JPH06143437A - 紫外線硬化造形装置 - Google Patents

紫外線硬化造形装置

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JPH06143437A
JPH06143437A JP32596992A JP32596992A JPH06143437A JP H06143437 A JPH06143437 A JP H06143437A JP 32596992 A JP32596992 A JP 32596992A JP 32596992 A JP32596992 A JP 32596992A JP H06143437 A JPH06143437 A JP H06143437A
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JP
Japan
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harmonic
high frequency
mirror
converting
laser
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Application number
JP32596992A
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English (en)
Inventor
Kazumi Ouchi
和美 大内
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SHIIMETSUTO KK
Original Assignee
SHIIMETSUTO KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 紫外線領域の光を必要とする光硬化造形装置
の光源として寿命が長くメインテナンスの容易なYAG
レーザを使用する。YAGレーザ自体は赤外領域であ
り、そのままでは光硬化造形装置に使えない。しかるに
第3高調波に変換する装置を組込むと、硬化能力に優れ
た波長が得られる。共振系を活用することによって第3
高調波への変換効率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、紫外線に照射されると
硬化する性質を持つ液状の光硬化性樹脂を用いて、所望
形状の硬化物を造形する装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年3次元CADシステムや3次元測定
器等が普及するとともに3次元の形状を定義するデータ
が普通に用いられるようになっている。そこでこれらの
データによって定義される形状を有する硬化物を実際に
造形することによって、その形状を確認したいという要
望が増大している。また例えば鋳型等の生産に用いられ
るモデルの作成のためには多大の工数が必要とされてお
り、所望形状の物体をより簡単にかつより短時間で造形
したいという要望も強くなっている。
【0003】このような要望に応える技術として光硬化
造形技術が開発されており、その基本原理が特開昭56
−144478号公報に開示されている。この光硬化造
形技術では、紫外線に照射されると硬化する性質をもつ
液状の光硬化性樹脂を用い、その液体に対して所望の位
置のみを紫外線照射する。これによって紫外線が照射さ
れた領域のみが硬化し、所望形状の硬化物が造形され
る。この光硬化造形技術では、光源として紫外線発生装
置が必要とされる。そのために通常はHe−Cd(ヘリ
ウム−カドミウム)レーザかAr(アルゴン)イオンレ
ーザが用いられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらHe−C
dレーザやArイオンレーザは寿命が約2000時間程
度と短い。このために高価なレーザチューブを頻繁に交
換しなければならず、ランニングコストが高価となって
いる。またレーザチューブの交換作業に時間がかかる。
さらにレーザチューブを交換すると、光軸調整等の作業
が必要となり、その光軸調整のための装置を予め造形装
置自体に組付けておく必要も存在する。そこで本発明で
はレーザチューブ自体の交換をほぼ不要とし、ランニン
グコストの低減とメインテナンスのための時間を短縮化
しようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】そのために本発明では、
下記の紫外線硬化造形装置を創り出した。すなわちこの
発明に係わる紫外線硬化造形装置は、紫外線に照射され
ると硬化する液状の光硬化性樹脂に選択的に紫外線照射
して所望形状の硬化物を造形する装置であり、光源とし
て、YAGレーザと、該YAGレーザの発振光を第3高
調波に変換する装置とを備えている。
【0006】なお第3高調波へ変換する装置はレーザ光
を直接第3高調波に変換する装置としてもよいが、それ
に代えて、該YAGレーザの発振光を第2高調波に変換
する素子と、該素子で変換された第2高調波と該YAG
レーザの発振光とを第3高調波に変換する素子で構成し
てもよい。さらに、第2高調波に変換する素子や第3高
調波へ変換する素子の両側にミラーを配置し、前者の場
合にはレーザ光が、後者の場合には第2高調波が変換素
子に繰返し入射されるようにするのが好ましい。
【0007】
【作用】YAGレーザは高強度のレーザ光を発振し、し
かも長寿命であり、YAGロッド自体は殆ど交換を要し
ない。しかしながらYAGレーザは1,064nmまた
は1,319nmの波長であり、そのままでは液体との
反応性が低く、光硬化造形装置の光源として不適当であ
る。しかしながら本発明の光硬化造形装置ではYAGレ
ーザの発振光を第3高調波に変換する装置が組込まれて
いるために、液体を硬化させる波長に変換されて用いら
れる。このために、本発明によると高強度のレーザ光を
発振し、しかも長寿命のYAGレーザを用いることがで
きる。
【0008】またレーザ光を一旦第2高調波に変換し、
さらに変換された第2高調波と基本レーザ光を第3高調
波に変換すると、第3高調波への変換効率が向上する。
さらに変換素子の両側にミラーを配置して変換前の光が
変換素子に繰返し入射されるようにすると、第3高調波
への変換効率が大幅に向上する。このようにして高強度
の第3高調波が得られる。
【0009】
【発明の効果】本発明によると、本来は光硬化造形法に
用いることのできない波長で発振するYAGレーザが利
用可能となる。そしてYAGレーザは、光硬化造形装置
の光源として現在用いられているHe−CdレーザやA
rイオンレーザに対して著しく長寿命である。YAGレ
ーザの場合、励起用のアークランプあるいはレーザダイ
オードを交換すればよく、YAGロッドそのものの交換
はほとんど不必要である。さらにまたアークランプの寿
命もHe−CdレーザやArイオンレーザに比して1桁
寿命が長い。
【0010】このために、交換周期が長くなり、また交
換部分のコストも低減でき、ランニングコストの大幅な
低下が可能となる。さらにまたアークランプの交換はレ
ーザチューブの交換に比して簡単であり、またレーザの
光軸調整も不要となる。このためメインテナンスのため
の時間を大幅に短縮化できる。このようにして、本発明
によると、光硬化造形装置のランニングコストとメイン
テナンスのための時間を大幅に低減させることができ
る。
【0011】
【実施例】次に本発明を具現化した2つの実施例を例示
する。図1は第1実施例を示すものであり、図中記号M
で示す1群のミラーの特性が右下の表に集約されてい
る。次にこの光学系の構成を説明する。図中2はYAG
ロッドを示し、YAGロッド2はKr(クリプトン)ア
ークランプ4で照射される。YAGロッド2の両サイド
にはミラーM2とKTP(KTiOPO4 )結晶10を介
してミラーM1とミラーM3が配置されており、ミラー
M1とミラーM3でレーザ共振系を構成している。ミラ
ーM3はYAGロッド2から発振される基本波(波長
1,064ナノメーター)を1部反射して1部透過する
特性を有し、ミラーM3から出射された基本波はミラー
M4,M5,M6,M2,集光レンズ8,BBO(β−
BaB2 4 )結晶6とミラーM7(基本波には透明)
を介してミラーM8に至る。ミラーM8に至った基本波
は逆経路を経てミラーM3に至り、ミラーM3によって
反射される。このようにミラーM3とミラーM8間で基
本波の共振系が構成されている。
【0012】KTP結晶10にはミラーM1とミラーM
3間の共振系で共振する基本波が入射される。そのため
KTP10から第2高調波(532ナノメーター)の光
が出射される。出射された第2高調波(図中破線で示さ
れる。なお図中では図示の便宜のために光軸をズラして
表示している)はミラーM2と集光レンズ8を透過し、
BBO結晶6に入射される。またKTP結晶10から下
方に出射された第2高調波はミラーM3で反射され、や
はりBBO結晶6に入射される。BBO結晶6に入射さ
れた第2高調波のうちの1部は、第1調波と相俟ってB
BO結晶6によって第3高調波に変換される。BBO結
晶6に入射された第2高調波のうち第3高調波に変換さ
れなかった光はミラーM8に至り逆経路を経てミラーM
3に至り再度反射される。このように第3高調波に変換
するBBO結晶6の両サイドにミラーM3とM8が配置
され、この間に第2高調波の共振系が構成されている。
BBO結晶6で変換された第3高調波(波長354ナノ
メーターで後記感光性樹脂あるいは光硬化性樹脂をよく
硬化させる)は、ミラーM7によって取出され、リニア
トランスレータ12を介してガルバノミラー14によっ
て反射される。ガルバノミラー14は、液状の感光性樹
脂(あるいは光硬化性樹脂)18を貯蔵している容器2
4の上方にあり、液面の任意位置に第3高調波を照射す
ることができる。第3高調波が照射されると液状樹脂は
硬化する。液体18の中にはエレベータ26が沈められ
ており、一断面における照射が終了するたびにエレベー
タ26を下降させ、ついで次断面のための照射を繰返す
ことにより液状の樹脂18の中に任意の形状の硬化物2
2が造形される。なおリニアトランスレータ12は第3
高調波の焦点を液表面に維持しておくための光学系であ
る。またBBO結晶6からは第4高調波(波長256ナ
ノメーター)も生じるが、ミラーM7は第4高調波には
透明なものが選ばれている。
【0013】さて本実施例では基本波を第2高調波に変
換する素子であるKTP結晶10が基本波の共振系のな
かに挿入されているために、高効率で第2高調波に変換
される。また第2高調波を第3高調波に変換する素子で
あるBBO結晶6が第2高調波の共振系のなかに挿入さ
れているために高効率で第3高調波に変換される。
【0014】このためにリニアトランスレータ12には
充分な強度の第3高調波(354nm)が入射され、光
造形装置の造形速度が向上する。またYAGロッド2は
実質上ほとんど交換を必要とせず、クリプトンアークラ
ンプ4を交換するだけでよい。このためYAGロッド2
の光軸調整が不要であり、メインテナンス作業が著しく
簡単化される。またクリプトンランプ4の寿命は長く、
交換周期を長期化できる。
【0015】次に図2を参照して第2実施例を説明す
る。この実施例は、BBO結晶6で変換された第3高調
波をミラーM9とM10で反射することによって、リニ
アトランスレータ12に入射される第3高調波の強度を
さらに向上させたものである。またこの実施例では、ミ
ラーM7で取出された第3高調波を光ファイバ30の一
端30aに入射し、光ファイバ30の他端30bをXY
プロッタ32によってXY方向に走査することで液面の
任意の位置を照射する。このように、第3高調波の発生
源と液面間の光伝達経路には、ガルバノミラータイプや
プロッタタイプ等各種形式がとり得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例の構成を示す図
【図2】第2実施例の構成を示す図
【符号の説明】
KTPとBBO;基本波を第3高調波に変換する素子 KTP ;基本波を第2高調波に変換する素子 BBO ;基本波と第2高調波を第3高調波に変
換する素子 M1とM3 ;基本波を反射する一対ミラー M3とM8 ;第2高調波を反射する一対ミラー

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 紫外線に照射されると硬化する液状光硬
    化性樹脂に選択的に紫外線照射して所望形状の硬化物を
    造形する装置であり、 光源として、YAGレーザと、該YAGレーザの発振光
    を第3高調波に変換する装置とを備えたことを特徴とす
    る紫外線硬化造形装置。
  2. 【請求項2】 前記第3高調波に変換する装置が、該Y
    AGレーザの発振光を第2高調波に変換する素子と、該
    素子で変換された第2高調波と該YAGレーザの発振光
    とを第3高調波に変換する素子とで構成されていること
    を特徴とする請求項1に記載の紫外線硬化造形装置。
  3. 【請求項3】 前記第2高調波に変換する素子が、該Y
    AGレーザの発振光を反射する一対のミラー間に挿入さ
    れていることを特徴とする請求項2に記載の紫外線硬化
    造形装置。
  4. 【請求項4】 前記第3高調波に変換する素子が、第2
    高調波を反射する一対のミラー間に挿入されていること
    を特徴とする請求項2に記載の紫外線硬化造形装置。
  5. 【請求項5】 前記第2高調波に変換する素子がKTP
    結晶であり、かつ前記第3高調波に変換する素子がBB
    O結晶であることを特徴とする請求項3または4に記載
    の紫外線硬化造形装置。
  6. 【請求項6】 紫外線に照射されると硬化する液状光硬
    化性樹脂に選択的に紫外線照射して所望形状の硬化物を
    造形する装置であり、 YAGレーザと該YAGレーザの発振光を第3高調波に
    変換する装置を、プロッタタイプ又はガルバノミラータ
    イプの3次元モデリングシステムに組入れたことを特徴
    とする紫外線硬化造形装置。
JP32596992A 1992-11-10 1992-11-10 紫外線硬化造形装置 Pending JPH06143437A (ja)

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