JPWO2017104368A1

JPWO2017104368A1 - 光造形装置

Info

Publication number: JPWO2017104368A1
Application number: JP2017555949A
Authority: JP
Inventors: 昭二丸尾; 周平谷口; 史憲永瀬
Original assignee: Yokohama National University NUC
Current assignee: Yokohama National University NUC
Priority date: 2015-12-16
Filing date: 2016-11-24
Publication date: 2018-10-04
Anticipated expiration: 2036-11-24
Also published as: WO2017104368A1; JP6886182B2

Abstract

光造形装置は、１光子吸収を利用して構造物を造形する光造形装置であって、液状の光硬化性樹脂を貯留する貯留槽と、貯留槽の内部に配置され、貯留槽の底面との離間距離を変更可能に設けられたステージと、光硬化性樹脂を硬化させる光を照射する第１照射部と、を備え、貯留槽の底部は、光を透過させる透過窓であり、第１照射部は、光を射出する第１光源と、第１光源と透過窓との間の光の光路上に配置され、透過窓の貯留槽内側の表面から離間した位置に焦点位置が設定された集光光学系と、第１光源から射出される光の出力を制御する制御部と、を有し、制御部は、表面における光の光強度が、光硬化性樹脂が硬化する光強度の閾値を下回るように出力を制御する。

Description

本発明は、光造形装置に関するものである。
本願は、２０１５年１２月１６日に出願された日本国特願２０１５−２４５４５２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来、光硬化性樹脂を用いた光造形法を実施する光造形装置が知られている。公知の光造形装置としては、液状の光硬化性樹脂を貯留する貯留槽の下部から、光硬化性樹脂を硬化させる光を照射し、硬化物を上に引き上げながら造形を行う構成が知られている。「光硬化性樹脂を硬化させる光」とは、例えば紫外線である。

このような装置構成では、硬化物が貯留槽の底面に付着し、硬化物の引き上げが困難となることがある。

これに対し、貯留槽の底面への付着を抑制した光造形装置が検討されている（例えば、非特許文献１参照）。

非特許文献１に記載された装置では、貯留槽の底面は、紫外線と酸素とを透過させる性質を有している。そのため、底面近傍の光硬化性樹脂においては、酸素濃度が高くなっており、光硬化反応が阻害されている。

これにより、非特許文献１に記載されている装置においては、貯留槽内で硬化した樹脂の貯留槽底面への付着を抑制し、従来の装置よりも高速な造形を可能としている。

John R. Tumbleston, "Continuous liquid interface production of 3D objects", Science, 20 March 2015, Vol.347, no.6228, p.1349-1352

上記非特許文献１に記載された光造形装置においては、貯留槽底面の近傍の光硬化性樹脂における酸素濃度が変化すると、光重合が阻害される範囲が変化する。そのため、硬化物を引き上げる方向において所望の解像度を実現しようとする場合、貯留槽底面の近傍の光硬化性樹脂における酸素濃度を制御する必要が生じる。酸素濃度の制御のためには、貯留槽の底面を透過する酸素量を制御する必要があるが、このような制御は困難である。

そのため、酸素による光重合阻害を利用した方法に代えて、貯留槽への硬化物の付着を抑制可能な光造形装置が求められていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、光硬化性樹脂を貯留する貯留槽への硬化物の付着を抑制した新規な光造形装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る光造形装置は、液状の光硬化性樹脂を貯留する貯留槽と、前記貯留槽の内部に配置され、前記貯留槽の底面との離間距離を変更可能に設けられたステージと、前記光硬化性樹脂を硬化させる光を照射する第１照射部と、前記光硬化性樹脂の硬化を阻害する阻害光を照射する第２照射部と、を備え、前記貯留槽の底部は、前記光を透過させる透過窓であり、前記第１照射部は、前記光を射出する第１光源と、前記第１光源と前記透過窓との間の前記光の光路上に配置され、前記透過窓の前記貯留槽内側の表面から離間した位置に焦点位置が設定された集光光学系と、を有し、前記第２照射部は、前記表面に前記阻害光を照射する。

（２）上記（１）の態様においては、１光子吸収を利用して構造物を造形する光造形装置であって、前記第１光源から射出される前記光の出力を制御する制御部を有し、前記制御部は、前記表面における前記光の光強度が、前記光硬化性樹脂が硬化する光強度の閾値を下回るように前記出力を制御し、前記第２照射部は、前記焦点位置と前記表面との間に、前記阻害光を照射する構成としてもよい。

（３）上記（１）または２の態様においては、前記第２照射部は、前記透過窓を介して前記貯留槽に入射する前記光の光線束の中心軸と交差する方向から、前記阻害光を照射する構成としてもよい。

（４）上記（１）〜（３）の態様においては、前記第２照射部は、前記阻害光を射出する第２光源と、前記阻害光を前記表面に導光する導光手段と、を有する構成としてもよい。

（５）上記（４）の態様においては、前記導光手段は、前記阻害光が内部に入射されるとともに、前記内部で前記阻害光を全反射させる導光板であり、前記導光板は、前記透過窓を兼ねる構成としてもよい。

（６）上記（４）の態様においては、前記導光手段は、前記阻害光を走査する走査装置である構成としてもよい。

（７）上記（４）の態様においては、前記導光手段は、シリンドリカルレンズを含む光学系である構成としてもよい。

（８）上記（１）〜（６）のいずれか１つの態様においては、前記ステージを照明する照明光源と、照明された前記ステージを撮像する撮像装置と、を有する構成としてもよい。

（９）上記（１）〜（８）の態様においては、前記集光光学系は、集光レンズと、前記集光レンズの位置を、前記光の光線束の中心軸と同方向に変更可能とする駆動系と、を有する構成としてもよい。

本発明によれば、光硬化性樹脂を貯留する貯留槽への硬化物の付着を抑制した新規な光造形装置を提供することができる。

第１実施形態に係る光造形装置の説明図である第１照射部および撮像部の構成を示す模式図である。光硬化性樹脂のエネルギー準位図である。光硬化性樹脂のエネルギー準位図である。透過窓の近傍の様子を示す拡大図である。第２実施形態に係る光造形装置の説明図である。

［第１実施形態］
以下、図１〜図４を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る光造形装置について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。

図１は、第１実施形態に係る光造形装置１００の説明図である。図に示すように、本実施形態の光造形装置１００は、貯留槽１０と、ステージ２０と、駆動部３０と、第１照射部４０と、第２照射部５０と、撮像部６０と、を有している。光造形装置１００は、１光子吸収を利用して液状の光硬化性樹脂Ｒを硬化させ、構造物１０００を造形する。

また、以下の説明においては、図１に示す＋Ｚ方向を「上」、−Ｚ方向を「下」として示すことがある。

貯留槽１０は、液状の光硬化性樹脂Ｒを貯留する容器である。貯留槽１０は、上方が開口した容器であり、液状の光硬化性樹脂Ｒを貯留する内部空間Ｓを有している。貯留槽１０の底部は、光透過性を有する透過窓１１となっている。透過窓１１の形成材料としては、光透過性を有するならば種々の材料を用いることができるが、ガラス、石英などの無機材料を用いることが好ましい。

ステージ２０は、貯留槽１０の内部空間Ｓに配置される板状部材である。ステージ２０は、ステージ２０の下面２０ａに製造される構造物１０００を保持する。

本実施形態のステージ２０は、光透過性を有する形成材料を用いて形成されている。ステージ２０の形成材料としては、光透過性を有するならば種々の材料を用いることができるが、ガラス、石英などの無機材料やアクリル樹脂などのプラスチックを用いることが好ましい。

駆動部３０は、ステージ２０を上下移動させる機能を有する。駆動部３０は、ステージ２０を上方から保持する保持部３１と、保持部３１が接続され上下移動するアーム３２とを有している。光造形装置１００では、駆動部３０が上下移動することにより、駆動部３０が接続されたステージ２０が上下移動する。これにより、ステージ２０は、貯留槽１０の底面との離間距離を変更可能である。

アーム３２は、ステージ２０の上方の位置に、光透過性を有する窓３３が設けられていてもよい。図では、窓３３として光透過性を有する部材が配置されていることとして示しているが、これに限らない。アーム３２は、窓３３の位置が開口し、窓３３の位置に光透過性を有する部材などの構造物が配置されていない構成であってもよい。

第１照射部４０は、光硬化性樹脂Ｒを硬化させる光Ｌ１を射出する。第２照射部５０は、光硬化性樹脂Ｒの硬化を阻害する阻害光Ｌ２を射出する。これら、第１照射部４０および第２照射部５０については、後に詳述する。

撮像部６０は、ステージ２０において造形される構造物１０００を撮像する。具体的には、撮像部６０は、構造物１０００を照明する照明光源６１と、照明された構造物１０００を撮像する不図示のカメラと、を有している。不図示のカメラは、本実施形態における「撮像装置」に該当する。

照明光源６１は、光透過性を有するステージ２０に対し貯留槽１０とは反対側に配置されている。照明光源６１から射出された照明光Ｌ３は、光透過性を有する窓３３およびステージ２０を透過し、ステージ２０の下面２０ａに製造される構造物１０００を照明する。カメラでは、照明された構造物１０００の像を撮像する。これにより、仕上がりを確認しながら構造物１０００を造形することができる。また、構造物１０００の造形を開始する際、位置合わせが容易となり精度良く構造物１０００を造形することができる。

図２は、第１照射部４０および撮像部６０の構成を示す模式図である。

図１に示した照明光源６１から射出された照明光Ｌ３は、透過窓１１、集光光学系４８、ガルバノミラー４７を介してビームスプリッター４６に入射する。照明光Ｌ３は、ビームスプリッター４６において光Ｌ１の光路から分けられ、撮像部６０が有するミラー６３および結像レンズ６４を介してカメラ６２に入射する。カメラ６２は、本実施形態における「撮像装置」に該当する。

カメラ６２としては、例えばＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサや、ＣＭＯＳ（Complementary MOS）イメージセンサを用いたビデオカメラを採用することができる。カメラ６２では、ステージ２０において造形される構造物１０００を撮像している。

一方、図２に示すように、第１照射部４０は、第１光源４１、ミラー４２、減光光学系４３、ミラー４４、拡大光学系４５、ビームスプリッター４６、ガルバノミラー４７、集光光学系４８、制御部４９を有している。

第１光源４１は、光硬化性樹脂Ｒを硬化させる光Ｌ１を射出する。ミラー４２、減光光学系４３、ミラー４４、拡大光学系４５、ビームスプリッター４６、ガルバノミラー４７、集光光学系４８は、第１光源４１と光Ｌ１の光路上に配置されている。

第１光源４１は、光Ｌ１を射出するレーザー光源である。光Ｌ１の波長は、用いる光硬化性樹脂Ｒの吸収波長帯域に応じて適宜選択することができる。光Ｌ１としては、所望の位置以外における光硬化性樹脂Ｒの硬化を抑制するため、例えば波長４０５ｎｍの青色光のような可視光領域の光を用いるとよい。

第１光源４１から射出された光Ｌ１は、ミラー４２で反射し、減光光学系４３に入射する。減光光学系４３は、波長に影響を与えることなく入射した光の光量を少なくする機能を有する。減光光学系４３としては、例えば、公知の減光フィルタを用いることができる。減光光学系４３を透過した光Ｌ１は、光量が低下する。

また、光Ｌ１の光量を低下させることができるならば、減光光学系４３として減光フィルタ以外の構成を採用してもよい。例えば、光Ｌ１が直線偏光である場合、減光光学系４３として偏光板を用いてもよい。減光光学系４３が偏光板である場合、光Ｌ１の光線束の中心軸回りに偏光板の配置角度を調整する構成を採用する。これにより、偏光板の吸収軸と光Ｌ１の偏光の振動方向との角度を調整し、光Ｌ１の透過量を制御することができる。この場合、偏光板は、偏光板の配置角度を変更可能とする駆動系を有しているとよい。

減光光学系４３を透過した光Ｌ１は、ミラー４４で反射し、拡大光学系４５に入射する。拡大光学系４５は、光Ｌ１の光線幅を拡大させる機能を有する。拡大光学系４５は、単一のレンズで構成されていてもよく、複数のレンズで構成されていてもよい。

拡大光学系４５を透過した光Ｌ１は、ビームスプリッター４６を透過し、ガルバノミラー４７に入射する。ガルバノミラー４７は、光Ｌ１の中心軸を、ステージ２０の下面２０ａにおける第１の方向に変化させる第１走査ミラー４７ａと、光Ｌ１の中心軸をステージ２０の下面２０ａにおける第２の方向に変化させる第２走査ミラー４７ｂとを含んでいる。例えば、第１の方向と第２の方向とは、下面２０ａにおいて互いに直交する方向である。

ガルバノミラー４７を介した光Ｌ１は、集光光学系４８に入射する。集光光学系４８は、光Ｌ１を集光光学系４８の焦点位置に集光する機能を有する。集光光学系４８は、単一のレンズで構成されていてもよく、複数のレンズで構成されていてもよい。

本実施形態の光造形装置１００においては、集光光学系４８の焦点位置Ｆが、透過窓１１の貯留槽内側の表面１１ａから離間した位置に設定されている。焦点位置Ｆにおける光Ｌ１の光強度が、光硬化性樹脂Ｒが硬化する光強度の閾値を超えると、焦点位置Ｆにおいて光硬化性樹脂Ｒが硬化する。これにより、構造物１０００を造形することができる。

集光光学系４８は、集光レンズと、集光レンズの位置を光Ｌの光線束の中心軸と同方向に変更可能とする駆動系を有する構成としてもよい。この場合、集光レンズは、単一のレンズで構成されていてもよく、複数のレンズで構成されていてもよい。

このような駆動系としては、例えば公知のピエゾアクチュエータが挙げられる。集光光学系４８がこのような駆動系を有している場合、駆動部３０によるステージ２０の位置制御と、集光光学系４８の駆動系による集光レンズの位置制御とを協働させ、焦点位置Ｆの位置を好適に制御することができる。また、集光光学系４８の駆動系は、駆動部３０よりも焦点位置Ｆの微細な位置制御が可能である。そのため、構造物１０００の解像度を好適に高めることができる。

なお、本実施形態においては、第１光源４１から射出された光Ｌ１が、ガルバノミラー４７に入射した後に、集光光学系４８に入射することとして示した。しかし、ガルバノミラー４７と集光光学系４８との配置は、光Ｌ１の光路において逆になってもよい。

制御部４９は、第１光源４１から射出される光Ｌ１の出力を制御する。具体的には、制御部４９は、表面１１ａにおける光Ｌ１の光強度が、光硬化性樹脂Ｒが硬化する光強度の閾値を下回るように、第１光源４１の出力を制御する。

また、減光光学系４３が偏光板である場合、制御部４９は、減光光学系４３における光の透過量を制御する。具体的には、制御部４９は、第１光源４１の出力を制御した上で、減光光学系４３により光量の微調整を行う。これにより、表面１１ａにおける光Ｌ１の光強度が、光硬化性樹脂Ｒが硬化する光強度の閾値を下回るように、より細かく制御することができる。

さらに、集光光学系４８が駆動系を有する場合、制御部４９は、当該駆動系を制御する。

光造形装置１００においては、光硬化性樹脂Ｒの硬化が焦点位置Ｆにおいて生じ、かつ表面１１ａにおいて生じないようにするため、光Ｌ１の出力、集光光学系４８の集光特性を適宜制御するとよい。これにより、光造形装置１００においては、光硬化性樹脂Ｒの硬化が透過窓１１の表面１１ａにおいて生じず、得られる構造物１０００が透過窓１１に付着することを抑制可能である。

光造形装置１００においては、上述のように、表面１１ａにおける光Ｌ１の光強度を制御している。しかし、造形時間が長時間になると、焦点位置Ｆと表面１１ａとの間の光硬化性樹脂Ｒの光重合が進行し、光硬化性樹脂Ｒが硬化してしまう。すると、焦点位置Ｆと表面１１ａとの間に光硬化性樹脂Ｒのゲルが滞留して造形の解像度が低下する、または構造物１０００が表面１１ａに付着する、といった不具合を生じるおそれがある。

そのため、本実施形態の光造形装置１００では、光硬化性樹脂Ｒの硬化を阻害する阻害光Ｌ２を射出する第２照射部５０を用い、阻害光Ｌ２を表面１１ａに照射することとしている。

図１に示すように、第２照射部５０は、透過窓１１を介して貯留槽１０に入射する光Ｌ１の光線束の中心軸ＣＡと交差する方向から、阻害光Ｌ２を照射する。

第２照射部５０は、阻害光Ｌ２を射出する第２光源５１と、阻害光Ｌ２が内部に入射されるとともに、内部で阻害光Ｌ２を全反射させる導光板５２と、を有している。本実施形態の光造形装置１００においては、導光板５２は、透過窓１１を兼ねている。

ここで、阻害光Ｌ２により光硬化性樹脂Ｒの硬化が阻害されるメカニズムについて概略を説明する。図３Ａ，３Ｂは、光硬化性樹脂Ｒのエネルギー準位図であり、図３Ａは光硬化性樹脂Ｒの硬化反応を示し、図３Ｂは阻害光Ｌ２により光硬化性樹脂Ｒの硬化が阻害される様子を示す。

まず、図３Ａに示すように、基底状態の軌道Ｇにある電子Ｅは、光Ｌ１のエネルギーを吸収すると、第１励起状態の軌道Ｅ１に励起する。軌道Ｅ１に励起した電子Ｅは、内部転換により反応状態の軌道Ｒ１に遷移し、重合反応を開始する。

一方、図３Ｂに示すように、軌道Ｅ１に励起した電子Ｅに対し、阻害光Ｌ２を照射すると、次の２種のエネルギー状態の変化を生じ、光硬化性樹脂Ｒの硬化を阻害する。

第１に、阻害光Ｌ２が、軌道Ｇと軌道Ｅ１とのエネルギー差に相当するエネルギーを有する場合、軌道Ｅ１に励起した電子Ｅに対し阻害光Ｌ２を照射すると、励起した電子はエネルギーを誘導放出する。その結果、軌道Ｅ１に励起した電子Ｅは、軌道Ｇに遷移する。これにより、電子Ｅが軌道Ｅ１から軌道Ｒ１に遷移しなくなり、光硬化性樹脂Ｒの硬化が阻害される。

第２に、阻害光Ｌ２が、軌道Ｅ１と第１励起状態よりも高い励起状態にある軌道Ｅ２とのエネルギー差に相当するエネルギーを有する場合、軌道Ｅ１に励起した電子Ｅに対し阻害光Ｌ２を照射すると、励起した電子はエネルギーを吸収する。その結果、軌道Ｅ１に励起した電子Ｅは、軌道Ｅ２に遷移する。これにより、電子Ｅが軌道Ｅ１から軌道Ｒ１に遷移しなくなり、光硬化性樹脂Ｒの硬化が阻害される。

図４は、透過窓１１または導光板５２の近傍の様子を示す拡大図である。第２照射部５０においては、導光板５２の端部から導光板５２の内部に向けて、阻害光Ｌ２が入射される。その際、阻害光Ｌ２は、導光板５２の内壁において全反射する角度で入射される。

このように阻害光Ｌ２が入射された導光板５２の表面では、全反射の際に阻害光Ｌ２のエバネッセント光が生じる。エバネッセント光のしみ出す幅Ｗは、全反射した光の波長以下であることが知られている。そのため、導光板５２の幅全体に阻害光Ｌ２を入射すると、導光板５２の表面、すなわち透過窓１１の表面１１ａの全体に薄く阻害光Ｌ２が漏れ出すこととなる。

阻害光Ｌ２は、上述したメカニズムで光硬化性樹脂Ｒの硬化を阻害するため、阻害光Ｌ２が照射された透過窓１１の表面１１ａの近傍では、光硬化性樹脂Ｒの硬化が阻害される。したがって、光造形装置１００では、焦点位置Ｆと表面１１ａとの間において光硬化性樹脂Ｒのゲルの生成を抑制し、造形の解像度の低下を抑制することができる。また、光造形装置１００では、構造物１０００の表面１１ａへの付着を抑制することができる。

以上のような構成の光造形装置１００によれば、光硬化性樹脂Ｒを貯留する貯留槽１０への硬化物の付着を抑制した新規な光造形装置とすることができる。

なお、本実施形態においては、光造形装置１００が阻害光Ｌ２を射出する第２照射部５０を有することとしたが、光造形装置１００が第２照射部５０を有さないこととしてもよい。

また、本実施形態においては、制御部４９は、表面１１ａにおける光Ｌ１の光強度が、光硬化性樹脂Ｒが硬化する光強度の閾値を下回るように、第１光源４１の出力を制御することとしたが、これに限らない。表面１１ａに光硬化性樹脂Ｒの硬化物が付着するかどうかは、光Ｌ１による光硬化性樹脂Ｒの硬化反応と、阻害光Ｌ２による光硬化性樹脂Ｒの硬化反応阻害との競争となる。そのため、表面１１ａにおける光Ｌ１の光強度が、光硬化性樹脂Ｒが硬化する光強度の閾値を上回るとしても、阻害光Ｌ２の光量を増やすことで、表面１１ａへの硬化物の付着を抑制することが可能である。

また、本実施形態においては、光造形装置１００が１光子吸収を利用して構造物を造形することとしたが、これに限らない。光造形装置１００は、２光子吸収を利用して構造物を造形することとしてもよい。２光子吸収を利用した硬化反応では、焦点位置Ｆにおける硬化反応をより狭い領域に絞ることが可能である。一方で、長時間使用することにより、焦点位置Ｆと表面１１ａとの間において光硬化性樹脂Ｒの硬化が徐々に進行することが想定される。
そのような場合であっても、第２照射部５０から阻害光Ｌ２を照射することにより、確実に表面１１ａへの硬化物の付着を抑制することが可能である。

また、本実施形態においては、ステージ２０に対し貯留槽１０とは反対側に照明光源６１を配置し、ステージ２０を介してステージ２０の下面２０ａの構造物１０００を照明することとしたが、これに限らない。

例えば、ステージ２０が光透過性を有さない場合、光Ｌ１と同軸で照明光Ｌ３を入射させる必要がある。そのような場合には、照明光Ｌ３が光Ｌ１と同軸となるよう、照明光源６１から射出された照明光Ｌ３を導光する公知の光学系を配置してもよい。このような光学系としては、例えば、図２において拡大光学系４５とビームスプリッター４６との間の光路上に配置されるハーフミラーが挙げられる。これにより、ステージ２０が不透明であったとしても、ステージ２０において構造物を造形する下面２０ａを照明光Ｌ３で確実に照明することができる。

［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態に係る光造形装置２００の説明図である。本実施形態の光造形装置２００は、第１実施形態の光造形装置１００と一部共通している。したがって、本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

光造形装置２００が有する貯留槽１０は、側壁１２における側壁１２と、底部である透過窓１１との境界付近に、表面１１ａと平行に延在する透過窓１３が設けられている。

また、光造形装置２００が有する第２照射部５５は、透過窓１３を介して、焦点位置Ｆと表面１１ａとの間に、阻害光Ｌ２を照射している。第２照射部５５は、阻害光Ｌ２を射出する第２光源５１と、透過窓１３を介して阻害光Ｌ２を表面１１ａと平行に走査する走査装置５６と、を有している。走査装置５６としては、例えばガルバノミラーを用いることができる。走査装置５６は、本実施形態における「導光手段」に該当する。

このような光造形装置２００では、第１照射部４０から照射される光Ｌ１の中心軸ＣＡと重なるように、第２照射部５５から阻害光Ｌ２を照射する。また、第２照射部５０は、光Ｌ１の照射位置の変化に伴って阻害光Ｌ２を走査し、光Ｌ１の照射位置に追随して阻害光Ｌ２を照射する。

阻害光Ｌ２が照射された光硬化性樹脂Ｒは、上述したように硬化反応が阻害されるため、表面１１ａの近傍においては、光硬化性樹脂Ｒの硬化が阻害される。

このような構成の光造形装置２００によっても、光硬化性樹脂Ｒを貯留する貯留槽１０への硬化物の付着を抑制した新規な光造形装置とすることができる。

なお、図５では、光造形装置２００が第２照射部５５を１つ備え、貯留槽１０の側壁１２に設けられた透過窓１３を介して阻害光Ｌ２を照射することとして示したが、これに限らない。

阻害光Ｌ２は、光硬化性樹脂Ｒの内部を進行する際に減衰するため、透過窓１３から遠い位置の光硬化性樹脂Ｒには、硬化阻害に十分な光量の阻害光Ｌ２が到達しないおそれがある。そのため、透過窓１３を貯留槽１０の周方向に延在して設け、かつ第２照射部５５を複数設けて、焦点位置Ｆと表面１１ａとの間に複数方向から阻害光Ｌ２を照射する構成としても構わない。「複数方向から」とは、例えば「貯留槽１０の四方から」である。このような構成とすると、表面１１ａの近傍において、阻害光Ｌ２の光量が不足する場所を低減、または無くすことができる。その結果、光硬化性樹脂Ｒを貯留する貯留槽１０への硬化物の付着を一層抑制することができる。

また、図５では、導光手段として走査装置５６を用い、走査装置５６にて阻害光Ｌ２を走査し、光Ｌ１の照射位置に追随して阻害光Ｌ２を照射することとしたが、これに限らない。例えば、導光手段としてシリンドリカルレンズを用い、シリンドリカルレンズを介した阻害光Ｌ２を透過窓１３から入射させることとしてもよい。

シリンドリカルレンズを含む複数のレンズを組み合わせることで、阻害光Ｌ２を一方向には拡大するとともに当該一方向と直交する方向には拡大させないこととして、幅広のシート状の光とすることができる。このような阻害光Ｌ２を、透過窓１１の表面に沿うように透過窓１３から入射させると、阻害光Ｌ２の操作が不要となる。その結果、表面１１ａの全面を阻害光Ｌ２で容易に照明することができる。

このような構成の場合も、透過窓１３を貯留槽１０の周方向に延在して設け、焦点位置Ｆと表面１１ａとの間に複数方向からシート状の阻害光Ｌ２を照射する構成としても構わない。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

１０…貯留槽、１１，１３…透過窓、１１ａ…表面、２０…ステージ、３３…窓、４０…第１照射部、４１…第１光源、４８…集光光学系、４９…制御部、５０，５５…第２照射部、５１…第２光源、５２…導光板、５６…走査装置、６１…照明光源、１００，２００…光造形装置、１０００…構造物、ＣＡ…中心軸、Ｆ…焦点位置、Ｌ１…光、Ｌ２…阻害光、Ｌ３…照明光、Ｒ…光硬化性樹脂、Ｓ…内部空間

Claims

液状の光硬化性樹脂を貯留する貯留槽と、
前記貯留槽の内部に配置され、前記貯留槽の底面との離間距離を変更可能に設けられたステージと、
前記光硬化性樹脂を硬化させる光を照射する第１照射部と、
前記光硬化性樹脂の硬化を阻害する阻害光を照射する第２照射部と、を備え、
前記貯留槽の底部は、前記光を透過させる透過窓であり、
前記第１照射部は、前記光を射出する第１光源と、
前記第１光源と前記透過窓との間の前記光の光路上に配置され、前記透過窓の前記貯留槽内側の表面から離間した位置に焦点位置が設定された集光光学系と、を有し、
前記第２照射部は、前記表面に前記阻害光を照射する光造形装置。
１光子吸収を利用して構造物を造形する請求項１に記載の光造形装置であって、
前記第１光源から射出される前記光の出力を制御する制御部を有し、
前記制御部は、前記表面における前記光の光強度が、前記光硬化性樹脂が硬化する光強度の閾値を下回るように前記出力を制御し、
前記第２照射部は、前記焦点位置と前記表面との間に、前記阻害光を照射する光造形装置。
前記第２照射部は、前記透過窓を介して前記貯留槽に入射する前記光の光線束の中心軸と交差する方向から、前記阻害光を照射する請求項１または２に記載の光造形装置。
前記第２照射部は、前記阻害光を射出する第２光源と、
前記阻害光を前記表面に導光する導光手段と、を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の光造形装置。
前記導光手段は、前記阻害光が内部に入射されるとともに、前記内部で前記阻害光を全反射させる導光板であり、
前記導光板は、前記透過窓を兼ねる請求項４に記載の光造形装置。
前記導光手段は、前記阻害光を走査する走査装置である請求項４に記載の光造形装置。
前記導光手段は、シリンドリカルレンズを含む光学系である請求項４に記載の光造形装置。
前記ステージを照明する照明光源と、
照明された前記ステージを撮像する撮像装置と、を有する請求項１から６のいずれか1項に記載の光造形装置。
前記集光光学系は、集光レンズと、
前記集光レンズの位置を、前記光の光線束の中心軸と同方向に変更可能とする駆動系と、を有する請求項１から８のいずれか１項に記載の光造形装置。