JPH07108609A - 光造形方法および光造形装置 - Google Patents

光造形方法および光造形装置

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JPH07108609A
JPH07108609A JP5256205A JP25620593A JPH07108609A JP H07108609 A JPH07108609 A JP H07108609A JP 5256205 A JP5256205 A JP 5256205A JP 25620593 A JP25620593 A JP 25620593A JP H07108609 A JPH07108609 A JP H07108609A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、光造形方法および光造形装置に係
り、光硬化性材料の未硬化材料層を他の未硬化材料中に
浸漬させることなく一層分だけ確実に露光することによ
り、少量の未硬化材料から層厚精度の高い硬化層を順次
迅速に形成し積層するようにして、造形精度の向上と造
形コストの低減を図ることを目的とする。 【構成】 透明シートベルト11上にペースト状の光硬化
性材料層27を形成した後、材料層27をベルト11と造形ベ
ース31の間に挟んでベルト11側から露光し、該露光によ
り硬化しベース31に支持された硬化層33からベルト11を
剥離させる。このような工程を繰り返してベース31上に
硬化層33を積層する。なお、材料層27をベルト11とベー
ス31の間に挟む際にはベルト11を湾曲させて材料層27を
一端から他端へと順次ベース31側に接触させ、また硬化
層33からベルト11を剥離させる際にはベルト11を湾曲さ
せて他端から一端へと順次剥離させるのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光造形装置に関し、詳
しくは光硬化性材料からなる材料層を形成してその材料
層を積層するとともに選択的に露光して積層硬化させる
ことにより３次元の立体物を形成する光造形装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近時、製版技術の応用により３次元物体
（立体物）を形成する光造形法が提案されている。この
光造形法は、所謂光硬化樹脂（光硬化性材料）を選択的
に露光し硬化させてその硬化層を積層することにより立
体物（造形物）を形成するようになっている。
【０００３】この種の光造形装置としては、例えば、特
公平２−４８４２２号公報に記載されている。この光造
形装置（以降、第１従来例という）は、光硬化性樹脂を
収容する容器と、容器内に収容された樹脂の液面に近接
および離隔方向にエレベータにより移動されるベース
と、大気側から光を照射してベースおよび液面の間の光
硬化性樹脂を硬化させて硬化層を形成する光照射手段
と、エレベータを制御して所定距離だけベースを下方に
移動して液面から層厚分離隔させる制御手段とを備えて
おり、エレベータによりベースを移動させることによっ
てそのベース上あるいはベースに積層された硬化層上に
流入した層厚分の光硬化性樹脂を光照射手段により選択
的に露光する所謂、自由液面方式により硬化層を積層し
立体物を造形する。
【０００４】また、特公平５−２３５８８号公報には、
透光窓を有し光硬化性樹脂を収容する容器と、この容器
内に設けられ透光窓に近接および離隔方向にエレベータ
により移動されるベースと、透光窓を介して光を照射し
てベースおよび透光窓の間の光硬化性樹脂を硬化させて
硬化層を形成する光照射手段と、エレベータを制御して
ベースを透光窓から所定距離Ｐだけ離反させた後、透光
窓方向に戻してベースおよび硬化層間の距離を層厚ピッ
チｐ（ｐ≪Ｐ）となるよう位置決めする制御手段とを備
えた光造形装置（以降、第２従来例という）が記載され
ている。
【０００５】この第２従来例は、位置決めされたベース
あるいはベースに積層された硬化層と透光窓との間の光
硬化性樹脂を透光窓を介して光照射手段により選択的に
露光する所謂、規制液面方式により硬化層を積層し立体
物を造形するようになっており、規制液面方式により液
面の位置に影響されることなくベース上に層厚精度の向
上した硬化層を形成するとともに、硬化層を形成した後
ベースを一度大きく離反させてから戻すことにより硬化
層および透光窓の間に光硬化性樹脂を迅速に流入させる
ことにより製造時間の短縮を図っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１従
来例にあっては、液面側の光硬化性樹脂を硬化させて硬
化層を積層するため、以下のよう問題があった。 １）液面のレベルを一定に保つように樹脂を容器からオ
ーバフローさせるため液面の高さの精度を向上させるこ
とは困難であるとともに、表面張力により硬化層の上部
と未硬化樹脂の部分に液面の高さの差が生じるので、硬
化層の層厚を高精度に形成することは困難である。この
表面張力は樹脂の粘度による影響が大きく粘度が高くな
るほどこの傾向が大きくなってしまうため極高粘度の材
料を使用することができない。
【０００７】２）高価な光硬化性樹脂を容器内に一定量
収容してさらにオーバフローさせるので、少数の立体モ
デルを造形する場合でも大量の樹脂が必要であるため立
体モデルを作製する費用が割高になってしまう。また、
第２従来例にあっては、ベースおよび透光窓の間の光硬
化性樹脂を硬化させて硬化層を積層するため、以下のよ
うな問題があった。
【０００８】３）硬化層は透光窓に密着した状態で形成
され、次の硬化層を形成するためにベースを透光窓から
離隔する方向に移動させ硬化層の形状を維持したまま透
光窓から剥離するため、硬化層に変形や破損が生じ易
く、さらに変形や破損を少なくするためにゆっくりベー
スを移動させると時間が掛かってしまう。さらに、第
１、２従来例にあっては、共に以下のような問題があっ
た。
【０００９】４）容器内の樹脂液中で硬化層を形成する
ため、光照射手段が露光による光硬化性樹脂の硬化深度
を精密に制御することが可能な光源に限定されてしま
い、レーザ出射装置および露光制御装置の組み合せ等の
高価な光源になってしまう。そのため、例えば、水銀灯
のような高強度の光を照射可能で低コストの光源を使用
することができない。
【００１０】５）容器内の樹脂液中で硬化層を形成する
ので、立体物は樹脂に浸漬された状態で造形されるため
造形後に洗浄が必要であるとともに、完全に硬化するほ
どの充分な光を照射することはできないため造形後に後
硬化処理（所謂、ポストキュア）が必要である。そのた
め、造形後にも手間と時間が掛かってしまう。 ６）硬化層表面に未硬化の樹脂を流入させて次の硬化層
を形成するとき、粘度が高いと流入速度が遅くなってし
まうので、樹脂の硬化収縮の変形を防止するために硬質
の粒体等を混合する方法があるが適用することができな
い。
【００１１】７）容器内で硬化層を積層することは自動
化可能であるがバッチ処理であるため、連続運転するこ
とは困難であり運転効率が低い。そこで、本発明は、従
来の問題点に鑑み上記問題をすべて解消する新規な光造
形装置を実現して、造形精度の向上と造形コストの低減
を図ることを目的とし、請求項１記載の発明は、透明シ
ートベルトの表面に所定厚さの材料層を形成し積層硬化
させることにより、所定粘度の材料を使用可能にして、
高精度な立体物を低コストに造形可能な光造形方法を提
供することを目的とする。
【００１２】請求項２記載の発明は、透明シートベルト
を硬化層の一端側あるいは他端側から密着および剥離す
ることにより、積層精度の低下や硬化層の変形および破
損を防止して、高精度に立体物を造形する光造形方法を
提供することを目的とする。請求項３記載の発明は、透
明シートベルトの表面に所定厚さの材料層を形成し積層
硬化させることにより、所定粘度の材料を使用可能にし
て、高精度な立体物を低コストに造形可能で安価な光造
形装置を提供することを目的とする。
【００１３】請求項４記載の発明は、透明シートベルト
を硬化層の一端側あるいは他端側から密着および剥離す
るとともに硬化層および透明シートベルトから未硬化材
料を除去および回収し、同時に後処理することにより、
形状精度の低下防止、未硬化材料の再使用、および工程
の省略を実現して、高精度な立体物を低コストに造形可
能で連続自動運転の可能な光造形装置を提供することを
目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、請
求項１記載の発明は、光硬化性材料からなる未硬化材料
層を露光して硬化層を形成するとともに、該硬化層を順
次積層して３次元物体を造形する光造形方法において、
透明シートベルト上にペースト状の光硬化性材料からな
る所定層厚の材料層を形成する第１の工程と、該材料層
を透明シートベルトと造形ベース又は該造形ベースに支
持された下層の硬化層との間に挟んで層厚方向に位置決
めする第２の工程と、該位置決めされた材料層を透明シ
ートベルトを介して露光し、所定形状の硬化層を形成す
る第３の工程と、前記露光により硬化して造形ベースに
支持された硬化層から透明シートベルトと材料層の未硬
化部分を剥離させる第４の工程と、を含むことを特徴と
するものである。
【００１５】請求項２記載の発明は、第２の工程におい
て材料層を透明シートベルトと造形ベースの間に挟む
際、透明シートベルトを所定方向に湾曲させて材料層を
一端から他端へと順次造形ベース側に接触させてこれを
造形ベース上に積層し、第４の工程において硬化層から
透明シートベルトと材料層の未硬化部分を剥離させる
際、透明シートベルトを前記第２の工程において積層し
たときと逆の端部から所定方向に湾曲させ、順次剥離さ
せることを特徴とするものである。
【００１６】また、請求項３記載の発明は、光硬化性材
料からなる未硬化材料層を露光して硬化層を形成すると
ともに、該硬化層を順次積層して３次元物体を造形する
光造形装置において、透明シートベルト上にペースト状
の光硬化性材料を延展して所定層厚の材料層を形成する
材料層形成手段と、透明シートベルトを所定方向に移動
させて材料層を材料層形成位置から露光位置に搬送する
搬送手段と、該露光位置に位置決めされた材料層を透明
シートベルト側から露光して所定形状の硬化層を形成す
る露光手段と、透明シートベルトとの間に材料層又はこ
れと下層の硬化層を挟んで該材料層を層厚方向に位置決
めする造形ベースと、前記露光により硬化して造形ベー
スに支持された硬化層から透明シートベルトと材料層の
未硬化部分を剥離させるベルト剥離手段と、を備えたこ
とを特徴とするものである。
【００１７】請求項４記載の発明は、透明シートベルト
を所定の方向に移動させて材料層を前記材料層形成位置
から露光位置に搬送する搬送手段に、ポストキュア用の
ランプを有する水平移動台を設け、該水平移動台に、透
明シートベルトの裏面に接し造形ベースに近接した供給
側の移動ローラと、該移動ローラに近接する吸引器と、
透明シートベルトの裏面に接し供給側の移動ローラから
離隔した巻取側の移動ローラと、該移動ローラに近接す
る掻き取り器と、を設け、前記水平移動台が、造形ベー
スの造形領域に出没可能になっていることを特徴とする
ものである。
【００１８】
【作用】請求項１記載の発明では、第１の工程において
透明シートベルト上にペースト状の光硬化性材料からな
る所定層厚の材料層が形成され、第２の工程においてそ
の材料層が透明シートベルトと造形ベース又はその造形
ベースに支持された下層の硬化層との間に挟まれて層厚
方向に位置決めされた後、第３の工程において透明シー
トベルトを介して露光され、所定形状の硬化層が形成さ
れる。次いで、第４の工程において露光により硬化して
造形ベースに支持された硬化層から透明シートベルトが
剥離される。このとき、透明シートベルト上の材料層の
未硬化部分も硬化層から剥離（分離）される。そして、
この第１〜第４の工程が繰り返されて硬化層が順次積層
され３次元物体が造形される。
【００１９】請求項２記載の発明では、第２の工程にお
いて材料層が透明シートベルトと造形ベースの間に挟ま
れる際、透明シートベルトが所定方向に湾曲されて材料
層が一端から他端へと順次造形ベース側に接触されて造
形ベース上に積層される。また、第４の工程において硬
化層から透明シートベルトと材料層の未硬化部分を剥離
される際、透明シートベルトおよび材料層の未硬化部分
が前記第２の工程において積層したときと逆の端部から
所定方向に湾曲され、順次剥離される。
【００２０】また、請求項３記載の発明では、透明シー
トベルト上にペースト状の光硬化性材料が材料層形成手
段により延展されて所定層厚の材料層が形成され、その
材料層は透明シートベルトが所定方向に搬送手段により
移動されて材料層形成位置から露光位置に搬送される。
露光位置に位置決めされた材料層は造形ベースまたはこ
の造形ベースに先の造形で支持された下層の硬化層と透
明シートベルトとの間に挟まれて層厚方向に位置決めさ
れて露光手段により透明シートベルト側から露光され所
定形状の硬化層が形成される。そして、透明シートベル
トは露光により硬化して造形ベースに支持された硬化層
からベルト剥離手段により剥離される。このとき、透明
シートベルト上の材料層の未硬化部分も硬化層から剥離
（分離）される。この各手段の動作が繰り返されて硬化
層が順次積層され３次元物体が造形される。
【００２１】請求項４記載の発明では、水平移動台が造
形ベースの造形領域に移動する際、透明シートベルトの
裏面に接する供給側の移動ローラによってその透明シー
トベルトが所定方向に湾曲されるとともに造形ベースに
一端側より近接され透明シートベルト上の材料層が一端
から他端へと順次造形ベース側に接触されて造形ベース
上に積層される。また、水平移動台が造形ベースの造形
領域から移動（退避）する際、供給側の移動ローラによ
ってその透明シートベルトが所定方向に湾曲されるとと
もに積層したときの逆の他端側より造形ベースから巻取
側の移動ローラ方向に離隔されその透明シートベルトは
造形ベースに支持された硬化層から順次剥離される。こ
のとき、供給側の移動ローラとともに移動する吸引器に
より造形ベースに支持された硬化層に付着している未硬
化の材料が吸引されて除去され、また透明シートベルト
上の硬化層から分離された未硬化の材料層が掻き取り器
により掻き取られて除去される。また、造形ベースに支
持され未硬化の材料が除去された硬化層はポストキュア
用のランプにより後硬化処理される。
【００２２】なお、本発明では、材料内に造形ベースを
浸漬させて立体物を造形するものではないため洗浄は必
要ない。
【００２３】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１〜図９は本発明に係る光造形装置の第１実施例を示す
図である。まず、構成を説明する。図１〜図３におい
て、11は透明シートベルトであり、透明シートベルト11
は可撓性を有し光を透過する厚さが２０〜５０μｍの例
えば、透明ポリエステル等からなり、機械的な力を加え
られても伸びないように予め延ばされており、その表面
は後述する混合材料が所定の付着力で付着し、またその
混合材料が硬化した硬化物（後述する硬化層）が容易に
剥離するよう表面処理されている。透明シートベルト11
は、供給ボビン12から引き出されて巻取ボビン13に巻と
られるようになっており、供給ボビン12はロール径が変
化しても透明シートベルト11の引出し抵抗を一定にする
図示していない第１ホルダ部に脱着可能に装着され、巻
取ボビン13はロール径が変化するとその径に応じて巻取
トルクを変化させて透明シートベルト11を巻取る図示し
ていない第２ホルダ部に脱着可能に装着され、互いのロ
ール径が変化しても透明シートベルト11の張力を一定に
するようになっている。
【００２４】この透明シートベルト11は、図中反時計回
りに回転駆動する駆動ローラ14および従動回転する従動
ローラ15、16との間に挟持されるように巻掛けられ、駆
動ローラ14が回転駆動することにより供給ボビン12から
所定の高さまで引き出されるとともに従動回転する移動
ローラ17〜19および従動ローラ20により導かれて巻取ボ
ビン13に巻取られる。
【００２５】移動ローラ17は、透明シートベルト11を塗
布台21およびガラス台22の上面に案内して、移動ローラ
18、19はその透明シートベルト11を移動ローラ17から鉛
直下方に案内するとともに、移動ローラ17〜19は互いの
位置関係を維持しながら水平移動するようになってい
る。塗布台21は、上面側を高精度な平滑面に表面加工さ
れるとともに図示していないがその上面に臨む複数の孔
が穿孔されており、その孔から空気を吸引することによ
り上面側に載置された透明シートベルト11を吸着してそ
の表面を平滑に位置決め固定するとともに、透明シート
ベルト11を送出する際には前記孔から空気を吹き出して
吸着固定を解除し透明シートベルト11を浮かせるように
なっている。
【００２６】ガラス台22は、少なくとも上面側に高精度
な平滑面を有し傷付き難い、例えば石英ガラスからな
り、下面側から照射される光を反射することなく透過す
るよう表面処理されている。また、このガラス台22は、
透明シートベルト11の搬送方向に対して移動ローラ17の
上流側に位置して移動ローラ17〜19とともに水平方向へ
移動する。
【００２７】25はスクリーン、26はスキージであり、ス
クリーン25は所定の大きさの網目を有しており、スキー
ジ26（例えば、ウレタンゴム製）はスクリーン25の表面
を加圧しながら摺動することによって公知のスクリーン
印刷法によりスクリーン25に供給される所定粘度のペー
スト状の材料を塗布台21上面（材料層形成位置）に吸着
固定された透明シートベルト11の表面にその網目を通し
て延展することにより塗布して厚さが１００μｍ〜３０
０μｍの材料層27を形成する。すなわち、スクリーン25
およびスキージ26は材料層形成手段を構成している。な
お、スクリーン25は透明シートベルト11表面に材料層27
を形成するときには所定隙間を介して透明シートベルト
11の表面と対向する位置に下降し、材料層27が搬送され
るときにはその表面から離隔する方向に上昇して透明シ
ートベルト11表面に形成された材料層27に接しないよう
退避する。また、スクリーン25は枠付きのステンレス製
金網の外周部を樹脂マスキングすることにより作製され
そのマスキングにより前記材料を通す領域が形成されて
いる。
【００２８】スクリーン25に供給される材料は、公知の
光硬化性樹脂液、例えば可視光（又は紫外線領域あるい
は赤外線領域の光等であってもよい）で硬化する未硬化
樹脂液と、その未硬化樹脂液を硬化させる露光に対し非
収縮の特性を有し照射された光エネルギを透過する直径
１０〜３０μｍ程度の複数種のガラスビーズと、を混合
率４０％〜８０％で混合した混合材料であり、ガラスビ
ーズを未硬化樹脂液に複数混合させることによって流動
性の低い所定粘度のペースト状になっている。
【００２９】この混合材料により形成された材料層27
は、未硬化樹脂液にガラスビーズを混合させることによ
って、例えば移動ローラ17、18により鉛直に保持された
透明シートベルト11表面においても流動することなく塗
布された形状（層厚）を維持するようになっており、ま
た材料層27の所定位置が後述する画像投影装置40により
選択的に露光され、例えば前記未硬化樹脂液が半硬化状
態にされたときには前記ガラスビーズの位置を固定して
保持することによりその形状を強固に維持する。なお、
そのガラスビーズは要求される造形精度に応じて適宜径
の異なるものを選択するとともに混合率を調整する。例
えば、ガラスビーズの混合率を７０％〜８０％にするこ
とにより露光時間を短くしたり、未硬化樹脂液の硬化収
縮による歪みを小さくすることができる。
【００３０】31は造形ベース、32はエレベータであり、
造形ベース31はエレベータ32に脱着可能に支持されると
ともに、駆動ローラ14および従動ローラ15、16により供
給ボビン13から未使用の透明シートベルト11が引き出さ
れ下方（光照射位置）に位置するガラス台22上に搬送さ
れ載置された透明シートベルト11表面の材料層27に近接
および離隔するようエレベータ32により下降および上昇
される。そして、造形ベース31は下降して透明シートベ
ルト11を介しガラス台22との間で材料層27を挟持し層厚
方向に位置決めする。また、材料層27が画像投影装置40
によって露光され硬化された所定形状の硬化層33を支持
するようになっている。すなわち、駆動ローラ14および
従動ローラ15、16は搬送手段を構成している。なお、造
形ベース31に先の造形によって硬化層が支持されている
ときには、材料層27はその硬化層の下面と透明シートベ
ルト11表面との間で層厚方向に位置決めされる。
【００３１】この造形ベース31は、移動ローラ17、18間
に搬送され鉛直に支持された材料層27を、駆動ローラ14
を回転しないよう停止して移動ローラ17〜19およびガラ
ス台22が塗布台21から離隔する方向（図中右方向）に移
動することにより移動ローラ17によって下流側から押し
付けられて順次密着されて透明シートベルト11を介して
ガラス台22との間で層厚方向に位置決めする。また、造
形ベース31は駆動ローラ14を回転しないよう固定して移
動ローラ17〜19およびガラス台22が塗布台21方向（図中
左方向）に移動することにより透明シートベルト11が上
流側から鉛直下方に引き離されて支持している硬化層33
からその透明シートベルト11と材料層27の未硬化部分が
上流側から順次剥離される。すなわち、移動ローラ17〜
19はベルト剥離手段を構成している。
【００３２】35は吸引器であり、吸引器35は移動ローラ
17の近傍に共に移動するよう吸引口を上方に向けて固定
されており、透明シートベルト11と材料層27の未硬化部
分を硬化層33から剥離するために移動ローラ17〜19およ
びガラス台22が塗布台22方向に移動する際に共に同一方
向に移動して所定距離離隔した位置から硬化層33に付着
している硬化していない前記混合材料を吸引口から吸引
し余分な材料を硬化層33から除去する。
【００３３】36は掻き取り器であり、掻き取り器36は透
明シートベルト11を移動ローラ18に押し付けてその表面
に所定力で摺接するよう移動ローラ18の近傍に設けられ
ており、図２に示すように、材料層27を移動ローラ17、
18間に搬送するときに透明シートベルト11の表面に摺接
して先に硬化層33から剥離された材料層27の未硬化部分
を掻き取るようになっている。なお、この掻き取り器36
は、材料層27を造形ベース31あるいは硬化層33に密着さ
せるために移動ローラ17、18間からガラス台22上に搬送
する際には透明シートベルト11に残っている材料が掻き
取り部の裏側に蓄積することを防止するため透明シート
ベルト11から離隔する。また、この掻き取り器36あるい
は吸引器35により除去された材料は図示していないが材
料回収手段により回収されスクリーン21に自動供給され
て再使用する。なお、除去された材料は溜めるようにし
てもよい。
【００３４】37はポストキュアランプであり、ポストキ
ュアランプ37（以下、単にＰＣランプ37という）は移動
ローラ17〜19およびガラス台22が塗布台21方向に移動す
る際に共に同一方向に移動して造形ベース31に支持され
た硬化層33の下方が開放されたとき、その硬化層33に所
定強度の光を照射し後硬化処理（所謂、ポストキュア）
する。なお、これらＰＣランプ37、移動ローラ17〜19お
よびガラス台22は高精度に水平移動する水平移動台38に
固定されている。
【００３５】40は画像投影装置であり、画像投影装置40
は図３に示すように、可視光ランプ41、集光レンズ42、
液晶透過マスク43、および結像レンズユニット44からな
り、材料層27が透明シートベルト11を介して造形ベース
31およびガラス台12により位置決めされたとき、可視光
ランプ41からの光を集光レンズ42により結像レンズユニ
ット44に絞るとともにその光を液晶透過マスク43により
整形しクールミラー46により反射してガラス台12および
透明シートベルト11を介して材料層27に結像照射するこ
とによって選択的に露光して硬化させ硬化層33を形成す
るようになっている。この液晶透過マスク43は、ＥＷＳ
（Engineering Work Station）47から送信されてきた断
面形状データに応じた領域の画素を駆動して光を画素毎
に透過あるいは遮断して材料層27を選択的に露光するマ
スクパターンを形成するようになっている。すなわち、
画像投影装置40は露光手段を構成している。なお、クー
ルミラー46は熱線を除いて反射することにより光の照射
による温度上昇を抑える。
【００３６】次に、図４〜図９に示す作業手順により造
形方法とともに作用を説明する。（ａ）準備工程 （図４（ａ）） まず、ガラス台22が塗布台21に隣接するよう移動ローラ
17〜19およびガラス台22を水平移動台38により移動さ
せ、供給ボビン12および巻取ボビン13を前記第１、２ホ
ルダ部に装着する。
【００３７】次いで、供給ボビン12から透明シートベル
ト11を引き出して駆動ローラ14、従動ローラ15、16、移
動ローラ17〜19および従動ローラ20に係合させて巻取ボ
ビン13に固定し透明シートベルト11を塗布台21およびガ
ラス台22の上面に載置して前記第１、２ホルダ部により
透明シートベルト11に所定の張力を与える。次いで、ス
クリーン25に前記混合材料を適量供給し、エレベータ32
に造形ベース31を装着して造形開始位置の高さにセット
する。
【００３８】次いで、ＥＷＳ47から造形する立体物の微
小間隔を隔てた前記断面形状データを送信して、画像投
影装置40の液晶透過マスク43を駆動し前記断面形状デー
タに応じた材料層27を選択的に露光するマスクパターン
を形成し保持しておく。（ｂ）材料層形成工程 （図４（ｂ）） そして、造形が開始されると、塗布台21の前記孔から空
気を吸引することにより載置された透明シートベルト11
をその上面に吸着固定する。このとき、透明シートベル
ト11は所定の張力が与えられているので、皺にならずに
その表面は平滑に位置決め固定される。
【００３９】次いで、スクリーン25を透明シートベルト
11の表面に所定隙間を介して対向する位置に下降させ、
スキージ26をスクリーン25の表面を加圧しながら摺動さ
せてスクリーン25に供給された前記混合材料をその網目
を通して透明シートベルト11の表面に延展して所定面積
および厚さの材料層27ａを形成する。したがって、材料
層27ａが取り扱い易い透明シートベルト11表面に簡易に
形成されその層厚が高精度に形成され、またスクリーン
25は透明シートベルト11から所定隙間を介しているので
材料層27ａを形成した後スクリーン25を引き剥す必要が
なく材料層27ａの形状が劣化してしまうことがない。さ
らに、スクリーン25に供給される前記混合材料は材料層
27ａを形成する適量でよい。
【００４０】（ｃ）送り出し工程（図５（ｃ）） 次いで、スクリーン25を透明シートベルト11の表面から
離隔する方向に上昇させて材料層27ａに接しない位置に
退避させ、塗布台21の前記孔から空気を吹き出すことに
より上面に吸着固定された透明シートベルト11を浮かし
て吸着固定を解除する。そして、駆動ローラ14を回転駆
動して透明シートベルト11を所定量供給ボビン12から引
き出しその表面に形成された材料層27ａを１ピッチ送り
塗布台21および造形ベース31間に搬送する。このとき、
透明シートベルト11は塗布台21の上面から浮かされてい
るので抵抗なく送り出され、またスクリーン25は上方に
退避しているので材料層27ａに接して形状を劣化させて
しまうことがない。
【００４１】（ｄ）材料層形成工程（図５（ｄ）） 次いで、先の材料層形成と同様に、塗布台21の前記孔か
ら空気を吸引してその上面の透明シートベルト11を吸着
固定するとともにスクリーン25を透明シートベルト11の
表面に所定隙間を介して対向する位置に下降させ、スキ
ージ26によりスクリーン25の網目を通して前記混合材料
が透明シートベルト11の表面に延展し次の材料層27ｂを
形成する。
【００４２】（ｅ）送り出しおよび積層準備工程（図６
（ｅ）） 次いで、先の送り出しと同様に、スクリーン25を透明シ
ートベルト11の表面から離隔する方向に上昇させるとと
もに塗布台21の前記孔から空気を吹き出して駆動ローラ
14により透明シートベルト11を所定量供給ボビン12から
引き出しその表面に形成された材料層27ａ、27ｂを１ピ
ッチ搬送する。このとき、材料層27ａは従動ローラ16お
よび移動ローラ17の間から移動ローラ17、18間に搬送さ
れ鉛直に支持される。
【００４３】（ｆ）積層工程（図７（ｆ）） 次いで、駆動ローラ14を回転しないよう固定して透明シ
ートベルト11の前記張力を保ちつつ水平移動台38を図中
右方向に移動させることにより移動ローラ17〜19および
ガラス台22を塗布台21から離隔する方向に移動させ、材
料層27ａを移動ローラ17、18間から上方に搬送する。こ
のとき、材料層27ａを移動ローラ17により造形ベース31
に下流側から押し付けて順次密着（接触）させ透明シー
トベルト11を介してガラス台22および造形ベース31の間
で層厚方向に位置決めする。したがって、材料層27ａと
造形ベース31の間に空気を挟み込むことなく材料層27ａ
および造形ベース31は密着される。そして、水平移動台
38は画像投影装置40による材料層27ａの露光の妨げにな
らない位置まで移動して停止する。
【００４４】（ｇ）露光および材料層形成工程（図７
（ｇ）） 次いで、画像投影装置40の可視光ランプ41を点灯し液晶
透過マスク43により整形された可視光をクールミラー46
により反射しガラス台22および透明シートベルト11を介
して材料層27ａに所定時間照射して選択的に露光する。
そして、材料層27ａを選択的に硬化させ所定形状の硬化
層33を形成し造形ベース31に支持させる。ここで、硬化
層33は材料層27ａの未硬化樹脂液を硬化してガラスビー
ズを固定するのでその強度を容易に所定以上にすること
ができ、収縮による歪みの発生が極めて少ない。また、
画像投影装置40の光の照射エネルギを小さく、または照
射時間を短くすることができる。さらに材料層27ａの裏
面側には未硬化の光硬化性樹脂は存在しないため硬化深
度を考慮することなく光を照射することができる。ま
た、可視光ランプ41からの熱線はクールミラー46により
除かれるので透明シートベルト11や材料層27ａの温度上
昇が抑えられ硬化層33の熱膨張による寸法精度の低下を
防止される。
【００４５】また、この材料層27ａの露光と同時に、先
の材料層形成と同様に、塗布台21の上面に吸着固定した
透明シートベルト11の表面にスキージ26によりスクリー
ン25の網目を通して前記混合材料を透明シートベルト11
の表面に延展させ次の材料層27ｃを形成する。（ｈ）剥離および吸引工程 （図８（ｈ）） 次いで、駆動ローラ14を回転しないよう固定したまま透
明シートベルト11の前記張力を保ちつつ水平移動台38を
図中左方向に移動させることにより移動ローラ17〜19お
よびガラス台22を塗布台21に近接する方向に移動させ、
造形ベース31の上流側から透明シートベルト11を鉛直下
方に引き離す。そのため、透明シートベルト11と材料層
27ａの未硬化部分は上流側より硬化層33から順次剥離さ
れて移動ローラ17、18間に搬送される。このとき、硬化
層33は硬化して造形ベース31に支持されるとともに透明
シートベルト11は順次剥離され、硬化層33は変形や破損
することなく造形ベース31に支持される。
【００４６】また、透明シートベルト11の剥離と同時
に、移動ローラ17〜19およびガラス台22とともに移動す
る吸引器35により造形ベース31および硬化層33に付着し
ている未硬化の前記混合材料を吸引し除去する。したが
って、露光され目的形状に硬化された硬化層33から余分
な材料が除去され回収される。（ｉ）送り出し、掻き取り、および後硬化処理工程 （図
８（ｉ）） 次いで、造形ベース31をエレベータ32により次に形成す
る硬化層の層厚分だけ上昇させるとともに、水平移動台
38により図中左方向に移動させ造形ベース31の下方に移
動されたＰＣランプ37を点灯してその造形ベース31に支
持された硬化層33に所定強度の光が所定時間照射して後
硬化処理（ポストキュア）する。この後硬化処理は次の
材料層27の形成と同時に実行することができ、運転効率
を向上させることができる。このとき、後硬化処理の前
に硬化層33に付着していた未硬化の前記混合材料は吸引
器35により吸引されているので、この後硬化処理によっ
て付着していた前記混合材料が硬化して硬化層33の形状
を劣化させてしまうことがない。
【００４７】また、この硬化層33の後硬化処理と同時
に、透明シートベルト11を、先の送り出しと同様に、駆
動ローラ14により所定量供給ボビン12から引き出しその
表面の未硬化材料層27ａおよび材料層27ｂ、27ｃを１ピ
ッチ搬送し、材料層27ｂを移動ローラ17、18間に搬送す
る。このとき、未硬化材料層27ａが形成された位置の透
明シートベルト11は移動ローラ18より下流側に送られる
とともに掻き取り器36が透明シートベルト11の表面に摺
接しているので、その未硬化材料層27ａを透明シートベ
ルト11の表面から掻き取り器36が掻き取り回収する。し
たがって、透明シートベルト11表面に残留している材料
が除去されるとともに回収されて材料の無駄が省かれ
る。また使用済み透明シートベルト11は巻取ボビン13に
巻とられるが未硬化の材料層27ａが除去され平滑さを回
復しているので、凹凸なく巻き崩れせずに円筒状に巻き
取ることができる。
【００４８】また、上述の（ｈ）剥離および吸引工程か
ら（ｉ）送り出し、掻き取り、および後硬化処理工程の
間に、前記断面形状データに応じて画像投影装置40の液
晶透過マスク43を駆動し次の材料層27を選択的に露光す
る前記マスクパターンを形成し準備しておく。（ｊ）製品取り出し工程 （図９（ｋ）） そして、上述した（ｆ）積層工程から（ｉ）送り出し、
掻き取り、および後硬化処理工程を前記積層体の積層数
だけ繰り返して、造形ベース31に支持された複数の硬化
層33を積層し積層体としての立体物を造形した後、エレ
ベータ32から造形ベース31を取り外す。次いで、新しい
造形ベース31をエレベータ32に装着することにより造形
を連続して行なうことができる。造形された製品は材料
内に浸漬することなく硬化層33を形成した都度、ポスト
キュアを行なうため洗浄等の後処理は必要なく、造形ベ
ース31から取り外すことによりそのまま使用することが
できる。したがって、前記製品を容易に取り扱うことが
でき、無人運転および連続運転が可能である。このよう
に本実施例では、透明シートベルト11表面にスクリーン
印刷法によって前記混合材料を塗布して材料層27を形成
し、その材料層27を透明シートベルト11を介してガラス
台22および造形ベース31の間で層厚方向に位置決めして
画像投影装置40によって選択的に露光・硬化して硬化層
33を形成するので、材料層27を高精度に所定厚さに形成
して硬化層33を高精度に形成することができ、その硬化
層33を積層した積層体からなる立体物を高精度に造形す
ることができる。また、供給する材料を適量にすること
ができる。さらに、材料層27を前記未硬化樹脂液に安価
なガラスビーズを混合させた前記混合材料により形成し
て材料費を低減することができ、硬化収縮等による変形
を防止することができる。したがって、高精度な立体物
を低コストに造形することができる。
【００４９】さらに、材料層27を透明シートベルト11を
介してガラス台22および造形ベース31の間で層厚方向に
位置決めする際には、造形ベース31あるいは先に形成さ
れた硬化層33に移動ローラ17により材料層27を塗布台21
側の一端側から押し付けて順次密着させるので、空気を
挟み込むことを防止して高精度に硬化層33を積層するこ
とができ、より高精度に立体物を造形することができ
る。
【００５０】また、透明シートベルト11を硬化層33から
剥離する際には、透明シートベルト11を造形ベース31の
他端側から鉛直方向に引き離して硬化層33から順次剥離
するので、その硬化層33の変形や破損を防止することが
でき、硬化層33を速やかに形成することができる。さら
に、透明シートベルト11に付着した材料層27の未硬化部
分を硬化層33から分離することができ、仮に未硬化の材
料層27が硬化層33に残留しても吸引器35により吸引して
除去することができる。そして、硬化層33を一層づつ形
成し材料層27の未硬化部分を分離除去するので、次の硬
化層33を形成するために照射する光の硬化深度を考慮す
る必要がなく、安価な光源により短時間にムラなく露光
および後硬化処理することができ、さらに後硬化処理を
装置内に組み込むことができる。さらに、後硬化処理や
洗浄等の後処理の必要のない手間の掛からない低コスト
な装置にすることができ、自動化の実現するとともに連
続運転することにより運転効率を向上させることができ
る。
【００５１】さらに、画像投影装置40は液晶透過マスク
43に形成された透過領域を介して同時に光を材料層27に
照射して硬化層33を短時間に形成することができ、また
同一形状の硬化層33を繰り返し形成する場合には液晶透
過マスク43の透過領域を保持することにより容易に同一
形状の硬化層33を繰り返し積層することができる。ま
た、硬化層33から剥離された材料層27の未硬化部分は巻
取ボビン13に巻とられる前に掻き取り器36により除去さ
れるので、巻取ボビン13を容易に取り扱うことができる
とともに、除去された材料を回収するのでその材料を再
使用することができ、材料の無駄を省くことができる。
さらに、スクリーン25のサイズを多種揃えて製品のサイ
ズに合わせて交換することにより供給する前記混合材料
の供給量を適量にして回収量を抑えることもできる。
【００５２】また、本実施例では詳しく説明していない
が、画像投影手段40にズーム機能を設けることにより液
晶透過マスク43のマスクサイズを変更することなく自由
な大きさの硬化層33を形成し容易に硬化層33の大小を変
化させることができる。さらに、本実施例により多部品
を同時に造形することもできる。なお、本実施例の他の
態様として、図10に示すように、紫外線レーザ光を出射
する紫外線レーザ出射装置51と、複数のレンズ52ａおよ
びシャッタ52ｂを備えたオプティカルユニット52と、紫
外線レーザ出射装置51から出射された紫外線レーザ光を
反射してオプティカルユニット52に入射する反射鏡53、
54と、オプティカルユニット52からの紫外線レーザ光を
走査するミラースキャナ55とから画像投影装置50を構成
してもよく、紫外線レーザ出射装置51から出射された紫
外線レーザ光をミラー56により反射してガラス台22およ
び透明シートベルト11を介して材料層27に照射して断面
形状データに応じた領域を走査することによって選択的
に露光・硬化して硬化層33を形成する。しかしながら、
この画像投影装置50は、紫外線レーザ出射装置51が高価
であるとともに紫外線レーザ光を走査するため露光に時
間が掛かってしまうため、可視光ランプ41および液晶透
過マスク43等からなる画像投影装置40の方が好適であ
る。
【００５３】次に、図11は本発明に係る光造形装置の第
２実施例を示す図であり、本実施例では上述実施例と同
様な構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
同図において、60は画像投影装置であり、画像投影装置
60は紫外線ランプ（又は可視光ランプでもよい）61、反
射型液晶画面63ａを備えたＣＲＴ（Cathode Ray Tube）
63、および結像レンズユニット44からなり、ＣＲＴ62は
送信されてきた断面形状データに応じて電子線を反射型
液晶ライトバルブ画面63ａに照射することにより所定領
域のみ紫外線を反射してその紫外線を整形する整形領域
を高速に形成する。
【００５４】この画像投影装置60は、紫外線ランプ61か
らの紫外線を反射型液晶ライトバルブ画面63ａが前記整
形領域で反射して整形しクールミラー46によりその紫外
線を反射してガラス台22および透明シートベルト11を介
して材料層27に照射し断面形状データに応じた領域を選
択的に露光・硬化して硬化層33を形成するようになって
いる。
【００５５】本実施例では、上述実施例の作用効果に加
え、紫外線ランプ61からの紫外線によって前記光硬化性
樹脂を硬化させるので短時間に材料層27を選択的に露光
して硬化層33を形成することができる。また、反射型液
晶ライトバルブ画面63ａに形成した前記整形領域は極め
て高速に書き換えが可能であるのでその工程の時間を短
縮することができる。
【００５６】なお、前記整形領域を赤外線レーザ書き替
え方式の反射型液晶画面に形成することにより前記電子
線を新たに走査したり電圧等を加えなくてもそのまま保
持させることもできる。次に、図12は本発明に係る光造
形装置の第３実施例を示す図であり、本実施例では上述
実施例と同様な構成には同一の符号を付してその説明を
省略する。
【００５７】同図において、70は画像投影装置であり、
画像投影装置70は紫外線ランプ61と、集光レンズ42と、
図示しない電子写真装置によって光を透過するマスクパ
ターンを、例えばトナーにより形成される転写シート73
と、転写シート73を回転させマスクパターンを変更する
複数の駆動ローラ74とからなり、前記電子写真装置は送
信されてきた断面形状データを転写シート73に前記トナ
ーにより現像し所定領域のみ紫外線を透過してその紫外
線を整形するマスクパターン（トナー像）を形成する。
転写シート73に形成されたマスクパターンは前記トナー
の付着により形成されるため容易に保持され、除去しな
い限り繰り返し使用することができる。この転写シート
73にマスクパターンを形成する前記トナーは、定着させ
る必要はなくトナー像（マスクパターン）を形成するの
みでよいため容易に除去・回収および再使用が可能であ
る。
【００５８】この画像投影装置70は、紫外線ランプ61か
らの紫外線を集光レンズ42により結像レンズユニット44
に絞るとともにその光を転写シート73に形成された前記
マスクパターンにより整形しクールミラー46により反射
してガラス台12および透明シートベルト11を介して材料
層27に結像照射することによって選択的に露光・硬化し
て硬化層33を形成するようになっている。
【００５９】本実施例では、上述実施例と同様な作用効
果が得られる。なお、上述実施例では、硬化層から透明
シートベルトと材料層の未硬化部分を剥離させる際、材
料層を積層したときと逆の端部から透明シートベルトを
所定方向に湾曲させているが、透明シートベルトは積層
するときと同様に一端から他端側へと湾曲させるようベ
ルト剥離手段を構成してもよく、透明シートベルトは積
層および剥離する際に同一あるいは異なる端部側から湾
曲させればよい。
【００６０】
【発明の効果】本発明によれば、透明シートベルト上に
ペースト状の光硬化性材料からなる所定層厚の材料層を
形成し、その材料層を層厚方向に位置決めした後、透明
シートベルトを介して露光して、所定形状の硬化層を形
成するので、材料層の硬化深度を考慮することなくムラ
なく短時間に露光して層厚の高精度な硬化層を１層毎に
形成することができる。そのため、低コストな光源を使
用することができる。さらに、材料層を適量な高粘度材
料により形成することができ、例えばスクリーン印刷法
によって透明シートベルトの表面に塗布して高精度に形
成することができる。また、材料内に浸漬させないので
洗浄も必要ない。したがって、高精度な立体物を低コス
トに造形することができる。
【００６１】また、材料層を透明シートベルトと造形ベ
ースの間に挟む際、透明シートベルトを所定方向に湾曲
させて材料層を一端から他端へと順次造形ベース側に接
触させて造形ベース上に積層するので、層間に空気を挟
み込むことなく積層することができ、積層精度の低下を
防止することができる。また、硬化層から透明シートベ
ルトと材料層の未硬化部分を剥離する際、材料層を積層
したときと逆の端部から透明シートベルトを所定方向に
湾曲させ順次剥離するので、硬化層の輪郭に沿って材料
層を容易に分離することができ、硬化層の変形および破
損を防止することができる。したがって、造形時間を短
縮することができ、立体物の造形精度を向上させること
ができる。
【００６２】さらに、硬化層から透明シートベルトおよ
び材料層の未硬化部分を剥離する際に、その硬化層に付
着している未硬化の材料を吸引して除去するとともに透
明シートベルト上の硬化層から分離された未硬化の材料
層を掻き取って除去するので、硬化層を後硬化処理する
ときにその形状の精度が低下することを防止することが
でき、未硬化材料を再使用することができる。したがっ
て、高精度な立体物を低コストに造形することができ
る。
【００６３】また、造形ベースに支持され未硬化の材料
が除去された硬化層を後硬化処理するので、後処理を省
略することができ、連続自動運転を実現することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光造形装置の第１実施例を示す概
略全体構成図である。
【図２】その動作を説明する説明図である。
【図３】その要部を説明する一部拡大構成図である。
【図４】その光造形の経過時間毎に実施される工程を示
す工程図であり、（ａ）は準備時、（ｂ）は材料層形成
時を示す状態図である。
【図５】図４に続く工程を示す工程図であり、（ｃ）は
送り出し時、（ｄ）は次の材料層形成時を示す状態図で
ある。
【図６】図５に続く工程を示す工程図であり、送り出し
および積層準備時を示す状態図である。
【図７】図６に続く工程を示す工程図であり、（ｆ）は
積層時、（ｇ）は露光および次の材料層形成時を示す状
態図である。
【図８】図７に続く工程を示す工程図であり、（ｈ）は
剥離および吸引時、（ｉ）は送り出し、掻き取りおよび
後効果処理時を示す状態図である。
【図９】図８に続く工程を示す工程図であり、製品取り
出し時を示す状態図である。
【図10】その第１実施例の他の態様を示す一部拡大構成
図である。
【図11】その第２実施例を示す一部拡大構成図である。
【図12】その第３実施例を示す一部拡大構成図である。
【符号の説明】
11 透明シートベルト 14 駆動ローラ（搬送手段） 15、16 従動ローラ（搬送手段） 17〜19 移動ローラ（ベルト剥離手段） 17ａ 移動ローラ 21 塗布台 22 ガラス台 25 スクリーン（材料層形成手段） 26 スキージ（材料層形成手段） 27、27ａ、27ｂ、27ｃ 材料層 31 造形ベース 33 硬化層 35 吸引器 36 掻き取り器 37 ポストキュアランプ 40、50、60、70 画像投影装置（露光手段）

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光硬化性材料からなる未硬化材料層(27)を
    露光して硬化層(33)を形成するとともに、該硬化層(33)
    を順次積層して３次元物体を造形する光造形方法におい
    て、 透明シートベルト(11)上にペースト状の光硬化性材料か
    らなる所定層厚の材料層(27)を形成する第１の工程と、 該材料層(27)を透明シートベルト(11)と造形ベース(31)
    又は該造形ベース(31)に支持された下層の硬化層(33)と
    の間に挟んで層厚方向に位置決めする第２の工程と、 該位置決めされた材料層(27)を透明シートベルト(11)を
    介して露光し、所定形状の硬化層(33)を形成する第３の
    工程と、 前記露光により硬化して造形ベース(31)に支持された硬
    化層(33)から透明シートベルト(11)と材料層(27)の未硬
    化部分を剥離させる第４の工程と、を含むことを特徴と
    する光造形方法。
  2. 【請求項２】第２の工程において材料層(27)を透明シー
    トベルト(11)と造形ベース(31)の間に挟む際、透明シー
    トベルト(11)を所定方向に湾曲させて材料層(27)を一端
    から他端へと順次造形ベース(31)側に接触させてこれを
    造形ベース(31)上に積層し、 第４の工程において硬化層(33)から透明シートベルト(1
    1)と材料層(27)の未硬化部分を剥離させる際、透明シー
    トベルト(11)を前記第２の工程において積層したときと
    逆の端部から所定方向に湾曲させ、順次剥離させること
    を特徴とする請求項１記載の光造形方法。
  3. 【請求項３】光硬化性材料からなる未硬化材料層(27)を
    露光して硬化層(33)を形成するとともに、該硬化層(33)
    を順次積層して３次元物体を造形する光造形装置におい
    て、 透明シートベルト(11)上にペースト状の光硬化性材料を
    延展して所定層厚の材料層(27)を形成する材料層形成手
    段(25，26)と、 透明シートベルト(11)を所定方向に移動させて材料層(2
    7)を材料層形成位置から露光位置に搬送する搬送手段(1
    4、15、16)と、 該露光位置に位置決めされた材料層(27)を透明シートベ
    ルト(11)側から露光して所定形状の硬化層(33)を形成す
    る露光手段(40、50、60又は70)と、 透明シートベルト(11)との間に材料層(27)又はこれと下
    層の硬化層(33)を挟んで該材料層(27)を層厚方向に位置
    決めする造形ベース(31)と、 前記露光により硬化して造形ベース(11)に支持された硬
    化層(33)から透明シートベルト(11)と材料層(27)の未硬
    化部分を剥離させるベルト剥離手段(17、18)と、を備え
    たことを特徴とする光造形装置。
  4. 【請求項４】透明シートベルト(11)を所定の方向に移動
    させて材料層(27)を前記材料層形成位置から露光位置に
    搬送する搬送手段(14、15、16)に、ポストキュア用のラ
    ンプ(37)を有する水平移動台(38)を設け、 該水平移動台(38)に、透明シートベルト(11)の裏面に接
    し造形ベース(31)に近接した供給側の移動ローラ(17)
    と、該移動ローラ(17)に近接する吸引器(35)と、透明シ
    ートベルト(11)の裏面に接し供給側の移動ローラ(17)か
    ら離隔した巻取側の移動ローラ(18)と、該移動ローラ(1
    8)に近接する掻き取り器(36)と、を設け、 前記水平移動台(38)が、造形ベース(31)の造形領域に出
    没可能になっていることを特徴とする請求項３記載の光
    造形装置。
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