JPH07290578A - 光造形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較的構成が簡単で微細化が容易な液晶シャ
ッタを露光マスクとして使用し、しかも装置として大型
化してしまうことなく、大型の目的立体サイズを精度よ
く、かつより短時間で造形できるようにする。 【構成】 光硬化性樹脂２を収容する容器１の上方に、
直線状に延びる光源ユニット８を該ユニット８の幅方向
に走行自在に配置し、前記光源ユニット８の内部に、線
状光源９と微小画素が該線状光源９の長さ方向に沿って
一列或いは複数列に配置された線状液晶シャッタ１０と
を収容し、前記目的立体モデルの断面パターンを複数の
分割パターンに分割しこの分割パターンのうちの１つを
前記線状液状シャッタ１０に表示する制御装置１６を備
え、前記光源ユニット８の走行方向の前後面に、該ユニ
ット８の長さ方向に沿って延びて前記光硬化性樹脂２の
表面を平滑化させる平滑板１５を上下動自在に取付けた
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液状の光硬化性樹脂に
光を選択的に照射して、所望の形状を持つ立体モデルを
形成する光造形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記光造形装置としては、液状の
光硬化性樹脂の表面にスポット状のレーザ光を平面的に
走査させて目的立体モデルの断面パターンに沿った形状
を描く露光を行って、レーザ光が当たった部分に位置す
る光硬化性樹脂のみを硬化させて薄膜の硬化樹脂層を形
成し、この硬化樹脂層を連続的に幾層にも積層すること
で、立体モデルを形成するようにしたものが一般に知ら
れている。

【０００３】しかしながら、このような、レーザ光よる
露光方式を採用した光造形装置の場合、レーザ光での走
査は、一筆書きによる長い線を描くのと同様の工程とな
るため、造形に長時間が必要であった。

【０００４】このため、レーザ光の代わり平行光を用い
た光造形装置、即ち、平行光の光源と光硬化性樹脂との
間に液晶シャッタを配置し、この液晶シャッタ上に表示
した立体モデルの断面パターンをマスクパターン（露光
マスクパターン）として使用して、このマスクパターン
を介した平行光による一括露光で高速に光硬化性樹脂を
硬化させるようにしたものが広く知られている（例え
ば、特開昭６２−２８８８４４号公報、特開平３−２２
７２２２号公報、実開平２−３１７２６号公報等参
照）。

【０００５】また、特開平４−３０５４３８号として、
微小ドットエリアの光シャッタを連続的に一列に配置し
て露光マスクを構成し、この露光マスクを前記光シャッ
タの配列方向と直交する方向に走査させながら、目的立
体モデルの断面パターンに応じて前記光シャッタを制御
することで、露光領域を前記走査方向に沿って順次変化
させつつ一層の硬化樹脂膜を形成するようにしたものが
提案されている。

【０００６】ここに、光造形装置においては、前記レー
ザ光や平行光による液状の光硬化性樹脂への露光を行う
前に、光硬化性樹脂の液面を平滑化させたり、該樹脂の
積層厚を一定に保つ目的で、例えばスキージ等の平板を
光硬化性樹脂の液面に接触させつつ該樹脂の液面上を移
動させる工程を行うことが一般化している（例えば、特
開昭６１−１１４８１４号公報参照）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記液
晶シャッタを用いた従来例の場合、造形できる目的立体
モデルのサイズは、液晶シャッタの大きさによるが、こ
の液晶シャッタの構成画素の数には制限があるため、液
晶シャッタを構成する画素サイズを小さくして高精度な
立体モデルを得ようとすると、造形できる立体モデルの
サイズも小さくなってしまう。しかも、平行光による一
括露光では、液晶シャッタのサイズと少なくとも同じだ
けの面積を照射する照射強度の均一な平行光が必要とな
り、液晶シャッタのサイズが大きい程、例えば高圧水銀
ランプ等の光源から均一な平行光を得るために、大型の
レンズや反射板等を使用し、しかも長い光路長が必要と
なって、装置自体が大型化してしまうばかりでなく、照
射エネルギの損失も増大してしまうといった問題点があ
った。

【０００８】なお、光シャッタを一列に配置して露光マ
スクを構成した場合、この光シャッタの構成がかなり複
雑で動作の信頼性に欠けるばかりでなく、ドットエリア
の微細化にも一定の制限があり、しかも光シャッタを２
列以上に配置して露光マスクを構成することができずに
露光時間の増大に繋がってしまうと考えられる。

【０００９】更に、液状の光硬化性樹脂の液面の平滑化
を行う工程は、光硬化性樹脂の粘度が高い時などに液面
を平滑化させる時間を短縮するために必要であるが、露
光時間に関わらず常に一定の時間を要するため、造形時
間の短縮化の妨げとなっていた。

【００１０】本発明は上記に鑑み、比較的構成が簡単で
微細化が容易な液晶シャッタを露光マスクとして使用
し、しかも装置として大型化してしまうことなく、大型
の目的立体サイズを精度よく、かつより短時間で造形す
ることができるようにしたもの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】上記目的を達成するた
め、本発明に係る光造形装置は、液状の光硬化性樹脂に
目的立体モデルの断面パターンに対応する光を選択的に
照射して薄膜の硬化樹脂層を形成し、この硬化樹脂層を
順次積層して立体モデルを形成するようにした光造形装
置において、前記光硬化性樹脂を収容する容器の上方
に、この容器のほぼ全幅に亘って直線状に延びる光源ユ
ニットを該ユニットの幅方向に走行自在に配置し、前記
光源ユニットの内部に、この長さ方向に延びる線状光源
と微小画素が前記線状光源の長さ方向に沿って一列或い
は複数列に配置された線状液晶シャッタとを収容すると
ともに、前記目的立体モデルの断面パターンを直線状に
複数の分割パターンに分割しこの分割パターンのうちの
前記線状液晶シャッタの前記容器上における位置に対応
した分割パターンを該線状液状シャッタに表示する制御
装置を備え、更に前記光源ユニットの走行方向の前後面
に、該ユニットの長さ方向に沿って延びて前記光硬化性
樹脂の表面を平滑化させる平滑板を上下動自在に取付け
たことを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】上記のように構成した本発明によれば、直線状
に延び幅方向に走行自在な光源ユニット内に収容した線
状液晶シャッタに、目的立体モデルの断面パターンの直
線状に分割した分割パターンのうちの該線状液晶シャッ
タの位置に対応するものを表示させ、前記光源ユニット
内の線状光源によって前記線状液晶シャッタを透過させ
つつ光を容器内に収容した液状の光硬化性樹脂に向けて
照射する露光を行うことにより、前記線状液晶シャッタ
を露光マスクとして一層の硬化樹脂層の一部を形成し、
光源ユニットを走行させつつこの一部の露光を繰り返す
ことによって一層の硬化樹脂層を形成し、この硬化樹脂
層を幾層にも重ねることで目的立体モデルに合った形状
の造形を行うことができる。

【００１３】しかも、光源ユニットの走行方向の前後面
に設けた平滑板のうちの光源ユニットの走行方向の前方
に位置する一方を、この下端が光硬化性樹脂の液面に接
触する位置まで下降させることにより、光源ユニットの
走行に伴って、光硬化性樹脂の液面の平滑化を行うこと
ができ、これによって、液面の平滑化のための工程を別
途設ける必要をなくすことができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図において、付番１は、上方に開口した矩形ボッ
クス状の容器（樹脂槽）で、この容器１の内部には、光
が当たると液体から固体に硬化する液状の光硬化性樹脂
２が満たされている。この光硬化性樹脂２は、光エネル
ギによって重合反応を起こして、液体が固体に変化する
という特性を持った樹脂で、例えば光重合ポリマ、光開
始剤、特性改善のための添加剤等を含んだものである。

【００１５】前記容器１の側方には、前記容器１内に位
置して上下に昇降する平板状のエレベータ３を備えた位
置制御可能なエレベータ昇降機構４が配置され、このエ
レベータ３の上に光硬化樹脂２が硬化することによって
得られる硬化樹脂層２ａが順次積層されるようになって
いる。

【００１６】また、前記容器１の該容器１を挟んだ両側
には、レール５上をエアー圧やステッピングモータ等の
駆動装置によって走行する支柱６を備えた位置制御可能
な一対の直線移動機構７が平行かつ水平に配置され、こ
の支柱６の上端に、容器１のこの全幅に亘って直線状に
延びる光源ユニット８が連結されている。

【００１７】これにより、光源ユニット８は、容器１の
上方に位置し、直線移動機構７の駆動に伴う支柱６の互
いに同期した移動に伴って、光源ユニット８がその幅方
向に水平に走行するようになっている。

【００１８】なお、この実施例では、直線移動機構とし
て、位置及び速度の制御が容易なエアー圧やステッピン
グモータ等を使用した例を示しているが、油圧シリンダ
等、任意のものを使用しても良いことは勿論である。

【００１９】前記光源ユニット８の内部には、この長さ
方向に沿って直線状に延びる線状光源９と、微小画素が
この線状光源９に沿って一列或いは複数列に配置された
線状液晶シャッタ１０とが上下に平行かつ水平に配置さ
れて収容されている。

【００２０】前記線状光源９は、前記線状液晶シャッタ
１０を該液晶シャッタ１０の画素の配列方向、即ちこの
長さ方向に対して少なくとも８０％以上の照度分布で照
射できるものであれば良く、例えば、クリプトンロング
アークランプ、キセノンロングアークランプ、メタルハ
ライドロングアークランプ、水銀ロングアークランプ等
を使用することができる。

【００２１】また、前記線状液晶シャッタ１０は、目的
立体モデルの断面パターンの直線状に分割された複数の
分割パターンのうちの任意のもの、即ち目的立体モデル
の断面パターンの直線状に分割された一部を透過部と遮
断部で表示できるものであれば良く、例えば、ＳＴＮ型
液晶パネル、ＴＮ型液晶パネル、ポリマ分散型液晶パネ
ル等を使用することができる。

【００２２】前記線状光源９の上方には、この線状光源
９からの出た光を反射して、この反射光を前記線状液晶
シャッタ１０上に線状に集光させる円弧状の反射ミラー
１１が配置されているとともに、この反射ミラー１１と
前記線状液晶シャッタ１０との間には、前記線状光源９
からの熱エネルギや光エネルギによる液晶へのダメージ
を防止するための熱線吸収フィルタ１２と光の透過と遮
光を切り替えるためのメカニカルシャッタ１３とが配置
されている。

【００２３】更に、前記線状液晶シャッタ１０の下方に
は、光硬化性樹脂２の上方に位置して前記線状液晶シャ
ッタ１０の透過光を光硬化性樹脂２の液面に結像する等
倍結像素子１４が配置されている。

【００２４】この等倍結像素子１４は、線状液晶シャッ
タ１０を透過した線状の透過パターン光を効率良く光硬
化性樹脂２の液面に結像できる幅と長さを有するもので
あれば良く、例えば、セルホックレンズを列状に並べた
セルホックレレンズアレー等を使用することができる。

【００２５】前記光源ユニット８の走行方向の前後面、
即ち幅方向の両側には、光源ユニット８の長さ方向に沿
って直線状に延びて光硬化性樹脂２の液面を平滑化する
平滑板１５が取り付けられている。

【００２６】この平滑板１５は、それぞれ独立に駆動で
きる昇降機構を介して上下動自在に構成され、前記光源
ユニット８の進行方向の前方側に位置する一方の平滑板
１５をこの下端が光硬化性樹脂２の液面に接触するまで
下降させることにより、光源湯ユニット８の走行に伴っ
て、光硬化性樹脂２の液面の平滑化を行うようになって
いる。

【００２７】前記エレベータ昇降機構４、直線移動機構
７の位置と速度、線状液晶シャッタ１０の表示、メカニ
カルシャッタ１３のオン・オフ、平滑板１５の昇降をそ
れぞれ独立に制御する制御装置としてのコンピュータ１
６が備えられ、このコンピュータ（制御装置）１６は、
目的立体モデルの断面パターン（造形データ）を格納し
たデータファイル１７に接続されている。

【００２８】そして、このコンピュータ１６は、データ
ファイル１７から目的立体モデルの断面パターンを呼出
し、この断面パターンを直線状に複数の分割パターンに
分割し、この分割パターンのうちの前記線状液晶シャッ
タ１０の前記容器１上における位置に対応したものを該
線状液晶シャッタ１０に白黒の２階調のマスクパターン
で表示させるようになっている。

【００２９】このように、コンピュータ１６による制御
により、前記エレベータ３の表面に液状の光硬化性樹脂
２が硬化することによって得られる硬化樹脂層２ａを順
次積層して、この硬化樹脂層２ａからなる立体モデルを
形成するもであるが、これを以下のようにして行う。

【００３０】先ず、エレベータ昇降機構４を駆動させ
て、最上段に位置する硬化樹脂層２ａ( またはエレベー
タ４の表面）の上に位置する光硬化性樹脂２が所定の深
さΔｈになるようにする。

【００３１】次に、データファイル１７に格納されてい
る目的立体モデルの断面パターン（断面形状データ）を
呼び出して、この断面パターンを直線状に複数の分割パ
ターン（分割断面形状データ）に分割し、この分割パタ
ーンのうち、線状液晶シャッタ１０の容器１上における
位置に対応する線状の分割パターンを白黒の２階調のマ
スクパターンで該線状液晶シャッタ１０に表示させる。

【００３２】この状態で、メカニカルシャッタ１３を開
いて、線状光の照射された部分の深さΔｈの光硬化性樹
脂２を硬化させ、しかる後にメカニカルシャッタ１３を
閉じることによって、一層の硬化樹脂層２ａのうちの前
記液晶シャッタ１０の位置に対応した一部を形成する。

【００３３】そして、直線移動機構９の駆動によって光
源ユニット８を平行に移動させつつこの動作（一部露
光）を繰り返し、光硬化性樹脂２の硬化させる位置に対
応するように光源ユニット８の位置を制御しながら順次
部分的に硬化させることによって、一層の硬化樹脂層２
ａを形成する。

【００３４】この光源ユニット８の移動の際、光源ユニ
ット８の進行方向の前面側に取り付けられた平滑板１５
をこの下端が光硬化性樹脂２の液面に接触するよう下降
させ、これによって、光源ユニット８の移動に伴って光
硬化性樹脂２の平滑化を行うことができる。

【００３５】この時、直線状に硬化させる順番は、目的
立体モデルの断面パターンに対応するすべての箇所が硬
化されれば良く、容器１の一方の端辺から他方の端辺ま
で、直線状の硬化層を隣接して硬化させながら硬化樹脂
層２ａを形成しても良く、或いは任意の順番に直線状に
硬化させながら硬化樹脂層２ａを形成しても良い。

【００３６】また、分割された目的立体モデルの断面パ
ターンを線状液晶シャッタ１０に一定の速さで動画表示
させ、容器１の一方の端辺から他方の端辺まで動画表示
に対応する速さで光源ユニット８を移動させて硬化樹脂
層２ａを連続的に形成しても良い。

【００３７】この場合、光源ユニット８の始点となる容
器１の一方の端辺でメカニカルシャッタ１３を開き、終
点となる他方の端辺でメカニカルシャッタ１３を閉じ
る。そして、上記と同様な操作を繰り返すことにより、
所定形状の硬化樹脂層２ａを順次積層し、所望の立体像
が得られた時に、これを容器１から取り出し、洗浄した
後、未硬化の光硬化性樹脂を取り除き、しかる後ポスト
キュアを施して立体像を完成させる。

【００３８】なお、微小画素を一列に配列した線状液晶
シャッタを使用することにより、画素の数に制限がある
なかで、画素サイズをより小さくして、造形のサイズを
小さくすることなく、目的立体モデルを精度良く造形す
ることができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明は上記のような構成であるので、
微小画素が一列或いは複数列に配置されてなる液晶シャ
ッタを露光マスクとして走査することにより、大きな目
的立体モデルを造形することができ、しかも目的立体モ
デルと同等の大きな液晶シャッタや該シャッタに平行光
を均一に照射できるだけの大きな光源やレンズ等が不要
となるばかりでなく、光源から光硬化性樹脂の照射面ま
での光路長が短くなって光のロスを少なくすることがで
き、これによって、装置としての小型化を図り、大型の
目的立体サイズを精度よく、かつより短時間で造形する
ことができる。

【００４０】しかも、光源ユニットの走行方向の前後面
に平滑板を設け、この光源ユニットの走行方向の前方に
位置する一方の平滑板をこの下端を光硬化性樹脂の液面
に接触する位置まで下降させることにより、光源ユニッ
トの走行に伴って、光硬化性樹脂の液面の平滑化を行う
ことができ、これによって、液面の平滑化のための工程
を省略することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す概要図。

【図２】同じく、光源ユニットの拡大断面図。

【図３】同じく、光源ユニットの移動機構を示す斜視
図。

【符号の説明】

１ 容器 ２ 光硬化性樹脂 ２ａ 硬化樹脂層 ３ エレベータ ４ エレベータ昇降機構 ７ 直線移動機構 ８ 光源ユニット ９ 線状光源 １０ 線状液晶シャッタ １１ 反射ミラー １２ 熱線吸収フィルタ １３ メカニカルシャッタ １４ 等倍結像素子 １５ 平滑板 １６ コンピュータ（制御装置） １７ データファイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液状の光硬化性樹脂に目的立体モデルの断
   面パターンに対応する光を選択的に照射して薄膜の硬化
   樹脂層を形成し、この硬化樹脂層を順次積層して立体モ
   デルを形成するようにした光造形装置において、前記光
   硬化性樹脂を収容する容器の上方に、この容器のほぼ全
   幅に亘って直線状に延びる光源ユニットを該ユニットの
   幅方向に走行自在に配置し、前記光源ユニットの内部
   に、この長さ方向に延びる線状光源と微小画素が前記線
   状光源の長さ方向に沿って一列或いは複数列に配置され
   た線状液晶シャッタとを収容するとともに、前記目的立
   体モデルの断面パターンを直線状に複数の分割パターン
   に分割しこの分割パターンのうちの前記線状液晶シャッ
   タの前記容器上における位置に対応した分割パターンを
   該線状液状シャッタに表示する制御装置を備え、更に前
   記光源ユニットの走行方向の前後面に、該ユニットの長
   さ方向に沿って延びて前記光硬化性樹脂の表面を平滑化
   させる平滑板を上下動自在に取付けたことを特徴とする
   光造形装置。