JPH03205135A - 光学的立体造形方法 - Google Patents

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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は液状光硬化樹脂に光を照射することにより露光
硬化を行わせ、３次元立体形状を造形させる方法に関す
る。

（ロ）従来の技術 従来の光学的立体造形方法として、半導体装置の製造工
程において多用されているリングラフィ技術で一般に使
われている光学マスクを応用し、各断面毎に順次露光硬
化を繰り返して立体造形を行う方法と、光エネルギを液
状光硬化樹脂表面上に各断面毎に断面形状に沿って走査
させ、選択的に樹脂硬化を行わせることにより立体造形
を行う方法とがある。

光学マスクを用いる方法は、電子通信学会論文誌（１９
８１．４　ｖｏｌ．Ｊ６４−Ｃ　Ｎｏ．４　Ｐ−２３７
−Ｐ−２４１）に記載された論文で提案されている。こ
れは、先ず極めて浅い液状光硬化樹脂に上方又は下方か
ら光照射するにあたり、得ようとする立体物の水平断面
形状に相当する光透過部分を有した光学マスクを光硬化
樹脂の手前に配置し、この照射により所望断面形状の薄
層硬化部分を得、これに連続する水平断面形状について
、光硬化樹脂の深さを僅かずつ増し光学マスクを順次取
換えては光照射を繰り返すことにより、所望の立体を得
るものである。

しかしこの方法では、得ようとする立体の水平断面形状
毎の光学マスクを製作しなければならず、これに手間と
時間とを必要とした。特に曲面の平滑さを得るには立体
の分割数を増す必要があり、これに連れて光学マスクが
多数必要となり、製作時間及び費用が膨大となった。

一方、光エネルギを走査させる方法は、特開昭６０−２
４７５１５号公報（特公昭６３−４０６５０号公報）等
で開示されているように、液状光硬化樹脂を容器内に収
容し、光エネルギの作用点を容器内において３次元的に
相対移動させることができる光照射手段を設け、この光
照射手段による光エネルギの作用点をまず水平方向に相
対移動させつつ、液状光硬化樹脂に対して選択的に光エ
ネルギを照射して平面状の硬化部分を形成し、次いで作
用点を垂直方向に若干相対移動させた後、又は漸次相対
移動させつつ上記と同様に水平方向に相対移動させて硬
化部分を積層形戊し、これを繰り返すことにより所望の
立体物を造形するものである。

しかしこの方法では、光照射手段、又は容器を動作させ
て光エネルギの作用点を移動させ、作用点における液状
光硬化樹脂を遂次硬化させているので、短時間で造形す
ることができず、特に大型の立体物を造形するのに適し
ていないという問題点があった。

（ハ）発明が解決しようとする課題 本発明は上記問題点に鑑み、光学マスクを立体の水平断
面形状毎に製作せず、且つ光エネルギの作用点を移動さ
せることなく、短時間で立体物を造形することを目的と
している。

（二）課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達戒するため、液状光硬化樹脂を樹
脂収容容器に収容し、該光硬化樹脂に水平断面形状の露
光マスクを介して樹脂硬化する光源を照射することによ
り、光硬化樹脂を選択的に硬化させ立体形状を形成する
方法において、該マスクは各水平断面形状データに応じ
て露光領域が連続的に変化するものである。

（ホ）作用 本発明は上記手段を用いるため、水平断面形状毎に光学
マスクを製作する手間が省ける上に、点状ビームを水平
断面形状に沿って走査させる必要がないので、高速、且
つ安価に３次元立体形状を造形することが可能である。

（へ）実施例 以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明
する。

第１図は本発明方法を実施するための装置の一例を示し
ている。樹脂収容容器（１）内に変性ポリウレタンメタ
クリレート、感光性ポリイミド等の液状光硬化樹脂（２
）を適当量収容し、該液状光硬化樹脂（２）表面に露光
マスクの役割をする液晶シャッター板（３）と、該液晶
シャッター板（３）の上方に前記液状光硬化樹脂（２）
を硬化させることの可能な波長を発する紫外線（波長３
６５０人）、或るいはレーザ（出力４０ｍＷ，波長３２
５０人）等の光源（４）を設置し、前記硬化樹脂（２）
内を昇降できる昇降ステージ（５）を設けている。

そして前記シャッター板（３〉はコントローラ（６）に
よって駆動され、該コントローラ（６）はＣＡＤ装置（
８）によって制御される。

尚、図中（７）は形戊されつつある３次元立体形状物を
示す。

上記構威において、まず前記液状光硬化樹脂（２）内を
昇降できる昇降ステージ（５）を該液状光硬化樹脂（２
）の液面より１回の露光時間（約１０分間）で硬化する
厚さ（　２　ｍｍ）分だけ沈め、所望立体の水平断面形
状の部分を光透過し、その他の部分は光遮断するように
液晶シャッター板（３）をコントローラ（６）により動
作させて、第１層の水平断面形状を該昇降ステージ（５
）上に該厚さ分だけ光硬化させる。

次に、前記昇降ステージ（５）をさらに１回の露光時間
で硬化する厚さ分だけ沈め、２層目の水平断面形状に応
じて液晶シャッター板（３）の光透過部及び光遮断部が
変化するようにコントローラ（６）を動作させて、２層
目を光硬化させる。

同様なことを繰り返すことにより、硬化樹脂層を何層も
積み重ｈて所望の３次元立体形状物（７）が短時間、且
つ容易に得られる。この３次元立体形状物（７）は、Ｃ
ＡＤ装置（８）で設計されたものであり、ＣＡＤ装置（
８）の３次元データが、各水平断面毎に２次元断面形状
データに変換され、このデータが、コントローラ（６）
に送られる。該コントローラ（６）は各水平断面形状デ
ータに応じて、ディスプレイ表示等で用いられている技
術を応用することにより、液晶シャッタ板（３）に２次
元的に配置されている各液晶シャッタ一部のうち、断面
形状部に相当している部分は光透過するようにすると共
に、その他の断面形状部に相当しない部分は光遮断する
ように液晶シャッター板（３）の動作をコントロールし
ている。

尚、液晶シャッター板（３）と液状光硬化樹脂（２）の
表面は接していても構わない。接していない場合、光の
拡散を考慮して液晶シャッター板（３）と液状光硬化樹
脂（２）表面とのディスタンスは、できるだけ小さいほ
うが望ましい。また光拡散の影響を無くす意味で、液晶
シャッター板（３）と液状光硬化樹脂（２）表面との間
にレンズアレイ等を設けて、光拡散を防ぐ手法も考えら
れる。

更に、第２図は本発明方法に係わる他の例を示す。

第１図に示されている例との相違点は、液晶シャッター
板（３）自体が、液状光硬化樹脂（２）内を樹脂収容容
器（１）底面から液上面まで昇降でき、該樹脂収容容器
（１）底面から光硬化樹脂層を形威し積層していくこと
により、所望の３次元立体形状物（７）を得ることであ
る。この例では、既に形威された光硬化樹脂層の上に新
たな光硬化樹脂層を形成するために、既に形威された光
硬化樹脂層表面と光学マスクとなる液晶シャッター板（
３）との間に、液状光硬化樹脂（２）を速やかに供給で
き、液面の波立ち等の状態に影響を受けることなく、露
光を連続的に行える点が特徴である。

ところで　このような第１図、第２図の構或の立体造形
方法においては、光造形物のサイズが液晶シャッターの
サイズに制約されてしまい、大型の立体造形物を造形す
る場合、それに合わせて液晶シャッターも大型のサイズ
にしなければならず装置が大型化したり、大型液晶シャ
ッターの製作の面においても問題がある。

第３図にこうした不都合を解消した装置の一例を示す。

同図において樹脂収容容器１内に液状光硬化樹脂２を適
当量収容し、該液状光硬化樹脂２表面上に光学マスクの
役割をする液晶シャッター板３と、該液晶シャッター板
３と該液状光硬化樹脂２表面上との間にレンズ系９を、
及び、該液晶シャッター板３の上方に液状光硬化樹脂２
を硬化可能な波長を発する光源４を設置する。まず、液
状光硬化樹脂２内を昇降できる昇降ステージ５を液状光
硬化樹脂２液面より１回の露光時間で硬化する厚さ分だ
け沈め、所望立体の水平断面形状の部分を光透過しその
他の部分は光遮断するように液晶シャッター板３をコン
トローラ６により動作させて、該レンズ系９により液状
光硬化樹脂２表面上に液晶シャッター板３の光透過部の
形状を拡大して投影させることにより、第１層の水平断
面形状を該昇降ステージ５上に該厚さ分だけ光硬化させ
る。次に、該昇降ステージ５をさらに１回の露光時間で
硬化する厚さ分だけ沈め、２層目の水平断面形状に応じ
て液晶シャッター板３の光透過部及び光遮断部が変化す
るようにコントローラ６を動作させ、該レンズ９により
、液状光硬化樹脂２表面上に拡大投影させて、２層目を
光硬化させる。同様なことを順次繰り返し、硬化樹脂層
を何層も積み重ねることにより、液晶シャッター板３の
サイズより大型の３次元立体形状物７が短時間且つ容易
に得られる。

この３次元立体形状物は、ＣＡＤ装置８で設計されたも
のが、各水平断面毎に２次元断面形状データに変換され
、各データが、コントローラ６に送られる。該コントロ
ーラ６はｔＪ１図、第２図の実施例と同様に液晶シャッ
ター板３の動作をコントロールしている。

この場合、レンズ系９により光が拡大されるので、拡大
しない場合と比較して露光強度は低下し露光時間は長く
なるが、光照射手段を移動させ光エネルギの作用点にお
ける液状光硬化樹脂を逐次硬化させる方法との比較では
、一層を光硬化させる時間は、光硬化樹脂の光硬感度の
より高いものを選択する等の方法により、かなりの造形
時間の短縮が可能である。

（ト）発明の効果 本発明の光学的立体造形方法によれば、各水平断面形状
に応じて光学マスクの光透過部が連続的に変化するため
、水平断面形状毎の光学マスクを製作し、毎回取換える
ことなく、面光源による露光を連続的に行っていくこと
ができるので、短時間且つ安価に３次元立体形状を造形
することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる光学的立体造形方法の１実施例
を示す概略構戒図、第２図は本発明に係わる光学的立体
造形方法の異なる１実施例を示す概略構或図、第３図は
本発明に係わる光学的立体造形方法のさらに異なる１実
施例を示す概略構戒図である。 （１）・・・樹脂収容容器、 （２）・・・液状光硬化樹脂、 （３）・・・露光マスク。 第３図 ７ ５ →÷−÷ト ４；ラト

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）液状光硬化樹脂を樹脂収容容器に収容し、該光硬
   化樹脂に水平断面形状の露光マスクを介して樹脂硬化す
   る光源を照射することにより、光硬化樹脂を選択的に硬
   化させ立体形状を形成する方法において、該マスクは各
   水平断面形状データに応じて露光領域が連続的に変化す
   ることを特徴とする光学的立体造形方法。
2. （２）該露光マスクと光硬化樹脂との間に拡大レンズ系
   を設けることを特徴とした特許請求の範囲第１項記載の
   光学的立体造形方法。