JPS63194931A - 立体形状の形成方法 - Google Patents

立体形状の形成方法

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JPS63194931A
JPS63194931A JP62028425A JP2842587A JPS63194931A JP S63194931 A JPS63194931 A JP S63194931A JP 62028425 A JP62028425 A JP 62028425A JP 2842587 A JP2842587 A JP 2842587A JP S63194931 A JPS63194931 A JP S63194931A
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Takashi Morihara
隆 森原
Satoshi Itami
伊丹 敏
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    • 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
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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次元的なノ立体情報を表示する立体形状を、
樹脂材収容容器に液状光硬化型樹脂材を順次層状に供給
する毎に、該樹脂材にレーザビーム光学系によるビーム
照射により露光走査を行って選択的に光硬化せしめ、積
層状に形成する方法において、前記露光走査を行う液状
光硬化型樹脂材からなる各一層の層厚を、該樹脂材の光
吸収係数の逆数と等しくすることにより、照射ビームの
露光エネルギーを有効に利用して、立体形状を形成する
に要する全露光硬化時間を最小に短縮し、立体形状を効
率よく短時間で形成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の供給とレーザ光学系によ
る選択的なレーザビーム照射露光により、硬化樹脂層を
形成する工程を繰り返して3次元立体情報を表示す立体
形状を形成する方法に係り、特に立体形状を形成するに
要する全露光硬化時間を短縮した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、等光線表示、或いはホロクラフィーによ
る立体視表示等が広く用いられている。これらの方法は
ホロクラフィーによる立体視表示を除いて、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−による立体視表示は視覚的
、直感的に上記した各表示方法より有利ではあるが、し
かし再生装置を必要とし、また実在しない立体仮装物体
や立体鳥轍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
て理解し易く表示する立体模型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材とレーザビーム走査
光学系等を用い、立体情報に基づいて光硬化型樹脂材層
を選択的に露光硬化する工程を連続的に繰り返して硬化
層を積層せしめることにより、複雑な積層形成の立体模
型を形成す、る方法が提案されている。
このような立体形状の形成方法では、用いられる光硬化
型樹脂材の光硬化特性に応じて効率の良い露光硬化条件
を設定し、立体形状の形成に要する全露光硬化時間を短
縮し得る方法が要求されている。
〔従来の技術〕
従来、光硬化型樹脂材を用い、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立体模型形状を形
成するには、先ず第3図(al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上に分割した厚さ
に対応する第一層分の液状光硬化型樹脂材5を供給し、
この供給樹脂材5の表面が平坦化された後、該樹脂材5
表面が露光照射するレーザビーム4の焦点レベルとなる
ように前記副走査台2を上下方向に微動調整を行う。
次に第3図011)に示すように前記樹脂材5表面に対
して、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、レーザビーム光学系から走査反射鏡で
反射したレーザビーム4の照射、または前記前記副走査
台2をX、Y方向に移動走査してレーザビーム4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3図(C)に示すように第二層分の液状光硬化型
樹脂材6を供給し、その表面が平坦化された後、該樹脂
材6表面が露光照射するレーザビーム4の焦点レベルと
なるように再度前記副走査台2を上下方向に微動調整を
行い、引き続き第3図(d)に示すように前記樹脂材6
表面に前記立体形状パターンデータに基づいて、同様に
レーザビーム4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。
以下同様の工程を繰り返して第3図+8)に示すように
供給された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を形成した後、最終
的に未露光の液状光硬化型樹脂材中より積層状に形成さ
れた立体硬化樹脂像を取り出し、洗浄処理溶液等で付着
する前記液状光硬化型樹脂材を洗い流して除去すること
によって、第31Q(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〕
ところで従来の立体形状の形成方法により、全厚さく全
高さ)がHである立体形状を形成する場合、光硬化させ
る各一層の樹脂層の層厚をX、該一層の樹脂層をビーム
照射により露光硬化するに要する露光時間をt、全厚さ
Hの立体形状を形成するに必要な光硬化層の層数をn、
及び全厚さHの立体形状を形成するに要する全露光硬化
時間をTとすると、これらの間には次式に示す関係が成
立する。
n−x  −H・・・・(11 n−t  =  ’l’  ・・・・(2)即ち、上記
全厚さく全高さ)がHである立体形状を形成するについ
ては、光硬化させる各一層の樹脂層の層厚Xを厚くする
と、その一層の光硬化に要する露光時間tは大きくなる
が、全層数nは少なくなり、また逆に前記層厚Xを薄く
すると、その光硬化に要する露光時間tは小さくなるが
、全層数nを増加する必要がある。
しかし従来の立体形状の形成においては、該形成に用い
られる光硬化型樹脂材の硬化特性を効果的に利用して、
形成するに要する全露光硬化時間Tを短縮するといった
考慮が払われていなかったために、該全露光硬化時間T
に長時間を費やすといった問題があった。
本発明は上記従来の実情に鑑み、立体形状の形成に用い
られる光硬化型樹脂材の硬化特性を最大限に利用した露
光硬化条件により、形成に要する全露光硬化時間Tを最
小に短縮し得る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、樹脂材収容容器に液
状光硬化型樹脂材を順次層状に供給する毎に該光硬化樹
脂材゛にレーザビーム光学系によるビーム照射により露
光走査を行って選択的に光硬化せしめ、積層状の硬化樹
脂像からなる立体形状を形成する際に、前記ビーム照射
により露光走査を行う液状光硬化型樹脂材からなる各一
層の層厚を、該液状光硬化樹脂材の光吸収係数の逆数と
等しくなるようにする。
即ち、光硬化型樹脂材の照射ビームに対する光吸収係数
をα、該樹脂材の光硬化の始まる単位面積当たりの露光
エネルギー、所謂閾値露光エネルギーをEth、単位面
積当たりの露光エネルギーをE、その時の一層の光硬化
型樹脂層の層厚をXとし、eを自然対数の底とすると、
次の関係式が成立する。
Eth  −Ee−”  −・・・(3)従って、本発
明の露光硬化条件としては、光硬化型樹脂材の光硬化特
性が(3)式で与えられることを利用することによって
、立体形状を形成するための全露光硬化時間Tを最小に
短縮するようにする。
〔作用〕
本発明の立体形状の形成方法では、照射ビームのパワー
をP、光硬化型樹脂材の一層の走査領域の全面積をSと
すると、単位面積当たりの露光エルギーEと一層を光硬
化させるに要する時間tとの間には、次式の関係がある
E−P−t/S  ・・・・(4) これを前記(3)式に代入し、更に(1)、 (21式
を用いることにより、立体形状を形成するに要する全露
光時間Tと露光硬化する一層の樹脂層の層厚Xとの関係
を求めると、 T−(S −H−Eth/P)  −(e”/X)  
−−(5)(5)式から明らかなように、該全露光時間
Tは、P、S、H,Ethを一定とした時、x = l
 / aで、最小値5−H−Eth・α/Pをとる。
一層の光硬化型樹脂層の層厚Xを、x=1/αとするた
めには(3)、 (41式より、P −t/S−e −
Eth  ・・・16)となるような露光硬化条件とす
る。
また前記(5)式を次式のように変換すると、P−T/
 (S−H)−Eth−8”/X・−−(7)左辺は立
体形状の形成に要する単位面積当たりの露光エネルギー
、即ち体積露光エネルギー密度であり、全露光硬化時間
Tを最小に短縮すると、該(7)式の右辺も最小となり
、照射ビームの露光エネルギーが最も有効に利用される
〔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。
本実施例では立体形状の形成に用いる紫外線硬化型樹脂
材として5種類の試料について単位面積当たりの露光エ
ネルギーEと、樹脂硬化厚さXとの関係を実測した結果
、第1図に示すように何れの試料においても、樹脂硬化
厚さXと単位面積当たりの露光エネルギーEの対数との
間には直線関係があり、Eth=Ee””の(3)式が
成立している。
なお、上記5種類の試料としては、例えば試料1は松下
電工製のCV−7016−3、試料2は同じ<cv−7
307−6、試料3は同じ< CV−7809−4、試
料4は奇人製のPI−170、試料5は脂化成製のFP
−70である。
そしてこの第1図より前記5種類の試料における光吸収
係数αと該樹脂材の光硬化の始まる単位面積当たりの露
光エネルギー、所謂闇値露光エネルギーをEthを求め
ると別表に示すようになる。
更にこれらの各値と前記(7)式から照射ビームの体積
露光エネルギー密度と光硬化させる一層の樹脂層の層厚
との関係を前記各試料について求めると第2図に示すよ
うになる。
従って、本発明の立体形状の形成方法では、従来と同様
に樹脂材収容容器に液状の紫外線光硬化型樹脂材を順次
層状に供給する毎に該樹脂材にレーザビーム光学系によ
るビーム照射により露光走査を行って選択的に光硬化せ
しめ、積層状の硬化樹脂像からなる立体形状を形成する
に際し、該形成に用いる紫外線硬化型樹脂材からなる各
−鴫の層厚を、第2図の所定樹脂材の関係曲線より最小
値となる厚さ、即ち、別表に示すように該紫外線硬化型
樹脂材の光吸収係数の逆数と等しい最適層厚1/αを採
用し、かつ与えられた照射ビームのパワーPと該樹脂材
の一層の走査領域の全面積Sのもとで、該樹脂材の一層
を露光硬化する時間が(6)式のp −t/S=e −
Ethにより定められるt値による走査速度で露光硬化
を行うようにすれば、露光エネルギーを最も効率よく活
用され、積層状に立体形状を形成するに要する全露光硬
化時間Tが最小に短縮され、立体形状の形成が短時間と
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、積層状の硬化樹脂像からなる立体
形状を形成するための光硬化型樹脂材の各一層の厚さを
、その樹脂材の光吸収係数の逆数と等しい値とし、照射
ビームの露光エネルギーを最も効率よく活用した露光硬
化条件を用いることにより立体形状を形成するに要する
全露光硬化時間を最小に短縮することができ、所望とす
る立体形状を効率よく短時間に形成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図は本発明の立体形状の形成方法に用いる各種光硬
化型樹脂材の光硬化厚特性の 一例を示す図、 第2図は本発明の立体形状の形成方法に用いる各種光硬
化型樹脂材の体積エネルギー 密度の一例を示す図、 第3図は従来の立体形状の形成方法を工程順に示す要部
断面図である。 別   表 第1図 □層yg(−) Δμtjtn4e’1HRn−=仔8克LネルY′火度
5r−TIE第2121 L−ザビーム/1里を徨1シ除忙り煙図   二層目n
〒H1層。形へ・1判1刀(C1((h 悦hfL停形状゛を形へ°7に五m !3  図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 樹脂材収容容器に液状光硬化型樹脂材を順次層状に供給
    する毎に、該樹脂材にレーザビーム光学系によるビーム
    照射により露光走査を行って選択的に光硬化せしめ、積
    層状の硬化樹脂像からなる立体形状を形成する方法にお
    いて、 上記ビーム照射により露光走査を行う液状光硬化型樹脂
    材からなる各一層の層厚を、該樹脂材の光吸収係数の逆
    数と等しくなるようにしたことを特徴とする立体形状の
    形成方法。
JP62028425A 1987-02-09 1987-02-09 立体形状の形成方法 Expired - Lifetime JPH0669725B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109435229A (zh) * 2018-11-21 2019-03-08 厦门达天电子科技有限公司 一种3d打印用光敏树脂的测试件及其打印方法
CN113524688A (zh) * 2021-08-18 2021-10-22 广州黑格智造信息科技有限公司 3d打印数据的处理方法、3d打印方法及装置

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