JP4033987B2 - 光学的立体造形方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光硬化性樹脂を用いる光学的立体造形方法および光学的立体造形装置に関する。より詳細には、本発明は光硬化性樹脂液を用いて、平坦な表面を有し、寸法精度に優れる立体造形物を、良好なエネルギー効率および高い光造形速度で製造するための光学的立体造形方法および光学的立体造形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、三次元ＣＡＤに入力されたデータに基づいて光硬化性樹脂を硬化させて立体造形物を製造する光学造形方法および装置が実用化されている。この光造形技術は、設計の途中で外観デザインを検証するためのモデル、部品の機能性をチェックするためのモデル、鋳型を製作するための樹脂型、金型を製作するためのベースモデルなどのような複雑な三次元物体を容易に造形できることから注目を集めている。
【０００３】
一般に採用されている光学的立体造形法および装置としては、
（１） 造形浴に液状の光硬化性樹脂を入れ、液面に所望のパターンが得られるようにコンピューターで制御された紫外線レーザーなどの光を選択的に照射して所定の厚みに光硬化させて硬化樹脂層を形成し、その硬化樹脂層を造形浴内で下方に移動させて造形浴内の光硬化性樹脂液を該硬化樹脂層上に流動させて光硬化性樹脂液の層を形成させ、その光硬化性樹脂液層に光を照射して硬化樹脂層を形成し、前記の工程を所定の形状および寸法の立体造形物が得られるまで繰り返して行うことからなるいわゆる自由液面法およびそのための装置；
（２） テーブル（基板）上に、ブレードやその他の塗工手段を用いて所定厚み（一般に５０〜２００μｍ程度）の１層分の光硬化性樹脂液の層を形成した後、その光硬化性樹脂液層に光を照射して所定のパターンおよび厚みを有する硬化樹脂層となし、次いで該硬化樹脂層を載置したテーブルを下方に移動させて前記硬化樹脂層上に更に１層分の光硬化性樹脂液を塗工し、それを所定のパターンで光硬化させて第２の硬化樹脂層を形成させ、前記の工程を所定の形状および寸法の立体造形物が得られるまで繰り返して行う方法およびそのための装置；
を挙げることができる。
【０００４】
しかしながら、上記（１）の自由液面法および装置による場合は、光硬化性樹脂液の表面張力によって、造形浴内に貯溜された光硬化性樹脂液の液面が盛り上がったり、また前段階で形成された硬化樹脂層上に流動させて積層した光硬化性樹脂液の層の表面が盛り上がって、光硬化させる光硬化性樹脂液の液面が平坦になっていないことが多い。その結果、得られる立体造形物の上部が、例えば、図１の（ａ）および（ｂ）に示すように丸くなっていて、平坦状になっておらず、寸法精度に劣ったものになり易い。この表面張力による寸法精度の低下の問題を回避するためには、表面張力の低い光硬化性樹脂を選択することも考えられるが、使用する光硬化性樹脂の種類が限られることになり、各々の用途や使用目的に合致した特性（力学的特性、物理的特性、化学的特性など）を有する光学的立体造形物が得られないという欠点がある。
しかも、上記（１）の自由液面法においては、造形浴内の光硬化性樹脂液の液面位は樹脂温度によって変化するため、液面位を一定に保ちにくく、液面位の変化は得られる立体造形物の寸法精度の低下をもたらす。造形浴内の光硬化性樹脂液の液面位を一定に保つ方法としては、センサーによって液面を常に検知し、その検知結果に応じて、造形浴内に配置したカウンターボリュームを上下させる方法などが知られているが、装置的に高価であり、コスト面で不利である。
【０００５】
また、上記（２）の光学的立体造形法および装置による場合は、テーブルまたは硬化樹脂層上に塗工した光硬化性樹脂液層の液面が塗工直後に完全に平坦になっておらず波打っていることが多く、得られる立体造形物の寸法精度の低下の一要因となっている。光硬化性樹脂液層の液面の波打ちによる問題の解決策としては、光硬化性樹脂液を塗工した後に数十秒の待ち時間をとり、液面の波打ちが無くなってから光照射を行う方法が一般に採用されているが、数十秒の待機時間を要することから、光造形速度が小さくなり、生産性の低下の要因となる。
【０００６】
さらに、光学的立体造形では、光硬化性樹脂としてアクリレート系光硬化性樹脂が多く用いられているが、アクリレート系光硬化性樹脂は、大気中の酸素により硬化阻害を起こすことがあり、アクリレート系光硬化性樹脂を十分に硬化させるためには照射エネルギーを多くする必要があり、エネルギー効率の低下を招き易い。そのような硬化阻害の問題は、光硬化性樹脂液層を大気中に露出させた状態で光照射を行う上記した（１）および（２）の方法のいずれにおいても生ずる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記した従来技術におけるような欠点のない光学的立体造形方法および光学的立体造形装置を提供することである。
より具体的には、本発明の目的は、造形浴内に貯溜した光硬化性樹脂液の表面張力に伴う光学的立体造形物表面における寸法精度の低下（非平坦状態）の問題がなく、表面張力の低い光硬化性樹脂を特に選択して使用する必要がなくそれぞれの用途や目的に合致した光硬化性樹脂を自由に選択して使用することができ、センサーによって液面位を検知しその検知結果に基づいて造形浴内でカウンターボリュームを上下動させて液面位を一定に保つ高価な装置を用いる必要がなく、テーブルや硬化樹脂層上に塗工した光硬化性樹脂液層の波立ちがなくなるまでの待機時間をとる必要がなく、さらには大気中の酸素によるアクリレート系光硬化性樹脂の硬化阻害の問題を生ずることなく、所定の形状および寸法を有する立体造形物を、高い寸法精度で、且つ速い光造形速度および良好なエネルギー効率で製造することのできる光学的立体造形方法および光学的立体造形装置を提供することである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の目的を達成すべく本発明者は鋭意検討を重ねてきた。その結果、造形浴内に貯溜した液状の光硬化性樹脂に光を照射して硬化樹脂層を形成させる工程を繰り返して行う光学的立体造形物の製造技術において、造形浴内に貯溜した光硬化性樹脂液の液面に光透過性フィルムを配置し、該光透過性フィルムの下面に接している光硬化性樹脂液を押圧して平坦状にし、その状態で光を照射すると、造形浴内の光硬化性樹脂液の液面が表面張力によって丸く盛り上がることが防止され、平坦な状態で光硬化した硬化樹脂層が形成されるため、それに得られる立体造形物は平坦な表面を有し、寸法精度に優れることを見出した。
しかも、本発明者らは、前記した光学的立体造形を行う場合は、光照射時に光硬化性樹脂液の液面が光透過性フィルムで覆われているために、光硬化性樹脂液と酸素の接触が断たれて、酸素による硬化阻害が防止され、光硬化性樹脂液を速やかに光硬化でき、造形速度およびエネルギー効率が向上することを見出した。
【０００９】
さらに、本発明者らは、前記の光学的立体造形を行うに当たって、光透過性フィルムの下面に接している光硬化性樹脂液の押圧に当たっては、光透過性フィルムの上面に光透過性押圧板を配置して該押圧板によって押圧すると、平坦化を一層円滑に実施できることを見出した。また、本発明者らは、光硬化により形成された硬化樹脂層からの光透過性フィルムの剥離を、硬化樹脂層の端部から徐々に行うと、光透過性フィルムを無理なく円滑に剥離させ得ることを見出した。
【００１０】
また、本発明者らは、前記した光学的立体造形に当たって、光透過性フィルムとして、長尺の連続フィルムを用い、該フィルムを横方向に間隔をあけて配置した供給ローラと引取ローラを用いて光照射域への移送および光照射域からの引き取りを行い、該供給ローラと引取ローラとの間の領域で光を照射して造形を行うと、寸法精度に優れる立体造形物を簡単に且つ生産性よく製造できることを見出し、それらの種々の知見に基づいて本発明を完成した。
【００１１】
すなわち、本発明は、
（１）（ｉ）造形浴内に貯溜してある光硬化性樹脂液の液面に光透過性フィルムの下面を接触させて配置する工程；
（ii）光透過性フィルムの下面に接触している光硬化性樹脂液の液面を押圧して平坦化する工程；
（iii）光硬化性樹脂液の液面を平坦に保った状態で、光透過性フィルムの上方から光を照射して、光硬化性樹脂液を予め設計された所定のパターンおよび厚さで光硬化させて、光透過性フィルムの下面に硬化樹脂層を形成する工程；
（iv）光透過性フィルムを前記硬化樹脂層から剥離する工程；および、
（ｖ）前記硬化樹脂層を造形浴内で下方に移動させて該硬化樹脂層の上に造形浴内の光硬化性樹脂液を流動させて、光硬化性樹脂液の所定厚の液層を形成させる工程；
を有し、以後、所定の形状および寸法を有する立体造形物が形成されるまで、前記の工程（ｉ）〜（ｖ）を繰り返して積層・造形を行って立体造形物を製造する光学的立体造形方法であって、
（ａ）光透過性フィルムが連続した長尺の光透過性フィルムであり、光透過性フィルムの下面を造形浴内の光硬化性樹脂液の液面に接触配置する前記工程（ｉ）を、横方向に間隔をあけて配置した供給ローラと引取ローラを用いて行い；
（ｂ）光透過性フィルムの下面に接触している光硬化性樹脂液の液面を平坦化する前記工程（ ii ）を、光透過性フィルムの上面に光透過性押圧板を配置して該光透過性押圧板によって光透過性フィルムおよび光硬化性樹脂液の液面を押圧することにより行い；
（ｃ）光硬化性樹脂液の液面を平坦化する前記工程（ ii ）および光を照射する前記工程（ iii ）を光透過性フィルムの移送を停止させた静止状態で行い；
（ｄ）硬化樹脂層を形成する前記工程（ iii ）の後に、光透過性フィルムの上面に配置していた光透過性押圧板を光透過性フィルムの上面から離して剥離作業の邪魔にならない位置まで退避させ；
（ｅ）光透過性押圧板を光透過性フィルムの上面から離して退避させた後に、引取ローラを供給ローラ側に移動させながら光透過性フィルムを引取ローラで引き取ることによって硬化樹脂層から光透過性フィルムを剥離する；
ことを特徴とする光学的立体造形方法である。
【００１２】
さらに、本発明は、
（２） 光硬化性樹脂液を貯溜するための造形浴（Ａ）；
造形浴の液面に連続した長尺の光透過性フィルムを配置する配置手段（Ｂ）；
光透過性フィルムの下面に接触した光硬化性樹脂液の液面の平坦化手段（Ｃ）;
光透過性フィルムの上方に配置した光照射手段（Ｄ）；
硬化樹脂層からの光透過性フィルムの剥離手段（Ｅ）；
造形浴で形成された硬化樹脂層を載置し且つ上下動させる手段（Ｆ）；および、
前記の手段（Ｂ）〜（Ｆ）を順次作動させるための制御手段；
を有する光学的立体造形装置であって、
・前記平坦化手段（Ｃ）が、連続した長尺の光透過性フィルムの上部に配置した光透過性押圧板であり：
・前記光透過性フィルムの配置手段（Ｂ）が、連続した長尺の光透過性フィルムの間隔可変に設計した供給ローラと引取ローラであって、光透過性押圧板による光透過性フィルムの上面からの押圧時に供給ローラと引取ローラの間隔を広げるための手段、供給ローラと引取ローラとの間にある光透過性フィルムの上面に光透過性押圧板を配置して押圧する手段、光透過性押圧板による押圧時および光照射時に光透過性フィルムを静止状態に保つための手段、硬化樹脂層からの光透過性フィルムの剥離時に引取ローラを供給ローラ側に移動させながら光透過性フィルムを引き取る手段を有し；且つ、
・硬化樹脂層の形成後に、光透過性フィルムの上面に配置してあった光透過性押圧板を、光透過性フィルムの剥離作業の邪魔にならない位置まで光透過性フィルムの上面から離して退避させるための手段を有する；
ことを特徴とする光学的立体造形装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明について詳細に説明する。
本発明の光学的立体造形方法および装置では、光造形内に貯溜した光硬化性樹脂液を用いる。光硬化性樹脂液としては、光学的立体造形に用い得る液状の光硬化性樹脂や光硬化性樹脂組成物のいずれもが使用でき、光硬化性樹脂液の種類は特に制限されない。
造形浴内には、上下動可能なテーブル（基板）を配置してあり、該テーブルが光硬化により所定のパターンに形成された硬化樹脂層（造形途中の成形品、最終的に得られる立体造形物）を載置し且つ下方から支持しつつ光造形が行われる。
【００１４】
まず、光透過性フィルムをその下面が造形浴内に貯溜した光硬化性樹脂液の液面に接触するようにして光硬化性樹脂液の液面に配置する[工程（ｉ）]。
光透過性フィルムを光硬化性樹脂液の液面に配置するに当たっては、光透過性フィルムの両端または全周を保持手段で保持して、光透過性フィルムの下面に接触している光硬化性樹脂液の液面に押圧力が付与されるようにする。
本発明では、光透過性フィルムとして連続した長尺フィルムを使用し、光透過性フィルムの下面を水平に保ち得るようにした、横方向に間隔をあけて配置した供給ローラと引取ローラを用いて光透過性フィルムを光照射域に移送、配置し、光照射後に光照射域から引き取る方式を光硬化性樹脂液の液面への光透過性フィルムの配置方式として採用する。この方式は、光照射域への光透過性フィルムの供給、光照射域からの光透過性フィルムの搬出を連続的に且つ容易にでき、光造形速度を高めることができる。
【００１５】
また、光透過性フィルムとしては、光透過性で且つ硬化樹脂層からの剥離が容易なフィルムであればいずれも使用でき、例えば、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、ポリスチレンフィルム、ポリビニルアルコールフィルム、ポリエステルフィルム、ポリカーボネートフィルム、トリアセテートなどのアセテートフィルムなどの透明なプラスチックフィルムを挙げることができ、そのうちでもポリエチレンフィルム、トリアセテートなどのアセテートフィルムなどが硬化樹脂層からの剥離の容易性、耐久性、コストなどの点から好ましく用いられる。
光透過性フィルムの寸法は、製造する立体造形物の平面寸法、造形浴の大きさなどに応じて決めることができ特に制限されないが、その寸法（長尺フィルムにおけるフィルム幅）は、光造形により形成される硬化樹脂層の全体を平面的に覆うことのできる寸法であることが必要である。
また、光透過性フィルムの厚さは特に制限されず、光造形時や硬化樹脂層からの剥離時に破損しない強度を有するものであればよい。
【００１６】
次いで、光透過性フィルムの下面に接触している光硬化性樹脂液の液面を押圧して平坦化する［工程（ii）］。
本発明では、光硬化性樹脂液の液面の押圧・平坦化方法として、光透過性フィルムの上面上に光透過性押圧板を配置して該光透過性押圧板によって光透過性フィルムおよび光硬化性樹脂液の液面を押圧して平坦化する方法を採用する。この方法は、光透過性フィルムおよびその下面に接している光硬化性樹脂液の液面の押圧および平坦化を簡単に且つ確実に実施できる。
光透過性押圧板としては、光透過性で且つ光透過性フィルムおよびその下面に接触した光硬化性樹脂液の液面に対して均等な押圧力を付与できる板状体であればいずれでもよく、例えば、ガラス板、アクリル樹脂板、ポリカーボネート樹脂板、ポリスチレン板、ポリ塩化ビニル板、ポリビニルアルコール板、ポリエステル樹脂板などを挙げることができる。
【００１７】
この押圧・平坦化の工程（ii）において、押圧力が強すぎると、光透過性フィルムが光硬化性樹脂液中に浸漬され、光硬化性樹脂液が光透過性フィルムの上面の方まで進入し、硬化樹脂層を寸法精度よく形成させにくくなり、且つ硬化樹脂層が光透過性フィルムの上面にも形成されて硬化樹脂層から光透過性フィルムを剥離しにくくなる。そのため、光透過性フィルムの下面のみが光硬化性樹脂液の液面に接しながら液面の平坦化が行われるように押圧力を調節することが必要である。
【００１８】
光透過性フィルムとして連続した長尺フィルムを用い、光硬化性樹脂液の液面への光透過性フィルムの接触配置を横方向に間隔をあけて配置した供給ローラと引取ローラを用いて光硬化性樹脂液の液面の平坦化を行うに当たっては、光透過性フィルムの移送を停止して静止状態で、該供給ローラと引取ローラの間にある光透過性フィルム部分において光硬化性樹脂液の液面の押圧・平坦化を行うことが液面を良好に平坦化する上で必要である。
この際に、長尺フィルムの両サイド（幅方向の両端）を適当な手段で上方に曲げ（持ち上げ）、フィルムと液面との間に空気が混入しないようにしながら供給ローラと引取ローラによってフィルムの下面を光硬化性樹脂液の液面と接触させ、その後所定位置に、フィルム全幅よりもやや幅の狭い光透過性押圧板をフィルム上に載置して光硬化性樹脂液の液面の押圧・平坦化を行うようにすると、光硬化性樹脂液の液面の押圧・平坦化を円滑に行うことができる。
【００１９】
次に、光透過性フィルムの下面に接する光硬化性樹脂液の液面を平坦に保った状態で且つ光透過性フィルムの静止状態で、光透過性フィルムの上方から光を照射して、光硬化性樹脂液を予め設計された所定の形状（パターン）および厚さで光硬化させて、光透過性フィルムの下面に硬化樹脂層を形成する[工程（iii)]。
その際の光照射のしかたは特に制限されず、例えばスポット状の光線を光硬化性樹脂液面に照射して描画方式で硬化樹脂層を形成しても、線状になした光線を照射して硬化樹脂層を形成しても、またはマスクなどを使用して光線を面状で照射して硬化樹脂層を形成してもよい。
また、照射する光の種類も特に制限されず、光学的立体造形で使用されている光のいずれも使用でき、例えば、Ａｒレーザー、Ｈｅ−Ｃｄレーザー、ＬＤレーザー（半導体励起固体レーザー）、キセノンランプ、メタルハライドランプ、水銀灯、蛍光灯などから発生される活性エネルギー光線のいずれも使用でき、そのうちでもレーザー光線が造形速度、高集光性による高造形精度などの点から好ましく採用される。
照射する光の強さ、光硬化性樹脂液の液面と光源の距離なども、各々の状況に応じて適宜設定することができる。
光透過性フィルムとして連続した長尺フィルムを用い、光硬化性樹脂液の液面への光透過性フィルムの接触配置を横方向に前記した供給ローラと引取ローラを用いて行うに当たっては、光透過性フィルムの移送を停止させた静止状態で、該供給ローラと引取ローラの間にある光透過性フィルム部分において、光照射を行って、所定のパターンおよび厚みを有する硬化樹脂層を形成させる。
【００２０】
そして、上記で形成された硬化樹脂層から光透過性フィルムを剥離する［工程（iv）］。
上記の工程（ii）（光硬化性樹脂液の液面の押圧・平坦化工程）を、光透過性フィルムの上面に光透過性押圧板を配置して行っている本発明では、光透過性押圧板を光透過性フィルムの上面から離して剥離作業の邪魔にならない位置まで退避させてから、この剥離工程を行う。
光透過性フィルムの剥離方法としては、硬化樹脂層表面から光透過性フィルムを円滑に剥離する方法であればいずれも採用できるが、硬化樹脂層の表面から光透過性フィルムを一度に剥離するよりは、光硬化性樹脂の一端から光透過性フィルムを徐々に剥離するのが、硬化樹脂層の損傷、光透過性フィルムへの硬化樹脂層の付着などを生じずに、無理なく円滑に光透過性フィルムを剥離できるので好ましい。
【００２１】
硬化樹脂層からの光透過性フィルムの剥離を容易にするために、光透過性フィルムの下面に離型剤を塗布しておくことも考えられるが、離型剤を塗布しておくと硬化樹脂層からの光透過性フィルムの剥離は容易になるが、一方でその離型剤が硬化樹脂層面に残留しその硬化樹脂層上に更に次の硬化樹脂層を積層した時に両硬化樹脂層の接着が弱くなり、得られる光学的立体造形物で層間剥離を生じ易くなり造形物の強度が低下することがあるので、注意を要する。
【００２２】
光透過性フィルムとして連続した長尺フィルムを使用し、光硬化性樹脂液の液面への光透過性フィルムの配置を横方向に間隔をあけて配置した供給ローラと引取ローラを用いて行い、引取ローラを供給ローラ側に移動させながら（寄せながら）同時に光透過性フィルムを引取ローラで引き取るようにして光透過性フィルムの剥離を行う本発明による場合は、硬化樹脂層の一端から光透過性フィルムを無理なく徐々に剥離させることができる。
【００２３】
そして、上記した一連の工程（ｉ）〜（iv）によって、造形浴の液面位置に１つの硬化樹脂層を形成した後、該硬化樹脂層を載置・支持しているテーブルを造形浴内で次の１層分に相当する距離で下方に移動させ、該硬化樹脂層の上に造形浴内の光硬化性樹脂液を流動させて、光硬化性樹脂液の所定厚の液層（１層分の液層）を形成させる［工程（ｖ）］。なお、この工程（ｖ）は、光硬化性樹脂液の液面への光透過性フィルムの配置時［工程（ｉ）］に、工程（iii）で形成された硬化樹脂層が、光透過性フィルムと接触しない位置にある限りは、光硬化性樹脂液の液面に光透過性フィルムを配置する上記の工程（ｉ）の前に行っても、または後に行ってもよい。
【００２４】
そして、工程（ｖ）で硬化樹脂層の上に形成された前記の光硬化性樹脂液の液層に対して、上記した（ｉ）〜（ｖ）の一連の工程を繰り返して行い、所定の形状および寸法を有する立体造形物が形成されるまで更に工程（ｉ）〜（ｖ）を繰り返して積層・造形を行うことによって、平坦な表面を有し、寸法精度に優れる立体造形物を、良好なエネルギー効率および高い光造形速度で円滑に製造することができる。
本発明において、上記した一連の工程（ｉ）〜（ｖ）を自動制御方式によって行うようにすると、寸法精度に優れる光学的立体造形を、より高い光造形速度で製造することができる。
【００２５】
【実施例】
以下に図２および図３を参照して本発明について具体的に説明する。しかしながら、本発明は図２および図３のものに何ら限定されるものではない。
図２の（ａ）に示すように、造形浴１内に光硬化性樹脂液２を貯溜する。造形浴１内には造形物（硬化樹脂層）Ｌ1を載置するための上下動可能なテーブル３を配置する。連続した長尺の光透過性フィルム４（ポリエチレンやその他の光透過性プラスチック製）を、水平方向での間隔が調節可能な１対の供給ローラ５ａ，５ｂおよび引取ローラ６ａ，６ｂを使用して、光硬化性樹脂液２の液面２’に接触・配置させる。また必要に応じて、光硬化性樹脂液２の液面２’を一定に保つための手段７（例えば回転ローラなど）を設けておいてもよい。
【００２６】
次に、図２の（ｂ）に示すように、供給ローラ５ａ，５ｂと引取ローラ６ａ，６ｂの間隔を図示していない間隔可変手段によって広げて、造形浴１内にある造形物（硬化樹脂層）Ｌ1の全体が光透過性フィルム４によって少なくとも覆われるようにする。
その際に、図３（光透過性フィルム４の幅方向から見た断面図）に示すように、光透過性フィルム４の両サイド４ａ，４ｂを、フィルム矯正ローラー１０ａ，１０ｂなどのような適当な手段で上方に曲げ（持ち上げ）、光透過性フィルム４と液面２’との間に空気が混入しないようにしながら供給ローラ５ｂと引取ローラ６ｂによって光透過性フィルム４の下面を光硬化性樹脂液２の液面２’と接触させ、その後に供給ローラ５ａ，５ｂおよび引取ローラ６ａ，６ｂを静止した状態で、図２の（ｃ）に示すように、所定位置に、光透過性フィルム４の幅よりもやや狭めの幅を有する光透過性押圧板８（ガラス板やその他の光透過性の板状体）を配置し、光透過性押圧板８によって光透過性フィルム４および光硬化性樹脂液２の液面２’を適度に押圧することによって、液面２’の平坦化を行うと共に液面２’を大気中の酸素から遮断する。光透過性押圧板８の光透過性フィルム４の上面への配置や光透過性フィルム４の上面からの退避は図示していない手段により自動的に行う。
【００２７】
次いで、図２の（ｄ）に示すように、光硬化性樹脂液２の液面２’を平坦に保った状態で、光透過性フィルム２の上方に設置した光源９から光（例えばレーザー光など）を照射して、図２の（ｅ）に示すように、光硬化性樹脂液２を予め設計された所定のパターンおよび厚さで光硬化させて、光透過性フィルム４の下面に硬化樹脂層Ｌ2を形成する。
その後、図２の（ｆ）に示すように光透過性押圧板８を退避させた後、図２の（ｇ）に示すように引取ローラ６ａ，６ｂを徐々に供給ローラ５ａ，５ｂ側に移動させながら光透過性フィルム４を引取ローラ６ａ，６ｂで引き取ることによって、光透過性フィルム４を硬化樹脂層Ｌ２の一端から徐々に剥離させる。
【００２８】
次いで、図２の（ｈ）に示す状態になるので、造形物（硬化樹脂積層物）Ｌ2／Ｌ1を載置したテーブル３を、図２の（ｉ）に示すように次の硬化樹脂層の厚み分で下方に下げ、前記した一連の工程を繰り返すことによって、目的とする形状および寸法を有する立体造形物を製造する。これにより、寸法精度に優れる立体造形物を高い光造形速度で且つ良好な光エネルギー効率で製造することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の光学的立体造形方法および光学的立体造形装置による場合は、
（１） 造形浴内に貯溜した光硬化性樹脂液の表面張力に伴う光学的立体造形物表面における寸法精度の低下（非平坦状態）の問題が解消されて平坦な表面を有する寸法精度に優れる立体造形物を製造することができ；
（２） 表面張力の低い光硬化性樹脂を特に選択して使用する必要がなくなって各用途や目的に合致した光硬化性樹脂を自由に選択して光学的立体造形を行うことができ；
（３） センサーによって液面位を検知しその検知結果に基づいて造形浴内でカウンターボリュームを上下動させて液面位を一定に保つ、高価な装置が不要になり、
（４） 光硬化性組成物の塗工工程が不要になり、それに伴って塗工に伴う光硬化性樹脂液層の波立ちの問題がなく、泡立ちを消失させるための待機時間が不要となり；しかも、
（５）光硬化性樹脂液の液面を光透過性フィルムで覆った状態で光照射を行うために、大気中の酸素によるアクリレート系光硬化性樹脂の硬化阻害の問題がなくなる。
そのため、本発明による場合は、平坦な表面を有し、寸法精度に優れる光学的立体造形物を、速い光造形速度、および良好なエネルギー効率で円滑に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の自由液面法により得られる光学的立体造形物の表面形状の概略を示す図である。
【図２】 本発明の光学的立体造形方法および装置の一例を示す概略図である。
【図３】 光透過性フィルムおよび光透過性押圧板を用いて光硬化性樹脂液の液面の押圧・平坦化を行う際の一例を示す図である。
【符号の説明】
Ｌ1 硬化樹脂層
Ｌ2 硬化樹脂層
１ 造形浴
２ 光硬化性樹脂液
２’ 光硬化性樹脂液の液面
３ テーブル
４ 光透過性フィルム
４ａ 光透過性フィルムの一方のサイド
４ｂ 光透過性フィルムのもう一方のサイド
５ａ 供給ローラ
５ｂ 供給ローラ
６ａ 引取ローラ
６ｂ 引取ローラ
７ 液面保持手段
８ 光透過性押圧板
９ 光源
１０ａ 光透過性フィルム矯正ローラー
１０ｂ 光透過性フィルム矯正ローラー
【発明の属する技術分野】
本発明は光硬化性樹脂を用いる光学的立体造形方法および光学的立体造形装置に関する。より詳細には、本発明は光硬化性樹脂液を用いて、平坦な表面を有し、寸法精度に優れる立体造形物を、良好なエネルギー効率および高い光造形速度で製造するための光学的立体造形方法および光学的立体造形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、三次元ＣＡＤに入力されたデータに基づいて光硬化性樹脂を硬化させて立体造形物を製造する光学造形方法および装置が実用化されている。この光造形技術は、設計の途中で外観デザインを検証するためのモデル、部品の機能性をチェックするためのモデル、鋳型を製作するための樹脂型、金型を製作するためのベースモデルなどのような複雑な三次元物体を容易に造形できることから注目を集めている。
【０００３】
一般に採用されている光学的立体造形法および装置としては、
（１） 造形浴に液状の光硬化性樹脂を入れ、液面に所望のパターンが得られるようにコンピューターで制御された紫外線レーザーなどの光を選択的に照射して所定の厚みに光硬化させて硬化樹脂層を形成し、その硬化樹脂層を造形浴内で下方に移動させて造形浴内の光硬化性樹脂液を該硬化樹脂層上に流動させて光硬化性樹脂液の層を形成させ、その光硬化性樹脂液層に光を照射して硬化樹脂層を形成し、前記の工程を所定の形状および寸法の立体造形物が得られるまで繰り返して行うことからなるいわゆる自由液面法およびそのための装置；
（２） テーブル（基板）上に、ブレードやその他の塗工手段を用いて所定厚み（一般に５０〜２００μｍ程度）の１層分の光硬化性樹脂液の層を形成した後、その光硬化性樹脂液層に光を照射して所定のパターンおよび厚みを有する硬化樹脂層となし、次いで該硬化樹脂層を載置したテーブルを下方に移動させて前記硬化樹脂層上に更に１層分の光硬化性樹脂液を塗工し、それを所定のパターンで光硬化させて第２の硬化樹脂層を形成させ、前記の工程を所定の形状および寸法の立体造形物が得られるまで繰り返して行う方法およびそのための装置；
を挙げることができる。
【０００４】
しかしながら、上記（１）の自由液面法および装置による場合は、光硬化性樹脂液の表面張力によって、造形浴内に貯溜された光硬化性樹脂液の液面が盛り上がったり、また前段階で形成された硬化樹脂層上に流動させて積層した光硬化性樹脂液の層の表面が盛り上がって、光硬化させる光硬化性樹脂液の液面が平坦になっていないことが多い。その結果、得られる立体造形物の上部が、例えば、図１の（ａ）および（ｂ）に示すように丸くなっていて、平坦状になっておらず、寸法精度に劣ったものになり易い。この表面張力による寸法精度の低下の問題を回避するためには、表面張力の低い光硬化性樹脂を選択することも考えられるが、使用する光硬化性樹脂の種類が限られることになり、各々の用途や使用目的に合致した特性（力学的特性、物理的特性、化学的特性など）を有する光学的立体造形物が得られないという欠点がある。
しかも、上記（１）の自由液面法においては、造形浴内の光硬化性樹脂液の液面位は樹脂温度によって変化するため、液面位を一定に保ちにくく、液面位の変化は得られる立体造形物の寸法精度の低下をもたらす。造形浴内の光硬化性樹脂液の液面位を一定に保つ方法としては、センサーによって液面を常に検知し、その検知結果に応じて、造形浴内に配置したカウンターボリュームを上下させる方法などが知られているが、装置的に高価であり、コスト面で不利である。
【０００５】
また、上記（２）の光学的立体造形法および装置による場合は、テーブルまたは硬化樹脂層上に塗工した光硬化性樹脂液層の液面が塗工直後に完全に平坦になっておらず波打っていることが多く、得られる立体造形物の寸法精度の低下の一要因となっている。光硬化性樹脂液層の液面の波打ちによる問題の解決策としては、光硬化性樹脂液を塗工した後に数十秒の待ち時間をとり、液面の波打ちが無くなってから光照射を行う方法が一般に採用されているが、数十秒の待機時間を要することから、光造形速度が小さくなり、生産性の低下の要因となる。
【０００６】
さらに、光学的立体造形では、光硬化性樹脂としてアクリレート系光硬化性樹脂が多く用いられているが、アクリレート系光硬化性樹脂は、大気中の酸素により硬化阻害を起こすことがあり、アクリレート系光硬化性樹脂を十分に硬化させるためには照射エネルギーを多くする必要があり、エネルギー効率の低下を招き易い。そのような硬化阻害の問題は、光硬化性樹脂液層を大気中に露出させた状態で光照射を行う上記した（１）および（２）の方法のいずれにおいても生ずる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記した従来技術におけるような欠点のない光学的立体造形方法および光学的立体造形装置を提供することである。
より具体的には、本発明の目的は、造形浴内に貯溜した光硬化性樹脂液の表面張力に伴う光学的立体造形物表面における寸法精度の低下（非平坦状態）の問題がなく、表面張力の低い光硬化性樹脂を特に選択して使用する必要がなくそれぞれの用途や目的に合致した光硬化性樹脂を自由に選択して使用することができ、センサーによって液面位を検知しその検知結果に基づいて造形浴内でカウンターボリュームを上下動させて液面位を一定に保つ高価な装置を用いる必要がなく、テーブルや硬化樹脂層上に塗工した光硬化性樹脂液層の波立ちがなくなるまでの待機時間をとる必要がなく、さらには大気中の酸素によるアクリレート系光硬化性樹脂の硬化阻害の問題を生ずることなく、所定の形状および寸法を有する立体造形物を、高い寸法精度で、且つ速い光造形速度および良好なエネルギー効率で製造することのできる光学的立体造形方法および光学的立体造形装置を提供することである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の目的を達成すべく本発明者は鋭意検討を重ねてきた。その結果、造形浴内に貯溜した液状の光硬化性樹脂に光を照射して硬化樹脂層を形成させる工程を繰り返して行う光学的立体造形物の製造技術において、造形浴内に貯溜した光硬化性樹脂液の液面に光透過性フィルムを配置し、該光透過性フィルムの下面に接している光硬化性樹脂液を押圧して平坦状にし、その状態で光を照射すると、造形浴内の光硬化性樹脂液の液面が表面張力によって丸く盛り上がることが防止され、平坦な状態で光硬化した硬化樹脂層が形成されるため、それに得られる立体造形物は平坦な表面を有し、寸法精度に優れることを見出した。
しかも、本発明者らは、前記した光学的立体造形を行う場合は、光照射時に光硬化性樹脂液の液面が光透過性フィルムで覆われているために、光硬化性樹脂液と酸素の接触が断たれて、酸素による硬化阻害が防止され、光硬化性樹脂液を速やかに光硬化でき、造形速度およびエネルギー効率が向上することを見出した。
【０００９】
さらに、本発明者らは、前記の光学的立体造形を行うに当たって、光透過性フィルムの下面に接している光硬化性樹脂液の押圧に当たっては、光透過性フィルムの上面に光透過性押圧板を配置して該押圧板によって押圧すると、平坦化を一層円滑に実施できることを見出した。また、本発明者らは、光硬化により形成された硬化樹脂層からの光透過性フィルムの剥離を、硬化樹脂層の端部から徐々に行うと、光透過性フィルムを無理なく円滑に剥離させ得ることを見出した。
【００１０】
また、本発明者らは、前記した光学的立体造形に当たって、光透過性フィルムとして、長尺の連続フィルムを用い、該フィルムを横方向に間隔をあけて配置した供給ローラと引取ローラを用いて光照射域への移送および光照射域からの引き取りを行い、該供給ローラと引取ローラとの間の領域で光を照射して造形を行うと、寸法精度に優れる立体造形物を簡単に且つ生産性よく製造できることを見出し、それらの種々の知見に基づいて本発明を完成した。
【００１１】
すなわち、本発明は、
（１）（ｉ）造形浴内に貯溜してある光硬化性樹脂液の液面に光透過性フィルムの下面を接触させて配置する工程；
（ii）光透過性フィルムの下面に接触している光硬化性樹脂液の液面を押圧して平坦化する工程；
（iii）光硬化性樹脂液の液面を平坦に保った状態で、光透過性フィルムの上方から光を照射して、光硬化性樹脂液を予め設計された所定のパターンおよび厚さで光硬化させて、光透過性フィルムの下面に硬化樹脂層を形成する工程；
（iv）光透過性フィルムを前記硬化樹脂層から剥離する工程；および、
（ｖ）前記硬化樹脂層を造形浴内で下方に移動させて該硬化樹脂層の上に造形浴内の光硬化性樹脂液を流動させて、光硬化性樹脂液の所定厚の液層を形成させる工程；
を有し、以後、所定の形状および寸法を有する立体造形物が形成されるまで、前記の工程（ｉ）〜（ｖ）を繰り返して積層・造形を行って立体造形物を製造する光学的立体造形方法であって、
（ａ）光透過性フィルムが連続した長尺の光透過性フィルムであり、光透過性フィルムの下面を造形浴内の光硬化性樹脂液の液面に接触配置する前記工程（ｉ）を、横方向に間隔をあけて配置した供給ローラと引取ローラを用いて行い；
（ｂ）光透過性フィルムの下面に接触している光硬化性樹脂液の液面を平坦化する前記工程（ ii ）を、光透過性フィルムの上面に光透過性押圧板を配置して該光透過性押圧板によって光透過性フィルムおよび光硬化性樹脂液の液面を押圧することにより行い；
（ｃ）光硬化性樹脂液の液面を平坦化する前記工程（ ii ）および光を照射する前記工程（ iii ）を光透過性フィルムの移送を停止させた静止状態で行い；
（ｄ）硬化樹脂層を形成する前記工程（ iii ）の後に、光透過性フィルムの上面に配置していた光透過性押圧板を光透過性フィルムの上面から離して剥離作業の邪魔にならない位置まで退避させ；
（ｅ）光透過性押圧板を光透過性フィルムの上面から離して退避させた後に、引取ローラを供給ローラ側に移動させながら光透過性フィルムを引取ローラで引き取ることによって硬化樹脂層から光透過性フィルムを剥離する；
ことを特徴とする光学的立体造形方法である。
【００１２】
さらに、本発明は、
（２） 光硬化性樹脂液を貯溜するための造形浴（Ａ）；
造形浴の液面に連続した長尺の光透過性フィルムを配置する配置手段（Ｂ）；
光透過性フィルムの下面に接触した光硬化性樹脂液の液面の平坦化手段（Ｃ）;
光透過性フィルムの上方に配置した光照射手段（Ｄ）；
硬化樹脂層からの光透過性フィルムの剥離手段（Ｅ）；
造形浴で形成された硬化樹脂層を載置し且つ上下動させる手段（Ｆ）；および、
前記の手段（Ｂ）〜（Ｆ）を順次作動させるための制御手段；
を有する光学的立体造形装置であって、
・前記平坦化手段（Ｃ）が、連続した長尺の光透過性フィルムの上部に配置した光透過性押圧板であり：
・前記光透過性フィルムの配置手段（Ｂ）が、連続した長尺の光透過性フィルムの間隔可変に設計した供給ローラと引取ローラであって、光透過性押圧板による光透過性フィルムの上面からの押圧時に供給ローラと引取ローラの間隔を広げるための手段、供給ローラと引取ローラとの間にある光透過性フィルムの上面に光透過性押圧板を配置して押圧する手段、光透過性押圧板による押圧時および光照射時に光透過性フィルムを静止状態に保つための手段、硬化樹脂層からの光透過性フィルムの剥離時に引取ローラを供給ローラ側に移動させながら光透過性フィルムを引き取る手段を有し；且つ、
・硬化樹脂層の形成後に、光透過性フィルムの上面に配置してあった光透過性押圧板を、光透過性フィルムの剥離作業の邪魔にならない位置まで光透過性フィルムの上面から離して退避させるための手段を有する；
ことを特徴とする光学的立体造形装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明について詳細に説明する。
本発明の光学的立体造形方法および装置では、光造形内に貯溜した光硬化性樹脂液を用いる。光硬化性樹脂液としては、光学的立体造形に用い得る液状の光硬化性樹脂や光硬化性樹脂組成物のいずれもが使用でき、光硬化性樹脂液の種類は特に制限されない。
造形浴内には、上下動可能なテーブル（基板）を配置してあり、該テーブルが光硬化により所定のパターンに形成された硬化樹脂層（造形途中の成形品、最終的に得られる立体造形物）を載置し且つ下方から支持しつつ光造形が行われる。
【００１４】
まず、光透過性フィルムをその下面が造形浴内に貯溜した光硬化性樹脂液の液面に接触するようにして光硬化性樹脂液の液面に配置する[工程（ｉ）]。
光透過性フィルムを光硬化性樹脂液の液面に配置するに当たっては、光透過性フィルムの両端または全周を保持手段で保持して、光透過性フィルムの下面に接触している光硬化性樹脂液の液面に押圧力が付与されるようにする。
本発明では、光透過性フィルムとして連続した長尺フィルムを使用し、光透過性フィルムの下面を水平に保ち得るようにした、横方向に間隔をあけて配置した供給ローラと引取ローラを用いて光透過性フィルムを光照射域に移送、配置し、光照射後に光照射域から引き取る方式を光硬化性樹脂液の液面への光透過性フィルムの配置方式として採用する。この方式は、光照射域への光透過性フィルムの供給、光照射域からの光透過性フィルムの搬出を連続的に且つ容易にでき、光造形速度を高めることができる。
【００１５】
また、光透過性フィルムとしては、光透過性で且つ硬化樹脂層からの剥離が容易なフィルムであればいずれも使用でき、例えば、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、ポリスチレンフィルム、ポリビニルアルコールフィルム、ポリエステルフィルム、ポリカーボネートフィルム、トリアセテートなどのアセテートフィルムなどの透明なプラスチックフィルムを挙げることができ、そのうちでもポリエチレンフィルム、トリアセテートなどのアセテートフィルムなどが硬化樹脂層からの剥離の容易性、耐久性、コストなどの点から好ましく用いられる。
光透過性フィルムの寸法は、製造する立体造形物の平面寸法、造形浴の大きさなどに応じて決めることができ特に制限されないが、その寸法（長尺フィルムにおけるフィルム幅）は、光造形により形成される硬化樹脂層の全体を平面的に覆うことのできる寸法であることが必要である。
また、光透過性フィルムの厚さは特に制限されず、光造形時や硬化樹脂層からの剥離時に破損しない強度を有するものであればよい。
【００１６】
次いで、光透過性フィルムの下面に接触している光硬化性樹脂液の液面を押圧して平坦化する［工程（ii）］。
本発明では、光硬化性樹脂液の液面の押圧・平坦化方法として、光透過性フィルムの上面上に光透過性押圧板を配置して該光透過性押圧板によって光透過性フィルムおよび光硬化性樹脂液の液面を押圧して平坦化する方法を採用する。この方法は、光透過性フィルムおよびその下面に接している光硬化性樹脂液の液面の押圧および平坦化を簡単に且つ確実に実施できる。
光透過性押圧板としては、光透過性で且つ光透過性フィルムおよびその下面に接触した光硬化性樹脂液の液面に対して均等な押圧力を付与できる板状体であればいずれでもよく、例えば、ガラス板、アクリル樹脂板、ポリカーボネート樹脂板、ポリスチレン板、ポリ塩化ビニル板、ポリビニルアルコール板、ポリエステル樹脂板などを挙げることができる。
【００１７】
この押圧・平坦化の工程（ii）において、押圧力が強すぎると、光透過性フィルムが光硬化性樹脂液中に浸漬され、光硬化性樹脂液が光透過性フィルムの上面の方まで進入し、硬化樹脂層を寸法精度よく形成させにくくなり、且つ硬化樹脂層が光透過性フィルムの上面にも形成されて硬化樹脂層から光透過性フィルムを剥離しにくくなる。そのため、光透過性フィルムの下面のみが光硬化性樹脂液の液面に接しながら液面の平坦化が行われるように押圧力を調節することが必要である。
【００１８】
光透過性フィルムとして連続した長尺フィルムを用い、光硬化性樹脂液の液面への光透過性フィルムの接触配置を横方向に間隔をあけて配置した供給ローラと引取ローラを用いて光硬化性樹脂液の液面の平坦化を行うに当たっては、光透過性フィルムの移送を停止して静止状態で、該供給ローラと引取ローラの間にある光透過性フィルム部分において光硬化性樹脂液の液面の押圧・平坦化を行うことが液面を良好に平坦化する上で必要である。
この際に、長尺フィルムの両サイド（幅方向の両端）を適当な手段で上方に曲げ（持ち上げ）、フィルムと液面との間に空気が混入しないようにしながら供給ローラと引取ローラによってフィルムの下面を光硬化性樹脂液の液面と接触させ、その後所定位置に、フィルム全幅よりもやや幅の狭い光透過性押圧板をフィルム上に載置して光硬化性樹脂液の液面の押圧・平坦化を行うようにすると、光硬化性樹脂液の液面の押圧・平坦化を円滑に行うことができる。
【００１９】
次に、光透過性フィルムの下面に接する光硬化性樹脂液の液面を平坦に保った状態で且つ光透過性フィルムの静止状態で、光透過性フィルムの上方から光を照射して、光硬化性樹脂液を予め設計された所定の形状（パターン）および厚さで光硬化させて、光透過性フィルムの下面に硬化樹脂層を形成する[工程（iii)]。
その際の光照射のしかたは特に制限されず、例えばスポット状の光線を光硬化性樹脂液面に照射して描画方式で硬化樹脂層を形成しても、線状になした光線を照射して硬化樹脂層を形成しても、またはマスクなどを使用して光線を面状で照射して硬化樹脂層を形成してもよい。
また、照射する光の種類も特に制限されず、光学的立体造形で使用されている光のいずれも使用でき、例えば、Ａｒレーザー、Ｈｅ−Ｃｄレーザー、ＬＤレーザー（半導体励起固体レーザー）、キセノンランプ、メタルハライドランプ、水銀灯、蛍光灯などから発生される活性エネルギー光線のいずれも使用でき、そのうちでもレーザー光線が造形速度、高集光性による高造形精度などの点から好ましく採用される。
照射する光の強さ、光硬化性樹脂液の液面と光源の距離なども、各々の状況に応じて適宜設定することができる。
光透過性フィルムとして連続した長尺フィルムを用い、光硬化性樹脂液の液面への光透過性フィルムの接触配置を横方向に前記した供給ローラと引取ローラを用いて行うに当たっては、光透過性フィルムの移送を停止させた静止状態で、該供給ローラと引取ローラの間にある光透過性フィルム部分において、光照射を行って、所定のパターンおよび厚みを有する硬化樹脂層を形成させる。
【００２０】
そして、上記で形成された硬化樹脂層から光透過性フィルムを剥離する［工程（iv）］。
上記の工程（ii）（光硬化性樹脂液の液面の押圧・平坦化工程）を、光透過性フィルムの上面に光透過性押圧板を配置して行っている本発明では、光透過性押圧板を光透過性フィルムの上面から離して剥離作業の邪魔にならない位置まで退避させてから、この剥離工程を行う。
光透過性フィルムの剥離方法としては、硬化樹脂層表面から光透過性フィルムを円滑に剥離する方法であればいずれも採用できるが、硬化樹脂層の表面から光透過性フィルムを一度に剥離するよりは、光硬化性樹脂の一端から光透過性フィルムを徐々に剥離するのが、硬化樹脂層の損傷、光透過性フィルムへの硬化樹脂層の付着などを生じずに、無理なく円滑に光透過性フィルムを剥離できるので好ましい。
【００２１】
硬化樹脂層からの光透過性フィルムの剥離を容易にするために、光透過性フィルムの下面に離型剤を塗布しておくことも考えられるが、離型剤を塗布しておくと硬化樹脂層からの光透過性フィルムの剥離は容易になるが、一方でその離型剤が硬化樹脂層面に残留しその硬化樹脂層上に更に次の硬化樹脂層を積層した時に両硬化樹脂層の接着が弱くなり、得られる光学的立体造形物で層間剥離を生じ易くなり造形物の強度が低下することがあるので、注意を要する。
【００２２】
光透過性フィルムとして連続した長尺フィルムを使用し、光硬化性樹脂液の液面への光透過性フィルムの配置を横方向に間隔をあけて配置した供給ローラと引取ローラを用いて行い、引取ローラを供給ローラ側に移動させながら（寄せながら）同時に光透過性フィルムを引取ローラで引き取るようにして光透過性フィルムの剥離を行う本発明による場合は、硬化樹脂層の一端から光透過性フィルムを無理なく徐々に剥離させることができる。
【００２３】
そして、上記した一連の工程（ｉ）〜（iv）によって、造形浴の液面位置に１つの硬化樹脂層を形成した後、該硬化樹脂層を載置・支持しているテーブルを造形浴内で次の１層分に相当する距離で下方に移動させ、該硬化樹脂層の上に造形浴内の光硬化性樹脂液を流動させて、光硬化性樹脂液の所定厚の液層（１層分の液層）を形成させる［工程（ｖ）］。なお、この工程（ｖ）は、光硬化性樹脂液の液面への光透過性フィルムの配置時［工程（ｉ）］に、工程（iii）で形成された硬化樹脂層が、光透過性フィルムと接触しない位置にある限りは、光硬化性樹脂液の液面に光透過性フィルムを配置する上記の工程（ｉ）の前に行っても、または後に行ってもよい。
【００２４】
そして、工程（ｖ）で硬化樹脂層の上に形成された前記の光硬化性樹脂液の液層に対して、上記した（ｉ）〜（ｖ）の一連の工程を繰り返して行い、所定の形状および寸法を有する立体造形物が形成されるまで更に工程（ｉ）〜（ｖ）を繰り返して積層・造形を行うことによって、平坦な表面を有し、寸法精度に優れる立体造形物を、良好なエネルギー効率および高い光造形速度で円滑に製造することができる。
本発明において、上記した一連の工程（ｉ）〜（ｖ）を自動制御方式によって行うようにすると、寸法精度に優れる光学的立体造形を、より高い光造形速度で製造することができる。
【００２５】
【実施例】
以下に図２および図３を参照して本発明について具体的に説明する。しかしながら、本発明は図２および図３のものに何ら限定されるものではない。
図２の（ａ）に示すように、造形浴１内に光硬化性樹脂液２を貯溜する。造形浴１内には造形物（硬化樹脂層）Ｌ1を載置するための上下動可能なテーブル３を配置する。連続した長尺の光透過性フィルム４（ポリエチレンやその他の光透過性プラスチック製）を、水平方向での間隔が調節可能な１対の供給ローラ５ａ，５ｂおよび引取ローラ６ａ，６ｂを使用して、光硬化性樹脂液２の液面２’に接触・配置させる。また必要に応じて、光硬化性樹脂液２の液面２’を一定に保つための手段７（例えば回転ローラなど）を設けておいてもよい。
【００２６】
次に、図２の（ｂ）に示すように、供給ローラ５ａ，５ｂと引取ローラ６ａ，６ｂの間隔を図示していない間隔可変手段によって広げて、造形浴１内にある造形物（硬化樹脂層）Ｌ1の全体が光透過性フィルム４によって少なくとも覆われるようにする。
その際に、図３（光透過性フィルム４の幅方向から見た断面図）に示すように、光透過性フィルム４の両サイド４ａ，４ｂを、フィルム矯正ローラー１０ａ，１０ｂなどのような適当な手段で上方に曲げ（持ち上げ）、光透過性フィルム４と液面２’との間に空気が混入しないようにしながら供給ローラ５ｂと引取ローラ６ｂによって光透過性フィルム４の下面を光硬化性樹脂液２の液面２’と接触させ、その後に供給ローラ５ａ，５ｂおよび引取ローラ６ａ，６ｂを静止した状態で、図２の（ｃ）に示すように、所定位置に、光透過性フィルム４の幅よりもやや狭めの幅を有する光透過性押圧板８（ガラス板やその他の光透過性の板状体）を配置し、光透過性押圧板８によって光透過性フィルム４および光硬化性樹脂液２の液面２’を適度に押圧することによって、液面２’の平坦化を行うと共に液面２’を大気中の酸素から遮断する。光透過性押圧板８の光透過性フィルム４の上面への配置や光透過性フィルム４の上面からの退避は図示していない手段により自動的に行う。
【００２７】
次いで、図２の（ｄ）に示すように、光硬化性樹脂液２の液面２’を平坦に保った状態で、光透過性フィルム２の上方に設置した光源９から光（例えばレーザー光など）を照射して、図２の（ｅ）に示すように、光硬化性樹脂液２を予め設計された所定のパターンおよび厚さで光硬化させて、光透過性フィルム４の下面に硬化樹脂層Ｌ2を形成する。
その後、図２の（ｆ）に示すように光透過性押圧板８を退避させた後、図２の（ｇ）に示すように引取ローラ６ａ，６ｂを徐々に供給ローラ５ａ，５ｂ側に移動させながら光透過性フィルム４を引取ローラ６ａ，６ｂで引き取ることによって、光透過性フィルム４を硬化樹脂層Ｌ２の一端から徐々に剥離させる。
【００２８】
次いで、図２の（ｈ）に示す状態になるので、造形物（硬化樹脂積層物）Ｌ2／Ｌ1を載置したテーブル３を、図２の（ｉ）に示すように次の硬化樹脂層の厚み分で下方に下げ、前記した一連の工程を繰り返すことによって、目的とする形状および寸法を有する立体造形物を製造する。これにより、寸法精度に優れる立体造形物を高い光造形速度で且つ良好な光エネルギー効率で製造することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の光学的立体造形方法および光学的立体造形装置による場合は、
（１） 造形浴内に貯溜した光硬化性樹脂液の表面張力に伴う光学的立体造形物表面における寸法精度の低下（非平坦状態）の問題が解消されて平坦な表面を有する寸法精度に優れる立体造形物を製造することができ；
（２） 表面張力の低い光硬化性樹脂を特に選択して使用する必要がなくなって各用途や目的に合致した光硬化性樹脂を自由に選択して光学的立体造形を行うことができ；
（３） センサーによって液面位を検知しその検知結果に基づいて造形浴内でカウンターボリュームを上下動させて液面位を一定に保つ、高価な装置が不要になり、
（４） 光硬化性組成物の塗工工程が不要になり、それに伴って塗工に伴う光硬化性樹脂液層の波立ちの問題がなく、泡立ちを消失させるための待機時間が不要となり；しかも、
（５）光硬化性樹脂液の液面を光透過性フィルムで覆った状態で光照射を行うために、大気中の酸素によるアクリレート系光硬化性樹脂の硬化阻害の問題がなくなる。
そのため、本発明による場合は、平坦な表面を有し、寸法精度に優れる光学的立体造形物を、速い光造形速度、および良好なエネルギー効率で円滑に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の自由液面法により得られる光学的立体造形物の表面形状の概略を示す図である。
【図２】 本発明の光学的立体造形方法および装置の一例を示す概略図である。
【図３】 光透過性フィルムおよび光透過性押圧板を用いて光硬化性樹脂液の液面の押圧・平坦化を行う際の一例を示す図である。
【符号の説明】
Ｌ1 硬化樹脂層
Ｌ2 硬化樹脂層
１ 造形浴
２ 光硬化性樹脂液
２’ 光硬化性樹脂液の液面
３ テーブル
４ 光透過性フィルム
４ａ 光透過性フィルムの一方のサイド
４ｂ 光透過性フィルムのもう一方のサイド
５ａ 供給ローラ
５ｂ 供給ローラ
６ａ 引取ローラ
６ｂ 引取ローラ
７ 液面保持手段
８ 光透過性押圧板
９ 光源
１０ａ 光透過性フィルム矯正ローラー
１０ｂ 光透過性フィルム矯正ローラー
Claims (2)
- （ｉ）造形浴内に貯溜してある光硬化性樹脂液の液面に光透過性フィルムの下面を接触させて配置する工程；
（ii）光透過性フィルムの下面に接触している光硬化性樹脂液の液面を押圧して平坦化する工程；
（iii）光硬化性樹脂液の液面を平坦に保った状態で、光透過性フィルムの上方から光を照射して、光硬化性樹脂液を予め設計された所定のパターンおよび厚さで光硬化させて、光透過性フィルムの下面に硬化樹脂層を形成する工程；
（iv）光透過性フィルムを前記硬化樹脂層から剥離する工程；および、
（ｖ）前記硬化樹脂層を造形浴内で下方に移動させて該硬化樹脂層の上に造形浴内の光硬化性樹脂液を流動させて、光硬化性樹脂液の所定厚の液層を形成させる工程；
を有し、以後、所定の形状および寸法を有する立体造形物が形成されるまで、前記の工程（ｉ）〜（ｖ）を繰り返して積層・造形を行って立体造形物を製造する光学的立体造形方法であって、
（ａ）光透過性フィルムが連続した長尺の光透過性フィルムであり、光透過性フィルムの下面を造形浴内の光硬化性樹脂液の液面に接触配置する前記工程（ｉ）を、横方向に間隔をあけて配置した供給ローラと引取ローラを用いて行い；
（ｂ）光透過性フィルムの下面に接触している光硬化性樹脂液の液面を平坦化する前記工程（ ii ）を、光透過性フィルムの上面に光透過性押圧板を配置して該光透過性押圧板によって光透過性フィルムおよび光硬化性樹脂液の液面を押圧することにより行い；
（ｃ）光硬化性樹脂液の液面を平坦化する前記工程 (ii) および光を照射する前記工程 (iii ）を光透過性フィルムの移送を停止させた静止状態で行い；
（ｄ）硬化樹脂層を形成する前記工程（ iii ）の後に、光透過性フィルムの上面に配置していた光透過性押圧板を光透過性フィルムの上面から離して剥離作業の邪魔にならない位置まで退避させ；
（ｅ）光透過性押圧板を光透過性フィルムの上面から離して退避させた後に、引取ローラを供給ローラ側に移動させながら光透過性フィルムを引取ローラで引き取ることによって硬化樹脂層から光透過性フィルムを剥離する；
ことを特徴とする光学的立体造形方法。 - 光硬化性樹脂液を貯溜するための造形浴（Ａ）；
造形浴の液面に連続した長尺の光透過性フィルムを配置する配置手段（Ｂ）；
光透過性フィルムの下面に接触した光硬化性樹脂液の液面の平坦化手段（Ｃ）;
光透過性フィルムの上方に配置した光照射手段（Ｄ）；
硬化樹脂層からの光透過性フィルムの剥離手段（Ｅ）；
造形浴で形成された硬化樹脂層を載置し且つ上下動させる手段（Ｆ）；および、
前記の手段（Ｂ）〜（Ｆ）を順次作動させるための制御手段；
を有する光学的立体造形装置であって、
・前記平坦化手段（Ｃ）が、連続した長尺の光透過性フィルムの上部に配置した光透過性押圧板であり：
・前記光透過性フィルムの配置手段（Ｂ）が、連続した長尺の光透過性フィルムの間隔可変に設計した供給ローラと引取ローラであって、光透過性押圧板による光透過性フィルムの上面からの押圧時に供給ローラと引取ローラの間隔を広げるための手段、供給ローラと引取ローラとの間にある光透過性フィルムの上面に光透過性押圧板を配置して押圧する手段、光透過性押圧板による押圧時および光照射時に光透過性フィルムを静止状態に保つための手段、硬化樹脂層からの光透過性フィルムの剥離時に引取ローラを供給ローラ側に移動させながら光透過性フィルムを引き取る手段を有し；且つ、
・硬化樹脂層の形成後に、光透過性フィルムの上面に配置してあった光透過性押圧板を、光透過性フィルムの剥離作業の邪魔にならない位置まで光透過性フィルムの上面から離 して退避させるための手段を有する；
ことを特徴とする光学的立体造形装置。
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