WO2007023724A1 - 光造形装置および光造形方法 - Google Patents

光造形装置および光造形方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2007023724A1
WO2007023724A1 PCT/JP2006/316148 JP2006316148W WO2007023724A1 WO 2007023724 A1 WO2007023724 A1 WO 2007023724A1 JP 2006316148 W JP2006316148 W JP 2006316148W WO 2007023724 A1 WO2007023724 A1 WO 2007023724A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
recoater
distance
resin layer
cured resin
stereolithography
Prior art date
Application number
PCT/JP2006/316148
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kimitaka Morohoshi
Toshio Teramoto
Original Assignee
Jsr Corporation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2005243925A external-priority patent/JP4650161B2/ja
Priority claimed from JP2005243924A external-priority patent/JP4626446B2/ja
Application filed by Jsr Corporation filed Critical Jsr Corporation
Priority to EP06796505A priority Critical patent/EP1925429A4/en
Priority to US12/064,754 priority patent/US7736577B2/en
Publication of WO2007023724A1 publication Critical patent/WO2007023724A1/ja

Links

Classifications

    • 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
    • B29C67/00—Shaping techniques not covered by groups B29C39/00 - B29C65/00, B29C70/00 or B29C73/00
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor

Definitions

  • the present invention relates to an optical modeling apparatus for forming a solid image by selectively irradiating light to a photocurable resin solution to form a cured resin layer, and sequentially laminating the cured resin layer.
  • optical modeling method it is based on cross-sectional data obtained by slicing a three-dimensional model to be formed into multiple layers! Sculpt.
  • light is applied to the surface of the photocurable resin solution in an area corresponding to the lowermost section.
  • the light-curing resin solution on the liquid surface portion irradiated with light is photocured, and a cured resin layer having a cross section of the three-dimensional model is formed.
  • an uncured photocurable resin solution is coated on the surface of the cured resin layer with a predetermined thickness.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 56-144478
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 62-35966
  • a stereolithography apparatus and stereolithography method for applying a required amount of photocurable resin on a modeling table (hereinafter also simply referred to as a "table"), particularly, the thickness of one layer to be laminated is 50.
  • the thickness is less than m, the photocurable resin solution collected on the front side in the traveling direction of the recoater As the coater moved, it was not sufficiently supplied between the recoater and the modeling table, and the problem was that the 3D model could not be formed with high accuracy.
  • Fig. 6A to Fig. 6C. 6A to 6C are cross-sectional views showing the state of optical modeling, and FIG.
  • FIGS. 6A to 6C show a state immediately after the photocurable resin solution is supplied onto the modeling table and application is started.
  • Figure 6B shows the dipped photocured resin after being stretched by the recoater.
  • a hardened resin layer is not yet formed on the modeling table 204, but one or more hardened resin layers are formed.
  • 6A to 6C is the same except that the top surface of the modeling table 204 is viewed as the top surface of the uppermost cured resin layer.
  • stereolithography with a layer thickness of 50 m or less is, for example, a digital micromirror device (DMD).
  • DMD digital micromirror device
  • the photocurable resin 210 is supplied on the modeling table 204.
  • the photocurable resin 210 is stretched by moving the recoater 206 in the direction of the arrow in the figure. At this time, the photocurable resin 210 is accumulated to the extent that the recoater 206 is in front of the traveling direction. The speed at which the resin liquid in contact with the recoater 206 and the resin liquid at a part away from the recoater 206 are dropped by the force on the modeling table are different. (See Figure 6C). While a large amount of the grease liquid that is close to the grease supply position adheres to the front surface of the recoater 206 in the direction of travel, the amount of grease movement is large even at the position where the drop speed is slow. The resin solution is sufficiently supplied between the two and the film thickness of the resin can be maintained.
  • the recoater 206 moves, the amount of the resin liquid adhering to the front surface in the direction of travel decreases, and the speed of movement of the resin near the surface of the recoater 206 is small, so the film thickness of the resin decreases gradually. End up. Therefore, as shown in FIG. 6B, it was confirmed that the thickness of the photocurable resin 210 was not uniform when the photocurable resin 210 was stretched. When light irradiation is performed in such a state, a cured resin layer having a non-uniform thickness is formed, and as a result, a desired three-dimensional shape could not be obtained.
  • the present invention has been made in order to solve these problems of stereolithography. It is possible to ensure high stability and high productivity of the molding equipment and the molded object itself, and even when the thickness of the layers to be stacked is as thin as 50 m or less, the thickness of each layer can be controlled with high accuracy and high accuracy.
  • An object of the present invention is to provide an optical modeling apparatus and an optical modeling method capable of performing the modeling.
  • the stereolithography apparatus forms a cured resin layer by selectively irradiating a photocurable resin solution with light, and sequentially forms the cured resin layer to form a three-dimensional image.
  • An optical modeling apparatus a table, a dispenser that supplies the photocurable resin solution onto the table, a recoater that applies the photocurable resin onto the table, and a recoater that is applied during the application operation of the recoater.
  • a control unit that changes the moving speed.
  • the change in the moving speed is preferably decreased based on the moving distance.
  • a photocurable resin solution is selectively irradiated with light to form a cured resin layer, and the cured resin layer is sequentially laminated to form a three-dimensional image.
  • a step of supplying the photocurable resin solution onto a table, and a step of applying the photocurable resin solution onto the table while changing a moving speed of a recoater; Have Note that the change in the movement speed is preferably reduced based on the movement distance. Further, it is preferable to change the movement speed in a parabolic shape, a step shape, or a linear shape in view of the accuracy, controllability, and the like.
  • Decreasing the moving speed based on the moving distance means that the majority of one sweep of the recoater should be in a decreasing trend! For example, one sweep Since the recoater speed is zero at the start and end of the movement, the movement speed suddenly increases to zero immediately after the start and immediately before the movement, the movement speed rapidly decreases to zero. It does not mean change. Further, as long as the effect of the present invention is not impaired, even if there is a portion where the moving speed is increased during one recoater sweep, it may be in a decreasing trend as a whole.
  • the stereolithography apparatus forms a cured resin layer by selectively irradiating light to a photocurable resin solution, and sequentially forms the cured resin layer to form a three-dimensional image.
  • Stereolithography equipment A table, a dispenser for supplying the photocurable resin solution to the table, a recoater for applying the photocurable resin on the table, a tip of the recoater and the table during the application of the recoater And a controller that increases the distance to the upper surface.
  • the distance between the tip of the recoater and the table upper surface is preferably increased based on the moving distance in a direction parallel to the table upper surface.
  • Increasing the distance between the tip of the recoater and the top surface of the table based on the moving distance means that if there is a tendency to increase for most of the sweep of one recoater. As long as the effect of the present invention is not impaired, even if there is a portion where the distance decreases during a single recoater sweep, the overall distance tends to increase.
  • a photocurable resin solution is selectively irradiated with light to form a cured resin layer, and the cured resin layer is sequentially laminated to form a three-dimensional image.
  • the stereolithography apparatus and stereolithography method of the present invention can prevent a difference in film thickness from occurring in a single resin layer, and can form a more accurate three-dimensional model. Become.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an optical modeling apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a moving distance and a moving speed of the recoater according to the first embodiment of the invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing the moving distance and moving speed of the recoater according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing the moving distance and moving speed of the recoater according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing horizontal and vertical movement distances of the recoater according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A is a diagram showing a change in the film thickness of a resin in a conventional optical modeling apparatus.
  • FIG. 6B is a diagram showing a change in the film thickness of the resin in a conventional optical modeling apparatus.
  • FIG. 6C is a diagram showing a change in the thickness of the resin film in a conventional optical modeling apparatus.
  • This stereolithography apparatus is a stereolithography apparatus that employs the stereolithography method that repeatedly executes batch exposure for each predetermined area (hereinafter referred to as “projection area”) using a digital micromirror device (DMD).
  • the optical modeling apparatus 100 includes a light source digital micromirror device (DMD) 2, a lens 3, a modeling table 4, a dispenser 5, a recoater 6, a control unit 7, and a storage unit 8.
  • the optical modeling apparatus 100 in the present embodiment includes the control unit 7
  • the recoater operation controller 9 controls the operation of the recoater 6.
  • the light source 1 generates light for curing the photocurable resin 11.
  • a laser diode (LD) or an ultraviolet (UV) lamp that generates 405 nm laser light is used.
  • the type of the light source 1 is selected in relation to the curing wavelength of the photocurable resin, and the optical modeling apparatus or the optical modeling method of the present invention does not limit the type of the light source 1.
  • the digital micromirror device (DMD) 2 is a device developed by Texas' Instrument, Inc., which has hundreds of thousands to millions of micromirrors that move independently on a CMOS semiconductor, for example, 480,000 to There are 1.31 million pieces.
  • a powerful micromirror can be tilted by about ⁇ 10 degrees, for example, about ⁇ 12 degrees about the diagonal line by an electrostatic field effect.
  • the micromirror has a square shape with a side length of about 10 m, for example, 13.68 / zm, for each micromirror.
  • the spacing between adjacent micromirrors is, for example: L m.
  • the entire DMD 2 used in Embodiment 1 has a square shape of 40.8 ⁇ 31.8 mm (of which the mirror portion has a square shape of 14.0 ⁇ 10.5 mm), and one side It consists of 786, 432 micromirrors with a length of 13.68 m.
  • the DMD 2 reflects the laser beam emitted from the light source 1 by the individual micromirrors, and only the laser beam reflected by the micromirrors controlled by the control unit 7 at a predetermined angle passes through the condenser lens 3. Irradiate the photocurable resin 11 on the modeling table 4.
  • the lens 3 guides the laser beam reflected by the DMD 2 onto the photocurable resin 11 to form a projection area.
  • the lens 3 may be a condensing lens using a convex lens or a concave lens. If a concave lens is used, a projection area larger than the actual size of DMD2 can be obtained.
  • the lens 3 according to the first embodiment is a condensing lens, which reduces incident light about 8 times and condenses it on the photocurable resin 11.
  • the modeling table 4 is a flat table on which the cured resin is sequentially deposited and placed.
  • the modeling table 4 can be moved horizontally and vertically by a driving mechanism (not shown), that is, a moving mechanism. With this drive mechanism, stereolithography can be performed over a desired range.
  • the dispenser 5 contains a photocurable resin solution 10 and has a predetermined amount of photocurable resin. Supply oil liquid 10 into place.
  • the recoater 6 includes a moving mechanism and uniformly coats the photocurable resin 10.
  • the moving mechanism of the recoater 6 of the present embodiment can be configured by a pulse control motor or the like that operates based on a given pulse signal or the like.
  • horizontal movement and vertical movement are possible.
  • the control unit 7 controls the light source 1, DMD 2, modeling tape 4, and dispenser 5 according to control data including exposure data.
  • the control unit 7 also controls the operation of the recoater 6 via the recoater operation control unit 9.
  • the control unit 7 can be typically configured by installing a predetermined program in a computer.
  • a typical computer configuration includes a central processing unit (CPU) and memory.
  • the CPU and the memory are connected to an external storage device such as a hard disk device as an auxiliary storage device via a bus.
  • This external storage device functions as the storage unit 8 of the control unit 7.
  • a storage medium drive device such as a flexible disk device, a hard disk device, or a CD-ROM drive that functions as the storage unit 8 is connected to the bus via various controllers.
  • Storage medium such as a flexible disk device
  • a portable storage medium such as a flexible disk is inserted into the drive device.
  • the storage medium can store a predetermined computer program for executing the present embodiment by giving instructions to the CPU in cooperation with the operating system.
  • the storage unit 8 stores control data including exposure data of cross-sectional groups obtained by slicing a three-dimensional model to be modeled into a plurality of layers. Based on the exposure data stored in the storage unit 8, the control unit 7 mainly controls the angle control of each micromirror in the DMD 2 and the movement of the modeling table 4 (that is, the position of the irradiation range of the laser beam with respect to the three-dimensional model). Then, modeling of the three-dimensional model is executed.
  • the computer program is executed by being loaded into a memory.
  • the computer program can be compressed or divided into a plurality of parts and stored in a storage medium.
  • user interface nodeware can be provided. Examples of the user interface nodeware include a pointing device for inputting such as a mouse, a keyboard, or a display for presenting visual data to the user.
  • the recoater operation control unit 9 is a part capable of controlling software force that operates on the control unit 7, for example.
  • the recoater moving mechanism as described above is a pulse control motor
  • the recoater operation control unit 9 may be a device that generates a pulse signal in accordance with control from software.
  • the recoater operation control unit 9 generates a signal for controlling the moving speed and moving distance of the recoater 6 and a signal for controlling the horizontal and vertical movements of the recoater 6 according to an instruction from software or the like. Generate. Thus, the recoater 6 can change the moving speed or move vertically.
  • a resin capable of being cured by visible light and light outside the visible light region can be used.
  • a resin capable of being cured by visible light and light outside the visible light region can be used.
  • an uncured photocurable resin solution 10 is accommodated in the dispenser 5.
  • the shaping table 4 is in the initial position.
  • the dispenser 5 supplies a predetermined amount of the stored photocurable resin solution 10 onto the modeling table 4.
  • the recoater 6 forms a coat layer for one layer to be swept and stretched to stretch the photocurable resin solution 10.
  • the moving speed of the recoater changes in one sweep in which the recoater 6 stretches the photocurable resin solution 10.
  • the right speed of the drawing changes to gradually slow down the sweep speed in one sweep when directed to the left. Details of the speed control will be described later.
  • the laser beam emitted from the light source 1 enters the DMD 2.
  • the DMD 2 is controlled by the control unit 7 and adjusts the angle of the micromirror corresponding to the portion where the laser curable resin solution 10 is irradiated with the laser beam.
  • the laser beam reflected from the micromirror is applied to the photocurable resin solution 10 via the condenser lens 3, and the laser beam reflected from the other micromirrors is applied to the photocurable resin solution 10.
  • the photocurable resin solution 10 is irradiated with a laser beam for 0.4 seconds, for example.
  • the projection area onto the photocurable resin 11 is, for example, about 1.3 ⁇ 1.8 mm, and can be reduced to about 0.6 ⁇ 0.9 mm.
  • the area of the projection region is desirably 100 mm 2 or less.
  • the lamination pitch for one layer that is, the thickness of one cured resin layer is, for example, 1 to 50 ⁇ m, preferably 2 to 10 ⁇ m, and more preferably 5 to: LO ⁇ m.
  • a second layer of a three-dimensional model having a desired shape is formed by the same process.
  • the photocurable resin solution 10 supplied from the dispenser 5 is applied to the outside of the three-dimensional model formed as the first layer by the recoater 6 to a uniform thickness on the first layer three-dimensional model.
  • a second cured resin layer is formed on the first cured resin layer by irradiating with a laser beam.
  • the third and subsequent cured resin layers are sequentially deposited.
  • the modeled object formed on the model table 4 is taken out.
  • the molded article can be further cured by removing the photocurable resin solution adhering to the surface by washing or other methods and heating as necessary.
  • FIG. 2 shows the moving speed of the recoater and the movement of the recoater in the first embodiment of the present invention. It is a figure which shows the relationship of distance. As shown in FIG. 2, in the first embodiment, from the portion A (resin application start point) where the recoater and the resin contacted, to the point B (application end point) where resin stretching ends. Then, the recoater is controlled so that the speed draws a parabola with respect to the distance traveled by the recoater.
  • the difference in the movement speed of the fat between the part in contact with the recoater and the part far from the recoater varies depending on the viscosity of the fat, the amount of fat, the contact area, etc., but in detail, the Hagen 'Poiseuille's law (for example, It can be estimated on the basis of Iwanami Dictionary of Physical and Chemistry, 4th edition; Ryogo Kubo, other editions, published by Iwanami Shoten in 1987).
  • this speed difference changes in a parabolic shape, so that the resin layer having a uniform film thickness can be obtained by changing the moving speed in one sweep to a parabolic shape.
  • a resin layer having a uniform film thickness can be laminated.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the speed of the recoater and the moving distance according to the second embodiment of the present invention.
  • the speed control of the recoater is different, and the other points are the same as those in the first embodiment, so that the description thereof is omitted.
  • the second embodiment is the same as the first embodiment in that the speed of the recoater is reduced in one sweep. In the first embodiment, the speed is changed to draw a parabola !, while in the second embodiment, the speed is changed stepwise.
  • the recoater is moved by a pulse-controlled motor or the like.
  • a pulse control motor or the like requires extremely complicated control in order to convert its rotational speed into a parabolic shape.
  • a table that associates the moving distance with the speed can be prepared in the storage unit 8, for example. It becomes ability.
  • a plurality of tables are prepared in the storage unit 8 or the like.
  • Stereolithography is performed by selecting a table that matches the 3D model to be created during stereolithography. By doing so, the speed control of the recoater is facilitated, and the productivity at the time of manufacturing the three-dimensional model is improved.
  • the number of steps included in a single recoater sweep and the amount of decrease in the recoater movement speed for each step can be determined as appropriate without departing from the effects of the present invention. Further, even when the moving speed of the recoater is decreased stepwise, as shown in the first embodiment, the entire recoater sweep is preferably decreased substantially in a radial pattern.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the speed of the recoater and the moving distance according to the third embodiment of the present invention.
  • the speed control of the recoater is different, and the other points are the same as those in the other embodiments, so that the description thereof is omitted.
  • the moving speed of the recoater changes linearly with respect to the moving distance.
  • the third embodiment it is necessary to prepare a table for associating the moving distance with the speed, but in this embodiment, it is only necessary to set the initial speed at the application start point of the resin and the final speed at the application end point. It is possible to apply the resin while reducing the speed in each sweep.
  • the recoater moving speed is changed linearly as in this embodiment, it is only necessary to specify the deceleration rate if the speed at the start of application of the resin is constant.
  • the speed of the recoater is controlled so that the photocuring agent It is possible to uniformly form each layer when forming a three-dimensional model by superposing a plurality of oil layers. Therefore, it is possible to form a more accurate three-dimensional model.
  • Embodiment 4 a method for maintaining the film thickness by raising the recoater will be described.
  • the recoater 6 moves in the vertical direction in one sweep in which the recoater 6 stretches the photocurable resin solution 10. Specifically, the recoater gradually rises in one sweep from the right to the left of the drawing. Details of this vertical movement will be described.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the distance between the tip of the recoater and the table (or the resin surface layer) and the movement distance of the blade in the fourth embodiment.
  • Embodiment 4 from the portion A (resin application start point) where the recoater and the resin contact, toward the point B (application end point) where the resin stretching ends, The recoater is controlled so that it rises gradually.
  • How to increase the force is a force that allows various deformations depending on the viscosity of the resin, the amount and type of the resin, for example, the distance between the tip of the recoater and the table or the surface of the cured resin layer (y)
  • a is a positive constant
  • ⁇ is a constant greater than or equal to zero
  • ⁇ is an initial value of y at the start of application of the resin
  • ⁇ , ⁇ and ⁇ are as described above.
  • the viscosity can be appropriately determined according to the viscosity of the coconut resin, the amount and type of the rosin.
  • y tends to increase as X increases.
  • Figure 5 shows how the recoater is raised in steps.
  • the number of steps included in one sweep of the recoater and the increase amount for each step of the distance from the tip of the recoater to the table or the cured resin layer surface are as follows. It can be determined appropriately within a range not impairing the effects of the invention. Even when the distance between the tip of the recoater and the tape or the hardened resin layer surface is increased in steps, the entire sweep of a single recoater has the above-mentioned quadratic function. It is preferable that it is increasing.
  • the operation of the recoater according to the fourth embodiment is realized by preparing, for example, parameters for setting vertical movement in the storage unit 8 according to the amount, type, layer to be formed, and the like. Is possible.
  • the control unit 7 force storage unit 8 reads the parameter force stored in the vertical direction information, and the recoater operation control unit 9 moves the recoater vertically when processing the software. It can be realized by moving in the direction.
  • the external input device force of the control unit 7 may be configured to input parameters related to vertical movement and operate the recoater based on the parameters.
  • the photocured resin layer is stacked in multiple layers to form a three-dimensional model.
  • Each layer can be formed uniformly. Therefore, it is possible to form a more accurate three-dimensional model.
  • each layer when forming a three-dimensional model by stacking photocured resin layers in multiple layers can be formed uniformly. Is possible.
  • by performing the vertical movement of the recoater in a single sweep to apply the resin it is possible to uniformly form the layers when forming the three-dimensional model by stacking the photocured resin layers in multiple layers. It becomes possible.
  • the present invention relates to an optical modeling apparatus and an optical structure that form a stereoscopic image by sequentially laminating cured resin layers. Applicable to shape method.

Abstract

　厚さが不均一な硬化樹脂層が形成され、結果として、所望の立体形状を得ることができなかった。 　本発明にかかる光造形装置は、光硬化性樹脂液に選択的に光を照射して硬化樹脂層を形成し、該硬化樹脂層上にさらに前記光硬化性樹脂液を塗布して、前記光照射により硬化樹脂層を形成するサイクルを繰り返すことにより、該硬化樹脂層を順次積層して立体像を形成する光造形装置であって、テーブルと、前記テーブル上に前記光硬化性樹脂液を供給するディスペンサと、前記光硬化樹脂を塗布するリコータと、前記リコータの塗布動作時に、前記リコータの移動距離に基づいて、前記リコータの移動速度を減少させる制御部とを有する。

Description

明 細 書
光造形装置および光造形方法
技術分野
[0001] 本発明は、光硬化性榭脂液に選択的に光を照射して硬化榭脂層を形成し、該硬 化榭脂層を順次積層して立体像を形成する光造形装置および光造形方法に関する 背景技術
[0002] 従来の光積層造形方法 (以下、「光造形方法」という。）では、造形しょうとする立体 モデルを複数の層にスライスして得られる断面群のデータに基づ！、て造形する。通 常、最初に最下段の断面に相当する領域において、光硬化性榭脂液の液面に光線 を照射する。すると光照射された液面部分の光硬化性榭脂液は光硬化し、立体モデ ルのー断面の硬化榭脂層が造形される。次いで、この硬化榭脂層の表面に未硬化 状態の光硬化性榭脂液を所定の厚みでコートする。このとき、硬化榭脂層を所定の 厚み分だけ、榭脂槽に満たされた光硬化性榭脂液に沈めてコートすることが一般的 である。また、比較的少量の光硬化性榭脂を一層の硬化榭脂層を形成する毎にリコ ータにより全面に塗布することも行われる。そして、この表面に所定パターンに沿って レーザ光線走査を行ない、光照射したコート層部分を硬化させる。硬化した部分は、 下部の硬化榭脂層に積層一体化される。以後、光照射工程で扱う断面を隣接する断 面に切り替えながら、光照射と光硬化性榭脂液のコートを繰り返すことによって、所望 の立体モデルを造形する (特許文献 1および 2参照)。
特許文献 1：特開昭 56 - 144478号公報
特許文献 2：特開昭 62— 35966号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] しかし、必要量の光硬化性榭脂を造形テーブル (以下、単に「テーブル」とも 、う。） 上に塗布する光造形装置および光造形方法、特に、積層する一層の厚さが 50 m 以下と薄い場合において、リコータの進行方向前側に溜まった光硬化性榭脂液がリ コータが移動するに伴いリコータと造形テーブルとの間に十分に供給されなくなり、 立体モデルを精度良く形成できないという問題が発生した。力かる問題点につき図 6 A〜図 6Cを用いて説明する。図 6A〜図 6Cは、光造形の様子を示す断面図であり、 図 6Aは光硬化性榭脂液を造形テーブル上に供給し、塗布を開始した直後の状態を 示している。図 6Bはディップした光硬化性榭脂をリコータによって引き伸ばした後を 示す。図 6A〜図 6Cでは、単純化のため、造形テーブル 204の上には、まだ 1層も硬 化榭脂層が形成されていないが、 1層以上の硬化榭脂層が形成されている場合にお いても、図 6A〜図 6Cにおいて造形テーブル 204の上面を、最上層の硬化榭脂層の 上面として見る他は、同様である。積層する一層の厚さが 50 m以下と薄い光造形 法の具体例の一つには、例えば、デジタルマイクロミラーデバイス（DMD)を用いて、 一定の領域毎に (以下、「投影領域」という。）一括露光を繰り返し実行する光造形法 が含まれる。
[0004] 図 6Aに示されるように、光硬化性榭脂 210は、造形テーブル 204上に供給される。
リコータ 206を図中の矢印の方向に移動させることによって、光硬化性榭脂 210を引 き伸ばす。この時にリコータ 206の進行方向前面には、光硬化性榭脂 210がある程 度溜まった状態となる。リコータ 206に接している榭脂液と、リコータ 206から離れて いる部分の榭脂液では、造形テーブルに向力つて落下する速度が異なってしまう。 ( 図 6C参照)。榭脂供給位置に近ぐ多くの榭脂液がリコータ 206の進行方向前面に 付着している間は、落下速度が遅い位置においても榭脂移動量が大きいため、リコ ータ 206と造形テーブル 204との間に榭脂液が十分に供給され、榭脂の膜厚を保つ ことが可能である。しかし、リコータ 206が移動するに従い、その進行方向前面に付 着する榭脂液が少なくなり、リコータ 206表面近傍での榭脂の移動速度が小さいため 、榭脂の膜厚が徐々に薄くなつてしまう。したがって、図 6Bに示されるように、光硬化 性榭脂 210が引き伸ばされた状態においては、光硬化性榭脂 210の厚みが均一に ならないという現象が確認された。このような状態において光照射を行なうと、厚さが 不均一な硬化榭脂層が形成され、結果として、所望の立体形状を得ることができなか つた o
[0005] 本発明は、これら光造形の抱える課題を解決するためになされたものであり、光造 形装置、造形物自体の高安定性、高生産性を確保する事が可能で、積層する一層 の厚さが 50 m以下と薄い場合においても各層の厚みを高精度に制御でき、高精 度の造形を行う事が可能な光造形装置およ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
[0006] 本発明にかかる光造形装置は、光硬化性榭脂液に選択的に光を照射して硬化榭 脂層を形成し、該硬化榭脂層を順次積層して立体像を形成する光造形装置であつ て、テーブルと、前記テーブル上に前記光硬化性榭脂液を供給するデイスペンサと、 前記光硬化榭脂をテーブル上に塗布するリコータと、前記リコータの塗布動作時に 前記リコータの移動速度を変化させる制御部とを有する。なお、移動速度の変化は、 移動距離に基づいて減少させることが好ましい。また、この移動速度の変化は、その 精度、制御容易性などを鑑みて、放物線状、ステップ状、直線状に変化させることが 好ましい。
[0007] また、本発明にかかる光造形方法は、光硬化性榭脂液に選択的に光を照射して硬 化榭脂層を形成し、該硬化榭脂層を順次積層して立体像を形成する光造形方法で あって、テーブル上に前記光硬化性榭脂液を供給する工程と、前記光硬化榭脂液を 、リコータの移動速度を変化させながら前記テーブル上に塗布する工程とを有する。 なお、移動速度の変化は、移動距離に基づいて減少させることが好ましい。また、こ の移動速度の変化は、その精度、制御容易性などを鑑みて、放物線状、ステップ状、 直線状に変化させることが好ましい。なお、移動速度を移動距離に基づいて減少さ せるとは、 1回のリコータの掃引の大部分にぉ 、て減少傾向にあればよ!、ことを意味 しており、例えば、 1回の掃引の開始時と終了時にはリコータの速度はゼロであるの で、開始直後には移動速度がゼロ力 急増し、終了直前には移動速度がゼロに急減 することになるが、これらの瞬間的な速度変化をいうものではない。また、本発明の効 果を損なわない程度であれば、 1回のリコータの掃引中に移動速度を増加する部分 があっても、全体として減少傾向にあればよい。
[0008] 本発明にかかる光造形装置は、光硬化性榭脂液に選択的に光を照射して硬化榭 脂層を形成し、該硬化榭脂層を順次積層して立体像を形成する光造形装置であつ て、テーブルと、前記テーブル上に前記光硬化性榭脂液を供給するデイスペンサと、 前記光硬化榭脂をテーブル上に塗布するリコータと、前記リコータの塗布動作時に 前記リコータの先端部と前記テーブル上面との距離を増大させる制御部とを有する。 なお、このリコータの先端部とテーブル上面との距離は、テーブル上面に平行な方向 の移動距離に基づいて増大させることが好ましい。なお、リコータの先端部とテープ ル上面との距離を移動距離に基づいて増大させるとは、 1回のリコータの掃引の大部 分にお 1、て増大傾向にあればょ 、ことを意味しており、本発明の効果を損なわな ヽ 程度であれば、 1回のリコータの掃引中に当該距離が減少する部分があっても、全体 として増大傾向にあればょ 、。
[0009] また、本発明にかかる光造形方法は、光硬化性榭脂液に選択的に光を照射して硬 化榭脂層を形成し、該硬化榭脂層を順次積層して立体像を形成する光造形方法で あって、テーブル上に前記光硬化性榭脂液を供給する工程と、前記光硬化榭脂液を 、リコータの先端部と前記テーブル上面との距離を変化させながら前記テーブル上 に塗布する工程とを有する。
発明の効果
[0010] 本発明の光造形装置および光造形方法により、 1つの榭脂層の中で膜厚の差がで きてしまうのを防ぐことができ、より高精度な立体モデルの形成が可能となる。
図面の簡単な説明
[0011] [図 1]本発明の実施の形態に力かる光造形装置の概略構成を示す図である。
[図 2]発明の実施の形態 1にかかるリコータの移動距離と移動速度を示す図である。
[図 3]発明の実施の形態 2にかかるリコータの移動距離と移動速度を示す図である。
[図 4]発明の実施の形態 3にかかるリコータの移動距離と移動速度を示す図である。
[図 5]発明の実施の形態 4にかかるリコータの水平方向と垂直方向の移動距離とを示 す図である。
[図 6A]従来の光造形装置における榭脂膜厚の変化を示す図である。
[図 6B]従来の光造形装置における榭脂膜厚の変化を示す図である。
[図 6C]従来の光造形装置における榭脂膜厚の変化を示す図である。
符号の説明 1 光源
2 DMD
3 レンズ
4 造形テーブル
5 デイスペンサ
6 リコータ
7 制御部
8
9 リコータ動作制御部
10 榭脂液
11 硬化榭脂
100 光造形装置
204 造形テーブル
206 リコータ
210 光硬化性榭脂
発明を実施するための最良の形態
以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の 実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではな い。説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略ィ匕がなされている。 又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に 変更、追加、変換することが可能である。
発明の実施の形態 1
図 1を用いて、光硬化造形装置 (以下、「光造形装置」という）の一例について説明 する。この光造形装置は、前述の、デジタルマイクロミラーデバイス（DMD)を用いて 一定の領域毎に (以下、「投影領域」という。）一括露光を繰り返し実行する光造形法 を採用する光造形装置である。光造形装置 100は、光源 デジタルマイクロミラー デバイス（DMD) 2、レンズ 3、造形テーブル 4、デイスペンサ 5、リコータ 6、制御部 7、 記憶部 8を備えている。また本実施の形態における光造形装置 100は、制御部 7内 にリコータ 6の動作を制御するリコータ動作制御部 9を有している。
[0014] 光源 1は、光硬化性榭脂 11を硬化させるための光を発生させる。光源 1には、例え ば、 405nmのレーザ光を発生させるレーザダイオード (LD)や紫外線 (UV)ランプが 用いられる。光源 1の種類は、光硬化性榭脂の硬化波長との関係において選択され るものであり、本願発明の光造形装置又は光造形方法は、光源 1の種類を限定する ものではない。
[0015] デジタルマイクロミラーデバイス (DMD) 2は、テキサス 'インスツルメンッ社によって 開発されたデバイスであり、 CMOS半導体上に独立して動くマイクロミラーが数十万 〜数百万個、例えば、 48万〜 131万個敷き詰められている。力かるマイクロミラーは 、静電界作用によって対角線を軸に約 ± 10度、例えば、 ± 12度程度傾けることが可 能である。マイクロミラーは、各マイクロミラーのピッチの 1辺の長さが約 10 m、例え ば、 13. 68 /z mの四角形の形状を有している。隣接するマイクロミラーの間隔は、例 えば: L mである。本実施の形態 1で用いた DMD2の全体は、 40. 8 X 31. 8mmの 四角形状を有し (うち、ミラー部は、 14. 0 X 10. 5mmの四角形状を有する。）、 1辺 の長さが 13. 68 mのマイクロミラー 786, 432個により構成されている。当該 DMD 2は、光源 1から出射されたレーザ光線を個々のマイクロミラーによって反射させ、制 御部 7によって所定の角度に制御されたマイクロミラーによって反射されたレーザ光 のみ集光レンズ 3を介して造形テーブル 4上の光硬化性榭脂 11に照射する。
[0016] レンズ 3は、 DMD2によって反射されたレーザ光線を光硬化性榭脂 11上に導き、 投影領域を形成する。レンズ 3は、凸レンズを用いた集光レンズであってもよいし、凹 レンズを用いてもよい。凹レンズを用いると、 DMD2の実サイズよりも大きな投影領域 を得ることができる。本実施の形態 1にかかるレンズ 3は、集光レンズであって、入射 光を約 8倍縮小し、光硬化性榭脂 11上に集光して 、る。
[0017] 造形テーブル 4は、硬化させた榭脂を順次堆積させ、載置する平板状の台である。
この造形テーブル 4は、図示しない駆動機構、即ち移動機構によって、水平移動及 び垂直移動が可能である。この駆動機構により、所望の範囲に亘つて光造形を行な うことができる。
[0018] デイスペンサ 5は、光硬化性榭脂液 10を収容し、予め定められた量の光硬化性榭 脂液 10を所定位置に供給する。
[0019] リコータ 6は、移動機構を備え、光硬化性榭脂 10を均一に塗布する。ここで、本実 施の形態のリコータ 6の移動機構は、与えられるパルス信号などに基づいて動作する パルス制御モータなどで構成することが可能である。また、水平移動及び垂直移動 が可能である。
[0020] 制御部 7は、露光データを含む制御データに応じて光源 1、 DMD2、造形テープ ル 4、デイスペンサ 5を制御する。また、制御部 7は、リコータ動作制御部 9を介してリコ ータ 6の動作も制御する。制御部 7は、典型的には、コンピュータに所定のプログラム をインストールすることによって構成することができる。典型的なコンピュータの構成は 、中央処理装置 (CPU)とメモリとを含んでいる。 CPUとメモリとは、バスを介して補助 記憶装置としてのハードディスク装置などの外部記憶装置に接続される。この外部記 憶装置が、制御部 7の記憶部 8として機能する。記憶部 8として機能するフレキシブル ディスク装置、ハードディスク装置、 CD— ROMドライブ等の記憶媒体駆動装置は、 各種コントローラを介してバスに接続される。フレキシブルディスク装置等の記憶媒体 駆動装置には、フレキシブルディスク等の可搬型記憶媒体が挿入される。記憶媒体 にはオペレーティングシステムと協働して CPUなどに命令を与え、本実施形態を実 施するための所定のコンピュータプログラムを記憶することができる。
[0021] 記憶部 8には、造形しょうとする立体モデルを複数の層にスライスして得られる断面 群の露光データを含む制御データが格納されている。制御部 7は、記憶部 8に格納さ れた露光データに基づいて、主として DMD2における各マイクロミラーの角度制御、 造形テーブル 4の移動（即ち、立体モデルに対するレーザ光の照射範囲の位置）を 制御し、立体モデルの造形を実行する。
[0022] コンピュータプログラムは、メモリにロードされることによって実行される。コンビユー タプログラムは圧縮し、又、複数に分割して記憶媒体に記憶することができる。さらに 、ユーザ.インターフェース.ノヽードウエアを備えることができる。ユーザ.インターフエ 一ス.ノヽードウエアとしては、例えば、マウスなどの入力をするためのポインティング' デバイス、キーボード、あるいは視覚データをユーザに提示するためのディスプレイ などがある。 [0023] リコータ動作制御部 9は、例えば制御部 7上で動作するソフトウェア力 コントロール 可能な部分である。例えば、上記したようなリコータの移動機構がパルス制御モータ であれば、このリコータ動作制御部 9は、ソフトウェアからのコントロールに応じてパル ス信号を生成する装置であればよい。リコータ動作制御部 9は、ソフトウェアなどから の指示に応じて、リコータ 6の移動速度、移動距離を制御する信号を生成したり、リコ ータ 6の水平方向、垂直方向の移動を制御する信号を生成する。このように、リコータ 6は、移動速度を変化させることあるいは、垂直に移動させることが可能である。
[0024] 光硬化性榭脂液 10には、可視光及び可視光領域外の光によって硬化する榭脂を 使用することができる。例えば、 15 /z m以下（500mjZcm2)の硬化深度を有し、粘 度が 1500〜2500Pa · s (25°C)の 405nm対応のアクリル系榭脂を用いることができ る。
[0025] 次に、本実施の形態に力かる光造形装置 100の光造形動作について説明する。ま ず、デイスペンサ 5に未硬化状態の光硬化性榭脂液 10を収容する。造形テーブル 4 は初期位置にある。デイスペンサ 5は、収容された光硬化性榭脂液 10を所定量だけ 造形テーブル 4上に供給する。リコータ 6は、光硬化性榭脂液 10を引き伸ばすように して掃引し、硬化させる一層分のコート層を形成する。本実施形態では、このリコータ 6が光硬化性榭脂液 10を引き伸ばす一回の掃引において、リコータの移動速度が変 化する。具体的には図面右力 左に向力つての、一回の掃引においてその掃引速 度が徐々に遅くなるように変化する。この速度制御の詳細などについては、後述する
[0026] 光源 1から出射したレーザ光線は、 DMD2に入射する。 DMD2は制御部 7によつ て制御され、レーザ光線を光硬化性榭脂液 10に照射する部分に対応したマイクロミ ラーの角度を調整する。これにより、そのマイクロミラーを反射したレーザ光線が集光 レンズ 3を介して光硬化性榭脂液 10に照射され、その他のマイクロミラーを反射した レーザ光線は光硬化性榭脂液 10に照射されな 、。光硬化性榭脂液 10へのレーザ 光線の照射は例えば 0. 4秒間行なわれる。このとき、光硬化性榭脂 11への投影領 域は例えば、 1. 3 X 1. 8mm程度であり、 0. 6 X 0. 9mm程度まで縮小することもで きる。投影領域の面積は、通常、 100mm2以下であることが望ましい。このため、一つ の投影領域のサイズよりも大き 、立体モデルを形成する場合には、レーザ光線の照 射位置を移動させて照射させる必要がある。例えば、図 2に示されるように、光造形 の最大サイズ (XX Y)とすると、これを複数の投影領域 (x X y)に分割し、それぞれを 1ショットずつレーザ光線の照射を実行していく。光造形の最大サイズは、例えば、 X = 150mm, Y= 150mmであり、高さが 50mmである。投影領域のサイズは、例えば 、 x= l. 8mm、 y= l . 3mmである。このようにして、投影領域を走査しながらレーザ 光線の照射を実行することによって、光硬化性榭脂液 10が硬化し、第 1層目の硬化 榭脂層が形成される。 1層分の積層ピッチ、すなわち、硬化榭脂層 1層の厚みは、例 えば、 1〜50 μ m、好ましくは、 2~10 μ m、さらに好ましくは、 5〜： LO μ mである。
[0027] 続、て、同様の工程で所望形状の立体モデルの 2層目を形成する。具体的には、 1層目として形成された立体モデルの外側にデイスペンサ 5より供給された光硬化性 榭脂液 10を、リコータ 6によって 1層目の立体モデルの上に、均一厚さに塗布する。 そして、レーザ光線を照射することにより、第 2層目の硬化榭脂層を第 1層目の硬化 榭脂層の上に形成する。以下同様にして第 3層目以降の硬化榭脂層を順次堆積さ せる。そして、最終層の堆積が終了すると、造形テーブル 4上に形成された造形物を 取り出す。造形物は、表面に付着した光硬化性榭脂液を洗浄その他の方法で除去し 、必要に応じて加熱して、硬化を更に進行させることができる。
[0028] ここで、上記した一回の掃引においてリコータ 6の速度を徐々に遅くする動作につ いて詳細に説明する。リコータ 6で榭脂を引き伸ばす場合、榭脂とリコータが接してい る部分では、テーブルに向力つての榭脂の落下速度が遅ぐ接していない部分では テーブルに向力つての榭脂の落下速度が速くなる。そのため、リコータ 6が掃引する に伴い、上述したような榭脂の膜厚が徐々に薄くなるといった問題が生じてしまう。そ こで、本実施形態においては榭脂落下速度の差を考慮して、各回のリコータによる榭 脂の塗布開始時に最もリコータの移動速度を速くし、その後、速度を減少させながら 、必要な範囲に榭脂を引き伸ばす。このように 1回の掃引において速度を変化させる ことにより、榭脂液の移動速度が遅い部分であっても、膜厚を維持できるだけの榭脂 が落下するように制御する。
[0029] 図 2は、本発明の第 1の実施の形態におけるリコータの移動速度と、リコータの移動 距離の関係を示す図である。図 2に示すように第 1の実施の形態においては、リコー タのリコータと樹脂が接触した部分 A (樹脂の塗布開始地点)から樹脂の引き伸ばし を終了する地点 B (塗布終了地点）に向かって、その速度がリコータの移動距離に対 して放物線を描くようにリコータを制御する。リコータに接している部分と、リコータから 遠い部分の榭脂の移動速度の差は、榭脂の粘度、榭脂の量、接触面積などによって 異なるが詳細には、ハーゲン 'ポアズイユの法則 (例えば、岩波理化学辞典第 4版； 久保亮五、他編、 1987年岩波書店発行を参照)などを元に推定することが可能であ る。基本的にこの速度差は放物線状に変化するので、 1回の掃引における移動速度 を放物線状に変化させることにより、均一な膜厚を有する榭脂層とすることが出来る。 なお、 2層目以降の榭脂層に対しても同様な速度制御を行うことで、均一な膜厚の榭 脂層を積層することが出来る。
[0030] 以上詳細に説明したように、リコータの速度制御を行うことにより、光硬化榭脂層を 多層に重ねて立体モデルを形成する際の各層を均一に形成することが可能となる。 よって、より高精度な立体モデルを形成することが可能となる。
[0031] 実施の形態 2
図 3は、本発明の実施の形態 2に関わるリコータの速度と移動距離の関係を示す図 である。本実施の形態においては、リコータの速度制御が異なるのみであり、その他 の点に関しては実施の形態 1と同様であるため説明を省略する。
[0032] 実施の形態 2においても 1回の掃引において、リコータの速度を減少させていく点 は実施の形態 1と同じである。実施の形態 1では、放物線を描くように速度を変化させ て!、たのに対し、実施の形態 2ではステップ状に速度を変化させて 、る。
[0033] 上述したように、光造形装置ではパルス制御されるモータなどによってリコータを移 動させている。一般的にパルス制御モータなどでは、その回転速度を放物線状に変 換させるためには、極めて複雑な制御が必要となる。それに対して、所定時間、一定 速度を繰り返し、その速度をステップ状に変化させるのであれば、例えば記憶部 8に 移動距離と速度を対応させるテーブルなどを用意すればよぐ容易に速度制御が可 能となる。
[0034] そのため、実施の形態 2では、例えば記憶部 8などにこのテーブルを複数用意し、 光造形時に作成しょうとする立体モデルに合わせたテーブルを選択することなどで、 光造形を行う。このようにすることで、リコータの速度制御が容易となり、立体モデル製 造時の生産性が向上する。
[0035] 1回のリコータの掃引に含まれるステップの数や、各ステップ毎のリコータの移動速 度の減少量は、本願発明の効果を損なわない範囲で適宜決定することができる。ま た、リコータの移動速度をステップ状に減少させる場合においても、 1回のリコータの 掃引全体としては、実施の態様 1に示したように、略放射線状に減少していることが 好ましい。
[0036] 実施の形態 3
図 4は、本発明の実施の形態 3に関わるリコータの速度と移動距離の関係を示す図 である。本実施の形態においては、リコータの速度制御が異なるのみであり、その他 の点に関しては他の実施の形態と同様であるため説明を省略する。
[0037] 実施の形態 3では、リコータの移動速度は移動距離に対して直線状に変化する。
実施の形態 3においては、移動距離と速度を対応付けるテーブルを用意する必要が あるが、本実施の形態では榭脂の塗布開始地点における初速と、塗布終了地点に おける終速を設定するのみで 1回の掃引における速度を減少させながら榭脂を塗布 することが可能となる。本実施形態のように、直線状にリコータ移動速度を変化させる 場合は、榭脂の塗布開始時点における速度が一定であれば減速率を指定するのみ でもよい。
[0038] このように制御を行うことにより、リコータの速度の制御がより容易となる。また、モー タで、リコータを移動させると考えた場合、モータは一定の減速率で減速させることが 極めて容易であるため、立体モデルの生産性がより向上する。
[0039] 以上詳細に説明したように、リコータの速度制御を行うことにより、光硬化榭脂層を 多層に重ねて立体モデルを形成する際の各層を均一に形成することが可能となる。 本件発明者らの実験によれば、光造形方法によって積層される榭脂の各層が数 m であっても、 1層辺りの膜圧の誤差を 1 m以下とすることが可能となり、高精度の造 形を行うことが可能となる。
[0040] このように、実施の形態 1〜3では、リコータの速度制御を行うことにより、光硬化榭 脂層を多層に重ねて立体モデルを形成する際の各層を均一に形成することが可能と なる。よって、より高精度な立体モデルを形成することが可能となる。次いで、実施の 形態 4においては、リコータを上昇させることにより、膜厚を維持する方法について説 明する。
[0041] 本実施の形態では、このリコータ 6が光硬化性榭脂液 10を引き伸ばす一回の掃引 において、リコータが垂直方向に移動する。具体的には図面右から左に向かっての 一回の掃引において、リコータが徐々に上昇する。この垂直方向の移動の詳細など について説明する。
[0042] リコータ 6で榭脂を引き伸ばす場合、榭脂とリコータが接している部分では、テープ ルに向力つての榭脂の落下速度が遅ぐ接していない部分ではテーブルに向力つて の榭脂の落下速度が速くなる。そのため、リコータ 6が掃引するに伴い、上述したよう な榭脂の膜厚が徐々に薄くなるといった問題が生じてしまう。そこで実施の形態 4に おいては、このリコータの先端と、テーブルあるいは硬化させた榭脂層表面までの間 隔が徐々に大きくなるようにリコータを移動させる。
[0043] つまり、各回のリコータによる榭脂の塗布開始時に、最もテーブル (あるいは榭脂層 表面）とリコータ 6の間隔が狭ぐその後、リコータ 6を徐々に上昇させながら、テープ ル面と平行な水平方向にも移動させる。このように 1回の掃引にぉ 、てリコータを上 昇させることにより、膜厚を維持できるように制御する。
[0044] 図 5は、実施の形態 4におけるリコータの先端とテーブル (あるいは榭脂表面層）の 間隔と、ブレードの移動距離の関係を示す図である。図 5に示すように実施の形態 4 においては、リコータと榭脂が接触した部分 A (榭脂の塗布開始地点)から樹脂の引 き伸ばしを終了する地点 B (塗布終了地点）に向かって、徐々に上昇するようにリコー タを制御する。この上昇のさせ方は、榭脂の粘度、榭脂の量、種類などに応じて種々 の変形が可能である力 例えばリコータの先端とテーブルあるいは硬化させた榭脂層 表面までの間隔 (y)が、リコータの移動距離 (X)の二次関数となるように、リコータを 上昇させることなどが可能である。この場合の二次関数とは、一般に、 x= a y2+ j8 y + yで表される。式中、 aは正の定数、 βはゼロ以上の定数、 γは榭脂の塗布開始 時における yの初期値であり、ゼロ以上の定数である。 α、 βおよび γは、前述のよう に、榭脂の粘度、榭脂の量、種類などに応じて適宜決定することができる。このような 二次関数とすることにより、 yは、 Xが増加するに伴い増加傾向となる。また、装置の構 成や制御の容易性を考慮して、ステップ状、直線状に上昇させても良い。図 5には、 ステップ状にリコータを上昇させた場合の様子を示して 、る。ステップ状とする場合に おいて、 1回のリコータの掃引に含まれるステップの数や、リコータの先端とテーブル あるいは硬化させた榭脂層表面までの間隔の、各ステップ毎の増加量は、本願発明 の効果を損なわない範囲で適宜決定することができる。また、リコータの先端とテープ ルあるいは硬化させた榭脂層表面までの間隔をステップ状に増大させる場合にお!ヽ ても、 1回のリコータの掃引全体としては、前述の二次関数状に増大していることが好 ましい。
[0045] また、実施の形態 4におけるリコータの動作は、例えば記憶部 8に、榭脂の量、種類 、形成する層などに応じて垂直方向の移動を設定するパラメータなどを用意すること で実現することが可能である。例えば、塗布しょうとする榭脂層に合わせて、制御部 7 力 記憶部 8に記憶されたパラメータ力 垂直方向の移動に関する情報を読み取り、 ソフトウェアを処理する上でリコータ動作制御部 9がリコータを垂直方向に移動させる ことで実現が可能である。また、制御部 7の外部入力機器力も垂直方向の移動に関 するパラメータを入力し、それに基づいてリコータが動作する構成としても良い。
[0046] 以上詳細に説明したように、榭脂を塗布する一回の掃引において、リコータの垂直 方向の移動を行うことにより、光硬化榭脂層を多層に重ねて立体モデルを形成する 際の各層を均一に形成することが可能となる。よって、より高精度な立体モデルを形 成することが可能となる。
[0047] 以上詳細に説明したように、本発明によれば、リコータの速度制御を行うことにより、 光硬化榭脂層を多層に重ねて立体モデルを形成する際の各層を均一に形成するこ とが可能となる。また、榭脂を塗布する一回の掃引において、リコータの垂直方向の 移動を行うことにより、光硬化榭脂層を多層に重ねて立体モデルを形成する際の各 層を均一に形成することが可能となる。
産業上の利用可能性
[0048] 本発明は、硬化榭脂層を順次積層して立体像を形成する光造形装置および光造 形方法に適用できる。

Claims

請求の範囲
[1] 光硬化性榭脂液に選択的に光を照射して硬化榭脂層を形成し、該硬化榭脂層上 にさらに前記光硬化性榭脂液を塗布して、前記光照射により硬化榭脂層を形成する サイクルを繰り返すことにより、該硬化榭脂層を順次積層して立体像を形成する光造 形装置であって、
テープノレと、
前記テーブル上に前記光硬化性榭脂液を供給するデイスペンサと、
前記光硬化榭脂を塗布するリコータと、
前記リコータの塗布動作時に、前記リコータの移動距離に基づいて、前記リコータ の移動速度を減少させる制御部とを有する光造形装置。
[2] 前記制御部は、前記リコータの移動距離に基づいて、前記リコータの移動速度を、 移動距離に対して放物線状に減少させることを特徴とする請求項 1に記載の光造形 装置。
[3] 前記制御部は、前記リコータの移動距離に基づいて、前記リコータの移動速度を、 移動距離に対してステップ状に減少させることを特徴とする請求項 1に記載の光造形 装置。
[4] 前記制御部は、前記リコータの移動距離に基づいて、前記リコータの移動速度を、 移動距離に対して直線状に減少させることを特徴とする請求項 1に記載の光造形装 置。
[5] 前記サイクル毎に形成する硬化榭脂層の厚さが 2〜： LO μ mである、請求項 1〜4の いずれか一に記載の光造形装置。
[6] 光硬化性榭脂液に選択的に光を照射して硬化榭脂層を形成し、該硬化榭脂層上 にさらに前記光硬化性榭脂液を塗布して前記光照射による硬化榭脂層を形成する サイクルを繰り返すことにより、該硬化榭脂層を順次積層して立体像を形成する光造 形方法であって、
前記サイクル毎に前記光硬化性榭脂液を供給する工程と、
前記光硬化榭脂液を、リコータの移動速度を当該リコータの移動距離に基づいて 減少させながら塗布する工程とを有する光造形方法。
[7] 前記リコータの移動速度は、当該リコータの移動距離に基づいて放物線状に減少 することを特徴とする請求項 6に記載の光造形方法。
[8] 前記リコータの移動速度は、当該リコータの移動距離に基づいてステップ状に減少 することを特徴とする請求項 6に記載の光造形方法。
[9] 前記リコータの移動速度は、当該リコータの移動距離に基づいて直線状に減少す ることを特徴とする請求項 6に記載の光造形方法。
[10] 前記サイクル毎に形成する硬化榭脂層の厚さが 2〜： LO μ mである、請求項 6〜9の
V、ずれか一に記載の光造形方法。
[11] 前記光の照射は、投影領域を単位として、一括露光を繰り返すことにより実行する ことを特徴とする請求項 10に記載の光造形方法。
[12] 光硬化性榭脂液に選択的に光を照射して硬化榭脂層を形成し、該硬化榭脂層上 にさらに前記光硬化性榭脂液を塗布して、前記光照射により硬化榭脂層を形成する サイクルを繰り返すことにより、該硬化榭脂層を順次積層して立体像を形成する光造 形装置であって、
テープノレと、
前記テーブル上に前記光硬化性榭脂液を供給するデイスペンサと、
前記光硬化榭脂を塗布するリコータと、
前記リコータの塗布動作時に、前記リコータの前記テーブル上面に対する平行な 方向の移動距離に基づいて、前記リコータの先端部と前記テーブル上面との距離を 増大させる制御部とを有する光造形装置。
[13] 前記制御部は、前記リコータの先端部と前記テーブル上面との距離を、前記リコー タの前記テーブル上面に平行な方向の移動距離の二次関数として増大させることを 特徴とする請求項 12に記載の光造形装置。
[14] 前記制御部は、前記リコータの前記テーブル上面に平行な方向の移動距離に基 づいて、前記リコータの先端部と前記テーブル上面との距離をステップ状に変化させ ることを特徴とする請求項 12に記載の光造形装置。
[15] 前記制御部は、前記リコータの前記テーブル上面に平行な方向の移動距離に基 づいて、前記リコータの先端部と前記テーブル上面との距離を直線状に変化させるこ とを特徴とする請求項 12に記載の光造形装置。
[16] 前記サイクル毎に形成する硬化榭脂層の厚さが 2〜： LO mである、請求項 12〜1
5の 、ずれか一に記載の光造形装置。
[17] 光硬化性榭脂液に選択的に光を照射して硬化榭脂層を形成し、該硬化榭脂層を 順次積層して立体像を形成する光造形方法であって、
テーブル上に前記光硬化性榭脂液を供給する工程と、
前記光硬化榭脂液を、前記リコータの先端部と前記テーブル上面との距離を当該 リコータの前記テーブル上面に対する平行な方向の移動距離に基づいて増大させ ながら塗布する工程とを有する光造形方法。
[18] 前記リコータの先端部と前記テーブル上面との距離は、前記リコータの前記テープ ル上面に対する平行な方向の移動距離の二次関数として増大させることを特徴とす る請求項 17に記載の光造形方法。
[19] 前記リコータの先端部と前記テーブル上面との距離は、当該リコータの前記テープ ル上面に平行な方向の移動距離に基づいてステップ状に変化することを特徴とする 請求項 17に記載の光造形方法。
[20] 前記リコータの先端部と前記テーブル上面との距離は、当該リコータの前記テープ ル上面に平行な方向の移動距離に基づいて直線状に変化することを特徴とする請 求項 17に記載の光造形方法。
[21] 請求項 17に記載の光造形方法は、さらに、
前記リコータの先端部と前記テーブル上面との距離変化に関するパラメータを読み 出す工程とを有することを特徴とする請求項 17に記載の光造形方法。
[22] 前記サイクル毎に形成する硬化榭脂層の厚さが 2〜： LO μ mである、請求項 17〜2
1のいずれか一に記載の光造形方法。
[23] 前記光の照射は、投影領域を単位として、一括露光を繰り返すことにより実行する ことを特徴とする請求項 22に記載の光造形方法。
PCT/JP2006/316148 2005-08-25 2006-08-17 光造形装置および光造形方法 WO2007023724A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP06796505A EP1925429A4 (en) 2005-08-25 2006-08-17 STEREOLITHOGRAPHY DEVICE AND STEREOLITHOGRAPHIC PROCESS
US12/064,754 US7736577B2 (en) 2005-08-25 2006-08-17 Stereolithography apparatus and stereolithography method

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005-243925 2005-08-25
JP2005243925A JP4650161B2 (ja) 2005-08-25 2005-08-25 光造形装置および光造形方法
JP2005243924A JP4626446B2 (ja) 2005-08-25 2005-08-25 光造形装置および光造形方法
JP2005-243924 2005-08-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2007023724A1 true WO2007023724A1 (ja) 2007-03-01

Family

ID=37771472

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2006/316148 WO2007023724A1 (ja) 2005-08-25 2006-08-17 光造形装置および光造形方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7736577B2 (ja)
EP (1) EP1925429A4 (ja)
KR (1) KR100949650B1 (ja)
TW (1) TW200720063A (ja)
WO (1) WO2007023724A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021080570A1 (en) * 2019-10-22 2021-04-29 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Recoater operation adjustments based on layer structures

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012219534A1 (de) * 2012-10-25 2014-04-30 Tools And Technologies Gmbh Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen eines Formkörpers
JP2016526495A (ja) * 2013-06-17 2016-09-05 バイオメディカル ３ディー プリンティング カンパニー リミテッド 紫外線発光ダイオードを用いた３ｄプリンター用硬化装置
US9452567B2 (en) * 2013-08-27 2016-09-27 Kao-Chih Syao Stereolithography apparatus
JP6438919B2 (ja) 2016-08-05 2018-12-19 株式会社写真化学 光造形装置および光造形方法
US10569364B2 (en) 2017-01-06 2020-02-25 General Electric Company Systems and methods for additive manufacturing recoating
FR3063450B1 (fr) * 2017-03-01 2019-03-22 S.A.S 3Dceram-Sinto Procede et machine de fabrication de pieces par la technique des procedes additifs par voie pateuse avec amenee de pate perfectionnee
EP3564013A1 (en) * 2018-05-02 2019-11-06 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO A method and system for layerwise forming an object from a medium capable of solidification
JP7331297B2 (ja) * 2018-10-26 2023-08-23 株式会社Tkr ３次元造形装置
WO2020237166A2 (en) * 2019-05-23 2020-11-26 General Electric Company Actuator assemblies for additive manufacturing apparatuses and methods for using the same

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56144478A (en) 1980-04-12 1981-11-10 Hideo Kodama Stereoscopic figure drawing device
JPS6235966A (ja) 1984-08-08 1987-02-16 スリーデイー、システムズ、インコーポレーテッド 三次元の物体を作成する方法と装置
JP2000225647A (ja) * 1999-02-08 2000-08-15 Hyper Photon System:Kk 光造形装置
JP2000263652A (ja) * 1999-03-18 2000-09-26 Ntt Data Cmet Kk 光造形法及びその装置
JP2001287273A (ja) * 2001-03-12 2001-10-16 Three D Syst Inc 立体造形方法及び装置
JP2002103457A (ja) * 2000-09-29 2002-04-09 Sanyo Electric Co Ltd 光造形装置及び光造形品の制作方法
JP2005131938A (ja) * 2003-10-30 2005-05-26 Jsr Corp 光造形方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5174931A (en) * 1988-09-26 1992-12-29 3D Systems, Inc. Method of and apparatus for making a three-dimensional product by stereolithography
US5258146A (en) * 1988-09-26 1993-11-02 3D Systems, Inc. Method of and apparatus for measuring and controlling fluid level in stereolithography
US5182715A (en) * 1989-10-27 1993-01-26 3D Systems, Inc. Rapid and accurate production of stereolighographic parts
DE69621001T2 (de) * 1995-02-01 2003-04-03 3D Systems Inc Schnelles glättungsverfahren für schichtweise hergestellte dreidimensionale gegenstände
JP3803735B2 (ja) * 1996-02-14 2006-08-02 独立行政法人理化学研究所 リコートと同時に光走査する光固化造形装置
US5945058A (en) * 1997-05-13 1999-08-31 3D Systems, Inc. Method and apparatus for identifying surface features associated with selected lamina of a three-dimensional object being stereolithographically formed
AU3994899A (en) * 1998-05-21 1999-12-06 3D Systems, Inc. Method and apparatus for accurate layer formation when forming objects using stereolithography
FR2790418B1 (fr) * 1999-03-01 2001-05-11 Optoform Sarl Procedes De Prot Procede de prototypage rapide permettant l'utilisation de materiaux pateux, et dispositif pour sa mise en oeuvre
US6813594B2 (en) * 2001-05-03 2004-11-02 3D Systems, Inc. Automatic determination and selection of build parameters for solid freeform fabrication techniques based on automatic part feature recognition
US8331375B2 (en) * 2004-08-06 2012-12-11 Qualcomm Incorporated Technology agnostic QoS support in a multi-mode environment
US7568904B2 (en) * 2005-03-03 2009-08-04 Laser Solutions Co., Ltd. Stereolithography apparatus
GB0507484D0 (en) * 2005-04-14 2005-05-18 Univ Cardiff Manufacturing process improvement

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56144478A (en) 1980-04-12 1981-11-10 Hideo Kodama Stereoscopic figure drawing device
JPS6235966A (ja) 1984-08-08 1987-02-16 スリーデイー、システムズ、インコーポレーテッド 三次元の物体を作成する方法と装置
JP2000225647A (ja) * 1999-02-08 2000-08-15 Hyper Photon System:Kk 光造形装置
JP2000263652A (ja) * 1999-03-18 2000-09-26 Ntt Data Cmet Kk 光造形法及びその装置
JP2002103457A (ja) * 2000-09-29 2002-04-09 Sanyo Electric Co Ltd 光造形装置及び光造形品の制作方法
JP2001287273A (ja) * 2001-03-12 2001-10-16 Three D Syst Inc 立体造形方法及び装置
JP2005131938A (ja) * 2003-10-30 2005-05-26 Jsr Corp 光造形方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RYOGO KUBO: "Iwanami's Dictionary of Physic chemistry", 1987
See also references of EP1925429A4

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021080570A1 (en) * 2019-10-22 2021-04-29 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Recoater operation adjustments based on layer structures

Also Published As

Publication number Publication date
KR100949650B1 (ko) 2010-03-26
TWI372110B (ja) 2012-09-11
TW200720063A (en) 2007-06-01
US7736577B2 (en) 2010-06-15
KR20080047424A (ko) 2008-05-28
US20090261512A1 (en) 2009-10-22
EP1925429A4 (en) 2012-11-14
EP1925429A1 (en) 2008-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2007023724A1 (ja) 光造形装置および光造形方法
JP4525424B2 (ja) 光造形方法
JP6058819B2 (ja) ３次元物体の作製
US10589507B2 (en) Apparatus and method for forming three-dimensional objects using a curved build platform or curved solidification substrate
JP6438919B2 (ja) 光造形装置および光造形方法
CA3127485A1 (en) Systems, methods, and materials for ultra-high throughput additive manufacturing
JP5082537B2 (ja) 光造形方法及び光造形装置
JP4626446B2 (ja) 光造形装置および光造形方法
JP4650161B2 (ja) 光造形装置および光造形方法
JP2010036537A (ja) 光造形装置
JP2007008004A (ja) 光学部品、光学部品の製造方法及び光学部品用型の製造方法
JP2006272917A (ja) 光造形方法
JPH0523588B2 (ja)
KR20040102531A (ko) 마이크로 광 조형 방법 및 장치
JP2022023065A (ja) インプリントリソグラフィプロセスにおける光学層の構成
KR102006451B1 (ko) 광 유도 현상을 이용한 3차원 구조물의 제조 장치 및 방법
JPH07329190A (ja) 三次元物体の製造方法及び製造装置
JP5151319B2 (ja) 光造形方法
JP2007062130A (ja) マイクロ光デバイスの製造方法、マイクロ光デバイス用型の製造方法及びマイクロ光デバイス
JP2008238651A (ja) 光造形方法
JP2008213161A (ja) 光造形方法
JPH08238678A (ja) 光造形装置
JP2006321083A (ja) マイクロリアクターの製造方法及びマイクロリアクター用マスター型若しくは雌型の製造方法
JP2000085018A (ja) 光造形方法
JP2007076090A (ja) 光造形物の製造方法および洗浄方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 12064754

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2006796505

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1020087007082

Country of ref document: KR