JPH04138245A - 立体形状形成装置 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、液状硬化型樹脂材に露光ビームを照射して任
意に設計された立体像イメージに基づいて立体形状を形
成する新規な立体形状形成装置に関する。そして、特に
、任意の描画条件におけるビームの硬化線幅を正確に予
測し、正確な寸法補正を行なうことかできるものである
。

Ｂ６発明の概要 本発明は、液状光硬化型樹脂材の液面にビーム照射を行
い任意に設計された立体像イメージの一の方向で分解さ
れた分解平面の形状に応じたパターンの硬化樹脂層を形
成し、次いて、該硬化樹脂層の上に液状光硬化樹脂材を
位置させて、再び液状光硬化樹脂材の液面をビーム照射
して硬化樹脂層を積層するように硬化樹脂層を順次に積
層していき任意の立体形状を形成する立体形状形成装置
において、ビームの硬化線幅を予め求めるために上記ビ
ームの強度又はビーム径方向の強度分布を検出する検出
装置を設け、この検出情報に基づきビームの照射位置を
オフセット補正を行なうことにより、任意の描画条件に
おける正確な寸法補正を行なうことができるようにした
ものである。

Ｃ１従来の技術 従来、液状硬化型樹脂材に所定の露光ビームを照射する
ことにより所望の形状の物品を形成する方法が提案され
ており、本件出願人は、例えば特願昭６３−２６７９４
５号の明細書及び図面に記載するような形成方法を提案
している。

第４図は、上記形成方法を用いた立体形状形成装置の要
部断面図を示すものである。すなわち、この装置ｌは、
紫外光を照射することにより硬化する液状硬化型樹脂材
Ａか貯留された樹脂貯留槽２内に水平な板上をなすステ
ージ３を有し、このステージ３は上下方向に移動される
エレベータ機構４を備えてなる。また、上記貯留槽２の
上方には露光ビームＢを液状光硬化型樹脂材への液面に
対して集光照射するビームスキャナー５か設けられてい
る。そして、このビームスキャナー５による露光及び液
面に対す走査やエレベータ４の移動は造形コントローラ
６によって制御されている。

このように構成されてなる立体形状形成装置により、所
定の立体形状を形成するには、先ず、エレベータ４を同
図に実線で示すように、そのステージ３上の液状光硬化
型脂材八が所定の厚さて位置する初期位置へと移動する
。次に、露光ビームＢによる液面に対する走査を行なう
。この走査は、任意に設計された立体像のイメージの一
の方向で多数に分解された各平面（Ｊ）、下ｒ分解平面
Ｊという。）のそれぞれに応じたパターンで、ラスクス
キャンが行われる。

このようなビームＢの走査が行われると、ビームＢが照
射された液状光硬化型樹脂材への部分が硬化し、液面の
内の当該分解平面の形状と同じ形状を有したシート状に
硬化される一の硬化樹脂層か形成される。そして、この
ような一の硬化樹脂層の形成が完了する度にエレベータ
４を下方へ所定のピッチ、即ち立体像イメージを一の方
向で多数の分解平面に分解したときの分解ピッチに応じ
たピッチで下方に移動する。すると硬化樹脂層の上に液
状光硬化型樹脂材Ａが１ピッチ分の厚さて流れ込むよう
に供給され、次の順位の分解平面についてのビームＢの
走査が行われて別の硬化樹脂層が形成される。なお、こ
のとき当該硬化樹脂層は前の硬化樹脂層と接着される。

このように形成された硬化樹脂層の上に新たな硬化樹脂
層を順次積層することにより、この積層された多数の硬
化樹脂層か所望の立体形状を形成することになる。

したがって、このような立体形状形成方法によれば、任
意に設計された立体像イメージに基づいて立体形状を形
成することかできる。

０１発明か解決しようとする課題 上述のように、上記立体形状形成方法によれば、形成さ
れる立体形状は、設計上の立体像イメージデータに基づ
き、光硬化型樹脂材を上記ビームスキャナーで描画しな
から硬化させる。そして、この硬化された硬化樹脂層を
順次積層させて、三次元形状を生成させるものである。

ところで、上記設計上の立体像イメージにおいて、第５
図（ａ）で示すような製図上キャドライナー等で描画さ
れる立体像の輪郭を示す線分Ｘｏｙ。

は幅を持たないとされる。

しかし、上記設計上の情報に基づき、上記立体形状形成
方法により三次元立体を形成する場合、上記設計上の立
体形状の輪郭データＸ＋、Ｖｒを抽出してビームスキャ
ナーで描画するときには第５図ｆｂｌの如くレーザビー
ムにはそれ自身の径αを有するため、このレーザビーム
の径αの半分に相当する分の線幅１／２αが上記設計上
の輪郭データＸ１．ｙ＋よりも余分に発生せざるを得な
い（同図中斜線で示す）。

従って、仮に、上記設計上の情報に基づく立体形状の輪
郭データＸ＋、３’＋そのものに沿って描画をすると必
ず上記レーザビームの径幅半分の寸法誤差１／２αが生
ずることになる。

この寸法誤差を防止するため従来は、第５図（Ｃ）に示
すように本来の輪郭データＸ　＋、　Ｙ　＋　に対しで
あるオフセット値ｋをもたせた輪郭データｋｘｋｙによ
り描画することにより、この誤差を補正することが試み
られている。

ところが、これまでは上記オフセット値にの設定は、長
年の技術者の経験とカンに頼って決められるのが実情で
あって、レーザチューブ本体の経時変化による硬化線幅
の変化等に充分対応させることができていなかった。こ
れは、レーザビーム自体が温度変化等の環境条件に大き
く影響されやすいものであるため、そのビームの硬化線
輻を予測することか困難であり、なかなかオフセット値
ｋが設定出来なかったためである。

そこで、本発明は、上記ビームの強度又はビーム径方向
の強度分布を検出することにより、予めビームの硬化線
幅を検出し、この検出情報に基ついて液状光硬化型樹脂
材へのビームの照射位置をオフセット補正することによ
り、上記問題点を解決しようとするものである。

８１課題を解決するための手段 本発明は、上記課題を達成するため、液状光硬化型樹脂
材の液面にビーム照射を行い任意に設計された立体像イ
メージの一の方向て分解された分解平面の形状に応じた
パターンの硬化樹脂層を形成し、次いで、該硬化樹脂層
の上に液状光硬化樹脂材を位置させて、再び液状光硬化
樹脂材の液面をビーム照射して硬化樹脂層を積層するよ
うに硬化樹脂層を順次に積層していき任意の立体形状を
形成する立体形状形成装置において、ビームの硬化線輻
を予め求めるために上記ビームの強度又はビーム径方向
の強度分布を検出する検出装置を設け、この検出情報に
基づきビームの照射位置をオフセット補正をするように
したものである。

Ｆ１作用 本発明は、上記ビームの強度又はビーム径方向の強度分
布を検出する検出装置により、ビームの硬化線幅を予め
求め、この検出された硬化線幅情報に基づき液状光硬化
型樹脂材へのビームの照射位置をオフセット補正する。

Ｇ、実施例 以下、本発明の好適な実施例を図面を参照しなから説明
する。

第１図は本発明に係る立体形状形成装置の要部断面図で
ある。上記従来例において説明した立体形状形成装置と
同様の構成部分については同一符号を付することにより
その説明を省略する。すなわち、紫外光を照射すること
により硬化する液状光硬化型樹脂材Ａを貯留した樹脂貯
留槽２と、この樹脂貯留槽２内に水平な板上をなすステ
ージ３を有し、このステージは上下方向に移動されるエ
レベータ機構４を備えてなり、また、上記貯留槽２の上
方には露光ビームＢを液状光硬化型樹脂材Ａの液面に対
して集光照射するビームスキャナー５か設けられている
。そして、このビームスキャナー５による露光及び液面
に対す走査やエレベータ３の移動か造形コントローラ６
によって制御されている。

さらに、本発明の装置は、レーザのビーム径方向の強度
あるいはパワー、エネルギー等に相当するプロファイル
を検出可能な検出装置１０（具体的にはＣＣＤやＭＯＳ
等のエリアセンサーやＰＳＤ、撮像管なと）が付加され
ている。

この付加された検出装置ｌＯにより得られた情報に基づ
き上記造形コントローラ６によってビームスキャナー５
を制御することにより、露光ビームＢの照射位置をオフ
セット補正する。

ところで、描画の際におけるビームスキャナー制御のパ
ラメータとしては、レーザパワー及び描画スピードが主
なものであるか、これらの変化に対して硬化線幅がどの
ように変化するかを数値的に予測できれば、正確なオフ
セット値を演算することができる。

ここで、本発明者らは、鋭意実験の結果、次の知見を得
るに到った。

すなわち、硬化させる層の厚みか小さい場合においては
、 （１）樹脂が硬化するか否かは、その部分に照射される
レーザビームの強度により決定される。すなわち、第２
図に示すようにレーザ強度Ｉにおける硬化しきい値のレ
ーザ強度を１０とすると、加えるレーザパワーを変化さ
せた場合でもＩｏは一定である。例えば、同図中ａやｂ
に示すようにパワー大小にかかわらず、レーザ強度のし
きい値Ｉ０を越えて照射された部分ａ　、、　ｂ　、の
みが硬化する。

（２）硬化しきい値のレーザ強度Ｉ０の１／２乗は、描
画速度Ｖに比例する。

（３ルーザビームを重ねて描画した場合には、強度分布
を積分して得られた分布の１０の部分までか硬化する。

これらの結果から、使用する樹脂材料に関してｆ−とＶ
の関係を一度求めてしまえば、以後は、第３図に示す如
きマスターカーブｍにより各速度における硬化しきい値
レーザ強度１゜を算出可能となる。

さらに、ここでレーザビームのビーム径方向の強度部分
がわかれば、いかなるパワー時においても硬化線幅を予
測することか可能となる。

そこで、本発明はレーザのビーム径方向の強度あるいは
パワー、エネルギー等に相当するプロファイルを検出可
能な検出装置ｌＯ１具体的にはＣＣＤやＭＯＳ等のエリ
アセンサーやＰＳＤ、撮像管などを付加する。そして、
第１図に示すように検出装置１０のセンサビームＲによ
って得られたプロファイルをもとに上記硬化しきい値の
レーザ強度１０とを演算することにより硬化線幅を予測
してオフセット値ｋを算出する。そして、このオフセッ
ト値ｋに基づいた描画を行なう。

これにより、立体形状形成におけるビームの線部分の寸
法誤差を補正することが可能となる。

Ｈ１発明の効果 本発明は、上記ビームの強度又はビーム径方向の強度分
布を検出する検出装置により、ビームの硬化線幅を予め
求め、この検出された硬化線幅情報に基づき液状光硬化
型樹脂材へのビームの照射位置をオフセット補正するも
のである。

この手段によれば、立体形状形成におけるビームの線部
分の寸法誤差を補正することか可能となり、上記硬化線
幅かワークに与える影響を正確に防止することか可能と
なる。従って、正確な寸法精度をもって立体形状を形成
することがてきる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る立体形状形成装置の要部を示す
概略断面図である。第２図は、本発明に係る立体形状形
成装置により照射される露光ビームのレーザ強度とビー
ム径方向の関係から樹脂の効果状態を示す分布図であり
、第３図はレーザ強度の積分値と描画速度との関係を示
すグラフである。 第４図は従来の立体形状形成装置の要部を示す概略断面
図である。 第５図は、輪郭データに基づき立体形状を描画するに際
における問題点を示す図てあって、ｆａ）は製図上の輪
郭データを示し、（ｂ）は従来のレーザビームの描画状
態を示し、（Ｃ１はオフセット補正したレーザビームの
描画状態を示す図である。 ｌ・・・立体形状形成装置 ２・・・樹脂貯留層 ３・・・ステージ ４・・・エレベータ機構 ５・・・ビームスキャナー ６・・・造形コントローラ １０・・・検出装置 特許

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 液状光硬化型樹脂材の液面にビーム照射を行い任意に設
   計された立体像イメージの一の方向で分解された分解平
   面の形状に応じたパターンの硬化樹脂層を形成し、次い
   で、該硬化樹脂層の上に液状光硬化樹脂材を位置させて
   、再び液状光硬化樹脂材の液面をビーム照射して硬化樹
   脂層を積層するように硬化樹脂層を順次に積層していき
   任意の立体形状を形成する立体形状形成装置において、
   ビームの硬化線幅を予め求めるために上記ビームの強度
   又はビーム径方向の強度分布を検出する検出装置を設け
   、 この検出情報に基づきビームの照射位置をオフセット補
   正をすることを特徴とする立体形状形成装置。