JPH058306A - 光学的造形法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 容器１１内の光硬化性樹脂１２に光束１４を
走査して照射することにより硬化物２４の層をベース２
１上に形成させ、ベースを所定ピッチで移動させ硬化物
２４の層を光硬化性樹脂で被った後、光束１４を走査し
て照射する工程を繰り返すことにより硬化物の層を順次
積層して目的形状体を造形する方法において、光束１４
を走査する際の光束の折り返しに起因する局部収縮によ
る歪のない硬化体を製造する。 【構成】 硬化物の層のうちの少なくとも１つの層の形
成時における光束１４の主走査方向を該層に重なり合っ
た隣接硬化層の形成時における光束１４の主走査方向と
交叉させる。 【効果】 重なり合った硬化物層同志は、その光束の折
り返し部が互いに異なる位置となるため、光束の局部的
な照射による局部的な硬化収縮が防止される。歪のな
い、所望形状の硬化物を高い寸法精度にて容易かつ効率
的に造形することが可能とされる。

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関す
る。

【０００２】

【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、６
２−３５９６６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。

【０００３】この種の光学的造形法として、光硬化性樹
脂を収容する容器と、該容器内に光を照射する装置と、
該容器内において移動可能に設けられたベースを有する
ものがある。この光学的造形法について第５図を参照し
て説明する。

【０００４】第５図において、容器１１内は光硬化性樹
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なる透光窓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、光ファイバー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、光シャッタ１
８、光源２０等よりなる光学系が設けられている。

【０００５】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。

【０００６】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。

【０００７】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を所定ピッチだけ上昇させ、硬化物２４
と透光窓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（造形体）が多層積層
体として得られる。

【０００８】第５図に示す、光束１４を容器１１の底面
側から照射するものに対して、光束１４を光硬化性樹脂
の液面の上方から照射する方法も公知である。この方法
は、第６図の如くベース２１又はその上の硬化物２４と
液面１２ａとの間に所定厚さとなるように光硬化性樹脂
を介在させた後、光束１４を照射して目的形状物の一水
平断面の硬化物２４を形成した後、ベース２１を所定ピ
ッチだけ下降させるようにしたものであり、その他の操
作は第５図と同様である。

【０００９】また、光出射部１５をＸ−Ｙ方向に移動さ
せる代わりに、光源からの光を造形部に向って反射する
ミラーを傾動させることにより光束を走査する方法も公
知である。

【００１０】この種の光学的造形法において、光束１４
を走査させるための光出射部１５の移動方式は、一般
に、次の通りである。即ち、第１図の如く、硬化面２４
Ａに対して光出射部を、まず矢印に示すＸの正の方向
（主走査方向）に移動させた後、Ｙの負の方向に若干位
置をずらして矢印に示す如くＸの負の方向に移動さ
せ、再びＹの負の方向に若干位置をずらして、矢印に
示す如くＸの正の方向に移動させ、この工程を繰り返す
と共に、この光出射部の移動途中において必要な時だけ
光出射部から光を出射させて光硬化性樹脂に光束を照射
する。

【００１１】しかして、この光出射部の主走査方向は、
積層形成する各硬化物の層のいずれについても同方向と
されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の方法では、
光束の折り返し位置Ｓが、硬化面に対してある一定の方
向（第１図においてはＸ方向）の両端縁部に集中してい
る。この両端縁部の折り返し位置Ｓやその近傍では、当
然のことながら、光束の走査速度が遅くなるため、光束
の照射量が多くなる。このため、硬化面の中央部に比べ
て両端縁部（Ｓ）において、光硬化性樹脂の硬化反応が
局部的に速く進行することとなるが、このように、両端
縁部の硬化が局部的に促進した硬化物の層が積層される
ことにより、最終硬化後、得られる硬化体の両端面部の
収縮は非常に大きくなる。

【００１３】この結果、例えば、第７図に示すような立
方体形状の硬化体２５を造形しようとした場合におい
て、第８図に示す如く、両端面部２６Ａ、２６Ｂが大き
く収縮し、中央部の高さＨ₁ に対して両端面部２６Ａ、
２６Ｂの高さＨ₂ が低い、歪の大きな硬化体２６が造形
されることとなる。

【００１４】このため、所望形状の硬化体を高い寸法制
度にて造形することができない。また、この歪が特に著
しい場合には、造形途中において、硬化体がベースから
剥れることもあり、その場合には造形を継続することが
不可能となる。

【００１５】本発明は上記従来の問題点を解決し、光束
の折り返しに起因する局部収縮による歪のない硬化体を
製造することができる光学的造形法を提供することを目
的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の光学的造形法
は、容器内に移動自在なベースを設け、該容器内に収容
された光硬化性樹脂に光出射手段から光束を走査して照
射することにより硬化物の層をベース上に形成させ、次
いでベースを所定ピッチで移動させ硬化物の層を光硬化
性樹脂で被った後、光束を走査して照射し、この工程を
繰り返すことにより硬化物の層を順次積層して目的形状
体を造形する光学的造形法において、前記硬化物の層の
うちの少なくとも１つの層の形成時における前記光束の
主走査方向が、該層に重なり合った隣接硬化層の形成時
における光束の主走査方向と交叉していることを特徴と
する。

【００１７】

【作用】かかる本発明方法によれば、重なり合った硬化
物層同志は、その光束の折り返し部が互いに異なる位置
となる。このため、特定の端辺部にのみ光束が局部的に
多量に照射されることが防止され、局部的な硬化収縮が
緩和される。

【００１８】

【実施例】以下、図面を用いて実施例について説明す
る。第１図〜第４図は本発明方法で採用し得る光出射部
（光束の出射手段）の走査方向を示す平面図である。

【００１９】本実施例の光学的造形法においては、光硬
化性樹脂に光束を照射するための光出射部の主走査方向
が、ある硬化物層の形成における主走査方向（以下「第
１の走査方向」と称する場合がある。）に対して、この
硬化物層と重なり合う層の形成における主走査方向（以
下「第２の走査方向」と称する場合がある。）が交叉す
る方向となるようにする。

【００２０】即ち、例えば、ｎ番目の硬化物層の形成に
おいて、第１図に示す走査方向、即ち、主走査方向が硬
化面２４ＡのＸ方向である走査方向を採用した場合にお
いて、ｎ＋１番目の硬化物層の形成において、第２図に
示す如く、主走査方向が硬化面２４ＡのＹ方向である走
査方向を採用する。

【００２１】このような走査方向とすることにより、ｎ
番目の硬化物層の光出射部の折り返し部Ｓは硬化面２４
ＡのＸ方向の両端縁部であるのに対して、ｎ＋１番目の
硬化物層の光出射部の折り返し部Ｓは硬化面２４ＡのＹ
方向の両端縁部となり、両層における光束の折り返し部
Ｓが異なる位置となり、造形体の４側端面に光束の折り
返し部Ｓが分散する。両層間の光束の局部集中は防止さ
れる。

【００２２】従って、例えば第１図に示す走査方向と第
２図に示す走査方向とを硬化物の積層順に繰り返して採
用することにより、光束の局部集中による局部的な硬化
収縮が防止される。

【００２３】上記の例は、第１の走査方向と第２の走査
方向とが互いに直交する例であるが、本発明では、第１
の走査方向と第２の走査方向との交叉角度は直角である
必要はなく、例えば、第１の走査方向として第１図又は
第２図に示す走査方向を採用し、第２の走査方向とし
て、第３図又は第４図に示す走査方向を採用するという
ように、第１、２の走査方向の交叉角度を９０°以外の
角度とすることもできる（また、第１の走査方向として
第３図に示す走査方向を、第２の走査方向として第４図
に示す走査方向を採用することもできる。）。

【００２４】なお、第２図〜第４図に示す走査方向にお
いて、光出射部の走査手順は前述の第１図についての走
査手順と同様であり、いずれも矢印に示す方向に移動
させた後、若干位置をずらして矢印に示す方向に移動
させ、再び位置をずらして矢印に示す方向に移動さ
せ、この工程を繰り返す。

【００２５】これら第１図〜第４図に示す光出射部の走
査方向はいずれも本発明の一実施例であって、本発明は
その要旨を超えない限り、何ら図示のものに限定される
ものではない。このような本発明の光学的造形法は、第
５図及び第６図に示す光学的造形装置に限らず、光束を
走査させるあらゆる光学的造形装置に適用することが可
能である。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】なお、光束を走査するには、Ｘ−Ｙ移動装
置のほか、傾動ミラーを用いることもできる。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の光学的造形
法によれば、光束の局部的な照射による局部的な硬化収
縮が防止されるため、歪のない、所望形状の硬化物を高
い寸法精度にて容易かつ効率的に造形することが可能と
される。また、このように歪のない硬化物であることか
ら、ベースからの硬化物の剥離も防止され、歩留りが向
上すると共に、寸法精度はより一層高められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１図は光出射部の走査方向の一実施例を示す
平面図である。

【図２】第２図は光出射部の走査方向の他の実施例を示
す平面図である。

【図３】第３図は光出射部の走査方向の別の実施例を示
す平面図である。

【図４】第４図は光出射部の走査方向の異なる実施例を
示す平面図である。

【図５】第５図は本発明に適用可能な光学的造形装置の
断面図である。

【図６】第６図は本発明に適用可能な光学的造形装置の
断面図である。

【図７】第７図は硬化体の斜視図である。

【図８】第８図は硬化体の斜視図である。

【符号の説明】

１２ 光硬化性樹脂 １３ 透光窓 １４ 光束 １５ 光出射部 １６ 光ファイバー ２０ 光源 ２１ ベース ２２ エレベータ ２４ 硬化物 ２４Ａ 硬化面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 容器内に移動自在なベースを設け、該容
   器内に収容された光硬化性樹脂に光出射手段から光束を
   走査して照射することにより硬化物の層をベース上に形
   成させ、次いでベースを所定ピッチで移動させ硬化物の
   層を光硬化性樹脂で被った後、光束を走査して照射し、
   この工程を繰り返すことにより硬化物の層を順次積層し
   て目的形状体を造形する光学的造形法において、 前記硬化物の層のうちの少なくとも１つの層の形成時に
   おける前記光束の主走査方向が、該層に重なり合った隣
   接硬化層の形成時における光束の主走査方向と交叉して
   いることを特徴とする光学的造形法。