JPH081795A - 三次元物体の製造装置 - Google Patents
三次元物体の製造装置Info
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- JPH081795A JPH081795A JP6143505A JP14350594A JPH081795A JP H081795 A JPH081795 A JP H081795A JP 6143505 A JP6143505 A JP 6143505A JP 14350594 A JP14350594 A JP 14350594A JP H081795 A JPH081795 A JP H081795A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- 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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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
- G05B2219/49013—Deposit layers, cured by scanning laser, stereo lithography SLA, prototyping
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Heating, Cooling, Or Curing Plastics Or The Like In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】性能劣化を招くことなく、大幅にコストが削減
されるようにする。 【構成】光を照射されることにより硬化する液状光硬化
性樹脂Ｒを収容した浴槽２と、浴槽２内にて昇降可能な
成型架台３と、液状光硬化性樹脂Ｒの表面Ｒ0 を撫でる
ように水平方向に移動可能な平滑部材としてのドクター
ブレード４と、浴槽２の上方に配置されて液状光硬化性
樹脂Ｒの表面Ｒ0 に焦点を合わせて選択的に光Ｌを照射
可能な光照射装置１０と、から三次元物体製造装置１を
構成する。そして、光照射装置１０内に光Ｌを制御信号
Ｉに応じて遮断可能なシャッタ機構１４を設けるととも
に、そのシャッタ機構１４の駆動源を電磁石又は圧電ア
クチュエータとする。
されるようにする。 【構成】光を照射されることにより硬化する液状光硬化
性樹脂Ｒを収容した浴槽２と、浴槽２内にて昇降可能な
成型架台３と、液状光硬化性樹脂Ｒの表面Ｒ0 を撫でる
ように水平方向に移動可能な平滑部材としてのドクター
ブレード４と、浴槽２の上方に配置されて液状光硬化性
樹脂Ｒの表面Ｒ0 に焦点を合わせて選択的に光Ｌを照射
可能な光照射装置１０と、から三次元物体製造装置１を
構成する。そして、光照射装置１０内に光Ｌを制御信号
Ｉに応じて遮断可能なシャッタ機構１４を設けるととも
に、そのシャッタ機構１４の駆動源を電磁石又は圧電ア
クチュエータとする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、三次元ＣＡＤで設計
された立体モデルの三次元形状データや三次元形状測定
器等で計測された三次元形状データを水平面で多層に分
割して生成される複数の二次元データを順に選択し、そ
の順に選択される各二次元データに基づいて液状光硬化
性樹脂の表面に選択的に光を照射して樹脂薄膜を次々と
積層形成することにより三次元物体を製造する装置に関
し、特に、性能低下を招くことなく大幅にコストが削減
されるようにしたものである。
された立体モデルの三次元形状データや三次元形状測定
器等で計測された三次元形状データを水平面で多層に分
割して生成される複数の二次元データを順に選択し、そ
の順に選択される各二次元データに基づいて液状光硬化
性樹脂の表面に選択的に光を照射して樹脂薄膜を次々と
積層形成することにより三次元物体を製造する装置に関
し、特に、性能低下を招くことなく大幅にコストが削減
されるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】液状光硬化性樹脂の表面に選択的に光を
照射して形成される薄膜を次々と積層形成することによ
り所望形状の三次元物体を製造する技術自体は公知であ
り、例えば、特開昭６１−１１４８１８号公報、特開平
４−１６９２２１号公報、特開平４−１６９２２２号公
報、特開平５−８３０７号公報、特開平５−３８７６３
号公報等に開示されている。
照射して形成される薄膜を次々と積層形成することによ
り所望形状の三次元物体を製造する技術自体は公知であ
り、例えば、特開昭６１−１１４８１８号公報、特開平
４−１６９２２１号公報、特開平４−１６９２２２号公
報、特開平５−８３０７号公報、特開平５−３８７６３
号公報等に開示されている。
【０００３】そして、そのような技術により製造される
成型物の最小形状は液状光硬化性樹脂の表面に照射され
る光の径（ビームスポット径）で決まり、そのビームス
ポット径が小さければそれだけ精度の良い形状が成型で
きることになる。また、成型時間を大きく左右する液状
光硬化性樹脂の硬化速度は、照射される光エネルギに依
存する。
成型物の最小形状は液状光硬化性樹脂の表面に照射され
る光の径（ビームスポット径）で決まり、そのビームス
ポット径が小さければそれだけ精度の良い形状が成型で
きることになる。また、成型時間を大きく左右する液状
光硬化性樹脂の硬化速度は、照射される光エネルギに依
存する。
【０００４】以上から、寸法精度の高い三次元物体を短
時間のうちに製造するためには、一般に液状光硬化性樹
脂の表面で２００μｍ以下という極めて微小なビームス
ポット径が必要であり、最低でも１０ｍＷ以上の光エネ
ルギーが要求される。そのような微小なビームスポット
径が得られる優れた方向性を有し、しかも高エネルギー
が達成される最適な光源としてレーザーが採用されてい
る。また、液状光硬化性樹脂として一般的に使用されて
いる材料は、紫外線領域にて光重合を開始するものがほ
とんどであり、紫外線領域で発振波長を持つレーザーと
してＨｅ−ＣｄやＡｒ等のガスレーザーが使われてい
る。
時間のうちに製造するためには、一般に液状光硬化性樹
脂の表面で２００μｍ以下という極めて微小なビームス
ポット径が必要であり、最低でも１０ｍＷ以上の光エネ
ルギーが要求される。そのような微小なビームスポット
径が得られる優れた方向性を有し、しかも高エネルギー
が達成される最適な光源としてレーザーが採用されてい
る。また、液状光硬化性樹脂として一般的に使用されて
いる材料は、紫外線領域にて光重合を開始するものがほ
とんどであり、紫外線領域で発振波長を持つレーザーと
してＨｅ−ＣｄやＡｒ等のガスレーザーが使われてい
る。
【０００５】上述したようなガスレーザーは、励起と発
振との関係から連続発振ガスレーザー（Continuous Wav
e Laser ，ＣＷ laser）での使用が前提であるため、半
導体レーザーのように駆動電流を直接制御して光出力を
変調するような簡単な制御で光変調することは不可能で
ある。従って、光の遮断と照射とを切り換える光変調装
置を光路上に設ける必要がある。
振との関係から連続発振ガスレーザー（Continuous Wav
e Laser ，ＣＷ laser）での使用が前提であるため、半
導体レーザーのように駆動電流を直接制御して光出力を
変調するような簡単な制御で光変調することは不可能で
ある。従って、光の遮断と照射とを切り換える光変調装
置を光路上に設ける必要がある。
【０００６】そして、上記のような三次元物体の製造装
置における光の走査速度は、一般に１００mm/sec以上と
非常に高速であり、それに追随するように１００Ｈｚ以
上の高速な光変調が必要となる。このような高速な光変
調を行うために、高価な光学結晶体に電界をかけて屈折
率が変化するポッケルス効果を利用し入射光を偏向さ
せ、数ＭＨｚから数１０ＧＨｚにも及ぶ変調が可能な電
気光学変調器（ElectroOptic Modulator ，ＥＯＭ）
や、変調速度はＥＯＭの数分の１程度であるが消光比
（出力光パワーのオン／オフ比）に優れている超音波に
より位相回折格子を作り入射光を偏向させる音響光学変
調器（Acousto Optic Modulator ，ＡＯＭ）が使われて
いる。
置における光の走査速度は、一般に１００mm/sec以上と
非常に高速であり、それに追随するように１００Ｈｚ以
上の高速な光変調が必要となる。このような高速な光変
調を行うために、高価な光学結晶体に電界をかけて屈折
率が変化するポッケルス効果を利用し入射光を偏向さ
せ、数ＭＨｚから数１０ＧＨｚにも及ぶ変調が可能な電
気光学変調器（ElectroOptic Modulator ，ＥＯＭ）
や、変調速度はＥＯＭの数分の１程度であるが消光比
（出力光パワーのオン／オフ比）に優れている超音波に
より位相回折格子を作り入射光を偏向させる音響光学変
調器（Acousto Optic Modulator ，ＡＯＭ）が使われて
いる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】確かに、上述したよう
なＥＯＭやＡＯＭを使用すれば、高速な光変調が可能と
なるが、これらは非常に高価であり、しかも動作が若干
不安定であるという問題点を有している。本発明は、こ
のような点に着目してなされたものであって、安価で且
つ動作安定性や耐久性に優れた光を遮断する機構を有す
る三次元物体の製造装置を提供することを目的としてい
る。
なＥＯＭやＡＯＭを使用すれば、高速な光変調が可能と
なるが、これらは非常に高価であり、しかも動作が若干
不安定であるという問題点を有している。本発明は、こ
のような点に着目してなされたものであって、安価で且
つ動作安定性や耐久性に優れた光を遮断する機構を有す
る三次元物体の製造装置を提供することを目的としてい
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明は、二次元データに基づいて液
状光硬化性樹脂の表面に選択的に光を照射して薄膜を形
成する光照射手段と、前記薄膜の上面を前記液状光硬化
性樹脂で薄く覆う薄膜被覆手段と、を備えた三次元物体
の製造装置において、前記光を遮断可能なシャッタ機構
を設けるとともに、そのシャッタ機構の駆動源を電磁石
とした。
に、請求項１に係る発明は、二次元データに基づいて液
状光硬化性樹脂の表面に選択的に光を照射して薄膜を形
成する光照射手段と、前記薄膜の上面を前記液状光硬化
性樹脂で薄く覆う薄膜被覆手段と、を備えた三次元物体
の製造装置において、前記光を遮断可能なシャッタ機構
を設けるとともに、そのシャッタ機構の駆動源を電磁石
とした。
【０００９】一方、上記目的を達成するために、請求項
２に係る発明は、二次元データに基づいて液状光硬化性
樹脂の表面に選択的に光を照射して薄膜を形成する光照
射手段と、前記薄膜の上面を前記液状光硬化性樹脂で薄
く覆う薄膜被覆手段と、を備えた三次元物体の製造装置
において、前記光を遮断可能なシャッタ機構を設けると
ともに、そのシャッタ機構の駆動源を圧電アクチュエー
タとした。
２に係る発明は、二次元データに基づいて液状光硬化性
樹脂の表面に選択的に光を照射して薄膜を形成する光照
射手段と、前記薄膜の上面を前記液状光硬化性樹脂で薄
く覆う薄膜被覆手段と、を備えた三次元物体の製造装置
において、前記光を遮断可能なシャッタ機構を設けると
ともに、そのシャッタ機構の駆動源を圧電アクチュエー
タとした。
【００１０】
【作用】ガスレーザー発振器から照射される光ビームの
径は１〜２mm程度であるから、その光を遮断するシャッ
タの可動部分の移動距離は、極僅かで済む。また、シャ
ッタは光を遮断するだけであるから、強い機械的強度は
不要であり、可動部分には軽い材料が使用でき、負荷慣
性は小さくなる。
径は１〜２mm程度であるから、その光を遮断するシャッ
タの可動部分の移動距離は、極僅かで済む。また、シャ
ッタは光を遮断するだけであるから、強い機械的強度は
不要であり、可動部分には軽い材料が使用でき、負荷慣
性は小さくなる。
【００１１】以上から、請求項１又は請求項２に係る発
明のように、シャッタ機構の駆動源として電磁石又は圧
電アクチュエータを用いても、１０msec以下の極短い時
間で光の遮断状態又は透過状態が切り換えられ、液状光
硬化性樹脂の表面に選択的に光が照射される。
明のように、シャッタ機構の駆動源として電磁石又は圧
電アクチュエータを用いても、１０msec以下の極短い時
間で光の遮断状態又は透過状態が切り換えられ、液状光
硬化性樹脂の表面に選択的に光が照射される。
【００１２】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図１は、本発明の第１実施例における三次元物
体製造装置１の構成を示す図であり、この三次元物体製
造装置１は、光を照射されることにより硬化する液状光
硬化性樹脂Ｒを収容した浴槽２と、この浴槽２内にて昇
降可能な成型架台３と、液状光硬化性樹脂Ｒの表面Ｒ0
を撫でるように水平方向に移動可能なドクターブレード
４と、浴槽２の上方に配置されて液状光硬化性樹脂Ｒの
表面Ｒ0 に焦点を合わせて光Ｌを所定の走査方向に沿っ
て照射可能な光照射装置１０と、を備えて構成されてい
る。
明する。図１は、本発明の第１実施例における三次元物
体製造装置１の構成を示す図であり、この三次元物体製
造装置１は、光を照射されることにより硬化する液状光
硬化性樹脂Ｒを収容した浴槽２と、この浴槽２内にて昇
降可能な成型架台３と、液状光硬化性樹脂Ｒの表面Ｒ0
を撫でるように水平方向に移動可能なドクターブレード
４と、浴槽２の上方に配置されて液状光硬化性樹脂Ｒの
表面Ｒ0 に焦点を合わせて光Ｌを所定の走査方向に沿っ
て照射可能な光照射装置１０と、を備えて構成されてい
る。
【００１３】これらのうち、成型架台３は、液状光硬化
性樹脂Ｒの表面Ｒ0 と平行な上面３ａを有していて、図
示しない昇降装置によって、浴槽２内の上下方向の任意
の位置に変位することができるようになっている。ま
た、ドクターブレード４は、浴槽２の一方（図１に直交
する方向）の幅より若干狭い幅の平板状部材であり、鋭
角に形成された先端４ａが液状光硬化性樹脂Ｒの表面Ｒ
0 に僅かに接触するように垂直につり下げられていて、
図示しない駆動装置によって、表面Ｒ0 に沿って図１左
右方向（ドクターブレード４の厚さ方向）に浴槽２の幅
方向の略全域に渡って移動可能となっている。
性樹脂Ｒの表面Ｒ0 と平行な上面３ａを有していて、図
示しない昇降装置によって、浴槽２内の上下方向の任意
の位置に変位することができるようになっている。ま
た、ドクターブレード４は、浴槽２の一方（図１に直交
する方向）の幅より若干狭い幅の平板状部材であり、鋭
角に形成された先端４ａが液状光硬化性樹脂Ｒの表面Ｒ
0 に僅かに接触するように垂直につり下げられていて、
図示しない駆動装置によって、表面Ｒ0 に沿って図１左
右方向（ドクターブレード４の厚さ方向）に浴槽２の幅
方向の略全域に渡って移動可能となっている。
【００１４】そして、光照射装置１０は、ガスレーザ
（図示せず）や収束用レンズ１１等から構成されてい
て、その本体１２は、水平なＸ軸方向に延びるボールね
じ１３ＡによってＸ軸方向に自在に進退可能となってお
り、そのボールねじ１３ＡはＸ軸方向に直交するＹ軸方
向に延びるボールねじ１３ＢによってＹ軸方向に自在に
進退可能となっていて、これにより、本体１２は水平面
上の任意の位置に変位できるようになっている。従っ
て、光照射装置１０から照射される光Ｌの走査線はＸ軸
方向に平行であり、その走査線がＹ軸方向に順次並ぶよ
うになっている。なお、ボールねじ１３Ａ，１３Ｂは、
図示しない電動モータによって回転駆動するようになっ
ており、それらボールねじ１３Ａ，１３Ｂと螺合するボ
ールナットについては特に図示はしていない。
（図示せず）や収束用レンズ１１等から構成されてい
て、その本体１２は、水平なＸ軸方向に延びるボールね
じ１３ＡによってＸ軸方向に自在に進退可能となってお
り、そのボールねじ１３ＡはＸ軸方向に直交するＹ軸方
向に延びるボールねじ１３ＢによってＹ軸方向に自在に
進退可能となっていて、これにより、本体１２は水平面
上の任意の位置に変位できるようになっている。従っ
て、光照射装置１０から照射される光Ｌの走査線はＸ軸
方向に平行であり、その走査線がＹ軸方向に順次並ぶよ
うになっている。なお、ボールねじ１３Ａ，１３Ｂは、
図示しない電動モータによって回転駆動するようになっ
ており、それらボールねじ１３Ａ，１３Ｂと螺合するボ
ールナットについては特に図示はしていない。
【００１５】また、光照射装置１０は、その本体１２内
に光Ｌを遮断又は透過可能なシャッタ機構１４を有して
いて、このシャッタ機構１４は、図示しないマイクロコ
ンピュータや必要な記憶装置，インタフェース回路等か
ら構成されるコントローラ１５から供給される制御信号
Ｉに応じて、光Ｌを遮断する状態又は透過する状態の何
れかを採るようになっている。
に光Ｌを遮断又は透過可能なシャッタ機構１４を有して
いて、このシャッタ機構１４は、図示しないマイクロコ
ンピュータや必要な記憶装置，インタフェース回路等か
ら構成されるコントローラ１５から供給される制御信号
Ｉに応じて、光Ｌを遮断する状態又は透過する状態の何
れかを採るようになっている。
【００１６】さらに、ボールねじ１３Ａの回転状態を監
視することにより本体１２のＸ軸方向位置を検出する位
置センサ１６Ａと、ボールねじ１３Ｂの回転状態を監視
することにより本体１２のＹ軸方向位置を検出する位置
センサ１６Ｂとが設けられていて、それら位置センサ１
６Ａ及び１６Ｂが出力する位置検出信号ＤX 及びＤYが
コントローラ１５に供給されるようになっている。
視することにより本体１２のＸ軸方向位置を検出する位
置センサ１６Ａと、ボールねじ１３Ｂの回転状態を監視
することにより本体１２のＹ軸方向位置を検出する位置
センサ１６Ｂとが設けられていて、それら位置センサ１
６Ａ及び１６Ｂが出力する位置検出信号ＤX 及びＤYが
コントローラ１５に供給されるようになっている。
【００１７】コントローラ１５には、この三次元物体製
造装置１によって製造する三次元物体の三次元形状デー
タ（なお、三次元形状データは、三次元ＣＡＤによるデ
ザイン或いは三次元形状測定器等で実際の物体を計測す
ることにより生成される。）を水平面で多層に分割して
生成される複数の二次元データが格納されていて、その
複数の二次元データを最下層側から順に選択し、その選
択された一の二次元データに基づいて選択的に光Ｌが照
射されるように、シャッタ機構１４に制御信号Ｉを出力
するようになっている。
造装置１によって製造する三次元物体の三次元形状デー
タ（なお、三次元形状データは、三次元ＣＡＤによるデ
ザイン或いは三次元形状測定器等で実際の物体を計測す
ることにより生成される。）を水平面で多層に分割して
生成される複数の二次元データが格納されていて、その
複数の二次元データを最下層側から順に選択し、その選
択された一の二次元データに基づいて選択的に光Ｌが照
射されるように、シャッタ機構１４に制御信号Ｉを出力
するようになっている。
【００１８】具体的には、二次元データと光Ｌの走査線
との交点の座標を予め求めておき、実際に光Ｌを照射す
る際には、本体１２を途中で停止することなく一定速度
で移動させる一方で、走査線が交点を通過する際に、シ
ャッタ機構１４の状態を切り換える（実部から空部に移
行する際には、シャッタ機構１４を透過状態から遮断状
態に切り換え、逆に空部から実部に移行する際には、シ
ャッタ機構１４を遮断状態から透過状態に切り換える）
ことにより二次元データに応じた選択的な光Ｌの照射を
行うようになっている。
との交点の座標を予め求めておき、実際に光Ｌを照射す
る際には、本体１２を途中で停止することなく一定速度
で移動させる一方で、走査線が交点を通過する際に、シ
ャッタ機構１４の状態を切り換える（実部から空部に移
行する際には、シャッタ機構１４を透過状態から遮断状
態に切り換え、逆に空部から実部に移行する際には、シ
ャッタ機構１４を遮断状態から透過状態に切り換える）
ことにより二次元データに応じた選択的な光Ｌの照射を
行うようになっている。
【００１９】つまり、コントローラ１５は、光Ｌを照射
する状態から遮断する状態（又は、遮断する状態から照
射する状態）に切り換える際に、本体１２の移動（つま
り、光Ｌの走査）は停止することなく、シャッタ機構１
４の状態を切り換えるだけの制御を実行するようになっ
ている。ここで、シャッタ機構１４は、図２に示すよう
に、遮蔽板１４Ａと、この遮蔽板１４Ａを可動させる可
動部１４Ｂとから構成されている。遮蔽板１４Ａは、そ
の中央部に収束用レンズ１２で収束される前の光Ｌの径
よりも若干大きい程度の径の透過孔１４ａを有してい
て、光Ｌを透過させる状態にある時にその透過孔１４ａ
が光Ｌの光路上に位置するように配設されている。
する状態から遮断する状態（又は、遮断する状態から照
射する状態）に切り換える際に、本体１２の移動（つま
り、光Ｌの走査）は停止することなく、シャッタ機構１
４の状態を切り換えるだけの制御を実行するようになっ
ている。ここで、シャッタ機構１４は、図２に示すよう
に、遮蔽板１４Ａと、この遮蔽板１４Ａを可動させる可
動部１４Ｂとから構成されている。遮蔽板１４Ａは、そ
の中央部に収束用レンズ１２で収束される前の光Ｌの径
よりも若干大きい程度の径の透過孔１４ａを有してい
て、光Ｌを透過させる状態にある時にその透過孔１４ａ
が光Ｌの光路上に位置するように配設されている。
【００２０】また、可動部１４Ｂは、磁化可能な材料か
らなる可動部材１４ｂと、この可動部材１４ｂと遮蔽板
１４Ａとを連結する連結部材１４ｃと、連結部材１４ｃ
とは逆側の端部を基点に可動部材１４ｂを光路に対して
直交する方向（水平方向）に揺動可能に支持する揺動軸
１４ｄと、可動部材１４ｂを水平面内でＡ方向に引っ張
るスプリング１４ｅと、可動部材１４ｂを水平面内でＡ
方向とは逆方向のＢ方向に吸引可能な電磁石１４ｆと、
から構成されていて、駆動源としての電磁石１４ｆに、
コントローラ１５から制御電流としての制御信号Ｉが供
給されるようになっている。
らなる可動部材１４ｂと、この可動部材１４ｂと遮蔽板
１４Ａとを連結する連結部材１４ｃと、連結部材１４ｃ
とは逆側の端部を基点に可動部材１４ｂを光路に対して
直交する方向（水平方向）に揺動可能に支持する揺動軸
１４ｄと、可動部材１４ｂを水平面内でＡ方向に引っ張
るスプリング１４ｅと、可動部材１４ｂを水平面内でＡ
方向とは逆方向のＢ方向に吸引可能な電磁石１４ｆと、
から構成されていて、駆動源としての電磁石１４ｆに、
コントローラ１５から制御電流としての制御信号Ｉが供
給されるようになっている。
【００２１】従って、電磁石１４ｆに制御信号Ｉが供給
されていない状態であれば、可動部材１４ｂがスプリン
グ１４ｅの引っ張り力によってＡ方向に揺動し、これに
より遮蔽板１４Ａの透過孔１４ａが光Ｌの光路上から外
れて遮断状態となる一方、電磁石１４ｆに制御信号Ｉが
供給されている状態であれば、電磁石１４ｆに発生する
磁力により可動部材１４ｂがＢ方向に揺動し、これによ
り遮蔽板１４Ａの透過孔１４ａが光Ｌの光路上に位置し
て透過状態となるようになっている。
されていない状態であれば、可動部材１４ｂがスプリン
グ１４ｅの引っ張り力によってＡ方向に揺動し、これに
より遮蔽板１４Ａの透過孔１４ａが光Ｌの光路上から外
れて遮断状態となる一方、電磁石１４ｆに制御信号Ｉが
供給されている状態であれば、電磁石１４ｆに発生する
磁力により可動部材１４ｂがＢ方向に揺動し、これによ
り遮蔽板１４Ａの透過孔１４ａが光Ｌの光路上に位置し
て透過状態となるようになっている。
【００２２】この三次元物体製造装置１によって所望形
状の三次元物体を製造する際の基本的な動作を、図３
（ａ）〜（ｄ）を伴って説明する。即ち、図３（ａ）に
示すように、成型架台３を、その上面３ａ上に液状光硬
化性樹脂Ｒの薄い層（0.１mm〜0.５mm程度）が形成され
る初期位置に移動させ、その状態を維持したまま光照射
装置１０から選択的に光Ｌを照射して液状光硬化性樹脂
Ｒを硬化させ、上面３ａ上に薄膜５ａを形成する（薄膜
形成工程）。
状の三次元物体を製造する際の基本的な動作を、図３
（ａ）〜（ｄ）を伴って説明する。即ち、図３（ａ）に
示すように、成型架台３を、その上面３ａ上に液状光硬
化性樹脂Ｒの薄い層（0.１mm〜0.５mm程度）が形成され
る初期位置に移動させ、その状態を維持したまま光照射
装置１０から選択的に光Ｌを照射して液状光硬化性樹脂
Ｒを硬化させ、上面３ａ上に薄膜５ａを形成する（薄膜
形成工程）。
【００２３】なお、この薄膜形成工程における光Ｌの照
射は、上述したように、コントローラ１５が制御信号Ｉ
によってシャッタ機構１４の状態を適宜切り換えること
により行われる。例えば、図４に示すように外側の輪郭
線Ｃ1 及び内側の輪郭線Ｃ2 で囲まれる領域が実部であ
る二次元データがあり、それら輪郭線Ｃ1 ，Ｃ2 と一の
走査線Ｓとの交点が走査線Ｓの基点側からＰ1 ，Ｐ2 ，
Ｐ3 及びＰ4 であったとする。そして、コントローラ１
５は、それら交点Ｐ1 〜Ｐ4 の座標を実際に光Ｌを照射
する前に予め求めておき、走査線Ｓに沿って光Ｌを照射
する際には、位置センサ１６Ａ及び１６Ｂから供給され
る位置検出信号ＤX 及びＤY に基づいて光Ｌの走査位置
を認識し、その走査位置が交点Ｐ1 に一致すると、制御
信号Ｉを出力してシャッタ機構１４を遮断状態から透過
状態に切り換え、次いで走査位置が交点Ｐ2に一致する
と、制御信号Ｉを停止してシャッタ機構１４を透過状態
から遮断状態に切り換え、次いで走査位置が交点Ｐ3 に
一致すると、制御信号Ｉを出力してシャッタ機構１４を
再び遮断状態から透過状態に切り換え、そして、走査位
置が交点Ｐ4 に一致すると、制御信号Ｉを停止してシャ
ッタ機構１４を透過状態から遮断状態に切り換える。こ
れにより、二次元データの実部のみに光Ｌが照射される
から、全ての走査線に沿って光Ｌを照射すれば、図４に
示すような輪郭線Ｃ1 及びＣ2 で囲まれたリング状の薄
膜が形成されることになる。
射は、上述したように、コントローラ１５が制御信号Ｉ
によってシャッタ機構１４の状態を適宜切り換えること
により行われる。例えば、図４に示すように外側の輪郭
線Ｃ1 及び内側の輪郭線Ｃ2 で囲まれる領域が実部であ
る二次元データがあり、それら輪郭線Ｃ1 ，Ｃ2 と一の
走査線Ｓとの交点が走査線Ｓの基点側からＰ1 ，Ｐ2 ，
Ｐ3 及びＰ4 であったとする。そして、コントローラ１
５は、それら交点Ｐ1 〜Ｐ4 の座標を実際に光Ｌを照射
する前に予め求めておき、走査線Ｓに沿って光Ｌを照射
する際には、位置センサ１６Ａ及び１６Ｂから供給され
る位置検出信号ＤX 及びＤY に基づいて光Ｌの走査位置
を認識し、その走査位置が交点Ｐ1 に一致すると、制御
信号Ｉを出力してシャッタ機構１４を遮断状態から透過
状態に切り換え、次いで走査位置が交点Ｐ2に一致する
と、制御信号Ｉを停止してシャッタ機構１４を透過状態
から遮断状態に切り換え、次いで走査位置が交点Ｐ3 に
一致すると、制御信号Ｉを出力してシャッタ機構１４を
再び遮断状態から透過状態に切り換え、そして、走査位
置が交点Ｐ4 に一致すると、制御信号Ｉを停止してシャ
ッタ機構１４を透過状態から遮断状態に切り換える。こ
れにより、二次元データの実部のみに光Ｌが照射される
から、全ての走査線に沿って光Ｌを照射すれば、図４に
示すような輪郭線Ｃ1 及びＣ2 で囲まれたリング状の薄
膜が形成されることになる。
【００２４】最下層の薄膜５ａが形成されたら、図３
（ｂ）に示すように、成型架台３を所定距離下降させ
る。この成型架台３の下降距離は、次々と形成される薄
膜の厚さ分（0.１mm〜0.５mm程度）に相当する。成型架
台３を下降させた直後は、液状光硬化性樹脂の表面張力
が大きく、しかも成型架台３の下降距離が極僅かである
ため、図３（ｂ）に示されるように、薄膜５ａの表面上
には周囲の液状光硬化性樹脂は入り込んではこない。
（ｂ）に示すように、成型架台３を所定距離下降させ
る。この成型架台３の下降距離は、次々と形成される薄
膜の厚さ分（0.１mm〜0.５mm程度）に相当する。成型架
台３を下降させた直後は、液状光硬化性樹脂の表面張力
が大きく、しかも成型架台３の下降距離が極僅かである
ため、図３（ｂ）に示されるように、薄膜５ａの表面上
には周囲の液状光硬化性樹脂は入り込んではこない。
【００２５】そこで、本実施例では、成型架台３を所定
距離下降させた後に、ドクターブレード４を表面Ｒ0 を
撫でるように所定速度で移動させる（薄膜被覆工程）。
すると、図３（ｃ）に示すように、ドクターブレード４
の先端４ａに引きずられるように液状光硬化性樹脂Ｒが
移動するから、薄膜５ａ上にも液状光硬化性樹脂Ｒが入
り込むようになり、薄膜５ａ上は薄い液状光硬化性樹脂
Ｒの層で覆われるし、表面Ｒ0 の細かい凹凸もドクター
ブレード４によって均され、そのドクターブレード４の
移動が完了した時点で表面Ｒ0 は略平滑化される。つま
り、成型架台３を下降させた直後にドクターブレード４
を移動させることにより、液状光硬化性樹脂Ｒの表面Ｒ
0 が平滑化されるまでの時間が大幅に短縮される。
距離下降させた後に、ドクターブレード４を表面Ｒ0 を
撫でるように所定速度で移動させる（薄膜被覆工程）。
すると、図３（ｃ）に示すように、ドクターブレード４
の先端４ａに引きずられるように液状光硬化性樹脂Ｒが
移動するから、薄膜５ａ上にも液状光硬化性樹脂Ｒが入
り込むようになり、薄膜５ａ上は薄い液状光硬化性樹脂
Ｒの層で覆われるし、表面Ｒ0 の細かい凹凸もドクター
ブレード４によって均され、そのドクターブレード４の
移動が完了した時点で表面Ｒ0 は略平滑化される。つま
り、成型架台３を下降させた直後にドクターブレード４
を移動させることにより、液状光硬化性樹脂Ｒの表面Ｒ
0 が平滑化されるまでの時間が大幅に短縮される。
【００２６】表面Ｒ0 が平滑化されたら、図３（ｄ）に
示すように、再び光照射装置１０から選択的に光Ｌを照
射して液状光硬化性樹脂Ｒを硬化させ、薄膜５ａ上に次
段の薄膜５ｂを形成する（薄膜形成工程）。この時、光
照射装置１０から照射される光Ｌの走査は、最下層の薄
膜５ａを形成する際に選択されたひとつの二次元データ
の上側の二次元データに基づいて行われる。
示すように、再び光照射装置１０から選択的に光Ｌを照
射して液状光硬化性樹脂Ｒを硬化させ、薄膜５ａ上に次
段の薄膜５ｂを形成する（薄膜形成工程）。この時、光
照射装置１０から照射される光Ｌの走査は、最下層の薄
膜５ａを形成する際に選択されたひとつの二次元データ
の上側の二次元データに基づいて行われる。
【００２７】薄膜５ｂが形成されたら、図３（ｂ）と同
様に再び成型架台３を所定距離下降させ、次いで図３
（ｃ）と同様にドクターブレード４を移動させ、図３
（ｄ）と同様に光Ｌを選択的に照射し、さらに再び図３
（ｂ）と同様に成型架台３を所定距離下降させ…、とい
う具合に、図３（ｂ）〜（ｄ）に示す動作を繰り返し実
行する。
様に再び成型架台３を所定距離下降させ、次いで図３
（ｃ）と同様にドクターブレード４を移動させ、図３
（ｄ）と同様に光Ｌを選択的に照射し、さらに再び図３
（ｂ）と同様に成型架台３を所定距離下降させ…、とい
う具合に、図３（ｂ）〜（ｄ）に示す動作を繰り返し実
行する。
【００２８】すると、成型架台３の上面３ａ上には、次
々の薄膜５ａ，５ｂ…が積層されていくから、上述した
三次元形状データを水平面で多層に分割して生成された
二次元データの全てについて上記繰り返し動作を行った
時点で、所望形状の三次元物体の成型が完了する。そし
て、本実施例にあっては、光Ｌを任意のタイミングで遮
断するために、ＥＯＭやＡＯＭ等の光変調装置ではな
く、電磁石１４ｆを駆動源としたシャッタ機構１４を用
いているため、コストを大幅に削減することができる。
々の薄膜５ａ，５ｂ…が積層されていくから、上述した
三次元形状データを水平面で多層に分割して生成された
二次元データの全てについて上記繰り返し動作を行った
時点で、所望形状の三次元物体の成型が完了する。そし
て、本実施例にあっては、光Ｌを任意のタイミングで遮
断するために、ＥＯＭやＡＯＭ等の光変調装置ではな
く、電磁石１４ｆを駆動源としたシャッタ機構１４を用
いているため、コストを大幅に削減することができる。
【００２９】なお、このようなシャッタ機構１４は光変
調装置に比べて速度自体は遙に劣っているが、光Ｌのビ
ーム径は１〜２mm程度であり、従って遮蔽板１４Ａの移
動距離は１〜２mm程度であるから、連結部材１４ｃの長
さにもよるが可動部材１４ｂの移動距離はせいぜい１mm
程度で十分であるし、遮蔽板１４Ａは光Ｌを遮断するだ
けであるから軽い材料で済み、従ってその負荷慣性は小
さく、電磁石１４ｆへの電流のオン／オフによって１０
msec以下の時間で遮断状態及び透過状態を切り換えるこ
とが十分に可能である。よって、電磁石１４ｆを駆動源
としたシャッタ機構１４を採用しても、三次元物体の造
形精度の低下や硬化物の尾引き等の品質上の問題を生じ
ない程度の速度は十分に得られるし、しかも光変調装置
に比べて動作安定性や耐久性が優れているという利点を
有する。
調装置に比べて速度自体は遙に劣っているが、光Ｌのビ
ーム径は１〜２mm程度であり、従って遮蔽板１４Ａの移
動距離は１〜２mm程度であるから、連結部材１４ｃの長
さにもよるが可動部材１４ｂの移動距離はせいぜい１mm
程度で十分であるし、遮蔽板１４Ａは光Ｌを遮断するだ
けであるから軽い材料で済み、従ってその負荷慣性は小
さく、電磁石１４ｆへの電流のオン／オフによって１０
msec以下の時間で遮断状態及び透過状態を切り換えるこ
とが十分に可能である。よって、電磁石１４ｆを駆動源
としたシャッタ機構１４を採用しても、三次元物体の造
形精度の低下や硬化物の尾引き等の品質上の問題を生じ
ない程度の速度は十分に得られるし、しかも光変調装置
に比べて動作安定性や耐久性が優れているという利点を
有する。
【００３０】つまり、本実施例の構成であれば、性能低
下を招くことなく、大幅にコストを削減することができ
るのである。ここで、本実施例では、光照射装置１０が
光照射手段に対応し、成型架台３及びドクターブレード
４が薄膜被覆手段に対応する。図５は本発明の第２実施
例を示す図であって、シャッタ機構１４の構造を示して
いる。なお、上記第１実施例と同様の部材には同じ符号
を付し、その重複する説明は省略するとともに、その他
の構成は上記第１実施例と同様であるため、その図示及
び説明は省略する。
下を招くことなく、大幅にコストを削減することができ
るのである。ここで、本実施例では、光照射装置１０が
光照射手段に対応し、成型架台３及びドクターブレード
４が薄膜被覆手段に対応する。図５は本発明の第２実施
例を示す図であって、シャッタ機構１４の構造を示して
いる。なお、上記第１実施例と同様の部材には同じ符号
を付し、その重複する説明は省略するとともに、その他
の構成は上記第１実施例と同様であるため、その図示及
び説明は省略する。
【００３１】即ち、本実施例では、シャッタ機構１４の
可動部１４Ｂを、圧電アクチュエータ１４ｇと、この圧
電アクチュエータ１４ｇの変位を遮蔽板１４Ａに伝達す
る連結部材１４ｃとから構成し、その圧電アクチュエー
タ１４ｇに、制御電流としての制御信号Ｉを供給するよ
うにしている。圧電アクチュエータ１４ｇは、複数の圧
電素子をその歪方向が一致するように積層して構成され
たものであって、電流が供給されると各圧電素子に変形
が生じ、その変形を変位出力として利用しているもので
ある。
可動部１４Ｂを、圧電アクチュエータ１４ｇと、この圧
電アクチュエータ１４ｇの変位を遮蔽板１４Ａに伝達す
る連結部材１４ｃとから構成し、その圧電アクチュエー
タ１４ｇに、制御電流としての制御信号Ｉを供給するよ
うにしている。圧電アクチュエータ１４ｇは、複数の圧
電素子をその歪方向が一致するように積層して構成され
たものであって、電流が供給されると各圧電素子に変形
が生じ、その変形を変位出力として利用しているもので
ある。
【００３２】従って、制御信号Ｉのオン／オフによって
圧電アクチュエータ１４ｇから変位出力が得られ、その
変位に応じて遮蔽板１４ＡがＡ方向又はＢ方向に移動す
るから、上記第１実施例と同様に、遮断状態又は透過状
態の何れかを採ることができる。本実施例の構成であっ
ても、圧電アクチュエータ１４ｇを駆動源としたシャッ
タ機構１４を用いているため、コストを大幅に削減する
ことができ、三次元物体の造形精度の低下や硬化物の尾
引き等の品質上の問題を生じない程度の速度は十分に得
られるし、しかも光変調装置に比べて動作安定性や耐久
性が優れているという利点を有する。
圧電アクチュエータ１４ｇから変位出力が得られ、その
変位に応じて遮蔽板１４ＡがＡ方向又はＢ方向に移動す
るから、上記第１実施例と同様に、遮断状態又は透過状
態の何れかを採ることができる。本実施例の構成であっ
ても、圧電アクチュエータ１４ｇを駆動源としたシャッ
タ機構１４を用いているため、コストを大幅に削減する
ことができ、三次元物体の造形精度の低下や硬化物の尾
引き等の品質上の問題を生じない程度の速度は十分に得
られるし、しかも光変調装置に比べて動作安定性や耐久
性が優れているという利点を有する。
【００３３】つまり、本実施例の構成であっても、性能
低下を招くことなく、大幅にコストを削減することがで
きるのである。なお、圧電アクチュエータ１４ｇは、発
生する力は十分に大きいのに対し、その変位は一般に小
さいため、多数の圧電素子を積層した大型の圧電アクチ
ュエータ１４ｇが必要となることも考えられる。そこ
で、上記第１実施例と同様に、てこの原理を利用して圧
電アクチュエータ１４ｇの変位出力を拡大して遮蔽板１
４Ａに伝達するようにすれば、遮蔽板１４Ａを十分に移
動させることができる。この場合、圧電アクチュエータ
１４ｇが発生する力が十分大きいことに加え、遮蔽板１
４Ａは軽い材料で済むことから、てこの力点から作用点
までの距離を十分に長くでき、従って小さな圧電アクチ
ュエータ１４ｇで遮蔽板１４Ａを十分に移動させること
ができる。
低下を招くことなく、大幅にコストを削減することがで
きるのである。なお、圧電アクチュエータ１４ｇは、発
生する力は十分に大きいのに対し、その変位は一般に小
さいため、多数の圧電素子を積層した大型の圧電アクチ
ュエータ１４ｇが必要となることも考えられる。そこ
で、上記第１実施例と同様に、てこの原理を利用して圧
電アクチュエータ１４ｇの変位出力を拡大して遮蔽板１
４Ａに伝達するようにすれば、遮蔽板１４Ａを十分に移
動させることができる。この場合、圧電アクチュエータ
１４ｇが発生する力が十分大きいことに加え、遮蔽板１
４Ａは軽い材料で済むことから、てこの力点から作用点
までの距離を十分に長くでき、従って小さな圧電アクチ
ュエータ１４ｇで遮蔽板１４Ａを十分に移動させること
ができる。
【００３４】また、上記各実施例では成型架台３を下降
させながら薄膜５ａ，５ｂ…を次々と積層しているが、
本発明を適用可能な三次元物体製造装置１の形式はこれ
に限定されるものではなく、例えば、上記実施例の構成
に加えて、成型架台３を下降させた後に所定量の液状光
硬化性樹脂Ｒを補充するような形式でもよいし、或いは
特開昭６１−１１４８１８号公報に開示される形式、つ
まり昇降可能な成型架台３を設けることなく、浴槽２の
底面に最下層の薄膜を形成し、次いで所定量の液状光硬
化性樹脂Ｒを補充し、その表面Ｒ0 に沿ってドクターブ
レード４を移動させて平滑化を図り、そして光を照射し
て次段の薄膜を形成し、再び所定量の液状光硬化性樹脂
Ｒを補充し…、という具合にして浴槽２の底面上に次々
と薄膜を積層して三次元物体を製造する形式の装置であ
ってもよい。
させながら薄膜５ａ，５ｂ…を次々と積層しているが、
本発明を適用可能な三次元物体製造装置１の形式はこれ
に限定されるものではなく、例えば、上記実施例の構成
に加えて、成型架台３を下降させた後に所定量の液状光
硬化性樹脂Ｒを補充するような形式でもよいし、或いは
特開昭６１−１１４８１８号公報に開示される形式、つ
まり昇降可能な成型架台３を設けることなく、浴槽２の
底面に最下層の薄膜を形成し、次いで所定量の液状光硬
化性樹脂Ｒを補充し、その表面Ｒ0 に沿ってドクターブ
レード４を移動させて平滑化を図り、そして光を照射し
て次段の薄膜を形成し、再び所定量の液状光硬化性樹脂
Ｒを補充し…、という具合にして浴槽２の底面上に次々
と薄膜を積層して三次元物体を製造する形式の装置であ
ってもよい。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１又は請求
項２に係る発明によれば、光を遮断する機構としてシャ
ッタ機構を採用するとともに、その駆動源を、電磁石又
は圧電アクチュエータとしたため、性能低下を招くこと
なく、大幅にコストを削減することができるという効果
が得られる。
項２に係る発明によれば、光を遮断する機構としてシャ
ッタ機構を採用するとともに、その駆動源を、電磁石又
は圧電アクチュエータとしたため、性能低下を招くこと
なく、大幅にコストを削減することができるという効果
が得られる。
【図１】本発明の一実施例の構成を示す断面図である。
【図２】本実施例のシャッタ機構の構造を示す平面図で
ある。
ある。
【図３】実施例の基本的な動作を説明する説明図であ
る。
る。
【図４】光の走査を説明する説明図である。
【図５】第２実施例のシャッタ機構の構造を示す平面図
である。
である。
１ 三次元物体製造装置 ２ 浴槽 ３ 成型架台 ４ ドクターブレード ５ａ，５ｂ 薄膜 １０ 光照射装置（光照射手段） １１ 収束用レンズ １２ 本体 １３Ａ，１３Ｂ ボールねじ １４ シャッタ機構 １４ｆ 電磁石 １４ｇ 圧電アクチュエータ １５ コントローラ １６Ａ，１６Ｂ 位置センサ Ｒ 液状光硬化性樹脂 Ｒ0 表面 Ｌ 光
Claims (2)
- 【請求項１】 二次元データに基づいて液状光硬化性樹
脂の表面に選択的に光を照射して薄膜を形成する光照射
手段と、前記薄膜の上面を前記液状光硬化性樹脂で薄く
覆う薄膜被覆手段と、を備えた三次元物体の製造装置に
おいて、前記光を遮断可能なシャッタ機構を設けるとと
もに、そのシャッタ機構の駆動源を電磁石としたことを
特徴とする三次元物体の製造装置。 - 【請求項２】 二次元データに基づいて液状光硬化性樹
脂の表面に選択的に光を照射して薄膜を形成する光照射
手段と、前記薄膜の上面を前記液状光硬化性樹脂で薄く
覆う薄膜被覆手段と、を備えた三次元物体の製造装置に
おいて、前記光を遮断可能なシャッタ機構を設けるとと
もに、そのシャッタ機構の駆動源を圧電アクチュエータ
としたことを特徴とする三次元物体の製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6143505A JPH081795A (ja) | 1994-06-24 | 1994-06-24 | 三次元物体の製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6143505A JPH081795A (ja) | 1994-06-24 | 1994-06-24 | 三次元物体の製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH081795A true JPH081795A (ja) | 1996-01-09 |
Family
ID=15340293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6143505A Withdrawn JPH081795A (ja) | 1994-06-24 | 1994-06-24 | 三次元物体の製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH081795A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017049519A1 (zh) * | 2015-09-24 | 2017-03-30 | 北京大学口腔医院 | 三维打印机、三维打印方法和装置 |
-
1994
- 1994-06-24 JP JP6143505A patent/JPH081795A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017049519A1 (zh) * | 2015-09-24 | 2017-03-30 | 北京大学口腔医院 | 三维打印机、三维打印方法和装置 |
| CN107107460A (zh) * | 2015-09-24 | 2017-08-29 | 北京大学口腔医学院 | 三维打印机、三维打印方法和装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010904 |