JPS6223719A - 立体形状形成装置 - Google Patents

立体形状形成装置

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JPS6223719A
JPS6223719A JP60164488A JP16448885A JPS6223719A JP S6223719 A JPS6223719 A JP S6223719A JP 60164488 A JP60164488 A JP 60164488A JP 16448885 A JP16448885 A JP 16448885A JP S6223719 A JPS6223719 A JP S6223719A
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JP
Japan
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resin material
laser beam
scanning
reflecting mirror
dimensional
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JP60164488A
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English (en)
Inventor
Takashi Morihara
隆 森原
Fumitaka Abe
文隆 安部
Satoshi Itami
伊丹 敏
Tadashi Ogasawara
正 小笠原
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive 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
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124Processes 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
    • B29C64/129Processes 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
    • B29C64/135Processes 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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  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
  • Heating, Cooling, Or Curing Plastics Or The Like In General (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

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】 〔1既  要〕 本発明は3次元的な立体情報を表示する立体形状を、光
硬化型樹脂とレーザビーム光学系を用いて形成する装置
において、上記レーザビーム光学系における集光レンズ
から出射するレーザビームを反射して液状光硬化型樹脂
材面へ照射する反射鏡を、該集光レンズの出射ビームの
光軸方向に移動する移動機構により移動調整可能とし、
高さ方向に変位する前記樹脂面に対するレーザビームの
集光レベル位置を設定する構成とすることにより、装置
構成を大型化することなく、形成する立体形状の大型化
にも対処できる形成装置を提供し得るようにしたもので
ある。
〔産業上の利用分野〕
本発明は液状光硬化型樹脂材にレーザビーム光学系を用
いて選択的に露光硬化を行い、3次元立体情報を表示す
る立体模型形状を形成する立体形状形成装置に係り、特
に高さ方向に変位する液状光硬化型樹脂面に対するレー
ザビームの集光照射レベル位置を走査反射鏡移動機構に
より容易に調整可能とした装置構成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、透視図表示
、投影図表示、等高線表示、或いはホログラフィ−によ
る立体視表示等が開発され、一般に広く用いられている
。しかし1、これらの方法は何れも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でき
るものではなく、また実在しない立体仮想物体や立体的
な鳥諏図などを形成表示することは容易でない。
このようなことから、近来、立体情報を直感的に把握し
、理解し易く表示するために、模型的な立体形状を比較
的容易に形成する方法として、例えば光硬化型樹脂とレ
ーザビーム光学系を用い、該光硬化型樹脂を立体情報に
基づいて選択的に光硬化せしめて、複雑な立体模型形状
を積層状に形成することが提案されている。
ところでこのような形成方法に用いられる形成装置にあ
っては、立体情報に基づいて光硬化型樹脂を選択的に光
硬化させ、その選択的に光硬化させた樹脂を順に積層形
成するために、光硬化型樹脂収容容器を上下方向に移動
させる昇降機構と走査反射鏡の設置構成とが装置構成上
かなり大型となる問題があり、これに伴って当該装置も
大型化されることから、これらの小型化が要望されてい
る。
〔従来の技術〕
従来、光硬化型樹脂を用い、レーザビーム照射手段によ
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
には、先ず第7図(a)に示すように昇降可能な副走査
台2に載置された樹脂材収容容器1内に、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厚さに対応す
る第−要分の液状光硬化型樹脂材5を供給すると共に、
その供給した樹脂材5表面が照射するレーザビーム4の
焦点位置となるように副走査台2を上下方向に微調整す
る。
次に第7図(′b)に示すように前記樹脂材5表面に対
し、作成すべき立体模型形状を幾つかの輪切り状に分割
した立体形状パターン信号に基づいてし一ザビーム光学
系から走査反射鏡3を反射したレーザビーム4、または
前記副走査台2をX、Y方向に移動走査してレーザビー
ム照射を行い、選択的に露光硬化させた第一硬化樹脂層
5aを形成する。
次に第7図(C)に示すように第二層分の液状光硬化型
樹脂材6を供給すると共に、その供給した樹脂材6表面
が照射するレーザビーム4の焦点位置となるように再度
、副走査台2を上下方向に微調整した後、第7図(d+
に示すように該樹脂材6表面に前記立体形状パターン信
号に基づき、同様にしてレーザビーム照射を行い、選択
的に露光硬化させた第二硬化樹脂層6aを形成する。
以下同様の工程により第7図(61に示すように第二層
分の液状光硬化型樹脂材7を選択的に露光硬化させて第
三硬化樹脂層7aを形成することにより、最終的にこれ
ら液状光硬化型樹脂材中に積層状の立体硬化樹脂像が形
成される。
この立体硬化樹脂像を該液状光硬化型樹脂材中より取り
出し、洗浄溶液等で液状光硬化型樹脂材を洗い流すこと
によって、第°7図(f)に示すように所望とする3次
元的な立体情報を表示する立体模型形状8を作成してい
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで上記のような従来の形成方法においては、前記
樹脂材収容容器1の深さが作成する立体模型形状8の高
さ寸法以上必要であり、またレーザビーム照射に用いる
走査反射鏡3と該樹脂材収容容器1を載置した前記副走
査台2上との間隔寸法は、前記作成する立体模型形状8
の高さの少なくとも2倍以上を必要としている。
また昇降可能な副走査台2としては、液状光硬化型樹脂
材が充填された収容容器1の重量を支持し、かつ昇降操
作するため、その昇降駆動系に大きなトルクが要求され
ると共に、該昇降機構部の強度もある程度必要であり、
このようなことから形成すべき立体形状が大型となるに
従って当該装置の構成が大型化され、操作が煩雑となり
、またコスト高となる欠点があった。
本発明はこのような従来の欠点に鑑み、液状光硬化型樹
脂材の供給により変位する樹脂材面に対するレーザビー
ムの焦点位置を調整するために、副走査台の昇降機構を
用いることなく、該レーザビームの焦点位置調整を簡単
な機構によって可能とし、形成すべき立体形状の大型化
に対しても装置をl・要最小限の大きさで対処できる新
規な立体形状形状装置を提供することを目的とするもの
である。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は上記目的を達成するため、第1図に示すように
立体形状を形成する装置において、レーザ装置21、光
変調器22、反射鏡23、レンズ24.25、回転多面
鏡26、fθレンズ27及び走査反射鏡28からなるレ
ーザビーム光学系における集光レンズ、即ちfθレンズ
27から出射するレーザビーム29を反射せしめて、樹
脂材収容容器31内の液状光硬化型樹脂材33面へ照射
する前記走査反射鏡28を、該fθレンズ27の出射ビ
ームの光軸方向に移動する移動機構30により移動調整
可能とし、樹脂材収容容器31内で高さ方向に順次変位
する前記樹脂材33の表面に対するレーザビーム29の
焦点レヘル位閾を設定するように構成する。
〔作 用〕
このように走査反射鏡28をレーザビーム29の光軸方
向に移動させて、樹脂材33の表面に対するレーザビー
ム29の焦点レベル位置を調整する簡単な構成とするこ
とにより、液状光硬化型樹脂材33による立体形状の積
層形成時に、順次変位する前記樹脂材33の表面に対す
るレーザビーム29の焦点位置調整が容易に、かつ高精
度に行うことが可能となる。
また形成すべき立体形状の大型化に伴う装置構成の大型
化が解消される。
〔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1図は本発明に係る立体形状形成装置の一実施例を示
す概鵬構成図である。
図において、21はレーザ装置、22は電気光学効果、
或いは磁気光学効果等の機能素子を用いた光変調器、2
3は反射鏡、24.25はレンズ、26は回転多面鏡、
27はfθレンズ、28は走査反射鏡であり、これらに
よりレーザビーム光学系が構成されている。
また31は液状光硬化型樹脂材33が収容された樹脂材
収容容器であり、−該収容容器31は矢印Aの方向に移
動走査可能な副走査台32に載置されている。
そして上記レーザ装置21から出射されたレーザビーム
29は光変調器22により変調され、反射鏡23により
反射された後、レンズ24.25により適当なビーム径
に変換され、回転多面鏡26によって偏向される。更に
fθレンズ27により等速度走査され、走査反射鏡28
により樹脂材収容容器31内の液状光硬化型樹脂材33
0表面を照射し、選択的に露光硬化せしめて光硬化樹脂
層33aを形成する。
尚、走査反射鏡28はfθレンズ27からの出射ビーム
29の光軸方向に移動する移動機構30により移動調整
可能となっており、第2図に示すように該走査反射鏡2
8が初期の定位置にある時、fθレンズ27の焦点は、
樹脂材収容容器31の底面に設定されている。
上記fθレンズ27から焦点位置までの光路長Cは、f
θレンズ27と走査反射鏡28間の距離aと走査反射鏡
28と焦点位置間の距離すとの和で与えられ、前記fθ
レンズ27の特性によって決定される。
従って走査反射鏡28を移動機構30によりfθレンズ
27から遠ざけることにより前記距離すは短くなり、焦
点位置が上方に移動することから、樹脂材収容容器31
の底面に設定されているfθレンズ27の焦点位置を、
該樹脂材収容容器31内にtの厚さに供給された液状光
硬化型樹脂材33の表面に設定する場合には、fθレン
ズ27に対して走査反射鏡2日を移動機構30により前
記樹脂材33の厚さtに相当する距離tだけ移動させて
、その間の距離をaとtとの和とすることにより、走査
反射鏡28と焦点位置間の距離すがtだけ短くなって焦
点位置が上方に移動し、目的とする樹脂材33表面に設
定することが可能となる。
さて、このような装置構成によって3次元的な立体情報
を表示する立体模型形状を形成するには、先ず第3図に
示すように副走査台32上に載置された樹脂材収容容器
31内に、作成すべき立体模型形状を幾つかの輪切り状
に分割した厚さに対応する第−要分の液状光硬化型樹脂
材33を供給する。
次にfθレンズ27に対して走査反射鏡28を移動機構
30により前記樹脂材33の厚さtに相当する距離tだ
け移動させて、平坦化された樹脂材33表面に、fθレ
ンズ27の焦点位置、即ちレーザビーム29の集光位置
を設定する。
次に第4図に示すように樹脂材収容容器31が載置され
た副走査台32を矢印への方向に副走査させると共に、
前記樹脂材33表面に対して、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第一層目の立体形状パタ
ーン信号に基づいてレーザビーム29照射を主走査して
選択的に露光硬化せしめて第一硬化樹脂層33aを形成
する。
その後、第5図に示すように副走査台32により樹脂材
収容容器31を元の副走査開始位置に戻し、該樹脂材収
容容器31内に二層目の液状光硬化型樹脂材34を供給
し、fθレンズ27に対して該樹脂材34の厚さtに相
当する距*1だけ走査反射鏡28を移動機構30により
移動して、平坦化された樹脂材34表面に、fθレンズ
27の焦点位置、即ちレーザビーム29の集光位置を設
定する。
次に第6図に示すように樹脂材収容容器31が載置され
た副走査台32を矢印Aの方向に副走査させ、前記樹脂
材34表面に対して、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第二層目の立体形状パターン信号
に基づいてレーザビーム29照射を主走査して選択的に
露光硬化せしめて第二硬化樹脂層34aを形成する。
以下、同様な工程操作を繰り返して露光硬化樹脂層を順
次積層形成し、この積層状の立体硬化樹脂像を従来と同
様に液状光硬化型樹脂材中より取り出して該液状光硬化
型樹脂材の除去処理を行うことによって、所望の3次元
的な立体情報を表示する立体模型形状を昇降機構を用い
ることなく容易に得ることが可能となる。
また本装置構成では昇降機構を用いないので、走査反射
鏡28を移動させる移動機構30の最大移動量が、少な
くとも副走査台32の最大移動量と形成すべき立体模型
形状の高さ寸法との和の移動量以上が必要となるが、樹
脂材収容容器31上の高い位置に対向配置していた走査
反射鏡28を、樹脂材収容容器31上近傍にまで低く配
置することができ、装置全体が小型化され、しかも形成
すべき立体模型形状がある程度大型化しても充分に対処
することが可能となる。
尚、以上の実施例では走査反射鏡用の移動機構30と副
走査台32とを個別に配置した構成の場合について説明
したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例え
ば走査反射鏡用の移動機構30と副走査台32とを共通
の基台上に重畳配置し、走査反射鏡28を移動させる際
に、副走査台32上の樹脂材収容容器31も同時に移動
可能とし、更に副走査台32のみを操作して樹脂材収容
容器31を副走査方向に移動可能とした構成とすること
もでき、相互に関連する各移動機構の制御が容易となる
〔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、樹脂材供給により順次変位する樹脂
材面に対するレーザビームの焦点位置調整を行うのに昇
降機構を用いることなく、簡単な走査反射鏡の移動調整
機構によって行うことが可能となるので、装置構成全体
が小型化され、しかも形成すべき立体模型形状の大型化
に対しても対処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示
す概略構成図、 第2図は本発明の立体形状形成装置における走査反射鏡
の移動機構を説明する図、 第3図乃至第6図は本発明に係る立体形状形成装置によ
り、立体形状を形成する動作 の一実施例を順に説明するための要部 断面図、 第7図は従来の立体形状の形成方法を説明するための要
部断面図である。 第1図乃至第6図において、 21はレーザ装置、27はfθレンズ、28は走査反射
鏡、29ばレーザビーム、30は移動機構、31は樹脂
収容容器、32は副走査台、33.34は液状光硬化型
樹脂材、33a。 34aは光硬化樹脂をそれぞれ示す。 第1図 疋奮U←Hプ#t= s e u (t’It tuq
 !tE’ErmfJ 2 図 ノド460月16シうヒ:層glE更fと掃才H号層の
ガ〉械゛エナタmts 6 図 L−ザビーZ−釆に71イト亡r−社0     ′層
B社tRJ邪或°”参6刀(ずJ 機知σ停F/状針かへ731石図 第 7 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 液状光硬化型樹脂材(33)にレーザビーム光学系によ
    ってレーザビーム(29)を照射して、該樹脂材(33
    )を選択的に硬化せしめ、立体形状を形成する装置にお
    いて、上記レーザビーム光学系における集光レンズ(2
    7)から出射するレーザビーム(29)を反射して液状
    光硬化型樹脂材(33)面へ照射する走査反射鏡(28
    )を、該集光レンズ(27)の出射ビームの光軸方向に
    移動する移動機構(30)により移動調整可能とし、高
    さ方向に変位する前記樹脂材(33)面に対するレーザ
    ビーム(29)の集光レベル位置を設定するようにした
    ことを特徴とする立体形状形成装置。
JP60164488A 1985-07-24 1985-07-24 立体形状形成装置 Pending JPS6223719A (ja)

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JP60164488A JPS6223719A (ja) 1985-07-24 1985-07-24 立体形状形成装置

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ID=15794112

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5358673A (en) * 1990-02-15 1994-10-25 3D Systems, Inc. Applicator device and method for dispensing a liquid medium in a laser modeling machine
US5536467A (en) * 1993-01-28 1996-07-16 Eos Gmbh Electro Optical Systems Method and apparatus for producing a three-dimensional object
JP2014518171A (ja) * 2011-06-28 2014-07-28 ガルフ・フィルトレイション・システムズ・インコーポレイテッド 3次元物体を線形凝固を用いて形成するための装置および方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5536467A (en) * 1993-01-28 1996-07-16 Eos Gmbh Electro Optical Systems Method and apparatus for producing a three-dimensional object
JP2014518171A (ja) * 2011-06-28 2014-07-28 ガルフ・フィルトレイション・システムズ・インコーポレイテッド 3次元物体を線形凝固を用いて形成するための装置および方法

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