(57)【要約】      （修正有）【課題】立体造形法の原理を適用することによる三次元物体の段階的な層毎の形成、および部品をより信頼でき、より精密に、より迅速に製造するために、三次元物体の各々の層の表面特徴を自動検出する方法を提供する。【解決手段】  捕捉部分２５領域および硬化断面領域のサイズの自動検出。リコーティング形式の自動選択は、(1)検出された領域、(2)異なる種類の領域に関して、経験的または他の方法で決定された最適リコーティング形式、および(3)ルックアップテーブル、他の相関システム、またはリコーティング形式情報を特定の特定された領域を含有する薄層と関連付ける処理装置に基づいて行われる。【選択図】図２
2008110608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の刺激に露出したときに選択的に流動状態から固体状態への転移を成し得る材料から形成された複数の付着薄層より成る三次元物体を製造する方法であって、
（ａ）形成すべき前記物体を表すデータを供給し；
（ｂ）前記データを自動的に処理して捕捉部分を有する薄層を特定し； 
（ｃ）直前に形成された薄層（薄層Ｎ−１）の上に材料層を形成し、；
（ｄ）前記形成すべき前記物体を表すデータにしたがって所定の刺激に前記材料層を選択的に露出して、前記物体の次の薄層（薄層Ｎ）を、前記直前に形成された薄層に付着させて形成し；
（ｅ）前記工程（ｃ）および（ｄ）を複数回繰り返して、前記三次元物体を形成する；工程を含み、
前記捕捉部分を有する薄層を特定する工程（ｂ）が：
薄層Ｎ−１にある上向き領域と薄層Ｎ−１にある捕捉部分との論理和をとることにより、薄層Ｎにある捕捉部分候補を導出し；
薄層Ｎにある個々の孔を特定し；
薄層Ｎにある前記個々の孔を、薄層Ｎにある前記捕捉部分候補と比較し；
薄層Ｎにある少なくとも１つの孔が、薄層Ｎにある前記捕捉部分候補と、所定の選択基準よりも大きな重なり合いを有する場合に、薄層Ｎに付随しているものとして捕捉部分を特定する各工程を含み； 
前記材料層を形成する工程（ｃ）が、少なくともいくつかの材料層に関して、前記直前に形成された薄層が前記捕捉部分を含むときに第一のリコーティング様式を用いることを含み、かつ前記直前に形成された薄層が前記捕捉部分を含まないときに第二のリコーティング様式を用いることを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記捕捉部分が、所定量よりも大きい直線寸法もしくは面積を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記捕捉部分が、１）直前に形成された薄層上の硬化された材料の領域；または２）前記直前に形成された薄層上において捕捉部分として特定された領域；と下方で接している未硬化材料の領域を取り囲む硬化された材料の閉じたループによりもたらされる完全な捕捉部分を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
１）直前に形成された薄層上の硬化された材料の領域；または２）前記直前に形成された薄層上において捕捉部分として特定された領域；と下方で接している未硬化材料の領域の最小百分率値に関して最小閾値を設定することにより、前記完全な捕捉部分が決定されることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記捕捉部分が、１）直前に形成された薄層上の硬化された材料の領域；または２）前記直前に形成された薄層上において捕捉部分として特定された領域；と下方で接している未硬化材料の領域を、間欠部がなければ取り囲むこととなる境界状の壁部に設けられた水平間欠部により少なくとも一部がもたらされる有効な捕捉部分を含み、
前記水平間欠部はいずれも指定された大きさよりも小さなものであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記捕捉部分が、特定された捕捉部分を含む薄層に対して薄層Ｍ枚分以内の垂直上方位置に位置していることにより少なくとも一部がもたらされる有効な捕捉部分を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記捕捉部分を有する薄層を特定する工程（ｂ）が、捕捉部分の水平方向への広がりを特定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記材料層を形成する工程（ｃ）が、所望の作業表面の位置あるいはより上方の位置を掃引するリコーティング装置を使用することを含み、
前記リコーティング装置について少なくとも異なる掃引速度を指定するという点において、前記第一のリコーティング様式が、前記第二のリコーティング様式と異なることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記材料層を形成する工程（ｃ）が、材料供給装置を使用することを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
所定の刺激に露出したときに流動状態から固体状態への転移を成し得る材料から形成された複数の付着薄層より成る三次元物体を製造する装置であって、
形成すべき前記物体を表すデータを保存するメモリと；
前記データを自動的に処理して捕捉部分を有する薄層を特定する処理装置と；
直前に形成された薄層（薄層Ｎ−１）の上に材料層を形成するコーティング装置と；
所定の刺激の刺激源と；
前記データに従って前記所定の刺激を前記材料層上に指向させ、前記物体の次の薄層（薄層Ｎ）を前記直前に形成された薄層に付着させて形成する走査装置；を備え、
前記捕捉部分を有する薄層を特定する処理装置が：
薄層Ｎ−１にある上向き領域と薄層Ｎ−１にある捕捉部分との論理和をとることにより、薄層Ｎにある捕捉部分候補を導出し；
薄層Ｎにある個々の孔を特定し；
薄層Ｎにある前記個々の孔を、薄層Ｎにある前記捕捉部分候補と比較し；
薄層Ｎにある少なくとも１つの孔が、薄層Ｎにある前記捕捉部分候補と所定の選択基準よりも大きな重なり合いを有する場合に、薄層Ｎに付随しているものとして捕捉部分を特定するようにプログラムされており、
前記コーティング装置が少なくとも１つの調節可能なパラメータを含み、該少なくとも１つの調節可能なパラメータが、前記直前に形成された薄層が前記捕捉部分を含むときには第一の値に設定され、かつ前記直前に形成された薄層が該捕捉部分を含まないときには第二の値に設定されることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広く、立体造形法の原理を適用することによる三次元物体の薄層毎の形成に関し、より詳しくは、その三次元物体の選択された薄層の表面特徴の自動検出に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
関連する従来技術の説明
三次元物体を層（例えば、薄層）で形成するために、いくつかの形成技術が存在する。そのような技術の一つが立体造形法である。この技術は特許文献１（以下、'330号の特許と称する）に記載されている。立体造形法の原理によれば、三次元物体は、相乗刺激に露出したときに物理的に転移可能な材料（例えば、感光性樹脂、焼結可能粉末、または結合可能粉末のような流体または流体状材料）から段階的様式で層毎に形成される。図１に示したような、立体造形法のある実施の形態において、液体の感光性樹脂の層が、連続して形成され、多量の液体感光性樹脂の作業面で、隣接する先に形成された薄層に付着される硬化薄層に選択的に転移される。
【０００３】
三次元物体の形成において、特に、いずれかの先に形成された薄層に隣接する流動性材料（例えば、液体感光性樹脂材料）の層を形成する工程において、その目的は、前記三次元物体を表し、所望の厚さおよび表面形状に関連付けられたデータ（例えば、所望の厚さを有する物体の特定の断面を表す平面データ）からの次の薄層（すなわち、前記物体の層）の形成に備えて、未硬化材料が所望の表面形状（例えば、平面）を有するように所望の厚さ（2-10ミル（約0.0508-0.254ｍｍ）の均一な厚さ）のコーティングを形成することにある。典型的に平らな層を対象としているので、作業区域（すなわち、所定の刺激に露出できるまたは露出される区域）において形成材料の表面レベルが同一レベルにあることが重要である。形成の最中に、所望の物体の形状または幾何学的形状により、未硬化材料の他の領域から隔離されたまたは他の領域と不十分につながった未硬化材料の領域が生じると、それらのほぼ隔離された領域が、リコーティング工程にほどよいまたは最適であると考えられている期間で同一の表面レベルに到達するのが困難であるかもしれない。このことは、隔離領域が、未硬化材料の所望の表面レベルに近い上側表面を有する壁状構造物（例えば、１層の厚さ−2-10ミル（約0.0508-0.254ｍｍ））およびその所望の表面レベルのずっと下にある床状構造物から生じるときに、特に問題であることが分かった。これらの特に問題となる領域は、捕捉部分(trapped volumes)として知られるようになった。さらに、捕捉部分は、完全に隔離されない場合でさえも存在し得ることも知られている。例えば、この捕捉部分は、未硬化材料の領域を制限する硬化材料の側壁または床部に間隙、孔または割れ目があるときにさえも存在し得る。言い換えれば、この捕捉部分は、未硬化材料の二つの部分（すなわち、領域）が、それら二つの領域の間に均一な表面レベルが所望の時間内で自然には到達できないようにある領域から他の領域への十分な流動を制限する制限流路により隔てられているときはいつでも存在し得る。
【０００４】
捕捉部分に関連する問題については、特許文献２において論ぜられている。捕捉部分は、ドクターブレードその他のリコーティング装置の使用を困難となす怖れがある。典型的には、形成されたばかりの薄層上にコーティングを形成する過程においては、平滑化装置（たとえば、可撓性または剛性のドクターブレード、可撓性または剛性のレーキ、ブラシ等）を用いて正しい厚さに掃引できるような、過剰な厚さを有するコーティングを当該薄層上に形成することが望ましい。実際には、直前に硬化された層上をドクターブレードが掃引していくにつれて、より多くの材料がブレードによる掃引直後の領域から除去されていくので、ドクターブレードの前に溜まった過剰な材料の高さは増していくのが典型である。ブレードの前に溜まるこのような材料の大きな膨らみ部分は、捕捉部分を掃引する際に問題となる。平滑化装置の前に材料の大きな膨らみ部分がある状態で捕捉部分に突き当たる際、当該膨らみ部分を成す材料が、ブレードの下から後方に流れ戻り、これによりブレードの既掃引路上に形成が期待される平滑層の所望厚さに害を及ぼす場合がある。ブレードの前後における高さの差は、ブレードの前後における圧力差をもたらす。このような状況は、樹脂を、当該樹脂の粘性および当該樹脂に可能な流路の大きさに依存して流動させるような、推進力をもたらし得る。捕捉部分の状況においては、樹脂にとって最も開かれた流路は、ブレードの前方に流れることとは反対に、ブレードの下部から後方に流れることである可能性がある。結果として、実質的な膨らみ部分は、前方に掃引されて捕捉部分から掃き出されるのとは反対に、当該捕捉部分に残留する可能性がある。したがって、ドクターブレードが捕捉部分上の掃引を終えた時には、当該捕捉部分から除去された樹脂の量は所望の量よりもずっと少ないかもしれない。
【０００５】
この問題は、図２ａを用いて図解される。図２ａは、矢印２６で示されるような左方から右方への掃引途中にある、リコーティング装置（たとえばブレード）２０を示した図である。左方から右方への掃引の開始前においては、部品（すなわち物体）２４は、過剰な厚さを有する未硬化材料によって過剰にコーティングされている。掃引過程中におけるブレードと所望の作業表面との間の離間距離は、ブレードギャップとして知られている。一方、直前に硬化された層からのブレードの離間距離は、ブレードクリアランスとして知られている。この例では、簡単のために、ブレードギャップはゼロと仮定され、ブレードクリアランスは１層分の厚さと仮定されている。図２においては、ブレードクリアランスは距離２３であることが示されている。参照番号２１で指定されているように、ブレードの既掃引路における樹脂表面は、平滑化され所望のレベルにまで削り取られているように示されており、一方、参照番号２２で指定されているように、過剰な樹脂の膨らみ部分がブレードの前に形成されている。実際、ブレードが掃引していくにつれて、ブレードの後方に位置することとなった領域から除去された材料が、まだブレードの前方に位置している領域に加えられていくので、ブレードの前の膨らみ部分は大きくなっていく。目的を達成するためには、ブレード２０は、過剰な材料を物体から掃引除去しなくてはならない。しかしながら、ブレードが樹脂の捕捉部分２５に突き当たったときには、この目的の達成が妨げられる可能性がある。所望の表面より上にある材料（すなわち膨らみ部分２２中の材料）とその他の材料との圧力差は、当該膨らみ部分を成す材料を他の領域に流れさせるが、この材料移動の速度は、可能な流路の大きさを含む多数の要素に依存する。示されている通り、捕捉部分２５内部の流路２７は、右方壁面２７の上方の流路２８よりも遥かに大きい。膨らみ部分２２を成すこのような材料は、流路２８を通って流れるよりも、むしろブレード後方の領域に流れやすい。このことは、平滑な表面２１の形成を妨げる。言い換えれば、このような材料の流れ戻りは、捕捉部分からの不十分な材料除去をもたらし、それにより、実際の表面レベルを、捕捉部分内においては過剰に高く、捕捉部分外では過剰に低くしてしまう。ブレードが部品の平坦で水平な表面上を移動しているときは、ブレード２０下の流路よりもブレードの前の流路の方が大きいので、上記の効果はさほど問題とされない。
【０００６】
特許文献３で論ぜられているような自動抜孔形成または自動排液路形成は、捕捉部分の問題を除去するのに役立つが、物体の固体部分であるべき部分に孔を形成して問題を除去するものである。物体の一体性を達成するために、これらの孔は物体形成後に充填されなくてはならない。１つの問題（捕捉部分の問題）を別の１つの問題（物体における望ましくない孔の形成）にすりかえるようなものでない解決法が望まれている。
【０００７】
アプリケータブレードを用いた立体造形装置（stereolithography apparatus; SLA）では、別のタイプの問題が存在する。アプリケータブレードは、ドクターブレードのそれとは正反対のリコーティング手法を採用し得る。図２ｂに示された当該技術を用いた立体造形装置では、直前に形成された物体断面３０が、造形材料を相乗刺激に選択的に露出して形成された後に、物体３１が、造形材料３３の所望の作業表面３２下に、約１層厚の深さ分あるいは所望の厚さ分だけ沈降させられる。露出過程の間において、アプリケータ３４は、少なくとも部分的に材料３３で充填される。そして露出過程の後において、アプリケータ３４は、所望の作業表面３２上または所望の作業表面３２よりわずかに上方において、開口部３６から材料を吐出しながら掃引され、隣接する材料層３７が形成される。
【０００８】
アプリケータブレード（すなわち材料分配装置）を用いた典型的な層形成過程には、過剰な厚さを有する初期コーティングを形成する過程（たとえば、物体が、造形材料中に１層厚分より深く沈められる、深沈降過程）が含まれないのが典型であるので、アプリケータは、領域上の移動の間、直前の薄層の形成に伴って硬化された領域上に樹脂を供給しなくてはならないだけでなく、捕捉部分内にも樹脂を追加しなくてはならない。内在する流速制限のために、アプリケータブレードがちょうど正確な量の樹脂を捕捉部分内に供給し損ねると、過剰な液は捕捉部分から十分に早くは流れ出さず、また、不足分の樹脂は十分に早くは補填されない。１層のみの形成を考えればこれらの問題は取るに足らないことかもしれないが、複数の隣接する層の形成により補足部分の形成が継続される場合の部品造形においては、上記の誤差が累積され、致命的とまではいかないまでも問題となる。したがって、ドクターブレードを使用するにせよアプリケーションブレードを使用するにせよ、一般的な最適リコーティング方式を決定するには、捕捉部分の存在が障害となる。
【０００９】
薄層上に一様なコーティングを供給するために変化させられ得るある別のパラメータは、ブレードの速度である。当該速度は、同一の薄層に対する複数の掃引の間で変化させられてもよいし、異なる薄層に対する各リコーティング過程間で変化させられてもよい。単一の薄層上の異なる部分をリコーティングする際に当該速度を変化させることも可能である。ブレードが部品の大きな水平平坦領域上を移動しているときには、ブレードがあまりに速く移動すると、過剰な量の樹脂が引き摺られて掃引除去されてしまう。状況によっては、平坦な領域上ではこの引摺りの効果が非常に深刻であるため、実質的に全ての樹脂がブレードによって掃引除去されてしまう場合もある。したがって、大きな平坦領域上では、上記の問題の発生を回避するため、ブレードの速度を落とすことが望ましい。
【００１０】
一方、捕捉部分上においては、ブレードがあまりに遅く移動すると、膨らみ部分を成す樹脂に、ブレードの下に流れる時間をより多く与えてしまいかねない。したがって、捕捉部分上においては、樹脂が下方へ流れる時間を持たないようにするべく、ブレードの速度を速くすることが望ましい。
【００１１】
また、狭い幅の固体材料を有する物体断面は、大きな固体領域を有する断面に必要とされる様式とは異なるリコーティング様式（たとえば、異なるリコーティング技術および／または異なるリコーティングパラメータを用いて）で、効果的にコーティングされ得る。さらに、リコーティングにとって重要なのは直前に硬化された薄層の構造的形状だけではなく、照準表面より０．５から２ｍｍあるいはそれより下方の深さまでに存在する薄層の構造的形状も、いかに最適な時間で、最適な一体性をもって、かつ／または最適な厚さをもってコーティングを形成するかを決定するために、重要な役割を担う。
【００１２】
単一組のリコーティング様式（すなわち、単一のリコーティング技術および／または単一組のリコーティングパラメータを用いて）を使用しては、一般的に捕捉部分と捕捉部分以外の部分（広く硬化される平坦な表面特徴等）との両方を最適に取り扱うことはできないことが分かっている。実際、ある与えられた層が捕捉部分と捕捉部分以外の部分（たとえば大きな平坦領域）との両方を含む場合、これらの部分のいずれか一方のみが存在する場合の工程を最適化するべく選択されるリコーティング様式とは異なるあるリコーティング様式が、最適であるかもしれない。既存の立体造形システムでは、リコーティング様式の選択および適用は、２つの方法で成され得る。すなわち、１）物体を形成するために単一組のリコーティングパラメータが選択される（この場合、リコーティングパラメータは各々の層の最も正確かつ／または最も速い形成のためには最適化されておらず、したがって、システムの処理能力の低減、または形成される最終物体における精度の損失をもたらす）か、あるいは２）システムの操作者が、自己の経験および形成される物体についての理解に基づいて、領域ごとに（すなわち垂直レベルごとに）リコーティングパラメータを手動で選択するかである（この場合、程度の差はあれ最適化された処理能力および精度が得られる）。当該技術分野においては、リコーティング様式を選択するための、より完全に自動化されたシステムの必要性が長い間感じられてきた。
【００１３】
上記の各現象のため、立体造形の技術分野においては、造形中の物体の連続的な層を形成する準備として流動性の造形材料層を形成するための、より信頼性が高く、より最適化され、より自動化された方法および装置が、長い間求められてきた。そのような、信頼性が高く、最適化され、自動化された方法および装置を作り出す第１段階として、物体を成す形成済みの１つあるいは２つ以上の層における、表面特徴（たとえば、各層ごとの、大きな平坦硬化領域および捕捉部分）の存在を正確に特定することが重要である。
【００１４】
本明細書中で引用した米国特許および米国出願は全て、引用によりその全内容が本明細書に記載されているものとする。
【００１５】
さらなる関連特許、関連出願および関連公報
下記の表に掲げた特許および特許出願は、引用によりその全内容が本明細書に記載されているものとする。読者が特定の教示事項を探す手助けとなるように、各特許および各特許出願の要旨が以下の表に含まれている。本明細書に含める内容を特に掲げた事項に限定する意図はなく、本明細書に含める内容は、これらの特許出願、特許およびそれらの特許の基となった出願の内容を全て包含している。引用により本明細書に記載されたこれらの教示事項は、多くの形で本明細書の教示事項と組み合わせられ得る。たとえば、様々なデータ操作技術に関する引例を本明細書中の教示事項と組み合わせて、より高精度かつ／または効果的な形状の物体に適用され得る、より役に立つ変換された物体データを導出することができる。
【００１６】
2008110608.tif 000003
2008110608.tif 000004
2008110608.tif 000005
また、本明細書中では、非特許文献１および２の２冊の書籍に関しても全内容を引用により記載しているものとする。 
【特許文献１】米国特許第4,575,330号明細書
【特許文献２】米国特許第5,258,146号明細書
【特許文献３】国際公開第95/29053号パンフレット
【非特許文献１】Paul F. Jacobs著; Rapid Prototyping and Manufacturing: Fundamentals of Stereolithography; 発行元Society of Manufacturing Engineers, Dearborn MI, U.S.A.; １９９２年 （日本語訳：「高速３次元成型の基礎」、日経ＢＰセンター、１９９３年）
【非特許文献２】Paul F. Jacobs著; Stereolithography and other RP&M Technologies: from Rapid Prototyping to Rapid Tooling; 発行元Society of Manufacturing Engineers, Dearborn MI, U.S.A.; １９９６年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目的は、立体造形法に用いられるリコーティング工程をより完全に自動化するのに必要なデータを提供することにある。
【００１８】
本発明のさらなる目的は、三次元物体を形成するより効率的な立体造形装置を提供することにある。
【００１９】
本発明のさらなる目的は、より精密な物体を形成する立体造形装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の第一の態様は、所定の刺激に露出したときに選択的に物理的に転移可能な材料から形成される複数の付着された薄層より三次元物体を製造する方法であって：形成すべき前記物体を表すデータを提供し；先に形成された隣接する薄層の上に材料の層を形成し；前記データにしたがって所定の刺激に該材料の層を選択的に露出して、前記物体の次の薄層を形成し、該次の薄層を前記先に形成された隣接する薄層に付着させ；前記形成および露出工程を複数回繰り返して、前記三次元物体を形成し；所望の幾何学的特徴が付随する薄層を特定するために前記データを処理する各工程を含み；前記形成工程が、少なくともいくつかの層に関して、前記隣接する薄層が前記所望の幾何学的特徴を含むときに第一のリコーティング形式を用いることを含み、該隣接する薄層が該所望の幾何学的特徴を含まないときに第二のリコーティング形式を用いることを含むことを特徴とする方法を提供する。
【００２１】
本発明の第二の態様は、所定の刺激に露出したときに選択的に物理的に転移可能な材料から形成される複数の付着された薄層より三次元物体を製造する方法であって：形成すべき前記物体を表すデータを提供し；先に形成された隣接する薄層の上に材料の層を形成し；前記データにしたがって所定の刺激に該材料の層を選択的に露出して、前記物体の次の薄層を形成し、該次の薄層を前記先に形成された隣接する薄層に付着させ；前記形成および露出工程を複数回繰り返して、前記三次元物体を形成し；どの薄層が捕捉部分を含むものであるかを特定するために前記データを処理する各工程を含み；前記形成工程が、少なくともいくつかの層に関して、前記隣接する薄層が付随する捕捉部分を含むときに第一のリコーティング形式を用いることを含み、該隣接する薄層が捕捉部分を含まないときに第二のリコーティング形式を用いることを含むことを特徴とする方法を提供する。
【００２２】
本発明の第三の態様は、物理的に層毎に形成される三次元物体を表すデータを分析し、捕捉部分が付随する薄層を表すデータを導出する方法であって：前記三次元物体を表すデータを提供し；薄層N‐1に付随する全ての上向き領域と、薄層N‐1に付随する全ての捕捉部分との論理和をとることにより、薄層Nに付随する捕捉部分の候補を導出し；薄層Nに付随する個々の孔を特定し；薄層Nに付随する前記個々の孔と、薄層Nに付随する前記捕捉部分の候補とを比較し；薄層Nに付随する前記個々の孔のうち少なくとも１つが、薄層Nに付随する、所定の閾値より大きい前記捕捉部分の候補と重なり合う場合に、薄層Nに捕捉部分が付随していると特定する各工程を含むことを特徴とする。
【００２３】
本発明の他のいくつかの態様は、上記した本発明の各方法態様を実施するための、装置を提供する。
【００２４】
本発明の第一の実施形態は、水平な境界領域が硬化材料の閉じたループを形成する際の、完全な捕捉部分検出のための技術を提供するものである。
【００２５】
本発明の第二の実施形態は、水平な境界領域が硬化材料の閉じたループを形成する際の、不完全な捕捉部分検出のための技術を提供するものである。
【００２６】
本発明の第三の実施形態は、捕捉部分が実際には前の薄層上で終了している場合であっても、拡張部中に当該捕捉部分が有効に存在することに基づいて、当該捕捉部分の、全てとまではいかなくともほとんどの拡張部を特定する技術を提供するものである。
【００２７】
本発明の第四の実施形態は、捕捉部分が実際には前の薄層上で終了している場合であっても、拡張部中に当該捕捉部分が有効に存在することに基づいて、当該捕捉部分の一部の拡張部を特定する技術を提供するものである。
【００２８】
本発明の第五の実施形態は、完全に閉じたループのみからもたらされたものではなく、小さな間欠部を含んだループからもたらされたものである捕捉部分を特定する技術を提供するものである。
【００２９】
本発明の他のいくつかの実施形態は、ある薄層が、全体として、あるいは一部が、あるいは全体的もしくは部分的に他の薄層と結合させられた場合において、サイズに関するある特定の要件を満たすか否かを特定するものである。
【００３０】
物体あるいは一部が完成された物体の、捕捉部分あるいはその他の幾何学的特徴を検出するために、各捕捉部分あるいはその他の幾何学的特徴に関連するパラメータが、参照表と共にリコーティング装置に与えられてもよい。この参照表は、リコーティングパラメータの自動特定のために、リコーティングパラメータを幾何学的特徴と関連付けるためものである。
【００３１】
本発明のさらなる目的および態様は、上記の目的の達成および上記の態様の実行を、単独であるいは組み合わせて行うことを含む。本発明の、これらおよびその他の目的、態様および利点は、図および添付された請求の範囲と共に詳細な説明を読むことで、よりよく理解されるであろう。
【００３２】
本発明の実施の形態を、いくつかの図において同じ数字が対応する部品を示している添付の図面を参照して、詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
上述したように、捕捉部分は、その領域の下にある硬化材料（例えば、上向き領域により）およびその領域の側部（例えば、断面境界）にある硬化材料により、その領域内に実際に保持された未硬化材料の領域である。上向きに置かれたボウルの形成中に、捕捉部分を有する薄層が、そのボウルの壁を含み、そのボウルの底部を形成する薄層の上に位置するそれら物体の断面に関して存在する。
【００３４】
リコーティングおよび捕捉部分の概念が、図３ａ−３ｌに示されている。図３ａ−３ｌは、ボウル状物体の６個の薄層のリコーティングおよび形成の交互の工程を含む12の側面図からなる。図３ａ−３ｌの要素を以下に説明する。図４は、図３ａ−３ｌの物体の分解等角図を示している。図３ａ−３ｌおよび４両方の同じ要素が、同一の参照番号で示されている。
【００３５】
要素ＣＯ−０（図３ａ）は、物体の最初の薄層の形成に備えてコーティングが形成されている、平板状構造物の上にある未硬化材料のコーティングを示している。要素Ｌ−１（図３ｂおよび図４）は、中実の平板状構造物としての薄層１の形成を示している。要素ＣＯ−１（図３ｃ）は、薄層１の上のコーティングの形成（すなわち、薄層２の形成に備えてのコーティングの形成）を示している。使用するコーティング（すなわち、リコーティング）パラメータは、平板状構造物の上にコーティングを形成するのに適切であるべきである。
【００３６】
要素Ｌ−２（図３ｄおよび図４）は、環状構造物としての薄層２の形成を示している。薄層１および２の組合せが、捕捉部分ＴＶ１を形成する。要素ＣＯ−２（図３ｅ）は、薄層２の上のコーティングの形成を示している。薄層２上に存在する捕捉部分は、使用する適切なリコーティングパラメータを選択するときに考慮されるであろう。
【００３７】
要素Ｌ−３（図３ｆおよび図４）は、環状構造物としての薄層３の形成を示している。薄層Ｌ−１、Ｌ−２およびＬ−３の組合せが、捕捉部分の形成を続けている。要素ＣＯ−３（図３ｇ）は、薄層３の上のコーティングの形成を示している。薄層３の上に存在する捕捉部分は、使用する適切なリコーティングパラメータを選択するときに考慮されるであろう。
【００３８】
要素Ｌ−４（図３ｈおよび図４）は、環状構造物としての薄層４の形成を示している。薄層１−４の組合せが、捕捉部分の形成を続けている。要素ＣＯ−４（図３ｉ）は、薄層４上のコーティングの形成を示している。薄層４上に存在する捕捉部分は、使用する適切なリコーティングパラメータを選択するときに考慮されるであろう。
【００３９】
要素Ｌ−５（図３ｊおよび図４）は、一つの細長い要素の形態にある薄層５の形成を示している。薄層５は、薄層２−４の捕捉部分領域における材料を捕捉する環を形成しない。この薄層は、捕捉部分を含まないが、捕捉部分の上に位置する最初の薄層を表している。要素ＣＯ−５（図３ｋ）は、薄層５上のコーティングの形成を示している。捕捉部分は薄層５上には存在しないけれども、捕捉部分は、その捕捉部分の上に二層の厚さとほぼ等しい厚さを有する流路を生じる薄層４上に存在する。先の捕捉部分の面積、層厚、材料の粘度、および開口部の水平サイズに依存して、薄層５を拡張捕捉部分として考慮し、それによって、捕捉部分を取り扱うのに適したコーティングパラメータを使用することが適切であろう。
【００４０】
要素Ｌ−６（図３ｌ）は、一つの細長い要素としての薄層６の形成を示している。別の薄層を形成すべきであり、したがって、続いての層を形成すべきである場合であって、約三層の厚さの流路のみが存在するときに、薄層６を拡張捕捉部分として考慮し、捕捉部分を取り扱うのに適切なコーティングパラメータを使用して再度コーティングを形成することが適切なことも、そうでないこともあるであろう。
【００４１】
薄層N-1の形成に起因して捕捉部分が存在し、かつ薄層Nに起因しては捕捉部分が存在しない場合は、当該捕捉部分は薄層N-1上で終了すなわち完結する。前述のように、捕捉部分の有効性は、当該捕捉部分が終了する薄層を超えて及ぶ場合がある。捕捉部分は、二種類の終り方をもって、薄層N-1上で完結すなわち終了しうる。すなわち、（１）当該捕捉部分は薄層N上で硬化された材料によって封印される可能性があり（たとえば、薄層N上で硬化された下向き領域によって）、あるいは（２）薄層Nが、当該捕捉部分の側部を完全にあるいは有効に画定するには不十分に硬化された材料を含んでいる場合には、当該捕捉部分は、側部に間欠部を形成され得る（この状況は、捕捉部分の端部を画定する材料の不硬化によって生じ得る）。状況（２）は、薄層N上の捕捉部分候補の壁部が孔を有する場合にも生じ得る。第一の状況では、捕捉部分の及ぼす影響は、薄層N-1の上にコーティングを形成した後に無くなる。第二の状況では、捕捉部分の有効な影響が、薄層N上のコーティングの形成あるいはそれ以降まで及び得る。
【００４２】
図５は、物体を形成する最初の５つの薄層の分解等角図を表したものである。捕捉部分は、物体の２番目の薄層２０４、３番目の薄層２０６および４番目の薄層２０８に存在する。５番目の薄層２１０は硬化された構造をもって捕捉部分を封印するものであるので、４番目の薄層２０８が、絶対的あるいは有効な捕捉部分を含む最後の薄層である。したがって、捕捉部分の有効な垂直拡張部は存在し得ない。薄層N+1を形成する準備のための、薄層N上のリコーティングは、捕捉部分ではなく硬化された部分上へのコーティングの形成を要求するものであるので、後に続く層への捕捉部分の影響は除去される。
【００４３】
前述のように、捕捉部分の壁部あるいは床部に小さな孔すなわち開口部が存在しているばあいであっても、当該捕捉部分は有効に存在し得る。当該捕捉部分に対するいくらかの材料の流入および流出を許容する小さな開口部は、材料の流れを著しく制限する大きさであるかもしれず、したがって依然として材料の有効な捕捉をもたらし得る。捕捉部分内部の液面レベルと捕捉部分外部の液体レベルとが、一旦互いにずらされると所望の時間内には同一のレベルに到達しない程度に、当該捕捉部分の内部と外部間および／または外部と内部間における液体媒体の流れが制限された場合に、材料の有効な捕捉が起こると言える。環境によって、上記の時間は典型的には１−１２０秒の範囲内にあり、より好ましくは１−６０秒の範囲内にあり、さらにより好ましくは１−３０秒の範囲内にある。
【００４４】
小さな開口部の問題は図６および７に図解されている。図６は、物体を形成する薄層の分解等角図を表したものであって、小さな水平間欠部２２４および２２６が、上の２つの層２２０および２２２にそれぞれ存在している。図６では、１番目の薄層２１２が床状構造を形成し、次の３つの薄層２１４、２１６および２１８が壁状構造を形成しており、当該壁状構造は、これら３つの薄層で画定されるそれぞれの長方形領域２２８、２３０および２３２に、未硬化の造形材料を捕捉するものである。したがって、２番目の薄層２１４から４番目の薄層２１８は、捕捉部分を含んでいる。一方、５番目の薄層２２０は、小さな水平間欠部２２４を含んでおり、該水平間欠部２２４は、５番目の薄層２２０の捕捉部分としての性質を有効に除去するものであるかもしれないし、そうでないかもしれない。５番目の薄層２２０の間欠部が捕捉部分を無効と成すか否かは、捕捉部分自身の寸法特性や、液体材料および硬化された材料の粘性／表面エネルギーパラメータを含む、いくつかの要素に依存する。同様に、６番目の薄層２２２は間欠部２２６を含んでおり、やはり該間欠部２２６は、６番目の薄層２２２の捕捉部分としての性質を有効に除去するものであるかもしれないし、そうでないかもしれない。５番目の薄層に付随する捕捉部分としての性質に影響を与え得る上記の要素に加えて、６番目の薄層２２２に付随する捕捉部分としての性質に影響を与え得る要素としては、５番目の薄層上の開口部２２４の大きさが含まれる。たとえば、５番目の薄層２２０および６番目の薄層２２２上の各間欠部２２４および２２６の大きさが、各々単独では依然として捕捉部分の有効な形成をもたらす場合がある。しかしながら、間欠部２２４と２２６とが結合された場合、捕捉部分の硬化が排除されるという結果がもたらされるかもしれない。
【００４５】
図７は、物体を形成する３つの薄層の分解等角図を表したものである。１番目の薄層２３４は、当該薄層の中心近くに小さな孔２４０を含んでいる。２番目の薄層２３６と３番目の薄層２３８は、それぞれ硬化された材料の長方形の環２４２および２４４を形成しており、当該長方形の環２４２および２４４は未硬化の材料を取り囲んでいる。１番目の薄層上の小さな孔２４０は、２番目および３番目の薄層における上記の環内にある未硬化材料の下に位置している。この小さな孔２４０の大きさによって、有効な捕捉部分が２番目および３番目の薄層上に存在することとなる場合もあれば、存在しないこととなる場合もある。
【００４６】
図３ａ−３ｌ、４、６および７は、捕捉部分の影響が、それぞれ４番目の薄層Ｌ−４（図３ｈおよび図４）、４番目の薄層２１８あるいは場合によっては６番目の薄層２２２（図６）および３番目の薄層２３８（図７）を超えて及ぶかもしれないために、捕捉部分の垂直方向への拡張が妥当であるかもしれない、薄層からなる物体を表したものである。比較的薄い層を用いての造形のため、および使用される典型的な液体造形材料の比較的高粘性の特性のために、次の１つあるいはそれ以上のコーティング（すなわち、薄層N+1、N+2等の形成準備のために形成されるコーティング）を形成した際には、流路の比較的薄い垂直成分しか当該材料に与えられない（すなわち、薄層N+1の形成準備時には２層厚分、薄層N+2の形成準備時には３層厚分の垂直成分等）ので、間欠部（不完全であるか完全であるかにかかわらず）を通じての材料の十分な流れが存在しないかもしれない。一旦開口部が十分な大きさ（すなわち高さおよび幅）となれば、捕捉部分がリコーティングに及ぼす影響は除去される。したがって、当該開口部の大きさが十分な幅を有しているが十分な高さを有していない場合には、捕捉部分の影響は、その後に続く薄層上のコーティング形成にも及び得る。実際、高さが０．５から２．０ｍｍあるいはそれ以上ある垂直開口部が、依然として有効な捕捉部分としての効果を発揮することも珍しいことではない。同様に、数ｍｍ（少なくとも０．５−２．０ｍｍの垂直高さを想定している）あるいはそれ以上の狭い間欠部は、捕捉部分の効果を発生させるのに十分な程に流れを制限することが観察されている。
【００４７】
垂直方向に制限された開口部の場合には、捕捉部分用のリコーティングパラメータが、次のＭ個の薄層（すなわち、捕捉部分が薄層N-1の形成で間欠する場合には、薄層N, N+1, ..., N+M-1）上のコーティングに対して、最適なものとして使用される。４ミル（約0.102mm）の層が使用されている場合は、Ｍは、５から２０の範囲内あるいはそれ以上の値を取り得る。捕捉部分の垂直拡張部に関する以下の議論においては、捕捉部分が終了した薄層(N-1)上方の、直後に続くＭ個の薄層(N, ..., N+M-1)上のコーティングに使用されるリコーティング過程まで、当該捕捉部分の影響が及ぶものと仮定する。
【００４８】
水平方向に制限された開口部の場合には、捕捉部分用のリコーティングパラメータが、“Ｗ”ｍｍよりも狭い幅の開口部に対して、最適なものとして使用される。いくつかの実施形態では、Ｗは０．５−２．０ｍｍの間の値を取り得る。
【００４９】
リコーティングパラメータは典型的には１つの層全体について設定されるので、各々毎に捕捉部分の終了に注意を払う必要はないであろう。すなわち、個々の捕捉部分がいずれの層上で終了するかを特定する必要はないであろう。その代わりに、いずれの薄層がいかなる捕捉部分にも関与しないものであり、いずれの薄層が、１つあるいはそれ以上の捕捉部分に関与する形成済みの薄層に連続的して続くものであるかを、単純に決定してもよい。第一義的には捕捉部分を含まないこれらの薄層は、捕捉部分の拡張部を含むＭ個の連続する薄層として特定される複数の薄層のうちの、最初の薄層として使用され得る。このことは、概念的には、いずれの薄層が１つあるいはそれ以上の捕捉部分を含み、いずれの薄層が捕捉部分を全く含まず、またいずれの薄層が捕捉部分を有する薄層から捕捉部分を有さない薄層への遷移部分を表すものであるかと単純に考えることにより、理解できるであろう。
【００５０】
本発明の実施形態による、立体造形法の原理を適用することによる三次元物体の薄層毎の形成方法、より詳しくは、その三次元物体の選択された薄層の表面特徴の自動検出に関する方法が、説明用の各図に示されている。
【００５１】
ある好ましい実施形態は、スライス過程に先立ってあるいはスライス過程中に、物体のＳＴＬ形式表現を操作することを含む。ＳＴＬ形式とは、モザイク三角形型の形式であり、複数の三角形が当該物体を実質的に全表面に亘って覆っており、各三角形がその３つの頂点（ある例示的な実施形態では、３つの頂点はそれぞれ３つの浮動小数点数で表現されており、「右手の法則」にしたがって順序づけられている）およびその法線ベクトルで表現されるような形式である。ＳＴＬ形式に関するさらなる詳細は、米国特許第5,039,359号、第5,137,662号、第5,312,622号および第5,354,391号に記載されており、これらの米国特許は全て、引用によりその全内容が本明細書に記載されているものとする。’622号特許は、各層について、いずれの領域が直前の層から現在の層を経てその後に続く層にまで続く領域であり、いずれの領域が上向き領域、下向き領域あるいはその双方であるのかを決定するために、ブール演算を用いることについて記載している。したがって、’622号特許は、各層と関連付けられる初期データを導出し、各層間において初期データを比較して、物理的に物体を再現するための過程に使用され得る結果データを形成するための方法および装置について記載したものである。また、この特許は、Ｃスライスあるいは外形スライスプログラムと呼ばれるものについて記載している。
【００５２】
’622号特許に記載されているＣスライスプログラムは、物体の層を記述する少なくとも３つの型の境界を発生させるものである。すなわち、上向き境界（ＵＢ）、連続境界あるいは層境界（ＣＢあるいはＬＢ）、および下向き境界（ＤＢ）である。ＵＢは、その層上に存在する上向き領域を取り囲む境界を規定するものである。ＣＢは、その層上に存在する連続領域を取り囲む境界を規定するものであり、ＤＢは、その層上に存在する下向き領域を取り囲む境界を規定するものである。
【００５３】
処理の実行に際し、Ｃスライスは、最終的に上記３種類の境界を導出するために、より多くの他の境界（たとえば、中間上向き境界、初期断面境界等）を発生させる。これらの３種類の境界型は、相互に排他的な各領域を画定する。これらの３種類の境界の導出過程においては、中間上向き境界（ＩＵＢ）が存在する。ＩＵＢは、下向き境界の下向き部分をも同時に含む領域も含め、全ての上向き領域を取り囲む境界である。下向き領域は典型的には上向き領域よりも厳しい形成基準を有するため、また、下向き領域と上向き領域とは互いに独立であることが望ましいため、Ｃスライスプログラムによるさらなる処理が、ＩＵＢ領域から全ての下向き領域を除去し、最終的なＵＢ領域が作成される。
【００５４】
Ｃスライスプログラムは、まず最初に初期断面境界（ＩＣＳＢ）と呼ばれ得る境界を形成する。このＩＣＳＢは、物体の特定の層（すなわち、薄層、構造の層あるいは物体層）に関し、当該物体の断面領域全体を画定するものである。典型的には、ＩＣＳＢは所望の物体サイズ規定様式（たとえば、オーバーサイズ様式あるいはアンダーサイズ様式）にしたがって規定される。薄層N、N-1およびN+1に対するＩＣＳＢが比較されて、様々な種類の中間境界型が発生させられ、これらがさらに処理されて、薄層Nに対する最終的なＤＢ（下向き境界）、ＵＢ（上向き境界）およびＣＢ（連続境界）が発生させられる。
【００５５】
本発明の好ましい実施形態の実施に際しては、各断面に関して上記の最終的な３つの境界型のいずれもが使用され得るし、また、ＩＣＳＢあるいは適当な中間境界型も使用され得る。他の好ましい実施形態においては、別種の初期データおよび／または別種の初期データ構造を使用してもよい。Ｃスライスによって発生させられたＵＢ、ＣＢおよびＤＢに関する情報は、好ましくは多重リストの形式とされる。多重リストの各々は、物体の中実部分あるいは中空部分を画定する、順序付けられた一連の線要素を含む。座標の順序は、好ましくは右手の法則に従う。この法則によれば、一連の線要素は、物体の外部境界を画定する場合（すなわち、物体の中実部分を画定する場合）には反時計回りに順序付けられる。逆に、物体の内部境界を画定する場合（すなわち、物体の中空部分を画定する場合）には、一連の線要素は時計回りに順序付けられる。あるいは、連続する境界線要素のクロス乗積の合計が、中実部分が取り囲まれている場合には正の値となり、中空部分が取り囲まれている場合には負の値となるというように、説明することもできる。
【００５６】
たとえば、上記の規則は図８ａに図解されている。参照番号４０で指定される円は、中実部分を取り囲む境界（連続境界、上向き境界、下向き境界あるいはそれらの組合せのいずれでもよい）を表す多重リストにより規定される曲線を表している。右手の法則に従えば、当該多重リストを構成する各線要素（図示せず）は、反時計回りに順序付けられる。一方、参照番号４２で指定される円は、孔を表す多重リストを図解したものである。孔は当然ながら中空部分を取り囲むものであるので、右手の法則に従えば、当該多重リストを構成する各線要素（図示せず）は、時計回りに順序付けられる。もちろん、境界とは定義上２つの別個の領域を分け隔てるものである。該境界は、その片側において特定の型の「中実部分」を画定し、もう片側において「中空部分」（すなわち、特定の型の非中実部分）を画定する。したがって、境界４０によって確定される領域中にあるのは中実部分であり、当該領域の外にあるのが中空部分である。同様に、境界４２によって確定される領域中にあるのは中空部分であり、当該領域の外にあるのは、定義上中実部分でなくてはならない。境界ループ４２が境界ループ４０の内側に完全に収まる場合、これらの２つのループの統合は、参照番号４４で指定される環状の中実要素をもたらす。このような境界の統合は、これらの境界により表される中実部分について、ブール演算の「ＡＮＤ」すなわち論理積演算を実行することと等価である。
【００５７】
孔が単一のモザイク三角形内に収まる必要はなく、さらには、特定の連続領域、上向き領域あるいは下向き領域に収まる必要もないことを理解されたい。そのような状況は図８ｂに図解されている。図示のように、中実部分を取り囲む境界領域を表す多重リスト４０は、多重リスト４２’により規定される領域と論理的に交差させられる。当該多重リスト４２’は、図示の通り、多重リスト４０により画定される領域に部分的にしか含まれない孔を取り囲むものである。この演算の結果得られるのが、図８ｂに図示された境界４８内の中実部分である。
【実施例】
【００５８】
基本的な捕捉部分検出  −  実施の形態１および２：
第一の実施の形態：
本発明の第一の実施の形態は、水平境界領域が硬化材料の閉じたループを形成するときの完全な捕捉部分検出の技術を提供する。この実施の形態は、以下の工程にしたがって行ってもよい。
【００５９】
最初の工程は、形成すべき三次元物体に関する断面情報を得ることである。この断面情報は、好ましくは、上述したように、Ｃスライスプログラム等により作成されたＩＣＳＢ、ＤＢ、およびＩＵＢ境界または領域情報の形式にある。別の実施の形態では、上述したいくつかの領域種類の代わりに、またはそれらの種類に加えて、各々の断面に関するＵＢおよびＣＢ境界または領域を使用してもよい。
【００６０】
第二の工程において、断面Ｎまたは層Ｎ（最も低い断面、すなわち、ＣＳ［Ｎ］＝ＣＳ［１］で始まり、最終断面まで進行する）に関して、境界、ラスターライン、またはビットマップのいずれかに基づくデータ構造で以下の操作を行う：
ａ．  層Ｎ−１上で特定された捕捉部分領域を、層Ｎに関する初期捕捉部分（ＩＴＶ）領域として定義する（ＩＴＶＮ）；
ｂ．  ＩＴＶＮをＩＵＢＮ−１（これは、層Ｎ上の本当の捕捉部分であるかもしれない正味面積である）と結合して、層Ｎに関する捕捉部分候補（ＰＴＶ）領域を与える（ＰＴＶＮ）；
ｃ．  ＩＣＳＢＮ中に孔が存在するか否かを決定し、そのような領域を初期断面境界孔領域として示す（ＩＣＳＢＨＮ）；
ｄ．  各々の孔の各々の面積要素（すなわち、ピクセル）をＰＴＶＮの各々の面積要素と比較する。ＰＴＶＮを成す要素に要素毎（ピクセル毎）に合致させられる各々の孔に関して、その孔を層Ｎの捕捉部分として定義する（ＴＶＮ）。あるいは、ＰＴＶＮに合致させられた面積要素を所定の百分率よりも多くを有する各々の孔に関して、その孔を捕捉部分として定義する。あるいは、ＰＴＶＮにより合致させられない面積を、所定の面積（すなわち、面積要素の合計）より少なく有する孔に関して、その孔を層Ｎの捕捉部分として定義する；そして
ｅ．  工程ｄの条件の一つ以上を満たす全ての孔に関して、ＴＶＮを当該孔の面積要素として定義する。リコーティングパラメータまたは物体の形成中に有用な他のパラメータを決定するのに使用するために捕捉部分に関連する適切なパラメータを出力する。
【００６１】
一旦上述した工程（ａからｅ）が完了したら、それらを、最後の断面が処理されるまで、各々の断面に関して繰り返す。
【００６２】
本発明の第一の実施形態の適用は、図９ａ−２２に図解されている。図９ａは、全体として矩形であり内部特徴を有する三次元物体の斜視図である。図９ｂは、要素９ｂ−９ｂにより定義された平面における、図９ａの物体の側面図である。図９ａに示されているように、当該三次元物体の内部は、２つの捕捉部分を含む多くの特徴的形状を有している。特に、図９ａおよび９ｂにおいて、該捕捉部分は参照番号８２および８４で示されている。説明のため、当該三次元物体を、ｚ軸沿いに離間された各位置で６つの断面（ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４、ＣＳ５およびＣＳ６）にスライスする。
【００６３】
図１０ａから１０ｆは、それぞれ、図９ａの物体を成す６つの層の断面表現を図示したものである。ここで、図１０ａから１０ｆに示した各断面の各々は、図９のスライス面に対応する。図１０ａでは、参照番号１０２は、内側の下向き境界１０４を取り囲む外側の下向き境界を示している。参照番号１０４は、下向き領域でない領域を取り囲む下向き境界である。前述のように、図１０ａから１０ｆ中のベクトルの方向は、各境界が中実部分を取り囲んでいるのか中空部分を取り囲んでいるのかを特定するために重要である。
【００６４】
図１０ｂでは、参照番号１０５は、連続領域を取り囲む連続境界を示している。参照番号１０６は、上向き領域を取り囲む上向き境界を示している。参照番号１０８および１１０は、連続領域でない領域を取り囲む連続境界を示している。
【００６５】
同様に図１０ｃでは、参照番号１１２、１１４、１１６および１１８は、連続領域でない領域を取り囲む連続境界を示している。参照番号１２０は、上向き領域を取り囲む上向き境界を示している。
【００６６】
図１０ｄでは、参照番号１２０および１２２は、連続領域でない領域を取り囲む連続境界を示している。参照番号１２４は、連続領域を取り囲む連続境界を示している。参照番号１２６および１２８は、上向き領域を取り囲む上向き境界を示している。
【００６７】
図１０ｅでは、参照番号１３０は、上向き領域を取り囲む上向き境界を示している。参照番号１３２は、連続領域でない領域を取り囲む連続境界を示している。参照番号１３６は、連続領域でない領域を取り囲む連続境界を示している。
【００６８】
図１０ｆでは、参照番号１３８は、上向き領域でない領域を取り囲む上向き境界を示している。参照番号１４０は、上向き領域を取り囲む上向き境界を示している。
【００６９】
図１１ａ−１６ｄは、断面１から６に関し、下向き境界、上向き境界、連続境界および初期断面境界により規定される領域の上面図を、ビットマップ形式で図解したものであり、各セルすなわちピクセルは、分析のための所望の解像度（たとえば０．０２５ｍｍから１０ｍｍ）に対応する大きさを有している。前述のように、ＤＢ、ＵＢ、ＣＢおよびＩＣＳＢは、Ｃスライスプログラムから取得することができる。各境界型の内部において物体の一部を形成する領域は「点」で示されており、その境界型の外側にあって孔の内部にある領域は「Ｘ」で示されている。たとえば、図１１ａから１１ｄは、ＣＳ１に関連する各境界型の表現の、ピクセル毎の領域表現を表したものである。ここで、図１１ａはＤＢ（下向き境界）により規定される領域を表しており、図１１ｂはＵＢ（上向き境界）により規定される領域を表しており、図１１ｃはＣＢ（連続境界）により規定される領域を表しており、図１１ｄはＩＣＳＢ（初期断面境界）により規定される領域を表している。同様に、図１２ａ、１３ａ、１４ａ、１５ａおよび１６ａは、それぞれＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４、ＣＳ５およびＣＳ６に関し、ＤＢにより規定される領域を表しており、図１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ、１５ｂおよび１６ｂは、それぞれＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４、ＣＳ５およびＣＳ６に関し、ＵＢにより規定される領域を表しており、図１２ｃ、１３ｃ、１４ｃ、１５ｃおよび１６ｃは、それぞれＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４、ＣＳ５およびＣＳ６に関し、ＣＢにより規定される領域を表しており、図１２ｄ、１３ｄ、１４ｄ、１５ｄおよび１６ｄは、それぞれＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４、ＣＳ５およびＣＳ６に関し、ＩＣＳＢにより規定される領域を表している。ＩＣＳＢは、ＤＢ、ＵＢおよびＣＢの論理和であると理解することができる。このようにＩＣＳＢを捉えると、図１３ｂと図１３ｃとの間でそうであるように、「点」で規定されるある要素（すなわちピクセル）が「Ｘ」で規定される他の要素と重なり合う場合は、論理和演算の特性より、「点」が図１３ｃ中の対応する「Ｘ」より優位に立つ。すなわち、ＣＳ３上のＵＢ領域（図１３ｂ）において「点」により規定される正の領域が、ＣＳ３上のＣＢ領域（図１３ｃ）において「Ｘ」により規定される負の領域に優先し、ＣＳ３に関し、図１３ｄに示すようなＩＣＳＢが形成される。
【００７０】
上記に加えて、ＣスライスプログラムはＩＵＢデータをも提供し得る。前述のように、ＩＵＢは、下向きかつ上向きである領域を含めてあらゆる上向き領域を含んでいる点で、ＵＢとは異なる。ここでＵＢは、上向きのみである領域しか含んでいない。
【００７１】
必要な境界データ（たとえばＩＣＳＢ、ＤＢ、ＩＵＢおよびＣＢ）がＣスライスプログラムから提供可能になるか、あるいは同様のものが別の方法で導出あるいは提供された後、以下のようにして捕捉部分の検出過程が実行される。ＣＳ１に関して言えば、まず、図１９ａに示すように、層N-1上のあらゆる捕捉部分が、層Nの第一ビットマップ１７０上に写像される。この写像された捕捉部分はＩＴＶＮと表記される。１番目の層の下には他の層は存在しないので、ＣＳ１については、ＩＴＶＮを表した第一ビットマップ１７０は、たとえばゼロの値で満たされる。本発明の第一の実施形態では、上述の過程は、２つのビットマップ、すなわち第一ビットマップ１７０と第二ビットマップ１８０とを用いて実行することもできる。
【００７２】
図１７ｂに図解されている次の処理工程は、ＩＴＶＮとＩＵＢＮ−１との論理和を取り、捕捉部分候補ＰＴＶＮを導出する操作を含んでいる。該捕捉部分候補ＰＴＶＮは、第一のビットマップ１７０に保存される。いずれの領域も空領域であるので、ＣＳ１には捕捉部分候補は存在しない。
【００７３】
図１７ｃは、ＩＣＳＢＨＮを図示している。ＩＣＳＢＨは、ＩＣＳＢから導出され、ビットマップ１８０に保存される（たとえば図１１ｄ参照）。ここで、図１１ｄで「Ｘ」で示されている領域は孔であり、図１７ｃでは「１」で示されている。
【００７４】
各ＩＣＳＢＨを別個に分析して、各ＩＣＳＢＨが捕捉部分の一部を形成しているか否かを決定することを可能ならしめるために、各断面上の各ＩＣＳＢＨは別個にラベル付けされる。この分析を実行するに際し、ビットマップ１８０上に保存されているＩＣＳＢＨ１領域の各ピクセルは、ＰＴＶ１を含むビットマップ１７０のピクセルと比較される。個々のＩＣＳＢＨ１領域のピクセルとＰＴＶ１領域に含まれるピクセルとの間に十分な重複があれば、当該ＩＣＳＢＨ１領域の全体が、断面ＣＳ１の捕捉部分（ＴＶ１）として規定されて、第二のビットマップ１８０中に保持され続ける。十分な重複を有さないＩＣＳＢＨ領域は、その全体が第二のビットマップ１８０から取り除かれる。この処理は、各ＩＣＳＢＨ１領域が全て分析され終わるまで続けられる。当該分析が終了すると、第二のビットマップは、当該断面のために特定された捕捉部分のみを含むことになる。２つのピクセル組の比較は、ブール演算の「ＡＮＤ」すなわち論理積演算と等価である。個の例においては、ＰＴＶ１が存在しないため、ＣＳ１には捕捉部分が存在せず、ＴＶ１は全てゼロである。図１７ｄは、ビットマップ１８０を空のマップとして示している。
【００７５】
後に続く層ＣＳ２からＣＳ６についても上記の各工程が繰り返され、連続する各層について捕捉部分が特定される。このことは、図１８ａから２２ｄに図解されている。各断面ＣＳＮについて、ＣＳ[N-1]の第二のビットマップ１８０がＣＳＮの第一のビットマップ１７０となり、ＣＳ[N-1]からの第一のビットマップ１７０がクリアされてＣＳＮの第二のビットマップ１８０となることが好ましい。ＣＳ[N-1]のビットマップ１８０に保存された最終的な情報は、ＣＳ[N]のビットマップ１７０に最初に必要とされる情報であるので、上記のビットマップの特定状態を反転させる処理は有益である。この段階でのＴＶＮは、次の段階でのＩＴＶＮとなる。
【００７６】
ＣＳ３に関する図１９ｄに示されているように、アルゴリズムが捕捉部分１８２を検出すると、ビットマップ全体の中における捕捉部分の位置を追跡するために、連結リストが作成され得る。ある層の様々な領域上に位置する各捕捉部分に使用されるリコーティング様式を、効果的かつ自動的に設定するために、該連結リスト中の情報が、コーティング処理装置あるいはブレード制御装置に提供され得る。あるいは、ある与えられた層上に存在する捕捉部分は、当該層の全体に対し単一の所望のリコーティング様式を設定するようにも分析され得る。連結リスト中においては、各捕捉部分候補は、当該捕捉部分候補に関する属性子を付与されてもよい。たとえば、捕捉部分１８２の連結リストは、そのもととなった多重リストのいくつかあるいは全てを含んでいてもよいし、各捕捉部分についての、領域に関する情報や大きさ／寸法に関する情報等を含んでいてもよい。
【００７７】
第一の実施形態におけるＴＶＮを特定するために、ＩＣＳＢＨＮ上の各孔の各要素（すなわちピクセル）は、ＰＴＶＮの要素（すなわちピクセル）と合致させられる。あるいは、ＰＴＶＮに含まれる面積要素に合致させられた面積要素を所定の百分率よりも多くを有する各々の孔に関して、その孔全体を捕捉部分（ＴＶＮ）として規定してもよい。このような型の判別の例が、図２２ｂ−２２ｄに示されている。図２２ｄでは、ＰＴＶＮおよびＩＣＳＢＨＮ上の１つの孔の双方において、ピクセルの完全な合致がある領域は、記号「１」で示されている。しかしながら、ＰＴＶＮと比較されている孔は、ＰＴＶＮ内にない追加の領域も含んでいる。この追加の領域は、記号「１＋」を含むピクセルで表されている。「１＋」を含む孔に対し「１」を含む孔の割合が十分に高ければ、当該孔の全体が捕捉部分とみなされる。このことは、真か偽かの結果となる、次の論理式の形式で表される。
【００７８】
N1*100%/(N1+N2)>=VT
ここで、N1は重複するピクセルの数であり、N2は孔の中に含まれるがＰＴＶＮ内に対応ピクセルを有さないピクセルの数であり、VTは選択された閾値としての百分率値である。実際には、最適な閾値は８０−９０％より大きい値であると推測される。いずれにしても、実験を行って複数の異なる物体を造形し、異なる水準の重複／非重複の効果を観察し、閾値として使用すべき妥当な経験値を決定することは、当業者の能力の範囲内である。上記の式の結果が「真」となった場合には、その孔は捕捉部分として規定される。一方、上記の式の結果が「偽」となった場合には、その孔のいずれの部分も捕捉部分として規定されない。たとえば、操作者あるいは予め指定されたパラメータにより、５０％という閾値が設定される場合がある。閾値の設定は、流体材料の様々な特性に依存する。これらの特性には、粘性や表面エネルギーが含まれ得る。図２２ｂおよび２２ｃでは、図２２ｃ中の孔１８６に対する捕捉部分候補１８４の大きさは、約５７％である（１６ピクセル／２８ピクセル）。ＰＴＶ領域１８４は５０％より大きいので、図２２ｄに示すように、孔１８６の全体が、ＣＳ６の捕捉部分としてラベル付けされる。したがって、この領域を捕捉部分としてラベル付けするために、連結リストが更新される。一方、閾値（ＶＴ）が６０％あるいはそれより大きい値に設定された場合には、当該孔全体は、捕捉部分として特定されない。
【００７９】
捕捉部分候補が特定された捕捉部分となるか否かの判断は、上述したような重複の割合だけでなく、他の要素をも考察するものであってもよい。そのような考察は、断面の大きさ、断面の幅（掃引方向への）、層毎の断面の大きさおよび幅の変化、当該領域の垂直方向深さ、排液孔の大きさおよび／または形状、容器内の樹脂の粘性、硬化された材料および液体材料の表面エネルギー等を、考慮するものであってもよい。実際、リコーティング様式がより細かく調整され得るようにするため、上記の要素に基づいて、複数の異なる型の捕捉部分（たとえば、深さあるいは幅によって異なる）を特定するほうが望ましい場合もある。
【００８０】
他の実施形態における他の判別技術の例は、以下の技術のうちの１つあるいは複数を含み得る。すなわち、（１）現在の断面上における孔の正味の面積の特定結果に基づいて、百分率である閾値を変化させる技術（たとえば、指定された範囲内において断面の面積が増加するにつれて、閾値も増加させられ得る）；（２）十分な流路が存在しており捕捉部分を宣言する必要がないという結論を導くために、非重複手段の最小面積を利用する技術；（３）十分に大きな流路が存在するという結論を導くために、重複しないピクセルの組に対し、最小臨界円を利用する技術；（４）現在の断面および直前の断面からの、非重複ピクセルの面積あるいは数を考慮して、捕捉部分の特定を不要と成すのに十分なほど正味の流路が大きいか否かを特定する加算技術；（５）個々の非重複領域に注目し、その非重複領域の大きさに基づいて、流量に関する値を当該領域と関連付け、その流量値で各非重複領域に重み付けをした上で全ての非重複領域について総和を取り、統合された非重複領域についての正味の流量値を得、その得られた値を所望の閾値と比較する重み付け加算技術；（６）層毎に連続捕捉部分を特定し、層毎に面積および厚さを合計し、各捕捉部分の正味の体積を得、閾値を選択する技術と、当該特定された正味の体積に基づいた比較技術であって、閾値の値と、使用可能な流路と、移動されなくてはならない媒体の潜在的な量との関係を改善するための技術；（７）層から層へと連続する捕捉部分を特定し、当該捕捉部分全体に関する非重複領域の正味量を特定し（流量に応じた重み付けをしてもよいし、しなくてもよい）、この正味量と閾値とを比較する技術；あるいは（８）上記の各技術の組合せである。他の様々な技術のいずれを使用してもよく、とりわけ、特定の孔を捕捉部分として規定する必要を排除するのに十分なだけの流れが存在するか否かを見積もるために、あらゆる技術が使用され得る。
【００８１】
上記の実施形態には、同一あるいは少なくとも妥当な結果をもたらしながら、他の多くの変更を加えることが可能である。提示されたブール演算とは異なるブール演算を、異なる入力データとともに使用することも可能である。たとえば、工程ｂにおいてＩＴＶＮ＋ＩＵＢＮ−１という論理和演算を実行する代わりに、ＩＴＶＮ＋ＵＢＮ−１＋ＤＢＮ−１という論理和演算を実行することも可能である。あるいは、工程ｄで行ったようにＩＣＳＢ上の孔を抽出する代わりに、ブール演算の論理和結合ＵＢＮ＋ＤＢＮ＋ＣＢＮから孔を抽出してもよい。
【００８２】
第二の実施形態
本発明の第二の実施形態では、捕捉部分の不完全な検出が実現され得る。この第二の実施形態は、何らかの理由により、全ての捕捉部分の絶対的な検出よりも、データ処理の速度のほうが優先されるような状況において使用され得る。たとえば、捕捉部分を成す最初の層の絶対的な検出は不要であるかもしれない。これは、捕捉部分による深刻な影響は、当該捕捉部分中のより高い位置（たとえば０．２−１ｍｍ）からしか生じ始めないからである。同様に、捕捉部分を成す最後の層の絶対的な検出も不要であるかもしれない。これは、実際の実行においては、操作者は、いずれにしても捕捉部分拡張技術を使用したいと考えるかもしれないからである。さらに、捕捉部分に関する情報がどのように使用されるかによっては、捕捉部分の完全な面積および幅を検出する必要はないかもしれない。これは、たとえば、ある操作者は、ある与えられた薄層上に捕捉部分が存在するか否かの全体的な判別にしか強い興味がなく、その捕捉部分がどこにあるかやどの程度大きいかについてはあまり興味がないかもしれないからである。
【００８３】
捕捉部分を部分的に検出するための各工程は、工程ｂにおいて、ＩＴＶＮとＩＵＢＮではなくＩＴＶＮとＵＢＮの論理和を取る点を除いては、完全な検出のアルゴリズムと同様である（以下、「工程ｂ＝」と呼ぶ）。第一の実施形態に関連して説明された他の全ての工程は、第二の実施形態においても同様である。結果として、第二の実施形態は、捕捉部分を検出する鍵として、最終的な上向き境界（ＵＢ）で規定される、上向きのみである領域を使用する。一方、第一の実施形態は、上向きのみである領域と、上向きかつ下向きである領域とを使用する（ＩＵＢ）。したがって、第一の実施形態は、一断面分のみのデータに基づいて領域を硬化することによって得られた硬化領域上の捕捉部分をも、検出することができる（すなわち、１層分の厚さしか有さない領域）。一方、本発明の第二の実施形態は、少なくとも二断面分のデータを含む領域上の捕捉部分しか、検出することができない（すなわち、少なくとも２層分の厚さを有する領域）。しかしながら、立体造形により形成される物体のほとんどは、１層厚分よりも大きい最小厚さ（典型的には４−６ミル（約0.102-0.152ｍｍ））を有するので、第二の実施形態は、第一の実施形態と実質的に同一の結果をもたらすことができる。物体は、スモーリー（Smalley）等による米国特許第5,597,520号および米国特許出願第08/428,951号（いずれも、引用により本明細書に全内容が記載されているものとする）に記載されている同時多重層硬化（Simultaneous Multiple Layer Curing; SMLC）技術に従って形成されると想定されているので、第二の実施形態の下では、領域を誤特定する可能性が増大する。したがって、ＳＭＬＣ型の形成のためにデータを操作する前に、初期断面データあるいは三次元物体データに基づいて捕捉部分を特定することを推奨する。
【００８４】
上述のように、第二の実施形態は、好ましくは、Ｃスライスプログラムあるいは類似のものから得られたＵＢデータを使用する。したがって、第一の実施形態で使用されたＩＵＢデータを、捕捉部分検出技術のために準備する必要はなく、取り扱われるべきデータの量および／または捕捉部分の検出後に実行されるべきデータ操作のレベルが低減させられる。
【００８５】
捕捉部分の垂直拡張部：  第三および第四の実施形態
状況によっては、捕捉部分の最上端の層を超えて延ばされた適当な垂直拡張部により、上述の実施形態の有用性がさらに強化されうる。前述のように、そのような捕捉部分の拡張は、ほぼ分離された２つの未硬化材料領域間における表面レベルの均一化が素早く起こらない程に、垂直方向に薄い流路（０．１ｍｍから１あるいは２ｍｍ以上）が未硬化材料の流れを妨げている場合に適当である。捕捉部分の垂直方向への拡張は、第一および第二の実施形態のいずれに基づくものでもよく、また、それらのいかなる変更例等に基づくものであってもよい。
【００８６】
捕捉部分の垂直方向への継続すなわち垂直方向への拡張は、少なくとも２つの形で生じ得る。第一に、終端の層に関する各捕捉部分の定義付けが、本来の垂直レベルから１層以上上方に拡張され得る。この実施形態は、実施が簡単であり、また多くの物体の幾何学的形状に対して十分に効果的である。しかしながら、この手法では、特に捕捉部分の側部に１層厚分あるいはそれ以上の開口部（間欠部としても知られている）が存在し得る状況では、捕捉部分の動向を十分に予測し得ないかもしれない。捕捉部分の終了を意味するこの間欠部は、特にそれが数層分で閉じてしまう場合には、より高い層における捕捉部分を効果的に除去し得ないかもしれない。この間欠部は、当該捕捉部分に材料を効果的に流入あるいは流出させるのには小さ過ぎる開口部である場合もある。第一および第二の実施形態によれば、一旦捕捉部分が終了したものとして検出されれば、当該部分をその下の部分と隔絶する上向き領域が、後に続くある層上に見出されるまで、当該捕捉部分が再び捕捉部分として特定されることはない。
【００８７】
第二の技術は、捕捉部分を１層分以上拡張することを含んでいる。指定された数の層の範囲内で開口部が閉じ、ＩＣＳＢ上に再び孔が形成された場合には、処理過程は、当該部分を有効な捕捉部分として認識したままにする。本技術の最も効果的な適用形態は、おそらく、使用される各拡張部について少なくとも１つの追加ビットマップを使用することを含むものである。
【００８８】
各層に付随する有効な補足部分を特定するための第三の実施形態の技術が、以下に説明される。この技術は、前の薄層で終了したがその影響が現在の薄層にまで及ぶ可能性のある捕捉部分を、垂直方向に拡張するという考えに基づいている。この捕捉部分の影響の拡大は、２つの形で起こり得る。すなわち、（１）終了した捕捉部分が、現在の薄層の近く（Ｍ層以内）にある場合（以下、「I型拡張」という）、あるいは（２）終了した捕捉部分は現在の薄層からある程度（Ｍ層より大きく）離れているが、当該捕捉部分のI型拡張特性が考慮され、当該捕捉部分が現在の薄層からＲ層分以内の範囲で再構成される場合（以下、「II型拡張」という）である。状況によっては、R<=Mとすることが有利であろうと思われるが、以下の議論中では、R=Mであると仮定する。以下の実施形態を変更して、RとMを異なる値とすることも可能である。実際には、MあるいはRの固定値を使用せずに、物体の幾何学的形状に基づいて、流動速度の詳細や必要な拡張量を見積もることも可能である。
【００８９】
II型拡張部として扱われることが好ましいものを含んでいる物体の例が、図２３ａに描かれている。図２３ａは、ある三次元物体を成す９つの薄層の分解等角図を示したものである。最初の２つの薄層は、中実の長方形平板の形状をとる。薄層３および４は環状構造をとる。薄層２と薄層３の組合せにより、薄層３上に捕捉部分が形成される。薄層４は、当該捕捉部分を継続させる。薄層５は「Ｕ」型の構造をとり、薄層４上の捕捉部分に含まれる領域に隣接した水平間欠部２５０を有する。この間欠部２５０は、薄層４上において捕捉部分の終了をもたらす。しかしながら、M>=1を仮定すれば、有効な捕捉部分が依然として薄層５上にも存在することとなる。この有効な捕捉部分は、薄層５上における最適なリコーティングパラメータの設定に際し考慮されなくてはならない。薄層６および７は、薄層３および４と同一の環状構造をとる。薄層５が有効な捕捉部分を含み、薄層６が、薄層５上に当該有効な捕捉部分を形成する領域を完全に包囲するので、薄層６は、当該捕捉部分を再形成すなわち再構成する。薄層７は、その環状構造と薄層６との関連により、さらに当該捕捉部分を継続させる。薄層８は、やはり環状構造をとるが、薄層６および７よりも小さな孔を有している。薄層７と８との孔部の関係により、薄層８もまた当該捕捉部分を継続させる。薄層９は、薄層７と同一であり、薄層８との関係により当該捕捉部分を継続させる。さらに追加の層が薄層９の上に形成され、それらの層が捕捉部分を継続させない場合であっても、I型拡張捕捉部分の特定方法により、薄層９の直上M層分の薄層を捕捉部分として捉えることが好ましいかもしれない。
【００９０】
上記のように、捕捉部分を検出するための第一の実施形態は、
（１）薄層Nについての捕捉部分候補PTVN（薄層N+1の形成準備のために薄層N上にコーティングを形成する際に使用されるもの）を、ピクセル、ＲＬＥデータおよび／または境界領域により規定される面積要素の論理和として規定する工程（すなわち、PTVN=TVN+IUBN-1）と、
（２）これらのPTVを、薄層N上に存在するICSB（ICSBHN）と比較する工程（この比較工程は、ICSBHNとPTVNの間において、孔毎の比較をする工程を含んでいる。PTVNと所定の関係を有する孔は、捕捉部分として規定される。たとえば、孔の構成面積要素のうち、十分に高い割合の数のものがPTVNの領域と重なり合うような場合は、当該孔は捕捉部分TVNとして捉えられる）
の各工程を含む。
【００９１】
図２５ａ−２５ｄは、上記の第一の実施形態の、図２３ａの物体への適用方法を図解したものである。図２５ａは、各薄層についての初期捕捉部分ITVNを図解したものである。このITVNは、上記の工程（１）におけるTVN-1と等価である。図２５ｂは、各薄層についてのPTVNを図解したものである。図２５ｃは、各薄層についての初期捕捉部分ICSBHNを図解したものである。図２５ｄは、各薄層について、上記の工程（２）により導出されたTVNを図解したものである。図２５ｄにおいては、薄層９について、実際のTVNの代わりに？記号を付してある。図２５ｃに示した薄層９上の孔の面積要素は、図２５ｂに示したPTVNの面積要素と、全てにおいて一致してはいないので、薄層９が捕捉部分を含むか否かは、孔と捕捉部分候補とを比較するのにどのような選択基準を用いるかに依存する。図２５ｅと２５ｆは、TV9（薄層９についてのTVN）に関し、第一および第二の二者択一の結果を示したものである。前述のように、TVは、重なり合いの割合に基づいて決定され得る。ここでは、ICSBHNがPTVNの約２倍の面積を有するものと仮定する。したがって、ここでの選択基準が、少なくとも５０％の重なり合いを有するものを捕捉部分として規定するものであれば、図２５ｅの結果が得られる。一方、ここでの選択基準が、５０％より大きな重なり合い（たとえば、８０％、９０％あるいは９５％の重なり合い）を必要とするものを捕捉部分として規定するものであれば、図２５ｆの結果が得られる。
【００９２】
第三の実施形態
第三の実施形態は、I型およびII型の拡張部の双方を考慮したものである。前述のように、I型拡張部の特定過程は、拡張部の導出に際し、直前のM-1枚の薄層（すなわち、現在の層の厚みも考慮に入れると、M層厚分）を考慮するものである。一方、II型拡張部の特定過程は、拡張部の導出に際し、直前のR-1枚の薄層（すなわち、現在の層の厚みも考慮に入れると、R層厚分）を考慮するものである。本実施形態では、R=Mであると仮定する。RをMとは異なる値と成すようにアルゴリズムを修正することが可能であり、R<=Mとなるように修正することが最も好ましい。
【００９３】
第三の実施形態は、以下に説明する各工程によって実施され得る。これらの工程は、立体造形装置の一部、あるいは立体造形装置により使用されるデータを生成する装置の一部である、ソフトウェアまたはハードウェアのアーキテクチャ中に組み込まれ得る。当該アルゴリズムは、物体の造形開始に先立って全ての薄層についての捕捉部分データを生成するものであってもよいし、造形過程中において必要に応じて捕捉部分データを生成するものであってもよい。
【００９４】
ここで、２種類の捕捉部分が各層Nに付随することが望ましい。すなわち、（１）層N上に存在する孔から導出された捕捉部分（以下、「種類１の捕捉部分」と呼ぶ）、および（２）より下方の層から拡張された捕捉部分（以下、「種類２の捕捉部分」と呼ぶ）。したがって、薄層Nに付随する正味の捕捉部分（Net Trapped Volume; NTV）は、
NTVN = TVHN + NETVN
と規定できる。ここで、変数NTVNは、「薄層Nについての正味の捕捉部分」を表す略号である。TVHNは、上述の種類１の捕捉部分である。TVHNは、「薄層N上の孔から導出された捕捉部分（Trapped Volume derived from Holes）」から導かれた略号である。NETVNは、上述の種類２の捕捉部分である。NETVNは、「薄層Nについての正味の拡張捕捉部分（Net Extended Trapped Volumes）」から導かれた略号である。
【００９５】
上記の式中のTVHNは、TVN-１の代わりにNTVN-１が、PTVNの代わりにPTVHNが使用される点を除いては、第一の実施形態においてTVNをPTVNから導出するのに使用された方法と同様の方法で、PTVHNから導出される。PTVHNは、
PTVHN = NTVN-１ + IUBN
により導出される。ここで、IUBNは「中間上向き境界（Intermediate Up-facing Boundaries）」の略号である。
【００９６】
また、TVHNは、PTVNからTVNを導出するのに用いられた上述の方法と同様の方法を用いて、PTVHNと十分に重なり合うICSBN上の孔から導出される。
【００９７】
NETVNは、薄層Nの前に続くM枚の薄層に付随する各拡張捕捉部分（ETVN）から導出される。すなわち、
NETVN = ETVN +
ETVN-1 - DBN +
ETVN-2 - DBN-1 - DBN +
……
ETVN-M+1 - DBN-M+2 - …… - DBN-2 - DBN-1 - DBN
である。ここで、DBNは下向き境界（Down-facing Boundary）の略号であり、ETVは
ETVN = TVHN-1 - TVHN - DBN
により導出される。変更実施形態においては、DBNを無視することにより計算を簡略化することが望ましい場合もある。
【００９８】
上記の各式では、「＋」および「−」の演算は、面積要素に適用されるブール和演算およびブール差演算を表す。これらの面積要素は、境界の形式、ビットマップ形式、RLE形式、あるいは面積に関する情報を受け渡し、操作するのに適した他の適当な形式のいずれによっても指定され得る。本実施形態におけるデータの流れは、以下の各工程により進行し得る：
（１）各薄層についてのICSB、IUBおよびDBを与えられた状態で開始する（すなわち、使用可能なICSBN、IUBNおよびDBNを得る）。  
（２）N=1から開始する各薄層について、以下の項目を導出する（N=1、N-1=0のときは、N=0と関連付けられた全ての変数がヌルとなることに注意されたい）：
（ａ）薄層Ｎについての捕捉部分候補を
PTVHN = NTVN-1 + IUBN
により導出する。  
（ｂ）ICSBN上の孔ICSBHNを検出する。  
（ｃ）上記の孔を１つ１つPTVHNと比較する。PTVHNと十分な重なり合いを有する孔を、TVHNとして特定する。  
（ｄ）ETVNを
ETVN = TVHN-1 - TVHN - DBN
により導出する。  
（ｅ）NETVNを
NETVN = ETVN +
ETVN-1 - DBN +
ETVN-2 - DBN-1 - DBN +
……
ETVN-M+1 - DBN-M+2 - …… - DBN-2 - DBN-1 - DBN
により導出する。  
（ｆ）NTVNを
NTVN = TVHN + NETVN
により導出する。  
（ｇ）NをN+1に換えて、次の薄層について（２）（ａ）から（２）（ｆ）の各工程を繰り返す。  
（３）NTVNを用いて、適当なリコーティング様式（すなわち、薄層N上のコーティングを最適化するような、リコーティング技術および／またはリコーティングパラメータ）を設定する。
【００９９】
上記の実施形態を完全に実施するには、各層に関するいくつかの変数の再計算、あるいはメモリ素子への変数値の保存のいずれかが必要である。図２５ａ−２５ｆに示された実施形態で使用される２つのメモリアレイ（たとえばビットマップ）に加え、本実施形態は、２＊Ｍ個の追加メモリアレイの使用により利益を受け得る。これらの追加メモリアレイは、現在の薄層（すなわち薄層N）および該現在処理されている薄層の直前のM-1枚の薄層に付随する、「Ｍ個」のETVと「Ｍ個」のDBを保存するために使用される。これらの追加メモリは、それらの識別子である番号を−１だけ変化させることにより、次に高い位置にある薄層がNの値をとるようにラベル付けし直され得る。直前の薄層の処理時においてETVN-M+1およびDBN-M+1を含んでいたメモリはクリアされ、新しく規定された薄層Nに関するデータの保存に使用され得るようになる。
【０１００】
図２３ａの物体に上記の実施形態を適用する方法が、図２４ａ−２４ｆに図解されている。図２３ｂ−２３ｆにより、これらの図２４ａ−２４ｆの理解が容易となる。図２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅおよび２３ｆは、各薄層について、ICSB、DB、IUB、UBおよびCB断面領域をそれぞれ図示したものである。これらの領域についての説明は、既に引用されたＣスライス特許（米国特許第5,321,622号）に記載されている。
【０１０１】
図２４ａは、各薄層について、工程２ａにより決定されるPTVHNを図示したものである。図２４ｂは、各薄層について、工程２ｂによりICSB内に決定される孔ICSBHNを図示したものである。図２４ｃは、各薄層について、工程２ｃにより決定されるTVHNを図示したものである。図２４ｄは、各薄層について、工程２ｄにより決定されるETVNを図示したものである。図２４ｅは、各薄層について、M=2を仮定して工程２ｅにより決定されるNETVNを図示したものである。図２４ｆは、各薄層について、工程２ｆにより決定されるNTVNを図示したものである。図２５ｄのTVNと図２４ｆのNTVNを薄層毎に比較すると、第一の実施形態によるよりも本実施形態による方が、捕捉部分のより完全な特定が得られていることが分かる。
【０１０２】
第四の実施形態
特定された捕捉部分を垂直方向に拡張するための第四の実施形態を、以下に説明する。この変更実施形態は、個々の捕捉部分がいつ終了するかには注目せず、代わりに、１つ以上の捕捉部分を有する状態から捕捉部分を有さない状態への移行を担う薄層がどれであるかに注目したものである。この実施形態は、自身は捕捉部分を全く含まず、かつ１つ以上の捕捉部分を含む薄層の直上に位置させられた薄層を特定することに関係している。これらの第一非捕捉部分薄層は、捕捉部分が拡張される先であるM枚の薄層すなわち物体層の、最初の１枚を表すものであり、少なくとも、これらの薄層上にコーティングを形成する際に使用される最適なリコーティングパラメータを規定する目的のために使用されるものである。
【０１０３】
ある与えられた物体の幾何学的形状に対して本実施形態がどのように適用され得るかを示した例が、図２７に図示されている。図２７は、６枚の薄層（１−６）を有する物体を図解したものであり、各薄層は当該物体の断面から導出されたデータにより規定されたものである。また、各薄層は、媒体の１枚の層の選択的硬化により形成されたものである。薄層１から薄層６は、それぞれ参照番号１から６で指定されている。
【０１０４】
図２７に図示されているように、薄層１および２は、中実な平板の形状をしている。一方、薄層３は、当該部品の左側の孔および右側の孔を取り囲む、固体の境界部の形態をとる。薄層３上で硬化された材料は、薄層２上で硬化された材料と組み合わさって、上記の左側および右側の孔内にある液体材料を捕捉し、したがって左側および右側の捕捉部分を形成する。薄層４の形成準備として薄層３上に材料のコーティングを形成するために使用される、リコーティングパラメータおよび技術は、上記の捕捉部分の両方を取り扱うのに適当なものとされるべきである。
【０１０５】
薄層４は、右側の孔を取り囲む固体の境界部と、左側面の窪み形状を形成する固体の腕状部（すなわち、左側を向いた固体材料の叉状形状）の形状をとる。薄層４上で硬化された材料と薄層３上で硬化された材料との組合せは、当該物体の右側に捕捉部分を形成する。薄層３上において特定された左側の捕捉部分は薄層４までは続かないので、この左側の捕捉部分は薄層３上で終了する。左側の捕捉部分は薄層３上で終了したので、当該捕捉部分が薄層４まで拡張されるべきか否かが、少なくとも薄層４上をリコーティングするためのパラメータ／技術を規定するために問題となる。本実施形態によれば、薄層４上には既に捕捉部分が存在しており、したがって当該捕捉部分のパラメータが薄層４上をリコーティングする際に使用されるものとして決定されるので、拡張は必要ない。本実施形態は、１つ以上の捕捉部分を有する薄層から捕捉部分を全く有さない薄層への移行がいつ起こるのかのみを問題とするので、本実施形態によれば、左側の捕捉部分の終了は認識されない。
【０１０６】
もちろん、個々の捕捉部分の終了が認識され、個々の捕捉部分の拡張を可能とし、そして場合によっては各薄層の異なる部分上において異なるリコーティングパラメータあるいは技術を使用することを可能とするような、他の実施形態も可能である。
【０１０７】
薄層５は、左側および右側の窪み形状、すなわち左側および右側の叉状形状を形成する、固体の腕状部を含む形状をとる。薄層５は、いかなる新たな捕捉部分も形成しておらず、また薄層４上において特定された右側の捕捉部分上に完全な環状構造を形成してもいないので、薄層５上には、いかなる捕捉部分も存在しない。薄層４は少なくとも１つの捕捉部分を含んでおり、薄層５は捕捉部分を全く含んでいないので、薄層５は、捕捉部分の拡張部を含むものとしてラベル付けされるM枚の連続する薄層の、最初の１枚として特定される。それにより、リコーティングパラメータの適当な選択が可能となる。
【０１０８】
薄層６は、薄層５と同一の形状を有している。薄層６上には捕捉部分は全く存在しておらず、最後の真の捕捉部分は、２薄層分下方（すなわち薄層４）に認められる。したがって、もしM=1であれば、薄層６が、捕捉部分の拡張部を含むものとして特定されることはない。一方M>=2であれば、薄層６は、捕捉部分の拡張部を含むものとして特定され、薄層６上のリコーティングはその特定にふさわしいように取り扱われる。
【０１０９】
本実施形態は、前述の第一あるいは第二実施形態によって特定された捕捉部分について、その拡張部を導出するために使用され得る。本実施形態は、以下の各工程を各薄層に対して適用することにより実施され得る：
（１）TVNを与えられた状態で開始する（TVNは、薄層N上に検出される捕捉部分を表現したデータを表す）。薄層N上にある１つ以上の捕捉部分の存在を特定することに加え、TVNは、各捕捉部分に関する様々な詳細を含み得る。  
（２）どの薄層が捕捉部分を含むかを、（真あるいは偽として）特定する。すなわち、
TVN’ = 真（TVNが存在する場合）
= 偽（TVNが存在しない場合）
である（この工程は、工程（１）から得られる情報を、各層毎に１つの真または偽の割当てに凝縮するものである）。  
（３）捕捉部分の拡張部を含むものとしてラベル付けされるM枚の連続する薄層の、最初の１枚を表す薄層がいずれであるかを特定する（真または偽）。すなわち、
IETVN = (TVN’ = 偽) * (TVN-1’ = 真)
である。あるいは、この関係式は、
IETVN = (TVN’) = * (TVN-1’)
もしくは
IETVN = (TVN-1’) / (TVN’)
と書くこともできる。（上記の各変数は、それぞれ単一の「真」あるいは「偽」という値を表す。--*--はブール演算の「ＡＮＤ」演算を表し、--’--はブール演算の「ＮＯＴ」演算を表し（注：括弧内の--’--はブール演算を表すものではなく、変数を指定する記号を表すものである）、--/--はブール演算の抑止演算を表す。）
この関係は、あるいは以下の真理値表の形で表すことができる：
2008110608.tif 000006
（４）いずれの薄層が捕捉部分の拡張部を含むかを特定する（真または偽）。すなわち、
ETVN = (IETVN) + (IETVN-1) + …… + (IETVN-M+1)
である。（上記の各変数は、それぞれ単一の「真」あるいは「偽」という値を表し、「＋」はブール演算の「ＯＲ」演算を表す。）
（５）以下の工程（ａ）により各薄層毎の正味の補足部分の存在（真または偽）を規定するか、以下の工程（ｂ）により捕捉部分特性（真または偽にとどまらない詳細事項）を規定する。  
（ａ）各層上に正味の捕捉部分が存在するか否かを特定する（真または偽）。すなわち、
NTVN = TVN’ + ETVN
である。（上記の各変数は、それぞれ単一の「真」あるいは「偽」という値を表し、「＋」はブール演算の「ＯＲ」演算を表す。）
（ｂ）NTVNを成す各捕捉部分の特性を特定し、
(NTVNの特性) = TVN + HTV(I)
とする。ここで、TV(I)は、薄層Nと薄層N-M+1の間において、真の捕捉部分を含む最も高い位置にある薄層Iの、捕捉部分特性である。
【０１１０】
本実施形態は、特に工程５（ａ）を採って実施される場合には、最低限の数の計算しか含まないので、実施が簡単であり、処理が迅速であるという利点を有する。
【０１１１】
上記の実施形態は、ある領域内の捕捉部分の上方における孔の再構築により、捕捉部分の拡張部において再形成される捕捉部分を、認識することができないかもしれない（たとえば、図２３ａの薄層６による、捕捉部分の有効な再形成は認識されないであろう）。工程５（ａ）が実施される際に捕捉部分の拡張部のＸおよびＹ位置に関する情報が失われるので、ここで導出される情報は、与えられた１つの断面について単一のリコーティング様式を指定する場合にのみ有用である。工程５（ｂ）が実施される場合であっても、捕捉部分の拡張部を規定するに際しては、M枚の薄層のうち最上の薄層からの情報しか利用されないので、拡張部のうちいくらかに関する情報は失われ得る。M枚の薄層が異なる薄層上において終了する複数の捕捉部分を含んでいるときは、これらのうち最も高い位置にある薄層に付随する捕捉部分のみが認識される。本実施形態に付随するさらなる潜在的な短所には、２種類の閉じ方のうちいずれをもって捕捉部分が閉じられるのかを識別できないという短所が含まれる。片方の閉じ方をもって閉じられた場合には、当該捕捉部分は拡張の効果を有さない。もう片方の閉じ方をもって閉じられた場合には、当該捕捉部分はその後のM層分に亘って拡張の効果を有する。本実施形態は、実際には捕捉部分の拡張部を含まない薄層を、拡張部を含む薄層として誤ってラベル付けする危険性が比較的高い。
【０１１２】
図２３ａの物体に本実施形態を適用する方法が、図２６ａ−２６ｅに図解されている。図２６ａは、工程２により決定される層毎のTVN’を図示したものである（注：TV9については、第二の選択肢が仮定されている）。図２６ｂは、工程３により決定される層毎のIETVNを図示したものである。図２６ｃは、工程４により決定される層毎のETVNを図示したものである（注：M=2が仮定されている）。図２６ｄは、工程５（ａ）により決定される層毎のNTVNNを図示したものである。図２６ｅは、工程５（ｂ）により決定される層毎のNTVNの特性を図示したものである。
【０１１３】
本発明の前述の各実施形態においては、三次元物体の各層における捕捉部分の検出は、未硬化材料を取り囲む、硬化された材料の完全なループの形成の有無に基づいている。（薄層が捕捉部分からM層分以内に存在する場合には、拡張により、そのような薄層上にも捕捉部分が特定されるかもしれないが、）これらの前述の実施形態においては、材料の不完全なループは、捕捉部分の形成に寄与し得ない。
【０１１４】
第五の実施形態
本発明の第五の実施形態においては、間欠部を含む断面が、捕捉部分の形成に寄与し得る。この実施形態においては、薄層上に捕捉部分を有効に存在させる流動制限要素として作用する程に間欠部が十分小さいか否かを、決定することを可能ならしめるために、当該薄層上の開口部すなわち当該間欠部の幅が考慮される。言い換えると、この実施形態においては、そのような開口部の幅が分析され、当該開口部が少なくとも、薄層上に捕捉部分が有効に存在しないと結論付けるのに必要なだけの最小流路を形成するか否かが、結果として導き出される。本実施形態は、与えられた薄層上の捕捉部分の存在に、水平方向への流れの制限がどのような影響を与え得るかを検討する技術を、提供するものである。この実施形態は、捕捉部分の場所を特定するのに先立って、もとのデータに含まれる小さな孔（捕捉部分として作用するには小さ過ぎるかもしれない孔）を除去することができるという、さらなる利点を有する。
【０１１５】
この実施形態は、以下の各工程によって実施され得る。ここで、この実施形態の最後の工程は、修正された入力データをもって前述の実施形態あるいはそれらに類似の実施形態を利用し、個々の薄層上の開口部すなわち間欠部の幅に対して依存性を有する捕捉部分の規定を可能ならしめる工程を含む：
（１）ICSBを与えられた状態で開始する。  
（２）各薄層について、以下の各工程により、修正されたICSBN（MICSBN）を求める。  
（ａ）断面N上の固体部分を有効に拡大するために、ICSBNに対し、逆侵食演算を実行する。当該拡大の量は、パラメータWと等しくなるように選択されるべきである。このパラメータWは、当該Wよりも狭い幅の間欠部は流動制限要素として作用するが、当該Wよりも広い幅の間欠部は流動制限要素として作用しないような、間欠部の限界幅を表すパラメータである。  
（ｂ）断面の拡大により交差することとなった線要素を検出する。  
（ｃ）交差する全ての線要素を、その交点において切断し、もとの線要素が有していたのと同様の方向を、各サブ要素に割り当てる。  
（ｄ）拡大された断面について論理和演算を実行し、当該拡大により生じた重複領域を全て除去する。  
（ｅ）境界部を成す個々のループを検出する。  
（ｆ）境界部を成すループに対し侵食ルーチンを実行し、当該断面により規定された固体部分を有効に縮小させる。これらの境界部をMICSBNとして規定する。  
（３）MICSBNを用いて、少なくとも修正されたDBであるMDBと、修正されたIUB（「MIUB」）を規定する。  
（４）捕捉部分検出のための前述の各実施形態において指定されたICSBN、DBNおよびIUBNの代わりに、MICSBN、MDBNおよびMIUBNを使用して、各薄層について捕捉部分の特定結果を導出する。
【０１１６】
さらなる考察
上記の５つの実施形態およびその変更実施形態およびそれらに等価のものは、実際の有効な捕捉部分の自動検出を目的とするものであった。捕捉部分は手動で特定することが困難であり、特に複雑な物体の場合はそうである。捕捉部分をリコーティングするために使用されるリコーティング様式は、他の幾何学的特徴上をリコーティングするために使用されるリコーティング様式よりも時間を要する傾向があり、したがってそのようなリコーティング様式を必要時以外に使用するのは好ましくない。本発明による捕捉部分の自動検出は、立体造形に使用されるリコーティング様式の選択を自動化するために、当該捕捉部分について経験的に決定されたリコーティング様式（すなわち、ある与えられたリコーティング装置のためのリコーティングパラメータ）と組み合わせられて用いられ得る。リコーティング様式は、単に特定された捕捉部分の存在のみに基づいたものでもよいし、あるいは、与えられた層における、前述のような特定の基準に合致する捕捉部分に基づいたものでもよい。この自動化は、効果的な時間内に高精度の物体を造形するのに必要とされる熟練さを、大きく軽減させるものである。
【０１１７】
特別なリコーティングパラメータを必要とし得るもう１つ別の重要な幾何学的特徴は、大きな固体領域である。したがって、捕捉部分と同様に、これらの領域の自動検出も、リコーティング様式の最適化および自動化された指定にとって有利なことである。
【０１１８】
大きな固体領域は、単一の薄層上における硬化された材料の大きな領域から生じるものであるかもしれないし、一連の薄層上における材料の硬化に起因して存在するものであるかもしれない。ある単一の薄層上にある大きな固体領域を自動検出する技術は、以下の各工程を含み得る：
１）ICSB(N)の領域データ、あるいはリコーティングの目的のために考慮されるべき他の領域データを与えられた状態で開始する。たとえば、ICSBの全部までは硬化しない造形様式が使用される場合は、ICSBの領域ではなく、DB(N)とUB(N)を統合した領域に注目する方が適切であるかもしれない。  
２）ICSB(N)領域あるいはその他の領域の幅を決定するために所望される解像度に対して、多くとも１／２の大きさであるステップ幅に基づいて、当該ICSB(N)領域あるいはその他の領域を侵食する。  
３）上記の侵食後において、当該領域を成していた部分が残存しているか否かを特定する。残存していなければ工程（５）に、残存していれば工程（４）に進む。  
４）実行された侵食の数をカウントしながら、工程（２）および（３）を繰り返す。最も効果的にデータを処理するべく異なるステップ幅によるいくつかの侵食が行われる場合には、各侵食の工程を追跡しておかなくてはならない。  
５）侵食毎のステップ幅の２倍に、成された侵食の数を掛けることにより、当該断面（すなわち薄層）における最大幅あるいは最大臨界円を算出する。
【０１１９】
上述のように、有効な断面幅は、断面Nの幅よりも大きい場合もある。この「有効な幅」は、薄層Nの幅と、その直前の「S」枚分の薄層の幅との総和に基づいた幅でもよい。この総和に組み入れる直前の層の適当な数は、経験的に決定され得る。作業表面から０．５−２．０ｍｍ未満あるいはそれより大きい深さ未満の高さに位置する薄層の断面幅は、薄層Nのリコーティング過程に影響を与えると考えられている。前の各薄層が上記の処理に与える影響を考慮に入れるべく、工程（１）は以下の工程（１’）に置き換えられ得る。
【０１２０】
１’）ICSB(N)、ICSB(N-1)、......、ICSB(N-S)の領域データを与えられた状態で開始し、これらの領域の論理和をとって、正味のICSB(N)であるNICSB(N)を規定する。以降の各工程においては、ICSB(N)の代わりにNICSB(N)を用いる。NICSB(N)以外の領域データも、リコーティングの目的のために考慮され得る。たとえば、ICSBの全部までは硬化しないような造形様式が使用される場合には、断面N-SからNについては、DBとUBを統合した領域に注目する方が適切であるかもしれない。
【０１２１】
物体の異なる幾何学的形状に対する、最も効果的なあるいは少なくとも適度に効率的なリコーティング様式は、異なる幾何学的特徴および異なるリコーティング様式を有する一連の試作部品を造形することによって、当業者により経験的に見出され得る。様々な様式の有効性の観察および／または分析は、異なる幾何学的特徴上のコーティングに使用される最も好ましいリコーティング様式を確認するために利用され得る。実際には、ある特定の物体を造形するに際しどのようなトレードオフが許容可能なものであるかによって、２つ以上のリコーティング様式が各特徴と関連付けられることもあり得る。造形時間よりも物体の精度の方が遥かに重視される場合もあれば、その反対の場合もあり、あるいは両者のバランスをとることが必要である場合もある。経験的に決定されたリコーティング様式は、関連付けられた幾何学的特徴と共に、参照表に記載され得る。ある与えられた薄層上の、ある特定の幾何学的特徴あるいは複数の幾何学的特徴の組を検出した際、SLAが上記の参照表にアクセスすることにより、ユーザーの介入を要さずに適切なリコーティング様式が選択され得る。SLAは典型的には単一のリコーティング装置を有するので、当該参照表は、そのリコーティング装置に特化したものとされることが可能で、ある与えられた薄層に付随する幾何学的特徴のタイプに応じたパラメータの変化を組み込むことができる。当該参照表の記載事項は、最も厳格なリコーティングパラメータを必要とする幾何学的特徴が最初に記載され、厳格なパラメータをあまり必要としない幾何学的特徴ほど後の方に置かれるような、ある特定の順序で並べられ得る。たとえば、当該参照表の記載事項には、各々異なるリコーティングパラメータが適している１つ以上の捕捉部分に関する特定事項、各々異なるリコーティングパラメータが適している１つ以上の固体部分に関する特定事項、および比較的厳格なリコーティング基準を必要とするような特徴部分を含まない全ての薄層のための通常特徴用記載事項が含まれ得る。例示的なパラメータが記載された参照表の例を、以下に示す：
2008110608.tif 000007
本明細書に記載された本発明の特徴検出技術を利用して物体を形成する際の好ましい方法は、感光性重合体を用いた立体造形方法である。しかしながら、本技術は、粉末材料を用いた立体造形方法や選択的積層成形等の他の高速試作技術にも応用され得る。本発明を実施するために本明細書の教示事項に従って変更され得る、特に好ましい立体造形装置としては、米国カリフォルニア州バレンシアの３Ｄシステムズ社から製造販売されているSLA250/50、SLA350/10およびSLA500/40、およびそれらに付随するコンピュータプログラムが含まれる。好ましい立体造形材料としては、米国カリフォルニア州ロサンゼルスのチバ・スペシャルティ・ケミカルズ社から製造販売されているSL5170、SL5180およびSL5190が含まれる。
【０１２２】
上記に引用された各リコーティング様式は、リコーティング技術とリコーティングパラメータとの組合せを指すものである。リコーティング技術の例としては、１）深い位置への含浸、２）ドクターブレード、３）バキュームアプリケータ、４）ポンプアプリケータ、５）反転ローラー、６）インクジェットアレイ、７）その他が含まれる。リコーティングパラメータの例としては、１）掃引速度、２）掃引回数、３）ブレードクリアランス、４）ブレードギャップ、５）材料供給の流動速度、６）含浸距離、７）掃引距離、８）その他のようなものが含まれる。本明細書中で使われるリコーティング様式およびリコーティングパラメータという用語は、直前に形成された薄層上における新たな材料層の形成に直接影響を与えるような、リコーティングに関する変数を特に指す。したがって、物体を成す直前の薄層と離れた領域上をリコーターによって掃引するか否かを制御するようなパラメータ（’005出願で教示されているようなパラメータ）は、ここでは除外される。上記の技術および様式については、’931特許および’005を含め、以上に引用された多くの特許および出願の中で、詳細に説明されている。
【０１２３】
上記の各実施形態は、メモリおよび処理装置を備え、適当な交信用接続を介して互いに、データ交換および／または交信する能力を有する、１つ以上のコンピュータシステム内にプログラミングされ得る。
【０１２４】
以上の説明は本発明の特定の実施形態に言及するものであったが、本発明の思想から逸脱することなく多くの変更例が可能であることが理解できよう。付属の各請求項は、そのような変更例をも、本発明の正式な範囲および思想内にあるものとして包含することを意図したものである。
【０１２５】
すなわち、ここで開示された実施形態は、あらゆる点において説明的なものであって制限的なものではなく、発明の範囲は、以上の説明よりもむしろ付属の各請求項により示されるものであると考えられるべきである。したがって、意味的に請求項の範囲内に含まれる変更、および請求項と均等の範囲内に含まれる変更は全て、当該発明の範囲に含まれると意図されたものである。
【０１２６】
他の実施形態
１．所定の刺激に露出したときに選択的物理的転移を成し得る材料から形成された複数の付着薄層より三次元物体を製造する方法であって、
形成すべき前記物体を表すデータを供給し；
直前に形成された隣接する薄層の上に材料の層を形成し；
前記データにしたがって所定の刺激に該材料の層を選択的に露出して、前記物体の次の薄層を形成し、該次の薄層を前記直前に形成された隣接する薄層に付着させ；
前記形成および露出工程を複数回繰り返して、前記三次元物体を形成し；
所望の幾何学的特徴が付随する薄層を特定するために前記データを処理する各工程を含み；
前記形成工程が、少なくともいくつかの層に関して、前記隣接する薄層が前記所望の幾何学的特徴を含むときに第一のリコーティング様式を用いることを含み、かつ該隣接する薄層が該所望の幾何学的特徴を含まないときに第二のリコーティング様式を用いることを含むことを特徴とする方法。
【０１２７】
２．前記選択的物理的転移が、前記材料の流動状態から固体状態への転移であることを特徴とする実施形態１記載の方法。
【０１２８】
３．前記所望の幾何学的特徴が捕捉部分であることを特徴とする実施形態２記載の方法。
【０１２９】
４．前記所望の幾何学的特徴が、所定量よりも大きい直線寸法もしくは面積を有する捕捉部分であることを特徴とする実施形態３記載の方法。
【０１３０】
５．与えられた薄層に付随する前記捕捉部分が、未硬化材料の領域を取り囲む硬化された材料の閉じたループによりもたらされる完全な捕捉部分を含み、
前記未硬化材料の領域が、１）前記隣接する薄層上の硬化された材料および２）前記直前に形成された隣接する薄層上において捕捉部分として特定された領域の少なくともいずれかにより、下方領域と有効に隔絶されていることを特徴とする実施形態３記載の方法。
【０１３１】
６．１）前記隣接する薄層上の硬化された材料および２）前記直前に形成された隣接する薄層上において捕捉部分として特定された領域のうちの１つあるいは２つの組合せにより下方領域から隔絶される、前記未硬化材料の領域の最小百分率値に関して最小閾値を設定することにより、前記下方領域との有効な隔絶の有無が特定されることを特徴とする実施形態５記載の方法。
【０１３２】
７．与えられた薄層に付随する前記捕捉部分が、間欠部がなければ未硬化材料を取り囲むこととなる境界状の壁部に設けられた水平間欠部により少なくとも一部がもたらされる、有効な捕捉部分を含み、
前記水平間欠部はいずれも指定された大きさよりも小さなものであり、
前記未硬化材料の領域が、１）前記隣接する薄層上の硬化された材料および２）前記直前に形成された隣接する薄層上において捕捉部分として特定された領域の少なくともいずれかにより、下方領域と有効に隔絶されていることを特徴とする実施形態３記載の方法。
【０１３３】
８．与えられた薄層に付随する前記捕捉部分が、特定された捕捉部分を含む薄層に対して該与えられた薄層が薄層M枚分以内の垂直上方位置に位置していることにより少なくとも一部がもたらされる、有効な捕捉部分を含むことを特徴とする実施形態３記載の方法。
【０１３４】
９．前記データを処理する工程が、与えられた薄層に付随する捕捉部分の水平方向への広がりを特定する工程をさらに含むことを特徴とする実施形態３記載の方法。
【０１３５】
１０．前記形成工程が、所望の作業表面の位置あるいはより上方の位置を掃引するリコーティング装置を使用することを含み、
前記リコーティング装置について少なくとも異なる掃引速度を指定するという点において、前記第一のリコーティング様式が、前記第二のリコーティング様式と異なることを特徴とする実施形態１記載の方法。
【０１３６】
１１．前記形成工程が、材料供給装置を使用することを含むことを特徴とする実施形態１記載の方法。
【０１３７】
１２．所定の刺激に露出したときに選択的物理的転移を成し得る材料から形成された複数の付着薄層より三次元物体を製造する装置であって、
形成すべき前記物体を表すデータを保存するメモリと；
直前に形成された隣接する薄層の上に材料の層を形成するコーティング装置と；
所定の刺激の刺激源と；
前記データに従って前記所定の刺激を前記材料の前記層上に指向させ、前記物体の次の薄層を形成し、該次の薄層を前記直前に形成された隣接する薄層に付着させる走査装置と；
所望の幾何学的特徴が付随する薄層を特定するために前記データを処理する処理装置を備え、
前記コーティング装置が少なくとも１つの調節可能なパラメータを含み、
該少なくとも１つの調節可能なパラメータが、前記隣接する薄層が前記所望の幾何学的形状を含むときには第一の値に設定され、かつ該隣接する薄層が該所望の幾何学的特徴を含まないときには第二の値に設定されることを特徴とする装置。
【０１３８】
１３．所定の刺激に露出したときに選択的物理的転移を成し得る材料から形成された複数の付着薄層より三次元物体を製造する方法であって、
形成すべき前記物体を表すデータを供給し；
直前に形成された隣接する薄層の上に材料の層を形成し；
前記データにしたがって所定の刺激に該材料の層を選択的に露出して、前記物体の次の薄層を形成し、該次の薄層を前記直前に形成された隣接する薄層に付着させ；
前記形成および露出工程を複数回繰り返して、前記三次元物体を形成し；
捕捉部分を含む薄層を特定するために前記データを処理する各工程を含み；
前記形成工程が、少なくともいくつかの層に関して、前記隣接する薄層が該隣接する薄層に付随する捕捉部分を含むときに第一のリコーティング様式を用いることを含み、かつ該隣接する薄層が該捕捉部分を含まないときに第二のリコーティング様式を用いることを含むことを特徴とする方法。
【０１３９】
１４．所定の刺激に露出したときに選択的物理的転移を成し得る材料から形成された複数の付着薄層より三次元物体を製造する装置であって、
形成すべき前記物体を表すデータを保存するメモリと；
直前に形成された隣接する薄層の上に材料の層を形成するコーティング装置と；
所定の刺激の刺激源と；
前記データに従って前記所定の刺激を前記材料の前記層上に指向させ、前記物体の次の薄層を形成し、該次の薄層を前記直前に形成された隣接する薄層に付着させる走査装置と；
捕捉部分が付随する薄層を特定するために前記データを処理する処理装置を備え、
前記コーティング装置が少なくとも１つの調節可能なパラメータを含み、
該少なくとも１つの調節可能なパラメータが、前記隣接する薄層が前記捕捉部分を含むときには第一の値に設定され、かつ該隣接する薄層が該捕捉部分を含まないときには第二の値に設定されることを特徴とする装置。
【０１４０】
１５．薄層毎に物理的に形成されるべき三次元物体を表すデータを分析して、所望の捕捉部分が付随する前記薄層を表すデータを導出する方法であって、
前記三次元物体を表すデータを供給し；
薄層N-1に付随する上向き領域と薄層N-1に付随する全捕捉部分との論理和をとることにより、薄層Nに付随する捕捉部分候補を導出し；
薄層Nに付随する個々の孔を特定し；
薄層Nに付随する前記個々の孔を、薄層Nに付随する前記捕捉部分候補と比較し；
薄層Nに付随する少なくとも１つの孔が、薄層Nに付随する前記捕捉部分候補と、所定の選択基準よりも大きな重なり合いを有する場合に、薄層Nに付随しているものとして捕捉部分を特定する各工程を含む方法。
【０１４１】
１６．薄層Nに付随しているものとして特定された各捕捉部分の特性を特定し；
薄層Nの前記特定された捕捉部分の特性を、所望の捕捉部分選択基準を規定する予め定められた特性の組と比較し、薄層Nに付随する前記捕捉部分の少なくとも１つが前記所望の捕捉部分選択基準を満たすか否かを特定する各工程をさらに含むことを特徴とする実施形態１５記載の方法。
【０１４２】
１７．連続的に形成された硬化可能な液体材料の層を選択的に硬化させることにより、薄層毎に前記三次元物体を形成し；
薄層Nの捕捉部分の前記特定結果を用いて、薄層Nに隣接して次に形成されるべき層をどのように形成すべきかについて、少なくとも１つの特色を決定する各工程をさらに含むことを特徴とする実施形態１５記載の方法。
【０１４３】
１８．薄層Nに付随する前記特定された捕捉部分が、薄層Nに付随する実際の捕捉部分であって、
薄層Nに付随する前記実際の捕捉部分と薄層N-1に付随する前記実際の捕捉部分との差を、薄層Nに付随する捕捉部分の拡張部として特定し；
捕捉部分による影響が観測され得る正味のコーティング厚さから導出された薄層の数をMとして、薄層N-M+1から薄層Nに付随する各捕捉部分の拡張部の和を、薄層Nに付随する捕捉部分の正味の拡張部として特定し；
薄層Nに付随する前記実際の捕捉部分と薄層Nに付随する前記捕捉部分の正味の拡張部との和を、薄層Nに付随する正味の捕捉部分として特定する各工程をさらに含むことを特徴とする実施形態１５記載の方法。
【０１４４】
１９．薄層Nに付随する前記捕捉部分の拡張部が、（１）薄層Nに付随する全下向き領域と統合された、薄層Nに付随する前記実際の捕捉部分と、（２）薄層N-1に付随する前記実際の捕捉部分との差であることを特徴とする実施形態１８記載の方法。
【０１４５】
２０．薄層Nに付随する前記捕捉部分の正味の拡張部(NETV)が、（１）薄層N-M+1から薄層Nに付随する前記捕捉部分の拡張部(ETV)の和から、薄層N-M+2から薄層Nの間にある全下向き領域を差し引いたものであり、式
NETVN = ETVN +
ETVN-1 - DBN +
ETVN-2 - DBN-1 - DBN +
……
ETVN-M+1 - DBN-M+2 - …… - DBN-2 - DBN-1 - DBN
により求められるものであることを特徴とする実施形態１９記載の方法。
【０１４６】
２１．薄層毎に物理的に形成されるべき三次元物体を表すデータを分析して、所望の捕捉部分が付随する前記薄層を表すデータを導出する装置であって、
前記三次元物体を表すデータを受け入れるメモリと；
（１）薄層N-1に付随する上向き領域と薄層N-1に付随する全捕捉部分との論理和をとることにより、薄層Nに付随する捕捉部分候補を導出し、（２）薄層Nに付随する個々の孔を特定し、（３）薄層Nに付随する前記個々の孔を、薄層Nに付随する前記捕捉部分候補と比較し、（４）薄層Nに付随する少なくとも１つの孔が、薄層Nに付随する前記捕捉部分候補と、所定の選択基準よりも大きな重なり合いを有する場合に、薄層Nに付随しているものとして捕捉部分を特定するようにプログラミングされた処理装置を含む装置。
【図面の簡単な説明】
【０１４７】
【図１】図１は、本発明を実施する従来技術の立体造形装置の断面図とブロック図の組み合わされた図である。
【図２】図２ａは、捕捉部分問題の一つを示している。図２ｂは、アプリケータブレードを用いたリコーティング方法を示している。
【図３】図３ａ−３ｌは、ボウル状物体の６個の薄層のリコーティングおよび形成を含む12の側面図である。
【図４】図４は、図３の物体の分解等角図を示している。
【図５】図５は、物体を形成する最初の５個の薄層の分解等角図を示している。
【図６】図６は、薄層のいくつかが水平間欠部を有している、物体の薄層の分解等角図を示している。
【図７】図７は、物体を形成する３個の薄層の分解等角図を示している。
【図８】図８ａは、中実領域に孔を挿入するブール演算の使用を示している。図８ｂは、前記孔が中実領域の外部境界と重複している場合を示している。
【図９】図９ａは、内部特徴を有する略矩形の三次元物体の等角図を示している。図９ｂは、要素９ｂ−９ｂにより定義された平面での前記物体の側面図を示している。
【図１０−１】図１０ａ−１０ｆは、図９ａおよび９ｂの物体を構成する６個の断面の各々に関するＣスライスによる出力としての断面境界データ（ＤＢ＝下向き境界、ＵＢ＝上向き境界、およびＣＢ＝連続境界）の上面図を示している。
【図１０−２】図１０ａ−１０ｆは、図９ａおよび９ｂの物体を構成する６個の断面の各々に関するＣスライスによる出力としての断面境界データ（ＤＢ＝下向き境界、ＵＢ＝上向き境界、およびＣＢ＝連続境界）の上面図を示している。
【図１１】図１１ａ−１１ｄは、修正ビットマップ形式における断面１に関する下向き境界、上向き境界、連続境界および最初の断面境界により定義された領域の上面図を示している。
【図１２】図１２ａ−１２ｄは、断面２に関する図１１ａ−１１ｄの対応するものを示している。
【図１３】図１３ａ−１３ｄは、断面３に関する図１１ａ−１１ｄの対応するものを示している。
【図１４】図１４ａ−１４ｄは、断面４に関する図１１ａ−１１ｄの対応するものを示している。
【図１５】図１５ａ−１５ｄは、断面５に関する図１１ａ−１１ｄの対応するものを示している。
【図１６】図１６ａ−１６ｄは、断面６に関する図１１ａ−１１ｄの対応するものを示している。
【図１７】図１７ａ−１７ｄは、断面１に関する様々な境界領域のビットマップ表現を示している。
【図１８】図１８ａ−１８ｄは、断面２に関する様々な境界領域のビットマップ表現を示している。
【図１９】図１９ａ−１９ｄは、断面３に関する様々な境界領域のビットマップ表現を示している。
【図２０】図２０ａ−２０ｄは、断面４に関する様々な境界領域のビットマップ表現を示している。
【図２１】図２１ａ−２１ｄは、断面５に関する様々な境界領域のビットマップ表現を示している。
【図２２】図２２ａ−２２ｄは、断面６に関する様々な境界領域のビットマップ表現を示している。
【図２３】図２３ａ−２３ｆは、各々の薄層に関する様々な境界表現および三次元物体を構成する薄層の分解図を示している。
【図２４】図２４ａ−２４ｆは、図２３ａに示した物体の各々の薄層に関する様々な境界表現を示している。
【図２５】図２５ａ−２５ｆは、図２３ａに示した物体の各々の薄層に関する様々な境界表現を示している。
【図２６】図２６ａ−２６ｅは、図２３ａに示した物体の捕捉部分の拡張部を決定する本発明の実施の形態に用いられる様々な境界表現を示している。
【図２７】図２７は、捕捉部分の拡張部の説明を目的とした６個の薄層を有する物体を示している。
【図１】
2008110608.tif 000008
【図２】
2008110608.tif 000009
【図３】
2008110608.tif 000010
【図４】
2008110608.tif 000011
【図５】
2008110608.tif 000012
【図６】
2008110608.tif 000013
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０−１】
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【図１０−２】
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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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