JPH058307A - 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であって、１つの硬
化層２４を形成するに際し、光束を互いに平行方向に複
数回往復動させる方法において、硬化収縮の方向が一方
向に集中することによる歪のない硬化体を製造する。 【構成】 前記複数回の往復動のうちの少なくとも１回
の往復動においては、光束を走査した領域に隣接する未
走査領域以外の未走査領域での光束走査を先行させる。 【効果】 光硬化性樹脂の硬化が硬化層のあちこちでラ
ンダムに進行するようになり、収縮応力が一方向に集中
することがなく、応力が硬化層全体に分散されるように
なり、歪の発生は防止される。歪のない、所望形状の造
形体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、硬化層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
平断面の硬化層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、１つの硬
化層を形成する際に、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７図の如く、硬化面２４Ａにおいて光出射部を、
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（矢印〜）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】なお、この光出射部の主走査方向は、積層
形成する各硬化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、
光束の照射による光硬化性樹脂の硬化が、例えば、第７
図において矢印のある領域から矢印のある領域へ
と、硬化面２４Ａの一端２４ａ側から他端２４ｂ側へ、
矢印Ａの方向に順番に始まる。しかして、このように、
硬化が硬化面の一端側から他端側へと一方向Ａに進行す
ることから、特定の方向にのみ収縮による応力が集中す
るものとなる。

【００１３】このため、得られる硬化体には収縮応力の
集中による歪が発生し、所望形状の造形体を高い寸法制
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。

【００１４】本発明は上記従来の問題点を解決し、収縮
応力の集中による歪のない造形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。

【００１５】

【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層を光硬化性樹脂で
被った後、光束を照射し、この工程を繰り返すことによ
り硬化層を順次積層して目的形状体を造形する光学的造
形法であって、１つの硬化層を形成するに際し、光束を
互いに平行方向に複数回往復動させる光学的造形法にお
いて、前記複数回の往復動のうちの少なくとも１回の往
復動においては、光束を走査した領域に隣接する未走査
領域以外の未走査領域での光束走査を先行させることを
特徴とする。

【００１６】

【作用】かかる本発明方法によれば、光硬化性樹脂の硬
化が硬化面の一端側から他端側へと一方向に進行するこ
とがなく、１つの硬化層のあちこちで硬化がランダムに
進行するようになる。このため、収縮応力が一方向に集
中することがなく、応力が硬化層全体に分散されるよう
になり、歪の発生は防止される。

【００１７】

【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。

【００１８】本実施例の光学的造形法においては、１つ
の硬化層の形成時において、光束を互いに平行方向に複
数回往復動させる際、その往復動のうちの少なくとも１
回の往復動においては、光束を走査した領域に隣接する
未走査領域以外の未走査領域での光束走査を先行させ
る。

【００１９】即ち、第１図、第２図の矢印〜又は第
３図、第４図の矢印ａ〜ｋに示す如く、走査順序を、硬
化面２４Ａの一端側から他端側へと一定方向とせず、ラ
ンダムに設定する。

【００２０】このような走査順序とすることにより、従
来の如く、硬化は硬化面２４Ａの一端２４ａ側から他端
２４ｂ側へ特定の一方向に進行することがなくなり、収
縮応力の進行方向が集中することなく硬化面２４Ａ全体
に分散されるようになる。

【００２１】ところで、従来においては、全ての硬化層
の形成時における光束の主走査方向は全て同一とされて
いたが、本発明においては、各層毎に、或いは一部の層
について、異なる主走査方向を採用することもできる。
例えば、ｎ番目の硬化層については第１図に示す走査方
向を、ｎ＋１番目の硬化層については第２図に示す走査
方向を、ｎ＋２番目の硬化層については第３図に示す走
査方向を、ｎ＋３番目の硬化層については第４図に示す
走査方向を採用することもできる。このように、少なく
とも１つの硬化層について、他の硬化層とは異なる光束
の主走査方向とすることにより、局部的な硬化収縮を防
止して、歪の発生をより一層確実に防止することが可能
とされる。

【００２２】なお、第１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７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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】

【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、硬化収縮による応力の方向が一方向に集中
せず、応力は効果的に分散されるため、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図は従来の光出射部の走査方向を示す平面
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 硬化層 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層を光硬
   化性樹脂で被った後、光束を照射し、この工程を繰り返
   すことにより硬化層を順次積層して目的形状体を造形す
   る光学的造形法であって、１つの硬化層を形成するに際
   し、光束を互いに平行方向に複数回往復動させる光学的
   造形法において、 前記複数回の往復動のうちの少なくとも１回の往復動に
   おいては、光束を走査した領域に隣接する未走査領域以
   外の未走査領域での光束走査を先行させることを特徴と
   する光学的造形法。