(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒質の連続層を、硬化幅を形成する所定の刺激のビームに露出することにより、複数の付着した薄層から三次元物体を形成する方法であって、
三次元物体を表すデータを提供する工程、
該データを操作して、前記三次元物体を形成するための変更物体データを作成する工程であって、(1)隣接したセグメントの対により形成された角度と、(2)少なくとも三つの角度の範囲に基づく、または少なくとも一つの角度の範囲に基づく可変ずれ基準および少なくとも三つの角度の範囲に基づく二つの一定のずれ基準に基づく可変ずれ基準との組合せにより決定される量だけ内側に前記境界を形成する隣接セグメントの頂点を移動させることにより、データをずらして、前記ビームにより誘発される前記媒質中の硬化幅を補正する工程を含む工程、
前記物体のその後の薄層を形成する準備のために、いずれの最後に形成された材料の層に隣接して前記媒質から材料の層を形成する工程、
該材料を前記所定の刺激のビームに露出して、前記物体の連続薄層を形成する工程、
複数の付着した薄層から前記物体を形成するために、形成および露出の作業を複数回繰り返す工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記少なくとも三つの角度の範囲が、角度の第４の範囲を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも三つの角度の範囲がゼロ度から第１の角度までに及び、前記角度の第４の範囲が、前記第１の角度よりも大きい第２の角度から360°までに及ぶことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
媒質の連続層を、該媒質中に硬化幅を形成する所定の刺激のビームに露出することにより、複数の付着した薄層から三次元物体を形成する装置であって、
三次元物体を表すデータを受け取る手段、
前記三次元物体を形成するための変更物体データを作成するために前記データを操作する手段であって、(1)隣接したセグメントの対により形成された角度と、(2)少なくとも二つの角度の範囲に基づく、または少なくとも一つの角度の範囲に基づく可変ずれ基準および少なくとも二つの角度の範囲に基づく二つの一定のずれ基準に基づく可変ずれ基準との組合せにより決定される量だけ内側に前記境界を形成する隣接セグメントの頂点を移動させることにより、前記ビームにより誘発される前記媒質中の硬化幅を少なくとも部分的に補正するために少なくともいくつかの境界に関連するデータをずらす手段を含む手段、
前記物体のその後の薄層を形成する準備のために、いずれの最後に形成された材料の層に隣接して前記媒質から材料の層を形成する手段、
前記物体の連続薄層を形成するために前記材料を前記所定の刺激のビームに露出する手段、および複数の付着した薄層から前記物体を形成するために、形成および露出の作業を複数回繰り返す手段、
を含むことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速三次元成型試作および製造（ＲＰ＆Ｍ）技術（例えば、立体造形）を用いた三次元物体の形成に関する。本発明は、より詳しくは、形成手段（例えば、レーザビーム）により造形材料（感光性樹脂）中に誘発されたライン幅を補正するように変更されたデータを用いた三次元物体の形成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１．  関連技術
高速三次元成型試作および製造（ＲＰ＆Ｍ）は、三次元物体を表す三次元コンピュータデータから該物体を迅速に自動的に形成するのに使用できる技術分野に与えられた名称である。ＲＰ＆Ｍは、三つの部類の技術：(1)立体造形、(2)選択的堆積モデリング、および(3)積層物体製造を含むものと考えることができる。
【０００３】
立体造形の部類の技術では、薄層（すなわち、硬化された層）を形成し付着させるために、媒質の先に形成された層に隣接する流体状媒質の層の連続形成および三次元物体の連続スライスを表す断面データに従うそれらの層の選択的硬化に基づいて三次元物体を形成する。ある特別な三次元造形技術は、単にステレオリソグラフィーとして知られており、所定の刺激に露出することにより選択的に硬化される液体媒質を用いる。この液体媒質は典型的に感光性樹脂であり、所定の刺激は典型的に可視または紫外線電磁放射線である。この放射線はレーザにより一般に発生される。液体ベースの立体造形は、いくつかが以下の関連出願のセクションに手短に説明されている様々な特許、出願、および公報に開示されている。別の立体造形技術が、選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）として知られている。ＳＬＳは、粉末媒質の層を、赤外電磁放射線に露出して粉末の粒子を焼結または溶融することによる選択的硬化に基づく。ＳＬＳはデッカード(Deckard)の米国特許第4,863,538号に記載されている。第３の技術は、三次元プリント（３ＤＰ）として知られている。３ＤＰは、その上の結合剤の選択的堆積により硬化される粉末媒質の層の選択的硬化に基づく。３ＤＰはサッチス(Sachs)の米国特許第5,204,055号に記載されている。
【０００４】
本発明は主に、液体ベースの造形材料（すなわち、媒質）を用いた立体造形に関する。しかしながら、本発明の技術には、形成されている物体の審美的魅力を維持しながら解像度を向上させる目的のために、他の立体造形技術においても用途があると考えられる。
【０００５】
選択的堆積モデリング（ＳＤＭ）は、三次元物体のスライスを表す断面データに従って、薄層毎に硬化可能な材料を選択的に堆積させることにより該三次元物体を積層する工程を含む。そのような技術の一つは、溶融堆積モデリング（ＦＤＭ）と称され、物体の先に形成された薄層上に分配されたときに硬化する、加熱された流動可能な材料の流れを押し出す工程を含む。ＦＤＭはクランプ(Crump)の米国特許第5,121,329号に記載されている。別の技術は、５軸のインクジェットディスペンサを用いて、物体の先に硬化された層に材料の粒子を方向付ける、弾道粒子製造（ＢＰＭ）と称される。ＢＰＭは、全てＢＰＭテクノロジー社(BPM Technology, Inc.)に譲渡された、ＰＣＴ公開番号第WO96-12607号、第WO96-12608号、第WO96-12609号、および第WO96-12610号に記載されている。第３の技術は、マルチジェットモデリング（ＭＪＭ）と称され、多数のインクジェットオリフィスからの材料の液滴を選択的に堆積させて、造形過程を加速させる工程を含む。ＭＪＭは、エール(Earl)等の米国特許第5,943,235号および米国特許出願第08/722,335号（両方とも、本出願のように３Ｄシステムズ社に譲渡されている）に記載されている。
【０００６】
上述したように、本発明の技術は主に、液体ベースの立体造形による物体形成に関するけれども、この技術には、形成されている物体の審美的魅力を維持しながら、所定の液滴または流れのサイズに関する物体解像度を向上させるために、ＳＤＭ技術においても用途があると考えられる。
【０００７】
積層物体製造（ＬＯＭ）技術は、形成すべき三次元物体を表す断面データに従って、選択された順序で、材料のシートの選択的切断、付着および積層により三次元物体を形成する工程を含む。ＬＯＭはフェイジン(Feygin)の米国特許第4,752,352号、キンジー(Kinzie)の米国特許第5,015,312号、およびモリタのＰＣＴ公開番号第WO95-18009号に記載されている。
【０００８】
本発明の技術には、形成されている物体の審美的魅力を維持しながら、断面を切り取るレーザビームまたは機械的切断器具を用いたときに物体の解像度を向上させるために、ＬＯＭ技術における用途があると考えられる。
【０００９】
立体造形法を用いて物体を形成するときにビームにより誘発される硬化の幅を補正する様々な技術が以前から説明されてきた。特に、様々な技術が、(1)ハル(Hull)等の米国特許第5,184,307号、および(2)スニード(Snead)等の米国特許第5,321,622号に記載されている。
【００１０】
この'307号の特許には、物体の三次元造形製造に使用するために、三次元物体データを断面データに変換する技術が記載されている。得られた断面データは一般的に、一つ以上の群のベクトルに分類される。これらの群のベクトルは典型的に、一つ以上の境界型（ある断面の所定の部分を囲むベクトル）、選択された境界領域内に包含される一つ以上の補充型（露出の際に全領域が硬化されるように典型的に平行で密な間隔にある一連のベクトル）、および選択された境界領域内に包含される一つ以上のハッチ型（個々の露出ラインの間にいくらかの未硬化材料が残るように、一般的に平行であるが、間隔が広くてもよい一連のベクトル）を含む。この補充およびハッチを形成する前に、この文献は、選択された境界が、材料を硬化するのに用いられるビームにより誘発される硬化幅を補正するのに適切な量だけ内側に（すなわち、非物体領域に向かうのとは反対の物体領域に向かって）ずれているべきであることを教示している。このずれる量は一般的に、硬化を誘発するのに用いられる放射線のビームにより誘発される硬化の幅の約半分に等しい。
【００１１】
前記'307号の特許に開示された技術の一つは：
(1)  境界ベクトルをループ状に形成し、
(2)  各々のベクトルをライン幅の半分だけ物体中にずらし、
(3)  端部点を再度計算し、方向を変化させるベクトルを除去する、
ことにより境界を補正する。
【００１２】
該'307号の特許に開示されている第２の技術は：
(1)  境界ベクトルをループ状に形成し、
(2)  境界ループの各々の頂点について転移ベクトルを導く。この転移ベクトルは、頂点を形成する二つの境界ベクトルにより形成される角度を二等分するものとする。転移ベクトルは一般的に、Ｄ＝ライン幅の約半分であり、θ＝二つのベクトルの間の角度であるときに、Ｄ／［（１−ｃｏｓθ／２）］１／２と等しい長さを有する。この長さが予め設定された最大量（例えば、２*ＬＷＣ）よりも大きくない限りは、このずれの量が用いられ、大きい場合には、前記長さが該予め設定された最大量に制限される。さらに、ずれ（転移）ベクトルの長さは、二つの境界ベクトルの各々に対して延在する垂直二等分線により示されるように、それを生じさせる二つの境界ベクトルの各々の中点を越えて延在しないように制限された。
【００１３】
ことにより境界を補正する。
【００１４】
第３の技術は、これら最初の二つの技術の利点を組み合わせたものである。境界ベクトルは、第１の技術におけるように、所望の量だけ内側に動かされる。このずれによって所望の量よりも大きく頂点が移動した場合には、追加のベクトルが補正された境界に加えられる。この追加のベクトルは、(1)二つのずれベクトルの交点から(2)元の頂点から所望の距離だけ離れた点まで延在する。
【００１５】
四番目の技術は、ずれベクトルが互いにまたは元のベクトルと交差するか否かを決定することにより、上述した技術に追加の特徴を加えている。そのような交差が存在すると決定された場合には、ずれた頂点は、交差が生じないかまたは交差領域がなくなるであろう点まで戻される。交差が生じるときに形成されている三次元物体においては、特徴がなくなることがある。
【００１６】
前記'662号の特許は、前記'307号の特許のように、立体造形法に使用するために、三次元物体データから断面データを作成する技術に関する。その'307号の特許のように、この'662号の特許は、複数の異なる型の境界、ハッチ、および補充ベクトルを導く技術を提供する。この特許は、選択された境界型のものを変更して、物体形成中に生じる硬化の予測幅のために補正されたずれ境界を作成する様々な技術も教示している。
【００１７】
この'662号の特許に教示されている第１の技術は、移動された点と元の境界との間の最短距離がビーム跡の半径と等しい程度だけ、境界頂点を角二等分線に沿って移動させることによりずらされた境界を教示している。この移動の方向と大きさは、転移ベクトルにより決定される。
【００１８】
いくつかの調節により過剰の移動が避けられる：(1)移動は前記半径の二倍と等しい値に限定される。(2)交差の可能性は、いずれの元のセグメントが交差されたか否かを見るために試験が行われる、所望の補正の二倍と等しい試験補正を行うことにより最小にされる。交差が決定されたら、移動の程度が、重なった転移ベクトルがちょうど境界セグメントに接触する点まで戻される。(3)三番目の試験は、転移ベクトルの交差を検査し、その交差が生じた場合には、各々の転移ベクトルが前記交差の点まで戻される。(4)四番目の試験は、転移ベクトルが補正された境界セグメントと交差するか否かを決定する。交差が検出された場合には、補正された境界は、交差しなくなる程度まで元の補正されていないセグメントに向かって戻される。あるいは、転移ベクトルを短くしてもよい。
【００１９】
前記'662号の特許には、断面領域を下向き、上向き、および連続領域に分類し、関連する境界を導く前に、断面境界について補正を行う好ましい技術が教示されている。さらに、代替案により、元の断面境界の代わりに領域の境界を補正することによって硬化幅を補正してもよいことが教示されている。あるいは、前記領域の正味の補正は、最初の断面境界の元の補正に、負または正のその後の補正を加えることにより得てもよい。
【００２０】
補正された境界からハッチおよび補充ベクトルを引っ込めることと共同して、前記'662号の特許には、補正された境界ベクトルを接続するクリップベクトルの形成を含む、さらなる境界補正の使用が開示されている。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
上述した文献の教示を考慮しても、ＲＰ＆Ｍ技術における変更データから形成されている三次元物体における小さな断面特徴の維持と共に高精度の境界配置を提供する改良ライン幅補正技術がまだ、この業界において引き続き必要とされている。小さな特徴の維持は、形成される物体の審美的魅力および精度を向上させるために望まれている。
【００２２】
２．  他の関連特許および出願
上述した特許、出願、および公報並びに以下のものは、その全文が引用される。表１は、本出願の譲受人により共に所有された特許および出願を示す表である。各々の特許および出願に見られる主題の簡単な説明が、読者が特定の種類の教示を見つける上で役立つように表に含まれている。主題の包含内容は、特別に示された題目に限定することを意図したものではなく、その代わりに、その包含内容は、これらの出願および特許に見いだされる全ての主題を含むものとする。これらの包含された文献における教示は、本出願の教示と多くの様式で組み合わせることができる。例えば、様々なデータ操作技術に関する文献は、物体をより精密におよび／または効率的に形成するために用いることのできるさらにより有用な変更物体データを導くためにここの教示と組み合わせてもよい。別の例として、これらの文献に開示された様々な装置の形態を、本発明の新たな特徴と共に用いてもよい。
【００２３】
【表１】
0004002045.tif 000002
【表２】
0004002045.tif 000003
【表３】
0004002045.tif 000004
以下の二つの本もまた、全文をここに引用する：(1)Rapid Prototyping and Manufacturing: Fundamentals of Stereolithography, by Paul F.Jacobs; published by the Society of Manufacturing Engineers, Dearborn MI; 1992;および(2)Stereolithography and other RP&M Technologies: from Rapid Prototyping to Rapid Tooling; by Paul F.Jacobs; published by the Society of Manufacturing Engineers, Dearborn MI; 1996。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、三次元物体の薄層を形成する際に使用されるビームの硬化幅を少なくとも部分的に補正するように変更されたデータを用いて該物体を形成する向上した技術（方法および装置）を提供することにある。
【００２５】
本発明の第１の態様は、ある媒質の連続層を所定の刺激のビームに露出することにより複数の付着した薄層から三次元物体を形成する方法であって、(A)三次元物体を表すデータを提供し、(B)該データを操作して、前記三次元物体を形成するための変更物体データを作成し、この作成工程が、少なくとも一つの断面境界に関連するデータをずらして、前記ビームにより誘発される硬化の幅を少なくとも部分的に補正する所望の補正境界を導く工程を含み、この補正された境界が、少なくとも第１のずれ値および第２のずれ値から導かれ、(C)前記物体のその後の薄層を形成する準備において、いずれかの最後に形成された材料の層に隣接する材料の層を形成し、(D)この材料を前記所定の刺激のビームに露出して、前記物体の連続薄層を形成し、(E)複数の付着した薄層から前記物体を形成するために、形成および露出の作業を複数回繰り返す、各工程を含む方法を提供する。
【００２６】
本発明の第２の態様は、ある媒質の連続層を所定の刺激のビームに露出することにより複数の付着した薄層から三次元物体を形成する方法であって、(A)三次元物体を表すデータを提供し、(B)該データを操作して、前記三次元物体を形成するための変更物体データを作成し、この作成工程が、少なくともいくつかの境界に関連するデータをずらして、(1)隣接するセグメントの対により形成された角度と、(2)少なくとも二つの範囲の角度に基づく、または少なくとも一つの範囲の角度に関する変動ずれ基準に基づく変動ずれ基準および少なくとも二つの範囲の角度に関する二つの定数ずれ基準との組合せにより示される量だけ内側に、境界を形成する隣接セグメントの頂点を動かすことにより、前記ビームにより誘発される硬化の幅を少なくとも部分的に補正する工程を含み、(C)前記物体のその後の薄層を形成する準備において、いずれかの最後に形成された材料の層に隣接する材料の層を形成し、(D)この材料を前記所定の刺激のビームに露出して、前記物体の連続薄層を形成し、(E)複数の付着した薄層から前記物体を形成するために、形成および露出の作業を複数回繰り返す、各工程を含む方法を提供する。
【００２７】
本発明の第３の態様は、ある媒質の連続層を所定の刺激のビームに露出することにより複数の付着した薄層から三次元物体を形成する方法であって、(A)三次元物体を表すデータを提供し、(B)該データを操作して、前記三次元物体を形成するための変更物体データを作成し、この作成工程が、(B1)少なくともいくつかの境界に関連するデータをずらして、(1)隣接するセグメントの対により形成された角度と、(2)所定のずれ基準との組合せにより示される量だけ内側に、境界を形成する隣接セグメントの頂点を動かすことにより、前記ビームにより誘発される硬化の幅を少なくとも部分的に補正し、(B2)元の境界セグメントの頂点の少なくとも一つが、元のセグメントに対して平行な提案されたずれセグメントを維持する量だけずれていないときに、少なくとも一つの元の境界セグメントを少なくとも第１と第２のずれ境界セグメントに変換して、該第１のずれセグメントが前記元のセグメントに対して平行なままであり、前記第２のずれセグメントが該元のセグメントに対して平行ではない各工程を含み、(C)前記物体のその後の薄層を形成する準備において、いずれかの最後に形成された材料の層に隣接する材料の層を形成し、(D)この材料を前記所定の刺激のビームに露出して、前記物体の連続薄層を形成し、(E)複数の付着した薄層から前記物体を形成するために、形成および露出の作業を複数回繰り返す、各工程を含む方法を提供する。
【００２８】
本発明の別の態様は、上述した方法の態様を実施するための装置を提供し、本発明の第１から第３の態様に述べられたようなデータを操作する指示を含むコンピュータプログラムされた媒体を提供する。
【００２９】
本発明のある特徴は、物体境界を形成するセグメントを移動させる代わりに、計算された頂点の位置を補正して、セグメントが互い同士で交差しないようにするデータ操作により頂点が動かされることである。
【００３０】
本発明の別の特徴は、前記物体境界を形成する頂点が、一度に一つ、各々の移動の後に動かされ、形成されている物体のトポロジーが変わっていないことを保証する検査が行われ、その場合には、元の頂点は、新しい補正されたまたは計算された頂点の位置には動かされないことである。
【００３１】
本発明の利点は、目的とする特徴が、データ操作により形成されている三次元物体においてなくならないことである。
【００３２】
本発明の追加の態様、特徴および利点は、以下に説明する本発明の実施の形態と、それに関連する図面とから明らかとなる。本発明のさらなる態様は、本発明の態様に関して上述した実施の互いとの様々な組合せを含む。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に使用する好ましい立体造形装置１（ＳＬＡ）システムの概略図を示している。このＳＬＡシステムの基礎構成要素は、前述した米国特許第4,575,330号、同第5,184,307号、および同第5,182,715号に記載されている。好ましいＳＬＡシステムは、それより物体15が形成される造形材料５（例えば、感光性樹脂）を保持する容器３、昇降機７とその駆動装置（図示せず）、昇降支持台９、露出システム11、リコーティングバー13とその駆動装置（図示せず）、物体データを操作し（必要なときに）、前記露出システム、昇降機およびリコーティング装置を制御する少なくとも一つのコンピュータを備える。
【００３４】
好ましい走査システムが、米国特許第5,058,988号、同第5,059,021号、同第5,123,734号、同第5,133,987号、および同第5,840,239号を含む上述したいくつかの特許に記載されている。この好ましいシステムは、レーザ、ビームエキスパンダ、およびモータ駆動または検流計型いずれかの、一対のコンピュータ制御されたＸＹ軸回転走査ミラーを備える。
【００３５】
好ましい制御およびデータ操作システムおよびソフトウェアが、米国特許第5,184,307号、同第5,321,622号、および同第5,597,520号を含む、上述した多数の特許に記載されている。
【００３６】
好ましいリコーティング装置が上述したアルムキスト等の米国特許第5,902,537号に記載されており、この装置は、リコーターバー13、調節された真空ポンプ17、およびバー13とポンプ17に接続された真空ライン19を備えている。
【００３７】
好ましいＳＬＡシステムの他の構成部材（図示せず）は、液体レベル制御システムと、形成チャンバと、温度制御システム、安全連動装置、観察手段等を含む環境制御システムとを備えていてもよい。
【００３８】
本発明を用いることのできるＳＬＡシステムは、カリフォルニア州バレンシアのスリーディーシステムズ社(3D Systems, Inc.)から入手できる。これらのＳＬＡシステムとしては、325ｎｍで作動するＨｅＣｄレーザを用いたＳＬＡ−２５０、355ｎｍで作動する固体レーザを用いたＳＬＡ−３５００とＳＬＡ−５０００、および351ｎｍで作動するアルゴンイオンレーザを用いたＳＬＡ−５００が挙げられる。好ましい造形材料は、カリフォルニア州ロサンゼルスのチバスペシャルティーケミカルス(CIBA Specialty Chemicals)により製造されている感光性樹脂であり、スリーディーシステムズ社より入手できる。これらの材料は、ＳＬＡ−２５０システムに使用するＳＬ５１７０、ＳＬＡ−３５０とＳＬＡ−５０００システムに使用するＳＬ５１９０、およびＳＬＡ−５００システムに使用するＳＬ５１８０を含む。
【００３９】
ＳＬＡシステムの一般的な操作には、複数の付着した薄層から物体を形成するための、交互に行われる、材料のコーティング（すなわち、材料の層）の形成およびそれらコーティングの選択的硬化が含まれる。この工程は、昇降支持台９を、感光性樹脂５の上側表面26の下に一つの層厚だけ浸漬することから始まる。感光性樹脂のコーティングは、この材料を所望の深さまで硬化させて、昇降支持台に付着した物体の最初の薄層を形成する所定の刺激（例えば、紫外線）のビームに選択的に露出される。この最初の薄層は、形成すべき物体の最初の断面に対応するか、または物体を昇降支持台に付着させるのに用いられる支持体に対応する。この最初の薄層の形成後、昇降支持台および付着した最初に薄層が、一層の厚さの正味の量だけ材料中に降下される。以後、層厚および距離の他の単位は、以下の三つの単位：(1)インチ、(2)ミリインチ（すなわち、ミル）、または(3)ミリメートルのいずれで表してもよい。前記材料は一般的に非常に粘性が高く、各々の層の厚さは非常に薄い（例えば、4ミルから10ミル）ので、この材料は、最後に硬化された薄層の上にコーティングを容易には形成できないかもしれない。コーティングが容易には形成できない場合には、リコーティングバーを、樹脂の表面（すなわち、材料の作業面）、またはそのいくぶん上に渡り掃引して、新たなコーティングの形成を補助してもよい。このコーティング形成工程は、感光性樹脂媒質の表面に渡りリコーティングバーを所定の速度で一回以上掃引させる工程を含んでもよい。このコーティングの形成後、その層は、物体の第２の断面を表すデータに従う、前記媒質の所定の刺激への第２の露出により硬化される。このコーティング形成および硬化の工程は、前記物体が複数の付着した層（21,23,25,27,29,31,および33）から形成されるまで何度も繰り返される。
【００４０】
ある造形技術において、いくつかまたは全ての物体断面を不完全に硬化させてもよい。あるいは、ある工程において、所定の層に関する物体の薄層（すなわち、その位置が、感光性樹脂材料のその層に対応するレベルで物体の残りの部分に対して配置すべき薄層）は、その層と共同して（すなわち、その層が液体の表面に位置するとき）露出されても、または部分的のみ露出されてもよい。その代わりに、その薄層を、その後に形成される層と共同して全体まは一部を形成してもよく、ここで、この後の層に施される露出は、関連断面のレベルで前記材料を硬化させるような程度まで材料を転換させるようなものである。言い換えれば、所定の薄層に関連する層は、その薄層がそれと共同して硬化される層でなくてもよい。それに共同して薄層または薄層の一部が形成される層は、硬化されるときに材料の表面に位置する層であり、一方、薄層が関連する層は、物体の残りの部分に対する薄層の寸法的に正確な位置に対応する層であると言えるであろう。
【００４１】
前述したように、小さな物体の特徴（ビームにより誘発される硬化の幅にほぼ等しいかそれより小さなサイズを有する特徴）を維持しながら、物体断面をより正確に形成するように、境界セグメントの改良補正を行う改良された立体造形データ操作技術がこの技術業界で必要とされている。
【００４２】
好ましい実施の形態において、これらの操作技術は、米国特許第5,321,622号に記載されたデータ変換技術により作成されるようなベクトルタイプに基づく。この'622号の特許によれば、物体の各々の断面部分は、初期断面境界（ＩＣＳＢ）により定義される。これらのＩＣＳＢは、いくつかの様式で定義されていてもよく、いくつかの様式で導かれてもよい。しかしながら、ＩＣＳＢは各々の物体断面の分類されていない断面定義を表すことが定義されている。ＩＣＳＢの各々のセグメントは、それ自体、一方の側で物体を、他方の側で空の空間（すなわち、非物体）を制限すると考えられる。本発明の第１の好ましい実施の形態において、ＩＣＳＢには、他の境界および領域に再度分割される前に、補正技術、すなわち、ライン幅補正（ＬＷＣ）が施される。
【００４３】
この第１の好ましい実施の形態において、ＬＷＣ技術の施用後に、各々の断面は、連続断面の形状に依存して一つ、二つまたは三つの異なる領域：(1)下向き領域、(2)上向き領域、および(3)連続領域（すなわち、下向きでも、上向きのいずれでもない領域）に分類される。物体の形成の際に、以下の８のベクトルタイプが用いられるが、他のタイプを定義して用いてもよい：
下向き境界
−  物体の下向き領域を囲む境界。
【００４４】
上向き境界
−  物体の上向き領域を囲む境界。
【００４５】
連続境界
−  上向きでも下向きのいずれでもない物体の領域を囲む境界。
【００４６】
下向きハッチ
−  下向き境界内に位置する露出のライン。これらのラインは、互いの間隔が狭くても広くてもよく、一つ以上の方向に延在してもよい。
【００４７】
上向きハッチ
−  上向き境界内に位置する露出のライン。これらのラインは、互いの間隔が狭くても広くてもよく、一つ以上の方向に延在してもよい。
【００４８】
連続ハッチ
−  連続境界内に位置する露出のライン。これらのラインは、互いの間隔が狭くても広くてもよく、一つ以上の方向に延在してもよい。
【００４９】
下向き表皮／補充
−  硬化材料の連続領域を形成するように、下向き境界内に位置し、間隔の狭い露出のライン。
【００５０】
上向き表皮／補充
−  硬化材料の連続領域を形成するように、上向き境界内に位置し、間隔の狭い露出のライン。
【００５１】
下向き境界、下向きハッチおよび下向き補充が一緒になって物体の下向き領域を定義する。上向き境界、上向きハッチおよび上向き補充が物体の上向き領域を定義する。連続境界および連続ハッチが物体の連続領域を定義する。下向き領域には、付着が望ましく行われるものがその下になにもないので（支持体のようなもの以外に）、これらの領域に施される露出の量は一般的に、その下にある薄層への付着を生じさせる必要以上の量は含まないが、必要以上のレーザビーム露出を、存在するいずれのＭＳＤ問題を適切に対処するために与えてもよい。上向き領域と連続領域は、それらの下に位置する硬化材料を有するので、これらの領域に施される露出の量は一般的に、その下にある薄層への付着を確実にする必要以上の量を含む。ある実施の形態において硬化深さはこれらの領域の各々に関して異なっていてもよいので、各々の領域の境界に異なる量の補正を施すことが望ましい。
【００５２】
第１の好ましい実施の形態において、正味の望ましいセグメントのずれがＤ（例えば、レーザビームにより誘発される硬化幅の約半分）と等しい、図２に示したフローチャートに示したプロセスに従ってＬＷＣ技術が行われる。
【００５３】
図２を参照する。エレメント102、104、および106が、第１の好ましい実施の形態に従ってライン幅補正を行う初期入力を形成する。エレメント102は、補正ルーチンによりずらすべきポリリスト(polylist)（すなわち、閉じたループを形成する境界セグメントの群）の入力を要求する。
【００５４】
エレメント104は、正味の所望の補正量を入力すべきであることを示す。この補正量は、頂点の挿入に用いるべきずれの量とは等しくないが、その代わりに、その境界セグメントが補正中に経験すべき移動の所望の量を反映する。様々な理由のために、いずれのセグメントに関して得られる補正の正味量は、この所望の量とは異なるかもしれないことを理解すべきである。この差は、頂点の移動に課された制限条件により生じるかもしれない。そのような条件は、例えば、セグメントが交差する恐れを最小にすることを含んでもよい。もちろん、ある別の例においては、この量は、前記システムにおいて先に存在しても、または、例えば、サンプル物体を形成し、測定することにより、手動で導かれてもよい。前記量は、例えば、ビームの分布を測定し、造形材料の既知の特性に基づいて硬化幅の推定値を導くことにより自動的に導いてもよい。
【００５５】
エレメント106は、エレメント104において要求された正味補正量Ｄを達成するのに用いられる補正のパスの数Ｎを入力すべきであることを示す。一回のパスで補正を行うこととは対照的に、前記ポリリストが可能な全または最大量だけ補正されるまで、各々ごくわずかに増加させながら複数のパスを用いて補正を行うことが好ましい。後者は、多角形のような物体が完全には補正できない場合の可能性である。この補正プロセスを複数のパスに分解することにより、小さな物体の特徴の元の形状を維持する補正を行える見込みが増加する。ある好ましい実施の形態において、パスの数Ｎは４に設定される。他の実施の形態においては、Ｎは２、３、５、またはそれより大きくてもよい。小さな特徴をよりよく維持するためには、Ｎの値はできるだけ大きく設定すべきである。一方で、Ｎの値が大きくなるほど、処理にかかる時間が長くなる。Ｎの実際の値は、Ｄの値に依存するであろう。所定のサイズの小さな特徴の形状を確実に維持するためには、Ｄが大きくなれば、Ｎも大きくならなければならない。例えば、小さな特徴の相対的形状が許容誤差２Ｔ内に実質的に保持されることが望ましい場合には、ＮはＤ／Ｔと等しいかそれより大きいことが好ましい。Ｎにこの値を用いることにより、補正ルーチンのどの一回のパスも、２Ｔよりも実質的に大きい量だけ相対的形状における変化を生じないことを確実にする。もちろん、硬化深さが比較的一定であるか、または許容誤差の必要条件がそれほど厳しくない場合には、Ｎの固定値を用い、このプロセスを実施する上で用いられるいずれのソフトウェア中にハードコーディングさえしてもよい。Ｄに関するように、Ｎは、硬化幅推定値および許容誤差必要条件に基づいて、手動でまたは自動的に決定してもよい。
【００５６】
エレメント108は、プロセスの開始点として１の値で変数「パス」を設定する。エレメント110は、補正されているポリリストにおける第１の頂点でプロセスが開始するように１での変数「ｉ」を設定する。
【００５７】
エレメント100は、補正の際にサブセグメントの内の一つが元のセグメントに関して平行な方向を実質的に維持し、一方で、別のサブセグメントが補正の際に元のセグメントに関して平行な方向を維持しないような二つ以上のサブセグメントへのポリリストの選択されたセグメントの分割を要求する。その平行な方向を維持しないサブセグメントは、小さすぎる（例えば、正味の所望の補正量Ｄの約二倍よりも小さい）特徴から生じるかもしれず、または関連する特徴が小さすぎなくても、90°より大きい角度に関連する頂点の大きすぎるずれを避けることから生じるかもしれない。言い換えれば、元のセグメントを多数のサブセグメントに分割することにより、元の境界ループの頂点を単にずらすことにより可能になる補正よりも良好な補正を得ることができる。この技術を使用することにより、境界の一部を、その部分と元の境界との間の平行な関係を維持しながら、同時に小さな特徴が過剰には除去されないことを確実にしつつ、最適な量だけずらすことができる。頂点の各々のずれまたは移動により、形成されている物体のトポロジーが変化しないことを検査することにより、小さな特徴の除去を避けることができる。
【００５８】
図３および４は、セグメント分割の例を提供する。図３のａは、頂点206で交わるセグメント202および204により形成される境界200の一部を示す。物体部分は領域208を占め、非物体部分は領域210に存在する。
【００５９】
図３のｂは、セグメント202がサブセグメント202'および202"に分割され、セグメント204がサブセグメント204'および204"に分割されている境界の同一部分を示す。
【００６０】
図３のｃは、ずらされたサブセグメント202'＊および204'＊がそれぞれ元のセグメント202'および204'に対して平行なままであり、一方で、サブセグメント202"＊および204"＊がこの平行な品質を維持しないことが示されているずらし後の境界部分を示す。
【００６１】
図４のａは、頂点314、316、318、320、および322で交わるセグメント302、304、306、308、310、および312により形成された境界300の一部を示す。物体部分は領域324を占め、非物体部分は領域326に存在する。
【００６２】
図４のｂは、セグメント306がサブセグメント306'および306"に分割され、セグメント308がサブセグメント308'および308"に分割されている境界の同一部分を示す。
【００６３】
図４のｃは、ずらされたサブセグメント306'＊および308'＊がそれぞれ元のセグメント306'および308'に対して平行なままであり、一方で、サブセグメント306"＊および308"＊がこの平行な品質を維持しないことが示されているずらし後の境界部分を示す。
【００６４】
補正されたセグメントを分割する、または、言い換えれば、そうしなければ連続であった頂点の間に一つ以上の新しい頂点を設定する様々な方法が存在する。好ましい技術を以下に説明する。
【００６５】
好ましい技術において、「必要距離」が頂点角度の範囲に基づいて決定される。必要距離は、所定のレーザビームの直径および形成すべき一連の代表形状に関して経験的に決定してもよい。表２は、頂点角度と必要距離との間のサンプルの一連の関連を提供する。
【００６６】
【表４】
0004002045.tif 000005
この実験において、θ１＝70°、θ２＝220°、およびθ３＝290°の区切り点が好ましい。他の実施の形態において、他の区切り点、より多い範囲、より少ない範囲を用いる、および／または必要距離を変更してもよい。
【００６７】
一度所定の頂点に関する必要距離が決定されたら、その距離を該頂点を含む二つのセグメントの各々と比較する。そのセグメントの長さが必要距離未満である場合、点は挿入されない。必要距離がそのセグメント長さ未満である場合、そのセグメントを二片に分割するのに使用する点を挿入してもよい。この点は、それぞれのセグメントに沿って、必要距離と実質的に等しい頂点からの長さに挿入される。このプロセスは、各々それぞれの頂点と接触する最新のセグメントに基づいて各々の頂点に関して繰り返される。
【００６８】
エレメント112は、パス当たりに使用すべき補正量の誘導を要求する。この量は、補正の正味量に対して補正の「ステップ量」と考えてもよい。この実施の形態において、この量は、ＤをＮで割った商と等しく設定される。別の実施の形態において、正味の補正がまだＤと実質的に等しいが、ステップ当たりの補正量がステップ毎に変動する他の様式でこの量を導くこともできる。特に、パスが連続するに連れ補正のサイズを減少させる方式を用いることが有利であるかもしれない。
【００６９】
ステップ114は、エレメント102において供給されたポリリストの第１の頂点の挿入を要求する。この挿入は、エレメント112において導かれたステップ量に基づく。頂点挿入の量は、ステップ量と必ずしも等しいものではない。しかし、挿入量は、他の要因と同様に、ステップ量に基づく。
【００７０】
ある好ましい実施の形態において、挿入量は、多角形を形成する境界セグメントにより形成された角度と組み合わせたステップ量に基づく。頂点挿入量は、（Ｄ／Ｎ）／［（１−ｃｏｓθ）／２］１／２または（Ｄ／Ｎ）ｓｉｎ（θ／２）と表される値と等しく設定されてもよい。
【００７１】
別の好ましい実施の形態において、挿入量は角度の範囲に基づくものとする。ずれ量がその範囲内で一定であってもよく、または変数であってもよい、二つ以上の範囲が定義されてもよい。表３は、そのような範囲の例を表形式で提供する。この実施の形態において、範囲の区切り点は、θ１＝15°、θ２＝70°、およびθ３＝290°とする。もちろん、他の区切り点も可能である。区切り点はこれより多くても少なくてもよい。いずれの範囲においても、挿入量は、定数または変数に基づいてもよい。挿入量は、角度の最小範囲に関して、一定または実質的に一定であり、角度の最大範囲に関して、一定または実質的に一定であることが好ましい。挿入量が角度に依存して変化する、最大値と最小値との間に少なくとも一つの範囲があることも好ましい。
【００７２】
【表５】
0004002045.tif 000006
ステップエレメント116において、挿入された頂点がポリリスト中のいずれのセグメントと交差したか否かを決定するためにこの頂点が検査される。交差が生じなかった場合（エレメント120）、頂点の位置が挿入位置に更新される。交差が検出された場合（エレメント118）、元の頂点位置は更新されない。この検査を行う際に、ポリリスト中の全ての頂点が一度動かされたら、交差が全く生じないことを特別に確信するように、実際に望ましい挿入量よりもいくぶん大きい（例えば、上述した式からまたは表２から導かれる挿入量よりも大きい）挿入量を用いることが望ましいであろう。この特別な量は、所望の挿入量と比較して小さな利用であっても、または所望の挿入量の２倍かそれ以上であってもよい。この比較は、補正プロセス中に許容された新しい頂点位置に基づいて変更されたセグメント位置または元のポリリストにおけるセグメント位置に基づいてもよい。
【００７３】
ステップ122において、頂点(i)がポリリスト中の最後の頂点であるか否かに関して決定がなされる。最後のものではない場合（エレメント124）、「ｉ」が１だけ増加し、プロセスループが次の頂点のためにエレメント114に戻る。ポリリスト中の最後の頂点である場合（エレメント126）、全てのＮパスの補正が行われたか否かに関する決定が下される。全てのＮのパスが行われてはいない場合（エレメント128）、「パス」が１だけ増加し、「ｉ」が１にリセットされ（エレメント130）、プロセスがエレメント114に戻される。
【００７４】
全てのＮのパスが行われた場合、境界ループを補正するプロセスが完了する（エレメント132）。全プロセスは、同一断面の他の境界ループについて繰り返しても、処理すべきその後の断面上の境界ループに用いてもよい。
【００７５】
別の実施の形態において、セグメント分割技術および補正の多重パスを独立して実施しても、セグメント分割技術を補正パス後に行っても、または一つ以上のパスと混ぜてもよい。
【００７６】
多重パス、角度範囲、およびセグメント分割の全ての技術を用いたライン幅補正の好ましい実施は、例えば、Ｃ＋＋プログラム言語で書かれた原始コードを用いて行っても差し支えない。この手法は、三つのヘッダファイルとともに二つの異なるピースを用いることができる：(1)Main Code  −  ビーム幅補正ルーチン（すなわち、ライン幅補正ルーチン）の実施を要求、(2)Beamcomp.cpp  −  ライン幅補正を実施する主要ルーチンを提供、(3)Plistmap.h  −  Beamcomp.cppにより要求されたヘッダファイルの内の１つ、(4)BeamComp.h  −  Beamcomp.cppにより要求された別のヘッダファイル、および(5)Polyalgs.h  −  Beamcomp.cppにより要求されたさらなるヘッダファイル。
【００７７】
三次元物体の形成に用いるべき残りのデータは、上述した特許および出願の教示に従って導いてもよい。例えば、前記'622号の特許の教示を用いてもよい。
【００７８】
別の実施の形態では、他の形態の領域同定およびベクトルタイプの形成を用いてもよい。そのような代替案の例としては、米国特許第5,184,307号、同第5,209,878号、同第5,238,639号、同第5,597,520号、同第5,943,235号、および米国特許出願第08/855,125号を含む、上述した様々な特許および出願に記載されている。ある方式は：(1)上向き領域および下向き領域が組み合わされて外向き領域を形成している、外向き領域および連続領域のみを定義する、(2)全ての補充タイプを一つの指定に組み込む、または(3)上向きハッチおよび連続ハッチを一つの指定に、または三つの全てのハッチタイプを一つの指定に組み込むのようなより少ない指定を使用することを含んでもよい。他の方式は、上向き領域および下向き領域の内の１つまたは両方を平らな領域およびほぼ平らな領域に分割するようなより多くの指定を使用することを含んでもよい。
【００７９】
他の領域同定は、各々の薄層に関連する境界領域の一部がその薄層に対して外向きおよび／または内側である同定を含んでもよい。外向き境界領域は、米国特許第5,321,622号および同第5,597,520号に記載されている初期断面境界（すなわち、それらを下向き、上向き、および連続境界領域に分割する前に存在する断面境界領域）に関連している。内側境界は薄層の物体部分により両側が制限されるが、外向き境界は、薄層の物体部分により一方の側で、薄層の非物体部分により他方の側で制限される。
【００８０】
本発明を実施する開始点は、厳密に層毎の形成プロセスと関連するデータである必要はない。この開始点は、断面データにまだ変換されていない初期または変更三次元物体データであってもよい。さらに、開始点は、厳密な層毎を基準としては形成されない薄層を表す変更断面データであってもよい。例えば、開始点は、１層厚よりも大きいＭＳＤおよび／またはＭＲＤに順応するように変更された表面または断面データであってもよい。
【００８１】
ここに記載した教示に従って物体を形成する装置を形成するためのここに記載した方法の実施は、物体に関連するデータを操作するソフトウェアまたはハードコーディングにより、ＳＬＡシステム制御コンピュータ、または別のデータ処理コンピュータにより行っても差し支えない。
【００８２】
これらの実施の形態およびそれらの代替案における方法および装置は、上述した特許および出願における様々な教示に従って変更することができる。そのような変更の例としては、(1)正しい側を上向きにする代わりの、物体の逆さまの形成、(2)大型の、小型のまたは他の大きさのタイプの使用、(3)データ補間技術の使用、(4)捕捉体積または他の特徴同定の使用、(5)他のベクトルタイプの使用、(6)多重スキン形成層の使用、(7)多重ずれ境界の使用、(8)逆回転ローラ、インクジェットディスペンサ、剛性または軟質ドクターブレード、ブラシのような他のリコーティング技術の使用、および(9)等が挙げられる。
【００８３】
小さな物体の特徴を確実に維持すると同時に、断面精度を向上させるために、この教示は、他のＲＰ＆Ｍ技術に適用できると考えられる。
【００８４】
特定の実施の形態を記載し、説明したが、提案された多くの代替案、多くの追加の実施の形態および代替案が、この教示を精読することにより当業者にとって明白である。これらの実施の形態は、それ自体、本発明の範囲を制限することを意図したものではなく、その代わりに、性質の実例を意図したものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する立体造形装置の側面図
【図２】本発明の第１の好ましい実施の形態において従うべき工程を示すフローチャート
【図３】鋭角を有する頂点の周りの分割セグメントの例を示す概略図
【図４】  180°よりも大きい角度を有する頂点の周りの分割セグメントの例を示す概略図
【図１】
0004002045.tif 000007
【図２】
0004002045.tif 000008
【図３】
0004002045.tif 000009
【図４】
0004002045.tif 000010