JP2009132127A - 光造形装置および光造形方法 - Google Patents
光造形装置および光造形方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009132127A JP2009132127A JP2007312028A JP2007312028A JP2009132127A JP 2009132127 A JP2009132127 A JP 2009132127A JP 2007312028 A JP2007312028 A JP 2007312028A JP 2007312028 A JP2007312028 A JP 2007312028A JP 2009132127 A JP2009132127 A JP 2009132127A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- area
- irradiation
- light source
- unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/10—Processes of additive manufacturing
- B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
- B29C64/124—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
- B29C64/129—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask
- B29C64/135—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask the energy source being concentrated, e.g. scanning lasers or focused light sources
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/10—Processes of additive manufacturing
- B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
- B29C64/124—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
Abstract
【課題】高精度な光造形を行う。
【解決手段】光造形装置11は、紫外線硬化樹脂31の表面に照射される光を放射する光源12と、光源12から放射される光を空間変調し、硬化層が形成される領域である照射領域に光を照射させる空間光変調器17とを備える。そして、千鳥状または年輪状に、照射領域を複数の区域に分け、空間光変調器17が光源12からの光を空間変調することによる照射領域への光の照射が、その区域ごとに複数の回数で行われる。本発明は、例えば、光造形装置に適用できる。
【選択図】図2
【解決手段】光造形装置11は、紫外線硬化樹脂31の表面に照射される光を放射する光源12と、光源12から放射される光を空間変調し、硬化層が形成される領域である照射領域に光を照射させる空間光変調器17とを備える。そして、千鳥状または年輪状に、照射領域を複数の区域に分け、空間光変調器17が光源12からの光を空間変調することによる照射領域への光の照射が、その区域ごとに複数の回数で行われる。本発明は、例えば、光造形装置に適用できる。
【選択図】図2
Description
本発明は、光造形装置および光造形方法に関し、特に、高精度な光造形を行うことが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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
例えば、SLM投影方式では、空間光変調器として液晶パネルが用いられ、液晶パネルの各画素が、断面形状データに基づいて光源からの光を変調し、断面形状データに応じた照射領域の光が、光硬化樹脂の表面に照射される。
図1を参照して、SLM投影方式による一括露光について説明する。
図1には、空間光変調器により一括して露光可能な紫外線硬化樹脂の表面の所定の領域(以下、適宜、ワーク領域と称する)が示されている。ワーク領域は、空間光変調器の各画素に対応する単位領域により格子状に分割され、単位領域ごとに、光の照射がオン/オフされる。
また、図1において、断面形状データに基づく立体モデルの輪郭線が2点差線で示されており、その輪郭線より内側のハッチングが施されている単位領域が、照射領域となる。このように、断面形状データに応じた照射領域に光を照射することで、照射領域の光硬化樹脂が硬化して硬化層が形成される。
一般的に、光硬化樹脂は、光が照射されて硬化する際に、例えば、7%程度の収縮率で収縮する。従って、光硬化樹脂の照射領域に、一度に光が照射されると、光硬化樹脂は、照射領域の中央に向かって全体的に収縮しながら硬化する。このような収縮が生じることにより、硬化層にソリや変形が生じてしまう。
ここで、特許文献1には、空間光変調器を用い、画像データに応じて紫外線を変調して、その紫外線により感光性樹脂に画像を記録する画像記録装置が開示されている。
上述したように、光硬化樹脂が収縮することにより、硬化層にソリや変形が生じると、その硬化層が積層されて形成される立体モデルの寸法精度が低下し、高精度な光造形を行うことが困難であった。
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、高精度な光造形を行うことができるようにするものである。
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、前記光硬化性樹脂の表面に照射される光を放射する光源と、前記光源から放射される光を空間変調し、前記硬化層が形成される領域である照射領域に前記光を照射させる空間光変調手段と、前記照射領域を複数の区域に分け、前記空間光変調手段が前記光源からの光を空間変調することによる前記照射領域への光の照射を、前記区域ごとに複数の回数で行わせる制御手段とを備える。
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前記立体モデルを造形する光造形装置の光造形方法であって、前記光造形装置は、前記光硬化性樹脂の表面に照射される光を放射する光源と、前記光源から放射される光を空間変調し、前記硬化層が形成される領域である照射領域に前記光を照射させる空間光変調手段とを備え、前記照射領域を複数の区域に分け、前記空間光変調手段が前記光源からの光を空間変調することによる前記照射領域への光の照射を、前記区域ごとに複数の回数で行わせるステップを含む。
本発明の一側面においては、光造形装置は、光硬化性樹脂の表面に照射される光を放射する光源と、光源から放射される光を空間変調し、硬化層が形成される領域である照射領域に光を照射させる空間光変調手段とを備えている。そして、照射領域が複数の区域に分けられ、空間光変調手段が光源からの光を空間変調することによる照射領域への光の照射が、区域ごとに複数の回数で行われる。
本発明の一側面によれば、高精度な光造形を行うことができる。
以下に本発明の実施の形態を説明するが、本発明の構成要件と、明細書又は図面に記載の実施の形態との対応関係を例示すると、次のようになる。この記載は、本発明をサポートする実施の形態が、明細書又は図面に記載されていることを確認するためのものである。従って、明細書又は図面中には記載されているが、本発明の構成要件に対応する実施の形態として、ここには記載されていない実施の形態があったとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件に対応するものではないことを意味するものではない。逆に、実施の形態が構成要件に対応するものとしてここに記載されていたとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件以外の構成要件には対応しないものであることを意味するものでもない。
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において、
前記光硬化性樹脂の表面に照射される光を放射する光源(例えば、図2の光源12)と、
前記光源から放射される光を空間変調し、前記硬化層が形成される領域である照射領域に前記光を照射させる空間光変調手段(例えば、図2の空間光変調器17)と、
前記照射領域を複数の区域に分け、前記空間光変調手段が前記光源からの光を空間変調することによる前記照射領域への光の照射を、前記区域ごとに複数の回数で行わせる制御手段(例えば、図4のステップS14およびS15の処理を実行する図2の制御部21)と
を備える。
前記光硬化性樹脂の表面に照射される光を放射する光源(例えば、図2の光源12)と、
前記光源から放射される光を空間変調し、前記硬化層が形成される領域である照射領域に前記光を照射させる空間光変調手段(例えば、図2の空間光変調器17)と、
前記照射領域を複数の区域に分け、前記空間光変調手段が前記光源からの光を空間変調することによる前記照射領域への光の照射を、前記区域ごとに複数の回数で行わせる制御手段(例えば、図4のステップS14およびS15の処理を実行する図2の制御部21)と
を備える。
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前記立体モデルを造形する光造形装置の光造形方法であって、
前記光造形装置は、
前記光硬化性樹脂の表面に照射される光を放射する光源と、
前記光源から放射される光を空間変調し、前記硬化層が形成される領域である照射領域に前記光を照射させる空間光変調手段と
を備え、
前記照射領域を複数の区域に分け、前記空間光変調手段が前記光源からの光を空間変調することによる前記照射領域への光の照射を、前記区域ごとに複数の回数で行わせる(例えば、図4のステップS14およびS15)
ステップを含む。
前記光造形装置は、
前記光硬化性樹脂の表面に照射される光を放射する光源と、
前記光源から放射される光を空間変調し、前記硬化層が形成される領域である照射領域に前記光を照射させる空間光変調手段と
を備え、
前記照射領域を複数の区域に分け、前記空間光変調手段が前記光源からの光を空間変調することによる前記照射領域への光の照射を、前記区域ごとに複数の回数で行わせる(例えば、図4のステップS14およびS15)
ステップを含む。
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。
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。
図2において、光造形装置11は、光源12、シャッタ13、偏光板14、ビームインテグレータ15、ミラー16、空間光変調器17、集光レンズ18、対物レンズ19、ワーク部20、および制御部21から構成される。
光源12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12は、ワーク部20の紫外線硬化樹脂31を露光して、硬化層を形成するための光を放射する。なお、光源12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。
シャッタ13は、制御部21の制御に従って、光源12から放射される光を通過または遮蔽し、光源12からの光による紫外線硬化樹脂31の露光のオン/オフを制御する。
偏光板14は、シャッタ13を通過した光を所定の偏光光とする。即ち、偏光板14は、透過型の液晶パネルからなる空間光変調器17が、光源12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。
ビームインテグレータ15は、偏光板14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15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。
ミラー16は、ビームインテグレータ15により均一化された光を空間光変調器17に向かって反射する。
空間光変調器17は、例えば、透過型の液晶パネルからなり、ミラー16により反射された光が、紫外線硬化樹脂31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21の制御に従い、その光の一部を空間変調する。
即ち、空間光変調器17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21から供給され、空間光変調器17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17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31に投影する。
集光レンズ18は、空間光変調器17により空間変調された光が対物レンズ19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17により空間光変調された光を、対物レンズ19の前焦点に集光する。例えば、集光レンズ18と対物レンズ19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。
対物レンズ19は、一又は複数のレンズを有するレンズ群からなり、空間光変調器17により空間変調された光を紫外線硬化樹脂31の表面に結像させる。
ここで、対物レンズ19は、例えば、光源12からの光による一括露光とともに、図示しないビームスキャン光学系からの光ビームによるビームスキャン露光が行われるときに、ビームスキャン光学系からの光ビームを集光するとともに、光ビームが、紫外線硬化樹脂31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31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。
例えば、対物レンズ19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19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。なお、対物レンズ19としては、fθレンズではなく、通常の集光機能を有するレンズを用いてもよい。
ワーク部20は、収容容器32、ステージ33、駆動部34から構成される。
収容容器32は、液状の紫外線硬化樹脂31を収容する。
ステージ33は、収容容器32の紫外線硬化樹脂31に浸漬され、少なくとも紫外線硬化樹脂31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)に移動可能とされる。
駆動部34は、制御部21の制御に従い、収容容器32およびステージ33を駆動する。例えば、駆動部34は、立体モデルの断面形状データに応じて紫外線硬化樹脂31が露光され、立体モデルの硬化層が1層形成されるのに応じて、1ステップずつステージ33を垂直方向下方に駆動する。また、駆動部34は、紫外線硬化樹脂31の表面が、対物レンズ19の後側焦点位置に一致するように、収容容器32を垂直方向に駆動する。
制御部21は、光源12を制御して、光源12からの光の放射をオン/オフさせたり、シャッタ13を制御して、紫外線硬化樹脂31の露光をオン/オフさせたり、駆動部34を制御して、収容容器32およびステージ33を駆動させる。
また、制御部21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17の画素が光を透過するように、空間光変調器17の各画素を駆動させる駆動信号を、空間光変調器17に供給する。ここで、制御部21は、照射領域を複数の区域に分け、その区域ごとに空間光変調器17の画素を駆動させる。即ち、制御部21は、空間光変調器17を介しての紫外線硬化樹脂31への光の照射が、区域ごとに、複数の段階(回数)で行われるように、空間光変調器17を制御する。例えば、制御部21は、照射領域を、第1の区域と第2の区域との2つの区域に分け、第1段階露光と第2段階露光との2段階で露光を行わせる。
図3には、照射領域が単位領域ごとに千鳥状に2つの区域に分けられたワーク領域(空間光変調器17を介した光により一括して露光可能な紫外線硬化樹脂31の表面)が示されている。
第1段階露光のワーク領域において、ハッチングが施されている単位領域が、第1段階露光で光が照射される第1の区域であり、第2段階露光のワーク領域において、ハッチングが施されている単位領域が、第2段階露光で光が照射される第2の区域である。図3に示すように、断面形状データに基づく立体モデルの輪郭線(2点差線)の内側にある照射領域は、第1の区域の単位領域と第2の区域の単位領域とにより、千鳥状に分けられている。
即ち、図3に示すように、第1の区域は、縦方向および横方向に1単位領域ごとに交互に、光が照射される単位画素と光が照射されない単位領域とが配置されており、光が照射される単位画素が、いわゆる千鳥状に配置されている。また、第2の区域も、第1の区域と同様に、光が照射される単位画素が千鳥状に配置されており、第1の区域の単位領域と第2の区域の単位領域とが互いに補完しあって、照射領域を埋めるようになっている。
このように、2段階で露光することにより、第1の区域に対応する紫外線硬化樹脂31の表面が露光されて各単位領域が硬化する際に、第1の区域の単位領域に隣接する第2の区域の単位領域の紫外線硬化樹脂31は液状であるので、第1の区域の紫外線硬化樹脂31の収縮に応じて、第2の区域の単位領域には、その周囲から液状の紫外線硬化樹脂31が流れ込む。即ち、第1の区域の紫外線硬化樹脂31の単位領域それぞれの周囲にある液状の紫外線硬化樹脂31により、第1の区域の紫外線硬化樹脂31の各単位領域が硬化収縮する際の全体的なソリや変形が吸収される。
その後、第2の区域に対応する紫外線硬化樹脂31が露光されて各単位領域が硬化収縮する際に、第2の区域の単位領域に隣接する第1の区域の単位領域は既に硬化しているので、全体的なソリや変形が生じることはない。
即ち、従来のSLM投影方式(図1)による露光では、露光領域の全ての単位領域が同時に収縮するために、照射領域の中心に向かって全体的に収縮してしまい、これにより、硬化層にソリや変形が生じていた。
これに対し、上述したように、2段階で露光することにより、第1の区域の単位領域と第2の区域の単位領域とが順次硬化することで、照射領域が全体的に収縮することはなく、硬化層にソリや変形が生じることもない。従って、従来のように一度に照射領域を露光する場合よりも、硬化層の面内全体での寸法精度を向上させることができ、硬化層が積み重なって形成される立体モデルを、より高精度に形成することができる。
次に、図4は、図2の光造形装置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。
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21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。
ステップS11の処理後、処理はステップS12に進み、制御部21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。
ステップS13において、制御部21は、ステップS12で作成された断面形状データのうちの、第1層目のデータに応じた照射領域を、第1の区域と第2の区域の2つの区域(即ち、図3を参照して説明したように、照射領域の単位領域を千鳥状に分けた2つの区域)に分割し、処理はステップS14に進む。
ステップS14において、制御部21は、第1の区域の単位領域に光を照射させるように空間光変調器17の各画素を駆動させる駆動信号を、空間光変調器17に供給し、空間光変調器17は、光源12から放射された光が、第1の区域の単位領域に対応する画素を通過するように、各画素を駆動する。そして、制御部21は、所定の露光時間だけシャッタ13を開放して、紫外線硬化樹脂31の表面における単位領域のうちの第1の区域の単位領域を露光させる。
ステップS14の処理後、処理はステップS15に進み、制御部21は、第2の区域の単位領域に光を照射させるように空間光変調器17の各画素を駆動させる駆動信号を、空間光変調器17に供給し、空間光変調器17は光源12から放射された光が、第2の区域の単位領域に対応する画素を通過するように、各画素を駆動する。そして、制御部21は、所定の露光時間だけシャッタ13を開放して、紫外線硬化樹脂31の表面における単位領域のうちの第2の区域の単位領域を露光させる。
ステップS15の処理後、処理はステップS16に進み、制御部21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。
ステップS16において、制御部21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、直前のステップS13乃至S15で露光が行われた層の次の層の断面形状データを処理の対象として、以下、同様の処理が繰り返される。
一方、ステップS16において、制御部21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。
以上のように、光造形装置11では、2段階で各区域を露光することにより、硬化層にソリや変形が生じることが回避され、立体モデルをより高精度に形成することができる。
なお、図3に示すように、照射領域を千鳥状に分割するような分割方法以外の分割方法で照射領域を分割してもよく、また、2段階以上で露光を行ってもよい。
例えば、図5には、照射領域の中央付近を中心として年輪状に、照射領域を3つの区域に分けて、3段階で露光が行われるワーク領域が示されている。
第1段階露光のワーク領域に示すように、照射領域となる単位領域のうちの、照射領域の中央付近の単位領域が第1の区域とされ、第2段階露光のワーク領域に示すように、第1の区域の周囲を囲う単位領域が第2の区域とされる。また、第3段階露光のワーク領域に示すように、第2の区域の周囲を囲う単位領域であって、輪郭線である2点差線内の単位領域が、第3の区域とされている。
このように、照射領域を年輪状に分割し、第1の区域から第3の区域の順で、3段階で露光を行うことにより、第1の区域が露光されて収縮する際には、第1の区域に隣接する第2の区域の紫外線硬化樹脂31は液状であるので、その硬化収縮による全体的な変形を吸収することができる。また、第2の区域が露光されて収縮する際には、第2の区域に隣接する第3の区域の紫外線硬化樹脂31は液状であり、第3の区域が露光されて収縮する際には、第3の区域の周囲の紫外線硬化樹脂31は液状であるので、それぞれの区域の硬化収縮による全体的な変形を吸収することができる。
なお、照射領域を年輪状に分割する区域は、照射領域の大きさに応じて3つ以上になることは言うまでもなく、この場合、その区域に応じて3以上の段階で露光が行われる。また、各区域を、内側から外側に向かって段階的に露光する他、外側から内側に向かって段階的に露光してもよい。
このように、照射領域を年輪状に複数の区域に分け、複数の段階で順次露光することにより、硬化層にソリや変形が生じることがなく、立体モデルを、より高精度に形成することができる。
また、照射領域を分ける区域は、千鳥状や年輪状以外でもよく、即ち、ある単位領域に光を照射するときに、その単位領域に隣接する単位領域のうちの、少なくとも1つの単位領域に光が照射されないように区域を決定して、光が照射されない隣接する単位領域から、液状の紫外線硬化樹脂31が流れ込むようにすればよい。即ち、紫外線硬化樹脂31が流れ込むことでソリや変形の発生を抑制することができるように区域が分けられていればよい。
また、例えば、照射領域を複数の区域に分けるときに、図3に示すように1単位領域ごとに区域を分けるのではなく、複数の単位領域ごとに区域を分けるようにしてもよい。例えば、田型に隣接する4つの単位領域を1つの単位として、照射領域を千鳥状に分割してもよい。
さらに、立体モデルの断面形状をタイル状に配置された複数のワーク領域で分割し、複数のワーク領域を順次露光して1層の硬化層を形成するようなタイリング方式の光造形において、各ワーク領域の照射領域の露光を複数の区域に分けて行うようにしてもよい。
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。
なお、空間光変調器17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、偏光板14を設ける必要はない。
また、本発明は、空間光変調器17により空間変調された光を、紫外線硬化樹脂31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17により空間変調された光を、紫外線硬化樹脂31と収容容器32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。
例えば、収容容器32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31と界面に、空間光変調器17により空間変調された光が、紫外線硬化樹脂31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31の表面は、ガラスと紫外線硬化樹脂31と界面を含むものである。
規制液面法では、収容容器32とステージ33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33を配置し、収容容器32の底面のガラスを介して紫外線硬化樹脂31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33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。
このように、光が照射される紫外線硬化樹脂31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。
また、上述した制御部21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。
図6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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
また、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。
11 光造形装置, 12 光源, 13 シャッタ, 14 偏光板, 15 ビームインテグレータ, 16 ミラー, 17 空間光変調器, 18 集光レンズ, 19 対物レンズ, 20 ワーク部, 21 制御部, 31 紫外線硬化樹脂, 32 収容容器, 33 ステージ, 34 駆動部
Claims (4)
- 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、
前記光硬化性樹脂の表面に照射される光を放射する光源と、
前記光源から放射される光を空間変調し、前記硬化層が形成される領域である照射領域に前記光を照射させる空間光変調手段と、
前記照射領域を複数の区域に分け、前記空間光変調手段が前記光源からの光を空間変調することによる前記照射領域への光の照射を、前記区域ごとに複数の回数で行わせる制御手段と
を備える光造形装置。 - 前記制御手段は、前記照射領域を千鳥状に2つの区域に分け、前記照射領域への光の照射を2回で行わせる
請求項1に記載の光造形装置。 - 前記制御手段は、前記照射領域を、前記照射領域の略中央を中心とした年輪状に複数の区域に分け、前記照射領域への光の照射を、内側の区域から外側の区域に向かって複数の回数で行わせる
請求項1に記載の光造形装置。 - 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の光造形方法において、
前記光造形装置は、
前記光硬化性樹脂の表面に照射される光を放射する光源と、
前記光源から放射される光を空間変調し、前記硬化層が形成される領域である照射領域に前記光を照射させる空間光変調手段と
を備え、
前記照射領域を複数の区域に分け、前記空間光変調手段が前記光源からの光を空間変調することによる前記照射領域への光の照射を、前記区域ごとに複数の回数で行わせる
ステップを含む光造形方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007312028A JP2009132127A (ja) | 2007-12-03 | 2007-12-03 | 光造形装置および光造形方法 |
EP08019867A EP2067608A1 (en) | 2007-12-03 | 2008-11-13 | Optical shaping apparatus and optical shaping method |
US12/326,319 US20090140172A1 (en) | 2007-12-03 | 2008-12-02 | Optical shaping apparatus and optical shaping method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007312028A JP2009132127A (ja) | 2007-12-03 | 2007-12-03 | 光造形装置および光造形方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009132127A true JP2009132127A (ja) | 2009-06-18 |
Family
ID=40090348
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007312028A Pending JP2009132127A (ja) | 2007-12-03 | 2007-12-03 | 光造形装置および光造形方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20090140172A1 (ja) |
EP (1) | EP2067608A1 (ja) |
JP (1) | JP2009132127A (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015199197A (ja) * | 2014-04-04 | 2015-11-12 | 株式会社松浦機械製作所 | 三次元造形装置及び三次元形状造形物の製造方法 |
JP2017013426A (ja) * | 2015-07-03 | 2017-01-19 | 株式会社アスペクト | 粉末床溶融結合装置 |
WO2018061996A1 (ja) * | 2016-09-29 | 2018-04-05 | キヤノン株式会社 | 三次元造形装置、三次元物体製造方法および三次元造形プログラム |
KR20180111785A (ko) * | 2015-12-17 | 2018-10-11 | 클라우스 슈타들만 | 3차원 객체의 제조 방법 |
JP2019098735A (ja) * | 2017-12-04 | 2019-06-24 | 三緯國際立體列印科技股▲フン▼有限公司 | 分割プリント可能な3dプリンタ及び分割プリント方法 |
US10906246B2 (en) | 2016-09-29 | 2021-02-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical shaping apparatus, manufacturing method, and storage medium |
US10994489B2 (en) | 2016-09-29 | 2021-05-04 | Canon Kabushikikaisha | Optical shaping apparatus, manufacturing method, and storage medium |
WO2023007801A1 (ja) | 2021-07-30 | 2023-02-02 | ソニーグループ株式会社 | 光造形装置 |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8326024B2 (en) | 2009-04-14 | 2012-12-04 | Global Filtration Systems | Method of reducing the force required to separate a solidified object from a substrate |
JP6233001B2 (ja) * | 2013-12-20 | 2017-11-22 | ソニー株式会社 | 造形装置および造形物の製造方法 |
WO2016140891A1 (en) * | 2015-03-05 | 2016-09-09 | Carbon3D, Inc. | Continuous liquid interface production with sequential patterned exposure |
US20190129308A1 (en) * | 2017-11-02 | 2019-05-02 | Taiwan Green Point Enterprises Co., Ltd. | Digital masking system, pattern imaging apparatus and digital masking method |
WO2023280233A1 (zh) * | 2021-07-08 | 2023-01-12 | 深圳市黑创科技有限公司 | 投影装置、光固化打印机和投影方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001347573A (ja) * | 2000-06-06 | 2001-12-18 | Teijin Seiki Co Ltd | 光造形装置および光造形方法 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0695257A (ja) | 1992-09-11 | 1994-04-08 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 画像記録装置 |
CA2186613A1 (en) * | 1994-04-25 | 1995-11-02 | John J. Gigl | Enhanced building techniques in stereolithography |
EP1270184B1 (en) * | 1995-09-27 | 2005-07-06 | 3D Systems, Inc. | Selective deposition modeling for forming three-dimensional objects |
JP2002331591A (ja) * | 2001-05-08 | 2002-11-19 | Fuji Photo Film Co Ltd | 光造形方法 |
JP2007312028A (ja) | 2006-05-17 | 2007-11-29 | Fuji Xerox Co Ltd | 監視画像送出装置およびプログラム |
-
2007
- 2007-12-03 JP JP2007312028A patent/JP2009132127A/ja active Pending
-
2008
- 2008-11-13 EP EP08019867A patent/EP2067608A1/en not_active Withdrawn
- 2008-12-02 US US12/326,319 patent/US20090140172A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001347573A (ja) * | 2000-06-06 | 2001-12-18 | Teijin Seiki Co Ltd | 光造形装置および光造形方法 |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015199197A (ja) * | 2014-04-04 | 2015-11-12 | 株式会社松浦機械製作所 | 三次元造形装置及び三次元形状造形物の製造方法 |
US10427218B2 (en) | 2015-07-03 | 2019-10-01 | Aspect Inc. | Powder bed fusion apparatus |
JP2017013426A (ja) * | 2015-07-03 | 2017-01-19 | 株式会社アスペクト | 粉末床溶融結合装置 |
KR102226189B1 (ko) | 2015-12-17 | 2021-03-11 | 클라우스 슈타들만 | 3차원 객체의 제조 방법 |
KR20180111785A (ko) * | 2015-12-17 | 2018-10-11 | 클라우스 슈타들만 | 3차원 객체의 제조 방법 |
JP2018537324A (ja) * | 2015-12-17 | 2018-12-20 | シュタットルマン、クラウスSTADLMANN, Klaus | 3次元対象物の造形方法 |
US10906246B2 (en) | 2016-09-29 | 2021-02-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical shaping apparatus, manufacturing method, and storage medium |
JP2018051950A (ja) * | 2016-09-29 | 2018-04-05 | キヤノン株式会社 | 三次元造形装置、三次元物体製造方法および三次元造形プログラム |
WO2018061996A1 (ja) * | 2016-09-29 | 2018-04-05 | キヤノン株式会社 | 三次元造形装置、三次元物体製造方法および三次元造形プログラム |
US10994489B2 (en) | 2016-09-29 | 2021-05-04 | Canon Kabushikikaisha | Optical shaping apparatus, manufacturing method, and storage medium |
US11186041B2 (en) | 2016-09-29 | 2021-11-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Optically shaping apparatus and manufacturing method |
JP2019098735A (ja) * | 2017-12-04 | 2019-06-24 | 三緯國際立體列印科技股▲フン▼有限公司 | 分割プリント可能な3dプリンタ及び分割プリント方法 |
US10569472B2 (en) | 2017-12-04 | 2020-02-25 | Xyzprinting, Inc. | 3D printer capable of multiple sub-printing actions, and sub-printing method for using the same |
WO2023007801A1 (ja) | 2021-07-30 | 2023-02-02 | ソニーグループ株式会社 | 光造形装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20090140172A1 (en) | 2009-06-04 |
EP2067608A1 (en) | 2009-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5234315B2 (ja) | 光造形装置および光造形方法 | |
JP5293993B2 (ja) | 光造形装置および光造形方法 | |
JP2009132127A (ja) | 光造形装置および光造形方法 | |
JP5024001B2 (ja) | 光造形装置および光造形方法 | |
JP6800679B2 (ja) | 光造形装置、光造形方法および光造形プログラム | |
JP4525424B2 (ja) | 光造形方法 | |
JP5018076B2 (ja) | 光造形装置及び光造形方法 | |
JP6849365B2 (ja) | 光造形装置、光造形方法および光造形プログラム | |
JP4183119B2 (ja) | 光造形装置 | |
JP2008162188A (ja) | 光造形装置 | |
CN104093547A (zh) | 3d打印系统 | |
JP2002331591A (ja) | 光造形方法 | |
JP2009083240A (ja) | 光造形装置 | |
JP5071114B2 (ja) | 光造形装置および光造形方法 | |
JP2009113294A (ja) | 光造形装置及び光造形方法 | |
JP2017159557A (ja) | 三次元造形装置、造形物の製造方法、プログラム及び記録媒体 | |
JP2008162189A (ja) | 光造形装置 | |
JP2009160859A (ja) | 光造形装置および光造形方法、並びに光造形物 | |
JP2009132125A (ja) | 光造形装置および光造形方法 | |
CN114474732A (zh) | 数据处理方法、系统、3d打印方法、设备及存储介质 | |
JP2004155156A (ja) | 3次元造形装置および3次元造形方法 | |
JP2009137230A (ja) | 光造形装置 | |
JP2005053024A (ja) | 3次元積層造形装置及び3次元積層造形方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20101125 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120423 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120501 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20120904 |