JP2551110B2 - 光学的造形法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光硬化性樹脂に光を照射して目的形状の硬化
体を製造する光学的造形法に係り、特に硬化の工程を２
段階に分けることにより硬化時の収縮応力を緩和するよ
うにした光学的造形法に関する。

［従来の技術］ 光硬化性樹脂等の光硬化性流動物質に光束を照射し
て、該照射部分を硬化させ、この硬化部分を水平方向に
連続させると共に、さらにその上側に光硬化性流動物質
を供給して同様にして硬化させることにより上下方向に
も硬化体を連続させ、これを繰り返すことにより目的形
状の硬化体を製造する光学的造形法は特開昭60−247515
号、62−35966号、62−101408号などにより公知であ
る。また、目的形状の硬化体の一断面に相当するスリッ
トを有する造形用マスクを通して光を照射して硬化さ
せ、次に硬化層の上に未硬化の光硬化性流動物質を存在
させると共にこの造形用マスクを目的形状の硬化体の高
さ方向に隣接する一断面に相当するスリットを有するも
のに交換し、再び光を照射する工程を繰り返すことによ
り目的形状の硬化体を製造する光学的造形法も公知であ
る（例えば、上記特開昭62−35966号）。

［発明が解決しようとする課題］ 光硬化性樹脂は、その硬化時に収縮を起こすので、こ
の収縮応力を小さくすることが造形体の精度向上及び亀
裂防止のために重要である。

［課題を解決するための手段］ 本発明の光学的造形法は、光硬化性樹脂に光を照射
し、該光の照射された部分を部分的に未硬化の光硬化性
樹脂が残留するように硬化させると共に、該硬化物を積
み重ねてほぼ目的形状の立体とする第１の硬化工程と、
該立体に光を照射し、残留する未硬化の光硬化性樹脂を
硬化させる第２の硬化工程と、を備えることを特徴とす
る。

［作 用］ 本発明においては、第１の硬化工程において得られる
立体は、光の照射により、光硬化性樹脂を部分的に未硬
化の樹脂が残留するように硬化されたものである。この
ように部分的に未硬化の光硬化性樹脂が残留するように
硬化させると、硬化による収縮応力は分散されると共
に、未硬化の部分で吸収さるようになるため、第１の硬
化工程においては、全体として収縮応力は殆ど発生しな
い硬化立体（以下、「１次硬化体」ということがあ
る。）となる。

第２の硬化工程においては、第１の硬化工程にて得ら
れた１次硬化体に更に光を照射して残留する未硬化の光
硬化性樹脂を硬化させる。この第２の硬化工程を経るこ
とにより強度の高い硬化立体が得られる。この第２の硬
化工程においても、硬化が伝播する際に、その周囲に未
硬化の光硬化性樹脂が存在している限り、硬化進行領域
に収縮応力は殆ど発生しない。このように、本発明方法
によれば収縮応力が発生するのは硬化工程の末期の極め
て短い期間であり、収縮応力自体も極めて小さな値とな
る。

［実施例］ 第１図〜第４図は各々本発明の第１の硬化工程を実施
するための装置の一例を示す断面図である。

第１図の装置においては、容器11内には光硬化性樹脂
12が収容されている。容器11の底面にはガラス等の透光
板よりなる透光窓13が設けられており、該透光窓13に向
けて光束14を照射するように、レンズを内蔵した光出射
部15、光ファイバー16、光出射部15を水平面内のＸ−Ｙ
方向（X,Yは直交する２方向）に移動させるＸ−Ｙ移動
装置17、光源20等よりなる光学系が設けられている。

容器11内にはベース21が設置され、該ベース21はエレ
ベータ22により昇降可能とされている。これらＸ−Ｙ移
動装置17、エレベータ22はコンピュータ23により制御さ
れる。

上記装置により硬化体を製造する場合、まずベース21
を透光窓13よりもわずか上方に位置させ、光束14を目的
形状物の水平断面に倣って走査させる。この走査はコン
ピュータ制御されたＸ−Ｙ移動装置17により行なわれ
る。

目的形状物の一つの水平断面（この場合は底面又は上
面に相当する部分）のすべてに光を照射した後、ベース
21をわずかに上昇させ、硬化物24とベース21との間に未
硬化の光硬化性樹脂を流入させた後、上記と同様の光処
理を行う。この手順を繰り返すことにより、ほぼ目的形
状の１次硬化体が多層積層体として得られる。

上記実施例は、透光窓は容器底面に設け、光を容器の
下方から照射するようにしているが、本発明においては
容器11の側面に透光窓を設け、該容器11の側面から光を
照射するようにしても良い。この場合、ベースは成形過
程において徐々に、側方に移動させれば良い。

上記実施例では、光ファイバーをＸ−Ｙ方向に移動さ
せることにより光を走査しているが、後述の第３図に示
す如く、光源からの光をミラーで反射させた後、レンズ
で収束させて光硬化性樹脂に照射する光学系を採用して
も良い。この場合はミラーを回転させることにより光束
を走査できる。

また、本発明を公知のマスク法に適用し、例えば第２
図に示す如く目的形状物の断面に相当するスリット25を
有したマスク26を用いても良い。符号27は平行光束を示
す。第２図のその他の符号は第１図と同一部材を示して
いる。

第１図及び第２図に示す装置は、容器の下方から光を
照射するように構成されているが、本発明においては、
容器の上部開口から光を照射するようにしても良い。第
３図及び第４図に示す装置は容器上方から光を照射する
形式の装置である。

第３図の装置においては、光硬化性樹脂12の液面12a
に向けて光束14を照射するようにレンズ28、ミラー29、
ミラー回転駆動装置29a、光源20等よりなる光学系が設
けられている。容器11内にはベース21が設置され、該ベ
ース21はエレベータ22により昇降可能とされている。こ
れら駆動装置29a,エレベータ22はコンピュータ23により
制御される。

上記装置により１次硬化体を製造する場合、まずベー
ス21上の基板21aを液面12aよりもわずか下方に位置さ
せ、光束14を目的形状物の水平断面に倣って走査させ
る。この走査はコンピュータ制御されたミラー29の回転
により行われる。

目的形状物の一つの水平断面（この場合は底面に相当
する部分）のすべてに光を照射した後、ベース21をわず
かに下降させ、硬化物24の上に未硬化の光硬化性樹脂を
流入させた後、上記と同様の光照射を行う。この手順を
繰り返すことにより、ほぼ目的形状の１次硬化体が得ら
れる。

上記実施例では、ベース21を徐々に下降させている
が、逆に硬化性樹脂を注ぎ足すことにより、液面12aを
徐々に上昇させても良い。

第４図に示す装置は、目的形状物の断面に相当するス
リット25を有したマスク26を用いたものである。符号27
は平行光束を示す。第４図のその他の符号は第３図と同
一部材を示している。

本発明においては、このような第１の硬化工程におい
て、光の照射により硬化を行い、ほぼ目的形状の１次硬
化体を製造する際、部分的に未硬化の光硬化性樹脂が残
留するように硬化させる。

この部分的に未硬化の光硬化性樹脂が残留する状態と
しては、硬化による収縮応力ができるだけ均一に分散す
るように、未硬化部が均一に分散した状態であることが
好ましい。

本発明においては、例えば次の〜のような硬化状
態となるように硬化させて、未硬化の光硬化性樹脂が均
一に分散して残留する１次硬化体とするのが好ましい。

立体の全体が均一な半硬化状態（即ち、光硬化性樹
脂の重合が完結していない状態）。

立体に硬化部（光硬化性樹脂の重合が完結した部
分）と未硬化部（光硬化性樹脂の重合が殆ど起っていな
い部分）とが均一に分散している部分硬化状態。

立体に半硬化部と硬化部とが均一に分散している部
分硬化状態。

立体に硬化部、半硬化部及び未硬化部が均一に分散
している部分硬化状態。

なお、上記〜の部分硬化状態としては、例えば硬
化部中に未硬化部が点在するような、所謂マダラに硬化
したものとしても良く、また、格子状あるいは縞状の硬
化部の間に未硬化部が存在するようなものであっても良
い。

〜のような硬化状態は、走査される光束を断続さ
せたり、強弱の変化をつけたりすることにより形成でき
る。また、光束の照射域同志の間に未照射域又は弱い照
射域を形成するように光束を走査することによっても形
成できる。さらに、スリットや小孔を有するマスク等を
用いて必要な箇所にのみ必要とする光量の光を照射する
ことによっても形成できる。

なお、〜のいずれの形態においても、得られる１
次硬化体がその形状を保持できるような硬化状態である
ことが必要とされるため、光硬化性樹脂の物性や、立体
の形状、大きさ等を考慮して、硬化の程度や硬化部と未
硬化部との割合等を適宜決定する。

このようにして第１の硬化工程においてほぼ目的形状
の１次硬化体を得た後は、これを装置から取り出し、第
２の硬化工程にて、１次硬化体の全体に光を照射して、
残留する未硬化の光硬化性樹脂を硬化させる。

第５図は、第２の硬化工程の一例を示す断面図であ
り、石英ガラス等の透光板30の上に第１の硬化工程で得
られた立体31を載置し、上方、下方、側方により光32を
同時に照射している。勿論、第２の硬化工程は、このよ
うに立体の全体に同時に光を照射する方法に限らず、移
動する１つの光源により、全体に光を照射するようなも
のであっても良い。また、一方向又は二方向からのみ光
を照射し、途中で立体の姿勢を転換するようにしても良
い。

第２の硬化工程により、硬化の終了した立体は、硬化
収縮応力が小さく、しかも収縮応力が立体の全体に均一
に分散したものとなっており、寸法安定性、形状安定性
に優れる。

本発明において、前記光硬化性樹脂としては、光照射
により硬化する種々の物質を用いることができ、例えば
変性ポリウレタンメタクリレート、オリゴエステルアク
リレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレー
ト、感光性ポリイミド、アミノアルキドを挙げることが
できる。

前記光としては、使用する光硬化性樹脂に応じ、可視
光、紫外光等種々の光を用いることができる。該光は通
常の光としてもよいが、レーザ光とすることにより、エ
ネルギーレベルを高めて造形時間を短縮し、良好な集光
性を利用して造形精度を向上させ得るという利点を得る
ことができる。なお、第１の硬化工程の光と第２の硬化
工程の光とは同一のものであっても、異なるものであっ
ても良い。

［発明の効果］ 以上の通り、本発明によれば、光学的造形法において
硬化体に発生する収縮応力を減少させると共に、収縮応
力を硬化体の全体に均一に分散させることができる。従
って、亀裂がなくしかも収縮による寸法の誤差も殆どな
い高精度のモデルを製作できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は各々実施例方法に採用される装置
の縦断面図である。 12……光硬化性樹脂、14……光束、 16……光ファイバー、20……光源、 21……ベース、22……エレベータ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光硬化性樹脂に光を照射し、該光の照射さ
   れた部分を部分的に未硬化の未硬化性樹脂が残留するよ
   うに硬化させると共に、該硬化物を積み重ねてほぼ目的
   形状の立体とする第１の硬化工程と、 該立体に光を照射し、残留する未硬化の未硬化性樹脂を
   硬化させる第２の硬化工程と、 を備えることを特徴とする光学的造形法。