(57)【要約】  本発明は、断面を付加的に処理することによって三次元物体を製造する、迅速プロトタイプ作成装置に関連する改善に関する。改善は、距離、保護窓、および衝突防止検出システムに関する。
2012505776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明源を有する露光システム（ＥＳ）と、
前記露光システム（ＥＳ）が取り付けられる走査バーと、
制御装置（ＣＵ）とを備える、感光性材料から三次元物体を作成する装置であって、
前記露光システム（ＥＳ）が、
複数の個別に制御可能な光変調器（ＬＭ）を有する少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）と、
前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）に光学的に結合された入力光学系（ＩＯ）と、
前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）に光学的に結合された出力光学系（ＯＯ）とを備え、
前記入力光学系（ＩＯ）および前記出力光学系（ＯＯ）が、前記照明源から放射される光を、前記空間光変調器（ＳＬＭ）の前記個別に制御可能な光変調器（ＬＭ）を通して照明領域（ＩＡ）に伝達するのを容易にし、
前記空間光変調器（ＳＬＭ）が、前記制御装置（ＣＵ）から生じる制御信号にしたがって、前記入力光学系（ＩＯ）を介して伝達される前記光のパターンを確立することを可能にし、
前記出力光学系（ＯＯ）が、前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）からの前記光のパターンを照明領域（ＩＡ）上に集束させることを可能にし、
前記出力光学系（ＯＯ）と前記照明領域（ＩＡ）との間の距離ｄが０．５から２０ｍｍである、装置。
【請求項２】
照明源を有する露光システム（ＥＳ）と、
前記露光システム（ＥＳ）が取り付けられる走査バーと、
制御装置（ＣＵ）とを備える、感光性材料から三次元物体を作成する装置であって、
前記露光システム（ＥＳ）が、
複数の個別に制御可能な光変調器（ＬＭ）を有する少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）と、
前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）に光学的に結合された入力光学系（ＩＯ）と、
前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）に光学的に結合された出力光学系（ＯＯ）とを備え、
前記入力光学系（ＩＯ）および前記出力光学系（ＯＯ）が、少なくとも２つの光ビームとして前記照明源から放射される光を、前記空間光変調器（ＳＬＭ）の前記個別に制御可能な光変調器（ＬＭ）を通して照明領域（ＩＡ）に伝達するのを容易にし、
前記空間光変調器（ＳＬＭ）が、前記制御装置（ＣＵ）から生じる制御信号にしたがって、前記入力光学系（ＩＯ）を介して伝達される前記光のパターンを確立することを可能にし、
前記出力光学系（ＯＯ）が、前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）からの前記光のパターンを照明領域（ＩＡ）上に集束させることを可能にし、
前記出力光学系（ＯＯ）と前記照明領域（ＩＡ）との間の距離ｄが０．５から２０ｍｍである、装置。
【請求項３】
前記出力光学系（ＯＯ）が少なくとも１つのマイクロレンズを備え、前記出力光学系（ＯＯ）と前記照明領域（ＩＡ）との間の集束距離ｄが０．５から２０ｍｍであるようにして、前記光のパターンを前記照明領域（ＩＡ）上に集束させることができるような特性を前記出力光学系（ＯＯ）が有する、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記露光システムが、前記出力光学系から１から１０ｍｍ、好ましくは１．５から５ｍｍの距離ｄ内で前記光を集束させるように適合された少なくとも１つのマイクロレンズを備える、請求項１から３に記載の装置。
【請求項５】
前記露光システムが、前記出力光学系から０．５から２０ｍｍ、好ましくは１から１０ｍｍ、最も好ましくは１．５から５ｍｍの距離ｄ内で前記光を集束させるように適合された少なくとも２つのマイクロレンズを備える、請求項１から４に記載の装置。
【請求項６】
マイクロレンズの総数が、少なくとも、光変調器の総数にマイクロレンズ層の数を掛けた数に対応する、請求項１から５に記載の装置。
【請求項７】
前記露光システムが、マイクロレンズの総数が２００超過、好ましくは６００超過、より好ましくは２０００超過、最も好ましくは６０００超過であるマイクロレンズのアレイを備える、請求項１から６に記載の装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つのマイクロレンズが３００μｍから４００μｍの曲率半径を有する、請求項３から７に記載の装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つのマイクロレンズが３５０μｍから３９０μｍ、好ましくは３６０μｍから３７５μｍの曲率半径を示す、請求項３から８に記載の装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのマイクロレンズが３１０μｍから３５０μｍ、好ましくは３２０μｍから３３５μｍの曲率半径を示す、請求項３から９に記載の装置。
【請求項１１】
前記露光システムが、３００μｍから４００μｍの曲率半径を有する少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つのマイクロレンズを備える、請求項１から１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記露光システムが少なくとも２つのマイクロレンズを備え、前記マイクロレンズの少なくとも１つが３５０μｍから３９０μｍ、好ましくは３６０μｍから３７５μｍの曲率半径を示し、前記マイクロレンズの他の少なくとも１つが３１０μｍから３５０μｍ、好ましくは３２０μｍから３３５μｍの曲率半径を示す、請求項１から１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのマイクロレンズが４００μｍ超過の後部焦点距離を示す、請求項３から１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのマイクロレンズが、前記少なくとも１つのマイクロレンズを介して送られる前記光を、前記出力光学系から０．５ｍｍから２０ｍｍの集束距離ｄにおいて直径２００μｍ未満のビームスポットに集束させる、請求項３から１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのマイクロレンズが、前記少なくとも１つのマイクロレンズを介して送られる前記光を、前記出力光学系から１．５ｍｍから５ｍｍの集束距離ｄにおいて直径１５０μｍ未満のビームスポットに集束させる、請求項３から１４に記載の装置。
【請求項１６】
感光性材料の表面が前記照明領域とほぼ一致するような量で前記感光性材料を含む槽を備える、請求項１から１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記出力光学系と前記感光性材料の前記表面との間の最小距離が０．５ｍｍから２０ｍｍ、好ましくは１ｍｍから１０ｍｍである、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれか一項に記載の装置を使用することにより、感光性材料から三次元物体を製造する方法。
【請求項１９】
前記物体のデータ表現を提供するステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
照明源を有する露光システム（ＥＳ）と、
前記露光システム（ＥＳ）が取り付けられる走査バーと、
制御装置（ＣＵ）とを備える、感光性材料から三次元物体を作成する装置であって、
前記露光システム（ＥＳ）が、
複数の個別に制御可能な光変調器（ＬＭ）を有する少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）と、
前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）に光学的に結合された入力光学系（ＩＯ）と、
前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）に光学的に結合された出力光学系（ＯＯ）とを備え、
前記入力光学系（ＩＯ）および前記出力光学系（ＯＯ）が、前記照明源から放射される光を、前記空間光変調器（ＳＬＭ）の前記個別に制御可能な光変調器（ＬＭ）を通して照明領域（ＩＡ）に伝達するのを容易にし、
前記空間光変調器（ＳＬＭ）が、前記制御装置（ＣＵ）から生じる制御信号にしたがって、前記入力光学系（ＩＯ）を介して伝達される前記光のパターンを確立することを可能にし、
前記出力光学系（ＯＯ）が、前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）からの前記光のパターンを照明領域（ＩＡ）上に集束させることを可能にし、
前記装置が、前記出力光学系（ＯＯ）と前記照明領域（ＩＡ）との間に少なくとも１つの解放可能な保護窓（ＰＷ）を備える、装置。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの保護窓（ＰＷ）を前記出力光学系（ＯＯ）と前記照明領域（ＩＡ）との間で支持する固定手段（ＦＭ）を備える、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの保護窓が前記固定手段（ＦＭ）によって保持される、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの保護窓が、前記出力光学系から１０ｍｍ未満、好ましくは５ｍｍ未満、より好ましくは２ｍｍ未満の距離ｄに位置付けられる、請求項２０から２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの保護窓が交換式モジュール（ＲＭ）の一部である、請求項２０から２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記固定手段が前記交換式モジュールを支持するように設計される、請求項２１から２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの保護窓が１つを超える空間光変調器を覆う、請求項２０から２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記集束距離ｄが１０ｍｍ未満、好ましくは５ｍｍ未満である、請求項２０から２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記少なくとも１つの保護窓の３００から４００ｎｍの波長帯における透過率Ｔが０．６超過、好ましくは０．８超過、最も好ましくは０．９超過である、請求項２０から２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの保護窓が溶融石英から作られる、請求項２０から２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記交換式モジュールが前記露光システム上に取り付けられる、請求項２４から２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記少なくとも１つの保護窓の厚さが４ｍｍ未満、好ましくは２ｍｍ未満、最も好ましくは１ｍｍ未満である、請求項２０から３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記少なくとも１つの保護窓が１００ｍｍ×４０ｍｍ×４ｍｍ未満の寸法を有する、請求項２０から３１に記載の装置。
【請求項３３】
請求項２０から３２のいずれか一項に記載の装置を使用することにより、感光性材料から三次元物体を製造する方法。
【請求項３４】
前記物体のデータ表現を提供するステップを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
照明源を有する露光システム（ＥＳ）と、
前記露光システム（ＥＳ）が取り付けられる走査バーと、
制御装置（ＣＵ）とを備える、感光性材料から三次元物体を作成する装置であって、
前記露光システム（ＥＳ）が、
複数の個別に制御可能な光変調器（ＬＭ）を有する少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）と、
前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）に光学的に結合された入力光学系（ＩＯ）と、
前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）に光学的に結合された出力光学系（ＯＯ）とを備え、
前記入力光学系（ＩＯ）および前記出力光学系（ＯＯ）が、前記照明源から放射される光を、前記空間光変調器（ＳＬＭ）の前記個別に制御可能な光変調器（ＬＭ）を通して照明領域（ＩＡ）に伝達するのを容易にし、
前記空間光変調器（ＳＬＭ）が、前記制御装置（ＣＵ）から生じる制御信号にしたがって、前記入力光学系（ＩＯ）を介して伝達される前記光のパターンを確立することを可能にし、
前記出力光学系（ＯＯ）が、前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）からの前記光のパターンを照明領域（ＩＡ）上に集束させることを可能にし、
前記装置が、前記照明領域（ＩＡ）と前記出力光学系（ＯＯ）との間の障害物を検出する少なくとも１つの衝突防止検出システム（ＬＢａ、ＬＢｂ、ＨＳａ、ＨＳｂ）を備える、装置。
【請求項３６】
前記衝突防止検出システムが、少なくとも１つの衝突防止光ビームを提供することができる少なくとも１つの光エミッタ（ＬＤ）および少なくとも１つの光センサ（ＰＤ）を備える、請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記衝突防止検出システムが前記感光性材料の表面を走査することができる、請求項３５または３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記衝突防止光ビームの直径が２ｍｍ未満、好ましくは１ｍｍ未満である、請求項３６から３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記衝突防止検出システムが、少なくとも２つの衝突防止光ビームを提供することができる少なくとも２つの光エミッタおよび少なくとも２つの光センサを備える、請求項３５から３８に記載の装置。
【請求項４０】
前記衝突防止検出システムがビジョンカメラを備える、請求項３５から３９に記載の装置。
【請求項４１】
前記少なくとも１つの衝突防止検出システムが前記走査バーに結合される、請求項３５から４０に記載の装置。
【請求項４２】
前記少なくとも１つの光エミッタおよび前記少なくとも１つの光センサが前記露光システム上に取り付けられる、請求項３６から４１に記載の装置。
【請求項４３】
前記少なくとも１つの光エミッタおよび前記少なくとも１つの光センサが前記走査バーと同時に移動する、請求項３６から４２に記載の装置。
【請求項４４】
前記衝突防止光ビームからの信号の不規則性に関する情報を伝達するため、前記少なくとも１つの光センサが前記装置に電気的に接続される、請求項３６から４３に記載の装置。
【請求項４５】
前記衝突防止検出システムが、前記少なくとも１つの衝突防止光ビームが前記感光性材料と前記露光システムとの間を伝搬することができるようなものである、請求項３５から４４に記載の装置。
【請求項４６】
前記衝突防止検出システムが、前記少なくとも１つの衝突防止光ビームが前記走査バーの移動方向に対して垂直の方向で前記走査バーの前方および／または後方を伝搬することができるようなものである、請求項３５から４５に記載の装置。
【請求項４７】
前記露光システムが少なくとも２つの衝突防止光ビームを含む、請求項３５から４６に記載の装置。
【請求項４８】
前記少なくとも１つの衝突防止光ビームがレーザービームである、請求項３５から４７に記載の装置。
【請求項４９】
前記衝突防止検出システムが少なくとも１つの、好ましくは少なくとも２つのプリズムまたは鏡などの方向変更手段（ＰＲａ、ＰＲｂ）を備える、請求項３５から４８に記載の装置。
【請求項５０】
動作中の前記露光システムの最下部が前記感光性材料の上面から５ｍｍ未満に位置付けられる、請求項３５から４９に記載の装置。
【請求項５１】
衝突防止検出システムを備える請求項３５から５０のいずれか一項に記載の装置を使用することにより、感光性材料から三次元物体を製造する方法。
【請求項５２】
前記衝突防止検出システムからの信号の強度を５％超過低下させることで、前記走査バーの移動を停止する信号を得る、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記物体のデータ表現を提供するステップを含む、請求項５１または５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記少なくとも１つの衝突防止検出システムが、衝突の可能性を検出すると、前記露光システムの移動を停止する信号を送る、請求項５１から５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記少なくとも１つの衝突防止検出システムが、衝突のリスクを検出すると、前記露光システムの位置を前記感光性材料の高さの上方に上昇させる信号を送る、請求項５１から５４に記載の方法。
【請求項５６】
前記入力光学系が平行化光学系を備える、請求項１から１７、２０から３２、または３５から５０に記載の装置。
【請求項５７】
前記出力光学系が焦点光学系を備える、請求項１から１７、２０から３２、３５から５０、または５６に記載の装置。
【請求項５８】
前記露光システムが発光ダイオードを備える、請求項１から１７、２０から３２、３５から５０、または５６から５７に記載の装置。
【請求項５９】
前記感光性材料を収容する槽（Ｖ）をさらに備える、請求項１から１７、２０から３２、３５から５０、または５６から５８に記載の装置。
【請求項６０】
構築プレートをさらに備える、請求項１から１７、２０から３２、３５から５０、または５６から５９に記載の装置。
【請求項６１】
前記制御装置が、前記出力光学系に対する前記構築プレートの垂直位置を調節する手段をさらに備える、請求項１から１７、２０から３２、３５から５０、または５６から６０に記載の装置。
【請求項６２】
前記露光システムが１つを超える空間光変調器を備える、請求項１から１７、２０から３２、３５から５０、または５６から６１に記載の装置。
【請求項６３】
前記露光システムが照明モジュールで構築され、前記照明モジュールが少なくとも１つの発光ダイオードおよび少なくとも１つの空間光変調器を備える、請求項１から１７、２０から３２、３５から５０、または５６から６２に記載の装置。
【請求項６４】
前記露光システムが１つを超える発光ダイオードを備える、請求項１から１７、２０から３２、３５から５０、または５６から６３に記載の装置。
【請求項６５】
１つの特定の発光ダイオードからの光が１つの特定の空間光変調器を照明する、請求項１から１７、２０から３２、３５から５０、または５６から６４に記載の装置。
【請求項６６】
前記入力光学系がマイクロレンズの少なくとも１つのアレイを備える、請求項１から１７、２０から３２、３５から５０、または５６から６５に記載の装置。
【請求項６７】
前記入力光学系が前記発光ダイオードからの前記光を複数のビームに分割する、請求項１から１７、２０から３２、３５から５０、または５６から６６に記載の装置。
【請求項６８】
光ガイドが前記発光ダイオードからの光を前記空間光変調器にガイドする、請求項１から１７、２０から３２、３５から５０、または５６から６７に記載の装置。
【請求項６９】
前記露光システムを前記感光性材料の全体にわたって走査させることができるようなものである、請求項１から１７、２０から３２、３５から５０、または５６から６８に記載の装置。
【請求項７０】
前記出力光学系がマイクロレンズの少なくとも１つのアレイを備える、請求項１から１７、２０から３２、３５から５０、または５６から６９に記載の装置。
【請求項７１】
請求項１から１７、２０から３２、３５から５０、または５６から６９に記載の装置における、光硬化性樹脂の使用。
【請求項７２】
請求項１から１７、２０から３２、３５から５０、または５６から６９に記載の装置において、光硬化性組成物を硬化する方法。
【請求項７３】
請求項１８から１９、または３３から３４、または５１から５５のいずれか一項に記載の方法によって作成される三次元物体。
【請求項７４】
請求項１から１７、または２０から３２、または３５から５０、または５６から７０のいずれか一項に記載の装置を使用することによって作成される三次元物体。
【請求項７５】
請求項７３および７４に記載の三次元物体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断面を付加的に処理することによって三次元物体を製造する、迅速プロトタイプ作成装置に関連する改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元迅速プロトタイプ作成法では、露光システムの光学系が、時間集約的な洗浄またはさらには交換の要因となる可能性があり得る、感光性材料との接触によって汚染されないことが重要である。したがって、一般的に、露光システムと感光性材料との間の接触のリスクを回避するため、出力光学系と照明領域との間の距離が相対的に大きいことが好ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は、感光性材料から三次元物体を作成する装置に関し、前記装置は、照明源を有する露光システムと、露光システムが取り付けられる走査バーと、制御装置とを備え、前記露光システムは、複数の個別に制御可能な光変調器を有する少なくとも１つの空間光変調器と、前記少なくとも１つの空間光変調器に光学的に結合された入力光学系と、前記少なくとも１つの空間光変調器に光学的に結合された出力光学系とを備え、前記入力光学系および出力光学系は、前記照明源から放射される光を、前記空間光変調器の前記個別に制御可能な光変調器を通して照明領域に伝達するのを容易にし、前記空間光変調器は、前記制御装置から生じる制御信号にしたがって、前記入力光学系を介して伝達される光のパターンを確立することを可能にし、前記出力光学系は、前記少なくとも１つの空間光変調器からの光のパターンを照明領域上に集束させることを可能にし、出力光学系と照明領域との間の距離ｄは０．５〜２０ｍｍである。
【０００４】
三次元迅速プロトタイプ作成法では、露光システムの出力光学系が感光性材料と接触しそうな場合、これによって出力光学系の汚染が引き起こされることがあるので、出力光学系は時間集約的な洗浄またはさらには交換を必要とする。したがって、一般的に、露光システムと感光性材料との間の接触のリスクを回避するため、出力光学系と照明領域との間の距離が相対的に大きいことが好ましい。
【０００５】
本発明に使用されるような配置では、個別の光ビームの方向同士の小さな誤差であっても重大な問題であることがあり、一部のボクセルが意図される位置から逸脱することがある。複数のビームの整合に関する問題を軽減するため、光学系の設計を修正することによって整合を改善するために多大な労力が注がれてきた。このように改善が認められているものの、個別の光ビームのさらに良好な整合が必要とされている。
【０００６】
本発明によれば、出力光学系と感光性材料との間の距離を減少させることによって、誤整合の悪影響の有利な低減が観察できることが示されている。これは、感光性材料に最も近接した出力光学系の部分から適切な短い距離で、個別の光ビームを集束させるような特性を有する出力光学系を使用することによって可能になる。これによって、装置の効率を犠牲にすることなく、光学系の設計における生産コストを低減することができる。光ビームからの焦点はともに照明領域を確立し、この照明領域は、製造中は感光性材料の上面と少なくとも部分的に同一面となる。
【０００７】
さらに、出力光学系と感光性材料との間の距離を減少させることによっても、さらなる有益な利点が見られる。光の強度の大部分は感光性材料に移転され、それによって照明されるボクセルをより高速に凝固させることが容易になり、結果として走査プロセスをより高速にすることが容易になる。これによって、より効率的に三次元物体を製造することができる。
【０００８】
有利な上述の結果を得ることができる最大距離として２０ｍｍが確立されている。樹脂との接触の高すぎるリスクを有することのない最小の容認可能な距離として０．５ｍｍが確立されている。
【０００９】
本発明の実施形態によれば、露光システムと感光性材料との間の接触を回避することにより、かかる距離が使用されない事態が短い距離に関して従来懸念されていた問題によって必ずしも引き起こさないため、他の手段が使用されてもよいことが観察されている。
【００１０】
本発明の照明源は、遠紫外光から遠赤外光まで、例えば２００ｎｍ〜１０００００ｎｍの範囲の放射線を放射することができる。したがって、光という用語は、遠紫外光から遠赤外光まで、例えば２００ｎｍ〜１０００００ｎｍの範囲の放射線に該当する。三次元固体物体を作成するための材料の粉末焼結などの応用例は、好ましくは、１００００ｎｍ以下の波長を有する赤外線エネルギー範囲で実施される。硬化性液体樹脂の立体リソグラフィ槽（ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ  ｂａｔｈｓ）を使用する応用例は、好ましくは、２００ｎｍ〜５００ｎｍの波長を有する紫外線エネルギー範囲で実施される。
【００１１】
さらに、本発明は、感光性材料から三次元物体を作成する装置に関し、前記装置は、照明源を有する露光システムと、露光システムが取り付けられる走査バーと、制御装置とを備え、前記露光システムは、複数の個別に制御可能な光変調器を有する少なくとも１つの空間光変調器と、前記少なくとも１つの空間光変調器に光学的に結合された入力光学系と、前記少なくとも１つの空間光変調器に光学的に結合された出力光学系とを備え、前記入力光学系および出力光学系は、少なくとも２つの光ビームとして前記照明源から放射される光を、前記空間光変調器の前記個別に制御可能な光変調器を通して照明領域に伝達するのを容易にし、前記空間光変調器は、前記制御装置から生じる制御信号にしたがって、前記入力光学系を介して伝達される光のパターンを確立することを可能にし、前記出力光学系は、前記少なくとも１つの空間光変調器からの光のパターンを照明領域上に集束させることを可能にし、出力光学系と照明領域との間の距離ｄは０．５〜２０ｍｍである。
【００１２】
本発明の一実施形態では、前記出力光学系は少なくとも１つのマイクロレンズを備え、前記出力光学系は、出力光学系と照明領域との間の集束距離ｄが０．５〜２０ｍｍであるようにして、光のパターンを照明領域上に集束させることができるような特性を有する。
【００１３】
本発明の一実施形態では、前記露光システムは、前記出力光学系から１〜１０ｍｍ、好ましくは１．５〜５ｍｍの距離ｄ内で光を集束させるように適合された少なくとも１つのマイクロレンズを備える。
【００１４】
本発明の実施形態にしたがって使用されるマイクロレンズによって、出力光学系と照明領域との間の適切な距離が得られる。
本発明の一実施形態では、前記露光システムは、前記出力光学系から０．５〜２０ｍｍ、好ましくは１〜１０ｍｍ、最も好ましくは１．５〜５ｍｍの距離ｄ内で光を集束させるように適合された少なくとも２つのマイクロレンズを備える。
【００１５】
本発明の一実施形態では、マイクロレンズの総数は、光変調器の総数にマイクロレンズ層の数を掛けた数に少なくとも対応する。
本発明の好ましい一実施形態によれば、入力光学系から出る各光ビームはそれ自体の専用のマイクロレンズおよび光変調器を有することになる。
【００１６】
本発明の一実施形態では、前記露光システムは、マイクロレンズの総数が２００超過、好ましくは６００超過、より好ましくは２０００超過、最も好ましくは６０００超過であるマイクロレンズのアレイを備える。
【００１７】
本発明の一実施形態では、前記少なくとも１つのマイクロレンズは３００μｍ〜４００μｍの曲率半径を有する。
本発明によれば、３００μｍ〜４００μｍの曲率半径を有する少なくとも１つのマイクロレンズを使用することによって、迅速プロトタイプ作成に使用される露光システムと感光性材料との間の適切な距離を得るための、露光システムからの理想的な集束距離が得られることが見出されている。
【００１８】
本発明の一実施形態では、前記少なくとも１つのマイクロレンズは３５０μｍ〜３９０μｍ、好ましくは３６０μｍ〜３７５μｍの曲率半径を有する。
本発明の一実施形態では、前記少なくとも１つのマイクロレンズは３１０μｍ〜３５０μｍ、好ましくは３２０μｍ〜３３５μｍの曲率半径を有する。
【００１９】
本発明の一実施形態では、前記露光システムは、３００μｍ〜４００μｍの曲率半径を有する少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つのマイクロレンズを備える。
本発明の一実施形態では、前記露光システムは少なくとも２つのマイクロレンズを備え、前記マイクロレンズの少なくとも１つは３５０μｍ〜３９０μｍ、好ましくは３６０μｍ〜３７５μｍの曲率半径を有し、前記マイクロレンズの他の少なくとも１つは３１０μｍ〜３５０μｍ、好ましくは３２０μｍ〜３３５μｍの曲率半径を有する。
【００２０】
本発明の好ましい一実施形態では、光が空間光変調器に達する前の位置にある１つと、光が空間光変調器を通過した後の位置にある２つとの３つのマイクロレンズが使用される。
【００２１】
本発明の一実施形態では、前記少なくとも１つのマイクロレンズは４００μｍ超過の後部焦点距離を有する。
本発明の好ましい一実施形態では、４２０μｍ超過の後部焦点距離を有する１つと、４９０μｍ超過の後部焦点距離を有する２つとの３つのマイクロレンズが使用される。
【００２２】
本発明の一実施形態では、前記少なくとも１つのマイクロレンズは、前記少なくとも１つのマイクロレンズを介して送られる光を、出力光学系から０．５ｍｍ〜２０ｍｍの集束距離において直径２００μｍ未満のビームスポットに集束させる。
【００２３】
本発明の一実施形態では、前記少なくとも１つのマイクロレンズは、前記少なくとも１つのマイクロレンズを介して送られる光を、出力光学系から１．５ｍｍ〜５ｍｍの集束距離において直径１５０μｍ未満のビームスポットに集束させる。
【００２４】
本発明の一実施形態では、前記装置は、前記感光性材料の表面が前記照明領域とほぼ一致するような量で感光性材料を含む槽を備える。
本発明の一実施形態では、前記出力光学系と前記感光性材料の前記表面との間の最小距離は０．５ｍｍ〜２０ｍｍ、好ましくは１ｍｍ〜１０ｍｍである。
【００２５】
上述したように、露光システムは、樹脂の表面を露光するために走査を行うとき、小さな距離で樹脂の上方を通過することがある。この距離が非常に小さいため、樹脂表面の全体にわたって走査する際に露光システムの底面上が樹脂で汚染されるリスクがある。そのような汚染は、例えば、製造中に表面からわずかに突出することがある、構築された製品の部分から生じることがある。これは、例えば、塗り重ね装置が構築プレート（ｂｕｉｌｄｉｎｇ  ｐｌａｔｅ）上の部分に偶発的に触れるか、または、一部の樹脂の場合、既に構築された下位層の応力によって、既にある層の構築された表面の不均一性を引き起こすことがあるという事実によって生じることがある。汚染はまた、例えば、トラップ容積（ｔｒａｐｐｅｄ  ｖｏｌｕｍｅｓ）と大きな平坦領域とを含む部分をリコートした結果として、低い層の品質によって発生することがある。
【００２６】
露光システムが突出部分に触れた場合、露光システムの底面は樹脂で汚染されることになる。結果として、表面を洗浄してからでなければ露光を再開することができず、洗浄は時間とコストを要するプロセスである。さらに、露光システム内の微小光学系およびＳＬＭモジュールの汚染または損傷のリスクがある。
【００２７】
結果として、底面上の汚染を回避または軽減する必要がある。
さらに、本発明は、請求項１から１７のいずれか一項に記載の装置を使用することにより、感光性材料から三次元物体を製造する方法に関する。
【００２８】
本発明の一実施形態では、前記方法は物体のデータ表現を提供するステップを含む。
さらに、本発明は、感光性材料から三次元物体を作成する装置に関し、前記装置は、照明源を有する露光システムと、露光システムが取り付けられる走査バーと、制御装置とを備え、前記露光システムは、複数の個別に制御可能な光変調器を有する少なくとも１つの空間光変調器と、前記少なくとも１つの空間光変調器に光学的に結合された入力光学系と、前記少なくとも１つの空間光変調器に光学的に結合された出力光学系とを備え、前記入力光学系および前記出力光学系は、前記照明源から放射される光を、前記空間光変調器の前記個別に制御可能な光変調器を通して照明領域に伝達するのを容易にし、前記空間光変調器は、前記制御装置から生じる制御信号にしたがって、前記入力光学系を介して伝達される光のパターンを確立することを可能にし、前記出力光学系は、前記少なくとも１つの空間光変調器からの光のパターンを照明領域上に集束させることを可能にし、前記装置は、前記出力光学系と前記照明領域との間に少なくとも１つの解放可能な保護窓を備える。
【００２９】
本発明の迅速プロトタイプ作成装置は複数のビームで照明することが可能であり、複数のビームは保護されることが望ましく、したがってある種の保護が望ましい。しかし、複数のビームの経路に保護窓を含めることによって、異なる媒体を介して伝搬する光が強度を損失し、異なる媒体間の移行部を通過する際に光ビームがずれる傾向となるので、面倒な整合の問題が起こる可能性がもたらされる。
【００３０】
媒体移行による光ビームのずれは、いずれの種類の迅速プロトタイプ作成装置においても問題となることがあるが、例えば、異なるビーム間のずれを個別にそらすことに関する課題が生じない、単一ビームレーザーシステムに比べて、複数ビームの装置が使用される場合に、このずれが特に問題となる。
【００３１】
本発明によって、露光システムを移動して感光性材料に近接させることにより、保護窓を介する光の移行に関する不具合を回避できることが観察されている。例えば、出力光学系からの最小距離が感光性材料から１０ｍｍ未満である場合に有利なことがある。
【００３２】
本発明の実施形態によれば、保護窓が汚染されるかまたは油で汚れた場合に、保護窓の簡単に交換することを容易にするため、保護窓は解放可能である。
本発明の一実施形態では、前記装置は、前記少なくとも１つの保護窓を前記出力光学系と前記照明領域との間で支持する固定手段を備える。
【００３３】
少なくとも１つの保護窓を支持する固定手段は目的に適した任意の固定手段であってもよい。多数の異なる手段が当業者には理解されるであろう。一例は、露光システム上に取り付けられるフレームであり、そのフレーム内に少なくとも１つの保護窓を、または少なくとも１つの保護窓がその上に取り付けられる交換式モジュールを挿入し、それによってシステムに固着することができる。
【００３４】
本発明の一実施形態では、前記少なくとも１つの保護窓は前記固定手段によって保持される。
装置の使用中、所望の保護を与えるため、保護窓（１つまたは複数）は固定手段によって適所で保持される。
【００３５】
本発明の一実施形態では、前記少なくとも１つの保護窓は、前記出力光学系から１０ｍｍ未満、好ましくは５ｍｍ未満、より好ましくは２ｍｍ未満の距離に位置付けられる。
本発明の好ましい一実施形態によれば、システムを可能な限りコンパクトにするため、保護窓は出力光学系に可能な限り近接して取り付けられる。
【００３６】
本発明の一実施形態では、前記少なくとも１つの保護窓は交換式モジュールの一部である。
本発明の好ましい一実施形態では、保護窓は、例えば１６個の保護窓をそれぞれ含む、交換式モジュールの形に集約される。この数は、本発明の範囲内で、例えば２、４、８、９、１２、または２０の任意の数であることができる。このようにして、窓の１つまたは複数で汚染が生じた場合、交換式モジュール全体を交換してもよい。この交換プロセスは、一般的に、単一の窓を交換するよりも迅速かつ簡単になる。
【００３７】
本発明の一実施形態では、前記固定手段は前記交換式モジュールを支持するように設計される。
モジュール全体を一度に交換することができるという上述の利点に加えて、さらに、１つの要素のみ、つまりモジュール全体に対する固定手段が露光システム上において必須であることが有利である。
【００３８】
本発明の一実施形態では、前記少なくとも１つの保護窓は１つを超える空間光変調器を覆う。
本発明の好ましい一実施形態では、各保護窓は４つの空間光変調器を覆う。しかし、別の実施形態では、各空間光変調器がそれ自体の保護窓を有してもよく、さらに他の実施形態では、各保護窓が例えば、２、３、６、９個の空間光変調器を覆ってもよい。
【００３９】
本発明の一実施形態では、集束距離は１０ｍｍ未満、好ましくは５ｍｍ未満である。
本発明の一実施形態では、前記少なくとも１つの保護窓の３００〜４００ｎｍの波長帯における透過率Ｔは０．６超過、好ましくは０．８超過、最も好ましくは０．９超過である。
【００４０】
本発明の一実施形態では、前記少なくとも１つの保護窓は溶融石英から作られる。
いくつかの異なる種類のガラスが保護窓に使用されてもよいが、窓を通る紫外光の高い透過率を確保するため、ガラス中の不純物量は低いことが好ましく、好ましくは溶融石英が使用される。
【００４１】
本発明の一実施形態では、前記交換式モジュールは前記露光システム上に取り付けられる。
本発明の好ましい一実施形態では、保護窓を含む交換式モジュールは露光システム上に直接取り付けられる。これによって、露光システムと保護窓との間の小さな一定の距離が確保される。
【００４２】
本発明の一実施形態では、前記少なくとも１つの保護窓の厚さは４ｍｍ未満、好ましくは２ｍｍ未満、最も好ましくは１ｍｍ未満である。
本発明の一実施形態では、前記少なくとも１つの保護窓は１００ｍｍ×４０ｍｍ×４ｍｍ未満の寸法を有する。
【００４３】
さらに、本発明は、請求項２０から３２のいずれか一項に記載の装置を使用することにより、感光性材料から三次元物体を製造する方法に関する。
本発明の一実施形態では、前記方法は物体のデータ表現を提供するステップを含む。
【００４４】
上述したように、露光システムは、樹脂の表面を露光するために走査を行うとき、小さな距離で樹脂の上方を通過することがある。この距離が非常に小さいため、樹脂表面の全体にわたって走査する際に露光システムの底面上が樹脂で汚染されるリスクがある。そのような汚染は、例えば、製造中に表面からわずかに突出することがある、構築された製品の部分から生じることがある。これは、例えば、塗り重ね装置が構築プレート上の部分に偶発的に触れるか、または、一部の樹脂の場合、既に構築された下位層の応力によって、既にある層の構築された表面の不均一性を引き起こすことがあるという事実によって生じることがある。汚染はまた、例えば、トラップ容積と大きな平坦領域とを含む部分をリコートした結果として、低い層の品質によって発生することがある。
【００４５】
露光システムが樹脂の突出部分に触れた場合、露光システムの底面は樹脂で汚染されることになる。結果として、表面を洗浄してからでなければ露光を再開することができず、洗浄は時間とコストを要するプロセスである。さらに、露光システム内の微小光学系およびＳＬＭモジュールの汚染または損傷のリスクがある。
【００４６】
結果として、底面上の汚染を回避または軽減する、特に露光システムと樹脂に生じ得る突出部との間の衝突を回避する方法が必要とされる。したがって、本発明はさらに以下のものに関する。
【００４７】
さらに、本発明は、感光性材料から三次元物体を作成する装置に関し、前記装置は、照明源を有する露光システムと、露光システムが取り付けられる走査バーと、制御装置とを備え、前記露光システムは、複数の個別に制御可能な光変調器を有する少なくとも１つの空間光変調器と、前記少なくとも１つの空間光変調器に光学的に結合された入力光学系と、前記少なくとも１つの空間光変調器に光学的に結合された出力光学系とを備え、前記入力光学系および出力光学系は、前記照明源から放射される光を、前記空間光変調器の前記個別に制御可能な光変調器を通して照明領域に伝達するのを容易にし、前記空間光変調器は、前記制御装置から生じる制御信号にしたがって、前記入力光学系を介して伝達される光のパターンを確立することを可能にし、前記出力光学系は、前記少なくとも１つの空間光変調器からの光のパターンを照明領域上に集束させることを可能にし、前記装置は、照明領域と出力光学系との間の障害物を検出する少なくとも１つの衝突防止検出システムを備える。
【００４８】
三次元迅速プロトタイプ作成法では、例えば露光システムの出力光学系が、例えば障害物と接触しそうな場合、これによって出力光学系の汚染が引き起こされることがあるので、出力光学系は時間集約的な洗浄またはさらには交換を必要とする。したがって、露光システムの部品と、槽からの感光性材料または突出部などの障害物との間の接触を防ぐことを補助する必要がある。
【００４９】
本発明の重要な特徴は、衝突検出システムではなく衝突防止検出システムであることである。即ち、衝突が実際に発生する前に今後起こり得る衝突が検出され、つまり、露光システムおよび装置の他のあらゆる構成要素のどちらも、例えば槽の表面から突出した障害物によって、損傷も汚染もされない。
【００５０】
このように、本発明により、従来技術に比べて、装置の汚染を引き起こし、結果として時間のかかる洗浄プロセスに至るか、あるいは装置の要素の少なくとも一部をコストをかけて交換することに至る、槽の表面から突出した障害物を、装置を汚染することなく検出し除去することができるという点で、システムを停止させることによって浪費される時間が大幅に低減される。
【００５１】
本発明による衝突防止検出システムは、露光システムと感光性材料の表面との間の距離が比較的低く保たれる、露光システムにおいて特に有利である。つまり、表面からの非常に小さな突出部であっても問題になることがあり、すぐに検出することが重要である。衝突防止検出システムの例は下位請求項にて定義される。
【００５２】
本発明の有利な一実施形態では、露光システムは、感光性材料の所望部分を照明するため、前記感光性材料の表面の全体にわたって露光システムを走査可能にすることを容易にする走査バーを含む。
【００５３】
本発明の一実施形態では、前記衝突防止検出システムは、少なくとも１つの衝突防止光ビームを提供することができる少なくとも１つの光エミッタおよび少なくとも１つの光センサを備える。
【００５４】
本発明の有利な一実施形態によれば、衝突防止検出システムは、表面からの適切な距離、即ち１ｍｍで感光性材料の表面を走査する光ビームを含む。この光ビームは、当業者には良く知られている多数の照明源、例えばレーザーから放射されてもよい。関連する表面を横断した後、光ビームは、光ビームが表面からの突出部などの障害物に当たるという事実の結果として光ビームの強度が降下したかを検出することができる、光センサによって検出される。
【００５５】
光ビームは、一般的に、走査バーの前方に、ただし樹脂表面と走査バーの底面との間に位置付けられる。
本発明の好ましい一実施形態では、衝突防止検出システムは、光エミッタと、光検出器と、信号を操作する電子部品と、光ビームの位置および方向を調節する手段を有するハウジングとを備える。
【００５６】
本発明の一実施形態では、前記衝突防止検出システムは前記感光性材料の表面を走査することができる。
本発明の一実施形態によれば、検出システムは、起こり得る障害物または突出部に関して表面を走査する手段を備える。
【００５７】
本発明の一実施形態では、前記衝突防止光ビームの直径は２ｍｍ未満、好ましくは１ｍｍ未満である。
好ましくは、衝突防止光ビームの直径は、露光システムと樹脂の表面との間の距離に適合させるため、比較的低く保たれる。２ｍｍ未満の直径が適切であることが観察されている。
【００５８】
本発明の一実施形態では、前記衝突防止検出システムは、少なくとも２つの衝突防止光ビームを提供することができる少なくとも２つの光エミッタおよび少なくとも２つの光センサを備える。
【００５９】
本発明のさらなる一実施形態によれば、走査バーの両側に１つずつ、２つの光ビームが使用される。これによって、走査バーがどちらの方向に移動するかにかかわらず、突出部などがあればそれを検出することができる。これは、露光システムが樹脂を左から右へ、かつ右から左へと走査する、本発明の好ましい一実施形態において有利であり、その場合、露光システムの両側に衝突防止検出システムが必要とされる。
【００６０】
本発明の一実施形態では、前記衝突防止検出システムはビジョンカメラを備える。
本発明のさらなる一実施形態によれば、ビジョンカメラは衝突防止検出システムとして使用される。ビジョンカメラは、走査バーの前方にある感光性材料の表面をモニタして、突出部などの可能性をチェックするために位置付けられる限り、走査バーの移動方向の前方における多数の異なる場所に位置付けられてもよい。ビジョンカメラを使用することにおける利点は、感光性材料の表面の直上に必ずしも衝突防止検出システムのいずれかの部分がなくてもよく、その代わりに、例えば露光システムに隣接して保持されてもよいことである。
【００６１】
本発明の一実施形態では、前記少なくとも１つの衝突防止検出システムは前記走査バーに結合される。
本発明の有利な一実施形態では、衝突防止検出システムは走査バーに結合または統合され、それにより、走査バーが感光性材料の領域を横切る直前にその同じ領域の検出が実施される。
【００６２】
本発明の一実施形態では、前記少なくとも１つの光エミッタおよび前記少なくとも１つの光センサは前記露光システム上に取り付けられる。
本発明の好ましい一実施形態によれば、光センサおよび光エミッタは両方とも、露光システム上に直接取り付けられる。これによって、センサおよびエミッタが走査バーと同時に移動して、露光システムが樹脂表面の領域に達する直前に、その領域における障害物の可能性の感知を実施することができる。
【００６３】
本発明の一実施形態では、前記少なくとも１つの光エミッタおよび前記少なくとも１つの光センサは前記走査バーと同時に移動する。
本発明の一実施形態では、前記衝突防止光ビームからの信号の不規則性に関する情報を伝達するため、前記少なくとも１つの光センサは前記装置に電気的に接続される。
【００６４】
本発明の一実施形態では、前記衝突防止検出システムは、前記少なくとも１つの衝突防止光ビームが感光性材料と露光システムとの間を伝搬することができるようなものである。
【００６５】
本発明の一実施形態では、前記衝突防止検出システムは、前記少なくとも１つの衝突防止光ビームが走査バーの移動方向に対して垂直の方向で走査バーの前方および／または後方を伝搬することができるようなものである。
【００６６】
本発明の一実施形態では、前記露光システムは少なくとも２つの衝突防止光ビームを含む。
２つの衝突防止光ビームを用いて、走査の移動がどちらの方向で行われるかにかかわらず、露光システムの両側で検出を実施することができる。
【００６７】
本発明の一実施形態では、前記少なくとも１つの衝突防止光ビームはレーザービームである。
本発明の好ましい一実施形態では、レーザーは前記衝突防止光ビームを発生させるのに使用されてもよい。任意の適切な値の波長が使用されてもよい。
【００６８】
本発明の一実施形態では、前記衝突防止検出システムは少なくとも１つのプリズムまたは鏡などの方向変更手段、好ましくは少なくとも２つのプリズムおよび／または鏡を備える。
【００６９】
前記衝突防止検出システムが感光性材料の表面を走査する光ビームを含む場合、少なくとも２つのプリズムまたは鏡をシステムにも含むことが好ましい。理にかなったやり方で形作られ位置付けられたこれらのプリズムは、光ビームを９０°偏向させることができ、それによって光エミッタまたは光センサのどちらも槽に近接させる必要がなくなる。その代わりに、プリズムは光ビーム（１つまたは複数）を所望の方向に方向付けることができる。
【００７０】
本発明の一実施形態では、動作中の前記露光システムの最下部は前記感光性材料の上面から５ｍｍ未満に位置付けられる。
本発明の好ましい実施形態によれば、エネルギーを有効に利用するとともに、非単色光を使用するときにレンズの色収差によって起こり得る問題を軽減するため、露光システムと感光性材料との間の距離は低く保たれる。
【００７１】
さらに、本発明は、衝突防止検出システムを備える請求項３５から５０のいずれか一項に記載の装置を使用することにより、感光性材料から三次元物体を製造する方法に関する。
【００７２】
本発明の一実施形態では、衝突防止検出システムからの信号の強度を５％超過低下させることで、走査バーの移動を停止する信号を得る。
本発明の一実施形態では、前記方法は物体のデータ表現を提供するステップを含む。
【００７３】
本発明の一実施形態では、前記少なくとも１つの衝突防止検出システムは、衝突の可能性を検出すると、前記露光システムの移動を停止する信号を送る。
本発明の一実施形態では、前記少なくとも１つの衝突防止検出システムは、衝突のリスクを検出すると、前記露光システムの位置を感光性材料の高さの上方に上昇させる信号を送る。
【００７４】
本発明の一実施形態では、前記入力光学系は平行化光学系を備える。
本発明の一実施形態では、前記出力光学系は焦点光学系を備える。
本発明の一実施形態では、前記露光システムは発光ダイオードを備える。
【００７５】
本発明の１つの態様によれば、発光ダイオードは、例えば、レーザーダイオード、紫外線ダイオード、または電磁放射線の形で光を放射する他のあらゆる光源であってもよい。
本発明の１つの態様によれば、照明源に使用される好ましい発光ダイオードは、例えば、ポリマー、ガラス、またはプラスチック材料の、発光領域を覆うシールドを有する。このシールドは、発光領域から放射される光を前もって集束させる、かつ／または前もって平行化する光学系として使用されてもよい。
【００７６】
本発明の一実施形態では、前記装置は感光性材料を収容する槽をさらに備える。
本発明の一実施形態では、前記装置は構築プレートをさらに備える。
本発明の一実施形態では、前記制御装置は、出力光学系に対する前記構築プレートの垂直位置を調節する手段をさらに備える。
【００７７】
本発明の一実施形態では、前記露光システムは１つを超える空間光変調器を備える。
本発明の有利な一実施形態では、例えば、露光システムの幅を増加させ、それによって照明領域を増加させて、より大きな物体を、または多数の小さな物体を同時に構築できるように、１つを超える空間光変調器が使用される。
【００７８】
本発明の一実施形態では、前記露光システムは照明モジュールで構築され、前記照明モジュールは少なくとも１つの発光ダイオードおよび少なくとも１つの空間光変調器を備える。
【００７９】
本発明の有利な一実施形態では、露光システムは、露光システムを可撓性にする照明モジュールで構築される。したがって、顧客は、顧客指定の大きなまたは小さな単位体の生産に適合された露光システムを要求することができる。
【００８０】
露光システムが照明モジュールで構築される本発明の有利な一実施形態では、より簡単にまたはより安価で露光システムを維持することができる。１つの空間光変調器が損傷した場合、露光システム全体ではなく１つの照明モジュールのみが交換されることになる。
【００８１】
本発明の一実施形態では、前記露光システムは１つを超える発光ダイオードを備える。
本発明の一実施形態によれば、放射光の強度を増加させるため、１つを超える発光ダイオードが使用される。光の強度を増加させることで、露光システムが照明領域の全体を走査する速度を増加させることが可能である。
【００８２】
本発明の一実施形態では、１つの特定の発光ダイオードからの光は１つの特定の空間光変調器を照明する。
本発明の一実施形態によれば、１つの特定の発光ダイオードは１つの特定の空間光変調器専用である。その結果、空間光変調器の１つからのパターン化された光を、物体の１つの層を構築するのに使用する必要がない場合に、１つの発光ダイオードを完全にオフにすることが可能になるので、このことは非常に有利であり得る。１つの発光ダイオードをオフにすることによって、エネルギー消費ならびに熱の発生が低減される。
【００８３】
本発明の一実施形態によれば、発光ダイオードと空間光変調器との関係は一対一の関係である。この一対一の関係によって、可撓性が大幅に増加し、例えば、露光システムによって個別の空間光変調器それぞれをオンまたはオフにすることが可能になる。
【００８４】
本発明の一実施形態では、前記入力光学系はマイクロレンズの少なくとも１つのアレイを備える。
本発明の一実施形態によれば、入力光学系は少なくとも部分的にマイクロレンズのアレイであってもよい。マイクロレンズのアレイは、例えば、発光ダイオードからの光を空間光変調器の孔内へと集束させるのに使用されてもよい。
【００８５】
本発明の一実施形態によれば、入力光学系は発光ダイオードからの光を平行化する平行化光学系を備えてもよい。さらに、入力光学系の機能に応じて、付加的な光学系が入力光学系に含まれてもよい。
【００８６】
本発明の有利な一実施形態では、入力光学系はマイクロレンズのモジュールを備えてもよく、したがって、露光システムが１つを超える照明モジュールを備える場合、各照明モジュールは１つの入力光学系モジュールに結合されてもよい。
【００８７】
本発明の一実施形態では、前記入力光学系は発光ダイオードからの光を複数のビームに分割する。
本発明の一実施形態によれば、入力光学系からの複数のビームは１つを超える空間光変調器の孔と一対一の関係にある。その結果、発光からの光がすべて感光性材料を照明するのに使用されてもよいので、このことは非常に有利であり得る。
【００８８】
本発明の一実施形態によれば、入力光学系からの複数のビームは１つを超える空間光変調器の孔の数を上回る。入力光学系からのビームが空間光変調器の孔よりも多数になるようにするためには、例えば入力光学系をより可撓性にするが、それは、このことによって入力光学系が空間光変調器と正確に一致しなくなり得るためである。さらに、入力光学系からの付加的なビームは、例えば発光ダイオードからの光の強度を測定するのに使用されてもよい。
【００８９】
本発明の一実施形態では、光ガイドは前記発光ダイオードからの光を前記空間光変調器にガイドする。
本発明の一実施形態によれば、発光ダイオードは空間光変調器から物理的にある距離を置いて位置し、したがって、例えば光ファイバーなどの光ガイドを使用して、発光ダイオードからの光を空間光変調器にガイドすることは非常に有利である。
【００９０】
本発明の一実施形態によれば、光ガイドは入力光学系の一部であってもよく、したがって、光ガイドは、例えば、光を成形、整列、またはガイドして、空間光変調器によってパターン化できるようにしてもよい。
【００９１】
本発明の一実施形態では、前記装置は前記露光システムを前記感光性材料の全体にわたって走査させることを容易にする。
本発明の有利な一実施形態では、露光システムは感光性材料の全体にわたって走査される。露光システムが感光性材料の全体にわたって走査されると、空間光変調器が光をパターン化して、感光性材料上の照明領域を硬化させる。露光ヘッドは、構築される物体の層ごとに少なくとも一度、感光性材料の全体にわたって走査される。
【００９２】
本発明の一実施形態では、前記出力光学系はマイクロレンズの少なくとも１つのアレイを備える。
本発明の有利な一実施形態では、感光性材料の一定かつ正確な硬化を確保するため、少なくとも１つの空間光変調器からのパターン化された光は、マイクロレンズの前記アレイを用いて感光性材料上に集束される。
【００９３】
本発明の有利な一実施形態では、出力光学系はマイクロレンズのモジュールを備えてもよく、したがって、露光システムが１つを超える照明モジュールを備える場合、各照明モジュールは１つの出力光学系モジュールに結合されてもよい。
【００９４】
さらに、本発明は、請求項１〜１７、２０〜３２、３５〜５０、または５６〜６９に記載の装置における光硬化性樹脂の使用に関する。
さらに、本発明は、請求項１〜１７、２０〜３２、３５〜５０、または５６〜６９に記載の装置において光硬化性組成物を硬化する方法に関する。
【００９５】
さらに、本発明は、請求項１８〜１９、または３３〜３４、または５１〜５５のいずれか一項に記載の方法によって作成される三次元物体に関する。
さらに、本発明は、請求項１〜１７、または２０〜３２、または３５〜５０、または５６〜７０のいずれか一項に記載の装置を使用することによって作成される三次元物体に関する。
【００９６】
さらに、本発明は、請求項７３および７４に記載の三次元物体に関する。
以下に、本発明について図面を参照して詳細に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】立体リソグラフィ装置の簡易断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による露光システムの一部を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による衝突防止検出システムを備える立体リソグラフィ装置の一部を示す断面図である。
【図４】図３を９０°回転させた図である。
【図５】本発明の一実施形態による衝突防止検出システムを示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による保護窓を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態による保護窓を備える交換式モジュールを示す図である。
【図８】本発明の一実施形態による交換式モジュールを備える立体リソグラフィ装置の一部を示す断面図である。
【図９】本発明の一実施形態による立体リソグラフィ装置の一例を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態による立体リソグラフィ装置のさらなる例を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態による立体リソグラフィ装置のさらなる例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００９８】
本発明の実施形態に適した、媒体の局所的照明のための方法および照明ユニット、ならびに光を平行化（コリメート）し照明する手法の例を、例えば、参照により本明細書に組み込まれるＷＯ９８／４７０４８から理解することができる。
【００９９】
本発明の実施形態に適した、光弁装置を通して少なくとも１つの照明面を照明するように配置された光ガイドの形態の複数の光エミッタを備える、媒体の局所的照明のための照明ユニットおよび方法の例を、例えば、参照により本明細書に組み込まれるＷＯ９８／４７０４２から理解することができる。
【０１００】
全体的または部分的に感光性である材料を含む断面を付加的に処理することによって三次元物体を製造する迅速プロトタイプ作成装置の一例が、参照により本明細書に組み込まれるＷＯ００／２１７３５に記載されている。この装置は、個別に制御可能な光変調器の少なくとも１つの空間光変調器によって、感光性材料の断面を照明するための少なくとも１つの光源を備え、少なくとも１つの光源は、各光ガイドが断面の部分領域を照明するような形で空間光変調器装置に対して配置された、複数の光ガイドと光学的に結合される。
【０１０１】
本明細書および添付の特許請求の範囲の文脈において、「照明領域」という用語は、出力光学系から生じる個別の光ビームの多数の焦点によって規定されるような近似面を意味する。
【０１０２】
本明細書および添付の特許請求の範囲の文脈において、マイクロレンズという用語は、一般に直径が１ミリメートル（ｍｍ）未満である小型のレンズを意味する。
本明細書および添付の特許請求の範囲の文脈において、集束距離ｄという用語は、出力光学系から照明領域までの最小距離を意味する。
【０１０３】
本明細書および添付の特許請求の範囲の文脈において、感光性材料という用語は、光に対する感度をもち、三次元迅速プロトタイプ作成法に適したあらゆる材料を意味する。そのような材料は当業者には良く知られており、有利には、様々な種類の樹脂であり得るので、樹脂という用語および感光性材料という用語は、本明細書では相互に代替可能に使用される。
【０１０４】
本明細書および添付の特許請求の範囲の文脈において、照明領域という用語は、光ビームが最も良好に集束される距離における光ビームの断面積を意味する。
本明細書および添付の特許請求の範囲の文脈において、例えば、すべての光変調器が開くか、光変調器の単一のラインが開くか、個別の光変調器のいくつかが開くか、の光変調器の据え付けのいずれかの組み合わせまたは、光変調器の他のいずれかの組み合わせによって光のパターンを生じさせることができる。
【０１０５】
図１は、本発明の１つの態様による、三次元物体ＯＢを構築する立体リソグラフィ装置ＳＡの簡易断面図を示す。三次元物体ＯＢは、感光性材料ＬＳＭが露光システムＥＳからの光で露光されると硬化することによって層ごとに構築される。
【０１０６】
立体リソグラフィ装置ＳＡは、１つまたは複数の三次元物体ＯＢがその上に構築される構築プレート（ｂｕｉｌｄｉｎｇ  ｐｌａｔｅ）ＢＰを備える。構築プレートＢＰは、エレベータＥＬを用いて、感光性材料ＬＳＭを含む槽Ｖ内へと垂直に移動される。本発明の１つの態様によれば、塗り重ね装置（リコータ）ＲＥＣを、感光性材料ＬＳＭの新しい層の全体にわたって走査させて、新しい層の均一性が確保される。露光システムＥＳの走査方向ＳＤは矢印で示される。
【０１０７】
上述の説明によれば、露光システムＥＳのパターン化された光で感光性材料ＬＳＭの層を露光することによって、三次元物体ＯＢが構築される。感光性材料ＬＳＭの部分はそれを露光する光のパターンにしたがって硬化する。第１の層が硬化すると、感光性材料ＬＳＭの新しい上層を確立するため、三次元物体ＯＢの硬化した第１の層を有する構築プレートＢＰが槽Ｖ内へと降ろされ、塗り重ね装置ＲＥＣが感光性材料ＬＳＭの層の全体にわたって走査する。次に、露光システムＥＳを感光性材料ＬＳＭの全体にわたって走査させて、三次元物体ＯＢの新しい層が硬化される。
【０１０８】
上述したように、立体リソグラフィ装置ＳＡは露光システムＥＳを備える。露光システムＥＳは照明源を備え、それは、ＵＶランプ、ダイオード、多数のダイオード、または感光性材料を硬化する目的に適した、当業者には知られている他の任意の照明源手段であってもよい。照明源に続いて、入力光学系ＩＯ、空間光変調器ＳＬＭ、および出力光学系ＯＯとともに、照明源からの光を平行光に変換する手段が存在する。光を平行化する手段に続く露光システムの一部が図２に見られる。
【０１０９】
露光システムＥＳの少なくとも一部を、感光性材料ＬＳＭの全体にわたって走査方向ＳＤで走査させて、三次元物体ＯＢの層ごとのデジタル表現にしたがって感光性材料ＬＳＭの表面上の照明領域ＩＡが照明される。本発明の１つの態様によれば、露光システムＥＳは照明領域ＩＡの感光性材料ＬＳＭを硬化し、それによって三次元物体ＯＢを形成する。
【０１１０】
本発明の１つの態様では、槽Ｖは、ホイール、レールとの相互作用、トラック、フォークリフトなどの、槽Ｖを移動させる手段を備えてもよい。したがって、槽Ｖは、槽Ｖを感光性材料ＬＳＭで再充填するため、または三次元物体ＯＢを構築プレートＢＰから簡単に除去するため、立体リソグラフィ装置ＳＡ内に取外し可能に位置してもよく、例えば、開口部ＯＰを通してアクセス可能である。
【０１１１】
例えば、図示されるエレベータＥＬまたは他のデバイスを用いて、構築プレートＢＰを移動させる代わりに槽Ｖを垂直に移動させることが可能であることに留意されたい。
本発明の１つの態様によれば、三次元物体ＯＢの層ごとのデジタル表現は、インターフェースユニットＩＦＵを通して立体リソグラフィ装置ＳＡに提供されてもよい。インターフェースユニットＩＦＵは、例えば、ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）、ＷＬＡＮ（無線ローカルエリアネットワーク）、シリアル通信などのインターフェースによる通信を処理するため、例えばキーボードまたはポインタなどの入力インターフェースと、例えばスクリーンまたはプリンタなどの出力インターフェースとを備えてもよい。さらに、インターフェースユニットＩＦＵは、データプロセッサ、メモリ、および／またはデータを恒久的に格納する手段を備えてもよい。
【０１１２】
図２は、本発明の１つの態様による、光を平行化する手段に続く露光システムの一部の簡易断面図を示す。
本発明の１つの態様によれば、照明源から少なくとも１つの空間光変調器ＳＬＭの光変調器ＬＭの少なくとも一部に光を伝達するため、平行化のための手段と入力光学系ＩＯとの間に光ガイドが使用される。他の態様と組み合わされてもよい本発明の別の態様では、照明源と平行化のための手段との間に光ガイドが使用される。そのような光ガイドは、例えば、光ファイバー（例えば、ポリマー、プラスチック、ガラスなどで作られる）、光学系、レンズアレイ、反射器などを備えてもよい。
【０１１３】
本発明の１つの態様によれば、感光性材料ＬＳＭは、照明源の選択に関する決定要因であることがある。一般的に、感光性材料ＬＳＭは、２００〜５００ｎｍの波長内の高強度の光で露光または照明されると硬化する。一般的に、好ましいタイプの感光性材料ＬＳＭを硬化するには３００〜４００ｎｍの波長ピークを有する光が最適である。当然ながら、特別な感光性材料ＬＳＭが求められる場合、上述の波長以外の波長を有する光が使用されてもよい。
【０１１４】
室内の全般的な照度分布も、感光性材料ＬＳＭが反応する波長を有する光を含む場合が多いので、感光性材料ＬＳＭは、例えば、室内の全般的な照度分布からの広域スペクトル光で露光されても硬化することに留意されたい。そのような迷光による感光性材料ＬＳＭの硬化は遅く、かつ制御不能なため望ましくない。
【０１１５】
本発明の１つの態様によれば、照明源から放射される光の強度は変動することがある。強度が高いほど、感光性材料ＬＳＭを硬化させるために光で露光しなければならない時間が短くなる。これにより、露光システムＥＳが感光性材料ＬＳＭの上を走査する速度がより高速になってもよい。当然ながら、感光性材料ＬＳＭのタイプ、空間光変調器ＳＬＭにおける応答時間など、他の要因も走査速度を決定してもよい。
【０１１６】
本発明の１つの態様によれば、露光システムは、入力光学系ＩＯと、少なくとも１つの空間光変調器ＳＬＭと、出力光学系ＯＯとを備える。したがって、照明源からの光は、入力光学系ＩＯによって、少なくとも部分的に平行化され、少なくとも１つの空間光変調器ＳＬＭの孔のうち少なくともいくつかの上に集束される。次に、少なくとも１つの空間光変調器ＳＬＭは、パターン化された光を感光性材料ＬＳＭの照明領域ＩＡ上にやはり集束させる出力光学系ＯＯ上に光のパターンを確立する。
【０１１７】
光のパターンは、空間光変調器ＳＬＭの個別の光変調器ＬＭがすべて、空間光変調器ＳＬＭのすべての孔に光を通すか、または空間光変調器ＳＬＭの孔を光がまったく通らないようにする位置にある状況も含むことに留意されたい。
【０１１８】
本発明の好ましい態様によれば、立体リソグラフィ装置ＳＡは４８個を超える空間光変調器ＳＬＭを備える。本発明の１つの態様による立体リソグラフィ装置ＳＡは、空間光変調器ＳＬＭの数に関して非常に柔軟であることに留意されたい。したがって、空間光変調器ＳＬＭの数は１つから、例えば１００個超過まで変動してもよい。
【０１１９】
本発明の１つの態様によれば、個別の空間光変調器ＳＬＭは４つのモジュールの形に組み合わされてもよい。したがって、本発明の好ましい態様によれば、４つを超える空間光変調器ＳＬＭが必要なとき、１つを超えるモジュールが互いに組み合わされて露光システムＥＳを形成する。
【０１２０】
本発明の１つの態様によれば、各空間光変調器ＳＬＭは５００個を超える個別に制御可能な光変調器ＬＭを備える。当然ながら、５００個とは異なる数の、場合によっては大幅に異なる数の、個別に制御可能な光変調器ＬＭを有する空間光変調器ＳＬＭが使用されてもよい。図面を単純化するため、本明細書全体にわたって、図面は、例えば４つの光変調器を有する空間光変調器ＳＬＭのみを図示するが、上述したように５００個を超えてもよい。
【０１２１】
本発明の１つの態様によれば、また図２に示されるように、入力光学系ＩＯはマイクロレンズアレイを備えてもよい。さらなる実施形態では、さらなるマイクロレンズが入力光学系および他の光学素子に含まれてもよい。
【０１２２】
入力光学系の目的は、平行光ＣＬを少なくとも１つの空間光変調器ＳＬＭ上に集束させることである。後述するように、少なくとも１つの空間光変調器ＳＬＭは複数の孔を含み、それらの孔上に、またはそれらの孔を通して下に、マイクロレンズＭＬが平行光ＣＬを集束させている。
【０１２３】
少なくとも１つの空間光変調器ＳＬＭは、本発明の１つの態様によれば、平行化され集束された光を感光性材料ＬＳＭ上の照明領域ＩＡ上にパターン化するのに使用されてもよい。少なくとも１つの空間光変調器ＳＬＭは、光スイッチ、光弁、マイクロシャッターなどとも呼ばれる、複数の個別の光変調器ＬＭを備える。
【０１２４】
本発明の１つの態様によれば、個別の制御可能な光変調器ＬＭは制御装置ＣＵによって制御される。制御装置ＣＵは、構築される三次元物体の層ごとのデジタル表現にしたがって露光システムＥＳを制御してもよい。図示される制御装置ＣＵは、少なくとも１つの空間光変調器ＳＬＭの個別の制御可能な光変調器ＬＭを制御してもよく、個別の発光ダイオードＬＤの場合は、制御装置ＣＵによっても制御されてもよい。
【０１２５】
発光ダイオードＬＤが使用される本発明の１つの態様によれば、例えば、露光システムＥＳに含まれる少なくとも１つの空間光変調器ＳＬＭからのパターン化された光を必要としない、物体の小さな部分または小さな物体のみを構築する場合、発光ダイオードＬＤを制御することとは発光ダイオードＬＤをオフにすることを意味する。
【０１２６】
本発明の１つの態様によれば、少なくとも１つの空間光変調器ＳＬＭ中の光変調器ＬＭの制御は、パターンにしたがって光変調器ＬＭを処理することによって行われてもよい。パターンは、構築される三次元物体の１つの層を表してもよい。
【０１２７】
本発明の一実施形態では、図示される制御装置ＣＵは、立体リソグラフィ装置ＳＡの露光システムＥＳ以外の部分も制御してもよい。あるいは、制御装置ＣＵは、立体リソグラフィ装置ＳＡに関連する他の制御システムに含まれてもよい。
【０１２８】
本発明の１つの態様によれば、立体リソグラフィ装置ＳＡは、構築される三次元物体の層ごとのデジタル描写を備えてもよい。三次元物体が構築プロセス中の支持を必要とする場合、三次元物体の層ごとの描写は支持構造を含んでもよい。三次元物体の各層について、露光システムＥＳは感光性材料ＬＳＭの全体にわたって走査させ、三次元物体の個別の層ごとのデジタル描写は、空間光変調器ＳＬＭからの光のパターンを決定する。
【０１２９】
本発明の１つの態様によれば、出力光学系ＯＯは、空間光変調器ＳＬＭからのパターン化された光を、感光性材料ＬＳＭの表面上の１つまたは複数の照明領域ＩＡ上に集束させる。入力光学系ＩＯと同様に、出力光学系ＯＯは１つを超えるレンズ系を、例えばマイクロレンズＭＬの１つを超えるアレイを備えてもよい。
【０１３０】
露光システムの一部の好ましい実施形態が図２に示される。平行光ＣＬは、平行光ＣＬを集束させて、光変調器ＬＭ上の個別のシャッターそれぞれに入るのに適した多数の集束光ビームＦＬＢとする働きをする、入力光学系ＩＯの一部としての第１のマイクロレンズアレイを介して送られる。個別の開いた光変調器ＬＭについて、光が光変調器ＬＭを通過し、通過後に再び拡散する。この図示される実施形態では、出力光学系ＯＯは、光を集束させるための互いに直接連続した２つのマイクロレンズアレイを備え、それによって、約２〜３ｍｍの距離ｄにある焦点面、つまり照明領域ＩＡ上において直径約１００μｍの所望の光点が得られる。
【０１３１】
図示される実施形態では、所望距離におけるこの非常に有利な光の集束は、適切なパラメータを、つまり３６５μｍの曲率半径および４９９μｍの後部焦点距離を有する、互いに直接連続した上述の２つのマイクロレンズアレイを使用することによって得られている。３２８．５μｍの曲率半径および４２５μｍの後部焦点距離を有する、入力光学系内の単一のマイクロレンズアレイの使用と併せて、この組み合わせは、露光システムの光学系の非常に有利な組み合わせとなることが実証されている。しかし、かかる見出された値周辺の範囲にあるこれらのパラメータの値を有するさらなる光学素子も、有利な結果をもたらすことが示されている。
【０１３２】
この実施形態では、使用されるマイクロレンズは、一個片の形で製造される多数のレンズを備えるアレイの一部である。本発明の範囲内では、個別のシャッターそれぞれに対して個別のレンズを製造し挿入することが可能であり、または示される１つ以外の任意の数のレンズを１つのマイクロレンズプレート上で互いに組み合わせてもよいことは明白である。
【０１３３】
図２に示される実施形態は一例として示されているに過ぎず、マイクロレンズアレイの１つまたは複数を交換することによって適切な実施形態を得ることができることは明白であろう。
【０１３４】
後部焦点距離および曲率半径は、当業者には良く知られた用語であるが、明瞭にするため、以下のように定義する。
球面レンズは、システム局所光軸（ｓｙｓｔｅｍ  ｌｏｃａｌ  ｏｐｔｉｃａｌ  ａｘｉｓ）に沿った、あるいはそこから偏心した（ｘ，ｙ，ｚ）に位置する曲率中心を有する。レンズ表面の頂点は局所光軸上に位置する。頂点から曲率中心までの距離がレンズの曲率半径である。
【０１３５】
後部焦点距離（ＢＦＬ）は、システムの最後の光学表面の頂点から後焦点までの距離である。
本発明によって、１つまたは複数の保護窓を使用することにより、露光システムの汚染を防ぐか、または少なくとも最小限の程度に保つことができる。
【０１３６】
図６は、本発明の一実施形態による保護窓ＰＷの一例を示す。
図７は、本発明の一実施形態による交換式モジュールＲＭの一例を示す。図示される交換式モジュールＲＭは１６個の保護窓ＰＷを備えるが、この数は、本発明の他の様々な実施形態にしたがって、他の任意の適切な数であってもよい。図示される実施形態では、保護窓ＰＷの下方にあるＳＬＭが走査領域の全長を網羅するようにするため、個別の保護窓ＰＷは相互に均等にずらしてある。これらの保護窓ＰＷは、走査領域のサイズなど、異なるパラメータに応じて異なるように分布させてもよいことは明白である。
【０１３７】
図８は、交換式モジュールＲＭを保持する固定手段ＦＭ内において、保護窓ＰＷを備える交換式モジュールＲＭがその上に取り付けられる露光システムＥＳを示す。図示される実施形態では、これらの固定手段ＦＭは単に露光システムＥＳの両側のレールである。
【０１３８】
別の有利な実施形態では、固定手段ＦＭは、交換式モジュールＲＭを陥凹部に押し込み、次に定位置へとスナップ嵌めすることができるシステムである。
しかし、多数の異なる適切な固定手段が当業者には明白になるであろう。
【０１３９】
突出部ＰＲが図８に示されており、図示される事例では、これは樹脂ＬＳＭの上面ＵＳの泡であることがある。そのような泡は、ほとんどの樹脂タイプではめったに生じない突出部ＰＲの一例である。しかし、発生する場合はかなり突発的に起こることがあり、そのため、装置上の任意の場所に取り付けられている可能性がある検出システムが、有効であっても十分ではないことがある。
【０１４０】
保護窓（１つまたは複数）ＰＷがあることで、そのような泡によって保護窓（１つまたは複数）上に少量の樹脂が残ることがあるものの、光学系は損傷も汚染もされないままである。これによって、交換式モジュールＲＭを交換する比較的単純なプロセスは、そのような泡の発生後に再び装置を始動させることができるのに十分である。
【０１４１】
突出部の原因の別の例は、樹脂の硬化がわずかな収縮を引き起こすことがあることである。そのような収縮によって、硬化した領域を取り囲む未硬化の樹脂ＬＳＭが、周囲の樹脂の高さよりもわずかに上方に押し上げられることがある。このようにして、かかる樹脂が露光システムＥＳにより近付くか、またはさらには接触することがある。
【０１４２】
本発明によって、露光システムの汚染を防ぎ、かつ構築部分に対する損傷を防ぐため、付加的な製造において露光システムと樹脂との間の障害物を検出するセンサが得られている。
【０１４３】
図３は、露光システムＥＳが、感光性材料ＬＳＭを収容している槽（バット）Ｖの平坦面からそこだけが突出している突出部ＰＲに向かって左側へと移動している、露光システムＥＳの主要部分を示す。槽Ｖ内にはさらに、その上面を意図されるように維持する、つまり感光性材料ＬＳＭの上面ＵＳと本質的に同一面に維持する単位体ＩＴの一部が示される。図示される実施形態では、衝突防止検出システムは、図５を参照してより詳細に記載される、ハウジングＨＳａから放射される２つのレーザービームＬＢａおよびＬＢｂを含む。図示される実施形態では、露光システムＥＳが図示される実施形態の左側または右側のどちらに移動しても突出部を検出することができるように、２つのレーザービームＬＢａおよびＬＢｂが露光システムＥＳの両側に位置付けられることに留意されたい。しかし、本発明のさらなる実施形態では、１つのレーザービームのみが、またはさらには２つを超えるレーザービームが使用されてもよい。
【０１４４】
図４は、図面と同じ据え付けを９０°回転させた図を示し、即ち、露光システムＥＳは読者の側から突出部ＰＲに向かって奥へと移動している。これによって、レーザービームの一方ＬＳｂが、発光ハウジングＨＳａから受光ハウジングＨＳｂまで、露光システムＥＳの全幅の下方に延在していることが分かる。図示されるレーザービームは移動方向の後方にあるものであるが、移動方向の前方にあるものは、図３にも示される後方レーザービームの後ろに位置付けられているので、図面には示され得ないことに留意されたい。
【０１４５】
図面ではレーザービームＬＳｂの後ろに位置付けられた前方レーザービームＬＢａは、移動中のある段階で突出部ＰＲに達し、それによってレーザービームＬＢａが突出部ＰＲに遮られて、受光ハウジングＨＳｂに達する光の強度が減少することが図面から分かる。これによって、突出部ＰＲは露光システムＥＳの前方に存在し、そのことが露光システムの汚染のリスクとなることがあると結論付けることができる。次に、作業員が問題を解決するため、例えば装置を停止させる信号を送ることができる。このようにして、突出部を簡単に除去するか下に下げることができ、装置は、例えば数分後に再び始動されてもよい。突出部ＰＲが露光システムＥＳと接触した場合、洗浄または交換プロセスが必要なことがあり、大規模な時間消費およびコストをもたらす。
【０１４６】
本発明を機能させるための重要な要素は、センサ内の部品のサイズである。露光システムの底面と樹脂の表面との間の距離は一般的に２ｍｍ程度と小さいので、光ビームを生成する部分は小さく、かつ許容差を小さくして作られなければならない。一例として走査バーの幅が６７０ｍｍの場合、これによって、一般的にはこの値よりもわずかに大きい、エミッタとセンサとの間の距離の下限も設定される。露光システムの底面と樹脂との間の距離の半分が角度ずれとして容認可能であると仮定すると、角度ずれは０．０８°未満でなければならない。露光システムの底面と樹脂表面との間の距離の半分をビームの直径に使用できると仮定すると、ビームサイズは１ｍｍ未満でなければならない。これによって、受信器が、エミッタからの実際の光源と樹脂表面からの反射との２つの光源を受けることになるのを回避することができる。
【０１４７】
これによって、エミッタおよびセンサの光学部分に対する要件と、さらに整合の微調整に使用される手段に対する要件とが得られる。
図５は、２つの異なるハウジングＨＳａおよびＨＳｂが示される、光学部分の設計の一例である。一般的に、前方および後方の組は同じになるので、この図では一組のみが示される。
【０１４８】
この例では、レーザーダイオードＬＤは、絞り（ダイヤフラム）ＤＰを介して成形されるレーザービームＬＢを放射し、ビームはその後にプリズムＰＲａにおいて９０°の角度で反射され、それによってビームは樹脂の表面の直上と同一面になるように方向付けられる。露光システムＥＳの下方にある樹脂ＬＳＭの表面ＵＳの上方を通過すると、ビームＬＢは第２のプリズムＰＲｂで反射されて、受光ハウジングＨＳｂ内へと方向付けられる。このハウジング内のフォトダイオードＰＤに達する前に、光ビームＬＢは干渉フィルタＩＦを通過して、例えば、迷光がフォトダイオードＰＤの測定に干渉する可能性が回避される。
【０１４９】
プリズムＰＲａおよびＰＲｂを使用するのは、コンパクトな設計を得るため、かつレーザーダイオードＬＤまたはフォトダイオードＰＤのどちらかを樹脂ＬＳＭの表面ＵＳに近接させる必要をなくすためである。本発明の範囲内で、９０°以外の角度も使用されてもよいことは明白である。
【０１５０】
プリズムは、内部または外部反射器の両方として使用することができ、図５に示される実施形態では、プリズムは内部反射器として使用される。
プリズムを内部反射器として使用することの利点は、プリズムの表面をハウジングと同一面にすることができ、結果として洗浄の可能性がより良好になることである。プリズムの脆弱な縁部を保護するため、切り取ったビーム（ｃｌｉｐｐｅｄ  ｂｅａｍｓ）を使用できるように、図５に示されるように縁部を単に切り落としてもよく、それによって切り落とした部分に当たる光ビームの部分は必ずしも曲がらなくなるが、これは、エミッタとセンサとの間のレーザーからの迷光ビームが樹脂に衝突するいかなるリスクも生じさせるものではない。これによって、迷光を妨害するリスクなしに、光ビームが樹脂の表面のできるだけ近くに、即ち図５の右側へ移動されてもよい。この方法は外部反射の実施形態にも使用されてもよい。
【０１５１】
本発明の有利な実施形態では、装置は再始動ボタンを備え、それにより、レーザービームＬＢａの遮断時に装置が停止した際に、装置が迅速に製造プロセスを継続することができる。これは、例えば、樹脂中の泡などによって遮断が引き起こされた場合に有利であり、それにより、操作者が機械のところに来れば問題を解決することができる。
【０１５２】
本発明の有利な実施形態では、露光システムは空間光変調器（ＳＬＭ）のモジュールを備え、各モジュールは１つを超える空間光変調器を備える。
本発明の有利な実施形態では、入力光学系はモジュールで作られ、したがって１つの入力光学系モジュールは空間光変調器の１つのモジュールに相当する。
【０１５３】
本発明の有利な実施形態では、出力光学系はモジュールで作られ、したがって１つの出力光学系モジュールは空間光変調器の１つのモジュールに相当する。露光システム、入力光学系、および出力光学系のモジュール式構造によって、例えば、照明システムのサイズに対する特定のユーザ定義の要求を満たすため、露光システムを簡単に修正することが容易になる。
【０１５４】
本発明の有利な実施形態では、入力および出力光学系はモジュールで作られ、したがって１つの入力および１つの出力光学系モジュールは１つの空間光変調器に相当する。
本発明の有利な実施形態では、空間光変調器の光変調器は照明源からの光をパターン化する。感光性材料は、空間光変調器内の光変調器の位置に応じて、あるパターンで硬化する。
【０１５５】
図９〜１１は、立体リソグラフィ装置ＳＡの１つの可能な実施形態のみを示すが、立体リソグラフィ装置ＳＡを動作させるために、後述する特徴のすべてが必須ではないことに留意されたい。さらに、立体リソグラフィ装置ＳＡのすべての詳細が図示されているものではなく、図示されない付加的な部品が有利なことがあることに留意されたい。
【０１５６】
図９は、本発明の１つの態様による立体リソグラフィ装置ＳＡの正面／側面図を示す。
立体リソグラフィ装置ＳＡは、１つまたは複数の摺動式槽ドアＳＶＤを備えてもよく、例えばこれらは、例えば押したり回転させたりなどによって動作する、摺動式槽ドアハンドルＳＶＤＨを用いて開かれてもよい。摺動式槽ドアＳＶＤは、一方に滑動させることによって、または１つもしくは複数のヒンジを中心にして枢動させることによって、槽Ｖ（図示なし）へのアクセスをもたらしてもよい。
【０１５７】
１つまたは複数の摺動式前面ドアＳＦＤは、１つまたは複数の前面パネルＦＰおよび側面パネルＳＰに対して位置付けられてもよい。
摺動式前面ドアＳＦＤは、一方に滑動させることによって、または１つもしくは複数のヒンジを中心にして枢動させることによって、露光システムＥＳ（図示なし）へのアクセスをもたらしてもよい。
【０１５８】
摺動式前面ドアＳＦＤを開くことなく構築プロセスをモニタできるように、摺動式前面ドアＳＦＤは透明であってもよいことに留意されたい。
１つまたは複数の前面パネルＦＰは、立体リソグラフィ装置ＳＡの側面まで延在してもよい。１つまたは複数の前面パネルＦＰは、機械の状態（例えば、動作中、停止中、故障など）、あるいは所与の時点において立体リソグラフィ装置ＳＡが構築プロセスのどの段階にあるかを示す、１つまたは複数の機械状態インジケータＭＳＩを備えてもよい。機械状態インジケータＭＳＩはまた、立体リソグラフィ装置ＳＡの天面ＲＯまたは側面上に位置してもよく、例えば、ディスプレイ、ランプ、サイレンなどを備えてもよい。
【０１５９】
さらに、立体リソグラフィ装置ＳＡは、１つまたは複数の側面ドアＳＩＤと１つまたは複数の下部側面パネルＬＳＰとを備えてもよく、それらは、立体リソグラフィ装置ＳＡの正常動作中は使用されない。側面ドアＳＩＤおよび下部側面パネルＬＳＰは、立体リソグラフィ装置ＳＡの部品が保守点検されるときにのみ取り外されるかまたは開かれる。
【０１６０】
本発明の１つの態様によれば、側面ドアＳＩＤは摺動式前面ドアＳＦＤの一部であってもよく、また、本発明の１つの態様によれば、下部側面パネルＬＳＰは摺動式槽ドアＳＶＤの一部であってもよいことに留意されたい。
【０１６１】
図１０は、本発明の１つの態様による立体リソグラフィ装置ＳＡの背面／側面図を示し、側面ドアＳＩＤおよび摺動式前面ドアＳＦＤは取り外されて、露光システムＥＳが露出している。
【０１６２】
本発明の１つの態様によれば、立体リソグラフィ装置ＳＡは、調節可能であってもよい１つまたは複数の機械脚体ＭＦ上に載置されてもよい。これによって、槽Ｖ（図示なし）が立体リソグラフィ装置ＳＡ内に位置するとき、感光性材料ＬＳＭの表面と出力光学系ＯＰ（図示なし）とがほぼ平行であるように、立体リソグラフィ装置ＳＡを設置するのがより簡単になる。
【０１６３】
図示される露光システムＥＳは、露光システムＥＳを保守点検または修理するときに使用される、左上部側面ドアＵＤおよび左下部側面ドアＬＤを備える。さらに、露光システムは、照明源ＩＳ（図示なし）にアクセスするためのランプハウジングドアＬＨＤを備える。さらに、露光システムＥＳは、照明ユニットＩＵ（図示なし）の様々な部品を保護する保護プレートＰＰを備える。保護窓ＰＷの側部も、露光バーの外側フレームＯＦＥＤとともに図１０に示される。
【０１６４】
保護窓ＰＷ（図示なし）を解放するハンドルＨＤが、露光システムケーシングＥＳＣ内に位置してもよい。
図１１は、摺動式前面ドアＳＦＤが除去された、本発明の１つの態様による立体リソグラフィ装置ＳＡの正面図を示す。露光システムＥＳは、感光性材料ＬＳＭ（図示なし）の全体にわたって走査するとき、露光システム往復台スリット（ｃａｒｒｉａｇｅ  ｓｌｉｔ）ＥＳＣＳ内に移動している。さらに、図１１は、機械がその周りに構築される機械フレームＭＦＲと、露光システムエネルギーチェーン（ｅｎｅｒｇｙ  ｃｈａｉｎ）ＳＢＥＣの支持基部とを示す。
【０１６５】
本発明は、大表面を高精度で迅速に処理することができる、赤外線粉末焼結に対する顕著かつ予期される以上の利点を提示する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年5月27日(2011.5.27)
【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】
照明源を有する露光システム（ＥＳ）と、
前記露光システム（ＥＳ）が取り付けられる走査バーと、
制御装置（ＣＵ）とを備える、感光性材料から三次元物体を作成する装置であって、
前記露光システム（ＥＳ）が、
複数の個別に制御可能な光変調器（ＬＭ）を有する少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）と、
前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）に光学的に結合された入力光学系（ＩＯ）と、
前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）に光学的に結合された出力光学系（ＯＯ）とを備え、
前記入力光学系（ＩＯ）および前記出力光学系（ＯＯ）が、前記照明源から放射される光を、前記空間光変調器（ＳＬＭ）の前記個別に制御可能な光変調器（ＬＭ）を通して照明領域（ＩＡ）に伝達するのを容易にし、
前記空間光変調器（ＳＬＭ）が、前記制御装置（ＣＵ）から生じる制御信号にしたがって、前記入力光学系（ＩＯ）を介して伝達される前記光のパターンを確立することを可能にし、
前記出力光学系（ＯＯ）が、前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）からの前記光のパターンを照明領域（ＩＡ）上に集束させることを可能にし、
前記出力光学系（ＯＯ）と前記照明領域（ＩＡ）との間の距離ｄが０．５から２０ｍｍである、装置。
【請求項２】
照明源を有する露光システム（ＥＳ）と、
前記露光システム（ＥＳ）が取り付けられる走査バーと、
制御装置（ＣＵ）とを備える、感光性材料から三次元物体を作成する装置であって、
前記露光システム（ＥＳ）が、
複数の個別に制御可能な光変調器（ＬＭ）を有する少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）と、
前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）に光学的に結合された入力光学系（ＩＯ）と、
前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）に光学的に結合された出力光学系（ＯＯ）とを備え、
前記入力光学系（ＩＯ）および前記出力光学系（ＯＯ）が、少なくとも２つの光ビームとして前記照明源から放射される光を、前記空間光変調器（ＳＬＭ）の前記個別に制御可能な光変調器（ＬＭ）を通して照明領域（ＩＡ）に伝達するのを容易にし、
前記空間光変調器（ＳＬＭ）が、前記制御装置（ＣＵ）から生じる制御信号にしたがって、前記入力光学系（ＩＯ）を介して伝達される前記光のパターンを確立することを可能にし、
前記出力光学系（ＯＯ）が、前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）からの前記光のパターンを照明領域（ＩＡ）上に集束させることを可能にし、
前記出力光学系（ＯＯ）と前記照明領域（ＩＡ）との間の距離ｄが０．５から２０ｍｍである、装置。
【請求項３】
前記出力光学系（ＯＯ）が少なくとも１つのマイクロレンズを備え、前記出力光学系（ＯＯ）と前記照明領域（ＩＡ）との間の集束距離ｄが０．５から２０ｍｍであるようにして、前記光のパターンを前記照明領域（ＩＡ）上に集束させることができるような特性を前記出力光学系（ＯＯ）が有する、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記露光システムが、前記出力光学系から０．５から２０ｍｍ、好ましくは１から１０ｍｍ、最も好ましくは１．５から５ｍｍの距離ｄ内で前記光を集束させるように適合された少なくとも２つのマイクロレンズを備える、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項５】
マイクロレンズの総数が、少なくとも、光変調器の総数にマイクロレンズ層の数を掛けた数に対応する、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項６】
前記露光システムが、マイクロレンズの総数が２００超過、好ましくは６００超過、より好ましくは２０００超過、最も好ましくは６０００超過であるマイクロレンズのアレイを備える、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項７】
前記出力光学系（ＯＯ）が少なくとも１つのマイクロレンズを備え、前記出力光学系（ＯＯ）と前記照明領域（ＩＡ）との間の集束距離ｄが０．５から２０ｍｍであるようにして、前記光のパターンを前記照明領域（ＩＡ）上に集束させることができるような特性を前記出力光学系（ＯＯ）が有し、
前記少なくとも１つのマイクロレンズが３００μｍから４００μｍの曲率半径を有する、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項８】
前記出力光学系（ＯＯ）が少なくとも１つのマイクロレンズを備え、前記出力光学系（ＯＯ）と前記照明領域（ＩＡ）との間の集束距離ｄが０．５から２０ｍｍであるようにして、前記光のパターンを前記照明領域（ＩＡ）上に集束させることができるような特性を前記出力光学系（ＯＯ）が有し、
前記少なくとも１つのマイクロレンズが４００μｍ超過の後部焦点距離を示す、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項９】
前記出力光学系（ＯＯ）が少なくとも１つのマイクロレンズを備え、前記出力光学系（ＯＯ）と前記照明領域（ＩＡ）との間の集束距離ｄが０．５から２０ｍｍであるようにして、前記光のパターンを前記照明領域（ＩＡ）上に集束させることができるような特性を前記出力光学系（ＯＯ）が有し、
前記少なくとも１つのマイクロレンズが、前記少なくとも１つのマイクロレンズを介して送られる前記光を、前記出力光学系から０．５ｍｍから２０ｍｍの集束距離ｄにおいて直径２００μｍ未満のビームスポットに集束させる、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項１０】
感光性材料の表面が前記照明領域とほぼ一致するような量で前記感光性材料を含む槽を備える、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項１１】
前記出力光学系と前記感光性材料の前記表面との間の最小距離が０．５ｍｍから２０ｍｍ、好ましくは１ｍｍから１０ｍｍである、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
照明源を有する露光システム（ＥＳ）と、
前記露光システム（ＥＳ）が取り付けられる走査バーと、
制御装置（ＣＵ）とを備える、感光性材料から三次元物体を作成する装置であって、
前記露光システム（ＥＳ）が、
複数の個別に制御可能な光変調器（ＬＭ）を有する少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）と、
前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）に光学的に結合された入力光学系（ＩＯ）と、
前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）に光学的に結合された出力光学系（ＯＯ）とを備え、
前記入力光学系（ＩＯ）および前記出力光学系（ＯＯ）が、前記照明源から放射される光を、前記空間光変調器（ＳＬＭ）の前記個別に制御可能な光変調器（ＬＭ）を通して照明領域（ＩＡ）に伝達するのを容易にし、
前記空間光変調器（ＳＬＭ）が、前記制御装置（ＣＵ）から生じる制御信号にしたがって、前記入力光学系（ＩＯ）を介して伝達される前記光のパターンを確立することを可能にし、
前記出力光学系（ＯＯ）が、前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）からの前記光のパターンを照明領域（ＩＡ）上に集束させることを可能にし、
前記装置が、前記出力光学系（ＯＯ）と前記照明領域（ＩＡ）との間に少なくとも１つの解放可能な保護窓（ＰＷ）を備える、装置。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの保護窓が交換式モジュール（ＲＭ）の一部である、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記集束距離ｄが１０ｍｍ未満、好ましくは５ｍｍ未満である、請求項１２又は１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記交換式モジュールが前記露光システム上に取り付けられる、請求項１３又は１４に記載の装置。
【請求項１６】
照明源を有する露光システム（ＥＳ）と、
前記露光システム（ＥＳ）が取り付けられる走査バーと、
制御装置（ＣＵ）とを備える、感光性材料から三次元物体を作成する装置であって、
前記露光システム（ＥＳ）が、
複数の個別に制御可能な光変調器（ＬＭ）を有する少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）と、
前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）に光学的に結合された入力光学系（ＩＯ）と、
前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）に光学的に結合された出力光学系（ＯＯ）とを備え、
前記入力光学系（ＩＯ）および前記出力光学系（ＯＯ）が、前記照明源から放射される光を、前記空間光変調器（ＳＬＭ）の前記個別に制御可能な光変調器（ＬＭ）を通して照明領域（ＩＡ）に伝達するのを容易にし、
前記空間光変調器（ＳＬＭ）が、前記制御装置（ＣＵ）から生じる制御信号にしたがって、前記入力光学系（ＩＯ）を介して伝達される前記光のパターンを確立することを可能にし、
前記出力光学系（ＯＯ）が、前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）からの前記光のパターンを照明領域（ＩＡ）上に集束させることを可能にし、
前記装置が、前記照明領域（ＩＡ）と前記出力光学系（ＯＯ）との間の障害物を検出する少なくとも１つの衝突防止検出システム（ＬＢａ、ＬＢｂ、ＨＳａ、ＨＳｂ）を備え、
前記衝突防止検出システムが、少なくとも１つの衝突防止光ビームを提供することができる少なくとも１つの光エミッタ（ＬＤ）および少なくとも１つの光センサ（ＰＤ）を備え、
前記衝突防止光ビームの直径が２ｍｍ未満、好ましくは１ｍｍ未満である、装置。
【請求項１７】
前記衝突防止検出システムが、少なくとも２つの衝突防止光ビームを提供することができる少なくとも２つの光エミッタおよび少なくとも２つの光センサを備える、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの衝突防止検出システムが前記走査バーに結合される、請求項１６又は１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記衝突防止検出システムが、前記少なくとも１つの衝突防止光ビームが前記走査バーの移動方向に対して垂直の方向で前記走査バーの前方および／または後方を伝搬することができるようなものである、請求項１６から１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記衝突防止検出システムが少なくとも１つの、好ましくは少なくとも２つのプリズムまたは鏡などの方向変更手段（ＰＲａ、ＰＲｂ）を備える、請求項１６から１９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
前記露光システムが発光ダイオードを備える、請求項１、２、１２から２０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
請求項１、２、１２から２１のいずれか一項に記載の装置を使用することにより、感光性材料から三次元物体を製造する方法。
【請求項２３】
請求項１６から２０のいずれか一項に記載の装置を使用することにより、感光性材料から三次元物体を製造する方法であって、前記装置は、衝突防止検出システムを含み、
前記衝突防止検出システムからの信号の強度を５％超過低下させることで、前記走査バーの移動を停止する信号を得る、方法。
【請求項２４】
請求項１、２、１２から２１のいずれか一項に記載の装置、または請求項２２から２３のいずれか一項に記載の方法によって作成される三次元物体。
【国際調査報告】
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2012505776.tif 000015
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