(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
・予め定められた照射光（３ａ）の露光により固化されるに適した液状物質（１５）の容器（２）と、
・前記予め定められた照射光（３ａ）のビームを発するに適したレーザ源（３）と、
・前記容器（２）内に位置する基準面（５）のベクトル走査を所望のベクトルデータ画像に従って前記予め定められた照射光により実行するように構成されたベクトル走査光学ユニット（４）と、
・前記基準面で走査される画像を表す前記ベクトルデータ画像を記憶するメモリと、
・前記ベクトルデータ画像に従って前記基準面（５）のうちの予め定められた部位を前記照射光（３ａ）露光するように、前記ベクトル走査光学ユニット（４）および／または前記レーザ源（３）を制御する構成とされた論理制御ユニット（６）と、
を備え、前記ベクトル走査光学ユニット（４）は、前記予め定められた照射光の進行経路に対して互いに連結配置された第１および第２の微小光電気機械システム（ＭＯＥＭＳ）（７，８）を含み、それぞれの微小光電気機械システム（ＭＯＥＭＳ）が、
・約２ｍｍ〜約８ｍｍの径を有するミラー（９）であって、当該ミラー（９）の回転軸心（Ｘ１，Ｘ２）を規定するように構成された関着手段（１１）を介して支持構造（１０）に連結されたミラー（９）、および
・前記ミラー（９）を前記回転軸心（Ｘ１，Ｘ２）回りに、前記レーザ源（３）が前記ベクトル走査時に前記予め定められた照射光（３ａ）を発しているときの前記基準面（５）上でのレーザビームの対応するマーキング速度が約０．５ｍ／秒〜約３ｍ／秒となる角度方向速度で準静的に動作させるように適したアクチュエータ（１２）、を有し、
・前記第１の微小光電気機械システム（ＭＯＥＭＳ）（７）の前記ミラー（９）の前記回転軸心（Ｘ１）が前記第２の微小光電気機械システム（ＭＯＥＭＳ）（８）の前記ミラー（９）の前記回転軸心（Ｘ２）に平行でない、光造形機（１）。  
【請求項２】
請求項１に記載の光造形機（１）において、前記アクチュエータ（１２）が、前記第１および第２の微小光電気機械システム（ＭＯＥＭＳ）（７，８）の前記ミラー（９）を、前記回転軸心（Ｘ１，Ｘ２）回りに動作させる角速度は、前記レーザ源（３）が前記画像の前記走査のために位置を変更するのに前記予め定められた照射光（３ａ）を発していないときの前記基準面（５）上での前記レーザビームの対応する位置決め速度が約８ｍ／秒〜約１０ｍ／秒となるように、構成されている、光造形機（１）。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光造形機（１）において、前記第１および第２の微小光電気機械システム（ＭＯＥＭＳ）（７，８）の２つの前記回転軸心（Ｘ１，Ｘ２）が相互に直交する、光造形機（１）。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の光造形機（１）において、前記レーザ源（３）が、前記予め定められた照射光（３ａ）を約４０５ｎｍ±１０ｎｍの波長で発するように構成されている、光造形機（１）。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の光造形機（１）において、前記レーザ源（３）が、前記基準面（５）での放射照度が約１０ｍＪ／ｃｍ２〜約２００ｍＪ／ｃｍ２である前記予め定められた照射光（３ａ）を発するように構成されている、光造形機（１）。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の光造形機（１）において、さらに、
前記レーザ源（３）ならびに連結して配置された前記第１および第２の微小光電気機械システム（ＭＯＥＭＳ）（７，８）を収容する密封収容器であって、前記照射光が当該収容器を出射することが可能であるように当該予め定められた照射光（３ａ）を透過する材料で実現された窓を有する、密封収容器、
を備える、光造形機（１）。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の光造形機（１）において、前記第１および第２の微小光電気機械システム（ＭＯＥＭＳ）（７，８）のそれぞれの前記アクチュエータ（１２）が、電磁又は静電型であり、かつ、前記論理制御ユニット（６）により発せられて角度方向位置を表す数値を有する制御信号の受取りに応答して、前記ミラー（９）を前記軸心（Ｘ１，Ｘ２）回りに回転させて当該ミラー（９）を前記角度方向位置に配置するように構成されている、光造形機（１）。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の光造形機（１）において、前記論理制御ユニット（６）は、画像データに従って前記予め定められた部位を完全にカバーする連続する軌道を前記基準面（５）上の前記照射光（３ａ）の入射点が形成するように、前記第１および第２の前記微小光電気機械システム（ＭＯＥＭＳ）（７，８）の前記ミラー（９）を動作させる構成とされている、光造形機（１）。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の光造形機（１）において、前記ベクトル走査光学ユニット（４）が、前記予め定められた照射光（３ａ）を前記基準面（５）に焦点を合わせるように構成された少なくとも１つのレンズ（１４）を含む、光造形機（１）。
【請求項１０】
請求項９に記載の光造形機（１）において、前記少なくとも１つのレンズ（１４）が、フラットフィールド走査レンズを含む、光造形機（１）。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の光造形機（１）において、前記液状物質（１５）が硬化性樹脂を含む、光造形機（１）。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の光造形機（１）において、前記第１および第２の微小光電気機械システム（ＭＯＥＭＳ）（７，８）が、共通の集積回路に属する、光造形機（１）。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の光造形機（１）において、前記レーザ源（３）が、当該レーザ源（３）により発せられる前記予め定められた照射光（３ａ）のパワーを変化させるパワー制御部（１５０）を含み、当該パワー制御部（１５０）が前記ロジック制御ユニット（６）に接続されており、当該ロジック制御ユニット（６）は、前記基準面（５）上の照射ビームの位置に応じて前記予め定められた照射光（３ａ）の発せられる前記パワーを変化させるように適している、光造形機（１）。
【請求項１４】
請求項１３に記載の光造形機（１）において、前記レーザ源パワー制御部（１５０）が、前記レーザ源（３）により発せられる前記予め定められた照射光（３ａ）の前記レーザビームの、当該照射光の進行方向と直交する平面に沿った断面で測定されるサイズを変化させるサイズ制御部を有する、光造形機（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の積み重ねられた層により三次元物体を形成するように適したタイプの光造形機（stereolithography machine）であって、それぞれの層が、形成される物体の体積空間に対応する領域内の液状物質の選択的固化によって得られる、光造形機に関する。
【背景技術】
【０００２】
既知の種類の光造形機は、上記液状物質（一般的には、液状又は半固形状態の感光性樹脂）が存在する容器を備える。
この機械は、さらに、一般的に発光型であり且つ上記液状物質を固化するように適した照射光を発する（emit radiation）光源を備える。光学ユニットが、上記照射光を、固化される物体の層の位置に対応する、上記容器内に位置した基準面（reference surface）に向かって伝送する。
【０００３】
形成中の三次元物体は、造形プレート（modelling plate）によって支持される。造形プレートは、物体のうちの最後に固化された層が上記基準面に隣接する位置に配置されることを可能にするように、上記容器に対して垂直方向に移動されることが可能である。
【０００４】
これにより、それぞれの層が固化されると上記造形プレートが移動させられて、固化された層を当該固化された層が上記基準面に改めて隣接するように配置する。後続の層についても、この過程が引き続き繰り返されることが可能である。
上述した種類の光造形機は、例えば本願の出願人によるイタリア国特許出願第VI2010A000004号等に記載された２つの主要な実施形態に分けられる。
【０００５】
これらの実施形態のうちの第１の実施形態では、上記基準面が、上記容器のうちの照射光を透過する底に隣接するように位置している。この場合、上記液状物質は下方から照射されて、三次元物体が上記造形プレートの下に形成される。本発明の第２の実施形態では、上記基準面が、上記液状物質の自由面のレベルに位置している。この第２の場合、上記液状物質は上方から照射されて、三次元物体が上記造形プレートの上に形成される。いずれの実施形態においても上記照射光は、既知の種類の様々な光学ユニットにより、上記基準面のうちの様々な点に向かって伝送されることが可能である。
【０００６】
上記光学ユニットの一実施形態では、定位置の光源および互いに連結配置（arranged in series one after the other）された一対のガルバノメトリックミラーが、光ビームを導くのに用いられる。
それぞれのガルバノメトリックミラーは、他方のガルバノメトリックミラーの軸心と直交する各自の回転軸心回りに回転することが可能であるようにモータ駆動される。これにより、それらの回転の組合せが、ビームを上記基準面のうちの任意の点に向かって導くことを可能にする。
上記のこの光学ユニットは、ガルバノメトリックミラーの慣性が小さいのでビームを極めて高速に動かせるという利点、さらには、使用される機械部品の点数が少ないので信頼性が高いという利点を奏する。
【０００７】
上記の利点にもかかわらず、ガルバノメトリックミラーのコストは比較的高く、上記光造形機のコストに大きく影響する。
ガルバノメトリックミラーに基づく光学ユニットは、比較的大きいかさ（bulky）を有するというさらなる欠点を有する。
この高コスト性およびこの大きな全体寸法により、ガルバノメトリックミラーを備える光造形機は、小規模の連続生産（すなわち、小規模の企業により必要とされ得る種類の生産）に適さないものとなる。
【０００８】
また、ガルバノメトリックミラーは、摩耗されやすい機械部品を含むことによっても（具体的に述べると、それらの交換コストが高いので）、利点が制限される。
さらに、ガルバノメトリックミラーの慣性は無視可能でなく、光ビームのずれの速度、したがって、総合的な処理時間に影響を及ぼす。
【０００９】
本願の出願人は、この問題に対する第１の解決技術、すなわち、ガルバノメトリックミラーの使用に基づく既知の種類の光造形機により得られる一部の利点を奏しつつも、ガルバノメトリックミラーよりも製造及び使用が簡単である光学ユニットの提供を提案した。この解決技術は、本願の出願人による特許文献１に開示されており、光造形機であって：液状物質の容器；液状物質を固化するように適した予め定められた照射光の光源；照射光を液状物質内の基準面に向かって導くように適した光学ユニット；ならびに基準面のうちの予め定められた部位を露光するように光学ユニットおよび／または光源を制御する構成とされた論理制御ユニット（logic control unit）；を備える光造形機が記載されている。この光学ユニットは、互いに入射し（incident on）且つ互いに独立した少なくとも２つの回転軸心回りの回転が可能であるようにアクチュエータ手段が接続されているミラーが設けられた微小光電気機械システム（micro opto electro mechanical system）であって、それら２つの軸心回りの回転の対応する組合せにより照射光を基準面のうちの各点に向かって導くことが可能であるように配置された微小光電気機械システムを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０９３６１２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし本願の出願人は、ガルバノメトリックミラーを、２つの軸心に沿って向き決めされる又は回転されることが可能な単一のＭＯＥＭＳに置き換えても、従来技術に関して開示した問題が全て解決されるわけではなく、しかも、さらなる問題を生じさせることに気付いた。
【００１２】
レーザ走査（laser scanning）の技術分野では、一般的に実行されることが可能なレーザ走査として、ラスタ走査(raster scanning)とベクトル走査(vector scanning)との２種類が存在する。ラスタ走査では、レーザビームが、互いに離間して互いに平行であり且つ比較的長い（典型的には、少なくとも、走査方向に走査される部分の外形寸法の長さ）一連の直線に沿って順次走査される。つまり、レーザビームは、それぞれの走査直線に沿って一方向のみに動かされるだけでよく、走査系は、それぞれの走査直線に沿った動きが単一のミラーの動作により引き起こされるように典型的に配置されている。ベクトル走査では、レーザビームが、長さが極めて短いもの（例えば、１ｍｍ未満）から比較的長いものまで様々であり得て且つ互いの向きも様々であり得る一連の直線又はベクトルに沿って順次走査され、そのため、ベクトルを走査するには一般的に２つのミラーの連係動作を必要とする。しばしば、あるベクトルの終点が次のベクトルの始点と一致する。
【００１３】
本発明は、特にはベクトル走査に関係するものであるが、ベクトル走査はラスタ走査では一般的に関与しない困難を有する。本願の出願人は、光造形機により作製される三次元物体のより良好な制御を実現するには、ベクトル走査を用いることにより、より高精度で正確な結果が得られることを見出した。しかも、ベクトル走査は、作製される三次元物体の「輪郭走査（contouring）」を可能にする。
【００１４】
作製される三次元物体は、各層ごとに外部境界又はパターン（当該外部境界又はパターンの内部では、レーザが樹脂を走査して重合させなければならない）が定められた層単位のプロセス(layer by layer process)により分割される。しかし、良好な表面特性を実現するには、境界の「内部」が走査されるだけでなく、当該境界の輪郭走査（すなわち、レーザビームスポットが各層ごとのパターンの境界の輪郭をたどる）がさらに実行されるのが好ましい。光造形機においてこの輪郭走査は、ベクトル走査を用いてしか可能でない。
【００１５】
ベクトル走査が選択されたこの種の光造形機では、２つの相異なる軸心に沿って動作可能である又は回転可能である単一のＭＯＥＭＳシステムは好ましくない。このようなミラーは、比較的高速で動作されるには慣性運動量が大き過ぎる。比較的高速であれば、生産時間が短くなる。しかも、二軸ＭＯＥＭＳミラーは、２つの入射軸心回りに動作される必要があるのでミラー自体の寸法に本質的な制限がある。そのため、レーザスポットのサイズにも制約が課されて、光造形機のコストを増加させる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、第１の態様において、
・  予め定められた照射光の露光により固化されるように適した液状物質の容器と、
・  前記予め定められた照射光のビームを発するように適したレーザ源と、
・  前記容器内に位置する基準面のベクトル走査を所望のベクトルデータ画像に従って前記予め定められた照射光により実行するように構成されたベクトル走査光学ユニットと、
・  前記基準面で走査される画像を表す前記ベクトルデータ画像を記憶するメモリと、
・  前記ベクトル画像に従って前記基準面のうちの予め定められた部位を前記照射光露光させるように、前記ベクトル走査光学ユニットおよび／または前記レーザ源を制御する構成とされた論理制御ユニットと、
を備え、前記ベクトル走査光学ユニットは、前記予め定められた照射光の進行経路に対して互いに連結配置された第１および第２の微小光電気機械システム（ＭＯＥＭＳ）を含み、それぞれのＭＯＥＭＳシステムが、
・  約２ｍｍ〜約８ｍｍの径を有するミラーであって、当該ミラーの回転軸心（Ｘ１，Ｘ２）を規定するように構成された、関着手段（articulation means）を介して支持構造に連結されたミラー、および
・  前記ミラーを前記回転軸心（Ｘ１，Ｘ２）回りに、前記レーザ源が前記ベクトル走査時に予め定められた前記照射光を発しているときの前記基準面上での前記レーザビームの対応するマーキング速度（marking speed）が約０．５ｍ／秒〜約３ｍ／秒となる角度方向速度で準静的（quasi-static manner）に動作させるように適したアクチュエータ、を有し、
・  前記第１のＭＯＥＭＳシステムの前記ミラーの前記回転軸心が前記第２のＭＯＥＭＳシステムの前記ミラーの前記回転軸心に入射する(incident)、光造形機に関する。
【００１７】
すなわち、前記第１および第２の微小光電気機械システム（micro-opto-electro- mechanical systems; ＭＯＥＭＳ）は、第１および第２の前記ミラーに順次入射する予め定められた照射光の前記レーザビームが、２つの前記入射軸心（two incident axes）回りの当該ミラーの回転の対応する組合せにより前記基準面のうちの点に導かれることによって前記ベクトルデータ画像に従って前記ベクトル走査を実行することが可能であるように、前記レーザ源および前記容器に対して配置されている。
【００１８】
本発明にかかる光造形機における前記ベクトル走査光学ユニットは、それぞれアクチュエータによって軸心回りに動作される２つのＭＯＥＭＳミラーを含む。それぞれのＭＯＥＭＳミラーは、単一の軸心回りにのみ回転可能である。好ましくは、それぞれのミラーの前記アクチュエータは、静電駆動型であるか又は電磁駆動型（the electrostatic actuation type or the electromagnetic actuation type）である。これらのいずれの駆動も、当該技術分野において知られており、以下ではそれ以上詳述しない。それぞれのＭＯＥＭＳミラーは単一の回転軸心を有しているが、第１のＭＯＥＭＳミラーの回転軸心は第２のＭＯＥＭＳミラーの回転軸心に入射する（incident）ものであり、すなわち、これら２つの軸心は互いに平行でない。レーザ源により発せられるレーザビームは、前記ＭＯＥＭＳミラーにより相次いで逐次、反射された後、前記光造形機内での材料の作業面（基準面）へと反射されてビーム軌道を「描く」。この軌道のあいだ、前記レーザビームの前記照射光が前記液状物質（liquid）のうちの前記基準面が属する部位を照射することにより、このような部位が硬くなる（重合又は硬化される）。つまり、前記基準面は、所与のパターン又は画像に従って固化される「作業層」（working layer）である。三次元物体を形成するには、複数の作業面又は層がパターン造形される必要がある。例えば、２つの前記ＭＯＥＭＳミラーが前記基準面の上方に配置されて、焦点を合された前記レーザビームが前記作業面へと垂直方向下方に進行する。好ましくは、２つの前記ＭＯＥＭＳミラーは、前記基準面上で「スポット」を形成する前記レーザビームを２つの直交する方向で動かすように配置されている。このベクトル走査は、三次元物体を形成するように、垂直方向軸心Ｚなどの第３の軸心（好ましくは、前記ＭＯＥＭＳミラーの両方の前記回転軸心と直交する）に沿って互いに離間した全ての表面又は層に対して実行される。それぞれの表面又は層は、三次元（３Ｄ）物体を実現するように、異なるベクトルデータ画像に従って三次元印刷の分野において知られている技術に従ってベクトル走査される。
【００１９】
前記レーザビームにより走査されるパターンを定めるベクトルデータ画像は、前記作業面で走査される画像についての情報が含まれた、コンピュータ又はプロセッサにより処理されるファイルであり、例えばＣＡＤファイル（例えばＣＡＤプログラムは、ｓｔｌファイルを実現する）等である。前記ベクトル画像は、前記画像の外側又は外部の境界である輪郭又は境界と、３Ｄ物体が実現される前記液状物質を固化するのに前記レーザビームが通過（「走査」）しなければならない前記境界内の「内部」とを規定する。
【００２０】
前述したように本発明では、前記レーザビームが、２つのＭＯＥＭＳシステムを含む前記ベクトル走査光学ユニットにより走査される。ＭＯＥＭＳ（すなわち、微小光電気機械システム）は、集積された機械、光学及び電気システムを用いて極めて小さいサイズスケールで光信号を検出し且つ当該光信号を操作することを伴う、マイクロオプティクス（微小光学系）と合体したＭＥＭＳを有する。通常、これらのデバイスは、マイクロオプティクスとシリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン、ヒ化ガリウムなどのような材料を用いた標準的なマイクロマシニング技術とを用いて作製される。ＭＯＥＭＳは、ＭＥＭＳとマイクロオプティクスとの２つの主要な技術を有する。
【００２１】
ＭＥＭＳ（Microelectromechanical; 微小電気機械）システムは、極めて小さいデバイスの技術である。好ましくは、ＭＯＥＭＳは、半導体デバイス作製におけるプロセス技術、例えば、要求される形状を生成するための材料層の堆積、フォトリソグラフィによるパターニング、エッチング等を用いて作製されるものである。
【００２２】
好ましくは、本発明にかかるＭＯＥＭＳミラーは反射ミラーであり、より好ましくは、当該反射ミラーはシリコンで実現される。好ましくは、本発明にかかる走査ユニットにおける前記ＭＯＥＭＳミラーは、ＣＭＯＳ技術を用いて実現される。
前述したように本願の出願人は、前述した利点のためにベクトル走査光学ユニット（vector scanning optical unit）のみを対象としている。
【００２３】
２つの軸心に沿って動作可能である又は回転可能である単一のＭＯＥＭＳミラーに代えて、それぞれ単一の軸心に沿って動作可能である２つのＭＯＥＭＳミラーを選択するのは、２つの単軸ＭＯＥＭＳミラーの効率のほうが２つの軸心回りに回転可能である単一のＭＯＥＭＳミラーの効率より高いからである。二軸ＭＯＥＭＳミラーでは、当該ミラーを形成する「物体」の領域の一部が軸方向運動に充てられる。そのため、占有面積が同じでも、二軸ＭＯＥＭＳミラーでは当該ミラーのうちの前記レーザビームが入射し得る有効サイズが単軸ＭＯＥＭＳミラーの場合よりも小さくなる。また、二軸ＭＯＥＭＳミラーは、単軸ＭＯＥＭＳミラーよりも重いので角度方向の慣性もより大きくなる。さらに、単軸ＭＯＥＭＳミラーの寸法はより良好に制御可能であり、かつ、単軸ＭＯＥＭＳミラーの回転もより安定的である。いずれも、後述するように本発明にとって関連性の高いパラメータである。
【００２４】
本願の出願人は、さらに、２つの単軸ＭＯＥＭＳミラーを用いてベクトル走査光学ユニットを実現するには、それぞれのＭＯＥＭＳミラーに「準静的」動作が課せられるべきであることを見出した。
【００２５】
ＭＯＥＭＳミラーは、共鳴(resonant)ＭＯＥＭＳミラーと準静的(quasi-static)（文献ではしばしば静的又はステアリングミラーとも称される）ＭＯＥＭＳミラーとの２つの部類に分けられることが可能である。通常、ＭＯＥＭＳミラーは、準静的モードか又は共鳴モードで動作するように機械的に設計されている。共鳴ＭＯＥＭＳミラーは、共鳴周波数で駆動されるミラーである。共鳴周波数とは、本体が低い励起レベルで極めて大きい反応（振幅運動又は発振）を示す周波数のことである。ＭＯＥＭＳミラーの共鳴周波数とは、所与の駆動レベルで走査振幅が最大となる周波数のことである。
【００２６】
準静的ＭＯＥＭＳミラーとは、そのミラーが、自身の機械的共鳴周波数から遠く離れて駆動されるものであることにより、走査角度と駆動信号との間の関係が実質上線形であることを意味する。準静的ＭＯＥＭＳミラーは、駆動信号（例えば、電圧信号）と当該準静的ＭＯＥＭＳミラーが回転可能である単一の軸心回りの角度方向変位との間に線形的な関係が存在している線形領域で駆動されるミラーである。つまり、ＭＯＥＭＳミラーが置かれるべき且つ保持されるべき角度方向位置が分かっていれば、継続的な一定の駆動信号を印加することによってそのミラーは、そのような特定の位置を保持するように駆動されることが可能である。典型的に、準静的モード動作は、静止（前記ミラーを傾動させて且つ位置を保持する）から数百Ｈｚまで及ぶ。この周波数範囲では、前記ミラーが駆動信号の形状に追従する。共鳴駆動モードは、前記ＭＯＥＭＳミラーが当該ミラーの共鳴周波数と同じ信号周波数で駆動されるモードである。ミラー走査振幅が機械的共鳴周波数で増幅されるので、ミラー動作は機械的発振器として機能してから（線形運動ではなく）正弦波運動に従って動く。
【００２７】
本願の出願人は、前記画像ベクトルデータファイルに含まれる画像をベクトル走査するのに必要である高精度な制御を実現するには、２つの準静的ＭＯＥＭＳミラーを使用し、それら２つのＭＯＥＭＳミラーがそれぞれＸ１軸心、Ｘ２軸心回りに傾動される正確な角度に対応する所定の電圧信号を、使用されるこれらのＭＯＥＭＳミラーの線形特性に応じて前記制御ユニットが送信可能でなければならないことを見出した。
【００２８】
これにより、前記アクチュエータにより前記第１および前記第２のＭＯＥＭＳミラーへと送信されて且つそれら２つのＭＯＥＭＳミラーが位置決めされる第１および第２の角度が関連付けられている信号又は信号対（それぞれのＭＯＥＭＳミラーは自身の軸心Ｘ１又は軸心Ｘ２回りに特定の角度ぶん傾動されて、かつ、この特定の角度の数値は前記アクチュエータ／制御ユニットによって送信される当該信号により決まる）の高精度な制御が可能となる。つまり、このような信号又は信号対には、前記基準面内の走査される正確な空間点も関連付けられている。
【００２９】
ベクトル走査が実行されることにより、前記レーザビームを前記基準面へと案内する複雑な経路又は軌道が、前記画像データに含まれる画像に従って前記走査光学系により得られる。前記レーザビームによって前記基準面上で第１の点から第２の点へと所与の経路を走査する時間は、前記ＭＯＥＭＳミラーの角度方向速度、すなわち、前記第１の点と対応付けられた当該ＭＯＥＭＳミラーの位置（すなわち、角度）から前記基準面における新たな点と対応付けられた新たな位置（すなわち、新たな角度）に変化するための当該ＭＯＥＭＳミラーの速度に依存する。したがって、前記ビームは、所与の速度で前記第１の点から前記第２の点へと動かされる。ただし、下記の理由により、どのような速度も採用できるのではない。
【００３０】
通常、ラスタ走査では、前記ミラーが「高速」であること、したがって、前記面上の前記ビームが「高速」であることにより、当該レーザビームは当該面のうちの部位を互いに実質的に平行である「線」で高速で走査することから、当該レーザビームが当該面のうちの少なくとも１つの同一部位を複数回走査することになる。この種の走査における前記レーザ源は、極めて高出力である（一般的には避けられる）か、あるいは、必要とされるレーザ経路以上に適切に前記容器内の前記液状物質を固化するものとされる。
【００３１】
本願の出願人は、光造形機に適用されるベクトル走査において、走査の高速実行の要件と画像の同一部位の「固化」を出来る限り一回（あるいは、極めて稀な場合に限って複数回）に制限する（すなわち、前記レーザは同一のパターンを一回のみ「描く」）要件とを両立する最適な解決手段を提供するために、単軸ＭＯＥＭＳミラーの動作の角度方向速度の範囲として特定の範囲を選択することを見出した。事実、高出力のレーザ源であれば高速で動作されるミラーとも連携できるであろうが、本発明にかかる光造形機は、高出力の高価なレーザが使用されないのが好ましい比較的「低価格帯」市場を対象としている。つまり、前記ＭＯＥＭＳミラーの角度方向速度は、前記作業又は基準面上の前記レーザビームの「掃引」速度(sweeping speed of the laser beam)が、所与のパターンに沿った当該レーザビームの一回の「掃引」で重合又は固化が可能となる範囲であるように選択される。
【００３２】
本発明にかかる前記ミラーのこの特定の角度方向速度を用いると、前記レーザ源が前記ベクトル走査を実行しているときの前記基準面での前記レーザビームの対応するレーザ速度は約０．５ｍ／秒〜約３ｍ／秒となる。これにより、精度と、前記レーザビームによる実質上一回の「描画」(single drawing)での固化と、生産速度との間の所望の折衷が実現される。すなわち、前記ミラーは、対応するレーザビーム速度が０．５ｍ／秒〜３ｍ／秒の範囲内になる角度方向速度で動作するように駆動される。前記基準面上のこのレーザ速度は、前記走査光学系と前記面との間の距離および前記ＭＯＥＭＳミラーの角度方向速度に依存する。当業者であれば、前記基準面上の所望のレーザ速度、すなわち、前記レーザビームが前記基準面上を動く速度が分かっていれば、前記ＭＯＥＭＳミラーが傾動されなければならない角度方向速度を前記光造形機の構造特性に応じて導き出すことが可能である。この「掃引」速度(sweeping velocity)は、前記レーザビームが対象の前記基準面を走査して前記容器内に含まれる前記液状物質の硬化を実行する速度を示す「マーキング速度」と称される。
【００３３】
なおいっそう本発明にかかる光造形機の価格を比較的安価に維持するには、前記第１および第２のＭＯＥＭＳシステムのそれぞれの前記単軸ＭＯＥＭＳミラーの寸法も関係してくる。ミラーが大き過ぎると、機械のかさの増加および前記ミラー自体の非安定化につながる。場合によっては、前記ミラーが比較的大きいものであると、それによって当該ミラーの機械的慣性が大きくなり得る。この結果、前記走査ミラーを所望の全速へと加速させるのに大幅な時間がかかり得る。前記ミラーの有限の加速時間を無視すると、前記レーザスポットの許容できないほどの大きい追従誤差を招く場合があることが判明した。
【００３４】
ミラー寸法が小さ過ぎると、使用されなければならない且つ前記レーザ源により発せられなければならない前記照射ビームに厳しい制約が課されることになる。よって、本願の出願人は、この場合の適切な折衷が、約２ｍｍ〜約８ｍｍのＭＯＥＭＳミラー径であることを見出した。本明細書の文脈における「径」とは、円形ミラーだけでなく他のミラーの幾何形状についても言及するものである。この後者の場合における径とは、前記ＭＯＥＭＳミラーの回転軸心と直交する方向での最大寸法のことである。
前記ＭＯＥＭＳミラーのこの寸法は、選択された速度に合わせて調整され、すなわち、前記基準面上での前記レーザビーム速度が難なく約０．５ｍ／秒〜約３ｍ／秒となるように当該ＭＯＥＭＳミラーが動作しなければならないことを考慮に入れて選択される。
【００３５】
上記の態様において本発明は、下記の少なくとも１つの構成を、単独で又は複数の組合せとして備えるものとされてもよい。
好ましくは、前記アクチュエータは、前記第１および／または前記第２のＭＯＥＭＳシステムの前記ミラーを前記回転軸心（Ｘ１，Ｘ２）回りに、前記レーザ源が前記画像の前記走査のために前記基準面における位置を変更するのに前記所定の照射光を発していないときの前記基準面上での前記レーザビームの対応する位置決め速度が約８ｍ／秒〜約１０ｍ／秒となる角度方向速度で動作させるように構成されている。
【００３６】
走査されて且つ前記ファイルに保存されている前記画像は、連続する形状（すなわち、単一の閉じた境界内に閉じ込められた単一の形体）又は互いに分断されて且つ閉じた境界によって画定される複数の分断された形状を形成し得る。前記レーザビームが相異なる互いに分断された形状を走査するには、当該ビームが、ある位置から別のしばしば比較的遠く離れた位置へと動いて、前記走査を再び開始する必要がある。各種形状間の距離は、前記ＭＯＥＭＳミラーの再位置決めが必要となるほど長いものであり得る。したがって、走査対象の少なくとも１つの形状のうちの第１の部位から、当該第１の部位から遠く離れた走査対象の形状のうちの別の第２の部位への再位置決め及び移動の過程では、前記レーザがスイッチオフにされて前記ＭＯＥＭＳミラーが動作される。好ましくは、再位置決めのこの動作は、前記レーザの「掃引」が実行されるレーザ速度（マーキング速度）に対応する角度方向速度よりも速い速度で実行される。より好ましくは、この角度方向速度は、前記レーザがスイッチオフにされる前記基準面における最後の点から当該レーザが再びスイッチオンにされる当該面における新たな点との間を前記レーザビームが動く対応する速度が約８ｍ／秒〜約１０ｍ／秒となるように設定される。言い換えれば、この再位置決め速度は、前記レーザビームがスイッチオフにされていないかの如く計算されている。前記基準面上での前記レーザビームのこの速度は「位置決め速度」（positioning speed）と称され、かつ、これら２つの点と点との間で前記レーザが継続してオンであるかの如く計算される当該レーザビームの速度である。しかし実際には、前記レーザビームは、前記面のうちのレーザ照射光に曝されてはいけない部位の重合を避けるためにオフにされている。
【００３７】
前記マーキング速度に関して言えば、前記レーザの前記位置決め速度は、前記ミラーの角度方向速度および前記走査光学系と前記基準面との間の距離に依存する。
【００３８】
好ましくは、前記第１および第２の微小光電気機械システムの２つの前記回転軸心（Ｘ１，Ｘ２）が相互に直交する。
すなわち好ましくは、前記第１のＭＯＥＭＳシステムの前記ミラーがＸ軸回りに且つ前記第２のＭＯＥＭＳシステムの前記ミラーがＹ軸回りに、これら２つのミラーの回転の組合せによって前記レーザビームが前記液状物質の（Ｘ，Ｙ）面における任意の位置に到達可能であるように回転する。
【００３９】
好ましい一実施形態において、前記レーザ源は、前記予め定められた照射光を約４０５ｎｍ±１０ｎｍの波長で発するように構成されている。
３Ｄ印刷機では様々なレーザ源が使用されることが可能である。本発明では、前記レーザ源の波長としてどちらかと言えば「一般的でない」波長、すなわち、紫領域で発振することが可能なレーザ源が使用される。このレーザは、「青色」レーザとして分類される。この波長のレーザは、ＵＶ範囲内の様々な波長で照射ビームを発するように適したレーザよりも一般的に安価である。また、前記走査系のためのミラーのコーティングについても、このクレームされた波長で入射した照射光で動作しなければならないものである場合には安価である。
【００４０】
好ましくは、前記レーザ源は、前記基準面での放射照度（irradiance）が約１０ｍＪ／ｃｍ２〜約２００ｍＪ／ｃｍ２である前記予め定められた照射光を発するように構成されている。
前述したように、このような予め定められた照射光での前記レーザビームのパワーは、走査された箇所、すなわち、レーザビーム照射光に曝された箇所の前記液状物質を重合して当該液状物質が固体になるほど十分に大きいが、前記レーザ源のコストが高価になり過ぎてこのような高価なレーザを備える３Ｄ印刷機の商業化を妨げるほどまでは大きくないものであるのが望ましい。本願の出願人は、クレームするパワーの範囲が、それら２つの相反する要件を考慮した良好な折衷であることを見出した。ただし、パワーではなく放射照度が調節されて固定されるのが好ましい。前記容器内の前記基準面での光量は、強度単位又はエネルギー単位で定められる。放射照度という用語で表される前記基準面での光強度(light intensity)は、前記レーザのパワーのこの数値が前記容器内に含まれる前記液状物質を重合することが可能であるか否かを判断するための関連値である瞬時露光（momentary exposure）の尺度である。
【００４１】
好ましい一実施形態において、本発明にかかる光造形機は、さらに、前記レーザ源ならびに連結配置された前記第１および第２の微小光電気機械システム（ＭＯＥＭＳ）を収容する密封収容器であって、前記照射光が当該収容器を出射することが可能であるように当該所定の照射光を透過する材料で実現された窓を有する、密封収容器を備える。
【００４２】
本願の出願人は、前記レーザ照射光、特に、クレームされている約４０５ｎｍ±１０ｎｍの波長のレーザ照射光が、前記ＭＯＥＭＳミラーに付着し得る「塵」や何らかの異物物質による問題を引き起こし得ることに気付いた。当該波長では、単に埃であり得るこれらの異物粒子又は物質が、前記ＭＯＥＭＳミラーの温度を少なくとも１つの当該ＭＯＥＭＳミラーの損傷が生じるまで上昇させ得る静電電荷の蓄積を引き起こす。この損傷は、少なくとも１つの前記ミラーの清掃により避けられることが可能であるが、前記ＭＯＥＭＳミラーの寸法及び技術的特性は、当該ＭＯＥＭＳミラーの単純で容易な清掃を可能にしない。よって本願の出願人は、前記レーザ源及び前記ＭＯＥＭＳミラーを取り囲む密封収容器であって、異物粒子が当該収容器の密封壁によって遮られて前記ミラーに誤って付着することができない、密封収容器を実現するのが好ましいことを見出した。
【００４３】
好ましくは、前記微小光電気機械システム（ＭＯＥＭＳ）のそれぞれの前記アクチュエータは、電磁又は静電型であり、かつ、前記論理制御ユニットにより発せられて角度方向位置を表す数値を有する制御信号の受取りに応答して、前記ミラーを前記軸心（Ｘ１，Ｘ２）回りに回転させて当該ミラーを前記角度方向位置に配置するように構成されている。
【００４４】
前記アクチュエータは、前記ミラーに指令して且つ当該ミラーが回転される必要のある角度を固定する。前述したように好ましくは、前記アクチュエータが電磁又は静電型である。
【００４５】
好ましくは、前記論理制御ユニットは、前記画像データに従って前記予め定められた部位に完全に行きわたる連続する軌道を前記基準面上の前記照射光の入射点が形成するように、前記第１および第２の両方の微小光電気機械システムの前記ミラーを動作させる構成とされている。
【００４６】
なお、３Ｄ物体の各層の前記ベクトルデータ画像は、閉じた境界によって画定される単一の部位により又は複数の分断された部位により形成され得る。この後者の場合、ある部位から別の分断された部位へと動く際に前記レーザがスイッチオフにされる。前記レーザは、前記樹脂が重合される必要のある箇所にのみパターンを描いた後、前記ベクトル画像のうちの重合される２つの分断された部位間を、スイッチオフにされた状態で前記位置決め速度で「ジャンプ」し得る。この過程は、前記画像のうちの重合されない部位を「掃引」する必要がないのでラスタ走査よりも高速である。
【００４７】
好ましくは、前記光学ユニットは、前記照射光を前記基準面に焦点を合わせるように構成された少なくとも１つのレンズを含む。
より好ましくは、前記少なくとも１つのレンズは、フラットフィールド走査レンズを含む。
フラットフィールド走査レンズは、偏光されたレーザビームの焦点面（focal plane）が平坦な面である特殊なレンズ系である。
【００４８】
好ましくは、前記液状物質が硬化性樹脂を含む。より好ましくは、この樹脂は、（メタ）アクリル化モノマー類および／またはオリゴマー類を含む。さらに好ましくは、このような樹脂は、さらに、光重合開始剤および／または着色剤および／または充填剤を含む。
【００４９】
これらの構成を有するこの硬化性樹脂は、クレームされている前述の波長範囲（例えば、約４０５ｎｍ±１０ｎｍ）で発振するレーザを用いて硬化される場合に極めて良好に作用する。
【００５０】
好ましくは、前記レーザ源は、当該レーザ源により発せられる前記予め定められた照射光のパワーを変化させるパワー制御部を含み、当該パワー制御部が前記論理制御ユニットに接続されており、当該論理制御ユニットは、前記基準面上の前記照射ビームの位置に応じて、発せられる前記パワーを変化させるように適している。
【００５１】
一般的には、前記基準面に所定の露光（すなわち、単位面積当たりのエネルギー）パターンを与えるのが望ましい。最も単純な場合、好適な露光パターンは、走査される前記画像を画定する境界内の露光が一定であり且つこれらの境界外の露光がゼロである。しかし実際の数多くの場合、好適な露光パターンは一様なパターンでない。例えば、露光される領域の境界での露光が、より大きく設定されるのがしばしば有益である。この目的のために、レーザパワー制御部により、最適な露光に出来る限り近い露光を実現するようにレーザパワーを調節するのが望ましい。
【００５２】
前記レーザパワー制御部は、前記基準面での前記レーザビームの放射照度を、約１０ｍＪ／ｃｍ２〜約２００ｍＪ／ｃｍ２で維持されるように制御する。その上、好ましくは、走査されるパターンの「中央」での前記レーザビームの放射照度は、当該パターンの境界と異なるものとされる。
【００５３】
好ましい一実施形態において、前記パワー制御部は、前記レーザ源により発せられる前記予め定められた照射光のビームの、当該照射光の進行方向と直交する平面に沿った断面で測定されるサイズを変化させるサイズ制御部を有する。
【００５４】
好ましくは、前記ビームサイズは、走査される前記画像のサイズ又は前記画像のうちの一部（例えば、前記画像は、ある方向の寸法が極めて小さい部分を含み得る）のサイズに応じて変化される。前記レーザビームのパワー及びサイズは共に制御され、パワーが大きくなれば前記ビームのサイズも大きくなる。極めて小さいサイズのレーザビームで前記画像全体を走査すると、必要な処理時間が長くなる。したがって、ビームサイズ制御部により前記ビームの寸法を変化させるのが好ましい。
【００５５】
前述した目的および利点は、後で強調説明するその他と共に、添付の図面を参照しながら行う、本発明を限定しない例である本発明の幾つかの好適な実施形態についての以下の説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に従って実現される光造形機を示す図である。
【図２】図１に示す光造形機の細部を示す図である。
【図３】図１の光造形機を示す他の図である。
【図４】本発明で使用されるＭＯＥＭＳミラーの、印加された電圧に対する応答（傾動角度）の線形部分を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
図１及び図３において全体に符号１が付された、本発明の主題である光造形機は、液状物質１５を固化するように適した予め定められた照射光３ａへの当該液状物質１５の選択的露光により得られる複数の層（図３に図示）が互いに積み重ねられる過程により、三次元物体１６を生成することを可能にする。
【００５８】
好ましくは、前記液状物質１５は感光性液状樹脂である。好ましくは、この樹脂は、ＵＶ範囲の照射光を用いて硬化可能である高分子樹脂である。好ましくは、前記樹脂は、（メタ）アクリレートモノマー類および／またはオリゴマー類を含み、さらに、少なくとも１種の光重合開始剤および／または少なくとも１種の着色剤を含み且つ場合によっては少なくとも１種のフィラーを含む。
【００５９】
前記液状物質を露光する前記照射光は、レーザ源３により発せられる。好ましくは、レーザ源３は、紫色波長の波長範囲（例えば、４０５ｎｍ±１０ｎｍ）の照射光を発する。上記の樹脂は、所与の放射照度のレーザビームが当該樹脂に入射すると硬化される。好ましくは、物質又は樹脂１５の硬化は、約１０ｍＪ／ｃｍ２〜約２００ｍＪ／ｃｍ２の放射照度で起こる。
【００６０】
光造形機１は、前記液状物質１５の容器２と、形成中の物体１６を支持するように適しており且つ垂直方向の移動軸心Ｚに従って移動するように、モータ駆動される造形プレート１７とを備える。
【００６１】
機械１は、さらに、レーザ源３により発せられた照射光３ａを、容器２内で液状物質１５が占める体積空間の高さに位置した基準面５のうちの任意の点に向かって導く（前記レーザビームを導く）ように適したベクトル走査光学ユニット(vector scanning optical unit)４を備える。
好ましくは、前記基準面５は平面を形成しており、かつ、容器２の底２ａに隣接するように位置している。
【００６２】
この場合、ベクトル走査光学ユニット４は、予め定められた照射光３ａを下のほうから上へと、前記底２ａに入射するように導く構成とされている。また、好ましくは、前記底２ａは、照射光３ａが当該底の近傍に位置した液状物質１５に当たって当該液状物質１５を固化することが可能であるように当該照射光３ａを透過する。本発明のこの実施形態によれば、図１から見て取れるように造形プレート１７の下に三次元物体１６が形成される。
本発明の一変形例（図３を参照）では、光学ユニット４が、照射光３ａを上のほうから下へと、容器２内に存在する液状物質１５の自由面へと導くように構成されている。この場合、造形プレート１７の上に前記物体が形成される。
【００６３】
操作において、機械１は、物体（特には、３Ｄ物体）を形成するように、前記樹脂のコーティング（層）の形成および当該層のうちの特定の部分における固化を行う。この過程は、プラットフォーム１７が前記樹脂の上面から一つの層ぶんの厚さ下に浸漬された状態から始まるものと考えられ得る。そして、前記源３により発せられる前記レーザビームにより、樹脂の前記コーティング層が所定のパターンに従って重合される。この最初の層は、形成される３Ｄ物体のうちの最初の断面に相当する。この第１の層での所望のパターンの最初の形成後、プラットフォーム１７がＺ軸に沿って移動させられて新たな量の層厚の樹脂が形成される。この新たな層の形成後、異なるパターンに従って新たな露光が行われて、これが続いていく。
【００６４】
前記レーザ源により発せられるレーザビーム３ａの位置は、制御回路６により決定される。制御回路６は、例えば、ターゲット面又は基準面５に入射するレーザビーム３ａの方向を制御するために設けられているベクトル走査光学ユニット４を制御するコンピュータであり得る。本発明のこの好適な実施形態における制御ユニット６は、走査光学系４の制御用のマイクロプロセッサを含み、さらには、生成中の３Ｄ物体の寸法を規定するようにスライス単位（slice by slice form）でデータベースを記憶するシステムを含む。このデータベースは、相異なる断面又は層において形成されるパターン又はイメージが記憶されたイメージファイル（例えば、ＣＡＤプログラムで形成されたファイル等）を含む。本発明のこの好適な実施形態では、一般的なパーソナルコンピュータワークステーション（例えば、パーソナルコンピュータ等）が、制御ユニット６としての使用に適している。制御ユニット６は、３Ｄ物体のうちの現在の層において生成される断面に従ってレーザビーム３ａを光学ユニット４によりターゲット面５に向けるための信号を生成する。
好ましくは、制御ユニット６は、当該制御ユニット６で動作するソフトウェアによって動作され且つ例えばＺ方向におけるプラットフォーム１７の移動を制御し得る。
【００６５】
また、制御ユニット６は、オンのときのレーザ源３ａにより供給される所望のレベルのパワー（特には、前記面５に含まれる前記樹脂を硬化するための当該面５への所望の放射照度）を示す信号を、レーザパワー制御システム１５０に対して生成する。また、好ましくは、制御ユニット６は、さらに、３Ｄ物体のうちの樹脂の現在の層についてのスライスのデータベース表現に従ってレーザ源３がオン又はオフされる時間を示す信号を生成する。本発明の好適な実施形態における制御ユニット６は、レーザパワー制御システム１５０を、供給される瞬時パワーに対応する時変信号（time-varying signal）をレーザ３に対して生成するように制御する。この制御は、アナログ制御であるか又はパルス幅変調制御(Pulse-Width-Modulation)によるものであり得る。本発明の好適な実施形態における走査光学系４及びレーザパワー制御システム１５０は、前記レーザビームのベクトル走査およびレーザ源３のパワーを、レーザエネルギーへの前記樹脂の所望の露光を実現するように制御する。
【００６６】
レーザパワー制御システム１５０は、さらに、レーザ源３により発せられるレーザビーム３ａのサイズを制御する。好ましくは、レーザパワーとレーザビームサイズとは互いに独立して制御されるのではなく、すなわち、レーザビームのパワーは当該レーザビームのサイズにも（好ましくは、比例的に）影響する。
【００６７】
本発明では、ベクトル走査光学ユニット４が、集積回路技術の分野において頭字語「ＭＯＥＭＳ」で知られている第１および第２の微小光電気機械システム７，８を含む。既知のとおりＭＯＥＭＳデバイスは、マイクロエレクトロニクスにおいて集積回路の作製で使用されるものと同じ技術を用いて（例えば、固体析出(solid deposition)、フォトリソグラフィ、エングレービング(engraving)等により)作製される。
【００６８】
図２に想定可能な一実施形態が本発明を限定しない例として概略的に示されている前記第１および第２の微小光電気機械システム７，８のそれぞれは、関着手段１１を介して支持構造１０に連結されたマイクロミラー９（好ましくは、反射ミラー）を有する。関着手段１１は、それぞれの微小光電気機械システム７，８ごとに、前記構造１０に対するミラー９の回転軸心Ｘ１，Ｘ２（例えば、直交する軸心Ｘ，Ｙ）を規定するように構成されている。
【００６９】
図１から見て取れるように、２つの前記微小光電気機械システム７，８は、レーザ源３から出射した照射光３ａが第１の微小光電気機械システム７のミラー９と第２の微小光電気機械システム８のミラー９とに順次入射するように交互に連結して配置されている。
【００７０】
本発明では、２つの微小光電気機械システム７，８が、第２の微小光電気機械システム８から出射した照射光３ａが各々の軸心Ｘ１，Ｘ２回りの双方のミラー９の回転の対応する組合せにより前記基準面５のうちの各点に向かって導かれることが可能であるように、レーザ源３および容器２に対して配置されている。
具体的に述べると、２つの微小光電気機械システム７，８は、前記源３と基準面５との間に配置されており、好ましくは、２つの回転軸心Ｘ１，Ｘ２が互いに直交するように前記源３と基準面５との間に配置されている。
【００７１】
２つの前記微小光電気機械システム７，８のそれぞれは、さらに、ミラー９を自身の軸心Ｘ１，Ｘ２回りに、他方の微小光電気機械システム７，８のミラー９の動作とは独立して動作させるように適した周知の種類のアクチュエータ１２を有する。好ましくは、前記アクチュエータ１２は、電磁又は静電型である。
【００７２】
具体的に述べると、アクチュエータ１２は、ミラー９が準静的に傾動されなければならない位置（すなわち、角度）を設定するように制御ユニット６により制御される。また、アクチュエータ１２は、ミラー９の各々の回転軸心Ｘ１，Ｘ２回りに当該ミラー９へと印加される動作又は角度方向速度が、前記データベースに記憶されて前記レーザビームにより実現されるパターンのデータ（例えば、前記ベクトルデータファイル等）に従って決まるように制御ユニット６により制御される。ミラー９が動作するように指令されるこの角度方向速度は、前記ベクトル走査時の前記面５上での前記レーザビームの速度が約０．５ｍ／秒〜約３ｍ／秒、好ましくは約１．５ｍ／秒〜約２．５ｍ／秒となるように設定される。また、アクチュエータ１２は、ミラー９を、当該ミラー９の各々の動作が当該ミラーの動作空間（working space）の線形領域（linear region）で実行されるように制御する。図４に示すように、電圧信号に曝されるとそれぞれのミラー９は、そのような電圧信号の数値（大きさ）に応じて自身の回転軸心Ｘ１，Ｘ２に対して傾動する。すなわち、その傾動振幅は、指令信号の電圧振幅に線形的に依存する。準静的領域で動作するには、前記アクチュエータが前記ミラーへと、電圧振幅と当該ミラーが傾動する角度との間に線形的な対応関係が存在する動作空間内で当該ミラーが動作するように信号を送信する。
【００７３】
前記微小光電気機械システム７，８のそれぞれのミラー９を動作させるアクチュエータ１２に関して言えば、当該アクチュエータ１２は、論理制御ユニット６により送信された、ミラー９が到達しなければならない角度方向位置を表す制御信号の数値に基づいて当該ミラー９を前記軸心Ｘ１，Ｘ２回りに回転させるように構成されている。
【００７４】
第１および第２のＭＯＥＭＳシステム７，８のそれぞれのミラー９は、当該ミラー９の各々の回転軸心Ｘ１，Ｘ２と直交する軸心に沿った寸法が約２ｍｍ〜約８ｍｍ、好ましくは約２．５〜約４．５ｍｍである。
【００７５】
好ましくは、それぞれの微小光電気機械システム７，８のうちのミラー９と支持構造１０とは、一体品として実現されており、かつ、当該支持構造１０に対する当該ミラー９の回転を可能にするように、前記関着手段１１に属する且つ前記回転軸心Ｘ１，Ｘ２に従って弾性的に変形するのに十分に肉薄である対応する連結領域１３によって互いに連結されている。
具体的に述べると、それぞれの前記連結領域１３は、ある度合いまで変形されることが可能なねじりばねとして動作し、その度合いは当該デバイスのパイロット電圧に依存する。
【００７６】
当然ながら、本発明の変形例における微小光電気機械システム７，８は、それぞれの当該微小光電気機械システム７，８の対応するミラー９が支持構造１０に対して軸心回りに回転することが可能なものである限り、どのような形状で作製されてもよい。具体的に述べると、論理制御ユニット６は、２つの微小光電気機械システム７，８の双方のミラー９を動作させることによってレーザ照射光３ａが、前記データベースの前記ベクトルデータに従って、少なくとも１つの連続する軌道に沿って形成される物体１６の層に対応する予め定められた部位内に収まるように構成されている。
【００７７】
制御ユニット６は、アクチュエータ１２にミラー９を準静的に動作させるように指令する。すなわち、前記ベクトル走査ユニットは前記ミラーを、前記レーザビームが前記面５において「ベクトル」経路を実行するように且つ送信された信号と当該ミラーが位置決めされる角度との間の関係が実質上線形であるように動作させる。
好ましくは（ただし必須ではない）、この動きは、前記面５のうちの前記予め定められた部位全体に行きわたる単一の連続する軌道に従って行われる。
【００７８】
レーザ源３がスイッチオンにされて、前記ベクトルデータ画像ファイルに従って重合されるパターン（又は少なくとも１つの画像）の境界内のみで前記面５を照射する。レーザビーム３ａは、前記面５上を「ベクトル」（すなわち、軌道）に従って動く。レーザ源３は、重合される樹脂の部位（すなわち、前記面５のうちの固化される部分の境界内に含まれる樹脂）にそのような軌道が合致するときにのみオンにされる。重合されるこれらの領域又は部分の外部では、前記レーザがスイッチオフにされる。すなわち、前記レーザが再位置決めされなければならず且つこの再位置決め時に前記面５のうちの重合されない領域を前記レーザビームが掃引する（sweep）場合には、当該レーザがスイッチオフにされるのが好ましい。
【００７９】
重合される部分又は部位の境界内では、レーザ源３のパワーが前記ベクトルデータ画像に従って増加される。一般的に、パワーのこのような増加は、前記レーザビームの寸法の増加、すなわち、前記レーザビームの進行方向と直交する平面に沿った断面の寸法の増加を意味する。
【００８０】
レーザビームサイズのこのような増加は、対象の層において重合される部分の境界内の全ての領域に前記予め定められたレーザ照射光３ａを行きわたらせるのに必要な前記レーザビームの「掃引」経路（sweeping path）又は軌道(trajectory)の数が少なくなることを意味する。また、好ましくは、前記画像データにより定まる重合される部分の外部境界に前記レーザビームが近付くと、前記面５上での前記レーザビームのベロシテイ又はスピードが所望の走査速度（マーキング速度）である約０．５ｍ／秒〜約３ｍ／秒の選択された速度は維持されたままレーザ源３のパワーは減少される。これにより、重合される前記画像の境界ではレーザビームサイズも減少されて、より正確な重合が実行されることが可能である。
【００８１】
前記レーザビームの速度(velocity)は、前記レーザが再位置決めされるときにのみ、すなわち、例えば前記面５において重合される前記画像が当該面５上のレーザビーム３ａの連続する線又は軌道で繋がれることのできない分断された部分又は部位を含むものである等の理由から当該面５のうちの相異なる領域が重合される必要がある場合にのみ、前記マーキング速度から変更される。
【００８２】
前記レーザを再位置決めする速度は、約８ｍ／秒〜約１０ｍ／秒の速度に等しい。すなわち、この速度は、前記レーザビームが未だスイッチオンのままで基準面５上の当該ビームのスポットの速度が計算されるかの如く算出されている。しかし実際には、レーザ再位置決めの際の前記レーザ源はスイッチオフにされている。
【００８３】
好ましくは、前記面５上での前記レーザビームのサイズは１５μｍ〜３００μｍである。好ましくは、前述したそれぞれの微小光電気機械システム７，８は、機械１への電気的接続用のピンが設けられた集積回路に属し、かつ、当該ピンを収容するように構成されており且つ当該集積回路が機械１に機械的に固定されることを可能にするようにも適している対応するコネクタ又はソケットが、当該機械１に設けられている。
好ましくは、前記コネクタ又はソケットは、挿入力の低いタイプのものである。
【００８４】
本発明の変形例では、微小光電気機械システム７，８が支持電子回路に直接溶着されてもよく、前記コネクタ又は前記ソケットの使用を不要にする。
【００８５】
図面に図示しない一変形例では、両方の微小光電気機械システム７，８が単一の密封収容器（hermetically-sealed container）内に配置されており、当該密封収容器は、当該微小光電気機械システム７，８により反射された前記予め定められた照射光３ａが当該収容器外に出射することを可能にするように配置された透光窓を有する。
有利なことに、前記密封収容器は、光学ユニット４の寿命の大幅な増加につながる。
【００８６】
事実、本願の出願人は、前記予め定められたレーザ照射光３ａが周囲の埃を当該照射光が入射した表面上に付着させることに気付いた。この作用は、予め定められた照射光３ａが、本発明にかかる光造形機で使用される紫範囲の約４０５ｎｍ±１０ｎｍの周波数を有するレーザビームである場合に極めて顕著である。
【００８７】
上記の作用は、微小光電気機械システム７，８の極めて小さい表面にとって極めて有害であり、当該極めて小さい表面が埃で素早く覆われることによって前記微小光電気機械システム７，８の反射効果の低下を引き起こす。微小光電気機械システム７，８は極めて脆弱であり当該微小光電気機械システム７，８を清掃することは不可能なので、上記の作用は前記予め定められた照射光３ａのパワーを増加させることによって相殺される必要があるが、これは微小光電気機械システム７，８の加熱の増大を招くことから当該微小光電気機械システム７，８の劣化を加速させる。
【００８８】
前記密封収容器は、上記の作用を防止する。具体的に述べると、前記透光窓はより簡単に清掃されることが可能なので、上記の欠点を防ぐ。
また、有利なことに、前記密封収容器は、２つの微小光電気機械システム７，８を単一の集積回路に組み込むことを可能にする。好ましくは、当該単一の集積回路は、共通の支持構造１０を有する。
【００８９】
光学ユニット４に関して言えば、好ましくは、当該光学ユニット４は、照射光３ａを基準面５へと焦点を合わせるように構成された少なくとも１つのレンズ１４を含む。
好ましくは、前記レンズ１４は、照射光３ａを平坦な基準面５へと焦点を合わせるいわゆる「フラットフィールド」タイプのものである。このようなレンズ１４は、Ｆシータレンズ又は同様の光学部品を含み得る。
【００９０】
事実、微小光電気機械システム７，８は、光造形機１において、ミラー９が互いに且つレーザ源３により生成される照射光３ａと整列するように配置されている。
好ましくは、前記源３の及び２つの微小光電気機械システム７，８の位置は、ミラー９が回転のない状態であるとき、すなわち、いずれの当該微小光電気機械システム７，８の前記連結領域１３もねじりに曝されていないときに照射光３ａが基準面５の中央点に向かって反射される位置とされる。
以下に本発明の実施の態様を示す。
[態様１]
・予め定められた照射光（３ａ）の露光により固化されるに適した液状物質（１５）の容器（２）と、
・前記予め定められた照射光（３ａ）のビームを発するに適したレーザ源（３）と、
・前記容器（２）内に位置する基準面（５）のベクトル走査を所望のベクトルデータ画像に従って前記予め定められた照射光により実行するように構成されたベクトル走査光学ユニット（４）と、
・前記基準面で走査される画像を表す前記ベクトルデータ画像を記憶するメモリと、
・前記ベクトルデータ画像に従って前記基準面（５）のうちの予め定められた部位を前記照射光（３ａ）露光するように、前記ベクトル走査光学ユニット（４）および／または前記レーザ源（３）を制御する構成とされた論理制御ユニット（６）と、
を備え、前記ベクトル走査光学ユニット（４）は、前記予め定められた照射光の進行経路に対して互いに連結配置された第１および第２の微小光電気機械システム（ＭＯＥＭＳ）（７，８）を含み、それぞれの微小光電気機械システム（ＭＯＥＭＳ）が、
・約２ｍｍ〜約８ｍｍの径を有するミラー（９）であって、当該ミラー（９）の回転軸心（Ｘ１，Ｘ２）を規定するように構成された関着手段（１１）を介して支持構造（１０）に連結されたミラー（９）、および
・前記ミラー（９）を前記回転軸心（Ｘ１，Ｘ２）回りに、前記レーザ源（３）が前記ベクトル走査時に前記予め定められた照射光（３ａ）を発しているときの前記基準面（５）上でのレーザビームの対応するマーキング速度が約０．５ｍ／秒〜約３ｍ／秒となる角度方向速度で準静的に動作させるように適したアクチュエータ（１２）、を有し、
・前記第１のＭＯＥＭＳシステム（７）の前記ミラー（９）の前記回転軸心（Ｘ１）が前記第２のＭＯＥＭＳシステム（８）の前記ミラー（９）の前記回転軸心（Ｘ２）に入射する、光造形機（１）。
[態様２]
態様１に記載の光造形機（１）において、前記アクチュエータ（１２）が、前記第１および第２の微小光電気機械システム（ＭＯＥＭＳ）（７，８）の前記ミラー（９）を、前記回転軸心（Ｘ１，Ｘ２）回りに動作させる角速度は、前記レーザ源（３）が前記画像の前記走査のために位置を変更するのに前記予め定められた照射光（３ａ）を発していないときの前記基準面（５）上での前記レーザビームの対応する位置決め速度が約８ｍ／秒〜約１０ｍ／秒となるように、構成されている、光造形機（１）。
[態様３]
態様１または２に記載の光造形機（１）において、前記第１および第２の微小光電気機械システム（ＭＯＥＭＳ）（７，８）の２つの前記回転軸心（Ｘ１，Ｘ２）が相互に直交する、光造形機（１）。
[態様４]
態様１から３のいずれか一項に記載の光造形機（１）において、前記レーザ源（３）が、前記予め定められた照射光（３ａ）を約４０５ｎｍ±１０ｎｍの波長で発するように構成されている、光造形機（１）。
[態様５]
態様１から４のいずれか一項に記載の光造形機（１）において、前記レーザ源（３）が、前記基準面（５）での放射照度が約１０ｍＪ／ｃｍ２〜約２００ｍＪ／ｃｍ２である前記予め定められた照射光（３ａ）を発するように構成されている、光造形機（１）。
[態様６]
態様１から５のいずれか一項に記載の光造形機（１）において、さらに、
前記レーザ源（３）ならびに連結して配置された前記第１および第２の微小光電気機械システム（ＭＯＥＭＳ）（７，８）を収容する密封収容器であって、前記照射光が当該収容器を出射することが可能であるように当該予め定められた照射光（３ａ）を透過する材料で実現された窓を有する、密封収容器、を備える、光造形機（１）。
[態様７]
態様１から６のいずれか一項に記載の光造形機（１）において、前記第１および第２の微小光電気機械システム（ＭＯＥＭＳ）（７，８）のそれぞれの前記アクチュエータ（１２）が、電磁又は静電型であり、かつ、前記論理制御ユニット（６）により発せられて角度方向位置を表す数値を有する制御信号の受取りに応答して、前記ミラー（９）を前記軸心（Ｘ１，Ｘ２）回りに回転させて当該ミラー（９）を前記角度方向位置に配置するように構成されている、光造形機（１）。
[態様８]
態様１から７のいずれか一項に記載の光造形機（１）において、前記論理制御ユニット（６）は、画像データに従って前記予め定められた部位を完全にカバーする連続する軌道を前記基準面（５）上の前記照射光（３ａ）の入射点が形成するように、前記第１および第２の前記微小光電気機械システム（ＭＯＥＭＳ）（７，８）の前記ミラー（９）を動作させる構成とされている、光造形機（１）。
[態様９]
態様１から８のいずれか一項に記載の光造形機（１）において、前記ベクトル走査光学ユニット（４）が、前記予め定められた照射光（３ａ）を前記基準面（５）に焦点を合わせるように構成された少なくとも１つのレンズ（１４）を含む、光造形機（１）。
[態様１０]
態様９に記載の光造形機（１）において、前記少なくとも１つのレンズ（１４）が、フラットフィールド走査レンズを含む、光造形機（１）。
[態様１１]
態様１から１０のいずれか一項に記載の光造形機（１）において、前記液状物質（１５）が硬化性樹脂を含む、光造形機（１）。
[態様１２]
態様１から１１のいずれか一項に記載の光造形機（１）において、前記第１および第２の微小光電気機械システム（ＭＯＥＭＳ）（７，８）が、共通の集積回路に属する、光造形機（１）。
[態様１３]
態様１から１２のいずれか一項に記載の光造形機（１）において、前記レーザ源（３）が、当該レーザ源（３）により発せられる前記予め定められた照射光（３ａ）のパワーを変化させるパワー制御部（１５０）を含み、当該パワー制御部（１５０）が前記ロジック
制御ユニット（６）に接続されており、当該ロジック制御ユニット（６）は、前記基準面（５）上の照射ビームの位置に応じて前記予め定められた照射光（３ａ）の発せられる前記パワーを変化させるように適している、光造形機（１）。
[態様１４]
態様１３に記載の光造形機（１）において、前記レーザ源パワー制御部（１５０）が、前記レーザ源（３）により発せられる前記予め定められた照射光（３ａ）の前記レーザビームの、当該照射光の進行方向と直交する平面に沿った断面で測定されるサイズを変化させるサイズ制御部を有する、光造形機（１）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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