JP2959374B2 - 光造形システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光を光硬化性樹脂に照射
することにより光硬化性樹脂の硬化部分を立体像に形成
する光造形システムに係わり、詳しくは光造形システム
に於いて照射される光の画像パターンの形成に用いられ
るマスク部材の作成方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光照射により光化学反応し硬化す
る光硬化性樹脂を用い鋳造模型やレリーフ像を形成する
光造形システムとしては、種々の方法が考案され実施さ
れている。そのような光造形システムとしては、例え
ば、図８に示す光源スキャニング法、図９に示すマスク
一括露光法、図１０に示す固体下地法等が知られてお
り、これら各方法について以下に簡単に説明する。

【０００３】光源スキャニング法は、図８（ａ）に示す
ように容器４２内に気密状態を保持しつつ上下に移動可
能なテーブル２３を配設し、容器４２内に収容された光
硬化液体２４（テーブル２３上の光硬化液体２４）の表
面に紫外線レーザー２５を光源を移動しつつ照射して液
体を硬化させ一層目の固体樹脂２６を形成し、次に図８
（ｂ）に示すようにテーブル２３を一段下方に降下さ
せ、一層目の上に現出する光硬化液体２４の表面に紫外
線レーザー２５を照射して液体を硬化させ二層目の固体
樹脂２７を連続形成し、更に図８（ｃ）に示すようにテ
ーブル２３をもう一段下方に降下させその際現出する光
硬化液体２４の表面に紫外線レーザー２５を照射して液
体を硬化させ三層目の固体樹脂２８を連続形成するとい
った工程を順次進めることにより液体中に樹脂の立体像
を造形する方法である（以後、テーブル２３を上昇させ
２６，２７，２８から成る立体像を取り出し洗浄等の後
処理を行って所望の樹脂立体像を得る）。

【０００４】マスク一括露光法は、予め図９（ａ）に示
すように透明なマスク基板２９にネガ像を形成した第１
のマスク３０を形成し、マスク３０を透してテーブル２
３を配設した光硬化液体２４の表面に紫外線ランプ３１
を一括露光して液体を硬化させ、一層目の固体樹脂２６
を形成し、次に、図９（ｂ）に示すようにテーブル２３
を一段下方に降下させ、その際現出する光硬化液体２４
の表面に第２のマスク３０を介して紫外線ランプ３１に
よる一括露光を行い液体を硬化させて二層目の固体樹脂
２７を連続形成し、更に図９（ｃ）に示すようにテーブ
ル２３をもう一段下方に降下させその際現出する光硬化
液体２４の表面に第３のマスク３０を介して紫外線ラン
プ３１による一括露光を行い液体を硬化させ三層目の固
体樹脂２８を連続形成するといった工程を順次進めるこ
とにより、図９（ｄ）に示すように樹脂の立体像を造形
する方法である。

【０００５】固体下地法は、まず図１０（ａ）に示すよ
うに、光硬化液体２４をテーブル２３で下からささえる
ようにし、第１のマスク３０を介して光硬化液体２４の
硬化させようとする部分の表面に紫外線ランプ３１を一
括露光し液体を硬化させ、一層目の固体樹脂２６を形成
し、一旦未硬化の光硬化液体２４を不図示の回収部に回
収し、固体樹脂２６の周囲にワックス３２を塗布し、次
に、図１０（ｂ）に示すようにテーブル２３を一段下方
に降下させると共に再び光硬化液体２４を充填しテーブ
ル２３上の光硬化液体２４の硬化させようとする部分の
表面に第２のマスク３０を介して紫外線ランプ３１を一
括露光し、液体を硬化させ、二層目の固体樹脂２７を連
続形成し、同様に固体樹脂２７の周囲にワックス３２を
塗布し、更に図１０（ｃ）に示すようにテーブル２３を
もう一段下方に降下させ光硬化液体２４の硬化させよう
とする部分の表面に第３のマスク３０を介して紫外線ラ
ンプ３１を一括露光し、液体を硬化させ、三層目の固体
樹脂２８を連続形成し、最後にワックス３２を除去する
といった方法であり、すなわち、上記マスク一括露光法
において樹脂硬化の一層毎に周囲をワックス等で固定し
ながら造形する方法である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一括露光法
は、光源スキャニング方法に比べ、一層毎の造形時間が
一定で且つ少ない、高精度の造形物が得られる、面精度
が高い、多数の部品を同時に造形できるので生産性が高
い、造形中の休止や再開が容易、装置の耐震性を特別要
求しない等、種々の利点を有している。図７は、このよ
うな一括露光法において使用されるマスクの形成方法の
具体例を示す図である。同図に示すとおり、一般に一括
露光法は、誘電体としてのマイラーフィルムをガラス基
板上に貼ったマスク基板３３を用いパソコン３４等の上
位機器から転送されたデータを受けた静電ヘッド３５に
より静電像３６を形成する。そしてこれを例えば１成分
トナーにより現像３７した後、このトナー像の形成され
たマスク基板３３をマスクとして、光源３８により露光
を施すこと等により、前述の通りの光造形３９を実行す
る。露光後のマスク基板３３上のトナーをクリーナ４０
により除去した後、除電４１を行い再び静電像３６の形
成を繰り返す。このように一括露光法は、そのシステム
が構成されている。

【０００７】ところが、このような構成を有するマスク
一括露光法はマスクをトナー（例えば磁性トナー）の塗
布により形成するため、トナーは付着部であるマスク部
分の光遮蔽率が不安定になりやすい。すなわち、トナー
はほぼ球状に近い形で、１０数ミクロンの大きさである
ため、多層にトナーを付着させないと光が透過してしま
い、マスクの機能を果たさなくなる。又、マスク基板
は、通常ガラス基板に誘電体であるマイラーフィルムを
貼り合わせて形成されるがマイラーフィルムは耐久性が
低く傷等を受けやすいのでマスク基板の光屈折率が変化
してしまう。更にマスク基板は、その再生利用の為、ト
ナー像をクリーニングするが、トナーを完全に除去する
為には大がかりな装置が必要となる。更に又、造形効率
を向上させる為には複数のマスク基板が必要となり、マ
スク作成のための装置の構成が複雑となり装置自体も大
型化する。又、マスク基板は、保管及び使用環境に於い
て塵埃等の影響を受け易い。

【０００８】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、マスク形成に用いる装置が簡単且
つ小型でマスクの取り扱いも特別の配慮の不必要な信頼
性の高いマスク形成法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の光造形システム
は、光源からの光を所定の画像パターンの形成されるマ
スク部材を介して光硬化性樹脂基材に照射することによ
り該光硬化性樹脂基材の硬化部分を立体像に造形する光
造形システムにおいて、画像信号に対応して発熱する熱
印字ヘッドと、透明フィルム上に熱溶融性で光遮蔽色の
インクが塗布された熱転写インクシートと、透明又は不
透明の転写シートと、前記各シートを積層して前記熱印
字ヘッドへ供給するシート供給手段とを有する熱転写記
録機構を備え、前記熱印字ヘッドにより溶融され前記転
写紙に前記インクが転写された後の前記熱転写インクシ
ートもしくは透明の前記転写シートを前記マスク部材と
して使用することを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明の光造形システムは、熱印字ヘッドが画
像信号を受けて発熱する。熱溶融性で光遮蔽色のインク
が塗布された熱転写インクシートと透明又は不透明の転
写シートは、シート供給手段により積層して上記熱印字
ヘッドに供給される。熱印字ヘッドに供給された上記熱
転写インクシートは溶融されインクが上記透明又は不透
明の転写シートに転写される。上記インクが転写された
後の上記熱転写インクシートもしくは透明の前記転写シ
ートはマスク部材となる。所定の画像パターンを形成す
る上記マスク部材を介して光源からの光を光硬化性樹脂
基材に照射することにより上記光硬化性樹脂基材の硬化
部分を立体像に造形する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の光造形システムの実施例につ
いて図面を参照しながら詳述する。

【００１２】図１は、固体下地法を用いた本発明の光造
形システムの第１実施例の全体構成を示す正面図であ
る。同図に示すとおり、本実施例の光造形システムは、
ワープロやプリンタ等で用いられている熱転写印字機構
と光造形装置から構成されたものである。熱転写印字機
構は、熱転写インクシート搬送系と転写紙搬送系とから
なる。まず熱転写インクシート搬送系は、不図示の例え
ばパソコンやワークステーション等のデータ処理装置に
より印字データ情報が転送されると、転送された三次元
データ等の印字データ情報に基づき所定のドットが発熱
する熱転写用印字ヘッド１と、感熱リボンである熱転写
用インクシート２が収納してあるインクシートカートリ
ッジ３と、収納された熱転写用インクシート２をインク
シートカートリッジ３より熱転写用印字ヘッド１の上方
及び光源の下方を介して不図示の巻取機構へ搬送するイ
ンクシート送りロール４、インクシート送りロール５及
びインクシート送りロール６から成る。一方、転写紙搬
送系は、転写紙８を収納する転写紙マガジン９と収納さ
れた転写紙８を転写紙マガジン９より熱転写用印字ヘッ
ド１を介して転写紙巻取軸１０に搬送する熱転写用プラ
テン７とから成る。そして高出力の紫外線を放つ光源及
び光硬化性樹脂を備えた光造形装置１１は、インクシー
ト送りロール５及びインクシート送りロール６の間に張
られた熱転写用インクシート２を挟むように上下に配設
されている。

【００１３】次に以上の構成をとって成る本実施例の光
造形システムの動作例を図面を参照しながら詳述する。
図５は本実施例の光造形システムの熱転写印字機構に於
ける熱転写インクシートの状態変化を示す斜視図であ
り、図６はその正面図である。

【００１４】図６に示すとおり、熱転写インクシート２
は、透明フィルムであるベースフィルム２１と、その上
に塗布された熱溶融性で光遮光色のインク層２２とで構
成されている。まず不図示のパソコンやワークステーシ
ョン等のデータ処理装置により印字データ情報が熱転写
用印字ヘッド１に転送されると、受信した印字データに
相当する熱転写用印字ヘッド１のドット部が発熱する。
熱転写用印字ヘッド１のドット部が発熱すると、対応す
るインク層２２が溶融し、ベースフィルム２１よりイン
ク層２２が剥離する。溶融したインク層２２は、転写紙
マガジン９から転写紙巻取軸１０へと搬送された転写紙
８と、熱転写用プラテン７で熱転写用印字ヘッド１に接
することにより転写紙８に転写される。これにより、デ
ータ処理装置による印字データ情報が転写紙８上に表記
される。印字データ情報が転写紙８上に与えられると、
熱転写用インクシート２は上記転写により失ったインク
層に対応する部分だけが透明でその周囲が不透明な光造
形用マスクが得られる。すなわち、図５に示すように、
熱転写インクシート２は、転写紙８に転写された部分で
ある画像転写部Ｂがインク層２２を失ったため、ベース
フィルム２１のみとなる。一方、他の部分である画像未
転写部Ａはインク層２２が残されている為、ネガ像とな
る。次に、固体下地法の光造形装置１１の上部にネガ像
を有する得られた光造形用マスクをインクシート送りロ
ール５及びインクシート送りロール６に張られた形で搬
送される。搬送された光造形用マスクは、光造形装置１
１の上方より光源からの光照射により画像転写部Ｂがベ
ースフィルム２１を透過して光造形する。他方、画像未
転写部Ａは、インク層２２により照射光が遮断されるの
で光造形しない。そして光造形装置１１の不図示の制御
装置で、光照射時間を制御することにより、データ処理
装置による印字データ情報通りの光造形物が得られる。
又、本実施例の光造形システムにより何枚もの光造形マ
スクを作り、連続的に光造形させれば三次元立体物の造
形が可能となる。更にインクシート送りロール４及び５
の近傍にマスクを一時的に固定張設するためのマスク滞
留機構を設ければ、熱転写用インクシート２の無駄をな
くし且つ光造形装置の作業効率も向上する。

【００１５】以上のように本実施例の光造形システムに
よれば、小型、安価な装置により簡単に精度の高い光造
形用マスクが得られる他、転写紙の転写された画像をチ
ェックする事により、印字データ情報の良否を判断でき
る。

【００１６】尚、ベースフィルムとしては透明度が高く
且つ膜厚の薄い材料が望ましく。又、インク層は黒色で
ピンホール等の塗布ムラがなく且つ光遮蔽効果の高いも
のが良い。更にワープロやプリンタ等の様に印字速度の
高いものでなくてもよい。又、光源から照射する光は、
光硬化性樹脂を硬化させる光化学反応を生じうる周波数
及び強度であれば何でもよい。更に又、光造形装置に光
造形用マスクをセットする際の位置精度を確実に行う為
に熱転写用インクシートの幅方向の両端又は片端に熱転
写用インクシートの位置確認のためファンホールド用の
穴を設け、或いは、光造形に影響しない部分に位置決め
用のマークを熱転写用インクシート上に熱転写してもよ
い。又、本実施例では、光造形用マスクをロール状にし
て用いたがカット紙でもよいことは勿論である。

【００１７】次に、本発明の光造形システムの第２実施
例を図面を参照しながら詳述する。図２は、本発明の光
造形システムの第２実施例の全体構成を示す正面図であ
る。

【００１８】図１に示した上記第１実施例は、インク層
の塗布面を上向きにした状態の熱転写インクシート２を
光造形用マスクとして使用したものであるが、本実施例
は図２に明らかなようにインクシート送りロール４、５
を介して熱転写インクシート２を表裏反転させ、すなわ
ちインクの塗布面を下向きにした状態の熱転写インクシ
ート２を光造形用マスクとして使用するものである。そ
の他の構成は、前記第１実施例と同様である。転写紙８
に転写されるインク層２２による画像が視認できるよう
に通常の文字情報が熱転写用印字ヘッド１に送られた場
合、熱転写用印字ヘッド１を通過後の光造形用マスクに
は鏡像文字（インク層２２が抜けた部分が鏡像文字とな
る）が形成されるが、図２の装置では鏡像文字が表裏反
転されて光像形装置１１に使用されるので、転写紙８に
は通常の文字が形成される。従って、光造形用マスクに
文字情報が含まれる場合、図２の装置では、転写紙８に
よってその文字を容易に判別できるという利点が得られ
る。

【００１９】次に本発明の光造形システムの第３実施例
を図面を参照しながら詳述する。図３は、本発明の光造
形システムの第３実施例の全体構成を示す正面図であ
る。

【００２０】同図に示すとおり本実施例の光造形システ
ムは、上述のような使い捨ての熱転写用インクシート２
を用いずに、エンドレス状の熱転写用インクシート２′
を用いたものである。そして熱転写用インクシート２′
が、熱転写用印字ヘッド１の上方及び光造形装置１１が
備えた光源と光硬化性樹脂の間を介し、左上に配したイ
ンクシート送りロール４、右上に配したインクシート送
りロール１４、右下に配したインクシート送りロール１
５、及び左下に配したインクシート送りロール１６の外
周を時計回りに搬送するよう構成されている。そして、
インクシート送りロール４及びインクーシート送りロー
ル１６間に張られた熱転写用インクシート２′の左側に
は、インク塗布装置１２が配設されている。本実施例に
おけるその他の構成は、前記実施例と同様なので、ここ
ではその説明を省略する。

【００２１】以下、図面を参照しながら本実施例の動作
例を詳述する。同図に示すとおり、まず感熱リボンであ
る熱転写用インクシート２′がインクシート送りロール
４から熱転写用印字ヘッド１上方とインクシート送りロ
ール１４とインクシート送りロール１５と光造形装置１
１が内蔵する光源及び光硬化性樹脂の間を通りインクシ
ート送りロール１６を介して再びインクシート送りロー
ル４に搬送される。一方、転写紙８は、収納される転写
紙マガジン９から熱転写用プラテン７の下方を介して転
写紙巻取軸１０に搬送される。そして不図示の例えばパ
ソコンやワークステーション等のデータ処理装置により
印字情報データが熱転写用印字ヘッド１に転送される。

【００２２】印字情報データを受信した熱転写用印字ヘ
ッド１は、熱転写用プラテン７との間で転写紙８に熱転
写用インクシート２′から所定のドットの発熱による印
字を行う。

【００２３】転写紙８への印字の終了した後の熱転写用
インクシート２′は、光造形用マスクを形成する。光造
形用マスクとなった熱転写用インクシート２′は、イン
クシート送りロール１５でその面を反転させられて左方
のインクシート送りロール１６へと搬送される。左方の
インクシート送りロール１６へ搬送される熱転写用イン
クシート２′は、光造形装置１１の備えた光源及び光硬
化性樹脂の間で光源による光照射を受け光造形装置１１
内の光硬化性樹脂を図２と同様の形状に硬化させる。そ
して、インクシート送りロール１６からインクシート送
りロール４へ搬送される熱転写用インクシート２′は、
不図示の画像転写部の部分にインクの補充を受ける。

【００２４】以上のように、本実施例では、熱転写用イ
ンクシート２′をエンドレス状にし、インク塗布装置を
配設したことによりリサイクル使用が可能となってい
る。次に本発明の光造形システムの第４実施例を図面を
参照しながら詳述する。

【００２５】図４は、本発明の光造形システムの第４実
施例の全体構成を示す正面図である。同図に示すとおり
本実施例の光造形システムは、上方に熱転写インクシー
ト２の搬送系（３、１、１３）を、下方に転写紙８の搬
送系（９、７、４、５、６）を備えたものであり、図１
に示した第１実施例とは各搬送系の配置関係が上下逆の
構成となっている。そして、転写紙搬送系は、光造形装
置１１の備えた光源及び光硬化性樹脂の間を通り不図示
の巻取機構へ搬送されるよう構成されている。更に詳し
く述べると、熱転写紙搬送系は、熱転写用インクシート
２が収納される上方に配されたインクシートカートリッ
ジ３よりドット部を下方に向けて配設された熱転写用印
字ヘッド１の下方を通って、上方に配された熱転写用イ
ンクシートマガジン１３に搬送されるよう構成される。

【００２６】一方、転写紙搬送系は、透明転写シートか
ら成る転写紙８が収納されている転写紙マガジン９より
下方に配された熱転写用プラテン７の上方及び光造形装
置１１の備えた光源及び光硬化性樹脂の間を介して不図
示の巻取機構へ搬送するインクシート送りロール４、イ
ンクシート送りロール５及びインクシート送りロール６
から成る。本実施例におけるその他の構成は、前記第１
実施例と同様なので、ここではその説明を省略する。

【００２７】以下、図面を参照しながら本実施例の動作
例を詳述する。同図に示すとおり、まず感熱リボンであ
る熱転写用インクシート２が収納してあるインクシート
カートリッジ３からドット部を下に向けた熱転写用印字
ヘッド１の下方を介して熱転写用インクシートマガジン
１３に搬送される。一方、転写紙８は収納されている転
写紙マガジン９より熱転写用プラテン７及び光造形装置
１１の備えた光源及び光硬化性樹脂の間を介しインクシ
ート送りロール４とインクシート送りロール５及びイン
クシート送りロール６を経て不図示の巻取機構へと搬送
される。そして不図示の例えばパソコンやワークステー
ション等のデータ処理装置により印字情報データが熱転
写用印字ヘッド１に転送される。印字情報データを受信
した熱転写用印字ヘッド１は熱転写用プラテン７との間
で透明転写シートとしての転写紙８に熱転写用インクシ
ート２から所定のドット部の発熱による印字を行う。印
字を受けた転写紙８は光造形用マスクを形成する。光造
形用マスクとなった転写紙８は、インクシート送りロー
ル４と、インクシート送りロール５及びインクシート送
りロール６を介して不図示の巻取機構へと搬送される。
不図示の巻取機構へ搬送される転写紙８は光造形装置１
１の備えた光源及び光硬化性樹脂の間で光源の光照射を
受け光硬化性樹脂を硬化させ光造形する。このように図
１とは逆に転写紙８を光造形用マスクとすることによ
り、光硬化性樹脂を同様に光造形することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上の様に本発明の光造形システムは、
ワープロやプリンタ等で使用されている熱転写印字機構
と同様な原理で光造形用マスクを形成するよう構成され
ているので、光造形用マスクの光遮蔽率を高める結果、
マスク画像の乱れを少なくすることができる。又、熱転
写印字機構と同様な原理を用いていることにより、静電
気等の要素を用いないので、温度や湿度又は塵埃等の使
用環境に限定されないので保存が極めて容易となる。ま
た、得られた光造形マスクは薄いので、光透過率の向上
をもたらす。更に熱転写印字機構の構成上、その使用時
に光造形用マスクを容易に光造形装置の光源に対してそ
の面を自在に順反転させることができる。又、印字の際
には光造形マスクのデータ像を光造形作業に入る前に事
前にプリントアウトして確認することができる。そし
て、ワープロやプリンタ等にも使用できる熱転写印字装
置と同様の原理を用いるので光造形マスクを製造する装
置の小型化をも実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光造形システムの第１実施例の全体構
成を示す正面図である。

【図２】本発明の光造形システムの第２実施例の全体構
成を示す正面図である。

【図３】本発明の光造形システムの第３実施例の全体構
成を示す正面図である。

【図４】本発明の光造形システムの第４実施例の全体構
成を示す正面図である。

【図５】本発明の光造形システムの第１実施例の動作を
示す斜視図である。

【図６】本発明の光造形システムの第１実施例の動作を
示す正面図である。

【図７】従来の技術を示すブロック図である。

【図８】従来の技術を示す図である。

【図９】従来の技術を示す図である。

【図１０】従来の技術を示す図である。

【符号の説明】

１ 熱転写用印字ヘッド ２，２′ 熱転写用インクシート ３ インクシートカートリッジ ４ インクシート送りロール ５ インクシート送りロール ６ インクシート送りロール ７ 熱転写用プラテン ８ 転写紙 ９ 転写紙マガジン １０ 転写紙巻取軸 １１ 光造形装置 １２ インク塗布装置 １３ 熱転写用インクシートマガジン １４，１５，１６ インクシート送りロール ２１ ベースフィルム ２２ インク層 Ａ 画像未転写部 Ｂ 画像転写部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源からの光を所定の画像パターンの形成
   されるマスク部材を介して光硬化性樹脂基材に照射する
   ことにより該光硬化性樹脂基材の硬化部分を立体像に造
   形する光造形システムにおいて、 画像信号に対応して発熱する熱印字ヘッドと、透明フィ
   ルム上に熱溶融性で光遮蔽色のインクが塗布された熱転
   写インクシートと、透明又は不透明の転写シートと、前
   記各シートを積層して前記熱印字ヘッドへ供給するシー
   ト供給手段とを有する熱転写記録機構を備え、前記熱印
   字ヘッドにより溶融され前記転写紙に前記インクが転写
   された後の前記熱転写インクシートもしくは透明の前記
   転写シートを前記マスク部材として使用することを特徴
   とする光造形システム。