JPH01237122A - 厚肉断面体の光学的造形法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光硬化性流動物質に光を照射して目的形状の厚
肉断面の硬化体を製造する光学的造形法に係り、特に硬
化収縮を緩和し、硬化体の製作精度を向上できるように
した光学的造形法に関する。

［従来の技術］ 光硬化性樹脂等の光硬化性流動物質に光束を照射して、
該照射部分を硬化させ、この硬化部分を水平方向に連続
させると共に、さらにその上側に光硬化性流動物質を供
給して同様にして硬化させることにより上下方向にも硬
化体を連続させ、これを繰り返すことにより目的形状の
硬化体を製造する光学的造形法は特開昭６０−２４７５
１５号、６２−３５９６６号、６２−１０１４０８号な
どにより公知である。また、目的形状の硬化体−断面に
相当するスリットを有する造形用マスクを通して光を照
射して硬化させ、次に硬化層の上に未硬化の光硬化性流
動物質を存在させると共にこの造形用マスクを目的形状
の硬化体の高さ方向に隣接する一断面に相当するスリッ
トに有するものに交換し、再び光を照射する工程を繰り
返すことにより目的形状の硬化体を製造する光学的造形
法も公知である（例えば、上記特開昭６２−３５９６６
号）。

厚肉断面体を創成するために、光束を左右に細かく連続
的に往復動させながら走査する方法が公知である（上記
特開昭６２−１０１４０８号の第２図）。

［発明が解決しようとする課題］ 光硬化性樹脂は、その硬化の時収縮を起こし、樹脂によ
るモデル製作に当って収縮による精度上の問題が生じ、
これを解決することが実用上極めて重要である。また、
硬化収縮により硬化体に亀裂が生じるおそれもあった。

光束を左右に細かく往復動させる方法は、光束の走査機
構が複雑であり、制御が難しい。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、光束を走査することにより目的形状の硬化体
の一断面に相当する光硬化性流動物質の硬化層を形成す
る工程を有した光学的造形法において、前記硬化工程と
して、移動中の光束を断続させることにより硬化点を列
状に連続して形成すると共に、この硬化点列を複数列隣
接させて硬化点列が集合した帯状部を形成する第１の工
程と、次にこの帯状部を幅方向に被う太さの本光束を帯
状部に照射して硬化点間の未硬化部を硬化させる第２の
工程と、を備えている。

［作　用］ 本発明において、光硬化性流動物質は次のようにして硬
化して目的形状の立体が創成される。

（ａ）　　第１の工程において、光束を断続させて光硬
化性流動物質に照射すると、光が照射された点において
硬化が開始する。

（ｂ）　　　（ａ）の硬化部を核部として硬化が外へ広
がる。

（Ｃ）　　続いて、第２の工程において本光束を照射す
ると未硬化の光硬化性流動物質も硬化し、（ａ）で生じ
た核部が互いに接続して一体化する。

このように、第１の工程でまず硬化の核部が生じるので
あるが、この核部が極めて多数であり、かつ硬化体中に
均一に分散して存在することになるので、収縮応力の分
散が図れる。また、核部を中心として硬化、収縮が進行
しているときには、その周囲は未硬化の光硬化性流動物
質によって囲まれているので、該周囲においては収縮応
力は発生せず、核部の収縮応力もほとんど発生しない。

そして、この核部の硬化が周囲に伝播するに際しても、
該周囲のさらに外周に未硬化の光硬化性流動物質が存在
しているかぎりは硬化進行領域には収縮応力はほとんど
発生しない。このように、本発明方法によれば収縮応力
の絶対値自体も極めて小さな値となる。

本発明では、上記核部となる硬化物が列状に複数列並列
されるので、厚肉断面体を創成できる。

［実施例］ 第１図は本発明を実施するための装置の構成図である。

第２．３図はマスク１８．１９の平面図である。

容器１１内には光硬化性流動物質１２が収容され、その
液面１３に向けて光束１４を照射するようにレンズ１５
、ミラー１６．１７、ミラー１６を水平方向に走査する
ミラー移動装置１６ａ、マスク１＼８．１９、マスク回
転装置２０等よりなる光学系が設けられている。

容器１１内にはテーブル２１が設置され、該テーブル２
１はエレベータ２２により昇降可能とされている。

これら移動装置１６ａ、回転装置２０、エレベータ２２
はコンピュータ２３により制御される。

マスク１８．１９にはそれぞれ等半径位に大孔１８ａ、
１９ａが穿設されると共に、マスク１８には小孔１８ｂ
が穿設されている。

なお、マスク１８は、２ケの孔数に限らす異径の多孔マ
スクとしても良い。また、マスク１９も１ケ以上の大孔
を有する多孔マスクとしても良い。

一方のマスク１８は固定マスクであり、回転装置２０の
モータ２０ａの回転シャフト２０ｂと同軸に配置されて
いる。このマスク１８はモータ２０ａによって回転はさ
れないが、ステップモータ（図示略）等の適宜の駆動装
置により、シャフト２０ｂの周回における設置姿勢を変
更し得るように回転装置２０のマシンボックス２０ｃに
枢支されている。

他方のマスク１９はモータ回転軸２０ｂに固着されてい
る。

なお、本実施例ではマスク１８とマスク１９は、回転シ
ャフト２０ｂの中心となるように配置されているが、以
下に説明する第４図、第５図及び第１１図のようにマス
ク１８を調節できれば同軸に配置する必要はなく、別軸
としても良い。

光束１４は光源（図示略）からの光源光束２４がミラー
１６．１７で反射されたものであり、固定マスク１８の
孔１８ａ又は１８ｂを通過し、さらに回転マスク１９の
孔１９ａが該１８ａ１１８ｂと重なり合うときには該孔
１９ａをも通過して液面１３に到達する。

本発明において、目的形状の立体は、それを例えば水平
方向に高さを少しずつ変えて多数の輪切りとなし、この
輪切り体を積み重ねたものとして創成されるのであるが
、本発明はこの任意の輪切り体の肉厚を大きくできるよ
うにしたものである。そして、このために、本発明では
上記光束１４の断続的照射によって硬化点列を形成し、
かつこの硬化点列を複数列並列させる第１の工程を有し
ている。

そこで、以下に上記装置によって硬化点列を３列並列さ
せる場合の光束操作方法の一例について説明する。

この場合、まず、第４図の如くマスク１８の小孔１８ｂ
が光束１４の進行方向Ａから反時計方向に小角度ａだけ
回った位置となるように該マスク１８をセットする。そ
して、マスク１９を回転させながらミラー駆動装置１６
ａによフて、ミラー１６、マスク回転装置２０．マスク
１８．１９を一体的に第１図の右方向に６動させる。

これにより、ミラー１６で反射された光束１４も同速度
で第１図右方向に移力するが、この際該光束１４はマス
ク１９によってカットされ、孔１９ａが孔１８ｂの下に
入り込んできたときだけ光束１４が液面１３に照射され
る。

従って、光束の照射される部分は第７図の如く、点状に
なり、かつこの点は目的形状体の形成しようとする断面
５０の中心５１から所要距離ｄたけシフトしている。こ
の点状に光束１４が照射された部分は硬化して硬化点６
ｏとなり、列状に連なることにより硬化点列６１を形成
する。

次にマスク１８を時計方向に小角度ａだけ回し、小孔１
８ｂが第５図の如くマスク１８の中心に対し正確に光束
進行方向Ａ上に位置するようにマスク１８をセットする
。そして、マスク１９を回転させながら光束１４を第１
図の右方向に８動させる。そうすると、第８図の如く、
形成しようとする断面５０の中心５１上に、光束１４が
点々と照射され、中央の硬化点列６２が形成される。

次に、マスク１８をさらに時計方向に小角度ａだけ回し
、孔１８ｂがマスク１８の中心に対し進行方向Ａから時
計方向に小角度ａだけずれた位置となるようにマスク１
８をセットする。この状態でマスク１９の回転と光束１
４の走査を行なうことにより、第９図の如く形成しよう
とする断面５０の一辺に沿って硬化点列６３が形成され
る。

しかる後、第１１図の如く、マスク１８の大孔１８ａが
マスク中心に対して正確に光束進行方向Ａ上に位置する
ようにマスク１８を回し、マスク１９の回転及び光束１
４の走査を行なう。もしくは、マスク１９の大孔１９ａ
をマスク１８の大孔１８ａと合致させて固定し、該マス
ク１９を回転させないで光束１４の走査を行なう。そう
すると、本光束７０が硬化点列６１．６２．６３を被う
ように走査され、硬化点列６１．６２．６３の各硬化点
６０間の未硬化部分にも光が照射されて硬化する。

以上の如くして、目的形状の立体の肉厚の大きな１断面
が形成される。

各断面（輪切り体）を積層して立体を創成する方法につ
いて次に説明する。

まずテーブル２１を液面１３よりもわずか下方に位置さ
せ、光束１４を目的形状物の水平断面に倣って走査させ
る。この走査はコンピュータ制御されたミラー８動装置
１６ａにより行なわれる。

目的形状物の一つの水平断面（この場合は底面に相当す
る部分）のすべてに光を照射して、前述の如く複数列の
硬化点列６１．６２．６３の形成及び本光束による未硬
化部への照射をなした後、テーブル２１をわずかに下降
させ、硬化物２６の上に未硬化の光硬化性流動物質を流
入させた後、上記と同様の光照射を行う。この手順を繰
り返すことにより、目的形状の硬化体が得られる。

このように、硬化点６０が均一に分散して硬化が開始す
るので、厚肉断面体であっても前記作用の項で説明した
通り、硬化時に発生する収縮応力が小さくなり、しかも
該応力が硬化体全体に均一に分散されるようになる。

上記実施例では、テーブル２１を徐々に下降させている
が、逆に光硬化性流動物質を注ぎ足すことにより液面１
３を徐々に上昇させても良い。また、光学系は光ファイ
バを採用しても良い。さらに、光学系は静止させ、容器
１１を移動させることによって光束１４を液面１３に対
し相対的に移動させるようにしても良い。

上記実施例は、照射光を液面に上方から照射するように
しているが、本発明においては容器１１の少なくとも所
要箇所を透光部とし、該容器の底面や側面などから光を
照射するようにしても良い。この場合、テーブルは成形
過程において徐々に上方に引き上げたり、側方に駆動さ
せたりすれば良い。

本発明において、前記光硬化性流動物質としては光照射
により硬化する種々の物質を用いることができ、例えば
変性ポリウレタンメタクリレート、オリゴエステルアク
リレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレー
ト、感光性ポリイミド、アミノアルキドを挙げることが
できる。

前記光としては、使用する光硬化性物質に応じ、可視光
、紫外光等種々の光を用いることができる。該光は通常
の光としてもよいが、レーザ光とすることにより、エネ
ルギーレベルを高めて造形時間を短縮し、良好な集光性
を利用して造形精度を向上させ得るという利点を得るこ
とができる。

［発明の効果コ 以上の通り、本発明によれば光学的造形法において硬化
体に発生する収縮応力を減少させると共に、収縮応力を
硬化体の全体に均一に分散させることができる。したが
って、厚肉断面体であっても亀裂がなくしかも収縮によ
る寸法の誤差も殆どない高精度のモデルを製作できる。

また、装置構成が簡易であり、その制御も容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例方法に採用される装置の縦断面図、第２
図及び第３図はマスクの構成説明図、第４図、第５図、
第６図及び第１１図はマスク１８の姿勢説明図、第７図
、第８図、第９図及び第１０図は光照射プロセスの説明
図である。 １２・・・光硬化性流動物質、 １４・・・光束、　　　　　　１６・・・ミラー、１８
・・・多孔マスク、 ２１・・・テーブル、 ２２・・・エレベータ、 ５ｏ・・・目的形状体の断面、 ６０・・・硬化点、 ６１．６２．６３・・・硬化点列。 代理人　　弁理士　　重　野　　剛 第１図 第４図 第５図 第６図 第７図 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光硬化性流動物質に目的形状の断面を描くように
   光束を移動させながら照射し、該光束の照射された部分
   を硬化させる工程を有する光学的造形法において、 前記硬化工程は、 移動中の光束を断続させることにより硬化点を列状に連
   続して形成すると共に、この硬化点列を複数列隣接させ
   て硬化点列が集合した帯状部を形成する第１の工程と、 次にこの帯状部を幅方向に被う太さの本光束を帯状部に
   照射して硬化点間の未硬化部を硬化させる第２の工程と
   、を備えたことを特徴とする厚肉断面体の光学的造形法
   。