JPH054898B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光及び光硬化性流動物質を用いて行
なう光学的造形法に関する。

従来の技術 従来、鋳型製作時に必要とされる製品形状に対
応する模型、或いは切削加工の倣い制御用又は形
彫放電加工電極用の模型の製作は、手加工によ
り、或いはNCフライス盤等を用いたNC切削加
工により行なわれていた。然しながら、手加工に
よる場合は多くの手間と熟練とを要するいう問題
が存し、NC切削加工による場合は、刃物の刃先
形状変更のための交換や磨耗等を考慮した複雑な
工作プログラムを作る必要があると共に、加工面
に生じた段を除くためにさらに仕上げ加工を必要
とする場合があるという問題が存していた。

このような問題を解決するものとして、本出願
人は次のような光学的造形法（特願昭59−105355
号）を提案した。該方法は、第３図を参照しつつ
説明すると、光硬化性流動物質Ａを、上方からの
光照射により該物質上下面に及ぶ連続した硬化部
分が得られる深さとなるように容器１に収容し
〔第３図ａ〕、該光硬化性物質Ａの上方から選択的
に光照射を行なつて該物質上下面に及ぶ硬化部分
Ｂ１を形成し〔第３図ｂ〕、さらに前記光硬化性
物質Ａを、前記硬化部分Ｂ１上に前記深さに相当
する深さをなすように付加し〔第３図ｃ〕、該光
硬化性物質Ｂ１の上方から選択的に光照射を行な
つて、前記硬化部分Ｂ１から連続して延びた硬化
部分Ｂ２を形成し〔第３図ｄ〕、これら光硬化性
物質の付加及び硬化部分の形成を繰り返して所望
形状の固体を形成することを特徴とする光学的造
形法である。

発明が解決しようとすう問題点 該提案に係る光学的造形法は、光硬化性流動物
質の深さを調整しつつ光照射を選択的に行なうと
いう簡単な操作により所望形状の固体を形成する
ものであり、前述の如き手加工による場合の手間
と熟練との必要性を排し、NC切削加工により場
合刃物の交換、複雑な工作プログラムの作成、及
び仕上げ加工の付加の必要性を排す等の効果を奏
するものであつた。然しながら、光照射を選択的
に行なう際に、光束をレンズ等で収束すれば、例
えばレーザ光においては1μｍ内外の径というよ
うに全光エネルギを集中でき寸法精度良好な固体
を得ることができるが、得られる固体は光束の径
に対応した薄い帯状のものに限られるという欠点
があつた。

かと言つてレーザ光を太い光束で放出させ、或
いはレンズ等により光束の径を拡げて照射する
と、レーザ光の強度は光束断面において、例えば
光軸を中心とするガウス分布の如く、周辺部へ向
けて減衰した状態となつているため、該周辺部で
の効果度合が不安定となり、得られる固体の寸法
精度が悪くなるという欠点が生じた。

本発明は、光学的造形法におけるこのような欠
点を解消し、所望厚さの固体を高い寸法精度で形
成しうる光学的造形法を提供することを目的とす
る。

発明の構成及び効果 本発明の前記目的は、１つには、光硬化性流動
物質を、容器内に少なくとも一部において上方か
らの光照射により該物質上下面に及ぶ連続した硬
化部分が得られる深さとし、前記光硬化性物質の
上方から選択的に光照射を行なつて該物質上下面
に及ぶ硬化部分を形成し、さらに前記光硬化物質
を、前記硬化部分上において前記深さに相当する
深さをなすように少くとも前記硬化部分上に付加
し、該光硬化性物質の上方から選択的に光照射を
行なつて、前記硬化部分から連続して延びた硬化
部分を形成し、これら光硬化性物質の付加及び硬
化部分の形成を繰り返して所望形状の固体を形成
する光学的造形法であつて、前記選択的光照射を
行なうにあたり、形成するべき固体の横断面形状
に沿う主経路とその周囲とにわたる反覆微小運動
を行なわせつつ照射光束を全体としては該主経路
に沿つて移動して前記横断面形状を形成すること
を特徴とする光学的造形法により達成される。

前記光硬化性流動物質としては、光照射により
硬化する種々の物質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、使用する光硬化性物質に応
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
度をより向上させ得るという利点を得ることがで
きる。

該本発明によれば、光硬化性流動物質の深さを
調整しつつ光照射を選択的に行なう操作により所
望形状の固体が形成される点で、前記基本発明に
おける効果が奏される。しかも該本発明において
は、前記選択的光照射は、形成すべき固体の横断
面形状に沿う主経路とその周囲にわたる反覆微小
運動を行なわせつつ照射光束を全体としては該主
経路に沿つて移動して前記横断面形状を形成する
ように行なわれるので、照射光を収束して高密度
のエネルギーを得、照射箇所と非照射箇所との間
の露光量変化を急峻として硬化寸法精度を高くす
ることができ、且つ前記反覆微小運動により所望
厚さの固体を得ることができる。

前記反覆微小運動を行なわせつつ全体として前
記主経路に沿つて照射箇所を移動するには、光照
射主体の前記主経路に沿う位置制御プログラムに
前記反覆微小運動プログラムを付加して同時に制
御することができるが、この場合は制御プログラ
ムが複雑となり、また全体の動作時間が長くなる
という欠点がある。したがつて、主経路に沿う移
動と反覆微小運動とを相互に独立して行なうのが
望ましく、例えば、前記主経路を前記容器を光照
射主体との相対運動によつて描き、前記反覆微小
運動を照射光路中の反射体又は屈折体の反覆微小
運動により行なつて必要な照射箇所の移動を得る
ことができる。

前記反覆微小運動としては、円運動、直線往復
運動等種々のものが可能である。

なお、固体形成は、上下方向に透光性を有する
中空又は中実の有底体を容器内の前記光硬化性流
動物質中に浸漬することにより該有底体の底面と
前記容器底の上面との間に、上方からの光照射に
より前記物質上下面に及ぶ連続した硬化部分が得
られる深さとなるように前記物質を収容し、前記
有底体の上方から選択的に光照射を行なつて前記
底面及び上面間の前記物質上下面に及ぶ硬化部分
を形成し、その後前記有底体を若干引き上げるこ
とにより前記硬化部分上面と前記有底体底面との
間に、前記深さに相当する深さをなすように前記
有底体周囲の前記物質を付加し、前記有底体の上
方から選択的に光照射を行なつて前記硬化部分か
ら連続して延びた硬化部分を形成し、これら光硬
化性物質の付加及び硬化部分の形成を繰り返して
行なうことができる。この場合は、硬化すべき光
硬化性物質の液面は有底体底面により覆われるの
で、空気中の成分や埃等、容器中の雰囲気による
影響を防止しうるという利点が得られる。

また、前記光硬化性流動物質に、予め顔料、セ
ラミツクス粉、金属粉等の改質用材料を混入した
ものを使用してもよい。

実施例 以下、本発明の実施例を添附図面と共に説明す
る。

第１図は本発明の１実施例を示している。容器
１は、該容器をテーブル３に対し水平方向及び垂
直方向に移動しうる位置制御装置２上に載せられ
ている。容器１の上方には微動反射装置４がテー
ブル３に対し固定的に配置されている。反射装置
４は平面鏡４０と、該平面鏡を回転軸線４２まわ
りに駆動回転するモータを備えた駆動部４１とを
備えている。平面鏡４０は反射面の垂線が回転軸
線４２と微小角ａをなすように若干傾斜して駆動
部４１に取付けられている。（図では傾斜角が拡
大して示されている）。レーザ光C₀は図外光源か
ら平面鏡４０に向けて放出され、該平面鏡４０に
より容器１の方へ反射せしめられる。容器１には
光硬化性物質Ａが上方からの光反射により該物質
上下面に及ぶ連続した硬化部分を形成しうる深さ
に収容される。平面鏡４０から該光硬化性物質Ａ
への光路中にはレンズ装置５が配置され、該光硬
化性物質Ａに対しレーザ光C₁を収束させて照射
しうるようになつている。

したがつて駆動部４１により平面鏡４０を軸線
４２まわりに回転させながらレーザ光を該平面鏡
４０に向けて照射すると、反射光は角度２ａを中
心角とする円錐面に沿う首振り運動をし、レンズ
装置５を経て光硬化性物質Ａ上に集光される。こ
れにより反覆微小運動を伴つた光照射を行なうこ
とができる。レンズ装置５におけるレンズ径は前
記首振り運動をする反射光を受けるのに十分な大
きさとされる。この反覆微小運動を行なわせつ
つ、位置制御装置２により容器１をレーザ光C₁
に対し相対的に移動させ、第２図に示すように、
形成すべき固体の形状に沿う主経路Ｄに沿つてレ
ーザ光C₁を相対移動させれば、所望の横断面形
状が得られる。その後、所定深さの光硬化性物質
の付加及び前記同様の選択的光照射を容器１の下
降を伴いつつ繰返せば、所望形状の固体Ｂが高い
寸法精度をもつて得られるのは前述のとおりであ
る。

なお、集光のためには、レンズに代え凹面鏡を
使用しうるのは勿論である。また第１図に示した
例においては、平面鏡４０の代わりに適切な焦点
距離の凹面鏡を使用し、レンズ装置５を省略する
ことも可能である。さらに、第１図の例における
照射光の反覆微小運動を得るための装置としては
種々のものを採用することができ、例えば第４図
及び第５図に示す装置を使用することができる。
この装置は水平に配置され中心Ｏを通る垂直軸線
まわりに回転せしめられる支持板８と、該支持板
８の中心Ｏを含み且つ該中心Ｏから偏心した位置
において支持板８に水平に固着された凸レンズ９
とを備えている。したがつて光硬化性物質上で支
持板８を回転させつつ、レーザ光等の光を中心Ｏ
を通るように垂直に照射することにより、第５図
ａ，ｂ，ｃに示すように、レンズ９による収束光
の首振り運動に基づく反覆微小運動が得られ、そ
の焦点付近に配置された光硬化性物質の硬化部分
Ｂが該首振り角に対応して得られる。

参考として本発明方法により形成された固体の
参考写真を添附する。参考写真において左側の固
体は前記本発明の実施例方法により得られらもの
である。固体近傍のスケールの単位はcmである。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１発明の１実施例を概略的に一部断
面をもつて示す正面図、第２図は第１図の例にお
ける照射光束の軌跡を示す平面図、第３図は本発
明の基本をなす光学的造形法の工程を順を追つて
例示する縦断面図、第４図は第１発明における照
射光の反覆微小運動を得るための装置の他の例の
平面図、第５図は該装置の作動状態を経時的に示
す縦断面図である。 １……容器、２……位置制御装置、４……微動
反射装置、５……レンズ装置、９……レンズ、４
０……平面鏡、４１……駆動装置、Ａ……光硬化
性流動物質、Ｂ……固体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光硬化性流動物質を、容器内の少なくとも一
   部において上方からの光照射により該物質上下面
   に及ぶ連続した硬化部分が得られる深さとし、前
   記光硬化性物質の上方から選択的に光照射を行な
   つて該物質上下面に及ぶ硬化部分を形成し、さら
   に前記光硬化性物質を、前記硬化部分上において
   前記深さに相当する深さをなすように少くとも前
   記硬化部分上に付加し、該光硬化性物質の上方か
   ら選択的に光照射を行なつて、前記硬化部分から
   連続して延びた硬化部分を形成し、これら光硬化
   性物質の付加及び硬化部分の形成を繰り返して所
   望形状の固体を形成する光学的造形法であつて、
   前記選択的光照射を行なうにあたり、形成すべき
   固体の横断面形状に沿う主経路とその周囲とにわ
   たる反復微小運動を行なわせつつ照射光束を全体
   としては該主経路に沿つて移動して前記横断面形
   状を形成することを特徴とする光学的造形法。