JPH08290475A

JPH08290475A - 光学的造形装置

Info

Publication number: JPH08290475A
Application number: JP7095548A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Kitayoshi; 信雄北吉
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-04-20
Filing date: 1995-04-20
Publication date: 1996-11-05

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な機構で、樹脂液面の変化を防止し、平
滑な液面を得る。【構成】立体造形物２をスライスした断面形状データ
に基づいて、紫外線レーザ光線を加工槽７内に収容した
光硬化性の樹脂液３の表層部に照射する手段と、この紫
外線レーザ光線の照射と交互に硬化層上に次液層を導入
する手段と、液面３ａを均す掃取機４とを備え、ベース
プレート１の上面に樹脂液３を一層ずつ硬化させて立体
造形物を形成する光学的造形装置において、前記掃取機
４は、前記樹脂液３の液面３ａに沿って移動自在に設け
るとともに、掃取機先端面が前記樹脂液３の中に入りか
つ前記液面３ａと一致し得るように移動自在に設け、前
記先端面と前記液面３ａとが一致する区間で立体造形物
２を形成するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、樹脂液を階層的に硬化
させて任意形状の立体造形物を形成する光学的造形装置
に係り、特に、積層する樹脂液を効率的に供給すること
により立体造形物の造形時間短縮と精度向上を成し得る
光学的造形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は従来の光学的造形装置を示す概略
構成図である。図において、７は樹脂液３を収容した加
工槽であって、加工槽７内にはベースプレート１が駆動
装置８によって昇降操作自在に設けられている。また、
加工槽７の上方には、レーザ光励起装置９で励起された
レーザ光１０を立体造形物２のスライスデータに従って
スキャンしながら加工槽７内の樹脂液３の表面に導くス
キャニング装置１１が設けられている。このスキャニン
グ装置１１の下方には、レーザ光１４を樹脂液面３ａに
集光するレンズ１２が設けられている。

【０００３】また、加工槽７には、収容した樹脂液３の
樹脂液面３ａが常時一定の位置になるように、樹脂液３
の流出面７ａが設けられている。さらに、加工槽７に
は、流出面７ａから流出した樹脂液３を収容する補助槽
１６が設けられており、補助槽１６内の樹脂液３を加工
槽７に戻すポンプ１５を設けて、樹脂液３を循環させて
いる。また、樹脂液面３ａの平滑化を機械的に促進する
掃取機４が設けられている。

【０００４】駆動装置８およびスキャニング装置１１に
は、ＣＡＤデータ処理装置１３が接続されており、立体
造形物２の断面形状データからベースプレート駆動デー
タとスキャニングデータとを作成する。

【０００５】次に、上記構成からなる従来の光学的造形
装置の動作を説明する。ベースプレート１を樹脂液面３
ａの下に位置させ、ＣＡＤデータ処理装置１３で作成し
たスライスデータに従って、レーザ光１０をスキャニン
グ装置１１によりスキャンし、スキャンしたレーザ光１
４を樹脂液面３ａに集光して、樹脂液３をベースプレー
ト１上で立体造形物の断面形状に合わせて硬化させる。

【０００６】一番下層の断面について樹脂の硬化が完了
したら、次いで後述する方法により、第２硬化層以降を
形成する。なお、樹脂液３の流出面７ａよりオーバーフ
ローして補助槽１６に収容された樹脂液３はポンプ１５
により再び加工槽７の最下部に送り込まれる。この後、
スライスデータに従ってレーザ光１４をスキャンし、ベ
ースプレート１上で硬化した前記樹脂層の上に重ねて新
たな断面形状の硬化樹脂層を形成する。以上のように、
積層とレーザスキャンを順次繰り返せば、所望の断面形
状を有する立体造形物２を形成することができる。

【０００７】次に、樹脂液の積層方法について詳述す
る。樹脂液の積層方法としては、例えば特開昭６３−１
４１７２４号公報に記載された方法が知られている。こ
の方法を図９を用いて説明すれば、ベースプレート１を
駆動装置８により加工槽７底部方向に降下させ、樹脂液
３を立体造形物２上に流し込んだ後、再びベースプレー
ト１を駆動データに従って上昇させ、前に樹脂を硬化し
た位置よりもスライスデータの一層分低くした位置に停
止させる。この時、樹脂液３は、変性ポリウレタンメタ
クリレート、エポキシアクリレート等の比較的粘度が高
い樹脂液であるため、立体造形物２上の樹脂液３は、樹
脂液面２ａよりも高く盛り上がっている。この盛り上が
りを解消するため、ＣＡＤデータ処理装置１３からの掃
取機制御命令により、掃取機４が樹脂液面３ａに沿って
掃引するのである。

【０００８】さらに、上記積層方法とは別に、特開平６
−２８５９９８号公報には、造形槽を、外槽と、この外
槽内に周囲を伸縮できる蛇腹の隔壁と底部を上下移動可
能に設けた基台とによる内液層を形成し、この内液層内
の基台上に外槽に満たされた光硬化性樹脂を汲み上げて
供給し、積層する方法が記載されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には次のような問題があった。以下、従来の光学
的造形装置の要部を示す側面図である図１０を用いて詳
述する。特開昭６３−１４１７２４号公報記載の積層方
法では、ベースプレート１を加工槽７の底部近辺まで一
旦降下した後、再度上昇させる方式のため、下降、上昇
に要する時間が、造形の長時間化を招いていた。また、
この発明によれば、一旦ベースプレート１が深く沈んだ
時、図１０の矢印イに示す樹脂液３の流れが生じ、立体
造形物２上に樹脂液３が流れ込むとともに、流出面７ａ
からも樹脂液３がオーバーフローして補助槽１６に一定
量以上の樹脂液３が流れ込む。ポンプ１５による加工槽
７への樹脂液３の送り込みは常に一定であるため、樹脂
液面３ａの位置が変化する。この変化量は、加工槽７内
の樹脂液３に沈降配置されたベースプレート１や立体造
形物２の体積等により比例するため、ベースプレート１
の位置により、樹脂液面３ａは変化してくるのである。
樹脂液面３ａの高さが変化すると、当然スライスデータ
の一層分の厚さが不安定になり、結果精度不良や各層の
剥がれが生じ不良となる。

【００１０】また、特開平６−２８５９９８号公報記載
の積層方法では、外槽内に内液層を設置する分、ベース
プレート１の昇降により積層する方法よりも、装置全体
が大きくなってしまう欠点がある。

【００１１】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて
なされたもので、簡単な機構で、樹脂液面の変化を防止
し、平滑な液面を得ることができる光学的造形装置を提
供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の光学的造形装置では、以下のように構成し
た。請求項１の発明は、立体造形物をスライスした断面
形状データに基づいて、紫外線レーザ光線を加工槽内に
収容した光硬化性の樹脂液の表層部に照射する手段と、
この紫外線レーザ光線の照射と交互に該硬化層上に次液
層を導入する手段と、液面を均す掃取機とを備え、ベー
スプレートの上面に樹脂液を一層ずつ硬化させて立体造
形物を形成する光学的造形装置において、前記掃取機
は、前記樹脂液の液面に沿って移動自在に設けるととも
に、掃取機先端面が前記樹脂液中に入りかつ前記液面と
一致し得るように移動自在に設け、前記先端面と前記液
面とが一致する区間で立体造形物を形成するようにし
た。

【００１３】また、請求項２の発明は、請求項１の構成
にあって、前記掃取機先端面が液面と一致する区間に
は、掃取機先端面を案内するレールを樹脂液の液面に対
して平行に設置した。この場合において、平行なレール
は、樹脂液の液面に近い位置、すなわち加工槽の内側に
掃取機の動く方向に対して垂直方向に設置し、レール上
面を液面の位置に合わせるのがよい。

【００１４】さらに、請求項３の発明は、請求項２の構
成にあって、前記レールに、上下位置調整可能な機構を
設けた。この場合において、上下位置調整機構は、レー
ルが液面の高さおよび平行度に対処できるようにレール
の両端付近２箇所に設置するのがよい。

【００１５】

【作用】請求項１の構成にあっては、最初に、掃取機先
端面が樹脂液の中に入る区間で樹脂液の大きな波を起こ
し、次の区間では、液面の表面を掃引する。すなわち、
掃取機の掃引だけで樹脂液の液層と樹脂液面の均しが行
うことが可能となり、樹脂液積層時間の短縮になる。ま
た、ベースプレートと立体造形物の昇降が抑えられるた
め、樹脂液面の安定にもなり立体造形物の精度向上と不
良削減になる。

【００１６】請求項２の構成にあっては、請求項１の動
作を起こすべく、掃取機動作中の最初のレールがない区
間では、掃取機の先端が樹脂液中に入り、次のレール設
置区間は液面を均すことが可能となる。

【００１７】請求項３の構成にあっては、レールに、例
えば前記レール両端付近２箇所に、上下位置調整機構を
設置することにより、レール上下位置を調整するととも
に、液面に対しての平行度も調整することができる。よ
って、液面位置の変化等に素早く対応できる。

【００１８】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明に係る光学
的造形装置の実施例を説明する。なお、本発明は、光学
的造形装置における樹脂液の積層方法についての発明で
あるので、その他の光学的造形装置の原理や装置構成
は、従来技術の説明で述べた内容と同じである。よっ
て、以下の実施例では光学的造形装置の原理や装置構成
の説明を省き、樹脂液の積層方法についてのみ説明を行
う。また、図９と同一構成部分については同一符号を付
すものとする。

【００１９】［実施例１］本発明の実施例１を図１〜図
６に基づいて説明する。図１は、本実施例の光学的造形
装置における加工槽部分を示す斜視図（後述のモータは
図示省略）、図２は図１の加工槽における掃取機の移動
状態を説明するため加工槽を断面にして示す側面図、図
３および図４は加工槽に対する掃取機の駆動機構を説明
するための要部の斜視図および正面図、図５および図６
は掃取機の動作を示す説明図である。

【００２０】図１において、掃取機４は、加工槽７の上
部を跨がるように長手方向部分の両端部を屈曲してコの
字形状をなした掃取機本体部４ａと、この本体部４ａの
長手方向部分の下面側に配設される掃取機掃引部４ｂと
を有し、加工槽７の上部で矢印ロの方向に移動自在に設
けられている。

【００２１】掃取機本体部４ａは、長手方向部分が加工
槽７の上部に位置するとともに、その両端部が加工槽７
の外側面に位置するように配置されており、両端部の端
面は、図１および図３に示すように、本体部４ａの長手
方向部分（水平部分）に対して、傾斜した傾斜面２０を
有している。また、本体部４ａのコの字形の両端部のそ
れぞれの内側（加工槽７側）には、前記傾斜面２０の傾
斜方向とは逆向きに傾斜面２２を下面に形成した反転板
２１がそれぞれ取り付けられている。

【００２２】さらに、本体部４ａのコの字形の一方の端
部に設けた前記反転板２１の内側（加工槽７側）には、
図１、図３および図４に示すように、Ｌ字形の案内板２
３が取り付けられている。案内板２３を配置した前記本
体部４ａの端部の側面にはモータ２４が取り付けられて
おり、このモータ２４の駆動軸２４ａは、図４に示すよ
うに、本体部４ａの端部、反転板２１および案内板２３
を貫通し、その先端にピニオン２５が取り付けられてい
る。このピニオン２５は加工槽７の外側面に取り付けた
ラック２６と係合するとともに、ラック２６の下面は前
記Ｌ字形の案内板２３と摺接する構成となっている。従
って、モータ２４の正転、逆転によって、掃取機４は図
１に示す矢印ロの方向で進退動するようになっている。

【００２３】なお、本体部４ａのコの字形の他方の端部
に設けた反転板２１の内側は直接に加工槽７の外側面と
摺接するようにしてもよいし、また、前記一方の端部の
如く、加工槽７の外側面（不図示）に取り付けたラック
（不図示）と摺接する案内板（不図示）を設けても良
い。

【００２４】一方、掃取機本体部４ａの長手方向部分
（水平部分）の下面側に配設された前記掃取機掃引部４
ｂは、図２および図４に示すように、前記本体部４ａの
両端部の内側にそれぞれ水平方向に植設した支持棒２７
によって揺動自在に支持されるとともに、この掃引部４
ｂは、本体部４ａの下面に取り付けられたバネ２８（図
２参照）によって付勢されている。

【００２５】次に、樹脂液３を収容する加工槽７につい
て説明する。図１において、加工槽７の内側面の両サイ
ドには、掃取機掃引部４ｂの先端面と当接し該先端面を
案内するレール１７がそれぞれ設置されている。このレ
ール１７の上端面１７ａは、樹脂液面３ａと同一高さに
調整されている。

【００２６】また、図１において、加工槽７の外側面に
は、前述のようにラック２６が取り付けられており、こ
のラック２６のそれぞれの端部には、第１ストッパー１
９と第２ストッパー１８が配置されている。この第１、
第２ストッパー１９，１８は、加工槽７の対向する両外
側面にそれぞれ設けられており、第１ストッパー１９同
士、第２ストッパー１８同士はそれぞれ同じ位置に配置
されている。第１ストッパー１９は、前記掃取機本体部
４ａの端部の傾斜面２０に当接する位置（高さ）に設け
られ、また、第２ストッパー１８は、掃取機本体部４ａ
の端部の内側に取り付けた反転板２１の傾斜面２２に当
接する位置（高さ）に設けられている。（従って、第１
ストッパー１９と第２ストッパー１８とは、加工槽７の
側面における高さが異なっている。）。さらに、この第
１、第２のストッパー１９，１８は、前記傾斜面２０，
２１と当接する部位が、図２に示すように、樹脂液面３
ａに対して高い位置となるように設けられている。

【００２７】次に、掃取機４を加工槽７に対して移動さ
せるときの状態について説明する。図１における掃取機
４は、その本体部４ａの傾斜面２０が第１ストッパー１
９の上面に摺接した状態になっている。この状態から、
図３および図４に示すモータ２４の駆動により、ピニオ
ン２５が回転し、ラック２６との噛み合いにより、掃取
機４は第２ストッパー１８に向けて図２の矢印ハの方向
に移動する。この際、図２に示す、Ｄ位置からＣ位置に
向けて移動するが、本体部４ａの傾斜面２０が第１スト
ッパー１９の上面に摺接した状態では、掃引部４ｂはバ
ネ２８の付勢により、その先端が樹脂液３の液中に入り
込んでいる。次いで、本体部４ａの移動により掃引部４
ｂの先端は、加工槽７の両内側面に設けたレール１７の
上端面１７ａ上に載せられるとともに、バネ２８によっ
て押圧され、強制的にレール１７の上端面１７ａと同一
高さ、すなわち、樹脂液面３ａと同一高さとなって、Ｃ
位置に向けてＢの区間で掃引される。

【００２８】そして、Ｂ区間の最終側に掃引部４ｂが達
したときに、樹脂液面３ａが均されて、所望の形状の樹
脂層の硬化が行われる。樹脂の硬化が完了したら、ベー
スプレート１を駆動装置８により立体造形物２の一層分
だけ、レール１７の上端面１７ａより低くした位置に停
止させる。そして、ポンプ（不図示）から所定量の樹脂
液を加工槽７内に供給する。

【００２９】次いで、Ｃ位置へ向かうときに、第２スト
ッパー１８に反転板２１の傾斜面２２が当接しつつ移動
するので、コ字形の本体部４ａは、その向きを変える。
すなわち、図５で示すように、矢印の向きに掃取機４が
移動すると、反転板２１の傾斜面２２が第２ストッパー
１８に当接し、さらに、掃取機４が移動すると掃取機本
体部４ａの倒れ方向を変え、反転板２１の傾斜面２２が
第２ストッパー１８の上面に摺接する。このＣ位置で、
図２に示すように、掃引部４ｂがバネ２８によって付勢
されるが、掃取機本体部４ａの上記倒れにより掃引部４
ｂの先端は液面から離れた状態になっている。

【００３０】次いで、モータ２４の逆転により、掃取機
４は逆方向に、すなわち図２に示す矢印ニの方向に移動
し、このときの本体部４ａと反転板２１の状態は図６に
示されるようになる。そして、掃取機４がＢ区間を通過
し、Ａ区間に達したときに、掃取機本体部４ａの傾斜面
２０が第１ストッパー１９に当接しつつ移動するので、
図６に示されるように、本体部４ａの倒れ方向を変え、
傾斜面２０が第１ストッパー１９の上面に摺接するとと
もに、掃引部４ｂの先端が液中に入り込む。

【００３１】このままの状態で掃取機４が図２の矢印ハ
の方向に移動し、掃取機掃引部４ｂがＡ区間を移動する
と、樹脂液面３ａには大きめの波３ｂが掃取機掃引部４
ｂにより起こされる。この後、掃取機４がＢ区間を移動
すると、掃取機掃引部４ｂがレール１７の上端面１７ａ
により強制的に位置設定され、Ａ区間でできた波３ｂを
均し、ベースプレート１上の立体造形物２の上面と樹脂
液面３ａとの間隔を一定、すなわち、立体造形物２の上
面に積層する樹脂液３の厚さを一定にし、掃取機４がＣ
地点に来たとき、第１ストッパー１９により、掃取機４
の向きが変えられて止まるのである。

【００３２】本実施例によれば、掃取機４の掃引によ
り、立体造形物２の上面に対する樹脂液３の積層と樹脂
液面３ａの均しを同時に行うことができ、ベースプレー
ト１の昇降を最小限に抑えることができるので、立体造
形物２の造形時間を短縮できるとともに、樹脂液面３ａ
の変動を抑え込み、精度の高い立体造形物２をつくるこ
とができる。

【００３３】［実施例２］次に、本発明の実施例２を図
７に基づいて説明する。図７は本実施例の光学的造形装
置の要部を示す側面図である。本実施例は、掃取機掃引
部４ｂの先端を強制的に位置設定するレール１７に上下
位置と平行度の調整機構を備えて構成されている。すな
わち、レール１７の長手方向の両サイド下部に相当する
加工槽７の内側面に基台３０を固定し、この基台３０上
にネジ３１を介してレール１７を配置して構成したもの
で、ネジ３１を回動することにより、レール１７の上記
調整を行うようになっている。その他の構成は実施例１
と同様であり、その説明は省略する。

【００３４】本実施例によれば、レール１７の高さや平
行度を簡単に調節できるようになっているため、なんら
かの理由で樹脂液面や掃取機先端面が変化しても、素早
くレール位置を調節することにより、ベストの状態で造
形を行うことができる。

【００３５】［実施例３］次に、本発明の実施例３を図
８に基づいて説明する。図８は本実施例の光学的造形装
置の要部を示す斜視図である。本実施例は、実施例１に
設けた長いレール１７の代えて、短いレールを複数個連
接して前記長いレールを形成すべく、数個のブロック３
２を設置して構成されている。ブロック３２は、加工槽
７の内側面に固定した磁気性を持つ基台３３の上に磁力
により着けてあり、それぞれ脱着可能となっている。そ
の他の構成は実施例と同様であり、その説明は省略す
る。

【００３６】本実施例によれば、それぞれのブロック３
２の脱着により、掃取機４の先端が樹脂液３の中に入る
区間（図２におけるＡ区間）と樹脂液面３ａを均す区間
（図２におけるＢ区間）を自由に設定できるため、積層
する樹脂液３の量や位置を調整することができ、より効
果的で積層不良のない光学的造形物の作成が可能とな
る。

【００３７】本発明は、上記目的を達成するために、以
下のように構成してもよい。前記掃取機先端面が液面と
一致する区間において、掃取機先端面を案内するレール
を樹脂液の液面に対して平行に設置したレールは、脱着
可能な数個のブロックで構成してもよい。上記構成によ
れば、掃取機先端面が液中に入る区間と液面と一致する
区間を任意に調節することができる。

【００３８】また、前記数個のブロックは、加工槽７に
固定した基台に磁力により脱着可能に設けて構成しても
よい。上記構成によれば、レールを形成するブロックの
脱着を素早く行うことができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光学的造
形装置によれば、樹脂液面を掃取機で掃引する時に、掃
取機先端部が樹脂液中に入る区間をへて樹脂液面上を移
動する区間に至るため、樹脂液の積層と樹脂液面の均し
を一度に行うことができる。よって、ベースプレートの
昇降による樹脂液の積層が省かれるので、造形時間の短
縮となる。また、ベースプレートの昇降が最小限に抑え
られることにより、樹脂液の循環が規則正しくなるの
で、樹脂液面の位置が安定し、結果、高精度の立体造形
物を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に備えた加工槽部分を示す斜
視図である。

【図２】本発明の実施例１に備えた加工槽に対する掃取
機の移動状態を説明するため加工槽を断面にして示す側
面図である。

【図３】本発明の実施例１に備えた加工槽に対する掃取
機の駆動機構の要部を示す斜視図である。

【図４】本発明の実施例１に備えた加工槽に対する掃取
機の駆動機構の要部を示す正面図である。

【図５】本発明の各実施例における掃取機の動作を示す
説明図である。

【図６】本発明の各実施例における掃取機の動作を示す
説明図である。

【図７】本発明の実施例２の光学的造形装置の要部を示
す側面図である。

【図８】本発明の実施例３の光学的造形装置の要部を示
す側面図である。

【図９】従来の光学的造形装置を示す概略構成図であ
る。

【図１０】従来の光学的造形装置の要部を示す側面図で
ある。

【符号の説明】

１ベースプレート２立体造形物３樹脂液３ａ樹脂液面４掃取機４ａ掃取機本体４ｂ掃取機掃引部７加工槽８駆動装置９レーザ光励起装置１０，１４レーザ光１１スキャニング装置１７レール１８第２ストッパー１９第１ストッパー２１反転板３２ブロック

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】立体造形物をスライスした断面形状デー
タに基づいて、紫外線レーザ光線を加工槽内に収容した
光硬化性の樹脂液の表層部に照射する手段と、この紫外
線レーザ光線の照射と交互に硬化層上に次液層を導入す
る手段と、液面を均す掃取機とを備え、ベースプレート
の上面に樹脂液を一層ずつ硬化させて立体造形物を形成
する光学的造形装置において、前記掃取機は、前記樹脂
液の液面に沿って移動自在に設けるとともに、掃取機先
端面が前記樹脂液中に入りかつ前記液面と一致し得るよ
うに移動自在に設け、前記先端面と前記液面とが一致す
る区間で立体造形物を形成するようにしたことを特徴と
する光学的造形装置。
【請求項２】前記掃取機先端面が液面と一致する区間
には、掃取機先端面を案内するレールを樹脂液の液面に
対して平行に設置したことを特徴とする請求項１記載の
光学的造形装置。
【請求項３】前記レールには、上下位置調整可能な機
構を設けたことを特徴とする請求項２記載の光学的造形
装置。