(57)【要約】ポリマー材料または蝋材料から、層状製造迅速プロトタイピング技術を使用して構築された物体の表面を平滑化するための方法が、開示される。物体は、構築された後、気化器などで気化した溶媒に、物体表面をリフローイングするのに十分な露出時間にわたって晒される。溶媒は、その物質を過渡的に軟化させる能力に基づいて選択される。この溶媒は、物体を形成し、その後物体から蒸散する。物体は、溶媒から取り出されて乾燥され、平滑な完成部品が生産される。
2005523177.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方法であって、該方法は、以下：
層状製造迅速プロトタイピング技術を使用して、ポリマーモデリング材料または蝋モデリング材料から物体を構築する工程；および
該モデリング材料を過渡的に軟化させる溶媒の蒸気に該物体を晒すことにより、物体表面を平滑化する工程、
を、包含する、方法。
【請求項２】
前記層状製造技術が、溶着積層モデリングである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記モデリング材料が、熱可塑性樹脂である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記熱可塑性樹脂が、ＡＢＳ、ポリカーボネート、ポリフェニルスルホン、ポリスルホン、ポリスチレン、ポリフェニレンエーテル、無定形ポリアミド、アクリル、ポリ（２−エチル−２−オキサゾリン）、およびこれらの混合物からなる群から選択される、少なくとも約５０重量パーセントの無定形熱可塑性プラスチックを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記溶媒が、塩化メチレン、ｎ−プロピルブロミド溶液、ペルクロロエチレン、トリクロロエチレンおよびヒドロフルオロカーボンの流体からなる群から選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記モデリング材料が、熱可塑性プラスチック、ポリマー結合剤に分散する緑色金属、ポリマー結合剤に分散する緑色セラミック、および噴射蝋からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記モデリング材料が、ガラス繊維入りナイロンである、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記物体が前記溶媒蒸気に晒される時間の長さを該溶媒蒸気の濃度の関数により選択する工程を、前記平滑化工程の前にさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記溶媒蒸気の濃度を低下させ、それにより前記選択された露出時間を延長させる工程をさらに包含する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記物体表面の選択された部分を、該選択された部分の平滑化を阻害する物質でマスキングする工程を、前記物体表面を平滑化する工程より前にさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記マスキング物質が、自動化プロセスを使用して適用される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記自動化プロセスが、噴射プロセスである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記自動化プロセスが、溶着積層モデリングプロセスである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記物体表面のマスキングのための前記選択部分を、その外形に従って同定する工程をさらに包含する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記物体表面のマスキングのための前記選択部分を、その曲率半径に従って同定する工程をさらに包含する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記物体表面のマスキングのための前記選択部分を、保護されるべき表面エリアのデジタル表示を作製するソフトウェアアルゴリズムを使用して、同定する工程をさらに包含する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記保護されるべき表面エリアを同定するデジタルデータが、．ｓｔｌファイル形式で保存される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記物体表面の平滑化を望まない選択部分のデジタルマスクを、触覚型入力インターフェースを使用して作製する工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記構築工程が、特定の物体特徴を逆歪みさせる工程を包含し、それにより該特徴が、前記平滑化工程後に所望の外形を得る、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、該方法は、以下：
デジタル形式における初期物体表示を提供する工程であって、該初期物体表示が、表面外形を有する工程；および
該初期物体表示を修正し、該表面外形の特定の特徴を逆歪みさせ、改変物体表示を作製する工程、
を、包含する方法であって；
前記構築工程において構築された該物体が、該改変物体表示に従って規定される外形を有し；そして
前記平滑化工程後に到達した前記所望の外形が、該初期物体表示の外形とほぼ一致する、
方法。
【請求項２１】
物体の表面の凹凸を、層状製造迅速プロトタイピング技術を用いて、モデリング材料から除去する方法であって、該方法は、該モデリング材料を過渡的に軟化させる溶媒の蒸気に該物体を晒すことにより、該物体の表面をリフローイングする工程を、包含する方法。
【請求項２２】
前記モデリング材料が、熱可塑性樹脂である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記熱可塑性樹脂が、ＡＢＳ、ポリカーボネート、ポリフェニルスルホン、ポリスルホン、ポリスチレン、ポリフェニレンエーテル、無定形ポリアミド、アクリル、ポリ（２−エチル−２−オキサゾリン）、およびこれらの混合物からなる群から選択される、少なくとも約５０重量パーセントの無定形熱可塑性プラスチックを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記溶媒が、塩化メチレン、ｎ−プロピルブロミド溶液、ペルクロロエチレン、トリクロロエチレンおよびヒドロフルオロカーボンの流体からなる群から選択される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記モデリング材料が、熱可塑性プラスチック、ポリマー結合剤に分散する緑色金属、ポリマー結合剤に分散する緑色セラミック、および噴射蝋からなる群から選択される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記モデリング材料が、ガラス繊維入りナイロンである、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記物体表面の選択された部分を、該選択された部分の平滑化を阻害する物質でマスキングする工程を、前記表面をリフローイングする工程より前にさらに包含する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
前記マスキング物質が、自動化プロセスを使用して適用される、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記自動化プロセスが、噴射プロセスである、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記自動化プロセスが、溶着積層モデリングプロセスである、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記物体表面のマスキングのための前記選択部分を、その外形に従って同定する工程をさらに包含する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記物体表面のマスキングのための前記選択部分を、その曲率半径に従って同定する工程をさらに包含する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記物体表面のマスキングのための前記選択部分を、保護されるべき表面エリアのデジタル表示を作製するソフトウェアアルゴリズムを使用して、同定する工程をさらに包含する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３４】
前記保護されるべき表面エリアを同定するデジタルデータが、．ｓｔｌファイル形式で保存される、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記物体表面の平滑化を望まない選択部分のデジタルマスクを、触覚型入力インターフェースを使用して作製する工程をさらに包含する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３６】
３次元物体をマスクするための方法であって、該方法は、以下：
デジタル形式における初期物体表示を提供する工程であって、該初期物体表示が表面外形を有する、工程；
該初期物体表示を改変し、該表面外形の特定の特徴を逆歪みを行い、改変物体表示を作製する工程；
物体を、層状製造技術を使用して、該改変物体表示によって規定されるように、モデリング材料から構築する工程；および
該物体の表面を蒸気平滑化して、完成物体を生産する工程であって、該完成物体が、該最初の物体表示の外形とほぼ一致する表面外形を有する工程、
を、包含する方法。
【請求項３７】
前記表面外形の特徴を、逆歪みについて、その曲率半径に従って同定する工程をさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、迅速プロトタイピングの分野に関し、特に、層状製造によって作製されたプロトタイプ物体における、表面の平滑性を達成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロトタイプ物体の産生および試験は、広範な範囲の産業における新しい製品、新しい機械および新しいプロセスの開発において、一般に使用される工程である。３次元プロトタイプを形成するための種々の層状製造方法が公知であり、これらは、プロトタイプ物体を、外形的コンピューターモデルから、コンピューターの制御の下に、安価かつ迅速に産生する。これらの迅速プロトタイピング方法は、一般に、所望の物体（コンピューター利用設計（ＣＡＤ））のデジタル表示を、水平の層にスライス（すなわち、分割）し、次いで、材料の繰り返しの適用により、多重層の物体を構築する。例示的な迅速プロトタイピング技術としては、層状積層モデリングプロセス、選択的レーザー焼結プロセスおよびステレオリソグラフィープロセスが挙げられる。
【０００３】
層状積層モデリングの１つの例は、Ｓｔｒａｔａｓｙｓ（登録商標）ＦＤＭ（登録商標）モデリングマシンによって行われる、溶着積層（ｆｕｓｅｄ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）モデリング技術である。溶着積層モデリングは、押し出しヘッドから、凝固可能なモデル材料を所定のパターンで、各物体層の特定の形状に対応するデザインデータに基づき、層に層を重ねて押し出すことにより、３次元物体を構築する。３次元物体を作製するための押し出しに基づく装置の例は、以下に記載される：米国特許第５，１２１，３２９号（Ｃｒｕｍｐ）、米国特許第５，３４０，４３３号（Ｃｒｕｍｐ）、米国特許第５，７３８，８１７号（Ｄａｎｆｏｒｔｈら）、米国特許第５，７６４，５２１号（Ｂａｔｃｈｅｌｄｅｒら）および米国特許第６，０２２，２０７号（Ｄａｈｌｉｎら）（これらは全て、本発明の譲受人である、Ｓｔｒａｔａｓｙｓ，Ｉｎｃ．に譲渡される）。
【０００４】
現行技術のＳｔｒａｔａｓｙｓ（登録商標）ＦＤＭ（登録商標）モデリングマシンにおいて、モデリング材料は、米国特許第５，１２１，３２９号に開示されるように、代表的に、供給側リールに巻かれた可撓性フィラメントとしてマシンに充填される。凝固における適切な結合で前の層に接着し、かつ、可撓性フィラメントとして供給され得る、凝固可能材料が、モデリング材料として使用される。モーター駆動供給ローラーは、押し出しヘッドによって運ばれたフィラメントの束を、液化器へと進める。フィラメントは、液化器の内部で流動可能温度まで熱される。流動可能モデリング材料は、液化器の端のノズルから出され、液化器から基底部へと積層する。ノズルから押し出された材料の流速は、フィラメントが押し出しヘッドへ進められる速度の関数である。コントローラーは、水平のｘ、ｙ平面における押し出しヘッドの移動をコントロールし、垂直のｚ−方角への基底部の移動をコントロールし、そして供給ローラーがフィラメントを進める速度をコントロールする。これらの処理変数を同期させてコントロールすることにより、モデリング材料は、「ビーズ」形状で、ＣＡＤモデルから規定されたツールパスに沿って、層状に重なって置かれる。押し出される材料は、前に堆積していた材料に融合し、凝固して、ＣＡＤモデルに似た３次元物体を形成する。
【０００５】
現行技術の層状製造技術から産生された物体の表面は、その層状形成に起因して、粗い（すなわち、すじ状に凸凹している（ｓｔｒｉａｔｅｄ））。曲面表面および角のある表面は、一般に、層状化によって生じる「階段状」の外観（その断面形態は、直角のふちの輪郭を有する）を有する。この階段状効果は、層の厚みが増すにつれ、より顕著になる。この階段形状は、物体の強度には影響を及ぼさないが、美観を損なう。
【０００６】
層状製造技術により形成された物体の表面の凸凹はまた、構築プロセスにおけるエラーからも生じる。例えば、現行技術の溶着積層モデリングシステムにおいて、エラーは、一貫性のない押し出し流速に一部起因して起こり得る。エラーは、ツールパスの開始点および終点、例えば「継ぎ目」（すなわち、閉環状ツールパスの開始点および終点）において、特に起こる。これらのエラーは、生じるモデルの形状における、所望でない不均一性をもたらす。
【０００７】
３次元物体の迅速プロトタイピングは、プロトタイプ部品の産生を含むだけでなく、型の産生をも含み得る。迅速プロトタイピングを使用して作製された型の代表的な使用としては、米国特許第５，１８９，７８１号に記載のような注入モデリングツール挿入物の作製のために使用された型の形成、ならびに米国特許第５，８２４，２５０号および米国特許第５，９７６，４５７号に記載のような焼結の前の緑色陶器のための一時的な型の形成が挙げられる。
【０００８】
現行技術は、層状製造により形成された物体を、手作業的に削るか、機械作業的に削るか、または摩擦ることにより、過剰な材料を除去することを、教示する。布、紙やすりまたは溶液性の研磨剤で磨くことが、物体を平滑化する（すなわち磨く）現行の方法である。例えば、Ｈｕｌｌらの米国特許第５，０５９，３５９号「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  Ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｏｂｊｅｃｔｓ  ｂｙ  Ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」は、「紙やすりで磨くことにより平滑化して正しい大きさの部分を生産することについて完璧である」ようなプロトタイプを記載する。付加的なプロセス技術から作製される、手作業で仕上げるモデルの必要性は、米国特許第６，０２１，３５８号（平滑なモデルに到達するために、削減モデリング技術を利用する）にもまた記載される。層状製造プロトタイプ物体の産生後の、便利でかつ比較的高価でない方法の、迅速なプロトタイピングシステムの必要が、存在する。
【０００９】
プラスチックの製造において使用される、以前に開発された技術は、プラスチック表面のリフローイング（ｒｅｆｌｏｗｉｎｇ）による平滑化のための化学物質の蒸気または液体を含み、これは、溶媒研磨と呼ばれる。溶媒研磨は、物品の適用または物品の製造において、平滑レベルおよび／もしくは高度光沢コーティング、または過度の処理をする必要のない表面を開発するため、プラスチック産業において、２０年以上前に開発された。例えば、米国特許第３，４３７，７２７号は、電話をリサイクルする方法として、化学物質の蒸気を使用して電話会社に返却された電話を再仕上げする方法を開示する。
【００１０】
物品の溶媒研磨について２つの標準的な方法が存在する。第１は、プラスチック物品の全体を、液体プラスチック溶媒の液槽に、一定時間（溶媒および関連するプラスチックの型に基づく）浸すことである。この方法は、溶媒をプラスチックの外層に浸透させ、それによって溶媒をリフローイングさせる。リフローイングは、プラスチック物品の外層を平滑にし、そして／または輝かせる。
【００１１】
溶媒研磨の第２の方法は、プラスチック物品を蒸気溶媒へ晒すことである。米国特許第４，２６０，８７３号で示される携帯型気化器が、プラスチック物品を晒すために使用され得る。あるいは、米国特許第３，７３７，４９９号におけるように、物体は、蒸気溶媒で満たしたチャンバーの中に置かれ得る。気化チャンバーの利点は、その溶媒が含まれておりそしてリサイクルされ得ることにより、環境汚染の可能性を最小限にすることである。
【００１２】
基質の表面を溶かすかあるいは可塑化するための熱い溶媒蒸気の使用は、回路ボード製造区域において、プリント基質の転写を容易にするために使用されている（例えば、米国特許第４，９７６，８１３号）。別の例は、米国特許第４，５９４，３１１号において開示され、ここで、溶媒蒸気は、プラスチック基質材料の非画像化エリア（プリントされたパターンをさらに増強し、かつパターンを表面により強力に固定するために、プリント回路ボードを保持する）を処理するために使用される。米国特許第５，０４５，１４１号において、基質（代表的には回路ボード）は、プリントされた回路の基質への転写を容易にするために、処理され得る。
【００１３】
液体または蒸気を使用した溶媒研磨はまた、製造プロセスおいて（特に塗装の前に）、脱脂工程または洗浄工程として、使用される。
【００１４】
便利でかつ比較的高価でない、表面仕上げ技術のための迅速なプロトタイピングの必要にもかかわらず、本出願人は、層状製造迅速プロトタイピング技術（ｌａｙｅｒｅｄ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  ｒａｐｉｄ  ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）によって形成された物体の平滑化のために溶媒研磨技術を使用するための先行技術において、なんら教示または示唆を見出さない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
（発明の簡単な説明）
本発明は、ポリマー材料または蝋材料から、層状製造迅速プロトタイピング技術を使用して構築された物体の表面を平滑化するための方法である。物体が構築された後、この物体は、物体表面のリフローイングに充分な露出時間、気化した溶媒に晒される。溶媒は、その物質を過渡的に軟化させる能力に基づいて選択される。この溶媒は、物体を形成し、その後物体から蒸散する。物体は、溶媒を除去されて乾燥され、滑らかな完成部品を産生する。必要に応じて、物体表面の一部は、物体を溶媒に晒す前にマスクされ得、それにより、物体の正確な詳細を保存し得る。あるいは、物体表面の一部は、物体を溶媒に晒す前にあらかじめ歪められ、それにより、上述の表面部分は、蒸気平滑化後に所望の外形（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を得る。
【００１６】
（発明の詳細）
本発明の方法は、ポリマー材料または蝋材料から、層状製造迅速プロトタイピング技術を使用して構築された物体に関して使用され得る。例示的な層状製造技術は、米国特許第５，１２１，３２９号において開示されるタイプであり、この技術においては、押し出しヘッドが、所定の形の層に鋳型材料の「道」を積層し、そして材料は、固形モデルを形成する温度において粒状に凝固する。
【００１７】
図１は、層状製造迅速プロトタイピング技術によって形成される、例示的な物体１０を示す。物体１０は、角のある表面１２、曲面表面１４、２つの水平表面１６、および３つの垂直表面１８を有する。別の実施形態において、物体は、プロトタイププラスチック注入成型部分を作製する際に使用される、鋳型ツールであり得る（例えば、「Ｌａｙｅｒｅｄ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｂｒｉｄｇｅ  Ｔｏｏｌｉｎｇ」と題された国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ０３／＿＿＿＿＿（Ｓ．Ｃｒｕｍｐ  ａｎｄ  Ｊ．Ｈａｎｓｏｎ，本明細書の出願までには出願され、本出願と同じ譲受人に譲渡される）に記載される）。物体１０は、ポリマー材料または蝋材料から作製され、これらの材料はまた、フィルターおよび他の添加物ならびに分散型微粒子材料を含む。無定形熱可塑性プラスチックが、本発明における使用のために特に適している：例えば、ＡＢＳ、ポリカーボネート、ポリフェニルスルホン、ポリスルホン、ポリスチレン、ポリフェニレンエーテル、無定形ポリアミド、アクリル、ポリ（２−エチル−２−オキサゾリン）、およびこれらの混合物。本発明はまた、他のポリマー材料および蝋材料（ガラス繊維入りナイロン、噴射蝋、焼結熱プラスチック粉末、およびポリマー結合剤に分散する緑色金属またはポリマー結合剤に分散する緑色セラミックを含む）と共に、有利に使用され得る。
【００１８】
図１に示されるように、物体１０は「未加工」であり、すなわち、プロセス後の平滑化を受けていない。本発明に従う蒸気平滑化の前は、表面１２および表面１４は、階段状効果を示す。表面１６および表面１８は、すじ状の凹凸および粗さを示す。
【００１９】
物体１０の表面を平滑化するために、物体１０は、気化器３０の中に置かれ、ここで、物体１０は溶媒３４の蒸気に晒される。これは、図３に図解される。適切な気化器は、Ｄｅｔｒｅｘ  Ｃｏｒｐ．（Ｓｏｕｔｈｆｉｅｌｄ，Ｍｉｃｈｉｇａｎ）からのモデルＶＳ−２０００のタイプであるが、当業者は、本発明を実行するために、多くの代替の気化器が使用され得ることを理解する。気化器３０は、気化器の操作を制御するためのコントロールパネル３１、ならびに第１冷却コイルおよび第２冷却コイル（それぞれ３３および３５）を有することが示される。
【００２０】
溶媒３４は、物体１０を形成するモデリング材料と共存し得るように選択される。適切な溶媒は、モデリング材料と反応し、物体表面において、材料を軟化させ、流動させる。この溶媒はまた、物体表面から蒸散し、物体をインタクトかつ傷のないままに残し得るべきである。広範な範囲の無定形熱可塑性プラスチック樹脂の使用のために好ましい溶媒は、塩化メチレンである。他の適切な溶媒（例えば、ｎ−プロピルブロミド溶液（例えば、Ａｂｚｏｌ（登録商標））、ペルクロロエチレン、トリクロロエチレン、ヒドロフルオロカーボン液（Ｖｅｒｔｒｅｌ（登録商標）の名で市販される））は、当業者に理解される。
【００２１】
図３において図解されるように、気化器３０は、溶媒の沸点以上の温度で、溶媒３４を蒸気ゾーン３６へと煮沸し、冷却コイル３３および３５で封じ込める。物体１０は、蒸気ゾーン３６内に吊るされ、物体の周りに適合するように曲げられたワイヤー串３２によって保持される。代替の保持手段（例えば、籠形状、網形状またはメッシュ形状）もまた、使用される。物体１０は気化した溶媒３４に晒され、気化した溶媒３４を物体１０の表面１２、表面１４、表面１６および表面１８に浸透させる。溶媒３４の浸透は、物体表面でモデリング材料を軟化させ、従って、表面材料は、流動し得る。材料のリフローイングは、物体表面を平滑化する。
【００２２】
物体１０は、所望の表面仕上げが得られるまで、溶媒３４の蒸気に晒され続ける。露出時間は、溶媒およびモデリング材料のタイプ、物体特徴の滑らかさ、および溶媒蒸気の濃度に基づいて選択される。露出時間は、物体上で凝結する溶媒蒸気を観察することによって測定され得るか、または式に従って前もって選択され得る。凝結は、物体表面の温度が、溶媒の沸点温度に達した時に止まる。これは、溶媒浸透が起こった指標である。塩化メチレンを溶媒３４として使用し、無定形熱可塑性モデリング材料を、短い時間（代表的には、約０．１秒〜５分間の露出時間）で軟化させそしてリフローイングさせる。物体の平滑化が、短い露光時間で起こると予測される場合、溶媒蒸気の濃度を減少させることが望ましいことがあり、この場合、従って、露出時間は延長され得る。より長い露出時間は、作業者により長時間の平滑化プロセスの観察を許容し、そして物体を溶媒蒸気から取り除く際のエラーの余地をより大きく許容する。
【００２３】
露光時間が経過したら、物体１０は蒸気ゾーン３６から取り出され、そして乾かされる。好ましい実施形態において、物体１０は、蒸気ゾーン３６から取り出し後、数秒〜数分で乾燥し、溶媒３４は、物体１０から蒸散する。その後、物体１０は、粘着質でなく、柔らかいかまたは濡れているように扱われる。溶媒露出時間が長いか、または溶媒が高濃度である幾つかの場合において、物体１０をオーブン内で乾かし、残留溶媒があれば除去することが望ましいことがある。オーブン乾燥は、溶媒の沸点温度より高い温度でなされるべきである。
【００２４】
蒸気平滑化プロセスの後、表面１２、表面１４、表面１６および表面１８の階段状態は、有意に減少しているか、または消滅しているかのどちらかである。本発明の方法を用いて生じた物体の平滑化の程度は、露出時間、溶媒、モデリング材料、および物体の最初の状態に依存する。図２は、蒸気平滑化によって達成された物体１０の、階段状態または粗さの有意な減少を図解する。
【００２５】
必要に応じて、物体の選択された特徴（例えば、０．２５インチより小さな特徴、薄い壁、凸面の端および凹面の端）は、上記の選択された部分の平滑化を阻害する物質でマスクされ得るか、または上記の選択された特徴の溶媒上記への露出が、妨害され得る。例えば、物体１０の角をマスクし、角が丸くなるのを防ぐことが望ましい場合がある。同様に、物体の凹表面は、マスクされて、周囲の材料の流れ込みを防ぎ得る。基質をマスクする適切な溶媒としては、ゴム、蝋、ペースト、接着剤またはマスキングテープなどの、プリントされた回路ボード製造において使用されるものが挙げられ、これらは、手動または自動で適用され得る。マスキングはまた、特徴をガスで取り囲むことによっても、達成され得る。
【００２６】
マスキング基質の自動化適用は、例えば、当該分野で公知のように、層状積層プロセスにおける選択された物体特徴上へのマスキング材料の噴射によってなされ得る。マスキング基質はまた、溶着積層モデリングプロセス（Ｓｔｒａｔａｓｙｓ（登録商標）ＦＤＭ（登録商標）モデリングマシンによって行われる）を使用した、マスキング材料の積層方法によって適用され得る。
【００２７】
自動化マスキング技術が使用される場合、マスクされるべき特徴は、保護されるべき表面エリアのデジタル表示を作製するソフトウェアアルゴリズムを使用して同定され得る。保護されるエリアは、ＣＡＤシステム（グラフィックピクセルシステムまたはボクセル（Ｖｏｘｅｌ）システム）を使用した．ｓｔｌファイル外形などの物体のデジタル表示において同定され得る。あるいは、マスクされるべき表面エリアは、使用者によって、ＦｒｅｅＦｏｒｍＴＭシステム（ＳｅｎｓＡｂｌｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．から入手可能）などの触覚型入力インターフェース（ｈａｐｔｉｃ  ｉｎｐｕｔ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を介して、同定され得る。触覚型入力システムは、平滑化を所望されないエリアのデジタルマスクを作製する。
【００２８】
マスキング技術の代替として、物体表面の外形は、蒸気平滑化に先んじてあらかじめ歪まされ得る。逆歪み（ｐｒｅ−ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）は、ソフトウェアアルゴリズムを用いて物体のデジタル表示（例えば、．ｓｔｌファイルとしての物体のＣＡＤモデルまたは物体のスライスされた表示）を修正することによって、達成される。逆歪みソフトウェアアルゴリズムを使用して、特徴の詳細は修正され得、それによって角および縁が過剰構築され、かつポケット部が削減構築され、その結果、蒸気平滑化後に、このような特徴は、およそ所望の外形を得る。より具体的には、代表的な逆歪みアルゴリズムは：（１）スライスの高さ（すなわち、層の厚み）より小さい曲率半径を有する外形的特徴を同定し；（２）正の曲率半径を有する特徴（例えば、角または縁）を同定するために、アルゴリズムは、このような特徴に置ける最初の物体表示を築き上げ；そして（３）負の曲率半径を有する外形的特徴（例えば、ポケットまたは平面の接合部）を同定するため、アルゴリズムは、このような特徴の近くにおいて物体を抉り抜く。従って、逆歪みソフトウェアアルゴリズムは、修正された物体表示を作製し、従って、同定された外形的特徴は、さらなる材料の積層または最終平滑化物体において最終的に所望されるより少ない材料の積層のどちらかによって、歪められる。同様のアルゴリズムが、マスキングのための特徴を同定するために使用され得る。
【００２９】
逆歪みアルゴリズムに従い、特徴は、スライスの高さ未満（例えば、スライスの半分の高さ）で構築されるべきである。溶着積層モデリングによって作製される代表的部分の表面の粗さは、スライスの高さの約０．３倍である。正の特徴の逆歪みにおいて加えられたさらなる材料は、およそ表面の粗さの厚みであり得、従って、リフローイング材料が押し流された時、残った固形材料が、所望の最終物体外形を帯びる。負の半径領域については、逆歪みアルゴリズムによって、周囲の材料からの流れ込みが除去した材料を埋めるため、充分な材料が除去される必要がある。
【００３０】
物体外形の逆歪みは、図４ａおよび図４ｂならびに図５ａおよび図５ｂにおいて図解される。図４ａおよび図４ｂは、逆歪みを受けていない物体４０の一部の断面図を、物体４０（すなわち、未改変物体表示）の所望の最終物体外形を図解する輪郭４２の上に重ねて示す。図４ｂに示すように、蒸気平滑化は、凸角４４の丸くして所望の輪郭４２から遠ざけ、かつ、縁４６を、所望の輪郭４２を越えて丸まらせる。図５ａおよび図５ｂは、物体４０と同じ所望の最終外形を有する物体４０’を図解する。物体４０と違い、物体４０’は、本発明の逆歪みアルゴリズムに従って、あらかじめ歪められている。図５ａに図解されるように、物体４０のあらかじめ歪められた表面外形は、角４４および凸縁４６において、所望の輪郭４２を越えて広がる。蒸気平滑化後、図５ｂに図解されるように、あらかじめ歪められた物体４０の角４４および縁４６は、物体４０の角４４および縁４６を平滑化するより近似して、所望の輪郭４２を追跡する。
【００３１】
本発明は、好ましい実施形態に関して記載されているが、当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および詳細における改変をなし得ることを、理解する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、層状製造迅速プロトタイピング技術によって形成された未加工の物体の、拡大斜視図である。
【図２】図２は、図１に示した物体の、蒸気平滑化後の拡大斜視図である。
【図３】図３は、本発明に従い、物体を蒸気平滑化するプロセスを例示する図である。
【図４】図４ａは、溶着積層モデリングによって形成された未加工の物体の一部の詳細な断面図である。図４ｂは、蒸気平滑化後の図４ａの物体の断面図を示す。
【図５】図４ａにおいて示される物体部分の詳細な断面図であり、この物体外形は、蒸気平滑化前に逆歪みを受けている。図５ｂは、蒸気平滑化後の図５ａの物体の断面図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【国際調査報告】
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