JP2005081809A - 光学的立体造形および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型から大型に至る各種の立体造形物を高い造形精度で、速い造形速度で生産性良く製造するための光造形方法および装置の提供。
【解決手段】 マスク画像を動画的に連続的に変化させ得る複数の面状描画マスクを使用し、面状描画マスクを造形面に対して連続的に移動させると共に、面状描画マスクのマスク画像を、形成しようとする光硬化した樹脂層の断面形状パターンに対応させて面状描画マスクの移動と同期させて連続的に変えながら造形面に面状描画マスクを介して光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を形成する光造形方法及びそのための光造形装置。
【選択図】 図６

Description

本発明は光硬化性樹脂組成物を用いる光学的立体造形方法および光学的立体造形装置に関する。より詳細には、本発明は、光硬化性樹脂組成物を用いて、寸法精度、外観、強度などに優れ高品質の立体造形物を、高い造形精度で且つ速い造形速度で、生産性良く製造するための光学的立体造形方法および光学的立体造形装置に関するものであり、本発明による場合は小型から大型に至る各種の立体造形物を円滑に製造することができる。

近年、三次元ＣＡＤに入力されたデータに基づいて光硬化性樹脂を硬化させて立体造形物を製造する光学造形方法および装置が実用化されている。この光造形技術は、設計の途中で外観デザインを検証するためのモデル、部品の機能性をチェックするためのモデル、鋳型を製作するための樹脂型、金型を製作するためのベースモデルなどのような複雑な三次元物体を容易に造形できることから注目を集めている。

光学造形方法によって造形物を製造するに当たっては、造形浴を用いる方法が汎用されており、その手順としては、造形浴に液状の光硬化性樹脂を入れ、液面に所望のパターンが得られるようにコンピューターで制御されたスポット状の紫外線レーザー光を選択的に照射して所定の厚みに光硬化させて硬化樹脂層を形成し、その硬化樹脂層を造形浴内で下方に移動させて造形浴内の光硬化性樹脂液を該硬化樹脂層上に流動させて光硬化性樹脂液の層を形成させ、その光硬化性樹脂液層にスポット状の紫外線レーザー光を照射して硬化樹脂層を形成し、前記の工程を所定の形状および寸法の立体造形物が得られるまで繰り返して行う方法が広く採用されている。

しかしながら、スポット状の紫外線レーザー光を用いる上記した従来法による場合は、１個のスポット状レーザー光を光硬化性樹脂の表面に照射しながら移動させて面状の光硬化したパターンを形成するいわゆる点描方式であるため、造形に長い時間を要し、生産性が低いという問題がある。しかも、光源として用いられる紫外線レーザー装置は極めて高価であるため、この種の光学的立体造形装置を高価格なものにしている。

上記した従来技術の欠点の解消を目的として、微小ドットエリアの遮光制御可能な光シャッターを連続的に一列配置したライン形状の露光マスクを用い、該露光マスクを光シャッターの配列方向と直交方向に走査させながら、所定の水平断面形状データに応じて光シャッターを制御することによって１層分の光硬化した樹脂層を順次形成する光学的立体造形法が提案されている（特許文献１を参照）。この方法による場合は、光源として高価な紫外線レーザー装置を必ずしも使用する必要がなく、通常の紫外線ランプのような安価な光源を用いることができ、またスポット状の紫外線レーザー光を用いる前記従来の方法に比べて造形速度を速くすることができる。しかしながら、この方法による場合は、線状の光硬化部を露光マスクの走査方向に１列ずつ形成し、それを多数回繰り返すことによって１層分の断面形状パターンを形成してゆく方式であることにより、露光マスクの走査速度を速くすると、十分に光硬化した１列毎の光硬化部を形成することができなくなるため、露光マスクをゆっくり走査する必要がある。しかも、１列毎の光硬化部を次々と形成して面状の光硬化層を形成する方式のため造形に時間がかかる。そのため、造形速度が十分に速いとは言えず、生産性の点で十分に満足のゆくものではない。

また、上記とは別の方法として、光源と光硬化性樹脂組成物の表面との間に、微小ドットエリアでの遮光および透光が可能な液晶シャッターよりなる面状描画マスクを固定配置し、面状描画マスクの停止状態で、形成しようとする１層分の断面形状パターンに応じて面状描画マスクに所定のマスクパターンを形成させ、そのマスクパターンを介して光硬化性樹脂組成物の表面に光を照射して光硬化性樹脂組成物を硬化させて１層分の断面形状パターンを形成させ、次いで該光硬化した断面形状パターンの上に次の１層分の光硬化性樹脂組成物を供給し、面状描画マスクの停止状態で、形成しようとする１層分の断面形状パターンに応じて面状描画マスクに次の所定のマスクパターンを形成させ、そのマスクパターンを介して光硬化性樹脂組成物の表面に光を照射して光硬化性樹脂組成物を硬化させて次の１層分の断面形状パターンを形成させるという操作を繰り返して立体造形物を製造する方法が知られている。

この方法による場合は、光硬化性樹脂組成物の表面への光照射および１層分の光硬化した断面形状パターンを、面状で一度に形成するため、スポット状の紫外線レーザーを用いる上記した従来法および微小ドットエリアの遮光制御可能な光シャッターを連続的に１列配置したライン形状の露光マスクを用いる上記した特許文献１に記載されている方法に比べて、光造形速度を速くすることができる。
この方法によって立体造形物を製造するに当たっては、造形精度（解像度）の点から、面状描画マスクから投影される光硬化性樹脂組成物表面での隣接する微小ドットエリア間の距離は０．１ｍｍ以下であることが必要であるとされており、そのため、画素数は、例えば、造形エリアサイズが２５０ｍｍ×２５０ｍｍの小型のもので少なくとも２５００×２５００ドット程度必要であり、また造形エリアサイズが６００ｍｍ×６００ｍｍの中型のものでは少なくとも６０００×６０００ドット程度必要である。しかしながら、現存する液晶マスク（液晶シャッター）や、デジタルマイクロミラーシャッターではこれを実現する解像度のものは存在しないか、または存在しても極めて高価である。

また、固定配置した面状描画マスクを停止した状態で光照射を行うこの方法による場合は、露光形状パターンの精細度は、面状描画マスクの精細度（粗さ）と面状描画マスクを介して光硬化性樹脂組成物表面に投影されるパターンとの拡大・縮小率によって決定され、拡大率が小さいほど（縮小率が大きいほど）光硬化性樹脂組成物の表面での光ドット間の距離が低減して形成される断面形状パターンの精細度が向上し、反対に拡大率が大きいほど光硬化性樹脂組成物の表面での光ドット間の距離が大きくなり形成される断面形状パターンの精細度が低下する。
そのため、面状描画マスクを固定配置したこの方法による場合は、精細度（造形精度）に優れる大型の立体造形物を製造することは困難であり、精細度（造形精度）の点から小型の立体造形物の製造にしか適用できないというのが現状である。

固定配置した面状描画マスクを用いる上記した方法の欠点を解消して、小型の液晶シャッターを使用して大型の立体造形物の製造を可能にすることを目的として、光を選択的に透過または遮光する液晶シャッター（液晶マスク）を光硬化性樹脂の液面に対して平行に走行し得るように配置すると共に、液晶シャッターの走行範囲を複数に分割し、液晶シャッターをその分割された走行範囲の第１の範囲まで移動して停止させ、液晶シャッターを停止させた状態で液晶シャッターの背部に設けた光源を該液晶シャッターの範囲で移送しながら該液晶シャッターを介して光硬化性樹脂表面に光を照射して該分割された第１の範囲に相当する硬化部分を形成させ、次いで液晶シャッターを第２の分割された走行範囲まで移動して停止させ、液晶シャッターを停止させた状態で液晶シャッターの背部に設けた光源を該液晶シャッターの範囲で移送しながら該液晶シャッターを介して光硬化性樹脂表面に光を照射して該分割された第２の範囲に相当する硬化部分を形成させ、それと同じ操作を１層分の所定の断面形状パターンが光硬化性樹脂組成物の表面に形成されるまで行い、そして前記工程を所定の立体造形物が形成されるまで繰り返して立体造形物を製造する方法が提案されている（特許文献２を参照）。

しかしながら、上記特許文献２に記載されている方法による場合は、液晶シャッターの分割された第１の走行範囲への移動−液晶シャッターの停止状態での光照射（光硬化性樹脂表面での光硬化部の形成）−液晶シャッターの分割された第２走行範囲への移動−液晶シャッターの停止状態での光照射（光硬化性樹脂表面での光硬化部の形成）・・・という操作の繰り返しによって１層分の硬化した断面形状パターンが形成され、それを更に多層にわたって繰り返すことによって立体造形物を製造しており、液晶シャッターが複数に分割されたそれぞれの走行範囲位置まで移動しているときには光照射が行われない。そのため、この方法による場合は、露光が継続して行われず、断続的になされるため、造形速度が遅くなる。しかも、この方法による場合は、液晶シャッターの走行範囲を複数に分割し、各々区分において液晶シャッターを停止させた状態で光硬化性樹脂組成物の硬化を行うために、互いに分割された走行区域の境界部分で硬化状態が不連続になったり不均一になり易く、それに伴って立体造形物全体の強度ムラ、強度不足、外観不良、寸法精度の低下などを生じ易い。

特開平４−３０５４３８号公報 特開平８−１１２８６３号公報

本発明の目的は、小型、中型の立体造形物に限らず、大型の立体造形物であっても、寸法精度、外観、強度などに優れる高品質の立体造形物を、高い造形精度で、より速い造形速度で、生産性良く製造することのできる光学的立体造形方法および光学的立体造形装置を提供することである。
さらに、本発明の目的は、高価な紫外線レーザー装置を用いずに、通常の紫外線ランプのような安価な光源を用いた場合にも、高い造形精度を有し、且つ硬化ムラや強度ムラのない高品質の立体造形物を、速い造形速度で円滑に製造することのできる光学的立体造形方法および光学的立体造形装置を提供することである。

上記の目的を達成すべく本発明者は鋭意検討を重ねてきた。その結果、面状描画マスクを介して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に光を照射して、所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を順次形成して立体造形物を製造するに当たって、面状描画マスクを固定または停止した状態で光照射を行う上記した従来技術に代えて、光造形工程の少なくとも一部において、光照射時に面状描画マスクを連続的に移動させると共に、面状描画マスクの連続移動に同期させて、面状描画マスクによるマスク画像（マスクパターン）を、形成しようとする所定の断面形状パターンに応じて連続的に変えながら光を照射して造形を行う（面状描画マスクのマスク画像を例えば映画やテレビ画面などの動画のように連続的に変えながら光を照射して造形を行う）と、小型、中型の立体造形物に限らず、大型の立体造形物であっても、寸法精度、外観、強度などに優れる高品質の立体造形物を、高い造形精度および造形速度で生産性良く製造できること、そしてその際にマスク画像を動画的に連続変化させ得る前記した面状描画マスクを複数用いて光造形を行うと、高い造形精度を維持しながら、造形速度が一層向上することを見出した。

また、本発明者は、上記した方法による場合は、高価な紫外線レーザー装置を用いずに通常の紫外線ランプのような安価な光源を用いた場合にも、高い造形精度を有し且つ硬化ムラのない高品質の立体造形物を、速い造形速度で円滑に製造できることを見出した。
さらに、本発明者は、面状描画マスクとしては、微小ドットエリアでの遮光および透光が可能な複数の微小光シャッターを面状に配置した面状描画マスク、特に液晶シャッターまたはデジタルマイクロミラーシャッターを面状に配置した面状描画マスクが好ましく用いられること、また光源と面状描画マスクとの間に面状描画マスクと同期させて連続的に移動させることのできる光集レンズを配置し、面状描画マスクと光硬化性樹脂組成物の表面との間に面状描画マスクと同期させて連続的に移動させることのできる投影レンズを配置するのが好ましいことを見出して、それらの種々の知見に基づいて本発明を完成した。

すなわち、本発明は、
（１） 光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に面状描画マスクを介して制御下に光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を形成した後、該光硬化した樹脂層の上に１層分の光硬化性樹脂組成物を施して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面を形成し、その造形面に面状描画マスクを介して制御下に光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を更に形成する光造形工程を所定の立体造形物が形成されるまで順次繰り返すことによって立体造形物を製造する方法であって；
光造形を、マスク画像を連続的に変化させ得る複数の面状描画マスクを使用して行い；且つ、
光造形工程の少なくとも一部で、前記面状描画マスクを光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に対して連続的に移動させると共に、面状描画マスクのマスク画像を、形成しようとする光硬化した樹脂層の断面形状パターンに対応させて面状描画マスクの移動と同期させて連続的に変えながら光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に面状描画マスクを介して光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を形成する造形操作を行う；
ことを特徴とする光学的立体造形方法である。

そして、本発明は、
（２） 面状描画マスクの位置を感知するセンサーを複数配置して、それぞれの面状描画マスクの位置を２点以上で計測し、計測された値に基づいてそれぞれの面状描画マスクの位置補正を行って、複数の面状描画マスクの間の位置ずれを解消することからなる前記（１）の光学的立体造形方法；
（３） それぞれの面状描画マスクのマスク画像を通して光を照射してそれぞれの描画領域の光硬化を分担して行い、全体で所定の断面形状パターンを有する１層分の光硬化した樹脂層を形成する操作を繰り返して立体造形物を製造する前記（１）または（２）の光学的立体造形方法；
（４） 面状描画マスクとして、微小ドットエリアでの遮光および透光が可能な複数の微小光シャッターを面状に配置した面状描画マスクを用い、面状描画マスクの連続移動時に、形成しようとする断面形状パターンに対応させて前記複数の微小光シャッターによりマスク画像を連続的に変えながら光硬化性樹脂組成物の表面への光照射を行う前記した（１）〜（３）のいずれかの光学的立体造形法方法；および、
（５） 面状描画マスクが、液晶シャッターまたはデジタルマイクロミラーシャッターを面状に配置した面状描画マスクである前記（４）の光学的立体造形方法；
である。

さらに、本発明は、
（６） 載置台上または光硬化した樹脂層上に、１層分の光硬化性樹脂組成物を順次供給するための光硬化性樹脂組成物の供給手段；
光源；
マスク画像を連続的に変えることのできる複数の面状描画マスク；
複数の面状描画マスクのそれぞれを光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に対して連続的に移動させるための移動手段；および、
それぞれの面状描画マスクのマスク画像を、面状描画マスクの移動と同期させて連続的に変化させるための手段；
を備えていることを特徴とする光学的立体造形装置である。

そして、本発明は、
（７） 面状描画マスクの位置を検知・計測するための複数のセンサー、前記センサーの検知・計測値に基づいてそれぞれの面状描画マスクの位置補正を行って、複数の面状描画マスクの間の位置ずれを解消させるための手段を有する前記した（６）の光学的立体造形装置；
（８） それぞれの面状描画マスクのマスク画像を通して光を照射してそれぞれの描画領域の光硬化を分担して行わせると共に、全体で所定の断面形状パターンを有する１層分の光硬化した樹脂層を形成させるための手段を有する前記（６）または（７）の光学的立体造形装置；
（９） 面状描画マスクが、微小ドットエリアでの遮光および透光が可能な複数の微小光シャッターを面状に配置した面状描画マスクである前記（６）〜（８）のいずれかの光学的立体造形装置；
（１０） 面状描画マスクが液晶シャッターまたはデジタルマイクロミラーシャッターを面状に配置した面状描画マスクである前記（６）〜（９）のいずれかの光学的立体造形装置；および、
（１１） 光源と面状描画マスクとの間に面状描画マスクと同期させて連続的に移動させることのできる光集レンズを有し、面状描画マスクと光硬化性樹脂組成物の表面との間に面状描画マスクと同期させて連続的に移動させることのできる投影レンズを有する前記（６）〜（１０）のいずれかの光学的立体造形装置；
である。

本発明による場合は、光造形工程の少なくとも一部として、面状描画マスクを光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に対して連続的に移動させると共に、面状描画マスクのマスク画像を、形成しようとする光硬化した樹脂層の断面形状パターンに対応させて面状描画マスクの移動と同期させて連続的に変えながら光照射を行う連続造形技術を採用し、且つそのような連続造形を複数の面状描画マスクを用いて行うので、寸法精度、外観、強度などに優れる高品質の立体造形物を、極めて速い造形速度で、高い造形精度を維持しながら、短時間で生産性良く製造することができる。
そして、本発明による場合は、小型、中型の立体造形物に限らず、大型の立体造形物であっても、高い寸法精度および速い造形速度で円滑に製造することができる。
さらに、本発明による場合は、高価な紫外線レーザー装置を用いずに通常の紫外線ランプのような安価な光源を用いた場合にも、前記した高品質の立体造形物を、速い造形速度で円滑に製造することができる。

以下に本発明について詳細に説明する。
本発明では、光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に面状描画マスクを介して制御下に光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を形成した後、該光硬化した樹脂層の上に１層分の光硬化性樹脂組成物を施して造形面を形成し、その造形面に面状描画マスクを介して制御下に光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を更に形成する操作を所定の立体造形物が形成されるまで順次繰り返すことによって立体造形物を製造し、その際に前記造形操作を複数の面状描画マスクを用いて行う。

前記した本発明の造形操作は、一般に、液状の光硬化性樹脂組成物を充填した造形浴中に造形テーブルを配置し、造形テーブルを下降させることによって造形テーブル面に１層分の液状の光硬化性樹脂組成物層（造形面）を形成させ、その造形面にそれぞれの面状描画マスクを介して制御下に光を照射して所定のパターンおよび厚みを有する光硬化した樹脂層（以下「光硬化層」ということがある）を形成した後、造形テーブルを更に下降させて該光硬化層面に１層分の液状の光硬化性樹脂組成物層（造形面）を形成させてそれぞれの面状描画マスクを介して制御下に光を照射して所定のパターンおよび厚みを有する光硬化層を一体に積層形成する工程を繰り返して行う、造形浴法を採用して行うことができる。

また、前記した本発明の造形操作は、例えば、気体雰囲気中に造形テーブルを配置し、その造形テーブル面に１層分の液状、ペースト状、粉末状または薄膜状の光硬化性樹脂組成物を施してそれぞれの面状描画マスクを介して制御下に光を照射して所定のパターンおよび厚みを有する光硬化層を形成した後、該光硬化層面に１層分の液状、ペースト状、粉末状または薄膜状の光硬化性樹脂組成物を施してそれぞれの面状描画マスクを介して制御下に光を照射して所定のパターンおよび厚みを有する光硬化層を一体に積層形成する工程を繰り返して行う方法を採用して行うこともできる。この方法による場合は、造形テーブルまたは光硬化層を上向きにしておき、その上面に光硬化性樹脂組成物を施し、それぞれの面状描画マスクを介して光照射して光硬化層を順次積層形成してゆく方式を採用してもよいし、造形テーブルまたは光硬化層を垂直または斜めに配置しておいて造形テーブル面または光硬化層面上に光硬化性樹脂層を施し、それぞれの面状描画マスクを介して光照射して光硬化層を順次積層形成してゆく方式を採用してもよいし、或いは造形テーブルまたは光硬化層を下向きに配置しておいて造形テーブル面または光硬化層面に光硬化性樹脂組成物を施してそれぞれの面状描画マスクを介して光照射して順次下方に光硬化層を積層形成してゆく方式を採用してもよい。造形テーブル面または光硬化層面に光硬化性樹脂組成物を施すに当たっては、例えば、ブレード塗装、流延塗装、ローラー塗装、転写塗装、ハケ塗り、スプレー塗装などの適当な方法を採用することができる。

本発明では、上記した造形操作を行うに当たって、面状描画マスクとしてマスク画像を連続的に変化させ得る複数の面状描画マスクを使用して、造形工程の少なくとも一部、すなわち光硬化した所定の断面形状パターンを形成するための工程のすべてまたは該工程の一部において、複数の面状描画マスクのうちの少なくとも１つを光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に対して連続的に移動させると共に、面状描画マスクのマスク画像を形成しようとする光硬化した樹脂層の断面形状パターンに対応させて面状描画マスクの移動と同期させて連続的に変えながら（すなわち動画的に変えながら）、光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に面状描画マスクを介して光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を形成する。
その際に、面状描画マスクの連続移動は、造形面に対して平行した状態で行うことが好ましいが、場合によっては非平行状態で移動させてもよい。

例えば、上記した造形操作を多段（多層）にわたって繰り返して立体造形物を製造するに当たって、各光硬化層のすべてで、形成しようとする所定の断面形状パターンが面状描画マスクの寸法（面積）よりも大きな描画領域となるような形状および構造を有する立体造形物の製造においては、それぞれの面状描画マスクを光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に対して連続的に移動させると共に、それぞれの面状描画マスクのマスク画像を、形成しようとする断面形状パターンに対応させて面状描画マスクの移動と同期させて連続的に変えながら（動画的に変えながら）、光硬化性樹脂組成物よりなる造形面にそれぞれの面状描画マスクを介して光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を形成する操作を多層にわたって繰り返すことによって、目的とする立体造形物を製造することができる。

一方、立体造形物の形状や構造によっては、面状描画マスクの面積よりも大きな所定の断面形状パターンの形成と共に、面状描画マスクの面積よりも小さな断面形状パターンを造形操作の途中で形成することが必要な場合がある［何ら限定されるものではないが、例えば、球状をなす本体の頂部に円錐体状の構造部が結合していて、本体および円錐体の下部の横断面積（断面形状パターン）はそれぞれの面状描画マスクの面積よりも大きく、一方円錐体の上部の横断面積（断面形状パターン）が面状描画マスクの面積よりも小さい立体造形物などを本発明の方法により製造する場合］。そのような場合には、大きな断面形状パターンを有する本体部分および円錐体の下部の形成は、それぞれの面状描画マスクのマスク画像を動画的に連続的に変える上記した造形操作を多層にわたって繰り返すことによって行い、一方小さな断面形状パターンを有する円錐体の上部は、面状描画マスクのマスク画像を動画的に変化させずに静止画の状態にし、そのマスク画像を通して光を造形面に照射する操作を円錐体の上部の形成が完了するまで多層にわたって繰り返すことによって、目的とする立体造形物を製造することができる。

本発明では、上記したいずれの方法をも包含しており、そのため本発明では、面状描画マスクのマスク画像は、かならずしも造形工程の最初から最後まで常に動画的に連続して変化していなくてもよく、一部の造形工程ではマスク画像が動画的に連続して変化し、別の造形工程ではマスク画像が形成しようとする断面形状パターンに応じた静止画の状態であってもよい。

本発明では、マスク画像を連続的（動画的）に変えることのできる面状描画マスクの使用数は、２個以上であればいずれでもよく、その上限個数は特に制限されない。製造しようとする立体造形物の大きさ、形状、構造、光学的立体造形装置の製造コスト、光造形を行う際の造形速度、コストなどを勘案して、２個以上の適当な数の面状描画マスクを用いればよい。

本発明の光学的立体造形方法および装置において、面状描画マスクを光硬化性樹脂組成物の表面に対して連続的に移動させるための手段や方式は特に制限されない。例えば、リニアガイド、シャフト、フラットバーなどをガイドにし、駆動をボールネジ、台形ネジ、タイミングベルト、ラック＆ピニオン、チェーンなどを用いて伝達し、駆動源はＡＣサーボモータ、ＤＣサーボモータ、ステッピングモータ、パルスモーターなどを用いることができる。また、ガイドと駆動を兼ねたリニアモーター方式、さらに多関節型のロボットのアーム先端部を利用することもできる。このように本システムの移動は任意の手段や方式を採用することができる。そのうちでも、面状描画マスクをミクロなピッチで精密に連続移動させることができて、面状描画マスクのマスク画像の連続変化と高精度で同期させ得る点から、駆動源としてパルスモーターが好ましく用いられる。
面状描画マスクの造形面に対する移動は、一方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向の一方）のみに行うようにしてもよいが、Ｘ軸方向とＹ軸方向の両方に移動可能にしておくことが、種々の形状の光硬化した断面形状パターンを良好な造形精度で形成できるので好ましい。

光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に、所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を形成させるに当たっては、面状描画マスクの数、面状描画マスクのサイズ、形成させるべき断面形状パターンの形や大きさなどに応じて、より速い造形速度で且つより高い造形精度で造形が行われるように、複数の面状描画マスクのそれぞれが分担する描画領域の数、大きさ、形、位置などをコンピューターなどにより決定して情報として記憶させておき、そのような情報に基づいてそれぞれの面状描画マスクのマスク画像を連続的に変化させると共にそのマスク画像を通して各面状描画マスクが分担する描画領域の造形面に光を照射して樹脂の硬化を行う方法が好ましく採用される。

何ら、限定されるものではないが、２個の面状描画マスクを使用して本発明の光造形を行う場合の描画領域の分担方法および面状描画マスクの移動方法としては、例えば、
（ｉ）図１の（ａ）に例示するように、２個の面状描画マスク３，３’を離れた位置で互いに並列させて配置し、それぞれの面状描画マスクのマスク画像を連続的に変化させつつ同じ方向に並列状態で連続移動させながらそれぞれのマスク画像を通して光照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を形成する方法；
（ii）図１の（ｂ）に例示するように、２個の面状描画マスク３，３’を離れた位置に配置し、それぞれの面状描画マスクのマスク画像を連続的に変化させつつ互いに反対方向に連続移動させながらそれぞれのマスク画像を通して光照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を形成する方法；
（iii）図１の（ｃ）に例示するように、２つの面状描画マスク３，３’を光造形操作の開始時に離れた位置に配置し、それぞれの面状描画マスクを同じ方向に向って連続移動させながら光造形を行い、連続的に変化する各面状描画マスクのマスク画像を通して光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を形成する方法；
（iv）図１の（ｄ）に例示するように、一方の面状描画マスク３を所定の断面形状パターンにおける周縁部に沿って連続移動させると共にそのマスク画像を連続的に変化させながら光を照射して周縁部の光硬化を行い、もう一方の面状描画マスク３’を所定の断面形状パターンの内部で連続移動させると共にそのマスク画像を連続的に変化させながら光を照射して内部の光硬化を行う方法；
（ｖ）図１の（ｅ）に例示するように、所定の断面形状パターンに相当する描画領域を２つに区分しておき、それぞれの区分内で、各面状描画マスク３，３’を適当な移動軌跡を採用して連続移動させると共にそれらのマスク画像を連続的に変化させて光硬化を行う方法；
（vi）図１の（ｆ）に例示するように、１つの造形面に互いに離れて位置する２つの光硬化した樹脂層部分を形成する場合に、各面状描画マスク３，３’のそれぞれを連続的に移動させると共にマスク画像をそれぞれ連続的に変化させて各々の場所で光硬化した樹脂層部分を形成する方法；
などを挙げることができる。

光造形を行う際のそれぞれの面状描画マスクの連続移動の方向や速度は、光源の種類、光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に照射される光の照射強度、面状描画マスクを通しての光硬化性樹脂組成物よりなる造形面での露光エリア（露光面積）、形成しようとする断面形状パターンの形状、光硬化性樹脂組成物の種類、光硬化性樹脂組成物の光硬化特性と光硬化層を形成するのに必要な露光時間などに応じて、コンピューターなどを使用して制御、調整する。面状描画マスクを光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に対して平行した状態で、等速で直線状に連続移動させると、光硬化性樹脂組成物よりなる造形面への光照射量の均一制御が容易であるが、勿論、それに限定されない。
複数の面状描画マスクの移動速度は、形成しようとする光硬化した断面形状パターンの内容や、該パターンを形成する際の面状描画マスクの移動軌跡などに応じて決めればよく、そのため互いに同じ移動速度であっても、または異なる移動速度であってもよく、各々に適した速度を採用すればよい。

本発明では、造形精度を一層向上させるために、光造形装置に、面状描画マスクの位置を感知するセンサーを複数配置して、それぞれの面状描画マスクの位置を２点以上で計測し、計測された値に基づいてそれぞれの面状描画マスクの位置補正を行って、複数の面状描画マスクの間の位置ずれを解消するようにすることが好ましい。
さらに、面状描画マスクは一般に板状になっており、面状描画マスクの連続移動時の角度が所定の角度からずれると、面状描画マスクのマスク画像を通して造形面に照射される光の形状も正規のものとは異なり、得られる立体造形物の寸法精度が低下する。そのため、本発明では、複数の面状描画マスクの間の位置ずれの解消と共に、それぞれの面状描画マスクの傾き角度などもセンサーで検出して調整を併せて行うことが望ましい。

面状描画マスクの位置や傾き角度などを検出するためのセンサーの配置数および配置位置は、製造を目的とする立体造形物の形状、構造、サイズ、面状描画マスクの数、面状描画マスクの移動方向、移動範囲、移動速度などに応じて、光造形の邪魔にならない位置に２個以上の所定の数で配置する必要がある。一般には、センサーは、複数の面状描画マスクの最大移動範囲（最大移動面）を包囲する外周部分に間隔を設けて配置するのがよい。複数のセンサーは、所定の位置に固定して配置しても、または光造形の進行や状況と連動させて位置移動可能に配置してもよい。センサーの種類は特に制限されず、面状描画マスクの位置や角度（傾斜角度）を正確に検知できるセンサーであればいずれも使用でき、例えば、ＣＣＤセンサー、ＰＳＤセンサーなどが挙げられる。

また、本発明で用いる面状描画マスクは、一般に板状（平面状）をなしていて、そのままでは位置や角度の検出が困難なことがあるので、面状描画マスクの１つまたは複数の角部分（隅部分）に光造形に邪魔にならないように、センサーが認識し易い目印を取り付けておき、その目印をセンサーで検出して、それぞれの面状描画マスクの位置や角度などを検出するようにすると便利である。
複数のセンサーで計測された値に基づいて、各面状描画マスクの位置補正を行って各面状描画マスクの間の位置ずれを解消したり、また各面状描画マスクの角度の調整などを行って、光造形を行う。
センサーで計測された値に基づく各面状描画マスクの間の位置ずれの解消や面状描画マスクの角度の調整などは、適宜の時点に行うことができるが、光造形の開始直前、光造形途中、光造形の終盤などに行うことができるが、少なくとも光造形の開始直前に行うことが、寸法精度に優れる立体造形物が確実に得られる点から好ましい。

面状描画マスクの連続移動と同期させてそれぞれの面状描画マスクのマスク画像を連続的（動画的）に変化させるに当たっては、形成しようとする断面形状パターンの内容および面状描画マスクの連続移動速度などに対応させて、面状描画マスクによって形成されるべきマスク画像に関する情報を予めコンピューターなどに記憶させておき、その情報に基づいて面状描画マスクを連続移動させると共に、面状描画マスクのマスク画像を連続的に変化させるようにするとよい。

本発明で用いる面状描画マスクとしては、微小ドットエリアでの遮光および透光が可能な複数の微小光シャッターを面状に配置した面状描画マスクを用いることが好ましい。そのような面状描画マスクの具体例としては、液晶シャッターまたはデジタルマイクロミラーシャッターを挙げることができる。本発明における面状描画マスクとして好ましく用いられる液晶シャッターやデジタルマイクロミラーシャッターは、連続的（動画的）な画像形成が可能な手段として、他の分野（例えばテレビジョン、パソコン、プロジェクター、カーナビ、携帯電話など）において既に用いられている。
これらの面状描画マスクは、微小ドットエリアでの遮光および透光が可能な複数の微小光シャッターを面状（Ｘ−Ｙ方向）に並列配置した正方形状または長方形状の面状描画マスクであることが好ましい。面状描画マスクに配置する微小光シャッター（画素子）の数は特に制限されず、従来から知られているものなどを使用することができる。液晶シャッター（液晶表示素子）としては、例えば、ＱＶＧＡ（画素数＝３２０ドット×２４０ドット）、ＶＧＡ（画素数＝６４０×４８０ドット）、ＳＶＧＡ（画素数＝８００×６００ドット）、ＵＸＧＡ（画素数＝１０２４×７６８ドット）、ＱＳＸＧＡ（画素数＝２５６０×２６４８ドット）などを用いることができ、これらの液晶シャッターは従来から広く販売されている。
また、デジタルマイクロミラーシャッターとしては、例えば、テキサスインスツルメンツ社製の「ＤＬＰテクノロジー」（登録商標）のＤＭＤ（登録商標）デバイスなどを使用することができる。

本発明で好ましく用いられる上記した液晶シャッターおよびデジタルマイクロミラーシャッターよりなる面状描画マスクは、面状描画マスクの連続移動時に、形成しようとする断面形状パターンに対応させて前記複数の微小光シャッターにより遮光および／または透光を行うことによって、マスク画像を、例えばテレビジョンや映画などの動画のように連続的に変えることができる。そのため、連続的に移動しながら連続的に変わるそのようなマスク画像（動画的マスク画像）に対応した光が、その照射位置を連続的に移動させながら光硬化性樹脂組成物の表面に連続的に照射され、光照射された部分の光硬化性樹脂組成物の表面が連続的に硬化して、所定の１層分の断面形状パターンが形成される。

前記で例示した液晶シャッターを用いて、光硬化性樹脂組成物よりなる造形面での１画素ピッチ（隣り合う画素間の距離）が０．１ｍｍ（光造形に必要とされる造形精度）になるようにして、液晶シャッターを停止させた状態で光照射を行う従来技術による場合には、その露光面サイズはＱＶＧＡで３２ｍｍ×２４ｍｍ、ＶＧＡで６４ｍｍ×４８ｍｍ、ＳＶＧＡで８０ｍｍ×６０ｍｍ、ＵＸＧＡで１０２．４ｍｍ×７６．８ｍｍ、ＱＳＸＧＡで２５６ｍｍ×２６４．８ｍｍであり、露光面（断面形状パターン）の一辺のサイズが３００ｍｍを超えるような大型の立体造形物の製造は困難であった。それに対して本発明による場合は、前記した従来市販の液晶シャッターなどを面状描画マスクとして用い、それを光硬化性樹脂組成物の表面に対して連続的に移動させると同時に液晶シャッターによるマスク画像を液晶シャッターの移動と同期させて連続的に動画状に変化させながら光照射を行うために、露光面（断面形状パターン）のサイズは制限されず、任意の大きさの光硬化した断面形状パターンを形成することができる。そのため、本発明による場合は、一辺のサイズが３００ｍｍを超えるような大型の立体造形物をも、高い造形精度で、しかも速い造形速度で、簡単に、生産性良く製造することができる。
本発明で用いる複数の面状描画マスクは、種類、サイズ、ドット数などが同じあっても、または互いに異なっていてもよい。

光源は面状描画マスクの背部側に配置され、光源からの光は面状描画マスクを介して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に照射される。光源の種類は特に制限されず、光学的立体造形で使用され得る光源であればいずれでもよく、例えば、キセノンランプ、メタルハライドランプ、水銀灯、蛍光灯、ハロゲンランプ、白熱ランプ、Ａｒレーザー、Ｈｅ−Ｃｄレーザー、ＬＤレーザー（半導体励起固体レーザー）、ＬＥＤなどを挙げることができる。特に、本発明による場合は、光学的立体造形法で従来用いられてきたレーザー光装置のような高価な光源を使用せずに、キセノンランプ、メタルハライドランプ、水銀灯、蛍光灯、ハロゲンランプ、白熱ランプなどのような安価な汎用の光源を使用することができ、そのために、光学的立体造形装置を安価で使用し易いものとすることができる。
複数の面状描画マスクに対して、同じ種類の光源を用いてもよいし、場合によっては種類の異なる光源を用いてもよい。

光源の形状、大きさ、数も特に制限されず、面状描画マスクの形状や寸法、形成しようとする光硬化断面形状パターンの形状やサイズなどに応じて適宜選択することができ、光源は、例えば、点状、球状、棒状、面状であってもよいし、また点状や球状の光源を面状描画マスクの背部側に直接状に一列または複数列で配置してもよい。
また、光源は、面状描画マスクの背部側に面状描画マスクと共に連続移動可能に設けてもよいし、または造形精度の向上、造形速度の向上、装置の軽量化、保守性の向上などの目的で、光源を固定位置に動かないように設けると共に光源からの光を光ファイバー、ライトガイドやその他の光伝達手段を通して面状描画マスクの背部に導き、光ファイバーやライトガイドやその他の光伝達手段を面状描画マスクと共に連続移動可能に設けてもよい。
また、造形速度の向上のために複数の光源を用いて集光し光エネルギーを高くさせる方式を採ってもよい。特に光ファイバーやライトガイドなどを使用する場合は複数光源を集光させ易いというメリットがある。

本発明では、造形精度の向上、造形速度の向上、装置の軽量化、保守性の向上、装置コストのダウンなどの目的で、面状描画マスクの背部側に配置する光源の種類、形状、数、面状描画マスクの形状やサイズなどに応じて、光源からの光を面状描画マスクに良好に導くための手段（例えば集光レンズ、フレネルレンズなど）、また面状描画マスクによって形成されたマスク画像（面状描画マスクを通った光画像）を光硬化性樹脂組成物の表面の所定位置に高造形精度で照射させるための手段（例えば投影レンズ、プロジェクタレンズなど）を配置することが好ましい。それらの手段は、面状描画マスクの連続的な移動と同期して連続移動するようにしておくことが好ましい。

本発明で用いる光硬化性樹脂組成物の種類は特に制限されず、光造形に用い得る液状、ペースト、粉末状、薄膜状などの光硬化性樹脂組成物のいずれもが使用できる。
本発明では、光硬化性樹脂組成物として、光造形において従来から用いられている、例えば、ウレタンアクリレートオリゴマー、エポキシアクリレートオリゴマー、エステルアクリレートオリゴマー、多官能エポキシ樹脂などの各種オリゴマー；イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、ジシクロペンテニルメタクリレート、ジシクロペンテニロキシエチルアクリレート、ジシクロペンテニロキシエチルメタクリレート、ジシクロペタニルアクリレート、ジシクロペタニルメタクリレート、ボルニルアクリレート、ボルニルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、モルホリンアクリルアミド、モルホリンメタクリルアミド、アクリルアミドなどのアクリル系化合物やＮ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルカプロラクタム、酢酸ビニル、スチレンなどの各種の単官能性ビニル化合物；トリメチロールプロパントリアクリレート、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、１，４−ブタンジオールジアクリレート、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ジシクロペンタニルジアクリレート、ポリエステルジアクリレート、エチレンオキサイド変性ビスフェノールＡジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、プロピレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリアクリレート、プロピレンオキサイド変性ビスフェノールＡジアクリレート、トリス（アクリロキシエチル）イソシアヌレートなど多官能性ビニル化合物；水素添加ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル−５，５−スピロ−３，４−エポキシ）シクロヘキサン−メタ−ジオキサン、ビス（３，４−エポキシシクロヘキシルメチル）アジペートなどの各種エポキシ系化合物などの１種または２種以上と、光重合開始剤および必要に応じて増感剤などを含有する光硬化性樹脂組成物を用いることができる。

また、本発明で用いる光硬化性樹脂組成物は、上記した成分以外にも、必要に応じて、レベリング剤、リン酸エステル塩系界面活性剤以外の界面活性剤、有機高分子改質剤、有機可塑剤などを含有していてもよい。

本発明で用いる光硬化性樹脂組成物は、必要に応じて、固体微粒子やウィスカーなどの充填材を含有していてもよい。充填材を含有する光硬化性樹脂組成物を用いると、硬化時の体積収縮の低減による寸法精度の向上、機械的物性や耐熱性の向上などを図ることができる。
充填材として用いる固体微粒子としては、例えば、カーボンブラック微粒子などの無機微粒子、ポリスチレン微粒子、ポリエチレン微粒子、ポリプロピレン微粒子、アクリル樹脂微粒子、合成ゴム微粒子などの有機重合体微粒子などを挙げることができ、これらの１種または２種以上を用いることができる。固体微粒子の粒径は特に制限されないが、一般的には平均粒径が２００μｍ以下、特に１００μｍ以下のものが好ましく用いられる。

また、ウィスカーとしては、径が０．３〜１μｍ、特に０．３〜０．７μｍ、長さが１０〜７０μｍ、特に２０〜５０μｍおよびアスペクト比が１０〜１００、特に２０〜７０μｍのものが好ましく用いられる。なお、ここで言うウイスカーの寸法およびアスペクト比は、レーザー回析／散乱式粒度分布測定装置を用いて測定した寸法およびアスペクト比である。ウイスカーの種類は特に制限されず、例えば、ホウ酸アルミニウム系ウイスカー、酸化アルミニウム系ウイスカー、窒化アルミニウム系ウイスカー水、酸化硫酸マグネシウム系ウイスカー、酸化チタン系ウイスカーなどを挙げることができ、前記したウイスカーの１種または２種以上を用いることができる。

固体微粒子および／またはウィスカーを含有する光硬化性樹脂組成物を用いる場合は、固体微粒子を光硬化性樹脂組成物の全容量に基づいて５〜７０容量％の割合で含有することが好ましく、またウィスカーの含有量を５〜３０容量％とすることが好ましい。固体微粒子とウィスカーの両方を含有する場合は、両者の合計含有量が光硬化層の全容量に基づいて１０〜７５容量％であることが好ましい。

固体微粒子および／またはウィスカーは、シランカップリング剤で表面処理されていても表面処理されていなくてもよいが、表面処理されていることが好ましい。固体微粒子および／またはウイスカーがシランカップリング剤で表面処理されている場合には、熱変形温度、曲げ弾性率、機械的強度の一層高い光硬化物を得ることができる。その場合のシランカップリング剤としては、充填剤の表面処理などに従来から用いられているシランカップリング剤のいずれもが使用でき、好ましいシランカップリング剤としては、アミノシラン、エポキシシラン、ビニルシランおよび（メタ）アクリルシランを挙げることができる。

以下に図を参照して本発明について具体的に説明するが、本発明は図に示されたものに何ら限定されるものではない。
図２〜図５は、本発明の光造形法で用いる光造形装置の要部（各面状描画マスク単位での装置部分）の例をそれぞれ示したものである。また、図６は、図２に示したような装置部分を２つ組み合わせて、２個の面状描画マスクを有する光造形システムを構築し、それを使用して本発明の方法にしたがって光造形を行う際の一例を示したものである。
図２〜図６において、１は光源、２は集光レンズ、３（３ａ，３ｂ）は面状描画マスクであって、そのうち３ａは液晶シャッターを面状に配置した面状描画マスク（以下「液晶式面状描画マスク」ということがある）、３ｂはデジタルマイクロミラーシャッターを面状に配置した面状描画マスク（以下「ＤＭＤ式面状描画マスク」ということがある）を示す。
また、４は投影レンズ、５は光硬化性樹脂組成物表面よりなる造形面（１層分の造形面）、５ａは造形面の一方の端部、５ｂは造形面のもう一方の端部、６は前記造形面に形成される露光像（光硬化した樹脂層）、７は光ファイバーやライトガイドなどの光伝達手段、８はロッドレンズ、９は結像レンズ、１０は反射鏡を示す。

図２〜図６に示すように、光源１からの光は、ロッドレンズ８、結像レンズ９および反射鏡１０を経た後に集光レンズ２を用いて面状描画マスク３（３ａ、３ｂなど）にその全面をカバーするようにして照射されるか（図２と図６の装置）、またはそのまま集光レンズ２を用いて面状描画マスク３（３ａ、３ｂなど）にその全面をカバーするようにして照射される（図３〜図５の装置）。
その際に、図２および図６に示すように光源１からの光をロッドレンズ８、結像レンズ９および反射鏡１０を経由して集光レンズ２に導くようにしてもよいし、図３および図４に示すように光源１を集光レンズ２の背面側に直接配置して光源１からの光を集光レンズ２に直接導くようにしてもよいし、または図５に示すように光源１を集光レンズ２とは離れた場所に配置しておいて光源１からの光を光ファイバーやライトガイドなどの光伝達手段７を介して集光レンズ２に導くようにしてもよい。

図２〜図４および図６に示すような方式の場合には、光源１は、ロッドレンズ８、結像レンズ９、反射鏡１０、集光レンズ２、面状描画マスク３（３ａ，３ｂなど）、投影レンズ４などと共に、光造形時にその走査方向に連続移動する。また、図６に示すように、光源１からの光を光ファイバーやライトガイドなどの光伝達手段７を介して集光レンズ２の背面に導くようにした場合は、光源１を所定の位置に固定配置し、光ファイバーやライトガイドなどの可撓性の光伝達手段７を集光レンズ２、面状描画マスク３（３ａ，３ｂなど）および投影レンズ４と共に光造形時にその走査方向に連続移動させるようにすることができる。
光源１の種類や形状は特に制限されず、例えば、図２〜図６に示すような、光放出部が丸形の光源であってもよいし、図示していないが、光放出部が横長（又は縦長）の棒状の光源であってもよいし、または他の形状の光源であってもよい。
光源１は、図２、図４、図６に示すように、横向きに配置することが好ましい。

光造形操作時に、複数の面状描画マスク３（３ａ，３ｂなど）のそれぞれに、形成しようとする光硬化した樹脂層の断面形状パターンに対応させて面状描画マスクの移動と同期して連続的に変化する所定のマスク画像が動画的に形成される。そのため、集光レンズ２を経て面状描画マスク３（３ａ，３ｂなど）の全面に照射された光は、面状描画マスク３（３ａ，３ｂなど）によって連続的に且つ刻々変化しつつ形成されている所定のマスク画像を介して通過または遮蔽され（反射され；ＤＭＤ式面状描画マスクの場合）、マスク（遮蔽）されていない部分の光のみが投影レンズ４を経て光硬化性樹脂組成物よりなる造形面５に照射され、該造形面５に所定の形状パターンの露光像（光硬化部）６を形成する。

面状描画マスク３（３ａ，３ｂなど）の形状は特に制限されず、製造しようとする光造形物の形状や寸法（特に断面形状やその寸法）などに応じて適当な形状のものを採用することができる。面状描画マスク３（３ａ，３ｂなど）は、例えば、図２〜図６に示すような正方形またはほぼ正方形の形状であってもよいし、図示していないが長方形状であってもよいし、またはその他の形状であってもよい。
さらに、面状描画マスク３（３ａ，３ｂなど）の寸法も、製造しようとする光造形物の形状や寸法（特に断面形状やその寸法）などに応じて適当な寸法のものを採用することができる。面状描画マスク３（３ａ，３ｂなど）は、例えば、図２〜図６に示すように、形成しようとする所定の光硬化した断面形状パターンの全幅（造形面の全幅）よりもその幅寸法が小さいものであってもよいし、図示していないが形成しようとする所定の光硬化した形状パターンの全幅（造形面の全幅）をカバーし得るような幅寸法を有するものであってもよい。

面状描画マスク３として、液晶式面状描画マスク３ａを用いた場合は、形成しようとする所定の断面形状と液晶面状描画マスク３ａの連続移動に対応させてコンピューターなどに予め記憶させた情報に応じて、液晶面状描画マスク３ａに配置された複数の微小な液晶シャッターのうち、光を通過させるべき箇所に位置する液晶シャッターは光を通過させるように開き、一方光を遮蔽させるべき箇所に位置する液晶シャッターは閉じて光の通過を阻止し、そのような操作を、所定の断面形状を有する光硬化した樹脂層が形成されるまで連続的（動画的）に繰り返すように設計されている。
また、面状描画マスク３として、ＤＭＤ式面状描画マスク３ｂを用いた場合は、形成しようとする所定の断面形状とＤＭＤ式面状描画マスク３ｂの連続移動に対応させてコンピューターなどに予め記憶させた情報に応じて、面状に配置された複数の微小なミラーシャッターのうち特定のミラーシャッターは光が投影レンズ４および透光面５の方向に反射される（導かれる）方向に向き、一方光を遮蔽させるべき箇所に位置するミラーシャッターは光が投影レンズ４および造形面５の方向に反射されない（導かれない）方向に向き、そのような操作を、所定の断面形状を有する光硬化した樹脂層が形成されるまで連続的（動画的）に繰り返すように設計されている。

図２〜図６に示した光造形装置では、光源１または光伝達手段７、ロッドレンズ８、結像レンズ９、反射鏡１０、集光レンズ２、面状描画マスク３ａまたは３ｂ、投影レンズ４などは、光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に光を照射して光硬化した樹脂層を形成させる光造形操作時に、移動手段（図示せず）によって、一体をなして、造形面５（光硬化性樹脂組成物の表面）に対して平行状態で連続的に移動する（図２〜図６では矢印の方向に連続移動する）ように設計されている。
そして、面状描画マスク３（３ａ，３ｂなど）におけるマスク画像（マスクパターン）が、上記したように、予めコンピューターなどに記憶されているマスク画像に関する情報に基づいて、形成しようとする光硬化した樹脂層の所定の断面形状パターンに対応して、面状描画マスク３（３ａ，３ｂなど）の連続移動と同期して、動画的に連続的に変化しながら、造形面５（光硬化性樹脂組成物の表面）に光照射が行われて、所定の断面形状を有する光硬化した樹脂層（露光像６）が連続的に形成される。

図６は、形成しようとする所定の光硬化した断面形状パターン（露光像６）の全幅（または造形面５の全幅）よりも幅寸法の小さい２個の面状描画マスク３ａを用いて、本発明の光造形を行う場合について例示したものである。
図６で例示した光造形操作を行うに当たっては、１層分の光硬化した樹脂層（露光像６）の形成時（連続造形操作時）に、断面形状パターン（露光像６）の各部における光照射量を等しくするために、光源１（または光伝達手段７）、ロッドレンズ８、結像レンズ９、反射鏡１０、集光レンズ２、面状描画マスク３（３ａ，３ｂ）、投影レンズ４などの連続移動時の速度を等速とし且つ面状描画マスク３ａおよび投影レンズ４を経て造形面５に到達する光の強度が光造形操作中に変化しないようにすることが好ましい。

複数の面状描画マスクを用い、それぞれの面状描画マスクのマスク画像を、形成しようとする光硬化した樹脂層（露光像６）の断面形状パターンに対応させて面状描画マスクの連続移動と同期させて動画的に連続的に変えながら光造形を行う本発明の光造形方法による場合は、図６にみるように、所定の断面形状パターン（露光像６）よりも小さな面状描画マスク３（３ａ）を使用して、面状描画マスクから投影される光硬化性樹脂組成物表面での隣接する微小ドットエリア間の距離を小さく保ちながら、小型から大型に至る各種のサイズの光造形物を、速い造形速度で且つ高い造形精度で円滑に製造することができる。
その上、光照射によって形成される露光像６（光硬化した樹脂層）の各部は、単に１回の光照射のみによって硬化されるのではなく、投影レンズ４を経て造形面５に照射される連続的に変化する動画的な所定パターンの光が、該各部を完全に通過し終えるまでの間中、連続的に照射されて光硬化した樹脂層が形成される。そのため、本発明による場合は、光造形時の照射光の移動速度を速くしても十分な光硬化を行うことができ、目的とする光造形物を短時間で生産性良く製造することができる。しかも、本発明による場合は、形成される露光像６（所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂）の各部における光照射量が前記した連続的な光照射によって均一化されるので、面状描画マスクを停止した状態で光を照射する上記した従来技術におけるような隣接する照射部間の不連続性や光照射の不均一が生じず、断面形状パターン全体に均一な斑のない光照射が行われて、光造形物の寸法精度および造形精度が向上し、さらに強度斑がなくなり、外観により優れたものとなる。

さらに、本発明による場合は、投影描画面を縮小して光造形を行うことができ、それによって描画分解能を上昇させることができる。また、投影描画面を縮小することで、描画部での単位面積当たりの光強度が上昇し、照射部での照射時間を短縮できる効果がある。例えば、硬化感度が５ｍＪの光硬化性樹脂組成物を使用し、この光硬化性樹脂組成物を停止した（固定した）面状描画マスクを用いて２５０ｍｍ×２５０ｍｍのサイズに一括照射していた画像１ｍＷ／ｃｍ²があるとすると、この時の必要光照射時間は５ｓｅｃである。この画像（光照射面積）を１／４サイズ（１２５ｍｍ×１２５ｍｍ）に縮小して本発明の方法（面状描画マスクを連続移動させると共にマスク画像を該連続移動に同期させて動画的に連続的に変化させながら光硬化を行う方法）によって最終的に前記２５０ｍｍ×２５０ｍｍと同じエリアサイズの露光層を形成する場合は、面状描画マスクを停止した状態（固定状態）で一括照射する場合と比較して、その描画分解能は４倍になる。また、単位面積当たりの光強度も一括照射時の４倍の４ｍＷ／ｃｍ²になる。このとき、２５０ｍｍ×２５０ｍｍのエリアを連続的に移動して露光するのに要する時間は、一括露光時と同じ５秒となる。つまり、本発明の方法を縮小光学系を用いて実施することにより、停止した面状描画マスクを用いて一括露光する場合と同じ造形時間でありながら、造形精度を格段に向上させることができる。

《実施例１》
（１） 光源１として１２０Ｗ超高圧水銀ランプを備え、面状描画マスク３ａとしてカシオ社製のＴＦＴ方式ＶＧＡ（６４０×４８０画素）の液晶を備える、図２に示す装置単位を、図６に示すようにして２組横方向に離して並列配置し、それぞれの面状描画マスク３ａを同じ速度で同方向に連続移動させて光造形を行って、図７の断面形状パターンを有する立体造形物（縦×横×厚さ＝２２０ｍｍ×２２０ｍｍ×１５ｍｍ）を製造した。
前記光造形操作では、それぞれの面状描画マスク３ａによる描画領域をその移動方向に真中で２等分した形状にし、また光硬化性樹脂組成物としてシーメット株式会社製「ＣＰＸ−１０００」（硬化感度２．５ｍＪ）を用いて、１つの面状描画マスクによる造形面５（光硬化性樹脂組成物表面）への投影サイズ＝２８．８ｍｍ（装置の進行方向）×３８．４ｍｍ（進行方向と直角の方向）（方形）、造形面５での光エネルギー強度２．５ｍＷ／ｃｍ²、光源１、ロッドレンズ８、結像レンズ９、反射鏡１０、集光レンズ２、面状描画マスク３ａおよび投影レンズ４を一体した装置の光照射時の連続移動速度＝２８．８ｍｍ／ｓｅｃの条件を採用した。
（２） この実施例１で要した全造形時間は５８分であり、１枚の面状描画マスクを使用して同じ立体造形物を製造した場合の約１／２の造形時間で、また光ビーム（光ビームのエネルギー強度＝１２０ｍＷ、移動速度＝５ｍ／ｓｅｃ）により造形を行って同じ立体造形物を製造した場合の約１／２０の造形時間で済み、極めて高速で短時間で光造形を行うことができた。得られた立体造形物は、外観、強度に優れるものであった。

本発明の光学的立体造形方法および装置は、寸法精度および外観に優れ、しかも高い強度を有する高品質の立体造形物を、速い造形速度および高い造形精度で、生産性良く製造するのに有効に使用することができる。
そして、本発明の光学的立体造形方法および装置は、小型から大型に至る各種の立体造形物の製造に有効に使用することができる。
本発明の光学的立体造形方法および装置による場合は、精密部品、電気・電子部品、家具、建築構造物、自動車用部品、各種容器類、鋳物、金型、母型などのためのモデルや加工用モデル、複雑な熱媒回路の設計用の部品、複雑な構造の熱媒挙動の解析企画用の部品、その他の複雑な形状や構造を有する各種の立体造形物を、高い造形速度および寸法精度で円滑に製造することができる。

複数の面状描画マスクを用いて光学的立体造形を行う際の面状描画マスクの移動方法の例を示す図である。 本発明の光造形で使用する、面状描画マスクを備えた装置部分の例を示す図である。 本発明の光造形で使用する、面状描画マスクを備えた装置部分の別の例を示す図である。 本発明の光造形で使用する、面状描画マスクを備えた装置部分の更に別の例を示す図である。 本発明の光造形で使用する、面状描画マスクを備えた装置部分の更に別の例を示す図である。 連続移動する複数の面状描画マスクを用いて本発明の光造形を行う場合の一例を示す図である。 実施例１で製造した立体造形物の断面形状パターンを示した図である。

符号の説明

１ 光源
２ 集光レンズ
３ 面状描画マスク
３’ 面状描画マスク
３ａ 液晶シャッターを面状に配置した面状描画マスク
３ｂ デジタルマイクロミラーシャッターを面状に配置した面状描画マスク
４ 投影レンズ
５ 造形面
６ 露光像
７ 光伝達手段
８ ロッドレンズ
９ 結像レンズ
１０ 反射鏡

Claims (11)

1. 光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に面状描画マスクを介して制御下に光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を形成した後、該光硬化した樹脂層の上に１層分の光硬化性樹脂組成物を施して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面を形成し、その造形面に面状描画マスクを介して制御下に光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を更に形成する光造形工程を所定の立体造形物が形成されるまで順次繰り返すことによって立体造形物を製造する方法であって；
   光造形を、マスク画像を連続的に変化させ得る複数の面状描画マスクを使用して行い；且つ、
   光造形工程の少なくとも一部で、前記面状描画マスクを光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に対して連続的に移動させると共に、面状描画マスクのマスク画像を、形成しようとする光硬化した樹脂層の断面形状パターンに対応させて面状描画マスクの移動と同期させて連続的に変えながら光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に面状描画マスクを介して光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を形成する造形操作を行う；
   ことを特徴とする光学的立体造形方法。
2. 面状描画マスクの位置を感知するセンサーを複数配置して、それぞれの面状描画マスクの位置を２点以上で計測し、計測された値に基づいてそれぞれの面状描画マスクの位置補正を行って、複数の面状描画マスクの間の位置ずれを解消することからなる請求項１に記載の光学的立体造形方法。
3. それぞれの面状描画マスクのマスク画像を通して光を照射してそれぞれの描画領域の光硬化を分担して行い、全体で所定の断面形状パターンを有する１層分の光硬化した樹脂層を形成する操作を繰り返して立体造形物を製造する請求項１または２に記載の光学的立体造形方法。
4. 面状描画マスクとして、微小ドットエリアでの遮光および透光が可能な複数の微小光シャッターを面状に配置した面状描画マスクを用い、面状描画マスクの連続移動時に、形成しようとする断面形状パターンに対応させて前記複数の微小光シャッターによりマスク画像を連続的に変えながら光硬化性樹脂組成物の表面への光照射を行う請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学的立体造形法方法。
5. 面状描画マスクが、液晶シャッターまたはデジタルマイクロミラーシャッターを面状に配置した面状描画マスクである請求項４に記載の光学的立体造形方法。
6. 載置台上または光硬化した樹脂層上に、１層分の光硬化性樹脂組成物を順次供給するための光硬化性樹脂組成物の供給手段；
   光源；
   マスク画像を連続的に変えることのできる複数の面状描画マスク；
   複数の面状描画マスクのそれぞれを光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に対して連続的に移動させるための移動手段；および、
   それぞれの面状描画マスクのマスク画像を、面状描画マスクの移動と同期させて連続的に変化させるための手段；
   を備えていることを特徴とする光学的立体造形装置。
7. 面状描画マスクの位置を検知・計測するための複数のセンサー、前記センサーの検知・計測値に基づいてそれぞれの面状描画マスクの位置補正を行って、複数の面状描画マスクの間の位置ずれを解消させるための手段を有する請求項６に記載の光学的立体造形装置。
8. それぞれの面状描画マスクのマスク画像を通して光を照射してそれぞれの描画領域の光硬化を分担して行わせると共に、全体で所定の断面形状パターンを有する１層分の光硬化した樹脂層を形成させるための手段を有する請求項６または７に記載の光学的立体造形装置。
9. 面状描画マスクが、微小ドットエリアでの遮光および透光が可能な複数の微小光シャッターを面状に配置した面状描画マスクである請求項６〜８のいずれか１項に記載の光学的立体造形装置。
10. 面状描画マスクが液晶シャッターまたはデジタルマイクロミラーシャッターを面状に配置した面状描画マスクである請求項６〜９のいずれか１項に記載の光学的立体造形装置。
11. 光源と面状描画マスクとの間に面状描画マスクと同期させて連続的に移動させることのできる光集レンズを有し、面状描画マスクと光硬化性樹脂組成物の表面との間に面状描画マスクと同期させて連続的に移動させることのできる投影レンズを有する請求項６〜１０のいずれか１項に記載の光学的立体造形装置。
    

Images