JPH0355224A - 三次元形状の形成方法 - 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〕 この発明は、三次元形状の形成方法に関し、光の照射に
よって硬化する光硬化性樹脂を用いて、立体的な三次元
形状を有する物品を戊形製造する方法に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

光硬化性樹脂を用いて三次元形状を形成する方法は、複
雑な三次元形状を、戒形型や特別な工具等を用いること
なく、簡単かつ正確に形成することができる方法として
、各種の製品モデルや立体模型の製造に利用することが
考えられており、例えば、特開昭５６−１４４４７８号
公報や特開昭６２−３５９６６号公報等に開示された先
行技術がある。この先行技術を、第８図に、従来の一般
的な、光硬化性樹脂を用いた三次元形状の形成方法の一
例として示している。

光硬化性樹脂液２を収容した樹脂液槽１に、昇降自在な
戒形台５が備えられ、樹脂液槽ｌの上方には、レンズ３
ａその他の光学系等からなる光ビーム照射機構が設けら
れている。戒形台５は、昇降腕５ａを介して、樹脂液槽
１外に設置された昇降作動装置に連結されている。光硬
化性樹脂液２の液面に光ビーム３を照射すると、光ビー
ム３の焦点位置近傍の液面から一定厚みの光硬化仕樹脂
液２が硬化して光硬化Ｊ’ｔｉ４ａが形成される。光硬
化層４ａは成形台５に載せれた状態になっているので、
戊形台５を下降させれば、光硬化層４ａは液面下に沈み
、光硬化層４ａの上が未硬化の光硬化性樹脂液２で覆わ
れる。その後、前記同様に光硬化性樹脂液２の液面に光
ビーム３を照射すると、第２ＪＷの光硬化層４ａが形成
される。このような、光ビーム３の照射による光硬化Ｆ
Ｊ４ａの形成、および、戒形台５の下降による光硬化層
４ａの上への新たな光硬化性樹脂液２の供給を繰り返す
ことによって、複数層の光硬化層４ａが積み重ねられた
所望の三次元形状を有する戒形品４が或形されることに
なる。

上記のように、複数層の光硬化層４ａの積み重ねによっ
て三次元形状を形成する場合には、｛固々の光硬化層４
ａの厚みが薄い程、滑らかで正確な三次元形状が形成で
きる。すなわち、三次元形状において、上下に積み重ね
られた光硬化ＥＷ４ａの平面形状は段階的に変化してい
るので、涸々の光硬化層４ａの厚みが分厚いど、上下の
光硬化層４ａの平面形状の変化に伴う段差が三次元形状
の外形に明確に表れて、三次元形状の外観が滑らかにな
らず見苦しい。個々の光硬化ｉ４ａが充分に薄ければ、
上下の光硬化層４ａにおける平面形状の変化量は少なく
、実質的に連続的に変化しているような滑らかな曲線外
形を有する三次元形状も形成できるのである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、前記先行技術では、光硬化層４ａを薄く形或
することができず、三次元形状の外形に段差がついて形
状精度に劣るという問題があったすなわち、光硬化性樹
脂液２の中に光硬化層４ａを沈めたときに、光硬化層４
ａの上に周囲の樹脂液２が流れ込むには、樹脂液２の粘
性にもよるが、光硬化層４ａと周囲の液面との間にかな
りの落差がなければならない。光硬化層４ａと液面との
間に大きな落差すなわち間隔があるということは、次の
段階で光ビーム３を照射される樹脂液２の厚みか分厚く
なるということであり、その結果、各股毎の光硬化１’
ｔ！４ａの厚みが分厚くなってしまうのであった。

また、前記先行技術の場合、光硬化層４ａおよび戊形台
５を沈めて、周囲の樹脂液２を光硬化層４ａの上に流れ
込ませるときに、液面に波打ちが生じるという問題もあ
った。液面が波打ったままで光ビーム３を照射すると、
光ビーム３が乱反射されたり、硬化される光硬化層４ａ
の表面に凹凸がついたりするので、液面の波打ちが完全
に収束してから光ビーム３を照射する必要があり、その
ための待ち時間が余分にかかり、作業の能率化を妨げる
という問題が生じていた。

このような問題があるため、従来の方法では、滑らかな
外形を有する高精度な三次元形状を形成することが出来
ず、作業時間も長くかかるという問題があった。

そこで、この発明の課題は、上記した従来の三次元形状
の形成方法における問題点を解消し、光硬化層の厚みを
薄くかつ迅速に形底でき、高精度な三次元形状を能率的
に形成できる方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決する、この発明にかかる三次元形状の形
成方法のうち、請求項１記載の方広は、光硬化性樹脂液
の薄層に光を照射して所定形状の光硬化層を形成し、こ
の光硬化層を複数層積み重ねて所望の三次元形状を形成
する方法において、基台表面に光硬化性樹脂液を滴下し
、基台を動かすことによって前記光硬化性樹脂液を基台
表面上に拡散させて光硬化性樹脂液の薄層に形成するよ
● うにしている． 光硬化性樹脂液は、通常のモデル威形等に利用されてい
るＵＶ硬化型樹脂等の光硬化性樹脂材料が自由に使用で
きる。ひとつの三次元形状を構戊する複数層の光硬化層
を、複数の異なる光硬化性材料からなる樹脂液で形成す
ることもできる。

基台は、表面に光硬化性樹脂液の薄層すなわち樹脂液薄
層を形成でき、この樹脂液薄層に光を照射して形成され
た光硬化層を基台表面から取り剥がすことができるよう
な材料からなり、例えば、ガラス、セラ文ツタ、金属、
合或樹脂その他の材料からなるものである。基台表面に
フッ素樹脂（例えば、テフロン：デュポン社製）等をコ
ーティングしておけば、光硬化層を剥がし易くなる。基
台の表面は、平坦かつ平滑なものが好ましいが、完全な
水平面状のもののほか、曲率半径の大きな円筒曲面状の
ものなど、緩やかな曲面状のものであってもよい。曲面
は、凹曲面の場合も凸曲面の場合もある。

基台の動きとしては、基台の表面に対して水平面内で直
線的に１方向に揺動もしくは振動させたり、水平面内で
直線的に縦横両方向に揺動もしくは振動させたり、水平
面内で曲線的に動かせたり、水平面内で基台の中心軸回
りに１方向に回転させたり、正逆両方向に揺動もしくは
振動させたりすればよい。また、基台が円筒状等の回転
曲面体であれば、曲面体の中心軸回りに一定の角速度で
回転させたり、正逆両方向に揺動もしくは振動させたり
する等、必要に応じて任意の動きを行わせる。さらに、
基台の表面に対して垂直方向の振動を加えたり、上記し
た各動きを複数種類組み合わせて実施することもできる
。何れの方法でも、基台の動きによって、基台の表面に
滴下された光硬化性樹脂液が、滴下位置から周辺へと均
等に拡散していって樹脂液薄層が形成されるように、基
台の動きの方向および速度等を設定しておく。

基台を動かす手段としては、モータを直接基台に連結し
て回転させたり、モータの回転を直線方向の運動や振動
に変換する機械的な伝達機構を介して基台に伝達したり
、その他の電磁的な揺動もしくは振動機構を用いる等、
通常の機械装置で利用されている各種駆動手段を組み合
わせて実施することができる。

上記のような、基台の動き、基台上への樹脂液の滴下位
置等を適当に選定することによって、均一な厚みの樹脂
液薄層を形成することができる。

また、基台の動きを調整することによって、樹脂液薄層
の厚みが制御できる。目的とする三次元形状の形状精度
や仕上げ品質に応じて、所望の厚みの光硬化層が形成で
きるように、樹脂液薄層の厚みを制御するが、基台の揺
動距離や振動数、回転数等の条件を変えることによって
樹脂液薄層の厚みが変わる。樹脂液薄層の厚みを正確に
制御するには、樹脂液薄層の厚みを適当なセンサ等で検
知して、その情報を元にして基台を動かす駆動機構を調
整もしくは制御することが好ましい。

基台の表面に所定厚みの樹脂液薄層が形成されるまでの
時間の経過によって、樹脂液薄層の流動性が失われて、
ある程度固化すれば、基台の動きを止めても、それ以上
樹脂液Ｎ層が移動したり変形して厚みが変わることはな
い。但し、後述する光の照射工程の間も基台の動きを継
続して行う場合もある。

樹脂液薄層９に光を照射する手段は、レーザ発生装置や
光学系等からなる、通常の光ビーム照射手段が用いられ
る，照射する光ビームは、光硬化性樹脂の材質によって
可視光線、紫外線その他の任意の波長或分を含むものが
用いられる。

光硬化層を積み重ねて三次元形状を形成させるには、樹
脂液薄層に光を照射して光硬化層を形成した後、基台表
面から光硬化層を取り外し、再び基台表面に樹脂液薄層
を形成して次層の光硬化層を形或するとともに、取り外
した光硬化層を順次積み重ねていく方法と、光硬化層が
形成された樹脂液薄層の表面に新たな光硬化性樹脂１夜
を供給して樹脂液薄層を形成し、光硬化層を順次形成し
ながらそのままの場所で積み重ねていく方法の何れでも
実施できる。

基台表面から光硬化層を取り外す場合には、取り外した
光硬化層を積み重ねていく手段が必要となるが、例えば
、基台表面の上方に昇降自在な引き上げ台を設けておく
ことができる。この引き上げ台を樹脂液薄層の上面に接
触させて、引き上げ台の下面に光硬化層を付着させ、引
き上げ台の上昇と同時に光硬化層を基台表面から取り外
し、このような、引き上げ台への光硬化層の付着を順次
繰り返すことによって、引き上げ台の下面に複数層の光
硬化層からなる三次元形状を有する戊形品を吊り下げた
状態で形成することができる。

以上に説明した各構戊のほか、この発明の範囲内で、通
常の三次元形状の形成方法で採用されている各種の手段
装置を組み合わせて実施することができる。

この発明の方法によって形成される三次元形状の製品と
しては、前記したモデルや製品模型等のほか、複雑で正
確な三次元形状を要求させる各種の樹脂製品に通用する
ことが可能である。

請求項２記載の方法は、請求項１記載の発明において、
基台を水平方向に揺動させるようにしている。

基台を水平方向に揺動させるには、モータの回転を機械
的な揺動機横を介して基台に伝達したり、電磁力等の作
用で直接に揺動運動を発生させて基台を動かしてもよい
。揺動は、１方向であってもよいし、縦横両方向の揺動
を組み合わせてもよい。

基台の表面は、揺動力向に沿・う平坦な平面状のものが
好ましいが、比較的大きな曲率半径の曲面状のものであ
ってもよい。例えば、基台の中心付近に光硬化性樹脂液
の滴下位置を設定しておき、この滴下位置から周辺にか
けて徐々に低くなるような曲面が考えられる。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、
基台を水平面内で回転させるよ・うにしている。

基台を回転させる手段としては、モータ等の回転駆動機
構が用いられる。回転の角速度が大きい程、基台表面に
滴下された樹脂液に作用する遠心力が大きくなって、樹
脂液を周辺へと迅速に拡散させることができるとともに
、厚みの薄い樹脂液薄層を形成することができる。そこ
で、基台の回転角速度を調整することによって、樹脂７
夜薄層の厚みを制御することができる。

基台の表面は、平坦な水平面のほか、回転中心から周辺
にかけて低くなる曲率半径の大きな凸曲面でも実施でき
、基台表面の傾斜と回転遠心力の両方の作用で樹脂〆夜
を周辺まで拡散させることができる。また、回転中心か
ら周辺にかけて高くなる凹曲面に形成するとともに、こ
の凹曲面の曲率と回転角速度を適当に設定すれば、傾斜
方向に沿って樹脂岐を動かす重力と遠心力との釣り合い
によって、基台表面全体で薄く均一な薄層が形成できる
。

基台に対して、円周方向の一定個所に光の照射範囲を設
定しておき、基台の回転に伴って、表面の樹脂液薄層が
光の照射範囲を順次通過するようにしておけば、基台表
面の樹脂液薄層に対して、円周方向の複数個所に、別の
光硬化層を順次形成することができ、多数の光硬化層か
らなる三次元形状の形成が能率的に行える。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、
ほぼ円筒状をなす基台の内周面に光硬化性樹脂液を滴下
し、基台を中心軸回りに回転させるようにしている。

基台は、内周空間に樹脂液の滴下機構や光の照射機構の
一部が収容できる程度の、比較的大きな曲率半径を有す
る円筒状をなすものが好ましい。

円筒状基台の内周面は、中心軸方向に沿って一様な直円
筒面であってもよいし、軸方向の中央から両端方向にか
けて曲率半径が大きくなっていく、円錐曲面等いわゆる
鼓状の曲面を有するものであってもよい。この鼓状円筒
面の場合、円筒状基台全体を一定の回転数で回転させた
ときに、基台の内周面では、曲率半径の小さな中央部分
から曲率半径の大きな両端部分へと回転角速度が徐々に
大きくなり、円筒面の軸方向の中央付近に滴下された樹
脂液が、鼓状円筒面の回転に伴って、中央から両端周辺
部分へと良好に拡散されて、厚みの薄い樹脂液薄層を迅
速に形成することが可能になる樹脂液の滴下機構は、円
筒状基台の中心付近から半径方向に向かって樹脂ｌ夜を
滴下するように設ける。円筒状基台の軸方向では、中央
付近のみに樹脂液を滴下して、それを両端方向に拡散さ
せるようにしてもよいし、軸方向に沿って適当間隔毎も
しくは全長にわたって連続的に樹脂液を滴下するように
してもよい。

光の照射機構は、基台を回転させながら、円筒状基台の
内周面に向かって光を照射できれば、任意の構造および
配置で実施できるが、例えば、円筒状基台の内周空間に
、集光レンズや回転鏡等の光学系の一部を設置し、円筒
状基台の外部に設置されたレーザ光の発生装置等から導
入された光を、基台の内周面に向かって照射できるよう
にしておけばよい。また、光ファイバ等の光伝送機構を
通じて円筒状基台の内周空間に光を導入することもでき
るし、照射光の発生装置が小型であれば、光照射機構全
体を基台内周空間に設置することもできる。

〔作　　用〕

請求項１記載の発明の作用を説明する。

この発明では、従来の方法のように、光硬化性樹脂液を
樹脂液槽に大量に溜めて、その液面付近に光を照射して
光硬化層を形成するのでなく、光硬化性樹脂液自体を薄
層に形成して、この樹脂岐薄層に光を照射するので、樹
脂液薄層が薄く形成できれば出来る程、薄い光硬化層が
形成でき、三次元形状の戒形品の外形に段差がなくなり
、滑らかな曲面が得られる。

しかし、光硬化性樹脂液は、ある程度の粘性を有し、そ
れほど流動性の高いものではない。そのため、基台表面
に光硬化性樹脂液を滴下するだけであれば、単に重力の
作用で周辺部分へと流れていくだけであり、基台表面全
体に一様な樹脂液薄層ができるまでに長い時間がかかっ
て作業能率が低下するとともに、滴下位置と周辺部分と
の厚みの差も残ってしまい、基台表面全体の樹脂液薄層
を均一な厚みに形成することができない。

そこで、基台に、揺動、振動、回転、その他の動きを与
えることによって、基台表面の樹脂液の移動が活発にな
り、樹脂液が滴下位置から周辺まで迅速に拡散していく
ことになる。また、基台の動きや樹脂液の滴下位置を適
当に選定することによって、樹脂戒の滴下位置と周辺部
分との厚みも平均化させることができる。特に、基台の
外周に堰を設けたりして樹脂液の厚みを規制しなくても
、樹脂液の粘性や表面張力等の性質と、基台からの作用
力との関係で、一定の厚みの樹脂液薄層を形成すること
ができるので、樹脂液薄層の厚みの制御も容易である。

また、上記のような、樹脂液の性質と基台の動きを適当
に設定することによって、形成される樹脂渣薄層の厚み
を変更することもでき、樹脂液薄層の厚みを簡単かつ正
確に制御することができる。

基台表面に滴下する光硬化性樹脂液の種類を変更すれば
、形或される樹脂液層および光硬化層の材質も簡単に変
更でき、ひとつの三次元形状威形品を複数の材料からな
る光硬化層で＋ｉ戒することも可能になる。

請求項２記載の発明では、基台を水平方向に揺動させる
ことによって、基台表面に滴下された樹脂液は、滴下位
置から水平方向に移動して周辺部分へと迅速に拡散して
いき、厚みの非常に薄い樹脂液薄層を迅速に形成するこ
とができる。基台を水平方向に揺動させるだけであれば
、揺動させるための駆動機構も簡単で、基台表面に形成
された樹脂／＆薄層に光を照射するための光照射機構の
邪魔にもならない。

請求項３記載の発明では、基台を水平面内で回転させる
ことによって、基台表面に滴下された樹脂液は、回転に
伴う遠心力の作用で、滴下位置から水平方向に移動して
放射状に周辺部分へと迅速に拡敗していき、厚みの極め
て薄い樹脂液薄層を迅速に形成することができる。基台
を回転させるだけであれば、回転駆動機構はモータ等の
簡屯な機構で構戒できる。光照射機構を基台の回転範囲
内で一定の場所に設置しておけば、基台の回転に伴って
、樹脂液薄層が順次光照射機構の照射範囲に移動してく
るので、樹脂液薄層の複数個所に、それぞれ三次元形状
を形成するための光硬化層を形成することができ、光硬
化層の形成を能率的に行うことができる。

請求項４記載の発明では、ほぼ円筒状をなす基台の内周
面に光硬化性樹脂液を滴下し、基台を中心軸回りに回転
させることによって．，樹脂液は、回転に伴う重力およ
び遠心力の作用で、内周面の円周方向に沿って全周に迅
速に拡散していって、厚みが極めて薄い樹脂液薄層を迅
速に形成することができる。樹脂液の供給量および回転
角速度を適当に調整することによって、形成される樹脂
液薄層の厚みを変更したり正確に調整することができ、
樹脂液薄層の厚み制御が容易に行える。

〔実　施　例〕

つぎに、本願発明の実施例について図面を参照しながら
詳しく説明する。

第１図は、三次元形状の形成装置の概略構造を示してお
り、透明なガラス等からなり、表面がほぼ平坦な水平面
状の基台ｌＯの上方に、基台１０のほぼ幅方向全体にわ
たる樹脂液滴下機構２０が設けられており、この樹脂液
滴下機構２０から基台１０表面に光硬化性樹脂液３０が
滴下供給される．樹脂液滴下機構２０には、別な場所に
設置された樹脂液槽（図示せず）等から樹脂液３０を供
給する供給配管２１が接続されている。基台１０は、前
記樹脂液滴下＃Ｒ構２０と直交する方向に揺動自在にな
っている。具体的には、例えば、モー夕等の駆動装置に
ギヤ機構やカムｔａ構を介して基台１０が連結されてい
る。基台１０表面のうち、樹脂液滴下機構２０の両端に
相当する辺に沿って、樹脂液３０の排出溝１１が設けら
れており、基台ｌＯ表面で樹脂液薄層を形成したときに
余分な樹脂液３０が排出溝ｌ１から排出されるようにな
っている。図示していないが、透明なガラスからなる基
台１０の下方には、レーザビーム等の光照射機構が設け
られている。

上記のような装置を使用して三次元形状を形成する方法
を説明する。

第２図に示すように、樹脂液滴下機構２０から基台１０
表面に滴下された樹脂液３０は、自らの自重による重力
の作用で水平方向に流れて拡散するとともに、基台１０
が揺動しているために、樹脂液３０の移動もしくは拡散
がより促進される。

樹脂液３０は、基台１０の揺動に伴って、前記した重力
の作用と、粘性や表面張力等の樹脂岐３ｏ自身の性質に
よって、一定の厚みになろうとする。樹脂液３０のうち
、基台１０の外縁を超えて落下した余分な樹脂液３０は
、基台１０の両端下方に設置された樹脂液回収槽４０へ
と回収される。

また、余分な樹脂液３０の一部は、前記樹脂液排出溝１
１を経て排出もしくは回収される。

第３図に示すように、基台１００表面に、所定の厚みを
有する樹脂液薄層３１が形成された状態で、基台１０の
下方側から、透明な基台１０を通して樹脂液薄層３１の
所定パターン範囲にレーザ光線４０を照射する。レーザ
光線４０で照射された部分の樹脂液薄層３１は光硬化し
て光硬化層３２となる。

こうして形成された光硬化層３２を、従来の通常の三次
元形状の形成方法と同様の手段で積み重ねて積層一体化
させれば、所望の三次元形状を有する戒形品Ｍが形成さ
れる。

第３図では、光硬化１’ｉｉ３２を積み重ねる手段とし
て、基台１０の上方に平坦な下面を有する引き上げ台６
０を昇降自在に設けている。この引き上げ台６０を基台
１０表面の樹脂液薄層３１の上面に付着させておけば、
形成された光硬化層３２は引き上げ台６０の下面に付着
する。引き上げ台６０を、下面に光硬化［３２を付着さ
せたまま上昇させた後、再び、前記第２図に示したよう
な、田脂液３０の滴下、樹脂液薄層３１の形成、および
、光の照射を行えば、次層の光硬化層３２が形成される
．次層の光硬化層３２は、前層の光硬化層３２の下面に
付着して引き上げ台６０側に取り上げられる。このよう
な工程を繰り返すことによって、引き上げ台６０の下面
に多数の光硬化眉３２が積み重なって吊り下げられた状
態で、三次元形状を有する成形品Ｍが形成される。

但し、光硬化ＷＩ３２を積み重ねて三次元形状を形或す
る手段は、上記以外にも、既知の方法を適用することが
可能である。

上記実施例の方法では、透明な基台１０の裏面側から、
基台１０の表面位置の樹脂液薄層３１に光ビーム４０を
照射しているので、光ビーム４ｏの焦点位置が常に一定
であり、樹脂液のｌ夜面で光が散乱されることもないの
で、焦点を正確に樹脂液薄Ｎｉ３１に合わせて、正確な
形状の光硬化層３２を形成することができる。光硬化層
３２が平滑な基台１０に接触した状態で形成されるので
、光硬化層３２の表面が平滑になる。

また、透明な基台１０の裏面に、適当な遮光性材料から
なるマスクを設置した状態で、全体に一様な光を照射し
て、光硬化層３２全体を一度に硬化させることも可能で
ある。

つぎに、第４図および第５図には別の実施例を示してい
る。

この実施例でも、平坦な透明ガラス等からなる基台１０
の表面に樹脂液３０を滴下して、基台１０表面に樹脂液
薄ｉ３１を形成し、基台１０の裏面から光ビーム４０を
照射して、樹脂液薄層３１を硬化させ光理化層３２を形
成する。

但し、基台１０は円板状をなし、光硬化層３２を剥がし
易いように、表面には極薄のテフロン（商標名：デュポ
ン社製）コーティングが施されている。基台１０下面の
回転軸１２にモータ等の回転駆動機構を連結して、基台
１０全体を水平面内で回転自在に構威している。

光照射機構としては、回転鏡４１を備えたガルバノスキ
ャナ４２を、Ｘ軸およびＹ軸用にそれぞれ設置してあり
、レーザ発生装置（図示せず）から照射されたレーザビ
ーム４０を、Ｘ．Ｙ両方向のガルバノスキャナ４２．４
２で反射させて、上方に向きを変えさせて、基台１０の
円周方向の一定範囲を照射できるようにしている。ガル
バノスキャナ４２の回転鏡４ｌの向きを制御することに
よって、基台１０表面でＸ，Ｙ軸の任意の方向にレーザ
ビーム４０を照射して、樹脂液薄層３ｌを所望のパター
ンで硬化させて光硬化層３２を形成できるようになって
いる。

上記のような装置を用いた三次元形状の形成方法を説明
する。

第５図（ａｌに示すように、基台１０表面に滴下された
樹脂１＆３０は、基台１０の回転に伴う遠心力で、中心
から放射方向へと強制的に拡散させられて、基台１０の
表面全体に薄く均一な厚みΔＬの樹脂液ＷＩ＃層３ｌが
形成される。余分の樹脂液３０は、遠心力によって基台
１０の外縁から放出排除させられる。

この樹脂液薄ｒ＠３１の厚みΔｔは、樹脂液３０の比重
、粘度、基台１０に対する濡れ性等の樹脂液３０の性質
と、基台１０の回転数もしくは回転角速度によって、一
定の値になる。したがって、厚みΔｔを変えるには、基
台ｌＯを駆動するモータ等の回転数を制御すればよい。

基台１０の回転角速度ど形成される樹脂液薄１ｉｉ３１
の厚みΔｔの関係を精密を制御すれば、くクロンオーダ
ーの厚み制御も可能である。

第５図（ｂ）に示すように、樹脂液薄層３１の上面に引
き上げ台６０を接触させた状態で、基台１０の下面側か
ら光ビーム４０を所定パターンで照射して光硬化１’ｉ
ｉ３２を形底する。第４図に示すように、光ビーム４０
の照射範囲は、円形基台ｌＯの一方向の四半円部分に設
定されており、残りの３方向の四半円部分にも、それぞ
れ別のパターンで光硬化Ｉｉｉ３２を形成する。すなわ
ち、基台１０を９０’づつ間歇的に回転させる、いわゆ
るインデックス送りを行いながら、各光硬化層３２を形
成するのである．なお、円形基台１０の４個所に形成さ
れる光硬化層３２は、基台１０の回転方向に沿って、第
１ｉ目の光硬化ｌｉＪ３　２　ａ　、第２層目の光硬化
層３２ｂ、第３層目の光硬化層３２ｃ・・・と順番に形
成されていく。

光ビーム４０の照射によって形成された光硬化層３２は
、引き上げ台６０に付着したまま、引き上げ台６０とと
もに上昇して、基台１０表面の樹脂液薄層３１から取り
外される。

第５図（Ｃ）に示すように、第１層目の光硬化層３２ａ
を引き上げ台６０に付着させた状態で、基台１０を９０
゜間歇同動させて、新たな樹脂液薄層３１を光照射位置
に移動させる。この状態で、引き上げ台６０の光硬化層
３２ａを樹脂液薄層３１の上面に付着させた状態で、第
２１ｉｉ目の光硬化層３２ｂを形成すると、第２層目の
光硬化層３２ｂと第ＩＮ目の光硬化Ｎ　３　２　ａが接
合一体化されるこのようにして、複数層の光硬化層３２
・・・を順番に引き上げ台６０の下面に積み徂ねて接合
一体化させていく。光硬化層３２・・・が引き上げ台６
０に引き上げられ取り外された部分の樹脂液薄層３１に
は、空孔部３３があいている。

基台１０の回転が一巡すれば、再び第５図（ａ）に示す
ように、樹脂液３０の滴下供給による樹脂液薄］’ｉｔ
３１の形成から、光ビーム４０の照射による光硬化層３
２の形或、光硬化層３２の引き上げ台６０への取り上げ
の各工程を順次繰り返す。

第５図に示すように、所定の層数の光硬化層３２が引き
上げ台６０の下面に積み重ねられれば、目的とする三次
元形状の戒形品Ｍが完戒する。

上記方法において、途中の段階で、基台１０の上に滴下
する光硬化性樹脂液３０の種類や色を変えれば、ひとつ
の成形品Ｍを、異なる樹脂材料もしくは異なる色の部分
の組み合わせによって一体構威されたものを製造するこ
とも可能である。

つぎに、第６図〜第８図に示す実施例について説明する
。

この実施例では、円筒状の基台１０の内周面に樹脂液薄
層３１を形成して、内周空間側から光ヒ一ム４０を照射
して光硬化層３２を形底し、内周面上に三次元形状を有
する戒形品Ｍを形成している。

円筒状基台１０の内周空間には、光ビーム４０の向きを
変える、前記同様の回転鏡を備えたスキャナ４２が設け
られている。このスキャナ４２は、円筒状基台１０の中
心軸方向と平行に導入された光ビーム４０を、中心軸方
向と直交する直経方向に変向させるとともに、その変向
角度を任意に変えられるようになっており、光ビーム４
０を照射する円筒状基台ｌＯの内周面に対して、中心軸
方向に光ビーム４０を走査できるようになっている．す
なわち、基台ｌＯ内周面の回転方向と直交する方向に光
ビーム４０を走査ずるのである。

スキャナ４２と円筒状基台ｌＯの内周面との間には、中
心軸方向につづくシリンドリカルレンズ４３が設置され
ており、スキャナ４２で変向された光ビーム４０を内周
面の樹脂液薄層３ｌに倶点を合わせて集光照射できるよ
うになっている。

図示していないが、円筒状基台１０の内周空間には、樹
脂液３０を内周面に滴下させるための樹脂液滴下機構も
設けられている。

上記のような装置を用いた三次元形状の形成方法につい
て説明する。

円筒状基台ＩＯを回転させながら、円筒状基台１０の内
周空間から内周面上に樹脂肢３０を滴下すると、円筒状
基台１０の回転に伴って、遠心力で樹脂液３０が内周面
に押し付けられて内周面全体に樹脂液３０が拡散してい
き、円筒状基台１０の内周面に一定の厚みで樹脂液薄１
’５ｉ３１が形或される．樹脂液３０は、中心軸方向に
沿って適当な間隔をあけて複数個所から滴下したり、中
心軸方向の全長にわたって連続的に滴下させれば、内周
面の中心軸方向にも均一な厚みを有する樹脂液薄層３１
を形或することができる。

なお、内周面の円周方向には、上記のような樹脂液３０
の滴下および遠心力による拡散作用で、充分に円周全体
に樹脂液３０が拡散するが、中心軸方向全体には、樹脂
液３０が充分に拡散し難い場合がある。そこで、第８図
に示すように、基台ＩＯの内周面を、鼓状の曲面をなす
鼓状円筒面に形成しておくことが好ましい。鼓状円筒面
とは、中心軸方向で、中央部分の内径Ｄ１が両端部分の
内径Ｄ３よりも小さくなっており、中央部分から両端部
分へと滑らかな曲面を構威しているものである。上記曲
面は、円錐曲面と言われる曲面であるが、必ずしも数学
的に正確な円錐曲面でなくても、いわゆる鼓状をなして
いればよい。

このような鼓状円筒面を有する基台１０を回転させると
、中央部分よりも内径の大きな両端部分では遠心力が大
きくなる。そのため、内周面の中央部分に樹脂液３０を
滴下すると、樹脂液３０は遠心力の大きな両端側へと移
動させられる。その結果、樹脂液３０は迅速に両端｛１
リまで拡散していき、余分な樹脂液３０は両端から基台
１０の外部に飛び出していくので、厚みの薄い樹脂液薄
Ｆｉ３ｌを迅速かつ正確に形成することが可能になる。

基台１０の内周面の曲面形状すなわち内径の変化具合と
回転速度とを適当に設定すれば、樹脂液３０に作用する
力を厳密に制御でき、中心部分から両端部分まで極めて
均一な厚みの樹脂液？ｓ屓３１を形成することが可能に
なる。また、基台ｌｏの回転速度と、樹脂液３０の比重
や粘度等の性質および供給量、ならびに、基台１ｏの内
周面の曲面形状の条件設定によって、形成される樹脂液
薄層３１の厚みを任意に制御することができる。

上記のようにして樹脂液薄層３１が形成された後、樹脂
液薄層３１に光ビーム４０を照射すれば光硬化層３２が
形成される。なお、光ビーム４０を照射する間も基台１
００回転は継続させておき、樹脂液薄層３１の所定部分
が光ビーム４０の照射面を通過するのに同期させて、光
ビーム４０の照射をオンオフ制御する。すなわち、光ビ
ーム４０の走査は中心軸方向のみであっても、基台１０
の回転と組み合わせることによって、中心軸方向と直交
する方向にも光ビー・ム４０を走査しているのと間じ状
態になり、任意の平面パターンを有する光硬化層３２を
形成することができる。

第１層目の光硬化層３２が形成された後、新たな樹脂液
３０を滴下させて、樹脂液薄層３１を形成し、光ビーム
４０を照射して光硬化層３２を形成する。このように、
基台１０の内周面に樹脂液薄層３１を順次形成しながら
、光硬化層３２を積み重ねて、所望の三次元形状を備え
た威形品Ｍを戒形する．なお、樹脂液薄Ｉ′Ｗ３１の層
数が増えるほど、光ビーム４０の照射位置が中心側に近
づくので、それに合わせて、光ビーム４０の焦点位置を
変えるようにする． 以上のようにして、基台ＩＯの内周面に戒形品Ｍが形成
された後、周囲の樹脂液薄層３ｌとともに戒形品Ｍを取
り出し、通常の光硬化性樹脂用の溶剤で、余分の樹脂液
薄ＪＷ３１を除去してしまえば、戒形品Ｍが完戒する。

図示した実施例では、基台の内周面全体の樹脂液薄層３
ｌに対して、−｛固所のみに光硬化Ｉｉｉ３２および戒
形品Ｍを形成しているが、円周方向の複数個所にそれぞ
れ別の戒形品Ｍを形成したり、中心軸方向に複数の戒形
品Ｍを並べて形成することも可能である．このような場
合には、光ビーム４０の照射制御ε基台ｌＯの回転速度
を制御することによって、ひとつの光ビーム４０で複数
個所の光硬化１’ｉ３２を形成してもよいし、複数本の
光ビーム４０を照射して、それぞれの戒形品Ｍに対応す
る光硬化層３２を形成してもよい。

〔発明の効果〕

以上に述べた、この発明にかかる三次元形状の形成方法
のうち、請求項１記載の発明は、基台表面に滴下された
光硬化性樹脂液を、基台の動きによって強制的に滴下位
置から周辺部分へと拡散させるので、厚みの薄い樹脂液
薄層を迅速に形成することができる。薄い樹脂液薄層が
形或できれば、この樹脂液薄層に光を照射して得られる
光硬化層の厚みも薄くなり、このような光硬化層を積み
電ねて形成される三次元形状の戊形品は、光硬化層毎の
段差が目立たず、極めて滑らかな外形を有する正確な三
次元形状を備えたものとなる。したがって、従来の方法
では不可能であった精密な三次元形状製品を製造するこ
とができる。基台の形状や動き、あるいは、樹脂液の滴
下位置を適当に選定することによって、樹脂液薄層の厚
みを均一に形成することができ、その結果、光硬化層お
よび三次元形状の精度を一層向上させることができる。

樹脂液の性質と基台の構造や動きによって、形成される
樹脂液薄層の厚みが変わるので、基台の動き方を制御す
ることによって、樹脂７ｆＬ層すなわち光硬化層の厚み
を任意に設定することができ、目的に応じて最通な厚み
の光硬化層を形或することができる。

また、材料の異なる複数種類の樹脂液薄層に光硬化層を
形成して、この材質の異なる光硬化層を積み重ねて、ひ
とつの三次元形状を構成することもできるので、樹脂液
槽内で三次元形状を形成する従来の方法では不可能な、
異種材質部分が一体化された戒形品を製造することも可
能になる。

このように、この発明によれば、光硬化による三次元形
状製品の性能向上および用途拡大に大きく貢献できる。

請求項２記載の発明によれば、基台を水平方向に揺動さ
せることによって、請求項１記載の発明による前記効果
を良好に発揮できる。特に、基台を水平方向に揺動させ
るだけであるので、装置の構戒が簡単であり、光照射等
の作業工程も、通常の三次元形状の形或方法と同様で容
易である。

請求項３記載の発明によれば、基台を水平面内で回転さ
せることによって、回転に伴う遠心力を利用して、厚み
が非常に薄い樹脂液薄層を迅速につくることが可能にな
り、請求項１記載の発明による前記効果を一層良好に発
揮でき為。基台を回転させるのは、モータ等の簡単な機
構で実現できるので、装置全体の構造は簡単である。

光照射位置を、回転する基台表面の樹脂液薄層が順次通
過していくように設定しておけば、ｌ個所の光照射機構
で、樹脂液薄層の複数個所にそれぞれ別の光硬化層を形
成することができ、光硬化層の形成能率を大きく向上さ
せ得る。

請求項４記載の発明によれば、円筒状基台を回転させな
がら、内周面に樹脂液を滴下することによって、重力と
遠心力との作用で、樹脂液を内周面に沿って迅速に拡散
させることができ、厚みが非常に薄い樹脂液薄層が迅速
に得られる。円筒状基台の回転方向に直交して光を走査
すれば、光をｌ方向に走査するだけで、任意のパターン
形状を有する光硬化層を形成したり、複数個所の光硬化
層を形成することができるようになり、光の走査機構を
簡単にできるとともに光硬化層の形＄．能率も向上する
。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図はこの発明の実施例を示す斜視図、第２図および
第３図は使用状態を順次示す断面図、第４図は別の実施
例の斜視図、第５図（ａ）〜（ｄｌは作動状態を工程順
に示す断面図、第６図は別の実施例を示す一部切欠斜視
図、第７図は要部拡大断面図、第８図は円筒状基台の形
状の１例を模式的に示す断面図、第９図は従来例の概略
断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　光硬化性樹脂液の薄層に光を照射して所定形状の光
   硬化層を形成し、この光硬化層を複数層積み重ねて所望
   の三次元形状を形成する方法において、基台表面に光硬
   化性樹脂液を滴下し、基台を動かすことによって、前記
   光硬化性樹脂液を基台表面上に拡散させて光硬化性樹脂
   液の薄層を形成することを特徴とする三次元形状の形成
   方法。 ２　請求項１記載の発明において、基台を水平方向に揺
   動させる三次元形状の形成方法。 ３　請求項１記載の発明において、基台を水平面内で回
   転させる三次元形状の形成方法。 ４　請求項１記載の発明において、ほぼ円筒状をなす基
   台の内周面に光硬化性樹脂液を滴下し、基台を中心軸回
   りに回転させる三次元形状の形成方法。