JPH09216292A - リコートと同時に光走査する光固化造形装置 - Google Patents
リコートと同時に光走査する光固化造形装置Info
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- JPH09216292A JPH09216292A JP8026368A JP2636896A JPH09216292A JP H09216292 A JPH09216292 A JP H09216292A JP 8026368 A JP8026368 A JP 8026368A JP 2636896 A JP2636896 A JP 2636896A JP H09216292 A JPH09216292 A JP H09216292A
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- Laser Beam Processing (AREA)
- Heating, Cooling, Or Curing Plastics Or The Like In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 リコートプロセスと光走査プロセスを少なく
とも部分的に同時に行うことができ、これにより、光固
化造形時間を大幅に短縮化でき、かつ光照射手段の出力
を効率的に利用でき、更に、未硬化液の液面を精密に制
御する必要がない光固化造形装置を提供する。 【解決手段】 リコート装置が、硬化層上面から所定の
間隔ｄを隔てて水平に移動し未硬化液の上面を平滑にな
らすリコータブレード１５ａ，１６ａを有し、光走査装
置が、移動中のリコータブレードによる平滑液面２ｂに
同時に光を走査する。また、沈降装置は、リコータブレ
ードによる平滑液面２ｂよりも高く未硬化液の液面２ａ
を保持する。
とも部分的に同時に行うことができ、これにより、光固
化造形時間を大幅に短縮化でき、かつ光照射手段の出力
を効率的に利用でき、更に、未硬化液の液面を精密に制
御する必要がない光固化造形装置を提供する。 【解決手段】 リコート装置が、硬化層上面から所定の
間隔ｄを隔てて水平に移動し未硬化液の上面を平滑にな
らすリコータブレード１５ａ，１６ａを有し、光走査装
置が、移動中のリコータブレードによる平滑液面２ｂに
同時に光を走査する。また、沈降装置は、リコータブレ
ードによる平滑液面２ｂよりも高く未硬化液の液面２ａ
を保持する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光走査とリコート
を同時に行う光固化造形装置に関する。
を同時に行う光固化造形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光固化造形法は、ラピッドプロトタイピ
ング(Rapid Prototyping) 又はステレオリソグラフィー
(Stereolithography) とも呼ばれ、光硬化性樹脂を光で
硬化させて３次元物体を創成するものである。図７は光
固化造形法の原理図であり、（Ａ）まず３次元ＣＡＤや
Ｘ線ＣＴなどにより作製した３次元モデル１のデータ
を、コンピュータ上で水平にスライスして断面形状デー
タを作り、（Ｂ）次に、液状の光硬化性樹脂２の液面
に、スライスデータに沿ってレーザ光３を走査しながら
照射する。光硬化性樹脂は、レーザ光が照射された部分
だけがある厚みをもって硬化し、断面形状データどおり
の硬化層４が形成される。（Ｃ）次に、この硬化層４
（造形物）を載せたテーブル５をモデル１をスライスし
たピッチだけ移動し、硬化した層の上面に未硬化の薄い
樹脂層を形成する。その際、通常ブレードと呼ぶ部材で
リコート(Recoat)と呼ぶ平坦化操作を行い、未硬化樹脂
液の表面を均一にならす。そして同様にレーザ光３を断
面形状どおりに走査しながら照射し、硬化した層は直前
の硬化層４と一体下する。（Ｄ）Ｂ及びＣの工程を繰り
返すことにより、対象となる３次元モデルが造形され
る。
ング(Rapid Prototyping) 又はステレオリソグラフィー
(Stereolithography) とも呼ばれ、光硬化性樹脂を光で
硬化させて３次元物体を創成するものである。図７は光
固化造形法の原理図であり、（Ａ）まず３次元ＣＡＤや
Ｘ線ＣＴなどにより作製した３次元モデル１のデータ
を、コンピュータ上で水平にスライスして断面形状デー
タを作り、（Ｂ）次に、液状の光硬化性樹脂２の液面
に、スライスデータに沿ってレーザ光３を走査しながら
照射する。光硬化性樹脂は、レーザ光が照射された部分
だけがある厚みをもって硬化し、断面形状データどおり
の硬化層４が形成される。（Ｃ）次に、この硬化層４
（造形物）を載せたテーブル５をモデル１をスライスし
たピッチだけ移動し、硬化した層の上面に未硬化の薄い
樹脂層を形成する。その際、通常ブレードと呼ぶ部材で
リコート(Recoat)と呼ぶ平坦化操作を行い、未硬化樹脂
液の表面を均一にならす。そして同様にレーザ光３を断
面形状どおりに走査しながら照射し、硬化した層は直前
の硬化層４と一体下する。（Ｄ）Ｂ及びＣの工程を繰り
返すことにより、対象となる３次元モデルが造形され
る。
【０００３】上述した光固化造形法は、ＣＡＤデータか
ら型を介さずに直接３次元物体が創成できる特徴を有
し、精密鋳造などのマスタモデルの製作，地図や立体像
の製作等の多くの分野で用いられている。また、この光
固化造形法の精度と効率を高めるために、「光学的造形
法」（特公平５−３３９００号）、「光硬化造形法にお
ける積層平板造形法」（特公平７−９４１４９号）、
「均一化された面露光式光硬化造形装置」（特願平７−
３０２７９３号、未公開）等が出願されている。
ら型を介さずに直接３次元物体が創成できる特徴を有
し、精密鋳造などのマスタモデルの製作，地図や立体像
の製作等の多くの分野で用いられている。また、この光
固化造形法の精度と効率を高めるために、「光学的造形
法」（特公平５−３３９００号）、「光硬化造形法にお
ける積層平板造形法」（特公平７−９４１４９号）、
「均一化された面露光式光硬化造形装置」（特願平７−
３０２７９３号、未公開）等が出願されている。
【０００４】しかし、上述した従来の光固化造形装置で
は、１回あたりの硬化層の厚さが大きい場合には、硬化
層を沈降させる（或いは未硬化層の液面を高める）だけ
で、硬化層の上面に未硬化液を導入することができる
が、モデルのスライスピッチが粗くなるため、完成した
３次元物体の表面の段差が大きくなる問題点がある。一
方、創成する物体の精度を高めるために、スライスピッ
チを細かくし、１回あたりの硬化層を薄くすると、表面
張力によって未硬化液の導入が困難になり、リコート時
間が長くなったり、リコートの残り面が発生する、等の
問題点があった。
は、１回あたりの硬化層の厚さが大きい場合には、硬化
層を沈降させる（或いは未硬化層の液面を高める）だけ
で、硬化層の上面に未硬化液を導入することができる
が、モデルのスライスピッチが粗くなるため、完成した
３次元物体の表面の段差が大きくなる問題点がある。一
方、創成する物体の精度を高めるために、スライスピッ
チを細かくし、１回あたりの硬化層を薄くすると、表面
張力によって未硬化液の導入が困難になり、リコート時
間が長くなったり、リコートの残り面が発生する、等の
問題点があった。
【０００５】かかる問題点を解決するために、「リコー
トプロセスが改良された光硬化造形装置と光硬化造形
法」（ＷＯ９３／２４３０３号）が提案されている。こ
の装置は、リコーター（上述したブレードに相当する）
に、硬化層上面との間で形成される間隙に未硬化液が吸
入される距離だけ隔てて硬化層上面に対向する下面を形
成し、未硬化液をリコーター下面で硬化層上面に引きず
り込んでリコートするようになっている。
トプロセスが改良された光硬化造形装置と光硬化造形
法」（ＷＯ９３／２４３０３号）が提案されている。こ
の装置は、リコーター（上述したブレードに相当する）
に、硬化層上面との間で形成される間隙に未硬化液が吸
入される距離だけ隔てて硬化層上面に対向する下面を形
成し、未硬化液をリコーター下面で硬化層上面に引きず
り込んでリコートするようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したＷＯ
９３／２４３０３号の装置によっても、リコートプロセ
スが完了して硬化層の上に未硬化層の液層ができてか
ら、光走査プロセスを行って未硬化層を硬化させるた
め、リコートプロセスと光走査プロセスを交互に行う必
要があり、光固化造形時間をそれ以上は短縮できない問
題点があった。
９３／２４３０３号の装置によっても、リコートプロセ
スが完了して硬化層の上に未硬化層の液層ができてか
ら、光走査プロセスを行って未硬化層を硬化させるた
め、リコートプロセスと光走査プロセスを交互に行う必
要があり、光固化造形時間をそれ以上は短縮できない問
題点があった。
【０００７】また、この装置では、リコートプロセス中
に光走査プロセスを停止する必要があり、光照射装置
（例えばレーザ装置）の出力を効率的に利用できない問
題点があった。更に、硬化層の厚さ精度を保持するため
には、従来の装置では、未硬化液の液面を精密に制御す
る必要があった。
に光走査プロセスを停止する必要があり、光照射装置
（例えばレーザ装置）の出力を効率的に利用できない問
題点があった。更に、硬化層の厚さ精度を保持するため
には、従来の装置では、未硬化液の液面を精密に制御す
る必要があった。
【０００８】本発明は、上述した種々の問題点を解決す
るために創案されたものである。すなわち、本発明の目
的は、リコートプロセスと光走査プロセスを少なくとも
部分的に同時に行うことができ、これにより、光固化造
形時間を大幅に短縮化でき、かつ光照射装置の出力を効
率的に利用できる光固化造形装置を提供することにあ
る。また、本発明の別の目的は、未硬化液の液面を精密
に制御する必要がない光固化造形装置を提供することに
ある。
るために創案されたものである。すなわち、本発明の目
的は、リコートプロセスと光走査プロセスを少なくとも
部分的に同時に行うことができ、これにより、光固化造
形時間を大幅に短縮化でき、かつ光照射装置の出力を効
率的に利用できる光固化造形装置を提供することにあ
る。また、本発明の別の目的は、未硬化液の液面を精密
に制御する必要がない光固化造形装置を提供することに
ある。
【０００９】
【課題を解決するための装置】本発明によれば、光硬化
性液の液面に光を走査する光走査装置と、光走査による
硬化層を液面下に沈降させる沈降装置と、沈降した硬化
層上を未硬化液で被覆するリコート装置と、を備えた光
固化造形装置において、前記リコート装置は、硬化層上
面から所定の間隔を隔てて水平に移動し未硬化液の上面
を平滑にならすリコータブレードを有し、前記光走査装
置は、移動中のリコータブレードによる平滑液面に同時
に光を走査するようになっている、ことを特徴とするリ
コートと同時に光走査する光固化造形装置が提供され
る。
性液の液面に光を走査する光走査装置と、光走査による
硬化層を液面下に沈降させる沈降装置と、沈降した硬化
層上を未硬化液で被覆するリコート装置と、を備えた光
固化造形装置において、前記リコート装置は、硬化層上
面から所定の間隔を隔てて水平に移動し未硬化液の上面
を平滑にならすリコータブレードを有し、前記光走査装
置は、移動中のリコータブレードによる平滑液面に同時
に光を走査するようになっている、ことを特徴とするリ
コートと同時に光走査する光固化造形装置が提供され
る。
【００１０】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
沈降装置は、リコータブレード下面よりも高く未硬化液
の液面を保持するようになっている。また、前記沈降装
置は、リコータブレード下面よりも低く未硬化液の液面
を保持するようになっていてもよい。また、前記光走査
装置は、レーザ光を照射するレーザ装置と、移動中のリ
コータブレードによる平滑液面に前記レーザ光を導くス
キャナー装置と、からなる。更に、前記リコータブレー
ドは、進行方向前面に、上面が傾斜し該傾斜面上に未硬
化液を保持するテーパエッジを有することが好ましい。
沈降装置は、リコータブレード下面よりも高く未硬化液
の液面を保持するようになっている。また、前記沈降装
置は、リコータブレード下面よりも低く未硬化液の液面
を保持するようになっていてもよい。また、前記光走査
装置は、レーザ光を照射するレーザ装置と、移動中のリ
コータブレードによる平滑液面に前記レーザ光を導くス
キャナー装置と、からなる。更に、前記リコータブレー
ドは、進行方向前面に、上面が傾斜し該傾斜面上に未硬
化液を保持するテーパエッジを有することが好ましい。
【００１１】また、前記リコータブレードは、平滑液面
に接しかつ硬化層に付着しない下面と、該下面まで光を
透過させる光透過窓と、を有し、光透過窓を通して下面
に接する液面を硬化させる、ことが好ましい。
に接しかつ硬化層に付着しない下面と、該下面まで光を
透過させる光透過窓と、を有し、光透過窓を通して下面
に接する液面を硬化させる、ことが好ましい。
【００１２】上記本発明の構成によれば、リコート装置
のリコータブレードが硬化層上面から所定の間隔を隔て
て水平に移動し未硬化液の上面を平滑にならすのと同時
に、光走査装置により、移動中のリコータブレードによ
る平滑液面に光を走査するので、リコートプロセスと同
時に光走査プロセスが行われ、リコートプロセスと光走
査プロセスを交互に行う従来の装置に比較して、大幅に
光固化造形時間を短縮することができる。上記所定の間
隔は、１回の光走査で硬化させる未硬化液の厚さに相当
する。
のリコータブレードが硬化層上面から所定の間隔を隔て
て水平に移動し未硬化液の上面を平滑にならすのと同時
に、光走査装置により、移動中のリコータブレードによ
る平滑液面に光を走査するので、リコートプロセスと同
時に光走査プロセスが行われ、リコートプロセスと光走
査プロセスを交互に行う従来の装置に比較して、大幅に
光固化造形時間を短縮することができる。上記所定の間
隔は、１回の光走査で硬化させる未硬化液の厚さに相当
する。
【００１３】また、本発明の装置では、リコートと同時
に光走査するので、リコートプロセス中に光走査プロセ
スをほとんど停止する必要がなく、光走査装置（例えば
レーザ装置）の出力を効率的に利用することができる。
更に、硬化層の厚さ精度は、リコータブレードの下面と
硬化層の上面の間隔（上述した所定の間隔）で定まり、
余分な未硬化液は、リコータブレードの前面に滞留して
保持されるので、未硬化液の液面はリコータブレードの
下面より高く保持するだけでよく、未硬化液の液面を精
密に制御する必要がない。また、未硬化液の液面をリコ
ータブレードの下面より低く保持しても表面張力により
未硬化液を安定供給することができる。
に光走査するので、リコートプロセス中に光走査プロセ
スをほとんど停止する必要がなく、光走査装置（例えば
レーザ装置）の出力を効率的に利用することができる。
更に、硬化層の厚さ精度は、リコータブレードの下面と
硬化層の上面の間隔（上述した所定の間隔）で定まり、
余分な未硬化液は、リコータブレードの前面に滞留して
保持されるので、未硬化液の液面はリコータブレードの
下面より高く保持するだけでよく、未硬化液の液面を精
密に制御する必要がない。また、未硬化液の液面をリコ
ータブレードの下面より低く保持しても表面張力により
未硬化液を安定供給することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照して説
明する。なお、各図において共通する部分には同一の符
号を付し、重複した説明を省略する。図１は、本発明に
よる光固化造形装置の全体斜視図であり、図２は、図１
の概略側面断面図である。図１及び図２において、光固
化造形装置１０は、光走査装置１２，沈降装置１４，及
びリコート装置１５を備えている。また、光走査装置１
２は、レーザ光７を照射するレーザ装置１７と、レーザ
光７を光硬化性液２の液面に導くスキャナー装置１８と
からなる。
明する。なお、各図において共通する部分には同一の符
号を付し、重複した説明を省略する。図１は、本発明に
よる光固化造形装置の全体斜視図であり、図２は、図１
の概略側面断面図である。図１及び図２において、光固
化造形装置１０は、光走査装置１２，沈降装置１４，及
びリコート装置１５を備えている。また、光走査装置１
２は、レーザ光７を照射するレーザ装置１７と、レーザ
光７を光硬化性液２の液面に導くスキャナー装置１８と
からなる。
【００１５】図１において、レーザ装置１７は、レーザ
発振器１７ａ、モジュレータ（シャッター）１７ｂ、ア
イリス（絞り）１７ｃ、及びビームエキスパンダー１７
ｄからなり、レーザ光７を適当な直径（例えば約０．０
５ｍｍ）のビーム光にしてｘ軸（副走査）方向に照射
し、スキャナー装置１８に導くようになっている。レー
ザ発振器１７ａは、光硬化樹脂２を硬化させるのに適し
たレーザ光を放射する必要があり、例えばＡｒレーザ、
Ｈｅ−Ｃｄレーザ、等が好ましい。
発振器１７ａ、モジュレータ（シャッター）１７ｂ、ア
イリス（絞り）１７ｃ、及びビームエキスパンダー１７
ｄからなり、レーザ光７を適当な直径（例えば約０．０
５ｍｍ）のビーム光にしてｘ軸（副走査）方向に照射
し、スキャナー装置１８に導くようになっている。レー
ザ発振器１７ａは、光硬化樹脂２を硬化させるのに適し
たレーザ光を放射する必要があり、例えばＡｒレーザ、
Ｈｅ−Ｃｄレーザ、等が好ましい。
【００１６】また、図１においてスキャナー装置１８
は、反射ミラー１８ａ，１８ｂ、ポリゴンミラー１８
ｃ、及びレンズ１８ｄ，１８ｅを備え、反射ミラー１８
ａによりレーザ光７をｙ軸（主走査）方向に水平に反射
してポリゴンミラー１８ｃに導き、ポリゴンミラー１８
ｃの回転により反射光を水平に走査し、このレーザ光を
反射ミラー１８ｂで垂直下向きに反射するようになって
いる。また、レンズ１８ｄ，１８ｅは、レーザ光を光硬
化樹脂２の液面に集光するようになっている。
は、反射ミラー１８ａ，１８ｂ、ポリゴンミラー１８
ｃ、及びレンズ１８ｄ，１８ｅを備え、反射ミラー１８
ａによりレーザ光７をｙ軸（主走査）方向に水平に反射
してポリゴンミラー１８ｃに導き、ポリゴンミラー１８
ｃの回転により反射光を水平に走査し、このレーザ光を
反射ミラー１８ｂで垂直下向きに反射するようになって
いる。また、レンズ１８ｄ，１８ｅは、レーザ光を光硬
化樹脂２の液面に集光するようになっている。
【００１７】上述した構成によりレーザ装置１７から導
入したレーザ光７をスキャナー装置１８により垂直下向
きに反射させ、かつポリゴンミラー１８ｃの回転により
ｙ軸方向に走査しながら、光硬化樹脂２の液面に集光さ
せ、この部分の樹脂を光硬化させることができる。な
お、レーザ装置１７及びスキャナー装置１８は、上述し
た構成に限定されず、周知の別の構成のものであっても
よい。
入したレーザ光７をスキャナー装置１８により垂直下向
きに反射させ、かつポリゴンミラー１８ｃの回転により
ｙ軸方向に走査しながら、光硬化樹脂２の液面に集光さ
せ、この部分の樹脂を光硬化させることができる。な
お、レーザ装置１７及びスキャナー装置１８は、上述し
た構成に限定されず、周知の別の構成のものであっても
よい。
【００１８】沈降装置１４は、図２に示すようにｚ軸方
向に下降可能なテーブル１４ａを有し、このテーブル１
４ａを下降させることにより、光走査による硬化層４を
液面下に沈降させるようになっている。また、光硬化樹
脂２の液面２ａは、図示しない液面保持装置により、必
要な樹脂量を補給し、液面を常に一定に保持するように
なっている。
向に下降可能なテーブル１４ａを有し、このテーブル１
４ａを下降させることにより、光走査による硬化層４を
液面下に沈降させるようになっている。また、光硬化樹
脂２の液面２ａは、図示しない液面保持装置により、必
要な樹脂量を補給し、液面を常に一定に保持するように
なっている。
【００１９】リコート装置１５は、硬化層４の上面から
所定の間隔ｄ（図３参照）を隔てて水平に移動するリコ
ータブレード１５ａを有し、このリコータブレード１５
ａの水平移動により未硬化液２の上面を平滑にならし、
沈降した硬化層４の上を未硬化液２で被覆するようにな
っている。また、前述した沈降装置１４は、リコータブ
レード１５ａによる平滑液面２ｂ（図３参照）よりも高
く未硬化液２の液面２ａを保持するようになっている。
この所定の間隔ｄは、１回の光走査で硬化させる未硬化
液の厚さに相当する。
所定の間隔ｄ（図３参照）を隔てて水平に移動するリコ
ータブレード１５ａを有し、このリコータブレード１５
ａの水平移動により未硬化液２の上面を平滑にならし、
沈降した硬化層４の上を未硬化液２で被覆するようにな
っている。また、前述した沈降装置１４は、リコータブ
レード１５ａによる平滑液面２ｂ（図３参照）よりも高
く未硬化液２の液面２ａを保持するようになっている。
この所定の間隔ｄは、１回の光走査で硬化させる未硬化
液の厚さに相当する。
【００２０】この構成により、リコータブレード１５ａ
の下面が常に未硬化液２の液面下に沈んだ状態となり、
リコータブレード１５ａによる引き込み作用と光硬化樹
脂自体の自重（液面を水平に保持する機能）により、沈
降した硬化層４の上に未硬化液２を短時間に被覆するこ
とができる。
の下面が常に未硬化液２の液面下に沈んだ状態となり、
リコータブレード１５ａによる引き込み作用と光硬化樹
脂自体の自重（液面を水平に保持する機能）により、沈
降した硬化層４の上に未硬化液２を短時間に被覆するこ
とができる。
【００２１】図３は、リコータブレードの断面形状とそ
の水平移動（矢印で示す）により形成される平滑液面２
ｂを示している。この図において、（Ａ）のブレードを
半規制ブレード１５ａ、（Ｂ）のブレードを規制ブレー
ド１６ａと呼ぶ。図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、リコ
ータブレード１５ａ，１６ａは、進行方向前面に、上面
が傾斜したテーパエッジ部１９ａを有し、リコータブレ
ード１５ａ，１６ａが液面下に沈んだ状態で移動する際
に、テーパエッジ１９ａの傾斜面上に未硬化液２を滞留
させて保持するようになっている。この構成により、テ
ーパエッジ１９ａにより保持された未硬化液２により、
リコータブレードの下面１９ｂに安定して未硬化液２を
供給することができ、気泡の混入等を防止することがで
きる。
の水平移動（矢印で示す）により形成される平滑液面２
ｂを示している。この図において、（Ａ）のブレードを
半規制ブレード１５ａ、（Ｂ）のブレードを規制ブレー
ド１６ａと呼ぶ。図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、リコ
ータブレード１５ａ，１６ａは、進行方向前面に、上面
が傾斜したテーパエッジ部１９ａを有し、リコータブレ
ード１５ａ，１６ａが液面下に沈んだ状態で移動する際
に、テーパエッジ１９ａの傾斜面上に未硬化液２を滞留
させて保持するようになっている。この構成により、テ
ーパエッジ１９ａにより保持された未硬化液２により、
リコータブレードの下面１９ｂに安定して未硬化液２を
供給することができ、気泡の混入等を防止することがで
きる。
【００２２】図３（Ａ）の半規制ブレード１５ａでは、
図に示すように、液面下に沈んだ状態で移動するブレー
ド１５ａの移動方向後方に一時的に平滑液面２ｂ（半規
制液面）が形成される。この平滑液面２ｂは、未硬化液
２の液面１ａが平滑液面２ｂよりも高い場合にも、未硬
化液２の粘性によりある時間の間（例えば数秒間）、平
滑のまま保持され、その後、光硬化樹脂自体の自重（液
面を水平に保持する機能）により、平滑液面２ｂよりも
高い液面１ａの未硬化液２が流れ込んで平滑液面２ｂの
上面を未硬化液２で覆う。
図に示すように、液面下に沈んだ状態で移動するブレー
ド１５ａの移動方向後方に一時的に平滑液面２ｂ（半規
制液面）が形成される。この平滑液面２ｂは、未硬化液
２の液面１ａが平滑液面２ｂよりも高い場合にも、未硬
化液２の粘性によりある時間の間（例えば数秒間）、平
滑のまま保持され、その後、光硬化樹脂自体の自重（液
面を水平に保持する機能）により、平滑液面２ｂよりも
高い液面１ａの未硬化液２が流れ込んで平滑液面２ｂの
上面を未硬化液２で覆う。
【００２３】前述した光走査装置１２は、スキャナー装
置１８がリコータブレード１５ａと同期して同一方向に
移動し、移動中のリコータブレード１５ａにより形成さ
れた平滑液面２ｂに同時に光を走査するようになってい
る。この構成により、リコート装置１５のリコータブレ
ード（半規制ブレード１５ａ）が硬化層上面から所定の
間隔ｄを隔てて水平に移動し未硬化液２を平滑にならす
のと同時に、光走査装置１２により、移動中のリコータ
ブレード１５ａによる平滑液面２ｂに光を走査するの
で、リコートプロセスと同時に光走査プロセスが行わ
れ、リコートプロセスと光走査プロセスを交互に行う従
来の装置に比較して、大幅に光固化造形時間を短縮する
ことができる。
置１８がリコータブレード１５ａと同期して同一方向に
移動し、移動中のリコータブレード１５ａにより形成さ
れた平滑液面２ｂに同時に光を走査するようになってい
る。この構成により、リコート装置１５のリコータブレ
ード（半規制ブレード１５ａ）が硬化層上面から所定の
間隔ｄを隔てて水平に移動し未硬化液２を平滑にならす
のと同時に、光走査装置１２により、移動中のリコータ
ブレード１５ａによる平滑液面２ｂに光を走査するの
で、リコートプロセスと同時に光走査プロセスが行わ
れ、リコートプロセスと光走査プロセスを交互に行う従
来の装置に比較して、大幅に光固化造形時間を短縮する
ことができる。
【００２４】図３（Ｂ）の規制ブレード１６ａは、ブレ
ードの下にブレード下面１９ｂで規制される平滑液面２
ｂ（規制液面）を形成するようになっている。このリコ
ータブレード１６ａは、平滑液面２ｂ（規制液面）に接
しかつ硬化層に付着しない下面１９ｂと、この位置まで
光を透過させる光透過窓１９ｃとを有する。硬化層に付
着しない下面１９ｂは、樹脂から剥離しやすい材料（例
えばテフロン等）を下面にコーティング又は張付ける
（フィルム等を）ことで形成することができる。また、
光透過窓１９ｃは、光の吸収の少ない石英ガラス等で構
成するのがよい。かかる構成により、リコータブレード
１６ａの光透過窓１９ｃを通してレーザ光７を下面１９
ｂに接する規制液面２ｂに照射して硬化させることがで
きる。これにより、液面２ｂが規制されているので、硬
化層４の積層高さ精度を高めることができる。
ードの下にブレード下面１９ｂで規制される平滑液面２
ｂ（規制液面）を形成するようになっている。このリコ
ータブレード１６ａは、平滑液面２ｂ（規制液面）に接
しかつ硬化層に付着しない下面１９ｂと、この位置まで
光を透過させる光透過窓１９ｃとを有する。硬化層に付
着しない下面１９ｂは、樹脂から剥離しやすい材料（例
えばテフロン等）を下面にコーティング又は張付ける
（フィルム等を）ことで形成することができる。また、
光透過窓１９ｃは、光の吸収の少ない石英ガラス等で構
成するのがよい。かかる構成により、リコータブレード
１６ａの光透過窓１９ｃを通してレーザ光７を下面１９
ｂに接する規制液面２ｂに照射して硬化させることがで
きる。これにより、液面２ｂが規制されているので、硬
化層４の積層高さ精度を高めることができる。
【００２５】図４は、図３（Ｂ）の規制ブレード１６ａ
の別の実施形態である。図４（Ａ）の規制ブレード１６
ａは、進行方向後面にも、上面が傾斜したテーパエッジ
部１９ａを備えている。これにより、リコータブレード
１６ａが図１のｘ軸方向に戻るときの抵抗を低減するこ
とができる。また、図４（Ｂ）の規制ブレード１６ａ
は、前面と後面の両方に同一のテーパエッジ部１９ａを
備え、その間に未硬化液２が流れ込まないように光透過
窓１９ｃを設けている。この構成により、規制ブレード
１６ａの前進時と同様に後進時にもリコートと同時に光
走査することができる。
の別の実施形態である。図４（Ａ）の規制ブレード１６
ａは、進行方向後面にも、上面が傾斜したテーパエッジ
部１９ａを備えている。これにより、リコータブレード
１６ａが図１のｘ軸方向に戻るときの抵抗を低減するこ
とができる。また、図４（Ｂ）の規制ブレード１６ａ
は、前面と後面の両方に同一のテーパエッジ部１９ａを
備え、その間に未硬化液２が流れ込まないように光透過
窓１９ｃを設けている。この構成により、規制ブレード
１６ａの前進時と同様に後進時にもリコートと同時に光
走査することができる。
【００２６】図５は、液面２ｂに照射するレーザ光の模
式的軌跡である。この図に示すように、レーザ光７は、
液面２ｂに重複して走査させ、この重複走査により光硬
化に必要なエネルギーを光硬化樹脂２に照射するのがよ
い。この重複走査を行うことにより、同一箇所の急激な
光硬化を回避し、光硬化時の凝縮等による歪みの発生を
最小限に抑えることができる。なお、レーザ光７のｙ軸
方向走査は、ポリゴンミラー１８ｃの高速回転により容
易に高速化することができる。
式的軌跡である。この図に示すように、レーザ光７は、
液面２ｂに重複して走査させ、この重複走査により光硬
化に必要なエネルギーを光硬化樹脂２に照射するのがよ
い。この重複走査を行うことにより、同一箇所の急激な
光硬化を回避し、光硬化時の凝縮等による歪みの発生を
最小限に抑えることができる。なお、レーザ光７のｙ軸
方向走査は、ポリゴンミラー１８ｃの高速回転により容
易に高速化することができる。
【００２７】
【実施例】以下、本発明による光固化造形装置の試験結
果を説明する。この試験は、光硬化樹脂２の模擬材料と
して粘性の近い水飴（２０℃、４００ｃｐｓ）を用い、
これを粘性の大きく異なる水（２０℃、１ｃｐｓ）と比
較して試験した。また、ブレード速度は、１ｍｍ／ｓと
５０ｍｍ／ｓ、液面はブレード下面が液面下に沈む本発
明の方式（潜水式）と、ブレード下面が液面より高く表
面張力で液面を引き上げる方式（表面張力式）の両方を
実施した。
果を説明する。この試験は、光硬化樹脂２の模擬材料と
して粘性の近い水飴（２０℃、４００ｃｐｓ）を用い、
これを粘性の大きく異なる水（２０℃、１ｃｐｓ）と比
較して試験した。また、ブレード速度は、１ｍｍ／ｓと
５０ｍｍ／ｓ、液面はブレード下面が液面下に沈む本発
明の方式（潜水式）と、ブレード下面が液面より高く表
面張力で液面を引き上げる方式（表面張力式）の両方を
実施した。
【００２８】図６は、試験結果を模式的に示す図であ
る。図６（Ａ）（Ｂ）は、上述した本発明の適用例であ
り、（Ａ）は４００ｃｐｓ，１ｍｍ／ｓの潜水式、
（Ｂ）は４００ｃｐｓ，５０ｍｍ／ｓの潜水式を示して
いる。（Ａ）及び（Ｂ）で、ブレードの下面１９ｂと硬
化層４の上面との間隔ｄは、０．１〜０．５ｍｍで試験
し、ブレード１５ａの移動方向後方に一時的に形成され
る平滑液面２ｂ（半規制液面）の高さは、（Ａ）では下
面１９ｂよりわずかに低く、（Ｂ）では完全に一致し
た。従って、本発明による装置により、液面下に沈んだ
状態で移動するブレード１５ａの移動方向後方に一時的
に平滑液面２ｂ（半規制液面）を形成することができる
ことがわかる。また、この図に示すように、リコータブ
レード１５ａが液面下に沈んだ状態で移動する際に、テ
ーパエッジ１９ａの傾斜面上に未硬化液２が滞留して保
持され、この保持液により、リコータブレードの下面１
９ｂに安定して未硬化液２を供給することができること
が確認された。
る。図６（Ａ）（Ｂ）は、上述した本発明の適用例であ
り、（Ａ）は４００ｃｐｓ，１ｍｍ／ｓの潜水式、
（Ｂ）は４００ｃｐｓ，５０ｍｍ／ｓの潜水式を示して
いる。（Ａ）及び（Ｂ）で、ブレードの下面１９ｂと硬
化層４の上面との間隔ｄは、０．１〜０．５ｍｍで試験
し、ブレード１５ａの移動方向後方に一時的に形成され
る平滑液面２ｂ（半規制液面）の高さは、（Ａ）では下
面１９ｂよりわずかに低く、（Ｂ）では完全に一致し
た。従って、本発明による装置により、液面下に沈んだ
状態で移動するブレード１５ａの移動方向後方に一時的
に平滑液面２ｂ（半規制液面）を形成することができる
ことがわかる。また、この図に示すように、リコータブ
レード１５ａが液面下に沈んだ状態で移動する際に、テ
ーパエッジ１９ａの傾斜面上に未硬化液２が滞留して保
持され、この保持液により、リコータブレードの下面１
９ｂに安定して未硬化液２を供給することができること
が確認された。
【００２９】図６（Ｃ）（Ｄ）は、比較例であり、
（Ｃ）は１ｃｐｓ，１ｍｍ／ｓの潜水式、（Ｂ）は１ｃ
ｐｓ，５０ｍｍ／ｓの潜水式を示している。試験条件
は、（Ａ）（Ｂ）と同様である。実際の光硬化樹脂（約
４００ｃｐｓ）に比べて極端に粘性が低くなると、図に
示すように、ブレード後方の平滑液面２ｂ（半規制液
面）の高さは、間隔ｄよりも大きく（約２〜３倍）な
り、硬化層４の積層高さ精度が大幅に劣化することがわ
かる。
（Ｃ）は１ｃｐｓ，１ｍｍ／ｓの潜水式、（Ｂ）は１ｃ
ｐｓ，５０ｍｍ／ｓの潜水式を示している。試験条件
は、（Ａ）（Ｂ）と同様である。実際の光硬化樹脂（約
４００ｃｐｓ）に比べて極端に粘性が低くなると、図に
示すように、ブレード後方の平滑液面２ｂ（半規制液
面）の高さは、間隔ｄよりも大きく（約２〜３倍）な
り、硬化層４の積層高さ精度が大幅に劣化することがわ
かる。
【００３０】図６（Ｅ）は、４００ｃｐｓ，１ｍｍ／ｓ
の表面張力式の場合を示している。図に示すように、表
面張力式の場合には、ブレード後方の平滑液面２ｂ（半
規制液面）の高さは、間隔ｄよりも小さく（約１／２程
度）なり、やはり硬化層の積層高さ精度が劣化する。
の表面張力式の場合を示している。図に示すように、表
面張力式の場合には、ブレード後方の平滑液面２ｂ（半
規制液面）の高さは、間隔ｄよりも小さく（約１／２程
度）なり、やはり硬化層の積層高さ精度が劣化する。
【００３１】以上の試験結果から、以下のことが明らか
になった。 ブレード速度が遅いほど、ブレード先端部は表面張
力の影響を強く受ける。本発明の装置では、ブレード速
度は１ｍｍ／ｓ前後が好ましく、この速度では光硬化樹
脂（約４００ｃｐｓ）は静的挙動を示すと考えられる。 光硬化樹脂の流体粘度は、高い方が安定した膜を創
成することができる。この粘度は、約４００ｃｐｓ前後
であるのがよい。 １ｍｍ／ｓ前後の低速では、流体が静的挙動を示す
ため、ブレード後面斜面の濡れのおそれはほとんどな
い。 樹脂の供給方式は、ブレード前部に必要量を載せて
運ぶ上述した潜水式が好ましい。 レーザ照射位置は、ブレード先端からレーザ径の分
程度をずらした位置が望ましい。
になった。 ブレード速度が遅いほど、ブレード先端部は表面張
力の影響を強く受ける。本発明の装置では、ブレード速
度は１ｍｍ／ｓ前後が好ましく、この速度では光硬化樹
脂（約４００ｃｐｓ）は静的挙動を示すと考えられる。 光硬化樹脂の流体粘度は、高い方が安定した膜を創
成することができる。この粘度は、約４００ｃｐｓ前後
であるのがよい。 １ｍｍ／ｓ前後の低速では、流体が静的挙動を示す
ため、ブレード後面斜面の濡れのおそれはほとんどな
い。 樹脂の供給方式は、ブレード前部に必要量を載せて
運ぶ上述した潜水式が好ましい。 レーザ照射位置は、ブレード先端からレーザ径の分
程度をずらした位置が望ましい。
【００３２】なお、本発明は上述した実施形態及び実施
例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲で種々変更できることは勿論である。
例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲で種々変更できることは勿論である。
【００３３】
【発明の効果】上述したように、本発明の構成によれ
ば、リコートプロセスと同時に光走査プロセスを行うこ
とができ、大幅に光固化造形時間を短縮することができ
る。また、本発明の装置では、リコートと同時に光走査
するので、リコートプロセス中に光走査プロセスをほと
んど停止する必要がなく、光走査装置（例えばレーザ装
置）の出力を効率的に利用することができる。更に、硬
化層の厚さ精度は、リコータブレードの下面と硬化層の
上面の間隔ｄで定まり、余分な未硬化液は、リコータブ
レードに保持されるので、未硬化液の液面はリコータブ
レードの下面より高く保持するだけでよく、未硬化液の
液面を精密に制御する必要がない。また、未硬化液の液
面をリコータブレードの下面より低く保持しても表面張
力により未硬化液を安定供給することができる。
ば、リコートプロセスと同時に光走査プロセスを行うこ
とができ、大幅に光固化造形時間を短縮することができ
る。また、本発明の装置では、リコートと同時に光走査
するので、リコートプロセス中に光走査プロセスをほと
んど停止する必要がなく、光走査装置（例えばレーザ装
置）の出力を効率的に利用することができる。更に、硬
化層の厚さ精度は、リコータブレードの下面と硬化層の
上面の間隔ｄで定まり、余分な未硬化液は、リコータブ
レードに保持されるので、未硬化液の液面はリコータブ
レードの下面より高く保持するだけでよく、未硬化液の
液面を精密に制御する必要がない。また、未硬化液の液
面をリコータブレードの下面より低く保持しても表面張
力により未硬化液を安定供給することができる。
【００３４】従って、本発明のリコートと同時に光走査
する光固化造形装置は、リコートプロセスと光走査プロ
セスを同時に行うことができ、これにより、光固化造形
時間を大幅に短縮化でき、かつ光照射装置の出力を効率
的に利用でき、更に、未硬化液の液面を精密に制御する
必要がない、等の優れた効果を有する。
する光固化造形装置は、リコートプロセスと光走査プロ
セスを同時に行うことができ、これにより、光固化造形
時間を大幅に短縮化でき、かつ光照射装置の出力を効率
的に利用でき、更に、未硬化液の液面を精密に制御する
必要がない、等の優れた効果を有する。
【図１】本発明による光固化造形装置の全体斜視図であ
る。
る。
【図２】図１の概略側面断面図である。
【図３】リコータブレードの断面形状とその水平移動に
より形成される平滑液面の模式図である。
より形成される平滑液面の模式図である。
【図４】規制ブレードの別の実施形態である。
【図５】液面に照射するレーザ光の模式的軌跡である。
【図６】試験結果を模式的に示す図である。
【図７】光固化造形法の原理図である。
１ ３次元モデル ２ 光硬化性樹脂 ２ａ 液面 ２ｂ 平滑液面 ３ レーザ光 ４ 硬化層 ５ テーブル ７ レーザ光 １０ 光固化造形装置 １２ 光走査装置 １４ 沈降装置 １４ａ テーブル １５ リコート装置 １５ａ リコータブレード（半規制ブレード） １６ａ リコータブレード（規制ブレード） １７ レーザ装置 １７ａ レーザ発振器 １８ スキャナー装置 １８ｃ ポリゴンミラー １９ａ テーパエッジ部 １９ｂ 下面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 威雄 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究所 内 (72)発明者 早野 誠治 神奈川県稲城市向陽台４−２ みはらしの 家 Ｂ−610
Claims (6)
- 【請求項１】 光硬化性液の液面に光を走査する光走査
装置と、光走査による硬化層を液面下に沈降させる沈降
装置と、沈降した硬化層上を未硬化液で被覆するリコー
ト装置と、を備えた光固化造形装置において、 前記リコート装置は、硬化層上面から所定の間隔を隔て
て水平に移動し未硬化液の上面を平滑にならすリコータ
ブレードを有し、前記光走査装置は、移動中のリコータ
ブレードによる平滑液面に同時に光を走査するようにな
っている、ことを特徴とするリコートと同時に光走査す
る光固化造形装置。 - 【請求項２】 前記沈降装置は、リコータブレード下面
よりも高く未硬化液の液面を保持するようになってい
る、ことを特徴とする請求項１に記載の光固化造形装
置。 - 【請求項３】 前記沈降装置は、リコータブレード下面
よりも低く未硬化液の液面を保持するようになってい
る、ことを特徴とする請求項１に記載の光固化造形装
置。 - 【請求項４】 前記光走査装置は、レーザ光を照射する
レーザ装置と、移動中のリコータブレードによる平滑液
面に前記レーザ光を導くスキャナー装置と、からなる、
ことを特徴とする請求項１に記載の光固化造形装置。 - 【請求項５】 前記リコータブレードは、進行方向前面
に、上面が傾斜し該傾斜面上に未硬化液を保持するテー
パエッジを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の
光固化造形装置。 - 【請求項６】 前記リコータブレードは、平滑液面に接
しかつ硬化層に付着しない下面と、該下面まで光を透過
させる光透過窓と、を有し、光透過窓を通して下面に接
する液面を硬化させる、ことを特徴とする請求項１に記
載の光固化造形装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02636896A JP3803735B2 (ja) | 1996-02-14 | 1996-02-14 | リコートと同時に光走査する光固化造形装置 |
| DE69721860T DE69721860T8 (de) | 1996-02-14 | 1997-02-13 | Vorrichtung zum Härten und Formen von photohärtbaren Fluiden durch simultanes Beleuchten und Abstreichen |
| EP97102305A EP0790119B1 (en) | 1996-02-14 | 1997-02-13 | Apparatus for solidifying and shaping optically cured fluid by carrying out scanning simultaneously with recoating |
| US08/799,807 US5780070A (en) | 1996-02-14 | 1997-02-13 | Apparatus for solidifying and shaping optically cured fluid by carrying out scanning simultaneously with recoating |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02636896A JP3803735B2 (ja) | 1996-02-14 | 1996-02-14 | リコートと同時に光走査する光固化造形装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09216292A true JPH09216292A (ja) | 1997-08-19 |
| JP3803735B2 JP3803735B2 (ja) | 2006-08-02 |
Family
ID=12191567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02636896A Expired - Fee Related JP3803735B2 (ja) | 1996-02-14 | 1996-02-14 | リコートと同時に光走査する光固化造形装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5780070A (ja) |
| EP (1) | EP0790119B1 (ja) |
| JP (1) | JP3803735B2 (ja) |
| DE (1) | DE69721860T8 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2005131938A (ja) * | 2003-10-30 | 2005-05-26 | Jsr Corp | 光造形方法 |
| CN107498857A (zh) * | 2017-07-19 | 2017-12-22 | 洛阳理工学院 | 一种工作台升降式3d打印机 |
| WO2019135362A1 (ja) * | 2018-01-05 | 2019-07-11 | 国立大学法人弘前大学 | 透明材料加工方法、透明材料加工装置及び透明材料 |
| WO2019187108A1 (ja) * | 2018-03-30 | 2019-10-03 | シーメット株式会社 | ブレード、３次元積層造形装置、３次元積層造形装置の制御方法および３次元積層造形装置の制御プログラム |
| CN111417505A (zh) * | 2017-11-22 | 2020-07-14 | 应用材料公司 | 利用两件式多边形扫描仪的增材制造 |
| CN111483141A (zh) * | 2020-03-05 | 2020-08-04 | 上海莘临科技发展有限公司 | 一种3d打印技术中的自适应调节涂覆系统及方法 |
Families Citing this family (31)
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| WO2004096527A2 (en) | 2003-05-01 | 2004-11-11 | Objet Geometries Ltd. | Rapid prototyping apparatus |
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