JPH0834063A - 光造形方法及びその装置及び樹脂成形体 - Google Patents
光造形方法及びその装置及び樹脂成形体Info
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- JPH0834063A JPH0834063A JP6171506A JP17150694A JPH0834063A JP H0834063 A JPH0834063 A JP H0834063A JP 6171506 A JP6171506 A JP 6171506A JP 17150694 A JP17150694 A JP 17150694A JP H0834063 A JPH0834063 A JP H0834063A
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- Japan
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- resin
- mask
- pattern
- laser light
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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
Abstract
(57)【要約】
【構成】本発明は、光硬化性樹脂への露光により硬質・
高剛性の第１露光硬化部を分散形成したのち、これら第
１露光硬化部間の間隙を埋めるように軟質・低剛性の第
２露光硬化部を形成するようにしたものである。 【効果】本発明は、第２露光硬化部の形成時に生じる収
縮の影響を第１露光硬化部により抑制することができ、
その結果として、反り等の寸法欠陥を伴わない高形状精
度の三次元形状の光造形を確実に行うことができるよう
になる。
高剛性の第１露光硬化部を分散形成したのち、これら第
１露光硬化部間の間隙を埋めるように軟質・低剛性の第
２露光硬化部を形成するようにしたものである。 【効果】本発明は、第２露光硬化部の形成時に生じる収
縮の影響を第１露光硬化部により抑制することができ、
その結果として、反り等の寸法欠陥を伴わない高形状精
度の三次元形状の光造形を確実に行うことができるよう
になる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ラピッド・プロトタイ
ピング（Ｒａｐｉｄ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）技術に
関するもので、光硬化性樹脂にレーザ光や可視光線を照
射し、光硬化性樹脂を硬化して三次元形状を造形する光
造形方法及びその装置及び樹脂成形体に関する。
ピング（Ｒａｐｉｄ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）技術に
関するもので、光硬化性樹脂にレーザ光や可視光線を照
射し、光硬化性樹脂を硬化して三次元形状を造形する光
造形方法及びその装置及び樹脂成形体に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、三次元造形方法は、物体の三次
元形状データをスライスし、これらスライスデータの像
に従って例えば紫外線，レーザ光等を光硬化性樹脂に照
射して硬化し、これを各スライスデータごとに積層して
三次元形状を造形している。
元形状データをスライスし、これらスライスデータの像
に従って例えば紫外線，レーザ光等を光硬化性樹脂に照
射して硬化し、これを各スライスデータごとに積層して
三次元形状を造形している。
【０００３】このような造形方法において、可視光線を
用いて三次元形状を造形する場合は、マスクを用いて所
要部分のみ一括露光するものである。一方、レーザ光を
用いて三次元形状を造形する場合は、マスクを用いるこ
となく、所要部分のみ走査露光するものである。
用いて三次元形状を造形する場合は、マスクを用いて所
要部分のみ一括露光するものである。一方、レーザ光を
用いて三次元形状を造形する場合は、マスクを用いるこ
となく、所要部分のみ走査露光するものである。
【０００４】しかるに、マスクを用いて一括露光する方
式は、一層を同時に露光・硬化するため、硬化・収縮変
形も層全体で同時に進行する。それゆえ、露光された層
は、既硬化層により片面を拘束された状態で収縮するた
め、曲げ応力が生じ、被造形物に反り変形を生じるとい
う問題点をもっている。一方、レーザ光の走査による露
光方式でも、光硬化性樹脂が露光・硬化する過程で生じ
る収縮現象により被造形物に反り変形を生じる。しか
も、その変形は、被造形物の形状に強く依存するため、
変形を予測することが非常に困難であり、効果的な形状
補正が不可能であった。
式は、一層を同時に露光・硬化するため、硬化・収縮変
形も層全体で同時に進行する。それゆえ、露光された層
は、既硬化層により片面を拘束された状態で収縮するた
め、曲げ応力が生じ、被造形物に反り変形を生じるとい
う問題点をもっている。一方、レーザ光の走査による露
光方式でも、光硬化性樹脂が露光・硬化する過程で生じ
る収縮現象により被造形物に反り変形を生じる。しか
も、その変形は、被造形物の形状に強く依存するため、
変形を予測することが非常に困難であり、効果的な形状
補正が不可能であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
光造形法は、マスクを用いて一括露光する方式は、既硬
化層により片面を拘束された状態で収縮するため、曲げ
応力が生じ、被造形物に反り変形を生じるという問題点
をもっており、他方、レーザ光の走査による露光方式で
も、光硬化性樹脂が露光・硬化する過程で生じる収縮現
象により被造形物に反り変形を生じるという問題点をも
っている。
光造形法は、マスクを用いて一括露光する方式は、既硬
化層により片面を拘束された状態で収縮するため、曲げ
応力が生じ、被造形物に反り変形を生じるという問題点
をもっており、他方、レーザ光の走査による露光方式で
も、光硬化性樹脂が露光・硬化する過程で生じる収縮現
象により被造形物に反り変形を生じるという問題点をも
っている。
【０００６】本発明は、上述した従来の光造形方法の欠
点を参酌してなされたもので、光造形を高速かつ高精度
に行うことができる光造形方法びその装置及び樹脂成形
体を提供することを目的とする。
点を参酌してなされたもので、光造形を高速かつ高精度
に行うことができる光造形方法びその装置及び樹脂成形
体を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の光造形は、パタ
ーンマスクを介してのスライス・パターンの光硬化性樹
脂への平行光による露光を一度に行わないで、あらかじ
め露光領域を細分化し、これら細分化された露光領域の
うち隣接する露光領域が同時に露光しないように、均一
に分散した状態で、複数回に分けて露光するようにした
ものである。
ーンマスクを介してのスライス・パターンの光硬化性樹
脂への平行光による露光を一度に行わないで、あらかじ
め露光領域を細分化し、これら細分化された露光領域の
うち隣接する露光領域が同時に露光しないように、均一
に分散した状態で、複数回に分けて露光するようにした
ものである。
【０００８】また、本発明の光造形は、光硬化性樹脂へ
の露光により硬質・高剛性の第１露光硬化部を分散形成
したのち、これら第１露光硬化部間の間隙を埋めるよう
に軟質・低剛性の第２露光硬化部を形成するようにした
ものである。
の露光により硬質・高剛性の第１露光硬化部を分散形成
したのち、これら第１露光硬化部間の間隙を埋めるよう
に軟質・低剛性の第２露光硬化部を形成するようにした
ものである。
【０００９】さらに、本発明の樹脂成形体は、同一種の
光硬化性樹脂からなり、かつ、媒質硬化部と、この媒質
硬化部中に分散されこの媒質硬化部よりも硬質・高剛性
の分散硬化部とから構成したものである。
光硬化性樹脂からなり、かつ、媒質硬化部と、この媒質
硬化部中に分散されこの媒質硬化部よりも硬質・高剛性
の分散硬化部とから構成したものである。
【００１０】
【作用】本発明の光造形によれば、光硬化性樹脂の硬化
に伴う収縮の影響を抑止することができる。その結果、
反り発生を防止することが可能となり、三次元形状の光
造形を高精度かつ高能率で行うことができるようにな
る。
に伴う収縮の影響を抑止することができる。その結果、
反り発生を防止することが可能となり、三次元形状の光
造形を高精度かつ高能率で行うことができるようにな
る。
【００１１】また、本発明の光造形によれば、第２露光
硬化部の形成時に生じる収縮の影響を第１露光硬化部に
より抑制することができ、その結果として、反り等の寸
法欠陥を伴わない高形状精度の三次元形状の光造形を確
実に行うことができるようになる。さらに、本発明の樹
脂成形体によれば、内部構造が媒質硬化部だけの場合に
比べて、機械的強度及び靭性を飛躍的に改善することが
できる。
硬化部の形成時に生じる収縮の影響を第１露光硬化部に
より抑制することができ、その結果として、反り等の寸
法欠陥を伴わない高形状精度の三次元形状の光造形を確
実に行うことができるようになる。さらに、本発明の樹
脂成形体によれば、内部構造が媒質硬化部だけの場合に
比べて、機械的強度及び靭性を飛躍的に改善することが
できる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳
述する。図１は、この実施例の光造形装置Ｄ１を示して
いる。この光造形装置Ｄ１は、例えばＤ１１７３（商品
名：スイス国，チバ・ガイギー社製）などの光硬化性樹
脂１を収納する樹脂槽２と、この樹脂槽２内の光硬化性
樹脂１に浸漬され被造形物３を載置するワーク台４と、
このワーク台４を支持して上下方向に昇降駆動するエレ
ベータ部５と、樹脂槽２の直上部に配設された例えば紫
外線，可視光線などの平行光ＬＯを照射する光源６と、
この光源６と樹脂槽２との間に介設されたマスク部７
と、このマスク部７とエレベータ部５を制御する造形制
御部８とからなっている。しかして、マスク部７は、各
スライスごとの造形パターンを形成する第１マスク部９
と、この第１マスク部９の光源６側（樹脂槽２側でもよ
い。）に例えば５ｍｍ程度の間隔で近接して設けられた
第２マスク部１０とからなっている。そして、第１マス
ク部９は、樹脂槽２内の光硬化性樹脂１の表面に平行に
近接して配設された液晶シャッターからなるパターンマ
スク１１と、このパターンマスク１１を制御して摘示に
スライス・パターンＳＰを逐次形成する液晶制御部１２
と、パターンマスク１１を位置決め保持する液晶シャッ
ター保持手段（図示せず。）とからなっている。一方、
第２マスク部１０は、板状のサブマスク１３と、このサ
ブマスク１３を保持して２次元平面内でＸＹ方向に移動
・位置決めするサブマスク駆動部１４とからなってい
る。しかして、サブマスク１３は、図２に示すように、
例えば厚さ５ｍｍ程度のアクリル樹脂製の透明板１４
と、この透明板１４上に碁盤目上に膜着され選択的に光
源６からの平行光ＬＯを選択的に透過させる例えば炭素
（Ｃ）又は弗化マグネシウム（ＭｇＦ2 ）などの材質か
らなる成膜部１５とからなっている。上記成膜部１５
は、図２及び図３に示すように、正方形をなす膜材から
なる遮光部１６と、この遮光部１６と合同形状をなし膜
材が欠落し透明板１６が露出した透光部１７とが２次元
的に交互に配列されてなるものである。そして、サブマ
スク１３は、サブマスク駆動部１４によりＸＹ方向に１
ピッチ（この場合、正方形をなす遮光部１６及び透光部
１７の一辺の長さ）ずつ往復動するように設けられてい
る。さらに、エレベータ部５は、樹脂槽２の側部上方位
置に設けられ、ワーク台４を支持して上下方向にスライ
ス・ピッチに応じて間欠的に昇降駆動するエレベータ装
置１８と、このエレベータ装置１８を制御するエレベー
タ制御部１９とからなっている。さらにまた、造形制御
部８は、三次元ＣＡＤ２０にて作成された三次元形状デ
ータ２１をメモリする三次元形状データ・メモリ部２２
と、コンピュータ断層画像撮影装置ＣＴまたは磁気共鳴
画像撮影装置ＭＲＩにて作成された多断層画像データ２
３をメモリする多断層画像データ・メモリ部２４と、三
次元形状データ２１及び多断層画像データ２３に基づい
てスライス・ピッチごとの複数の平面群に切断した二次
元断面形状群をなすスライス・データ２５を作成するス
ライス・データ作成部２６と、スライス・データ２５に
基づいて液晶制御部１２，サブマスク駆動部１４及びエ
レベータ制御部１９に制御信号ＣＬ，ＣＭ，ＣＥを各別
に印加する中央制御部２７とからなっている。
述する。図１は、この実施例の光造形装置Ｄ１を示して
いる。この光造形装置Ｄ１は、例えばＤ１１７３（商品
名：スイス国，チバ・ガイギー社製）などの光硬化性樹
脂１を収納する樹脂槽２と、この樹脂槽２内の光硬化性
樹脂１に浸漬され被造形物３を載置するワーク台４と、
このワーク台４を支持して上下方向に昇降駆動するエレ
ベータ部５と、樹脂槽２の直上部に配設された例えば紫
外線，可視光線などの平行光ＬＯを照射する光源６と、
この光源６と樹脂槽２との間に介設されたマスク部７
と、このマスク部７とエレベータ部５を制御する造形制
御部８とからなっている。しかして、マスク部７は、各
スライスごとの造形パターンを形成する第１マスク部９
と、この第１マスク部９の光源６側（樹脂槽２側でもよ
い。）に例えば５ｍｍ程度の間隔で近接して設けられた
第２マスク部１０とからなっている。そして、第１マス
ク部９は、樹脂槽２内の光硬化性樹脂１の表面に平行に
近接して配設された液晶シャッターからなるパターンマ
スク１１と、このパターンマスク１１を制御して摘示に
スライス・パターンＳＰを逐次形成する液晶制御部１２
と、パターンマスク１１を位置決め保持する液晶シャッ
ター保持手段（図示せず。）とからなっている。一方、
第２マスク部１０は、板状のサブマスク１３と、このサ
ブマスク１３を保持して２次元平面内でＸＹ方向に移動
・位置決めするサブマスク駆動部１４とからなってい
る。しかして、サブマスク１３は、図２に示すように、
例えば厚さ５ｍｍ程度のアクリル樹脂製の透明板１４
と、この透明板１４上に碁盤目上に膜着され選択的に光
源６からの平行光ＬＯを選択的に透過させる例えば炭素
（Ｃ）又は弗化マグネシウム（ＭｇＦ2 ）などの材質か
らなる成膜部１５とからなっている。上記成膜部１５
は、図２及び図３に示すように、正方形をなす膜材から
なる遮光部１６と、この遮光部１６と合同形状をなし膜
材が欠落し透明板１６が露出した透光部１７とが２次元
的に交互に配列されてなるものである。そして、サブマ
スク１３は、サブマスク駆動部１４によりＸＹ方向に１
ピッチ（この場合、正方形をなす遮光部１６及び透光部
１７の一辺の長さ）ずつ往復動するように設けられてい
る。さらに、エレベータ部５は、樹脂槽２の側部上方位
置に設けられ、ワーク台４を支持して上下方向にスライ
ス・ピッチに応じて間欠的に昇降駆動するエレベータ装
置１８と、このエレベータ装置１８を制御するエレベー
タ制御部１９とからなっている。さらにまた、造形制御
部８は、三次元ＣＡＤ２０にて作成された三次元形状デ
ータ２１をメモリする三次元形状データ・メモリ部２２
と、コンピュータ断層画像撮影装置ＣＴまたは磁気共鳴
画像撮影装置ＭＲＩにて作成された多断層画像データ２
３をメモリする多断層画像データ・メモリ部２４と、三
次元形状データ２１及び多断層画像データ２３に基づい
てスライス・ピッチごとの複数の平面群に切断した二次
元断面形状群をなすスライス・データ２５を作成するス
ライス・データ作成部２６と、スライス・データ２５に
基づいて液晶制御部１２，サブマスク駆動部１４及びエ
レベータ制御部１９に制御信号ＣＬ，ＣＭ，ＣＥを各別
に印加する中央制御部２７とからなっている。
【００１３】つぎに、上記構成の光造形装置Ｄ１を用い
て本発明の光造形方法について述べる。まず、中央制御
部２７からは、エレベータ制御部１９に制御信号ＣＥが
印加される。すると、このエレベータ制御部１９から
は、エレベータ装置１８に駆動信号ＥＤが印加され、そ
の結果、ワーク台４は、図１に示すように、光硬化性樹
脂１の上面とワーク台４の載置面との距離ΔＰ（大体
０．２〜０．５ｍｍ）が、スライス・ピッチとなる位置
まで下降する。ついで、中央制御部２７からは、制御信
号ＣＬが液晶制御部１２に印加される。すると、この液
晶制御部１２は、スライス・データ２５に基づいて当該
スライス・レベルのスライス・パターンＳＰをパターン
マスク１１上に形成する。このパターンマスク１１にて
は、被造形物３に対応する部分のみ平行光ＬＯが通過
し、光硬化性樹脂１を露光する。また、制御信号ＣＭの
印加と同時にサブマスク駆動部１４には、中央制御部２
７からは、制御信号ＣＭがサブマスク駆動部１４に印加
される。すると、このサブマスク駆動部１４は、図３
（Ａ）に示すように、時間Δｔ１だけサブマスク１３を
位置ＬＰ１に保持する。その結果、図４に示すように、
遮光部１６に到達した平行光ＬＯは遮られて、光硬化性
樹脂１に到達することはできず、透光部１７に到達した
平行光ＬＯはパターンマスク１１を経由して光硬化性樹
脂１を露光する。これによる光硬化性樹脂１の露光した
部分は、露光硬化部２８となる。ついで、時間Δｔ１が
経過すると、サブマスク駆動部１４は、図３（Ｂ）に示
すように、サブマスク１３を矢印ＵＰ方向に移動させ位
置ＬＰ２に位置決めした後、時間Δｔ２だけサブマスク
１３を位置ＬＰ２に保持する。すると、図５に示すよう
に、位置ＬＰ１にサブマスク１３が位置決めされていた
ときに、遮光部１６となっていた場所は、透光部１７と
なる。逆に、透光部１７となっていた場所は、遮光部１
６となる。その結果、今度は、位置ＬＰ１にサブマスク
１３が位置決めされていたときの未露光部位２９が露光
硬化する。しかして、この２回の露光プロセスを経て当
該スライス・レベルにおける露光が完了する。つぎに、
再び中央制御部２７からは、エレベータ制御部１９に制
御信号ＣＥが印加され、ワーク台４は、距離ΔＰだけ下
降する。そして、前回のスライス・レベルの場合と同様
の露光プロセスを繰り返す。以下、同様のプロセスを数
百回のスライス・レベルについて行い、最終的に所望の
被造形物３を光造形する。
て本発明の光造形方法について述べる。まず、中央制御
部２７からは、エレベータ制御部１９に制御信号ＣＥが
印加される。すると、このエレベータ制御部１９から
は、エレベータ装置１８に駆動信号ＥＤが印加され、そ
の結果、ワーク台４は、図１に示すように、光硬化性樹
脂１の上面とワーク台４の載置面との距離ΔＰ（大体
０．２〜０．５ｍｍ）が、スライス・ピッチとなる位置
まで下降する。ついで、中央制御部２７からは、制御信
号ＣＬが液晶制御部１２に印加される。すると、この液
晶制御部１２は、スライス・データ２５に基づいて当該
スライス・レベルのスライス・パターンＳＰをパターン
マスク１１上に形成する。このパターンマスク１１にて
は、被造形物３に対応する部分のみ平行光ＬＯが通過
し、光硬化性樹脂１を露光する。また、制御信号ＣＭの
印加と同時にサブマスク駆動部１４には、中央制御部２
７からは、制御信号ＣＭがサブマスク駆動部１４に印加
される。すると、このサブマスク駆動部１４は、図３
（Ａ）に示すように、時間Δｔ１だけサブマスク１３を
位置ＬＰ１に保持する。その結果、図４に示すように、
遮光部１６に到達した平行光ＬＯは遮られて、光硬化性
樹脂１に到達することはできず、透光部１７に到達した
平行光ＬＯはパターンマスク１１を経由して光硬化性樹
脂１を露光する。これによる光硬化性樹脂１の露光した
部分は、露光硬化部２８となる。ついで、時間Δｔ１が
経過すると、サブマスク駆動部１４は、図３（Ｂ）に示
すように、サブマスク１３を矢印ＵＰ方向に移動させ位
置ＬＰ２に位置決めした後、時間Δｔ２だけサブマスク
１３を位置ＬＰ２に保持する。すると、図５に示すよう
に、位置ＬＰ１にサブマスク１３が位置決めされていた
ときに、遮光部１６となっていた場所は、透光部１７と
なる。逆に、透光部１７となっていた場所は、遮光部１
６となる。その結果、今度は、位置ＬＰ１にサブマスク
１３が位置決めされていたときの未露光部位２９が露光
硬化する。しかして、この２回の露光プロセスを経て当
該スライス・レベルにおける露光が完了する。つぎに、
再び中央制御部２７からは、エレベータ制御部１９に制
御信号ＣＥが印加され、ワーク台４は、距離ΔＰだけ下
降する。そして、前回のスライス・レベルの場合と同様
の露光プロセスを繰り返す。以下、同様のプロセスを数
百回のスライス・レベルについて行い、最終的に所望の
被造形物３を光造形する。
【００１４】以上のように、この実施例においては、パ
ターンマスク１１を介してのスライス・パターンＳＰの
光硬化性樹脂１への平行光ＬＯによる露光を一度に行わ
ないで、２回に分けて行うようにしているので、光硬化
性樹脂１の硬化に伴う収縮の影響を抑止することができ
る。その結果、反り発生を防止することが可能となり、
三次元形状の光造形を高精度かつ高能率で行うことがで
きるようになる。
ターンマスク１１を介してのスライス・パターンＳＰの
光硬化性樹脂１への平行光ＬＯによる露光を一度に行わ
ないで、２回に分けて行うようにしているので、光硬化
性樹脂１の硬化に伴う収縮の影響を抑止することができ
る。その結果、反り発生を防止することが可能となり、
三次元形状の光造形を高精度かつ高能率で行うことがで
きるようになる。
【００１５】なお、上記実施例においては、露光プロセ
スは、２回にわたっておこなっているが、これに限るこ
となく露光回数は、３回以上でもよい。図６は、この場
合の、サブマスク３１を示しているもので、第１露光プ
ロセスにおいては、第１露光領域３２が露光される（図
６Ａ及び図６ａ参照）。つぎに、サブマスク３１を矢印
Ｒ１方向に変位させた第２露光プロセスにおいては、第
２露光領域３３が露光される（図６Ｂ及び図６ｂ参
照）。さらに、サブマスク３１を矢印Ｒ２方向に変位さ
せた第３露光プロセスにおいては、第３露光領域３４が
露光される（図６Ｃ及び図６ｃ参照）。最後に、サブマ
スク３１を矢印Ｒ３方向に変位させた第４露光プロセス
においては、第４露光領域３５が露光される（図６Ｄ及
び図６ｄ参照）。このように、この場合、４回の露光プ
ロセスを経て、全面露光が終結する。
スは、２回にわたっておこなっているが、これに限るこ
となく露光回数は、３回以上でもよい。図６は、この場
合の、サブマスク３１を示しているもので、第１露光プ
ロセスにおいては、第１露光領域３２が露光される（図
６Ａ及び図６ａ参照）。つぎに、サブマスク３１を矢印
Ｒ１方向に変位させた第２露光プロセスにおいては、第
２露光領域３３が露光される（図６Ｂ及び図６ｂ参
照）。さらに、サブマスク３１を矢印Ｒ２方向に変位さ
せた第３露光プロセスにおいては、第３露光領域３４が
露光される（図６Ｃ及び図６ｃ参照）。最後に、サブマ
スク３１を矢印Ｒ３方向に変位させた第４露光プロセス
においては、第４露光領域３５が露光される（図６Ｄ及
び図６ｄ参照）。このように、この場合、４回の露光プ
ロセスを経て、全面露光が終結する。
【００１６】また、上記実施例において、縮小投影露光
系と組み合わせることにより、微細な三次元形状の作成
が可能となる。つぎに、本発明の他の実施例の光造形装
置Ｄ２について述べる。
系と組み合わせることにより、微細な三次元形状の作成
が可能となる。つぎに、本発明の他の実施例の光造形装
置Ｄ２について述べる。
【００１７】図７は、この実施例の光造形装置Ｄ２を示
している。この光造形装置Ｄ２は、例えばＤ１１７３
（商品名：スイス国，チバ・ガイギー社製）などの光硬
化性樹脂４１を収納する樹脂槽４２と、この樹脂槽４２
内の光硬化性樹脂４１に浸漬され被造形物４３を載置す
るワーク台４４と、このワーク台４４を支持して上下方
向に昇降駆動するエレベータ部４５と、樹脂槽４２の直
上部に配設されレーザ光ＬＡ１，ＬＡ２を照射する光源
４６と、この光源４６と樹脂槽４２との間に介設されレ
ーザ光ＬＡ１，ＬＡ２を走査して光硬化性樹脂４１を露
光するレーザ光走査部４７と、このレーザ光走査部４７
とエレベータ部５を制御する造形制御部４８とからなっ
ている。しかして、光源４６は、例えば炭酸ガス（ＣＯ
2 ）レーザなどの長波長で強度の大きなレーザ光ＬＡ１
を発振する強レーザ光源４９と、この強レーザ光源４９
に比べて相対的に短波長で強度の小さい例えばアルゴン
（Ａｒ）などのレーザ光ＬＡ２を発振する弱レーザ光源
５０と、これら強レーザ光源４９と弱レーザ光源５０の
切替制御を行うレーザ光源制御部５１とからなってい
る。また、レーザ光走査部４７は、レーザ光ＬＡ１，Ｌ
Ａ２を入射して光硬化性樹脂４１の所定の場所に出光さ
せるガルバノメータ５３と、ガルバノメータ５０の回動
角度及び回動量等を制御する走査制御部５４とからなっ
ている。上記ガルバノメータ５０は、例えば１分間に最
大１００ｍ／秒程度の速度で、Ｘ，Ｙ方向に走査できる
ように設けられている。さらに、エレベータ部４５は、
樹脂槽４２の側部上方位置に設けられ、ワーク台４４を
支持して上下方向にスライス・ピッチに応じて間欠的に
昇降駆動するエレベータ装置５８と、このエレベータ装
置５８を制御するエレベータ制御部５９とからなってい
る。さらにまた、造形制御部４８は、三次元ＣＡＤ６０
にて作成された三次元形状データ６１をメモリする三次
元形状データ・メモリ部６２と、コンピュータ断層画像
撮影装置ＣＴまたは磁気共鳴画像撮影装置ＭＲＩにて作
成された多断層画像データ６３をメモリする多断層画像
データ・メモリ部６４と、三次元形状データ６１及び多
断層画像データ６３に基づいてスライス・ピッチごとの
複数の平面群に切断した二次元断面形状群をなすスライ
ス・データ６５を作成するスライス・データ作成部６６
と、スライス・データ６５に基づいてレーザ光源制御部
５１，走査制御部５４及びエレベータ制御部５９に制御
信号ＣＱ，ＣＳ，ＣＤを各別に印加する中央制御部２７
とからなっている。
している。この光造形装置Ｄ２は、例えばＤ１１７３
（商品名：スイス国，チバ・ガイギー社製）などの光硬
化性樹脂４１を収納する樹脂槽４２と、この樹脂槽４２
内の光硬化性樹脂４１に浸漬され被造形物４３を載置す
るワーク台４４と、このワーク台４４を支持して上下方
向に昇降駆動するエレベータ部４５と、樹脂槽４２の直
上部に配設されレーザ光ＬＡ１，ＬＡ２を照射する光源
４６と、この光源４６と樹脂槽４２との間に介設されレ
ーザ光ＬＡ１，ＬＡ２を走査して光硬化性樹脂４１を露
光するレーザ光走査部４７と、このレーザ光走査部４７
とエレベータ部５を制御する造形制御部４８とからなっ
ている。しかして、光源４６は、例えば炭酸ガス（ＣＯ
2 ）レーザなどの長波長で強度の大きなレーザ光ＬＡ１
を発振する強レーザ光源４９と、この強レーザ光源４９
に比べて相対的に短波長で強度の小さい例えばアルゴン
（Ａｒ）などのレーザ光ＬＡ２を発振する弱レーザ光源
５０と、これら強レーザ光源４９と弱レーザ光源５０の
切替制御を行うレーザ光源制御部５１とからなってい
る。また、レーザ光走査部４７は、レーザ光ＬＡ１，Ｌ
Ａ２を入射して光硬化性樹脂４１の所定の場所に出光さ
せるガルバノメータ５３と、ガルバノメータ５０の回動
角度及び回動量等を制御する走査制御部５４とからなっ
ている。上記ガルバノメータ５０は、例えば１分間に最
大１００ｍ／秒程度の速度で、Ｘ，Ｙ方向に走査できる
ように設けられている。さらに、エレベータ部４５は、
樹脂槽４２の側部上方位置に設けられ、ワーク台４４を
支持して上下方向にスライス・ピッチに応じて間欠的に
昇降駆動するエレベータ装置５８と、このエレベータ装
置５８を制御するエレベータ制御部５９とからなってい
る。さらにまた、造形制御部４８は、三次元ＣＡＤ６０
にて作成された三次元形状データ６１をメモリする三次
元形状データ・メモリ部６２と、コンピュータ断層画像
撮影装置ＣＴまたは磁気共鳴画像撮影装置ＭＲＩにて作
成された多断層画像データ６３をメモリする多断層画像
データ・メモリ部６４と、三次元形状データ６１及び多
断層画像データ６３に基づいてスライス・ピッチごとの
複数の平面群に切断した二次元断面形状群をなすスライ
ス・データ６５を作成するスライス・データ作成部６６
と、スライス・データ６５に基づいてレーザ光源制御部
５１，走査制御部５４及びエレベータ制御部５９に制御
信号ＣＱ，ＣＳ，ＣＤを各別に印加する中央制御部２７
とからなっている。
【００１８】つぎに、上記構成の光造形装置Ｄ２を用い
て本発明の光造形方法について述べる。まず、中央制御
部２７からは、エレベータ制御部５８に制御信号ＣＤが
印加される。すると、このエレベータ制御部１９から
は、エレベータ装置１８に駆動信号ＣＤが印加され、そ
の結果、ワーク台４４は、図７に示すように、光硬化性
樹脂４１の上面とワーク台４４の載置面との距離ΔＰ
（大体Ｏ．２〜Ｏ．５ｍｍ）が、スライス・ピッチとな
る位置まで下降する。つぎに、中央制御部２７からは、
レーザ光源制御部５１及び走査制御部５４に制御信号Ｃ
Ｑ，ＣＳが各別に出力される。すると、強レーザ光源４
９からはレーザ光ＬＡ１が発振され、この発振されたレ
ーザ光ＬＡ１は、ガルバノメータ５０にて反射され、樹
脂槽４２中の光硬化性樹脂４１上を走査する。このとき
の走査位置は、図８に示すように、スライス・パターン
ＳＰ１中の分散した格子点位置に限定されているもの
で、このように選択露光された部位は、第１露光硬化部
７１…となる。上記第１露光硬化部７１…の平面形状
は、図８に示すように、円形であるが、正方形，菱形，
六角形等、単純な形状で且つ生じる変形が完全に予測可
能なものであれば任意に選択可能である。このような走
査位置の制御は、スライス・データ６５に基づいて行わ
れる。つぎに、レーザ光源制御部５１により、強レーザ
光源４９から弱レーザ光源５０に切り替わり、弱レーザ
光源５０からレーザ光ＬＡ２が、ガルバノメータ５０に
て反射され、樹脂槽４２中の光硬化性樹脂４１上を走査
する。このときの走査位置は、図７に示すように、スラ
イス・パターン中の分散した第１露光硬化部７１…を除
いた未硬化樹脂層領域であって、選択露光された部位
は、第２露光硬化部７２となる。ここで、第１露光硬化
部７１…は、照射強度がレーザ光ＬＡ２より大きいレー
ザ光ＬＡ１により硬化しているので、第２露光硬化部７
２より硬質・高剛性となつている。つぎに、再び中央制
御部２７からは、エレベータ制御部５８に制御信号ＣＤ
が印加され、ワーク台４４は、距離ΔＰだけ下降する。
そして、前回のスライス・レベルの場合と同様の露光プ
ロセスを繰り返す。以下、同様のプロセスを数百回のス
ライス・レベルについて行い、最終的に所望の被造形物
４３を光造形する。その結果、この被造形物４３は、軟
質・低剛性の第２露光硬化部７２中に、硬質・高剛性の
円柱をなす複数の第１露光硬化部７１…が格子位置に分
散配置された複合材となっている。
て本発明の光造形方法について述べる。まず、中央制御
部２７からは、エレベータ制御部５８に制御信号ＣＤが
印加される。すると、このエレベータ制御部１９から
は、エレベータ装置１８に駆動信号ＣＤが印加され、そ
の結果、ワーク台４４は、図７に示すように、光硬化性
樹脂４１の上面とワーク台４４の載置面との距離ΔＰ
（大体Ｏ．２〜Ｏ．５ｍｍ）が、スライス・ピッチとな
る位置まで下降する。つぎに、中央制御部２７からは、
レーザ光源制御部５１及び走査制御部５４に制御信号Ｃ
Ｑ，ＣＳが各別に出力される。すると、強レーザ光源４
９からはレーザ光ＬＡ１が発振され、この発振されたレ
ーザ光ＬＡ１は、ガルバノメータ５０にて反射され、樹
脂槽４２中の光硬化性樹脂４１上を走査する。このとき
の走査位置は、図８に示すように、スライス・パターン
ＳＰ１中の分散した格子点位置に限定されているもの
で、このように選択露光された部位は、第１露光硬化部
７１…となる。上記第１露光硬化部７１…の平面形状
は、図８に示すように、円形であるが、正方形，菱形，
六角形等、単純な形状で且つ生じる変形が完全に予測可
能なものであれば任意に選択可能である。このような走
査位置の制御は、スライス・データ６５に基づいて行わ
れる。つぎに、レーザ光源制御部５１により、強レーザ
光源４９から弱レーザ光源５０に切り替わり、弱レーザ
光源５０からレーザ光ＬＡ２が、ガルバノメータ５０に
て反射され、樹脂槽４２中の光硬化性樹脂４１上を走査
する。このときの走査位置は、図７に示すように、スラ
イス・パターン中の分散した第１露光硬化部７１…を除
いた未硬化樹脂層領域であって、選択露光された部位
は、第２露光硬化部７２となる。ここで、第１露光硬化
部７１…は、照射強度がレーザ光ＬＡ２より大きいレー
ザ光ＬＡ１により硬化しているので、第２露光硬化部７
２より硬質・高剛性となつている。つぎに、再び中央制
御部２７からは、エレベータ制御部５８に制御信号ＣＤ
が印加され、ワーク台４４は、距離ΔＰだけ下降する。
そして、前回のスライス・レベルの場合と同様の露光プ
ロセスを繰り返す。以下、同様のプロセスを数百回のス
ライス・レベルについて行い、最終的に所望の被造形物
４３を光造形する。その結果、この被造形物４３は、軟
質・低剛性の第２露光硬化部７２中に、硬質・高剛性の
円柱をなす複数の第１露光硬化部７１…が格子位置に分
散配置された複合材となっている。
【００１９】以上のように、この実施例においては、光
硬化性樹脂４１への高強度の露光により硬質・高剛性の
第１露光硬化部７１…を分散形成したのち、これら第１
露光硬化部７１…間の間隙を埋めるように光硬化性樹脂
４１への低強度の露光により軟質・低剛性の第２露光硬
化部７２を形成するようにしたので、第２露光硬化部７
２の形成時に生じる収縮の影響を第１露光硬化部７１…
により抑制することができ、その結果として、反り等の
寸法欠陥を伴わない高形状精度の三次元形状の光造形を
確実に行うことができるようになる。
硬化性樹脂４１への高強度の露光により硬質・高剛性の
第１露光硬化部７１…を分散形成したのち、これら第１
露光硬化部７１…間の間隙を埋めるように光硬化性樹脂
４１への低強度の露光により軟質・低剛性の第２露光硬
化部７２を形成するようにしたので、第２露光硬化部７
２の形成時に生じる収縮の影響を第１露光硬化部７１…
により抑制することができ、その結果として、反り等の
寸法欠陥を伴わない高形状精度の三次元形状の光造形を
確実に行うことができるようになる。
【００２０】また、このようにして光造形された被造形
物４３は、軟質・低剛性の第２露光硬化部７２中に、硬
質・高剛性の円柱をなす複数の第１露光硬化部７１…が
格子位置に分散配置された複合材であるので、内部構造
が一相の場合に比べて、分散強化作用により、機械的強
度及び靭性を飛躍的に改善することができる。
物４３は、軟質・低剛性の第２露光硬化部７２中に、硬
質・高剛性の円柱をなす複数の第１露光硬化部７１…が
格子位置に分散配置された複合材であるので、内部構造
が一相の場合に比べて、分散強化作用により、機械的強
度及び靭性を飛躍的に改善することができる。
【００２１】なお、上記実施例においては、光源４６
は、強レーザ光源４９と弱レーザ光源の２種類である
が、強レーザ光源４９を、波長及び強度の異なる２種類
以上の光源から構成し、これらを交互あるいは順次に光
硬化性樹脂４１に照射して、高度及び剛性の異なる第１
露光硬化部７１…を形成するようにしてもよい。
は、強レーザ光源４９と弱レーザ光源の２種類である
が、強レーザ光源４９を、波長及び強度の異なる２種類
以上の光源から構成し、これらを交互あるいは順次に光
硬化性樹脂４１に照射して、高度及び剛性の異なる第１
露光硬化部７１…を形成するようにしてもよい。
【００２２】また、上記実施例においては、第１露光硬
化部７１…の形成位置は、格子点位置としたが、これに
限定されることなく、例えば無作為に分散させてもよ
い。同様に、上記実施例においては、第１露光硬化部７
１…は、スライス・パターンの厚さ方向においては、同
一位置に形成しているが、分散強化作用を昂進させる目
的で、図９に示すように、段違いをなす位置に形成して
もよい。これにより、第１露光硬化部７１…による分散
強化は顕著に高まり、機械的強度及び靭性をさらに向上
させることが可能となる。
化部７１…の形成位置は、格子点位置としたが、これに
限定されることなく、例えば無作為に分散させてもよ
い。同様に、上記実施例においては、第１露光硬化部７
１…は、スライス・パターンの厚さ方向においては、同
一位置に形成しているが、分散強化作用を昂進させる目
的で、図９に示すように、段違いをなす位置に形成して
もよい。これにより、第１露光硬化部７１…による分散
強化は顕著に高まり、機械的強度及び靭性をさらに向上
させることが可能となる。
【００２３】さらに、上記実施例においては、光源とし
ては、レーザ光源を利用しているが、マスクを利用した
一括露光でも構わない。すなわち、まず第１のマスクに
より、高強度の一括露光光源により、硬質・高剛性の複
数の第１露光硬化部を分散形成したのち、第２のマスク
により、軟質・低剛性の第２露光硬化部を形成するよう
にしてもよい。
ては、レーザ光源を利用しているが、マスクを利用した
一括露光でも構わない。すなわち、まず第１のマスクに
より、高強度の一括露光光源により、硬質・高剛性の複
数の第１露光硬化部を分散形成したのち、第２のマスク
により、軟質・低剛性の第２露光硬化部を形成するよう
にしてもよい。
【００２４】さらにまた、強レーザ光源４９として、赤
外線レーザ光を用い、主として熱硬化反応により樹脂を
硬化させるようにしてもよい。さらに、レーザ光ＬＡ
１，ＬＡ２の露光位置の制御を、ガルバノメータ５３の
回動制御により行っているが、ＸＹテーブルを用いるよ
うにしてもよい。
外線レーザ光を用い、主として熱硬化反応により樹脂を
硬化させるようにしてもよい。さらに、レーザ光ＬＡ
１，ＬＡ２の露光位置の制御を、ガルバノメータ５３の
回動制御により行っているが、ＸＹテーブルを用いるよ
うにしてもよい。
【００２５】
【発明の効果】本発明の光造形は、パターンマスクを介
してのスライス・パターンの光硬化性樹脂への平行光に
よる露光を一度に行わないで、あらかじめ露光領域を細
分化し、均一に分散した状態で、複数回に分けて露光す
るようにしているので、光硬化性樹脂の硬化に伴う収縮
の影響を抑止することができる。その結果、反り発生を
防止することが可能となり、三次元形状の光造形を高精
度かつ高能率で行うことができるようになる。
してのスライス・パターンの光硬化性樹脂への平行光に
よる露光を一度に行わないで、あらかじめ露光領域を細
分化し、均一に分散した状態で、複数回に分けて露光す
るようにしているので、光硬化性樹脂の硬化に伴う収縮
の影響を抑止することができる。その結果、反り発生を
防止することが可能となり、三次元形状の光造形を高精
度かつ高能率で行うことができるようになる。
【００２６】また、本発明の光造形は、光硬化性樹脂へ
の露光により硬質・高剛性の第１露光硬化部を分散形成
したのち、これら第１露光硬化部間の間隙を埋めるよう
に軟質・低剛性の第２露光硬化部を形成するようにする
もので、第２露光硬化部の形成時に生じる収縮の影響を
第１露光硬化部により抑制することができ、その結果と
して、反り等の寸法欠陥を伴わない高形状精度の三次元
形状の光造形を確実に行うことができるようになる。
の露光により硬質・高剛性の第１露光硬化部を分散形成
したのち、これら第１露光硬化部間の間隙を埋めるよう
に軟質・低剛性の第２露光硬化部を形成するようにする
もので、第２露光硬化部の形成時に生じる収縮の影響を
第１露光硬化部により抑制することができ、その結果と
して、反り等の寸法欠陥を伴わない高形状精度の三次元
形状の光造形を確実に行うことができるようになる。
【００２７】また、本発明の樹脂成形体は、同一種の光
硬化性樹脂からなり、かつ、媒質硬化部と、この媒質硬
化部中に分散されこの媒質硬化部よりも硬質・高剛性の
分散硬化部とから構成したもので、内部構造が媒質硬化
部だけの場合に比べて、機械的強度及び靭性を飛躍的に
改善することができる。
硬化性樹脂からなり、かつ、媒質硬化部と、この媒質硬
化部中に分散されこの媒質硬化部よりも硬質・高剛性の
分散硬化部とから構成したもので、内部構造が媒質硬化
部だけの場合に比べて、機械的強度及び靭性を飛躍的に
改善することができる。
【図１】本発明の一実施例の光造形装置の構成図であ
る。
る。
【図２】図１の要部拡大断面図である。
【図３】図１の要部拡大平面図である。
【図４】本発明の一実施例の光造形方法の説明図であ
る。
る。
【図５】本発明の一実施例の光造形方法の説明図であ
る。
る。
【図６】本発明の一実施例の光造形方法の変形例を示す
図である。
図である。
【図７】本発明の他の実施例の光造形装置の構成図であ
る。
る。
【図８】本発明の他の実施例の光造形方法の説明図であ
る。
る。
【図９】本発明の他の実施例の光造形方法の変形例を示
す図である。
す図である。
１，４１：光硬化性樹脂，２，４２：樹脂槽，４，４
４：ワーク台，５，４５：エレベータ部，６，４６：光
源，７：マスク部，８，４８：造形制御部，９：第１マ
スク部，１０：第２マスク部，１１：パターンマスク，
１２：液晶制御部，１３：サブマスク，１４：サブマス
ク駆動部，４７：レーザ光走査部，４９：強レーザ光
源，５０：弱レーザ光源。
４：ワーク台，５，４５：エレベータ部，６，４６：光
源，７：マスク部，８，４８：造形制御部，９：第１マ
スク部，１０：第２マスク部，１１：パターンマスク，
１２：液晶制御部，１３：サブマスク，１４：サブマス
ク駆動部，４７：レーザ光走査部，４９：強レーザ光
源，５０：弱レーザ光源。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２９Ｋ 105:24
Claims (10)
- 【請求項１】光硬化性樹脂をパターン領域のみ露光させ
被造形物を成形する光造形方法において、上記パターン
領域の露光を上記パターン領域全体にほぼ均等に分散し
た部分露光の繰り返しにより行うことを特徴とする光造
形方法。 - 【請求項２】光硬化性樹脂をパターン領域のみ一括露光
させ被造形物を成形する光造形方法において、上記パタ
ーン領域全域の露光を複数回にわたる部分露光により行
うことを特徴とする光造形方法。 - 【請求項３】各回ごとの部分露光は、パターン領域全域
に分散させることを特徴とする請求項２記載の光造形方
法。 - 【請求項４】光硬化性樹脂をパターン領域のみ一括露光
させ被造形物を成形する光造形装置において、上記光硬
化性樹脂を収納する樹脂槽と、上記光硬化性樹脂に浸漬
され上記被造形物を載置するワーク台と、このワーク台
を支持して上下方向に昇降駆動するエレベータ部と、平
行光を上記光硬化性樹脂に照射して一括露光させる光源
と、上記光源と上記光硬化性樹脂との間に介設され上記
パターン領域を形成するパターンマスクと、このパター
ンマスクに近接して設けられ上記パターン領域全域にわ
たって分散して部分露光させる部分露光パターンが形成
されたサブマスクと、このサブマスクを駆動させ上記部
分露光パターンを上記光硬化性樹脂上にて移動させるサ
ブマスク駆動部とを具備することを特徴とする光造形装
置。 - 【請求項５】光硬化性樹脂をパターン領域のみ露光させ
被造形物を成形する光造形方法において、上記光硬化性
樹脂に対して分散して部分露光させ第１露光硬化部を形
成する第１工程と、上記パターン領域のうち上記第１工
程にて露光されなかった領域を露光させ上記第１露光硬
化部よりも軟質の第２露光硬化部を形成する第２工程と
を具備することを特徴とする光造形方法。 - 【請求項６】第１工程における露光光線の強度は、第２
工程における露光光線の強度よりも大きいことを特徴と
する請求項５記載の光造形方法。 - 【請求項７】第１工程における露光光線の波長は、第２
工程における露光光線の波長よりも大きいことを特徴と
する請求項５記載の光造形方法。 - 【請求項８】第１工程における露光光線として赤外線レ
ーザ光を用いることを特徴とする請求項５記載の光造形
方法。 - 【請求項９】光硬化性樹脂をパターン領域のみ露光させ
被造形物を成形する光造形装置において、上記光硬化性
樹脂を収納する樹脂槽と、上記光硬化性樹脂に浸漬され
上記被造形物を載置するワーク台と、このワーク台を支
持して上下方向に昇降駆動するエレベータ部と、第１レ
ーザ光を発振する第１レーザ光源と、上記第１レーザ光
に比べて相対的に短波長かつ強度の小さい第２レーザ光
を発振する第２レーザ光源と、上記第１レーザ光及び上
記第２レーザ光を切替自在に受光して上記光硬化性樹脂
上を走査させるレーザ光走査部とを具備することを特徴
とする光造形装置。 - 【請求項１０】媒質硬化部と、上記媒質硬化部中に分散
され且つ上記媒質硬化部よりも硬質の分散硬化部とを具
備し、上記媒質硬化部と上記分散硬化部は、同一材質の
光硬化性樹脂からなることを特徴とする樹脂成形体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6171506A JPH0834063A (ja) | 1994-07-25 | 1994-07-25 | 光造形方法及びその装置及び樹脂成形体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6171506A JPH0834063A (ja) | 1994-07-25 | 1994-07-25 | 光造形方法及びその装置及び樹脂成形体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0834063A true JPH0834063A (ja) | 1996-02-06 |
Family
ID=15924380
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6171506A Pending JPH0834063A (ja) | 1994-07-25 | 1994-07-25 | 光造形方法及びその装置及び樹脂成形体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0834063A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001239591A (ja) * | 1999-12-24 | 2001-09-04 | Teijin Seiki Co Ltd | 光造形装置および光造形方法 |
| JP2001347573A (ja) * | 2000-06-06 | 2001-12-18 | Teijin Seiki Co Ltd | 光造形装置および光造形方法 |
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| CN112976582A (zh) * | 2021-02-05 | 2021-06-18 | 深圳市创必得科技有限公司 | 光固化3d打印多套切片参数的打印执行控制方法及装置 |
-
1994
- 1994-07-25 JP JP6171506A patent/JPH0834063A/ja active Pending
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