JP4433456B2 - Optical stereolithography and equipment - Google Patents

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本発明は光硬化性樹脂組成物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、光硬化性樹脂組成物を用いて、寸法精度、外観、強度などに優れ高品質の立体造形物を、高い造形精度で且つ速い造形速度で、生産性良く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ものであり、本発明による場合は小型から大型に至る各種の立体造形物を円滑に製造することができる。   The present invention relates to an optical three-dimensional modeling method and an optical three-dimensional modeling apparatus using a photocurable resin composition. More specifically, the present invention uses a photocurable resin composition to produce a high-quality three-dimensional structure that is excellent in dimensional accuracy, appearance, strength, and the like with high modeling accuracy and high modeling speed with high productivity. The present invention relates to an optical three-dimensional modeling method and an optical three-dimensional modeling apparatus, and according to the present invention, various three-dimensional models ranging from small to large can be manufactured smoothly.

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。   In recent years, an optical modeling method and apparatus for manufacturing a three-dimensional model by curing a photocurable resin based on data input to a three-dimensional CAD has been put into practical use. This stereolithography technology includes a model for verifying the appearance design in the middle of design, a model for checking the functionality of parts, a resin mold for manufacturing a mold, a base model for manufacturing a mold, etc. It attracts attention because it can easily form such complex three-dimensional objects.

光学造形方法によって造形物を製造するに当たっては、造形浴を用いる方法が汎用されており、その手順としては、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スポット状の紫外線レーザー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スポット状の紫外線レーザー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方法が広く採用されている。   In producing a modeled object by the optical modeling method, a method using a modeling bath is widely used, and as a procedure, a liquid photocurable resin is put into the modeling bath so that a desired pattern can be obtained on the liquid surface. A spot-shaped ultraviolet laser beam controlled by a computer is selectively irradiated to be photocured to a predetermined thickness to form a cured resin layer, and the cured resin layer is moved downward in the modeling bath to form a modeling bath. The photocurable resin liquid is flowed onto the cured resin layer to form a layer of the photocurable resin liquid, and the cured resin layer is formed by irradiating the photocurable resin liquid layer with a spot-like ultraviolet laser beam. A method of forming and repeating the above steps until a three-dimensional object having a predetermined shape and size is obtained is widely adopted.

しかしながら、スポット状の紫外線レーザー光を用いる上記した従来法による場合は、1個のスポット状レーザー光を光硬化性樹脂の表面に照射しながら移動させて面状の光硬化したパターンを形成するいわゆる点描方式であるため、造形に長い時間を要し、生産性が低いという問題がある。しかも、光源として用いられる紫外線レーザー装置は極めて高価であるため、この種の光学的立体造形装置を高価格なものにしている。   However, in the case of the above-described conventional method using spot-shaped ultraviolet laser light, a so-called planar photocured pattern is formed by moving one spot-shaped laser light while irradiating the surface of the photocurable resin. Since it is a stippling method, it takes a long time for modeling, and there is a problem that productivity is low. Moreover, since the ultraviolet laser device used as the light source is extremely expensive, this type of optical three-dimensional modeling apparatus is made expensive.

上記した従来技術の欠点の解消を目的として、微小ドットエリアの遮光制御可能な光シャッターを連続的に一列配置したライン形状の露光マスクを用い、該露光マスクを光シャッターの配列方向と直交方向に走査させながら、所定の水平断面形状データに応じて光シャッターを制御することによって1層分の光硬化した樹脂層を順次形成する光学的立体造形法が提案されている(特許文献1を参照)。この方法による場合は、光源として高価な紫外線レーザー装置を必ずしも使用する必要がなく、通常の紫外線ランプのような安価な光源を用いることができ、またスポット状の紫外線レーザー光を用いる前記従来の方法に比べて造形速度を速くすることができる。しかしながら、この方法による場合は、線状の光硬化部を露光マスクの走査方向に1列ずつ形成し、それを多数回繰り返すことによって1層分の断面形状パターンを形成してゆく方式であることにより、露光マスクの走査速度を速くすると、十分に光硬化した1列毎の光硬化部を形成することができなくなるため、露光マスクをゆっくり走査する必要がある。しかも、1列毎の光硬化部を次々と形成して面状の光硬化層を形成する方式のため造形に時間がかかる。そのため、造形速度が十分に速いとは言えず、生産性の点で十分に満足のゆくものではない。   For the purpose of eliminating the drawbacks of the prior art described above, a line-shaped exposure mask in which optical shutters capable of controlling light shielding in a minute dot area are continuously arranged in a row is used, and the exposure mask is arranged in a direction orthogonal to the arrangement direction of the optical shutters There has been proposed an optical three-dimensional modeling method for sequentially forming a photo-cured resin layer for one layer by controlling an optical shutter according to predetermined horizontal sectional shape data while scanning (see Patent Document 1). . In the case of this method, it is not always necessary to use an expensive ultraviolet laser device as the light source, an inexpensive light source such as a normal ultraviolet lamp can be used, and the conventional method using spot-like ultraviolet laser light. The modeling speed can be increased compared to However, according to this method, a linear photocured portion is formed in a line in the scanning direction of the exposure mask one by one, and this is repeated many times to form a cross-sectional pattern for one layer. Thus, if the scanning speed of the exposure mask is increased, it is not possible to form a photocured portion for each row that is sufficiently photocured, and therefore it is necessary to scan the exposure mask slowly. In addition, it takes time for modeling because of the method of forming the photo-curing portion for each row one after another to form a planar photo-curing layer. For this reason, it cannot be said that the modeling speed is sufficiently high, and it is not satisfactory in terms of productivity.

また、上記とは別の方法として、光源と光硬化性樹脂組成物の表面との間に、微小ドットエリアでの遮光および透光が可能な液晶シャッターよりなる面状描画マスクを固定配置し、面状描画マスクの停止状態で、形成しようとする1層分の断面形状パターンに応じて面状描画マスクに所定のマスクパターンを形成させ、そのマスクパターンを介して光硬化性樹脂組成物の表面に光を照射して光硬化性樹脂組成物を硬化させて1層分の断面形状パターンを形成させ、次いで該光硬化した断面形状パターンの上に次の1層分の光硬化性樹脂組成物を供給し、面状描画マスクの停止状態で、形成しようとする1層分の断面形状パターンに応じて面状描画マスクに次の所定のマスクパターンを形成させ、そのマスクパターンを介して光硬化性樹脂組成物の表面に光を照射して光硬化性樹脂組成物を硬化させて次の1層分の断面形状パターンを形成させるという操作を繰り返して立体造形物を製造する方法が知られている。   Further, as a method different from the above, between the light source and the surface of the photocurable resin composition, a planar drawing mask composed of a liquid crystal shutter capable of shielding and transmitting light in a minute dot area is fixedly arranged, In the stopped state of the planar drawing mask, a predetermined mask pattern is formed on the planar drawing mask according to the cross-sectional shape pattern for one layer to be formed, and the surface of the photocurable resin composition is passed through the mask pattern. Is irradiated with light to cure the photocurable resin composition to form a cross-sectional shape pattern for one layer, and then the photocurable resin composition for the next layer on the photocured cross-sectional shape pattern. In the stopped state of the planar drawing mask, the next predetermined mask pattern is formed on the planar drawing mask according to the cross-sectional shape pattern for one layer to be formed, and photocuring is performed through the mask pattern. Resin composition Surface is irradiated with light to cure the photocurable resin composition of known method for producing a three-dimensional object by repeating the operation of forming the next one layer of sectional shape pattern.

この方法による場合は、光硬化性樹脂組成物の表面への光照射および1層分の光硬化した断面形状パターンを、面状で一度に形成するため、スポット状の紫外線レーザーを用いる上記した従来法および微小ドットエリアの遮光制御可能な光シャッターを連続的に1列配置したライン形状の露光マスクを用いる上記した特許文献1に記載されている方法に比べて、光造形速度を速くすることができる。
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。
In the case of this method, the above-described conventional method using a spot-shaped ultraviolet laser is used to form a cross-sectional shape pattern of light irradiation on the surface of the photocurable resin composition and a single layer of the photocured cross-sectional shape at a time. Compared with the method described in Patent Document 1 described above using a method and a line-shaped exposure mask in which one row of light shutters capable of controlling light shielding in a minute dot area is continuously arranged, the optical modeling speed can be increased. it can.
When manufacturing a three-dimensional molded article by this method, from the point of modeling accuracy (resolution), the distance between adjacent minute dot areas on the surface of the photocurable resin composition projected from the planar drawing mask is 0.1 mm. Therefore, the number of pixels is, for example, a small size with a modeling area size of 250 mm × 250 mm and at least about 2500 × 2500 dots, and the modeling area size is 600 mm × The medium size of 600 mm requires at least about 6000 × 6000 dots. However, existing liquid crystal masks (liquid crystal shutters) and digital micromirror shutters do not have resolutions that realize this, or even if they exist, they are extremely expensive.

また、固定配置した面状描画マスクを停止した状態で光照射を行うこの方法による場合は、露光形状パターンの精細度は、面状描画マスクの精細度(粗さ)と面状描画マスクを介して光硬化性樹脂組成物表面に投影されるパターンとの拡大・縮小率によって決定され、拡大率が小さいほど(縮小率が大きいほど)光硬化性樹脂組成物の表面での光ドット間の距離が低減して形成される断面形状パターンの精細度が向上し、反対に拡大率が大きいほど光硬化性樹脂組成物の表面での光ドット間の距離が大きくなり形成される断面形状パターンの精細度が低下する。
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。
In addition, in the case of this method in which light irradiation is performed in a state where the fixedly arranged planar drawing mask is stopped, the definition of the exposure shape pattern is determined by the definition (roughness) of the planar drawing mask and the planar drawing mask. The distance between the light dots on the surface of the photocurable resin composition is determined by the enlargement / reduction ratio with the pattern projected on the surface of the photocurable resin composition, and the smaller the enlargement ratio (the higher the reduction ratio). The fineness of the cross-sectional shape pattern formed is improved by increasing the fineness of the cross-sectional shape pattern formed on the surface of the photocurable resin composition. The degree decreases.
Therefore, in the case of this method in which the planar drawing mask is fixedly arranged, it is difficult to produce a large three-dimensional modeled object having excellent definition (modeling accuracy), and a small three-dimensional model is required in terms of definition (modeling accuracy). The current situation is that it can only be applied to the production of shaped objects.

固定配置した面状描画マスクを用いる上記した方法の欠点を解消して、小型の液晶シャッターを使用して大型の立体造形物の製造を可能にすることを目的として、光を選択的に透過または遮光する液晶シャッター(液晶マスク)を光硬化性樹脂の液面に対して平行に走行し得るように配置すると共に、液晶シャッターの走行範囲を複数に分割し、液晶シャッターをその分割された走行範囲の第1の範囲まで移動して停止させ、液晶シャッターを停止させた状態で液晶シャッターの背部に設けた光源を該液晶シャッターの範囲で移送しながら該液晶シャッターを介して光硬化性樹脂表面に光を照射して該分割された第1の範囲に相当する硬化部分を形成させ、次いで液晶シャッターを第2の分割された走行範囲まで移動して停止させ、液晶シャッターを停止させた状態で液晶シャッターの背部に設けた光源を該液晶シャッターの範囲で移送しながら該液晶シャッターを介して光硬化性樹脂表面に光を照射して該分割された第2の範囲に相当する硬化部分を形成させ、それと同じ操作を1層分の所定の断面形状パターンが光硬化性樹脂組成物の表面に形成されるまで行い、そして前記工程を所定の立体造形物が形成されるまで繰り返して立体造形物を製造する方法が提案されている(特許文献2を参照)。   For the purpose of eliminating the disadvantages of the above-described method using a fixedly arranged planar drawing mask and enabling the production of a large three-dimensional object using a small liquid crystal shutter, or selectively transmitting light. A liquid crystal shutter (liquid crystal mask) that shields light is arranged so that it can run parallel to the liquid surface of the photocurable resin, and the liquid crystal shutter travel range is divided into a plurality of parts, and the liquid crystal shutter is divided into travel ranges. The light source provided on the back of the liquid crystal shutter in a state where the liquid crystal shutter is stopped in a state where the liquid crystal shutter is stopped is transferred to the surface of the photocurable resin through the liquid crystal shutter while the liquid crystal shutter is stopped. The cured portion corresponding to the divided first range is formed by irradiating light, and then the liquid crystal shutter is moved to the second divided traveling range and stopped. The second range divided by irradiating light onto the surface of the photocurable resin through the liquid crystal shutter while the light source provided on the back of the liquid crystal shutter is transported in the range of the liquid crystal shutter in a state where the shutter is stopped The cured portion corresponding to is formed, and the same operation is performed until a predetermined cross-sectional shape pattern for one layer is formed on the surface of the photocurable resin composition, and the above-described process is performed to form a predetermined three-dimensional model. A method for manufacturing a three-dimensional structure is repeatedly proposed (see Patent Document 2).

しかしながら、上記特許文献2に記載されている方法による場合は、液晶シャッターの分割された第1の走行範囲への移動−液晶シャッターの停止状態での光照射(光硬化性樹脂表面での光硬化部の形成)−液晶シャッターの分割された第2走行範囲への移動−液晶シャッターの停止状態での光照射(光硬化性樹脂表面での光硬化部の形成)・・・という操作の繰り返しによって1層分の硬化した断面形状パターンが形成され、それを更に多層にわたって繰り返すことによって立体造形物を製造しており、液晶シャッターが複数に分割されたそれぞれの走行範囲位置まで移動しているときには光照射が行われない。そのため、この方法による場合は、露光が継続して行われず、断続的になされるため、造形速度が遅くなる。しかも、この方法による場合は、液晶シャッターの走行範囲を複数に分割し、各々区分において液晶シャッターを停止させた状態で光硬化性樹脂組成物の硬化を行うために、互いに分割された走行区域の境界部分で硬化状態が不連続になったり不均一になり易く、それに伴って立体造形物全体の強度ムラ、強度不足、外観不良、寸法精度の低下などを生じ易い。   However, in the case of the method described in Patent Document 2, the movement of the liquid crystal shutter to the divided first traveling range—light irradiation with the liquid crystal shutter stopped (photocuring on the surface of the photocurable resin) Formation of a part)-Movement of the liquid crystal shutter to the divided second traveling range-Light irradiation with the liquid crystal shutter stopped (formation of a photocuring part on the surface of the photocurable resin)... A solid cross-sectional shape pattern for one layer is formed, and a three-dimensional structure is manufactured by repeating the pattern over multiple layers. When the liquid crystal shutter is moved to each traveling range position divided into a plurality of light, Irradiation is not performed. Therefore, in the case of this method, since the exposure is not continuously performed and is performed intermittently, the modeling speed becomes slow. In addition, when this method is used, the traveling range of the liquid crystal shutter is divided into a plurality of portions, and in order to cure the photocurable resin composition in a state where the liquid crystal shutter is stopped in each section, The cured state tends to be discontinuous or non-uniform at the boundary portion, and accordingly, uneven strength, insufficient strength, poor appearance, and reduced dimensional accuracy of the entire three-dimensional structure are likely to occur.

特開平4−305438号公報JP-A-4-305438 特開平8−112863号公報JP-A-8-112863

本発明の目的は、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、寸法精度、外観、強度などに優れる高品質の立体造形物を、高い造形精度で、より速い造形速度で、生産性良く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。
The purpose of the present invention is not limited to small-sized and medium-sized three-dimensional objects, but even large-sized three-dimensional objects, high-quality three-dimensional objects that are excellent in dimensional accuracy, appearance, strength, etc. An object of the present invention is to provide an optical three-dimensional modeling method and an optical three-dimensional modeling apparatus that can be manufactured with high productivity at high speed.
Further, the object of the present invention is to have high modeling accuracy and no unevenness in curing and strength even when an inexpensive light source such as a normal ultraviolet lamp is used without using an expensive ultraviolet laser device. It is to provide an optical three-dimensional modeling method and an optical three-dimensional modeling apparatus that can smoothly manufacture a high-quality three-dimensional modeled object at a high modeling speed.

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、面状描画マスクを介して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に光を照射して、所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を順次形成して立体造形物を製造するに当たって、面状描画マスクを固定または停止した状態で光照射を行う上記した従来技術に代えて、光造形工程の少なくとも一部において、光照射時に面状描画マスクを連続的に移動させると共に、面状描画マスクの連続移動に同期させて、面状描画マスクによるマスク画像(マスクパターン)を、形成しようとする所定の断面形状パターンに応じて連続的に変えながら光を照射して造形を行う(面状描画マスクのマスク画像を例えば映画やテレビ画面などの動画のように連続的に変えながら光を照射して造形を行う)と、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、寸法精度、外観、強度などに優れる高品質の立体造形物を、高い造形精度および造形速度で生産性良く製造できること、そしてその際にマスク画像を動画的に連続変化させ得る前記した面状描画マスクを複数用いて光造形を行うと、高い造形精度を維持しながら、造形速度が一層向上することを見出した。   In order to achieve the above object, the present inventor has intensively studied. As a result, a modeling surface made of the photocurable resin composition is irradiated with light through a planar drawing mask to sequentially form a photocured resin layer having a predetermined cross-sectional shape pattern to manufacture a three-dimensional modeled object. In this case, instead of the above-described conventional technique in which light irradiation is performed in a state where the planar drawing mask is fixed or stopped, in at least a part of the optical modeling process, the planar drawing mask is continuously moved during light irradiation, and the surface In synchronization with the continuous movement of the shape drawing mask, the mask image (mask pattern) by the surface drawing mask is irradiated with light while continuously changing according to the predetermined cross-sectional shape pattern to be formed (modeling is performed) ( The mask image of the planar drawing mask is shaped by irradiating light while continuously changing the mask image like a movie or a TV screen, for example), and is not limited to small and medium-sized three-dimensional objects. Even if it is a three-dimensional model, a high-quality three-dimensional model that has excellent dimensional accuracy, appearance, strength, etc. can be manufactured with high modeling accuracy and modeling speed with high productivity, and the mask image is continuously changed in a moving image. It has been found that when the optical modeling is performed using a plurality of the above-described planar drawing masks, the modeling speed is further improved while maintaining a high modeling accuracy.

また、本発明者は、上記した方法による場合は、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、高い造形精度を有し且つ硬化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できることを見出した。
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。
In addition, when the above-described method is used, the present inventor has high modeling accuracy and uneven curing even when an inexpensive ultraviolet light source such as an ordinary ultraviolet lamp is used without using an expensive ultraviolet laser device. It has been found that a high-quality three-dimensional model can be manufactured smoothly at a high modeling speed.
Furthermore, the present inventor has proposed a planar drawing mask in which a plurality of minute light shutters capable of shielding and transmitting light in a minute dot area are arranged as a planar drawing mask, particularly a liquid crystal shutter or a digital micromirror shutter. Is preferably used, and a light collecting lens that can be moved continuously in synchronization with the planar drawing mask is disposed between the light source and the planar drawing mask. It has been found that it is preferable to dispose a projection lens that can be moved continuously in synchronization with the planar drawing mask between the planar drawing mask and the surface of the photocurable resin composition. The present invention has been completed based on the findings.

すなわち、本発明は、
(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;
光造形を、光造形時の走査方向に対して横方向に並べて配置した、マスク画像を連続的に変化させ得る複数の面状描画マスクを使用して行い;
面状描画マスクの位置を感知するセンサーを複数配置して、複数の面状描画マスクのそれぞれの位置を2点以上で計測し、計測された値に基づいてそれぞれの面状描画マスクの位置補正を行って、複数の面状描画マスクの間の位置ずれを解消しながら、光造形工程の少なくとも一部で、当該複数の面状描画マスクを、走査方向に対して横方向に並べて配置した状態で、光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に対して走査方向に連続的に移動させると共に、それぞれの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う;
ことを特徴とする光学的立体造形方法である。
That is, the present invention
(1) A photocured resin layer having a predetermined cross-sectional shape pattern is formed by irradiating light on a modeling surface made of a photocurable resin composition under control through a planar drawing mask, and then photocured. A photocurable resin composition for one layer is applied on the resin layer to form a modeling surface made of the photocurable resin composition, and the modeling surface is irradiated with light through a planar drawing mask. A method of manufacturing a three-dimensional object by sequentially repeating an optical modeling step of further forming a photocured resin layer having a predetermined cross-sectional shape pattern until a predetermined three-dimensional object is formed;
Stereolithography is performed using a plurality of planar drawing masks arranged side by side in the scanning direction during stereolithography and capable of continuously changing the mask image ;
A plurality of sensors for detecting the position of the planar drawing mask are arranged, the positions of the plurality of planar drawing masks are measured at two or more points, and the position correction of each planar drawing mask is performed based on the measured values. The state in which the plurality of planar drawing masks are arranged side by side in the scanning direction in at least a part of the optical modeling process while eliminating the positional deviation between the plurality of planar drawing masks. Then, while continuously moving in the scanning direction with respect to the modeling surface made of the photocurable resin composition, the mask image of each planar drawing mask is formed into a cross-sectional shape pattern of the photocured resin layer to be formed Photocuring having a predetermined cross-sectional shape pattern by irradiating light through the planar drawing mask to the modeling surface made of the photocurable resin composition while continuously changing in synchronization with the movement of the planar drawing mask. did Performing shaping operation to form an alicyclic layer;
This is an optical three-dimensional modeling method.

そして、本発明は、
複数の面状描画マスクのそれぞれのマスク画像を通して光を照射してそれぞれの描画領域の光硬化を分担して行い、全体で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を形成する操作を繰り返して立体造形物を製造する前記(1)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前記(1)または(2)の光学的立体造形法方法;および、

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(1)〜(3)のいずれかの光学的立体造形方法;
である。
ことを特徴とする光学的立体造形方法である。
And this invention,
( 2 ) Light-cured resin for a single layer having a predetermined cross-sectional shape pattern as a whole by irradiating light through each mask image of a plurality of planar drawing masks to share photocuring of each drawing region (3) the optical three-dimensional modeling method of manufacturing a three-dimensional model by repeating the operation of forming a layer;
( 3 ) As a planar drawing mask, use a planar drawing mask in which a plurality of minute light shutters capable of shielding and transmitting light in a minute dot area are arranged in a planar shape. The optical solid according to (1) or (2) above, wherein the surface of the photocurable resin composition is irradiated with light while the mask image is continuously changed by the plurality of minute light shutters corresponding to the cross-sectional shape pattern. Modeling method; and
( 4 )
The optical three-dimensional modeling method according to any one of (1) to (3), wherein the planar drawing mask is a planar drawing mask in which a liquid crystal shutter or a digital micromirror shutter is arranged in a plane;
It is.
This is an optical three-dimensional modeling method.

さらに、本発明は、
) 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;
光造形時の走査方向に対して横方向に並べて配置した、マスク画像を連続的に変えることのできる複数の面状描画マスク;
複数の面状描画マスクのそれぞれ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移動手段であって、光造形工程の少なくとも一部で、複数の面状描画マスクを、走査方向に対して横方向に並べて配置した状態で光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に対して走査方向に連続的に移動させる移動手段;
それぞれの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;
面状描画マスクの位置を検知・計測するための複数のセンサー;および、
前記センサーの検知・計測値に基づいて複数の面状描画マスクのそれぞれの位置補正を行って、複数の面状描画マスクの間の位置ずれを解消させるための手段;
を備えていることを特徴とする光学的立体造形装置である。
Furthermore, the present invention provides
( 5 ) Photocurable resin composition supply means for sequentially supplying one layer of the photocurable resin composition on the mounting table or the photocured resin layer;
light source;
A plurality of planar drawing masks arranged side by side with respect to the scanning direction during stereolithography and capable of continuously changing the mask image;
A moving means for continuously moving each of the plurality of planar drawing masks with respect to the modeling surface made of the photocurable resin composition, wherein the plurality of planar drawing masks are at least part of the optical modeling process. Moving means for continuously moving in the scanning direction with respect to the modeling surface made of the photocurable resin composition in a state of being arranged side by side in the scanning direction ;
Means for continuously changing the mask image of each planar drawing mask in synchronization with the movement of the planar drawing mask;
A plurality of sensors for detecting and measuring the position of the planar drawing mask; and
Means for correcting the position of each of the plurality of planar drawing masks based on the detection / measurement value of the sensor and eliminating positional deviation between the plurality of planar drawing masks;
Is an optical three-dimensional modeling apparatus.

そして、本発明は、
複数の面状描画マスクのそれぞれのマスク画像を通して光を照射してそれぞれの描画領域の光硬化を分担して行わせると共に、全体で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を形成させるための手段を有する前記(5)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前記(5)または(6)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前記(5)〜(7)のいずれかの光学的立体造形装置;および、
) 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。
And this invention,
( 6 ) Irradiate light through each mask image of a plurality of planar drawing masks to share and perform photocuring of each drawing region, and photocuring for one layer having a predetermined cross-sectional shape pattern as a whole The optical three-dimensional modeling apparatus according to (5) , having means for forming a resin layer that has been formed;
( 7 ) The optical three-dimensional image according to (5) or (6) , wherein the planar drawing mask is a planar drawing mask in which a plurality of minute light shutters capable of shielding and transmitting light in a minute dot area are arranged in a planar shape. Modeling equipment;
( 8 ) The optical three-dimensional modeling apparatus according to any one of (5) to (7) , wherein the planar drawing mask is a planar drawing mask in which a liquid crystal shutter or a digital micromirror shutter is arranged in a plane;
( 9 ) a light collecting lens that can be moved continuously in synchronization with the planar drawing mask between the light source and the planar drawing mask, and the surface of the planar drawing mask and the photocurable resin composition; The optical three-dimensional modeling apparatus according to any one of ( 5) to (8) , further including a projection lens that can be moved continuously in synchronization with the planar drawing mask between the two;
It is.

本発明による場合は、光造形工程の少なくとも一部として、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照射を行う連続造形技術を採用し、且つそのような連続造形を複数の面状描画マスクを用いて行うので、寸法精度、外観、強度などに優れる高品質の立体造形物を、極めて速い造形速度で、高い造形精度を維持しながら、短時間で生産性良く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。
In the case of the present invention, as at least a part of the optical modeling process, the planar drawing mask is continuously moved with respect to the modeling surface made of the photocurable resin composition, and a mask image of the planar drawing mask is formed. Employs continuous modeling technology that irradiates light while continuously changing in synchronization with the movement of the planar drawing mask corresponding to the cross-sectional shape pattern of the photocured resin layer to be processed, and a plurality of such continuous modeling The high-quality 3D object with excellent dimensional accuracy, appearance, and strength can be manufactured at a very high modeling speed and with high productivity in a short time while maintaining high modeling accuracy. be able to.
And according to this invention, even if it is not only a small-sized and medium-sized three-dimensional molded item but a large three-dimensional molded item, it can manufacture smoothly with high dimensional accuracy and fast modeling speed.
Furthermore, according to the present invention, even when an inexpensive light source such as a normal ultraviolet lamp is used without using an expensive ultraviolet laser device, the above-described high-quality three-dimensional object can be smoothly produced at a high modeling speed. Can be manufactured.

以下に本発明について詳細に説明する。
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し、その際に前記造形操作を複数の面状描画マスクを用いて行う。
The present invention is described in detail below.
In the present invention, a photocured resin layer having a predetermined cross-sectional shape pattern is formed by irradiating light under control through a planar drawing mask on a modeling surface made of a photocurable resin composition, and then the photocuring A molded surface is formed by applying a photocurable resin composition for one layer on the formed resin layer, and a predetermined cross-sectional shape pattern is formed by irradiating the shaped surface with light through a planar drawing mask. A three-dimensional object is manufactured by sequentially repeating the operation of further forming the photocured resin layer having the predetermined three-dimensional object until the predetermined three-dimensional object is formed, and at that time, the modeling operation is performed using a plurality of planar drawing masks. .

前記した本発明の造形操作は、一般に、液状の光硬化性樹脂組成物を充填した造形浴中に造形テーブルを配置し、造形テーブルを下降させることによって造形テーブル面に1層分の液状の光硬化性樹脂組成物層(造形面)を形成させ、その造形面にそれぞれの面状描画マスクを介して制御下に光を照射して所定のパターンおよび厚みを有する光硬化した樹脂層(以下「光硬化層」ということがある)を形成した後、造形テーブルを更に下降させて該光硬化層面に1層分の液状の光硬化性樹脂組成物層(造形面)を形成させてそれぞれの面状描画マスクを介して制御下に光を照射して所定のパターンおよび厚みを有する光硬化層を一体に積層形成する工程を繰り返して行う、造形浴法を採用して行うことができる。   In the above-described modeling operation of the present invention, generally, a modeling table is placed in a modeling bath filled with a liquid photocurable resin composition, and the modeling table is lowered to lower the modeling table surface for one layer of liquid light. A curable resin composition layer (modeled surface) is formed, and the modeled surface is irradiated with light through each planar drawing mask under control to form a photocured resin layer having a predetermined pattern and thickness (hereinafter “ After the formation table is further lowered, a liquid photocurable resin composition layer (modeling surface) for one layer is formed on the surface of the photocuring layer to form each surface. It is possible to adopt a modeling bath method in which light is irradiated under control through a shape drawing mask to repeat the step of integrally laminating and forming a photocured layer having a predetermined pattern and thickness.

また、前記した本発明の造形操作は、例えば、気体雰囲気中に造形テーブルを配置し、その造形テーブル面に1層分の液状、ペースト状、粉末状または薄膜状の光硬化性樹脂組成物を施してそれぞれの面状描画マスクを介して制御下に光を照射して所定のパターンおよび厚みを有する光硬化層を形成した後、該光硬化層面に1層分の液状、ペースト状、粉末状または薄膜状の光硬化性樹脂組成物を施してそれぞれの面状描画マスクを介して制御下に光を照射して所定のパターンおよび厚みを有する光硬化層を一体に積層形成する工程を繰り返して行う方法を採用して行うこともできる。この方法による場合は、造形テーブルまたは光硬化層を上向きにしておき、その上面に光硬化性樹脂組成物を施し、それぞれの面状描画マスクを介して光照射して光硬化層を順次積層形成してゆく方式を採用してもよいし、造形テーブルまたは光硬化層を垂直または斜めに配置しておいて造形テーブル面または光硬化層面上に光硬化性樹脂層を施し、それぞれの面状描画マスクを介して光照射して光硬化層を順次積層形成してゆく方式を採用してもよいし、或いは造形テーブルまたは光硬化層を下向きに配置しておいて造形テーブル面または光硬化層面に光硬化性樹脂組成物を施してそれぞれの面状描画マスクを介して光照射して順次下方に光硬化層を積層形成してゆく方式を採用してもよい。造形テーブル面または光硬化層面に光硬化性樹脂組成物を施すに当たっては、例えば、ブレード塗装、流延塗装、ローラー塗装、転写塗装、ハケ塗り、スプレー塗装などの適当な方法を採用することができる。   In addition, the above-described modeling operation of the present invention includes, for example, a modeling table placed in a gas atmosphere, and a liquid, paste, powder, or thin film photocurable resin composition for one layer on the modeling table surface. After applying a light under control through each of the planar drawing masks to form a photocured layer having a predetermined pattern and thickness, one layer of liquid, paste or powder is formed on the photocured layer surface. Alternatively, a process of applying a thin-film photocurable resin composition and irradiating light under control through the respective planar drawing masks to integrally form a photocurable layer having a predetermined pattern and thickness is repeated. It can also be done by adopting the method of doing. When using this method, the modeling table or photocuring layer is left facing upward, the photocurable resin composition is applied to the top surface, and light is irradiated through each planar drawing mask to sequentially form the photocuring layer. It is possible to adopt a method that does this, or place a modeling table or photocuring layer vertically or diagonally, apply a photocurable resin layer on the modeling table surface or photocuring layer surface, and draw each planar shape You may adopt the method of irradiating light through a mask and sequentially laminating and forming a photocuring layer, or placing a modeling table or a photocuring layer downwards on the modeling table surface or the photocuring layer surface. You may employ | adopt the system which gives a photocurable resin composition, irradiates light through each planar drawing mask, and laminates | stacks and forms a photocuring layer below one by one. In applying the photocurable resin composition to the modeling table surface or the photocured layer surface, for example, an appropriate method such as blade coating, cast coating, roller coating, transfer coating, brush coating, spray coating, or the like can be employed. .

本発明では、上記した造形操作を行うに当たって、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複数の面状描画マスクを使用して、造形工程の少なくとも一部、すなわち光硬化した所定の断面形状パターンを形成するための工程のすべてまたは該工程の一部において、複数の面状描画マスクのうちの少なくとも1つ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(すなわち動画的に変えながら)、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。
その際に、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。
In the present invention, in performing the above-described modeling operation, using a plurality of planar drawing masks that can continuously change the mask image as the planar drawing mask, at least a part of the modeling process, that is, a photocured predetermined In all or part of the process for forming the cross-sectional shape pattern, at least one of the plurality of planar drawing masks is continuously moved with respect to the modeling surface made of the photocurable resin composition. At the same time, it is continuously changed in synchronization with the movement of the surface drawing mask in correspondence with the cross-sectional shape pattern of the photocured resin layer to form a mask image of the surface drawing mask (that is, changing in a moving image). Then, light is irradiated onto a modeling surface made of the photocurable resin composition through a planar drawing mask to form a photocured resin layer having a predetermined cross-sectional shape pattern.
At that time, the continuous movement of the planar drawing mask is preferably performed in a state parallel to the modeling surface, but may be moved in a non-parallel state in some cases.

例えば、上記した造形操作を多段(多層)にわたって繰り返して立体造形物を製造するに当たって、各光硬化層のすべてで、形成しようとする所定の断面形状パターンが面状描画マスクの寸法(面積)よりも大きな描画領域となるような形状および構造を有する立体造形物の製造においては、それぞれの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、それぞれの面状描画マスクのマスク画像を、形成しようとする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(動画的に変えながら)、光硬化性樹脂組成物よりなる造形面にそれぞれの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操作を多層にわたって繰り返すことによって、目的とする立体造形物を製造することができる。   For example, in manufacturing a three-dimensional structure by repeating the above-described modeling operation over multiple stages (multilayers), the predetermined cross-sectional shape pattern to be formed in all the photocured layers is based on the dimension (area) of the planar drawing mask. In the manufacture of a three-dimensional structure having a shape and structure that will be a large drawing area, each planar drawing mask is continuously moved with respect to the modeling surface made of the photocurable resin composition, and each From the photo-curable resin composition, the mask image of the planar drawing mask is continuously changed in synchronization with the movement of the planar drawing mask in correspondence with the cross-sectional shape pattern to be formed (moving like a moving image). The operation of forming a photocured resin layer having a predetermined cross-sectional shape pattern by irradiating light through each planar drawing mask to the shaped surface to be formed over multiple layers By returning Ri, it is possible to produce a three-dimensional object of interest.

一方、立体造形物の形状や構造によっては、面状描画マスクの面積よりも大きな所定の断面形状パターンの形成と共に、面状描画マスクの面積よりも小さな断面形状パターンを造形操作の途中で形成することが必要な場合がある[何ら限定されるものではないが、例えば、球状をなす本体の頂部に円錐体状の構造部が結合していて、本体および円錐体の下部の横断面積(断面形状パターン)はそれぞれの面状描画マスクの面積よりも大きく、一方円錐体の上部の横断面積(断面形状パターン)が面状描画マスクの面積よりも小さい立体造形物などを本発明の方法により製造する場合]。そのような場合には、大きな断面形状パターンを有する本体部分および円錐体の下部の形成は、それぞれの面状描画マスクのマスク画像を動画的に連続的に変える上記した造形操作を多層にわたって繰り返すことによって行い、一方小さな断面形状パターンを有する円錐体の上部は、面状描画マスクのマスク画像を動画的に変化させずに静止画の状態にし、そのマスク画像を通して光を造形面に照射する操作を円錐体の上部の形成が完了するまで多層にわたって繰り返すことによって、目的とする立体造形物を製造することができる。   On the other hand, depending on the shape and structure of the three-dimensional modeled object, a predetermined cross-sectional shape pattern larger than the area of the planar drawing mask is formed and a sectional shape pattern smaller than the area of the planar drawing mask is formed during the modeling operation. [For example, but not limited to, a cone-shaped structure is coupled to the top of a spherical body, and the cross-sectional area (cross-sectional shape) of the body and the lower part of the cone is The pattern) is larger than the area of each planar drawing mask, while a three-dimensional modeled object or the like having a cross-sectional area (cross-sectional shape pattern) smaller than the area of the planar drawing mask is manufactured by the method of the present invention. If]. In such a case, the main body portion having a large cross-sectional shape pattern and the lower portion of the cone are formed by repeating the above-described modeling operation for continuously changing the mask image of each planar drawing mask in multiple layers. On the other hand, the upper part of the cone having a small cross-sectional shape pattern is set to a still image state without changing the mask image of the planar drawing mask in a moving image, and the operation of irradiating the modeling surface with light through the mask image is performed. By repeating over multiple layers until the formation of the upper part of the cone is completed, the target three-dimensional object can be manufactured.

本発明では、上記したいずれの方法をも包含しており、そのため本発明では、面状描画マスクのマスク画像は、かならずしも造形工程の最初から最後まで常に動画的に連続して変化していなくてもよく、一部の造形工程ではマスク画像が動画的に連続して変化し、別の造形工程ではマスク画像が形成しようとする断面形状パターンに応じた静止画の状態であってもよい。   In the present invention, any of the above-described methods is included. Therefore, in the present invention, the mask image of the planar drawing mask does not always change continuously in a moving manner from the beginning to the end of the modeling process. Alternatively, the mask image may be continuously changed in a moving manner in a part of the modeling process, and may be in a still image state corresponding to the cross-sectional shape pattern to be formed in the other modeling process.

本発明では、マスク画像を連続的(動画的)に変えることのできる面状描画マスクの使用数は、2個以上であればいずれでもよく、その上限個数は特に制限されない。製造しようとする立体造形物の大きさ、形状、構造、光学的立体造形装置の製造コスト、光造形を行う際の造形速度、コストなどを勘案して、2個以上の適当な数の面状描画マスクを用いればよい。   In the present invention, the number of planar drawing masks that can change the mask image continuously (moving image) may be any number as long as it is two or more, and the upper limit number is not particularly limited. Considering the size, shape, and structure of the 3D object to be manufactured, the manufacturing cost of the optical 3D modeling apparatus, the modeling speed when performing the optical modeling, the cost, etc. A drawing mask may be used.

本発明の光学的立体造形方法および装置において、面状描画マスクを光硬化性樹脂組成物の表面に対して連続的に移動させるための手段や方式は特に制限されない。例えば、リニアガイド、シャフト、フラットバーなどをガイドにし、駆動をボールネジ、台形ネジ、タイミングベルト、ラック&ピニオン、チェーンなどを用いて伝達し、駆動源はACサーボモータ、DCサーボモータ、ステッピングモータ、パルスモーターなどを用いることができる。また、ガイドと駆動を兼ねたリニアモーター方式、さらに多関節型のロボットのアーム先端部を利用することもできる。このように本システムの移動は任意の手段や方式を採用することができる。そのうちでも、面状描画マスクをミクロなピッチで精密に連続移動させることができて、面状描画マスクのマスク画像の連続変化と高精度で同期させ得る点から、駆動源としてパルスモーターが好ましく用いられる。
面状描画マスクの造形面に対する移動は、一方向(X軸方向およびY軸方向の一方)のみに行うようにしてもよいが、X軸方向とY軸方向の両方に移動可能にしておくことが、種々の形状の光硬化した断面形状パターンを良好な造形精度で形成できるので好ましい。
In the optical three-dimensional modeling method and apparatus of the present invention, means and a method for continuously moving the planar drawing mask with respect to the surface of the photocurable resin composition are not particularly limited. For example, linear guides, shafts, flat bars, etc. are used as guides, and the drive is transmitted using ball screws, trapezoidal screws, timing belts, racks and pinions, chains, etc., and the drive source is an AC servo motor, DC servo motor, stepping motor, A pulse motor or the like can be used. Also, a linear motor system that serves both as a guide and a drive, and an arm tip of an articulated robot can also be used. In this way, any means or method can be adopted for moving the system. Among them, a pulse motor is preferably used as a drive source because the surface drawing mask can be continuously moved precisely at a micro pitch and can be synchronized with the continuous change of the mask image of the surface drawing mask with high accuracy. It is done.
The movement of the planar drawing mask relative to the modeling surface may be performed only in one direction (one of the X-axis direction and the Y-axis direction), but it should be movable in both the X-axis direction and the Y-axis direction. However, it is preferable because photocured cross-sectional shape patterns of various shapes can be formed with good modeling accuracy.

光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に、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させるに当たっては、面状描画マスクの数、面状描画マスクのサイズ、形成させるべき断面形状パターンの形や大きさなどに応じて、より速い造形速度で且つより高い造形精度で造形が行われるように、複数の面状描画マスクのそれぞれが分担する描画領域の数、大きさ、形、位置などをコンピューターなどにより決定して情報として記憶させておき、そのような情報に基づいてそれぞれの面状描画マスクのマスク画像を連続的に変化させると共にそのマスク画像を通して各面状描画マスクが分担する描画領域の造形面に光を照射して樹脂の硬化を行う方法が好ましく採用される。   In forming a photocured resin layer having a predetermined cross-sectional shape pattern on a modeling surface made of a photocurable resin composition, the number of surface drawing masks, the size of the surface drawing mask, and the cross-sectional shape pattern to be formed The number, size, shape, and position of the drawing areas that each of the planar drawing masks share so that modeling can be performed at a higher modeling speed and higher modeling accuracy according to the shape and size of Are determined by a computer or the like and stored as information, and the mask image of each planar drawing mask is continuously changed based on such information, and each planar drawing mask is assigned through the mask image. A method of curing the resin by irradiating the modeling surface of the drawing region with light is preferably employed.

2個の面状描画マスクを使用して光造形を行う場合の描画領域の分担方法および面状描画マスクの移動方法としては、例えば、
(i)図1の(a)に例示するように、2個の面状描画マスク3,3’を離れた位置で互いに並列させて配置し、それぞれの面状描画マスクのマスク画像を連続的に変化させつつ同じ方向に並列状態で連続移動させながらそれぞれのマスク画像を通して光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方法;
(ii)図1の(b)に例示するように、2個の面状描画マスク3,3’を離れた位置に配置し、それぞれの面状描画マスクのマスク画像を連続的に変化させつつ互いに反対方向に連続移動させながらそれぞれのマスク画像を通して光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方法;
(iii)図1の(c)に例示するように、2つの面状描画マスク3,3’を光造形操作の開始時に離れた位置に配置し、それぞれの面状描画マスクを同じ方向に向って連続移動させながら光造形を行い、連続的に変化する各面状描画マスクのマスク画像を通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方法;
(iv)図1の(d)に例示するように、一方の面状描画マスク3を所定の断面形状パターンにおける周縁部に沿って連続移動させると共にそのマスク画像を連続的に変化させながら光を照射して周縁部の光硬化を行い、もう一方の面状描画マスク3’を所定の断面形状パターンの内部で連続移動させると共にそのマスク画像を連続的に変化させながら光を照射して内部の光硬化を行う方法;
(v)図1の(e)に例示するように、所定の断面形状パターンに相当する描画領域を2つに区分しておき、それぞれの区分内で、各面状描画マスク3,3’を適当な移動軌跡を採用して連続移動させると共にそれらのマスク画像を連続的に変化させて光硬化を行う方法;
(vi)図1の(f)に例示するように、1つの造形面に互いに離れて位置する2つの光硬化した樹脂層部分を形成する場合に、各面状描画マスク3,3’のそれぞれを連続的に移動させると共にマスク画像をそれぞれ連続的に変化させて各々の場所で光硬化した樹脂層部分を形成する方法;
などを挙げることができる。
本発明では、光造形工程の少なくとも一部で、図1の(a)に示した上記(i)の光造方法が好ましく採用される。
As a sharing method of a drawing area and a moving method of a planar drawing mask when performing optical modeling using two planar drawing masks, for example,
(I) As illustrated in FIG. 1A, two planar drawing masks 3 and 3 ′ are arranged in parallel with each other at a distance from each other, and the mask images of the respective planar drawing masks are continuously displayed. A light-cured resin layer having a predetermined cross-sectional pattern by irradiating light through each mask image while continuously moving in parallel in the same direction while changing to
(Ii) As illustrated in FIG. 1B, the two planar drawing masks 3 and 3 ′ are arranged at positions away from each other, and the mask images of the respective planar drawing masks are continuously changed. A method of forming a photocured resin layer having a predetermined cross-sectional shape pattern by irradiating light through each mask image while continuously moving in opposite directions;
(Iii) As illustrated in FIG. 1C, two planar drawing masks 3 and 3 ′ are arranged at positions separated from each other at the start of the optical modeling operation, and the respective planar drawing masks are directed in the same direction. A method of forming a photocured resin layer having a predetermined cross-sectional shape pattern by performing optical modeling while continuously moving and irradiating light through a mask image of each planar drawing mask that continuously changes;
(Iv) As illustrated in FIG. 1 (d), one planar drawing mask 3 is continuously moved along the peripheral edge of a predetermined cross-sectional shape pattern, and light is continuously changed while the mask image is continuously changed. Irradiation is performed to cure the periphery, and the other planar drawing mask 3 ′ is continuously moved within a predetermined cross-sectional shape pattern, and the mask image is continuously changed to irradiate with light. A method of photocuring;
(V) As illustrated in FIG. 1 (e), a drawing area corresponding to a predetermined cross-sectional shape pattern is divided into two, and within each section, each planar drawing mask 3, 3 ′ is A method of performing photocuring by adopting an appropriate movement locus and continuously moving the mask image and changing the mask images continuously;
(Vi) As illustrated in FIG. 1 (f), each of the planar drawing masks 3 and 3 ′ is formed when two photocured resin layer portions positioned apart from each other are formed on one modeling surface. And continuously changing the mask image and continuously changing the mask image to form a photo-cured resin layer portion at each location;
And so on.
In the present invention, the optical production method (i) shown in FIG. 1 (a) is preferably employed in at least a part of the optical modeling process.

光造形を行う際のそれぞれの面状描画マスクの連続移動の方向や速度は、光源の種類、光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に照射される光の照射強度、面状描画マスクを通しての光硬化性樹脂組成物よりなる造形面での露光エリア(露光面積)、形成しようとする断面形状パターンの形状、光硬化性樹脂組成物の種類、光硬化性樹脂組成物の光硬化特性と光硬化層を形成するのに必要な露光時間などに応じて、コンピューターなどを使用して制御、調整する。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平行した状態で、等速で直線状に連続移動させると、光硬化性樹脂組成物よりなる造形面への光照射量の均一制御が容易であるが、勿論、それに限定されない。
複数の面状描画マスクの移動速度は、形成しようとする光硬化した断面形状パターンの内容や、該パターンを形成する際の面状描画マスクの移動軌跡などに応じて決めればよく、そのため互いに同じ移動速度であっても、または異なる移動速度であってもよく、各々に適した速度を採用すればよい。
The direction and speed of continuous movement of each planar drawing mask when performing optical modeling are the type of light source, the irradiation intensity of the light irradiated to the modeling surface made of the photocurable resin composition, and through the planar drawing mask. The exposure area (exposure area) on the modeling surface made of the photocurable resin composition, the shape of the cross-sectional pattern to be formed, the type of the photocurable resin composition, the photocuring characteristics and light of the photocurable resin composition It is controlled and adjusted using a computer or the like according to the exposure time necessary for forming the cured layer. When the planar drawing mask is continuously moved linearly at a constant speed in a state parallel to the modeling surface made of the photocurable resin composition, the amount of light irradiation to the modeling surface made of the photocurable resin composition Although uniform control is easy, of course, it is not limited to it.
The moving speed of the plurality of planar drawing masks may be determined according to the content of the photocured cross-sectional shape pattern to be formed, the movement trajectory of the planar drawing mask when forming the pattern, and so on. It may be a moving speed or a different moving speed, and a speed suitable for each may be adopted.

本発明では、造形精度を一層向上させるために、光造形装置に、面状描画マスクの位置を感知するセンサーを複数配置して、それぞれの面状描画マスクの位置を2点以上で計測し、計測された値に基づいてそれぞれの面状描画マスクの位置補正を行って、複数の面状描画マスクの間の位置ずれを解消するようにする
さらに、面状描画マスクは一般に板状になっており、面状描画マスクの連続移動時の角度が所定の角度からずれると、面状描画マスクのマスク画像を通して造形面に照射される光の形状も正規のものとは異なり、得られる立体造形物の寸法精度が低下する。そのため、本発明では、複数の面状描画マスクの間の位置ずれの解消と共に、それぞれの面状描画マスクの傾き角度などもセンサーで検出して調整を併せて行うことが望ましい。
In the present invention, in order to further improve the modeling accuracy, a plurality of sensors for detecting the position of the planar drawing mask are arranged in the optical modeling apparatus, and the position of each planar drawing mask is measured at two or more points, performing position correction of the respective planar image drawing mask based on the measured values, so as to eliminate the positional deviation between the plurality of planar image drawing mask.
Furthermore, the planar drawing mask is generally plate-shaped, and the shape of light irradiated on the modeling surface through the mask image of the planar drawing mask when the angle during continuous movement of the planar drawing mask deviates from a predetermined angle Unlike regular ones, the dimensional accuracy of the three-dimensional model to be obtained decreases. For this reason, in the present invention, it is desirable that the positional deviation between the plurality of planar drawing masks is eliminated and the inclination angle of each planar drawing mask is also detected by the sensor and adjusted.

面状描画マスクの位置や傾き角度などを検出するためのセンサーの配置数および配置位置は、製造を目的とする立体造形物の形状、構造、サイズ、面状描画マスクの数、面状描画マスクの移動方向、移動範囲、移動速度などに応じて、光造形の邪魔にならない位置に2個以上の所定の数で配置する必要がある。一般には、センサーは、複数の面状描画マスクの最大移動範囲(最大移動面)を包囲する外周部分に間隔を設けて配置するのがよい。複数のセンサーは、所定の位置に固定して配置しても、または光造形の進行や状況と連動させて位置移動可能に配置してもよい。センサーの種類は特に制限されず、面状描画マスクの位置や角度(傾斜角度)を正確に検知できるセンサーであればいずれも使用でき、例えば、CCDセンサー、PSDセンサーなどが挙げられる。   The number and position of sensors for detecting the position and tilt angle of the planar drawing mask are the shape, structure, size, number of planar drawing masks, planar drawing masks for the purpose of manufacturing. Depending on the moving direction, moving range, moving speed, etc., it is necessary to arrange two or more predetermined numbers at positions that do not interfere with optical modeling. In general, it is preferable that the sensors are arranged at intervals in the outer peripheral portion surrounding the maximum movement range (maximum movement surface) of the plurality of planar drawing masks. The plurality of sensors may be fixedly disposed at predetermined positions, or may be disposed so as to be movable in conjunction with the progress or situation of the optical modeling. The type of the sensor is not particularly limited, and any sensor can be used as long as it can accurately detect the position and angle (tilt angle) of the planar drawing mask, and examples thereof include a CCD sensor and a PSD sensor.

また、本発明で用いる面状描画マスクは、一般に板状(平面状)をなしていて、そのままでは位置や角度の検出が困難なことがあるので、面状描画マスクの1つまたは複数の角部分(隅部分)に光造形に邪魔にならないように、センサーが認識し易い目印を取り付けておき、その目印をセンサーで検出して、それぞれの面状描画マスクの位置や角度などを検出するようにすると便利である。
複数のセンサーで計測された値に基づいて、各面状描画マスクの位置補正を行って各面状描画マスクの間の位置ずれを解消したり、また各面状描画マスクの角度の調整などを行って、光造形を行う。
センサーで計測された値に基づく各面状描画マスクの間の位置ずれの解消や面状描画マスクの角度の調整などは、適宜の時点に行うことができるが、光造形の開始直前、光造形途中、光造形の終盤などに行うことができるが、少なくとも光造形の開始直前に行うことが、寸法精度に優れる立体造形物が確実に得られる点から好ましい。
In addition, the planar drawing mask used in the present invention is generally plate-shaped (planar), and it may be difficult to detect the position and angle as it is, so that one or more corners of the planar drawing mask may be used. Attach a mark that can be easily recognized by the sensor so that it does not interfere with stereolithography in the part (corner part) and detect the mark with the sensor to detect the position and angle of each planar drawing mask. This is convenient.
Based on the values measured by multiple sensors, the position of each planar drawing mask is corrected to eliminate positional deviation between each planar drawing mask, and the angle of each planar drawing mask is adjusted. Go and do stereolithography.
The elimination of misalignment between the respective planar drawing masks based on the values measured by the sensors and the adjustment of the angle of the planar drawing mask can be performed at an appropriate time. In the middle, it can be performed at the final stage of the optical modeling, but at least immediately before the start of the optical modeling is preferable because a three-dimensional model having excellent dimensional accuracy can be obtained with certainty.

面状描画マスクの連続移動と同期させてそれぞれの面状描画マスクのマスク画像を連続的(動画的)に変化させるに当たっては、形成しようとする断面形状パターンの内容および面状描画マスクの連続移動速度などに対応させて、面状描画マスクによって形成されるべきマスク画像に関する情報を予めコンピューターなどに記憶させておき、その情報に基づいて面状描画マスクを連続移動させると共に、面状描画マスクのマスク画像を連続的に変化させるようにするとよい。   When changing the mask image of each planar drawing mask continuously (moving image) in synchronization with the continuous movement of the planar drawing mask, the contents of the cross-sectional shape pattern to be formed and the continuous movement of the planar drawing mask Information related to the mask image to be formed by the planar drawing mask is stored in advance in a computer or the like in accordance with the speed, and the planar drawing mask is continuously moved based on the information. The mask image is preferably changed continuously.

本発明で用いる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を用いることが好ましい。そのような面状描画マスクの具体例としては、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挙げることができる。本発明における面状描画マスクとして好ましく用いられる液晶シャッターやデジタルマイクロミラーシャッターは、連続的(動画的)な画像形成が可能な手段として、他の分野(例えばテレビジョン、パソコン、プロジェクター、カーナビ、携帯電話など)において既に用いられている。
これらの面状描画マスクは、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(X−Y方向)に並列配置した正方形状または長方形状の面状描画マスクであることが好ましい。面状描画マスクに配置する微小光シャッター(画素子)の数は特に制限されず、従来から知られているものなどを使用することができる。液晶シャッター(液晶表示素子)としては、例えば、QVGA(画素数=320ドット×240ドット)、VGA(画素数=640×480ドット)、SVGA(画素数=800×600ドット)、UXGA(画素数=1024×768ドット)、QSXGA(画素数=2560×2648ドット)などを用いることができ、これらの液晶シャッターは従来から広く販売されている。
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。
As the planar drawing mask used in the present invention, it is preferable to use a planar drawing mask in which a plurality of minute light shutters capable of shielding and transmitting light in minute dot areas are arranged in a planar shape. Specific examples of such a planar drawing mask include a liquid crystal shutter or a digital micromirror shutter. Liquid crystal shutters and digital micromirror shutters preferably used as a planar drawing mask in the present invention can be used in other fields (for example, televisions, personal computers, projectors, car navigation systems, mobile phones) as means capable of continuous (moving image) image formation. Already used in telephones).
These planar drawing masks are square or rectangular planar drawing masks in which a plurality of minute light shutters capable of shielding and transmitting light in minute dot areas are arranged in parallel in a planar shape (XY direction). It is preferable. The number of minute light shutters (image elements) arranged on the planar drawing mask is not particularly limited, and conventionally known ones can be used. As a liquid crystal shutter (liquid crystal display element), for example, QVGA (number of pixels = 320 dots × 240 dots), VGA (number of pixels = 640 × 480 dots), SVGA (number of pixels = 800 × 600 dots), UXGA (number of pixels) = 1024 × 768 dots), QSXGA (number of pixels = 2560 × 2648 dots), and the like, and these liquid crystal shutters have been widely sold.
As the digital micromirror shutter, for example, a DMD (registered trademark) device of “DLP Technology” (registered trademark) manufactured by Texas Instruments Inc. can be used.

本発明で好ましく用いられる上記した液晶シャッターおよびデジタルマイクロミラーシャッターよりなる面状描画マスクは、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遮光および/または透光を行うことによって、マスク画像を、例えばテレビジョンや映画などの動画のように連続的に変えることができる。そのため、連続的に移動しながら連続的に変わるそのようなマスク画像(動画的マスク画像)に対応した光が、その照射位置を連続的に移動させながら光硬化性樹脂組成物の表面に連続的に照射され、光照射された部分の光硬化性樹脂組成物の表面が連続的に硬化して、所定の1層分の断面形状パターンが形成される。   The planar drawing mask comprising the above-described liquid crystal shutter and digital micromirror shutter preferably used in the present invention is formed by the plurality of micro light shutters corresponding to the cross-sectional shape pattern to be formed during continuous movement of the planar drawing mask. By performing light shielding and / or translucency, the mask image can be continuously changed like a moving image such as a television or a movie. Therefore, light corresponding to such a mask image (moving mask image) that continuously changes while continuously moving is continuously applied to the surface of the photocurable resin composition while continuously moving the irradiation position. The surface of the photocurable resin composition in the portion irradiated with light is continuously cured to form a predetermined cross-sectional pattern for one layer.

前記で例示した液晶シャッターを用いて、光硬化性樹脂組成物よりなる造形面での1画素ピッチ(隣り合う画素間の距離)が0.1mm(光造形に必要とされる造形精度)になるようにして、液晶シャッターを停止させた状態で光照射を行う従来技術による場合には、その露光面サイズはQVGAで32mm×24mm、VGAで64mm×48mm、SVGAで80mm×60mm、UXGAで102.4mm×76.8mm、QSXGAで256mm×264.8mmであり、露光面(断面形状パターン)の一辺のサイズが300mmを超えるような大型の立体造形物の製造は困難であった。それに対して本発明による場合は、前記した従来市販の液晶シャッターなどを面状描画マスクとして用い、それを光硬化性樹脂組成物の表面に対して連続的に移動させると同時に液晶シャッターによるマスク画像を液晶シャッターの移動と同期させて連続的に動画状に変化させながら光照射を行うために、露光面(断面形状パターン)のサイズは制限されず、任意の大きさの光硬化した断面形状パターンを形成することができる。そのため、本発明による場合は、一辺のサイズが300mmを超えるような大型の立体造形物をも、高い造形精度で、しかも速い造形速度で、簡単に、生産性良く製造することができる。
本発明で用いる複数の面状描画マスクは、種類、サイズ、ドット数などが同じあっても、または互いに異なっていてもよい。
Using the liquid crystal shutter exemplified above, one pixel pitch (distance between adjacent pixels) on the modeling surface made of the photocurable resin composition is 0.1 mm (modeling accuracy required for optical modeling). Thus, in the case of the conventional technique in which light irradiation is performed with the liquid crystal shutter stopped, the exposure surface size is 32 mm × 24 mm for QVGA, 64 mm × 48 mm for VGA, 80 mm × 60 mm for SVGA, and 102.times. For UXGA. It was 4 mm × 76.8 mm, QSXGA was 256 mm × 264.8 mm, and it was difficult to produce a large three-dimensional object having a size of one side of the exposure surface (cross-sectional shape pattern) exceeding 300 mm. On the other hand, in the case of the present invention, the above-described conventional commercially available liquid crystal shutter is used as a planar drawing mask, and it is continuously moved with respect to the surface of the photocurable resin composition, and at the same time, a mask image by the liquid crystal shutter. In order to irradiate light while continuously changing it to a moving image in synchronization with the movement of the liquid crystal shutter, the size of the exposed surface (cross-sectional shape pattern) is not limited, and the photocured cross-sectional shape pattern of any size Can be formed. Therefore, in the case of the present invention, even a large three-dimensional model having a side size exceeding 300 mm can be easily manufactured with high modeling accuracy and at a high modeling speed with high productivity.
The plurality of planar drawing masks used in the present invention may have the same type, size, number of dots, or the like, or may be different from each other.

光源は面状描画マスクの背部側に配置され、光源からの光は面状描画マスクを介して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に照射される。光源の種類は特に制限されず、光学的立体造形で使用され得る光源であればいずれでもよく、例えば、キセノンランプ、メタルハライドランプ、水銀灯、蛍光灯、ハロゲンランプ、白熱ランプ、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)、LEDなどを挙げることができる。特に、本発明による場合は、光学的立体造形法で従来用いられてきたレーザー光装置のような高価な光源を使用せずに、キセノンランプ、メタルハライドランプ、水銀灯、蛍光灯、ハロゲンランプ、白熱ランプなどのような安価な汎用の光源を使用することができ、そのために、光学的立体造形装置を安価で使用し易いものとすることができる。
複数の面状描画マスクに対して、同じ種類の光源を用いてもよいし、場合によっては種類の異なる光源を用いてもよい。
The light source is disposed on the back side of the planar drawing mask, and light from the light source is irradiated to the modeling surface made of the photocurable resin composition through the planar drawing mask. The type of the light source is not particularly limited and may be any light source that can be used in optical three-dimensional modeling. For example, xenon lamp, metal halide lamp, mercury lamp, fluorescent lamp, halogen lamp, incandescent lamp, Ar laser, He-Cd A laser, LD laser (semiconductor excitation solid state laser), LED, etc. can be mentioned. In particular, in the case of the present invention, a xenon lamp, a metal halide lamp, a mercury lamp, a fluorescent lamp, a halogen lamp, an incandescent lamp can be used without using an expensive light source such as a laser beam apparatus conventionally used in optical stereolithography. An inexpensive general-purpose light source such as the above can be used, and therefore, the optical three-dimensional modeling apparatus can be made inexpensive and easy to use.
The same type of light source may be used for a plurality of planar drawing masks, or different types of light sources may be used in some cases.

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と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。
The shape, size, and number of the light source are not particularly limited, and can be appropriately selected according to the shape and size of the planar drawing mask, the shape and size of the photocuring cross-sectional shape pattern to be formed, and the light source is For example, it may be dot-shaped, spherical, rod-shaped, or planar, and a dot-shaped or spherical light source may be directly arranged in one or more rows on the back side of the planar drawing mask.
Further, the light source may be provided on the back side of the planar drawing mask so as to be continuously movable together with the planar drawing mask, or the improvement of modeling accuracy, the modeling speed, the weight of the apparatus, the improvement of maintainability, etc. For this purpose, the light source is provided so as not to move to a fixed position, and the light from the light source is guided to the back of the planar drawing mask through an optical fiber, a light guide or other light transmission means, and the optical fiber, the light guide or other light transmission means is provided. You may provide so that a continuous movement is possible with a planar drawing mask.
Moreover, you may employ | adopt the system which condenses and raises light energy using a some light source for the improvement of modeling speed. In particular, when an optical fiber or a light guide is used, there is an advantage that a plurality of light sources can be easily condensed.

本発明では、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、装置コストのダウンなどの目的で、面状描画マスクの背部側に配置する光源の種類、形状、数、面状描画マスクの形状やサイズなどに応じて、光源からの光を面状描画マスクに良好に導くための手段(例えば集光レンズ、フレネルレンズなど)、また面状描画マスクによって形成されたマスク画像(面状描画マスクを通った光画像)を光硬化性樹脂組成物の表面の所定位置に高造形精度で照射させるための手段(例えば投影レンズ、プロジェクタレンズなど)を配置することが好ましい。それらの手段は、面状描画マスクの連続的な移動と同期して連続移動するようにしておくことが好ましい。   In the present invention, the type, shape, and number of light sources arranged on the back side of the planar drawing mask for the purpose of improving modeling accuracy, improving modeling speed, reducing the weight of the apparatus, improving maintainability, and reducing the cost of the apparatus. Depending on the shape and size of the planar drawing mask, means for satisfactorily guiding light from the light source to the planar drawing mask (for example, a condensing lens, a Fresnel lens, etc.), and formed by the planar drawing mask It is preferable to arrange means (for example, a projection lens, a projector lens, etc.) for irradiating a mask image (light image that has passed through a planar drawing mask) to a predetermined position on the surface of the photocurable resin composition with high modeling accuracy. . It is preferable that these means continuously move in synchronization with the continuous movement of the planar drawing mask.

本発明で用いる光硬化性樹脂組成物の種類は特に制限されず、光造形に用い得る液状、ペースト、粉末状、薄膜状などの光硬化性樹脂組成物のいずれもが使用できる。
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。
The kind of the photocurable resin composition used in the present invention is not particularly limited, and any of photocurable resin compositions such as liquid, paste, powder, and thin film that can be used for optical modeling can be used.
In the present invention, as a photocurable resin composition, conventionally used in stereolithography, for example, urethane acrylate oligomer, epoxy acrylate oligomer, ester acrylate oligomer, various oligomers such as polyfunctional epoxy resin; isobornyl acrylate, Isobornyl methacrylate, dicyclopentenyl acrylate, dicyclopentenyl methacrylate, dicyclopentenyloxyethyl acrylate, dicyclopentenyloxyethyl methacrylate, dicyclopetanyl acrylate, dicyclopetanyl methacrylate, bornyl acrylate, bornyl methacrylate , 2-hydroxyethyl acrylate, cyclohexyl acrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, phenoxyethyl acrylate, mole Acrylic compounds such as phosphorus acrylamide, morpholine methacrylamide and acrylamide, and various monofunctional vinyl compounds such as N-vinyl pyrrolidone, N-vinyl caprolactam, vinyl acetate and styrene; trimethylolpropane triacrylate, ethylene oxide modified trimethylolpropane Triacrylate, ethylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol diacrylate, 1,4-butanediol diacrylate, 1,6-hexanediol diacrylate, neopentyl glycol diacrylate, dicyclopentanyl diacrylate, Polyester diacrylate, ethylene oxide modified bisphenol A diacrylate, pentaerythritol triacryl , Pentaerythritol tetraacrylate, propylene oxide modified trimethylolpropane triacrylate, propylene oxide modified bisphenol A diacrylate, tris (acryloxyethyl) isocyanurate, etc .; hydrogenated bisphenol A diglycidyl ether, 3, 4-epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexanecarboxylate, 2- (3,4-epoxycyclohexyl-5,5-spiro-3,4-epoxy) cyclohexane-meta-dioxane, bis (3,4-epoxy It is possible to use a photocurable resin composition containing one or more of various epoxy compounds such as (cyclohexylmethyl) adipate, a photopolymerization initiator, and a sensitizer if necessary. wear.

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。   In addition to the components described above, the photocurable resin composition used in the present invention, if necessary, a leveling agent, a surfactant other than the phosphate ester surfactant, an organic polymer modifier, It may contain an organic plasticizer.

本発明で用いる光硬化性樹脂組成物は、必要に応じて、固体微粒子やウィスカーなどの充填材を含有していてもよい。充填材を含有する光硬化性樹脂組成物を用いると、硬化時の体積収縮の低減による寸法精度の向上、機械的物性や耐熱性の向上などを図ることができる。
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。
The photocurable resin composition used in the present invention may contain a filler such as solid fine particles and whiskers, as necessary. When a photocurable resin composition containing a filler is used, it is possible to improve dimensional accuracy by reducing volume shrinkage at the time of curing, improve mechanical properties and heat resistance, and the like.
Examples of the solid fine particles used as the filler include inorganic fine particles such as carbon black fine particles, and organic polymer fine particles such as polystyrene fine particles, polyethylene fine particles, polypropylene fine particles, acrylic resin fine particles, and synthetic rubber fine particles. 1 type (s) or 2 or more types can be used. The particle size of the solid fine particles is not particularly limited, but generally those having an average particle size of 200 μm or less, particularly 100 μm or less are preferably used.

また、ウィスカーとしては、径が0.3〜1μm、特に0.3〜0.7μm、長さが10〜70μm、特に20〜50μmおよびアスペクト比が10〜100、特に20〜70μmのものが好ましく用いられる。なお、ここで言うウイスカーの寸法およびアスペクト比は、レーザー回析/散乱式粒度分布測定装置を用いて測定した寸法およびアスペクト比である。ウイスカーの種類は特に制限されず、例えば、ホウ酸アルミニウム系ウイスカー、酸化アルミニウム系ウイスカー、窒化アルミニウム系ウイスカー水、酸化硫酸マグネシウム系ウイスカー、酸化チタン系ウイスカーなどを挙げることができ、前記したウイスカーの1種または2種以上を用いることができる。   The whisker preferably has a diameter of 0.3 to 1 μm, particularly 0.3 to 0.7 μm, a length of 10 to 70 μm, particularly 20 to 50 μm, and an aspect ratio of 10 to 100, particularly 20 to 70 μm. Used. In addition, the dimension and aspect ratio of a whisker here are the dimension and aspect ratio measured using the laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring apparatus. The type of whisker is not particularly limited, and examples thereof include aluminum borate whisker, aluminum oxide whisker, aluminum nitride whisker water, magnesium oxide whisker, titanium oxide whisker, and the like. Species or two or more can be used.

固体微粒子および/またはウィスカーを含有する光硬化性樹脂組成物を用いる場合は、固体微粒子を光硬化性樹脂組成物の全容量に基づいて5〜70容量%の割合で含有することが好ましく、またウィスカーの含有量を5〜30容量%とすることが好ましい。固体微粒子とウィスカーの両方を含有する場合は、両者の合計含有量が光硬化層の全容量に基づいて10〜75容量%であることが好ましい。   When using a photocurable resin composition containing solid fine particles and / or whiskers, it is preferable to contain solid fine particles in a proportion of 5 to 70% by volume based on the total volume of the photocurable resin composition. The whisker content is preferably 5 to 30% by volume. When both solid fine particles and whiskers are contained, the total content of both is preferably 10 to 75% by volume based on the total volume of the photocured layer.

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。   The solid fine particles and / or whiskers may or may not be surface-treated with a silane coupling agent, but are preferably surface-treated. When the solid fine particles and / or whiskers are surface-treated with a silane coupling agent, a photocured product with higher heat deformation temperature, flexural modulus, and mechanical strength can be obtained. In this case, as the silane coupling agent, any of silane coupling agents conventionally used for filler surface treatment and the like can be used. Preferred silane coupling agents include aminosilane, epoxy silane, vinyl silane, and ( Mention may be made of (meth) acrylic silanes.

以下に図を参照して本発明について具体的に説明するが、本発明は図に示されたものに何ら限定されるものではない。
図2〜図5は、本発明の光造形法で用いる光造形装置の要部(各面状描画マスク単位での装置部分)の例をそれぞれ示したものである。また、図6は、図2に示したような装置部分を2つ組み合わせて、2個の面状描画マスクを有する光造形システムを構築し、それを使用して本発明の方法にしたがって光造形を行う際の一例を示したものである。
図2〜図6において、1は光源、2は集光レンズ、3(3a,3b)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。
The present invention will be specifically described below with reference to the drawings, but the present invention is not limited to those shown in the drawings.
2 to 5 show examples of the main part (apparatus part in each planar drawing mask unit) of the optical modeling apparatus used in the optical modeling method of the present invention. Further, FIG. 6 shows a stereolithography system having two planar drawing masks by combining two device parts as shown in FIG. It shows an example when performing.
2 to 6, 1 is a light source, 2 is a condenser lens, 3 (3a, 3b) is a planar drawing mask, 3a of which is a planar drawing mask in which liquid crystal shutters are arranged in a plane (hereinafter "" 3b denotes a planar drawing mask (hereinafter also referred to as “DMD type planar drawing mask”) in which digital micromirror shutters are arranged in a plane.
Further, 4 is a projection lens, 5 is a modeling surface (a modeling surface for one layer) made of the surface of the photocurable resin composition, 5a is one end of the modeling surface, 5b is the other end of the modeling surface, 6 is an exposure image (photocured resin layer) formed on the modeling surface, 7 is a light transmission means such as an optical fiber or a light guide, 8 is a rod lens, 9 is an imaging lens, and 10 is a reflecting mirror.

図2〜図6に示すように、光源1からの光は、ロッドレンズ8、結像レンズ9および反射鏡10を経た後に集光レンズ2を用いて面状描画マスク3(3a、3bなど)にその全面をカバーするようにして照射されるか(図2と図6の装置)、またはそのまま集光レンズ2を用いて面状描画マスク3(3a、3bなど)にその全面をカバーするようにして照射される(図3〜図5の装置)。
その際に、図2および図6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および反射鏡10を経由して集光レンズ2に導くようにしてもよいし、図3および図4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に直接導くようにしてもよいし、または図5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。
As shown in FIGS. 2 to 6, the light from the light source 1 passes through the rod lens 8, the imaging lens 9, and the reflecting mirror 10, and then the planar drawing mask 3 (3 a, 3 b, etc.) using the condenser lens 2. Is irradiated so as to cover the entire surface (the apparatus shown in FIGS. 2 and 6), or the entire surface is covered with a planar drawing mask 3 (3a, 3b, etc.) using the condenser lens 2 as it is. Is irradiated (apparatus of FIGS. 3 to 5).
At that time, as shown in FIGS. 2 and 6, the light from the light source 1 may be guided to the condensing lens 2 via the rod lens 8, the imaging lens 9, and the reflecting mirror 10, or FIG. As shown in FIG. 4, the light source 1 may be arranged directly on the back side of the condenser lens 2 so that the light from the light source 1 is directly guided to the condenser lens 2, or as shown in FIG. 1 may be disposed at a location away from the condenser lens 2 and light from the light source 1 may be guided to the condenser lens 2 via a light transmission means 7 such as an optical fiber or a light guide.

図2〜図4および図6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6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2〜図6に示すような、光放出部が丸形の光源であってもよいし、図示していないが、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、または他の形状の光源であってもよい。
光源1は、図2、図4、図6に示すように、横向きに配置することが好ましい。
2 to 4 and 6, the light source 1 includes a rod lens 8, an imaging lens 9, a reflecting mirror 10, a condensing lens 2, a planar drawing mask 3 (3a, 3b, etc.). ), Along with the projection lens 4 and the like, continuously move in the scanning direction during optical modeling. Further, as shown in FIG. 6, when the light from the light source 1 is guided to the back surface of the condenser lens 2 through the light transmission means 7 such as an optical fiber or a light guide, the light source 1 is fixed at a predetermined position. It is arranged so that the flexible light transmission means 7 such as an optical fiber or a light guide is continuously moved in the scanning direction at the time of optical modeling together with the condensing lens 2, the planar drawing mask 3 (3a, 3b, etc.) and the projection lens 4. Can be.
The type and shape of the light source 1 are not particularly limited. For example, as shown in FIGS. 2 to 6, the light emission part may be a round light source, and although not shown, the light emission part is horizontally long. It may be a (or vertically long) rod-shaped light source, or a light source of another shape.
As shown in FIGS. 2, 4, and 6, the light source 1 is preferably arranged in a horizontal direction.

光造形操作時に、複数の面状描画マスク3(3a,3bなど)のそれぞれに、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して連続的に変化する所定のマスク画像が動画的に形成される。そのため、集光レンズ2を経て面状描画マスク3(3a,3bなど)の全面に照射された光は、面状描画マスク3(3a,3bなど)によって連続的に且つ刻々変化しつつ形成されている所定のマスク画像を介して通過または遮蔽され(反射され;DMD式面状描画マスクの場合)、マスク(遮蔽)されていない部分の光のみが投影レンズ4を経て光硬化性樹脂組成物よりなる造形面5に照射され、該造形面5に所定の形状パターンの露光像(光硬化部)6を形成する。   During the optical modeling operation, each of the plurality of planar drawing masks 3 (3a, 3b, etc.) is continuously synchronized with the movement of the planar drawing mask corresponding to the cross-sectional shape pattern of the photocured resin layer to be formed. A predetermined mask image that changes with time is formed as a moving image. Therefore, the light irradiated on the entire surface of the planar drawing mask 3 (3a, 3b, etc.) through the condenser lens 2 is formed by the planar drawing mask 3 (3a, 3b, etc.) continuously and changing every moment. A light-curable resin composition that passes or is shielded (reflected; in the case of a DMD type planar drawing mask) through a predetermined mask image, and only light in a portion not masked (shielded) passes through the projection lens 4 The modeling surface 5 is irradiated, and an exposure image (photocuring portion) 6 having a predetermined shape pattern is formed on the modeling surface 5.

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2〜図6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、図示していないが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2〜図6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、図示していないが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。
The shape of the planar drawing mask 3 (3a, 3b, etc.) is not particularly limited, and an appropriate shape is adopted according to the shape and dimensions (particularly the cross-sectional shape and dimensions) of the optically shaped object to be manufactured. be able to. The planar drawing mask 3 (3a, 3b, etc.) may have, for example, a square shape or a substantially square shape as shown in FIGS. 2 to 6, or a rectangular shape (not shown). Or other shapes.
Furthermore, the dimensions of the planar drawing mask 3 (3a, 3b, etc.) may be appropriately sized according to the shape and dimensions (particularly the cross-sectional shape and dimensions thereof) of the optical modeling object to be manufactured. it can. The planar drawing mask 3 (3a, 3b, etc.) is, for example, as shown in FIGS. 2 to 6, its width dimension rather than the full width of the predetermined photocured cross-sectional shape pattern to be formed (full width of the modeling surface). May be small, or may have a width dimension that can cover the full width of the predetermined photocured shape pattern to be formed (the full width of the modeling surface) although not shown. .

面状描画マスク3として、液晶式面状描画マスク3aを用いた場合は、形成しようとする所定の断面形状と液晶面状描画マスク3a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、液晶面状描画マスク3aに配置された複数の微小な液晶シャッターのうち、光を通過させるべき箇所に位置する液晶シャッターは光を通過させるように開き、一方光を遮蔽させるべき箇所に位置する液晶シャッターは閉じて光の通過を阻止し、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。
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。
When the liquid crystal surface drawing mask 3a is used as the surface drawing mask 3, information stored in advance in a computer or the like in correspondence with the predetermined sectional shape to be formed and the continuous movement of the liquid crystal surface drawing mask 3a. Accordingly, among the plurality of minute liquid crystal shutters arranged on the liquid crystal surface drawing mask 3a, the liquid crystal shutter located at a position where light should pass is opened so as to allow light to pass therethrough, while the light should be shielded. The liquid crystal shutter located at is closed to prevent the passage of light, and such an operation is designed to repeat continuously (moving image) until a photocured resin layer having a predetermined cross-sectional shape is formed. Yes.
Further, when the DMD type surface drawing mask 3b is used as the surface drawing mask 3, it is stored in advance in a computer or the like in correspondence with the predetermined cross-sectional shape to be formed and the continuous movement of the DMD type surface drawing mask 3b. Depending on the information made, a specific mirror shutter among a plurality of minute mirror shutters arranged in a plane is directed in a direction in which light is reflected (guided) in the direction of the projection lens 4 and the translucent surface 5, On the other hand, the mirror shutter located at a position where light should be shielded is directed in a direction in which the light is not reflected (not guided) in the direction of the projection lens 4 and the modeling surface 5, and such an operation is performed by photocuring having a predetermined cross-sectional shape. It is designed to repeat continuously (moving image) until the formed resin layer is formed.

図2〜図6に示した光造形装置では、光源1または光伝達手段7、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3aまたは3b、投影レンズ4などは、光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に光を照射して光硬化した樹脂層を形成させる光造形操作時に、移動手段(図示せず)によって、一体をなして、造形面5(光硬化性樹脂組成物の表面)に対して平行状態で連続的に移動する(図2〜図6では矢印の方向に連続移動する)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、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。
2 to 6, the light source 1 or the light transmission means 7, the rod lens 8, the imaging lens 9, the reflecting mirror 10, the condenser lens 2, the planar drawing mask 3 a or 3 b, and the projection lens 4. Are formed integrally by a moving means (not shown) at the time of an optical modeling operation for forming a photocured resin layer by irradiating light on a modeling surface made of a photocurable resin composition. It is designed to continuously move in parallel with the surface of the photocurable resin composition (in FIG. 2 to FIG. 6, it continuously moves in the direction of the arrow).
Then, as described above, the mask image (mask pattern) in the planar drawing mask 3 (3a, 3b, etc.) is photocured to be formed based on the information about the mask image stored in advance in a computer or the like. Corresponding to the predetermined cross-sectional shape pattern of the resin layer, the modeling surface 5 (photo-curing resin) changes continuously in a moving manner in synchronization with the continuous movement of the planar drawing mask 3 (3a, 3b, etc.). Light irradiation is performed on the surface of the composition, and a photocured resin layer (exposure image 6) having a predetermined cross-sectional shape is continuously formed.

図6は、形成しようとする所定の光硬化した断面形状パターン(露光像6)の全幅(または造形面5の全幅)よりも幅寸法の小さい2個の面状描画マスク3aを用いて、本発明の光造形を行う場合について例示したものである。
図6で例示した光造形操作を行うに当たっては、1層分の光硬化した樹脂層(露光像6)の形成時(連続造形操作時)に、断面形状パターン(露光像6)の各部における光照射量を等しくするために、光源1(または光伝達手段7)、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)、投影レンズ4などの連続移動時の速度を等速とし且つ面状描画マスク3aおよび投影レンズ4を経て造形面5に到達する光の強度が光造形操作中に変化しないようにすることが好ましい。
FIG. 6 is a schematic diagram of the present invention using two planar drawing masks 3a having a width dimension smaller than the full width of the predetermined photocured cross-sectional shape pattern (exposure image 6) to be formed (or the full width of the modeling surface 5). It illustrates about the case where the optical modeling of invention is performed.
In performing the optical shaping operation illustrated in FIG. 6, the light in each part of the cross-sectional shape pattern (exposure image 6) is formed when the photocured resin layer (exposure image 6) for one layer is formed (at the time of continuous shaping operation). In order to equalize the irradiation amount, the light source 1 (or light transmission means 7), rod lens 8, imaging lens 9, reflecting mirror 10, condensing lens 2, planar drawing mask 3 (3a, 3b), projection lens 4 It is preferable that the speed at the time of continuous movement is constant, and the intensity of light reaching the modeling surface 5 through the planar drawing mask 3a and the projection lens 4 is not changed during the optical modeling operation.

複数の面状描画マスクを用い、それぞれの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(露光像6)の断面形状パターンに対応させて面状描画マスクの連続移動と同期させて動画的に連続的に変えながら光造形を行う本発明の光造形方法による場合は、図6にみるように、所定の断面形状パターン(露光像6)よりも小さな面状描画マスク3(3a)を使用して、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を小さく保ちながら、小型から大型に至る各種のサイズの光造形物を、速い造形速度で且つ高い造形精度で円滑に製造することができる。
その上、光照射によって形成される露光像6(光硬化した樹脂層)の各部は、単に1回の光照射のみによって硬化されるのではなく、投影レンズ4を経て造形面5に照射される連続的に変化する動画的な所定パターンの光が、該各部を完全に通過し終えるまでの間中、連続的に照射されて光硬化した樹脂層が形成される。そのため、本発明による場合は、光造形時の照射光の移動速度を速くしても十分な光硬化を行うことができ、目的とする光造形物を短時間で生産性良く製造することができる。しかも、本発明による場合は、形成される露光像6(所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂)の各部における光照射量が前記した連続的な光照射によって均一化されるので、面状描画マスクを停止した状態で光を照射する上記した従来技術におけるような隣接する照射部間の不連続性や光照射の不均一が生じず、断面形状パターン全体に均一な斑のない光照射が行われて、光造形物の寸法精度および造形精度が向上し、さらに強度斑がなくなり、外観により優れたものとなる。
Using a plurality of planar drawing masks, the mask image of each planar drawing mask is continuously moved in correspondence with the cross-sectional shape pattern of the photocured resin layer (exposure image 6) to be formed. In the case of the optical modeling method of the present invention in which optical modeling is performed while continuously changing in synchronization and moving images, as shown in FIG. 6, a planar drawing mask 3 smaller than a predetermined sectional shape pattern (exposure image 6). Using (3a), a photo-molded article of various sizes ranging from small to large while keeping the distance between adjacent minute dot areas on the surface of the photocurable resin composition projected from the planar drawing mask small Can be manufactured smoothly at high modeling speed and with high modeling accuracy.
In addition, each part of the exposure image 6 (photocured resin layer) formed by light irradiation is not cured by only one light irradiation but is irradiated to the modeling surface 5 through the projection lens 4. A light-cured resin layer is formed by continuously irradiating light of a predetermined moving image pattern that continuously changes until it has completely passed through each part. Therefore, in the case of the present invention, sufficient photocuring can be performed even if the moving speed of irradiation light at the time of optical modeling is increased, and the target optically modeled object can be manufactured with high productivity in a short time. . Moreover, in the case of the present invention, since the light irradiation amount in each part of the formed exposure image 6 (photocured resin having a predetermined cross-sectional shape pattern) is uniformized by the continuous light irradiation described above, the surface shape Irradiate light with the drawing mask stopped. There is no discontinuity between adjacent irradiation parts and non-uniformity of light irradiation as in the prior art described above. As a result, the dimensional accuracy and modeling accuracy of the optically shaped object are improved, and further, the unevenness of the strength is eliminated, and the appearance is improved.

さらに、本発明による場合は、投影描画面を縮小して光造形を行うことができ、それによって描画分解能を上昇させることができる。また、投影描画面を縮小することで、描画部での単位面積当たりの光強度が上昇し、照射部での照射時間を短縮できる効果がある。例えば、硬化感度が5mJの光硬化性樹脂組成物を使用し、この光硬化性樹脂組成物を停止した(固定した)面状描画マスクを用いて250mm×250mmのサイズに一括照射していた画像1mW/cm2があるとすると、この時の必要光照射時間は5secである。この画像(光照射面積)を1/4サイズ(125mm×125mm)に縮小して本発明の方法(面状描画マスクを連続移動させると共にマスク画像を該連続移動に同期させて動画的に連続的に変化させながら光硬化を行う方法)によって最終的に前記250mm×250mmと同じエリアサイズの露光層を形成する場合は、面状描画マスクを停止した状態(固定状態)で一括照射する場合と比較して、その描画分解能は4倍になる。また、単位面積当たりの光強度も一括照射時の4倍の4mW/cm2になる。このとき、250mm×250mmのエリアを連続的に移動して露光するのに要する時間は、一括露光時と同じ5秒となる。つまり、本発明の方法を縮小光学系を用いて実施することにより、停止した面状描画マスクを用いて一括露光する場合と同じ造形時間でありながら、造形精度を格段に向上させることができる。 Furthermore, according to the present invention, it is possible to reduce the projected drawing surface and perform stereolithography, thereby increasing the drawing resolution. Further, by reducing the projected drawing surface, the light intensity per unit area in the drawing unit is increased, and the irradiation time in the irradiation unit can be shortened. For example, using a photocurable resin composition having a curing sensitivity of 5 mJ, and using a planar drawing mask with the photocurable resin composition stopped (fixed), an image that was collectively irradiated to a size of 250 mm × 250 mm If there is 1 mW / cm 2 , the necessary light irradiation time at this time is 5 sec. This image (light irradiation area) is reduced to ¼ size (125 mm × 125 mm), and the method of the present invention (the surface drawing mask is continuously moved and the mask image is synchronized with the continuous movement and continuously in a moving image). In the case where an exposure layer having the same area size as 250 mm × 250 mm is finally formed by a method of performing photocuring while changing to a case where the planar drawing mask is stopped (fixed state), it is compared with the case of batch irradiation. The drawing resolution is quadrupled. Also, the light intensity per unit area is 4 mW / cm 2 , which is four times that during batch irradiation. At this time, the time required to continuously move and expose an area of 250 mm × 250 mm is the same 5 seconds as in the batch exposure. That is, by implementing the method of the present invention using the reduction optical system, the modeling accuracy can be significantly improved while the modeling time is the same as that in the case of batch exposure using the stopped planar drawing mask.

《実施例1》
(1) 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3aとしてカシオ社製のTFT方式VGA(640×480画素)の液晶を備える、図2に示す装置単位を、図6に示すようにして2組横方向に離して並列配置し、それぞれの面状描画マスク3aを同じ速度で同方向に連続移動させて光造形を行って、図7の断面形状パターンを有する立体造形物(縦×横×厚さ=220mm×220mm×15mm)を製造した。
前記光造形操作では、それぞれの面状描画マスク3aによる描画領域をその移動方向に真中で2等分した形状にし、また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、1つの面状描画マスクによる造形面5(光硬化性樹脂組成物表面)への投影サイズ=28.8mm(装置の進行方向)×38.4mm(進行方向と直角の方向)(方形)、造形面5での光エネルギー強度2.5mW/cm2、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3aおよび投影レンズ4を一体した装置の光照射時の連続移動速度=28.8mm/secの条件を採用した。
(2) この実施例1で要した全造形時間は58分であり、1枚の面状描画マスクを使用して同じ立体造形物を製造した場合の約1/2の造形時間で、また光ビーム(光ビームのエネルギー強度=120mW、移動速度=5m/sec)により造形を行って同じ立体造形物を製造した場合の約1/20の造形時間で済み、極めて高速で短時間で光造形を行うことができた。得られた立体造形物は、外観、強度に優れるものであった。
Example 1
(1) The apparatus unit shown in FIG. 2 is provided with a 120 W ultra-high pressure mercury lamp as the light source 1 and a Casio TFT VGA (640 × 480 pixels) liquid crystal as the planar drawing mask 3a. In this way, two sets are arranged in parallel in the horizontal direction, and each planar drawing mask 3a is continuously moved in the same direction at the same speed to perform optical modeling, and a three-dimensional modeled object having the cross-sectional shape pattern of FIG. (Length × width × thickness = 220 mm × 220 mm × 15 mm).
In the stereolithography operation, the drawing area by each planar drawing mask 3a is divided into two in the middle in the moving direction, and “CPX-1000” (curing sensitivity) manufactured by Ciemet Co., Ltd. is used as a photocurable resin composition. 2.5 mJ), projection size onto the modeling surface 5 (photocurable resin composition surface) with one planar drawing mask = 28.8 mm (apparatus traveling direction) × 38.4 mm (perpendicular to the traveling direction) Direction) (square), light energy intensity 2.5 mW / cm 2 on the modeling surface 5, light source 1, rod lens 8, imaging lens 9, reflecting mirror 10, condenser lens 2, planar drawing mask 3 a, and projection The condition of continuous movement speed = 28.8 mm / sec at the time of light irradiation of the apparatus integrated with the lens 4 was adopted.
(2) The total modeling time required in this Example 1 was 58 minutes, and it took about 1/2 the modeling time when the same three-dimensional model was manufactured using one planar drawing mask, and light It takes about 1/20 of the modeling time when modeling with the beam (energy intensity of the light beam = 120 mW, moving speed = 5 m / sec) to produce the same three-dimensional modeled object. Could be done. The obtained three-dimensional model was excellent in appearance and strength.

本発明の光学的立体造形方法および装置は、寸法精度および外観に優れ、しかも高い強度を有する高品質の立体造形物を、速い造形速度および高い造形精度で、生産性良く製造するのに有効に使用することができる。
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。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The optical three-dimensional modeling method and apparatus of the present invention are effective for producing a high-quality three-dimensional modeled object having excellent dimensional accuracy and appearance and high strength with high modeling speed and high modeling accuracy with high productivity. Can be used.
And the optical three-dimensional model | molding method and apparatus of this invention can be used effectively for manufacture of the various three-dimensional model | molding thing ranging from small size to large sized.
In the case of the optical three-dimensional modeling method and apparatus of the present invention, models and processing for precision parts, electrical / electronic parts, furniture, building structures, automotive parts, various containers, castings, molds, mother dies, etc. High modeling speed and dimensional accuracy for various models, complex heat medium circuit design parts, complex structure heat medium behavior analysis planning parts, and other 3D objects with complex shapes and structures Can be manufactured smoothly.

複数の面状描画マスクを用いて光学的立体造形を行う際の面状描画マスクの移動方法の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the movement method of the planar drawing mask at the time of performing an optical three-dimensional modeling using several planar drawing mask. 本発明の光造形で使用する、面状描画マスクを備えた装置部分の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the apparatus part provided with the planar drawing mask used by the optical shaping of this invention. 本発明の光造形で使用する、面状描画マスクを備えた装置部分の別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the apparatus part provided with the planar drawing mask used by the optical shaping of this invention. 本発明の光造形で使用する、面状描画マスクを備えた装置部分の更に別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the apparatus part provided with the planar drawing mask used by the optical shaping of this invention. 本発明の光造形で使用する、面状描画マスクを備えた装置部分の更に別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the apparatus part provided with the planar drawing mask used by the optical shaping of this invention. 連続移動する複数の面状描画マスクを用いて本発明の光造形を行う場合の一例を示す図である。It is a figure which shows an example in the case of performing the optical modeling of this invention using the several planar drawing mask which moves continuously. 実施例1で製造した立体造形物の断面形状パターンを示した図である。3 is a diagram showing a cross-sectional shape pattern of a three-dimensional structure manufactured in Example 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 光源
2 集光レンズ
3 面状描画マスク
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 2 Condensing lens 3 Planar drawing mask 3 'Planar drawing mask 3a Planar drawing mask which arranged liquid crystal shutter in plane 3b Planar drawing mask which arranged digital micromirror shutter in plane 4 Projection lens 5 Modeling Surface 6 Exposure image 7 Light transmission means 8 Rod lens 9 Imaging lens 10 Reflective mirror

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;
光造形を、光造形時の走査方向に対して横方向に並べて配置した、マスク画像を連続的に変化させ得る複数の面状描画マスクを使用して行い;
面状描画マスクの位置を感知するセンサーを複数配置して、複数の面状描画マスクのそれぞれの位置を2点以上で計測し、計測された値に基づいてそれぞれの面状描画マスクの位置補正を行って、複数の面状描画マスクの間の位置ずれを解消しながら、光造形工程の少なくとも一部で、当該複数の面状描画マスクを、走査方向に対して横方向に並べて配置した状態で、光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に対して走査方向に連続的に移動させると共に、それぞれの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う;
ことを特徴とする光学的立体造形方法。
After forming a photocured resin layer having a predetermined cross-sectional shape pattern by irradiating light under control through a planar drawing mask to a modeling surface made of a photocurable resin composition, the photocured resin layer A photocurable resin composition for one layer is applied on top to form a modeling surface made of the photocurable resin composition, and the modeling surface is irradiated with light under control through a planar drawing mask to give a predetermined surface. A method for producing a three-dimensional object by sequentially repeating an optical modeling process for further forming a photocured resin layer having a cross-sectional shape pattern until a predetermined three-dimensional object is formed;
Stereolithography is performed using a plurality of planar drawing masks arranged side by side in the scanning direction during stereolithography and capable of continuously changing the mask image ;
A plurality of sensors for detecting the position of the planar drawing mask are arranged, the positions of the plurality of planar drawing masks are measured at two or more points, and the position correction of each planar drawing mask is performed based on the measured values. The state in which the plurality of planar drawing masks are arranged side by side in the scanning direction in at least a part of the optical modeling process while eliminating the positional deviation between the plurality of planar drawing masks. Then, while continuously moving in the scanning direction with respect to the modeling surface made of the photocurable resin composition, the mask image of each planar drawing mask is formed into a cross-sectional shape pattern of the photocured resin layer to be formed Photocuring having a predetermined cross-sectional shape pattern by irradiating light through the planar drawing mask to the modeling surface made of the photocurable resin composition while continuously changing in synchronization with the movement of the planar drawing mask. did Performing shaping operation to form an alicyclic layer;
An optical three-dimensional modeling method characterized by that.
複数の面状描画マスクのそれぞれのマスク画像を通して光を照射してそれぞれの描画領域の光硬化を分担して行い、全体で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を形成する操作を繰り返して立体造形物を製造する請求項1に記載の光学的立体造形方法。 Irradiate light through each mask image of a plurality of planar drawing masks to share the photocuring of each drawing region, and form one photocured resin layer having a predetermined cross-sectional shape pattern as a whole The optical three-dimensional model | molding method of Claim 1 which manufactures a three-dimensional molded item by repeating operation to perform. 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法方法。 A cross-section to be formed during continuous movement of a planar drawing mask using a planar drawing mask in which a plurality of minute light shutters capable of shielding and transmitting light in a minute dot area are arranged in a planar shape. 3. The optical three-dimensional modeling method according to claim 1 , wherein the surface of the photocurable resin composition is irradiated with light while the mask image is continuously changed by the plurality of minute light shutters corresponding to the shape pattern. 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1〜3のいずれか1項に記載の光学的立体造形方法。 The optical three-dimensional modeling method according to any one of claims 1 to 3, wherein the planar drawing mask is a planar drawing mask in which a liquid crystal shutter or a digital micromirror shutter is arranged in a plane. 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;
光造形時の走査方向に対して横方向に並べて配置した、マスク画像を連続的に変えることのできる複数の面状描画マスク;
複数の面状描画マスクのそれぞれ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移動手段であって、光造形工程の少なくとも一部で、複数の面状描画マスクを、走査方向に対して横方向に並べて配置した状態で光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に対して走査方向に連続的に移動させる移動手段;
それぞれの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;
面状描画マスクの位置を検知・計測するための複数のセンサー;および、
前記センサーの検知・計測値に基づいて複数の面状描画マスクのそれぞれの位置補正を行って、複数の面状描画マスクの間の位置ずれを解消させるための手段;
を備えていることを特徴とする光学的立体造形装置。
A photocurable resin composition supply means for sequentially supplying one layer of the photocurable resin composition onto the mounting table or the photocured resin layer;
light source;
A plurality of planar drawing masks arranged side by side with respect to the scanning direction during stereolithography and capable of continuously changing the mask image;
A moving means for continuously moving each of the plurality of planar drawing masks with respect to the modeling surface made of the photocurable resin composition, wherein the plurality of planar drawing masks are at least part of the optical modeling process. Moving means for continuously moving in the scanning direction with respect to the modeling surface made of the photocurable resin composition in a state of being arranged side by side in the scanning direction ;
Means for continuously changing the mask image of each planar drawing mask in synchronization with the movement of the planar drawing mask;
A plurality of sensors for detecting and measuring the position of the planar drawing mask; and
Means for correcting the position of each of the plurality of planar drawing masks based on the detection / measurement value of the sensor and eliminating positional deviation between the plurality of planar drawing masks;
An optical three-dimensional modeling apparatus comprising:
複数の面状描画マスクのそれぞれのマスク画像を通して光を照射してそれぞれの描画領域の光硬化を分担して行わせると共に、全体で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を形成させるための手段を有する請求項5に記載の光学的立体造形装置。 A photo-cured resin layer for a single layer having a predetermined cross-sectional shape pattern as a whole while irradiating light through each mask image of a plurality of planar drawing masks to share the photo-curing of each drawing region The optical three-dimensional model | molding apparatus of Claim 5 which has a means for forming. 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。 The optical three-dimensional modeling apparatus according to claim 5 or 6 , wherein the planar drawing mask is a planar drawing mask in which a plurality of minute light shutters capable of shielding and transmitting light in minute dot areas are arranged in a planar shape. 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。 The optical three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 5 to 7 , wherein the planar drawing mask is a planar drawing mask in which a liquid crystal shutter or a digital micromirror shutter is arranged in a plane. 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。 A light collecting lens that can be moved continuously in synchronization with the planar drawing mask between the light source and the planar drawing mask, and between the planar drawing mask and the surface of the photocurable resin composition The optical three-dimensional model | molding apparatus of any one of Claims 5-8 which has a projection lens which can be continuously moved synchronizing with a planar drawing mask.
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