JPH03227221A - ３次元模型作製装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、製品の３次元模型を作製する３次元模型作製
装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、工業製品等の製品開発においては、必らずデロ
トタイデモデｌしく実物模型）が１１１作される。

しかし、このプロトタイプモデルの作製は、従来、はと
んどが手作りであるため、莫大な経費と時間がかかり、
製品開発における大きな問題となっていた。

こうした問題を解決するために、近年、コンピュータ援
用設計（以下ＣＡＤという）システムにより設計された
製品の形状データから実物そっくりの３次元模型を作製
するステレオリソグラフィ装置が開発され、例えば「日
経コンピュータグラフィックスＪ（１９８８年８月号、
　ＰＩＱ７〜１０９）や「ＮＥＷＳＷＥ仄Ｊ　（ＮＯＶ
ＥＭＢＥＲ２Ｂ　、　１９８７　、　Ｐ５　）等に示さ
れている。

第２図は、このステレオリソグラフィ装置による従来の
３次元模型作製装置を模式的に示したものである。

同図において、（１）は３次元ＣＡＤシステムであシ、
周知のように、コンピュータに入力、記憶された設計情
報をグラフィックデイスプレィ装置（２）で取り出し、
画面を見ながら製品を設計するものであり、製品の形状
データの作成や微少間隔の水平断面における断面形状デ
ータの作成等が行われる。

（３）は光硬化性液体樹脂〔４）を収容したタンク、Ｃ
５）はタンク（３）内に昇降自在に設けられたエレベー
タであり、エレベータ駆動装置（６）によって昇降操作
される。

〔７）ハレーザ光スキャニング装置であり、レーザ光励
起装置【８）で励起されたレーザ光（９）をスキャニン
グデータに従ってスキャンし、タンク（３）に導く。

このタンク（３）に導かれたレーザ光αＧは集光レンズ
Ｑｌｌによって液体樹脂（４）の液面α２上に絶えず集
光される。

Ｃ３はＣＡＤデータ処理装置であり、通信ケーブルα４
）ヲ通してＣＡＤシステム（１）よシ送られてきた製品
の断面形状データからスキャニングデータ及びエレベー
タ駆動データを作成し、それぞれ通信ケプ／ｌ／αつ及
びＣ６１を介してスキャニング装置［７１及び駆動装置
（６）に入力する。

以上の構成において、製品の３次元模型を作製スル際、
まず、ＣＡＤシステム（１）で製品の形状データが作成
され、この形状データから微少間隔毎の水平断面の断面
形状データが作成され、処理装置α３に渡される。

処理装置０３では、与えられた断面形状データを基に断
面形状に合わせたスキャニングデータが作成され、スキ
ャニング装置〔７）は、このスキャニングデータに従っ
て、すなわち製品の断面形状に合わせてレーザ光ＱＣＩ
をスキャンする。

したがって、液体樹脂（４）の液面頭上に集光されたレ
ーザ光００が製品断面形状に合わせてスキャンされた結
果、液体樹脂（４）は製品断面形状通りに硬化し、これ
が液面α２のわずか下方に位置したエレベータ〔５）上
で支持される。

１つの断面形状について樹脂硬化が完了すると、エレベ
ータ（５）が駆動装置（６）によって微少量下降し、こ
れによって未硬化の液体樹脂（４）が先のプロセスで硬
化した硬化樹脂の上に流れ込み、新だな液面ａりが形成
される。

その後、処理装置ａ３より次の断面形状データに関する
スキャニングデータが出力され、硬化樹脂上の液面■で
液体樹脂（４）がレーザ光αＧによ９次の断面形状通り
に硬化し、前記硬化樹脂上に積層される。

このようにして、微少間隔毎の断面形状に合わせたレー
ザ光ＱＯのスキャンによる樹脂硬化と、エレベータｒ５
１の下降とを繰り返していくことによシ、各断面形状通
シに硬化した硬化樹脂の積層体として製品の３次元模型
αηが作製される。

以上のようなプロセスは、いずれもコンピュタ制御が可
能なことから、ＣＡＤデータによる３次元模型の作製を
自動で行える。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述した従来の作製装置にあっては、製品の断面形状デ
ータから作成したスキャニングデータによシレーザ光Ｇ
Ｏをスキャンさせて液体樹脂（４）を硬化させる構成で
あるため、次に述べるような欠点がある。

（Ａｌ　　液体樹脂（４）の硬化が行われているのはレ
ーザ光αＯのスポット部のみであるため、肉厚部のよう
な広い面積を硬化させる必要のある場合には、非常に時
間がかかる欠点がある。

向　レーザ光００をスキャンさせて１断面毎に硬化させ
るため、本質的に滑らかな形状を得ることができず、３
次元模型αηの品質の低下を招く欠点がある。

０　レーザ光ＧＯを断面形状データに基づいてスキャン
させるためにＣＡＤデータ処理装置α３及びレーザ光ス
キャニング装置ｒ７）が特に必要になり、作製装置の構
成が複雑かつ高価になる欠点がある。

本発明は、従来の技術の有するこのような問題点に留意
してなされたものであシ、その目的とするところは、簡
単かつ安価な構成で高品質な３次元模型を高速に作製で
きる３次元模型作製装置を提供することにある。

〔課題を解決するだめの手段〕

前記目的を達成するために、本発明の３次元模型作製装
置においては、コンピュータ援用設計システムで設計さ
れた製品の断面形状データによる断面形状の映像信号が
入力され、前記断面形状の画像パターンを光硬化性液体
樹脂を硬化させ得る波長の光で発光させる画像表示装置
と、この画像表示装置の映像を前記液体樹脂の液面上に
投写する光学系とを備え、前記液体樹脂を前記画像パタ
ーンで硬化させることを特徴としている。

〔作用〕

前述した構成の３次元模型作製装置にあっては、製品の
断面形状をグラフィックデイスプレィ装置等に表示する
だめの映像信号を用い、画像表示装置でこの断面形状の
画像パターンを発光させると共に、この画像パターン全
体を液体樹脂の液面上に投写させるだめ、液体樹脂が画
像パターン通りに硬化し、■断面形状の硬化が一度に行
われる。

〔実施例〕

実施例につき、第１図を用いて説明する。

同図において、前記と同一記号は同一もしくは相当する
ものを示すものとし、（至）は光硬化性液体樹脂（４）
を硬化させ得る波長の光で発光する画像表示装置として
の樹脂硬化用デイスプレィであり、例えば、液体樹脂（
４）が紫外線硬化性の場合、紫外線発光を行う螢光体番
号Ｐ４７等の螢光体を塗布したＣＲＴにより構成され、
また可視光硬化性の場合。

該当波長のレーザ光を照射する半導体レーザをマトリク
ス状にならべて構成されている。

ここで、３次元ＣＡＤシステム（１）においては、製品
の形状データを作成し、引き続いて、この形状データか
ら微少間隔（例えば５０．ｌＩｍ　）の水平断面におけ
る断面形状データを作成し、得られた断面形状データに
よる断面形状の映像信号をグラフィックデイスプレィ装
置（２）で再生表示するようになっているが、この映像
信号が通信ケープ／Ｌ／Ｑｌを通してデイスプレィ０樽
に入力される。

前記映像信号はモノクローム信号とされ、断面形状の断
面位置を全白、それ以外を全黒で表示させるようになっ
ており、したがって、デイスプレィ０８）において前記
断面形状の画像パターンが前述した光で発光表示される
。

翰はデイスプレィ（至）の映像を液体樹脂（４）の液面
（２）上に投写する光学系としての投写レンズであり、
これにより液面ａ′２上に前記画像パターンの光が投写
される。

ＱＤはエレベータ制御装置であり、ＣＡＤシステム（１
）より通信ケープｔＬｙｕを通して送られた断面形状デ
ータの深さ方向のデータからエレベータｒ５１の昇降制
御信号を作成し、通信ケーブル（至）を通してエレベー
タ駆動装置（６）に入力する。

以上の構成によれば、製品の３次元模型α力を作製する
際、ＣＡＤシステム（１）で作成された断面形状データ
の映像信号がデイスプレィ０＆に入力されて断面形状の
画像パターンが発光表示され、この発光パターンがその
まま投写レンズ（イ）によシ液体樹脂（４）の液面αの
上に投写される。

このため、液体樹脂（４）は投写された画像パターン通
りに硬化し、１断面形状の硬化が一度に行われることに
なり、断面形状が複雑になったシ、硬化させるべき面積
が大きくなっても、硬化時間はあまり変わらず、高速な
樹脂硬化が実現する。

このようにして１断面形状について硬化が完了すると、
従来の場合と同様に、エレベータ（５）が微少量下降さ
れ、以下、前述のプロセスが繰シ返され、各断面形状毎
に順次硬化された樹脂の積層体として３次元模型α力が
完成される。

ここで、適当な硬化スピードが得られれば、製品の断面
位置を連続的に変えていき、これに合わせてエレベータ
（５）を連続的に下降させてやれば、本質的に滑らかな
形状を持つ３次元模型α力が作製されることとなり、高
品質な３次元模型α力が得られる。

また、液体樹脂（４）を断面形状通りに硬化させるため
に用いた信号は、ＣＡＤシステム（１）で使用されてい
る映像信号であることから、従来技術のようなＣＡＤデ
ータ処理装置やレーザ光スキャニング装置が全く不要と
なる。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているため、次
に記載する効果を奏する。

４ 製品の断面形状の画像発光パターンを液体樹脂の液面上
に投写して樹脂を硬化させるようにしたため、１断面形
状の樹脂硬化を一度に行うことができ、断面形状の複雑
さや肉厚部の大小等にかかわらず高速に３次元模型を作
製することができる。

しかも、断面形状の画像パターンはコンピュタ援用設計
システムにおける断面形状の映像信号を用いて形成され
るため、断面形状データから特殊なデータ処理等を行う
必要がなく、構成が簡単になり、かつ安価になる。

さらに、製品の１断面形状について一度に樹脂硬化が行
えることから、製品の断面位置を連続的に変えていくこ
とにより３次元模型を本質的に滑らかな形状に仕上げる
ことができ、高品質な３次元模型を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面はそれぞれ３次元模型作製装置の構成図を示し、第
１図は本発明の１実施例、第２図は従来例である。 （１）・・・８次元ＣＡＤシステム、（４）・・・光硬
化性液体樹脂、＠・・・液面、αη・・・３次元模型、
（至）・・・樹脂硬化用デイスプレィ、翰・・・投写レ
ンズ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）コンピュータ援用設計システムで設計された製品
   の断面形状データから該断面形状に合わせて光硬化性液
   体樹脂を硬化させ、異なる断面における前記断面形状デ
   ータにより順次硬化された前記樹脂を積層して前記製品
   の３次元模型を作製する３次元模型作製装置において、 前記断面形状データによる断面形状の映像信号が入力さ
   れ前記断面形状の画像パターンを前記液体樹脂を硬化さ
   せ得る波長の光で発光させる画像表示装置と、該画像表
   示装置の映像を前記液体樹脂の液面上に投写する光学系
   とを備え、前記液体樹脂を前記画像パターンで硬化させ
   ることを特徴とする３次元模型作製装置。