(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体自由形状製作（SFF）により形成されるパーツを構築パッド上で支持する少なくとも１つのサポートを生成する方法であって、
前記パーツを作成する複数の層を定め、
少なくとも１つの層について、該層の１つ以上の自己支持する部分を特定することにより支持を必要とする領域を特定し、
コンピュータを使用して、下の層上の境界が上の層上の境界と共通端を共有するかを同定することによって、共通する境界を有する異なる隣接層に存在する前記領域を前記パーツのための１つ以上の共通領域に合併し、
前記１つ以上の共通領域について少なくとも１つのサポートを提供する、
各工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記領域が１つ以上の画素により定められ、さらに、
少なくとも１つの層について、前記１つ以上の画素と関連する急勾配を分析し、自己支持すると判断されるのに十分な急勾配と関連する画素を同定する、
各工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
急勾配を分析する工程が、前記層において垂直方向の急勾配を確立し、前記層において両垂直方向に限界急勾配を有する画素を自己支持すると判断する、各工程を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記１つ以上の共通領域が関連するサイズを有し、前記共通領域に前記少なくとも１つのサポートを提供する工程が、
対応する共通領域のサイズの約０．１％から約１０％までの範囲の断面積を有する少なくとも１つのサポートを提供する、
工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
さらに、
前記構築パッドから前記パーツを除去し、
前記１つ以上の共通領域について前記パーツから前記少なくとも１つのサポートを除去し、
前記少なくとも１つのサポートにより形成されるパーツ異常を除去する、
各工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つのサポートを提供する工程が、
前記パーツの１つ以上の極大を同定し、
前記極大に関する少なくとも１つの島を同定し、
前記島についての最大断面および前記島についての該最大断面についての画素の対応する数を同定し、
前記島を十分に支持するのに必要なサポート画素の総数を定める、
各工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記島を十分に支持するのに必要なサポート画素の総数が、前記対応する島の前記最大断面の画素の数の少なくとも１％であることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
さらに、少なくとも１つの極大について少なくとも１つのサポートを提供する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
さらに、
前記１つ以上の共通領域について重心を計算し、
該重心において少なくとも１つのサポートを提供する、
各工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
さらに、
表面サポートの数NSを提供する工程であって、
NS＝NT−（NM＋NC）であり、
NTは必要なサポート画素の総数であり、NMは必要な極大サポート画素の数であり、NCは必要な重心画素の数である、
工程を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのサポートが、4×4画素から16×16画素までの断面サイズを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのサポートが、構築パッドにおいて基部およびパーツにおいてアンカーを有し、該基部が前記アンカーよりも大きい断面サイズを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【優先権の主張】
【０００１】
本出願は、ここに参照することにより組み込まれる特許出願である、2007年9月17日に出願された米国仮特許出願第60/972,823号および2008年5月21日に出願された米国仮特許出願第61/055,074号に米国特許法第119条(e)の下での優先権を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、固体自由形状製作により製造される３次元パーツの作成に関し、より詳細には、固体自由形状製作により製造されるパーツのためのサポートの生成に関する。
【背景技術】
【０００３】
限定生産（limited run manufacturing）のためのモデル、プロトタイプおよび物体（パーツ）の高速作成のために多くの技術が現存する。これらの技術は、概して固体自由形状製作（Solid Freeform Fabrication）技術と呼ばれ、ここでは「SFF」と称される。SFF技術のいくつかには、ステレオリソグラフィ、選択堆積モデリング（selective deposition modeling）、積層物体製造（laminated object manufacturing）、選択相領域堆積（selective phase area deposition）、多相ジェット固化（multi-phase jet solidification）、弾道粒子製造（ballistic particle manufacturing）、融合堆積モデリング（fused deposition modeling）、粒子堆積、レーザ焼結、フィルム転写イメージング（film transfer imaging）等が含まれる。本質的に概して減法的である従来の製作技術に対して、一般にSFFでは、加法的な態様で構築材料から複雑なパーツが生成される。例えば、多くの従来の製作技術において、材料は機械加工作業により除去される、またはダイで成形されるまたは、近いネットシェイプに型で作られ整えられる。これに対し、加法的製作技術は、標的の位置に一層ずつ構築材料の一部を徐々に加え、複雑なパーツを形成する。SFF技術は通常、パーツのコンピュータグラフィック表示および構築材料の供給を利用して連続的な層でパーツを製作する。
【０００４】
SFF技術は、従来の製造方法に対して多くの利点を有する。例えば、SFF技術はプロトタイプパーツを作成するための時間を著しく短縮し、高速製造方法において限られた数のパーツを製造できる。SFF技術はまた、カスタム用途のために型を作る必要性を含む、従来の減法的製造方法に関する複雑な工作機械器具設備および機械加工の必要性をなくす。さらに、SFF技術ではカスタムパーツをコンピュータグラフィックデータ（例えばコンピュータ支援設計（CAD）ファイル）から直接製造できる。
【０００５】
通常、SFFの多くの技術において、構築材料の連続的な層を固化または硬化することにより一層ずつの態様で構造が形成される。例えば、ステレオリソグラフィにおいて、通常は紫外線帯域にあるエネルギーの高集光ビームが、液体感光性樹脂の連続層に走査され、各層の樹脂を選択的に硬化して複数層のパーツを形成する。選択的レーザ焼結において、レーザビームのようなエネルギーの高集光ビームが、粉末材料の連続層に走査されて、各層において粉末を選択的に焼結または溶融して複数層のパーツを形成する。選択堆積モデリングにおいて、構築材料が、離散小滴で噴出または滴下され、またはノズルを通して押し出され、構築材料は温度変化および／または化学線露光により比較的硬くなり、層状の形態で３次元パーツを構築する。
【０００６】
フィルム転写イメージング（FTI）において、フィルムは、樹脂の薄い層を像平面領域に転写し、そこでパーツの断面層に対応する樹脂の部分が化学線により選択的に硬化されて多層パーツの一層を形成する。
【０００７】
あるSFF技術では、パーツを支持表面に連結するサポートを使用して、構築パッド、プラットフォーム等のような支持表面からパーツが吊るされることが必要とされる。サポートを生成する従来技術の方法は、ここに参照することによりその開示が全て組み込まれる特許文献１、特許文献２および特許文献３に記載される。しかしながら、これらの従来技術のサポートは、製造されるパーツおよび製造されるパーツを支持するサポートに様々の外力および内力を働かせる特定のSFF技術においては必ずしも十分ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，５９５，７０３号明細書
【特許文献２】米国特許第６，５５８，６０６号明細書
【特許文献３】米国特許第６，７９７，３５１号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００７／０２５９０６６号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００６／０２４９８８４号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００７／０２９６８５４号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００８／０２０６３８３号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００８／０１６９５８９号明細書
【特許文献９】米国特許出願公開第２００８／０１７９７８６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
SFFシステムのための従来技術のサポート構築方法の別の欠点は、多くの場合大量の人間の作業を必要とする傾向があることである。既存のサポート構築方法およびソフトウェアにより定められるサポートは、必要な領域の全てが支持されることを確実にするために構築の開始前に手動で検査および変更される必要がある。これは、経験のあるユーザに対してもサポートの変更に大量の人間の作業を必要とするので、重大な問題である。このことは、高速、迅速、使いやすくおよびオフィスで使いやすく本来設計されているSFFシステムの処理能力を著しく減少させる。
【００１０】
SFFシステムのための従来技術のサポート構築方法のさらに別の欠点は、過度のサポート構造または不十分なサポート構造の作成である。さらに、サポートは硬化される正確なパーツの図形を支持しないかもしれない。結果として、発射されるまたは誘導される光により実際に硬化されている正確な図形をサポートが支持しない可能性がある。
【００１１】
FTIのような新しい固体イメージング技術において既存のステレオリソグラフィサポート構築方法を使用する場合に起こり得る別の潜在的な欠点は、サポート図形の変化が十分でないことである。今日のサポートは、底部から頂部まで厚さの変化しない三角形断面を有する。結果として、サポートの厚さは常に１画素幅であり、構築中およびその後にパーツを十分に支持するために多数のサポートが使用されることを必要とする。
【発明を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、SFFにより作成されるパーツのためのサポートを製造する様々の方法を含む。本発明はまた、様々の形状、サイズ、位置、および他の特性を有するサポート（「サポート構造」としても知られる）を含む。ある例示的な実施の形態には、FTIシステムのためのサポートが含まれ、ここでは、パーツと構築パッドとの間のサポートによりパーツがしばしば上下逆に作成され、したがって、像平面、フィルム表面、または他の表面から分離する際にパーツに働く比較的強い除去する力にも関わらず、構築パッドにパーツを連結させ続けるために比較的強いサポートが必要とされる。
【００１３】
さらなる実施の形態は、ステレオリソグラフィおよび選択堆積モデリングのような代わりのSFF技術のための改良されたサポートを形成する方法を提供し、２つの限定的でない実施例を提供する。
【００１４】
本発明のある態様は、SFFを使用して形成された３次元パーツのためのサポート構造を生成する方法に関する。この方法は、以下の工程を含む；ステレオリソグラフィ（STL）モデルをスライスしてパーツボクセルを生成し；パーツボクセルから２次元層データおよび画素データを生成し；STL上で補正または訂正を適用してイメージングの誤りを訂正し画素混合を使用して境界を正しく位置付け；サポートアンカー（support anchor）を定め；サポートボクセルを生成し；および元のSTLモデルの画素表示についてサポート構造を生成する。
【００１５】
さらなる実施の形態もまた、以下の詳細な説明に記載される。
【００１６】
このように一般的に本願発明が記載されてきたので、次は添付の図面が参照されるが、必ずしも一定の比例に拡大して記載されず、例示的であり限定的でないことを意味するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】構築パッド上に形成される２つのパーツ−すなわち、ティーポット基部およびシャワーヘッド−の概略図であり、各パーツに使用されるサポートを示す
【図２】構築パッド上の構築ティーポット基部およびシャワーヘッドの透視図であり、パーツを支持するために使用されるサポートを示す
【図３】「見込み（Probables）」画素PPを示す、構築されるパーツの例のX-Z概略図
【図４】開始点画素P1を示す、構築される例示的パーツの部分の最頂層のX-Y概略図
【図５】所定層Lについて領域Rを定める際に追加の画素の包含を示す、図４に類似するX-Y概略図
【図６】図５に類似し、領域Rを定める際にさらなる追加の画素の包含を示す
【図７】図６に類似し、完全に同定された領域R1を示す
【図８】外側画素PQを示すパーツのX-Y概略図
【図９】物体の選択層について内側および外側画素PIおよびPOを示すパーツのX-Y概略図
【図１０】領域に選択画素を「挿入」することによる自己支持画素の同定を示す物体の層の例の概略図
【図１１】領域に選択画素を「挿入」することによる自己支持画素の同定を示す物体の層の例の概略図
【図１２】図１０および１１に示される「挿入」する方法により定められる自己支持領域を含むパーツの例の透視図
【図１３】例示的物体についての所定領域Rの例示的X-Y図
【図１４】平らな頂部および２つの急勾配の壁を示す図１３の所定領域のX-Z図
【図１５】構築パッドに関連しパーツの境界および端を示すパーツの例のX-Z概略図
【図１６】領域についてZ最小およびZ最大値を示す、図１５に類似するX-Z概略図
【図１７】多くの「島（islands）」および橋状構造を含むパーツの例のX-Z概略図
【図１８】図１７に類似し、５つの異なる島の特徴の同定を示す
【図１９】サポート構造により支持される層の最大断面の例
【図２０】図１９に類似するが、パーツ断面内に位置する表面サポートを示す
【図２１】図２１Ａは、サポートが過度に少ないサポート構造を示す、従来技術のサポート構造により支持されるパーツの例の概略側面図を示し、図２１Ｂは、パーツが過度に多いサポートにより支持されることを除いて図２１Ａに類似する
【図２２】従来技術による態様でサポートが計算されサポートとパーツの間にミスマッチが生じるパーツの例の概略図
【図２３】スライスされたデータ、ボクセルおよび画素を使用してサポートを作成する方法の例のフローチャート
【図２４】パーツを示すのに使用される異なるタイプのボクセルを示す、X-Z平面におけるパーツおよび構築パッドの概略図
【図２５】パーツ中のサポートアンカーにおけるサポートボクセルの構成を示す、図２４に類似する概略図
【図２６】パーツの例または「STLモデル」の図２６Ａは概略図であり図２６Ｂは側面図であり、図２６Ｂにおいて「現在の層（CL）」および「前の層（PL）」は現在および前に処理された層を示す
【図２７】パーツボクセルからサポートボクセルを構築する方法の例を示す画像フローダイヤグラム
【図２８】過硬化を補正するために特定の補正間隔により下向きボクセルを動かすことによってZ−補正を提供するステップを示すパーツの一部の拡大図
【図２９】サポートグリッドパターンの概略図
【図３０】基部、細長い部分および先端部分を有するサポート、並びに下向きおよび上向きサポートボクセルにより示される対応サポートアンカーを形成する例を示すパーツおよび構築パッドの概略図
【図３１】図３１Ａから図３１Ｄは、32×32画素のグリッドについてZ方向に沿う様々のサポートバターンの断面図である
【図３２】Z方向において図形が変化するサポートを示すパーツの例の断面図
【図３３】サポート先端画素のグレースケール、およびサブピクセルサポート先端となる生じたサポート先端形状を示す
【図３４】複数画素サポートアンカーのセットの概略図
【図３５】より小さいサポート先端柱が「現在の」層を支持するのに対し、パーツを保持する大きいサポート柱により支持されるパーツの例の概略図
【図３６】サポートの細長い部分におけるサポート柱間の典型的な補強パターンの概略断面図
【図３７】非アンカーサポート先端を含むサポートの様々の構造を示す、構築中のパーツの概略拡大図
【図３８】８つの曲がったファンブレードを有するファンの形のパーツの透視図
【図３９】層番号１３１における多数の穴および曲がったファンブレードを示すファンパーツ並びにサポートのパターンのX-Y断面図
【図４０】図３９に類似するが、層番号１９６における図
【図４１】図３８のファンパーツおよびサポートのパターンのY-X断面図
【図４２】構築されたファンパーツ、および本発明の方法を使用して定められる様々のサポートを示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明のいくつかではあるが全てではない実施の形態が示される添付の図面を参照して、本発明がここにより十分に記載される。実際には、本発明は多くの異なる形態で具体化されるかもしれず、ここに示される実施の形態に限定されるものと解釈されるべきではない；むしろ、これらの実施の形態は、この開示が適用される法的必要条件を満たすために提供されるものである。本発明のサポート作成方法は、フィルム転写イメージング（FTI）により行われる特定のタイプのパーツに関して添付の図面に説明および示されるが、作成中のパーツにサポートを加えることが所望の任意の既知のまたは今後考案されるSFF技術に様々の装置および方法の機能を適用しても良いことが予想される。図面を通して同様の番号は同様の要素を示す。
【００１９】
ここで考えられる模範的なSFFシステムは、本出願の譲受人である、サウスカロライナ州ロックヒルの3Dシステムズ社により提供されるV-FLASHデスクトップモデラーのようなFTIシステムである。そのようなFTIシステムは、本出願の譲受人に譲受され、ここに参照することによりその開示が完全に組み込まれる、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８、および特許文献９に記載される。
【００２０】
本発明のパーツ構築サポートは、従来のバットに基づく（vat-based）ステレオリソグラフィからの要求並びに他の要求を考慮する。コーティングフィルムまたは像平面の他の表面から各層が引き離される際に機能しなくなることがないように、パーツの各領域についてのサポートは十分強い必要がある。また、本発明により定められるサポートは概して、多くのより小さい柱、または多くの単一画素（点）サポートではなく、少数のより大きい柱から成る。より少ない選択的に形成されたサポートの方法により、パーツ上の傷跡がより少なくなり、パーツが後工程にとってより容易になる；しかしながら、いくつかの実施の形態において、傷は、ステレオリソグラフィ等において使用される細い点サポートと比較して最初はより大きいかもしれない。
【００２１】
この議論の目的は、「パーツ」は、像平面の上または近くに提供される新しい樹脂層から作成される物体または構造であり、像平面は底部にあり構築パッドは頂部にある。パーツは通常、像平面から引き上げおよび引き離される。説明を簡略化するために、いくつかの図面は図の頂部において構築パッドを示し、他の図面は図の底部において構築パッドを示す。
【００２２】
サポート必要条件
本発明の方法を使用してパーツを支持するように形成される場合にサポートが満たさなければならない特定の設計および構造上の必要条件がある。第１のサポート必要条件は、各極大がサポートと共に構築パッドに（または極大がパーツのより低い層にありパーツにより構築パッドから遮断される場合はパーツに）取り付けられなければならないことである。ここで、「極大」とは、島（island）を示し、パーツの周囲部分に関して構築パッドに最も近い、パーツの一部を意味する。
【００２３】
極大の下にあるパーツの部分は、領域と記載される。各領域の所定の部分は、その最大断面におけるサイズである。
【００２４】
別の必要条件は、サポートがパーツを支持するのに適切となるように領域が決定されることである。
【００２５】
本発明は、サポート構造を必要としサポート構造の形態（すなわち、サイズ、形、相対的位置）を選択するパーツの領域を決定し、必要なサポート構造の数を実質的に最小限にすることに関する。これにより、従来技術のサポート方法についてよりも大きい表面異常がパーツに形成されるかもしれないが、より少ないサポート構造を有することの見返りはいくつかの追加の後工程を必要とすることに勝ると考えられる。
【００２６】
パーツの多くの領域は自己支持をしている。別の層の上に完全に構築される任意の層は自己支持をしているが、さらに新しい層は古い層を実質的に超えて横向きに伸長してもよく、古い層がなおそれを支持する。任意の所定の樹脂（または構築材料）の種類および構築条件のセットについて、層が自己支持できる限界を測定できる。これは通常、１０から５０までまたはより多くの画素でもよい。急勾配の壁を有するパーツは、完全に自己支持する傾向がある。より浅い壁を有するパーツは、樹脂の種類および構築条件に依存して、壁に沿って追加のサポートを有する必要がある。平らな領域は、平らな領域全体に亘って間隔をあけたサポートを必要とする。追加のサポートが使用される場合、その強度が、各領域またはサブ領域の最大断面からパーツが引き離される際にサポートが破損しないよう十分強いかを計算するときに加えられる。
【００２７】
パーツをコーター（coater）フィルム（または像平面）から引き離すための強度（負荷）必要条件は実質的なものでよく、素地（green）サポートは十分に強くない傾向がある。時には、大きい断面サポートに必要な破断荷重は50ポンド（222N）を超え得るのに対して、標準的な4×4画素サポートの破断荷重は約6ポンド（27N）である。上記のように、より少ない傷がより大きいとしても、後工程の量を減らすためにパーツ上の傷の数を最小にすることが通常望ましい。最新のSFFシステムを使用する他の実施の形態において、負荷必要条件は数ポンドである。コーターからパーツを引き離すための負荷必要条件に関係なく、サポートは十分強い必要がありサポートの数は最小限に抑えられるべきである。
【００２８】
サポートの強度は断面積が増えるにつれて増加するので、比較的大きい断面を有する少数のサポートを有することが好ましく、必要なサポートの数を最小限にすることが最も好ましい。経験則から、サポートの連結した断面は、合計して各領域およびサブ領域の最大断面の２％までであることが明らかである。この経験則は、最新のSFFシステムを利用する特定の場合には１％まで減少できる。
【００２９】
既述のように、傷の数を最小限にするために、より多くの小さい断面のサポートよりもより少数の大きい断面のサポートにより、「経験則による」支持を達成することが通常は良い。２％経験則は、層が50mJ/cm2露出されサポートが71mJ/cm2露出される、現在の114W樹脂に基づく。したがって、異なる素地強度を有する異なる樹脂についておよび異なる露出方法で経験則は異なる。本発明のある実施の形態において、経験則は１％値に基づく。
【実施例】
【００３０】
例示的実施の形態
サポート構造を生成するための本発明のサポート生成方法の例示的実施の形態が記載される。
【００３１】
図１は、「プリントプレビュー（Print Preview）」ソフトウェアグラフィックを使用して示され構築パッドBP上に存在して示される２次元物体−すなわち、ティーポット基部１０およびシャワーヘッド２０−の概略図である。ここには、膨らんだ表面特徴を有する使い捨ての構築パッドBPが開示されるが、構築パッドのサイズ、形、表面の風合い、再利用、または他のパラメータに関らず、構築またはパーツを支持するために適合する任意の構築プラットフォームまたは他の表面を本発明と共に使用してもよいことが理解されるべきである。様々のサイズおよび形のパーツが本発明を使用して作成され支持されてもよいこともまた理解されるべきである。図１をもう一度参照すると、より大きい柱状サポート構造（「サポート」）３０が四角として示され、より小さいサポートが円で示される。ティーポット基部１０は、１６の4×4サポート３０により支持される外側環状領域１２、２つの16×16画素サポートにより支持される内側環状領域１４、および１４の8×8画素サポートを有する。ティーポット基部１０の総サポート断面は1664画素であり、２％経験則により83,200画素の最大パーツ断面を有する構造を支持できる。ティーポット基部１０の最大パーツ断面は91,459画素までであり（２％経験則よりわずかに大きい）、FTIシステム上でサポートを破損せずに図示されるサポート構造配置を使用してティーポット基部が順調に構築された。
【００３２】
図２は、FTIシステム構築パッドBP上の構築されたティーポット基部１０およびシャワーヘッド２０の透視図である。シャワーヘッド２０は、全ての層上に比較的小さい断面を有し、図１に示されるようにより小さい柱状サポート３０で連続的に支持される。パーツを作成するために使用されるFTIシステム上の画素寸法は0.0088インチ（0.0223cm）であることに留意すべきである。
【００３３】
本発明は、従来技術のサポートと比較して、SFFシステムのユーザに多数の利点を提供する。これらの利点のいくつかには、以下のものが含まれるがこれに限定されない：１）サポートを破損せずにパーツが確実に構築される；２）容易な後工程のために傷の数は最小限にされる；３）より少数のサポートを形成するために構築時間に不利益はない（露光時間は、層露光時間に境界露光時間を加えたものに等しい）；および４）従来技術のサポート構成よりもサポートに使用される樹脂が少なく、これによりパーツの構築に使用されるSFFシステムのための運転費が低くなる。
【００３４】
以下の記載は、FTIシステムのために生成される画素層データを使用して異なる領域を形成する多くの方法の例を提供する。これらの領域は、次にサポート生成方法に使用される。実際のサポート生成方法は、参照することにより組み込まれる上記の特許に記載される方法を含むがこれらに限定されない、任意の現在のまたは将来の方法により行われてもよいことが理解されるべきである。
【００３５】
サポート生成方法
本発明のサポート生成方法は、以下の条件に基づく：１）サポートを必要とする単一の領域は複数の層に及んでもよい；２）単一の層はサポートを必要とする複数の領域を有してもよい；３）サポートによるパーツの垂直の傷は最小限である必要がある；４）サポート領域は層の区切りを避けるためにパーツの外側端および角を含む；および５）作成されたサポート領域は、自己支持する急勾配の領域から成る、すなわち、パーツの自己支持する急勾配の部分はサポート領域から同定され除去される。
【００３６】
これらの条件は、本発明の最良の実施態様を開示するために提供されるものであり、任意の特許請求の範囲を狭めるまたは制限することを意図するものではない。本発明のさらなる実施の形態は、分析において追加の、別の、および／またはより少ない条件を含む。さらに、以下の欄における全ての工程は、上向き表面が支持されることを必要とするように、FTI方法におけるのと同様に構築パッドからパーツが垂れ下がると仮定して記載される。
【００３７】
I.パーツ領域を同定する方法
サポート生成方法の第１の主要な態様は、サポートを必要とするパーツ構築方法において、少なくとも１つの層、および好ましくは各層においてパーツ領域を独立して同定することである（「サポート領域」または単に「領域」）。これは、７つの工程（以下で工程１から７まで）を独立して使用して層を分析し、各層について領域Rを生成することを含む。最初の６工程中、各領域Rの形成は単一層に制限される。この方法の７つの工程は図３から図７を参照して明確にされる。
【００３８】
図３は、構築されるパーツ例５０のX-Z概略図である。パーツ５０は、多くの基本パーツ成分（「画素」）Pおよび層L（L1、L2、・・・L3）に分解される。工程１は、大気に開放され上向きの画素Pの全てを同定する工程を含む。図３中で薄い灰色で陰影が付き画素セットPPとして同定される画素の全セットは、「見込み（PROBABLES）」と称される。これは、分析され領域Rの一部となり得る画素Pの全セットである。このセットPPの一部でない画素Pは、どの領域の一部にもなり得ない。他方、画素セットPP中の画素は、領域Rの一部と判断される可能性（すなわち見込み）がある。
【００３９】
工程２において、層L1および見込み画素セットPPに属するより低い左の画素で開始する。この画素は、画素P1と同定され、領域を同定するための開始点として使用される。図４は、構築されるパーツ５０の最上層の概略図である。ここで、X、Y、Zが特定の画素の中心点座標を示すデカルト座標である、P(X,Y,Z)のような任意の有用な表示法を画素同定に使用できることに留意すべきである。ここで、図４に示されるように、画素P1は「領域１」またはR1と同定される（「標識される」）。
【００４０】
工程３において、見込み画素セットPPに属し、工程２で同定された画素P1に隣接する全ての画素Pが、同定され領域R1に含まれる。図５は図４に類似し、領域R1に加えられる追加の画素P2、P3およびP4を示し、R1は４つの画素P1からP4（「P1−P4」）の全てを含む。
【００４１】
工程４において、現在領域R1中の画素P1−P4の隣接画素の全てが同定される。図６は図５に類似し、隣接画素として画素P5からP10を示す。これらの新たに同定された画素P5からP10のいずれかがセット「見込み」PPに属する場合、これらもまた領域R1に含まれる。
【００４２】
工程５は、工程４を繰り返し、領域R1の隣接画素Pがセット見込みPPに属さなくなるまで領域R1を成長させる。ここで、図７に示されるように領域R1は完全に同定される。
【００４３】
いくつかの領域Rは外側境界を有するだけであるのに対し、いくつかは内側および外側境界を有することに留意すべきである。これらの２つの場合の例が、それぞれ図８および図９の概略図に示される。各領域Rについて、外側境界画素POおよび内側境界画素PIが別々に標識される。
【００４４】
工程６は、領域R1の一部ではない任意の他の「見込み」PPが層L1上に残るかを特定する工程を含む。もしそうであれば、層R1中に残る「見込み」画素の中で、より低い左の画素で開始し、次の領域R2を特定するために使用される方法を繰り返す。この方法は、層L1上の全ての見込みが使い尽されるまで繰り返される。
【００４５】
工程７は、全ての領域Rを同定するために、パーツ５０を作成する各層Lについて工程１から６を繰り返すことを含む。
【００４６】
II.各領域中の自己支持画素の同定／除去
本発明のサポート生成方法の第２の主要な態様は、各領域Rで任意の自己支持画素Pを除去することを含む。これはまた、サポート３０が作成される場合に隣接する垂直の壁に傷を生じる場所で、各領域Rから画素Pを除去する。
【００４７】
工程８は、領域Rの外側境界上の画素Pを考慮して、画素のいずれかが領域の一部ではないすぐ隣の画素を有するか否かを同定することを含む。その場合、これらの外側境界画素Pは、「自己支持画素」PSとして印を付けられ、隣接画素を有する画素Pだけが１画素Pの幅で挿入される。
【００４８】
図１０および図１１は、本発明の方法を示す物体５０の層Lの例の概略図である。挿入の方向は自己支持画素PSと１８０度反対である。図１２は、上記の挿入方法の後に特定された自己支持領域SSAを示す物体５０の透視図である。
【００４９】
この実施例において、自己支持画素PSに隣接する外側境界は、「１画素幅」だけ内側に押されることに留意すべきである。さらなる実施の形態において、外側境界は、２または３画素幅の距離で押し込まれ得る。正確な自己支持距離は、本発明のさらなる実施の形態により経験的に測定される。
【００５０】
領域Rが非常に薄い場合（例えば、３画素幅）、および１つの端が自己支持する場合、層間剥離を防ぐために支持される必要があるので、領域Rの外側端は好ましくはパージ（purge）されない。
【００５１】
全領域Rがごく少数の画素P（例えば４から５）を含む場合、「小さい特徴」として同定され単一サポート３０により支持されるように指定されてもよい。
【００５２】
工程８は、領域Rの全てが判断されるまで領域ごとに行われる。
【００５３】
III.自己サポート「急勾配」領域の同定／除去
本発明のサポート生成方法の第３の態様は、同定された領域Rから任意の自己支持急勾配領域を同定し除去することを含む。これは、支持を必要としない領域を支持しないことによりサポート３０の数を最小限にする。
【００５４】
「急勾配」領域を構成するものは、使用される材料の種類および形成パーツ５０に含まれる特定の構築方法パラメータを含む、多くの要因に依存する。ある例示的実施の形態において、「自己支持角度」は、使用される構築方法の特定の種類について経験的に特定される。
【００５５】
ある場合において、単一領域Rの一部分だけが自己支持するのに対し、この領域の他の部分はサポートを必要とする。本発明の方法の工程９は、自己支持すると判断される場合に全領域を除去することを含む、サポートを必要とする部分をある領域内で同定するための分析を行うことを含む。
【００５６】
説明の簡易化のために、所定の領域RのX-Y図である図１３に示されるように、選択層Lの概略図に示される領域Rを考える。図１４は、同じ領域のZ-図である（すなわち、X-Z平面の図）。領域Rの急勾配部分RSTは、自己支持すると判断されるほど十分に急勾配であり、よってそれに関連する画素Pは分析が終わると領域Rから除去される。「非急勾配」部分RNSは、パーツ５０の平らな頂部により形成されることに留意すべきである。
【００５７】
領域R内の急勾配領域部分RSTを同定するための方法の１つの例は以下のようである。まず、最頂領域R（すなわち、構築パッドBPに最も近い領域）で開始し、次に所定の領域RについてX-画素Pの各列を独立して判断する。図１３および１４に示されるパーツについて、領域Rの中央に位置する画素Pの列を判断する。
【００５８】
図１３および１４を継続して参照して、画素P1で開始し、画素P1とP2との間のZ-高さ差ΔZを検出する。この差が２つの層Lの厚さより大きい場合、画素P1を「急勾配（STEEP）-X」と標識する。３層未満の場合には、画素P1を「浅い（SHALLOW）-X」と標識する。
【００５９】
次に、画素P2に進む。画素P2およびP3を使用して同じ分析を行い、それに応じて画素P2を標識する。最後の画素（本実施例においてP7）は、本実施例において画素P6である最後から２番目の画素と同じ標識を得る。
【００６０】
全てのX列が終わると、Y方向で同じ画素について同じ分析を行い、「急勾配-Y」および「浅い-Y」として適切に標識する。
【００６１】
上記の実施例において、以下の表１に示されるように画素はX-標識およびY-標識される。
【表１】
0005777136.tif 000002
【００６２】
この標識方法の終わりには、各画素Pは、X-およびY-方向標識を有する。これらの方向標識のいずれかが「急勾配」の場合、特定の画素Pは、自己支持するものとして新しく形成された標識Rから除去される。浅い-Xおよび浅い-Y標識を有する全ての画素Pは、支持を必要とするので領域R中に含まれる。
【００６３】
図１３および図１４の実施例において、「浅い」および非自己支持であると判断される領域Rの部分が、画素P3、P4、P5、P11およびP12により定められ、ウェッジの平らな頂部を示す。したがって、更新された領域Rはこれらの画素Pを含む。この分析はまた、ウェッジが逆方向（すなわち、突出ではなくへこみ）である場合にも有効である。
【００６４】
ある場合に、領域の全ての画素Pは、いずれかの方向に「急勾配」であると標識され、したがって、自己支持するので領域Rから完全に除去される。
【００６５】
単一の領域Rに複数の閉じた境界がある場合、これらは工程９を使用して別々に分析される。
【００６６】
IV.共通領域への複数領域の合併
本発明のサポート生成方法の第４の主要な態様は、異なる領域が極めて近接する場合に異なる層Lからの異なる領域Rを単一の（共通）領域Rに合併することを含む。
【００６７】
図１５は、構築パッドBPに関するパーツ５０の例のZ-図概略図である。図１５を参照して、工程１０は、第１の（最上）層L1上の第１の境界B1で開始することを含む。境界B1は、端E1を含む。
【００６８】
次に、下の層L2上の全ての境界B2を調べて、これらの境界のいずれかが、最上層L1の第１の境界B1と共通端E2を共有するかを同定する。もしそうであれば、２つの境界B1およびB2は、Z-高さが異なる場合でも１つの領域に合併される。同じ層上の２つの境界Bは、合併について考慮されるべきではなく別々のままであることに留意するべきである。
【００６９】
次に、頂部で２つの合併された境界B1およびB2と共通端E3を共有する境界B3があるかを調べるために、第３の層L3がチェックされる。もしそうであれば、この境界は頂部の２つの境界に加えられて境界Rを成長する。
【００７０】
この方法を繰り返して、形成中の領域と共通端を共有する境界がない層Lに達するまで、この成長中の領域Rに新しい境界Bを加え続ける。ここで、領域Rが完全に生成される。
【００７１】
この領域Rが作成されると、次の工程は領域について最小Z-高さおよび最大Z-高さを記録することである。この情報は、以下により詳細に説明される本発明のサポート生成方法の別の部分に使用される。
【００７２】
次にこの方法は、分析について依然として開始点として考慮されなければならない最頂境界で開始されることにより繰り返される。
【００７３】
V.様々の領域の追跡および分類
本発明のサポート生成方法の第５の主要な態様は、作成された様々の領域Rの追跡および分類を含む。したがって、全ての領域Rが生成されると、工程１１は、各個々の領域に関する以下の情報の特定を含む（必ずしも示される順序ではない）。
【００７４】
第１に、当業者に知られる標準的なアルゴリズムを使用して、各領域Rについて極大および重心が特定される。極大MAは、複数の画素群を含むことができ、必ずしも１つの画素である必要はないことに留意すべきである。使用される標準的なアルゴリズムは、このシナリオを扱うために調整されるべきである。
【００７５】
第２に、各領域RのX-Y突出面積が特定され（X-Y平面で測定される表面積に対して）、領域は面積を減少させる順序で分類される。特定の数未満の画素P（例えば１０画素）により構成されるこれらの領域Rは、「点領域」として示される。
【００７６】
第３に、各領域Rの「Z-最小」および「Z-最大」値が特定され、Z-最小が領域のZ-位置を示す。これは、図１６の概略図に示される。
【００７７】
サポートの生成
上記の工程が行われパーツ５０に関する領域Rの全てが同定されると、サポート３０が様々の領域Rについて生成される必要がある。これは、以下に説明される多くの主要工程を含む。
【００７８】
各領域Rまたは極大MAは、別の領域の下で別の島および／またはパーツのバルクと合併する前に独立した体積の塊（以下「島」Iと称する）を支持する。したがって、第１の主要な工程は、各領域Rまたは極大MAの下で独立した体積および最大断面を特定することを含む。
【００７９】
この目的は、各領域Rの下での島Iのサイズおよびこの島内での最大断面を同定することである。説明のために、パーツ５０の例の様々の層Lを示す図１７の概略図に示される以下の実施例を考える。パーツ５０は、３つの塔50T1、50T2、50T3、および橋50Bを含む。
【００８０】
分析を始めるために、全構築ファイルの第１層L1を考える。この層上でMA1、MA2およびMA3としてすでに同定された極大MAを全て選択する。これらの極大は、構築ファイルにおいて３つの島（それぞれI1、I2およびI3）のピークを示す。これらの島は、３つの塔に対応する。分析は、これらの３つの極大を使用して開始する。
【００８１】
分析の次の工程は、層L2に移り、前の層上の極大MAを定める画素の真下である画素Pを特定することを含む。これらは、それぞれ画素Px、PyおよびPzである。
【００８２】
分析における次の工程は、Px、PyおよびPz画素間に重複がないかを同定することを含む。この場合、そのような重複がなければ、分析は次の層L3に進む。
【００８３】
層L3において、Pxの下の画素は、島I2およびI3の下の任意の画素に重ならない。また、島I2の下の画素PはPaで示される。同様に、島I3の下の画素PはPcにより示される。また、橋50Bを構成する画素PはPa、PbおよびPcにより示される。
【００８４】
層L3において橋50Bの画素を同定するために、極大MA4として橋50Bを定める画素Pbを検出する。次に、パーツ５０の端に達するまで全ての方向で画素Pbから外側に成長する。これにより、画素Paおよび画素Pcが同定される。
【００８５】
ここで、島I2およびI3の下の画素Pが、橋50Bの下の画素に重なる。また、極大M2およびM3は、極大M4より高い。したがって、ここで島I2およびI3が完全に同定される。
【００８６】
この方法は、層L14に達するまで島I1およびI4について続けられる。層L15において、島I1およびI4の画素が重複し、これにより島I1およびI4が完全に同定されたという結論が引き出される。
【００８７】
この方法はさらに続けられ、図１８に示されるように、極大MA5、MA6およびMA7の下の最大の島I5が同定される。
【００８８】
上記の分析が行われている間に、それぞれの島の各々の下の最大断面（すなわち、最も「ON」の画素を有するもの）が次第に更新され、最大断面がそれぞれの領域／島データ構造に保存される。ここで、「ON」画素はパーツ５０の本体を作成する画素Pを構成し、これに対して「OFF」画素はパーツ内の空間または空隙を構成する。
【００８９】
次の主要な工程は、最大数の「ON」画素を有する断面CSの特定を含む。層Lが生成される間に、この工程は各層について全ての「ON」画素を合計し、最も「ON」の画素を有する層を特定することを含む。これは、支持が必要なパーツ５０上の最大断面である。この層の全ての層情報および画素情報は、好ましくは別のデータ構造で保存され、サポート生成中に使用できる。この工程はスライシング中に行われる。
【００９０】
概念的には、ここで、領域R、島I、各島Iの下の最大断面CS、および全構築物についての最大断面の全てが同定される。したがって、標準的なパーツは、図１８の概略図に示されるように数学的に標識される。
【００９１】
次の主要な工程は、極大MAおよび重心サポート３０を生成することを含む。これは、各島Iを独立して考慮し、構築パッドBPに最も近いもので開始することを含む。この島Iを十分に支持するのに必要なサポート画素Pの総数は、当業者により理解されるように、島内の最大断面CS上の全「ON」画素Pの２％、または使用されるシステムに依存して１％に相当する。
【００９２】
図１８を参照して、島I1において、島に亘って点線により示される断面CSが1000のON画素Pを有する場合、島I1を支持するために生成されるサポート３０は少なくとも２０画素を有する。最適な支持を確実にし、パーツ５０の表面への損傷を最小限にするために生成されるべきサポート３０の最大サイズは、16×16画素である。島I1の場合、極大MA1の中心で１つのサポート３０が使用される。このサポート３０のサイズは以下のように計算される。
【００９３】
サポート３０について画素Pの総数NPが256（すなわち16×16）より大きい場合、このサポートのサイズは(NP)1/2×(NP)1/2である、またはこの実施例では16×16画素である。NPが256より少ない場合、必要な全画素Pの平方根を計算する。この場合、20画素Pが必要であり、(NP)1/2＝4.47である。次に、X-次元について、数字を整数単位に切り上げ、Y-次元について、数字を整数単位に切り下げる。この場合、X-次元は５画素であり、Y-次元は４画素である。これにより、サポートのサイズは必要な絶対最小値より常に大きくなることが保証される。
【００９４】
例示的な実施の形態において、追加のチェックがあり、断面の重心においてサポートが必要かを特定する。この追加のチェックは、極大MAを支持するために作成されるサポートの中心からの最大断面CSの重心のX-Y距離Dcsの測定を含む。この距離Dcsが約100画素より大きい場合、極大サポートと同じX-Y寸法を有し重心に位置する別のサポート３０が作成される。
【００９５】
ここで、極大MAおよび重心サポート３０が作成される。次の主要な工程は、以下の２つの条件のいずれかが満たされない場合に島I上に表面サポート３０を作成することを含む。第１の条件は、総サポート画素P（極大サポート＋重心サポート）が、所定の島Iについて必要な２％（または１％など）サポート画素よりも少ないことである。第２の条件は、上記の条件が満たされた場合でも、島／領域上に支持が必要な大きい範囲が存在することである。
【００９６】
第１の工程は、表面サポート３０を必要とする位置の数NLを特定することである。図１９は、サポート３０により支持される層Lの最大断面CSの例である。重心Cを中心とし、60画素のX-ピッチおよび120画素のY-ピッチを有するグリッドを描く。これらのグリッド点のいずれかが実際の断面上にあり極大サポートと重複しない場合、表面サポートの位置の候補と判断される。これは図２０に示される。
【００９７】
次の工程は、表面サポート３０のサイズの特定を含む。上記の第１の条件（すなわち２％サポート画素）がまだ満たされていない場合、必要な画素の数が特定される必要がある。必要な表面サポート画素の総数NSは以下により計算される：NS＝NT−（NM＋NC）。ここで、NTは必要なサポート画素の総数であり、NMは必要な極大サポート画素の数であり、NCは必要な重心画素の数である。
【００９８】
表面サポート画素Pの数NSは、生成される必要のある全ての表面サポート３０の間に均一に分布される。各表面サポート３０の正確なサイズは、極大サポートについてと同様に特定される。単一の表面サポート３０は、4×4画素よりも少なくなく、16×16画素よりも多くない必要がある。したがって、表面サポートのいずれかが4×4画素よりも少ない場合、サイズは少なくとも4×4画素に増加されるべきである。表面サポート３０のサイズが特定されると、表面サポートが生成される。
【００９９】
極大および重心サポートを生成し表面サポートを生成する工程は、十分なサポートを生成することが同定された全ての異なる島について繰り返される。
【０１００】
アンカーサポートの生成
上記のように、最小限の人間の作業、パーツ図形へのサポートの正確な位置付け、および様々のサポート図形の使用（すなわち、異なる断面サイズ、サポート高さを有するサイズの変化）を必要とする最適に分布されたサポート構造を構成するために、スライスされたデータおよびボクセルおよび画素情報を使用する新しいサポート構造生成方法が必要とされる。
【０１０１】
図２１Ａは、多数のサポート３０を含む従来技術のサポート構造SSにより支持されるパーツ５０の例の例示的な概略側面図を示す。パーツ５０は、59°の角度で傾けられ、構造SSのサポート角度は60°であり、サポートの数が不十分となる。図２１Ｂは、図２１Ａに類似するが、従来技術のサポート構造SSの例示的実施の形態を示し、パーツ５０が61°で傾けられるのに対しサポート角度が60°であり、実際に必要であるよりもずっと多くのサポート３０が存在する。
【０１０２】
図２２は、例示的パーツ５０の概略図であり、従来技術による態様でサポート３０が計算され、サポートとパーツとの間にミスマッチが生じる。このミスマッチは、作業者により同定され補正される必要があり、非効率的で時間のかかる方法である。
【０１０３】
図２３は、スライスされたデータ、ボクセルおよび画素を使用するアンカーサポートを作成する方法の例のフローチャート１００である。この方法の工程１０１は、必要であればパーツ５０のステレオリソグラフィまたは他のコンピュータ表示（STL）に補正または訂正を適用することを含む。例えば、STLにより示されるように（例えばCADファイル）理想的に形成されるパーツと比較してパーツの図形を変化させる「過硬化」をパーツが受ける場合に、そのような補正が必要とされるかもしれない。ここで、STLはパーツの3D境界を考慮できる。パーツがこれらの境界に完全に適合するように画像化される場合、液体樹脂は固体に変化するときに縮むので、パーツが小さすぎることとなる。したがって、第１の工程として「縮み要因」が使用され、例えばSTLにおいて全ての方向に０．４％である。STLが層にスライスされた後、問題はイメージングシステムがいかに正確にスライスを示すかになる。この点について、２つの主な懸念がある。１つ目は、イメージングシステムが歪みを有し、XおよびYスケールが短すぎるまたは長すぎる可能性がある。第２に、画像境界の所望の配置と比較して画素が粗いために、画素混合を使用して、境界を正しく位置づけるために境界画素についてグレースケールが調整される。「縮み要因」および「補正」は、これらの２つの懸念を解決しようとする。
【０１０４】
工程１０２は、パーツおよびサポートアンカーのボクセル表示を作成するためにパーツボクセルVPを生成するためのSTLのスライシングを含む。ここで、「ボクセル」Vは、基本的な容積単位であり、図２４に示されるように、３Dパーツ表面要素およびサポート要素を示す。ボクセルVは、３次元立方体により示される。ボクセルVは、z高さ（z）およびX-Y平面上のグリッドインデックス（ixおよびiy）の情報を含む。パーツボクセルVPは、STLモデルの境界を示す。サポートボクセルVSは、パーツ５０と接続するサポートアンカーを示す。工程１０３および１０４は、２次元層および画素データ作成し、必要であればSTLに前述の補正を適用する工程を含む。境界サポートボクセルはVBSにより示される。
【０１０５】
これらの工程において、STLモデルは、XおよびY方向に沿ってパーツボクセルVPにスライスされる。パーツボクセルVPは、上向きボクセルVPUおよび下向きボクセルVPDに分類され、下向きボクセルは構築パッドBPに面する。パーツボクセルの生成の例が図２４に示される。
【０１０６】
工程１０５は、サポートボクセルVSの作成を含む。これは、構築パッドBPに関する構築中のパーツ５０の例の図２５の概略図に示されるように、自己支持距離、堆積サポート距離、および領域同定を判断することにより実際のスライスされたデータ（ボクセルVから生成される積層画素P）を使用してサポートアンカーASを特定することを含む。詳細な実施が以下の工程A−Eで与えられ、全ての層について繰り返される。工程１０６は、サポート構造の生成を含む。
【０１０７】
STLモデルおよび２つの今後処理される層の例が、それぞれ図２６Ａおよび２６Ｂの概略透視図および側面図に示される。パーツボクセルVPからサポートボクセルVSを構成する例が、図２７の画像フローダイヤグラム１５０に与えられ、以下のように記載される（CL=現在の層、PL=前の層）。
【０１０８】
工程Aにおいて、現在の層CLおよび前の層PLを使用して３DパーツボクセルVPを２D画素Pに変換することにより、画素の次の層（層番号N+1）が得られる。パーツボクセルVPは常に、１つの上向きパーツボクセルVPUおよび１つの下向きボクセルVPDと一組にされる。一対の上向きおよび下向きボクセル間の層上の任意の画素Pは「ON」と判断され、そうでなければ「OFF」である。
【０１０９】
工程Bにおいて、現在の層（層番号N）の共通の連続領域を共有しない画素Pの領域R（層番号N+1上）（図２７の工程Bにおいて黒で示される）が同定され分離される。
【０１１０】
工程Cにおいて、層番号N上のパーツ画素により直接支持されるまたは隣接画素（ハッチングにより示される境界画素）により自己支持される層番号N+1上のパーツ画素Pが検出される。
【０１１１】
工程Dにおいて、前の層によって支持されず隣接画素によって自己支持もされない下向きパーツボクセルVPDの次のパーツ画素が検出される。
【０１１２】
工程Eにおいて、パターンサポートボクセルVPSおよび境界サポートボクセルVBSが構築される。パターンサポートボクセルVPSは、所定の位置でサポートアンカーを示すのに対し、境界サポートボクセルVBSは、予め定められていない位置でサポートアンカーを示す。工程DおよびEは、前の層PL（頂部）により支持される現在の層CL中の領域および現在の層（底部）中の新しいサポートを必要とする領域を示す。これにより、サポートボクセルVSが生じる。
【０１１３】
図２３のフローチャート１００を参照すると、工程１０６は、工程１０１および１０４において当初のSTLモデルを使用する代わりに、実際のスライスされた層および画素データ（必要であればX-およびY-縮み補正、X-補正、および全（geo）補正の後）を使用して、サポート３０を作成することを含む。したがって、サポートボクセルVSは常にパーツボクセルVPと重複するので、パーツ図形およびサポート先端（以下で説明される）の間には図形オフセットは存在しない。
【０１１４】
本発明の方法における次の工程は、下向きボクセルVPDを所定の補正距離（材料および図形に基づいて）だけ動かすことによりZ-補正を適用し、図２８に示されるように過硬化について補正をすることを含む。
【０１１５】
次の工程において、図２９に示されるように、STLモデルはサポートパターングリッドSPGの状態にされ、生じたサポート先端はどこに位置しても常に同じ位置でパーツと接続する。
【０１１６】
ここで、画素PおよびボクセルVのサイズは、パーツおよびスライス層の図形に基づいて変化してもよい、すなわち、１つのパーツは複数のサイズのボクセルVまたは画素Pを有してもよい。様々の厚さを有するボクセルVを使用して、パーツ図形により層厚が測定される適応スライシング（adaptive slicing）および構築時間を著しく減少する製造性（manufacturability）が実現できる。この方法は、下向き領域が表面、線、または点でも適用される。
【０１１７】
様々のサポートスタイルを得るためのアンカーサポートの利用
本発明のある態様は、生じたサポートアンカーASを、高さ（すなわちZ-方向）の関数として変化するサポート厚さにおけるサポートパターン、サポート先端、補強構造、および枝分かれを含む、様々のサポートスタイル（すなわち図形）に変換するサポートスタイルコンバータを使用することを含む。サポートアンカーASは、サポートボクセルVSにより示される。
【０１１８】
構築パッドから上向きに成長した単一画素サポート３０は長さが増加するとより曲がり得るので通常は長く存続しないため、この変換方法はFTI技術に重要である。このことは、空気のみがサポートを取り囲むので、FTI技術において特に関連する。例示的な実施の形態において、アンカーサポートからのスタイル変換は、８つの工程により定められる以下の方法により達成される。
【０１１９】
第１の工程は、サポートアンカーASをサポート構造３０に変換することを含む。上記で説明したように、サポートアンカーASは、サポートボクセルVSにより示される。サポートパターンは、例えば図３０の概略図に示されるように、サポートボクセルVSおよびパーツボクセルVPから作成される。サポート画素PSは、サポートボクセルVPと構築パッドBPとの間、またはサポートボクセルVSおよびパーツボクセルVPのボクセル対の間に収まる場合、サポート画素PSが「ON」になる。
【０１２０】
第２の工程は、Z-方向に沿ってサポートパターンSPを変化させることを含む。所定の層LにおけるサポートパターンSPは、サポートスタイルおよび現在のサポート高さに従って利用できるパターンから選択される。サポート構造３０は、構築パッドBPに近い厚いパターンを有し、サポートが構築パッドに取りつけられ構築方法中に持ちこたえるのに十分強いことが保証される。ある例示的な実施の形態において、サポート構造３０は、構築パッドBPから離れた距離と共に徐々に減少する厚さを有する。ある例示的な実施の形態において、サポートが除去される時に大きいサイズのサポートがパーツ上にぶつかることを防ぐために、パーツ５０に隣接するサポートの領域中の（すなわち「サポート先端」３０T）サポート構造３０で単一画素Pが使用される。図３０および他の図面において、「上向き」画素またはボクセルは、構築パッドBPに面するのに対し、下向き画素またはボクセルは、構築パッドと反対向きであることに留意すべきである。
【０１２１】
また、ある例示的な実施の形態において、サポート３０の単一画素部分は、少数の層についてパーツ５０に成長し、サポートとパーツとの間の強い接着が確実になる。これは、「サポートアンカー」ASと称される。
【０１２２】
図３０に示されるように、標準的なサポート３０は、基部３０B、中央の長い部分３０L、および、例示的な実施の形態では単一画素先端を構成し先端の一部がアンカーASとして成長してパーツになる先端部分３０Tを含む。例示的な基部３０Bは、25層のスタブ（stub）および4層のラティス（lattice）を含む。例示的な長い部分３０Lは、パーツおよび周期的な補強構造から、層番号26から10層まで成長する長い柱の層を含む。例示的な先端部分３０Tは、パーツ層の前の10層から始まり、3層についてパーツに成長する。異なる構造部分の断面は、図３１Ａから３１Ｄに示され、例示的な実施の形態においてサポート構造は50層（層L1−L50）を含む。図３１Ａは、「スタブ」サポート（層L1−L25）についてのパターンを示す。図３１Ｂは、「ラティス」サポート３０（層L26−L29）についてのパターンを示す。図３１Ｃは、「長い柱」（層L30−L40）についてのパターンを示す。図３１Ｄは、パーツ５０に接続するサポート先端３０T（層L41−L50）を示す。本発明のさらなる実施の形態は、構築パッドとパーツとの間のより少ない、追加の、および／または別の種類のサポートを含む、および／または、必要に応じ別の数の層を含む。
【０１２３】
第３の工程は、単一画素サポート先端および／またはサブピクセルサポート先端３０Tの形成を含む。通常、図３０および図３２に示されるように、単一画素サポート先端３０Tのみが上向きパーツ表面５０Uおよび下向き表面５０Bの両方でパーツ５０に接続し、パーツ表面上のサポート隆起のサイズを減少し、パーツからのサポートの除去を容易にしながらパーツの洗浄を容易にする。
【０１２４】
図３３のグレースケールGSおよび生じたサポート先端３０Tに示されるように、サブピクセルサポート先端３０Tは、硬化領域をより小さくするために、低強度光点、例えば低グレー値（gray-value）画素を使用することにより作成されてもよい。
【０１２５】
第４の工程は、複数画素サポートアンカーASの形成を含む。様々のパターンの複数画素サポートアンカーは、パーツ５０と接続する場所でサポートを増強するよう形成できる。アンカーASについてのパターン（図形）の選択は、サイズ、応力集中等のような支持される領域の特性に基づく。9×9画素上のアンカーパターンの標準的なデザインが図３４に示され、32×32画素で例示化できる。全ての与えられたデザインは、サポートのアンカー部分を示す。これらのデザインは、混合されて、他の種類のアンカーサポートASを設計するよう適合されてもよい。
【０１２６】
図３５に示されるように、所定の表面についての実際のサポート３０は均一でなくてもよい、すなわち、いくつかのサポートは他のサポートより厚く形成され、より厚いサポートが平面内でパーツ５０を保持する一方で、他のサポートが構築中の層を支持する作用をしてもよい。図３３に示されるように、サブピクセルサポート先端３０Tを使用して、パーツ５０上に形成される隆起サイズを減少してもよい。
【０１２７】
ある例示的な実施の形態において、サポート３０間にサポート補強を追加することが有用かもしれない。サポート３０の長い部分３０Lはより厚く、例えば２画素幅であり、図３０に示されるように間に補強を有する。長い部分３０Lにおけるサポート３０間のサポート柱３０Pの形の補強は、サポート構造を著しく強化する。FTI技術について、長い補強の列を避けるために、同じサポートグリッド内でサポート柱３０P間にのみ補強が生じる。サポート柱３０Pを使用する標準的な補強パターンが、図３６の断面図に示される。
【０１２８】
ある例示的な実施の形態において、非アンカーサポート先端３０Tがアンカー様補強についてパーツ５０の最後の層に成長する。本発明のある実施の形態は、パーツ５０に成長するサポート先端３０Tを含まない；しかしながら、サポートアンカーASを含む例示された実施の形態について、アンカーは通常サポートの強度を増強する。したがって、曲がった表面を有するパーツについて、パーツ５０に接続するサポート先端３０Tの数を著しく減少させることができる。図３７の概略側面図に１つの例が示される。図３０に示されるようなある例示的な実施の形態において、サポート先端３０Tは、パーツ中に１から４層深さのアンカーASにおいてパーツに固定される。
【０１２９】
所定のサポートパターンに一致しない境界サポート先端３０Tのために、境界サポートは所定のパターンから枝分かれされなければならない。１つの解決方法は、境界サポート先端３０Tを補強の最後の層においてサポートパターンから枝分かれさせることである。これにより、図３７に示されるように、サポート３０の数が減少し、構築中にUV光を遮断する可能性が減少する。２つの隣接するサポート３０間に閉じ込められた樹脂は、この方法を使用して著しく減少できる。
【０１３０】
スライスされた層および画素の使用の利点
上記のようにアンカーサポートを使用するサポートの生成によって、多くの利点が提供される。第１の利点は、自動化できる、または現今のサポート生成技術と比較してサポートを変更するために必要な人の作業がずっと少ない態様で行うことができるので、サポート生成に必要な人の作業が少なくなるということである。これにより、システムの処理能力が著しく増加し、高速、迅速、使いやすくおよびオフィスで使いやすいSFFシステムの実現が可能となる。
【０１３１】
別の利点は、構築の質を譲歩せずにサポートの密度を著しく減少することである。アンカーサポートASによるサポート生成は（スライスされたデータを使用して構築される）、自己支持距離、堆積支持距離、および領域同定を考慮に入れる。サポート分布は、パーツの質を譲歩せずに、パーツ製造性を考慮して最適化される（効果的におよび効率的に支持される）。
【０１３２】
別の利点は、サポート先端３０Tがパーツ図形と正確に接続することである。補正および全補正後のスライスされた層データを使用して、サポートアンカーを位置付け、サポート構造を生成する。したがって、構築図形とサポート位置との間にオフセットは存在しない。
【０１３３】
別の利点は、サポートスタイルコンバータを使用して、様々のサポート厚さ（例えば図３０参照）を有するサポートパターン、単一画素またはサブピクセルサポート先端、補強構造、および枝分かれ構造を含む、様々のサポート構築スタイルにサポートアンカーを変換できる。さらに、生じたサポート先端３０Tは、パーツ位置に関わらず常に同じ位置でパーツと接続する。
【０１３４】
図３８は、本発明により作成されるファンの形の実際のパーツ５０を示すのに対し、図３９から図４２は、様々の断面層についてファンパーツのためのサポート３０を示す。ファンパーツ５０は、それぞれ曲がった形状を有する８つのブレード５２を有する。サポート３０は、最適に分布され−過度のサポートも不十分なサポートもなく−構築方法の間および後に効果的および効率的にファンパーツを支持する。図３９において、サポート補強は「X」として示されるのに対し、パターンおよび境界サポート先端は黒いドットで示される。
【０１３５】
ここに示される本発明の上記の記載および関連する図面に示される教示の利点を有する変更および他の実施の形態が、本発明に関する技術における当業者に思い浮かぶであろう。したがって、本発明は、開示される特定の実施の形態に限定されるものではなく、変更および他の実施の形態が添付の特許請求の範囲に含まれることが意図されていることが理解されるべきである。本発明は、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内であれば、本発明の変更および改変に及ぶことが意図される。ここで特定の用語が使用されるが、これらは一般的および記述的意味でのみ使用され、制限する目的ではない。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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【図３１Ｃ】
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【図３１Ｄ】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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