TW201908111A - 光照射頭及造形裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明之一形態之光照射頭具備光源單元與限制體。上述限制體具有包含限制面之外表面及供上述光源單元配置之內部空間，且支持上述光源單元，藉由上述限制面而限制由來自上述光源單元之光之照射而硬化之材料之液面。

Description

光照射頭及造形裝置
本技術係關於一種藉由光照射使材料硬化而形成三維造形物之造形裝置及該光照射頭。
專利文獻1所記述之裝置係具有放射線源、調變器(聲光調變器)、及偏光機構等，且將由調變器調變之放射線束導引至偏向機構。偏向機構具備2個檢流計鏡，且該等檢流計鏡一面使放射線束向X方向與Y方向移動，一面入射至可光成形之組成物(感光性材料)之表面。形成造形物(光硬化部分)之台藉由由配置機構下降驅動，而於每1層形成光硬化部分(說明書段落[0019]、[0024]，圖1所記述)。
專利文獻2所記述之造形裝置之曝光照射頭單元具有圓筒狀且透明之可旋轉之滾筒作為限制材料之液面的限制體。該滾筒之軸方向之一端封閉，且另一端開口。曝光照射頭單元具有配置於該滾筒內之照射單元。照射單元具有LED(Light Emitting Diode：發光二極管)陣列，其沿著滾筒之軸向以長形狀設置，且於其長邊方向配置為一維狀。即，照射單元係作為線光源發揮功能。照射單元具備包含個別地驅動LED陣列之各LED的驅動器之電路基板(說明書段落[0036]、[0037]、[0044]，圖2等所記述)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平05-237942號公報 [專利文獻2]日本專利特開2015-120261號公報
[發明所欲解決之問題]
於專利文獻1所記述之裝置中，於光源(放射線源)與材料之液面之位置即光照射位置間，需要聲光調變器與用以高精度地維持光照射位置之2個鏡面等之光掃描機構。又，需要用以設置該等調變器與掃描機構之空間，而使裝置大型化。
專利文獻2所記述之曝光照射頭單元不具有如專利文獻1之掃描機構。但，用以高精度(高解析度)地形成造形物仍有改善餘地。
本發明之目的在於提供無需設置掃描機構等，而可形成精緻造形物之造形裝置及其所使用之光照射頭。 [解決問題之技術手段]
為達成上述目的，本技術之一形態之光照射頭具備光源單元與限制體。 上述限制體具有包含限制面之外表面與供上述光源單元配置之內部空間，且支持上述光源單元，藉由上述限制面而限制由來自上述光源單元之光之照射而硬化之材料之液面。
限制體由於於其內部空間內支持光源單元，故限制面與光源單元成為一體。藉此，可高精度地控制光對材料之照射位置。即，具備該光照射頭之造形裝置無需設置掃描機構等，即可形成精緻造形物。
上述光源單元亦可為沿著一方向較長地設置之1個以上之線光源單元。
上述光照射頭亦可進而具備位移機構，其使自上述光源單元出射之光對上述材料之照射位置沿著與上述一方向正交之方向位移。藉此，可使光對材料之照射位置最佳化。
上述光源單元具有包含錯位狀排列之複數個發光元件之光源陣列，且上述光源陣列亦可構成排列於與上述一方向正交之方向之複數個子線光源。
上述光源單元亦可為由沿著與上述一方向正交之方向排列之上述複數個線光源單元而成之面光源單元。藉此，可提高造形速度。
上述限制面亦可具有設置於上述複數個線光源單元之光透過區域各者之間的複數凹槽。因材料可於槽內流通，故材料易遍及限制面全體。
上述限制體亦可具有冷媒之1個以上之供給口及1個以上之排出口。上述內部空間亦可包含與上述1個以上之供給口及上述1個以上之排出口連通且使上述冷媒流通之通道。 藉此，可冷卻線光源單元，並抑制其熱膨脹。藉由抑制熱膨脹，即使於線光源單元及限制體之熱膨脹係數差較大之情形時，亦可抑制因熱膨脹差而對光照射頭產生之應力或變形。
上述1個線光源單元亦可具有光源陣列與電路基板。上述光源陣列由沿著至少上述一方向排列之複數個發光元件而成。上述電路基板支持上述光源陣列，沿著上述一方向較長地設置，且以面向上述通道之方式配置。藉此，可高效冷卻線光源單元之電路基板。
上述限制體亦可具有配置有至少1個上述供給口且位於上述一方向上之第1端部；及配置有至少1個上述排出口且為上述第1端部之上述一方向之相反側的第2端部。藉此，可抑制內部空間內產生溫度梯度。
上述限制體具有與上述限制面對向之對向面，至少1個上述供給口及至少1個上述排出口亦可配置於上述對向面。藉此，進一步抑制內部空間內產生溫度梯度。
配置於上述對向面之上述供給口及上述排出口中之至少1組供給口及排出口亦可沿著與上述一方向不同之方向排列。
上述光源單元亦可具有光源陣列與透鏡單元。上述光源陣列係以沿著至少上述一方向排列之複數個發光元件所成。上述透鏡單元具有設置於來自上述光源陣列之光程上之透鏡單元。藉此，能夠以高精度實現正確之曝光。
上述光源單元亦可配置於上述限制體之與上述一方向正交之鉛垂方向之重心位置。
限制體亦可具有設置於來自上述光源單元之光程上之透鏡領域。因透鏡區域具有最接近材料之對物透鏡之功能，故可實現對物透鏡與材料之最短距離。
上述限制體亦可構成為密閉上述內部空間。藉此，可確保內部空間之氣密性。
上述限制體與收納上述材料之造形槽亦可設置為一體。藉此，可實現造形裝置之小型化。
上述造形槽具有底部，上述限制體亦可設置於上述底部。
上述光照射頭亦可進一步具備供給上述材料之材料噴嘴、供給墨水至上述材料之硬化層之墨水噴嘴、及供給冷媒之冷媒噴嘴中之至少1者。 此時，光照射頭亦可進一步具備一體地支持限制體與材料噴嘴(及/或墨水噴嘴)之支持構件，或一體地支持該等與冷媒噴嘴之支持構件。
其他形態之光照射頭具備上述光源單元、上述限制體、與一體地支持該等之支持構件。 藉由支持構件，而一體地支持光源單元與限制體，故可高精度地控制光對材料之照射位置。即，具備該光照射頭之造形裝置無需設置掃描機構等，即可形成精緻之造形物。
一形態之造形裝置具備載物台、可配置為與上述載物台對向之上述光照射頭、及移動機構。 於上述載物台上，形成以藉由光之照射而硬化之材料構成之造形物。 上述移動機構使上述載物台與上述光照射頭相對地移動。 [發明之效果]
以上，根據本技術，無需設置掃描機構等，即可形成精緻之造形物。
另，此處所記述之效果未必為限定者，亦可為本發明中所記述之任一效果。
以下，一面參照圖式一面說明本技術之實施形態。
1.造形裝置
1.1)全體構成
圖1係顯示一實施形態之造形裝置之圖。造形裝置1具備載物台17、造形槽19、及光照射頭50。
造形槽19係收納成為造形物P材料之液體的光硬化樹脂Q。將造形槽19之上部予以開口。以下，將光硬化性樹脂Q簡稱為｢材料｣。材料係以溶劑及感光材料構成。但，除此以外，亦可於材料中混合對構成材料本身附加功能性之功能材料。
載物台17具有形成造形物P之面即載物台面18。載物台17典型而言於造形時配置於造形槽19內，並沒入收納於造形槽19內之材料Q中。
光照射頭50構成為可對向於載物台17之載物台面18配置。光照射頭50具有限制體30及光源單元20。
限制體30具有包含限制面32a之外表面32，及供光源單元20配置之內部空間35，且於其內部空間35內支持光源單元20。外表面32具有限制面32a、例如4個側面32b、及上表面32c。光源單元20係藉由安裝於例如限制體30之內表面34(例如內部空間35之頂板面)之支持體36而支持。限制體30由該限制面32a，而具有如圖1所示，將材料Q之液面限制為特定厚度(硬化層之積層厚度)之功能。該積層厚度t即每1層之積層間隙係例如數十μm〜數百μm。
另，支持體36對限制體30之安裝位置亦可不為內表面34中之頂板面，而可為與側面32b對向之內側面，且亦可為其他位置。支持體36亦可為框架狀。
作為限制體30之主材料，使用玻璃(例如石英)、丙烯酸，除此之外，可使用對於所使用之光源具有透明性之材料。
光照射頭50之光源單元20如後述係沿著一方向(圖1中，y方向)較長形成之線光源單元。造形裝置1具備x移動機構11，其於平行於載物台面18之面內，使光照射頭50向與y方向正交的x方向移動。藉由x移動機構11使光照射頭50每1次掃描形成1層材料之硬化層。
又，造形裝置1具備使載物台17向鉛垂方向即z方向移動之z移動機構12。z方向與硬化層之積層方向一致。於每形成1層硬化層，藉由z移動機構12一面進行使載物台17僅下降積層厚度t一面使材料曝光，而積層硬化層。藉此，形成立體之材料的硬化物即造形物P。
由x移動機構11及z移動機構12構成｢移動機構｣。即，移動機構具有使光照射頭50與載物台17相對地移動之功能。作為移動機構，使用滾珠螺桿驅動、線性馬達驅動、齒輪齒條驅動或皮帶驅動等周知之驅動機構。
1.2)光照射頭之構成
圖2係顯示自x方向觀察之光照射頭50之剖視圖。限制體30係沿著一方向(y方向)較長地形成。限制體30自如圖1所示之y方向觀察，具有大致三角形之外形，且內部空間35亦具有與此同等之形狀。限制體30構成為密閉其內部空間35。
限制體30之外表面32中之限制面32a係形成於較上表面32c更狹窄之區域，且於y方向較長地形成。於本實施形態中，如圖1所示，係以限制體30之外表面32中之限制面32a位於下部且與載物台17(或，造形物P之硬化層)對面之方式配置限制體30。
圖3係顯示自z方向觀察之光源單元20之俯視圖。光源單元20如上所述，具有由沿著y方向排列之複數個發光元件25而成之光源列陣。光源列陣係支持於沿著y方向較長地設置之電路基板24，且電性連接。作為發光元件25，使用LED或LD(Laser Diode：雷射二極體)。發光元件25之發光強度係由電路基板24而個別地控制。
光源陣列係以μm等級尺寸之發光元件構成。發光元件25實際較圖示多，且於例如數百〜數千個之大型造形裝置之情形時，設置數萬個左右。
光源單元20所出射之光為紅外線、可見光線或紫外線，無特別限定。較佳使用半導體製造之光微影步驟中使用之光之波長、即具有450 nm以下之峰值波長之光。更佳之波長為340 nm〜410 nm。
支持體36亦可具備使自光源單元20出射之光朝材料之照射位置向x方向位移之位移機構(未圖示)。藉由該位移機構，將自光源單元20出射之光朝材料之照射位置(x方向之位置)調整為最佳位置。位移機構對照射位置之位移量設為例如10 mm以下，較佳為數十μm〜1 mm。
作為位移機構，使用並進移動機構或旋轉移動機構。作為並進移動機構，可舉出例如微型裝置或壓電元件等機構。作為旋轉機構，可舉出旋轉馬達。於使用旋轉移動機構之情形時，旋轉移動機構使光源單元20繞沿著y方向之旋轉軸旋轉。
根據例如限制面32a之形狀，將對材料Q之照射位置設定為限制面32a之x方向之寬度範圍內之最佳位置，有可能精度良好地使材料硬化，自限制面32a剝離該硬化層變得容易之情形。尤其於x方向之去程及返程之掃描之各路徑進行曝光之情形時，較佳為每次掃描使照射位置位移。如此，藉由將照射位置設定為最佳位置，而可實現精緻之造形及良率之提升。
1.3)效果
根據該光照射頭50，限制體30由於在其內部空間35內支持光源單元20，故限制體30與光源單元20為一體。藉此，可高精度地控制光對材料之照射位置。即，具備該光照射頭50之造形裝置1因無需設置專利文獻1所示之掃描機構及調變器，故可形成精緻之造形物P。
又，於光源單元20與材料之間，無需用以配置該等調變器與掃描機構之空間，可實現造形裝置1之小型化。
再者，於專利文獻1之裝置中，必須使該等掃描機構(檢流計鏡)之機械動作、調變器之動作、及對台(載物台)之高度進行控制之動作全部同步。但，於本實施形態中，因無需檢流計鏡之機械動作，故相應地較容易進行同步控制。
限制體30係密閉構造，故可確保內部空間35之氣密性。例如，於來自光源單元20之光程上不會有灰塵進入，藉此可防止雜訊產生。因此，可進行精緻造形。
假若限制體30並非密閉構造之情形時，如後所述，於光程上設置透鏡等之光學構件之情形時，因材料Q之揮發成分而使得該光學構件結露，無法獲得所期望之光量。或是有於光(之信號)混入雜訊之虞。但，藉由將限制體30設為密閉構造，可解決此種問題。
2.其他實施形態之光源單元
接著，對其他實施形態進行說明。於以後之說明中，關於上述實施形態之造形裝置1或光照射頭50所包含之構件或功能等針對實質性同樣之要素附加同一符號，並簡化或省略該說明，並以不同點作為中心進行說明。
2.1)例1
圖4A係顯示其他形態之光源單元之俯視圖。該光源單元70具有由錯位狀排列之複數個發光原件25所成之光源陣列。於該例中，發光元件25係於x方向配置為2行。發光元件25之y方向之排列間距py1係設置為小於圖3所示之發光元件25之排列間距py0。
2.2)例2
圖4B係顯示進而其他形態之光源單元之俯視圖。該形態之發光元件25係於X方向成3行之錯位狀陣列。發光元件25之y方向之排列間距py2係設定為小於圖3所示之發光元件25之排列間距py0。
除例1、例2以外，光源陣列亦可以4行以上之錯位狀排列之光源元件構成。
如例1、2之錯位狀排列之光源單元70、120係構成y方向之1個線光源單元。例如1個線光源單元具有複數個(圖4B之情形時，於x方向3行)之子線光源。藉由子線光源之3行量(3次量)之曝光，而於材料之1線上照射光。即，一面於x方向每隔間距px錯開光照射頭，一面於材料相同之1線上，進行3行(3次)量曝光。
因此，上述例1、例2之發光元件25藉由以比圖3所示之1行排列之發光元件25之間距py0小的間距py1、py2排列，而可提高曝光對象之1行量之解析度。
於如圖3之1行排列之情形時，越儘可能減小1個發光元件25之y方向之一邊的寬度，越可達成髙解析度，但其一邊之寬度之狹小化具有界限。因此，藉由設為錯位狀排列而實現假想性地排列間距之狹小化，可實現高解析度。 2.3)例3
圖5A係顯示進而其他形態之光源單元之剖視圖。上述各形態之光源單元之發光元件25係集光型元件。圖5A之光源單元170之發光元件75係擴散光型元件。且，光源單元170具有設置於由該等發光元件75而成之光源陣列之光程上的透鏡單元41。該透鏡單元41係由與光源陣列對應之集光型微透鏡陣列41a構成。藉此，可高精度地實現正確之曝光。
2.4)例4
圖5B係顯示圖5A所示之光源單元170之變化例。該透鏡單元43具有複數段例如2段微透鏡陣列43a。該透鏡單元43實現平行光學系統。
2.5)例5
圖5C係顯示進而其他變化例之光源單元。該透鏡單元45係由折射率分佈型透鏡陣列45a而構成。作為折射率分佈型透鏡，使用例如利用柱形透鏡之SELFOC(註冊商標)透鏡。
於具有圖4A、B所示之錯位狀排列之發光元件75之光源單元70、120中，亦可組合圖5A、B、或C所示之透鏡單元41、43、或45。
2.6)例6
圖6A係顯示具備進而其他形態之光源單元之光照射頭之剖視圖。其以後，關於支持光源單元之支持體36(參照圖1、2)，只要無需其說明，則省略該圖示。圖6B係圖6A所示之光照射頭100之光源單元220之俯視圖。
光源單元220係由複數個線光源單元221所成之面光源單元。例如該光源單元220係將圖4所示之線光源單元221複數排列於與其長度方向(y方向)正交之方向(x方向)而構成。於圖中，設置有例如5個線光源單元221。藉由該種光源陣列，構成面光源。藉此，因可縮小各線光源單元221之x方向之掃描距離，且各線狀光源單元221可同時進行曝光，故可提升造形速度。
代替圖6A、B所示之光源陣列，亦可將如圖3所示非錯位狀排列之1行線光源單元複數排列於x方向而構成之光源陣列作為面光源單元之光源陣列而構成。
3.其他形態之光照射頭
3.1)例1
圖7係顯示其他形態之光照射頭之剖視圖。該光照射頭150具備具有圖6A、B所示之光源陣列之光源單元220。限制體130之限制面130a具有複數個凹槽130b。該等凹槽130b設置於限制體130之由複數個線光源單元221之光透過區域之各者間。凹槽130b較佳設置為將限制面130a於y方向貫通。
如本形態之由複數個線光源單元221所成之面光源單元之情形時，其限制面130a之面積擴大。若限制面130a擴大則材料難以行經該限制面130a全體，造形物易產生缺陷。於限制面130a浸入材料時，因材料可於凹槽130b流通，故材料易行經限制面130a全體。又，因於光透過區域無凹槽130b，故可藉設置於該凹槽130b間之光透過區域之限制面130a確實地限制材料。
3.2)例2
圖8係顯示進而其他形態之光照射頭之剖視圖。於以下之說明中，作為光照射頭，如圖4或圖6所示，圖示具備於1個線光源單元中具有錯位狀排列(例如2行)之發光陣列之光源單元70或220之光照射頭。但，於以後之形態中，亦可使用具有圖3所示之1行發光陣列之光源單元20。
該形態之光照射頭200之限制體180具有大致圓筒形狀。該限制體180之外表面具有由平面所成之限制面180a與其他區域即圓筒面180b。藉由此種構成，亦可獲得與上述圖1所示之造形裝置1及光照射頭50同樣之效果。
限制面亦可為非平面。限制面亦可為圓筒面180b之一部分。該情形時，限制面之x方向之寬度變非常狹小，限制面宏觀而言沿著y方向形成為一維狀。藉由如此將限制面之寬度形成為狹小，而使限制面所接觸之硬化材料之面積變小，可儘可能減小材料硬化時自硬化層對限制體施加之應力。藉此，可抑制限制體之變形，可進行精緻之造形。
又，藉由將限制面之x方向之寬度設置為儘可能小，而使限制面所接觸之硬化材料之面積較小。藉此，硬化層容易自限制面剝離，而可抑制硬化層之缺損或破裂。
3.3)例3
圖9係顯示進而其他形態之光照射頭之剖視圖。該光照射頭250之限制體230具有設置於來自光源單元70之光程上之透鏡區域235。即，透鏡區域235係形成為與設置限制面230a之區域對應。
因透鏡區域235具有最接近材料之對物透鏡之功能，故可實現該透鏡區域235與材料之最短距離。
又，藉由例如光源單元70具有準直光學系統，而可準直接合光源單元70與限制體230(之透鏡區域235)。其結果，可容易進行光源單元70及透鏡區域235之光學設計之定位。
進而，因實體上分離光源單元70與透鏡區域235(未直接接續)，故可抑制該等熱膨脹係數差所致之不良影響。
3.4)例4
圖10係顯示圖9所示之光照射頭之變化例。該形態之光照射頭300具有大致圓筒形狀之限制體280。且，該限制體280具有設置於來自光源單元70之光程上之透鏡區域285。根據該種構成，同時具有圖8所示之形態與圖9所示之形態之兩者之效果。
3.5)例5
圖11係顯示進而其他形態之光照射頭之剖視圖。該光照射頭350之限制體330具有冷媒之1個以上之供給口56及1個以上之排出口57。於本形態中，供給口56及排出口57各設置1個。且供給口56係設置於限制體330之一方向(y方向)之一端部(第1端部)336。排出口57係設置於限制體330之其相反側之端部(第2端部)337。於供給口56及排出口57，分別連接未圖示之供給管及排出管。
內部空間35構成為與該等供給口56及排出口57連通，且使該冷媒流通。光源單元70之電路基板24係以面向該通道之方式配置。或，電路基板24係以於該內部空間35形成該通道之壁之一部分之方式設置。
作為冷媒，使用例如空氣、惰性氣體、水、油等。使用液體作為冷媒之情形時，作為內部空間35內之冷媒之通道，係設置液體管道。對冷媒進行適當地溫度管理。
例如，雖未於圖11圖示，但圖2所示之支持體36亦具有使冷媒流通之通道即可。或支持體36具有流通冷媒之通道構造，或形成為框狀即可。
根據此種構成，可抑制內部空間35內之溫度梯度產生，且高效率地冷卻光源單元(線光源單元)70。因此，可抑制光源單元70(尤其係電路基板24)之熱膨脹。藉由抑制熱膨脹，即使於電路基板24及限制體330之熱膨脹係數差較大之情形時，亦可抑制因該熱膨脹係數差所致之對光照射頭350產生之應力或變形(導致光照射頭350之翹曲)。
3.6)例6
圖12係顯示圖11所示之光照射頭之變化例。於該光照射頭401中，於與限制體381之限制面381a對向之對向面381c中，配置有至少1個供給口56及至少1個排出口57。於本形態中，分別設置複數個供給口56及排出口57，且該等沿著y方向交替排列。根據此種形態，進一步抑制內部空間35內之溫度梯度之產生。
3.6)例6
圖13係顯示圖12所示之光照射頭之其他變化例。該光照射頭402中，配置於限制體382之與限制面382a對向之對向面382c之供給口56及排出口57中之至少1組該等係沿著與y方向不同之方向，此處為x方向排列。較佳為設置複數組供給口56及排出口57。
至少1組供給口56及排出口57係並非限定於必定排列於x方向之形態，亦可排列於與x，y方向非一致之傾斜方向。
於圖13中，於左側配置有供給口56及於右側配置有排出口57。但，於設置複數組供給口56及排出口57之情形時，亦可為於y方向，如圖12所示以交替排列該等之方式，於x方向之各剖面觀察左右互相相反之方式排列。此時，圖12之光照射頭401自y方向觀察之圖相當於圖13之光照射頭402。
3.7)例7
圖14係顯示圖11所示之光照射頭之進而其他變化例。於該光照射頭450中，至少1個供給口56配置於限制體430之限制面430a之對向面430c。至少2個排出口57分別配置於限制體430之y方向之兩端部436。
3.8)例8
圖15係顯示進而其他形態之光照射頭之剖視圖。該光照射頭500之光源單元70係配置於限制體330之與y方向正交之鉛垂方向，即z方向之重心位置。因限制體330佔據光照射頭500之大部分重量，故光源單元70配置於該重心位置即可。
又，於本形態中，藉由電路基板24之y方向之兩端部連接於限制體330之內表面，而支持電路基板24。因此，無需支持體36(參照圖2)，或設置簡易之支持體即可。
藉由光源單元70設置於重心位置，即使有上述之熱膨脹係數差，亦可有效地抑制因其所致之對光照射頭500之撓曲。
另，於如本形態將光源單元70設置於重心位置之情形時，不一定需要設置冷媒之流通機構(供給口、排出口、及通道)。
3.9)例9
圖16係顯示進而其他形態之光照射頭(及造形裝置)之剖視圖。該造形裝置不具有圖1所示之造形槽19。光照射頭550具備：材料噴嘴59，其供給材料Q；及支持部58，其將限制體30及材料噴嘴59一體地支持。支持部58藉由x移動機構11(參照圖1)而可向x方向移動。
藉由材料噴嘴59，於載物台17(或載物台17上之造形物P之硬化層)上供給材料Q。其後，藉由x移動機構將限制體移動至載物台17上之特定位置並停止，並將材料限制為1層之厚度。接著，光源單元70對該限制之1層厚度之材料照射光。藉由於每層材料重複材料之供給及曝光之動作，而積層硬化層，並形成造形物P。
如此，因造形裝置不具有造形槽，故可使造形裝置小型化。
3.10)例10
圖17係顯示圖16所示之光照射頭(及造形裝置)之變化例。作為本形態之光照射頭，使用圖7所示之光照射頭150。即，具備以複數個線光源單元221構成之面光源單元之光照射頭150之限制體130係與材料噴嘴59一體地由支持部58支持。
於本形態中，亦可代替圖7所示之光照射頭150，而使用圖6所示之光照射頭100。
3.11)例11
圖18係顯示圖17所示之光照射頭(及造形裝置)之變化例。於本形態之光照射頭600中，材料噴嘴59被支持於光源單元70之電路基板24。材料噴嘴59亦可經由固定於電路基板24之未圖示之連接構件而連接於電路基板24。
如圖所示，於面光源單元中，較佳為設置複數個材料噴嘴59。該等材料噴嘴59排列於x方向。材料噴嘴59係以其前端位於限制體130之外部之方式構成並配置。尤其於本形態中，材料噴嘴59之前端位於設置於限制面130a之凹槽130b。藉由材料噴嘴59之前端位於凹槽130b，可促進使材料遍布於限制面130a(之中與造形物P對面之區域)之全體之作用。
亦可將該等複數個材料噴嘴59中之至少1個置換為墨水噴嘴。墨水噴嘴具有將彩色墨水向硬化層噴出之功能。例如，由光源單元對特定數層(1或複數層)曝光後，墨水噴嘴於其每特定數層對硬化層噴出彩色墨水。墨水可為2色(灰階)，亦可為全彩。藉此造形裝置可形成經著色之造形物。
3.12)例12
作為圖16~18所示之光照射頭之進而其他變化例，雖未圖示，但亦可取代上述材料噴嘴59而設置墨水噴嘴，或除材料噴嘴59以外並設置墨水噴嘴。即，支持部58將限制體與墨水噴嘴(及/或材料噴嘴59)一體地支持。此時，於未設置材料噴嘴59之情形時，設置造形槽19(參照圖1)。
3.13)例13
圖19係顯示進而其他形態之光照射頭之剖視圖。該光照射頭650具備：收納構件61，其收納光源單元70；限制體480；及支持構件68，其將該等收容構件61及限制體480一體地支持。本形態之最大特徵係限制體480之限制面480a非在自光源單元70出射之光之路徑上，而是自該光程離開。
收納構件61及限制體480係沿著與一方向即y方向正交之x方向配置。支持構件68藉由x移動機構11(參照圖1)而可向x方向移動。
限制體480之剖面形狀於一方向觀察具有大致三角形，且於下部具有限制面480a。限制體480雖為實心構造，但亦可為空心構造。限制體480可為透明體，亦可為非透明。限制體480係由樹脂或金屬構成。
收納構件61具有密閉其內部空間之功能。或，收納構件61亦可如圖9所示之限制體480般具有透鏡區域235。
收納構件61亦非必須。此情形時，光源單元70由支持構件68而直接、或由其他構件間接地連接並支持。
光照射頭650藉由x移動機構11而移動。藉此，未圖示之載物台(或硬化層)上之材料於限制面480a上均一，且光源單元70係以追隨該限制體480之後之方式移動並於特定位置停止，對該均一之材料照射光。限制面480a發揮如在光源單元70之前行進之橡皮刮板之作用。
根據本形態，因藉由支持構件68一體地支持光源單元70與限制體480，故可高精度地控制向材料之光照射位置。其結果，形成精緻之造形物。
另，收納構件61之高度位置亦可為自材料之液面Qa遠離之方向即靠近光源單元70側(即，於本形態較限制面480a更上方)，亦可與限制面480a同高。
3.14)例14
圖20係顯示圖19所示之光照射頭之變化例。於光照射頭700中，收納機構62可為圓筒形狀，亦可為未圖示之長方體形狀。該形狀亦可為任何形狀。
3.15)例15
圖21係顯示圖19所示之光照射頭之變化例。於本形態之光照射頭750中，圓筒形狀之收納機構62可旋轉地支持於支持構件68。具備該光照射頭750之造形裝置具備供給清洗液之清洗噴嘴64。清洗噴嘴64藉由將清洗液噴出於收納機構62之表面，而去除其表面附著之灰塵或污垢。
藉此，可解決於收納構件62之表面附著污垢之情形時，來自光源單元70之光透過收納構件62時產生雜訊之問題。因收納機構62構成為可旋轉，故清洗噴嘴64可洗淨收納構件62之表面。又，清洗噴嘴64亦可具有掃除、吸取污垢之功能。
3.16)例16
圖22係顯示進而其他形態之光照射頭之剖面圖。於本形態之光照射頭800中，將限制體530與造形槽119設置為一體。亦可由一體成型將限制體530與造形槽119設為一體，亦可藉由連接具等連接為一體。藉此，可實現造形裝置之小型化。
於本形態中，限制體530設置於造形槽119之底部119a。限制面配置於造形槽119之底部。限制面之高度係如圖所示，位於較底面更高之位置。但，該等亦可為相同高度。
與圖1所示之形態同樣，該造形裝置具備x移動機構，其將限制體向x方向移動；及z移動機構，其將載物台向z方向移動。
3.17)例17
圖23係顯示圖22所示之光照射頭之變化例。本形態之光照射頭850具有面光源單元即光源單元220與收納此之限制體580。以一體設置限制體580與造形槽119。
4.其他實施形態之造形裝置
4.1)例1
圖24係顯示其他實施形態之造形裝置之剖視圖。本形態之造形裝置具備供給光硬化型樹脂材料Q之材料噴嘴91。材料Q係作為經溫度管理為特定溫度之冷媒而發揮功能。材料噴嘴91係配置於例如限制體30之上部，且自噴嘴向下噴出材料Q。材料Q沿限制體30之外表面，尤其於限制體30之上面32c傳播並流至下方。即，材料Q以覆蓋限制體30之方式流動。藉此，與圖11所示之形態同樣，可抑制該光照射頭之翹曲。
4.2)例2
圖25係顯示圖24所示之造形裝置之變化例。該造形裝置具備供給冷媒之冷媒噴嘴92而替代材料噴嘴91。冷媒可為氣體，亦可為液體。於液體之情形時，使用較造形槽19內具有之材料Q之比重輕之液體。自冷媒噴嘴92噴出之冷媒C覆蓋限制體30，又於材料Q之液面上述擴展。藉此，不僅可抑制光照射頭之溫度變動，亦可抑制光照射所致之材料Q之溫度變動，有助精緻之造形物之實現。
4.3)例3
圖26係顯示圖25所示之造形裝置之變化例。於該造形裝置中，冷媒噴嘴92不配置於限制體30上，而配置於造形槽19之上部。自冷媒噴嘴92噴出之冷媒於材料Q之液面上擴展，並冷卻材料Q。
4.4)例4
作為進而其他變化例，隨未圖示，但造形裝置亦可具有自冷媒噴嘴92噴出之流通之流路。此時，流路可形成於限制體30，亦可於例如圖24、25所示之限制體30之構件剖面內形成該流路。
5.變化例
本技術並不限定於以上說明之實施形態，亦可實現其他各種實施形態。
於上述各實施形態中，取代x移動機構11使光照射頭向x方向移動，亦可構成為載物台17之移動機構將載物台17向z方向以外，亦向x方向移動。相反地，亦可構成為光照射頭之移動機構使光照射頭向x方向以外，亦可向z方向移動。
上述光源單元主要構成線光源單元與面光源單元。但，光照射頭之光源亦可為點光源。此時，光照射頭於限制體之內部空間具備使該點光源向一方向(例如，於圖1為限制體之長邊方向即y方向)移動之機構。
此外，亦可組合以上說明之各形態之特徵部分中至少2個特徵部分。
例如，如圖22所示之形態，於圖1所示之造形裝置中，亦可將限制體與造形槽一體設置。
或，亦可組合圖24~26所示使用冷媒之形態與圖1~23所示之形態中至少1者。
或，可將圖21所示之清洗噴嘴64適用於該圖21所示之形態以外之各實施形態之限制體。此時，例如清洗噴嘴64只要構成為尤其係於限制面供給清洗液即可。
另，本技術亦為如以下之構成。 (1) 一種光照射頭，其具備： 光源單元； 限制體，其具有包含限制面之外表面及供上述光源單元配置之內部空間，且支持上述光源單元，藉由上述限制面而限制藉由來自上述光源單元之光之照射而硬化之材料的液面。 (2) 如上述(1)之光照射頭，其中 上述光源單元係沿著一方向較長地設置1個以上之線光源單元。 (3) 如上述(2)之光照射頭，其進而具備 位移機構，其使自上述光源單元出射之光之對上述材料的照射位置沿著與上述一方向正交之方向位移。 (4) 如上述(2)或(3)之光照射頭，其中 上述光源單元具有包含錯位狀排列之複數個發光元件之光源陣列，且 上述光源陣列構成排列於與上述一方向正交之方向的複數個子線光源。 (5) 如上述(2)至(4)中任一項之光照射頭，其中 上述光源單元係包含沿著與上述一方向正交之方向排列之上述複數個線光源單元而成之面光源單元。 (6) 如上述(5)之光照射頭，其中 上述限制面具有設置於上述複數個線狀光源單元之光透過區域各者之間之複數個凹槽。 (7) 如上述(2)至(6)中任一項之光照射頭，其中 上述限制體具有冷媒之1個以上之供給口及1個以上之排出口，且 上述內部空間包含與上述1個以上之供給口及上述1個以上之排出口連通且使上述冷媒流通之通道。 (8) 如上述(7)之光照射頭，其中 上述1個線狀光源單元具有： 光源陣列，其包含沿著至少上述一方向排列之複數個發光元件而成；及 電路基板，其支持上述光源陣列，沿著上述一方向較長地設置，且以面向上述通道之方式配置。 (9) 如上述(7)或(8)之光照射頭，其中 上述限制體具有： 配置有至少1個上述供給口且位於上述一方向上之第1端部；及 配置有至少1個上述排出口且為上述第1端部之上述一方向之相反側的第2端部。 (10) 如(7)或(8)之光照射頭，其中 上述限制體具有與上述限制面對向之對向面，且 至少1個上述供給口及至少1個上述排出口係配置於上述對向面。 (11) 如上述(10)之光照射頭，其中 配置於上述對向面之上述供給口及上述排出口中之至少一組之供給口及排出口係沿著與上述一方向不同之方向排列。 (12) 如上述(2)至(11)中任一項之光照射頭，其中 上述光源單元具有： 光源陣列，其以沿著至少上述一方向排列之複數個發光元件而成；及 透鏡單元，其設置於來自上述光源陣列之光程上。 (13) 如上述(2)至(12)中任一項之光照射頭，其中 上述光源單元係配置於上述限制體之與上述一方向正交之鉛垂方向之重心位置。 (14) 如上述(1)至(13)之光照射頭，其中 限制體具有設置於來自上述光源單元之光程上之透鏡區域。 (15) 如上述(1)至(14)中任一項之光照射頭，其中 上述限制體係構成為密閉上述內部空間。 (16) 如上述(1)至(15)中任一項之光照射頭，其中 上述限制體與收納上述材料之造形槽為一體設置。 (17) 如上述(16)之光照射頭，其中 上述造形槽具有底部， 上述限制體設置於上述底部。 (18) 如上述(1)至(17)中任一向之光照射頭，其中進而具備： 供給上述材料之材料噴嘴、對上述材料之硬化層供給墨水之墨水噴嘴、及供給冷媒之冷媒噴嘴中之至少1者。 (19) 一種光照射頭，其具備： 光源單元； 限制體，其具有包含限制面之外表面，且藉由上述限制面而限制由來自上述光源單元之光之照射而硬化之材料之液面；及 支持構件，其以一體支持上述光源單元與上述限制體。 (20) 一種造形裝置，其具有： 載物台，其供形成以藉由光之照射而硬化之材料構成之造形物； 光照射頭，其可配置為與上述載物台對向；及 移動機構，其使上述載物台與上述光照射頭相對地移動；且 上述光照射頭具備： 光源單元，其照射上述光； 限制體，其具有包含限制面之外表面及供上述光源單元配置之內部空間，且支持上述光源單元，藉由限制面而限制上述材料之液面。
1‧‧‧造形裝置
11‧‧‧x移動機構
12‧‧‧z移動機構
17‧‧‧載物台
18‧‧‧載物台面
19‧‧‧造形槽
20‧‧‧光源單元
24‧‧‧電路基板
25‧‧‧發光元件
30‧‧‧限制體
32‧‧‧外表面
32a‧‧‧限制面
32b‧‧‧側面
32c‧‧‧上面
34‧‧‧內面
35‧‧‧內部空間
36‧‧‧支持體
41‧‧‧透鏡單元
41a‧‧‧集光型微透鏡陣列
43‧‧‧透鏡單元
43a‧‧‧微透鏡陣列
45‧‧‧透鏡單元
45a‧‧‧折射率分佈型透鏡陣列
50‧‧‧光照射頭
56‧‧‧供給口
57‧‧‧排出口
59‧‧‧材料噴嘴
61‧‧‧收納構件
62‧‧‧收納構件
64‧‧‧清洗噴嘴
68‧‧‧支持構件
70‧‧‧光源單元
75‧‧‧發光元件
80‧‧‧限制體
92‧‧‧冷媒噴嘴
100‧‧‧光照射頭
119‧‧‧造形槽
119a‧‧‧底部
120‧‧‧光源單元
130‧‧‧限制體
130a‧‧‧限制面
130b‧‧‧凹槽
150‧‧‧光照射頭
170‧‧‧光源單元
180‧‧‧限制體
180a‧‧‧限制面
180b‧‧‧圓筒面
200‧‧‧光照射頭
220‧‧‧光源單元
221‧‧‧線狀光源單元
230‧‧‧限制體
230a‧‧‧限制面
235‧‧‧透鏡區域
250‧‧‧光照射頭
280‧‧‧限制體
285‧‧‧透鏡區域
300‧‧‧光照射頭
330‧‧‧限制體
336‧‧‧第1端部
337‧‧‧第2端部
350‧‧‧光照射頭
381‧‧‧限制體
381a‧‧‧限制面
381c‧‧‧對向面
382‧‧‧限制體
382a‧‧‧限制面
382c‧‧‧對向面
401‧‧‧光照射頭
402‧‧‧光照射頭
430‧‧‧限制體
430a‧‧‧限制面
430c‧‧‧對向面
436‧‧‧兩端部
450‧‧‧光照射頭
480‧‧‧限制體
480a‧‧‧限制面
500‧‧‧光照射頭
530‧‧‧限制體
550‧‧‧光照射頭
580‧‧‧限制體
600‧‧‧光照射頭
650‧‧‧光照射頭
700‧‧‧光照射頭
750‧‧‧光照射頭
800‧‧‧光照射頭
850‧‧‧光照射頭
C‧‧‧冷媒
P‧‧‧造形物
Px‧‧‧間距
py0‧‧‧排列間距
py1‧‧‧排列間距
py2‧‧‧排列間距
Q‧‧‧光硬化樹脂
Qa‧‧‧液面
t‧‧‧厚度
X‧‧‧方向
Y‧‧‧方向
Z‧‧‧方向
圖1係顯示一實施形態之造形裝置之圖。 圖2係顯示自圖1之x方向觀察之光照射頭之剖視圖。 圖3係顯示自圖1之z方向觀察之光源單元之俯視圖。 圖4A、B係分別顯示其他形態之光源單元之俯視圖。 圖5A〜C係分別顯示進而其他形態之光源單元之剖視圖。 圖6A係顯示具備進而其他形態之光源單元之光照射頭之剖視圖。圖6B係顯示該其他光源單元之俯視圖。 圖7係顯示其他形態之光照射頭之剖視圖。 圖8係顯示進而其他形態之光照射頭之剖視圖。 圖9係顯示進而其他形態之光照射頭之剖視圖。 圖10係顯示圖9所示之光照射頭之變化例。 圖11係顯示進而其他形態之光照射頭之剖視圖。 圖12係顯示圖11所示之光照射頭之變化例。 圖13係顯示圖12所示之光照射頭之其他變化例。 圖14係顯示圖11所示之光照射頭之進而其他變化例。 圖15係顯示進而其他形態之光照射頭之剖視圖。 圖16係顯示進而其他形態之光照射頭(及造形裝置)之剖視圖。 圖17係顯示圖16所示之光照射頭(及造形裝置)之變化例。 圖18係顯示圖17所示之光照射頭(及造形裝置)之變化例。 圖19係顯示進而其他形態之光照射頭之剖視圖。 圖20係顯示圖19所示之光照射頭之變化例。 圖21係顯示圖19所示之光照射頭之變化例。 圖22係顯示進而其他形態之光照射頭之剖視圖。 圖23係顯示圖22所示之光照射頭之變化例。 圖24係顯示其他實施形態之造形裝置之剖視圖。 圖25係顯示圖24所示之造形裝置之變化例。 圖26係顯示圖25所示之造形裝置之變化例。

Claims (20)

  1. 一種光照射頭，其具備： 光源單元； 限制體，其具有包含限制面之外表面及供上述光源單元配置之內部空間，且支持上述光源單元，藉由上述限制面而限制由來自上述光源單元之光之照射而硬化之材料的液面。
  2. 如請求項1之光照射頭，其中 上述光源單元係沿著一方向較長地設置1個以上之線狀光源單元。
  3. 如請求項2之光照射頭，其進而具備 位移機構，其使自上述光源單元出射之光對上述材料的照射位置沿著與上述一方向正交之方向位移。
  4. 如請求項2之光照射頭，其中 上述光源單元具有包含錯位狀排列之複數個發光元件之光源陣列，且 上述光源陣列構成排列於與上述一方向正交之方向的複數個子線光源。
  5. 如請求項2之光照射頭，其中 上述光源單元係包含沿著與上述一方向正交之方向排列之上述複數個線光源單元而成之面光源單元。
  6. 如請求項5之光照射頭，其中 上述限制面具有設置於上述複數個線狀光源單元之光透過區域各者之間之複數個凹槽。
  7. 如請求項2之光照射頭，其中 上述限制體具有冷媒之1個以上之供給口及1個以上之排出口，且 上述內部空間包含與上述1個以上之供給口及上述1個以上之排出口連通且使上述冷媒流通之通道。
  8. 如請求項7之光照射頭，其中 上述1個線光源單元具有： 光源陣列，其包含沿著至少上述一方向排列之複數個發光元件而成；及 電路基板，其支持上述光源陣列，沿著上述一方向較長地設置，且以面向上述通道之方式配置。
  9. 如請求項7之光照射頭，其中 上述限制體具有： 配置有至少1個上述供給口且位於上述一方向上之第1端部；及 配置有至少1個上述排出口且為上述第1端部之上述一方向之相反側的第2端部。
  10. 如請求項7之光照射頭，其中 上述限制體具有與上述限制面對向之對向面，且 至少1個上述供給口及至少1個上述排出口係配置於上述對向面。
  11. 如請求項10之光照射頭，其中 配置於上述對向面之上述供給口及上述排出口中之至少一組供給口及排出口係沿著與上述一方向不同之方向排列。
  12. 如請求項2之光照射頭，其中 上述光源單元具有： 光源陣列，其以沿著至少上述一方向排列之複數個發光元件而成；及 透鏡單元，其設置於來自上述光源陣列之光程上。
  13. 如請求項2之光照射頭，其中 上述光源單元係配置於上述限制體之與上述一方向正交之鉛垂方向之重心位置。
  14. 如請求項1之光照射頭，其中 限制體具有設置於來自上述光源單元之光程上之透鏡區域。
  15. 如請求項1之光照射頭，其中 上述限制體構成為密閉上述內部空間。
  16. 如請求項1之光照射頭，其中 上述限制體與收納上述材料之造形槽為一體設置。
  17. 如請求項16之光照射頭，其中 上述造形槽具有底部，且 上述限制體設置於上述底部。
  18. 如請求項1之光照射頭，其進而具備： 供給上述材料之材料噴嘴、對上述材料之硬化層供給墨水之墨水噴嘴、及供給冷媒之冷媒噴嘴中之至少1者。
  19. 一種光照射頭，其具備： 光源單元； 限制體，其具有包含限制面之外表面，且藉由上述限制面而限制由來自上述光源單元之光之照射而硬化之材料之液面；及 支持構件，其一體地支持上述光源單元與上述限制體。
  20. 一種造形裝置，其具有： 載物台，其供形成以藉由光之照射而硬化之材料構成之造形物； 光照射頭，其可配置為與上述載物台對向；及 移動機構，其使上述載物台與上述光照射頭相對地移動；且 上述光照射頭具備： 光源單元，其照射上述光；及 限制體，其具有包含限制面之外表面及供上述光源單元配置之內部空間，且支持上述光源單元，藉由限制面而限制上述材料之液面。
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