JP2011500382A - ３次元オブジェクトを製造するためのプロセス及び自由形状製造システム - Google Patents

Abstract

固化材料を供給する工程と；前記固化材料を固化するために、形成部に電磁放射及び／又は相乗的刺激をパターン又はイメージで付加する工程とを含む少なくとも１つの３次元オブジェクトを製造するためのプロセスであって、前記電磁放射及び／又は相乗的刺激の付加は、前記固化材料の特定の面積又は体積に選択的に行われ；電磁放射及び／又は相乗的刺激のエネルギー密度を、前記パターン又はイメージの辺縁部で制御及び／又は調整する、及び／又は前記材料のそれぞれ異なる形成部のパターン又はイメージの辺縁部で様々にすることにより、前記辺縁部以外の領域とは異なるエネルギー密度にし、前記制御及び／又は調整は、（ａ）前記固化材料の前記特定の面積又は体積に加えられる電磁放射及び／又は相乗的刺激の強度；（ｂ）前記固化材料の前記特定の面積又は体積の全体形状又は輪郭形状；（ｃ）前記固化材料の前記特定の面積又は体積の寸法；（ｄ）固化材料のうちの１つ又は組み合わせに基づくことを特徴とする、プロセスを提供する。装置も同様に提供する。

Description

本発明は、固化性材料を固化させることにより、少なくとも１つの３次元オブジェクトを製造するプロセス及び装置に関する。本プロセス及び装置は、辺縁部の制御が改良された３次元オブジェクトの製造、提供に特に適する。

固化性材料を固化させることにより、少なくとも１つの３次元オブジェクトを製造する周知の方法及び装置は、ラピッドプロトタイピング製造技術として挙げられ、より具体的にはステレオリソグラフィー、レーザー焼結、溶融堆積モデリング、選択光変調等として挙げられるが、これらに限定されない。以下、この技術によるプロセス、装置及びシステムを、共通して「自由形状製造」と称する。

例えば、特許文献１では、コンピュータユニット、ＩＣ及び／又はソフトウェアの実装を採用し、グレーレベル及び／又はカラーレベルによるエネルギーのボクセルマトリックスへの入力を選択的に調整及び／又は制御することが可能な、３次元オブジェクトの製造プロセス及び製造装置が開示されている。

特に、自由形状製造によって、特別な特性、例えばより高い強度を有する３次元オブジェクトが形成可能な状況においては、固化材料に充填剤及び結合剤が含まれている場合がある。

欧州特許出願公開第１８４９５８７（Ａ１）号明細書

本発明の目的は、特に固化材料が充填剤及び結合剤を含んでいる場合に、高い寸法精度で３次元オブジェクトを製造するプロセス及び装置を提供することであり、本プロセス又は装置は、信頼性の点でも更に改良されている。

本発明の第１の観点に係る発明は、
固化材料を供給する工程と；
前記固化材料を固化するために、形成部に電磁放射及び／又は相乗的刺激をパターン又はイメージで付加する工程と
を含む少なくとも１つの３次元オブジェクトを製造するためのプロセスであって、
前記電磁放射及び／又は相乗的刺激の付加は、前記固化材料の特定の面積又は体積に選択的に行われ；
電磁放射及び／又は相乗的刺激のエネルギー密度を、前記パターン又はイメージの辺縁部で制御及び／又は調整する、及び／又は前記材料のそれぞれ異なる形成部のパターン又はイメージの辺縁部で様々にすることにより、前記辺縁部以外の前記形成部とは異なるエネルギー密度にし、前記制御及び／又は調整は、
（ａ）前記固化材料の前記特定の面積又は体積に加えられる電磁放射及び／又は相乗的刺激の強度；
（ｂ）前記固化材料の前記特定の面積又は体積の全体形状又は輪郭形状；
（ｃ）前記固化材料の前記特定の面積又は体積の寸法；
（ｄ）固化材料
のうちの１つ又は組み合わせに基づくことを特徴とする、プロセス。

同様に、
固化材料と；
前記固化材料を固化するために、形成部に電磁放射及び／又は相乗的刺激をパターン又はイメージで付加することができる電磁放射及び／又は相乗的刺激装置と
を含む自由形状製造システムであって、
前記電磁放射及び／又は相乗的刺激付加装置は、前記固化材料の特定の面積又は体積に電磁放射及び／又は相乗的刺激を選択的に付加するよう設計され；
前記自由形状製造システムは、前記パターン又はイメージの辺縁部から、及び／又は前記材料のそれぞれ異なる形成部のパターン又はイメージの辺縁部から付加される電磁放射及び／又は相乗的刺激について、前記辺縁部以外の領域とは異なるエネルギー密度を採用するために、
（ａ）前記固化材料の前記特定の面積又は体積に加えられる電磁放射及び／又は相乗的刺激の強度；
（ｂ）前記固化材料の前記特定の面積又は体積の全体形状又は輪郭形状；
（ｃ）前記固化材料の前記特定の面積又は体積の寸法；
（ｄ）固化材料
のうちの１つ又は組み合わせにそれぞれしたがって制御するよう適合させた制御部を更に含むことを特徴とする、自由形状製造システム。

本発明の第２の観点に係る発明は、
少なくとも１つの３次元オブジェクトを製造するため、又はその製造の準備をするためのプロセスであって、該製造プロセスが、
固化材料を供給する工程と；
前記固化材料を固化するために、形成部に電磁放射及び／又は相乗的刺激をパターン又はイメージで付加する工程と
を含むタイプであって、
前記電磁放射及び／又は相乗的刺激の付加は、前記固化材料の特定の面積又は体積に選択的に行われ；
前記製造又は前記準備プロセスは、
実質上又は実際の固化工程を行い、工程中、形成する３次元オブジェクトの辺縁部を超えてそれぞれ外部に向かう外方向電磁放射及び／又は相乗的刺激、又は内部に向かう内方向電磁放射及び／又は相乗的刺激の何れかの程度が、観察又は決定される工程と、
前記観察又は決定された前記辺縁部を超える外方向又は内方向照射の程度に応じて、前記辺縁部の電磁放射及び／又は相乗的刺激のエネルギー密度を適合させる工程と
を含むことを特徴とする、プロセス。

固化工程は、コンピュータ、ＩＣによって、又はソフトウェアアルゴリズムによって実質的に行う、又は検査機械で行われる検査によって実際に行うことができる。

同様に、
少なくとも１つの３次元オブジェクトを製造するため、又はその製造の準備をするための自由形状製造システムであって、該自由形状製造システムは、
固化材料と；
前記固化材料を固化するために、形成部に電磁放射及び／又は相乗的刺激をパターン又はイメージで付加する装置であって、前記電磁放射及び／又は相乗的刺激を、前記固化材料の特定の面積又は体積に選択的に付加する装置と
を含むタイプであって、
前記自由形状製造システムは、実質上又は実際の固化工程を行うよう適合されており、工程中、形成する３次元オブジェクトの辺縁部を超えてそれぞれ外部に向かう外方向照射、又は内部に向かう内方向照射の何れかの程度が観察又は決定され、
前記自由形状製造システムは、前記観察又は決定された前記辺縁部を超える外方向又は内方向照射の程度に応じて、前記辺縁部における電磁放射及び／又は相乗的刺激のエネルギー密度を適合させることができる制御部を更に含むことを特徴とする、システム。

本発明の第３の観点に係る発明は、
固化材料を供給し、該材料が光硬化樹脂を含む工程と；
前記固化材料を固化するために、形成部に電磁放射及び／又は相乗的刺激をパターン又はイメージで付加する工程と
を含む少なくとも１つの３次元オブジェクトを製造するプロセスであって、
前記電磁放射及び／又は相乗的刺激の付加は、マスク投射器を用いて前記固化材料の特定の面積又は体積に選択的に行われ；
電磁放射及び／又は相乗的刺激のエネルギー密度を、前記パターン又はイメージの辺縁部で制御及び／又は調整する、又は前記固化材料のそれぞれ異なる形成部のパターン又はイメージの辺縁部で様々にすることにより、前記辺縁部以外の領域とは異なるエネルギー密度にし、
前記３次元オブジェクトがオブジェクトキャリア又は支持体上に形成され、
該オブジェクトキャリア又は支持体は前記形成された３次元オブジェクトが成長するにしたがって上方向に移動し；
前記固化材料が樹脂ソースから可動フィルム上の前記形成部に運ばれることを特徴とする、プロセス。

同様に、
固化材料であり、該固化材料が光硬化樹脂を含む固化材料と；
マスク露光システム又は投射システムに基づき、前記材料を固化させるために、形成部に電磁放射及び／又は相乗的刺激をパターン又はイメージで付加することができる電磁放射及び／又は相乗的刺激装置と；
上方向又は下方向に可動のオブジェクトキャリア又は支持体と；
前記固化材料を材料ソースから可動フィルム上の前記形成部に運ぶコンベヤーシステムと
を含む自由形状製造システムであって、
前記自由形状製造システムは、前記パターン又はイメージの辺縁部から、又は前記固化材料のそれぞれ異なる形成部のパターン又はイメージの辺縁部から付加される電磁放射又は相乗的刺激を制御し、前記辺縁部以外の領域とは異なるエネルギー密度を採用するよう適合させた制御部を更に含むことを特徴とする、自由形状製造システム。

本発明に共通するコンセプトは、上記した各ファクター（ａ）〜（ｄ）が、形成中の３次元オブジェクトの外部領域に向かって外方向照射するエネルギー密度の値、又は内部領域に向かって内方向照射するエネルギー密度の値に大きく且つ様々に影響を与え、それぞれ多様な影響は、各辺縁部のエネルギー密度を適宜制御及び／又は調整することによって補償される、ということである。

特に顕著な状況によると、前述した外方向照射又はブルーミング照射のレベルは、それぞれ基準値よりも高く、前述の（ａ）で、強度は標準強度より高く、前述の（ｂ）で、全体形状又は輪郭形状が直線部又は凸部に対し凹部を有し、前述の（ｃ）で、寸法が標準寸法よりも大きく、前述の（ｄ）で、固化材料自体又は固化材料に含まれる成分が非散乱特性又は吸収特性に対して散乱特性を有している。したがって、補償制御及び／又は調整は、辺縁部のエネルギー密度を、（ａ）では標準強度に対して、（ｂ）では直線部又は凸部に対して、（ｃ）では標準寸法に対して、（ｄ）では材料の非散乱特性又は吸収特性利用に対して、それぞれ下げることによって行われる。

また、外方向照射又はブルーミング照射のレベルが、それぞれ基準値よりも低い場合、上記とは反対の状況となる。（ａ）で、強度は標準強度より低く、（ｂ）で、全体形状又は輪郭形状は直線部又は凹部に対し凸部を有し、（ｃ）で、寸法が標準寸法よりも小さく、（ｄ）で、固化材料自体又は材料に含まれる成分が、非吸収特性又は散乱特性に対して吸収特性を有している。したがって、補償制御及び／又は調整は、辺縁部のエネルギー密度を、（ａ）では標準強度に対して、（ｂ）では直線部又は凹部に対して、（ｃ）では標準寸法に対して、（ｄ）では材料の非吸収特性又は散乱特性に対して、それぞれ上げることによって行われる。

上述のそれぞれの状況で、各基準値を、固化材料の標準の非辺縁面積領域／体積領域、すなわち辺縁部以外におけるエネルギー密度により、代わりに定義してもよい。

このように、本発明は、一定の重要因子によって引き起こされる、ＸＹ形成面内の辺縁部にわたる電磁放射及び／又は相乗的刺激のブルーミング、ぶれ又は収差への影響に対応するものであり、このような影響を平衡させ、辺縁部の輝度調節による精密な寸法制限を形成するという新しいコンセプトを可能とする。

ここで用いられる用語「辺縁部」とは、電磁放射及び／又は相乗的刺激のパターン又はイメージの一部分を意味し、電磁放射及び又は相乗的刺激が固化材料の特定の面積又は体積に選択的に付加されると、固化していない材料に対して辺縁部を画定する、形成済３次元オブジェクトの対応部を形成する。辺縁部は、外部空間、すなわち外部非形成空間、及び／又は内部空間、すなわち孔、くぼみ又は空洞のような、内部非形成空間に向いて存在する。制御及び／又は調整される辺縁部は、固化させようとする寸法制限まで厳密に延びていてもよいし、３次元オブジェクトの実際の固化面を調整するために、このような寸法制限を意図的に超えていてもよい。１辺縁部での制御及び／又は調整は、同一の形成部の非辺縁部に対する関係に影響を及ぼすだけでなく、その代わりに又はそれに追加して、形成３次元オブジェクト全体の中で、１形成部の辺縁部と別の形成部の別の辺縁部に存在するエネルギー密度を様々にする、すなわち、それぞれ異なる形成部の辺縁部におけるパターン又はイメージを様々にする。

本発明は、３次元オブジェクトが、上記実施形態の何れかによる電磁放射及び／又は相乗的刺激によって、充填剤及び結合剤を含む固化性材料から形成される場合に、特に有利である。例えば、微粒子又は繊維充填材が存在する（可能性がある）か否かは、正確な又は差別化された固化に特に関係してくる辺縁部に、はっきりと影響を与える。本発明によるプロセス及び製造システムにより、改良された製造物特性の組み合わせを有する３次元オブジェクトが得られる。特に、（追加の発生プロセスによって形成されるものではあるが、）オブジェクト全体にわたっての均一な機械強度と高い寸法精度との組み合わせである。

以下、原理、有利性及び好ましい実施形態をより詳細に記述する。

タイプ（ａ）の様々な照射強度による影響、タイプ（ｂ）の様々な全体形状による影響、及びタイプ（ｃ）の固化材料の特定の面積又は体積の様々な寸法による影響を参照して、本発明の原理を概略的に示す図である。 タイプ（ａ）の更に様々な照射強度による影響、タイプ（ｂ）の更に様々な全体形状及び様々な輪郭形状による影響、及びタイプ（ｃ）の固化材料の特定の面積又は体積の更に様々な寸法による影響を参照して、本発明の原理を概略的に示す図である。 タイプ（ｂ）の様々な全体形状及び輪郭形状による様々な影響が組み合わさった状況を参照して、本発明の原理を概略的に示す図である。 電磁放射及び／又は相乗的刺激のエネルギー密度が、ＸＹ平面内のパターン又はイメージ内で様々である自由形状製造システムの特定の実施形態を参照して、本発明の原理を概略的に示す図である。 別の実施形態による、固化材料を運ぶ透明フィルムに基づく自由形状製造システムを用いる本発明の原理を概略的に示す図であり、多様なエネルギー密度は、それぞれ異なる付加ソースからの電磁及び／又は相乗的照射を重畳することによって達成される。 別の実施形態によって本発明の原理を概略的に示す図であり、それぞれ異なる形成部が、多様なエネルギー密度によってそれぞれ形成される。その異なる形成部とは、第１の充填剤含有固化材料を有する形成部及び第２の異なる固化材料を有する１以上の別の形成部であり、これらは、それぞれ異なるエネルギー密度に関係している。 別の実施形態によって本発明の原理を概略的に示す図であり、それぞれ異なる形成部が、多様なエネルギー密度によってそれぞれ形成される。その異なる形成部とは、第１の充填剤含有固化材料を有する形成部及び第２の異なる固化材料を有する１以上の別の形成部であり、これらは、それぞれ異なるエネルギー密度に関係している。 電磁放射及び／又は相乗的刺激を選択的に付加する投射部を備えた自由形状製造システムを用いる本発明の別の実施形態を概略的に示す図であり、ここで、エネルギー密度は、充填剤及び結合剤を含む固化材料の構成及び／又は特性に応じて適宜プリセット又は調整されている。 膜転送技術を用い、かつ電磁放射及び／又は相乗的刺激を選択的に付加するマスク露光部を備えた自由形状製造システムを用いる本発明の更に別の実施形態を概略的に示す図であり、ここで、図７の実施形態と同様に、エネルギー密度は、充填剤及び結合剤を含む固化材料の構成及び／又は特性に応じて適宜プリセット又は調整されている。

以下、本発明について好ましい実施の形態、例及び図を参照してより詳細に説明するが、これらは例示に過ぎず、制限的に理解されるべきではない。

本発明に伴い、辺縁部に対応する、形成部の面積又は体積部分における固化反応は、上記した特性（ａ）〜（ｄ）によって大きく影響を受けることが分かった。関連のプロセス及び製造物特性に影響を及ぼすメカニズムは、本発明にしたがって、電磁放射及び／又は相乗的刺激によって加えられる、（以下に簡略に記述する「エネルギー密度」の中の「露光エネルギー密度」としても知られており、Ｊ／ｍ２、ｍＪ／ｃｍ２又はｍＷ／ｄｍ２の単位で測定される）エネルギー密度を積極的且つ選択的に制御することにより、上手く調整することができる。

エネルギー密度が、辺縁部にわたって少なくとも部分的に異なっている場合、均一の機械強度及び高い寸法精度のようなバランスのよい阻止特性を有する、すなわち、上記した特性（ａ）〜（ｄ）の異なる影響によって引き起こされる局所歪みが避けられる、３次元オブジェクトを製造することができる。本発明に関して、辺縁部にわたるエネルギー密度の制御及び／又は調整、又はそれぞれ異なる辺縁部間におけるエネルギー密度の差異は、少なくとも露光したパターン又はイメージの部分、又は少なくとも辺縁部によってそれぞれカバーされるそれぞれ異なる形成部の部分において、未修正／単調な露光に対して、エネルギー密度の空間的な変更が積極的に行われていることを意味する。形成部を、形成される３次元オブジェクトの全体の形成寸法に対して、選択的に露光される寸法Ｘ、Ｙ及びＺの面積又は体積によって画定するとしたら、辺縁部におけるエネルギー密度の制御及び／又は調整は、ＸＹ平面内に投射されたパターン又はイメージに対して主に行われる。その代わりに又は追加的に、固化材料のそれぞれ異なる形成部の異なる辺縁部において様々なエネルギー密度が付加される場合もある。

効果的な制御及び／又は調整が基づく、上記した重要な特性について、以下で更に説明する。図について、電磁放射及び／又は相乗的刺激が選択的に付加される、固化材料の特定の領域は、重量面積によって示され、外部領域に向けた外方向照射のエネルギー密度の様々な値はこれら特定の領域を囲むグレー影部によって示される。

（ａ）固化材料の特定の面積又は体積に加えられる電磁放射及び／又は相乗的刺激の強度：
図１Ａ及び図１Ｂは、電磁放射及び／又は相乗的刺激の異なる強度によって引き起こされる特徴的な影響を示す図である。図１Ｂの重量面積で示される正方形の断面平面に加えられる強度は、図１Ａの重量面積で示される長方形の断面平面に加えられる強度よりも大きいので、（照射領域の外側に向かってそれぞれ黒くなった「影部」で示される）外部領域に向けた外方向照射であるエネルギー密度の値は、図１Ｂの場合のほうが図１Ａよりも大きい。したがって、各辺縁部におけるエネルギー密度を適宜制御及び／調整することによって、異なる影響を補償する必要がある。こうして、本発明によると、図１Ｂの領域の辺縁部は、例えば、対応する正方形のビットマップの重量ピクセルに対して、辺縁ピクセルのグレーレベルでの割り当てによって、正方形面積の内側にある非辺縁部よりも低いエネルギー密度を加えるよう制御されている。図１Ａの場合の辺縁部は（ここでは長方形面積の）非辺縁部内部に対してエネルギー付加レベルが下げられているが、図１Ｂの場合に比べるとその程度は小さい。

一般に、基準強度を名目として設定することができ、実際に用いられる強度の偏差に応じて、辺縁部におけるエネルギー密度が調整される。すなわち、強度が基準より高ければ（又は、その逆で低ければ）、辺縁部におけるエネルギー密度は、基準値に対して低く（高く）なる。

（ｂ）固化材料の特定の面積又は体積の全体形状又は輪郭形状：
外方向照射又はブルーミングの程度は、固化に利用される特定の面積又は体積の全体形状によっても影響を受ける。その程度が高ければ高いほど、単位面積当たりの断面形状が大きくなる。例えば、その程度は、全体形状について以下の順で増加する：直線／ストライプ、三角形、長方形、正方形、多角形（角数昇順）、円。この傾向は、図１Ａ（長方形）と図１Ｂ（正方形）との間の比較からも明らかとなる。本発明によると、正方形断面積の辺縁部は、長方形断面積、又はより一般的に、基準断面形状の辺縁部に比べてエネルギー付加により黒くなっている。

輪郭形状の特徴に関して、図１Ａ及び１Ｂの両方で（別様に黒くなった外部の「影部」により）示されているとおり、外方向照射又はブルーミングの程度は、それぞれ側端よりも角部の方が低い。よって、対応する制御は、辺縁部が角部であるか又は側端部であるかに応じて行われ、基準としての標準非辺縁部に対して、後者よりも前者のほうがエネルギー密度付加の減少は比較的小さくなる。この例は、電磁放射及び／又は相乗的刺激のパターン又はイメージが、多数の区別的に制御された辺縁部を含む場合があることも示している。

図２Ａ、２Ｂ及び２Ｃは、円形断面積に対する、全体形状又は輪郭形状に応じた制御及び／又は調整の別の実施形態を示している。
明らかに示されるように、外方向照射及びブルーミングは、凸状輪郭、すなわち輪状断面積の内輪又は内孔においてのほうが、外端及び輪郭としての凹状輪郭においてよりも強い。よって前者では、後者に比べて、基準輪郭に対してそれぞれ、（例えばグレーレベルによる調整又はその他のエネルギー密度調整により）辺縁部におけるエネルギー密度をより大幅に低下させることが求められる。この場合、基準を、例えば直線輪郭によって定義してもよい。図２Ａ〜２Ｃの一連から明らかなように、内孔が小さければ小さいほど外方向照射／ブルーミングが強い。よって、補償のためには、辺縁部においてエネルギー密度を低下させてより強固な制御を行うことが必要とされる。一般に、内孔及び外円の半径は、外方向照射及びブルーミングの程度の指標であり、辺縁部の輝度調節の因子として用いることができる。

（ｃ）固化材料の特定の面積又は体積の寸法：
所定の変更されていない製造システムにおいては、露光面積又は体積が大きいと、露光面積又は体積がより小さくよりデリケートな場合に比べて、辺縁部にわたって、且つ辺縁部を越えてより強いブルーミング又は外方向照射を引き起こす。例えば、これは図２Ａ、２Ｂ及び２Ｃの比較からも明らかとなる：輪状面積が大きくなるにつれて、輪の外部空間及び内部空間の両方に向かう（次第に黒くなっていく「影部」によって示される）外方向照射の程度も高くなる。この傾向は、露光面積及び体積に充填剤が含まれることによって、特に影響を受ける。したがって、本発明によると、形成部の面積又は体積の断面寸法が大きければ大きいほど、非辺縁部における標準エネルギー密度に対して、より低いレベルに制御又は調整される辺縁部のエネルギー密度が多くなる。その逆で、断面寸法が小さければ小さいほど、比較的高いエネルギー密度への制御又は調整が多くなる。

図３は、角部及び線形線が混じった凹凸輪郭屈曲線の複雑な組み合わせを示しており、この複雑さにより、上記記述に基づく、それぞれの辺縁部におけるそれぞれ対応するエネルギー濃度の組み合わせが必要とされる。ここで、屈曲の程度は、外方向照射及びブルーミングの程度の指標であり、辺縁部の輝度調節の因子として用いることができる。

（ｄ）固化材料：
形成される３次元オブジェクトの質量面積又は体積領域に対する辺縁部への電磁放射及び／又は相乗的刺激の付加は、吸収、反射及び／又は散乱特性と同時に収縮特性の観点で大きく異なる特徴に左右される。大まかに、これらの特徴は、面積又は体積領域内では比較的等方的に影響を受けるが、端部による辺縁部では、比較的異方的に影響を受ける。

一例として、反射特性及び散乱特性を有するセラミック充填材を用いる場合が挙げられる：通常、前に固化された材料まで達する所望の硬化深さの面積又は体積領域に、材料の結合剤を固化するのに必要な一定量のエネルギー又はエネルギー密度が与えられると、本発明では、比較的少ない量のエネルギー又はエネルギー密度が辺縁部に付加される。これにより、辺縁部について、反射及び散乱現象による寸法の不精密さは平衡化される。逆のことが、カーボンブラックのような吸収充填剤を用いた場合に起こる場合がある。

固化材料の特徴に関連するその他の影響因子には、次のようなものが含まれる：
（ｉ）固化材料に含まれる充填剤の種類及び／又は量：例えば、充填剤が電磁及び又は相互照射を吸収、反射又は散乱させるか否か、又はその程度によって、辺縁部に対応するエネルギー密度分布は大きく影響を受ける。例えば、固化性材料又はその成分の散乱が多ければ多いほど、実際に画定された形成済面積又は形成済体積の外側における外方向照射又はブルーミングするエネルギーの密度は高くなる。よって、有利な補償制御を達成するために、例えば、非辺縁部に対応するビットマップの他の部分に対して、ビットマップの対応部分をグレーレベルで階調して減光することにより、この場合の辺縁部では、エネルギー密度の付加を減少させる。逆に、吸収減少が反射又は散乱現象より優勢である固化材料の場合、エネルギー密度は内部、非辺縁部よりも辺縁部において増加させるべきである。吸収又は反射／散乱現象が優勢であるかどうかは、とりわけ充填材の種類による。したがって、本発明によるエネルギー密度の積極的な制御又は変動によって、幅広い種類の異なる充填材の利用へ適用することが可能となる。その種類は、例えば、詳しく後述するようにセラミック、ガラス、カーボンブラック、固体ポリマー粒子、金属、金属合金を含むがこれらに限定はされず、更に、好適なコーティング剤、例えばワックス、カップリング剤、ポリマー等によって反射される吸収金属粒子のような改良形態を含む。本発明は、粒子（又はパウダー）又は繊維形状で存在する充填物質の寸法及び／又は量を考慮することもでき、更に、製造プロセス中の充填材の沈殿のような状況に対応することもできる。また、本発明は、３次元オブジェクトを、少なくとも１つが充填材を含む２以上の異なる固化材料を用いて、更に適合させた多様なエネルギー密度を利用する１つの製造システムを用いて、より確実に製造可能という有利性を有する。

（ｉｉ）結合剤の種類及び／又は量：
同様に、特定の種類及び／量の充填材の組み合わせの場合、吸収、反射及び／又は散乱現象を含む重要固化基準は、形成部内の一定の場所における結合剤の種類及び／又は量によって大きく影響を受ける。

（ｉｉｉ）固化材料の硬化速度、粘度及び／又は流動性：
固化材料の硬化速度、粘度及び／又は流動性の特徴は、考慮されるのが領域部か又は非領域部かによって大きく異なる。例えば、材料が液体、流体、揺変性、半固体、ペースト状、高粘性、中粘性、低粘性の何れであるかが重要であるが、形成済部が辺縁部か、それとも非辺縁部かによって作用が異なる。また、これらの状態は、３次元オブジェクトの状態及び全製造工程内の時点によっても変動し、それぞれ異なる形成部又は領域間、又は製造工程全体で用いられる、それぞれ異なる第１及び第２固化性材料との間でも変動する。更に、辺縁部に対応する面積又は体積において十分に硬化させるための輝度レベル及び／又は時間は、その他の領域に対して実質的に変動する。

本発明は、考慮される１以上の辺縁部におけるエネルギー密度に対してプリセットを適用したり状況に応じた制御を行ったりすることにより、このような様々な状態に効果的に適用することができる。

本発明の作用によると、上述した（ａ）〜（ｄ）の状態、具体的には（ｉ）〜（ｉｉｉ）の状態又はその他の状態に対応して様々に制御したエネルギー密度は、理論考察、又は実際的経験によって決定、確定することができる。製造システムが未経験固化材料の使用に適用される場合、又は新規又は特定の製造装置の使用に適用される場合、実際的な検査又は検証をすることが好ましい。このように、上記した１以上のパラメーターを検査することによって、様々なエネルギー密度及び、特に、辺縁部の少なくとも一部における、又はそれぞれ異なる形成部のパターン又はイメージ間における選択的過剰露光又は露光不足による影響を容易に計測できる。これにより、形成される特定の３次元オブジェクトの設計、用いられる材料に含まれる充填材及び／又は結合剤等のような、全製造プロセス中の個々の形成パラメーターに応じた、より正確な調整が可能となる。必要とされる又は所望される調整は、１以上のビットマップ内で行うことができる。ビットマップは、製造プロセスに先がけて生成してもよいし、又は進行中の製造プロセス「オンザフライ」中に生成してもよい。製造中に採用される工程「オンザフライ」の作用は、特に効率的で望ましい。また、基準強度、基準全体形状、基準輪郭形状、基準寸法及び基準材料から選択された何れかの特性で定義される標準エネルギー強度を参照することによって、更に、その基準特性に対し、実際の形成済データ又は実際の形成済オブジェクトの多様性に応じて、辺縁部に付加される実際のエネルギー密度を調整することによって、制御が行われる。

電磁放射及び／又は相乗的刺激の選択的な付加では、固化材料を固化させるのに十分な電磁放射及び／又は相乗的刺激が可能な適当なソースが適切に用いられる。本発明における電磁放射及び／又は相乗的刺激による固化は、氷結、溶解及び／又は焼結のような、光化学反応のない固化プロセスとして理解されるが、より好ましくは、光化学反応又は熱設定反応による氷結及び／又は固化のプロセスとして理解される。したがって、結合剤は、不活性結合剤；光化学反応の有無に関わらすゲル化、固化又は硬化する接着剤；及び光化学反応によってゲル化及び／又は固化し、且つ通常、光重合、橋かけ及び／又はネットワーク構築プロセスを含むフォトポリマー又は感光性樹脂から成る群から選択される。電磁放射及び／又は相乗的刺激の選択的な付加によって固化又は硬化される結合剤（第１結合剤）の他に、このような電磁放射及び／又は相乗的刺激に影響されない、又は電磁放射及び／又は相乗的刺激に影響されるが、（例えば異なる電磁波又は強度で）修正された更なる結合剤（第２結合剤）を追加で用いてもよい。

電磁放射及び／又は相乗的刺激の選択的な付加を行う装置は、固化材料の特定の面積又は体積に電磁放射及び／又は相乗的刺激を選択的に付加するマスク及び／又は投射部を含むことが好ましい。光学素子、レンズ、シャッター、ボクセルマトリックス投射器、ビットマップ発生器、マスク投射器、ミラー及びマルチミラー素子等を含みこれらに限定されない、更なる適した構成要素を用いて、電磁放射及び／又は相乗的刺激を形成部又はその一部分に付加できる。電磁放射及び／又は相乗的刺激を選択的に付加する適切な照射技術として、空間光変調器（ＳＬＭｓ）、デジタルライトプロセッシング（ＤＬＰO）、ＤＭＤO、ＬＣＤ、ＩＬＡO、ＬＣＯＳ、ＳＸＲＤ等を基にした投射ユニット、列状又はマトリックス状に出射される反射透過ＬＣＤ、ＬＥＤ又はレーザダイオード、ライトバルブ、ＭＥＭ、レーザーシステム等が挙げられるが、これらに限定されない。ＤＬＰマスク投射器の使用が好ましい。

固化性材料は、適切なキャリア又はプロバイダーに載置されると、特定の面積又は体積において選択的付加を施される。本発明で用いられる固化性材料キャリア／プロバイダーの適当な例として、固化性材料を収容する容器又はタンク、又は固化性材料を運ぶ可塑性及び／又はクリア及び／又は弾性のフィルム／ホイルが挙げられるが、これらに限定されない。フィルムで構成される場合、材料は、固化工程の前、途中又は後に、適切な膜転送技術によって運ばれる。大量の固化性材料がリザーバー又は固化性材料輸送カートリッジに収容され、そこから固化性材料プロバイダーに供給される。

更に、成長しながら継続的又は非継続的に形成された３次元オブジェクトは、適切なキャリア又は支持体に載せて運んでもよい。オブジェクトキャリア／支持体は、製造システムにおいて通常は可動的に構成されており、固化材料との空間的に制御された関係を可能にしている。その代わりに又はそれとの組み合わせにより、固化性材料のキャリア／プロバイダーは、オブジェクトキャリア／支持体（及び前に固化したオブジェクト）との空間的に制御された関係の中で可動的に構成されていてもよい。本発明の原理を適用する際には、様々な変更が可能である。

電磁放射及び／又は相乗的刺激を付加する装置、及び上述の更なる光学素子は、固化材料と同時にそのプロバイダー及び／又はキャリアに対して様々な適する方法で構成することができる。例えば、電磁放射及び／又は相乗的刺激が形成部又は固化性材料キャリア／プロバイダーの上から付加される（この場合、製造された３次元オブジェクトを運ぶキャリアは、通常、形成部又は固化性材料キャリア／プロバイダーの下に位置する）ように構成してもよいし、電磁放射及び／又は相乗的刺激が形成部又は固化性材料キャリア／プロバイダーの下から付加される（この場合、製造された３次元オブジェクトを運ぶキャリアは、通常、形成部又は固化性材料キャリア／プロバイダーの上に位置する）ように構成してもよい。ここでも、様々な変更が可能である。

形成部は、例えば、Ｘ、Ｙ、Ｘ方向に所望の寸法を有する形成平面／面積又は形成体積によって形成される。形成面積は平坦でもよいが、必ずしも平坦である必要はない。更に、形成部は、層として、断面として、ポイントマトリックス、ラインマトリックス、特にボクセルマトリックスのようなマトリックスとして形成されてもよいし、他の形態でもよい。所望の３次元オブジェクトは、各形成部における材料の連続固化を伴う追加の生成プロセスによって最終的に形成される。

本発明によると、エネルギー密度は、固化材料の露光パターン又はイメージ、及び／又はそれぞれ異なる形成部の複数の露光パターン又はイメージに、様々な方法又は手段で付加される。エネルギー密度の変動を効率的且つ制御可能にするために、電磁放射及び／又は相乗的刺激の選択的付加は、あらかじめ設定された数の個別の撮像素子又はピクセルを含む撮像部に基づくことが好ましく、辺縁部におけるエネルギー密度の制御又は変動は、この個別の撮像素子又はピクセルを選択的に制御することによって行われる。このような露光システムは、ステレオリソグラフィーの自由形状製造方法に特に適している。

本発明によると、電磁放射及び／又は相乗的刺激のエネルギー密度を、適切な方法又は手段によって、１以上の辺縁部において制御又は変動させることができる。特に好ましい方法又は手段として、以下が挙げられ、これらを単独で用いても、組み合わせて用いてもよい：
（ａａ）１以上の形成部のＸＹ，ＸＺ，ＹＺの寸法内又はＺ方向における様々な露光時間。

例えば、これは、適当なタイミングを有する選択シャッター、又は選択マスク露光によって達成することもできる。

（ａｂ）パターン、イメージの少なくとも一部分、又はそれぞれ該当の辺縁部をカバーするそれぞれ異なる形成部の中で少なくとも１つのパターン、イメージの少なくとも一部分の多重露光。

例えば、これは、形成される３次元オブジェクトの一定の断面積又はその他の形成部の多重マスク露光を適用することによって実行することができ、各多重マスクの一部分が、対応する非辺縁部での露光過多及び対応する辺縁部での露光不足にそれぞれ重なっていることが好ましい。

（ａｃ）露光パターン又はイメージの辺縁部、又はそれぞれ異なる形成部の辺縁部間でのエネルギー密度の階調。

これは、一定のグレー値又はカラー値を、１つの辺縁部の対応部分、又は複数の辺縁部のうちの１つに割り当てることによって、最も効果的に実行することができる。グレー値又はカラー値が割り当てられる部分は、それぞれ、全ての明値に対しては露光不足となるが、暗値に対しては露光過多となる。

グレー値又はカラー値の割り当ては、ピクセルマトリックス内のピクセル方向で最も効率良く行われる。特に充填材を含む固化材料を用いる場合に、エネルギー密度の階調は処理の容易さと高精度を両立させるため、本実施形態が、単独で又はその他の変動手段との組み合わせによって好ましく適用される。

（ａｄ）電磁放射及び／又は相乗的刺激の第２ソース又は第２付加の適用。
例えば、電磁放射及び／又は相乗的刺激の第２ソース又は第２付加は、それぞれ同一の又は異なる波長の２以上の照射ソースを用いる二重又は多重照射システムによって達成される。本実施形態において、第２又はそれ以上の照射ソースは、辺縁部とは対照的に露光過多にする必要があるパターン又はイメージの非辺縁部に選択的に向けられている。その代わりに、一般的な赤外線（ＩＲ）熱ソースを、基本エネルギー密度の通常付加に用い、一方で、材料を固化させるために機能する、電磁放射及び／又は相乗的刺激を付加する特別なソースが、選択された辺縁部に対して、追加のエネルギー密度によって露光される必要がある非辺縁部に選択的に適用される。電磁放射及び／又は相乗的刺激の第１そして第２又はそれ以上のソース又は付加は、形成部との関係において同一の側又はそれぞれ異なる側に位置する。更に、第１そして第２又はそれ以上の電磁及び／又は相乗照射の付加は、それぞれ同一又は異なる方向の指向性を有する。

当業者は、上記の様々な実施形態について、変更を加えたり、組み合わせて用いたりでき、実行可能である。

本発明で典型的に用いることができる、原料を供給するために結合剤と混合させる充填材は、固体又は略固体の物質である。物質として、以下が挙げられるが、それらに限定されない：アルミナ、マグネシア、ジルコニアのようなセラミック物質、チタニア、酸化ハフニウム、酸化希土類金属、スピネル型酸化二重金属のようなその他の遷移金属のセラミック酸化物、又はそれらの混合物；陶性合金；ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、アパタイト、フルオロアパタイト、水酸リン灰石、リン酸三カルシウムのようなリン酸塩、カルシウムマグネシウムリン酸塩、アンモニウムカルシウムリン酸塩、ムライト、スピネル、又はそれらの混合物；ケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス、又はそれらの混合物のようなガラス材；カーボンブラック；顔料；ステンレス鋼、チタニウム又はチタニウム合金、ニッケル合金、銅又は真ちゅう（銅７０％及び亜鉛３０％）のような銅又は銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金、鉄又は鉄合金、及びそれらの混合物のような金属及び金属合金；重合アクリル樹脂及びポリウレタン／アクリレート、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレンポリメリセート（ＡＢＳ）、エポキシド及びそれらの共重合体のような混合物又は共重合体、ナイロン及びその混合物又は共重合体、ポリアミドエラトマー及びその混合物、のような固体ポリマー又はポリマー混合物、及びその他の充填物質。（特にプロセスが焼結のような後処理を含み、よって第１から第２円周寸法への変化がある場合、）優れた均一性と高い寸法精度を両立して高い機械強度を達成するという点で、歯科用途に特に有利な好ましい実施形態において、充填剤はセラミックパウダーであり、好ましくは、アルミナ、ジルコニア、又はその混合物から選択されるセラミック材料を含むパウダーである。特に好ましいセラミックパウダーは、モノクリニカル又は非モノクリニカルジルコニア、イットリアをドープ又は固定した正方モノクリニカル又は非モノクリニカル、単一又は非単一相ジルコニア（すなわち、３〜５ｍｏｌ−％のＹ２Ｏ３を含むＺｒＯ２）から選択されたセラミック材料、特に３ＹＴＺＰを含む。

充填材は更に１以上の種類の添加剤を含む場合があり、添加剤として、例えば分散剤、顔料のような着色剤、焼結助剤又は安定剤のような処理後補助添加剤等が挙げられるが、これらに限定されない。

充填材は（例えば特にポリマー充填材が用いられる場合に）、固化に用いられる電磁放射及び／又は相乗的刺激作用のもと、それ自体を共溶解させるか又は共焼結させる。一方で、充填材自体は、充填材に混合された結合剤を固化するレベルでは、電磁放射及び／又は相乗的刺激に関して不活性であるが、それにも関わらず、（例えばセラミック、ガラス、金属／金属合金が用いられている場合に）後述の後処理において共溶解又は共焼結することが好ましい。

充填材は、粒子状、パウダー状、繊維状、網状、骨格状等である。充填材の特に好ましい粒子形状は、適切な粒子サイズのパウダー状であり、好ましくは粒子が球形又は本質的に球形であり、更に好ましくは、平均粒子サイズが約０．００１μｍ〜１００μｍの範囲、より好ましくは約０．０１〜５０μｍの範囲であり、特に約０．１〜１０μｍの範囲である。充填材の絶対粒子サイズの分布は、約１ｎｍ〜１０００μｍ又はそれ以上の範囲、好ましくは、約０．１μｍ〜１００μｍの範囲である。充填材は、同一又は異なる充填材料を用いて単峰性、二峰性又は三峰性のサイズ分布を有す。

本発明による固化材料用の結合剤物質は、電磁放射及び／又は相乗的刺激を受けたときに、複合材料の固化をそれ自体がもたらす物質から適切に選択される。こうして選択された結合剤は、必ずしも光化学反応によって固化する必要はなく、氷結のようなその他のメカニズムによって固化してもよい。もしくは、電磁放射及び／又は相乗的刺激による活性化後の化学反応によって、他の共反応物質と共に固化してもよい。

この種の結合剤の適切な例は接着剤であり、ワックス、改質ワックス、エポキシドのような熱硬化性樹脂等が挙げられるが、これらに限定しない。接着剤の接着特性は、固化材料を固化する前でなくても発揮することができるため、たとえ光硬化反応を実行しなくても、粒子又は繊維充填材を含む、層、糸、ドット又はその他の構造や骨格といった部分構造を連続的に共に適用し、３次元オブジェクトを形成することができる。

好ましい実施形態によると、結合剤は、フォトポリマー及び熱硬化樹脂、特に該当の電磁放射及び／又は相乗的刺激を受けたときに硬化するフォトポリマーから選択されたうちの少なくとも１つを含む。したがって、結合剤として使用するフォトポリマーとして以下が挙げられるが、これらに限定されない：アルキル又はアルコキシアクリレート（メタクリレート）、例えばアルキルグリコールジアクリル（ジメタクリル）のような短鎖又は長鎖アルキルエステル基を有するアクリル（メタクリル）のような、例えばモノ―、ジ―、トリ―、テトラ―ペンタアクリレート、を含有するアクリレート及び／又はメタクリル酸塩化合物；エポキシ含有化合物；ビニル基含有又はビニルエーテル基含有化合物；ポリシロキサン；等、及びその混合物。代わりに、合成物を含むエポキシ基のような熱硬化ポリマー物質を用いてもよいが、光及び／又は熱に反応して分解するアミン基によって保護されていることが好ましい。

本発明による合成固化材料は、更に別の補助剤を含んでもよく、補助剤として以下が挙げられるが、これらに限定されない：電磁放射及び／又は相乗的刺激の所望の波長に応じて選ばれる、２―ベンジル２―ジメチルアミノ―１（４−モルホリノフェニル）ブタノン、１、２、２’―ジメトキシ―２―フェニルアセトフェノール、ビスイミダゾール、ベンゾフェノン、a―アミノケトン、キサンテン、フルオレン、フェロセン等のような光開始剤；チオキサントン（例えばイソプロピルチオキサントン１―クロロ―４―プロポキシチオキサントン）、４―ベンゾイル―４’―メチルジフェニル硫化物、エチル―Ｐ―パラジメチルアミノ安息香酸、Ｎ、Ｎ―ジアルキル―トルイジン又はアニリン、ベンゾフェノン、ジアリールヨード合成物、ホウ酸塩、亜リン酸塩等のような共開始剤及び／又は活性剤；レオロジー調整剤；粘度調整剤；希釈剤；溶剤；染料及び／又は着色顔料のような着色剤；チキソトロピック剤；増粘剤；安定剤；結合剤；縫い代ろ剤；分散剤；滑剤；接着剤；細孔形成剤；等。これらは単独で用いても組み合わせて用いてもよい。

固化材料は適切な形態で供給され、液体、流体、揺変性、半固体、ペースト状、高粘性、中粘性及び低粘性材料が挙げられるが、これらに限定されない。固化材料が、２５°Ｃでそれぞれ計測して、約０．１Ｐａ×ｓ〜５×１０^３Ｐａ×Ｓ、好ましくは約０．２〜約１×１０^３Ｐａ×Ｓ、より好ましくは１Ｐａ×ｓ〜２００Ｐａ×ｓ、特に１０Ｐａ×ｓ〜１００Ｐａ×ｓの粘度を有することが好ましいが、限定はしない。

充填材が用いられる場合、材料全体の中のその含有量は、約０．５重量％〜９９．９重量％の範囲で適切な量であり、好ましくは約１重量％〜約９９重量％、より好ましくは１０重量％〜８５重量％、特に好ましくは５０重量％以上〜８５重量％であり、また更に好ましくは７０重量％から８０重量％である。

固化後、こうして製造された３次元オブジェクトに１以上の後処理を施す。適切な後処理は、後硬化、分離、溶解及び焼結から選択され、これらは単独で用いても組み合わせて用いてもよい。

図４によると、ステレオリソグラフィー技術に基づいて３次元オブジェクトを製造する自由形状製造のプロセス及びシステムの特定の実施形態において、固化材料７を供給するための容器又はタンク１が用いられ、固化材料７は、イットリア安定化正方晶ジルコニア相（３ＹＴＺＰ）のような粒子状の充填材６及びアクリル樹脂のような結合剤５を含む。固化材料７は、上記したように、充填材内の焼結助剤及び結合剤内の光開始剤、更に任意で補助剤のような更なる成分を含んでもよい。図１は、作業の一定の瞬間におけるプロセス及びシステムを示しており、所望の３次元オブジェクトの部分９はすでに製造済みであり、ここでは平坦形状で示された３次元オブジェクトキャリア／プロバイダー１０上にある。前に固化された部分オブジェクト９の表面と容器又はタンク１の底部２との間に、（３次元オブジェクトキャリア／支持体軸部の矢印によって示される）３次元オブジェクトキャリア／支持体１０の上方移動によって、隙間が形成される。この上方移動によって、これから固化される材料がその隙間を埋め、その固化材料７が所望の形成部８に供給される。タンク又は容器１の底部２は、少なくともその機能部において、固化に用いられる電磁放射及び／又は相乗的刺激に対して透明又は透過的である。

ＸＹで画定された面積内、又はＺ方向に延びて所望の形成部８を特に画定する対応体積内において、電磁放射及び／又は相乗的刺激が、タンク１の底部２の下から、平行の矢が示すように選択的に付加される。ここで、露光エネルギー密度は、対応する露光パターンの辺縁部において、充填物質６としての金属パウダーの優勢な反射及び散乱特性に基づいて、辺縁部での露光エネルギー密度Ｅ_１が内面積に付加されるエネルギー密度Ｅ_０よりも低くなるように制御される。

エネルギー密度の制御は、マスクの内面積部への非段階的な明るい露光レベルに対して、マスク露光システムの辺縁部へのグレーレベル割り当てによって影響を受ける場合がある。

反対に、優勢な吸収充填剤を用いることにより製造システムを変更すると、エネルギー密度の変動を（図示しないが）異なる様で変更することができ、より高いエネルギー密度（Ｅ_１’）が辺縁部で露光され、比較的低い基本エネルギー密度（Ｅ_０’）が辺縁端以外の残りの内面積で露光される。

こうして、自由形状製造システムは、特に用いられる充填剤含有の材料の用途に採用及び適用される。また、所定のあらかじめ定められたシステムによれば、精度、収縮制御及び均一機械強度を、辺縁部及び広い構造面積部に対してそれぞれ異なる制御をすることにより、著しく改善することができる。

同様の制御メカニズムは、エネルギー密度を、辺縁部において、内面積に付加される基準の標準レベル（Ｅ_０）よりも低いレベル（Ｅ_１）に調整することが求められる場合に、（ａ）固化材料の特定の面積又は体積の全体形状又は輪郭形状、又は（ｂ）固化材料の特定の面積又は体積の寸法に応じて、変更を加えた実施形態で用いることができる。例えば、Ｅ_０と（Ｅ_１に関連する辺縁部へ、それぞれ段階的なグレーレベルを割り当てること等によって達成される）Ｅ_１との差は、形成部８が（輪郭が直線形状である場合に当てはまる基準ケースに対して）凸状輪郭線を有する場合、又は形成部８が（基準の形成部寸法に対して）比較的狭い断面積をカバーする場合には、比較的小さくなるように調整される。反対に、基準の場合に比べてそれぞれ、形成部８が凹状輪郭線を有する場合、又は比較的広い断面積をカバーする場合、その差は比較的大きくなるように調整される。これらの変更は、例えば、使用される固化材料が充填剤を含んでいない場合においても、その材料とは無関係に適用することができる。

図５、６Ａ及び６Ｂに示される別の実施形態では、膜転送画像技術に基づく様々な自由形状製造システム及びプロセスが、本発明の原理を適用して用いられている。これらの実施形態で、エンドレス・ベルトの形態でも供給することができるベルト３０は、透明及び／又は柔軟性及び／又は弾力性のあるゴム／フィルム／ホイルからなり、その上に固化材料１７を載せる。固化材料１７も充填剤１６及び結合剤１５、及び任意で上記した更なる成分を含む。図は、全体の製造プロセスの中の一定の段階を示しており、最終的な３次元オブジェクトの部分１９は、すでに形成されており、製造基盤として構成された３次元オブジェクトキャリア／支持体２０に載置されている。材料の層がオブジェクト部１９の上端に更に位置する場合、キャリア／支持体２０の上方移動によって移動し、これから固化する材料１７と接触する。いったん接触があると、形成部の特定の面積内（この場合、固化される更なる層）において、電磁放射及び／又は相乗的刺激が、関連の基本エネルギー密度Ｅ０でパターン又はイメージに付加される。

図５に示される実施形態によると、露光パターン又はイメージの内部に更なるエネルギー密度Ｅ_１を付加又は供給する、電磁放射及び／又は相乗的刺激の追加の第２ソースを用いた超過露光によって、エネルギー密度を変動させる。こうして、辺縁部のセラミック充填剤の散乱現象によって引き起こされる不均一性を阻止するために、辺縁部には基本（低）エネルギー密度Ｅ_０を残留させる。Ｅ_０に関する第１電磁放射及び／又は相乗的刺激とＥ_１に関する第２電磁放射及び／又は相乗的刺激は、同一又は異なる波長を有してもよい。充填物質の有無に関わらず用いることができる、図４に関連してすでに記述した変更済実施形態は、図５の実施形態にも適用可能である。

図６Ａ及び６Ｂに示される別の実施形態では、それぞれ異なる形成部又はそれぞれ異なる層が用いられる場合、又はその代わりに、それぞれ異なる第１及び第２材料が１以上の形成部に用いられる場合における本発明の原理が説明されている。図６によって示される特に例示した工程では、充填剤を含まないか、又は上記図５の成分１５、１６又は１７とは異なる別の充填剤を含む変更第２材料１８が、一定のエネルギー密度Ｅ_３に関する電磁放射及び／又は相乗的刺激によって、形成部にデリケートな辺縁部（例えば修正構造又は補助的な支持構造）を形成するために適用されている。ベルト３０からの分離後、充填剤１６及び結合剤１５を含む固化材料１７を再度運ぶこのベルト３０又は別のベルトが供給される。部分オブジェクト（構造１９＋１９’）のキャリア／支持体２０を移動させて、部分オブジェクトを上方向及び材料１７の方向に向けることで更に接触させる際、前の辺縁部に関連のＥ_３とは異なる基本エネルギー密度Ｅ_０が、３次元オブジェクトの別の部分を形成するために、次の形成部又は次の層に露光される。この例では、基本エネルギー密度Ｅ_０が、図６Ｂで形成される層全体に辺縁部を含んで適用されるが、代わりに、前記したように、Ｅ_０を次の層の内部に適用されるエネルギー密度と辺縁部に適用される、より低いエネルギー密度とに分けることもできる。

更に代わりとして、それぞれ異なる固化第１及び第２材料１７、１８を使用する代わりに、同一の固化材料を用いる場合においても、それぞれ異なるエネルギー密度Ｅ_３及びＥ_０を有利に適用することができる。しかしながら、その変動は、非常に異なる形成部（デリケート構造１９’とオブジェクト１９の断面全体を覆って形成される層）の構造によって果たされる。

図７及び８に概略的に示された実施形態では、電磁放射及び／又は相乗的刺激付加装置のエネルギー密度は、上記した基準の少なくとも１つに応じて、前の設定により又は適切な制御部により、それぞれ設定又は制御することができる。

図７に示した実施形態では、少なくとも結合剤５及び充填剤６を含み、タンク、容器又は槽４０に収められた固化材料７を用いる。タンク／容器／槽４０の底部、及びこれを支持するために用いられるガラス又はプラスチック板４１は、用いられる電磁放射の種類に対して透明である。本実施の形態において、電磁放射が、投射部５０からシャッター４６を介して行われ、反射器４５を介して形成部内又は形成部において所望の露光イメージを形成することによって材料７を固化させ、製造基板として構成された３次元オブジェクトキャリア／支持体１０上の前に形成された部分９と結合させる。こうして、所望の３次元オブジェクトを、例えば中間層剥離を伴って層方向に、連続的又は非連続的に続けて形成することができる。コンピュータ６０によって構成された制御ユニット６０は、例えば、エネルギー密度Ｅを様々に調整する投射部５０、電磁放射の経路を開閉するシャッター４５、及び未使用の固化材料の運搬を可能とする３次元オブジェクトの（例えば矢で示す上方向の）移動のためのキャリア／支持体１０のような、適した場所における自由形状製造システムの動作を制御する。ここで、投射露光部の空間的に制御可能なエネルギー密度Ｅは、例えば以前に使用された周知の材料（すなわち、充填剤の種類、粒子サイズ又は量；結合剤の種類又は量のような上記のパラメーターのうちの１つもしくはその組み合わせ）に応じて、手動で設定し、製造プロセスに先がけて適切な制御モジュール６１によって入力することができる。その代わりに又は追加として、エネルギー密度Ｅは、手動で様々に設定し、制御モジュール６１に入力することができる。又は、上記のパラメーターの何れか１つ又は組み合わせに応じて、製造プログラム及び製造プロセスの最中に状況に応じて調整される。

更に可能な選択肢として、（参照符号５５で示される）流量計又は粘度計が必要に応じて設けられ、投射部５０によって付加されるエネルギー密度Ｅを、固化に用いられる材料の流動性、粘性及び（流動性、粘性によって測定可能な）固化速度の何れか１つに応じて、制御部６０を介して制御するために、流動性又は粘性の何れか又はその両方を、プリセット動作として事前に、又は製造プロセスの最中に状況に応じて測定することができる。前述の実施形態で説明したのと同様に、投射器５０によって付加されるエネルギー密度Ｅは、形成部の露光面積内で様々であり、充填剤６の散乱及び／又は反射現象を阻止するために、内部領域では比較的高く、辺縁部では比較的低い（すなわち、空間的に区別したエネルギー密度Ｅ０、Ｅ１等を付加することによって変動させている）。

図６の実施形態の更なる変更として、投射部５０及び反射器４５を、電磁放射及び／又は相乗的刺激の選択的付加のためのマスク露光システムに代えることができる。

図８に示される実施形態は、膜転送画像技術を用いた上記実施形態に変更を加えたものである。ここで、本発明による自由形状製造システムの実施形態は、固化材料７を運ぶ（それぞれ参照符号７５によって示された）可塑性及び／又はクリア及び／又は弾性のフィルム／ホイルを用いる。材料は、少なくとも結合剤５及び充填剤６を含む。少なくとも製造済部分における該当の電磁放射に対して透明なフィルム７５が、固化材料リザーバー７０からフィルムの片側へ供給される固化材料７を供給所から製造済部分へ運搬するために採用され、所望の形成部に対して、あらかじめ定められたエネルギー密度Ｅの付加による照射作用が施される。運搬は、制御部６０の制御のもと、アクティブローラー７６^２によって行われてもよく、その際、他のローラー７６^１及び７６^３は受動的に可撓性フィルム７５の残りの端部を巻き取る。更に、形成済部で材料７を運ぶ可塑性フィルム７５を支持するための透明ガラス又はプラスチック板４２が備えられる。これにより、望ましいとされる場合、平面的な基準面をより確実に供給できる。

本実施形態において、電磁放射及び／又は相乗的刺激装置は、（参照符号８０で共通して示される）ビットマップ生成器及びマスク投射器を含むマスク露光システムによって構成される。マスク露光システム（及び任意で図示しない更なるエネルギーソース）によって、エネルギー密度Ｅは、基準平面内又は基準平面における形成部の所望の領域に、選択的に付加される。制御部６０は、エネルギー密度Ｅを調整するマスク露光システム８０を制御するように構成され、更には、未使用の材料７を接触させる工程及び固化後に分離させる工程を可能にするよう３次元オブジェクトを（例えば２つの矢で示されるように上方向及び下方向に）移動させるための３次元オブジェクトキャリア／支持体１０、未使用の材料フィルム７を制御しながら供給する固化材料リザーバー７０の開口部等のように、適切な他の場所においてのシステム全体を制御する。図７の実施形態と同様に、マスク露光システムのエネルギー密度Ｅは、手動で設定し、製造プロセスに先がけて適切な制御モジュール６１によって入力することができる。又は、その代わり又は追加として、上記した要因の何れか１つ又は組み合わせに応じて、製造プログラム及び製造プロセスの最中に状況に応じて調整することもできる。上記の実施形態のように、マスク露光システムによって付加されるエネルギー密度Ｅは、空間的に区別されたエネルギー密度Ｅ_０、Ｅ_１等を付加することによってそれぞれ異なる。

図７及び８の実施形態において更なる変更を加えることも考えられる。例えば、電磁放射及び／又は相乗的刺激の選択的な付加のために、それぞれ、図７で投射部５０及び反射器４５をマスク露光システムに代えたり、逆に、図８のマスク露光システム８０を別の投射システムに代えたりできる。

上記した実施形態は、組み合わせて用いることができ、本発明の原理を適用しながら変更することも可能である。なお、本実施形態は、例示に過ぎず、当業者は、本発明の範囲及び趣旨の範囲内で様々に修正及び変更することができ、適用可能である。

Claims (34)

1. 固化材料を供給する工程と；
   前記固化材料を固化するために、形成部に電磁放射及び／又は相乗的刺激をパターン又はイメージで付加する工程と
   を含む少なくとも１つの３次元オブジェクトを製造するためのプロセスであって、
   前記電磁放射及び／又は相乗的刺激の付加は、前記固化材料の特定の面積又は体積に選択的に行われ；
   電磁放射及び／又は相乗的刺激のエネルギー密度を、前記パターン又はイメージの辺縁部で制御及び／又は調整する、及び／又は前記材料のそれぞれ異なる形成部のパターン又はイメージの辺縁部で様々にすることにより、前記辺縁部以外の領域とは異なるエネルギー密度にし、前記制御及び／又は調整は、
   （ａ）前記固化材料の前記特定の面積又は体積に加えられる電磁放射及び／又は相乗的刺激の強度；
   （ｂ）前記固化材料の前記特定の面積又は体積の全体形状又は輪郭形状；
   （ｃ）前記固化材料の前記特定の面積又は体積の寸法；
   （ｄ）固化材料
   のうちの１つ又は組み合わせに基づくことを特徴とする、プロセス。
2. 前記制御及び／又は調整、又は前記辺縁部における前記エネルギー密度の前記変動は、固化材料の標準非辺縁面積領域／体積領域に対して、１以上の辺縁部において行われることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
3. 辺縁部及び／又は非辺縁部に対応する電磁放射及び／又は相乗的刺激の前記選択的付加は、それぞれ単独又は組み合わせて適用される以下の基準：
   （ｉ）前記固化材料に含まれる充填剤の種類及び／又は量；
   （ｉｉ）前記固化材料に含まれる結合剤の種類及び／又は量；
   （ｉｉｉ）前記固化材料の硬化速度、粘度及び／又は流動性
   のうちの少なくとも１つに応じて制御又は変動させることを特徴とする、請求項１又は２に記載のプロセス。
4. 前記固化材料が、充填剤、好ましくはセラミック粒子を含むことを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載のプロセス。
5. 前記固化材料が、フォトポリマー及び接着剤からなる群から選択された結合剤を含むことを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載のプロセス。
6. 前記固化材料が、第１結合物質及び第２結合物質を含み、該第１結合物質が光硬化樹脂を含むことを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載のプロセス。
7. 前記制御が、基準強度、基準全体形状、基準輪郭形状、基準寸法及び基準材料から選択された何れかの特性によって定められた標準エネルギー強度を参照することによって行われ、更に、前記基準特性に対し、実際の形成済データ又は実際の形成済オブジェクトの多様性に応じて、前記辺縁部に付加される実際の前記エネルギー密度を調整することによって行われることを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載のプロセス。
8. 前記制御が、多角形、好ましくは正方形又は長方形の断面形状を有し、且つ線状輪郭線を有す基準オブジェクトによって定められた標準エネルギー密度を参照することによって行われ、前記調整が、前記実際の形成済データ又は前記実際の形成済オブジェクトの前記辺縁部の凸状及び／又は凹状輪郭線に関する多様性に基づいて行われることを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載のプロセス。
9. 前記制御が、基準固化材料によって定められた標準エネルギー密度を参照することによって行われ、前記調整が、実際に用いた固化材料に関する多様性に基づいて、好ましくは、前記電磁放射及び／又は相乗的刺激の付加の際の該固化材料の吸収又は散乱特性に応じて行われることを特徴とする、請求項１〜８の何れか一項に記載のプロセス。
10. 電磁放射及び／又は相乗的刺激の前記選択的な付加は、電磁放射及び／又は相乗的刺激を前記固化材料の特定の面積又は体積に選択的に付加するためにマスク及び／又は投射部を用いる工程を含むことを特徴とする、請求項１〜９の何れか一項に記載のプロセス。
11. 電磁放射及び／又は相乗的刺激の前記エネルギー密度を、前記辺縁部において、
    （ａａ）ＸＹ面内で異なる露光回数；
    （ａｂ）多重に用いられるパターン又はイメージの数；
    （ａｃ）１以上のパターン又はイメージにおけるエネルギー密度の階調；
    （ａｄ）第２電磁及び／又は相乗照射の第２ソース及び／又は第２付加の適用
    のうちの少なくとも１つによって制御又は変動させることを特徴とする、請求項１〜１０の何れか一項に記載のプロセス。
12. 電磁放射及び／又は相乗的刺激の前記選択的付加が、あらかじめ設定された数の個別の撮像素子又はピクセルを含む撮像部に基づき；前記エネルギー密度は、少なくとも前記各辺縁部をカバーする前記ピクセルの少なくとも一部に割り当てられるグレー値及び／又はカラー値によって制御されることを特徴とする、請求項１〜１１の何れか一項に記載のプロセス。
13. 電磁放射及び／又は相乗的刺激の前記選択的付加が、あらかじめ設定された数の個別の撮像素子又はピクセルを含む撮像部に基づき；前記エネルギー密度は、「オンザフライ」で生成される１以上のビットマップマスクで制御されることを特徴とする、請求項１〜１２の何れか一項に記載のプロセス。
14. 前記３次元オブジェクトはオブジェクトキャリア又は支持体上に形成され、該オブジェクトキャリア又は支持体は、前記形成済３次元オブジェクトが成長するにしたがって上方向に移動することを特徴とする、請求項１〜１３の何れか一項に記載のプロセス。
15. 前記固化材料が、電磁放射又は相乗的刺激を付加する段階で、透明フィルム上の前記形成部に供給されることを特徴とする、請求項１〜１４の何れか一項に記載のプロセス。
16. 前記固化材料が、樹脂ソースから可動フィルム上の前記形成部に運ばれることを特徴とする、請求項１〜１５の何れか一項に記載のプロセス。
17. マスク投射器が、前記フィルムを介してイメージを投射するために、前記フィルムの下に配置されていることを特徴とする、請求項１６に記載のプロセス。
18. 前記マスク投射器が、デジタル光投射器であることを特徴とする、請求項１７に記載のプロセス。
19. 前記３次元オブジェクトは、電磁放射及び／又は相乗的刺激付加装置の上に位置するオブジェクトキャリア又は支持体上に形成され、透明板が、前記透明のオブジェクトキャリア又は支持体と前記電磁放射又は相乗的刺激付加装置との間に配置されていることを特徴とする、請求項１〜１８の何れか一項に記載のプロセス。
20. 少なくとも１つの３次元オブジェクトを製造するため、又はその製造の準備をするためのプロセスであって、該製造プロセスが、
    固化材料を供給する工程と；
    前記固化材料を固化するために、形成部に電磁放射及び／又は相乗的刺激をパターン又はイメージで付加する工程と
    を含むタイプであって、
    前記電磁放射及び／又は相乗的刺激の付加は、前記固化材料の特定の面積又は体積に選択的に行われ；
    前記製造又は前記準備プロセスは、
    実質上又は実際の固化工程を行い、工程中、形成する３次元オブジェクトの辺縁部を超えてそれぞれ外部に向かう外方向電磁放射及び／又は相乗的刺激、又は内部に向かう内方向電磁放射及び／又は相乗的刺激の何れかの程度が、観察又は決定される工程と、
    前記観察又は決定された前記辺縁部を超える外方向又は内方向照射の程度に応じて、前記辺縁部の電磁放射及び／又は相乗的刺激のエネルギー密度を適合させる工程と
    を含むことを特徴とする、プロセス。
21. 前記辺縁部を超える前記外方向又は内方向照射の程度は、
    （ａ）前記固化材料の前記特定の面積又は体積に加えられる電磁放射及び／又は相乗的刺激の強度；
    （ｂ）前記固化材料の前記特定の面積又は体積の全体形状又は輪郭形状；
    （ｃ）前記固化材料の前記特定の面積又は体積の寸法；
    （ｄ）固化材料
    のうちの１つ又は組み合わせに応じて決定又は観察されることを特徴とする、請求項２０に記載のプロセス。
22. 前記適合工程が、製造業務中の「オンザフライ」で行われることを特徴とする、請求項２０又は２１に記載のプロセス。
23. 前記適合工程が、３次元オブジェクト製造装置を事前に準備する事前工程で、所望の製造業務に適合するよう実行されることを特徴とする、請求項２０又は２１に記載のプロセス。
24. 前記適合工程は、形成する前記３次元オブジェクトの１以上の辺縁部に制御及び／又は調整されたエネルギー密度を選択的に付加するために、階調パターン又は階調イメージを含む生成ビットマップデータを伴い、該階調は、好ましくはグレーレベル又はカラーレベルを用いることによって行われることを特徴とする、請求項２３に記載のプロセス。
25. 前記固化材料が、フォトポリマー及び接着剤からなる群から選択された結合剤を含むことを特徴とする、請求項２０〜２４の何れか一項に記載のプロセス。
26. 前記固化材料が、第１結合物質及び第２結合物質を含み、該第１結合物質が光硬化樹脂を含むことを特徴とする、請求項２０〜２４の何れか一項に記載のプロセス。
27. 固化材料を供給し、該材料が光硬化樹脂を含む工程と；
    前記固化材料を固化するために、形成部に電磁放射及び／又は相乗的刺激をパターン又はイメージで付加する工程と
    を含む少なくとも１つの３次元オブジェクトを製造するプロセスであって、
    前記電磁放射及び／又は相乗的刺激の付加は、マスク投射器を用いて前記固化材料の特定の面積又は体積に選択的に行われ；
    電磁放射及び／又は相乗的刺激のエネルギー密度を、前記パターン又はイメージの辺縁部で制御及び／又は調整する、又は前記固化材料のそれぞれ異なる形成部のパターン又はイメージの辺縁部で様々にすることにより、前記辺縁部以外の領域とは異なるエネルギー密度にし、
    前記３次元オブジェクトがオブジェクトキャリア又は支持体上に形成され、
    該オブジェクトキャリア又は支持体は前記形成された３次元オブジェクトが成長するにしたがって上方向に移動し；
    前記固化材料が樹脂ソースから可動フィルム上の前記形成部に運ばれることを特徴とする、プロセス。
28. 前記マスク投射器が、デジタル光投射器であることを特徴とする、請求項２７に記載のプロセス。
29. 前記可動フィルムが透明であることを特徴とする、請求項２７又は２８に記載のプロセス。
30. 固化材料と；
    前記固化材料を固化するために、形成部に電磁放射及び／又は相乗的刺激をパターン又はイメージで付加することができる電磁放射及び／又は相乗的刺激装置と
    を含む自由形状製造システムであって、
    前記電磁放射及び／又は相乗的刺激付加装置は、前記固化材料の特定の面積又は体積に電磁放射及び／又は相乗的刺激を選択的に付加するよう設計され；
    前記自由形状製造システムは、前記パターン又はイメージの辺縁部から、及び／又は前記固化材料のそれぞれ異なる形成部のパターン又はイメージの辺縁部から付加される電磁放射及び／又は相乗的刺激について、前記辺縁部以外の領域とは異なるエネルギー密度を採用するために、
    （ａ）前記固化材料の前記特定の面積又は体積に加えられる電磁放射及び／又は相乗的刺激の強度；
    （ｂ）前記固化材料の前記特定の面積又は体積の全体形状又は輪郭形状；
    （ｃ）前記固化材料の前記特定の面積又は体積の寸法；
    （ｄ）固化材料
    のうちの１つ又は組み合わせにそれぞれしたがって制御するよう適合させた制御部を更に含むことを特徴とする、自由形状製造システム。
31. 請求項２〜１９の何れか一項に記載のプロセスを行うよう適合させた、請求項３０に記載の自由形状製造システム。
32. 少なくとも１つの３次元オブジェクトを製造するため、又はその製造の準備をするための自由形状製造システムであって、該自由形状製造システムは、
    固化材料と；
    前記固化材料を固化するために、形成部に電磁放射及び／又は相乗的刺激をパターン又はイメージで付加する装置であって、前記電磁放射及び／又は相乗的刺激を、前記固化材料の特定の面積又は体積に選択的に付加する装置と
    を含むタイプであって、
    前記自由形状製造システムは、実質上又は実際の固化工程を行うよう適合されており、工程中、形成する３次元オブジェクトの辺縁部を超えてそれぞれ外部に向かう外方向電磁放射及び／又は相乗的刺激、又は内部に向かう内方向電磁放射及び／又は相乗的刺激の何れかの程度が観察又は決定され、
    前記自由形状製造システムは、前記観察又は決定された前記辺縁部を超える外方向又は内方向照射の程度に応じて、前記辺縁部における電磁放射及び／又は相乗的刺激のエネルギー密度を適合させることができる制御部を更に含むことを特徴とする、システム。
33. 請求項２１〜２６の何れか一項に記載のプロセスを行うよう適合させた、請求項３２に記載の自由形状製造システム。
34. 固化材料であり、該固化材料が光硬化樹脂を含む固化材料と；
    マスク露光システム又は投射システムに基づき、前記材料を固化させるために、形成部に電磁放射及び／又は相乗的刺激をパターン又はイメージで付加することができる電磁放射及び／又は相乗的刺激装置と；
    上方向又は下方向に可動のオブジェクトキャリア又は支持体と；
    前記固化材料を材料ソースから可動フィルム上の前記形成部に運ぶコンベヤーシステムと
    を含む自由形状製造システムであって、
    前記自由形状製造システムは、前記パターン又はイメージの辺縁部から、又は前記固化材料のそれぞれ異なる形成部のパターン又はイメージの辺縁部から付加される電磁放射又は相乗的刺激を制御し、前記辺縁部以外の領域とは異なるエネルギー密度を採用するよう適合させた制御部を更に含むことを特徴とする、自由形状製造システム。

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