(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つの３次元物体を製造する方法及び装置を記述し、光重合性材料が、構築平面内の構築領域又は構築領域の一部分を電磁照射によって一斉に又はほぼ一斉に露光することにより凝固させられ、生成すべき物体がそこに構築される支持体と構築平面との間隔が少なくとも１つの露光フェーズ中に変化させられる。本発明によれば、３次元物体を、照射時間中に、その照射時間中に電磁エネルギーの供給を中断することなく、主方向に指定の硬化深さを超えて凝固することが可能である。更に、構築フェーズ中に、光重合性材料のその時点の硬化深さを制御することが可能である。又、適切な装置の実施形態も記載されている。【選択図】  図１
2010509090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの３次元物体を製造する方法であって、構築平面内の構築領域又は構築領域の一部分を電磁照射によって一斉に又はほぼ一斉に露光することにより光重合性材料を凝固させるステップを含み、生成すべき前記物体がそこに構築される支持体と前記構築平面との間隔が少なくとも１つの露光フェーズ中に変化させられる方法。
【請求項２】
前記支持体と前記構築平面との間隔が、構築台を前記構築平面から離していくことによって変化させられる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記支持体と前記構築平面との間隔が、構築プロセス全体を通して変化させられる、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記光重合性材料が容器内に供給され、前記容器内の未重合材料の充填レベルが、前記構築プロセス中一定に保たれる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
構築平面内を電磁照射によって一斉に又はほぼ一斉に露光することにより、光重合性材料を凝固させるステップを介して少なくとも１つの３次元物体を製造する方法であって、前記３次元物体が、照射時間中に、前記照射時間中に電磁エネルギーの供給が中断されることなく、主構築方向にその時点の指定の硬化深さを超える量まで凝固される方法。
【請求項６】
前記支持体が、一定若しくは可変速度、又は一定速度と可変速度との組合せで前記構築平面から連続的に離れていく、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
未重合光重合性材料の材料供給が流動により自動的に行われる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
未重合光重合性材料の材料供給が、ブレード又はワイパによって周期的又は交番的に行われる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記３次元物体の連続生成中に前記構築平面内に生じる前記光重合性材料の凸状又は凹状湾曲が、前記構築平面上方の所定の高さで平滑化要素を交番的又は周期的に水平運動させ又は配置して平坦又は本質的に平坦な材料表面を再形成することによって除去される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
ワイパ、ブレード、又は平滑化要素の前記配置又は運動中、露光を中断しないこと及び／又は支持板を連続的に移動させることを含めて、前記３次元物体の連続生成が中断されることのない、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
構築平面内を電磁照射によって一斉に又はほぼ一斉に露光することにより、光重合性材料を凝固させるステップを含む少なくとも１つの３次元物体を製造する方法であって、構築時間中の前記光重合性材料のその時点の硬化深さが、生成すべき前記物体を支持している支持体が前記構築平面から離れていく速度によって制御される方法。
【請求項１２】
構築平面内を電磁照射によって一斉に又はほぼ一斉に露光することにより、光重合性材料を凝固させるステップを含む少なくとも１つの３次元物体を製造する方法であって、連続構築時間中の前記光重合性材料のその時点の硬化深さが、投射されるラスタライズされた画像マスクの各個々の画素の照射強度によって制御される方法。
【請求項１３】
構築時間中の前記光重合性材料のその時点の硬化深さが、生成すべき前記物体を支持している支持体が前記構築平面から離れていく速度を制御することによって追加的に制御される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記光重合性材料の露光が、投射システムを介するマスク露光によって実施される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記光重合性材料の露光が、人間の目には静止している画像を生成することができるレーザ投射システムを介して実施される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
１つ又は複数の露光フェーズと、前記支持体と前記構築平面との間隔が更に変化させられる間に前記構築平面への電磁照射の供給が中断される少なくとも１つのフェーズとを含む、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記構築平面への電磁照射の供給の前記中断が、平滑化要素が揺動し及び／又は新しい露光画像が生成される１つ又は複数のフェーズに限定される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記構築平面への電磁照射の供給の前記中断中は、前記支持体を前記構築平面から離していく速度が最小値に抑えられる、請求項１６又は１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記構築平面が、前記光重合性材料の表面によって定められる、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
光重合性材料を凝固させることによって少なくとも１つの３次元物体を製造する装置であって、
電磁照射を介して構築平面の構築領域又は構築領域の一部分に一斉に又はほぼ一斉に電磁エネルギーを供給する機器と、
生成すべき前記物体を支持することができる支持体と、
前記支持体と前記構築平面との間隔が少なくとも１つの照射時間中に変化するように、電磁エネルギーを供給する前記機器を制御するべく構成された制御ユニットと
を備える装置。
【請求項２１】
前記制御ユニットが、前記支持体が前記構築平面から連続的に離れていくように、前記支持体用のアクチュエータを制御する、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記支持体用のアクチュエータが、前記支持体が前記構築平面から離れていく速度が可変になるように、前記制御ユニットによって制御可能である、請求項２０又は２１に記載の装置。
【請求項２３】
光重合性材料を凝固させることによって少なくとも１つの３次元物体を製造する装置であって、
電磁照射を介して構築平面に一斉に又はほぼ一斉に電磁エネルギーを供給する機器と、
前記３次元物体が、照射時間中に、前記照射時間中に電磁エネルギーの供給が中断されることなく、主構築方向にその時点の指定の硬化深さを超える量まで凝固されるように、電磁エネルギーを供給する前記機器を制御するべく構成された制御ユニットと
を備える装置。
【請求項２４】
電磁エネルギーを供給すると前記材料がそこで凝固される前記光重合性ポリマーの構築表面が、前記機器が電磁エネルギーを供給する前記構築平面を定めるように、前記光重合性ポリマーが供給される、請求項２０〜２３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
前記構築平面を周期的又は交番的に平滑化する平滑化要素を更に備える、請求項２０〜２４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２６】
電磁エネルギーを一斉に又はほぼ一斉に供給する前記機器が、投射マスクを生成する投射ユニットを備える、請求項２０〜２５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２７】
電磁エネルギーを一斉に又はほぼ一斉に供給する前記機器が、人間の目には静止している画像を生成することができるレーザ投射ユニットを備える、請求項２０〜２６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２８】
前記制御ユニットが、前記構築平面内の前記構築領域への電磁エネルギーの供給を、前記支持体が前記構築平面から連続的に離れていく間中断するように、電磁エネルギーを供給する前記機器又はシャッタを制御するべく構成されている、請求項２０〜２７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２９】
前記光重合性材料によって充填可能な容器の充填レベルを求める充填レベルセンサと、
更に追加の光重合性材料用の貯槽と
を更に備え、
前記制御ユニットが、前記充填レベルセンサから受け取る情報によって、光重合性材料を前記容器に注出するか又は前記容器から引き抜くかのいずれかを行うように、前記貯槽を制御するべく構成されている、
請求項２０〜２８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３０】
電磁照射を介して光重合性材料を中断せずに光重合させることによって前記光重合性材料から形成された３次元物体であって、前記材料の分離した層、点、及び糸状体を含み得る分離して重合された構造要素を１つも形成することなく連続的に構築される３次元物体。
【請求項３１】
連続立体リソグラフィプロセスによって層を形成せずに得られる、請求項３０に記載の３次元物体。
【請求項３２】
様々な断面領域をそれぞれ有する複数の部分を、前記材料の連続構築方向に備える、請求項３０又は３１に記載の３次元物体。
【請求項３３】
完全な３Ｄ物体、完全な３Ｄ物体の一部分だけ、又は同時若しくは異なる時点に形成された複数の３Ｄ物体の１つである、請求項３０〜３２のいずれか一項に記載の３次元物体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁照射などのエネルギーの供給下で凝固可能な材料を凝固させることによって、３次元（３Ｄ）物体を製造する方法及び装置に関する。可凝固性材料には、通常、光重合性、光硬化性、又は任意の刺激エネルギーによって別様に凝固可能な樹脂が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
フォトポリマー又は樹脂、特に光硬化性ポリマー又は樹脂から、段階的又は層状に３次元物体を構築することについて、様々な方法が文献に示されており、これに関しては、Ｍａｒｓｈａｌｌ  Ｂｕｒｎｓの「Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ−Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  ｉｎ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ」、１９９３年（ＩＳＢＮ  ０−１３−１１９４６２−３）を参照されたい。
【０００３】
例えば、従来の立体リソグラフィシステムでは、光重合性又は光硬化性材料を充填した容器内に支持板を設け、材料の表面の層を、例えばレーザ走査光線を用いて所定の層厚さが硬化されるまで選択的に照射する。一層を硬化後、支持板は、次の層の厚さだけ下げられ、新しい未硬化材料が充当される。
【０００４】
一点集中的エネルギー供給が含まれ、構築領域全体が一度に又はほぼ一度に照射されない、レーザによる選択的照射では、構築欠陥を回避し可能な限り正確な構築部分を得るために、個々の層を硬化し、支持板と共に離していかなければならない。層状に構築することによって、従来の立体リソグラフィプロセスは、層毎に複数の対応するステップを用いて実施しなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、電磁照射などの刺激エネルギーの供給によって凝固可能な材料を凝固させることにより３次元物体を製造する改良された方法及び改良された装置を供給することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
その目的は、請求項１、５、１１、若しくは１２に記載の特徴を有する方法、又は請求項２０若しくは２４に記載の特徴を有する装置によって解決される。本発明は更に、請求項３０に記載の３次元物体を提供する。本発明による方法又は装置の好ましい実施形態は、従属請求項に記述されている。
【０００７】
第１の態様によれば、本発明は、少なくとも１つの３次元物体を製造する方法であって、構築平面内の構築領域又は構築領域の一部分を電磁照射によって一斉に又はほぼ一斉に露光することにより光重合性材料を凝固させるステップを含み、生成すべき物体がそこに構築される支持板と構築平面との間隔が少なくとも１つの露光フェーズ中に変化させられる方法を提供する。
【０００８】
第２の態様によれば、本発明は、構築平面内を電磁照射によって一斉に又はほぼ一斉に露光することにより、光重合性材料を凝固させるステップを介して少なくとも１つの３次元物体を製造する方法であって、３次元物体が、照射時間中に、その照射時間中に電磁エネルギーの供給が中断されることなく、主構築方向にその時点の指定の硬化厚さを超える量まで凝固される方法を提供する。
【０００９】
第３及び第４の態様によれば、本発明は、構築平面内を電磁照射によって一斉又はほぼ一斉に露光することにより、光重合性材料を凝固させるステップを含む少なくとも１つの３次元物体を製造する方法であって、構築時間中の光重合性材料のその時点での硬化深さが、生成すべき物体を支持している支持板が構築平面から離れていく速度によって制御される方法を提供する。この制御の代替として、又はそれと組み合わせて、連続構築時間中の光重合性材料のその時点での硬化深さが、投射されるラスタライズされた画像マスクの各個々の画素の照射強度によって制御される。
【００１０】
別の態様によれば、本発明は、光重合性材料を凝固させることによって少なくとも１つの３次元物体を製造する装置であって、電磁照射を介して構築平面の構築領域又は構築領域の一部分に一斉に又はほぼ一斉に電磁エネルギーを供給する機器と、生成すべき物体を支持することができる支持板と、支持板と構築平面との間隔が少なくとも１つの照射時間中に変化するように、電磁エネルギーを供給する機器を制御するべく構成された制御ユニットとを備える装置を提供する。
【００１１】
更に別の態様によれば、本発明は、光重合性材料を凝固させることによって少なくとも１つの３次元物体を製造する装置であって、電磁照射を介して構築平面に一斉に又はほぼ一斉に電磁エネルギーを供給する機器と、３次元物体が、照射時間中に、その照射時間中に電磁エネルギーの供給が中断されることなく、主構築方向にその時点の指定の硬化厚さを超える量まで凝固されるように、電磁エネルギーを供給する機器を制御するべく構成された制御ユニットとを備える装置を提供する。
【００１２】
本発明の方法を適用することによって、電磁照射を介して光重合性材料を中断せずに光重合させることによって光重合性材料から形成され、材料の分離した層、点、及び糸状体を含み得る分離して重合された構造要素を１つも形成することなく連続的に構築された少なくとも１つの３次元物体を提供することが可能になる。
【００１３】
本明細書で使用される用語「少なくとも」１つの３次元物体は、本発明の方法が、完全な３Ｄ物体若しくは完全な３Ｄ物体の一部分のみ、又は、複雑な物体の複数の部分構造を同時に又は時間を変えて形成する場合を含めて、同時に若しくは時間を変えて複数の３Ｄ物体若しくは複数の部分３Ｄ物体を形成するのに使用し得ることを意味する。用語「部分物体」又は「部分構造」は、最終的３次元物体の所望の構造を意味するのみではなく、プロセスが必要とするだけで生成されると共に、最終的３次元物体には含まれることのない支持物体又は支持構造も意味する。
【発明及びその利点の説明】
【００１４】
本発明の枠組み内では、従来の立体リソグラフィ技法とは対照的に、３次元物体の完全な層状生成をせずに済ますことができることが意外にも分かり、層に依存しない工程を実施することができ、装置をそれに対応するように構成することができることが分かった。
【００１５】
先行技術の従来の方法及び装置が、本発明及びその好ましい実施形態によって問題を解決することによって改善され、又、引き続き説明される特徴が提供され得、又は、それぞれ言及される利点が単独に、或いは組み合わせて達成され得る。
【００１６】
連続的（中断無しの）露光工程中、即ち少なくとも１つの照射フェーズ中及び好ましくは３次元物体の構築プロセス全体を通して、３次元物体用の支持台又は支持板と構築平面との間隔を連続的に、即ち中断無しに変化させることができる。
【００１７】
それによって、本発明によれば、複数のステップを有するプロセスにおいて、ステップ毎にそれぞれ層の形成を実施して材料を凝固させる必要が無くなる。仮に、起こり得る照射の中断により、ある程度の僅かな境界層の形成がそれでも発生する場合は、そのような境界形成は、例えば、３次元物体の様々な構造区分にそれぞれ使用される照射平面毎での様々な照射領域の変更又は様々なビットマップの変更の際に限定することにより、小さな数へ最少に抑え又は完全に無くすことができる。
【００１８】
更に、構築プロセスが本発明により加速される。
【００１９】
層構造を避けることによって、薄層状の画像データの生成を省くことが更に可能になった。
【００２０】
本発明による上記間隔の連続的変化は、所望の実施形態に応じて、支持台又は支持板を構築平面から離していくことによって、及び／又は構築平面若しくは光重合性材料の充填レベルを支持台若しくは支持板から離していくことによって実現される。後者は、支持台又は支持板の上方から照射する場合に、支持台又は支持板に対して構築平面を上昇させることにより、又は光重合性材料の充填レベルを上昇させることによって実施することができる。予め設定された構築平面から支持台又は支持板を離していくことが、本発明によれば好ましい。
【００２１】
本発明により、照射工程中に、又好ましくは３次元物体の構築プロセス全体を通して、上記間隔が連続的に変化させられるとき、主構築方向（通常、垂直Ｚ方向）の構造上の段差は、従来の層状プロセスとは異なり、減少させ、有利には最低限に抑えることができ、連続的漸次変化をさせ構造上の段差を全く無くすように調節することさえ可能である。従来の層状プロセスとは異なり、所定の諸層によって定義されるＺ方向の個々の構造上の段差は必要ない。むしろ、Ｚ構築方向の構造上の段差は、構築状況に応じて柔軟に制御することができ、任意選択的に可変的に調節することができ、又は、連続的漸次変化構造の形態で実現することさえできる。
【００２２】
３次元物体は、それぞれの照射フェーズ中、又、任意選択的に構築プロセス全体を通して電磁エネルギーの供給を中断することなく、主構築方向（通常、Ｚ方向）に凝固又は成長させることができる。その結果、それに対応する、照射フェーズ中の可凝固性材料の主構築（Ｚ）方向での連続的成長は、従来の層状凝固において付加される、用いられる電磁エネルギー（照射）供給及び／又は用いられる重合性材料によって定められる通常の硬化深さを超えて進行し得る。したがって、本発明による工程によって、従来の層状照射に対して大幅に照射フェーズを延ばし、それらのフェーズ中に連続的で一様な（拡張された）硬化深さを得ることが可能になり、その硬化深さは通常マイクロメータ領域である従来の層硬化深さの数倍を超える。本発明による照射フェーズによってそれぞれ実現可能な連続的で一様な（拡張された）硬化深さは、例えば、明らかに１ｍｍを超え、好ましくは２．５ｍｍを超え、より好ましくは１ｃｍを超え、場合によっては１０ｃｍをも超える範囲の程度になり得る。所望なら、照射の実質的な中断を回避することによって３次元物体全体に大規模な連続的（中断無し）で一様な凝固を施すことさえもできる。
【００２３】
層に依存しない連続的工程によって、本発明によれば、光重合性材料のその時点での硬化深さに特に影響を及ぼし制御することさえ可能である。生成すべき物体を支持する支持台又は支持板が構築平面から離れていく速度の調節、及び画素の照射強度（グレー値又はカラー値）の調節が、それぞれ単独に又は組み合わせて、硬化深さを制御する特定の手段になる。
【００２４】
電磁エネルギーを供給する好ましい中断無し（連続的）の工程が、投射ユニットの操作性を向上させ、及び／又は装置全体の構造の簡単化に役立つ。更に、３次元物体を構築するのに必要なデータの量を減らし、そのために必要な計算を減らし、それにより計算効率を向上させることが可能になる。
【００２５】
本発明による方法及び装置はそれぞれ、３次元物体全体を構築するために、一方で、予め定められた、任意選択的に複数の中断無しの照射フェーズを含み得るが、他方で、構築平面の照射をしない、又は照射量を減少させた少なくとも１つのフェーズを含み得るように、柔軟に設計することができる。上記で説明した上記間隔の変更は、中断無しの（１つ又は複数の）照射フェーズ中、又、任意選択的に、構築平面の照射をしない、又は照射量を減少させた少なくとも１つのフェーズ中にも実施される。構築平面の照射量を減らし、任意選択的に照射をも行わない少なくとも１つのフェーズは、必ずではないが可能性として、例えば、１つ又は複数の以下の工程又は状況に対して用いられる。即ち、
−  構築平面内の照射断面領域を変更するとき、
−  断面領域について露光マスクを変更するとき、
−  シャッタを使用するとき、及び／又は
−  ワイパなどの平滑化要素を使用するとき
である。
【００２６】
構築平面の照射を行わない少なくとも１つのフェーズの継続時間は、適用された場合には、それぞれ短く、好ましくは極めて短くすることができ、例えば、最大１０ｓまで、好ましくは最大１ｓまで、より好ましくは最大１０ｍｓまで、とりわけ最大１ｍｓまでである。
【００２７】
但し、本発明の別の利点は、照射の中断を必ずしも実施する必要はなく、例えば前述の工程又は状況に際し、照射を行い続けることができることにある。
【００２８】
上記間隔の変化は、構築プロセス中に可変的に調節することができる。このようにして、好ましくはＺ方向などの主構築方向の移動速度によって、硬化の程度を制御することができる。
【００２９】
Ｚ方向などの主構築方向の連続移動プロセスによって、ワイパなど装置の構成要素は、層とは無関係に使用することができる。従来の構築様式とは異なり、装置の構成要素は、例えば、水平方向（ＸＹ）構築平面の断面領域が同じであるＺ方向距離など、構築プロセス又は生成される３次元物体にとってより好都合な別の態様を考慮することによって、使用することができる。
【００３０】
（ＸＹ）断面領域がＺ方向高さ又はＺ方向位置に沿って変化するまでは新たな露光マスクが生成され又は使用されることのない、最適化された照射プロセスを実行することが可能である。
【００３１】
その結果、その照射プロセスは、移動するＺ方向高さ又はＺ方向位置に応じて連続的にそれぞれ投射される露光マスクに関して、Ｚ方向の分解度がいかに高くても対処することができる。
【００３２】
構築プロセス中の欠陥を回避するために、特に露光などの電磁照射を行っているとき、照射すべき構築領域、即ち、その時点でそれぞれ照射すべき構築平面のＸＹ断面領域又はＸＹ部分断面領域、及び好ましくは構築領域全体を一斉に又はほぼ一斉に照射することが重要である。
【００３３】
これは、一斉照射を確実に行うマスク露光を用いる投射システムによって実現することができる。露光マスクを生成する特に好ましい投射システムは、ＤＬＰ（登録商標）／ＤＭＤ（登録商標）として知られているものに基づく。
【００３４】
マスク露光に対する代替形態は、静止画像又はほぼ静止した露光画像が生成され、それによりほぼ一斉の照射が達成される投射システム、例えば、照射すべき構築平面の所望の構築領域を十分に早く走査するレーザベースの投射システムによって照射することによってもたらされる。ほぼ一斉の照射、又は十分に早い走査は、通常、人間の目に静止し、又はほぼ静止している画像が生成されるときに達成される。人間の目に静止し、又はほぼ静止している画像を生成するための画像の頻度、又は更新速度の適切な範囲は、ビデオ技法及び投射技法から知られており、それに即して適用され得る。人間の目に静止している画像を用いる投射システムの例が国際公開第０１／１４１２５Ａ１号パンフレットに記載されているが、本発明は、ほぼ一斉の照射を実現するのにそのような投射システムを使用することに決して限定されるものではない。
【００３５】
本発明による光重合性又は可凝固性材料としては、例えば、ＵＶ照射、可視光線、ＩＲ照射、電子ビーム照射、Ｘ線照射などの電磁照射のような刺激エネルギーの供給によって凝固可能であれば、樹脂及び任選択的に更に別の構成要素を含み得るいかなる材料でもよい。好適には、ＵＶ照射及び／又は可視光線によって重合可能な材料、例えば、少なくとも１つのエチレン性不飽和化合物（それには限定されないがアクリル酸（メタクリル酸）モノマー及びポリマーを含めて）及び／又は少なくとも１つのエポキシ基を有する樹脂を含む材料をそのような材料として使用することができる。可凝固性材料の好適な他の成分には、例えば、無機及び／又は有機充填剤、着色剤、粘性制御剤が含まれるが、それらに限定されない。
【００３６】
平滑化要素としては、ワイパ、棒材又はブレード、ロール、摺動体などを使用することができる。真空容器が補助材料貯槽として働き表面を端から端まで「掃拭」する「ドクタープレード」法、又は周知の「カーテンコーティング」法が好ましい。
【００３７】
本発明によるシステムは、光重合性材料の電磁照射により、材料構築が連続する光重合によって形成された、光重合性材料の層、点、又は糸状体から形成され得る分離した重合構造要素を有することのない３次元物体を提供することができる。本発明によって提供される３次元物体は、このように、他の自由形構築技法、特に大規模な光重合によって得られる従来の３次元物体とは異なり、その光重合性材料が別々に硬化された部分の間の界面を有さないか又は有しても無視し得る。従来の立体リソグラフィ又は他の従来の自由形構築技法、例えば選択的レーザ焼結、衝撃粒子製造法、溶融積層造形法、３次元プリント法、３次元プロット法又は他の迅速な造形プロセスとは異なり、分離層又は個々の材料の糸状体若しくは点を有さない３次元物体が、層、糸状体、又は点の形成を回避する中断無しの（連続的）立体リソグラフィプロセスを介して提供され得る。本発明による技法は、連続的材料構築方向に様々な断面領域を備える３次元物体を実現するのに特に適する。
【００３８】
本発明が、以下に、図面を用いて例示的且つ非限定的に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】照射が上端から実施される、本発明の好ましい実施形態による方法又は装置（断面）の基本的概略図である。
【図２】平滑化要素が照射フェーズ中に同時に揺動している、一実施形態の特定の作動による方法又は装置（断面）の基本的概略図である。
【図３】本発明の別の好ましい実施形態による方法又は装置（左は断面図、右は透視図）の細部を示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１の構造は、投射ユニット１によるレーザ又はマスク露光を用いる光凝固に基づく迅速な造形プロセスのための、本発明による装置の実施形態を断面で概略的に示しており、投射ユニットの下方には、フォトポリマー（光重合性樹脂）を含む液体材料３が容器７内に供給され、液体材料３のレベルが表面５である。ここで、液体材料３の表面５がそのまま投射画像の投射面を形成し、それにより構築平面が定められる。他の液体又は少なくとも流動可能な材料３が、液体フォトポリマーそのもの、又はキャリヤ材とのフォトポリマーの混合物若しくは溶液によって形成することができる。垂直方向に移動可能な支持体８が、容器内、したがって液体材料内に設けられる。Ｚ軸方向の支持体８の位置は、常に分かっており、制御ユニット１１を介し、エンコーダにより、又はモータ（Ｍ）２の使用によるいずれでも制御することができる。この実施形態では、構築プロセス中の材料の充填レベルは一定に保たれる。充填レベル及びしたがって表面５のＺ軸方向の位置は、充填レベルセンサ６によって求めることができ、追加の液体ポリマー材料３を入れた貯槽１０を介して再調節される。
【００４１】
支持体８（生成された物体を伴う）は、材料表面から連続的に下降させられ、選択的に照射されるフォトポリマーの硬化深さは、移動速度によって制御することができる。ワイパ４が、連続生成中に生じる可能性のある構築平面の材料の凸状又は凹状湾曲（例えば正又は負のメニスカス）を除去し、平坦又は本質的に平坦な構築平面又は材料表面を再形成するために、構築平面又は材料表面上の所定の高さで水平方向に運動させられ又は配置され得る。
【００４２】
支持板の連続的移動中に、照射が、例えばワイパの揺動中、又は新しい投射画像の生成中、中断し得る。照射の完全な中断又は部分的弱化は、好ましくは、シャッタによって、例えば照射経路内に配置された電気機械的要素（図示せず）を介し、又は、投射システムを使用して画像形成ユニットの輝度パラメータ及び／又はコントラストパラメータを変更又は調節することによって、実現することができる。
【００４３】
この好ましい実施形態では、支持板は、全構築プロセス中、一定又は可変速度で構築平面から連続的に離れていく。ここで、移動速度の変化は、光硬化樹脂の硬化の程度に影響し、したがって、例えば構造の一部分に過剰露光又は半露光を達成するために、構築プロセス中に特に制御／調節することができる。
【００４４】
支持板上の生成物体を構築平面から離して材料表面の下方へ降下させることによって、未だ光重合されていない新しい別の材料が、外側から物体上に流れ込み、降下した部分を満たす。
【００４５】
この再流動又は材料供給が、ワイパによって周期的に又は交番的に補助され得る。
【００４６】
棒材若しくはブレード、ワイパ、又は摺動体の、構築平面又は材料表面上の所定の高さでの交番的又は周期的水平運動又は配置をやはり用いて、連続生成によって生じる可能性のある構築平面での材料の凸状又は凹状湾曲（例えば正又は負のメニスカス）を除去し、平坦又は本質的に平坦な構築平面又は材料表面を再形成することができる。
【００４７】
例えば新しい画像の形成及び／又はワイパの運動のために、照射を中断しているときは、支持板の移動速度を最小限に抑えることができる。
【００４８】
特定の作動状態が、図１のそれらに対応するプロセス及び装置に関し、図示された同じ構成要素に対してはそれぞれ対応する参照符号を有する図２に示されているが、その図２は、ワイパ４が、照射フェーズ中に、所望の時点で交番的に揺動し、又は周期的に揺動し、それにより構築平面内の材料表面を平滑化する特性を具体的に示している。この作動は、新規の画像形成又は新しい露光マスクの生成のために必要とされることのある短時間の照射中断を任意選択的に除いて、照射を中断することのない連続的プロセスを可能にする。但し、必要なら、図２による作動も又、照射を任意選択的に中断してその間にワイパを追加して利用することができる。
【００４９】
図１及び図２に示された実施形態は変更することができる。例えば、図１及び図２のように、フォトポリマー材料３の表面５を構築平面として定義する代わりに、適切な透明材料からなる参照平面を構築平面内に設けてその平面に露光画像を投射することができる。更に、支持体８の移動に加えて、又はそれに替えて、支持板と構築平面との間隔の変化を、レベル（表面５の）を上昇させることによって実現することができる。この上昇は、充填レベルセンサ６、材料貯槽１０及び制御ユニット１１によって監視、制御される。
【００５０】
更に、図１に示すように上方からの照射の代わりに、上下逆の構造を形成することができ、そのときは、照射は下方から行われ、上方に配置された支持板は上昇する。この変更実施形態では、充填レベルセンサ６及びワイパ４は省略され得る。
【００５１】
図３では、詳細図によって、更に好ましい実施形態を参照することにより、本発明が、層とは無関係に、又は層無しで３次元物体を製造する高度に変化可能な、しかも簡単な技法を可能にすることを示す。図１及び２と同様に、参照符号８及び９はそれぞれ、構築平面５から離れる方向へ下降する支持体、及びその上に連続的に生成される３次元物体を示す。断面１’、２’、３’及び４’はそれぞれ、３次元物体９の特定の構築断面を示す。対応する断面１’、２’、３’及び４’のそれぞれに関する、画像形成ユニット１の画像形成用のビットマップ１２が、概略的に示されている。原理的に、外周が事実上変化していない３次元物体９の断面１’、３’に対しては比較的少数又は任意選択的に正にたった一つだけのビットマップ１２が必要とされ、外周が変化する断面２’、４’に対しては比較的多数のビットマップ１２が必要とされるという例示的関連性が、このように示されている。支持体の移動速度も又、実質的に層に囚われない断面を生成するために、それぞれの断面に対して選択的に調節することができる。例えば、構造的に単純な断面１’、３’については相対的に高い移動速度を選択することができ、他方で、構造的に複雑な断面２’、４’については相対的に低い移動速度を選択することができる。
【００５２】
好ましい実施形態の上記の説明は、単に説明のための例示であり、むしろ、記載された特徴及び利点のいかなる変形形態及び組合せ形態も本発明の範囲内で可能である。
【図１】
2010509090.tif 000003
【図２】
2010509090.tif 000004
【図３】
2010509090.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成21年9月29日(2009.9.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの３次元物体を製造する方法であって、構築平面内の構築領域又は構築領域の一部分を電磁照射によって一斉に又はほぼ一斉に露光することにより光重合性材料を凝固させるステップを含み、生成すべき前記物体がそこに構築される支持体と前記構築平面との間隔が少なくとも１つの露光フェーズ中に変化させられる方法。
【請求項２】
前記光重合性材料が容器内に供給され、前記容器内の未重合材料の充填レベルが、前記構築プロセス中一定に保たれる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
構築平面内を電磁照射によって一斉に又はほぼ一斉に露光することにより、光重合性材料を凝固させるステップを介して少なくとも１つの３次元物体を製造する方法であって、前記３次元物体が、照射時間中に、前記照射時間中に電磁エネルギーの供給が中断されることなく、主構築方向にその時点の指定の硬化深さを超える量まで凝固される方法。
【請求項４】
前記支持体と前記構築平面との間隔が可変的に変えられる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記支持体が、可変速度、又は一定速度と可変速度との組合せで前記構築平面から連続的に離れていく、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
未重合光重合性材料の材料供給が流動により自動的に行われる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
未重合光重合性材料の材料供給が、ブレード又はワイパによって周期的又は交番的に行われる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記３次元物体の連続生成中に前記構築平面内に生じる前記光重合性材料の凸状又は凹状湾曲が、前記構築平面上方の所定の高さで平滑化要素を交番的又は周期的に水平運動させ又は配置して平坦又は本質的に平坦な材料表面を再形成することによって除去される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
構築平面内を電磁照射によって一斉に又はほぼ一斉に露光することにより、光重合性材料を凝固させるステップを含む少なくとも１つの３次元物体を製造する方法であって、構築時間中の前記光重合性材料のその時点の硬化深さが、生成すべき前記物体を支持している支持体が前記構築平面から離れていく速度によって制御される方法。
【請求項１０】
構築平面内を電磁照射によって一斉に又はほぼ一斉に露光することにより、光重合性材料を凝固させるステップを含む少なくとも１つの３次元物体を製造する方法であって、連続構築時間中の前記光重合性材料のその時点の硬化深さが、投射されるラスタライズされた画像マスクの各個々の画素の照射強度によって制御される方法。
【請求項１１】
構築時間中の前記光重合性材料のその時点の硬化深さが、生成すべき前記物体を支持している支持体が前記構築平面から離れていく速度を制御することによって追加的に制御される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記光重合性材料の露光が、投射システムを介するマスク露光によって実施される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
マスク露光を生成するための前記投射システムは、ＤＬＰ／ＤＭＤ技術に基づいている、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
１つ又は複数の露光フェーズと、前記支持体と前記構築平面との間隔が更に変化させられる間に前記構築平面への電磁照射の供給が中断される少なくとも１つのフェーズとを含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記構築平面への電磁照射の供給の前記中断中は、前記支持体を前記構築平面から離していく速度が最小値に抑えられる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
光重合性材料を凝固させることによって少なくとも１つの３次元物体を製造する装置であって、
電磁照射を介して構築平面の構築領域又は構築領域の一部分に一斉に又はほぼ一斉に電磁エネルギーを供給する機器と、
生成すべき前記物体を支持することができる支持体と、
前記支持体と前記構築平面との間隔が少なくとも１つの照射時間中に変化するように、電磁エネルギーを供給する前記機器を制御するべく構成された制御ユニットと
を備える装置。
【請求項１７】
前記支持体用のアクチュエータが、前記支持体が前記構築平面から離れていく速度が可変になるように、前記制御ユニットによって制御可能である、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
光重合性材料を凝固させることによって少なくとも１つの３次元物体を製造する装置であって、
電磁照射を介して構築平面に一斉に又はほぼ一斉に電磁エネルギーを供給する機器と、
前記３次元物体が、照射時間中に、前記照射時間中に電磁エネルギーの供給が中断されることなく、主構築方向にその時点の指定の硬化深さを超える量まで凝固されるように、電磁エネルギーを供給する前記機器を制御するべく構成された制御ユニットと
を備える装置。
【請求項１９】
前記構築平面を周期的又は交番的に平滑化する平滑化要素を更に備える、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
電磁エネルギーを一斉に又はほぼ一斉に供給する前記機器が、投射マスクを生成する投射ユニットを備える、請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
投射マスクを生成するための前記投射ユニットは、ＤＬＰ／ＤＭＤ技術に基づいている、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記制御ユニットが、前記構築平面内の前記構築領域への電磁エネルギーの供給を、前記支持体が前記構築平面から連続的に離れていく間中断するように、電磁エネルギーを供給する前記機器又はシャッタを制御するべく構成されている、請求項１６〜２１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
前記光重合性材料によって充填可能な容器の充填レベルを求める充填レベルセンサと、
更に追加の光重合性材料用の貯槽と
を更に備え、
前記制御ユニットが、前記充填レベルセンサから受け取る情報によって、光重合性材料を前記容器に注出するか又は前記容器から引き抜くかのいずれかを行うように、前記貯槽を制御するべく構成されている、
請求項１６〜２２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
電磁照射を介して光重合性材料を中断せずに光重合させることによって前記光重合性材料から形成された３次元物体であって、前記材料の分離した層、点、及び糸状体を含み得る分離して重合された構造要素を１つも形成することなく連続的に構築される３次元物体。
【国際調査報告】
2010509090.tif 000006
2010509090.tif 000007
2010509090.tif 000008
2010509090.tif 000009
2010509090.tif 000010
2010509090.tif 000011