JPH05278123A - 光造形レーザ走査方法 - Google Patents

光造形レーザ走査方法

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JPH05278123A
JPH05278123A JP4079465A JP7946592A JPH05278123A JP H05278123 A JPH05278123 A JP H05278123A JP 4079465 A JP4079465 A JP 4079465A JP 7946592 A JP7946592 A JP 7946592A JP H05278123 A JPH05278123 A JP H05278123A
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JP
Japan
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laser
plane
pulse
hemisphere
scanning method
Prior art date
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Pending
Application number
JP4079465A
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English (en)
Inventor
Takehiko Terasaki
武彦 寺崎
Takanori Shigematsu
隆典 重松
Masayoshi Takiguchi
政義 滝口
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光造形装置を用いて所定の外形寸法を忠実に
再現できる寸法精度の良好な積層造形物を加工できるレ
−ザビ−ムの走査方法を提供する。 【構成】 積層立体モデルの各層毎に設計形状データよ
りスライスデータの曲線部3、4とし、この曲線部3、
4とレーザ光の走査方向に基づくX平面またはY平面と
との交点6、7を求め、この交点と一層下の曲線部の交
点を結ぶ直線を垂線8として求め、レーザ光の1パルス
によって光硬化性樹脂が固化する最小固化単位となる半
球体9の円的放物面10が、上記垂線と接するようにレ
ーザビームの中心位置12を求めて走査軌跡を決定し、
所定の外形寸法を忠実に再現できる寸法精度の良好な積
層造形物を加工する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,光硬化性樹脂にレーザ
光を照射することにより立体モデルを積層造形するとき
に利用する光造形レーザ走査方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の光造形レーザ走査方法において、
図8に示すような断面形状の立体モデル101を光造形
法によって積層造形する場合について説明する。図9は
図8におけるA部の拡大図である。図9において、10
2はレーザ光の1パルスによって液状の光硬化性樹脂が
固化する際の最小固化単位となる半球体である。103
は設計上の所定外形寸法線(1点鎖線で示した線)であ
る。104は光硬化性樹脂の層を示しており、レーザ照
射によって下方より一層づつ順次積層される。図9に示
すように従来の光造形方法では、各層において半球体1
02の最大径の部分が所定の外形寸法線103に一致す
るように、レーザ光の中心位置を外形位置よりレーザビ
ームの半径(R)だけ平面上でデータを補正しオフセッ
トして、レーザ光を走査させて積層造形する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら,上記従
来のレーザ走査方法では図9に示すように設計上の所定
外形寸法線103の傾き角度によっては半球体102の
円的放物面が、所定外形寸法線103より外側にはみ出
すことになり、積層された立体モデル101の外形寸法
は設計上の所定外形寸法より大きくなるという問題があ
った。
【0004】本発明はこのような従来の問題を解決する
ためのものであり、最小固化単位となる半球体の一部が
所定外形寸法線より外側にはみ出すことのない、寸法精
度の良好な優れた光造形レーザ走査方法を提供すること
を目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、積層立体モデルの各層毎に設計形状デー
タよりスライスデータの曲線部とし、この曲線部とレー
ザ光の走査方向に基づくX平面またはY平面ととの交点
を求め、この交点と一層下の曲線部の交点を結ぶ直線を
垂線として求め、レーザ光の1パルスによって光硬化性
樹脂が固化する最小固化単位となる半球体の円的放物面
が、上記垂線と接するようにレーザビームの中心位置を
求めて走査軌跡を決定するように構成したものである。
【0006】X平面またはY平面が定まらない場合に
は、上記各層の曲線部を直線近似し、この近似直線の端
点と下層の曲線部を垂直に結ぶ直線を垂線とし、この垂
線に接するようにレーザビームの中心位置を求めて走査
軌跡を決定してもよい。
【0007】
【作用】したがって本発明によれば、積層立体モデルの
各層毎の設計形状データの曲線部より求めた垂線に対し
て半球体の円的放物面が接するようにレーザ光を走査し
て立体モデルを積層するようにしたものであり、半球体
の円的放物面が所定外形寸法線より外側にはみ出すこと
がなくなるため寸法精度の良好な積層造形物を加工する
ことができるという効果を有する。
【0008】
【実施例】図1〜図4は本発明の第1の実施例の光造形
レーザ走査方法を示したものである。図1及び図2にお
いて1、2は積層立体モデルZ軸方向の平面を示すZ平
面である。3,4は曲線部であり、積層立体モデルの各
層毎に設計形状データよりスライスデータの所定外形寸
法線である。5はレーザ光の走査方向に基づくX平面で
あり、6,7は曲線部3,4とX平面5との交点であ
る。なお、X平面5はY平面であっても良い。9はレー
ザ光の1パルスによって光硬化性樹脂が固化する最小固
化単位となる半球体,10はこの半球体9の円的放物面
である。点11は円的放物面10と垂線11との接点で
ある。12はレーザ光の中心位置を示す半球体9の上面
の中心点、13はレーザ光の中心点12の動く方向、1
4はレーザのON/OFF点である。
【0009】次に上記実施例の動作を説明する。まず、
予め与えられた設計形状データである立体モデルを考え
る。立体の形状は、下記の(数1)で表すことができ
る。
【0010】
【数1】
【0011】Z平面1によって交線を求める。これによ
り立体モデルの断面データが曲線部3として生じる。立
体モデルとZ平面1から曲線部3を求めることは、(数
1)のzの項を定数にすることであり、下記の(数2)
で表すことができる。
【0012】
【数2】
【0013】さらにZ平面1の値が与えられると(数
2)は、(数3)となる。
【0014】
【数3】
【0015】レーサ光の走査方向13がX平面5に沿っ
た、即ち、X軸方向に走査する場合、xの値が定まるた
め(数4)が成り立つ。 (Y軸方向に走査する場合はyの項が定数となる。)
【0016】
【数4】
【0017】(数4)を解くと(数5)となる。
【0018】
【数5】
【0019】(数5)を解いて求まった値によりの曲線
部3に生じる交点6が求まる。(数1)〜(数5)の計
算を一層下の曲線部4に適応することで交点7を作成
し、作成した2つの交点6,7を結ぶことで垂線8を求
める。
【0020】点11をもって垂線8と半球体9の円的放
物面10が接するようにレーザ光の中心点12を求め、
この点をレーザ走査軌跡13に存在するレーザ光のON
/OFF点14とする。
【0021】X平面5を順次変更することで当座のZ平
面1である一層全体を造形する。さらに、以上の動作を
繰り返すことにより、Z平面各層のが順次積層され立体
モデルを造形する。
【0022】図3は図2におけるX平面5での断面を示
している。図3に示すように設計上の所定外形寸法線よ
りPだけオフセットした位置に半球体9の中心点12が
あり、半球体9の円的放物面10が垂線8に接した状態
で造形が行われる。これにより半球体9の円的放物面1
0が所定外形寸法線より外側にはみ出すことなく、寸法
精度の良好な積層造形物を加工することができる。
【0023】次に、オフセット量(P)を求める方法に
ついて、図4を参照して説明する。交点6,7を結ぶ垂
線8と半球体9の円的放物面10を(数6)に示す。
【0024】
【数6】
【0025】(数6)の解が1つ(重根)となる条件で
(数6)を解くと、
【0026】
【数7】
【0027】これより、解が1つになるように定数項を
定めると、 z=G となりこれを(数6)に代入する
と、yの値が定まる。
【0028】
【数8】
【0029】このときの、y,zの値が接点11の座標
(yt,zt)となる。この値を、(数6)の円的放物面
10の式に代入して、円的放物面10の中心を求める。
(中心位置のzの値は既知である。)これにより、点6
と円的放物面10の中心点12のy座標値の差(y0
1)としてオフセット量(P)を求めることができ
る。
【0030】図5及び図6は本発明の第2の実施例の光
造形レーザ走査方法を示したものである。図5及び図6
において、15は曲線部3を直線近似したもの(以下、
直線近似コンタという)である。16はレーザ光の中心
位置の動きを示すレーザ走査軌跡である。17,18は
直線近似コンタ15の端点である。4は一層下の曲線部
であり、19は直線近似コンタ15の端点17を曲線部
4に投影したものである。20は端点17と投影点19
を結んだ垂線であり、第1の実施例における垂線8と同
等の役割を持つ。
【0031】次に上記第2の実施例の動作について説明
する。図5及び図6において設計上の立体形状寸法とZ
平面1との交線である曲線部3より、指定された精度に
ある直線近似コンタ15を求める。直線近似コンタ15
の端点17を下層の曲線部4に投影することにより投影
点19を求める。端点17と投影点19を結ぶ垂線20
を求める。このとき、上層の曲線部3と下層の曲線部4
はそれぞれ平行な平面(Z平面)上に存在するため垂線
20は直線近似コンタ15に対して垂直となることを利
用し、直線近似コンタ15に対して垂直で下層の曲線部
4と交わるという条件で垂線20を求めてもよい。次
に、第1の実施例と同様にして、垂線20に対して半球
体9の円的放物面10が接するように中心点12を求め
る。
【0032】以上の動作を直線近似コンタ15に沿って
繰り返すことによりレーザ走査軌跡16が求まり,当座
のZ平面全体を造形する。さらに、以上の動作を繰り返
すことにより、各層を順次積層し立体モデルを造形す
る。
【0033】なお、上記第1及び第2の実施例において
は、レーザ光の1パルスによって光硬化性樹脂が固化す
る最小固化単位の形状を半球体9としているが、図7に
示すように、レーザ光の出力値を変化させることによ
り、レーザ光のレーザ光の1パルスによって光硬化性樹
脂が固化する最小固化単位の形状を半楕円球体21とし
て、この半楕円球体21の楕円的放物面22が垂線8に
接するようにレーザビームの中心位置12を求めるよう
にしてもよい。この場合にはさらに、一層の厚さ寸法が
半球体に比べて大きくなり、積層回数の減少により短時
間に立体モデルが積層できるという効果を有する。
【0034】さらに、上記実施例においては、レーザ光
の1パルスによって光硬化性樹脂が固化する最小固化単
位の形状を半球体9としているが、2次曲線の回転体も
しくは最小固化単位は円錐であっても同様の効果を得ら
れるものである。
【0035】
【発明の効果】本発明は上記実施例より明らかなよう
に、レーザ光の1パルスによって光硬化性樹脂が固化す
る最小固化単位となる半球体の円的放物面が、設計上の
所定外形寸法を近似した直線に接するという条件でレー
ザ走査軌跡を求めて積層造形することにより、寸法精度
の高い積層造形物を加工することができるという効果を
有する。
【0036】また、各層毎のデータの曲線部を直線近似
コンタによって近似し、直線近似コンタの端点を利用し
てレーザ走査軌跡を求めた場合は、X平面、またはY平
面と曲線部との交点からレーザ走査軌跡を求めた場合よ
りも立体の輪郭形状を正確に表現しやすいという効果を
有する。
【0037】さらに、1パルスによって光硬化性樹脂が
固化する最小固化単位が楕円的放物面、2次曲線の回転
体、円錐であった場合は、円的放物面の場合よりもデー
タの曲線部を定義するZ平面の間隔をより大きく設定す
ることができ、少ないデータ量で高速に積層造形出来る
という効果を有する。また、Z平面の間隔をより小さく
設定した場合は、立体をより正確に積層造形出来るとい
う効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例における光造形レーザ走
査方法を示す斜視図
【図2】同実施例の要部拡大図
【図3】同実施例における積層状態を示す断面図
【図4】同実施例におけるオフセット量を求める説明図
【図5】本発明の第2の実施例における光造形レーザ走
査方法を示す斜視図
【図6】同実施例の要部拡大図
【図7】第1及び第2の実施例における積層状態を示す
断面図
【図8】従来の光造形レーザ走査方法による立体モデル
の断面図
【図9】従来の光造形レーザ走査方法による積層状態を
示す断面図
【符号の説明】
1 Z平面 2 Z平面 3 曲線部 4 曲線部 5 X平面 6 交点 7 交点 8 垂線 9 半球体 10 円的放物面 11 接点 12 中心点 13 レーザ走査方向 14 レーザON/OFF点 15 直線近似コンタ 16 レーザ走査軌跡 17 端点 18 端点 19 投影点 20 垂線

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 積層立体モデルの各層毎に設計形状デー
    タよりスライスデータの曲線部とし、この曲線部とレー
    ザ光の走査方向に基づくX平面またはY平面ととの交点
    を求め、この交点と一層下の曲線部の交点を結ぶ直線を
    垂線として求め、レーザ光の1パルスによって光硬化性
    樹脂が固化する最小固化単位となる半球体の円的放物面
    が、上記垂線と接するようにレーザビームの中心位置を
    求めて走査軌跡を決定するようにした光造形レーザ走査
    方法。
  2. 【請求項2】 積層立体モデルの各層毎のスライスデー
    タの曲線部を直線近似し、この近似直線の端点と端点を
    一層下の曲線部に投影した点を結ぶ垂線を求め、この垂
    線がレーザ光の1パルスによって光硬化性樹脂が固化す
    る最小固化単位となる半球体の円的放物面が接するよう
    にレーザビームの中心位置を求めて走査軌跡を決定する
    ようにした光造形レーザ走査方法。
  3. 【請求項3】 レーザ光の1パルスによって光硬化性樹
    脂が固化する最小固化単位が半楕円球体の楕円的放物面
    が接するようにレーザビームの中心位置を求めて走査軌
    跡を決定するようにした請求項1および2記載の光造形
    レーザ走査方法。
  4. 【請求項4】 レーザ光の1パルスによって光硬化性樹
    脂が固化する最小固化単位の形状が,2次曲線の回転体
    または円錐である請求項1および2記載の光造形レーザ
    走査方法。
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