JP4519274B2 - 光造形装置および光造形方法 - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光硬化性樹脂を一括面露光して、光造形を行う光造形装置および光造形方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、光造形に関するデータを出力する三次元CAD等の制御手段を備え、この制御手段からのデータに従って、光硬化性樹脂を半導体レーザ等のレーザ光で露光して、光造形を行う光造形装置が知られている。
【0003】
この種のものは、一層分の樹脂の露光及び硬化に要する時間が長くなるため、近年、高速造形を目的としてマスクを作成し、このマスクに従ってUVランプにより光硬化性樹脂を一括面露光するものが提案されている。
【0004】
これによれば、半導体レーザ等のレーザ光で露光して、光造形を行うものに比べて、圧倒的に造形速度を速めることができ、しかも半導体レーザ等が不要なため、低コストで光造形を行うことができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成では、光硬化性樹脂を一括面露光する場合、この光硬化性樹脂の硬化収縮による歪みが発生し、レーザ光で露光するものに比べて、造形精度が低下するという問題がある。
【0006】
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、造形精度を低下させることのない、一括面露光を可能にした光造形装置および光造形方法を提供することにある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
請求項1記載の発明は、光造形に関する1層分のデータに従って面露光に供されるマスクを作成し、このマスク越しに光硬化性樹脂の未硬化樹脂層を面露光し、この面露光操作を繰り返すことにより光造形する光造形装置であって、上記マスクが一括面露光を可能にする液晶素子で構成され、上記マスクが複数のマスクパターンを含み、これらマスクパターンを作成する制御装置を備え、上記制御装置が、上記1層分のデータに従って、光を透過する部分が互いに重複することなく、なおかつ重ね合わせると前記1層分のマスクと一致する複数のマスクパターンを順次作成し、これらのマスクパターンを用いて複数回に分けて上記1層分のデータに従う面露光を実行することを特徴とする。
【0009】
請求項2記載の発明は、光造形に関する1層分のデータに従って面露光に供されるマスクを作成し、このマスク越しに光硬化性樹脂の未硬化樹脂層を面露光し、この面露光操作を繰り返すことにより光造形する光造形方法であって、上記マスクを一括面露光を可能にする液晶素子で構成し、上記マスクが複数のマスクパターンを含み、これらマスクパターンを作成する制御装置を設け、上記制御装置が、上記1層分のデータに従って、光を透過する部分が互いに重複することなく、なおかつ重ね合わせると前記1層分のマスクと一致する複数のマスクパターンを順次作成し、これらのマスクパターンを用いて複数回に分けて上記1層分のデータに従う面露光を実行することを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【0012】
図1において、1は光造形装置を示している。この光造形装置1は昇降自在に構成された造形テーブル3を有し、この造形テーブル3上で1層分のデータに従って光硬化性樹脂の未硬化樹脂層5Aを一括面露光し、この面露光操作を繰り返すことにより造形物5を光造形する。
【0013】
上記造形テーブル3の上方には投影レンズ7が配置され、この投影レンズ7の上方には液晶素子からなるマスク9が配置されている。このマスク9の上方には光源11が設置され、この光源11とマスク9間にはこのマスク9を経た光を投影レンズ7に集光するレンズ13が配置されている。
【0014】
上記光源11には水銀ランプ、メタルハライドランプ、或いは紫外線蛍光灯等からなる光源が用いられるが、本実施形態では、周囲の温度上昇を抑制する等の理由からストロボが用いられている。
【0015】
15は制御手段である。この制御手段15は三次元CAD等からなり、造形すべき立体モデルを例えば水平方向に薄くスライスした上記1層分の断面データを出力する。この制御手段15には、上記造形テーブル3を昇降させるためのサーボモータ(図示せず)を駆動するサーボモータ駆動装置21と、マスク9を構成する液晶素子に対する印加電圧を制御する制御装置23と、光源11に接続された光源電源25とが接続される。
【0016】
本実施形態では、制御手段15から1層分のデータが出力されると、サーボモータが駆動されて、上記造形テーブル3が1層分に対応する寸法分だけ降下し、造形物5の上に1層分の未硬化樹脂層5Aが、図示を省略した塗布手段を介して塗布される。この場合、未硬化樹脂層5Aの上にフィルムを被せて、上記樹脂の流出を防止すれば、造形精度を向上させることができる。また造形テーブル3を容器中に浸し、液中で光造形してもよい。
【0017】
つぎに、制御装置23が動作し、マスク9を構成する液晶素子に対し1層分のデータに従う所定の電圧が印加される。
【0018】
このマスク9を構成する液晶素子は、図2において、例えば、X方向およびY方向に延びる図示を省略した複数の電極を有し、光を透過遮断制御する画素部が、このX、Y電極の交点で形成される。
【0019】
本実施形態では、上記1層分のデータが、図2において、縦L1、横L2の矩形を表す断面データである場合、図2a、図2bに示す2種類のマスクパターンに従って、2回に分けて面露光することにより、当該矩形を表す断面データに従う樹脂の硬化が実行される。図2では、斜線が、光を遮蔽する部分100を示し、白抜きが、光を透過する部分200を示す。
【0020】
すなわち、制御装置23が動作し、複数の電極へ印加される電圧が制御されて、まず、図2aに示すように、中央部分に光を透過する部分200が形成され、その周囲に光を遮蔽する部分100が形成される。
【0021】
この状態で、ストロボ光源11が点灯される。すると、光を透過する部分200を通じて、中央部分の未硬化樹脂層5Aに光が到達して、この部分200に相当する未硬化樹脂層5Aが硬化する。
【0022】
ついで、制御装置23が動作し、図2bに示すように、中央部分に光を遮蔽する部分100が形成され、その周囲に光を透過する部分200が形成される。この状態で、ストロボ光源11が点灯される。すると、光を透過する部分200を通じて、周辺部分の未硬化樹脂層5Aに光が到達して、この部分200に相当する未硬化樹脂層5Aが硬化する。
【0023】
図2a、図2bに示す光透過部分200を重ね合わせると、縦L1、横L2の矩形を表す断面データに従う露光範囲と一致する。
【0024】
上記構成では、縦L1、横L2の矩形を表す断面データに従って、未硬化樹脂層5Aを硬化する場合、図2a、図2bに示す2種類のマスクパターンに従って、2回に分けて面露光するため、従来のように、縦L1、横L2の矩形を表す断面データに従う未硬化樹脂層5Aを一度に面露光する場合に比べて、光硬化性樹脂の硬化収縮による歪みの発生が抑制される。
【0025】
従って、上述したように、レーザ光で露光する従来のものとほぼ同程度に、造形精度を維持することができる。
【0026】
上記マスクパターンには種々のものが提案される。例えば、図3a、図3bに示すように、縦L1、横L2の矩形を表す断面データに従う露光範囲が設定される場合、上記マスクパターンは、光を遮蔽する部分100と、光を透過する部分200とが市松模様状に形成される。図4a、図4bに示すマスクパターンは、光を遮蔽する部分100と、光を透過する部分200とが短冊模様状に形成される。これらの場合も、各図に示す光透過部分200を重ね合わせると、当該矩形を表す断面データに従う露光範囲と一致する。
【0027】
図5a〜図5cに示すマスクパターンを用いた場合には、3回に分けて面露光する。図5aでは、まず、十文字状の光透過部分200を用いて露光し、図5bでは、残りの部分の内、4隅を除いた形状の光透過部分200を用いて露光し、図5cでは、上記4隅の光透過部分200を用いて露光する。
【0028】
図6a〜図6dに示すマスクパターンを用いた場合には、4回に分けて面露光する。この場合、図6aでは、まず、中央の四角形状の光透過部分200を用いて露光し、図6b以降では、既に露光した部分を除いて、四角形状を徐々に広げた光透過部分200を用いて露光する。また、図7a〜図7dに示すマスクパターンを用いた場合、4回に分けて面露光し、図8a〜図8hに示すマスクパターンを用いた場合、8回に分けて面露光し、図9a〜図9cに示すマスクパターンを用いた場合、3回に分けて面露光する。
【0029】
いずれの場合も、各図に示す光透過部分200を重ね合わせると、当該矩形を表す断面データに従う露光範囲と一致する。
【0030】
図10a〜図10dに示すマスクパターンを用いた場合、4回に分けて面露光する。この場合、図10a、図10bに示す光透過部分200を重ね合わせると、当該矩形を表す断面データに従う露光範囲と一致し、図10c、図10dに示す光透過部分200を重ね合わせると、当該矩形を表す断面データに従う露光範囲と一致する。これによれば、本来の露光範囲を2回に亘って露光することになるため、1回の露光時間が半分の露光時間とされる。
【0031】
図2〜図9において、例えば、各マスクパターンを用いた露光時間が3〜5秒に設定されれば、図10においては、各マスクパターンを用いた露光時間が1.5〜2.5秒に設定される。
【0032】
いずれの実施形態においても、縦L1、横L2の矩形を表す断面データに従って、未硬化樹脂層5Aを硬化する場合、複数種類のマスクパターンに従って、複数回に分けて、部分的或いは段階的に面露光するため、縦L1、横L2の矩形を表す断面データに従う未硬化樹脂層5Aを一度に面露光する場合に比べ、光硬化性樹脂の硬化収縮による歪みの発生が抑制される。
【0033】
従って、上述したように、レーザ光で露光する従来のものとほぼ同程度に、造形精度を維持することができる。
【0034】
図11は、上記マスクパターンの作成フローを示す。
【0035】
S1〜S3は、上記1層分の断面データの作成手順である。三次元CAD等からのデータを読み込み(S1)、このデータをスライスして上記断面データを作成する(S2)。そして、この断面データにサポート(造形中に造形物を支持する部材)に関するデータを付与する(S3)。
【0036】
ついで、造形物(モデル)の積層数が終了したか否かを判断し(S4)、終了していない場合、モデル及びサポートの塗りつぶしデータ(上記1層分の断面データ)を計算し、記憶する(S5)。つぎに、一つ目の上記マスクパターン(例えば、図2a)を用いた場合の、塗りつぶしパターンを計算し、記憶し(S6)、モデル及びサポートとマスクパターンの論理積を算出し、マスク作成をおこない(S7)、そして、露光する(S8)。
【0037】
さらに、マスクパターンが終了したか否かを判断し(S9)、終了していない場合、S6に移行し、二つ目の上記マスクパターン(例えば、図2b)を用いた場合の、塗りつぶしパターンを計算し、これに基づいてマスク作成をおこない、そして、露光する(S8)。
【0038】
上記S9で、マスクパターンが終了した場合、S4に移行して、次の層のマスクを作成し、露光を実行する。
【0039】
これらの処理が進み、上記S4で、モデルの積層数が終了した場合、S10に移行して、光造形を終了する。
【0040】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものでないことは明らかである。
【0041】
【発明の効果】
本発明によれば、複数回に分けて、部分的或いは段階的に面露光するため、従来のように、一度に面露光する場合に比べて、光硬化性樹脂の硬化収縮による歪みの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による光造形装置の一実施形態を示す正面図である。
【図2】a、bはそれぞれマスクパターンを示す図である。
【図3】a、bはそれぞれマスクパターンを示す図である。
【図4】a、bはそれぞれマスクパターンを示す図である。
【図5】a〜cはそれぞれマスクパターンを示す図である。
【図6】a〜dはそれぞれマスクパターンを示す図である。
【図7】a〜dはそれぞれマスクパターンを示す図である。
【図8】a〜hはそれぞれマスクパターンを示す図である。
【図9】a〜cはそれぞれマスクパターンを示す図である。
【図10】a〜dはそれぞれマスクパターンを示す図である。
【図11】マスク作成手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 光造形装置
3 造形テーブル
5A 未硬化樹脂層
5 造形物
7 投影レンズ
9 マスク
11 光源
13 レンズ
15 制御手段
21 サーボモータ駆動装置
23 制御装置
25 光源電源
100 光遮蔽部分
200 光透過部分

Claims (2)

  1. 光造形に関する1層分のデータに従って面露光に供されるマスクを作成し、このマスク越しに光硬化性樹脂の未硬化樹脂層を面露光し、この面露光操作を繰り返すことにより光造形する光造形装置であって、
    上記マスクが一括面露光を可能にする液晶素子で構成され、
    上記マスクが複数のマスクパターンを含み、これらマスクパターンを作成する制御装置を備え、
    上記制御装置が、上記1層分のデータに従って、光を透過する部分が互いに重複することなく、なおかつ重ね合わせると前記1層分のマスクと一致する複数のマスクパターンを順次作成し、これらのマスクパターンを用いて複数回に分けて上記1層分のデータに従う面露光を実行することを特徴とする光造形装置。
  2. 光造形に関する1層分のデータに従って面露光に供されるマスクを作成し、このマスク越しに光硬化性樹脂の未硬化樹脂層を面露光し、この面露光操作を繰り返すことにより光造形する光造形方法であって、
    上記マスクを一括面露光を可能にする液晶素子で構成し、
    上記マスクが複数のマスクパターンを含み、これらマスクパターンを作成する制御装置を設け、上記制御装置が、上記1層分のデータに従って、光を透過する部分が互いに重複することなく、なおかつ重ね合わせると前記1層分のマスクと一致する複数のマスクパターンを順次作成し、これらのマスクパターンを用いて複数回に分けて上記1層分のデータに従う面露光を実行することを特徴とする光造形方法。
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