JP2912721B2 - 三次元物体の形成方法 - Google Patents
三次元物体の形成方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液体状態の光硬化性樹
脂にレーザなどの光源から照射位置が制御された光ビー
ムを当て、所望の部分を硬化させることによって三次元
物体を形成する方法に関する。
脂にレーザなどの光源から照射位置が制御された光ビー
ムを当て、所望の部分を硬化させることによって三次元
物体を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】所望の三次元物体を所定の軸線の方向に
薄く輪切りにして得られる各輪切り図形の形状情報を基
に各輪切り図形を再現し、これら輪切り図形を前記軸線
の方向に重ねることにより前記三次元物体を形成する、
三次元物体の形成方法として、液体状態の光硬化性樹脂
を、容器の中に入れられ、該光硬化性樹脂とは反応せず
にしかも該光硬化性樹脂よりも比重の大きい支持液体の
表面上に流し込んで樹脂層を形成し、該樹脂層の上方か
ら位置制御された光ビームを樹脂層に照射し樹脂層を硬
化させて所望の形状の輪切り図形を形成し、該輪切り図
形を支持液体の中に引き下げ、以後、前記硬化による光
硬化性樹脂の不足量を補なって、樹脂層を硬化させる操
作と、輪切り図形を支持液体の中に引き下げる操作を繰
返すことにより、所望の三次元物体を形成する方法が提
案されている。
薄く輪切りにして得られる各輪切り図形の形状情報を基
に各輪切り図形を再現し、これら輪切り図形を前記軸線
の方向に重ねることにより前記三次元物体を形成する、
三次元物体の形成方法として、液体状態の光硬化性樹脂
を、容器の中に入れられ、該光硬化性樹脂とは反応せず
にしかも該光硬化性樹脂よりも比重の大きい支持液体の
表面上に流し込んで樹脂層を形成し、該樹脂層の上方か
ら位置制御された光ビームを樹脂層に照射し樹脂層を硬
化させて所望の形状の輪切り図形を形成し、該輪切り図
形を支持液体の中に引き下げ、以後、前記硬化による光
硬化性樹脂の不足量を補なって、樹脂層を硬化させる操
作と、輪切り図形を支持液体の中に引き下げる操作を繰
返すことにより、所望の三次元物体を形成する方法が提
案されている。
【０００３】この方法によれば、各輪切り図形の境界、
すなわち重ね合わせの部分には段差が発生することにな
るため、この輪切り図形の高さを小さくすることによっ
てこの発生する段差をなるべく小さくし、所望の形状に
なるべく近いものにする努力が払われてきた。
すなわち重ね合わせの部分には段差が発生することにな
るため、この輪切り図形の高さを小さくすることによっ
てこの発生する段差をなるべく小さくし、所望の形状に
なるべく近いものにする努力が払われてきた。
【０００４】しかしながらこの輪切りの高さを小さくす
る方法は、一定の高さの物体を作製しようとする場合に
は工程の数が増えることになるので、生産性が問題とな
る。例えばＦＡＸの受信設備として考えた場合には、通
信時間が著しく増大することになるとともに、制御する
精度が要求されることになる。
る方法は、一定の高さの物体を作製しようとする場合に
は工程の数が増えることになるので、生産性が問題とな
る。例えばＦＡＸの受信設備として考えた場合には、通
信時間が著しく増大することになるとともに、制御する
精度が要求されることになる。
【０００５】この問題を解決する方法の一つとして、輪
切り図形を作製する場合に単純に一平面で切った断面形
状を輪切り図形の形状とし、高さ、すなわち厚さは適当
なものとするのではなく、形状とともに輪切りの面の接
線情報を用い、光硬化性樹脂層を斜めに露光する（傾斜
露光）ことによってより所望の物体の形状に近い物体を
滑らかに作製する方法が提案されている。
切り図形を作製する場合に単純に一平面で切った断面形
状を輪切り図形の形状とし、高さ、すなわち厚さは適当
なものとするのではなく、形状とともに輪切りの面の接
線情報を用い、光硬化性樹脂層を斜めに露光する（傾斜
露光）ことによってより所望の物体の形状に近い物体を
滑らかに作製する方法が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】光硬化性樹脂層を硬化
させて形成された輪切り図形が支持液体の中に引き下げ
られると、光硬化性樹脂層の表面の位置が上昇し、実際
の露光位置が変動するが、上述した従来の、傾斜露光を
用いた三次元物体の形成方法では、光硬化性樹脂層の表
面の上昇量の情報が与えられていないので、傾斜角度を
正確に合わせるならば樹脂層上の露光位置が不正確とな
り、また露光位置を合わせれば傾斜角度が実現できない
という欠点があった。
させて形成された輪切り図形が支持液体の中に引き下げ
られると、光硬化性樹脂層の表面の位置が上昇し、実際
の露光位置が変動するが、上述した従来の、傾斜露光を
用いた三次元物体の形成方法では、光硬化性樹脂層の表
面の上昇量の情報が与えられていないので、傾斜角度を
正確に合わせるならば樹脂層上の露光位置が不正確とな
り、また露光位置を合わせれば傾斜角度が実現できない
という欠点があった。
【０００７】本発明の目的は、正確な露光を容易に実現
できる三次元物体の形成方法を提供することである。
できる三次元物体の形成方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の、三次元物体の
形成方法は、形成された輪切り図形を支持液体の中に引
き下げることによる支持液体の表面の上昇量、すなわち
その直後に光硬化性樹脂の不足量を補なうことによる樹
脂層の表面を上昇量△ｈを、描画線の軸跡の長さをｍ、
光硬化性樹脂層の厚さをｄ、面の傾斜の平均値をθ、描
画に用いた光ビームの線幅をｓとしてＶ＝ｍｓｄ／ｓｉ
ｎθより求められる該輪切り図形の体積Ｖを前記容器の
内部の断面積Ｓで割ることにより求め、光ビームの樹脂
層への出射位置と容器の一方を他方に対して前記上昇だ
け上下方向に近づけることを特徴とする。
形成方法は、形成された輪切り図形を支持液体の中に引
き下げることによる支持液体の表面の上昇量、すなわち
その直後に光硬化性樹脂の不足量を補なうことによる樹
脂層の表面を上昇量△ｈを、描画線の軸跡の長さをｍ、
光硬化性樹脂層の厚さをｄ、面の傾斜の平均値をθ、描
画に用いた光ビームの線幅をｓとしてＶ＝ｍｓｄ／ｓｉ
ｎθより求められる該輪切り図形の体積Ｖを前記容器の
内部の断面積Ｓで割ることにより求め、光ビームの樹脂
層への出射位置と容器の一方を他方に対して前記上昇だ
け上下方向に近づけることを特徴とする。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【作用】光ビームの出射位置から樹脂層表面までの距離
は常に所定の値に保たれるので、露光位置および露光角
度は予め与えられた値をそのまま使用でき、すなわち計
算し直す必要がないため、正確な露光を容易に実現でき
る。
は常に所定の値に保たれるので、露光位置および露光角
度は予め与えられた値をそのまま使用でき、すなわち計
算し直す必要がないため、正確な露光を容易に実現でき
る。
【００１２】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００１３】図１は本発明の一実施例を示す三次元物体
形成装置の構成図である。
形成装置の構成図である。
【００１４】本実施例は、比重１．０５の一液性のエポ
キシ樹脂の光硬化性樹脂を、１０ｃｍ角の容器１の中に
入れられ、該光硬化性樹脂とは反応せず比重が１．５９
４の四塩化炭素の支持液体３の表面上に光硬化性樹脂注
入口２から流し込んで３ｍｍの厚さの光硬化性樹脂層４
を形成し、光硬化性樹脂層４の上方から位置制御された
光ビーム（レーザ光）を光硬化性樹脂層４に照射し光硬
化性樹脂層４を硬化させて所望の形状の輪切り図形を形
成し、該輪切り図形を引き下げ治具５により支持液体３
の中に引き下げ、以後、前記硬化による光硬化性樹脂の
不足量を補って、光硬化性樹脂層４を硬化させる操作
と、輪切り図形を支持液体３の中に引き下げる操作を繰
返すことにより、所望の三次元物体２１を形成するもの
である。
キシ樹脂の光硬化性樹脂を、１０ｃｍ角の容器１の中に
入れられ、該光硬化性樹脂とは反応せず比重が１．５９
４の四塩化炭素の支持液体３の表面上に光硬化性樹脂注
入口２から流し込んで３ｍｍの厚さの光硬化性樹脂層４
を形成し、光硬化性樹脂層４の上方から位置制御された
光ビーム（レーザ光）を光硬化性樹脂層４に照射し光硬
化性樹脂層４を硬化させて所望の形状の輪切り図形を形
成し、該輪切り図形を引き下げ治具５により支持液体３
の中に引き下げ、以後、前記硬化による光硬化性樹脂の
不足量を補って、光硬化性樹脂層４を硬化させる操作
と、輪切り図形を支持液体３の中に引き下げる操作を繰
返すことにより、所望の三次元物体２１を形成するもの
である。
【００１５】Ａｒレーザ光源６が容器１の上方に配置さ
れており、レーザ光を水平に出射する。容器１の垂直な
中心軸線２０の上方の延長線上には固定ミラー７が配置
されており、Ａｒレーザ光源６から出射されたレーザ光
を中心軸線２０に沿って下向きに反射する。容器１と固
定ミラー７の間には、中心軸線２０から半径方向に延び
る回転ステージ８が水平に、かつ回転ステージ回転用モ
ータ１１により中心軸線２０を回転軸として回転するよ
うに設けられている。回転ステージ８上には、固定ミラ
ー７で反射されたレーザ光を水平方向に反射する固定ミ
ラー９が中心軸線２０上に取付けられ、また固定ミラー
９で反射されたレーザ光を光硬化性樹脂層４の方へ反射
する回転ミラー１０が取付けられている。この回転ミラ
ー１０は不図示の直線移動機構によって回転ステージ８
上を水平方向（半径方向）に移動可能で固定ミラー９と
の間の距離を変えられるようになっており、また不図示
の回転機構によって旋回し、レーザ光の反射角度を変え
られるようになっている。回転ステージ８には上下方向
にボールナット１２が設けられ、このボールナット１２
には、回転ステージ上下動用モータ１４によって駆動さ
れるボールネジ１３が噛み合っている。演算装置１６
は、光硬化性樹脂を硬化させて形成された輪切り図形の
体積Ｖを、描画線の軌跡の長さをｍ、光硬化性樹脂層４
の厚さをｄ、面の傾斜の平均値をθ、描画に用いたレー
ザビームの線幅をｓとしてＶ＝ｍｓｄ／ｓｉｎθより求
め、次に輪切り図形の支持液体３の中への引き下げによ
る次の光硬化性樹脂層４の表面の上昇量Δｈを、容器１
の内部の断面積をＳとしてΔｈ＝Ｖ／Ｓより求め、これ
をサーボアンプ１５に位置指令として出力する。サーボ
装置１５は回転ステージ上下動用モータ１４を制御し、
回転ステージ８をΔｈだけ上昇させ、回転ミラー１０と
光硬化性樹脂層４の表面の間の距離を一定値ｈに保つ。
なお、回転ステージ上下動用モータ１４には位置検出用
エンコーダ（図示せず）が取付けられ、その出力はサー
ボアンプ１５に入力され位置指令と比較される。
れており、レーザ光を水平に出射する。容器１の垂直な
中心軸線２０の上方の延長線上には固定ミラー７が配置
されており、Ａｒレーザ光源６から出射されたレーザ光
を中心軸線２０に沿って下向きに反射する。容器１と固
定ミラー７の間には、中心軸線２０から半径方向に延び
る回転ステージ８が水平に、かつ回転ステージ回転用モ
ータ１１により中心軸線２０を回転軸として回転するよ
うに設けられている。回転ステージ８上には、固定ミラ
ー７で反射されたレーザ光を水平方向に反射する固定ミ
ラー９が中心軸線２０上に取付けられ、また固定ミラー
９で反射されたレーザ光を光硬化性樹脂層４の方へ反射
する回転ミラー１０が取付けられている。この回転ミラ
ー１０は不図示の直線移動機構によって回転ステージ８
上を水平方向（半径方向）に移動可能で固定ミラー９と
の間の距離を変えられるようになっており、また不図示
の回転機構によって旋回し、レーザ光の反射角度を変え
られるようになっている。回転ステージ８には上下方向
にボールナット１２が設けられ、このボールナット１２
には、回転ステージ上下動用モータ１４によって駆動さ
れるボールネジ１３が噛み合っている。演算装置１６
は、光硬化性樹脂を硬化させて形成された輪切り図形の
体積Ｖを、描画線の軌跡の長さをｍ、光硬化性樹脂層４
の厚さをｄ、面の傾斜の平均値をθ、描画に用いたレー
ザビームの線幅をｓとしてＶ＝ｍｓｄ／ｓｉｎθより求
め、次に輪切り図形の支持液体３の中への引き下げによ
る次の光硬化性樹脂層４の表面の上昇量Δｈを、容器１
の内部の断面積をＳとしてΔｈ＝Ｖ／Ｓより求め、これ
をサーボアンプ１５に位置指令として出力する。サーボ
装置１５は回転ステージ上下動用モータ１４を制御し、
回転ステージ８をΔｈだけ上昇させ、回転ミラー１０と
光硬化性樹脂層４の表面の間の距離を一定値ｈに保つ。
なお、回転ステージ上下動用モータ１４には位置検出用
エンコーダ（図示せず）が取付けられ、その出力はサー
ボアンプ１５に入力され位置指令と比較される。
【００１６】このように、形成された輪切り図形が支持
液体３の中に引き下げられ、光硬化性樹脂の不足量が補
われた後、次の輪切り図形を形成する際、光硬化性樹脂
層４の表面の上昇量Δｈだけ回転ステージ８が上昇し、
回転ミラー１０と光硬化性樹脂層４の表面の距離が一定
値ｈに保たれるため、回転ミラー１０の水平方向位置お
よび旋回角度は予め与えられた値をそのまま使用でき
る。
液体３の中に引き下げられ、光硬化性樹脂の不足量が補
われた後、次の輪切り図形を形成する際、光硬化性樹脂
層４の表面の上昇量Δｈだけ回転ステージ８が上昇し、
回転ミラー１０と光硬化性樹脂層４の表面の距離が一定
値ｈに保たれるため、回転ミラー１０の水平方向位置お
よび旋回角度は予め与えられた値をそのまま使用でき
る。
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】なお、回転ステージ８の代わりに容器１を
上下動させることもできる。この方法は液面の振動が発
生しこの振動がおさまるまで次の操作を待つ必要がある
ので、この方法は製造に充分な時間がある場合において
は適しているが、操作を早くしたい場合には回転ステー
ジ８の方を動かした方がよい。また、Ａｒレーザ光源６
と固定ミラー７を回転ステージ８に組込んでもよく、固
定ミラー７を除いて、Ａｒレーザ光源６を垂直下向きに
し、レーザ光が固定ミラー１０に直接入射するようにし
てもよい。また、装置構成は複雑になるが、固定ミラー
９の中心軸線２０まわりの旋回と、回転ミラー１０の中
心軸線２０まわりの旋回を別箇の駆動機構により互いに
同期して行なうようにしてもよい。また、固定ミラー７
と９は必ずしも中心軸線２０上に位置していなくてもよ
い。また、光源部１８と受光部１９は回転ステージ８で
はなく、空間上に固定してもよい。
上下動させることもできる。この方法は液面の振動が発
生しこの振動がおさまるまで次の操作を待つ必要がある
ので、この方法は製造に充分な時間がある場合において
は適しているが、操作を早くしたい場合には回転ステー
ジ８の方を動かした方がよい。また、Ａｒレーザ光源６
と固定ミラー７を回転ステージ８に組込んでもよく、固
定ミラー７を除いて、Ａｒレーザ光源６を垂直下向きに
し、レーザ光が固定ミラー１０に直接入射するようにし
てもよい。また、装置構成は複雑になるが、固定ミラー
９の中心軸線２０まわりの旋回と、回転ミラー１０の中
心軸線２０まわりの旋回を別箇の駆動機構により互いに
同期して行なうようにしてもよい。また、固定ミラー７
と９は必ずしも中心軸線２０上に位置していなくてもよ
い。また、光源部１８と受光部１９は回転ステージ８で
はなく、空間上に固定してもよい。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、光硬化性
樹脂層の表面の上昇量を検出し、光ビームの照射位置と
光硬化性樹脂層の表面の間の距離を一定に保つようにし
たことにより、光硬化性樹脂層の露光を容易に、かつ正
確に行なうことができる効果がある。
樹脂層の表面の上昇量を検出し、光ビームの照射位置と
光硬化性樹脂層の表面の間の距離を一定に保つようにし
たことにより、光硬化性樹脂層の露光を容易に、かつ正
確に行なうことができる効果がある。
【図１】本発明の一実施例を示す三次元物体形成装置の
構成図である。
構成図である。
１ 容器 ２ 光硬化性樹脂注入口 ３ 支持液体 ４ 光硬化性樹脂層 ５ 引き下げ治具 ６ Ａｒレーザ光源 ７，９ 固定ミラー ８ 回転ステージ １０ 回転ミラー １１ 回転ステージ回転用モータ １２ ボールナット １３ ボールネジ １４ 回転ステージ上下動用モータ １５ サーボアンプ １６ 演算装置 ２０ 中心軸線 ２１ 三次元物体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−31625（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−95829（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−37109（ＪＰ，Ａ) 特表 平４−503634（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B29C 67/00
Claims (1)
- 【請求項１】 所望の三次元物体を所定の軸線の方向に
薄く輪切りにして得られる各輪切り図形の形状情報を基
に各輪切り図形を再現し、これら輪切り図形を前記軸線
の方向に重ねることにより前記三次元物体を形成する、
三次元物体の形成方法であって、液体状態の光硬化性樹
脂を、容器の中に入れられ、該光硬化性樹脂とは反応せ
ずにしかも該光硬化性樹脂よりも比重の大きい支持液体
の表面上に流し込んで樹脂層を形成し、該樹脂層の上方
から位置制御された光ビームを前記樹脂層に照射し前記
樹脂層を硬化させて所望の形状の輪切り図形を形成し、
該輪切り図形を前記支持液体の中に引き下げ、以後、前
記硬化による前記光硬化性樹脂の不足量を補なって、樹
脂層を硬化させる操作と、輪切り図形を前記支持液体の
中に引き下げる操作を繰返すことにより所望の三次元物
体を形成し、その際、各輪切り図形の、前記軸線を含む
各断面図形の接線方向に光ビームを照射して各輪切り図
形の側面を形成する三次元物体の形成方法において、 形成された輪切り図形を前記支持液体の中に引き下げる
ことによる前記支持液体の表面の上昇量、すなわちその
直後に前記光硬化性樹脂の不足量を補なうことによる樹
脂層の表面の上昇量△ｈを、描画線の軸跡の長さをｍ、
光硬化性樹脂層の厚さをｄ、面の傾斜の平均値をθ、描
画に用いた光ビームの線幅をｓとしてＶ＝ｍｓｄ／ｓｉ
ｎθより求められる該輪切り図形の体積Ｖを前記容器の
内部の断面積Ｓで割ることにより求め、前記光ビームの
樹脂層への出射位置と前記容器の一方を他方に対して前
記上昇量だけ上下方向に近づけることを特徴とする、三
次元物体の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3045496A JP2912721B2 (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | 三次元物体の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3045496A JP2912721B2 (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | 三次元物体の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04263923A JPH04263923A (ja) | 1992-09-18 |
| JP2912721B2 true JP2912721B2 (ja) | 1999-06-28 |
Family
ID=12721010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3045496A Expired - Fee Related JP2912721B2 (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | 三次元物体の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2912721B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7520740B2 (en) | 2005-09-30 | 2009-04-21 | 3D Systems, Inc. | Rapid prototyping and manufacturing system and method |
| US7585450B2 (en) | 2005-09-30 | 2009-09-08 | 3D Systems, Inc. | Rapid prototyping and manufacturing system and method |
| US7621733B2 (en) | 2005-09-30 | 2009-11-24 | 3D Systems, Inc. | Rapid prototyping and manufacturing system and method |
| US7690909B2 (en) | 2005-09-30 | 2010-04-06 | 3D Systems, Inc. | Rapid prototyping and manufacturing system and method |
| US7785093B2 (en) | 2004-10-08 | 2010-08-31 | 3D Systems, Inc. | Stereolithographic apparatus |
| KR20200087323A (ko) * | 2018-12-28 | 2020-07-21 | 한국광기술원 | 3d 프린터 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4880701B2 (ja) * | 2005-12-21 | 2012-02-22 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 多光子硬化反応性組成物を処理するための方法及び装置 |
| JP5801558B2 (ja) * | 2008-02-26 | 2015-10-28 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 多光子露光システム |
| JP6377364B2 (ja) * | 2014-02-19 | 2018-08-22 | ローランドディー．ジー．株式会社 | ３次元造形装置を用いて造形物を造形するためのコンピュータプログラムおよびそれを備えた３次元造形システム |
| US9435998B1 (en) * | 2015-06-14 | 2016-09-06 | Charles Bibas | Beam director |
-
1991
- 1991-02-19 JP JP3045496A patent/JP2912721B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7785093B2 (en) | 2004-10-08 | 2010-08-31 | 3D Systems, Inc. | Stereolithographic apparatus |
| US7520740B2 (en) | 2005-09-30 | 2009-04-21 | 3D Systems, Inc. | Rapid prototyping and manufacturing system and method |
| US7585450B2 (en) | 2005-09-30 | 2009-09-08 | 3D Systems, Inc. | Rapid prototyping and manufacturing system and method |
| US7621733B2 (en) | 2005-09-30 | 2009-11-24 | 3D Systems, Inc. | Rapid prototyping and manufacturing system and method |
| US7690909B2 (en) | 2005-09-30 | 2010-04-06 | 3D Systems, Inc. | Rapid prototyping and manufacturing system and method |
| US8105527B2 (en) | 2005-09-30 | 2012-01-31 | 3D Systems, Inc, | Rapid prototyping and manufacturing system and method |
| KR20200087323A (ko) * | 2018-12-28 | 2020-07-21 | 한국광기술원 | 3d 프린터 |
| KR102161641B1 (ko) * | 2018-12-28 | 2020-10-05 | 한국광기술원 | 3d 프린터 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04263923A (ja) | 1992-09-18 |
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