JPH07164534A - 光造形方法および光造形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、光硬化性材料からなる材料層を透
明シートベルト上に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立体物
を形成する光造形方法および光造形装置に関し、照射す
る光を透明シートベルトの表面に密着したマスクによっ
て整形することにより、光の照射位置の精度を不要にし
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】 マスク32を透明シートベルト11の表面に形成
しそのマスク32の裏面側にペースト状の光硬化性材料層
37を形成した後、材料層37をベルト11と造形ベース41ま
たは下層の硬化層43との間に挟んで層厚方向に位置決し
てマスク32により整形した光を材料層37にベルト11を介
して照射して露光し、この露光により硬化してベース41
に支持された硬化層43からベルト11と材料層37の未硬化
部分を剥離させる。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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光造形方法および光造
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
る光造形方法および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、光を照射して硬化する樹脂（光硬化性材
料）を選択的に露光して硬化させ、その硬化層を積層す
ることにより立体物（造形物）を造形するようになって
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
形装置は、光硬化性樹脂を収容する容器内でベースを上
下方向に移動させ、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大気
側から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ようになっている。

【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内でベースを
その透光窓から近接または離隔方向に移動させ、そのベ
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
るようになっている。

【０００５】この光造形装置は、双方とも容器内の光硬
化性樹脂をベースが移動することによって流入させてそ
の光硬化性樹脂を露光し立体物を造形するので、大量の
樹脂の貯蔵、光硬化性樹脂の硬化深度を精密に制御する
高価な光源、造形後の洗浄、および後硬化処理（所謂、
ポストキュア）が必要であり、また、バッチ処理のため
運転効率が低く、立体モデルを作製する費用が割高にな
ってしまうという不具合があった。また、極高粘度の材
料を使用することができず、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という不具合もあった。さらに、後
者の光造形装置は、硬化層が透光窓に密着するので、硬
化層を剥離する際に変形や破損が生じる不具合があっ
た。

【０００６】そのため、本出願人は、これら不具合を解
消するため、特願平５−２５６２０５号において、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し、その材料層を透明シートベル
トと造形ベースまたはこれに支持された下層の硬化層と
の間に挟んで透明シートベルトを介して露光し所定形状
の硬化層を形成した後、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する
ことによって硬化層を順次積層して３次元物体を造形す
る光造形装置を提案している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本出願
人が提案した光造形装置にあっては、透明シートベルト
上に形成した材料層を選択的に露光して所定形状の硬化
層を形成する露光手段として、露光位置の材料層にマス
クにより整形した光を光学系によって結像させる画像投
影装置を用いたり、紫外線レーザ光を走査するレーザユ
ニットを用いているが、画像投影装置はマスクが材料層
から離れた間接投影によってその材料層を露光するため
投影位置を高精度に制御する必要があり、またレーザー
ユニットはレーザ光発振装置および制御系が高価である
ためコスト高になってしまうという問題があった。

【０００８】そこで、請求項１記載の発明は、照射され
る光を透明シートベルトの表面に密着したマスクによっ
て整形することにより、光の照射位置の精度を不要にし
て、高精度な立体物を低コストに造形する光造形方法を
提供することを目的とする。また、請求項２記載の発明
は、照射される光を透明シートベルトの表面に密着した
マスクによって整形することにより、光の照射位置の精
度を不要にして、立体物を高精度に造形する安価な光造
形装置を提供することを目的とする。

【０００９】請求項３記載の発明は、透明シートベルト
の表面にマスクとともにその位置の基準となるマークを
形成することにより、下層の硬化層とマスクの位置との
位置合わせを容易にして、造形精度の向上した立体物を
造形する安価な光造形装置を提供することを目的とす
る。請求項４記載の発明は、マスク形成位置の透明シー
トベルトに所定の張力を与えるとともにマスクを他の工
程と同期させることなく形成することにより、高精度な
マスクの形成および工程の時間短縮を可能にして、造形
精度の向上した立体物を低コストに造形する光造形装置
を提供することを目的とする。

【００１０】請求項５記載の発明は、透明シートベルト
に照射される光を所定量絞ってマスクの面積を小さくす
ることにより、マスク材料の消費量を少なくして、ラン
ニングコストを削減するとともに長時間運転の可能な光
造形装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【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、
光を所定形状に整形するマスクを透明シートベルトの表
面に形成する第１の工程と、マスクに対して透明シート
ベルトの裏面側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２の工程と、材料層を透明
シートベルトと造形ベースまた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３の工程と、マスク側から光を照射し整形した光を
位置決めされた材料層に透明シートベルトを介して照射
して該材料層を露光し、所定形状の硬化層を形成する第
４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５の工程と、を含むことを特徴とする
ものである。

【００１２】また、請求項２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、遮光して透過する光を所定形状に
整形するマスクを透明シートベルトの表面に形成するマ
スク形成手段と、マスクに対して透明シートベルトの裏
面側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
との間に材料層また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、マスク側
から光を照射し整形した光を位置決めされた材料層に透
明シートベルトを介して照射して該材料層を露光し、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
トを所定方向に移動させて材料層を材料層形成位置およ
び露光位置に搬送する搬送手段と、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。

【００１３】請求項３記載の発明は、マスク形成手段
を、マスクの近傍に基準マークを少なくとも１つ以上形
成するよう構成し、該基準マークを検出するマーク検出
手段と、造形ベースを装着され該造形ベースを透明シー
トベルト表面に近接または離隔させるとともに該表面に
対して平行に移動させるエレベータと、を設け、マーク
検出手段による検出情報に基づいて前記搬送手段および
エレベータの駆動を停止してマスクおよび造形ベースを
位置決めすることを特徴とするものである。

【００１４】請求項４記載の発明は、マスク形成手段の
上下流側に、透明シートベルトに所定の張力を与えると
ともに該透明シートベルトの移動に伴って上下動する移
動ローラと、上限位置および下限位置に移動した該移動
ローラを検知するローラ検知手段と、を設け、該ローラ
検知手段による検知情報に基づいて未使用の透明シート
ベルトを送り出す供給ボビンおよびマスク形成手段の駆
動および停止を制御することを特徴とするものである。

【００１５】請求項５記載の発明は、前記露光位置に位
置する透明シートベルトと露光手段との間に移動して、
該透明シートベルトの露光手段側に臨む開口面積を所定
面積にするシャッタを設け、該シャッタが露光手段から
透明シートベルトへ照射される光を絞ることを特徴とす
るものである。

【００１６】

【作用】請求項１記載の発明では、第１の工程において
透明シートベルトの表面に光を所定形状に整形するマス
クが形成され、第２の工程において透明シートベルトの
マスクの裏面側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る。次いで、第３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または
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４の工程において
マスク側から照射されそのマスクにより整形された光が
材料層に透明シートベルトを介して照射されてその材料
層が選択的に露光され、所定形状の硬化層が形成され
る。次いで、第５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、透明シートベルト表面の材料層の
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５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。

【００１７】また、請求項２記載の発明では、照射され
る光を所定形状に整形するマスクがマスク形成手段によ
り透明シートベルトの表面に形成され、透明シートベル
トのマスクの裏面側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
段により移動されることによって材料層形成位置から露
光位置に搬送される。そして、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た後、露光手段により
マスク側から照射されそのマスクにより整形された光が
材料層に透明シートベルトを介して照射されてその材料
層が選択的に露光され、所定形状の硬化層が形成され
る。その後、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、透明シートベルト表面の材料層
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。

【００１８】請求項３記載の発明では、マスク形成手段
によりマスクおよびその近傍に基準マークが少なくとも
１つ以上形成され、材料層を材料層形成位置から露光位
置に搬送する際、マーク検出手段によりその基準マーク
が検出され搬送手段による透明シートベルトの移動が停
止されてマスクが位置決めされる。そして、造形ベース
がエレベータにより透明シートベルト表面に対して平行
（透明シートベルトの幅方向）に移動されマーク検出手
段により基準マークが検出されるとエレベータによる造
形ベースの移動が停止されてその造形ベースが位置決め
される。

【００１９】請求項４記載の発明では、マスク形成手段
によるマスクの形成、または搬送手段による透明シート
ベルトの移動によってその上流または下流側の透明シー
トベルトが短くなると、上昇されて上限位置に移動した
移動ローラがローラ検知手段により検知され、供給ボビ
ンまたはマスク形成手段が駆動されて透明シートベルト
が送り出される。そして、下降されて下限位置に移動し
た移動ローラがローラ検知手段により検知され供給ボビ
ンまたはマスク形成手段の駆動が停止される。このと
き、マスク形成手段の上下流側の透明シートベルトは移
動ローラによって所定の張力が与えられている。

【００２０】請求項５記載の発明では、露光位置の透明
シートベルトと露光手段との間に移動したシャッタによ
りその透明シートベルトの露光手段側に臨む開口面積が
所定面積にされ、露光手段から出射された光がそのシャ
ッタの開口によって所定面積に絞られて透明シートベル
ト表面に形成されたマスクに照射される。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１〜図４は本発明に係る光造形装置の一実施例を示す図
である。まず、構成を説明する。図１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。この透明シートベルト11は、図
示していない第１ホルダ部に脱着可能に装着された供給
ボビン12から送り出されて同様に第２ホルダ部に装着さ
れた巻取ボビン13に巻き取られるようになっており、透
明シートベルト11は従動ローラ14〜16、移動ローラ17、
18、駆動ローラ19、従動ローラ20、21、移動ローラ22〜
24、および従動ローラ25に案内されるようになってい
る。

【００２２】従動ローラ14〜16、従動ローラ20、21、お
よび従動ローラ25は、透明シートベルト11につれ回り従
動回転するよう固設されている。移動ローラ17は従動ロ
ーラ14、15の間に、移動ローラ18は従動ローラ16および
従動ローラ20の間に上下方向へ移動可能に介装されとと
もに透明シートベルト11につれ回り従動回転する。駆動
ローラ19は、従動ローラ20、21の間に固設されており、
その間で透明シートベルト11を挟持して図中反時計回り
に回転駆動することによってその透明シートベルト11を
下流へ送り出す。移動ローラ22〜24は透明シートベルト
11につれ回り従動回転するとともに互いの位置関係を維
持しながら水平移動して移動ローラ22、23の間の透明シ
ートベルト11を鉛直に支持する。すなわち、駆動ローラ
19および従動ローラ20、21は搬送手段を構成している。

【００２３】移動ローラ17、18には所定重さのウエイト
26、27が吊り下げられており、従動ローラ14、15、従動
ローラ15、16、および従動ローラ16、20の間の透明シー
トベルト11に所定の張力を与えるとともに従動ローラ1
4、15の間および従動ローラ16、20の間の透明シートベ
ルト11の長短によって上下動する。なお、駆動ローラ19
の回転によってその下流側へ送り出される透明シートベ
ルト11は前記第２ホルダ部が巻取ボビン13のロール径が
変化しても張力を一定にしつつその巻取ボビン13に巻き
取るようになっている。

【００２４】この移動ローラ17、18は、図中に示してい
る上限位置または下限位置に移動したとき装置本体に固
設された図示していないローラ検知センサ（ローラ検知
手段）が検知するようになっており、移動ローラ17が前
記上限位置に移動したとき前記第１ホルダ部が駆動しま
た前記下限位置まで移動したときその駆動を停止して供
給ボビン12から透明シートベルト11を所定量送り出す。
一方、移動ローラ18が前記上限位置に移動したとき後述
するプリンタ30が駆動しまた前記下限位置まで移動した
ときその駆動を停止して駆動ローラ19の下流側へ透明シ
ートベルト11を所定量送り出す。

【００２５】30はプリンタであり、プリンタ30は従動ロ
ーラ15、16の間に介装されその間の透明シートベルト11
の表面にトナー（マスク材料）を定着させて最大Ｂ４サ
イズ（Ａ３、４サイズ等でもよい）の画像を形成する公
知の画像形成装置（例えば、レーザプリンタ）であり、
このプリンタ30はＥＷＳ（Engineering Work Station）
31から送信されてきた断面形状データに応じた画像を透
明シートベルト11に形成して照射される光を遮光し整形
するマスク32を形成する。また、プリンタ30は、図２
（ａ）に示すようにマスク32を形成する際、マスク32の
形成エリア32ａに対して下流側近傍の所定位置に一対の
基準マーク33ａ、33ｂを形成する。すなわち、プリンタ
30はマスク形成手段を構成している。なお、透明シート
ベルト11の搬送はプリンタ30本体が備える図示していな
い搬送ローラが挟持して搬送する。

【００２６】34は塗布台であり、塗布台34は従動ローラ
21の下流側に設けられ、送られてくる透明シートベルト
11を上面側に載置するようになっており、上面は高精度
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、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。ま
た、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。

【００２７】35はスクリーン、36はスキージであり、ス
クリーン35は所定の大きさの網目を有しており、スキー
ジ36（例えば、ウレタンゴム製）はスクリーン35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35に供給される所定粘度のペー
スト状の材料を塗布台34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のマスク32の裏面側にそ
の網目を通して延展することにより塗布して少なくとも
マスク32またはその形成エリア32ａを覆い厚さが１００
μｍ〜３００μｍの材料層37を形成する。すなわち、ス
クリーン35およびスキージ36は材料層形成手段を構成し
ている。なお、スクリーン35は透明シートベルト11表面
に材料層37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37
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37に接
しないよう退避する。また、スクリーン35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】このスクリーン35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。この
混合材料は、未硬化樹脂液にガラスビーズを混合してい
るため、例えば移動ローラ22、23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
材料層37の塗布された形状（層厚）を維持するようにな
っており、また後述する光照射装置45により光を照射さ
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が固定して材料層37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。

【００２９】38はガラス台であり、ガラス台38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るとともに、図２
（ｂ）に示すように、上面の下流側には上方からの入射
光を反射すいるとともに下面側からの光を遮光する反射
部38ａが形成されている。このガラス台38は、移動ロー
ラ22〜24とともに高精度に移動する水平移動移動台39に
固定されている。

【００３０】41は造形ベース、42はエレベータであり、
造形ベース41はエレベータ42に脱着可能に装着されてお
り、エレベータ42は造形ベース41を上昇および下降させ
て透明シートベルト11表面に対して近接または離隔させ
るとともに平行にその幅方向にスライドさせるようにな
っている。このエレベータ42には造形ベース41の下流側
に臨み透明シートベルト11に形成された基準マーク33
ａ、33ｂを検出する図示していないマーク検出センサ
（マーク検出手段）が固設されており、このマーク検出
センサはガラス台38に載置され移動してきた透明シート
ベルト11の反射部38ａ上に位置するマーク33ａを検出し
て駆動ローラ19および水平移動台39の駆動を停止させる
検出情報を送出し、またマーク33ｂを検出したときエレ
ベータ42の駆動を停止させる検出情報を送出する。

【００３１】この造形ベース41は、エレベータ42による
位置決め後、駆動ローラ19が回転しないよう停止したま
ま水平移動台39が塗布台34から離隔する方向（図中右方
向）に移動することによって移動ローラ22、23間に鉛直
に支持された材料層37がガラス台38上に搬送され移動ロ
ーラ22により下流側から押し付けられて順次密着してそ
の材料層37を透明シートベルト11を介してガラス台38と
の間で層厚方向に位置決めする。また、造形ベース41
は、その材料層37を選択的に露光することによって硬化
した所定形状の硬化層43を支持するようになっており、
硬化層43を支持した後、駆動ローラ19を回転しないよう
固定したまま水平移動台39が塗布台34方向（図中左方
向）に移動してガラス台38上の透明シートベルト11を移
動ローラ22、23間に搬送することによって透明シートベ
ルト11を上流側から鉛直下方に引き離し支持している硬
化層43からその透明シートベルト11と材料層37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22、23はベルト剥離手段を構成している。なお、造形
ベース41が先の造形によって下層となる硬化層43を支持
しているときには、エレベータ42が造形ピッチ分上昇し
て材料層37はその硬化層43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する。

【００３２】45は光照射装置であり、光照射装置45は可
視光ランプ46、集光ミラー47、および反射ミラー48から
なり、材料層37が透明シートベルト11を介して造形ベー
ス41およびガラス台38により位置決めされたとき、可視
光ランプ46からの光を集光ミラー47が集光して反射ミラ
ー48が造形ベース41方向に偏光して造形ベース41の下方
（露光位置）に位置する透明シートベルト11に照射する
ようになっており、その照射された光をマスク32が整形
して透明シートベルト11を介して材料層37を選択的に露
光し所定形状の硬化層43を形成する。すなわち、光照射
装置45は露光手段を構成している。また、この光照射装
置45の集光ミラー47、反射ミラー48は、熱線を除いて反
射するクールミラーによって構成されており、光の照射
による温度上昇を抑えるようになっている。

【００３３】50はシャッタであり、シャッタ50はガラス
台38の下方に位置して水平移動台39に固定されており、
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、ガラス台38の下方を
４枚のシャッタ膜51が覆ってその下方から入射する光照
射装置45からの光を遮光し開口部50ａの領域の光のみを
ガラス台38上面に載置された透明シートベルト11に照射
する。シャッター膜51はそれぞれ両側端に設けられた穴
が回転ローラ（スプロケット）53の爪53ａに係合しその
回転ローラ53をステッピングモータ52が正逆方向に回転
させることによって互いに対向する先端側が近接または
離隔して開口部50ａを形成する。

【００３４】このシャッタ50が形成する開口部50ａの開
口面積および開口位置は、ガラス台38上に載置された透
明シートベルト11のマスク32の縁にシャッタ膜51の先端
が重なるようマージンを取ってＥＷＳ31がステッピング
モータを駆動制御するようになっている。すなわち、Ｅ
ＷＳ31は、図４に示すように、マスク32の光を遮光する
領域はその光を透過する領域の縁から外方の所定量のマ
ージン分の光を遮光するようプリンタ30にデータを送信
すればよく、そしてマスク32のそのマージン分にシャッ
タ膜51が重なるようにシャッタ50を駆動して開口部50ａ
を形成する。なお、シャッタ膜51は弾性を有し薄く柔軟
な材料からなり、ガラス台38の下方を覆ったとき撓まな
いように先端側に図示していないフレームが埋め込まれ
ているとともに側端側をシャッタガイド54が支持し案内
するようになっている。

【００３５】55は吸引器であり、吸引器55は移動ローラ
22の近傍に共に移動するよう吸引口を上方に向けて水平
移動台39に固設されており、透明シートベルト11と材料
層37の未硬化部分を硬化層43から剥離するために移動ロ
ーラ22〜24およびガラス台38が塗布台34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43に付着している未硬化の前記混合材料を吸引口
から吸引し余分な材料を硬化層43から除去する。

【００３６】56は掻き取り器であり、掻き取り器56は透
明シートベルト11を移動ローラ23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23近傍の水平移動台
39に固設されており、材料層37を移動ローラ22、23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43から剥離された材料層37の未硬化部分を掻き
取る。なお、この掻き取り器56は、材料層37を造形ベー
ス41あるいは硬化層43に密着させるために移動ローラ2
2、23間からガラス台38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56あるいは吸引器55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35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。

【００３７】57はポストキュアランプであり、ポストキ
ュアランプ57（以下、単にＰＣランプ57という）は吸引
器55の右側方に隣接して水平移動台39に固設されてお
り、移動ローラ22〜24およびガラス台38が塗布台34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41に
支持された硬化層43の下方が開放されたとき、その硬化
層43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。

【００３８】次に、造形手順とともに作用を説明する。
まず、水平移動台48を移動してガラス台38を塗布台34に
隣接させ、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。次いで、供給ボビン12から
透明シートベルト11を引き出してローラ群14〜25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34およびガラス台38の上面に載置して透明シートベ
ルト11に所定の張力を与える。次いで、スクリーン35に
前記混合材料を適量供給し、エレベータ42に造形ベース
41を装着して造形開始位置の高さにセットする。

【００３９】次いで、ＥＷＳ31がシャッタ50のステッピ
ングモータ52を駆動し開口部50ａを形成しておく。マスク形成工程 （第１の工程） そして、造形が開始されると、ＥＷＳ31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順次プリ
ンタ30へ送信してそのプリンタ30が前記搬送ローラによ
って透明シートベルト11を搬送するとともにその表面に
マスク32およびその形成エリア32ａの近傍に基準マーク
33ａ、33ｂを、図２（ａ）に示すプリントピッチで形成
し、図４に示すように、そのマスク32を連続的に形成す
る。

【００４０】このとき、プリンタ30によるマスク32の形
成によって従動ローラ14、15間の透明シートベルト11は
短くなっていくが、移動ローラ17が前記ローラ検知セン
サに検知され前記第１ホルダ部が駆動して透明シートベ
ルト11を供給ボビン12から所定量送り出す。一方、従動
ローラ16、20間のマスク32および基準マーク33ａ、33ｂ
を形成された透明シートベルト11は駆動ローラ19が回転
してマスク32が塗布台34上に位置するよう順次送り出
す。

【００４１】したがって、このマスク形成工程は後工程
の進行に拘束されることなく透明シートベルト11表面に
マスク32を形成することができる。なお、移動ローラ17
または／および18がウエイト検知センサに検知されると
プリンタ30または／および前記第１ホルダ部の駆動は停
止される。また、マスク32は透明シートベルト11表面に
形成されるので、透明シートベルト11に密着される。ま
た、マスク32を形成する従動ローラ15、16間の透明シー
トベルト11にはウエイト26、27を吊り下げられた移動ロ
ーラ17、18によって所定の張力を与えられているので、
張られた状態の透明シートベルト11にマスク32および基
準マーク33ａ、33ｂが高精度に形成される。

【００４２】材料層形成工程（第２の工程） 次いで、マスク32が塗工34台上に位置するよう載置した
透明シートベルト11を塗布台34の前記孔から空気を吸引
することによりその上面に吸着固定する。このとき、従
動ローラ21の下流側の透明シートベルト11には前記第２
ホルダ部によって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される。

【００４３】次いで、スクリーン35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36をスクリーン35の表面を加圧しながら摺動さ
せてスクリーン35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のマスク32の裏面側に延展
して所定面積および厚さの材料層37を形成する。この材
料層37はマスク32を覆うよう形成すればよいので、透明
シートベルト11の位置決め精度は必要ない。したがっ
て、材料層37が取り扱い易い透明シートベルト11表面に
簡易にその層厚を高精度に形成され、またスクリーン35
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37を形成した後スクリーン35を引き剥す必要がなく
材料層37の形状が劣化してしまうことがない。さらに、
スクリーン35に供給される前記混合材料は材料層37を形
成する適量でよい。

【００４４】次いで、スクリーン35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37に接し
ない位置に退避させ、塗布台34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し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19
を回転駆動して透明シートベルト11の表面に形成された
材料層37を塗布台34からガラス台38上へ搬送する。

【００４５】このとき、透明シートベルト11は塗布台34
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35は上方に退避しているので材料層37に接
して形状を劣化させてしまうことがない。積層工程 （第３の工程） 次いで、材料層37を移動ローラ22、23間に搬送する際、
次のマスク32とともに形成した基準マーク33ａを前記マ
ーク検出センサが検出して駆動ローラ19の回転および水
平移動台39の移動を停止して材料層37を移動ローラ22、
23間で鉛直に支持するとともに透明シートベルト11を位
置決めする。次いで、エレベータ42を前記マーク検出セ
ンサがマーク33ｂを検出するまで透明シートベルト11の
幅方向にスライドさせる。

【００４６】したがって、透明シートベルト11は基準マ
ーク33ａに基づいて位置決めされるとともに、造形ベー
ス41は基準マーク33ｂに基づいて位置決めされるので、
透明シートベルト11のマスク32および造形ベース41との
造形毎の相対的な位置関係が同一にされる。次いで、駆
動ローラ19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39を図中右方向に移
動させることにより移動ローラ22〜24およびガラス台38
を造形ベース41の下方に移動させ、材料層37を移動ロー
ラ22、23間からガラス台38上に搬送する。

【００４７】このとき、材料層37は移動ローラ22により
造形ベース41に下流側から押し付けられて順次密着（接
触）され透明シートベルト11を介してガラス台38および
造形ベース41の間で層厚方向に位置決めされる。したが
って、材料層37と造形ベース41の間に空気を挟み込むこ
となく材料層37および造形ベース41は密着される。ま
た、造形ベース41が先の造形によって下層の硬化層43を
支持しているときには、材料層37はその硬化層43に下流
側から押し付けられて順次密着（接触）され透明シート
ベルト11を介してガラス台38および硬化層43の間で層厚
方向に位置決めされる。露光工程 （第４の工程） 次いで、光照射装置45の可視光ランプ46を点灯しガラス
台38方向に偏光した可視光ランプ46の光をシャッタ50の
開口部50ａで絞った後、ガラス台38を透過した光をマス
ク32が整形して透明シートベルト11を介して材料層37に
所定時間照射して選択的に露光する。そして、材料層37
を選択的に硬化させ所定形状の硬化層43を形成し造形ベ
ース41に支持させる。

【００４８】ここで、材料層37を選択的に露光する光は
透明シートベルト11表面に密着したマスク32によって整
形しその透明シートベルト11を介して照射するので、材
料層37までの光路が短くされて硬化層43が高精度に形成
される。また、マスク32と造形ベース41または下層の硬
化層43とは位置関係を造形毎に同一に位置決めされてい
るので、硬化層43は高精度に積層され造形精度の高い立
体物が造形される。

【００４９】さらに、材料層37を露光する光はシャッタ
50によって絞られてマスク32によって整形されるので、
光照射装置45による光の照射位置精度は必要なく、また
マスク32によって遮光する面積を小さくしてプリンタ30
の前記トナーの消費量を少なくすることができる。ま
た、材料層37の未硬化樹脂液を硬化してガラスビーズを
固定するので硬化層43を容易に強固にすることができ、
その硬化層43は収縮による歪みの発生が極めて少ない。
また、光照射装置45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37の
外方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46からの熱線は集光ミラ−47および反
射ミラー48により除かれるので透明シートベルト11や材
料層37の温度上昇が抑えられ硬化層43の熱膨張による寸
法精度の低下が防止される。

【００５０】剥離工程（第５の工程） 次いで、駆動ローラ19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39を
図中左方向に移動させることにより移動ローラ22〜24お
よびガラス台38を塗布台34に近接する方向に移動させ、
造形ベース41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。

【００５１】そのため、透明シートベルト11と材料層37
の未硬化部分は上流側より硬化層43から順次剥離されて
移動ローラ22、23間に搬送される。このとき、硬化層43
は透明シートベルト11が上流側より順次剥離され、硬化
層43は変形や破損することなく造形ベース41に支持され
る。また、透明シートベルト11の剥離と同時に、移動ロ
ーラ22〜24およびガラス台38とともに移動する吸引器55
により造形ベース41および硬化層43に付着している未硬
化の前記混合材料を吸引して除去する。したがって、露
光され目的形状に硬化された硬化層43から余分な材料が
除去され回収される。

【００５２】後処理工程 次いで、造形ベース41をエレベータ42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
39を図中左方向に移動して造形ベース41の下方に移動さ
れたＰＣランプ57を点灯してその造形ベース41に支持さ
れた硬化層43に所定強度の光を所定時間照射して後硬化
処理（ポストキュア）する。

【００５３】この後硬化処理は次の材料層37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43に付着し
ていた未硬化の前記混合材料は吸引器55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43の形状を劣化させてしまう
ことがない。

【００５４】また、この硬化層43の後硬化処理の後、透
明シートベルト11を駆動ローラ19により所定量送りその
表面の材料層37を搬送するが、移動ローラ22、23間透明
シートベルト11が移動ローラ23より下流側に送られると
ともに掻き取り器56がその透明シートベルト11の表面に
摺接するので、硬化層43から剥離（分離）された未硬化
の材料層37は透明シートベルト11の表面から掻き取り器
56により掻き取られ回収される。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に巻き取られるが未硬化
の材料層37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られる。

【００５５】製品取り出し工程 上述したマスク形成工程から後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41に支持された複数
の硬化層43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42から造形ベース41を取り外す。そし
て、新しい造形ベース41をエレベータ42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43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41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。

【００５６】このように本実施例によれば、マスク形成
工程において、移動ローラ17、18によってその透明シー
トベルト11に所定の張力を与え張った状態にするので、
マスク32および基準マーク33ａ、33ｂを高精度に形成す
ることができ、後工程の材料形成工程等へ高精度に送り
出すことができる。また、その移動ローラ17、18の位置
を前記ローラ検出手段が検出してプリンタ30の上下流側
の透明シートベルト11を所定量となるよう送り出すの
で、マスク形成工程を後工程に同期させることなく単独
で行なうことができ、工程の時間短縮することができ
る。

【００５７】材料層形成工程において、塗布台34上に表
面を平滑に載置された透明シートベルト11のマスク32の
裏面側にスクリーン35およびスキージ36によるスクリー
ン印刷法によって前記混合材料からなる材料層37を形成
するので、スクリーン35に供給した適量の材料によって
材料層37を高精度に所定厚さに形成することができる。
また、材料層37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するので、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。この材料層37はマスク32の裏面側を
覆うよう形成すればよいので、位置決め精度は必要なく
後工程の露光工程による位置決めで充分である。

【００５８】積層工程において、透明シートベルト11を
基準マーク33ａに基づいて進行方向に位置決めするとと
もに、造形ベース41を基準マーク33ｂに基づいて幅方向
に位置決めするので、マスク32および造形ベース41との
造形毎の相対的な位置関係を造形毎に同一にすることが
でき、先に造形された下層の硬化層43とマスク32を高精
度に位置決めすることができる。

【００５９】また、材料層37を透明シートベルト11を介
してガラス台38および造形ベース41の間で層厚方向に位
置決めする際、造形ベース41あるいは先に形成された硬
化層43に移動ローラ22により材料層37を下流側から押し
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43に積層することができる。 露光工程において、透明シートベルト11表面に形成され
密着したマスク32によって材料層37を露光する光照射装
置45からの光を整形するので、材料層37までの光路を短
くして高精度に露光することができる。また、光照射装
置45から出射された光をマスク32に照射すればよいの
で、その照射精度は必要なく結像する光学系も必要な
い。

【００６０】さらに、光照射装置45から出射された光を
シャッタ50が開口部50ａの開口面積に絞るので、プリン
タ30により形成されるマスク32の遮光する面積を小さく
して前記トナーの消費量を少なくすることができ、ラン
ニングコストを削減するとともに長時間運転することが
できる。また、材料層37を一層毎に露光して硬化層43を
積層するので、硬化深度を考慮することなく、安価な光
源によってムラなく短時間に露光することができる。

【００６１】剥離工程において、透明シートベルト11を
硬化層43から剥離する際には、透明シートベルト11を造
形ベース41の上流側から鉛直方向に引き離すので、硬化
層43を変形および破損させることなく剥離させることが
でき、透明シートベルト11に付着した材料層37の未硬化
部分を硬化層43から分離することができる。また、同時
に吸引器55により未硬化の材料層37を吸引して除去する
ので、仮に未硬化材料が硬化層43に残留しても後工程に
おいて硬化層43の形状が劣化することを防止することが
できる。

【００６２】後処理工程において、剥離工程と同時にＰ
Ｃランプ57を硬化層43の下方に移動させ、連続的に後硬
化処理することができる。また、硬化層43から剥離され
た材料層37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56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。また、スクリーン35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。

【００６３】製品取り出し工程において、造形ベース41
を交換するのみで造形を継続できるので、自動化、無人
化、および連続運転を実現することができ、運転効率を
向上させることができる。さらに、造形された製品は材
料内に浸漬することなく硬化層43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41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。

【００６４】

【発明の効果】請求項１〜５記載の発明によれば、透明
シートベルト表面に光を所定形状に整形するマスクを、
その裏面側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、形成して層厚方向に位置決めした後、マ
スク側から光を照射して整形した光によって材料層を露
光して所定形状の硬化層を形成するので、露光する光を
整形するマスクを透明シートベルトに密着させ材料層ま
での光路を短くして選択的に照射することができ、材料
層を高精度に露光することができる。したがって、高精
度な立体物を造形することができる。

【００６５】また、材料層を露光する光はマスクの光を
透過する位置に照射すればよいため、光を照射する位置
精度は必要なくなり、露光する光を結像させるための光
学系も必要ない。したがって、光を照射する装置を安価
に作製して立体物の造形コストを低コストにすることが
できる。そして、透明シートベルト表面に材料層を形成
するので、その材料層を適量な高粘度材料を用いて、例
えばスクリーン印刷法によって高精度に形成することが
でき、また透明シートベルトを撓ませて空気を混入する
ことなく材料層を積層するとともに硬化層を変形させる
ことなく未硬化の材料層を分離することができる。ま
た、所定厚の材料層を露光して硬化層を形成するので、
材料層の硬化深度を考慮する必要がないため短時間にム
ラなく露光する低コストな光源によって露光することが
できる。さらに、バッチ処理ではないので、連続自動運
転を実現することができる。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。

【００６６】特に、請求項３記載の発明によれば、マス
ク近傍の基準マークを検出して透明シートベルトおよび
造形ベースの移動を停止して位置決めするので、マスク
と下層の硬化層とを基準マークを基準に容易に位置合わ
せして硬化層を高精度に積層することができる。したが
って、立体物の像形精度が向上する。請求項４記載の発
明によれば、マスクを形成する上下流側の移動ローラが
透明シートベルトに所定の張力を与えつつ上下動してそ
の位置に応じて透明シートベルトを送り出すので、張っ
た状態でマスクを高精度に形成することができ、皺を付
けることなく透明シートベルトを後工程へ移動させるこ
とができる。また、マスク形成を後工程に同期させるこ
となく単独で行なうことができ、工程の時間短縮するこ
とができる。したがって、造形精度の向上した立体物を
低コストに造形することができる。

【００６７】請求項５記載の発明によれば、露光位置の
透明シートベルトに照射する光を所定面積に絞るので、
その光を整形するマスクの遮光する面積を小さくするこ
とができる。したがって、マスクを形成するマスク材料
の消費量を少なくすることができ、ランニングコストを
削減するとともに長時間運転することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光造形装置の一実施例を示す概略
全体構成図である。

【図２】そのマスク形成手段によりマスクおよび基準マ
ークを形成された透明シートベルトを示す図であり、
（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。

【図３】そのシャッタを示す図であり、（ａ）はその平
面図、（ｂ）はその要部の側面図である。

【図４】そのマスク形成手段により形成されたマスクを
示す平面図である。

【符号の説明】

11 透明シートベルト 12 供給ボビン 13 巻取ボビン 17、18 移動ローラ 19 駆動ローラ（搬送手段） 20、21 従動ローラ（搬送手段） 22、23 移動ローラ（ベルト剥離手段） 26、27 ウエイト 30 プリンタ（マスク形成手段） 32 マスク 33ａ、33ｂ 基準マーク 34 塗布台 35 スクリーン（材料層形成手段） 36 スキージ（材料層形成手段） 37 材料層 38 ガラス台 41 造形ベース 42 エレベータ 43 硬化層 45 光照射装置（露光手段） 50 シャッタ 50ａ 開口部

Claims (5)

【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(37)を
   露光して硬化層(43)を形成するとともに、該硬化層(43)
   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、 光を所定形状に整形するマスク(32)を透明シートベルト
   (11)の表面に形成する第１の工程と、マスク(32)に対し
   て透明シートベルト(11)の裏面側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(37)を形成する第２の
   工程と、材料層(37)を透明シートベルト(11)と造形ベー
   ス(41)または該造形ベース(41)に支持された下層の硬化
   層(43)との間に挟んで層厚方向に位置決めする第３の工
   程と、マスク(32)側から光を照射し整形した光を位置決
   めされた材料層(37)に透明シートベルト(11)を介して照
   射して該材料層(37)を露光し、所定形状の硬化層(43)を
   形成する第４の工程と、前記露光により硬化して造形ベ
   ース(41)に支持された硬化層(43)から透明シートベルト
   (11)と材料層(37)の未硬化部分を剥離させる第５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】光硬化性材料からなる未硬化材料層(37)を
   露光して硬化層(43)を形成するとともに、該硬化層(43)
   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、 遮光して透過する光を所定形状に整形するマスク(32)を
   透明シートベルト(11)の表面に形成するマスク形成手段
   (30)と、マスク(32)に対して透明シートベルト(11)の裏
   面側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(37)を形成する材料層形成手段(35、36)と、透明
   シートベルト(11)との間に材料層(37)またはこれと下層
   の硬化層(43)を挟んで該材料層(37)を層厚方向に位置決
   めする造形ベース(41)と、マスク(32)側から光を照射し
   整形した光を位置決めされた材料層(37)に透明シートベ
   ルト(11)を介して照射して該材料層(37)を露光し、所定
   形状の硬化層(43)を形成する露光手段(45)と、透明シー
   トベルト(11)を所定方向に移動させて材料層(37)を材料
   層形成位置および露光位置に搬送する搬送手段(19、2
   0、21)と、前記露光により硬化して造形ベース(41)に支
   持された硬化層(43)から透明シートベルト(11)と材料層
   (37)の未硬化部分を剥離させるベルト剥離手段(22、23)
   と、を備えたことを特徴とする光造形装置。
3. 【請求項３】マスク形成手段(30)を、マスク(32)の近傍
   に基準マーク(33ａ、33ｂ)を少なくとも１つ以上形成す
   るよう構成し、 該基準マーク(33ａ、33ｂ)を検出するマーク検出手段
   と、造形ベース(41)を装着され該造形ベース(41)を透明
   シートベルト(11)表面に近接または離隔させるとともに
   該表面に対して平行に移動させるエレベータ(42)と、を
   設け、 マーク検出手段による検出情報に基づいて前記搬送手段
   (19、20、21)およびエレベータ(42)の駆動を停止してマ
   スク(32)および造形ベース(41)を位置決めすることを特
   徴とする請求項２記載の光造形装置。
4. 【請求項４】マスク形成手段(30)の上下流側に、透明シ
   ートベルト(11)に所定の張力を与えるとともに該透明シ
   ートベルト(11)の移動に伴って上下動する移動ローラ(1
   7、18)と、上限位置および下限位置に移動した該移動ロ
   ーラ(17、18)を検知するローラ検知手段と、を設け、 該ローラ検知手段による検知情報に基づいて未使用の透
   明シートベルト(11)を送り出す供給ボビン(12)およびマ
   スク形成手段(30)の駆動および停止を制御することを特
   徴とする請求項２記載の光造形装置。
5. 【請求項５】前記露光位置に位置する透明シートベルト
   (11)と露光手段(45)との間に移動して、該透明シートベ
   ルト(11)の露光手段(45)側に臨む開口面積を所定面積に
   するシャッタ(50)を設け、 該シャッタ(50)が露光手段(45)から透明シートベルト(1
   1)へ照射される光を絞ることを特徴とする請求項２記載
   の光造形装置。