JP2003025453A - 光造形装置及び方法 - Google Patents
光造形装置及び方法Info
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- JP2003025453A JP2003025453A JP2001214153A JP2001214153A JP2003025453A JP 2003025453 A JP2003025453 A JP 2003025453A JP 2001214153 A JP2001214153 A JP 2001214153A JP 2001214153 A JP2001214153 A JP 2001214153A JP 2003025453 A JP2003025453 A JP 2003025453A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡単かつ短時間で高精度の構造物を光造形す
る。 【解決手段】 光硬化性樹脂４２へ、第１光源１２から
のレーザビームの射出によって紫外線照射光造形法によ
る粗い光造形を実施した後に、第２光源１４からのレー
ザビームを射出によって２光子吸収光造形法による微細
な光造形を連続して行う。これにより、紫外線照射光造
形法による高速処理を実現しつつ２光子吸収光造形法に
よる微細構造造形を可能とする光造形を実現することが
できる。
る。 【解決手段】 光硬化性樹脂４２へ、第１光源１２から
のレーザビームの射出によって紫外線照射光造形法によ
る粗い光造形を実施した後に、第２光源１４からのレー
ザビームを射出によって２光子吸収光造形法による微細
な光造形を連続して行う。これにより、紫外線照射光造
形法による高速処理を実現しつつ２光子吸収光造形法に
よる微細構造造形を可能とする光造形を実現することが
できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光造形装置及び方
法にかかり、特に、光の照射により硬化する光硬化性物
質へ光を照射することにより構造物を造形する光造形装
置及び方法に関する。
法にかかり、特に、光の照射により硬化する光硬化性物
質へ光を照射することにより構造物を造形する光造形装
置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光を照射した部分が硬化する性質
を有する光硬化性樹脂を用い、光の照射位置を所定のパ
ターンに沿って移動させ、３次元の構造物を作成する光
造形法が知られている（特開昭５６−１４４４７８号公
報参照）。光硬化性樹脂は、光吸収によって樹脂中のモ
ノマーが重合し、ポリマー化して硬化する。ポリマー化
した部分は、固体化するため、未硬化の液状部分を取り
除くことによって、３次元の構造物を作成できる。この
光造形では、光硬化性樹脂は、紫外線波長（３００ｎｍ
〜４００ｎｍ）に大きな吸収を有し、紫外線レーザや紫
外線ランプを光源に用いて光造形を行っている。
を有する光硬化性樹脂を用い、光の照射位置を所定のパ
ターンに沿って移動させ、３次元の構造物を作成する光
造形法が知られている（特開昭５６−１４４４７８号公
報参照）。光硬化性樹脂は、光吸収によって樹脂中のモ
ノマーが重合し、ポリマー化して硬化する。ポリマー化
した部分は、固体化するため、未硬化の液状部分を取り
除くことによって、３次元の構造物を作成できる。この
光造形では、光硬化性樹脂は、紫外線波長（３００ｎｍ
〜４００ｎｍ）に大きな吸収を有し、紫外線レーザや紫
外線ランプを光源に用いて光造形を行っている。
【０００３】ところが、従来の紫外線照射による光造形
法（以下、紫外線照射光造形法という）では、高速の造
形が可能であるが、加工精度が低いことが知られてい
る。すなわち、紫外線照射光造形法では集光点以外での
光が照射されている部分においても光を吸収し硬化反応
が起こるため、加工精度が低く（１０〜数１０μｍ）、
また、積層構造しか作成することができない。
法（以下、紫外線照射光造形法という）では、高速の造
形が可能であるが、加工精度が低いことが知られてい
る。すなわち、紫外線照射光造形法では集光点以外での
光が照射されている部分においても光を吸収し硬化反応
が起こるため、加工精度が低く（１０〜数１０μｍ）、
また、積層構造しか作成することができない。
【０００４】そこで、造形を高精度化するために、近
年、紫外線ではなく、吸収波長の２倍の波長（６００ｎ
ｍ〜８００ｎｍ）を有する光を照射し、２光子吸収現象
によって光を吸収させ、同様に３次元の構造物を作成す
る造形法（以下、２光子吸収光造形法という）が提案さ
れている（特公昭６３−４０６５０号公報参照）。
年、紫外線ではなく、吸収波長の２倍の波長（６００ｎ
ｍ〜８００ｎｍ）を有する光を照射し、２光子吸収現象
によって光を吸収させ、同様に３次元の構造物を作成す
る造形法（以下、２光子吸収光造形法という）が提案さ
れている（特公昭６３−４０６５０号公報参照）。
【０００５】２光子吸収現象は、吸収量が光強度の２乗
に比例する非線形吸収特性を有し、高い３次元の空間分
解能を有する。この特徴を生かして、通常の光造形に比
べて、より微細な構造の作成が実現できる。一般的に２
光子吸収光造形は３次元の構造物を作成するため、構造
物を点の集合に分解し１点づつ照射位置をずらして硬化
させるか、または光を照射したまま、集光スポットを移
動させ、線の集まりによって構造物を作成する。
に比例する非線形吸収特性を有し、高い３次元の空間分
解能を有する。この特徴を生かして、通常の光造形に比
べて、より微細な構造の作成が実現できる。一般的に２
光子吸収光造形は３次元の構造物を作成するため、構造
物を点の集合に分解し１点づつ照射位置をずらして硬化
させるか、または光を照射したまま、集光スポットを移
動させ、線の集まりによって構造物を作成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、点硬化
または線硬化の何れの場合であっても単位体積を硬化さ
せるには、一定以上の光エネルギを吸収させることが必
要である。特に、２光子吸収現象は、紫外線照射光造形
法による吸収に比較して、吸収確率が小さい。光源の出
力を高めれば、時間短縮することが可能であるが、一定
の出力以上では、アブレーションの発生などにより、樹
脂を破壊する場合があった。
または線硬化の何れの場合であっても単位体積を硬化さ
せるには、一定以上の光エネルギを吸収させることが必
要である。特に、２光子吸収現象は、紫外線照射光造形
法による吸収に比較して、吸収確率が小さい。光源の出
力を高めれば、時間短縮することが可能であるが、一定
の出力以上では、アブレーションの発生などにより、樹
脂を破壊する場合があった。
【０００７】これにより、大きなサイズの構造物を大量
に作成するには、２光子吸収現象を利用した２光子吸収
光造形法では、スループットが低く、実用的に問題とな
り、作成時間の短縮化が叫ばれている。
に作成するには、２光子吸収現象を利用した２光子吸収
光造形法では、スループットが低く、実用的に問題とな
り、作成時間の短縮化が叫ばれている。
【０００８】本発明は、上記事実を考慮して、簡単かつ
短時間で高精度の構造物を光造形することができる光造
形装置及び方法を得ることが目的である。
短時間で高精度の構造物を光造形することができる光造
形装置及び方法を得ることが目的である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、容器内に収容されかつ光の照射
により硬化する光硬化性物質へ、前記光硬化性物質の硬
化に必要なエネルギレベルの光を照射することにより構
造物を造形する光造形装置において、前記光硬化性物質
へ第１の光を照射する第１光源と、多光子吸収現象が生
じる第２の光を前記光硬化性物質へ照射する第２光源
と、を有する光源手段と、前記第１の光及び第２の光の
光エネルギが前記光硬化性物質の硬化に必要なエネルギ
レベルとなるべく集光する集光手段と、前記容器内にお
いて前記集光手段による集光位置を変更する変更手段
と、造形されるべき所定形状の構造物について、前記構
造物の少なくとも一部のサイズを前記所定形状の構造物
のサイズから予め定めた小さなサイズとなるように前記
第１の光源による光の照射及び前記集光位置の変更の前
処理の後に、前記予め定めた小さなサイズから前記所定
形状になるまで前記第２の光源による光の照射及び前記
集光位置の変更の本処理を行うように制御する制御手段
と、を備えたことを特徴とする。
に、請求項１の発明は、容器内に収容されかつ光の照射
により硬化する光硬化性物質へ、前記光硬化性物質の硬
化に必要なエネルギレベルの光を照射することにより構
造物を造形する光造形装置において、前記光硬化性物質
へ第１の光を照射する第１光源と、多光子吸収現象が生
じる第２の光を前記光硬化性物質へ照射する第２光源
と、を有する光源手段と、前記第１の光及び第２の光の
光エネルギが前記光硬化性物質の硬化に必要なエネルギ
レベルとなるべく集光する集光手段と、前記容器内にお
いて前記集光手段による集光位置を変更する変更手段
と、造形されるべき所定形状の構造物について、前記構
造物の少なくとも一部のサイズを前記所定形状の構造物
のサイズから予め定めた小さなサイズとなるように前記
第１の光源による光の照射及び前記集光位置の変更の前
処理の後に、前記予め定めた小さなサイズから前記所定
形状になるまで前記第２の光源による光の照射及び前記
集光位置の変更の本処理を行うように制御する制御手段
と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】本発明の光造形装置は、容器内に収容され
かつ光の照射により硬化する光硬化性物質へ、前記光硬
化性物質の硬化に必要なエネルギレベルの光を照射する
ことにより構造物を造形する。光硬化性物質へ照射する
光は、光源手段が有する第１光源と第２光源から照射さ
れる。第１光源は、光硬化性物質へ第１の光を照射す
る。第２光源は、多光子吸収現象、例えば２光子吸収現
象が生じる第２の光を光硬化性物質へ照射する。光源手
段から照射された光は、集光手段によって容器内におけ
る光硬化性物質で集光される。この場合、第１の光及び
第２の光の光エネルギが光硬化性物質の硬化に必要なエ
ネルギレベルとなるべく集光される。容器内における集
光位置は、変更手段によって変更される。その集光位置
の変更及び光源手段は、制御手段により制御される。制
御手段は、造形されるべき所定形状の構造物について、
構造物の少なくとも一部のサイズを所定形状の構造物の
サイズから予め定めた小さなサイズとなるように第１の
光源による光の照射及び集光位置の変更の前処理を行う
ように制御する。この後、制御手段は、予め定めた小さ
なサイズから所定形状になるまで第２の光源による光の
照射及び集光位置の変更の本処理を行うように制御す
る。すなわち、前処理では、粗い造形がなされ、本処理
では微細な造形がなされる。これによって、微細な構造
物を短時間で造形することができる。
かつ光の照射により硬化する光硬化性物質へ、前記光硬
化性物質の硬化に必要なエネルギレベルの光を照射する
ことにより構造物を造形する。光硬化性物質へ照射する
光は、光源手段が有する第１光源と第２光源から照射さ
れる。第１光源は、光硬化性物質へ第１の光を照射す
る。第２光源は、多光子吸収現象、例えば２光子吸収現
象が生じる第２の光を光硬化性物質へ照射する。光源手
段から照射された光は、集光手段によって容器内におけ
る光硬化性物質で集光される。この場合、第１の光及び
第２の光の光エネルギが光硬化性物質の硬化に必要なエ
ネルギレベルとなるべく集光される。容器内における集
光位置は、変更手段によって変更される。その集光位置
の変更及び光源手段は、制御手段により制御される。制
御手段は、造形されるべき所定形状の構造物について、
構造物の少なくとも一部のサイズを所定形状の構造物の
サイズから予め定めた小さなサイズとなるように第１の
光源による光の照射及び集光位置の変更の前処理を行う
ように制御する。この後、制御手段は、予め定めた小さ
なサイズから所定形状になるまで第２の光源による光の
照射及び集光位置の変更の本処理を行うように制御す
る。すなわち、前処理では、粗い造形がなされ、本処理
では微細な造形がなされる。これによって、微細な構造
物を短時間で造形することができる。
【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の光造形装置において、前記変更手段は、前記光源手段
からの光の集光位置を２次元的に走査する走査手段と、
前記走査面と交差する方向に前記集光位置及び前記光硬
化性物質の位置の少なくとも一方の位置を移動する移動
手段と、から構成したことを特徴とする。
の光造形装置において、前記変更手段は、前記光源手段
からの光の集光位置を２次元的に走査する走査手段と、
前記走査面と交差する方向に前記集光位置及び前記光硬
化性物質の位置の少なくとも一方の位置を移動する移動
手段と、から構成したことを特徴とする。
【００１２】焦点位置は、構造物の形状に併せて変更さ
れることが好ましい。そこで、集光位置を３次元的に変
更するため、変更手段が走査手段と移動手段により焦点
位置の変更を分離することで、焦点位置の変更が容易と
なる。すなわち、走査手段は、光源手段からの光の集光
位置を２次元的に走査する。移動手段は、走査面と交差
する方向に集光位置及び前記光硬化性物質の位置の少な
くとも一方の位置を移動する。
れることが好ましい。そこで、集光位置を３次元的に変
更するため、変更手段が走査手段と移動手段により焦点
位置の変更を分離することで、焦点位置の変更が容易と
なる。すなわち、走査手段は、光源手段からの光の集光
位置を２次元的に走査する。移動手段は、走査面と交差
する方向に集光位置及び前記光硬化性物質の位置の少な
くとも一方の位置を移動する。
【００１３】請求項３に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載の光造形装置において、前記光源手段
は、前記第１光源の光と前記第２光源の光との何れか一
方の光の照射に切り換える切換手段を含むことを特徴と
する。
請求項２に記載の光造形装置において、前記光源手段
は、前記第１光源の光と前記第２光源の光との何れか一
方の光の照射に切り換える切換手段を含むことを特徴と
する。
【００１４】第１光源の光と第２光源の光が、共に光硬
化性物質に照射されたのでは、第１光源の光による作用
と第２光源の光による作用が同時に生じ好ましくない。
そこで、第１光源の光と第２光源の光との何れか一方の
光の照射に切り換える切換手段を光源手段が含むことに
より各々の光源の作用を分離することが可能になる。
化性物質に照射されたのでは、第１光源の光による作用
と第２光源の光による作用が同時に生じ好ましくない。
そこで、第１光源の光と第２光源の光との何れか一方の
光の照射に切り換える切換手段を光源手段が含むことに
より各々の光源の作用を分離することが可能になる。
【００１５】請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請
求項３の何れか１項に記載の光造形装置において、前記
第１光源は、紫外波長域の波長の光を照射することを特
徴とする。
求項３の何れか１項に記載の光造形装置において、前記
第１光源は、紫外波長域の波長の光を照射することを特
徴とする。
【００１６】第１光源として、紫外波長域の波長の光を
照射する光源を用いることで、一般的な光硬化性物質を
用いるすることができ、光造形装置の汎用性が向上す
る。
照射する光源を用いることで、一般的な光硬化性物質を
用いるすることができ、光造形装置の汎用性が向上す
る。
【００１７】請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請
求項４の何れか１項に記載の光造形装置において、前記
第２光源は、高調波発生素子を含み、前記第１光源から
照射された光を前記多光子吸収現象が生じる第２の光と
して照射することを特徴とする。
求項４の何れか１項に記載の光造形装置において、前記
第２光源は、高調波発生素子を含み、前記第１光源から
照射された光を前記多光子吸収現象が生じる第２の光と
して照射することを特徴とする。
【００１８】第２光源は、多光子吸収現象が生じる第２
の光を照射するが、第１光源と別個の光源を用いたので
は、装置が大型化する。そこで、第２光源として、ＳＨ
Ｇなどの高調波発生素子を用い、第１光源から照射され
た光を、高調波発生素子の作動によって多光子吸収現象
が生じる第２の光として照射すれば、光源を兼用するこ
とができ、装置を小型化することが可能となる。
の光を照射するが、第１光源と別個の光源を用いたので
は、装置が大型化する。そこで、第２光源として、ＳＨ
Ｇなどの高調波発生素子を用い、第１光源から照射され
た光を、高調波発生素子の作動によって多光子吸収現象
が生じる第２の光として照射すれば、光源を兼用するこ
とができ、装置を小型化することが可能となる。
【００１９】請求項６に記載の発明は、請求項５に記載
の光造形装置において、前記切換手段は、前記第１光源
の光を透過する第１光学フィルタと前記第２光源の光を
透過する第２光学フィルタとの何れかの光学フィルタに
交換する交換手段であることを特徴とする。
の光造形装置において、前記切換手段は、前記第１光源
の光を透過する第１光学フィルタと前記第２光源の光を
透過する第２光学フィルタとの何れかの光学フィルタに
交換する交換手段であることを特徴とする。
【００２０】第２光源として、ＳＨＧなどの高調波発生
素子を用いた場合、第１光源の光と第２光源の光は接近
またはほぼ合波され、分離することが困難な場合があ
る。そこで、前記切換手段として、前記第１光源の光を
透過する第１光学フィルタと前記第２光源の光を透過す
る第２光学フィルタとの何れかの光学フィルタに交換す
る交換手段で構成すれば、第１光源の光と第２光源の光
を容易に分離して用いることができる。
素子を用いた場合、第１光源の光と第２光源の光は接近
またはほぼ合波され、分離することが困難な場合があ
る。そこで、前記切換手段として、前記第１光源の光を
透過する第１光学フィルタと前記第２光源の光を透過す
る第２光学フィルタとの何れかの光学フィルタに交換す
る交換手段で構成すれば、第１光源の光と第２光源の光
を容易に分離して用いることができる。
【００２１】前記光造形装置の機能は、次の光造形方法
により容易に達成できる。詳細には、請求項７にも記載
したように、容器内に収容されかつ光の照射により硬化
する光硬化性物質へ、前記光硬化性物質の硬化に必要な
エネルギレベルの光を照射することにより構造物を造形
する光造形方法において、前記光硬化性物質へ照射する
第１の光、及び前記光硬化性物質へ照射する多光子吸収
現象が生じる第２の光の光エネルギが前記光硬化性物質
の硬化に必要なエネルギレベルとなるべく集光し、造形
されるべき所定形状の構造物について、前記構造物の少
なくとも一部のサイズを前記所定形状の構造物のサイズ
から予め定めた小さなサイズとなるように前記第１の光
を照射した後に、前記予め定めた小さなサイズから前記
所定形状になるまで前記第２の光を照射すると共に、前
記集光位置を前記容器内において変更することによっ
て、前記所定形状の構造物を造形することを特徴とす
る。
により容易に達成できる。詳細には、請求項７にも記載
したように、容器内に収容されかつ光の照射により硬化
する光硬化性物質へ、前記光硬化性物質の硬化に必要な
エネルギレベルの光を照射することにより構造物を造形
する光造形方法において、前記光硬化性物質へ照射する
第１の光、及び前記光硬化性物質へ照射する多光子吸収
現象が生じる第２の光の光エネルギが前記光硬化性物質
の硬化に必要なエネルギレベルとなるべく集光し、造形
されるべき所定形状の構造物について、前記構造物の少
なくとも一部のサイズを前記所定形状の構造物のサイズ
から予め定めた小さなサイズとなるように前記第１の光
を照射した後に、前記予め定めた小さなサイズから前記
所定形状になるまで前記第２の光を照射すると共に、前
記集光位置を前記容器内において変更することによっ
て、前記所定形状の構造物を造形することを特徴とす
る。
【００２２】請求項８に記載の発明は、請求項７に記載
の光造形方法であって、前記集光位置を２次元的に走査
すると共に、前記走査面と交差する方向に前記集光位置
及び前記光硬化性物質の位置の少なくとも一方の位置を
移動することにより、前記集光位置を前記容器内におい
て変更することを特徴とする。
の光造形方法であって、前記集光位置を２次元的に走査
すると共に、前記走査面と交差する方向に前記集光位置
及び前記光硬化性物質の位置の少なくとも一方の位置を
移動することにより、前記集光位置を前記容器内におい
て変更することを特徴とする。
【００２３】請求項９に記載の発明は、請求項７または
請求項８に記載の光造形方法であって、前記光硬化性物
質へ照射するときは、前記第１の光と前記第２の光との
何れか一方の光の照射に切り換えることを特徴とする。
請求項８に記載の光造形方法であって、前記光硬化性物
質へ照射するときは、前記第１の光と前記第２の光との
何れか一方の光の照射に切り換えることを特徴とする。
【００２４】請求項１０に記載の発明は、請求項７乃至
請求項９の何れか１項に記載の光造形方法であって、前
記第１の光は、紫外波長域の波長の光であることを特徴
とする。
請求項９の何れか１項に記載の光造形方法であって、前
記第１の光は、紫外波長域の波長の光であることを特徴
とする。
【００２５】請求項１１に記載の発明は、請求項７乃至
請求項１０の何れか１項に記載の光造形方法であって、
前記第２の光は、前記第１の光から高調波発生現象によ
り生じた前記多光子吸収現象が生じる光であることを特
徴とする。
請求項１０の何れか１項に記載の光造形方法であって、
前記第２の光は、前記第１の光から高調波発生現象によ
り生じた前記多光子吸収現象が生じる光であることを特
徴とする。
【００２６】請求項１２に記載の発明は、請求項１１に
記載の光造形方法であって、前記光硬化性物質へ照射す
るときは、前記第１の光を透過する第１光学フィルタと
前記第２の光を透過する第２光学フィルタとの何れかの
光学フィルタに交換することを特徴とする。
記載の光造形方法であって、前記光硬化性物質へ照射す
るときは、前記第１の光を透過する第１光学フィルタと
前記第２の光を透過する第２光学フィルタとの何れかの
光学フィルタに交換することを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の一例を詳細に説明する。本実施の形態は、光
造形装置に本発明を適用したものである。
施の形態の一例を詳細に説明する。本実施の形態は、光
造形装置に本発明を適用したものである。
【００２８】光造形によって、単位体積を硬化させるに
は、一定以上の光エネルギを吸収させることが必要であ
る。特に、２光子吸収現象は、通常の光吸収にくらべ
て、吸収確率が小さい。従って、光源の出力を高めるこ
とによって、時間短縮することが可能であるが、一定の
出力以上では、アブレーションの発生などにより、樹脂
を破壊してしまう。本発明者らは、実験により、実用的
な光源出力範囲で、２光子吸収光造形法による樹脂の硬
化のためには、約０．０１ｓ／μｍ3以上程度の照射時
間が必要であることを見いだした。従って、体積Ｖ（μ
ｍ3）の構造物を作成するためには、少なくとも、Ｖ×
０．０１（ｓ）の時間が必要である。
は、一定以上の光エネルギを吸収させることが必要であ
る。特に、２光子吸収現象は、通常の光吸収にくらべ
て、吸収確率が小さい。従って、光源の出力を高めるこ
とによって、時間短縮することが可能であるが、一定の
出力以上では、アブレーションの発生などにより、樹脂
を破壊してしまう。本発明者らは、実験により、実用的
な光源出力範囲で、２光子吸収光造形法による樹脂の硬
化のためには、約０．０１ｓ／μｍ3以上程度の照射時
間が必要であることを見いだした。従って、体積Ｖ（μ
ｍ3）の構造物を作成するためには、少なくとも、Ｖ×
０．０１（ｓ）の時間が必要である。
【００２９】この２光子吸収光造形法では、大きなサイ
ズの構造物を大量に作成するには、スループットが低
く、実用的に問題となり、作成時間の短縮化が叫ばれて
いる。
ズの構造物を大量に作成するには、スループットが低
く、実用的に問題となり、作成時間の短縮化が叫ばれて
いる。
【００３０】一方、紫外線照射光造形法では、２光子吸
収と同一のパワーの光を照射した場合に、単位体積あた
り、１ｅ-8ｓ／μｍ3の速度で樹脂を硬化させることが
可能であり、２光子吸収光造形に比較して、桁違いに高
速である。ところが、紫外線照射光造形法では集光点以
外での光を照射している部分の至るところで光を吸収し
硬化反応が起こるため、２光子吸収光造形に比べて、加
工精度が劣る（１０〜数１０μｍ）。
収と同一のパワーの光を照射した場合に、単位体積あた
り、１ｅ-8ｓ／μｍ3の速度で樹脂を硬化させることが
可能であり、２光子吸収光造形に比較して、桁違いに高
速である。ところが、紫外線照射光造形法では集光点以
外での光を照射している部分の至るところで光を吸収し
硬化反応が起こるため、２光子吸収光造形に比べて、加
工精度が劣る（１０〜数１０μｍ）。
【００３１】そこで、本実施の形態では、紫外線照射光
造形法による粗い光造形を実施した後に、２光子吸収光
造形法による光造形を連続して行うことによって、高速
かつ高精度の光造形を実現する。
造形法による粗い光造形を実施した後に、２光子吸収光
造形法による光造形を連続して行うことによって、高速
かつ高精度の光造形を実現する。
【００３２】図１には、本発明が適用可能な第１実施の
形態にかかる光造形装置１０の概略構成を示した。本実
施の形態の光造形装置１０は、第１レーザ光源１２及び
第２レーザ光源１４から構成された光源部１６を備えて
いる。なお、これら第１レーザ光源１２及び第２レーザ
光源１４から構成された光源部１６は、予め定めたパタ
ーンに従って光造形するための過程を制御する制御装置
５０に接続されている（図２）。
形態にかかる光造形装置１０の概略構成を示した。本実
施の形態の光造形装置１０は、第１レーザ光源１２及び
第２レーザ光源１４から構成された光源部１６を備えて
いる。なお、これら第１レーザ光源１２及び第２レーザ
光源１４から構成された光源部１６は、予め定めたパタ
ーンに従って光造形するための過程を制御する制御装置
５０に接続されている（図２）。
【００３３】第１レーザ光源１２は、従来の紫外線照射
光造形法による光造形を実施するための光源であり、本
実施の形態では、発振波長３２５ｎｍで出力１０ｍＷの
Ｈｅ−Ｃｄレーザを用いている。なお、本実施の形態で
は紫外線照射光造形法による第１レーザ光源１２に、レ
ーザ光源を用いた場合を説明するが、本発明はこれに限
定されるものではなく、紫外線波長域の光を射出する光
源であればよい。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ−３倍高調波の
レーザや、水銀ランプなどの放電灯を用いても良い。
光造形法による光造形を実施するための光源であり、本
実施の形態では、発振波長３２５ｎｍで出力１０ｍＷの
Ｈｅ−Ｃｄレーザを用いている。なお、本実施の形態で
は紫外線照射光造形法による第１レーザ光源１２に、レ
ーザ光源を用いた場合を説明するが、本発明はこれに限
定されるものではなく、紫外線波長域の光を射出する光
源であればよい。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ−３倍高調波の
レーザや、水銀ランプなどの放電灯を用いても良い。
【００３４】第２レーザ光源１４は、２光子吸収光造形
法による光造形を実施するための光源であり、本実施の
形態では、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅパルスレーザを用い
ている。このＴｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅパルスレーザは、
発振波長７００ｎｍ、パルス幅１００ｆｓ（フェムト
秒）、繰返周波数１００ＭＨｚで発振するパルスレーザ
であり、平均出力１０ｍＷを得ることができる。なお、
本実施の形態では、２光子吸収光造形法による第２レー
ザ光源１４として、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅパルスレー
ザを用いた場合を説明するが、本発明はこれに限定され
るものではない。第２レーザ光源１４は、２光子吸収光
造形法による光造形が生じる光源であればよいが、Ｔ
ｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅパルスレーザを用いれば、短パル
スで出力ピークを高くでき、効率的に２光子吸収現象を
生じさせることができる。
法による光造形を実施するための光源であり、本実施の
形態では、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅパルスレーザを用い
ている。このＴｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅパルスレーザは、
発振波長７００ｎｍ、パルス幅１００ｆｓ（フェムト
秒）、繰返周波数１００ＭＨｚで発振するパルスレーザ
であり、平均出力１０ｍＷを得ることができる。なお、
本実施の形態では、２光子吸収光造形法による第２レー
ザ光源１４として、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅパルスレー
ザを用いた場合を説明するが、本発明はこれに限定され
るものではない。第２レーザ光源１４は、２光子吸収光
造形法による光造形が生じる光源であればよいが、Ｔ
ｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅパルスレーザを用いれば、短パル
スで出力ピークを高くでき、効率的に２光子吸収現象を
生じさせることができる。
【００３５】第１レーザ光源１２の射出側にはダイクロ
イックミラー１８が設けられており、第２レーザ光源１
４の射出側には反射ミラー２２が設けられている。ダイ
クロイックミラー１８は、第１レーザ光源１２が射出し
たレーザビームを反射すると共に第２レーザ光源１４が
射出したレーザビームを透過するものであり、具体的に
は、波長が７００ｎｍ近傍の光を透過しかつ波長が３２
５ｎｍ希望の光を反射するものである。反射ミラー２２
は、少なくとも第２レーザ光源１４から射出されたレー
ザビームを反射できれば良く、具体的には、波長が７０
０ｎｍ近傍の光を反射するものである。
イックミラー１８が設けられており、第２レーザ光源１
４の射出側には反射ミラー２２が設けられている。ダイ
クロイックミラー１８は、第１レーザ光源１２が射出し
たレーザビームを反射すると共に第２レーザ光源１４が
射出したレーザビームを透過するものであり、具体的に
は、波長が７００ｎｍ近傍の光を透過しかつ波長が３２
５ｎｍ希望の光を反射するものである。反射ミラー２２
は、少なくとも第２レーザ光源１４から射出されたレー
ザビームを反射できれば良く、具体的には、波長が７０
０ｎｍ近傍の光を反射するものである。
【００３６】ダイクロイックミラー１８には、反射光を
光軸と交差する２軸方向に偏向するための第１駆動部２
０に取り付けられている。これは、スポット光を２次元
的に走査するためである。同様に、反射ミラー２２に
は、反射光を光軸と交差する２軸方向に偏向するための
第２駆動部２４に取り付けられている。
光軸と交差する２軸方向に偏向するための第１駆動部２
０に取り付けられている。これは、スポット光を２次元
的に走査するためである。同様に、反射ミラー２２に
は、反射光を光軸と交差する２軸方向に偏向するための
第２駆動部２４に取り付けられている。
【００３７】ダイクロイックミラー１８及び反射ミラー
２２の反射側には、光変調機構２６及び集光レンズ２８
が順に設けられている。
２２の反射側には、光変調機構２６及び集光レンズ２８
が順に設けられている。
【００３８】光変調機構２６は、通過するレーザビーム
を遮光または透光に切換るものであり、本実施の形態で
は、音響光学変調素子（ＡＯＭ）を用いて説明するが、
本発明はこれに限定されるものではなく、通過するレー
ザビームを遮光または透光に切換可能な機構を有するも
のであればよい。例えば、機械的に遮光または開放する
メカニカルシャッタ、電気光学効果により遮光または透
光に切換る電気光学変調素子（ＥＯＭ）、液晶により遮
光または透光に切換るＬＣＤシャッタなどを用いること
ができる。
を遮光または透光に切換るものであり、本実施の形態で
は、音響光学変調素子（ＡＯＭ）を用いて説明するが、
本発明はこれに限定されるものではなく、通過するレー
ザビームを遮光または透光に切換可能な機構を有するも
のであればよい。例えば、機械的に遮光または開放する
メカニカルシャッタ、電気光学効果により遮光または透
光に切換る電気光学変調素子（ＥＯＭ）、液晶により遮
光または透光に切換るＬＣＤシャッタなどを用いること
ができる。
【００３９】集光レンズ２８は、入射されたレーザビー
ムをスポット状に集光するためのものであり、集光レン
ズ２８を光軸に沿う方向に移動調整するための移動機構
３０に取り付けられている。本実施の形態では、集光レ
ンズ２８は、Ｎ．Ａ．が０．８のレンズ系を用いてい
る。なお、上記ダイクロイックミラー１８及び反射ミラ
ー２２の反射角度の偏向及び集光レンズ２８の移動調整
による集光位置の調整は、集光点移動機構として機能す
る。
ムをスポット状に集光するためのものであり、集光レン
ズ２８を光軸に沿う方向に移動調整するための移動機構
３０に取り付けられている。本実施の形態では、集光レ
ンズ２８は、Ｎ．Ａ．が０．８のレンズ系を用いてい
る。なお、上記ダイクロイックミラー１８及び反射ミラ
ー２２の反射角度の偏向及び集光レンズ２８の移動調整
による集光位置の調整は、集光点移動機構として機能す
る。
【００４０】なお、上記では、第１レーザ光源１２及び
第２レーザ光源１４からのレーザビームを単一の集光レ
ンズ２８で集光する場合を説明するが、本発明はこれに
限定されるものではなく、各々のレーザビームを独立し
た光学系として構成してもよい。
第２レーザ光源１４からのレーザビームを単一の集光レ
ンズ２８で集光する場合を説明するが、本発明はこれに
限定されるものではなく、各々のレーザビームを独立し
た光学系として構成してもよい。
【００４１】集光レンズ２８の集光側には、デスク（ベ
ース板４６）上に載置された容器４０が位置している。
ベース板４６の所定位置に容器４０が載置される。ベー
ス板４６には、上下動機構４８が設けられている。上下
動機構４８は、支柱３８，アーム３６，ポール３４，支
持板３２，上下駆動部４４から構成されている。
ース板４６）上に載置された容器４０が位置している。
ベース板４６の所定位置に容器４０が載置される。ベー
ス板４６には、上下動機構４８が設けられている。上下
動機構４８は、支柱３８，アーム３６，ポール３４，支
持板３２，上下駆動部４４から構成されている。
【００４２】すなわち、ベース板４６上に、容器４０の
上方に位置するアーム３６が取り付けられた支柱３８が
固定され、アーム３６の先端部には、造形物を保持する
ための支持板３２が取り付けられたポール３４が上下動
可能に軸支される。ポール３４の上下動は、上下駆動部
４４によりなされる。この支持板３２は、容器４０内に
収容される光硬化性樹脂４２に埋没可能であり、容器４
０の上下動によって、支持板３２と光硬化性樹脂４２の
液面との間隔を調整できる。すなわち、上下動機構４８
の稼働によって支持板３２が上下動され、これに伴って
容器４０が上下動される。なお、支持板３２は、ほぼ透
明な平坦な板であればよく、例えば硝子やアクリルなど
の平板を用いることができる。
上方に位置するアーム３６が取り付けられた支柱３８が
固定され、アーム３６の先端部には、造形物を保持する
ための支持板３２が取り付けられたポール３４が上下動
可能に軸支される。ポール３４の上下動は、上下駆動部
４４によりなされる。この支持板３２は、容器４０内に
収容される光硬化性樹脂４２に埋没可能であり、容器４
０の上下動によって、支持板３２と光硬化性樹脂４２の
液面との間隔を調整できる。すなわち、上下動機構４８
の稼働によって支持板３２が上下動され、これに伴って
容器４０が上下動される。なお、支持板３２は、ほぼ透
明な平坦な板であればよく、例えば硝子やアクリルなど
の平板を用いることができる。
【００４３】図２に示すように、制御装置５０は、第１
レーザ光源１２及び第２レーザ光源１４に接続してお
り、第１レーザ光源１２及び第２レーザ光源１４の各々
のレーザビームの射出を制御する。また、ダイクロイッ
クミラー１８の反射角度を偏向するための第１駆動部２
０及び反射ミラー２２の反射角度を偏向するための第２
駆動部２４も制御装置５０に接続されている。さらに、
光変調機構２６、移動機構３０及び上下駆動部４４も、
制御装置５０に接続されている。なお、制御装置５０
は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを備え
た構成とされ、後述する処理ルーチンによって各部の駆
動を制御して造形処理するためのものである。
レーザ光源１２及び第２レーザ光源１４に接続してお
り、第１レーザ光源１２及び第２レーザ光源１４の各々
のレーザビームの射出を制御する。また、ダイクロイッ
クミラー１８の反射角度を偏向するための第１駆動部２
０及び反射ミラー２２の反射角度を偏向するための第２
駆動部２４も制御装置５０に接続されている。さらに、
光変調機構２６、移動機構３０及び上下駆動部４４も、
制御装置５０に接続されている。なお、制御装置５０
は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを備え
た構成とされ、後述する処理ルーチンによって各部の駆
動を制御して造形処理するためのものである。
【００４４】なお、制御装置５０には、記録媒体として
のフロッピーディスク（ＦＤ）が挿抜可能なフロッピー
ディスクユニット（ＦＤＵ）を備えることができる。な
お、後述する処理ルーチン等は、ＦＤＵを用いてフロッ
ピーディスクＦＤに対して読み書き可能である。従っ
て、後述する処理ルーチンは、予めＦＤに記録してお
き、ＦＤＵを介してＦＤに記録された処理プログラムを
実行してもよい。また、制御装置５０にハードディスク
装置等の大容量記憶装置（図示省略）を接続し、ＦＤに
記録された処理プログラムを大容量記憶装置（図示省
略）へ格納（インストール）して実行するようにしても
よい。また、記録媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ
等の光ディスクや、ＭＤ，ＭＯ等の光磁気ディスクなど
のディスク、ＤＡＴ等の磁気テープがあり、これらを用
いるときには、上記ＦＤＵに代えてまたはさらにＣＤ−
ＲＯＭ装置、ＤＶＤ装置、ＭＤ装置、ＭＯ装置、テープ
デッキ等を用いればよい。
のフロッピーディスク（ＦＤ）が挿抜可能なフロッピー
ディスクユニット（ＦＤＵ）を備えることができる。な
お、後述する処理ルーチン等は、ＦＤＵを用いてフロッ
ピーディスクＦＤに対して読み書き可能である。従っ
て、後述する処理ルーチンは、予めＦＤに記録してお
き、ＦＤＵを介してＦＤに記録された処理プログラムを
実行してもよい。また、制御装置５０にハードディスク
装置等の大容量記憶装置（図示省略）を接続し、ＦＤに
記録された処理プログラムを大容量記憶装置（図示省
略）へ格納（インストール）して実行するようにしても
よい。また、記録媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ
等の光ディスクや、ＭＤ，ＭＯ等の光磁気ディスクなど
のディスク、ＤＡＴ等の磁気テープがあり、これらを用
いるときには、上記ＦＤＵに代えてまたはさらにＣＤ−
ＲＯＭ装置、ＤＶＤ装置、ＭＤ装置、ＭＯ装置、テープ
デッキ等を用いればよい。
【００４５】次に、本実施の形態にかかる光造形法によ
る構造物の造形のプロセスを説明する。本実施の形態で
は、構造物を、紫外線照射光造形法によって粗く造形
し、この後に２光子吸収光造形法によって微細に造形す
る。
る構造物の造形のプロセスを説明する。本実施の形態で
は、構造物を、紫外線照射光造形法によって粗く造形
し、この後に２光子吸収光造形法によって微細に造形す
る。
【００４６】図３に示す処理ルーチンが、制御装置５０
で実行される。先ず、ステップ１００では、造形する構
造物の構造データを読み取る。この構造データは、構造
物をを数値解析上の造形モデルに落とし込むために利用
されるＣＡＤデータやスキャンデータがあり、ステップ
１００では、この構造データから造形モデルを作成す
る。この造形モデルは、造形モデルを数値的・解析的手
法に基づいて作成されたコンピュータプログラムヘのイ
ンプットデータ形式に数値化したものをいう。
で実行される。先ず、ステップ１００では、造形する構
造物の構造データを読み取る。この構造データは、構造
物をを数値解析上の造形モデルに落とし込むために利用
されるＣＡＤデータやスキャンデータがあり、ステップ
１００では、この構造データから造形モデルを作成す
る。この造形モデルは、造形モデルを数値的・解析的手
法に基づいて作成されたコンピュータプログラムヘのイ
ンプットデータ形式に数値化したものをいう。
【００４７】次のステップ１０２では、造形モデルを格
子状に分解する。ここでは、予め定めた大きさの空間
（本実施の形態では、容器４０）を、１０μｍを一辺と
する立方体の分解ブロックとなるように分割する。この
予め定めた大きさの空間は、造形されるべき構造物の造
形モデルを完全に含有する体積である。そして、この空
間内に造形モデルを設置したときに、造形モデルを格子
状に分解したことに相当され、上記の分解ブロックの位
置と、造形モデルとの位置の対応関係を求めることがで
きる。次のステップ１０４では、造形モデル内に完全に
含まれる分解ブロックを抽出する。
子状に分解する。ここでは、予め定めた大きさの空間
（本実施の形態では、容器４０）を、１０μｍを一辺と
する立方体の分解ブロックとなるように分割する。この
予め定めた大きさの空間は、造形されるべき構造物の造
形モデルを完全に含有する体積である。そして、この空
間内に造形モデルを設置したときに、造形モデルを格子
状に分解したことに相当され、上記の分解ブロックの位
置と、造形モデルとの位置の対応関係を求めることがで
きる。次のステップ１０４では、造形モデル内に完全に
含まれる分解ブロックを抽出する。
【００４８】次のステップ１０６では、支持板３２の上
面と光硬化性樹脂４２の液面との間隔が１０μｍになる
ように、上下駆動部４４を駆動させる制御信号を出力す
る。これは、本実施の形態における紫外線照射光造形法
による造形量が１０μｍを一辺とする立方体（１０００
μｍ3）であることに起因する。このため、紫外線照射
光造形法による造形量に応じて、ステップ１０２の値を
変更することが可能である。次のステップ１０８では、
紫外線照射光造形法による光造形をするために、第１レ
ーザ光源１２からレーザビームが射出されるように第１
レーザ光源１２を駆動させる制御信号を出力する。な
お、この時点では、制御装置５０は、レーザビームを遮
光するように光変調機構２６へ制御信号を出力する。
面と光硬化性樹脂４２の液面との間隔が１０μｍになる
ように、上下駆動部４４を駆動させる制御信号を出力す
る。これは、本実施の形態における紫外線照射光造形法
による造形量が１０μｍを一辺とする立方体（１０００
μｍ3）であることに起因する。このため、紫外線照射
光造形法による造形量に応じて、ステップ１０２の値を
変更することが可能である。次のステップ１０８では、
紫外線照射光造形法による光造形をするために、第１レ
ーザ光源１２からレーザビームが射出されるように第１
レーザ光源１２を駆動させる制御信号を出力する。な
お、この時点では、制御装置５０は、レーザビームを遮
光するように光変調機構２６へ制御信号を出力する。
【００４９】次のステップ１１０では、上記ステップ１
０４で抽出した分解ブロックのうち、最下層の分解ブロ
ックの光造形を実施する。ここでは、第１駆動部２０及
び移動機構３０へ制御信号を出力することで、２次元面
内の光硬化性樹脂４２へレーザビームを照射し、硬化さ
せる。また、分解ブロックの位置（パターン）に応じ
て、制御装置５０は、レーザビームを透光するように光
変調機構２６へ制御信号を出力する。
０４で抽出した分解ブロックのうち、最下層の分解ブロ
ックの光造形を実施する。ここでは、第１駆動部２０及
び移動機構３０へ制御信号を出力することで、２次元面
内の光硬化性樹脂４２へレーザビームを照射し、硬化さ
せる。また、分解ブロックの位置（パターン）に応じ
て、制御装置５０は、レーザビームを透光するように光
変調機構２６へ制御信号を出力する。
【００５０】次のステップ１１２では、造形モデルの全
ての層について造形が終了したか否かを判断し、否定さ
れると、ステップ１１４へ進む。ステップ１１４では、
造形を完了した層を最下層とするべく、造形上面と液面
との間隔が１０μｍになるように、上下駆動部４４を駆
動させる制御信号を出力した後にステップ１１０へ戻
り、上記処理を繰り返す。
ての層について造形が終了したか否かを判断し、否定さ
れると、ステップ１１４へ進む。ステップ１１４では、
造形を完了した層を最下層とするべく、造形上面と液面
との間隔が１０μｍになるように、上下駆動部４４を駆
動させる制御信号を出力した後にステップ１１０へ戻
り、上記処理を繰り返す。
【００５１】一方、紫外線照射光造形法による造形が完
了すると、ステップ１１２で肯定され、ステップ１１６
へ進み、造形モデルを微細な格子状に分解する。ここで
は、予め定めた大きさの空間（本実施の形態では、容器
４０）を、１μｍを一辺とする立方体の微細ブロックと
なるように分割する。上記と同様に、この空間内に造形
モデルを設置したときに、造形モデルを微細な格子状に
分解したことに相当され、上記の分解ブロックの位置
と、造形モデルとの位置の対応関係を求めることができ
る。次のステップ１１８では、造形モデル内に完全に含
まれかつ上記分解ブロックに含まれない微細ブロックを
抽出する。
了すると、ステップ１１２で肯定され、ステップ１１６
へ進み、造形モデルを微細な格子状に分解する。ここで
は、予め定めた大きさの空間（本実施の形態では、容器
４０）を、１μｍを一辺とする立方体の微細ブロックと
なるように分割する。上記と同様に、この空間内に造形
モデルを設置したときに、造形モデルを微細な格子状に
分解したことに相当され、上記の分解ブロックの位置
と、造形モデルとの位置の対応関係を求めることができ
る。次のステップ１１８では、造形モデル内に完全に含
まれかつ上記分解ブロックに含まれない微細ブロックを
抽出する。
【００５２】なお、微細ブロックの抽出は、造形モデル
内に完全に含まれることに限定さない。例えば、微細ブ
ロックの一部が造形モデルの外部に存在する場合、微細
ブロックの体積に対する突出量の比率が、予め定めた比
率以下のものを抽出するようにしてもよい。
内に完全に含まれることに限定さない。例えば、微細ブ
ロックの一部が造形モデルの外部に存在する場合、微細
ブロックの体積に対する突出量の比率が、予め定めた比
率以下のものを抽出するようにしてもよい。
【００５３】次のステップ１２０では、支持板３２の上
面と光硬化性樹脂４２の液面との間隔が１μｍになるよ
うに、上下駆動部４４を駆動させる制御信号を出力す
る。これは、本実施の形態における２光子吸収光造形法
による造形量すなわち精度が約１μｍ3であることに起
因する。このため、２光子吸収光造形法による造形量に
応じて、ステップ１２０の値を変更することが可能であ
る。次のステップ１２２では、２光子吸収光造形法によ
る光造形をするために、第２レーザ光源１４からレーザ
ビームが射出されるように第２レーザ光源１４を駆動さ
せる制御信号を出力する。すなわち、第１レーザ光源１
２から第２レーザ光源１４へレーザービームの射出を切
り換える。なお、この時点では、制御装置５０は、レー
ザビームを遮光するように光変調機構２６へ制御信号を
出力する。
面と光硬化性樹脂４２の液面との間隔が１μｍになるよ
うに、上下駆動部４４を駆動させる制御信号を出力す
る。これは、本実施の形態における２光子吸収光造形法
による造形量すなわち精度が約１μｍ3であることに起
因する。このため、２光子吸収光造形法による造形量に
応じて、ステップ１２０の値を変更することが可能であ
る。次のステップ１２２では、２光子吸収光造形法によ
る光造形をするために、第２レーザ光源１４からレーザ
ビームが射出されるように第２レーザ光源１４を駆動さ
せる制御信号を出力する。すなわち、第１レーザ光源１
２から第２レーザ光源１４へレーザービームの射出を切
り換える。なお、この時点では、制御装置５０は、レー
ザビームを遮光するように光変調機構２６へ制御信号を
出力する。
【００５４】次のステップ１２４では、上記ステップ１
１８で抽出した微細ブロックのうち、最下層の微細ブロ
ックの光造形を実施する。ここでは、第２駆動部２４及
び移動機構３０へ制御信号を出力することで、２次元面
内の光硬化性樹脂４２へレーザビームを照射し、硬化さ
せる。また、分解ブロックの位置（パターン）に応じ
て、制御装置５０は、レーザビームを透光するように光
変調機構２６へ制御信号を出力する。
１８で抽出した微細ブロックのうち、最下層の微細ブロ
ックの光造形を実施する。ここでは、第２駆動部２４及
び移動機構３０へ制御信号を出力することで、２次元面
内の光硬化性樹脂４２へレーザビームを照射し、硬化さ
せる。また、分解ブロックの位置（パターン）に応じ
て、制御装置５０は、レーザビームを透光するように光
変調機構２６へ制御信号を出力する。
【００５５】次のステップ１２６では、造形モデルの全
ての層について造形が終了したか否かを判断し、否定さ
れると、ステップ１２８へ進む。ステップ１２８では、
造形を完了した層を最下層とするべく、造形上面と液面
との間隔が１μｍになるように、上下駆動部４４を駆動
させる制御信号を出力した後にステップ１２４へ戻り、
上記処理を繰り返す。
ての層について造形が終了したか否かを判断し、否定さ
れると、ステップ１２８へ進む。ステップ１２８では、
造形を完了した層を最下層とするべく、造形上面と液面
との間隔が１μｍになるように、上下駆動部４４を駆動
させる制御信号を出力した後にステップ１２４へ戻り、
上記処理を繰り返す。
【００５６】一方、２光子吸収光造形法による造形が完
了すると、ステップ１２６で肯定され、ステップ１３０
へ進み、洗浄処理する。すなわち、硬化した光硬化性樹
脂４２を取り出し、未硬化部に可溶でかつ硬化部に不溶
な溶剤、例えばメタノールを吹きかけたり埋没させたり
して、未硬化の光硬化性樹脂４２を洗い流す。
了すると、ステップ１２６で肯定され、ステップ１３０
へ進み、洗浄処理する。すなわち、硬化した光硬化性樹
脂４２を取り出し、未硬化部に可溶でかつ硬化部に不溶
な溶剤、例えばメタノールを吹きかけたり埋没させたり
して、未硬化の光硬化性樹脂４２を洗い流す。
【００５７】このように本実施の形態では、紫外線照射
光造形法による粗い光造形を実施した後に、２光子吸収
光造形法による微細な光造形を連続して行うので、紫外
線照射光造形法による高速処理を実現しつつ２光子吸収
光造形法による微細構造造形を可能とする光造形を実現
することができる。
光造形法による粗い光造形を実施した後に、２光子吸収
光造形法による微細な光造形を連続して行うので、紫外
線照射光造形法による高速処理を実現しつつ２光子吸収
光造形法による微細構造造形を可能とする光造形を実現
することができる。
【００５８】なお、本実施の形態では、光硬化性樹脂４
２の液面から光硬化性樹脂４２を硬化させる場合を説明
したが、本発明はこれに限定されるものではない。例え
ば、透明な容器を用いて、その容器を隔てて支持板の底
面に最上層から積層するように構成することもできる。
２の液面から光硬化性樹脂４２を硬化させる場合を説明
したが、本発明はこれに限定されるものではない。例え
ば、透明な容器を用いて、その容器を隔てて支持板の底
面に最上層から積層するように構成することもできる。
【００５９】本実施の形態の光造形によって、造形した
構造物の作成例を説明する。
構造物の作成例を説明する。
【００６０】図４には、作成した構造物の概要を示し
た。図４（Ａ）は構造物の外観を示す矢視図であり、図
４（Ｂ）は一部拡大図である。この構造物は、一辺が５
ｍｍの四角形状で、厚さが１００μｍの基板上に、５μ
ｍピッチで幅１μｍ、高さ１μｍの隆起をストライプ状
に形成したものである。この構造は、回折格子として知
られる分光などの目的に用いられるものである。
た。図４（Ａ）は構造物の外観を示す矢視図であり、図
４（Ｂ）は一部拡大図である。この構造物は、一辺が５
ｍｍの四角形状で、厚さが１００μｍの基板上に、５μ
ｍピッチで幅１μｍ、高さ１μｍの隆起をストライプ状
に形成したものである。この構造は、回折格子として知
られる分光などの目的に用いられるものである。
【００６１】図４に示す構造は、その精度の高さから、
紫外線照射光造形法による粗い光造形の実施では、得る
ことができなかった。一方、２光子吸収光造形法による
微細な光造形の実施では、加工精度は充分であるが、実
用的な造形時間で構造物を得ることができなかった。
紫外線照射光造形法による粗い光造形の実施では、得る
ことができなかった。一方、２光子吸収光造形法による
微細な光造形の実施では、加工精度は充分であるが、実
用的な造形時間で構造物を得ることができなかった。
【００６２】すなわち、図４の構造物の体積は、基板部
が２．５ｅ9（μｍ3）＝５０００×５０００×１００で
あり、ストライプ部が５ｅ6（μｍ3）＝１×１×５００
０である。従って、２光子吸収光造形法によって造形す
ると、基板部の造形時間が支配的となり、２．５ｅ
9（μｍ3）×０．０１（ｓ／μｍ3）＝２．５ｅ7（ｓ：
秒）＝２８９（ｄａｙ：日）を必要とする。
が２．５ｅ9（μｍ3）＝５０００×５０００×１００で
あり、ストライプ部が５ｅ6（μｍ3）＝１×１×５００
０である。従って、２光子吸収光造形法によって造形す
ると、基板部の造形時間が支配的となり、２．５ｅ
9（μｍ3）×０．０１（ｓ／μｍ3）＝２．５ｅ7（ｓ：
秒）＝２８９（ｄａｙ：日）を必要とする。
【００６３】一方、本実施の形態を適用すると、基板部
の造形に紫外線照射光造形法を用い、ストライプ部の造
形に２光子吸収光造形法を用いる。その造形時間は、基
板部分が２．５ｅ9（μｍ3）×１ｅ-8（ｓ／μｍ3）＝
２５（ｓ：秒）で、ストライプ部が５ｅ6（μｍ3）×
０．０１（ｓ／μｍ3）＝１４（ｈ：時間）となり、ほ
ぼ１４時間という短時間で必要とする精度の構造物を造
形することができる。
の造形に紫外線照射光造形法を用い、ストライプ部の造
形に２光子吸収光造形法を用いる。その造形時間は、基
板部分が２．５ｅ9（μｍ3）×１ｅ-8（ｓ／μｍ3）＝
２５（ｓ：秒）で、ストライプ部が５ｅ6（μｍ3）×
０．０１（ｓ／μｍ3）＝１４（ｈ：時間）となり、ほ
ぼ１４時間という短時間で必要とする精度の構造物を造
形することができる。
【００６４】次に、第２実施の形態を説明する。なお、
本実施の形態は、上記実施の形態とほぼ同様の構成であ
るため、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省
略する。
本実施の形態は、上記実施の形態とほぼ同様の構成であ
るため、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省
略する。
【００６５】上記実施の形態では、紫外線照射光造形法
による光造形のための光源と、２光子吸収光造形法によ
る光造形のための光源を、各々別途備えて、レーザビー
ムを射出するように構成したが、２種類の光源を備える
ことはコスト高になり、光造形装置１０全体としては好
ましくない。そこで、本実施の形態では、単一光源を利
用して紫外線照射光造形法による高速処理を実現しつつ
２光子吸収光造形法による微細構造造形を可能とする光
造形を実現するものである。
による光造形のための光源と、２光子吸収光造形法によ
る光造形のための光源を、各々別途備えて、レーザビー
ムを射出するように構成したが、２種類の光源を備える
ことはコスト高になり、光造形装置１０全体としては好
ましくない。そこで、本実施の形態では、単一光源を利
用して紫外線照射光造形法による高速処理を実現しつつ
２光子吸収光造形法による微細構造造形を可能とする光
造形を実現するものである。
【００６６】図５及び図６には、本発明が適用可能な第
２実施の形態にかかる光造形装置１０の概略構成を示し
た。本実施の形態の光造形装置１１は、光源部１６とし
て第２レーザ光源１４のみから構成する。すなわち、第
２レーザ光源１４は、２光子吸収光造形法による光造形
を実施するための光源であり、発振波長７００ｎｍのパ
ルスレーザを用いる。従って、第１レーザ光源１２、ダ
イクロイックミラー１８及び第１駆動部２０という第１
レーザ光源１２に属する構成は全て不要である。
２実施の形態にかかる光造形装置１０の概略構成を示し
た。本実施の形態の光造形装置１１は、光源部１６とし
て第２レーザ光源１４のみから構成する。すなわち、第
２レーザ光源１４は、２光子吸収光造形法による光造形
を実施するための光源であり、発振波長７００ｎｍのパ
ルスレーザを用いる。従って、第１レーザ光源１２、ダ
イクロイックミラー１８及び第１駆動部２０という第１
レーザ光源１２に属する構成は全て不要である。
【００６７】第２レーザ光源１４の射出側には、波長変
換部５８が設けられている。波長変換部５８は、第２レ
ーザ光源１４から射出された７００ｎｍのレーザビーム
の一部を、３５０ｎｍのレーザビームへ変換する光学素
子である。この波長変換部５８によって、そのまま通過
するＳＨＧ変換されないレーザビームとＳＨＧ変換され
たレーザビームとがほぼ同軸上を伝播されることにな
る。例えば、波長変換部５８には、第２高調波（ＳＨ
Ｇ）を発生する非線形光学結晶があり、素子の一例とし
てはＢＢＯがある。このＢＢＯにより７００ｎｍのレー
ザビームから３５０ｎｍのレーザビームを発生できる。
本実施の形態の第２レーザ光源１４は短パルスで出力パ
ワーのピーク値が高いので、非線形効果が効率よく発揮
され、高い変換効率でＳＨＧを発生させることが可能と
なる。ＢＢＯを用いた場合、平均励起パワー４０ｍＷ
で、５ｍＷ以上のＳＨＧ変換光を得ることができた。
換部５８が設けられている。波長変換部５８は、第２レ
ーザ光源１４から射出された７００ｎｍのレーザビーム
の一部を、３５０ｎｍのレーザビームへ変換する光学素
子である。この波長変換部５８によって、そのまま通過
するＳＨＧ変換されないレーザビームとＳＨＧ変換され
たレーザビームとがほぼ同軸上を伝播されることにな
る。例えば、波長変換部５８には、第２高調波（ＳＨ
Ｇ）を発生する非線形光学結晶があり、素子の一例とし
てはＢＢＯがある。このＢＢＯにより７００ｎｍのレー
ザビームから３５０ｎｍのレーザビームを発生できる。
本実施の形態の第２レーザ光源１４は短パルスで出力パ
ワーのピーク値が高いので、非線形効果が効率よく発揮
され、高い変換効率でＳＨＧを発生させることが可能と
なる。ＢＢＯを用いた場合、平均励起パワー４０ｍＷ
で、５ｍＷ以上のＳＨＧ変換光を得ることができた。
【００６８】第２レーザ光源１４の射出側に設けられた
反射ミラー２２の反射側で、図２のダイクロイックミラ
ー１８に相当する位置には、フィルタ機構６０が設けら
れている。フィルタ機構６０は、第１光学フィルタ６２
と、第２光学フィルタ６４を備えており、第１光学フィ
ルタ６２及び第２光学フィルタ６４は挿抜部６６に取付
られている。挿抜部６６は、制御装置５０に接続されて
おり、制御装置５０からの制御信号によって、第１光学
フィルタ６２及び第２光学フィルタ６４の何れかの光学
フィルタが光路に挿入されるように、駆動される。
反射ミラー２２の反射側で、図２のダイクロイックミラ
ー１８に相当する位置には、フィルタ機構６０が設けら
れている。フィルタ機構６０は、第１光学フィルタ６２
と、第２光学フィルタ６４を備えており、第１光学フィ
ルタ６２及び第２光学フィルタ６４は挿抜部６６に取付
られている。挿抜部６６は、制御装置５０に接続されて
おり、制御装置５０からの制御信号によって、第１光学
フィルタ６２及び第２光学フィルタ６４の何れかの光学
フィルタが光路に挿入されるように、駆動される。
【００６９】第１光学フィルタ６２は、紫外線照射光造
形法による光造形を実現するために紫外線を透過するフ
ィルタであり、具体的には、ＳＨＧ変換光を透過する光
学フィルタである。第２光学フィルタ６４は、２光子吸
収光造形法による光造形を実現するために紫外線を遮光
するフィルタであり、具体的には、ＳＨＧ変換光を遮光
する光学フィルタである。
形法による光造形を実現するために紫外線を透過するフ
ィルタであり、具体的には、ＳＨＧ変換光を透過する光
学フィルタである。第２光学フィルタ６４は、２光子吸
収光造形法による光造形を実現するために紫外線を遮光
するフィルタであり、具体的には、ＳＨＧ変換光を遮光
する光学フィルタである。
【００７０】以上の構成で、構造物を造形するプロセス
は、図３と同様の流れになる。この場合、制御装置５０
では、図３のステップ１０８の第１レーザ光源１２の設
定を、第１光学フィルタ６２の挿入に代え、またステッ
プ１２２の第２レーザ光源１４の設定を、第２光学フィ
ルタ６４の挿入に代えて制御する。
は、図３と同様の流れになる。この場合、制御装置５０
では、図３のステップ１０８の第１レーザ光源１２の設
定を、第１光学フィルタ６２の挿入に代え、またステッ
プ１２２の第２レーザ光源１４の設定を、第２光学フィ
ルタ６４の挿入に代えて制御する。
【００７１】このように本実施の形態では、紫外線照射
光造形法による粗い光造形及び２光子吸収光造形法によ
る光造形を、単一の光源によって実現できるので、上記
実施の形態の効果に加え、次のさらなる効果を有するこ
とになる。第１は、光源の単一化によって、低コストで
装置を形成することができる。第２は、ＳＨＧによる波
長変換により２つの波長を程同軸上に発生させることが
できるので、光源毎の光学調整などの煩雑な作業を削減
できる。
光造形法による粗い光造形及び２光子吸収光造形法によ
る光造形を、単一の光源によって実現できるので、上記
実施の形態の効果に加え、次のさらなる効果を有するこ
とになる。第１は、光源の単一化によって、低コストで
装置を形成することができる。第２は、ＳＨＧによる波
長変換により２つの波長を程同軸上に発生させることが
できるので、光源毎の光学調整などの煩雑な作業を削減
できる。
【００７２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、第
１の光源による光の照射の前処理を行った後に、第２光
源による多光子吸収現象が生じる第２の光を光硬化性物
質へ照射する本処理を行って構造物を造形するので、微
細な構造物を短時間で造形することができる、という効
果がある。
１の光源による光の照射の前処理を行った後に、第２光
源による多光子吸収現象が生じる第２の光を光硬化性物
質へ照射する本処理を行って構造物を造形するので、微
細な構造物を短時間で造形することができる、という効
果がある。
【図１】 本発明の第１実施の形態にかかる、光造形装
置の外観概略図である。
置の外観概略図である。
【図２】 光造形装置の概略構成を示すイメージ図であ
る。
る。
【図３】 本実施形態にかかる、光造形装置の作動を説
明するための制御装置の処理の流れを示すフローチャー
トである。
明するための制御装置の処理の流れを示すフローチャー
トである。
【図４】 作成した構造物の概要を示し、（Ａ）は構造
物の外観矢視図を示し、（Ｂ）は一部拡大を示してい
る。
物の外観矢視図を示し、（Ｂ）は一部拡大を示してい
る。
【図５】 本発明の第２実施の形態にかかる、光造形装
置の外観概略図である。
置の外観概略図である。
【図６】 本発明の第２実施の形態にかかる、光造形装
置の概略構成を示すイメージ図である。
置の概略構成を示すイメージ図である。
１０ 光造形装置
１１ 光造形装置
１２ レーザ光源
１４ レーザ光源
１６ 光源部
１８ ダイクロイックミラー
２０ 駆動部
２２ 反射ミラー
２４ 駆動部
２６ 光変調機構
２８ 集光レンズ
３０ 移動機構
３２ 支持板
４０ 容器
４２ 光硬化性樹脂
４８ 上下動機構
５０ 制御装置
Claims (12)
- 【請求項１】 容器内に収容されかつ光の照射により硬
化する光硬化性物質へ、前記光硬化性物質の硬化に必要
なエネルギレベルの光を照射することにより構造物を造
形する光造形装置において、 前記光硬化性物質へ第１の光を照射する第１光源と、多
光子吸収現象が生じる第２の光を前記光硬化性物質へ照
射する第２光源と、を有する光源手段と、 前記第１の光及び第２の光の光エネルギが前記光硬化性
物質の硬化に必要なエネルギレベルとなるべく集光する
集光手段と、 前記容器内において前記集光手段による集光位置を変更
する変更手段と、 造形されるべき所定形状の構造物について、前記構造物
の少なくとも一部のサイズを前記所定形状の構造物のサ
イズから予め定めた小さなサイズとなるように前記第１
の光源による光の照射及び前記集光位置の変更の前処理
の後に、前記予め定めた小さなサイズから前記所定形状
になるまで前記第２の光源による光の照射及び前記集光
位置の変更の本処理を行うように制御する制御手段と、 を備えたことを特徴とする光造形装置。 - 【請求項２】 前記変更手段は、前記光源手段からの光
の集光位置を２次元的に走査する走査手段と、前記走査
面と交差する方向に前記集光位置及び前記光硬化性物質
の位置の少なくとも一方の位置を移動する移動手段と、
から構成したことを特徴とする請求項１に記載の光造形
装置。 - 【請求項３】 前記光源手段は、前記第１光源の光と前
記第２光源の光との何れか一方の光の照射に切り換える
切換手段を含むことを特徴とする請求項１または請求項
２に記載の光造形装置。 - 【請求項４】 前記第１光源は、紫外波長域の波長の光
を照射することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何
れか１項に記載の光造形装置。 - 【請求項５】 前記第２光源は、高調波発生素子を含
み、前記第１光源から照射された光を前記多光子吸収現
象が生じる第２の光として照射することを特徴とする請
求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の光造形装置。 - 【請求項６】 前記切換手段は、前記第１光源の光を透
過する第１光学フィルタと前記第２光源の光を透過する
第２光学フィルタとの何れかの光学フィルタに交換する
交換手段であることを特徴とする請求項５に記載の光造
形装置。 - 【請求項７】 容器内に収容されかつ光の照射により硬
化する光硬化性物質へ、前記光硬化性物質の硬化に必要
なエネルギレベルの光を照射することにより構造物を造
形する光造形方法において、 前記光硬化性物質へ照射する第１の光、及び前記光硬化
性物質へ照射する多光子吸収現象が生じる第２の光の光
エネルギが前記光硬化性物質の硬化に必要なエネルギレ
ベルとなるべく集光し、 造形されるべき所定形状の構造物について、前記構造物
の少なくとも一部のサイズを前記所定形状の構造物のサ
イズから予め定めた小さなサイズとなるように前記第１
の光を照射した後に、前記予め定めた小さなサイズから
前記所定形状になるまで前記第２の光を照射すると共
に、前記集光位置を前記容器内において変更することに
よって、前記所定形状の構造物を造形することを特徴と
する光造形方法。 - 【請求項８】 前記集光位置を２次元的に走査すると共
に、前記走査面と交差する方向に前記集光位置及び前記
光硬化性物質の位置の少なくとも一方の位置を移動する
ことにより、前記集光位置を前記容器内において変更す
ることを特徴とする請求項７に記載の光造形方法。 - 【請求項９】 前記光硬化性物質へ照射するときは、前
記第１の光と前記第２の光との何れか一方の光の照射に
切り換えることを特徴とする請求項７または請求項８に
記載の光造形方法。 - 【請求項１０】 前記第１の光は、紫外波長域の波長の
光であることを特徴とする請求項７乃至請求項９の何れ
か１項に記載の光造形方法。 - 【請求項１１】 前記第２の光は、前記第１の光から高
調波発生現象により生じた前記多光子吸収現象が生じる
光であることを特徴とする請求項７乃至請求項１０の何
れか１項に記載の光造形方法。 - 【請求項１２】 前記光硬化性物質へ照射するときは、
前記第１の光を透過する第１光学フィルタと前記第２の
光を透過する第２光学フィルタとの何れかの光学フィル
タに交換することを特徴とする請求項１１に記載の光造
形方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001214153A JP4092091B2 (ja) | 2001-07-13 | 2001-07-13 | 光造形装置及び方法 |
| US10/193,138 US6841340B2 (en) | 2001-07-13 | 2002-07-12 | Optical fabricating method and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001214153A JP4092091B2 (ja) | 2001-07-13 | 2001-07-13 | 光造形装置及び方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003025453A true JP2003025453A (ja) | 2003-01-29 |
| JP4092091B2 JP4092091B2 (ja) | 2008-05-28 |
Family
ID=19049021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001214153A Expired - Fee Related JP4092091B2 (ja) | 2001-07-13 | 2001-07-13 | 光造形装置及び方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4092091B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107932910A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-04-20 | 浙江大学 | 基于双路入射光的投影式光固化成形装置 |
| JP2018537304A (ja) * | 2015-09-23 | 2018-12-20 | マニュテック − ユエスデ | 粉末床レーザー溶融による積層造形システム及び積層造形プロセス |
| WO2019155933A1 (ja) * | 2018-02-06 | 2019-08-15 | 国立大学法人大阪大学 | 光造形装置、及び造形物の製造方法 |
| KR102210719B1 (ko) * | 2019-08-02 | 2021-02-02 | 한국과학기술원 | 미세 구멍 가공 기능을 가진 3d 프린터 및 이를 이용하여 미세 구멍을 가공하는 방법 |
| WO2022137641A1 (ja) * | 2020-12-22 | 2022-06-30 | 株式会社フジクラ | 光演算装置の製造方法、光回折ユニット中間体、及び光演算装置 |
| JP2023521002A (ja) * | 2020-03-31 | 2023-05-23 | アップナノ ゲーエムベーハー | ３次元部品をリソグラフィに基づいて生成して製造するための方法及び装置 |
-
2001
- 2001-07-13 JP JP2001214153A patent/JP4092091B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| JP2018537304A (ja) * | 2015-09-23 | 2018-12-20 | マニュテック − ユエスデ | 粉末床レーザー溶融による積層造形システム及び積層造形プロセス |
| CN107932910A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-04-20 | 浙江大学 | 基于双路入射光的投影式光固化成形装置 |
| CN107932910B (zh) * | 2017-12-26 | 2022-12-20 | 浙江大学 | 基于双路入射光的投影式光固化成形装置 |
| WO2019155933A1 (ja) * | 2018-02-06 | 2019-08-15 | 国立大学法人大阪大学 | 光造形装置、及び造形物の製造方法 |
| KR102210719B1 (ko) * | 2019-08-02 | 2021-02-02 | 한국과학기술원 | 미세 구멍 가공 기능을 가진 3d 프린터 및 이를 이용하여 미세 구멍을 가공하는 방법 |
| WO2021025307A1 (ko) * | 2019-08-02 | 2021-02-11 | 한국과학기술원 | 미세 구멍 가공 기능을 가진 3d 프린터 및 이를 이용하여 미세 구멍을 가공하는 방법 |
| US20220281167A1 (en) * | 2019-08-02 | 2022-09-08 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | 3d printer having microhole processing function, and method for processing microhole by using same |
| JP2023521002A (ja) * | 2020-03-31 | 2023-05-23 | アップナノ ゲーエムベーハー | ３次元部品をリソグラフィに基づいて生成して製造するための方法及び装置 |
| JP7420967B2 (ja) | 2020-03-31 | 2024-01-23 | アップナノ ゲーエムベーハー | ３次元部品をリソグラフィに基づいて生成して製造するための方法及び装置 |
| WO2022137641A1 (ja) * | 2020-12-22 | 2022-06-30 | 株式会社フジクラ | 光演算装置の製造方法、光回折ユニット中間体、及び光演算装置 |
| JP7450767B2 (ja) | 2020-12-22 | 2024-03-15 | 株式会社フジクラ | 光演算装置の製造方法、光回折ユニット中間体、及び光演算装置 |
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