(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つのラピッドプロトタイピング媒体（ＲＰＭ）を照射するための方法および装置に関し、前記照射は、前記ラピッドプロトタイピング媒体（ＲＰＭ）上に投射される少なくとも２つの同時の個別に変調された光線（ＩＭＬＢ）により実施され、前記ラピッドプロトタイピング媒体は、少なくとも２つの異なる波長内容（ＷＬＣ１、ＷＬＣ２）を有する光線（ＩＭＬＢ）を用いて照射される。
2008545998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのラピッドプロトタイピング媒体（ＲＰＭ）を照射する方法であって、前記照射は、前記ラピッドプロトタイピング媒体（ＲＰＭ）上へ投射される少なくとも２つの少なくとも部分的に同時の個別に変調された光線（ＩＭＬＢ）により実施され、前記ラピッドプロトタイピング媒体は、少なくとも２つの異なる波長内容（ＷＬＣ１、ＷＬＣ２）を有する光線（ＩＭＬＢ）で照射される、少なくとも１つのラピッドプロトタイピング媒体（ＲＰＭ）を照射する方法。
【請求項２】
前記照射は、前記ラピッドプロトタイピング媒体（ＲＰＭ）上に投射される、少なくとも５つの、好ましくは少なくとも１０の、またはより好ましくは少なくとも２０の、より好ましくは少なくとも１００の、そして最も好ましくは少なくとも１０００の同時の個別に変調された光線（ＩＭＬＢ）により実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも２つの同時の個別に変調された光線は、少なくとも１つの空間光変調器を用いて変調される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも２つの同時の個別に変調された光線は、照射制御信号（ＩＣＳ）にしたがって少なくとも１つの空間光変調器を用いて変調される、請求項１から請求項３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも２つの同時の個別に変調された光線（ＩＭＬＢ）は、少なくとも２つの異なる波長内容を有する、請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記照射は、１つの照射ステップにおいて実施される、請求項１から請求項５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記照射は、前記変調された光線と前記ラピッドプロトタイピング媒体（ＲＰＭ）との間の相対移動を走査することにより、１つの照射ステップにおいて実施される、請求項１から請求項６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記照射は、前記ラピッドプロトタイピング媒体（ＲＰＭ）上への前記変調された光線のフラッシュ露光により、１つの照射ステップにおいて実施される、請求項１から請求項７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも２つの同時の個別に変調された光線（ＩＭＬＢ）は、第１の照射ステップ（ＩＬＳ１）において第１の波長内容（ＷＬＣ１）を有し、前記少なくとも２つの同時の個別に変調された光線（ＩＭＬＢ）は、第２の照射ステップ（ＷＬＣ２）において他の波長内容（ＷＬＣ２）を有する、請求項１から請求項８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記ラピッドプロトタイピング媒体（ＲＰＭ）は、異なる変調ポイント（ＭＰ）で照射される、請求項１から請求項９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの空間光変調器は、ＬＣＤ、ＰＤＬＣ、ＰＬＺＴ、ＦＥＬＣＤ、またはカーセルを含む、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの空間光変調器は、ＤＭＤ空間光変調器などの、反射にもとづくエレクトロメカニカル光弁を含む、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの空間光変調器は、透過型エレクトロメカニカル光弁を含む、請求項１から請求項１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも２つの同時の個別に変調された光線（ＩＭＬＢ）は、少なくとも１つの照明光源（ＬＳ）により供給される、請求項１から請求項１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも２つの同時の個別に変調された光線（ＩＭＬＢ）は、光ガイド装置を介して、少なくとも１つの照明光源（ＬＳ）により供給される、請求項１から請求項１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記異なる波長内容を有する照射は、前記適用される波長内容に左右されて、最終物体（１０１）の特性の差異をもたらす、請求項１から請求項１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記照射は層方向に確立される、請求項１から請求項１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記層方向への照射は、前記照射を介して得られる前記ラピッドプロトタイピング媒体の硬化からもたらされる物体（１０１、１０２）を供給する、請求項１から請求項１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記異なる波長内容の１つが、物体（１０１）の照射のために適用され、少なくとも１つの他の波長内容が、少なくとも１つの支持構造体（１０２）の照射のために適用される、請求項１から請求項１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
前記支持構造体（１０２）は、前記少なくとも１つの他の波長内容の照射により、取外し可能、またはより容易に取外し可能である、請求項１から請求項１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
前記照明光源（ＬＳ）は、１つまたはいくつかの単色レーザか、短アークギャップランプなどの１つまたはいくつかの広帯域照明光源か、あるいはそれらの任意の組合せかである、請求項１から請求項２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
前記照明光源（ＬＳ）は紫外光源である、請求項１から請求項２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
前記照射ステップ間の時間差が、５００％未満で、好ましくは１００％未満で、そして最も好ましくは１０％未満で異なる、請求項１から請求項２２のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】
前記方法は、１つまたはいくつかの層からなる物体の照射および製造のステップを含む、請求項１から請求項２３のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
照射ユニット（ＩＵ）と、少なくとも１つの照明光源（ＬＳ）と、少なくとも１つの制御ユニット（ＣＵ）とを備え、請求項１から請求項２４のいずれかにしたがったラピッドプロトタイピング媒体（ＲＰＭ）の照射を容易化する、ラピッドプロトタイピングシステム。
【請求項２６】
マルチビーム型ラピッドプロトタイピング照射システムにおいて照射される物体の特性の差異化を得るための、波長制御装置の使用。
【請求項２７】
請求項２５にしたがったマルチビーム型ラピッドプロトタイピング照射システムにおいて照射される物体の特性の差異化を得るための、波長制御装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラピッドプロトタイピング装置すなわち迅速に試作モデルを製作する装置と、プロトタイピングすなわち試作モデル製作の方法と、その方法およびその装置のための感光媒体とに関する。
【背景技術】
【０００２】
機械のプロトタイプすなわち試作モデルの製造に関連して、そして特に生産設計工程の際に、様々なタイプのラピッドプロトタイピング技術（ＲＰ）すなわち迅速に試作モデルを製作する技術が近年導入されてきているが、そこにおいては、３次元物体が、各断面について物体の照射、焼結、設置または配置などを施すことにより生成される連続的な断面層により製造される。個々の断面は、例えばコンピュータ支援設計物として生成される。ＲＰの利点は、困難で多大な時間を要する成形型の修正が、ほぼ完全に回避され得るのと同時に、装置の設計のための高額な成形型の製造が、その製造に関して不要となることである。
【０００３】
また、様々な技術が、比較的安価で高速なプロトタイプの、または製造されたラピッドプロトタイプにもとづく０シリーズ成形型の製造用に利用可能になってきた。
ＲＰ技術の一タイプが、例えば光造形装置、またはＳＬＡと呼ばれるものにおいて使用される。同技術は、プロトタイプの個別の層または断面が、感光性の媒体により製造され、コンピュータ支援照射を用いて１つの単体構造のプロトタイプへと硬化されるという点に基礎を置く。
【０００４】
米国特許第６，６５８，３１４号が、上述のタイプの装置を開示しており、そこでは例えば、硬化された３Ｄ物体の弾性係数が、放射波長の調整にもとづいて選択的に制御され得る。同技術に関する問題は、例えば弾性係数または硬度係数の制御が、非常に複雑であり得て、得られる特性が、結果的に得られる物体の層ごとに異なり得る点である。
【特許文献１】米国特許第６，６５８，３１４号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、少なくとも１つのラピッドプロトタイピング媒体すなわち迅速に試作モデルを製作する媒体（ＲＰＭ）を照射する方法に関し、前記照射は、前記ラピッドプロトタイピング媒体（ＲＰＭ）上に投射される少なくとも２つの同時の個別に変調された光線（ＩＭＬＢ）により実施され、前記ラピッドプロトタイピング媒体は、少なくとも２つの異なる波長内容（ＷＬＣ１、ＷＬＣ２）を有する光線（ＩＭＬＢ）を用いて照射される。
【０００６】
本発明により、いくつかの重要な利点が得られた。それらの利点の１つは、結果的に得られる硬化の変動が、マルチビーム照射を適用した場合に最小化され、または制御され得ることが判明したことに依拠する。同利点は、いくつかの適用例において、各層に関する走査時間が適当な許容時間内に維持され得るという点により得られ得る。本発明により得られ得る他の利点は、結果的に得られる物体の異なる層間の、物理的、光学的、電気的、化学的、または磁性的な特性、またはそれらの任意の組合せを含む任意の他の関連する特性における差異が、個別の層が異なる波長内容を用いて照射される照射ステップが、非常に短時間で、または時間的に同時に履行され得るということのみにより、低く維持され得ることである。
【０００７】
概して、ラピッドプロトタイピングは、ラピッドツーリング（ｒａｐｉｄ  ｔｏｏｌｉｎｇ）、ラピッドマニュファクチュアリング（ｒａｐｉｄ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）などの高速製造技術と、当然ラピッドプロトタイピングの従来の知識とに関する。
【０００８】
同時という用語は、個別に変調された光線が、関連するピクセルが「オン」である場合に、現時点において少なくとも部分的に同時に併発することを意味する。
本発明は、３つ以上の異なる波長内容の使用を容易化し、それによって、異なる波長内容を介して得られる３つまたはそれ以上の異なる特性を得るための能力を提供するということに留意されたい。
【０００９】
ある状況において、そのような露光は、実現される特性に関する予測可能性に関連する問題が先行技術による多数の照射ステップと共に増加することによって、不可能ではないにしろ、極端に複雑になるかもしれない。
【００１０】
本発明の一実施形態において、前記照射は、前記ラピッドプロトタイピング媒体（ＲＰＭ）上に投射される、少なくとも５つの、好ましくは少なくとも１０の、またはより好ましくは少なくとも２０の、同時の個別に変調された光線（ＩＭＬＢ）により実施される。
【００１１】
本発明の好ましい一実施形態によると、同時の個別に変調される光線の数は、結果的に得られる物体の特性に関する所望の予測可能性を得るために、可能な限り多いほうがよく、例えば１００、５００、または１０００を上回る。
【００１２】
本発明の一実施形態において、前記少なくとも２つの同時の個別に変調される光線は、少なくとも１つの空間光変調器を用いて変調される。
空間光変調器は、必要とされる同時の個別に変調された光線を多数得る有利な方法に相当するものである。
【００１３】
本発明の一実施形態において、前記少なくとも２つの同時の個別に変調される光線は、照射制御信号（ＩＣＳ）にしたがって少なくとも１つの空間光変調器を用いて変調される。
【００１４】
典型的には、照射制御信号は、データ処理手段を備える照射制御ユニット（ＣＵ）により生成され得る。このようなデータ処理手段は、例えばラスタ画像処理装置からなり得る。
【００１５】
本発明の一実施形態において、前記少なくとも２つの同時の個別に変調される光線（ＩＭＬＢ）は、少なくとも２つの異なる波長内容を有する。
本発明の有利な一実施形態によると、好ましくは１００を超過するまたはそれ以上の数の、少なくとも２つの同時の個別に変調された光線（ＩＭＬＢ）は、同時に異なる波長内容を投射し得る。この特徴によって、完成した物体の層または少なくともその一部の高速フラッシュ露光を容易化し得て、さらには、波長内容について異なって露光された照射箇所の双方または全てに関する最終被露光層の均一で予想可能な特性を促進し得る。
【００１６】
マルチビームの適用における少なくとも２つの異なる波長内容のこのような適用は、フラッシュ露光および代替的な走査露光の双方を容易化し、そこにおいては、２つまたはそれ以上の異なる波長内容を有する照射が、一度の走査動作において得られ得るということに留意されたい。さらに、フラッシュ露光および走査露光は、組み合わされてもよい。
【００１７】
本発明の一実施形態において、前記照射は、１つの照射ステップにおいて実施される。
本発明の一実施形態において、前記照射は、変調された光線とラピッドプロトタイピング媒体（ＲＰＭ）との間の相対移動を走査することにより、１つの照射ステップにおいて実施される。
【００１８】
本発明の一実施形態において、前記照射は、ラピッドプロトタイピング媒体（ＲＰＭ）上への変調された光線のフラッシュ露光により、１つの照射ステップにおいて実施される。
【００１９】
本発明の一実施形態において、前記少なくとも２つの同時の個別に変調される光線（ＩＭＬＢ）は、第１の照射ステップ（ＩＬＳ１）において第１の波長内容（ＷＬＣ１）を有し、前記少なくとも２つの同時の個別に変調された光線（ＩＭＬＢ）は、第２の照射ステップ（ＷＬＣ２）において他の波長内容（ＷＬＣ２）を有する。
【００２０】
さらに、本発明は、最終ラピッドプロトタイピング物体の個別の層にわたる特性分布と、相互的に得られる完成した層の特性との双方に関する必要とされる特性の予測可能性を維持しながら、照射を２つまたはさらなる照射ステップへと分ける可能性を提供する。
【００２１】
本発明の一実施形態において、前記ラピッドプロトタイピング媒体（ＲＰＭ）は、異なる変調ポイント（ＭＰ）で照射される。
照射ポイントは、１つまたはいくつかの照射ビームにより得られてよいことに留意されたい。
【００２２】
本発明の一実施形態において、少なくとも１つの空間光変調器は、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＰＤＬＣ（高分子分散型液晶）、ＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（Ｌｅａｄ−ｄｏｐｅｄ  ｌａｎｔｈａｎｕｍ  ｚｉｒｃｏｎａｔｅ  ｔｉｔａｎａｔｅ））、ＦＥＬＣＤ（強誘電性液晶ディスプレイ）、またはカーセルを含む。
【００２３】
本発明の一実施形態において、少なくとも１つの空間光変調器は、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）空間光変調器などの、反射にもとづくエレクトロメカニカル光弁すなわち電気機械式光弁を含む。
【００２４】
ＤＭＤ空間光変調器は、例えばテキサス・インスツルメンツ（Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）により製造されるＤＬＰタイプのものであってよい。
本発明の一実施形態において、少なくとも１つの空間光変調器は、透過型エレクトロメカニカル光弁を含む。
【００２５】
透過にもとづくエレクトロメカニカル光弁は、例えば国際特許出願番号ＰＣＴ／ＤＫ９８／００１５５の教示にしたがって作成されてよく、参照により本明細書に組み込まれる。
【００２６】
透過型エレクトロメカニカル光弁および上述の反射型空間光変調器の双方は、ラピッドプロトタイピング媒体に最終照射箇所へ効果的な多量のエネルギーを投射するこれらのシステムの能力のため、本発明の提供物と一緒であると特に有利である。
【００２７】
本発明の一実施形態において、少なくとも２つの同時の個別に変調される光線（ＩＭＬＢ）は、少なくとも１つの照明光源（ＬＳ）により供給される。
本発明の一実施形態において、少なくとも２つの同時の個別に変調される光線（ＩＭＬＢ）は、光ガイド装置を介して、少なくとも１つの照明光源（ＬＳ）により供給される。
【００２８】
光ガイド装置は、例えば適切な射出光学系および／または平行光学系、光ファイバ、特注設計されたレンズなどを含んでよい。光ガイド装置は、例えば国際特許出願番号ＰＣＴ／ＤＫ９８／００１５４の提供物にしたがって設計されてよく、参照により本明細書に組み込まれる。
【００２９】
本発明の一実施形態において、前記異なる波長内容を有する照射は、適用される波長内容に左右されて、最終物体（１０１）の特性に差異をもたらす。
特性の差異は、例えば硬度、弾性、易損性、などに関する。このような特性の例は、物理的、光学的、電気的、化学的、または磁性的な特性、またはそれらの任意の組合せを含む任意の他の関連する特性であってよい。
【００３０】
本発明の一実施形態において、前記照射は層方向へ確立される。
本発明の一実施形態において、前記層方向への照射は、前記照射を介して得られる前記ラピッドプロトタイピング媒体の硬化からもたらされる物体（１０１、１０２）を供給する。
【００３１】
本発明の一実施形態において、前記異なる波長内容の１つが、物体（１０１）の照射のために適用され、少なくとも１つの他の波長内容が、少なくとも１つの支持構造体（１０２）の照射のために適用される。
【００３２】
本発明の一実施形態において、前記支持構造体（１０２）は、前記少なくとも１つの他の波長内容の照射により、取外し可能、またはより容易に取外し可能である。
本発明の一実施形態において、前記照明光源（ＬＳ）は、１つまたはいくつかの単色レーザ、短アークギャップランプなどの１つまたはいくつかの広帯域照明光源、あるいはそれらの任意の組合せを含む。
【００３３】
本発明の一実施形態において、前記照明光源（ＬＳ）は紫外光源である。
本発明の一実施形態において、照射ステップ間の時間差が、５００％未満で、好ましくは１００％未満で、そして最も好ましくは約１０％未満で異なる。
【００３４】
従来の単一ポイントのラピッドプロトタイピングシステムにおいては、照射ステップの照射時間が大きく変動し得る。本発明の一実施形態において、このような時間差は、１０％未満、または１％未満で変動し得て、それにより便宜的で信頼度の高い方式で、所望の特性の予測可能性を得る。
【００３５】
さらに、本発明は、照射ユニット（ＩＵ）と、少なくとも１つの照明光源（ＬＳ）と、少なくとも１つの制御ユニット（ＣＵ）とを備え、請求項１から請求項２２のいずれかにしたがったラピッドプロトタイピング媒体（ＲＰＭ）の照射を容易化するラピッドプロトタイピングシステムに関する。
【００３６】
さらに、本発明は、マルチビーム型ラピッドプロトタイピング照射システムにおいて照射される物体の特性の差異化を得るための、波長制御装置の使用に関する。
さらに、本発明は、それによりプロトタイプ（１０１）が感光性物質（１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ）の照射によりもたらされ、そこにおいて前記照射は波長内容の制御を伴うラピッドプロトタイピングの方法に関する。
【００３７】
プロトタイプという語は、ただ１つの物体の製造に限定されず、多様な、大きなまたは小さな規模での、または単一層での製造も含み得る。したがって、概してラピッドプロトタイピングは、ラピッドツーリング、ラピッドマニュファクチュアリングなどの高速製造技術と、当然ラピッドプロトタイピングの従来の知識とに関する。
【００３８】
照射は、例えばレーザなどの異なる単色光源、または多様な波長を有する光源からもたらされ得る。使用される光は、ＵＶ、ＩＲ（赤外線）、または可視領域内のものが可能である。好ましくは、使用される波長は、３００ｎｍと８００ｎｍとの間の領域内のものであることが可能である。
【００３９】
波長内容の制御により、波長内容は、１つ、２つ、あるいはいくつかの異なる波長または異なる波長成分内容を有する光を含むように制御され得ることを理解されたい。
有利には、２つの光源により、これらはそれぞれ、それらの波長が本発明による必要な波長を構成するようにさせることが可能である。多様な波長を有する光源により、少なくとも２つの必要な異なる波長は、例えば回折格子などの助けにより、または２つの必要とされる波長を選択するようなフィルタを介して、選択されることが可能である。
【００４０】
照射のために適用される光の波長内容の制御は、光の少なくとも２つの異なる波長のみではなく、同じ波長内容を可能にするが、異なる荷重を有する例えば２つの異なるスペクトル形状を示唆するということにさらに留意されたい。
【００４１】
ラピッドプロトタイピング装置の一実施形態の一般的な原理が、欧州特許第１１５６９２２号に開示される。以下、本発明の提供物にしたがったこのような装置に適用するために適切な修正形態が、例えば図４ａ、図４ｂ、および図５を参照して説明される。
【００４２】
照射システムに関する他の原理が、国際特許出願番号ＰＣＴ／ＤＫ９８／００１５５および国際特許出願番号ＰＣＴ／ＤＫ９８／００１５４に開示される。所望の差異化された波長内容を得るために、このようなシステムは、例えば図４ａおよび図４ｂ中に説明されるフィルタを追補されてよく、または露光システムは、例えば図５に関連して図示され説明される装置の作動の際に交換されてよい１つまたはいくつかのフィルタを含んでよい。
【００４３】
本発明の一実施形態における、全体的にまたは部分的に感光性の物質からなる断面の付加処理により３次元物体を製造するためのラピッドプロトタイピング装置であって、前記装置は、個別に制御可能な光変調器の少なくとも１つの空間光変調器による感光性物質の断面の照射のための少なくとも１つの光源を備え、少なくとも１つの光源は、各光ガイドが断面の下位部分を照射するような態様で、空間光変調器の配置に関連して配置された複数の光ガイドに光学的に接続される。
【００４４】
本発明は、発光器の個数に応じて任意の寸法のプロトタイプを処理するための所与のＲＰシステムを設計する機会を提供し、それによって、範囲として含まれる個別の領域は、それが対象となるプロトタイプの寸法に合うまで、増大または減少する。この態様において、システム設計に関連して適切に加えられまたは配置されてよい多数の照射モジュールを有するモジュールシステムとして構成されたＲＰシステムのための照射システムの設計が可能となり、簡易化される。原則的に、この適応性は、大型プロトタイプ用のＲＰの設計と、小型モジュール用のより消費者志向であるＲＰの設計との双方のために利用され得る。
【００４５】
また、複数の発光器は、ドットの形態で光源を使用する機会を提供する。本発明によるシステムの適用により、限界下限が８０μｍである既存の技術に対して、１０μｍの小ささの正確な照射箇所の直径を得ることが可能である。これは、かなりの精度性能が要求されるプロトタイプの製造の際に、非常に有利である。これは、例えば、プロトタイプが、道具の成型のために使用される前に、製造に引き続き金属被覆を与えられるような道具の製造を含む。
【００４６】
同技術のある分野が、ある寸法のプロトタイプを作成可能にするために、例えば蛍光灯またはエキシマランプなどの細長い光源を適用する。しかし、光学的法則により、細長い光源だけでは、細長い照射箇所を生成する機会を提供するのみであり、これは、プロトタイプにおける細部を作成する可能性を大きく限定する。これとは別に、細長い光源は、比較的大きな損失を受ける。
【００４７】
本発明によると、ビーム形成光の定義は広く、可視スペクトル内外の双方の電磁放射線を含む。
好ましくは、方法は、典型的にはいくつかの層が好ましいが、１つまたはいくつかの層からなる物体の照射および製造に関し得るということにさらに留意されたい。
【００４８】
代替的には、照射箇所の形状を調整するために、細長い光源に関連してかなりの数のレンズが使用されなくてはならない。当然、これによりシステムはより高価になり、また同時に、レンズを監視する際に相当の精度を必要とする。
【００４９】
また、完成した断面の各下位部分が個別の発光器または光源により照射されることが可能であるため、複数の発光器の適用により、完全に照射された断面全体にわたる照射効果を増大する機会を提供してよい。これは、それが最適な照射効果で生成されるような態様で、個別のプロトタイプへ照射効果を適応させることが可能になるため、有利である。概して、この技術は、国際特許出願番号ＰＣＴ／ＤＫ９８／００１５４に説明されており、参照により本明細書に組み込まれる。
【００５０】
例えば１つまたはいくつかの波長（例えば４３６ｎｍ）あるいはある特定の波長範囲（例えば４００〜４５０ｎｍ）を有する光などの電磁放射線で照射する際に、それが例えば水またはアルコールなどの液体中で再び溶解されることが可能であるような様式で硬化する（重合する）能力を有し、その一方で、例えば１つまたはいくつかの他の波長（例えば３６５ｎｍ）でのあるいは他の波長範囲内（例えば３５０〜４００ｎｍ（紫外光））での光などの電磁放射線での放射状況下においては、それが硬化されたフォトポリマを溶解するために使用することができる上述の１つまたはいくつかの液体中ですぐに溶解されることが不可能な様式で硬化する（重合する）能力を有する液体（流動性のフォトポリマ）。
【００５１】
液体は、ラピッドプロトタイピング（ＲＰ）、ラピッドマニュファクチュアリング（ＲＭ）、ラピッドツーリング（ＲＴ）、および他の同様の処理に関連して使用するための機械において、連続する断面層を作り上げて、３次元物体を作成するのに適用される。
【００５２】
この例は、３Ｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃ．、Ｅｎｖｉｓｉｏｎｔｅｃ  ＧｍｂＨ、Ｓｏｎｙ、およびＤｉｃｏｎ  Ａ／Ｓによるフォトポリマを照射するための機械である。参照が、Ｄｉｃｏｎ  Ａ／Ｓによるラピッドプロトタイピング特許である欧州特許第１１５６９２２号へなされることが可能である。
【００５３】
照射される液体は、陽イオンに開始されるフォトポリマであり得る。
液体は容器または器中に置かれ、そこでそれは電磁放射線に露光される。
波長または波長範囲において光を分けることを考慮した上述の光を露光するための方法。当然、方法は、３つ以上の異なる波長または２つの波長幅に光を分けるように拡張されることが可能である。
【００５４】
本発明の実施形態の１つの目的は、それらが液体中で溶解されて洗い落とされることにより作成された物体から除去されることが可能となるような方式で、作成された３次元物体の支持構造体の除去の問題を解決することであってよい。これは、支持構造体の除去が手動処理を伴うことなく行われ得るような方式での、処理の自動化の可能性を開く。
【００５５】
本発明の範囲内における他の目的は、硬化を利用して他の相対的特性を修正し差異化することであってよい。
異なる波長での光の露光が、例えば以下のいくつかの方法において行われることが可能である。
【００５６】
それぞれ異なる波長または異なる波長範囲で照射するいくつかの異なる光源の使用によるもの。この例は、発光ダイオードである。
適切な方法で異なる波長または波長範囲へ分けられる広範囲において照射する１つまたはいくつかの光源の使用によるもの。この例は、水銀放電灯（高圧アークギャップランプ）である。
【００５７】
異なる波長または波長範囲へ光を分けることは、例えば以下により行われ得る。
例えば米国特許第６，５２９，２６５号に述べられる、いくつかのレンズが、１つまたはいくつかの特定の波長あるいは１つまたはいくつかの波長範囲において光を通過させるように被覆され、その一方で他のレンズが、１つまたはいくつかの他の（補足的な）波長あるいは１つまたはいくつかの他の（補足的な）波長範囲において光を通過させるような方式で被覆されるような態様で、適切な様式で各モジュールのマイクロレンズを被覆したタイプの透過型光変調モジュールにもとづくもの。例えば、１つおきにレンズが、あるタイプのフィルタで被覆され、間にある残りのレンズが、他のタイプのフィルタで被覆され得る（図４ａおよび図４ｂを参照）。
【００５８】
走査バーに１つまたはいくつかのモジュールを配置することにより、一度の走査動作において液体表面は、物体の材料が硬化されるべきか、または支持構造体が作り上げられるべきかによって決まるいくつかの異なる波長で照射されることが可能である。何度か走査し、各走査ごとに異なる波長で照射することが可能であることは明らかである。
【００５９】
あるタイプのフィルタで１つまたはいくつかのモジュール中の全てのレンズを被覆し、他のタイプのフィルタで１つまたはいくつかの他のモジュール中の全てのレンズを被覆し、上述の両タイプのモジュールが同じ部位を走査するような態様で１つまたはいくつかの走査バーにモジュールを配置することによって、一度の走査動作において、物体の材料が硬化されるべきか、支持構造体が作り上げられるべきかによって決まるいくつかの異なる波長で液体の表面を照射することが、モジュールを倍増する（重複性を生じさせる）ことにより可能である。液体上を何度か走査し、各走査ごとに異なる波長で照射することが可能であることは明らかである。また、本発明の範囲内において、例えば３つまたはさらに多くの異なる結果的に得られる特性を実現するために、３つ以上のフィルタで被覆することも可能である。
【００６０】
また、同じ表面が、２つまたはいくつかの別個の照射ステップで照射され得て、そこにおいては、１つまたはいくつかのモジュールが、第１の照射ステップにおいて、１つまたはいくつかの特定の波長あるいは１つまたはそれ以上の波長範囲における光で照射され、その一方で、１つまたは複数の同じモジュールが、他の照射ステップにおいて、１つまたはいくつかの他の（補足的な）波長あるいは１つまたはそれ以上の他の（補足的な）波長範囲で照射されることが可能である。異なる波長または波長幅を有する光の露光が、例えば光源とモジュールとの間などの光源と液体との間のどこかに異なるフィルタを挿入することにより（図５を参照）、あるいは各照射ステップごとに異なる波長を有する異なる光源を使用することにより、行われることが可能である。
【００６１】
また、このケースにおいて、モジュールは上述のように走査バーに配置されることが可能である。
上述のように被覆し照射することによって、および同時に液体表面が走査動作なしに照射されることが可能となるような態様で１つまたはいくつかのモジュールを配置することによって、フラッシュによる露光が、液体表面上で、いくつかの異なる波長または波長範囲で、一度に可能となる。
【００６２】
また、液体表面が走査動作なしに照射されることが可能になるような態様で１つまたはいくつかのモジュールを配置することによって、および同時に、光源と液体との間のどこかに異なるフィルタを挿入することにより、または各照射ごとに異なる波長を有する異なる光源を使用することにより、上述のように２つまたはいくつかの別個の露光で表面を照射することによって、フラッシュによる露光は、液体表面上で、いくつかの異なる波長または波長範囲で可能となる。
【００６３】
例えばＴＩのＤＭＤチップのような種類の反射型光変調モジュールにもとづいて、異なる波長または異なる波長範囲を反射する異なる被覆物で、異なるミラーからなるマトリクスを被覆することによる。例えば、１つおきにミラーが、１つの波長または１つの波長範囲を反射するあるタイプのフィルタで被覆され得て、残りのミラー（「１つおき」の他方）が、他の波長または他の波長範囲を反射する他のタイプのフィルタで被覆され得る。ミラーは、それらがある方向へ傾斜されると、それらはフォトポリマの表面を照射し、それらが他方へ傾斜されると、それらは表面を照射しないような態様で配置される。
【００６４】
ミラーがある方向へ傾斜されると、それによって液体の表面は、物体の材料または支持構造体の材料のいずれが重合されるかにより決定されて、１つのあるいは他の波長または波長範囲で照射される。ミラーの配置は、追加処理の層部分において像を形成するビットマップ情報により制御される。
【００６５】
このような原理は、液体表面上で、いくつかの異なる波長または波長範囲で、一度に、それらの一部をなす走査動作なしに、フラッシュによる露光を可能にする。
同じ液体表面が、２つまたはいくつかの別個の照射ステップで照射され、そこにおいては、ミラーは、１つの照射ステップにおいて、１つの波長または１つの波長範囲の光で照射され、他の照射ステップにおいて、他の波長または他の波長範囲の光で照射される、ということを想像することもやはり可能である。異なる波長または波長範囲を有する光の露光は、例えば光源と液体との間のどこかに異なるフィルタを挿入することにおいて、または各照射ごとに異なる波長を有する異なる光源を使用することによって可能となる。
【００６６】
このような原理は、液体表面上で、いくつかの異なる波長または波長範囲で、一度に、それらの一部をなす走査動作なしに、フラッシュによる露光を可能にする。
また、「例えばＴＩからのＤＭＤチップのような種類の・・・」および「同じ液体表面が、２つまたはいくつかの・・・」で始まる、すぐ上の２つの段落中で述べられた２つの可能性は、この原理が使用されることが可能であるのは、単にフラッシュによる露光との関連においてのみではなく、より大きな表面にわたる走査との関連にもおけるような態様において、光変調モジュールの走査動作と組み合わされることが可能である。
【００６７】
以下、本発明が図を参照して詳細に説明されるが、図１〜６は、本発明の異なる実施形態を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６８】
図１は、連続的な断面層により物体１０１を作成するＲＰ原理を示すが、ここにおいてはカップが作成されている。
別個の層１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃなどが、一度に１つずつ下から上へ照射される。照射される部位が硬化され、照射されない部位が液状を維持し、このような方法において、我々は最終構造体を得るに至る。
【００６９】
図１中の支持構造体１０２が、構造体を安定させるために導入される。有利には、同支持構造体は、最終製品が製作された後で容易に取外しが可能である。
本発明の１つの目的は、支持構造体をより少なくまたは異なるように硬化させ、それにより製品作成後のより容易な取外しを可能にする方法を確立することである。この目的のため、単一の波長、あるいは十分に確立された狭い範囲または広い範囲の波長が、感光媒体２を照射するために使用されることが可能である。
【００７０】
異なる硬度を得る１つの方法が、例えば、もし硬化された感光媒体が、異なる波長内容で照射されると異なる機械的特性を有し、それにより、例えば支持構造体をもろく容易に取外し可能なものにし、残りのプロトタイプの部分を剛体にするならば、得られるであろう。
【００７１】
異なる硬度を得る他の方法が、例えば、もし硬化された感光媒体が、異なる波長内容で照射されると異なる化学的または物理的特性を有し、それにより、例えば単一の波長内容で照射される支持構造体を、例えば水またはアルコールのような溶剤によって取外し可能にさせ、そこにおいて、残りのプロトタイプの部分がそのような溶剤に対して耐性があるならば、得られるだろう。
【００７２】
参照により本明細書に組み込まれる欧州特許第１１５６９２２号が、図２に示されるラピッドプロトタイピング装置を含む。
図示されるラピッドプロトタイピング（ＲＰ）装置は、その最も重要な構成要素が、適切な量の液状ＲＰ物質２を含むように設計された容器１からなる固定部分を含む。
【００７３】
ＲＰ物質は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、あるいは異なる波長内容で露光されると異なって硬化し得る他のＲＰ物質または任意の物質などの、それからＲＰプロトタイプが構成される物質である。さらに、固定部分は、固定部分と可動照射デバイス３との間における様々な目的のために配置され得るリーダ４を有するように設計される。また、照射デバイスは、例えば鉛直移動用の対応するリーダ（図示せず）を有してよい。また、ＲＰ装置は、ＲＰ装置の照射システムの適切なコンピュータ支援設計に対応して照射デバイス３の相対的な移動を制御するように設計された他のコンピュータ制御される手段（図示せず）を有する。
【００７４】
また、照射デバイス３は照射システムを備え、以下においてその最も重要な構成要素が説明される。
照射デバイス３は、電源および冷却手段と一体的に既知の必要な照射手段を備えるラック５に設けられた光源装置６を備える。光源は、図示された実施例においては紫外光源として示される。その集合体および冷却手段を有する光源は、固定性または可動性であってよい。
【００７５】
光源装置６は、マルチモード光ファイバの束７に光学的に接続されている。これらの束７は、８つの個別のファイバ８へ分散し、そこにおいて、各ファイバは、例えば５８８マイクロメカニカル光弁のマイクロシャッター装置を照射する。したがって、一斉に、８つの個別のファイバは、それぞれがマイクロシャッター装置全体の個別の部位を構成している８つのマイクロシャッター装置を備える照射デバイス９を照射する。
【００７６】
これ自体の構成およびこれらの８つの光弁の配向が、国際特許出願番号ＰＣＴ／ＤＫ９８／００１５４および国際特許出願番号ＰＣＴ／ＤＫ９８／００１５５において、やはり本発明の発明者により説明されており、参照により本明細書に組み込まれる。
【００７７】
それぞれの個別の部位は、接続された制御回路（図示せず）により電気的に個別に制御され得る多数の光弁を備える。光弁装置は、例えば所与の所望のソリューションを有するＬＣＤ表示器であってよい。しかし、マイクロメカニカルシャッターが好ましい。
【００７８】
光弁の部位全体が、光ガイド８から投射された光線が、個別の部位を占めている全ての光弁に光エネルギーを供給し得るように配置された１つの単色光ガイド８により照射される。
【００７９】
通常、光線は、空間光変調器が供給された光線が変調器部分にわたってエネルギーに関して均一となるように、平行光学系を介して下位部分へ供給されることを銘記されたい。
照射モジュール９中のマイクロシャッターが、図示された照射装置においては、２５〜３０センチメートルの走査線にわたって走査を実行するように設計されている。
【００８０】
使用される走査線の長さ、すなわち製造されるＲＰプロトタイプの最大寸法の１つが、個別の照射モジュールの「局所的な」照射が照射面上に任意の方向へ方向づけられ得るために、既存の技術とは対照的に所望されるように決定され得ることが実施例より明らかである。これは、例えば、感光媒体の照射のために使用される、適用される露光バーを変更することによりなされてよい。それとは別に、１つの中央光源および接続された光ガイドを用いた照射方法が、経済的に当然反映される設計に関して、および完成された構成物の品質において、多大なる利益をもたらすということもやはり直ちに明らかになる。したがって、図示された構成物は、極めて頑丈であり、いかなる不具合部分または損傷を受けた光変調器も、容易に交換され得る。
【００８１】
さらに、装置は、照射システムと物質２との間の相対的なＺ位置決め（鉛直移動）および配向づけを行うように設計された制御回路（図示せず）が設けられる。
先行技術にしたがってある範囲内の波長を使用すると、標準的な硬化が確立される。
【００８２】
図３ａおよび図３ｂは、本発明の他の実施形態を示し、そこでは、図１で図示された物体１０１の層１００Ｅの照射が説明される。
感光性物質は、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、またはそれらの任意の混合物を含んでよい。
【００８３】
図２の既に説明されたデバイスに関連する、例えば上述の照射デバイス３は、１つの波長内容で、図３ａに図示されるような１方向へ、例えば４３６ｎｍで、最終的に所望されるプロトタイプの部分を形成するように意図された層１００Ｅの部分を照射する。
【００８４】
支持構造体１０２の部分を形成するように意図された層１００Ｅの部分は、他の波長内容で、図３ｂに図示されるような戻り方向へ照射される。波長内容は、例えば３５０ｎｍ〜４００ｎｍであってよい。
【００８５】
図４ａおよび図４ｂは、本発明の範囲内で応用可能な、本発明の他の実施形態を図示する。
図４ａおよび図４ｂの図は、マイクロメカニカルシャッターの形態の空間光変調器（ＳＬＭ）、すなわちＭＥＭＳデバイス４００を図示する。図示されたＳＬＭは、例えば図２の光ガイド８の１つにより照射されてよい。したがって、図２の図示されたデバイスは、上述のタイプの６×８＝４８個のＳＬＭを備えてよい。
【００８６】
図示されたＳＬＭは、上で説明された２度の代わりに、各層の一度の単一走査動作において、照射の差異化を容易にし得る。
ＭＥＭＳ  ＳＬＭ  ４００の原理図は、光チャネルおよび多数の電気的に作動可能なシャッターを設けられた台板４２０を有する。各シャッターは、マイクロレンズ４１１Ａ、４１１Ｂ、４１２Ａ、４１２Ｂなどのマイクロレンズアレイ４１０中に設けられたマイクロレンズにより提供される。多数のマイクロレンズ４１１Ｂ、４１２Ｂなどは、光学フィルタを設けられる。
【００８７】
図４ｂに図示されるように、光線４０１が、「変質せずに」（すなわち、通常の光学的損失を伴って）レンズ４１１Ａを通過し、光線４０２を形成するのに対し、隣接するマイクロレンズ４１１Ｂは、光線４０３がフィルタをかけられて、スペクトル変形された光線４０４を形成するのを引き起こす。
【００８８】
個別のシャッターのスイッチのソフトウェア制御が、例えば順次走査において、プロトタイプ「ピクセル」が例えば４１１Ａ、４１２Ａなどにより照射され、支持構造体「ピクセル」が例えば４１１Ｂ、４１２Ｂなどにより照射されることを容易化し得ることは明白である。
【００８９】
２つまたはそれ以上の光学フィルタが、３つまたはそれ以上の異なる結果的に得られる特性を得るために、上述の実施例中に適用され得ることは明白である。
図５は、図２の装置中に適用される本発明のさらなる他の実施形態を図示するが、そこにおいては、上で説明された（フィルタにより）変更されたＳＬＭは、ＤＭＤ、ＬＣＤまたは他の市販のデバイスなどの通常のＳＬＭと交換される。
【００９０】
同実施形態において、光源装置６は、光源５２に関連する２つの異なるフィルタ５０および５１の配置を含むように変更されており、それによって、光源装置の光出力を実現するが、そこにおいて、波長内容は適用されたフィルタ５０、５１に左右される。
【００９１】
３つまたはそれ以上の上述のタイプの光学フィルタが、３つ以上の異なる結果的に得られる特性を得るために、上述の実施例に適用されてよいことは明らかである。
したがって、例えば１つのフィルタ５０が図３ａの方向へ走査をする際に適用され、および他のものが図３ｂの異なる方向へ走査をする際に適用されてよい。
【００９２】
図６ａおよび図６ｂは、照射が例えば図１および図３ａ〜３ｂに図示されるシステム中で実施される場合の、本発明の範囲内のいくつかの原理からの１つを図示する。
基本的に、システムは、照明光源（ＬＳ）、好ましくは例えば短アークギャップランプの形態の紫外光源を有する。光源は、光ガイド装置ＬＧＡおよび照射ユニットＩＵを介して、第１の波長内容ＩＭＬＢ１を有する多数の個別に制御される光線を確立する。照射ユニットＩＵは、例えばＤＭＤまたは透過型マイクロメカニカル光変調器などの１つまたは複数の空間光変調器を含んでよい。
【００９３】
照射ユニットＩＵは、必要な制御データを確立する制御ユニットＣＵにより制御される。
図６ａにおいてラピッドプロトタイピング媒体ＲＰＭの層が、第１の照射ステップにおいて、１方向へ、第１の波長内容を有する変調された光線ＩＭＬＢ１で照射される。媒体の被照射箇所は、硬化の最中に、所望の機械的または化学的特性を得る。
【００９４】
次に、図６ｂにおいて、同じ層が、さらなる照射ステップにおいて露光されて、媒体の被照射箇所ＭＰが、所望の機械的または化学的特性に対応する他の波長内容を有する変調された光線ＩＭＬＢ２により露光される。
【００９５】
複数の変調された照射光線の使用により、各照射ステップ間が非常に短時間になり、典型的には均一の時間遅延となる結果が得られ、それによって、最終的に得られる物体の特性に関する所望の予測可能性が得られることを銘記されたい。
【００９６】
図６ｃは、本発明の他の実施形態を図示し、そこにおいては、完成した層が、１つの照射ステップにおいて、例えば図２に図示されるものに対応するシステム３による走査を介して、２つの、または任意にさらに異なる波長内容ＩＭＬＢ１およびＩＭＬＢ２で露光される。
【００９７】
このような走査は、システムが同時に２つの異なる波長内容で照射することが可能であるということにより容易化され得る。
図６ｄは、本発明のさらなる他の実施形態を図示し、そこにおいては、ラピッドプロトタイピング媒体の完成した層が、完成した断面の１つのデジタル変調されたフラッシュ露光として、２つの、または任意にさらに異なる波長内容ＩＭＬＢ１およびＩＭＬＢ２でフラッシュ露光される。
【００９８】
さらに、上述の技術は、例えば図２に図示されるような、あるいは例えば２つまたはそれ以上の個別に動く露光ヘッドのような、１つの照射ヘッドまたは走査バー中のいくつかの照射ユニットの使用を伴ってよい。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】連続的な断面層により物体１０１を作成するＲＰ原理を示す図である。
【図２】ラピッドプロトタイピング装置を示す図である。
【図３ａ】本発明の他の実施形態を示す図である。
【図３ｂ】本発明の他の実施形態を示す図である。
【図４ａ】本発明の範囲内で応用可能な、本発明の他の実施形態を示す図である。
【図４ｂ】本発明の範囲内で応用可能な、本発明の他の実施形態を示す図である。
【図５】図２の装置中に適用される本発明のさらなる他の実施形態を示す図である。
【図６ａ】照射が例えば図１および図３ａ〜３ｂに図示されるシステム中で実施される場合の、本発明の範囲内のいくつかの原理からの１つを示す図である。
【図６ｂ】照射が例えば図１および図３ａ〜３ｂに図示されるシステム中で実施される場合の、本発明の範囲内のいくつかの原理からの１つを示す図である。
【図６ｃ】本発明の他の実施形態を示す図である。
【図６ｄ】本発明のさらなる他の実施形態を示す図である。
【図１】
2008545998.tif 000003
【図２】
2008545998.tif 000004
【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
2008545998.tif 000011
【図６ｃ】
2008545998.tif 000012
【図６ｄ】
2008545998.tif 000013
【国際調査報告】
2008545998.tif 000014
2008545998.tif 000015
2008545998.tif 000016