JPS63141724A - 立体形状形成方法 - Google Patents

立体形状形成方法

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JPS63141724A
JPS63141724A JP61287611A JP28761186A JPS63141724A JP S63141724 A JPS63141724 A JP S63141724A JP 61287611 A JP61287611 A JP 61287611A JP 28761186 A JP28761186 A JP 28761186A JP S63141724 A JPS63141724 A JP S63141724A
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layer
cured layer
photocurable resin
cured
liquid photocurable
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森原 ▲隆▼
Satoshi Itami
伊丹 敏
Fumitaka Abe
文隆 安部
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Fujitsu Ltd
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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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2995/00Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds
    • B29K2995/0037Other properties
    • B29K2995/0072Roughness, e.g. anti-slip
    • B29K2995/0073Roughness, e.g. anti-slip smooth

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】 〔目 的〕 ・概要 ・産業上の利用分野 ・従来の技術 ・発明が解決しようとする問題点 ・問題点を解決するための手段 ・作用 ・実施例 ・発明の効果 〔概 要〕 本発明は、光硬化性樹脂を露光して硬化物を生成し、該
硬化物を積層し3次元立体情報を表示するための立体形
状を形成する立体形状形成方法に係わり、特に各層の樹
脂供給時に、既に形成されている下層硬化物を完全に未
硬化樹脂中に沈めた後、所定位置に上昇させることによ
り、短時間に樹脂を均一に供給可能としたものである。
〔産業上の利用分野〕
本発明は液状光硬化性樹脂にレーザビーム走査手段を用
いて選択的に露光硬化を行い、3次元立体情報を表示す
為立体模型形状の形成方法に係り、特に光硬化性樹脂に
対する露光・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、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、−i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、充分に理解し得るには必ずしも
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、直感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直感的に把握し理解し易
く表示するためには、模型等の立体形状を作成すること
が最善であり、模型的な立体形状を比較的容易に形状す
る方法として、樹脂材収容容器内に液状光硬化性樹脂を
段階的に供給し、該樹脂供給毎にその光硬化性樹脂をレ
ーザビーム照射手段により選択的に光硬化させて複雑な
立体模型形状を積層状に形成する方法が従業されている
C従来の技(ネi〕 従来、液状光硬化性樹脂を用い、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3図(a)に示すように液状の光
硬化性樹脂3を充満した収容容器1内の昇降ステージ2
を所定寸法分(第1層厚さ分)降下して、該昇降ステー
ジ2上に1層分の液状光硬化性樹脂4をオーバーフロー
させることにより供給する。
しかる後、前記1層分の液状光硬化性樹脂4に対して、
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
た断面情報データ信号の内の第1情報データ信号によっ
てレーザビーム5を照射して、選択的に露光硬化せしめ
、第1硬化層4aを形成する。
次に第3図(b)に示すように再び前記昇降ステージ2
を第2層の厚さに対応した深さだけ降下し、該昇降ステ
ージ2上の前記第1硬化層4a上に新たな2層目の液状
光硬化性樹脂6を供給する。
このとき液状光硬化性樹脂は図のように昇降ステージ周
囲からステージ表面の中心部に向って移動する。続いて
該樹脂6に対して第3図(c)に示すように第21青報
デーク信号によってレーザビーム5を照射して、選択的
に露光硬化せしめ1.第2硬化層6aを形成する。
以下同様にして第3図(d)に示すように該第2硬化層
6a上に、更に新たな3層目の液状光硬化性樹脂7を供
給し、該樹脂7に対して第3図(e)に示すように第3
情報データ信号によってレーザビーム5を照射して、選
択的に露光硬化せしめ、第3硬化層7aを形成すること
により、最終的に前記収容容器1内の液状光硬化性樹脂
3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液状光硬化性樹脂3中より取り出
し、希アルカリ洗浄溶液等で該液状光硬化型樹脂3を洗
い流すことによって、第3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模型形状8を作成し
ている。
C発明が解決しようとする問題点〕 従来の形成方法では、液状光硬化性樹脂を供給する際に
、昇降ステージ2を次層厚さに[目当する所定寸法分隆
下さセ、前記ステージ2上の例えば第1硬化層4a上に
新たな2層目の液状光硬化性樹脂6を供給したが、該液
状光硬化性樹脂の表面張力により層厚が制限された。つ
まり、第4図に示すように硬化層61上で該硬化層61
の表面張力γ13、液状光硬化性樹脂62の表面張力γ
Z3、硬化層61と液状光硬化性樹脂62の界面張力T
1□の表面張力は図示した方向に作用する。上記TI:
lI T231 YI□の間には、平衡が成り立つから
、水平方向の力のらり合いを考えると(1)式が成立す
る。
γ13=γ12+γ23 CO5θ      (1)
θは接触角であり、液状光硬化性樹脂62および硬化層
61よって定まる値となる。形状を円弧で近似すると、
層厚りと円の半径r、位置Oから層厚りとなる位置Hま
での円弧の水平方向の長さβの関係は(2)弐で表わさ
れる。
接触角が45°の場合、円弧は(3)式の円の一部とな
る。
12+ (r−h) 2=r2     (3)したが
って、lは(4)弐で表わされる。
1=h (1+/2)         (4)供給層
厚りを500μmとすると、lは1.2asとなり、両
側合計で2.4 mmの領域までしか樹脂は供給されな
い。しかも、同領域も平坦とはならない。
このように表面張力の大きな液状光硬化性樹脂では薄い
層を供給できないという欠点があった。
また、供給可能な層厚に対しても供給時間が長いという
欠点があった。
本発明は上記従来技術の欠点に鑑みなされたものであっ
て、表面張力の大きな液状光硬化性樹脂を確実に短時間
で硬化層上に供給可能な立体形状形成方法の提供を目的
とする。
〔問題点を解決するための手段〕
前記目的を達成するため、本発明では液状光硬化性樹脂
に光照射を行なって該液状光硬化性樹脂を位置を選択し
て硬化させた硬化R1を形成し、該層を積層することに
より立体形状を形成する立体形状形成方法において、液
状光硬化性樹脂を満たした容器内に硬化層を形成し、次
層供給時に、前記硬化層表面が完全に前記液状光硬化性
樹脂中に没するまで前記硬化層を降下させた後、所定位
置まで上昇させて前記硬化層表面上に所定厚の液状光硬
化性樹脂を供給することを特徴とする立体形状形成方法
を提供する。
〔作 用〕
本発明の原理について第1図を用いて説明する。
第1図は、既に露光、硬化させた第1硬化層4a上に2
層目の液状光硬化性樹脂6を供給する過程を表わしてい
る。
第1図(a)は、第1硬化層4a形成時を表わしており
、第1硬化層4a表面と未硬化の液状光硬化性樹脂4表
面は同じ高さにある。この状態からj?−降ステージ2
を降下させる。2層目の液状光硬化性樹脂6は、接触角
θを保ったまま、昇降ステージ2の降下に伴ない、第1
硬化層4a上に供給される。しかし、該液状光硬化性樹
脂6の表面張力が大きい場合には昇降ステージ2を1層
分降下させただけでは供給不十分となることは前述の通
りである(b図)。気泡を引き込まない適度の速度で昇
降ステージ2を降下させ続けると2層目の液状光硬化性
樹脂6の重量と表面張力の関係から接触角θを保ったま
ま、第1硬化層4aの中央部に向かって供給が進むく0
図)。やがて、両側からの樹脂が第1硬化層中央付近で
合う。これにより、第1硬化層表面は2層目の液状光硬
化性樹脂6で一様に覆われた状態となり、(4図)に示
すように表面凹部が減少し平坦になる。この後、第2層
目の層厚に対応した位置まで昇降ステージ2を上昇させ
ることにより、従来不可能であった薄い層の供給が可能
となる。また、樹脂の供給は、昇降ステージの降下速度
に依存するが、従来に比べ短時間で行なうことが可能と
なる。
〔実施例〕
第2図に本発明方法を実施するための装置の溝底を示す
。図中31はレーザ装置、32ばレーザビーム、33は
光変調器である。レーザビーム32は光変調器33によ
り強度変調されレンズ35 、36を経てポリゴン(回
転多面鏡)37で走査され、fθレンズ38により走査
反射鏡39を経て、液状光硬化性樹脂3上に照射される
。このポリゴン37による主走査と副走査台51による
副走査を行ない、1層分の露光終了後、支持部51を収
容容器1の底部付近まで降下させ、昇降ステージ2上の
硬化物53の上面を光硬化性樹脂3で一様に覆う。その
後、前記硬化物53の上面が光硬化性樹脂3表面から、
1層分の深さとなる位置まで昇降ステージ2を上昇させ
、表面が平坦となるのを待つ。表面平坦化後、副走査台
51の移動と、形状データに従い光変調器33の変調を
開始し、次層の露光を行なう。以下同様の手順を反復し
、立体形状体52を液状光硬化性樹脂を満たした収容容
器1内に形成する。この立体形状体52を取り出して希
アルカリ洗浄溶液等で周囲の液状光硬化性樹脂3を洗い
流すことにより、積層状の立体硬化樹脂像が形成される
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば各層の樹脂供給時
に既に形成されている下層硬化物を未硬化樹脂中に沈め
た後、所定位置に上昇させることにより、従来よりも短
時間に樹脂を供給することができる。また従来では供給
不可能であった薄い樹脂層を均一に供給することも可能
となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の詳細な説明する図、゛第2図は、本発
明を実施するための装置を示す図、第3図は従来例を説
明する図、第4図は接触角を説明する図である。図にお
いて、lは樹脂材の収容容器、2は昇降ステージ3,4
,6.7は液状光硬化性樹脂、4a 、6a 、7aは
硬化層である。 本発明方法を実施する装置の構成図 第2図 計・・液状光硬化性樹脂 従来技術の説明図 第3図 4a、6a、7a・・・硬化層

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、液状光硬化性樹脂(3、4、6、7)に光照射を行
    なって該液状光硬化性樹脂を位置を選択して硬化させた
    硬化層(4a、6a、7a)を形成し、該層を積層する
    ことにより立体形状を形成する立体形状形成方法におい
    て、液状光硬化性樹脂を満たした容器(1)内に硬化層
    を形成し、次層供給時に、前記硬化層表面が完全に前記
    液状光硬化性樹脂中に没するまで前記硬化層を降下させ
    た後、所定位置まで上昇させて前記硬化層表面上に所定
    厚の液状光硬化性樹脂を供給することを特徴とする立体
    形状形成方法。 2、前記液状光硬化性樹脂は、予め各層形成に必要な合
    計量だけ収容容器(1)内に収容され、該収容容器内に
    上下移動可能な昇降ステージ(2)を設け、該昇降ステ
    ージを液面から所定深さに配置して液面を露光すること
    により第1硬化層を形成し、続いて該第1硬化層表面が
    液状硬化性樹脂中に没するまで前記昇降ステージを一旦
    下降させ続いて前記第1硬化層表面が液面から所定深さ
    に達するまで前記昇降ステージを上昇させて液面を露光
    することにより前記第1硬化層上に第2硬化層を形成し
    、続いて該昇降ステージの下降及び上昇動作及び露光作
    用を繰返して各層を積層して立体形状体を形成すること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の立体形状形成
    方法。
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