JPS6299753A - 立体形状の形成方法 - Google Patents

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】 〔概　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の露光硬化により形成する方法
において、形成すべき立体形状に充分対応した容積の液
状光硬化型樹脂材に対するレーザビーム照射時間を、形
成すべき立体形状の部分的に異なる形状に対応して変化
させることにより、部分的に光硬化厚さを制御して、光
硬化樹脂層を積層形成する度毎に液状光硬化型樹脂材を
供給する工程や該樹脂収容容器の昇降操作等を用いない
簡単な形成操作により精度の良い立体形状を効率良く形
成す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方法に係り、特に立体形状を
形成すべき液状光硬化型樹脂材に対するレーザビームに
よる露光・硬化方法の改良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、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では、選択的に光硬化させ
た樹脂を順に積層形成するために、光硬化させる層毎に
高精度に液状光硬化型樹脂材を供給する必要があり、こ
のため樹脂材を供給する操作及び樹脂収容容器を昇降す
る操作が煩雑化すると共に、これらの操作により立体形
状を精度良く形成することが難しく、このような問題点
の改善が望まれている。

〔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
方法としては、第５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を供給し、その樹
脂材５表面に照射するレーザビーム４の焦点を副走査台
２の微動調整により定める。

次に第５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、レーザ光学系から
走査反射鏡３で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５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、その樹脂材６裏面を照射す
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を下方向に微動調整した後、第５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Ｆｔ６ａを形成する。

以下同様の工程を繰り返して第５図＋８）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。

その後、これら液状光硬化型樹脂材中に積層状に形成さ
れた硬化樹脂像を取り出し、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５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〕

しかしながら、上記のような従来の形成方法においては
、積層状に光硬化させる各層毎に液状光硬化型樹脂材を
高精度に供給する必要があり、このために形成効率が低
下する不都合がある。また樹脂材の供給操作、樹脂収容
容器の昇降操作等が煩雑化すると共に、これらの操作に
より立体形状を精度良く形成することが難しい問題があ
る。

そこで上記の如き問題点を解消する方法として、形成す
べき立体形状の容積に充分対応する容量の液状光硬化型
樹脂材に対して、形成すべき立体形状の形状データ信号
に基づいて照射するレーザビームの光強度を、部分的に
異なる形状に対応して可変することにより露光エネルギ
ーを制御して、露光硬化厚さを変化させる方法を既に提
案している。

しかし、かかる方法にあっては、積層状に光硬化させる
各層毎に液状光硬化型樹脂材を高精度に供給する必要は
ないが、液状光硬化型樹脂材に対するレーザビームの照
射による最大露光硬化厚さが、レーザ光源の最大出力に
よって制限され、更に露光硬化厚さの制御範囲が光変調
器の特性により制限されるため、部分的に硬化厚さの大
きい立体形状の形成には通用出来ない欠点がある。

本発明はこのような従来の欠点に鑑み、液状光硬化型樹
脂材に形成すべき立体形状の部分的に異なる形状に対応
して露光硬化時間を変化させて、精度の良い立体形状を
効率良く形成し得るようにした新規な立体形状の形成方
法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、液状光硬化型樹脂材
にレーザ光学系によりビーム照射を行った際に、該樹脂
材の深さ方向に対する光硬化厚さが、照射するレーザビ
ームの光強度と照射時間の積で表される露光エネルギー
に依存する特性を利用して、第１図に示すようにＸ、Ｙ
方向に移動する走査台３３上に載置され、樹脂収容容器
３１内に収容された液状光硬化型樹脂材３２に対して、
レーザ装置２１より出射されたレーザビーム２２をレー
ザ光学系、即ち光変調器２３により所定の光強度に変調
し、第１反射鏡２４にて反射してレンズ２５．２６で適
当なビーム径に変換する。引続き第２反射鏡２７にて反
射し、集光レンズ２８により集光したレーザビーム２９
を第３反射鏡３０によって反射させて照射を行う。この
時、前記樹脂材３２に対するレーザビーム照射時間を形
成すべき立体形状の部分的に異なる形状に対応して変化
せしめて、照射ビームの露光エネルギーを選択的に可変
制御し、露光硬化厚さを変化させると共に、前記樹脂収
容容器３１を載置した走査台３３を、同じく形成すべき
立体形状の形状データ信号に基づいてＸ、Ｙ方向へ順次
移動制御して立体形状を形成するようにする。

〔作　用〕

本発明の形成方法によれば、樹脂収容容器３１内に予め
立体形状を形成するに充分な液状光硬化型樹脂材３２を
充満した状態で、該樹脂材３２に対するレーザビーム２
９の照射時間を、形成すべき立体形状の部分的に異なる
形状に対応して変化させると共に、樹脂収容容器３１を
載置した走査台３３を同じく形成すべき立体形状の形状
データ信号に基づいてＸ、Ｙ方向へ順次移動制御して立
体形状を形成可能にしているため、積層状に光硬化樹脂
層を形成する度毎に液状光硬化型樹脂材３２を供給する
工程や該樹脂収容容器３１を載置した走査台３３の昇降
操作等が不要となり、簡単な形成操作により精度の良い
立体形状を効率良く形成することが可能となる。

〔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の形成方法に通用する形
成装置の一実施例を示す概略構成斜視図である。

図において、２１はレーザビーム２２を出射するレーザ
装置、２３は光変調器、２４は第１反射鏡、２５゜２６
はレンズ、２７は第２反射鏡、２８は集光レンズ、３０
は第３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は立体形状を形成するに充分な量の液状光硬化
型樹脂材３２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で示すＸ方向に移動する主走査と矢
印Ｂで示すＹ方向に移動する副走査を可能とする走査台
３３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
２２は光度ｔｉ器２３により一定の光強度に変調され、
第１反射鏡２４により反射された後、レンズ２５、２６
により適当なビーム径に変換され、第２反射鏡２７によ
り集光レンズ２日に入射される。

更に該集光レンズ２８にて集光されたレーザビーム２９
は第３反射鏡３０で反射されて樹脂収容容器３１内の液
状光硬化型樹脂材３２の表面を照射する。

この際、ビーム照射された液状光硬化型樹脂材３２に対
する露光硬化される硬化深さく硬化厚さ）は、第２図に
示すように光強度と露光時間の積で表される露光エネル
ギーＥｅによって変化する。

従って、前記樹脂材３２面に照射するレーザビーム２９
の光強度を適当な一定光強度とし、該樹脂材３２に照射
するレーザビーム２９の照射時間を形成すべき立体形状
の部分的に異なる形状、即ち部分的に異なる露光硬化深
さく硬化厚さ）に対応して変化するように樹脂収容容器
３１を載置した走査台３３を、同じく形成すべき立体形
状の形状データ信号に基づいてＸ、Ｙ方向へ間欠的に移
動−停止・露光−移動−停止・露光−とする露光走査パ
ターンを繰り返す形に移動制御することにより容易に立
体硬化樹脂＠！３４が形成され、精度の良い立体形状を
得ることができる。

さて、このような形成方法により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、第３図に示すよ
うに例えば形成すべき立体模型形状をｎ個に縦割りにし
た層、即ち各形状データＤ１゜Ｄ２．Ｄ３　　・・・Ｄ
ｎに対応するビーム走査位置＾１．Ａ２゜Ａ３・・・Ａ
ｎと、その位置での光硬化厚さ　（光硬化深さ）方向の
形状との関係の形状データ信号に基づいて、先ず第４図
（ａｌに示すように作成すべき立体模型形状を形成する
に充分な液状光硬化型樹脂材３２を満たした樹脂収容容
器３１を載置したＸ、　Ｙ方向に移動（走査）可能とす
る走査台３３を、矢印Ｂで示すＹ方向に移動して該樹脂
材３２に対するレーザビーム２９の照射位置を形状デー
タ０１に対応するビーム走査位置Δｌに定める。

次に第４図（ｂｌに示すようにこの状態で形状データＤ
１による光硬化厚さを得るに必要な露光時間だけ光変調
器２３のスイッチ動作によりレーザビーム２９を照射（
露光）して第１硬化樹脂層４２を形成する。この際、前
記ビーム走査位置Ａ１において紙面と直交する矢印Ａで
示すＸ方向にも１ビームスポア）ずつ順にレーザビーム
２９を必要な露光時間だけ照射する。

次に第４図（Ｃ）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Ｂで示すＹ方向に移動し、
該液状光硬化型樹脂材３２に対するレーザビーム２９の
照射位置を形状データＤ２に対応するビーム走査位置へ
２に定める。しかる後第４図（ｄ）に示すように形状デ
ータＤ２による光硬化厚さを得るに必要な露光時間だけ
光変調器２３のスイッチ動作によりレーザビーム２９を
照射（露光）し、第２硬化樹脂層４３を前記第１硬化樹
脂Ｆｉ４２に連続した状態に形成する。

以下、上記した同様の工程により樹脂材収容容器３１が
載置された副走査台３２を矢印Ｂで示すＹ方向に移動し
て該液状光硬化型樹脂材３２に対するレーザビーム２９
の照射位置を各形状データＤ３・・・Ｏｎに対応するビ
ーム走査位置へ３・・・Ａｒ＋、に定め、各形状データ
Ｄ３・・・Ｄｎによる光硬化厚さを得るに必要な露光時
間だけ光変調器２３のスイッチ動作させてレーザビーム
２９を順次照射（露光）して光硬化させることにより、
第４図（ｅｌに示すように前記第１．第２硬化樹脂層４
２．４３に連続してｎ個の硬化樹脂層が形成された立体
硬化樹脂像４１が得られる。

この立体硬化樹脂像４１を未露光の液状光硬化性樹脂材
３２中より取り出し、例えば希アルカリ洗浄溶液等によ
り該樹脂材３２を洗い去ることにより、３次元的な立体
情報を表示する立体模型形状を効率良く、然も精度良く
得ることが可能となる。

尚、通用する液状光硬化型樹脂材により光硬化特性が異
なる場合には、露光エネルギーと光硬化厚さとの関係特
性を予め求めておくことにより対処することが可能とな
る。

更に以上の実施例では、走査台の移動により液状光硬化
型樹脂材に対するレーザビームの照射持直を定めた後、
該樹脂材に形状データによる光硬化厚さを得るに必要な
露光時間だけ光変調器のスイッチ動作によりレーザビー
ムを照射（露光）する方法について説明したが、本発明
はそのような例に■定されるものではなく、例えば液状
光硬化型樹脂材の各部分に対するレーザビームの露光エ
ネルギーは、走査台により移動する樹脂材に露光を行う
場合、光強度を一定とすると、その移動速度に反比例す
る。

即ち、該移動速度が大きい場合には液状光硬化型樹脂材
の各部分に対するレーザビームの露光エネルギーは小さ
くなり露光硬化厚さは小さくなる。

また該移動速度が小さい場合には液状光硬化型樹脂材の
各部分に対するレーザビームの露光エネルギーは大きく
なり露光硬化厚さが大きくなることから、液状光硬化型
樹脂材に対する形状データによる光硬化厚さを得るに必
要なレーザビームの露光時間を、走査台の移動速度を対
応させて制御するようにしてもよく、このような方法に
よれば、部分的に異なる光硬化厚さの変化がなだらかに
なり、曲面を有する立体形状を形成する際に極めてを利
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
の形成方法によれば、立体形状を形成するに充分な容積
の液状光硬化型樹脂材に対して選択的に露光硬化させる
ためのレーザビームの照射時間を、形成すべき立体形状
の部分的に異なる形状（光硬化厚さ）に対応して変化さ
せると共に、樹脂収容容器を載置した走査台を同じく形
成すべき立体形状の形状データ信号に基づいてＸ、Ｙ方
向へ順次移動制御することにより、積層状に光硬化樹脂
層を形成する度毎に液状光硬化型樹脂材を供給する工程
や該樹脂収容容器の昇降操作等が不要となり、簡単な形
成操作により精度の良い立体形状を効率良く形成するこ
とが可能となる。

更に、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等、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の形成方法に通用する形
成装置の一実施例を示す概略 構成斜視図、 第２図は樹脂材に対する露光エネルギーと光硬化厚さと
の関係特性の一例を示す図、 第３図は立体形状を形成すべきビーム走査位置と光硬化
厚との関係を示す断面形状 データ図、 第４図は本発明に係る立体形状の形成方法の一実施例を
工程順に示す要部断面図、 第５図は従来の立体形状の形成方法を工程順に説明する
ための要部断面図である。 第１図、第４図において、 ２】はレーザ装置、２３は光変調器、２８は集光レンズ
、２９レーザビーム、３１は樹脂収容ｇ器、３２は液状
光硬化型樹脂材、３３走査台、４１は立体硬化樹脂像、
４２は第１硬化樹脂眉、４３は第２硬化樹脂層をそれぞ
れ示す。 ／を卒蝉２通ｍ７３で１（！精へ口 ｆｓ　１　図 ＃ｔｊＦＩｉｎ＋　・ｎＴＳｆｌＪｌ　ｒ’ｆ−Ｌ”１
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ｒＢ第２図 Ｉｆ−１−’ｊＦ３ｔｎｔｃＩＩＪ’！＝４１！−１ｔ
ｔ　とｔｙｒ　ｒｅＦＪ口第３図 （Ｃ）　　　　　　　　　　　　　　　　　（ｄ　）（
ｅ） 本発明／ｌ宛並例をネｔｒ部稍°餠月１０第　４　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 液状光硬化型樹脂材（３２）にレーザ光学系によりレー
   ザビーム（２９）を照射して、該樹脂材（３２）を選択
   的に硬化せしめ、立体形状を形成する方法において、上
   記液状光硬化型樹脂材（３２）を形成すべき立体形状の
   体積に充分対応した容積に収容した樹脂収容容器（３１
   ）を、Ｘ・Ｙ方向に移動する走査台（３３）に載置し、
   形成すべき立体形状の形状データ信号に基づくＸ、Ｙ方
   向への移動制御と形成すべき立体形状の部分的に異なる
   形状に対応して前記樹脂材（３２）に対するレーザビー
   ム照射時間を変化せしめて、照射ビームの露光エネルギ
   ーを選択的に可変制御し、露光硬化厚さを変化するよう
   にしたことを特徴とする立体形状の形成方法。