JP2009160861A - Optical shaping apparatus and optical shaping method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To shape a high accuracy shaped article in an optimum shaping time. <P>SOLUTION: A control part 17 sets the largest rectangular domain which is a rectangular domain internally contacted with solid model cross-sectional shape data. One apex of the largest rectangular domain serves as an origin, and in accordance with a small work domain which is a division of a whole work domain wherein optical shaping work is carried out into a plurality of rectangular domains, the solid model cross-sectional shape data are divided to produce small work domain data which are cross-sectional shape data corresponding to the small work domain. With regard to a package exposure optical system 12 and a beam scanning optical system 13, the present invention which exposes a photo-curable resin from the produced small work domain data, for example, can be applied to an optical shaping apparatus. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、光造形装置および光造形方法に関し、特に、高精度な造形物を最適な造形時間で造形することできるようにした光造形装置および光造形方法に関する。   The present invention relates to an optical modeling apparatus and an optical modeling method, and more particularly, to an optical modeling apparatus and an optical modeling method capable of modeling a highly accurate modeled object in an optimal modeling time.

従来、CAD(Computer Aided Design)で作成された3次元形状データを用いて、立体モデル(造形物)を作成するときには、例えば、数値制御される機械加工機などが用いられ、機械加工により立体モデルが作成される。   Conventionally, when creating a three-dimensional model (modeled object) using three-dimensional shape data created by CAD (Computer Aided Design), for example, a numerically controlled machining machine or the like is used. Is created.

また、近年、機械加工をすることなく立体モデルを作成するラピッドプロトタイピング(RP:Rapid Prototyping)と呼ばれる手法が、多くの製造現場で注目を集めている。ラピッドプロトタイピングでは、立体モデルの3次元形状データに基づいて、立体モデルをスライスした断面形状の薄板を作成し、その断面形状の薄板を積層することで立体モデルが作成される積層造形法と呼ばれる製造手法が用いられる。   In recent years, a technique called rapid prototyping (RP: Rapid Prototyping) for creating a three-dimensional model without machining has attracted attention in many manufacturing sites. Rapid prototyping is called additive manufacturing, in which a thin plate with a cross-sectional shape obtained by slicing a three-dimensional model is created based on the three-dimensional shape data of the three-dimensional model, and a three-dimensional model is created by stacking the thin plates with the cross-sectional shape. Manufacturing techniques are used.

また、ラピッドプロトタイピングは、この断面形状の薄板を作成する方法によって、紫外線硬化樹脂を用いた光造形、熱可塑性樹脂を押し出し積層する方法(FDM)、粉末の溶融接着積層方式(SLS)、紙を薄膜積層する方式(LOM)、粉末や硬化触媒を吐出させ積層する方式(Ink−Jet方式)などに分類される。   Rapid prototyping is based on the method of creating a thin plate having a cross-sectional shape, such as stereolithography using an ultraviolet curable resin, extrusion lamination of thermoplastic resin (FDM), powder melt adhesion lamination (SLS), paper Are classified into a thin film stacking method (LOM), a method of discharging powder and a curing catalyst and laminating (Ink-Jet method).

例えば、光造形においては、CADで作成された立体モデルの3次元形状データが、立体モデルの表面が小さな三角形の面で表現されるフォーマットであるSTL(Stereo Lithography)に変換されて、光造形装置に入力される。   For example, in stereolithography, 3D shape data of a stereo model created by CAD is converted into STL (Stereo Lithography), which is a format in which the surface of the stereo model is represented by a small triangular surface, and the stereolithography device Is input.

光造形装置は、3次元形状データから、例えば、0.1〜0.2mm程度の一定間隔で、立体モデルをスライスした断面形状データを作成し、断面形状データに応じて、液状の光硬化樹脂の表面に照射する光の照射領域を決定する。光造形装置は、断面形状データの1層ごとに、液状の光硬化樹脂の表面に、その断面形状データに応じた照射領域の光を照射するとともに、液状の光硬化樹脂中の移動架台を、立体モデルをスライスした厚みに応じて垂直方向下方に移動させる。そして、光造形装置は、断面形状データの最下層から最上層まで、光の照射と移動架台の移動とを繰り返すことにより、立体モデルを生成する。   The stereolithography apparatus creates cross-sectional shape data obtained by slicing a three-dimensional model from the three-dimensional shape data, for example, at regular intervals of about 0.1 to 0.2 mm, and the surface of the liquid photo-curing resin according to the cross-sectional shape data. The irradiation area of the light to be irradiated is determined. The stereolithography apparatus irradiates the surface of the liquid photocurable resin with light of the irradiation region corresponding to the cross sectional shape data for each layer of the cross sectional shape data, and a moving gantry in the liquid photocurable resin. The three-dimensional model is moved vertically downward according to the sliced thickness. Then, the stereolithography apparatus generates a three-dimensional model by repeating the light irradiation and the movement of the movable frame from the lowermost layer to the uppermost layer of the cross-sectional shape data.

光造形装置において、光硬化樹脂の表面に光を照射する方式としては、光ビームを走査させるビームスキャン方式、液晶パネルなどの空間光変調器(SLM:Spatial Light Modulator)を用いて一括して光を照射するSLM投影方式、および、ビームスキャン方式とSLM投影方式とを組み合わせた方式がある。   In stereolithography equipment, the light curable resin surface is irradiated with light using a beam scanning system that scans the light beam or a spatial light modulator (SLM: Spatial Light Modulator) such as a liquid crystal panel. There are SLM projection methods that irradiate the light, and a combination of a beam scan method and an SLM projection method.

ビームスキャン方式とSLM投影方式とを組み合わせた方式では、空間光変調器を用いて、光硬化樹脂の表面の露光領域に光を一括して照射した後に、光ビームを断面形状データの輪郭線に沿って走査させることにより、短時間で、輪郭がきれいに形成される立体モデルを造形することができる。   In the method combining the beam scan method and the SLM projection method, a spatial light modulator is used to collectively irradiate light onto the exposure area of the surface of the photocuring resin, and then the light beam is applied to the contour line of the cross-sectional shape data. By scanning along, it is possible to form a three-dimensional model in which the contour is formed cleanly in a short time.

ここで、特許文献1には、立体モデルの大きさに合わせて、光ビームをスキャンするためのミラーと光硬化樹脂の表面との間隔を調整することができる光造形装置が開示されている。   Here, Patent Literature 1 discloses an optical modeling apparatus that can adjust the distance between a mirror for scanning a light beam and the surface of a photo-curing resin in accordance with the size of a three-dimensional model.

特開平5−77323号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-77323

上述したように光造形装置は構成されているが、従来よりも高精度な造形物を最適な造形時間で造形することが求められていた。   As described above, the optical modeling apparatus is configured, but it has been required to model a modeled object with higher accuracy than before in an optimal modeling time.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり高精度な造形物を最適な造形時間で造形することができるようにするものである。   This invention is made | formed in view of such a condition, and enables it to model a highly accurate molded article in the optimal modeling time.

本発明の一側面の光造形装置は、立体モデルの断面形状データに応じた光を光硬化性樹脂の表面に照射して硬化層を形成し、前記硬化層を積層することにより前記立体モデルを造形する光造形装置であって、前記立体モデルの断面形状データが内接する矩形の領域である最大矩形領域を設定する設定手段と、前記設定手段により設定された最大矩形領域の1頂点を原点として、光造形の作業が行われるワーク全体領域を複数の矩形の領域に分割したワーク小領域に応じて、前記立体モデルの断面形状データを分割し、前記ワーク小領域に対応する断面形状データであるワーク小領域データを生成するデータ生成手段と、前記データ生成手段により生成されたワーク小領域データに基づいて前記光硬化性樹脂を露光する露光手段とを備える。   The stereolithography apparatus according to one aspect of the present invention irradiates the surface of a photocurable resin with light according to cross-sectional shape data of a three-dimensional model to form a hardened layer, and stacks the hardened layer to form the three-dimensional model. An optical modeling apparatus for modeling, wherein a setting unit that sets a maximum rectangular region that is a rectangular region inscribed by the cross-sectional shape data of the three-dimensional model, and one vertex of the maximum rectangular region set by the setting unit as an origin The cross-sectional shape data corresponding to the small work area is obtained by dividing the cross-sectional shape data of the three-dimensional model according to the small work area obtained by dividing the entire work area where the optical modeling work is performed into a plurality of rectangular areas. Data generating means for generating work small area data, and exposure means for exposing the photocurable resin based on the work small area data generated by the data generating means.

本発明の一側面の光造形方法は、立体モデルの断面形状データに応じた光を光硬化性樹脂の表面に照射して硬化層を形成し、前記硬化層を積層することにより立体モデルを造形する光造形方法であって、立体モデルの断面形状データが内接する矩形の領域である最大矩形領域を設定し、最大矩形領域の1頂点を原点として、光造形の作業が行われるワーク全体領域を複数の矩形の領域に分割したワーク小領域に応じて、立体モデルの断面形状データを分割し、ワーク小領域に対応する断面形状データであるワーク小領域データを生成し、ワーク小領域データに基づいて光硬化性樹脂を露光するステップを含む。   An optical modeling method according to one aspect of the present invention forms a three-dimensional model by irradiating the surface of a photocurable resin with light according to cross-sectional shape data of a three-dimensional model to form a cured layer and laminating the cured layer. An optical modeling method, wherein a maximum rectangular area, which is a rectangular area inscribed by the cross-sectional shape data of the three-dimensional model, is set, and an entire work area where the optical modeling work is performed with one vertex of the maximum rectangular area as an origin Based on the workpiece small area divided into a plurality of rectangular areas, the sectional shape data of the three-dimensional model is divided to generate workpiece small area data that is the sectional shape data corresponding to the workpiece small area. Exposing the photocurable resin.

本発明の一側面においては、立体モデルの断面形状データが内接する矩形の領域である最大矩形領域が設定される。また、最大矩形領域の1頂点を原点として、光造形の作業が行われるワーク全体領域を複数の矩形の領域に分割したワーク小領域に応じて、立体モデルの断面形状データが分割し、ワーク小領域に対応する断面形状データであるワーク小領域データが生成される。そして、ワーク小領域データに基づいて光硬化性樹脂が露光される。   In one aspect of the present invention, a maximum rectangular area that is a rectangular area inscribed by the cross-sectional shape data of the three-dimensional model is set. In addition, the cross-sectional shape data of the three-dimensional model is divided according to the work small area obtained by dividing the entire work area where the optical modeling work is performed into a plurality of rectangular areas with one vertex of the maximum rectangular area as the origin. Work small area data that is cross-sectional shape data corresponding to the area is generated. Then, the photocurable resin is exposed based on the work small area data.

本発明の一側面によれば、高精度な造形物を最適な造形時間で造形することができる。   According to one aspect of the present invention, a highly accurate model can be modeled in an optimal modeling time.

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.

まず、図1を参照して、本発明を適用した光造形装置における光造形の方式であるタイリング方式について説明する。   First, with reference to FIG. 1, the tiling method which is the method of optical modeling in the optical modeling apparatus to which this invention is applied is demonstrated.

一般に、光造形において、光ビームを走査する範囲、または、空間光変調器を用いて光を照射する範囲を小さくすることで、立体モデルの輪郭を高精度に形成することができ、これにより、立体モデルの寸法精度を向上させることができる。そこで、例えば、光造形の作業が行われる全領域であるワーク全体領域を、複数のワーク小領域に分割し、ワーク小領域ごとに一括露光とビームスキャンを行うタイリング方式が提案されている。   Generally, in stereolithography, the contour of a three-dimensional model can be formed with high accuracy by reducing the range of scanning a light beam or the range of irradiating light using a spatial light modulator. The dimensional accuracy of the three-dimensional model can be improved. Therefore, for example, a tiling method has been proposed in which the entire work area, which is the entire area where the optical modeling work is performed, is divided into a plurality of small work areas, and batch exposure and beam scanning are performed for each small work area.

図1Aには、ワーク全体領域が示されており、図1Bには、ワーク全体領域の一部であるワーク小領域が示されている。   FIG. 1A shows the entire work area, and FIG. 1B shows a small work area that is a part of the entire work area.

図1において、ワーク全体領域の縦×横は10cm×10cmであり、ワーク小領域の縦×横は1cm×1cmである。即ち、ワーク全体領域は、縦×横が10個×10個のワーク小領域により分割されている。   In FIG. 1, the vertical and horizontal dimensions of the entire work area are 10 cm × 10 cm, and the vertical and horizontal dimensions of the small work area are 1 cm × 1 cm. That is, the entire work area is divided into 10 × 10 small work areas in the vertical and horizontal directions.

図1Aに示すように、ワーク全体領域の中央付近のハッチングが施されている領域が、立体モデルの断面形状データに応じた露光領域であり、このワーク全体領域の下から2行目であって、左から3列目にあるワーク小領域が拡大されて、図1Bに示されている。   As shown in FIG. 1A, the hatched area near the center of the entire work area is the exposure area corresponding to the cross-sectional shape data of the three-dimensional model, and is the second line from the bottom of the entire work area. The work small area in the third column from the left is enlarged and shown in FIG. 1B.

ここで、一括露光においては、縦×横が1000画素×1000画素である空間光変調器が用いられているとすると、図1Bに示すように、ワーク小領域は、空間光変調器の画素に応じて、縦×横が1000個×1000個の単位領域(即ち、空間光変調器の1画素に対応する領域)に分割される。ワーク小領域の縦×横が1cm×1cmであるので、単位領域の縦×横は10μm×10μmとなる。   Here, in the batch exposure, assuming that a spatial light modulator having 1000 pixels × 1000 pixels in the vertical and horizontal directions is used, as shown in FIG. Accordingly, the vertical × horizontal is divided into 1000 × 1000 unit regions (that is, a region corresponding to one pixel of the spatial light modulator). Since the vertical and horizontal dimensions of the work small area are 1 cm × 1 cm, the vertical and horizontal dimensions of the unit area are 10 μm × 10 μm.

また、図1Bでは、断面形状データの輪郭線が、2点鎖線で表されており、一括露光により露光される単位領域に、斜線のハッチングが施されている。即ち、一括露光では、輪郭線より内側にある単位領域が露光されており、断面形状データの輪郭線が重なっている単位領域、および断面形状データの輪郭線より外側にある単位領域は、露光されない。   Further, in FIG. 1B, the outline of the cross-sectional shape data is represented by a two-dot chain line, and the unit area exposed by the collective exposure is hatched. That is, in the batch exposure, the unit region inside the contour line is exposed, and the unit region where the contour line of the cross-sectional shape data overlaps and the unit region outside the contour line of the cross-sectional shape data are not exposed. .

そして、一括露光が行われた後、断面形状データの輪郭線の内側に沿ってビームスキャンが行われ、輪郭線の内側の領域であって、一括露光により露光されていない領域が露光される。   After the collective exposure is performed, a beam scan is performed along the inside of the contour line of the cross-sectional shape data, and an area inside the contour line that is not exposed by the collective exposure is exposed.

ここで、断面形状データを含むワーク小領域からなる矩形の領域内(図1において、破線で示されている領域)において、断面形状データに基づく露光が行われるが、ワーク小領域に対する断面形状データの配置が適切でないと、処理の効率が悪くなる。また、ドットのハッチングが施されている領域のワーク小領域では、断面形状データの領域が、その中央に偏った(歪んだ)(中途半端な)形状となるため、造形される硬化層の精度が低下することがあった。   Here, the exposure based on the cross-sectional shape data is performed in a rectangular area (area indicated by a broken line in FIG. 1) consisting of a small work area including the cross-sectional shape data. If the arrangement of is not appropriate, the efficiency of the processing is deteriorated. Also, in the small work area of the hatched area, the cross-sectional shape data area is biased (distorted) (halfway) in the center, so the accuracy of the hardened layer to be shaped May decrease.

そこで、本発明を適用した光造形装置では、高精度な造形物を効率よく処理を行うことができるようにする。   Therefore, in the optical modeling apparatus to which the present invention is applied, a highly accurate model can be processed efficiently.

図2は、本発明を適用した光造形装置の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of an embodiment of an optical modeling apparatus to which the present invention is applied.

図2において、光造形装置11は、一括露光光学系12、ビームスキャン光学系13、偏光ビームスプリッタ14、対物レンズ15、ワーク部16、および制御部17から構成され、光硬化性樹脂である紫外線硬化樹脂51に光(紫外線)を照射して光造形を行う。なお、図2では、制御部17が光造形装置11を構成する各ブロックを制御することを表す線のうちの一部の図示は、図が煩雑になるため、省略してある。   In FIG. 2, the optical modeling apparatus 11 includes a collective exposure optical system 12, a beam scan optical system 13, a polarization beam splitter 14, an objective lens 15, a work unit 16, and a control unit 17, and is an ultraviolet ray that is a photocurable resin. Stereolithography is performed by irradiating the cured resin 51 with light (ultraviolet rays). In FIG. 2, illustration of a part of lines representing that the control unit 17 controls each block constituting the stereolithography apparatus 11 is omitted because the figure becomes complicated.

一括露光光学系12は、ワーク部16にある紫外線硬化樹脂51の表面を一括して露光する一括露光を行うための光学系であり、光源21、シャッタ22、偏光板23、ビームインテグレータ24、ミラー25、空間光変調器26、および集光レンズ27から構成される。   The collective exposure optical system 12 is an optical system for performing collective exposure to collectively expose the surface of the ultraviolet curable resin 51 in the work part 16, and includes a light source 21, a shutter 22, a polarizing plate 23, a beam integrator 24, and a mirror. 25, a spatial light modulator 26, and a condenser lens 27.

光源21としては、例えば、高出力な青色LEDをアレイ状に配置したものを用いることができ、光源21は、一括露光を行うための光を放射する。なお、光源21としては、コヒーレントなレーザ光源を用いる必要はない。   As the light source 21, for example, a high-power blue LED arranged in an array can be used, and the light source 21 emits light for performing batch exposure. As the light source 21, it is not necessary to use a coherent laser light source.

シャッタ22は、制御部17の制御に従って、光源21から放射される光の通過または遮蔽を制御し、一括露光光学系12による露光のオン/オフを制御する。   The shutter 22 controls the passage or shielding of the light emitted from the light source 21 according to the control of the control unit 17, and controls on / off of the exposure by the collective exposure optical system 12.

偏光板23は、シャッタ22を通過した光を所定の偏光光とする。即ち、偏光板23は、透過型の液晶パネルからなる空間光変調器26が、光源21からの光を空間変調することができるように、その光を偏光する。   The polarizing plate 23 uses light that has passed through the shutter 22 as predetermined polarized light. That is, the polarizing plate 23 polarizes the light so that the spatial light modulator 26 composed of a transmissive liquid crystal panel can spatially modulate the light from the light source 21.

ビームインテグレータ24は、偏光板23により偏光された光を均一化する。ビームインテグレータ24としては、複数のレンズエレメントを配列してなるフライアイタイプや、四角柱等の柱状のロッドレンズの内部を全反射させる構成としてなるライトロッドタイプ等の一般的なものが用いられる。   The beam integrator 24 makes the light polarized by the polarizing plate 23 uniform. As the beam integrator 24, a general type such as a fly-eye type in which a plurality of lens elements are arranged, or a light rod type in which the inside of a columnar rod lens such as a square column is totally reflected is used.

ミラー25は、ビームインテグレータ24により均一化された光を空間光変調器26に向かって反射する。   The mirror 25 reflects the light uniformed by the beam integrator 24 toward the spatial light modulator 26.

空間光変調器26は、例えば、透過型の液晶パネルからなり、ミラー25により反射された光が、紫外線硬化樹脂51上の断面形状データに応じた照射領域を露光するように、制御部17の制御に従い、その光の一部を空間変調する。   The spatial light modulator 26 is composed of, for example, a transmissive liquid crystal panel, and the light reflected by the mirror 25 exposes an irradiation area corresponding to the cross-sectional shape data on the ultraviolet curable resin 51. According to the control, a part of the light is spatially modulated.

即ち、空間光変調器26には、断面形状データに応じて、液晶パネルの各画素を駆動させる駆動信号が制御部17から供給され、空間光変調器26は、その駆動信号に基づいて、照射領域に対応する画素の液晶の分子の配列を変えて透過する偏光方向を変化させる。これにより、空間光変調器26は、液晶パネルを通過する光を空間変調し、液晶パネルの1画素に対応する領域を、露光を行う単位領域として、断面形状データに応じた形状の光を紫外線硬化樹脂51に投影する。   That is, a drive signal for driving each pixel of the liquid crystal panel is supplied from the control unit 17 to the spatial light modulator 26 according to the cross-sectional shape data, and the spatial light modulator 26 performs irradiation based on the drive signal. The direction of polarized light to be transmitted is changed by changing the arrangement of the liquid crystal molecules of the pixel corresponding to the region. As a result, the spatial light modulator 26 spatially modulates the light passing through the liquid crystal panel, and uses the region corresponding to one pixel of the liquid crystal panel as a unit region for exposure, and converts light having a shape corresponding to the cross-sectional shape data to ultraviolet light. Projected onto the cured resin 51.

集光レンズ27は、空間光変調器26により空間変調された光が対物レンズ15を通過する際のディストーションを補正するためのレンズ群により構成され、空間光変調器26により空間光変調された光を、偏光ビームスプリッタ14の反射透過面上の対物レンズ15の前焦点に集光する。例えば、集光レンズ27と対物レンズ15とが対称光学系となるように、それぞれのレンズ群を構成することで、ディストーションを少なくすることができる。   The condenser lens 27 is composed of a lens group for correcting distortion when the light spatially modulated by the spatial light modulator 26 passes through the objective lens 15, and the light spatially modulated by the spatial light modulator 26. Is focused on the front focal point of the objective lens 15 on the reflection / transmission surface of the polarization beam splitter 14. For example, the distortion can be reduced by configuring each lens group so that the condenser lens 27 and the objective lens 15 are symmetrical optical systems.

ビームスキャン光学系13は、ワーク部16の紫外線硬化樹脂51の表面にレーザ光を走査させてビームスキャン露光を行うための光学系であり、光源31、コリメータレンズ32、アナモルフィックレンズ33、ビームエキスパンダ34、ビームスプリッタ35、シャッタ36、ガルバノミラー37および38、リレーレンズ39および40、並びに、反射光モニタ部41から構成される。   The beam scan optical system 13 is an optical system for performing a beam scan exposure by scanning the surface of the ultraviolet curable resin 51 of the work part 16 with a laser beam, and includes a light source 31, a collimator lens 32, an anamorphic lens 33, a beam. An expander 34, a beam splitter 35, a shutter 36, galvanometer mirrors 37 and 38, relay lenses 39 and 40, and a reflected light monitor unit 41 are included.

光源31は、例えば、青から紫外域程度の比較的に波長の短いレーザ光を放射する半導体レーザであり、ビームスキャン光学系13によりビームスキャンを行うための光ビームを放射する。なお、光源31としては、半導体レーザ以外に、ガスレーザなどを用いてもよい。   The light source 31 is, for example, a semiconductor laser that emits a laser beam having a relatively short wavelength in the blue to ultraviolet range, and emits a light beam for performing a beam scan by the beam scan optical system 13. As the light source 31, a gas laser or the like may be used in addition to the semiconductor laser.

コリメータレンズ32は、光源31から放射される光ビームの発散角を変換して略平行光とする。アナモルフィックレンズ33は、コリメータレンズ32により略平行光とされた楕円形状の光ビームを整形して略円形状にする。   The collimator lens 32 converts the divergence angle of the light beam emitted from the light source 31 into substantially parallel light. The anamorphic lens 33 shapes the elliptical light beam that has been made substantially parallel light by the collimator lens 32 into a substantially circular shape.

ビームエキスパンダ34は、アナモルフィックレンズ33により略円形状にされた光ビームのビーム径(ビームの直径)を、対物レンズ15の開口、NA(開口数)等に適した所望のビーム径に変換してビーム径のサイズ調整を行う。   The beam expander 34 changes the beam diameter (beam diameter) of the light beam formed into a substantially circular shape by the anamorphic lens 33 to a desired beam diameter suitable for the aperture, NA (numerical aperture), and the like of the objective lens 15. Convert to adjust the beam size.

ビームスプリッタ35は、光源31から照射される光ビームを透過させて、ワーク部16にある紫外線硬化樹脂51に向かわせるとともに、紫外線硬化樹脂51で反射され、各光学系を通過してくる戻り光を、反射光モニタ部41に向かって反射する。   The beam splitter 35 transmits the light beam emitted from the light source 31 and directs it toward the ultraviolet curable resin 51 in the work part 16, and is reflected by the ultraviolet curable resin 51 and returns to each optical system. Is reflected toward the reflected light monitor unit 41.

シャッタ36は、制御部17の制御に従って、ビームスプリッタ35を透過した光ビームの通過または遮蔽を制御し、ビームスキャン光学系13によるビームスキャン露光のオン/オフを制御する。なお、光源31が半導体レーザであるときには、半導体レーザにおいて光ビームの放射を直接変調することにより、ビームスキャン露光のオン/オフを制御することができるので、シャッタ36を設けずにビームスキャン光学系13を構成するようにしてもよい。   The shutter 36 controls the passage or shielding of the light beam transmitted through the beam splitter 35 according to the control of the control unit 17, and controls on / off of the beam scan exposure by the beam scan optical system 13. When the light source 31 is a semiconductor laser, it is possible to control the on / off of the beam scan exposure by directly modulating the radiation of the light beam in the semiconductor laser, so that the beam scan optical system without providing the shutter 36. 13 may be configured.

ガルバノミラー37および38は、所定の方向に回転可能とされた反射手段と、電気信号に応じて反射手段の回転方向の角度を調整する調整手段とを有し、調整手段が反射手段の角度を調整することで、反射手段により反射される光ビームを、所定の方向に走査させる。   The galvanometer mirrors 37 and 38 have reflecting means that can rotate in a predetermined direction, and adjusting means that adjusts the angle of the rotating direction of the reflecting means in accordance with an electric signal. The adjusting means adjusts the angle of the reflecting means. By adjusting, the light beam reflected by the reflecting means is scanned in a predetermined direction.

即ち、ガルバノミラー37は、シャッタ36を透過した光ビームを、ガルバノミラー38に向かって反射させるとともに、紫外線硬化樹脂51の表面である液面に平行な面内の所定の一方向であるX方向に走査させる。ガルバノミラー38は、ガルバノミラー37により反射された光ビームを、偏光ビームスプリッタ14に向かって反射させるとともに、紫外線硬化樹脂51の表面である液面に平行な面内の、X方向に直交する方向であるY方向に走査させる。   That is, the galvanometer mirror 37 reflects the light beam that has passed through the shutter 36 toward the galvanometer mirror 38, and in the X direction that is a predetermined direction in a plane parallel to the liquid surface that is the surface of the ultraviolet curable resin 51. To scan. The galvanometer mirror 38 reflects the light beam reflected by the galvanometer mirror 37 toward the polarization beam splitter 14 and is a direction orthogonal to the X direction in a plane parallel to the liquid surface that is the surface of the ultraviolet curable resin 51. Scan in the Y direction.

リレーレンズ39および40は、一又は複数のレンズを有するレンズ群からなり、ガルバノミラー37および38により光ビームがスキャンされるスキャン角度にわたり、平行入射光ビームを平行に出射する。即ち、リレーレンズ39は、ガルバノミラー37で反射された光ビームを、ガルバノミラー38上に結像し、リレーレンズ40は、ガルバノミラー38で反射された光ビームを、偏光ビームスプリッタ14の反射透過面上に結像する。   The relay lenses 39 and 40 are formed of a lens group having one or a plurality of lenses, and emit parallel incident light beams in parallel over a scan angle at which the light beams are scanned by the galvanometer mirrors 37 and 38. In other words, the relay lens 39 forms an image of the light beam reflected by the galvano mirror 37 on the galvano mirror 38, and the relay lens 40 reflects the light beam reflected by the galvano mirror 38 by the polarization beam splitter 14. The image is formed on the surface.

このように、ガルバノミラー37とガルバノミラー38との間にリレーレンズ39を設け、ガルバノミラー38と偏光ビームスプリッタ14との間にリレーレンズ40を設けることで、近接する位置に配置されていないガルバノミラー37とガルバノミラー38とにより光ビームをスキャンさせても、偏光ビームスプリッタ14の反射透過面上に光ビームを結像させ、一括露光光学系12からの光と合成させることができる。   As described above, the relay lens 39 is provided between the galvanometer mirror 37 and the galvanometer mirror 38, and the relay lens 40 is provided between the galvanometer mirror 38 and the polarization beam splitter 14. Even if the light beam is scanned by the mirror 37 and the galvanometer mirror 38, the light beam can be imaged on the reflection / transmission surface of the polarization beam splitter 14 and combined with the light from the collective exposure optical system 12.

反射光モニタ部41は、紫外線硬化樹脂51の表面で反射された戻り光を、例えば、非点収差法や三角測量法を用いて検出する。反射光モニタ部41により検出される戻り光は、ビームスキャン光学系13から紫外線硬化樹脂51に照射される光ビームのフォーカス調整などに利用される。例えば、反射光モニタ部41により検出された戻り光に基づいて、ビームエキスパンダ34が有する複数のレンズを駆動させてビーム径のサイズを調整したり、ビームエキスパンダ34を透過した光ビームの平行度を調整するレンズを設けて、そのレンズによりビーム径のサイズを調整したりすることができる。また、反射光モニタ部41により検出された戻り光に基づいて、空間光変調器26や対物レンズ15を光軸方向に移動させることで、一括露光において紫外線硬化樹脂51に結像される光のフォーカスを調整することができる。   The reflected light monitor unit 41 detects the return light reflected by the surface of the ultraviolet curable resin 51 using, for example, an astigmatism method or a triangulation method. The return light detected by the reflected light monitor unit 41 is used for focus adjustment of a light beam irradiated from the beam scan optical system 13 to the ultraviolet curable resin 51. For example, based on the return light detected by the reflected light monitor unit 41, the plurality of lenses included in the beam expander 34 are driven to adjust the size of the beam diameter, or the parallel of the light beam transmitted through the beam expander 34. A lens for adjusting the degree can be provided, and the size of the beam diameter can be adjusted by the lens. Further, by moving the spatial light modulator 26 and the objective lens 15 in the optical axis direction based on the return light detected by the reflected light monitor unit 41, the light imaged on the ultraviolet curable resin 51 in the batch exposure is displayed. The focus can be adjusted.

偏光ビームスプリッタ14は、一括露光光学系12からの光と、ビームスキャン光学系13からの光ビームとを合成し、それらの光を紫外線硬化樹脂51に導く。なお、偏光ビームスプリッタ14は、その反射透過面が、対物レンズ15の前側焦点位置に一致するように配置されている。   The polarization beam splitter 14 combines the light from the collective exposure optical system 12 and the light beam from the beam scan optical system 13 and guides the light to the ultraviolet curable resin 51. The polarizing beam splitter 14 is disposed such that its reflection / transmission surface coincides with the front focal position of the objective lens 15.

対物レンズ15は、一又は複数のレンズを有するレンズ群からなり、一括露光光学系12からの光を紫外線硬化樹脂51の表面に結像させるとともに、ビームスキャン光学系13からの光ビームを集光する。   The objective lens 15 includes a lens group having one or a plurality of lenses. The light from the batch exposure optical system 12 is imaged on the surface of the ultraviolet curable resin 51 and the light beam from the beam scan optical system 13 is condensed. To do.

また、対物レンズ15は、ビームスキャン光学系13のガルバノミラー37および38により偏向された光ビームが、紫外線硬化樹脂51の表面において等速度で走査されるように、即ち、紫外線硬化樹脂51の表面において均一な走査線速度で走査されるように構成されている。   Further, the objective lens 15 is arranged so that the light beam deflected by the galvanometer mirrors 37 and 38 of the beam scanning optical system 13 is scanned at a constant speed on the surface of the ultraviolet curable resin 51, that is, the surface of the ultraviolet curable resin 51. The scanning is performed at a uniform scanning line speed.

例えば、対物レンズ15としては、入射角θに比例した像高Yをもち、焦点距離fと入射角θとの積が像高Yとなるような関係(Y=f×θ)を有する所謂fθレンズが用いられる。換言すると、fθレンズは、走査される光ビームの走査速度が、レンズへの入射位置によらず、常に一定となるように設計されたレンズである。このような対物レンズ15を用いることで、走査線速度がばらつくことによる設計形状と実際の硬化層の形状とに違いが発生することを防止することができ、高精細な造形が実現される。   For example, the objective lens 15 has a so-called fθ having an image height Y proportional to the incident angle θ and a product (Y = f × θ) where the product of the focal length f and the incident angle θ becomes the image height Y. A lens is used. In other words, the fθ lens is a lens designed so that the scanning speed of the scanned light beam is always constant regardless of the incident position on the lens. By using such an objective lens 15, it is possible to prevent a difference between the design shape due to the variation in the scanning linear velocity and the actual shape of the hardened layer, thereby realizing high-definition modeling.

ワーク部16は、収容容器52、ステージ53、駆動部54から構成される。   The work unit 16 includes a storage container 52, a stage 53, and a drive unit 54.

収容容器52は、液状の紫外線硬化樹脂51を収容する。   The storage container 52 stores the liquid ultraviolet curable resin 51.

ステージ53は、収容容器52の紫外線硬化樹脂51に浸漬され、紫外線硬化樹脂51の表面である液面に対して直交する垂直方向(図2の矢印Zの方向)、および、液面に沿う方向(即ち、矢印Zの方向に対して垂直なX−Y方向)に移動可能とされる。   The stage 53 is immersed in the ultraviolet curable resin 51 of the storage container 52, and is perpendicular to the liquid surface, which is the surface of the ultraviolet curable resin 51 (in the direction of arrow Z in FIG. 2), and the direction along the liquid surface. That is, it can move in the XY direction perpendicular to the direction of the arrow Z.

駆動部54は、制御部17の制御に従い、収容容器52およびステージ53を駆動する。例えば、駆動部54は、露光が行われるワーク小領域(図1)ごとに、X−Y方向にステージ53を移動させ、立体モデルの硬化層が1層形成されるごとに1ステップずつステージ53をZ方向下方に硬化層の厚さ(図2および4の厚さd)に従って移動させる。また、駆動部54は、紫外線硬化樹脂51の表面が、対物レンズ15の後側焦点位置に一致するように、収容容器52を垂直方向に駆動する。   The drive unit 54 drives the storage container 52 and the stage 53 according to the control of the control unit 17. For example, the drive unit 54 moves the stage 53 in the XY direction for each small work area (FIG. 1) where exposure is performed, and the stage 53 is stepped one step each time one hard layer of the three-dimensional model is formed. Is moved downward in the Z direction according to the thickness of the hardened layer (thickness d in FIGS. 2 and 4). The drive unit 54 drives the container 52 in the vertical direction so that the surface of the ultraviolet curable resin 51 coincides with the rear focal position of the objective lens 15.

制御部17は、光源21を制御して、光源21からの光の放射をオン/オフさせたり、シャッタ22を制御して、紫外線硬化樹脂51の露光をオン/オフさせたり、駆動部54を制御して、収容容器52およびステージ53を駆動させる。また、制御部17は、立体モデルの断面形状データに基づいて、照射領域に対応する空間光変調器26の画素が光を透過するように、空間光変調器26の各画素を駆動する駆動信号を空間光変調器26に供給する。   The control unit 17 controls the light source 21 to turn on / off light emission from the light source 21, controls the shutter 22 to turn on / off the exposure of the ultraviolet curable resin 51, and controls the drive unit 54. The container 52 and the stage 53 are driven by controlling. Further, the control unit 17 drives each pixel of the spatial light modulator 26 so that the pixel of the spatial light modulator 26 corresponding to the irradiation area transmits light based on the cross-sectional shape data of the three-dimensional model. Is supplied to the spatial light modulator 26.

ここで、制御部17は、ワーク全体領域に対する断面形状データの位置を調整して、処理を効率よく行うことができるようにする。   Here, the control unit 17 adjusts the position of the cross-sectional shape data with respect to the entire work area so that the processing can be performed efficiently.

図3を参照して、断面形状データの位置が調整されたワーク全体領域の例について説明する。   With reference to FIG. 3, the example of the whole workpiece | work area | region where the position of cross-sectional shape data was adjusted is demonstrated.

図3には、図1と同様のワーク全体領域が示されている。また、図3では、断面形状データが内接する矩形の領域(以下、適宜、マックスボックスと称する)が、破線で示されている。   FIG. 3 shows the entire work area similar to that shown in FIG. In FIG. 3, a rectangular area (hereinafter referred to as “max box” as appropriate) in which the cross-sectional shape data is inscribed is indicated by a broken line.

図3に示すように、制御部17は、マックスボックスの左下の頂点Pが、ワーク小領域の交点に一致するように、即ち、マックスボックスの左辺と下辺を、ワーク小領域の境界線に一致させるように断面形状データを移動させる。このように断面形状データを移動させることにより、効率よく処理を行うことができる。   As shown in FIG. 3, the control unit 17 makes the lower left vertex P of the max box coincide with the intersection of the work small area, that is, the left side and the lower side of the max box coincide with the boundary line of the work small area. The cross-sectional shape data is moved so that By moving the cross-sectional shape data in this way, processing can be performed efficiently.

即ち、例えば、断面形状データを分割するワーク小領域の数を少なくすること、具体的には、図1の例では、断面形状データを分割するワーク小領域の数は56(7×8)であったが、図3の例では、断面形状データを分割するワーク小領域の数を42(6×7)にすること(約25%の削減)ができる。従って、露光処理を行う対象となるワーク小領域の数が減るので、露光処理に必要な時間を短縮すること、即ち、立体モデルの造形時間を短縮(最適化)することができる。   That is, for example, reducing the number of small work areas for dividing the cross-sectional shape data. Specifically, in the example of FIG. 1, the number of small work areas for dividing the cross-sectional shape data is 56 (7 × 8). However, in the example of FIG. 3, the number of work small regions into which the cross-sectional shape data is divided can be set to 42 (6 × 7) (reduction of about 25%). Accordingly, since the number of work small areas to be subjected to the exposure process is reduced, the time required for the exposure process can be shortened, that is, the modeling time of the three-dimensional model can be shortened (optimized).

また、図3のマックスボックスにおいて、右側のワーク小領域では、断面形状データの領域が左側に偏っている。そこで、このような偏りを解消する例が考えられる。なお、マックスボックスの右側の頂点を、ワーク小領域の交点に一致させた場合には、左側のワーク小領域で、断面形状データの領域が右側に偏ることになる。   In the max box of FIG. 3, the cross-sectional shape data area is biased to the left side in the work small area on the right side. Therefore, an example of eliminating such a bias can be considered. When the right vertex of the max box is made to coincide with the intersection of the work small areas, the cross-sectional shape data area is biased to the right in the left work small area.

次に、図4を参照して、断面形状データの位置が調整されたワーク全体領域の他の例について説明する。   Next, another example of the entire work area in which the position of the cross-sectional shape data is adjusted will be described with reference to FIG.

図4のワーク全体領域では、マックスボックス内のワーク小領域のX方向の寸法が調整されている。   In the entire work area of FIG. 4, the dimension in the X direction of the small work area in the max box is adjusted.

即ち、マックスボックス内のワーク小領域のX方向の寸法Lx’は、次の式(1)で表される。   That is, the dimension Lx ′ in the X direction of the work small area in the max box is expressed by the following equation (1).

Lx’=Lx+(Mx−Lx×Nx)/Nx ・・・(1)   Lx ′ = Lx + (Mx−Lx × Nx) / Nx (1)

但し、式(1)において、Lxは、ワーク小領域の初期値として設定されている寸法であって、図1に示したように、例えば、1cmである。また、Mxは、マックスボックスのX方向の寸法であり、Nxは、マックスボックス内のX方向に配置されるワーク小領域の数である。   However, in Expression (1), Lx is a dimension set as an initial value of the work small area, and is 1 cm, for example, as shown in FIG. Further, Mx is a dimension in the X direction of the max box, and Nx is the number of work small areas arranged in the X direction in the max box.

このようにマックスボックス内のワーク小領域のX方向の寸法Lx’を決定することで、マックスボックス内のワーク小領域のそれぞれについてのX方向の寸法Lx’が均等に決定される。また、マックスボックス内のワーク小領域からなる領域(図4では6×6のワーク小領域からなる領域)の形状が、マックスボックスの形状と一致、即ち、マックスボックスの四辺が、ワーク小領域どうしの境界線と一致する。従って、マックスボックス内のワーク小領域における断面形状データの偏り(歪み)も低減させることができる。これにより、ワーク小領域において断面形状データが偏ることにより生じる精度の低下を抑制し、高精度で立体モデルを造形することができる。   By determining the dimension Lx ′ in the X direction of the work small area in the max box in this way, the dimension Lx ′ in the X direction for each of the work small areas in the max box is equally determined. Further, the shape of the work box in the max box (the area of the work small area of 6 × 6 in FIG. 4) matches the shape of the max box, that is, the four sides of the max box are the work work areas. Matches the border of Therefore, the deviation (distortion) of the cross-sectional shape data in the work small area in the max box can be reduced. Thereby, the fall of the precision which arises by cross-sectional shape data biasing in a workpiece | work small area | region can be suppressed, and a solid model can be modeled with high precision.

また、このようにマックスボックス内のワーク小領域のX方向の寸法Lx’を決定することで、断面形状データを分割するワーク小領域の数を少なくすること、図4の例では、断面形状データを分割するワーク小領域の数を36(6×6)にすること(図1の例より約36%の削減)ができる。これにより、造形時間をさらに短縮することができる。   Further, by determining the dimension Lx ′ in the X direction of the work small area in the max box in this way, the number of work small areas into which the cross-sectional shape data is divided is reduced. In the example of FIG. Can be reduced to 36 (6 × 6) (about 36% reduction from the example in FIG. 1). Thereby, modeling time can further be shortened.

なお、図3および4において、断面形状データ内に示されている座標は、断面形状データの移動や回転などの処理を行う際に基準となる座標である。また、マックスボックス内のワーク小領域のX方向の寸法Lx’を大きくした結果、ワーク小領域が空間光変調器26により一括露光が可能な領域より広くなったときには、その領域は、ビームスキャン光学系13により露光される。   3 and 4, the coordinates shown in the cross-sectional shape data are coordinates used as a reference when performing processing such as movement and rotation of the cross-sectional shape data. Further, as a result of increasing the dimension Lx ′ in the X direction of the work small area in the max box, when the work small area becomes wider than the area that can be collectively exposed by the spatial light modulator 26, the area is designated as beam scanning optics. It is exposed by the system 13.

次に、図5は、光造形装置11による光造形を行う処理を説明するフローチャートである。   Next, FIG. 5 is a flowchart for explaining processing for performing optical modeling by the optical modeling apparatus 11.

例えば、光造形装置11に、CADで作成された立体モデルの3次元形状データが入力され、光造形を開始する操作が行われると、ステップS11において、制御部17は、CADで作成された立体モデルの3次元形状データをSTLに変換するプログラムを実行し、立体モデルの3次元形状データをSTLに変換する。   For example, when the three-dimensional shape data of the three-dimensional model created by CAD is input to the optical modeling apparatus 11 and an operation for starting the optical modeling is performed, in step S11, the control unit 17 causes the three-dimensional model created by CAD. A program for converting the three-dimensional shape data of the model into STL is executed, and the three-dimensional shape data of the stereo model is converted into STL.

ステップS11の処理後、処理はステップS12に進み、制御部17は、STLに変換された3次元形状データから立体モデルの断面形状データを作成し、処理はステップS13に進む。また、立体モデルの断面形状データを作成する際に、例えば、立体モデルの姿勢および向きが決定され、造形中における立体モデルの転倒を防止するための部材を造形するためのデータなどが作成される。   After the process of step S11, the process proceeds to step S12, and the control unit 17 creates cross-sectional shape data of the three-dimensional model from the three-dimensional shape data converted into STL, and the process proceeds to step S13. Further, when creating the cross-sectional shape data of the three-dimensional model, for example, the posture and orientation of the three-dimensional model are determined, and data for modeling a member for preventing the falling of the three-dimensional model during modeling is created. .

ステップS13において、制御部17は、ステップS12の処理で作成された断面形状データのマックスボックスを設定し、図3または図4を参照して説明したように、マックスボックスの1頂点が、ワーク小領域の交点と一致するように、断面形状データの位置を調整する。そして、制御部17は、ワーク小領域の交点と一致するマックスボックスの頂点Pを原点として、ワーク小領域データを作成する。   In step S13, the control unit 17 sets a max box of the cross-sectional shape data created in the process of step S12, and, as described with reference to FIG. 3 or FIG. The position of the cross-sectional shape data is adjusted so as to coincide with the intersection of the regions. Then, the control unit 17 creates work small area data with the vertex P of the max box coinciding with the intersection of the work small areas as the origin.

ステップS13の処理後、処理はステップS14に進み、制御部17は、ステップS13で生成したワーク小領域データに従って、一括露光光学系12の各ブロックを制御し、ワーク小領域を一括露光し、処理はステップS15に進む。   After the process of step S13, the process proceeds to step S14, and the control unit 17 controls each block of the batch exposure optical system 12 in accordance with the work small area data generated in step S13, performs batch exposure of the work small area, and performs processing. Advances to step S15.

ステップS15において、制御部17は、ステップS13で生成したワーク小領域データに従って、ビームスキャン光学系13の各ブロックを制御し、ワーク小領域をビームスキャン露光する。   In step S15, the control unit 17 controls each block of the beam scan optical system 13 according to the work small area data generated in step S13, and performs the beam scan exposure on the work small area.

ステップS15の処理後、処理はステップS16に進み、制御部17は、制御部17は、ステップS12で作成された全ての断面形状データに基づいた露光が行われたか否かを判定する。   After the process of step S15, the process proceeds to step S16, and the control unit 17 determines whether the exposure based on all the cross-sectional shape data created in step S12 has been performed.

ステップS16において、制御部17が、全ての断面形状データに基づいた露光が行われていないと判定した場合、処理はステップS13に戻り、以下、同様の処理が繰り返される。   In step S16, when the control unit 17 determines that the exposure based on all the cross-sectional shape data is not performed, the process returns to step S13, and the same process is repeated thereafter.

一方、ステップS16において、制御部17が、全ての断面形状データに基づいた露光が行われたと判定した場合、立体モデルが完成しており、処理は終了する。   On the other hand, when the control unit 17 determines in step S16 that the exposure based on all the cross-sectional shape data has been performed, the three-dimensional model is completed, and the process ends.

以上のように、光造形装置11では、マックスボックスの1頂点が、ワーク小領域の交点と一致するように、断面形状データの位置を調整して、ワーク小領域データを作成するので、図3または図4を参照して説明したように、造形時間を短縮することができるとともに、立体モデルの精度を向上させることができる。   As described above, the stereolithography apparatus 11 creates the work small area data by adjusting the position of the cross-sectional shape data so that one vertex of the max box coincides with the intersection of the work small areas. Or as demonstrated with reference to FIG. 4, while being able to shorten modeling time, the precision of a three-dimensional model can be improved.

このような光造形装置11を用いて、マイクロチップや、コネクタ、マイクロカプセルなど、または、各種の微細な部品の試作品を造形することができる。そして、例えば、光造形装置11を用いて造形された造形物は、高強度で造形されているので、ニッケルなどでメッキし、その型を転写するときに、積層方向にクラックが生じるようなことがない。   By using such an optical modeling apparatus 11, prototypes of microchips, connectors, microcapsules, etc., or various fine parts can be modeled. And, for example, since the modeled object modeled using the optical modeling apparatus 11 is modeled with high strength, when plating with nickel or the like and transferring the mold, cracks are generated in the stacking direction. There is no.

なお、本実施の形態においては、対物レンズ15としてfθレンズが用いられているが、対物レンズ15としては、通常の集光機能を有するレンズを用いることができる。この場合、ガルバノミラー37および38の回転速度を制御することにより、光ビームを均一な走査線速度で走査させるようにビームスキャン光学系13が構成される。また、光ビームをスキャンさせる手段としては、ガルバノミラー37および38以外に、ポリゴンミラー等を用いてもよい。   In this embodiment, an fθ lens is used as the objective lens 15, but a lens having a normal condensing function can be used as the objective lens 15. In this case, the beam scanning optical system 13 is configured to scan the light beam at a uniform scanning line speed by controlling the rotational speed of the galvanometer mirrors 37 and 38. In addition to the galvanometer mirrors 37 and 38, a polygon mirror or the like may be used as means for scanning the light beam.

さらに、空間光変調器26としては、透過型の液晶パネルの他、入力信号に応じて傾き角度が変化する微小な反射ミラーを複数配列してなるデジタルマイクロミラーデバイス(DMD:Digital Micromirror Device)や、反射型液晶素子(LCOS:Liquid Crystal On Silicon)等を用いてもよい。デジタルマイクロミラーデバイスを用いる場合、各マイクロミラーが1単位領域に対応し、偏光版23を設けずに一括露光光学系12を構成することができる。   Furthermore, as the spatial light modulator 26, in addition to a transmissive liquid crystal panel, a digital micromirror device (DMD) formed by arranging a plurality of minute reflecting mirrors whose inclination angle changes according to an input signal, Alternatively, a reflective liquid crystal element (LCOS: Liquid Crystal On Silicon) or the like may be used. When a digital micromirror device is used, each micromirror corresponds to one unit region, and the collective exposure optical system 12 can be configured without providing the polarizing plate 23.

また、本発明は、空間光変調器26により空間変調された光を、紫外線硬化樹脂51の上方から照射する手法である自由液面法により光造形を行う光造形装置11の他、例えば、空間光変調器26により空間変調された光を、紫外線硬化樹脂51と収容容器52との界面に照射する手法である規制液面法により光造形を行う光造形装置に適用することができる。   In addition to the optical modeling apparatus 11 that performs optical modeling by the free liquid surface method, which is a technique for irradiating light that has been spatially modulated by the spatial light modulator 26 from above the ultraviolet curable resin 51, for example, a space It can be applied to an optical modeling apparatus that performs optical modeling by a regulated liquid surface method, which is a method of irradiating the light spatially modulated by the light modulator 26 to the interface between the ultraviolet curable resin 51 and the container 52.

例えば、収容容器52の底面をガラスなどの光を透過する材料で構成し、そのガラスと紫外線硬化樹脂51と界面に、空間光変調器26により空間変調された光が、紫外線硬化樹脂51の下方から照射される。即ち、立体モデルの断面形状データに応じた光が照射される紫外線硬化樹脂51の表面は、ガラスと紫外線硬化樹脂51と界面を含むものである。   For example, the bottom surface of the storage container 52 is made of a material that transmits light, such as glass, and the light spatially modulated by the spatial light modulator 26 at the interface between the glass and the ultraviolet curable resin 51 is below the ultraviolet curable resin 51. Irradiated from. That is, the surface of the ultraviolet curable resin 51 to which light corresponding to the cross-sectional shape data of the three-dimensional model is irradiated includes glass, the ultraviolet curable resin 51 and the interface.

規制液面法では、収容容器52とステージ53との距離が1層分の硬化層の厚みとなるようにステージ53を配置し、収容容器52の底面のガラスを介して紫外線硬化樹脂51に照射される光により、立体モデルの硬化層が1層形成されるのに応じて、1ステップずつ1層分の硬化層の厚みとなるように垂直方向上方にステージ53を駆動させる処理を繰り返すことにより、立体モデルが形成される。   In the regulated liquid level method, the stage 53 is arranged so that the distance between the storage container 52 and the stage 53 is equal to the thickness of the cured layer for one layer, and the ultraviolet curable resin 51 is irradiated through the glass on the bottom surface of the storage container 52. By repeating the process of driving the stage 53 upward in the vertical direction so that the thickness of the hardened layer for one layer is formed step by step as the hardened layer of the three-dimensional model is formed by the applied light. A three-dimensional model is formed.

このように、光が照射される紫外線硬化樹脂51の表面(界面)を、ガラスにより規制することにより、硬化層の1層分の厚みが正確に造形されるので、積層精度を向上させることができ、これにより、立体モデルを高精度に形成することができる。   Thus, by regulating the surface (interface) of the ultraviolet curable resin 51 irradiated with light with glass, the thickness of one layer of the cured layer is accurately modeled, so that the lamination accuracy can be improved. Thus, the three-dimensional model can be formed with high accuracy.

また、上述した制御部17が行う一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、プログラム記録媒体からインストールされる。   The series of processes performed by the control unit 17 described above can be executed by hardware or can be executed by software. When a series of processing is executed by software, a program constituting the software executes various functions by installing a computer incorporated in dedicated hardware or various programs. For example, it is installed from a program recording medium in a general-purpose personal computer or the like.

図7は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウエアの構成例を示すブロック図である。   FIG. 7 is a block diagram showing an example of the hardware configuration of a computer that executes the above-described series of processing by a program.

コンピュータにおいて、CPU(Central Processing Unit)101,ROM(Read Only Memory)102,RAM(Random Access Memory)103は、バス104により相互に接続されている。   In a computer, a CPU (Central Processing Unit) 101, a ROM (Read Only Memory) 102, and a RAM (Random Access Memory) 103 are connected to each other via a bus 104.

バス104には、さらに、入出力インタフェース105が接続されている。入出力インタフェース105には、キーボード、マウス、マイクロホンなどよりなる入力部106、ディスプレイ、スピーカなどよりなる出力部107、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる記憶部108、ネットワークインタフェースなどよりなる通信部109、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブルメディア111を駆動するドライブ110が接続されている。   An input / output interface 105 is further connected to the bus 104. The input / output interface 105 includes an input unit 106 including a keyboard, a mouse, and a microphone, an output unit 107 including a display and a speaker, a storage unit 108 including a hard disk and nonvolatile memory, and a communication unit 109 including a network interface. A drive 110 for driving a removable medium 111 such as a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, or a semiconductor memory is connected.

以上のように構成されるコンピュータでは、CPU101が、例えば、記憶部108に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース105及びバス104を介して、RAM103にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。   In the computer configured as described above, the CPU 101 loads, for example, the program stored in the storage unit 108 to the RAM 103 via the input / output interface 105 and the bus 104 and executes the program. Is performed.

コンピュータ(CPU101)が実行するプログラムは、例えば、磁気ディスク(フレキシブルディスクを含む)、光ディスク(CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disc)等)、光磁気ディスク、もしくは半導体メモリなどよりなるパッケージメディアであるリムーバブルメディア111に記録して、あるいは、ローカルエリアネットワーク、インタネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供される。   The program executed by the computer (CPU 101) is, for example, a magnetic disk (including a flexible disk), an optical disk (CD-ROM (Compact Disc-Read Only Memory), DVD (Digital Versatile Disc), etc.), a magneto-optical disk, or a semiconductor. The program is recorded on a removable medium 111 that is a package medium including a memory or the like, or is provided via a wired or wireless transmission medium such as a local area network, the Internet, or digital satellite broadcasting.

そして、プログラムは、リムーバブルメディア111をドライブ110に装着することにより、入出力インタフェース105を介して、記憶部108にインストールすることができる。また、プログラムは、有線または無線の伝送媒体を介して、通信部109で受信し、記憶部108にインストールすることができる。その他、プログラムは、ROM102や記憶部108に、あらかじめインストールしておくことができる。   The program can be installed in the storage unit 108 via the input / output interface 105 by attaching the removable medium 111 to the drive 110. Further, the program can be received by the communication unit 109 via a wired or wireless transmission medium and installed in the storage unit 108. In addition, the program can be installed in the ROM 102 or the storage unit 108 in advance.

なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。また、プログラムは、1つのCPUにより処理されるものであっても良いし、複数のCPUによって分散処理されるものであっても良い。   The program executed by the computer may be a program that is processed in time series in the order described in this specification, or in parallel or at a necessary timing such as when a call is made. It may be a program for processing. Further, the program may be processed by a single CPU, or may be processed in a distributed manner by a plurality of CPUs.

なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。   The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

タイリング方式について説明する図である。It is a figure explaining a tiling system. 本発明を適用した光造形装置の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of one Embodiment of the optical modeling apparatus to which this invention is applied. 断面形状データの位置が調整されたワーク全体領域の例について説明する図である。It is a figure explaining the example of the whole workpiece | work area | region where the position of cross-sectional shape data was adjusted. 断面形状データの位置が調整されたワーク全体領域の他の例について説明する図である。It is a figure explaining other examples of the whole work field where the position of section shape data was adjusted. 光造形装置11による光造形を行う処理を説明するフローチャートである。5 is a flowchart for explaining processing for performing optical modeling by the optical modeling apparatus 11. コンピュータの構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a computer.

符号の説明Explanation of symbols

11 光造形装置, 12 一括露光光学系, 13 ビームスキャン光学系, 14 偏光ビームスプリッタ, 15 対物レンズ, 16 ワーク部, 17 制御部, 21 光源, 22 シャッタ, 23 偏光版, 24 ビームインテグレータ, 25 ミラー, 26 空間光変調器, 27 集光レンズ, 28 駆動部, 31 光源, 32 コリメータレンズ, 33 アナモルフィックレンズ, 34 ビームエキスパンダ, 35 ビームスプリッタ, 36 シャッタ, 37および38 ガルバノミラー, 39および40 リレーレンズ, 41 反射光モニタ部, 51 紫外線硬化樹脂, 52 収容容器, 53 駆動部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Stereolithography apparatus, 12 Collective exposure optical system, 13 Beam scanning optical system, 14 Polarization beam splitter, 15 Objective lens, 16 Work part, 17 Control part, 21 Light source, 22 Shutter, 23 Polarizing plate, 24 Beam integrator, 25 Mirror , 26 Spatial light modulator, 27 Condensing lens, 28 Drive unit, 31 Light source, 32 Collimator lens, 33 Anamorphic lens, 34 Beam expander, 35 Beam splitter, 36 Shutter, 37 and 38 Galvano mirror, 39 and 40 Relay lens, 41 reflected light monitor, 51 UV curable resin, 52 container, 53 drive unit

Claims (3)

立体モデルの断面形状データに応じた光を光硬化性樹脂の表面に照射して硬化層を形成し、前記硬化層を積層することにより前記立体モデルを造形する光造形装置において、
前記立体モデルの断面形状データが内接する矩形の領域である最大矩形領域を設定する設定手段と、
前記設定手段により設定された最大矩形領域の1頂点を原点として、光造形の作業が行われるワーク全体領域を複数の矩形の領域に分割したワーク小領域に応じて、前記立体モデルの断面形状データを分割し、前記ワーク小領域に対応する断面形状データであるワーク小領域データを生成するデータ生成手段と、
前記データ生成手段により生成されたワーク小領域データに基づいて前記光硬化性樹脂を露光する露光手段と
を備える光造形装置。
In the optical modeling apparatus for modeling the three-dimensional model by irradiating the surface of the photocurable resin with light according to the cross-sectional shape data of the three-dimensional model, forming a cured layer, and laminating the cured layer,
Setting means for setting a maximum rectangular area which is a rectangular area inscribed by the cross-sectional shape data of the three-dimensional model;
The cross-sectional shape data of the three-dimensional model according to a small work area obtained by dividing the entire work area where the optical modeling work is performed into a plurality of rectangular areas, with one vertex of the maximum rectangular area set by the setting means as the origin Data generating means for generating workpiece small region data that is cross-sectional shape data corresponding to the workpiece small region;
An optical modeling apparatus comprising: an exposure unit that exposes the photocurable resin based on workpiece small area data generated by the data generation unit.
前記データ生成手段は、前記最大矩形領域を分割する複数の前記ワーク小領域からなる領域の形状が前記最大矩形領域の形状に一致し、それぞれの前記ワーク小領域で均等になるように、前記最大矩形領域内のワーク小領域の大きさを決定する
請求項1に記載の光造形装置。
The data generation means is configured to increase the maximum size so that a shape of an area composed of a plurality of small work areas that divide the maximum rectangular area matches a shape of the maximum rectangular area and is uniform in each small work area. The stereolithography apparatus according to claim 1, wherein the size of the work small area in the rectangular area is determined.
立体モデルの断面形状データに応じた光を光硬化性樹脂の表面に照射して硬化層を形成し、前記硬化層を積層することにより前記立体モデルを造形する光造形方法において、
前記立体モデルの断面形状データが内接する矩形の領域である最大矩形領域を設定し、
前記最大矩形領域の1頂点を原点として、光造形の作業が行われるワーク全体領域を複数の矩形の領域に分割したワーク小領域に応じて、前記立体モデルの断面形状データを分割し、前記ワーク小領域に対応する断面形状データであるワーク小領域データを生成し、
前記ワーク小領域データに基づいて前記光硬化性樹脂を露光する
ステップを含む光造形方法。
In the optical modeling method of modeling the three-dimensional model by irradiating the surface of the photocurable resin with light according to the cross-sectional shape data of the three-dimensional model to form a cured layer and laminating the cured layer,
Set a maximum rectangular area that is a rectangular area inscribed by the cross-sectional shape data of the three-dimensional model,
Dividing the cross-sectional shape data of the three-dimensional model according to a work small region obtained by dividing the entire work region where the optical modeling work is performed into a plurality of rectangular regions with one vertex of the maximum rectangular region as the origin, Generate work small area data that is cross-sectional shape data corresponding to the small area,
An optical modeling method including the step of exposing the photocurable resin based on the work small area data.
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