(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有体物（５）の積層製造の方法であって、
−製作型（６）を提供するステップと、
−方法サイクルを繰り返し実行するステップと、を含み、各方法サイクルは、
−前記製作型に、前記有体物と接触しない限定された高さの液体層を提供するステップと、
−連続する上記の液体層の所定の領域を凝固させるための連続する上記の方法サイクルを実行するために、相互に、前記製作型を前記有体物に対し所定の位置まで移動手段で移動させるステップと、
−液体（３）の層（１０）の所定の領域をエネルギー源を備える凝固手段の該エネルギー源により凝固させるステップと、
−前記有体物から未硬化部分を除去して、前記有体物（５）の固体層（４）を得るステップであって、前記固体層（４）は、それゆえ、所定の形状を有しているステップと、を含み、
前記方法サイクルの少なくとも１つについて、前記移動手段による製作型の移動と同時に、エネルギー源による連続する液体層の所定の領域の凝固が、同時に起こるように実行される上記方法。
【請求項２】
前記液体層の提供と前記凝固は、前記液体層（１０）の特定の部分の凝固が前記製作型への前記液体層の提供と同時に起こるように実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記製作型は、可撓性の金属箔を含み、前記金属箔は、前記金属箔の液体と接触する面の、時間とともに変化する接触部が前記有体物と接触して前記層（１０）の前記特定部分を凝固させるように曲げられる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
案内手段（１８）が、前記可撓性の金属箔の形態の製作型（６）の、前記液体接触面と反対の面と加圧接触させられて、前記可撓性の金属箔の前記液体接触面の前記時間とともに変化する接触部を画定する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記加圧接触は、両端が前記有体物に対して固定されている前記可撓性の金属箔の形態の製作型（６）に沿って前記案内手段（１８）をスライドさせることによって解除される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
−前記液体層のうちの、前記有体物（５）の少なくとも交差パターンの部分を第一のエネルギー源（３２）で凝固させて、少なくとも前記交差パターンの部分を安定化させるステップと、
−前記交差パターンの外側の前記液体層から未硬化材料を除去するステップと、
−ＵＶまたは熱エネルギー源を含む第二のエネルギー源（１００）で前記液体層を硬化させるステップ、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
少なくとも前記交差パターンの部分の前記凝固は、硬化性材料の液体（３）の層の中の未硬化材料を保持する寸法を有するラスターパターン（１１）の硬化から構成される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
有体物（５）の積層製造のシステムであって、
前記有体物と接触しない限定的な高さの、前記有体物と接触されることになる液体層を提供するように構成された製作型（６）と、
前記液体（３）の層（１０）の所定の領域をエネルギー源を備える凝固手段の該エネルギー源により凝固させて、前記有体物（５）の固体層（４）を得るための所定の形状を有している凝固手段（９）と、
前記有体物から未硬化材料を除去する除去手段と、
連続する液体層の所定の領域を凝固させるために、相互に、前記製作型を前記有体物に対し所定の位置に移動させる案内手段（１８）と、
を備えたシステムであり、
前記システムは、前記製作型（６）と前記凝固手段（９）を同時に移動手段で移動させて、前記液体層を前記有体物（５）と接触させ、製作型（６）の移動と同時に、エネルギー源による連続する液体層の所定の領域の凝固が実行されるように構成されていることを特徴とする前記システム。
【請求項９】
前記システムは、前記層（１０）の前記特定部分の凝固が、前記製作型への前記液体層の形成と同時に起こるように、前記液体層の提供と前記凝固を実行するようにさらに構成されている、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記製作型は、可撓性の金属箔を含み、金属箔は、前記金属箔の液体と接触する面の、時間とともに変化する接触部が前記有体物と接触して、前記液体層（１０）の前記特定部分を凝固させるように曲げられる、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記製作型（６）は、案内手段（１８）を含み、前記案内手段は、前記可撓性の金属箔の、前記液体接触面と反対の面と加圧接触させられ、前記可撓性の金属箔の前記液体接触面の、前記時間とともに変化する接触部を画定する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
前記案内手段（１８）は、金属箔案内ステージを含み、前記金属箔案内ステージは、その上に配置された少なくとも２つの金属箔案内要素（１９）を備え、金属箔案内要素（１９）は、接触高さＨと、前記接触高さから離れた少なくとも１つの位置とを画定し、前記有体物（５）に沿って移動することによって、前記金属箔を、少なくとも接触中は両端が前記有体物に対して固定されている状態で、前記有体物（５）と接触する前記接触高さへ、または前記接触高さから案内する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記金属箔案内ステージは、前記液体層（１０）の量を平らにし、調整する塗布装置システムをさらに備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記有体物（５）を保持するように構成されたステージ（１４）をさらに備え、前記ステージは、硬化性材料の液体（３）の層を提供する前に、前記有体物（５）をｚ方向に移動させる移動可能なｚ−ステージである、請求項８に記載のシステム。
【請求項１５】
前記凝固手段（９）は、前記硬化性材料の液体（３）の前記液体層（１０）のうち、少なくとも交差パターンの部分を少なくとも部分的に硬化させるように構成された第一のエネルギー源（３２）をさらに備え、前記エネルギー源（３２）は、前記移動可能な金属箔案内ステージを含む案内手段（１８）の上の前記突出する金属箔案内要素（１９）の間に、前記金属箔を通じて未硬化材料の層を露光させるように配置される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記凝固手段（９）は、
−前記固体層を前記製作型から分離させる分離手段（１８、１９’、１９’’）と、
−前記液体層（１０）を硬化する第二のエネルギー源（１００）であって、前記液体層（１０）を硬化させるために、前記移動可能な金属箔案内ステージを含む案内手段（１８）の上に位置付けられたＵＶまたは熱エネルギー源を含む第二のエネルギー源（１００）と、
をさらに備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記第一のエネルギー源（３２）は、個別に動作可能な複数のＬＥＤを含む、請求項１５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文の部分による三次元有体物の積層製造の方法に関するものであり、本発明は、また、上記有体物の積層様態製造のためのシステムにも関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記のような方法は、周知であり、たとえば、米国特許第６５４７５５２号明細書から知られている方法では、少量の液体が金属箔と有体物の間で加圧され、凝固可能な薄い液体層が提供される。可撓性の金属箔は、硬化のための照射に透過性である。有体物の最初に形成される固体層は、液体を選択的に凝固させることによって、キャリアプレートの下面に接着される。その後形成される固体層の各々は、それぞれその前に形成された固体層に接着される。
【０００３】
新しい層の凝固が終わるたびに、金属箔案内ステージが移動して、金属箔を、それ以前に凝固されてその金属箔に接着されていた層から剥離させることにより、最後に形成された固体層を金属箔から分離する。
【０００４】
製造プロセスの高速化が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６５４７５５２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、有体物のより高速な製造を可能にすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
したがって、本発明の第一の態様によれば、請求項１による方法が提供される。
【０００８】
本発明の第一の態様によるこの方法において、製作型が提供され、方法サイクルが繰り返し実行され、各方法サイクルは、
製作型の上に、有体物と接触しない限定された高さの液体層を提供するステップと、
連続する上記のような液体層の所定の領域を凝固させるための連続する上記のような方法サイクルを実行するために、相互に、製作型を有体物に対し所定の位置まで移動手段で移動させるステップと、
液体のある層の所定の領域を凝固手段で凝固させるステップと、前記有体物から未硬化材料を除去して、所定の形状を有している有体物の固体層を得るステップと、
前記固体層を前記製作型から分離するステップと、
を含み、
前記方法サイクルの少なくとも１つに関して、凝固手段が操作されている際に、前記移動手段は、製造型を移動して液体層を有体物に接触させて前記製作型の前記移動ステップと前記所定の領域の前記凝固ステップが、同時に起こるように実行される。このような移動と凝固の同時実行による有利な影響を、以下に説明する。
【発明の効果】
【０００９】
まず、移動と凝固の同時実行は、プロセスそのものを高速化させる。すなわち、層の凝固は、その層のすべての部分に液体が供給されるまで待たずに開始することができる。そのため、凝固手段のダウンタイムがほとんど、またはまったくない。さらに、操作が簡素化され、材料費を削減することができる。
【００１０】
さらに、本発明の第二の態様によれば、請求項８によるシステムが提供される。
【００１１】
本発明の具体的な実施形態は、特許請求の範囲の従属項に記されている。
【００１２】
本発明の上記およびその他の態様は、以下に述べる実施形態から明らかであり、これらの実施態様に関して以下に説明される。
【００１３】
本発明のさらなる詳細、態様および実施形態は、単に一例として図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明によるシステムの実施形態の一例の側方断面図を概略的に示す。
【図２】本発明によるシステムの実施形態の他の例の側方断面図を概略的に示す。
【図３】本発明によるシステムの別の実施形態の他の例の断面を概略的に示す。
【図４】本発明によるシステムの別の実施形態の他の例の断面を概略的に示す。
【図５】本発明によるシステムの別の実施形態の他の例の断面を概略的に示す。
【図６】本発明による装置の一実施形態の概略図である。
【図７】大きな断面を有する物体に関する持ち上げ効果を示す。
【図８】残留金属箔のリフティングの図である。
【図９】多孔板を含む実施形態の概略を示す。
【図１０】樹脂蒸発を最小限にする実施形態の概略を示す。
【図１１】樹脂加熱器を含む実施形態の概略を示す。
【図１２】ローラアセンブリの詳細を示す。
【図１３】金属箔の光透過の詳細を示す。
【図１４】双方向凝固加工を示す。
【図１５】図１４の実施形態の逆のモードを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１〜図６の例の各々は、請求項１による方法の一例を実行できる、請求項８によるシステムに関するものである。各図においては、しばしば、システムの同様または同一の部品または態様を示すのに同じ参照符号が用いられる。
【００１６】
したがって、図１〜図６の例の各々は、有体物５の積層製造のためのシステムの実施形態の一例に関する。このシステムは、その上に液体層が被着される製作型６と、液体３の層１０の所定の領域を凝固させて、有体物５の固体層４を得るための凝固装置（凝固手段）９であって、それゆえ、固体層が所定の形状を有している凝固装置９と、前記固体層を前記製作型から分離させる分離装置１８、１９’、１９’’と、連続する上記のような液体層の所定の領域を凝固させるための連続する上記のような方法サイクルを実行するために、相互に、製作型を有体物に対し所定の位置まで移動させる移動装置（移動手段）１８と、を備える。好ましくは、ただし必要ではないが、システムは、製作型に接着されるべき限定された量の液体を分注し、その量を、限定された高さの液体層を形成するように調整するディスペンサ（液体塗布装置）２を備える。製作型を有体物へと移動させる前は、液体層は有体物と接触しない。それに加えて、液体層は、前記層を貯蔵容器から分注することによって形成してもよく、前記製作型の前記移動と前記液体層の前記分注は、同時に起こるように実行してもよい。
【００１７】
ここで、本発明によるシステム１２が示されている図１を参照する。
【００１８】
この実施形態において、システム１２は、液体塗布装置２を備え、これは、図の例では、液体３で満たされている。システム１２は、可撓性の金属箔の形態の製作型６をさらに備えている。金属箔の上に、限定的な高さの液体層が形成され、これは、有体物５と接触している。システム１２は、液体３の層１０（前記液体層１０は製作型６と隣接する）の所定の領域を凝固させて、有体物５の固体層４を得るようにする凝固装置９をさらに備え、固体層は、それゆえ、所定の形状を有している。
【００１９】
１つの実施形態において、凝固装置９は、液体層１０が有体物５と接触しているときに、金属箔を通じてパターンを照射するように構成されたエネルギー源である。特に、エネルギー源は、液体層のうち少なくとも交差パターンの部分を少なくとも部分的に硬化させるように構成される。凝固装置９の光またはその他の放射が液体層１０を凝固させることができるようにするために、製作型６（可撓性の金属箔）は、好ましくは、放射に対して実質的に透過性を有する。
【００２０】
以下に、幾分、さらに詳しく説明するように、システム１２は、前記製作型６から前記固体層４を分離するための分離装置をさらに備えていてもよい。これに加えて、分離装置は、有体物から凝固していない部分を除去して、有体物の固体層４を得るが、固体層は、それゆえ、所定の形状を有している。
【００２１】
システム１２は、連続する上記のような固体層４の所定の領域を凝固させるための連続する上記のような方法サイクルを実行するために、相互に、製作型６を有体物５に対し所定の位置まで移動させるように構成された移動装置１８をさらに備える。このようにして、移動装置は、連続するステップで有体物の複数の層を形成するように製作型を位置付けることができる。
【００２２】
１つの実施形態において、移動装置は、製作型６の下にある移動可能な金属箔案内ステージを含む案内手段１８を含む。さらに、図の例の実施形態では、エネルギー源は、移動可能な金属箔案内ステージの上の、金属箔案内要素１９の間に位置付けられ、硬化されていない材料の層を、金属箔を通じて露光させる。
【００２３】
１つの実施形態において、新しい層の凝固と分離が終わるたびに、キャリアプレート（ｚ−ステージ１４を構成する）１５が、その上に凝固された層が接着されている有体物５とともに、上方に移動される。そのため、有体物の積層製造の方法は周期的な方法であり、上記の位置付け、凝固および分離のステップのすべてが、方法の１サイクルステップの中に含まれる。
【００２４】
１つの実施形態において、システムは、前記方法サイクルの少なくとも１つについて、限定された量の液体３が製作型６に接着されるように分注され、有体物と接触しない限定された高さの液体層１０を形成するように調整される。これは、以下の実施形態の例で説明する。
【００２５】
可撓性の金属箔は、液体３と接触して液体層１０を形成するための液体接触面を有する。ガイド（案内手段）１８の、図１における少なくとも上側部分は、可撓性の金属箔の液体接触面と反対の面と加圧接触する。図の例において、前記加圧接触は、ガイド１８を前記可撓性金属箔の前記反対の面に沿ってスライドさせ、または転がすことによって実現される。ガイド１８の、図１における下側部分は、ローラ（転がり要素）１７によって支持台と転がり接触する。ガイド１８と凝固装置９は、どちらも、これらのローラ１７を介して、プラットホーム７に対して図１の矢印７３によって示される一方向または双方向に移動可能である。凝固装置は、ガイド１８に対して移動可能であってもよい。
【００２６】
図の例において、金属箔は、凝固装置９からの放射に対して透過性を有する。たとえば、ここでは、方法サイクルの実行中の時間経過において、ガイド１８と凝固装置９は、図１の矢印７３の右側方向に同時に移動していると仮定する。その後、図１に示される瞬間に、液体層１０が、層の特定部分１０’を凝固させるために有体物５と接触する接触部分がある。ガイド１８と凝固装置９の移動中に、これらの接触部分は、時間に応じて変化する。それゆえ、時間の経過により、接触部分は、特に有体物５に対するガイド１８の位置に応じて変化することができる。
【００２７】
図１において、図の左側に、これらの接触部分は、液体層１０のうちの、前記他のすでに凝固した部分から分離されている。
【００２８】
移動可能なｚ−ステージ１４は、硬化性材料の新しい層が有体物５に提供される前にｚ方向に移動することができる。ｚ方向は、金属箔の上に位置付けられた硬化性材料の液体３の層と直交する方向を意味する。ｚ−ステージ１４は、金属箔案内ステージを含む案内手段１８が移動していないときに上昇することができる。この実施形態において、転がり要素１７により、ｚ−ステージ１４が移動できる。有体物５は、ｚ−ステージ１４に連結されており、各方法サイクルで新しい層が下から積み重ねられる。明確にするために、硬化性材料の層は、厚さが強調されて描かれている。
【００２９】
システム（装置）１２は、硬化性材料の層が有体物５に提供されるようにするための、金属箔案内ステージを含む案内手段１８の形態でのガイドを含むことができる。システム（装置）１２は、交差パターンの外側の層から未硬化材料を除去するための除去装置をさらに備えていてもよい。図１の実施形態では、金属箔案内ステージを含む案内手段１８は、硬化性材料の層を金属箔に分注し、有体物５に提供される別のパターン化された層を凝固するために層を照射し、パターンの外側の層から未硬化材料を除去するように構成される。あるいは、それに代って、交差パターンの外側の層から未硬化材料を除去することは、たとえば、未硬化材料をブロワで除去することによって行ってもよい。これは、未硬化材料が乾燥した粉末状の構造を有する時、または粘性の低い液体である時に特に適当である。
【００３０】
金属箔案内ステージを含む案内手段１８は、ｚ方向に直交する方向に移動可能であってもよい。１つの実施形態において、金属箔案内ステージ１８の移動は、転がり要素１７によって可能となる。スライド等、他の移動方法も可能である。金属箔案内ステージを含む案内手段１８は、ステージから突出し、有体物５に沿って金属箔を案内して、有体物５に硬化性材料の層を被着させるようにする金属箔案内要素１９、１９’、１９’’および１９’’’をさらに備える。図の実施形態１において、金属箔案内要素１９は、ローラを含む。金属箔案内ステージを含む案内手段１８は、往復運動可能である。ステージの上に構成される２つの金属箔案内要素（１９、１９’）は、有体物５が液体層１０と接触する高さＨによって画定される接触高さと、接触高さＨから離れた少なくとも１つの位置Ｈ０とを画定し、有体物５に沿って移動することにより、金属箔を有体物５と接触する接触高さに、また接触高さから案内するが、少なくとも接触中に金属箔は有体物５に対して固定され続ける。
【００３１】
金属箔は、ディスペンサ（液体塗布装置）２から有体物５へと供給される硬化性層材料を搬送し、除去された未硬化材料を有体物５から、おそらくは残留物容器２３へと搬送するように構成できる。一般に、交差パターンの外側の未硬化材料は移動する金属箔に付着し、これは、未硬化材料と金属箔の間の接着力が、未硬化材料と有体物５の間の接着力より大きいからである。
【００３２】
金属箔と金属箔案内ステージを含む案内手段１８は、個別に移動させてもよい。１つの動作モードでは、第一のステップで、金属箔は、有体物５の下に硬化性材料の層を形成するように移動される。硬化性材料は、その時点では、まだ有体物５と接触していない。第二のステップで、金属箔案内ステージを含む案内手段１８が有体物５に沿って移動し、それによって、硬化性材料の層が有体物５に被着し、硬化性材料が露光し、未硬化材料が除去される。第二のステップでは、金属箔は、有体物５に対して、ｚ方向に直交するように実質的に移動しない。
【００３３】
システム（装置）１２は、硬化性材料の液体３の層のうち少なくとも交差パターンの部分を少なくとも部分的に硬化させるように構成されたエネルギー源の凝固装置９を備えていてもよい。図１の実施形態において、エネルギー源は、行と列（図示せず）に配置された、個別に動作可能な複数のＬＥＤを含む。エネルギー源は、硬化性材料の液体３の層に対して移動可能に設置されてもよく、それにより、硬化性材料の層に平行な方向８に移動することができる。エネルギー源の動きは、コントローラによって制御されてもよく、コントローラは、ＬＥＤの点灯も制御する。使用時に、エネルギー源は、システムの有効解像度を向上させるために、ＬＥＤアレイ３２の行と列の方向とある角度をなして延びる方向に直線移動する。この方法は、本出願人に係る、本願と同時係属中の欧州特許出願第０７１５０４４７．６号明細書に、より詳細に記されており、この点に関するさらに詳細な情報に関して参照するように、同出願を援用する。エネルギー源は、移動可能な金属箔案内ステージを含む案内手段１８の上の、突出する金属箔案内要素１９の間に位置付け、未硬化材料の層を、金属箔を通じて露光させるようにしてもよい。エネルギー源は、透明な板、たとえばガラス板によって被覆し、金属箔の案内が改善されるようにしてもよい。
【００３４】
個別に動作可能な複数のＬＥＤを含むＬＥＤ光源の使用と、少なくとも交差パターンの部分の部分的な硬化とを組み合わせると有利である。これをさらに詳しく説明する前に、本実施形態において使用されるＬＥＤ光源について、ある程度詳細に説明する。
【００３５】
ＬＥＤ光源は、一般に、約８０×１２０の発光ダイオード（ＬＥＤ）の二次元マトリクスを含んでいてもよく、これは、マルチレンズアレイ（図示せず）を介して、硬化性材料の層に結像される。マトリクスの長さは、一般に、約６０センチメートルである。ＬＥＤは、各ＬＥＤに選択的に接続される複数の電気経路によって、一般に、ナノ秒のオーダーの個々のＬＥＤの制御速度で、交差パターンを書き込むように、個別に動作可能である。したがって、この例においては、エネルギー源は、硬化性材料の層に平行な平面内に延びるＬＥＤの二次元アレイによって提供することができる。
【００３６】
交差パターン全体が完全に硬化される場合、ＬＥＤ光源は、一般に、１秒間に約１０センチメートルの走査速度で、未硬化材料の層の上方を移動することができる。
【００３７】
図２は、サブプロセスの「層の提供」２０と「凝固」のプロセスが同時に実行されてもよい、さらに詳細な実施形態を示している。これに加え、剥離装置４０による分離ステップは、金属箔案内ステージ１８０の同じ動作運動の中で実行されてもよい。さらに、その他のサブプロセスを同時に実行してもよく、これは、他のプロセスステップ（被覆−上昇−露光−剥離以外）、たとえば、金属箔の洗浄、物体の洗浄、後硬化、加熱、冷却（発熱反応を補償）および予備硬化等を同時に実行することを含んでいてもよい。予備硬化および後硬化ステップは、図６に別に示すように、熱または特定の放射を加えることによって実行できる。
【００３８】
これらのプロセスステップを実行する機能的プロセスユニットは、好ましくは移動方向への範囲が限定された状態に保たれ、これによって、同時性、それゆえ、全体的な効率が改善される。サブシステムの層の提供と層の除去は、金属箔案内ステージ１８０の逆転移動時には入れ替わることがわかる。図２において、移動は、左から右（矢印７３）である。このような往復運動による凝固プロセスは、さらに、図１４と図１５に示されている。しかしながら、一方向の凝固プロセスを実行することも可能であり、この場合、一方向にのみ層が提供され、凝固され、金属箔案内ステージ１８０は、層の提供と凝固を行わずに、「フライバック」運動を実行する。これは、露光ユニット９０が、終点から始点までのフライバック運動を、どれだけ速く実行できるかに依存する。
【００３９】
凝固を実行するための露光ユニット９０によって形成される例において、凝固手段は、金属箔案内ステージ１８０の方向に限定された寸法であってもよく、これは、走査のための移動によって、この方向に有体物５の全長の寸法が構築できるからである。「層の提供」２０と「凝固」のプロセスを同時に行うことを利用して、必要なプロセス時間を、さらに短縮することができる。
【００４０】
別の利点として、逐次的動作とは異なり、前記サブプロセスを実行するために使用される「層の提供」２０と露光ユニットは、より効率的に（時間の１００％に近い）使用することができる。これに加えて、別個のプロセスステップの機械部品の全部を比較的小さい寸法とすることができるため、プロセスが高速化され、それによって、すべてのサブプロセスのためのプロセス時間が、短縮される。
【００４１】
図は、「製品ホルダ」１５０に保持された製品５０の下面に、連続的に層を追加することによって、製品が構築される機械を示している。
【００４２】
「作業領域」は、製造される製品５０を収容するのに十分に大きい。本発明は、作業領域が比較的大きい、たとえば、約５０×５０ｃｍ２であるときに特に有利である。
【００４３】
図２において、「製品ホルダ」１５０は、少なくとも長さ約５０ｃｍ（図の左から右）、幅約５０ｃｍ（図の平面に垂直）の作業領域を画定する。
【００４４】
−１つの実施形態において、各層について、常に２つのプロセスステップ、すなわち、樹脂（液体層）１０の「層の提供」２０と、樹脂１０の露光のプロセスが必要であり、多くの用途においては、また、露光していない樹脂１０を構築面から解放（図の例では「剥離」）するステップもある。
【００４５】
−従来、これらのプロセスは、作業領域全体にわたって実行されてもよい。
【００４６】
本発明の１つの態様において、プロセスは、一度に作業領域の小さな部分についてのみ実行してもよい。そのため、ある特定の時点で、作業領域の一部に対してのみ対応できるプロセス機器（たとえば、露光ユニット）が必要である。
【００４７】
それゆえに、図２には、作業領域の少なくとも１つの長さ寸法をカバーする１つの金属箔案内ステージ１８０が示されているが、プロセスが作業領域の異なる部分で平行して同時に実行されるマルチステージ装置を提供することができる。これは、総プロセス時間を大幅に短縮する。
【００４８】
−１つの実施形態において、３つのプロセスの各々には、プロセス時間ＴＰ（ｉ）、ｉ＝１．．３が必要であり、これは、以下によって決定される。
−正味プロセス時間ＴＰ（ｉ）：たとえば、必要な露光時間（たとえば、より低い光出力では、より長い露光時間となる）またはプロセスを実行できる速度：左から右への移動［ｍ／ｓ］、である。これは、今度は、たとえば、樹脂と製品の特性によって決定される（たとえば、製品が小さな力にしか耐えられないと、移動速度が低くなる）。
−導入時間と導出時間。移動プロセスが、静止したプロセス装置とは異なり、往復運動するガイドステージ（案内手段）１８を移動させることによって描かれた図２の装置の例において、移動すべき距離は、作業領域の長さにガイドステージの長さＬＰＥ（ｉ）を加算したものであり、その結果、追加のプロセス時間ＴＰＥ（ｉ）＝ＬＰＥ（ｉ）／ｖ（ｖは移動速度）が生じる。
−したがって、１層についての総時間は、
従来の静止システムでは、ＴＰ１＋ＴＰ２＋ＴＰ３であり、
移動ステージを使用した場合は、最大（ＴＰ１，ＴＰ２，ＴＰ３）＋ＴＰＥ１＋ＴＰＥ２＋ＴＰＥ３となる。
【００４９】
当然、ＴＰ１、ＴＰ２およびＴＰ３は、好ましくは同程度であり、プロセス機器は、作業領域と比較して、小さくすることができる。大きな作業領域の場合、それゆえ、移動する金属箔案内ステージを備える装置によって、加工時間を短縮することができる。
【００５０】
ステージの長さ方向を短縮するために、露光ユニット９０は、一般に、長さが限定され、たとえば、約５０ｃｍの作業領域に関しては、２×２ｍｍ２の要素（それぞれＬＥＤとマイクロレンズを有する「画素」）で約６ｃｍの長さのみ実現でき、それでもなお、作業領域の幅１ｍｍあたり約１５画素の高い解像度が提供される。
【００５１】
これに加え、被覆装置２０と剥離装置４０のメカニズムは、好ましくは長さが限定され、これもまた、一般に、約数ｃｍである。被覆装置用ローラについては、好ましくは、湾曲ローラ１９０がディスペンサから供給される層の量を平らにし、調整するための特殊形状の塗布装置の一例として使用される。慎重に設計された特殊形状により、その特殊形状を金属箔に押し付け、特殊形状の陥凹部の中に液体が入るようにすることによって、液体が金属箔に均一に広がり、それゆえ、高さが均一な層が形成される。システム１２０には、振動減衰装置２００と保護キャップ２５０が設けられている。コントローラは、システム１２０によって、実行される方法ステップを制御するように構成される。
【００５２】
図３は、概略的な金属箔案内キャリッジ１８１を含む概略的な例を示す。１つの実施形態において、金属箔案内ステージは、その上に配置された少なくとも２つの金属箔案内要素１９を備え、金属箔案内要素は、接触高さＨと、接触高さから離れた少なくとも１つの位置とを画定し、有体物５に沿って移動することにより、金属箔の形態の製作型６を、少なくとも接触中は、両端が有体物５に対して固定されたままの状態で、有体物５と接触する接触高さに、また、接触高さから案内する。ステージは、両方向に動作して、塗布装置または剥離装置のいずれかとして使用されるため、この機械は、双方向移動で動作でき、このような実施形態では、メカニズム全体を走査終了位置から走査開始位置まで戻すことは不要となる。したがって、キャリッジがその初期位置に戻る１つのサイクルで、２つの層を形成できる。
【００５３】
図４は、キャリッジ１８２が一方向に動作する別の実施形態を示す。ここでは、前後運動によって１つの層が形成される。
【００５４】
図５は、金属箔案内ステージ装置１８３を示しており、この装置では、金属箔案内要素が分離用ガイド１９２と塗布用ガイド１９１を備え、分離用ガイド１９２は、塗布用ガイドより小さな曲げ半径を有する。動作の運動は、矢印７３によって示される。好ましくは、双方向モードでは、このシステムは、案内ステージの方向７３に関して、分離用ガイド１９２と塗布用ガイド１９１を交替させるための交替システムを備える。
【００５５】
実施形態では、製作型の詳細が可撓性の金属箔の形で示されているが、本発明の範囲から逸脱することなく、他の製作型の利用も可能であり、特に剛性型、たとえば、ドラム、平坦型等も利用できる。さらに、移動手段は、一般に、キャリッジ１８、１８０、１８１、１８２、１８３として提供されるが、その他のシステム、特にドラム式で作動させる設計でも、製作型を有体物へと移動させることができる。
【００５６】
別の態様によれば、ラピッドプロトタイピングまたはラピッドマニュファクチャリングプロセスにおいて、積層により３Ｄ模型を構築するための装置が提供され、この装置は、模型を保持するように構成されたステージ１４と、模型に硬化性材料の層を提供するように構成された塗布装置を構成する案内手段１８と、硬化性材料の層のうちの少なくとも交差パターンの部分を少なくとも部分的に硬化させるように構成された第一のエネルギー源３２と、交差パターンの外側の層から未硬化材料を除去する除去装置と、層を後硬化させる第二のエネルギー源１００を備え、第二のエネルギー源は、ＵＶまたは熱エネルギー源であってもよい。図６は、さらにある実施形態を示しており、この実施形態においては、本発明の１つの態様により、システム１２が移動可能な金属箔案内ステージを含む案内手段１８を備え、前記金属箔案内ステージは、ｚ方向に直交する方向に移動可能であり、前記金属箔案内ステージは、該ステージから突出して、金属箔を模型５に沿って案内して、硬化性材料の液体３の層を模型５に被着させる金属箔案内要素１９を備える。
【００５７】
別の態様によれば、第一のエネルギー源３２は、移動可能な金属箔案内ステージの上の突出する金属箔案内要素１９の間に位置付け、金属箔を通して、未硬化材料の層を露光させることができる。
【００５８】
本明細書において、「硬化性材料」という用語とは、たとえば、紫外線、レーザ、電離放射線（たとえば、これらに限定されないが、電子ビーム、ガンマ線またはＸ線）、または、上記のいずれかの組み合わせによって、硬化可能な（すなわち、重合化および／または架橋可能な）あらゆる材料を含む。「硬化性材料」という用語は、また、硬化性および非硬化性材料の両方の混合を含む複合材料、たとえば、ファイバおよび／またはフィラが混ざっている樹脂等も意味する。
【００５９】
部分的な硬化は、交差パターンの外側の層から未硬化層を除去する間に、交差のパターンが安定したまま残る程度まで硬化することを含む。硬化性材料は、完全に硬化されるのではなく、材料が十分に安定化され、交差パターンの外側の未硬化材料を除去するステップの間に、未硬化材料と一緒に除去されないような程度までのみ硬化される。
【００６０】
図６に示される実施形態において、完全に硬化させるのに必要な余分のエネルギーは、後硬化ステップの中で、ＵＶまたは熱エネルギー源１００によって、コスト対費用効率の良い方法で供給されてもよい。ＵＶまたは熱エネルギー源１００の使用は、交差パターンの外側の未硬化材料が最初に除去されることもあるため、実行可能なものである。
【００６１】
交差パターンを完全に硬化させるには、特定の露光時間が必要である。交差パターンを部分的に硬化することは、パターンをより低い程度に硬化させることを意味する。エネルギー源が完全に硬化させるときと同じ出力で動作する場合、露光は、より短時間でよく、ＲＭおよびＲＰプロセスの速度が増大する。
【００６２】
ＵＶによって硬化される樹脂の液体相から固体相への転移は、いわゆるゲル化点を通過する。この点では、すべてのモノマが化学的に結合して１つの大きな分子を形成する。硬化させるほど、より多くの結合、たとえば、架橋が形成され、材料のヤング率がより高くなる。部分的な硬化において望まれる硬化の程度は、硬化性材料を材料のゲル化点の程度、またはその付近の程度まで硬化させることによって定義してもよく、この程度においては、交差パターンの外側の層から未硬化材料を除去する間、交差パターンは安定して残る。実際には、ゲル化点の程度、またはその付近の程度まで硬化させることは、ゲル化点の程度の約８０％〜１２０％の範囲内の程度と解釈してもよい。
【００６３】
このようなゲル化点までの硬化の程度ｐｃは、式ｐｃ＝２／ｆａｖｇによって定義される。この式中、ｆａｖｇは、樹脂の特性である、モノマ１個あたりの化学結合の数に関するパラメータの平均「官能基数」である。一般に、ｆａｖｇの数値は、約３〜６の範囲内である。これは、約２／３〜１／３の間の硬化の程度ｐｃでゲル化点に到達することを意味する。
【００６４】
通常の製造に使用される硬化の程度は、約０．９であり得る。すると、部分的硬化によって得られる可能性のある生産性の改善度は、約３５％と１７０％の間であることができる。ＲＰとＲＭで使用される一般的な硬化性材料の特徴は、これらを特定の程度まで部分的に硬化してもよいという点であり、部分的硬化が行われてから特定の時間内にエネルギーが供給されると、このエネルギーは、材料が完全に硬化されるまで、部分的な硬化のためのエネルギーに追加される。部分的な硬化中に供給されたエネルギーは失われず、あるいは少なくとも実質的に保存される。
【００６５】
少なくとも交差パターンの部分を硬化させることは、上記の部分的な硬化とは異なり、硬化性材料の液体３の層のラスタパターンを完全に硬化させることもまた含み、前記ラスタパターンは、未硬化材料を保持するような寸法である。材料は、それゆえ、完全に硬化されてもよいが、交差パターン全体ではなく、ラスタパターンだけが硬化される。
【００６６】
ラスタパターンを硬化するために露光しなければならない材料の量は、交差パターン全体を硬化させる場合より少ない。レーザ源は、たとえば、移動距離が短くてもよく、これによって、ＲＰとＲＭの速度が増す。ラスタパターンは、ＬＥＤ光源の個々のＬＥＤのオンとオフのデューティシーケンスを改善するように、さらに最適化されてもよい。これは、ＬＥＤの出力と構築速度をさらに改善し得るものである。
【００６７】
部分的な硬化と、少なくとも交差パターンの部分の硬化の組み合わせ、たとえば、交差パターンのラスタを特定の程度までにかぎって硬化させることもまた可能である。これは、さらに、ＲＰおよびＲＭプロセスをさらに高速化させ得るものである。
【００６８】
交差パターンの外側の未硬化材料を取り除く１つの方法は、材料を吹き飛ばす方法である。この方法は、未硬化材料が乾燥した粉末状の構造を有する時、または粘性の低い液体である時に特に適当である。
【００６９】
未硬化材料を取り除くステップの間に、未硬化材料をラスタパターンの中に保持する１つの可能な方法は、ラスタパターンを、未硬化材料を保持するための毛管となるような寸法とすることによって実現してもよい。毛管のメカニズムを利用するとき、ラスタの寸法は、たとえば、未硬化材料の粘性に関係する。
【００７０】
未硬化材料を取り除くステップ中に、未硬化材料をラスタパターンの中に保持する別の可能な方法は、最初に層から未硬化材料を実質的に全部除去した後に、ラスタパターンの内部に追加の材料を供給することである。これにより、追加のプロセスステップが導入される。しかしながら、これによって、模型の表面に内部の特徴とは異なる特徴が必要とされる場合、層の硬化性材料とは異なる追加の材料を物体に充填する機会が生じる。表面は、たとえば、平滑または軟性であってもよく、その一方で、内部は、軽量または剛性であることが望ましい。追加の材料は、材料をラスタパターンの中に保持するように粘着性を有していてもよい。
【００７１】
少なくとも交差パターンの部分を少なくとも部分的に硬化させ、ラスタパターンの外側の未硬化材料を除去した後に、層を広域エネルギー源１００で後硬化してもよい。ＵＶまたは熱エネルギー源１００は、一般に、ＵＶ光源、たとえば、これに限定されないが、ＵＶ  ＴＬ光源である。しかしながら、熱源の使用もまた想定される。
【００７２】
図６は、本発明によるラピッドプロトタイピングまたはラピッドマニュファクチャリングプロセスにおいて、積層により３Ｄ模型を構築するためのシステム（装置）１２のある実施形態を示す。システム（装置）１２は、模型を保持するステージ１４を備える。この実施形態において、ステージ１４は、塗布装置を構成する案内手段１８が硬化性材料の層を模型に形成する前に、ｚ方向に移動されてもよい移動可能なｚ−ステージ１５である。ｚ方向への移動は、硬化性材料の層に直交することができる。ステージ１４は、塗布装置を構成する案内手段１８が移動していない間に上昇されてもよいが、模型５と塗布装置の間の距離が増加している限り、塗布装置を下げることも可能である。この実施形態において、転がり要素１７により、ｚ−ステージの移動が可能となる。
【００７３】
図６は、模型５がｚ−ステージの下に連結され、新しい層が下から積み重ねられることを示している。明確にするために、硬化性材料の層は、厚さを強調して描かれている。
【００７４】
１つの実施形態において、システム（装置）１２は、模型５に硬化性材料の層を提供するための塗布装置を構成する案内手段１８を備える。装置１２は、交差パターンの外側の層から未硬化材料を除去するための除去装置をさらに備える。図６の実施形態において、塗布装置は、模型５に硬化性材料の層を提供することと、交差パターンの外側の層から未硬化材料を除去することの両方のために構成される。これは便利であるが、交差パターンの外側の層から未硬化材料を除去するのは、別の方法も利用可能であり、たとえば、硬化していない材料をブロワで除去してもよい。これは、未硬化材料が乾燥した粉末状の構造を有する時、または粘性の低い液体である時に特に適当である。
【００７５】
この実施形態において、塗布装置を構成する案内手段１８は、移動可能な金属箔案内ステージによって形成される。金属箔案内ステージを含む案内手段１８は、ｚ方向に直交して移動可能である。金属箔案内ステージを含む案内手段１８の移動は、転がり要素１７によって可能にされてもよい。スライド等のその他の移動方法も可能である。金属箔案内を含む案内手段ステージ１８は、該ステージから突出し、金属箔を模型５に沿って案内し、硬化性材料の層を模型５に被着させるようにするための金属箔案内要素１９、１９’、１９’’および１９’’’をさらに備える。１つの実施形態において、金属箔案内要素１９は、４つのローラ２１を含む。
【００７６】
図６に示される実施形態において、金属箔は、供給用貯蔵容器２から供給される硬化性材料を模型５に搬送し、模型５から除去された未硬化材料を残留物容器２３へと搬送するように構成される。一般に、交差パターンの外側の未硬化材料は移動する金属箔に付着し、これは、未硬化材料と金属箔６の間の接着力が、未硬化材料と模型５の間の接着よりより大きいからである。
【００７７】
塗布装置を構成する案内手段１８は、硬化性材料を保存するための供給用貯蔵容器２と、交差パターンの外側の層から除去された未硬化材料を貯蔵するための残留物容器２３をさらに備えていてもよい。容器は開いていても、閉じていてもよい。開放型は、充填または排出がしやすいという利点を有することができる。閉鎖型容器では、硬化性材料を、使用またはリサイクルする前に特定の動作条件下で保持しやすい。この実施形態において、金属箔は、閉鎖型供給用貯蔵容器２から供給される硬化性材料を模型５に搬送し、模型５から除去された未硬化材料を残留物容器２３に搬送するように構成することができる。この実施形態において、塗布装置を構成する案内手段１８は、金属箔を模型５に、および模型５から移動させるためのアクチュエータ（図示せず）をさらに備えていてもよい。
【００７８】
金属箔と金属箔案内ステージを含む案内手段１８は、個別に移動させてもよい。１つの動作モードにおいて、第一のステップで、金属箔は模型５の下に硬化性材料の層を形成するように移動される。硬化性材料は、その時点ではまだ模型５と接触していない。第二のステップで、金属箔案内ステージ１８は、模型５に沿って移動して、硬化性材料の層が模型５に被着され、硬化性材料が露光され、未硬化材料が除去される。第二のステップで、金属箔は、模型５に関して、ｚ方向に直交する方向に実質的に移動しない。
【００７９】
１つの実施形態において、本発明によるシステム（装置）１２は、硬化性材料の液体３の層の中の、少なくとも交差パターンの部分を少なくとも部分的に硬化させるように構成された第一のエネルギー源３２を備える。図６の実施形態において、第一のエネルギー源３２は、行と列（図示せず）に配置された、個別に動作可能な複数のＬＥＤを含んでもよい。第一のエネルギー源３２は、硬化性材料の液体３の層の下に移動可能に配置されて、それが硬化性材料の液体３の層に平行な方向に移動できるようにしてもよい。第一のエネルギー源３２の動きはコントローラによって制御されてもよく、コントローラは、ＬＥＤの点灯も制御する。使用時に、第一のエネルギー源３２は、ＬＥＤアレイの行と列の方向に対して、ある角度をなして延びる方向に直線移動させて、システムの有効解像度を改善してもよい。この方法は、本出願人に係る、本願と同時係属中の欧州特許出願第０７１５０４４７．６号明細書により詳しく述べられており、この点に関するさらに詳しい情報のために参照するように、同出願を援用する。第一のエネルギー源３２は、移動可能な金属箔案内ステージの上の、突出する金属箔案内要素１９の間に位置付けられ、未硬化材料の層を、金属箔を通して露光させてもよい。エネルギー源は、透明な板、たとえば、ガラス板で被覆して、金属箔の案内を改善してもよい。
【００８０】
個別に動作可能な複数のＬＥＤを含むＬＥＤ光源の使用と、少なくとも交差パターンの部分の部分的な硬化を組み合わせることは、有利になる。これを、さらに説明する前に、本発明の実施形態において使用されるＬＥＤ光源の例をより詳しく説明する。
【００８１】
１つの実施形態において、第一のエネルギー源を構成するＬＥＤ光源は、一般に、約８０×１２０の発光ダイオード（ＬＥＤ）の二次元マトリクスを含んでもよく、これは、マルチレンズアレイ（図示せず）を介して、硬化性材料３の層に結像される。マトリクスの長さは、一般に、約６０センチメートルである。ＬＥＤは、各ＬＥＤに選択的に接続される複数の電気経路によって、一般に、ナノ秒のオーダーである個々のＬＥＤの制御速度で、交差パターンを書き込むように個別に動作可能であってもよい。したがって、この例においては、第一のエネルギー源９は、硬化性材料３の層に平行な平面内およびマクロレンズアレイと基板の間に延びるＬＥＤの二次元アレイによって提供することができる。
【００８２】
交差パターン全体が完全に硬化される場合、ＬＥＤ光源は、一般に、１秒間に約１０センチメートルの走査速度で、未硬化材料の層の上方を移動する。
【００８３】
図７は、物体の断面が大きいときに発生する可能性のある問題を示しており、この問題とは、金属箔と物体５０との間の狭いスリットにおける毛管力によって、このスリットが狭くなることである。これによって、金属箔は、その所期の位置Ｐからより高い位置Ｑへと上昇し、露光されるべき位置１０１０の層がより薄くなる。それゆえ、新しい層も薄くなる。この効果は、多数の層が重なる間に累積される可能性があり、製品の精度が大きく低下する可能性がある。累積された厚さ損失が、特定の層において、製品に向かって移動する液体層と製品そのものが接触しなくなるほどまでになると、構築プロセスさえ中断される可能性がある。この問題の解決策は、金属箔を隔てて圧力差を生み出すことにより、金属箔に補償のための下方の力をかけることである。
【００８４】
これは、金属箔の下、より具体的には、露光ユニットの周囲に真空チャンバ２１０を追加して行うことができる。連結配管２１１に吸引力２１３を加えることによって、チャンバの内部２１２に負圧をかける。
【００８５】
ある実施形態において、チャンバ２１０は、露光ヘッド３０の周囲に密接して嵌められ（たとえば１ｍｍ幅のスリット）、スリットから金属箔が下方に出っ張らないようになっている。驚くべきことに、スリットの狭さにかかわらず、金属箔の上昇を防止するための負圧はごく小さくてよく、一般に、１０ミリバールまたはそれ以下でよい。分析によれば、この負圧が、露光ヘッド３０の全面積に有効に作用することがわかった。
【００８６】
図８に、幾分か残っている金属箔の上昇部６６が示されている。これは、樹脂がそこですでに露光されており（この図では、露光ヘッドが右から左に移動している）、毛管力に十分に耐えられる強度であるため、通常は発生しないが、依然として上昇が発生する場合（たとえば、使用される樹脂の硬化速度による）、これは、真空チャンバを延長するか、追加の真空チャンバを追加することによって修復できるが、その際、金属箔が下方に出っ張るのを防止するために、負圧をチャンバから金属箔の下へと通過させるためのスリットは、小さく（約１ｍｍ）することを常に念頭に置く。
【００８７】
図９は、真空チャンバ延長部９００の上側９０１を形成する多孔板を例として示している。
【００８８】
当業者にとって明らかであろうが、ごく小さな負圧で金属箔の大きな面積を制御したままにする上記の方法は、異なる実施形態にも応用でき、必ずしも露光ヘッドの周辺のみとは限らず、見かけ上の力(spurious force)がその所期の位置から金属箔を移動させる傾向のあるすべての場合に応用できる。たとえば、ごく小さな負圧は、たとえば、剥離ローラの地点またはその付近、あるいは金属箔が物体５０の最後に硬化した層から分離される地点またはその付近で使用される真空または真空チャンバを通じてかけることができる。負圧を安定化させるために、好ましくは、真空チャンバ延長部９００は、金属箔の付近に壁を有し、ここからの漏れが小さくなるようにする。
【００８９】
図１０は、樹脂蒸発を最小限にする実施形態を示す。蒸発を減少させるために、金属箔が物体５０から分離（または剥離）されたばかりの領域において、金属箔から樹脂を除去することが好ましい。これは、被覆装置アセンブリ２０または剥離装置アセンブリ４０と一緒に移動する除去装置またはスキージ１００１を追加し、それゆえ、材料貯蔵容器１００２を形成することによって、行うことができる。好ましくは、このスキージは、金属箔と約１０度の角度アルファを成す。この約１０度という角度は、一方向への擦り取り能力が最大となり、樹脂を反対方向に通過させ、それゆえ、金属箔の上に残る樹脂を機械の端に押しやるのではなく、すべて回収できることがわかった。
【００９０】
注目すべき点は、材料貯蔵容器１００２は、容器を形成することであり、これは、全周がスキーザ１００１と金属箔の上方に向かって延びる部分によって囲まれるからである。スキーザ１００１には、延長部があってもよく、この延長部は、下側ローラ１９０のシャフトを通すための開口部と、シャフトが通る箇所の周囲のシール材を有する。双方向の実施形態では、材料貯蔵容器１００２は、キャリッジ１８０の両側に形成される。また、液体層提供ローラ（たとえば、メイヤバー）１９０もまた、金属箔案内ステージの両側にあってよい。
【００９１】
ある実施形態において、被覆棒（メイヤバー）によって提供された液体層の厚さは、少なくとも次の層の厚さと同じであるが、好ましくは、若干大きい。たとえば、５０μｍの層で構築する場合、液体層の厚さとして良好な数値は約７０〜８０μｍである。それゆえ、液体層の付着した金属箔が有体物に向かって移動されると、金属箔と有体物の上の前の層の間の５０μｍの空間が完全に液体樹脂で充填される。樹脂の余剰分（２０〜３０μｍ）は、金属箔を有体物に向かって上昇させるローラの前で前方に押し出されるか、横方向の、それまでに構築された有体物の中に存在するかもしれない空間の中に押し込まれる。
【００９２】
液体層を提供するローラ（たとえば、メイヤバー）は、好ましくは、ぎざぎざがあり、または特殊形状であり、メイヤバーの陥凹部の中でメイヤバーの容器側からメイヤバーの露光ユニット側に輸送される樹脂の量が、所望の厚さの液体層（この例では、７０〜８０μｍ）を提供するのに十分であるものとする。注意すべき点として、陥凹部の中の液体は、部分的にのみメイヤバーの背後の金属箔の上に残り、一部は、メイヤバーの上に乗る。したがって、陥凹部の大きさは、実験的に決定しなければならない。
【００９３】
図１１は、樹脂が加熱される実施形態を示しており、加熱のために使用される機器と、樹脂の動作温度条件を改善するための配置を開示している。
【００９４】
構築プロセスがうまくいくようにするためには、露光と金属箔からの分離の間に、樹脂をある程度まで硬化させて、新しく形成される層を有体物の、その前に構築された層に接着できるようにするべきである。多くの樹脂、たとえばＤＳＭ  Ｓｏｍｏｓ  ８１２０（エポキシアクリレート）を３６５ｎｍで露光させた場合、硬化速度は、より高い温度においてより速くなる。事実として、ある実施形態において、上記の樹脂は、室温より高い温度、好ましくは約３０〜４０℃で使用されたときに、うまくいくことがわかる。それゆえ、樹脂を室温より高い温度に加熱する装置を設けることが有利である（露光と分離の間の時間を短縮できる）。驚くべきことに、その優良な解決策は、露光ヘッドの付近に小さな加熱棒３０１（３０１ａ、３０１ｂ）を設けて、金属箔の下側（液体と接触しない側）と熱接触させた状態にすることであることがわかった。双方向動作の場合、露光ヘッド３０の反対側の第二のヒータ３０１ｂを追加してもよい。
【００９５】
加熱棒３０１は、好ましくは、露光ヘッドに近づけ、加熱領域を小さくし、システム全体を小型（および、それによって高速に）に保つようにする。真空チャンバもある場合、加熱棒（複数の場合もある）は、真空チャンバの中または外のいずれにあってもよい。
【００９６】
一見すると、このように小さな棒は、金属箔が棒とごく短時間、たとえば、０．２秒（加熱棒の幅２ｃｍ、移動速度１０ｃｍ／秒）しか接触しないため、十分に温度を上昇させられないと思われるかもしれないが、それが十分に温度を上昇させることがわかった。分析の結果、この時間は、棒の熱が樹脂層を備えた金属箔を貫通するのに十分であり、これは、樹脂と金属箔が薄い（たとえば、全体で０．２ｍｍ）からであることがわかった。棒の温度は、これを実現するための標的温度よりはるかに高い必要すらない。たとえば、金属箔と樹脂の温度を３０℃にするには、一般に、加熱棒の温度は約４０℃でよい。
【００９７】
加熱棒は、好ましくは、高い熱伝導率を有する材料である。たとえば、これは、アルミニウム筐体（たとえば、約２×２ｃｍの角管）で、たとえば、内部の電気ヒータによって加熱されてもよい。
【００９８】
ある実施形態において、それまでに構築された物体の下面と、露光ユニットの上部は、目標温度（この例では、３０℃）またはその前後である。この状態は、複数のサイクルが実行された後に自動的に発生する。それゆえ、この実施形態における構築プロセスは、複数の「ダミーサイクル」、すなわち、露光が行われず、ｚ−ステージを構成するプラットホーム１５０の垂直移動も行われないサイクルを実行することによって開始できる。これによって、プラットホーム１５０の下面と露光ユニットの上部が必要なプロセス温度まで加熱される。あるいは、他の加熱手段を使って、実際の構築プロセスを開始する前に、これらの部分を予熱することができる。
【００９９】
たとえば、加熱要素をプラットホーム１５０の中に作り込むことができ、プラットホームと露光ユニットの上部の両方が、プラットホームが露光ユニットに近い（たとえば、距離１ｍｍまたはそれ以下）状態で予熱される。
【０１００】
ほとんどの樹脂の硬化プロセスでは、発熱性、すなわち、硬化プロセス中に熱が生成される発熱樹脂が用いられる。それゆえ、加熱棒によって加熱しなければならない量は、加工対象の樹脂によって異なる。プロセス温度が上昇しすぎないようにするために、幾分かの冷却さえ必要かもしれない。それゆえ、加熱棒には、内部に冷却要素を設けてもよく、加熱／冷却量を、たとえば、露光ユニットの上部に作り込まれた温度センサに基づいて、（自動的または手作業で）制御してもよい。同様に、物体支持台がヒータだけでなく、冷却要素を含んでいてもよい。
【０１０１】
この加熱方法は、より大きな加熱システム、たとえば、機械のいくつかの移動ユニットと樹脂貯蔵容器を高温に保つようなシステムよりはるかに好ましい。本発明による加熱方法は、システム全体の加熱部分をできるだけ小さくし、それゆえ、必要な電源は、はるかに小さい。別の利点は、樹脂が、それが有益であるプロセス段階（露光から分離まで）だけ高温であり、その直後に冷却でき、それゆえ、露光されていない樹脂への不利な影響、たとえば、老化、蒸発または熱硬化等を与えずにすむという点である。
【０１０２】
図１２は、ローラの半径を具体的に示す図である。これに加え、図１２は、ローラの外側に設置された軸受１９８を示している。剥離ローラの最適な半径ｒは、１０ｍｍより小さな範囲で定められる。徐々に、「やさしく」剥離するため、および、それゆえ、最後に硬化した層が金属箔から分離されるのに十分な時間が得られるようにするためには、大きな半径ｒが支持されるかもしれないが、驚くべきことに、小さな半径のほうがうまくいくことがわかった。小さい半径により、分離速度がより速まり、最後に硬化した層に損傷を与えない。
【０１０３】
半径は、約１０ｍｍまたはそれ以下が好ましく、一般に、さらには約６ｍｍまたはそれ以下が好ましい。これに加えて、小さな直径であると、作業領域が大きな幅（たとえば、５０ｃｍ）であることも併せて、ローラ構造部の堅さが課題となるかもしれない。ローラは、金属箔の張力に耐えられなければならず、さらにまっすぐのままでなければならない。ローラの中央を通るシャフトは、一般に、十分な堅さではない。有利な形として、剥離ローラは、外側で軸受によって支持される。これらは、ローラの長さに沿って、所望の真直度を実現するのに必要な数の地点に位置付けることができる。図１２において、外側の軸受は、堅い剥離ユニットフレーム１９５に支持される摩擦軸受１９８として示されているが、もちろん、他のどのタイプの軸受も使用でき、特にころ軸受も使用できる。ある実施形態において、少なくとも４つの軸受が使用される。別の実施形態において、少なくとも１つの軸受が剥離ユニットフレームの水平床の上に配置され、少なくとも１つの軸受が、剥離ユニットフレームの垂直壁の上に配置される。
【０１０４】
金属箔は、図１１のクランプ５０１によって長さ方向に固定される。金属箔の長さが所定の張力を受けた状態に保つためのメカニズムを設置してもよい（図示せず）。最適な張力は金属箔の種類と厚さによって異なるが、一般には、金属箔の幅１ｃｍあたり約１０Ｎ（幅５０ｃｍの金属箔の場合は、５００Ｎ）であってもよい。この張力は、金属箔が必要な領域、すなわち有体物と接触する高さ（図１のＨ）にある部分の上方に金属箔を平坦に保ってもよい。重要な点として、長さ方向の張力は、金属箔を、側部縁辺を含めたこの領域全体の上に平坦に保つのに十分でありえ、側部縁辺にクランプやその他の張力装置を設ける必要がない。
【０１０５】
本発明の他の実施形態において、金属箔には、一般に（ただし、排他的ではない。金属箔のまさにどの特性がこの点における決定要素であるかは十分に理解されていない）、弾性係数がより低いもの等、クランプ５０１による長さ方向の張力では金属箔を関連領域全体の上方に平坦に保つのに不十分であるような種類のものもある。特に、この実施形態の側部縁辺は、上下に動き、または所期の平面からしわがよる傾向を見せることがある。このような場合、解決策は、側部クランプを追加することにあり、これは、以下の形の１つまたはその他の形をとってもよい。
【０１０６】
金属箔の縁辺に等間隔で、たとえば、２ｃｍおきに穴を開け、露光ユニットキャリッジに、金属箔の両側に少なくとも１つずつ、これに対応する鎖歯車を設け、その歯が穴と噛み合い、この鎖歯車は、たとえば、バネによって外側に押し出され、これらが、金属箔の縁辺に外側方向の力を加え、それゆえ、露光ユニットの上方で金属箔に幅方向の張力が供給される。
【０１０７】
ある実施形態において、単純な鎖歯車をさらに改良するものは、歯付ベルトであり、その歯が、金属箔の穴と噛み合い、ベルトは、金属箔の平面に対して平行に延びる特定の長さ（たとえば５〜２０ｃｍ）を有する。
【０１０８】
多数の移動可能な機械的挟持装置を、機械フレームの上に、金属箔の側面に沿って配置してもよい。各挟持装置は前方に移動し、金属箔の縁辺を挟持し、挟持装置の前の金属箔がＨの高さにあるかぎり、すなわち、上昇ローラが挟持装置の前を通過した瞬間から、剥離ローラが挟持装置の前に到着する直前まで、金属箔縁辺に外側方向への力を加える。
【０１０９】
吸引クランプを金属箔の上に配置してもよい。クランプは、作業領域の各辺の上にある、長く、狭い器具であり、長さは、作業領域（物体構築領域）の長さと実質的に等しい。各クランプの底面は、吸引面であり、一般に、多孔質の材料の背後に負圧チャンバを設置することによって実現される。
【０１１０】
金属箔縁辺の一部が低い位置から、吸引クランプに接触するＨの位置まで上昇されると、すぐに、この金属箔の一片は、吸引によってクランプに当った状態に保たれ、それ以上移動できない。上昇ローラにおいて、金属箔は、張力を受け、それによって、側方にも引っ張られており、このように側方に延ばされた状態で、両側の縁辺が吸引クランプに当たって固定される。クランプにより、金属箔は、上昇ローラが通過した後も、側方に引っ張られたままとなる。
【０１１１】
吸引クランプと同じ効果は、吸引面の代わりに、粘着面によって実現することができる。たとえば、厚さ１ｍｍの、汚れのない柔らかいシリコンシートは、多くの金属箔材料に対して粘着性を有する。このような粘着性材料が堅いクランプフレーム上に取り付けられ、上昇ローラが金属箔縁辺を上昇させて、この粘着性材料に押し付けると、所望の側方への引っ張り効果が得られる。
【０１１２】
図１３は、興味深い詳細を開示しており、これは、フィルムの、液体層１０と反対側の面だけが光学的に透明であればよいことがわかったからであり、液体層１０と対向する面は、拡散性を有するものとすることができ、これは、驚くべきことに、表面上に塗布された樹脂によって湿潤すると、その拡散性がなくなるからである。これによって、製造に必要な金箔伯が少なくてすむことができる。
【０１１３】
金属箔は、露光ヘッド３８と露光されるべき樹脂の間に光路を形成し、それによって、光透過に影響を与える。図１３のａに示す実施形態では、露光ヘッドは、樹脂層１０の途中で鮮明な焦点４０１を結ぶように配置することができる（図１３のａ参照）。このような実施形態において、光路内に拡散性（艶なし）の構造があることは好ましくない。たとえば、金属箔の底面または上面が艶なしであると、図１３のｂに示すように、光が散乱する。同様に、金属箔のバルク材料の拡散性（図１３のｃ）は、光の散乱の原因となり、これが鮮明な焦点４０１を壊す可能性がある。
【０１１４】
片面が艶なしの金属箔を使って実験を行った。図１３のｂを念頭に、艶なしの面を上に向けて置き、散乱の影響をより小さくした。驚くべきことに、艶なしの上面での散乱は、上面に樹脂層を被着させた瞬間になくなることが観察された。驚くべきことに、本発明の特定の実施形態において、金属箔表面（とバルク）の一方の面だけが光学的に透明（非拡散性）であればよく、もう一方の面は艶なしとすることができる。すると、艶なし面は、樹脂接触面として使用されることになる。両面が光学的に透明な金属箔を生産することは、はるかに難しいため、この発見は重要である。
【０１１５】
金属箔の、液体層と対向する面は、（完全に、または部分的に）硬化した樹脂から容易に分離されるべきであることがわかる。この条件を満たす材料としては、これらに限定されないが、ＴＦＸ（バルク）、シリコン（異なる材料の金属箔の上のコーティングとして被着される）、および、簡単に分離できるその他の材料がある。
【０１１６】
本発明の方法とシステムについて、アクリレートとエポキシ（およびエポキシアクリレート）樹脂で、約３６５〜３７５ｎｍのＵＶ光で露光して試験した結果、成功裏に終わった。これらの樹脂には、以下の市販のタイプが含まれる。
ＤＳＭ  Ｓｏｍｏｓ  ８１２０（エポキシアクリレート）
Ｅｎｖｉｓｉｏｎｔｅｃ  Ｒ５  Ｐｒｏｆａｃｔｏｒｙ（アクリレート）
【０１１７】
金属箔の下面と露光ヘッドの上面が、これらの表面が非常に平滑であるとファンデルワールズ力によって起こりうるように、くっついてしまうのを防止するために、タルク粉または同様のものでごく軽く擦ってもよい。
【０１１８】
図１４は、双方向の実施形態のまた別の開示である。凝固方法は、前述のように、一方向でも双方向でも適用できるが、双方向で使用した場合の利点は、新しいサイクルを開始する前に、すべてのプロセスキャリッジをそのスタート位置に戻さなければならないことが避けられるため、プロセス時間を短縮できる点である。スタート位置に戻る代わりに、一方向に通過した後、キャリッジは、即座に反転し、反対方向へのプロセスを開始することができる。
【０１１９】
双方向の実施形態の一例において、機械の特定の要素を鏡面対称に構成して、方向が切り替わった時に、これらの要素が機能を入れ替えることができるようにしてもよい。図１４を参照しながら、この点を以下のように説明できる。
−ここに示すように、第一のプロセスステップは、右から左の方向７４に実行される。下側のローラ１９ａＬは、液体層を提供する役割を果たし、上側ローラ１９ａＨは、被覆された金属箔をＨの位置まで上昇させる機能を果たす。
−露光ヘッド３０の、ローラ１９ａＬと１９ａＨと反対側では、上側ローラ１９ｂＨは、剥離ローラの機能を果たし、下側ローラ１９ｂＬは、金属箔を低い位置Ｈ０（図１に示される）まで案内する機能を果たす。
−１つのサイクルが右から左に完全に実行された後（金属箔が製品から完全に剥離されている）、新しいサイクルを即座に左から右に開始することができる。今度は、１９ｂＨと１９ａＨの機能が入れ替わり、１９ｂＬと１９ａＬの機能が入れ替わる。
−したがって、上側ローラ１９ｂＨと１９ａＨは、上昇および剥離機能の両方に適しているように設計することができる。このような制約により、たとえば、ローラの半径に関して折衷的な設計となるかもしれず、これは、図１２に関して説明したように、剥離ローラの半径は、大きいことが好ましいからである。
その場合、図５に関して説明した、切り替え可能な解決策を使用できる。これに加えて、下側ローラ１９ａＬと１９ｂＬは、適正な厚さの液体層を提供するためと、金属箔を案内するための、両方に適しているように構成できる。貯蔵容器は、どちら側に（Ｘ２ａとＸ２ｂ）あってもよい。
【０１２０】
注意すべき点として、スキージＸ４ａとＸ４ｂは、好ましくは、一方向での使用の場合であっても、両方とも存在する（一方向の場合でも、樹脂は、好ましくは、スキージによって画定される空間の中に保持されなければならない）。
【０１２１】
双方向の実施形態の一例において、上で開示した１つのキャリッジとは異なり、露光ユニットのためのキャリッジ（１８０ｃ）および露光ユニットの両側の機器のためのキャリッジ（１８０ａと１８０ｂ）と、別々のものを使用することができる。
【０１２２】
これには、異なるサブプロセスに必要な時間に応じて、キャリッジ間の距離を移動方向に関して最適化できるという利点がある。
【０１２３】
一例としては、露光と剥離の間には、樹脂に剥離プロセスに耐えるのに十分な強度を与えるために、ある程度の硬化時間が必要である。したがって、１つの好ましい構成は、被覆ユニットの直後に露光ユニットを設置するが、露光ユニットに続く剥離ローラは、剥離前の必要な硬化時間に応じて、特定の距離を空けて配置する、というものである。２つのプロセス方向７４と７３に関するユニットの間の異なる距離を図１５に示す。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
提示した詳細な図面、具体的な例および特定の公式は、例示のためにすぎない。本願で文章および図で示された装置１２、１２０の具体的な実施形態は、模型５、５０を上下逆にして構築することに関するものであるが、本発明の教示は、右側を上にして、またはその他どの方位で模型を構築する装置にも応用できる。本発明の態様は、また、Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ（ＳＬＳ）やＳｔｅｒｅｏ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ（ＳＬＡ）等、従来のＲＰおよびＲＭ技術のための装置にも応用できる。上記の明細書の中で、本発明の実施形態の具体的な例に関して、本発明を説明した。しかしながら、付属の特許請求の範囲に示される本発明のより広い精神と範囲から逸脱することなく、さまざまな改良や変更を加えてもよいことは明らかであろう。さらに、有体物は、どのような適当な大きさや形状であってもよい。また、本発明は、プログラム不能なハードウェアで実装される物理的なデバイスやユニットに限定されず、適当なプログラムコードに従って動作することにより、所望のデバイス機能を実行できるプログラム可能なデバイスまたはユニットにも応用できる。さらに、デバイスは、多数の装置の中に物理的に分散させながら、機能的に単独のデバイスとして動作してもよい。また、機能的には、別のデバイスを構成するデバイスが、１つの物理的デバイスに統合されてもよい。しかしながら、他の改良、変更または改変も可能である。したがって、明細書と図面は、限定的な意味ではなく、例示としてみなされるものである。特定の実施形態は、本発明のまた別の態様として、特定の任意の機能を詳細に示しているが、説明は、特に断りがなく、あるいは物理的に不可能な場合を除き、これらの機能のあらゆる組み合わせを含み、具体的に開示しているものである。
【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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【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１５】
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