（項目９）
前記露光素子の前記強度プロファイルの前記時間依存関数は、所定のパルス長および期間を有するパルスシーケンスによって定義され、前記縁部領域の露光素子に関する前記パルスシーケンスの前記期間は、さらに内側に存在する領域に関する露光素子の期間よりも長くなるように選択される、項目３から８の一項に記載の方法。
（項目１０）
前記露光素子の前記強度プロファイルの前記時間依存関数は、露光ステップ中、前記時間依存関数が、露光強度が低い第１の露光段階と、その後に続く、所定の期間にわたり最大値で高強度を有する段階とを有するように選択され、前記時間依存関数は、より強度の低い前記第１の露光段階が、前記最大値での前記所定期間の少なくとも３倍の長さであるように確立される、前記項目の一項に記載の方法。
（項目１１）
前記第１の露光段階での前記強度プロファイルの前記時間依存関数は、式Ｉ０・ｅｔ／τの関数によって定義され、式中、Ｉ０が定数であり、τが所定の時定数である、項目１０に記載の方法。
（項目１２）
互いに隣りに存在するが中間スペースにより離間された２つまたは２つより多くのエリアが前記露光領域で露光されることになっている場合、直接隣接するエリアの前記露光素子は、直接隣接するエリアの前記露光が互いに対して時間オフセットを伴って生じるように、時間の関数として制御される、前記項目の一項に記載の方法。
【００２６】
本発明について、図面と併せて例示的な実施形態の助けを借りて、以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明による方法によって成形体を構成するための、デバイスの部品の概略図を示す。
【図２】図２は、アクティブ化したいくつかの露光素子を有する二次元光強度変調器の詳細を示しており、２つのタイプのアクティブ化露光素子が異なる強度プロファイルで動作している状態が模式的に示されている。
【図３】図３は、露光領域と、それをコア領域、中心領域、および縁部領域に分割した概略図を示す。
【図４】図４は、図１のコア領域、中心領域、および縁部領域からの露光素子の強度の時間プロファイルを示す。
【図５】図５は、連続露光段階の時系列の概略図を示し、コア領域、中心領域、および縁部領域が異なる時系列で露光されることを示す。
【図６】図６は、２つの強度（０．１４ｍＷ／ｍｍ２および０．３ｍＷ／ｍｍ２）に関するパルス持続時間の関数として、位置分解能の尺度（過大寸法、単位％）を示す。
【図７】図７は、２つの固定パルス長（０．０１秒および０．１秒）に関するパルス周波数の関数として、位置分解能の尺度（過大寸法、単位％）を示す。
【図８】図８は、最大値にゆっくり上昇する露光強度の、３つの異なる時間プロファイルを示す。
【図９】図９は、光源の強度の関数として、暗視野の光強度を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、本発明による方法を実施するために使用することがきる、成形体を構成するための、デバイスの部品を示す。本発明のための試験に関連して、光源２（波長４６０ｎｍ）と、この光源により照射される、ＤＬＰ（デジタルライトプロセッシング：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）チップの形をした二次元光強度変調器４と、プログラマブル制御ユニット（図示せず）とを有する露光ユニットを使用した。加工ユニットの重要な構成要素はＤＬＰチップである。このチップは、グリッドの形に配列されたマイクロミラーアクチュエーター、即ち可倒式反射面からなり、表示可能であるという理由で６×６個のみのマイクロミラーが図１には示されている。マイクロミラーの動きは、静電場によって誘発される。ここで光源により照射されるマイクロミラーは、露光素子を構成する。各露光素子には、露光領域の画素（ピクセル）が割り当てられる。各マイクロミラーは、その角度に関して個々に調節することができ、一般に２つの安定した最終状態、即ち、露光領域の露光素子に割り当てられた画素に光源からの光を反射させるアクティブ位置と、反射光が画素に当たらないように傾斜させたマイクロミラーによって露光領域に光を反射させない非アクティブ化位置とを有する。図１には、非アクティブ化マイクロミラーが白色で示され、アクティブ化マイクロミラーがドットで示されている。マイクロミラーは、これらの位置の間で繰り返し切り換えることができ、典型的には最大５ｋＨｚの周波数で、制御ユニットの制御下で切り換えることができる。マイクロミラーの配列において、各画素の強度は、パルスシーケンスでマイクロミラーを駆動させることにより制御することができ、このパルスシーケンスは、強度を調節するためにパルス幅変調に供され；最大強度は、全露光ステップを通してマイクロミラーがアクティブ位置に連続して配置されたときに実現される。しかし原則として、マイクロミラー配列以外の露光ユニット、例えばいわゆる「デジタルライトバルブ」を使用することも可能である。
【００２９】
図１で、一部が概略的に示されたデバイスを用いて、成形体１０は、高さ方向に調節可能なキャリアから吊るされた生成プラットフォーム上での所定の輪郭を有する層の連続露光によって構成される。生成プラットフォームを、透明な底部を有するタンク内に下げることにより、タンクに入れられたまだ硬化していない光重合性材料の層が、成形体１０の最後に形成された最下層とタンク底部との間に画定される。成形体１０に最後に形成された層の下面とタンク底部との間の距離を調節することにより、所望の層厚を定めることができる。次いでこのように画定された層を、下方からの露光によって所望の輪郭に硬化させる。図１に概略的に示した状況では、四角形の縁部の形状であってその四角形の１つの角が切り取られているエリアを露光しようとしている。この露光領域は、光強度変調器４の個々の露光素子の制御されたアクティブ化によって、露光される。次に図２は、光強度変調器の６×６露光素子の詳細を、模式的に示す。ここで、現時点での露光ステップでアクティブ化された露光素子は、陰影を付けて示される。２つのタイプの陰影が示され、差別的に陰影が付けられた露光素子は、図２の右側に示されるように異なる強度プロファイルで露光を実施する。光強度変調器がマイクロミラー配列によって形成される場合、強度プロファイルは、マイクロミラーのアクティブ化のパルスシーケンスによって実現され、パルスシーケンスは、所望の平均強度プロファイルを実現するためにパルス幅が変調される。露光素子の最大露光強度は、マイクロミラーが露光ステップの全露光時間にわたってアクティブ化されたときに実現される。これに加え、全ての露光素子に共通する露光強度の変動は、光源２の光強度を変化させることによって実現することができる。
【００３０】
本発明によれば、マトリックスは、構成されることになっている成形体のエリアの露光ステップごとに提供され、マトリックスの各素子には露光素子（例えば、マイクロミラー）が割り当てられる。図２は、６×６マトリックスを割り当てられる６×６マイクロミラーのアレイを表す。マトリックスの各素子は、この露光素子に関する露光強度の時間プロファイルを指定する、時間依存関数を含有する。原則として、この強度プロファイルは、露光素子ごとに個々に指定することができる。
【００３１】
しかし、露光領域の副領域を画定し、共通強度時間プロファイルの副領域にそれぞれ割り当てられた露光素子を組み合わせることも可能である。本発明の一実施形態によれば、露光されることになる連続エリアは、露光ステップの露光領域で特定される。ここで連続エリアは、トポロジカルな意味で簡単に接続されたエリアを意味することが、特に意図され、即ち、簡単に接続されたエリアの各閉曲線が、連続エリアに属する領域のみを取り囲む。露光されることになる、そのような連続エリアは、少なくともコア領域および縁部領域から構成される。図３に示される例では、露光されることになる連続エリアが左側に示され、ここでは円形エリアの形をとっている。図３の例におけるこの連続エリアは、コア領域、コア領域の周りの中心領域、および縁部領域から構成され、それらは図３の右側に示されている。
【００３２】
図４は、コア領域、中心領域、および縁部領域に割り当てられた露光素子に提供された強度プロファイルを、概略的に示す。この例において、コア領域に割り当てられた露光素子の強度プロファイルは、最初に最大値に至る上昇プロファイルと、その後に続く、一定露光強度を持つ段階とを有する。この場合、コア領域に割り当てられた露光素子は共通強度プロファイルを有し、即ちゼロから最大値への上昇と、その後に続く一定強度の段階、および最終的には強度ゼロへの降下を有する。コア領域に割り当てられた露光素子のこの共通強度プロファイルは、対応する強度プロファイルを持つ光源を制御することによって実現される。コア領域の露光の終了後、中心領域に割り当てられた露光素子を、ゆっくり増大させる強度プロファイルによって始動させ、次に最大強度にまで至らせ、その後、所定の段階中は最大強度のままにし、次いでゼロに低下させる。中心領域の露光素子に関する最大強度に到達したら、縁部領域に割り当てられた露光素子を最大強度で予め始動させ、中心領域に関する露光終了後に、ほぼ同じ時間最大強度で保ち続ける。中心領域および縁部領域の露光中にも、強度プロファイルの共通変動成分が存在し、例えば中心領域の露光の開始時に上昇する。アクティブ化されることになる全ての露光素子によって行われなければならないこの共通強度変動は、この変動に対応した強度プロファイルを持つ光源を制御することによって実現される。このように、光源を、最小限必要とされる強度に時間依存的に設定して、露光ステップで積分される線量が最小限になるようにすることが可能である。このように、各露光ステップでの暗視野の照射線量も、最小限に抑えられる。これは、暗視野の強度が光源の強度の関数として示される、図９に関連して明らかにすることができる。図示されるように、暗視野の強度は、光源の強度の増大と共に増大する。露光ステップで露光素子の共通強度変動が行われるように、本発明による光源を利用することにより、暗視野の積分線量が低減するが、それは光源が、最低限可能な強度で時間依存様式で動作するからであり、その結果、露光ステップで求められる最大レベルで光源が一定強度にある状況に比べ、暗視野での積分線量が低減する。
【００３３】
時間の関数として制御された露光順序により、重合は、露光されることになっている領域で内側から外向きに進行する。このため、内側に存在する領域の重合中におそらくは生ずるであろう収縮は、露光がないことによってまだ重合が始まっていないさらに外側に存在する領域から内向きに流れる液体光重合性材料によって、さらに補償することが可能になる。
【００３４】
図４では、コア領域および中心領域の場合よりも、縁部領域に関して全体的に短い露光持続時間が提供されることがさらにわかる。この理由は、本発明に関連して、長い露光持続時間ではより多くの光が実際の露光輪郭の外側領域にも散乱することが見出されたからであり、即ち、重合層は、実際に意図される外側縁部を越えて成長し、必然的に、硬化層の縁部の不十分な画定という形で位置分解能が不十分になるからである。この理由で、縁部領域に関しては最大強度で可能な限り短い露光が実施され、したがって縁部領域の重合は、良好な位置分解能という点で最適化される。
【００３５】
以下にさらに詳細に論じるように、コア領域および中心領域に関して図４に示される、より長い露光持続時間は、最大露光強度までゆっくり上昇するものであり、可能な限り低い内部応力を重合材料中に発生させることを目指して最適化される。
【００３６】
図５は、コア領域、中心領域、および縁部領域の露光の、代替の時系列制御を示す。最初にステップ１およびステップ３では、コア領域のゆっくりとした露光から開始する。ステップ５〜７では、コア領域を、ステップ１〜３よりも高い強度で露光する。ステップ５では、さらに、中心領域の最初の露光を開始し、この領域はステップ７でさらに露光される。次いでステップ９〜１１では、中心領域の露光を、ステップ５〜８におけるよりも速い連続操作で行う。これと並行して、縁部領域をステップ９〜１１で露光する。図４に示されるコア領域、中心領域、および縁部領域の露光の時系列とは対照的に、図５の露光はこれらの領域で部分的に重なり、即ち中心領域の露光は、コア領域の露光がまだ完全には終了していない時にステップ５で既に始まり、コア領域の露光はステップ７でようやく終わる。同様に、ステップ９〜１１の中心領域の露光の終わりは、縁部領域の露光と並行して生じる。しかし全体として、縁部領域の露光持続時間は、縁部画定の精度を高めるために、やはりコア領域および中心領域の露光持続時間よりも短い。
【００３７】
露光により発生した重合エリアの位置精度に影響を及ぼす因子を、下記の方法で調査した。それぞれの場合において、約６０μｍの厚さを有する単層を重合させたが、この層は、寸法が２００μｍ×２００μｍの四角形の「ホール」が規則的に配列されたものを含んでいる。言い換えれば、言わば、辺長が２００μｍの四角形からなる格子アパーチャーの規則的な配列を含む格子を形成した。様々な条件下で形成された格子層を、その後、光学顕微鏡を使用して検査し、それによって、どの程度の格子アパーチャー（理想的な場合は２００μｍ×２００μｍ）が不正確な縁部画定（不十分な位置分解能）により変化したかに関し、即ち、格子アパーチャーによって範囲が定められた重合領域の縁部が、格子アパーチャー内にどの程度成長したかに関して分析した。内方成長度を過大寸法として測定したが、これは、不十分な縁部画定によって格子アパーチャー内に内方成長する縁部が、格子アパーチャーの面積を減少させるパーセンテージを示す。過大寸法０％は、理想的な位置画定を意味し、即ち格子アパーチャーは、所定の幾何形状２００μｍ×２００μｍに正確に対応し、過大寸法５０％は、縁部が内方に成長したことにより格子アパーチャーの面積が半分に減少したことを意味し、過大寸法１００％という極端な場合は、位置分解能が非常に不十分であるために格子アパーチャーが完全に消失したことを意味する。
【００３８】
次いで固定周波数（１００Ｈｚ）および可変のパルス持続時間を有するパルスシーケンスによる格子層について、研究した。結果を図６に示すが、過大寸法は、２つの強度に関し、パルス持続時間の関数として示されている。パルス持続時間は、この場合、０．００１秒から０．０１秒に変化し、露光は、最大パルス持続時間０．０１秒で、周波数１００Ｈｚで行ったが、これは連続露光であることを意味する。過大寸法は、より短いパルス持続時間で低下すること、即ち位置分解能は、可能な限り短いパルス持続時間で最適であることがわかる。原則として、光源のオン・オフを素早く切り換えることによって、パルスを発生させることも可能であり、その結果、連続動作での光源に比べ、暗視野での平均または積分線量が低減する。
【００３９】
これに相応して、本発明によれば、パルスシーケンスでの露光の場合、コア領域または中心領域におけるよりも短い持続時間のパルス長を用いて縁部領域で露光を実施することが好ましく、その結果、縁部の画定のために高い位置分解能が求められる縁部領域で高精度が実現されるようになり、一方、操作は、分解能がそこで重要ではないことからコア領域および中心領域ではより長いパルス長で実施することができるようになる。
【００４０】
固定パルス持続時間を有するパルスシーケンスでの露光の場合の、パルス周波数に対する位置分解能の依存性について、さらに研究した。図７は、２つの固定パルス持続時間、即ち０．１秒および０．０１秒に関するパルス周波数の関数として、単位をパーセントとした過大寸法の形をとる位置分解能を表す。そこでは、位置分解能が、より低い周波数に向かって改善される（より小さい過大寸法）ことがわかる。２つのパルス持続時間に関する結果の比較は、図６の結果を確認するものであり、それによれば短いパルス持続時間は、より良好な位置分解能をもたらす。
【００４１】
したがって本発明によれば、パルスシーケンスでの露光の場合、可能な限り短いパルス持続時間で、またはいずれにしても、中心領域もしくはコア領域での露光のパルス持続時間よりも短いパルス持続時間で、縁部領域の露光を実施することが好ましい。
【００４２】
図７は、固定パルス長を有する周波数を減少させることによって位置分解能を改善することができる程度を、非常に明瞭に示す。例えば、周波数５０Ｈｚで０．０１秒のパルス持続時間を有するパルスシーケンスに関する位置分解能は、過大寸法５０％に相当し、即ち、実際には２００μｍ×２００μｍであるべき格子アパーチャーの縁部があまりに不十分に画定されるので、格子アパーチャーは半分閉鎖された状態になった。同じパルス持続時間で、５Ｈｚというさらに低い周波数に変更することによって、位置分解能を大幅に改善することができるので、過大寸法は約５％しかない。
【００４３】
構成された成形体における内部応力、したがって脱バインダー後の焼結体の亀裂をどのように低減できるかに関し、さらなる試験を実施した。異なる長さの露光時間を使用した。図６は、強度プロファイルの３つの例を示し、これらは、最初にｅ関数に従って１００％までの上昇を有し、次いで、一定強度のより短い後続段階を有する。図８に表される強度プロファイルは、３つの異なる時定数を有するｅ関数を含む。最終焼結体の比較は、露光開始時のｅ関数の時定数が大きい場合、同じように少ない亀裂があることを示した。
【００４４】
この結果は、比較的低い定数レベルで露光を開始し、その後に最大強度の段階が続く場合にも確認された。ここで、最初に比較的低い定数レベルで、より長い露光を行うと、最大レベルでの露光段階に比べて最終生成物での亀裂が低減することがわかる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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