JPH0342233A - 光学的造形法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光硬化性流動物質に光を照射して目的形状の厚
肉断面の硬化体を製造する光学的造形法に係り、特に厚
肉断面を有する硬化体の製作速度及び精度を向上できる
ようにした光学的造形法に関する。

［従来の技術］ 光硬化性樹脂等の光硬化性流動物質に光束を走査させる
ことにより照射して該照射部分を硬化させ、この硬化部
分を水平方向に連続させると共に、さらにその上側は光
硬化性流動物質を供給して同様（して硬化させることに
より上下方向にも硬化体を連続させ、これを繰り返すこ
とにより目的形状の硬化体を製造する光学的造形法は特
開昭６０−２４７５１５号、６２−３５９６６号、６２
−１０１４０８号などにより公知である。

また、目的形状の硬化体−断面に相当するスリットを有
する造形用マスクを通して光を照射して硬化させ、次に
硬化層の上に未硬化の光硬化性流動物質を存在させると
共にこの造形用マスクを目的形状の硬化体の高さ方向に
隣接する一断面に相当するスリットに有するものに交換
し、再び光を照射する工程を繰り返すことにより目的形
状の硬化体を製造する光学的造形法も公知である（例え
ば、上記特開昭６２−３５９６６号）。

厚肉断面体を創成するために、光束を左右に細かく連続
的に往復動させながら走査する方法が公知である（上記
特開昭６２−１０１４０８号の第２図）。

［発明が解決しようとする課題］ 光束を走査して厚肉断面体を製作する場合には、光束の
走査領域面積が大きくなり、製作時間が長くなっていた
。走査速度を大きくすれば製作時間は短縮されるものの
、光束の急激な停止や方向転換を伴なうところから、複
雑な形状の硬化体を製作する場合には、特に表面の精度
が低下するおそれが大きい。また、小径光束を多数本ひ
き揃えて出射可能とすれば、１回の走査で大きな領域を
硬化させることができるが、小径光束の光源が多数必要
となり、装置構成コストが嵩む。

光束を左右に細かく往復動させて厚内断面体を創成する
方法においても同様の問題があると共に、光束の走査機
構が複雑であり、制御が難しいという問題もある。

マスクを用いる方法では、きわめて多数枚のマスクを用
いなければならず、マスクの製作に長時間を要する。

［課題を解決するための手段］ 本発明は光束を走査することにより目的形状の硬化体の
一断面に相当する光硬化性流動物質の硬化層を形成する
工程を有した光学的造形法において、径の異なる複数の
光束を用い、大径光束の径よりも肉厚の大きい断面の部
分については大径光束のみ、又は大径光束と小径光束と
を照射して硬化を行なわせるようにしたものである。

［作用コ 本発明において、光硬化性流動物質に例えば次の（イ）
〜（ホ）のように光束を照射して目的形状の立体が創成
される。

（イ）　目的形状体の任意の一つの断面が厚肉である場
合には、大径光束のみを照射して当該断面のすべてを硬
化させる。

（ロ）　上記の断面が複雑な形状を有していたりする場
合には、まず大径光束を照射して概略的に主要部を硬化
させ、その後、細部や目的形状体の表面部分を小径光束
の照射により硬化させる。

（ハ）　上記（ロ）の方法において、まず小径光束の照
射により細部や表面部分を硬化させ、その後大径光束の
照射を行なう。

（ニ）　小径光束を大径光束とを同時に照射し、細部や
表面部分と主要部とを同時に硬化させる。

（ホ）　小径光束と大径光束とを必要に応じ交互に照射
して光硬化性流動物質の硬化を行なう。

なお、光束は径の異なる３本以上のものを用いても良い
。例えば大、中、小３種の径の光束を用い、各径に応じ
た範囲を照射するようにできる。

［実施例］ 実施例に係る光学的造形法について図面を参照して説明
する。

第９図において、容器１１内には光硬化性樹脂１２が収
容されている。容器１１の底面には、石英ガラス等の透
光材よりなる透光板１３が設けられており、該透光板１
３に向けて光束を照射するように、レンズを内蔵した光
出射部１５、光ファイバー、光出射部１５を水平面内の
Ｘ−Ｙ方向（Ｘ、Ｙは直交する２方向）に移動させるＸ
−Ｙ移動装置１７、光源等よりなる光学系（照射装置）
が設けられている。

容器ｌｌ内にはベース２１が設置され、該ベース２１は
エレベータ２２により昇降可能とされている。これら移
動装置１７、エレベータ２２はコンピュータ２３により
制御される。

第８図は大小Ｚ　ｆｆｆｉ類の光束を準備した場合の光
出射部１５、Ｘ−Ｙ移動装置１７等の構成を示す斜視図
である。符号２５ＸはＸ軸方向のレール、２５ＹはＹ軸
方向のレールであり、スライダ２６．２７がこれらレー
ル２５ｘ１２５Ｙに案内されて移動可能とされている。

スライダ２６．２７はサーボモータ２８．２９により移
動される。スライダ２６，２７にはガイドシャフト３０
．３１が取り付けられており、ヘッドベース３２がこれ
らガイドシャフト３０，３１に沿って８動自在に支持さ
れている。前記スライダ２６、２７が進退すると、これ
に合わせてヘッドベース３２もＸ−Ｙ方向に移動される
。

このヘッドベース３２には光出射ヘッド３３．３４が取
り付けられている。光出射ヘッド３３は小径光束３５を
出射するものであり、光ファイバー（例えば石英ファイ
バー）３６を介して低出力レーザ光源（例えばＨｅ−Ｃ
ｄレーザ装置）３７に接続されている。光出射ヘッド３
４は大径光束３８を出射するものであり、光ファイバー
３９を介して高出力光源（例えばＡｒレーザや集光式水
銀ランプ）４０に接続されている。

上記装置により硬化体を製造する場合、まずベース２１
を透光板１３よりもわずか上方に位置させ、光束３５又
は３８を目的形状物の水平断面に倣って走査させる。こ
の走査はコンピュータ制御されたＸ−Ｙ移動装置１７に
より行なわれる。

目的形状物の一つの水平断面（この場合は底面又は上面
に相当する部分〉のすべてに光束３５又は３８を照射し
た後、ベース２１をわずかに上昇させ、硬化物（硬化層
）２４と透光板１３との間に未硬化の光硬化性樹脂を流
入させた後、上記と同様の光照射を行なう。この手順を
繰り返すことにより、目的形状の硬化体が多層積層体と
して得られる。

小径光束３５と大径光束３８との具体的な照射方法の好
適例について第１〜７図を参照して説明する。

第１図に示す方法は、まず大径光束３８を走査して硬化
層２４の主要部を構成する硬化部Ａを形成し、次に小径
光束３５を走査して硬化部Ａ′の表裏両側面に表層部を
構成する硬化部Ｂを形成する。第４図は第１図のｒｖ−
ＩＶ線に沿ってとった断面図であり、このようにして形
成された硬化層２４の積層状態を示している。

なお、第１図の方法では小径光束３５を先に走査してま
ず硬化部Ｂを形成し、次に大径光束３８を走査して硬化
部Ａ”）形成するようにしても良い。

第２図に示す方法は、大径光束３８を複数回（本例では
２回）、隣接するように走査し、硬化部Ａを並設させる
ことにより硬化Ｊｉ１２４を形成したものである。第５
図は第２図のｖ−Ｖ線断面に係る積層構成図である。

第３図に示す方法は、大径光束３８の走査により主要な
硬化部Ａを形成した後、表面の装飾的な凸部については
小径光束３５の走査により硬化部Ｂを形成して硬化部Ａ
に付設するようにしたものである。この場合も、硬化部
Ｂを先に形成した後、硬化部Ａを形成しても良い。

なお、第３図において、硬化部Ａの途中に薄肉の硬化部
Ｃが存在するときには、小径光束３５の走査によりこの
硬化部Ｃを形成すれば良い。

第６図に示す方法では、まず小径光束３５の走査により
硬化層１を形成し、引き続いてベース２１を硬化層１の
厚み分ずつ段階的にひき上げながらこの硬化層ｌの上に
順次に硬化層２．３．４を小径光束３５の走査により形
成する。このように硬化層２４の両側面部分に硬化部Ｂ
を形成した後、硬化部Ｂ、Ｂに挟まれた部分に大径光束
３８を照射して硬化部Ａを形成し、硬化［２４を創成し
ている。なお、硬化層１〜４は２層以上であれば良く、
図示の４層に限定されるものではない。

第７図に示す方法では、第６図と同様の手順により硬化
ＦＪＩ〜５を積層して硬化部Ｂを形成する。次に、硬化
部Ｂ、Ｂに挟まれる部分に大径光束３８を照射し、硬化
部Ａを形成している。この場合、硬化層２４の積層体は
積層方向（図の上下方向）に対し斜面又は曲面を形成す
るものであり、硬化層１〜５は１段ごとにずれて積層さ
れている。そして、硬化部Ａ、Ｂ間には大径光束３８が
照射されない領域Ｕが存在する。

この未照射領域については、造形体の全体の輪郭が形成
された後、別の光源（例えば水銀ランプ）により光を造
形体の全体に照射して硬化（後処理）させれば良い。領
域Ｕが微少であれば、かかる後処理は行なわなくとも良
い。

第１０図に示す方法は、第７図の未照射領域を微少にす
るために、小径光束３５を必要によって数回走査して巾
広の硬化部Ｂを形成させるものである。これによって、
未硬化の領域Ｕがわずかとなるので、後硬化処理は不要
とすることができる。

本発明では、大径光束としては例えば２〜１０ｍｍ程の
直径の光束が好適である。また、小径光束としては０．
２〜１ｍｍ程度の直径の光束が好適である。このような
大径光束の光源としては出力１００〜５０００ｍＷのＡ
ｒレーザや安価な集光式水銀ランプが好適である。小径
光束の光源としては出力１０〜４０ｍＷのＨｅ−Ｃｄレ
ーザが好適である。勿論、低出力のＡｒレーザであって
も良い。

なお、小径光束及び大径光束はＸ−Ｙ移動装置により走
査されるのが好適であるが、ミラースキャン方式（ミラ
ーを回転させることにより光束を走査する方式）として
も良い、ただし、製作する造形体が１ｍ以上の大型品に
なるときには、光束走査精度の良いｘ−ｙ移動装置が好
適である。

上記実施例は、透光板１３を容器の底面に設は光を容器
の下方から照射するようにしているが、本発明において
は容器の上方に光出射部１５を配置し、液面に向って光
束を照射する方法にも適用できる。また、容器１１の側
面に透光板を設け、該容器１１の側面から光を照射する
ようにしても良い。この場合、ベースを成形過程におい
て徐々に側方に移動させれば良い。

本発明において、前記光硬化性樹脂としては、光照射に
より硬化する種々の樹脂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。

前記光としては、使用する光硬化性樹脂に応じ、可視光
、紫外光等積々の光を用いることができる。照光は通常
の光としても良いが、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。

［効果コ 以上の通り、本発明方法は大小複数の光束を用いており
、大形の造形体であっても、短時間で製作できる。また
、小径光束を用いて表面を精緻にか？高精度に仕上げる
こともできる。

本発明では、大径光束の光源として安価な水銀ランプを
用いることもでき、装置構成コスト、消耗品コスト等を
低減できる。従って、製作モデルの要求に応じた精度に
なるように効率的に造形することができる。

本発明では、大径光束を走査するから、光束の走査回数
が少なくて足りる。このため、走査装置に与える走査の
ためのデータ数が著しく少なくて足りるようになり、製
作準備のための時間及び労力を大幅に節減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図は光束の走査説明平面図、第
４図、第５図、第６図及び第７図は同断面図、第８図は
光学的造形装置の要部創視図、第９図は同縦断面図であ
る。第１０図は光束の走査説明断面図である。 １５・・・光出射部、　　１７・・・Ｘ−Ｙ移動装置、
３５・・・小径光束、　３８・・・大径光束。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光硬化性流動物質に目的形状の断面を描くように
   光束を移動させながら照射し、該光束の照射された部分
   を硬化させる工程を有する光学的造形法において、径の
   異なる複数の光束を用い、大径の光束の径よりも肉厚の
   大きい断面の部分については該大径光束のみ、又は大径
   光束と小径光束とを照射して硬化を行なわせることを特
   徴とする光学的造形法。