WO2018062002A1

WO2018062002A1 - 三次元造形装置、三次元物体製造方法および三次元造形プログラム

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Publication number: WO2018062002A1
Application number: PCT/JP2017/034190
Authority: WO
Inventors: 雄一富岡; 英生源田
Original assignee: キヤノン株式会社
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2017-09-22
Publication date: 2018-04-05
Also published as: JP6849365B2; US10906246B2; JP2018051958A; US20190210285A1

Abstract

【課題】光硬化性樹脂内で硬化必要光量の分布や変化が生じても良好な造形精度を得る。【解決手段】三次元造形装置１００は、透光部２１２を有し、液状の光硬化性樹脂ＲＡを保持する容器２０１と、複数の画素２６１を有し、光源からの光を画素ごとに変調する光変調素子２５３と、光変調素子からの変調光を、透光部を通して光硬化性樹脂に照射する光学系２５０と、三次元形状データから生成された複数の二次元形状データのそれぞれに基づいて光変調素子を制御する制御部３００と、光硬化性樹脂のうち変調光を受けて硬化した硬化部ＷＡを透光部から離れる方向に移動させる移動部材２０２とを有する。制御部は、光硬化性樹脂における複数の樹脂領域のそれぞれに、該樹脂領域ごとの硬化必要光量に応じた照射光量の変調光が照射されるように光変調素子を制御する。

Description

三次元造形装置、三次元物体製造方法および三次元造形プログラム

　本発明は、光硬化性樹脂を硬化させて三次元物体を造形する技術に関する。

　三次元造形では、三次元物体の形状を示す三次元形状データから高さ方向の位置ごとの二次元形状データ（画像データ）を生成し、該断面形状データのそれぞれに対応する形状を有する造形層を順次形成して積層していくことで三次元物体（造形物）を得る。このような三次元造形方法の一つとして、特許文献１には、光硬化性樹脂を用いる方法が開示されている。

　具体的には、液状の光硬化性樹脂を保持する容器の底面を透光板で構成し、該透光板の下側から透光板を通して照射された光で光硬化性樹脂を硬化させる。この際、二次元配列された複数の画素を有する光変調素子によって上記断面形状データに応じて変調した光を光硬化性樹脂に一括投射（照射）することで１つの造形層の全体を同時に硬化させる。そして、硬化した造形層を上方に移動させて次の造形層を形成する工程を繰り返すことで三次元物体を造形することができる。

　この方法によれば、造形層ごとにレーザ光（スポット）で走査して光硬化性樹脂を順次硬化させる方法に比べて、造形に要する時間を短縮することが可能である。

特開２０１５－０１６６１０号公報

　しかしながら、特許文献１にて開示されたような三次元造形方法では、環境温度の変動や光硬化性樹脂の光硬化による発熱等によって光硬化性樹脂内での温度分布や温度変化が発生する。そして、光硬化性樹脂が硬化するために単位体積当たりに必要な照射光量である硬化必要光量は温度によって変動するため、造形中に光硬化性樹脂内で硬化必要光量の分布や変化が生じる。この結果、光硬化性樹脂に対して均一な光量の光を照射しても、硬化不足の領域や不要な硬化領域が生じたりして良好な造形精度が得られない。

　本発明は、造形中に光硬化性樹脂内での硬化反応率の分布や変化が生じても良好な造形精度が得られるようにした三次元造形装置等を提供する。

　本発明の一側面としての三次元造形装置は、透光部を有し、液状の光硬化性樹脂を保持する容器と、複数の画素を有して光源からの光を画素ごとに変調する光変調素子と、光変調素子からの変調光を、透光部を通して光硬化性樹脂に照射する光学系と、三次元形状データから生成された複数の二次元形状データのそれぞれに基づいて光変調素子を制御する制御部と、光硬化性樹脂のうち変調光を受けて硬化した硬化部を透光部から離れる方向に移動させる移動部材とを有する。光硬化性樹脂が所定の硬化率に硬化するのに単位体積当たりに必要とする変調光の照射光量を硬化必要光量とする。制御部は、光硬化性樹脂における複数の樹脂領域のそれぞれに、該樹脂領域ごとの硬化必要光量に応じた照射光量の変調光が照射されるように光変調素子を制御することを特徴とする。

　また、本発明の他の一側面としての三次元物体製造方法は、透光部を有する容器に液状の光硬化性樹脂を保持し、複数の画素を有して光源からの光を画素ごとに変調する光変調素子を、三次元形状データから生成された複数の二次元形状データのそれぞれに基づいて制御して、該光変調素子からの変調光を透光部を通して光硬化性樹脂に照射し、光硬化性樹脂のうち変調光を受けて硬化した硬化部を透光部から離れる方向に移動させて三次元物体を製造する方法である。該製造方法は、光硬化性樹脂が所定の硬化率に硬化するのに単位体積当たりに必要とする変調光の照射光量を硬化必要光量とするとき、光硬化性樹脂における複数の樹脂領域のそれぞれに、該樹脂領域ごとの硬化必要光量に応じた照射光量の変調光が照射されるように光変調素子を制御することを特徴とする。

　なお、上記三次元造形装置のコンピュータに上記三次元物体製造方法に従う三次元造形プロセスを実行させるコンピュータプログラムとしての三次元造形プログラムも、本発明の他の側面を構成する。

　本発明によれば、造形中に光硬化性樹脂内で硬化必要光量の分布や変化が生じても、それに応じて光硬化性樹脂への照射光量を樹脂領域ごとに制御することができるため、良好な造形精度を得ることができる。

本発明の実施例１である三次元造形装置の構成を示す図。実施例１の三次元造形装置に用いられる画像形成素子と造形ユニットを示す図。実施例１における三次元造形プロセスを示すフローチャート。実施例１におけるＸ方向での温度分布、硬化必要光量、照射光量および照射光量／硬化必要光量を示す図。実施例１における時間ごとの温度変化、硬化必要光量、照射光量および照射光量／硬化必要光量を示す図。本発明の実施例２である三次元造形装置の構成を示す図。本発明の実施例３である三次元造形装置の構成を示す図。実施例３の三次元造形プロセスを示すフローチャート本発明の実施例４である三次元造形装置の造形ユニットを示す図。光硬化性樹脂の光照射量と硬化率との関係を示す図。

　以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

　図１には、本発明の実施例１である三次元造形装置の構成を示す。三次元造形装置１００は、液状の光硬化性樹脂に後述する画像光を照射して硬化させることで形成した造形層を順次積層することで三次元造形物を形成する。本実施例では、画像光が紫外線（以下、ＵＶ光という）であり、光硬化性樹脂として紫外線硬化性樹脂（以下、ＵＶ硬化性樹脂という）を用いる場合を例として説明する。ただし、ＵＶ光以外の画像光およびＵＶ硬化性樹脂以外の光硬化性樹脂を用いてもよい。

　三次元造形装置１００は、造形ユニット２００と、造形ユニット２００を制御する制御部３００とを有する。制御部３００には、外部コンピュータである画像処理装置４００が接続されている。

　造形ユニット２００は、容器２０１と、移動部材としての保持板２０２と、移動機構２０３と、投射ユニット２５０とを有する。容器２０１は、液状のＵＶ硬化性樹脂ＲＡを保持する液槽であり、その上部には開口が形成されている。容器２０１は、容器本体２１１と、該容器本体２０１の底面に形成された開口を塞ぐように設けられた透光性を有する透光板（透光部）２１２とにより構成されている。ＵＶ硬化性樹脂ＲＡは、所定光量以上のＵＶ光が照射されたときに硬化する特性を有する。このため、硬化させる領域にのみ所定光量以上の光量のＵＶ光を照射することで、目的とする形状を有する造形物ＷＢを形成することができる。

　透光板２１２は、ＵＶ光を透過し、かつ酸素を透過するＵＶ／酸素透過性を有する。このような透光板２１２としては、薄いフッ素樹脂板、例えばテフロン（登録商標）ＡＦ２４００を用いることができる。透光板２１２は、空気中の酸素を透過してＵＶ硬化性樹脂ＲＡとの界面に酸素豊富な雰囲気を形成することでＵＶ硬化性樹脂ＲＡのＵＶ光による硬化（ラジカル重合反応）を妨げる。すなわち、ＵＶ硬化性樹脂ＲＡは、ＵＶ光により硬化する一方、酸素豊富な環境では硬化が妨げられる特性を有する。

　このため、図２（Ｂ）に示すように、透光板２１２の近傍には、ＵＶ硬化性樹脂ＲＡがＵＶ光を受けても硬化しないデッドゾーン（不感帯）ＤＺが層状に形成される。そして、ＵＶ硬化性樹脂ＲＡのうちデッドゾーンＤＺの直上に位置する層状の部分（以下、造形樹脂液層という）ＰＡがＵＶ光（画像光）を受けることで硬化して、硬化部としての造形層（造形途中の中間物）ＷＡを形成する。これにより、造形層ＷＡが透光板２１２に付着することはない。

　なお、透光板２１２を透過する酸素は、上述した空気中の酸素を用いてもよいし、不図示の酸素供給装置（ノズル）を透光板２１２の近傍に配置して透光板２１２に向けて酸素を供給するようにしてもよい。造形ユニット２００または三次元造形装置１００全体を高圧酸素雰囲気中に配置してもよい。

　移動機構２０３は、容器２０１の上部開口を通して保持板２０２を上下方向に移動させる。移動機構２０３は、パルスモータとボールねじ等により構成され、制御部３００からの制御によって任意の速度または任意のピッチで保持板２０２を移動させる。以下の説明では、図１中の移動機構２０３による保持板２０２の移動方向（図の上下方向）をＺ方向（厚み方向）とし、該Ｚ方向に直交する方向（図の左右方向）をＸ方向とする。さらに、Ｚ方向およびＸ方向に直交する方向（図中の奥行き方向）をＹ方向とする。

　移動機構２０３は、Ｚ方向において、保持板２０２を透光板２１２から離れる方向（上方）および透光板２１２に近づける方向（下方）に移動させる。造形中は、保持板２０２を上記デッドゾーンＤＺに近づいて対向した下端位置から上方に移動させる。保持板２０２が下端位置にある状態で透光板２１２を通して画像光をＵＶ硬化性樹脂ＲＡに照射することで最初の造形層が保持板２０２に付着した状態で形成される。そして、最初の造形層が下端位置から所定量だけ引き上げられた状態で透光板２１２を通して画像光をＵＶ硬化性樹脂ＲＡに照射することで、最初の造形層とデッドゾーンＤＺとの間で次の造形層が最初の造形層に積層されて形成される。この工程を繰り返すことで、順次形成される複数の造形層ＷＡが積層された造形物ＷＢを形成することができる。

　容器２０１の下側には投射ユニット２５０が配置されている。投射ユニット２５０は、ＵＶ光源２５１と、ビームスプリッタ２５２と、光変調素子としての画像形成素子２５３と、駆動機構２５４と、投射光学系２５５とを有する。必要に応じて、投射ユニット２５０に投射光路を変更する別の光学素子を追加してもよい。

　ＵＶ光源２５１、ビームスプリッタ２５２および光変調素子２５３は水平方向であるＸ方向に直列に配置されている。ビームスプリッタ２５２の上方（Ｚ方向）には、投射光学系２５５が配置されている。投射光学系２５５は、その光出射面が透光板２１２に対向するように配置されている。

　ＵＶ光源２５１は、ＵＶ光を発するＬＥＤや高圧水銀ランプ等により構成されている。ＵＶ光源２５１から発せられたＵＶ光は、ビームスプリッタ２５２を透過して画像形成素子２５３にＵＶ光を照射する。

　画像形成素子２５３は、複数の画素を有し、照射されたＵＶ光を画素ごとに変調して変調光としての画像光を生成する。本実施例では、画像形成素子２５３として、ＤＭＤ（Digital Micro mirror Device）を用いる。ＤＭＤとしての画像形成素子２５３は、図２（Ａ）に示すように、二次元配列された複数の画素２６１のそれぞれが、２つの角度位置（オン位置とオフ位置）の間で移動（回動）する微細な反射ミラーで構成されている。各画素２６１は、反射ミラーがオン位置にあるオン状態と反射ミラーがオフ位置にあるオフ状態とで明暗を表現する２値制御が可能である。

　画像処理装置４００は、三次元物体の形状データとして予め用意された三次元形状データからＺ方向での複数の断面の二次元形状データとしての複数の原画像データを生成する。各原画像データは、二次元の複数の画素位置に対して造形画素位置であることを示す１または非造形画素位置であることを示す０を含む２値化データである。画像処理装置４００は、複数の原画像データが時系列に配列された動画像データを制御部３００に出力する。

　制御部３００は、動画像データ内の複数の原画像データに対して、後述する硬化必要光量に応じた明るさ（画像形成素子２５３からの照射光量）に関する補正を行って複数の補正画像データを生成する。そして、これら複数の補正画像データ（二次元形状データ）のそれぞれに基づいて、順次、画像形成素子２５３の画素２６１ごとの２値制御を行うことで、上述したようにＵＶ光を画素２６１ごとに変調して画像光を生成する。なお、制御部３００は、各画素２６１のオン状態とオフ状態との切り替えを高速で行うデューティ制御を行って中間調を表現することもできる。制御部３００は、変換部としても機能する。

　また、本実施例では、画像形成素子２５３としてＤＭＤを用いる場合について説明するが、画像形成素子２５３として反射型液晶パネルを用いてもよいし、透過型液晶パネルを用いてもよい。この場合も、画素の反射率または透過率の２値制御による明暗表現だけでなく、反射率または透過率の高速スイッチングによる中間調表現も可能である。その他、明暗や中間調を有する画像光を形成できる素子であれば、画像形成素子２５３として用いることができる。

　ビームスプリッタ２５２は、前述したようにＵＶ光源２５１からのＵＶ光を透過させ、画像形成素子２５３からの画像光を投射光学系２５５に向けて反射する。投射光学系２５５は、１つまたは複数のレンズにより構成されており、画像形成素子２５３（ビームスプリッタ２５２）からの画像光を、容器２０１内において画像形成素子２５３と光学的に共役な位置に結像させるように投射（照射）する。本実施例では、この画像光の結像位置を造形位置とする。造形位置は、容器２０１内における上述したデッドゾーンＤＺの直上の位置であり、ＵＶ硬化性樹脂ＲＡのうち造形位置にある造形樹脂液層ＰＡが画像光を受けることで造形層ＷＡが形成される。画像形成素子２５３の各画素からの画像光を造形位置に結像させる、すなわち最も絞った状態とすることにより、良好な解像度の造形層ＷＡを形成することができる。

　制御部３００は、ＵＶ光源２５１、移動機構２０３、画像形成素子２５３および駆動機構２５４を制御し、上述した動画像データに応じた造形層ＷＡの形成（硬化）と同期した速度で連続的または断続的に移動機構２０３に保持板２０２を引き上げさせる。これにより、保持板２０２によって上端が保持された造形物ＷＢが成長するように三次元造形が行われる。

　このように本実施例の三次元造形装置１００は、順次積層される複数の造形層ＷＡのそれぞれを形成する際に、投射ユニット２５０から画像光を造形位置に一括投射して造形樹脂液層ＰＡを一度に硬化させる。このため、各造形層をレーザ光の走査により形成したり、ＵＶ硬化性樹脂を塗布してから光を照射して形成したりする他の装置に比べて、造形物ＷＢの造形に要する時間を短くすることができる。

　制御部３００は、ＣＰＵ３０１と、ＣＰＵ３０１の演算に用いられる作業領域を有するＲＡＭ３０２と、ＲＯＭ３０３とを有するコンピュータとして構成されている。ＲＯＭ３０３は、プログラム３０４が記録された記録媒体であり、ＥＥＰＲＯＭ等の書き換え可能な不揮発性のメモリである。ＣＰＵ３０１は、ＲＯＭ３０３に記録されたコンピュータプログラムとしての三次元造形プログラム３０４を読み出して造形ユニット２００を制御する後述する三次元造形プロセス（三次元物体製造方法）を実行する。

　なお、三次元造形プログラム３０４は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、例えば不揮発性メモリ（半導体メモリ等）、記録ディスク（光ディスクや磁気ディスク）、外部記憶装置（ハードディスク）等に記録されていてもよい。

　従来の三次元造形装置において造形を行う際に、環境の変動やＵＶ硬化性樹脂の光硬化による発熱等によってＵＶ硬化性樹脂内での温度分布や温度変化が発生する。ＵＶ硬化性樹脂が所定の硬化率に硬化するのに必要な単位体積当たりの光量（以下、硬化必要光量という）は温度によって変動する。このため、造形中に発生した温度分布や温度変化によって光硬化性樹脂（造形樹脂液層）内で硬化必要光量に分布や変化が生じる。この結果、造形樹脂液層に対して均一な光量のＵＶ光が照射されても、造形層に硬化不足の領域や不要な硬化領域が生じる等の造形不良が生じて良好な造形精度が得られない。

　図１０には、一般的な光硬化性樹脂であるアクリル樹脂の光照射量と硬化率との関係を示している。硬化率（または硬化反応率）とは、同一のエネルギーを有する光が照射された光硬化性樹脂の全体に対して硬化している割合を示す。アクリル樹脂等の一般的な光硬化性樹脂は、同一光量の光が照射されたときに温度が高いほど硬化率が高くなる特性を有する。すなわち、温度が高いほど硬化必要光量が少なくなる特性を有する。前述したように三次元造形に用いる光硬化性樹脂が温度分布を有する場合に該光硬化性樹脂に均一な光照射量を与えると、領域によって硬化不足が発生したり不要硬化が発生したりして造形不良が生じる。本実施例は、ＵＶ硬化性樹脂ＲＡ（造形樹脂液層ＰＡ）内の樹脂領域ごとに単位体積当たりのＵＶ光の照射量を制御することで、このような造形不良の発生を抑えることができる。

　本実施例では、以下に説明する三次元造形プロセスを実行する。図３のフローチャートには、本実施例において制御部３００内のＣＰＵ３０１が前述した三次元造形プログラムに従って実行する三次元造形プロセスの流れを示している。

　ステップＳ１において、ＣＰＵ３０１は、画像処理装置４００から複数の原画像データが時系列に配列された動画像データ、つまりは造形する三次元物体の三次元形状データを取得する。

　次にステップＳ２において、ＣＰＵ３０１は、図１に示す温度検出手段としてのサーモグラフィセンサ（赤外線カメラ）２５６を用いて、透光板２１２の温度分布をリアルタイムに検出（計測）する。透光板２１２は、前述したデッドゾーンＤＺを挟んで前述した造形位置の近傍に位置する。このため、透光板２１２の温度分布を検出することは、造形位置にある造形樹脂液層ＰＡの温度分布を取得することと等価である。透光板２１２の温度分布と造形樹脂液層ＰＡの実際の温度分布とに差が生じる場合は、検出した透光板２１２の温度分布を補正して造形樹脂液層ＰＡの温度分布として用いればよい。

　本実施例では、造形樹脂液層ＰＡをＸ方向およびＹ方向のそれぞれに複数に分割することで複数の樹脂領域を設け、検出した温度分布から樹脂領域ごとの温度を取得する。１つの樹脂領域は、画像形成素子２５３の１または２以上の画素から画像光を受ける領域である。また、サーモグラフィセンサ２５６によって所定時間ごとに温度分布を検出することで、樹脂領域ごとの温度変化も検出することができる。なお、造形樹脂液層ＰＡの温度分布を直接、検出する方法を採用してもよい。

　次にステップＳ３において、ＣＰＵ３０１は、ステップＳ２で検出した温度分布や温度変化に基づいて、複数の原画像データのそれぞれについて複数の樹脂領域のそれぞれの硬化必要光量を取得する。ここでは、様々な温度分布や温度に対応する硬化必要光量を含むデータテーブルが予めＲＡＭ３０２内の記憶部３０５に記憶されており、ＣＰＵ３０１は、検出された温度分布や温度に対応する硬化必要光量をデータテーブルから読み出す。なお、ＣＰＵ３０１は、演算式を用いて樹脂領域ごとの硬化必要光量を算出してもよい。

　次のステップＳ４では、ＣＰＵ３０１は、ステップＳ１で取得したそれぞれの原画像データにおける各樹脂領域に対応するデータ領域ごとに、ステップＳ３で取得した硬化必要光量に基づく補正を行って補正画像データを生成する。画像形成素子２５３は、画素２６１をオン時間の間だけオン状態に維持し、その後オフ状態とすることで、該オン時間に対応する照射光量の画像光をＵＶ硬化性樹脂ＲＡの樹脂領域に照射することができる。オン時間とオフ状態を維持するオフ時間との比またはオン時間／（オン時間＋オフ時間）を照射デューティ比という。

　ＣＰＵ３０１は、原画像データのデータ領域に対して設定されたオン時間（照射デューティ比）に対応する照射光量が硬化必要光量に足りない場合は、硬化必要光量に等しい照射光量が得られるように該データ領域のオン時間を増加させた補正画像データを生成する。逆に、原画像データのデータ領域に対して設定されたオン時間に対応する照射光量が硬化必要光量より多すぎる場合には、該硬化必要光量に等しい照射光量が得られるようにそのデータ領域のオン時間を減少させた補正画像データを生成する。

　次にステップＳ５では、ＣＰＵ３０１は、複数の補正画像データに対応する画像光を順次、造形樹脂液層ＰＡに照射する。また、補正画像データに対応する画像光の照射に同期して保持板２０２が上方に移動するように移動機構２０３を制御する。このようにして所定時間の間、複数の造形層ＷＡからなる造形物ＷＢの造形を行う。

　次にステップＳ６において、ＣＰＵ３０１は、補正画像データの全てについて画像光の照射が終了したか否かを判断する。残りの補正画像データがあればステップＳ２に戻って全補正画像データについての画像光の照射が終了するまでステップＳ２からステップＳ５までの処理を繰り返す。

　ここで、造形物の造形開始からの時間の経過に伴って光硬化により生じた熱や三次元造形装置１００が設置された空間の温度の変化によって、造形樹脂液層ＰＡの温度が変化するおそれがある。このため、本実施例では、上記所定時間ごとにステップＳ２からステップＳ４の処理を繰り返した上でステップＳ５にて造形を行うようにしている。すなわち、ＣＰＵ３０１は、造形中において所定時間ごとに透光板２１２（造形樹脂液層ＰＡ）の温度分布を検出し、該温度の変化に応じて新たな硬化必要光量をデータテーブルから読み出して補正画像データを更新する。これにより、造形開始から終了に至るまで造形層ＷＡの歪みの発生を抑えることができる。

　図４（Ａ）には、本実施例の三次元造形装置１００において造形樹脂液層ＰＡのＸ方向での温度分布の例を示している。一般的な造形物の造形においては、中心部の方が周辺部より温度が高くなる。図４（Ｂ）には、図４（Ａ）に示した温度分布を有する場合の造形樹脂液層ＰＡにおけるＸ方向での硬化必要光量の分布の例を示している。造形樹脂液層ＰＡのうち温度が高い中心部の樹脂領域（第１の樹脂領域）の硬化必要光量は、温度が低い周辺部（第２の樹脂領域）の硬化必要光量よりも少なくなっている。

　そして、図４（Ｃ）には、本実施例の三次元造形プロセスにより制御されるＸ方向での複数の樹脂領域における単位体積当たりの画像光の照射光量の例を示している。照射光量は、図４（Ｂ）に示した硬化必要光量が少ない中心部の樹脂領域に対しては少なく設定され、硬化必要光量が少ない周辺部の樹脂領域に対しては多く設定される。

　このような照射光量の制御（画像形成素子２５３の制御）により、図４（Ｄ）に示すように、樹脂領域ごとの単位体積当たりの照射光量の硬化必要光量に対する比率が、全ての樹脂領域においてほぼ同じ（概ね１）となる。言い換えれば、全ての樹脂領域においてほぼ目標とする硬化率が得られる。これにより、造形物ＷＢの造形を良好な造形精度で行うことができる。

　なお、図４（Ａ）～（Ｄ）ではＸ方向についてのみ説明したが、Ｙ方向についても同様である。

　また、図５（Ａ）には、造形の開始から終了までの時間ごとの造形樹脂液層ＰＡのある樹脂領域（例えば中心部）の温度変化の例を示している。造形開始からの時間の経過とともに造形樹脂液層ＰＡ内で熱が蓄積していきその温度が高くなっていく。図５（Ｂ）には、図５（Ａ）に示した樹脂領域の温度変化に対する硬化必要光量の変化の例を示している。該樹脂領域の温度が高くなるほど、硬化必要光量が少なくなっている。

　そして、図５（Ｃ）には、本実施例の三次元造形プロセスにより造形開始からの経過時間に応じて制御される樹脂領域における単位体積当たりの画像光の照射光量の例を示している。図５（Ｂ）に示した硬化必要光量が少なくなっていくのに応じて、照射光量も少なくなるように制御される。なお、時間の経過に伴ってＺ方向において順次異なる造形層ＷＡが形成されていくため、各造形層ＷＡの造形ごとに造形樹脂液層ＰＡ（樹脂領域）に対する照射光量が制御されることになる。このことは、ＸおよびＹ方向の各樹脂領域について同様である。

　このような照射光量の制御により、図５（Ｄ）に示すように、樹脂領域の単位体積当たりの照射光量の硬化必要光量に対する比率が、時間の経過（すなわち温度の上昇）にかかわらず、１に対して大きくは変化しないようになる。言い換えれば、造形開始から終了まで各樹脂領域においてほぼ目標とする硬化率が得られる。これにより、造形物ＷＢの造形を良好な造形精度で行うことができる。

　なお、図４（Ａ）～（Ｄ）および図５（Ａ）～（Ｄ）におけるデータ変換比率を異ならせるデータ領域や時間の分割数は説明のための例に過ぎず、分割数をできるだけ多くすることで、造形物の硬化不良を十分に小さく抑えることができる。

　次に、図６を用いて、本発明の実施例２である三次元処理装置１００′について説明する。本実施例の三次元処理装置１００′における基本的な構成は実施例１と同じであり、共通する構成要素には実施例１と同符号を付して説明に代える。

　本実施例では、容器２０１内にＵＶ硬化性樹脂ＲＡの温度を検出する温度センサ２５８を設けている。これにより、ＵＶ硬化性樹脂ＲＡの温度（の変化）を直接、かつリアルタイムに検出する。

　そして本実施例でも、実施例１で図５（Ａ）～（Ｄ）を用いて説明したように、ＵＶ硬化性樹脂ＲＡの温度変化に応じて造形開始から時間（Ｚ方向に順次形成される造形層ＷＡの造形）ごとにＵＶ硬化性樹脂ＲＡの単位体積当たりの画像光の照射光量を設定する。これにより、造形中の温度変化により生じる硬化必要光量の変化に起因する造形不良の発生を抑えることができる。

　次に、本発明の実施例２での三次元処理装置１００″について図７を用いて説明する。本実施例の三次元処理装置１００″における基本的な構成は実施例１と同じであり、共通する構成要素には実施例１と同符号を付して説明に代える。

　実施例１，２では、サーモグラフィセンサ２５６や温度センサ２５８を用いてＵＶ硬化性樹脂ＲＡの温度分布や温度変化を検出した。一方、本実施例ではそのような温度を検出するセンサを設けず、三次元形状データから造形中の温度分布や温度変化を予測する。そして、該予測結果に応じた硬化必要光量を取得し、該硬化必要光量に対してＸ方向（およびＹ方向）の複数の樹脂領域や各樹脂領域でのＺ方向の造形ごとの単位体積当たりの照射光量を設定する。これにより、サーモグラフィセンサ２５６や温度センサ２５８を省いたより簡易な装置構成により造形不良の発生を抑えることができる。

　造形物の造形に用いられる三次元形状データを解析することで、造形中におけるＵＶ硬化性樹脂ＲＡの樹脂領域ごとの画像光の照射タイミングや照射回数等の情報である照射予定情報を予め取得することができる。そしてこのような樹脂領域ごとの照射予定情報から造形中におけるＵＶ硬化性樹脂ＲＡの温度分布や温度変化を予測することが可能である。すなわち、三次元形状データから予測された画像光の照射予定情報を、温度分布や温度変化に関する情報として用いることができる。

　より具体的には、各樹脂領域において時間ごとの照射予定情報を移動平均した結果から温度分布や温度変化を予測する。そして、予測した温度分布や温度変化に応じて、実施例１にて図４（Ａ）～（Ｄ）や図５（Ａ）～（Ｄ）を用いて説明したように硬化必要光量を取得し、さらに照射光量を制御する。

　図８のフローチャートには、本実施例においてＣＰＵ３０１が三次元造形プログラムに従って実行する三次元造形プロセスの流れを示している。図８のフローチャートのうちステップＳ１およびステップＳ４～６は実施例１で図３に示したフローチャートと同じである。

　図８のステップＳ１２では、ＣＰＵ３０１は、ステップＳ１で取得した三次元データ（複数の原画像データ）を解析して上述したように造形中におけるＵＶ硬化性樹脂ＲＡの樹脂領域ごとの照射予定情報を取得する。そして、該照射予定情報から予測した造形中におけるＵＶ硬化性樹脂ＲＡの温度分布や温度変化に基づいて、樹脂領域ごとの硬化必要光量を取得する。その後、ステップＳ４に進む。

　本実施例では、温度を実際に検出することなく、三次元データを解析して取得した照射予定情報から造形中の温度分布や温度変化を予測して硬化必要光量を取得する。これに代えて、同様に温度を実際に検出しない他のデータ変換比率の設定方法を用いてもよい。例えば、造形物ＷＢ用の三次元形状データとは異なる歪み校正用三次元形状データを用意して校正用造形物の造形を行い、該校正用造形物の形状を計測した結果に基づいてデータ変換比率を設定して記憶部３０５に記憶させてもよい。この際、異なる複数の温度で造形を行った複数の較正用造形物の硬化率を測定すればよい。

　また、本実施例で説明した構成と実施例１または２で説明した構成とを組み合わせてもよい。例えば、本実施例の構成で予測した温度分布や温度変化に基づいて取得した硬化必要光量を、実施例１または２の構成で造形中に実際に検出した温度分布や温度変化に応じて補正する。これにより、温度分布等を予測した時点とは異なる実際の造形中の環境温度の変化の影響を低減しつつ造形不良の発生を抑えることができる。

　実施例１～３では、造形ユニット２００において、容器２０１の底部に設けられた透光板２１２を通して画像光を容器２０１内のＵＶ硬化性樹脂ＲＡに照射する場合について説明した。しかし、図９（Ａ）に示す本発明の実施例３の造形ユニット２００′のように、投射ユニット２５０からの画像光を容器２０１′の天井部に設けた透光板２１２を通してＵＶ硬化性樹脂ＲＡに照射してもよい。この場合、移動機構２０３′により保持板２０２′を下方に移動させながら造形層ＷＡを順次形成していけばよい。

　また、図９（Ｂ）に示す造形ユニット２００″のように、投射ユニット２５０からの画像光を容器２０１″の側面部に設けた透光板２１２を通してＵＶ硬化性樹脂ＲＡに照射してもよい。この場合、移動機構２０３″により保持板２０２″を透光板２１２から離れる水平方向に移動させながら造形層ＷＡを順次形成していけばよい。

　図９（Ａ），（Ｂ）に示す構成においても、環境温度の変動や光硬化時に発生する熱によって温度分布および変化が生じて造形不良が生じ得る。このため、実施例１～３で説明した三次元造形プロセスを実行することで、造形不良の発生を抑えることができる。

　また、上述した各実施例では、透光板２１２を透過した酸素によってデッドゾーンが形成される場合について説明した。しかし、ＵＶ硬化性樹脂ＲＡと透光板２１２との間にＵＶ硬化性樹脂ＲＡとは異なる離形剤（離形層）を設けてもよいし、容器２０１（２０１′，２０１″）を微細振動させることで造形層が透光板２１２に付着しないようにしてもよい。
（その他の実施例）
　本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

　以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

Claims

　透光部を有し、液状の光硬化性樹脂を保持する容器と、
　複数の画素を有し、光源からの光を前記画素ごとに変調する光変調素子と、
　前記光変調素子からの変調光を、前記透光部を通して前記光硬化性樹脂に照射する光学系と、
　三次元形状データから生成された複数の二次元形状データのそれぞれに基づいて前記光変調素子を制御する制御部と、
　前記光硬化性樹脂のうち前記変調光を受けて硬化した硬化部を前記透光部から離れる方向に移動させる移動部材とを有し、
　前記光硬化性樹脂が所定の硬化率に硬化するのに単位体積当たりに必要とする前記変調光の照射光量を硬化必要光量とするとき、
　前記制御部は、前記光硬化性樹脂における複数の樹脂領域のそれぞれに、該樹脂領域ごとの前記硬化必要光量に応じた照射光量の前記変調光が照射されるように前記光変調素子を制御することを特徴とする三次元造形装置。
　前記制御部は、前記複数の二次元形状データのそれぞれに基づく前記変調光の照射ごとの前記硬化必要光量に応じた前記照射光量の前記変調光が前記複数の樹脂領域のそれぞれに照射されるように前記光変調素子を制御することを特徴とする請求項１に記載の三次元造形装置。
　前記制御部は、前記複数の樹脂領域のうち第１の樹脂領域の前記硬化必要光量が第２の樹脂領域の前記硬化必要光量より少ない場合に、前記第１の樹脂領域に対する前記照射光量が前記第２の樹脂領域に対する前記照射光量より少なくなるように前記光変調素子を制御することを特徴とする請求項１に記載の三次元造形装置。
　前記制御部は、前記硬化必要光量に応じて、前記光変調素子の前記画素の照射デューティ比を制御することを特徴とする請求項１に記載の三次元造形装置。
　前記光硬化性樹脂の温度分布または温度変化を検出するための温度検出手段を有し、
　前記制御部は、前記温度検出手段により検出された前記温度分布または前記温度変化に応じて、前記樹脂領域ごとの前記硬化必要光量に応じた前記照射光量を設定することを特徴とする請求項１に記載の三次元造形装置。
　前記制御部は、前記三次元形状データに応じて、前記樹脂領域ごとの前記硬化必要光量を取得することを特徴とする請求項１に記載の三次元造形装置。
　前記制御部は、前記三次元形状データに応じた前記複数の樹脂領域に対する前記変調光の照射予定情報を用いて、前記樹脂領域ごとの前記硬化必要光量を取得することを特徴とする請求項６に記載の三次元造形装置。
　前記変換部は、校正用三次元形状データに基づいて前記光変調素子を制御することで形成された前記硬化部の形状を計測した結果を用いて、前記樹脂領域ごとの前記硬化必要光量を取得することを特徴とする請求項１に記載の三次元造形装置。
　透光部を有する容器に液状の光硬化性樹脂を保持し、
　複数の画素を有して光源からの光を前記画素ごとに変調する光変調素子を、三次元形状データから生成された複数の二次元形状データのそれぞれに基づいて制御して、該光変調素子からの変調光を前記透光部を通して前記光硬化性樹脂に照射し、
　前記光硬化性樹脂のうち前記変調光を受けて硬化した硬化部を前記透光部から離れる方向に移動させて三次元物体を製造する三次元物体製造方法であって、
　前記光硬化性樹脂が所定の硬化率に硬化するのに単位体積当たりに必要とする前記変調光の照射光量を硬化必要光量とするとき、
　前記光硬化性樹脂における複数の樹脂領域のそれぞれに、該樹脂領域ごとの前記硬化必要光量に応じた照射光量の前記変調光が照射されるように前記光変調素子を制御することを特徴とする三次元物体製造方法。
　透光部を有して液状の光硬化性樹脂を保持する容器と、複数の画素を有して光源からの光を前記画素ごとに変調する光変調素子と、前記光変調素子からの変調光を前記透光部を通して前記光硬化性樹脂に照射する光学系とを有する三次元造形装置のコンピュータに三次元造形プロセスを実行させるコンピュータプログラムであって、
　前記コンピュータに、
　三次元形状データから生成された複数の二次元形状データのそれぞれに基づいて前記光変調素子を制御させ、
　前記光硬化性樹脂のうち前記変調光を受けて硬化した硬化部を前記透光部から離れる方向に移動させる処理を行わせ、
　前記光硬化性樹脂が所定の硬化率に硬化するのに単位体積当たりに必要とする前記変調光の照射光量を硬化必要光量とするとき、
　さらに前記コンピュータに、前記光硬化性樹脂における複数の樹脂領域のそれぞれに、該樹脂領域ごとの前記硬化必要光量に応じた照射光量の前記変調光が照射されるように前記光変調素子を制御させることを特徴とする三次元造形プログラム。