JP4404299B2 - 光学的立体造形および装置 - Google Patents
光学的立体造形および装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4404299B2 JP4404299B2 JP2003319574A JP2003319574A JP4404299B2 JP 4404299 B2 JP4404299 B2 JP 4404299B2 JP 2003319574 A JP2003319574 A JP 2003319574A JP 2003319574 A JP2003319574 A JP 2003319574A JP 4404299 B2 JP4404299 B2 JP 4404299B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- drawing mask
- planar drawing
- mask
- modeling
- pulse motor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
この方法によって立体造形物を製造するに当たっては、造形精度(解像度)の点から、面状描画マスクから投影される光硬化性樹脂組成物表面での隣接する微小ドットエリア間の距離は0.1mm以下であることが必要であるとされており、そのため、画素数は、例えば、造形エリアサイズが250mm×250mmの小型のもので少なくとも2500×2500ドット程度必要であり、また造形エリアサイズが600mm×600mmの中型のものでは少なくとも6000×6000ドット程度必要である。しかしながら、現存する液晶マスク(液晶シャッター)や、デジタルマイクロミラーシャッターではこれを実現する解像度のものは存在しないか、または存在しても極めて高価である。
そのため、面状描画マスクを固定配置したこの方法による場合は、精細度(造形精度)に優れる大型の立体造形物を製造することは困難であり、精細度(造形精度)の点から小型の立体造形物の製造にしか適用できないというのが現状である。
さらに、本発明の目的は、高価な紫外線レーザー装置を用いずに、通常の紫外線ランプのような安価な光源を用いた場合にも、高い造形精度を有し、且つ硬化ムラや強度ムラのない高品質の立体造形物を、速い造形速度で円滑に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。
さらに、本発明者は、面状描画マスクとしては、微小ドットエリアでの遮光および透光が可能な複数の微小光シャッターを面状に配置した面状描画マスク、特に液晶シャッターまたはデジタルマイクロミラーシャッターを面状に配置した面状描画マスクが好ましく用いられること、また光源と面状描画マスクとの間に面状描画マスクと同期させて連続的に移動させることのできる光集レンズを配置し、面状描画マスクと光硬化性樹脂組成物の表面との間に面状描画マスクと同期させて連続的に移動させることのできる投影レンズを配置するのが好ましいことを見出して、それらの種々の知見に基づいて本発明を完成した。
(1) 光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に面状描画マスクを介して制御下に光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を形成した後、該光硬化した樹脂層の上に1層分の光硬化性樹脂組成物を施して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面を形成し、その造形面に面状描画マスクを介して制御下に光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を更に形成する光造形工程を所定の立体造形物が形成されるまで順次繰り返すことによって立体造形物を製造する方法であって;
面状描画マスクとしてマスク画像を連続的に変化させ得る面状描画マスクを使用し;
光造形工程の少なくとも一部で、パルスモーターを使用して面状描画マスクを光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に対して連続的に移動させると共に、面状描画マスクのマスク画像を、形成しようとする光硬化した樹脂層の断面形状パターンに対応させて面状描画マスクの移動と同期させて連続的に変えながら光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に面状描画マスクを介して光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を形成する造形操作を行い;且つ、
当該造形操作時におけるパルスモーターによる面状描画マスクの移動を、回転軸aを取り付けたパルスモーターAおよび回転軸bを取り付けたパルスモーターBの2つのパルスモーターを用いて、パルスモーターAの回転軸aに面状描画マスクを取り付けると共に面状描画マスクを取り付けた当該パルスモーターAをもう一方のパルスモーターBの回転軸bに取り付け、パルスモーターAの回転軸aを回転させて回転軸aの回転量に応じて面状描画マスクを所定の量および速度でX軸方向(またはY軸方向)に移動させ、パルスモーターBの回転軸bの回転量に応じてパルスモーターAを所定の量および速度でY軸方向(またはX軸方向)に移動させることにより行う;
ことを特徴とする光学的立体造形方法。
(2) コンピューターに記憶させた情報に基づいてパルスモーターの駆動と面状描画マスクにおける画像表示を制御して、面状描画マスクの連続移動とマスク画像の連続変化を同期させる前記(1)の光学的立体造形方法;
(3) 面状描画マスクとして、微小ドットエリアでの遮光および透光が可能な複数の微小光シャッターを面状に配置した面状描画マスクを用い、面状描画マスクの連続移動時に、形成しようとする断面形状パターンに対応させて前記複数の微小光シャッターによりマスク画像を連続的に変えながら光硬化性樹脂組成物の表面への光照射を行う前記(1)または(2)の光学的立体造形方法;および、
(4) 面状描画マスクが、液晶シャッターまたはデジタルマイクロミラーシャッターを面状に配置した面状描画マスクである(3)の光学的立体造形方法;
である。
(5) 載置台上または光硬化した樹脂層上に、1層分の光硬化性樹脂組成物を順次供給するための光硬化性樹脂組成物の供給手段;
光源;
マスク画像を連続的に変えることのできる面状描画マスク;
面状描画マスクを光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に対して連続的に移動させるためのパルスモーター;および、
面状描画マスクのマスク画像を、面状描画マスクの移動と同期させて連続的に変化させるための手段;
を備えている光学的立体造形装置であって、
前記パルスモーターが、回転軸aを取り付けたパルスモーターAおよび回転軸bを取り付けたパルスモーターBの2つのパルスモーターからなり、パルスモーターAの回転軸aに面状描画マスクを取り付け、パルスモーターBの回転軸bにパルスモーターAを取り付けてなり;
パルスモーターAおよびBの回転を制御する手段を有する;
ことを特徴とする光学的立体造形装置;および、
(6) パルスモーターの駆動と面状描画マスクにおける画像表示を制御して、面状描画マスクの連続移動とマスク画像の連続変化を同期させるためのコンピューターを備える前記(5)の光学的立体造形装置;
である。
(7) 面状描画マスクが、微小ドットエリアでの遮光および透光が可能な複数の微小光シャッターを面状に配置した面状描画マスクである前記(5)または(6)の光学的立体造形装置;
(8) 面状描画マスクが液晶シャッターまたはデジタルマイクロミラーシャッターを面状に配置した面状描画マスクである前記した(5)〜(7)のいずれかの光学的立体造形装置;および、
(9) 光源と面状描画マスクとの間に面状描画マスクと同期させて連続的に移動させることのできる光集レンズを有し、面状描画マスクと光硬化性樹脂組成物の表面との間に面状描画マスクと同期させて連続的に移動させることのできる投影レンズを有する前記(5)〜(8)のいずれかの光学的立体造形装置;
である。
特に、本発明では、面状描画マスクの連続移動を、パルスモーターを用いて行っているので、面状描画マスクの連続移動をミクロなピッチでより精密に且つ正確に制御することができ、それに伴って面状描画マスクの連続移動と面状描画マスクに表示させるマスク画像の連続変化をより精密に同期させることが可能になり、造形時にブレなどを生ずることなく、目的とする立体造形物を極めて高い造形精度で製造することができる。
そして、本発明による場合は、小型、中型の立体造形物に限らず、大型の立体造形物であっても、高い寸法精度および速い造形速度で円滑に製造することができる。
さらに、本発明による場合は、高価な紫外線レーザー装置を用いずに通常の紫外線ランプのような安価な光源を用いた場合にも、前記した高品質の立体造形物を、速い造形速度で円滑に製造することができる。
本発明では、光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に面状描画マスクを介して制御下に光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を形成した後、該光硬化した樹脂層の上に1層分の光硬化性樹脂組成物を施して造形面を形成し、その造形面に面状描画マスクを介して制御下に光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を更に形成する操作を所定の立体造形物が形成されるまで順次繰り返すことによって立体造形物を製造する。
面状描画マスクの連続移動は、造形面に対して平行した状態で行うことが好ましいが、場合によっては非平行状態で移動させてもよい。
面状描画マスクを造形面に対してX軸方向およびY軸方向の両方向に移動可能にするための方式としては、回転軸a,bのそれぞれを取り付けた2つのパルスモーターA,Bを用い、一方のパルスモーターAの回転軸aに面状描画マスクを取り付けて、該一方のパルスモーターA(回転軸a)を回転させ、回転軸aの回転量に応じて面状描画マスクをX軸方向(またはY軸方向)に所定の量(速度)で移動可能にすると共に、面状描画マスクを取り付けた回転軸aを有するパルスモーターAを、もう一方のパルスモーターBの回転軸bに取り付け、パルスモーターB(回転軸b)の回転量に応じてパルスモーターA、ひいてはパルスモーターAの回転軸aに取り付けた面状描画マスクをY軸方向(またはX軸方向)に所定の量(速度)で移動させる方式を採用することができる。
そのうちでも、本発明においては、コンピューターからインターフェイスを通じてパルスモーターに出力するパルス波の周期(周波数)が100Hz〜1MHz、パルス波の強さが0.5V〜15V、1個のパルス入力によってパルスモーターが回転する角度が0.036°〜0.72°、1個のパルス入力によって面状描画マスクが移動する距離が0.001mm〜0.05mmであることが、造形精度、造形速度などの点から好ましい。
本発明で有効に用い得るパルスモーターとしては、具体例としては、オリエンタルモーター株式会社製のステッピングモーターなどを挙げることができる。そのうちでも、同社のアルファステップシリーズのステッピングモーターがクローズドループ方式のため、画像移動との同期が取り易い点から好ましく用いられる。
また、デジタルマイクロミラーシャッターとしては、例えば、テキサスインスツルメンツ社製の「DLPテクノロジー」(登録商標)のDMD(登録商標)デバイスなどを使用することができる。
また、本発明においては、必要に応じて複数の面状描画マスクを使用して、本発明の光造形を行ってもよく、その場合にはより高い造形速度で立体造形物を製造することができる。
光源の形状、大きさ、数も特に制限されず、面状描画マスクの形状や寸法、形成しようとする光硬化断面形状パターンの形状やサイズなどに応じて適宜選択することができ、光源は、例えば、点状、球状、棒状、面状であってもよいし、また点状や球状の光源を面状描画マスクの背部側に直接状に一列または複数列で配置してもよい。
また、光源は、面状描画マスクの背部側に面状描画マスクと共に連続移動可能に設けてもよいし、または造形精度の向上、造形速度の向上、装置の軽量化、保守性の向上などの目的で、光源を固定位置に動かないように設ける共に光源からの光を光ファイバー、ライトガイドやその他の光伝達手段を通して面状描画マスクの背部に導き、光ファイバーやライトガイドやその他の光伝達手段を面状描画マスクと共に連続移動可能に設けてもよい。
また、造形速度の向上のために複数の光源を用いて集光し光エネルギーを高くさせる方式を採ってもよい。特に光ファイバーやライトガイドなどを使用する場合は複数光源を集光させ易いというメリットがある。
本発明では、光硬化性樹脂組成物として、光造形において従来から用いられている、例えば、ウレタンアクリレートオリゴマー、エポキシアクリレートオリゴマー、エステルアクリレートオリゴマー、多官能エポキシ樹脂などの各種オリゴマー;イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、ジシクロペンテニルメタクリレート、ジシクロペンテニロキシエチルアクリレート、ジシクロペンテニロキシエチルメタクリレート、ジシクロペタニルアクリレート、ジシクロペタニルメタクリレート、ボルニルアクリレート、ボルニルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、モルホリンアクリルアミド、モルホリンメタクリルアミド、アクリルアミドなどのアクリル系化合物やN−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタム、酢酸ビニル、スチレンなどの各種の単官能性ビニル化合物;トリメチロールプロパントリアクリレート、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ジシクロペンタニルジアクリレート、ポリエステルジアクリレート、エチレンオキサイド変性ビスフェノールAジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、プロピレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリアクリレート、プロピレンオキサイド変性ビスフェノールAジアクリレート、トリス(アクリロキシエチル)イソシアヌレートなど多官能性ビニル化合物;水素添加ビスフェノールAジグリシジルエーテル、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル−5,5−スピロ−3,4−エポキシ)シクロヘキサン−メタ−ジオキサン、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペートなどの各種エポキシ系化合物などの1種または2種以上と、光重合開始剤および必要に応じて増感剤などを含有する光硬化性樹脂組成物を用いることができる。
また、本発明で用いる光硬化性樹脂組成物は、上記した成分以外にも、必要に応じて、レベリング剤、リン酸エステル塩系界面活性剤以外の界面活性剤、有機高分子改質剤、有機可塑剤などを含有していてもよい。
充填材として用いる固体微粒子としては、例えば、カーボンブラック微粒子などの無機微粒子、ポリスチレン微粒子、ポリエチレン微粒子、ポリプロピレン微粒子、アクリル樹脂微粒子、合成ゴム微粒子などの有機重合体微粒子などを挙げることができ、これらの1種または2種以上を用いることができる。固体微粒子の粒径は特に制限されないが、一般的には平均粒径が200μm以下、特に100μm以下のものが好ましく用いられる。
固体微粒子および/またはウィスカーは、シランカップリング剤で表面処理されていても表面処理されていなくてもよいが、表面処理されていることが好ましい。固体微粒子および/またはウイスカーがシランカップリング剤で表面処理されている場合には、熱変形温度、曲げ弾性率、機械的強度の一層高い光硬化物を得ることができる。その場合のシランカップリング剤としては、充填剤の表面処理などに従来から用いられているシランカップリング剤のいずれもが使用でき、好ましいシランカップリング剤としては、アミノシラン、エポキシシラン、ビニルシランおよび(メタ)アクリルシランを挙げることができる。
図1〜図4は、本発明の光学的立体造形法(光造形法)で用いる光学的立体造形装置(光造形装置)の要部の具体例をそれぞれ示したものである。また、図5および図6は、図1〜図4に示したような光造形装置を用いて本発明の方法にしたがって光造形を行う際の工程(操作手順)の一例を示したものである。
さらに、図7は、面状描画マスクをパルスモーターによって移動させる際の制御方式(移動方式)の一例を示した模式図である。
図1〜図7において、1は光源、2は集光レンズ、3は面状描画マスクであって、そのうち3aは液晶シャッターを面状に配置した面状描画マスク(以下「液晶式面状描画マスク」ということがある)、3bはデジタルマイクロミラーシャッターを面状に配置した面状描画マスク(以下「DMD式面状描画マスク」ということがある)を示す。
また、4は投影レンズ、5は光硬化性樹脂組成物表面よりなる造形面(1層分の造形面)、5aは造形面の一方の端部、5bは造形面のもう一方の端部、6は前記造形面に形成される露光像(光硬化した樹脂層)、7は光ファイバーやライトガイドなどの光伝達手段、8はロッドレンズ、9は結像レンズ、10は反射鏡を示す。
更に、図7において、3は面状描画マスク、11aおよび11bはパルスモーター、12aおよび12bはパルスモーター11a,11bのそれぞれに取り付けた回転軸、13はコンピューターを示す。
その際に、図1に示すように、光源1からの光をロッドレンズ8、結像レンズ9を通してから反射鏡10で反射させて集光レンズ2に導くようにしてもよいし、図2および図3に示すように、光源1を集光レンズ2の背面側に直接配置して光源1からの光を集光レンズ2に直接導いてもよいし、または図4に示すように、光源1を集光レンズ2とは離れた場所に配置しておいて、光源1からの光を光ファイバーやライトガイドなどの光伝達手段7を介して集光レンズ2に導くようにしてもよい。
光源1を集光レンズ2の背面側に配置する図1〜図3に示すような方式の場合には、光源1は、ロッドレンズ8、結像レンズ9、反射鏡10、集光レンズ2、面状描画マスク3(3a,3bなど)、投影レンズ4などと共に、光造形時にその走査方向に連続移動する。
また、図4に示すように、光源1からの光を光ファイバーやライトガイドなどの光伝達手段7を介して集光レンズ2の背面に導くようにした場合は、光源1を所定の位置に固定配置し、光ファイバーやライトガイドなどの可撓性の光伝達手段7を集光レンズ2、面状描画マスク3(3a,3bなど)および投影レンズ4と共に光造形時にその走査方向に連続移動させるようにすることができる。
光源1の種類や形状は特に制限されず、例えば、図1〜図5に示すような、光放出部が丸形の光源であってもよいし、図6に示すように光放出部が横長(又は縦長)の棒状の光源であってもよいし、または図示されていない他の形状の光源であってもよい。光源1は、図6および図8に示すように、横向きに配置することが好ましい。光源1は、図1および図3に示すように、横向きに配置することが好ましい。
面状描画マスク3(3a,3bなど)の形状は特に制限されず、製造しようとする光造形物の形状や寸法(特に断面形状やその寸法)などに応じて適当な形状のものを採用することができる。面状描画マスク3(3a,3bなど)は、例えば、図1〜図5に示すような正方形またはほぼ正方形の形状であってもよいし、図6に示すような長方形状であってもよいし、またはその他の形状であってもよい。
さらに、面状描画マスク3(3a,3bなど)の寸法も、製造しようとする光造形物の形状や寸法(特に断面形状やその寸法)などに応じて適当な寸法のものを採用することができる。面状描画マスク3(3a,3bなど)は、例えば、図1〜図5に示すように、形成しようとする所定の光硬化した断面形状パターンの全幅(造形面の全幅)よりもその幅寸法が小さいものであってもよいし、図6に示すように、形成しようとする所定の光硬化した形状パターンの全幅(造形面の全幅)をカバーし得るような幅寸法を有するものであってもよい。
また、面状描画マスク3として、DMD式面状描画マスク3bを用いた場合は、形成しようとする所定の断面形状とDMD式面状描画マスク3bの連続移動に対応させてコンピューターなどに予め記憶させた情報に応じて、面状に配置された複数の微小なミラーシャッターのうち特定のミラーシャッターは光が投影レンズ4および透光面5の方向に反射される(導かれる)方向に向き、一方光を遮蔽させるべき箇所に位置するミラーシャッターは光が投影レンズ4および造形面5の方向に反射されない(導かれない)方向に向き、そのような操作を、所定の断面形状を有する光硬化した樹脂層が形成されるまで連続的(動画的)に繰り返すように設計されている。
そして、面状描画マスク3(3a,3bなど)におけるマスク画像(マスクパターン)が、上記したように、予めコンピューターなどに記憶されているマスク画像に関する情報に基づいて、例えば、図5および図6に例示するように、形成しようとする光硬化した樹脂層の所定の断面形状パターンに対応して、面状描画マスク3(3a,3bなど)の連続移動と同期して、動画的に連続的に変化しながら、造形面5(光硬化性樹脂組成物の表面)に光照射が行われて、所定の断面形状を有する光硬化した樹脂層(露光像6)が連続的に形成される。
まず、光造形の開始時に、図5の(1)に示すように、面状描画マスク3および投影レンズ4を経た光の移動先端が造形面5の端部5aにくるように位置させ、次いで図5の(2)〜(5)に示すように、光源1(または光伝達手段7)、集光レンズ2、面状描画マスク3および投影レンズ4を造形面5のもう一方の端部5aの方向へと、造形面5に対して平行状態で連続移動させる。その際に、面状描画マスク3によるマスク画像は、形成しようとする所定の断面形状パターンに対応して動画的に連続的に変化しながら、該マスク画像に対応した光が造形面5に照射されて露光像6が形成される。前記の光造形操作が、図5の(5)の段階まで進行したときに、形成しようとする所定の断面形状パターンのうちの半幅分の露光像6が形成されるので、その段階で、光源1(または光伝達手段7)、集光レンズ2、面状描画マスク3および投影レンズ4を造形面5の残りの半幅分の位置に移動し[図5の(6)]、その位置から図5の(6)〜(10)に示すように、造形面5の端部5bから造形面5の端部5a側へと、前記と同様の光造形操作を繰り返す。それによって、形成しようとする所定の断面形状パターンを有する1層分の光硬化した樹脂層(露光像6)が形成される。
まず、光造形の開始時に、図6の(1)に示すように、面状描画マスク3および投影レンズ4を経た光の移動先端を、造形面5における露光像6が形成されない一方の端部5aに近い位置に位置させ、次いで図6の(2)〜(5)に示すように、光源1、集光レンズ2、面状描画マスク3および投影レンズ4を造形面5のもう一方の端部5aの方向へと、造形面5に対して平行状態で連続移動させる。その際に、面状描画マスク3によるマスク画像は、形成しようとする所定の断面形状パターンに対応して動画的に連続的に変化しながら、該マスク画像に対応した光が造形面5に照射されて、形成しようとする所定の断面形状パターンを有する1層分の光硬化した樹脂層(露光像6)が形成される。
それと同時に、コンピューター13に記憶されている情報に従って、面状描画マスク3での表示画像(マスク画像)が連続的に変化し、そのマスク画像を通して造形面に光が照射されて、所定の光硬化した断面形状パターンが形成される。
光源1として120W超高圧水銀ランプを備え、面状描画マスク3としてカシオ社製のTFT方式VGA(540×480画素)の液晶を備える図1に示す光造形装置を使用して光造形を行った。その際に、面状描画マスク3の移動を図7に示した方式に従って2つのパルスモーターを用いて行い(使用したパルスモーター;オリエンタルモーター社製「アルファステップシリーズASM98A」)、1個のパルス波の入力に伴うモーターの回転角度=0.36°、パルスモーターに入力したコンピューターからのパルス波の周波数=5000Hzの条件下に、光硬化性樹脂組成物としてシーメット株式会社製「CPX−1000」(硬化感度2.5mJ)を用いて、造形面5(光硬化性樹脂組成物表面)での光エネルギー強度2.5mW/cm2の条件下に、図5に示したのと同様の工程で、光源1、ロッドレンズ8、結像レンズ9、反射鏡10、集光レンズ2、面状描画マスク3および投影レンズ4を一体にして28.8mm/secの速度で造形面5に対して平行に進行方向に連続移動させ、その際に液晶よりなる面状描画マスク3のマスク画像を形成しようとする断面形状パターンに応じて動画的に連続的に変えながら光照射を行って、図5に示す断面形状パターンを有する立体造形物(縦×横×厚さ=70mm×70mm×15mm)を製造した。この光造形操作において、光硬化層各部での照射時間は7sec、該各部での光照射量は2.5mJであった。この実施例1により得られた立体造形物では、目標とする立体造形物の寸法(設計値)と実際に得られた立体造形物の寸法誤差が数十μm以内であり、寸法精度に極めて優れ、しかも硬化ムラや強度ムラのない、外観および強度に優れる光造形物を得ることができた。
面状描画マスク3の移動を、パルスモーターを用いて行う代りに、サーボモーター(三菱電機社製「ACサーボモーターHAFE−13」)を用いて行った以外は実施例1と同じ操作を繰り返して、同じ立体造形物(縦×横×厚さ=70mm×70mm×15mm)を製造した。
この比較例1によって得られた立体造形物では、目標とする立体造形物の寸法(設計値)と実際に得られた立体造形物の寸法誤差は数百μmであり、実施例1に比べて造形精度が低いものであった。
ところで、コンピューターで出力する画像と光源1、ロッドレンズ8、結像レンズ9、反射鏡10、集光レンズ2、面状描画マスク3および投影レンズ4を一体にした光学系との同期については、画像を1ドット分(60μm)移動させ、前記光学系を同じ60μm動かすためそれらのタイミングをとることが重要である。これらの同期をとりながら28.8mm/secで動くことも必要になる。これは1秒間に480回画面を変えながら小刻みに移動することになる。この場合に、サーボモーターでは毎回位置決めを行いながら移動することになるので、実施例1に比べて100分の1程度の速度しか出ず、面状描画マスクの移動速度が遅いために、過剰に露光された立体造形物になった。
そして、本発明の光学的立体造形方法および装置は、小型から大型に至る各種の立体造形物の製造に有効に使用することができる。
本発明の光学的立体造形方法および装置による場合は、精密部品、電気・電子部品、家具、建築構造物、自動車用部品、各種容器類、鋳物、金型、母型などのためのモデルや加工用モデル、複雑な熱媒回路の設計用の部品、複雑な構造の熱媒挙動の解析企画用の部品、その他の複雑な形状や構造を有する各種の立体造形物を、高い造形速度および寸法精度で円滑に製造することができる。
2 集光レンズ
3 面状描画マスク
3a 液晶シャッターを面状に配置した面状描画マスク
3b デジタルマイクロミラーシャッターを面状に配置した面状描画マスク
4 投影レンズ
5 造形面
6 露光像
7 光伝達手段
8 ロッドレンズ
9 結像レンズ
10 反射鏡
11a パルスモーター
11b パルスモーター
12a 回転軸
12b 回転軸
13 コンピューター
Claims (9)
- 光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に面状描画マスクを介して制御下に光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を形成した後、該光硬化した樹脂層の上に1層分の光硬化性樹脂組成物を施して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面を形成し、その造形面に面状描画マスクを介して制御下に光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を更に形成する光造形工程を所定の立体造形物が形成されるまで順次繰り返すことによって立体造形物を製造する方法であって;
面状描画マスクとしてマスク画像を連続的に変化させ得る面状描画マスクを使用し;
光造形工程の少なくとも一部で、パルスモーターを使用して面状描画マスクを光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に対して連続的に移動させると共に、面状描画マスクのマスク画像を、形成しようとする光硬化した樹脂層の断面形状パターンに対応させて面状描画マスクの移動と同期させて連続的に変えながら光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に面状描画マスクを介して光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を形成する造形操作を行い;且つ、
当該造形操作時におけるパルスモーターによる面状描画マスクの移動を、回転軸aを取り付けたパルスモーターAおよび回転軸bを取り付けたパルスモーターBの2つのパルスモーターを用いて、パルスモーターAの回転軸aに面状描画マスクを取り付けると共に面状描画マスクを取り付けた当該パルスモーターAをもう一方のパルスモーターBの回転軸bに取り付け、パルスモーターAの回転軸aを回転させて回転軸aの回転量に応じて面状描画マスクを所定の量および速度でX軸方向(またはY軸方向)に移動させ、パルスモーターBの回転軸bの回転量に応じてパルスモーターAを所定の量および速度でY軸方向(またはX軸方向)に移動させることにより行う;
ことを特徴とする光学的立体造形方法。 - コンピューターに記憶させた情報に基づいてパルスモーターの駆動と面状描画マスクにおける画像表示を制御して、面状描画マスクの連続移動とマスク画像の連続変化を同期させる請求項1に記載の光学的立体造形方法。
- 面状描画マスクとして、微小ドットエリアでの遮光および透光が可能な複数の微小光シャッターを面状に配置した面状描画マスクを用い、面状描画マスクの連続移動時に、形成しようとする断面形状パターンに対応させて前記複数の微小光シャッターによりマスク画像を連続的に変えながら光硬化性樹脂組成物の表面への光照射を行う請求項1または2に記載の光学的立体造形方法。
- 面状描画マスクが、液晶シャッターまたはデジタルマイクロミラーシャッターを面状に配置した面状描画マスクである請求項3に記載の光学的立体造形方法。
- 載置台上または光硬化した樹脂層上に、1層分の光硬化性樹脂組成物を順次供給するための光硬化性樹脂組成物の供給手段;
光源;
マスク画像を連続的に変えることのできる面状描画マスク;
面状描画マスクを光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に対して連続的に移動させるためのパルスモーター;および、
面状描画マスクのマスク画像を、面状描画マスクの移動と同期させて連続的に変化させるための手段;
を備えている光学的立体造形装置であって、
前記パルスモーターが、回転軸aを取り付けたパルスモーターAおよび回転軸bを取り付けたパルスモーターBの2つのパルスモーターからなり、パルスモーターAの回転軸aに面状描画マスクを取り付け、パルスモーターBの回転軸bにパルスモーターAを取り付けてなり;
パルスモーターAおよびBの回転を制御する手段を有する;
ことを特徴とする光学的立体造形装置。 - パルスモーターの駆動と面状描画マスクにおける画像表示を制御して、面状描画マスクの連続移動とマスク画像の連続変化を同期させるためのコンピューターを備える請求項5に記載の光学的立体造形装置。
- 面状描画マスクが、微小ドットエリアでの遮光および透光が可能な複数の微小光シャッターを面状に配置した面状描画マスクである請求項5または6に記載の光学的立体造形装置。
- 面状描画マスクが液晶シャッターまたはデジタルマイクロミラーシャッターを面状に配置した面状描画マスクである請求項5〜7のいずれか1項に記載の光学的立体造形装置。
- 光源と面状描画マスクとの間に面状描画マスクと同期させて連続的に移動させることのできる光集レンズを有し、面状描画マスクと光硬化性樹脂組成物の表面との間に面状描画マスクと同期させて連続的に移動させることのできる投影レンズを有する請求項5〜8のいずれか1項に記載の光学的立体造形装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003319574A JP4404299B2 (ja) | 2003-09-11 | 2003-09-11 | 光学的立体造形および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003319574A JP4404299B2 (ja) | 2003-09-11 | 2003-09-11 | 光学的立体造形および装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005081808A JP2005081808A (ja) | 2005-03-31 |
JP4404299B2 true JP4404299B2 (ja) | 2010-01-27 |
Family
ID=34418484
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003319574A Expired - Fee Related JP4404299B2 (ja) | 2003-09-11 | 2003-09-11 | 光学的立体造形および装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4404299B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20210060363A (ko) * | 2019-11-18 | 2021-05-26 | 단국대학교 산학협력단 | 광원 회전을 이용한 3d 프린팅 장치 및 이의 운용방법 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4824382B2 (ja) * | 2005-10-20 | 2011-11-30 | シーメット株式会社 | 光学的立体造形方法および装置 |
-
2003
- 2003-09-11 JP JP2003319574A patent/JP4404299B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20210060363A (ko) * | 2019-11-18 | 2021-05-26 | 단국대학교 산학협력단 | 광원 회전을 이용한 3d 프린팅 장치 및 이의 운용방법 |
KR102331997B1 (ko) * | 2019-11-18 | 2021-12-01 | 단국대학교 산학협력단 | 광원 회전을 이용한 3d 프린팅 장치 및 이의 운용방법 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2005081808A (ja) | 2005-03-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3792168B2 (ja) | 光学的立体造形方法および装置 | |
JP4417911B2 (ja) | 光学的立体造形方法および装置 | |
JP4824382B2 (ja) | 光学的立体造形方法および装置 | |
JP4669843B2 (ja) | 光造形装置及び光造形方法 | |
JP2006285261A (ja) | 低解像度投影画像を用いたソリッド・イメージングにおける不均一エッジの改善 | |
JP4404299B2 (ja) | 光学的立体造形および装置 | |
JP4422576B2 (ja) | 光学的立体造形方法および装置 | |
JP4459742B2 (ja) | 光学的立体造形装置 | |
JP4433456B2 (ja) | 光学的立体造形および装置 | |
JP4515853B2 (ja) | 光学的立体造形装置 | |
JP4129928B2 (ja) | 光学的立体造形装置 | |
JP2005081807A (ja) | 光学的立体造形および装置 | |
JP4459741B2 (ja) | 光学的立体造形方法 | |
JP2001315213A (ja) | 光学的立体造形方法および装置 | |
JP4292061B2 (ja) | 光造形方法および装置 | |
JP4503404B2 (ja) | 光造形装置及び光造形方法 | |
JP2001205708A (ja) | 光学的立体造形方法および装置 | |
JP4578211B2 (ja) | 光造形方法および装置 | |
JP4834297B2 (ja) | 光造形装置及び光造形方法 | |
JPH06246837A (ja) | 光造形方法および光造形装置 | |
KR20000018892A (ko) | 액정 패널을 이용한 3차원 광조형물 제조 방법 및 제조 장치 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060802 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20081211 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081224 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090219 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20091029 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20091029 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121113 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4404299 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121113 Year of fee payment: 3 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121113 Year of fee payment: 3 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121113 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131113 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |