JP3685639B2 - 光造形装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は光造形装置に関し、例えば、マイクロマシンなどの微小立体構造物の製作に適用し得るものである。
【0002】
【従来の技術】
立体構造物を製作する方法として、製作対象物の形状データを3次元座標軸上のある座標軸に直交する平面でスライスした各層毎の2次元スライスデータを得、その2次元スライスデータに基づいて、下位層又は上位層の形状から各層の形状を徐々に形成(積層形成)することを通じて、所望する立体構造物を製作する積層造形法がある。
【0003】
積層造形法としては、光造形法、粉末焼結法、インクジェット法、樹脂押出し法、シート積層法などの各種の方法が提案されているが、一般的には、微小立体構造物の製作には、光造形法が適していると言われている。
【0004】
光造形法においては、例えば、光が照射されたときに硬化する光硬化性樹脂を適用し、各層の形状を光硬化性樹脂層に対する光の部分選択照射によって形成する。ここで、光の選択照射方法としては、第1に、点状光ビームを2次元スライスデータに応じてラスタスキャン、ランダムスキャン又はベクトルスキャンさせることで行う方法と、第2に、2次元スライスデータを複数の1次元データにさらに分割し、各1次元データ上の各位置に対応した複数の点状光ビームの同時照射によって行う方法と、第3に、2次元スライスデータに応じた透過パターンを有するマスクを作成し、このマスクを介して光硬化性樹脂層に光を照射することによって行う方法とがある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、各層の形状を光硬化性樹脂層に対する光の選択照射によって形成する従来の方法は、いずれも課題を有するものであった。
【0006】
上述した第1の光の選択照射方法においては、1回の照射動作で、2次元スライスデータにおける最小単位(以下、ドットと呼ぶ)しか照射できないので、1層分の形状の作成にも長時間を要し、当然に、微小立体構造物の全体形状の作成にも長時間を要する。
【0007】
また、上述した第2の光の選択照射方法においては、1回の照射動作では、2次元スライスデータにおける1ライン分のドットを照射対象としているので、第1の光の選択照射方法ほどではないにしろ、1層分の形状の作成にも長時間を要し、当然に、微小立体構造物の全体形状の作成にも長時間を要する。
【0008】
作成時間の面からは、上述した第3の光の選択照射方法が好ましい。しかし、第3の光の選択照射方法も以下のような課題を有する。
【0009】
2次元スライスデータに応じた透過パターンを有するマスクは、従来は、ガラスなどの剛性を有する透光性板状部材の一面に透過パターンを形成したものとなっている。微小立体構造物を光造形方法で形成するためには、多くのマスクが必要となる。
【0010】
しかし、その時点で対象となっている層に応じたマスクを、剛性を有する複数のマスクの中から選択して、光硬化性樹脂層に対向させる構成は、複雑、大型化し、光造形装置全体をも複雑、大型化する。また、剛性を有する透光性板状部材でなるマスクを作成する構成自体も、複雑、大型化し易い。そのため、光造形を行う構成と、マスクを作成する構成とを別個のユニットとするようなことも多く、この点からも、光造形装置の全体構成を複雑、大型化し易く、また、マスク作成ユニットから、光造形ユニットへのマスク転送構成なども必要となる。
【0011】
このような課題は、光造形法による製作対象物が微小立体構造物の場合だけでなく、それより大きい立体構造物を光造形する場合にも、同様に生じているものである。
【0012】
本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、製作対象物の作成に要する時間が短い、しかも、構成を簡易、小型にし得る光造形装置を提供しようとするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、第1及び第2の本発明においては、光に感応して硬化又は軟化する光感度材料に対してマスクを介して露光光を照射して製作対象物の1層分の形状を形成し、この1層分の形状形成処理を繰り返し行うことで所望する製作対象物を造形する光造形装置において、(1)透明シートと被転写層とを有する被転写層塗布リボンを用いた印刷処理によって上記被転写層塗布リボンから部分的に被転写層を除去して、上記被転写層塗布リボンから部分的に被転写層が除去された部分を上記マスクとして作成するマスク作成手段と、(2)作成されたマスクを露光位置に搬送制御するマスク搬送制御手段とを有している。
【0014】
そして、第1の本発明では、上記マスク作成手段が、同一のマスクパターンに係る1又は複数層のマスクとして1個のマスクを作成するものであり、上記マスク搬送制御手段が、その時点での露光対象の光感度材料層に応じ、上記被転写層塗布リボンの搬送を制御してその層のマスクパターンに係るマスクを露光対象の光感度材料層に対向させるものであることを特徴とする。
【0015】
また、第2の本発明では、上記マスク作成手段が、同一及び近似のマスクパターンに係る1又は複数層のマスクとして1個のマスクを作成するものであり、上記マスク搬送制御手段が、その時点での露光対象の光感度材料層に応じ、上記被転写層塗布リボンの搬送を制御してその層のマスクパターンに係るマスクを露光対象の光感度材料層に対向させるものであると共に、上記マスクでのマスクパターンの大きさと、上記露光対象の光感度材料層に係るマスクパターンの大きさとの比率に応じて、露光光の有効断面積を変化させる露光光断面積可変手段を上記露光対象の光感度材料層とそれに対向する上記マスクとの間に設けることを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
(A)第1の実施形態
以下、本発明による光造形装置の第1の実施形態を図面を参照しながら詳述する。この第1の実施形態の光造形装置も、1層分の形状を、マスクを介した面露光で形成するものである。
【0017】
ここで、図1が、第1の実施形態の光造形装置の全体構成を示す概略構成図である。
【0018】
図1において、この光造形装置1は、大きくは、マスクを作成すると共に所定位置にマスクを搬送するマスク作成搬送部10、面露光に必要な平行光(平行光束)を形成する平行光照射部20、各層の露光対象物の形成や位置制御を行う被露光物形成位置制御部30、及び、当該光造形装置1の全体制御などを行う制御部40から構成されている。
【0019】
マスク作成搬送部10は、インクリボン11、インクリボン供給部12、インクリボン巻取部13、印刷部14、並びに、インクリボン進行方向変換ローラ15及び16を有している。
【0020】
インクリボン11は、透明シート(例えば樹脂シートでなる)上にインク層(ここで、インク層とは一般的なインクの層を意味するだけでなく、被転写可能な材料の層をいう)が例えば熱転写可能に塗布されているものである。この実施形態の場合、インクリボン11の一方の構成要素である上記透明シートは、紫外線を透過し得るものであり、これに対して、インクリボン11の他方の構成要素である上記インク層は、紫外線の透過を阻止するものである。なお、第1の実施形態の場合、後述するように、積層材料としては、紫外線硬化樹脂を適用している。
【0021】
インクリボン供給部12は、以上のようなインクリボン11を引き出し可能に巻回しているものである。インクリボン巻取部13は、制御部40の制御下で一方向にのみ回転可能な、しかも、回転量を微細に制御できるモータ(例えばパルスモータ)を備え、インクリボン11の巻き取りを実行することを通じて、インクリボン供給部12からのインクリボン11の引き出しを実行するものである。
【0022】
なお、インクリボン巻取部13によるインクリボン11の巻き取りは、後述するように、マスクの搬送を意味する。
【0023】
一対のインクリボン進行方向変換ローラ15(進行方向の上流側)及び16(進行方向の下流側)は、インクリボン供給部12からインクリボン巻取部13へのインクリボン11の進行経路上に、離間して設けられているものである。例えば、インクリボン進行方向変換ローラ15及び16はそれぞれ、インクリボン11の進行方向を反時計回り方向に90度変換するものである。一対のインクリボン進行方向変換ローラ15及び16間のインクリボン11の部分は、露光対象の後述する紫外線硬化樹脂層に対向する。
【0024】
印刷部14は、インクリボン供給部12からインクリボン進行方向変換ローラ15への進行経路上の中間部に設けられている。印刷部14は、例えば、熱転写印刷ヘッドを備え、制御部40の制御下で印刷動作するものである。この印刷動作を通じて、インクリボン11からインクが部分的に除去され、この部分的なインク除去パターンが後述するように、面露光でのマスク(マスクパターン)として用いられる。なお、印刷部14は、詳述を避けるが、インクリボン11から除去されたインクが付着する用紙や用紙リボンなどの印刷媒体や、その印刷媒体の搬送機構なども備えている。
【0025】
平行光照射部20は、光源21、集光レンズ22、光シャッタ23、ピンホール24、コリメータレンズ25及びプリズム26を備えている。なお、光源21、集光レンズ22、光シャッタ23、ピンホール24、コリメータレンズ25、及び、プリズム26の入射面の光軸は一致している。また、集光レンズ22、コリメータレンズ25及びプリズム26は、紫外線に対してほとんどそのまま透過させるものである。
【0026】
光源21は、この実施形態の場合、紫外線を含む光束を照射するものである。
【0027】
例えば、光源21としては、水銀ランプ装置を適用できる。この水銀ランプ装置は放物面鏡を内蔵し、平行光を照射できるものが好ましく、以下では、平行光と呼ぶ。
【0028】
集光レンズ22は、光源21からの平行光を集光(集束)させるものであり、例えば、温度によるバックフォーカス変動などがプラスチックレンズより少ないガラスレンズを適用することが好ましい。
【0029】
光シャッタ23は、制御部40の制御下で開閉動作し、集光レンズ22を介した光束(集束光)の通過、非通過を制御するものであり、例えば、電磁シャッタを適用できる。この光シャッタ23の1回の開放時間は、1層分の形状の形成に必要な露光時間と同一な時間に選定されている。
【0030】
ピンホール24は、集光レンズ22の出射側焦平面、かつ、コリメータレンズ25の入射側焦平面に設けられているものである。ピンホール24は、絞り機能を担っている。
【0031】
コリメータレンズ25は、ピンホール24からの光束(発散光)を平行光に変換するものである。光源21からの平行光の有効な光束面積が、露光に必要な平行光の有効な光束面積と異なっている場合であっても、集光レンズ22、ピンホール24及びコリメータレンズ25の機能により、露光に必要な平行光の有効な光束面積を得ることができるようになる。なお、コリメータレンズ25としても、例えば、温度によるバックフォーカス変動などがプラスチックレンズより少ないガラスレンズを適用することが好ましい。また、光源21から射出された光束が平行光でなくても、集光レンズ22、ピンホール24及びコリメータレンズ25の機能により、露光に必要な平行光を得ることができる。
【0032】
プリズム26は、この実施形態の場合、平行光の進行方向を偏向する偏向手段として設けられている。この実施形態の場合、偏向角は時計回り方向に90度である。なお、プリズム26に、平行光を、その直交面における一方向の有効幅を他方向の有効幅と異なるようにさせる機能を担うようにさせても良い。このプリズム26からの出射光(平行光)が面露光に必要な光束として、マスク(インクリボン11)を介して紫外線硬化樹脂層に照射される。
【0033】
被露光物形成位置制御部30は、構造物取付基板31、移動テーブル32及び樹脂塗布部33からなる。
【0034】
構造物取付基板31は、この基板31上に光造形法による立体構造物が形成されるものである。構造物取付基板31は、例えば平行ガラス板を適用できる。
【0035】
移動テーブル32は、制御部40の制御下で、構造物取付基板31の位置を移動させるものである。移動テーブル32としては、少なくとも紫外線硬化樹脂層の法線方向(Z軸方向)の移動が可能なものを適用する。なお、XYZテーブルを適用しても良い。
【0036】
樹脂塗布部33は、制御部40の制御下で、1層分の紫外線硬化樹脂層を、構造物取付基板31又は今まで積層されている紫外線硬化樹脂層の表面に形成されるものである。樹脂塗布部33は、例えば、紫外線硬化樹脂を表面に付着しているローラを塗布対象面に転回させた後、刷毛部材によって層の厚さを調整する構成(一般にリコータと呼ばれている)を適用できる。
【0037】
制御部40は、上述したように、当該光造形装置1の全体制御を行うものであり、例えば、いわゆるパソコン程度のコンピュータを適用できる。制御部40は、機能的には、製作対象物の3次元形状データを2次元スライスデータに変換する層データ形成機能部(例えばプログラムでなる)41や、その2次元スライスデータに基づいて立体構造物を光造形する際の光造形制御機能部(例えばプログラムでなる)42を有している。なお、3次元形状データを形成するCAD機能自体を制御部40が有していても良く、また、他の装置(例えばCAD装置)で形成された3次元形状データを記録媒体を介したり転送されたりして取り込めるものであっても良い。さらに、制御部40は、他の装置(例えばCAD装置)から2次元スライスデータの段階のデータが与えられるものであっても良い。
【0038】
なお、図1では示していないが、この光造形装置1においては、外乱光による悪影響を防止するように光学系要素は、適宜、円筒状や筐形状の枠体で囲繞されている。
【0039】
以下、第1の実施形態の光造形装置1の動作について説明する。ここで、制御部40が実行する製作対象物の3次元形状データを2次元スライスデータに変換する動作は、従来と同様であるので、その説明は省略する。
【0040】
そこで、図2のフローチャートを参照しながら、光造形を実際に行う際の装置動作を説明する。
【0041】
制御部40は、光造形を実際に行う際の装置動作の制御を開始すると(光造形制御機能部42での処理を開始すると)、まず、層パラメータNを初期値1に設定する(ステップS1)。なお、初期状態においては、光シャッタ23は閉成されている。
【0042】
その後、制御部40は、樹脂塗布部33及び移動テーブル32を制御して、N層目の紫外線硬化樹脂層を形成すると共に、そのN層目の紫外線硬化樹脂層とこの層に対向するインクリボン11との距離を所定距離にする(ステップS2)。
【0043】
次に、制御部40は、N層マスクパターンと、(N−1)層マスクパターンとが同一であるか否かを確認する(ステップS3)。同一でない場合には、N層に係る2次元スライスデータを取り出し、インクリボン巻取部13及び印刷部14を制御して、印刷処理を通じて、インクリボン11上にN層マスクを作成すると共に、そのN層マスクをN層目の紫外線硬化樹脂層に対向する位置に位置させる(ステップS4)。
【0044】
N層マスクの作成、搬送が終了すると、又は、N層マスクパターンと(N−1)層マスクパターンとが同一であってステップS3で肯定結果が得られると、制御部40は、光シャッタ23を1層分の露光に必要な時間だけ開放させ、N層目の紫外線硬化樹脂層に対するN層マスクを介した露光を実行させる(ステップS5)。
【0045】
その後、制御部40は、最終層(Nmax層)の露光が終了したか否かを確認し(ステップS6)、最終層の露光が終了していなければ層パラメータNを1インクリメントした後(ステップS7)、上述したステップS2の処理に戻り、最終層に対する露光も終了すると、一連の制御動作を終了する。なお、制御部40は、一連の制御動作を終了すると、音や、表示装置に対するメッセージ表示などで処理終了を利用者に報知する。
【0046】
利用者は、露光済みの積層されている紫外線硬化樹脂でなる積層体を、所定の溶剤で洗うことを行い、紫外線が照射されていない紫外線硬化樹脂部分を溶出させ、所望の立体構造物を得る。なお、所定の溶剤で洗うことをも自動化するようにしても良い。
【0047】
この第1の実施形態の光造形装置1によれば、以下の効果を奏することができる。
【0048】
第1の実施形態の光造形装置1も、面露光方法を採用しているので、1回の露光で1層分の硬化処理を行うことができ、その結果、所望する立体構造物を迅速に造形することができる。
【0049】
また、第1の実施形態の光造形装置1によれば、マスクとして印刷処理後のインクリボンを適用しているので、従来のような1枚毎分離されているガラスマスクを適用する場合に比較して、マスク作成構成やマスク搬送構成を簡単、小型のものにし得、その結果、光造形装置をも簡単、小型のものにし得る。
【0050】
さらに、第1の実施形態の光造形装置1によれば、印刷部として印刷ヘッドの可動型のものを適用した場合には、N層の紫外線硬化樹脂層の露光と並行して、(N+1)層のマスクの作成を行うことも可能である。
【0051】
さらにまた、第1の実施形態の光造形装置1によれば、印刷処理を通じてマスクを作成するので、マスクパターンが印刷された印刷媒体が得られ、制御部内でデータとしてマスクパターンを管理できるだけでなく、利用者は印刷媒体によってもマスクパターンを管理することができる。
【0052】
図3は、この第1の実施形態の変形実施形態の一部を示す概略構成図である。
【0053】
すなわち、被露光物形成位置制御部30の構成が、第1の実施形態のものとは異なっており、マスク作成搬送部10や平行光照射部20は、第1の実施形態のものと同様である。なお、制御部40の光造形動作での処理は多少異なるが、以下の被露光物形成位置制御部30の構成の説明からその相違が明らかになるので、取り立てての説明は省略する。
【0054】
図3において、この変形実施形態での被露光物形成位置制御部30Aは、構造物取付基板31A、基板上下動部34、液槽35及び紫外線硬化樹脂液36からなる。
【0055】
この変形実施形態では、露光処理される前の紫外線硬化樹脂は半固体化されているものではなく、液状のものであり、この紫外線硬化樹脂液36は液槽35に収容されている。構造物取付基板31Aは、断面L字状の板状部材でなり、その底面部分は、露光時には紫外線硬化樹脂液36内に位置するように位置制御される。構造物取付基板31Aの側面部分は上方が、基板上下動部34に連結されており、基板上下動部34の駆動力によって、構造物取付基板31A、従ってその底面部分が、露光光の光軸に沿った方向に上下動し得るようになされている。
【0056】
図3は、1層目の露光での構造物取付基板31Aの底面部分の位置を示しており、構造物取付基板31Aの底面部分の上面と、紫外線硬化樹脂液36の液面との距離は、1層分の厚さdに選定されている。図3に示す構造物取付基板31Aの底面部分の位置で、1層目についての露光がなされる(図3のハッチ部分は露光によって硬化された部分を示している)。2層目の露光では、硬化された1層目の上面と、紫外線硬化樹脂液36の液面との距離が、1層分の厚さdになるように、構造物取付基板31A、従ってその底面部分の位置が制御された後に露光が実行される。以下、同様である。
【0057】
この変形実施形態でも、インクリボンを用いた印刷処理を通じてマスクを作成するという技術思想は、第1の実施形態と同様であるので、第1の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【0058】
(B)第2の実施形態
次に、本発明による光造形装置の第2の実施形態を図面を参照しながら詳述する。この第2の実施形態の光造形装置も、1層分の形状を、マスクを介した面露光で形成するものである。
【0059】
上述した第1の実施形態に係る図1は、第2の実施形態の光造形装置の全体構成を示す概略構成図と見ることができる。しかし、第2の実施形態の光造形装置は第1の実施形態のものと以下の点で異なっている。
【0060】
第1の実施形態の場合、インクリボン11は一方向にのみ走行し得るものであったが、第2の実施形態の光造形装置では、インクリボン11は両方向に走行し得るものである。すなわち、この第2の実施形態の場合、インクリボン巻取部13は巻き取り方向のインクリボンの走行(順方向の走行と呼ぶ)にはそのための駆動力を与えると共に、その逆方向の走行には軸部が空回りして逆方向の走行を許容するものであり、一方、インクリボン供給部12は、インクリボンの順方向の走行には軸部が空回りして順方向の走行を許容すると共に、その逆方向の走行には走行のための駆動力を与えるものである。
【0061】
第2の実施形態の光造形装置では、インクリボン11が両方向に走行し得るので、制御部40の処理も異なっている。
【0062】
図4(A)は、この第2の実施形態の制御部40における層データ形成機能部(例えばプログラムでなる)41による処理を示すフローチャートである。
【0063】
制御部40は、製作対象物の3次元形状データを2次元スライスデータに変換する(ステップS11)。この方法は、従来と同様である。その後、各層の2次元スライスデータを比較して同一形状に係る2次元スライスデータの層をグループ化してグループデータを形成し(ステップS12)、層データ形成処理を終了する。
【0064】
ここで、グループデータは、図4(B)に示すように、グループ識別番号と、グループに属する層番号と、2次元スライスデータとであり、後述するマスク位置データもグループデータに追加される。グループ識別番号は、例えば、そのグループに属する層番号の最小値が小さいものほど若い番号が付与されている。
【0065】
図5は、この第2の実施形態の制御部40における光造形制御機能部(例えばプログラムでなる)42による処理を示すフローチャートである。
【0066】
制御部40は、光造形を実際に行う際の装置動作の制御を開始すると、まず、グループパラメータ(グループ識別番号となる)Mを初期値1に設定する(ステップS21)。
【0067】
その後、M番目グループの2次元スライスデータを取り出し、インクリボン巻取部13及び印刷部14を制御して、印刷処理を通じて、インクリボン11上にM番目グループの各層用マスクを作成すると共に、そのマスクのインクリボン11上の位置データをグループデータに追加する(ステップS22)。その後、最終番目グループ(識別番号Mmax)のマスクを作成したかを確認し(ステップS23)、作成していなければグループパラメータMを1インクリメントして上述したステップS22に戻る(ステップS24)。
【0068】
なお、マスク作成時には、インクリボン巻取部13だけがインクリボン11の走行を実行させるので、各グループに係るマスクは、重なり合うことなく作成される。
【0069】
全てのグループに係るマスクの作成が終了すると(ステップS23で肯定結果)、制御部40は、層パラメータNを初期値1に設定する(ステップS25)。
【0070】
その後、制御部40は、樹脂塗布部33及び移動テーブル32を制御して、N層目の紫外線硬化樹脂層を形成させると共に、そのN層目の紫外線硬化樹脂層とこの層に対向するインクリボン11との距離を所定距離にする(ステップS26)。
【0071】
次に、制御部40は、N層が属するグループを認識し、さらに、そのグループのマスクのインクリボン11上の位置を認識し、その後、インクリボン供給部12又はインクリボン巻取部13を駆動させて、そのグループのマスクをN層目の紫外線硬化樹脂層に対向する位置に位置させる(ステップS27、S28)。
【0072】
そして、制御部40は、光シャッタ23を1層分の露光に必要な時間だけ開放させ、N層目の紫外線硬化樹脂層に対するマスクを介した露光を実行させる(ステップS29)。
【0073】
その後、制御部40は、最終層(Nmax層)の露光が終了したか否かを確認し(ステップS30)、最終層の露光が終了していなければ層パラメータNを1インクリメントした後(ステップS31)、上述したステップS26の処理に戻り、最終層に対する露光も終了すると、一連の制御動作を終了する。
【0074】
この第2の実施形態でも、利用者は、露光済みの積層されている紫外線硬化樹脂でなる積層体を、所定の溶剤で洗うことを行い、紫外線が照射されていない紫外線硬化樹脂部分を溶出させ、所望の立体構造物を得る。
【0075】
この第2の実施形態の光造形装置によっても、面露光方法を採用し、かつ、マスクとして印刷処理後のインクリボンを適用しているので、第1の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【0076】
これに加えて、同一の2次元スライスデータに係る層のマスクは1個だけ作成するようにしたので、マスク作成効率が良く、光造形全体の処理時間を第1の実施形態以上に短縮することが期待でき、また、インクリボンの効率的な使用を達成できる。
【0077】
(C)第3の実施形態
次に、本発明による光造形装置の第3の実施形態を図面を参照しながら詳述する。この第3の実施形態の光造形装置も、1層分の形状を、マスクを介した面露光で形成するものである。
【0078】
図6は、この第3の実施形態の光造形装置の全体構成を示す概略構成図であり、上述した図1との同一、対応部分には同一符号を付して示している。
【0079】
図6及び図1との比較から明らかなように、この第3の実施形態の光造形装置では、制御部40の制御下で、マスク像の大きさを変換するズームレンズ27が、露光対象の紫外線硬化樹脂層及びそれに対向するインクリボン11の部分との間に設けられている。
【0080】
なお、この第3の実施形態でも、第2の実施形態と同様に、インクリボン供給部12又はインクリボン巻取部13の駆動力によってインクリボン11は両方向に走行し得るものである。
【0081】
インクリボン11の両方向の走行性や、ズームレンズ27の追加によって、この第3の実施形態の制御部40の処理は、第1や第2の実施形態の制御部40の処理とは異なっている。
【0082】
図7(A)は、この第3の実施形態の制御部40における層データ形成機能部(例えばプログラムでなる)41による処理を示すフローチャートである。
【0083】
制御部40は、製作対象物の3次元形状データを2次元スライスデータに変換する(ステップS41)。この方法は、従来と同様である。その後、各層の2次元スライスデータを比較して同一又は近似形状に係る2次元スライスデータの層をグループ化してグループデータを形成し(ステップS42)、層データ形成処理を終了する。
【0084】
ここで、グループデータは、図7(B)に示すように、グループ識別番号と、グループに属する全ての層の2次元スライスデータの中で最大形状の2次元スライスデータと、グループに属する層番号と、その層番号に対応付けられた縮小率であり、後述するマスク位置データもグループデータに追加される。グループ識別番号は、例えば、そのグループに属する層番号の最小値が小さいものほど若い番号が付与される。また、縮小率は、最大形状の2次元スライスデータに対するその層の2次元スライスデータの比率である。
【0085】
なお、最小形状の2次元スライスデータと、それを基準とした拡大率を格納するようにしても良く、また、中間の大きさの2次元スライスデータと、それを基準とした縮小率又は拡大率を格納するようにしても良い。以下の説明は、最大形状の2次元スライスデータを基準とした場合で説明を行う。
【0086】
図8は、この第3の実施形態の制御部40における光造形制御機能部(例えばプログラムでなる)42による処理を示すフローチャートである。
【0087】
制御部40は、光造形を実際に行う際の装置動作の制御を開始すると、まず、グループパラメータ(グループ識別番号となる)Mを初期値1に設定する(ステップS51)。
【0088】
その後、M番目グループの最大形状の2次元スライスデータを取り出し、インクリボン巻取部13及び印刷部14を制御して、印刷処理を通じて、インクリボン11上にM番目グループ用のマスクを作成すると共に、そのマスクのインクリボン11上の位置データをグループデータに追加する(ステップS52)。その後、最終番目グループ(識別番号Mmax)のマスクを作成したかを確認し(ステップS53)、作成していなければグループパラメータMを1インクリメントして上述したステップS52に戻る(ステップS54)。
【0089】
全てのグループに係るマスクの作成が終了すると(ステップS53で肯定結果)、制御部40は、層パラメータNを初期値1に設定する(ステップS55)。
【0090】
その後、制御部40は、樹脂塗布部33及び移動テーブル32を制御して、N層目の紫外線硬化樹脂層を形成させると共に、そのN層目の紫外線硬化樹脂層とこの層に対向するインクリボン11との距離を所定距離にする(ステップS56)。
【0091】
次に、制御部40は、N層が属するグループを認識し、さらに、そのグループのマスクのインクリボン11上の位置を認識し、その後、インクリボン供給部12又はインクリボン巻取部13を駆動させて、そのグループのマスクをN層目の紫外線硬化樹脂層に対向する位置に位置させ、また、N層に係る縮小率を認識してズームレンズ27による変倍率をその縮小率に合わせ込む(ステップS57〜S59)。
【0092】
そして、制御部40は、光シャッタ23を1層分の露光に必要な時間だけ開放させ、N層目の紫外線硬化樹脂層に対するマスク及びズームレンズ27を介した露光を実行させる(ステップS60)。
【0093】
その後、制御部40は、最終層(Nmax層)の露光が終了したか否かを確認し(ステップS61)、最終層の露光が終了していなければ層パラメータNを1インクリメントした後(ステップS62)、上述したステップS56の処理に戻り、最終層に対する露光も終了すると、一連の制御動作を終了する。
【0094】
この第3の実施形態でも、利用者は、露光済みの積層されている紫外線硬化樹脂でなる積層体を、所定の溶剤で洗うことを行い、紫外線が照射されていない紫外線硬化樹脂部分を溶出させ、所望の立体構造物を得る。
【0095】
この第3の実施形態の光造形装置によっても、面露光方法を採用し、かつ、マスクとして印刷処理後のインクリボンを適用しているので、第1の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【0096】
これに加えて、同一又は近似の2次元スライスデータに係る層のマスクは1個だけ作成するようにしたので、マスク作成効率が良く、光造形全体の処理時間を第1や第2の実施形態以上に短縮することが期待でき、また、インクリボンの効率的な使用を達成できる。
【0097】
なお、この第3の実施形態の変形として、1回の露光時間の中でも、ズームレンズ27の変倍率を僅かに変更させることを通じて、各層のエッジの曲面をも所望する形状にし得ることが期待できる。この場合には、2次元スライスデータにはエッジ形状データを含めることを要する。
【0098】
(D)他の実施形態
上記各実施形態の説明においても、種々変形の余地を示したが、さらに、以下のような変形例をも挙げることができる。すなわち、被転写層塗布リボンを用いた印刷処理を通じて、被転写層塗布リボン上に、各層への露光時のマスクを形成するという点が最も大きな特徴であり、この点を除けば各種の変形が可能である。
【0099】
上記各実施形態においては、積層材料が紫外線硬化樹脂であるものを示したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、硬化させる波長が紫外線以外のものであっても良く、また、光を受光した部分が軟化除去可能となる樹脂を適用しても良い。更に、光感応する材料であれば、積層材料は樹脂以外(例えばロウ材)であっても良い。
【0100】
また、上記各実施形態においては、印刷ヘッドとして熱転写型のものを適用することを想定しているが、インクリボンからインクを部分的に印刷媒体に転写できるものであれば他の形式のものであっても良い。例えば、加圧式の印刷ヘッドであっても良い。
【0101】
さらに、上記各実施形態においては、露光光の光束断面積が面露光に必要な面積をカバーできるものを示したが、露光光を走査させるようにしても良い。例えば、光源可動型の複写機のように、1次元上の光源をその直交方向に走査させるようにしても良い。
【0102】
さらにまた、上記各実施形態においては、紫外線硬化樹脂に対して上方より露光光を照射するものを示したが、下方や側方から露光光を照射するものであっても良い。
【0103】
また、上記第2及び第3の実施形態におけいる2次元スライスデータの同一又は近似は、露光光の光軸を中心とした形状での同一又は近似を想定しているが、このような位置関係を満足しない同一又は近似を含めるようにしても良い。この場合には、移動テーブル32としてXYZテーブルを適用し、露光対象の紫外線硬化樹脂層のXY平面での位置をも適宜制御するようにすれば良い。
【0104】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光造形装置によれば、透明シートと被転写層とを有するる被転写層塗布リボンを用いた印刷処理によって被転写層塗布インクリボンから部分的に被転写層を除去して、被転写層塗布リボンから部分的に被転写層が除去された部分をマスクとして作成するマスク作成手段と、作成されたマスクを露光位置に搬送制御するマスク搬送制御手段とを有するので、所望する立体構造物を迅速に造形することができ、また、マスク作成構成やマスク搬送構成を簡単、小型のものにし得、その結果、光造形装置全体をも簡単、小型のものにし得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態の概略全体構成を示す図面である。
【図2】第1の実施形態の光造形制御機能部の処理を示すフローチャートである。
【図3】第1の実施形態の被露光物形成位置制御部の変形例を示す図面である。
【図4】第2の実施形態の層データ形成機能部の処理を示すフローチャートなどである。
【図5】第2の実施形態の光造形制御機能部の処理を示すフローチャートである。
【図6】第3の実施形態の概略全体構成を示す図面である。
【図7】第3の実施形態の層データ形成機能部の処理を示すフローチャートなどである。
【図8】第3の実施形態の光造形制御機能部の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1…光造形装置、10…マスク作成搬送部、11…インクリボン、12…インクリボン供給部、13…インクリボン巻取部、14…印刷部、15、16…インクリボン進行方向変換ローラ、20…平行光照射部、21…光源、22…集光レンズ、23…光シャッタ、24…ピンホール、25…コリメータレンズ、26…プリズム、27…ズームレンズ、30、30A…被露光物形成位置制御部、31、31A…構造物取付基板、32…移動テーブル、33…樹脂塗布部、34…基板上下動部、35…液槽、36…紫外線硬化樹脂液、40…制御部、41…層データ形成機能部、42…光造形制御機能部。
Claims (2)
- 光に感応して硬化又は軟化する光感度材料に対してマスクを介して露光光を照射して製作対象物の1層分の形状を形成し、この1層分の形状形成処理を繰り返し行うことで所望する製作対象物を造形する光造形装置において、
透明シートと被転写層とを有する被転写層塗布リボンを用いた印刷処理によって上記被転写層塗布リボンから部分的に被転写層を除去して、上記被転写層塗布リボンから部分的に被転写層が除去された部分を上記マスクとして作成するマスク作成手段と、
作成されたマスクを露光位置に搬送制御するマスク搬送制御手段とを有し、
上記マスク作成手段は、同一のマスクパターンに係る1又は複数層のマスクとして1個のマスクを作成するものであり、
上記マスク搬送制御手段は、その時点での露光対象の光感度材料層に応じ、上記被転写層塗布リボンの搬送を制御してその層のマスクパターンに係るマスクを露光対象の光感度材料層に対向させるものである
ことを特徴とする光造形装置。 - 光に感応して硬化又は軟化する光感度材料に対してマスクを介して露光光を照射して製作対象物の1層分の形状を形成し、この1層分の形状形成処理を繰り返し行うことで所望する製作対象物を造形する光造形装置において、
透明シートと被転写層とを有する被転写層塗布リボンを用いた印刷処理によって上記被転写層塗布リボンから部分的に被転写層を除去して、上記被転写層塗布リボンから部分的に被転写層が除去された部分を上記マスクとして作成するマスク作成手段と、
作成されたマスクを露光位置に搬送制御するマスク搬送制御手段とを有し、
上記マスク作成手段が、同一及び近似のマスクパターンに係る1又は複数層のマスクとして1個のマスクを作成するものであり、
上記マスク搬送制御手段は、その時点での露光対象の光感度材料層に応じ、上記被転写層塗布リボンの搬送を制御してその層のマスクパターンに係るマスクを露光対象の光感度材料層に対向させるものであると共に、
上記マスクでのマスクパターンの大きさと、上記露光対象の光感度材料層に係るマスクパターンの大きさとの比率に応じて、露光光の有効断面積を変化させる露光光断面積可変手段を上記露光対象の光感度材料層とそれに対向する上記マスクとの間に設けた
ことを特徴とする光造形装置。
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