JP5045402B2 - 光造形装置 - Google Patents

Description

本発明は、光造形装置に関し、特に、規制液面法で光造形を行う場合において、高精度の立体モデルを造形することができるようにした光造形装置に関する。

従来、光造形法としては、光硬化性樹脂の上から光を照射し、液面で樹脂を硬化させる自由液面法と、透明の容器に入った光硬化性樹脂を容器の下側から光を照射し、容器の底面で樹脂を硬化させる規制液面法がある(例えば、特許文献１参照)。

自由液面法で造形を行う光造形装置では、図１に示すように、収容容器１１に収容された光硬化性樹脂１２の液面が大気中に露出している。なお、ここでは、光硬化性樹脂の液面とは、光が照射される光硬化性樹脂の表面のことを指す。

この光造形装置では、造形される立体モデル１４の土台となるステージ１３が、光硬化性樹脂１２の液面から1層分の硬化層の厚みだけ下降し、造形用のレーザビームのフォーカスが、大気と光硬化性樹脂１２の界面に合わせられることにより、光硬化性樹脂１２の液面に硬化層が形成される。これが繰り返されることにより、複数の硬化層が積層され、立体モデル１４が生成される。

しかしながら、自由液面法では、光硬化性樹脂１２の液面が大気中に露出しているため、硬化層の面精度が液面の表面張力などで決まり、硬化層の積層精度には限界がある。従って、高精度の立体モデル１４を造形することは困難であった。

また、規制液面法で造形を行う光造形装置では、図２に示すように、収容容器２１に収容された光硬化性樹脂１２の液面が大気中に露出されずに、収容容器２１の底面に設けられたガラス板２３により規制される。この光造形装置では、立体モデル１４の土台となるステージ２２が、光硬化性樹脂１２の液面から1層分の硬化層の厚みだけ上昇し、造形用のレーザビームのフォーカスが、ガラス板２３と光硬化性樹脂１２の界面に合わせられることにより、光硬化性樹脂１２の液面に硬化層が形成される。これが繰り返されることにより、複数の硬化層が積層され、立体モデル１４が生成される。

以上のように、規制液面法では、ガラス板２３により液面が規制されるので、硬化層の面精度がガラス板２３の面精度で決まる。従って、自由液面法に比べて、液面の平滑度を向上させることができ、積層精度が向上する。
特開２００１−３２８１７５号公報

しかしながら、規制液面法では、硬化層を積層する際に、ガラス板２３から硬化層を剥離する必要があり、ガラス板２３と硬化層が狭い間隔で接着している場合、剥離するために大きな力が必要となる。その結果、剥離時に硬化層がダメージを受け、立体モデル１４の精度が低下してしまう。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、規制液面法で光造形を行う場合において、高精度の立体モデルを造形することができるようにするものである。

本発明の一側面の光造形装置は、立体モデルの断面形状データに応じた光を光硬化性樹脂の表面に照射して硬化層を形成し、前記硬化層を積層することにより、前記立体モデルを造形する光造形装置において、前記光硬化性樹脂を収容し、前記光硬化性樹脂の表面を規制する規制窓を有する収容容器と、前記光硬化性樹脂の表面に垂直な方向に移動可能な移動台と、前記規制窓を介して前記光硬化樹脂の表面に光を放射することにより、前記移動台と前記規制窓との間に前記硬化層を形成する光学系と、前記硬化層が形成された場合、前記規制窓を、前記収容容器の内側に湾曲させることにより、前記硬化層の前記規制窓からの剥離を補助する剥離補助手段とを備え、前記移動台は、前記硬化層が形成された場合、前記光硬化性樹脂の表面に垂直な方向に移動することにより、前記硬化層を前記規制窓から剥離する。

本発明の一側面の光造形装置において、前記規制窓の内側には、前記硬化層との剥離性よりも前記規制窓との剥離性の方が低い膜の層である剥離層が設けられるようにすることができる。

本発明の一側面の光造形装置においては、前記収容容器が密閉され、前記剥離補助手段は、前記収容容器内を減圧することにより、前記規制窓を、前記収容容器の内側に湾曲させることができる。

本発明の一側面の光造形装置においては、前記剥離補助手段は、前記規制窓に対して前記収容容器の外側から力を加えることにより、前記規制窓を前記収容容器の内側に湾曲させることができる。

本発明の一側面の光造形装置においては、前記剥離補助手段はまた、前記光学系により前記硬化層が形成される際に、前記規制窓に対して前記収容容器の外側から力を加えることにより、前記規制窓を略平面にすることができる。

本発明の一側面においては、光硬化性樹脂が収容容器に収容され、その光硬化性樹脂の表面が規制窓により規制され、規制窓を介して光硬化樹脂の表面に光が放射されることにより、移動台と規制窓との間に硬化層が形成される。また、移動台は、硬化層が形成された場合、光硬化性樹脂の表面に垂直な方向に移動することにより、硬化層を規制窓から剥離し、剥離補助手段は、規制窓を、収容容器の内側に湾曲させることにより、硬化層の規制窓からの剥離を補助する。

以上のように、本発明の一側面によれば、規制液面法で光造形を行う場合において、高精度の立体モデルを造形することができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図３は、本発明を適用した光造形装置の第１の実施の形態の外観構成を示している。

図３の光造形装置３０は、対物レンズ３１Ａを有する光学系３１、XYステージ３２、駆動部３３、収容容器３４、ガラス窓３５、液状のレジンなどの紫外線硬化樹脂である紫外線硬化樹脂３６、Zステージ３７、および駆動部３８により構成される。

光造形装置３０は、収容容器３４に収容された紫外線硬化樹脂３６の液面をガラス窓３５で規制し、立体モデルの３次元形状を所定の厚さに積層方向に輪切り状にスライスした断面形状のデータ(以下、断面形状データという)に応じて、紫外線硬化樹脂３６にガラス窓３５を介して紫外光を照射することにより、規制液面法で光造形を行う。

光学系３１は、紫外光を紫外線硬化樹脂３６に照射する対物レンズ３１Ａを有し、XYステージ３２上に配置されている。光学系３１は、対物レンズ３１Ａからガラス窓３５を介して、紫外線硬化樹脂３６の液面の断面形状データに応じた形状の領域を所定の矩形領域（以下、露光小領域という）単位で露光する。

XYステージ３２は、駆動部３３により、x方向またはy方向に移動する。なお、x方向とy方向は、紫外線硬化樹脂３６の液面に平行な方向であり、x方向とy方向は直交する。

駆動部３３は、後述する制御装置１２０（図６）の制御により、x方向に所定の距離だけXYステージ３２を順次移動させることにより、露光小領域をx方向に走査する。この後、駆動部３３は、制御装置１２０の制御により、x方向およびy方向に所定の距離だけXYステージ３２を移動させることにより、y方向に並ぶ次の走査ラインの開始位置に露光小領域を移動させる。そして、駆動部３３は、制御装置１２０の制御により、露光小領域をx方向に再度走査する。

以上の処理が繰り返されて、断面形状データに応じて、x方向およびy方向にそれぞれ所定の数だけ並べられた露光小領域からなるワーク領域が露光されることにより、紫外線硬化樹脂３６の1層分の断面形状データに対応する形状の領域が露光され、1層分の硬化層がガラス窓３５とZステージ３７の間に形成される。

このように、光造形装置３０は、露光小領域をx方向およびy方向にタイルのように敷き詰めることにより、ワーク領域を露光する。従って、ここでは、光造形装置３０の光造形方式を、露光小領域とワーク領域が同一である従来のビームスキャン方式や一括露光方式と区別するため、タイリング方式という。

収容容器３４は、対物レンズ３１Ａの上部に配置され、収容容器３４の底部には、ガラス窓３５が設けられている。収容容器３４には、紫外線硬化樹脂３６が収容される。

Zステージ３７は、収容容器３４に収容された紫外線硬化樹脂３６に浸漬され、駆動部３８の制御により、z方向に移動する。なお、z方向とは、紫外線硬化樹脂３６の液面に垂直な方向である。

駆動部３８は、制御装置１２０の制御により、1層分の断面形状データに対応する露光が終了するごとに、Zステージ３７をz方向に移動させて、ガラス窓３５とZステージ３７の間に形成されている硬化層をガラス窓３５から剥離し、その後、ガラス窓３５と形成された硬化層との間の距離が1層分の硬化層の厚みとなるように、Zステージ３７を移動させる。これにより、複数の硬化層が積層され、立体モデルが造形される。

次に、図４を参照して、ガラス窓３５の詳細について説明する。

ガラス窓３５は、ガラス板５０の上面が反射コーティングされ、その後剥離コーティングされることにより生成される。従って、図４に示すように、ガラス窓３５は、収容容器３４の底面から内側に向かって、ガラス板５０、反射コーティング層５１、剥離コーティング層５２が順に配置されることにより構成される。

なお、剥離コーティング層５２は、硬化層との剥離性よりも、反射コーティング層５１との剥離性の方が低い膜の層であり、剥離コーティングとしては、例えばフッ素コーティングなどがある。この剥離コーティングは、例えば、反射コーティングされたガラス板５０を界面活性剤で洗浄し、過熱して水分を飛ばした後、フッ素コーティング材などをスピンコートすることにより行われる。

以上のように、光造形装置３０では、紫外線硬化樹脂３６と、反射コーティング層５１との間に、剥離コーティング層５２が設けられるので、ガラス窓３５とZステージ３７の間に形成された硬化層を、比較的小さい力でガラス窓３５から剥離することができる。その結果、剥離時に硬化層が受けるダメージが少なくなり、高精度の立体モデルを造形することが可能になる。

図５は、図３の光学系３１の構成例を示している。

図５の光学系３１は、対物レンズ３１Ａ、一括露光光学系７１、ビームスキャン光学系７２、偏光ビームスプリッタ７３、および駆動部７４により構成される。

一括露光光学系７１は、収容容器３４に収容された紫外線硬化樹脂３６の液面の露光小領域を一括して露光する一括露光を行うための光学系であり、光源８１、シャッタ８２、偏光板８３、ビームインテグレータ８４、ミラー８５、空間光変調器８６、集光レンズ８７、および駆動部８８から構成される。

光源８１としては、例えば、高出力な青色LED（Light Emitting Diode）をアレイ状に配置したものを用いることができる。なお、光源８１としては、後述するビームスキャン用の光源９１と異なり、コヒーレントなレーザ光源を用いる必要はない。光源８１は、制御装置１２０の制御により、一括露光を行うための紫外光を放射する。

シャッタ８２は、制御装置１２０の制御により、光源８１から放射される紫外光の通過または遮蔽を制御することにより、一括露光光学系７１による露光のオン／オフを制御する。

偏光板８３は、シャッタ８２を通過した紫外光を所定の偏光光とする。即ち、偏光板８３は、空間光変調器８６が、光源８１からの紫外光を空間変調することができるように、その光を偏光する。

ビームインテグレータ８４は、偏光板８３により偏光された紫外光を均一化する。ビームインテグレータ８４としては、複数のレンズエレメントを配列してなるフライアイタイプや、四角柱等の柱状のロッドレンズの内部を全反射させるライトロッドタイプなどの一般的なものが用いられる。

ミラー８５は、ビームインテグレータ８４により均一化された紫外光を空間光変調器８６に向かって反射させる。

空間光変調器８６は、例えば、透過型の液晶パネルからなり、ミラー８５により反射された紫外光が、断面形状データに応じた形状で、露光小領域単位で紫外線硬化樹脂３６の液面に投影されるように、その紫外光の一部を空間変調する。

即ち、空間光変調器８６は、制御装置１２０から入力される、液晶パネルの各画素を制御する駆動信号に基づいて、投影しようとする断面形状データに応じた露光小領域単位の形状の画像に対応して、画素ごとに液晶の分子の配列を変えて透過する偏光方向を変化させることで通過する紫外光を空間変調する。

その結果、紫外線硬化樹脂３６の液面の露光小領域への紫外光の照射が、断面形状データに応じた露光小領域単位の形状に対応して、液晶パネルの1画素に対応する矩形の領域（以下、露光単位領域という）ごとにオン/オフされ、露光小領域内の紫外光の照射がオンとされる露光単位領域に一括して紫外光が照射される。これにより、紫外線硬化樹脂３６の液面の露光小領域に、断面形状データに応じた露光小領域単位の形状の紫外光が照射される。

なお、空間光変調器８６は、透過型の液晶パネルではなく、入力信号に応じて傾き角度が変化する微小な反射ミラーが画素ごとに配列されることにより構成されるDMD、反射型液晶素子（LCOS（Liquid crystal on silicon））などにより構成されるようにしてもよい。

集光レンズ８７は、空間光変調器８６と偏光ビームスプリッタ７３との間に設けられ、対物レンズ３１Ａとともに、空間光変調器８６で空間変調された紫外光を紫外線硬化樹脂３６上に結像するための投影光学系として機能する。

また、集光レンズ８７は、空間光変調器８６により空間変調された紫外光が対物レンズ３１Ａを通過する際のディストーションを補正するためのレンズ群により構成され、投影光学系として機能するとともに、ディストーションを低減させることができる。

例えば、集光レンズ８７は、集光レンズ８７と対物レンズ３１Ａとが対称光学系となるように、それぞれのレンズ群を構成することで、空間光変調器８６により空間変調された紫外光を、偏光ビームスプリッタ７３の反射透過面７３Ａ上の対物レンズ３１Ａの前側焦点位置に集光し、これによりディストーションを低減する。

駆動部８８は、後述するビームスキャン光学系７２の反射光モニタ部１０１により検出される戻り光に基づく制御装置１２０の制御により、空間光変調器８６を光軸方向であるz方向に駆動し、一括露光光学系７１から紫外線硬化樹脂３６の液面に照射される紫外光のフォーカスを調整する。

ビームスキャン光学系７２は、収容容器３４に収容された紫外線硬化樹脂３６の液面の露光小領域内を、レーザ光を走査させてビームスキャン露光を行うための光学系であり、光源９１、コリメータレンズ９２、アナモルフィックレンズ９３、ビームエキスパンダ９４、ビームスプリッタ９５、シャッタ９６、ガルバノミラー９７および９８、リレーレンズ９９および１００、並びに反射光モニタ部１０１から構成される。

光源９１は、例えば、青から紫外域程度の比較的波長の短いレーザ光を放射する半導体レーザにより構成される。光源９１は、制御装置１２０の制御により、ビームスキャン光学系７２によりビームスキャンを行うためのレーザ光の光ビームを放射する。なお、光源９１としては、半導体レーザ以外に、ガスレーザなどを用いてもよい。

コリメータレンズ９２は、光源９１から放射される光ビームの発散角を変換して略平行光とする。アナモルフィックレンズ９３は、コリメータレンズ９２により略平行光とされた楕円形状の光ビームを整形して略円形状にする。

ビームエキスパンダ９４は、複数のレンズを有しており、アナモルフィックレンズ９３により略円形状にされた光ビームの直径であるビーム径を、対物レンズ３１Ａの開口、ＮＡ（開口数）等に適した所望のビーム径に変換してビーム径のサイズ調整を行う。

ビームスプリッタ９５は、光源９１から照射される光ビームを透過させて、収容容器３４に収容された紫外線硬化樹脂３６に向かわせるとともに、紫外線硬化樹脂３６で反射され、各光学系を通過してくる戻り光を、反射光モニタ部１０１に向かって反射する。

シャッタ９６は、制御装置１２０の制御により、ビームスプリッタ９５を透過した光ビームの通過または遮蔽を制御し、ビームスキャン光学系７２によるビームスキャン露光のオン／オフを制御する。なお、シャッタ９６を設けて、光ビームの通過または遮断を制御して、ビームスキャン露光のオン/オフを制御するのではなく、光源９１における光ビームの放射の直接変調を制御して、ビームスキャン露光のオン/オフを制御するようにしてもよい。

ガルバノミラー９７および９８は、所定の方向に回転可能とされたミラーなどの反射部（図示せず）と、制御装置１２０の制御により反射部の回転方向の角度を調整する調整部（図示せず）とを有し、調整部が反射部の角度を調整することで、反射部により反射される光ビームを、紫外線硬化樹脂３６の液面の露光小領域内でx方向またはy方向に走査させる。

具体的には、ガルバノミラー９７は、シャッタ９６を透過した光ビームを、ガルバノミラー９８に向かって反射させるとともに、紫外線硬化樹脂３６の液面の露光小領域内でx方向に走査させる。ガルバノミラー９８は、ガルバノミラー９７により反射された光ビームを、偏光ビームスプリッタ７３に向かって反射させるとともに、紫外線硬化樹脂３６の液面のy方向に走査させる。

なお、光学系３１において、ガルバノミラー９７および９８の代わりに、ポリゴンミラーなどを設けるようにしてもよい。

リレーレンズ９９および１００は、1つまたは複数のレンズを有するレンズ群からなる。リレーレンズ９９は、ガルバノミラー９７により光ビームがスキャンされるスキャン角度にわたり、平行入射光ビームを平行に出射し、ガルバノミラー９７で反射された光ビームを、ガルバノミラー９８上に結像する。リレーレンズ１００は、ガルバノミラー９８により光ビームがスキャンされるスキャン角度にわたり、平行入射光ビームを平行に出射し、ガルバノミラー９８で反射された光ビームを、偏光ビームスプリッタ７３の反射透過面７３Ａ上に結像する。

このように、ガルバノミラー９７とガルバノミラー９８との間にリレーレンズ９９を設け、ガルバノミラー９８と偏光ビームスプリッタ７３との間にリレーレンズ１００を設けることで、ガルバノミラー９７とガルバノミラー９８が近接する位置に配置されていない場合であっても、偏光ビームスプリッタ７３の反射透過面７３Ａ上に光ビームを結像させることができる。

反射光モニタ部１０１は、紫外線硬化樹脂３６の液面で反射された戻り光を、例えば、非点収差法や三角測量法を用いて検出し、制御装置１２０に入力する。

偏光ビームスプリッタ７３は、一括露光光学系７１からの紫外光と、ビームスキャン光学系７２からの光ビームとを合成し、それらの光を紫外線硬化樹脂３６に導く。なお、偏光ビームスプリッタ７３は、その反射透過面７３Ａが、対物レンズ３１Ａの前側焦点位置に一致するように配置されている。

対物レンズ３１Ａは、1または複数のレンズを有するレンズ群からなり、一括露光光学系７１からの紫外光を紫外線硬化樹脂３６の液面に結像させるとともに、ビームスキャン光学系７２からの光ビームを集光する。

また、対物レンズ３１Ａは、ビームスキャン光学系７２のガルバノミラー９７および９８により偏光された光ビームが、紫外線硬化樹脂３６の液面の露光小領域内において等速度で走査されるように、即ち、紫外線硬化樹脂３６の液面において均一な走査速度で走査されるように構成されている。

例えば、対物レンズ３１Ａとしては、入射角θに比例した像高Yを有し、焦点距離fと入射角θとの積が像高Yとなるような関係（Y=f×θ）を有する、いわゆるfθレンズが用いられる。この場合、光ビームの走査速度が、対物レンズ３１Ａへの入射位置によらず常に一定となるため、走査速度がばらつくことにより設計形状と実際の硬化層の形状とに違いが発生することを防止し、高精細の造形を行うことができる。

駆動部７４は、ビームスキャン光学系７２の反射光モニタ部１０１により検出される戻り光に基づく制御装置１２０の制御により、対物レンズ３１Ａをz方向に駆動し、ビームスキャン光学系７２から紫外線硬化樹脂３６の液面に照射される光ビームのフォーカスを調整する。具体的には、駆動部７４は、対物レンズ３１Ａの後側焦点位置が、収容容器３４内の紫外線硬化樹脂３６の液面に一致するように、対物レンズ３１Ａをz方向に駆動する。

図６は、図３の光造形装置３０の各部を制御する制御装置１２０のハードウェア構成例を示している。

図６の制御装置１２０において、CPU（Central Processing Unit）１２１，ROM（Read Only Memory）１２２，RAM（Random Access Memory）１２３は、バス１２４により相互に接続されている。

バス１２４には、さらに、入出力インタフェース１２５が接続されている。入出力インタフェース１２５には、キーボード、マウス、マイクロホンなどよりなる入力部１２６、ディスプレイ、スピーカなどよりなる出力部１２７、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる記憶部１２８、ネットワークインタフェースなどよりなり、光造形装置３０と通信を行う通信部１２９、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブルメディア１３１を駆動するドライブ１３０が接続されている。

記憶部１２８には、例えば、CADで作成された立体モデルの３次元形状データを、立体モデルの液面が小さな三角形の面で表現されるフォーマットであるSTL（Stereo Lithography）に変換するプログラムや、STLに変換された３次元形状データから立体モデルの断面形状データを作成するプログラム、立体モデルの断面形状データに基づいて、一括露光光学系７１およびビームスキャン光学系７２を制御するプログラムが記憶されている。

このような制御装置１２０では、CPU１２１が、例えば、記憶部１２８に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース１２５およびバス１２４を介して、RAM１２３にロードして実行し、通信部１２９を介して、光造形装置３０の各部を制御することで、光造形装置３０に光造形を実行させる。

例えば、制御装置１２０のCPU１２１は、入力部１２６からの入力に応じて、光源８１から放射する紫外光または光源９１から放射する光ビームの強度などを決定し、それを制御するための制御信号を、通信部１２９を介して光源８１または９１に入力する。CPU１２１は、入力部１２６からの入力に応じて、露光のオン/オフを制御するための制御信号を、通信部１２９を介してシャッタ８２または９６に入力する。

また、CPU１２１は、断面形状データに応じて、断面形状データに対応する露光小領域単位の形状の画像が表示されるように、液晶パネルの各画素を制御する駆動信号を、通信部１２９を介して空間光変調器８６に入力する。

さらに、CPU１２１は、反射光モニタ部１０１から通信部１２９を介して入力された戻り光に基づいて、空間光変調器８６をz方向に駆動するための制御信号を、通信部１２９を介して駆動部８８に入力したり、対物レンズ３１Ａをz方向に駆動するための制御信号を通信部１２９を介して駆動部７４に入力したりする。

また、CPU１２１は、断面形状データに応じて、断面形状データに対応する露光小領域単位の形状が露光されるように、ガルバノミラー９７および９８の反射部の角度を調整するための制御信号を、通信部１２９を介してガルバノミラー９７および９８に入力する。

さらに、CPU１２１は、所定のタイミングで、XYステージ３２をx方向に所定の距離だけ移動させるための制御信号を、通信部１２９を介して駆動部３３に入力し、露光小領域をx方向に走査させる。そして、露光小領域のx方向の走査が終了すると、CPU１２１は、次の走査ラインの開始位置に露光小領域を移動させるための制御信号を、通信部１２９を介して駆動部３３に入力する。

また、CPU１２１は、1層分の断面形状データに対応する露光が終了するごとに、Zステージ３７をz方向に移動させるための制御信号を、通信部１２９を介して駆動部３８に入力する。これにより、Zステージ３７と剥離コーティング層５２との間に形成された硬化層が、剥離コーティング層５２から剥離され、その後、剥離コーティング層５２と形成された硬化層との間の距離が硬化層の1層分の厚みとなる位置に、Zステージ３７が移動する。

次に、図７を参照して、図６のCPU１２１による造形処理について説明する。この造形処理は、例えば、ユーザが入力部１２６を操作することにより、造形を指示したとき、開始される。

ステップＳ１１において、CPU１２１は、入力部１２６からの入力に応じて、ユーザにより指定された立体モデルの３次元形状データを、造形する立体モデルの３次元形状データとして選択する。そして、CPU１２１は、その３次元形状データから断面形状データを作成する。

ステップＳ１２において、CPU１２１は初期設定を行う。具体的には、例えば、CPU１２１は、駆動部３３と３８を制御し、XYステージ３２とZステージ３７の位置を原点に移動させる。また、CPU１２１は、紫外光および光ビームの強度を制御するための制御信号を光源８１および９１に入力し、その制御信号に対応して光源８１が出射する紫外光および光源９１が出射する光ビームの強度を測定する。

ステップＳ１３において、CPU１２１は、駆動部３３と３８を制御し、XYステージ３２とZステージ３７を、予め設定された造形の開始位置に移動させる。ステップＳ１４において、CPU１２１は、駆動部３８を制御し、Zステージ３７を微速でz方向に下降させる。

ステップＳ１５において、CPU１２１は、駆動部３８を制御し、剥離コーティング層５２（図４）の表面付近で、Zステージ３７を停止させる。

ステップＳ１６において、CPU１２１は、駆動部３８を制御し、Zステージ３７を、形成する硬化層の1層分の厚みだけ上昇させる。ステップＳ１７において、CPU１２１は、1層分の硬化層を造形する1層造形処理を行う。この1層造形処理の詳細については、図８のフローチャートを参照して後述する。

ステップＳ１８において、CPU１２１は、駆動部３８を制御し、Zステージ３７を所定の距離だけz方向に上昇させる。これにより、Zステージ３７と剥離コーティング層５２の間に形成された硬化層が、剥離コーティング層５２から剥離される。

ステップＳ１９において、CPU１２１は、積層を終了するか、即ち、ステップＳ１１で選択された３次元形状データに対応する層数だけステップＳ１７の処理が行われたかを判定する。ステップＳ１９で、積層を終了しないと判定された場合、即ちステップＳ１１で選択された３次元形状データに対応する形状の立体モデルがまだ造形されていない場合、ステップＳ２０において、CPU１２１は、駆動部３３を制御し、XYステージ３２を造形の開始位置に再度移動させる。

ステップＳ２１において、CPU１２１は、駆動部３８を制御し、剥離コーティング層５２の上面と、形成された硬化層の底面との距離が、次に形成する硬化層の1層分の厚みになるように、Zステージ３７をz方向に移動させる。そして、処理はステップＳ１７に戻り、積層を終了すると判定されるまで、ステップＳ１７乃至Ｓ２１の処理が繰り返される。これにより、硬化層が積層される。

一方、ステップＳ１９で、積層を終了すると判定された場合、即ち、ステップＳ１１で選択された３次元形状データに対応する形状の立体モデルが造形された場合、ステップＳ２２において、CPU１２１は、駆動部３３と３８を制御し、XYステージ３２とZステージ３７の位置を原点に移動させ、処理は終了する。

次に、図８を参照して、図７のステップＳ１７の1層造形処理について説明する。

ステップＳ４１において、CPU１２１は、各部を制御し、一括露光光学系７１からの紫外光またはビームスキャン光学系７２からの光ビームで、収容容器３４に収容された紫外線硬化樹脂３６の液面を露光小領域単位で露光させる。ステップＳ４２において、CPU１２１は、ステップＳ４１の処理を所定の回数（例えば、ワーク領域内のx方向に並ぶ露光小領域の数）だけ繰り返したかを判定する。

ステップＳ４２で、まだステップＳ４１の処理を所定の回数だけ繰り返していないと判定された場合、ステップＳ４３において、CPU１２１は、駆動部３３に制御信号を入力することにより、露光小領域のx方向の長さだけXYステージ３２をx方向に移動させる。そして、処理はステップＳ４１に戻り、ステップＳ４１の処理が所定の回数だけ繰り返されるまで、ステップＳ４１乃至Ｓ４３の処理が繰り返される。

一方、ステップＳ４２で、ステップＳ４１の処理を所定の回数だけ繰り返したと判定された場合、即ち、露光小領域のx方向の走査が終了した場合、ステップＳ４４において、CPU１２１は、駆動部３３に制御信号を入力することにより、XYステージ３２のx方向の位置を開始位置に移動させる。

ステップＳ４５において、CPU１２１は、駆動部３３に制御信号を入力することにより、露光小領域のy方向の長さだけXYステージ３２をy方向に移動させる。ステップＳ４４およびＳ４５の処理により、露光小領域は次の走査ラインの開始位置に移動する。

ステップＳ４６において、CPU１２１は、各部を制御し、収容容器３４に収容された紫外線硬化樹脂３６の液面を露光小領域単位で露光させる。

ステップＳ４７において、CPU１２１は、ステップＳ４６の処理を所定の回数(例えば、ワーク領域内のy方向に並ぶ露光小領域の数)だけ繰り返したかを判定する。ステップＳ４７で、まだステップＳ４６の処理が所定の回数だけ繰り返していないと判定された場合、ステップＳ４８において、CPU１２１は、駆動部３３に制御信号を入力することにより、露光小領域のx方向の長さだけXYステージ３２をx方向に移動させる。そして、処理はステップＳ４１に戻り、露光小領域単位で露光が行われ、処理はステップＳ４２に進む。

このとき、ステップＳ４２では、ステップＳ４１の処理を所定の回数(例えば、ワーク領域内のx方向に並ぶ露光小領域の数から1を減算した数)だけ繰り返したかが判定され、その所定の回数だけステップＳ４１の処理が行われるまで、ステップＳ４１乃至Ｓ４３の処理が繰り返される。その後、ステップＳ４４乃Ｓ４６の処理が行われ、ステップＳ４６の処理が所定の回数だけ行われるまで、ステップＳ４１乃至Ｓ４８の処理が同様に繰り返される。

一方、ステップＳ４７で、ステップＳ４６の処理が所定の回数だけ繰り返したと判定された場合、即ち、1層分の断面形状データに対応する形状の領域が露光された場合、処理は図７のステップＳ１７に戻る。

なお、光造形装置３０では、剥離コーティング層５２を、反射コーティング層５１と紫外線硬化樹脂３６の間に設けることにより、剥離するために要する力を小さくすることができるようにしたが、例えば、図９に示すように、収容容器３４の底面と形成された硬化層の底面との大きさの差が小さい場合、ガラス窓３５が湾曲しにくく、略平面のものどうしを剥離させることになるため、剥離するための力が比較的大きくなってしまう場合がある。

そこで、図１０に示すように、ガラス窓３５を収容容器３４の内側に押し上げることにより、硬化層の剥離時にガラス窓３５を意図的に湾曲させ、剥離を補助するようにしてもよい。この場合の光造形装置について、以下に説明する。

図１１は、本発明を適用した光造形装置の第２の実施の形態の構成例を示している。

なお、図１１において、図３と同一のものには同一の符号を付してあり、説明は繰り返しになるので省略する。また、図１１では、説明の便宜上、図示していないが、光造形装置１５０には、図３の光造形装置３０と同様に光学系３１、XYステージ３２、および駆動部３３が設けられている。

図１１に示すように、光造形装置１５０では、収容容器１５１が、減圧チャンバにより構成され、密閉されている。これにより、紫外線硬化樹脂３６の臭いの収容容器１５１外への放出、気化、および感光を防止するとともに、収容容器１５１内の圧力を制御することができる。なお、収容容器１５１は、上下に分割可能になっており、分割される上部と下部は、Ｏリング１５２Ａおよび１５２Ｂで接続されている。

圧力制御部１５２は、後述する制御装置１７０(図１２)の制御にしたがって、収容容器１５１内の空気を排気したり、収容容器１５１内に空気を吸気したりすることにより、収容容器１５１内の圧力を制御する。例えば、圧力制御部１５２は、形成された硬化層の剥離時に、収容容器１５１内の空気を排気し、収容容器１５１内を減圧することにより、収容容器１５１の内部の圧力を外部の圧力より低下させる。

これにより、ガラス窓３５が収容容器１５１の内側に押し上げられ、ガラス窓３５は収容容器１５１の内側にスムーズに湾曲する。例えば、実験的には、ガラス窓３５として、直径15cm、厚さ1.2mmの石英ガラス板を用いた光造形装置１５０が大気中に設置されている場合、収容容器１５１内を3.8Kpaだけ減圧すると、ガラス窓３５の中心部分の収容容器１５１側への変形量は約0.5mmとなる。

以上のように、光造形装置１５０では、圧力制御部１５２により収容容器１５１内の圧力が制御されるので、収容容器１５１の底面と形成された硬化層の底面との大きさの差が小さい場合であっても、ガラス窓３５が湾曲し、剥離するために要する力が小さくなる。その結果、剥離時に硬化層が受けるダメージが少なくなり、高精度の立体モデルを造形することができる。

図１２は、図１１の光造形装置１５０を制御する制御装置１７０のハードウェア構成例を示している。なお、図１２において、図６と同一のものには同一の符号を付してあり、説明は繰り返しになるので省略する。

図１２の制御装置１７０において、CPU１７１は、例えば、記憶部１２８に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース１２５およびバス１２４を介して、RAM１２３にロードして実行し、通信部１２９を介して、光造形装置１５０の各部を制御することで、光造形装置１５０に光造形を実行させる。

例えば、CPU１７１は、図６のCPU１２１と同様に、入力部１２６からの入力に応じて制御信号を、通信部１２９を介して光源８１または９１に入力する。CPU１７１は、CPU１２１と同様に、入力部１２６からの入力に応じて、通信部１２９を介して制御信号をシャッタ８２または９６に入力する。

また、CPU１７１は、CPU１２１と同様に、断面形状データに応じて、通信部１２９を介して駆動信号を空間光変調器８６やガルバノミラー９７および９８に入力する。CPU１７１は、CPU１２１と同様に、反射光モニタ部１０１から通信部１２９を介して入力された戻り光に基づいて、通信部１２９を介して制御信号を駆動部７４や駆動部８８に入力する。

さらに、CPU１７１は、CPU１２１と同様に、通信部１２９を介して制御信号を駆動部３３に入力することにより、紫外線硬化樹脂３６の1層分の断面形状データに対応する形状の領域を露光小領域単位で露光させる。これにより、1層分の硬化層がZステージ３７と剥離コーティング層５２との間に形成される。

また、CPU１７１は、1層分の断面形状データに対応する露光が終了するごとに、次に形成する硬化層の1層分の厚みより長い所定の距離だけZステージ３７をz方向に上昇させるための制御信号を、通信部１２９を介して駆動部３８に入力するとともに、収容容器１５１内を減圧するための制御信号を、通信部１２９を介して圧力制御部１５２に入力する。これにより、Zステージ３７と剥離コーティング層５２との間に形成された硬化層が剥離コーティング層５２から剥離される。

その後、CPU１７１は、収容容器１５１内の圧力が外部の圧力と等しくなるように、収容容器１５１内を昇圧させるための制御信号を、通信部１２９を介して圧力制御部１５２に入力する。そして、CPU１７１は、剥離コーティング層５２と形成された硬化層との間の距離が硬化層の1層分の厚みとなる位置にZステージ３７をz方向に移動させるための制御信号を、通信部１２９を介して駆動部３８に入力する。

次に、図１３を参照して、図１２のCPU１７１による造形処理について説明する。この造形処理は、例えば、ユーザが入力部１２６を操作することにより、造形を指示したとき、開始される。

図１３の造形処理では、図７の造形処理のステップＳ１８の処理の代わりに、ステップＳ６８およびＳ６９の処理が行われる。従って、ステップＳ６８およびＳ６９の処理以外の処理については、説明は繰り返しになるので省略する。

ステップＳ６８において、CPU１７１は、圧力制御部１５２を制御し、収容容器１５１の内部の圧力が外部の圧力より低くなるように、収容容器１５１内を減圧するとともに、駆動部３８を制御して、Zステージ３７を所定の距離だけz方向に上昇させる。これにより、Zステージ３７と剥離コーティング層５２の間に形成された硬化層が、剥離コーティング層５２から剥離される。

ステップＳ６９において、CPU１７１は、圧力制御部１５２を制御し、収容容器１５１の内部の圧力と外部の圧力が同一となるように、収容容器１５１内を加圧する。

図１４は、本発明を適用した光造形装置の第３の実施の形態の構成例を示している。

なお、図１４において、図３と同一のものには同一の符号を付してあり、説明は繰り返しになるので省略する。また、図１４では、説明の便宜上、図示していないが、光造形装置２００には、図３の光造形装置３０と同様に光学系３１、XYステージ３２、および駆動部３３が設けられている。

図１４に示すように、光造形装置２００では、収容容器１５１の下方に、押し上げ機構２１１が配置されている。押し上げ機構２１１は、収容容器１５１側に突起した突起部２１１Ａを備えている。

押し上げ制御部２１２は、後述する制御装置２２０（図１５）の制御にしたがって、押し上げ機構２１１をz方向に上昇させることにより、ガラス窓３５の底面に対して外側から上方向の力を加える。これにより、ガラス窓３５が収容容器３４の内側に押し上げられ、ガラス窓３５は収容容器３４の内側にスムーズに湾曲する。

以上のように、光造形装置２００では、押し上げ機構２１１の突起部２１１Ａにより、ガラス窓３５の底面に対して外側から上方向の力が加えられるので、収容容器３４の底面と形成された硬化層の底面との大きさの差が小さい場合であっても、ガラス窓３５が湾曲し、剥離するために要する力が小さくなる。その結果、剥離時に硬化層が受けるダメージが少なくなり、高精度の立体モデルを造形することができる。

図１５は、図１４の光造形装置２００を制御する制御装置２２０のハードウェア構成例を示している。なお、図１５において、図６と同一のものには同一の符号を付してあり、説明は繰り返しになるので省略する。

図１５の制御装置２２０において、CPU２２１は、例えば、記憶部１２８に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース１２５およびバス１２４を介して、RAM１２３にロードして実行し、通信部１２９を介して、光造形装置２００の各部を制御することで、光造形装置２００に光造形を実行させる。

例えば、CPU２２１は、図６のCPU１２１と同様に、入力部１２６からの入力に応じて制御信号を、通信部１２９を介して光源８１または９１に入力する。CPU２２１は、CPU１２１と同様に、入力部１２６からの入力に応じて、通信部１２９を介してシャッタ８２または９６に入力する。

また、CPU２２１は、CPU１２１と同様に、断面形状データに応じて、通信部１２９を介して駆動信号を空間光変調器８６やガルバノミラー９７および９８に入力する。CPU２２１は、CPU１２１と同様に、反射光モニタ部１０１から通信部１２９を介して入力された戻り光に基づいて、通信部１２９を介して制御信号を駆動部７４や駆動部８８に入力する。

さらに、CPU２２１は、CPU１２１と同様に、通信部１２９を介して制御信号を駆動部３３に入力することにより、紫外線硬化樹脂３６の1層分の断面形状データに対応する形状の領域を露光小領域単位で露光させる。これにより、1層分の硬化層がZステージ３７と剥離コーティング層５２との間に形成される。

また、CPU２２１は、1層分の断面形状データに対応する露光が終了するごとに、次に形成する硬化層の1層分の厚みより長い所定の距離だけZステージ３７をz方向に上昇させるための制御信号を、通信部１２９を介して駆動部３８に入力するとともに、押し上げ機構２１１の突起部２１１Ａがガラス窓３５の底面に対して外側から上方向の力を加えるように、押し上げ機構２１１をz方向に上昇させるための制御信号を、通信部１２９を介して押し上げ制御部２１２に供給する。これにより、Zステージ３７と剥離コーティング層５２との間に形成された硬化層が剥離コーティング層５２から剥離される。

その後、CPU２２１は、押し上げ機構２１１がガラス窓３５に接触しないように、押し上げ機構２１１をz方向に下降させるための制御信号を駆動部３８に入力する。そして、CPU２２１は、図１２のCPU１７１と同様に、剥離コーティング層５２と形成された硬化層との間の距離が硬化層の1層分の厚みとなる位置にZステージ３７をz方向に移動させるための制御信号を、通信部１２９を介して駆動部３８に入力する。

次に、図１６を参照して、図１５のCPU２２１による造形処理について説明する。この造形処理は、例えば、ユーザが入力部１２６を操作することにより、造形を指示したとき、開始される。

図１６の造形処理では、図７のステップＳ１８の処理の代わりに、ステップＳ８８およびＳ８９の処理が行われる。従って、ステップＳ８８およびＳ８９の処理以外の処理については、説明は繰り返しになるので省略する。

ステップＳ８８において、CPU２２１は、押し上げ制御部２１２を制御し、突起部２１１Ａがガラス窓３５の底面に上方向の力を加えるように、押し上げ機構２１１をz方向に上昇させるとともに、駆動部３８を制御して、Zステージ３７を所定の距離だけ上昇させる。

ステップＳ８９において、CPU２２１は、押し上げ制御部２１２を制御し、突起部２１１Ａがガラス窓３５と接触しないように、即ち突起部２１１Ａがガラス窓３５の底面に力を加えないように、押し上げ機構２１１をz方向に下降させる。

図１７は、本発明を適用した光造形装置の第４の実施の形態の構成例を示している。

なお、図１７において、図３と同一のものには同一の符号を付してあり、説明は繰り返しになるので適宜省略する。

図１７に示すように、光造形装置２５０では、対物レンズ３１Ａが位置規制機構２５１により覆われている。この位置規制機構２５１のガラス窓３５の底面と接する面には、略露光小領域の大きさの開口が設けられ、対物レンズ３１Ａを通過する紫外光は、その開口からガラス窓３５を介して紫外線硬化樹脂３６の液面に照射される。

また、光造形装置２５０では、位置規制機構２５１で覆われた対物レンズ３１Ａを有する光学系３１が、XYZステージ２５２の上に配置される。このXYZステージ２５２は、駆動部２５３により、x方向、y方向、またはz方向に移動する。

駆動部２５３は、後述する制御装置２７０（図１８）の制御にしたがって、図３の駆動部３３と同様に、XYZステージ２５２をx方向またはy方向に移動させることにより、1層分の硬化層をガラス窓３５とZステージ３７の間に形成させる。

また、駆動部２５３は、制御装置２７０の制御にしたがって、光学系３１により露光が行われる際、位置規制機構２５１がガラス窓３５の位置を下方から規制するように、XYZステージ２５２をz方向に上昇させることにより、ガラス窓３５の自重による下方へのたわみを防止する。これにより、ガラス窓３５が略平面になるため、硬化層の面精度が向上し、積層精度を向上させることができる。

さらに、駆動部２５３は、制御装置２７０の制御にしたがって、形成された硬化層の剥離時に、位置規制機構２５１がガラス窓３５の底面に対して外側から上方向の力を加えるように、XYZステージ２５２をz方向に上昇させる。これにより、ガラス窓３５が収容容器３４の内側に押し上げられ、ガラス窓３５は収容容器３４の内側にスムーズに湾曲する。

このように、光造形装置２５０では、位置規制機構２５１により、ガラス窓３５の底面に対して外側から上方向の力が加えられるので、収容容器３４の底面と形成された硬化層の底面との大きさの差が小さい場合であっても、ガラス窓３５が湾曲し、剥離するために要する力が小さくなる。その結果、剥離時に硬化層が受けるダメージが少なくなり、高精度の立体モデルを造形することができる。

以上のように、光造形装置２５０は、位置規制機構２５１により、積層精度を向上させるとともに、剥離時に硬化層が受けるダメージを軽減することができる。従って、光造形装置２５０は、積層精度を向上させるための機構と、剥離時に硬化層が受けるダメージを軽減するための機構を別々に設ける場合に比べて、設計上有利である。

図１８は、図１７の光造形装置２５０を制御する制御装置２７０のハードウェア構成例を示している。なお、図１８において、図６と同一のものには同一の符号を付してあり、説明は繰り返しになるので省略する。

図１８の制御装置２７０において、CPU２７１は、例えば、記憶部１２８に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース１２５およびバス１２４を介して、RAM１２３にロードして実行し、通信部１２９を介して、光造形装置２５０の各部を制御することで、光造形装置２５０に光造形を実行させる。

例えば、CPU２７１は、図６のCPU１２１と同様に、入力部１２６からの入力に応じて制御信号を、通信部１２９を介して光源８１または９１に入力する。CPU２７１は、CPU１２１と同様に、入力部１２６からの入力に応じて、通信部１２９を介してシャッタ８２または９６に入力する。

また、CPU２７１は、CPU１２１と同様に、断面形状データに応じて、通信部１２９を介して駆動信号を空間光変調器８６やガルバノミラー９７および９８に入力する。CPU２７１は、CPU１２１と同様に、反射光モニタ部１０１から通信部１２９を介して入力された戻り光に基づいて、通信部１２９を介して制御信号を駆動部７４や駆動部８８に入力する。

さらに、CPU２７１は、露光小領域を露光する際、位置規制機構２５１がガラス窓３５の位置を下方から規制するように、XYZステージ２５２をz方向に上昇させるための制御信号を駆動部２５３に入力する。

また、CPU２７１は、CPU１２１と同様に、通信部１２９を介して制御信号を駆動部２５３に入力することにより、紫外線硬化樹脂３６の1層分の断面形状データに対応する形状の領域を露光小領域単位で露光させる。これにより、1層分の硬化層がZステージ３７と剥離コーティング層５２との間に形成される。

さらに、CPU２７１は、1層分の断面形状データに対応する露光が終了するごとに、次に形成する硬化層の1層分の厚みより長い所定の距離だけZステージ３７をz方向に上昇させるための制御信号を、通信部１２９を介して駆動部３８に入力するとともに、位置規制機構２５１がガラス窓３５の底面に対して外側から上方向の力を加えるように、XYZステージ２５２をz方向に上昇させるための制御信号を、通信部１２９を介して駆動部２５３に入力する。これにより、Zステージ３７と剥離コーティング層５２との間に形成された硬化層が剥離コーティング層５２から剥離される。

その後、CPU２７１は、位置規制機構２５１がガラス窓３５に接触しないように、XYZステージ２５２をz方向に下降させるための制御信号を駆動部２５３に入力する。そして、CPU２２１は、図１２のCPU１７１と同様に、剥離コーティング層５２と形成された硬化層との間の距離が硬化層の1層分の厚みとなる位置にZステージ３７をz方向に移動させるための制御信号を、通信部１２９を介して駆動部３８に入力する。

次に、図１９を参照して、図１８のCPU２７１による造形処理について説明する。この造形処理は、例えば、ユーザが入力部１２６を操作することにより、造形を指示したとき、開始される。

ステップＳ１０１およびＳ１０２の処理は、図７のステップＳ１１およびＳ１２の処理と同様であるので説明は省略する。

ステップＳ１０３において、CPU２７１は、駆動部２５３と３８を制御し、XYZステージ２５２とZステージ３７を、予め設定された造形の開始位置に移動させる。ステップＳ１０４において、CPU２７１は、駆動部２５３を制御し、ガラス窓３５の位置が位置規制機構２５１により下方向から規制されるように、XYZステージ２５２を所定の距離だけ上昇させる。ステップＳ１０５乃至Ｓ１０７において、CPU２７１は、ステップＳ１４乃至Ｓ１６の処理と同様に、Zステージ３７の移動を制御する。

ステップＳ１０８において、CPU２７１は、後述する図２０の1層造形処理を行う。ステップＳ１０９において、CPU２７１は、駆動部２５３を制御し、位置規制機構２５１がガラス窓３５の底面に外側から上方向の力を加えるように、XYZステージ２５２を所定の距離だけ上昇させるとともに、駆動部３８を制御し、Zステージ３７を所定の距離だけz方向に上昇させる。これにより、Zステージ３７と剥離コーティング層５２の間に形成された硬化層が、剥離コーティング層５２から剥離される。

ステップＳ１１０において、CPU２７１は、駆動部２５３を制御して、位置規制機構２５１がガラス窓３５に接触しないように、XYZステージ２５２を所定の距離だけ下降させる。ステップＳ１１１において、CPU２７１は、ステップＳ１９の処理と同様に、積層を終了するかを判定し、積層を終了しないと判定された場合、ステップＳ１１２において、CPU２７１は、駆動部２５３を制御し、XYZステージ２５２を造形の開始位置に再度移動させる。

ステップＳ１１３において、CPU２７１は、駆動部２５３を制御し、位置規制機構２５１がガラス窓３５の位置を規制するように、XYZステージ２５２を所定の距離だけ上昇させる。ステップＳ１１４において、CPU２７１は、ステップＳ２１の処理と同様に、駆動部３８を制御し、Zステージ３７をz方向に移動させる。そして、処理はステップＳ１０８に戻り、積層を終了すると判定されるまで、ステップＳ１０８乃至Ｓ１１４の処理が繰り返される。これにより、硬化層が積層される。

一方、ステップＳ１１１で、積層を終了すると判定された場合、ステップＳ１１５において、CPU２７１は、駆動部２５３と３８を制御し、XYZステージ２５２とZステージ３７の位置を原点に移動させ、処理は終了する。

次に、図２０を参照して、図１９のステップＳ１０８の1層造形処理について説明する。

ステップＳ１２１において、CPU２７１は、図８のステップＳ４１の処理と同様に、各部を制御し、収容容器３４に収容された紫外線硬化樹脂３６の液面を露光小領域単位で露光させる。

ステップＳ１２２において、CPU２７１は、位置規制機構２５１がガラス窓３５に接触しないように、XYZステージ２５２をz方向に下降させる。ステップＳ１２３において、CPU２７１は、ステップＳ４２の処理と同様に、ステップＳ１２１の処理を所定の回数だけ繰り返したかを判定し、ステップＳ１２１の処理を所定の回数だけ繰り返したと判定した場合、ステップＳ１２４において、ステップＳ４３の処理と同様に、露光小領域のx方向の長さだけXYZステージ２５２をx方向に移動する。

ステップＳ１２５において、CPU２７１は、駆動部２５３を制御し、位置規制機構２５１がガラス窓３５の位置を下方向から規制するように、XYZステージ２５２を上昇させる。そして、処理はステップＳ１２１に戻り、ステップＳ１２１の処理が所定の回数だけ繰り返されるまで、ステップＳ１２１乃至Ｓ１２５の処理が繰り返される。

一方、ステップＳ１２３で、ステップＳ１２１の処理を所定の回数だけ繰り返したと判定された場合、ステップＳ１２６において、CPU２７１は、ステップＳ４４の処理と同様に、XYZステージ２５２のx方向の位置を開始位置に移動させ、ステップＳ１２７において、ステップＳ４５の処理と同様に、露光小領域のy方向の長さだけXYZステージ２５２をy方向に移動させる。

ステップＳ１２８において、CPU２７１は、駆動部２５３を制御し、位置規制機構２５１がガラス窓３５の位置を下方向から規制するように、XYZステージ２５２をz方向に上昇させる。ステップＳ１２９において、CPU２７１は、ステップＳ４６の処理と同様に、紫外線硬化樹脂３６の液面を露光小領域単位で露光させる。

ステップＳ１３０において、CPU２７１は、駆動部２５３を制御し、位置規制機構２５１がガラス窓３５に接触しないように、XYZステージ２５２をz方向に下降させる。ステップＳ１３１において、CPU２７１は、ステップＳ４７の処理と同様に、ステップＳ１２９の処理を所定の回数だけ繰り返したかを判定し、ステップＳ１２９の処理を所定の回数だけ繰り返したと判定した場合、ステップＳ１３２において、ステップＳ４８の処理と同様に、露光小領域のx方向の長さだけXYZステージ２５２をx方向に移動させる。

ステップＳ１３３において、CPU２７１は、駆動部２５３を制御し、位置規制機構２５１がガラス窓３５の位置を下方向から規制するように、XYZステージ２５２を上昇させる。そして、処理はステップＳ１２１に戻り、図８の場合と同様に、ステップＳ１２９の処理が所定の回数だけ繰り返されるまで、ステップＳ１２１乃至Ｓ１３１の処理が繰り返される。

一方、ステップＳ１３１で、ステップＳ１２９の処理が所定の回数だけ繰り返したと判定された場合、処理は図１９のステップＳ１０８に戻る。

なお、上述した説明では、形成された硬化層の剥離時に、Zステージ３７を1層分の厚みより長い所定の距離だけ上昇させたが、Zステージ３７に、Zステージ３７にかかる圧力を検知するロードセルなどの圧力検知部を設け、その圧力検知部により検知された圧力の変化によって剥離の完了を検知するまでZステージ３７を上昇させるようにしてもよい。

また、上述した説明では、光造形装置３０（１５０，２００，２５０）が、光学系３１をx方向およびy方向に移動させるXYステージ３２またはXYZステージ２５２を備えたが、対物レンズ３１ＡとZステージ３７が相対的にx方向およびy方向に移動する機構であれば、XYステージ３２またはXYZステージ２５２以外の機構を備えるようにしてもよい。

さらに、上述した説明では、光造形装置３０（１５０，２００，２５０）において、液状の紫外線硬化樹脂３６を用いて光造形が行われたが、紫外線硬化樹脂の状態は液状に限定されず、例えばフィルム状であってもよい。

本発明は、タイリング方式で光造形を行う光造形装置だけでなく、一括露光方式やビームスキャン方式で光造形を行う光造形装置にも適用することができる。

また、本明細書において、プログラム記録媒体に格納されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。

さらに、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、光造形装置は、ガラス窓３５をスムーズに湾曲させるために、収容容器１５１と圧力制御部１５２を備えるだけでなく、押し上げ機構２１１と押し上げ制御部２１２を備えるようにしてもよい。

自由液面法について説明する図である。 規制液面法について説明する図である。 本発明を適用した光造形装置の第１の実施の形態の外観構成を示す図である。 ガラス窓の詳細について説明する図である。 図３の光学系の構成例を示す図である。 図３の光造形装置の各部を制御する制御装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。 図６のCPUによる造形処理について説明するフローチャートである。 図７のステップＳ１７の1層造形処理について説明するフローチャートである。 ガラス窓が湾曲しにくい場合の剥離について説明する図である。 剥離の補助について説明する図である。 本発明を適用した光造形装置の第２の実施の形態の構成例を示す図である。 図１１の光造形装置を制御する制御装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。 図１２のCPUによる造形処理について説明するフローチャートである。 本発明を適用した光造形装置の第３の実施の形態の構成例を示す図である。 図１４の光造形装置を制御する制御装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。 図１５のCPUによる造形処理について説明するフローチャートである。 本発明を適用した光造形装置の第４の実施の形態の構成例を示す図である。 図１７の光造形装置を制御する制御装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。 図１８のCPUによる造形処理について説明するフローチャートである。 図１９のステップＳ１０８の1層造形処理について説明するフローチャートである。

符号の説明

３０ 光造形装置, ３１ 光学系, ３４ 収容容器, ３５ ガラス窓, ３６ 紫外線硬化樹脂, ３７ Zステージ, ５２ 剥離コーティング層, １５０ 光造形装置, １５１ 収容容器, １５２ 圧力制御部, ２００ 光造形装置, ２１１ 押し上げ機構, ２５０ 光造形装置, ２５１ 位置規制機構

Claims (5)

1. 立体モデルの断面形状データに応じた光を光硬化性樹脂の表面に照射して硬化層を形成し、前記硬化層を積層することにより、前記立体モデルを造形する光造形装置において、
   前記光硬化性樹脂を収容し、前記光硬化性樹脂の表面を規制する規制窓を有する収容容器と、
   前記光硬化性樹脂の表面に垂直な方向に移動可能な移動台と、
   前記規制窓を介して前記光硬化樹脂の表面に光を放射することにより、前記移動台と前記規制窓との間に前記硬化層を形成する光学系と、
   前記硬化層が形成された場合、前記規制窓を、前記収容容器の内側に湾曲させることにより、前記硬化層の前記規制窓からの剥離を補助する剥離補助手段と
   を備え、
   前記移動台は、前記硬化層が形成された場合、前記光硬化性樹脂の表面に垂直な方向に移動することにより、前記硬化層を前記規制窓から剥離する
   光造形装置。
2. 前記規制窓の内側には、前記硬化層との剥離性よりも前記規制窓との剥離性の方が低い膜の層である剥離層が設けられる
   請求項１に記載の光造形装置。
3. 前記収容容器は密閉され、
   前記剥離補助手段は、前記収容容器内を減圧することにより、前記規制窓を、前記収容容器の内側に湾曲させる
   請求項１に記載の光造形装置。
4. 前記剥離補助手段は、前記規制窓に対して前記収容容器の外側から力を加えることにより、前記規制窓を前記収容容器の内側に湾曲させる
   請求項１に記載の光造形装置。
5. 前記剥離補助手段はまた、前記光学系により前記硬化層が形成される際に、前記規制窓に対して前記収容容器の外側から力を加えることにより、前記規制窓を略平面にする
   請求項４に記載の光造形装置。

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