JPH01228828A

JPH01228828A - 光学的造形法

Info

Publication number: JPH01228828A
Application number: JP63055399A
Authority: JP
Inventors: Yoji Marutani; 洋二丸谷; Takashi Nakai; 孝中井; Seiji Hayano; 誠治早野
Original assignee: Mitsubishi Corp; Osaka Prefecture
Current assignee: Mitsubishi Corp; Osaka Prefecture
Priority date: 1988-03-08
Filing date: 1988-03-08
Publication date: 1989-09-12
Also published as: JPH0533898B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、光及び光硬化性流動物質を用いて所望形状の
固体を形成する光学的造形法に関する。

従来の技術及びその問題点従来、鋳型製作時に必要とされる製品形状に対応する模
型、或いは切削加工の倣い制御用又は形彫放電加工電極
用の模型の製作は、手加工により、或いはＮＣフライス
盤等を用いたＮＣ切削加工により行なわれていた。しか
しながら、手加工による場合は多くの手間と熟練とを要
するという問題が存し、ＮＣ切削加工による場合は、刃
物の刃先形状変更のための交換や摩耗等を考慮した複雑
な工作プログラムを作る必要があると共に、加工面に生
じた段を除くために更に仕上げ加工を必要とする場合が
あるという問題が存していた。

このような問題を解決するものとして本発明者は、第５
図に示す光学的造形法を提案している（特開昭６０−２
４７５１５号、特開昭６２−１０１４０８号）。該方法
の１実施態様は、光硬化性流動物質（Ａ）を容器内に収
容して該容器の上方からの光照射により流動物質（Ａ）
上下面に及ぶ連続した硬化部分が得られる深さと（７、
該流動物質（Ａ）の上方から凸レンズ等の光収束器（３
）を介して選択的に光照射を行い、該流動物質（Ａ）上
下面に及ぶ硬化部分を形成し、更に該硬化部分上に前記
深さに相当する深さをなすよう、流動物質（Ａ）を付加
し、流動物質（Ａ）上方から選択的光照射を行って前記
硬化部分から連続して上方へ延びた硬化部分を形成し、
これら流動物質（Ａ）の付加及び硬化部分の形成を繰り
返して所望形状の固体を形成するものである。第５図に
示す硬化部分（Ｂ）は、前記所望形状の固体を形成する
途上での段階的硬化が繰り返されているものである。

硬化部分を得るための前記選択的光照射は、前記容器の
支持台及び光収束器（３）を含めた光照射部の一方又は
双方を制御下に移動することにより行ない得るが、いず
れの場合にも、−船釣に前記光照射部と容器との相対的
速度は、第４図に示すように、得ようとする硬化部分の
一端を始点として該硬化部分の一定範囲（ｘ）を加速さ
れつつ移動し、ある程度に達したのちは等速で前記硬化
部分の中間部（ｙ）を移動し、そののち該硬化部分の一
定範囲（ｚ）を減速されっつ他端まで移動して停止し、
同様に加速２等速移動及び減速を繰返して往復移動する
。この場合、照射は、一定の光エネルギ量で行なわれて
いるので、上記の移動により、形成された硬化部分の両
端部（Ｘ）。

（Ｚ）は、中間部（ｙ）より多い光エネルギ照射を受け
ることになる。一般に、光硬化性流動物質（Ａ）は、光
照射による硬化時の収縮性を有している。従って、上記
光エネルギ照射量の相違から、両端部の範囲（ｘ）、　
　（ｚ）及び中間部（ｙ）の収縮量の差が生じ、精度の
高い造形が困難となり、特に第６図に示すように、硬化
部分（Ｃ）に舌片（Ｃ′）を形成する際には、該舌片（
Ｃ′）端部に収縮量相違による変形が発生するという問
題があった。

本発明の目的は、上記問題点を解決し、光照射による硬
化時に収縮率相違による造形精度の低下や変形の発生を
防止し得る光学的造形法を提供することにある。

問題点を解決するための手段本発明の上記目的は、光により硬化する光硬化性流動物
質を容器内に収容し、該流動物質中に光エネルギが点状
に集中するように光を収束させて照射を行ないつつ、該
光エネルギ集中照射箇所を前記容器に対し水平及び垂直
方向に造形対象の形状に応じて相対移動させ、所望形状
の固体を得る光学的造形法であって、前記光エネルギ集
中照射箇所の移動速度に応じて照射光の光エネルギ量を
調節し、該照射箇所に対する光エネルギ照射総量を実質
上一定に保持しつつ前記固体形成を行うことを特徴とす
る光学的造形法により達成される。

前記光硬化性流動物質としては、光照射により硬化する
種々の物質を用いることができ、例えば変性ポリウレタ
ンメタクリレート、オリゴエステルアクリレート、ウレ
タンアクリレート、エポキシアクリレート、感光性ポリ
イミド、アミノアルキドを挙げることができる。

該光硬化性流動物質に、予め顔料、セラミックス粉、金
属粉等の改質用材料を混入したものを使用してもよい。

前記光としては、使用する光硬化性物質に応じ、可視光
、紫外光等種々の光を用いることができる。

照光は通常の光としてもよいが、レーザ光とすることに
より、エネルギーレベルを高めて造形時間を短縮し、良
好な集光性を利用して造形精度を向上させ得るという利
点を得ることができる。

実施例以下に、本発明の実施例を、添付図面を参照しつつ説明
する。

第１図は、本発明方法を実施するための装置の１例を示
す。該装置は、光硬化性流動物質（Ａ）を収容する容器
（１）と、該容器（１）を支持し水平方向及び垂直方向
に移動させうる位置制御台（２）と、容器（１）上方か
らの光（Ｑ２）を該容器（１）中の流動物質（Ａ）上面
近傍で点状に収束させる光収束器（３）と、該光収束器
（３）の上方に配置され光（Ｑ２）を該光収束器（３）
に向けて反射する反射ミラー（４）と、該反射ミラー（
４）に向けて光（Ｑ２）を発する光源（５）とを備えて
いる。光源（５）と反射ミラー（４）との間には、該光
源（５）から発せられた光（Ｌ）のエネルギ量を制御す
るためのに透過光量可変板（６）が光（Ｌ）の光軸に直
交するようにして配置されている。該透過光量可変板（
６）は、第１図及び第２図に示すように円形に形成され
、その中心が正逆回転可能なモータ（９）の軸に取り付
けられて回動可能にされている。この可変板（６）には
、第２図及び第３図に示すように、アルミニウム等の金
属蒸着層（１０）が、光（Ｌ）を全く透過させない部分
から全てを透過させる部分までを形成するように、該可
変板（６）の一回転方向に漸進的に設けられており、該
可変板（６）の０°から３６０°の回転に従って、光（
Ｌ）の透過率が単調増加するようにされている。これに
より、光（Ｌ）の透過エネルギ量の加減は、該可変板（
６）の回動により変化する光透過率の増減により行なわ
れる。可変板（６）と反射ミラー（４）との間には、ハ
ーフミラ−（８）が配置されている。該ハーフミラ−（
８）は、可変板（６）を透過した光（Ｑｌ）に対する一
定割合の極めて少量の一部光（Ｑ３）を反射し、その反
射光（Ｑ３）を光センサ（７）に照射する。

位置制御台（２）は、ＮＣ等の自動制御回路（１１）か
ら送られる電気信号（Ｓｌ）に基づき、容器（１）を水
平及び垂直方向に、制御下に移動させるものである。自
動制御回路（１１）は、位置制御台（２）における水平
移動速度に対応した駆動速度信号（Ｓ２）を比較演算器
（１２）へ送る。該比較演算器（１２）は、光センサ（
７）に接続されており、該光センサ（７）から光（Ｑ３
）の強度、ひいては光（Ｑｌ）の強度を示す信号（Ｓ３
）が送られるようになっている。この比較演算器（１２
）は、速度信号（Ｓ２）と光強度信号（Ｓ３）とを対比
し、位置制御台（２）の移動速度信号値が小さければ、
可変板（６）の透過光（Ｑｌ）エネルギ量がこれに対応
して小さくなるように、また該移動速度信号値が大きけ
れば、透過光（Ｑｌ）エネルギ量がこれに対応して大き
くなるように、可変板（６）を回転させる信号（Ｓ４）
をモータ（９）へ送る。これにより、容器（１）内の光
硬化性流動物質（Ａ）に対する光エネルギ集中照射箇所
の移動速度に応じて、透過光（Ｑｌ）のエネルギ量が調
節され、その結果、照射光（Ｑ２）のエネルギ量が調節
されることになる。この調節は、前記照射箇所に対する
光エネルギ照射総量が、該照射箇所の移動速度にかかわ
りなく、実質上一定に保持されるように行なわれる。

本装置を用いて所望形状の固体の造形を行うには、先ず
光硬化性流動物質（Ａ）を、上方からの光照射により該
流動物質（Ａ）上下面に及ぶ連続した硬化部分が得られ
る深さとなるように容器（１）内に収容し、該流動物質
（Ａ）の硬化に必要なエネルギ量をもって光（Ｑ２）を
点状に集中するように光照射を行ないつつ位置制御台（
２）により容器（１）を、得ようとする造形固体の形状
に対応して水平移動させる。位置制御台（２）の水平移
動速度は、第５図の速度変化を示すが、上述の自動制御
回路（１１）、比較演算器（１２）、光センサ（７）か
ら発せられる信号（Ｓ＋）。

（Ｓ２　）　、　　（８３）　、　　（Ｓ４　）に基づ
く照射光（Ｑ２）のエネルギ量調節により、流動物質（
Ａ）の光エネルギ集中照射箇所に対する光エネルギ照射
総量が実質上一定に保持されるため、該流動物質（Ａ）
の硬化時における部分的収縮量の相違が防止され、得ら
れた硬化部分の変形が防止される。

この硬化部分上に、更に流動物質（Ａ）を前記深さに相
当する深さをなすように付加する。付加後は、位置制御
台（２）の支持面を下降させて流動物質（Ａ）上面と光
収束器（３）との距離を一定に保つ。その後、前述と同
様に集中光照射を選択的に行うことにより、前記硬化部
分上に新たにこれに連続する硬化部分を得ることができ
る。これら光硬化性流動物質（Ａ）の付加及び硬化部分
の形成を繰り返すことにより、所望形状の固体を形成す
ることができるが、この一連の硬化部分形成時において
も、前述と同様の調節された光照射が行われるため、照
射光エネルギ量の相違による収縮量相違が発生せず、変
形が生じない。よって」二元所望形状の造形固体を高い
精度でもって形成することができる。

なお、上記透過光エネルギ量可変板（６）及び該可変板
（６）を回動させるモータ（９）に替え、第４図に示す
透過光エネルギ量可変板（１６）、及び該可変板（１６
）を光（Ｌ）の光軸に対し直交方向へ移動させ得るリニ
アモータ等のリニアアクチュエータ（１９）を使用する
こともできる。

可変板（１６）は長方形に形成され、その幅方向中央部
に光（Ｌ）が照射されるようになっており、長手方向の
一端がリニアアクチュエータ（１つ）の軸に取り付けら
れている。この可変板（１６）は、長手方向一端から他
端に向けて光（Ｌ）を全く透過しない部分から全てを透
過する部分まで漸進的に設けられた金属蒸着層（２０）
により、上述の可変板（６）と同様に、光（Ｌ）の透過
量を制御するものである。従って、該可変ＩＮ（１６）
及びリニアアクチュエータ（１９）も、上記可変板（６
）及びモータ（９）と同様に、位置制御台（２）の移動
速度変化に対応する透過光を供給することができる。

また、比較演算器（１２）に光強度信号（Ｓ３）を送る
光センサは、透過光エネルギ量可変板（６）、　　（１
６）により反射される光を受ける位置に配置されてもよ
い。この場合、可変板（６）、　　（１６）を透過する
光（Ｑｌ）の強度は、光センサが受ける反射光の強度と
逆の増減をなす。

発明の効果以上から明らかなように、本発明方法によれば、光硬化
性流動物質に対する、光エネルギ集中照射箇所の移動速
度に応じて照射光の光エネルギ量を調節し、該照射箇所
に対する光エネルギ照射総量を実質上一定に保持しつつ
固体形成を行うので、光照射による前記流動物質の硬化
時における収縮量の相違の発生を防止し、造形精度の低
下や変形を招くことなく所望形状の固体を正確に形成す
ることができる光学的造形法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例にかかる光学的造形法を実施
するための装置の１例を示す該略図、第２図はその透過
光エネルギ量可変板の１例を示す正面図、第３図は該可
変板の光透過率を示すグラフ・−゛゛゛゛パギ世刊４」
Ｈ乃冒引詐卆々モｊ逮４ミ却磐第４図は透過光エネルギ
量可変板の他の例を示す斜視図、第５図は位置制御台の
水丁移動速度を示すグラフ、第６図及び第７図は従来の
光学的造形法を概略的に示す説明図である。（１）・・・容器（２）・・・位置制御台（３）・・・光収束器（５）・・・光源（６）、（１６）・・・透過光エネルギ量可変板（７）
・・・光センサ（９）・・・モータ（１０）、　　（２０）・・・金属蒸着層（１１）・・
・自動制御回路（１２）・・・比較演算器（Ａ）・・・光硬化性流動物質（Ｌ）、（Ｑｌ）、（Ｑ２）、（Ｑ３）・・・光（以　
上）第５図第６図　　　　　第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光により硬化する光硬化性流動物質を容器内に収
容し、該流動物質中に光エネルギが点状に集中するよう
に光を収束させて照射を行ないつつ、該光エネルギ集中
照射箇所を前記容器に対し水平及び垂直方向に造形対象
の形状に応じて相対移動させ、所望形状の固体を得る光
学的造形法であって、前記光エネルギ集中照射箇所の移
動速度に応じて照射光の光エネルギ量を調節し、該照射
箇所に対する光エネルギ照射総量を実質上一定に保持し
つつ前記固体形成を行うことを特徴とする光学的造形法
。