JPH02111528A - 三次元形状の形成方法 - Google Patents
三次元形状の形成方法Info
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- JPH02111528A JPH02111528A JP63263781A JP26378188A JPH02111528A JP H02111528 A JPH02111528 A JP H02111528A JP 63263781 A JP63263781 A JP 63263781A JP 26378188 A JP26378188 A JP 26378188A JP H02111528 A JPH02111528 A JP H02111528A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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- B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
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- B29C64/135—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask the energy source being concentrated, e.g. scanning lasers or focused light sources
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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。
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〕
この発明は、光硬化成形方法および装置に関し、光の照
射によって硬化する光硬化性樹脂を用いて、立体的な三
次元形状を有する物品を成形製造する方法に関するもの
である。
射によって硬化する光硬化性樹脂を用いて、立体的な三
次元形状を有する物品を成形製造する方法に関するもの
である。
光硬化性樹脂を用いて三次元形状を成形する方法は、複
雑な三次元形状を、成形型や特別な加工工具等を用いる
ことなく、簡単かつ正確に形成することができる方法と
して、各種の製品モデルや立体模型の装造等に利用する
ことが考えられており、例えば、特開昭６２−３５９６
６号公報等に開示されている。
雑な三次元形状を、成形型や特別な加工工具等を用いる
ことなく、簡単かつ正確に形成することができる方法と
して、各種の製品モデルや立体模型の装造等に利用する
ことが考えられており、例えば、特開昭６２−３５９６
６号公報等に開示されている。
第７図は、従来の一般的な、光硬化性樹脂を用いた三次
元形状の形成方法の一例を示しており、光硬化性樹脂液
２を収容した樹脂液槽１に昇降自在な成形台５が設けら
れ、樹脂液槽１の上方にはレンズ３０等の光学系等から
なる光ビーム照射機構が設けられている。光硬化性樹脂
液２の液面に光ビーム３を照射すると、光ビーム３の焦
点位置近傍の液面から一定厚みまでの光硬化性樹脂液２
が硬化して光硬化層４０が形成される。光硬化層４０は
成形台５に載せられた状態になっているので、成形台５
を下降させれば、光硬化Ｎ４０は液面下に沈み、光硬化
層４０の上が未硬化の光硬化性樹脂液２で覆われる。そ
の後、前記同様に光硬化性樹脂液２の液面に光ビーム３
を照射すると、第２層の光硬化層４が形成される。この
ような、光ビーム３の照射による光硬化層４０の形成、
および、成形台５の下降による光硬化層４０の上への新
たな光硬化性樹脂液２の供給とを繰り返すことによって
、複数層の光硬化層４０が積層された三次元形状を有す
る成形品４が成形される。
元形状の形成方法の一例を示しており、光硬化性樹脂液
２を収容した樹脂液槽１に昇降自在な成形台５が設けら
れ、樹脂液槽１の上方にはレンズ３０等の光学系等から
なる光ビーム照射機構が設けられている。光硬化性樹脂
液２の液面に光ビーム３を照射すると、光ビーム３の焦
点位置近傍の液面から一定厚みまでの光硬化性樹脂液２
が硬化して光硬化層４０が形成される。光硬化層４０は
成形台５に載せられた状態になっているので、成形台５
を下降させれば、光硬化Ｎ４０は液面下に沈み、光硬化
層４０の上が未硬化の光硬化性樹脂液２で覆われる。そ
の後、前記同様に光硬化性樹脂液２の液面に光ビーム３
を照射すると、第２層の光硬化層４が形成される。この
ような、光ビーム３の照射による光硬化層４０の形成、
および、成形台５の下降による光硬化層４０の上への新
たな光硬化性樹脂液２の供給とを繰り返すことによって
、複数層の光硬化層４０が積層された三次元形状を有す
る成形品４が成形される。
上記のような光硬化性樹脂を用いた三次元形状の形成方
法において、三次元形状を有する成形品の形状精度を高
めるには、光硬化層を形成するための光ビームの浸透深
さや移動範囲等を、コンピュータ等を用いて正確に制御
するようにしている〔発明が解決しようとする課題〕 ところが、上記のように光ビームの照射を精密に制御し
ても、光ビームによって光硬化される光硬化性樹脂が硬
化時に収縮変形を起こすと、形成される光硬化層の形状
精度が悪くなり、この光硬化層を積み重ねて形成される
三次元形状を有する成形品の形状精度も悪くなるという
問題があった。また、硬化時の収縮応力が残留応力とし
て光硬化層に残っていると、硬化後に徐々に残留応力が
解放されて、光硬化層もしくは成形品の経時的な変形を
起こす問題もある。
法において、三次元形状を有する成形品の形状精度を高
めるには、光硬化層を形成するための光ビームの浸透深
さや移動範囲等を、コンピュータ等を用いて正確に制御
するようにしている〔発明が解決しようとする課題〕 ところが、上記のように光ビームの照射を精密に制御し
ても、光ビームによって光硬化される光硬化性樹脂が硬
化時に収縮変形を起こすと、形成される光硬化層の形状
精度が悪くなり、この光硬化層を積み重ねて形成される
三次元形状を有する成形品の形状精度も悪くなるという
問題があった。また、硬化時の収縮応力が残留応力とし
て光硬化層に残っていると、硬化後に徐々に残留応力が
解放されて、光硬化層もしくは成形品の経時的な変形を
起こす問題もある。
従来の三次元形状の形成方法では、作業能率を高めるた
めに、硬化作用の強い光ビームを迅速に移動させながら
光硬化性樹脂に照射して、光硬化性樹脂を急速に硬化さ
せていたが、このように硬化作用の強い光ビームで急速
に硬化を行うと、硬化収縮量が大きくなり残留応力も発
生し易くなる。すなわち、硬化をゆっくり行った場合に
は、光ビームの照射中、硬化収縮量を補うように周囲の
樹脂液が供給されながら硬化が進行するので、全体とし
ての硬化収縮は少なく、また、硬化の進行中に収縮応力
が解放されるので、残留応力の発生も少なくなる。とこ
ろが、硬化が急速であると、硬化収縮グを補う樹脂液の
供給が間に合わず、大きな硬化収縮が残り、また、収縮
応力が解放される前に硬化が完了するので、残留応力が
発生することになるのである。さらに、光ビームの照射
位置を移動させながら光硬化層を形成すると、先に硬化
した部分と後で硬化する部分との硬化収縮のずれによっ
て、局部的な変形や残留応力の偏在が生じ、結果として
、形成された成形品に局部的に大きな歪みや残留応力の
不均一が生じる可能性が高くなる。
めに、硬化作用の強い光ビームを迅速に移動させながら
光硬化性樹脂に照射して、光硬化性樹脂を急速に硬化さ
せていたが、このように硬化作用の強い光ビームで急速
に硬化を行うと、硬化収縮量が大きくなり残留応力も発
生し易くなる。すなわち、硬化をゆっくり行った場合に
は、光ビームの照射中、硬化収縮量を補うように周囲の
樹脂液が供給されながら硬化が進行するので、全体とし
ての硬化収縮は少なく、また、硬化の進行中に収縮応力
が解放されるので、残留応力の発生も少なくなる。とこ
ろが、硬化が急速であると、硬化収縮グを補う樹脂液の
供給が間に合わず、大きな硬化収縮が残り、また、収縮
応力が解放される前に硬化が完了するので、残留応力が
発生することになるのである。さらに、光ビームの照射
位置を移動させながら光硬化層を形成すると、先に硬化
した部分と後で硬化する部分との硬化収縮のずれによっ
て、局部的な変形や残留応力の偏在が生じ、結果として
、形成された成形品に局部的に大きな歪みや残留応力の
不均一が生じる可能性が高くなる。
そこで、この発明の課題は、上記のような光硬化性樹脂
を用いる三次元形状の形成方法において、形状精度に優
れ、残留応力による経時的な変形や強度低下のない、高
品質の成形品を得ることができ、しかも、作業能率も高
い方法を提供することにある。
を用いる三次元形状の形成方法において、形状精度に優
れ、残留応力による経時的な変形や強度低下のない、高
品質の成形品を得ることができ、しかも、作業能率も高
い方法を提供することにある。
上記課題を解決する、この発明のうち、請求項１記載の
三次元形状の形成方法は、光硬化性樹脂に光を照射して
光硬化層を形成し、この光硬化層を複数層積み重ねて、
所望の三次元形状を形成する方法において、三次元形状
を構成する複数層の光硬化層に、最終段階まで硬化させ
た本硬化部と途中段階まで硬化させた半硬化部とを分割
形成した後、三次元形状全体の半硬化部を最終段階まで
硬化させるようにしている。
三次元形状の形成方法は、光硬化性樹脂に光を照射して
光硬化層を形成し、この光硬化層を複数層積み重ねて、
所望の三次元形状を形成する方法において、三次元形状
を構成する複数層の光硬化層に、最終段階まで硬化させ
た本硬化部と途中段階まで硬化させた半硬化部とを分割
形成した後、三次元形状全体の半硬化部を最終段階まで
硬化させるようにしている。
請求項２記載の三次元形状の形成方法は、請求項１記載
の方法の実施に際し、光硬化性樹脂に照射する光として
、複数の光ビームを用い１、光硬化層のうち、三次元形
状の外表面になる部分には最終段階まで硬化させる本硬
化用光ビームを照射して本硬化部を形成し、三次元形状
の内方になる部分には途中段階まで硬化させる半硬化用
光ビームを照射して半硬化部を形成するようにしている
請求項３記載の三次元形状の形成方法は、光硬化性樹脂
に光を照射して光硬化層を形成し、この光硬化層を複数
層積み重ねて、所望の三次元形状を形成する方法におい
て、光硬化性樹脂を途中段階まで硬化させて半硬化部を
形成する半硬化用光ビームと最終段階まで硬化させる本
硬化用光ビームとを、順次照射しながら光硬化層を形成
するようにしている。
の方法の実施に際し、光硬化性樹脂に照射する光として
、複数の光ビームを用い１、光硬化層のうち、三次元形
状の外表面になる部分には最終段階まで硬化させる本硬
化用光ビームを照射して本硬化部を形成し、三次元形状
の内方になる部分には途中段階まで硬化させる半硬化用
光ビームを照射して半硬化部を形成するようにしている
請求項３記載の三次元形状の形成方法は、光硬化性樹脂
に光を照射して光硬化層を形成し、この光硬化層を複数
層積み重ねて、所望の三次元形状を形成する方法におい
て、光硬化性樹脂を途中段階まで硬化させて半硬化部を
形成する半硬化用光ビームと最終段階まで硬化させる本
硬化用光ビームとを、順次照射しながら光硬化層を形成
するようにしている。
請求項１記載の発明によれば、光硬化性樹脂を途中段階
まで硬化させた半硬化部は、半硬化部を構成する樹脂の
移動は抑制されるが、ある程度の変形は可能であるので
、本硬化部の硬化収縮による変形および収縮応力を吸収
することができる。
まで硬化させた半硬化部は、半硬化部を構成する樹脂の
移動は抑制されるが、ある程度の変形は可能であるので
、本硬化部の硬化収縮による変形および収縮応力を吸収
することができる。
したがって、まず、三次元形状の骨格もしくは外殻とな
る部分に本硬化部を形成しておけば、三次元形状を正確
に形成できるとともに、この部分的な本硬化部による硬
化収縮量や収縮応力は比較的小さく、前記したように、
半硬化部によって吸収することができる。その後、半硬
化部を最終段階まで硬化させるときの硬化収縮は、光硬
化性樹脂を一度に最終段階まで硬化させるのに比べれば
はるかに小さく、また、既に硬化完了した本硬化部に影
響を与えることはないので、最終的に形成された三次元
形状は、形状精度が高く残留応力による経時的な変形や
強度低下の心配もない。すなわち、三次元形状全体を、
−度に本硬化させるのでなく、１部は半硬化の状態を経
させた後、半硬化部の全体を本硬化させることによって
、硬化収縮を抑えるとともに収縮応力を解放することが
できることになる。
る部分に本硬化部を形成しておけば、三次元形状を正確
に形成できるとともに、この部分的な本硬化部による硬
化収縮量や収縮応力は比較的小さく、前記したように、
半硬化部によって吸収することができる。その後、半硬
化部を最終段階まで硬化させるときの硬化収縮は、光硬
化性樹脂を一度に最終段階まで硬化させるのに比べれば
はるかに小さく、また、既に硬化完了した本硬化部に影
響を与えることはないので、最終的に形成された三次元
形状は、形状精度が高く残留応力による経時的な変形や
強度低下の心配もない。すなわち、三次元形状全体を、
−度に本硬化させるのでなく、１部は半硬化の状態を経
させた後、半硬化部の全体を本硬化させることによって
、硬化収縮を抑えるとともに収縮応力を解放することが
できることになる。
請求項２記載の発明によれば、三次元形状の外表面を最
終段階まで硬化させた本硬化部とすることによって、三
次元形状の外形を正確に形成することができるとともに
、三次元形状の内方を半硬化部とすることによって、硬
化収縮および収縮応力を抑制することができる。その後
、内方の半硬化部を最終段階まで硬化させるときには、
半硬化状態からの硬化なので硬化収縮が少ないとともに
、外表面が既に硬化完了した本硬化部によって規制され
ているので硬化収縮が抑えられる。
終段階まで硬化させた本硬化部とすることによって、三
次元形状の外形を正確に形成することができるとともに
、三次元形状の内方を半硬化部とすることによって、硬
化収縮および収縮応力を抑制することができる。その後
、内方の半硬化部を最終段階まで硬化させるときには、
半硬化状態からの硬化なので硬化収縮が少ないとともに
、外表面が既に硬化完了した本硬化部によって規制され
ているので硬化収縮が抑えられる。
請求項３記載の発明によれば、光ビームを移動しながら
照射するときに、まず、半硬化用光ビームによって半硬
化部が形成されると、その部分の光硬化性樹脂の移動が
抑制され、ついで、本硬化用光ビームによって移動が抑
制された半硬化部を最終段階まで硬化させるので、半硬
化部がそれ以上の硬化収縮を起こすことはなく、残留応
力が残る心配もなくなる。このように、半硬化状態を経
て本硬化状態まで硬化され、硬化収縮や残留応力のない
硬化部分を、光ビームの移動とともに、順次拡げていっ
て光硬化層を形成するので、光硬化層全体に硬化収縮や
残留応力が残らない。特に、光ビームの移動範囲の初め
の部分と後の部分で、硬化収縮や収縮応力に差が出るこ
とがなくなるので、光硬化層全体に不均一な収縮変形ま
たは残留応力による変形が生じない。
照射するときに、まず、半硬化用光ビームによって半硬
化部が形成されると、その部分の光硬化性樹脂の移動が
抑制され、ついで、本硬化用光ビームによって移動が抑
制された半硬化部を最終段階まで硬化させるので、半硬
化部がそれ以上の硬化収縮を起こすことはなく、残留応
力が残る心配もなくなる。このように、半硬化状態を経
て本硬化状態まで硬化され、硬化収縮や残留応力のない
硬化部分を、光ビームの移動とともに、順次拡げていっ
て光硬化層を形成するので、光硬化層全体に硬化収縮や
残留応力が残らない。特に、光ビームの移動範囲の初め
の部分と後の部分で、硬化収縮や収縮応力に差が出るこ
とがなくなるので、光硬化層全体に不均一な収縮変形ま
たは残留応力による変形が生じない。
ついで、この発明を、実施例を示す図面を参照しながら
、以下に詳しく説明する。
、以下に詳しく説明する。
第１図は、この発明で用いる三次元形状形成装置の概略
構造を示しており、前記した従来例と同様に、光硬化性
樹脂液２を蓄える樹脂液槽ｌ、形成された光硬化層４０
を載せる成形台５を備えており、成形台５は昇降アーム
５０に支持されて、上下に昇降自在に設けられている。
構造を示しており、前記した従来例と同様に、光硬化性
樹脂液２を蓄える樹脂液槽ｌ、形成された光硬化層４０
を載せる成形台５を備えており、成形台５は昇降アーム
５０に支持されて、上下に昇降自在に設けられている。
樹脂液槽１の上方には、光ビーム３を発生する紫外線レ
ーザー等の発生装置（図示せず）や集光レンズ３０等か
らなる光照射機構が設けられており、樹脂液槽１の光硬
化性樹脂液２の液面付近に焦点を結ふように光ビーム３
が照射される。これらの基本的な構造については、光硬
化性樹脂を用いる通常の三次元形状の形成装置と同様で
ある。
ーザー等の発生装置（図示せず）や集光レンズ３０等か
らなる光照射機構が設けられており、樹脂液槽１の光硬
化性樹脂液２の液面付近に焦点を結ふように光ビーム３
が照射される。これらの基本的な構造については、光硬
化性樹脂を用いる通常の三次元形状の形成装置と同様で
ある。
上記のような装置を用いる、この発明にががる三次元形
状の形成方法も、基本的には従来の方法と同様であり、
成形台５と液面との間に光ビーム３を照射して光硬化性
樹脂液３を硬化させ、光ビーム３を移動させることによ
って所定パターンの光硬化層４０を形成した後、成形台
５と光硬化層４０を降下させ、再び光硬化層４０と液面
の間の光硬化性樹脂液２を硬化させて、次層の光硬化層
４０を形成するという工程を繰り返し、複数層の光硬化
層４０が積み重ねられた三次元形状を有する成形品４を
成形するものである。
状の形成方法も、基本的には従来の方法と同様であり、
成形台５と液面との間に光ビーム３を照射して光硬化性
樹脂液３を硬化させ、光ビーム３を移動させることによ
って所定パターンの光硬化層４０を形成した後、成形台
５と光硬化層４０を降下させ、再び光硬化層４０と液面
の間の光硬化性樹脂液２を硬化させて、次層の光硬化層
４０を形成するという工程を繰り返し、複数層の光硬化
層４０が積み重ねられた三次元形状を有する成形品４を
成形するものである。
但し、従来の三次元形状の形成方法では、光硬化性樹脂
液２に光ビーム３を照射したときに、最終段階まで硬化
完了させるようにしていたが、この発明にかかる方法で
は、第２図および第３図に示すように、従来と同様に最
終段階まで硬化させる本硬化部４ａと、途中段階まで硬
化させる半硬化部４ｂとを分割形成する。本硬化部４ａ
と半硬化部４ａとの違いは、照射された光ビーム３の硬
化作用を変えることによって生じる。光ビーム３の硬化
作用を変えるには、例えば、レーザー発生装置で発生す
るレーザー光の強度、集光レンズ３０による集光径の大
きさ、照射時間、照射する光の波長成分等を調整すれば
よい。最も簡単には、光ビーム３の移動速度を調整すれ
ば、移動速度が速ければ、硬化作用が少なくて半硬化部
４ｂが形成され、移動速度を遅くすれば、硬化作用が十
分に行われて本硬化部４ａが形成される。なお、同じ光
ビーム３で、上記のような照射条件を変えることによっ
て、本硬化部４ａと半硬化部４ｂの何れにも対応させる
ほか、照射条件すなわち硬化作用の異なる複数種の光ビ
ーム３を別々に照射して、本硬化部４ａと半硬化部４ｂ
とを形成することもできる。
液２に光ビーム３を照射したときに、最終段階まで硬化
完了させるようにしていたが、この発明にかかる方法で
は、第２図および第３図に示すように、従来と同様に最
終段階まで硬化させる本硬化部４ａと、途中段階まで硬
化させる半硬化部４ｂとを分割形成する。本硬化部４ａ
と半硬化部４ａとの違いは、照射された光ビーム３の硬
化作用を変えることによって生じる。光ビーム３の硬化
作用を変えるには、例えば、レーザー発生装置で発生す
るレーザー光の強度、集光レンズ３０による集光径の大
きさ、照射時間、照射する光の波長成分等を調整すれば
よい。最も簡単には、光ビーム３の移動速度を調整すれ
ば、移動速度が速ければ、硬化作用が少なくて半硬化部
４ｂが形成され、移動速度を遅くすれば、硬化作用が十
分に行われて本硬化部４ａが形成される。なお、同じ光
ビーム３で、上記のような照射条件を変えることによっ
て、本硬化部４ａと半硬化部４ｂの何れにも対応させる
ほか、照射条件すなわち硬化作用の異なる複数種の光ビ
ーム３を別々に照射して、本硬化部４ａと半硬化部４ｂ
とを形成することもできる。
第２図および第３図は、本硬化部４ａと半硬化部４ｂと
の分割パターンを示しており、そのうち第２図は光硬化
層４０の垂直断面の分割パターンを示している。第２図
（ａ）は、１層の光硬化層４０を、水平方向で本硬化部
４ａと半硬化部４ｂとに分割して形成した場合であり、
第２図（ｂ）は、１層の光硬化層４０を、垂直方向で本
硬化部４ａと半硬化部４ｂとに分割して形成した場合で
ある。つぎに、第３図は、光硬化層４０の水平方向にお
ける分割パターンを示している。第３図（ａ）は、光硬
化層４０の外表面部分と中心部分に帯状の本硬化部４ａ
を設け、その間を半硬化部４ｂにしている。第３図（ｂ
）は、本硬化化部４ａを格子状に設け、その間を半硬化
部４ｂにしている。第３図（Ｃ）は、本硬化部４ａの中
にスポット状の半硬化部４ｂを並べている。
の分割パターンを示しており、そのうち第２図は光硬化
層４０の垂直断面の分割パターンを示している。第２図
（ａ）は、１層の光硬化層４０を、水平方向で本硬化部
４ａと半硬化部４ｂとに分割して形成した場合であり、
第２図（ｂ）は、１層の光硬化層４０を、垂直方向で本
硬化部４ａと半硬化部４ｂとに分割して形成した場合で
ある。つぎに、第３図は、光硬化層４０の水平方向にお
ける分割パターンを示している。第３図（ａ）は、光硬
化層４０の外表面部分と中心部分に帯状の本硬化部４ａ
を設け、その間を半硬化部４ｂにしている。第３図（ｂ
）は、本硬化化部４ａを格子状に設け、その間を半硬化
部４ｂにしている。第３図（Ｃ）は、本硬化部４ａの中
にスポット状の半硬化部４ｂを並べている。
このような、本硬化部４ａと半硬化部４ｂとの分割パタ
ーンは、前記したように硬化作用の異なる光ビーム３を
分割パターンにしたがって走査すればよい。例えば、第
２図（ｂｌに示す分割パターンの場合、硬化作用の弱い
半硬化用の光ビーム３で層状の半硬化部４ｂを形成した
後、その上に、硬化作用の強い本硬化用の光ビーム３で
、同じく層状の本硬化部４ａを重ねて形成すればよい。
ーンは、前記したように硬化作用の異なる光ビーム３を
分割パターンにしたがって走査すればよい。例えば、第
２図（ｂｌに示す分割パターンの場合、硬化作用の弱い
半硬化用の光ビーム３で層状の半硬化部４ｂを形成した
後、その上に、硬化作用の強い本硬化用の光ビーム３で
、同じく層状の本硬化部４ａを重ねて形成すればよい。
また、第３図（Ｃ）に示す分割パターンの場合、光硬化
層４０の外表面部分に通常の光ビーム３で帯状の本硬化
部４ａを形成した後、その内方部分では、中心が比較的
弱（外周が強い硬化作用を示すドーナツ状のエネルギー
分布ををする光ビーム３で、中心には半硬化部４ｂを外
周には本硬化部４ａを形成し、この光ビーム３をパルス
的に照射しながら移動させることによって、本硬化部４
ａの中にスポット状の半硬化部４ｂを形成している。な
お、本硬化部４ａと半硬化部４ｂの分割パターンは、図
示した実施例以外にも任意の分割パターンで実施するこ
とができる。但し、三次元形状を正確に形成するととも
に硬化収縮や残留応力の発生を抑えるには、三次元形状
の外表面になる部分や、：次元形状の骨格となる部分を
比較的狭い幅で本硬化部４ａに形成し、その間を半硬化
部４ｂで埋めるようにしておくのが好ましい。
層４０の外表面部分に通常の光ビーム３で帯状の本硬化
部４ａを形成した後、その内方部分では、中心が比較的
弱（外周が強い硬化作用を示すドーナツ状のエネルギー
分布ををする光ビーム３で、中心には半硬化部４ｂを外
周には本硬化部４ａを形成し、この光ビーム３をパルス
的に照射しながら移動させることによって、本硬化部４
ａの中にスポット状の半硬化部４ｂを形成している。な
お、本硬化部４ａと半硬化部４ｂの分割パターンは、図
示した実施例以外にも任意の分割パターンで実施するこ
とができる。但し、三次元形状を正確に形成するととも
に硬化収縮や残留応力の発生を抑えるには、三次元形状
の外表面になる部分や、：次元形状の骨格となる部分を
比較的狭い幅で本硬化部４ａに形成し、その間を半硬化
部４ｂで埋めるようにしておくのが好ましい。
上記のようＣコして、本硬化部４ａと半硬化部４ｂとが
分割形成された複数層の光硬化層４０からなる三次元形
状を有する成形品４は、樹脂液槽１から取り出した後、
成形品４の全体を、光硬化性樹脂に対して光硬化作用の
ある紫外線を出すキセノンランプ等で光を照射して、半
硬化部４ｂ全体を本硬化部４ａと同じ最終段階まで硬化
させれば、成形品４全体が硬化して三次元形状の形成が
完了する。
分割形成された複数層の光硬化層４０からなる三次元形
状を有する成形品４は、樹脂液槽１から取り出した後、
成形品４の全体を、光硬化性樹脂に対して光硬化作用の
ある紫外線を出すキセノンランプ等で光を照射して、半
硬化部４ｂ全体を本硬化部４ａと同じ最終段階まで硬化
させれば、成形品４全体が硬化して三次元形状の形成が
完了する。
つぎに、第４図および第５図は、本硬化部４ａと半硬化
部４ｂの形成方法の別の実施例を示している。三次元形
状の形成装置は、前記した第１図の実施例とほぼ同じも
のであるが、光ビーム３の照射機構として、Ｈｅ−Ｃｄ
レーザー等の光を照射するとともに、比較的集光径が小
さく精密な硬化形状が得られる本硬化用の光ビーム３ａ
と、比較的集光径が大きく硬化能率の高い半硬化用の光
ビーム３ｂを、選択して照射できるようにしている。こ
の光ビーム３ａと３ｂとの違いは、集光径の相違ととも
に、光の強度や光ビームの移動速度等の照射条件によっ
ても設定できる。
部４ｂの形成方法の別の実施例を示している。三次元形
状の形成装置は、前記した第１図の実施例とほぼ同じも
のであるが、光ビーム３の照射機構として、Ｈｅ−Ｃｄ
レーザー等の光を照射するとともに、比較的集光径が小
さく精密な硬化形状が得られる本硬化用の光ビーム３ａ
と、比較的集光径が大きく硬化能率の高い半硬化用の光
ビーム３ｂを、選択して照射できるようにしている。こ
の光ビーム３ａと３ｂとの違いは、集光径の相違ととも
に、光の強度や光ビームの移動速度等の照射条件によっ
ても設定できる。
第５図に示すように、精密本硬化用の光ビーム３ａで、
光硬化層４０のうち三次元形状の外表面になる部分を帯
状に照射して本硬化部４ａを形成し、半硬化用の光ビー
ム３ｂを、本硬化部４ａの内方を縦横に走査しながら照
射して半硬化部４ｂを形成している。このようにして、
本硬化部４ａと半硬化部４ｂが分割形成された三次元形
状を有する成形品４を形成した後、半硬化部４ｂの全体
を最終段階まで硬化する工程は、前記実施例と同様であ
る。
光硬化層４０のうち三次元形状の外表面になる部分を帯
状に照射して本硬化部４ａを形成し、半硬化用の光ビー
ム３ｂを、本硬化部４ａの内方を縦横に走査しながら照
射して半硬化部４ｂを形成している。このようにして、
本硬化部４ａと半硬化部４ｂが分割形成された三次元形
状を有する成形品４を形成した後、半硬化部４ｂの全体
を最終段階まで硬化する工程は、前記実施例と同様であ
る。
上記した実施例では、精密本硬化用光ビーム３ａは、集
光径を小さく移動速度も遅くして、三次元形状の外表面
を正確かつ十分な硬化度まで硬化して本硬化部４ａを形
成するとともに、半硬化用光ビーム３ｂは集光径を大き
く移動速度も速くして、三次元形状の内方を効率良く迅
速に硬化して半硬化部４ｂを形成することができる。図
示した実施例では、光ビーム３ａと３ｂを、同じ集光レ
ンズ３０すなわち光照射機構から照射しているが、別々
の光照射機構を用いたり、光ビーム３ａと３ｂで違うレ
ーザー光を用いることもできる。
光径を小さく移動速度も遅くして、三次元形状の外表面
を正確かつ十分な硬化度まで硬化して本硬化部４ａを形
成するとともに、半硬化用光ビーム３ｂは集光径を大き
く移動速度も速くして、三次元形状の内方を効率良く迅
速に硬化して半硬化部４ｂを形成することができる。図
示した実施例では、光ビーム３ａと３ｂを、同じ集光レ
ンズ３０すなわち光照射機構から照射しているが、別々
の光照射機構を用いたり、光ビーム３ａと３ｂで違うレ
ーザー光を用いることもできる。
つぎに、第６図に示す実施例は、上記第４図に示した実
施例と同様の装置を用い、少し異なる方法で三次元形状
を形成する。この実施例でも、本硬化用光ビーム３ａと
半硬化用光ビーム３ｂを用いるが、本硬化部と半硬化部
とを分割形成するのでなく、同じ個所に、半硬化用光ビ
ーム３ｂと本硬化用光ビーム３ａとを順次照射するよう
にしている。本硬化用光ビーム３ａとしては、通常のＨ
ｅ−Ｃｄレーザー等が用いられ、半硬化用光ビーム３ｂ
としては、光硬化性樹脂２に対して加熱硬化作用のある
ＹＡＧレーザーやＣＯｚ レーザー等が用いられる。
施例と同様の装置を用い、少し異なる方法で三次元形状
を形成する。この実施例でも、本硬化用光ビーム３ａと
半硬化用光ビーム３ｂを用いるが、本硬化部と半硬化部
とを分割形成するのでなく、同じ個所に、半硬化用光ビ
ーム３ｂと本硬化用光ビーム３ａとを順次照射するよう
にしている。本硬化用光ビーム３ａとしては、通常のＨ
ｅ−Ｃｄレーザー等が用いられ、半硬化用光ビーム３ｂ
としては、光硬化性樹脂２に対して加熱硬化作用のある
ＹＡＧレーザーやＣＯｚ レーザー等が用いられる。
上記のような２種の光ビーム３ａと３ｂを順次照射する
と、その部分の光硬化性樹脂２は、まず、半硬化用光ビ
ーム３ｂによって、樹脂２の移動を抑制できる程度に硬
化されて半硬化部４ｂが形成された後、本硬化用光ビー
ム３ａによって最終段階まで硬化される。本硬化用光ビ
ーム３ａを半硬化部４ｂに確実に照射するためには、本
硬化用光ビーム３ａの集光径は、半硬化用光ビーム３ｂ
よりも少し小さめに設定するのが好ましい。この場合、
本硬化用光ビーム３ａの外側で硬化されずに残る半硬化
部４ｂは、三次元形状が形成された後、溶解除去すれば
よい。図示した実施例では、両光ビーム３ａと３ｂが同
心状に照射されるので、半硬化用ビーム３ｂの照射と本
硬化用ビーム３ａの照射タイミングを時間的にずらすこ
とによって、半硬化用ビーム３ｂが照射された後に、本
硬化用光ビーム３ａが照射されるようにすればよい。半
硬化用光ビーム３ｂと本硬化用光ビーム３ａの照射位置
を、走査方向の前後にずらせて設定しておけば、光ビー
ム３ａ、３ｂの移動に伴って、順次半硬化用光ビーム３
ｂおよび本硬化用光ビーム３ａが照射できる。
と、その部分の光硬化性樹脂２は、まず、半硬化用光ビ
ーム３ｂによって、樹脂２の移動を抑制できる程度に硬
化されて半硬化部４ｂが形成された後、本硬化用光ビー
ム３ａによって最終段階まで硬化される。本硬化用光ビ
ーム３ａを半硬化部４ｂに確実に照射するためには、本
硬化用光ビーム３ａの集光径は、半硬化用光ビーム３ｂ
よりも少し小さめに設定するのが好ましい。この場合、
本硬化用光ビーム３ａの外側で硬化されずに残る半硬化
部４ｂは、三次元形状が形成された後、溶解除去すれば
よい。図示した実施例では、両光ビーム３ａと３ｂが同
心状に照射されるので、半硬化用ビーム３ｂの照射と本
硬化用ビーム３ａの照射タイミングを時間的にずらすこ
とによって、半硬化用ビーム３ｂが照射された後に、本
硬化用光ビーム３ａが照射されるようにすればよい。半
硬化用光ビーム３ｂと本硬化用光ビーム３ａの照射位置
を、走査方向の前後にずらせて設定しておけば、光ビー
ム３ａ、３ｂの移動に伴って、順次半硬化用光ビーム３
ｂおよび本硬化用光ビーム３ａが照射できる。
上記実施例では、半硬化用光ビーム３ｂで、光硬化性樹
脂２の移動を抑制できる程度に半硬化させた状態では、
硬化収縮や残留応力はない。この状態で本硬化用光ビー
ム３ａで最終段階まで硬化させれば、移動を抑制された
半硬化状態からの硬化であるので、あまり硬化収縮を起
こさず、残留応力が残ることもない。また、本硬化用光
ビーム３ａの照射範囲そのままの正確な形状を有する三
次元形状を有する成形品４が形成できる。成形品４全体
に本硬化用光ビーム３ａが照射されるので、前記実施例
のように、半硬化部全体を別工程で硬化させる必要はな
い。
脂２の移動を抑制できる程度に半硬化させた状態では、
硬化収縮や残留応力はない。この状態で本硬化用光ビー
ム３ａで最終段階まで硬化させれば、移動を抑制された
半硬化状態からの硬化であるので、あまり硬化収縮を起
こさず、残留応力が残ることもない。また、本硬化用光
ビーム３ａの照射範囲そのままの正確な形状を有する三
次元形状を有する成形品４が形成できる。成形品４全体
に本硬化用光ビーム３ａが照射されるので、前記実施例
のように、半硬化部全体を別工程で硬化させる必要はな
い。
以上に説明した、この発明のうち、請求項１記載の三次
元形状の形成方法によれば、三次元形状に、本硬化部と
半硬化部とを分割形成した後、全体の半硬化部を最終段
階まで硬化させるので、本硬化部と半硬化部とが分割形
成された段階では、本硬化部に生じる硬化収縮や収縮応
力を半硬化部で吸収することができる。その後、半硬化
部を硬化させれば、半硬化部から最終段階までの硬化に
よって発生する硬化収縮や収縮応力は小さいとともに、
既に硬化された本硬化部によって、半硬化部の硬化収縮
が抑えられるので、三次元形状全体の硬化収縮はほとん
どなくなり、予め設定した形状通りの正確な形状精度を
有する三次元形状が得られるとともに、形成された三次
元形状に残留応力が残る心配もなく、経時的に変形を生
したり強度低下を起こすことはない。
元形状の形成方法によれば、三次元形状に、本硬化部と
半硬化部とを分割形成した後、全体の半硬化部を最終段
階まで硬化させるので、本硬化部と半硬化部とが分割形
成された段階では、本硬化部に生じる硬化収縮や収縮応
力を半硬化部で吸収することができる。その後、半硬化
部を硬化させれば、半硬化部から最終段階までの硬化に
よって発生する硬化収縮や収縮応力は小さいとともに、
既に硬化された本硬化部によって、半硬化部の硬化収縮
が抑えられるので、三次元形状全体の硬化収縮はほとん
どなくなり、予め設定した形状通りの正確な形状精度を
有する三次元形状が得られるとともに、形成された三次
元形状に残留応力が残る心配もなく、経時的に変形を生
したり強度低下を起こすことはない。
また、半硬化部の形成は、最終段階までの硬化を行うよ
りも短い時間で行えるとともに、その後に半硬化部全体
をまとめて最終段階まで硬化するので、全体の硬化時間
が短縮され、作業の能率化を図ることができる。
りも短い時間で行えるとともに、その後に半硬化部全体
をまとめて最終段階まで硬化するので、全体の硬化時間
が短縮され、作業の能率化を図ることができる。
請求項２記載の三次元形状の形成方法によれば、請求項
１記載の上記効果に加え、正確な形状を必要とする三次
元形状の外表面を精密本硬化用光ビームで照射して本硬
化部を形成するとともに、それ以外の内方部分は半硬化
用光ビームで照射して能率的に半硬化部を形成するので
、形状精度と作業時間の短縮化とを、より向上させるこ
とができる。
１記載の上記効果に加え、正確な形状を必要とする三次
元形状の外表面を精密本硬化用光ビームで照射して本硬
化部を形成するとともに、それ以外の内方部分は半硬化
用光ビームで照射して能率的に半硬化部を形成するので
、形状精度と作業時間の短縮化とを、より向上させるこ
とができる。
請求項３記載の三次元形状の形成方法によれば、光硬化
性樹脂を半硬化用光ビームで半硬化した後、本硬化用光
ビームで最終段階まで硬化させるので、従来のように最
終段階まで一気に急速に硬化させる方法に比べ、半硬化
段階を経ることによって硬化収縮が少なくなり、収縮応
力を良好に解放することができる。すなわち、光硬化性
樹脂が半硬化した段階では、硬化収縮はほとんどないと
ともに、半硬化部はある程度の変形ができるので収縮応
力は容易に解放される。半硬化状態から最終段階まで硬
化させたときには、樹脂の移動が抑制された半硬化状態
から硬化するので、硬化収縮を起こし難く、また、半硬
化からの硬化であるので、硬化収縮を起こしたとしても
、その硬化収縮量は極めて小さいとともに、残留応力と
して残る可能性が少なくなるのである。
性樹脂を半硬化用光ビームで半硬化した後、本硬化用光
ビームで最終段階まで硬化させるので、従来のように最
終段階まで一気に急速に硬化させる方法に比べ、半硬化
段階を経ることによって硬化収縮が少なくなり、収縮応
力を良好に解放することができる。すなわち、光硬化性
樹脂が半硬化した段階では、硬化収縮はほとんどないと
ともに、半硬化部はある程度の変形ができるので収縮応
力は容易に解放される。半硬化状態から最終段階まで硬
化させたときには、樹脂の移動が抑制された半硬化状態
から硬化するので、硬化収縮を起こし難く、また、半硬
化からの硬化であるので、硬化収縮を起こしたとしても
、その硬化収縮量は極めて小さいとともに、残留応力と
して残る可能性が少なくなるのである。
第１図はこの発明の実施例を示す三次元形状の形成装置
の全体構成図、第２図は本硬化部と半硬化部の分割パタ
ーンを示す縦断面図、第３図は別の分割パターンを示す
横断面図、第４図は別の実施例を示す三次元形状の形成
装置の全体構成図、第５図は光ビームの照射状態を示す
平面図、第６図はさらに別の実施例を示す要部拡大断面
図、第７図は従来例を示す概略構成図である。 ■・・・樹脂液槽 ２・・・光硬化性樹脂液 ３・・・
光ビーム ３ａ・・・本硬化用光ビーム ３ｂ・・・半
硬化用光ビーム ４・・・成形品 ４０・・・光硬化層
４ａ・・・本硬化部 ４ｂ・・・半硬化部 第４図 第６図 ｎ 第５図
の全体構成図、第２図は本硬化部と半硬化部の分割パタ
ーンを示す縦断面図、第３図は別の分割パターンを示す
横断面図、第４図は別の実施例を示す三次元形状の形成
装置の全体構成図、第５図は光ビームの照射状態を示す
平面図、第６図はさらに別の実施例を示す要部拡大断面
図、第７図は従来例を示す概略構成図である。 ■・・・樹脂液槽 ２・・・光硬化性樹脂液 ３・・・
光ビーム ３ａ・・・本硬化用光ビーム ３ｂ・・・半
硬化用光ビーム ４・・・成形品 ４０・・・光硬化層
４ａ・・・本硬化部 ４ｂ・・・半硬化部 第４図 第６図 ｎ 第５図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 光硬化性樹脂に光を照射して光硬化層を形成し、こ
の光硬化層を複数層積み重ねて、所望の三次元形状を形
成する方法において、三次元形状を構成する複数層の光
硬化層に、光硬化性樹脂を最終段階まで硬化させた本硬
化部と途中段階まで硬化させた半硬化部とを分割形成し
た後、三次元形状全体の半硬化部を最終段階まで硬化さ
せることを特徴とする三次元形状の形成方法。 ２ 光硬化性樹脂に照射する光として、複数の光ビーム
を用い、光硬化層のうち、三次元形状の外表面になる部
分には最終段階まで硬化させる本硬化用光ビームを照射
して本硬化部を形成し、三次元形状の内方になる部分に
は途中段階まで硬化させる半硬化用光ビームを照射して
半硬化部を形成する請求項１記載の三次元形状の形成方
法。 ３ 光硬化性樹脂に光を照射して光硬化層を形成し、こ
の光硬化層を複数層積み重ねて、所望の三次元形状を形
成する方法において、光硬化性樹脂を途中段階まで硬化
させて半硬化部を形成する半硬化用光ビームと最終段階
まで硬化させる本硬化用光ビームとを、順次照射しなが
ら光硬化層を形成することを特徴とする三次元形状の形
成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63263781A JPH0757532B2 (ja) | 1988-10-19 | 1988-10-19 | 三次元形状の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63263781A JPH0757532B2 (ja) | 1988-10-19 | 1988-10-19 | 三次元形状の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02111528A true JPH02111528A (ja) | 1990-04-24 |
| JPH0757532B2 JPH0757532B2 (ja) | 1995-06-21 |
Family
ID=17394187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63263781A Expired - Lifetime JPH0757532B2 (ja) | 1988-10-19 | 1988-10-19 | 三次元形状の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0757532B2 (ja) |
Cited By (36)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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