JPH0788966A

JPH0788966A - 三次元形状の形成方法

Info

Publication number: JPH0788966A
Application number: JP5236935A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Uchinono; 内野々良幸; Yoshikazu Azuma; 喜万東
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1993-09-22
Filing date: 1993-09-22
Publication date: 1995-04-04
Also published as: US5503793A

Abstract

(57)【要約】【目的】光硬化性樹脂液に光を照射して光硬化層を形
成し、この光硬化層を積み重ねて所望の三次元形状を形
成する方法において、光硬化層を形成するための樹脂液
薄層として、薄くしかも厚みが正確で表面の平滑性にも
優れたものを能率的に形成できて、三次元形状の形状精
度を高め、作業能率を向上させることのできる三次元形
状の形成方法を提供する。【構成】成形台３０または先に形成された光硬化層４
０の上部と周囲の樹脂液１０が表面張力にてつながった
状態で、成形台３０または先に形成された光硬化層４０
の表面を樹脂液１０の液面よりも高くして、成形台３０
または先に形成された光硬化層４０の上に樹脂液薄層２
０を形成し、ついで、樹脂液１０の液面と樹脂液薄層２
０の表面を一致させた状態で、樹脂液薄層２０に光を照
射して光硬化層４０を形成させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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、詳しくは、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形
成製造する方法に関するものである。

【０００２】

【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、成形型や複雑な加工
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
造等に利用することが考えられている。具体的には、例
えば、特開昭６３−１４１７２４号公報に開示された方
法がある。

【０００３】特開昭６３−１４１２７２号公報に開示さ
れた方法は、樹脂液槽内に光硬化性樹脂液を蓄えておく
とともに、昇降自在な成形台を設けておく。成形台を一
旦液面下に深く沈めたのち、成形台を樹脂液面よりもわ
ずか下の位置まで上昇させると、成形台の上には必要と
する光硬化層の厚みに対応した厚みを有する光硬化性樹
脂液薄層が自然に形成される。この樹脂液薄層にレーザ
光を照射して光硬化させるのである。このような、成形
台を昇降させて樹脂液薄層を形成する工程とレーザー光
を照射して光硬化層を形成する工程を繰り返すことによ
って、成形台の上には、光硬化層が積み重ねられ、所望
の三次元形状を備えた成形品が得られる。

【０００４】ところが、この方法では、光硬化層を形成
するための樹脂液薄層の厚みを、薄くかつ正確に制御す
るのが難しいという問題があった。すなわち、樹脂液に
深く沈めた成形台を上昇させると、成形台の上にあった
樹脂液が周囲に逃げて、成形台の上を一定厚みの樹脂液
薄層で覆うことになるのであるが、樹脂液は高粘度の光
硬化性樹脂からなるため、樹脂液が成形台の上方から周
囲に逃げだすのが遅れ、成形台の上に余分の樹脂液が残
ってしまい、成形台の上に形成される樹脂液薄層の厚み
にばらつきが生じ易いのである。勿論、十分な時間をか
ければ、成形台の上方と周囲との液面高さが一致して、
樹脂液薄層の厚みも正確に設定されるようになるが、多
数の光硬化層を積み重ねて三次元形状を形成する場合、
樹脂液薄層の形成工程における作業時間の延長は、全体
の工程時間を大幅に延ばし、作業能率を大きく低下させ
てしまうことになる。

【０００５】特に、樹脂液薄層を薄く形成しようとする
ほど、成形台の上から周囲に逃げださなくてはならない
樹脂液の量が増えるとともに、樹脂液薄層の厚みが所定
の厚みに近づいた最終段階では、成形台の上方の樹脂液
と周囲の樹脂液との液面の差すなわち位置エネルギーの
差がきわめて少なくなるので、樹脂液の逃げ出しに余計
に時間がかかることになり、前記した問題が甚だしくな
る。

【０００６】本願発明者らは、上記問題を解決する方法
を、特願平３−２８１７４８号（特開平５−３８７６２
号）にて提案している。この方法は、前記従来の方法に
おいて、樹脂液に沈めた成形台を、樹脂液の液面より下
に配置するのでなく、液面よりも高く上昇させることに
より、成形台の上の樹脂液が成形台の周囲から下方の空
間を経て樹脂液槽へと急速に落下して、成形台の上に所
定の厚みの樹脂液薄層が迅速に形成されるのである。ま
た、成形台の上に形成された樹脂液層の一部を掃き取り
部材で除去することによって、厚みの薄い樹脂液薄層を
迅速に形成する方法も提案している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記した先
行技術では、成形台の上に形成された樹脂液薄層の表面
を、周縁まで正確な平面に形成することが難しく、この
ような樹脂液薄層から形成される光硬化層を積み重ねて
三次元形状を形成すると、三次元形状の形状精度が悪く
なるという問題があった。

【０００８】すなわち、図１１(a) に示すように、樹脂
液２を溜めた樹脂液槽１に、成形台３を沈めた後、樹脂
液２の液面よりも十分に高く上昇させると、成形台３に
先に形成された光硬化層４の上から周囲に樹脂液２が流
れ落ちて、光硬化層４の上には、ある程度の厚みのある
樹脂液２の層が残る。光硬化層４の上に残った樹脂液２
の層に対して、ドクターナイフ５を水平方向に移動させ
て、樹脂液２の一部を除去すれば、薄く平滑な表面の樹
脂液薄層Ｌが形成できる。このとき、樹脂液薄層Ｌは、
樹脂液の表面張力によって光硬化層４の上に盛り上がっ
た状態で安定して存在することができる。しかし、表面
張力によって維持された樹脂液薄層Ｌは、その周縁部分
に丸みが生じ、樹脂液薄層Ｌの表面は、中央部分では正
確な平面になるが、周縁部分には丸みもしくは垂れ下が
りが生じることになる。このような周縁に丸みを有する
樹脂液薄層Ｌから形成された光硬化層を積み重ねて三次
元形状を形成すると、三次元形状の外周形状に凹凸がで
きたり、全体形状が周縁で垂れ下がりを有するものとな
り、形状精度が低下してしまうのてある。

【０００９】なお、周縁に丸みを有する樹脂液薄層Ｌ
を、図１１(b) に示すように、樹脂液２の液面に配置す
ると、樹脂液薄層Ｌと周囲の樹脂液２との境界に凹みＸ
が生じる。この凹みＸは、樹脂液薄層Ｌ側の周縁にでき
る表面張力による丸み形状と、周囲の樹脂液２側の周縁
にできる表面張力による丸み形状とが組み合わせられた
逆Ｖ形をなしている。樹脂液薄層Ｌをそのまま保持して
おけば、時間がたつにつれて、樹脂液薄層Ｌと周囲の樹
脂液２とが一体化して凹みＸを解消し、平滑な表面を形
成することになるが、凹みＸが完全に消えるまでには、
ある程度の長い時間を必要とする。凹みＸが消えてレー
ザ光を照射できるようになるまでに時間がかかるのであ
れば、全体の作業時間が長くなり、作業能率が低下して
しまう。

【００１０】さらに、図１１(a) に示すように、液面よ
りも高い位置まで成形台３を上昇させると、成形台３か
ら落下した樹脂液が樹脂液槽１の液面に衝突して、液面
を波立たせる。そのため、樹脂液薄層Ｌを液面に配置し
たときに、樹脂液薄層Ｌと周囲の液面とが平滑化するの
に余計に時間がかかるようになり、樹脂液薄層Ｌの表面
の平滑性も悪くなるという問題がある。

【００１１】そこで、この発明の課題は、上記したよう
な従来技術の問題点を解消し、光硬化層を形成するため
の樹脂液薄層として、薄くしかも厚みが正確で表面の平
滑性にも優れたものを能率的に形成できて、三次元形状
の形状精度を高め、作業能率を向上させることのできる
三次元形状の形成方法を提供することにある。

【００１２】

【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
の方法は、光硬化性樹脂液に光を照射して光硬化層を形
成し、この光硬化層を積み重ねて所望の三次元形状を形
成する方法において、成形台または先に形成された光硬
化層の表面を、樹脂液槽内の樹脂液に対して、次層の光
硬化層の表面形成に必要な樹脂液薄層の厚みよりも深い
位置まで沈めた後、成形台または先に形成された光硬化
層の表面を周囲の樹脂液の液面よりも高くするととも
に、成形台または先に形成された光硬化層の上方の樹脂
液と周囲の樹脂液とが表面張力にてつながった状態で、
成形台または先に形成された光硬化層の上に樹脂液薄層
を形成し、ついで、成形台とともに樹脂液薄層を周囲の
樹脂液の液面位置まで下降させ、樹脂液薄層の表面と周
囲の樹脂液の液面とを一致させた状態で、樹脂液薄層に
光を照射して光硬化層を形成させる。

【００１３】この方法は、基本的には、前記特開平５−
３８７６２号公報に開示された方法と同様に、樹脂液に
沈めた成形台および光硬化層を、樹脂液の液面よりも高
い位置まで上昇させて樹脂液薄層を形成する方法であ
り、その後のレーザ光等の照射方法も同様に行われる。
したがって、基本的な成形装置の構造や作業工程、光硬
化性樹脂の材料等は、前記先行技術あるいは通常の三次
元形状の形成方法の場合と同様でよい。

【００１４】この方法では、成形台または先に形成され
た光硬化層（以下、成形台と先に形成された光硬化層に
共通する内容の場合は、まとめて光硬化層と呼ぶ）の上
部と周囲の樹脂液が表面張力にてつながった状態で、光
硬化層の表面を樹脂液の液面よりも高くして、光硬化層
の上に樹脂液薄層を形成する。すなわち、光硬化層を樹
脂液に沈めた後、液面よりも高く上昇させると、光硬化
層の上に存在していた樹脂液が、光硬化層の周囲から流
れ落ちるが、このとき、光硬化層の上方から周囲の樹脂
液槽内までの液面が、断続することなく、表面張力でつ
ながった状態になるようにするのである。それには、光
硬化層の表面を、樹脂液槽の液面よりも、少し高い程度
の位置に配置する必要がある。光硬化層を高く上昇させ
過ぎると、光硬化層の上方と周囲の樹脂液を表面張力で
つながった状態に維持するのが困難である。但し、一
旦、十分に高く上昇させた光硬化層を、液面よりも少し
高い位置まで戻すようにしてもよい。

【００１５】光硬化層の上昇高さ、すなわち光硬化層の
表面と周囲の液面との高さの差は、使用する光硬化性樹
脂液の特性や形成しようとする樹脂液薄層の厚みなどの
条件に合わせて、具体的に設定すればよい。光硬化層の
表面と周囲の液面がほぼ同じ程度であっても、ある程度
はこの発明の作用効果は達成できる。したがって、この
発明において、光硬化層の表面を周囲の樹脂液の液面よ
りも高くするとは、光硬化層の表面が周囲の液面よりも
低くない状態を意味している。

【００１６】また、光硬化層の上方の樹脂液は、時間と
ともに流れ落ちるので、光硬化層の上方と周囲の樹脂液
が表面張力でつながっている間に、次の段階に進むよう
にすればよく、継続的に光硬化層の上方と周囲の樹脂液
が表面張力でつながるような高さ位置に、光硬化層を維
持しておく必要はない。このように、光硬化層の上方に
形成された樹脂液薄層の表面と周囲の液面とが表面張力
でつながった状態のまま、光硬化層および成形台ととも
に樹脂液薄層を樹脂液槽内の樹脂液の液面位置まで下降
させて、樹脂液の液面と樹脂液薄層の表面を一致させ
る。すなわち、前の段階から光硬化層の高さ位置を少し
下げることになる。この状態の後、樹脂液薄層に光を照
射して光硬化層を形成させる工程は、前記先行技術など
の通常の三次元形状の形成方法の場合と同様であり、詳
しい説明は省略する。

【００１７】つぎに、請求項２の方法は、前記請求項１
の方法のように、光硬化層を樹脂液槽内の樹脂液に沈め
た後で上昇させて、光硬化層の上に樹脂液を供給する代
わりに、樹脂液が覆っていない光硬化層を樹脂液の液面
よりも高い位置に配置した状態で、光硬化層の上方で、
定量塗布ノズル等から樹脂液を光硬化層の表面全体に供
給して、光硬化層の表面に一定厚みで樹脂液が溜まるよ
うにする。供給された樹脂液の一部は光硬化層の上方か
ら周囲に流れ落ちて、樹脂液槽内の樹脂液に戻るが、こ
のとき、光硬化層の上方および周囲の樹脂液が表面張力
でつながるようにするのである。したがって、この場合
には、光硬化層の高さ位置と外部から供給する樹脂液の
量などを調整することで、前記の樹脂液が表面張力でつ
ながった状態をつくることができる。樹脂液の供給手段
は、定量塗布ノズル等、光硬化層の表面全体に均一かつ
迅速に樹脂液を供給できるものであれば、通常の液体塗
布手段が用いられる。

【００１８】請求項３の方法では、樹脂液槽内で、光硬
化層の表面よりも樹脂液の液面を高くして、光硬化層の
上に樹脂液を供給する。すなわち、請求項１の方法で
は、光硬化層の高さ位置を変えていたのに対し、樹脂液
の液面のほうを変えるのであって、光硬化層と液面との
相対的な動きは同様である。つぎに、樹脂液の液面を成
形台または先に形成された光硬化層の表面よりも低くし
て、成形台または先に形成された光硬化層の上に樹脂液
薄層を形成し、ついで、樹脂液薄層の表面と周囲の樹脂
液の液面とを一致させる。この段階では、樹脂液薄層の
表面と周囲の樹脂液の液面を一致させるには、樹脂液の
液面を上昇させてもよいし、樹脂液薄層を光硬化層や成
形台とともに下降させてもよい。

【００１９】樹脂液槽内の液面高さを変えるには、従来
の三次元形状の形成方法など、通常の液面調整手段を採
用することができる。樹脂液槽に配管などで樹脂液を供
給したり除去したりしてもよいが、次に説明する方法が
好ましい。請求項４の方法は、上記した樹脂液槽内の液
面高さを変える手段として、三次元形状の形成を行う樹
脂液槽に連通する補助樹脂液槽を備えておき、この補助
樹脂液槽の液面を変化させることで、樹脂液槽の液面を
変化させる。すなわち、光硬化層や樹脂液薄層が配置さ
れる樹脂液槽の液面を直接に操作して変化させるのでは
なく、補助樹脂液槽の液面を変化させて、この補助樹脂
液槽とつながった樹脂液槽の液面高さを間接的に変化さ
せるのである。補助樹脂液槽の液面高さを変える手段と
しては、例えば、補助樹脂液槽の液面に物体を押し込ん
で、物体で排除された樹脂液の量だけ液面を上昇させる
方法が採用できる。また、シリンダ状の補助樹脂液槽に
ピストンを押し込んで、液面を上下させる方法や、タン
ク状の補助樹脂液槽に圧力空気を送り込んで液面を変化
させる方法なども採用できる。このような補助樹脂液槽
の構造および液面の調整手段は、樹脂液槽で行う樹脂液
薄層の形成や光硬化層の形成工程に悪影響を与えない方
法であれば、任意の方法を組み合わせて構成することが
できる。

【００２０】請求項５の方法は、上記請求項１〜４の何
れかの方法で、光硬化層の上に形成された樹脂液層の一
部を、水平移動する掃き取り部材で除去して樹脂液薄層
を形成する。掃き取り部材の構造や使用方法は、前記し
た先行技術と同様でよい。例えば、いわゆるドクターブ
レードが使用できる。ドクターブレードは、帯状の板材
からなり、側端辺すなわち刃先を光硬化層の表面に直角
に立てた状態で、板の厚み方向に水平に移動させて、樹
脂液を掃き取る。ドクターブレードの刃先形状は、板を
切断しただけのもの、先端をテーパ状に尖らせたものな
ど、通常のドクターブレードと同様の刃先形状が採用で
きる。このようなドクターブレードの作動機構も、従来
の各種装置と同様のものでよい。

【００２１】また、掃き取り部材として、エアーノズル
が使用できる。エアーノズルから吹き出す圧力空気で、
樹脂液を掃き取るのである。圧力空気の強さを変えるこ
とで、形成される樹脂液薄層の厚みを調整することがで
きる。エアーノズルは、樹脂液に接触することがないの
で、長期間にわたって汚れがつかず、安定した性能を発
揮することができる。

【００２２】掃き取り部材で除去する樹脂液の量は、掃
き取り部材で除去したあとに光硬化層の表面に残る樹脂
液の厚みが、前記した必要な樹脂液薄層の厚み程度にな
るように設定しておくのが好ましい。但し、この厚みは
厳密に設定しておく必要はない。すなわち、この段階で
は、樹脂液の厚みが、前記必要な樹脂液薄層の厚みとは
若干違っていたり、樹脂液の表面が全面で完全には平坦
でなくても、後工程でレーザ光を照射するまでの間に、
樹脂液の表面張力の作用などにより、光硬化層の表面を
覆う樹脂液と、周囲の樹脂液とのわずかな液面差や凹凸
などはある程度解消できる。

【００２３】請求項６の方法は、請求項１〜５の何れか
の方法で、光硬化層の上に形成された樹脂液層に、振動
を加えて樹脂液薄層を形成する。請求項１〜４の方法だ
けでも樹脂液薄層を形成することはできるが、そこに振
動を加えることによって、樹脂液薄層を迅速に形成でき
たり、樹脂液薄層の表面を平滑化できるのである。前記
掃き取り部材と振動を併用することもできる。

【００２４】振動を加える手段としては、光硬化層を積
み重ねた成形台に、機械的あるいは電子的な振動装置を
取り付けておいて、光硬化層の上の樹脂液薄層に振動を
伝えるようにしてもよいし、樹脂液薄層に超音波を照射
するなどして直接振動させることもできる。振動の強さ
や周波数は、振動を加える目的に合わせて設定すればよ
い。振動が強過ぎると、却って樹脂液薄層の平滑化を阻
害する場合がある。

【００２５】請求項７の方法は、請求項６の方法と同様
に、樹脂液薄層の形成を促進させたり平滑化させたする
方法である。すなわち、光硬化層の上に形成された樹脂
液層の粘度を低下させる。粘度を低下させる手段として
は、樹脂液の温度を上げる方法が適用できる。具体的に
は、光硬化層の上方に加熱ヒータを設けておいたり、熱
風の吹き付けノズルを設けておいたり、赤外線などの加
熱作用のある放射線の照射装置を設けておいたりすれば
よい。

【００２６】

【作用】請求項１〜３の何れの方法でも、光硬化層の上
方の樹脂液と周囲の樹脂液とが表面張力にてつながった
状態で、光硬化層の上に樹脂液薄層を形成し、ついで、
樹脂液薄層と樹脂液槽内の樹脂液の液面とを一致させる
ので、樹脂液薄層と周囲の樹脂液との間には、凹みや段
差が残らない。また、光硬化層の上から周囲の液面へと
樹脂液が落下衝突することもなくなるので、樹脂液槽内
の液面に波立ちやうねりが生じることもない。

【００２７】表面張力でつながった液体同士の間では、
重力や表面張力の作用で、表面を均一な高さに維持しよ
うとしたり平滑な状態にしようとしたりする力がはたら
くので、光硬化層の上方に存在する樹脂液は、迅速に周
囲から樹脂液槽内の樹脂液へと移動することになる。特
に、光硬化層の表面のみに周囲とは分離された状態で樹
脂液層が存在すると、表面張力で盛り上がった状態にな
って、周囲に流れ落ち難くなり、樹脂液層の厚みが分厚
くなったままになるが、光硬化層の上方の樹脂液と周囲
の樹脂液とが表面張力でつながっていれば、ほとんどの
樹脂液が周囲の樹脂液側へと移動するので、光硬化層の
上に残る樹脂液は少なく、きわめて厚みが薄く均一な樹
脂液薄層を形成することが可能になる。

【００２８】しかも、この発明の方法では、光硬化層の
表面を樹脂液の液面よりも高くして、位置エネルギーの
違いを大きくしているので、光硬化層の上方から周囲へ
の樹脂液の流れは、十分に強いものとなり、従来、樹脂
液の内部で光硬化層を上下させていた方法に比べて、は
るかに短い時間で目的とする厚みの樹脂液薄層を形成さ
せることが可能である。

【００２９】請求項１の方法では、光硬化層すなわち成
形台を上下に動かすので、光硬化層の高さ位置を容易に
制御できる。請求項２の方法では、樹脂液槽の液面上
で、光硬化層の上に樹脂液を供給するので、成形台と光
硬化層を樹脂液槽の内部に深く沈めるという動作が不要
になる。

【００３０】請求項３の方法では、樹脂液槽の液面を上
下させるので、成形台や光硬化層を大きく昇降させる必
要がない。請求項４の方法では、この補助樹脂液槽の液
面を変化させることで、樹脂液槽の液面を変化させるの
で、樹脂液槽で行う樹脂液薄層の形成工程や光硬化層の
上下運動などに影響が出ないようにして、樹脂液槽の液
面高さを変えることができる。特に、樹脂液槽の液面を
直接変えないので、樹脂液槽の液面にうねりや波立ちが
生じ難い。

【００３１】請求項５の方法では、掃き取り部材を用い
ることで、光硬化層の上方の樹脂液層から余分の樹脂液
を迅速に除去して、正確な厚みを有し、表面が平滑な樹
脂液薄層を、短時間で形成することができる。請求項６
の方法では、振動を加えることで、樹脂液が動き易くな
り、その結果、前記した表面張力の作用を促進して、正
確で厚みの薄い樹脂液薄層を迅速に形成できるようにな
る。

【００３２】請求項７の方法では、樹脂液の粘度を低下
させることで、樹脂液が動き易くなり、その結果、前記
した表面張力の作用を促進して、正確で厚みの薄い樹脂
液薄層を迅速に形成できるようになる。

【００３３】

【実施例】ついで、この発明の実施例について、図面を
参照しながら以下に説明する。〔光硬化層を上昇させて、液面よりも高くする方法〕こ
の方法は、前記請求項１に対応する方法であり、図１に
各工程を段階順に示しており、図２には、主要な工程に
ついて、詳細に示している。

【００３４】まず、工程に示すように、樹脂液槽６０
に貯えられた樹脂液１０の中に成形台３０を沈め、成形
台３０を樹脂液１０の液面からわずかに下の位置に配置
して、第１層の光硬化層４０を形成する。これは、従来
の通常の方法と同じであり、成形台３０の上に、均一で
表面が平坦な樹脂液薄層を形成するために、成形台３０
を所定位置に配置してから、充分な待ち時間をとった
後、光を照射する。但し、この成形台３０に第１層の光
硬化層４０を形成する際にも、後述する工程以下の方
法を適用することができる。

【００３５】つぎに、工程で、成形台３０を、充分に
深く沈める。工程で、成形台３０を上昇させて、先に
形成された光硬化層４０の表面を、液面よりも高くす
る。但し、光硬化層４０の表面の高さは、液面よりもわ
ずかに高い程度であり、成形台３０の表面がほぼ液面に
配置されている。光硬化層４の上方に存在していた樹脂
液１０は、大部分は光硬化層４０の上から周囲に脱落し
て樹脂液槽６０に戻るが、光硬化層４０の表面に一部の
樹脂液１０ａが層状に残った状態になる。この樹脂液層
１０ａの厚さは、次層の光硬化層を形成するのに必要な
樹脂液薄層の厚さよりも少し分厚くなっている。また、
樹脂液層１０ａの表面は、光硬化層４０の外周縁から外
側に存在する樹脂液槽６０内の樹脂液１０の液面へと、
表面張力によって連続的につながった状態になってい
る。樹脂液層１０ａの表面から周囲の樹脂液１０の液面
へと移行する部分は、光硬化層４０の外周よりも少し外
側で、滑らかな曲線状になっている。

【００３６】工程（図２の(a) 〜(b) ）で、掃き取り
部材となるドクターブレード８０を光硬化層４０の上方
で水平方向に移動させ、前記樹脂液層１０ａの表面近く
の一部厚み分を除去する。光硬化層４０の表面には、樹
脂液薄層２０が残る。この樹脂液薄層２０の厚みが、前
記した必要な樹脂液薄層の厚みとほぼ同じになるよう
に、ドクターブレード８０の高さを設定しておく。この
樹脂液薄層２０の表面も、周囲の樹脂液１０の液面と表
面張力によってつながっている。液面は、光硬化層４０
の上方ではほぼ水平であり、光硬化層４０の外周よりも
少し外側で、曲線状に湾曲して周囲の樹脂液１０の液面
へとつながっている。

【００３７】工程（図２の(c) ）で、成形台３０を液
面に沈め、光硬化層４０の表面と樹脂液１０の液面との
間隔が、前記必要な樹脂液薄層の厚みに相当するように
配置する。言い換えると、樹脂液薄層２０の表面と周囲
の樹脂液１０の液面とを同じ高さにする。表面張力でつ
ながっていた、樹脂液薄層２０の表面と周囲の樹脂液１
０の液面とは、迅速に均一かつ平滑になる。

【００３８】その後、光硬化層４０の表面を覆う樹脂液
薄層２０に、工程で、レーザ光９０を照射すれば、新
たな光硬化層４０が形成される。このような工程〜
を順次繰り返すことにより、工程から工程に示すよ
うに、光硬化層４０が積み重ねられ、目的とする三次元
形状を備えた樹脂成形品が成形されることになる。〔液面上で光硬化層の表面に樹脂を供給する方法〕これ
は、請求項２に対応する実施例であり、図３に各工程を
段階順に示し、図４に主要な工程について詳細に示して
いる。なお、前記方法と共通する部分は説明を省略す
る。

【００３９】工程からで、光硬化層４０を樹脂液１
０の液面よりも少し高い位置に配置する。このとき、図
４の(a) に示すように、最上層の光硬化層４０の下面
が、樹脂液１０の液面とほぼ同じ位置であるとともに、
樹脂液１０が、表面張力によって、光硬化層４０の側面
から表面の外周縁までを濡らすような状態になっている
のが好ましい。これは、樹脂液１０の液面で光照射によ
って形成された光硬化層４０を、そのまま少し持ち上げ
れば、上記のような状態になる。

【００４０】工程（図４の(b) ）で、光硬化層４０の
上方から光硬化層４０の上に樹脂液を供給する。具体的
には、成形台３０の全幅に相当する幅を有する定量塗布
ノズルで、光硬化層４０の上に樹脂液を供給しながら、
定量塗布ノズルを平行移動させれば、光硬化層４０の表
面全体に、一定厚みの樹脂液層１０ａを形成することが
できる。供給された樹脂液のうち余分の樹脂液は、光硬
化層４０の上から流れ落ちて、樹脂液槽６０に回収され
る。形成された樹脂液層１０ａの厚みは、必要とされる
樹脂液薄層２０の厚みよりも分厚い。この状態は、前記
図１の工程の状態と同じである。

【００４１】その後、工程〜で、掃き取り部材８０
による所定厚みの樹脂液薄層２０の形成から、樹脂液薄
層２０の樹脂液１０の液面位置への配置、および、レー
ザ光９０の照射等を行う。これらの工程は、前記実施例
で説明したことがそのまま適用される。〔樹脂液槽の液面を変化させる方法〕この方法は、請求
項３に対応する方法であり、図５に各工程を段階順に示
し、図６および図７には、液面を変化させる手段の具体
的構造を示している。

【００４２】図５に示すように、工程で、光硬化層４
０が形成され、光硬化層４０の表面が樹脂液１０の液面
と同じ高さ位置すなわち基準液面位置Ｌになる。工程
で、樹脂液１０の液面を上げ、樹脂液１０が光硬化層４
０の上方を覆うようにする。工程で、樹脂液１０の液
面を前記基準液面位置Ｌよりも下げる。そうすると、光
硬化層４０の上には、樹脂液１０が残ったままになり、
樹脂液層１０ａが形成される。この樹脂液層１０ａの表
面は、基準液面位置Ｌよりも高くなっているとともに、
表面張力の作用によって、光硬化層４０よりも外側で、
曲線状に湾曲して周囲の樹脂液１０の液面とつながって
いる。この状態は、前記図１の工程に相当する。

【００４３】工程で、ドクターブレート８０により樹
脂液層１０ａの一部を除去し、樹脂液薄層２０を形成す
る。工程で、樹脂液１０の液面を上げて、基準液面位
置Ｌに戻す。このとき、光硬化層４０の表面が基準液面
位置Ｌにあるから、樹脂液薄層２０の表面は、基準液面
位置Ｌよりも少し高い位置にある。

【００４４】工程で、成形台３０を下げ、樹脂液薄層
２０の表面を、樹脂液１０の液面すなわち基準液面位置
Ｌに合わせる。この工程では、成形台３０を下げる代わ
りに、樹脂液１０の液面のほうを上げても同じである。
但し、この段階で成形台３０を下げるようにすれば、樹
脂液薄層２０に形成および光照射による光硬化層４０の
形成工程を繰り返したときに、各工程を常に同じ液面の
上昇下降で行えるようになる。特に、光の照射を同じ高
さ位置で行える。この工程の状態が、図１の工程に
相当する。

【００４５】工程で、レーザ光９０の照射を行うが、
この工程は前記した各実施例の場合と同様である。これ
ら一連の工程を繰り返して、光硬化層４０を積み重ねた
三次元形状の成形品を形成する。図６および図７は、液
面の調整を行うのに適した樹脂液槽６０の具体的構造を
表している。図６(a) に示すように、前記した成形台３
０が昇降する大きな樹脂液槽６０の一部を小さな矩形状
に仕切って、補助樹脂液槽６２を設けている。図７(b)
および(d) に示すように、樹脂液槽６０と補助樹脂液槽
６２は、底面近くで連通しており、両者の液面高さは同
じになっている。図６(b) に示すように、樹脂液槽６０
とは離れた場所に補助樹脂液槽６４を設けておいて、図
７(a) および図７(c) に示すように、樹脂液槽６０と補
助樹脂液槽６４の下部を連通させておいてもよい。

【００４６】図７(a) 、(b) に示すように、補助樹脂液
槽６２、６４の液面に、ブロック状の物体６３を沈める
と、ブロック状物体６３の排除した分だけ、補助樹脂液
槽６２、６４の液面が上がり、補助樹脂液槽６２、６４
と連通している樹脂液槽６０の液面も上昇することにな
る。ブロック状物体６３の上下運動を制御すれば、樹脂
液槽６０の液面高さを正確に制御することができる。

【００４７】図７(c) 、(d) に示すように、補助樹脂液
槽６２、６４の内部に丁度嵌まるピストン６５を設けて
おき、このピストン６５を上下させると、補助樹脂液槽
６２、６４内の樹脂液１０が、樹脂液槽６０のほうへ追
い出されたり引き込まれたりして、樹脂液槽６０の液面
高さが変わる。この場合は、ピストン６５を下げると、
樹脂液槽６０の液面が上がり、ピストン６５を上げる
と、樹脂液槽６０の液面が下がることになる。

【００４８】図７(e) に示すように、密閉されたタンク
状の補助樹脂液槽６９を用い、この補助樹脂液槽６９
に、コンプレッサ６８を連結しておくと、コンプレッサ
６８から圧力空気を供給することで、補助樹脂液槽６９
内の樹脂液１０が樹脂液槽６０側に送り込まれ、樹脂液
槽６０の液面が変化する。〔その他の実施例〕図８に示す実施例は、光硬化層４０
の上で、樹脂液層１０ａから樹脂液薄層２０を形成する
ための方法を示している。前記各実施例のドクターブレ
ード８０の代わりに、エアーノズル８２を用いる。エア
ーノズル８２から吹き出した圧力空気を、樹脂液層１０
ａの一端から他端へと順次吹きつけるようにすれば、樹
脂液１０が圧力空気で押されて光硬化層４０の外に流れ
出すことになり、圧力空気を吹きつけたあとには、樹脂
液薄層２０が形成される。

【００４９】図９に示す実施例では、成形台３０の一部
に超音波振動子３４を取り付けておく。光硬化層４０の
上に樹脂液層１０ａが形成された段階で、超音波振動子
３４を振動させて、成形台３０、光硬化層４０を介して
樹脂液層１０ａを振動させる。樹脂液層１０ａを構成す
る樹脂液１０に振動が加わると、樹脂液１０の流動性が
高まり、位置エネルギーの差で、光硬化層４０の上方か
ら周囲へと樹脂液１０が流れ出し易くなる。また、振動
によって、樹脂液薄層２０の平滑化が促進される作用も
ある。したがって、この振動だけで、最終的に必要な樹
脂液薄層２０を形成することも可能であるが、前記した
ドクターブレード８０やエアーノズル８２などの手段と
併用して樹脂液薄層２０を形成することもできる。

【００５０】図１０に示す実施例では、樹脂液層１０ａ
の上に、赤外線８６を照射して、樹脂液層１０ａを構成
する樹脂液１０の粘度を低下させている。粘度が低下し
た樹脂液１０は流動性が高まり、前記同様に、樹脂液薄
層２０の形成を促進することになる。この方法も、ドク
ターブレード８０やエアーノズル８２あるいは超音波振
動子３４と併用することが可能である。

【００５１】

【発明の効果】以上に述べた、この発明にかかる三次元
形状の形成方法は、光硬化層の上に樹脂液薄層を形成す
る際に、樹脂液薄層と周囲の樹脂液とが表面張力によっ
てつながった状態にしておくので、樹脂液薄層の外周で
樹脂液薄層の表面と周囲の樹脂液の液面との間に凹みが
生じず、樹脂液薄層から形成される光硬化層の表面を、
外周まで正確な平面状態にすることができる。また、光
硬化層の上方から樹脂液槽への樹脂液の落下衝突が起こ
らないので、波立ちやうねりの発生が解消される。

【００５２】その結果、厚みが正確で表面が平滑な樹脂
液薄層を迅速に形成することが可能になり、三次元形状
全体の形状精度の向上および作業の能率化を達成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を工程順に示す模式的断面
図

【図２】図１の要部工程を拡大して段階的に示す模式
的断面図

【図３】別の実施例を工程順に示す模式的断面図

【図４】図３の要部工程を拡大して段階的に示す模式
的断面図

【図５】別の実施例を工程順に示す模式的断面図

【図６】樹脂液槽と補助樹脂液槽の具体例を示す斜視
図

【図７】樹脂液槽の液面調整手段を表す概略構造断面
図

【図８】別の実施例を表す要部の拡大断面図

【図９】別の実施例を表す断面図

【図１０】別の実施例を表す断面図

【図１１】従来例を表す断面図

【符号の説明】

１０樹脂液２０樹脂液薄層３０成形台４０光硬化層６０樹脂液槽８０ドクターブレード９０レーザ光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光硬化性樹脂液に光を照射して光硬化層
を形成し、この光硬化層を積み重ねて所望の三次元形状
を形成する方法において、成形台または先に形成された
光硬化層の表面を、樹脂液槽内の樹脂液に対して、次層
の光硬化層の表面形成に必要な樹脂液薄層の厚みよりも
深い位置まで沈めた後、成形台または先に形成された光
硬化層の表面を周囲の樹脂液の液面よりも高くするとと
もに、成形台または先に形成された光硬化層の上方の樹
脂液と周囲の樹脂液とが表面張力にてつながった状態
で、成形台または先に形成された光硬化層の上に樹脂液
薄層を形成し、ついで、成形台とともに樹脂液薄層を周
囲の樹脂液の液面位置まで下降させ、樹脂液薄層の表面
と周囲の樹脂液の液面とを一致させた状態で、樹脂液薄
層に光を照射して光硬化層を形成させることを特徴とす
る三次元形状の形成方法。
【請求項２】光硬化性樹脂液に光を照射して光硬化層
を形成し、この光硬化層を積み重ねて所望の三次元形状
を形成する方法において、樹脂液槽内で樹脂液の液面よ
りも高い位置に配置された成形台または先に形成された
光硬化層の表面に、外部から樹脂液を供給し、成形台ま
たは先に形成された光硬化層の上方の樹脂液と周囲の樹
脂液とが表面張力にてつながった状態で、成形台または
先に形成された光硬化層の上に樹脂液薄層を形成し、つ
いで、成形台とともに樹脂液薄層を周囲の樹脂液の液面
位置まで下降させ、樹脂液薄層の表面と周囲の樹脂液の
液面とを一致させた状態で、樹脂液薄層に光を照射して
光硬化層を形成させることを特徴とする三次元形状の形
成方法。
【請求項３】光硬化性樹脂液に光を照射して光硬化層
を形成し、この光硬化層を積み重ねて所望の三次元形状
を形成する方法において、樹脂液槽内で、成形台または
先に形成された光硬化層の表面よりも樹脂液の液面を高
くして、成形台または先に形成された光硬化層の上に樹
脂液を供給し、つぎに、樹脂液の液面を成形台または先
に形成された光硬化層の表面よりも低くして、成形台ま
たは先に形成された光硬化層の上に樹脂液薄層を形成
し、ついで、樹脂液薄層の表面と周囲の樹脂液の液面と
を一致させた状態で、樹脂液薄層に光を照射して光硬化
層を形成させることを特徴とする三次元形状の形成方
法。
【請求項４】請求項３の方法において、三次元形状の
形成を行う樹脂液槽に連通する補助樹脂液槽を備えてお
き、この補助樹脂液槽の液面を変化させることで、樹脂
液槽の液面を変化させる三次元形状の形成方法。
【請求項５】請求項１〜４の何れかの方法において、
成形台または先に形成された光硬化層の上に形成された
樹脂液層の一部を水平移動する掃き取り部材で除去して
樹脂液薄層を形成する三次元形状の形成方法。
【請求項６】請求項１〜５の何れかの方法において、
成形台または先に形成された光硬化層の上に形成された
樹脂液層に振動を加えて樹脂液薄層を形成する三次元形
状の形成方法。
【請求項７】請求項１〜６の何れかの方法において、
成形台または先に形成された光硬化層の上に形成された
樹脂液層の粘度を低下させて樹脂液薄層を形成する三次
元形状の形成方法。