JP3458593B2 - 三次元形状の形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】この発明は三次元形状の形成
方法に関し、詳しくは、光硬化性樹脂を光硬化させて立
体的な三次元形状の成形品を製造する方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】光硬化性樹脂から三次元形状を形成する
方法は、複雑な三次元形状が能率的に成形できる方法と
して各種用途に利用されている。具体的には、特開昭６
２−３５９６６号公報や特開昭６１−１１４８１７号公
報等に示されている。本件出願人は、上記三次元形状の
形成方法における問題を改善する方法として、特開平２
−９５８３４０号公報に示された方法を提案している。
この方法は、複数の光硬化層を積み重ねて三次元形状を
形成する際に、三次元形状の外表面側方部分を、それよ
り内方の部分と別個に、内方部分よりも薄い光硬化層を
積み重ねて形成する。この方法では、三次元形状の外形
に、積み重ねた光硬化層による段差が生じ難く、全体の
作業能率を損なうことなく外形精度を向上し得るという
利点を有している。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかし、前記した先行
技術に対しても、さらに外形精度の向上および作業能率
の向上が要望される。これは、前記先行技術では、外表
面側方部分を、同じ厚みおよび幅の同形状の薄い分割光
硬化層で構成しているため、複雑な輪郭の三次元形状を
形成するには、分割光硬化層の厚みを非常に薄く設定す
る必要があり、その結果として作業能率の低下を招くこ
とがある。作業能率を低下させないために分割光硬化層
の厚みを大きくすると複雑な輪郭部分で外形精度が低下
することがある。 【０００４】そこで、この発明の課題は、外形精度の向
上および作業能率の向上の何れをもさらに改善すること
である。 【０００５】 【課題を解決するための手段】この発明にかかる三次元
形状の形成方法は、光硬化性樹脂に光を照射して光硬化
層を形成し、この光硬化層を複数層積み重ねて、所望の
三次元形状を形成する方法である。各光硬化層の形成工
程で、光硬化層のうち三次元形状の輪郭に沿う外側方部
分を、それよりも内方に配置される内部光硬化層とは別
個に、複数の分割光硬化層で構成する。各分割光硬化層
の外周の一端が三次元形状の輪郭上に配置され、形状の
異なる分割光硬化層が含まれるように、隣接する分割光
硬化層と三次元形状の輪郭との接点における接線が水平
方向となす角度で規定される接線角度の関数として各分
割光硬化層の形状を設定する。各分割光硬化層毎に、そ
れぞれの形状に対応する領域の光硬化性樹脂に光を照射
して光硬化させる。 【０００６】各構成について具体的に説明する。基本的工程 光硬化性樹脂に光を照射して光硬化層を形成し、この光
硬化層を複数層積み重ねて、所望の三次元形状を形成す
る基本的な方法は、通常の三次元形状の形成方法と同様
でよい。前記した従来技術等の既知の方法を組み合わせ
て適用できる。 【０００７】具体的には、成形台を光硬化性樹脂液に段
階的に沈めながら、成形台と液面との間の光硬化性樹脂
を硬化させて光硬化層を形成し積み重ねていく方法が採
用できる。成形台を動かす代わりに、光硬化性樹脂液の
液面高さを段階的に上昇させる方法も採用できる。予め
未硬化の光硬化性樹脂シートを作製し、このシートを重
ねて順次光硬化させる方法も採用できる。 【０００８】各光硬化層の厚みは、成形する三次元形状
の形状や使用する光硬化性樹脂の特性、成形方法の処理
条件などを考慮して設定される。複数層の光硬化層は全
て同じ厚みであってもよいし、厚みの異なる光硬化層を
含んでいてもよい。各光硬化層の形状は、三次元形状を
画像データあるいは図形データとしてコンピュータで演
算処理することにより、容易かつ正確に決定することが
できる。決定された光硬化層の形状にもとづいて、前記
成形台の作動や光の照射をコンピュータで制御すること
ができる。コンピュータを用いた三次元形状の図形処理
や成形制御の具体的方法や使用装置は、通常の三次元形
状の形成方法と共通する技術が適用できる。 【０００９】外側方部分と内部光硬化層 各光硬化層は、三次元形状の輪郭に沿う外側方部分と、
それよりも内方に配置される内部光硬化層とからなる。
内部光硬化層は、従来の通常の光硬化層と基本的に同じ
程度の厚みあるいは処理条件で形成される。内部光硬化
層は、全体の作業能率を考慮して比較的厚く形成するの
か好ましい。また、内部光硬化層は比較的単純な板形状
でよい。内部光硬化層は基本的には三次元形状の外形に
露出しないが、外形精度を損なわなければ、内部光硬化
層の一部が外形に露出するようであっても構わない。 【００１０】外側方部分は、内部光硬化層の外周を環状
あるいは枠状に囲んで配置される。外側方部分の外周形
状が三次元形状の輪郭を形づくる。したがって、外側方
部分の外周形状は、曲面や折曲面などが含まれる場合が
ある。外側方部分の全体の厚みは内部光硬化層の厚みと
ほぼ同じになる。光硬化層を構成する内部光硬化層と外
側方部分との割合は、外側方部分が少なく内部光硬化層
が多いほど作業能率は向上し、外側方部分が多いほど外
形精度を向上し易くなる。通常は、必要とされる外形精
度が達成できれば、外側方部分の割合は出来るだけ少な
いほうがよい。 【００１１】内部光硬化層と外側方部分との割合を決定
する方法として、三次元形状の輪郭よりもわずかに内側
に、その外周端が配置されるように各内部光硬化層の形
状を設定し、この内部光硬化層と三次元形状の輪郭との
間に外側方部分を配置するようにすることができる。具
体的な形状の決定は、前記したコンピュータによる図形
処理で行える。 【００１２】分割光硬化層 外側方部分は複数の分割光硬化層で構成される。分割光
硬化層は、三次元形状の輪郭に合わせて、その分割個数
および配置形状が設定される。各分割光硬化層の外周の
一端が三次元形状の輪郭上に配置されるようにする。通
常は断面矩形状をなす分割光硬化層の上端角部が、前記
輪郭上に配置されるようにすればよい。前記輪郭の形状
によっては、分割光硬化層の下端角部が前記輪郭上に配
置されたり、分割光硬化層の外周面全体が前記輪郭上に
配置される場合もある。 【００１３】各分割光硬化層の具体的形状は、前記輪郭
形状に対応して設定されるが、以下の条件で設定する。
分割光硬化層は、外側方部分を内周側から外周側へと半
径方向に分割して配置することもできるし、外側方部分
を厚み方向に分割したり、半径方向と厚み方向の両方に
分割して配置することもできる。 【００１４】複数の分割光硬化層は、少なくとも一部に
形状の異なる分割光硬化層が含まれるようにする。形状
の異なる分割光硬化層を組み合わせることで、三次元形
状の複雑な輪郭に前記外側方部分の外周形状を容易に対
応させることができる。外側方部分を構成する複数の分
割光硬化層が全て形状の異なるものであってもよいし、
一部に同じ形状の分割光硬化層が含まれていてもよい。
分割光硬化層の基本的な断面形状は矩形であるから、矩
形の厚みおよび幅を変化させることで分割光硬化層の形
状を変化させることができる。勿論、矩形以外の断面形
状を有する分割光硬化層も用いられる。 【００１５】前記した各光硬化層の形成工程で、外側方
部分を形成する段階で、各分割光硬化層毎に、それぞれ
の形状に対応する領域の光硬化性樹脂に光を照射して光
硬化させれば、複数の分割光硬化層からなる外側方部分
が形成される。分割光硬化層の形状を、隣接する分割光
硬化層の形状に対応して設定するのが好ましい。隣接す
る分割光硬化層同士の形状の関係が、三次元形状の輪郭
の滑らかさあるいは形状精度に直接に影響を与えるの
で、隣接する分割光硬化層の形状に合わせてそれぞれの
分割光硬化層の形状を設定することが有効である。 【００１６】分割光硬化層の形状設定の具体的条件 〔隣接する分割光硬化層〕各分割光硬化層の形状を、隣
接する分割光硬化層の形状に対応して設定することが有
効である。ひとつの分割光硬化層には、内外周あるいは
上下の何れか一方あるいは全てに、隣接する分割光硬化
層が配置される場合があり、何れかひとつあるいは複数
の隣接する分割光硬化層の形状に対応させる。 【００１７】連続して配置された分割光硬化層が形づく
る包絡面で、成形される三次元形状の輪郭が構成される
ので、分割光硬化層の形状を隣接する分割光硬化層の形
状に対応して設定すれば、前記包絡面を滑らかにするこ
とができる。また、互いに隣接する分割光硬化層の形状
を調整することで、それぞれの分割光硬化層の作製を容
易にすることができる。 【００１８】〔厚みの異なる分割光硬化層〕複数の分割
光硬化層に、厚みの異なる分割光硬化層が含まれるよう
にすることが有効である。分割光硬化層の厚みを変える
には、光を照射する光硬化性樹脂の厚みあるいは深さを
変えればよい。このような厚みの変更は、通常の三次元
形状の形成方法あるいは装置を適用して比較的容易に行
うことができる。各分割光硬化層の幅は変えずに厚みだ
けを変えて、三次元形状の輪郭に対応させることもでき
る。幅を変えるだけでは対応できないような三次元形状
の輪郭に対しても、厚みを変えることで対応可能にな
る。 【００１９】〔所定値以下の幅〕各分割光硬化層を、そ
の幅が所定値以下になるようにそれぞれの厚みを設定す
ることが有効である。分割光硬化層の幅が大きくなり過
ぎれば、三次元形状の輪郭形状にきめ細かく対応するこ
とができ難く、輪郭に段差や凹凸が目立し易い。幅を所
定値以下にしていても、分割光硬化層の厚みを調整すれ
ば、前記輪郭に合わせて分割光硬化層の形状を設定する
ことが可能である。前記所定値は、三次元形状の要求精
度や成形条件によって適宜に設定される。 【００２０】〔接線角度〕各分割光硬化層の形状を、隣
接する分割光硬化層の前記輪郭上の点における接線角度
に対応して設定することが有効である。分割光硬化層と
三次元形状の輪郭との接点において、輪郭に接線を引い
たときに、この接線が水平方向となす角度すなわち接線
角度が大きいほど、三次元形状の輪郭が垂直方向に延
び、隣接する分割光硬化層同士の厚み等の形状の違いを
大きくしなければならない。そこで、隣接する分割光硬
化層の前記接線角度を元にして、それぞれの分割光硬化
層の形状を設定していけば、簡単かつ能率的に分割光硬
化層の形状が設定できる。この場合、各分割光硬化層
は、厚みおよび幅の両方が違う場合がある。前記接線角
度から分割光硬化層の形状を算出する算出式や算出手順
をコンピュータにプログラミングしておけば、形状設定
の作業は容易である。 【００２１】〔平面形状が重ならない〕各分割光硬化層
の形状は、隣接する分割光硬化層と平面形状が重ならな
いように設定することが有効である。分割光硬化層の平
面形状が重ならなければ、光照射で分割光硬化層を形成
する作業の邪魔になり難い。平面形状の重なった部分を
２重に光照射する無駄もなくなる。 【００２２】〔平面形状の一部のみが重なる〕各分割光
硬化層の形状は、隣接する分割光硬化層と平面形状の一
部のみが重なるように設定することも有効である。隣接
する分割光硬化層同士の平面形状が、一部のみが重なる
ことで噛み合った状態になっていれば、互いの接合力あ
るいは一体性が高まる。その結果、三次元形状の形成作
業時等に外力が加わって変形や位置ずれを起こすことが
防げる。前記した成形台を昇降させる方法などで有効で
ある。なお、分割光硬化層同士は、先に光照射を行う分
割光硬化層に後で光照射を行う分割光硬化層の一部が乗
り上げる状態で重なっていれば、重なり部分が光照射の
邪魔になることはない。 【００２３】〔隙間をあける〕さらに、各分割光硬化層
の形状を、隣接する分割光硬化層との間に隙間があくよ
うに設定することもできる。この隙間は、先に光硬化し
た分割光硬化層と後で光硬化する分割光硬化層との間に
生じる硬化歪みが隙間で吸収されるので、硬化歪みによ
る反りや変形が防げ、外側方部分全体に大きな収縮が生
じるのを防ぐこともできる。 【００２４】 【発明の実施の形態】 〔基本的な工程〕図１〜図７に示す三次元形状の形成方
法は、光硬化性樹脂液１を収容した樹脂液槽２と、樹脂
液槽２内を昇降する成形台３とを用いる。図１に示すよ
うに、成形台３を光硬化性樹脂液１の液面下に配置し
て、成形台３と液面との間に生じる光硬化性樹脂液１の
層に、液面の上方からレーザ光４を照射し所定のパター
ンで走査すれば、レーザ光４の走査パターン通りに光硬
化性樹脂液１の層が光硬化して光硬化層５が形成され
る。成形台３を段階的に沈め、前記レーザ光４のパター
ン走査を繰り返せば、複数の光硬化層５が積み重ねられ
た三次元形状を有する成形品が得られる。 【００２５】各光硬化層５は、比較的分厚い一様な厚み
の板状をなす内部光硬化層１０と、内部光硬化層１０の
外周に配置され、複数の分割光硬化層２２で構成された
外側方部分２０とで構成されている。図２に示すよう
に、分割光硬化層２２は、外側方部分２０の内周側から
外周側へと同心環状に配置されており、各分割光硬化層
２２の形状は違っている。これらの分割光硬化層２２の
外周形状をつなぐ包絡面が、三次元形状の輪郭を形づく
ることになる。 【００２６】図３〜図６に示すように、１層の光硬化層
５を形成する工程では、最初に、外側方部分２０を構成
する複数の分割光硬化層２２を、外周側から内周側へと
順次形成していく（図３〜図５）。分割光硬化層２２に
よって上下方向の厚みが違うので、それぞれの分割光硬
化層２２の厚みに合わせて、成形台３の上下位置を調整
する。具体的には、各分割光硬化層２２を形成する際
に、その厚みが成形台３と液面との間隔に一致するよう
に、分割光硬化層２２毎に成形台３の上下位置を変える
ことになる。 【００２７】外側方部分２０の形成が完了した後、図６
に示すように、外側方部分２０の内側領域全体にレーザ
光４を照射して内部光硬化層１０を形成する。外側方部
分２２で囲まれた領域にレーザ光４を照射するので、レ
ーザ光４の走査精度は比較的粗くてもよく、走査速度も
比較的速くして作業能率を高めることができる。上記の
ような作業工程を順次繰り返すことで、図７に示すよう
に、複数の分割光硬化層２２からなる外側方部分２０と
内部光硬化層１０とで構成される光硬化層５が複数層積
み重ねられた三次元形状成形品が得られる。 【００２８】なお、予め、形成しようとする三次元形状
のデータを、複数の光硬化層毎の二次元データに分解し
ておき、この二次元データをもとにしてレーザ光４の走
査パターンが制御され、所定形状の光硬化層５が形成さ
れる。また、光硬化層５の中で、内部光硬化層１０と外
側方部分２０との配置構造も決定される。 〔二次元データの作成〕各光硬化層５の形状を決定する
二次元データを作成する方法を説明する。 【００２９】まず、形成しようとする三次元形状の形状
データを三次元ＣＡＤ情報として作成しておく。図８
(a) に示すように、ピラミッド形の三次元形状モデルＭ
を想定する。三次元形状モデルＭを、鉛直方向のＺ軸に
沿って、高さｈ毎に、Ｚ＝０，Ｚ＝ｈ……という平面で
切断して、図８(b) に示すように、各断面形状の二次元
スライスデータＰを求める。 【００３０】通常の三次元形状の形成方法では、上記の
二次元スライスデータＰに対応する形状の光硬化層を順
次形成していく。この発明の方法では、上記二次元スラ
イスデータＰから、内部光硬化層１０および外側方部分
２０の形状を決める。図９(a) に示すように、ｎ層目の
二次元スライスデータＰ_n からｎ＋１層目の二次元スラ
イスデータＰ_n+1 を削除すれば、ｎ層目の外側方部分デ
ータＯ_n が求められる。 【００３１】図９(b) に示すように、ｎ層目の二次元ス
ライスデータｍ_n から上記外側方部分データＯ_n を削除
すれば、ｎ層目の内部光硬化層データＩ_n が求められ
る。このようにして、各二次元スライスデータＰ_n 毎
に、外側方部分データＯ_n と内部光硬化層データＩ_n が
決定され、これらのデータを元にして、レーザ光４の照
射が制御される。 【００３２】このような作業は、図１０に示すフローチ
ャートにしたがって実行される。ここで、ｍは三次元形
状モデルＭの分割個数である。但し、上記作業では、外
側方部分データＯ_n には、外側方部分２０を分割する個
々の分割光硬化層２２の形状に関するデータは含まれて
いない。 〔光硬化層作成フローチャート〕つぎに、上記のように
して作成されたデータを利用する、三次元形状の形成工
程を、図１１に示すフローチャートに沿って説明する。 【００３３】作業開始（START ）は、第１番目の光硬化
層５を作成する。前記データのｎ＝１である。ｎ層目の
外側方部分データＯ_n （外表面薄層データ）を、レーザ
光４の照射装置に転送する。転送データに従って、所定
の領域にレーザ光４を照射して、外側方部分２０を光硬
化させる。ｎでｍを除算して余りがあれば、内部光硬化
層１０を作製するために、ｎ層目の内部光硬化層データ
Ｉ_n をレーザ光４の照射装置に転送し、所定の領域にレ
ーザ光４を照射して、内部光硬化層１０を作製する。こ
れで、１層の光硬化層５が作製される。前記ステップで
ｍがｎで割り切れれば、内部光硬化層１０の作製は不要
である。 【００３４】三次元形状の形成が完了すれば作業は終了
し、まだであれば、成型台をｈmmだけ降下させ、ｎを１
だけ増やす。そして、前記ｎ層目の外側方部分データＯ
n の転送ステップから再び実行する。次に、外側方部分
２０を構成する分割光硬化層２２の具体的形状を設定す
る方法を説明する。但し、以下に説明する具体的実施形
態のうち、本発明の実施形態は図１５、１６に示す実施
形態であり、それ以外の実施形態は、本発明の技術範囲
からは外れるが、本発明の実施形態と組み合わせて実施
できる参考技術である。 【００３５】〔分割光硬化層の形状設定〕図１２は前記
図７のＸ部分を拡大して表している。図１２に示すよう
に、各光硬化層５、５の全体の厚みは同じに設定されて
いる。形成しようとする三次元形状の曲面状をなす輪郭
Ｓに対して、その内側に接するように外側方部分２２が
配置され、内部光硬化層１０は輪郭Ｓから離れて配置さ
れている。 【００３６】外側方部分２０を構成する複数の分割光硬
化層２２は、断面矩形状をなし、それぞれの幅と厚みが
違っている。全ての分割光硬化層２２は、矩形断面の外
周上端角部Ｐ₁ …が輪郭Ｓ上に配置されている。隣接す
る分割光硬化層２２同士は、その側面を接して互いに重
ならないように配置されており、隣接する分割光硬化層
２２同士の厚みの差Δｈは、何れの個所でも同じに設定
されている。したがって、各分割光硬化層２２を形成す
る際の成形台３の段階的下降量は常に一定で良く、成形
台３の作動が行い易い。最も内周側に配置される分割光
硬化層２２の厚みは隣接する内部光硬化層１０の厚みと
一致している。分割光硬化層２２毎の厚みの差Δｈを同
じにして外周上端角部Ｐを輪郭Ｓ上に配置するために、
それぞれの分割光硬化層２２の幅Ｗ₃ …は違ってくる。 【００３７】このような分割光硬化層２２の配置形状
は、三次元形状の輪郭Ｓと各光硬化層５の厚み、分割光
硬化層２２同士の厚みの差Δｈ等の条件を決めれば、図
形的に自動的に決定される。具体的には、最も外周側の
分割光硬化層２２の厚みが決まれば、厚みと輪郭Ｓとの
交点に外周上端角部Ｐ₁ が求められる。次に、その内周
側に配置される分割光硬化層２２の厚みをΔｈだけ増や
せば、この分割光硬化層２２の厚みと輪郭Ｓとの交点に
外周上端角部Ｐ₂ が求められる。外周上端角部Ｐ₂ から
垂線を下ろせば、この分割光硬化層２２と外周側の分割
光硬化層２２との境界線が決まり、外周側の分割光硬化
層２２の形状が決定される。このような操作を繰り返せ
ば、全ての分割光硬化層２２の形状が決定できる。実際
上は、前記したような必要データをコンピュータに入力
して演算処理すれば容易に求められる。 【００３８】以上のようにして各分割光硬化層２２の形
状を決定し、前記した手順で外側方部分２０と内部光硬
化層１０とからなる光硬化層５を形成すれば、各分割光
硬化層２２の外周上端角部Ｐ₁ …の包絡面で構成される
三次元形状の外形状は、目的とする輪郭Ｓの形状に極め
て近似した精度の高いものとなる。内部光硬化層１０に
比べて光硬化に手間のかかる分割光硬化層２２からなる
外側方部分２０は、三次元形状の外周部分に配置されて
いるだけなので、三次元形状全体を光硬化させるのに要
する作業の手間はそれほど増えることはない。特に、各
分割光硬化層２２の形状設定を、コンピュータの演算処
理で自動的に行えば、作業が複雑になることはない。 【００３９】〔別の実施形態１〕図１３に示すフローチ
ャートにしたがって、光硬化層５の作成を行う。前記同
様に三次元ＣＡＤによるモデリングを行う。外表面側方
部（分解光硬化層２２）の幅：Ｌmmと内方部（内部光硬
化層１０）の厚さＵmmを入力する。前記同様に平面Ｚ＝
０でスライスしたときのスライスデータを作成する。ス
ライス平面のＺ値を示すＶ_n ＝０、外表面側方部の層数
ｎ＝１に初期化する。ｎ層目の外表面側方部の積層厚さ
ｈ＝Ｕ、変数Ａ＝０に設定する。 【００４０】つぎに、平面Ｚ＝Ｖ_n+h でスライスしたと
きのスライスデータを作成する。全てのデータ作成が終
われば処理は完了する。データ作成が残っていれば、つ
ぎに、Ｚ＝Ｖ_n での外表面側方部データ作成を行う。Ｚ
＝Ｖ_n での外表面側方部データの幅がＬよりも大きけれ
ば、ｈを半分にして、前記Ｚ＝Ｖ_n+h でのスライスデー
タ作成に戻る。Ｚ＝Ｖ_n での外表面側方部データの幅が
Ｌよりも小さく、Ａ＝０であれば、Ｚ＝Ｖ_n での内方部
データ作成を行う。Ａ＝０でなければ、Ａをｈだけ増や
し、ｎを１だけ増やす。Ａ＝Ｕになれば、ｈ＝Ｕ、Ａ＝
０の初期化ステップに戻る。Ａ＝Ｕでなければ、ｈ＝Ａ
−Ｕにして、Ｚ＝Ｖ_n+h のスライスデータ作成に戻る。 【００４１】この方法では、外表面側方部すなわち分割
光硬化層２２の幅がＬを超えることがないので、分割光
硬化層２２の幅が過大になって、外形精度が低下した
り、硬化作業が行い難くなったりすることが防止でき
る。 〔別の実施形態２〕図１４には、前記実施形態と異なる
方法で、分割光硬化層の形状を設定する方法を示す。 【００４２】この実施形態では、各分割光硬化層２２の
幅Ｗ₀ を全て同じにし、隣接する分割光硬化層２２同士
の厚みの差Δｈ₁ …を変化させて、三次元形状の輪郭Ｓ
に対応させている。具体的には、外側方部分２０を幅Ｗ
₀ で等分する垂直線と輪郭Ｓとの交点Ｐを求めれば、こ
の交点Ｐが各分割光硬化層２２の外周上端角部Ｐとな
り、前記垂直線が各分割光硬化層２２の外周側面とな
る。各分割光硬化層２２について、外周上端角部Ｐから
水平線を延ばして隣接する分割光硬化層２２または内部
光硬化層１０の側面に到達すれば、それぞれの分割光硬
化層２２の形状が決まる。 【００４３】この方法では、各分割光硬化層２２を光硬
化させる際に、レーザ光４の幅方向の移動あるいは走査
回数を一定にでき、レーザ光４の照射制御が簡単にな
る。あるいは、レーザ光４のビーム幅を分割光硬化層２
２の幅Ｗ₀ に合わせておけば、レーザ光４を１周走査さ
せるだけで、分割光硬化層２２が形成できる。さらに、
分割光硬化層２２の幅Ｗ₀ を、三次元形状の要求精度や
作業性を考慮して、適切な範囲に設定することができ
る。 【００４４】〔別の実施形態３〕図１５に示す実施形態
では、各分割光硬化層２２の幅および厚みの両方を適切
に制御する。例えば、上段側の光硬化層５について説明
する。外側方部分２０の最外周の分割光硬化層２２ａ
は、その外周側面が下段側の光硬化層５の外周端面と同
じ位置に設定される。この分割光硬化層２２ａの外側面
と輪郭Ｓとの交点が外周上端角部Ｐ₁ である。外周上端
角部Ｐ₁ が決まれば分割光硬化層２２ａの厚みｈ₁ も決
まる。 【００４５】つぎに、外周上端角部Ｐ₁ で、輪郭Ｓに対
する接線Ｌを仮定する。この接線Ｌと水平線とがなす角
度θ₁ が接線角度である。接線角度θ₁ に一定の演算処
理を行って、次に内周側に配置される分割光硬化層２２
ｂの好ましい厚みｈ₂ を決定する。すなわち、ｈ₂ ＝ｆ
（θ₁ ）の関係になる。この演算式ｈ＝ｆ（θ）は、接
線角度θが大きいほどｈも大きくなるような関係であ
る。具体的な演算式関数ｆ（θ）は、既知のデータから
経験的あるいは理論的に求めておく。 【００４６】分割光硬化層２２ｂの厚みｈ₂ が決まれ
ば、この厚みｈ₂ に対応して上面の位置が決まり、この
上面と輪郭Ｓとの交点から外周上端角部Ｐ₂ が求まる。
外周上端角部Ｐ₂ から垂線を下ろせば外周側面が決ま
る。分割光硬化層２２ｂの外周側面は、その外側の分割
光硬化層２２ａの内周側面となる。以上のようにして、
最外周の分割光硬化層２２ａの形状が完全に決定する。
このような手順を順次繰り返せば、全ての分割光硬化層
２２の形状を設定することができる。 【００４７】この実施形態では、各分割光硬化層２２の
厚みｈおよび幅ｗの何れもを、それぞれの分割光硬化層
２２にとって好ましい条件に設定することができる。す
なわち、厚みｈや幅ｗが過大になって、分割光硬化層２
２の形成が困難になったり三次元形状の外形に大きな段
差が生じたりすることが防げる。また、外側方部分２０
の分割個数が多くなり過ぎて、作業能率が低下すること
も防げる。 【００４８】図１６に、上記方法を実施するためのフロ
ーチャートの１例を示している。前記同様に三次元ＣＡ
Ｄによるモデリングの後、光硬化層５の厚みＵおよびｆ
（θ）を入力する。平面Ｚ＝０でのスライスデータを作
成する。Ｖ_n ＝０、ｎ＝１に初期化する。平面Ｚ＝Ｖ_n
と包絡線（輪郭Ｓ）との傾斜角度θを取得する。ｈ＝ｆ
（θ）で得られたｈをもとに、平面Ｚ＝Ｖ_n+h のスライ
スデータを作成する。データ作成が残っていれば、Ｚ＝
Ｖ_n での外表面側方部（分割光硬化層２２）データを作
成し、その幅とＬを比較した結果で、ｈを半分にしてＺ
＝Ｖ_n+h のスライスデータ作成にもどるか、次のステッ
プに移る。Ａ＝０であれば、Ｚ＝Ｖ _n での内方部データ
の作成を行う。内方部データ作成が完了するかＡが０で
なければ、Ａ＋ｈとＵを比較した結果で、Ａ、Ｖ_n 、ｎ
の値を変化させ、前記傾斜角度θの取得ステップに戻
る。このような流れに沿って処理を行えば、各光硬化層
５の作製が行える。 【００４９】〔別の実施形態４〕図１７に示す実施形態
は、前記実施形態と各分割光硬化層２２の形状が異なっ
ている。下段側の光硬化層５において、最外周の分割光
硬化層２２ａは、前記同様の矩形状をなしている。その
内周側に配置される分割光硬化層２２ｂは、外周上端角
部Ｐから下ろされた垂線すなわち外周側面が、外側の分
割光硬化層２２ａの上面途中につながっている。したが
って、分割光硬化層２２ｂの外周側面は、外側の分割光
硬化層２２ａの内周側面と一致せず、それよりも外周側
に配置される。分割光硬化層２２ｂの外周部分が鉤形に
屈曲し、外側の分割光硬化層２２ａの内周上端角部に乗
り掛かった状態であり、内側の分割光硬化層２２ｂと外
側の分割光硬化層２２ａとの平面形状の一部が重なった
重なり部２４が生じている。 【００５０】隣接する分割光硬化層２２同士の間には、
何れについても前記同様の重なり部２４が設けられてい
る。上段側の光硬化層５の最外周の分割光硬化層２２ｃ
は、全体形状は断面矩形状のままで、外周部分が下段側
の光硬化層５の分割光硬化層２２の上面まで延長して形
成されている。その結果、分割光硬化層２２ｃと下段側
の分割光硬化層２２との間には、前記重なり部２４とは
形状の異なる重なり部２５が生じる。 【００５１】上記実施形態において、個々の分割光硬化
層２２の基本的な幅や厚みなどの形状設定は、前記した
各実施形態の方法などを適用すればよく、各分割光硬化
層２２の外周部分の一部形状のみを、この実施形態のよ
うに変更すればよい。この実施形態では、隣接する分割
光硬化層２２の間に平面形状の一部が重なる重なり部２
４、２５を設けておくことで、分割光硬化層２２同士の
密着力あるいは接合力が高まり、外側方部分２０の全体
的な形状維持性や耐変形性を高めることができる。 【００５２】〔別の実施形態５〕図１８に示す実施形態
では、各分割光硬化層２２の間に隙間をあける。各分割
光硬化層２２は、その下面が成形台３または下段側の光
硬化層５に接合されてはいるが、各分割光硬化層２２同
士の間には隙間Ｇがあいていて、互いに接合されていな
い。但し、各光硬化層５における最内周の分割光硬化層
２２は、内側の内部光硬化層１０に密着している。 【００５３】このように、分割光硬化層２２同士の間に
隙間をあけ互いに接合しないようにしていることで、硬
化収縮に伴う悪影響を解消できる。具体的に説明する
と、分割光硬化層２２を外周側から内周側へと順次密着
した状態で形成した場合には、後から形成する分割光硬
化層２２を光硬化させたときに生じる硬化収縮力で、先
に形成された分割光硬化層２２との間に歪みや残留応力
が生じる可能性がある。複数の分割光硬化層２２を次々
に密着して形成すれば、上記のような歪みや残留応力が
蓄積されて過大になる。このような、硬化収縮に伴う歪
みや残留応力は、外側方部分２０の全体の形状精度を損
なったり、成形後に経時変形を起こしたりすることにな
る。また、先に形成された光硬化層５とそれに隣接して
形成される複数の分割光硬化層２２との間にも硬化収縮
による反りなどの問題が生じる。 【００５４】しかし、上記実施形態のように、分割光硬
化層２２同士の間に隙間Ｇがあいて離れていれば、前記
硬化収縮に伴う応力や歪みの問題は起こり難い。先に形
成された光硬化層５と個々の分割光硬化層２２との間
に、密着面でわずかな歪みや応力が生じたとしても、光
硬化層５の全体に反りを生じる可能性は少ない。前記の
ような隙間Ｇがあれば、実質的に分割光硬化層２２の容
積が少なくなり、レーザ光４の照射時間も短くて済むの
で、作業の能率化も図れる。 【００５５】なお、上記実施形態では、成形後に三次元
形状の成形品に隙間Ｇが残るが、後工程で成形品全体を
最終的に加熱硬化させたり放射線硬化させたりする際
に、隙間Ｇの部分に残る光硬化性樹脂も光硬化させれ
ば、隙間Ｇのない成形品を得ることができる。 【００５６】 【発明の効果】この発明にかかる三次元形状の形成方法
によれば、個々の光硬化層の外側方部分を、前記したよ
うな分割光硬化層で構成していることにより、各分割光
硬化層の外周形状の包絡面で構成される三次元形状の輪
郭が滑らかになり形状精度も向上する。しかも、各分割
光硬化層の形成は比較的容易であり、三次元形状の形成
工程における作業能率にも優れたものとなる。

【図面の簡単な説明】 【図１】この発明の実施形態を表す成形状態の概略断面
図 【図２】三次元形状成形品の平面図 【図３】成形工程の最初の段階を模式的に示す平面図お
よびそのＡ−Ａ線断面図 【図４】次の段階を示す平面図およびそのＡ−Ａ線断面
図 【図５】次の段階を示す平面図およびそのＡ−Ａ線断面
図 【図６】次の段階を示す平面図およびそのＡ−Ａ線断面
図 【図７】次の段階を示す平面図およびそのＡ−Ａ線断面
図 【図８】二次元スライスデータの作成方法を示す説明図 【図９】外側方部分および内部光硬化層のデータ作成方
法を示す説明図 【図１０】スライスデータ作成の流れ図 【図１１】成形工程の流れ図 【図１２】分割光硬化層の形状設定方法を説明する要部
拡大断面図 【図１３】スライスデータ作成の具体例を表す流れ図 【図１４】分割光硬化層の形状設定方法に関する別の実
施形態を表す要部拡大断面図 【図１５】分割光硬化層の形状設定方法に関する別の実
施形態を表す要部拡大断面図 【図１６】スライスデータ作成の具体例を表す流れ図 【図１７】分割光硬化層の形状設定方法に関する別の実
施形態を表す要部拡大断面図 【図１８】分割光硬化層の形状設定方法に関する別の実
施形態を表す要部拡大断面図 【符号の説明】 １ 光硬化性樹脂液 ２ 樹脂液槽 ３ 成形台 ４ レーザ光 ５ 光硬化層 １０ 内部光硬化層 ２０ 外側方部分 ２２ 分割光硬化層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−103339（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−42233（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−95830（ＪＰ，Ａ) 特表 平６−502735（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 67/00

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】光硬化性樹脂に光を照射して光硬化層を形
   成し、この光硬化層を複数層積み重ねて、所望の三次元
   形状を形成する方法であって、 前記各光硬化層の形成工程で、光硬化層のうち前記三次
   元形状の輪郭に沿う外側方部分を、それよりも内方に配
   置される内部光硬化層とは別個に、複数の分割光硬化層
   で構成し、 各分割光硬化層の外周の一端が前記三次元形状の輪郭上
   に配置され、形状の異なる分割光硬化層が含まれるよう
   に、隣接する分割光硬化層と三次元形状の輪郭との接点
   における接線が水平方向となす角度で規定される接線角
   度の関数として各分割光硬化層の形状を設定し、 各分割光硬化層毎に、それぞれの形状に対応する領域の
   光硬化性樹脂に光を照射して光硬化させる三次元形状の
   形成方法。