JPS61116320A - 立体形状形成装置 - Google Patents

立体形状形成装置

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JPS61116320A
JPS61116320A JP59237053A JP23705384A JPS61116320A JP S61116320 A JPS61116320 A JP S61116320A JP 59237053 A JP59237053 A JP 59237053A JP 23705384 A JP23705384 A JP 23705384A JP S61116320 A JPS61116320 A JP S61116320A
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JP
Japan
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photocurable resin
cured
light
resin material
dimensional
Prior art date
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Application number
JP59237053A
Other languages
English (en)
Inventor
Takashi Morihara
隆 森原
Fumitaka Abe
安部 文▲たか▼
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPS61116320A publication Critical patent/JPS61116320A/ja
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/12Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
    • B01J19/121Coherent waves, e.g. laser beams

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は3次元的な立体情報を模型化表示するための立
体形状を、容易に形成し得る立体形状形成装置に関する
ものである。
3次元的な立体情報を表示する方法として、ホログラフ
ィ−による立体視表示、透視図表示、投影図表示及び等
高線表示等が開発され、一般に広く用いられている。こ
れらはホログラフィ−を除いて、何れも3次元情報を2
次元情報に変換する手順が含まれており、表示した立体
形状を直感的に把握し、充分に理解するには必ずしも満
足し得る技法とは言えない。
この点、前記ホログラフィ−は視覚的、感覚的に上記の
技法より極めて有利であるが、立体形状を得るのに再生
装置が必要であり、又、実在しない仮想物体を表示する
ことが困難である。
このようなことから立体情報を感覚的に把握し理解し易
くするためには、模型等の立体形状を作成することが最
善であるが、該模型の作成は多くの工数と費用がかかり
容易でない。そこで上記模型的な立体形状を形成する方
法として光照射により硬化する光硬化性樹脂を用い、複
雑な立体模型形状を形成する方法が提案されている。
しかしこの方法では、複数枚のフォトマスクを必要とし
たり、また光照射に光ファイバーを利用し、光ファイバ
端を機械的に移動させている関係上、精度が充分で無く
、かつ作成に長時間を要し、高精度化と所要時間の短縮
が要望されている。
〔従来の技術〕
従来、光硬化性樹脂を用い、光照射によって3次元的な
立体情報を表示する模型形状を形成する方法として、複
数枚のフォトマスクを用いる方法と、光照射用光フアイ
バ一端をX−Yプロフタで操作する方法とがある。
即ち、前者の方法は、例えば作成すべき模型形状を幾つ
かの輪切り状に分割した断面情報パターンを有する複数
枚のフォトマスクla、、1b、 lcを用意しておき
、第10図に示すように、例えば前記複数枚のフォトマ
スクla、 lb、 lcの内の第1フオトマスクla
を、液状の光硬化性樹脂4が収容された容器2上に配置
し、紫外線光源5からの紫外線を該第1フオトマスク1
aを通して前記光硬化性樹脂4aに選択的に照射して露
光硬化させる。
次に該第1フオトマスク1aを除き、第11図に示すよ
うに容器2中の昇降支持板3を、所定寸法値だけ降下さ
せ、該昇降支持板3上の既に密着形成された第1硬化樹
脂層4a’上に、周囲から未硬化の液状光硬化性樹脂4
bを流入せしめ、新たな未硬化液状の光硬化性樹脂4b
面を設ける。
更に、該光硬化性樹脂4b面を有する容器2上に第2フ
オトマスク1bを配置し、同様に紫外線を該第2フオト
マスク1bを通して前記光硬化性樹脂4bに選択的に照
射して露光硬化し、第2硬化樹脂層4b”を積層形成す
る。
以下同様にして第12図に示すように新たな未硬化液状
の光硬化性樹脂4C面を設け、第3フオトマスクICを
用いて露光操作を繰り返し、全操作を完了することによ
り、最終的に未硬化液状の光硬化性樹脂4中に立体硬化
樹脂像が積層形成される。
この立体硬化樹脂像を未硬化液状の光硬化性樹脂4中よ
り引き上げ、希アルカリ洗浄液で未硬化液状光硬化性樹
脂4を洗い流すことにより、第13図に示すように所望
とする3次元的立体情報を表示する模型形状6を作成し
ている。
又、後者の方法は、第14図に示すように図示しない容
器内に収容された液状の光硬化性樹脂48面上に、紫外
線光源5から紫外線を導く光ファイバ11を取り付けた
X−Yプロッタ12を、作成すべき模型形状を幾つかに
輪切り状に分割した断面情報パターンの内の、第1の断
面情報パターンに対応して移動操作して直接に紫外線照
射を行い、該樹脂4aを選択的に露光硬化させる。
以下、光ファイバ11を取り付けたX−Yブロック12
による紫外線照射と前者の方法に準じて露光操作を繰り
返し、第12化樹脂層4al上に第2゜第3硬化樹脂層
を積層して、最終的に未硬化液状の光硬化性樹脂4中に
積層状の立体硬化樹脂像を形成する。
この立体硬化樹脂像を未硬化液状の光硬化性樹脂4中よ
り引き上げ、希アルカリ洗浄液で未硬化液状光硬化性樹
脂4を洗い流すことにより、所望の3次元的立体情報を
表示する模型形状を作成している。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで前者の方法においては、前記複数枚のフォトマ
スクla、 lb、 lcを予め作成用意して置かなく
てはならず、更に、未硬化液状の光硬化性樹脂4の供給
と共に、前記複数枚のフォトマスク1a+Ib、 lc
を順次交換して紫外線露光を行うため、これらの操作が
煩雑となるばかりでなく、模型形状を作成するのに比較
的長時間を要する欠点がある。
又、後者の光ファイバ11を取り付けたX−Yブロック
12を用いた方法では、前記した如き複数枚のフォトマ
スクla、 lb、 lcを取り扱う煩雑さはないが、
光ファイバ11を取り付けたX−Yブロック12による
紫外線照射部の移動が機械的に行われるため、露光速度
を高めるにも自と限界がある。
しかも、各断面情報パターンに対応して紫外線照射を行
う、所謂露光時間は該断面情報パターンの複雑さに依存
して増加するため、作成すべき模型形状の複雑さに比例
して作成に長時間を要する欠点があった。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点は、光照射によって硬化する特性を有する光
硬化性樹脂に光を選択的に照射し、硬化した層を積層す
ることによって立体形状を形成する立体形状形成装置に
おいて、レーザ光源と該レーザ光源から出射したレーザ
ビームを制御回路部からの形状データ信号により強度変
調を行う光変調器と該光変調器の出力を偏向走査する光
偏向器とを具えたレーザビーム走査光学系と、レーザビ
ーム走査方向に直交する水平方向へ光硬化性樹脂を移動
する第一の移動機構と、光照射終了後、既照射によって
硬化した光硬化性樹脂を、その光照射面と垂直な方向に
移動する第二の移動機構とを具え、硬化した光硬化性樹
脂層上に、新たな光硬化性樹脂層を供給してレーザビー
ム走査により当該新たな樹脂層を露光硬化するようにし
た構成よりなる本発明による立体形状形成装置によって
解決される。
〔作用〕
即ち、本発明は第1図に示すように形状形成用容器に収
容した光硬化性樹脂に対する光照射手段として、高エネ
ルギー密度が得られるレーザ光源21と光変調器22及
び光偏向器23からなるレーザビーム走査光学系を用い
、立体形状データ信号に基づいて、レーザビームの強度
変調、レーザビーム走査、形状形成用容器25を水平方
向に移動する第一の移動機構26と、光硬化性樹脂材の
供給機能を有し、かつ光硬化した硬化樹脂層の光照射面
を垂直方向に移動する第二の移動機構27等を制御回路
24によって制御することにより、形状形成用容器25
に収容した光硬化性樹脂に対して直接レーザビームを高
速に走査し、所望とする立体形状を自動的に積層形成す
ることを可能にしている。
〔実施例〕
以下図面を用いて本発明の実施例について詳細に説明す
る。
第2図は本発明に係る立体形状形成装置の一実施例を示
す概略構成斜視図である。
同図において31は大きな光エネルギー密度のレーザビ
ームを出射し得るレーザ装置、32は例えば音響光学効
果、電気光学効果、或いは磁気光学効果等の機能素子を
用いた光変調器、33は回転多面鏡からなる光偏向器で
あり、34は反射鏡、35は走査用反射鏡である。
又、36は制御回路であり、光変調器32の光強度変調
、光偏向器33によるレーザビーム走査、光硬化性樹脂
材40を収容した形状形成用容器37を、レーザビーム
走査方向と直交する水平方向に移動する第一の移動機構
38及び該形状形成用容器37に対する樹脂材供給タイ
ミング、供給量等の供給機能と光硬化した硬化樹脂層を
光照射面と垂直な方向に移動する機能を兼ね備えた第二
の移動機構39等の制御を一括して行うものである。
しかして、当該装置を適用して3次元的な立体情報を表
示する所望の立体模型形状を形成するには、前記制御回
路36からの作成すべき立体模型形状を幾つかの輪切り
状に分割した断面情報パターン信号に基づいて、先ず液
状の光硬化性樹脂材40が充満した形状形成用容器37
内に設けた昇降支持板4Iを、前記第二の移動機構39
により所定深さ寸法分だけ降下させて該昇降支持板41
上に、第3図に示すように光照射により硬化し得る深さ
に第1光硬化性樹脂材40aを設けた状態(供給状態)
とする。
次にレーザ装置31からのレーザビーム42を、前記制
御回路36からの第1分割断面情報パターン信号に基づ
き光変調器32、反射鏡34、回転多面鏡からなる光偏
向器33及び走査用反射鏡35を経て第4   図に示
すように前記第1光硬化性樹脂材40a上に、矢印Yの
方向に走査すると共に、該レーザビーム走査に同期して
該第1光硬化性樹脂材40aを収容した形状形成用容器
37を、第一の移動機構38により矢印X方向に移動し
て露光を与え、第1硬化樹脂層40a”を形成する。
次に該第1硬化樹脂層40a’を形成し終わると同時に
、前記樹脂材供給機構38により前記容器37内の昇降
支持板41を、更に所定深さ寸法分だけ降下させ、第5
図に示すように該昇降支持板41上の既に密着形成され
た第1硬化樹脂層40a°上に、周囲から未硬化の光硬
化性樹脂40を流入せしめ、光照射により硬化し得る深
さに新たな未硬化液状の第2光硬化性樹脂材40bを最
初の前記第1光硬化性樹脂材40aの表面レベルと一致
するように供給する。
次に、第6図に示すように第2光硬化性樹脂材40b上
に、同様にしてレーザ装置31からのレーザビーム42
を、前記制御回路36からの第2分割断面情報パターン
信号に基づき光変調器32、反射鏡34、回転多面鏡か
らなる光偏向器33及び走査用反射鏡35を経て矢印Y
の方向に走査すると共に、前記形状形成用容器37も矢
印X方向に移動して露光を与え、第7図に示すように既
に形成された第1硬化樹脂層40a゛上に第2硬化樹脂
層40b”を積層形成する。
その後、このようにして積層形成された立体硬化樹脂像
を形状形成用容器37内の未硬化液状の光硬化性樹脂材
40a、 40b中より引き上げ、希アルカリ洗浄液等
により未硬化液状光硬化性樹脂材40a。
40bを洗い流すことにより、第8図に示すように所望
とする3次元的立体情報を表示する模型形状43を高速
で、かつ自動的に形成することが可能となる。
尚、以上の実施例では作成すべき立体模型形状を、その
高さ方向に輪切り状に2分割した断面情報パターン信号
に基づいて、第1.第2光硬化樹脂層を積層した2層構
成で形成した場合について説明したが、本発明の装置は
この例に限定されるものではな(、必要に応じて作成す
べき立体模型形状を、輪切り状に2分割以上に分割した
断面情報パターン信号に基づいて光硬化樹脂層を分割し
た層数だけ積層して多層構成に形成出来ることは言うま
でもない。
第9−は本発明に係る立体形状形成装置の一実□ 絶倒
を示す概略構成斜視図であり、第2図と同等部分には同
一符合を付した。
第9図による実施例が第2図の実施例と異なる点は、レ
ーザビーム走査光学系における光変調器32と回転多面
鏡からなる偏向器33との間に複数のレンズ51.52
と、又、回転多面鏡からなる偏向器33と走査反射鏡3
5との間に、該偏向器33によって走査されるレーザビ
ーム42を、照射すべき光硬化性樹脂材40の表面に対
して等速度走査に変換する機能を有するfθレンズ53
とを設置したことである。
本実施例の構成では、fθレンズ53の焦点を光硬化性
樹脂材40の表面に設定することにより、該焦点でのレ
ーザビーム径を微小径とすることができ、ビームエネル
ギーの集中照射が可能となる。
この結果、3次元的立体情報を表示する立体模型形状5
4を精度の良く高速、かつ自動的に形成することが可能
となる。
尚、以上の各実施例では光硬化した硬化樹脂層上に未硬
化の光硬化性樹脂を供給する方法として、昇降支持板を
所定深さ方向に降下し、容器中の液状光硬化性樹脂を前
記硬化樹脂層上にオーバーフローさせることにより供給
する場合の例で説明したが、本発明はこの例に限定され
るものでは無く、例えば硬化した光硬化性樹脂層上に未
硬化の光硬化性樹脂を容器外の樹脂供給手段により供給
するようにしてもよい。
〔発明の効果〕
゛ 以上の説明から明らかなように、本発明に係る立体
形状形成装置によれば、光硬化性樹脂材を選択的に露光
硬化させる手段としてレーザビーム走査手段を用いてい
るので、簡単な形成操作により所望とする立体模型形状
を高速で、かつ自動的に形成することが可能となる優れ
た利点を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る立体形状形成装置の一実施例を説
明するための構成図、 第2図は本発明に係る立体形状形成装置の一実施例を示
す要部概略斜視図、 第3図乃至第8図は本発明の立体形状形成装置による立
体模型形状の形状方法を説明するための斜視図、 第9図は本発明に係る立体形状形成装置の他の実施例を
示す要部概略斜視図、 第10図乃至第14図は従来の立体模型形状の形成方法
を説明するための説明図である。 図中、21はレーザ光源、22.32は光変調器、23
゜33は光偏向器、24.36は立体形状データ信号制
御回路、25.37は形状形成用容器、26.38は第
一の移動機構、27.39は第二の移動機構、34は反
射鏡、35は走査反射鏡、40は光硬化性樹脂材、40
aは第1光硬化性樹脂材、40bは第2光硬化性樹脂材
、40a”は第1硬化樹脂層、40b゛は第2硬化樹脂
層、41は昇降支持板、42はレーザビーム、43は立
体模型形状、51.52はレンズ、53はfθレンズを
それぞれ示す。 第1図 第2図 第7I121       第8 tm第 9 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 光照射によって硬化する特性を有する光硬化性樹脂に光
    を選択的に照射し、硬化した層を積層することによって
    立体形状を形成する立体形状形成装置において、レーザ
    光源と該レーザ光源から出射したレーザビームを制御回
    路部からの形状データ信号により強度変調を行う光変調
    器と該光変調器の出力を偏向走査する光偏向器とを具え
    たレーザビーム走査光学系と、レーザビーム走査方向と
    直交する水平方向へ光硬化性樹脂を移動する第一の移動
    機構と、光照射終了後、既照射によって硬化した光硬化
    性樹脂をその光照射面と垂直な方向に移動する第二の移
    動機構とを具え、硬化した光硬化性樹脂層上に、新たな
    光硬化性樹脂層を供給してレーザビーム走査により当該
    新たな樹脂層を露光硬化するようにしたことを特徴とす
    る立体形状形成装置。
JP59237053A 1984-11-09 1984-11-09 立体形状形成装置 Pending JPS61116320A (ja)

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