JPH0698684B2 - 光学的造形装置 - Google Patents

光学的造形装置

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JPH0698684B2
JPH0698684B2 JP62147550A JP14755087A JPH0698684B2 JP H0698684 B2 JPH0698684 B2 JP H0698684B2 JP 62147550 A JP62147550 A JP 62147550A JP 14755087 A JP14755087 A JP 14755087A JP H0698684 B2 JPH0698684 B2 JP H0698684B2
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加津衛 剣持
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    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は光学的造形装置に関し、詳しくは光エネルギー
を照射することによって硬化又は分解する流動物質に所
望の形状に合わせて光エネルギーを照射して造形する装
置に関するものである。
従来の技術 従来から良く知られている光学的造形方法としては、半
導体部門で用いられているリソグラフィ技術がある。し
かし、半導体のリソグラフィ技術は、マスクを用いた造
形方法であるため造形精度は高いが、マスクを必要とす
るため、その製作時間を考慮すると短時間で造形するこ
とはできず、さらに立体物の造形にはマスクを多数必要
とすることから実際には適用不可能である。
一方、特開昭60-247515号公報には、得ようとする立体
物を収容することができる容器内に光によって硬化する
光硬化性流動物質を収容し、光エネルギーの作用点を容
器内において三次元的に相対移動させることができる光
照射手段を設け、この光照射手段による光エネルギーの
作用点をまず水平方向に相対移動させつつ光硬化性流動
物質に対して選択的に光エネルギーを照射して平面状の
硬化部分を形成し、次いで作用点を垂直方向に若干相対
移動させた後又は漸次相対移動させつつ上記と同様に水
平方向に相対移動させて硬化部分を積層形成し、これを
繰り返すことにより所望の立体物を造形する方法が開示
されている。
又、本出願人は先に特願昭61-132342号において、第6
図に示すように、陰極線管等の任意に変化可能な領域か
ら選択的に光エネルギーを放射できる面光源を用い、こ
の面光源による光エネルギーの放射面上に、光エネルギ
ーにて硬化又は分解する流動物質の層を形成し、この流
動物質の層の所定の部分に選択的に光エネルギーを照射
して所定形状の硬化物質膜を形成し、この硬化物質膜を
引き上げてこれと前記放射面との間に前記流動物質の層
を形成し、この流動物質層の所定の部分に光エネルギー
を照射するという工程を繰り返し、硬化物質膜を積層成
形することによって立体物を造形する方法を提案した。
第6図において、31は陰極線管、32はその画面上に配置
した光ガイドで石英ガラスファイバを集積して構成さ
れ、上面が平面に形成されている。33は容器、34は引き
上げ部材、35は流動物質の層、36は流動物質供給手段、
37は陰極線管31の光照射領域を制御する画像処理装置で
ある。
発明が解決しようとする問題点 ところが、特開昭60-247515号公報の造形方法では、光
照射手段又は容器を動作させて光エネルギーの作用点を
移動させ、作用点における流動物質を逐次硬化させてい
るので、短時間で造形することができず、特に大型の立
体物を造形するのに適していないという問題がある。
一方、本出願人の先の出願に係る方法では、面状に硬化
又は分解が可能であるため、高速にて短時間で所望の形
状の硬化物質膜を得ることができるとともに、その硬化
物質膜の形状は電気的な制御のみで任意に設定すること
ができ、さらにこの硬化物質膜を順次積層することによ
って短時間で能率的に所定の立体物を造形することがで
きるという利点がある。しかしながら、例えば面光源と
して陰極線管を用いた場合、第7図に示すように、陰極
線管31の蛍光膜38上の発光点38aから放射面31aであるガ
ラス壁外面までの間で光が拡散し、この拡散した光が光
ガイド32を通って流動物質の層35に照射されるため、発
光点38aに対して広がった状態で硬化物質膜39が形成さ
れることになり、その結果解像度が低下し、高精度の造
形ができないという問題があることが判明した。
本発明は上記問題点に鑑み、光エネルギーの照射によっ
て短時間で硬化物質膜を造形できるとともに高精度の造
形が可能な光学的造形装置を提供することを目的とす
る。
問題点を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するため、光エネルギーの放射
面が二次元的な広がりを有するとともに任意に変化させ
得る領域から選択的に光エネルギーを放射可能な面光源
と、この面光源の前記放射面と対向して配置された光案
内部と、光案内部の前記放射面の反対側に対向して配置
された光エネルギーにより硬化又は分解する流動物質の
層を形成する手段とを備え、前記光案内部を、前記面光
源における発光点から出た光を前記流動物質の層に集光
するレンズアレイにて構成したことを特徴とする。
作用 本発明は上記構成を有するので、面光源から放射された
光エネルギーにて流動物質の層を硬化又は分解して任意
の形状の硬化物質膜を高速で形成することができ、しか
も発光点から放散された光を光案内部のレンズアレイに
て流動物質の層に集光できるため、分解能が高く、高精
度の造形が可能である。
実施例 以下、本発明の一実施例を第1図及び第2図を参照しな
がら説明する。1は、ブラウン管等の陰極線管であっ
て、発光面を上向きして配置されている。この陰極線管
1の光の放射面1aを形成するガラス壁2の裏面には、陰
極線の照射によって主として紫外線を放射する蛍光材を
塗布した蛍光面3が形成されている。前記放射面1a上に
は、第2図に詳細に示すように、無数のセルフォックレ
ンズ4aを集積したレンズアレイ4から成る光案内部5が
配置されている。この光案内部5の上には透明板6が配
置され、その上面はフッ化マグネシウム(MgF2)と酸化
ケイ素(SiO2)の膜が形成され、表面の離型性が向上さ
れている。この透明板6の外周に周壁7が形成され、光
エネルギーを照射することによって硬化又は分解する流
動物質10の収容空間8が透明板6上に形成されている。
9は前記流動物質10を前記収容空間8内に供給する供給
手段であり、前記透明板6上に流動物質の薄い層11を形
成するように構成されている。前記セルフォックレンズ
4は、蛍光面3の発光点3aから出た光が透明板6上の流
動物質の薄い層11に位置する結像点11aに集光するよう
に構成されている。12は、前記流動物質の薄い層11の上
面に下面が接する下限位置から上方に移動可能な引き上
げ基板である。
次に、以上の構成による立体物の造形工程を説明する。
まず、引き上げ基板12を上昇させた状態で供給手段9か
ら流動物質10を収容空間8内に供給して透明板6の上に
流動物質10の層を形成した後、引き上げ基板12を下降さ
せてその下面と透明板6の間に流動物質の薄い層11を形
成する。次に、陰極線管1を図示しない画像処理装置に
て作動させ、形成すべき硬化物質の薄膜の形状に対応す
る領域の蛍光膜3に陰極線を照射し、放射された紫外線
を光案内部5を介して前記流動物質の薄い層11に照射
し、流動物質を硬化又は分解させる。このとき、発光点
3aから出た光が流動物質の薄い層11の対応位置に集光さ
れるので、高い分解能が得られる。所定の硬化又は分解
が完了すると、硬化物質膜が付着した引き上げ基板12を
一旦上昇させ、流動物質10を供給手段9から供給し、透
明板6の上に流動物質10の層を形成し、再び引き上げ基
板12を下降させ、先の硬化物質膜と透明板6の間に流動
物質の薄い層11を形成し、その後陰極線管1を作動させ
て流動物質を硬化又は分解させ、先の硬化物質膜に積層
するように硬化物質膜を形成する。こうして、以上の動
作を順次繰り返すことにより、所望の立体物を引き上げ
基板12の下面に形成することができるのである。
前記光エネルギーを照射して硬化又は分解する流動物質
としては、一般に用いられているポジ型又はネガ型のレ
ジスト及びこれらのレジストを主成分とした配合材料を
用いることができる。特に硬化物の強度や耐熱性が必要
な場合には、例えば変性ポリウレタン(メタ)アクリレ
ート、オリゴエステル(メタ)アクリレート、ウレタン
(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレー
ト、感光性ポリイミド、アミノアルキドなどを挙げるこ
とができる。さらに詳しくは、樹脂の耐熱性、透明性が
必要なものには、多官能アクリレート化合物も用いられ
る。この多官能アクリレート化合物としては、下記一般
[式中、R1は炭素数2〜50のアルコール残基であり、R2
はHまたはCH3であり、nは2〜6の数である。] で表される化合物で、これをラジカル重合して得られる
硬化物のガラス転位温度が110℃以上を有する化合物が
好適に使用される。
かかる多官能性アクリレート化合物で、特に光学的性質
上好ましい具体例としては、2,2′−ビス[4−(β−
メタクロイルオキシエトキシ)シクロヘキシル]プロパ
ン、ビス(オキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,5]デ
カンジメタクリレート、1,4−ビス(メタクロイルオキ
シメチル)シクロヘキサンが利用できる。ここで(メ
タ)アクリレートとはアクリレートとメタクリレートの
両者を総称して示す。
更に、上記のごとき一般式の化合物に加えて、一般的に
粘度調整剤として用いられるラジカル重合性モノマーを
10重量%以下の範囲で使用することができる。かかるラ
ジカル重合性モノマーとしては、ビニル化合物、(メ
タ)アクリル化合物、アリル化合物が挙げられる。又、
これらのモノマーの重合の際には公知の適宜ラジカル開
始剤を用いることができる。さらにラジカル開始剤の添
加量は多官能性アクリレート化合物100重量部に対して
0.01〜10重量部である。
上記実施例では、光案内部5がセルフォックレンズを用
いたレンズアレイ4から成るものを例示したが、第3図
に示すように、グラスファイバの両端面を球面等に曲面
加工して構成した棒状レンズ14aを多数集積したレンズ
アレイ14を用いることもできる。
又、上記実施例では、陰極線管1をその放射面1aを上向
きに配置し、透明板6上に形成した流動物質膜11を硬化
又は分解させる例を示したが、第4図に示すように、陰
極線管1の放射面1aを下向きにし、その下部に配置した
収容容器15内の流動物質10の表面層に対して光エネルギ
ーを照射するようにすることもできる。第4図におい
て、16は硬化物を付着させて支持する基板であり、その
上面又は硬化物の上面に流動物質の薄い層11が形成され
るように、硬化物の形成に伴って順次下降させ得るよう
に構成されている。
また、前記光案内部5は、第1図の実施例では陰極線管
1及び透明板6に当接させて配置した例を示したが、第
4図に示すように、陰極線管1や流動物質の薄い層11又
は透明板6との間に間隔を設けてもよい。
又、以上の実施例では放射面1aが平面状の陰極線管1を
用いた例を示したが、第5図に示すように、放射面21a
が曲面の陰極線管21を用いても光案内部25の陰極線管21
の放射面21aと接する面を同じ曲面に形成すれば同様の
作用が得られることは言うまでもなく、この場合陰極線
管における電子線の照射位置精度を容易に高めることが
できる。
さらに、上記実施例では立体物を形成する例について説
明したが、凸版等の板状部材の造形にも適用できること
は言うまでもない。又、面光源として陰極線管を用いた
例を示したが、その他光源と液晶等の面状スイッチング
手段を組み合わせたもの等を用いることもできる。
発明の効果 本発明の光学的造形方法によれば、以上のように面光源
から放射された光エネルギーにて流動物質の層を硬化又
は分解して硬化物質膜を高速で形成することができ、し
かも発光点から放散された光が光案内部のレンズアレイ
にて流動物質の層に集光するため、分解能が高く、高精
度の造形が可能となるという大なる効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明の一実施例を示し、第1図は
概略構成を示す縦断正面図、第2図は要部の拡大断面
図、第3図は本発明の第2実施例の第2図と同様の断面
図、第4図は本発明の第3実施例の概略構成を示す縦断
正面図、第5図は本発明の第4実施例の陰極線管と光案
内部の正面図、第6図は従来例の概略構成を示す正面
図、第7図は従来例の問題点の説明図である。 1、21……陰極線管 1a、21a……放射面 3……蛍光面 3a……発光点 4、14……レンズアレイ 5、25……光案内部 10……流動物質 11……流動物質の薄い層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光エネルギーの放射面が二次元的な広がり
    を有するとともに任意に変化させ得る領域から選択的に
    光エネルギーを放射可能な面光源と、この面光源の前記
    放射面と対向して配置された光案内部と、光案内部の前
    記放射面の反対側に対向して配置された光エネルギーに
    より硬化又は分解する流動物質の層を形成する手段とを
    備え、前記光案内部を、前記面光源における発光点から
    出た光を前記流動物質の層に集光するレンズアレイにて
    構成したことを特徴とする光学的造形装置。
JP62147550A 1987-06-12 1987-06-12 光学的造形装置 Expired - Lifetime JPH0698684B2 (ja)

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JPS63312129A JPS63312129A (ja) 1988-12-20
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