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JPH03211040A - System of duplicating three-dimen- sional object using solid flat plate technique based on various transmission depth and beam profile data - Google Patents

System of duplicating three-dimen- sional object using solid flat plate technique based on various transmission depth and beam profile data

Info

Publication number
JPH03211040A
JPH03211040A JP2291647A JP29164790A JPH03211040A JP H03211040 A JPH03211040 A JP H03211040A JP 2291647 A JP2291647 A JP 2291647A JP 29164790 A JP29164790 A JP 29164790A JP H03211040 A JPH03211040 A JP H03211040A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
exposure
depth
wavelength
wavelengths
cure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2291647A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Stuart T Spence
スチュアート、トーマス、スペンス
Dennis R Smalley
デニス、ロレット、スモーリー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
3D Systems Inc
Original Assignee
3D Systems Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US07/429,911 external-priority patent/US5182056A/en
Application filed by 3D Systems Inc filed Critical 3D Systems Inc
Publication of JPH03211040A publication Critical patent/JPH03211040A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Heating, Cooling, Or Curing Plastics Or The Like In General (AREA)

Abstract

PURPOSE: To use a plurality of penetration depths independently or in simultaneous combination corresponding to conditions by providing a stimulating radiation source simultaneously containing at least two kinds of separate wavelengths having different penetration depths into a curable material and a platform control device for regulating the height of a platform. CONSTITUTION: A light source consists of several different light sources actually and each of the light sources generates a single or a plurality of stimulating radiation wavelengths. Stimulating radiations of different wavelengths generate different penetration depth values in a generally given photopolymer 22. Two kinds or more wavelengths are simultaneously used in order to solidify a resin or stimulating radiations of two or more kinds of wavelengths are used but, in a solidifying process, only one wavelength is used at a time and respective wavelengths are absorbed at the given depth of an imaginary photopolymerization initiator having different penetration depths into a resin to be used. A photopolymer mainly comprises various monomers generally and contains a photopolymerization initiator or other various components.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は一般に、三次元物体を複製するための立体平板
技術およびそのシステムに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention generally relates to a three-dimensional plate technique and system for replicating three-dimensional objects.

[従来技術とl¥F1題点] 近年、米国特許第4,575,330号に記載のような
「立体平板」システムが使用されるようになった。
[Prior Art and I\F1 Issues] In recent years, "three-dimensional plate" systems have come into use, such as those described in US Pat. No. 4,575,330.

基本的に、立体平板技術は、固化性流体様媒質の複数の
薄層を近似刺激に露出して順次に固化する事によって複
雑な三次元物体を自動的に形成する方法である。全ての
8層が形成されて物体全体を形成するまで、順次に各層
の上に次の層が形成される(このようにして形成された
物体はしばしば「部品」と呼ばれる)。好ましい実施態
様において、前記の流体媒質はUV放射線に露出する事
によって重合固化される液状光重合体である。それぞれ
の重合された層は新型の三次元部品の薄い断面を成す。
Fundamentally, stereolithographic technology is a method for automatically forming complex three-dimensional objects by exposing multiple thin layers of a solidifiable fluid-like medium to approximate stimuli and solidifying them sequentially. The next layer is formed on top of each layer in sequence until all eight layers have been formed to form the entire object (the object thus formed is often referred to as a "part"). In a preferred embodiment, the fluid medium is a liquid photopolymer that is polymerized and solidified by exposure to UV radiation. Each polymerized layer forms a thin cross-section of a new type of three-dimensional part.

この作製方法は、原型を形成するために設計思想を迅速
に物理的形状に還元するきわめて強力な手段である。さ
らに機械加工なしで複雑な三次元部品が迅速に作製され
る。このシステムはバタンの断面を生じるためにコンピ
ュータを使用するので、容易にCAD/CAMシステム
に接続される。
This fabrication method is an extremely powerful means of quickly reducing design ideas to physical form to form prototypes. Additionally, complex three-dimensional parts can be quickly fabricated without machining. Since this system uses a computer to generate the batten cross-sections, it is easily connected to a CAD/CAM system.

現在、好ましい重合体は紫外線によって硬化され、通常
の紫外線を使用してこれらの重合体の硬化速度は十分に
迅速であるので、これらの重合体は適当な形成材料とし
て使用される。三次元部品の形成に際して重合されない
液体は、なお使用可能であって、次の三次元部品の形成
のために容器中に残存する。紫外線レーザは、液体面に
沿って検流計またはサーボミラーX−Yスキャンナーに
よって所定バタンで移動される小さな強力なU■スポッ
トを形成する。スキャンナーはコンピュータ発生ベクト
ルまたは類似のものによって駆動される。この技術によ
って精密な複雑なバタンか形成される。
Presently preferred polymers are cured by ultraviolet light, and the curing rate of these polymers using conventional ultraviolet light is sufficiently rapid for their use as suitable forming materials. The liquid that is not polymerized during the formation of the three-dimensional part is still usable and remains in the container for the formation of the next three-dimensional part. The ultraviolet laser forms a small, intense U-spot that is moved along the liquid surface with a predetermined flick by a galvanometer or servo-mirror X-Y scanner. The scanner is driven by computer generated vectors or the like. With this technique, precise intricate bangs are formed.

好ましい立体平板システムは、レーザスキャンナーと、
重合性液体および上下運動される物体支持プラットフォ
ームを収容した容器と、制御コンピュータとを含む。こ
のシステムは、1回に1つの薄い断面を形成し層ごとに
所望の三次元物体を形成する事によってプラスチック部
品を形成するようにプログラミングされている。
A preferred three-dimensional plate system includes a laser scanner;
It includes a container containing a polymerizable liquid and an object support platform that is moved up and down, and a control computer. The system is programmed to form plastic parts by forming one thin section at a time, layer by layer, to form the desired three-dimensional object.

初期の立体平板技術装置においては、流体媒質を固化す
るために化学線が使用された。この技術は前記の米国特
許第4,575,330号に記載されている。
In early volumetric plate technology devices, actinic radiation was used to solidify the fluid medium. This technique is described in the aforementioned US Pat. No. 4,575,330.

この引例特許において、流体媒質の化学線吸収能力が凝
縮性材料の薄層を形成するための固化能力の確定の重要
な要因であるという教示がある。しかしこの引例特許は
、固化材料の所望の特性を予測する方法、技術および装
置を開示せず、またこのような特性を制御する方法と技
術を開示していない。本発明のこのアスペクトを展開し
ていない他の技術はE、V、Fudimによって開示さ
れている。この技術は米国特許第4,752,498号
および第4,801,477号、Mechanical
 Engineeringの1985年9月号の論文、
 ”A New Method of Three−D
imensional  Hieromachinin
g”およびMachine Design 1986年
3月号の論文、”Sculpting Parts w
ith Lights”を含む。これらのの引例のうち
、最も興味あるものは論文、”Sculpting P
arts with Light” である。
In this referenced patent, there is a teaching that the actinic radiation absorption capacity of a fluid medium is an important factor in determining its ability to solidify to form a thin layer of condensable material. However, this reference patent does not disclose methods, techniques and apparatus for predicting desired properties of solidified materials, nor does it disclose methods and techniques for controlling such properties. Other techniques that do not develop this aspect of the invention are disclosed by E. V. Fudim. This technology is described in U.S. Pat. Nos. 4,752,498 and 4,801,477, Mechanical
An article in the September 1985 issue of Engineering,
”A New Method of Three-D
annual Hieromachine
g” and an article in the March 1986 issue of Machine Design, “Sculpting Parts w.
The most interesting of these citations is the paper, “Sculpting P.
“arts with Light”.

この論文において、Fudimはベールの法則と透過係
数の使用を記述している。また著者はベールの法則から
誘導された少数ウェブの式を使用している。
In this paper, Fudim describes the use of Beer's law and the transmission coefficient. The author also uses the minority Web equation derived from Beer's law.

しかし著者は彼以前の技術と同様の失敗をしている。著
者は、硬化深さの予測と他の関連硬化パラメータの正確
な予測を成すために各波長のそれぞれ透過深さまたはビ
ームプロファイル情報の有効性を認識していない。この
ような失敗は、著者がマスクによるフランド露出の使用
を強調した事と関連がある。前記の2つのアプローチよ
り前の他のアプローチは、Applied Photo
graphic Engineeringのl1erb
ert論文、”5olid 0bject Gener
a−tion  (1982年8月)に開示されている
。この論文において、Herbertはその材料を露出
し固化するためおそらくは単一波長のレーザの使用を記
載しているようだ。Herbertは波長の吸収性と薄
層形成力との関係を説明していない。この点に関して、
Herbertはむしろ光漂白された液状光重合体の使
用を推奨したが、こ九は予測・制御可能の結果を得る事
をさらに困難にする。光漂白とは、樹脂および部分的に
固化した材料が逐次に放射線量を吸収するに従って化学
線の吸収能力を失う事を意味する。例えば光重合開始剤
の副生物は比較的そのものほど強力に吸収しない。He
rbertが記載したように、その重合した材料は完全
に吸取を停止し、その低区域をビームの全光強さに対し
て露出した。Herbertは層間の接着に必要な硬化
深さおよびオーバ効果などの効果パラメータを確定する
ため、テスト物体の形成を記載している。
But the author makes the same mistakes as his predecessors. The authors are not aware of the effectiveness of each wavelength's respective penetration depth or beam profile information to make accurate predictions of cure depth and other related cure parameters. This failure is related to the author's emphasis on the use of French exposure through masks. Another approach before the above two approaches is Applied Photo
l1erb of graphic engineering
ert paper, “5olid 0bject Gener
a-tion (August 1982). In this paper, Herbert appears to describe the use of a possibly single wavelength laser to expose and solidify the material. Herbert does not explain the relationship between wavelength absorption and layer forming ability. In this regard,
Herbert recommended instead the use of photobleached liquid photopolymers, but this makes it more difficult to obtain predictable and controllable results. Photobleaching means that resins and partially set materials lose their ability to absorb actinic radiation as they absorb successive doses of radiation. For example, photoinitiator byproducts do not absorb relatively as strongly as the photoinitiator itself. He
As described by Robert, the polymerized material completely stopped wicking, exposing the lower area to the full light intensity of the beam. Herbert describes the formation of test objects to determine effectiveness parameters such as cure depth and overeffect required for interlayer adhesion.

他の先行アプローチは、Review of Scie
ntificInstruments”の1981年9
月号のコダマ論文、”Au七omatic  Meth
od  for  Fabricating  a  
Three−Dimensional Plastic
 Model with Photo−hardeni
ng Polymer″に記載されている。この論文に
おいてコダマは化学線源の使用を記載し、また硬化深さ
:露出曲線のプロットを示している。Herbertと
同様にコダマは吸取、凝縮性および薄層形成能力の相互
関係を教示していない。
Another prior approach is the Review of Science
1981 9 of ``ntific Instruments''
Monthly issue of Kodama paper, “Au7omatic Meth”
od for Fabricating a
Three-Dimensional Plastic
Model with Photo-hardeni
In this paper, Kodama describes the use of actinic radiation sources and also presents plots of cure depth:exposure curves.Kodama, like Herbert, describes the use of actinic radiation sources and shows plots of cure depth:exposure curves. It does not teach the interrelationship of formative abilities.

こ九らのすべてのアプローチは、所望の三次元部品を作
成するたびに、複数のテスト三次元部品を作成して硬化
深さ:露出パラメータおよびその他の必要な特性を確定
する必要があるという欠点がある。これは特に多重波長
源を使用する場合にいえる事である。カルホルニア、バ
レンシア、3DSystems、 Incによるこの技
術の最初の販売以来、さらに正確な三次元部品およびさ
らに強い三次元部品を迅速に作成する技術の開発が当業
界においてますます必要とされている。これらの問題を
解決する技術がなければ、この技術のこれ以上の開発を
禁止する事になった。本発明の技術はこれらの問題点を
解決し、より高い解像力と、より高い精度と、短い形成
時間と、より大きな効率と、より高い物理特性とを有し
、従って形成工程において作業員の勧誘を少なくする三
次元部品の形成を可能にする。
All these approaches have the disadvantage that each time the desired 3D part is created, multiple test 3D parts must be created to determine the cure depth: exposure parameters and other required characteristics. There is. This is especially true when using multiple wavelength sources. Since the first sale of this technology by 3DS Systems, Inc. of Valencia, Calif., there has been an increasing need in the industry to develop techniques to rapidly create more accurate and stronger three-dimensional parts. Unless there is a technology that solves these problems, further development of this technology will be prohibited. The technology of the present invention solves these problems and has higher resolution, higher precision, shorter forming time, greater efficiency, and higher physical properties, thus facilitating the recruitment of workers in the forming process. It enables the formation of three-dimensional parts with less

化学線の吸収に伴って多くの硬化性材料はベールの法則
に緊密に従う。この法則によれば、材料中の一定の深さ
(d)における放射線の強さ(I)は材料表面の光強さ
IOX  自然対数の底(e)の深さ(d)割る材料の
透過深さ(Dp)の負累乗に関連する。これは下記の式
で表される。
Many curable materials closely follow Beer's law upon absorption of actinic radiation. According to this law, the intensity of radiation (I) at a certain depth (d) in a material is the optical intensity at the surface of the material IOX divided by the depth (d) of the base of the natural logarithm (e) divided by the penetration depth of the material It is related to negative powers of distance (Dp). This is expressed by the formula below.

I (d) =工o/ed/l)p 透過深さは材料の放射線吸収能力に逆比例する。I (d) = 工 o/ed/l)p The penetration depth is inversely proportional to the radiation absorption capacity of the material.

前記の引例技術に使用された光重合体と、その他多くの
光重合体の場合、透過深さは波長に依存する。これらの
引例技術は、種々の正味透過深さに達する樹脂と波長の
組合せを使用している。これらの引例のすべての三次元
部品形成は、種々の透過深さの重ね合わせではなく正味
透過深さの概念に基づいている。しかしこれらの引例は
部分的に固化した重合体から相異なる特性を得るために
種々の波長の透過深さを利用できる事を開示していない
。また引例は、特定の化学線波長を使用するば、特定の
層厚さを使用して三次元部品を形成するために与えられ
た樹脂の透過深さを最適化できる事を示していない。ま
た、多重波長を効果的に使用するためには各波長の透過
深さを考慮しなければならない事を開示していない。い
ずれの引例も、立体平版技術によって積層三次元部品を
形成する際に複数の透過深さを考慮する事を提案してい
ない。この意味で、本発明の多面的考察と異なり、従来
は透過深さと材料の固化能力を使用する事のみが考慮さ
れていた。
For the photopolymers used in the cited art above, and for many other photopolymers, the depth of penetration is wavelength dependent. These cited techniques use resin and wavelength combinations that reach various net penetration depths. The three-dimensional part formation in all of these references is based on the concept of net penetration depth rather than a superposition of various penetration depths. However, these references do not disclose that different wavelength penetration depths can be used to obtain different properties from partially solidified polymers. Nor does the reference indicate that using a particular actinic wavelength can optimize the penetration depth of a given resin to form a three-dimensional part using a particular layer thickness. Further, it does not disclose that in order to effectively use multiple wavelengths, the penetration depth of each wavelength must be considered. Neither of the references proposes considering multiple penetration depths when forming laminated three-dimensional parts by stereolithographic techniques. In this sense, unlike the multi-faceted consideration of the present invention, only the penetration depth and solidification ability of the material were considered in the past.

最初の市販の立体平版装置は、単一の化学線波長と対応
の樹脂を使用し、特定の層厚さに使用するに適した特性
を有する波長と硬化性樹脂の組合せを用いた。従ってこ
のアプローチはまだ透過深さと、凝集特性と硬化深さと
の組合せのみを考慮していた。
The first commercially available stereolithographic devices used a single actinic wavelength and corresponding resin, and combinations of wavelengths and curable resins with properties suitable for use with specific layer thicknesses. Therefore, this approach still considered only the penetration depth and the combination of cohesive properties and hardening depth.

まとめて言えば、従来の立体平版装置(SLA)装置に
おいては、刺激性放射線と光重合体樹脂との組合せは、
硬化性樹脂の中への放射線の透過深さのみを考慮し、利
用していた。しかし理想的な透過深さは下記に詳細に述
べるように場合によって変化する。従って、SLAの作
動に際しては複数の透過深さを状況に応じてそれぞれ単
独にまたは同時的に組合せて使用できる事が望ましいで
あろうし、これが本発明の主たる目的を成す。
In summary, in conventional stereolithography (SLA) equipment, the combination of stimulating radiation and photopolymer resin is
Only the penetration depth of radiation into the curable resin was considered and utilized. However, the ideal penetration depth varies from case to case, as discussed in detail below. Therefore, it would be desirable to be able to use a plurality of penetration depths, either singly or in simultaneous combinations, depending on the situation, when operating an SLA, and this constitutes a primary objective of the present invention.

他のすべての条件を同一として三次元部品の各層が与え
られた層厚さに対してできるだけ迅速に形成されるため
には大きな透過深さが好ましいであろう。しかし他のす
べての条件は同等でない。
A large penetration depth may be preferred in order for each layer of the three-dimensional part to be formed as quickly as possible for a given layer thickness, all other things being equal. But all other conditions are not equal.

このような主張は、透過深さが深いほど、所要量の放射
線刺激線が迅速に所定の点に到達してこれを固化し、従
って最短時間で硬化材料の最も深い厚さを生じるという
事を仮定している。樹脂中の特定の点に到達する放射線
の量が大きいほど透過深さが深くなるというこの仮定の
一部は正確である。しかしこの仮定はその点以外は不正
確である。
Such a claim states that the deeper the penetration depth, the faster the required amount of radiation stimulation rays will reach and solidify a given point, thus producing the deepest thickness of cured material in the shortest amount of time. I'm assuming. Part of this assumption is accurate: the greater the amount of radiation that reaches a particular point in the resin, the deeper the penetration depth. However, this assumption is incorrect in other respects.

なぜかならば、材料の固化(ゲル化)点は単位体積に到
達した光の量ではなく、その単位体積によって吸収され
た所望の固化反応を生じうる光の量に基づいているから
である。液状光重合体の場合、これは、樹脂中の光反応
性要素(一般に光重合開始剤)による刺激性放射線の単
位体積当り吸収量と、放射線/開始剤の重合体形成効率
とに対応している。粉末を溶融し、つぎに形成された液
体を再び固化して真に固化した三次元部品を形成する反
応の場合、これは特定の時点において与えられた体積の
中に生じ正味エネルギー(単位体積中のエネルギー人力
マイナスこの単位体積から出るエネルギー)に対応し、
これは吸収量であるから波長に依存する。−従って材料
を特定深さまでゲル化するのに最小限時間を特徴とする
特定の透過深さが存在する。これ以外の透過深さ(波長
、樹脂その他パラメータに依存)はゲル化のためにゲル
化の時間が長くなる。しかし作図速度はこれらの技術の
目的に含まれる唯一の評価基準ではない。光重合体の場
合、例えばゲル化した材料の硬さ、歪の量、および与え
られた区域における過剰露出の効果をも考慮しなければ
ならない。従って透過深さが本発明によって最適化され
て、種々の矛盾する要因に基づく最も望ましい正味結果
を生じるであろう。これらの要因の支配は場合によって
変動する。また数種類の要因が存在する。
This is because the solidification (gelation) point of a material is not based on the amount of light that reaches a unit volume, but rather on the amount of light absorbed by that unit volume that can produce the desired solidification reaction. In the case of liquid photopolymers, this corresponds to the absorption per unit volume of stimulating radiation by the photoreactive element in the resin (generally the photoinitiator) and the polymer formation efficiency of the radiation/initiator. There is. In the case of a reaction that melts a powder and then solidifies the liquid formed again to form a truly solidified three-dimensional part, this is the net energy (per unit volume) produced in a given volume at a particular time. corresponds to the energy of human power minus the energy emitted from this unit volume),
Since this is the amount of absorption, it depends on the wavelength. - There is therefore a certain penetration depth characterized by a minimum time for gelling the material to a certain depth. Other penetration depths (depending on wavelength, resin, and other parameters) require longer gelation times due to gelation. However, drawing speed is not the only criterion included in the objectives of these techniques. In the case of photopolymers, for example, the stiffness of the gelled material, the amount of strain, and the effect of overexposure in a given area must also be considered. The penetration depth will therefore be optimized by the present invention to yield the most desirable net result based on a variety of conflicting factors. The dominance of these factors varies from case to case. There are also several factors.

従来のSLAは前記のような考えから複数の透過深さを
使用したので、二、三の問題が生じた。
Conventional SLA uses multiple penetration depths based on the above considerations, resulting in a few problems.

例えば、一部のレーザは多重波長または複数ラインを有
するので、高解像度立体平板を作製する際に最大効率を
もってこれらの波長を使用するためには特殊の考慮が必
要となる。このような特殊考慮が払われなければ、この
ようなレーザを使用する方法が限定される。すなわち1
)相異なる波長は一般に相異なる透過深さを有するので
、SLA中に使用される波長以外のすべての波長をビー
ムから遮蔽するフィルタを使用する、2)システムを使
用するたびに、光重合体/ビーム組合わせの形成特性を
確定するためにテスト用三次元部品を形成する。しかし
前記の第1アプローチは光の一部が使用されないので、
レーザ出力を浪費する。
For example, some lasers have multiple wavelengths or multiple lines, requiring special considerations to use these wavelengths with maximum efficiency in fabricating high-resolution volumetric plates. Without such special considerations, the ways in which such lasers can be used are limited. i.e. 1
2) use a filter that blocks all wavelengths from the beam except those used during SLA, since different wavelengths generally have different penetration depths; 2) remove the photopolymer/ A three-dimensional part for testing is formed to determine the forming characteristics of the beam combination. However, in the first approach mentioned above, some of the light is not used, so
Wastes laser power.

従ってこのような出力の浪費を避けてSLA性能を犠牲
にしない事が望ましいであろう。現在のSLAの使用条
件においては、出力の浪費はきわめてコスト高になる。
Therefore, it would be desirable to avoid such waste of power without sacrificing SLA performance. Under current SLA usage conditions, wasted power is extremely costly.

第2のアプローチは、形成特性を確定するために必要で
ある。多重レーザは各ラインの出力損失が相違するので
、全体光強さのみを考慮すれば多数ラインによる効果が
予測不能11 となるからである。しかしこの第2アプローチは労力と
時間を費やす。最近、多重ラインを放射する強力なアル
ゴンイオンレーザを使用する事ができるので、このよう
なレーザをSLAにおいて使用する事が望ましい。
A second approach is necessary to determine the formation properties. This is because the output loss of each line of multiple lasers is different, so if only the overall light intensity is considered, the effect of multiple lines becomes unpredictable11. However, this second approach is laborious and time consuming. Powerful argon ion lasers that emit multiple lines are now available and it is desirable to use such lasers in SLA.

三次元部品の曲げがSLAの使用に際して生じるもう1
つの問題である。この曲げは光重合体が効果に際して収
縮するがゆえに、発生する。上層が効果し収縮するに従
って、上層が前の層を引き上げて、曲げと呼ばれる歪を
生じる。これは三次元部品の形状を歪ませて所望の形状
と一致しなくなるので、好ましくない。このような歪を
最小限にするSLAがきわめて望ましい。この型の歪は
米国特許第339.246号に詳細に記載されている。
Bending of three-dimensional parts is another problem that occurs when using SLA.
There are two problems. This bending occurs because the photopolymer contracts upon effect. As the top layer becomes effective and contracts, it pulls up on the previous layer, creating a strain called bending. This is undesirable because it distorts the shape of the three-dimensional part so that it no longer matches the desired shape. SLAs that minimize such distortions are highly desirable. This type of distortion is described in detail in US Pat. No. 339,246.

立体平板技術のさらに詳細な説明については、米国特許
第4,575,330号および下記の同時係属米国特願
を参照されたい。これらの特願をその付録および添付資
料と共に引例とする。
For a more detailed description of volumetric plate technology, see U.S. Pat. No. 4,575,330 and co-pending U.S. patent applications listed below. These patent applications, together with their appendices and attached materials, are cited as references.

米国特許第339,246号、1989四月17日出願
、”5TEI?EOLIT)IOGRAPHICCUR
L REDUCTION”; Dkt 。
U.S. Patent No. 339,246, filed April 17, 1989, “5TEI?EOLIT) IOGRAPHICCUR
L REDUCTION"; Dkt.

2− No、186/166: 米国特許第331,664号、1989、三方31日出
願、”METHOD AND APPARATUS F
ORPRODUCTION 0FHIGHRESOLU
TION THREE−DIMENSIONALOBJ
ECT BY 5TEREOLITHOGRAPHY”
;米国特許第183,015号、1988、四元18日
出願、”METHOD AND APPARATUS 
FORPRODUCTION OFTHREE−DIM
ENSIONAL 0BJECTIONS BY 5T
EREO−LITHOHOGRAPHY”: 米国特許第268,429号、1988.11月8日出
願、”METHOD FORCURING PARTI
ALLY POLYMERIZEDPARTS”; 米国特許第268,428号、1988.11月8日出
願、METHOD FORFINISHING PAR
TIALLY POLYMERIZED PARTS”
: 米国特許第268 、408号、1988.11月8日
出願、METHOD FORDRAINING  PA
RTIALLY POLYME−RIZED PART
S”: 米国特許第268 、816号、1988.11月8日
出願、APPARATUS AND METHOD F
ORPROFILING ABEAM″: 米国特許第268 、907号、1988.11月8日
出願、”APPARATUS AND METHOD 
FORC0RRECTING FORDRIFT IN
 PRODUCTION OF 0BJECTS BY
STEREOLITHOGRAPHY”:米国特許第2
68 、837号、1988.11月8日出願、′”A
PPARATUS AND METHOD FORCA
LIBRATINGAND NORMALIZING 
A 5TEREOLITHOGRAPHICAPPAR
ATUS”: 米国特許第249 、399号、1988.9月、26
日出願、METHOD AND APPARATUS 
FORPRODUCTION OFTHREE−DIM
ENSIONAL 0BJECTS BY 5TERE
O−LITHOGRAPHY″; 米国特許第365,444号、1988.6月、12日
出願、INTEGRATED 5TEREOLITHO
GRAPHY”:米国特許第265,039号、198
8.10月31日出願、”APPARATUS AND
 METHOD FORMEASURING ANDC
,0NTROLLING THE’ LEVEL OF
 A FLUID”;および米国特許第289,801
号、1989.3月31日出願、”METHOD AN
D APPARATUS FORPRODUCTION
 0F=15 HIGHDIMENSIONAL  0BJECTS 
 BY  5TEREOLITHOGRAPHY”: [発明の概要] 簡単に言えば、本発明は一般に効果性材料から三次元部
品を形成する改良型立体平板装置(SLA)および改良
法を提供する。さらに詳しくは本発明は、三次元部品の
形成の伴う所望の特性を確定しおよび/または制御しお
よび/または生じるため、光重合体容器中への刺激性(
化学作用または溶融作用)放射線(紫外線、可視赤外線
、電子ビーム、または化学的スプレーなど)の多重透過
深さを可能とする(予測し、確定し、発生しまたは制御
する)にある。確定および/または予測の観点から、こ
れらの望ましい特性は与えられた露出から生じる硬化深
さの確定、効果幅の確定、所要最小面角度(MSA)の
確定、最適スキンフィル間隔の確定、部分的重合された
材料の断面の硬さの確定、曲げ型歪量の確定、および層
間接着を生じるに必要なオーバ効果の確定などを含むが
、1に れに限定されない。これらの確定値から、適正な三次元
部品を形成するために特定の形成技術を使用する。制御
と作製の観点から、例えば層の厚さ、最大作図速度、最
小限のプリントスルー、最大硬さ、最か曲げ、および最
大解像力などの最適特性を得るために、透過深さを制御
する事ができる。本発明の重要なアスペクトは、使用さ
れる樹脂の特性、その樹脂に対応する透過深さ、この樹
脂を固化するために使用される刺激性放射線の波長、お
よび樹脂面に作用する刺激性放射線ビームの光強さプロ
ファイルを統合するにある。複数の透過深さの予測、確
定、作製または制御はオートメイション手法で実施され
る。
2- No. 186/166: U.S. Patent No. 331,664, filed on March 31, 1989, “METHOD AND APPARATUS F
ORPRODUCTION 0FHIGHRESOLU
TION THREE-DIMENSIONALOBJ
ECT BY 5TEREOLITHOGRAPHY”
; U.S. Patent No. 183,015, 1988, filed on April 18, ``METHOD AND APPARATUS''
FORPRODUCTION OFTHREE-DIM
ENSIONAL 0BJECTIONS BY 5T
EREO-LITHOHOGRAPHY”: U.S. Patent No. 268,429, filed November 8, 1988, “METHOD FORCURING PARTI
ALLY POLYMERIZED PARTS”; U.S. Patent No. 268,428, filed November 8, 1988, METHOD FORFINISHING PAR
TIALLY POLYMERIZED PARTS”
: U.S. Patent No. 268, No. 408, filed November 8, 1988, METHOD FORDRAINING PA
RTIALLY POLYME-RIZED PART
S”: U.S. Patent No. 268, No. 816, filed November 8, 1988, APPARATUS AND METHOD F
ORPROFILING ABEAM": U.S. Patent No. 268, No. 907, filed November 8, 1988, "APPARATUS AND METHOD
FORC0RRECTING FORDRIFT IN
PRODUCTION OF 0BJECTS BY
STEREOLITHOGRAPHY”: US Patent No. 2
68, No. 837, filed on November 8, 1988, '”A
PPARATUS AND METHOD FORCA
LIBRATING AND NORMALIZING
A 5TEREOLITHOGRAPHICAPPAR
ATUS”: U.S. Patent No. 249, No. 399, September 1988, 26
DAY APPLICATION, METHOD AND APPARATUS
FORPRODUCTION OFTHREE-DIM
ENSIONAL 0BJECTS BY 5TERE
O-LITHOGRAPHY''; U.S. Patent No. 365,444, filed June 12, 1988, INTEGRATED 5TEREOLITHO
GRAPHY”: U.S. Patent No. 265,039, 198
8. Filed on October 31st, “APPARATUS AND
METHOD FORMEASURING ANDC
,0NTROLLING THE' LEVEL OF
A FLUID”; and U.S. Patent No. 289,801
No., filed March 31, 1989, “METHOD AN
D APPARATUS FORPRODUCTION
0F=15 HIGHDIMENSIONAL 0BJECTS
SUMMARY OF THE INVENTION Briefly, the present invention provides an improved stereolithographic apparatus (SLA) and improved method for forming three-dimensional parts from effective materials in general. irritating properties (i.e.,
chemical action or melting action) that enables (predicts, determines, generates or controls) multiple penetration depths of radiation (such as ultraviolet light, visible infrared radiation, electron beams, or chemical sprays). From a determinative and/or predictive point of view, these desirable properties include determining the depth of cure resulting from a given exposure, determining the effect width, determining the required minimum surface angle (MSA), determining the optimal skin fill spacing, and determining the partial skin fill spacing. These include, but are not limited to, determining the cross-sectional stiffness of the polymerized material, determining the amount of bending strain, and determining the overeffect necessary to create interlayer adhesion. From these determined values, specific forming techniques are used to form the proper three-dimensional part. From a control and fabrication perspective, the penetration depth can be controlled to obtain optimal properties such as layer thickness, maximum drawing speed, minimum print-through, maximum hardness, maximum bending, and maximum resolution. I can do it. Important aspects of the invention are the properties of the resin used, the corresponding penetration depth for that resin, the wavelength of the stimulating radiation used to solidify this resin, and the stimulating radiation beam acting on the resin surface. to integrate light intensity profiles. Prediction, determination, creation or control of multiple penetration depths is performed in an automated manner.

複数の透過深さを考慮する事によって種々のファクタが
最適化される。三次元部品の作製速度が他のファクタに
よって許容される程度まで最適化される。
Various factors are optimized by considering multiple penetration depths. The production speed of the three-dimensional part is optimized to the extent permitted by other factors.

第1フアクタは三次元部品の形成に使用される垂直解像
力である。言い替えれば、このファクタは選定された層
厚さである。層の厚さ(および硬化深さ)が大きいほど
、三次元部品の形状の解像が不正確になる。ユーザによ
って要求される解像度は場合によって変動する。
The first factor is the vertical resolution used to form the three-dimensional part. In other words, this factor is the selected layer thickness. The greater the layer thickness (and cure depth), the more inaccurate the resolution of the shape of the three-dimensional part. The resolution required by the user varies from case to case.

第2フアクタはある箇所に偶然に加えらた追加露出であ
る。これは「プリントスルー」と呼ばれる。例えばSL
Aが三次元部品を形成するためにクロスハツチベクトル
(光重合体表面を硬化するためのUV光線のトレース)
を使用する場合、トレースの交点はトレースの他の部分
の露出の倍の露出を受ける。このような形成法は米国特
許第331 、664号に記載されている。透過深さが
深くなれば、交点におけるオーバ硬化の深さも深くなる
。このようなオーバ硬化に対するユーザの許容度は場合
によって変動する。
The second factor is the additional exposure added to a location by chance. This is called "print-through." For example, SL
A crosshatch vector (tracing of UV rays to cure the photopolymer surface) to form a three-dimensional part
When using , the intersection points of the traces receive twice the exposure of the rest of the traces. Such a method of formation is described in US Pat. No. 331,664. The deeper the penetration depth, the deeper the overhardening at the intersection point. User tolerance for such overcuring varies.

第3フアクタは層の硬さと、層の上部と下部の硬さの差
異である。透過深さが層の厚さよりはるかに短ければ、
層の上部は下部より硬くなる。これは、下部がゲル化す
る程度に露出を受ける時までに上部は追加露出を受けて
ゲル化点をはるかに超えるまで重合され硬化するからで
ある。これは次の層に対する固着、片持ばり状硬さ、お
よび物体が完全に硬化し固化する前の「生」硬さに影響
する。層の所望の硬さと、層の上下部分の硬さの差異は
場合によって変動する。
The third factor is the hardness of the layer and the difference in hardness between the top and bottom of the layer. If the penetration depth is much shorter than the layer thickness,
The top of the layer is harder than the bottom. This is because by the time the bottom part has received enough exposure to gel, the top part has received additional exposure to polymerize and harden well beyond the gel point. This affects adhesion to the next layer, cantilever stiffness, and "green" stiffness before the object is fully cured and hardened. The desired hardness of the layer and the difference in hardness between the upper and lower portions of the layer will vary.

第4フアクタは放射線ビームプロファイル(例えばレー
ザビiムプロファイル)であって、これは同時係属米国
特願第268,816号に記載されている。
The fourth factor is the radiation beam profile (eg, laser beam profile), which is described in co-pending US patent application Ser. No. 268,816.

市販のレーザビームは均一な光強さ断面または「プロフ
ァイル」を有しない事がある。ビームの多くの部分が他
の部分より大きな光強さを有し、従ってより大きな露出
を生じる場合がある。例えば、ビームの中心は外周部分
より高い光強さを有する事がある。この中心部分の大き
な光強さと露出の故に、中心部分で硬化深さが大となる
。硬化深さの差異は露出の差異によって生じる。またこ
の硬化深さの差異の程度は、材料の透過深さおよび材料
の重合特性およびゲル化特性に依存する。この組合わせ
が、材料の固化特性に影響し、従って所望の正味結果を
生じるために実施できる処理技術の型を制御する。例え
ばラインに沿ったビーム走19− 査の不均一プロファイルは不均一な硬化深さ(形成され
た固化材料の底部の不均一形状)を生じる。
Commercially available laser beams may not have a uniform light intensity cross section or "profile." Many parts of the beam may have greater light intensity than other parts, thus resulting in greater exposure. For example, the center of the beam may have a higher light intensity than the outer periphery. Because of this greater light intensity and exposure in the center, the cure depth is greater in the center. Differences in cure depth are caused by differences in exposure. The degree of this difference in cure depth also depends on the penetration depth of the material and the polymerization and gelation properties of the material. This combination influences the solidification properties of the material and thus controls the type of processing techniques that can be implemented to produce the desired net result. For example, a non-uniform profile of the beam scan 19- along a line results in non-uniform cure depth (non-uniform shape of the bottom of the formed solidified material).

固化した(少なくともゲル化した)材料の硬化深さはも
はやビームの平均光強さと走査速度によって確定する事
ができず、ビームプロファイルによって確定されなけれ
ばならない。形成された線の幅は、もはやビーム直径の
関数ではなく、ビームの正確なプロファイルと走査速度
の関数である。
The depth of cure of a solidified (or at least gelled) material can no longer be determined by the average light intensity and scanning speed of the beam, but must be determined by the beam profile. The width of the line formed is no longer a function of the beam diameter, but of the exact profile of the beam and the scanning speed.

透過深さが変動するに従って、硬化幅と硬化深さの相互
関係が変動する。
As the penetration depth varies, the interrelationship between cure width and cure depth changes.

所望の三次元部品を得るに必要な平衡状態が変動する。The equilibrium conditions necessary to obtain the desired three-dimensional part vary.

前記のファクタは用途ごとに、SLAごとに、三次元部
品ごとに、三次元部品の各層の部分ごとに変動する。本
発明のアプローチは、適正変数の確定、作製および/ま
たは制御の支援のため、SLA操作中および操作間にお
いて複数の透過深さとビームプロファイルシステムを使
用する。
These factors vary from application to application, from SLA to SLA, from 3D part to 3D part, and from part to part of each layer of the 3D part. The present approach uses multiple penetration depths and beam profile systems during and between SLA operations to aid in determining, creating and/or controlling proper variables.

第1の好ましい実施態様において、化学線の種々の波長
によって複数の透過深さが与えられ、各波長が樹脂中へ
の相異なる透過深さを有するので、2〇− 各波長は、液状光重合体から形成されつつある部分的に
固化した体積の相異なる特性を生じる。これらの相異な
る特性は、種々の形成状況に対応して種々の所望特性を
得るため、相異なる波長を使用する可能性を生じる。実
施例は、相異なる層厚さについて形成特性を最適化する
ための相異なる波長の使用例、プリントスルーを制御す
るための相異なる波長の使用例、部品形成時間を最適か
擦るための相異なる波長の使用例を含む。相異なる波長
は単独で(1回づつ)使用しまたは同時的に使用する事
ができる。
In a first preferred embodiment, multiple penetration depths are provided by different wavelengths of actinic radiation, and each wavelength has a different penetration depth into the resin, so that 20- each wavelength is This results in different properties of the partially solidified volume that is forming from the coalescence. These different properties give rise to the possibility of using different wavelengths to obtain different desired properties for different formation situations. Examples include using different wavelengths to optimize forming properties for different layer thicknesses, using different wavelengths to control print-through, and using different wavelengths to optimize part forming times. Includes examples of wavelength usage. Different wavelengths can be used singly (once at a time) or simultaneously.

本発明の装置および方法により、立体平板技術形成工程
において、刺激性放射線の多重波長を同時的に制御使用
および/または自動化使用する事ができる。これは下記
のアプローチのいずれか1つを使用していた従来のアプ
ローチに対する大きな進歩である。1)化学線の単一の
波長の使用、または2)多重波長の首尾一貫しない、偶
然の、評価不能の、制御不能の、また非自動的手法で使
用し、その結果、複数部品の面倒な組立て工程を必要と
し、また/あるいは低品質、低解像力の三次元部品を生
じる。前記第1のアプローチは、液状光重合体の固化の
ために発生された化学線の使用効率が低下する。前記の
第2のアプローチは放射線の使用効率は高いが、光重合
体から部分的に固化された材料の特性の制御が不十分に
なる。本発明の新規な特色はこれら従来のアプローチこ
のような欠点を克服するにある。本発明による多重波長
の自動化されたまた/あるいは制御された使用は、種々
の有効なアプローチを成す:1)刺激性放射線源に対す
る制、御は最小限であるが、形成特性を予測する望まし
い機能、従って形成前に許容できる製品の製造の可能性
を予測し、別の形成技術を使用すべきか否かを知る機能
、2)多重波長の放射線源を制御して、種々の波長を制
御し、従って透過深さを制御し、また各波長の出力と出
力分布を制御して、部分的に固化した単位体積において
所望の特定の特性を生じ、単一波長を使用した場合より
もはるかに優れた特性制御を成す。
The apparatus and method of the present invention allows for the controlled and/or automated use of multiple wavelengths of stimulating radiation simultaneously in a stereolithographic formation process. This is a major advance over traditional approaches that used any one of the approaches described below. 1) the use of a single wavelength of actinic radiation, or 2) the use of multiple wavelengths in an inconsistent, haphazard, unevaluable, uncontrollable, and non-automatic manner, resulting in the laborious use of multiple parts. Requires assembly steps and/or results in low quality, low resolution three-dimensional parts. The first approach reduces the efficiency with which the actinic radiation generated is used to solidify the liquid photopolymer. Although the second approach described above is more efficient in the use of radiation, it provides less control over the properties of the partially solidified material from the photopolymer. A novel feature of the present invention lies in overcoming these drawbacks of conventional approaches. The automated and/or controlled use of multiple wavelengths according to the present invention constitutes a variety of useful approaches: 1) minimal control over the irritating radiation source, but the desirable ability to predict formation properties; , thus predicting the possibility of producing an acceptable product before forming and knowing whether to use a different forming technique; 2) controlling a multi-wavelength radiation source to control different wavelengths; Therefore, the penetration depth can be controlled, and the power and power distribution of each wavelength can be controlled to produce the desired specific properties in a partially solidified unit volume, much better than if a single wavelength were used. Performs characteristic control.

3)各波長について同一の透過深さ(および臨界露出と
効率)を生じるように樹脂を平衡させ、多重波長による
効率的生産と共に単一波長(単一透過深さ)の使用によ
る簡単な形成技術を使用する事ができる。
3) Easy forming techniques using a single wavelength (single penetration depth) with efficient production with multiple wavelengths, balancing the resin to produce the same penetration depth (and critical exposure and efficiency) for each wavelength. can be used.

第2の好ましい実施態様において、液状光重合体を変更
する事によって複数の透過深さが与えられる。その結果
、相異なる形成状況から最適特性を得る事ができる。硬
化材料は置換または変質によって変更される。
In a second preferred embodiment, multiple penetration depths are provided by varying the liquid photopolymer. As a result, optimum characteristics can be obtained from different formation conditions. The cured material is modified by substitution or alteration.

これらの実施態様は相互に組合され、また本発明の主旨
の範囲内において他の実施態様が可能である。以下、本
発明を図面に示す実施態様によって詳細に説明する。
These embodiments can be combined with each other and other embodiments are possible within the scope of the invention. Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to embodiments shown in the drawings.

73− [実施例コ ■、立」幻弘卆」4置 本発明の応用される立体平版装置は、電磁放射線、電子
またはその他の粒子ビーム爆撃の衝撃などの適当な相乗
刺激に対応して物理的状態を変更する事のできる流体媒
質、例えばUV硬化性媒質などの選定された表面に、製
版される物体の断面パタンを形成する事によって三次元
部品を製版する。例えばプラスチック粉末および焼結性
金属粉末などの放射線同化性粉末を使用する事ができる
73- [Embodiment 1] The stereolithographic apparatus to which the present invention is applied is capable of producing physical and A three-dimensional part is made by forming a cross-sectional pattern of the object to be made on a selected surface of a fluid medium, such as a UV-curable medium, which can change the physical state. Radiation assimilable powders can be used, for example plastic powders and sinterable metal powders.

物体の順次の隣接断面を表示する順次の隣接層が自動的
に形成されて相互に集積され、物体の段階的ラミネート
または薄層構造を成し、このようにして製版工程に際し
て流体媒質の実質的に平坦なまたはシート状表面から三
次元部品が形成される。
Successive adjacent layers representing successive adjacent cross-sections of the object are automatically formed and integrated into each other to form a graded laminate or laminar structure of the object, thus substantially eliminating the fluid medium during the plate-making process. Three-dimensional parts are formed from flat or sheet-like surfaces.

第1図は立体平版システムの断面図である。容器21は
UV硬化性らζ重合体22または類似物によって充填さ
れ、加工面(!3を成す。紫外線のプログラマブル光源
26などが表面23の上に紫外線スポット27を形成す
る。スポット27は、光源26と共に使用される反射鏡
またはその他の機械的または工学的要素(第1図には図
示されず)によって表面に沿って可動である。表面23
上のスポットの位置はコンピュータ制御装置28によっ
て制御される。制御装置28はCADデータによって断
面の形成を制御し、このCADデータは、CAD設計シ
ステムなどのデータ発生装置20によって発生され、フ
ィグスフォーマットなどによってコンピュータ変換シス
テム19に伝送され、そこで物体を定義する情報が特殊
スライスされ、ストレス、カールおよび歪を減少させる
ように処理され、製版の解像度、強度および精度を増大
した後にシステム28に伝送される。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a stereolithography system. The container 21 is filled with a UV-curable zeta polymer 22 or similar and forms a processed surface (!3). A programmable light source 26 or the like of ultraviolet light forms an ultraviolet spot 27 on the surface 23. The spot 27 is 26 is movable along the surface by a reflector or other mechanical or engineering element (not shown in FIG. 1) used with surface 23.
The position of the upper spot is controlled by computer controller 28. A control device 28 controls the formation of the cross section by means of CAD data, which is generated by a data generating device 20, such as a CAD design system, and transmitted, for example, in Figs format, to a computer conversion system 19, where it defines the object. The information is specially sliced and processed to reduce stress, curl, and distortion, and to increase prepress resolution, intensity, and accuracy before being transmitted to system 28.

容器21内部の可動エレベータプラットフォーム21が
選択的に上下運動され、その位置はシステム28によっ
て制御される。装置が作動するに従って、30c、30
b、30aなどの集積層の段階的形成によって三次元部
品30が形成される。
A movable elevator platform 21 inside the container 21 is selectively moved up and down, the position of which is controlled by a system 28. 30c, 30 as the device operates
A three-dimensional part 30 is formed by stepwise formation of integrated layers such as b, 30a, etc.

UV硬化性液22の表面は容器21の中において一定レ
ベルに保持され、この液を硬化して固体物質に変換する
露呂を生じるに十分な強さの紫外線またはその他の適当
な形の反応性刺激のスポット27がプログラミングに従
って加工面23に沿って移動させられる。液22が硬化
し固体物質が形成されるに従って、最初表面23の直下
にあったエレベータプラットフォーム29がこの表面か
ら適当なアクチュエータによってプログラミングされた
ように下降される。このようにして、最初に形成された
固体物質が液表面23の下方に降ろされて、新しい液体
22がこの層を覆って新しい加工線23を形成するのを
待機する。新しい加工面23と先に硬化された層の上側
面との距離は、つぎに形成される層の厚さに等しい。こ
の新しい液体部分がプログラミングされた紫外線スポッ
ト27によって固体に変換され、この新しく固化した層
がその下方の層に対して接着する。三次元部品30全体
が形成されるまでこの工程が続けられる。そこでこの三
次元部品3゜を容器21から取り出し、っぎの部分の形
成に準備される。つぎの部分、またはその他の新しい部
分は、コンピュータ28またはCADデータ発生機2゜
の設計、データまたはプログラムを変更する事によって
作成する事ができる。
The surface of the UV curable liquid 22 is maintained at a constant level within the container 21 and exposed to ultraviolet light or other suitable form of reactivity of sufficient intensity to produce a bath that cures and converts the liquid into a solid material. A spot 27 of stimulation is moved along the work surface 23 according to programming. As the liquid 22 hardens to form a solid material, the elevator platform 29, which was initially just below the surface 23, is lowered from this surface in a programmed manner by a suitable actuator. In this way, the initially formed solid material is lowered below the liquid surface 23 and waits for new liquid 22 to cover this layer and form a new working line 23. The distance between the new working surface 23 and the upper side of the previously hardened layer is equal to the thickness of the layer to be formed next. This new liquid portion is converted into a solid by the programmed UV spot 27, and this newly solidified layer adheres to the layer below it. This process continues until the entire three-dimensional part 30 is formed. Then, this three-dimensional part 3° is taken out from the container 21 and prepared for forming the second part. The next section, or any other new section, can be created by changing the design, data, or program of the computer 28 or CAD data generator 2°.

本発明の好ましい実施態様による立体平版システムの光
源26は代表的にはアルゴンイオン紫外線レーザである
。他の実施態様は、Liconix 5unnyval
e Ca1ifornia製のモデル4240−N H
eCd Multimode La5erなどのへリウ
ムーカドミウム紫外線レーザを使用する。
The light source 26 of the stereolithographic system according to the preferred embodiment of the invention is typically an argon ion ultraviolet laser. Another embodiment is Liconix 5unnyval
e California model 4240-NH
A helium-cadmium ultraviolet laser such as the eCd Multimode La5er is used.

市販の立体平版システムは第1図に図示の以外の他の成
分およびサブシステムを有する。例えば市販のシステム
はフレームとハウジングおよび制御パネルを備える。ま
た市販システムは作業員を過度の紫外線から遮蔽する手
段を有し、また三次元部品30が形成するに従ってこれ
を観察する手段を備える事ができる。また市販のユニッ
トはオゾンおよび有害ガスを制御するための安全手段と
、通常の高圧安全防護装置およびインタロックを備える
。また一部の市販のユニットは敏感な電子装置を電子ノ
イズ源から有効に遮蔽する手段を備える。市販のSLA
はユーザのCADシステム27− と直接に接続したCADシステムまたはインタフェース
を含む自蔵型システムである。このような市販のSLA
システムはカルホルニア、バレンシア、3 D  Sy
stems Inc、から市販される。
Commercially available stereolithography systems have other components and subsystems than those shown in FIG. For example, commercially available systems include a frame, a housing, and a control panel. Commercially available systems may also include means for shielding personnel from excessive ultraviolet light and may include means for observing the three-dimensional part 30 as it is formed. Commercially available units also include safety measures to control ozone and hazardous gases, and the usual high pressure safeguards and interlocks. Some commercially available units also include means for effectively shielding sensitive electronic equipment from electronic noise sources. Commercially available SLA
is a self-contained system that includes a CAD system or interface directly connected to the user's CAD system 27-. A commercially available SLA like this
Systems are California, Valencia, 3D Sy
commercially available from Stems Inc.

Il、  透j口」ざ 多くの放射線吸取物質において、吸収される放射線の量
は存在する放射線量に比例する。この放射線量はベール
の法則に従って伝達される強さに比例する。ベールの法
則は、光漂白など他のメカニズムが存在する場合でも光
の吸収行動、減衰などに関する優れた近似値を与えるの
で、この工程の説明には有効である。吸取物質がベール
の法則に従わない場合でも本発明の技術はこれらの物質
に応用される。好ましい実施態様は、ベールの法則に緊
密に従った樹脂/波長組合せを使用する。
In most radiation-absorbing materials, the amount of radiation absorbed is proportional to the amount of radiation present. This radiation dose is proportional to the transmitted intensity according to Beer's law. Beer's law is useful in explaining this process because it provides a good approximation of light absorption behavior, attenuation, etc. even in the presence of other mechanisms such as photobleaching. Even if the blotting materials do not obey Beer's law, the techniques of the present invention apply to these materials. Preferred embodiments use resin/wavelength combinations that closely follow Beer's law.

従って本発明に記載の方法の多くはこの法則の利用に基
づいている。しかし、本発明の方法を他の法則に従う吸
取性物質について使用する方法は当業者には明らかであ
ろう。
Many of the methods described in the invention are therefore based on the use of this law. However, it will be clear to those skilled in the art how to use the method of the invention with blotting materials that follow other rules.

第2図はベールの法則に従った光重合体22の容器の垂
直断面図である。均−強さの光束の形の単色光線44が
光重合体22の表面23のスポット27に衝突する。光
44の強さはワット/cm2または類似の単位で測定さ
れる。光重合体22の表面において、光強さは値工0を
有する。光重合体22の各要素がこの要素に対する入射
光の一部を吸収し、散乱される小量を除いて他の先部分
を透過させる。
FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of a container of photopolymer 22 according to Beer's law. A monochromatic light beam 44 in the form of a beam of uniform intensity impinges on a spot 27 on the surface 23 of the photopolymer 22 . The intensity of light 44 is measured in watts/cm 2 or similar units. At the surface of the photopolymer 22, the light intensity has a value of zero. Each element of photopolymer 22 absorbs a portion of the light incident on it and transmits the other portion, except for a small amount that is scattered.

光線44がレベル60まで部分的に透過されるまでに、
光強さは係数1 / eによって減少させられる。
By the time ray 44 is partially transmitted to level 60,
The light intensity is reduced by a factor of 1/e.

ここにeは自然対して数の底であって、これは約2.7
18に等しい。レベル48における光線44の強さをI
Oとすれば、レベル60における透過光線56の強さが
1:O/eである。光線44が係数1 / eだけ減衰
される距離(表面48からレベル60までの距離)は透
過深さDpまたは1透過深さ(PD)と定義される。
Here e is the base of numbers for nature, which is about 2.7
Equal to 18. The intensity of ray 44 at level 48 is I
0, the intensity of the transmitted light ray 56 at level 60 is 1:O/e. The distance (distance from the surface 48 to the level 60) over which the light ray 44 is attenuated by a factor of 1/e is defined as the penetration depth Dp or 1 penetration depth (PD).

レベル60から光線56の一部は下方のレベル70まで
透過され、また一部は吸取される(説明の便宜上、散乱
光は無視される)。レベル60からレベルZ6− 70までの距離はもう1つのPDである。従ってレベル
70に到達する光線56の強さはレベル60に到達する
光線56の強さより、係数1 / eだけ少ない。
From level 60, a portion of the light ray 56 is transmitted down to level 70, and a portion is absorbed (for the sake of explanation, scattered light is ignored). The distance from level 60 to level Z6-70 is another PD. The intensity of the ray 56 reaching level 70 is therefore less than the intensity of the ray 56 reaching level 60 by a factor of 1/e.

従ってレベル70は光重合体表面23の下方に2つのP
Dを有し、強さTO/e2の光強さを有する。導入レベ
ル80は表面23の下方に3PDを有し、レベル80の
光強さはI O/ e ’である。一般に、表面強さ■
0を受ける表面23の下方dの深さの強さ■は、■(d
)=工O/ed/Dpで示される。ここにDpは透過深
さであり、d/Dpは特定のPD数によって表される。
Therefore, level 70 has two P below the photopolymer surface 23.
D, and has a light intensity of TO/e2. The introduction level 80 has 3PD below the surface 23 and the light intensity of the level 80 is I O/e'. In general, surface strength■
The strength ■ of the depth d below the surface 23 receiving 0 is ■(d
) = O/ed/Dp. Here Dp is the penetration depth and d/Dp is expressed by a specific PD number.

従って例えば表面23下方2.3PDのレベルにおいて
、光強さは工Q/ e23=工0 / 1.0となる。
Therefore, for example, at a level of 2.3 PD below the surface 23, the light intensity is Q/e23=0/1.0.

本発明は従来技術とその問題点に記載の問題を解決しま
たその他の利点を得るため、種々の滲透深さDpに適用
される。
The present invention applies to various penetration depths Dp in order to solve the problems and obtain other advantages described in the prior art and its problems.

露出(E)は表面に衝突するエネルギー量と定義される
。従って露出はエネルギー/面積として測定される。代
表的な単位はジュール/cm2である。光重合体22は
十分に紫外線に露出された時に液状からゲルに変換する
。ゲルを形成するに十分な反応数を生じる最/JX限の
露出は臨界露出Ecと呼ばれる。この臨界露出は材料、
波長などに依存する。光重合体22がEcより大きな露
出を受けた場合、ゲル化した材料はさらに重合し、固く
なり、重合工程が終了するに十分な露出が与えられるに
いたる。露出が完全重合を生じる事なく、光源から適当
な放射線量を吸取して光重合体の一部の中に重合を生じ
る。光線44は光重合体22の中に深く進はど減衰され
るのであるから、上方レベルは下方レベルよりも大きな
光強さ、従って大きな露出を受ける。この上に上方レベ
ルが先にゲル化する。例えば、レベル60がEcを受け
た時に、下方レベル70はEcより係数約3抱は低い露
出を受ける。第3図は、レベル60より上の材料のみが
少なくともECを受け、従ってレベル60上方の光重合
体22が光44を受けて区域84においてゲルに変換し
ているが、レベル60より下方の光重合体22は光44
の一部に露出されてまだゲル化されていない状態を示す
Exposure (E) is defined as the amount of energy that impinges on the surface. Exposure is therefore measured as energy/area. A typical unit is joule/cm2. The photopolymer 22 transforms from a liquid state to a gel when exposed to sufficient ultraviolet light. The maximum/JX limit of exposure that results in a sufficient number of reactions to form a gel is called the critical exposure Ec. This critical exposure is the material,
Depends on wavelength etc. If the photopolymer 22 receives an exposure greater than Ec, the gelled material will further polymerize and become rigid until sufficient exposure is provided to terminate the polymerization process. Exposure does not result in complete polymerization, but absorption of a suitable dose of radiation from the light source causes polymerization within a portion of the photopolymer. Because the light beam 44 travels deeper into the photopolymer 22 and is attenuated, the upper levels experience greater light intensity and therefore greater exposure than the lower levels. Above this, the upper level gels first. For example, when level 60 receives Ec, lower level 70 receives an exposure approximately a factor of 3 below Ec. FIG. 3 shows that only material above level 60 undergoes at least EC, such that the photopolymer 22 above level 60 receives light 44 and converts to a gel in area 84, whereas the material below level 60 receives at least EC. Polymer 22 is light 44
Indicates a state in which a portion of the gel is exposed and not yet gelled.

前記より長い露出時rIR(約27倍の時間)後にレベ
ル70がEcに達する。この時間の状態を第4図に図示
する。光線44に露出されたレベル70上方のすべての
材料が液体から非液体に固化している。例えば区域86
は現在ゲル状態にある。この瞬間までに区域84はEc
よりはるかに大きな露出を受け、従ってこの区域84の
中の光重合体22はさらに固く凝縮性になっている。
Level 70 reaches Ec after the longer exposure rIR (approximately 27 times as long). The state at this time is illustrated in FIG. All material above level 70 exposed to light beam 44 has solidified from liquid to non-liquid. For example, area 86
is currently in a gel state. By this moment area 84 is Ec
It has undergone much greater exposure and therefore the photopolymer 22 in this area 84 has become harder and more condensable.

さらに長い露出(2,7倍の露出)後に、レベル80が
Ecに達する。この瞬間を第5図に示す。第5図の時点
までにレベル70上方の物質は光線44をさらに受けて
液状から非液状に硬化している。例えば区域88はゲル
状を成す。この時点までに区域86はEcよりはるかに
多量の光線(約2.7倍)を受け、この区域86の光重
合体22はさらに重合されて、固くなり、さらに凝縮性
の塊を形成している。第5図に図示の時点までに、区域
84はEcよりはるかにさらに多量の露出を受け、この
区域84の光重合体22はさらに重合されて、さらに固
く凝縮性の塊を成す。このように露出量を増大で光重合
体の硬さと硬化深さを増大する工程をさらに続ける事が
で1 きる。前記の第3図、第4図および第5図において、垂
直にゲル化物質を通して連続的な重合グラジェントが存
在する。レベル60と80との間の相異なる露出量が相
異なる硬化深さを生じている。特定の材料/波長組合せ
において最小限凝縮深さを有する最小限露出量が存在す
る。この実施例の場合、この最/J\限深さはレベル2
3とレベル60との間にあると考えられる。
After a longer exposure (2.7x exposure) level 80 reaches Ec. This moment is shown in Figure 5. By the time of FIG. 5, the material above level 70 has been further exposed to light beam 44 and has hardened from a liquid state to a non-liquid state. For example, area 88 is gel-like. By this point, area 86 has received much more light (approximately 2.7 times) than Ec, and the photopolymer 22 in this area 86 has further polymerized, becoming harder and forming a more condensable mass. There is. By the time shown in FIG. 5, area 84 has received much more exposure than Ec, and the photopolymer 22 in area 84 has further polymerized into a harder, more condensable mass. In this way, the process of increasing the hardness and cure depth of the photopolymer by increasing the amount of exposure can be continued. In Figures 3, 4 and 5 above, there is a continuous polymerization gradient vertically through the gelling material. Different exposure amounts between levels 60 and 80 result in different cure depths. There is a minimum amount of exposure with a minimum condensation depth for a particular material/wavelength combination. In this example, this maximum depth is level 2.
It is considered to be between level 3 and level 60.

前述のように表面23下方の深さ(d)(ミル)の関数
としての光強さ工は、 I  (d) =工Q / e d /D pであり、
ここに、IOは第2図の表面23のスポット27に入射
する光線44の強さ、Dpはミルで測定・された透過深
さPDである。
As mentioned above, the light intensity as a function of depth (d) below the surface 23 (in mils) is: I (d) = Q / e d /D p;
Here, IO is the intensity of the light ray 44 incident on the spot 27 on the surface 23 of FIG. 2, and Dp is the penetration depth PD measured with a mil.

露出Eは強さ(L)に比例するのであるから、E (d
)=EO/e”Dpと書く事ができる。
Since the exposure E is proportional to the intensity (L), E (d
)=EO/e”Dp.

第6図は表面23の下方深さと表面露出EOの関数とし
ての臨界露出Ecをプロットした「作動曲線」である。
FIG. 6 is an "actuation curve" plotting critical exposure Ec as a function of depth below surface 23 and surface exposure EO.

言い換えれば、第6図は硬化深さ対露出量のプロットで
ある。第3図、第4図および第5図について述べたよう
に、光重合体22をゲル化す3z− るのに丁度十分な臨界露出Ecは、表面露出EOが大き
くなった後にのみ表面23下方の深部において到達され
る。これは表面露出EOを生じる光線44の全部が深部
に伝達されないからである。第6図において表面23の
下方Oミルの深さ軸線に示されている。この実施例にお
いてEcは0.01J/am2に等しい。従って作動曲
線90、深さ(d)がOに等しく0.01J/cm2の
得られる点92においてEO軸軸線交わる。点92は第
2図のスポット27が臨界露出EC=16MJ/cm2
を受けた後の状態に対応する。この点においてスポット
27はゲル化し始める。
In other words, FIG. 6 is a plot of cure depth versus exposure. As discussed with respect to FIGS. 3, 4, and 5, the critical exposure Ec just sufficient to gel the photopolymer 22 occurs only after the surface exposure EO becomes large. Reached deep within. This is because not all of the light rays 44 resulting in surface exposure EO are transmitted to the depths. In FIG. 6, the depth axis of the O mil below surface 23 is shown. In this example Ec is equal to 0.01 J/am2. Therefore, the actuation curve 90 intersects the EO axis at a point 92 resulting in a depth (d) equal to O and 0.01 J/cm2. Point 92 is the critical exposure of spot 27 in Figure 2, EC = 16 MJ/cm2.
It corresponds to the state after receiving it. At this point spot 27 begins to gel.

先に述べたように、下方レベルにおける光強さ■は、光
重合体22として選ばれた物質の吸収特性および入射光
線44の波長などに対応して用途ごとに変動する。臨界
露出Ecも用途ごとに変動する。
As previously mentioned, the light intensity (2) at the lower level will vary from application to application, depending on the absorption properties of the material chosen as the photopolymer 22, the wavelength of the incident light beam 44, etc. The critical exposure Ec also varies depending on the application.

Ecの値は使用された樹脂、波長、樹脂上方の(平衡)
雰囲気、温度などに依存する。従って、作動曲線94は
ある種の用途に付いてのみ有効である。
The value of Ec depends on the resin used, the wavelength, and the (equilibrium) above the resin.
Depends on atmosphere, temperature, etc. Therefore, actuation curve 94 is only useful for certain applications.

この作動曲線94において、点96は表面露出EOが2
56M J / 0m2より少し上まで増大した時に露
出が臨界露出Ecと等しくのなる深さ、 (この場合2
1ミル)を示す。この実施例において、点96の深さは
21ミルであり、この深さは例えば第5図のレベル80
に対応する。
In this actuation curve 94, point 96 indicates that the surface exposure EO is 2.
The depth at which the exposure becomes equal to the critical exposure Ec when increasing slightly above 56 M J / 0 m2 (in this case 2
1 mil). In this example, the depth of point 96 is 21 mils, which is, for example, level 80 of FIG.
corresponds to

第6図において、作動曲線94の右側の区域100は、
この実施態様において実際の露出EがEcより大となる
深さと表面露出EOとの組合わせを示す。これらの組合
わせにおいて、光重合体22はもはや液体ではない。
In FIG. 6, the area 100 to the right of the actuation curve 94 is
This embodiment shows a combination of depth and surface exposure EO such that the actual exposure E is greater than Ec. In these combinations, photopolymer 22 is no longer a liquid.

一般に、この区域100において作動曲線94から離間
するほど、光重合体22が重合され凝縮性となる。
Generally, the further away from the operating curve 94 in this region 100 the more polymerized and condensable the photopolymer 22 becomes.

例えば、第6図の点102は第5図のレベル60の近く
の区域84に対応する。レベル60はレベル70より表
面23から浅いレベルである。従って、一定の表面表面
露出EOに達した後に、レベル60はレベル70より多
量の露出Eを受ける。点96は作動曲線上にあり(レベ
ル80がちょうどゲル化した点)であるが、点102は
作動曲線94から離れ、レベル60ははるかに重合され
ている。
For example, point 102 in FIG. 6 corresponds to area 84 near level 60 in FIG. The level 60 is shallower than the level 70 from the surface 23. Therefore, level 60 receives a greater amount of exposure E than level 70 after reaching a constant surface exposure EO. Point 96 is on the actuation curve (the point where level 80 just gelled), but point 102 is off the actuation curve 94 and level 60 is much more polymerized.

区域100と反対に、作動曲線94の左側の区域104
35− は、この実施態様において実際の露出EがEcより小と
なる深さと表面露出EOとの組合わせを示す。
Opposite zone 100 is zone 104 to the left of actuation curve 94.
35- indicates the combination of depth and surface exposure EO such that the actual exposure E is less than Ec in this embodiment.

この区域においては、光重合体22はまだ液状である。In this zone, the photopolymer 22 is still in liquid form.

作動曲線94は、特定の用途に付いて、また特定の波長
または波母組合わせに露出される特定の光重合体につい
て、また樹脂の中に吸収されるガスの量と型などについ
て有効である。ヒストリー(すでに吸収された光量)お
よび光強さが光重合体の吸取%に影響しないものと仮定
する。実際上、おおくの物質が露出と光強さ(元素積率
)の非常に広い範囲にわたってこの簡単な規則に従う。
The operating curve 94 is valid for a particular application, for a particular photopolymer exposed to a particular wavelength or wavefront combination, for the amount and type of gas absorbed into the resin, etc. . It is assumed that history (amount of light already absorbed) and light intensity do not affect the % absorption of the photopolymer. In practice, most materials obey this simple rule over a very wide range of exposures and light intensities (element volume fractions).

この規則に正確に従わない他の多くの場合においても、
この光重合体の重合についてのすぐれた近似値を与える
ので、非常にわずかの補正のみを必要とする。
In many other cases where this rule is not followed exactly,
It provides an excellent approximation for the polymerization of this photopolymer and requires only very slight corrections.

作動曲線94が第6図において右側に移動すれば、これ
は臨界露出Ecが大きな用途を意味する。作動曲線94
の傾斜が急であれば(大きなPd)、これは光重合体が
より多量の入射光線44を伝達する用36− 途を意味する。これと反対に、作動曲線94の傾斜が平
坦であれば(小さなPd)、これは光重合体が第6図の
用途よりもより小量の入射光線44を伝達する用途を意
味する。
If the actuation curve 94 moves to the right in FIG. 6, this means an application where the critical exposure Ec is large. Actuation curve 94
If the slope is steeper (larger Pd), this means that the photopolymer transmits more of the incident light rays 44. Conversely, if the slope of the actuation curve 94 is flat (low Pd), this would imply an application in which the photopolymer transmits less of the incident light ray 44 than the application of FIG.

本発明のシステムを使用して透過深さDpの種々の値を
可能とする事により、多くの利点が得られる。これは、
SLA操作の最大速度を可能とし、電力を節約し、歪を
防止し、所望の解像度を得やすくし、クロスハツチ・オ
ーバキュアを制限し、硬化深さの均一性を増大する。第
1の好ましい実施態様においては、SLAにおいて、種
々の波長の単数または複数の放射線源によって種々の深
さの透過度を生じる事ができる。第2の好ましい実施態
様においては、SLAの中において、種々の伝達/吸収
率の光重合体によって種々の透過度を生じる事ができる
Many advantages are obtained by allowing different values of penetration depth Dp using the system of the invention. this is,
Allows maximum speed of SLA operation, saves power, prevents distortion, facilitates obtaining desired resolution, limits crosshatch overcure, and increases cure depth uniformity. In a first preferred embodiment, different depths of penetration can be produced in the SLA by one or more radiation sources of different wavelengths. In a second preferred embodiment, different degrees of transmission can be created in the SLA by photopolymers of different transmission/absorption rates.

SLAはコンピュータ支援設計を迅速に三次元プロトタ
イプに還元するために使用されるので、操作速度が重要
な目標である。所定の臨界露出に対して透過深さが深い
ほど速度が増進される。透過深さが深い場合、レーザビ
ームのパスごとに各層の大部分が固化される。また、同
一の臨界露出において透過深さが深い場合、迅速なレー
ザビームパスを生じて所定点を所望の深さまで硬化させ
る事ができる。
Since SLA is used to quickly reduce computer-aided designs to three-dimensional prototypes, speed of operation is an important goal. For a given critical exposure, greater depth of penetration increases speed. If the penetration depth is deep, a large portion of each layer is solidified with each pass of the laser beam. Also, if the penetration depth is deep for the same critical exposure, a rapid laser beam pass can be generated to harden a given point to a desired depth.

深い透過深さを使用する事が速度の向上に重要なのは、
一部には、ビーム強さ/露出の増大が硬化深さの比較的
小さな増大を生じるからである。
The importance of using a deep penetration depth to improve speed is that
In part, this is because increases in beam intensity/exposure result in relatively small increases in cure depth.

すなわち露出を倍加しても(In  2)  ・ (D
p)までの硬化深さの変化を生じる。従って、初硬化深
さdlが(in  2)  ・ (Dp)より大である
限り、表面露出EOを倍加しても初硬化深さdlの2倍
以下となる。
In other words, even if the exposure is doubled, (In 2) ・ (D
p) results in a change in hardening depth. Therefore, as long as the initial hardening depth dl is greater than (in 2) · (Dp), even if the surface exposure EO is doubled, the initial hardening depth dl will be less than twice the initial hardening depth dl.

従って深い硬化深さの使用は、硬化深さの迅速な増大の
ために重要である。一定の臨界露出に対して、2倍の透
過深さを有する材料においては、e(d/2Pd)のフ
ァクタだけ迅速に特定の硬化深さに到達する。所望の層
厚さの約30−40%の透過深さ(Dp)が形成される
層の速度と凝縮性に関して適当である事が発見された。
Therefore, the use of deep cure depths is important for rapid increase in cure depth. For a constant critical exposure, a material with twice the penetration depth will reach a certain hardening depth faster by a factor of e(d/2Pd). A penetration depth (Dp) of about 30-40% of the desired layer thickness has been found to be adequate with respect to the rate and condensability of the layer formed.

例えば20ミルの厚さの層の場合、これは5〜7ミルの
Pdに相当する。下記の表2は、層の厚さが三次元部品
の形成速度に影響する事を示す。第2表は、所定の層厚
さまで硬化するに必要な表面露出量EOを反映する重合
時間を示す。またこの表はりコート時間、すなわち各層
の重合の準備時間を示す。リコートについては、前記の
′330特許および同時係属米国特願第249.399
号に記載され、これを引例とする。基本的に各層が完成
した後に、液状光重合体22の新しい層を表面23上に
リコートし、次の三次元部品層30を選択的に硬化する
。例えば第1図において、層30Cが形成された後に、
このj130cの上に新しい光重合体N22を被覆し、
つぎにこの層30cを選択的に固化して層30bを形成
しなければならない。薄いリコートは厚いリコートより
も長い被覆時間を必要とする。光重合体は粘性であって
、エレベータが薄い層の厚さだけ下降された時に、機械
的援助があっても展張に時間が要するからである。
For example, for a 20 mil thick layer, this corresponds to 5-7 mils of Pd. Table 2 below shows that layer thickness affects the rate of formation of three-dimensional parts. Table 2 shows the polymerization times reflecting the amount of surface exposure EO required to cure to a given layer thickness. Also shown is the surface coating time, that is, the preparation time for polymerization of each layer. Recoat is discussed in the '330 patent and co-pending U.S. Patent Application No. 249.399.
No. 1, and this is cited as an example. Essentially after each layer is completed, a new layer of liquid photopolymer 22 is recoated onto the surface 23 and the next three-dimensional component layer 30 is selectively cured. For example, in FIG. 1, after layer 30C is formed,
A new photopolymer N22 is coated on this j130c,
This layer 30c must then be selectively solidified to form layer 30b. Thin recoats require longer coating times than thicker recoats. This is because the photopolymer is viscous and requires time to spread, even with mechanical assistance, when the elevator is lowered by a thin layer thickness.

(表 2) この表2は、厚さ5ミルの4層が主としてリコ9− ヘ ぐ 一、q/− −ト時間の故に、厚さ10ミルの2層の5.5倍の時間
を必要とする事を示している。10ミルの硬化深さ(こ
の場合は層厚さ)を生じるためには重合時間が永くなる
が、厚さ5ミルの2Nを生じるためには、はるかに大き
なりコート時間が必要である。
(Table 2) This Table 2 shows that 4 layers of 5 mil thickness require 5.5 times as much time as 2 layers of 10 mil thickness, mainly due to the 9-height time. It shows that. To produce a cure depth (in this case layer thickness) of 10 mils polymerization time is longer, but to produce a 5 mil thickness of 2N much greater coating time is required.

表2の実施例において、厚さ5ミルの1層はその4倍の
厚さの20ミル層と同一の時間を必要とする。
In the example of Table 2, one layer that is 5 mils thick requires the same amount of time as a 20 mil layer that is four times thicker.

各層においてより多量の材料を重合すべきならば、所定
の厚さを形成するための最短時間は薄い層はど有利であ
る。
If more material is to be polymerized in each layer, a thinner layer is advantageous if the minimum time to form a given thickness.

透過深さが深くなれば、厚い層が有利であり、従って三
次元部品の形成が迅速になる。しかし厚い層はそ九だけ
解像力が低下する。三次元部品30の解像力は層厚さに
逆比例する。厚い層は非垂直設計面の近似度が不正確に
なるからである。例えば車イスの勾配を平滑に傾斜する
ように設計する場合、設計に近似するために顕次の複数
層を使用し各層の厚さを8インチとすれば、製版された
物体は低解像力の故に階段状となる。しかい厚さ5ミル
の複数層は非常に平滑な勾配を生じるであろう。三次元
部品のある部分は多くの理由から(例えば、他の物体と
の予定の機械的相互作用の故に)大きな解像力を必要と
する場合がある。三次元部品の垂直面は必ずしも薄い層
を必要としない。任意の適当な層厚さを使用して、その
形状がほぼ同一(垂直)となるからである。同様に、高
さ10インチの複数段を有する階段は5ミルの層によっ
ても10インチの層によっても同様に正確に製版する事
ができる。粗大な設計のみから成る三次元部品は解像力
が低くてもよい。すなわち製版速度が重要な要因である
場合には、透過深さの増大に対して解像力を犠牲にする
事ができる。
As the penetration depth increases, thicker layers are advantageous and thus the formation of three-dimensional parts is faster. However, the thicker the layer, the lower the resolution. The resolution of the three-dimensional part 30 is inversely proportional to the layer thickness. This is because thick layers result in inaccurate approximations for non-vertical design surfaces. For example, if you are designing a wheelchair to have a smooth slope, if you use multiple layers of resolution and each layer is 8 inches thick to approximate the design, the printed object will not be able to move up the stairs due to its low resolution. It becomes like this. However, multiple layers of 5 mil thickness will produce a very smooth gradient. Certain portions of three-dimensional parts may require greater resolution for a number of reasons (eg, due to intended mechanical interactions with other objects). Vertical surfaces of three-dimensional parts do not necessarily require thin layers. This is because, using any suitable layer thickness, the shape will be approximately the same (vertical). Similarly, a multi-step staircase 10 inches high can be made with 5 mil or 10 inch layers with equal precision. Three-dimensional parts consisting only of rough designs may have low resolution. That is, if platemaking speed is an important factor, resolution can be sacrificed for increased penetration depth.

透過深さDpの増大はまたプリントスルーによって制限
される。余分な走査を受ける層の一部を生じる走査バタ
ンかこれらの区域における露出エラーを生じる。この露
出エラーの結果、硬化深さのエラーを生じる。これは、
SLAが三次元部品30の1つの層を硬化するために紫
外線のクロスハツチトレースを使用する場合に生じる可
能性がある。露出エラーが硬化深さの小変動のみを生じ
るように、微細部分は浅い透過深さを必要とする。
The increase in penetration depth Dp is also limited by print-through. A scan batt that causes portions of the layer to undergo extra scanning will result in exposure errors in these areas. This exposure error results in a cure depth error. this is,
This can occur when SLA uses crosshatch traces of ultraviolet light to cure one layer of three-dimensional part 30. The features require a shallow penetration depth so that exposure errors result in only small variations in cure depth.

レーザ出力を制御しく実際は単位面積当り強さ(1)を
制御し、)また作図速度(単位面積当り時間t)を制御
する事により露出が決定される。現在市販のSLAは、
露出を約10%以内またはこれ以上の精度で制御する。
Exposure is determined by controlling the laser output (actually, the intensity (1) per unit area) and the drawing speed (time t per unit area). Currently commercially available SLAs are
Control exposure to within about 10% or better.

線図の交差部分は他の線図部分の露出を倍加する。先に
述べたように、露出の倍加は硬化深さを(In  2)
  ・DP・たけ増大させる。従ってもし透過深さが大
きくなれば、プリントスルー深さがこれに比例して増大
する。
Intersections of the line double the exposure of other line parts. As mentioned earlier, doubling the exposure increases the hardening depth (In 2)
・Increases DP and height. Therefore, if the penetration depth increases, the print-through depth increases proportionately.

ユーザのプリントスルー許容度は作成される三次元部品
に依存している。
The user's print-through tolerance depends on the three-dimensional part being created.

またこのオーバ硬化に対するユーザの許容度は層ごとに
また層の部分ごとに変動する。交差点が所期の硬化点を
越えていても、その層を下の層に付着させるためにある
程度のオーバ硬化は許される。その反対に交差点が下向
き面の上方にあれば、オーバ硬化が所望の下向き特性を
越えて突出する。
Additionally, the user's tolerance for this overcuring varies from layer to layer and from layer to layer section. Even if the point of intersection is beyond the intended cure point, some overcure is allowed to adhere the layer to the underlying layer. Conversely, if the intersection is above the downward facing surface, the overcure will protrude beyond the desired downward facing profile.

透過深さの増大に伴って、露出(出力または走査速度)
のエラーから硬化深さのエラーを生じる。
As penetration depth increases, exposure (power or scan speed)
Errors in curing depth result from errors in curing depth.

言い換えれば、プリントスルーエラーを所望の範囲内に
保つためには、4X透過深さを使用しなければならない
。例えば、10ミル(0,010”)Nから形成する場
合、実際の硬化深さは14ミル±1.5ミルとする事が
できる。もし透過深さが3ミル(層厚さの30%)であ
れば、露出のe ”2= 1.65倍に増大すれば、予
定の露出によって硬化深さが11.5ミルだけ増大する
。露出を65%の変動範囲内で制御しこれらの限度内で
硬化深さを制御する事は比較的容易である。これに対6
ミルの透過深さを使用する場合前記と同様に1.5ミル
の余分深さを生じるためには、露出をe”’ =1.2
8倍増大する必要があり、それだけ制御作業が困難にな
る。この場合、硬化深さのエラーを1.5ミル2tかさ
せるため、露出を65%以内でなく28%のエラー以内
に制御する必要がある。
In other words, a 4X penetration depth must be used to keep the print-through error within the desired range. For example, if formed from 10 mils (0,010") N, the actual cure depth can be 14 mils ± 1.5 mils. If the penetration depth is 3 mils (30% of layer thickness) Then, if the exposure is increased by a factor of e 2 = 1.65, the intended exposure increases the cure depth by 11.5 mils. It is relatively easy to control exposure within a 65% variation range and control cure depth within these limits. Against this 6
If using a penetration depth of mils, then to yield an extra depth of 1.5 mils as before, the exposure should be e"' = 1.2
It would be necessary to increase the size by eight times, which would make control work that much more difficult. In this case, the cure depth error is 1.5 mils, so the exposure needs to be controlled to within 28% error rather than within 65% error.

三次元部品が形成されている際の配向において下向き面
に関してオーバ硬化が大きな問題である。
Over-curing is a major problem with respect to downward facing surfaces in the orientation when three-dimensional parts are being formed.

制御システム28がどの屡のどの部分がオーバ硬化を受
けているか確定して、透過深さを減少させる。
Control system 28 determines which portions are often overcured and reduces penetration depth.

42 あるいはユーザが手動的に適当な透過深さを選定する事
ができる。
42 Alternatively, the user can manually select an appropriate penetration depth.

重合体の硬さが透過深さを制限するもう1つの要因であ
る。第5図において、区域84は区域88よりも数倍の
放射線量を受は吸取しているので、区域88がゲル化す
るまでに区域88ははるかに凝縮性(硬化)している。
Polymer hardness is another factor that limits penetration depth. In FIG. 5, area 84 has received several times more radiation than area 88, so by the time area 88 gels, area 88 is much more condensable (hardened).

区域84は区域88より数倍のDPにあるからである。This is because area 84 is at several times the DP than area 88.

透過深さDpがはるかに第1であって表面23がレベル
80の上方IDP以下にあるとすれば、区域84は区域
88と比較してはるかに凝縮性とはならないであろう。
If the penetration depth Dp were much first and the surface 23 was below the upper IDP of the level 80, the area 84 would be much less condensable compared to the area 88.

しかし部分的に硬化した部分の「生」硬さは各単位体積
の重合度に関連している。生硬さは各単位体積の硬さの
合計と見なす事ができる。従って重合度が高いほど、生
硬さが高くなる。大きな生硬さは、下から他の部分によ
って十分に支持されていない三次元部品にとってきわめ
て重要である。片持ちぼり部分の層の上部が固ければ(
[縮性であれば)、これは大きな歪抵抗力を与える。好
ましい実施態様において、支持されない区域の各後続層
の上部が重力3− によるたわみまたは曲げによる歪に抵抗するためにどの
程度固くなければならないかを制御装置28が確定して
、透過深さを調整する。樹脂中の曲げ、重力たわみ、引
っ張りよる歪に抵抗するようになれば、曲げ点(底面ま
たは上面)間の距離と、この距離中の各単位体積の硬さ
因子とを組合せて、曲げモーメントに対する抵抗力とし
て三次元部品の生硬さを測定する事が好ましい。
However, the "green" hardness of the partially cured part is related to the degree of polymerization of each unit volume. Green hardness can be considered as the sum of hardness of each unit volume. Therefore, the higher the degree of polymerization, the higher the green hardness. High green stiffness is extremely important for three-dimensional parts that are not well supported from below by other parts. If the top of the cantilevered layer is solid (
[If compressible], this provides great strain resistance. In a preferred embodiment, the controller 28 determines how stiff the top of each subsequent layer in the unsupported area must be to resist deflection due to gravity or distortion due to bending to adjust the depth of penetration. do. Once the resin resists bending, gravitational deflection, and tensile strain, the distance between the bending points (bottom or top) and the stiffness factor of each unit volume within this distance can be combined to calculate the resistance to the bending moment. It is preferable to measure the raw hardness of the three-dimensional part as the resistance force.

三次元部品30の片持ちばり部分はさらに必要ならば他
の支持体または不活性物質によって支持される。ユーザ
または制御装置28が、曲げ抵抗(片持ち強さ)、所期
の曲げモーメントおよび所期の曲げ度を考慮してその必
要を確定する。片持ち強さは層の厚さの立方に比例して
変化する。先に述べたように、層の厚さおよび所期の曲
げ度は透過深さDpと共に変化する。前記の支持体は、
硬化されるが三次元部品30の実際の部分ではないので
三次元部品から除去されるワツフルグリッドとする事が
できる。この支持体については同時係属特III 33
1 、664および182,801に記載されている。
The cantilevered portions of three-dimensional part 30 may be further supported by other supports or inert materials, if desired. The user or controller 28 determines the need by considering the bending resistance (cantilever strength), the desired bending moment, and the desired degree of bending. The cantilever strength varies in proportion to the cube of the layer thickness. As mentioned above, the layer thickness and the desired degree of bending vary with the penetration depth Dp. The said support is
It can be a Watsuful grid that is cured but not an actual part of the three-dimensional part 30 and thus removed from the three-dimensional part. Regarding this support, co-pending Special Feature III 33
1, 664 and 182,801.

あるいは、三次元部品30の周囲を流される不活性物質
が三次元部品30の非支持部分を支持する。この種の好
ましい物質はホットメルト接着剤またはワックスとする
。必要区域を支持するために溶融されつぎに適当に固化
される不活性物質は一般に紫外線によって硬化されない
。この不活性物質を適当に(量および位置)配置するた
め、分与装置を備える事ができる。
Alternatively, an inert material that is flowed around the three-dimensional part 30 supports the unsupported portions of the three-dimensional part 30. Preferred materials of this type are hot melt adhesives or waxes. Inert materials that are melted and then suitably solidified to support the required areas are generally not cured by ultraviolet light. A dispensing device can be provided to properly place (amount and location) this inert material.

与えられた重合体において相異なる光波長は相異なる吸
収特性を有するので、一般に相異なるDP値を有する。
Different light wavelengths have different absorption properties in a given polymer and therefore generally have different DP values.

また一般に相異なる光重合体22は相異なる透過深さ値
Dpを有する。
Also, different photopolymers 22 generally have different penetration depth values Dp.

IV、い 本発明の好ましい第1実施態様は相異なる波長を発生す
る光源を備えたSLAである。この光源は実際上、相異
なる数個の光源から成り、各光源が単数または複数の刺
激性放射線波長を発生する。
IV. A first preferred embodiment of the invention is an SLA with light sources generating different wavelengths. This light source actually consists of several different light sources, each of which generates one or more stimulating radiation wavelengths.

この実施態様の重要な点は、相異なる波長の刺激性放射
線が一般に与えられた光重合体22の中にお46− いて相異なる透過深さ値Dpを生じる事である。
An important aspect of this embodiment is that different wavelengths of stimulating radiation generally result in different penetration depth values Dp within a given photopolymer 22.

この実施態様は基本的に2つの手法に分けられる。This implementation is basically divided into two approaches.

第1の手法は樹脂を固化するために2種または2種以上
の波長を同時に使用するにある。第2の手法は2種また
は2種以上の波長の刺激性放射線を使用するが、固化工
程において1回に1つの波長のみを使用し、各波長が使
用される樹脂の中への相異なる透過深さを有する仮想光
重合開始剤の与えられた深さにおいて吸収される入射光
線の%に対波長λをナノメータ(nm)でプロットした
グラフである。一般に光重合体は主として各種の単量体
からなり、光重合開始剤を含有し、またその他各種の成
分を含有する。これらの他の成分は光吸収剤、禁止剤、
充填剤などを含む。多くの光重合体において、主な吸収
要素は光重合開始剤である。説明の便宜上、この明細書
において光重合開始剤が樹脂中の主たる吸収性要素であ
ると仮定する(他の要素が光吸収に役立つとしても分析
値は類似である)。光重合開始剤は、刺激性放射線を受
けた時に重合反応を開始する事のできる反応性7− 要素である。多くの単量体は約300nmよりはるかに
低い波長で放射線吸収を開始する。第13図の仮想光開
始剤の場合、290nmでは非常にlJX%の光が吸収
されている。小%の光が吸収されている場合には、入射
光線44の大部分は容器21の中の深部まで伝達される
。−しかし多くの単量体はこの波長で強く吸収し、この
吸収によって特定深さの透過を生じる。従って290n
mの波長の放射線は光重合体22について浅い透過深さ
を有すると思われる。第13図において、光重合開始剤
単独で360nmの波長で、290nmの場合と同程度
の吸収特性を示している。しかし、単量体は強い吸収を
生ぜず、また追加成分の存在を無視すれば、光重合体全
体として、大きな透過深さを有すると思われる。しかし
325nmにおいては入射光線44の大部分が光重合開
始剤によって吸収される。これは浅い透過深さを示して
いる。この実施例において、透過深さは290nmから
360nmの波長範囲内において連続的にまた急激に変
動している。
The first approach consists in using two or more wavelengths simultaneously to solidify the resin. A second approach uses two or more wavelengths of stimulating radiation, but only one wavelength at a time in the curing process, with each wavelength having a different transmission into the resin used. 1 is a graph plotting the percentage of incident light absorbed at a given depth of a hypothetical photoinitiator versus wavelength λ in nanometers (nm); In general, a photopolymer is mainly composed of various monomers, contains a photopolymerization initiator, and also contains various other components. These other ingredients include light absorbers, inhibitors,
Contains fillers, etc. In many photopolymers, the main absorbing element is the photoinitiator. For convenience of explanation, it is assumed herein that the photoinitiator is the primary absorbing element in the resin (the analytical values are similar even if other elements contribute to light absorption). Photoinitiators are reactive elements capable of initiating polymerization reactions when exposed to stimulating radiation. Many monomers begin absorbing radiation at wavelengths much lower than about 300 nm. In the case of the hypothetical photoinitiator shown in FIG. 13, very much lJX% of light is absorbed at 290 nm. If a small percentage of the light is absorbed, most of the incident light ray 44 will be transmitted deep within the container 21. -However, many monomers absorb strongly at this wavelength, and this absorption causes transmission to a certain depth. Therefore 290n
Radiation with a wavelength of m is expected to have a shallow penetration depth through the photopolymer 22. In FIG. 13, the photopolymerization initiator alone exhibits absorption characteristics at a wavelength of 360 nm that are comparable to those at 290 nm. However, the monomers do not produce strong absorption, and the photopolymer as a whole appears to have a large penetration depth, ignoring the presence of additional components. However, at 325 nm, most of the incident light beam 44 is absorbed by the photoinitiator. This indicates a shallow penetration depth. In this example, the penetration depth varies continuously and rapidly within the wavelength range from 290 nm to 360 nm.

立体平版装置において一般に使用されているレーザは、
325nmにおいて単一の波長または「ライン」を生じ
るヘリウム−カドミウムレーザである。
Lasers commonly used in stereolithography equipment are:
It is a helium-cadmium laser that produces a single wavelength or "line" at 325 nm.

しかし本発明の実施態様は好ましくは、アルゴンイオン
レーザであって、これは単一波長においてまたは数波長
において同時にレーザ光線を発生する事ができる。−ア
ルゴンイオンレーザは、従来使用されていたレーザより
も出力(光強さ)が大である。多数波長モードで作動す
る場合、出力は数ラインの間に分布される。このモード
で作動する場合、レーザはいずれかの単一波長モードで
作動する場合よりも大きな合計出力を有するので、重合
のためにすべてのラインを使用する方法が出力上有利で
ある。
However, embodiments of the invention are preferably argon ion lasers, which can generate laser radiation at a single wavelength or at several wavelengths simultaneously. - Argon ion lasers have higher output (light intensity) than conventionally used lasers. When operating in multiple wavelength mode, the power is distributed over several lines. When operating in this mode, the laser has a greater total power than when operating in any single wavelength mode, so the method of using all lines for polymerization has a power advantage.

第14図は、相異なる吸収/透過深さと相異なる臨界露
出を有する2種の波長のそれぞれの作動曲線を示す。λ
1(例えば360nm)の作動曲線94はλ2(例えば
325nm)の作動曲線302よりも傾斜が急である。
FIG. 14 shows the respective operating curves for two wavelengths with different absorption/transmission depths and different critical exposures. λ
1 (e.g., 360 nm) is steeper than the actuation curve 302 at λ2 (e.g., 325 nm).

これは光重合体22の各レベルにおいて、λ2よりも小
量のλ1が吸収されている事を示す。
This indicates that at each level of the photopolymer 22, a smaller amount of λ1 is absorbed than λ2.

言い換えればλ1はλ2よりも透過されるので透過度が
深い。
In other words, λ1 is transmitted more than λ2, so the transmittance is deeper.

両方の波長が同時に存在する場合、一般に有効作動曲線
は各表面露出E。について、作動曲線94または302
のいずれかの深い方の部分である。すなわち作動曲線9
4の部分303と作動曲線302の部分304である。
When both wavelengths are present simultaneously, the effective operating curve is generally equal to each surface exposure E. For the operating curve 94 or 302
It is the deeper part of either. That is, the operating curve 9
4 and a portion 304 of the operating curve 302.

しかし 各波長からの露出が殆ど同一とすれば、得られた硬化深
さは2つの露出の累積となり、幾分増大するであろう。
However, if the exposures from each wavelength are nearly identical, the resulting cure depth will be the accumulation of the two exposures and will increase somewhat.

これは、ゲルと液体との差異が相異なる重合度に基づく
と考える事によって理解する事ができる。各作動曲線の
上方のプロット部分は、重合の生じなかった事を示し、
ゲルを形成するには不十分な重合の生じた事だけを示し
ている。従って、2または2以上の波長が使用され、各
波長の硬化深さが殆ど同一とすれば、それぞれの波長を
単独で生じる深さ以上のゲル化を生じるのに十分な重合
が生じると考えられる。これは特に、透過深さの大きい
波長による硬化深さの方が浅い場合について言える。こ
れは破線区域305によって示50− されている。このグラフの示すように、λ1(低吸収率
と大透過深さを有する放射線)がこの区域305以後に
おいて透過深さを決定する上にλ2に優先している。両
方の作動曲線の左側のすべての点306は非硬化液を示
す。各作動曲線の右側のすべての点1、すなわ−ち区域
308または100は固化した物質を示す。この第14
図の深さ軸線に沿ったレベルは第5図に示すレベルと同
様である。前記の説明は同等の光強さと、従って与えら
れた時間における同等の露出に基づいている。2つのビ
ームの強さが相異なれば、各波長によって誘導された硬
化深さは同一の垂直線から読み取る事ができない。2つ
の波長は同時に作動していると考えられるので、露出時
間は同一であるが、光強さが相違すれば、露出時間も相
違するであろう。各ラインの硬化深さはそのラインの生
じる有効露出において作動曲線から読み取らなければな
らない。これらの点を説明するため下記の表を参照する
。この表は、第14図の作動曲線に関連して、相異なる
相対強さが硬化深さに影響する事を示す。
This can be understood by considering that the difference between gels and liquids is based on different degrees of polymerization. The portion of the plot above each operating curve indicates that no polymerization occurred;
It only shows that insufficient polymerization occurred to form a gel. Therefore, if two or more wavelengths are used and the cure depth for each wavelength is approximately the same, it is believed that sufficient polymerization will occur to cause gelation to a depth greater than that produced by each wavelength alone. . This is especially true when the hardening depth due to the wavelength with greater penetration depth is shallower. This is indicated by the dashed area 305. As this graph shows, λ1 (radiation with low absorption and large penetration depth) takes precedence over λ2 in determining penetration depth after this area 305. All points 306 on the left side of both actuation curves represent uncured liquid. All points 1 to the right of each actuation curve, ie, area 308 or 100, represent solidified material. This 14th
The levels along the depth axis of the diagram are similar to those shown in FIG. The above description is based on equivalent light intensities and therefore equivalent exposures at a given time. If the intensities of the two beams are different, the cure depth induced by each wavelength cannot be read from the same vertical line. Since the two wavelengths are considered to be operating simultaneously, the exposure times will be the same, but if the light intensities are different, the exposure times will be different. The cure depth for each line must be read from the operating curve at the effective exposure that occurs for that line. Please refer to the table below to explain these points. This table shows that, in conjunction with the actuation curve of FIG. 14, different relative strengths affect cure depth.

1− (原文p、40の表) 917− この表は硬化深さに関する重要な4点を示す。1- (Original p. 40 table) 917- This table shows four important points regarding cure depth.

1)硬化深さは使用される波長に依存する事。2)複数
の波長が使用される場合、硬化深さは強さの比率に依存
する事。3)硬化深さは各波長に対して臨界エネルギー
に依存する事。および4)硬化深さは所望の所望の硬化
深さに依存する事。前記の表は組合わせ露出によって得
られた正味硬化深さを示していない。さきに説明したよ
うに、両方の硬化深さが近似する場合に、その組合わせ
が正味硬化深さを生じる。
1) Curing depth depends on the wavelength used. 2) When multiple wavelengths are used, the cure depth depends on the intensity ratio. 3) The cure depth depends on the critical energy for each wavelength. and 4) the depth of cure depends on the desired depth of cure. The table above does not indicate the net cure depth obtained by the combined exposures. As previously explained, when both cure depths are approximate, the combination results in a net cure depth.

第15図は、第5図と同時にとられた光重合体22の断
面図であるが、この場合には2種の波長λ1とλ2とを
使用し、各波長は相異なる透過深さを有し、またそれぞ
れ同一の出方/光強さを有するので、与えられた時点に
おいて同一の露出を生じる。第5図の光44ではなく、
光線320が表面23上に入射する。光線320は同等
強さの波長λ1とλ2とを生じる2 レーザによって発生される。第14図について述べたよ
うに、λ1が硬化深さにおいて支配的であり、液体区域
と非液体区域との境界の点の包絡線である。三次元部品
30の区域84と区域86の一部の硬さは、区域86の
中間まで硬化した波長λ2によって増大されている。−
このように影響された区域は3領域から成る。すなわち
領域314.316.318゜領域318は最も深く、
3領域のうちで最も硬化度が低いが、この区域86にお
いてλ1によって固化された物質よりもなお凝縮性であ
る。これは領域318が単一体積あたり、より多くの光
線320を吸収したからである。領域316は表面23
から二番目の領域であるので、領域318よりも硬い。
FIG. 15 is a cross-sectional view of the photopolymer 22 taken at the same time as FIG. 5, but in this case two wavelengths λ1 and λ2 are used, each wavelength having a different penetration depth. They also each have the same output/light intensity, resulting in the same exposure at a given time. Instead of the light 44 in Figure 5,
A light beam 320 is incident on surface 23. Light beam 320 is generated by two lasers producing wavelengths λ1 and λ2 of equal intensity. As discussed with respect to FIG. 14, λ1 is dominant in the cure depth and is the envelope of the point at the boundary between the liquid and non-liquid areas. The hardness of sections 84 and 86 of three-dimensional part 30 is increased by the wavelength λ2 that is hardened to the middle of section 86. −
The area thus affected consists of three areas. That is, the region 314.316.318° region 318 is the deepest,
Although the least cured of the three regions, it is still more condensable than the material solidified by λ1 in this area 86. This is because region 318 absorbed more rays 320 per single volume. Region 316 is surface 23
Since this is the second region, it is harder than region 318.

領域314は他の領域よりも多量の単一体積あたり多量
の光線量を受けているので、はるかに硬い。
Region 314 is much harder because it receives a higher light dose per unit volume than the other regions.

第15図は単一層の三次元部品30を示すとすれば、こ
の層はλ1とλ2の組合わせにより (主としてλ2の
故に)表面23の近くにおいて(領域314,316,
318)はるかに硬いが、レベル80までの他の大部分
においては比較的柔らかい。この場合、波長λ2と53
− その浅い透過深さがなければ、このような硬い区域は存
在しないであろう。波長λ1とその深い透過深さがなけ
れば、この層は表面48に非常に近い部分においてのみ
硬化され1、所望のレベル80までの硬化には過度に長
い時間を必要としたであろう。
If FIG. 15 shows a single-layer three-dimensional part 30, this layer has areas (regions 314, 316,
318) Much harder, but relatively soft for most others up to level 80. In this case, the wavelengths λ2 and 53
− Without its shallow penetration depth, such a hard zone would not exist. Without the wavelength λ1 and its deep penetration depth, this layer would have been cured only very close to the surface 481 and would have required an excessively long time to cure to the desired level 80.

従って、各波長とその対応の透過深さの組合わせが有効
な特性を生じた事が理解されよう。
Therefore, it can be seen that the combination of each wavelength and its corresponding penetration depth produced effective characteristics.

この好ましい第1実施態様は、その2つの主要手法に見
られるように、このような二重(複数)透過深さを利用
して、表面近くにおいて硬いまたはきわめた硬い浅い区
域を成して余分の「生」硬さを生じると共に、長い透過
深さを利用してさらに深い所に比較的柔らかい区域を短
時間で形成する事ができる(重合度が低いが、なお凝縮
性であって形成時間が短い区域)。
This first preferred embodiment, as seen in its two main approaches, takes advantage of such dual (multiple) penetration depths to form hard or very hard shallow areas near the surface to while producing a "green" hardness, the long penetration depth can be used to quickly form relatively soft areas at deeper depths (low degree of polymerization, but still condensable and short formation times). area).

第14図と第15図に図示の実施例において、波長λ1
とλ2は硬化深さを決定するためにそれぞれ別個に扱わ
れる。これは下記の二、三のの要因の組合わせによって
可能である。
In the embodiment illustrated in FIGS. 14 and 15, the wavelength λ1
and λ2 are each treated separately to determine the cure depth. This is possible due to a combination of the following two or three factors.

1)λ1はλ2より、はるかに深い透過深さを有す4− る。1) λ1 has a much deeper penetration depth than λ2 4- Ru.

2)相対光強さが同一である。2) The relative light intensities are the same.

3)全露出がそれぞれの臨界露出よりはるかに大である
3) The total exposure is much larger than each critical exposure.

しかし、これは常に可能ではない。相異なる三次元部品
が2つの波長に対して類似の透過深さを有し、相対光強
さが相互に不一致であり、または所望の硬化深さを得る
に必要な露出が両方の波長の臨界露出よりはるかに大き
くない場合がある。
However, this is not always possible. Different three-dimensional parts have similar penetration depths for the two wavelengths, the relative light intensities are mismatched, or the exposure required to obtain the desired cure depth is critical for both wavelengths. It may not be much larger than the exposure.

従って、波長をそれぞれ別個に考慮する事によっては正
味硬化深さを確定する事ができない。前述のように、与
えられた光重合体が2および2以上の波長について類似
の透過深さを有しまた各波長に対応する光強さが類似で
あれば、その累積効果が硬化深さを決定するものと考え
なければならないだろう。
Therefore, the net cure depth cannot be determined by considering each wavelength separately. As mentioned above, if a given photopolymer has similar penetration depths for two or more wavelengths and the light intensity corresponding to each wavelength is similar, the cumulative effect will increase the cure depth. You will have to consider it as a decision.

単一の波長の硬化深さまたは同時にレーザから放射され
る複数の波長の累積硬化深さを実験的に得るためには、
 「パンジヨウ・トップ」を使用する事ができる。パン
ジヨウ・トップとは、相異なる露出によって相異なる深
さまで硬化された一連のストリングである。
To experimentally obtain the curing depth of a single wavelength or the cumulative curing depth of multiple wavelengths emitted by the laser simultaneously,
You can use "Panjiyou Top". A puncture top is a series of strings hardened to different depths by different exposures.

第16b図は、パンジヨウ・トップ330の平面図であ
る。まず表面23上に長方形輪郭を深く硬化する事によ
ってパンジヨウ・トップのフレーム332を形成する。
FIG. 16b is a plan view of the punch top 330. First, frame 332 of the punch top is formed by deeply curing a rectangular profile on surface 23.

第16a図は第15図の光線320方向に見おろした斜
視図である。
FIG. 16a is a perspective view looking down in the direction of ray 320 of FIG. 15. FIG.

つぎに、光線320によって非常に低い表面露出EOを
もって通路334を通路334を横断すると、フレーム
332に対して横方向にストリング336が凝縮する。
Next, ray 320 traverses passageway 334 with very low surface exposure EO, condensing string 336 transversely to frame 332 .

第6図または第14図に図示のように、作動曲線をプロ
ットするために多数のストリングが形成される。通路3
38を少し大きな露出、例えば2Eoによって横断する
。これはストリング336より少し幅広く深いストリン
グ340を形成する。通路342を少し大きな露出、例
えば4Eoをもって横断する。これはストッパリング3
40より少し広く深いストリング344を形成する。さ
らに2つの通路とプラスチック状の硬化ストリップは図
示されているが、数字を付けられていない。
As shown in FIG. 6 or FIG. 14, multiple strings are formed to plot the actuation curves. aisle 3
38 by a slightly larger exposure, for example 2Eo. This forms string 340 which is slightly wider and deeper than string 336. Passage 342 is traversed with a slightly larger exposure, for example 4Eo. This is stopper ring 3
A string 344 slightly wider and deeper than 40 is formed. Two further channels and a plastic hardening strip are shown but not numbered.

最後に、光重合体22からパンジヨウ・トップ330を
除去し第16b図は第16a図の16b−16b線に沿
って見た側面図である。従ってフレーム332として透
明材料を使用する場合、フレームを通してストリング3
36、ストリング340およびストリング344と2つ
の数字なしのストリングが見えて、側面から測定する事
ができる。あるいはキャリパ、マイクロメータ、測定用
顕微鏡などを使用して深さdを測定する事ができ、また
は必要があればパンジヨウ・トップ330を切開してス
トリングに近接する事ができる。既知の表面露出から得
られたストリングの深さdから、少なくとも2つのスト
リングについて同時に、式E c = E o/ e 
””を解く事によって透過深さと臨界露出Ecを得る事
ができる。ストリングについての前記式を解く間接的方
法は、表面1i I!BE oの対数に対して硬化深さ
dをプロットして作動曲線を形成するにある。露出の対
数に対して硬化深さをプロットするのは、われわれの理
論(ベールの法則)がEの対数的増大と共にdの線形増
大を予定しているからである。この作動曲線は下記の形
をとる: 硬化深さ=d=Pd−Ln (E)o一定数ここに傾斜
は透過深さであり、定数は透過深さ×Ecの自然対数で
ある。
Finally, the top 330 is removed from the photopolymer 22, and Figure 16b is a side view taken along line 16b--16b of Figure 16a. Therefore, if a transparent material is used as the frame 332, the string 3 can be passed through the frame.
36, string 340 and string 344 and two strings without numbers are visible and can be measured from the side. Alternatively, the depth d can be measured using a caliper, a micrometer, a measuring microscope, etc., or if necessary, the punch top 330 can be cut open to get closer to the string. From the string depth d obtained from a known surface exposure, for at least two strings simultaneously, the formula E c = E o / e
By solving ``'', the penetration depth and critical exposure Ec can be obtained. An indirect way to solve the above equation for strings is to solve the surface 1i I! The actuation curve is formed by plotting the cure depth d against the logarithm of BE o. We plot case depth against the logarithm of exposure because our theory (Beer's law) predicts a linear increase in d with a logarithmic increase in E. This operating curve takes the following form: Case depth = d = Pd - Ln (E) o constant where the slope is the penetration depth and the constant is the natural logarithm of penetration depth x Ec.

前記のパンジヨウ・トップの説明は二、三の基本的特徴
を示ずために成された。同様に第2図、第3図、第4図
、第5図および第15図は若干の特徴を示すように図示
された。これらの説明は均−強さの光ビームの使用を仮
定していた。すなわち、ビームの横断面の単位面積あた
りの出力が一定とみなされていた。しかし実際の立体平
版技術に使用されるビームは一般にこのような均一な出
力分布を有していない。ビームの半径において、光強さ
の変動がありうる。これらの変動は一般に重合物質の不
均一な重合物質の痕跡(ストリング)を生じる。一般に
固化プラスチックのストリングの中心線は縁よりも濃厚
であり、プラスチックストリングの幅は三次元部品の上
面から最大硬化深さ点まで減少する。言い替えれば、プ
ラスチックストリングの硬化深さを予測するためには、
平均露−b’/− 出ではなく最大露出(ビームが走査される場合。
The above description of Panjiyou Top has been made to illustrate a few basic characteristics. Similarly, FIGS. 2, 3, 4, 5, and 15 are illustrated to show certain features. These descriptions assumed the use of a uniformly intense light beam. That is, the output per unit area of the cross section of the beam was assumed to be constant. However, the beams used in actual stereolithographic techniques generally do not have such a uniform power distribution. There may be variations in light intensity in the radius of the beam. These variations generally result in non-uniform strings of polymerized material. Generally, the centerline of a string of cured plastic is thicker than the edges, and the width of the plastic string decreases from the top surface of the three-dimensional part to the point of maximum cure depth. In other words, to predict the hardening depth of a plastic string,
Average exposure -b'/- maximum exposure rather than exposure (if the beam is scanned).

最大合計光強さX時間)に基づかなければならなし1゜ 三次元部品30の形成後または形成中に、光源26が光
強さを変動させる事がありうる。従って各新規三次元部
品の形成前に、または新規三次元部品の各形成段階の前
に、光強さ(単位面積あたりの出力)をチエツクしなけ
ればならない。実際上、ビームはその走査中に光重合体
を露出するために使用されるのであるから、走査軸線に
沿って積算された置火光強さを知る事が望ましい。この
光強さのチエツクは、同時係属特願S、  N、  3
31,664に記載のように、ビームが発生された時の
ビーム出力と共にパンジヨウ・トップ情報を含む素材の
データファイルを使用してビームプロファイラによって
実施される。レーザは一般にその寿命中に出力と光強さ
を失う。単一波長SLAにおいては、レーザの出力また
は光強さが顕著に変動した時にパンジヨウ・トップを作
製する事によりまた/あるいはビームプロファイラを使
用する事により、−58= 出力と光強さの喪失を考慮する事ができる。マルチライ
ンSLAにおいては、出力喪失が各ラインについて比例
的に同一でなければ、前記の技術をしようする事ができ
る。出力変動が比例的であれば、パンジヨウ・トップ型
テスト部品を一層頻繁に作製しなければならない。
The light source 26 may vary in light intensity after or during the formation of the three-dimensional part 30. Therefore, the light intensity (power per unit area) must be checked before forming each new three-dimensional part, or before each step of forming a new three-dimensional part. In practice, since the beam is used to expose the photopolymer during its scan, it is desirable to know the integrated firing light intensity along the scan axis. This light intensity check is carried out in co-pending patent applications S, N, 3.
31,664, by a beam profiler using a raw data file containing top information along with the beam power at the time the beam was generated. Lasers generally lose power and optical intensity during their lifetime. In single wavelength SLA, -58 = loss of power and light intensity can be reduced by creating a punch top and/or by using a beam profiler when the laser power or light intensity varies significantly. It can be considered. In a multi-line SLA, the above technique can be used as long as the power loss is not proportionally the same for each line. If the output variation is proportional, punch-top test parts must be made more frequently.

出力喪失は各波長について同一ではないばあいがあるの
で、硬化深さおよびその他の硬化特性を知りたければ、
各波長をそれぞれプロファイルしなければならない。各
波長の光強さを測定する好ましいシステムは、毎回1つ
を除いてすべてのラインを濾過するにある。これは例え
ば光源と走査鏡との間においてビーム幅中に可動フィル
タを配置する事によって実施される。他のアプローチは
、複数の光センサを備えた単数または複数のビームプロ
ファイラを使用し、各ライン波長に対応する各光センサ
上にそれぞれ相異なる狭帯域パスフィルタを備えるにあ
る。樹脂の必要パラメータが公知であれば、各波長の光
強さプロファイルが作られると、各波長について種々の
硬化パラメータを確定する事ができる。これらの硬化パ
ラメータが算出されれば、さらに硬化工程において、ど
の波長と対応の光強さを使用しなければならないかを決
定する事ができる。どの波長とその相対光強さを使用す
るかの制御は種々のアプローチによって自動的に実施す
る事ができる。1つの可能なアプローチは、ビームを受
信し特定波長に対応の出力を減衰させるために各種のフ
ィルタを使用するにある。さらにこれらのフィルタによ
って達成される減衰度は、フィルタをビーム通路の中に
どの程度挿入するかに従って、相異なる不透明度のフィ
ルタを設計する事によって変動させる事ができる。
Since the power loss may not be the same for each wavelength, if you want to know the cure depth and other cure characteristics,
Each wavelength must be profiled separately. A preferred system for measuring the light intensity of each wavelength consists in filtering all but one line each time. This is carried out, for example, by placing a movable filter in the beam width between the light source and the scanning mirror. Another approach consists in using one or more beam profilers with multiple optical sensors, each with a different narrow band pass filter on each optical sensor corresponding to each line wavelength. If the required parameters of the resin are known, different curing parameters can be determined for each wavelength once the light intensity profile for each wavelength is created. Once these curing parameters have been calculated, it can further be determined which wavelengths and corresponding light intensities should be used in the curing process. Controlling which wavelengths and their relative intensities are used can be performed automatically by various approaches. One possible approach consists in using various filters to receive the beam and attenuate the output corresponding to specific wavelengths. Furthermore, the degree of attenuation achieved by these filters can be varied by designing filters of different opacity, depending on how far the filter is inserted into the beam path.

あるいは、フィルタの角度配向に従って特定の波長に対
してO減衰から非常に高い減衰度までの範囲を持つ円形
フィルタを使用する事ができる。追加例として、他のア
プローチは、各波長について個別の制御可能光源を使用
し相異なるビームを合流させるにある。これらの種々の
アプローチは、操作員または操作員なしで制御システム
28によって直接に制御する事ができる。他方、樹脂バ
ラン=61 一タが既知でなければ、パンジヨウ・トップまたはその
他類似の部品を作製する必要があり、また追加樹脂パラ
メータを確定するための他の実験を実施する事ができる
Alternatively, circular filters can be used that range from O attenuation to very high attenuation for specific wavelengths depending on the angular orientation of the filter. As an additional example, another approach consists in using separate controllable light sources for each wavelength and combining the different beams. These various approaches can be controlled directly by the control system 28 with or without an operator. On the other hand, if the resin balun = 61 is not known, a punch top or other similar part will need to be fabricated, and other experiments can be performed to determine additional resin parameters.

パンジヨウ・トップ測定を自動化する事ができる。例え
ばパンジヨウ・トップが形成された場所からロボットが
パンジヨウ・トップを取り上げ、その上に溶媒を噴霧し
、または溶媒中に浸漬し、余分の樹脂を洗い落し、つぎ
にこれを後硬化する事ができ、つぎに機械的手段、電気
的手段または光学手段によってその厚さ測定する。しか
しこれは複雑な工程である。さらに好ましいアプローチ
は、すべての必要な測定を成すため、特定の樹脂特性と
共にビームプロファイル情報を使用するにある。これが
本発明の目的の1つである。
Panjiyo top measurement can be automated. For example, a robot can pick up a punch top from where it was formed, spray or dip a solvent onto it, wash off excess resin, and then post-cure it. , and then its thickness is measured by mechanical, electrical or optical means. However, this is a complex process. A more preferred approach is to use beam profile information in conjunction with specific resin properties to make all necessary measurements. This is one of the objectives of the invention.

第1実施態様の第1アプローチ(多波長の同時使用法)
においては、二、三の好ましい法がある。
First approach of first embodiment (simultaneous use of multiple wavelengths)
There are a few preferred methods.

1)平衡効率を有するまたは有しない平衡樹脂の使用、
2)放射線を制御しないが、予定出力を完全に使用する
方法、および3)放射線源の制御。
1) Use of equilibrium resins with or without equilibrium efficiency;
2) a method that does not control the radiation but uses the planned output completely, and 3) control of the radiation source.

前記の第1実施態様の第1法は、単一波長アプローチの
簡単さをもって同時に多数波長を使用する事が可能であ
る。
The first method of the first embodiment described above allows multiple wavelengths to be used simultaneously with the simplicity of a single wavelength approach.

各波長の光強さを考慮するため各波長の出力を別個に測
定する代わりに、光重合体を慎重に選択する。例えばあ
る1つの光重合体が使用される各波長に対して同一の透
過深さ(および同一の臨界露出および重合体形成効率)
を有するとすれば、相異なる波長の相対的出力(合計光
強さ)の変化は硬化特性に影響しない。この方法は、表
面近くに非常に強い区域、その下方に弱い(迅速)区域
を生じないが、複数波長のレーザの全出力を利用する事
がで、またマルチライン放射線源のそれぞれの出力損失
を測定する必要がない。
Instead of measuring the output of each wavelength separately to account for the light intensity of each wavelength, the photopolymer is carefully selected. For example, the same penetration depth (and the same critical exposure and polymer formation efficiency) for each wavelength at which a photopolymer is used.
, then changes in the relative power (total light intensity) of different wavelengths do not affect the curing properties. This method does not produce a very intense zone near the surface and a weak (quick) zone below, but it allows the use of the full power of the laser at multiple wavelengths and reduces the power loss of each of the multiline radiation sources. No need to measure.

各波長について同一の透過深さを得る1つの方法は、使
用されるすべての波長について同一の吸収率を有する光
重合体を選定するにある。例えば第13図において、レ
ーザが290nmおよび360nmで放射する場合、グ
ラフに示した光重合開始剤はこれら両方の波長について
同一の吸収率を持つ。
One way to obtain the same depth of penetration for each wavelength is to choose a photopolymer that has the same absorption for all wavelengths used. For example, in FIG. 13, if the laser emits at 290 nm and 360 nm, the photoinitiator shown in the graph has the same absorption at both these wavelengths.

従って単量体およびその他の成分による吸取を無視すれ
ば、これら両方の波長は開始剤および光重合体中への同
一の透過深さを有するものと考えられる。同様に光源(
2b)が図示の波長AとBの放射線を放射すれば、いず
れも同一の透過深さを有すると考え牧れる。
Therefore, ignoring sorption by monomers and other components, both wavelengths are considered to have the same penetration depth into the initiator and photopolymer. Similarly, the light source (
2b) emits radiation of the wavelengths A and B shown in the figure, it can be assumed that both have the same penetration depth.

第17図はSLAの中の代表的化学反応を示すブロック
ダイヤグラムである。市販のSLAの中に使用される液
体は一般にUV感応光重合開始剤の存在の故に紫外線に
感応して重合する。光重合開始剤350は紫外線露出に
感応して遊離基352に分裂する。この遊離基352が
単量体分子354間の化学反応を誘発してこれを重合体
356に転化させ始める。
FIG. 17 is a block diagram showing typical chemical reactions in SLA. The liquids used in commercially available SLAs generally polymerize in response to ultraviolet light due to the presence of UV-sensitive photoinitiators. Photoinitiator 350 splits into free radicals 352 in response to ultraviolet light exposure. This free radical 352 initiates a chemical reaction between monomer molecules 354 to convert it into polymer 356.

さらに露出と吸取後に、より多量の単量体354が重合
体356に添加される。重合体356の十分な密度が生
じた時、ゲル358が生じる。さらに重合すると、ゲル
358が完全に重合してプラスチック360を形成する
After further exposure and blotting, more monomer 354 is added to polymer 356. When sufficient density of polymer 356 occurs, gel 358 forms. Upon further polymerization, gel 358 fully polymerizes to form plastic 360.

第18図は、波長に従って相異なる示差吸収を示す複数
の光重合開始剤を含む光重合体の吸収/波長グラフであ
る。各波長について透過深さが同一となるまで各光重合
開始剤の量が調節される。特定の光重合開始剤の吸収特
性が第18図のグラフの全体的形状を決定するが、そり
濃度が各波長における吸収量および透過深さを決定する
。光重合開始剤の量の増大は吸11S!量の増大を意味
し、すなわち第18図における高い曲線を示す。曲線3
70はλ3において最大吸取を有する第1型の光重合開
始剤である。曲線372はλ4において最大吸収を示す
第2型の光重合開始剤である。これら2つの光重合開始
剤が単一樹脂の中に結合された場合の累積効果は曲線3
74によって示される。曲線374はλ3とλ4との間
において比較的平坦であり、これは中間波長がλ3およ
びλ4と類似の吸収を有する事を示す。
FIG. 18 is an absorption/wavelength graph of a photopolymer containing a plurality of photopolymerization initiators that exhibit different differential absorptions depending on the wavelength. The amount of each photoinitiator is adjusted until the penetration depth is the same for each wavelength. While the absorption characteristics of a particular photoinitiator determine the overall shape of the graph of FIG. 18, the warpage concentration determines the amount of absorption and penetration depth at each wavelength. Increasing the amount of photopolymerization initiator is 11S! This means an increase in the amount, ie the high curve in FIG. 18. curve 3
70 is the first type of photoinitiator having maximum absorption at λ3. Curve 372 is a second type of photoinitiator that exhibits maximum absorption at λ4. The cumulative effect when these two photoinitiators are combined into a single resin is curve 3
74. Curve 374 is relatively flat between λ3 and λ4, indicating that intermediate wavelengths have similar absorption as λ3 and λ4.

従って13とλ4の間の波長の有するマルチラインレー
ザを使用して、単一の均等な透過深さを保持する事がで
きる。
Multi-line lasers with wavelengths between 13 and λ4 can therefore be used to maintain a single uniform penetration depth.

樹脂は各ラインについて同一の透過深さを生じるために
慎重な「調整」を必要とする。市販のアルゴン−イオン
レーザは種々の単一波長においてまたは同時に複数波長
において紫外線領域の放射線を発生するように設定する
事ができる。アルゴンレーザの主たるUVラインはほぼ
364nm、351nmおよび334nmその他のであ
る。レーザは、それぞれ364nmライン、351nm
ラインおよび334nmライン/その他ラインについて
それぞれ約40%、40%および20%の出力をもって
これらすべての波長において同時に放射するように設定
する事ができる。またレーザは各波長についてその他の
出力をもって放射するように適当に調整する事ができる
。最も好ましいモードにおいてレーザは364nmライ
ン、351nmラインおよび334nmライン/その他
ラインについてそれぞれビームの全出力の480%、4
8%および4%の出力を有するように調整される。前記
のその他波長の相対エネルギーが非常に低いのでこれら
の波長はこのビームの放射によって得られる硬化パラメ
ータに対して実質的に貢献しない。すなわち主として2
つの透過深さを含むビームが得られる。このビームがす
べての複数波長実施態様によって好ましいビームである
。三55− 次元部品形成のための好ましい平衡樹脂は、ビスフェノ
ールA ジグリシジルエーテルに対するアクリル酸アダ
クツ49部(Novacure63700)、2−フェ
ノキシエチルアクリレート(Sartomer O33
9)5部、トリメチロールプロパントリメタクリレ−)
 (Sartomer@−350) 12部と、エトキ
シレートビスフェノールA (Sartomer @ 
348)のジメチルアクリレート25部とから成る組成
を有し、この組成に、1.5部の酸化2,4.6−)リ
メチルベンゾイルジフェニルホスフィン(Luciri
n @ TPO)と、2.68部の1−ヒドロキシシク
ロへキシルフェニルケトンと混合される。 (部数は重
量部) この組成は351nmおよび364nm波長ア
ルゴンーレーザ放射において同一の吸収率を示す[1m
l11の層厚さに対して2.6の光学密度1g(IO/
I)]この樹脂組成は、立体平版技術によって三次元物
体を製版するための優れた感度を有する(351nmと
364nmのアルゴン−レーザ放射において24mJ/
cm2のエネルギーによる放射によって深さ0 、3m
m重合が生じる)。
The resin requires careful "tuning" to produce the same penetration depth for each line. Commercially available argon-ion lasers can be configured to generate radiation in the ultraviolet range at various single wavelengths or at multiple wavelengths simultaneously. The main UV lines for argon lasers are approximately 364 nm, 351 nm, and 334 nm, among others. The lasers are 364nm line and 351nm line respectively.
It can be set to emit simultaneously at all these wavelengths with approximately 40%, 40% and 20% power for lines and 334 nm lines/other lines, respectively. The laser can also be suitably tuned to emit with other powers for each wavelength. In the most preferred mode the laser delivers 480% and 4% of the total beam power for the 364nm line, 351nm line and 334nm line/other lines, respectively.
Adjusted to have 8% and 4% output. The relative energies of these other wavelengths are so low that they do not substantially contribute to the curing parameters obtained by radiation of this beam. That is, mainly 2
A beam with two penetration depths is obtained. This beam is the preferred beam by all multi-wavelength embodiments. Preferred equilibrium resins for the formation of 355-dimensional parts include 49 parts acrylic acid adduct to bisphenol A diglycidyl ether (Novacure 63700), 2-phenoxyethyl acrylate (Sartomer O33)
9) 5 parts, trimethylolpropane trimethacrylate)
(Sartomer@-350) 12 parts and ethoxylate bisphenol A (Sartomer@
348) and 25 parts of dimethyl acrylate (Luciri
n@TPO) and 2.68 parts of 1-hydroxycyclohexylphenyl ketone. (Parts are parts by weight) This composition shows the same absorption for 351 nm and 364 nm wavelength argon-laser radiation [1 m
Optical density 1 g (IO/
I)] This resin composition has excellent sensitivity for printing three-dimensional objects by stereolithographic techniques (24 mJ/
depth 0,3m by radiation with energy of cm2
m polymerization occurs).

種々型の光重合開始剤が光エネルギー(例えば1光子)
を技術するので、これらの光重合開始剤は種々の量の光
重合を生じる事ができる。光重合開始剤/単賛体組合せ
の効率は吸収された光子に対応して化学結合形成する能
力に関連している。
Various types of photoinitiators can generate light energy (e.g. one photon).
These photoinitiators are capable of producing varying amounts of photopolymerization. The efficiency of a photoinitiator/monopolymer combination is related to its ability to form chemical bonds in response to absorbed photons.

2種の光重合開始剤が相異なる効率を有すれば、吸収さ
れた同で量(または同一%)の光吸収量(同−透過深さ
)が相異なる硬化深さを生じる。従ってこの実施態様の
光重合体は透過深さ(吸収%)のみならず、吸取に伴う
効率についても平衡されなければならない。
If the two photoinitiators have different efficiencies, the same amount (or the same percentage) of light absorbed (same - penetration depth) will result in different cure depths. Therefore, the photopolymer of this embodiment must be balanced not only for depth of penetration (% absorption) but also for efficiency with absorption.

第19a図は他の2種の光重合開始剤の吸収/波長グラ
フである。第19a図乃至第19g図は効率を考慮する
方法を示す。曲線380は、ピーク吸収波長λ5におい
て一定の光パーセントを吸収する適当濃度の光重合開始
剤である。曲線382はピーク吸収波長λ7において同
一の光パーセントを吸収する適当濃度の第4光重合開始
剤を示す。この光パーセントは第19a図においてPl
で示’yl’ qLる。これらの2つの波長(λ5とλ
7)は、同一吸取率を有するので同一の透過深さを有す
る。しかし第1光重合開始剤が第2光重合開始剤よりも
高い効率を有すれば、この第1光重合開始剤は重合に際
して高い効率を示すであろう。言い換えればλ5は与え
られた露出に対してλ7よりも高い重合度を生じ、従っ
て高い硬化深さを示す。第1光重合開始剤は第19b図
において曲線386においてしめされた効率を有するが
、第4光重合開始剤382は第19b図の曲線388第
子雌効率を有する。
Figure 19a is an absorption/wavelength graph of two other photoinitiators. Figures 19a to 19g show how to consider efficiency. Curve 380 is the appropriate concentration of photoinitiator that absorbs a constant percentage of light at peak absorption wavelength λ5. Curve 382 shows the appropriate concentration of the fourth photoinitiator absorbing the same percentage of light at peak absorption wavelength λ7. This light percentage is Pl in Figure 19a.
Indicated by 'yl' qL. These two wavelengths (λ5 and λ
7) have the same absorption rate and therefore the same penetration depth. However, if the first photoinitiator has a higher efficiency than the second photoinitiator, the first photoinitiator will exhibit a higher efficiency in polymerization. In other words, λ5 produces a higher degree of polymerization than λ7 for a given exposure and therefore exhibits a higher cure depth. The first photoinitiator has the efficiency shown in curve 386 in Figure 19b, while the fourth photoinitiator 382 has the efficiency shown in curve 388 of Figure 19b.

効率の差を考慮する場合、第19図は与えられた露出に
対してλ5はλ7の生じる重合体(EF2)より多くの
重合体(EFI)を生じる事を示す。これらの波長につ
いて同一の硬化深さを得るためには、吸収率と同様に効
果も均等にしなければならない。
When considering efficiency differences, Figure 19 shows that for a given exposure, λ5 produces more polymer (EFI) than λ7 produces (EF2). To obtain the same cure depth for these wavelengths, the effectiveness as well as the absorption must be equalized.

これは、第1光重合開始剤の濃度を低くして、曲線38
0.386の高さを第19c図および第19d図にそれ
ぞれ示す曲線390.396まで低下させる事によって
実施できる。しかしこの場合、2種の光重合開始剤の吸
取率(透過深さ)が一致しなくなる。従ってこれらの吸
収率を一致させるため、入射光線の一部が重合に貢献し
ないように吸収しなければ69− ならない。例えば、第1光重合開始剤を含有する樹脂に
対して光吸収剤を添加する事ができる。光吸収剤はλ5
の近く光を吸収(または阻止)するように選定される。
This is achieved by lowering the concentration of the first photoinitiator and by lowering the concentration of the first photoinitiator.
This can be done by reducing the height of 0.386 to the curves 390.396 shown in Figures 19c and 19d, respectively. However, in this case, the absorption rates (penetration depths) of the two types of photopolymerization initiators do not match. Therefore, in order to match these absorption rates, a portion of the incident light must be absorbed so as not to contribute to polymerization. For example, a light absorber can be added to the resin containing the first photopolymerization initiator. The light absorber is λ5
is selected to absorb (or block) light near the .

その吸収能力は第19e図の曲線398によって示され
ている。曲線398と曲線390とを加算して、第19
f図の少なくともλ5における曲線380を形成する(
第19a図の曲線380と同じ)。第1光重合開始剤が
第19f図と第19d図の曲線380によって示される
入射光線量を吸収する事ができるようになるまで光吸収
剤を添加すると、λ5は第19d図の曲線388のλ7
、および第19d図の曲線396と同一の効率EFIを
有し、また第19f図と同一の透過深さを有する。この
ようにして、第19g図に図示のようにPdと効率が完
全に一致した。その結果として、第19h図と第19I
図に図示のような任意の波長で使用できる樹脂が得られ
る。所望の平衡状態を得るためには2種以上の光重合開
始剤、光吸収剤およびその他要素を必要とするが、平衡
アプローチは同様である。
Its absorption capacity is illustrated by curve 398 in Figure 19e. By adding curve 398 and curve 390, we get the 19th curve.
form a curve 380 at least at λ5 in the f diagram (
(same as curve 380 in Figure 19a). When the light absorber is added until the first photoinitiator is able to absorb the incident light dose shown by curve 380 in Figures 19f and 19d, λ5 becomes λ7 in curve 388 in Figures 19d.
, and the same efficiency EFI as curve 396 of FIG. 19d, and the same penetration depth as FIG. 19f. In this way, the efficiency completely matched that of Pd, as shown in FIG. 19g. As a result, Figures 19h and 19I
A resin that can be used at any wavelength as shown in the figure is obtained. The equilibrium approach is similar, although more than one photoinitiator, light absorber, and other elements are required to achieve the desired equilibrium state.

マルチライン可視光レーザについて、可視光の7〇− 任意の波長について同一の効率と吸収能力を生じる類似
の材料を製造し使用する事ができよう。しかし、この型
の材料は可視光に感応して硬化するので、適当な注意を
払わなければならない。このような注意とは、刺激性可
視放射線からSLAおよび生部量を遮蔽しあるいはこの
ような放射線を可視光から除去する事を含む。
For multi-line visible light lasers, similar materials could be made and used that yield the same efficiency and absorption capacity for any wavelength of visible light. However, this type of material cures in response to visible light, so appropriate precautions must be taken. Such precautions include shielding the SLA and live volume from irritating visible radiation or removing such radiation from visible light.

第1アプローチの第2法は複数の刺激性波長を使用しな
がら部品形成を支援するために予測出力を使用するにあ
る。この方法は種々の形成パラメータと硬化パラメータ
を予測するため、各波長に対応するビームプロファイル
特性と既知の樹脂パラメータとを使用するにある。この
ような予測/決定は主として下記の3つの目的のために
成される。1)現在使用可能の多重波長放射線源を使用
して所望の物体を製版できるかどうかの決定、2)最初
にどのような形成パラメータを使用すべきかの決定、お
よび3)必要ならば物体の形成において今後使用される
露出パラメータの決定。これらの各種の予測は硬化深さ
、硬化幅、生硬さおよびその他を含む。最も重要な予測
パラメータは生硬さである。この方法は複数の波長を使
用し、これらの波長の光強か制御されないのであるから
、正確な波長と透過深さに依存して特定体積のプラスチ
ックについて広範囲の生硬さを得る事が可能である。従
って生硬さの決定は、三次元部品の形成のためにどのよ
うな形成パラメータが最も適当であるかを決定する際に
最も重要である。例えば、あるエネルギー/波長組合せ
の場合、生硬さの不足の故に5ミル層を別個に形成する
事が不可能となるが、他の組合せの場合には生硬さは5
ミル層の形成十分であり、また支配的波長の透過深さが
少ないので20ミル層の形成が困難となる場合がある。
A second method of the first approach consists in using the predicted output to aid part formation while using multiple stimulating wavelengths. This method consists in using beam profile characteristics corresponding to each wavelength and known resin parameters to predict various forming and curing parameters. Such predictions/decisions are mainly made for the following three purposes. 1) determining whether the desired object can be made using currently available multi-wavelength radiation sources; 2) determining what forming parameters should be used initially; and 3) forming the object, if necessary. Determining the exposure parameters that will be used in the future. These various predictions include case depth, case width, green hardness, and others. The most important predictive parameter is green hardness. Because this method uses multiple wavelengths and the light intensity of these wavelengths is not controlled, it is possible to obtain a wide range of green hardness for a given volume of plastic depending on the exact wavelength and depth of penetration. . The determination of green hardness is therefore of paramount importance in determining what forming parameters are most appropriate for forming three-dimensional parts. For example, for some energy/wavelength combinations the lack of green hardness makes it impossible to form a separate 5 mil layer, while for other combinations the green hardness is 5.
The formation of a 20 mil layer is sufficient, and the penetration depth of the dominant wavelength is small, so it may be difficult to form a 20 mil layer.

この方法の最良の形成パラメータの予測と、その後の決
定は他の実施態様についても実施されうるが、複数波長
の自動化使用に対する最小限のアプローチとしての予測
と決定の可能性に限定する。
The prediction and subsequent determination of the best formation parameters of this method may also be performed for other implementations, but we limit the prediction and determination possibilities as a minimal approach to automated use of multiple wavelengths.

第1主要アプローチの好ましい第3法は第2法のすべて
のアスペクトを含みまたは含まない事ができるが、一定
の波長と、各波長の光強さまたは少なくと・も光強さ比
率を得るように放射源を制御する能力を含む。各波長に
ついての制御された放射線量、この方法において得られ
る種々の透過深さおよび予測可能性と決定可能性との組
合せによって出力をえる事により、この方法は複数波長
アプローチの同時的使用の好ましい実施態様である。
A preferred third method of the first major approach may or may not include all aspects of the second method, but is designed to obtain constant wavelengths and light intensities or at least light intensity ratios of each wavelength. including the ability to control radiation sources. The controlled radiation dose for each wavelength, the various penetration depths obtained in this method, and the combination of predictability and determinability make this method a preferred choice for the simultaneous use of multiple wavelength approaches. This is an embodiment.

第1主要アプローチの第3法は複数の透過深さを考慮し
、一般に表面近くにおいて浅い透過深さを使用して硬い
または極度に硬い硬化区域を形成して極度の生硬さを生
じると共に、深い硬化深さを利用して一般に深い柔らか
い区域を単位体積あたり急速に短時間で形成する利点が
ある。生の三次元部品30は単一の波長のみ゛で形成さ
れた場合よりも硬く、また与えられた液体中において対
応の深い透過深さを有する。浅い硬化深さのために1つ
の波長を使用し、深いゲル化のために他の波長を使用す
る事により、形成終了と後硬化まで耐える事のできる丈
夫な三次元部品を形成するための時間が短縮される。こ
れはSLAの中よりも後硬73 化装置の中で重合が迅速であり安価なので有利である。
The third of the first major approaches considers multiple penetration depths, typically using shallow penetration depths near the surface to form hard or extremely hard hardened zones resulting in extreme green hardness, and deep There is an advantage in utilizing hardening depth to generally form deep soft zones per unit volume rapidly and in a short period of time. The green three-dimensional part 30 is harder than if it were formed with only a single wavelength and has a correspondingly greater penetration depth in a given liquid. By using one wavelength for shallow cure depth and another wavelength for deep gelation, the time required to form a durable three-dimensional part that lasts through formation and post-cure. is shortened. This is advantageous because polymerization is faster and cheaper in the post hardening equipment than in SLA.

後硬化処理が迅速であるのは、部品全体が1回に1断面
づつ重合されるのでなく紫外線の中に全部露出されるか
らである。また後硬化処理かなのは光源が硬化なUVレ
ーザでなく安価な蛍光ランプだからである。
The post-cure process is rapid because the entire part is fully exposed to ultraviolet light rather than being polymerized one section at a time. Also, the reason for the post-curing process is that the light source is not a hardening UV laser but an inexpensive fluorescent lamp.

第3法は[従来技術と問題点コに記載のような曲げ作用
を減少させる。その少なくとも2つの理由がある。第1
の理由は生硬さの増大により、曲げに伴うモーメントに
抵抗する硬い区域が生じる事にある。第2の理由は硬い
区域が形状を保持している間に柔らかい区域が取締によ
る応力を吸収するからである。柔らかい区域は十分な接
着を保証する応力リリーフとして作用すると共に内部応
力の伝達を制限する。これらの内部応力が特定のレベル
に達すると歪を誘発する可能性がある。
The third method reduces the bending effect as described in [Prior Art and Problems]. There are at least two reasons for this. 1st
The reason for this is that the increased green hardness creates hard areas that resist the moments associated with bending. The second reason is that the soft areas absorb stress from enforcement while the hard areas retain their shape. The soft zone acts as a stress relief ensuring adequate adhesion and limits the transmission of internal stresses. These internal stresses can induce strain when they reach a certain level.

使用される2種または2種以上の波長のエネルギー比率
に対応して三次元部品の特性を、非常に柔らかな部品の
迅速な形成から、非常に硬い部品の非常に遅い形成まで
、制御する事ができる。このような広い範囲の特性、種
々の硬さ比率は1つの層の一部と他の部分において変動
させる事ができ、また各層の厚さについて変動させる事
ができ、また特定の区域の作図において硬さと速度のい
ずれが重要であるかに対応して変動させる事ができる。
Controlling the properties of three-dimensional parts, from the rapid formation of very soft parts to the very slow formation of very hard parts, depending on the energy ratio of the two or more wavelengths used. I can do it. With such a wide range of properties, different hardness ratios can be varied in one layer from another, and can be varied in the thickness of each layer, and in the construction of specific areas. It can be varied depending on whether hardness or speed is more important.

このようなアプローチは当業者にとっては明白な多くの
利点を示す。
Such an approach presents many advantages that will be obvious to those skilled in the art.

この方法の特定の実施例を第14図について説明する。A specific embodiment of this method is described with respect to FIG.

第14図の2つの波長を使用し両方の波長について同等
の光強さと出力とを有するとすれば、これらの波長は非
常に薄い層の硬化に使用されて、約4または5ミル以下
の層厚さについて、非常に浅い透過深さまたは2ミルの
透過深さを生じる事ができよう。Ecl以下の露出は大
きな重合を生じる事ができない。他方、深い硬化深さ(
従って厚い層)を得ようとする場合、Ec2とその対応
の透過深さが支配的であって、所望の厚さの硬化を迅速
に生じる。またこの場合、はるかに硬い固化材料区域が
形成されて生硬さを増進している。前述のように、薄い
層については、すぐれた硬さを生じる小透過深さが望ま
しく、これにより露出エラーによるプリントスルーの問
題を最小にする事ができる。これに対して厚い層につい
ては、適当な硬化速度を得るために、高い透過深さを得
る。高い硬化深さを使用しても、多量の材料が固化して
いるので、三次元部品の硬さはなお十分である。
If we use the two wavelengths of Figure 14 and have comparable light intensities and power for both wavelengths, these wavelengths can be used to cure very thin layers, forming layers of about 4 or 5 mils or less. For thickness, a very shallow penetration depth or a penetration depth of 2 mils could be produced. Exposures below Ecl cannot cause significant polymerization. On the other hand, deep curing depth (
Therefore, if a thick layer is to be obtained, Ec2 and its corresponding penetration depth are dominant, resulting in rapid curing of the desired thickness. Also in this case, areas of much harder solidified material are formed to enhance green hardness. As previously mentioned, for thin layers, a small penetration depth is desirable, resulting in superior hardness, which can minimize print-through problems due to exposure errors. For thicker layers, on the other hand, a high penetration depth is obtained in order to obtain an adequate curing rate. Even with the use of high cure depths, the hardness of the three-dimensional part is still sufficient because a large amount of material is cured.

小透過深さを有する波長の臨界露出は高透過深さの波長
の臨界露出より低いのであるから、透過深さと層厚さと
の適正な関係を自動的に得る事ができる(少なくともそ
の可能性がある)。その結果、露出エラーは層厚さに比
例した硬化深さの変化を生じる。この硬化深さのエラー
を層厚さに比例させる方法は、臨界露出と透過深さが同
一パタンに従う限り3または3以上の波長にも拡大され
る。
Since the critical exposure for wavelengths with small penetration depths is lower than the critical exposure for wavelengths with high penetration depths, a proper relationship between penetration depth and layer thickness can be automatically obtained (at least if it is possible). be). As a result, exposure errors result in changes in cure depth that are proportional to layer thickness. This method of making the cure depth error proportional to layer thickness extends to three or more wavelengths as long as the critical exposure and penetration depth follow the same pattern.

前記の好ましいアプローチは複数のラインを同時に使用
している。この第2主要アプローチにおいて複数ライン
はそれぞれ単独で使用される。
The preferred approach described above uses multiple lines simultaneously. In this second major approach, lines are each used singly.

この実施態様は前記と同様の原理で作動し、それぞれの
ラインがそれぞれ深さを有する。相異なる波長の光線は
光重合体22に対して選択的に下記の数種の手法で放射
される。1)波長を渡過またはその他の方法によってマ
ルチラインレーザから選択的に得る。2)それぞれ相異
なる波長を有する複数レーザビームを回転鏡によって表
面23上に選択的に反射させる。3)レーザのレーザ光
線発生キャビティ中のプリズム屈折反射鏡の角度の変更
によって単一ラインレーザを切り替える方法、および選
択可能の波長を得るための類似の方法。
This embodiment works on a similar principle to that described above, with each line having its own depth. Light beams of different wavelengths are selectively emitted onto the photopolymer 22 in several ways as described below. 1) Selectively obtain wavelengths from a multiline laser by transient or other methods. 2) selectively reflecting multiple laser beams, each having a different wavelength, onto the surface 23 by a rotating mirror; 3) A method of switching a single line laser by changing the angle of a prismatic refractive reflector in the laser's lasing cavity, and similar methods to obtain selectable wavelengths.

4)その他のマルチライン放射線源または単一ライン源
の適当な使用。
4) Appropriate use of other multi-line radiation sources or single-line sources.

第1に、マルチラインレーザは前記の好ましい実施態様
と同様に、しかしフィルタを追加して使用される。これ
らのフィルタは、単数または複数の選択されたラインを
残して所定のラインを遮断する。好ましくは複数のフィ
ルタを使用し、各フィルタが単一のラインを遮断する。
First, a multi-line laser is used similar to the preferred embodiment described above, but with the addition of a filter. These filters block certain lines leaving one or more selected lines behind. Preferably multiple filters are used, each filter blocking a single line.

これらのフィルタは、露出コマンドに対応して、制御シ
ステムによってレーザビームの中に機械的に出入させら
れる。あるいはこれらのフィルタを静止させ、可動鏡を
有する単数または複数のフィルタを通して7フー マルチラインレーザビームを選択的に反射させる。
These filters are mechanically moved into and out of the laser beam by a control system in response to exposure commands. Alternatively, these filters may be stationary and the 7-fu multiline laser beam may be selectively reflected through one or more filters with movable mirrors.

このようなフィルタシステムは、示差出力変動を測定す
るため、同時マルチライン硬化についても使用される。
Such filter systems are also used for simultaneous multi-line curing to measure differential power variations.

各波長の光強さを測定するため、1回に1本のラインが
ビームプロファイラに指向される。
One line at a time is directed into the beam profiler to measure the light intensity at each wavelength.

第2に、マルチレーザはマルチラインを生じるために使
用される。ラインをせんたくするため、反射鏡が光源2
6を反射する位置から、相異なる波長の隣接の他の光源
を反射する位置まで移動される。反射鏡は選定されたラ
インを表面23に反射する。
Second, multiple lasers are used to generate multiple lines. In order to narrow the line, the reflector is the light source 2.
6 to a position where it reflects other adjacent light sources of different wavelengths. The reflector reflects the selected line onto the surface 23.

第3にレーザ光線44が選択された波長を有するように
選択的に変更される。
Third, laser beam 44 is selectively modified to have a selected wavelength.

ラインを選定する主たる利点は透過深さを選択できる事
にある。これは、この章においてまた「透過深さ」に記
載のような多くの利点を示す。
The main advantage of line selection is the ability to select the depth of penetration. This presents many advantages as also described in this chapter under "Penetration Depth".

ライン選択は透過深さを選択する非常の能率的方法であ
る。これは手動的にまたは制御システム28によって実
施される。波長を選択する前記の3実施例はそれぞれ非
常に迅速にまた大きな中断なしで実施された。ビームが
フィルタを通過する必要から、または相異なるレーザま
たは光源からビームが通路の中に移動される際の整列不
良からびむが沙し移動される場合、液体面のスポットの
位置の移動また顛偏位は、さきに引例とされた米国特許
第268,907号に記載の偏位補正技術によって補正
される。これにより、透過深さに関する前章に記載のよ
うに、三次元部品から三次元部品へ、層から層へ、また
同一層の部分から部分へ透過深さを選択する事ができる
Line selection is a very efficient method of selecting penetration depth. This can be done manually or by control system 28. Each of the above three examples of wavelength selection was performed very quickly and without major interruptions. The position of the spot on the liquid surface may change or increase if the beam is moved due to the need to pass through a filter or due to misalignment as the beams from different lasers or light sources are moved into the passage. The offset is corrected by the offset correction technique described in previously referenced US Pat. No. 268,907. This allows the penetration depth to be selected from three-dimensional part to three-dimensional part, from layer to layer, and from part to part of the same layer, as described in the previous chapter regarding penetration depth.

前記の各実施態様は、ユーザまたは制御システム28が
単数または複数のラインを選択できるように結合する事
ができる。同時に複数の透過深さを使用するために複数
のラインが選択される場合、SLAは効率の増進、生硬
さの増大、および曲げの減少などの利点を得る事ができ
る。透過深さを変動させるために、単一ラインが選択さ
れる場合、SLAは最大速度および精度など、 「透過
深さ」に記載の利点を得る事ができる。単一三次元部品
の中に結合された場合、前記のすべての利点が得られる
Each of the above embodiments can be combined to allow the user or control system 28 to select one or more lines. When multiple lines are selected to use multiple penetration depths simultaneously, SLA can gain benefits such as increased efficiency, increased green hardness, and reduced bending. If a single line is selected to vary the penetration depth, the SLA can gain the advantages described in "Penetration Depth", such as maximum speed and accuracy. All of the above advantages are obtained when combined into a single three-dimensional part.

相異なる波長を単独で得るための前記の種々のアプロー
チのほか、また「透過深さ」章に記載のように複数波長
を単独で使用する方法および利点に加えて、単独で使用
される複数波長の主たる使用法をつぎに記載する:1)
相異なる層厚さについて相異なる波長を使用する。2)
最大速度について相異なる波長を使用する。3)最大硬
さについて相異なる波長を使用する。4)曲げを最IJ
X限にするために相異なる波長を使用する。5)相異な
る波長のマルチパス。これらのアプローチの最初の4ア
プローチは前述したので、これ以上の説明を必要としな
い。しかし第5のアプローチはまだ説明されていないの
で、ここで説明する。この第5技術は米国特許第339
,246号に記載の多重技術と類似である。この特願は
、本特願においてさきに引例とした。最初の多重アプロ
ーチは各ベクトルについて多重走査を成した。しかし各
パスについて同一波長が使用された。第1パスはほとん
ど材料の層厚さを固化するものであったが、実際には固
化に至らなかったので、下層に接着しなかった。第1パ
スに続いて単数または複数の追加パスを実施すると、少
なくとも最後のパスが接着を生じ、従って硬化深さが所
望の最終過硬化深さに達した。第1パスの目的は二重で
あった。第1に第1パスの材料が下層に接着する事なく
硬化し、硬化に際して下層に曲げモーメントを加える事
なく収縮できる事である。第2は、第1パスに際して硬
化した材料が、挟持された下層が固化する際の上向き曲
げモーメントに抵抗するように作用する事である。マル
チパスは曲げを最小限にするために適度に有効である事
が示された。しかし第1パス中の材料硬さが著しく増大
され、また/あるいは高度の重合段階に達して、さらに
露出が継続される際にさらに硬化されて挟持材料層と共
に収縮する傾向を示さなければ、マルチパスの効果は大
幅に増大される。このような高度の重合と硬さは、第1
パスに際して低透過深さ波長を使用し、第1パスまたは
後続パスの硬化を接着を生じない限り層の厚さにできる
だけ近くする事によって達成される。つぎに後続の単数
または複数のパスは接着を生じるように深い透過深さに
切り替えられる。
In addition to the various approaches described above for obtaining different wavelengths singly, and in addition to the methods and advantages of using multiple wavelengths singly as described in the ``Penetration Depth'' chapter, multiple wavelengths used singly. The main usage of is described below: 1)
Different wavelengths are used for different layer thicknesses. 2)
Use different wavelengths for maximum speed. 3) Using different wavelengths for maximum hardness. 4) Bending to maximum IJ
Different wavelengths are used to reach the X limit. 5) Multipath with different wavelengths. The first four of these approaches have been described above and require no further explanation. However, the fifth approach has not yet been described, so it will be described here. This fifth technology is disclosed in U.S. Patent No. 339.
, 246. This patent application has been cited earlier in this patent application. The first multiplex approach consisted of multiple scans for each vector. However, the same wavelength was used for each pass. The first pass mostly solidified the layer thickness of material, but it did not actually solidify and therefore did not adhere to the underlying layer. The first pass was followed by one or more additional passes such that at least the last pass produced adhesion and thus the cure depth reached the desired final overcure depth. The purpose of the first pass was twofold. First, the material in the first pass cures without adhering to the underlying layer and can shrink without applying a bending moment to the underlying layer during curing. Second, the material cured during the first pass acts to resist the upward bending moment as the sandwiched underlying layer solidifies. Multipass was shown to be reasonably effective in minimizing bending. However, if the material hardness during the first pass increases significantly and/or reaches a high degree of polymerization and does not exhibit a tendency to further harden and shrink with the sandwiching material layer upon continued exposure, the multilayer The effectiveness of the pass is greatly increased. This high degree of polymerization and hardness is due to the first
This is accomplished by using low penetration depth wavelengths in the passes and curing the first or subsequent passes as close to the layer thickness as possible without causing adhesion. Subsequent passes or passes are then switched to deeper penetration depths to cause adhesion.

各パスの作図速度、および接着前の短Pdのパス数と接
着を生じる長Pdのパス数を変動させる事ができる。ま
た曲げの減少と所要の走査時間の短縮とを平衡させるた
めに、このアプローチにおいて複数の波長と対応の透過
深さとを使用する事ができる。代表的には、中程度の硬
さの層を形成するための透過深さは層厚さの約30%〜
40%である。
The drawing speed of each pass, the number of short Pd passes before adhesion, and the number of long Pd passes that cause adhesion can be varied. Also, multiple wavelengths and corresponding penetration depths can be used in this approach to balance the reduction in bending with the reduction in required scan time. Typically, the penetration depth for forming a medium hard layer is about 30% of the layer thickness.
It is 40%.

おそらく、層厚さの約15%〜25%の範囲内の透過深
さは短いPD露出については適当であるが、30%〜4
0%またはこれ以上範囲内の透過深さは接着を生じる露
出にとって十分であろう。マルチパスを使用する際に生
じる鳥の梁形成の問題の故に、この問題を最小限にする
ためにスマレイを使用する米国特願第183,015号
を参照されたい。この特願を引例とする。またこの鳥の
巣の問題を含む種々の歪を最小限にするためにウェブま
たはその他の支持体を使用する米国特願第182,80
1号を参照されたい。これを引例とする。
Perhaps a penetration depth in the range of about 15% to 25% of the layer thickness is adequate for short PD exposures, but 30% to 4
A penetration depth in the range of 0% or more may be sufficient for exposure to produce adhesion. Because of the bird beam formation problem that occurs when using multipass, see US Patent Application No. 183,015, which uses Smaley to minimize this problem. This patent application is cited as a reference. No. 182,800 also discloses the use of webs or other supports to minimize distortions including this bird's nest problem.
Please refer to No. 1. Use this as an example.

この章に記載の実施態様の大部分は、放射線ビームによ
って、特に紫外線ビームによって硬化を実施する場合に
関するものである。放射線ビームは広い範囲の電磁スペ
クトル(例えば赤外線、可視光線、紫外線およびX線)
から成るビームであり、または種々の粒子(電子)のビ
ームであって、材料が放射線を吸収する反応要素を有す
る限り、この吸収によって反応を生じて材料を液状から
凝縮状態に転化させる。本発明の多くの実施態様および
アプローチにおいて、このような吸収は波長に依存しま
たエネルギーに依存するので、複数の(少なくとも2つ
の)透過深さを考慮する必要がある。放射線ビームを使
用する場合、このビームの光強さプロファイルが硬化パ
ラメータを予測するために必要である。しかし均一光強
さを有する所望の断面パタンの放射線フラッド放射線源
を使用して各断面を露出する場合前記のようなプロファ
イル依存関係を除く事ができる。この均一な放射線フラ
ッドは先にビームアプローチについて述べたように波長
、透過深さおよび相対出力に関して同様の所望の特性を
有する事ができる。この均一フラッドは、前記1575
特許に記載のような短アーク型水銀灯、またはキセノン
型アーク灯、またはその他種々の光源または光源組合せ
から発生する事ができる。−放射線源には、表面全体の
均一露出を保証するための拡散要素が含まれる。また露
出時間全体にわたって放射線源のエネルギー出力を制御
するフィードバックループの一部となって一定の光強さ
を保証するために、均一露出区域の中に数個の光強さモ
ニター装置(材料を硬化するために使用される各波長に
ついて1つづつの装置)が含まれる。またビームから特
定の波長を除去しまた/あるいは各波長に対応の光強さ
をある程度減衰させるために放射線通路の中に挿入され
る種々のフィルタが含まれる。望ましくない波長から望
ましい波長を選別するために、屈折格子またはプリズム
などの機器を使用する事ができる。さらに所望の断面パ
タンの放射を生じるための種々の要素を使用する事がで
きる。
Most of the embodiments described in this chapter relate to the case where curing is carried out by a radiation beam, in particular by an ultraviolet beam. The radiation beam covers a wide range of the electromagnetic spectrum (e.g. infrared, visible, ultraviolet and x-rays)
or a beam of various particles (electrons), as long as the material has a reactive element that absorbs the radiation, this absorption causing a reaction and converting the material from a liquid state to a condensed state. In many embodiments and approaches of the present invention, multiple (at least two) penetration depths need to be considered since such absorption is wavelength dependent and energy dependent. When using a radiation beam, the light intensity profile of this beam is needed to predict the curing parameters. However, when each cross section is exposed using a radiation flood radiation source with a desired cross-sectional pattern having uniform light intensity, such profile dependence can be eliminated. This uniform radiation flood can have similar desired properties in terms of wavelength, penetration depth and relative power as previously described for the beam approach. This uniform flood is similar to the 1575
It can be generated from a short-arc mercury vapor lamp, as described in the patent, or from a xenon-type arc lamp, or from a variety of other light sources or combinations of light sources. - The radiation source includes a diffusing element to ensure uniform exposure of the entire surface. There are also several light intensity monitoring devices (cured material one device for each wavelength used to Also included are various filters inserted into the radiation path to remove specific wavelengths from the beam and/or to attenuate the light intensity corresponding to each wavelength to some extent. Devices such as refractive gratings or prisms can be used to sort desirable wavelengths from undesirable wavelengths. Additionally, various elements can be used to produce the desired cross-sectional pattern of radiation.

説明のため、この章に含まれた実施態様の一部を下記に
纏・める。前述の好ましい実施態様は下記の2カテゴリ
ーに分類される。すなわち1)同時多重波長を実施態様
、および2)多重波長の非同時使用する実施態様。この
第1カテゴリーは下記の実施態様を含右。
For illustrative purposes, some of the embodiments included in this chapter are summarized below. The preferred embodiments described above fall into the following two categories. 1) embodiments that use multiple wavelengths simultaneously; and 2) embodiments that use multiple wavelengths non-simultaneously. This first category includes the embodiments described below.

1)平衡樹脂−透過深さのみ、 2)平衡樹脂−透過深さと効率、 3)無制御であるが予測された特性を有する多重波長(
その幾つかについては後述する)、4)制御された特性
を有する多重波長、a)優れた速度と硬さを得るため、 b)曲げを最小限にするため。
1) Equilibrium resin - penetration depth only, 2) Equilibrium resin - penetration depth and efficiency, 3) Multiple wavelengths with uncontrolled but predicted properties (
4) multiple wavelengths with controlled properties; a) to obtain superior speed and stiffness; and b) to minimize bending.

これらすべてのアプローチは多少ともビームプロファイ
ル予測と制御とを使用している。ビームのプロファイル
能力を完全に利用するためには、予測は各波長の露出の
重ね合わせに基づく。例えば、硬化深さは、臨界露出の
測定平均値に基づくが、全露出は現存のすべての波長か
ら誘導される。
All of these approaches use beam profile prediction and control to some degree. To take full advantage of the beam's profiling capabilities, predictions are based on a superposition of exposures at each wavelength. For example, the cure depth is based on a measured average of critical exposures, but the total exposure is derived from all existing wavelengths.

あるいは硬化深さをゲル化に必要な重合パーセン85− トと各波長によって決定される重合パーセントから定義
する事ができる。多重波長を使用しながらこれらの予測
を成す3レベルが存在する。すなわち1)Oオーダ、こ
の場合各波長について予測を実施し、リストから正味予
測を選定する。 (主予測=正味予測)−12)第1オ
ーダ、この場合正味予測を作るために各波長の作用の相
互作用の程度に関して簡単な仮説が作られる。および3
)第2オーダ、この場合各波長によって生じた重合度に
関する詳細な計算を行い、波長間の相互を考慮し、つぎ
に結果を組合せて正味予測を得る。この方法において、
状況に対応して一部の予測はOオーダであり、一部は第
1オーダ、他の一部は第2オーダである。
Alternatively, the cure depth can be defined from the polymerization percentage required for gelation and the polymerization percentage determined by each wavelength. There are three levels of making these predictions using multiple wavelengths. Namely: 1) O order, in which case a prediction is performed for each wavelength and a net prediction is selected from the list. (Main Prediction = Net Prediction) - 12) A simple hypothesis is made regarding the degree of interaction of the effects of each wavelength to produce a first order, in this case a net prediction. and 3
) of the second order, in this case performing detailed calculations on the degree of polymerization caused by each wavelength, taking into account the interaction between the wavelengths, and then combining the results to obtain a net prediction. In this method,
Depending on the situation, some predictions are of O order, some of them are of first order, and some of them are of second order.

第2カテゴリーは下記の実施態様を含む。The second category includes the following embodiments.

1)最良の全体特性に基づく相異なる層厚さについてそ
れぞれ選定された相異なる波長、2)最大速度について
選定された相異なる波長、3)最大強さについて選定さ
れた相異なる波長、4)最小的げについて選定された相
異なる波長、5)マルチパス技術を使用し、tfi p
 dを使用する波長によって第1パスを実施して下層に
接着する事なく高度の重合を成し、つぎに第2パスまた
はその後のパスを実施して接着を生じる方法。
1) different wavelengths selected for different layer thicknesses based on best overall properties; 2) different wavelengths selected for maximum velocity; 3) different wavelengths selected for maximum intensity; 4) minimum. 5) using multipath techniques, tfi p
d, a first pass is performed to achieve a high degree of polymerization without adhesion to the underlying layer, and then a second or subsequent pass is performed to create adhesion.

6)他の任意の特性の優先のために選定された相異なる
波長を使用する方法。
6) Using different wavelengths chosen to prioritize other arbitrary properties.

選定されたそれぞれの波長は、フィルタにより、レーザ
の波長の切り替えにより、1つのレーザから他のレーザ
に切り替える事により、また他の型の放射線源を使用す
る事によって得られる。
Each selected wavelength can be obtained by filtering, by switching the wavelength of lasers, by switching from one laser to another, and by using other types of radiation sources.

■、      い  2 SLAにおいて種々の透過深さを有する第2実施態様は
光重合体22の変更を含む。相異なる光重合体は与えら
れた波長に対して相異なる透過深さを有する。相異なる
透過深さが望ましい場合には、光重合体22の代わりに
他の光重合体を使用する。
(2) A second embodiment with varying penetration depths in SLA involves changing the photopolymer 22. Different photopolymers have different penetration depths for a given wavelength. If different penetration depths are desired, other photopolymers may be used in place of photopolymer 22.

あるいは光重合体22をそのままにして、これを処理す
る。
Alternatively, the photopolymer 22 may be left as is and processed.

第20図は光重合体22が取り替えられる第2実施態様
を示す。前記のように容器21が光重合体22を収容す
る。透過深さの選定は、前章「透過深さ」に記載の原理
に従ってユーザまたは制御システム28によって実施さ
れる。他の透過深さが選ばれた時、エレベータ29が容
器21の上端の上方にくるまでZ方向に持ち−上げられ
る。
Figure 20 shows a second embodiment in which the photopolymer 22 is replaced. Container 21 contains photopolymer 22 as described above. The selection of the penetration depth is carried out by the user or the control system 28 according to the principles described in the previous section "Penetration Depth". When another penetration depth is selected, the elevator 29 is raised in the Z direction until it is above the top of the container 21.

同時係属特願第249,399号およびPCT、EP○
特願第188/189号に記載のように、三次元部品3
0上に液体をあふれさせた後に、ドクターブレード41
0を使用して光重合体22を表面23まで欠き落とす。
Co-pending patent application No. 249,399 and PCT, EP○
As described in Patent Application No. 188/189, three-dimensional parts 3
After overflowing the liquid onto the doctor blade 41
0 to cut off the photopolymer 22 to the surface 23.

従来のSLAにおいてはドクターブレード410が容器
21に対して固着されていた。これは容器21の取り替
えの邪魔になる。しかし本発明においてドクターブレー
ド410はSLAのフレームに取り付けられ、このフレ
ームに対してエレベータ29も取り付けられる。これは
容器21の取り替えを簡単にする。
In the conventional SLA, the doctor blade 410 was fixed to the container 21. This becomes a hindrance to replacing the container 21. However, in the present invention, the doctor blade 410 is attached to the frame of the SLA, to which the elevator 29 is also attached. This simplifies replacement of the container 21.

容器21はしばらくエレベータ29の下方にあり、この
エレベータ29から落ちる光重合体22の滴を捕集する
The container 21 is temporarily below the elevator 29 and collects the droplets of photopolymer 22 that fall from this elevator 29.

オプションとして三次元部品30を光重合体浴の中に浸
漬させて、三次元部品に付着した余分の樹脂を容器21
から除去する。
Optionally, the three-dimensional part 30 can be immersed in a photopolymer bath to remove excess resin adhering to the three-dimensional part from the container 21.
remove from

容器21はホイール412と414を有する。この容器
21を転動させて移動する。別の光重合体422を保持
した容器421が容器21の仕わりにエレベータ29の
下方に転動する。−光重合体422は選定された透過深
さを有する。エレベータ29を421の中に降ろすと、
三次元部品30が光重合樹脂422によって覆われ、三
次元部品は表面423から1層の厚さだけ下方に配置さ
れる。ドクターブレード410が光重合体422をレベ
ル423まで欠き落とす。
Container 21 has wheels 412 and 414. This container 21 is moved by rolling. A container 421 holding another photopolymer 422 rolls below the elevator 29 in place of the container 21 . - The photopolymer 422 has a selected penetration depth. When elevator 29 is lowered into 421,
The three-dimensional part 30 is covered with a photopolymerized resin 422, and the three-dimensional part is placed one layer thickness below the surface 423. Doctor blade 410 chips away photopolymer 422 to level 423.

三次元部品30は容器21の取り替え中、エレベータ2
9に取り付けられたままである。層30dが最後に形成
されたのであるから、光重合体422の面423におい
て三次元部品のつぎの層を形成する事ができる。容器2
1と容器421との交換は、別の透過深さが望ましい場
合に、光重合体22を取り替える迅速簡便な方法である
The three-dimensional component 30 is installed in the elevator 2 while the container 21 is being replaced.
9 remains attached. Since layer 30d was formed last, the next layer of the three-dimensional part can be formed on surface 423 of photopolymer 422. container 2
1 and container 421 is a quick and easy way to replace photopolymer 22 if a different penetration depth is desired.

第21図は光重合体22を他の光重合体422と交換す
る他のシステムを示す。別の透過深さが望ましい場合、
ポンプ440が光重合体22を容器21からくみ出して
、ホース442を通して保持タンク44]の中に送る。
FIG. 21 shows another system for replacing photopolymer 22 with another photopolymer 422. FIG. If another penetration depth is desired,
A pump 440 pumps the photopolymer 22 from the container 21 and sends it through a hose 442 into a holding tank 44.

つぎにポンプ444が別の光重合体422を保持タンク
448からくみ出して、ホース452を通して容器21
に送る。この光重合体取り替えシステムは制御システム
258によって制御されるコンピュータによって容易に
制御されて別の透過深さを得る事ができる。
Pump 444 then pumps another photopolymer 422 from holding tank 448 through hose 452 to container 21.
send to This photopolymer replacement system can be easily controlled by a computer controlled by control system 258 to obtain different penetration depths.

第22図は光重合体22を取り替える他のシステムを示
す。このシステムは光重合体22を取り替えるのでなく
、別の透過深さを与えるように処理する。
FIG. 22 shows another system for replacing the photopolymer 22. This system does not replace the photopolymer 22, but processes it to provide a different penetration depth.

与えられた光重合体22は別のD p、値を有するよう
に変更する事ができる。例えば光重合体22に対して光
重合開始剤を添加すれば、光重合体22の各レベルにお
いて吸収される光の量44が増大し、Dp値が低下する
。浅い透過深さが望ましければ、光重合開始剤タンク4
62から光重合開始剤350を容器21に添加する。深
い透過深さが望ましければ、樹脂タンク464が樹脂4
66を容器21に加えて、光重合開始剤350の濃度を
低下させる。
A given photopolymer 22 can be modified to have a different value of Dp. For example, if a photoinitiator is added to the photopolymer 22, the amount 44 of light absorbed at each level of the photopolymer 22 will increase and the Dp value will decrease. If a shallow penetration depth is desired, the photoinitiator tank 4
62, a photopolymerization initiator 350 is added to the container 21. If a deep penetration depth is desired, the resin tank 464
66 is added to container 21 to reduce the concentration of photoinitiator 350.

下記は材料を変更する実施態様のまとめである。Below is a summary of embodiments that vary materials.

1)前記の多重波長を使用する実施態様と同様、2)三
次元部品の形成段階間の樹脂切り替え、3)三次元部品
の形成中の樹脂切り替え、a)三次元部品をストリッピ
ングしない場合、b)三次元部品をストリッピングする
場合、4)樹脂に対して他の要素を添加する方法。
1) similar to the embodiments using multiple wavelengths described above; 2) resin switching between stages of forming the three-dimensional part; 3) resin switching during the formation of the three-dimensional part; a) without stripping the three-dimensional part; b) when stripping three-dimensional parts; 4) adding other elements to the resin.

各樹脂パラメータファイル(各樹脂につき1づつのファ
イル)と共にビームプロファイラ−を使用する事ができ
る。
A beam profiler can be used with each resin parameter file (one file for each resin).

Vl、  ビームプロフ  ル 前記の各実施態様に対して本発明の他の特色を実施する
。すなわち硬化パラメータを予測するために樹脂パラメ
ータと共にビームプロファイル情報を使用する。一般に
、レーザビームのプロファイルまたは断面光強さは一定
でない。これは標準的立体平版技術の実施に際して成さ
れるように、ビームが小スポットに集束された場合にも
真実である。例えばレーザビームの中に光強さは中心部
で最も高く、中心部から遠ざかるほど低くなる。
Vl, Beam Profile Other features of the invention are implemented for each of the embodiments described above. That is, beam profile information is used in conjunction with resin parameters to predict curing parameters. Generally, the profile or cross-sectional light intensity of a laser beam is not constant. This is true even when the beam is focused to a small spot, as is done in the practice of standard stereolithography techniques. For example, in a laser beam, the light intensity is highest at the center and decreases as the distance from the center increases.

ビームのプロファイル特性を種々の樹脂パラメータと共
に考慮に入れれば、前記の実施態様の種々の特性を増進
しまたこれらの実施態様の追加的利点を生じ、またその
ために必要である。さらに、またビームプロファイル情
報と種々の樹脂パラメータとの組合せは、前述のSLA
の単一波長アプローチを自動化するための強力な手段で
ある。
Taking into account the profile characteristics of the beam, along with various resin parameters, enhances various properties of the embodiments described above and produces additional advantages of these embodiments, and is therefore necessary. Furthermore, the combination of beam profile information and various resin parameters can also be used to
is a powerful means to automate single wavelength approaches.

ビームプロファイリングは同時係属時l!ltS、  
N。
Beam profiling is simultaneous! ltS,
N.

268.816号に記載されている。この特願は本特願
の一部継続特願である。この引用特願を引例とじて加え
る。
No. 268.816. This patent application is a partial continuation of the present patent application. This cited patent application is added as a reference.

第7図は光ビーム44の断面方向に見て表面23上のス
ポット27内部のビーム光強さ(ビームプロファイル)
の簡単な変動例を示す。この実施例において、単位面積
当りビーム出力(光強さ)はビームの中心からの半径方
向距離の関数である。中心150は光強さが最大の部分
である。この区域において光強さは一定であってI m
awを有すると仮定される。リング151と152の間
の区域は中心150より幾分低い光強さを有する。この
区域の光強さが均一でI max / 1Bを有するも
のとする。リング152と154の間の区域も一定であ
るが前の区域より低い光強さを有する。この一定の光強
さは工。ax/e2である。一般に、ビームの幅は、そ
の光強さが■ff188/e2以下に落ちた時のビーム
直径と見なされる。従ってこの実施例の場合、ビーム直
径はリング154と見なされる。リング154と156
との間の区域も均−強さ工、、、aX/e3を有すると
見なされる。
FIG. 7 shows the beam light intensity (beam profile) inside the spot 27 on the surface 23 when viewed in the cross-sectional direction of the light beam 44.
A simple example of variation is shown below. In this embodiment, the beam power (light intensity) per unit area is a function of the radial distance from the center of the beam. The center 150 is where the light intensity is greatest. In this area, the light intensity is constant and I m
aw. The area between rings 151 and 152 has a somewhat lower light intensity than center 150. Let the light intensity in this area be uniform and have I max / 1B. The area between rings 152 and 154 is also constant but has a lower light intensity than the previous area. This constant light intensity is difficult. It is ax/e2. Generally, the beam width is considered to be the beam diameter when its light intensity falls below ff188/e2. For this example, the beam diameter is therefore considered to be a ring 154. rings 154 and 156
The area between is also considered to have uniform strength, aX/e3.

第8図は第7図の8−8線に沿ってとられた光強さ工の
棒グラフである。中心150は棒160によつ03− て示される置火光強さTであって、ビームが時間(1)
単一点に露出された時の最高露出(光強さ(■)X時間
(T))の得られ点である。X軸線は第7図の8−8線
に沿った位置を示す。同様にリング152はそれぞれリ
ング152の右側と左側の棒162aと162bによっ
て示されるつぎに高い光強さ区域を含み、またつぎに多
い露出量を示す。同様に棒164aと164bはリング
154を横断する光強さを示めす。最後に棒166aと
166bはリング156と線88との交点の強さを示す
FIG. 8 is a bar graph of light intensity taken along line 8-8 of FIG. The center 150 is the light intensity T indicated by the bar 160, and the beam is at the time (1).
This is the point where the highest exposure (light intensity (■) x time (T)) is obtained when exposed to a single point. The X-axis indicates the position along line 8-8 in FIG. Similarly, ring 152 includes the next highest light intensity areas indicated by bars 162a and 162b on the right and left sides of ring 152, respectively, and also exhibits the next highest amount of exposure. Similarly, bars 164a and 164b indicate light intensity across ring 154. Finally, bars 166a and 166b indicate the strength of the intersection of ring 156 and line 88.

第8図の棒グラフはビームのそれぞれの放射方向位置に
おける表面23の光強さ■0を示す。光強さ分布によっ
て生じる露出は、露出時間とビームが液体の表面に沿っ
て移動されるかいなかに依存している。ビームが静止し
ていれば、その位置における露出は単にその位置の光強
さX材料放射時間である。この実施態様において、光強
さは放射方向距離の関数であり、従って露出はこの放射
方向距離関数×スケールファクタとなる。第8a図はこ
の露出を相対ユニットととして示す。移動するビームの
場合、露出/光強さの相互関係は幾分複雑になる。種々
の光強さ区域を有するビームによって速度Vで横断され
る点における露出は、その点を横断する各光強さ区域の
光強さ×各光強さがその点を露出する時間の累計である
。例えば、ビームの中心が線9に沿って速度Vで移動し
、ビームの一部が点(p)に交わるとすれば点Pに与え
られる露出は下記の式によって表される。
The bar graph in FIG. 8 shows the light intensity ■0 on the surface 23 at each radial position of the beam. The exposure caused by the light intensity distribution is dependent on the exposure time and how well the beam is moved along the surface of the liquid. If the beam is stationary, the exposure at that location is simply the light intensity at that location times the material radiation time. In this embodiment, light intensity is a function of radial distance, and therefore exposure is a function of this radial distance times a scale factor. Figure 8a shows this exposure as a relative unit. For a moving beam, the exposure/light intensity interaction becomes somewhat more complex. The exposure at a point traversed by a beam with different intensity zones at a velocity V is the light intensity of each intensity zone traversing the point times the cumulative amount of time each intensity exposes the point. be. For example, if the center of the beam moves along line 9 with velocity V and a portion of the beam intersects point (p), then the exposure given to point P is expressed by the equation below.

露出(点p) ==Sun (I(n)1%1I(n)
 )/ v= (0166)*W(166)+0164
)*W(164) +I(162)*W(162) +
(160*W(160))/vここに、I (n)は区
域nの光強さ、W(n)はビームがラインQに沿って走
査する際に点Pと交わる区域nの幅、またVはビームの
走査速度を示す。点pがライン2から第7図のライン1
50の半径内部(区域160内部)において移動する場
合、すべての光強さ区域がこの点における露出に貢献す
る。
Exposure (point p) ==Sun (I(n)1%1I(n)
)/v=(0166)*W(166)+0164
)*W(164) +I(162)*W(162) +
(160*W(160))/v where I (n) is the light intensity of area n, W(n) is the width of area n where the beam intersects point P as it scans along line Q, Further, V indicates the scanning speed of the beam. Point p is from line 2 to line 1 in Figure 7.
If moving within a radius of 50 (within area 160), all light intensity areas contribute to the exposure at this point.

各区域のW(n)値は非零である。点pが線9から半径
150と152の間の距離をもって離間すれば(区域1
62)、外側の3区域のみが露出に貢献する。
The W(n) value for each area is non-zero. If point p is separated from line 9 by a distance between radii 150 and 152 (area 1
62), only the outer three zones contribute to exposure.

その場合すべてのW(n)値はW (16B)以外は非
零である。同様に、点Pが線Qから半径152と154
の間の距離をもって離間すれば(区域164)、外側の
2区域のみが露出に貢献する。この第3の場合、W (
164)とW (166)のみが非零である。最後に、
点pが線Qか−ら半径154と156の間の距離をもっ
て離間すれば(区域166)、外側の最外側区域のみが
露出に貢献する。この最後の場合、W (166)値の
みが非零である。第8b図は、線1から相異なる放射方
向距離に配置された一連の点に沿った相対ユニットにお
ける露出を示す。走査による露出(この型のプロファイ
ルの場合)は、相異なる放射方向距離における相対露出
の幅を狭くする傾向がある。
In that case all W(n) values are non-zero except W (16B). Similarly, point P has radius 152 and 154 from line Q.
(zones 164), only the outer two zones contribute to exposure. In this third case, W (
164) and W (166) are non-zero. lastly,
If point p is spaced from line Q by a distance between radii 154 and 156 (area 166), then only the outermost area contributes to the exposure. In this last case, only the W (166) value is non-zero. FIG. 8b shows the exposure in relative units along a series of points placed at different radial distances from line 1. FIG. Scanning exposure (for this type of profile) tends to narrow the relative exposure widths at different radial distances.

第9図は第8a図と、第7図の8−8線にそった光重合
体22の断面とを並置した図である。この断面は第3図
と同様の同一時点(静止ビーム)によって得られた区域
84の拡大図である。第3図に図示のように、第9図の
区域84は表面23の下方距離Pdまで光重合体22を
ゲル化するに必要な臨界露出Ecを受けた時点を示す。
FIG. 9 is a juxtaposition of FIG. 8a and a cross section of the photopolymer 22 taken along line 8--8 in FIG. This cross-section is an enlarged view of area 84 taken at the same point in time (stationary beam) as in FIG. As illustrated in FIG. 3, area 84 in FIG. 9 indicates the point at which the critical exposure Ec necessary to gel the photopolymer 22 to a distance Pd below the surface 23 is reached.

第10図はこれより後の第4図と同一時間にとられた図
である。この時点において区域86は臨界露出Ecを受
けてゲル化した状態にある。区域84はECよりはるか
に多量の露出を受け、−層凝縮性の重合体に重合してい
る。
FIG. 10 is a diagram taken at the same time as FIG. 4, which follows this. At this point, area 86 has undergone critical exposure Ec and is in a gelled state. Area 84 has received much more exposure than the EC and has polymerized into a -layer condensable polymer.

第11図はさらに後でとられた図であって、第5図と同
一時点である。この場合、区域88は隣家値露出Ecを
受けてゲル化している。区域86はEcより多量の露出
を受け、さらに凝縮性の重合体である。区域84はEc
より非常に多量の露出Eを受けているので、はるかに硬
い重合体である。
FIG. 11 is a diagram taken even later, at the same point in time as FIG. In this case, the area 88 has gelled as a result of the neighbor price exposure Ec. Area 86 receives more exposure than Ec and is a more condensable polymer. Area 84 is Ec
It is a much harder polymer because it has undergone much more exposure to E.

弐E(d)=EO/e””を使用して、臨界露出が到達
した深さを計算する事ができる。第9図、第10図およ
び第11図のX軸線に沿った各位置において、この深さ
が少なくともゲルに固化した状態の光重合体22の形状
を決定する。この形状の底部174は、光重合体x時間
(露出)が最大となった中心における最深部(最大d値
)である。実際上、この底部174は、これらの図の棒
グラフによって示されたよりは、丸くなるに違いない。
2E(d)=EO/e"" can be used to calculate the depth at which the critical exposure has been reached. At each location along the X-axis in FIGS. 9, 10, and 11, this depth determines at least the shape of the photopolymer 22 in its solidified gel state. The bottom 174 of this shape is the deepest part (maximum d value) at the center where the photopolymer x time (exposure) is maximum. In practice, this bottom 174 must be more rounded than indicated by the bar graphs in these figures.

実際のプロファイルにおいて光重合体いは中心150か
ら外側リング156まで連続的に変動するからである。
This is because in the actual profile the photopolymer layer varies continuously from the center 150 to the outer ring 156.

下記は、底部174の形状およびサイズを求める計算例
である。表面露出E(0)によって生じた硬化深さdを
確定するため、深さdは露出がEcまで落ちた深さでな
ければならない。従って既知の臨界露出値から、硬化深
さを下記のように確定する事ができる。
Below is an example calculation for determining the shape and size of the bottom portion 174. To determine the hardening depth d caused by the surface exposure E(0), the depth d must be the depth at which the exposure falls to Ec. Therefore, from a known critical exposure value, the cure depth can be determined as follows.

E(d)=Eo/e”Dp  であり、またE(d)=
Ecであるので、d =Dp −I n  (E O/
E c)が得られる。
E(d)=Eo/e”Dp, and E(d)=
Since Ec, d = Dp −I n (E O/
E c) is obtained.

例えば第6図の作動曲線において、E (c) =16
ミリジユール/cm2であるので、透過深さは7.0ミ
ルであり、また第7図の半径150(第8a図の区域1
60)中の光強さに対してE(0)=256ミリジユー
ル/ c、2とす九ば、下記の硬化深さdが得ら九る。
For example, in the actuation curve of FIG. 6, E (c) = 16
millijoules/cm2, so the penetration depth is 7.0 mils, and the radius 150 in Figure 7 (area 1 in Figure 8a)
60) For a light intensity of E(0) = 256 millijoules/c, 2 and 9, the following cure depth d is obtained.

δ=7.O*  L n (256/16)= 19.
4ミル 従って、底部174は表面23のスポット27の中心1
50の下方19.4ミルに存在する。もしEoをX−Y
軸97− 線の関数として得られるならば(Ecを一定とする)硬
化深さPdをX−Y位置の関数として確定する事ができ
る。
δ=7. O* L n (256/16) = 19.
4 mils, so the bottom 174 is the center 1 of the spot 27 on the surface 23.
Located 19.4 mils below 50. If Eo is X-Y
If obtained as a function of the axis 97- line, the hardening depth Pd (keeping Ec constant) can be determined as a function of the X-Y position.

第6図に見られるように、作動曲線は一定の最小硬化深
さまで連続線としてプロットされ、この点より下方の硬
化深さにおいて、曲線は破線である。このような曲線は
一般に第16図に図示のようなd1物体を形成する事に
よって得られる。このような物体は数本(一般に5本乃
至9本)のストリングを有し、各ストリングが既知の相
異なる露出によって作られる。これらの露出は通常2つ
の相異なる露出のファクタとして決定される。これによ
り、広範な硬化深さと露出を少数のストリングによって
カバーする事ができる。これらのストリングは一般に2
つの方法のいずれか一方によって作られる。第1法は、
既知のプロファイル、既知の全出力および既知の走査速
度を有するビームの1回の走査によって各ストリングを
作図する。これらのパラメータから、最大露出ラインと
このラインでの露出量を確定する事ができる。第2法は
、98 複数の少し片寄ったパスを使用して各ストリングを作図
するにある。これらのパスの数は、各ストリングのビー
ムの幅より幾分広い均一露出区域を生じるのに十分であ
る。これらの均一露出区域のそれぞれの露出量は、ビー
ムの全出力、カバーされる区域のサイーズおよびこの区
域の走査時間から確定される。均一露出区域は均−深さ
区域を生じる。この均−硬化深さ区域の存在により、走
査パラメータを合理的に選定する事ができる。いずれの
場合にも、各ストリングの既知の露出区域から硬化深さ
を確定する事ができる。これらの硬化深さをそれぞれ露
出の自然対数に対してプロットする。好ましい樹脂はベ
ールの法則に(特定範囲において)従うので、これらの
プロットの形成する直線から、その傾斜(透過深さ)と
X−交点(臨界露出)とを確定する事ができる。これら
のストリングは粘性材料中において形成されるので、光
重合体の容器から一体を成して除去される程度の最小限
凝縮硬さを有しなければならない。各樹脂は与えられた
硬化深さ(露出の特定の波長)に対して相異なる凝縮硬
さを有するので、各樹脂はこれから(合理的条件で)除
去されるストリングの相異なる最小厚さを示す。合理的
条件とは、自重による最大歪に対して設定された許容差
に関連する。前記の最小厚さは、樹脂に関する数要因に
関連し、これは使用される波長に対するその透過深さ、
その粘度、樹脂を包囲する雰囲気などである。
As seen in FIG. 6, the operating curve is plotted as a continuous line up to a certain minimum cure depth; at cure depths below this point, the curve is a dashed line. Such a curve is generally obtained by forming a d1 object as shown in FIG. Such objects have several strings (generally 5 to 9), each string being made with a known different exposure. These exposures are usually determined as a factor of two different exposures. This allows a wide range of cure depths and exposures to be covered with a small number of strings. These strings are generally 2
made by one of two methods. The first law is
Each string is plotted by one scan of the beam with a known profile, a known total power, and a known scan speed. From these parameters, it is possible to determine the maximum exposure line and the amount of exposure at this line. The second method consists in constructing each string using 98 slightly offset paths. The number of these passes is sufficient to produce a uniformly exposed area somewhat wider than the beam width of each string. The amount of exposure of each of these uniformly exposed areas is determined from the total power of the beam, the size of the area covered and the scanning time of this area. Uniform exposure areas result in uniform depth areas. The existence of this uniform hardening depth zone allows the scanning parameters to be selected rationally. In either case, the cure depth can be determined from the known exposed area of each string. Each of these cure depths is plotted against the natural logarithm of exposure. Since the preferred resins obey Beer's law (to a certain extent), the slope (penetration depth) and the X-intersection (critical exposure) can be determined from the straight line formed by these plots. Since these strings are formed in a viscous material, they must have a minimum condensation stiffness such that they can be removed in one piece from the photopolymer container. Since each resin has a different condensation hardness for a given cure depth (specific wavelength of exposure), each resin will exhibit a different minimum thickness of string from which it will be removed (under reasonable conditions). . Reasonable conditions relate to tolerances set for maximum strain due to self-weight. Said minimum thickness is related to several factors regarding the resin, including its depth of penetration for the wavelength used;
These include its viscosity and the atmosphere surrounding the resin.

この最小厚さは最小有効正味露出を示したものとみなす
事ができる。曲線の破線部分は、ゲル化材料が樹脂から
除去されうる区域を示す。この曲線部分は臨界露出と最
小露出としての幾分大きな露出との間の露出値に対応し
ている。曲線の連続部分は、ストリングが形成され除去
される区域を示し、従って露出がその最小値を越える区
域を示す。
This minimum thickness can be considered to indicate the minimum effective net exposure. The dashed portion of the curve indicates the area where gelling material can be removed from the resin. This curve section corresponds to exposure values between the critical exposure and a somewhat larger exposure as the minimum exposure. The continuous portion of the curve indicates the areas where strings are formed and removed, and thus where the exposure exceeds its minimum value.

正確な硬化深さを予測を成すため、ピーク露出の正確な
測定を必要とする。静止ビームの場合、これはピーク強
さの正確な測定に対応する。走査ビームの場合、これは
走査方向に対して平行に光強さ要素サイズによって測定
された光強さ要素の合計に対応する。一般に、ピーク光
強さを含むラ1nl− インは最大硬化深さを生じるラインである。走査ビーム
によって生じるその正味露出は、静止ビームの場合より
も、ピーク光強さの誤差変動の影響を受けにくい。しか
し、これらのアプローチのいずれも光強さプロファイル
とピーク光強さ値の相当に正確な知識を必要とする。第
7図において、リング150の中の光強さがピーク値に
等しい一定値を有すると仮定した。これは合理的な仮定
であったかも知れないし、そうでなかったかも知九ない
Accurate measurements of peak exposure are required to make accurate cure depth predictions. For a stationary beam, this corresponds to an accurate measurement of the peak intensity. In the case of a scanning beam, this corresponds to the sum of the light intensity elements measured by the light intensity element size parallel to the scanning direction. Generally, the line containing the peak light intensity is the line that produces the maximum cure depth. The net exposure produced by a scanning beam is less sensitive to error variations in peak light intensity than is the case with a stationary beam. However, both of these approaches require fairly accurate knowledge of the light intensity profile and peak light intensity values. In FIG. 7, it was assumed that the light intensity within ring 150 had a constant value equal to the peak value. This may or may not have been a reasonable assumption.

リング150の中において、ピーク値とされた平均値よ
り大またはより小の光強さ値を有する小区域があったか
も知れない。この値がピーク値である事について過てい
るとすれば、過小評価された各係数2について透過深さ
の70%までを減少させる事ができるかもしれない。例
えば第7図において、プロファイルは4区域に分割され
、各区域が相互に係数eまたは1 / eをもって相違
している。第7図に図示のビームサイズと各区域の面積
とエネルギーとから、下記の表が得られた。
There may have been small areas within ring 150 that had light intensity values greater or less than the average value taken as the peak value. Assuming that this value is a peak value, it may be possible to reduce the penetration depth by up to 70% for each underestimated factor 2. For example, in FIG. 7, the profile is divided into four sections, each section differing from the other by a factor e or 1/e. The following table was obtained from the beam size shown in FIG. 7 and the area and energy of each area.

区域 全面積の% 160   ・7.4 162  22.4 164  22.9 166  47.3 光強さ  全出力の% Hmax)    35.1 1(max)/e   39.I Hmax)/e214.6 Hmax)/e311.2 前記の表から、順次に中心に近いリングを知らなくても
、ピーク光強さを得る事ができる。またこのアプローチ
によって硬化深さの中に導入されうる誤差の量を予測す
る事ができる。
Area % of total area 160 ・7.4 162 22.4 164 22.9 166 47.3 Light intensity % of total output Hmax) 35.1 1(max)/e 39. I Hmax)/e214.6 Hmax)/e311.2 From the above table, the peak light intensity can be obtained without knowing which rings are sequentially closer to the center. This approach also allows one to predict the amount of error that may be introduced into the case depth.

ピーク区域 160 + 162 160 + 162 +164 160 + 162 +164+166 + 164 + 166 全面積の% 光強さ C,D、の誤差 29.8  52.5%Hmax)  70% Dp5
2.7  35−4%I(max)  103% Dp
00 21.1%I(max)  155%op前記の表は、 最大光強さの適正な確定が硬化深 さに対して有する重要性を示す。適当な硬化深さを保証
するためには、ピーク光強さ点に近い単位長さあたりの
光強さ変化率に対して比較的小さな面積の要素を選定し
なければならない。サンプルのサイズを十分に小さくす
る1つの方法は、プロファイル測定を実施し、ピーク光
強さ値が数区域(セル)においてほぼ同一となるように
するにある。均一離間セルのグリッドを使用し隣接4セ
ルがほぼ同一の最大読み値を生じるならば、ピーク光強
さが適正に発見されたとみなしても安全であろう。もし
これ以上の安全余裕が望ましければ、ピークと思われる
セル包囲する9個またはこれ以上の隣接セル(ビームが
幾分放射方向に対称的であり単一のピークを有するとす
れば、正方形形状のセル)を見て、これらすべてのセル
の比較的均一な読み値を得る事ができる。幸いにして、
走査ビームによる露出はピーク強さの偏差に対してはる
かに敏感でないので、一般にピーク値のある程度の誤差
があっても問題ではない。
Peak area 160 + 162 160 + 162 +164 160 + 162 +164+166 + 164 + 166 % of total area Light intensity Error of C, D, 29.8 52.5%Hmax) 70% Dp5
2.7 35-4%I (max) 103% Dp
00 21.1% I(max) 155%op The above table shows the importance that proper determination of maximum light intensity has on cure depth. To ensure adequate cure depth, elements must be selected with relatively small area for a rate of light intensity change per unit length close to the peak light intensity point. One way to make the sample size small enough is to perform profile measurements such that the peak light intensity values are approximately the same in several areas (cells). If, using a grid of uniformly spaced cells, four adjacent cells yield approximately the same maximum reading, it may be safe to assume that the peak light intensity has been properly found. If a greater safety margin is desired, the cell considered to be the peak should be surrounded by nine or more adjacent cells (given that the beam is somewhat radially symmetrical and has a single peak, a square shape cells) to obtain relatively uniform readings for all these cells. Fortunately,
Scanning beam exposure is much less sensitive to deviations in peak intensity, so some error in peak value is generally not a problem.

立体平版技術について好ましい材料は一般にある程度の
硬化深さ/透過深さの組合せまでベールの法則に従う。
Preferred materials for stereolithographic techniques generally obey Beer's law up to a certain hardening depth/penetration depth combination.

すなわち、特定の硬化深さまで硬化するために有効な透
過深さについて、樹脂はこの硬化深さを越えるまでベー
ルの法則に非常によく従う。例えば、イリノイ人 デプ
レーヌのデッド社製の5LR−800を厚さ約5または
10ミル〜約30ミルの層について使用すれば、325
nmの波長で硬化した場合に約7ミルの透過深さを示す
。この範囲内において樹脂はベールの法則によく従うが
、約40ミルの硬化深さにおいて、材料は指数法則によ
って予測されるより強い吸収を開始する。
That is, for any effective penetration depth to cure to a particular cure depth, the resin follows Beer's law very well until this cure depth is exceeded. For example, if 5LR-800 manufactured by Dead, Inc. of Des Plaines, Illinois is used in layers from about 5 or 10 mils to about 30 mils thick, 325
It exhibits a penetration depth of approximately 7 mils when cured at nm wavelengths. Within this range the resin follows Beer's law well, but at a cure depth of about 40 mils the material begins to absorb more strongly than predicted by the power law.

硬化深さがゼロとなるX−Y位置を確定する事によって
硬化幅を確定する事ができる。これらの遷移点によって
形成されるバタンか硬化した材料の幅(x−y寸法)を
確定する。与えられた区域によって露出が臨界区域より
低ければ、前記の式を使用すればゼロ硬化深さと解釈さ
れる負の硬化深さを生じる。ビームプロファイルと硬化
深さを使用して硬化幅を確定する際には、臨界露出より
も最小露出Emに基づいて硬化深さを確定する方が正確
である。硬化深さを考慮する際に、臨界露出より少し高
い露出は何ら有効な固化材料を生じない。同様に、硬化
幅を考慮する際に、臨界露出に近づくに従って、有効な
固化材料がけせされない。ビームと走査技術を使用して
Ecの近くで高露出から低露出への急速な遷移を生じる
ならば、E(c)を使用して予測される硬化幅が満足な
結果を与える。しかしビームと走査技術を使用してEc
の近くで高露出から低露出へ遅い空間還移を生じるなら
ば、Emを使用して予測される硬化深さの方がよい予測
を与える。
The curing width can be determined by determining the X-Y position where the curing depth is zero. Determine the width (x-y dimensions) of the batten cured material formed by these transition points. If the exposure due to a given area is less than the critical area, then using the above formula will result in a negative cure depth which is interpreted as zero cure depth. When determining the cure width using the beam profile and cure depth, it is more accurate to determine the cure depth based on the minimum exposure Em rather than the critical exposure. When considering cure depth, exposures slightly higher than the critical exposure will not result in any effective cured material. Similarly, when considering cure width, effective cured material is not reduced as critical exposure is approached. The cure width predicted using E(c) gives satisfactory results if beam and scan techniques are used to produce a rapid transition from high to low exposure near Ec. However, using beam and scanning techniques Ec
The cure depth predicted using Em gives a better prediction if it causes a slow spatial return from high to low exposure near .

硬化幅の正確な予測を成すためには、予測される硬化深
さを確定しようとする精度の少なくとも約2倍に近い空
間間隙における光強さ測定値から成る光強さプロファイ
ル情報を持っていなければならない。
In order to make accurate predictions of cure width, one must have light intensity profile information consisting of light intensity measurements in the spatial gap that are at least about twice as accurate as the expected cure depth is to be determined. Must be.

前記の実施例の大部分は静止ビームによる露出に基づく
ものであったが、表面露出の確定が1度なされると、硬
化深さと硬化幅の確定の残りの段階はビームが静止して
いても走査していても同様−IO!l)− である。
Although most of the examples described above were based on stationary beam exposure, once the surface exposure has been determined, the remaining steps in determining the cure depth and width can be performed even when the beam is stationary. Same thing when scanning - IO! l)-.

臨界露出Ecを減少させ、またEcを一定に保持しなが
ら透過深さDPを増大させると特定の時点において底部
174の形成される表面23の距離dを増大させる。そ
の量は弐E (d)=Eo/e””によって予測され、
この−式において、E(d)=Ecとする。特定の表面
露出EOと特定の臨界露出を保持しながら透過深さDP
を調節する事により、各区域での底部174の深さを調
節する。またこれにより、区域86の凝縮プラスチック
と区域88のゲルとの間の遷移深さ172を変更する事
ができる。同様に区域84の非常に可塑性のプラスチッ
クと区域86の凝縮性プラスチックとの間の遷移深さ1
70を調節する事ができる。
Decreasing the critical exposure Ec and increasing the penetration depth DP while holding Ec constant increases the distance d of the surface 23 over which the bottom 174 is formed at a particular time. The amount is predicted by 2E (d)=Eo/e"",
In this equation, E(d)=Ec. Penetration depth DP while maintaining a specific surface exposure EO and a specific critical exposure
The depth of the bottom 174 in each area is adjusted by adjusting . This also allows the transition depth 172 between the condensed plastic in area 86 and the gel in area 88 to be varied. Similarly, the transition depth 1 between the highly plastic plastic of zone 84 and the condensable plastic of zone 86
70 can be adjusted.

またこれらの遷移深さは前記の式においてE(d)の代
わりにEc・二1およびEC−e2をそれぞれ置換する
事によって容易に決定する事ができる。曲線174.1
72および170は固化材料の実際の物体に対応しない
と思われる。ビーム強さの不連続が存在しないと思われ
るからである。
Further, these transition depths can be easily determined by substituting Ec·21 and EC−e2 in place of E(d) in the above equation. Curve 174.1
It appears that 72 and 170 do not correspond to actual bodies of solidified material. This is because there appears to be no discontinuity in beam strength.

透過深さを変動する事により、従って部分的に01j 固化したプラスチックの各区域の位置を調節する事によ
り、ゲル化材料の全体重合パーセントを変更させる事が
できる。従ってゲル化材料の全体生硬さも変更される。
By varying the penetration depth, and thus by adjusting the location of each zone of partially solidified plastic, the overall percent polymerization of the gelling material can be varied. Therefore, the overall green hardness of the gelling material is also changed.

このような全体生硬さの変更により、また同化材料層の
厚さを通しての重合延在グラジェントの変更により、こ
の厚さの材料が曲げモーメントに抵抗する能力が変更さ
れる。与えられた硬化深さに対して透過深さの増大は重
合パーセント、生硬さおよび曲げモーメント抵抗を低下
させる傾向がある。しかし同様の硬化深さに対して、透
過深さの増大は重合パーセント、生硬さおよび曲げモー
メント抵抗を増大する傾向かある。
Such changes in overall green hardness, and changes in the polymerization extension gradient through the thickness of the assimilated material layer, alter the ability of this thickness of material to resist bending moments. For a given cure depth, increasing penetration depth tends to decrease percent polymerization, green hardness, and bending moment resistance. However, for similar case depths, increasing penetration depth tends to increase percent polymerization, green hardness, and bending moment resistance.

要約すれば、第7図よりもさらに詳細なビームプロファ
イルを使用すれば、底部の形状と遷移をさらに正確に予
測し制御する事ができる。走査ビームから正確な予測を
成すためには、与えられた点における正味露出を確定す
るためにこのビーム運動を考慮しなければならない。1
つの点における正味露出は、点Pを通り走査方向に対し
て平行な線に沿ってとられた各要素の露出の合計である
In summary, a more detailed beam profile than that shown in FIG. 7 can be used to more accurately predict and control the bottom shape and transition. To make accurate predictions from the scanned beam, this beam motion must be taken into account to determine the net exposure at a given point. 1
The net exposure at a point is the sum of the exposures of each element taken along a line passing through point P and parallel to the scanning direction.

従って露出が正確に確定されるならば、有効硬化深さと
硬化幅を得る事ができる。
Therefore, if the exposure is accurately determined, the effective cure depth and width can be obtained.

米国特許箱4,575,330号に記載のように、SL
Aの中の放射ビームは光重合体22の表面23に沿って
走査して1つ、の層を硬化させる。第7図のダイヤグラ
ムは光ビーム44の強さプロファイルを示す。
As described in U.S. Patent Box 4,575,330, SL
A beam of radiation in A scans along the surface 23 of the photopolymer 22 to cure one layer. The diagram in FIG. 7 shows the intensity profile of the light beam 44.

もしこのビームが第8a図に図示のように静止していれ
ば、このパタンに露出時間を掛けた値はこのような静止
ビームの露出パタンを示す。しかし代表的なSLAの中
の光ビームの運動の故に、第7図の光強さパタンは第8
b図と類似の露出バタン生じ、これは区域150の中心
に対応する運動通路の中心における最高露出棒グラフを
示す。またこのダイヤグラムは、静止ビーム露出の場合
よりも、中心からの距離に伴って相対露出の急激な低下
を示す。実際に使用する場合、レーザビームの断面の強
さグラジェントは破線ではなく連続線である。
If this beam is stationary as shown in Figure 8a, this pattern times the exposure time represents the exposure pattern of such a stationary beam. However, due to the motion of the light beam in a typical SLA, the light intensity pattern in Figure 7 is
An exposure bar similar to figure b is produced, which shows the highest exposure bar at the center of the motion path corresponding to the center of area 150. The diagram also shows a steeper drop in relative exposure with distance from the center than for static beam exposure. In actual use, the intensity gradient in the cross section of the laser beam is a continuous line rather than a broken line.

従って前記の例において、運動するビームの実際のパタ
ンは、運動通路の中心に近い最高露出から109− 外側縁の最低露出まで減衰する。
Thus, in the above example, the actual pattern of the moving beam decays from the highest exposure near the center of the motion path to the lowest exposure at the outer edges.

走査レーザビームにおいて、全体露出は部分的に運動速
度を制御する事によって制御される。与えられた点にお
ける露出は走査速度に逆比例する。
In a scanning laser beam, the overall exposure is controlled in part by controlling the speed of motion. Exposure at a given point is inversely proportional to scanning speed.

本発明のSLAにおいては、ビームプロファイルは同心
でな−くてもよい。例えば、最高光強さが中心からはず
れ、または実際に複数のピーク光強さ区域が存在しても
よい。静止ビームの二次元光強さプロファイルは同心で
なくてもよいが、ビームを種々の方向に走査する事によ
って得られる一次元合計光強さプロファイルが類似の特
性を有する事が極めて望ましい。これらの−次元プロフ
ァイルが走査方向に関わらず同等であって、その1つに
対して対称的である事が極めて望ましい事はもちろんで
ある。つぎに走査ビームが走査方向に関わらず、層厚さ
の10%および公称幅の10%の許容差以内で類似の硬
化深さと硬化幅とを生じる事が望ましい。これにより走
査方法とは独立に、システム中に使用される露出パラメ
ータを確定し制御する事が可能となる。ビームがこれら
の要件を110 満たさなければ、これらの要件を満たすようにレーザお
よび/または光学装置を調節する。この要件があまりに
負担になれば、相異なる走査方向の間の差異を調節する
ため、これらのビームプロファイル特性を露出制御シス
テムの中で混合する事ができよう。
In the SLA of the present invention, the beam profiles do not have to be concentric. For example, the maximum light intensity may be off-center, or there may actually be multiple peak light intensity areas. Although the two-dimensional light intensity profiles of the stationary beam need not be concentric, it is highly desirable that the one-dimensional total light intensity profiles obtained by scanning the beam in various directions have similar characteristics. Of course, it is highly desirable that these two-dimensional profiles be the same regardless of the scanning direction and be symmetrical with respect to one of them. It is then desirable for the scanning beam to produce similar cure depths and widths within a tolerance of 10% of the layer thickness and 10% of the nominal width, regardless of the scanning direction. This allows the exposure parameters used during the system to be determined and controlled independently of the scanning method. If the beam does not meet these requirements, the laser and/or optics are adjusted to meet these requirements. If this requirement became too burdensome, these beam profile characteristics could be mixed in the exposure control system to accommodate the differences between different scan directions.

下記の表1は実際のビームプロファイルの1例であって
、それぞれの数が測定点グリッド中の表面光強さIOを
確定する。
Table 1 below is an example of a real beam profile, each number determining the surface light intensity IO in the measurement point grid.

0100 1200 2831 31120 0211 表−一よ 各点における光強さはその点における出力であって、こ
れは確定された数(各点の値の合計がビームの実際の全
出力に相関されるように正規化を必要とする)を各点に
よって示される面積に割った値である。ビームが図の左
から右側に一定速度で移動する場合には、数の列を左か
ら右に加算してこの列の正味光強さ値を確定する事によ
って、このプロファイルの露出バタンか確定される。こ
の正味光強さ値に、1つのセルの長さを横断する時間を
掛ける。−このようにして、各列の合計値を右端の列の
対応数字として得た。
0100 1200 2831 31120 0211 According to Table 1, the light intensity at each point is the power at that point, which is determined by a determined number (such that the sum of the values at each point is correlated to the actual total power of the beam). (needs normalization) divided by the area represented by each point. If the beam moves at a constant speed from left to right in the diagram, the exposure ramp for this profile can be determined by adding a column of numbers from left to right to determine the net light intensity value for this column. Ru. This net light intensity value is multiplied by the time it takes to traverse the length of one cell. - In this way, the total value of each column was obtained as the corresponding number in the rightmost column.

0010011 0120旧3 1 2 8 3 11 15      表−1a0 
311  2 01 16 0021114 ところで、企画化定数を1とし、1つのセルを横断する
時間を1とする。従って右端の列の数字は、指示された
方向に走るビームによる露出(および合計光強さ)を示
す。この運動によって横断された水平スワスは第12a
図において露出パタンを示す。ストライプ206が最高
露出を有し、またスドライブ204がこれより低い露出
を示す。これらのストライプ206と204の上下にお
いて露出は急激に減衰する。これらのストライプ露出は
各ビームプロファイル露出を左から右に加える事によっ
て与えられた比例関係にある。
0010011 0120 Old 3 1 2 8 3 11 15 Table-1a0
311 2 01 16 0021114 By the way, let the planning constant be 1 and the time to traverse one cell be 1. The numbers in the rightmost column thus indicate the exposure (and total light intensity) by the beam running in the indicated direction. The horizontal swath traversed by this movement is 12a
The exposure pattern is shown in the figure. Stripe 206 has the highest exposure and stripe 204 has a lower exposure. The exposure falls off rapidly above and below these stripes 206 and 204. These stripe exposures are in a proportional relationship given by adding each beam profile exposure from left to right.

E200:  E20.2:  E204:  E20
6:  E208:  :1:3:15:16:4 前記の表1aの5水平合計がミリジュール/Cm2で現
した各ストライプの露出とすれば、第12a図の走査通
路の硬化深さは式E(d)=Eo/e””を使用して確
定する事ができる。硬化深さは臨界露出Ecに丁度到達
した深さである。透過深さを7.0ミルとし、臨界露出
を2mj/cm2とすれば、露出EOが15mj/cm
2となるストライプ204の硬化深さは下記の式によっ
て与えられる。
E200: E20.2: E204: E20
6: E208: :1:3:15:16:4 If the 5 horizontal sum of Table 1a above is the exposure of each stripe in millijoules/cm2, then the hardening depth of the scanning path in Figure 12a is given by the formula: It can be determined using E(d)=Eo/e"". The hardening depth is the depth at which the critical exposure Ec has just been reached. If the penetration depth is 7.0 mils and the critical exposure is 2 mj/cm2, then the exposure EO is 15 mj/cm
The hardening depth of the stripe 204, which is 2, is given by the following equation.

d = Dp・1〜(E o/ E c)=7.Ox 
1 〜(15/2)  =1.Ox 2.0=14.0
ミル従ってストライプ204下方のゲル化区域の底部は
表面23の下方14.0ミルとなる。
d=Dp・1~(Eo/Ec)=7. Ox
1 ~ (15/2) = 1. Ox2.0=14.0
The bottom of the mil and gelled area below stripe 204 is 14.0 mil below surface 23.

同様に、表1のプロファイルを有するビームが113 図面の上から下に向かって一定速度で移動すとすれば、
表面露出は下記の表1bのように表面露出Eoの値の列
を合計する事によって得られる。
Similarly, if a beam with the profile shown in Table 1 moves at a constant speed from the top to the bottom of the 113 drawing, then
The surface exposure is obtained by summing the column of surface exposure Eo values as shown in Table 1b below.

0100 1200 2831 31120 表−1b この運動によって横断されるスワスは第12b図に図示
の露出パタンを示す。このパタンは殆ど対称的であって
、スワスの中心ストライプ214が最高露出を有する。
0100 1200 2831 31120 TABLE-1b The swath traversed by this movement exhibits the exposure pattern shown in FIG. 12b. The pattern is mostly symmetrical, with the center stripe 214 of the swath having the highest exposure.

5ストライプの露出は運動速度に対応して下記の比率の
値を有する。
The five-stripe exposure has the following ratio values corresponding to the movement speed:

E210:E212:E214:E216:E21B:
:1:6:24:6:2同様に、前記のビームの走路が
図面の右下に向かって対角線的に移動する場合には、露
出パタンは表面露出Eoの対角線方向に配列された値を
加算する事によって下記の表に示されたようになる。
E210:E212:E214:E216:E21B:
:1:6:24:6:2Similarly, if the beam path moves diagonally toward the bottom right of the drawing, the exposure pattern will have values arranged diagonally of the surface exposure Eo. By adding, the result will be as shown in the table below.

 00 00 8 3 1 10 11 2  D  /2 2 1  1 15 /12 /14 6 0 表−」−に の運動によって描かれた対角線通路は第12c図に示さ
れた露出パタンである。セルの幅は、測定点の間隔が小
さいので、係数1/v2だけ変化している。露出を確定
する際にこの係数を考慮に入れなければならない。スト
ライプ226が最高露出を有し、ストライプ228がこ
れより少ない露出を持つ。これらのストライプ226と
228の両側において露出は急激に減衰する。これらの
ストライプ露出は、図面の左上が右下に各露出を加える
事によって下記の比例関係にある。
00 00 8 3 1 10 11 2 D /2 2 1 1 15 /12 /14 6 0 The diagonal path drawn by the movement in the table is the exposure pattern shown in FIG. 12c. The width of the cell changes by a factor of 1/v2 since the distance between the measurement points is small. This factor must be taken into account when determining the exposure. Stripe 226 has the highest exposure and stripe 228 has the lesser exposure. On either side of these stripes 226 and 228 the exposure falls off rapidly. These stripe exposures have the following proportional relationship by adding each exposure from the top left to the bottom right of the drawing.

E220 : E222 : E224 : E226
: E228 : E230 : E232 : E2
34: E2360:  O:  6:14:12: 
 5:  2:  O:  0この実施例において、外
側のストライプ220.222.234、および236
はそれぞれゼロ露出を受けるので、第12c図は他の5
ストライプに限定される。
E220: E222: E224: E226
: E228 : E230 : E232 : E2
34: E2360: O: 6:14:12:
5: 2: O: 0 In this example, the outer stripes 220.222.234, and 236
each receive zero exposure, so Figure 12c shows that the other 5
Limited to stripes.

先に述べたようにこれらのストライプはレーザビームの
走路に沿った連続的露出変化の段階的表示にすぎない。
As mentioned above, these stripes are merely a stepwise representation of continuous exposure changes along the path of the laser beam.

前記の光強さプロファイルおよび対応の光強さプロファ
イル合計値は、最大合計光強さ最大値の両側のプロファ
イルの対称性および全体ビーム幅に関しである程度具な
った結果を与えている。従ってこのような分布は二、三
の点を表示するためには役立つが、SLAが走査方向に
よって露出の変動を補正するためのソフトウェアまたは
ハードウニエアを有しない限りSLAの中に使用するに
は適当でない。このような性能は本発明のSLAソフト
ウ・エアにおいてはまだ実現されてはいないが容易に得
られる。本発明のSLAは走査速度を変更する事によっ
て露出を制御する。またこのSLAはベクトル×ベクト
ルベースで走査するので、従って走査方詞に基づいてプ
レコンパイルされた相対露出リストに走査方向を合致さ
せて、合計光強さ分布の対称性の欠損を補正するように
露出を調整するに必要なパラメータを   する事は容
易である。この検索表はその表の中に存在しない走査方
向の値を補間して小数の補正値のみを必要とする。ビー
ムプロファイル特性を利用する好ましい実施態様におい
て、各セルの間隔はX軸およびY軸に沿って1〜4ミル
としまた各軸線に沿って10〜20セルが存在する。こ
れによって、10ミル×10ミル〜80ミル×80ミル
の範囲をカバーする100〜400セルの正方形が形成
される。一般に使用されるビーム直径は10ミルのオー
ダである。また−般に各セルは光強さ値を大体4マグニ
チユードオーダで記録する事ができる。
The light intensity profile described above and the corresponding light intensity profile sum value give somewhat specific results regarding the symmetry of the profile on either side of the maximum total light intensity maximum and the overall beam width. Therefore, while such a distribution is useful for displaying a few points, it cannot be used in an SLA unless the SLA has software or hardware to compensate for variations in exposure due to scan direction. It's not appropriate. Although such performance has not yet been achieved in the SLA software of the present invention, it can be easily obtained. The SLA of the present invention controls exposure by changing the scan speed. Also, since this SLA scans on a vector x vector basis, the scan direction must be matched to a precompiled relative exposure list based on the scan phrase to compensate for the lack of symmetry in the total light intensity distribution. It is easy to set the parameters necessary to adjust exposure. This lookup table interpolates scan direction values that are not present in the table and requires only decimal correction values. In a preferred embodiment utilizing beam profile characteristics, the spacing between each cell is 1 to 4 mils along the X and Y axes and there are 10 to 20 cells along each axis. This creates a square of 100-400 cells covering a range of 10 mils by 10 mils to 80 mils by 80 mils. Commonly used beam diameters are on the order of 10 mils. Additionally, each cell is generally capable of recording light intensity values on the order of four magnitudes.

17− 露出バタンか知られると、これらの露出および/または
合計光強さプロファイルは、スキンフィルの作成に関す
るSLA性能を最適化するようにフィル区域(すべての
面積が露出される区域)を形成するようにバタン処理す
る事ができる。この最適化工程は下記の二、三のパラメ
ータを平衡させるにある。1)均一厚さのスキンを製造
する必要、2)スキンフィルベクトルの数を適正範囲内
に保持する必要、および3)二、三の走査速度上限を越
えない必要。例えば第12b図の露出バタンか得られる
場合、隣接4トレースは同一の露出バタンを4回繰り返
す。
17- Once the exposure buttons are known, these exposures and/or total light intensity profiles form fill areas (areas where all area is exposed) to optimize SLA performance for skin fill creation. It can be slammed like this. This optimization process consists in balancing the following few parameters: 1) the need to produce skins of uniform thickness; 2) the need to keep the number of skin fill vectors within proper limits; and 3) the need to not exceed a few scan speed limits. For example, if the exposed button of FIG. 12b is obtained, four adjacent traces repeat the same exposed button four times.

G6:24:6:21:6:24:6:21:6:24
:6:21:6:24:6:2しかし6平衡トレースか
ら成る各セットの外側の2ストライプが重なり合わされ
る場合、この重なり台は平行スキンベクトルを作図する
際の若干の片寄りに作用する。各セルが2ミル平方を成
す場合、重なり合わない場合にはベクトルの片寄りは1
0ミルであり、2つのストライプが重なり合う場合、片
寄りは6ミルである。同一区域の累積露118− 出パタンか従来よりも不均一になるが、なは非常 に均一である。
G6:24:6:21:6:24:6:21:6:24
:6:21:6:24:6:2 However, if the outer two stripes of each set of 6 balanced traces are overlapped, this overlapping platform will cause a slight offset in constructing parallel skin vectors. . If each cell is 2 mil square, the vector offset is 1 if they do not overlap.
0 mil and if the two stripes overlap, the offset is 6 mil. Although the cumulative exposure pattern in the same area is less uniform than before, it is still very uniform.

求める均一性を与える累積露出が得られるまで、この重
ねあい工程をさらに続ける。例えば3重なり合いストラ
イプは下記の累積露出を生じる。
This overlapping process is continued until a cumulative exposure that provides the desired uniformity is obtained. For example, three overlapping stripes would result in the following cumulative exposure:

16251227122712271227、、.12
2662゜これに対して4重なり台ストライプはの重な
り合いは下記を生じる。
16251227122712271227, . 12
2662° On the other hand, the overlapping of quadruple platform stripes results in the following.

17313739393939 、、、393282前
記の実施例にいて4ストライプの重なり合いは最も均一
な露出を生じ、従って最も均一な硬化深さを生じる。し
かしこの程度の重なり合いの場合、フィルベクトルの間
の片寄りは1セルであって、この場合1セルは2ミルで
ある。ベクトルが相互に近接するに従って、与えられた
面積をカバーするには、より多くのベクトルを必要とす
る。
17313739393939 , , 393282 In the above embodiments, the four stripe overlap produces the most uniform exposure and therefore the most uniform cure depth. However, with this degree of overlap, the offset between the fill vectors is one cell, where one cell is 2 mils. The closer the vectors are to each other, the more vectors are required to cover a given area.

従って作図前にベクトルを記憶しなければならないなら
、ベクトル記憶ファイルのサイズは過度の大きくなる。
Therefore, if the vectors had to be stored before drawing, the size of the vector storage file would become excessively large.

その故にベクトルの作製前に特定の片寄りが必要である
事を確認しなければならない。
Therefore, it must be ensured that a specific offset is required before creating the vector.

これは大きな片寄りを使用すれば、記憶する必要のある
ベクトル数が減少するからである。この実施例の場合、
特定状態において3ストライプの重なり合い(2ストラ
イプの片寄り=4ミル)は十分な硬化均一性を生じるの
で、この間隔を使用すれば必要記憶量は1/2 となる
。スキンフィル間隔を確定する際に考慮すべきもう1つ
の問題は、ビームを制御的に移動させる走査速度の限界
がある事である。従って、スキンフィルを作製するため
に使用できる最小限度のベクトル片寄りが存在する。G
eneral Scanning反射鏡を使用する5L
A250の場合、合理的な最高走査速度はだいたい毎秒
32インチである。Greyhawk走査鏡を使用する
5LA500と呼ばれる大型の立体平板装置の場合、最
大走査速度はだいたい毎秒100インチである。これら
の速度はビームプロファイルに従って幾分上下に調節で
きる。例えば第6図のグラフについて、特定の硬化深さ
を得るためには特定の露出が必要である事を述べた。必
要露出Eと、レーザ出力り。
This is because using a large offset reduces the number of vectors that need to be stored. In this example,
In certain conditions, a 3-stripe overlap (2-stripe offset = 4 mils) provides sufficient cure uniformity, so using this spacing reduces storage requirements by half. Another issue to consider when determining the skin fill spacing is the limited scan speed at which the beam can be moved in a controlled manner. Therefore, there is a minimum vector offset that can be used to create a skin fill. G
5L using eneral scanning reflector
For the A250, a reasonable maximum scan speed is approximately 32 inches per second. For a large volumetric plate apparatus called the 5LA500, which uses a Greyhawk scanning mirror, the maximum scanning speed is approximately 100 inches per second. These speeds can be adjusted somewhat up or down according to the beam profile. For example, with respect to the graph of FIG. 6, it was stated that a particular exposure is required to obtain a particular cure depth. Required exposure E and laser power.

P、と、最大走査速度が既知であれば、最近(最小)ス
キンフィルベクトル間隔(片寄り)を確定するために下
−記の式を使用する事ができる。
If P and the maximum scan speed are known, the following equation can be used to determine the nearest (minimum) skin fill vector spacing (offset).

最41間隔=L、P、/ (E *最大速度)例えば、
5ミルの層厚さを有し対応のスキンフィル深さを得よう
とするなら、第6図のグラフに示されるように、約32
mJ/cm2である。使用されるレーザの出力が全出力
20mWのビームであって最大走査速度が毎秒32イン
チ(81cm/秒)とすれば、最小フィルベクトル間隔
は、 0.020/(0,032零81)−0,0077cm
 =3ミルとなる。
Maximum 41 intervals = L, P, / (E * maximum speed) For example,
If you have a layer thickness of 5 mils and are trying to obtain a corresponding skin fill depth, as shown in the graph of FIG.
mJ/cm2. If the laser power used is a beam with a total power of 20 mW and a maximum scanning speed of 32 inches per second (81 cm/sec), then the minimum fill vector spacing is: 0.020/(0,032 zero 81) - 0 ,0077cm
= 3 mil.

ビームの光強さプロファイルに対応して、この最小限ベ
クトル間隔またはさらに大きな間隔を使用して合理的に
均一な硬化深さを得る事ができる。
Depending on the light intensity profile of the beam, this minimum vector spacing or even larger spacing can be used to obtain a reasonably uniform cure depth.

他方、最大作図速度が毎秒100インチ(254cm/
in)で121− ありレーザ出力が4001とすれば、同−硬化深さに対
する最小ベクトル間隔は0.100/(0,032* 
254)0.0123cm = 4.8ミルとなる。約
10ミルのビーム直径の場合、この最小ベクトル間隔は
均−硬化深さの区域を生じるために若干の困難を伴う。
On the other hand, the maximum drawing speed is 100 inches per second (254 cm/second).
If the laser output is 4001, the minimum vector spacing for the same hardening depth is 0.100/(0,032*
254) 0.0123 cm = 4.8 mil. For beam diameters of about 10 mils, this minimum vector spacing presents some difficulty in producing areas of uniform hardening depth.

所望の均一性を得るためにこの最小ベクトル間隔が大き
すぎれば、これより小さい最小値を使用できるように前
記の式のパラメータの1つを変更しなければならない。
If this minimum vector spacing is too large to achieve the desired uniformity, one of the parameters in the above equation must be changed so that a smaller minimum value can be used.

特定の硬化深さに対して大きな露出を得るため、レーザ
出力を減少させあるいは波長または材料を変更する事が
でき、あるいは最大走査速度を幾分増大させる事ができ
る(精度の損失を伴って)。さらに、これらのパラメー
タは変更を必要とするのみならず、これらの変更を成す
性能をシステムの中に組み込む事ができる。例えば、三
次元部品の形成中に、レーザから走査鏡まで走るビーム
通路の中に減衰装置を挿入する事によってレーザ出力を
変更する事ができる。この減衰装置はコンピュータ制御
によって必要に応じて挿入しまた引き出す事ができる。
To obtain greater exposure for a given cure depth, the laser power can be reduced or the wavelength or material changed, or the maximum scan speed can be increased somewhat (with a loss in accuracy). . Furthermore, not only do these parameters require modification, but the ability to make these modifications can be built into the system. For example, during the formation of a three-dimensional part, the laser power can be varied by inserting an attenuation device into the beam path running from the laser to the scanning mirror. This damping device can be inserted and withdrawn as required by computer control.

この減衰装置は、ビ122 一ム通路の中にどの程度挿入されるかに従って相異なる
不透明度を有する事ができる。この方法は、単一の不透
明素子が使用される場合のように形成速度の過度の損失
を生じる事なくベクトル間隔を十分に短縮せる事ができ
る。他の方法は、5LA500上に使用される5pec
tra−PhysicsまたはCoherent Ar
gon Ionレーザを使用するなどしてレーザの放射
(従ってその出力)を直接制御するにある。
The damping device can have different degrees of opacity depending on how far it is inserted into the beam path. This method allows vector spacing to be sufficiently shortened without excessive loss in formation speed as when a single opaque element is used. Another method is 5pec used on 5LA500
tra-Physics or Coherent Ar
The laser's emission (and thus its output) can be directly controlled, such as by using a gon ion laser.

さらに他の方法は、相異なる作動曲線、従って相異なる
露出を得るため、一部の波長のエネルギー出力を減衰す
るフィルタを使用するにある(多重波長レーザが使用さ
れる場合)。他の方法は、レーザの放射線をその種々の
波長間において切り替えて最適波長を使用する自動的方
法および装置である(前記のアルゴンイオンレーザの切
り替えはレーザ通路内部においてプリズム角度を変更す
る事によって可能である)。前記の考察から明らかなよ
うに、スキンフィルベクトルの間隔はビームプロファイ
ル特性を使用する事によって最適化する事ができ、また
必要ならば一部の形成パラメータの変更あるいはこれら
のパラメータの自動的制御と変動を使用できる。
Yet another method consists in using filters that attenuate the energy output of some wavelengths (if a multi-wavelength laser is used) to obtain different operating curves and therefore different exposures. Another method is an automatic method and apparatus that switches the radiation of a laser between its various wavelengths and uses the optimal wavelength (switching of the argon ion laser is possible by changing the prism angle within the laser path). ). As is clear from the above discussion, the spacing of the skin fill vectors can be optimized by using beam profile characteristics and, if necessary, by changing some shaping parameters or by automatically controlling these parameters. Variations can be used.

特定の露出の結果、特定の硬化深さに達する。A specific depth of hardening is reached as a result of a specific exposure.

従って、硬化される区域の与えられた幅をカバーするフ
ィルベクトル数を増大すれば、同一の露出を得るために
−は走査速度も増太しなければならない。従って、与え
られた硬化厚さと、与えられた使用波長と 与えられた
使用樹脂に対して、その区域を所望の深さまで硬化させ
るに必要な露出量がある。この区域をカバーする与えら
れたレーザ出力およびベクトル数に対して、所望の露出
量を生じるに必要な走査速度がある。
Therefore, if we increase the number of fill vectors covering a given width of the area to be cured, the scan speed must also be increased - to obtain the same exposure. Therefore, for a given cure thickness, given wavelength used, and given resin used, there is an amount of exposure necessary to cure the area to the desired depth. For a given laser power and number of vectors covering this area, there is a scan rate required to produce the desired amount of exposure.

ビームプロファイラ−を使用して得られる本発明の多く
の追加的改良と改善がある。
There are many additional refinements and improvements to the present invention that can be obtained using a beam profiler.

第1に、本発明におけるビームプロファイラ−はパンジ
ヨウ・トップを使用して臨界露出ECと透過深さをさら
に正確に確定する事ができる。パンジヨウ・トップから
透過深さと臨界露出Ecを得るに必要な露出量をさらに
正確に知るためビームプロファイラ−が使用される。基
本的に深さdを測定すべきストリング部分の表面露出E
Oをさらに正確に測定する事ができる。第16b図の例
は、各ストリングの底部が均−深さであるべき事を示す
。これは、ビームの光強さを均一とみなしたからである
。一般に露出が均一でないので、これらのストリングは
一般に湾曲した底部を有する。最大深さ区域は最大露出
区域に対応する区域である。
First, the beam profiler of the present invention uses a punch top to more accurately determine critical exposure EC and penetration depth. A beam profiler is used to more accurately determine the depth of penetration and the exposure required to obtain the critical exposure Ec from the top. Basically the surface exposure E of the string part whose depth d is to be measured
O can be measured more accurately. The example of Figure 16b shows that the bottom of each string should be of uniform depth. This is because the light intensity of the beam is assumed to be uniform. Because the exposure is generally not uniform, these strings generally have curved bottoms. The maximum depth area is the area corresponding to the maximum exposure area.

例えばビームプロファイラ−は使用されたビームが表1
6aのプロファイルを有する事を見いだす。
For example, for a beam profiler, the beam used is shown in Table 1.
It is found that it has a profile of 6a.

ビームが走路334に沿って付図の下方に走査するとす
れば、ストリング336の断面(シルエット)は表1b
の合計値に基づく変動深さdを有する。ストリング33
6の断面の中心は、その縁部分より多くの露出を受けて
いるので、最も深い。ストリング336の最も深い部分
が他の部分より近接しやすいので、測定される。表1b
における合計値24はストリング336の最も深い部分
、すなわち中心に対応する。
Assuming that the beam scans downward along the path 334, the cross-section (silhouette) of the string 336 is as shown in Table 1b.
has a varying depth d based on the total value of . string 33
The center of the cross-section of 6 is the deepest as it receives more exposure than its edge portions. The deepest part of the string 336 is measured because it is easier to approach than other parts. Table 1b
The sum value 24 at corresponds to the deepest part, or center, of string 336.

表1bに図示のゆに、ストリングの中心の115は全露
出の24/39を受ける。ストリング336に加えられ
る表面露出EOが10mJ/cm2とすれば、ストリン
グ336の中心115は(24/39) ・10mJ/
Cm2または6.15mJ/cm2を受ける。この単位
面積あたりの露出量を、作動曲線のプロットのため、ま
たは硬化深さの確定のため、EOとして使用する。
As shown in Table 1b, the center 115 of the string receives 24/39 of the total exposure. If the surface exposed EO applied to string 336 is 10 mJ/cm2, then the center 115 of string 336 is (24/39) - 10 mJ/cm2.
Cm2 or 6.15 mJ/cm2. This amount of exposure per unit area is used as the EO for plotting the actuation curve or for determining the depth of cure.

第2に、本発明におけるビームプロファイラ−はパンジ
ヨウ−・トップを必要とする回数を低減させる。与えら
れた重合体およびレーザ(単一波長)に対して最初のパ
ンジヨウ・トップが作製されると、光強さの変動を補正
するためにビームプロファイラ−が使用される。ビーム
プロファイラ−が使用されなければ、パンジヨウ・トッ
プを頻繁に作製しなければならない。ビームプロファイ
ラ−を使用して、各波長の光強さ変化を測定し、これに
対応してビーム走査速度を変更する。ビームプロファイ
ラ−は硬化深さと硬化幅を予測するに必要な情報を与え
る。既知の透過深さと臨界露出を有する樹脂について、
ビームプロファイラ−が制御システム28によって硬化
深さと硬化幅とをかくていするので、パンジヨウ・トッ
プは不必要である。
Second, the beam profiler of the present invention reduces the number of pans and tops required. Once the initial punch top is created for a given polymer and laser (single wavelength), a beam profiler is used to correct for variations in light intensity. If a beam profiler is not used, punch tops must be made frequently. A beam profiler is used to measure the change in light intensity at each wavelength and change the beam scanning speed accordingly. A beam profiler provides the information necessary to predict cure depth and width. For a resin with known penetration depth and critical exposure,
Since the beam profiler controls the cure depth and cure width by the control system 28, a punch top is not necessary.

izb またビームプロファイラ−は多重波長源と共に使用され
て、パンジヨウ・トップの作製と樹脂特性のみに基づい
た硬化パラメータの予測の必要を減ψさせる。これは、
使用される各波長についてそれぞれ別個のビームプロフ
ァイラ−を作製し、このような各波長についてのプロフ
ァイル情報をその波長に対する樹脂特性と結合して使用
する事により実施される。例えば各波長は、相異なる臨
界露出と透過深さとを有し、これらを考慮しなければな
らないであろう。各波長による硬化貢献度を確定する事
ができる。そこで各貢献度を比較して、どの貢献が考慮
される硬化パラメータ(例えば硬化深さ)を支配するか
を見る事ができる。1つの波長が硬化パラメータを支配
していれば、これをそのパラメータの唯一の支配波長と
みなす事ができる。しかし、支配的波長が存在しなけれ
ば、硬化パラメータを予測するたのアプローチを使用す
る事ができる。例えばゲル化材料を生じるためには一定
度の重合が必要である。従って各波長に対応する硬化量
を使用する代わりに、各単位体積についてすべての波長
によって誘発された重合度を測定し、この重合度から各
単位体積の硬化特性を確定する事ができる。
Beam profilers can also be used with multiple wavelength sources to reduce the need for making punch tops and predicting curing parameters based solely on resin properties. this is,
This is accomplished by creating a separate beam profiler for each wavelength used, and using the profile information for each wavelength in combination with the resin properties for that wavelength. For example, each wavelength will have a different critical exposure and penetration depth that must be taken into account. It is possible to determine the degree of contribution to curing by each wavelength. Each contribution can then be compared to see which contribution dominates the considered curing parameter (eg curing depth). If one wavelength dominates a curing parameter, it can be considered the only dominant wavelength for that parameter. However, if a dominant wavelength does not exist, other approaches to predicting curing parameters can be used. For example, a certain degree of polymerization is required to produce a gelling material. Therefore, instead of using the amount of cure corresponding to each wavelength, it is possible to measure the degree of polymerization induced by all wavelengths for each unit volume and from this degree of polymerization to determine the cure characteristics of each unit volume.

第3に、第23図は本発明においてビームプロファイラ
−が正確な縁形酸を可能とする事を示す。
Third, FIG. 23 shows that the beam profiler in the present invention allows accurate edge grading.

本発明の主たーる特色は、硬化深さと与えられた深さに
対応する硬化幅とを確定するにある。ビームプロファイ
ルを考慮して硬化の深さと幅を選定するために前記のよ
うな多数のガイドラインが存在する。
The main feature of the invention is to determine the cure depth and the cure width corresponding to a given depth. A number of guidelines, such as those described above, exist for selecting the depth and width of cure considering the beam profile.

第23図は、光重合体22から形成されている三次元部
品30のデザインm610を示す。このデザイン縁の右
側に三次元部品30があり、左側に未硬化重合体22が
あり、この重合体は容器21の中に配置されている。デ
ザイン縁610は、コンピュータ支援デザインが所望の
三次元部品30と未硬化光重合体22との間の非水平境
界を有する箇所である。光44のビームプロファイルは
均一でないので、硬化深さと硬化幅はデザイン縁610
において均一でない。重なり合いビームは下向きの水平
面に沿って硬化深さを平坦にする事ができるが、垂直縁
の形状を修正する事ができない。
FIG. 23 shows a design m610 of a three-dimensional part 30 formed from photopolymer 22. FIG. To the right of this design edge is the three-dimensional part 30 and to the left is the uncured polymer 22, which is placed in the container 21. Design edges 610 are where the computer-aided design has a non-horizontal boundary between the desired three-dimensional part 30 and the uncured photopolymer 22. Since the beam profile of the light 44 is not uniform, the cure depth and cure width will vary depending on the design edge 610.
is not uniform. Overlapping beams can flatten the cure depth along the downward horizontal plane, but cannot modify the shape of the vertical edges.

第23図はこの問題を解決する二、三の好ましい手段を
示す。これらの手段は、所望の仕上げに従ってユーザま
たは制御システム28によって選定される。
Figure 23 shows a few preferred means of solving this problem. These means are selected by the user or control system 28 according to the desired finish.

デザインm 610を得るためサンド目立てまたはサン
ドブラスト目立てによって三次元部品30の縁を仕上げ
る場合には、オーバーサイズ構造620をを選定する事
ができる。定常622は、図面に対して垂直方向の最後
の光パスにおいて硬化された光重合体22の形状を示す
。形状624は、前記の層626の最後のレーザパスに
おいて硬化した光重合体22の形状を示す。前の面62
8は、N626が形成されていた時の面48と同延長で
あった。これらの区域630と632をサンド除去して
、デザインa610を有する三次元部品30を残さなけ
ればならない。形状622の底部は前の面628の下方
に垂れ下がって層626に固着し、同様に形状624の
底部は前伸そうに固着している。
When finishing the edges of the three-dimensional part 30 by sanding or sandblasting to obtain the design m 610, an oversized structure 620 may be selected. Steady state 622 shows the shape of photopolymer 22 cured in the last light pass perpendicular to the drawing. Shape 624 shows the shape of photopolymer 22 cured in the last laser pass of layer 626. front surface 62
8 had the same extension as surface 48 when N626 was formed. These areas 630 and 632 must be sanded away leaving three-dimensional part 30 with design a 610. The bottom of shape 622 hangs below front surface 628 and is secured to layer 626, and similarly the bottom of shape 624 is secured to extend forward.

前の層の上に固着するための材料が存在しなけれ129
− ば、形状624はINの厚さに硬化するであろう。層6
24と626が相異なる深さまで硬化したとすtば、こ
れらの層は相異なる幅を有し、従ってそれぞれの層の縁
または中心が適正位置に配置されるにはそれぞれ相異な
る片寄り量を必要とするであろう。
There must be material to stick on top of the previous layer129
- If so, the feature 624 will harden to a thickness of IN. layer 6
If 24 and 626 were cured to different depths, the layers would have different widths and would therefore require different amounts of offset for the edges or centers of each layer to be properly positioned. will need it.

硬化深さと硬化幅はビームプロファイル情報と樹脂特性
とを利用して予測する事ができるので、硬化幅について
の適当な補正を確定する事ができる。
Since the cure depth and cure width can be predicted using beam profile information and resin properties, appropriate corrections to the cure width can be determined.

下側構造640は、デザイン縁610を得るために三次
元部品30の縁をフィリングによって仕上げる場合に選
定される。形状642と644はそれぞれ三次元部品3
0の層646と648に対する光パス44によって硬化
した形状である。三次元部品30が容器21から除去さ
れる時に、区域650と652は硬化した重合体を有し
ない。従ってこれらの区域650と652はデザインm
610を作るために充填されなければならない。
The lower structure 640 is selected when finishing the edge of the three-dimensional part 30 by filling to obtain the design edge 610. Shapes 642 and 644 are respectively three-dimensional parts 3
This is the shape cured by light path 44 for layers 646 and 648 of 0. When three-dimensional part 30 is removed from container 21, areas 650 and 652 are free of cured polymer. These areas 650 and 652 are therefore designed m
Must be filled to make 610.

その1つの方法は三次元部品30が後硬化装置の中に配
置される前にこの三次元部品の上に光重合体22を流し
込むにある。その方法は米国特願第268゜428号に
記載されている。
One method consists in pouring the photopolymer 22 over the three-dimensional part 30 before it is placed into a post-curing device. The method is described in US Pat. No. 2,680,428.

130− 三次元部品30の縁に塗装または被覆する際には、下塗
り構造660が選定される。形状662と664は、意
図的にデザイン縁610の右側一定距離において硬化さ
れる。選ばれた間隔は平均厚さの塗料を塗装される。そ
の方法は米国特願第339,246号に記載され、これ
を引例と−する。
130- When painting or coating the edges of the three-dimensional part 30, a primer structure 660 is selected. Shapes 662 and 664 are intentionally hardened a distance to the right of design edge 610. The selected intervals are painted with an average thickness of paint. The method is described in US Pat. No. 339,246, which is incorporated by reference.

最小限の三次元部品後処理のために平均構造680が選
ばれる。三次元部品30の多くの用途において、デザイ
ン縁610が得られない場合にこの平均構造680が好
ましい妥協的方法である。
Average structure 680 is chosen for minimal three-dimensional part post-processing. In many applications of three-dimensional parts 30, this average structure 680 is a preferred compromise when design edges 610 are not available.

第24図は前記の構造をデザイン傾斜710に応用した
場合を示す。状況に応じて、境界ベクトル(外側区域と
内側区域の境界のベクトル)の種々の移動の可能性があ
る。これは、境界を成す面の傾斜、実施される後処理の
型、および主として硬化深さに依存している。従って、
特に片寄りが自動的に成される場合、適当な片寄りを確
定するためにビームプロファイルの確定が最も重要であ
る。
FIG. 24 shows the above structure applied to a design slope 710. Depending on the situation, there are various possible movements of the boundary vector (vector of the boundary between the outer and inner areas). This depends on the slope of the bounding surfaces, the type of post-treatment performed, and primarily on the depth of hardening. Therefore,
Determining the beam profile is most important in determining the proper offset, especially when the offset is automatically achieved.

第4に、本発明の中にビームプロファイラを使用すれば
、与えられた硬化深さに対する最小面角度(MSA)の
計算が容易になる。MSAは三次元部品330のある程
度垂直な面が未硬化光重合体22を漏らす事なく水平面
から傾斜される最小角度である。三次元部品30は、そ
の容器21から除去される際に、後硬化を受ける前にこ
の部品から流れ落ちる若干量の未硬化光重合体22を含
む。後硬化装置における光重合体21の硬化はSLAに
おける硬化よりも安く迅速であるから、これは費用と時
間を節約する事になる。また硬化をSLA中の形成では
なく後硬化処理中で実施した場合、歪(例えば曲げ)の
一部が減少するので、精度と製版にとって好ましい。
Fourth, the use of a beam profiler in the present invention facilitates calculation of the minimum surface angle (MSA) for a given cure depth. The MSA is the minimum angle at which a semi-perpendicular surface of three-dimensional part 330 can be tilted from a horizontal plane without leaking uncured photopolymer 22. When the three-dimensional part 30 is removed from its container 21, it contains some amount of uncured photopolymer 22 that flows out of the part before undergoing post-curing. This results in cost and time savings since curing of photopolymer 21 in a post-curing device is cheaper and faster than curing in SLA. Also, if curing is performed during a post-cure process rather than forming during SLA, some of the distortions (eg, bending) are reduced, which is favorable for accuracy and platemaking.

第24図に図示のように、デザイン傾斜710はデザイ
ン縁610の場合よりも光重合体22と三次元部品30
との境界が不確実になる。すなわち図示の各層対の間を
重合体が流れる。例えば平均構造680において層71
2の中に残っている液体重合体は、三次元部品30が容
器21から除去される際に空隙670を通して殆ど漏出
する。従って、デザイン傾斜710の水平に対する角度
711はMSAである。この角度711がさらに減少す
ると実際の漏れを生じるからである。
As shown in FIG. 24, the design slope 710 allows the photopolymer 22 and the three-dimensional part 3 to move more easily than the design edges 610.
The boundaries between the two become uncertain. That is, the polymer flows between each pair of layers shown. For example, in average structure 680 layer 71
Most of the liquid polymer remaining in 2 leaks out through the void 670 when the three-dimensional part 30 is removed from the container 21. Therefore, the angle 711 of the design slope 710 with respect to the horizontal is MSA. This is because if this angle 711 is further reduced, actual leakage will occur.

第25図はMSA711より刀\さい表面角度721を
有するデザイン傾斜720を示す。この場合漏れが予想
される。実際に層724から出た液体は間隙726と空
隙728とを通して漏出する。ビームプロファイラは形
状730と732.を示す事によって漏れを予測する。
FIG. 25 shows a design slope 720 having a larger surface angle 721 than MSA 711. In this case, leakage is expected. In fact, liquid exiting layer 724 leaks through gap 726 and void 728. The beam profiler has shapes 730 and 732. Predict leaks by showing

制御システム28がこれらの形状を表面角度721と比
較して、表面角度721がMSA以下であるかどうかを
確定する事ができる。もしMSA以下であれば、CAD
データ発生装置が形状730と732との間のスキン7
29を硬化させてこのような漏れを防止する。
Control system 28 can compare these shapes to surface angle 721 to determine if surface angle 721 is less than or equal to MSA. If it is less than MSA, CAD
The data generator is the skin 7 between shapes 730 and 732.
29 to prevent such leakage.

このような表面角度とパラメータとの関係を下記の式に
よって表す事ができる。
The relationship between such surface angles and parameters can be expressed by the following equation.

MSA=ArcTan(21屡厚さ/(最大幅+最小幅
))ここに、最大幅は、下層上の境界によって作られた
固化材料の最大幅、また最小幅は上層の上面から1層下
方レベルでの固化材料の幅である。これらの幅はビーム
プロファイル情報と既知の硬化深さとから予測する事が
できるので、各パラメータセットについて所要のMSA
を予測する事がで133− きる。水平に対する傾斜角度がMSAより大であれば、
この面が上向きであれ下向きであれ下側層についである
種の充填が必要となる。この種の充填を必要とする区域
はニアフラット区域またはニアフラットスキンを必要と
する区域と呼ばれる。
MSA = ArcTan (21 Thickness / (Maximum Width + Minimum Width)) where maximum width is the maximum width of the solidified material created by the boundary on the bottom layer, and minimum width is one level below the top surface of the top layer. is the width of the solidified material. These widths can be predicted from beam profile information and known cure depths, allowing for the required MSA for each parameter set.
It is possible to predict 133-. If the inclination angle with respect to the horizontal is greater than MSA, then
Whether this side faces upwards or downwards, some type of filling is required next to the lower layer. Areas requiring this type of filling are called near-flat areas or areas requiring near-flat skin.

MSAおよびニアフラットスキンに関する他の情報は前
記の米国特願第331 、664号に記載されている。
Other information regarding MSA and near flat skins is contained in the aforementioned US patent application Ser. No. 331,664.

ニアフラット境界がどのように作られるかに従って、他
の重要な特性を前記の方法によって予測する事ができる
。前記の米国特訓第331,664号に記載の方法にお
いては、下向きニアフラット区域は、三次元部品の上部
構造の一部を作るために、また漏れ区域の充填のために
使用される。この場合、充填がこの値を越える必要はな
いとしても、これらのニアフラット境界の形成はMSA
値を超える必要はない。どのような非垂直角度がこのよ
うな構造境界の製作に貢献するかを予測するためにビー
ムプロファイルパラメータを使用する事ができる。表面
角度(現在のCADインタフェースの使用するようなそ
れぞれの表面三角形)は、ある限度においてニアフラッ
ト下向き境界の形成が不必要となる・程度に急傾斜とな
る。
Depending on how the near-flat boundary is created, other important properties can be predicted by the method described above. In the method described in the above-mentioned US patent application Ser. No. 331,664, the downward near-flat area is used to form part of the superstructure of a three-dimensional part and for filling leak areas. In this case, even though the filling need not exceed this value, the formation of these near-flat boundaries will reduce the MSA
There is no need to exceed the value. Beam profile parameters can be used to predict what non-perpendicular angles will contribute to the creation of such structural boundaries. The surface angle (each surface triangle as used by current CAD interfaces) becomes steep enough to a certain extent that the formation of a near-flat downward boundary becomes unnecessary.

第5に、各単位体積の重合量を確定するために樹脂パラ
メータと共にビームプロファイル情報を使用する事がで
きる。そのため、露出量(すなわち与えられた体積中に
吸収されたエネルギー)をこの体積中に誘発された重合
量(例えばパーセント)と関連付ける表または式を使用
する。固化工程において使用されるそれぞれの波長に対
応する数種類の表または式を使用する事ができる。ビー
ムプロファイルと表面露出量から、各単位体積がどの程
度の露出を受けたかを知る事ができ、従って、特定の単
位体積中の平均重合量などを確定する事ができる。平均
重合の確定はすべての要素における重合度を合算または
積分する事によって得られる。重合グラジェントは隣接
細胞中の重合度を比較する事によって確定される。この
ような重合度の確定は他の関連パラメータの確定の基礎
と見なす事ができる。重合度は材料のゲル化点に関連し
、従って与えら九た露出によって形成された硬化深さと
硬化幅に関連付けられる。このようにして数種の相異な
る波長によって誘発された重合を累積し、それぞれの単
位体積についての正味重合量を確定し、これから正味硬
化深さと硬化幅とを予測する事ができる。与えられた露
出において各波長によっ−で樹脂の中に誘発された重合
度は各種の化学的方法、抽出法または分光測光法によっ
て確定する事ができる。臨界露出および透過源さなどの
確定が成された時、ビームプロファイル情報を使用して
、正確な状態を知るために必要な確定および予測を成す
事ができる。その他の種々のパラメータがこれらの予測
に影響するので、これらの他の要素を一定に保持、また
は変動リストの中に記載しなければならない。これらの
パラメータは、露出の実施される温度、樹脂中に吸収さ
れる酸素量(従って樹脂を包囲するガス)、他の禁止剤
の存在、および使用される樹脂の特性を含む。
Fifth, beam profile information can be used in conjunction with resin parameters to determine the amount of polymerization for each unit volume. Therefore, a table or formula is used that relates the amount of exposure (ie, the energy absorbed in a given volume) to the amount of polymerization (eg, percent) induced in this volume. Several tables or formulas can be used that correspond to each wavelength used in the solidification process. From the beam profile and the amount of surface exposure, it is possible to know how much exposure each unit volume has received, and therefore it is possible to determine the average amount of polymerization in a specific unit volume. Determination of the average polymerization is obtained by summing or integrating the degree of polymerization in all elements. Polymerization gradients are determined by comparing the degree of polymerization in adjacent cells. The determination of such degree of polymerization can be considered as the basis for determining other related parameters. The degree of polymerization is related to the gel point of the material and therefore to the cure depth and cure width formed by a given exposure. In this way, the polymerization induced by several different wavelengths can be accumulated to determine the amount of net polymerization for each unit volume, from which the net cure depth and width can be predicted. The degree of polymerization induced in the resin by each wavelength at a given exposure can be determined by various chemical methods, extraction methods, or spectrophotometric methods. Once determinations have been made, such as critical exposure and transmission source, beam profile information can be used to make the necessary determinations and predictions to know the exact conditions. Various other parameters affect these predictions, so these other factors must be held constant or listed in the variation list. These parameters include the temperature at which the exposure is carried out, the amount of oxygen absorbed into the resin (and thus the gas surrounding the resin), the presence of other inhibitors, and the properties of the resin used.

第6にビームプロファイラ−の対か使用は本発明におけ
る生硬さに関して優れた情報を与える。
Sixth, the use of beam profiler pairs provides superior information regarding green hardness in the present invention.

ビームプロファイラ−を使用しない第15図は硬さに関
するレベルを示す。区域318.316および314は
非常に硬いプラスチックであって区域84を横断して未
知の幅延在している。この生硬さ値は各単位体積によっ
て受けられる種々の露出量に基づく相対測定値として使
用する事ができる。この場合平均生硬さとは、−すべで
の単位体積の露出量の合計を全体積で割った値と見なさ
れる。これは同一の計算基づいて成される相対重合量に
極めて近似している。しかし単位体積中の特定の重合度
に対応する絶対または相対生硬さを有する事の方が効果
的である。ゲル点から完全固化点までの生硬さの変動は
必ずしも直線的でないからである。このような生硬さと
重合度の関連は前記の表に記入するでき、または適当な
式によって表す事ができる。
Figure 15, without the beam profiler, shows the levels of hardness. Areas 318, 316 and 314 are very hard plastic and extend an unknown width across area 84. This green hardness value can be used as a relative measurement based on the different amounts of exposure received by each unit volume. In this case, the average green hardness is considered to be the sum of the exposed amounts of all unit volumes divided by the total volume. This is very close to the relative polymerization amounts made based on the same calculations. However, it is more effective to have an absolute or relative hardness that corresponds to a specific degree of polymerization per unit volume. This is because the change in green hardness from the gel point to the complete solidification point is not necessarily linear. The relationship between green hardness and degree of polymerization can be entered in the table above, or can be expressed by a suitable formula.

この方法によって、各単位体積について生硬さを確定し
、これを積算して部分的に固化した材料の全体硬さパラ
メータを得る事ができ、また全体積について平均値を得
る事ができる。生硬さは重合度の関数であるから、この
方法(重合度と生硬さとの比較法)を使用して複数の波
長による固化の正味生硬さを確定する事ができる。この
場合の単位体積当りの重合度を確定し、これを単位体積
当りの特定の生硬さ(相対または絶対)と組合せる。
By this method, the green hardness can be determined for each unit volume and integrated to obtain the overall hardness parameter of the partially solidified material, and the average value can be obtained for the entire volume. Since green hardness is a function of degree of polymerization, this method (comparison of degree of polymerization and green hardness) can be used to determine the net green hardness of solidification at multiple wavelengths. The degree of polymerization per unit volume in this case is determined and this is combined with the specific green hardness (relative or absolute) per unit volume.

樹脂を包囲するガスの化学組成(樹脂中に吸収されたガ
スと周囲のガスとが平衡状態にあると仮定する)は硬化
パラメータに対して大きな作用を及ぼす。例えば酸素は
重合反応の禁止剤として作用する。酸素は、遊離基が重
合を誘発する前にこの遊離基を破壊するからである。ま
た酸素は重合域のを過早に終了させる事により、重合体
分子鎖の平均分子量を低下させる。この分子量に対する
作用は重合体特性に対して大きな影響を与える。他の実
施例として、2種の類似の樹脂と波長が使用されその一
方が窒素ガスと平衡状態にあり、他方が、空気と平衡状
態にある場合に、窒素ガスと平衡した樹脂は低い臨界エ
ネルギーを有し、下方の材料よりもはるかに低いレベル
の露出でゲルを形成する。しかしこのゲルの生硬さがは
るかに低く、従って有効でない。これら別個の物体がそ
れぞれ対応のガスとの平衡状態において重合を完了させ
37− ら九ると、得ら九たプラスチックの特性は相異なる結合
構造の故に相違する。従って樹脂パラメタを確定する際
に樹脂を使用する雰囲気ガスを考慮する事が重要である
。生硬化部品と後硬化部品について相異なる硬化パラメ
ータを得るため、相異なる雰囲気の使用は樹脂パラメー
タを変更する効果的な方法であろう。
The chemical composition of the gas surrounding the resin (assuming that the gases absorbed in the resin and the surrounding gas are in equilibrium) has a large effect on the curing parameters. For example, oxygen acts as an inhibitor of polymerization reactions. This is because oxygen destroys free radicals before they can induce polymerization. Oxygen also reduces the average molecular weight of the polymer chains by prematurely terminating the polymerization zone. This effect on molecular weight has a large impact on polymer properties. As another example, if two similar resins and wavelengths are used, one in equilibrium with nitrogen gas and the other in equilibrium with air, the resin in equilibrium with nitrogen gas has a lower critical energy. and form a gel at a much lower level of exposure than the underlying material. However, the green hardness of this gel is much lower and is therefore not effective. When these separate bodies complete polymerization in equilibrium with their respective gases, the properties of the resulting plastics differ due to the different bond structures. Therefore, it is important to consider the atmospheric gas in which the resin is used when determining resin parameters. The use of different atmospheres may be an effective way to vary resin parameters to obtain different cure parameters for green-cured and post-cured parts.

第7に、ビームプロファイラ−は、一定量の固化した材
料の有する曲げ抵抗の少なくとも相対値を予測する機能
を有する。一般にこの固化材料は1本の線状硬化材料で
あるが、これは特定層の出張区域、または数層の固化材
料の組合せとする事ができる。この曲げ抵抗は各単位体
積の硬さに関連するが、その曲げ軸線からの間隔によっ
て測定されなければならない。
Seventh, the beam profiler has the ability to predict at least the relative value of bending resistance of a certain amount of solidified material. Generally, the solidified material is a single line of hardened material, but it can be a specific layer of raised areas or a combination of several layers of solidified material. This bending resistance is related to the stiffness of each unit volume, which must be measured by its distance from the bending axis.

例えば第26図はビームプロファイル760を示す。For example, FIG. 26 shows a beam profile 760.

このビームプロファイル780は2つの波長λlとλ2
から同等の出力および光強さを受ける。これらの波長の
作動曲線は第14図に図示されている。
This beam profile 780 has two wavelengths λl and λ2.
receive equivalent power and light intensity from. The operating curves for these wavelengths are illustrated in FIG.

λ2によって区域314が形成されると同時に、深38 い透過深さの波長λ1が区域770を形成する。さらに
長い時間において、短い透過深さの波長λ2によって区
域316が形成されると同時に、長い透過深さの波長λ
1が区域772をλ2と共に形成する。区域318が形
成されると同時に、長い透過深さの波長λ1が区域77
4を形成する。
At the same time that λ2 forms zone 314, wavelength λ1 of deep penetration depth 38 forms zone 770. At an even longer time, the area 316 is formed by the short penetration depth wavelength λ 2 while the long penetration depth wavelength λ
1 forms area 772 with λ2. At the same time as zone 318 is formed, wavelength λ1 of long penetration depth is formed in zone 77.
form 4.

ビームプロファイラ−なしで本発明を実施する場合、種
々の情報、予測値および制御値が失われる。非常に硬化
した区域318、さらに硬化した区域316および最も
硬化した区域314などの硬化区域の幅と深さを確定す
る事が困難または不可能になる。
When implementing the invention without a beam profiler, various information, predictions and control values are lost. It becomes difficult or impossible to determine the width and depth of hardened areas, such as very hardened area 318, more hardened area 316, and most hardened area 314.

ビームプロファイル760は、非常に硬化従って区域3
18が区域772はど広くない事を示す。
Beam profile 760 is very stiff so zone 3
18 indicates that the area 772 is not very wide.

第8に、ビームプロファイラ−を使用して、層間の適当
な接着を得るために必要)なオーバー硬化を予測する事
ができる。層間の適当な接着には、1つの層の底部の同
化材料と前の層の上端の固化材料とのある程度の橋かけ
重合を必要とする。前の層に固着するためには一定量の
材料が過度に重合されなければならない。すなわち前の
層上部が完全に重合し、前の層と現在の層との接着を保
証するためにはオーバー硬化が必要である。与えられた
樹脂と形成条件(例えば雰囲気ガスの温度と化学組成)
に対して、1つの単位体積との接着を保証するため、1
つの単位体積(さきに硬化した体積)の重合度と第2体
積に必要な重合度とに関する表を作る事が可能である。
Eighth, a beam profiler can be used to predict the overcure needed to obtain proper adhesion between layers. Proper adhesion between the layers requires some degree of cross-polymerization between the assimilated material at the bottom of one layer and the solidified material at the top of the previous layer. A certain amount of material must be over-polymerized to adhere to the previous layer. That is, overcuring is necessary to fully polymerize the top of the previous layer and ensure adhesion between the previous layer and the current layer. Given resin and forming conditions (e.g. ambient gas temperature and chemical composition)
1 to guarantee adhesion with one unit volume.
It is possible to create a table regarding the degree of polymerization of one unit volume (the previously cured volume) and the degree of polymerization required for the second volume.

あるいは、2つの面(一方の面がさきに硬化する)間の
接着を保証する最大露出差の表を作る事も可能である。
Alternatively, it is possible to create a table of maximum exposure differences that will ensure adhesion between two sides (one side cured first).

ビームプロファイラ−は前の層の上部と現在の層の下部
の重合度および露出度を確定し予測する事ができるので
、前記の表をビームプロファイル情報と共に使用して、
必要なオーバー硬化を確定し設定する事ができる。こわ
らの表は与えられた樹脂と波長についてのみ作る必要が
ある。従って、樹脂がユーザに供給された時にこのよう
な表を使用する事により、所要のオーバー硬化を確定す
るために心配する必要がなくなる。またこの技術はビー
ムプロファイラ−を使用する事により三次元部品の製造
工程をさらに自動化する事ができ、従って141− 立体平版技術を押しボタン式(ターンキー式)プロトタ
イピング/モデリングシステムにさらに一歩近づける。
Using the above table with the beam profile information, the beam profiler can determine and predict the degree of polymerization and exposure of the top of the previous layer and the bottom of the current layer.
You can determine and set the required overcure. Stiffness tables only need to be created for a given resin and wavelength. Therefore, by using such a table when the resin is supplied to the user, there is no need to worry about determining the required overcure. This technology can also further automate the manufacturing process of 3D parts through the use of beam profilers, thus bringing stereolithography one step closer to a push-button (turnkey) prototyping/modeling system. .

第9に、前記のようにビームプロファイラ−は種々の硬
化パラメータを確定するために単一波長または多重波長
を使用する事ができる。多重波長を使用する場合、ビー
ムプロファイラ−が各波長単独の出力/光強さを分析す
る事が好ましい。このような各波長についての分析は、
種々のフィルタを使用してビームプロファイラ−そのも
のにおいてまたはビーム通路に沿った適当な点に配置し
てビームを遮断する事によって実施する事ができる。走
査する波長のみがビームの中に存在するようにフィルタ
を使用する事が好ましい。しかしこれは必ずしも実施で
きないので、他のアプローチとして、既知の透過度を有
する種々のフィルタを使用しまたは使用しないで多数の
走査を実施し、得られたデータとフィルタの透過特性か
ら各波長の出力およびプロファイルを確定する事ができ
る。
Ninth, as mentioned above, the beam profiler can use a single wavelength or multiple wavelengths to determine various curing parameters. When multiple wavelengths are used, it is preferred that a beam profiler analyze the output/light intensity of each wavelength alone. The analysis for each wavelength is as follows:
This can be done by using various filters to block the beam either in the beam profiler itself or placed at appropriate points along the beam path. Preferably, a filter is used so that only the wavelengths to be scanned are present in the beam. However, this is not always possible, so another approach is to perform a number of scans with and without different filters with known transmittances, and then use the data obtained and the filter's transmission characteristics to determine the output at each wavelength. and confirm the profile.

このような確定値を種々の樹脂特性と関連付ける42− 事ができる。この関連付けから多くの重要な硬化特性を
確定する事ができる。また前記のように、ビームプロフ
ァイラ−は立体平版技術の実施に際して他の重要な役割
を果たす事ができる。これは、ユーザの介入なしで所望
の形成パラメータを自動的に設定し更新する機能、多重
波長をそ九ぞれ単独で使用する場合に波長の自動的切り
替え機能、波長を同時にまたは単独で使用する際に相異
なる波長間のエネルギー比率を制御する機能および走査
員に問題の発生を警告する機能を含む。波長間の切り替
え機能はビームプロファイル情報および形成される物体
に関する既知の情報の分析によって決定された形成パラ
メータに対応してコンピュータによって実施される。多
重波長ビームの濾過により、またはそれぞれ単一波長源
から出る光学通路の中にビームを送る事により、または
所望の波長を生じるように放射線発生器を切り替える事
によって各波長が単独で得られる。各波長に対応するエ
ネルギーの制御は、濾過によって、あるいはそれぞれの
発生源から出る2本のビームを組合わせ各発生源の出力
を適当に調節する事によって実施する事ができる。
Such determined values can be associated with various resin properties. From this association a number of important curing properties can be determined. Also, as mentioned above, beam profilers can play other important roles in the implementation of stereolithographic techniques. This includes the ability to automatically set and update desired formation parameters without user intervention, the ability to automatically switch between wavelengths when multiple wavelengths are used individually, and the ability to use wavelengths simultaneously or singly. This includes the ability to control the energy ratio between different wavelengths and the ability to alert the scanner to the occurrence of a problem. The switching function between wavelengths is performed by the computer in response to forming parameters determined by analysis of beam profile information and known information about the object being formed. Each wavelength is obtained individually by filtering a multi-wavelength beam, or by sending the beam into an optical path that each emanates from a single wavelength source, or by switching a radiation generator to produce the desired wavelength. Control of the energy associated with each wavelength can be accomplished by filtering or by combining two beams from each source and adjusting the output of each source appropriately.

要約すれば、硬化パラメータを予測しまた/あるいは制
御するためにビームプロファイラ−情報を(樹脂パラメ
ータと共に)使用する種々のアプローチおよびその利点
を説明したが、その一部を下記に列挙する。
In summary, various approaches and advantages of using beam profiler information (along with resin parameters) to predict and/or control cure parameters have been described, some of which are listed below.

1)各波長についてビームプロファイルを確定する機能
、 2)各種の物理的、光学的、および化学的テストに基づ
く樹脂パラメータの初期評価以外は、 (ビームプロフ
ァイルおよび既知の樹脂特性の基づいて)パンジヨウ・
トップまたは類似部材の必要をなくす機能、 3)各波長の特定の出力比率を保証するようにフィード
バックループを形成するため、適当な制御機構の組合わ
せ、 4)硬化深さの予測機能、 5)硬化幅の予測機能、 6)平均重合量の予測機能、 7)固化材料の硬さの予測機能、 8)固化材料の曲げモーメント抵抗力の予測機能、 9)所要MSAの予測機能、 10)最良スキンフィルベクトル間隔の予測機能、11
)2層間の(特定量の)接着を生じるに必要なオーバ硬
化の予測機能、 12)ビーム幅補正パラメータの選択機能。
Other than 1) the ability to establish a beam profile for each wavelength, and 2) initial evaluation of resin parameters based on various physical, optical, and chemical tests (based on the beam profile and known resin properties),
3) A combination of suitable control mechanisms to form a feedback loop to ensure a specific output ratio for each wavelength; 4) Ability to predict cure depth; 5) Curing width prediction function, 6) Average polymerization amount prediction function, 7) Hardness prediction function of solidified material, 8) Prediction function of bending moment resistance of solidified material, 9) Required MSA prediction function, 10) Best Skin fill vector interval prediction function, 11
) the ability to predict the overcuring required to produce (a certain amount of) adhesion between two layers; 12) the ability to select beamwidth correction parameters.

前記の一次的予測を成すためには、2種類の情報が必要
である:1)樹脂の固化に使用される各波長に対する樹
脂特性のリスト、および2)ビームプロファイル情報。
To make the above first-order prediction, two types of information are required: 1) a list of resin properties for each wavelength used to solidify the resin, and 2) beam profile information.

高次の予測は追加的樹脂特性およびさらに複雑な放射線
/樹脂相互干渉理論を使用する。前記の予測を成すに必
要な樹脂特性は下記である=1)各波長の透過深さ、2
)各波長の最低臨界露出〜 3)各波長の効率、4)各
波長の種々の露出に対する重合パーセント、5)ゲル化
に必要な重合パーセント、6)先にある程度重合した材
料とのある程度の接着を保証するに必・要な許容重合量
範囲、および7)種々の重合度番こ対する適当硬さパラ
メータ。温度は一般に制御されるパラ・メータであるが
、温度が変動されるべき場合には、これを考慮しなけれ
ばならない。前記のパラメータの代わりに、その他種々
のパラメータを使用する事ができる。各樹脂ロフトが製
造される際にこれあのパラメータを確定する事ができ、
あるいは各パラメータの値が特定範囲内にある事を確認
するため各樹脂ロフトを品質検査する事ができる。すべ
ての必要予測を成すために、樹脂のパラメータリストを
備え、これを与えられた装置の特定のビームプロファイ
ル情報とを結合する事ができる。これらの予測はさらに
形成工程を自動化するために使用する事ができる。これ
らの予測は、前記の(2)に記載のように、特定の特性
を有する三次元部品の形成に必要な種々のパラメータを
制御するために使用する事ができる。例えば、ビームを
遮断しまたは遮断しないように、数種のフィルタバンク
をコンピュータ制御する事ができる。特定の波長を近似
量だけ減衰させるために各フィルタが使用される。つぎ
にこれらのフィルタ145− をビームプロファイルと共に使用して、存在する種々の
波長が所望比率範囲の出力およびピーク出力を有する事
を確認する(これは多重波長実施態様の1つ)。これら
のビームプロファイル予測を単一波長および多重波長用
途に使用する事ができる。本発明は前記の実施態様に限
定されるものでなく、当業者には他の実施態様も明白で
あろう。
Higher order predictions use additional resin properties and more complex radiation/resin interaction theory. The resin properties necessary to achieve the above prediction are as follows = 1) Transmission depth of each wavelength, 2
) the lowest critical exposure of each wavelength ~ 3) the efficiency of each wavelength; 4) the percent polymerization for various exposures of each wavelength; 5) the percent polymerization required for gelation; and 6) the degree of adhesion with previously partially polymerized materials. and 7) appropriate hardness parameters for various degrees of polymerization. Temperature is generally a controlled parameter, but if the temperature is to be varied this must be taken into account. Various other parameters can be used instead of the above parameters. This and that parameter can be determined when each resin loft is manufactured.
Alternatively, each resin loft can be quality tested to ensure that the values of each parameter are within a specified range. In order to make all the necessary predictions, a resin parameter list can be provided and combined with the specific beam profile information of a given device. These predictions can be used to further automate the forming process. These predictions can be used to control various parameters necessary to form a three-dimensional part with specific characteristics, as described in (2) above. For example, several filter banks can be computer controlled to block or not block the beam. Each filter is used to attenuate a particular wavelength by an approximate amount. These filters 145- are then used in conjunction with the beam profile to ensure that the various wavelengths present have the desired ratio ranges of power and peak power (this is a multi-wavelength implementation). These beam profile predictions can be used for single wavelength and multi-wavelength applications. The invention is not limited to the embodiments described above; other embodiments will be apparent to those skilled in the art.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の立体平版装置(SLA)のブロックダ
イヤグラムおよび断面図、第2図はSLAの光重合体容
器の垂直断面図、第3図は小量の露出後の第2図の断面
図、第4図はさらに露出後の第3図の断面図、第5図は
さらに露出後の第4図の断面図、第6図はSLA使用時
の硬化深さと第7図の8−8線に沿った断面図、第9図
は第8図の棒グラフと第3図の硬化した光重合体の拡大
断面図、第10図は第8図の棒グラフと第4図の硬L’
itl 化した光重合体の拡大断面図、第11図は第8図の棒グ
ラフと第5図の硬化した光重合体の拡大断面図、第12
図は光重合体後の容器の表面に沿って特定のレーザビー
ムを移動させた露出バタンであって、第12a図は水平
移動、第12b図は垂直移動、また第12c図は対角線
移動、第13図は光重合体の光吸収と波長との関係を示
すグラフ、第14図は光重合体における2種の波長のそ
れぞれ作動曲線、第15図は2つの透過深さで硬化した
光重合体の断面図、第16a図は「パンジヨウ・トップ
」の平面図、第16b図はパンジヨウ・トップの側面図
、第17図はSLA中の化学反応のブロックダイヤグラ
ム、第18図は2種の光重合開始剤の波長とエネルギー
吸収のグラフ、第19図は2種の光重合開始剤の波長と
吸収および有効重合との関係を示すグラフ、第20図は
第8図の棒グラフと第3図の硬化した光重合体の拡大断
面図、SLA中の光重合体を交換するシステムの断面図
、第21図はSLA中の光重合体を交換する他のシステ
ムの断面図、第22図はSLA中の光重合体を交換する
さらに他のシステムの断面図、第23図はSLA中にお
いて作製された三次元部品の垂直縁部分の4構造を示す
概略図、第24図はSLA中において作製された三次元
部品の傾斜縁部分の4構造を示す概略図、第25図は第
24図より急傾斜縁を示す概略図、また第26図はビー
ムプロファイルに対応する硬化深さを示す図である。 20、、、CADデータ発生装置、21.、、容器、2
2.、、光重合体、23.、、加工面、2B、、、光源
、30.、、三次元部品、30a、30b、30c、、
 、三次元部品の層。 49− tミ ゾ■ く源vP(Jφ針少革ン 4′逐f¥ 哄廟ト・跨 ぢ掩 ト1 7−℃ 一一−べD 邸叔蝋刊 f!j!共心訟刊 豐¥胱も 曲K υ 礫 塾 〔酪ト。 ト ド α口 ト← 共鑓刊 収りぎ科。 咬 警 ′Q\ に−史寸番((N〜 ン/r系 歯り4Yひ余 Y/r 珀 含 −’7Q− q4 手 続 補 正 書 平成 年 月 18日 平成 年特許願第 91647 てy 補正をする者 事件との関係
FIG. 1 is a block diagram and cross-sectional view of the stereolithographic apparatus (SLA) of the present invention; FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of the photopolymer container of the SLA; and FIG. 3 is a cross-section of FIG. 2 after small exposure. 4 is a sectional view of FIG. 3 after further exposure, FIG. 5 is a sectional view of FIG. 4 after exposure, and FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of the bar graph of FIG. 8 and the cured photopolymer of FIG. 3; FIG. 10 is a cross-sectional view of the bar graph of FIG. 8 and the hardened L' of FIG.
FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view of the cured photopolymer shown in FIG. 8, an enlarged cross-sectional view of the cured photopolymer shown in FIG.
The figures show an exposure button in which a specific laser beam is moved along the surface of the container after photopolymerization, with horizontal movement in Fig. 12a, vertical movement in Fig. 12b, and diagonal movement in Fig. 12c. Figure 13 is a graph showing the relationship between light absorption and wavelength of a photopolymer, Figure 14 is an operating curve for each of two wavelengths in the photopolymer, and Figure 15 is a photopolymer cured at two penetration depths. Figure 16a is a plan view of Panjiyo Top, Figure 16b is a side view of Panjiyo Top, Figure 17 is a block diagram of the chemical reaction during SLA, and Figure 18 is a diagram of two types of photopolymerization. Figure 19 is a graph showing the relationship between wavelength and energy absorption of initiators, absorption and effective polymerization of two types of photopolymerization initiators, Figure 20 is a bar graph of Figure 8 and curing of Figure 3. 21 is a cross-sectional view of another system for exchanging photopolymers in SLA, and FIG. 22 is a cross-sectional view of another system for exchanging photopolymers in SLA. A cross-sectional view of yet another system for exchanging photopolymers; FIG. 23 is a schematic diagram showing four structures on the vertical edges of a three-dimensional part made during SLA; FIG. FIG. 25 is a schematic view showing four structures of the sloped edge portion of the original part, FIG. 25 is a schematic view showing a steeper sloped edge than FIG. 24, and FIG. 26 is a view showing the hardening depth corresponding to the beam profile. 20, CAD data generator, 21. ,, container, 2
2. , , photopolymer, 23. ,, Processed surface, 2B, , Light source, 30. ,, three-dimensional parts, 30a, 30b, 30c, ,
, layers of three-dimensional parts. 49- t groove ■ Kugen vP (Jφ needle small change 4' step f ¥ 哄廟to・straddle 1 7-℃ 11-be D residence Shurou publication f! Song K υ gravel cram school [butato. Todo α mouth ← joint paper collection. bite police 'Q\ ni-shizunban ((N~ n/r system tooth 4Yhiyo Y/r 珀included) -'7Q- q4 Procedural amendment dated February 18, 2008 Patent Application No. 91647 te y Relationship with the case of the person making the amendment

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、刺激性放射線を照射して前記の刺激性放射線に対応
して硬化する順次の材料層を形成する事によつて三次元
物体を複製する立体平板装置において、 硬化性材料中への相異なる透過深さを有する少なくとも
2種の別個の波長を同時的に含む刺激性放射線源と、 前記三次元物体の第1層に固着するプラットフォームと
、 前記プラットフォームの高さを調節するためのプラット
フォーム制御装置とを含む事を特徴とする立体平板装置
[Scope of Claims] 1. In a stereolithographic apparatus for replicating a three-dimensional object by irradiating stimulating radiation and forming successive layers of material that harden in response to said stimulating radiation, comprising: a stimulating radiation source simultaneously comprising at least two distinct wavelengths having different penetration depths into the material; a platform affixed to a first layer of the three-dimensional object; and adjusting the height of the platform. A three-dimensional flat plate device comprising a platform control device for controlling the device.
JP2291647A 1989-10-27 1990-10-29 System of duplicating three-dimen- sional object using solid flat plate technique based on various transmission depth and beam profile data Pending JPH03211040A (en)

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