JPWO2006035739A1 - Stereolithography apparatus and stereolithography method - Google Patents

Stereolithography apparatus and stereolithography method Download PDF

Info

Publication number
JPWO2006035739A1
JPWO2006035739A1 JP2006537734A JP2006537734A JPWO2006035739A1 JP WO2006035739 A1 JPWO2006035739 A1 JP WO2006035739A1 JP 2006537734 A JP2006537734 A JP 2006537734A JP 2006537734 A JP2006537734 A JP 2006537734A JP WO2006035739 A1 JPWO2006035739 A1 JP WO2006035739A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
light irradiation
mask
moving
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2006537734A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4669843B2 (en
Inventor
上野 高邦
高邦 上野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nabtesco Corp
Original Assignee
Nabtesco Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nabtesco Corp filed Critical Nabtesco Corp
Publication of JPWO2006035739A1 publication Critical patent/JPWO2006035739A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4669843B2 publication Critical patent/JP4669843B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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

Abstract

所望の厚さの光硬化物を各光硬化層全域にわたって得ることで、高品位で複雑な立体造形物を迅速に製造する。光硬化性樹脂層(5)の表面に、所定パターンを有するマスク(3)を介して光照射装置(1−4)からの光を照射し、当該光が照射された光照射領域中の光硬化性樹脂層を光硬化させることで立体造形物を製造する装置及び方法であって、光照射装置(1−4)を少なくとも二つの方向へ移動させながら、当該移動に同期してマスク(3)上の前記マスクパターンを変化させる。この際、光照射装置(1−4)から光照射領域へ照射される光の露光量を制御することで、当該光照射領域中で光硬化する光硬化層(6)の膜厚を所望の膜厚にする。By obtaining a photo-cured product having a desired thickness over the entire area of each photo-cured layer, a high-quality and complicated three-dimensional model is rapidly manufactured. The light in the light irradiation region irradiated with light from the light irradiation device (1-4) is irradiated on the surface of the photocurable resin layer (5) through the mask (3) having a predetermined pattern. An apparatus and method for manufacturing a three-dimensional structure by photocuring a curable resin layer, wherein a mask (3) is synchronized with the movement while moving the light irradiation device (1-4) in at least two directions. ) Change the above mask pattern. At this time, by controlling the exposure amount of the light irradiated from the light irradiation device (1-4) to the light irradiation region, the film thickness of the photocuring layer (6) to be photocured in the light irradiation region is set to a desired value. Make the film thickness.

Description

本発明は、光硬化性樹脂組成物に光を照射して光硬化させて、光学的に立体造形物を製造する光造形装置及び光造形方法に関する。   The present invention relates to an optical modeling apparatus and an optical modeling method for optically manufacturing a three-dimensional model by irradiating a photocurable resin composition with light and photocuring it.

近年、三次元CADに入力されたデータに基づいて光硬化性樹脂を硬化させて立体造形物を製造する光造形装置が実用化されている。このような光造形技術は、設計の途中で外観デザインを検証するためのモデル、部品の機能性をチェックするためのモデル、鋳型を製作するための樹脂型、金型を製作するためのベースモデルなどのような複雑な三次元物体を容易に造形できることから注目を集めている。   In recent years, an optical modeling apparatus that manufactures a three-dimensional model by curing a photocurable resin based on data input to a three-dimensional CAD has been put into practical use. This stereolithography technology is a model for verifying the appearance design in the middle of design, a model for checking the functionality of parts, a resin mold for producing molds, and a base model for producing molds. It attracts attention because it can easily form complex three-dimensional objects such as.

光学造形装置によって造形物を製造するに当たっては、造形浴槽を用いる方法が汎用されており、その手順としては、造形浴槽に液状の光硬化性樹脂組成物を入れ、液面に所望のパターンが得られるようにコンピュータで制御されたスポット状のレーザー光(例えば、紫外線レーザー光)を選択的に照射して所定の厚みに光硬化させて光硬化層を形成し、その光硬化層を造形浴槽内で下方に移動させて造形浴槽内の光硬化性樹脂液を該光硬化層上に流動させて光硬化性樹脂液の層を形成し、その光硬化性樹脂液層にスポット状の紫外線レーザー光を照射して光硬化層を積層形成するといった工程を所定の形状および寸法の立体造形物が得られるまで繰り返して行うものである。   In manufacturing a modeled object with an optical modeling apparatus, a method using a modeling bath is widely used. As the procedure, a liquid photocurable resin composition is put in the modeling bath and a desired pattern is obtained on the liquid surface. A spot-shaped laser beam controlled by a computer (for example, an ultraviolet laser beam) is selectively irradiated and photocured to a predetermined thickness to form a photocured layer, and the photocured layer is placed in the modeling bath. Then, the photocurable resin liquid in the modeling bath is caused to flow onto the photocured layer to form a photocurable resin liquid layer, and a spot-like ultraviolet laser beam is formed on the photocurable resin liquid layer. Is repeated until a three-dimensional object having a predetermined shape and size is obtained.

スポット状の紫外線レーザー光を用いる上記した従来法による場合は、1個のスポット状レーザー光を光硬化性樹脂組成物の表面に照射しながら移動させて面状の光硬化したパターンを形成する、いわゆる点描方式であるため、造形に長い時間を要し、生産性が低いという問題がある。しかも、光源として用いられる紫外線レーザー装置等のレーザー装置は極めて高価であるため、この種の光造形装置を高価格なものにしている。   In the case of the above-described conventional method using a spot-like ultraviolet laser beam, a planar photocured pattern is formed by moving the spot-shaped laser beam while irradiating the surface of the photocurable resin composition. Since it is a so-called stippling method, there is a problem that it takes a long time for modeling and the productivity is low. In addition, laser devices such as ultraviolet laser devices used as light sources are extremely expensive, making this type of optical modeling device expensive.

そこで、従来においては、光を選択的に透過または遮光する液晶シャッター(液晶マスク)を光硬化性樹脂の液面に対して平行に走向し得るように配置すると共に、液晶シャッターの走向範囲を複数に分割し、液晶シャッターをその分割された走向範囲の各々を順次走向させて各走向範囲の露光を行い、1層分の所定の断面形状パターンを有する光硬化層を形成する光造形装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Therefore, conventionally, a liquid crystal shutter (liquid crystal mask) that selectively transmits or blocks light is arranged so as to be able to run parallel to the liquid surface of the photocurable resin, and a plurality of liquid crystal shutters have a running range. Proposing a stereolithography apparatus that divides the liquid crystal shutter into each of the divided strike ranges and exposes each strike range to form a photocured layer having a predetermined cross-sectional pattern for one layer. (For example, refer to Patent Document 1).

レーザー光を用いて立体造形物を製造する場合、各光硬化層の光硬化深さ(厚み)は、所定領域へ照射すべきレーザー光の強度(I)と照射時間(t)との積、すなわち、レーザー光の照射露光量(Ixt)を制御することで調整することができる。ここで、照射時間はレーザー光の走査速度に反比例する。具体的には、レーザ光の走査速度を一定とした場合、レーザー光の強度を変調することで照射領域の膜厚を制御するか、あるいは、レーザ光の強度を一定とした場合、レーザー光の走査速度を変えることで照射領域の膜厚を制御することになる。また、全走査領域に渡って走査中のレーザー光の露光量を一定にするためには、レーザー光の強度とレーザー光の走査速度とが所定関係を満たすようにレーザー装置を制御する必要がある(例えば、特許文献2参照)。これは、レーザー光による走査において、例えば、各走査線の走査開始位置では、レーザー光の走査速度はゼロ(すなわち露光量は最大)であるが、走行方向への走査に伴って徐々に加速され(すなわち露光量が低下し)、一定の速度(走査速度)に達した時点で露光量が一定となり(走査露光量)、さらに、各走査線の走査終了位置付近では、レーザー光は徐々に減速され(すなわち露光量が増加)、走査終了位置にて露光量が最大となる。したがって、各走査線に沿ったレーザー光の走査においては、各走査線に対応する走査領域では、走査開始位置および走査終了位置では露光量が最大となり、これらの領域から走査速度が一定(露光量が一定)となる走査速度一定領域までは、徐々に露光量が低下することになる。すなわち、レーザー光の強度を一定とした場合、レーザー光の走査速度を一定に設定したとしても、各走査領域での露光量が不均一となり、一定の膜厚が得られないということになる。したがって、走査開始(終了)位置から走査速度一定領域までの領域(以下、走査速度変動領域と称する)において、レーザー光強度を走査速度の変動に合わせて可変にすることで、全露光領域に渡って露光量を一定にすることができる。具体的には、走査速度変動領域期間において、レーザー発生装置にデジタル的あるいはアナログ的に変調を加えて、この領域での露光量が走査速度一定領域での露光量と同一となるようにしている。
特開平8−112863号公報 特開平6−61847号公報
When manufacturing a three-dimensional molded article using laser light, the photocuring depth (thickness) of each photocured layer is the product of the intensity (I) of the laser light to be irradiated to a predetermined region and the irradiation time (t), That is, it can be adjusted by controlling the laser beam irradiation exposure amount (Ixt). Here, the irradiation time is inversely proportional to the scanning speed of the laser beam. Specifically, when the scanning speed of the laser beam is constant, the film thickness of the irradiated region is controlled by modulating the intensity of the laser beam, or when the laser beam intensity is constant, By changing the scanning speed, the film thickness of the irradiation region is controlled. In order to make the exposure amount of the laser beam being scanned constant over the entire scanning region, it is necessary to control the laser device so that the intensity of the laser beam and the scanning speed of the laser beam satisfy a predetermined relationship. (For example, refer to Patent Document 2). In scanning with laser light, for example, at the scanning start position of each scanning line, the scanning speed of the laser light is zero (that is, the exposure amount is maximum), but is gradually accelerated as scanning in the traveling direction. (In other words, the exposure amount decreases), the exposure amount becomes constant (scanning exposure amount) when a constant speed (scanning speed) is reached, and the laser beam gradually decelerates near the scanning end position of each scanning line. (Ie, the exposure amount increases), and the exposure amount is maximized at the scanning end position. Therefore, in the scanning of the laser light along each scanning line, in the scanning region corresponding to each scanning line, the exposure amount becomes maximum at the scanning start position and the scanning end position, and the scanning speed is constant from these regions (exposure amount). The amount of exposure gradually decreases until the scanning speed is constant, where is constant. That is, when the intensity of the laser beam is constant, even if the scanning speed of the laser beam is set to be constant, the exposure amount in each scanning region becomes non-uniform and a constant film thickness cannot be obtained. Therefore, in the region from the scanning start (end) position to the region where the scanning speed is constant (hereinafter referred to as the scanning speed fluctuation region), the laser light intensity is made variable in accordance with the fluctuation of the scanning speed, so that the entire exposure area is covered. Thus, the exposure amount can be made constant. Specifically, during the scanning speed fluctuation region period, the laser generator is digitally or analogally modulated so that the exposure amount in this region is the same as the exposure amount in the constant scanning speed region. .
JP-A-8-112863 JP-A-6-61847

上述したように、レーザー光を用いた光硬化層の膜厚制御を行うためには、走査速度に対応したレーザー光の強度制御を行うための制御回路等が必要となり、光造形装置をさらに高価格なものにしていた。また、レーザー光の走査速度を制御することで膜厚制御を行う場合、レーザー光による走査速度は極めて速いために走査速度制御自体が複雑となり、正確な制御を行うこと自体が困難であった。一方、特許文献1に開示される露光機構を有する光造形装置においては、光硬化層の膜厚制御に関してはなんら開示されておらず、例えば、複数の異なる光感度を有する光硬化樹脂等を用いて光造形を行う場合の露光量の制御や、あるいは、ある光硬化層において、膜厚(光硬化深さ)が異なる複数の部位を形成する場合等の露光量の制御に関してなんら対処することができないという問題があった。   As described above, in order to control the film thickness of the photocured layer using laser light, a control circuit for controlling the intensity of the laser light corresponding to the scanning speed is required. It was priced. In addition, when controlling the film thickness by controlling the scanning speed of the laser beam, the scanning speed by the laser beam is extremely fast, so that the scanning speed control itself is complicated, and it is difficult to perform accurate control itself. On the other hand, in the optical modeling apparatus having the exposure mechanism disclosed in Patent Document 1, nothing is disclosed regarding the film thickness control of the photocured layer, and for example, a photocured resin having a plurality of different photosensitivities is used. It is possible to deal with the control of the exposure amount when performing stereolithography, or the control of the exposure amount when forming a plurality of portions having different film thicknesses (photocuring depths) in a certain photocured layer. There was a problem that I could not.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、各光硬化層中において形成されえる光硬化物の厚さ(光硬化深さ)を自由に調整することが可能な、高品位な立体造形物を製造することのできる光造形装置及び光造形方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is capable of freely adjusting the thickness (photocuring depth) of a photocured product that can be formed in each photocured layer. It aims at providing the optical modeling apparatus and optical modeling method which can manufacture a three-dimensional molded item.

上記目的を達成するために、本発明は、所定パターンを有するマスクを介して、光照射装置からの光を光硬化性樹脂層の表面に照射して露光像を形成し、当該露光像が照射された光照射領域中の光硬化性樹脂層を光硬化させる工程を1層分の光硬化層が形成するまで繰り返し、さらに、当該光硬化層の表面に新たな未硬化樹脂層を形成すると共に、当該未硬化樹脂層に前記マスクを介して光を照射して光硬化層を形成する工程を繰り返して立体造形物を形成する光造形装置において、
前記光硬化性樹脂層表面上に形成される前記露光像を、当該光硬化性樹脂層の表面に沿って移動させる露光像移動手段と、
前記露光像の移動に同期して、当該マスク上の前記マスクパターンを変化させるマスクパターン可変手段と、
前記露光像移動手段による前記露光像の移動に際して、前記光照射領域へ照射される前記露光像の露光量を可変にすることで、当該光照射領域中で光硬化する光硬化層の膜厚を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention forms an exposure image by irradiating the surface of a photocurable resin layer with light from a light irradiation device through a mask having a predetermined pattern, and the exposure image is irradiated with the exposure image. The step of photocuring the photocurable resin layer in the irradiated region is repeated until one photocured layer is formed, and a new uncured resin layer is formed on the surface of the photocured layer. In the optical modeling apparatus for forming a three-dimensional model by repeating the process of irradiating the uncured resin layer with light through the mask to form a photocured layer,
Exposure image moving means for moving the exposure image formed on the surface of the photocurable resin layer along the surface of the photocurable resin layer;
Mask pattern variable means for changing the mask pattern on the mask in synchronization with the movement of the exposure image;
When moving the exposure image by the exposure image moving means, by changing the exposure amount of the exposure image irradiated to the light irradiation region, the film thickness of the photocured layer that is photocured in the light irradiation region can be reduced. And a control means for controlling.

上記光造形装置において、前記露光像移動手段は前記光照射装置を移動させる移動手段からなり、前記マスクパターン可変手段は、前記移動手段による前記光照射装置の移動に同期して、当該マスク上の前記マスクパターンを変化させ、さらに、前記制御手段は、前記移動手段による前記光照射装置の移動速度を制御して前記露光像の露光量を可変にし、当該光照射領域中で光硬化する光硬化層の膜厚を制御することを特徴とする。   In the optical modeling apparatus, the exposure image moving means includes moving means for moving the light irradiation apparatus, and the mask pattern changing means is arranged on the mask in synchronization with the movement of the light irradiation apparatus by the moving means. The mask pattern is changed, and the control unit further controls the moving speed of the light irradiation device by the moving unit to change the exposure amount of the exposure image and photocures in the light irradiation region. The film thickness of the layer is controlled.

上記光造形装置において、前記制御手段は、少なくとも前記光照射領域に照射される光の光量、光硬化層を形成する光硬化性樹脂の光硬化に対する感度、並びに前記移動方向への前記光照射領域の長さに基づいて前記移動速度を算出し、前記移動手段を介して前記光照射装置を当該算出移動速度で移動させることを特徴とする。   In the optical modeling apparatus, the control means includes at least a light amount irradiated to the light irradiation region, a sensitivity to light curing of a photocurable resin forming a photocuring layer, and the light irradiation region in the moving direction. The moving speed is calculated based on the length of the light, and the light irradiation device is moved at the calculated moving speed via the moving means.

上記光造形装置において、前記移動手段は前記光照射装置を少なくとも直交する二つの方向へ移動させることを特徴とする。   In the optical modeling apparatus, the moving unit moves the light irradiation apparatus in at least two directions orthogonal to each other.

上記光造形装置において、前記光照射領域の形状は、長辺の長さがL,短辺の長さがSの矩形状であって、当該矩形状の光照射領域の長手方向と短手方向を、各々前記光照射装置の前記二つの移動方向に平行とした場合、当該長手方向への前記光照射装置の移動速度をVL,当該短手方向への前記光照射装置の移動速度をVSとしたとき、以下の関係式
VL/VS = L/S
が成立するように各移動速度VL,VSが決定されることを特徴とする。
In the optical modeling apparatus, the shape of the light irradiation region is a rectangular shape having a long side length L and a short side length S, and the longitudinal direction and the short direction of the rectangular light irradiation region. Are parallel to the two movement directions of the light irradiation device, respectively, the movement speed of the light irradiation device in the longitudinal direction is VL, and the movement speed of the light irradiation device in the short direction is VS. Then, the following relational expression VL / VS = L / S
The moving speeds VL and VS are determined so that the following holds.

上記光造形装置において、前記光照射領域の形状は、長辺の長さがL,短辺の長さがSの矩形状であって、当該矩形状の光照射領域の長手方向と短手方向が、各々前記光照射装置の前記二つの移動方向に平行である場合、当該長手方向への前記光照射装置の移動速度をVL,当該短手方向への前記光照射装置の移動速度をVSとし、前記光照射領域へ照射される光の光量をE(mJ/cm2)、前記光硬化性樹脂を厚さt(mm)硬化するために必要な光の光量をEt(mJ/cm2)としたとき、当該膜厚tを得るための前記光照射装置の長手方向及び短手方向の移動速度VLおよびVSは、各々、L・E/Et(mm/sec)及びS・E/Et(mm/sec)で表されることを特徴とする。In the optical modeling apparatus, the shape of the light irradiation region is a rectangular shape having a long side length L and a short side length S, and the longitudinal direction and the short direction of the rectangular light irradiation region. Are parallel to the two moving directions of the light irradiation device, the moving speed of the light irradiation device in the longitudinal direction is VL, and the moving speed of the light irradiation device in the short direction is VS. , E (mJ / cm 2 ) represents the amount of light irradiated to the light irradiation region, and Et (mJ / cm 2 ) represents the amount of light necessary to cure the photocurable resin to a thickness t (mm). The moving speeds VL and VS in the longitudinal direction and the lateral direction of the light irradiation device for obtaining the film thickness t are respectively L · E / Et (mm / sec) and S · E / Et ( mm / sec).

上記光造形装置において、前記光照射領域へ照射される光の光量Eを測定する光センサーと、前記光硬化性樹脂の光硬化層の厚さtと、光硬化性樹脂を厚さtだけ光硬化するに必要な光量Etとの関係を示した膜厚・光量データを予め記憶した記憶手段とをさらに備え、前記制御手段は、前記光センサーからの光量Eの測定値と、前記記憶手段に記憶された前記膜厚・光量データとから、所望とする膜厚を得るための前記光照射装置の移動速度を求めることを特徴とする。   In the stereolithography apparatus, the optical sensor for measuring the light amount E of the light irradiated to the light irradiation region, the thickness t of the photocuring layer of the photocurable resin, and the photocurable resin by the thickness t Storage means storing in advance film thickness / light quantity data indicating a relationship with the light quantity Et required for curing, and the control means includes a measured value of the light quantity E from the photosensor, and the storage means. The moving speed of the light irradiation device for obtaining a desired film thickness is obtained from the stored film thickness / light quantity data.

上記光造形装置において、前記マスクは、微小ドットエリアでの遮光及び透光が可能な複数の微小光シャッターが面状に配置され、これらの微小光シャッターによりマスク画像を形成する面状マスクであり、前記未硬化樹脂層の表面に対する連続移動と同期して、形成すべきパターンに応じて前記マスク画像を連続的に変化させることを特徴とする。   In the optical modeling apparatus, the mask is a planar mask in which a plurality of minute light shutters capable of shielding and transmitting light in minute dot areas are arranged in a planar shape, and a mask image is formed by these minute light shutters. The mask image is continuously changed according to the pattern to be formed in synchronization with the continuous movement with respect to the surface of the uncured resin layer.

上記光造形装置において、前記マスクパターン可変手段は、前記光照射装置の移動速度に同期して、当該マスクパターンの変化速度を制御することを特徴とする。   In the stereolithography apparatus, the mask pattern changing means controls a change speed of the mask pattern in synchronization with a moving speed of the light irradiation apparatus.

上記光造形装置において、前記マスクパターン可変手段は、前記マスク上の前記マスクパターンの光透過率を変化させることで、当該マスクパターン可変手段を介して前記光照射面中に照射される前記露光像の露光量を可変にする露光量可変手段を備えていることを特徴とする。   In the optical modeling apparatus, the mask pattern changing unit changes the light transmittance of the mask pattern on the mask, thereby irradiating the light irradiation surface through the mask pattern changing unit. The exposure amount variable means for making the exposure amount variable is provided.

上記光造形装置において、光透過率が同じか又は異なる複数個のフィルターをさらに備え、前記光照射装置から前記マスクパターン可変手段へ照射される光、もしくは、前記マスクパターン可変手段から前記光照射領域へ照射される光を前記複数個のフィルターの少なくとも一つに通過させることで、前記光照射領域に照射される当該光の強度を可変にして、当該光照射領域中で光硬化する光硬化層の膜厚を制御することを特徴とする。   The optical modeling apparatus further includes a plurality of filters having the same or different light transmittances, and the light irradiated from the light irradiation apparatus to the mask pattern variable means, or the light irradiation region from the mask pattern variable means A light-curing layer that passes through at least one of the plurality of filters to change the intensity of the light irradiated to the light-irradiated region and is photocured in the light-irradiated region. The film thickness is controlled.

上記光造形装置において、前記マスクパターン可変手段は、液晶を用いた透過型面状描画装置からなることを特徴とする。   In the above-described optical modeling apparatus, the mask pattern varying means is composed of a transmissive planar drawing apparatus using liquid crystal.

上記造形装置において、前記マスクパターン可変手段は、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)を用いた反射型面状描画装置からなることを特徴とする。   In the modeling apparatus, the mask pattern changing unit is a reflection type planar drawing apparatus using a digital micromirror device (DMD).

所定パターンを有するマスクを介して、光照射装置からの光を光硬化性樹脂層の表面に照射して露光像を形成し、当該露光像が照射された光照射領域中の光硬化性樹脂層を光硬化させる工程を1層分の光硬化層が形成するまで繰り返し、さらに、当該光硬化層の表面に新たな未硬化樹脂層を形成すると共に、当該未硬化樹脂層に前記マスクを介して光を照射して光硬化層を形成する工程をさらに繰り返して立体造形物を形成する光造形方法において、
前記光硬化性樹脂層表面上に形成される前記露光像を、当該光硬化性樹脂層表面に沿って移動する露光像移動ステップと、
前記露光像の移動に同期して、当該マスク上の前記マスクパターンを変化させるマスクパターン可変ステップと、
前記露光像移動手段による前記露光像の移動に際して、前記光照射領域へ照射される前記露光像の露光量を可変にすることで、当該光照射領域中で光硬化する光硬化層の膜厚を制御する制御ステップとを備えたことを特徴とする。
A light curable resin layer in a light irradiation region irradiated with the exposure image is formed by irradiating the surface of the light curable resin layer with light from a light irradiation device through a mask having a predetermined pattern. The step of photocuring is repeated until one photocured layer is formed, and a new uncured resin layer is formed on the surface of the photocured layer, and the uncured resin layer is interposed through the mask. In the optical modeling method of forming a three-dimensional model by repeating the process of forming a photocured layer by irradiating light,
An exposure image moving step of moving the exposure image formed on the photocurable resin layer surface along the photocurable resin layer surface;
A mask pattern variable step for changing the mask pattern on the mask in synchronization with the movement of the exposure image;
When moving the exposure image by the exposure image moving means, by changing the exposure amount of the exposure image irradiated to the light irradiation region, the film thickness of the photocured layer that is photocured in the light irradiation region can be reduced. And a control step for controlling.

上記光造形方法において、前記露光像移動ステップは、前記光照射装置を少なくとも二つの方向へ移動する移動ステップを備え、前期マスクパターン変化ステップは、前記光照射装置の移動に同期して、当該マスク上の前記マスクパターンを変化させ、さらに、前記制御ステップは、前記移動ステップによる当該光照射装置の移動速度を制御することで、当該光照射領域中で光硬化する光硬化層の膜厚を制御することを特徴とする。   In the stereolithography method, the exposure image moving step includes a moving step of moving the light irradiation device in at least two directions, and the previous mask pattern changing step is performed in synchronization with the movement of the light irradiation device. The mask pattern is changed above, and the control step controls the film thickness of the photocured layer that is photocured in the light irradiation region by controlling the moving speed of the light irradiation device in the moving step. It is characterized by doing.

上記光造形方法において、前記制御ステップは、少なくとも前記光照射領域に照射される光の光量、光硬化層を形成する光硬化性樹脂の光硬化に対する感度、並びに前記移動方向への前記光照射領域の長さに基づいて前記移動速度を算出するステップを備えており、前記移動ステップにおいて、当該光照射装置を当該算出移動速度で移動させることを特徴とする。     In the stereolithography method, the control step includes at least the amount of light applied to the light irradiation region, the sensitivity to photocuring of the photocurable resin forming the photocuring layer, and the light irradiation region in the moving direction. A step of calculating the moving speed based on the length of the light irradiation device, wherein the light irradiation device is moved at the calculated moving speed in the moving step.

上記光造形方法において、前記マスクパターン可変ステップは、前記マスク上の前記マスクパターンの光透過率を変化させることで、前記光照射面中に照射される前記露光像の露光量を可変にする露光量可変ステップを備えていることを特徴とする。   In the stereolithography method, the mask pattern changing step includes changing the light transmittance of the mask pattern on the mask to change the exposure amount of the exposure image irradiated on the light irradiation surface. A variable amount step is provided.

上記光造形方法において、光透過率が同じか又は異なる複数個のフィルターを配置し、前記光照射装置から前記光照射面上に照射される光を前記複数個のフィルターの少なくとも一つに通過させることで、前記光照射領域に照射される当該光の強度を可変にして、当該光照射領域中で光硬化する光硬化層の膜厚を制御するステップをさらに有することを特徴とする。   In the stereolithography method, a plurality of filters having the same or different light transmittance are disposed, and light irradiated on the light irradiation surface from the light irradiation device is allowed to pass through at least one of the plurality of filters. Thus, the method further includes the step of controlling the film thickness of the photocuring layer that is photocured in the light irradiation region by changing the intensity of the light irradiated to the light irradiation region.

本発明によれば、所望の厚さ(深さ)の硬化物を各光硬化層全域にわたって得ることができるので、高品位で複雑な立体造形物を迅速に製造することが可能となる。   According to the present invention, since a cured product having a desired thickness (depth) can be obtained over the entire area of each photocured layer, a high-quality and complicated three-dimensional modeled object can be quickly produced.

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について詳細に説明する。図1は本実施形態に係る光造形装置100の外観構成を示す図である。この図に示すように、光造形装置100は、大別して、液状の光硬化性樹脂組成物が満たされる造形浴槽10と、当該光硬化性樹脂組成物に対して上方から光を照射する光照射装置20とを備えている。上記造形浴槽10の内部には、造形テーブル11が昇降機構30により昇降可能に配置されている。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating an external configuration of an optical modeling apparatus 100 according to the present embodiment. As shown in this figure, the optical modeling apparatus 100 is roughly divided into a modeling bath 10 filled with a liquid photocurable resin composition, and light irradiation for irradiating light on the photocurable resin composition from above. Device 20. Inside the modeling bath 10, the modeling table 11 is arranged so as to be lifted and lowered by the lifting mechanism 30.

上記造形テーブル11は、立体造形物を製造する際に、図2に示すように、造形浴槽10に満たされた液状の光硬化性樹脂組成物の液面12から所定距離dだけ引き下げられて、当該造形テーブル11の面上に、立体造形物の1層分に相当する液状の光硬化性樹脂層、すなわち、未硬化の光硬化性樹脂層(以下、「造形面5」という)を形成する。そして、光照射装置20が造形面5に対して光を照射することで造形面5を光硬化させて、立体造形物の1層分に相当する光硬化層を形成する。その後、造形テーブル11を更に所定距離dだけ引き下げて、先に形成した光硬化層の上面に1層分の造形面5を形成し、上記同様に、光照射装置20が造形面5に対して光を照射することで、先に形成した光硬化層の上に新たに1層分の光硬化層を積層形成する。また、各光硬化層を形成する際には、光照射装置20が所定パターンの光を造形面5に照射することで各光硬化層が所定パターンに形成され、かかる光硬化層を積層形成することで目的の立体造形物が製造される。   When manufacturing the three-dimensional modeled object, the modeling table 11 is pulled down from the liquid surface 12 of the liquid photocurable resin composition filled in the modeling bath 10 by a predetermined distance d, as shown in FIG. On the surface of the modeling table 11, a liquid photocurable resin layer corresponding to one layer of the three-dimensional modeled object, that is, an uncured photocurable resin layer (hereinafter referred to as “modeling surface 5”) is formed. . And the light irradiation apparatus 20 photocures the modeling surface 5 by irradiating light with respect to the modeling surface 5, and forms the photocuring layer corresponded to 1 layer of a three-dimensional molded item. Thereafter, the modeling table 11 is further lowered by a predetermined distance d to form a modeling surface 5 for one layer on the upper surface of the previously formed photocured layer, and the light irradiation device 20 is applied to the modeling surface 5 in the same manner as described above. By irradiating with light, a new photo-curing layer for one layer is newly formed on the photo-curing layer formed previously. Moreover, when forming each photocured layer, each photocured layer is formed in a predetermined pattern by the light irradiation device 20 irradiating the modeling surface 5 with a predetermined pattern of light, and the photocured layer is laminated. Thus, the target three-dimensional model is manufactured.

上記光照射装置20の構成について詳述すると、図3に示すように、光照射装置20は、光源1と、集光レンズ2と、面状描画マスク3と、投影レンズ4とを備えている。光源1は、液状の光硬化性樹脂組成物に光を照射して光硬化層を形成するものであり、例えば超高圧水銀ランプや、メタルハライドランプ、或いは紫外線蛍光灯等の紫外線ランプが用いられる。この光源1の光放射端1aは全体的に球面を帯びた形状になされ、当該光放射端1aから出射された光は所定の拡散角を持って拡散し集光レンズ2に入射する。   The configuration of the light irradiation device 20 will be described in detail. As shown in FIG. 3, the light irradiation device 20 includes a light source 1, a condenser lens 2, a planar drawing mask 3, and a projection lens 4. . The light source 1 irradiates a liquid photocurable resin composition with light to form a photocured layer. For example, an ultra-high pressure mercury lamp, a metal halide lamp, or an ultraviolet lamp such as an ultraviolet fluorescent lamp is used. The light emitting end 1 a of the light source 1 is formed into a spherical shape as a whole, and the light emitted from the light emitting end 1 a is diffused with a predetermined diffusion angle and enters the condenser lens 2.

集光レンズ2は、入射光を集光して投影レンズ4に対して照射するものであり、投影レンズ4は、液状の光硬化性樹脂組成物の液面に光を照射して、当該光硬化性樹脂組成物を光硬化させる。上記面状描画マスク3は、図3に示すように、集光レンズ2と投影レンズ4との間に、その全面に光が照射されるように介挿される。すなわち、集光レンズ2から放射された光うち、面状描画マスク3のマスク画像(マスクパターン)を通過した光が造形面5に照射され、その個所(いわゆる露光面)が光硬化することで、造形面5にマスク画像に応じたパターンの光硬化層(以下、「露光像」という)6が形成される。   The condensing lens 2 collects incident light and irradiates the projection lens 4 with light, and the projection lens 4 irradiates the liquid surface of the liquid photocurable resin composition with light. The curable resin composition is photocured. As shown in FIG. 3, the planar drawing mask 3 is interposed between the condenser lens 2 and the projection lens 4 so that the entire surface is irradiated with light. That is, of the light emitted from the condenser lens 2, the light that has passed through the mask image (mask pattern) of the planar drawing mask 3 is irradiated onto the modeling surface 5, and the portion (so-called exposure surface) is photocured. A photocured layer (hereinafter referred to as “exposure image”) 6 having a pattern corresponding to the mask image is formed on the modeling surface 5.

面状描画マスク3について詳述すると、当該面状描画マスク3は、微小ドットエリアでの遮光及び透光が可能な複数の微小光シャッターが面状に配置され、これらの微小光シャッターによりマスク画像を形成する面状マスクであり、本実施の形態では、この面状描画マスク3に、液晶式の面状描画マスクを用いて面状描画マスク3のマスク画像を適宜変更(変化)することで、所望のパターンを有する露光像6を得ることとしている。かかる面状描画マスク3としては、例えばカシオ社製のTFT方式VGA(640×480画素)の液晶を用いることができる。   The planar drawing mask 3 will be described in detail. In the planar drawing mask 3, a plurality of minute light shutters capable of shielding and transmitting light in minute dot areas are arranged in a planar shape, and a mask image is formed by these minute light shutters. In this embodiment, the mask image of the planar drawing mask 3 is appropriately changed (changed) by using a liquid crystal type planar drawing mask for the planar drawing mask 3 in this embodiment. The exposure image 6 having a desired pattern is obtained. As the planar drawing mask 3, for example, a TFT-type VGA (640 × 480 pixels) liquid crystal manufactured by Casio Co., Ltd. can be used.

ここで、本実施の形態では、面状描画マスク3を固定した状態で造形面5の全体に一括露光して一層分の光硬化層を一度に形成するのではなく、図3に示すように、面状描画マスク3として、目的の光硬化層の全幅、或いは、造形面5の全幅よりも幅寸法の小さい面状描画マスク3を用いると共に、造形面5内で光照射位置を連続移動させることで露光像6を順次形成して、一層分の光硬化層を形成することとしている(なお、図3には造形面5の幅の約半分の幅を有する面状描画マスク3を用いた場合を例示する)。   Here, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, instead of forming a single layer of photocured layer at a time by performing batch exposure on the entire modeling surface 5 with the planar drawing mask 3 fixed. As the planar drawing mask 3, the planar drawing mask 3 having a width that is smaller than the entire width of the target photocured layer or the entire width of the modeling surface 5 is used, and the light irradiation position is continuously moved in the modeling surface 5. Thus, the exposure images 6 are sequentially formed to form a single layer of photocured layer (in FIG. 3, the planar drawing mask 3 having a width about half the width of the modeling surface 5 is used. Illustrate the case).

図4は光照射装置の連続移動動作を行う移動制御部を説明するためのブロック図である。以下、光照射装置20の連続移動制御について図1及び図4を参照して説明する。光造形装置100は、造形浴槽10の上方に配置された、上記光照射装置20をX−Y軸の2軸に移動させるためのX軸ガイドレール40及びY軸ガイドレール41とを有している。これらのガイドレール40、41には、上記光照射装置20を支持する支持プレート42が移動可能に連結されている。また、この支持プレート42は、図4で示されるモータ駆動回路55を介してコンピュータ50によってフィードバック制御されるX軸パルスモータ43及びY軸パルスモータ44と連結されており、これらのパルスモータ43、44の駆動によって支持プレート42と共に上記光照射装置20がX−Y軸に沿って、すなわち、造形面5に対して平行に移動する。   FIG. 4 is a block diagram for explaining a movement control unit that performs a continuous movement operation of the light irradiation device. Hereinafter, the continuous movement control of the light irradiation device 20 will be described with reference to FIGS. 1 and 4. The optical modeling apparatus 100 includes an X-axis guide rail 40 and a Y-axis guide rail 41 that are disposed above the modeling bath 10 and move the light irradiation apparatus 20 to two axes of the XY axes. Yes. A support plate 42 that supports the light irradiation device 20 is movably connected to the guide rails 40 and 41. The support plate 42 is connected to an X-axis pulse motor 43 and a Y-axis pulse motor 44 that are feedback-controlled by a computer 50 via a motor drive circuit 55 shown in FIG. By driving 44, the light irradiation device 20 moves together with the support plate 42 along the XY axis, that is, parallel to the modeling surface 5.

一方、面状描画マスク3には、光照射装置20の連続移動と同期して、マスク画像データがコンピュータ50から動画的に連続変化するように出力される。具体的には、コンピュータ50は、立体造形物の各光硬化層ごとに、形成すべきパターン画像を予め記憶装置(例えばハードディスク装置等)に記憶しており、X軸パルスモータ43及びY軸パルスモータ44を駆動させて光照射装置20を連続移動させるのに伴って、面状描画マスク3に対して、光照射位置に応じたマスク画像を順次出力し、当該面状描画マスク3のマスク画像を動画的に変化させる。これにより、光照射装置20の連続移動に伴って、造形面5内に所定パターンを有する露光像6が連続的に形成される。   On the other hand, in synchronism with the continuous movement of the light irradiation device 20, the mask image data is output from the computer 50 to the planar drawing mask 3 so as to continuously change in a moving image manner. Specifically, the computer 50 stores a pattern image to be formed in advance in a storage device (for example, a hard disk device or the like) for each photocured layer of the three-dimensional structure, and the X-axis pulse motor 43 and the Y-axis pulse. As the light irradiation device 20 is continuously moved by driving the motor 44, a mask image corresponding to the light irradiation position is sequentially output to the planar drawing mask 3, and the mask image of the planar drawing mask 3 is output. To change the video. Thereby, the exposure image 6 which has a predetermined pattern in the modeling surface 5 is continuously formed with the continuous movement of the light irradiation apparatus 20.

より詳細に説明すれば、あらかじめ各光硬化層ごとに硬化部位及び非硬化部位に関する位置情報を含む、各硬化層毎の画像パターン(マスクパターン)がコンピュータ50による画像処理により得ら、これらの情報は記憶装置等に記憶されている。また、光照射装置20(例えばそのヘッドの中心)の各移動位置には予めアドレスが割り当てられており、さらに、当該アドレスに対応して画像パターン上にもアドレスが割り当てられる。すなわち、光照射装置20の移動空間(XY平面)と、各硬化層毎の画像パターンを構成する画像平面とは互いに一対一の関係を有している。コンピュータ50の制御により、光照射装置20が各割り当てられたアドレスに到達するごとに、当該移動位置(アドレス)に対応した画像パターン上の位置(アドレス)を中心とする所定面積の矩形領域(以下描画窓と称する)内の画像データが面状描画マスク3に供給され、表示されることになる。光照射装置20の移動と同期して描画窓が画像パターン上を仮想的に移動し(実際は、描画窓に対応する面状描画マスク3内の画像がスクロールされる)、描画窓に対応する面状描画マスク上に動画像が連続的に表示されることになる。このような制御が光硬化層一層にわたって行われる。   More specifically, an image pattern (mask pattern) for each cured layer including positional information regarding the cured site and the non-cured site for each photocured layer is obtained by image processing by the computer 50, and the information is obtained. Is stored in a storage device or the like. An address is assigned in advance to each movement position of the light irradiation device 20 (for example, the center of the head), and an address is also assigned on the image pattern corresponding to the address. That is, the moving space (XY plane) of the light irradiation device 20 and the image plane constituting the image pattern for each cured layer have a one-to-one relationship. Each time the light irradiation device 20 reaches each assigned address under the control of the computer 50, a rectangular area (hereinafter referred to as a rectangular area) centered on a position (address) on the image pattern corresponding to the movement position (address). The image data in the drawing window is supplied to the planar drawing mask 3 and displayed. The drawing window moves virtually on the image pattern in synchronization with the movement of the light irradiation device 20 (actually, the image in the planar drawing mask 3 corresponding to the drawing window is scrolled), and the surface corresponding to the drawing window The moving images are continuously displayed on the shape drawing mask. Such control is performed over one layer of the photocured layer.

上述した制御方法は、光照射装置20の移動に同期して面状描画マスク30上の画像表示を制御するものであるが、これとは反対に、面状描画マスク30上の画像の変化に同期して、光照射装置20を駆動制御するようにしてもよい。このように光照射装置20の移動と面状描画マスク(液晶)の画像表示とを同期制御できるのは、本実施形態の光露光速度(走査速度)がレーザー光による走査に比べて極めて低速で行うことができるからである。また、パルスモータは画像の連続変化(画像表示ドットの見かけ上の移動)に同期して、光照射装置20を正確に移動させるのに最も適したモータであるが、パルスモータの替わりにサーボモータ等の駆動モータを用いても同様な効果が得られることはいうまでもない。また、上述した実施形態では、コンピュータ50がモータ駆動、液晶駆動、画像表示等のすべての制御を行っていたが、それぞれの機能を分担して行うコンピュータを複数個用いてこれらの制御を行ってもよい。例えば、画像処理用のコンピュータ58を別途設けて、面状描画マスク上に表示すべき画像を作成する処理を専用に行わせるようにしてもよい。   In the control method described above, the image display on the planar drawing mask 30 is controlled in synchronization with the movement of the light irradiation device 20, but on the contrary, the change in the image on the planar drawing mask 30 is controlled. The light irradiation device 20 may be driven and controlled in synchronization. As described above, the movement of the light irradiation device 20 and the image display of the planar drawing mask (liquid crystal) can be controlled synchronously because the light exposure speed (scanning speed) of the present embodiment is extremely low compared to the scanning by laser light. Because it can be done. The pulse motor is the most suitable motor for accurately moving the light irradiation device 20 in synchronization with the continuous change of the image (apparent movement of the image display dots). It goes without saying that the same effect can be obtained even if a drive motor such as the above is used. In the above-described embodiment, the computer 50 performs all the controls such as motor drive, liquid crystal drive, and image display. However, these controls are performed using a plurality of computers that share each function. Also good. For example, a computer 58 for image processing may be separately provided so that processing for creating an image to be displayed on the planar drawing mask is performed exclusively.

ここで、露光像6の連続的形成について図5を参照して、より詳細に説明すると、光造形装置100は、先ず、図5の(1)に示すように、光照射位置(面状描画マスク3)が造形面5の端部5aより外側(走査開始位置)にくるように位置させる。このとき、面状描画マスク3には、造形浴槽10への光照射を遮るべく、全面黒色等の全面遮光パターンがコンピュータ50から出力される。次いで図5の(2)〜(5)に示すように、光照射位置を造形面5のもう一方の端部5bの外側(走査停止位置)の方向へと、造形面5に対して平行状態で直線的に連続移動させる。その際、面状描画マスク3によるマスク画像は、光照射位置及び形成すべきパターンに応じて動画的に連続的に変化し、該マスク画像に対応した光が造形面5に照射されて露光像6が連続的に形成される。   Here, the continuous formation of the exposure image 6 will be described in more detail with reference to FIG. 5. First, as shown in FIG. 5 (1), the optical modeling apparatus 100 first applies the light irradiation position (planar drawing). The mask 3) is positioned so as to be outside (scanning start position) from the end 5a of the modeling surface 5. At this time, the entire surface light-shielding pattern such as the entire surface black is output from the computer 50 to the surface drawing mask 3 so as to block the light irradiation to the modeling bath 10. Next, as shown in (2) to (5) of FIG. 5, the light irradiation position is parallel to the modeling surface 5 in the direction of the outside (scanning stop position) of the other end 5 b of the modeling surface 5. Move continuously linearly with. At that time, the mask image by the planar drawing mask 3 continuously changes in a moving image according to the light irradiation position and the pattern to be formed, and light corresponding to the mask image is irradiated onto the modeling surface 5 to expose the exposure image. 6 are formed continuously.

そして、図5の(5)に示すように、光照射位置が造形面5の端部5bの外側に位置したときには、当該造形面5には、形成すべき所定パターンの半幅分の露光像6が形成されているので、その段階で、光照射位置を造形面5の残り半幅分の位置に移動し(図5の(6))、その位置から図5の(6)〜(10)に示すように、造形面5の端部5bから造形面5の端部5a側へと光照射位置を連続移動させ、上記と同様にして、露光像6を連続的に形成する。これによって、造形面5に、所定パターン(断面形状パターン)を有する1層分の光硬化層が形成される。   Then, as shown in FIG. 5 (5), when the light irradiation position is located outside the end portion 5b of the modeling surface 5, an exposure image 6 corresponding to the half width of the predetermined pattern to be formed is formed on the modeling surface 5. In this stage, the light irradiation position is moved to a position corresponding to the remaining half width of the modeling surface 5 ((6) in FIG. 5), and from that position to (6) to (10) in FIG. As shown, the light irradiation position is continuously moved from the end portion 5b of the modeling surface 5 to the end portion 5a side of the modeling surface 5, and the exposure image 6 is continuously formed in the same manner as described above. As a result, one layer of a photocured layer having a predetermined pattern (cross-sectional shape pattern) is formed on the modeling surface 5.

なお、上記の説明では、光照射位置を造形面5の一端の端部5aより外側の位置(走査開始位置)から他端の端部5bより外側の位置(走査停止位置)との間で一往復させて1層分の光硬化層を形成する場合について例示したが、これに限らず、光照射面積(露光面積)と造形面5の面積に応じて、当該造形面5内で光照射位置を複数回往復させて1層分の光硬化層を形成しても良い。また、上記の説明では、光照射位置の往路と復路との各々で光照射を行うことで造形面5内に露光像6を順次形成する場合を例示したが、これに限らず、往路または復路のみで光照射を行って光照射を行って、露光像6を順次形成する構成としても良い。例えば、この構成においては、光照射位置を造形面5の走査開始位置から走査停止位置まで連続移動させて露光像6を順次形成した後、光照射を行わずに光照射位置を走査停止位置から走査開始位置まで移動させ、そして、先に形成した露光像6と隣接する位置に光照射位置をずらし、再び、走査開始位置から走査
停止位置まで連続移動させて露光像6を順次形成する。そして、かかる工程を繰り返し行い、一層分の光硬化層を形成する。
In the above description, the light irradiation position is set between the position outside the end 5a at one end of the modeling surface 5 (scanning start position) and the position outside the end 5b at the other end (scanning stop position). Although illustrated about the case where the photocuring layer for one layer is formed by reciprocating, not only this but light irradiation position in the said modeling surface 5 according to the light irradiation area (exposure area) and the area of the modeling surface 5 May be reciprocated multiple times to form a single layer of photocured layer. In the above description, the case where the exposure image 6 is sequentially formed in the modeling surface 5 by performing light irradiation in each of the forward path and the return path of the light irradiation position is not limited to this, but is not limited thereto. It is good also as a structure which performs light irradiation only by performing light irradiation only and forms the exposure image 6 sequentially. For example, in this configuration, the light irradiation position is continuously moved from the scanning start position of the modeling surface 5 to the scanning stop position to sequentially form the exposure images 6, and then the light irradiation position is moved from the scanning stop position without performing light irradiation. The exposure position is moved to the scanning start position, the light irradiation position is shifted to a position adjacent to the previously formed exposure image 6, and the exposure image 6 is successively formed again by continuously moving from the scanning start position to the scanning stop position. And this process is repeated and the photocuring layer for one layer is formed.

上述したように、光照射位置の走査開始位置(光照射装置20の移動開始位置)と光照射位置の走査停止位置(光照射装置20の移動停止位置)とは、各々造形面5外の位置にあり、それぞれこの位置から加速および減速が開始されることになる。また、レーザー光走査速度(例えば、1000〜5000mm/sec)に比べて本願の面露光走査は極めて走査速度が低い(例えば、75〜100mm/sec)ので、加速してから一定の露光速度に達するまで(減速してから停止するまで)にさほど時間を要さず、液晶シャッターも十分に応答することができる。したがって、光照射装置20が移動開始してから造形面5に進入する前に、光照射装置20を一定の露光速度に到達させることができ、レーザー光走査のような加速時の光照射強度の調整を行う必要がない。同様に、光照射装置20は造形面5の外側に至った段階で減速動作を開始しているの、レーザー光走査のような減速時の光照射強度の調整も行う必要がない。また、レーザー光の走査速度に比べて極めて低速であること、一定の露光速度に達した段階での走査速度の制御をより簡単に、正確に行うことができ、造形面上での光硬化層の膜厚を正確に制御することができる。   As described above, the scanning start position of the light irradiation position (movement start position of the light irradiation apparatus 20) and the scanning stop position of the light irradiation position (movement stop position of the light irradiation apparatus 20) are positions outside the modeling surface 5, respectively. Thus, acceleration and deceleration are started from this position, respectively. Further, since the surface exposure scanning of the present application is extremely low (for example, 75 to 100 mm / sec) as compared with the laser beam scanning speed (for example, 1000 to 5000 mm / sec), it reaches a constant exposure speed after being accelerated. The liquid crystal shutter can also respond sufficiently without taking much time until it stops (decelerates to stop). Therefore, before the light irradiation device 20 starts moving and before entering the modeling surface 5, the light irradiation device 20 can reach a constant exposure speed, and the light irradiation intensity at the time of acceleration such as laser light scanning can be increased. There is no need to make adjustments. Similarly, since the light irradiation device 20 starts the deceleration operation when it reaches the outside of the modeling surface 5, it is not necessary to adjust the light irradiation intensity at the time of deceleration such as laser light scanning. In addition, it is extremely slow compared to the scanning speed of the laser beam, and the scanning speed can be controlled more easily and accurately when a certain exposure speed is reached. The film thickness of the film can be accurately controlled.

次に光硬化性樹脂層の硬化深さ(膜厚)の制御に関して説明する。光硬化樹脂層の膜厚は、照射される光の露光量を制御することで自由に調節することができる。露光量は、照射される光の光強度と、照射時間(露光速度の逆数)との積により決定される。従って、照射光の光強度を一定とした状態で露光速度を制御するか、あるいは、照射光の露光速度を一定とした状態で光強度を制御することで、光硬化樹脂層の硬化膜厚を調節することができる。   Next, control of the curing depth (film thickness) of the photocurable resin layer will be described. The film thickness of the photocurable resin layer can be freely adjusted by controlling the exposure amount of the irradiated light. The exposure amount is determined by the product of the light intensity of the irradiated light and the irradiation time (reciprocal of the exposure speed). Therefore, by controlling the exposure speed with the light intensity of the irradiation light constant, or by controlling the light intensity with the exposure speed of the irradiation light constant, the cured film thickness of the photocurable resin layer can be reduced. Can be adjusted.

まず、光強度を一定とした状態で露光速度を制御することで、光硬化樹脂層の膜厚を調節する方式について説明する。   First, a method for adjusting the film thickness of the photocurable resin layer by controlling the exposure speed with the light intensity kept constant will be described.

図6は本実施形態の光照射装置20の移動制御(走査速度制御)動作を示した概略図である。面状描画マスクの形状を矩形状とした場合、当該面状描画マスクを透過した光が造形面5上に照射される領域(露光領域)EAの形状は、長辺の長さがLで、短辺の長さがSで表される矩形形状となる。また、造形面5の長手方向(矢印L方向)への露光領域EAの移動速度をVL、それと直行する短手方向(矢印S方向)への移動速度をVSとする。ここで、説明を簡単にするために、光照射装置20の移動が造形面5の長手方向または短手方向に平行に行われるものとする。また、長手方向Lは図3のX軸方向に、短手方向Sは図3のY軸方向に対応する。図5中、A1、B1は各々光照射装置20が長手方向及び短手方向へ移動される場合の走査開始位置にある露光領域を示しており、また、A2、B2は各々光照射装置20が長手方向及び短手方向へ移動される場合の走査停止位置にある露光領域を示している。これらの状態では、何れも液晶シャッターは閉じた状態となっているので、光は照射されていない。   FIG. 6 is a schematic view showing the movement control (scanning speed control) operation of the light irradiation device 20 of this embodiment. When the shape of the planar drawing mask is rectangular, the shape of the area (exposure area) EA where the light transmitted through the planar drawing mask is irradiated on the modeling surface 5 has a long side length L, The short side has a rectangular shape represented by S. Further, the moving speed of the exposure area EA in the longitudinal direction (arrow L direction) of the modeling surface 5 is VL, and the moving speed in the short direction (arrow S direction) perpendicular thereto is VS. Here, in order to simplify the explanation, it is assumed that the movement of the light irradiation device 20 is performed in parallel with the longitudinal direction or the short direction of the modeling surface 5. Further, the longitudinal direction L corresponds to the X-axis direction in FIG. 3, and the short direction S corresponds to the Y-axis direction in FIG. In FIG. 5, A1 and B1 indicate exposure regions at the scanning start positions when the light irradiation device 20 is moved in the longitudinal direction and the short direction, respectively, and A2 and B2 indicate the exposure regions 20 respectively. The exposure area at the scanning stop position when moved in the longitudinal direction and the lateral direction is shown. In any of these states, since the liquid crystal shutter is in a closed state, no light is irradiated.

まず、長手方向への走査を行う場合について説明する。コンピュータ50による制御によりY軸パルスモータを駆動することで所定の走査開始位置に露光領域を合わせる。さらに、X軸パルスモータを駆動して、光照射装置20を走査開始位置(A1)から長手方向へと加速する。所定の露光速度となった時点で加速をやめ、露光速度を一定に保ちながら長手方向へ光照射装置20を移動する。このとき、露光領域EAが造形面5の一端5aに進入する前に光照射装置20が所定の露光速度に達するように加速制御されている。露光領域EAが造形面5に侵入した時点から、光照射装置20の移動に同期した画像情報が面状描画マスクへ供給される。これにより、当該画像情報に対応した露光像6が造形面5上の露光領域EA内に照射され、これにより露光領域EA内の光硬化性樹脂が当該露光像に対応して硬化されることになる。前述したように、ここで硬化される光硬化性樹脂の深さ(光硬化層の膜厚)は露光速度(走査速度)に依存して決定される。したがって、このときの露光速度を制御することで任意の光硬化層の膜厚を得ることができる。   First, a case where scanning in the longitudinal direction is performed will be described. By driving the Y-axis pulse motor under the control of the computer 50, the exposure area is adjusted to a predetermined scanning start position. Further, the X-axis pulse motor is driven to accelerate the light irradiation device 20 from the scanning start position (A1) in the longitudinal direction. When the predetermined exposure speed is reached, acceleration is stopped and the light irradiation device 20 is moved in the longitudinal direction while keeping the exposure speed constant. At this time, acceleration control is performed so that the light irradiation device 20 reaches a predetermined exposure speed before the exposure area EA enters the one end 5 a of the modeling surface 5. Image information synchronized with the movement of the light irradiation device 20 is supplied to the planar drawing mask from the time when the exposure area EA enters the modeling surface 5. Thereby, the exposure image 6 corresponding to the image information is irradiated into the exposure area EA on the modeling surface 5, whereby the photocurable resin in the exposure area EA is cured corresponding to the exposure image. Become. As described above, the depth of the photocurable resin to be cured here (the film thickness of the photocured layer) is determined depending on the exposure speed (scanning speed). Therefore, the film thickness of an arbitrary photocured layer can be obtained by controlling the exposure speed at this time.

ここで、面状露光領域へ照射される光の光量をE(mJ/cm2)とし、光硬化性樹脂を厚さt(mm)硬化するために必要な光量(光硬化性樹脂の光硬化感度等に依存)をEt(mJ/cm2)とすると、厚さtの光硬化層を得るために必要な時間は、Et/E(sec)で表すことができる。ここで、長手方向Lの露光領域の長さがLなので、当該膜厚tを得るための露光速度(走査速度)VLは、L/(Et/E)=L・E/Et(mm/sec)と表すことができる。従って、各層あるいは各層の各部位で所望とする膜厚を得るためには、上記式から得られる露光速度VLを計算し、露光速度がこの算出された露光速度となるようにX軸パルスモータの駆動を制御すればよい。Here, E (mJ / cm 2 ) is the amount of light irradiated to the surface exposure region, and the amount of light necessary to cure the photocurable resin to a thickness t (mm) (photocuring of the photocurable resin). Assuming that Et (mJ / cm 2 ) depends on the sensitivity and the like, the time required to obtain a photocured layer having a thickness t can be expressed by Et / E (sec). Here, since the length of the exposure region in the longitudinal direction L is L, the exposure speed (scanning speed) VL for obtaining the film thickness t is L / (Et / E) = LE · E / Et (mm / sec). )It can be expressed as. Therefore, in order to obtain a desired film thickness in each layer or each part of each layer, the exposure speed VL obtained from the above formula is calculated, and the X-axis pulse motor is controlled so that the exposure speed becomes the calculated exposure speed. What is necessary is just to control a drive.

次に、短手方向への走査を行う場合について説明する。コンピュータ50による制御によりX軸パルスモータを駆動することで所定の走査開始位置に露光領域を合わせる。さらに、Y軸パルスモータを駆動して、光照射装置20を走査開始位置(B1)から短手方向へ加速する。所定の露光速度となった時点で加速をやめ、露光速度を一定に保ちながら短手方向へ光照射装置20を移動する。このとき、露光領域EAが造形面5の一端に進入する前に光照射装置20が所定の露光速度に達するように加速制御されている。露光領域EAが造形面5に侵入した時点から、光照射装置20の移動に同期した画像情報が面状描画マスクへ供給される。これにより、当該画像情報に対応した露光像6が造形面5上の露光領域EA内に照射され、これにより露光領域EA内の光硬化性樹脂が当該露光像に対応して硬化されることになる。前述したように、ここで硬化される光硬化性樹脂の深さ(光硬化層の膜厚)は露光速度(走査速度)に依存して決定される。したがって、このときの露光速度を制御することで任意の光硬化層の膜厚を得ることができる。以上の動作は長手方向への走査と全く同じである。   Next, a case where scanning in the short direction is performed will be described. The exposure area is adjusted to a predetermined scanning start position by driving the X-axis pulse motor under the control of the computer 50. Further, the Y-axis pulse motor is driven to accelerate the light irradiation device 20 from the scanning start position (B1) in the short direction. When the predetermined exposure speed is reached, acceleration is stopped and the light irradiation device 20 is moved in the short direction while keeping the exposure speed constant. At this time, acceleration control is performed so that the light irradiation device 20 reaches a predetermined exposure speed before the exposure area EA enters one end of the modeling surface 5. Image information synchronized with the movement of the light irradiation device 20 is supplied to the planar drawing mask from the time when the exposure area EA enters the modeling surface 5. Thereby, the exposure image 6 corresponding to the image information is irradiated into the exposure area EA on the modeling surface 5, whereby the photocurable resin in the exposure area EA is cured corresponding to the exposure image. Become. As described above, the depth of the photocurable resin to be cured here (the film thickness of the photocured layer) is determined depending on the exposure speed (scanning speed). Therefore, the film thickness of an arbitrary photocured layer can be obtained by controlling the exposure speed at this time. The above operation is exactly the same as scanning in the longitudinal direction.

上記長手方向への露光速度(走査速度)の求め方と同様にして、短手方向の露光領域の長さがSなので、当該膜厚tを得るための露光速度(走査速度)VSは、S/(Et/E)=S・E/Et(mm/sec)と表すことができる。各層あるいは各層の各部位で所望とする膜厚を得るためには、上記式から得られる露光速度VSを計算し、露光速度がこの算出された露光速度となるようにY軸パルスモータの駆動を制御すればよい。   In the same manner as the method for obtaining the exposure speed (scanning speed) in the longitudinal direction, the exposure area (scanning speed) VS for obtaining the film thickness t is S because the length of the exposure area in the short direction is S. / (Et / E) = S · E / Et (mm / sec). In order to obtain a desired film thickness in each layer or each part of each layer, the exposure speed VS obtained from the above formula is calculated, and the Y-axis pulse motor is driven so that the exposure speed becomes the calculated exposure speed. Control is sufficient.

従って、長手方向への露光速度(走査速度)VLと短手方向への露光速度(走査速度)VSとの比(VL/VS)は、L/Sとなる。すなわち、露光領域の長辺と短辺の比に対応する分、長手方向への露光速度を速くする(短手方向への露光速度を遅くする)必要がある。この場合、長手方向及び短手方向への露光速度が異なることから、面状描画マスク上の動画の表示速度も、各露光速度の比に応じて変化させる必要がある。これらの処理もコンピュータ50にて行われる。一方、光源の光強度(光量E)は経時的な劣化に伴い変化していくので、造形処理を行う直前か、あるいは、処理中に定期的に光センサ等を用いて光源の照度を検出し、パラメータとしての光量Eを予めあるいはリアルタイムで測定しておくとよい。また、所望とする膜厚を得るのに必要な光量(エネルギー)Etは、光硬化性樹脂の種類、すなわち、各光硬化性樹脂の光感度や、周囲温度等により変化するので、これらのパラメータもあらかじめ設定するか、あるいは、造形処理プロセス中にリアルタイムで設定するようにする。これらのデータは記憶装置に記憶される。   Accordingly, the ratio (VL / VS) between the exposure speed (scanning speed) VL in the longitudinal direction and the exposure speed (scanning speed) VS in the short direction is L / S. That is, it is necessary to increase the exposure speed in the longitudinal direction (lower the exposure speed in the short direction) by the amount corresponding to the ratio of the long side to the short side of the exposure region. In this case, since the exposure speeds in the longitudinal direction and the short direction are different, the display speed of the moving image on the planar drawing mask needs to be changed according to the ratio of the exposure speeds. These processes are also performed by the computer 50. On the other hand, since the light intensity (light quantity E) of the light source changes with deterioration over time, the illuminance of the light source is detected using an optical sensor or the like immediately before the modeling process or during the process. The light quantity E as a parameter may be measured in advance or in real time. The amount of light (energy) Et necessary to obtain a desired film thickness varies depending on the type of photocurable resin, that is, the photosensitivity of each photocurable resin, the ambient temperature, and the like. Are also set in advance, or set in real time during the modeling process. These data are stored in the storage device.

以上のように、所定の光硬化性樹脂を用いて、所望とする光硬化層の膜厚を得るためには、各種パラメータをコンピュータ50に記録手段あるいは入力手段を通して入力し、こられのパラメータに基づいて上述した露光速度(走査速度)VL,VSを決定すればよい。当該露光速度(走査速度)VL,VSは各層毎に決定するか、あるいは、各層中の各部位毎に決定される。各層中の各部位毎に決定される場合、レーザー光による走査と異なり、走査速度自体が低速なので走査中においても正確に且つ確実に走査速度を可変制御することができるので、所望とする膜厚変化を有する光硬化パターンを各層毎に得ることができる。例えば、ある光硬化層中において、膜厚が連続的に変化する(グラデーションをつける)あるいは階段状に変化する様な部位を造形することも可能となり、本実施形態の膜厚制御により、より複雑な形状を有する立体物を作成することができる。また、光照射装置20の移動速度を高速にすれば、光照射装置20の移動機構の振動等に起因する騒音が低減することが知られている。この場合、光照射装置20の移動を可能な限り高速にすると、光硬化性樹脂層上に形成される露光像の移動速度も速くなることから、露光量が低下することになる。従って、露光量の低下を補償するために、同一場所での露光操作を繰り返し行う。繰り返し露光回数は、移動速度の増加に応じて適宜変更する。例えば、また、露光速度を倍速にすると、同一領域に対する露光操作は二回繰り返す必要がある。露光操作を繰り返し行う代わりに、移動速度の増加に応じて光硬化性樹脂層に照射される光強度を増加させてもよい。これに関しては後述する。   As described above, in order to obtain a desired film thickness of the photocured layer using a predetermined photocurable resin, various parameters are input to the computer 50 through recording means or input means, and these parameters are set. Based on this, the exposure speeds (scanning speeds) VL and VS described above may be determined. The exposure speeds (scanning speeds) VL and VS are determined for each layer or for each part in each layer. When determined for each part in each layer, unlike scanning with laser light, the scanning speed itself is low, so the scanning speed can be variably controlled accurately and reliably even during scanning. A photocuring pattern having changes can be obtained for each layer. For example, in a photocured layer, it is possible to form a part where the film thickness changes continuously (with gradation) or changes stepwise, and the film thickness control of this embodiment makes it more complicated. A three-dimensional object having a simple shape can be created. Further, it is known that if the moving speed of the light irradiation device 20 is increased, noise due to vibrations of the moving mechanism of the light irradiation device 20 is reduced. In this case, if the movement of the light irradiation device 20 is made as high as possible, the moving speed of the exposure image formed on the photocurable resin layer is also increased, so that the exposure amount is reduced. Therefore, in order to compensate for the decrease in exposure amount, the exposure operation at the same place is repeated. The number of repeated exposures is changed as appropriate according to an increase in moving speed. For example, if the exposure speed is doubled, the exposure operation for the same area needs to be repeated twice. Instead of repeating the exposure operation, the light intensity applied to the photocurable resin layer may be increased according to the increase in the moving speed. This will be described later.

また、本実施の形態によれば、マスクとして、微小ドットエリアでの遮光及び透光が可能な複数の微小光シャッターが面状に配置され、これらの微小光シャッターによりマスク画像を形成する面状描画マスク3を用いる構成としたため、露光面積を拡大することができ、これにより、例えばスポット状のレーザー光を造形面5内で走査させてパターンを形成する、いわゆる点描画方式に比べて、造形に要する時間を短縮し、生産性を高めることが可能となる。   Further, according to the present embodiment, as a mask, a plurality of minute light shutters that can shield and transmit light in minute dot areas are arranged in a planar shape, and a planar shape that forms a mask image by these minute light shutters. Since the drawing mask 3 is used, the exposure area can be increased, and, for example, compared with a so-called point drawing method in which a spot-shaped laser beam is scanned in the modeling surface 5 to form a pattern. It is possible to shorten the time required for increasing the productivity.

また、本実施の形態によれば、面状描画マスク3が、造形面5に対する連続移動と同期して、形成すべきパターンに応じてマスク画像を連続的に変化させる構成としたため、小型、中型の立体造形物は勿論のこと、大型の立体造形物であっても、高い造形制度で、且つ、硬化ムラの発生を防止しながら、高品位な立体造形物を速い造形速度で生産性良く製造することができる。   In addition, according to the present embodiment, the planar drawing mask 3 is configured to continuously change the mask image according to the pattern to be formed in synchronization with the continuous movement with respect to the modeling surface 5, so that the small-sized, medium-sized High-quality three-dimensional models can be manufactured with high modeling speed and high productivity even with large three-dimensional models as well as large three-dimensional models with a high modeling system and prevention of curing unevenness. can do.

上述した実施の形態では、光源1からの光を直接集光レンズ2に照射する構成としたが、これに限らず、図7に示すように、光源1からの光を、光伝送機構60を介して集光レンズ2に導く構成としても良い。具体的には、光伝送機構60は、光源1からの光をライン状にして出力するロッドレンズ61と、当該ロッドレンズ61から出力されたライン状の光を拡散させる結像レンズ62と、当該結像レンズ62により拡散された光を集光レンズ2に向けて照射する反射鏡63とを有している。このように、光伝送機構60を介して光源1の光を集光レンズ2に伝達する構成とすることで、光源1と集光レンズ2とを離間配置することができると共に、光源1の光軸と集光レンズ2との光軸とを合致させる必要がなく、光学系のレイアウトが柔軟になる。   In the above-described embodiment, the condensing lens 2 is directly irradiated with light from the light source 1. However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. It is good also as a structure led to the condensing lens 2 via this. Specifically, the light transmission mechanism 60 includes a rod lens 61 that outputs light from the light source 1 in a line shape, an imaging lens 62 that diffuses the line light output from the rod lens 61, And a reflecting mirror 63 that irradiates the light diffused by the imaging lens 62 toward the condenser lens 2. As described above, the configuration in which the light from the light source 1 is transmitted to the condenser lens 2 via the light transmission mechanism 60 enables the light source 1 and the condenser lens 2 to be spaced apart from each other, and the light from the light source 1 to be disposed. There is no need to match the axis and the optical axis of the condenser lens 2, and the layout of the optical system becomes flexible.

なお、光伝送機構60は上記の構成に限らず、図8に示すように、光伝送機構60として光ファイバー64(ライドガイドでも良い)を用い、光源1からの光を当該光ファイバー64内を導波させて、当該光ファイバー64の出射端64aから集光レンズ2に向けて光を照射する構成としても良い。このように、光伝送機構60に光ファイバー64等の可撓性材を用いることにより、造形面5内で光照射位置を連続移動させる際に、光源1を所定の位置に固定配置したまま、光伝送機構60を集光レンズ2、面状描画マスク3および投影レンズ4と共に連続移動させることができる。   The optical transmission mechanism 60 is not limited to the above configuration, and an optical fiber 64 (or a ride guide) may be used as the optical transmission mechanism 60 as shown in FIG. In this case, light may be emitted from the emission end 64 a of the optical fiber 64 toward the condenser lens 2. In this way, by using a flexible material such as the optical fiber 64 for the light transmission mechanism 60, when the light irradiation position is continuously moved in the modeling surface 5, the light source 1 is fixedly disposed at a predetermined position. The transmission mechanism 60 can be continuously moved together with the condenser lens 2, the planar drawing mask 3, and the projection lens 4.

上述した実施の形態では、露光速度の制御は、主に光照射装置20の移動速度を制御することで行われていたが、必ずしも光照射装置20の移動速度の制御方式に限定する必要はない。例えば、光照射装置20を固定し、これに相対的に造形面5自体が移動する構造であってもよい。この場合、造形テーブル11を移動させるか、あるいは、造形浴槽10を移動させる機構を設ければよい。これらの移動機構は、光照射装置20の移動機構と同様なものであり(すなわち、X,Y軸方向へ平行移動可能な機構)、これらの移動機構による移動制御に応じて面状描画マスクのマスクパターンが制御されることになる。いずれにせよ、造形面5(光硬化性樹脂層)に対する露光像の相対的移動速度を制御することが可能である限り、移動機構はどのような形態であってもよい。   In the above-described embodiment, the exposure speed is controlled mainly by controlling the moving speed of the light irradiation apparatus 20, but it is not necessarily limited to the control method of the moving speed of the light irradiation apparatus 20. . For example, the light irradiation device 20 may be fixed and the modeling surface 5 itself may move relative thereto. In this case, a mechanism for moving the modeling table 11 or moving the modeling bath 10 may be provided. These moving mechanisms are the same as the moving mechanisms of the light irradiation device 20 (that is, mechanisms that can move in parallel in the X and Y axis directions), and the surface drawing mask is controlled according to the movement control by these moving mechanisms. The mask pattern is controlled. In any case, the moving mechanism may take any form as long as it can control the relative moving speed of the exposure image with respect to the modeling surface 5 (photocurable resin layer).

上述した実施の形態では、面状描画マスク3として光透過型の液晶式のものを用いた構成を例示したが、これに限らず、微小ドットエリアでの遮光及び透光が可能であり、なおかつ、連続的に、これらの遮光及び透光が可能とした構成であってもよい。さらに、例えば、デジタルマイクロミラーシャッターを面状に配置した面状描画マスク(以下「DMD式面状描画マスク」(デジタルマイクロミラーデバイス)という)を用いた反射型の構成としても良い。この場合、露光像の形成(変更)はデジタルマイクロミラーの反射により行われるものであるが、透過型の液晶式と同様に、用語“マスク”を用いて説明する。従って、本願明細書では、用語“マスク”は透過型に限定されず、反射型の構成においても適応されるものとする。このように、面状描画マスク3としてDMD式面状描画マスクを用いる場合には、図9に示すように、形成しようとする所定の断面形状とDMD式面状描画マスクの連続移動に対応させてコンピュータ50に予め記憶させた情報に応じて、面状に配置された複数の微小なミラーシャッターのうち特定のミラーシャッターは光が投影レンズ4および造形面5の方向に反射される(導かれる)方向に向き、一方光を遮蔽させるべき箇所に位置するミラーシャッターは光が投影レンズ4および造形面5の方向に反射されない(導かれない)方向に向き、そのような操作を、所定の断面形状を有する光硬化した樹脂層が形成されるまで連続的(動画的)に繰り返すように設計すれば良い。   In the above-described embodiment, the configuration using the light transmission type liquid crystal type as the planar drawing mask 3 is exemplified. However, the configuration is not limited to this, and light shielding and light transmission in a minute dot area are possible. Further, it may be configured such that these light shielding and light transmission can be continuously performed. Further, for example, a reflection type configuration using a planar drawing mask (hereinafter referred to as “DMD type planar drawing mask” (digital micromirror device)) in which digital micromirror shutters are arranged in a plane may be employed. In this case, the formation (change) of the exposure image is performed by reflection of the digital micromirror, but the description will be made using the term “mask” as in the case of the transmissive liquid crystal type. Therefore, in the present specification, the term “mask” is not limited to a transmission type, but is applied to a reflection type configuration. As described above, when a DMD type surface drawing mask is used as the surface drawing mask 3, as shown in FIG. 9, the predetermined cross-sectional shape to be formed and the continuous movement of the DMD type surface drawing mask are made to correspond. Depending on the information stored in advance in the computer 50, light is reflected (guided) from a specific mirror shutter among a plurality of minute mirror shutters arranged in a plane shape in the direction of the projection lens 4 and the modeling surface 5. ), The mirror shutter located at a location where light should be shielded is directed in a direction in which the light is not reflected (not guided) in the direction of the projection lens 4 and the modeling surface 5, and such an operation is performed in a predetermined cross section. What is necessary is just to design it to repeat continuously (moving image-like) until the photocured resin layer which has a shape is formed.

図10は、図9で示されるDMD式面状描画マスクを用いたDMD光学系の構成を示した断面図である。光源1から照射された光は赤外フィルタ並びに集光レンズ2を通過した後、光源からの光の均一化をはかり、DMDマスク相似光の形成を行う石英ロッドレンズ7に入射する。さらに、石英ロッドレンズ6からの光は、第一レンズ8並びに第二レンズ群9を介して平行光となり、プリズム10を介してDMDへ照射された後、投影レンズ4上に収束され、投影レンズ4により最終的に造形面5上に投影される。   FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration of a DMD optical system using the DMD type planar drawing mask shown in FIG. The light emitted from the light source 1 passes through the infrared filter and the condensing lens 2, and is then made uniform into the light from the light source, and is incident on the quartz rod lens 7 that forms DMD mask similar light. Further, the light from the quartz rod lens 6 becomes parallel light through the first lens 8 and the second lens group 9, is irradiated onto the DMD through the prism 10, and then converges on the projection lens 4 to be projected onto the projection lens 4. 4 is finally projected onto the modeling surface 5.

ここで、液晶を用いた透過型面状描画マスク3の場合とDMDを用いた反射型描画マスク3との効果上の差違について説明する。まず、液晶を用いた透過型面状描画マスク3の場合、透過効率が約10%程度であるが、DMDを用いた反射型描画マスク3の場合は、反射効率が約50%と高くなり、造形速度の向上を図ることができる。また、液晶としてTFT液晶を用いた場合は、液晶の応答速度が約60Hz程度であるが、DMDを用いた場合は、約2kHzとなり、応答速度をかなり向上することができる。これにより、位置決め精度がさらに向上され、造形精度そのものの向上を図ることができる。具体的には、描画ヘッド移動時にサーボモータを使用し、サーボの移動パルスを使用して描画の位置決めが可能となる(クローズドループ化)、といった効果が得られる。   Here, the difference in effect between the case of the transmissive planar drawing mask 3 using liquid crystal and the reflective drawing mask 3 using DMD will be described. First, in the case of the transmission type planar drawing mask 3 using liquid crystal, the transmission efficiency is about 10%, but in the case of the reflection type drawing mask 3 using DMD, the reflection efficiency is as high as about 50%. The modeling speed can be improved. When TFT liquid crystal is used as the liquid crystal, the response speed of the liquid crystal is about 60 Hz. However, when DMD is used, the response speed is about 2 kHz, and the response speed can be considerably improved. Thereby, the positioning accuracy is further improved, and the modeling accuracy itself can be improved. Specifically, it is possible to obtain an effect that a servo motor is used when the drawing head is moved and drawing positioning can be performed using a servo movement pulse (closed loop).

さらに、TFT液晶を用いた場合、コントラストが1:100乃至1:10程度であったのが、DMDを用いた場合は、1:1000以上となり、10倍から100倍のコントラストの向上を図ることができる。これにより、例えば、液晶の場合、本来照射しない箇所にも若干の漏れ光があったが、DMDを用いた場合は、理論的には漏れ光は存在しない。漏れ光の長時間にわたる累積光エネルギーは、樹脂の劣化を招くが、DMDを用いた場合は、このような樹脂の劣化が低減されることになる。また、コントラストの向上により、立体造形物の輪郭がよりシャープになり、造形精度を向上といった効果をもたらす。他方、DMD自体は非常にコンパクトなものであるので、光学系自体がコンパクトに設計可能である。従って、装置全体の小型化を図ることができ、また、露光ヘッドの移動をよりスムーズに行うことができる。さらに、液晶の場合、有機物であるため紫外線による劣化が考えられるが、DMDの場合は、有機物を使用しないため紫外線による劣化を最小に抑えることができる。   Furthermore, when the TFT liquid crystal is used, the contrast is about 1: 100 to 1:10, but when the DMD is used, the contrast is 1: 1000 or more, and the contrast is improved by 10 to 100 times. Can do. Thereby, for example, in the case of liquid crystal, there was a slight amount of leaked light even in a portion that was not originally irradiated, but in the case of using DMD, there is theoretically no leaked light. The accumulated light energy of the leaked light over a long period of time causes deterioration of the resin. However, when DMD is used, such deterioration of the resin is reduced. In addition, by improving the contrast, the contour of the three-dimensional structure becomes sharper, which brings about an effect of improving the modeling accuracy. On the other hand, since the DMD itself is very compact, the optical system itself can be designed compactly. Therefore, the entire apparatus can be reduced in size, and the exposure head can be moved more smoothly. Furthermore, in the case of liquid crystal, since it is an organic substance, deterioration due to ultraviolet rays can be considered, but in the case of DMD, since no organic substance is used, deterioration due to ultraviolet rays can be minimized.

なお、面状描画マスク3として、液晶式或いはDMD式のいずれを用いる場合であっても、その形状は上述した実施の形態に特に制限されるものではなく、製造しようとする光造形物の形状や寸法(特に断面形状やその寸法)などに応じて適当な形状のものを採用することができる。すなわち、面状描画マスク3は、例えば、図3に示すような正方形或いは矩形の形状であってもよいし、またはその他の形状であってもよい。なお、正方形の場合は、上述した長手方向並びに短手方向の露光速度VL,VSが共に等しくなる。さらに、面状描画マスク3の寸法も、製造しようとする光造形物の形状や寸法(特に断面形状やその寸法)などに応じて適当な寸法のものを採用することができる。例えば、図3に示すように、形成しようとする所定の光硬化した断面形状パターンの全幅(造形面の全幅)よりもその幅寸法が小さい面状描画マスク3を使用して、該面状描画マスク3よりも大きな寸法を有する所定の光硬化した断面形状パターンを製造することができる。   In addition, even if it is a case where either a liquid crystal type or DMD type is used as the planar drawing mask 3, the shape is not particularly limited to the above-described embodiment, and the shape of the optical modeling object to be manufactured. Depending on the size and dimensions (particularly the cross-sectional shape and its dimensions), a suitable shape can be employed. That is, the planar drawing mask 3 may have a square or rectangular shape as shown in FIG. 3 or other shapes, for example. In the case of a square shape, the exposure speeds VL and VS in the longitudinal direction and the short direction are both equal. Furthermore, the dimensions of the planar drawing mask 3 can be appropriately sized according to the shape and dimensions (particularly the cross-sectional shape and dimensions thereof) of the optical modeling object to be manufactured. For example, as shown in FIG. 3, a planar drawing mask 3 having a width dimension smaller than the full width of the predetermined photocured cross-sectional shape pattern to be formed (full width of the modeling surface) is used. A predetermined photocured cross-sectional shape pattern having a size larger than that of the mask 3 can be manufactured.

上述した実施の形態では、光照射装置20の移動速度を制御することで、造形面5上に形成される露光像(図5の露光領域EA)の移動速度(すなわち、露光速度)を変え、それにより光硬化層の膜厚を制御していた。すなわち、露光速度を制御することで光硬化性樹脂層の硬化深さ(膜厚)を調節している。露光速度を変えずに一定として、照射される光の強度を制御することでも光硬化性樹脂層の硬化深さ(膜厚)を調節することができる。ここで、照射される光の強度調節(露光量調節)は、面状描画マスク3の諧調を変えて、当該面状描画マスク3の光透過率を任意に変化させることで行われる。すなわち、面状描画マスク3の光透過率を低くすると、面状描画マスク3を通過した照射光全体の光強度が低下し、逆に光透過率を高くすると、面状描画マスク3を通過した照射光全体の光強度が増加することになる。これにより、露光速度を一定とした状態でも、造形面5上に照射される光の露光量が制御されるので、これに伴い光硬化性樹脂層の膜厚も自由に調節できる。従って、光照射装置20の移動制御を行うことなく、面状描画マスク3の光透過率を制御するだけでも光硬化性樹脂層の硬化膜厚を自由に調節することができる。また、騒音を低減する目的で露光速度を高速にした場合でも、露光速度の増加に応じて面状描画マスク3の光透過率を高くすることで、結果的に造形面5上に照射される光の露光量の低減を補償することができるので、露光操作を繰り返し行う必要がなくなる。   In the above-described embodiment, by controlling the moving speed of the light irradiation device 20, the moving speed (that is, the exposure speed) of the exposure image (the exposure area EA in FIG. 5) formed on the modeling surface 5 is changed. Thereby, the film thickness of the photocured layer was controlled. That is, the curing depth (film thickness) of the photocurable resin layer is adjusted by controlling the exposure speed. The curing depth (film thickness) of the photocurable resin layer can also be adjusted by controlling the intensity of the irradiated light while keeping the exposure speed constant. Here, the intensity adjustment (exposure amount adjustment) of the irradiated light is performed by changing the gradation of the planar drawing mask 3 and arbitrarily changing the light transmittance of the planar drawing mask 3. That is, when the light transmittance of the planar drawing mask 3 is lowered, the light intensity of the entire irradiation light that has passed through the planar drawing mask 3 is reduced. Conversely, when the light transmittance is increased, the light passes through the planar drawing mask 3. The light intensity of the whole irradiation light will increase. Thereby, since the exposure amount of the light irradiated onto the modeling surface 5 is controlled even in a state where the exposure speed is constant, the film thickness of the photocurable resin layer can be freely adjusted accordingly. Therefore, the cured film thickness of the photocurable resin layer can be freely adjusted by controlling the light transmittance of the planar drawing mask 3 without controlling the movement of the light irradiation device 20. Further, even when the exposure speed is increased for the purpose of reducing noise, by increasing the light transmittance of the planar drawing mask 3 in accordance with the increase of the exposure speed, as a result, the modeling surface 5 is irradiated. Since it is possible to compensate for the reduction in light exposure, it is not necessary to repeat the exposure operation.

面状描画マスク3の光透過率は、図4のコンピュータ50により制御される。コンピュータ50は、モータ駆動回路への信号に基づいた光照射装置20の移動速度の変化に対応して、面状描画マスク3への光透過率可変のための制御信号を出力する。この制御信号に基づいて、面状描画マスク3は、その光透過率を面状描画マスク3全体で均一に変えるか、あるいは、局所的に、例えば、光硬化させる部位に対応したマスク部分(光透過部分)のみで変える。また、造形面5への照射光(露光像)の光強度の制御は、面状描画マスク3の光透過率の調節に限定されず、それ以外の方法を利用してもよい。例えば、光透過率が同じあるいは異なる複数のフィルタを用いて、面状描画マスク3に照射前、または、照射後の光を、当該複数のフィルタから適宜選択された一枚のフィルターを介して、あるいは、適宜選択された二枚以上のフィルターを介して造形面5に照射することで、照射光の光強度を調節してもよい。また、使用するフィルターは光透過率の異なる複数の領域を有した一枚のフィルタであってもよい。この場合、必要な光透過率の領域が選択されて、当該領域を介して造形面5に光照射される。   The light transmittance of the planar drawing mask 3 is controlled by the computer 50 in FIG. The computer 50 outputs a control signal for varying the light transmittance to the planar drawing mask 3 in response to the change in the moving speed of the light irradiation device 20 based on the signal to the motor drive circuit. Based on this control signal, the planar drawing mask 3 changes its light transmittance uniformly over the entire planar drawing mask 3 or locally, for example, a mask portion (light Change only in the transparent part. Further, the control of the light intensity of the irradiation light (exposure image) to the modeling surface 5 is not limited to the adjustment of the light transmittance of the planar drawing mask 3, and other methods may be used. For example, using a plurality of filters having the same or different light transmittance, the light before or after irradiation to the planar drawing mask 3 is passed through a single filter appropriately selected from the plurality of filters. Alternatively, the light intensity of the irradiated light may be adjusted by irradiating the modeling surface 5 through two or more appropriately selected filters. The filter used may be a single filter having a plurality of regions having different light transmittances. In this case, a region having a required light transmittance is selected, and the modeling surface 5 is irradiated with light through the region.

上述した実施の形態では、面状描画マスク3を造形面5に対して平行移動させる構成としたが、必ずしもそれに限定されず、必要に応じて造形面5に対して非平行状態で移動させてもよい。例えば、立体造形物を製造するに当たって、各光硬化層のすべてにおいて、形成しようとする所定の断面形状パターンが面状描画マスクの寸法(面積)よりも大きな連続した描画領域となるような形状および構造を有する立体造形物の製造においては、面状描画マスク3を光硬化性樹脂組成物の表面(造形面5)に対して連続的に移動させると共に面状描画マスクのマスク画像を、形成しようとする断面形状パターンに対応させて面状描画マスク3の移動と同期させて連続的に変えながら(動画的に変えながら)、光硬化性樹脂組成物の表面に面状描画マスク3を介して光を照射して、所定の断面形状パターンを有する光硬化層を形成し、これを積層形成することで、目的とする立体造形物を製造することができる。この場合であっても、各走査方向に応じて露光時間に差が生じないように露光速度に補正を加えることは言うまでもない。   In the above-described embodiment, the planar drawing mask 3 is configured to move parallel to the modeling surface 5, but is not necessarily limited thereto, and may be moved non-parallel to the modeling surface 5 as necessary. Also good. For example, in manufacturing a three-dimensional model, in each of the photocured layers, a shape in which a predetermined cross-sectional shape pattern to be formed becomes a continuous drawing region larger than the dimension (area) of the planar drawing mask and In the manufacture of a three-dimensional structure having a structure, the planar drawing mask 3 is continuously moved relative to the surface of the photocurable resin composition (the modeling surface 5), and a mask image of the planar drawing mask is formed. The surface of the photocurable resin composition is placed on the surface of the photocurable resin composition through the surface drawing mask 3 while continuously changing in synchronization with the movement of the surface drawing mask 3 corresponding to the cross-sectional shape pattern. By irradiating light, a photocured layer having a predetermined cross-sectional shape pattern is formed, and this is laminated to form a desired three-dimensional modeled object. Even in this case, it goes without saying that the exposure speed is corrected so as not to cause a difference in exposure time according to each scanning direction.

なお、立体造形物の形状や構造によっては、面状描画マスク3の面積よりも大きな所定の断面形状パターンの形成と共に、面状描画マスク3の面積よりも小さな断面形状パターンを造形操作の途中で形成することが必要な場合がある(例えば、球状をなす本体の頂部に尖った角(つの)を有する立体造形物において、球状の本体部分の横断面積(断面形状パターン)は面状描画マスク3の面積よりも大きく、角に相当する部分の横断面積(断面形状パターン)が面状描画マスク3の面積よりも小さい場合など)。そのような場合には、大きな断面形状パターンを有する本体部分の形成は、面状描画マスク3のマスク画像を動画的に連続的に変える上記した造形操作を多層にわたって繰り返すことによって行い、一方小さな断面形状パターンを有する角の部分は、面状描画マスク3のマスク画像を動画的に変化させずに静止画の状態にし、そのマスク画像を通して光を造形面に照射する操作を角部分の形成が完了するまで多層にわたって繰り返すことによって、目的とする立体造形物を製造することができる。   Depending on the shape and structure of the three-dimensional model, a predetermined cross-sectional pattern larger than the area of the planar drawing mask 3 is formed and a cross-sectional pattern smaller than the area of the planar drawing mask 3 is formed during the molding operation. It may be necessary to form (for example, in a three-dimensional structure having a sharp corner (one) at the top of the spherical main body, the cross-sectional area (cross-sectional shape pattern) of the spherical main body portion is the planar drawing mask 3. The cross-sectional area (cross-sectional shape pattern) of the portion corresponding to the corner is smaller than the area of the planar drawing mask 3). In such a case, the formation of the main body portion having a large cross-sectional shape pattern is performed by repeating the above-described modeling operation for continuously changing the mask image of the planar drawing mask 3 over multiple layers, while the small cross-section is formed. In the corner portion having the shape pattern, the mask image of the planar drawing mask 3 is changed to a still image state without changing the moving image, and the formation of the corner portion is completed through the operation of irradiating the modeling surface with light through the mask image. By repeating the process over multiple layers, a target three-dimensional model can be manufactured.

上述した実施の形態では、面状描画マスク3の数が1個の構成について例示したが、これに限定されず、複数(2個以上)の面状描画マスク3を備える構成とし、これらの面状描画マスク3が同時に連続移動して露光像6を形成するようにしても良い。このようにすることで、造形速度が一層向上する。   In the above-described embodiment, the configuration in which the number of the planar drawing masks 3 is one is illustrated. However, the configuration is not limited to this, and a configuration including a plurality (two or more) of the planar drawing masks 3 is used. It is also possible to form the exposure image 6 by continuously moving the shape drawing mask 3 simultaneously. By doing in this way, modeling speed improves further.

上述した実施の形態では、造形浴槽10に満たした液状の光硬化性樹脂組成物に対して光を照射して、当該造形浴槽10内に配置された造形テーブル11の上面に光硬化層を形成し、当該光硬化層を積層形成して立体造形物を形成する構成について例示したが、これに限らず、例えば、気体雰囲気中に造形テーブルを配置し、その造形テーブル面に1層分の液状、ペースト状、粉末状或いは薄膜状の光硬化性樹脂組成物を施して面状描画マスク3を介して光を照射して所定のパターンおよび厚みを有する光硬化層を形成した後、該光硬化層面に1層分の液状、ペースト状、粉末状または薄膜状の光硬化性樹脂組成物を施して面状描画マスク3を介して制御下に光を照射して所定のパターンおよび厚みを有する光硬化層を一体に積層形成する工程を繰り返して行って、立体造形物を形成する構成としても良い。   In embodiment mentioned above, light is irradiated with respect to the liquid photocurable resin composition with which the modeling bathtub 10 was filled, and a photocuring layer is formed in the upper surface of the modeling table 11 arrange | positioned in the said modeling bathtub 10 concerned. And although it illustrated about the structure which laminates and forms the said photohardened layer and forms a three-dimensional molded item, it is not restricted to this, For example, a modeling table is arrange | positioned in gas atmosphere and the liquid for one layer is formed on the modeling table surface. Then, after applying a photocurable resin composition in the form of a paste, powder or thin film and irradiating light through the planar drawing mask 3 to form a photocured layer having a predetermined pattern and thickness, the photocuring Light having a predetermined pattern and thickness by applying a liquid, paste-like, powdery or thin-film photocurable resin composition for one layer to the layer surface and irradiating light under control through the planar drawing mask 3 Work to laminate the hardened layer together Performed by repeating, it may be configured to form a three-dimensional object.

また、この構成においては、造形テーブルまたは光硬化層を上向きにしておき、その上面に光硬化性樹脂組成物を施し、面状描画マスク3を介して光照射して光硬化層を順次積層形成する構成としても良いし、造形テーブルまたは光硬化層を垂直または斜めに配置しておいて造形テーブル面または光硬化層面上に光硬化性樹脂層を施し面状描画マスク3を介して光照射して光硬化層を順次積層形成する構成としても良いし、或いは、造形テーブルまたは光硬化層を下向きに配置しておいて造形テーブル面または光硬化層面に光硬化性樹脂層組成物を施し面状描画マスク3を介して光照射して順次下方に光硬化層を積層形成してゆく構成としても良い。造形テーブル面または光硬化層面に光硬化性樹脂組成物を施すに当たっては、例えば、ブレード塗装、流延塗装、ローラー塗装、転写塗装、ハケ塗り、スプレー塗装などを用いることができる。   Further, in this configuration, the modeling table or the photocuring layer is faced upward, the photocurable resin composition is applied to the upper surface, and light is irradiated through the planar drawing mask 3 to sequentially form the photocuring layers. It is good also as a structure to carry out, and it arrange | positions a modeling table or a photocuring layer perpendicularly | vertically or diagonally, gives a photocurable resin layer on a modeling table surface or a photocuring layer surface, and irradiates light through the planar drawing mask 3. It is good also as composition which carries out layering formation of a photocuring layer one by one, or arranges a modeling table or a photocuring layer in the downward direction, and gives a photocurable resin layer composition to a modeling table surface or a photocuring layer surface, and is planar. It is good also as a structure which irradiates light through the drawing mask 3 and laminates | stacks a photocuring layer below sequentially. In applying the photocurable resin composition to the modeling table surface or the photocured layer surface, for example, blade coating, cast coating, roller coating, transfer coating, brush coating, spray coating, or the like can be used.

光硬化性樹脂組成物の種類は特に制限されず、光造形に用い得る液状、ペースト、粉末状、薄膜状などの光硬化性樹脂組成物のいずれもが使用できる。例えば、光硬化性樹脂組成物としては、アクリル系化合物や多官能性ビニル化合物、各種エポキシ系化合物などの1種または2種以上と、光重合開始剤および必要に応じて増感剤などを含有する光硬化性樹脂組成物を用いることができる。また、これらの成分以外にも、必要に応じて、レベリング剤、リン酸エステル塩系界面活性剤以外の界面活性剤、有機高分子改質剤、有機可塑剤などを含有していてもよい。さらに、必要に応じて、固体微粒子やウィスカーなどの充填材を含有していてもよい。充填材を含有する光硬化性樹脂組成物を用いると、硬化時の体積収縮の低減による寸法精度の向上、機械的物性や耐熱性の向上などを図ることができる。   The kind in particular of photocurable resin composition is not restrict | limited, Any of liquid, paste, powder form, thin film form, etc. which can be used for optical shaping | molding can use all. For example, the photo-curable resin composition contains one or more of acrylic compounds, polyfunctional vinyl compounds, various epoxy compounds, a photopolymerization initiator, and a sensitizer if necessary. The photocurable resin composition to be used can be used. In addition to these components, a leveling agent, a surfactant other than a phosphate ester-based surfactant, an organic polymer modifier, an organic plasticizer, and the like may be contained as necessary. Furthermore, you may contain fillers, such as a solid fine particle and a whisker, as needed. When a photocurable resin composition containing a filler is used, it is possible to improve dimensional accuracy by reducing volume shrinkage at the time of curing, improve mechanical properties and heat resistance, and the like.

本光造形装置は、精密部品や、電気・電子部品、家具、建築構造物、自動車用部品、各種容器類、鋳物、金型、母型などのためのモデルや加工用モデルの製造に用いることができ、また、複雑な熱媒回路の設計用の部品、複雑な構造の熱媒挙動の解析企両用の部品、その他の複雑な形状や構造を有する各種の立体造形物の製造にも用いることができる。   This stereolithography equipment should be used to manufacture models for precision parts, electrical / electronic parts, furniture, building structures, automotive parts, various containers, castings, molds, master molds, and processing models. It can also be used to manufacture parts for designing complex heat medium circuits, parts for analyzing heat medium behavior of complex structures, and other various 3D objects with complex shapes and structures. Can do.

本発明の光造形装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical modeling apparatus of this invention. 造形浴槽の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a modeling bathtub. 光照射装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a light irradiation apparatus. 光照射装置の移動制御部を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the movement control part of a light irradiation apparatus. 光照射装置の移動制御動作を説明するための原理図である。It is a principle figure for demonstrating the movement control operation | movement of a light irradiation apparatus. 光硬化層の積層形成手順を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the lamination | stacking formation procedure of a photocuring layer. 光照射装置の他の構成を示す図である。It is a figure which shows the other structure of a light irradiation apparatus. 光照射装置のその他の構成を示す図である。It is a figure which shows the other structure of a light irradiation apparatus. 光照射装置のその他の構成を示す図である。It is a figure which shows the other structure of a light irradiation apparatus. 図9のDMD光学系を用いた場合の光照射装置の断面図である。It is sectional drawing of the light irradiation apparatus at the time of using the DMD optical system of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 光源
3 面状描画マスク(液晶マスク)
5 造形面(未硬化樹脂層)
10 造形浴槽
11 造形テーブル
43 X軸パルスモータ
44 Y軸パルスモータ
50 コンピュータ
55 モータ駆動回路
100 光造形装置

1 Light source 3 Planar drawing mask (liquid crystal mask)
5 Modeling surface (uncured resin layer)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Modeling bathtub 11 Modeling table 43 X-axis pulse motor 44 Y-axis pulse motor 50 Computer 55 Motor drive circuit 100 Stereolithography apparatus

Claims (18)

所定パターンを有するマスクを介して、光照射装置からの光を光硬化性樹脂層の表面に照射して露光像を形成し、当該露光像が照射された光照射領域中の光硬化性樹脂層を光硬化させる工程を1層分の光硬化層が形成するまで繰り返し、さらに、当該光硬化層の表面に新たな未硬化樹脂層を形成すると共に、当該未硬化樹脂層に前記マスクを介して光を照射して光硬化層を形成する工程を繰り返して立体造形物を形成する光造形装置において、
前記光硬化性樹脂層表面上に形成される前記露光像を、当該光硬化性樹脂層の表面に沿って移動させる露光像移動手段と、
前記露光像の移動に同期して、当該マスク上の前記マスクパターンを変化させるマスクパターン可変手段と、
前記露光像移動手段による前記露光像の移動に際して、前記光照射領域へ照射される前記露光像の露光量を可変にすることで、当該光照射領域中で光硬化する光硬化層の膜厚を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする光造形装置。
A light curable resin layer in a light irradiation region irradiated with the exposure image is formed by irradiating the surface of the light curable resin layer with light from a light irradiation device through a mask having a predetermined pattern. The step of photocuring is repeated until one photocured layer is formed, and a new uncured resin layer is formed on the surface of the photocured layer, and the uncured resin layer is interposed through the mask. In the optical modeling apparatus that forms a three-dimensional model by repeating the process of forming a photocured layer by irradiating light,
Exposure image moving means for moving the exposure image formed on the surface of the photocurable resin layer along the surface of the photocurable resin layer;
Mask pattern variable means for changing the mask pattern on the mask in synchronization with the movement of the exposure image;
When moving the exposure image by the exposure image moving means, by changing the exposure amount of the exposure image irradiated to the light irradiation region, the film thickness of the photocured layer that is photocured in the light irradiation region can be reduced. An optical modeling apparatus comprising a control means for controlling.
前記露光像移動手段は前記光照射装置を移動させる移動手段からなり、前記マスクパターン可変手段は、前記移動手段による前記光照射装置の移動に同期して、当該マスク上の前記マスクパターンを変化させ、さらに、前記制御手段は、前記移動手段による前記光照射装置の移動速度を制御して前記露光像の露光量を可変にし、当該光照射領域中で光硬化する光硬化層の膜厚を制御することを特徴とする請求項1記載の光造形装置。   The exposure image moving means includes moving means for moving the light irradiation device, and the mask pattern changing means changes the mask pattern on the mask in synchronization with the movement of the light irradiation device by the moving means. Further, the control means controls the moving speed of the light irradiation device by the moving means to vary the exposure amount of the exposure image, and controls the film thickness of the photocuring layer that is photocured in the light irradiation area. The optical modeling apparatus according to claim 1, wherein: 前記制御手段は、少なくとも前記光照射領域に照射される光の光量、光硬化層を形成する光硬化性樹脂の光硬化に対する感度、並びに前記移動方向への前記光照射領域の長さに基づいて前記移動速度を算出し、前記移動手段を介して前記光照射装置を当該算出移動速度で移動させることを特徴とする請求項2記載の光造形装置。   The control means is based on at least the amount of light irradiated to the light irradiation region, the sensitivity to photocuring of the photocurable resin forming the photocuring layer, and the length of the light irradiation region in the moving direction. The optical modeling apparatus according to claim 2, wherein the moving speed is calculated, and the light irradiation apparatus is moved at the calculated moving speed via the moving unit. 前記移動手段は前記光照射装置を少なくとも直交する二つの方向へ移動させることを特徴とする請求項3記載の光造形装置。   The optical modeling apparatus according to claim 3, wherein the moving unit moves the light irradiation apparatus in at least two directions orthogonal to each other. 前記光照射領域の形状は、長辺の長さがL,短辺の長さがSの矩形状であって、当該矩形状の光照射領域の長手方向と短手方向を、各々前記光照射装置の前記二つの移動方向に平行とした場合、当該長手方向への前記光照射装置の移動速度をVL,当該短手方向への前記光照射装置の移動速度をVSとしたとき、以下の関係式
VL/VS = L/S
が成立するように各移動速度VL,VSが決定されることを特徴とする請求項4記載の光造形装置。
The shape of the light irradiation region is a rectangular shape having a long side length L and a short side length S, and the light irradiation region has a longitudinal direction and a short direction, respectively. When parallel to the two movement directions of the apparatus, the following relationship is assumed when the movement speed of the light irradiation apparatus in the longitudinal direction is VL and the movement speed of the light irradiation apparatus in the short direction is VS: Formula VL / VS = L / S
5. The stereolithography apparatus according to claim 4, wherein the movement speeds VL and VS are determined so that
前記光照射領域の形状は、長辺の長さがL,短辺の長さがSの矩形状であって、当該矩形状の光照射領域の長手方向と短手方向が、各々前記光照射装置の前記二つの移動方向に平行である場合、当該長手方向への前記光照射装置の移動速度をVL,当該短手方向への前記光照射装置の移動速度をVSとし、前記光照射領域へ照射される光の光量をE(mJ/cm2)、前記光硬化性樹脂を厚さt(mm)硬化するために必要な光の光量をEt(mJ/cm2)としたとき、当該膜厚tを得るための前記光照射装置の長手方向及び短手方向の移動速度VLおよびVSは、各々、L・E/Et(mm/sec)及びS・E/Et(mm/sec)で表されることを特徴とする請求項4記載の光造形装置。The shape of the light irradiation region is a rectangular shape having a long side of L and a short side of S, and the longitudinal direction and the short direction of the rectangular light irradiation region are respectively the light irradiation. When parallel to the two movement directions of the apparatus, the movement speed of the light irradiation apparatus in the longitudinal direction is VL, the movement speed of the light irradiation apparatus in the short direction is VS, and the light irradiation area is moved to the light irradiation area. When the amount of light to be irradiated is E (mJ / cm 2 ) and the amount of light necessary to cure the photocurable resin to a thickness t (mm) is Et (mJ / cm 2 ), the film The moving speeds VL and VS in the longitudinal direction and the short direction of the light irradiation device for obtaining the thickness t are represented by L · E / Et (mm / sec) and S · E / Et (mm / sec), respectively. The optical modeling apparatus according to claim 4, wherein: 前記光照射領域へ照射される光の光量Eを測定する光センサーと、前記光硬化性樹脂の光硬化層の厚さtと、光硬化性樹脂を厚さtだけ光硬化するに必要な光量Etとの関係を示した膜厚・光量データを予め記憶した記憶手段とをさらに備え、前記制御手段は、前記光センサーからの光量Eの測定値と、前記記憶手段に記憶された前記膜厚・光量データとから、所望とする膜厚を得るための前記光照射装置の移動速度を求めることを特徴とする請求項2記載の光造形装置。   An optical sensor that measures the amount of light E irradiated to the light irradiation region, a thickness t of the photocuring layer of the photocurable resin, and an amount of light necessary for photocuring the photocurable resin by the thickness t Storage means storing in advance film thickness / light quantity data indicating a relationship with Et, and the control means measures the measured value of the light quantity E from the optical sensor and the film thickness stored in the storage means. 3. The stereolithography apparatus according to claim 2, wherein a moving speed of the light irradiation device for obtaining a desired film thickness is obtained from the light amount data. 前記マスクは、微小ドットエリアでの遮光及び透光が可能な複数の微小光シャッターが面状に配置され、これらの微小光シャッターによりマスク画像を形成する面状マスクであり、前記未硬化樹脂層の表面に対する連続移動と同期して、形成すべきパターンに応じて前記マスク画像を連続的に変化させることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の光造形装置。   The mask is a planar mask in which a plurality of micro light shutters capable of shielding and transmitting light in a micro dot area are arranged in a plane, and a mask image is formed by these micro light shutters, and the uncured resin layer The optical modeling apparatus according to claim 1, wherein the mask image is continuously changed according to a pattern to be formed in synchronization with a continuous movement with respect to the surface of the laser beam. 前記マスクパターン可変手段は、前記光照射装置の移動速度に同期して、当該マスクパターンの変化速度を制御することを特徴とする請求項2記載の光造形装置。   The optical modeling apparatus according to claim 2, wherein the mask pattern changing unit controls a change speed of the mask pattern in synchronization with a moving speed of the light irradiation apparatus. 前記マスクパターン可変手段は、前記マスク上の前記マスクパターンの光透過率を変化させることで、当該マスクパターン可変手段を介して前記光照射面中に照射される前記露光像の露光量を可変にする露光量可変手段を備えていることを特徴とする請求項1記載の光造形装置。   The mask pattern variable means can change the exposure amount of the exposure image irradiated on the light irradiation surface via the mask pattern variable means by changing the light transmittance of the mask pattern on the mask. The optical modeling apparatus according to claim 1, further comprising an exposure amount varying unit that performs the operation. 光透過率が同じか又は異なる複数個のフィルターをさらに備え、前記光照射装置から前記マスクパターン可変手段へ照射される光、もしくは、前記マスクパターン可変手段から前記光照射領域へ照射される光を前記複数個のフィルターの少なくとも一つに通過させることで、前記光照射領域に照射される当該光の強度を可変にして、当該光照射領域中で光硬化する光硬化層の膜厚を制御することを特徴とする請求項1記載の光造形装置。   A plurality of filters having the same or different light transmittance, and light irradiated from the light irradiation device to the mask pattern variable means or light irradiated from the mask pattern variable means to the light irradiation region; By passing through at least one of the plurality of filters, the intensity of the light irradiated to the light irradiation region is variable, and the film thickness of the photocured layer that is photocured in the light irradiation region is controlled. The optical modeling apparatus according to claim 1. 前記マスクパターン可変手段は、液晶を用いた透過型面状描画装置からなることを特徴とする請求項1記載の光造形装置。   2. The stereolithography apparatus according to claim 1, wherein the mask pattern changing unit includes a transmissive surface drawing apparatus using liquid crystal. 前記マスクパターン可変手段は、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)を用いた反射型面状描画装置からなることを特徴とする請求項1記載の光造形装置。   2. The stereolithography apparatus according to claim 1, wherein the mask pattern changing unit includes a reflective planar drawing apparatus using a digital micromirror device (DMD). 所定パターンを有するマスクを介して、光照射装置からの光を光硬化性樹脂層の表面に照射して露光像を形成し、当該露光像が照射された光照射領域中の光硬化性樹脂層を光硬化させる工程を1層分の光硬化層が形成するまで繰り返し、さらに、当該光硬化層の表面に新たな未硬化樹脂層を形成すると共に、当該未硬化樹脂層に前記マスクを介して光を照射して光硬化層を形成する工程をさらに繰り返して立体造形物を形成する光造形方法において、
前記光硬化性樹脂層表面上に形成される前記露光像を、当該光硬化性樹脂層表面に沿って移動する露光像移動ステップと、
前記露光像の移動に同期して、当該マスク上の前記マスクパターンを変化させるマスクパターン可変ステップと、
前記露光像移動手段による前記露光像の移動に際して、前記光照射領域へ照射される前記露光像の露光量を可変にすることで、当該光照射領域中で光硬化する光硬化層の膜厚を制御する制御ステップとを備えたことを特徴とする光造形方法。
A light curable resin layer in a light irradiation region irradiated with the exposure image is formed by irradiating the surface of the light curable resin layer with light from a light irradiation device through a mask having a predetermined pattern. The step of photocuring is repeated until one photocured layer is formed, and a new uncured resin layer is formed on the surface of the photocured layer, and the uncured resin layer is interposed through the mask. In the optical modeling method of forming a three-dimensional model by repeating the process of forming a photocured layer by irradiating light,
An exposure image moving step of moving the exposure image formed on the photocurable resin layer surface along the photocurable resin layer surface;
A mask pattern variable step for changing the mask pattern on the mask in synchronization with the movement of the exposure image;
When moving the exposure image by the exposure image moving means, by changing the exposure amount of the exposure image irradiated to the light irradiation region, the film thickness of the photocured layer that is photocured in the light irradiation region can be reduced. An optical modeling method comprising: a control step for controlling.
前記露光像移動ステップは、前記光照射装置を少なくとも二つの方向へ移動する移動ステップを備え、前期マスクパターン変化ステップは、前記光照射装置の移動に同期して、当該マスク上の前記マスクパターンを変化させ、さらに、前記制御ステップは、前記移動ステップによる当該光照射装置の移動速度を制御することで、当該光照射領域中で光硬化する光硬化層の膜厚を制御することを特徴とする請求項12記載の光造形方法。   The exposure image moving step includes a moving step of moving the light irradiation device in at least two directions, and the previous mask pattern changing step moves the mask pattern on the mask in synchronization with the movement of the light irradiation device. Further, the control step controls the film thickness of the photocured layer that is photocured in the light irradiation region by controlling the moving speed of the light irradiation device in the moving step. The optical modeling method according to claim 12. 前記制御ステップは、少なくとも前記光照射領域に照射される光の光量、光硬化層を形成する光硬化性樹脂の光硬化に対する感度、並びに前記移動方向への前記光照射領域の長さに基づいて前記移動速度を算出するステップを備えており、前記移動ステップにおいて、当該光照射装置を当該算出移動速度で移動させることを特徴とする請求項9記載の光造形方法。   The control step is based on at least the amount of light irradiated to the light irradiation region, the sensitivity to photocuring of the photocurable resin forming the photocuring layer, and the length of the light irradiation region in the moving direction. The optical modeling method according to claim 9, further comprising a step of calculating the moving speed, wherein the light irradiation device is moved at the calculated moving speed in the moving step. 前記マスクパターン可変ステップは、前記マスク上の前記マスクパターンの光透過率を変化させることで、前記光照射面中に照射される前記露光像の露光量を可変にする露光量可変ステップを備えていることを特徴とする請求項12記載の光造形装置。   The mask pattern variable step includes an exposure amount variable step of changing an exposure amount of the exposure image irradiated on the light irradiation surface by changing a light transmittance of the mask pattern on the mask. The optical modeling apparatus according to claim 12, wherein: 光透過率が同じか又は異なる複数個のフィルターを配置し、前記光照射装置から前記光照射面上に照射される光を前記複数個のフィルターの少なくとも一つに通過させることで、前記光照射領域に照射される当該光の強度を可変にして、当該光照射領域中で光硬化する光硬化層の膜厚を制御するステップをさらに有することを特徴とする請求項12記載の光造形装置。

A plurality of filters having the same or different light transmittance are arranged, and the light irradiated from the light irradiation device onto the light irradiation surface is allowed to pass through at least one of the plurality of filters. The optical modeling apparatus according to claim 12, further comprising a step of controlling a film thickness of a photocuring layer that is photocured in the light irradiation region by changing the intensity of the light irradiated to the region.

JP2006537734A 2004-09-29 2005-09-27 Stereolithography apparatus and stereolithography method Expired - Fee Related JP4669843B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004283503 2004-09-29
JP2004283503 2004-09-29
PCT/JP2005/017683 WO2006035739A1 (en) 2004-09-29 2005-09-27 Optical molding device and optical molding method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2006035739A1 true JPWO2006035739A1 (en) 2008-05-15
JP4669843B2 JP4669843B2 (en) 2011-04-13

Family

ID=36118884

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006537734A Expired - Fee Related JP4669843B2 (en) 2004-09-29 2005-09-27 Stereolithography apparatus and stereolithography method

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP4669843B2 (en)
WO (1) WO2006035739A1 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4957242B2 (en) * 2006-12-28 2012-06-20 ソニー株式会社 Stereolithography equipment
JP5293993B2 (en) * 2008-01-09 2013-09-18 ソニー株式会社 Stereolithography apparatus and stereolithography method
JP2012079484A (en) * 2010-09-30 2012-04-19 Toppan Printing Co Ltd Organic electroluminescent element and manufacturing method thereof
JP6505517B2 (en) * 2015-06-18 2019-04-24 ローランドディー.ジー.株式会社 Three-dimensional modeling device
CN105538726A (en) * 2016-02-18 2016-05-04 苏州苏大维格光电科技股份有限公司 Three-dimensional molding device and method based on film substrate
CN109664502A (en) * 2017-10-16 2019-04-23 三纬国际立体列印科技股份有限公司 Three-dimensional printing device
US20210178698A1 (en) * 2017-12-20 2021-06-17 Mitsui Chemicals, Inc. Stereolithography device, stereolithography program and stereolithography method
CN114261096A (en) * 2021-12-29 2022-04-01 先临三维科技股份有限公司 Partition exposure control method, printing method, device, equipment and medium
JP2024031511A (en) * 2022-08-26 2024-03-07 株式会社Jvcケンウッド Image generation control device and stereolithography device

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03281329A (en) * 1990-03-30 1991-12-12 Sanyo Electric Co Ltd Optical three-dimensional shaping
JPH08112863A (en) * 1994-10-17 1996-05-07 Japan Synthetic Rubber Co Ltd Optical formation device
WO2001062475A1 (en) * 2000-02-28 2001-08-30 Sankyo Company, Limited Photofabrication, photofabrication apparatus, recorded medium on which photofabrication program is recorded
JP2001252986A (en) * 2000-03-09 2001-09-18 Japan Science & Technology Corp Apparatus and method for optical shaping
JP2002001827A (en) * 2000-05-05 2002-01-08 Three D Syst Inc Method for selective control of mechanical characteristics by constitution of molding style for stereolithography
JP2003266546A (en) * 2002-03-12 2003-09-24 Teijin Seiki Co Ltd Optical stereoscopic shaping method and apparatus therefor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03281329A (en) * 1990-03-30 1991-12-12 Sanyo Electric Co Ltd Optical three-dimensional shaping
JPH08112863A (en) * 1994-10-17 1996-05-07 Japan Synthetic Rubber Co Ltd Optical formation device
WO2001062475A1 (en) * 2000-02-28 2001-08-30 Sankyo Company, Limited Photofabrication, photofabrication apparatus, recorded medium on which photofabrication program is recorded
JP2001252986A (en) * 2000-03-09 2001-09-18 Japan Science & Technology Corp Apparatus and method for optical shaping
JP2002001827A (en) * 2000-05-05 2002-01-08 Three D Syst Inc Method for selective control of mechanical characteristics by constitution of molding style for stereolithography
JP2003266546A (en) * 2002-03-12 2003-09-24 Teijin Seiki Co Ltd Optical stereoscopic shaping method and apparatus therefor

Also Published As

Publication number Publication date
WO2006035739A1 (en) 2006-04-06
JP4669843B2 (en) 2011-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4669843B2 (en) Stereolithography apparatus and stereolithography method
JP4417911B2 (en) Optical three-dimensional modeling method and apparatus
JP3792168B2 (en) Optical three-dimensional modeling method and apparatus
TW214584B (en)
JP6058819B2 (en) 3D object production
JPH0342233A (en) Optical shaping method
JP4824382B2 (en) Optical three-dimensional modeling method and apparatus
JPH06246839A (en) Optically shaping device
JP4828028B2 (en) 3D modeling apparatus and 3D modeling method
JP3805749B2 (en) Thin film curing stereolithography equipment
JP4459742B2 (en) Optical 3D modeling equipment
JPH04305438A (en) Optical three-dimensional shaping method
JP4834297B2 (en) Stereolithography apparatus and stereolithography method
JP4503404B2 (en) Stereolithography apparatus and stereolithography method
JP2004155156A (en) Three-dimensionally shaping method and device
JPS6299753A (en) Formation of three-dimensional shape
JP4404299B2 (en) Optical stereolithography and equipment
JP4459741B2 (en) Optical 3D modeling method
JPH08238678A (en) Optically molding machine
JP4433456B2 (en) Optical stereolithography and equipment
JPH05269864A (en) Three dimensional optical shaping device
JPH03281329A (en) Optical three-dimensional shaping
JPH09141746A (en) Three-dimensional modeling device
KR20000018892A (en) Method and apparatus for fabricating three-dimensional optical model using liquid crystal display panel and method the same
JP4129928B2 (en) Optical 3D modeling equipment

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080804

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100824

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100930

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20100930

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20101221

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110117

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140121

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4669843

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140121

Year of fee payment: 3

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140121

Year of fee payment: 3

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees