JPS63145016A - 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装置に係わり、特に各層形成
時に照射するレーザビームを楕円ビームとすることで硬
化層を均一に保ち高精度の立体形状を形成可能としたも
のである。

〔産業上の利用分野〕

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提案されている。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
である場合に該光硬化性樹脂が硬化するが、露光エネル
ギーの分布により硬化層厚が変化し、精度の良い立体形
状を形成する上で大きな障害となりこの解決が望まれて
いる。

〔従来の技術〕

光硬化性樹脂を用い、レーザビーム照射により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データに基づいて主走査方向及び
副走査方向にラスタ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を供給ロアから供給する。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を上下方向に微調整する。

次に、第４図（ｄ）に示すように該樹脂６表面に前記立
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
立体情報表示用の立体模型８を作成している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

立体形状形成装置では形成される硬化形状は、露光され
るレーザビームのエネルギー分布に依存する。このため
従来は凹凸の少ない均一な厚さの硬化物で層を形成する
ために、露光のピンチ（ｐ）に比べ大きなビーム径（ｄ
）のレーザビームで露光を行なっていた。

しかしこの場合、硬化物の凹凸が大きく、露光領域内の
最大硬化層を所定の目標値に保つと、露光領域の層内に
未硬化部が残り、逆に露光領域内の最小硬化層を所定の
目標値に保つと硬化が下層内に及び下層硬化形状が乱れ
るという欠点があった。

一例として、吸収係数１８ｃｍ−’、しきい値エネルギ
ー１４ｍＪ／ａｎ！の光硬化性樹脂に対して、ｄ／　ｐ
　＝　１．８のレーザビームを走査、露光し、最大硬化
層を５５０μｍとしたときの硬化形状の計算結果を第５
図に示す。

この場合、３×３画素の露光領域内で最大硬化層が５５
０μｍとなるようにすると硬化層が最小となるのは硬化
部の縁のうち、副走査方向で凹になっている部分で、こ
こでは副走査方向で凹となって硬化厚が小さくなってい
る分に加えて主走査方向で面だれして硬化厚が小さくな
っている分が加わるので硬化厚が最小となる。主走査方
向で縁の画素の露光位置を硬化層の主走査方向の緑とし
、この位置で副走査方向に見て凹となっている部分の硬
化厚を最小硬化厚とすると第５図の場合、最小硬化厚は
４３０μｍで、最大硬化厚５５０μｍとの差、つまり硬
化層の凹凸は１２０μｍ生じている。

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、硬化層の凹凸を抑制し、均一な硬化層で高精度の立
体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、主走査方向及び
これと直角な副走査方向へのラスタ走査により液状光硬
化性樹脂に対し位置を選択して走査ビームによる光照射
を行なって咳光硬化性樹脂を部分的に硬化させ立体形状
体を形成する立体形状形成装置において、前記走査ビー
ムは主走査方向を短軸とした楕円ビーム形状としている
。

〔作　用〕

走査ビームのビーム形状を主走査方向に小さくした楕円
ビームとしたため、主走査方向では、硬化範囲の端付近
でも円形ビームの場合と比べて露光エネルギー分布が平
坦であり、硬化層の縁での面だれが小さくなる。

〔実施例〕

第５図の例と同じ吸収係数１８ｃｍ−’、しきい値エネ
ルギー１４ｍＪ／ａｄの光硬化性樹脂に対し、本発明に
係る楕円ビームを照射した場合の主走査方向ビーム径ｄ
Ｈ１副走査方向ビーム径ｄ、と形成される硬化物の凹凸
との関係の計算結果を第１図に示す。グラフから分るよ
うに、ｄＳ／ｐ＝１．８のとき他のｄ　ｓ　／　ｐに比
べて凹凸は小さい。

また、ｄＭ／ｐは小さいほど凹凸は小さくなる。

ｄＳ／ｐ＝１．８、ｄ　Ｈ／　ｐ　＝　０．９以下で凹
凸は全硬化層の１割以下まで減少する。さらにｄ、４／
ｐ＝０．６以下では、凹凸はｄＳ／ｐに依存する最小値
ｄＳ／ｐ＝１．８で４３μｍになる。

したがってｄＳ／ｐ＝１．８、ｄＭ／ｐ＝０．６とすれ
ば凹凸は最も小さくなり、このときの３×３画素の硬化
物形状は第２図のようになる。凹凸は４０μｍであり第
５図の円形ビームの場合と比べて硬化物の主走査方向の
面だれを小さくしたことにより８０μｍ凹凸を小さくす
ることができる。

この結果、積層により立体形状を形成する際の、下層形
状の乱れあるいは上下層の分離を防止し高精度の立体形
状を形成することができる。

なお、実際の露光光学系としては、例えば第３図のよう
に、シリンドリカルレンズ３７　、３８を用い、その焦
点距離の比を３：１とすれば、光硬化性樹脂表面でのビ
ーム径の比ｄ、：ｄ、を３＝１にすることができる。

第３図は本発明に係る立体形状形成装置の構成図である
。３１は紫外線レーザ装置、３２は紫外線レーザビーム
、３３はＯＮ　、　ＯＦＦ制御用光変調器、３４はミラ
ー、３５　、３６はレンズ、３７　、３８は楕円ビーム
形成用シリンドリカルレンズ、３９は走査用回転多面鏡
、４０はｆθレンズ、４１は反射鏡である。液状光硬化
性樹脂５０は収容容器１内に収容される。収容容器１は
図示しない昇降ステージにより矢印Ａのように以下動可
能であり、かつ副走査台２の移動により矢印Ｂのように
副走査方向に移動可能であり、ラスタ走査が行われる。

紫外線レーザ装置３１から発生した紫外線レーザビーム
３２は光変調器３３により露光パターンに従ってＯＮ　
、　ＯＦＦ変調される。この紫外線レーザビーム３２は
シリンドリカルレンズ３７　、３８により前述のような
楕円形状に形成される。この楕円ビームは回転多面鏡３
９により楕円走査ビーム３２ａとなり、ｆθレンズ４０
及び反射鏡４１を介して液状光硬化性樹脂５０上を矢印
Ｃのように主走査方向に走査する。１回の主走査方向走
査が終了すると収容容器１を副走査方向に移動し再び主
走査方向の走査が行われ、これを繰り返すことにより露
光パターンに従ってラスタ走査が行われる。作成すべき
立体形状体は前述の第４図で説明した例と同様の手順で
形成される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係る立体形状形成装置に
おいては、走査ビームを主走査方向に短軸を有する楕円
形状としているため、主走査方向の硬化層の端部の面だ
れが小さくなり主走査方向全長に亘ってほぼ均一な厚さ
の硬化層が得られ硬化層全体が平坦化する。従って、下
層硬化層形状の乱れや上下層の分離等が防止され、高精
度の立体形状体が形成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は楕円ビーム走査で最大硬化厚５５０μｍの硬化
層を作成したときのビーム径と凹凸との関係を示す図、
第２図は楕円ビーム走査で作成した３×３画素の硬化層
の形状を示す図、第３図は本発明に係る立体形状形成装
置の構成図、第４図は立体形状作成の手順を示す図、第
５図は従来の円形ビーム走査で作成した３×３画素の硬
化層の形状を示す図である。 １・・・収容容器、　　　　２・・・副走査台、３１・
・・紫外線レーザ装置、 ３７　、３８・・・シリンドリカルレンズ、３２ａ・・
・楕円走査ビーム、 ５０・・・液状光硬化性樹脂。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、主走査方向及びこれと直角な副走査方向へのラスタ
   走査により液状光硬化性樹脂（５、６、５０）に対し位
   置を選択して走査ビームによる光照射を行って該液状光
   硬化性樹脂を部分的に硬化させ立体形状体を形成する立
   体形状形成装置において、前記走査ビームは主走査方向
   を短軸とした楕円ビーム形状であることを特徴とする立
   体形状形成装置。 ２、前記走査ビームは紫外線レーザであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の立体形状形成装置。 ３、前記走査ビームのピッチをｐ、主走査方向のビーム
   径をｄ＿Ｍ、副走査方向のビーム径をｄ＿Ｓとしたとき
   、ｄ＿Ｓ／ｐ＝１．８、ｄ＿Ｍ／ｐ＝０．６となるよう
   にビーム径を定めたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項又は第２項記載の立体形状形成装置。