JPH0252724A - 光学的造形法 - Google Patents

光学的造形法

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JPH0252724A
JPH0252724A JP63205077A JP20507788A JPH0252724A JP H0252724 A JPH0252724 A JP H0252724A JP 63205077 A JP63205077 A JP 63205077A JP 20507788 A JP20507788 A JP 20507788A JP H0252724 A JPH0252724 A JP H0252724A
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洋二 丸谷
Takashi Nakai
孝 中井
Seiji Hayano
誠治 早野
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Osaka Municipal Government
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Osaka Municipal Government
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive 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
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124Processes 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
    • B29C64/129Processes 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
    • B29C64/135Processes 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

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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、光及び光硬化性流動物質を用いて所望形状の
固体を形成する光学的造形法に関する。
従来の技術及びその問題点 従来、鋳型製作時に必要とされる製品形状に対応する模
型、或いは切削加工の倣い制御用又は形彫放電加工電極
用の模型の製作は、手加工により、或いはNCフライス
盤等を用いたNC切削加工により行なわれていた。しか
しながら、手加工による場合は多くの手間と熟練とを要
するという問題が存し、NC切削加工による場合は、刃
物の刃先形状変更のための交換や摩耗等を考慮した複雑
な工作プロクラムを作る必要があると共に、加工面に生
じた段を除くために更に仕上げ加工を必要とする場合が
あるという問題が存していた。
このような問題を解決するものとして本発明者は、以下
に示す光学的造形法を提案している。
該方法は、光硬化性流動物質(A)を容器(図示せず)
内に収容し、支持棒(3)に支持されたベースプレート
(2)を、上方からの光照射により流動物質(A)上面
からベースプレート(2)上面に及ぶ連続した硬化部分
が得られる深さとなるように流動物質(A)中に沈め(
第7図(a)参照)、該流動物質(A)の上方から凸レ
ンズ等の光収束器(4)を介して選択的に光照射を行な
い、該流動物質(A)上面からベースプレート(2)上
面に及ぶ硬化部分(5)を形成しく第7図(b)参照)
、更に該硬化部分(5)上において前記深さに相当する
深さをなすよう、ベースプレート(2)を流動物質(A
)中に沈降させ(第7図(e)参照)、該流動物質(A
)の上方から選択的光照射を行なって硬化部分″(5)
から連続して上方へ延びた硬化部分(6)を形成しく第
7図(d)参照)、これらベースプレート(2)の沈降
及び硬化部分の形成を繰り返して所望形状の固体を形成
するものである(特開昭60−247517号)。
該提案に係る光学的造形法は、光硬化性流動物質の深さ
を調整しつつ光照射を選択的に行なうという簡単な操作
により所望形状の固体を形成するものであり、前述の如
き手加工による場合の手間と熟練との必要性を排し、N
C切削加工による場合の刃物の交換、複雑な工作プログ
ラムの作成、及び仕上げ加工の付加の必要性を排す等の
効果を奏するものであった。
然しなから、光照射を選択的に行なう際に、光束をレン
ズ等で収束すれば、例えばレーザ光においては1μm内
外の径というように全光エネルギを集中でき寸法精度良
好な固体を得ることができるが、1度の走査で得られる
固体は光束の径に対応した薄い帯状のものに限られると
いう問題があった。
この問題に対処するため、レーザ光を太い光束で放出さ
せ、或いはレンズ等により光束の径を拡げて照射するこ
とも考えられるが、レーザ光の強度は光束断面において
、例えば光軸を中心とするガウス分布の如く、周辺部へ
向けて減衰した状態となっているため、該周辺部での硬
化度合が不安定となり、得られる固体の寸法精度が悪く
なるという問題がある。
本発明の目的は、上記問題点を解決し、光照射の1度の
走査で比較的太い帯状固体を高い寸法精度で形成するこ
とができ、所望形状の固体を効率良く形成し得る光学的
造形法を提供することにある。
問題点を解決するための手段 本発明の上記目的は、光により硬化する光硬化性流動物
質を容器内に収容し、該流動物質中に光照射を行ないつ
つ、該照射箇所を前記容器に対し水平及び垂直方向に造
形対象の形状に応じて相対移動させ、所望形状の固体を
形成する光学的造形法において、前記光照射を行なうに
あたり、光軸に垂直な断面における光量分布が環状の多
光量領域を有するモードで発振されるレーザを前記光と
して使用することを特徴とする光学的造形法により達成
される。
本発明を適用し得る所望形状の固体形成方法としては、
上に述べた特開昭60−247515号明細書記載の光
学的造形法の外、上下方向に透光性を有する中空又は中
実の有底体を容器内の前記光硬化性流動物質中に浸漬す
ることにより該有底体の底面と前記容器底の上面との間
に、上方からの光照射により前記物質上下面に及ぶ連続
した硬化部分が得られる深さとなるように前記物質を収
容し、前記有底体の上方から選択的に光照射を行なって
前記底面及び上面間の前記物質上下面に及ぶ硬化部分を
形成し、その後前記有底体を若干引き上げ、又は硬化部
分を引き下げることにより前記硬化部分上面と前記有底
体底面との間に、前記深さに相当する深さをなすように
前記有底体周囲の流動物質を付加し、前記有底体の上方
から選択的に光照射を行なって前記硬化部分から連続し
て延びた硬化部分を形成し、これら光硬化性物質の付加
及び硬化部分の形成を繰り返して行なう光学的造形法を
挙げることもでき(特開昭62−101408号)、こ
の方法においては、硬化すべき光硬化性物質の液面は有
底鉢底面により覆われるので、空気中の成分や埃等、容
器中の雰囲気による影響を防止しうるという利点が得ら
れる。
前記光硬化性物質としては、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1.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。
該光硬化性流動物質に、予め顔料、セラミックス粉、金
属粉等の改質用材料を混入したものを使用してもよい。
実施例 以下に、本発明の実施例を、添付図面を参照しつつ説明
する。
第1図は、例えば上述の特開昭60−247515号明
細書、特開昭62−101408号明細書等に記載され
た光学的造形法において、光照射を行うにあたり、照射
光として用いるレーザの、光軸に垂直な断面における光
量分布を示す。この第1図に示すレーザは、その先軸よ
り該光軸周辺部において多光粗領域を有するモードで発
振される、所謂環状レーザである。該環状レーザは、レ
ーザ発振器内の共振ミラーを適宜に選択することにより
、周知の方法で該レーザ発振器から発振され得る。
上記光硬化性流動物質は、その硬化開始のための光量に
明確な閾値がなく、十分な光量が与えられない場合は、
光照射の継続に基づき徐々に硬化する。前記流動物質が
硬化し始める光強度硬化初期値を第1図(b)で示し、
光強度(a)以上の光量で、前記流動物質が確実に硬化
するものとする。従って、図中、光強度(a)及び(b
)間における光量の光が照射された光硬化性流動物質は
、短時間の光照射下においては半硬化状態にある。
上記条件の下に、上述の環状レーザを光硬化性流動物質
に照射しつつ一定速度で走査させた場合の該流動物質硬
化部分の幅を(Xl)で示し、半硬化部分の幅を(Rx
+)で示す。なお、環状レーザの光束の直径を(R1)
とする(第4図参照)上記環状レーザの光硬化性流動物
質に対する照射に対比するため、第2図に示すようなT
EMooモードの光量分布を光軸に垂直な断面において
有する従来使用のレーザ、及び前記T E M o o
モード光量分布のレーザを光拡散器等で拡散したレーザ
(第3図参照)を、各々光硬化性流動物質に照射しつつ
走査させた(第5図及び第6図参照)。その走行速度は
、上記環状レーザを走査させた場合と同じである。なお
、上記環状レーザ及びTEMooモードレーザは、共振
ミラーの形状のみが異なるレーザ発振器から発振された
ものであり、該レーザ発振器の入力電力は同じである。
上記TEMooモードレーザ照射の走査後の流動物質硬
化部分幅を(X2)、半硬化部分幅を(Rx2)、光束
の直径を(R2)として第5図に示す。該TEMooモ
ードレーザの直径(R2)は、上記環状レーザの直径(
R1)と同じである。
また、前記T E M o oモードレーザを拡散させ
た拡散T E M o oモードレーザ(第3図参照)
照射の走査後の流動物質硬化部分幅を(X3 ) 、半
硬化部分幅を(Rx 3 ) 、光束の直径を(R3)
として第6図に示す。
第4図、第5図及び第6図から判るように、上記環状レ
ーザ照射に基づく光硬化性流動物質の硬化部分幅(Xl
)は、TEMooモードレーザ照射の硬化部分幅(X2
)よりかなり大きく、従って、ガウス関数で表わされる
光量分布を有する従来レーザに比し、より太い帯状の硬
化部分を、上述の環状レーザを用いることにより、同じ
消費電力回で形成することができる。
また、第3図及び第6図に示した拡散 T E M o oモードレーザ照射の硬化部分幅(X
3)を、環状レーザ照射に基づき形成される硬化部分幅
(Xl)と同じにすることも可能であるが、半硬化部分
幅(RXa)が環状レーザ照射の場合の半硬化部分幅(
Rx1)より極めて大きくなる。
従って、拡散TEMooモードレーザを用いると、該レ
ーザ照射に基づき得られる帯状硬化部分周縁部の寸法精
度の低下を招き、例えば複雑な形状の固体を形成し得な
い。環状レーザ使用は、これらの欠点を解消し、該複雑
形状固体を高い寸法精度で効率良く形成することを可能
にするのである。
発明の効果 以上から明らかなように、本発明によれば、光硬化性流
動物質に対する光照射を行うにあたり、光軸に垂直な断
面における光量分布が環状の多光歯領域を有するモード
で発振されるレーザを照射光として使用するので、該光
照射の1度の走査で比較的太い帯状固体を高い寸法精度
で形成することができ、所望形状の固体を効率良く形成
し得る光学的造形法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法の実施において光照射を行うにあた
り使用する環状レーザの光軸に垂直な断面の光量分布の
1例を示すグラフ、第2図は従来使用のT E M o
 oモードレーザの光軸に垂直な断面の光量分布の1例
を示すグラフ、第3図はTEMooモードレーザを拡散
した拡散T E M o oモードレーザの光軸に垂直
な断面の光量分布の1例を示すグラフ、第4図は光硬化
性流動物質に対する環状レーザ照射の走査後の該流動物
質硬化部分を示す平面図、第5図はTEMo。 モードレーザ照射の走査後の硬化部分を示す平面図、第
6図は拡散T E M o oモードレーザ照射の走査
後の硬化部分を示す平面図、第7図(a)〜(b)は従
来の光学的造形法を概略的に示す説明図である。 (X+ )、(X2 )、(Xa )・・団・硬化部分
幅(Rx+ )、(RX2 )、(RX3 )・・団・
半硬化部分幅 (R+)、(R2)、(R3)・・・・・・レーザ光束
直径 (以 上) 第 図 第 図 第 図 (b) (C) (d)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. [1]光により硬化する光硬化性流動物質を容器内に収
    容し、該流動物質中に光照射を行ないつつ、該照射箇所
    を前記容器に対し水平及び垂直方向に造形対象の形状に
    応じて相対移動させ、所望形状の固体を形成する光学的
    造形法において、前記光照射を行なうにあたり、光軸に
    垂直な断面における光量分布が環状の多光量領域を有す
    るモードで発振されるレーザを前記光として使用するこ
    とを特徴とする光学的造形法。
JP63205077A 1988-08-18 1988-08-18 光学的造形法 Granted JPH0252724A (ja)

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JPH0479827B2 JPH0479827B2 (ja) 1992-12-17

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