JPH07304104A - 光造形品の形成方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 形状精度や品質の優れた造形品を形成する。 【構成】 硬化された硬化層の表面１３の位置と光硬化
性樹脂２の液面１２の位置を非接触変位センサ１６によ
って検出し、次に硬化する層の液厚を検出する。液厚の
違いに応じてレーザパワーを自動的に変化させ、光硬化
性樹脂２を硬化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光硬化性樹脂を用いた
光造形品の形成方法および装置に係り、特に液厚によっ
てレーザ照射条件を制御して高精度の光造形品を得るこ
とができる光造形方法および光造形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の光造形装置を示す概略構成
図である。図において、１は光硬化性樹脂２を収容した
タンクで、タンク１内には駆動装置３によって昇降操作
される成形台４が設けられている。タンク１の上方に
は、レーザ光励起装置５で励起されたレーザ光６をスキ
ャニングデータに従ってスキャンし、レーザ光６をタン
ク１内に導くレーザ光スキャニング装置７が設けられて
いる。レーザ光スキャニング装置７の下方には、タンク
１内に導かれたレーザ光８を光硬化性樹脂２の液面１２
上に集光するための集光レンズ９が設けられている。上
記駆動装置３およびレーザ光スキャニング装置７には、
造形しようとする製品の断面形状データを基に、エレベ
ータ駆動データおよびスキャニングデータを作成するＣ
ＡＤデータ処理装置１０が接続されている。上記光造形
装置により製品を作成する際、成形台４を光硬化性樹脂
２の液面１２に位置させ、ＣＡＤデータ処理装置１０で
作成したスキャニング装置７により、レーザ光励起装置
５からのレーザ光６をスキャンし、スキャンしたレーザ
光８を集光レンズ９で液面１２に集光して光硬化性樹脂
２を成形台４上で製品の断面形状に合わせて硬化させ
る。この断面形状について樹脂の硬化が完了した後、エ
レベータ駆動データに従って成形台４を駆動装置３によ
り微少量降下させるとともに、硬化層の上に液の厚さを
設け、この液厚にスキャニングデータに従ってレーザ光
８をスキャン（照射）し、上記硬化させた断面形状の上
に新たな断面形状の硬化層を連続して形成する。そし
て、この成形台４の降下とレーザ光８のスキャニングと
を繰り返して行い、所望の断面形状を有する光造形品１
１を作製する。

【０００３】上記光造形品１１の作製にあったて、光造
形品１１のＺ方向の形状精度は、成形台４の移動量によ
って決まるが、光硬化層の厚みは、造形形状・温度等の
影響を大きく受けるため、バラツキが生じ、光造形品１
１の品質が悪くなる。

【０００４】そこで、形成される光硬化層の厚みを正確
に制御するために、光造形品１１の側方の成形台４の上
面に光造形品１１の硬化層の形成と同時に検出用光硬化
層１４を作製し、位置検出装置１５で、検出用光硬化層
１４の表面位置を検出し、光硬化性樹脂２を供給しなが
ら、成形を行うことによって形状精度や品質の優れた成
形品を得る方法が案出され、特開平２−１７５１３４号
公報に開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記特開平２−１７５
１３４号公報にあっては、検出用光硬化層１４の表面位
置を検出し、この検出値を基準として液厚の制御、すな
わち、成形台４を下降させるべき移動量の制御を行って
いる。しかし、液厚を調整して造形をしていくことはで
きるが、光硬化層数が多ければ多いほど、造形品のＺ方
向の累積誤差は大きくなる。また、光硬化性樹脂２の液
面１２の位置は造形品の体積や温度等の諸条件で変動
し、一定の値を保つことは困難である。

【０００６】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて
なされたもので、光硬化層と光硬化性樹脂液の表面位置
を正確に検出し、液厚の値によって自動的にレーザ照射
条件を変えることによって安定した造形を行い、形状精
度や品質の優れた造形品を得ることができる光造形品の
形成方法および装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１に記載した光造形品の形成方法
は、コンピュータ援用設計システムで設計された製品の
全断面形状のデータから、その一断面形状のデータによ
り、レーザ光をスキャンしてタンク内に収容した光硬化
性樹脂を上記一断面形状に硬化した後、上記一断面形状
と直近する断面形状のデータに従って上記光硬化性樹脂
を硬化した断面形状を上記一断面形状に硬化した樹脂上
に順次連続して形成することにより、上記製品の光造形
品を形成する方法において、硬化された硬化層の表面位
置と光硬化性樹脂液の表面位置から液厚を検出すること
によって各層のレーザ光の照射条件を自動的に制御する
ように構成した。

【０００８】本発明の請求項２に記載した光造形品の成
形装置は、光硬化性樹脂液を収容するタンクと、タンク
内で昇降自在な成形台と、タンクの上方から光硬化性樹
脂液にレーザ光を照射する光照射機構とを備えた光造形
品の形成装置において、光硬化層の表面位置と光硬化性
樹脂液の表面を検出するための検出機構を備えるととも
に、検出機構からの検出信号に基づいてレーザ光の最適
照射条件を制御する制御装置を設けて構成した。

【０００９】

【作用】上記請求項１の構成によれば、硬化された硬化
層の表面位置と光硬化性樹脂液の表面位置を検出するこ
とによって、次に硬化する光硬化性樹脂の液厚を求め、
この液厚の値に基づいてレーザ照射条件が自動的に制御
され、光造形品の形状精度が高められる。

【００１０】また、請求項２の構成によれば、検出機構
は、光硬化層の表面位置と光硬化性樹脂の液面高さを正
確に検出し、次に硬化する光硬化性樹脂の液厚を検出す
る。制御装置は、検出機構による液厚の検出値に応じ
て、光硬化性樹脂へのレーザ光照射条件を自動で変更す
る。

【００１１】

【実施例１】図１は、本発明に係る光造形品の形成装置
の実施例１を示す概略構成図である。なお、図６に示し
た形成装置と同様な構成部分は同一番号を付して、その
説明を省略する。図において、１６は光造形品１１の上
面１３の位置高さおよび光硬化性樹脂２の液面１２の位
置を検出するための非接触変位センサである。この非接
触変位センサ１６は、高周波電界を発生させて、被測定
面（上面１３、液面１２）と非接触変位センサ１６との
距離に応じた静電容量の変化を検出し、この変化を電圧
変化に置換して変位を計るようになっている。１７は、
非接触変位センサ１６が光造形品１１の上面１３の位置
高さと光硬化性樹脂２の液面１２の位置を検出するため
に、非接触変位センサ１６の水平移動を可能とする駆動
装置である。この駆動装置１７は、タンク１の上空から
回避し得るように移動可能な構造となっている。

【００１２】非接触変位センサ１６および駆動装置１７
は、ＣＡＤデータ処理装置１０のコンピュータによって
制御される。ＣＡＤデータ処理装置１０のコンピュータ
には、非接触変位センサ１６から検出された検出値によ
って、レーザ光の照射条件を設定するプログラムが組み
込まれている。また、レーザ光スキャニング装置７に
は、ＣＡＤデータ処理装置１０からの信号によってレー
ザパワーを自動的に可変する機構を備えている。

【００１３】次に、上記構成からなる形成装置を用いた
光造形品の形成方法の実施例を図１および図２を用いて
説明する。本実施例では、非接触変位センサ１６と液面
１２の基準とする設定距離を１０ｍｍとし、測定範囲を
５ｍｍとするセンサを用いた。

【００１４】まず、段取りとして、光硬化性樹脂２の液
面１２の位置をを非接触変位センサ１６で検出し、その
後、成形台４を液面１２から２〜３ｍｍぐらい上げて、
成形台４の上面４ａ位置を検出する。この際、成形台４
の上面４ａに光硬化性樹脂２が付着しているので、手等
でよく拭き取る。そして、液面１２と上面４ａで検出さ
れた値の差分だけ成形台４を下降する。これにより、光
硬化性樹脂２の液面１２と成形台４の上面４ａは一致
し、造形準備完了となる（図２（ａ）参照）。

【００１５】次に、成形台４の上面４ａに作製する硬化
層のピッチＰだけ成形台４を駆動装置３により下降する
（図２（ｂ）参照）。

【００１６】レーザ光励起装置５で励起されたレーザ光
６をスキャニングデータに従ってスキャンしつつ、レー
ザ光スキャニング装置７から成形台４上の光硬化性樹脂
２にレーザ光８の照射し、成形台４の上面４に一層分の
硬化層１１ａを形成する。本実施例では、ピッチ量をＰ
＝０．１ｍｍとし、レーザパワーを１０ｍＷに初期設定
してある。そして、硬化層１１ａの表面１３を非接触変
位センサ１６で検出する（図２（ｃ）参照）。

【００１７】硬化層１１ａの表面１３の位置を検出した
後、成形台４を駆動装置３により１ピッチＰ（０．１ｍ
ｍ）下降し、光硬化性樹脂２の液面１２が平滑になるの
を待って、液面１２の検出を行う（図２（ｄ）参照）。

【００１８】検出信号は、ＣＡＤデータ処理装置１０の
コンピュータに送られ、硬化層１１ａの表面１３と液面
１２との値から、硬化層１１上の液厚Ｈが検出される
（図２（ｅ）参照）。そして、この液厚Ｈにより、レー
ザパワーの設定値信号をレーザ光スキャニング装置７に
指令し、この指令に基づいてレーザ光８が照射される。
このとき、液厚Ｈとレーザパワーは図３に示す関係にな
っている。本実施例では、液厚Ｈが０．１５ｍｍとす
る。この場合、レーザパワーは、図３に示されるように
自動的に１２〜１３ｍＷに設定される。以下、同様な工
程操作を繰り返して、前硬化層の上に次硬化層を順次積
層して、最終的に所望の光造形品１１を形成する。

【００１９】（効果）本実施例によれば、各硬化層で、
硬化する液厚に応じてレーザ光照射を最適な条件に制御
することができる。これにより、従来は、Ｚ方向の寸法
精度が０．１〜０．２ｍｍであったのが、本実施例では
０．０５ｍｍ以下の高精度の光造形品を形成することが
できる。

【００２０】

【実施例２】本実施例の光造形品の成形装置は、実施例
１の成形装置と基本的構成を同じくするので、図示を省
略し、以下の説明においては図１を用いて行う。だだ、
レーザ光スキャニング装置７が、ＣＡＤデータ処理装置
１０の信号によって、レーザ光のスキャン速度を自動的
に可変し得る機構を備えている点が異なっている。

【００２１】本実施例の光造形品の成形装置を用いた光
造形品の形成方法の実施例を図１および図２を用いて説
明する。本実施例では、ピッチ量を０．１ｍｍとし、レ
ーザスキャン速度を１３００ｍｍ／ｓに初期設定してあ
る。実施例１と同様に、硬化層１１ａの表面１３と光硬
化性樹脂２の液面１２を検出する。検出信号は、ＣＡＤ
データ処理装置１０のコンピュータに送られ、表面１３
と液面１２の値（液厚Ｈ）から、レーザスキャン速度の
設定値信号をレーザ光スキャニング装置７に指令し、レ
ーザ光８が照射される。このとき、液厚Ｈとレーザスキ
ャン速度とは、図４に示す関係になっている。本実施例
では、液厚Ｈが０．１５ｍｍとする。この場合、レーザ
スキャン速度は８００ｍｍ／ｓ〜１２００ｍｍ／ｓに設
定される。以下、同様な工程操作を繰り返して、前硬化
層の上に次硬化層を順次積層して、最終的に所望の光造
形品１１を形成する。

【００２２】（効果）本実施例によれば、各硬化層で、
硬化する液厚に応じてレーザ光のスキャン速度を最適な
条件に制御することができる。これにより、従来は、Ｚ
方向の寸法精度が０．１〜０．２ｍｍであったのが、本
実施例では０．０５ｍｍ以下の高精度で安価な光造形品
を提供することができる。

【００２３】

【実施例３】本実施例の光造形品の成形装置は、実施例
１の成形装置と基本的構成を同じくするので、図示を省
略し、以下の説明においては図１を用いて行う。だだ、
レーザ光スキャニング装置７が、ＣＡＤデータ処理装置
１０の信号によって、レーザ光のパワーとスキャン速度
を並列して自動的に可変し得る機構を備えている点が異
なっている。

【００２４】本実施例の光造形品の成形装置を用いた光
造形品の形成方法の実施例を図１および図２を用いて説
明する。本実施例では、ピッチ量を０．１ｍｍとし、レ
ーザパワーを１０ｍＷ、レーザスキャン速度を１３００
ｍｍ／ｓに初期設定してある。実施例１と同様に、硬化
層１１ａの表面１３と光硬化性樹脂２の液面１２を検出
する。検出信号は、ＣＡＤデータ処理装置１０のコンピ
ュータに送られ、表面１３と液面１２の値（液厚Ｈ）か
ら、レーザパワー、レーザスキャン速度の設定値信号を
レーザ光スキャニング装置７に指令し、レーザ光８が照
射される。このとき、液厚Ｈとレーザパワー・レーザス
キャン速度は、図５に示す関係になっている。本実施例
では、液厚Ｈが０．１５ｍｍとする。この場合、レーザ
パワーは１１〜１２ｍＷ、レーザスキャン速度は９００
ｍｍ／ｓ〜１２００ｍｍ／ｓに設定される。以下、同様
な工程操作を繰り返して、前硬化層の上に次硬化層を順
次積層して、最終的に所望の光造形品１１を形成する。

【００２５】（効果）本実施例によれば、各硬化層で、
硬化する液厚に応じてレーザ光のパワーおよびスキャン
速度を最適な条件に制御することができる。これによ
り、実施例２よりも、さらに造形速度が速くなり、高精
度で安価な光造形品を提供することができる。

【００２６】なお、本発明は、形状精度や品質の優れた
造形品を得ることができる光造形品の形成方法および装
置を提供することを目的として、以下のように構成こと
ができる。コンピュータ援用設計システムで設計された
製品の全断面形状のデータから、その一断面形状のデー
タにより、レーザ光をスキャンして、タンク内に収容し
た光硬化性樹脂を上記一断面形状に硬化した後、上記一
断面形状と直近する断面形状のデータに従って上記光硬
化性樹脂を硬化した断面形状を上記一断面形状に硬化し
た樹脂上に順次連続して形成することにより、上記製品
の光造形品を形成する方法において、硬化された硬化層
の表面位置と光硬化性樹脂の液面位置から、次に硬化す
る層の液厚を検出することによって各層のレーザ光の照
射条件を、単位面積当たりの照射量により自動的に制御
することを特徴とする光造形品の形成方法。前記レーザ
光の照射条件は、レーザパワーあるいはスキャン速度あ
るいはレーザパワー・スキャン速度のいずれか１つを制
御することを特徴とする光造形品の形成方法。

【００２７】前記各構成によれば、硬化された硬化層の
表面位置と光硬化性樹脂液の表面位置を検出することに
よって、次に硬化する光硬化性樹脂の液厚を求め、この
液厚の値に基づいてレーザ照射条件が自動的に制御さ
れ、光造形品の形状精度が高められる。

【００２８】光硬化性樹脂液を収容するタンクと、タン
ク内で昇降自在な成形台と、タンクの上方から液面にレ
ーザ光を照射する光照射機構とを備えた光造形品の形成
装置において、光硬化層の表面位置と光硬化性樹脂の液
面を検出するための検出機構を非接触変位センサとし、
この非接触変位センサからの検出信号に基づいて、レー
ザ光の最適照射条件を制御する制御装置を設けているこ
とを特徴とする光造形品の形成装置。前記検出機構は、
静電容量変化を検出する非接触変位計あるいはレーザ系
の検出センサあるいは毛細管を用いたレベル計を用いる
ことを特徴とする光造形品の形成装置。

【００２９】前記各構成によれば、検出機構は、光硬化
層の表面位置と光硬化性樹脂の液面高さを正確に検出
し、次に硬化する光硬化性樹脂の液厚を検出する。制御
装置は、検出機構による液厚の検出値に応じて、光硬化
性樹脂へのレーザ光照射条件を自動で変更する。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１の光造
形品の形成方法によれば、硬化層の表面位置と液面の位
置を検出することにより、液厚を正確に知ることがで
き、その液厚をもとにして、レーザ光の照射条件を制御
することができる。従って、複数の光硬化層を積層し
て、光造形品を形成する際に、適正なレーザ光の照射条
件で造形するため、品質性能が安定した精度の高い光造
形品を得ることができる。また、請求項２の光造形品の
製造装置によれば、検出機構によって液厚を検出し、こ
の検出信号に基づいてレーザ光の照射条件を制御するこ
とで、適正なレーザ光の照射条件で造形するため、品質
性能が安定した精度の高い光造形品を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光造形品の形成装置の実施例１を
示す概略構成図である。

【図２】本発明に係る光造形品の成形方法の各実施例を
示す概略工程図である。

【図３】液厚とレーザパワーとの関係を示す線図であ
る。

【図４】液厚とレーザスキャン速度との関係を示す線図
である。

【図５】液厚とレーザパワー・レーザスキャン速度との
関係を示す線図である。

【図６】従来の光造形装置を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１ タンク ２ 光硬化性樹脂 ３ 駆動装置 ４ 成形台 １０ ＣＡＤデータ処理装置 １１ 光造形品 １２ 液面 １３ 表面 １６ 非接触変位センサ １７ 駆動装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンピュータ援用設計システムで設計さ
   れた製品の全断面形状のデータから、その一断面形状の
   データにより、レーザ光をスキャンして、タンク内に収
   容した光硬化性樹脂を上記一断面形状に硬化した後、上
   記一断面形状と直近する断面形状のデータに従って上記
   光硬化性樹脂を硬化した断面形状を上記一断面形状に硬
   化した樹脂上に順次連続して形成することにより、上記
   製品の光造形品を形成する方法において、硬化された硬
   化層の表面位置と光硬化性樹脂の液面位置から、次に硬
   化する層の液厚を検出することによって各層のレーザ光
   の照射条件を自動的に制御することを特徴とする光造形
   品の形成方法。
2. 【請求項２】 光硬化性樹脂液を収容するタンクと、タ
   ンク内で昇降自在な成形台と、タンクの上方から液面に
   レーザ光を照射する光照射機構とを備えた光造形品の形
   成装置において、光硬化層の表面位置と光硬化性樹脂の
   液面を検出するための検出機構を備えるとともに検出機
   構からの検出信号に基づいて、レーザ光の最適照射条件
   を制御する制御装置を設けていることを特徴とする光造
   形品の形成装置。