JP6605859B2

JP6605859B2 - 三次元造形装置

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Publication number: JP6605859B2
Application number: JP2015134324A
Authority: JP
Inventors: 貴之櫻井
Original assignee: Roland DG Corp
Current assignee: Roland DG Corp
Priority date: 2015-07-03
Filing date: 2015-07-03
Publication date: 2019-11-13
Anticipated expiration: 2035-07-03
Also published as: JP2017013424A

Description

本発明は、三次元造形装置に関する。

従来から、槽内に収容された液体の光硬化性樹脂に光を照射し、光硬化性樹脂を硬化させることによって三次元造形物を造形する三次元造形装置が知られている。

特許文献１に示すように、三次元造形装置は、例えば、開口が形成された台と、台の上に配置され、光硬化性樹脂を収容する槽と、槽の上方に配置された昇降自在なホルダとを備えている。台の下方には、光を照射する照射装置が配置されている。照射装置から照射された光は、ミラーで反射され、台の開口を通じて槽内の光硬化性樹脂に照射される。槽内に収容された光硬化性樹脂のうち、光が照射された部分は硬化する。

光の照射位置を制御することにより、槽内に収容された光硬化性樹脂の硬化する位置を適宜変更することができる。これにより、所望の断面形状を有する樹脂層を形成することができる。ホルダを順次上昇させることにより、所望の断面形状の樹脂層が下方に向かって連続的に形成される。このようにして、所望の三次元造形物が造形される。

特開２００３−３９５６４号公報特開２０１４−３７１４８号公報

ところで、上記特許文献１では一つの光源を備えた照射装置を用いて三次元造形物を造形しているが、より大きな造形領域を用いて三次元造形物を造形したり、より高精度に三次元造形物を造形したりするために複数の光源を用いることが行われている。この場合、各光源から照射される光と光の間に隙間ができないように、各光源から照射される光同士の一部を、槽と光硬化性樹脂との界面で重ね合わせている。各光源から照射される光同士を上記界面で重ね合わせる場合、光同士を重ねた部分に照射される光エネルギーの総量は、光同士が重ね合わされていない部分に照射される光エネルギーの総量より大きくなる。このため、槽内に収容された光硬化性樹脂の硬化の程度にバラツキが発生することがあり得る。かかる問題に対応すべく、特許文献２には、光同士が重ね合わされた部分に照射される光の光エネルギーを光同士が重ね合わされていない部分に照射される光の光エネルギーと比較して小さくする技術が開示されている。

図１０に示すように、槽１に収容された光硬化性樹脂２のうち硬化させたい領域３に位置する光硬化性樹脂２については、硬化のバラツキを抑制することができ、硬化させる必要のない領域４のうち光同士が重ね合わされた部分７ａにも光エネルギーの総量が適切な光が照射される。しかしながら、硬化させる必要のない領域４のうち光同士が重ね合わされた部分７ｂ、７ｃの光硬化性樹脂２には、依然として第１光源５および第２光源６からの光同士が重なって光エネルギーの総量が大きい光が照射される。この結果、三次元造形物の造形の途中で部分７ｂ、７ｃの光硬化性樹脂２が意図せずに硬化してしまい、所望の形状を有する三次元造形物を得ることができない虞がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、意図しない部分の光硬化性樹脂の硬化を抑制し、所望の形状を有する三次元造形物を造形することができる三次元造形装置を提供することである。

本発明に係る三次元造形装置は、液体の光硬化性樹脂を硬化させて所定の断面形状の樹脂層を順次積層することによって三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、液体の光硬化性樹脂が収容される収容槽と、前記光硬化性樹脂と前記収容槽との界面である第１光照射面に光を照射して、所定の厚みを有する樹脂層を形成する照射装置と、を備え、前記第１光照射面には、第１領域と、前記第１領域の隣の第２領域と、前記第２領域の隣の第３領域とが含まれ、前記照射装置は、前記第１領域および前記第２領域に光を照射し、前記収容槽より下方に配置された第１光源と、前記第２領域および前記第３領域に光を照射し、前記収容槽より下方に配置された第２光源とを有し、前記第１光源および前記第２光源から照射される光は、前記光硬化性樹脂を硬化させて前記所定の厚みを有する樹脂層を形成する光エネルギーを有し、前記第１光源から照射される光と前記第２光源から照射される光とは、形成された前記樹脂層のうち前記第１光源および前記第２光源に最も近い樹脂層の前記第１光源および前記第２光源側の面に対して前記第１光源および前記第２光源の反対側では、重ならない。

本発明の三次元造形装置は、第１領域および第２領域に光を照射する第１光源と第２領域および第３領域に光を照射する第２光源とを備えている。このため、第１光照射面のより広範囲に光を照射したり、第１光照射面により高精度に光を照射したりすることができる。また、第１光源および第２光源がそれぞれ第２領域に光を照射するため、第１光源から照射される光と第２光源から照射される光との間には隙間が生じない。また、樹脂層を形成するときには、第１光源から照射される光と第２光源から照射される光とは、第１光源および第２光源に最も近い樹脂層の第１光源および第２光源側の面に対して第１光源および第２光源の反対側では、重ならない。これにより、既に形成された樹脂層の周囲に位置する光硬化性樹脂に光エネルギーの総量が大きい光が照射されなくなる。この結果、新たな樹脂層を形成しているときに第１光源および第２光源から照射される光によって、既に形成された樹脂層の周囲に位置する光硬化性樹脂が硬化することを抑制することができる。即ち、本発明の三次元造形装置では、意図しない部分の光硬化性樹脂の硬化を抑制し、所望の形状を有する三次元造形物を造形することができる。

本発明の一態様によれば、前記収容槽の上方に昇降自在に設けられ、前記所定の厚みを有する樹脂層が形成された後、前記所定の厚みだけ上方に移動するホルダを備えている。

上記態様によれば、樹脂層が形成された後にホルダは上方に移動し、樹脂層は下方に向かって連続的に形成される。このため、収容槽は少なくとも１層の樹脂層を形成することができる大きさであればよく、また、樹脂層を形成するたびに新しい光硬化性樹脂を用いることができる。

本発明に係る三次元造形装置は、液体の光硬化性樹脂を硬化させて所定の断面形状の樹脂層を順次積層することによって三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、液体の光硬化性樹脂が収容される収容槽と、前記光硬化性樹脂と空気との界面である第２光照射面に光を照射して、所定の厚みを有する樹脂層を形成する照射装置と、を備え、前記第２光照射面には、第１領域と、前記第１領域の隣の第２領域と、前記第２領域の隣の第３領域とが含まれ、前記照射装置は、前記第１領域および前記第２領域に光を照射し、前記収容槽より下方に配置された第１光源と、前記第２領域および前記第３領域に光を照射し、前記収容槽より下方に配置された第２光源とを有し、前記第１光源および前記第２光源から照射される光は、前記光硬化性樹脂を硬化させて前記所定の厚みを有する樹脂層を形成する光エネルギーを有し、前記第１光源から照射される光と前記第２光源から照射される光とは、形成された前記樹脂層のうち前記第１光源および前記第２光源に最も近い樹脂層の前記第１光源および前記第２光源側の面に対して前記第１光源および前記第２光源の反対側では、重ならない。

本発明の三次元造形装置は、第１領域および第２領域に光を照射する第１光源と第２領域および第３領域に光を照射する第２光源とを備えている。このため、第２光照射面のより広範囲に光を照射したり、第２光照射面により高精度に光を照射したりすることができる。また、第１光源および第２光源がそれぞれ第２領域に光を照射するため、第１光源から照射される光と第２光源から照射される光との間には隙間が生じない。また、樹脂層を形成するときには、第１光源から照射される光と第２光源から照射される光とは、第１光源および第２光源に最も近い樹脂層の第１光源および第２光源側の面に対して第１光源および第２光源の反対側では、重ならない。これにより、既に形成された樹脂層の周囲に位置する光硬化性樹脂に光エネルギーの総量が大きい光が照射されなくなる。この結果、新たな樹脂層を形成しているときに第１光源および第２光源から照射される光によって、既に形成された樹脂層の周囲に位置する光硬化性樹脂が硬化することを抑制することができる。

本発明の一態様によれば、前記収容槽の内方に昇降自在に設けられ、前記所定の厚みを有する樹脂層が形成された後、前記所定の厚みだけ下方に移動するホルダを備えている。

上記態様によれば、樹脂層が形成された後にホルダは下方に移動し、樹脂層は上方に向かって連続的に形成される。形成された樹脂層は収容槽に固着していないため、樹脂層を形成するたびに収容槽から樹脂層を引き剥がす必要がない。このため、収容槽の表面に傷等が発生することを防止することができる。

本発明の一態様によれば、前記照射装置を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記第１光源から照射される光の照射範囲および前記第２光源から照射される光の照射範囲を変更可能に構成されている。

上記態様によれば、形成される樹脂層の所定の厚みを変更することができる。

本発明によれば、意図しない部分の光硬化性樹脂の硬化を抑制し、所望の形状を有する三次元造形物を造形することができる三次元造形装置を提供することができる。

一実施形態に係る三次元造形装置の断面図である。一実施形態に係る三次元造形装置の平面図である。一実施形態に係る第１光照射面の各領域を示す説明図である。槽内に収容された光硬化性樹脂に光が照射されている状態を示す説明図である。槽内に収容された光硬化性樹脂に光が照射されている状態を示す説明図である。他の一実施形態に係る三次元造形装置の断面図である。他の一実施形態に係る第２光照射面の各領域を示す説明図である。槽内に収容された光硬化性樹脂に光が照射されている状態を示す説明図である。槽内に収容された光硬化性樹脂に光が照射されている状態を示す説明図である。従来の三次元造形装置の光源から槽内の光硬化性樹脂に光が照射されている状態を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る三次元造形装置について説明する。なお、ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略または簡略化する。

＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態に係る三次元造形装置１０の断面図である。図２は、三次元造形装置１０の平面図である。なお、図面中の符号Ｆ、Ｒｒ、Ｌ、Ｒ、Ｕｐ、Ｄｎは、それぞれ前、後、左、右、上、下を示している。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、三次元造形装置１０の設置態様を何ら限定するものではない。

三次元造形装置１０は、三次元造形物を造形する装置である。三次元造形装置１０は、三次元造形物の断面形状を表す断面画像に基づいて、液体の光硬化性樹脂を硬化させ、断面画像に沿った断面形状の樹脂層を順次積層することによって、三次元造形物を造形する。ここで、「断面形状」とは、三次元造形物を上下方向に所定の厚み（例えば、０．１ｍｍ。なお、所定の厚みは必ずしも一定の厚みに限られない。）ごとにスライスしたときの断面の形状である。「光硬化性樹脂」とは、所定の波長を含む光が照射されると、硬化する樹脂である。三次元造形装置１０は、台１１と、槽１２と、ホルダ１３と、照射装置１４と、制御装置１６とを備えている。

図１に示すように、台１１は、ケース２５に支持されている。台１１には、光硬化性樹脂２３に照射する光を通過させる開口２１が形成されている。

図１に示すように、槽１２は、液体の光硬化性樹脂２３を収容する。図２に示すように、槽１２は、台１１上に取り付け可能に配置されている。槽１２は、台１１に配置された状態において、台１１の開口２１を覆う。槽１２は、光を透過させることのできる材料、例えば、透明な材料によって形成されている。

図１に示すように、槽１２には第１光照射面３０が設けられている。第１光照射面３０は、槽１２と光硬化性樹脂２３との界面である。より詳細には、第１光照射面３０は、槽１２の底壁１２ａと光硬化性樹脂２３との界面である。図２に示すように、第１光照射面３０は、開口２１内に位置する。第１光照射面３０には、照射装置１４から光が照射される。図３に示すように、第１光照射面３０には、第１領域３０Ａと、第１領域３０Ａの隣の第２領域３０Ｂと、第２領域３０Ｂの隣の第３領域３０Ｃとが含まれる。第１領域３０Ａ、第２領域３０Ｂおよび第３領域３０Ｃは、前後方向に並んでいる。第１領域３０Ａ、第２領域３０Ｂおよび第３領域３０Ｃは、左右方向に並んでいてもよい。

図１に示すように、ホルダ１３は、槽１２の上方、かつ、台１１の開口２１の上方に配置されている。ホルダ１３は、下降したときに槽１２内の光硬化性樹脂２３に浸漬し、上昇するときに、形成された樹脂層２４を吊り上げるように昇降自在に構成されている。樹脂層２４は、光が照射されて光硬化性樹脂２３が硬化することによって形成される。ここでは、台１１には、上下方向に延びた支柱４１が設けられている。支柱４１の前方には、スライダ４２が取り付けられている。スライダ４２は、支柱４１に沿って昇降自在であり、モータ４３によって上方または下方に移動する。ここでは、ホルダ１３は、スライダ４２に取り付けられており、支柱４１の前方に配置されている。ホルダ１３は、モータ４３によって上方または下方に移動する。ホルダ１３は、所定の厚みＴを有する樹脂層２４が形成された後、所定の厚みＴだけ上方に移動する。

図１に示すように、照射装置１４は、第１プロジェクタ１４Ａと第２プロジェクタ１４Ｂとを有している。第１プロジェクタ１４Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂは、それぞれ第１光源および第２光源の一例である。光源は、プロジェクタに限定されない。第１プロジェクタ１４Ａは、第１光照射面３０に光１５Ａを照射する。詳細には、第１プロジェクタ１４Ａは、第１領域３０Ａ（図３参照）および第２領域３０Ｂ（図３参照）に光１５Ａを照射する。第１プロジェクタ１４Ａは、第１領域３０Ａおよび第２領域３０Ｂに、所定の厚みＴを有する樹脂層２４を形成する。第２プロジェクタ１４Ｂは、第１光照射面３０に光１５Ｂを照射する。詳細には、第２プロジェクタ１４Ｂは、第２領域３０Ｂおよび第３領域３０Ｃ（図３参照）に光１５Ｂを照射する。第２プロジェクタ１４Ｂは、第２領域３０Ｂおよび第３領域３０Ｃに、所定の厚みＴを有する樹脂層２４を形成する。第１プロジェクタ１４Ａは、所定の波長からなる光１５Ａを照射することによって、第１領域３０Ａおよび第２領域３０Ｂに所定の断面画像を投影する。第２プロジェクタ１４Ｂは、所定の波長からなる光１５Ｂを照射することによって、第２領域３０Ｂおよび第３領域３０Ｃに所定の断面画像を投影する。

第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａの光エネルギーと第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂの光エネルギーとは互いに等しい。第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂは、光硬化性樹脂２３を硬化させて所定の厚みＴを有する樹脂層２４を形成する光エネルギーを有している。第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂの光エネルギーを調整することによって、形成される樹脂層２４の厚みＴを変更することができる。第１プロジェクタ１４Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂからそれぞれ照射された光１５Ａ、１５Ｂは、台１１の開口２１を通じて槽１２内の光硬化性樹脂２３に照射される。

図１に示すように、第１プロジェクタ１４Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂは、槽１２より下方に配置されている。第１プロジェクタ１４Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂは、ケース２５に収容されている。第１プロジェクタ１４Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂは、前後方向に並んで配置されている。第１プロジェクタ１４Ａと第２プロジェクタ１４Ｂは、左右方向に並んで配置されていてもよい。図４に示すように、第１プロジェクタ１４Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂは、第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａの一部と第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂの一部とが第２領域３０Ｂ（図３参照）で重なるように配置されている。すなわち、第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａと第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂとには隙間が生じない。

まず、光硬化性樹脂２３を硬化させて１層目の樹脂層２４（図１参照）を形成するときの、第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂの形態について説明する。図４に示すように、第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａと第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂとは、ホルダ１３の第１プロジェクタ１４Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂ側の面１３Ｂに対して第１プロジェクタ１４Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂの反対側では、重ならない。第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａと第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂとは、ホルダ１３の面１３Ｂよりも上方では、重ならない。第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａと第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂとは、ホルダ１３の面１３Ｂよりも下方でのみ重なる。第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａと第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂとは、ホルダ１３の面１３Ｂ上で重なってもよい。第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａと第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂとは、光硬化性樹脂２３を硬化させて所定の厚みＴを有する新たな樹脂層２４を形成させる領域２８を超えた位置では、重ならない。

次に、光硬化性樹脂２３を硬化させて２層目以降の樹脂層２４（図１参照）を形成するときの、第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂの形態について説明する。図５に示すように、第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａと第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂとは、形成された樹脂層２４のうち第１プロジェクタ１４Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂに最も近い樹脂層２４Ｎの第１プロジェクタ１４Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂ側の面２４Ｂに対して第１プロジェクタ１４Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂの反対側では、重ならない。第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａと第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂとは、最も近い樹脂層２４Ｎの面２４Ｂよりも上方では、重ならない。第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａと第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂとは、最も近い樹脂層２４Ｎの面２４Ｂおよび面２４Ｂと同じ高さに位置する光硬化性樹脂２３よりも下方でのみ重なる。第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａと第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂとは、最も近い樹脂層２４Ｎの面２４Ｂ上または面２４Ｂと同じ高さに位置する光硬化性樹脂２３上で重なってもよい。第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａと第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂとは、光硬化性樹脂２３を硬化させて所定の厚みＴを有する新たな樹脂層２４を形成させる領域２８を超えた領域２９では、重ならない。領域２９に位置する光硬化性樹脂２３は、第１プロジェクタ１４Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ａ、１５Ｂによって硬化しない。

図１に示すように、制御装置１６は、ホルダ１３が取り付けられたスライダ４２を昇降自在に制御するモータ４３、第１プロジェクタ１４Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂに接続されている。制御装置１６は、モータ４３を駆動することによって、スライダ４２およびホルダ１３を上方または下方に移動させる。制御装置１６は、照射装置１４を制御する。即ち、制御装置１６は、第１プロジェクタ１４Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂを制御する。制御装置１６は、第１プロジェクタ１４Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ａ、１５Ｂの光エネルギーや光１５Ａ、１５Ｂを照射するタイミングなどを制御する。制御装置１６は、第１プロジェクタ１４Ａの光１５Ａの照射範囲１５Ｘ（図４参照）を変更可能に構成されている。制御装置１６は、第２プロジェクタ１４Ｂの光１５Ｂの照射範囲１５Ｙ（図４参照）を変更可能に構成されている。第１プロジェクタ１４Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ａ、１５Ｂの照射範囲１５Ｘ、１５Ｙを変更することによって、第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａと第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂとが重なる領域である第２領域３０Ｂおよび形成される樹脂層２４の厚みＴを変更することができる。なお、制御装置１６の構成は特に限定されない。例えば、制御装置１６は、コンピュータであり、中央演算処理装置（以下、ＣＰＵと称する。）と、ＣＰＵが実行するプログラムなどを格納したＲＯＭと、ＲＡＭなどを備えていてもよい。

以上のように、本実施形態の三次元造形装置１０は、図１に示すように、第１光照射面３０の第１領域３０Ａ（図３参照）および第２領域３０Ｂ（図３参照）に光１５Ａを照射する第１プロジェクタ１４Ａと第１光照射面３０の第２領域３０Ｂおよび第３領域３０Ｃ（図３参照）に光１５Ｂを照射する第２プロジェクタ１４Ｂとを備えている。このため、第１光照射面３０のより広範囲に光を照射したり、第１光照射面３０により高精度に光を照射したりすることができる。また、第１プロジェクタ１４Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂがそれぞれ第２領域３０Ｂに光１５Ａ、１５Ｂを照射するため、第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａと第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂとの間には隙間が生じない。また、図５に示すように、樹脂層２４を形成するときには、第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａと第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂとは、第１プロジェクタ１４Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂに最も近い樹脂層２４Ｎの第１プロジェクタ１４Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂ側の面２４Ｂに対して第１プロジェクタ１４Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂの反対側では、重ならない。これにより、既に形成された樹脂層２４の周囲に位置する光硬化性樹脂２３に光エネルギーの総量が大きい光が照射されなくなる。この結果、領域２８に新たな樹脂層を形成しているときに第１プロジェクタ１４Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ａ、１５Ｂによって、既に形成された樹脂層２４の周囲に位置する光硬化性樹脂２３が硬化することを抑制することができる。即ち、三次元造形装置１０では、領域２９に位置する光硬化性樹脂の硬化を抑制し、所望の形状を有する三次元造形物を造形することができる。

本実施形態では、図１に示すように、所定の厚みＴを有する樹脂層２４が形成された後、所定の厚みＴだけ上方に移動するホルダ１３を備えている。これにより、領域２９（図５参照）に位置する光硬化性樹脂２３の硬化を抑制しつつ、所定の厚みＴを有する樹脂層２４を下方に向かって連続的に形成することができる。また、槽１２は少なくとも１層の樹脂層２４を形成することができる大きさであればよく、また、樹脂層２４を形成するたびに新しい光硬化性樹脂２３を用いることができる。

本実施形態では、図１に示すように、制御装置１６は、第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａの照射範囲１５Ｘ（図４参照）および第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂの照射範囲１５Ｙ（図４参照）を変更可能に構成されている。これにより、形成される樹脂層２４の所定の厚みＴを変更することができる。

＜第２実施形態＞
図６は、第２実施形態に係る三次元造形装置１１０の断面図である。三次元造形装置１１０は、台１１１と、槽１１２と、ホルダ１１３と、照射装置１４と、制御装置１６とを備えている。

図６に示すように、槽１１２は、液体の光硬化性樹脂２３を収容する。槽１１２は、台１１１上に取り付け可能に配置されている。

図６に示すように、槽１１２には第２光照射面１３０が設けられている。第２光照射面１３０は、光硬化性樹脂２３と空気との界面である。第２光照射面１３０は、光硬化性樹脂２３の液面である。第２光照射面１３０には、照射装置１４から光が照射される。図７に示すように、第２光照射面１３０には、第１領域１３０Ａと、第１領域１３０Ａの隣の第２領域１３０Ｂと、第２領域１３０Ｂの隣の第３領域１３０Ｃとが含まれる。第１領域１３０Ａ、第２領域１３０Ｂおよび第３領域１３０Ｃは、前後方向に並んでいる。第１領域１３０Ａ、第２領域１３０Ｂおよび第３領域１３０Ｃは、左右方向に並んでいてもよい。

図６に示すように、ホルダ１１３は、槽１１２の内方に配置されている。三次元造形物を造形しているとき、ホルダ１１３は、槽１１２内の光硬化性樹脂２３に浸漬している。形成された樹脂層２４は、ホルダ１１３上に配置される。三次元造形物の造形が完了すると、ホルダ１１３は上方に移動し、槽１１２より上方に配置される。ホルダ１１３は、昇降自在に構成されている。ここでは、台１１１には、上下方向に延びた支柱４１が設けられている。支柱４１の前方には、スライダ１４２が取り付けられている。スライダ１４２は、支柱４１に沿って昇降自在であり、モータ４３によって上方または下方に移動する。ここでは、ホルダ１１３は、スライダ１４２に取り付けられており、支柱４１の前方に配置されている。ホルダ１１３は、モータ４３によって上方または下方に移動する。ホルダ１１３は、所定の厚みＴを有する樹脂層２４が形成された後、所定の厚みＴだけ下方に移動する。

図６に示すように、第１プロジェクタ１４Ａは、第２光照射面１３０に光１５Ａを照射する。詳細には、第１プロジェクタ１４Ａは、第１領域１３０Ａ（図７参照）および第２領域１３０Ｂ（図７参照）に光１５Ａを照射する。第１プロジェクタ１４Ａは、第１領域１３０Ａおよび第２領域１３０Ｂに、所定の厚みＴを有する樹脂層２４を形成する。第２プロジェクタ１４Ｂは、第２光照射面１３０に光１５Ｂを照射する。詳細には、第２プロジェクタ１４Ｂは、第２領域１３０Ｂおよび第３領域１３０Ｃ（図７参照）に光１５Ｂを照射する。第２プロジェクタ１４Ｂは、第２領域１３０Ｂおよび第３領域１３０Ｃに、所定の厚みＴを有する樹脂層２４を形成する。

図６に示すように、第１プロジェクタ１４Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂは、槽１１２より上方に配置されている。

まず、光硬化性樹脂２３を硬化させて１層目の樹脂層２４（図６参照）を形成するときの、第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂの形態について説明する。図８に示すように、第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａと第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂとは、ホルダ１１３の面１１３Ｂよりも下方では、重ならない。第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａと第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂとは、ホルダ１１３の面１１３Ｂよりも上方でのみ重なる。第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａと第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂとは、ホルダ１１３の面１１３Ｂ上で重なってもよい。

次に、光硬化性樹脂２３を硬化させて２層目以降の樹脂層２４（図９参照）を形成するときの、第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂの形態について説明する。図９に示すように、第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａと第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂとは、最も近い樹脂層２４Ｎの面２４Ｂよりも下方では、重ならない。第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａと第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂとは、最も近い樹脂層２４Ｎの面２４Ｂおよび面２４Ｂと同じ高さに位置する光硬化性樹脂２３よりも上方でのみ重なる。第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａと第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂとは、最も近い樹脂層２４Ｎの面２４Ｂ上または面２４Ｂと同じ高さに位置する光硬化性樹脂２３上で重なってもよい。

本実施形態の三次元造形装置１１０は、図６に示すように、第２光照射面１３０の第１領域１３０Ａ（図７参照）および第２領域１３０Ｂ（図７参照）に光１５Ａを照射する第１プロジェクタ１４Ａと第２光照射面１３０の第２領域１３０Ｂおよび第３領域１３０Ｃ（図７参照）に光１５Ｂを照射する第２プロジェクタ１４Ｂとを備えている。このため、第２光照射面１３０のより広範囲に光を照射したり、第２光照射面１３０により高精度に光を照射したりすることができる。また、第１プロジェクタ１４Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂがそれぞれ第２領域１３０Ｂに光１５Ａ、１５Ｂを照射するため、第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａと第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂとの間には隙間が生じない。また、図９に示すように、樹脂層２４を形成するときには、第１プロジェクタ１４Ａから照射される光１５Ａと第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ｂとは、第１プロジェクタ１４Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂに最も近い樹脂層２４Ｎの第１プロジェクタ１４Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂ側の面２４Ｂに対して第１プロジェクタ１４Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂの反対側では、重ならない。これにより、既に形成された樹脂層２４の周囲に位置する光硬化性樹脂２３に光エネルギーの総量が大きい光が照射されなくなる。この結果、領域２８に新たな樹脂層を形成しているときに第１プロジェクタ１４Ａおよび第２プロジェクタ１４Ｂから照射される光１５Ａ、１５Ｂによって、既に形成された樹脂層２４の周囲に位置する光硬化性樹脂２３が硬化することを抑制することができる。

本実施形態では、図６に示すように、所定の厚みＴを有する樹脂層２４が形成された後、所定の厚みＴだけ下方に移動するホルダ１１３を備えている。これにより、領域２９（図９参照）に位置する光硬化性樹脂２３の硬化を抑制しつつ、所定の厚みＴを有する樹脂層２４を上方に向かって連続的に形成することができる。また、形成された樹脂層２４は槽１２に固着していないため、樹脂層２４を形成するたびに槽１２から樹脂層２４を引き剥がす必要がない。このため、槽１２の表面に傷等が発生することを防止することができる。

１０三次元造形装置
１２槽
１３ホルダ
１４照射装置
２３光硬化性樹脂
２４樹脂層
３０第１光照射面
３０Ａ第１領域
３０Ｂ第２領域
３０Ｃ第３領域

Claims

液体の光硬化性樹脂を硬化させて所定の断面形状の樹脂層を順次積層することによって三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
液体の光硬化性樹脂が収容される収容槽と、
前記光硬化性樹脂と前記収容槽との界面である第１光照射面に光を照射して、所定の厚みを有する樹脂層を形成する照射装置と、を備え、
前記第１光照射面には、第１領域と、前記第１領域の隣の第２領域と、前記第２領域の隣の第３領域とが含まれ、
前記照射装置は、前記第１領域および前記第２領域に光を照射し、前記収容槽より下方に配置された第１光源と、前記第２領域および前記第３領域に光を照射し、前記収容槽より下方に配置された第２光源とを有し、
前記第１光源および前記第２光源から照射される光は、それぞれ単独で前記光硬化性樹脂を硬化させて前記所定の厚みを有する樹脂層を形成する光エネルギーを有し、
前記第１光源から照射される光と前記第２光源から照射される光とは、形成された前記樹脂層のうち前記第１光源および前記第２光源に最も近い樹脂層の前記第１光源および前記第２光源側の面に対して前記第１光源および前記第２光源の反対側では、重ならない、三次元造形装置。
前記収容槽の上方に昇降自在に設けられ、前記所定の厚みを有する樹脂層が形成された後、前記所定の厚みだけ上方に移動するホルダを備えている、請求項１に記載の三次元造形装置。
液体の光硬化性樹脂を硬化させて所定の断面形状の樹脂層を順次積層することによって三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
液体の光硬化性樹脂が収容される収容槽と、
前記光硬化性樹脂と空気との界面である第２光照射面に光を照射して、所定の厚みを有する樹脂層を形成する照射装置と、を備え、
前記第２光照射面には、第１領域と、前記第１領域の隣の第２領域と、前記第２領域の隣の第３領域とが含まれ、
前記照射装置は、前記第１領域および前記第２領域に光を照射し、前記収容槽より上方に配置された第１光源と、前記第２領域および前記第３領域に光を照射し、前記収容槽より上方に配置された第２光源とを有し、
前記第１光源および前記第２光源から照射される光は、それぞれ単独で前記光硬化性樹脂を硬化させて前記所定の厚みを有する樹脂層を形成する光エネルギーを有し、
前記第１光源から照射される光と前記第２光源から照射される光とは、形成された前記樹脂層のうち前記第１光源および前記第２光源に最も近い樹脂層の前記第１光源および前記第２光源側の面に対して前記第１光源および前記第２光源の反対側では、重ならない、三次元造形装置。
前記収容槽の内方に昇降自在に設けられ、前記所定の厚みを有する樹脂層が形成された後、前記所定の厚みだけ下方に移動するホルダを備えている、請求項３に記載の三次元造形装置。
前記照射装置を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記第１光源から照射される光の照射範囲および前記第２光源から照射される光の照射範囲を変更可能に構成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の三次元造形装置。