JPH0514839Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は光硬化性樹脂に光束を照射して目的形
状の硬化体を製造する光学的造形法に用いる装置
に関する。

［従来の技術］ 光硬化性樹脂に光束を照射して、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、さらにその上側に光硬化性樹脂を供給し
て同様に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。光束を走査する代りにマスク
を用いる方法も公知である。

かかる光学的造形法を実施するための装置とし
て、底面に透光窓を有する容器と、この透光窓を
通して容器内に光を照射する装置と、該容器内に
おいて透光窓から離反する方向へ移動可能に設け
られたベースを有する下部露光式のものがある。
この光学的造形装置においては、光を照射してベ
ースの下面に第１層目の硬化物を形成した後、ベ
ースを所定ピツチだけ引き上げ、次いで光を照射
することにより第２層目の硬化物を第１層目の硬
化物の下に形成し、順次この工程を繰り返すこと
により目的形状体（立体）を製造する。従つて、
この装置にあつては、目的形状体はベースの下面
に付着した状態で得られる。

別の光学的造形装置として、容器内の光硬化性
樹脂に上方から光を照射して硬化物をベース上に
形成し、該ベースを所定ピツチで下降させ順次に
硬化物を積層して目的形状体を造形する上部露光
式の装置も知られている。

［考案が解決しようとする課題］ これらの光学的造形装置において、照射すべき
光を光出射部のレンズから出射し、該光出射部を
Ｘ−Ｙ方向（Ｘ，Ｙは直交する２方向）に移動さ
せて照射を行うものがある。

従来のこのタイプの光学的造形装置において
は、光出射部と光照射部位との間隔（距離）は一
定であつた。例えば、前記の下部露光式の装置で
は、透光窓の直上の光硬化性樹脂と光出射部との
距離は全Ｘ−Ｙ面において一定である。また、前
記の上部露光式光学的造形装置においては、光硬
化性樹脂の液面と光出射部との距離は一定であ
る。

このように光出射部と光照射部位との間隔が一
定であると、硬化されるべき光硬化性樹脂には常
に同一ビーム径の光束が照射されることになり、
光源出力強度が一定している限り、照射される光
束のエネルギー密度は同一ということになる。

ところが、造形体によつては、或る箇所に高エ
ネルギー密度の光束を照射し、別の範囲には低エ
ネルギー密度の光束を照射した方が好適な場合が
ある。例えば、硬化物の層を形成するに際し、該
硬化層の外縁には高エネルギー密度の光束を照射
し、硬化層の外縁以外の部分には低エネルギー密
度の光束を照射する方が好適な場合がある。

しかしながら、従来の光出射部と光照射部位と
の距離が一定の光学的造形装置にあつてはこのよ
うな光束のエネルギー密度の調節は行えず、常に
等しいエネルギー密度の光束が照射されていた。

［課題を解決するための手段］ 本考案の光学的造形装置は、容器内の光硬化性
樹脂にレンズを有した光出射部から光束を照射す
るようにした装置において、光出射部のレンズを
光照射方向に対して前後進可能とすることによ
り、光出射部のレンズと光照射部位との距離を可
変とし、光束の径（ビーム径）を任意の大きさに
調節可能としたものである。なお、本考案では上
記距離変更のためには光出射部を全体として移動
させても良く、光出射部のレンズのみを移動させ
るようにしても良い。

［作用］ かかる光学的造形装置にあつては、光出射部の
レンズを光照射方向に対して前後進させることに
より、照射されるビーム径を任意の大きさに調節
できる。従つて、光硬化性樹脂の或る箇所には光
束を絞つて高エネルギー密度の光を照射し、光硬
化性樹脂の別の範囲にはビーム径の大きな低エネ
ルギー密度の光束を照射することができる。

かかる本考案装置によると、例えば硬化層の外
周縁には絞られた高エネルギー密度の光束を照射
して硬く（即ち、十分に硬化反応を行わせるよう
に）硬化させ、この外周縁で囲まれる内部領域で
は大ビーム径の低エネルギー密度の光束を照射
し、軟らかく（即ち、硬化反応が未完結の部分が
残留するように）光硬化性樹脂を硬化させること
ができる。このようにすると、外周縁では硬化物
の精度が高いものとなり、内部では軟質であるが
故に硬化時の収縮歪が小さい硬化物を造形でき
る。

なお、本考案装置では、光束径の調節が光出射
部のレンズの前後進によるレンズと光照射部位と
の距離変更によつて行われるものであり、光エネ
ルギーのロスは全くない。

［実施例］ 第１図は本考案の装置の構成断面図、第２図は
ベースの平面図である。

第１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
英ガラス等の透光板より成る透光窓１３が設けら
れており、該透光窓１３に向けて光束１４を照射
するように、レンズを内蔵した光出射部１５、光
フアイバー１６、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２０等よりなる光学系
が設けられている。光出射部１５は、Ｘ−Ｙ方向
と垂直なＺ方向（図の上下方向）に移動させるＺ
ステージ１８を介してＸ−Ｙ移動装置１７に取り
付けられている。

容器１１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Ｘ−Ｙ移動装置１７、Ｚステージ１
８及びエレベータ２２はコンピユータ２３により
制御される。

上記装置により硬化体を製造する場合、まずベ
ース２１を透光窓１３よりもわずか上方に位置さ
せ、光束１４を目的形状物の水平断面に倣つて走
査させる。この走査はコンピユータ制御された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）のすべてに光を照射し
た後、ベース２１をわずかに上昇させ、硬化物２
４と透光窓２１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う。この
手順を繰り返すことにより、目的形状の硬化体
（目的形状体）が多層積層体として得られる。

第２図は第１図の−線に沿う硬化物２４の
断面図である。この硬化物２４にあつては、外縁
部２４ａに光束１４を照射する場合には、光出射
部に内蔵されるレンズの焦点付近が光硬化性樹脂
１２に照射されるようにＺステージ１８が操作さ
れており、光硬化性樹脂１２は光束径が絞られた
光束１４が照射されている。そのため、該外縁部
２４ａは、硬化反応が十分に進行し硬く硬化して
いる。外縁部２４ａで囲まれる内部領域２４ｂに
対しては、照射される光束径が拡大するようにＺ
ステージ１８が操作されている。そのため、該内
部領域では硬化反応が未完結であり、軟らかく硬
化した状態となつている。

このように内部領域２４ｂを軟らかく硬化させ
ると、光硬化性樹脂の硬化による収縮応力は分散
されると共に、この軟質の内部領域２４ｂの部分
で吸収されるようになるため、全体として収縮応
力は殆ど発生しない硬化立体（以下、「１次硬化
体」ということがある。）が得られる。この１次
硬化体は造形装置から取り出された後、光が照射
されて残留する未硬化の光硬化性樹脂が硬化され
る。この硬化工程を経ることにより強度の高い硬
化立体が得られる。この硬化工程においても、硬
化が伝播する際に、その周囲に未硬化の光硬化性
樹脂が存在している限り、硬化進行領域に収縮応
力は殆ど発生しない。このように、本考案装置に
よれば、収縮応力が極めて小さい硬化体が造形さ
れる。なお、前記１次硬化体はその外縁部２４ａ
が硬く硬化されているから、形状精度も高い。ま
た、内部領域２４ｂには太い光束１４が照射され
るから、少ない走査回数で内部領域２４ｂの全体
に光を照射できる。

上記実施例では光出射部１５をＺステージ１８
によりＺ方向に移動させているが、光出射部１５
に内蔵されるレンズのみをＺ方向に移動させても
良い。

上記実施例では、光フアイバーをＸ−Ｙ方向に
移動させることにより光を走査しているが、光源
からの光をミラー（図示略）で反射させた後、レ
ンズで収束させて光硬化性樹脂に照射する光学系
を採用しても良い。この場合もレンズは、それ自
身又はそれを内蔵する光出射部が光照射方向に前
後進され、光束径が調節される。なお、ミラーを
回転させることにより光束を走査できる。

上記実施例では光束１４を容器１１の底部に向
けて照射しているが、透光窓を容器の側面に設
け、光束を側方から照射しても良い。この場合、
ベースは造形工程において徐々に側方に移動され
る。

本考案では、光束は光硬化性樹脂の液面の上方
から照射されても良い。この場合、造形工程にお
いてベースを徐々に下降させるようにすれば良
い。なお、ベースを徐々に下降させる代りに光硬
化性樹脂を注ぎ足すことにより液面を徐々に上昇
させても良い。この場合は、液面の上昇に見合つ
て光出射部（又はレンズ）の高さを上昇させれば
良い。

なお、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、紫外光等種々の光を用いることがで
きる。該光は通常の光としてもよいが。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。

［考案の効果］ 以上の通り、本考案の光学的造形装置において
は、光硬化性樹脂に照射される光束径を変更でき
るので、硬質の硬化領域と軟質の硬化領域とを自
在に形成できる。そのため、例えば形状精度が良
く残留応力の少ない硬化体を造形できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例装置の縦断面図、第２図は硬化
物の平断面図である。 １２……光硬化性樹脂、１３……透光窓、１６
……光フアイバー、２０……光源、２１……ベー
ス、２２……エレベータ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 光硬化性樹脂に光を照射し、該光の照射された
   部分を硬化させると共に硬化物を積み重ねる工程
   を有する光学的造形法に用いる装置であつて、光
   硬化性樹脂を収容する容器と、該容器内の光硬化
   性樹脂に向けて光を照射する照射装置とを有し、
   該光照射装置は光硬化性樹脂の光照射部位に対峙
   された光出射部を有し、この光出射部は光束を絞
   るレンズを備えている光学的造形装置において、 前記レンズを光照射方向に対して前後進可能と
   することにより、該レンズと光照射部位との距離
   を可変として光硬化性樹脂に照射される光束の径
   を任意の大きさに調節可能としたことを特徴とす
   る光学的造形装置。