JP3030855B2

JP3030855B2 - 立体造形方法および装置

Info

Publication number: JP3030855B2
Application number: JP1511123A
Authority: JP
Inventors: オルムキスト，トーマス、エー．; ハル，チャールズ、ダブリュ．; モドレク，ボルゾ．; セルクチェウスキー，アンドルジェイ、アール．; ジェイコブ，ポール、エフ．; ルイス，チャールズ、ダブリュ．; ルイス，マーク、エー．; リラン，アブラハム．
Original assignee: スリーディー、システムズ、インコーポレーテッド
Priority date: 1988-09-26
Filing date: 1989-09-26
Publication date: 2000-04-10
Anticipated expiration: 2015-04-10
Also published as: ATE200644T1; KR900701494A; JP3359026B2; JPH04503634A; HK1004477A1; KR100189270B1; DE68929292D1; EP0681905B1; JP3373830B2; EP0681905A1; DE68929292T2; EP0681904A2; DE68929366D1; JP2000141496A; ATE130793T1; DE68924952D1; EP0361847A2; EP0361847A3; ATE211679T1; DE68924952T2

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景本発明は三次元物体の製造のための改良された立体造
形の方法および装置に関する。

近年、「立体造形による三次元物体の製造のための装
置」と題する米国特許第4,575,330号に記載されたよう
な「立体造形」システムが実用化されている。基本的
に、立体造形は、重合性液体の多数の薄層を各層の上に
連続的に硬化させ、すべての薄層が結合されて部品全体
を形成させることにより、複雑な立体プラスチック部品
を自動的に製作するための方法である。重合化された各
層は、本質的に、希望の三次元物体の薄い断面層であ
る。この技術では、部品は、文字通り、液状プラスチッ
クの槽の中で創出される。この方法は、設計構想を迅速
に具体的な形状にし、試作品のモデルを作るために極め
て有効である。さらに、複雑な部品も工具を要さずに迅
速に製作できる。このシステムは、コンピュータを利用
して断面パターンを生成するので、CAD/CAMシステムと
容易に連結することができる。

好ましい重合性液体は、実用的なモデル製作材料とす
るのに十分な高速で紫外線で硬化するものである。部品
製作時に重合に用いられなかった液体はそのまま槽内に
残して以後の部品を製作するのに使用する。紫外線レー
ザが、ガルバノメータミラーを使用したＸ−Ｙ走査装置
によりその液体の表面上を既定のパターンで移動する小
さな高強度の紫外線スポットを作る。走査装置は、コン
ピュータ生成ベクトルなどによって駆動され、精密かつ
複雑なパターンがこの技術によって容易に作成される。

立体造形システムには、レーザ走査装置、重合性液体
を入れるための槽、槽内を上下動可能な物体支持台、お
よび制御コンピュータが含まれる。システムは、一度に
一つの薄層断面を形成し、層単位で希望の三次元物体を
作り上げることによりプラスチック部品を自動的に製作
するようにプログラムされる。

通常の立体造形手順では、粘性硬化性プラスチック液
体の薄層がすでに硬化された層の上に付与され、その重
合性液体の薄層が重力によって平滑になるだけの十分な
時間が経過した後、コンピュータ制御放射線ビームが薄
層上を移動し、そのプラスチック液体を十分に硬化さ
せ、その上に以後の層が付与できるようにする。薄層が
平滑になるための待機時間は、重合性液体の粘度、層の
厚さといったいくつかの要因によって異なる。

通常、硬化層は、上下動可能な物体支持台に支持され
ており、液状プラスチックが硬化層上に満たされるよう
に希望の層厚さに等しい距離だけ、粘性重合性液体の浴
の表面下に浸漬される。表面が平坦になると、層は放射
線による硬化の準備が整ったことになる。

立体造形の詳細については、米国特許第4,575,330号
および以下に挙げる係属中の米国特許出願に説明されて
いる。

米国特許出願番号第339,246号「立体造形におけるカ
ールの低減」（1989年４月17日出願）米国特許出願番号
第331,664号「立体造形による高分解能三次元物体の製
造のための方法および装置」（1989年３月31日出願）米国特許出願番号第183,015号「立体造形による三次
元物体の製造方法および装置」（1988年４月18日出願）米国特許出願番号第182,801号「立体造形による三次
元物体の製造方法および装置」（1988年４月18日出願）米国特許出願番号第268,429号「部分的に重合化され
た部品を硬化させる方法」（1988年11月８日出願）米国特許出願番号第268,428号「部分的に重合化され
た部品を作成する方法」（1988年11月８日出願）米国特許出願番号第268,408号「部分的に重合化され
た部品から排液する方法」（1988年11月８日出願）米国特許出願番号第268,816号「ビームの輪郭を描く
ための装置および方法」（1988年11月８日出願）米国特許出願番号第268,907号「立体造形におけるド
リフトを補正する装置および方法」（1988年11月８日出
願）米国特許出願番号第268,837号「立体造形装置を較正
する・標準化する装置および方法」（1988年11月８日出
願）米国特許出願番号第249,399号「立体造形による三次
元物体の製造方法および装置」（1988年９月26日出願）米国特許出願番号第365,444号「統合化立体造形」（1
988年６月12日出願）米国特許出願番号第265,039号「液面を測定・制御す
る装置および方法」（1988年10月31日出願）現在必要とされており、これまで利用できなかったこ
とは、プラスチックの各層を形成するためのサイクル時
間を短縮するための手段でる。本発明は、その必要性を
満たすものである。

本発明の対象とする立体造形方法は、紫外線のビーム
等の硬化手段に露出することにより硬化可能な重合性液
体の連続的に形成された複数の層から３次元物体を形成
する立体造形方法であって、さらに具体的には、（ａ）容器内に含まれる浴として前記重合性液体を供給
する工程、（ｂ）物体支持台または先に形成された層の水平表面の
上に重合性液体の層を形成する工程、（ｃ）上記重合性液体の層から過剰な重合性液体を除去
し、所望の厚さの層を形成するように該重合性液体の層
の上に平滑化部材を掃引する工程、（ｄ）上記所望の厚さの層に硬化手段を選択的に施し、
それによって、前記物体の次の層を、該物体の先に形成
された層の上に形成し、この層に付着させる工程、およ
び（ｅ）上記（ｂ）〜（ｄ）の工程を複数回繰り返して、
前記物体の複数の付着した層から該物体を形成する方法
である。

この方法においては、使用液体の水準の極めて精確な
管理を必要とする。前述のチャールズ.W.ハルの米国特
許第4,575,330号に開示されている、立体造形による三
次元物体の製造のための装置において用いられる使用液
体は、通常、紫外線の照射によって硬化可能な液状感光
性重合体である。米国特許第4,575,330号に記載されて
いるように、使用液体の水準は、紫外線ビームが一定の
平面で高精度に正確に焦点を維持するように一定の水準
に維持されなければならない。

液状感光性重合体の表面の紫外線ビームの全強度およ
びビーム断面における強度分布（ビームプロファイル）
は、他の要因（液状感光性重合体の特性、ビームが単一
のスポットに留まっている時間など）と関連して、ビー
ムの照射により硬化または重合化する感光性重合体の深
さおよび輪郭を決定する。ビームプロファイルは、ビー
ムが液状感光性重合体の既定の水準で既知の輪郭を有す
るように焦点を結ぶので、液状感光性重合体の水準によ
って異なる。液状感光性重合体が既定の水準と異なる水
準を有した場合、ビームプロファイルの相違は、硬化し
た感光性重合体の幅およびその深さを予定の深さおよび
幅とは異なるものにさせる。

さらに、液状感光性重合体の水準が既定の水準よりも
高ければ、硬化した感光性重合体の深さは、先行の硬化
層まで到達して付着するために十分でなく、物体の構造
結合性にとって不都合な結果を生じることになる。反対
に液状感光性重合体の水準が低ければ、新しい層が予定
よりも薄くなり、物体の再現精度に不都合となる。

液状感光性重合体の水準は、液状感光性重合体の硬
化、加熱、蒸発などによって生じる収縮や減少にかかわ
らず維持されなければならない。立体造形装置の初期の
機種では、この水準は、排液路を設けることによって維
持していた。液状感光性重合体の水準は、オーバーフロ
ー用排液路をわずかに超える所まで（表面張力により）
上昇した。しかし、排液路は、立体造形装置によって作
成される部品の高分解能を可能にするほど十分な精度で
液状感光性重合体の水準を管理できない。従って、液体
の水準を測定するさらに精密な手段の必要性が存在す
る。

そのような正確な液面の水準の管理を、迅速に実現す
るためには、水準を一定にする技術に加えて、迅速に所
望の水準にすることが望まれるが、そのためにドクター
ブレードと呼ばれる表面掻き取り部材（平滑化部材）を
用いることが提案されている。

本発明は、平滑化部材を用いた立体造形方法および装
置において、さらに水準の管理を正確かつ迅速にするこ
とを目的とするものである。

発明の要約すなわち、本発明は、適切な放射エネルギに応答して
硬化する重合性液体の表面で当該物体の連続的な薄肉の
断面層を順次形成することによって三次元物体を作成す
るための立体造形システムにおいて、特に、形成される
各層のサイクル時間を短縮するための改良された立体造
形の方法および装置に関する。

本発明は、希望の層厚さの平滑な層を得るために層の
表面上をブレードで引く（掃引する、ならす）ことによ
り、余分な重合性液体を層から掻き取る際、前後方向い
ずれの方向にも掃引が可能で、重合性液体の層の表面の
過剰な液を掃引の往復動において掻き取ることが可能な
平滑化部材を使用することを特徴とする。また、一つの
層を平滑化部材で往復動することにより正確に希望の層
厚の平滑な層を得ることを特徴とする。放射線などの硬
化媒質が平滑にされた層の上表面すなわち作業表面に事
前に選択されたパターンで当てられ、それによりその層
が十分に硬化し、希望の三次元物体を形成するために以
降の層が同様にして付与され硬化できるようにする。

好ましい実施例では、物体支持台は、それらの層が積
層される表面を有しており、槽内の重合性液体の浴中を
上下できるように設けられている。その物体支持台は、
その表面（最新の硬化層の場合もある）が全体的に希望
の層厚よりも大きい距離だけ重合性液体の浴の上面より
下にあるように浴中に下げられる。次に支持台は、表面
の粘度の高い重合性液体が浴の上面よりも上に位置する
ように引き上げられる。その後、水平移動ドクターブレ
ードが希望の厚さの重合体の液層ができるように水平に
移動して余分な重合性液体を掻き取る。次いで支持台は
平滑にされた重合性液体の層の上面が浴とほぼ同じ水準
になるように下げられる。その後、硬化放射線が図形パ
ターンで平滑にされた層の上に照射され、その薄い液体
層を硬化させ、その結果、それ以降の重合性液体の層が
その上に積層できるようになる。一部硬化した固体層を
載せた物体支持台は、重合性液体がその固体層上に流入
できるように浴の表面からさらに下げられ、上記のサイ
クルが繰り返される。

このプロセスは、それらの層を一体に結合しながら多
数の連続的に形成される層の作成によって、希望の三次
元物体が形成されるまで継続される。立体造形の最終製
品は、以後の取扱いに対して十分な強さを有していなけ
ればならない。通常、物体は形成後に最終硬化が行われ
る。上記の工程において、浴中の重合性液体の水準（液
面レベル）は、特にその平滑にされた層が浴中に下げら
れて放射線によって硬化される際に一定の水準（液面レ
ベル）に維持されるように注意しなければならない。浴
中の液体が液体の平滑な層の境界を形成するからであ
る。好ましい実施例では、浴中の液体の水準（液面レベ
ル、以下、単に「液面」ともいう）が適切な方法で検出
され、ある水準が希望の水準と比較され、その差異に応
答して、浴内のピストンすなわちプランジャが水準を希
望の設定点に制御するように浴内で上下される。

三次元物体は、光硬化性樹脂の表面にヘリウム−カド
ミウムレーザによる紫外線などの放射ビームを移動さ
え、それが照射された部分の液体を凝固させることによ
って一度に１水平層ずつ形成される。樹脂の紫外線吸収
により紫外線が液中に深く透過するのを妨げ、薄層が形
成されるようにする。

液面制御には、電磁線ビームを発生するための装置
と、液面に衝突した電磁線ビームの位置の変化に応答し
て電気信号を変化させる検出器を含む、液面を測定する
ための新しい改良された装置が使用される。このビーム
検出器は、液面に対して垂直方向の一定距離に設置され
る。ビームは、液面に対して一定の角度で第１の光路に
沿って液面に向けて発せられ、液面から検出器への第２
の光路に沿ってビーム検出可能位置に反射される（ビー
ムは可視光である必要はないが、「光路」という用語を
使用する）。液面の変化は、ビームが検出器に衝突する
地点を変え、それによって検出器からの電気信号の変化
を生じさせる。この信号は、その後、ポンプ、ダイヤフ
ラム、プランジャなどの液面を管理する装置を制御する
ために使用することができる。

液体の表面は、平坦、または、液体の表面の高度が変
化する場合でも、ビームに関して同一角度を保つものと
仮定する。従って、ビームが液面から反射する角度は変
化しない。表面が平坦でない場合、ビームは反射されな
いか、または、予測できない角度で反射される。波また
は乱れが予想される場合は、斜め揺れ、縦揺れおよび横
揺れを防止するように加重された鏡付フロートを液面に
置いてビームを反射させてもよい。

好ましい実施例では、電磁線ビームを発生させるため
の装置はレーザであり、検出器は液面に垂直方向に沿っ
て液面からずらして位置する多数の結合された光電池
（フォトセル）である。レーザによる放射線は、好まし
くは、液体の状態を変化させるものであってはならな
い。光電池のそれぞれの電気出力を比較し、それによっ
てビームが光電池に衝突した時にビームの位置の移動を
検出する電子回路が使用される。液面が変化すると、ビ
ームはそれ以上、同じ位置の光電池に衝突しない。ある
光電池は以前より多くのビームを受け、別の光電池は以
前より少なく受ける。これが、作用される光電池のそれ
ぞれからの電気出力を変化させる。比較回路がこの相違
を検出し、液面を表示する計器もしくは液面を変化させ
る。ための装置（プランジャなど）のいずれか一方、ま
たは、双方を駆動させる。

本発明の液面を側定するための装置は、迅速で、高信
頼性を有する、極めて敏感に反応する装置である。この
装置は、液面（液体の水準）を極めて精密に測定し、そ
れに従って極めて精確にその水準を維持することができ
る。現在、本発明によって製作された液面測定装置は、
少なくとも±0.5ミル（±0.005インチ＝0.125mm）の範
囲内で液面を測定し（維持する）ことができる。

すなわち、本発明の立体造形の方法および装置は、形
成される各層のサイクル時間を著しく短縮し、寸法精度
を向上させ、未処理強度および最終硬化強度を増大させ
る。

本発明の具体的態様は、硬化手段に露出することによ
り硬化可能な重合性液体の複数の層から３次元物体を形
成する、上記（ｂ）〜（ｄ）の工程を複数回繰り返し
て、物体を形成する立体造形方法において、前記平滑化部材が、いずれの方向にも掻き取りができ
るように形成されており、上記掃引工程が、（c1）過剰な重合性液体を除去し、前記物体の所望の厚
さの第一の層を形成する際、第一の方向に該平滑化部材
を掃引する工程、および（c2）過剰な重合性液体を除去し、前記物体の所望の厚
さの第二の層を形成する際、前記第一の方向とは反対の
第二の方向に該平滑化部材を掃引する工程を含む形成工
程を特徴とするものである。

また、本発明のもう一つの具体的態様は、硬化手段へ
の露出により硬化可能な重合性液体の連続的に形成され
た複数の層から３次元物体を形成する立体造形方法であ
って、（ａ）容器内に含まれる浴として前記重合性液体を供給
する工程、（ｂ）物体支持台または先に形成された層の水平表面の
上に重合性液体の層を形成する工程、（ｃ）上記重合性液体の層から過剰な重合性液体を除去
し、所望の厚さの層を形成するように該重合性液体の層
の上に平滑化部材を掃引する工程、（ｄ）上記所望の厚さの層に硬化手段を選択的に施し、
それによって、前記物体の次の層を、該物体の先に形成
された層の上に形成し、この層に付着させる工程、およ
び（ｅ）上記（ｂ）〜（ｄ）の工程を複数回繰り返して、
前記物体の複数の付着した層から該物体を形成する方法
において、上記掃引工程が、過剰な重合性液体を除去して所望の
厚さの一つの層を形成する際、第一の方向と該第一の方
向とは反対の第二の方向に前記平滑化部材を掃引する工
程を含むことを特徴とするものである。

さらに本発明は、これらの方法を実施するための構成
を備えた装置を特徴とするものである。

本発明の上記その他の目的および効果は、例示的な実
施例の添付図面と併せて、以下、詳細な説明によってさ
らに明らかにする。

図面の簡単な説明第１図は、本発明の特徴を具体化した立体造形システ
ムの断面図である。

第２図は、第１図に示す実施例をさらに説明する第１
図のシステムの斜視図である。

第３図から第６図は、立体造形の手順の各段階におけ
る第１図に示す槽の略断面図である。

第７図は、本発明に従って製作された三次元物体の斜
視図である。

第８図は、本発明の液面測定装置の好ましい実施例を
備えた立体造形装置の一部の斜視図である。

第９図は、本発明の好ましい実施例の側面立面図であ
る。

第10図は、液面および入射角を変化させた条件のもと
での本発明の好ましい実施例のレーザビームがとる光路
の側面立面図である。

第11図は、本発明の好ましい実施例で使用される２セ
ル型光検出器の正面立面図である。

第12図は、本発明の好ましい実施例の２セル型光検出
器と関係する電子部品のプロック図である。

第13図は、閉鎖容積問題の説明図である。

第14図は、ブレードギャップ設定用のねじ山付伸縮自
在針の説明図である。

第15図は、ブレードに取り付けられた針の拡大図であ
る。

第16図は、ブレード移動方向の迎え角を有するブレー
ドの断面図である。

第17図から第19図は、第16図のブレードの別様の断面
形状の説明図である。

第20図は、水準検出フロートの別様の形状の説明図で
ある。

第21図は、フロートを含む水準検出装置の説明図であ
る。

第22図は、第21図の装置の光検出器の説明図である。

第23図は、SLA−250で使用されている再コーティング
用ソフトウェアのフローチャートである。

実施例第１図および第２図は、本発明の特徴を具体化した三
次元物体を形成するための立体造形システムを図式的に
示すものである。これらの図面に示すように、槽10は重
合性液体の浴11を入れるために備わっている。物体支持
台12は、槽10内に配置されており、モータ（図示せず）
によって槽内を上下するようにフレーム要素13および14
によって適合されている。支持台12は、そこに本発明に
従って三次元物体が形成される部位である水平表面15を
有している。槽10には、その一方の壁面の上部にトラフ
16が設けてあり、トラフ内にはプランジャ17またはピス
トンが配置されており、槽10内の重合性液体の上面20の
水準を制御するためにモータ18によって上下される。

浴11の上面20の水準は、ある角度で上面20に向けられ
ているHe−Neレーザなどの線源21および、２セル型検出
器などが可能である放射線検出器22によって検出され
る。検出器22の位置は、He−Neレーザからの放射線を受
けるように上面20に関して余角をとるように調整され
る。モータ18によるプランジャ17の移動を制御するため
に制御システム23が備えられている。

コンピュータ制御放射線源24が浴11の上方に配置され
ており、浴11の上面20に既定のパターンで紫外線その他
の種類の硬化放射線などの硬化媒質を発し、その放射線
が作用した部分の支持台上の層の重合性液体を硬化させ
る。線源24の移動および動作ならびに物体支持台12の上
下動は、以下に詳述するように、本発明のシステムのコ
ンピュータ制御システム25の一体部分である。

槽10の上部にドクターブレード26が装備されており、
槽の上部を水平方向に移動するように適応されている。
ブレード支持27は、槽10の一方の側面に沿って配置され
たレール30および31に滑動できるように設置されてい
る。ねじ山付駆動軸32がブレード支持27のねじ山付通路
（図示せず）を通っており、モータ33による軸の回転に
よってブレード支持27が移動し、それによりブレード26
が槽の上部を水平に移動する。

第１図および第２図に示した立体造形システムの動作
は、一連の図面、第３図から第６図によく示されてい
る。まず第３図において、物体支持台12が、その水平表
面15が浴の上面20からわずかな距離に位置するように重
合性液体の浴11内に位置決めされることから立体造形の
手順は始まる。この距離は、硬化される重合性液体の層
の希望の厚さよりも大きい。水平表面15のすぐ上の重合
性液体の層が、硬化した時に、三次元物体の最初の固体
層を形成する。

プロセスの次の段階は第４図に示される。物体支持台
12は、水平表面15上の重合性液体の層34が浴11の上面20
より上に保たれるように引き上げられる。この重合性液
体は比較的粘性のある液体であり、そのため、層が浴か
ら引き上げられた時に、支持台12の水平表面15の縁から
すぐに流出しない。ドクターブレード26が水平方向に移
動し、その下縁35が層34から余分な重合性液体を掻き取
り、上部作業面36を平滑にする。作業面36に希望の水準
を付与するために適切なブレード速度が経験的に決定さ
れる。ここで「作業面」とは、支持台12上にある重合性
液体の、紫外線その他の適当な放射線である硬化媒質を
当てる、硬化させる作業が行われる面を意味する。さら
に、平滑な水準34を付与するために特定の速度でドクタ
ーブレード26による１以上のパスが必要な場合もある。
通常のブレード速度は、ほぼ毎秒、１〜10インチ（2.54
〜25.4センチ）の間であろう。低粘度の重合性液体が使
用される場合は、硬化するまで液体を留めておく囲い枠
を用いてもよい。

層34の作業面36がドクターブレード26によってならさ
れた後、物体支持台12は第５図に示すように浴11中に下
げられ、層34の平滑作業面36は浴11の上面20と同じ高
さ、すなわち同一平面となる。層34を囲む浴11の重合性
液体は、本質的に層34の外周を支持する壁となる界面37
を形成する。物体支持台12および層34の浴11への浸漬に
よって生じる作業面36または浴11の上面20のいずれの乱
れも、比較的わずかであり、すぐにおさまる。

コンピュータ制御放射線源24は、上面の何らかの乱れ
を解消するために短い遅延をもって作動され、好ましく
は紫外線その他の適切な放射線である硬化媒質を既定の
パターンで層34の作業面36上に当て、放射線が作用する
部位の重合性液体を硬化させる。層34は十分に硬化さ
れ、以後同様にして作成される付加的な層を支えるため
に、また、立体造形が終わり最終硬化前の成形物体の取
扱いを容易にするために必要な未処理強度を得る。

層34の照射後、物体支持台12はさらに、第６図に示す
ように引き下げられ、浴11から重合性液体が先行の硬化
層34上に流入し、新しい層38を形成し、プロセスの新た
なサイクルが開始される。

上述のようにして、一連の重合化した層が第１図に示
すように積層され、このとき各層は事実上、所望の三次
元物体40の薄い断面となっている。個々の層の厚さは、
重合性液体の組成および粘度ならびに硬化放射線媒質の
性質および強度にもとづいて変更できる。しかし、通常
の厚さは、約0.005から0.01インチ（0.125〜0.254mm）
までの範囲である。前述の立体造形システムによって形
成された最終三次元物体40は、槽10から取り出され、三
次元物体の境界表面内に残っている未硬化材料の硬化を
完了させるためにさらに処理が行われる。必要な場合、
サンダ仕上げなどの表面仕上げを行ってもよい。

本発明では、広範な硬化媒質と同様、各種の重合性液
体が使用できる。しかし現在のところ、アクリル樹脂な
どの光重合性液体が、その硬化のための紫外線とともに
好ましい。好ましくは、重合性液体の粘度は、100セン
チポアズを超えなければならず、約1000〜6000センチポ
アズの範囲が好ましい。

本発明の好ましい実施態様の一例として、本出願人に
よって開発された、第１図および第２図に概略的に示さ
れたコンピュータ制御立体造形システムが、第７図に示
した三次元物体を形成するために使用された。この物体
の底面は8.25×8.25インチ（20.9cm×20.9cm）、最大高
さは約４インチ（約10cm）、最小高さは約インチ（約2.
54cm）であった。肉厚は約0.25インチであった。重合性
液体は、デソト・ケミカル・カンパニー社製の4112−65
樹脂と称する比較的粘調な樹脂を使用した。その液体の
温度は約30℃に維持された。作成する各層の厚さは約0.
02インチ（約0.5mm）であった。

本発明の特徴を具体化する以下の工程により各層を作
成した。立体造形システムの物体支持台4112−65樹脂の
浴中に沈め、希望の厚さよりも厚めの重合性液体の初層
を形成するために液状樹脂を支持台の表面上に流入させ
る。支持台を引き上げ、その初層が浴よりも上にあるよ
うにする。毎秒約１インチ（約2.54cm）で移動するブレ
ードが１パスで約0.1インチ（約2.54mm）の重合性液体
を掻き取り、支持台の支持表面に約0.02インチ（約0.5m
m）の重合性液体を残す。支持台はその後、層の平滑な
作業面が、浴の上面と同じ高さになるように下げられ
る。層は、約15ミリワットの出力で約325ナノメートル
の波長で放射線を発するHe−Cdレーザからの紫外線を受
ける。各層のサイクルの合計時間は約35秒であった。従
来の方法によりこうした部品を製作するための時間は、
層サイクル当たり約165秒であった。この実施例におい
て本発明の実施態様を利用することにより節約された合
計時間は、約7.5時間であった。

次に、第８図について説明する。本発明の水準側定の
面に関する好ましい実施例が、樹脂層30の使用液体20
（デソト＃65などの紫外線硬化性感光性重合体）の水準
を測定するために立体造形装置10に付属されて示されて
いる。第８図に示す立体造形装置は、本発明の好ましい
実施例の追加および関連装置とは別であり、米国特許第
4,575,330号（すでに参照により一体を成している）に
示されており、頭字語SLA−１の名称により3Dシステム
ズ社によって販売されている商用立体造形装置に見られ
る基本的な形式を有している。

立体造形装置10は、樹脂槽30の壁60にある通路50によ
って樹脂槽30と連絡している副槽40が付加されている。
副槽の寸法は、本発明の好ましい実施例では７×４イン
チ（17.78cm×10.1cm）である。使用液体20が、樹脂槽3
0および副槽40を満たしている。使用液体は、副槽から
樹脂槽へ、また逆に、樹脂槽から副槽へ、自由に流れる
ことができる。樹脂槽（従って、副槽）の液面は、部品
（立体造形により製作される物体を「部品」と称する）
の立体造形製作を実行するために既定の水準に精確に管
理されなければならない。本発明の装置は、図示された
好ましい実施例の形式により、この目的を達成する。

副槽40の側面下方の樹脂槽30にヘリウム−ネオンレー
ザ100が装備されている。このレーザは、その出力ビー
ムが副槽の側面に沿って真上に発せられるように調整が
行われている。本発明の好ましい実施例では、ユニフェ
ーズ社の1508レーザは良好であった。ユニフェーズ1508
レーザは、その低価格、小型であること、および、低出
力要求条件を理由に選択された。このレーザから発する
光は使用液体を重合化させない。

ヘリウム−ネオンレーザの出力ビーム110は、副槽上
方の張出しに取り付けられた鏡120（ロリン・オプティ
クス社＃60.21）に向けて上方に発せられる。この鏡
は、第９図でよくわかるように、副槽40の使用液体の表
面70への第１の光路に沿ってビームを屈折させる。ビー
ムは、表面70に対して角度βで使用液体の表面にぶつか
る（入射角は90°−βである）。角度βは、ビームの検
出可能成分が第２の光路114に沿って反射されるような
値を持つ。角度の可変範囲は、使用液体およびレーザの
特性ならびに槽の寸法にもとづいて、その第２の光路の
要求条件に適合する。ここで説明する好ましい実施例で
は、この角度は15°である。

本明細書に説明する装置は、樹脂槽ではなく、副槽の
樹脂の水準を測定する。これは、部品製作の各サイクル
で部品または支持体が樹脂表面を通過する時に主槽に気
泡その他の表面の乱れが生じる恐れがあるので、有利だ
からである。こうした気泡その他の表面の乱れにビーム
が当たった場合、ビームが誤った角度で樹脂表面から反
射する原因となる可能性がある。他の表面の乱れは、誤
ったビームの屈折の原因となり得る浸漬部品の上部に生
じるかもしれず、こうした乱れを平滑にするために時間
がかかることになる。これらは樹脂のふくれ、または、
ブレードの引きのために、再コーティングにおいてブレ
ードにより過剰な樹脂が押し出されてしまった領域を含
む。こうした問題は、閉鎖容積部分を有する、または、
大形の平坦な水平表面を有するある種の部品形状の場合
に特に深刻となるが、そうした形状については後に詳述
する。副槽の樹脂の水準を測定することにより、上記の
問題は、最小限になるかまたは完全に解決される。

使用液体の表面70からの反射後、ビームは、ビームが
液面70にぶつかった時の液面に対する角度と同じ角度で
第２の光路114に沿って戻る。その後、ビームは、鏡120
と反対側の副槽40の側面のプランジャーハウジング85に
取り付けられた２セル型光検出器130に当たる。鏡は、
液面が希望の高さにある時ビームが２セル型光検出器13
0に当たるように調整される。鏡は、液面が希望の高さ
にある時にビームを使用液体の表面から２セル型光検出
器に反射させるように調整された後は、移動または回転
することはない。

第11図に示すような、良好な２セル型光検出器は、シ
リコン・ディテクター・コーポレーション社製の、製品
番号SD113−24−21−021として知られているものであ
る。他の製品および大きさの２セル型光検出器も満足で
きるであろう。ハママツ二次元PSD（S1544）や二次元ラ
テラルセル（S1B52）といった線形PSD（位置検出器）も
適応できるであろうし、長さ単位で大量の出力を測定し
表示することを目的とする装置の場合には好ましいかも
しれない。２セル型光検出器は２の並列光電池140から
成る。２セル型光検出器は、並列光電池140が一方が他
方の上にあり、両方の光電池が液面より上にあるよう
に、プランジャハウジング85に取り付けられている。光
検出器は、第２の光路114と直角に交差するように傾け
ることができ、これは第９図および第12図でよくわか
る。こうすることにより、光検出器のビームの輪郭を、
ビームが本来円形の輪郭であった場合に、楕円になら
ず、円になるようにできる。

液面がカール、加熱などによる収縮のために上下した
場合、ビームは表面70の異なる点に当たる。従って、ビ
ームは２セル型光検出器の異なる点に当たる。ビームの
この作用は第９図の影線で示されており、図では使用液
体の低位水準80はビームを第２の光路150に沿って反射
し、２セル型光検出器に対して低位の点にぶつかる。

液面の変化はこの作用を図示するために誇張されてい
るが、本発明の好ましい実施例は、既定の高さにその水
準を維持するために液面を測定するものである。水準の
変化は、そうした水準の変化が以下の説明するようにす
ばやく補正されるので、ごくわずかである。液面の所与
の変化は、値βにかかわらず、ビームが２セル型光検出
器にぶつかる点で同じ変位を生じる。第10図は、水準82
から高位水準84への液面の変化の結果を図示している。
水準82と84との間の差は垂直距離ｄである。２の異なる
ビームは、第１の光路151および152に沿って到達し、そ
れぞれ、角度β１およびβ２で液体の表面にぶつかるこ
とが示されている。（第１の水準82についての）第２の
光路153および154は、垂線Ｐの同一の点Y1に交わるよう
に設定されている。液面が水準84まで上昇すると、ビー
ムはそれぞれ第２の光路155および156をたどる。単純な
三角法による計算は、両方の第２の光路155および156は
垂線Ｐの同一の点Y2に交わり、Y1とY2との間の垂直距離
は液面の垂直変化、値ｄの２倍であることを示してい
る。従ってβの変化は、本発明に従って液面を側定する
方法の精度に影響しない。選択するβの値は、主とし
て、装置の制約条件内のビームの良好な反射を得る角度
に依存する。

液面の変化は、２セル型光検出器によって発せられた
電気信号の変化をもたらす。２セル型光検出器の光電池
140は、厚さ１ミル未満の狭いスリット160によって分離
されている（第11図参照）。２セル型光検出器がレーザ
によって照射されていない時、または、レーザビームが
光電池140の間のスリット160を精確に中心としていない
時は、両方の光電池の出力は等しい。ビームが移動して
他方のセルではなく一方のセルに当たるようになった場
合、出力は等しくなくなる。比較回路による不等出力の
比較は、以下に述べるように、プランジャ95を駆動させ
るために、ステップモータ90に送られる信号を生じる。
プランジャ95（第９図参照）は、液面を維持するために
必要に応じて上下する。

プランジャは、液面を空間的にほぼ一定の水準に維持
する。これは、レーザビームの焦点を保つために有利で
ある。部品製作の各サイクルで槽に新しい樹脂を供給す
る何らかの樹脂供給システムの場合のように、水準が変
化できるようになっている場合、レーザは新しい水準に
ついて再び焦点を合わせされなければならないであろ
う。

第12図について説明する。光電池140の電流出力205お
よび207は、各光電池の出力を０〜2.5ボルトの間の電圧
に変換する電流／電圧変換器200に供給される。電流／
電圧変換器200の２の電圧出力215および217（各光電池1
40が各自の出力を有する）は減算器220に供給され、そ
こで電圧出力は減算される。基準電圧の加算により（図
示せず）、電圧出力215と217との間の差は、０〜＋５ボ
ルトの間の信号225である。液体が希望の水準にあれ
ば、信号225は＋2.5ボルトになる。信号225は、アナロ
グ／ディジタル変換器230に送られ、そこで信号はディ
ジタル信号235に変換され、コンピュータ240に送られ
る。コンピュータ240は、信号235を希望の液面の既定の
ディジタル信号と比較し、ステップモータ制御装置245
を起動させる。ステップモータ制御装置245は、次に、
液面を希望の値に戻すために液体を変位させるためにプ
ランジャ95を上下に移動させるステップモータ90（好ま
しい実施例では、ミナリック・エレクトリック社のLAS3
802−001ステップモータ）を作動させる。

コンピュータは、最初の浸漬動作の後ただちに液面を
測定するようにプログラムされており、この動作におい
て、部品は、支持台を液体中に深めに動かして浸漬され
た後、支持台は引き上げられ、部品上に次の層を描く。
液面は、製作プロセスにおけるこの特定時間にのみ測定
され制御される。コンピュータは、この特定時間にのみ
信号235を基準電圧と比較し、ステップモータ制御装置2
45がステップモータ90を動作させる時間および方向を決
定する、ステップモータ制御装置245への信号242を生成
する。

本発明の再コーティング装置の補助的な実施例では、
ブレード再コーティングプロセスに関連したいくつかの
パラメータを変更できる能力が備わっており、これらの
パラメータには、ドクターブレードと槽の樹脂浴の表面
との間の距離であるブレードギャップ、ブレードと部品
上部との間の距離であるブレードクリアランスがある。
通常、ブレードクリアランスは、形成される次の層の層
厚さと同じであるが、そうでない場合もある。

ブレードギャップの最適な大きさは、いくつかの検討
事項の比較考量によって異なる。大きなブレードギャッ
プは、平滑になるのに時間を要し、樹脂浴の表面にしわ
を生じる恐れがあるので問題である。これがそうした問
題となる理由は、ブレードギャップが、部品の上部を掻
取りのために樹脂表面より上に引き上げなければならな
い程度および、その後に、次の層の硬化が始められる前
に部品の上部を下げなければならない程度を決定するか
らである。例えば、ブレードギャップが125ミル（3.125
mm）、希望のブレードクリアランスが20ミル（0.51mm）
である場合について説明すると、部品は、その全体を液
体中に深めに浸漬された後、掻取りのために樹脂表面よ
りも高く引き上げられる。具体的には、ブレードクリア
ランスが20ミル（0.51mm）であるから、部品の上部は掻
取りが始められる前に樹脂表面よりも105ミル（2.67m
m）だけ引き上げられなければならない。その後、硬化
が始められる前に作業面となる樹脂浴の表面まで、すな
わち125ミル（3.175mm）だけ下ろし、それにより部品の
上部は樹脂表面下20ミル（0.51mm）にあるようになる。
部品上部の移動が大きくなればなるほど、支持台および
支持体ならびに部品の他の部分による液状樹脂内外への
移動による樹脂表面に生じ得る乱れは大きくなる。この
乱れは上述では「しわ」と述べた。これらのしわは、通
常、樹脂と部品との界面で生じる。

ブレードギャップが小さい場合も問題である。ブレー
ドギャップが小さくなればなるほど、通常、ドクターブ
レードが所定の掻取りで大量の樹脂を押し出すことにな
るからである。例えば、ブレードギャップが０ミルであ
り、ドクターブレードが浴の表面で正確に保たれている
場合、上述のしわの問題は低減できるかもしれないが、
ドクターブレードは、槽の表面全体から樹脂を掻き取ら
なければならないかもしれない。これは樹脂のわずかな
波を生じ、槽の側面にあふれさせ、樹脂表面の気泡を生
じ破裂させる可能性がある。

25ミル（0.64）のブレードギャップが上述の両者の問
題の良好な妥協点となることがわかっている。通常、ブ
レードギャップは部品製作前に一度設定すれば、その
後、部品製作を通じて一定に維持される。

変更が有利である別のパラメータは、ブレードクリア
ランスである。しかし、ブレードギャップと異なり、ブ
レードクリアランスは、部品製作前に一度だけではな
く、部品製作においてブレードクリアランスを変更でき
ることが望ましい。

可変ブレードクリアランスは、段階再コーティングが
可能になるので有利である。段階再コーティングは、各
掻取りで異なるブレードクリアランスおよび、おそらく
異なるブレード速度によって、所定の層の再コーティン
グのためにブレードの多数の掻取りが使用される場合で
ある。例えば、次の層の層厚さが20ミル（0.51mm）であ
るとすれば、段階再コーティングプロセスでは、ブレー
ドクリアランスは、第１の掻取りで60ミル（1.52mm）、
第２の掻取りで40ミル（1.02mm）、第３の掻取りで20ミ
ル（0.51mm）としてもよい。その結果、各掻取りで、再
コーティングに単一の掻取りが使用された場合に比べて
少量樹脂が掻き取られ、再コーティングに単一の掻取り
が使用された場合に比べてブレード前面に樹脂のふくれ
が生じることが少ない。ブレード前面に大きなふくれが
生じることは、閉鎖容積の樹脂がブレードとぶつかった
場合に問題となる。閉鎖容積がある場合、重力により、
ブレードの下に大きなふくれの樹脂が流れ込み、ブレー
ドの跡に形成される平滑な層の希望の層厚さを乱す可能
性がある。最初の時にふくれを生じさせなければ、この
問題はそれほど深刻にはならないであろう。この問題
は、第13図によって示すことができ、掻取り途中のブレ
ード300が示されている。部品304は、ブレードクリアラ
ンスとなる距離303だけブレードより下に下げられてい
る。平滑な樹脂層301は、ブレードの跡に形成される
が、参照番号302で指示された余分な樹脂のふくれがブ
レードの前面に生じる。ブレードが参照番号305で指示
された閉鎖容積の樹脂にぶつかった時、ふくれ302が十
分に大きい場合、ふくれによる樹脂は、指示されている
ようにブレードの下に流れ込み、平滑な層301の形成を
乱す恐れがある。この作用は、ブレードが部品の平坦な
水平表面を移動している場合は、樹脂がブレードの下に
流れ込む余地が少ないので、それほど大きくない。

変更できるもう一つのパラメータは、ブレード速度、
それも特に、各掻取りについて異なる速度が指定できる
段階掻取りにおけるブレード速度である。部品形状に合
わせてブレード速度を設定できるようにすることが有利
である。ブレードが部品の大きい平坦な水平領域を移動
している場合、ブレードの移動が速すぎれば、引張りに
よって過剰な樹脂が掻き取られる恐れがあり、それはブ
レード下の樹脂を個別の速度で動かすことになる。例え
ば、ブレードが毎秒５インチ（12.7cm）で動いている
時、ブレード下１ミル（0.025mm）の樹脂は毎秒４イン
チ（10.2cm）で、さらにその下の樹脂は毎秒３インチ
（7.6cm）で動かされるかもしれない。ある場合には、
平坦な領域でも引張りが相当深刻になり、すべての液状
樹脂がブレードによって掻き取られるかもしれない。従
って、大きい平坦領域では、上記の問題が生じないよう
にブレード速度を減速することが望ましいであろう。

他方、閉鎖容積の上では、ブレードが過度に緩慢に移
動した場合、これは、ふくれの樹脂がブレードの下に流
れ込むのに多くの時間がかかることになる。従って、閉
鎖容積の上では、樹脂が流れ込むだけの時間がないよう
にブレードの移動速度を高めることが望ましい。しか
し、速度を過度に高めると、樹脂の波がブレードの前面
に形成れ、気泡を生じたり破裂させたりする恐れがある
ので、速度を過度に高めることはできない。

残念ながら、部品製作中に、部品形状にもとづいて動
的にブレードの速度を変化させることは難しい。しか
し、段階再コーティングの各掻取りについて可変速度が
付与された場合、各掻取りのブレード速度および掻取り
数は、通常の部品について上述の問題を最小限にするよ
うに選択できる。例えば、大きな平坦な領域と閉鎖容積
が合わさっているような一定の部品の場合、各掻取りで
比較的緩慢なブレード速度により５〜10の範囲で、層ご
とに多数の掻取りを使用することが望ましいかもしれな
い。多数の掻取りにより、各掻取りで少量の樹脂だけが
押し出され、その結果、閉鎖容積にぶつかった時でもふ
くれが生じてブレードの下に流れ込むことができなくな
る。他方、緩慢なブレード速度による、大形の平檀な水
平部品の表面から樹脂を過度に押し出すという問題は、
最小限になる。これは、ブレードがすべての樹脂を掻き
取るほど十分に引張りを生じることができないからであ
る。さらに、緩慢なブレード速度は、大きなふくれが形
成できないので、閉鎖容積の上では問題とはならず、緩
慢なブレード速度でもブレードの下に流れ込む樹脂の問
題はほとんど、または、まったく生じない。

掻取り開始前に部品が樹脂中に過浸漬される程度を変
化できることも有利である。前述のように、部品は、通
常、次の層の希望の層厚さよりも大きい厚さだけ樹脂の
表面に下に浸漬される。例えば、本発明の譲受人であ
る、3Dシステムズ社により製造されているSLA−250とし
て公知のSLAの商用実施例では、好ましい層厚さは1/2mm
以下である。SLA−250−では、部品は、通常、樹脂中に
8mm過浸漬され、この厚さは適常の層厚さの数倍であ
る。従って、層厚さに応じてこのパラメータを変更でき
ることが望ましい。

通常の再コーティングサイクルは、以下の段階を含
む。１）部品の深い過浸漬、２）樹脂表面の水準の検出
および調整、３）浸漬の引き上げ、４）掻取り、５）表
面が安定するまでの遅延。層厚さより大きい厚さの過浸
漬は、掻取りにおいて平滑にできる部品の上部に樹脂の
ふくれが生じることを保証するだけでなく、段階２）の
樹脂の水準検出を妨げる可能性のある表面の乱れが高速
に平滑になることを保証する。部品が表面近くに浸漬さ
れた場合、部品の上に形成し得る何らかの表面の乱れが
平滑化するために、より多くの時間がかかるであろう。
これは、部品の上部と樹脂との間の「通路」が小さくな
り、乱れを平滑にするのに必要な樹脂の動きを制限する
からである。従って、層厚さよりも大きい過浸潰によ
り、水準検出はそれに応じてさらに精確になる。さら
に、過浸漬が１層の厚さに制限された場合、1/2mm（約2
0ミル）以下の薄い層厚さはあまり望ましいものではな
いだろう。しかし、こうした層厚さは、高分解能による
ある種の部品を製作するには必要かもしれない。従っ
て、深い過浸漬はまた、この範囲での薄層を使用するこ
とを容易にする。

すなわち、この実施例では、ブレードギャップ、ブレ
ードクリアランス、過浸漬の深さおよびブレード速度を
変化できる能力、ならびに、段階再コーティングを使用
できる能力は、特定の部品形状に合わせた特注のブレー
ド再コーティングを改善させるための手段を付与し、そ
れにより、これらの形状に関した特定の問題を克服する
ことができる。

補助的な実施例において、ブレード設計をさらに効率
的にするために変更することができる。SLA−250では、
ドクターブレードの断面は1/8インチ（3.175mm）の幅を
有する方形である。さらに、ブレードは、ブレードおよ
びその支持体が片持ちばりに似たようにブレードの移動
を案内する支持レールと一端だけで支持されている。こ
れは、フラッタおよびねじれとして公知の問題を生じる
可能性があり、それはブレードの不支持端の揺れやねじ
れとなり、不均一な層厚さなどの再コーティングプロセ
スの不具合につながる。不支持端がなじれや揺れを生じ
る程度は、ブレード長の平方に比例する。生じ得る付加
的な問題は、この問題によるブレードギャップの設定で
ある。このプロセスは、それぞれが不具合を生じ得る多
数の段階を含んでおり、また、時間のかかるものであ
る。さらに、そのプロセスは、トルクを与えることにな
るねじを回転する必要があり、従って、ブレードを変形
させる。

やはり3Dシステムズ社によって開発された、SLA−500
として公知の立体造形システムの新しい商用実施例で
は、ブレードは、SLA−250で用いられているブレードか
ら設計し直されている。

初めに、ブレードギャップの設定をより容易に得るこ
とを可能にするために、マイクロメータねじがブレード
の各端に付与されており、このねじが、樹脂表面上にブ
レードの各端の高さがブレードにトルクを与えることな
く1/2ミル（0.0125mm）の許容差で公知の値に独立して
調整されるようにする。

さらに、ねじ山の付けられた伸縮自在な針がブレード
の各端に一つずつ備わっており、各針はブレードの底面
から既知の距離だけ出るようになっており、その距離は
期待のブレードギャップに等しい。現在のところ、針は
ブレードの底面から25ミル（0.635mm）出るようになっ
ている。異なるブレードギャップが希望であれば、異な
る量だけ伸びる針を使用することができる。

このような針は第14図および第15図に図示されてい
る。第14図は、両端に針401および402が備わっているブ
レード400を示している。第15図は、ブレードに取り付
けられた針の一方の拡大図である。図示されたように、
針は、ブレードの底面408から距離404だけ出ている延長
部分403を有している。SLA−500では、この距離は25±
0.5ミル（0.635±0.0125mm）である。図のように、針
は、好ましくは、60回転／インチ（23.6回転/cm）のマ
イクロメータねじであるねじ山部分405を有している。

ブレードの針取付部は参照番号409で識別されてい
る。図のように、取付部は、ブレードの底面から針が出
る程度を制御するための、針のねじ山部分がねじ込まれ
ることができるねじ山部分406および止め407を有してい
る。

ブレードギャップを設定するには、針が適切な量だけ
出るまでブレードの中に針をねじ込むことにより取り付
け、ブレードの一端のマイクロメータねじをその端の針
が樹脂表面に触れるまで回転する。これは、針の先端
が、1/4〜1/2ミル（0.0064mm〜0.0127mm）の範囲で接し
た時に樹脂表面と容易に観察できる大きなメニスカスを
形成するので、目視により容易に判断できる。従って、
針は1/4〜1/2ミル（0.0064mm〜0.0127mm）の許容差で表
面に位置させることができる。次に、ブレードの他方の
端のマイクロメータねじを、その端の針が樹脂表面に触
れるまで調整する。その後、ブレードを引き上げてか
ら、両方の針が同時に表面に接するかどうかを調べるた
めに引き下げる。同時に接しない場合は、接するように
なるまで上記のサイクルを繰り返す。両方の針が同時に
表面に接すれば、ブレードギャップは設定されたとみな
し、針はねじ込まず、それ以上出さない。しかし、針は
ブレードの重さが同一であるように取付部に保持され
る。

針はブレードに取り付けるための他の手段も、ラチェ
ット機構で使用されているものに類似の戻り止めピンお
よびレリースボタンの使用を含め、可能である。

ブレードのねじれや揺れを低減するために、第２のレ
ールを付加して、レールの各端がそのレールによって支
持されるようにすることができる。これは、ブレードの
不支持端のねじれや揺れを低減または解消するであろ
う。

こうした二重レール支持により、ブレードは、強度を
増すとともに、ブレード中央の揺れを低減するために厚
くすることができる。厚いブレードは、より大きくたわ
むので、１つの支持だけでは支持できないかもしれな
い。現在、SLA−500のブレードは、幅1/8インチ（3.175
mm）、3/16インチ（4.76mm）および1/4インチ（6.35m
m）のものが入手できる。

さらにまた、第16図に示すように、ブレードの断面は
変更することができ、長方形である必要はない。まず、
ブレードの底面は、底面付近のブレードの非水平な縁が
参照番号506および507で指示されるような、それぞれ、
迎え角および離れ角として公知の、角を樹脂表面と形成
するように構成することができる。迎え角はブレードの
移動方向の角であり、離れ角は他方の縁の角である。こ
れらの角は、ブレードの下への樹脂の流れをいっそう改
善するために付加される。こうした角がない場合、ブレ
ードの下で乱れが生じ、気泡を生じる可能性がある。気
泡は、ブレード下をブレードとともに移動し、ブレード
が部品表面を掻き取った後に残る恐れがあるので問題で
ある。結果として、気泡は部品の不良を生じるであろ
う。ブレードの縁に角を付けることにより、ブレードの
下の圧力勾配が低減され、液体の分割を小さくし、従っ
て、乱れの発生および気泡の形成を少なくすることがで
きる。部品形状によるが、これらの角は５〜８°の間の
範囲とすることができ、また、迎え角は離れ角と異なる
ようにできることがわかっている。SLA−500の場合、６
°の迎え角が使用されている。

第16図のブレードは、どちらの方向にも掻き取りでき
るように相称形として示されている。または、移動方向
の迎え角によるいずれかの方向に選択的に掻き取るため
に非対称形のブレードを使用することも可能であろう。
その他のブレード構成も可能である。

第17図は、第16図のブレードで各頂角が曲線である場
合を示している。これは樹脂表面の乱れをさらに低減で
きるだろう。第18図は底面全体が曲面となっている例で
ある。第19図は底面が鋭利な頂角となっている例であ
る。

次に、SLA−500の水準測定装置について説明する。こ
の装置は、前述の２セル型光検出器によって生じる可能
性のある問題を解消している。前述のように、２セル型
光検出器は気泡の影響を受けやすい恐れがある。上記の
装置でこの問題を解決するために、気泡が形成されない
ように副槽が付加されており、樹脂の水準は副槽で検出
される。しかし、樹脂の層が米国特許出願番号第365,44
4号に記載されたような重質な不混和性液体上に支持さ
れる場合、副槽の水準は、仮定ではあるが、主槽の樹脂
の水準の正確な決定要素とはならないかもしれない。そ
の理由は、部品製作中に、主槽の樹脂が副槽に対して不
均等に消費される可能性があるからである。この不均等
さのために、副槽の液体は、全体として見た場合、主槽
の液体と同じ密度ではならなくなる。このことが副槽の
樹脂の水準を誤って高すぎるように示す原因となるかも
しれない。

この問題を解決するために、SLA−500では、前述の２
セル型光検出器ではなく、主槽の樹脂の水準を検出する
ためのフロートを含む装置が使用されている。このフロ
ートは、気泡の影響を比較的受けにくく、従って、副槽
ではなく主槽の樹脂の水準を検出するために使用できる
という利点がある。その理由は、フロートの側面に気泡
が付着してもフロートの重さ、それゆえ、フロートが浮
いている水準を変えることはないためである。従って、
副槽は必要とせず、フロートは、樹脂層が重質の不混和
性液体上に浮いている場合でも樹脂の水準を正確に検出
する。

フロートは多様な形状をとることができる。SLA−500
の場合、現在、そのフロートは、約50cc以上の容積を持
つ小型缶の形をしている。さらに、フロートは有利なよ
うにテフロン被覆されており、フロート上部に乗った
り、側面を濡らしたいずれの樹脂もすばやくはね落と
し、相当の期間フロートの重さをほとんど変えることは
ない。

気泡がフロートの下に滞留できたとしたら、フロート
の浸漬の程度を変えるので誤った水準測定を生じるかも
しれない。こうした場合、この問題を解決するために、
気泡を、フロートの下に滞留させない、第20図に示すよ
うな別のフロート設計が可能である。

SLA−500で現在使用されているフロート装置を第21図
に示す。図示されたように、装置は、フロート602、支
持棹603、軸受け604および光学検出回路605を有してい
る。図のように、支持棹はフロートに連結されており、
フロートは槽600内の樹脂表面601に浮いている。支持棹
はまた、軸受604を支点として上下に可動できる。SLA−
500では、軸受604は有利なように等級９の軸受となって
いる。

光学検出回路605は第21図に詳しく図示する。図示さ
れたように、回路は、支持棹603に結合されている部材6
051、それぞれ光線6056および6057を発する発光ダイオ
ード（LED）6052および6053、ならびに、それぞれ光線6
056および6057の遮断されていない存在を検出する光検
出器6054および6055を含んでいる。光検出器は、前述
の、光検出器の電気信号に応答して樹脂の水準を上下さ
せるためのプランジャその他の装置（図示せず）と電子
工学的に結合されている。

液面の何らかの変化は、フロートの対応した垂直変位
を生じさせる。これは次に、支持棹603を軸受604を支点
として傾斜させ、部材6051を液体の変位の大きさとなる
距離だけ垂直に移動させる。

図示のように、部材6051が２つの光線6056および6057
の間にあって、いずれの光線も遮断していない限り、遮
断されていない光線の存在がそれぞれ光検出器6054およ
び6055によって検出され、樹脂の水準は正しい高さにあ
ると推定される。光検出器の不良によって対応するLED
からの何らかの光線を拾って検出されることもあるの
で、部材6051が対応する光検出器への一方の光線の通過
を十分に遮断するほど傾けられた場合にのい、樹脂は誤
った水準にあると推定される。この場合、光検出器に電
気的に結合されたプランジャその他の装置は、樹脂の水
準すなわちフロートを正しい高さに位置決めするために
上下いずれかに動かされる。光検出器6054によって検出
される光線6056が部材によって遮断された場合は、樹脂
の水準は低すぎると推定され、その場合、樹脂の水準が
正しい高さまで上昇するまでプランジャその他の装置は
下げられる。光検出器6055によって検出される光線6057
が部材によって遮断された場合は、樹脂の水準は高すぎ
ると推定され、その場合、樹脂の水準が正しい高さまで
下げられるまでプランジャその他の装置は上げられる。
光線6056および6057の両方が同時に部材6051によって遮
断されることはない点に留意しなければならない。従っ
て、この装置は、樹脂の水準が正しくない高さである場
合に、その適切な対応が樹脂の水準を上げることである
か、または、下げることであるかに関して、暖味さはま
ずほとんど存在しない。

次に、SLA−250で使用される再コーティング用ソフト
ウェアについて説明する。フローチャートによるソフト
ウェアの仕様を第23図に示す。このソフトウェアを利用
する前に、使用者はまず、支持台の移動を制御するため
に用いられる一定のパラメータを指定しなければならな
い。これらのパラメータは、ZA、ZV、ZWおよびZDであ
る。米国特許出願番号第331,644号に詳述されたよう
に、支持台はPROCESSコンピュータとして既知のコンピ
ュータの制御のもとにある。ZAは、PROCESSコンピュー
タが支持台を加速または減速させる量である。ZVは、支
持台が得ることができる最大速度である。ZDは、支持台
を掻取り前に液状樹脂中に過浸漬させるための深さであ
る。前述のように、ZDは、通常、層厚さよりも大きい。
ZWは、安定化のための遅延であり、掻取り後に支持台が
下げられた後、槽の樹脂と同じ水準の部品の上部に樹脂
層の上面を付与するために、PROCESSコンピュータが待
機を指示される時間量である。PROCESSコンピュータ
は、部品上部の樹脂を硬化させる前にZWによって指定さ
れた時間量だけ待機する。

これらのパラメータのほかに、使用者は、層ごとに掻
取り数を示すSN、大域速度を意味し、すべての掻取りが
指定の速度で行われることを指示するGVといった、各層
または一定範囲の層についての他の変数を指定すること
ができる。使用者はまた、１から７の各掻取りに関する
それぞれ個別の速度であるV1からV7を指定することもで
きる。これらの値を設定することにより、使用者は、掻
取りごとに速度を変化させたいと指示することができ
る。

プロセスはステップ700に始まり、この場合、層Ｎが
描かれる。次に、ステップ701で、支持台は、ZAおよびZ
Vにより決定された速度でZDの深さだけ樹脂表面下に下
げられる。ステップ703では、支持台が動かされてから
樹脂を安定化させるために浸漬後の遅延が実施される。

ステップ704では、２セル型光検出器からの読みが得
られ、検出回路から導かれた偏り（BCVAL−BIASと識別
される）について補正される。その読みは、UPLIMと指
示される上限値およびLOWLIMと指示される下限値と比較
される。読みがこれらの２値の間にあれば、樹脂の水準
は正しい高さにあると推定される。

水準が正しい高さにあると仮定して、ステップ705で
は、フラグが設定されたかどうか検査される。フラグは
使用者が押すキーに応答して設定され、使用者が手作業
により槽に樹脂を促す、または、槽から除くことを指示
する。フラグが設定されていない場合、ステップ708
で、層Ｎ＋１の掻取り数SNが０より大きく、かつ、ブレ
ードあ掻取り中にぶつからないような安全な位置に支持
台があることを判定するために検査が行われる。支持台
の位置の上限は簡略記憶名NOSWIEEPで指示される。

これらの条件が満たされた場合、ステップ709におい
て、内部カウンタSWEEPがまず０に初期化されてから、
増分される。ステップ712で、ブレードが槽の前部にあ
るか後部にあるかを判定するために検査される。その時
槽の前部にあれば、ステップ713で、ブレードは、SWEIE
Pの現在値にもとづく速度で（SWEEPDISTにより指定され
た距離だけ）槽の後部に向かって掻取りを行う。

ブレードが槽の後部に達すると、通例、簡略記憶名LI
MIT SWITCHで識別されるスイッチを動作させる。リミッ
トスイッチが作動すれば、ステップ727で、SNにより指
定されたすべての掻取りがその層について実行されたか
どうかを判定するために検査が行われる。掻取りが行わ
れていなければ、ステップ709にジャンプして戻り、上
述のサイクルが繰り返される。

ステップ714に戻って、リミットスイッチが作動しな
い場合、ブレードは後部に向かって毎秒0.5インチ（1.2
7cm）の速度でゆっくりと移動し、リミットスイッチが
２秒以内に作動すれば、ステップ722にジャンプする。
それでも作動しない場合、プロセスはステップ721で終
了する。

ステップ712に戻り、ブレードが槽の後部にある場
合、ステップ717で、ブレードは現在の掻取り数の関数
であるはずの速度で槽の前部に向かって掻取りを行い、
その後、ステップ718で、リミットスイッチが作動した
かどうかを確認するために検査が行われる。スイッチが
作動すればステップ722にジャンプする。作動しない場
合、ブレードは前部に向かって毎秒0.5インチ（1.27c
m）の速度でゆっくりと移動し、リミットスイッチが２
秒以内に作動すれば、ステップ722にジャンプする。そ
れでも作動しない場合、プロセスはステップ721で終了
する。

支持台（および部品）が樹脂表面下に過浸漬された直
後の段階であるステップ704に戻って、樹脂の水準が正
しい高さにない場合、ステップ723において、樹脂の水
準が高すぎるのか低すぎるのかを確認するために検査が
行われる。BCVAL−BIASがUPLIMよりも大きければ、樹脂
の水準は低すぎるのであり、プランジャは下げられなけ
ればならない。ステップ724では、プランジャがすでに
槽の底にあるかどうかを確認するために検査が行われ、
プランジャが槽の底になければ、ステップ725および726
においてプランジャは下げられ、簡略記憶名PLUNGPOSで
識別されるプランジャ位置が更新される。ステップ727
で、樹脂を安定させるために遅延が開始され、再び樹脂
の水準を検査するためにステップ704にジャンプする。
その後、上述のサイクルが繰り返される。

ステップ724に戻って、プランジャが槽の底にある場
合、水準を上げるための唯一の方法は、槽に樹脂を加え
ることである。ステップ723で、水準が再び検査され、
水準がまだ低すぎるという場合、ステップ733および734
で、使用者は、手作業で樹脂を加えることを指示するキ
ーを押すように求められる。このキーが押されるまで、
プロセスはループに入る。キーが押されると、フラグ
（ステップ703で検査されるものと同じフラグ）が設定
される。使用者が当然のこととして樹脂を槽に足してい
る間、ステップ739でプロセスは樹脂の水準が現在水準
になるまでループに入る。樹脂の水準が現在水準になる
と、ステップ740で、十分な樹脂が足されたことを指示
するメッセージが使用者に示され、ステップ704にジャ
ンプする。

ステップ705に戻り、樹脂が加えられ、樹脂の水準が
正しい高さになった後に、フラグはリセットされなけれ
ばならない。この状態はステップ705および706で検出さ
れ、ステップ707でフラグはリセットされる。

ステップ723に戻って、BCVAL−BIASがLOWLIMよりも小
さい場合、樹脂の水準は高すぎることを示し、プランジ
ャは上げられなければならない。ステップ728で、プラ
ンジャがすでにその可能な最高位置にある（０で指示さ
れる）かどうかを確認するために検査が行われる。プラ
ンジャが最高位置になければ、ステップ729および730に
おいてプランジャは上げられ、簡略記憶名PLUNGPOSで識
別されるプランジャ位置が更新される。その後、ステッ
プ727で、樹脂を安定させるために遅延が開始され、ス
テップ704にジャンプする。

ステップ728に戻り、プランジャがすでにその可能な
最高位置にあり、それ以上上げられない場合、使用者は
槽の樹脂の一部を除去するように通告されるはずであ
る。ステップ741で樹脂の水準がまだ高すぎるかどうか
を判定するために検査が行われ、ステップ742および743
で、使用者は、樹脂を除去するように求めるメッセージ
が送られ、そのメッセージを認めるキーを押すように要
求される。キーが押されるまでプロセスはループに入
る。キーが押されると、ステップ744でフラグが設定さ
れ、その後、ステップ745で、使用者が樹脂を除去して
いる間、樹脂の水準は、適切な高さになるまで、検査さ
れる。樹脂の水準が適切な高さになるまで、プロセスは
ループに入る。樹脂の水準が正しい高さになると正しい
高さになると、ステップ746で使用者は樹脂の除去を停
止するように通知され、ステップ704にジャンプする。
ステップ705から707では、前述のように、フラグがリセ
ットされる。

水準測定は、各層で実施される必要はないが、１）熱
膨張、２）収縮、および３）支持台の支持によって生じ
た変位、のいずれかの理由で水準が変化した可能性があ
る場合には必要であることに留意しなければならない。
これらのいずれも存在しない場合、水準測定は各層につ
いて行う必要はない。

ステップ749に戻って、層Ｎ＋１のすべての掻取りが
実行されると、ZWである安定化のための遅延が開始さ
れ、ステップ750および751で、層Ｎ＋１のベクトルが計
算され、ステップ751でこれらのベクトルによって層が
描かれる。ベクトルの計算および層の描写に関する詳細
は、米国特許出願番号第331,644号に記載されている。

その後、上記のサイクルが部品の残りのすべての層に
ついて繰り返される。

以下に、SLA−500で使用されている、再コーティング
用ソフトウェアのバージョン3.60のリストを記載する。
このソフトウェアは、TURBOPASCALで書かれた以下のモ
ジュールを含んでおり、その各モジュールを記載する。

モジュール説明 UTLSWEEP.PAS 部品製作において掻取りを制御する。BUILDとともに
使用される。

SINSTEP.PAS 再コーティングにおける支持台の正弦波ステップを行
わぜる。

MACHINE.PRM 掻取りの入力／デフォールトパラメータを含む。

AUTOLEVEL.PAS 層の描写の問の水準測定を実行する。

UTLADJUST.PAS 部品製作前に樹脂の水準を設定するために使用され
る。

RECOATER.PAS BUILDの無関係な再コーティング動作を実行するために上記のプログラムを使用する。

フロントページの続き (72)発明者モドレク，ボルゾ. アメリカ合衆国カリフォルニア州、モントベロ、ネール、アームストロング、ナンバー、306、1640 (72)発明者セルクチェウスキー，アンドルジェイ、アール. アメリカ合衆国カリフォルニア州、ニューホール、ノースレインボー、グレン、26174 (72)発明者ジェイコブ，ポール、エフ. アメリカ合衆国カリフォルニア州、ラ、クレセンタ、パインリッジ、ドライブ、 5347 (72)発明者ルイス，チャールズ、ダブリュ. アメリカ合衆国カリフォルニア州、シャーマン、オークス、コディー、ロード、 3930 (72)発明者ルイス，マーク、エー. アメリカ合衆国カリフォルニア州、バレンシア、サイカモアー、クリーク、 27624 (72)発明者リラン，アブラハム. アメリカ合衆国カリフォルニア州、ノースリッジ、ビンセンス、ストリート、 18619 (56)参考文献特開昭61−114818（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−35966（ＪＰ，Ａ) 実開昭56−129862（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 67/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】硬化手段への露出により硬化可能な重合性
液体の連続的に形成された複数の層から３次元物体（4
0）を形成する立体造形方法であって、（ａ）容器（10）内に含まれる浴（11）として前記重合
性液体を供給する工程、（ｂ）物体支持台（12）または先に形成された層の水平
表面（15）の上に重合性液体の層（34）を形成する工
程、（ｃ）上記重合性液体の層（34）から過剰な重合性液体
（302）を除去し、所望の厚さの層を形成するように該
重合性液体の層（34）の上に平滑化部材（26,300,400,5
05）を掃引する工程、（ｄ）上記所望の厚さの層に硬化手段を選択的に施し、
それによって、前記物体の次の層を、該物体の先に形成
された層の上に形成し、この層に付着させる工程、およ
び（ｅ）上記（ｂ）〜（ｄ）の工程を複数回繰り返して、
前記物体の複数の付着した層から該物体（40）を形成す
る方法において、上記平滑化部材（26,300,400,505）が、いずれの方向に
も掻き取りができるように形成されており、上記掃引工程が、（c1）過剰な重合性液体（302）を除去し、前記物体の
所望の厚さの第一の層を形成する際、第一の方向（713,
717）に該平滑化部材（26,300,400,505）を掃引する工
程、および（c2）過剰な重合性液体（302）を除去し、前記物体の
所望の厚さの第二の層を形成する際、前記第一の方向と
は反対の第二の方向（717,713）に該平滑化部材（26,30
0,400,505）を掃引する工程を含む形成工程を特徴とす
る方法。
【請求項２】前記第一と第二の層が同じ層であり、前記
平滑化部材（26,300,40,505）が該第一の層の上で二回
掃引されることを特徴とする請求の範囲第１項記載の方
法。
【請求項３】前記第一と第二の層が異なる層であり、前
記平滑化部材（26,300,40,505）が各層毎に交互に反対
方向に掃引されることを特徴とする請求の範囲第１項記
載の方法。
【請求項４】前記平滑化部材（26,300,400,505）が、該
平滑化部材の下側面（408）と前記物体の先に形成され
た層の上側面との間の間隙（303）を形成すべき所望の
層厚よりも大きいものとしながら、過剰な重合性液体
（302）を除去するように掃引されることを特徴とする
請求の範囲第１項から第３項いずれか記載の方法。
【請求項５】前記平滑化部材（26,300,400,505）が、前
記浴（11）の上面（20）の平面よりも上の表面で掃引し
て、該物体の先に形成された層の上に位置する過剰な重
合性液体（302）を除去するように掃引されることを特
徴とする請求の範囲第１項から第４項いずれか項記載の
方法。
【請求項６】前記先に形成された層の上の前記平滑化部
材（26;300;400;505）の掃引が、前記硬化手段を適用す
る前に完了されることを特徴とする請求の範囲第１項か
ら第５項いずれかに記載の方法。
【請求項７】前記硬化手段が、前記平滑化部材（26;30
0;400;505）の掃引から所定の遅延後に適用されること
を特徴とする請求の範囲第６項記載の方法。
【請求項８】前記形成工程が、前記先に形成された層の上で前記平滑化部材（26;300;4
00;505）を掃引する工程を少なくとも二回繰り返すこと
を特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。
【請求項９】前記形成工程が、前記平滑化部材（26;300;400;505）を前記先に形成され
た層の上で第一の速度で掃引しながら過剰な重合性液体
（302）を除去し、該平滑化部材（26;300;400;505）を該先に形成された層
の上で前記第一の速度とは異なる第二の速度で掃引しな
がら過剰な重合性液体（302）を除去する各工程を含む
ことを特徴とする請求の範囲第８項記載の方法。
【請求項１０】前記形成工程が、前記平滑化部材（26;300;400;505）を一回目に前記先に
形成された層の上で掃引して、該平滑化部材の下側面
（408）と該先に形成された層の上側面との間を第一の
間隙（303）としながら過剰な重合性液体（302）を除去
し、該平滑化部材（26;300;400;505）を二回目に該先に形成
された層の上で掃引して、該平滑化部材の前記下側面
（408）と該先に形成された層の前記上側面との間を前
記第一の間隙未満の第二の間隙（303）としながら過剰
な重合性液体を除去する各工程を含むことを特徴とする
請求の範囲第８項または第９項記載の方法。
【請求項１１】前記形成工程が、前記平滑化部材（26;3
00;400;505）の速度を変更して、該平滑化部材の速度を
前記３次元物体（40）の幾何学形状に適合させる工程を
含むことを特徴とする請求の範囲第１項から第10項いず
れかに記載の方法。
【請求項１２】前記重合性液体が感光性ポリマーである
ことを特徴とする請求の範囲第１項から第11項いずれか
に記載の方法。
【請求項１３】前記硬化手段が、実質的に固定されたレ
ベルに保持されている作業面（36）に適用されることを
特徴とする請求の範囲第１項から第12項いずれかに記載
の方法。
【請求項１４】前記液体の表面の高さ（20,70,80）を検
出し、該検出された表面の高さ（20,70,80）を前記所望
の作業面（36）に調節する各工程を含むことを特徴とす
る請求の範囲第13項記載の方法。
【請求項１５】前記硬化手段が、紫外線、赤外線、可視
光、電子ビーム、Ｘ線、およびガンマ線からなる群より
選択される放射線であることを特徴とする請求の範囲第
１項から第14項いずれかに記載の方法。
【請求項１６】前記液体が紫外線に露出されることによ
り硬化可能であり、前記硬化手段が紫外線であることを
特徴とする請求の範囲第１項から第15項いずれかに記載
の方法。
【請求項１７】前記平滑化部材（26;300;400;505）が、
過剰な重合性液体（302）を除去するときに、１秒当た
り約12mmから約250mmまで（１秒当たり約0.5インチから
約10インチまで）の速度で掃引されることを特徴とする
請求の範囲第１項から第16項いずれかに記載の方法。
【請求項１８】硬化手段への露出により硬化可能な重合
性液体の連続的に形成された複数の層から３次元物体
（40）を形成する立体造形装置であって、前記重合性液体を浴（11）として収容する容器（10）
と、前記容器（10）内に上下動可能に配される物体支持台
（12）と、前記物体支持台（12）または先に形成された層の水平表
面（15）の上に前記重合性液体の層（34）を形成する手
段と、前記浴（11）の上を水平に移動可能な平滑化部材（26,3
00,400,505）とを備え、前記平滑化部材（26,300,400,505）により、前記重合性
液体の層（34）の上を掃引して前記重合性液体の層（3
4）から過剰な重合性液体（302）を除去し、所望の厚さ
の層を形成し、前記硬化手段を前記所望の厚さの層に選
択的に施して、前記物体の次の層を該物体の先に形成さ
れた層の上に形成し、この層に付着せしめ、上記各工程
を複数回繰り返して、前記物体の複数の付着した層から
物体（40）を形成する装置において、前記平滑化部材（26,300,400,505）が、いずれの方向に
も掻き取りができるように形成されており、前記平滑化部材（26,300,400,505）を、第一の方向（71
3,717）に掃引して、過剰な重合性液体（302）を除去
し、前記物体の所望の厚さの第一の層を形成し、次い
で、前記第一の方向とは反対の第二の方向（717,713）
に掃引して、過剰な重合性液体（302）を除去し、前記
物体の所望の厚さの第二の層を形成するように制御する
制御手段を備えたことを特徴とする立体造形装置。
【請求項１９】前記第一と第二の層が同じ層であり、前
記平滑化部材（26,300,400,505）が、該平滑化部材を前
記第一の層の上に二回掃引するように構成されているこ
とを特徴とする請求の範囲第18項記載の装置。
【請求項２０】前記第一と第二の層が異なる層であり、
前記平滑化部材（26,300,40,505）が各層毎に交互に反
対方向に掃引するように構成されていることを特徴とす
る請求の範囲第18項記載の装置。
【請求項２１】前記平滑化部材（26,300,400,505）が、
該平滑化部材の下側面（408）と前記物体の先に形成さ
れた層の上側面との間の間隙（303）を形成すべき所望
の層厚よりも大きいものとしながら、過剰な重合性液体
（302）を除去するように掃引されることを特徴とする
請求の範囲第18項から第20項いずれか記載の装置。
【請求項２２】前記平滑化部材（26,300,400,505）が、
前記浴（11）の上面（20）の平面よりも上の表面で掃引
して、該物体の先に形成された層の上に位置する過剰な
重合性液体（302）を除去するように掃引されることを
特徴とする請求の範囲第18項から第21項いずれか記載の
装置。
【請求項２３】前記先に形成された層の上の前記平滑化
部材（26;300;400;505）の掃引が、前記硬化手段を適用
する前に完了されることを特徴とする請求の範囲第18項
から第22項いずれか記載の装置。
【請求項２４】前記硬化手段が、前記平滑化部材（26;3
00;400;505）の掃引から所定の遅延後に適用されること
を特徴とする請求の範囲第23項記載の装置。
【請求項２５】前記平滑化部材（26;300;400;505）が、
前記先に形成された層の上で少なくとも二回繰り返すよ
うに構成されていることを特徴とする請求の範囲第18記
載の装置。
【請求項２６】前記平滑化部材（26;300;400;505）が、該平滑化部材（26;30;400;505）を前記先に形成された
層の上で少なくとも一回掃引して、第一の速度で掃引し
ながら過剰の重合性液体を除去し、該平滑化部材（26;30;400;505）を前記先に形成された
層の上で少なくとも二回目に掃引して、前記第一の速度
とは異なる第二の速度で掃引しながら過剰の重合性液体
を除去するものであることを特徴とする請求の範囲第25
項記載の装置。
【請求項２７】前記平滑化部材（26;300;400;505）が、
一回目に前記先に形成された層の上で掃引して、該平滑
化部材（26;300;400;505）の下側面（408）と該先に形
成された層の上側面との間を第一の間隙（303）としな
がら過剰な重合性液体（302）を除去し、二回目に該先に形成された層の上で掃引して、該平滑化
部材（26;300;400;505）の前記下側面（408）と該先に
形成された層の前記上側面との間を前記第一の間隙未満
の第二の間隙（303）としながら過剰な重合性液体を除
去するものであることを特徴とする請求の範囲第25項ま
たは第26項記載の装置。
【請求項２８】前記平滑化部材（26;300;400;505）が、
速度を変更して、その平滑化部材の速度を前記３次元物
体（40）の幾何学形状に適合させるものであることを特
徴とする請求の範囲第18項から第27項いずれかに記載の
装置。
【請求項２９】前記重合性液体が感光性ポリマーである
ことを特徴とする請求の範囲第18項から第28項いずれか
に記載の装置。
【請求項３０】前記硬化手段が、実質的に固定されたレ
ベルに保持されている作業面（36）に適用されることを
特徴とする請求の範囲第18項から第29項いずれかに記載
の装置。
【請求項３１】前記液体の表面の高さ（20,70,80）を検
出する手段（21,22,23,120,130,140,200,220,230,24
2）、および該検出された表面の高さ（20,70,80）を前記所望の作業
面（36）に調節する手段（17,18,23,242,245,90）を備
えていることを特徴とする請求の範囲第30項記載の装
置。
【請求項３２】前記硬化手段が、紫外線、赤外線、可視
光、電子ビーム、Ｘ線、およびガンマ線からなる群より
選択される放射線であることを特徴とする請求の範囲第
30項から第31項いずれかに記載の装置。
【請求項３３】前記液体が紫外線に露出されることによ
り硬化可能であり、前記硬化手段が紫外線であることを
特徴とする請求の範囲第18項から第32項いずれかに記載
の装置。
【請求項３４】前記掃引手段が、前記平滑化部材（26;3
00;400;505）を、過剰な重合性液体（302）を除去する
ときに、１秒当たり約12mmから約250mmまで（１秒当た
り約0.5インチから約10インチまで）の速度で掃引する
ように構成されていることを特徴とする請求の範囲第18
項から第33項いずれかに記載の装置。
【請求項３５】硬化手段への露出により硬化可能な重合
性液体の連続的に形成された複数の層から３次元物体
（40）を形成する立体造形方法であって、（ａ）容器（10）内に含まれる浴（11）として前記重合
性液体を供給する工程、（ｂ）物体支持台（12）または先に形成された層の水平
表面（15）の上に重合性液体の層（34）を形成する工
程、（ｃ）上記重合性液体の層（34）から過剰な重合性液体
（302）を除去し、所望の厚さの層を形成するように該
重合性液体の層（34）の上に平滑化部材（26,300,400,5
05）を掃引する工程、（ｄ）上記所望の厚さの層に硬化手段を選択的に施し、
それによって、前記物体の次の層を、該物体の先に形成
された層の上に形成し、この層に付着させる工程、およ
び（ｅ）上記（ｂ）〜（ｄ）の工程を複数回繰り返して、
前記物体の複数の付着した層から該物体（40）を形成す
る方法において、上記掃引工程が、過剰な重合性液体（302）を除去して
所望の厚さの一つの層を形成する際、第一の方向（713,
717）と該第一の方向とは反対の第二の方向（717,713）
に該平滑化部材（26,300,400,505）を掃引する工程を含
むことを特徴とする方法。
【請求項３６】前記平滑化部材（26,300,400,505）が、
該平滑化部材の下側面（408）と前記物体の先に形成さ
れた層の上側面との間の間隙（303）を形成すべき所望
の層厚よりも大きいものとしながら、過剰な重合性液体
（302）を除去するように掃引されることを特徴とする
請求の範囲第35項記載の方法。
【請求項３７】前記平滑化部材（26,300,400,505）が、
前記浴（11）の上面（20）の平面よりも上の表面で掃引
して、該物体の先に形成された層の上に位置する過剰な
重合性液体（302）を除去するように掃引されることを
特徴とする請求の範囲第35項または第36項記載の方法。
【請求項３８】前記先に形成された層の上の前記平滑化
部材（26;300;400;505）の掃引が、前記硬化手段を適用
する前に完了されることを特徴とする請求の範囲第35項
から第37項いずれかに記載の方法。
【請求項３９】前記硬化手段が、前記平滑化部材（26;3
00;400;505）の掃引から所定の遅延後に適用されること
を特徴とする請求の範囲第38項記載の方法。
【請求項４０】前記形成工程が、前記先に形成された層の上で前記平滑化部材（26;300;4
00;505）を掃引する工程を少なくとも二回繰り返すこと
を特徴とする請求の範囲第35項記載の方法。
【請求項４１】前記形成工程が、前記平滑化部材（26;300;400;505）を前記先に形成され
た層の上で第一の速度で掃引しながら過剰な重合性液体
（302）を除去し、該平滑化部材（26;300;400;505）を該先に形成された層
の上で前記第一の速度とは異なる第二の速度で掃引しな
がら過剰な重合性液体（302）を除去する各工程を含む
ことを特徴とする請求の範囲第40項記載の方法。
【請求項４２】前記形成工程が、前記平滑化部材（26;300;400;505）を一回目に前記先に
形成された層の上で掃引して、該平滑化部材の下側面
（408）と該先に形成された層の上側面との間を第一の
間隙（303）としながら過剰な重合性液体（302）を除去
し、該平滑化部材（26;300;400;505）を二回目に該先に形成
された層の上で掃引して、該平滑化部材の前記下側面
（408）と該先に形成された層の前記上側面との間を前
記第一の間隙未満の第二の間隙（303）としながら過剰
な重合性液体を除去する各工程を含むことを特徴とする
請求の範囲第40項または第41項記載の方法。
【請求項４３】前記形成工程が、前記平滑化部材（26;3
00;400;505）の速度を変更して、該平滑化部材の速度を
前記３次元物体（40）の幾何学形状に適合させる工程を
含むことを特徴とする請求の範囲第35項から第42項いず
れかに記載の方法。
【請求項４４】前記重合性液体が感光性ポリマーである
ことを特徴とする請求の範囲第35項から第43項いずれか
に記載の方法。
【請求項４５】前記硬化手段が、実質的に固定されたレ
ベルに保持されている作業面（36）に適用されることを
特徴とする請求の範囲第35項から第44項いずれかに記載
の方法。
【請求項４６】前記液体の表面の高さ（20,70,80）を検
出し、該検出された表面の高さ（20,70,80）を前記所望
の作業面（36）に調節する各工程を含むことを特徴とす
る請求の範囲第45項記載の方法。
【請求項４７】前記硬化手段が、紫外線、赤外線、可視
光、電子ビーム、Ｘ線、およびガンマ線からなる群より
選択される放射線であることを特徴とする請求の範囲第
35項から第46項いずれかに記載の方法。
【請求項４８】前記液体が紫外線に露出されることによ
り硬化可能であり、前記硬化手段が紫外線であることを
特徴とする請求の範囲第35項から第47項いずれかに記載
の方法。
【請求項４９】前記平滑化部材（26;300;400;505）が、
過剰な重合性液体（302）を除去するときに、１秒当た
り約12mmから約250mmまで（１秒当たり約0.5インチから
約10インチまで）の速度で掃引されることを特徴とする
請求の範囲第35項から第48項いずれかに記載の方法。
【請求項５０】硬化手段への露出により硬化可能な重合
性液体の連続的に形成された複数の層から３次元物体
（40）を形成する立体造形装置であって、前記重合性液体を浴（11）として収容する容器（10）
と、前記容器（10）内に上下動可能に配される物体支持台
（12）と、前記物体支持台（12）または先に形成された層の水平表
面（15）の上に前記重合性液体の層（34）を形成する手
段と、前記浴（11）の上を水平に移動可能な平滑化部材（26,3
00,400,505）とを備え、前記平滑化部材（26,300,400,505）により、前記重合性
液体の層（34）の上を掃引して前記重合性液体の層（3
4）から過剰な重合性液体（302）を除去し、所望の厚さ
の層を形成し、前記硬化手段を前記所望の厚さの層に選
択的に施して、前記物体の次の層を該物体の先に形成さ
れた層の上に形成し、この層に付着せしめ、上記各工程
を複数回繰り返して、前記物体の複数の付着した層から
物体（40）を形成する装置において、前記平滑化部材（26,300,400,505）が、過剰な重合性液
体（302）を除去して所望の厚さの一つの層を形成する
際、第一の方向（713,717）と該第一の方向とは反対の
第二の方向（717,713）に掃引するものであることを特
徴とする立体造形装置。
【請求項５１】前記平滑化部材（26,300,400,505）が、
該平滑化部材の下側面（408）と前記物体の先に形成さ
れた層の上側面との間の間隙（303）を形成すべき所望
の層厚よりも大きいものとしながら、過剰な重合性液体
（302）を除去するように掃引されることを特徴とする
請求の範囲第50項の装置。
【請求項５２】前記平滑化部材（26,300,400,505）が、
前記浴（11）の上面（20）の平面よりも上の表面で掃引
して、該物体の先に形成された層の上に位置する過剰な
重合性液体（302）を除去するように掃引されることを
特徴とする請求の範囲第50項から第51項いずれか記載の
装置。
【請求項５３】前記先に形成された層の上の前記平滑化
部材（26;300;400;505）の掃引が、前記硬化手段を適用
する前に完了されることを特徴とする請求の範囲第50項
から第52項いずれか記載の装置。
【請求項５４】前記硬化手段が、前記平滑化部材（26;3
00;400;505）の掃引から所定の遅延後に適用されること
を特徴とする請求の範囲第53項記載の装置。
【請求項５５】前記平滑化部材（26;300;400;505）が、
前記先に形成された層の上で少なくとも二回繰り返すよ
うに構成されていることを特徴とする請求の範囲第50記
載の装置。
【請求項５６】前記平滑化部材（26;300;400;505）が、該平滑化部材（26;30;400;505）を前記先に形成された
層の上で少なくとも一回掃引して、第一の速度で掃引し
ながら過剰の重合性液体を除去し、該平滑化部材（26;30;400;505）を前記先に形成された
層の上で少なくとも二回目に掃引して、前記第一の速度
とは異なる第二の速度で掃引しながら過剰の重合性液体
を除去するものであることを特徴とする請求の範囲第55
項記載の装置。
【請求項５７】前記平滑化部材（26;300;400;505）が、
一回目に前記先に形成された層の上で掃引して、該平滑
化部材（26;300;400;505）の下側面（408）と該先に形
成された層の上側面との間を第一の間隙（303）としな
がら過剰な重合性液体（302）を除去し、二回目に該先に形成された層の上で掃引して、該平滑化
部材（26;300;400;505）の前記下側面（408）と該先に
形成された層の前記上側面との間を前記第一の間隙未満
の第二の間隙（303）としながら過剰な重合性液体を除
去するものであることを特徴とする請求の範囲第55項ま
たは第56項記載の装置。
【請求項５８】前記平滑化部材（26;300;400;505）が、
速度を変更して、その平滑化部材の速度を前記３次元物
体（40）の幾何学形状に適合させるものであることを特
徴とする請求の範囲第50項から第57項いずれかに記載の
装置。
【請求項５９】前記重合性液体が感光性ポリマーである
ことを特徴とする請求の範囲第50項から第58項いずれか
に記載の装置。
【請求項６０】前記硬化手段が、実質的に固定されたレ
ベルに保持されている作業面（36）に適用されることを
特徴とする請求の範囲第50項から第59項いずれかに記載
の装置。
【請求項６１】前記液体の表面の高さ（20,70,80）を検
出する手段（21,22,23,120,130,140,200,220,230,24
2）、および該検出された表面の高さ（20,70,80）を前記所望の作業
面（36）に調節する手段（17,18,23,242,245,90）を備
えていることを特徴とする請求の範囲第60項記載の装
置。
【請求項６２】前記硬化手段が、紫外線、赤外線、可視
光、電子ビーム、Ｘ線、およびガンマ線からなる群より
選択される放射線であることを特徴とする請求の範囲第
50項から第61項いずれかに記載の装置。
【請求項６３】前記液体が紫外線に露出されることによ
り硬化可能であり、前記硬化手段が紫外線であることを
特徴とする請求の範囲第50項から第62項いずれかに記載
の装置。
【請求項６４】前記掃引手段が、前記平滑化部材（26;3
00;400;505）を、過剰な重合性液体（302）を除去する
ときに、１秒当たり約12mmから約250mmまで（１秒当た
り約0.5インチから約10インチまで）の速度で掃引する
ように構成されていることを特徴とする請求の範囲第50
項から第63項いずれかに記載の装置。