JP2014000701A

JP2014000701A - 三次元造形装置および三次元造形方法

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Publication number: JP2014000701A
Application number: JP2012136583A
Authority: JP
Inventors: Muneyuki Moriya; 宗幸守屋
Original assignee: Roland DG Corp
Current assignee: Roland DG Corp
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2014-01-09
Anticipated expiration: 2032-06-18
Also published as: JP5993224B2

Abstract

【課題】三次元造形物の作製時間を増大することなく、より複雑な形状に対応することが可能な三次元造形装置を提供する。
【解決手段】貯留槽に貯留された光硬化性樹脂に対してレーザー光源よりレーザー光を照射し、該光硬化性樹脂に浸漬されて三次元造形物の土台となるベース部材に硬化層を形成した後に、所定量だけベース部材を動かし、該硬化層上に新たな硬化層を形成する動作を繰り返すことにより、硬化層を積層して三次元造形物を作製する三次元造形装置において、作製する三次元造形物の断面形状におけるレーザー光の走査ライン間の距離を、輪郭部分を該輪郭内の領域よりも小さく形成して硬化層形状データを作成する作成手段と、輪郭部分においてのみレンズによりレーザー光のスポット径を小さくするように制御しながら硬化層形状データに基づいて硬化層を形成する制御手段とを有するようにした。
【選択図】図７

Description

本発明は、三次元造形装置に関し、さらに詳細には、光を照射すると硬化する光硬化性樹脂を用いて三次元造形物を作製する三次元造形装置および三次元造形方法に関する。

従来より、可視光または紫外光などの光の照射により硬化する性質を有する光硬化性樹脂を用いた三次元造形装置が知られている。

こうした三次元造形装置では、例えば、以下のような手法により三次元造形物を作製するようにしていた。

即ち、貯留槽に貯留された光硬化性樹脂に対して光を照射することにより、貯留槽に貯留された光硬化性樹脂に浸漬されて三次元造形物の土台となるベース部材表面に、所定の液層厚さ分だけ光硬化性樹脂を硬化して硬化層を形成する。

さらに、所定の液層厚さ分だけベース部材を移動させた後、光硬化性樹脂に対して光を照射し、先に硬化した硬化層上に新たな硬化層を形成する。

こうした硬化層上に新たな硬化層を形成するという動作を順次繰り返して、硬化層を積層することにより三次元造形物を作製するようになされている。

なお、こうした三次元造形装置としては、例えば、特許文献１に詳細な内容が開示されている。

ここで、こうした三次元造形装置において、硬化層を形成する場合には、例えば、ベクトルイメージを描きながら光硬化性樹脂にレーザー光を照射し、光硬化性樹脂を所定の液層厚さで所定の形状に硬化するようにしていた。

即ち、１つの硬化層を形成する場合には、硬化層の形状を表すデータに基づいて、まず、光硬化性樹脂に対して、硬化層の輪郭に沿ってレーザー光を走査して硬化層の輪郭を形成する。その後、当該輪郭内の領域でレーザー光を走査して当該領域内の光硬化性樹脂を硬化して、所定の形状の硬化層を形成するようにしていた。

なお、こうした硬化層の形状を表すデータとは、例えば、公知の３次元ＣＡＤ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＤｅｓｉｇｎ）システムによって、作製する三次元造形物を所定の間隔で切断した断面を表す断面形状のデータである。

このため、硬化層の輪郭を形成する際には、より複雑な形状に対応することができるようにするため、レーザー光の照射対象が位置する照射面におけるレーザー光の径、つまり、スポット径は小さいほどよい。

しかしながら、レーザー光のスポット径を小さくすると、輪郭内の領域においてレーザー光を走査する回数が多くなってしまい、硬化層の形成に時間を要することとなっていた。その結果、三次元造形物の作製に時間を要することとなってしまっていた。

このため、より複雑な形状に対応することが可能であるとともに、三次元造形物の作製に時間を要しないような三次元造形装置および三次元造形方法の提案が望まれていた。

特開平６−２４６８３８号公報

本発明は、従来の技術の有する上記したような要望に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、三次元造形物の作製時間を増大することなく、より複雑な形状に対応することが可能な三次元造形装置および三次元造形方法を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、レーザー光の焦点位置を変更するためのレンズを設けるようにし、必要に応じて当該レンズによりレーザー光の焦点位置を変更するようにしたものである。

即ち、レーザー光の焦点位置が照射面と一致するよう設定されている場合には、硬化層の輪郭を形成する際には、レンズを使用することなくレーザー光のスポット径が小さい状態のままとし、当該輪郭内の領域を硬化する際には、レンズにより当該照射面におけるレーザー光のスポット径を大きくする。

また、レーザー光の焦点位置が照射面と一致しないように設定されている場合には、硬化層の輪郭を形成する場合には、レンズにより当該照射面におけるレーザー光のスポット径を小さくし、当該輪郭内の領域を硬化する際には、レンズを使用することなくレーザー光のスポット径が大きい状態のままとする。

これにより、本発明においては、硬化層の輪郭を形成する際には、レーザー光のスポット径を小さくして、より複雑な形状に対応することができるようになるとともに、当該輪郭内の領域を硬化する際には、レーザー光のスポット径を大きくして、当該領域内のレーザー光の走査回数が増大することがなくなる。このため、時間を要することなく硬化層を形成することができるようになる。

従って、本発明によれば、三次元造形物の作製時間を増大させることなく、より複雑な形状に対応することが可能となる。

即ち、本発明による三次元造形装置は、貯留槽に貯留された光硬化性樹脂に対してレーザー光源よりレーザー光を照射し、上記貯留槽に貯留された光硬化性樹脂に浸漬されて三次元造形物の土台となるベース部材に所定の液層厚さの硬化層を形成した後に、上記所定の液層厚さ分だけベース部材を動かし、該硬化層上に新たな硬化層を形成する動作を繰り返すことにより、硬化層を積層して三次元造形物を作製する三次元造形装置において、レーザー光源から照射されるレーザー光の焦点位置を変更して、レーザー光の照射面におけるスポット径を小さくするレンズと、作製する三次元造形物を所定の間隔で切断した際の断面形状におけるレーザー光の走査ラインを、輪郭部分においては該走査ライン間の距離を小さく形成し、該輪郭内の領域においては該走査ライン間の距離を大きく形成して硬化層形状データを作成する作成手段と、上記作成手段により作成された硬化層形状データにおいて走査ライン間の距離が小さい箇所については、上記レンズにより焦点位置を変更してレーザー光の照射面におけるスポット径を小さくし、該硬化層形状データにおいて走査ライン間の距離が大きい箇所については、上記レンズにより焦点位置を変更しないよう制御しながら該硬化層形状データに基づいて硬化層を形成する制御手段とを有するようにしたものである。

また、本発明による三次元造形装置は、貯留槽に貯留された光硬化性樹脂に対してレーザー光源よりレーザー光を照射し、上記貯留槽に貯留された光硬化性樹脂に浸漬されて三次元造形物の土台となるベース部材に所定の液層厚さの硬化層を形成した後に、上記所定の液層厚さ分だけベース部材を動かし、該硬化層上に新たな硬化層を形成する動作を繰り返すことにより、硬化層を積層して三次元造形物を作製する三次元造形装置において、レーザー光源から照射されるレーザー光の焦点位置を変更して、レーザー光の照射面におけるスポット径を大きくするレンズと、作製する三次元造形物を所定の間隔で切断した際の断面形状におけるレーザー光の走査ラインを、輪郭部分においては該走査ライン間の距離を小さく形成し、該輪郭内の領域においては該走査ライン間の距離を大きく形成して硬化層形状データを作成する作成手段と、上記作成手段により作成された硬化層形状データにおいて走査ライン間の距離が小さい箇所については、上記レンズにより焦点位置を変更しないようにし、該硬化層形状データにおいて走査ライン間の距離が大きい箇所については、上記レンズにより焦点位置を変更してレーザー光の照射面におけるスポット径を大きくするよう制御しながら該硬化層形状データに基づいて硬化層を形成する制御手段とを有するようにしたものである。

また、本発明による三次元造形装置は、光の照射により硬化する光硬化性樹脂を用いて三次元造形物を作製する三次元造形装置において、底面が透明基板により形成され、内部に光硬化性樹脂を貯留する貯留手段と、一方の端部近傍にレーザー光の焦点位置を変更してレーザー光の照射面におけるスポット径を小さくするレンズが配設されるとともに他方の端部に板状部材が設けられた金属板が回動可能に設けられ、上記貯留手段の下方側に配設されて、上記貯留手段の底面を介して上記貯留手段の内部に貯留された光硬化性樹脂にレーザー光を照射するレーザー光源と、上記レーザー光源をＸＹＺ直交座標系におけるＸＹ平面上で移動する移動手段と、上記移動手段により上記レーザー光が移動可能な領域内であり、かつ、硬化層の形成時に上記レーザー光源が位置しない領域において、上記板状部材が当接可能な凸部と、上記貯留手段に貯留された光硬化性樹脂に浸漬され、レーザー光の照射により硬化する光硬化性樹脂の土台となるベース部材と、上記ベース部材をＺ軸方向で昇降する昇降手段と、作製する三次元造形物を所定の間隔で切断した際の各断面形状において、レーザー光の走査ラインを、輪郭部分においては該走査ライン間の距離を小さく形成し、該輪郭内の領域においては該走査ライン間の距離を大きく形成して硬化層形状データを作成する作成手段と、上記作成手段により作成された所定の硬化層形状データに基づいて、上記ベース部材に硬化層を形成した後、上記ベース部材を所定量だけ上昇させて、上記所定の硬化層形状データの次の硬化層形状データに基づいて該硬化層上に新たな硬化層を形成するという動作を繰り返して行うよう上記レーザー光源、上記移動手段および上記昇降手段を制御する制御手段とを有し、上記制御手段は、硬化層形状データにおいて走査ライン間の距離が小さい箇所については、上記移動手段により上記レーザー光源を移動し、上記凸部により上記板状部材を所定の方向に押圧して上記金属板を回動することで、上記レンズを上記レーザー光源より出射するレーザー光が入射する位置に配置し、硬化層形状データにおいて走査ライン間の距離が大きい箇所については、上記移動手段により上記レーザー光源を移動し、上記凸部により上記板状部材を上記所定の方向と逆方向に押圧して上記金属板を回動することで、上記レンズを上記レーザー光源より出射するレーザー光が入射しない位置に配置するようにしたものである。

また、本発明による三次元造形装置は、光の照射により硬化する光硬化性樹脂を用いて三次元造形物を作製する三次元造形装置において、底面が透明基板により形成され、内部に光硬化性樹脂を貯留する貯留手段と、一方の端部近傍にレーザー光の焦点位置を変更してレーザー光の照射面におけるスポット径を大きくするレンズが配設されるとともに他方の端部に板状部材が設けられた金属板が回動可能に設けられ、上記貯留手段の下方側に配設されて、上記貯留手段の底面を介して上記貯留手段の内部に貯留された光硬化性樹脂にレーザー光を照射するレーザー光源と、上記レーザー光源をＸＹＺ直交座標系におけるＸＹ平面上で移動する移動手段と、上記移動手段により上記レーザー光が移動可能な領域内であり、かつ、硬化層の形成時に上記レーザー光源が位置しない領域において、上記板状部材が当接可能な凸部と、上記貯留手段に貯留された光硬化性樹脂に浸漬され、レーザー光の照射により硬化する光硬化性樹脂の土台となるベース部材と、上記ベース部材をＺ軸方向で昇降する昇降手段と、作製する三次元造形物を所定の間隔で切断した際の各断面形状において、レーザー光の走査ラインを、輪郭部分においては該走査ライン間の距離を小さく形成し、該輪郭内の領域においては該走査ライン間の距離を大きく形成して硬化層形状データを作成する作成手段と、上記作成手段により作成された所定の硬化層形状データに基づいて、上記ベース部材に硬化層を形成した後、上記ベース部材を所定量だけ上昇させて、上記所定の硬化層形状データの次の硬化層形状データに基づいて該硬化層上に新たな硬化層を形成するという動作を繰り返して行うよう上記レーザー光源、上記移動手段および上記昇降手段を制御する制御手段とを有し、上記制御手段は、硬化層形状データにおいて走査ライン間の距離が小さい箇所については、上記移動手段により上記レーザー光源を移動し、上記凸部により上記板状部材を所定の方向に押圧して上記金属板を回動することで、上記レンズを上記レーザー光源より出射するレーザー光が入射しない位置に配置し、硬化層形状データにおいて走査ライン間の距離が大きい箇所については、上記移動手段により上記レーザー光源を移動し、上記凸部により上記板状部材を上記所定の方向と逆方向に押圧して上記金属板を回動することで、上記レンズを上記レーザー光源より出射するレーザー光が入射する位置に配置するようにしたものである。

また、本発明による三次元造形方法は、貯留槽に貯留された光硬化性樹脂に対してレーザー光源によりレーザー光を照射し、上記貯留槽に貯留された光硬化性樹脂に浸漬されて三次元造形物の土台となるベース部材に所定の液層厚さの硬化層を形成した後に、上記所定の液層厚さ分だけベース部材を動かし、該硬化層上に新たな硬化層を形成する動作を繰り返す三次元造形装置により、硬化層を積層して三次元造形物を作製する三次元造形方法において、作製する三次元造形物を所定の間隔で切断した際の断面形状におけるレーザー光の走査ラインを、輪郭部分においては該走査ライン間の距離を小さく形成し、該輪郭内の領域においては該走査ライン間の距離を大きく形成して硬化層形状データを作成する作成工程と、上記作成工程で作製された硬化層形状データにおいて走査ライン間の距離が小さい箇所については、レーザー光源から照射されるレーザー光の焦点位置を変更してレーザー光の照射面におけるスポット径を小さくするレンズにより、焦点位置を変更してレーザー光の照射面におけるスポット径を小さくし、該硬化層形状データにおいて走査ライン間の距離が大きい箇所については、上記レンズにより焦点位置を変更しないよう制御しながら該硬化層形状データに基づいて硬化層を形成する制御工程とを前記三次元造形装置が実行するようにしたものである。

また、本発明による三次元造形方法は、貯留槽に貯留された光硬化性樹脂に対してレーザー光源によりレーザー光を照射し、上記貯留槽に貯留された光硬化性樹脂に浸漬されて三次元造形物の土台となるベース部材に所定の液層厚さの硬化層を形成した後に、上記所定の液層厚さ分だけベース部材を動かし、該硬化層上に新たな硬化層を形成する動作を繰り返す三次元造形装置により、硬化層を積層して三次元造形物を作製する三次元造形方法において、作製する三次元造形物を所定の間隔で切断した際の断面形状におけるレーザー光の走査ラインを、輪郭部分においては該走査ライン間の距離を小さく形成し、該輪郭内の領域においては該走査ライン間の距離を大きく形成して硬化層形状データを作成する作成工程と、上記作成工程で作製された硬化層形状データにおいて走査ライン間の距離が小さい箇所については、レーザー光源から照射されるレーザー光の焦点位置を変更してレーザー光の照射面におけるスポット径を大きくするレンズにより、焦点位置を変更しないようにし、該硬化層形状データにおいて走査ライン間の距離が大きい箇所については、上記レンズにより焦点位置を変更してレーザー光の照射面におけるスポット径を大きくするよう制御しながら該硬化層形状データに基づいて硬化層を形成する制御工程とを前記三次元造形装置が実行するようにしたものである。

本発明は、以上説明したように構成されているので、三次元造形物の作製時間を増大することなく、より複雑な形状に対応することができるという優れた効果を奏する。

図１は、本発明による三次元造形装置の概略構成斜視説明図である。図２は、本発明による三次元造形装置の概略構成断面説明図である。図３（ａ）（ｂ）（ｃ）は、レーザー光源の概略構成説明図であり、図３（ａ）は、焦点位置変更部材によりレーザー光の焦点を変更するときのレーザー光源の状態を示す説明図であり、また、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩ矢視図であり、また、図３（ｃ）は、焦点位置変更部材によりレーザー光の焦点を変更しないときのレーザー光源の状態を示す説明図である。図４は、図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。図５（ａ）は、焦点位置変更部材が焦点位置未変更状態のときに発光部材から出射されるレーザー光の焦点位置（スポット位置）を示す説明図であり、また、図５（ｂ）は、焦点位置変更部材が焦点位置変更状態のときに発光部材から出射されるレーザー光の焦点位置（スポット位置）を示す説明図である。図６（ａ）は、焦点位置変更部材を焦点位置変更状態から焦点位置未変更状態に変更する直前の状態を示す説明図であり、また、図６（ｂ）は、焦点位置変更部材を焦点位置未変更状態から焦点位置変更状態に変更する直前の状態を示す説明図である。図７は、三次元造形物作製処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。図８（ａ）は、硬化層形状データを示す説明図であり、また、図８（ｂ）は、図８（ａ）の一部を拡大した拡大説明図である。図９（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明による三次元造形装置におけるレーザー光の焦点位置の設定の変形例を示す説明図である。図１０（ａ）は、焦点位置変更部材の状態を切り替える切替ピンの変形例を示す説明図であり、また、図１０（ｂ）は、焦点位置変更部材の変形例を示す説明図である。図１１は、本発明による三次元造形装置の変形例を示す説明図である。図１２（ａ）は、所定の走査ライン上を小スポット径のレーザー光で硬化する領域と、当該所定の走査ラインと隣り合う走査ライン上を小スポット径のレーザー光で硬化する領域とが隣接した状態を示す説明図であり、また、図１２（ｂ）は、所定の走査ライン上を小スポット径のレーザー光で硬化する領域と、当該所定の走査ラインと隣り合う走査ライン上を小スポット径のレーザー光で硬化する領域とが一部重なる状態を示す説明図である。図１３（ａ）は、所定の走査ライン上を大スポット径のレーザー光で硬化する領域と、当該所定の走査ラインと隣り合う走査ライン上を大スポット径のレーザー光で硬化する領域とが隣接した状態を示す説明図であり、また、図１３（ｂ）は、所定の走査ライン上を大スポット径のレーザー光で硬化する領域と、当該所定の走査ラインと隣り合う走査ライン上を大スポット径のレーザー光で硬化する領域とが一部重なる状態を示す説明図である。図１４は、小スポット径で硬化する領域と大スポット径で硬化する領域とが一部重なる状態を示す説明図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による三次元造形装置および三次元造形方法の実施の形態の一例を詳細に説明することとする。

図１には、本発明による三次元造形装置の概略構成斜視説明図が示されており、また、図２には、図１に示す三次元造形装置の概略構成断面説明図が示されており、また、図３には、レーザー光源の概略構成説明図が示されており、また、図４には、図１のＩＩ−ＩＩ断面図が示されている。

この図１に示す三次元造形装置１０は、規制液面方式を採用しており、造形ユニット１２の下方側、つまり、筐体１１内にレーザー光源１４が配置されている。

この造形ユニット１２は、ガラスなどの透明基板１３上で、内部に流動性を有する光硬化性樹脂を貯留する貯留槽１６を備えている。なお、この貯留槽１６は底面部が透明基板１３により構成されており（図２を参照する。）、レーザー光源１４からのレーザー光がこの透明基板１３を透過して貯留槽１６に貯留される光硬化性樹脂に照射される。また、レーザー光源１４から出射されるレーザー光は、貯留槽１６に貯留された光硬化性樹脂を硬化することが可能なものである。

また、貯留槽１６内には、レーザー光源１４から出射されるレーザー光により硬化する光硬化性樹脂の土台となるとともに、形成した三次元造形物を保持するベース部材１８が配置されている。

このベース部材１８は、ベース部材１８をＸＹＺ直交座標系のＺ軸方向、つまり、上下方向に昇降させるための昇降手段２０に接続されている。

レーザー光源１４は、筐体１１内に設けられた移動機構３０により筐体１１内をＸＹ平面で移動する。

そして、昇降手段２０および移動機構３０は、制御手段３６によりその動作が制御されることとなる。

より詳細には、レーザー光源１４は、レーザー出射口２２ａからレーザー光を出射する発光部材２２を備えている。なお、発光部材２２から出射するレーザー光は、レーザー光の照射対象が位置する照射面より発光部材２２側に焦点位置、つまり、スポット位置が位置するように設定されている（図５（ａ）を参照する。）。また、本実施の形態において、照射面は貯留槽１６の底面１６ａと接する光硬化性樹脂面とするが、こうした照射面は適宜に設定できる。

そして、発光部材２２の上面２２ｂにおいては、発光部材２２から出射するレーザー光の焦点位置を変更するレンズ３２を備えた焦点位置変更部材２４が設けられている。なお、この焦点位置変更部材２４は、発光部材２２より出射されたレーザー光の焦点位置を照射面と一致するように変更するものである（図５（ｂ）を参照する。）。

なお、図５（ａ）（ｂ）に示すそれぞれの場合の照射面におけるレーザー光のスポット径は、制御手段３６の記憶手段（図示せず。）に記憶され、後述するレーザー光の走査ラインの形成の際に利用される。

この焦点位置変更部材２４は、略矩形形状の金属板であり、一方の端部（図３（ａ）においては、前端部２４ｄである。）近傍にレーザー光の焦点位置を変更するためのレンズ３２が設けられている。なお、レンズ３２は、アクリル樹脂やガラスなどの透明材料により形成されている。また、他方の端部（図３（ａ）においては、後端部２４ａである。）には板状部材３４が設けられている。

そして、焦点位置変更部材２４は、発光部材２２の上面２２ｂにおいて固定部材２６により回動可能に固定されている。

このため、焦点位置変更部材２４は、固定部材２６を中心として回動することにより、レンズ３２がレーザー出射口２２ａ上に位置する状態、あるいは、レンズ３２がレーザー出射口２２ａ上に位置しない状態のいずれかの状態とすることが可能となっている。

なお、焦点位置変更部材２４において、レンズ３２がレーザー出射口２２ａ上に位置する状態、つまり、レーザー光の焦点位置を変更する状態とは、図３（ａ）に示す状態であり、以下、こうした状態を「焦点位置変更状態」と称する。

また、焦点位置変更部材２４において、レンズ３２がレーザー出射口２２ａ上に位置しない状態、つまり、レーザー光の焦点位置を変更しない状態とは、図３（ｃ）に示す状態であり、以下、こうした状態を「焦点位置未変更状態」と称する。

即ち、焦点位置変更部材２４は、固定部材２６を回動軸として回動し、焦点位置変更状態あるいは焦点位置未変更状態とを選択することができる。

ここで、発光部材２２の上面２２ｂには、板部２８ａ、２８ｂが立設されている。

この板部２８ａは、焦点位置変更部材２４が焦点位置変更状態から矢印Ａ方向に回動して焦点位置未変更状態になった場合に、焦点位置変更部材２４の右側面２４ｂと当接する。

このとき、当接した板部２８ａと焦点位置変更部材２４の右側面２４ｂとは、当接した状態が維持されるようになされている。

具体的には、例えば、板部２８ａにおいて右側面２４ｂと当接する部分にマグネット（図示せず。）を配設し、当該マグネットの磁力により焦点位置変更部材２４の右側面２４ｂと板部２８ａとが当接した状態を維持するようにする。

なお、こうしたマグネットの磁力は、切替ピン５０による板状部材３４の押圧（後述する。）により右側面２４ｂと板部２８ａとが当接した状態を解除可能な程度とする。

また、板部２８ｂは、焦点位置変更部材２４が焦点位置未変更状態から矢印Ｂ方向に回動して焦点位置変更状態になった場合に、焦点位置変更部材２４の左側面２４ｃと当接する。

このとき、当接した板部２８ｂと焦点位置変更部材２４の左側面２４ｃとは、当接した状態が維持されるようになされている。

具体的には、例えば、板部２８ｂにおいて左側面２４ｃと当接する部分にマグネット（図示せず。）を配設し、当該マグネットの磁力により焦点位置変更部材２４の左側面２４ｃと板部２８ｂとが当接した状態を維持するようにする。

なお、こうしたマグネットの磁力は、切替ピン５０による板状部材３４の押圧（後述する。）により左側面２４ｃと板部２８ｂとが当接した状態を解除可能な程度とする。

板状部材３４は、焦点位置変更部材２４の後端部２４ａに設けられており、その長さＬ１は、焦点位置変更部材２４が焦点位置未変更状態のときに、板状部材３４の後端部３４ａが焦点位置変更部材２４の右後端部２４ａａより後方側に位置するように寸法設定されている（図３（ｃ）を参照する。）。

また、この板状部材３４の高さＨ１は、移動機構３０によりレーザー光源１４を移動して、筐体１１内に設けられた切替ピン５０（後述する。）により押圧されることが可能なように寸法設定されている。

また、昇降手段２０は、例えば、図示しないモーターなどによって、接続されるベース部材１８を昇降するものである。なお、当該モーターは、制御手段３６により制御される。

移動機構３０は、筐体１１内にＸ軸方向に延設された一対のレール４０と、一対のレール４０に摺動自在に配設されるとともに、一対のレール４０を連結するようにＹ軸方向に延設された一対のレール４２を備えた移動部材４４とを有して構成されている。

そして、移動機構３０においては、移動部材４４のレール４２にレーザー光源１４が摺動自在に配設されている。

移動部材４４には駆動モーター４６が設けられており、移動部材４４は、この駆動モーター４６の駆動により一対のレール４０に沿ってＸ軸方向に移動する。なお、駆動モーター４６の駆動は制御手段３６に制御される。

また、レーザー光源１４には駆動モーター４８が設けられており、レーザー光源１４は、この駆動モーター４８の駆動により一対のレール４２に沿ってＹ軸方向に移動する。なお、駆動モーター４８の駆動は制御手段により制御される。

従って、レーザー光源１４は、制御手段３６の制御により、移動機構３０によって筐体１１内をＸＹ平面で移動することとなる。

また、筐体１１においては、後方側の内壁面１１ａの略中央部において切替ピン５０が設けられている。

切替ピン５０は、移動機構３０によりレーザー光源１４が移動可能な領域であり、かつ、硬化層を作成している際に、レーザー光源１４が位置しない領域に設けられている。

この切替ピン５０は、板状部材３４と接触することが可能な高さに設けられており、移動機構３０によるレーザー光源１４の移動により焦点位置変更部材２４を、焦点位置変更状態から焦点位置未変更状態へ、あるいは、焦点位置未変更状態から焦点位置変更状態へ変更するものである。

こうした切替ピン５０による焦点位置変更部材２４の変更は、具体的には、下記のようになされる。

焦点位置変更状態から焦点位置未変更状態へ変更する場合には、まず、レーザー光源１４を切替ピン５０より左方側に移動し、移動部材４４を後方側に移動する（図６（ａ）を参照する。）。

その後、レーザー光源１４を右方側に移動することにより、切替ピン５０によって板状部材３４の右側面３４ａを押圧する。

その結果、焦点位置変更部材２４は、矢印Ｃ方向に回動して焦点位置変更状態から焦点位置未変更状態となる。

また、焦点位置未変更状態から焦点位置変更状態へ変更する場合には、まず、レーザー光源１４を切替ピン５０より右方側に移動し、移動部材４４を後方側に移動する（図６（ｂ）を参照する。）。

その後、レーザー光源１４を左方側に移動することにより、切替ピン５０によって板状部材３４の左側面３４ｂを押圧する。

その結果、焦点位置変更部材２４は、矢印Ｄ方向に回動して焦点位置未変更状態から焦点位置変更状態となる。

以上の構成において、三次元造形装置１０において、三次元造形物を作製する際の動作について説明することとする。

はじめに、三次元造形装置１０を用いて三次元造形物を作製するにあたっては、まず、制御手段３６に接続された３次元ＣＡＤシステム（図示せず。）によって、作製する三次元造形物を水平方向に所定の間隔、例えば、３０μｍ毎に切断した断面を表す断面形状データを作成する。

そして、作成した断面形状データに基づいて、断面形状において走査ラインを形成して硬化層形状データを作成する（図８（ａ）（ｂ）を参照する。）。なお、この走査ラインは、レーザー光が走査するラインであって、この走査ライン上をレーザー光のスポット径の中心が移動することとなる。

こうして作成された硬化層形状データは、３次元ＣＡＤシステムにおいて図示しない記憶手段に記憶される。

また、走査ラインについては、硬化層の輪郭においては、焦点位置変更部材２４が焦点位置変更状態のときのスポット径を考慮して走査ライン間の距離を小さくするとともに、当該輪郭内の領域においては、焦点位置変更部材２４が焦点位置未変更状態のときのスポット径を考慮して走査ライン間の距離を大きくしている。

従って、硬化層の輪郭部分にレーザー光を照射する際には、レーザー光のスポット径を小さくすることを示すとともに、当該輪郭内にレーザー光を照射する際には、レーザー光のスポット径を大きくすることを示している。

ここで、走査ライン間の距離は、焦点位置変更状態あるいは焦点位置未変更状態のときのスポット径によって決定されるが、走査ライン間の距離としては、所定の走査ライン上を移動するスポット径が当該所定の走査ラインと隣り合う走査ライン上を移動するスポット径と接触あるいは一部重なるように設定されている。

具体的には、硬化層の輪郭における走査ライン間の距離は、所定の走査ライン上を焦点位置変更状態のときのスポット径（つまり、小スポット径である。）のレーザー光で硬化する領域Ｓ１と、当該所定の走査ラインと隣り合う走査ライン上を小スポット径のレーザー光で硬化する領域Ｓ２とが隣接した状態（１２（ａ）を参照する。）、あるいは、一部重なる状態（図１２（ｂ）を参照する。）となるように設定される。

なお、領域Ｓ１と領域Ｓ２とが一部重なる状態となるように設定した場合には、領域Ｓ１と領域Ｓ２とが重なり合う領域Ｓ３の幅Ｌ２を、作業者が任意に設定するようにしてもよいし、小スポット径の所定の割合とするように一定の長さとなるように自動的に設定されるようにしてもよい。

また、硬化層の輪郭内の領域における走査ライン間の距離は、所定の走査ライン上を焦点位置未変更状態のときのスポット径（つまり、大スポット径である。）のレーザー光で硬化する領域Ｓ４と、当該所定の走査ラインと隣り合う走査ライン上を大スポット径のレーザー光で硬化する領域Ｓ５とが隣接した状態（図１３（ａ）を参照する。）、あるいは、一部重なる状態（図１３（ｂ）を参照する。）となるように設定される。

なお、領域Ｓ４と領域Ｓ５とが一部重なる状態となるように設定した場合には、領域Ｓ４と領域Ｓ５とが重なり合う領域Ｓ６の幅Ｌ３を、作業者が任意に設定するようにしてもよいし、大スポット径の所定の割合とするように一定の長さとなるように自動的に設定されるようにしてもよい。

さらに、硬化層の輪郭における走査ラインと当該輪郭内の領域における走査ライン間の距離については、小スポット径でのレーザー光硬化する領域Ｓ７と大スポット径のレーザー光で硬化する領域Ｓ８とが一部重なる状態となるように設定されている（図１４を参照する。）。

なお、この際には、領域Ｓ７と領域Ｓ８とが重なる幅Ｌ４を、作業者が任意に設定するようにしてもよいし、いずれかのスポット径の所定の割合とするように一定の長さとなるよう自動的に設定されるようにしてもよい。

なお、こうして作成された硬化層形状データは、後述する三次元造形物作成処理が開始されると、３次元ＣＡＤシステム（図示せず。）から制御手段３６へ第１層目の硬化層形状データが転送されるようになされており、さらに、第２層目以降の硬化層形状データが順次一定時間毎に１層分ずつ転送されるようになされている。

次に、貯留槽１６内部に流動性を有する光硬化性樹脂を貯留する。

なお、貯留槽１６に貯留する光硬化性樹脂の量としては、作成する三次元造形物の大きさに応じて適宜に設定すればよい。

また、三次元造形物の作製途中で光硬化性樹脂が不足した場合には、光硬化性樹脂を貯留槽１６内部に追加的に流し込めばよいものである。

その後、作業者が、三次元造形装置１０を操作するための操作子（図示せず。）を操作して、三次元造形物の作製を開始すると、制御手段３６において三次元造形物作製処理が開始される。

ここで、図７のフローチャートには、三次元造形物作製処理の詳細な処理内容が示されており、この三次元造形物作製処理においては、まず、作製する三次元造形物の第１層目の硬化層形状データを３次元ＣＡＤシステム（図示せず。）から取得する（ステップＳ７０２）。

即ち、そのステップＳ７０２の処理においては、制御手段３６に３次元ＣＡＤシステム（図示せず。）から第１層目の硬化層形状データが転送されるものである。なお、このとき制御手段３６においては、硬化層形状データが転送された時点からのタイムカウントを開始する。

次に、レーザー光源１４における焦点位置変更部材２４を焦点位置変更状態とする（ステップＳ７０４）。

即ち、このステップＳ７０２の処理では、まず、レーザー光源１４を切替ピン５０の右方側に移動した後に移動部材４４を後方側に移動する。即ち、図６（ｂ）に示す状態とする。

その後、レーザー光源１４を左方側に移動することにより、切替ピン５０によって板状部材３４の左側面３４ｂを押圧して、焦点位置変更部材２４を焦点位置変更状態とする。

そして、焦点位置変更部材２４を焦点位置変更状態とすると、取得した硬化層形状データに基づいて、硬化層の輪郭を形成する（ステップＳ７０６）。

つまり、ステップＳ７０６の処理においては、硬化層形状データにおける輪郭部分の走査ラインに基づいて、焦点位置変更部材２４が焦点位置変更状態となっているレーザー光源１４からレーザー光が照射されて、硬化層の輪郭を形成することとなる。

即ち、硬化層の輪郭の形成においては、焦点位置（スポット位置）が照射面と一致する状態、つまり、照射面におけるレーザー光のスポット径が小さい状態でレーザー光源１４からレーザー光が照射されることとなる。

ステップＳ７０６の処理で硬化層の輪郭の形成が完了すると、次に、レーザー光源１４における焦点位置変更部材２４を焦点位置変更状態から焦点位置未変更状態とする（ステップＳ７０８）。

即ち、このステップＳ７０８の処理では、まず、レーザー光源１４を切替ピン５０の左方側に移動した後に移動部材４４を後方側に移動する。即ち、図６（ａ）に示す状態とする。

その後、レーザー光源１４を右方側に移動することにより、切替ピン５０によって板状部材３４の右側面３４ａを押圧して、焦点位置変更部材２４を焦点位置未変更状態とする。

そして、焦点位置変更部材２４を焦点位置未変更状態とすると、ステップＳ７０６の処理において輪郭を形成した硬化層形状データに基づいて、硬化層の輪郭内の領域を硬化する（ステップＳ７１０）。

つまり、ステップＳ７１０の処理においては、硬化層形状データにおける輪郭内の領域の走査ラインに基づいて、焦点位置変更部材２４が焦点位置未変更状態となっているレーザー光源１４からレーザー光が照射されて、硬化層の輪郭内の領域を硬化することとなる。

即ち、硬化層の輪郭内の硬化においては、焦点位置（スポット位置）が照射面よりレーザー光源１４側に位置する状態、つまり、照射面におけるレーザー光のスポット径が大きい状態でレーザー光源１４からレーザー光が照射されることとなる。

こうして、取得した硬化層形状データに基づいて硬化層の形成が終了すると、形成した硬化層は最終層であるか否かの判断を行う（ステップＳ７１２)。

即ち、このステップＳ７１２の判断処理においては、３次元ＣＡＤシステム（図示せず。）から一定時間内に次層の硬化層形状データが転送されたか否かの判断を行うものである。

つまり、制御手段３６において、一定時間内に３次元ＣＡＤシステム（図示せず。）から硬化層形状データが転送された場合には、形成した硬化層は最終層ではないと判断される。このとき、制御手段３６においては、３次元ＣＡＤシステム（図示せず。）から硬化層形状データが転送された時点からタイムカウントが開始される。

一方、制御手段３６において、一定時間内に３次元ＣＡＤシステム（図示せず。）から硬化層形状データが転送されない場合には、形成した硬化層は最終層であると判断される。

このステップＳ７１２の判断処理において、形成した硬化層は最終層ではないと判断されると、ステップＳ７０４の処理に進み、ステップＳ７０４の処理以降の処理を行う。このとき、ステップＳ７０６の処理においては、ステップＳ７１２の判断処理において取得した硬化層形状データに基づいて硬化層の輪郭を形成し、ステップＳ７１０の処理においては、ステップＳ７１２の判断処理において取得した硬化層形状データに基づいて硬化層の輪郭内の硬化を行うこととなる。

また、ステップＳ７１２の判断処理において、形成した硬化層は最終層であると判断されると、三次元造形物の作製が完了したものとして三次元造形物作製処理を終了する。

以上において説明したように、本発明による三次元造形装置１０では、レーザー光源１４において出射するレーザー光の焦点位置を変更することが可能な焦点位置変更部材２４を設けるようにしたものである。

また、レーザー光源１４が移動機構３０によりＸＹ平面を移動する筐体１１内において、焦点位置変更部材２４を焦点位置変更状態または焦点位置未変更状態へ切り替える際に使用する切替ピン５０を設けるようにしたものである。

そして、移動機構３０によるレーザー光源１４の移動により、焦点位置変更部材２４の板状部材３４を切替ピン５０で所定の方向に押圧することにより、焦点位置変更部材２４を焦点位置変更状態から焦点位置未変更状態へ、あるいは、焦点位置未変更状態から焦点位置変更状態へ切り替えるようにしたものである。

つまり、本発明による三次元造形装置１０においては、大小２種類のスポット径を利用して、より精度の高い形状に対応しなければならない硬化層の輪郭部分においては、スポット径を小さくし、広い範囲の硬化を行わなければならない硬化層の輪郭内の領域においては、スポット径を大きくするようにしたものである。

即ち、本発明による三次元造形装置１０では、硬化層のうち、より精度の高い形状に対応しなければならない硬化層の輪郭部分においては、焦点位置変更状態により焦点位置を変更してスポット径が小さくなった状態のレーザー光を照射するようにしたものである。

また、硬化層のうち、広い範囲の硬化を行わなければならない硬化層の輪郭内の領域においては、焦点位置未変更状態により焦点位置を変更することなくスポット径が大きい状態のレーザー光を照射するようにしたものである。

これにより、本発明による三次元造形装置１０においては、レーザー光のスポット径を変更するような構成を備えていない従来の技術による三次元造形装置と比較して、簡単な構成により、三次元造形物の作製時間を増大することなく、より複雑な形状に対応することができることとなる。

なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（８）に示すように変形するようにしてもよい。

（１）上記した実施の形態においては、レーザー光源１４から出射するレーザー光は、焦点位置変更部材２４が焦点位置未変更状態にある場合には、その焦点位置が照射面より発光部材２２側に位置するようにし、焦点位置変更部材２４が焦点位置変更状態にある場合には、その焦点位置が照射面と一致するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。

具体的には、レーザー光源１４から出射するレーザー光は、焦点位置変更部材２４が焦点位置変更状態にある場合には、焦点位置変更部材２４が焦点位置未変更状態にある場合と比較して、レーザー光の照射面におけるスポット径が、単に、小さくなるようにしてもよい。

また、レーザー光源１４から出射するレーザー光は、焦点位置変更部材２４が焦点位置変更状態にある場合には、焦点位置変更部材２４が焦点位置未変更状態にある場合と比較して、レーザー光の照射面におけるスポット径が大きくなるようにしてもよい。

例えば、レーザー光源１４から出射するレーザー光は、焦点位置変更部材２４が焦点位置未変更状態にある場合には、その焦点位置が照射面より遠くに位置するようにし、焦点位置変更部材２４が焦点位置変更状態にある場合には、その焦点位置が照射面と一致するようにしてもよい（図９（ａ）を参照する。）。

また、レーザー光源１４から出射するレーザー光は、焦点位置変更部材２４が焦点位置未変更状態にある場合には、その焦点位置が照射面と一致するようにし、焦点位置変更部材２４が焦点位置変更状態にある場合には、その焦点位置が照射面より発光部材２２側に位置するようにしてもよい（図９（ｂ）を参照する。）。

さらに、レーザー光源１４から出射するレーザー光は、焦点位置変更部材２４が焦点位置未変更状態にある場合には、その焦点位置が照射面と一致するようにし、焦点位置変更部材２４が焦点位置変更状態にある場合には、その焦点位置が照射面より遠くに位置するようにしてもよい（図９（ｃ）を参照する。）。

（２）上記した実施の形態においては、筐体１１内の後方側の内壁面１１ａにおいて、一対のレール４０と平行する方向に延設された切替ピン５０を設けるようにし、当該切替ピン５０を利用して、レーザー光源１４における焦点位置変更部材２４を焦点位置変更状態から焦点位置未変更状態へ、または、焦点位置未変更状態から焦点位置変更状態へ変更するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。

具体的には、こうした焦点位置変更部材２４の状態を切り替えるための部材を、筐体１１内に複数設けるようにしてもよい。

例えば、図１０（ａ）に示すように、筐体１１内の右方側の内壁面１１ｂの後方側において、一対のレール４２と平行する方向に延設された切替ピン５２と、筐体１１内の左方側の内壁面１１ｃの後方側において、一対のレール４２と平行する方向に延設された切替ピン５４とを設けるようにしてもよい。

この場合には、焦点位置変更部材２４を焦点位置未変更状態とする際には、切替ピン５２により板状部材３４の右側面３４ａを押圧するようにする。また、焦点位置変更部材２４を焦点位置変更状態とする際には、切替ピン５４により板状部材３４の左側面３４ｂを押圧するようにする。

（３）上記した実施の形態においては、焦点位置変更部材２４を回動式とし、焦点位置変更部材２４を回動してレーザー光の焦点位置を変更するようにしていたが、これに限られるものではないことは勿論である。

具体的には、図１０（ｂ）に示すようにして、焦点位置変更部材２４に換えて、焦点位置を変更するためのレンズ３２を備えたスライド式焦点位置変更部材６２を設けるようにして、当該スライド式焦点位置変更部材６２をスライドさせることにより、レーザー光の焦点位置を変更するようにしてもよい。

即ち、この場合には、発光部材２２の上面２２ｂにおいて、一対のレール６０が設けられ、このレール６０上にレンズ３２を備えたスライド式焦点位置変更部材６２が摺動自在に配設されている。

なお、一対のレール６０は、各レール間にレーザー出射光２２ａが位置するように設計されている。

そして、スライド式焦点位置変更部材６２は、制御手段３６の制御により、発光部材２２に設けられた駆動モーター６４が駆動して、前後方向にスライドするものである。

つまり、スライド式焦点位置変更部材６２を焦点位置変更状態とする場合には、スライド式焦点位置変更部材６２を前方側に移動して、レーザー出射光２２ａ上にスライド式焦点位置変更部材６２に設けられたレンズ３２が位置するようにする。

また、スライド式焦点位置変更部材６２を焦点位置未変更状態とする場合には、スライド式焦点位置変更部材６２を後方側に移動して、レーザー出射光２２ａ上にスライド式焦点位置変更部材６２が位置しないようにする。

（４）上記した実施の形態においては、三次元造形装置の構成として、造形ユニット１２の下方側から光を照射する規制液面方式としたが、これに限られるものではないことは勿論である。

即ち、三次元造形装置の構成として、造形ユニット１２の上方側から光を照射する自由液面方式としてもよい（図１１を参照する。）。

さらに、図１１に示す三次元造形装置における貯留槽１６の液面にガラスなどの透明基板を設けるなどして、規制液面方式とするようにしてもよい。

（５）上記した実施の形態においては、レーザー光源１４は移動機構３０によってＸＹ平面で移動することが可能であるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、レーザー光源１４をＸＹ平面で移動することが可能な機構であれば、移動機構としてはどのような構成であってもよい。

（６）上記した実施の形態においては、特に記載しなかったが、貯留槽１６に、例えば、光硬化性樹脂の量を測定することのできるセンサを設けるようにして、光硬化性樹脂の量を監視するようにしてもよい。

この場合、三次元造形物作製処理中に光硬化性樹脂が不足した場合には、作製中の硬化層の形成が完了した段階で三次元造形物作製該処理を中止するようにし、光硬化性樹脂が補充された後に、作業者が操作子（図示せず。）を操作することにより、当該三次元造形物作製処理を再開するようにすればよい。

（７）上記した実施の形態においては、焦点位置変更部材２４は、矢印Ａ方向（反時計回り方向）に回動して焦点位置変更状態から焦点位置未変更状態になり、矢印Ｂ方向（時計回り方向）に回動して焦点位置未変更状態から焦点位置変更状態になるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である（図３（ａ）（ｃ）を参照する。）。

即ち、焦点位置変更部材２４を、矢印Ｂ方向（時計回り方向）に回動すると焦点位置変更状態から焦点位置未変更状態となるようにするとともに、矢印Ａ方向（反時計回り方向）に回動すると焦点位置未変更状態から焦点位置変更状態となるようにしてもよい。

このとき、焦点位置未変更状態のときに焦点位置変更部材２４と当接する板部２８ａは焦点位置変更部材２４の左方側に位置するようにし、焦点位置変更状態のときに焦点位置変更部材２４と当接する板部２８ｂは焦点位置変更部材２４の右方側に位置するようにする。

（８）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（７）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。

本発明は、種々の形状の三次元造形物を作製することが可能であり、サンプル試作などの際に利用することができるものである。

１０三次元造形装置、１２造形ユニット、１４レーザー光源、１６貯留槽、１８ベース部材、２０昇降装置、２２発光部材、２４焦点位置変更部材、３０移動機構、３２レンズ、３４板状部材、３６制御手段、５０、５２、５４切替ピン、６２スライド式焦点位置変更部材

Claims

貯留槽に貯留された光硬化性樹脂に対してレーザー光源よりレーザー光を照射し、前記貯留槽に貯留された光硬化性樹脂に浸漬されて三次元造形物の土台となるベース部材に所定の液層厚さの硬化層を形成した後に、前記所定の液層厚さ分だけベース部材を動かし、該硬化層上に新たな硬化層を形成する動作を繰り返すことにより、硬化層を積層して三次元造形物を作製する三次元造形装置において、
レーザー光源から照射されるレーザー光の焦点位置を変更して、レーザー光の照射面におけるスポット径を小さくするレンズと、
作製する三次元造形物を所定の間隔で切断した際の断面形状におけるレーザー光の走査ラインを、輪郭部分においては該走査ライン間の距離を小さく形成し、該輪郭内の領域においては該走査ライン間の距離を大きく形成して硬化層形状データを作成する作成手段と、
前記作成手段により作成された硬化層形状データにおいて走査ライン間の距離が小さい箇所については、前記レンズにより焦点位置を変更してレーザー光の照射面におけるスポット径を小さくし、該硬化層形状データにおいて走査ライン間の距離が大きい箇所については、前記レンズにより焦点位置を変更しないよう制御しながら該硬化層形状データに基づいて硬化層を形成する制御手段と
を有することを特徴とする三次元造形装置。
貯留槽に貯留された光硬化性樹脂に対してレーザー光源よりレーザー光を照射し、前記貯留槽に貯留された光硬化性樹脂に浸漬されて三次元造形物の土台となるベース部材に所定の液層厚さの硬化層を形成した後に、前記所定の液層厚さ分だけベース部材を動かし、該硬化層上に新たな硬化層を形成する動作を繰り返すことにより、硬化層を積層して三次元造形物を作製する三次元造形装置において、
レーザー光源から照射されるレーザー光の焦点位置を変更して、レーザー光の照射面におけるスポット径を大きくするレンズと、
作製する三次元造形物を所定の間隔で切断した際の断面形状におけるレーザー光の走査ラインを、輪郭部分においては該走査ライン間の距離を小さく形成し、該輪郭内の領域においては該走査ライン間の距離を大きく形成して硬化層形状データを作成する作成手段と、
前記作成手段により作成された硬化層形状データにおいて走査ライン間の距離が小さい箇所については、前記レンズにより焦点位置を変更しないようにし、該硬化層形状データにおいて走査ライン間の距離が大きい箇所については、前記レンズにより焦点位置を変更してレーザー光の照射面におけるスポット径を大きくするよう制御しながら該硬化層形状データに基づいて硬化層を形成する制御手段と
を有することを特徴とする三次元造形装置。
光の照射により硬化する光硬化性樹脂を用いて三次元造形物を作製する三次元造形装置において、
底面が透明基板により形成され、内部に光硬化性樹脂を貯留する貯留手段と、
一方の端部近傍にレーザー光の焦点位置を変更してレーザー光の照射面におけるスポット径を小さくするレンズが配設されるとともに他方の端部に板状部材が設けられた金属板が回動可能に設けられ、前記貯留手段の下方側に配設されて、前記貯留手段の底面を介して前記貯留手段の内部に貯留された光硬化性樹脂にレーザー光を照射するレーザー光源と、
前記レーザー光源をＸＹＺ直交座標系におけるＸＹ平面上で移動する移動手段と、
前記移動手段により前記レーザー光が移動可能な領域内であり、かつ、硬化層の形成時に前記レーザー光源が位置しない領域において、前記板状部材が当接可能な凸部と、
前記貯留手段に貯留された光硬化性樹脂に浸漬され、レーザー光の照射により硬化する光硬化性樹脂の土台となるベース部材と、
前記ベース部材をＺ軸方向で昇降する昇降手段と、
作製する三次元造形物を所定の間隔で切断した際の各断面形状において、レーザー光の走査ラインを、輪郭部分においては該走査ライン間の距離を小さく形成し、該輪郭内の領域においては該走査ライン間の距離を大きく形成して硬化層形状データを作成する作成手段と、
前記作成手段により作成された所定の硬化層形状データに基づいて、前記ベース部材に硬化層を形成した後、前記ベース部材を所定量だけ上昇させて、前記所定の硬化層形状データの次の硬化層形状データに基づいて該硬化層上に新たな硬化層を形成するという動作を繰り返して行うよう前記レーザー光源、前記移動手段および前記昇降手段を制御する制御手段と
を有し、
前記制御手段は、
硬化層形状データにおいて走査ライン間の距離が小さい箇所については、前記移動手段により前記レーザー光源を移動し、前記凸部により前記板状部材を所定の方向に押圧して前記金属板を回動することで、前記レンズを前記レーザー光源より出射するレーザー光が入射する位置に配置し、
硬化層形状データにおいて走査ライン間の距離が大きい箇所については、前記移動手段により前記レーザー光源を移動し、前記凸部により前記板状部材を前記所定の方向と逆方向に押圧して前記金属板を回動することで、前記レンズを前記レーザー光源より出射するレーザー光が入射しない位置に配置する
ことを特徴とする三次元造形装置。
光の照射により硬化する光硬化性樹脂を用いて三次元造形物を作製する三次元造形装置において、
底面が透明基板により形成され、内部に光硬化性樹脂を貯留する貯留手段と、
一方の端部近傍にレーザー光の焦点位置を変更してレーザー光の照射面におけるスポット径を大きくするレンズが配設されるとともに他方の端部に板状部材が設けられた金属板が回動可能に設けられ、前記貯留手段の下方側に配設されて、前記貯留手段の底面を介して前記貯留手段の内部に貯留された光硬化性樹脂にレーザー光を照射するレーザー光源と、
前記レーザー光源をＸＹＺ直交座標系におけるＸＹ平面上で移動する移動手段と、
前記移動手段により前記レーザー光が移動可能な領域内であり、かつ、硬化層の形成時に前記レーザー光源が位置しない領域において、前記板状部材が当接可能な凸部と、
前記貯留手段に貯留された光硬化性樹脂に浸漬され、レーザー光の照射により硬化する光硬化性樹脂の土台となるベース部材と、
前記ベース部材をＺ軸方向で昇降する昇降手段と、
作製する三次元造形物を所定の間隔で切断した際の各断面形状において、レーザー光の走査ラインを、輪郭部分においては該走査ライン間の距離を小さく形成し、該輪郭内の領域においては該走査ライン間の距離を大きく形成して硬化層形状データを作成する作成手段と、
前記作成手段により作成された所定の硬化層形状データに基づいて、前記ベース部材に硬化層を形成した後、前記ベース部材を所定量だけ上昇させて、前記所定の硬化層形状データの次の硬化層形状データに基づいて該硬化層上に新たな硬化層を形成するという動作を繰り返して行うよう前記レーザー光源、前記移動手段および前記昇降手段を制御する制御手段と
を有し、
前記制御手段は、
硬化層形状データにおいて走査ライン間の距離が小さい箇所については、前記移動手段により前記レーザー光源を移動し、前記凸部により前記板状部材を所定の方向に押圧して前記金属板を回動することで、前記レンズを前記レーザー光源より出射するレーザー光が入射しない位置に配置し、
硬化層形状データにおいて走査ライン間の距離が大きい箇所については、前記移動手段により前記レーザー光源を移動し、前記凸部により前記板状部材を前記所定の方向と逆方向に押圧して前記金属板を回動することで、前記レンズを前記レーザー光源より出射するレーザー光が入射する位置に配置する
ことを特徴とする三次元造形装置。
貯留槽に貯留された光硬化性樹脂に対してレーザー光源によりレーザー光を照射し、前記貯留槽に貯留された光硬化性樹脂に浸漬されて三次元造形物の土台となるベース部材に所定の液層厚さの硬化層を形成した後に、前記所定の液層厚さ分だけベース部材を動かし、該硬化層上に新たな硬化層を形成する動作を繰り返す三次元造形装置により、硬化層を積層して三次元造形物を作製する三次元造形方法において、
作製する三次元造形物を所定の間隔で切断した際の断面形状におけるレーザー光の走査ラインを、輪郭部分においては該走査ライン間の距離を小さく形成し、該輪郭内の領域においては該走査ライン間の距離を大きく形成して硬化層形状データを作成する作成工程と、
前記作成工程で作製された硬化層形状データにおいて走査ライン間の距離が小さい箇所については、レーザー光源から照射されるレーザー光の焦点位置を変更してレーザー光の照射面におけるスポット径を小さくするレンズにより、焦点位置を変更してレーザー光の照射面におけるスポット径を小さくし、該硬化層形状データにおいて走査ライン間の距離が大きい箇所については、前記レンズにより焦点位置を変更しないよう制御しながら該硬化層形状データに基づいて硬化層を形成する制御工程と
を前記三次元造形装置が実行する
ことを特徴とする三次元造形方法。
貯留槽に貯留された光硬化性樹脂に対してレーザー光源によりレーザー光を照射し、前記貯留槽に貯留された光硬化性樹脂に浸漬されて三次元造形物の土台となるベース部材に所定の液層厚さの硬化層を形成した後に、前記所定の液層厚さ分だけベース部材を動かし、該硬化層上に新たな硬化層を形成する動作を繰り返す三次元造形装置により、硬化層を積層して三次元造形物を作製する三次元造形方法において、
作製する三次元造形物を所定の間隔で切断した際の断面形状におけるレーザー光の走査ラインを、輪郭部分においては該走査ライン間の距離を小さく形成し、該輪郭内の領域においては該走査ライン間の距離を大きく形成して硬化層形状データを作成する作成工程と、
前記作成工程で作製された硬化層形状データにおいて走査ライン間の距離が小さい箇所については、レーザー光源から照射されるレーザー光の焦点位置を変更してレーザー光の照射面におけるスポット径を大きくするレンズにより、焦点位置を変更しないようにし、該硬化層形状データにおいて走査ライン間の距離が大きい箇所については、前記レンズにより焦点位置を変更してレーザー光の照射面におけるスポット径を大きくするよう制御しながら該硬化層形状データに基づいて硬化層を形成する制御工程と
を前記三次元造形装置が実行する
ことを特徴とする三次元造形方法。