JP2944000B2 - 三次元物体の形成装置 - Google Patents

三次元物体の形成装置

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JP2944000B2 JP3015982A JP1598291A JP2944000B2 JP 2944000 B2 JP2944000 B2 JP 2944000B2 JP 3015982 A JP3015982 A JP 3015982A JP 1598291 A JP1598291 A JP 1598291A JP 2944000 B2 JP2944000 B2 JP 2944000B2
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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
物体を形成する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】本出願人は、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
体を形成する方法および、液体状態の光硬化性樹脂を、
底部が平坦な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小さい支
持液体の下面と前記容器の底部の間に流し込んで樹脂層
を形成し、容器の外側から底部を経て位置制御された光
ビームを該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、該輪切り図形を支持液体
の中に引き上げ、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上げる操作を繰返すことによ
り三次元物体を形成する方法を先に提案した。
【0003】これらの方法は、未硬化樹脂が容器の中に
大量に残留せず、かぶりが生じないので、三次元物体を
精度よく形成できるという利点がある。
【0004】三次元物体を輪切り図形の形状情報にイメ
ージ化する処理はコンピュータを用いることにより高速
に行なうことができるが、輪切り図形の形状情報から三
次元物体を形成する作業は時間がかかる。したがって、
三次元物体を形成する作業を短時間で行なうためには、
輪切りのステップは大きい方がよい。
【0005】この方法は、二次元の輪切り図形を形成
し、これを順次積重ねることにより三次元物体を形成す
るものであるので、輪切りのステップが大きい場合には
形成された三次元物体の表面には輪切り図形の積重ねに
よる段差が生じ、外観が非常に悪いという欠点があっ
た。このために、各輪切りの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
し、表面が滑らかな三次元物体を形成することが提案さ
れている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、この
ような三次元物体を形成できる、三次元物体の形成装置
を提供することである。
【0007】
【0008】本発明の三次元物体の形成装置は、光ビー
ムを出射する光源と、容器内のある垂直な軸線の延長上
に設けられ、前記軸線を旋回軸として旋回可能で、前記
光源から出射された光ビームを水平方向に反射する第1
のミラーと、第1のミラーで反射された光ビームを、前
記容器内の光硬化性樹脂層に向けて反射する、反射角
が可変の第2のミラーと、第1のミラーを旋回させる第
1のミラー旋回機構と、前記軸線を旋回軸として第2の
ミラーを、第1のミラーの旋回と同期して、かつ第1の
ミラーと同じ角度旋回させる第2のミラー旋回機構と、
第2のミラーの第1のミラーまでの水平距離を可変する
第2のミラー移動機構と、第2のミラーの反射角度を可
変する第2のミラー回転機構と、第1のミラーの旋回角
度、第2のミラーの旋回角度、第2のミラーの移動位
置、第2のミラーの反射角度をそれぞれ第1のミラーの
旋回機構、第2のミラー旋回機構、第2のミラー移動機
構、第2のミラー回転機構に指示する制御装置とを有す
る。
【0009】
【0010】
【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。
【0011】図1は本発明の一実施例の、三次元物体の
形成装置の全体構成図、図2は図1)の回転ステージ8
の部分の詳細構成図、図3は図1の装置で形成された三
次元物体(1/4球体)の斜視図である。
【0012】本実施例は、比重が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1.594 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
なって、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、所望の三次元物体を形成するものである。
【0013】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21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21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21から半径方向に延びる
回転ステージ8が水平に、かつ中心軸線21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の
上面には、側面にレーザ光通過穴9aが明けられている
円筒状のケース9が中心軸線21と同軸に固定されてい
る。ケース9内には固定ミラー10(第1のミラー)が
収容されている。ケース9の上方には、中央部に固定ミ
ラー7で反射されたレーザ光が通過するレーザ光通過穴
11aが明けられている固定板11が取付けられてい
る。回転ステージ駆動用モータ12の回転軸に取り付け
られているプーリとケース9の間にはベルト13が張ら
れており、ケース9、したがって回転ステージ8は回転
ステージ駆動用モータ12、ベルト13によって中心軸
線21を回転軸として回転させられる。回転ステージ8
上にはさらにスライダ14とボールネジ15が半径方向
に設けられ、ボールネジ15の一端は、これを回転させ
る回転ミラー移動用モータ16に連結されている。固定
ミラー10で水平方向に反射されてレーザ光通過穴9a
を通過したレーザ光を反射する回転ミラー17(第2の
ミラー)が回転ミラー支持台18に回転ミラー支持軸1
9によって回転可能に支持されている。回転ミラー17
は回転ミラー支持軸19を介して回転ミラー回転用モー
タ20によって回転させられる。回転ミラー支持台18
はスライダ14で案内されボールネジ15によって回転
ステージ8上を半径方向に移動する。なお、回転ステー
ジ8の、回転ミラー17が移動する部分は回転ミラー1
7で反射されたレーザ光が通過する矩形の開口8aが形
成されている。回転ステージ8と回転ステージ駆動用モ
ータ12とベルト13が第1のミラー旋回機構と第2の
ミラー旋回機構を構成している。スライダ14とボール
ネジ15と回転ミラー移動用モータ16が第2のミラー
移動機構を構成し、回転ミラー支持台18と回転ミラー
支持軸19と回転ミラー回転用モータ20が第2のミラ
ー回転機構を構成している。なお、回転ステージ8の各
回転位置毎の回転ミラー17の水平位置、回転(傾斜)
角度のデータは形成しようとする三次元物体の各輪切り
図形に対応して不図示の制御装置内に予め格納されてお
り、その都度取り出されてこれらデータに応じて回転ス
テージ駆動用モータ12、回転ミラー移動用モータ1
6、回転ミラー回転用モータ20が制御される。
【0014】次に、本実施例の動作を1/4球体を形成
する場合について説明する。
【0015】支持液体3が入った容器1に光硬化性樹脂
注入口2からエポキシ樹脂の光硬化性樹脂を流し込む。
すると、支持液体3の表面に光硬化性樹脂層4が形成さ
れる。この光硬化性樹脂層4にArレーザ光源6からのレ
ーザ光を固定ミラー7,10、回転ミラー17を介して
照射する。この時の回転ステージ8の回転位置、回転ミ
ラー17の水平位置と回転角度は1/4球体の形状に応
じて制御装置から指示される。特に1/4球体の外形部
分となる部分を照射する際には回転ミラー17における
レーザ光の反射方向が1/4球体の割切りの軸線を含む
断面図形の該当部分の接線方向となるように回転ミラー
17の水平位置と回転角度が制御される。このようにし
て、光硬化性樹脂層4へのレーザ光の照射が終り、光硬
化性樹脂層4の所望の部分が硬化すると、1/4球体の
1つの輪切り図形が出来上がる。次に、引き下げ治具8
を用いてこの輪切り図形を支持液体3中に引き下げる。
次に、支持液体3の表面上の光硬化性樹脂の不足量を補
い、上記の、光硬化性樹脂層4の硬化と、輪切り図形の
引き下げの操作を繰り返すことによって図2に示すよう
な1/4球体ができあがった。
【0016】このようにして形成された1/4球体は、
表面が非常に滑らかであることがわかる。
【0017】なお、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、支持液体3の下部
に光硬化性樹脂層4を形成する場合も、装置構成は基本
的には同様であり、ただレーザ光が容器1の底部を通過
して光硬化性樹脂層4に入射するようにすればよい。ま
た、装置構成は複雑になるが、固定ミラー10の中心軸
線21まわりの旋回と、回転ミラー17の中心軸線21
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10は必
ずしも中心軸線21上に位置していなくてもよい。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、表面が滑
らかな所望の三次元物体が得られる、三次元物体の形成
装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の、三次元物体の形成装置の
全体構成図である。
【図2】図1の装置中の回転ステージの部分の詳細構成
図である。
【図3】図1の装置で形成された三次元物体(1/4球
体)の斜視図である。
【符号の説明】
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 固定ミラー 8 回転ステージ 8a 開口 9 ケース 9a レーザ光通過穴 10 固定ミラー 11 固定板 11a レーザ光通過穴 12 回転ステージ駆動用モータ 13 ベルト 14 スライダ 15 ボールネジ 16 回転ミラー移動用モータ 17 回転ミラー 18 回転ミラー支持台 19 回転ミラー支持軸 20 回転ミラー回転用モータ 21 中心軸線
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2−303817(JP,A) 特開 昭63−236627(JP,A) 特開 昭64−8021(JP,A) 特開 平2−95829(JP,A) 特開 平1−237123(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B29C 67/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  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
    図形の側面を形成し、または、液体状態の光硬化性樹脂
    を、底部が平坦な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小さ
    い支持液体の下面と前記容器の底部の間に流し込んで樹
    脂層を形成し、前記容器の外側から前記底部を経て位置
    制御された光ビームを該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上げ、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上
    げる操作を繰返すことにより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を実施する、三次元物体の形成
    装置であって、 光ビームを出射する光源と、 前記容器内のある垂直な軸線の延長上に設けられ、前記
    軸線を旋回軸として旋回可能で、前記光源から出射され
    た光ビームを水平方向に反射する第1のミラーと、 第1のミラーで反射された光ビームを、前記容器内の光
    硬化性樹脂層に向けて反射する、反射角が可変の第2
    のミラーと、 第1のミラーを旋回させる第1のミラー旋回機構と、 前記軸線を旋回軸として第2のミラーを、第1のミラー
    の旋回と同期して、かつ第1のミラーと同じ角度旋回さ
    せる第2のミラー旋回機構と、 第2のミラーの第1のミラーまでの水平距離を可変する
    第2のミラー移動機構と、 第2のミラーの反射角度を可変する第2のミラー回転機
    構と、 第1のミラーの旋回角度、第2のミラーの旋回角度、第
    2のミラーの移動位置、第2のミラーの反射角度をそれ
    ぞれ第1のミラーの旋回機構、第2のミラー旋回機構、
    第2のミラー移動機構、第2のミラー回転機構に指示す
    る制御装置とを有する、三次元物体の形成装置。
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