JPH07100938A - 面粗度が向上する光硬化造形法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 光硬化造形法で反照射側の面の粗度を向上さ
せる。 【構成】 まず照射側に平坦な転写面を形成する。転写
面を未硬化液でコートする。コート層を液面近傍で硬化
し、転写面近傍で半硬化する露光量で照射する。半硬化
部と転写面の間で剥離させて後照射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光照射を受けると硬化す
る性質を有する液（光硬化性液という）を用いて三次元
物体を造形する光硬化造形法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばＣＡＤシステムで設計される三次
元形状を定義するデータに基づいて、そのデータで定義
される三次元形状を呈する三次元物体を造形する光硬化
造形法が実用化されており、例えば特開昭５６−１４４
４７８号公報等にその手法が開示されている。

【０００３】光硬化造形法では、図１に例示されている
ように、容器ｇ中に未硬化状態の光硬化性液ｆを収容
し、その液面ｄを光照射する。通常図１(A) に例示され
ているように、光ビームａを矢印ｂのように走査するこ
とで液面ｄに対する光照射を行なう。光照射された領域
中の光硬化性液ｆは所定の深さまで硬化して硬化層ｃが
形成される。ここで予めエレベータｅを硬化深さに沈め
ておくと、硬化層ｃがエレベータｆに密着する。また光
ビームａの走査範囲を造形したい三次元形状の一つの断
面に対応させておくと、硬化層ｃはその断面に対応する
平面形状を備えることになる。

【０００４】光硬化造形法では、一つの断面に対する光
照射が終了した後、形成された断面硬化層ｃの表面を未
硬化状態の光硬化性液で被覆（コート）する。このため
に例えばエレベータｆを断面硬化層ｃの厚み分だけ沈降
させる。断面硬化層ｃの表面が未硬化状態の光硬化性液
でコートされた後、液面が再度光照射される。このとき
の照射領域は、断面硬化層ｃに隣接する断面に対応する
ように制御される。この結果、隣接する断面に相当する
断面硬化層ｉが形成される（図１(B) 参照）。断面硬化
層ｉは形成されると同時に、先に形成されている断面硬
化層ｃに積層一体化される。

【０００５】上記したコート工程と光照射工程を一つの
サイクルとし、これを多数回繰返すことで、液中に断面
硬化層が積層されて一体化された三次元物体が造形され
る。この技術によると、データのみがあって形が実在し
ていない場合に、データで定義される形状を具象化する
ことができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図２は光硬化造形法で
造形される三次元物体の詳細を斜視した図である。通常
光ビームは液面ｄ上に所定の半径を有する円ｊの範囲を
照射するように調整され、矢印ｋ，ｌ，ｍ，ｎ，ｏ…に
示すように走査される。光ビームの照射によって液面ｄ
が硬化するために、造形される三次元物体のうち光照射
方向の面ｒは平坦面となり面粗度が良好である。一方、
光照射方向と反対側の面では、光ビームの中心で深く硬
化し、周縁部では浅く硬化するために（硬化範囲プロフ
ィルｐ参照）、光照射方向と反対側の面ｑには凹凸（こ
の場合うね状の凹凸）が形成されて面粗度が低下するこ
とが避けられない。本発明は、かかる問題を解決し、光
照射方向と反対側の面ｑの面粗度を向上させようとする
ものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る光硬化造
形法では、まず光硬化性液の液面ｄを光照射して転写面
ＣＳを提供する硬化層ＵＬを形成する転写面形成工程を
実行する（図３(A) 参照）。次に、転写面形成工程で形
成された転写面ＣＳに所定厚さｔの未硬化状態の光硬化
性液をコートする。続いて、コートされた未硬化状態の
光硬化性液の液面ｕを光照射する。このとき液面ｕの近
傍ＴＬ１は硬化し、転写面ＣＳの近傍ＴＬ２は半硬化す
る露光量で照射する（図３(C) 参照、図中ドットは半硬
化していることを示している）。引続き、硬化部ＴＬ１
と半硬化部ＴＬ２を転写面ＣＳから剥離させる（図３
(D) 参照）。そして剥離された硬化部ＴＬ１と半硬化部
ＴＬ２を後照射して充分に硬化させて１つの硬化層ＴＬ
とする（図３(E) 参照）。

【０００８】なお図４から明らかに、この工程は液底面
に光照射する方式にも適用できる。図４中、ＣＳは転写
面、ＴＬ１は硬化部、ＴＬ２は半硬化部、ＴＬは後照射
された後の硬化層を例示している。この場合底面の透明
板を介して液底面が光照射され、形成された硬化層を上
方に持上げて底面透明板から引き剥すことで、転写面Ｃ
Ｓに未硬化状態の光硬化性液がコートされる（図４(B)
参照）。また図示はしないが液の側面から光照射する方
式にも本発明は適用できる。

【０００９】

【作用】この方法によると、面粗度の良好な転写面ＣＳ
の面粗度が通常なら面粗度の悪い反照射側の面の面粗度
を規定するために、図３(E) 、図４(E) に例示されるよ
うに、照射面側のみならず反照射面側の面粗度も良好な
三次元物体が造形される。

【００１０】

【実施例】図５(A) は容器中で形成された三次元物体の
一例を示している。図中Ｅはエレベータを示している。
エレベータＥのうえに直接三次元物体を造形すると、造
形された三次元物体とエレベータＥとを剥離することが
困難となるために、この実施例の場合、エレベータＥ上
にまずレグＬが造形される。

【００１１】レグＬは、間隔Ｐをおいて離隔的に光照射
されることで造形される硬化部が縦方向に積層された脚
Ｌ１，Ｌ３と脚Ｌ１，Ｌ３の上端を結ぶ水平層Ｌ２の複
合体として構成される。脚Ｌ１，Ｌ３は列状に伸びてい
てもよいし、また点状に配置されていてもよいが、水平
層Ｌ２は面的に拡がるように形成されている。水平層Ｌ
３の上面ＣＳ１が後で説明するように、転写面ＣＳ１と
なる。

【００１２】レグＬの上部に造形希望形状を備えた三次
元物体ＳＯが造形される。三次元物体ＳＯの最下断面Ｂ
を構成するに先立って、水平層Ｌ２の上面ＣＳ１上に厚
さＴで未硬化状態の光硬化性液がコートされる。そして
最下断面Ｂに相当する領域内が光ビームによって光照射
される。このとき、光ビームの走査速度がレグＬの作成
時における走査速度よりも高速化される。光ビームの走
査速度が高速化されると単位面積あたりの露光量が減少
し、硬化プロファイルＰは浅くなる。すなわち硬化プロ
ファイルＰは転写面ＣＳ１に達しない。光硬化性液は、
硬化状態と未硬化状態との間に半硬化状態と称すること
のできる状態が存在する。ここで半硬化状態は、流動性
を失って保形能力を有する反面、硬化までに至っていな
い状態である。この場合、転写面ＣＳ１と硬化プロファ
イルＰの間ＢＬ２は半硬化状態となる。エレベータＥを
沈降させると、転写面ＣＳ１も追従し、硬化層ＢＬ１と
半硬化層ＢＬ２も追従し、最下断面層Ｂは液中に沈めら
れる。その後は通常の光硬化造形法を続ける。この場
合、光ビームの走行速度は再度低速とされる。この実施
例では転写面の上層面での光ビームの走査速度を上昇さ
せることによって半硬化部が残るようにしているが、走
査速度を高速化するかわりに、光ビームの強度を低下さ
せてもよい。このためにはフィルタを使用したり、発光
源のパワーを一時的に低下させてもよい。

【００１３】図５に図示されているように、片持ち状に
張り出している部分Ｈを造形しようとすると、張り出し
部Ｈが撓み易い。この撓みを防止するために、造形中撓
み防止用のサポートＳを造形する技術が知られている。
この実施例の場合、サポートＳを造形し始めるにあたっ
て一層に対する光照射を抜いて造形を開始する。このよ
うにすると、光照射を受けて硬化したサポートＳの最下
部Ｓ２と最下断面Ｂの間に半硬化部Ｓ１が形成される。
半硬化部Ｓ１はサポートＳを最下断面Ｂに粘着させ、サ
ポートＳ２，Ｓ３の造形中サポートＳを最下断面に粘着
させておくが、サポートＳは強固に最下断面Ｂに一体化
しているのではないために、造形後にサポートＳが造形
物Ｓ０から容易に取外せる。

【００１４】また張り出し部Ｈを支えるにあたってサポ
ートＳの上端に水平硬化層Ｓ３が形成される。この水平
硬化層Ｓ３も、張り出し部Ｈに対して一層分抜かれてお
り、張り出し部Ｈが水平硬化層Ｓ３に強固に接着しない
レベルとされている。この場合も水平硬化層Ｓ３の上面
ＣＳ２と張り出し部Ｈの間に半硬化部ＨＬ２が形成され
る。最下断面Ｂについては走査速度を高速化すること
で、また張り出し部Ｈについては一層分の照射を省略す
ることでコート層のうち表面近傍で硬化し、転写面ＣＳ
の近傍で半硬化する層が形成されるのである。この実施
例の場合、一層分の照射を省略することで半硬化部が形
成される例を説明しているが、ビームの速度によっては
２層以上を抜いて照射することで半硬化部が形成される
こともある。このような条件下では２層以上に対する光
照射を省略する。

【００１５】以上のようにして光照射工程とエレベータ
Ｅの沈降工程を繰返した後、造形された三次元物体Ｓ０
を液中から取出す。そしてこの場合、転写面ＣＳ１と半
硬化部ＢＬ２の間で剥離させてレグＬと三次元物体ＳＯ
を分離させる。また転写面ＣＳ２と半硬化部ＨＬ２の
間、及び半硬化部Ｓ１と最下断面Ｂとの間で剥離させて
サポートＳと三次元物体Ｓ０を分離させる。そして取出
された三次元物体Ｓ０を後照射して三次元物体を完成さ
せる。図５(B) は完成した三次元物体を示している。

【００１６】明らかなように最下断面Ｂの底面ＤＳ１は
転写面ＣＳ１が転写されたものであり、良好な平坦面と
なっている。また張り出し部Ｈの底面ＤＳ２も転写面Ｃ
Ｓ２が転写されたものであり、良好な平坦面となってい
る。またサポートＳを取除くにあたって三次元物体Ｓ０
に傷が残ることもなく、著しく面粗度の高い三次元物体
が造形される。

【００１７】なお図１〜図５では、造形希望形状ＳＯに
対して光ビームを著しく大きくして図示している。しか
しながら実際には１辺数１０センチの三次元物体を０．
１mmφ程度の光ビームで照射してゆくものであり、また
一層の厚みも０．１mm程度である。このように細いビー
ムで照射し、しかも一層の厚みを薄くしたうえで、さら
に転写面から半硬化部を剥離するようにすると、造形さ
れる三次元物体の面粗度は著しく良好となり、透明感の
良好な三次元物体が造形される。さて図６は転写面ＣＳ
が複数の層で構成されている場合を示している。このよ
うに全体として斜めに傾いている面を造形する際にも本
発明を適用することができる。転写技術を利用すること
によって図６(A) に示す造形希望形状に近似する形状を
造形することが可能となる。

【００１８】

【発明の効果】本発明によると、良好な面粗度が得られ
難い反照射側の面の平坦度を大幅に向上することがで
き、透明感に優れた三次元物体を造形することができ
る。また反照射側の面のレベルは精度が得られ難いのに
対し、本発明によると転写面のレベルで反照射側のレベ
ルを規制できるために、レベル精度も向上する。すなわ
ち張り出し部等の厚み精度を大幅に向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の光硬化造形法を模式的に示す図

【図２】従来の光硬化造形法で造形される三次元物体を
拡大して斜視した図

【図３】本発明の工程を模式的に示す図

【図４】本発明の工程を模式的に示す他の図

【図５】実施例によって造形された状態を模式的に示す
図

【図６】本発明の他の実施例を説明する図

【符号の説明】

ＣＳ 転写面 ｕ 液面 ＴＬ１ 硬化部 ＴＬ２ 半硬化部 ＴＬ 後照射された層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光硬化性液の液面を光照射して転写面を
   提供する硬化層を形成する転写面形成工程と、 前記転写面形成工程で形成された転写面に所定厚さの未
   硬化状態の光硬化性液をコートする工程と、 前記コート工程でコートされた未硬化状態の光硬化性液
   の液面を、液面近傍は硬化し、転写面近傍は半硬化する
   露光量で光照射する工程と、 前記光照射工程で形成された硬化部と半硬化部を、前記
   転写面から剥離させる工程と、 前記剥離工程で剥離された硬化部と半硬化部を後照射し
   て充分に固化する工程とを備えている面粗度が向上する
   光硬化造形法。