(57)【要約】【課題】本発明は、所定の数の個別の画素（ピクセル）を備えるイメージングユニットを用いたエネルギー入力により、電磁放射作用の下で固化可能な材料を固化することによって３次元物体を生成するための方法を提供すること。【解決手段】この方法は、ビットマップマスクを使用する露光で固化を実施することを含む。ビットマップマスクは、生成される３次元物体の少なくとも一部の３次元モデルを完全にまたは部分的に囲む３次元ボリュームの重複分析によって提供されるビットマップデータのスタック又は重複情報を備える２次元データセットから形成され得る。固化は、「進行中に」生成されたビットマップマスクを使用する露光を用いて実施され得る。本発明は、本発明を実施しまたは実行するのに有用な装置、ならびにコンピュータおよびデータキャリアをも対象とする。【選択図】  図７Ａ
2008027438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の数の個別の画素（ピクセル）を備えるイメージングユニットを用いたエネルギー入力により、電磁放射作用の下で固化可能な材料を固化することによって３次元物体を生成するための方法であって、
ａ）生成される前記３次元物体の少なくとも一部の３次元モデルを完全にまたは部分的に囲む３次元ボリュームからのビットマップデータのスタックを提供する、ビットマップデータスタック提供ステップと、
ｂ）前記ステップａ）で提供された前記ビットマップデータのスタックから形成されたビットマップマスクを使用する露光で固化を実施する、ビットマップデータスタック使用固化ステップと、
を含み、
前記ステップａ）において、前記ビットマップデータのスタックの生成が、
前記３次元モデルを完全にまたは部分的に囲む前記３次元ボリューム上にグリッドラスタを重ね合わせる、グリッドラスタ重ね合わせ工程と、
前記３次元モデルとの重複があるかどうか判断する、重複判断工程と、
重複があると判断された場合は、ビットマップデータをエネルギー出力状態に設定し、または重複がないと判断された場合は、ビットマップデータをエネルギー非出力状態に設定する、ビットマップデータ設定工程と、
を含むプロセスによってなされている、方法。
【請求項２】
重複が、前記グリッドラスタから前記３次元ボリュームを通してそれぞれ投影された線または領域内で判断される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記グリッドラスタが、前記３次元ボリューム上に重ね合わされるボクセルグリッドラスタであり、重複が、前記ボクセルグリッドラスタのボクセルと前記３次元モデルとの間で判断される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記提供されたビットマップデータのスタックが、ＸＹ平面についての複数のビットマップのスタックを含み、
Ｚ方向のピクセルを表すビットマップのラスタ点が、Ｚ次元の前記対応するグリッドラスタから前記３次元モデルまでそれぞれ投影された線または領域の出口点と入口点または入口領域との間の範囲でエネルギー出力状態に設定される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ステップａ）で提供されたビットマップスタックが、互いに異なるビットマップだけを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
グリッドラスタを前記３次元ボリューム上に重ね合わせるとき、それぞれのグリッドラスタユニットが、投影された複数の線を備え、
前記投影されたそれぞれの線内の前記判断された重複が互いに異なるとき、濃淡値および／またはカラー値が、ビットマップのサブピクセル、ピクセルまたは複数のピクセルを表すラスタ要素に対応するように割り当てられる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
重複があるかどうかの判断が、重複の度合いの判断を含み、
その結果、生成されたビットマップマスク内のピクセルが、前記重複度合いに応じたエネルギー出力の比率に具体的に設定される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
所定の数の個別の画素（ピクセル）を備えるイメージングユニットを用いたエネルギー入力により、電磁放射作用の下で固化可能な材料を固化することによって３次元物体を生成するための方法であって、
ａ’）生成される前記３次元物体の少なくとも一部の３次元モデルを完全にまたは部分的に囲む３次元ボリュームからの２次元データセットを提供する、２次元データセット提供ステップと、
ｂ’）前記ステップａ’）で提供された前記２次元データセットを使用して生成されたビットマップマスクを使用する露光で固化を実施する、２次元データセット使用固化ステップと、
を含み、
前記ステップａ’）において、前記２次元データセットの生成が、
前記３次元モデルを完全にまたは部分的に囲む前記３次元ボリューム上にグリッドラスタを重ね合わせる、グリッドラスタ重ね合わせ工程と、
前記３次元モデルとの重複があるかどうか判断する、重複判断工程と、
３次元モデルの外部から内部への遷移によって定義された第１のタイプとしての入口情報と、３次元モデルの内部から外部への遷移によって定義された第２のタイプとしての出口情報と、を含む異なるタイプの遷移情報に重複情報を変換する、重複情報遷移情報変換工程と、
前記遷移情報を２次元データセット内に保存する、遷移情報保存工程と、
を含むプロセスによってなされている、方法。
【請求項９】
前記２次元データセット内の遷移情報についての保存されたデータが、イメージングユニットを備える３次元物体を生成する装置に送信され、
前記ステップｂ’）の固化を実施するときに、１つまたは複数のビットマップマスクが、前記ステップａ’）で提供された前記遷移情報を使用して「進行中に」生成される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ステップａ’）で提供された前記２次元データセットが、ビットマップスタックを生成するため、またはビットマップマスクを直接生成するために使用され、
前記ビットマップスタックまたはビットマップマスクが、互いに異なるビットマップだけを備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
グリッドラスタを前記３次元ボリューム上に重ね合わせるとき、それぞれのグリッドラスタユニットが、投影された複数の線を備え、
前記投影されたそれぞれの線内の前記判断された重複が互いに異なるとき、濃淡値および／またはカラー値が、ビットマップのサブピクセル、ピクセルまたは複数のピクセルを表すラスタ要素に対応するように割り当てられる、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
重複があるかどうかの判断が、重複の度合いの判断を含み、
その結果、生成されたビットマップマスク内のピクセルが、前記重複度合いに応じたエネルギー出力の比率に具体的に設定される、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
所定の数の個別の画素（ピクセル）を備えるイメージングユニットを用いたエネルギー入力により、電磁放射作用の下で固化可能な材料を固化することによって３次元物体を生成する装置であって、
生成される前記物体の３次元モデルの少なくとも一部を含む３次元ボリュームから変換されたビットマップデータのスタックを実行するようにそれぞれ構成されたコンピュータユニット、ＩＣおよび／またはソフトウェア実装を備え、
前記スタックの各ビットマップデータが、前記３次元モデルの内部の位置に対応するピクセルがエネルギー出力状態に設定され、前記３次元モデルの外部の位置に対応するピクセルがエネルギー非出力状態に設定されるように、エネルギー出力レベルについての情報を備える装置。
【請求項１４】
ピクセルのエネルギー出力レベルが、前記３次元モデルを完全にまたは部分的に囲む３次元ボリュームと前記３次元モデルに重ね合わさるグリッドラスタ投影との間の重複によって、前記３次元モデルの内部または外側にあるかあるいはそれぞれ入口情報および出口情報に対応する点の間にあると判断される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
ピクセルのエネルギー出力レベルが、グリッドラスタから、前記３次元モデルを含む前記３次元ボリュームを通してそれぞれ投影された線または領域と前記３次元モデルとの間の重複によって判断される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
ピクセルのエネルギー出力レベルが、前記３次元モデルを含む前記３次元ボリュームに重ね合わさるボクセルグリッドラスタと前記３次元モデルとの間の重複によって判断される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
前記イメージングユニットが、特定の濃淡値および／またはカラー値により前記エネルギー出力レベルを調整および／または制御することよって制御可能である、請求項１３に記載の装置。
【請求項１８】
所定の数の個別の画素（ピクセル）を備えるイメージングユニットを用いたエネルギー入力により、電磁放射作用の下で固化可能な材料を固化することによって３次元物体を生成する装置であって、
遷移情報の２次元データセットから変換されたビットマップデータを実行するようにそれぞれ構成されたコンピュータユニット、ＩＣおよび／またはソフトウェア実装を備え、
前記遷移情報が、３次元モデルの外部から内部への遷移によって定義された第１のタイプとしての入口情報と、３次元モデルの内部から外部への遷移によって定義された第２のタイプとしての出口情報とを含み、
前記モデルが、生成される前記３次元物体の少なくとも一部に対応する装置。
【請求項１９】
ビットマップデータスタックを格納するコンピュータであって、
前記ビットマップスタックの各ビットマップデータが、ビットマップのラスタライズに対応する所定の数の個別の画素（ピクセル）を備えるイメージングユニットの制御のためのエネルギー出力レベルについての情報を備えるコンピュータ。
【請求項２０】
エネルギー出力レベルについての前記情報が、３次元モデルの少なくとも一部を完全にまたは部分的に含む３次元ボリュームにそれぞれ重ね合わさる投影されたグリッドラスタまたはボクセルグリッドラスタと前記３次元モデルとの間の重複によって判断され、
前記３次元モデルが、前記イメージングユニットによって生成される３次元物体の３Ｄデータで構成される、請求項１９に記載のコンピュータ。
【請求項２１】
３次元モデルの外部から内部への遷移によって定義された第１のタイプとしての入口情報と、３次元モデルの内部から外部への遷移によって定義された第２のタイプとしての出口情報とを含む遷移情報を備える２次元データセットを格納するコンピュータであって、
前記モデルが、前記格納された２次元データセットに基づいて生成される３次元物体の少なくとも一部に対応するコンピュータ。
【請求項２２】
前記２次元データセットが、
前記３次元モデルを完全にまたは部分的に含む３次元ボリューム上に重ね合わされたラスタグリッドのＸＹ点についての情報と、
ＸＹのそれぞれのラスタグリッド要素についての準Ｚ次元情報としての入口情報および出口情報と、
を備える情報を準２．５次元形式で格納する、請求項２１に記載のコンピュータ。
【請求項２３】
前記２次元データセットが、３次元物体を生成する装置のイメージングユニットのビットマップマスクをそれぞれ制御するために、少なくとも１つのビットマップを進行中に生成するように構成されるか或いはビットマップスタックを生成するように構成される、請求項２１に記載のコンピュータ。
【請求項２４】
ビットマップデータスタックを格納するデータキャリアであって、
前記ビットマップスタックの各ビットマップデータが、ビットマップのラスタライズに対応する所定の数の個別の画素（ピクセル）を備えるイメージングユニットを制御するためのエネルギー出力レベルについての情報を備えるデータキャリア。
【請求項２５】
エネルギー出力レベルについての前記情報が、３次元モデルの少なくとも一部を完全にまたは部分的に含む前記３次元ボリュームにそれぞれ重ね合わさる投影されたグリッドラスタまたはボクセルグリッドラスタと前記３次元モデルとの間の重複によって判断され、
前記３次元モデルが、前記イメージングユニットによって生成される３次元物体の３Ｄデータで構成される、請求項２４に記載のデータキャリア。
【請求項２６】
３次元モデルの外部から内部への遷移によって定義された第１のタイプとしての入口情報と、３次元モデルの内部から外部への遷移によって定義された第２のタイプとしての出口情報とを含む遷移情報を備える２次元データセットを格納するデータキャリアであって、
前記モデルが、前記格納された２次元データセットに基づいて生成される３次元物体の少なくとも一部に対応するデータキャリア。
【請求項２７】
前記２次元データセットが、
前記３次元モデルを完全にまたは部分的に含む３次元ボリューム上に重ね合わされたラスタグリッドのＸＹ点についての情報と、
ＸＹのそれぞれのラスタグリッド要素についての準Ｚ次元情報としての入口情報および出口情報と、
を備える情報を準２．５次元形式で格納する、請求項２６に記載のデータキャリア。
【請求項２８】
前記２次元データセットが、３次元物体を生成する装置のイメージングユニットのビットマップマスクをそれぞれ制御するために少なくとも１つのビットマップを進行中に生成するように構成されるか或いはビットマップスタックを生成するように構成される、請求項２６に記載のデータキャリア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の数の個別の画素（ピクセル）を備えるイメージングユニットを用いたエネルギー入力により、電磁放射作用の下で固化可能な材料を固化することによって３次元物体を生成するための方法および装置に関する。本発明は、詳細には、ラスタ（ビットマップ）マスクを用いた露光に基づいて３次元物体が生成される装置および方法に関する。一般に、マスクの最小の物理解像度は、ピクセルのサイズによって与えられる。この装置のイメージングユニットに適用され得る特定の技術は、空間光変調器（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）技術である。
【背景技術】
【０００２】
光造形法のおよびラピッドプロトタイピング装置の従来分野では、３次元物体は、電磁放射作用の下で固化可能な材料の層単位の固化、一般にはフォトポリマーの光硬化によって構築される。所定の数の個別要素（ピクセル）を備えるイメージングユニットを用いた露光によって３次元物体を層単位に構成するための方法および装置がある。例えば米国特許第５２４７１８０号明細書、米国特許第５９８０８１３号明細書、独国実用新案登録第９３  １９  ４０５．５号明細書、独国実用新案登録第２９９  １１  １２２号明細書、欧州特許出願公開第１  ２５０  ９９５号明細書、欧州特許出願公開第１  ３３８  ８４６号明細書、国際公開第０１／００３９０号パンフレットおよび国際公開第２００５／１１０７２２号パンフレットを参照することができる。
【０００３】
光重合用のレーザベースのシステムでは、露光点内のエネルギーまたは光出力は、レーザービームのエネルギー設定によって提供される。対応する層を選択的に硬化させるために、レーザービームは、それに応じて硬化される断面上で走査される。硬化される断面の輪郭は、レーザービームによって、曲線として走査されることができる。
【０００４】
３次元物体の層単位の構築は、３次元物体に対応する３次元（３Ｄ：ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）モデルの断面に対応する断面領域内の固化によって行われる。したがって、硬化される断面領域は、ＸＹ構築面内にあり、それぞれの層は、Ｚ次元（Ｚ方向）の所望の層の厚さに硬化される。この構築方法の実行では、プロセスは、３Ｄモデルデータ（ＳＴＬ）を、露光される断面領域に対応するスライスされた２次元（２Ｄ：ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）データ群にスライスするステップを含む。この従来技術は、図１に概略的に示されている。
【０００５】
しかし、３Ｄモデルデータを、それぞれの断面領域に対応するスライスされた階層化２Ｄデータにする上述の従来技術の変換は複雑であり、大規模なアルゴリズムおよびコンピュータ処理を伴う。さらに、フォトポリマーの層単位の硬化の精度は、Ｚ高さによるスライスされた断面の等高線、スライスされた断面領域の輪郭線の設定、エネルギー（光出力）源および各制御要素の対応する調整など、複数の要因に依存する。
【発明の目的】
【０００６】
本発明の一目的は、物体情報を適切な構築情報へと比較的容易に変換することを伴う、あまり複雑でないシステムを提供することによって、３次元物体を生成するための方法および装置を改良することである。生成される３次元物体の表面構造で、比較的正確な構築を実現可能にすることがさらに望ましい。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、所定の数の個別のイメージング要素（ピクセル）を備えるイメージングユニットを用いたエネルギー入力により、電磁放射作用の下で固化可能な材料を固化することによって３次元物体を生成するための方法が提供される。この方法は、
ａ）生成される３次元物体の少なくとも一部の３次元モデルを完全にまたは部分的に囲む３次元ボリュームからのビットマップデータのスタックを提供する、ビットマップデータスタック提供ステップと、
ｂ）ステップａ）で提供されたビットマップデータのスタックから形成されたビットマップマスクを使用する露光で固化を実施する、ビットマップデータスタック使用固化ステップと、
を含んでおり、ステップａ）において、ビットマップデータのスタックの生成が、
・３次元モデルを完全にまたは部分的に囲む３次元ボリューム上にグリッドラスタを重ね合わせる、グリッドラスタ重ね合わせ工程と、
・３次元モデルとの重複があるかどうか判断する、重複判断工程と、
・重複があると判断された場合は、ビットマップデータをエネルギー出力状態に設定し、または重複がないと判断された場合は、ビットマップデータをエネルギー非出力状態に設定する、ビットマップデータ設定工程と、
を含むプロセスによってなされている。
【０００８】
本発明のこの第１の態様は、上述のビットマップスタックが既に提供されている場合に特に適している。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、所定の数の個別のイメージング要素（ピクセル）を備えるイメージングユニットを用いたエネルギー入力により、電磁放射作用の下で固化可能な材料を固化することによって３次元物体を生成するための方法が提供される。この方法は、
ａ’）生成される３次元物体の少なくとも一部の３次元モデルを完全にまたは部分的に囲む３次元ボリュームからの２次元データセットを提供する、２次元データセット提供ステップと、
ｂ’）ステップａ’）で提供された２次元データセットを使用して生成されたビットマップマスクを使用する露光で固化を実施する、２次元データセット使用固化ステップと，
を含んでおり、ステップａ’）において、２次元データセットの生成が、
・３次元モデルを完全にまたは部分的に囲む３次元ボリューム上にグリッドラスタを重ね合わせる、グリッドラスタ重ね合わせ工程と、
・３次元モデルとの重複があるかどうか判断する、重複判断工程と、
・３次元モデルの外部から内部への遷移によって定義された第１のタイプとしての入口情報と、３次元モデルの内部から外部への遷移によって定義された第２のタイプとしての出口情報とを含む、それぞれ異なるタイプの遷移情報に重複情報を変換する、重複情報遷移情報変換工程と、
・遷移情報を２次元データセット内に保存する、遷移情報保存工程と、
を含むプロセスによってなされている。
【００１０】
本発明のこの第２の態様は、固化のためのビットマップマスクが上述の２次元データセットによって生成される場合に特に適している。続いて、２次元データセットからビットマップスタックを生成することが可能である。好ましくは、少なくとも１つのビットマップが、構築プロセスの間、２次元データセットから直接生成される。したがって、３次元物体を進行中に（on the fly）生成するための装置のイメージングユニットのビットマップマスクを制御することが実現可能である。
【００１１】
本発明の別の態様によれば、所定の数の個別のイメージング要素（ピクセル）を備えるイメージングユニットを用いたエネルギー入力により、電磁放射作用の下で固化可能な材料を固化することによって３次元物体を生成する装置が提供される。この装置が、生成される物体の３次元モデルの少なくとも一部を含む３次元ボリュームから変換されたビットマップデータのスタックを実行するようにそれぞれ構成されたコンピュータユニット、ＩＣおよび／またはソフトウェア実装を備え、スタックの各ビットマップデータが、３次元モデル内の位置に対応するピクセルがエネルギー出力状態に設定され、３次元モデルの外側の位置に対応するピクセルがエネルギー非出力状態に設定されるように、エネルギー出力レベルについての情報を備える。
【００１２】
本発明のさらなる態様によれば、所定の数の個別のイメージング要素（ピクセル）を備えるイメージングユニットを用いたエネルギー入力により、電磁放射作用の下で固化可能な材料を固化することによって３次元物体を生成する装置が提供される。この装置が、遷移情報の２次元データセットから変換されたビットマップデータを実行するようにそれぞれ構成されたコンピュータユニット、ＩＣおよび／またはソフトウェア実装を備え、前記遷移情報が、３次元モデルの外部から内部への遷移によって定義された第１のタイプとしての入口情報と、３次元モデルの内部から外部への遷移によって定義された第２のタイプとしての出口情報とを含み、前記モデルが、生成される３次元物体の少なくとも一部に対応する。
【００１３】
本発明の別の態様によれば、ビットマップデータスタックを格納するコンピュータまたはデータキャリアが提供される。ビットマップスタックの各ビットマップデータが、ビットマップのラスタライズに対応する所定の数の個別の画素（ピクセル）を備えるイメージングユニットを制御するためのエネルギー出力レベルについての情報を備える。
【００１４】
本発明の別の態様によれば、３次元モデルの外部から内部への遷移によって定義された第１のタイプとしての入口情報と、３次元モデルの内部から外部への遷移によって定義された第２のタイプとしての出口情報とを含む遷移情報を備える２次元データセットを格納するコンピュータまたはデータキャリアが提供され、前記モデルが、格納された２次元データセットに基づいて生成される３次元物体の少なくとも一部に対応する。
【００１５】
コンピュータまたはデータキャリアは、上述の第１または第２の態様の本発明による方法を実行し、または上述の本発明による装置を実行するのにそれぞれ特に適しているビットマップデータスタックまたは２次元データセットを格納する。
【本発明の原理、特徴および利点】
【００１６】
本発明は、３Ｄモデルデータのスライシングの機構を不要にするマスク露光によって３次元物体を構築することに基づく。したがって、本発明は、あまり複雑でないアルゴリズムまたはコンピュータ処理またはソフトウェア実装を伴う比較的に簡単なシステムである。さらに、従来のスライシング技術と比較してデータ量が削減され得るが、固化される層の厚さ、特に３次元物体の表面構造上の露光微調整、露光時間などの構築パラメータがより大まかに、または適切な場合にはより細かく制御され得るように、追加の情報が使用可能にされる。本発明によれば、必要なことは、適切なグリッドラスタまたはボクセルグリッドラスタを３次元ボリューム上に適切に重ね合わせることによって、ビットマップデータの特定のピクセル位置と３次元モデルとの間に重複があるか否かを適切に判断し、判断結果に応じて、ビットマップデータおよび対応するピクセルをエネルギー出力状態又は非出力状態に設定することのみである。したがって、上記でそれぞれ言及されたビットマップデータのスタックまたは２次元データセットが形成され、３Ｄモデル情報を正確に表し得る。さらに、重複する特性に応じて、３次元物体の表面構造は、適切なビットマップ制御によって正確に生成されることができる。このビットマップ制御は、表面構造と関連するビットマップ（ビットマップのスタック全体の一部である）内のピクセルに濃淡値および／またはカラー値を割り当てることによって最も適切に実施される。上記でそれぞれ言及されたビットマップデータスタック、または２次元データセットの生成（示されたステップａ）またはａ’））は、例えばコンピュータ上で、単純に仮想プロセスによって実行されることができる。ビットマップデータスタックを中間形成せずに、３Ｄ構築プロセスの間、進行中にビットマップマスクを生成することさえ可能である。したがって、３次元物体は、比較的に単純で容易なやり方で、効率的に正確に生成されることができる。
【００１７】
特に好ましい利点、特徴および実施形態について、以下でさらに述べる。
【００１８】
スライスされたデータの１つの断面内の外部および内部輪郭に基づく従来の層データ情報と比べて、本発明によれば３次元モデルは、データ生成に先行してスライスされる必要はなく、情報は、３次元物体のモデルの解析から直接導出される。
【００１９】
情報は、ＸＹの各ラスタ／グリッド点が、物体を通過するそのＸＹ点でＺベクトルのすべての入口および出口点のＺ情報を含むやり方で、２．５次元形式で格納され得る。
【００２０】
表示装置またはビットマップの解像度ラスタに対応し得るマトリックスに格納されたこの２．５Ｄ情報は、ビットマップのスタックの形で必ずしも格納されず、特定の層の厚さを有する層に必ずしも直接関連しない。固化される層の厚さ、データ構造に応じて様々であり得る。
【００２１】
２．５Ｄ情報ファイルはマシンに送信されることができ、このマシン上で、実際に必要な層情報が、層のＺ高さ／位置に応じて、「進行中」に生成されることができる。
【００２２】
それぞれ異なる層の厚さ、さらには動的な厚さ調整を恐らく有するジョブファイルが、層の厚さまたは（動的調整のため）それぞれ異なる層の厚さの範囲を単に判断することによって、直接マシン上で、２．５Ｄ情報の同じファイルから導出されることができる。構築情報を得るために、判断された層／断面へと物体をスライスする必要はない。
【００２３】
データ処理は、構築エンベロープ（ｂｕｉｌｄ  ｅｎｖｅｌｏｐｅ）全体の構築情報、３次元モデルの境界ボックス、または３Ｄモデルを完全にもしくは部分的に含む任意のサイズのボリュームを表す。したがって、３次元的ボリュームは一般に、３Ｄモデルだけを含むのではない。３次元物体のそれぞれ異なる部分は、構築ボリュームの調整に応じて一緒に生成されることも、別々に生成されることもある。
【００２４】
３次元モデル、およびボクセル要素などのグリッド要素の３次元交差、またはその近似の計算により、交差の程度に相関する濃淡値および／またはカラー値をピクセルに割り当てまたは指定することによってその位置の光強度を調整／制御することが可能となる。
【００２５】
本発明の第１および第２の態様の好ましい一実施形態では、重複は、グリッドラスタから３次元ボリュームを通してそれぞれ投影された線または領域内で判断される。あるいは、グリッドラスタは、３次元ボリューム上に重ね合わされるボクセルグリッドラスタであり、重複は、ボクセルグリッドラスタのボクセルと３次元モデルの間で判断される。これらの方策は、重複の判断および／または計算のための効率的なアルゴリズムを提供する。
【００２６】
本発明の第１および第２の態様の好ましい一実施形態では、ビットマスクは、ＸＹ平面についての１つまたは複数のビットマップから生成され、グリッドラスタを３次元ボリューム上に重ね合わせるとき、グリッドラスタは、（ｉ）ビットマップのサブピクセル、ピクセル、または複数のピクセルにそれぞれ対応するＸＹ平面の四角形から、および（ｉｉ）ＸＹ平面に垂直なＺ方向の区画から生成される。しかし、グリッドラスタは、代替方法として、（ｉ）ビットマップのラスタとは異なるＸＹ平面の四角形から生成され得る。さらに、ＸＹ平面に垂直なＺ方向の区画は、後の構築プロセスにおいて固化される層の厚さと独立に設定され得る。本発明によって実現可能になり得るさらなる実施形態では、グリッドラスタのラスタ要素は同じサイズを有してもよく、またはＸＹ平面の可変サイズを有してもよい。
【００２７】
本発明による装置では、したがって、３次元モデルを完全にまたは部分的に囲む３次元ボリュームと、３次元モデルに重ね合わさるグリッドラスタ投影との間の重複によって、３次元モデルの内側または外側にあり、あるいはそれぞれ入口情報および出口情報に対応する点間にあると判断することに依存してピクセルのエネルギー出力レベルを設定することが可能であり、しかし十分である。この装置の好ましい一実施形態では、ピクセルのエネルギー出力レベルが、グリッドラスタから、３次元モデルを含む３次元ボリュームを通してそれぞれ投影された線または領域と３次元モデルとの間の重複によって判断されることも同様に効率的である。あるいは、ピクセルのエネルギー出力レベルが、３次元モデルを含む３次元ボリュームに重ね合わさるボクセルグリッドラスタと３次元モデルとの間の重複によって判断されることも同様に、装置にとって効率的である。
【００２８】
これらの異なる可能性によって、本発明のシステムは、特に細かいまたは粗い構造を提供する必要性および要望に応じた３次元物体の生成の要求および要望に対して非常に柔軟なものになる。例えば、重複分析から情報が得られず、または少しの情報しか得られないボリューム部分については、粗いラスタライズがビットマップマスクに適用されることができ、多くの情報または詳細な情報が重複分析から得られるボリューム部分については、細かいラスタライズがビットマップマスクに適用されることができる。したがって、粗いラスタライズと細かいラスタライズが適切なところで組み合わされることができる。これは、生成方法全体の間に保存され、格納され、処理されるデータ量をも減少させる。
【００２９】
本発明の第１および第２の態様の好ましい一実施形態では、ビットマップデータのスタック（ステップａ）で提供されたか、またはａ’）からの２次元データセットから生成された）は、ＸＹ平面についての複数のビットマップのスタックを含み、Ｚ方向のピクセルを表すビットマップのラスタ点は、Ｚ次元の対応するグリッドラスタから３次元モデルまでそれぞれ投影された線または領域の出口点と入口点または入口領域との間の範囲において、エネルギー出力状態に設定される。このようにビットマップデータのスタックを提供しまたは生成することによって、保存され、格納され、処理されるデータ量が著しく減少する。
【００３０】
さらなる好ましい一実施形態では、２次元データセット内の遷移情報についての保存されたデータは、イメージングユニットを備える３次元物体を生成するための装置に送信され、ステップｂ）で固化を実施するとき、１つまたは複数のビットマップマスクが、ステップａ）で提供された遷移情報を使用して「進行中に」生成される。この方策によって、実際に必要とされる層情報が、層の実際のＺ高さまたはＺ位置に応じて、構築プロセス中（すなわち進行中）に設定された２次元データセットから直接生成されることができる。
【００３１】
本発明の第１の態様の好ましい一実施形態では、ステップａ）で提供されたビットマップスタックは、互いに異なるビットマップだけを備える。同様に、本発明の第２の態様の好ましい一実施形態では、ステップａ’）で提供された２次元データセットを使用して、ビットマップスタックを生成し、またはビットマップマスクを直接生成し、このビットマップスタックまたはビットマップマスクは、互いに異なるビットマップだけを備える。この方策によって、構築プロセスで最終的に使用される情報は、層の固化に実際に必要な情報に削減される。具体的には、特に周囲の構造および／または厚さについて同じ構築条件を必要とする複数の層が、同じビットマップマスクを一般に使用して固化されることができる。特に、周囲の構造および／または厚さについて異なる構築条件を必要とする他の層が、それぞれ異なるビットマップマスクを使用して固化されることができる。さらに、同じビットマップが、固化される２つ以上の層のために使用されてもよい。あるいは、または組合せで、同じビットマップが、それぞれの層について複数回使用されてもよい。
【００３２】
本発明の第１および第２の態様の好ましい一実施形態では、グリッドラスタを３次元ボリューム上に重ね合わせるときに、それぞれのグリッドラスタユニットは、投影された複数の線を備え、それぞれの投影線内の判断された重複が互いに異なる場合、濃淡値および／またはカラー値が、ビットマップのサブピクセル、ピクセルまたは複数のピクセルを表す対応するラスタ要素に割り当てられる。あるいは、重複があるかどうか判断することは、重複の度合いの判断を含み、その結果、生成されたビットマップマスク内のピクセルが具体的には、重複の程度に応じたエネルギー出力の比率に設定される。さらなる好ましい一実施形態では、重複の度合いは、ボクセルグリッドラスタのボクセルと３次元モデルの間で判断され、生成されたビットマップマスク内のピクセルは、重複の度合いが１００％未満かつ０％を超える場合に、濃淡値および／またはカラー値に設定される。したがって、本発明による装置では、イメージングユニットは、特定の濃淡値および／またはカラー値を用いたエネルギー出力レベルの調整および／または制御によって制御可能である。これらの方策は、表面構造などの特定の構造に関する多少詳細な情報を得ることを可能にし、したがってパラメータの構築の微調整を可能にする。
【００３３】
本発明の第１および第２の態様の好ましい一実施形態では、固化可能な材料を固化することによって形成された層の厚さは、ビットマップデータのスタック内に提供されたビットマップデータのデータ構造に応じて、または２次元データセット内のデータ構造に応じて、同じおよび／または異なる厚さを得るように制御される。本発明によって実現可能になるさらなる可能性として、厚さは、Ｚ次元の特定の範囲において同じであり得るが、必要または要望に応じて、他のＺ次元範囲においては異なることもある。厚さ変更の制御によって、本発明によるシステムの柔軟性がさらに高まる。
【００３４】
本発明による装置では、イメージングユニットのラスタは、点、線またはマトリックスとして構成された所定の数の個別の画素（ピクセル）を備え、イメージングユニットが、ビットマップデータから、ピクセルに固有の層イメージを構成する。これによって、提供された情報データに応じて、固化可能な材料を正確に固化することが可能となる。
【００３５】
本発明によるコンピュータまたはデータキャリアは、３次元物体を生成する装置のイメージングユニットのビットマップマスクを制御するのにそれぞれ有効な価値ある製品である。本発明によるコンピュータまたはデータキャリアの好ましい一実施形態では、エネルギー出力レベルについての情報は、上述したように重複によって判断される。具体的には、２次元データセットは、ビットマップスタックを生成するように構成されることができる。または、それは、中間のビットマップスタックを生成せずに、少なくとも１つの進行中のビットマップを生成するように構成されることができる。特に有利であるのは、ビットマップマスクがコンピュータまたはデータキャリア内で互いに異なるビットマップだけを備えることであり、このビットマップマスクはビットマップスタックによって提供されるか、あるいは２次元データセットから生成される。
【００３６】
ビットマップデータスタックまたは２次元データセットは、構築パラメータについての情報と共にジョブファイル内に保存されまたは格納され得る。本発明の特定の態様では、２次元データセットは、３次元モデルを完全にまたは部分的に含む３次元ボリュームの上に重ね合わされたラスタグリッドのＸＹ点についての情報と、ＸＹ内の各ラスタグリッド要素についての準Ｚ次元情報としての入口情報および出口情報とを備える２．５次元形式の情報として、コンピュータまたはデータキャリア内に保存されまたは格納される。したがって、Ｚ方向のラスタライズは、省略されることができる。さらに、こうした２次元データセットは、対応する露光曲線との組合わせで構築データパッケージを生成するのに有効であり、十分である。さらに、それぞれのビットマップマスクは、それに応じて可変の硬化深さをもたらすために、変化する露光時間を伴って使用され得る。
【発明の好ましい実施形態の詳細な説明】
【００３７】
以下では、本発明の原理、目的、好ましい特徴および利点について、添付の図面と併せて本発明の好ましい実施形態に言及することによってより詳細に述べる。しかし、この説明は、例示的なものにすぎず、本発明を限定するものでは決してないことに留意されたい。
【００３８】
本発明の基本原理を概略的に示す方式が、図２に示されている。この基本概念は、固化される３次元物体を囲む３次元ボリュームの層の露光に使用されるビットマップマスクの各ピクセルについて、それが３次元物体の３Ｄモデルの内側にあるか、それとも外部にあるかだけが判断され決定されなければならないということにある。図２にさらに示されるように、重複の判断およびピクセル設定は、ビットマップスタックのすべてのビットマップ層について実施される。したがって、３Ｄモデルデータをビットマップデータに変換するために使用される可能な実施形態のうちのいずれか１つによって、ビットマップデータのスタックは、固化可能な材料の露光用のそれぞれのビットマップマスクを生成するように形成されることができる。それぞれのビットマップデータ、およびそれに対応してビットマップマスクが、生成される３次元物体の１つまたは複数の層を露光するために使用され得る。本発明によれば、断面領域について階層化２Ｄデータを生成するために３Ｄデータをスライスするための機構は古く、図１に概略的に示す従来技術のように断面輪郭を計算する要件はない。
【００３９】
図３は、グリッドラスタが、生成される３次元物体の３次元モデルを少なくとも部分的に囲む３次元ボリューム上に重ね合わされた、本発明による実施形態を概略的に示している。ここでは、球体１００の形で示された３Ｄモデルについて、グリッドラスタ２００が事実上、３次元ボリューム上に重ね合わされている。このグリッドラスタライズに基づいて、グリッドラスタライズ２００から投影されたグリッドラスタのそれぞれの単位面積において、３Ｄモデルとの重複があるかどうか判断される。これは、重複の場合は第ｎグリッドラスタユニット２００ｎについて、また重複がない場合はグリッドラスタユニット２００’について、図３にそれぞれ示されている。
【００４０】
グリッドラスタと３Ｄモデルの間の重複をどのように判断するかの可能な手法について、それぞれ図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃに関して以下で述べる。同じ要素は、同じ参照符号によって表される。
【００４１】
図４Ａに示す実施形態によれば、線は、それぞれのグリッドラスタユニット（図３の第ｎグリッドラスタユニット２００ｎについて、線２５０で代表的に示される）の各中心から仮想投影されている。グリッドラスタをＸＹ平面（生成される３次元物体の対応するＸＹ平面で層を構築するためのＸＹ構築平面に対応する）に置くと、線２５０が、Ｚ軸に平行に（すなわちＺ次元に沿って）投影され、投影された線２５０がＺ軸（またはＺ次元）のどのＺ点／高さで３Ｄモデルに入り、また投影された線２５０がＺ軸（またはＺ次元）のどの点／高さで３Ｄモデルから出るか（図４Ａに円点で示される）が判断される。事前に提供されてもよく、または有利には、構築プロセスで必要なときに「進行中に」生成されてもよいビットマップデータを設定するために、ビットマップのそれぞれのラスタユニットに対応する各グリッドラスタユニットについて、Ｚ値が入口点と出口点の間にあるかどうか判断される。Ｚ値がそうである（例えば、図４Ａに示す入口点と出口点の間のグリッドラスタユニット２００ｎ内にある）場合は、Ｚ次元のビットマップデータのすべての対応するピクセルが、エネルギー出力状態（例えば，白色光の出力用）に設定される。Ｚ値がそうでない（例えば、図３のグリッドラスタユニット２００’、または図４Ａに示すグリッドラスタユニット２００ｎ内の入口点より下、または出口点より上にあるようなビットマップデータについて示される）場合は、Ｚ次元のビットマップデータの対応するピクセルは、エネルギー非出力状態（例えば光出力ブロック、または黒カラー値）に設定される。このように生成され、図２に示すもののようなＸＹビットマップデータのスタックを備えており、上述の重複解析から得られるエネルギー出力状態（すなわちエネルギー出力または白色光状態、またはエネルギーブロックまたは黒色光状態）についての情報を含むビットマップデータから、３Ｄ物体生成装置のイメージングユニットは、それぞれのビットマップ層に対応する露光マスクを形成するように制御されることができる。したがって、３Ｄ物体生成装置のイメージングユニットの露光マスクのピクセルは、ＣＰＵ、ＩＣおよび／またはソフトウェア実装などのコンピュータユニットによって、対応するビットマップデータにそれぞれ基づいて、それに対応してオンまたはオフ状態にピクセル単位に（ｐｉｘｅｌ−ｓｐｅｃｉｆｉｃａｌｌｙ）設定される。したがって、例えば球体３Ｄモデル１００によって表された３次元物体は、それぞれのビットマップデータに対応する層単位の露光によって、非常に有効で容易なやり方で物理的に生成される。
【００４２】
図４Ｂは、３Ｄモデルの表面に対応する３次元物体の表面構造が、濃淡値および／またはカラー値の制御によってより正確に生成され得るための本発明の好ましい一実施形態を示している。表面構造についての情報を得るために、以下の手法が採用され得る。個々のグリッドラスタユニットから投影される１つの線ではなく、複数の線、例えば４つの線２５０１、２５０２、２５０３および２５０４が、個々のグリッドラスタユニットから投影される。図４Ｂに示す実施形態では、これらの線は、グリッドラスタユニット２００ｎを構成するサブラスタ要素のそれぞれの中心から投影される。投影は、仮想プロセスにおいて、Ｚ軸に平行に行われ、投影された線がＺ軸のどの点または高さで３Ｄモデルに入り、またＺ軸のどの点または高さでその線が３Ｄモデルから出るか再び判断される。ビットマップの、したがって露光マスクの対応するピクセルに濃淡値および／またはカラー値をグリッドラスタユニットから割り当てるために、Ｚ次元のグリッドラスタユニットのどの下位要素が、入口点と出口点の間の位置を備えるか判断される。これに当てはまるサブラスタ要素の和から、対応する濃淡値および／またはカラー値が、グリッドラスタユニットに関連付けられ、それによってビットマップデータ内の対応するピクセルに割り当てられる。例えば、グリッドラスタユニットのサブユニットの中心から引かれたそれぞれの投影線内の判断された重複が互い異なる場合、濃淡値および／またはカラー値が、ビットマップデータのビットマップの対応するピクセルに割り当てられる。
【００４３】
入口と出口点の間のビットマップ層内のピクセルは、エネルギー出力状態に設定され、入口点より下かつ出口点より上のビットマップ層内のピクセルは、エネルギー非出力状態に設定される。好ましい一実施形態では、濃淡値および／またはカラー値のレベルは、投影された複数の線（すなわち２５０１、２５０２、２５０３および２５０４）の重複の、ラスタグリッドユニット（すなわち２００ｎ）ごとのこれらの重複の平均値からの偏差に基づいて判断され、対応するビットマップデータ内に設定される。例えば、グリッドラスタユニットごとの偏差が低いほど、濃淡値またはカラー値のレベルは低く設定され得る。判断および設定のこのやり方は、図４Ｂに示す球形の上および／または下半球の表面部分に適切に適用され得る。他の表面部分、例えば図４Ｂに示す球形赤道部分では、そのサブユニットが部分的に重複を有するが、その残りの部分が３次元モデル（図示せず）との重複を有さないグリッドラスタユニットがあり得る。この場合、濃淡値および／またはカラー値の度合いは、３次元モデルとの重複を有さないものに対する、重複を有するグリッドラスタユニットごとの複数の投影線の比率に応じて判断されることができる。サブラスタ要素内の部分重複は、このように判断され、引き続いて、濃淡値および／またはカラー値制御に有用な追加の情報を提供するためのビットマップデータを設定するのに使用され得る。
【００４４】
この実施形態では、表面構造のビットマップデータについての判断および設定は、グリッドラスタユニットのサブラスタライズの数が増加するにつれて、またそれに対応して個々のグリッドラスタユニットから投影された仮想線が増加するにつれて精度が高まる傾向を有することが明らかになろう。したがって、表面構造の精度は、対応する３次元物体に対する要望または要求に従って調整され得る。
【００４５】
図４Ｃにおいて、別の手法が示されている。この実施形態では、図４Ｃの２００ｎグリッドラスタユニットに示されるように、３次元モデルに重ね合わされる柱のような形で投影される四角形などの領域が、仮想プロセスにおいてグリッドラスタユニットから投影される。上述したように、図４Ｃに示すように、それぞれ参照符号３００Ａおよび３００Ｂによって示された下部および／または上部の２つの断面領域の間のＺの範囲内に、３Ｄモデルとの重複があるかどうか同様に判断され、ビットマップデータのビットマップ内の対応する領域が、エネルギー出力状態（例えば、白色光露光用）に設定される。Ｚ点または高さが断面範囲３００Ａまたは３００Ｂに位置する場合、実際の重複領域が計算され、この計算の結果に応じて、対応する濃淡値および／またはカラー値が、ビットマップデータ内のビットマップの対応部分に設定され割り当てられる。
【００４６】
グリッドラスタユニット（例えば２００ｎ）を表す領域は、１つのピクセル、ピクセルの一部、またはビットマップ内およびしたがってビットマップマスク内の複数ピクセルの群に対応し得る。
【００４７】
図５、および図６Ａから図６Ｆにおいて、３Ｄモデルのいわゆる直接ボクセルラスタライズに基づく本発明による３Ｄモデルからのビットマップデータを提供するための別の実施形態が、概略的に示されている。まず、図５（上の列に部分的に、下の列に包括的に）に示されるように、マトリックスが、仮想ボクセルグリッドによって定義される。それによって、ボクセルグリッドラスタが、ＸＹ平面の四角形から生成され、ビットマップデータスタック内のビットマップのピクセルラスタリングに対応し、したがって、３Ｄ物体生成装置のイメージングユニットによる露光用の露光マスクのピクセルラスタリングに対応する。ここでは、ボクセルグリッドラスタのＸＹ次元の四角形のサイズは、ビットマップのピクセルのサイズに対応する。そうではなく、それは、ビットマップ（３Ｄ物体生成装置のイメージングユニットのそれぞれのビットマップマスクに対応する）内のピクセルのサイズの多くまたは一部に対応してもよい。仮想プロセスでは、図５に示すボクセルグリッドは、３Ｄモデルを囲む３次元ボリューム上に重ね合わされる。引き続いて、重複が判断され、ビットマップデータが、ビットマップデータスタック（上述したように、事前にまたは進行中に生成される）を生成するように設定される。
【００４８】
このプロセスを示すために、図６Ａから図６Ｆの順序は、これがどのように実行され得るかを概略的に示している。左側の図面は、この原理をＸＹＺの３次元で示しており、右側の図面は、ＸＺ平面の２次元の図をそれぞれ示している。
【００４９】
図６Ａに示されるように、３Ｄ物体生成装置のイメージングユニットの投影された領域に対応する構築エンベロープ（ｂｕｉｌｄ  ｅｎｖｅｌｏｐｅ）が形成される。図６Ａの左および右の図に具体的に示すように、３Ｄモデルデータの球体は、構築エンベロープ上に置かれることができる。図６Ｂにさらに示すように、ＸＹ平面内の投影されたピクチャは、四角形の画素（ピクセル）のマトリックスを備えるビットマップ画像に対応する。
【００５０】
図６Ｃに示すように、ビットマップ、およびしたがって露光用のビットマップマスクのピクセル要素に対応する各ボクセルグリッドユニットに対して、線が、中心からＺ方向に投影される。
【００５１】
次いで、図６Ｄに示すように、投影されたあらゆる線のこの球体モデル（左の３Ｄ図）、または円（右の２Ｄ図）との交点からの推定が実施される。２つの異なるタイプの交点がある。第１のタイプでは、投影線は、３Ｄモデル内に入っており、この交点は、入口点と定義される。第２のタイプでは、投影線は、３Ｄモデルを離れており、この場合、交点は、出口点と定義される。図６Ｄの２Ｄ図では、投影されたそれぞれの線の入口点は、ばつ印で示されており、投影された線の出口点は、四角形の符号によって示されている。
【００５２】
次に、推定された交点の集合を使用して、ボクセルグリッド要素（ボクセルラスタユニット）内のモデルボリュームまたはモデル領域の重複の量を近似する。ここでは、元の３Ｄモデルとの関係はもはやない。これは、図６Ｅに、ボクセルグリッドラスタの入口点および出口点の間の重複する線によって示されている。各ラスタ要素の入口点および出口点を保存することによって、こうした入口および出口点が生じる場合に、３Ｄボリューム、およびしたがってその中に含まれる３Ｄモデルのラスタライズされた表現を備えるデータパッケージが生成される。次いで、このラスタライズされた表現は、引き続いて３Ｄ物体生成装置に送られる完全なビットマップスタックを事前に構築するために使用されることができ、または構築プロセス中（進行中）に適切なビットマップマスクを生成するために３Ｄ物体生成装置に直接送られ得る。
【００５３】
図６Ｆに示すように、その対応する投影線の入口点と出口点の間に位置するあらゆるボクセルまたはボリュームピクセル範囲が、３Ｄモデルとの完全重複の状態に設定され、したがって、ビットマップデータ内で、エネルギー出力状態（例えば光出力または白色）に設定される。他のすべてのボクセルまたはボリュームピクセル範囲は、３Ｄモデルによる重複が全くないように設定され、したがってビットマップデータ内で、エネルギー非出力状態（光出力ブロックまたは黒色）に設定される。ボクセル面、すなわちボクセル要素に対応するＸＹ平面内の情報が、ビットマップマスクを生成するために使用される。露光用のビットマップマスクは、硬化されるべきでない領域のための黒ピクセル、およびフォトポリマーが硬化されるべき領域のための白ピクセルを含む。
【００５４】
外形寸法の差なしに固化される層については、同じビットマップマスクが数倍使用されることができる。したがって、あらゆる新しい層が硬化されるために新しいビットマップマスクを生成する必要はない。
【００５５】
上述のこの実施形態によるシステムでは、３Ｄ物体生成装置は、マスク投影システムを使用する。このマスク投影システムは、上述の対応するボクセル要素で構成されたマトリックス内に配列された何百万もの方眼状の光点を投影することができる。
【００５６】
図７Ａから図７Ｃを参照して、以下では、本発明の他の実施形態について述べる。まず、図７Ａの左部分に示されるように、ボクセルグリッドラスタが、３Ｄモデル（ここでも再び球体の形で示されている）を囲む３Ｄボリューム上に重ね合わされる。次に、図７Ａの左側から右側への変換によって示されるように、ボクセルグリッドラスタのそれぞれのボクセル要素と３Ｄモデルとの間に重複があるかどうか判断される。判断の結果に応じて、それぞれのボクセル要素に対応するビットマップデータが、エネルギー出力またはエネルギー非出力状態に設定される。
【００５７】
図７Ｂに示すように、好ましい一実施形態によれば、重複のサイズ、すなわち交差面積／体積のサイズに応じた適切な濃淡値および／またはカラー値による色符号化が実施される。具体的には、図７Ｂの左側の図に示すように、ラスタライズされたそれぞれのボクセル要素内で、色符号が、交差面積／体積の重複がない場合は「黒」に設定され、約４０％の交差面積／体積についてはほぼ中間レベルの濃淡値が設定され、１００％の交差面積／体積については色符号「白」が設定される。図７Ｂの中央の図に示すように、ボクセルマトリックスと３Ｄモデルの間の重複する交差面積／体積の色符号化は、ボクセルグリッドラスタによってラスタライズされた構築ボリューム全体について生成され、次いで、図７Ｂの右側の図に示すように、ビットマップデータの対応するＸＹボクセル面のビットマップデータ設定にさらに変換される。この処理に関して、図７Ｃが、重複判断の結果に応じて（図７Ｃの中央の図を参照）、あらゆるボクセル要素と３Ｄモデルの重複する交差面積／体積（図７Ｃの左の図を参照）を、ピクセル単位の強度値（黒、白および濃淡値を備える）に変換することを具体的に示している。最後に（図７Ｃの右の図を参照）、構築ボリュームは、それぞれのビットマップデータで構成されるビットマップのスタックにラスタライズされる。生成されたビットマップスタックに基づいて、３Ｄ物体生成装置のイメージングユニットが制御され、固化される１つまたは複数の対応する層のためのあらゆるビットマップマスクが、硬化されるべきでない黒ピクセルの領域、フォトポリマーが完全に硬化されるべき白ピクセルの領域、および減少した硬化レベルを有するグレーピクセルの領域を含めて、エネルギー出力強度値を含む。この実施形態によって、３次元物体は、表面構造においても、高い精度で効率的に生成されることができる。さらに、図７Ｃから明らかになるように、それぞれビットマップスタックの２つのビットマップが互いに類似しており、すなわち一番下および一番上のビットマップが黒ピクセルだけを表しており、中央の両方のビットマップが黒およびグレーピクセルを表している。例示されたこのような状況では、全体のビットマップスタックは、固化されるすべての層についての情報全体を維持しながら、ビットマップの半分（例えば底部から第１および第２のビットマップ）に減少されることができ、したがって、保存され格納されおよび／または処理されるデータの量が減少する。
【００５８】
上記の説明では、本発明の原理および実施形態が具体的に例示されている。しかし、様々な変形および修正が可能であることが当業者には明らかになろう。もちろん、３Ｄモデルの任意の所望の形状、およびそれに対応して３次元物体が生成されることができる。３次元の物体の一部だけが、本発明によって生成されることもできる。さらに、上記で述べ具現化された本発明の原理は、より複雑な３Ｄ構造に適用され得る。例えば、本発明の原理を依然として適用しながら、３ＤモデルのＺ次元で、グリッドラスタから投影された線または領域、あるいはボクセルグリッドラスタのボクセル要素で中断された複数の重複部分があり得る。さらに、一方のビットマップデータを提供するステップと、他方の材料の固化を実施するステップとが、相互作用的に行われても、同時に行われてもよく、あるいは時間および／または位置的に別々に、あるいはその任意の組合せで実施され得る。一実施形態では、ビットマップデータ（上述したビットマップスタックまたは２次元データセットの形式の）は、実際の固化実施プロセスが実施される位置から離れた位置で提供されることができる。
【００５９】
この方法を実施する助けとなり、上述のビットマップスタックまたは２次元データセットをそれぞれ格納するコンピュータやデータキャリアなどの本発明の装置を実行するための価値ある技術製品もまた、本発明によって提供される。
【００６０】
図８Ａおよび図８Ｂは、本発明のコンピュータまたはデータキャリアの実施形態を概略的に示している。したがって、生成される３次元物体の構築ボリュームに対応するビットマップのスタックは、固化される層に対して、エネルギー出力レベルについての情報データを備える。この出力レベルは、複数のピクセルを適切に備えるイメージングユニットを制御するように適応されるが、複数のピクセルは必ずしもビットマップのラスタライズに対応するものではない。このビットマップスタックは、あらゆるビットマップマスクのための対応する構築パラメータと組み合わされて、それによってジョブファイルを作成する。構築パラメータには、３次元物体構築のために固化されるそれぞれの層の選択された層厚さ、ビットマップマスクごとの露光期間、固化される層ごとの露光の数、選択された光源についての情報、および任意選択で選択された波長についての情報などを含めることができるが、それらに限定されない。このように作成されたジョブファイルは、ディスクなど、データキャリア上に格納されることができる。それはコンピュータに転送されることができ、または代替方法として、コンピュータ内に直接格納される。コンピュータはさらに、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、ジョブファイルを実行するためのＣＰＵとソフトウェア実装とを備え得る。ジョブファイルは、３Ｄ物体生成装置のイメージングユニットをその間の適切な信号ライニング（ｌｉｎｉｎｇ）で直接に、または適切な信号転送によりオンラインまたはリモートで、あるいはその組合せで制御するために実行されることができる。
【００６１】
図８Ｂに例示されるように、また図７Ｃに関連した上述の説明に類似して、データキャリアおよび／またはコンピュータ内にデータが保存／格納される前に、ビットマップデータのスタック全体が、３次元物体またその一部を構築するのに必要な最小数のビットマップに減少される。したがって、保存、格納および／または処理されるデータ量が減少する。
【００６２】
図９において、可能な３Ｄ物体生成装置の例示的な実施形態が、説明のため示されている。光硬化材料４の階層化された硬化によって３次元物体３を層単位に生成する装置は、マスク投影８を含み、イメージング光学部品２を備えた投影ユニット１が、光硬化材料４で満たされた深ざら（ｂａｓｉｎ）６の上に設けられる。物体３は、深ざら６内で垂直方向に移動されることができるキャリアプレート５上の層内で硬化される。
【００６３】
光重合に基づく一方法では、硬化に必要な光放射は、処理レベルへと投影される。露光は、例えばマルチメディアプロジェクタによって行われる。像は、ビットマップの個々の像点（ピクセル）によって構成される。ビットマップマスクは、空間光変調器によって、平面内で空間的に相互に固定されるように配列されたピクセルで形成されることができる。こうした半導体素子への現在標準の例示的な解決策は、ＳＸＧＡ＋  １４００×１０５０ピクセルである。
【００６４】
本発明に従って制御されるために使用され得るイメージングユニットは、マルチメディアプロジェクタだけでないことがあり、例えばＬＣディスプレイ（反射型または透過型の）、ＬＥＤまたはレーザダイオード線（層上を線に直交に移動される）、ライトバルブ技術装置（ＭＥＭＳ技術）などをさらに含む。
【００６５】
さらに、ビットマップマスクの露光のための光出力レベルなど、エネルギー出力状態のレベルは、知られている手段によって調整されることができる。例えば、レベルは、
ａ１）透過型システム（特にライトバルブを備える）内で、それぞれ、事実上完全なエネルギー伝送（白）、またはエネルギー伝送なしの事実上完全なエネルギーブロック（黒）によるオンおよびオフ状態、または
ａ２）反射型システム（具体的にはデジタル光処理技術［ＤＭＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ］、またはデジタル光処理［ＤＬＰ：ｄｉｇｉｔａｌ  ｌｉｇｈｔ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ］の用のシリコン液晶［ＬＣｏＳ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）内で、それぞれ、光軸（投影像内の白色）への事実上完全なエネルギー反射、または光軸から光吸収体（投影像内の黒色）への事実上完全な反射によるオンおよびオフ状態、さらに、
ｂ１）所定の、所望の数の濃淡レベル、または
ｂ２）所定の、所望の数のカラー値を備え得る。カラー値は、色調および／または色濃度、または強度をそれぞれ表し得る。
【００６６】
本発明について特定の実施形態および例示的な図面を参照して上記で詳細に述べたが、本発明は、それに決して限定されない。そうではなく、様々な変形および修正が可能であることが明らかとなり、本発明は、本明細書に添付された特許請求の範囲および精神によって定められるにものにすぎない。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】３次元物体を生成するための従来技術の方法で３次元物体データを、スライスされた２次元（断面）のデータにする従来の変換を示す一方式を概略的かつ例示的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による、３次元物体データの２次元ビットマップデータへの変換を示す一方式を概略的かつ例示的に示す図である。
【図３】球体の形で例示された、生成される３次元物体を囲む３Ｄボリュームの上にグリッドラスタがどのように重ね合わさり得るかを示す、本発明の一実施形態を概略的に示す図である。
【図４Ａ】図３に示すように重ね合わされたグリッドラスタから投影された線に沿って重複または重複なしを判断するための手法を例示する、本発明による一実施形態を示す図である。
【図４Ｂ】図３に示すように重ね合わされたグリッドラスタのサブラスタ点から投影された線に沿って重複または重複なしを判断するための別の手法を例示する、別の実施形態を概略的に示す図である。
【図４Ｃ】図３に示すように重ね合わされたグリッドラスタから投影された領域の重複があるか、それとも重複がないか判断するための別の手法を例示する、本発明の別の実施形態を概略的に示す図である。
【図５】３Ｄボリューム上にボクセルグリッドラスタを重ね合わせるプロセスを伴う本発明の別の実施形態を示す図である。
【図６Ａ】本発明の別の実施形態に係る、ボクセルグリッドラスタ情報をビットマップのスタックに変換するプロセスのステップを概略的に示す図である。
【図６Ｂ】本発明の別の実施形態に係る、ボクセルグリッドラスタ情報をビットマップのスタックに変換するプロセスのステップを概略的に示す図である。
【図６Ｃ】本発明の別の実施形態に係る、ボクセルグリッドラスタ情報をビットマップのスタックに変換するプロセスのステップを概略的に示す図である。
【図６Ｄ】本発明の別の実施形態に係る、ボクセルグリッドラスタ情報をビットマップのスタックに変換するプロセスのステップを概略的に示す図である。
【図６Ｅ】本発明の別の実施形態に係る、ボクセルグリッドラスタ情報をビットマップのスタックに変換するプロセスのステップを概略的に示す図である。
【図６Ｆ】本発明の別の実施形態に係る、ボクセルグリッドラスタ情報をビットマップのスタックに変換するプロセスのステップを概略的に示す図である。
【図７Ａ】本発明の実施形態に係る、ボクセルグリッド重複の判断、およびビットマップデータ設定のプロセスのステップを概略的に示す図である。
【図７Ｂ】本発明の実施形態に係る、ボクセルグリッド重複の判断、およびビットマップデータ設定のプロセスのステップを概略的に示す図である。
【図７Ｃ】本発明の実施形態に係る、ボクセルグリッド重複の判断、およびビットマップデータ設定のプロセスのステップを概略的に示す図である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態に係る、有用なビットマップデータスタックおよび追加のパラメータを格納するデータキャリアおよび／またはコンピュータを概略的に示す図である。
【図８Ｂ】本発明の実施形態に係る、有用な移行情報のデータセットおよび追加のパラメータを格納するデータキャリアおよび／またはコンピュータを概略的に示す図である。
【図９】本発明による方法およびシステムが適用され得る、３次元物体を生成する装置の一例を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１…投影ユニット、２…イメージング光学部品、３…３次元物体、４…光硬化材料、５…キャリアプレート、６…深ざら、８…マスク投影、１００…球体、２００…グリッドラスタ／グリッドラスタライズ、２００ｎ…第ｎグリッドラスタユニット、２００’…グリッドラスタユニット、２５０…線、２５０１…線、２５０２…線、２５０３…線、２５０４…線、３００Ａ…断面領域、３００Ｂ…断面領域。
【図１】
2008027438.tif 000003
【図２】
2008027438.tif 000004
【図３】
2008027438.tif 000005
【図４Ａ】
2008027438.tif 000006
【図４Ｂ】
2008027438.tif 000007
【図４Ｃ】
2008027438.tif 000008
【図５】
2008027438.tif 000009
【図６Ａ】
2008027438.tif 000010
【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【外国語明細書】
2008027438000001.pdf