JPS63141725A - 立体形状形成装置 - 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】 〔目　次〕 ・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 ・問題点を解決するだめの手段 ・作用 ・実施例 ・発明の効果 〔概　要〕 本発明は、光硬化性樹脂に光を照射して硬化させ、３次
元室体情件を表示するための立体形状を形成する立体形
状形成装置に係わり、特に単位層として厚さの均一なフ
ィルム状又はケル状光硬化性樹脂を用いて立体形状を形
成することにより、樹脂の取扱性、作業性を向−ヒさせ
立体形状の高速化高精度化を可能としたものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、光硬化性樹脂を用いて３次元立体情報を表示
するための立体形状形成装置に関し、特に光硬化性樹脂
の形態の改良に関する。

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、投影図表示および
等高線表示等が広く用いられている。これらはホログラ
フィ−を除いて、いずれも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、充分に理解する上で必ずしも満足できる方法
ではない。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、また、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
とが最善である。立体模型を形成する方法として、光硬
化性樹脂にレーザビーム等により選択的に光照射を行な
い、硬化させて複雑な立体模型形状を形成する方法が従
業されている。

このような形成方法においては、光硬化性樹脂に照射さ
れる光エネルギー（露光エネルギー）があるしきい値以
上となる場合に該光硬化性樹脂が硬化するが、このしき
い値の変化により硬化部分が変化し、精度の良い立体形
状を形成する上で大きな障害があり、また液状光硬化性
樹脂を使用した場合には、供給から表面の平坦化までに
時間を要するなどの問題もあり、これらの解消が要望さ
れている。

〔従来の技術〕

従来の立体形状形成装置の構成及び各形成工程を第４図
に示す。

従来、光硬化性樹脂を用い、レーザビー１．照射により
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
、まず第４図（ａ）に示すように昇降可能な副走査台２
上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
１層分の液状光硬化性樹脂５を樹脂供給ロアから供給す
る。該樹脂５表面が平坦になった後樹脂表面が照射する
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。次に該第１層のパターンデータに
基づいてレーザビーム光学系から走査反射鏡３を介して
レーザビーム４を照射する（第４図（ｂ））。このとき
反射鏡３による走査に代えて副走査台２をＸ、Ｙ方向に
移動走査してレーザビーム照射を行ってもよい。このよ
うにして液状樹脂５に対し、位置を選択して部分的に露
光硬化させ第一硬化層５ａを形成する（第４図（ｂ））
。次に第４図（ｃ）に示すように第２層分の液状光硬化
性樹脂６を供給する。該樹脂６表面が平坦となった後、
該表面がレーザビーム４の焦点位置となるように再度、
副走査台２を上下方向に微調する。次に第４図（ｄ）に
示すように該樹脂６表面に２層目の前記立体形状パター
ンデータに基づいてレーザビーム照射を行い、選択的に
硬化させた第２硬化層６ａを形成する。以下同様の工程
を繰り返し、最終的に液状光硬化性樹脂中に積層状の立
体硬化樹脂像を形成する。この立体硬化樹脂像を該液状
光硬化性樹脂中より取り出し、洗浄溶液等で付着してい
る液状光硬化性樹脂を洗い流すことにより、第４図（ｅ
）に示すように３次元的な立体１ｎ報表示用の立体模型
８を作成していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の液状光硬化性樹脂を用いた方法では、各液状光硬
化性樹脂５，６の供給後樹脂表面が平坦となるのを待っ
てレーザビームの照射を行なっていた。そのため特に粘
度の高い樹脂を用いる場合にはこの待ち時間が増大し、
立体形成に要する時間を短縮する上で障害となっていた
。一方各液状光硬化性樹脂５．６上に照射されたレーザ
ビーム４は該樹脂層の深さ方向にその光エネルギーが吸
収されながら透過してゆくため、該光エネルギーの値は
一般に第２図Ａに示すように前記液状光硬化性樹脂５，
６の深さ方向に連続的に減衰する特性を有している。

また、液状光硬化性樹脂層としては、その樹脂が持つ硬
化闇値以上の光エネルギーを受けた部分のみが硬化する
特性を有していることから、例えば、既に選択的に露光
・硬化を行った第１層目の樹脂層５上に供給された第２
層目の樹脂層６を選択的に露光する際に、該第２層目の
樹脂６のみを選択的に露光・硬化させその直下の第１層
目の樹脂層５には硬化闇値以上の光エネルギーが及ばな
いように精度良く制御することが困難であった。

このため、高精度な立体形状を形成する上で大きな障害
となる欠点があった。

本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであ
って、光硬化性樹脂の取扱性を向上させて短時間で立体
形状の形成を可能とし、またパターンデータに従って高
精度の形状を形成可能な立体形状形成装置の提供を目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するため、本発明では、光硬化性樹脂に
対し位置を選択して光照射を行ない該光硬化性樹脂を部
分的に硬化させ立体形状を形成する立体形状形成装置に
おいて、前記光硬化性樹脂をフィルム状又はゲル状の単
位層として構成している。

前記単位層は、フィルム状又はゲル状光硬化性樹脂層と
該光硬化性樹脂よりも照射する光に対する吸収率の大き
な光吸収層とにより構成する。

〔作　用〕

本発明では、積層を行なう単位層として、均一な厚さの
フィルム状又はゲル状光硬化性樹脂を用いることにより
、供給後の樹脂表面は直ちに平坦となり、従来、液状光
硬化性樹脂を積層する際に必要であった樹脂表面の平坦
化時間が不要となり立体形成時間の短縮が可能となる。

さらに、フィルム状又はゲル状光硬化性樹脂に、照射す
る光に対して、第２図Ｂに示すように前記フィルム状又
はゲル状光硬化性樹脂よりも光吸収率の大きな材料から
成る光吸収層を付加することにより前記樹脂層露光時に
該光吸収層により、照射光を吸収し、該光吸収層の下に
あり、概に積層、露光の終了している他のフィルム状又
はゲル状光硬化性樹脂層に影響を及ぼすことを防止でき
る。

この結果、硬化部の厚さをフィルム状又はゲル状光硬化
性樹脂の厚さにより正確に制御することが可能となり、
高精度の立体形状の形成が可能となる。

以下、本発明の原理について第１図を用いて説明する。

第１図は本発明で使用する単位層１１の断面図である。

該単位層１１はフィルム状又はゲル状光硬化性樹脂層１
２と該樹脂よりも吸収の大きな材料からなる光吸収層１
３により構成される。

それぞれの材料の光吸収が例えば第２図のような特性と
する。同図においてＡが光硬化性樹脂層１２の特性、Ｂ
が光吸収層１３の特性とする。今、−例として、光硬化
性樹脂層１２の厚さを４００μｍ、吸収層１３の厚さを
１００μｍとすれば、両層からなる単位層の特性は第２
図のＣで表わされる。従って、吸収層１３下端まで達す
る光エネルギーは、露光エネルギーの１％程度まで低減
することが可能となる。この場合、単位層１１の下に積
層されているフィルム状又はゲル状光硬化樹脂層に影響
を与えることなく、該単位層１１を硬化させることがで
きる。

形成された硬化物は従来と同様に洗浄溶液で未硬化物と
分離する。洗浄液としては、未硬化のフィルム状又はゲ
ル状光硬化性樹脂と、吸収層のいずれも溶けるものを使
用し、がっ、濃度や洗浄時間を調整することで、上下の
硬化物に挾まされた吸収層については、溶解を抑え、上
下の接着性を保つことが可能である。洗浄溶液としては
、炭酸ソーダ溶液のようなアルカリ性の溶液がある。光
硬化性樹脂としては、感光性のナイロン樹脂などがある
。吸収層としては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を
用いたものなどがある。また、該吸収層に接着性をもた
せることにより、上下層の［音読を良好な状態に保てる
。吸収層としてはさらにベンゾトリアゾール系吸収剤、
例えば２−（２’−ｔｌｙｄｒｏｘｙ　−５’　ｍｅｔ
ｈｙｌ　ｐｈｅｎｙｌ）ｂｅｎｚｏｔｒｉａｚｏｌｅ等
を用いることができる。

〔実施例〕

第３図は本発明の一実施例による立体形状の形成工程を
説明する図である。まず第３図（ａ）に示すように昇降
可能な副走査台２２上に第１層目の単位層２５を載置し
、該単位層２５の表面がレーザビーム２４の焦点位置と
なるように副走査台２２を微調整する。次に第３図（ｂ
）のように作成すべき立体模型形状の第１層目の形状デ
ータに従って単位層２５に対し位置を選択してレーザビ
ーム光学系から走査反射鏡２３を介してレーザビーム２
４を照射する。このとき反射鏡２３による走査に代えて
前記副走査台２２をＸ、Ｙ方向に移動走査してレーザビ
ーム照射を行なってもよい。このようにして位置を選択
して部分的に露光硬化させた第１硬化層２５ａを形成す
る。次に、第３図（ｃ）に示すように第１硬化層２５ａ
上に第２層目の単位層２６を載置し、該単位層２６表面
がレーザビーム２４の焦点位置となるように副走査台２
２を微調整する。次に第３図（ｄ）のように作成すべき
立体模型形状に従ってレーザビームを照射し、選択的に
硬化させた第２硬化層２６ａを形成する。なお第２の単
位層２６を載置する際に、第１の単位層２５上での該第
２の単位層の位置精度は要求されないため、載置は手動
自動いずれでも可能である。

以下同様の工程を繰り返して立体硬化樹脂像を形成し洗
浄溶液等で洗い、第３図（ｅ）のような立体模型２日を
作成する。

本実施例では、従来必要であった樹脂収容容器が不要と
なる。また、従来液状光硬化性樹脂を用いる場合、その
平坦化に時間を要していたが本発明により、平坦化の待
ち時間は不要となる。

さらに、本実施例において、第１硬化１２５３に比べ第
２硬化層２６ａが大きい場合においても光吸収層の作用
により、第１硬化２５ａに影響を与えることな（、第２
硬化層２６ａを形成することが可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明においては光硬化性樹脂を
フィルム状又はゲル状の単位層として構成しているため
、樹脂の供給が迅速に行なわれ立体形状形成時間の短縮
が図られる。また、フィルム状又はゲル状の単位層であ
るため取扱いが容易である。さらに、単位層に光吸収層
を設けてお（ことにより単位層を通過して下層への光の
影響がなくなるため樹脂層を薄くすることができ複雑な
形状の模型を高精度に形成できる。

【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図は樹脂の深
さと到達する光工ふルギーを説明する図、第３図は本発
明の一実施例を示す工程図、第４図は従来の立体形状を
形成する工程図である。 １１．２５．２６・・・単位層、　　１２・・・光硬化
性樹脂層、１３・・・光吸収層、　　　１４　、２４・
・・レーザビーム、１５　、２５ａ　、　２６ａ・・・
硬化層。 本発明の原理図 第　１図 深さ方向位置（ｍｍ） 深さと到達エネルギを表わす図 第２図 （Ｑ）　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）（Ｃ）（ｄ
） （ｅ） 本発明による立体形状形成工程図 （Ｑ）（ｂ） （Ｃ）　　　　　　　　　　　　　（ｄ）（ｅ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光硬化性樹脂に対し位置を選択して光照射を行ない
   該光硬化性樹脂を部分的に硬化させ立体形状を形成する
   立体形状形成装置において、前記光硬化性樹脂をフィル
   ム状又はゲル状の単位層（１１、２５、２６）として構
   成したことを特徴とする立体形状形成装置。 ２、前記単位層（２５）に光照射を行なって硬化層（２
   ５ａ）を形成後、該単位層（２５）の上に別の単位層（
   ２６）を積層することにより複数層の単位層による立体
   形状を構成した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装置。 ３、前記単位層（１１）はフィルム状又はゲル状光硬化
   性樹脂層（１２）と該光硬化性樹脂よりも照射する光に
   対する吸収率の大きな光吸収層（１３）とにより構成し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の立体形
   状形成装置。