WO2006035739A1 - 光造形装置及び光造形方法 - Google Patents

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WO2006035739A1
WO2006035739A1 PCT/JP2005/017683 JP2005017683W WO2006035739A1 WO 2006035739 A1 WO2006035739 A1 WO 2006035739A1 JP 2005017683 W JP2005017683 W JP 2005017683W WO 2006035739 A1 WO2006035739 A1 WO 2006035739A1
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WO
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light
light irradiation
mask
layer
moving
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PCT/JP2005/017683
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English (en)
French (fr)
Inventor
Takakuni Ueno
Original Assignee
Nabtesco Corporation
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive 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
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124—Processes 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
    • B29C64/129—Processes 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
    • B29C64/135—Processes 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

Definitions

  • the present invention relates to an optical modeling apparatus and an optical modeling method for optically producing a three-dimensional molded article by irradiating a photocurable resin composition with light and photocuring the composition.
  • an optical modeling apparatus has been put to practical use for producing a solid model by curing a photocurable resin based on data input to three-dimensional CAD.
  • Such stereolithography technology produces a model for verifying the appearance design in the middle of the design, a model for checking the functionality of parts, a resin mold for producing a mold, and a mold. It attracts attention because it can easily form complex three-dimensional objects such as a base model.
  • a method using a modeling bath is widely used.
  • a liquid photocurable resin composition is placed in a modeling bath and the liquid surface is desired.
  • a spot-shaped laser beam for example, an ultraviolet laser beam
  • a computer is selectively irradiated so as to obtain a predetermined pattern, and photocured to a predetermined thickness to form a photocured layer.
  • the cured layer is moved downward in the modeling bath, and the photocurable resin liquid in the modeling bath is caused to flow onto the photocured layer to form a layer of the photocurable resin solution.
  • a photocured layer is formed by irradiating the lipid layer with a spot-like ultraviolet laser beam, the process is repeated until a three-dimensional object having a predetermined shape and size is obtained.
  • liquid crystal shutters that selectively transmit or block light (liquid crystal
  • the mask is arranged so that it can run parallel to the liquid surface of the photocurable resin, and the liquid crystal shutter is divided into multiple ranges, and the liquid crystal shutter is divided into each of the divided ranges.
  • an optical modeling apparatus that sequentially exposes each exposure range and forms a photocured layer having a predetermined cross-sectional pattern for one layer (see, for example, Patent Document 1).
  • the photocuring depth (thickness) of each photocuring layer is the product of the intensity (I) of the laser light to be irradiated to a given area and the irradiation time (t), That is, it can be adjusted by controlling the exposure dose (Ixt) of the laser beam.
  • 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 irradiation 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 irradiated area is controlled.
  • the laser device is controlled so that the intensity of the laser beam and the scanning rate of the laser beam satisfy a predetermined relationship. Needed (see, for example, Patent Document 2). This is because 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), and is gradually accelerated along with scanning in the force traveling direction ( In other words, the exposure amount decreases, and when the constant speed (running speed) is reached, the exposure amount becomes constant (scanning exposure amount), and the laser beam gradually moves near the scanning end position of 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).
  • the exposure amount gradually decreases until the scanning speed is constant where the amount is constant. In other words, if the intensity of the laser beam is constant, even if the scanning speed of the laser beam is set constant, the exposure amount in each scanning area becomes non-uniform and a constant film thickness cannot be obtained. become.
  • the laser light intensity is made variable according to the fluctuation of the scanning speed, so that the entire exposure area is obtained. It is possible to make the exposure amount constant over the range.
  • 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.
  • Patent Document 1 JP-A-8-112863
  • Patent Document 2 JP-A-6-61847
  • An object is to provide an optical modeling apparatus and an optical modeling method capable of producing a high-quality three-dimensional modeled object.
  • the present invention forms an exposure image by irradiating the surface of the photocurable resin layer with light of a light irradiation device force through a mask having a predetermined pattern, The process of photocuring the photocurable resin layer in the light-irradiated area irradiated with the exposure image is repeated until one photocured layer is formed, and a new uncured soot is formed on the surface of the 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 changing means for changing the mask pattern on the mask in synchronization with the movement of the exposure image
  • the exposure amount of the exposure image irradiated to the light irradiation region is made variable so that the film thickness of the photocuring layer that is photocured in the light irradiation region can be reduced.
  • a control means for controlling is provided.
  • the exposure image moving unit includes a moving unit that moves the light irradiation device, and the mask pattern changing unit is synchronized with the movement of the light irradiation device by the moving unit.
  • the mask pattern on the mask is changed, and the control unit 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 photocured layer is controlled.
  • control means includes at least the amount of light applied to the light irradiation region, the sensitivity to photocuring of the photocurable resin forming the photocured layer, and the movement direction.
  • the moving speed is calculated based on the length of the light irradiation region, and the light irradiation device is moved at the calculated moving speed via the moving means.
  • the moving means moves the light irradiation apparatus in at least two directions orthogonal to each other.
  • 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 of the rectangular light irradiation region is When the short direction is 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 Where VS is VS
  • VL / VS L / S
  • the moving speeds VL and VS are determined so that
  • the shape of the light irradiation region is such that the long side is L and the short side is When the length and the short direction of the rectangular light irradiation region are parallel to the two moving directions of the light irradiation device, respectively, the length is s.
  • the moving speed of the light irradiation device is VL
  • the moving speed of the light irradiation device in the short direction is VS
  • the amount of light irradiated to the light irradiation region is E (mjZcm 2 )
  • the photo-curing property When the amount of light necessary to harden the fat t (mm) is Et (mj / cm 2 ), the light irradiation device moves in the longitudinal and lateral directions to obtain the film thickness t.
  • Velocity VL and VS are characterized by L'EZEt (mmZsec) and S'EZEt (mmZsec), respectively.
  • an optical sensor that measures the amount of light E applied to the light irradiation region, a thickness t of the photocured layer of the photocurable resin, and a photocurable resin
  • a storage means for storing in advance a film thickness / light quantity data indicating a relationship with the light quantity Et required for photocuring by the thickness t
  • the control means includes a measured value of the light quantity E from the photosensor and The moving speed of the light irradiation device for obtaining a desired film thickness is obtained from the film thickness / light quantity data stored in the storage means.
  • the mask includes a plurality of minute light shutters that can shield and transmit light in a minute dot area, and form a mask image using the minute light shutters. It is a planar mask and is characterized in that the mask image is continuously changed according to the pattern to be formed in synchronization with the continuous movement of the uncured resin layer with respect to the surface.
  • the mask pattern changing unit controls a change speed of the mask pattern in synchronization with a movement speed of the light irradiation apparatus.
  • the mask pattern varying unit irradiates the light irradiation surface through the mask pattern varying unit by changing the light transmittance of the mask pattern on the mask.
  • An exposure amount varying means for varying the exposure amount of the exposure image is provided.
  • the stereolithography apparatus further includes a plurality of filters having the same or different light transmittance, and the light irradiated from the light irradiation device to the mask pattern variable means, or the mask pattern The plurality of light beams applied to the light irradiation region from the variable means By passing through at least one of the filters, the intensity of the light irradiated to the light irradiation region is made variable, and the film thickness of the photocured layer that is photocured in the light irradiation region is controlled.
  • the mask pattern changing unit includes a transmissive surface drawing apparatus using liquid crystal.
  • the mask pattern changing unit includes a reflection type planar drawing apparatus using a digital micromirror device (DMD).
  • DMD digital micromirror device
  • the exposure amount of the exposure image irradiated to the light irradiation region is made variable so that the film thickness of the photocuring layer that is photocured in the light irradiation region can be reduced. And a control step for controlling.
  • the exposure image moving step includes a moving step of moving the light irradiation device in at least two directions
  • the previous mask pattern changing step includes the light irradiation.
  • the mask pattern on the mask is changed in synchronization with the movement of the apparatus, and the control step controls the movement speed of the light irradiation apparatus in the movement step, thereby controlling the light irradiation area.
  • the film thickness of the photocured layer that is photocured with is controlled.
  • the control step includes at least the amount of light irradiated on the light irradiation region, the sensitivity to photocuring of the photocurable resin forming the photocured layer, And the step of calculating the moving speed based on the length of the light irradiation area in the moving direction, wherein the light irradiation device is moved at the calculated moving speed in the moving step.
  • the mask pattern changing step changes the light transmittance of the mask pattern on the mask to thereby irradiate the light irradiation surface.
  • An exposure amount variable step for varying the exposure amount of the image is provided.
  • a plurality of filters having the same or different light transmittance are arranged, and light irradiated onto the light irradiation surface from the light irradiation device is irradiated with the plurality of filters.
  • a cured product having a desired thickness (depth) can be obtained over the entire area of each photocured layer, so that a high-quality and complicated three-dimensional model can be quickly produced. It becomes.
  • FIG. 1 is a diagram showing an external configuration of an optical modeling apparatus 100 according to the present embodiment.
  • the optical modeling device 100 is roughly divided to irradiate the modeling bath 10 filled with the liquid photocurable resin composition and the upward force to the photocurable resin composition.
  • a light irradiation device 20 Inside the modeling bath 10, a modeling table 11 is arranged so that it can be moved up and down by a lifting mechanism 30.
  • the modeling table 11 When manufacturing the three-dimensional modeled object, the modeling table 11 has a predetermined distance d from the liquid level 12 of the liquid photocurable resin composition filled in the modeling bath 10 as shown in FIG.
  • the liquid photocurable resin layer corresponding to one layer of the three-dimensional object that is, an uncured photocurable resin layer (hereinafter referred to as “ Forming surface 5 ”).
  • Forming surface 5 an uncured photocurable resin layer
  • the light irradiation device 20 irradiates the modeling surface 5 with light, so that the modeling surface 5 is photocured to form a photocured layer corresponding to one layer of the three-dimensional modeled object.
  • the modeling table 11 is further lowered by a predetermined distance d, and one layer is formed on the upper surface of the previously formed photocured layer.
  • the light irradiation device 20 irradiates the modeling surface 5 with light, so that one layer of photocuring is newly formed on the previously formed photocuring layer. Layers are formed. Also, when forming each photocured layer, the light irradiation device 20 irradiates the modeling surface 5 with a predetermined pattern of light so that each photocured layer is formed into a predetermined pattern, and a strong photocured layer is laminated. The desired three-dimensional model is manufactured by forming.
  • 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 is for irradiating a liquid photocurable resin composition with light to form a photocured layer.
  • a liquid photocurable resin composition with light to form a photocured layer.
  • an ultra-high pressure mercury lamp, a metal lamp, a ride lamp, or an ultraviolet lamp such as an ultraviolet fluorescent lamp is used. Used.
  • the light emission end la of the light source 1 is formed into a spherical shape as a whole, and the light emitted from the light emission end la diffuses with a predetermined diffusion angle and enters the condenser lens 2.
  • 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. Then, the photocurable resin composition is photocured.
  • 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, out 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 molding surface 5.
  • planar drawing mask 3 will be described in detail.
  • a plurality of minute light shutters capable of shielding and transmitting light in a minute dot area are arranged in a planar shape, and these minute light shutters are arranged.
  • the mask image of the surface drawing mask 3 is appropriately changed (changed) by using a liquid crystal type surface drawing mask for the surface drawing mask 3 in this embodiment. )
  • a liquid crystal type surface drawing mask for the surface drawing mask 3 in this embodiment.
  • an exposure image 6 having a desired pattern.
  • a TFT-type VGA 640 ⁇ 480 pixels
  • Casio Corporation can be used as the powerful planar drawing mask 3.
  • the entire surface 5 is formed with the planar drawing mask 3 fixed. As shown in Fig. 3, it is not necessary to form a single layer of photocured layer by batch exposure. While using a small-sized planar drawing mask 3 and continuously moving the light irradiation position in the modeling surface 5, the exposure image 6 is sequentially formed to form a single layer of photocured layer ( FIG. 3 shows an example in which a planar drawing mask 3 having a width about half the width of the modeling surface 5 is used.
  • FIG. 4 is a block diagram for explaining a movement control unit that performs a continuous movement operation of the light irradiation device.
  • the optical modeling apparatus 100 includes an X-axis guide rail 40 and a Y-axis guide rail 41 that are arranged above the modeling bathtub 10 and move the light irradiation apparatus 20 to two axes of the X-Y axis. 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.
  • driving 44 the light irradiation device 20 together with the support plate 42 moves along the XY axis, that is, parallel to the modeling surface 5.
  • the mask image data is output from the computer 50 to the planar drawing mask 3 so as to continuously change in a moving manner in synchronization with the continuous movement of the light irradiation device 20.
  • 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 light-cured layer of the three-dimensional structure, and the X-axis pulse motor 43 and the Y-axis
  • a mask image corresponding to the light irradiation position is sequentially output to the surface drawing mask 3, and the surface drawing mask 3 Change the mask image like a movie.
  • the exposure image 6 having a predetermined pattern is continuously formed in the modeling surface 5 with the continuous movement of the light irradiation device 20.
  • an image pattern (mask pattern) for each cured layer including positional information regarding the cured part and the non-cured part for each photocured layer is imaged by the computer 50.
  • the information obtained by the processing is stored in a storage device or the like.
  • An address is assigned in advance to each moving position of the light irradiation device 20 (for example, the center of the head). Furthermore, 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.
  • a rectangular area (hereinafter referred to as a rectangular area) centered on the 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 virtually moves on the image pattern in synchronization with the movement of the light irradiation device 20 (actually, the image force in the planar drawing mask 3 corresponding to the drawing window is scrolled) and corresponds to the drawing window.
  • the moving image is continuously displayed on the planar drawing mask. Such control is performed over one layer of the photocured layer.
  • the control method described above is a force for controlling the image display on the planar drawing mask 30 in synchronization with the movement of the light irradiation device 20.
  • the image on the planar drawing mask 30 The light irradiation device 20 may be driven and controlled in synchronization with this change.
  • the movement of the light irradiation device 20 and the image display of the surface drawing mask (liquid crystal) can be controlled synchronously because the light exposure speed (scanning speed) of this embodiment is extremely low compared to the scanning by the laser light. This is because it can be done with.
  • the pulse motor is a servo that replaces the force pulse motor, which 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).
  • a drive motor such as a motor.
  • 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.
  • an image processing computer 58 may be provided separately so that processing for creating an image to be displayed on the planar drawing mask is performed exclusively.
  • the planar drawing mask 3 is positioned outside the end portion 5a of the modeling surface 5 (scanning start position). At this time, the surface drawing mask 3 outputs from the computer 50 an entire light shielding pattern such as a black entire surface that blocks light irradiation on the modeling bath 10.
  • the apparatus is continuously moved linearly in a parallel state with respect to the modeling surface 5 toward the outside (scanning stop position) of the other end 5b of the modeling surface 5.
  • 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.
  • An exposure image 6 is continuously formed.
  • the modeling surface 5 has a half width of the predetermined pattern to be formed.
  • 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, (6) in FIG. 5 is formed.
  • the light irradiation position is continuously moved from the end 5b of the modeling surface 5 to the end 5a of the modeling surface 5, and the exposure image 6 is continuously formed in the same manner as described above. To do.
  • one photocured layer having a predetermined pattern cross-sectional shape pattern
  • the light irradiation position is changed from a position outside the end 5a at one end of the modeling surface 5 (scanning start position) to a position outside the end 5b at the other end (scanning stop position).
  • the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited to this, and in accordance with the light irradiation area (exposure area) and the area of the modeling surface 5, A photocuring layer for one layer may be formed by reciprocating the light irradiation position several times.
  • the case where the exposure images 6 are sequentially formed in the modeling surface 5 by performing light irradiation in each of the outward path and the return path of the light irradiation position is not limited to this.
  • a configuration may also be adopted in which light exposure is performed only on the return path and light exposure is performed to sequentially form exposure images 6.
  • the light irradiation position is continuously moved from the scanning start position to the scanning stop position on the modeling surface 5 to form the exposure image 6 in order, and then the light irradiation position is set to the scanning stop position without performing light irradiation.
  • To the scanning start position shift the light irradiation position to a position adjacent to the previously formed exposure image 6, and scan again from the scanning start position.
  • the exposure image 6 is sequentially formed by continuously moving to the stop position. Then, the covering process is repeated to form one layer of photocured layer.
  • 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 respectively the modeling surface 5 It is in an outer position, and acceleration and deceleration are started from this position, respectively.
  • the surface exposure scanning of this application is extremely low compared to the laser beam scanning speed (for example, 1000 to 5000 mmZsec) (for example, 75 to: LOOmmZsec).
  • the liquid crystal shutter can respond well without taking much time to decelerate and stop.
  • the light irradiation device 20 can reach a certain exposure speed before the light irradiation device 20 starts to move and the force enters the modeling surface 5, and the light irradiation intensity at the time of acceleration such as laser light scanning can be achieved. 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 like the 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 it reaches a certain exposure speed. The film thickness of the photocured layer can be accurately controlled.
  • the film thickness of the photocured resin layer can be freely adjusted by controlling the exposure amount of the irradiated light.
  • the amount of exposure light is determined by the product of the light intensity of the irradiated light and the irradiation time (reciprocal of the exposure speed). Therefore, the cured film thickness of the photocured resin layer can be controlled by controlling the exposure speed while keeping the light intensity of the irradiated light constant, or by controlling the light intensity while keeping the exposure speed of the irradiated light constant. Can be adjusted.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a movement control (scanning speed control) operation of the light irradiation apparatus 20 of the present embodiment.
  • the shape of the planar drawing mask is rectangular, the area where the light transmitted through the planar drawing mask is irradiated onto the modeling surface 5 (exposure area)
  • the shape of the EA has a long side of L
  • the short side becomes a rectangular shape represented by S.
  • VL be the moving speed of the exposure area EA in the longitudinal direction (arrow L direction) of the modeling surface 5
  • VS be the moving speed in the short direction (arrow S direction) perpendicular to it.
  • the longitudinal direction L corresponds to the X-axis direction in FIG. 3
  • the short direction S corresponds to the Y-axis direction in FIG.
  • Al and B1 are exposures at the scanning start position when the light irradiation device 20 is moved in the longitudinal direction and the lateral direction, respectively.
  • a light region is shown
  • A2 and B2 are exposure regions at scanning stop positions when the light irradiation device 20 is moved in the longitudinal direction and the short direction, respectively.
  • the liquid crystal shutter is in a closed state, and thus no light is irradiated.
  • the exposure area is adjusted to the 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.
  • 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 apparatus 20 reaches a predetermined exposure speed before the exposure area EA enters the one end 5a 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. From this, the exposure image 6 corresponding to the image information is irradiated into the exposure area EA on the modeling surface 5, and the photocurable resin in the exposure area EA is cured corresponding to the exposure image. It will be. As described above, the depth of the photocurable resin cured here (the film thickness of the photocured layer) is determined depending on the exposure speed (scanning speed). Therefore, any film thickness of the photocured layer can be obtained by controlling the exposure speed at this time.
  • 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) (photocurability)
  • E t (mi / cm 2 ) depends on the photocuring sensitivity of the resin
  • the time required to obtain a photocured layer having a thickness t can be expressed as Et / E (sec).
  • the exposure speed VL obtained by the above formula force is calculated, and the X-axis pulse motor of the X-axis pulse motor is set so that the exposure speed becomes this calculated exposure speed. Control the drive! ,.
  • the exposure area is adjusted to a predetermined scanning start position. 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 specified exposure speed is reached, acceleration is stopped and the exposure speed is reduced. The light irradiation device 20 is moved in the short direction while keeping it 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 shaping 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. From this, the exposure image 6 corresponding to the image information is irradiated into the exposure area EA on the modeling surface 5, and the photocurable resin in the exposure area EA is cured corresponding to the exposure image. It will be. As described above, the depth of the photocurable resin cured here (the film thickness of the photocured layer) is determined depending on the exposure speed (scanning speed). Therefore, any film thickness of the photocured layer can be obtained by controlling the exposure speed at this time. The above operations are exactly the same as scanning in the longitudinal direction.
  • the length of the exposure area in the short direction is S
  • the exposure speed (scanning speed) VS for obtaining the film thickness t is VS.
  • SZ (E t / E) S 'EZEt (mmZsec).
  • the ratio (VLZVS) between the exposure speed (scanning speed) VL in the longitudinal direction and the exposure speed (scanning speed) VS in the short direction is LZS. 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 area. In this case, since the exposure speeds in the longitudinal direction and the short side direction are different, it is necessary to change the display speed of the moving image on the planar drawing mask in accordance with the ratio of each exposure speed. These processes are also performed by the computer 50.
  • the light intensity (light quantity E) of the light source changes with deterioration over time, so the illuminance of the light source can be adjusted using a light sensor or the like immediately before the shaping process or periodically during the process. It is advisable to detect and measure the light quantity E as a parameter in advance or in real time.
  • the amount of light (energy) Et required to obtain the desired film thickness varies depending on the type of photocurable resin, that is, the photosensitivity of each photocurable resin, ambient temperature, etc. These parameters should also be set in real time or in real time during the modeling process. These data are stored in the storage device.
  • various parameters are input to the computer 50 through recording means or input means. Based on these parameters, the above-described exposure speeds (scanning speeds) VL and VS 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 the scanning by 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.
  • a photocured layer it is possible to form a part where the film thickness changes continuously (adds gradation) or changes stepwise, and the film thickness control of this embodiment makes it more complicated. It is possible to create a standing object having a simple shape. Further, it is known that if the moving speed of the light irradiation device 20 is increased, noise caused by 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 fast 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, the exposure operation at the same place is repeated in order to compensate for the decrease in the exposure amount.
  • the number of repeated exposures is changed as appropriate according to the increase in moving speed. For example, if the exposure speed is doubled, the exposure operation for the same area must be repeated twice. Instead of repeating the exposure operation, the light intensity applied to the photocurable resin layer may be increased as the moving speed increases. This will be described later.
  • a plurality of minute light shutters capable of shielding and transmitting light in a minute dot area are arranged in a plane, and a mask image is formed by these minute light shutters. Therefore, the exposure area can be increased, so that, for example, a so-called point drawing method in which a spot-like laser beam is scanned in the modeling surface 5 to form a pattern is used. Compared to this, the time required for modeling can be shortened and productivity can be increased.
  • 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. , Not only small and medium 3D objects, but also large 3D objects It is possible to manufacture high-quality three-dimensional objects with high productivity and high productivity while preventing the occurrence of uneven curing with the modeling system.
  • the light from the light source 1 is directly irradiated onto the condenser lens 2.
  • the present invention is not limited to this, and the light from the light source 1 is optically transmitted as shown in FIG. A configuration in which the light is guided to the light collecting lens 2 through the mechanism 60 may be adopted.
  • the optical transmission mechanism 60 includes a rod lens 61 that outputs light from the light source 1 in a line, an imaging lens 62 that diffuses the linear light output from the rod lens 61, and the And a reflecting mirror 63 that irradiates the light diffused by the imaging lens 62 toward the condenser lens 2.
  • 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.
  • the layout of the optical system is flexible because it is not necessary to match the optical axis with the optical axis of the condenser lens 2.
  • the optical transmission mechanism 60 is not limited to the above configuration, and as shown in FIG. 8, an optical fiber 64 (or a ride guide) may be used as the optical transmission mechanism 60 to transmit light from the light source 1.
  • a configuration may also be adopted in which light is guided from the exit end 64a of the optical fiber 64 toward the condenser lens 2 while being guided in the optical fiber 64.
  • the light source 1 remains fixed at a predetermined position when the light irradiation position is continuously moved within the modeling surface 5.
  • the optical transmission mechanism 60 can be continuously moved together with the condensing lens 2, the planar drawing mask 3 and the projection lens 4.
  • the exposure speed is controlled mainly by controlling the moving speed of the light irradiation device 20, but is not necessarily limited to the method of controlling the moving speed of the light irradiation device 20. do not have to.
  • the light irradiation device 20 may be fixed and the modeling surface 5 itself may move relative to the light irradiation device 20.
  • a mechanism for moving the modeling table 11 or a mechanism for 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, a mechanism that can move in parallel in the ⁇ and ⁇ axis directions), and a planar drawing mask according to movement control by these moving mechanisms. The mask pattern is controlled.
  • 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).
  • the configuration using the light transmission type liquid crystal type as the planar drawing mask 3 is exemplified.
  • the present invention is not limited to this, and light shielding and light transmission in a minute dot area are possible.
  • it may be configured such that these light shielding and light transmission can be continuously performed.
  • a reflection type configuration using a planar drawing mask hereinafter referred to as “DMD type planar drawing mask” (digital micromirror device) t) in which digital micromirror shutters are arranged in a plane may be employed. .
  • DMD type planar drawing mask digital micromirror device
  • the formation (change) of the exposure image is performed using the term “mask” as in the case of the force transmission type liquid crystal type, which is performed by reflection of the digital micromirror.
  • “Masugu” is not limited to the transmission type, but is also applicable to the reflection type configuration.
  • a DMD type surface drawing mask is used as the surface drawing mask 3, as shown in Fig. 9, it corresponds to the predetermined cross-sectional shape to be formed and the continuous movement of the DMD type surface drawing mask.
  • light is reflected in the direction of the projection lens 4 and the modeling surface 5 from a specific mirror shutter among a plurality of minute mirror shutters arranged in a plane.
  • the mirror shutter which is oriented in the (guided) direction and is located at the place where light should be shielded, is not reflected in the direction of the projection lens 4 and the modeling surface 5, and is directed in the ⁇ (not guided,;) direction, Such an operation may be designed to be repeated continuously (animated) until a photocured resin layer having a predetermined cross-sectional shape is formed.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration of a DMD optical system using the DMD 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 of the light source power, and enters the quartz aperture lens 7 that forms DMD mask-like light. Further, the light from the quartz rod lens 6 becomes parallel light through the first lens 8 and the second lens group 9, and is irradiated onto the DMD through the prism 10, and then converged on the projection lens 4 and projected. The lens 4 is finally projected onto the modeling surface 5.
  • 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.
  • TFT liquid crystal is used as the liquid crystal
  • the response speed of the liquid crystal is about 60 Hz.
  • DMD is used, the response speed is approximately 2 kHz, which can significantly improve the response speed.
  • the positioning accuracy is further improved, and the modeling accuracy itself can be improved.
  • an effect is obtained in which a servo motor is used when the drawing head is moved, and drawing positioning can be performed using a servo movement pulse (closed loop).
  • the contrast was about 1: 100 to 1:10, but when using DMD, it became 1: 1000 or more, and the contrast was improved by 10 to 100 times. Can be achieved.
  • the contrast was improved by 10 to 100 times.
  • the contour of the three-dimensional model becomes sharper, and the modeling accuracy is improved.
  • the DMD itself is very compact, the optical system itself can be designed compactly. Therefore, the entire apparatus can be downsized, and the exposure head can be moved more smoothly. Furthermore, since liquid crystals are organic substances, they can be degraded by ultraviolet rays. DMDs do not use organic substances, so they can minimize degradation by ultraviolet rays.
  • the shape is not particularly limited to the above-described embodiment, and the optical modeling object to be manufactured.
  • Appropriate shapes can be employed according to the shape and dimensions (particularly the cross-sectional shape and dimensions). That is, the planar drawing mask 3 may have, for example, a square shape or a rectangular shape as shown in FIG. 3, or may have another shape. In the case of a square, the exposure speeds VL and VS in the longitudinal direction and the short direction are both equal.
  • the dimensions of the planar drawing mask 3 can be selected according to the shape and dimensions (particularly the cross-sectional shape and dimensions) of the optically shaped object to be manufactured. For example, as shown in FIG.
  • Predetermined photocured cross-sectional shape pattern with dimensions larger than drawing mask 3 can be manufactured.
  • the moving speed of the exposure image (the exposure area EA in FIG. 5) formed on the modeling surface 5 is controlled by controlling the moving speed of the light irradiation device 20.
  • 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 irradiated light while keeping the exposure speed constant.
  • 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.
  • the light transmittance of the planar drawing mask 3 is lowered, the light intensity of the entire irradiated light that has passed through the planar drawing mask 3 is reduced. Conversely, if the light transmittance is increased, the light passes through the planar drawing mask 3. The light intensity of the entire irradiated light increases. Thereby, even when the exposure speed is constant, the exposure amount of the light irradiated onto the modeling surface 5 is controlled, and accordingly, the film thickness of the photocurable resin layer can be freely adjusted. Therefore, it is possible to freely adjust the cured film thickness of the photocurable resin layer only by controlling the light transmittance of the planar drawing mask 3 without performing the movement control of the light irradiation device 20. Even when the exposure speed is increased for the purpose of reducing noise, the surface of the surface drawing mask 3 is increased as the exposure speed increases, so that the surface 5 is irradiated as a result. Therefore, it is not necessary to repeat the exposure operation.
  • the light transmittance of the planar drawing mask 3 is controlled by the computer 50 in FIG.
  • the converter 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.
  • the planar drawing mask 3 has a force that changes its light transmittance uniformly in the entire planar drawing mask 3 or a mask corresponding to a region to be photocured locally, for example. Change only the part (light transmission part).
  • 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.
  • the light before or after being irradiated onto the planar drawing mask 3 is passed through a single filter appropriately selected with the plurality of filter forces. Or two or more filters selected as appropriate
  • the light intensity of the irradiated light may be adjusted by irradiating the modeling surface 5 via
  • 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.
  • the planar drawing mask 3 is configured to be translated with respect to the modeling surface 5.
  • the configuration is not necessarily limited thereto, and the non-parallel state with respect to the modeling surface 5 is necessary. You may move it with.
  • the predetermined cross-sectional shape pattern to be formed becomes a continuous drawing region larger than the dimension (area) of the planar drawing mask in all the photocured layers.
  • the planar drawing mask 3 is continuously moved with respect to the surface of the photocurable resin composition (the modeling surface 5), and the mask image of the planar drawing mask is displayed.
  • the surface of the photocurable resin composition is changed to the surface of the photocurable resin composition while changing continuously (synchronized with animation) in synchronization with the movement of the surface drawing mask 3 corresponding to the cross-sectional shape pattern to be formed.
  • a photocured layer having a predetermined cross-sectional shape pattern is formed, and this is laminated to form a desired three-dimensional structure. Even in this case, it goes without saying that the exposure speed is corrected so that there is no difference in the exposure time depending on each scanning direction.
  • a predetermined cross-sectional shape pattern larger than the area of the planar drawing mask 3 is formed and a sectional shape pattern smaller than the area of the planar drawing mask 3 is formed. It may be necessary to form it in the middle of the operation (for example, in a three-dimensional object having a sharp corner at the top of the spherical main body, the cross-sectional area (cross-sectional shape pattern) of the spherical main body part is (For example, the cross-sectional area (cross-sectional shape pattern) of the portion corresponding to the corner larger than the area of the planar drawing mask 3 is smaller than the area of the planar drawing mask 3).
  • the main body portion having a large cross-sectional shape pattern is formed by repeating the above-described modeling operation for continuously changing the mask image of the planar drawing mask 3 over multiple layers, For corners with a small cross-sectional pattern, the mask image of the planar drawing mask 3 is changed to a still image without moving it, and the operation of irradiating light to the modeling surface through the mask image is formed. Multilayered until By repeating the process, the target three-dimensional model can be manufactured.
  • the configuration in which the number of the planar drawing masks 3 is one is illustrated.
  • the present invention is not limited thereto, and the configuration includes a plurality (two or more) of the planar drawing masks 3; These planar drawing masks 3 may be continuously moved simultaneously to form an exposure image 6. By doing so, the modeling speed is further improved.
  • the liquid photocurable resin composition filled in the modeling bath 10 is irradiated with light, and light is applied to the upper surface of the modeling table 11 disposed in the modeling bath 10.
  • the solid layer is formed, and the photocured layer is laminated to form a three-dimensional modeled object.
  • the present invention is not limited thereto.
  • a modeling table is arranged in a gas atmosphere, and the modeling table is formed.
  • a photocurable layer having a predetermined pattern and thickness by applying a liquid, paste-like, powdery or thin-film photocurable resin composition to the surface and irradiating light through the surface drawing mask 3 After forming a photocurable layer surface, a liquid, paste-like, powdery or thin-film photocurable resin composition is applied to the surface of the photocured layer, and light is irradiated under control through the planar drawing mask 3.
  • a photo-curing layer having a predetermined pattern and thickness is integrally laminated. Performed by repeating the degree may be configured to form a three-dimensional object.
  • the modeling table or the photocuring layer is faced upward, the photocurable resin composition is applied to the upper surface thereof, and light is irradiated through the planar drawing mask 3 for photocuring. It is also possible to have a structure in which the layers are sequentially stacked, and a modeling table or photocuring layer is arranged vertically or obliquely, and a photocurable resin layer is applied on the modeling table surface or photocuring layer surface.
  • the photo-curing layer may be formed by sequentially irradiating with light through the shape drawing mask 3, or the modeling table or the photo-curing layer may be arranged downwardly on the modeling table surface or the photo-curing layer surface.
  • a photocurable resin layer composition may be applied, and light may be irradiated through the planar drawing mask 3 so that the photocured layer is sequentially laminated below.
  • photocurable resin composition for example, blade coating, cast coating, roller coating, transfer coating, brush coating, spray coating, etc. can be used! .
  • the type of the photocurable resin composition is not particularly limited, and any of photocurable resin compositions such as liquid, paste, powder, and thin film that can be used for optical modeling can be used.
  • the curable resin composition contains one or more of acrylic compounds, polyfunctional butyl compounds and various epoxy compounds, a photopolymerization initiator and, if necessary, a sensitizer.
  • a photocurable resin composition can be used.
  • a leveling agent, a surfactant other than the phosphate ester surfactant, an organic polymer modifier, an organic plasticizer, and the like are contained. May be. Further, if necessary, it may contain a filler such as a solid fine particle whisker.
  • a photocurable resin composition containing a filler it is possible to improve dimensional accuracy by reducing volume shrinkage during curing, and to improve mechanical properties and heat resistance.
  • This stereolithography apparatus is a model for precision parts, electrical / electronic parts, furniture, building structures, automotive parts, various containers, ware, molds, mother molds, and processing models. Parts for designing complex heat transfer circuits, parts for analyzing heat transfer behavior of complex structures, and other various 3D objects with complicated shapes and structures It can be used in the manufacture of
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical modeling apparatus of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a modeling bathtub.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a light irradiation device.
  • FIG. 4 is a block diagram for explaining a movement control unit of the light irradiation device.
  • FIG. 5 is a principle diagram for explaining the movement control operation of the light irradiation device.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a procedure for forming a layer of a photocured layer.
  • FIG. 7 is a diagram showing another configuration of the light irradiation device.
  • FIG. 8 is a diagram showing another configuration of the light irradiation device.
  • FIG. 9 is a diagram showing another configuration of the light irradiation device.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a light irradiation apparatus when the DMD optical system of FIG. 9 is used.

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Description

光造形装置及び光造形方法
技術分野
[0001] 本発明は、光硬化性榭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。
背景技術
[0002] 近年、三次元 CADに入力されたデータに基づいて光硬化性榭脂を硬化させて立 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、铸型を製作するための榭脂型、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 、る。
[0003] 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榭脂組成物を入れ 、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 ザ一光 (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 の光硬化性榭脂液を該光硬化層上に流動させて光硬化性榭脂液の層を形成し、そ の光硬化性榭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 形成するといつ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。
[0004] 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榭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。し力も、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。
[0005] そこで、従来にお!、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）を光硬化性榭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)。
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 ザ一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)である力 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 查速度）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 查終了位置付近では、レーザー光は徐々に減速され (すなわち露光量が増加）、走 查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 一ザ一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 查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ァ 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。
特許文献 1 :特開平 8— 112863号公報
特許文献 2：特開平 6 - 61847号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] 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榭 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 、と 、う問題があった。
[0008] 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。
課題を解決するための手段
[0009] 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 照射装置力 の光を光硬化性榭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榭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榭脂 層を形成すると共に、当該未硬化榭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、 前記光硬化性榭脂層表面上に形成される前記露光像を、当該光硬化性榭脂層の 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。
[0010] 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。
[0011] 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榭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。
[0012] 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。
[0013] 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 V S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。
[0014] 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 (mjZcm2)、前記光硬化性 榭脂を厚さ 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'EZEt (mmZsec)及び S 'EZEt (mmZsec)で表されることを 特徴とする。
[0015] 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、前記光硬化性榭脂の光硬化層の厚さ tと、光硬化性榭脂を厚さ 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。
[0016] 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、前記未硬化榭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。
[0017] 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。
[0018] 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 ヽることを特徴とする。
[0019] 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。
[0020] 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。
[0021] 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。
[0022] 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榭脂層の 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 性榭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榭脂層を形成すると共に、当該未硬化榭脂層 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!、て、
前記光硬化性榭脂層表面上に形成される前記露光像を、当該光硬化性榭脂層表 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。
[0023] 上記光造形方法にお!、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ィ匕ステップは 、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。
[0024] 上記光造形方法にお!、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榭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。
[0025] 上記光造形方法にお!、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 、ることを特徴とする。
[0026] 上記光造形方法にお!、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 一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。
発明の効果
[0027] 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。 発明を実施するための最良の形態
[0028] 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、液状の光硬化性榭脂組成物が満たされる造形浴槽 10 と、当該光硬化性榭脂組成物に対して上方力 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。
[0029] 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榭脂組成物の液面 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 光硬化性榭脂層、すなわち、未硬化の光硬化性榭脂層（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、力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。
[0030] 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、液状の光硬化性榭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、メタルノ、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 laは全体的に球面を帯びた形状になさ れ、当該光放射端 la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。
[0031] 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、液状の光硬化性榭脂組成物の液面に光を照射して、当該光硬化性榭脂 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。
[0032] 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。力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 X 480画素）の液晶を用いることができる。
[0033] 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ぐ図 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）。
[0034] 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軸に沿つ て、すなわち、造形面 5に対して平行に移動する。
[0035] 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。
[0036] より詳細に説明すれば、あら力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）がコンビユー 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、各硬化層毎の画像バタ 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内の画像力スクロールさ 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。
[0037] 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力 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 タである力 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ょ 、。
[0038] 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への光照射を遮るベぐ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。
[0039] 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。これによつて、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。
[0040] 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、カゝかる工程を繰り返 し行い、一層分の光硬化層を形成する。
[0041] 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、 1000〜5000mmZsec)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〜： LOOmmZsec)ので、加速してから 一定の露光速度に達するまで (減速して力 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 始して力も造形面 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 、。 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 一ザ一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。
[0042] 次に光硬化性榭脂層の硬化深さ (膜厚)の制御に関して説明する。光硬化榭脂層 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、光硬化榭脂層の 硬化膜厚を調節することができる。
[0043] 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、光硬化榭脂層の膜 厚を調節する方式にっ 、て説明する。
[0044] 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、 Al、 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 、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。
[0045] 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〖こより、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内の光硬化性榭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榭脂の深さ (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。
[0046] 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、光硬化性榭脂を 厚さ t (mm)硬化するために必要な光量 (光硬化性榭脂の光硬化感度等に依存)を E t (mi/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しなので、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'EZEt (mmZsec)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 、上記式力 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！、。
[0047] 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〖こより、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内の光硬化性榭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榭脂の深さ (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
[0048] 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、 SZ (E t/E) =S 'EZEt(mmZsec)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、上記式力 得られる露光速度 VSを計算し、露光速度 力 の算出された露光速度となるように Y軸ノルスモータの駆動を制御すればょ 、。
[0049] 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 (VLZVS)は、 LZS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、光硬化性榭脂の種類、すなわち、各光硬化性榭脂の光感度 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力じめ設定する力 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。 [0050] 以上のように、所定の光硬化性榭脂を用いて、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力、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 ィ匕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、光硬化性榭脂層上に形 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榭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。
[0051] 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。
[0052] 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。
[0053] 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 る必要がなぐ光学系のレイアウトが柔軟になる。
[0054] 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 して光ファイバ一 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 一 64内を導波させて、当該光ファイバ一 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に光ファイバ一 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。
[0055] 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 、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を移動させるカゝ、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、 Χ,Υ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 (光硬化性榭脂層）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つ てもよい。 [0056] 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） t 、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力 透過型の液晶式と同様に、用語"マスグ'を用いて 説明する。従って、本願明細書では、用語"マスグ'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、形成しょ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 ヽ（導かれな 、；)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榭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 、。
[0057] 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、光源力 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口 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。
[0058] 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。
[0059] 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 の漏れ光があつたが、 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、榭脂の劣化を招くが、 DMDを用いた 場合は、このような榭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力 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。
[0060] 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 つても、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ぐ製造しようと 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!、は矩形の形状であってもよ!、し、またはその他の形状であってもよ 、。 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、製造しょ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、形成しょ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。
[0061] 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 で光硬化性榭脂層の硬化深さ (膜厚)を調節して 、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榭脂層の硬化深さ (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 伴い光硬化性榭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 御を行うことなぐ面状描画マスク 3の光透過率を制御するだけでも光硬化性榭脂層 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。
[0062] 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。コンビュ 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 体で均一に変える力、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力 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 するフィルタ一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。
[0063] 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 ベてにおいて、形成しょ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を光硬化性榭脂組成物の表面 (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、形成しょうとする断 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）、光硬化性榭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 、ように露光速度に補正を加えること は言うまでもない。
[0064] 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の面積よりも大きぐ角に相当する 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 、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 にわたつ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。
[0065] 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。
[0066] 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榭脂組成物に 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っ 、 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榭脂 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榭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ェ 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。
[0067] 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 の上面に光硬化性榭脂組成物を施し、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 ヽし、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ぉ 、て造形テーブル面または光硬化層面上に光硬化性榭脂層 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榭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榭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!/、ることができる。
[0068] 光硬化性榭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榭脂組成物のいずれもが使用できる。例えば、光 硬化性榭脂組成物としては、アクリル系化合物や多官能性ビュル化合物、各種ェポ 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榭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、レべリング剤、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、固体微粒子ゃゥイ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 る光硬化性榭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。
[0069] 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、铸物、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 にち用いることがでさる。
図面の簡単な説明
[0070] [図 1]本発明の光造形装置の構成を示す図である。
[図 2]造形浴槽の構成を示す図である。
[図 3]光照射装置の構成を示す図である。
[図 4]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。
[図 5]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。
[図 6]光硬化層の積層形成手順を説明するための図である。
[図 7]光照射装置の他の構成を示す図である。
[図 8]光照射装置のその他の構成を示す図である。
[図 9]光照射装置のその他の構成を示す図である。
[図 10]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。
符号の説明
[0071] 1 光源
3 面状描画マスク（液晶マスク）
5 造形面 (未硬化榭脂層） 造形浴槽 造形テーブル X軸ノ ルスモータ Y軸パルスモータ コンピュータ モータ駆動回路 光造形装置

Claims

請求の範囲
[1] 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榭脂層の 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 性榭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榭脂層を形成すると共に、当該未硬化榭脂層 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、
前記光硬化性榭脂層表面上に形成される前記露光像を、当該光硬化性榭脂層の 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。
[2] 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。
[3] 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 形成する光硬化性榭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。
[4] 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。
[5] 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。
[6] 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)、前記光硬化性榭脂を厚さ t (mm)硬化するた めに必要な光の光量を Et (mjZcm2)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'EZEt (m m/sec)及び S 'EZEt (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。
[7] 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 榭脂の光硬化層の厚さ tと、光硬化性榭脂を厚さ 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。
[8] 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ツタ 一が面状に配置され、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、前記未硬化榭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 、ずれかに記載の光造形装置。
[9] 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。
[10] 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。
[11] 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。
[12] 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力もなることを 特徴とする請求項 1記載の光造形装置。
[13] 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。
[14] 所定パターンを有するマスクを介して、光照射装置力もの光を光硬化性榭脂層の 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 性榭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榭脂層を形成すると共に、当該未硬化榭脂層 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!、て、
前記光硬化性榭脂層表面上に形成される前記露光像を、当該光硬化性榭脂層表 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。
[15] 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。
[16] 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榭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。
[17] 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
[18] 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。
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