JPH07137141A - ミラー式光硬化造形装置 - Google Patents

ミラー式光硬化造形装置

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JPH07137141A
JPH07137141A JP5286558A JP28655893A JPH07137141A JP H07137141 A JPH07137141 A JP H07137141A JP 5286558 A JP5286558 A JP 5286558A JP 28655893 A JP28655893 A JP 28655893A JP H07137141 A JPH07137141 A JP H07137141A
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JP
Japan
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mirror
cross
laser beam
section
liquid surface
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JP5286558A
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English (en)
Inventor
Kazumi Ouchi
和美 大内
Hatsumi Naruo
初美 成尾
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C MET KK
Y A SHII KK
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C MET KK
Y A SHII KK
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • 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
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • B29C64/129Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask
    • B29C64/135Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask the energy source being concentrated, e.g. scanning lasers or focused light sources

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ミラーを使って液面に対するレーザビーム照
射位置を調整する光硬化造形装置において、レーザビー
ムの移動速度を可変とする。 【構成】 レーザ発振器12とミラー15間にビーム強
度調整機構13を付加し、低速時には低光量とし、高速
時には大光量とする。 【作用】 精度の必要なところを低速としても低光量の
ためにオーバーキュアとならず、精度の不必要なところ
は高速、大光量で短時間で造形できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光硬化造形装置に関する
ものであり、特に高い形状精度と高速造形をともに実現
することのできる光硬化造形装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図1に示されているように、容器18中
に光照射を受けると硬化する性質を有する光硬化性液1
7を収容しておくとともに、レーザ発振器12から発振
されるレーザビームをミラー15で反射して光硬化性液
17の液面19を照射する装置が知られている。この場
合、ミラー15の回転角がミラー回転機構14で回転さ
れるとともに、そのミラー15の回転角が断面形状デー
タ出力手段11から出力される断面形状データに基づい
て制御されるために、液面19に断面硬化層が造形され
る。断面形状データ出力手段11は3次元CAD等で設
計された立体的形状を複数断面にスライスした際の各断
面形状を定めるデータ(断面形状データ)を出力するも
のであり、通常コンピュータのメモリで構成されてい
る。ミラー15の回転角が断面形状データに基づいて制
御されるために、液面19に造形される断面硬化層の形
状は、断面形状データで定義される形状と同一となる。
【0003】液面19に造形された断面硬化層は次に液
面19からシフトされる。図1は昇降台20が降下する
ことによって断面硬化層が液面から下方にシフトされる
場合を例示している。レーザビームで照射される液面は
液の上表面に限られず、底表面であってもよい。この場
合は断面硬化層が上方に持上げられて底表面からシフト
される。なお図1において光硬化性液を追加すること
で、断面硬化層から液面をシフトするようにしてもよ
い。造形された断面硬化層を液面からシフトさせたのち
に、再度液面に対するレーザ照射を繰返すことで断面硬
化層が積層された硬化物が造形される。この硬化物は、
断面形状データで定義される断面を積層した立体的形状
を備えている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術によると、
前述したように、レーザ発振器12とミラー15間に、
図1に示すビーム強度調整機構13が付加されていない
(図1のビーム強度調整機構13は本発明によって付加
されたものである。)。このため液面19におけるレー
ザビーム強度は原則として一定である。
【0005】レーザビーム強度が一定であると、ミラー
15の回転角速度が低速であって液面19におけるレー
ザビーム21の移動速度が遅いほど単位面積あたりの照
射総量は多くなる。他方、ミラー15の回転角速度が高
速であって液面19におけるレーザビーム21の移動速
度が早いほど単位面積あたりの照射総量は小さくなる。
従来のミラー式硬化造形装置の場合、原則として液面に
おけるレーザビームの移動速度を一定にして光造形をす
るために、レーザビームの液面19におけるビーム強度
を調整する必要はなかった。しかるに本発明者が高い精
度の硬化物を短時間で造形するための技術を種々に検討
したところ、ミラー式光硬化造形装置の場合にもレーザ
ビーム21の液面19における移動速度を部位によって
増減することが有利なことを見出した。
【0006】しかるに不用意にレーザビームの移動速度
を部位によって増減させると、前記したように単位面積
あたりの総露光量(ないし照射総量)が一様とならず、
局所的にオーバーキュアしたりアンダーキュアしたり、
あるいは局所的な収縮度の不均一性から歪みが生じたり
する。本発明はレーザビームの液面における移動速度を
部位によって増減しても、上述の問題を生じさせない新
たなミラー式光硬化造形装置を実現しようとするもので
ある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の光硬化造形装置
は、レーザ発振器12から発振されるレーザビームをミ
ラー15で反射して光硬化性液の液面19を照射すると
ともに、そのミラー15の回転角が断面形状データ出力
手段11から出力される断面形状データに基づいて制御
されることによって、前記液面19に断面硬化層が造形
され、造形された断面硬化層を液面19からシフトさせ
た後に再度液面に対するレーザ照射を繰返すことで断面
硬化層が積層された硬化物を造形するミラー式光硬化造
形装置に関するものであり、前記レーザ発振器12とミ
ラー15間にビーム強度調整機構が付加されており、液
面19におけるレーザビーム強度が調整可能となってい
る。
【0008】この場合、前記ミラ15ーが断面の輪郭に
レーザビームを反射する角度に調整されている間は前記
ビーム強度調整機構13がビーム強度を低く調整し、前
記ミラー15が断面の内部にレーザビームを反射する角
度に調整されている間は前記ビーム強度調整機構13が
ビーム強度を高く調整するものであることが好ましい。
また前記ミラー15が断面の輪郭にレーザビームを反射
する角度に調整されている間は前記ミラー15の回転角
速度が低速とされ、前記ミラー15が断面の内部にレー
ザビームを反射する角度に調整されている間は前記ミラ
ーの回転角速度が高速とされるものであることが極めて
好ましい。
【0009】
【作用】レーザ発振器12とミラー15間にビーム強度
調整機構13が付加されていると、液面19におけるレ
ーザビーム強度が調整可能となる。この場合、レーザビ
ーム21が断面中の輪郭を光照射している間はレーザビ
ーム21の強度が低く、一方内部を光照射している間は
レーザビーム21の強度が高く調整されると、輪郭につ
いてはレーザビームの移動速度を低速化し、内部につい
てはレーザビームの移動速度を高速化しても、断面全域
について単位面積あたりの照射総量(総露出量)を一様
とでき、均質で歪みの少ない断面硬化層が造形される。
【0010】
【実施例】次に本発明を具現化した幾つかの実施例につ
いて説明する。図2はレーザ発振器12とミラー(ガル
バノミラー)15間に、可変ビームエキスパンダ22と
アイリス23とモジュレータ24を組込んだ例を示して
いる。可変ビームエキスパンダ22はレーザ発振器12
から発振されるレーザビームの平行度を保ったままビー
ム径を変えることができるものであり、図2(A) のよう
にビーム径を変えない状態と、図2(B) のようにビーム
径をN倍に拡大する状態との間で切換可能となってい
る。ビームエキスパンダ22と同軸にアイリス23が配
置されており、図2(A) に示すようにビーム径が細く絞
られている間は全光量がアイリス23を通過し、図2
(B) のようにビーム径が拡大されていると、一部の光量
のみがアイリス23を通過する。このため、図2(A) の
状態ではミラー15に強い光量のレーザビームが到達す
るのに対し、図2(B) の状態ではミラー15に弱い光量
のレーザビームしか到達しない。なおモジュレータ24
はこの場合レーザビームをオン・オフするのに使用され
る。例えば一断面に対する光照射が終了して昇降台20
が昇降する間は、モジュレータ24によってレーザビー
ムがオフされ、ミラー15にレーザビームが入射しな
い。またラスタスキャン中の1本の走査ラインに対する
走査が終了したときも一旦オフされる。
【0011】この結果ミラー15から反射される光の強
度は図6に示すものとなる。図6において、オフはモジ
ュレータ24によってレーザビームがオフされて、ミラ
ー15からの反射光量がゼロのレベルであることを示し
ている。図6(A) は、図2(A) の状態でミラー15から
反射されるレーザビーム強度(IA)を示しており、図
6(B) は図2(B) の状態でミラー15から反射されるレ
ーザビーム強度(IB)を示している。明らかにIA >
IB である。
【0012】ミラー15がレーザビームを断面の輪郭に
反射する角度にあると、可変ビームエキスバンパー22
は図2(B) に示す状態とされ、液面19は弱い強度のレ
ーザビームで照射される。このときはガルバノミラー1
5の回転角速度も低速化される。ガルバノミラー15の
回転角速度が低速化されると、レーザビーム21の液面
19における位置精度が高く確保でき、正確な断面形状
が得られる。
【0013】ミラー15がレーザビームを断面の内部に
反射する角度にあると、可変ビームエキスパンダー22
は図2(A) に示す状態とされ、液面19は強い強度のレ
ーザビームで照射される。一方このときはガルバノミラ
ー15の回転角速度が高速化される。ガルバノミラー1
5の回転角速度が高速化されると、レーザビーム21の
液面19における位置精度が低くなるが、輪郭の内部に
対する照射であるのでレーザビームの位置精度が低くな
っても造形される断面形状の形状精度は低下しない。レ
ーザビームの移動速度が高速化されれば、当然造形時間
は短縮化される。
【0014】高いレーザビーム強度のときは高速でレー
ザビームが移動し、低いレーザビーム強度のときは低速
でレーザビームが移動するために、全層にわたって単位
面積あたりの照射総量は均質化され、歪みの少い造形物
が造形される。
【0015】図3は第2実施例に係わるものであり、レ
ーザビーム強度の調整のために、ニュートラルデンシテ
ィフィルター25が利用される。輪郭を照射するときに
はフィルター25が光路中に移動し、内部を照射すると
きはフィルター25が光路にかからないように移動され
る。
【0016】図4は第3実施例に係わるものであり、モ
ジュレータ24がレーザビームのオン・オフを切換える
だけでなく、オン時の強度をも調整する。すなわちモジ
ュレータ24をオンさせるための電圧を増減することに
よってオン時のレーザビーム強度を調整する。オン時の
電圧を高くとると図6(A) のレーザビーム強度が得ら
れ、一方オン時の電圧を低くすると図6(B) のレーザビ
ーム強度が得られる。輪郭を照射する間は低い電圧でモ
ジュレータをオンし、内部を照射する間は高い電圧でモ
ジュレータをオンするのである。
【0017】図5は第4実施例に係わるものであり、偏
光フィルタ26を利用する。レーザビームは縦偏光して
おり、偏光フィルタ26を回転させることによって透過
光量が調整される。この場合内部を照射する場合には偏
光面を揃えて大光量を通過させ、輪郭を照射する場合に
は偏光面を回転させて小光量を通過させる。
【0018】なおいずれの実施例による場合も、強い強
度のレーザビームで液面を照射する場合にはレーザビー
ムの移動速度を高速とし、弱いレーザビームで液面を照
射する場合にはレーザビームの移動速度を低速とする。
この結果、単位面積あたりの照射総量が均質化され、良
質の硬化物が造形される。
【0019】
【発明の効果】本発明によると、ミラーを使って液面上
の照射位置を変える形式の光硬化造形装置においても、
レーザビームの移動速度を可変とできるために高精度が
要求される場合には低速で移動することによって高精度
でレーザビーム位置を調整するとともに、精度の要求さ
れない場合には高速でレーザビームを移動することが可
能となり、高精度の硬化物を短時間で造形することが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の全体構成を示す図
【図2】第1実施例を示す図
【図3】第2実施例を示す図
【図4】第3実施例を示す図
【図5】第4実施例を示す図
【図6】レーザビーム強度を示す図
【符号の説明】
11 断面形状データ出力手段 12 レーザ発振器 13 ビーム強度調整機構 15 ミラー 17 光硬化性液 19 液面 22 ビームエキスパンダー 23 アイリス 24 モジュレータ 25 フィルタ 26 偏光フィルタ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ発振器(12)から発振されるレーザ
    ビームをミラー(15)で反射して光硬化性液の液面(19)を
    照射するとともに、そのミラー(15)の回転角が断面形状
    データ出力手段(11)から出力される断面形状データに基
    づいて制御されることによって、前記液面(19)に断面硬
    化層が造形され、造形された断面硬化層を液面(19)から
    シフトさせた後に再度液面に対するレーザ照射を繰返す
    ことで断面硬化層が積層された硬化物を造形するミラー
    式光硬化造形装置において、 前記レーザ発振器(12)とミラー(15)間にビーム強度調整
    機構(13)を付加し、液面(19)におけるレーザビーム強度
    が調整可能となっていることを特徴とするミラー式光硬
    化造形装置。
  2. 【請求項2】 レーザ発振器(12)から発振されるレーザ
    ビームをミラー(15)で反射して光硬化性液の液面(19)を
    照射するとともに、そのミラー(15)の回転角が断面形状
    データ出力手段(11)から出力される断面形状データに基
    づいて制御されることによって、前記液面(19)に断面硬
    化層が造形され、造形された断面硬化層を液面(19)から
    シフトさせた後に再度液面に対するレーザ照射を繰返す
    ことで断面硬化層が積層された硬化物を造形するミラー
    式光硬化造形装置において、 前記レーザ発振器(12)とミラー(15)間にビーム強度調整
    機構(13)が付加されており、 前記ミラー(15)が断面の輪郭にレーザビームを反射する
    角度に調整されている間は前記ビーム強度調整機構(13)
    がビーム強度を低く調整し、 前記ミラー(15)が断面の内部にレーザビームを反射する
    角度に調整されている間は前記ビーム強度調整機構(13)
    がビーム強度を高く調整することを特徴とするミラー式
    光硬化造形装置。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載のミラー式光硬化造形装
    置において、 前記ミラー(15)が断面の輪郭にレーザビームを反射する
    角度に調整されている間は前記ミラー(15)の回転角速度
    が低速とされ、 前記ミラー(15)が断面の内部にレーザビームを反射する
    角度に調整されている間は前記ミラー(15)の回転角速度
    が高速とされることを特徴とするミラー式光硬化造形装
    置。
JP5286558A 1993-11-16 1993-11-16 ミラー式光硬化造形装置 Pending JPH07137141A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1015213A4 (en) * 1997-04-30 2005-11-30 John A Lawton METHOD FOR FORMING IMAGES OF FULL OBJECTS BY COMPONENT HOMOGENIZATION
JP2014111385A (ja) * 2007-12-12 2014-06-19 3M Innovative Properties Co エッジ明瞭性が向上した構造の製造方法
WO2018052649A1 (en) * 2016-09-16 2018-03-22 General Electric Company Methods and apparatus for thin-walled geometries for additive manufacturing

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US10792907B2 (en) 2016-09-16 2020-10-06 General Electric Company Methods and apparatus for thin-walled geometries for additive manufacturing

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