JP2021154713A - Head for printer and three-dimensional printer device - Google Patents

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JP2021154713A JP2020060334A JP2020060334A JP2021154713A JP 2021154713 A JP2021154713 A JP 2021154713A JP 2020060334 A JP2020060334 A JP 2020060334A JP 2020060334 A JP2020060334 A JP 2020060334A JP 2021154713 A JP2021154713 A JP 2021154713A
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light emitting
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敏明 千代
Toshiaki Sendai
敏明 千代
俊也 上村
Toshiya Uemura
俊也 上村
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Toyoda Gosei Co Ltd
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Abstract

To provide a head for a three-dimensional printer and a three-dimensional printer device capable of lineally irradiating irradiation light from a rod lens without gaps at beam intervals.SOLUTION: A head 10 for a printer comprises a light emission element array 20, in which respective light emission elements 21 are arranged at a prescribed pitch and rod lens arrays 30 arranged correspondingly to the light emission element array 20, in which light emitted from the respective light emission elements 21 of the light emission element array 20 is made incident on incidence planes 31, and light is emitted from emission planes 32 on the side opposite to the incidence planes 31, and the respective light emission elements 21 are arranged at a defocus position shifted from the focus position of the rod lens array 30 on the side of the incidence planes 31. Further, a three-dimensional printer device is composed using the head 10 for a printer.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、プリンタ用ヘッド、及び、3次元プリンタ装置に関する。 The present invention relates to a printer head and a three-dimensional printer device.

従来、LEDとロッドレンズアレイを用いたプリンタ用ヘッドが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このプリンタ用ヘッドは、ロッドレンズの固有の焦点距離、ロッドレンズとLED、感光体との間のそれぞれの距離に基づく演算式により演算処理して、ロッドレンズの光軸方向の位置調整を行なっていた。これによれば、ロッドレンズの焦点深度内であれば調整組み立ては必要とせずに結像性能が得られるとされている。 Conventionally, a printer head using an LED and a rod lens array has been proposed (see, for example, Patent Document 1). This printer head adjusts the position of the rod lens in the optical axis direction by performing arithmetic processing based on the unique focal length of the rod lens and the respective distances between the rod lens and the LED and the photoconductor. rice field. According to this, it is said that the imaging performance can be obtained without the need for adjustment and assembly as long as it is within the depth of focus of the rod lens.

また、成形液を収容するための液槽と、液槽の底部に配置されるガラス層と、ガラス層の上方に配置されるベースフィルムと、液槽の下方に配置される照射ユニットと、光硬化液に浸漬されて成形物を載置するための成形ステージと、マイクロプロセッシングユニットと、液槽の一方側に配置される調整ユニットと、を含む光硬化性3Dプリンタが提案されている(例えば、特許文献2参照)。この光硬化性3Dプリンタは、ベースフィルムが、一辺が調整ユニットに接続され、他辺が液槽の調整ユニットに対する他方側に接続され、また、マイクロプロセッシングユニットが、成形物を硬化させる際にベースフィルムを引っ張るように調整ユニットをリセット制御し、印刷層の硬化を行なうことで3次元物体を造形する。 Further, a liquid tank for accommodating the molding liquid, a glass layer arranged at the bottom of the liquid tank, a base film arranged above the glass layer, an irradiation unit arranged below the liquid tank, and light. A photocurable 3D printer including a molding stage for placing a molded product immersed in a curing liquid, a microprocessing unit, and an adjusting unit arranged on one side of a liquid tank has been proposed (for example,). , Patent Document 2). In this photocurable 3D printer, the base film is connected to the adjustment unit on one side and the other side to the adjustment unit of the liquid tank, and the microprocessing unit is the base when the molded product is cured. The adjustment unit is reset and controlled so as to pull the film, and the print layer is cured to form a three-dimensional object.

特開2005−205673号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-205673 特開2019−51694号公報JP-A-2019-51694

しかし、特許文献1のような構成のプリンタ用ヘッドを特許文献2のような構成の光硬化性3Dプリンタと組み合わせて3次元の造形をする場合、ビーム径が絞られすぎてビーム間の樹脂露光がされなくなり、露光ムラが生じる場合があると言う問題があった。 However, when a printer head having a configuration as described in Patent Document 1 is combined with a photocurable 3D printer having a configuration as described in Patent Document 2 for three-dimensional modeling, the beam diameter is too narrowed and resin exposure between beams is performed. There was a problem that the image was not removed and uneven exposure may occur.

従って、本発明の目的は、ロッドレンズからの出射光がビーム間において隙間なく線状に光を照射できるプリンタ用ヘッド、及び、3次元プリンタ装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a printer head and a three-dimensional printer device capable of irradiating light emitted from a rod lens linearly without gaps between beams.

[1]本発明は、所定のピッチで各発光素子が配列された発光素子アレイと、前記発光素子アレイに対応して配列され、前記発光素子アレイの各発光素子から出射される光が入射面に入射され、前記入射面と反対側の出射面から前記光が出射されるロッドレンズアレイと、を有してプリンタ用ヘッドを構成し、前記各発光素子は、前記入射面側において、前記ロッドレンズアレイの焦点位置からずれたデフォーカス位置に配置されている、プリンタ用ヘッドを提供する。
[2]前記デフォーカス位置は、前記ロッドレンズアレイの焦点位置よりも前記発光素子に近い位置であってもよい。
[3]本発明は、上記[1]又は[2]のプリンタ用ヘッドと、前記プリンタ用ヘッドから出射される光により硬化する光硬化性液を収容する液槽と、前記光により硬化して形成された成形物が付着するプラットフォームと、前記プラットフォームを前記液槽の前記光硬化性液に対して液面が上下する方向である高さ方向Zに移動調整可能なZ方向ステージ部と、前記発光素子アレイの各発光素子の並びの方向である主走査方向X及び前記高さ方向Zとそれぞれ直交する副走査方向Yに前記プリンタ用ヘッドを移動調整可能とするY方向ステージ部と、前記プリンタ用ヘッドの前記各発光素子の光出力を制御する光出力制御部、前記高さ方向Zの移動調整制御を行なう高さ方向制御部、及び、前記副走査方向Yの移動調整制御を行なう副走査方向制御部を有する制御部と、を有する3次元プリンタ装置を提供する。
[4]前記プリンタ用ヘッドは、前記ロッドレンズアレイから出射される光のビーム径が、前記液槽の液面において、前記発光素子アレイの各発光素子の間隔となるように設定されてもよい。
[5]また、前記光出力制御部は、前記各発光素子を前記主走査方向Xに線状に発光させる主走査動作を行ない、前記副走査方向制御部は、前記主走査動作が終了する毎に前記副走査方向Yに前記プリンタ用ヘッドを所定量だけ移動させる副走査動作を行ない、前記高さ方向制御部は、前記Z方向の各層の成形が終了する毎に前記高さ方向Zに前記Z方向ステージ部を所定量だけ移動させる高さ方向動作を行なうようにしてもよい。
[1] In the present invention, a light emitting element array in which each light emitting element is arranged at a predetermined pitch and a light emitted from each light emitting element of the light emitting element array arranged corresponding to the light emitting element array are incident surfaces. A rod lens array, which is incident on the incident surface and emits the light from an emitting surface opposite to the incident surface, constitutes a printer head, and each light emitting element is formed on the incident surface side of the rod. Provided is a head for a printer, which is arranged at a defocus position deviated from the focal position of a lens array.
[2] The defocus position may be a position closer to the light emitting element than the focal position of the rod lens array.
[3] The present invention comprises the printer head according to the above [1] or [2], a liquid tank containing a photocurable liquid that is cured by the light emitted from the printer head, and a liquid tank that is cured by the light. A platform to which the formed molded product adheres, a Z-direction stage portion capable of moving and adjusting the platform in the height direction Z, which is the direction in which the liquid level moves up and down with respect to the photocurable liquid in the liquid tank, and the above. The Y-direction stage unit that allows the printer head to be moved and adjusted in the sub-scanning direction Y that is orthogonal to the main scanning direction X and the height direction Z, which are the directions in which the light emitting elements of the light emitting element array are arranged, and the printer. An optical output control unit that controls the light output of each light emitting element of the head, a height direction control unit that controls the movement adjustment in the height direction Z, and a subscan that controls the movement adjustment in the subscan direction Y. A control unit having a direction control unit and a three-dimensional printer device having the direction control unit are provided.
[4] The printer head may be set so that the beam diameter of the light emitted from the rod lens array is the distance between the light emitting elements of the light emitting element array on the liquid surface of the liquid tank. ..
[5] Further, the optical output control unit performs a main scanning operation of causing each light emitting element to emit light linearly in the main scanning direction X, and the sub-scanning direction control unit performs each time the main scanning operation is completed. The printer head is moved in the sub-scanning direction Y by a predetermined amount, and the height direction control unit performs the sub-scanning operation in the height direction Z each time the molding of each layer in the Z direction is completed. The height direction operation that moves the Z direction stage portion by a predetermined amount may be performed.

本発明によれば、ロッドレンズからの出射光がビーム間隔において隙間なく線状に光を照射できる。 According to the present invention, the light emitted from the rod lens can irradiate the light linearly without a gap at the beam interval.

図1は、本発明の実施の形態に係るプリンタ用ヘッド、3次元プリンタ装置の全体構成を表す立体斜視図である。FIG. 1 is a three-dimensional perspective view showing the overall configuration of a printer head and a three-dimensional printer device according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1で示す3次元プリンタ装置をA方向から見た構成と制御部を示す構成ブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration and a control unit of the three-dimensional printer device shown in FIG. 1 as viewed from the A direction. 図3(a)は、本発明の実施の形態に係るプリンタ用ヘッドの発光素子とロッドレンズアレイの設定距離を示す図であり、図3(b)は、発光素子とロッドレンズアレイとの距離を焦点距離に設定した比較例を示す図である。FIG. 3A is a diagram showing a set distance between the light emitting element of the printer head and the rod lens array according to the embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a diagram showing the distance between the light emitting element and the rod lens array. It is a figure which shows the comparative example which set the focal length. 図4は、横軸がレーザ素子とロッドレンズアレイの距離、縦軸がビーム径を示す関係図である。FIG. 4 is a relationship diagram in which the horizontal axis represents the distance between the laser element and the rod lens array and the vertical axis represents the beam diameter. 図5(a)は、レーザ素子とロッドレンズアレイの距離を焦点位置(13.8mm)に設定した場合のビーム径を示すビーム撮影画像であり、図5(b)は、レーザ素子とロッドレンズアレイの距離を焦点位置fよりも2mm近い、11.8mmの位置に設定した場合のビーム径を示すビーム撮影画像であり、図5(c)は、レーザ素子とロッドレンズアレイの距離を焦点位置fよりも4mm近い、9.8mmの位置に設定した場合のビーム径を示すビーム撮影画像である。FIG. 5A is a beam photographing image showing the beam diameter when the distance between the laser element and the rod lens array is set to the focal position (13.8 mm), and FIG. 5B is the laser element and the rod lens. It is a beam-photographed image showing the beam diameter when the distance of the array is set to the position of 11.8 mm, which is closer to the focal position f by 2 mm. FIG. 5C shows the distance between the laser element and the rod lens array as the focal position. It is a beam-photographed image which shows the beam diameter at the time of setting at the position of 9.8 mm which is closer to 4 mm than f. 図6は、本発明の実施の形態に係る3次元プリンタ装置の動作を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the three-dimensional printer device according to the embodiment of the present invention.

〔第1の実施の形態〕
(プリンタ用ヘッド10の構成)
図1、2に示すように、本発明の実施の形態に係るプリンタ用ヘッド10は、所定のピッチで各発光素子21が配列された発光素子アレイ20と、発光素子アレイ20に対応して配列され、発光素子アレイ20の各発光素子21から出射される光が入射面31に入射され、入射面31と反対側の出射面32から光が出射されるロッドレンズアレイ30と、を有し、各発光素子21は、入射面31側において、ロッドレンズアレイ30の焦点位置からずれたデフォーカス位置に配置されて構成されている。発光素子アレイ20とロッドレンズアレイ30は、上記の位置関係で、共に筐体70に固定されて組立体とされている。
[First Embodiment]
(Configuration of Printer Head 10)
As shown in FIGS. 1 and 2, the printer head 10 according to the embodiment of the present invention has a light emitting element array 20 in which each light emitting element 21 is arranged at a predetermined pitch and an arrangement corresponding to the light emitting element array 20. The rod lens array 30 is provided with a rod lens array 30 in which light emitted from each light emitting element 21 of the light emitting element array 20 is incident on the incident surface 31 and light is emitted from an emitting surface 32 on the side opposite to the incident surface 31. Each light emitting element 21 is arranged at a defocus position deviated from the focal position of the rod lens array 30 on the incident surface 31 side. The light emitting element array 20 and the rod lens array 30 are both fixed to the housing 70 to form an assembly in the above positional relationship.

(発光素子アレイ20)
図2に示すように、発光素子アレイ20は、所定のピッチで各発光素子21が基板25上に実装されて配列されている。この基板25は、筐体70に固定されている。各発光素子21は、所定のピッチ、一例として120μmで、基板25上にアレイ状に配列されている。各発光素子21は、必要な主走査方向の幅だけ並べて配置することができる。
(Light emitting element array 20)
As shown in FIG. 2, in the light emitting element array 20, each light emitting element 21 is mounted and arranged on the substrate 25 at a predetermined pitch. The substrate 25 is fixed to the housing 70. The light emitting elements 21 are arranged in an array on the substrate 25 at a predetermined pitch, for example, 120 μm. The light emitting elements 21 can be arranged side by side by the required width in the main scanning direction.

各発光素子21は、所定の波長を有するレーザ素子を使用することができる。所定の波長は、紫外、可視、近赤外等の種々の波長が可能であるが、本実施の形態では、発光素子21は、紫外光のレーザ素子を使用する。各発光素子21は、干渉性(コヒーレント)を有し、高出力化が可能なレーザが好ましい。各発光素子21は、各発光素子21の光出力を制御する光出力制御部330に接続されて、主走査方向Xに線状に光を照射する。 As each light emitting element 21, a laser element having a predetermined wavelength can be used. The predetermined wavelength can be various wavelengths such as ultraviolet, visible, and near infrared, but in the present embodiment, the light emitting element 21 uses an ultraviolet light laser element. Each light emitting element 21 is preferably a laser having coherent property and capable of increasing the output. Each light emitting element 21 is connected to an optical output control unit 330 that controls the light output of each light emitting element 21, and irradiates light linearly in the main scanning direction X.

(ロッドレンズアレイ30)
ロッドレンズアレイ30は、棒状のロッドレンズを多数並列的に配列し、各ロッドレンズによる正立等倍像を重ね合わせて全体で1個の連続像を形成するアレイ状光学系である。本実施の形態では、ロッドレンズアレイ30として、屈折率分布型レンズを多数配列し、全体で1個の連続した像を形成するセルフォック(登録商標)レンズアレイを使用する。
(Rod lens array 30)
The rod lens array 30 is an array-like optical system in which a large number of rod-shaped rod lenses are arranged in parallel and an erecting equal-magnification image by each rod lens is superposed to form one continuous image as a whole. In the present embodiment, as the rod lens array 30, a Selfock (registered trademark) lens array in which a large number of refractive index distribution type lenses are arranged to form one continuous image as a whole is used.

ロッドレンズアレイ30は、図3(b)に示すように、発光素子アレイ20(発光素子21)を、ロッドレンズアレイ30の入射面31から焦点距離fの位置(焦点位置)に配置した場合は、発光素子アレイ20(発光素子21)から出射されたレーザ光Lは、ロッドレンズアレイ30の出射面32から焦点距離fの位置(焦点位置)に結像される。このような構成にすると、レーザ光Lのビーム径が絞られすぎてビーム間の樹脂露光がされなくなる可能性がある。 As shown in FIG. 3B, the rod lens array 30 has a light emitting element array 20 (light emitting element 21) when the light emitting element array 20 (light emitting element 21) is arranged at a position (focal length) at a focal length f from the incident surface 31 of the rod lens array 30. The laser beam L emitted from the light emitting element array 20 (light emitting element 21) is imaged at a position (focal position) at a focal length f from the light emitting surface 32 of the rod lens array 30. With such a configuration, the beam diameter of the laser beam L may be too narrowed so that resin exposure between the beams may not be performed.

そこで、本実施の形態では、図3(a)に示すように、発光素子アレイ20(発光素子21)は、入射面31側において、ロッドレンズアレイ30の焦点位置からずれたデフォーカス位置に配置されて構成されている。このデフォーカス位置は、ロッドレンズアレイ30の焦点位置よりも発光素子アレイ20(発光素子21)に近い位置とされている。 Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 3A, the light emitting element array 20 (light emitting element 21) is arranged at a defocus position deviated from the focal position of the rod lens array 30 on the incident surface 31 side. It is composed of. This defocus position is closer to the light emitting element array 20 (light emitting element 21) than the focal position of the rod lens array 30.

すなわち、発光素子アレイ20(発光素子21)は、図3(a)に示すように、ロッドレンズアレイ30の入射面31から焦点距離fの位置(焦点位置)よりも発光素子アレイ20(発光素子21)に近い距離d1に配置されている。 That is, as shown in FIG. 3A, the light emitting element array 20 (light emitting element 21) is the light emitting element array 20 (light emitting element) rather than the position (focal position) of the focal length f from the incident surface 31 of the rod lens array 30. It is arranged at a distance d1 close to 21).

図3(a)に示すように、発光素子アレイ20(発光素子21)から出射されたレーザ光Lは、ロッドレンズアレイ30の出射面32から距離d2で結像する。この距離d2での結像は、図3(b)で示した焦点位置での結像ほどはビーム径が小さくない。この距離d2は、各発光素子21間のビーム間隔までビーム径が広がる距離とする。 As shown in FIG. 3A, the laser beam L emitted from the light emitting element array 20 (light emitting element 21) is imaged at a distance d2 from the emission surface 32 of the rod lens array 30. The image formation at this distance d2 is not as small in beam diameter as the image formation at the focal position shown in FIG. 3 (b). This distance d2 is a distance at which the beam diameter extends to the beam interval between the light emitting elements 21.

本実施の形態では、図2に示すように、発光素子アレイ20(発光素子21)とロッドレンズアレイ30は、上記のような位置関係となる状態で、筐体70に固定されて組立体とされて、プリンタ用ヘッド10を構成している。 In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the light emitting element array 20 (light emitting element 21) and the rod lens array 30 are fixed to the housing 70 in the above-mentioned positional relationship with the assembly. The printer head 10 is configured.

上記説明したように、図4、図5(a)に示すように、発光素子アレイ20(発光素子21)とロッドレンズアレイ30の距離は焦点位置ではビーム径が絞られすぎてビーム間の樹脂(光硬化性液)が露光されなくなる可能性があるので、焦点位置より近づけてビーム間隔のビーム径になる距離に設定する。発光素子アレイ20(発光素子21)とロッドレンズアレイ30の距離を最初からデフォーカス位置にすることで、ロッドレンズアレイ30からの出射光が結像位置でビーム間隔において隙間なく線状にレーザ光Lを照射できる。隙間無く樹脂(光硬化性液)に光を照射できるので露光ムラを防ぐことができる。 As described above, as shown in FIGS. 4 and 5A, the distance between the light emitting element array 20 (light emitting element 21) and the rod lens array 30 is such that the beam diameter is too narrow at the focal position and the resin between the beams. Since there is a possibility that the (photocurable liquid) will not be exposed, set the distance so that the beam diameter is closer than the focal position. By setting the distance between the light emitting element array 20 (light emitting element 21) and the rod lens array 30 to the defocus position from the beginning, the light emitted from the rod lens array 30 is linearly laser-beamed at the image formation position without any gap at the beam interval. L can be irradiated. Since the resin (photocurable liquid) can be irradiated with light without gaps, uneven exposure can be prevented.

本実施の形態では、図4、図5(b)に示すように、ロッドレンズアレイ30の入射面31から焦点距離fの位置(焦点位置)よりも発光素子アレイ20(発光素子21)に近い距離d1(11.8mm)に配置する。すなわち、デフォーカス位置として、ロッドレンズアレイ30の焦点位置よりも発光素子アレイ20(発光素子21)に近い11.8mmの位置に設定することにより、ロッドレンズアレイ30に入射する発光素子21の周辺光のけられが低減でき光の損失を低減できる。これにより、ロッドレンズアレイ30の出射側でのレーザ出力効率を増大させることが可能になる。 In the present embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5 (b), the rod lens array 30 is closer to the light emitting element array 20 (light emitting element 21) than the position (focal length) of the focal length f from the incident surface 31. Place at a distance d1 (11.8 mm). That is, by setting the defocus position to a position of 11.8 mm closer to the light emitting element array 20 (light emitting element 21) than the focal position of the rod lens array 30, the periphery of the light emitting element 21 incident on the rod lens array 30 is set. Light eclipse can be reduced and light loss can be reduced. This makes it possible to increase the laser output efficiency on the exit side of the rod lens array 30.

(実施例)
(1)例えば、発光素子アレイ21とロッドレンズアレイ30の距離が焦点距離(13.8mmの場合)において、ロッドレンズアレイ30から出てくるレーザ出力を5mWにするために発光素子21の出力を36mWにする必要があり、光の損失が大きい。
(2)光損失の原因の1つとしてレンズに入る光が少ないことが挙げられる。半導体レーザ光は円錐状に広がりを持つが、焦点距離13.8mm離れた位置だとファーフィールドパターン(FFP)で5.4mmまで垂直方向に広がる。
(3)図4に示すように、発光素子21とロッドレンズアレイ30間の距離を近づければ広がりは少なくなり、ロッドレンズアレイ30に入る光量は増える。図4、図5(b)に示すように、11.8mmまで近づけると10%明るくなり、図4、図5(c)に示すように、9.8mmまで近づけると20%明るくなる。ただし、本実施の形態では、発光素子間隔が120μmのため近づけすぎて素子間隔よりも大きなビーム径になると、分解能低下等により精度のよい光照射ができないので、発光素子21とロッドレンズアレイ30間の距離を発光措置間隔である120μmになるように11.2mmまで近づけることにより、10%以上取り込み量をアップさせられることを確認した。
(Example)
(1) For example, when the distance between the light emitting element array 21 and the rod lens array 30 is the focal length (when 13.8 mm), the output of the light emitting element 21 is increased in order to make the laser output emitted from the rod lens array 30 5 mW. It needs to be 36 mW, and the loss of light is large.
(2) One of the causes of light loss is that less light enters the lens. The semiconductor laser beam has a conical spread, but when the focal length is 13.8 mm away, it spreads vertically up to 5.4 mm in the Farfield pattern (FFP).
(3) As shown in FIG. 4, if the distance between the light emitting element 21 and the rod lens array 30 is reduced, the spread is reduced and the amount of light entering the rod lens array 30 is increased. As shown in FIGS. 4 and 5 (b), it becomes 10% brighter when approached to 11.8 mm, and as shown in FIGS. 4 and 5 (c), it becomes 20% brighter when approached to 9.8 mm. However, in the present embodiment, since the distance between the light emitting elements is 120 μm and the beam diameter is larger than the distance between the elements, accurate light irradiation cannot be performed due to a decrease in resolution or the like. Therefore, between the light emitting element 21 and the rod lens array 30. It was confirmed that the uptake amount can be increased by 10% or more by approaching the distance to 11.2 mm so that the light emission measure interval is 120 μm.

〔第2の実施の形態〕
(3次元プリンタ装置100の構成)
図1、2に示すように、本発明の実施の形態に係る3次元プリンタ装置100は、プリンタ用ヘッド10と、プリンタ用ヘッド10から出射される光により硬化する光硬化性液を収容する液槽110と、光により硬化して形成された成形物が付着するプラットフォーム200と、プラットフォーム200を液槽110の光硬化性液115に対して液面115aが上下する方向である高さ方向Zに移動調整可能なZ方向ステージ部210と、発光素子アレイ20の各発光素子21の並びの方向である主走査方向X及び高さ方向Zとそれぞれ直交する副走査方向Yにプリンタ用ヘッド10を移動調整可能とするY方向ステージ部220と、プリンタ用ヘッド10の各発光素子21の光出力を制御する光出力制御部330、高さ方向Zの移動調整制御を行なう高さ方向制御部310、及び、副走査方向Yの移動調整制御を行なう副走査方向制御部320を有する制御部300と、を有して構成されている。3次元プリンタ装置100は、プリンタ用ヘッド10、Z方向ステージ部210、及びY方向ステージ部220により、光硬化性液を3次元的に選択的に硬化させる。これにより、3次元的に硬化された対象物を形成して、3次元プリントを実現する。
[Second Embodiment]
(Configuration of 3D Printer Device 100)
As shown in FIGS. 1 and 2, the 3D printer device 100 according to the embodiment of the present invention contains a printer head 10 and a photocurable liquid that is cured by light emitted from the printer head 10. The tank 110, the platform 200 to which the molded product cured by light adheres, and the platform 200 in the height direction Z in which the liquid surface 115a moves up and down with respect to the photocurable liquid 115 of the liquid tank 110. The printer head 10 is moved in the sub-scanning direction Y orthogonal to the main scanning direction X and the height direction Z, which are the directions in which the movement-adjustable Z-direction stage unit 210 and the light-emitting elements 21 of the light-emitting element array 20 are arranged. An adjustable Y-direction stage unit 220, an optical output control unit 330 that controls the light output of each light emitting element 21 of the printer head 10, a height direction control unit 310 that controls movement adjustment in the height direction Z, and A control unit 300 having a sub-scanning direction control unit 320 that controls movement adjustment of the sub-scanning direction Y, and a control unit 300. The three-dimensional printer device 100 selectively cures the photocurable liquid three-dimensionally by the printer head 10, the Z-direction stage portion 210, and the Y-direction stage portion 220. As a result, a three-dimensionally cured object is formed to realize a three-dimensional print.

(液槽110)
液槽110は、図1に示すように、収容部111と本体部112から概略構成されている。収容部111は、光硬化性液115を収容する凹部である。この収容部111に収容された光硬化性液115の液面115aは、ロッドレンズアレイ30から出射するレーザ光Lの結像位置とされる。
(Liquid tank 110)
As shown in FIG. 1, the liquid tank 110 is roughly composed of an accommodating portion 111 and a main body portion 112. The accommodating portion 111 is a recess for accommodating the photocurable liquid 115. The liquid level 115a of the photocurable liquid 115 housed in the accommodating portion 111 is the imaging position of the laser beam L emitted from the rod lens array 30.

ここで、光硬化性液115は、液状の光硬化樹脂であって、光硬化樹脂は特定の波長の光によって重合、硬化する樹脂である。光硬化樹脂の重合反応を生じる波長域は、長波長域側から赤外線、可視光線、紫外線の順に短波長域までとなる。本実施の形態では、使用する発光素子21のレーザ波長を紫外光とするので、この紫外波長により硬化する樹脂が選択される。例えば、紫外光に対応する光硬化樹脂の例として、エポキシ樹脂やアクリル樹脂が使用できる。 Here, the photocurable liquid 115 is a liquid photocurable resin, and the photocurable resin is a resin that is polymerized and cured by light having a specific wavelength. The wavelength range in which the polymerization reaction of the photocurable resin occurs is from the long wavelength range side to the short wavelength range in the order of infrared rays, visible rays, and ultraviolet rays. In the present embodiment, since the laser wavelength of the light emitting element 21 to be used is ultraviolet light, a resin that is cured by this ultraviolet wavelength is selected. For example, an epoxy resin or an acrylic resin can be used as an example of a photocurable resin corresponding to ultraviolet light.

本体部112は、図1、図2に示すように、Z方向ステージ部210、Y方向ステージ部220等が装着されるベースとなる部分である。本体部112は、各ステージ部のベースとなる十分な剛性を有し、また、液体である光硬化性液115を安定に収容できる材質が使用される。本体部112の例として、鉄系、銅系金属等が使用できる。 As shown in FIGS. 1 and 2, the main body portion 112 is a base portion on which the Z-direction stage portion 210, the Y-direction stage portion 220, and the like are mounted. The main body 112 is made of a material that has sufficient rigidity to serve as a base for each stage and that can stably contain the photocurable liquid 115 that is a liquid. As an example of the main body 112, iron-based, copper-based metal, or the like can be used.

(プリンタ用ヘッド10の調整)
本実施の形態では、第1の実施の形態で説明したように、プリンタ用ヘッド10のロッドレンズアレイ30の出射面32から液面115aまでの距離を、距離d2とする。この距離d2は、各発光素子21間のビーム間隔までビーム径が広がる距離である。すなわち、プリンタ用ヘッド10は、ロッドレンズアレイ30から出射される光のビーム径が、液槽110の液面115aにおいて、発光素子アレイ20の各発光素子21の間隔となるように設定されている。
(Adjustment of printer head 10)
In the present embodiment, as described in the first embodiment, the distance from the exit surface 32 of the rod lens array 30 of the printer head 10 to the liquid level 115a is defined as the distance d2. This distance d2 is a distance at which the beam diameter extends to the beam interval between the light emitting elements 21. That is, the printer head 10 is set so that the beam diameter of the light emitted from the rod lens array 30 is the distance between the light emitting elements 21 of the light emitting element array 20 at the liquid level 115a of the liquid tank 110. ..

プリンタ用ヘッド10は、図2に示すように、図示省略するZ方向調整部が、第1の実施の形態で説明したように、プリンタ用ヘッド10のロッドレンズアレイ30の出射面32から液面115aまでの距離が距離d2となるように調整する。この調整は、3次元プリンタ装置100の初期設定時に実行される。また、液面115aが変化した場合に随時実行することができる。 As shown in FIG. 2, in the printer head 10, the Z-direction adjusting unit (not shown) has a liquid level from the exit surface 32 of the rod lens array 30 of the printer head 10 as described in the first embodiment. Adjust so that the distance to 115a is the distance d2. This adjustment is performed at the time of initial setting of the three-dimensional printer device 100. Further, it can be executed at any time when the liquid level 115a changes.

(Z方向ステージ部210)
Z方向ステージ部210は、光により硬化して形成された成形物が付着するプラットフォーム200と、プラットフォーム200を液槽110の光硬化性液115に対して液面115aが上下する方向である高さ方向Zに移動調整可能なステージ部として構成されている。なお、本実施の形態では、図1、2に示すように、プラットフォーム200、Z方向ステージ部210は、液槽110の中に配置されている。
(Z-direction stage portion 210)
The height of the Z-direction stage portion 210 is such that the platform 200 to which the molded product formed by curing by light adheres and the liquid level 115a of the platform 200 moves up and down with respect to the photocurable liquid 115 of the liquid tank 110. It is configured as a stage unit that can be moved and adjusted in the direction Z. In the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the platform 200 and the Z-direction stage portion 210 are arranged in the liquid tank 110.

Z方向ステージ部210は、図2に示すように、図示省略するZ駆動部が制御部300と接続され、制御信号Sにより高さ方向Zへの移動、調整が行われる。 Z direction stage 210, as shown in FIG. 2, illustration is omitted Z drive unit is connected to the control unit 300, the control signal S movement of Z by the height direction Z, adjustment is performed.

(Y方向ステージ部220)
Y方向ステージ部220は、発光素子アレイ20の各発光素子21の並びの方向である主走査方向X及び高さ方向Zとそれぞれ直交する副走査方向Yに移動調整可能なステージ部である。図1に示すように、Y方向ステージ部220は、液槽110の本体部112に装着され、プリンタ用ヘッド10を副走査方向Yに移動可能とされている。これにより、Y方向ステージ部220は、プリンタ用ヘッド10を副走査方向Yに移動させて、レーザ光Lの主走査方向Xへの線状出力と併せて、2次元画像を液面115aに照射することができる。
(Y-direction stage portion 220)
The Y-direction stage unit 220 is a stage unit that can be moved and adjusted in the sub-scanning direction Y that is orthogonal to the main scanning direction X and the height direction Z, which are the directions in which the light emitting elements 21 of the light emitting element array 20 are arranged. As shown in FIG. 1, the Y-direction stage portion 220 is attached to the main body portion 112 of the liquid tank 110 so that the printer head 10 can be moved in the sub-scanning direction Y. As a result, the Y-direction stage unit 220 moves the printer head 10 in the sub-scanning direction Y, and irradiates the liquid surface 115a with a two-dimensional image together with the linear output of the laser beam L in the main scanning direction X. can do.

Y方向ステージ部220は、図2に示すように、図示省略するY駆動部が制御部300と接続され、制御信号Sにより副走査方向Yへの移動、調整が行われる。 Y direction stage 220, as shown in FIG. 2, illustration is omitted Y driver is connected to the control unit 300, the movement in the sub-scanning direction Y, an adjustment is performed by the control signal S Y.

(制御部300)
図2に示すように、制御部300は、高さ方向制御部310、副走査方向制御部320、光出力制御部330、3Dデータ部350を有して概略構成されている。制御部300は、例えば、プログラムに従って、取得したデータに演算、加工等を行うCPU(Central Processing Unit)、半導体メモリであるRAM(Random Access Memory)及びROM(Read Only Memory)等から構成されるマイクロコンピュータである。RAMは、例えば、一時的に演算結果等を格納する記憶領域として用いられる。また、制御部300は、信号の入出力処理のためのインターフェース部等を有する。
(Control unit 300)
As shown in FIG. 2, the control unit 300 includes a height direction control unit 310, a sub-scanning direction control unit 320, an optical output control unit 330, and a 3D data unit 350. The control unit 300 is, for example, a micro composed of a CPU (Central Processing Unit) that performs calculations, processing, etc. on the acquired data according to a program, a RAM (Random Access Memory) that is a semiconductor memory, a ROM (Read Only Memory), and the like. It is a computer. The RAM is used, for example, as a storage area for temporarily storing the calculation result and the like. Further, the control unit 300 has an interface unit and the like for signal input / output processing.

(高さ方向制御部310)
高さ方向制御部310は、高さ方向Zの各層の成形が終了する毎に、Z方向ステージ部210を駆動することによりプラットフォーム200を高さ方向Zに、所定量だけ移動させる高さ方向動作を行なう。高さ方向制御部310は、制御信号SをZ方向ステージ部210に出力することにより、高さ方向Zへの移動、調整を実行する。高さ方向制御部310は、Z方向ステージ部210の位置情報を検出して、Z方向ステージ部210の高さ方向Zの位置制御を行なうことができる。
(Height direction control unit 310)
The height direction control unit 310 moves the platform 200 in the height direction Z by a predetermined amount by driving the Z direction stage unit 210 each time the molding of each layer in the height direction Z is completed. To do. The height direction control unit 310 outputs the control signal S Z to the Z direction stage unit 210 to perform movement and adjustment in the height direction Z. The height direction control unit 310 can detect the position information of the Z direction stage unit 210 and control the position of the Z direction stage unit 210 in the height direction Z.

高さ方向制御部310は、プラットフォーム200を高さ方向Z(図2に示す下方向)に移動させる。高さ方向制御部310は、高さ方向Zの各層の成形が終了する毎に、3Dデータに従ってプラットフォーム200を下方向に下げることで、プラットフォーム200に付着する形成物(造形物)を成長させることができる。 The height direction control unit 310 moves the platform 200 in the height direction Z (downward direction shown in FIG. 2). The height direction control unit 310 grows a formation (modeled object) adhering to the platform 200 by lowering the platform 200 downward according to 3D data each time the molding of each layer in the height direction Z is completed. Can be done.

高さ方向制御部310は、3次元プリント時において、プリンタ用ヘッド10をZ方向ステージ部210の駆動により、高さ方向Zの下方向に所定移動量ΔZずつ移動させる制御を行なう。この所定移動量ΔZは、後述するスライスデータの各Zデータの増分に相当する。 The height direction control unit 310 controls the printer head 10 to be moved downward by a predetermined movement amount ΔZ in the height direction Z by driving the Z direction stage unit 210 during three-dimensional printing. This predetermined movement amount ΔZ corresponds to the increment of each Z data of the slice data described later.

高さ方向制御部310は、Z方向ステージ部210を駆動することにより、上記のプリンタ用ヘッド10の初期位置(高さ方向Z)から、順次、所定移動量ΔZだけプリンタ用ヘッド10を下方向に移動させる。この下方向への移動制御は、プリンタ用ヘッド10の副走査方向Yへの移動とレーザ光Lの主走査方向Xへの線状出力とにより2次元画像形成が完了する毎に実行される。 By driving the Z-direction stage unit 210, the height direction control unit 310 sequentially moves the printer head 10 downward by a predetermined movement amount ΔZ from the initial position (height direction Z) of the printer head 10. Move to. This downward movement control is executed every time the two-dimensional image formation is completed by the movement of the printer head 10 in the sub-scanning direction Y and the linear output of the laser beam L in the main scanning direction X.

なお、高さ方向制御部310によるZ方向ステージ部210の位置制御は、上記の所定移動量ΔZだけ順次Z方向ステージ部210を移動させるオープン制御でもよく、また、Z方向ステージ部210のZ位置をフィードバックすることにより位置制御するクローズド制御でもよい。 The position control of the Z-direction stage unit 210 by the height direction control unit 310 may be open control in which the Z-direction stage unit 210 is sequentially moved by the predetermined movement amount ΔZ described above, or the Z position of the Z-direction stage unit 210. The position may be controlled by feeding back the closed control.

(副走査方向制御部320)
副走査方向制御部320は、各発光素子21を主走査方向Xに線状に発光させる主走査動作が終了する毎に、副走査方向Yにプリンタ用ヘッド10を所定量だけ移動させる副走査動作を行なう。副走査方向制御部320は、制御信号SYをY方向ステージ部220に出力することにより、副走査方向Yへの移動、調整を実行する。副走査方向制御部320は、Y方向ステージ部220の位置情報を検出して、Y方向ステージ部220の副走査方向Yの位置制御を行なうことができる。
(Sub-scanning direction control unit 320)
The sub-scanning direction control unit 320 moves the printer head 10 in the sub-scanning direction Y by a predetermined amount each time the main scanning operation of causing each light emitting element 21 to emit light linearly in the main scanning direction X is completed. To do. The sub-scanning direction control unit 320 outputs the control signal S Y to the Y-direction stage unit 220 to move and adjust the sub-scanning direction Y in the sub-scanning direction Y. The sub-scanning direction control unit 320 can detect the position information of the Y-direction stage unit 220 and control the position of the Y-direction stage unit 220 in the sub-scanning direction Y.

副走査方向制御部320は、プリンタ用ヘッド10を副走査方向Yに移動させて、所定のY初期位置に調節する。これにより、3次元プリンタ装置100におけるプリンタ用ヘッド10の初期位置(副走査方向Y)設定ができる。 The sub-scanning direction control unit 320 moves the printer head 10 in the sub-scanning direction Y and adjusts it to a predetermined Y initial position. As a result, the initial position (secondary scanning direction Y) of the printer head 10 in the three-dimensional printer device 100 can be set.

副走査方向制御部320は、3次元プリント時においては、プリンタ用ヘッド10をY方向ステージ部220の駆動により、副走査方向Yに所定移動量ΔYずつ移動させる制御を行なう。この所定移動量ΔYは、後述するスライスデータの各Yデータの増分に相当する。 During three-dimensional printing, the sub-scanning direction control unit 320 controls the printer head 10 to be moved in the sub-scanning direction Y by a predetermined movement amount ΔY by driving the Y-direction stage unit 220. This predetermined movement amount ΔY corresponds to the increment of each Y data of the slice data described later.

副走査方向制御部320は、Y方向ステージ部220を駆動することにより、上記のプリンタ用ヘッド10の初期位置(副走査方向Y)から、順次、所定移動量ΔYだけプリンタ用ヘッド10を副走査方向Yに移動させる。この副走査方向Yへの移動制御は、レーザ光Lを主走査方向Xに線状に照射して主走査方向への画像形成が完了する毎に実行される。 By driving the Y-direction stage unit 220, the sub-scanning direction control unit 320 sequentially scans the printer head 10 by a predetermined movement amount ΔY from the initial position (sub-scanning direction Y) of the printer head 10 described above. Move in direction Y. This movement control in the sub-scanning direction Y is executed every time the laser beam L is linearly irradiated in the main scanning direction X to complete the image formation in the main scanning direction.

なお、副走査方向制御部320によるY方向ステージ部220の位置制御は、上記の所定移動量ΔYだけ順次Y方向ステージ部220を移動させるオープン制御でもよく、また、Y方向ステージ部220のY位置をフィードバックすることにより位置制御するクローズド制御でもよい。 The position control of the Y-direction stage unit 220 by the sub-scanning direction control unit 320 may be open control in which the Y-direction stage unit 220 is sequentially moved by the predetermined movement amount ΔY, or the Y position of the Y-direction stage unit 220. The position may be controlled by feeding back the closed control.

(光出力制御部330)
光出力制御部330は、各発光素子21を主走査方向Xに線状に発光させる主走査動作を行なう。光出力制御部330は、発光素子アレイ20の各発光素子21の光出力値(発光パワー)を制御する。すなわち、光出力制御部330は、光出力値のデータに基づいて、所定の光振幅値(光ピーク値)、または、発光時間を規定する駆動信号のパルス幅を所定量に設定して、主走査方向Xに線状のレーザ光Lを出射させる制御を行なう。
(Optical output control unit 330)
The optical output control unit 330 performs a main scanning operation in which each light emitting element 21 emits light linearly in the main scanning direction X. The light output control unit 330 controls the light output value (light emitting power) of each light emitting element 21 of the light emitting element array 20. That is, the optical output control unit 330 mainly sets a predetermined optical amplitude value (optical peak value) or a pulse width of a drive signal that defines a light emission time to a predetermined amount based on the optical output value data. Control is performed to emit a linear laser beam L in the scanning direction X.

本実施の形態では、各発光素子21の発光パワーは、光振幅値(光ピーク値)をAPC(Automatic Power Control)により一定に制御し、駆動信号のパルス幅を制御することにより光出力制御を行なう。なお、主走査方向Xの光出力制御は、成形する3Dデータに基づいて、各X位置での光出力を制御することにより、所望の線状のレーザ光Lをプリンタ用ヘッド10に出射させる。 In the present embodiment, the light emission power of each light emitting element 21 is controlled by controlling the light amplitude value (light peak value) to be constant by APC (Automatic Power Control) and controlling the pulse width of the drive signal to control the light output. Do it. The light output control in the main scanning direction X controls the light output at each X position based on the 3D data to be molded, so that a desired linear laser beam L is emitted to the printer head 10.

(3Dデータ部350)
3Dデータ部350は、3次元プリンタ装置100により形成する立体形状を3次元のデータとして準備する。3Dデータ部350は、3次元プリンタ装置100で3Dプリントを実行するための3Dモデルのデータとして、X、Y、Z座標データ、及び、その各座標における光出力値を有する3Dデータを備える。この3Dデータは、外部で作成されて制御部300に入力されてもよく、また、3Dデータ部350において作成されてもよい。
(3D data unit 350)
The 3D data unit 350 prepares the three-dimensional shape formed by the three-dimensional printer device 100 as three-dimensional data. The 3D data unit 350 includes X, Y, Z coordinate data, and 3D data having an optical output value at each coordinate as 3D model data for executing 3D printing on the 3D printer device 100. This 3D data may be created externally and input to the control unit 300, or may be created by the 3D data unit 350.

3Dデータ部350は、例えば、3DモデルをZ方向にスライスした、ZからZまでのスライスデータを作成する。このスライスデータは、3Dプリントにおける各1層分のデータである。スライスデータZ(iは、0からnまでの整数)は、高さ位置ZにおけるX座標値、Y座標値、光出力値のデータ列で構成される。なお、一例として、高さ位置ZにおけるX座標値は発光素子アレイ20のピッチにより規定される値、Y座標値はY方向ステージ部220の所定移動量ΔYの分解能で規定される値で、Y(jは、0からmまでの整数)とすることができる。また、高さ位置Zにおける光出力値は、X座標値、Y座標値における駆動信号のパルス幅とすることができる。 3D data unit 350 is, for example, the 3D model was sliced in a Z direction, to create a slice data from Z 0 to Z n. This slice data is data for each one layer in 3D printing. The slice data Z i (i is an integer from 0 to n) is composed of a data string of an X coordinate value, a Y coordinate value, and an optical output value at the height position Z i. As an example, the X coordinate value at the height position Z i value defined by the pitch of the light emitting element array 20, Y-coordinate value is a value defined by the resolution of the predetermined movement amount ΔY in the Y-direction stage 220, It can be Y j (j is an integer from 0 to m). Further, the light output value at the height position Z i can be X-coordinate value, the pulse width of the drive signal in the Y-coordinate values.

(3次元プリンタ装置100の動作)
図6は、本発明の実施の形態に係る3次元プリンタ装置の動作を示すフローチャートである。以下、これに基づいて、3次元プリンタ装置100の動作を説明する。
(Operation of 3D printer device 100)
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the three-dimensional printer device according to the embodiment of the present invention. Hereinafter, the operation of the three-dimensional printer device 100 will be described based on this.

(Step1)
制御部300は、3Dデータ部350において、3Dデータを準備する。3Dデータは、3次元プリンタ装置100により形成する立体形状を3次元のデータとしたもので、外部で作成されて制御部300に入力されるか、または、3Dデータ部350において作成する。
(Step1)
The control unit 300 prepares 3D data in the 3D data unit 350. The 3D data is a three-dimensional data formed by the three-dimensional shape formed by the three-dimensional printer device 100, and is created externally and input to the control unit 300, or created by the 3D data unit 350.

(Step2)
制御部300は、高さ方向制御部310において、i=0に設定する。
(Step2)
The control unit 300 sets i = 0 in the height direction control unit 310.

(Step3)
高さ方向制御部310は、制御信号SをZ方向ステージ部210に出力することにより、プラットフォーム200を高さ方向Zに移動させて、液面115aとの距離を所定の距離に調節する。なお、iは、0からnまでの整数であり、i=0の場合は、3次元プリンタ装置100におけるプリンタ用ヘッド10の初期位置(高さ位置Z)の設定となる。
(Step3)
Height direction control unit 310, by outputting a control signal S Z in Z direction stage 210 to move the platform 200 in the height direction Z i, to adjust the distance between the liquid surface 115a at a predetermined distance .. Note that i is an integer from 0 to n, and when i = 0, the initial position (height position Z 0 ) of the printer head 10 in the three-dimensional printer device 100 is set.

(Step4)
制御部300は、副走査方向制御部320において、j=0に設定する。
(Step4)
The control unit 300 sets j = 0 in the sub-scanning direction control unit 320.

(Step5)
副走査方向制御部320は、制御信号SをY方向ステージ部220に出力することにより、プリンタ用ヘッド10を副走査方向Yに移動させる。なお、jは、0からmまでの整数であり、j=0の場合は、3次元プリンタ装置100におけるプリンタ用ヘッド10の初期位置(副走査方向Y)の設定となる。
(Step 5)
The sub-scanning direction control unit 320 moves the printer head 10 in the sub-scanning direction Y j by outputting the control signal SY to the Y-direction stage unit 220. Note that j is an integer from 0 to m, and when j = 0, the initial position (secondary scanning direction Y 0 ) of the printer head 10 in the three-dimensional printer device 100 is set.

(Step6)
制御部300は、光出力制御部330により、主走査方向Xに光出力する。すなわち、光出力制御部330は、制御信号Sをプリンタ用ヘッド10に出力することにより、各発光素子21を主走査方向Xに線状に発光させて、レーザ光Lを液面115aに照射する。液槽110内の光硬化性液115は、レーザ光Lに反応して硬化する光硬化樹脂であるので、レーザ光Lが照射された領域(ビーム径の範囲)の樹脂液が硬化する。硬化した成形物はプラットフォーム200に付着する。
(Step 6)
The control unit 300 outputs light in the main scanning direction X by the light output control unit 330. That is, the optical output control unit 330 outputs a control signal S X to the printer head 10, by emitting linearly in the main scanning direction X of the light-emitting elements 21, a laser beam L to the liquid surface 115a do. Since the photocurable liquid 115 in the liquid tank 110 is a photocurable resin that cures in response to the laser light L, the resin liquid in the region irradiated with the laser light L (the range of the beam diameter) is cured. The cured molded product adheres to the platform 200.

(Step7)
制御部300は、Y=Yかどうかを判断する。Y=Yの場合は、Step8へ進み(Step7:Yes)、Y=Yでない場合は、j=j+1としてStep5へ戻る(Step7:No)。なお、Y=Yの場合は、第i層目のプリント成形ができたことになる。また、Y=Yでない場合は、第i層目のプリント成形を続行することになる。
(Step7)
The control unit 300 determines whether or not Y j = Y m. If Y j = Y m , the process proceeds to Step 8 (Step 7: Yes), and if Y j = Y m , the process returns to Step 5 as j = j + 1 (Step 7: No). When Y j = Y m , it means that the print molding of the i-th layer was completed. If Y j = Y m , the print molding of the i-th layer is continued.

(Step8)
制御部300は、Z=Zかどうかを判断する。Z=Zの場合は、Step9へ進み(Step8:Yes)、Z=Zでない場合は、i=i+1としてStep3へ戻る(Step8:No)。なお、Z=Zでない場合は、次の層である(i+1)層の成形を行なう。
(Step 8)
The control unit 300 determines whether or not Z i = Z n. If Z i = Z n , the process proceeds to Step 9 (Step 8: Yes), and if Z i = Z n , the process returns to Step 3 as i = i + 1 (Step 8: No). If Z i = Z n , the next layer (i + 1) is formed.

(Step9)
3次元プリンタ装置100により、硬化した光硬化樹脂により3次元データの立体形状が完成したので、プラットフォーム200に付着して形成された3D造形物を離形して完成となる。
(Step 9)
Since the three-dimensional shape of the three-dimensional data is completed by the cured photocurable resin by the three-dimensional printer device 100, the three-dimensional model formed by adhering to the platform 200 is separated and completed.

(実施の形態に係る3次元プリンタ用ヘッド、及び、3次元プリンタ装置の効果)
上記本実施の形態の3次元プリンタ用ヘッド、及び、3次元プリンタ装置によれば、以下のような効果を有する。
(1)第1の実施の形態に係るプリンタ用ヘッド10は、所定のピッチで各発光素子21が配列された発光素子アレイ20と、発光素子アレイ20に対応して配列され、発光素子アレイ20の各発光素子21から出射される光が入射面31に入射され、入射面31と反対側の出射面32から光が出射されるロッドレンズアレイ30と、を有し、各発光素子21は、入射面31側において、ロッドレンズアレイ30の焦点位置からずれたデフォーカス位置に配置されて構成されている。発光素子アレイ20(発光素子21)とロッドレンズアレイ30の距離を最初からデフォーカス位置にすることで、ロッドレンズアレイ30からの出射光が結像位置でビーム間隔において隙間なく線状にレーザ光Lを照射できる。隙間無く樹脂(光硬化性液)に光を照射できるので露光ムラを防ぐことができる。また、デフォーカス位置として、ロッドレンズアレイ30の焦点位置よりも発光素子アレイ20(発光素子21)に近い位置を設定することにより、ロッドレンズアレイ30に入射する発光素子21の周辺光のけられが低減でき光の損失を低減できる。これにより、ロッドレンズアレイ30の出射側でのレーザ出力効率を増大させることが可能になる。
(2)第2の実施の形態に係る3次元プリンタ装置100は、上記示したプリンタ用ヘッド10を用いた3次元プリンタ装置である。したがって、ロッドレンズアレイ30からの出射光が結像位置でビーム間隔において隙間なく線状にレーザ光Lを照射できるので、形成された3次元形状の表面精度がよい造形物を作ることができる。
(3)光源をアレイ状に配置するプリンタの対向面が液体樹脂のように静置状態で凹凸が生じない材質において、光源とレンズの距離を固定して、レンズと液面距離を焦点位置からずらしてアレイ状の光の間隔になるように調整し、液面に露光させることで焦点調整が不要になる。また、アレイ光源とセルフォックレンズアレイのようなバー状のレンズの組み合わせにして線状に光を照射できる設計にすることで、点光源で照射した場合の造形速度の遅さを解決することができる。本実施の形態では、従来のように結像光学系を移動させて焦点調節を行なう必要がないので、結像させるための複雑な計算、調整がないため動作が早く、線状に光を照射させるため、樹脂の造形速度が大きい。また、光の出射面と照射対象の距離が一定になるため結像のための計算が不要になる。また、ロッドレンズアレイを用いることで、線状光源をつくるための素子間隔を狭くでき、ビーム数を数百から数千といった数にできるため造形速度を早くできる。
(Effects of the 3D printer head and the 3D printer device according to the embodiment)
According to the three-dimensional printer head and the three-dimensional printer device of the present embodiment, the following effects are obtained.
(1) The printer head 10 according to the first embodiment has a light emitting element array 20 in which each light emitting element 21 is arranged at a predetermined pitch and a light emitting element array 20 arranged corresponding to the light emitting element array 20. Each of the light emitting elements 21 has a rod lens array 30 in which the light emitted from each of the light emitting elements 21 of the above is incident on the incident surface 31 and the light is emitted from the emitting surface 32 on the opposite side of the incident surface 31. It is configured to be arranged at a defocus position deviated from the focal position of the rod lens array 30 on the incident surface 31 side. By setting the distance between the light emitting element array 20 (light emitting element 21) and the rod lens array 30 to the defocus position from the beginning, the light emitted from the rod lens array 30 is linearly laser-beamed at the image formation position without any gap at the beam interval. L can be irradiated. Since the resin (photocurable liquid) can be irradiated with light without gaps, uneven exposure can be prevented. Further, by setting the defocus position to be closer to the light emitting element array 20 (light emitting element 21) than the focal position of the rod lens array 30, the peripheral light of the light emitting element 21 incident on the rod lens array 30 is dispelled. Can be reduced and the loss of light can be reduced. This makes it possible to increase the laser output efficiency on the exit side of the rod lens array 30.
(2) The three-dimensional printer device 100 according to the second embodiment is a three-dimensional printer device using the printer head 10 shown above. Therefore, since the light emitted from the rod lens array 30 can irradiate the laser beam L linearly at the imaging position without any gap at the beam interval, it is possible to produce a modeled object having a formed three-dimensional shape with good surface accuracy.
(3) Arrange the light sources in an array In a material such as liquid resin where the facing surface of the printer is stationary and does not cause unevenness, the distance between the light source and the lens is fixed, and the distance between the lens and the liquid surface is set from the focal position. Focus adjustment becomes unnecessary by adjusting the distance between the lights in an array and exposing the liquid surface. In addition, by designing a combination of an array light source and a bar-shaped lens such as a Selfock lens array to irradiate light linearly, it is possible to solve the slow modeling speed when irradiating with a point light source. can. In the present embodiment, since it is not necessary to move the imaging optical system to adjust the focus as in the conventional case, the operation is fast because there is no complicated calculation and adjustment for forming an image, and the light is irradiated linearly. Therefore, the molding speed of the resin is high. Further, since the distance between the light emitting surface and the irradiation target is constant, the calculation for imaging becomes unnecessary. Further, by using the rod lens array, the element spacing for creating a linear light source can be narrowed, and the number of beams can be increased from several hundreds to several thousand, so that the modeling speed can be increased.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。また、上記の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be carried out within a range that does not deviate from the gist of the invention. Moreover, the above-described embodiment does not limit the invention according to the claims. It should also be noted that not all combinations of features described in the embodiments are essential to the means for solving the problems of the invention.

10…プリンタ用ヘッド、20…発光素子アレイ、21…発光素子、25…基板、30…ロッドレンズアレイ、31…入射面、32…出射面、70…筐体、100…3次元プリンタ装置、110…液槽、111…収容部、112…本体部、115…光硬化性液、115a…液面、200…プラットフォーム、210…Z方向ステージ部、220…Y方向ステージ部、300…制御部、310…高さ方向制御部、320…副走査方向制御部、330…光出力制御部、350…3Dデータ部、L…レーザ光、X…主走査方向、Y…副走査方向、Z…高さ方向
10 ... printer head, 20 ... light emitting element array, 21 ... light emitting element, 25 ... substrate, 30 ... rod lens array, 31 ... incident surface, 32 ... emitting surface, 70 ... housing, 100 ... 3D printer device, 110 ... Liquid tank, 111 ... Accommodating part, 112 ... Main body part, 115 ... Photocurable liquid, 115a ... Liquid level, 200 ... Platform, 210 ... Z direction stage part, 220 ... Y direction stage part, 300 ... Control unit, 310 ... Height direction control unit, 320 ... Sub-scanning direction control unit, 330 ... Optical output control unit, 350 ... 3D data unit, L ... Laser light, X ... Main scanning direction, Y ... Sub-scanning direction, Z ... Height direction

Claims (5)

所定のピッチで各発光素子が配列された発光素子アレイと、
前記発光素子アレイに対応して配列され、前記発光素子アレイの各発光素子から出射される光が入射面に入射され、前記入射面と反対側の出射面から前記光が出射されるロッドレンズアレイと、を有し、
前記各発光素子は、前記入射面側において、前記ロッドレンズアレイの焦点位置からずれたデフォーカス位置に配置されている、プリンタ用ヘッド。
A light emitting element array in which each light emitting element is arranged at a predetermined pitch,
A rod lens array arranged corresponding to the light emitting element array, in which light emitted from each light emitting element of the light emitting element array is incident on an incident surface, and the light is emitted from an emitting surface opposite to the incident surface. And have
A printer head in which each of the light emitting elements is arranged at a defocus position deviated from the focal position of the rod lens array on the incident surface side.
前記デフォーカス位置は、前記ロッドレンズアレイの焦点位置よりも前記発光素子に近い位置である、プリンタ用ヘッド。 The printer head whose defocus position is closer to the light emitting element than the focal position of the rod lens array. 請求項1又は2のプリンタ用ヘッドと、
前記プリンタ用ヘッドから出射される光により硬化する光硬化性液を収容する液槽と、
前記光により硬化して形成された成形物が付着するプラットフォームと、前記プラットフォームを前記液槽の前記光硬化性液に対して液面が上下する方向である高さ方向Zに移動調整可能なZ方向ステージ部と、
前記発光素子アレイの各発光素子の並びの方向である主走査方向X及び前記高さ方向Zとそれぞれ直交する副走査方向Yに前記プリンタ用ヘッドを移動調整可能とするY方向ステージ部と、
前記プリンタ用ヘッドの前記各発光素子の光出力を制御する光出力制御部、前記高さ方向Zの移動調整制御を行なう高さ方向制御部、及び、前記副走査方向Yの移動調整制御を行なう副走査方向制御部を有する制御部と、
を有する3次元プリンタ装置。
The printer head according to claim 1 or 2,
A liquid tank containing a photocurable liquid that is cured by the light emitted from the printer head, and
A platform to which a molded product cured by the light adheres, and a Z whose liquid level can be moved and adjusted in the height direction Z, which is the direction in which the liquid level moves up and down with respect to the photocurable liquid in the liquid tank. Directional stage part and
A Y-direction stage unit that allows the printer head to be moved and adjusted in a sub-scanning direction Y that is orthogonal to the main scanning direction X and the height direction Z, which are the directions in which the light emitting elements of the light emitting element array are arranged.
An optical output control unit that controls the light output of each light emitting element of the printer head, a height direction control unit that controls movement adjustment in the height direction Z, and movement adjustment control in the sub-scanning direction Y are performed. A control unit having a sub-scanning direction control unit and
3D printer device.
前記プリンタ用ヘッドは、前記ロッドレンズアレイから出射される光のビーム径が、前記液槽の液面において、前記発光素子アレイの各発光素子の間隔となるように設定されている、請求項3に記載の3次元プリンタ装置。 3. The printer head is set so that the beam diameter of the light emitted from the rod lens array is the distance between the light emitting elements of the light emitting element array on the liquid surface of the liquid tank. 3D printer device according to. 前記光出力制御部は、前記各発光素子を前記主走査方向Xに線状に発光させる主走査動作を行ない、前記副走査方向制御部は、前記主走査動作が終了する毎に前記副走査方向Yに前記プリンタ用ヘッドを所定量だけ移動させる副走査動作を行ない、前記高さ方向制御部は、前記Z方向の各層の成形が終了する毎に前記高さ方向Zに前記Z方向ステージ部を所定量だけ移動させる高さ方向動作を行なう、請求項3又は4に記載の3次元プリンタ装置。 The optical output control unit performs a main scanning operation of causing each light emitting element to emit light linearly in the main scanning direction X, and the sub-scanning direction control unit performs the sub-scanning direction each time the main scanning operation is completed. A sub-scanning operation is performed to move the printer head to Y by a predetermined amount, and the height direction control unit moves the Z direction stage unit in the height direction Z each time the molding of each layer in the Z direction is completed. The three-dimensional printer device according to claim 3 or 4, which operates in the height direction to move by a predetermined amount.
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