JPH07299874A - 高ｎａ光学系を用いた光造形装置 - Google Patents
高ｎａ光学系を用いた光造形装置Info
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- JPH07299874A JPH07299874A JP6125650A JP12565094A JPH07299874A JP H07299874 A JPH07299874 A JP H07299874A JP 6125650 A JP6125650 A JP 6125650A JP 12565094 A JP12565094 A JP 12565094A JP H07299874 A JPH07299874 A JP H07299874A
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- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive 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
- B29C64/10—Processes of additive manufacturing
- B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
- B29C64/124—Processes 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
- B29C64/129—Processes 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
- B29C64/135—Processes 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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- B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
- B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
- B29C35/08—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
- B29C35/0805—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
- B29C2035/0833—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using actinic light
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- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2995/00—Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds
- B29K2995/0037—Other properties
- B29K2995/0072—Roughness, e.g. anti-slip
- B29K2995/0073—Roughness, e.g. anti-slip smooth
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は光造形装置にＺ軸方向の高精度化を
実現し、かつ造形物引き上げ法に於て硬化層と光透過板
との密着の問題を解消し、さらにＺ軸方向の連続造形を
可能とした光造形装置を提供する。 【構成】 光造形装置において、その投光レンズのＮＡ
すなわち開口数が、０．１６７より大きなものを備え、
焦点深度を浅く保ちＺ軸方向の造形精度を高めた装置。
投光法については、デフォーカスレーザ法と、ピンホー
ル像投影法の２方法を提供する。また、これを造形物引
き上げ法に適用したとき、硬化層を樹脂液中に形成し、
硬化層と光透過板との密着を起こさない光造形装置。さ
らに、これに補充充填用の樹脂タンク、充填量制御バル
ブと液面センサーとを備え、Ｚ軸方向の連続的ないしは
間欠的引き上げと樹脂液の連続的ないし間欠的充填とを
伴わせたことによりＺ軸方向の完全な連続造形を可能と
した光造形装置。
実現し、かつ造形物引き上げ法に於て硬化層と光透過板
との密着の問題を解消し、さらにＺ軸方向の連続造形を
可能とした光造形装置を提供する。 【構成】 光造形装置において、その投光レンズのＮＡ
すなわち開口数が、０．１６７より大きなものを備え、
焦点深度を浅く保ちＺ軸方向の造形精度を高めた装置。
投光法については、デフォーカスレーザ法と、ピンホー
ル像投影法の２方法を提供する。また、これを造形物引
き上げ法に適用したとき、硬化層を樹脂液中に形成し、
硬化層と光透過板との密着を起こさない光造形装置。さ
らに、これに補充充填用の樹脂タンク、充填量制御バル
ブと液面センサーとを備え、Ｚ軸方向の連続的ないしは
間欠的引き上げと樹脂液の連続的ないし間欠的充填とを
伴わせたことによりＺ軸方向の完全な連続造形を可能と
した光造形装置。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液状樹脂に光を照射す
ることにより硬化させて、三次元の造形物を形成する、
いわゆる光造形法に関する。
ることにより硬化させて、三次元の造形物を形成する、
いわゆる光造形法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の光造形装置に使用されている投光
レンズは、おしなべてそのＮＡ、即ち開口数が小さく、
そのためいわゆる焦点深度が極端に深く、三次元造形物
のＺ軸方向の解像度と精度が低く、そのためとくにオー
バーハング形状の造形には問題点が多かった。また、焦
点深度が極端に深いため、造形物引き上げ法において
は、硬化層が光透過板まで達してしまい、一つの層の形
成後に、硬化層と光透過板が密着してしまって、この剥
離に大きな力が必要とされ、補強を入れない場合この剥
離に失敗して造形中の破損が起きていた。さらに、従来
は、一層ずつの形成しか出来ず、多層にわたる連続形
成、即ちＺ軸方向の連続的な形成は、望むべくもなかっ
た。
レンズは、おしなべてそのＮＡ、即ち開口数が小さく、
そのためいわゆる焦点深度が極端に深く、三次元造形物
のＺ軸方向の解像度と精度が低く、そのためとくにオー
バーハング形状の造形には問題点が多かった。また、焦
点深度が極端に深いため、造形物引き上げ法において
は、硬化層が光透過板まで達してしまい、一つの層の形
成後に、硬化層と光透過板が密着してしまって、この剥
離に大きな力が必要とされ、補強を入れない場合この剥
離に失敗して造形中の破損が起きていた。さらに、従来
は、一層ずつの形成しか出来ず、多層にわたる連続形
成、即ちＺ軸方向の連続的な形成は、望むべくもなかっ
た。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来法では造形物のＺ
軸方向の解像度と精度がＸ，Ｙの両軸方向に比べ、はる
かに劣っていた点を改善し、あわせてオーバーハング形
状の造形も容易かつ高精度にすることが、本発明の第一
の課題である。また、造形物引き上げ法において、従来
法では焦点深度の深いことにより、硬化層の下面が光透
過板に密着してしまい、この剥離に大きな力が必要とさ
れ、ときにはこの剥離に失敗して造形物の破損が起きる
等の問題があった。これを解決するのが本発明の第二の
課題である。さらに従来は、一つの層の形成と次の層の
形成との間には、時間的な遮断が存在した。即ち、一つ
の層の光による造形中は、Ｚ軸は完全に停止しており、
この層の形成が完了した後に、光による造形は中断さ
れ、Ｚ軸が一層分だけ移動し、この移動が完了した後
に、再びＺ軸は完全に停止し、次の層の光による造形が
開始する。この過程の繰り返しであった。本発明の第三
の課題は、Ｚ軸方向の造形をも、連続造形できる可能性
を開くことである。
軸方向の解像度と精度がＸ，Ｙの両軸方向に比べ、はる
かに劣っていた点を改善し、あわせてオーバーハング形
状の造形も容易かつ高精度にすることが、本発明の第一
の課題である。また、造形物引き上げ法において、従来
法では焦点深度の深いことにより、硬化層の下面が光透
過板に密着してしまい、この剥離に大きな力が必要とさ
れ、ときにはこの剥離に失敗して造形物の破損が起きる
等の問題があった。これを解決するのが本発明の第二の
課題である。さらに従来は、一つの層の形成と次の層の
形成との間には、時間的な遮断が存在した。即ち、一つ
の層の光による造形中は、Ｚ軸は完全に停止しており、
この層の形成が完了した後に、光による造形は中断さ
れ、Ｚ軸が一層分だけ移動し、この移動が完了した後
に、再びＺ軸は完全に停止し、次の層の光による造形が
開始する。この過程の繰り返しであった。本発明の第三
の課題は、Ｚ軸方向の造形をも、連続造形できる可能性
を開くことである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の諸課題を解決する
ための手段として、最大のポイントは、投光レンズのＮ
Ａ、即ち開口数を大きくすることである。図２に、レー
ザビームの場合の投光レンズの焦点近傍の光線束の様子
を、ＮＡの大きい場合と小さい場合について、模式的に
示す。先ず開口数とは、光線束の半角、即ち最も外側の
光線が光軸に対して張る角度、図２におけるα、のＳｉ
ｎ に、その空間の屈折率ｎを掛けたもので定義され
る。これを通常、ＮＡで表す。すなわち、 ＮＡ＝ｎ Ｓｉｎα ・・・・・（１） ここに、ｎは媒質の屈折率であり、空気の場合１として
よい。このＮＡは、焦点での光スポットの直径ｄ、と焦
点深度Δとを決定する重要な因子である点はよく知られ
ている。すなわち、 ｄ＝Ｋλ／ＮＡ ・・・・（２） Ａ＝Ｋ’λ／（ＮＡ）＊＊２ ・・・（３） ここで、Ｋ、Ｋ’は、プロセスにより決定される定数、
λは波長であり、また、（ＮＡ）＊＊２は、ＮＡの２乗
を表す。スポット径ｄは、ＮＡに反比例して小さくな
り、焦点深度ΔはＮＡの２乗に反比例して小さくなる。
図２に模式的に示すように、ＮＡが大のときは、ＮＡが
小のときに比べて焦点深度が浅くなり、その結果、樹脂
のＺ軸方向の硬化深度も浅くなる。その浅くなる程度
は、上述のようにＮＡの２乗に反比例するから、かなり
急激である。こうして焦点深度Δは、プロセス定数
Ｋ’、波長λ、開口数ＮＡ、の３つの独立なパラメータ
により決定されるのであるから、プロセス定数Ｋ’と波
長λとのかねあいで、開口数ＮＡを最適化することは、
一般には可能である。なお上記、（２）式と（３）式
は、焦点のごく近傍の様子を記述するものであり、いわ
ゆる波動光学によって導かれる。
ための手段として、最大のポイントは、投光レンズのＮ
Ａ、即ち開口数を大きくすることである。図２に、レー
ザビームの場合の投光レンズの焦点近傍の光線束の様子
を、ＮＡの大きい場合と小さい場合について、模式的に
示す。先ず開口数とは、光線束の半角、即ち最も外側の
光線が光軸に対して張る角度、図２におけるα、のＳｉ
ｎ に、その空間の屈折率ｎを掛けたもので定義され
る。これを通常、ＮＡで表す。すなわち、 ＮＡ＝ｎ Ｓｉｎα ・・・・・（１） ここに、ｎは媒質の屈折率であり、空気の場合１として
よい。このＮＡは、焦点での光スポットの直径ｄ、と焦
点深度Δとを決定する重要な因子である点はよく知られ
ている。すなわち、 ｄ＝Ｋλ／ＮＡ ・・・・（２） Ａ＝Ｋ’λ／（ＮＡ）＊＊２ ・・・（３） ここで、Ｋ、Ｋ’は、プロセスにより決定される定数、
λは波長であり、また、（ＮＡ）＊＊２は、ＮＡの２乗
を表す。スポット径ｄは、ＮＡに反比例して小さくな
り、焦点深度ΔはＮＡの２乗に反比例して小さくなる。
図２に模式的に示すように、ＮＡが大のときは、ＮＡが
小のときに比べて焦点深度が浅くなり、その結果、樹脂
のＺ軸方向の硬化深度も浅くなる。その浅くなる程度
は、上述のようにＮＡの２乗に反比例するから、かなり
急激である。こうして焦点深度Δは、プロセス定数
Ｋ’、波長λ、開口数ＮＡ、の３つの独立なパラメータ
により決定されるのであるから、プロセス定数Ｋ’と波
長λとのかねあいで、開口数ＮＡを最適化することは、
一般には可能である。なお上記、（２）式と（３）式
は、焦点のごく近傍の様子を記述するものであり、いわ
ゆる波動光学によって導かれる。
【０００５】次に、実際の寸法関係を当てはめて考える
と、光造形装置のスポット径は、だいたい、０．１ｍ
ｍ、また硬化深度即ちＺ方向の造形分解能は、０．２ｍ
ｍ程度である。もっともこれらは主には樹脂の感度によ
り決定されるから、現状の樹脂感度を反映した数値であ
る。いま、ごく粗い近似として、Ｋ＝Ｋ’＝１とし、λ
＝０．６８μｍ、また、Δ＝０．２ｍｍ／２＝０．１ｍ
ｍ＝１００μｍ、として（３）式を逆に解くと、ＮＡ＝
０．０８２５、が得られ、これを（２）式に代入する
と、ｄ＝８．２４μｍ、となり、実際の目標寸法ｄ＝１
００μｍより極端に小さすぎてしまう。これは、Ｋ，
Ｋ’，λ，ＮＡで波動光学的に決定される、ｄ，Δ、を
そのまま現状の光造形に適用することはできないことを
示している。要するに、光造形では、（２）式、（３）
式で決定されるｄ，Δより、ｄはより大きく、Δはより
小さく設定したい。
と、光造形装置のスポット径は、だいたい、０．１ｍ
ｍ、また硬化深度即ちＺ方向の造形分解能は、０．２ｍ
ｍ程度である。もっともこれらは主には樹脂の感度によ
り決定されるから、現状の樹脂感度を反映した数値であ
る。いま、ごく粗い近似として、Ｋ＝Ｋ’＝１とし、λ
＝０．６８μｍ、また、Δ＝０．２ｍｍ／２＝０．１ｍ
ｍ＝１００μｍ、として（３）式を逆に解くと、ＮＡ＝
０．０８２５、が得られ、これを（２）式に代入する
と、ｄ＝８．２４μｍ、となり、実際の目標寸法ｄ＝１
００μｍより極端に小さすぎてしまう。これは、Ｋ，
Ｋ’，λ，ＮＡで波動光学的に決定される、ｄ，Δ、を
そのまま現状の光造形に適用することはできないことを
示している。要するに、光造形では、（２）式、（３）
式で決定されるｄ，Δより、ｄはより大きく、Δはより
小さく設定したい。
【０００６】そこで、本発明は２つの方策を提供する。
第１の方策は、光源にレーザを採用する方法であり、第
２の方策は、光源にレーザではない熱光源、即ち放電灯
などを採用する。まず第１の方策から説明する。光源に
レーザを採用する場合、ＮＡの大きな投光レンズで集光
すると焦点のスポット径は、（２）式により決定される
からどうしても目標寸法より小さすぎてしまう、そこ
で、まずＮＡは、必要な『浅い焦点深度』を保証する大
きさにしておき、このとき焦点位置のスポット径は小さ
すぎてしまうから、あえて焦点はずしをして、光束の絞
りきらない太い部分を使う。即ち図６に於て、焦点より
δだけ手前の光束径ｄｃが目標寸法，今の場合１００μ
ｍになるところを用いる。焦点からこのくらい離れたと
ころでの光束の状態は、波動光学によらずとも、幾何光
学で十分記述される。ｄｃとδ、およびＮＡとの間に
は、 ＮＡ＝ｄｃ／２δ ・・・・・・・（４） の関係がある。さらに、ｄ２より光束が太い側では樹脂
は硬化しないでほしいわけであるから、ｄ２でのエネル
ギー密度が、ｄ１でのエネルギー密度の４分の１になる
こととし、Δ＝１００μｍとすると、ＮＡ＝ｄｃ／６Δ
＝１／６となり、ＮＡ＝０．１６７となる。こうして、
ＮＡ≧０．１６７が結論される。 これを（４）式に代
入し、δ＝３００μｍということも判る。ちなみに、他
は同じ条件のまま、Ｚ方向の分解能を２倍に高めて、Δ
＝５０μｍとすると、ＮＡ≧０．３３３となる。このと
きのδは、δ＝１５０μｍとなる。これが第１の方策で
ある。これを便宜上、『デフォーカスレーザ法』と名付
ける。
第１の方策は、光源にレーザを採用する方法であり、第
２の方策は、光源にレーザではない熱光源、即ち放電灯
などを採用する。まず第１の方策から説明する。光源に
レーザを採用する場合、ＮＡの大きな投光レンズで集光
すると焦点のスポット径は、（２）式により決定される
からどうしても目標寸法より小さすぎてしまう、そこ
で、まずＮＡは、必要な『浅い焦点深度』を保証する大
きさにしておき、このとき焦点位置のスポット径は小さ
すぎてしまうから、あえて焦点はずしをして、光束の絞
りきらない太い部分を使う。即ち図６に於て、焦点より
δだけ手前の光束径ｄｃが目標寸法，今の場合１００μ
ｍになるところを用いる。焦点からこのくらい離れたと
ころでの光束の状態は、波動光学によらずとも、幾何光
学で十分記述される。ｄｃとδ、およびＮＡとの間に
は、 ＮＡ＝ｄｃ／２δ ・・・・・・・（４） の関係がある。さらに、ｄ２より光束が太い側では樹脂
は硬化しないでほしいわけであるから、ｄ２でのエネル
ギー密度が、ｄ１でのエネルギー密度の４分の１になる
こととし、Δ＝１００μｍとすると、ＮＡ＝ｄｃ／６Δ
＝１／６となり、ＮＡ＝０．１６７となる。こうして、
ＮＡ≧０．１６７が結論される。 これを（４）式に代
入し、δ＝３００μｍということも判る。ちなみに、他
は同じ条件のまま、Ｚ方向の分解能を２倍に高めて、Δ
＝５０μｍとすると、ＮＡ≧０．３３３となる。このと
きのδは、δ＝１５０μｍとなる。これが第１の方策で
ある。これを便宜上、『デフォーカスレーザ法』と名付
ける。
【０００７】デフォーカスレーザ法は造形物引き上げ法
に適用するのが適当である。デフォーカスレーザ法を造
形物引き上げ法に適用し、オーバハング形状の造形をし
ているようすを図７の（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。
樹脂の液面を造形中の層の上面に丁度合致させるのが肝
要である。硬化前の樹脂は粘性が低く表面張力が低いほ
うが、この場合にはよい。
に適用するのが適当である。デフォーカスレーザ法を造
形物引き上げ法に適用し、オーバハング形状の造形をし
ているようすを図７の（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。
樹脂の液面を造形中の層の上面に丁度合致させるのが肝
要である。硬化前の樹脂は粘性が低く表面張力が低いほ
うが、この場合にはよい。
【０００８】第２の方策は、光源にレーザを用いず超高
圧水銀灯やメタルハライドランプ等の熱光源を用いてピ
ンホールを照明し、高ＮＡの投光レンズでこのピンホー
ル像を光硬化樹脂に投影する。これを便宜上、『ピンホ
ール像投影法』と名付ける。本方式の概念図を図１と図
８に、焦点近傍の光束の様子を図９に示す。ピンホール
像を結像させるわけであるから、高ＮＡにしてもピンホ
ール像の大きさｄＣは必要な大きさに保つことができ
る。いま、焦点からΔ離れた所でのエネルギー密度を４
分の１とすると、ＮＡ＝ｄｃ／２Δ、となり、ｄｃ＝１
００μｍ、Δ＝１００μｍとすると、ＮＡ＝０．５とな
り、ＮＡ≧０．１６７を満たす。
圧水銀灯やメタルハライドランプ等の熱光源を用いてピ
ンホールを照明し、高ＮＡの投光レンズでこのピンホー
ル像を光硬化樹脂に投影する。これを便宜上、『ピンホ
ール像投影法』と名付ける。本方式の概念図を図１と図
８に、焦点近傍の光束の様子を図９に示す。ピンホール
像を結像させるわけであるから、高ＮＡにしてもピンホ
ール像の大きさｄＣは必要な大きさに保つことができ
る。いま、焦点からΔ離れた所でのエネルギー密度を４
分の１とすると、ＮＡ＝ｄｃ／２Δ、となり、ｄｃ＝１
００μｍ、Δ＝１００μｍとすると、ＮＡ＝０．５とな
り、ＮＡ≧０．１６７を満たす。
【０００９】
【作用】本発明により、投光レンズのＮＡを大とし、焦
点深度を浅く保つことによって、樹脂の硬化層の肥大化
を防ぎ、Ｚ軸方向の造形精度の向上、とりわけオーバー
ハング形状の精度向上に、大きな改善がもたらされた。
点深度を浅く保つことによって、樹脂の硬化層の肥大化
を防ぎ、Ｚ軸方向の造形精度の向上、とりわけオーバー
ハング形状の精度向上に、大きな改善がもたらされた。
【００１０】また本発明に依って、従来法の大きな難点
が克服された。光造形法において、造形物のＺ軸方向の
積み上げ方に、造形物沈下法と造形物引き上げ法の二通
りが在る。図１に造形物沈下法の一例を、図３に造形物
引き上げ法の一例を示す。この２方法のうち、引き上げ
法は、造形物の内部に気泡の発生を起こさず、また必要
とする樹脂液の量が最小限に抑えられる、等の優れた点
があるが、その反面、従来の造形物引き上げ法では、硬
化深度が深いため、図３に示す通り、硬化層の下面が光
透過板の上面に密着してしまうため、この層の形成が終
了して次の層の形成に移るに際して、剥離に大きな力を
要し、ときに、造形中の破損も起きていたが、本発明に
依って、ＮＡの大きな投光レンズにより硬化深度を浅く
保つことができ、図４に示すように樹脂の液中に硬化層
を形成し、硬化層の光透過板への密着を起こさずに、造
形物を形成できる。よって剥離のために造形物に大きな
力を加えることも必要でなくなり、破損の危険も回避さ
れた。
が克服された。光造形法において、造形物のＺ軸方向の
積み上げ方に、造形物沈下法と造形物引き上げ法の二通
りが在る。図１に造形物沈下法の一例を、図３に造形物
引き上げ法の一例を示す。この２方法のうち、引き上げ
法は、造形物の内部に気泡の発生を起こさず、また必要
とする樹脂液の量が最小限に抑えられる、等の優れた点
があるが、その反面、従来の造形物引き上げ法では、硬
化深度が深いため、図３に示す通り、硬化層の下面が光
透過板の上面に密着してしまうため、この層の形成が終
了して次の層の形成に移るに際して、剥離に大きな力を
要し、ときに、造形中の破損も起きていたが、本発明に
依って、ＮＡの大きな投光レンズにより硬化深度を浅く
保つことができ、図４に示すように樹脂の液中に硬化層
を形成し、硬化層の光透過板への密着を起こさずに、造
形物を形成できる。よって剥離のために造形物に大きな
力を加えることも必要でなくなり、破損の危険も回避さ
れた。
【００１１】更に本発明に依って、Ｚ軸方向の連続的な
光造形が可能となった。即ち、本発明を造形物引き上げ
法に適用し、硬化層を樹脂液中に形成し、かつ、ベース
プレートのＺ軸方向への連続的ないしは間欠的引き上げ
と、液状樹脂の連続的ないしは間欠的充填とを伴わせる
ことに依って、Ｚ軸方向の造形をも、時間的に連続して
行い、光造形の精度向上と高速化を併せて達成すること
が可能となった。さらに、マルチモードの超高出力レー
ザと超高感度樹脂とを用いればラスタースキャンの超高
速度光造形装置も可能となる。
光造形が可能となった。即ち、本発明を造形物引き上げ
法に適用し、硬化層を樹脂液中に形成し、かつ、ベース
プレートのＺ軸方向への連続的ないしは間欠的引き上げ
と、液状樹脂の連続的ないしは間欠的充填とを伴わせる
ことに依って、Ｚ軸方向の造形をも、時間的に連続して
行い、光造形の精度向上と高速化を併せて達成すること
が可能となった。さらに、マルチモードの超高出力レー
ザと超高感度樹脂とを用いればラスタースキャンの超高
速度光造形装置も可能となる。
【００１２】
【実施例】本発明の請求項５を、造形物沈下法に適用し
た実施例の概念図を図１に示す。図１に於て、１は例え
ば超高圧水銀灯、２はコリメータレンズ、３は高ＮＡ投
光レンズ、４は光学ヘッド５をＸ、Ｙ方向に移動させる
駆動部、５は光学ヘッド、６は樹脂槽、８はベースプレ
ート、９は光硬化樹脂、１０はベースプレート昇降ユニ
ット、１１は造形物、１７は全体を制御するコントロー
ラとコンピュータである。また、２４はピンホール、２
５はシャッターである。
た実施例の概念図を図１に示す。図１に於て、１は例え
ば超高圧水銀灯、２はコリメータレンズ、３は高ＮＡ投
光レンズ、４は光学ヘッド５をＸ、Ｙ方向に移動させる
駆動部、５は光学ヘッド、６は樹脂槽、８はベースプレ
ート、９は光硬化樹脂、１０はベースプレート昇降ユニ
ット、１１は造形物、１７は全体を制御するコントロー
ラとコンピュータである。また、２４はピンホール、２
５はシャッターである。
【００１３】次に本発明の請求項４を、造形物引き上げ
法に適用した実施例の概念図を図４に示す。図４に於
て、１８は光透過板、２０は硬化進行中の層である。最
近は、可視光線で硬化する樹脂も開発されたため、図４
の光学ヘッド５には、半導体レーザ１４を光源として使
用した例をしめす。図４に示すように、硬化層２０は樹
脂液中に形成され、硬化層が光透過板１８と密着してし
まうことはない。
法に適用した実施例の概念図を図４に示す。図４に於
て、１８は光透過板、２０は硬化進行中の層である。最
近は、可視光線で硬化する樹脂も開発されたため、図４
の光学ヘッド５には、半導体レーザ１４を光源として使
用した例をしめす。図４に示すように、硬化層２０は樹
脂液中に形成され、硬化層が光透過板１８と密着してし
まうことはない。
【００１４】本発明の請求項３の実施例の概念図を、図
５にしめす。１２はベースプレート８を引き上げるため
のアームであり、１３はその駆動部、１６は光学ヘッド
５をＸ，Ｙに移動するステージである。２１は充填用の
樹脂タンク、２２は液面センサー、２３は樹脂液の充填
量を制御するバルブ、１７は全ての駆動部を制御するコ
ントローラとコンピュータである。本発明の請求項２に
より実現が可能となった液中硬化式の引き上げ法に、さ
らに樹脂の補充充填用の樹脂タンク２１と、液面センサ
ー２２、および充填量制御バルブ２３を加えて設置し、
これらをコンピュータコントロールすることによって、
造形の進行に伴い液面センサー２２で樹脂の減少を感知
し、一定の所でバルブ２３を開き樹脂を一定量補充する
ことで、光造形法に、新たな高精度化と高速化がもたら
された。投光法については、デフォーカスレーザ法を採
用した例である。
５にしめす。１２はベースプレート８を引き上げるため
のアームであり、１３はその駆動部、１６は光学ヘッド
５をＸ，Ｙに移動するステージである。２１は充填用の
樹脂タンク、２２は液面センサー、２３は樹脂液の充填
量を制御するバルブ、１７は全ての駆動部を制御するコ
ントローラとコンピュータである。本発明の請求項２に
より実現が可能となった液中硬化式の引き上げ法に、さ
らに樹脂の補充充填用の樹脂タンク２１と、液面センサ
ー２２、および充填量制御バルブ２３を加えて設置し、
これらをコンピュータコントロールすることによって、
造形の進行に伴い液面センサー２２で樹脂の減少を感知
し、一定の所でバルブ２３を開き樹脂を一定量補充する
ことで、光造形法に、新たな高精度化と高速化がもたら
された。投光法については、デフォーカスレーザ法を採
用した例である。
【００１５】
【発明の効果】上述のように本発明は光造形法のＺ軸方
向の精度を飛躍的に高め、併せてオーバーハング形状の
造形精度を大幅に改善した。とくに、投光法について
は、焦点深度を浅く、スポット径を大きく、という矛盾
する方向の２つの要求を満たす２つの方策、即ちデフォ
ーカスレーザ法とピンホール像投影法とを提供する。ま
た、本発明を造形物引き上げ法に適用したとき、硬化層
の光透過板への密着の問題を解消し、造形過程の大幅な
効率化を実現した。さらに、本発明の、造形物引き上げ
法への適用に加えて、ベースプレートの連続的ないしは
間欠的引き上げと樹脂液の連続的ないしは間欠的充填を
伴わせることに依って、光造形の高精度化と高速化が併
せて可能となった。さらに、ラスタースキャンタイプの
超高速度光造形装置の可能性を開くものである。
向の精度を飛躍的に高め、併せてオーバーハング形状の
造形精度を大幅に改善した。とくに、投光法について
は、焦点深度を浅く、スポット径を大きく、という矛盾
する方向の２つの要求を満たす２つの方策、即ちデフォ
ーカスレーザ法とピンホール像投影法とを提供する。ま
た、本発明を造形物引き上げ法に適用したとき、硬化層
の光透過板への密着の問題を解消し、造形過程の大幅な
効率化を実現した。さらに、本発明の、造形物引き上げ
法への適用に加えて、ベースプレートの連続的ないしは
間欠的引き上げと樹脂液の連続的ないしは間欠的充填を
伴わせることに依って、光造形の高精度化と高速化が併
せて可能となった。さらに、ラスタースキャンタイプの
超高速度光造形装置の可能性を開くものである。
【図１】本発明の造形物沈下法への実施例の概念図。投
光法についてはピンホール像投影法を採用した例であ
る。
光法についてはピンホール像投影法を採用した例であ
る。
【図２】ＮＡの大小と、レーザビームの焦点近傍の光束
のスポット径ｄおよび焦点深度Δとの相関を説明するた
めの模式図。
のスポット径ｄおよび焦点深度Δとの相関を説明するた
めの模式図。
【図３】従来の造形物引き上げ法の概念図。
【図４】本発明を造形物引き上げ法に適用した実施例の
概念図。投光法はデフォーカスレーザ法の例である。
概念図。投光法はデフォーカスレーザ法の例である。
【図５】本発明の請求項３の実施例の概念図。投光法は
デフォーカスレーザ法。
デフォーカスレーザ法。
【図６】デフォーカスレーザ法の説明のための焦点近傍
のレーザ光束図。
のレーザ光束図。
【図７】デフォーカスレーザ法を造形物引き上げ法に適
用した例で、オーバーハング形状の造形の様子を示す。
用した例で、オーバーハング形状の造形の様子を示す。
【図８】ピンホール像投影法を造形物引き上げ法に適用
した１実施例を示す。
した１実施例を示す。
【図９】ピンホール像投影法の焦点近傍の光束の様子を
しめす。
しめす。
１ 熱光源、たとえば超高圧水銀灯 ２ コリメータレンズ ３ 高ＮＡ投光レンズ ４ 光学ヘッドのＸ，Ｙ駆動部 ５ 光学ヘッド ６ 樹脂槽 ８ ベースプレート ９ 光硬化樹脂 １０ ベースプレート昇降ユニト １１ 造形物 １２ ベースプレート引き上げアーム １３ アーム駆動ユニット １４ 可視半導体レーザ １６ Ｘ，Ｙ移動ステージ １７ 駆動制御コントローラとコンピュータ １８ 光透過板 １９ 半導体レーザ投光ユニット ２１ 充填用の樹脂タンク ２２ 液面センサー ２３ 樹脂液の充填量制御バルブ ２４ ピンホール ２５ シャッター
Claims (5)
- 【請求項１】 流動性のある液状樹脂に光を照射するこ
とにより硬化させて、三次元の造形物を形成する光造形
法において、ＮＡすなわち開口数の大きな投光レンズを
用いることに依って、樹脂の硬化層の厚みを意図的に薄
く保ち、造形物のＺ軸方向の精度を飛躍的に高め、あわ
せて、オーバーハング形状の造形物の形状精度をも、飛
躍的に高めた三次元光造形装置であって、投光レンズの
ＮＡが、０．１６７より大きいもの。 - 【請求項２】 前項の発明に於て、これを造形物引き上
げ法に適用し、樹脂の硬化層の厚みが薄いことを利用
し、硬化層の下面が、光透過板の上面に接触する事な
く、液中に硬化層を形成するようにした三次元光造形装
置。 - 【請求項３】 前項の発明に於て、樹脂の硬化層の下面
が、光透過板の上面に接触することなく、液中に硬化層
を形成し、併せて、ベースプレートの連続的ないしは間
欠的引き上げと、液状樹脂の連続的ないしは間欠的充填
とを伴わせることにより、Ｘ，Ｙ軸のみならず、Ｚ軸方
向の造形をも、連続的に造形することを可能とした三次
元光造形装置。 - 【請求項４】 請求項１の発明に於て、光源にレーザを
用い、高ＮＡ投光レンズの焦点外しのスポットを用い、
造形物引き上げ法に適用し、樹脂の液面を常に形成中の
層の上面に丁度合致させるようにした三次元光造形装
置。 - 【請求項５】 請求項１の発明に於て、光源に熱光源を
用い、ピンホールを照明し、このピンホール像を高ＮＡ
で樹脂の中に投影して露光する三次元光造形装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6125650A JPH07299874A (ja) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | 高ｎａ光学系を用いた光造形装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6125650A JPH07299874A (ja) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | 高ｎａ光学系を用いた光造形装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07299874A true JPH07299874A (ja) | 1995-11-14 |
Family
ID=14915271
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6125650A Pending JPH07299874A (ja) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | 高ｎａ光学系を用いた光造形装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07299874A (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011005690A3 (en) * | 2009-07-06 | 2011-03-24 | 3D Systems, Inc. | Imaging assembly |
| US8708685B2 (en) | 2009-11-25 | 2014-04-29 | 3D Systems, Inc. | Imaging assembly |
| CN105122135A (zh) * | 2013-02-12 | 2015-12-02 | 卡本桑迪有限公司 | 连续液体中间相打印 |
| CN105122136A (zh) * | 2013-02-12 | 2015-12-02 | 卡本桑迪有限公司 | 三维制造的方法和设备 |
| JP2017501900A (ja) * | 2013-12-19 | 2017-01-19 | コスタベベーレ，エットーレ，マウリツィオ | ステレオリソグラフィ機械のための改良されたカートリッジ、前記改良されたカートリッジの収容に適したステレオリソグラフィ機械、及び、前記改良されたカートリッジの使用方法 |
| JP2017154260A (ja) * | 2016-02-29 | 2017-09-07 | 国立大学法人 東京大学 | オーバーハング構造体の製造方法及び製造装置 |
| US9993974B2 (en) | 2013-02-12 | 2018-06-12 | Carbon, Inc. | Method and apparatus for three-dimensional fabrication |
| US10016938B2 (en) | 2013-08-14 | 2018-07-10 | Carbon, Inc. | Continuous liquid interphase printing |
| WO2019130734A1 (ja) * | 2017-12-25 | 2019-07-04 | コニカミノルタ株式会社 | 立体造形装置および立体造形物の製造方法 |
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| CN110370627A (zh) * | 2019-08-08 | 2019-10-25 | 中国科学院广州生物医药与健康研究院 | 一种3d光固化的方法和3d光固化设备 |
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| CN111070672A (zh) * | 2019-11-18 | 2020-04-28 | 深圳光韵达光电科技股份有限公司 | 基于热固化机理的3d打印方法及装置 |
| US11786711B2 (en) | 2013-08-14 | 2023-10-17 | Carbon, Inc. | Continuous liquid interphase printing |
-
1994
- 1994-04-28 JP JP6125650A patent/JPH07299874A/ja active Pending
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