(57)【要約】【課題】本発明は、廃物の生成を抑えた三次元物体の製造システムと方法を提供しようとするものである。【解決手段】本発明の１つの実施形態では、層形成システムが、三次元物体を形成する基準を実行するように動作する。三次元物体は、複数の層を含んでおり、各層は、外殻層か内部層を含む。外殻層は、少なくとも１つの外殻ボクセルを含み、内部層は、少なくとも１つの内部ボクセルを含む。さらに、層形成システムは、基準に従って層を繰り返し形成し平坦化し、その基準に従って少なくとも１つの層を平坦化し、その設けられた基準を使用して層の形成を制御することによって生成される廃物を制御し、物体を形成するように動作する。【選択図】図２
2005125787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）三次元物体に関する基準を設けるステップであって、前記三次元物体は、完全層と部分層に分割され、指定数の完全層を形成した後に部分層を形成することを前記基準が示し、前記部分層は外殻層を含むが内部層を含まず、前記完全層は前記外殻層と前記内部層を含むステップと、
（ｂ）基礎層を形成するステップであって、前記基礎層が外殻層を含むが内部層を含まないステップと、
（ｃ）前記基礎層を平坦化するステップと、
（ｄ）前記基準に従って完全層を形成するステップと、
（ｅ）前記完全層を平坦化するステップと、
（ｆ）前記基準に従って部分層を形成するステップと、
（ｇ）前記部分層を平坦化するステップと、
（ｈ）ステップ（ｄ）からステップ（ｇ）を、前記三次元物体が形成されるまで繰り返すステップとを有することを特徴とする三次元物体を作成する方法。
【請求項２】
更に、平坦化するステップごとに生成される廃物を監視するステップと、
前記生成された廃物が廃物のしきい値を超える場合に前記基準を修正するステップとを有する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
更に、前記外殻層の高さと前記内部層の高さを決定するステップと、
前記内部層の高さが前記外殻層の高さよりも高いかまたは等しい場合に前記基準を修正するステップとを有し、そのとき形成する次の層として前記部分層を形成することを前記基準が示す請求項１に記載の方法。
【請求項４】
三次元物体が層に分割され、前記層が、外殻層と内部層を含み、前記外殻層が、少なくとも１つの外殻ボクセルを含み、前記内部層が、少なくとも１つの内部ボクセルを含み、前記基準が、各層ごとに形成する前記少なくとも１つの内部ボクセルを有する選択された内部ボクセルを示し、前記基準が、各層を形成するシーケンスを示し、前記シーケンスにおける各層ごとの前記選択された内部ボクセルが、内部ボクセルの異なった組合せを含む三次元物体に関する基準を設けるステップと、
前記基準に従って複数の層を形成するステップと、
少なくとも１つの層を平坦化するステップと、
前記三次元物体を形成するステップとを有する三次元物体を製造する方法。
【請求項５】
各層の前記選択された内部ボクセルが、各層の前記内部ボクセルの１００％よりも少ないことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
三次元物体が、複数の層を含み、各層が、外殻層と内部層のうちの選択された層を含み、前記外殻層が、少なくとも１つの外殻ボクセルを含み、前記内部層が、少なくとも１つの内部ボクセルを含む三次元物体を形成させる基準を設けるステップと、
設けられた基準を使用して前記層を繰り返し形成し平坦化するステップと、
前記設けられた基準を使用して廃物の量を制御するステップと、
前記三次元物体を形成するステップとを有する三次元物体を製造する方法。
【請求項７】
三次元物体が、複数の層を含み、各層が、外殻層と内部層のうちの選択された層を含み、前記外殻層が、少なくとも１つの外殻ボクセルを含み、前記内部層が、少なくとも１つの内部ボクセルを含む三次元物体の形成のための基準を実施し、
前記基準に従って前記層を繰り返し形成し、
前記基準に従って少なくとも１つの層を平坦化し、
前記基準を使用して前記層の形成を制御することで生成される廃物を制御し、
前記物体を形成するように動作する層形成システムを有する三次元物体を製造するシステム。
【請求項８】
前記層形成システムが、前記各層の平坦化中に生成される前記廃物を監視するように動作する廃物監視システムを有することを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記層形成システムが、前記層を形成するように動作する計量供給システムと、各層を平坦化するように動作する平坦化システムとを有することを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記層形成システムが、前記層の高さを測定するように動作する高さ監視システムを有することを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体造形システムおよび方法に関し、特に形成した層を積み重ねて三次元物体を形成する立体造形システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
立体造形（ＳＦＦ：Ｓｏｌｉｄ  ｆｒｅｅｆｏｒｍ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）または積層造形（ＬＭ：ｌａｙｅｒｅｄ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）は、工具（金型または鋳型）を使用せずに１層づつまたは１箇所づつ任意の複雑な形状の物体を成形する製造技術である。このプロセスは、最初に、必要な物体の形状を表す計算機援用設計（ＣＡＤ）ファイルを作成する。ＳＦＦ技術を利用すると、このＣＡＤ画像データを三次元物体に直接変換することができる。ＳＦＦ技術は、ＣＡＤデータベースの検証、設計実現性の評価、部分的機能の試験、美観の評価、人間工学的設計の確認、工具および固定具設計の支援、概念モデルおよび販売／マーケティングツールの作成、焼流し鋳造のためのパターン作成、製造の設計変更の削減と除去、小量生産の実現などの用途に使用することができる。
【０００３】
立体造形技術による主要な成形には、流体射出プロセスが含まれる。この技術は、成形組成物を追加または付着させて、層の所定領域を１箇所づつ形成するステップを含んでいる。また、同時に付着できる多数のポイントを使用して（例えば、インクジェット技術）、所定領域を形成することもできる。そのような所定領域が一緒になって、ＣＡＤジオメトリによって定められた三次元物体の薄い部分を構成する。次に、連続した層が所定の順序で堆積され、層が隣接する層に付着して複数層の三次元物体が形成される。流体噴出を使用する立体造形技術には、主に、バインダ噴射システムとバルク噴射システムの２つがある。
【０００４】
バインダ噴射システムは、粉末成形材料の平らな下地にバインダを射出することにより物体を作成する。乾燥粉末またはスラリとして各粉末層を計量供給または分散することができる。バインダが粉末層に選択的に射出されると、その粉末は、形作られる物体の断面または層になる。
【０００５】
バルク噴射システムは、凝固可能な成形材料と凝固可能なサポート材料をプラットホーム上に射出することにより物体を作成する。サポート材料は、本質的に一時的なものであり、物体の張出しを可能にするように計量供給され、物体と同じ材料のものでも異なる材料のものでもよい。
【０００６】
一般に、バルク噴射ＳＦＦシステムは、インクジェット計量供給システムなどの計量供給システム、成形プラットホーム、平坦化システム、廃棄システム、硬化システムを含んでいる。一般的に、現在使用されているシステムでは、大量の廃物が生成される。廃物は、特に、未硬化状態では危険である。これは、特に、ＳＦＦシステムが非生産環境で使用されるときに厄介であり、その場合、廃物の破棄に関連するコストとロジスティクスによって、大量の危険な廃物の作成が許される可能性は低い。生産環境であっても、適切に破棄するコストは、ＳＦＦシステムを採用するのに厄介なコストになることがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、廃物の生成を抑えた三次元物体の製造システムと方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
簡潔に説明すると、この実施形態は、三次元物体を製造するシステムを含んでいる。１つの例示的なシステムは、特に、層形成システムを含んでいる。層形成システムは、三次元物体を形成する基準を実行するように動作する。三次元物体は、複数の層を含んでおり、各層は、外殻層か内部層を含む。外殻層は、少なくとも１つの外殻ボクセル（三次元画像の画素)を含み、内部層は、少なくとも１つの内部ボクセルを含む。さらに、層形成システムは、基準に従って層を繰り返し形成し平坦化し、その基準に従って少なくとも１つの層を平坦化し、その設けられた基準を使用して層の形成を制御することによって生成される廃物を制御し、物体を形成するように動作する。
【０００９】
三次元物体を製造する方法も提供されている。例えば、１つの例示的な方法では、三次元物体が層に分けられ、層が、外殻層と内部層を含み、外殻層が、少なくとも１つの外殻ボクセルを含み、内部層が、少なくとも１つの内部ボクセルを含む三次元物体に関する基準を設けるステップであって、その基準は、各層ごとに形成される少なくとも１つの内部ボクセルを有する選択された内部ボクセルを示し、各層を形成するシーケンスを示し、シーケンスにおける各層ごとの選択された内部ボクセルが、内部ボクセルの異なった組合せになっているステップと、その基準に従って複数の層を形成するステップと、各層を平坦化するステップと、前記三次元物体を形成するステップとを含んでいる。
【００１０】
三次元物体を製造するもう１つの実施形態は、三次元物体を形成させる基準を設けるステップであって、三次元物体が、複数の層を含み、各層が、外殻層と内部層から選択された層を含み、外殻層が、少なくとも１つの外殻ボクセルを含み、内部層が、少なくとも１つの内部ボクセルを含むステップと、設けられた基準を使用して層を繰り返し形成し平坦化するステップと、設けられた基準を使用して廃物の量を制御するステップと、三次元物体を形成するステップとを含む。
【００１１】
三次元物体を作成するさらにもう１つの実施形態は、（ａ）三次元物体に関する基準を設けるステップであって、三次元物体が完全層と部分層に分割され、基準が、指定数の完全層が形成された後に部分層を形成することを示し、部分層が外殻層を含んで内部層を含まず、完全層が外殻層と内部層を含むステップと、（ｂ）基礎層を形成するステップであって、基礎層が外殻層を含みかつ内部層を含まないステップと、（ｃ）基礎層を平坦化するステップと、（ｄ）基準に従って完全層を形成するステップと、（ｅ）完全層を平坦化するステップと、（ｆ）基準に従って部分層を形成するステップと、（ｇ）部分層を平坦化するステップと、（ｈ）ステップ（ｄ）からステップ（ｇ）を三次元物体が形成されるまで繰り返すステップとを含む。
【００１２】
本発明の多くの実施態様を、添付図面を参照して説明する。図面内の構成要素は、必ずしも実寸大ではない。さらに、図面における同じ参照数字は、対応する部分を指している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
三次元物体の製造中に生成される廃物の量を減少させる本発明のシステムおよび方法を説明する。本発明の実施形態は、立体造形（ＳＦＦ）システムおよび方法による三次元物体の製造に関する。三次元物体という用語は、ＳＦＦシステムで使用される所定の体積と形状を十分に維持できる程度の堅い物体を指す。三次元物体の製造中に生成される廃物の量は、切削工程（ｍｉｌｌｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ）で切削する表面領域が小さくなるように、成形工程で特定領域に成形材料を計量供給することによって減少できる。
【００１４】
図１は、コンピュータ制御システム１２と層形成システム１４を含む代表的なＳＦＦシステム１０のブロック図を示す。層形成システム１４は、限定的ではないが、計量供給システム１６、平坦化システム１８を含む。さらに、層形成システム１４は、廃物監視システム２０および／または高さ監視システム２２を含むことができる。層形成システム１４は、また、従来の硬化システム（例えば、紫外線または可視光硬化システム）、位置決めシステム、および成形プラットホーム温度制御システムを含むことができる。コンピュータ制御システム１２は、計量供給システム１６、平坦化システム１８、廃物監視システム２０、および高さ監視システム２２を制御するように動作するプロセス制御システムを含む。さらに、コンピュータ制御システム１２は、限定的ではないが、計算機援用設計（ＣＡＤ）システム２４、または他のＳＳＦ ＣＡＤ関連システムを含む。
【００１５】
計量供給システム１６は、限定的ではないが、三次元物体を形成する成形材料または前駆成分を計量供給する従来のインクジェット技術や従来のコーティング技術を含む。成形プラットホーム上に成形材料または前駆成分を計量供給するために、ドロップ・オン・デマンド技術や連続フロー・インクジェット技術などのインクジェット技術を使用することができる。計量供給システム１６は、複数のインクジェット・プリントヘッド・ディスペンサにより成形材料または前駆成分を計量供給（例えば、噴射）する動作ができる、少なくとも１つの従来のインクジェット・プリントヘッド（例えば、サーマル・インクジェット・プリントヘッドおよび／またはピエゾ・インクジェット・プリントヘッド）を含むことができる。成形材料は、限定的ではないが、成形材料、開始剤、着色剤（例えば、染料、顔料、インク）、分散剤などの当技術分野で既知の１つまたは複数の成分を含むことができる。
【００１６】
ＳＦＦシステム１０は、支持体（例えば、製造中に三次元物体のある領域を支持するために使用される構造）上での繰り返し積層プロセスによって、三次元物体を製造または形成するプロセスに組み込むことができる。コンピュータ制御システム１２は、計量供給システム１６の出力を制御することが可能であり、繰り返しプロセスで各層の各構成要素の厚さとパターンを制御する。三次元物体の層のさらなる詳細は、後で説明する。
【００１７】
平坦化システム１８は、層を形成した後に三次元物体の１つまたは複数の層の高さを規格化（ｎｏｒｍａｒｉｚｅ）させる平坦化装置を含むことができる。平坦化装置（例えば、加熱または非加熱）は、層の高さを所定の高さまたは厚さに規格化する。平坦化装置の一例として、層を形成した後に各層の上を通るあらかじめ加熱された回転平滑化装置がある。詳細には、あらかじめ加熱された円筒形ローラ（平滑化装置）が、各層の上を正確に通過し、層の成形材料の一部分を局所的に溶融させる。平滑化装置が転がるときに成形材料の一部分が平滑化装置の表面に付着し、それにより層が所望の厚さになって規格化される。ブレードなどの拭き取りまたは剥ぎ取り装置を使用して、平滑化装置から余分な成形材料を剥いだり削り取ったりすることもでき、それによっても廃物ができる。
【００１８】
廃物監視システム２０は、各層を平坦化することによって生じた廃物を収集する。各層を平坦化することによってできた廃物の量は、廃物計量装置など、当技術分野で既知の技術を使用して監視することができる。
【００１９】
層を平坦化した後に層を硬化できることに注意されたい。一般に、完全露光または走査露光によって層を硬化できる。層間の接着を強化するために、製造プロセスで各層の一部分だけを硬化させることが有用な場合がある。物体を製造工具から取り出した後にライトボックスに入れることによって完全に硬化させることができる。さらに、層を成形プラットホーム上に配置してから硬化プロセスを行うことができる（例えば、充満露光（ｆｌｏｏｄ  ｅｘｐｏｓｕｒｅ）や走査露光（Ｓｃａｎ  ｅｘｐｏｓｕｒｅ））。さらに、成形材料を計量供給するときに成形材料を走査露光することによって、硬化プロセスを実質的に同時に実行することができる。
【００２０】
平坦化する前または平坦化した後に、高さ監視システム２２を使用して層の高さを測定することができる。特に、高さ監視システム２２を使用して、層の特定の部分を測定することもできる。層の一部の高さを相対的に比較し、それを使用して追加の層を形成し、できる廃物の量を少なくすることができる。高さ監視システム２２は、限定的ではないが、レーザ・プロフィロメタリ・システム（ｌａｓｅｒ  ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｒｙ  ｓｙｓｔｅｍ）や物理的接触方法（例えば、線形可変差動変成器システム）などにすることができる。
【００２１】
図２は、ＳＦＦシステム１０を使用して三次元物体を形成する代表的な方法３０を説明するフローチャートである。ブロック３２で、三次元物体の層を形成する基準を設ける。この基準は、層形成システム１４に、三次元物体の各層あるいは１つまたは複数の部分をどのように形成するかに関する指示を提供するものである。この基準を使用することにより、ＳＦＦシステム１０は、当技術分野で使用されている技術に比べて、三次元物体の製造中に生成される廃物の量を減らすことができる。基準は、静的（例えば、あらかじめ決められているもの）でも動的（例えば、三次元物体の製造中に変化することがあるもの）でもよい。基準の実施形態に関するさらなる詳細は、後で詳しく説明する。
【００２２】
ブロック３４で、設けられた基準に従って三次元物体の層を形成し平坦化する。成形プラットホーム上に１つの層の成形材料が計量供給された後に、平坦化システム１８を使用して層を平坦化することができる。次に、必要に応じてこのプロセスを繰り返し、三次元物体を１層づつ作成していく。
【００２３】
設けられた基準に従って層を形成する結果、ブロック３６に示したように、層を平坦化する際に生成された廃物は、当技術分野で使用されている層形成方法よりも少なくなる。少なく生成された廃物の量は、基準に従って層を形成した成果である。一般に、平坦化装置は、層全体と接触せず、各層の一部分だけを平坦化する。層を形成し平坦化した後に、ブロック３８に示したように、三次元物体が形成される。
【００２４】
図３Ａから図３Ｇは、三次元物体４０を形成しかつ現在使用されている技術に比べて生成される廃物の量を制限する代表的な方法を示す。三次元物体を形成する前に、層形成システム１４は、三次元物体を複数の断面層に分割する。各層は、さらに、外殻層（ｓｈｅｌｌ  ｌａｙｅｒ）（例えば、外部層および／または三次元物体の内側に配置される別な層）と内部層（ｉｎｔｅｒｉｏｒ  ｌａｙｅｒ）に分割することができる。完全層は、外殻層（Ｓ）と内部層（Ｉ）の形成を含むが、部分層は、外殻層の形成のみを含み内部層の形成は含まない。
【００２５】
一般に、外殻層と内部層は、同じ材料からなる。しかしながら、外殻層と内部層は、同じ材料でも異なる材料でも作成することができる。図３Ａから図３Ｇに示したように、外殻層と内部層の違いは、各層の場所である。外殻層は、層と空気の間および層と支持体の間のｘ、ｙおよびｚ方向における所定距離内の領域として定義される。換言すると、外殻層は、三次元物体の外側部分を表す。
【００２６】
さらに、層形成システム１４は、物体の製造中に生成される廃物の量を少なくするために、三次元物体の層をどのように形成するかに関する基準を持っている。基準は、限定的ではないが、完全層と部分層をいつ形成すべきかなどの指示を含むことができる。完全層と部分層を形成する指示は、静的指示でも動的指示でもよい。静的指示は、限定的ではないが、所定の特定数の完全層を繰り返し形成した後に部分層を形成することを含む。１つの実施形態において、所定の特定数は、平坦化後の外殻層の高さに関連するので、特定のＳＦＦシステムに関して実験的に決められた平均内部層高さに関連させることができる。例えば、平均内部層の高さが、平坦化後の外殻層の高さの約１２０〜１３０％である場合は、約４つまたは５つの完成層を形成した後に部分層を形成すると、生成される廃物の量を少なくできると判断できる。したがって、所定の特定数は、４または５にできる。もう１つの実施形態として、所定の特定数は、実験的に決めるのと対照的に、平坦化の後の外殻層に対する内部層の平均高さを推定することによって選択することができる。いずれの場合も、現在使用されている技術と比べて生成された廃物の量を少なくすることができる。
【００２７】
動的指示は、三次元物体を形成しているときに、廃物監視システム２０および／または高さ監視システム２２からのフィードバックに基づいて部分層をいつ形成するかを決定することが考えられるがこれに限定するものではない。例えば、各層を形成した後に、高さ監視システム２２は、外殻層と内部層の高さを測定し、内部層の高さが外殻層の高さの特定の比率の範囲内にある場合に、部分層を形成する。もう１つの例では、内部層の高さが外殻層の高さと等しいかまたは大きい場合に、部分層を形成する。
【００２８】
もう１つの例においては、廃物監視システム２０が、各層を平坦化することで生成された廃物の量を測定する。生成された廃物の量が廃物の標準よりも多い場合は、部分層が形成される。廃物の標準は、いくつかの方法で決定することができる。
【００２９】
例えば、廃物の標準を、完全層を平坦化することによって生成される廃物の特定の比率（例えば、約５％〜９５％）に設定することができる。生成された廃物がその比率と等しいかまたは多い場合は、部分層が形成される。完全層を平坦化することによって生成される廃物は、既知のサイズ（例えば、材料のボクセル（ｖｏｘｅｌ）数）の試験構造物を形成し、その試験構造物を形成したときに生成された廃物を監視するとによって推定することができる。この情報から、１ボクセル当たりで生成される廃物を決定することができる。この情報を使用して、対象となる三次元物体に関して生成されると予想される廃物の量を計算することができる。
【００３０】
図３Ａは、三次元構造物の基礎層の断面を示す。基礎層４４は、成形プラットホーム上に形成され、外殻層を含むが、内部層は含まない。基礎層は、平坦化システム１８の平坦化装置４２を使用して既知の高さに平坦化される。図３Ｂは、第１層４６が形成された基礎層４４の断面を示す。第１層４６は、外殻層と内部層を含む。第１層４６は、平坦化システム１８を使用して、既知の高さに平坦化される。しかしながら、内部層が、外殻層よりも低く配置されているので、内部層は実際には平坦化されず、平坦化前に内部層が外殻層と同じ高さの場合よりも少ない廃物を生じる。内部層は、平坦化プロセスの後に、外殻層よりも大きい絶対高さを有するが、第１層４６の外殻層が基礎層の外殻層上に形成されるため、相対的に低く配置されることに注意されたい。
【００３１】
図３Ｃから図３Ｅは、第２層４８、第３層５０、および第４層５２の形成を示す。各内部層の絶対高さが、各外殻層の平坦化された高さよりも大きいので、内部層の高さが外殻層の高さに「追い付く」ことに注意されたい。図３Ｅで、平坦化の前には、第４の内部層の高さは、外殻層の高さを超える。平坦化後、外殻層の高さと内部層の高さは実質的に等しくなる。前述のように、部分層が第５層５４として形成されることを、基準は示している。したがって、図３Ｆに示したように、形成された第５層５４は部分層である。図３Ｇで、処理が再び始まり、三次元物体が形成されるまで続く。
【００３２】
三次元物体６０を形成する方法の例を、図４に示したフローチャートで説明する。ブロック６２では、基礎層を形成し平坦化する。次に、ブロック６４で、完全層を形成し平坦化する。判定ブロック６６では、形成した完全層の数が、基準が提供する完全層の指定数と等しいかどうかが判定される。判定が「いいえ」の場合、方法はブロック６４に戻る。判定が「はい」の場合、方法はブロック６８に進む。ブロック６８では、部分層を形成し平坦化する。判定ブロック７０では、三次元物体が形成されたかどうかを判断される。判定が「いいえ」の場合、方法はブロック６４に戻る。判定が「はい］の場合、方法はブロック７２に進み、これは、三次元物体が形成されたことを示す。
【００３３】
図５に示したフローチャートで、三次元物体８０を形成するもう１つの方法を説明する。ブロック８２で、基礎層を形成し平坦化する。次に、ブロック８４で、完全層を形成する。ブロック８６で、完全層を平坦化し、平坦化によって生成した廃物を監視する。判定ブロック８８で、廃物が、基準が提供した廃物のしきい値を超えたかどうか判定する。判定が「いいえ」の場合、方法は、ブロック８４に戻る。判定が「はい」の場合、方法は、ブロック９０に進む。ブロック９０で、部分層を形成し平坦化する。判定ブロック９２で、三次元物体が形成されたかどうか判定される。判定が「いいえ」の場合、方法はブロック８４に戻る。判定が「はい］の場合、方法は、ブロック９４に進み、三次元物体が形成されたことを示す。
【００３４】
さらにもう１つの例である図６に示したフローチャートで、三次元物体１００を形成する方法を説明する。ブロック１０２で、基礎層を形成し平坦化する。次に、ブロック１０４で、完全層を形成する。ブロック１０６で、完全層の高さを監視して平坦化するが、特に、外殻層と内部層の相対的な高さを決定する。判定ブロック１０８で、基準が提供する高さのしきい値を超えたかどうかを判定する。判定が「いいえ」の場合、方法はブロック１０４に戻る。判定が「はい」の場合、方法はブロック１１０に進む。ブロック１１０で、部分層を形成し平坦化する。判定ブロック１１２で、三次元物体が形成されたかどうか判定する。判定が「いいえ」の場合、方法は、ブロック１０４に戻る。判定が「はい」の場合、方法は、ブロック１１４に進み、三次元物体が形成されたことを示す。
【００３５】
図７と図８Ａから図８Ｆは、三次元物体１２０を形成する方法で、現在使用されている方法と比べると生成される廃物の量が制限される代表的な方法を示す。前述のように、層形成システム１４では、三次元物体は複数の断面層に分割される。各層は、さらに、外殻層（すなわち、外部層）と内部層に分割できる。完全層は、外殻層と内部層の形成を含み、部分層は、外殻層の形成を含むが内部層の形成は含まない。さらに、外殻層と内部層は、１つまたは複数の外殻ボクセル（Ｓ）と１つまたは複数の内部ボクセル（Ａ．．．Ｆ）にそれぞれ細分することができる。
【００３６】
さらに、層形成システム１４は、物体の製造中に生成される廃物の量を減らすために、三次元物体の層をどのように形成するかについての基準を含んでいる。この基準は、限定的ではないが、１つまたは複数の外殻ボクセルと１つまたは複数の内部ボクセルをいつ形成すべきかなどの指示を含むことができる。外殻ボクセルおよび／または内部ボクセルを形成する指示は、静的指示でも動的指示でもよい。静的指示は、限定的ではないが、特定の層の所定の選択された外殻ボクセルおよび／または所定の選択された内部ボクセルを形成することを含んでいる。例えば、所定の選択された内部ボクセルは、特定の内部ボクセルを形成することを含むが、他の内部ボクセルは形成しない。換言すると、層を形成するたびに内部の一部分が形成される。比較において、前述の部分層は、内部ボクセルの０％を形成することを含んでいる。所定の選択された内部ボクセルは、形成される三次元物体の幾何学形状に多少依存する。一般的に、所定の選択された内部ボクセルは、０％より大きく１００％よりも小さい範囲、約５０％〜約９５％、および約８０％から９５％の範囲でよい。
【００３７】
１つの実施形態において、所定の選択された内部ボクセルは、層を平坦化した後に特定のＳＦＦシステムに関して実験的に決定された平均廃物基準と関連付けることができる。例えば、所定の選択された内部ボクセルが、平坦化した層当たりの量よりも少ない廃物を生成するように選択することができる。
【００３８】
動的指示は、限定的ではないが、三次元物体を形成しているときに、廃物監視システム２０および／または高さ監視システム２２からのフィードバックに基づいて所定の選択された内部ボクセルを決定するようにしてもよい。例えば、高さ測定システム２２が内部ボクセルの高さを測定した後、選択された内部ボクセルを増減することができる。もう１つの例として、廃物監視システム２０は、各層を平坦化することによって生じた廃物の量を測定する。生成された廃物の量が、廃物の標準よりも多い場合は、それに応じて所定の選択された内部ボクセルを調整する。
【００３９】
図７は、三次元物体の断面の平面図を示す。例示的な基準によれば、三次元物体の断面は、外殻層と内部層に分割されている。外殻層は、三次元物体の周囲に配置されている。外殻層は、１つの外殻ボクセルを含み、「Ｓ」と示されている。内部層は、「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」、および「Ｅ」として示された６つの内部ボクセルに細分されている。基準に従って、断面Ａ−Ａの基礎層（図８Ａから図８Ｆに示した）は、外殻ボクセルと、内部ボクセル「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」、および「Ｅ」を含む。第１層は、外殻ボクセルと、内部ボクセル「Ａ」、「Ｃ」、「Ｄ」、および「Ｅ」を含む。第２層は、外殻ボクセルと、内部ボクセル「Ａ」、「Ｂ」、「Ｄ」、および「Ｅ」を含む。第３層は、外殻ボクセルと、内部ボクセル「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、および「Ｅ」を含む。第４層は、外殻ボクセルと、内部ボクセル「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、および「Ｄ」を含む。第５層は、シーケンス・サイクルを最初から繰り返し、したがって外殻ボクセルと、内部ボクセル「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」、および「Ｅ」を含む。このシーケンスは、三次元物体が形成されるまで進行する。シーケンス・サイクルは、図７に示した三次元物体の他の断面でも同様である。
【００４０】
図８Ａは、図７に示した三次元構造の基礎層１２２の断面を示す。基礎層１２２は、成形プラットホーム上に形成され、外殻層と選択された内部ボクセルを含み、内部ボクセル「Ａ」は形成されていない。基礎層１２２は、平坦化システム１８の平坦化装置４２を使用して、既知の高さに平坦化される。図８Ｂは、第１層１２４が上に形成された基礎層１２２の断面を示す。第１層１２４は、外殻層と第１組の選択された内部ボクセルを含み、内部ボクセル「Ｂ」は形成されていない。第１層１２４は、平坦化システムを使用して既知の高さに平坦化される。しかしながら、基礎層１２２に内部ボクセル「Ａ」が形成されていないため、第１層１２４の内部ボクセル「Ａ」は、基礎層１２２の一部分のように見える。換言すると、内部ボクセル「Ａ」は、第１層１２４から基礎層１２２に「落下」する。内部ボクセル「Ａ」が基礎層１２２に相対的に低く配置されているので、平坦化プロセスの後で、第１層１２４の内部ボクセル「Ａ」が第１層１２４の他の内部ボクセルよりも大きな絶対高さを有することに注意されたい。従って、内部ボクセル「Ｂ」が形成されず、内部ボクセル「Ａ」が第１層１２４の他の内部ボクセルよりも相対的に低く配置されるので、平坦化プロセスによって生成される廃物は少なくなる。
【００４１】
図８Ｃは、第２層１２６が形成された第１層１２４の断面を示す。第２層１２６は、外殻層と第２組の選択された内部ボクセルを含み、ここで、内部ボクセル「Ｃ」は形成されていない。第２層１２６は、平坦化システム１８を使用して既知の高さに平坦化される。しかしながら、内部ボクセル「Ａ」が、基礎層１２２内に形成されておらず、内部ボクセル「Ｂ」が第１層１２４内に形成されていないので、第２層１２６の内部ボクセル「Ａ」および「Ｂ」は、第１層１２４の一部分であるかのように見える。換言すると、第２層１２６の内部ボクセル「Ａ」および「Ｂ」は、第２層１２６から第１層１２４に「落下」する。平坦化プロセス後に、第１層１２４と第２層１２６の内部ボクセル「Ａ」が、第１層１２４（「Ｃ」、「Ｄ」および「Ｅ」）と第２層１２６（「Ｄ」および「Ｅ」）の他の内部ボクセルよりも大きな絶対高さを有することに注意されたい。したがって、第１層１２４と第２層１２６の内部ボクセル「Ａ」の高さは、平坦化されたベースおよび第１層１２４の高さよりも大きい。平坦化プロセス後に、第２層１２６の内部ボクセル「Ｂ」は、第２層１２６（「Ｄ」および「Ｅ」）の他の内部ボクセルよりも大きい絶対高さを有することに注意されたい。内部ボクセル「Ｃ」が形成されておらず、内部ボクセル「Ａ」および「Ｂ」が、第２層１２６の他の内部ボクセルよりも相対的に低く配置されているので、平坦化プロセスによって生成される廃物は減少する。
【００４２】
図８Ｄは、第３層１２８が形成されている第２層１２６の断面を示す。第３層１２８は、外殻層と第３組の選択された内部ボクセルを含み、内部ボクセル「Ｄ」は形成されていない。第３層１２８は、平坦化システム１８を使用して既知の高さに平坦化される。
【００４３】
しかしながら、内部ボクセル「Ａ」が、基礎層１２２内に形成されておらず、内部ボクセル「Ｂ」が第１層１２４内に形成されておらず、内部ボクセル「Ｃ」が第２の層１２６に形成されていないので、第３層１２８の内部ボクセル「Ａ」、「Ｂ」、および「Ｃ」は、第２層１２６の一部分であるかのように見える。換言すると、第３層１２８の内部ボクセル「Ａ」、「Ｂ」、および「Ｃ」は、第３層１２８から第２層１２６に「落下」する。
【００４４】
平坦化プロセス後に、第１層１２２、第２層１２４、および第３層１２６の内部ボクセル「Ａ」がそれぞれ、第１層１２２（「Ｃ」、「Ｄ」および「Ｅ」）、第２層１２４（「Ｄ」および「Ｅ」）、および第３層１２６（「Ｅ」）の他の内部ボクセルよりも大きい絶対高さを有することに注意されたい。したがって、第１層１２４、第２層１２６、および第３層１２８の内部ボクセル「Ａ」の高さは、平坦化された基礎層１２２、第１層１２４および第３層１２８の高さよりも大きい。実際には、第１層１２４、第２層１２６、および第３層１２８の内部ボクセル「Ａ」の高さは、基礎層１２２、第１層１２４、第２層１２６、および第３層１２８の外殻層の高さに近づく（すなわち、「追いつく」）。
【００４５】
さらに、第２層１２６と第３層１２８の内部ボクセル「Ｂ」はそれぞれ、平坦化プロセスの後で、第２層１２６（「Ｄ」と「Ｅ」）および第３層１２８（「Ｅ」）の他の内部ボクセルよりも大きい絶対高さを有する。したがって、第１層１２４、第２層１２６および第３層１２８は、平坦化された基礎層１２２、第１層１２４、第３層１２８の高さよりも大きい。実際には、第１層１２４、第２層１２６、および第３層１２８の内部ボクセル「Ｂ」の高さは、基礎層１２２、第１層１２４、第２層１２６、および第３層１２８の外殻層の高さに近づく（すなわち、「追いつく」）。
【００４６】
また、平坦化プロセスの後で、第３層１２８の内部ボクセル「Ｃ」が、第３層１２８の他の内部ボクセル「Ｅ」よりも大きい絶対高さを有することに注意されたい。
【００４７】
内部ボクセル「Ｄ」が形成されず、内部ボクセル「Ａ」、「Ｂ」および「Ｃ」が、第３層１２８の他の内部ボクセルよりも相対的に低く配置されているので、平坦化プロセスによって生成される廃物は減少する。
【００４８】
図８Ｅは、第４層１３０が形成されている第３層１２８の断面を示す。第４層１３０は、外殻層と、第４組の選択された内部ボクセルを含み、内部ボクセル「Ｅ」は形成されていない。第４層１３０は、平坦化システムを使用して既知の高さに平坦化される。しかしながら、内部ボクセル「Ａ」が基礎層１２２に形成されておらず、内部ボクセル「Ｂ」が第１層１２４に形成されておらず、内部ボクセル「Ｃ」が第２層１２６に形成されておらず、内部ボクセル「Ｄ」が第３層１２８に形成されていないので、第４層１３０の内部ボクセル「Ｂ」、「Ｃ」および「Ｄ」は、第３層１２８の一部であるかのように見える。換言すると、第４層１３０の内部ボクセル「Ｂ」および「Ｃ」は、第４層１３０から第３層１２８に「落下」する。さらに、それぞれの内部ボクセル「Ａ」の絶対高さが、対応する層の平坦化された高さよりも大きいので、第１層１２４、第２層１２６、第３層１２８、および第４層１３０の内部ボクセル「Ａ」の高さは、平坦化後に、基礎層１２２、第１層１２２、第２層１２４、第３層１２６、および第４層１２８の高さに「追いつくか」またはその高さを超える。したがって、第４層１３０の平坦化は、第４層１３０の内部ボクセル「Ａ」の平坦化を含むことができる。第４層１３０の内部ボクセル「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」および「Ｅ」に関するさらなる詳細は、基礎層１２２、第１層１２４、第２層１２６、および第３層１２８の関して既に説明したものと類似している。
【００４９】
図８Ｆは、第５層１３２が形成されている第４層１３０の断面を示す。第５層１３２は、外殻層と第５組の選択された内部ボクセルを含み、内部ボクセル「Ａ」は形成されていない。第５層１３２は、平坦化システムを使用して既知の高さに平坦化される。図８Ａと同じように内部ボクセル「Ａ」が形成されていないので、第５層１３２の形成は、内部層を形成するシーケンスが再び始まることを表している。このシーケンスは、三次元物体が形成されるまで続行される。
【００５０】
内部ボクセル「Ｂ」のそれぞれの絶対高さが、それぞれが対応する平坦化された層の高さよりも大きくなることがあり、平坦化後に、基礎層１２２、第２層１２６、第３層１２８、第４層１３０、および第５層１３２の内部ボクセル「Ｂ」の高さは、基礎層１２２、第１層１２２、第２層１２４、第３層１２６、第４層１２８、第５層１３０の高さに「追いつくか」または超えることに注意されたい。したがって、第５層１３２の平坦化には、第５層１３２の内部ボクセル「Ｂ」を平坦化することを含むことがある。第５層１３２の内部ボクセル「Ａ」、「Ｃ」、「Ｄ」および「Ｅ」に関するさらなる詳細は、基礎層１２２、第１層１２４、第２層１２６、第３層１２８、および第４層１３０に関して前に説明したものと類似している。
【００５１】
図７に示した三次元物体の表面全体に類似の工程が行われる。したがって、基準に従って三次元物体を形成すると、ＳＦＦプロセスにおいて生成される廃物の量を減らすことができる。
【００５２】
もう１つの実施形態として、図９に示したフローチャートを使って、三次元物体１４０を形成する方法を説明する。ブロック１４２で、選択された内部ボクセルを形成するシーケンスを示した基準を設ける。次に、ブロック１４４で、基準に従って層を形成する。ブロック１４６で、層を平坦化する。判定ブロック１４８で、三次元物体が形成されたかどうか判定する。判定が「いいえ」の場合、方法はブロック１４４に戻る。判定が「はい」の場合、方法は、ブロック１５０に進み、これは、三次元物体が形成されたことを示す。
【００５３】
以上説明した実施形態に対し、請求範囲に含まれる多くの変形および修正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】立体造形技術（ＳＦＦ）システムの実施形態を示す図である。
【図２】図１のＳＦＦシステムを使用して三次元物体を形成する方法の代表的なフローチャートである。
【図３Ａ】図１のＳＦＦシステムを使用して三次元物体を形成する方法の代表的な図である。
【図３Ｂ】図１のＳＦＦシステムを使用して三次元物体を形成する方法の代表的な図である。
【図３Ｃ】図１のＳＦＦシステムを使用して三次元物体を形成する方法の代表的な図である。
【図３Ｄ】図１のＳＦＦシステムを使用して三次元物体を形成する方法の代表的な図である。
【図３Ｅ】図１のＳＦＦシステムを使用して三次元物体を形成する方法の代表的な図である。
【図３Ｆ】図１のＳＦＦシステムを使用して三次元物体を形成する方法の代表的な図である。
【図３Ｇ】図１のＳＦＦシステムを使用して三次元物体を形成する方法の代表的な図である。
【図４】図１のＳＦＦシステムを使用して三次元物体を形成する方法の代表的なフローチャートである。
【図５】図１のＳＦＦシステムを使用して三次元物体を形成する方法の代表的なフローチャートである。
【図６】図１のＳＦＦシステムを使用して三次元物体を形成する方法の代表的なフローチャートである。
【図７】三次元物体の実施形態の断面平面図である。
【図８Ａ】図７の三次元物体を形成する方法の代表的な図である。
【図８Ｂ】図７の三次元物体を形成する方法の代表的な図である。
【図８Ｃ】図７の三次元物体を形成する方法の代表的な図である。
【図８Ｄ】図７の三次元物体を形成する方法の代表的な図である。
【図８Ｅ】図７の三次元物体を形成する方法の代表的な図である。
【図８Ｆ】図７の三次元物体を形成する方法の代表的な図である。
【図９】図１のＳＦＦシステムを使用して三次元物体を形成する方法の代表的なフローチャートである。
【符号の説明】
【００５５】
１０  立体造形技術システム
１２  コンピュータ制御システム
２４  ＣＡＤシステム
１４  層形成システム
１６  計量分配システム
１８  平坦化システム
２０  廃物監視システム
２２  高さ監視システム
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図９】
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