JPH07304103A

JPH07304103A - 光学的造形装置

Info

Publication number: JPH07304103A
Application number: JP6123081A
Authority: JP
Inventors: Kenji Matsuoka; 賢二松岡
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-05-11
Filing date: 1994-05-11
Publication date: 1995-11-21

Abstract

(57)【要約】【目的】ベース板を樹脂液の中で上昇するとき、ベー
ス板の上に形成した硬化層における樹脂液の盛り上がり
を少なくする。【構成】硬化層２５を形成するベース板１に、複数の
穴２を設ける。複数の穴２は、ベース板１の昇降方向
（矢印Ａ方向）に沿ってベース板１内を貫通して設け
る。これにより、ベース板１が上昇するとき、硬化層２
５およびベース板１の上方にある樹脂液は、矢印Ｂで示
すように穴２を貫流してベース板１の下方に流れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光硬化性樹脂材料（以
下、樹脂液という）を階層的に硬化させて所望する任意
形状の立体造形物を形成する光学的造形装置に係り、特
に、立体造形物の形状精度を向上させた光学的造形装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光学的造形装置に関する技術とし
ては、特開昭６３−１４１７２４号公報に記載された立
体形状形成方法がある。図６は、上記従来の形成方法を
実施する装置の斜視図で、１１はレーザー装置、１２は
レーザービーム、１３は光変調器である。レーザービー
ム１２は光変調器１３により強度変調され、レンズ１
５，１６を経てポリゴン（回転多面鏡）１７で走査さ
れ、ｆθレンズ１８により走査反射鏡１９を経て、樹脂
液２０上に照射される。このポリゴン１７による主走査
と副走査台２１による副走査を行い、ベース板２２上
で、１層分の露光硬化終了後、ベース板支持部２３を収
容容器２４の底部付近まで降下させ、ベース板２２上で
形成された硬化物２５の上面を樹脂液２０で一様に覆
う。その後、前記硬化物２５の上面が、樹脂液２０の表
面から１層分の深さとなる位置までベース板２２を上昇
させ、樹脂液２０の表面が平坦となるのを待つ。表面が
平坦になった後、副走査台２１の移動と、形状データに
従い光変調器１３の変調を開始し、次層の露光を行う。
以下、同様の手順を反復し、樹脂液２０を満たした内容
容器２４内に立体造形物を形成する。

【０００３】次に、前記装置による立体形状形成方法の
原理を図７に基づいて説明する。図７は、既に露光、硬
化させた第１硬化層２５ａ上に第２層目形成用の樹脂液
２０を供給する過程を表している。図７（ａ）は、第１
硬化層２５ａ形成時を表しており、第１硬化層２５ａ表
面と未硬化の樹脂液２０は同じ高さにある。この状態か
らベース板２２を降下することにより、第２層目の樹脂
液２６はベース板２２の降下に伴い、第１硬化層２５ａ
上に供給される。しかし、樹脂液２６の表面張力が大き
い場合には、図７（ｂ）に示すように、ベース板２２を
１層分降下させただけでは供給不十分となる。そこで、
気泡を引き込まない程度の速度で降下させ続けると、図
７（ｃ）に示すように、第２層目の樹脂液２６は第１硬
化層２５ａ上の中央部に向かって供給されていく。やが
て、第１硬化層２５ａの端部から供給された第２層目の
樹脂液２６は、第１硬化層２５ａの中央付近で合流し、
第１硬化層２５ａの全表面を覆った状態となり、図７
（ｄ）に示す流動を経て、やがて平坦になる。この後、
図７（ｅ）に示すように、第２層の層厚に対応した位置
までベース板２２を上昇させることにより、第１硬化層
２５ａの全表面に薄い樹脂層２６の層を形成させること
ができる。

【０００４】しかし、前記立体形状形成方法に用いられ
る変性ポリウレタンメタクリレート、エポキシアクリレ
ート等の樹脂液は比較的粘度が高く、上述の如く薄い樹
脂液層を形成しようとしても、実際には樹脂液層の状態
は図７（ｅ）のように平坦にならず、図８に示すよう
に、第１硬化層２５ａ及びベース２２上には第２硬化層
を形成する際の所望の層厚よりも厚い盛り上がり２７ａ
が形成される。これは、第１硬化層２５ａに限らず、前
硬化層上に次層を形成する際の樹脂液層に生ずる。すな
わち、図９に示すように、図７（ｄ）から図７（ｅ）に
達するベース板２２の矢印Ａで示す上昇動作によって生
ずる第１硬化層２５ａ及びベース板２２上からの樹脂液
２０の矢印Ｂで示す排出運動は、ニュートンの粘性法則
に支配され、樹脂液２０の粘度が高い程あるいは樹脂液
２０と接する摩擦面積が広い程、ベース板２２の上昇速
度に比して非常に遅くなり、その結果、図８に示すよう
に、排出しきれないまま厚い盛り上がり２７ａが形成さ
れることとなる。

【０００５】そこで、前記盛り上がり２７ａを解消する
ため、現在市販されている光学的造形装置の多くは、図
１０に示す如く、盛り上がった液面を平らにするように
矢印Ｃ方向へ動作する掃引手段（以下、スキージとい
う）２８が設けられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、スキージ２８
を設けた従来装置では、次のような問題があった。すな
わち、盛り上がった液面をスキージ２８で掃引する手段
であるため、矢印Ｃ方向のスキージ２８の移動ととも
に、スキージ２８の背後への樹脂液２７ａの回り込み現
象２９が生じ、新たな盛り上がり２７ｂを発生させるこ
ととなり、効果的な対策には成り得なかった。すなわ
ち、図７から図１０に表される構成だけでは、第１硬化
層２５ａ（前硬化層）及びベース板２２上に形成される
盛り上がり２７ｂは解消されず、これが硬化物２５の精
度を著しく悪化させるという問題点があった。

【０００７】本発明は、前記従来技術における問題点に
鑑みてなされたもので、前硬化層及びベース板上に形成
される樹脂液の盛り上がりを著しく低減させることがで
きる光学的造形装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、所望の立体造形的をスライスし
た断面形状データに基づいて紫外線レーザー光線を液状
の光硬化性樹脂材料の表面部に照射してベース板上に硬
化層を形成する手段と、前記ベース板を昇降させ前記硬
化層上に光硬化性樹脂材料を導入する手段と、液面掃引
手段とを具備し、前記ベース板上に前記硬化物を順次積
層形成する光学的造成装置において、前記ベース板を、
前記光硬化性樹脂材料がベース板の昇降方向にベース板
内を貫流可能に構成した。

【０００９】また、請求項２の発明は、前記ベース板を
分割・取り外し・再結合可能な結合体により構成した。

【００１０】

【作用】

［請求項１の作用］ベース板に複数の穴等を設けること
で、樹脂液がベース板内を貫流すると、ベース板の昇降
方向に垂直な摩擦面積は減少する。これにより、樹脂液
に作用する流れの抵抗は減少し、前硬化層及びベース板
上から樹脂液が排出する運動の流速は速まり、その結
果、ベース板が上昇した後の樹脂液の盛り上がり２７
ａ，２７ｂ（図８参照）は著しく減少する。

【００１１】［請求項２の作用］小片板の結合体で形成
されたベース板の内、硬化物が形成される箇所以外を取
り外してベース板を形成し得るとともに、結合体の結合
部分に隙間が形成され、請求項１と同様の作用が得られ
る。

【００１２】

【実施例１】図１及び図２は本発明の実施例１の要部を
示し、図１はベース板上に第１硬化を形成した後にベー
ス板を降下させた状態の断面図、図２は図１の状態から
ベース板を上昇させて第１硬化層上に所望厚さの樹脂層
を形成した状態を示す断面図である。なお、本実施例及
び後述する実施例２，３におけるベース板の構成以外
は、従来装置（図６〜図１０）と基本的構成が同様であ
るため、本実施例の要部以外は図示を省略するととも
に、同一構成部分に同一番号を付して、その説明は省略
する。

【００１３】図において、１はベース板で、このベース
１は支持部材２３に固定され、収容容器２４内に満たさ
れた樹脂液２０の中で昇降自在に設けられている。ベー
ス１には、ベース板１及び支持部材２３の昇降方向（矢
印Ａ方向）に沿って、複数の穴２が設けられている。上
記穴は多角柱穴、円柱穴、楕円柱穴、多角錐穴、円錐
穴、楕円錐穴等により形成することでき、ベース板１上
に形成される第１硬化層との接触面の形状を悪化させな
い範囲で、なるべく多く設けることが望ましい。また、
ベース板１は多孔質部材や多孔質セラミックス部材や軽
石板等を用いて構成することでき、かかるベース板１は
比較的低粘度の樹脂液２０において効果的である。

【００１４】［作用］ベース板１上に所望の厚さかつ形
状の第１硬化層２５を形成し、その後、第１硬化層２５
上に樹脂液２０を導入するためベース板１を収容容器２
４底部まで降下させる。次に、図１に示すように、ベー
ス板１を支持部材２３により樹脂液２０中で上昇させ、
図２に示すように、第１硬化層２５上で次に形成する第
２硬化層の厚さを形成し得る深さＬの位置まで上昇させ
る。このベース板１の上昇時には、従来ならばベース板
１の上昇を妨げるように樹脂液２０が存在するが、ベー
ス板１の上昇を妨げようとする樹脂液２０は複数の穴２
を抵抗なく通って、矢印Ｂで示すようにベース板１の下
側へと流れる。

【００１５】［効果］本実施例によれば、ベース板に穴
を開けることや多孔質部材をもってベース板とすること
など、簡単にベース板１を製作することができる。さら
に、ベース板１の上昇時に樹脂液２０が穴２を通って下
方に流れるので、樹脂液２０の液面に生ずる盛り上がり
を解消することができる。

【００１６】

【実施例２】図３は本発明の実施例２の要部を示す斜視
図である。本実施例のベース板３は粗球体４を平板状に
多数結合して構成され、支持部材２３に固定されてい
る。各粗球体４の間には穴５が形成されており、本実施
例では、粗球体４の直径は約φ１．０〜φ２．０ｍｍの
ものを用いている。粗球体の素材には、金属、ガラス、
熱可塑性樹脂等を用いることができる。

【００１７】［作用］本実施例にあっては、ベース板３
をφ１．０〜φ２．０ｍｍの粗球体４を平板状に結合す
ることによって、第１硬化層２５を形成する面は平坦に
なり、ベース板３と接触する第１硬化層２５の接触面は
悪化しない。また、ベース板３を樹脂液中で上昇させる
とき、樹脂液は粗球体４間の隙間５を抵抗なく通ってベ
ース板３の下方へと流れる。

【００１８】［効果］前記実施例１のベース板１は穴２
を設けて構成したので、その製作が簡単な反面、第１硬
化層２５を形成する範囲に制約を受ける場合が生じる恐
れがあるが、本実施例によれば、粗球体４を結合させて
ベース板３としたので、樹脂液を貫流させる隙間（穴）
が小さくなり、第１硬化層２５の形成範囲に制約をなく
すことができる。

【００１９】

【実施例３】図４及び図５は本発明の実施例３の要部を
示し、図４は斜視図、図５はベース板の平面図である。
本実施例のベース板６は、相対する位置を接着７で結合
した小片板８の集合体により平板状に形成され、支持部
材２３に固定されている。各小片板８の間には、樹脂液
が貫流する隙間９が形成されている。各小片板８は、分
割・取り外し・再結合可能となっており、ベース板６の
大きさを変更し得るようになっている。

【００２０】［作用］本実施例にあっては、硬化物２５
を形成する範囲の広さだけ小片板８を結合してベース板
６が形成される。このため、ベース板６の上昇時に、樹
脂液は小片板８間の隙間を貫流するとともに硬化物２５
外に出るベース板６部分が少なくなり、ベース板６と樹
脂液との摩擦抵抗はほとんど解消される。

【００２１】［効果］本実施例によれば、前記実施例
１，２にも増して、より平坦な液面を前硬化層の上に形
成することができる。さらに、硬化物２５の形状変化に
対応して小片板８を任意に分割・取り外し・再結合でき
るため、非常に汎用的なベース板６を得ることができ
る。

【００２２】本実施例では、小片板８を接着剤７で結合
した場合について説明したが、相対する結合部位に各々
嵌合する凸部と凹部を設けて結合する構成、あるいは小
片板８を磁石片として磁力により吸着結合する構成とす
ることもできる。この場合、各小片板８の間に本実施例
と同様に隙間９が生じるようにする。かかる結合にあっ
ても、本実施例と同様な作用、効果を得ることができ
る。

【００２３】なお、本発明は、前硬化層上に形成される
樹脂液の液面を平坦にすることを目的として、以下のよ
うに構成してもよい。所望の立体造形的をスライスした
断面形状データに基づいて紫外線レーザー光線を液状の
光硬化性樹脂材料の表面部に照射してベース板上に硬化
層を形成する手段と、前記ベース板を昇降させ前記硬化
層上に光硬化性樹脂材料を導入する手段と、液面掃引手
段とを具備し、前記ベース板上に前記硬化物を順次積層
形成する光学的造成装置において、前記ベース板にベー
ス板の昇降方向に沿って複数の穴を貫設して構成する。
これにより、ベース板の上昇時に樹脂液が穴を貫流して
ベース板の下方に流れ、硬化層上の樹脂液面が平坦にな
る。前記複数の穴は、多角柱穴、円柱穴、楕円柱穴、多
角錐穴、円錐穴あるいは楕円錐穴により構成することが
できる。また、前記ベース板は、多孔質部材、多孔質セ
ラミックス部材あるいは軽石板で構成してもよい。さら
に、前記ベース板は、多数の粗球体を平板状に結合し、
各粗球体の間に隙間を設けるように構成することができ
る。粗球体の素材には、金属、ガラス、熱可塑性樹脂を
用いて構成する。また、ベース板は、複数の小片板を軟
接着剤により平板状に結合してなる結合体で構成する。
これにより、小片板は分割・取り外し・再結合可能と
し、ベース板の大きさを硬化層の大きさに対応させる。
前記結合体は、小片板の相対する結合部位を一方は凸形
状とし他方は凹形状とし、この凸部と凹部を結合させて
構成する。また、結合体は、小片板を磁石片とし、磁力
により小片板を結合させて構成する。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、ベース板を樹脂液中で上昇するとき、樹脂液は
ベース板の複数の穴を通って下方に流れるので、硬化物
上に発生する樹脂液の規定値以上の盛り上がりを解消す
ることができる。また、請求項２の発明によれば、小片
板の結合・取り外しによりベース板の大きさを硬化物の
大きさに対応させることができるとともに、各小片板間
に隙間を生じさせることにより、請求項１と同様な効果
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の要部を示す断面図である。

【図２】本発明の実施例１の要部を示す断面図である。

【図３】本発明の実施例２の要部を示す斜視図である。

【図４】本発明の実施例３の要部を示す斜視図である。

【図５】本発明の実施例３におけるベース板を示す平面
図である。

【図６】従来の光学的造形装置を示す斜視図である。

【図７】光学的造形方法の原理説明図である。

【図８】従来技術の問題点を示す説明図である。

【図９】従来技術における硬化層上の樹脂液の排出運動
を示す説明図である。

【図１０】従来技術の問題点を示す説明図である。

【符号の説明】

１，３，６ベース板２穴４粗球体５，９隙間７接着剤８小片板２０光硬化性樹脂材料（樹脂液）２５第１硬化層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所望の立体造形的をスライスした断面形
状データに基づいて紫外線レーザー光線を液状の光硬化
性樹脂材料の表面部に照射してベース板上に硬化層を形
成する手段と、前記ベース板を昇降させ前記硬化層上に
光硬化性樹脂材料を導入する手段と、液面掃引手段とを
具備し、前記ベース板上に前記硬化物を順次積層形成す
る光学的造成装置において、前記ベース板を、前記光硬
化性樹脂材料がベース板の昇降方向にベース板内を貫流
可能に構成したことを特徴とする光学的造形装置。
【請求項２】所望の立体造形的をスライスした断面形
状データに基づいて紫外線レーザー光線を液状の光硬化
性樹脂材料の表面部に照射してベース板上に硬化層を形
成する手段と、前記ベース板を昇降させ前記硬化層上に
光硬化性樹脂材料を導入する手段と、液面掃引手段とを
具備し、前記ベース板上に前記硬化物を順次積層形成す
る光学的造成装置において、前記ベース板を分割・取り
外し・再結合可能な結合体により構成したことを特徴と
する光学的造形装置。