JPH0999490A - 立体形状造形方法並びにその装置 - Google Patents
立体形状造形方法並びにその装置Info
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Abstract
をフィードバック制御したとき、1つ前のタイミングに
よる情報に基づき、制御信号が生成されるため、少なか
らず「ズレ」が生じ、造形された立体形状の精度が悪か
った。 【解決手段】 ビームスポット18のあらかじめ設定し
た速度情報に基づき、光学的ビーム15のAOM17及
び光学的ビームの偏向器20、21を制御する。
Description
びにその装置に関する。詳しくは、例えば、液状光硬化
型樹脂材に光学的ビーム、例えば、レーザー光を照射し
て任意に設計された立体像イメージに基づいて立体形状
を造形する立体形状造形方法並びにその装置、特に、液
状光硬化型樹脂材の液面を立体像イメージの水平方向で
分解された等高断面の形状に応じて露光することにより
硬化樹脂層を形成すると共にこのような硬化樹脂層を順
次積層して行くことにより立体形状を造形する立体形状
造形方法並びにその装置に関するものであり、ビームス
ポットの各走査線における始端と終端との精度を向上さ
せ、これにより、造形された立体形状の表面を滑らかに
すると共に、立体形状の造形を高速で行なう技術に関す
る。
ムを照射することにより所望の形状の物品を造形する方
法が提案されており、例えば、特願昭63−26794
5号にそのような造形方法が示されている。
立体形状造形装置の一例aを示すものである。
例えば、紫外光を照射することによって硬化する液状光
硬化型樹脂材cが貯留されていると共に、該樹脂貯留槽
bには水平な板状を為すステージdを有し図示しない移
動手段によって上下方向へ移動されるエレベータeが配
設されている。
液状光硬化型樹脂材cの液面gに対して集光照射するビ
ームスキャナーhが配置され、該ビームスキャナーhに
よる光学的ビームfの液面gに対する走査やエレベータ
eの移動が造形コントローラiによって制御されるよう
になっている。
先ず、エレベータeを同図に実線で示すように、そのス
テージd上に液状光硬化型樹脂材cが所定の厚さ(この
厚さについては後述する。)で位置する初期位置へと移
動する。
る走査を行なう。この走査は、任意に設計された立体像
イメージjの鉛直方向で多数に分解された各平面(以
下、「等高断面」と言う。)のそれぞれに応じたパター
ンで、ラスタスキャンが行なわれる。このような光学的
ビームfの走査が為されると、光学的ビームfが照射さ
れた液状光硬化型樹脂材cの部分が硬化し、液面gのう
ち当該等高断面の形状と同じ形状を有したシート状に硬
化され、一の硬化樹脂層が形成される。また、エレベー
タeはこのように一の硬化樹脂層の形成が完了する度に
下方へ所定のピッチ、即ち、立体像イメージjを鉛直方
向で多数の等高断面に分解したときの分解ピッチに応じ
たピッチ(初期の状態におけるステージd上の液状光硬
化型樹脂材cの厚さもこれと同じにされる。)で下方へ
移動され、それにより、硬化樹脂層の上に液状光硬化型
樹脂材cが1ピッチ分の厚さで流れ込むように供給さ
れ、次の順位の等高断面についての光学的ビームfの走
査が行なわれて別の硬化樹脂層が形成される。尚、この
とき当該硬化樹脂層は前の硬化樹脂層と接着される。
あっては、光学的ビームfを振るための偏向器と液面g
に焦点を合わせるための焦点補正器と光学的ビームfの
光強度を調整するAOM(音響光学効果光変調器)とを
有し、また、これら偏向器、焦点補正器、AOMを各別
に制御するための制御部を備えている。尚、これら偏向
器、焦点補正器、AOMは図示は省略したが、上記ビー
ムスキャナーh又はこれよりレーザー発振器側に配設さ
れる。
れ、該偏向器の角度を動かすことにより、光学的ビーム
fの照射方向を偏向するようになっており、光学的ビー
ムfが一方向に振られることによりビームスポットkの
移動ラインが主走査ラインlとして硬化する。また、偏
向器の角度の変更速度がビームスポットkの走査速度を
決定することになる。図9はある等高断面についての光
学的ビームfの走査軌跡の一部を概念的に示す平面図で
ある。
面gに焦点を合わせるため光学的ビームfのフォーカシ
ングを行うようになっている。
して、硬化した主走査ラインlの深さ、幅等の硬化状態
をその始端から終端まで一定にする。
るには予め造形コントローラiに入力された立体像イメ
ージjの情報に基づき行われ、1つ1つの主走査ライン
lを形成して行くことになるが、ビームスポットkが予
定したライン上を走査しているか否かをチェックする必
要があるため、常にビームスポットkの現在位置(位置
情報)に基づきフィードバックされる。かかる場合、例
えば、ビームスキャナーhの偏向器の角度を逐次検知し
て、この角度情報に基づき、フィードバック制御が為さ
れ、上記偏向器の角度が変更されて光学的ビームfを振
ることになる。
あってもフィードバック制御される。即ち、検出された
偏向器の角度情報からビームスポットkのX−Y座標値
を逐次算出し、これと予め入力されたX−Y座標の各点
における光学的ビームfの焦点補正値のテーブルとを比
較して、これに基づいて、焦点補正器を駆動してビーム
スポットkのフォーカシングが行われる。
あってもフィードバック制御される。即ち、検出された
偏向器の角度情報から光学的ビームfのX−Y座標値を
算出し、該X−Y座標値の所定時間における変化量から
ビームスポットkの走査速度Vを逐次算出し、これと光
強度Pとの「積:V×P」が一定になるように、AOM
を制御している。
たな硬化樹脂層が順次積層されて行き、積層された多数
の硬化樹脂層により、所望の立体形状が造形される。
置によれば、任意に設計された立体像イメージjに基づ
いて立体形状を造形することができるので、従来の金型
による立体形状造形方法に比して立体形状の試作を即座
に行なうことができ、設計から量産段階までの開発作業
を迅速かつ低コストに行なうことができる。
(AOM、焦点補正器、偏向器)からのフィードバック
信号により逐次、次の制御信号を生成して各制御対象を
制御する方法にあっては、常に、1つ前のタイミングに
よる情報に基づき、制御信号が生成されるため、少なか
らず「ズレ」が生じ、造形された立体形状の精度が悪
い。光学的ビームによる立体形状造形方法にあっては、
光学的ビームが所定の照射位置からずれた場合、フィー
ドバック制御により光学的ビームを止めたり、逆戻りさ
せたりすることは当該部分の硬化状態を変えてしまい、
造型した立体形状の精度が低下してしまうことになる。
ードバック制御は、偏向器自身の位置(角度)情報に基
づき行い、また、光学的ビームfの光強度のフィードバ
ック制御は、偏向器の位置(角度)情報に基づきX−Y
座標値を算出し、該X−Y座標値の所定時間における変
化量から速度を算出し、その速度情報から光強度を演算
しなければならず、同じ情報(偏向器の角度)に基づく
フィードバック制御ではあるが指令値を演算するまでの
過程が相違するため、指令値の算出までの間の時間が、
偏向器のフィードバック制御に比較して長いため、両者
(偏向器とAOM)の同期が採りにくいという問題があ
る(図10参照)。
の制御信号を生成して各制御対象を制御する方法にあっ
ては、フィードバック信号に基づき次の指令を出すまで
に、必ず、指令値を算出するための時間と各制御対象ヘ
制御信号を送る時間とがかかるため、各制御対象に各制
御信号が入力されるまでに「遅延(Delay)」が生
じてしまう。そして、この「Delay」は各制御対象
により異なるため、最も遅い「Delay」に合せて制
御信号の指令タイミングを採らなければならず、結局、
指令タイミングの同期は、最も遅い「Delay」に合
わせる必要があり、造形速度を上げられないという問題
がある。
偏向器)のレスポンス(指令信号の入力から動作開始ま
での時間)が相違するため、フィードバック制御により
同時に各制御対象に指令を出力しても、各制御対象が動
作し始めるタイミングが相違してしまうため、光学的ビ
ームfの照射状態が目標値からズレてしまうという問題
がある(図11参照)。
器、偏向器)における「Delay」及び「レスポン
ス」が相違するためこれらの同期をとることが難しく、
これらにズレが生じた場合、主走査ラインlの始端ある
いは終端において、欠損(光学的ビームがOFF状態で
偏向器が動いてしまう場合)やいわゆる「だま」(偏向
器が動かないのに光学的ビームがONしてしまう状態)
が生じてしまうという問題がある(図12参照)。
より各制御対象を制御する場合、各主走査ラインlの始
端及び終端においての位置精度が悪く、結局、造形され
た立体形状の表面が荒くなると共に、かかる問題は走査
速度を速くすると顕著になるため、高速での立体形状造
形ができないという問題があった。
造形方法並びにその装置は、上記した課題を解決するた
めに、ビームスポットの速度情報に基づき、光学的ビー
ムの光強度及び光学的ビームの偏向を制御するようにし
たものである。
の装置によれば、共通の速度情報に基づき、光学的ビー
ムの強度と光学的ビームの偏向を制御するため、光学的
ビームの強度と光学的ビームの偏光との同期がとり易
く、従って、走査ラインにおいて、欠損、だまの発生を
少なくすることができる。
その装置は、ビームスポットの走査速度を、「0」から
の加速期間の初期及び「0」までの減速期間の終期にお
いて、ビーム走査速度の時間変化率の絶対値が徐々に変
化するように設定し、また、該ビームスポットの速度情
報に基づき、各等高断面のデータにより任意の中間点に
おけるビームスポットの走査速度データを予め生成し、
これら中間点群のビームスポットの走査速度データに基
づき、上記光学的ビームの光強度を上記ビームスポット
の走査速度に比例するように制御するものである。
にその装置によれば、走査速度データを予め計算し、任
意の中間点で光学ビームの光強度を制御するようにした
ので、光学ビームの光強度を予測的に制御することがで
き、光学的ビームの光強度を遅延なく所定のタイミング
(中間点)で制御することができる。また、光学的ビー
ムの光強度を上記ビームスポットの走査速度に比例する
ようにしたので、エネルギー密度を走査ライン上におい
てほゞ一定にすることができ、よって、硬化した走査ラ
インの深さ、幅等をその始端から終端まで一定にするこ
とができる。
びにその装置は、各等高断面のデータにより任意の中間
点におけるビームスポットの走査速度データを予め生成
し、光学的ビームの光強度を調整する光変調器と、光学
的ビームの偏向を行う偏向器と、ビームスポットのフォ
ーカシングを行う焦点補正器の各制御対象に対する信号
の指令から各制御対象の実際の動作開始までの遅延を演
算し、これら制御対象の動作が同時に開始するように各
制御対象を制御するようにしたものである。
並びにその装置によれば、走査速度データを予め計算
し、各制御対象に対する信号の指令から各制御対象の実
際の動作開始までの遅延時間を演算したので、各制御対
象を常に同時に動作開始させることができ、また、ビー
ムスポットの始端と終端との位置精度の向上を図ること
ができ、これにより、ビームスポットを高速で走査させ
ても、各制御対象の動作開始にズレが生ずることはな
く、従って、立体形状の造形の高速化を図ることができ
る。
並びにその装置の詳細を添付図面に示した実施の一例に
従って説明する。
ための立体形状造形装置の一例を説明し、その後該立体
形状造形装置を使用しての立体形状造形方法を説明す
る。
材を貯留した樹脂貯留槽やエレベータ等を有する作業部
2と、光学的ビームを液状光硬化型樹脂材の液面に対し
て走査させるビーム走査部3と、該ビーム走査部3の動
きを制御する制御部4と、図示しない立体形状プログラ
ミング装置により任意に設計された立体像イメージのい
わゆるCADデータに基づき予め上記制御部4ヘの指令
信号を生成するデータ処理手段5等から成る。
状光硬化型樹脂材7が貯留されており、該液状光硬化型
樹脂材7は所定の光学的ビームを照射されることによっ
て硬化する液状を為し、かつ、既に硬化された部分の表
面上で硬化する際該表面に固着する接着性を有すること
が必要である。
るだけ低いことが望ましい。尚、このような特性を有す
る液状光硬化型樹脂材7としては、例えば、紫外光硬化
型の変性アクリレートがある。
位置した水平な板状を為すステージ9を有すると共に上
端部10にナット11が固定されており、該ナット11
がステッピングモータ12により回転される送りねじ1
3と螺合され、該送りねじ13が回転することによって
ナット11が送りねじ13に沿って軸方向に移動され、
それにより、エレベータ8が上下方向へ移動される。
タ位置検出センサー14が配置されており、上記エレベ
ータ8は該エレベータ位置検出センサー14によりその
位置が検出される。
ージ9が前記樹脂貯留槽6に貯留されている液状光硬化
型樹脂材7中に位置され、また、所定のピッチでステッ
プ移動される。
振するレーザビーム発振器16と、該レーザビーム発振
器16から発振された光学的ビーム15の光強度を調整
する音響光学効果光変調器(AOM)17と、ビームス
ポット18のフォーカシングを行う焦点補正器19と、
光学的ビーム15を液状光硬化型樹脂材7の液面7a上
における所定の位置に偏向するための偏向器20、21
等から成る。
キャナー等で上記レーザビーム発振器16から発振され
た光学的ビーム15を液状光硬化型樹脂材7の液面7a
に対する照射方向を偏向するようになっており、その一
方の偏向器20(以下、「X方向偏向器」と言う。)は
図2における左右方向(以下、この方向を「X方向」と
言う。)に光学的ビーム15を偏向するように配設さ
れ、また、他方の偏向器21(以下、「Y方向偏向器」
と言う。)は上記X方向と直交する方向(以下、「Y方
向」と言う。)に光学的ビーム15を偏向するように配
設されている。
高速で回動される回動軸22、22′を有する駆動部2
3、23′と回動軸22、22′に固定された例えば、
ガルバノミラー等の偏向ミラー24、24′とを備えて
いる。
うちX方向偏向器20はその回動軸22の軸方向が上記
Y方向と平行な方向に延びると共に偏向ミラー24が前
記エレベータ8のステージ9のほゞ真上に位置されてお
り、また、Y方向偏向器21はその回動軸22′の軸方
向が上下方向に沿って延びると共にその偏向ミラー2
4′の反射面24′aがX方向偏向器20の偏向ミラー
24の反射面24aに側方から対向するように配置され
ている(図2参照)。
ー24、24′の向きを変更することにより、光学的ビ
ーム15の照射方向の偏向と光学的ビーム15の走査速
度の変更を行うようになっている。
ーム15、例えば、波長が360nm(ナノメートル)
のアルゴンイオンレーザあるいは波長が325nmのヘ
リウムカドミウムレーザを発振するようになっており、
該レーザビーム発振器16から発振された光学的ビーム
15を所定の方向へ向けて順次全反射して前記Y方向偏
向器21の偏向ミラー24′に入射せしめるために全反
射ミラー25、26が配設されている。
と26との間に配置され、そこから先の光路への進行を
制御し、光学的ビーム15の光強度を変更するようにな
っている。
グレンズ等が用いられ、上記一方の全反射ミラー26と
Y方向偏向器21との間に配設されている。かかる焦点
補正器19は偏向ミラー24及び/又は24′の角度変
更に伴い、偏向ミラー24又は24′から液状光硬化型
樹脂材7の液面7aまでの光路長が変化してしまうの
で、液面7aに焦点を合わせるため光学的ビーム15の
フォーカシングを行うようになっている。
振された光学的ビーム15は、全反射ミラー25によっ
てAOM17へ向けて反射され、該AOM17における
スイッチング作用によってそこから先の光路への進行を
ON−OFF制御され、AOM17のスイッチングがO
Nであるときは全反射ミラー26に入射しかつここで焦
点補正器19へ向けて反射せしめられ、この焦点補正器
19を透過する際光束が絞られ、2つの偏向ミラー2
4′、24により順次反射されて液状光硬化型樹脂材7
に上方から照射される。
焦点補正器19によって光束を絞られることにより液状
光硬化型樹脂材7の液面7aに、常時、所定の径のビー
ムスポット18で集光照射され、また、X方向偏向器2
0の回動軸22が回動してその偏向ミラー24が揺動さ
れたときに液状光硬化型樹脂材7の液面7aを前記X方
向へ走査され、Y方向偏向器21の回動軸22′が回動
してその偏向ミラー24′が揺動されたときに液状光硬
化型樹脂材7の液面7aを前記Y方向へ走査される。
動させることによって為されるX方向でのライン走査
(以下、「Xライン走査」と言う。)が1つ終了する度
にY方向の偏向ミラー24′を揺動させてXライン走査
のY方向における位置を変えながら光学的ビーム15を
照射するか、あるいはY方向の偏向ミラー24′のみを
揺動させることによって為されるY方向でのライン走査
(以下、「Yライン走査」と言う。)が1つ終了する度
にX方向の偏向ミラー24を揺動させてYライン走査の
X方向における位置を変えながら光学的ビーム15を照
射することによって、ラスタスキャンによる照射が行な
われる。
するAOM制御部27と、焦点補正器19に制御信号を
出力する焦点制御部28と、2つの偏向器20、21に
各別に制御信号を出力する偏向器制御部29とを有す
る。
の各制御対象17、19、20、21への制御信号の出
力の指令タイミングについては後述する。
部で生成された走査速度データ(中間点群データ)に基
づき、その値に対応するRF(Radio Frequ
ency)パワー(光強度制御値)をAOM17に出力
することにより光学的ビーム15の光強度を制御する。
かかる制御は光学的ビーム15の光強度Pをこれとビー
ムスポット18の走査速度Vとの「積:V×P」が一定
であるようにして、これにより、ビームスポット18に
よる走査ラインの全長においてエネルギー密度が一定に
なり、硬化した走査ラインの深さ、幅等がその始端から
終端までほゞ一定にすることができる。
角度変更に伴う焦点距離の変動による焦点ボケ(例え
ば、図4において、液状光硬化型樹脂材7の液面7aの
点aでビームスポット18が合焦していたとき、偏向器
20、21の角度変更により、補正を行わなければその
合焦点は点b′となってしまう。これを補正して、ビー
ムスポット18の合焦点を液状光硬化型樹脂材7の液面
7a上の点bにする必要がある。)を補正するため、後
述する焦点位置算出部で算出された値に基づき、焦点補
正器19を移動させる(例えば、フォーカスレンズを光
軸方向へ移動させる)制御信号を焦点補正器19に出力
する。これにより、ビームスポット18のビーム径が液
状光硬化型樹脂材7の液面7aにおいて常に一定である
ように制御され、ビームスポット18の走査線上におけ
るエネルギー密度をほゞ一定にすることができる。
部で生成された走査速度データ(中間点群データ)に基
づき、X−Y座標算出部でX−Y座標値を算出し、これ
に基づき、X方向、Y方向のそれぞれの偏角の制御指令
を偏向器20、21に出力し、光学的ビーム15の偏向
及びビームスポット18の走査が為される。尚、ビーム
スポット18の走査速度は予め設定されて、データ処理
手段5に入力されており、これに基づき、上記偏向器2
0、21がその偏向角を変更するようになっている。
するすべてのCADデータが格納された立体造形情報記
憶部30と、上記エレベータ8を主に制御する一般制御
部31と、上記立体造形情報記憶部30に格納されたC
ADデータからある1つの等高断面における情報のみ抽
出する走査硬化層情報抽出部32と、予め設定したビー
ムスポット18の走査速度の変化を始点から終点まで表
わした速度曲線M(図5参照)における任意の点(以
下、「中間点」という。)の走査速度データ(以下、
「中間点群データ」という。)を算出する中間点群生成
部33と、該中間点群生成部33で生成された各中間点
群データに対応する液状光硬化型樹脂材7の液面7a上
のX−Y座標値を算出するX−Y座標算出部34と、該
X−Y座標算出部34で算出されたX−Y座標値に基づ
き焦点位置を算出する焦点位置算出部35とを有する
(図3参照)。
形状プログラミング装置、例えば、いわゆるCADに接
続されており、立体像イメージに関するすべてのCAD
データが格納される。
御するためのデータを立体造形情報記憶部30に入力さ
れた立体像イメージのCADデータに基づき算出し、こ
れをエレベータ制御器36に送出し、また、該エレベー
タ制御器36においては一般制御部31の指令信号と上
記エレベータ位置検出センサー14からのエレベータ8
の位置情報とに従い、ステッピングモータ12を制御す
るようになっている。
エレベータ制御器36からの指令によって駆動され、該
駆動は立体形状の形成動作が開始される時はエレベータ
8をそのステージ9が液状光硬化型樹脂材7の液面7a
より1階層ピッチ、即ち、立体像イメージを多数の等高
断面に分解したときの分解ピッチ分下方にある位置に移
動されるように制御され、また、上記形成動作が開始さ
れた後は1つの等高断面についての光学的ビーム15の
走査が終了する度にエレベータ8を1階層ピッチ分下方
へ移動するように制御される。
形情報記憶部30に入力された立体像イメージのうちあ
る1つの等高断面における造形領域である走査硬化層に
関する情報のみを抽出し、該走査硬化層のデータを中間
点群生成部33に出力する。
スポット18の走査速度に基づき、該ビームスポット1
8の走査速度の変化を始点から終点まで表わした速度曲
線Mを等時間間隔で分割した時点での中間点群データを
算出する。
度曲線Mを、図5に示すようにその「0」からの加速期
間の初期及び「0」までの減速期間の終期において、ビ
ーム走査速度の時間変化率の絶対値が徐々に変化するよ
うに、即ち、ビームスポット18がその1つの走査ライ
ンS上を走査するときにその走査初期と走査終期とはゆ
るやかに走査速度を増し又は減じるように設定し、ま
た、走査ラインにおける中間部分においてはある程度速
い走査速度になるようにされている。
位置精度を向上させると共に、ビームスポット18の平
均走査速度を上げて、立体形状の全体の造形時間の短縮
を図るためである。即ち、ビームスポット18の初期及
び終期の走査速度を速くした場合、このビームスポット
18の走査速度を決定しているのが機械的な偏向ミラー
24、24′の動きであり、制御信号の指令を受けてか
ら動作おw開始するまでに少なからず遅延があり、走査
ラインにおける始端と終端との位置精度の向上が図れ
ず、また逆に、全体にビームスポット18の走査速度を
遅くすると、立体形状の造形時間が掛かり過ぎるからで
ある。
18の設定走査速度の速度曲線Mを等時間間隔で分割し
て中間点群データを算出するようにしたが、本発明立体
形状造形方法並びにその装置はこれに限らず、不規則な
時点で分割した任意の点で中間点群データを算出するよ
うにしても良い。
データは上記AOM制御部27及びX−Y座標算出部3
4に出力される。
のレスポンスが比較的速いため、指令信号からAOM1
7の動作開始までの遅延が少なく、従って、後述するよ
うに、AOM17の動作と他の制御対象(焦点補正器1
9、偏向器20、21)の動作との同期を図るべく、A
OM17への指令信号の出力を遅らせるようになってい
る。
3で生成された中間点群データを受け、この各中間点に
対応するX−Y座標値を算出して焦点位置算出部35に
出力すると共に、X−Y座標値から偏向ミラー24、2
4′の角度情報を算出して、この角度情報を上記偏向器
制御部29に出力する。
た偏向器制御部29は、通常、偏向器20、21のレス
ポンスがAOM17よりは遅いが焦点補正器19よりも
速いため、指令信号から偏向器20、21の動作開始ま
での遅延がやや多く、従って、後述するように、偏向器
20、21の動作と他の制御対象(焦点補正器19)の
動作との同期を図るべく、偏向器20、21への指令信
号の出力をやや遅らせるようになっている。
は、偏向器20、21の角度変更に伴い、偏向器20、
21から液状光硬化型樹脂材7の液面7aまでの光路長
が変化してしまうので、液面7aに焦点を合わせてビー
ムスポット18のビーム径が常に一定になるようにその
フォーカスレンズを光軸方向に移動させるための焦点位
置情報を算出する。
5に入力されたX−Y座標値と予め入力されたX−Y座
標の各点における光学的ビーム15の焦点補正値のテー
ブルとを比較して、これに基づいて焦点補正器19を駆
動して光学的ビーム15のフォーカシングが行われる。
けた焦点制御部28は、通常、焦点補正器19のレスポ
ンスが偏向器20、21よりは遅いため、指令信号から
焦点補正器19の動作開始までの遅延が多く、従って、
焦点補正器19の動作と他の制御対象(AOM17、偏
向器20、21)の動作との同期を図るべく、焦点補正
器19への指令信号の出力を遅らせるようになってい
る。
向器20、21の動作タイミングが一致するように、各
制御部27、28、29から制御信号が出力される(図
6参照)。即ち、レスポンスのもっとも悪い焦点補正器
19に先ず指令信号を発し、次に、焦点補正器19と偏
向器20、21とのレスポンスの差分を遅らせて偏向器
20、21に指令信号を発し、更に、偏向器20、21
とAOM17とのレスポンスの差分を遅らせてAOM1
7に指令信号を発する。これにより、AOM17、焦点
補正器19、偏向器20、21は同時に動作を開始し、
従って、上記走査ラインの始端又は終端において上述の
ような欠損、だまが発生することはない。尚、各制御対
象17、19、20、21のレスポンスはその制御対象
17、19、20、21の固有のものであり、予め計算
することができる。
段における処理手順を示す、フローチャートである。
硬化型樹脂材7の一方向(例えば、X方向)の走査にお
ける偏向器20の動作、X方向走査が終了したときの走
査ラインの変更及びエレベータ8の昇降動作についての
制御は前記従来例と同じなのでその説明は省略し、以
下、一方向におけるライン走査における各制御対象のタ
イミングを合せるための各処理手段における処理手順を
説明する。
た立体像イメージに関するすべてのCADデータからあ
る1つの等高断面における情報のみを走査硬化層情報抽
出部32において抽出する(図7(S1)参照)。
抽出した等高断面情報から、中間点群生成部33におい
て、予め設定したビームスポットの走査速度の変化を走
査ラインの始端から終端まで表わした速度曲線Mにおけ
る中間点の中間点群データを生成する(図7(S2)参
照)。
−Y座標算出部34においてX−Y座標値を算出する
(図7(S3a)参照)。
中間点群生成部33で生成した中間点群データに基づい
て、かかる中間点群データと出力する光強度の積が一定
になるように、光強度制御値を演算し(図7(S3b)
参照)、次に、その光強度制御値を基に、偏向器20、
21の応答特性に合せて光強度制御値を補正する(図7
(S4b)参照)。これにより、光強度の変化とビーム
スポット18の走査速度の同期がとれ、造形精度が向上
する。
算出部34が算出したX−Y座標値に対する焦点位置を
算出し(図7(S3c)参照)、該焦点位置の値を基
に、焦点位置の制御値(フォーカスレンズの光軸方向に
おける位置)を算出する(図7(S4c)参照)。
−Y座標算出部34から受けたX−Y座標値を基に、偏
向器20、21の制御値(偏角)を算出する(図7(S
4a)参照)。
28、偏向器制御部29により得られた制御値により、
各制御対象(AOM17、焦点補正器19、偏向器2
0、21)をこれら制御対象の動作開始が同じになるよ
うなタイミングに制御することにより、液状光硬化型樹
脂材7の液面7a上でエネルギー密度を一定に保ちつつ
光学的ビーム15を走査させ、立体形状を高精度に造形
することができる(図7(S5)参照)。
に、本発明立体形状造形方法並びにその装置によれば、
共通の速度情報に基づき、光学的ビームの強度と光学的
ビームの偏向を制御するため、光学的ビームの強度と光
学的ビームの偏光との同期がとり易く、従って、走査ラ
インにおいて、欠損、だまの発生を少なくすることがで
きる。
その装置によれば、走査速度データを予め計算し、任意
の中間点で光学ビームの光強度を制御するようにしたの
で、光学ビームの光強度を予測的に制御することがで
き、光学的ビームの光強度を遅延なく、所定のタイミン
グで制御することができる。また、光学的ビームの光強
度を上記ビームスポットの走査速度に比例するようにし
たので、エネルギー密度を走査ライン上においてほゞ一
定にすることができ、よって、硬化した走査ラインの深
さ、幅等をその始端から終端まで一定にすることができ
る。
びにその装置によれば、走査速度データを予め計算し、
各制御対象に対する信号の指令から各制御対象の実際の
動作開始までの遅延時間を演算したので、各制御対象を
常に同時に動作開始させることができ、ビームスポット
の始端と終端との位置精度の向上を図ることができ、こ
れにより、ビームスポットを高速で走査させても、各制
御対象の動作開始にズレが生ずることはなく、従って、
立体形状の造形の高速化を図ることができる。
タ処理手段等の情報処理装置は、それぞれ別体に構成し
た具体例として図3に示したが、これに限らず、それぞ
れの各機能を備えている限り、これらを任意の組合せで
組み合せて情報処理装置を構成しても良いことは勿論で
ある。
の走査がラスタースキャンであるものについて説明した
が、本発明はこれに限らず、ベクトルスキャンに適用す
ることもできる。かかる場合、X方向の偏向ミラーとY
方向の偏向ミラーの両方を同時に揺動することによっ
て、光学的ビームを二次元の方向性を有するようにす
る。
形状ないし構造等は、本発明立体形状造形方法並びにそ
の装置の実施に当っての具体化のほんの一例を示したも
のにすぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定
的に解釈されてはならない。
その装置の一例を示すものであり、本図は立体形状造形
装置を示す概略斜視図である。
る。
図である。
である。
図である。
明するためのフローチャート図である。
図である。
示すグラフ図である。
Claims (13)
- 【請求項1】 光学的ビームを偏向して液状光硬化型樹
脂材の液面上においてビームスポットを走査させ、かか
るビーム照射により任意に設計された立体像イメージの
水平方向で分解された等高断面の形状に応じたパターン
の硬化樹脂層を形成し、次いで、該硬化樹脂層の上に液
状光硬化型樹脂材を位置させて、再び、液状光硬化型樹
脂材の液面をビーム照射して硬化樹脂層を積層するとい
うように硬化樹脂層を順次に積層していって任意の立体
形状を造形する立体形状造形方法であって、 上記ビームスポットの速度情報に基づき、光学的ビーム
の光強度及び光学的ビームの偏向を制御するようにした
ことを特徴とする立体形状造形方法。 - 【請求項2】 光学的ビームを偏向して液状光硬化型樹
脂材の液面上においてビームスポットを走査させ、かか
るビーム照射により任意に設計された立体像イメージの
水平方向で分解された等高断面の形状に応じたパターン
の硬化樹脂層を形成し、次いで、該硬化樹脂層の上に液
状光硬化型樹脂材を位置させて、再び、液状光硬化型樹
脂材の液面をビーム照射して硬化樹脂層を積層するとい
うように硬化樹脂層を順次に積層していって任意の立体
形状を造形する立体形状造形装置であって、 光学的ビームの光強度を調整する光変調器と、 光学的ビームの偏向を行う偏向器とを備え、 上記光変調器及び偏向器を上記ビームスポットの速度情
報に基づき制御するようにしたことを特徴とする立体形
状造形装置。 - 【請求項3】 光変調器が、音響光学効果光変調器(A
OM)であることを特徴とする請求項2に記載の立体形
状造形装置。 - 【請求項4】 偏向器が、光学的ビームを反射させる反
射体と該反射体の向きを変更する駆動部とから成る機械
的な偏向器であることを特徴とする請求項2に記載の立
体形状造形装置。 - 【請求項5】 光変調器が、音響光学効果光変調器(A
OM)で、偏向器が、光学的ビームを反射させる反射体
と該反射体の向きを変更する駆動部とから成る機械的な
偏向器であることを特徴とする請求項2に記載の立体形
状造形装置。 - 【請求項6】 光学的ビームを偏向して液状光硬化型樹
脂材の液面上においてビームスポットを走査させ、かか
るビーム照射により任意に設計された立体像イメージの
水平方向で分解された等高断面の形状に応じたパターン
の硬化樹脂層を形成し、次いで、該硬化樹脂層の上に液
状光硬化型樹脂材を位置させて、再び、液状光硬化型樹
脂材の液面をビーム照射して硬化樹脂層を積層するとい
うように硬化樹脂層を順次に積層していって任意の立体
形状を造形する立体形状造形方法であって、 上記ビームスポットの走査速度を、「0」からの加速期
間の初期及び「0」までの減速期間の終期において、ビ
ーム走査速度の時間変化率の絶対値が徐々に変化するよ
うに設定し、 また、該ビームスポットの速度情報に基づき、各等高断
面のデータにより任意の中間点におけるビームスポット
の走査速度データを予め生成し、 これら中間点群のビームスポットの走査速度データに基
づき、上記光学的ビームの光強度を上記ビームスポット
の速度に比例するように制御したことを特徴とする立体
形状造形方法。 - 【請求項7】 光学的ビームを偏向して液状光硬化型樹
脂材の液面上においてビームスポットを走査させ、かか
るビーム照射により任意に設計された立体像イメージの
水平方向で分解された等高断面の形状に応じたパターン
の硬化樹脂層を形成し、次いで、該硬化樹脂層の上に液
状光硬化型樹脂材を位置させて、再び、液状光硬化型樹
脂材の液面をビーム照射して硬化樹脂層を積層するとい
うように硬化樹脂層を順次に積層していって任意の立体
形状を造形する立体形状造形装置であって、 光学的ビームの光強度を制御する光変調器を備え、 各等高断面のデータにより任意の中間点におけるビーム
スポットの走査速度データを予め生成し、 これら中間点群のビームスポットの走査速度データに基
づき、上記光学的ビームの光強度を上記ビームスポット
の速度に比例するように制御したことを特徴とする立体
形状造形装置。 - 【請求項8】 光変調器が、音響光学効果光変調器(A
OM)であることを特徴とする請求項7に記載の立体形
状造形装置。 - 【請求項9】 光学的ビームを偏向して液状光硬化型樹
脂材の液面上においてビームスポットを走査させ、かか
るビーム照射により任意に設計された立体像イメージの
水平方向で分解された等高断面の形状に応じたパターン
の硬化樹脂層を形成し、次いで、該硬化樹脂層の上に液
状光硬化型樹脂材を位置させて、再び、液状光硬化型樹
脂材の液面をビーム照射して硬化樹脂層を積層するとい
うように硬化樹脂層を順次に積層していって任意の立体
形状を造形する立体形状造形方法であって、 各等高断面のデータにより任意の中間点におけるビーム
スポットの走査速度データを予め生成し、 光学的ビームの光強度を調整する光変調器と、光学的ビ
ームの偏向を行う偏向器と、ビームスポットのフォーカ
シングを行う焦点補正器の各制御対象に対する信号の指
令から各制御対象の実際の動作開始までの遅延を演算
し、これら制御対象の動作が同時に開始するように各制
御対象を制御するようにしたことを特徴とする立体形状
造形方法。 - 【請求項10】 光学的ビームを偏向して液状光硬化型
樹脂材の液面上においてビームスポットを走査させ、か
かるビーム照射により任意に設計された立体像イメージ
の水平方向で分解された等高断面の形状に応じたパター
ンの硬化樹脂層を形成し、次いで、該硬化樹脂層の上に
液状光硬化型樹脂材を位置させて、再び、液状光硬化型
樹脂材の液面をビーム照射して硬化樹脂層を積層すると
いうように硬化樹脂層を順次に積層していって任意の立
体形状を造形する立体形状造形装置であって、 光学的ビームの光強度を調整する光変調器と、 光学的ビームの偏向を行う偏向器と、 ビームスポットのフォーカシングを行う焦点補正器とを
備え、 各等高断面のデータにより任意の中間点におけるビーム
スポットの走査速度データを予め生成して、 上記光変調器、偏向器及び/又は焦点補正器の各制御対
象に対する信号の指令から各制御対象の実際の動作開始
までの遅延を演算し、これら制御対象の動作が同時に開
始するように各制御対象を制御するようにしたことを特
徴とする立体形状造形装置。 - 【請求項11】 光変調器が、音響光学効果光変調器
(AOM)であることを特徴とする請求項10に記載の
立体形状造形装置。 - 【請求項12】 偏向器が、光学的ビームを反射させる
反射体と該反射体の向きを変更する駆動部とから成る機
械的な偏向器であることを特徴とする請求項10に記載
の立体形状造形装置。 - 【請求項13】 光変調器が、音響光学効果光変調器
(AOM)で、偏向器が、光学的ビームを反射させる反
射体と該反射体の向きを変更する駆動部とから成る機械
的な偏向器であることを特徴とする請求項10に記載の
立体形状造形装置。
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