JP3653385B2 - Optical modeling method - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば紫外線硬化性樹脂などの光硬化性樹脂に光線を走査して照射することにより所望の樹脂モデルを造形する光学的造形方法に関し、特に、輪郭線で囲まれた閉じ領域を高精度で造形する光学的造形方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、紫外線硬化性樹脂液を収容した槽の表面に対して、紫外線レーザをON/OFFしながら走査し、これにより硬化した走査硬化層を順次積み上げることにより、所望の樹脂モデルを造形することが試みられている。かかる樹脂モデルは、例えば製品のマスターモデルとして利用されることから、造形するにあたっては造形精度、層間接着性、および造形効率などを高める必要がある。
【0003】
従来の光学的造形方法は、紫外線レーザから紫外線を発生させ、ガルバノミラーおよびシャッターなどを有する光学系によって紫外線レーザのON/OFFと光線の走査方向を制御しながら、紫外線硬化性樹脂液を収容した槽の表面に対して照射する。槽内には紫外線レーザを遮断するとともに昇降可能なエレベータが設けられており、樹脂液表面とエレベータとの間に介在する樹脂液が紫外線レーザによって硬化するようになっている。
【0004】
そして、造形工程の第1段階においてはエレベータを上昇させておき、樹脂液表面とエレベータとの間に介在する樹脂液を紫外線レーザによって硬化させて第1層目の走査硬化層を形成したのち、エレベータを1層分だけ下降させて、第1層目と同様の手順で第2層目の走査硬化層を第1層目の走査硬化層の上に形成する。以下同様にして、順次走査硬化層を積層(以下、堆積ともいう)し、最終層目の走査硬化層の形成が終了するとエレベータを上昇させて、樹脂液からモデルを取り出したのち、さらに最終的な硬化を行うために、図10に示す如く、紫外線ランプ50などを用いてモデルW全体に対して紫外線を長時間照射する。
【0005】
以下、本明細書においては、上述したエレベータの同一移動ピッチ内における平面を「等高断面」と称するが、この一つの等高断面には、目的とするモデルWの立体形状に応じて、樹脂液を硬化させる領域と樹脂液を硬化させない領域とが存在することになる。
【0006】
そして、紫外線レーザ発振器から発生する紫外線ビームは、光学系によって走査方向に沿って走査され、このとき、樹脂液を硬化させる領域では紫外線レーザがON(実際にはシャッターAOMが開)、樹脂液を硬化させない領域では紫外線レーザがOFF(実際にはシャッターAOMが閉)となる。一つの走査線の走査が終了すると、光学系を制御して走査ピッチ分だけ移動させ、再び走査方向に沿って同様の走査が行われる。
【0007】
なお、紫外線ビームが樹脂液内に照射されると、樹脂液によって光エネルギーが徐々に減少することから、微視的には、先端鋭利な照射領域(すなわち、走査硬化層)を形成することになる。
【0008】
このようにして、等高断面の走査硬化層が形成されるが、走査硬化層を順次積層するにあたっては、上層の走査硬化層を形成する際に、紫外線ビームを下層にも照射されるような光線強度、すなわち、その等高断面における硬化深さを積層厚より大きく制御し、各層間の接着性を高めるようにしている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一つの等高断面における走査硬化層の形状が図11に示すような輪郭線で囲まれた閉じ領域である場合、従来の造形方法では、まず図11に示す輪郭線OLを認識したのちに、図12に示すように、点P0 を始点として輪郭線のある一つの縁に沿って平行に走査し、この走査線の終点P1 まで走査すると、次に光学系を制御して走査ピッチ分だけ移動させ、再び始点P2 から次の走査線に沿って同様の走査を行なうようにしていた。
【0010】
このような走査方法は、ラスター走査と称されるが、かかるラスター走査を利用した従来の光学的造形方法では、紫外線ビームは微視的にはスポット状の光線であるため、走査線の始点と終点における硬化領域、すなわち、図12に示す縁OL2 ,OL3 においては、輪郭線に沿った形状とならず、高精度のモデルを造形する場合には問題があった。
【0011】
そのため、立体モデルを高精度で造形する場合には、紫外線ビームのスポット径を小さくして、さらに、走査ピッチを小さくする必要が生じ、造形時間が長くなったり、あるいは始点と終点における位置制御がより厳しくなるという問題があった。
【0012】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、輪郭線で囲まれた閉じ領域を高精度で造形することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
発明の光学的造形方法は、光硬化性樹脂液に収容された光硬化性樹脂液の表面に、走査硬化層情報に基づく走査パターンで、一定のの照射面で光線を照射し前記光硬化性樹脂液を硬化させて走査硬化層を形成し、当該形成された走査化層前記光硬化性樹脂液の表面から下降させて次の走査硬化層を形成することを反復して所定の立体樹脂モデルを造形する光学的造形方法であって、各走査硬化層の形成において、前記走査硬化層情報を、造形すべき立体樹脂モデルの立体情報から抽出し、前記走査硬化層情報に基づいて、第1の輪郭線についての情報を抽出し、前記第1の輪郭線から前記半径に相当する距離 だけ内側の第2の輪郭線についての情報を算出し、前記第1の輪郭線から前記半径の3倍に相当する距離だけ内側の第3の輪郭線についての情報を算出し、前記光線の照射面中心が前記第2の輪郭線に沿って移動するように前記光線をベクトル走査して走査硬化層の輪郭を形成させ、始点から終点までの直線的な走査を走査線が互いに平行になるように前記始点及び終点を順次ずらしながら繰り返し行うラスター走査を、前記始点及び終点において前記光線の照射面中心が前記第3の輪郭線上に位置するように実行し、前記輪郭で囲まれた閉領域を硬化させ、前記立体樹脂モデルを造形したのちに、当該立体樹脂モデルの全体に光線を照射して最終的な硬化を行う。
0014
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず最初に、図1を参照しながら本発明の一実施形態に係る光学的造形装置の構成について説明する。図1は本発明の一実施形態に係る光学的造形装置の基本構成を示すブロック図である。
0015
本実施形態に係る光学的造形装置は、光硬化性樹脂液槽2を有しており、この槽内に収容される光硬化性樹脂液1は光を照射することにより付加重合を生じて硬化する材料である。例えば、スチレン、メタクリル酸メチル、酢酸ビニルなどのビニル単量体は、光照射によって、光重合の開始剤が存在しなくとも、あるいは紫外線を吸収する増感剤や色素の存在下で、重合を起す。
0016
ただし、本発明で用いられる光硬化性樹脂液1の種類は特に限定されず、未硬化では液体状であって硬化することにより固化する樹脂であればよい。また、照射する光LBについても特に限定されず、紫外線の他にも、用いられる光硬化性樹脂1に応じた光を選択すればよい。
0017
光硬化性樹脂液槽2内には、光線を遮断するとともに硬化させた樹脂を載置する台座を有するエレベータ4aが設けられており、このエレベータ4aは、昇降器4bにより光硬化性樹脂液槽2内を昇降可能となっている。昇降器4bは、機械的にエレベータ4aを昇降させる機能と、この昇降動作の制御を司る制御機能とを備えている。昇降器4bに対する指令信号は、制御手段5の一般制御部5aから与えられるが、光走査手段3への、あるいは光走査手段3からの情報に基づいて、一般制御部5aは昇降器4bに指令信号を出力する。
0018
例えば、一つの等高断面における走査が終了したことを光走査手段3から検知すると、次の等高断面の走査に移行するために、一般制御部5aから昇降器4bに対して指令信号を出力し、これにより昇降器4bはエレベータ4aを所定のピッチ(すなわち、このピッチがその等高断面における積層厚Tとなる)だけ下降させる。
0019
一方、本実施形態に係る光走査手段3は、紫外線レーザなどの光線を発生させるレーザ発振器3aと、このレーザ発振器3aで発生した光線を光硬化性樹脂液の表面に対し所定の軌跡にしたがって走査させるための光学系3bと、この光学系3bを制御するための光学系コントローラ3cから構成されている。光学系3bには、例えば光線を通過/遮断するためのシャッター器(AOM)や光線の方向を変動させるための電圧印加器およびガルバノミラーなどが設けられており、光線のON/OFF、光線強度の変更、光路の変更、光線の走査速度の制御などを行う機能を有している。そして、この光学系3bに対して、光学系コントローラ3cからは予め教示された軌跡に応じた光走査条件に関する指令信号が出力される。
0020
なお、本発明における光走査手段3の動作は、基本的には一般制御部5aに予め入力された基本軌跡データに基づくが、後述する立体造形情報記憶部5b、走査硬化層情報抽出部5c、輪郭線検出部5d、輪郭硬化情報抽出部5e、内域情報抽出部5fを介して、光学系コントローラ3cに指令信号が出力され、細部の光走査条件が変更される。
0021
本実施形態に係る制御手段5は、目的とする樹脂モデルに応じて、予め入力されたデータに基づいて、昇降手段4と光走査手段3とを相互に関連付けながら制御する一般制御部5aを有している。また、一般制御部5a以外に、立体造形情報記憶部5b、走査硬化層情報抽出部5c、輪郭線検出部5d、輪郭硬化情報抽出部5e、内域情報抽出部5fが設けられている。
0022
なお、本実施形態では、昇降器4b、光学系コントローラ3c、および制御手段5などの情報処理装置は、それぞれ別体に構成した具体例として図1に表わしているが、これは、それぞれの機能を容易に理解するために記載したものであって、上述した各機能を備えている限り、これらを任意の組み合せで組み合わせて情報処理装置を構成してもよいことは勿論である。
0023
次に、本実施形態に係る立体造形情報記憶部5b、走査硬化層情報抽出部5c、輪郭線検出部5d、輪郭硬化情報抽出部5e、内域情報抽出部5fにおける各処理手順について説明するが、この処理手順の基本的考え方の理解を容易にするために、図11に示すように、ある一つの等高断面内において輪郭線で囲まれた造形領域を造形する具体例を説明する。
0024
まず、立体造形情報記憶部5bは、造形すべきモデルWの立体形状に関する情報が格納されたメモリであり、モデルWの立体形状に関する全ての情報あるいは、少なくとも造形領域が輪郭線で囲まれる全ての等高断面の立体形状に関する情報が記憶されている。
0025
走査硬化層情報抽出部5cでは、立体造形情報記憶部5bに記憶されている立体情報のうち、ある一つの等高断面における造形領域である走査硬化層に関する情報のみを抽出する。つまり、一般制御部5aでは、一つの等高断面における硬化領域と非硬化領域とを識別して、これにより光学系における光のON/OFFを制御するが、走査硬化層情報抽出部5cでは、硬化領域に関する情報のみを選択して読み出し、これを以下の造形方法の基礎情報とする。
0026
輪郭線検出部5dは、走査硬化層情報抽出部5cで抽出された硬化領域のみの情報を読み込んで、この情報に基づき同一等高断面における硬化領域の輪郭線OLを認識する。
0027
輪郭硬化情報抽出部5eは、輪郭線検出部5dで検出された本来の輪郭線OL以外に、図2に示すように、この本来の輪郭線OLから閉じ領域の内側に距離rだけ隔てた別の輪郭線OLを演算して求める。この別の輪郭線OLが、後述する輪郭線に沿ったベクトル走査の中心線を構成することになる。そのため、距離rは紫外線ビームLBの半径(厳密には紫外線ビームによる硬化円の半径)に等しく設定する。
0028
さらに、内域情報抽出部5fでは、輪郭線検出部5dで検出された本来の輪郭線OLおよび輪郭硬化情報抽出部5eで求められた別の輪郭線OL以外に、図2に示すように、本来の輪郭線OLから閉じ領域の内側に距離rだけ隔てたさらに別の輪郭線OLを演算して求める。このさらに別の輪郭線OLが、後述する閉じ領域におけるラスター走査の始点、終点あるいは中心線を構成することになる。したがって、この距離rは、紫外線ビームLBの半径(厳密には紫外線ビームによる硬化円の半径)の3倍に等しい距離に設定する。
0029
なお、輪郭硬化情報抽出部5eで求められた輪郭線情報は、光学系コントローラ3cに出力されるが、この情報に基づく光LBの走査は、輪郭線に沿うベクトル走査としている。すなわち、図3に示すように、始点・終点位置および走査方向については何ら限定されないが、輪郭線をなぞる走査としている。
0030
一方、内域情報抽出部5fで求められた閉じ領域に関する情報も光学系コントローラ3cに出力されるが、この情報に基づく光LBの走査は、ある一つの輪郭線に沿う同一方向の走査(単一方向走査と往復走査の両者を含む意)、いわゆるラスター走査としている。
0031
次に作用を説明する。
図2〜図4は本実施形態に係る造形方法を示す平面図、図5は同実施形態の制御手段における処理手順を示すフローチャートである。
従来の光学的造形方法では、図12に示す如く、閉じ領域の全体をラスター走査していたが、本実施形態では、輪郭線をベクトル走査とし、輪郭線の内域をラスター走査としている。特に、図2〜図4に示す実施形態では、ベクトル走査の中心線を本来の輪郭線OLより内側に距離rだけオフセットした別の輪郭線OLとしている。加えて、ラスター走査する始点と終点を本来の輪郭線OLより内側に距離rだけオフセットしている。
0032
まず、光走査手段3a,3b,3cにより光硬化性樹脂液1を硬化させるのに適当な波長を含む光線LBを発生し、光硬化性樹脂液槽2に収容された光硬化性樹脂液1に対して光線LBを走査させる。一つの等高断面における走査を終了すると、光線LBが照射されたことにより生成する硬化樹脂51を昇降手段4a,4bによって昇降させ、このような手順を繰り返すことにより、順次走査硬化層51を積層する。
0033
このとき、まず最初に、立体造形する少なくとも一部の立体造形情報を記憶している立体造形情報記憶部5bから、エレベータ4aを動作させない状態で光線LBを走査照射することにより形成される走査硬化層51に関する情報を走査硬化層情報抽出部5cによって抽出する。同時に、オフセット量r,rを読み込む(ステップ1,2)。
0034
ついで、この走査硬化層情報抽出部5cより得られる走査硬化層情報に基づいて、輪郭線検出部5dによって、走査硬化層51の輪郭線位置OLを検出したのち、この輪郭線検出部5dより得られる輪郭線位置OLに対して、予め決められた距離rだけ内側の位置OLを軌跡情報として輪郭硬化情報抽出部5eにて演算する(ステップ3、図2)。
この軌跡情報は光学系コントローラ3cに出力され(ステップ6)、上述した輪郭線に沿ったベクトル走査が実行されることになるので(ステップ7、図3)、光線のスポット径や走査ピッチを小さくしなくとも輪郭線近傍の造形精度がきわめて向上する。
0035
一方、内域情報抽出部5fでは、輪郭線検出部5dより得られる輪郭線位置OLに対して、予め決められた距離rだけ内側の閉じた領域に関する情報を抽出する(ステップ4、図2)。そして、この情報は光学系コントローラ3cに出力され(ステップ8)、その結果、輪郭線で囲まれた閉じ領域内のラスター走査が実行されることになる(ステップ9、図4)。
0036
特に、r<rと設定することにより、輪郭線に沿ったベクトル走査による走査硬化層とラスター走査による走査硬化層との重なり領域が小さくなるため、光硬化性樹脂液が硬化する際の収縮率が均一となり、得られるモデルの変形を抑制することが可能となる。
0037
本発明とは別の発明に係る光学的造形方法では、上述した実施形態種々に改変することが可能である。
例えば、光照射により硬化する際の体積収縮率が小さい光硬化性樹脂液に対しては、図6〜図9に示す光学的造形方法の如く、輪郭線の内域をラスター走査する場合にオフセットを省略することも可能である。図6〜図9は光学的造形方法の参考例を示す平面図である。
0038
参考例の場合には、ベクトル走査の中心線を本来の輪郭線OLより内側に距離rだけオフセットした別の輪郭線OLとし、ラスター走査する始点と終点もこの別の輪郭線OLを利用している。
0039
この参考例では、まず最初に、立体造形する少なくとも一部の立体造形情報を記憶している立体造形情報記憶部5bから、エレベータ4aを動作させない状態で光線LBを走査照射することにより形成される走査硬化層51に関する情報を走査硬化層情報抽出部5cによって抽出し、同時に、オフセット量rを読み込む(図6参照)。
0040
ついで、この走査硬化層情報抽出部5cより得られる走査硬化層情報に基づいて、輪郭線検出部5dによって、走査硬化層51の輪郭線位置OLを検出したのち、この輪郭線検出部5dより得られる輪郭線位置OLに対して、予め決められた距離rだけ内側の位置OLを軌跡情報として輪郭硬化情報抽出部5eにて演算する(図7参照)。
この軌跡情報は光学系コントローラ3cに出力され、上述した実施形態と同様の手順で輪郭線に沿ったベクトル走査が実行されることになるので(図8参照)、光線のスポット径や走査ピッチを小さくしなくとも輪郭線近傍の造形精度がきわめて向上する。
0041
一方、内域情報についても、輪郭硬化情報抽出部5eより得られる軌跡情報をそのまま利用して、輪郭線で囲まれた閉じ領域内のラスター走査を実行する(図9参照)。この場合、輪郭線に沿うベクトル走査により硬化する走査硬化層とラスター走査による走査硬化層とが一部において重なることとなるが、光収縮率が小さい場合には硬化によるモデルの変形も問題とならないため、輪郭線の演算に要する時間を短縮できるという利点がある。
0042
なお、本発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、発明を限定するために記載されたものではない。したがって、本発明の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である
0043
【発明の効果】
以上述べたように、本発明では、等高断面層の造形領域を形成するにあたり、造形領域の輪郭線に沿って光線を走査して硬化させるとともに、光線をラスター走査して輪郭線の内部の造形領域を硬化させるように構成しているので、造形される閉じ領域の端縁が全て光線の走査方向に沿うこととなる。したがって、同一等高断面における造形精度を高めることができる
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態に係る光学的造形装置の基本構成を示すブロック図である。
【図2】 本発明の一実施形態に係る造形方法の第1工程を示す平面図である。
【図3】 図2と同じく第2工程を示す平面図である。
【図4】 図2および図3と同じく第3工程を示す平面図である。
【図5】 同実施形態の制御手段における処理手順を示すフローチャートである。
【図6】 参考例に係る造形方法の第1工程を示す平面図である。
【図7】 参考例に係る造形方法の第2工程を示す平面図である。
【図8】 参考例に係る造形方法の第3工程を示す平面図である。
【図9】 参考例に係る造形方法の第4工程を示す平面図である。
【図10】 従来の光学的造形方法であって、走査硬化層を積層したのち最終の硬化を行う工程を示す側面図である。
【図11】 従来の光学的造形方法の第1工程を示す平面図である。
【図12】 同じく第2工程を示す平面図である。
【符号の説明】
1…光硬化性樹脂液
2…光硬化性樹脂液槽
3…光走査手段
3a…レーザ発振器
3b…光学系
3c…光学系コントローラ
4…昇降手段
4a…エレベータ
4b…昇降器
5…制御手段
5a…一般制御部
5b…立体造形情報記憶部
5c…走査硬化層情報抽出部
5d…輪郭線検出部
5e…輪郭硬化情報抽出部
5f…内域情報抽出部
6…走査硬化層
LB…光線
T…積層厚
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical modeling method for modeling a desired resin model by scanning and irradiating a light curable resin such as an ultraviolet curable resin, and in particular, a closed region surrounded by a contour line is increased. The present invention relates to an optical modeling method for modeling with accuracy.
[0002]
[Prior art]
For example, a desired resin model can be formed by scanning the surface of a tank containing an ultraviolet curable resin liquid while turning on / off an ultraviolet laser, and sequentially stacking the cured cured layers by this. Has been tried. Since such a resin model is used as a master model of a product, for example, it is necessary to improve modeling accuracy, interlayer adhesion, modeling efficiency, and the like when modeling.
[0003]
The conventional optical modeling method generates ultraviolet rays from an ultraviolet laser, and accommodates an ultraviolet curable resin liquid while controlling ON / OFF of the ultraviolet laser and the scanning direction of the light beam by an optical system having a galvano mirror and a shutter. Irradiate the surface of the tank. An elevator capable of moving up and down while blocking the ultraviolet laser is provided in the tank, and the resin liquid interposed between the resin liquid surface and the elevator is cured by the ultraviolet laser.
[0004]
In the first stage of the modeling process, the elevator is raised, and the resin liquid interposed between the resin liquid surface and the elevator is cured by an ultraviolet laser to form the first scanning cured layer, The elevator is lowered by one layer, and the second scanning hardened layer is formed on the first scanning hardened layer in the same procedure as the first layer. In the same manner, the scanning hardened layer is sequentially laminated (hereinafter also referred to as deposition). When the final scan hardened layer is formed, the elevator is raised and the model is taken out from the resin liquid. In order to perform proper curing, as shown in FIG. 10, the entire model W is irradiated with ultraviolet rays for a long time using an ultraviolet lamp 50 or the like.
[0005]
Hereinafter, in the present specification, a plane within the same movement pitch of the above-described elevator is referred to as a “contour section”, and this one contour section has a resin according to the three-dimensional shape of the target model W. There are areas where the liquid is cured and areas where the resin liquid is not cured.
[0006]
The ultraviolet beam generated from the ultraviolet laser oscillator is scanned along the scanning direction by the optical system. At this time, in the region where the resin liquid is cured, the ultraviolet laser is turned on (actually the shutter AOM is opened), and the resin liquid is turned on. In the region where curing is not performed, the ultraviolet laser is turned off (actually, the shutter AOM is closed). When the scanning of one scanning line is completed, the optical system is controlled to move by the scanning pitch, and the same scanning is performed again along the scanning direction.
[0007]
When the ultraviolet beam is irradiated into the resin liquid, the light energy is gradually reduced by the resin liquid. Therefore, microscopically, a sharp irradiation region (that is, a scanning hardened layer) is formed. Become.
[0008]
In this way, a scanning hardened layer having a constant cross section is formed. When the scanning hardened layer is sequentially laminated, the lower layer is irradiated with an ultraviolet beam when forming the upper scanning hardened layer. The light intensity, that is, the curing depth in the contoured section is controlled to be larger than the lamination thickness so as to enhance the adhesion between the layers.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the shape of the scanning hardened layer in one contour section is a closed region surrounded by the contour line as shown in FIG. 11, the conventional modeling method first recognizes the contour line OL shown in FIG. In addition, as shown in FIG. 12, scanning is performed in parallel along one edge of the contour line starting from the point P0, and scanning is performed up to the end point P1 of the scanning line. The same scanning is performed again from the starting point P2 along the next scanning line.
[0010]
Such a scanning method is referred to as raster scanning. However, in the conventional optical modeling method using such raster scanning, since the ultraviolet beam is microscopically a spot-like light beam, The cured region at the end point, that is, the edges OL2 and OL3 shown in FIG. 12, does not have a shape along the contour line, and there is a problem when a high-accuracy model is formed.
[0011]
Therefore, when modeling a three-dimensional model with high accuracy, it is necessary to reduce the spot diameter of the ultraviolet beam and further reduce the scanning pitch, and the modeling time becomes longer, or position control at the start point and the end point is performed. There was a problem of becoming more severe.
[0012]
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and an object thereof is to form a closed region surrounded by a contour line with high accuracy.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
Optical fabricating method of the present invention, applied to the surface of the photocurable resin liquid contained in the photocurable resin liquid tank, a scan pattern based on the scan cured layer information, a light beam at the irradiated surface of the radius of a certain repeated that by curing the photocurable resin liquid to form a scanning hardened layer, scanning the hard layer which is the form is lowered from the surface of the photocurable resin liquid to form the next scan cured layer a optical fabricating method for shaping a predetermined solid resin model by, in the formation of each scan hardened layer, the scanning cured layer information, extracted from the three-dimensional information of the three-dimensional resin model to be shaped, the scanning cured layer Based on the information, information about the first contour line is extracted , information about the second contour line on the inner side by a distance corresponding to the radius from the first contour line is calculated, and the first contour line is calculated. A third inward from the line by a distance corresponding to three times the radius. Calculating information about the contour lines, the light beam to form the outline of vector scanning to scan cured layer so that the irradiation surface center of the light beam is moved along the second contour, from the start point to the end point Raster scanning, in which linear scanning is repeated while sequentially shifting the start point and end point so that the scan lines are parallel to each other, is such that the center of the irradiation surface of the light beam is positioned on the third contour line at the start point and end point executed, the curing the closed region surrounded by the contour, the After shaping the solid resin model, make a final cured by irradiation with light in the whole of the three-dimensional resin model.
[ 0014 ]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the configuration of an optical modeling apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of an optical modeling apparatus according to an embodiment of the present invention.
[ 0015 ]
The optical modeling apparatus according to the present embodiment has a photocurable resin liquid tank 2, and the photocurable resin liquid 1 accommodated in the tank is cured by addition polymerization by irradiation with light. Material. For example, vinyl monomers such as styrene, methyl methacrylate, and vinyl acetate can be polymerized by light irradiation in the absence of a photopolymerization initiator or in the presence of a sensitizer or dye that absorbs ultraviolet rays. cause.
[ 0016 ]
However, the kind of the photocurable resin liquid 1 used in the present invention is not particularly limited as long as it is a resin that is liquid when uncured and is solidified by curing. Moreover, it does not specifically limit about the light LB to irradiate, What is necessary is just to select the light according to the photocurable resin 1 used other than an ultraviolet-ray.
[ 0017 ]
In the photocurable resin liquid tank 2, there is provided an elevator 4a having a pedestal on which the cured resin is placed while blocking the light beam. The elevator 4a is moved by the elevator 4b to the photocurable resin liquid tank. 2 can be moved up and down. The elevator 4b has a function of moving the elevator 4a up and down mechanically and a control function for controlling the lifting operation. The command signal for the elevator 4b is given from the general control unit 5a of the control unit 5, but the general control unit 5a commands the elevator 4b based on information to or from the optical scanning unit 3. Output a signal.
[ 0018 ]
For example, when it is detected from the optical scanning means 3 that the scanning of one contour section has been completed, a command signal is output from the general control unit 5a to the elevator 4b in order to shift to the next contour section scanning. As a result, the elevator 4b lowers the elevator 4a by a predetermined pitch (that is, the pitch becomes the stacking thickness T in the contour section).
[ 0019 ]
On the other hand, the optical scanning unit 3 according to the present embodiment scans a laser oscillator 3a that generates a light beam such as an ultraviolet laser, and the light beam generated by the laser oscillator 3a according to a predetermined locus on the surface of the photocurable resin liquid. And an optical system controller 3c for controlling the optical system 3b. The optical system 3b is provided with, for example, a shutter device (AOM) for passing / blocking the light beam, a voltage applicator for changing the direction of the light beam, a galvanometer mirror, and the like. Has a function of changing the optical path, changing the optical path, controlling the scanning speed of the light beam, and the like. A command signal related to the optical scanning condition corresponding to the previously taught locus is output from the optical system controller 3c to the optical system 3b.
[ 0020 ]
The operation of the optical scanning unit 3 in the present invention is basically based on basic trajectory data input in advance to the general control unit 5a, but a three-dimensional modeling information storage unit 5b, a scanning hardened layer information extraction unit 5c, which will be described later, A command signal is output to the optical system controller 3c via the contour detection unit 5d, contour hardening information extraction unit 5e, and inner area information extraction unit 5f, and the detailed optical scanning conditions are changed.
[ 0021 ]
The control unit 5 according to the present embodiment has a general control unit 5a that controls the elevation unit 4 and the optical scanning unit 3 while correlating them with each other based on data input in advance according to a target resin model. doing. In addition to the general control unit 5a, a three-dimensional modeling information storage unit 5b, a scanning hardened layer information extraction unit 5c, a contour line detection unit 5d, a contour hardening information extraction unit 5e, and an inner area information extraction unit 5f are provided.
[ 0022 ]
In the present embodiment, the information processing apparatuses such as the elevator 4b, the optical system controller 3c, and the control means 5 are shown in FIG. 1 as specific examples configured separately from each other. Of course, the information processing apparatus may be configured by combining these in any combination as long as the functions described above are provided.
[ 0023 ]
Next, each processing procedure in the 3D modeling information storage unit 5b, the scanning hardened layer information extraction unit 5c, the contour line detection unit 5d, the contour hardening information extraction unit 5e, and the inner area information extraction unit 5f according to the present embodiment will be described. In order to facilitate understanding of the basic concept of this processing procedure, a specific example of modeling a modeling region surrounded by a contour line within a certain contour section will be described as shown in FIG.
[ 0024 ]
First, the three-dimensional modeling information storage unit 5b is a memory in which information on the three-dimensional shape of the model W to be modeled is stored, and all the information on the three-dimensional shape of the model W, or at least all of the modeling region surrounded by a contour line Information on the three-dimensional shape of the contour section is stored.
[ 0025 ]
In the scanning hardening layer information extraction part 5c, only the information regarding the scanning hardening layer which is a modeling area | region in a certain contour plane is extracted among the three-dimensional information memorize | stored in the three-dimensional modeling information storage part 5b. That is, the general control unit 5a discriminates a cured region and a non-cured region in one contour section, and thereby controls ON / OFF of light in the optical system. In the scanning cured layer information extraction unit 5c, Only information related to the curing region is selected and read out, and this is used as basic information for the following modeling method.
[ 0026 ]
The contour detection unit 5d reads information on only the hardened region extracted by the scanning hardened layer information extraction unit 5c, and recognizes the contour OL of the hardened region in the same contour section based on this information.
[ 0027 ]
Contour hardening information extraction unit 5e, in addition to the original contour line OL detected by the contour detecting unit 5d, as shown in FIG. 2, spaced inwardly of the area and close the original contour line OL distance r 1 Another contour line OL A is calculated and obtained. This other contour line OL A constitutes the center line of vector scanning along the contour line described later. Therefore, the distance r 1 is (strictly radius hardening circle by ultraviolet beam) radius of the ultraviolet beam LB to set equal to.
[ 0028 ]
Further, in the inner area information extracting unit 5f, as shown in FIG. 2, in addition to the original contour OL detected by the contour detecting unit 5d and another contour OL A obtained by the contour hardening information extracting unit 5e. Further, another contour line OL B separated from the original contour line OL by a distance r 2 inside the closed region is calculated and obtained. This further contour line OL B constitutes the start point, end point or center line of the raster scan in the closed region described later. Therefore, the distance r 2 is the radius of the ultraviolet beam LB (strictly radius hardening circle by ultraviolet beam) to set the distance equal to three times the.
[ 0029 ]
Note that the contour line information obtained by the contour hardening information extraction unit 5e is output to the optical system controller 3c, and the scanning of the light LB based on this information is vector scanning along the contour line. That is, as shown in FIG. 3, the start point / end point position and the scanning direction are not limited at all, but the scanning is performed by tracing the contour line.
[ 0030 ]
On the other hand, information related to the closed area obtained by the inner area information extracting unit 5f is also output to the optical system controller 3c. Scanning of the light LB based on this information is performed in the same direction along a certain contour line (single This means so-called raster scanning, which includes both one-way scanning and reciprocating scanning.
[ 0031 ]
Next, the operation will be described.
2 to 4 are plan views showing a modeling method according to this embodiment, and FIG. 5 is a flowchart showing a processing procedure in the control means of the embodiment.
In the conventional optical modeling method, as shown in FIG. 12, the entire closed region is raster scanned, but in this embodiment, the contour line is vector scanning, and the inner region of the contour line is raster scanning. In particular, in the embodiment shown in FIGS. 2 to 4, the center line of vector scanning is set to another contour line OL A that is offset from the original contour line OL by a distance r 1 . In addition, the start point and end point for raster scanning are offset by a distance r 2 inside the original contour line OL.
[ 0032 ]
First, a light beam LB having a wavelength suitable for curing the photocurable resin liquid 1 is generated by the optical scanning means 3a, 3b, 3c, and the photocurable resin liquid 1 contained in the photocurable resin liquid tank 2 is generated. Is scanned with the light beam LB. When scanning on one contour section is completed, the cured resin 51 generated by the irradiation of the light beam LB is moved up and down by the lifting and lowering means 4a and 4b, and the scanning and hardening layer 51 is sequentially laminated by repeating such a procedure. To do.
[ 0033 ]
At this time, first, scanning hardening formed by scanning and irradiating the light beam LB without operating the elevator 4a from the three-dimensional modeling information storage unit 5b storing at least a part of the three-dimensional modeling information to be three-dimensional modeled. Information regarding the layer 51 is extracted by the scanning hardened layer information extraction unit 5c. At the same time, the offset amounts r 1 and r 2 are read (steps 1 and 2).
[ 0034 ]
Next, after detecting the contour position OL of the scanning hardened layer 51 by the contour detecting unit 5d based on the scanning hardened layer information obtained from the scanning hardened layer information extracting unit 5c, the contour detecting unit 5d obtains the contour line position OL. respect are outline position OL, it is calculated by the contour hardening information extractor 5e location OL a of the inner distance r 1 to a predetermined as the locus information (step 3, FIG. 2).
This trajectory information is output to the optical system controller 3c (step 6), and vector scanning along the above-described contour line is executed (step 7, FIG. 3), so that the spot diameter and scanning pitch of the light beam are reduced. Even without this, the modeling accuracy near the contour line is greatly improved.
[ 0035 ]
On the other hand, the inner region information extractor 5f, relative to the contour line position OL obtained from contour detector 5d, extracts the information only about the inner enclosed area distance r 2 previously determined (Step 4, FIG. 2 ). This information is output to the optical system controller 3c (step 8), and as a result, raster scanning in the closed region surrounded by the contour line is executed (step 9, FIG. 4).
[ 0036 ]
In particular, by setting r 1 <r 2 , the overlapping region between the scanning cured layer by vector scanning and the scanning cured layer by raster scanning along the contour line becomes small, so that the photocurable resin liquid is cured. The shrinkage rate becomes uniform, and the deformation of the obtained model can be suppressed.
[ 0037 ]
In the optical modeling method according to the invention different from the present invention, the above-described embodiment can be variously modified.
For example, with respect to a photocurable resin liquid having a small volume shrinkage when cured by light irradiation, an offset is applied when raster scanning the inner area of the contour line as in the optical modeling method shown in FIGS. Can be omitted. 6 to 9 are plan views showing a reference example of an optical histological molding method.
[ 0038 ]
In the case of the reference example , the center line of the vector scan is set as another outline OL A offset from the original outline OL by the distance r 1, and the start point and the end point of the raster scan are also set as the other outline OL A. We are using.
[ 0039 ]
In this reference example , first, it is formed by scanning and irradiating the light beam LB without operating the elevator 4a from the 3D modeling information storage unit 5b storing at least a part of 3D modeling information to be 3D modeled. information about scanning the hardened layer 51 is extracted by scanning the hardened layer information extractor 5c, at the same time, it reads the offset amount r 1 (see FIG. 6).
[ 0040 ]
Next, after detecting the contour position OL of the scanning hardened layer 51 by the contour detecting unit 5d based on the scanning hardened layer information obtained from the scanning hardened layer information extracting unit 5c, the contour detecting unit 5d obtains the contour line position OL. is relative to the contour line position OL, is calculated by the contour hardening information extractor 5e location OL a of the inner distance r 1 to a predetermined as the locus information (see FIG. 7).
The locus information may be output to the optical system controller 3c, it means that the vector scanning along the contour line is performed in the same procedure as implementation embodiment described above (see FIG. 8), beam spot diameter and the scanning Even if the pitch is not reduced, the modeling accuracy near the contour line is greatly improved.
[ 0041 ]
On the other hand, for the inner area information, the trajectory information obtained from the contour hardening information extraction unit 5e is used as it is, and raster scanning is performed within the closed region surrounded by the contour line (see FIG. 9). In this case, the scanning hardening layer cured by vector scanning along the contour line and the scanning hardening layer by raster scanning partially overlap each other. However, when the light shrinkage rate is small, the deformation of the model due to curing does not cause a problem. Therefore, there is an advantage that the time required for calculating the contour line can be shortened.
[ 0042 ]
The embodiments of the present invention, which has been described to facilitate understanding of the present invention and were not described to limit the present invention. Accordingly, respective elements disclosed in the embodiments of the present invention is deemed to also include all design modifications and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
[ 0043 ]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, in forming the modeling region of the contour section layer, the light beam is scanned and cured along the contour line of the modeling region, and the light beam is raster-scanned to perform the inner scanning of the contour line. Since it forms so that a modeling area | region may be hardened, all the edges of the closed area | region shape | molded will follow the scanning direction of a light ray. Therefore, the modeling accuracy in the same contour section can be improved .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of an optical modeling apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing a first step of a modeling method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view showing a second step as in FIG. 2;
4 is a plan view showing a third step, similar to FIGS. 2 and 3. FIG.
FIG. 5 is a flowchart showing a processing procedure in the control means of the embodiment.
FIG. 6 is a plan view showing a first step of a modeling method according to a reference example .
FIG. 7 is a plan view showing a second step of the modeling method according to the reference example .
FIG. 8 is a plan view showing a third step of the modeling method according to the reference example .
FIG. 9 is a plan view showing a fourth step of the modeling method according to the reference example .
FIG. 10 is a side view showing a conventional optical modeling method and a step of performing final curing after laminating a scanning cured layer.
FIG. 11 is a plan view showing a first step of a conventional optical modeling method.
FIG. 12 is a plan view showing the second step in the same manner.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Photocurable resin liquid 2 ... Photocurable resin liquid tank 3 ... Optical scanning means 3a ... Laser oscillator 3b ... Optical system 3c ... Optical system controller 4 ... Elevating means 4a ... Elevator 4b ... Elevator 5 ... Control means 5a ... General control unit 5b ... Solid modeling information storage unit 5c ... Scanning hardening layer information extraction unit 5d ... Contour line detection unit 5e ... Contour hardening information extraction unit 5f ... Inner region information extraction unit 6 ... Scanning hardening layer LB ... Ray T ... Lamination thickness

Claims (1)

光硬化性樹脂液に収容された光硬化性樹脂液の表面に、走査硬化層情報に基づく走査パターンで、一定のの照射面で光線を照射し前記光硬化性樹脂液を硬化させて走査硬化層を形成し、当該形成された走査化層前記光硬化性樹脂液の表面から下降させて次の走査硬化層を形成することを反復して所定の立体樹脂モデルを造形する光学的造形方法であって、
各走査硬化層の形成において、
前記走査硬化層情報を、造形すべき立体樹脂モデルの立体情報から抽出し、
前記走査硬化層情報に基づいて、第1の輪郭線についての情報を抽出し、
前記第1の輪郭線から前記半径に相当する距離だけ内側の第2の輪郭線についての情報を算出し、
前記第1の輪郭線から前記半径の3倍に相当する距離だけ内側の第3の輪郭線についての情報を算出し、
前記光線の照射面中心が前記第2の輪郭線に沿って移動するように前記光線をベクトル走査して走査硬化層の輪郭を形成させ、
始点から終点までの直線的な走査を走査線が互いに平行になるように前記始点及び終点を順次ずらしながら繰り返し行うラスター走査を、前記始点及び終点において前記光線の照射面中心が前記第3の輪郭線上に位置するように実行し、前記輪郭で囲まれた閉領域を硬化させ、
前記立体樹脂モデルを造形したのちに、当該立体樹脂モデルの全体に光線を照射して最終的な硬化を行う
光学的造形方法。
Curing the surface of the photocurable resin liquid contained in the photocurable resin liquid tank, a scan pattern based on the scan cured layer information, the subsequent light exposure at the irradiated surface of the radius of a certain said photocurable resin liquid forming a scanning hardened layer by, by scanning hard layer which is the form is lowered from the surface of the photocurable resin liquid was repeated to form the next scan cured layer shaping a predetermined solid resin model An optical modeling method to
In forming each scanning hardened layer,
The scanning hardened layer information is extracted from the three-dimensional information of the three-dimensional resin model to be modeled,
Based on the scanning hardened layer information, the information about the first contour line is extracted,
Calculating information about the second contour line on the inner side by a distance corresponding to the radius from the first contour line;
Calculating information about the third contour line on the inner side by a distance corresponding to three times the radius from the first contour line;
The light beam is vector-scanned so that the irradiation surface center of the light beam moves along the second contour line to form the contour of the scanning hardening layer ,
Raster scanning, in which linear scanning from the start point to the end point is repeated while sequentially shifting the start point and end point so that the scan lines are parallel to each other, the center of the irradiation surface of the light beam at the start point and end point is the third contour. Proceed as to be positioned on the line, curing the closed region surrounded by the contour,
An optical modeling method in which, after modeling the three-dimensional resin model, the entire three-dimensional resin model is irradiated with light and finally cured.
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