JPH11245306A - 光造形装置 - Google Patents

光造形装置

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JPH11245306A
JPH11245306A JP10051777A JP5177798A JPH11245306A JP H11245306 A JPH11245306 A JP H11245306A JP 10051777 A JP10051777 A JP 10051777A JP 5177798 A JP5177798 A JP 5177798A JP H11245306 A JPH11245306 A JP H11245306A
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JP
Japan
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resin
photo
resin container
convergence
container
Prior art date
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Pending
Application number
JP10051777A
Other languages
English (en)
Inventor
Norio Goto
典雄 後藤
Masahiko Ozawa
雅彦 小澤
Kiyoshi Wada
清 和田
Toshiro Endo
敏朗 遠藤
Masayuki Muranaka
昌幸 村中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPH11245306A publication Critical patent/JPH11245306A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の課題は、光造形において、材料物性、
造形精度、造形速度等を造形する形状モデルの用途に応
じて高速に樹脂の選択切り換えを可能とした光造形装置
を提供することにある。 【解決手段】光硬化樹脂容器を二つ上下に設けるととも
に、上部の樹脂容器にスライド機構等の移動あるいは着
脱手段を設け、更に樹脂液面にレーザ光を集光する対物
レンズの焦点切り換え手段を設け、第1の樹脂にてモデ
ルを造形するときには、上部樹脂容器をスライド移動あ
るいは取り外すとともに対物レンズの焦点を第1の焦点
に設定切り換える構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザ光照射により
光硬化樹脂を硬化させ立体樹脂モデルを作成する光造形
装置に係り、特に光硬化樹脂を高速交換可能とし、かつ
造形の分解能の切換えも可能として造形速度あるいは寸
法精度に優れた光造形物を提供するための装置に関す
る。
【従来の技術】三次元CADデータから形状モデルを短
期に作成する技術として光造形技術が知られている。特
公平5−33901号公報、特公平5−33899号公
報に示されているように、CADの形状データを輪切り
にして変換された等高線データにしたがって、UV硬化
樹脂にUVレーザを照射して、一層一層硬化積層を繰り
返して造形するものである。
【発明が解決しようとする課題】光造形においては形状
データを等高線データに変換後、該等高線データに従っ
て樹脂容器の樹脂液面をレーザ光走査して光硬化樹脂を
露光硬化する。この動作を該等高線データの最下層から
はじめ順次露光硬化、積層することにより形状モデルを
造形する。このため光硬化樹脂を造形しようとするモデ
ルの寸法より大きい寸法の樹脂容器に光硬化樹脂を満た
しておくことが必要である。例えば概略寸法:幅500
mm、奥行き500mm、高さ500mmのモデルを造
形しようとする、光硬化樹脂の容器の寸法はおおよそ幅
600mm、奥行き600mm、深さ600mmになっ
てしまう。光硬化樹脂を満たすと総重量が300Kgに
もなってしまう。モデルの用途により光硬化樹脂を交換
するにも、樹脂の抜き取り、洗浄等極めて手間のかかる
作業が必要になる。また容器ごと取り出し交換するにし
ても300Kgの重量物を引き出し、移動交換するのは
大変な作業を必要とする。ここで以下に樹脂の交換の必
要性について説明する。樹脂交換の必要性は2点ある。
第1は材料の物性の点、第2は露光感度の調整選択の点
から造形しようとするモデルの用途に応じて樹脂を切り
換える必要がある。先ず第1の物性の点では、造形する
モデルの用途に応じて高強度が求められるものには高強
度樹脂を、高耐熱性を求められる物には高耐熱樹脂を、
軟質特性を求められるものには軟質樹脂を切り換えて造
形する必要がある。第2の露光感度については、積層ピ
ッチを粗くして、造形速度を上げて短時間に造形するの
か、または積層ピッチを精細にして高精度に造形するの
かの選択に関わり。物性的に同じ樹脂であっても、求め
る寸法精度、あるいは造形速度により樹脂の露光感度を
調整切り換えたものを用いる必要がある。積層ピッチを
粗く造形する為の樹脂で積層ピッチを精細にすると余剰
硬化を多大に生じ、逆に寸法精度が低下してしまう。一
方、精細な積層ピッチ用の樹脂にて積層ピッチを粗く造
形しようとしても、積層ピッチの厚さで樹脂を露光硬化
できず上下層での接合ができずモデルの造形が困難にな
ってしまう問題がある。以上のように造形モデルの用途
に応じて樹脂の切り換えが必要であるが、前述したよう
に樹脂の交換切り換えには多大な時間を要してしまう。
大きな容器の樹脂を抜き取り、洗浄等を行えば2乃至3
日を要してしまう。また、容器全体を取り外し交換して
も重量の点から作業性は悪く、半日から1日を要してし
まう問題がある。光造形は非常に短時間に形状モデルを
作成出来ることが特徴であるのに反し、樹脂切り替えの
準備に時間を要して短期作成の特徴を発現できない問題
がある。
【課題を解決するための手段】上記目的は、光硬化樹脂
容器を二つ上下に設けるとともに、上部の樹脂容器にス
ライド機構等の移動あるいは着脱手段を設け、更に樹脂
液面にレーザ光を集光する対物レンズの焦点の切り換え
手段を設け、第1の焦点を下部樹脂容器の液面近傍に設
定し、第2の焦点を上部樹脂容器の液面近傍に設定し、
第1の樹脂を下部樹脂容器に入れ、第2の樹脂を上部樹
脂容器に入れ、第1の樹脂にてモデルを造形するときに
は、上部樹脂容器をスライド移動あるいは取り外すとと
もに対物レンズの焦点を第1の焦点に設定切り換えする
構成とする。一方、第2の樹脂にてモデルを造形すると
きには上部樹脂容器をスライド移動しにより下部樹脂容
器の上方に配置し、あるいは装着するとともに対物レン
ズの焦点を第2の焦点に設定切り換えする構成にて達成
される。
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面を用いて説
明する。図1は本発明の一実施例の光造形装置の構成説
明図である。第1の光硬化樹脂1は下部の第1の光硬化
樹脂容器2の中に満たされている。第2の光硬化樹脂3
は上部の第2の光硬化樹脂容器4に満たされている。各
光硬化樹脂容器には造形用のワークテーブル5,6を設
け、該ワークテーブルは上下方向の移動手段7,8によ
り、該略各光硬化樹脂の液面から各容器の底部の間で上
下移動できる構成となっている。さらに、各光硬化樹脂
容器の液面部には光硬化樹脂を液面に塗布する塗布手段
9,10をそれぞれ設けている。上部樹脂容器4は下部
樹脂容器2の上方側部に設けたスライドレール架台11
の上に載せている。(上部樹脂容器4が下部樹脂容器2
の上方に位置している)。レーザ光12はレーザ発振器
13に発し、光スイッチ手段14を介して、対物レンズ
15に入り、さらに走査のためのガルバノミラー16を
介して下部の第1の光硬化樹脂容器2中の第1の樹脂の
液面17、あるいは上部の第2の光硬化樹脂容器2の第
2の樹脂の液面18にて集光する。対物レンズ15は二
つの対物レンズ15aと15bとスライドベース19か
らなり、レンズ15aとレンズ16bはスライドベース
19に載せている。レンズ15aの光軸とレンズ15b
の光軸はそれぞれレーザ光に平行であり、スライド移動
することにより一方の光軸がレーザ光ビームと一致する
ように構成した。レンズ15aはレーザ光を第1の樹脂
液面に集光するように、レンズ15bはレーザ光を第2
の樹脂液面に集光するように焦点を設定した。システム
制御手段20は形状データ21に従ってレーザ光を液面
にて走査するように光スイッチ手段14およびカルバノ
ミラー16を制御する。光硬化樹脂塗布手段9,10、
ワークテーブル移動手段は切り換えBOX22により選
択的に切り換える構成である。動作を説明する。先ず第
1の樹脂にて光造形する動作を説明する。図2に示すよ
うに下部の第1の光硬化樹脂容器2の上方に位置してい
た上部の第2の光硬化樹脂容器4をスライド架台11上
でスライド移動させ、下部の第1の光硬化樹脂容器2の
上方より退ける。レーザ光12に対して下部の第1の光
硬化樹脂容器2の第1の光硬化樹脂1の液面17が露出
する。また対物レンズ15のスライドベース19を移動
させ、対物レンズ15aの光軸がレーザ光ビーム12に
一致するように設置する。対物レンズ15aの焦点は長
く、下部樹脂容器中の第2の光硬化樹脂液面17にレー
ザ光を収束できる。以上により第1の光硬化樹脂による
造形の準備を終わる。造形の手順を説明する。はじめに
ワークテーブル5の高さを第1の樹脂液面17に一致さ
せた後、造形モデルの等高線データのスライスピッチP
(例えばP=0.1mm)だけ光硬化樹脂液中1に沈め、
樹脂塗布手段9にてワークテーブル面にスライスピッチ
Pの厚さで第1の光硬化樹脂を塗布する。塗布した光硬
化樹脂の液面は第1の光硬化樹脂容器2の液面17と一
致し、液面高さは容器内で一様な高さになり、第1の光
硬化樹脂液面は安定に保持される。次いで、光スイッチ
をONにして対物レンズ15(第1の樹脂の場合は15
a)、ガルバノミラー16を介して第1の樹脂液面17
にレーザ光を収束して照射する。このとき、ガルバノミ
ラー16は光硬化樹脂液面17に形状モデルの等高線デ
ータ21を描くように制御される。液面の光硬化樹脂1
はレーザ光12の照射を受け、露光部位は硬化する。ワ
ークテーブル上に厚さPの等高線形状を得ることが出来
る。次いでワークテーブル5をピッチPだけ更に沈め、
再び光硬化樹脂を塗布し、下部より第2番目の等高線デ
ータによりガルバノミラー16、光スイッチ14を制御
し、最下層の等高線形状の上に次層の等高線形状を描画
し、積層硬化させる。以下順次積層を繰り返すことによ
り形状全体を造形することが出来る。以上により第1の
樹脂を用いて光造形が可能である。次に第2の光硬化樹
脂での造形を説明する。図3に示したように移動待避さ
せた上部の第2の樹脂容器4をスライド架台11に載
せ、下部の第1の樹脂容器2の上方の所定位置に設置す
る。対物レンズ15についてスライドベース19を移動
し、対物レンズ15bの光軸がレーザビームに一致する
ように移動設定する。切り換えBOXにより塗布手段1
0、ワークテーブル移動手段の制御を選択して切り換え
る。切り換えはコネクタを接続替えしても良い。以上に
より造形に用いる光硬化樹脂の切り換え選択が完了す
る。造形の手順を説明する。はじめにワークテーブルの
高さを第2の光硬化樹脂液面18に一致させた後、造形
モデルの等高線データのスライスピッチP(例えばP=
0.1mm)だけ第2の光硬化樹脂液3中に沈め、光硬化
樹脂塗布手段10にてワークテーブル面にスライスピッ
チPの厚さで第2の光硬化樹脂を塗布する。塗布した光
硬化樹脂の液面18は上部の第2の光硬化樹脂容器4の
液面と一致し、液面高さは容器内で一様な高さになり、
容器内の光硬化樹脂液面18は安定に保持される。次い
で、光スイッチ14をONにして対物レンズ15(第2
の光硬化樹脂の場合は15b)、ガルバノミラー16を
介して第2の光硬化樹脂液面18にレーザ光12を収束
して照射する。このとき、ガルバノミラー16は第2の
光硬化樹脂液面18に形状モデルの等高線データ21を
描くように制御される。液面の第2の光硬化樹脂3はレ
ーザ光12の照射を受け、露光部位は硬化する。ワーク
テーブル上に厚さPの等高線形状を得ることが出来る。
次いでワークテーブルをピッチPだけ更に沈め、再び光
硬化樹脂を塗布し、下部より第2番目の等高線データに
よりガルバノミラー16、光スイッチ14を制御し、最
下層の等高線形状の上に次層の等高線形状を描画し、積
層硬化させる。以下順次積層を繰り返すことにより形状
全体を造形することが出来る。以上により第2の樹脂を
用いて光造形が可能である。
【発明の効果】本発明によれば、光硬化樹脂を手早く切
り換えて、用途に応じた材料特性の光硬化樹脂にて短期
間の造形可能ができる。さらに、上部樹脂容器にて造形
する場合には小型形状モデルの高精度造形が、下部樹脂
容器にて造形する場合には大型形状モデルの造形が可能
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例である光造形装置の構成を説明
する図。
【図2】図1の第1の光硬化樹脂を選択したときの構成
を示す斜視図。
【図3】図1の第2の光硬化樹脂を選択したときの構成
を示す斜視図。
【符号の説明】
1…第1の光硬化樹脂、 2…第1の光硬化樹脂容器、 3…第2の光硬化樹脂スキージ、 4…第5の光硬化樹脂容器、 5,6…ワークテーブル、 7,8…テーブル移動手段、 9,10…樹脂塗布手段、 11…スライド架台、 12レーザ光、 13…レーザ発振器、 14…光スイッチ、 15…対物レンズ、 16…ガルバノミラー、 17…第1の光硬化樹脂液面、 18…第2の光硬化樹脂液面、 19…スライドベース、 20…光造形制御システム回路、 21…形状データ、 22…切り換えBOX。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 清 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所マルチメディアシステム開 発本部内 (72)発明者 遠藤 敏朗 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所マルチメディアシステム開 発本部内 (72)発明者 村中 昌幸 東京都千代田区神田駿河台四丁目6番地株 式会社日立製作所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザ光発振手段と、該レーザ光のON/
    OFFスイッチ手段と、該レーザ光の収束手段と、該レ
    ーザ光の平面的走査手段と、光硬化樹脂容器と、該光硬
    化樹脂容器中に沈むように設けられたワークテーブル
    と、該光硬化樹脂容器の液面において、光硬化樹脂を塗
    布する塗布手段とこれらを制御する制御手段とからな
    り、該光硬化樹脂容器に光硬化樹脂を溜め、該収束され
    たレーザ光を形状データに従って該光硬化樹脂の液面に
    て照射、走査し、該光硬化樹脂をワークテーブル上で露
    光硬化し、該硬化層の上に未硬化の光硬化樹脂を該塗布
    手段により層状に塗布し、該未硬化層を露光硬化させる
    ことを繰り返して逐次積層して形状モデルを造形する光
    造形装置において、第1のワークテーブル、光硬化樹脂
    塗布手段および光硬化樹脂容器の上部に着脱可能な第2
    の光硬化樹脂容器、ワークテーブル、光硬化樹脂塗布手
    段を設けるとともに、レーザ光の収束において第1のレ
    ーザ収束位置と第2のレーザ収束位置とを切り替えるこ
    とができる収束位置可変のレーザ収束手段を有し、第2
    の光硬化樹脂容器を除いたときに、レーザ光収束手段の
    収束位置を第1の光硬化樹脂容器の樹脂液面位置に相当
    する第1の収束位置の切換えるよう構成し、第1の光硬
    化樹脂容器のワークテーブル上の光硬化樹脂液面を該レ
    ーザ光で走査し、第1の光硬化樹脂を硬化積層してモデ
    ルの造形を行うように構成し、第2の光硬化樹脂容器、
    ワークテーブル、光硬化樹脂塗布手段およびを装着した
    ときに、レーザ光収束手段の収束位置を第2の光硬化樹
    脂容器の樹脂液面位置に相当する第2の収束位置の切換
    えるよう構成し、第2の光硬化樹脂容器のワークテーブ
    ル上の光硬化樹脂液面を該レーザ光で走査し、第2の光
    硬化樹脂を硬化積層してモデルの造形を行うように構成
    したことを特徴とする光造形装置。
  2. 【請求項2】収束位置可変のレーザ光収束手段として、
    スライド移動可能なスライド手段あるいは回転移動する
    タレット手段を設け、該スライド手段あるいはタレット
    手段に光軸が異なる2つの光学レンズ系を設け、該2つ
    の光学レンズ系の該レーザ光の収束位置を異なるように
    構成し、スライド手段をスライド移動あるいはタレット
    手段を回転移動することにより、レーザ光の収束位置を
    第1の収束位置および第2の収束位置に切換える収束位
    置可変のレーザ光収束手段を有したことを特徴とする請
    求項1記載の光造形装置。
JP10051777A 1998-03-04 1998-03-04 光造形装置 Pending JPH11245306A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003507224A (ja) * 1999-08-20 2003-02-25 イーオーエス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング イレクトロ オプティカル システムズ 三次元物体の形成的製造のための装置および方法
JP2006500241A (ja) * 2002-08-02 2006-01-05 イーオーエス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング イレクトロ オプティカル システムズ 生成的製造方法を用いて三次元オブジェクトを製造する装置及びその方法
KR101006414B1 (ko) 2010-03-10 2011-01-06 주식회사 캐리마 고속 적층식 광조형 장치
KR101025132B1 (ko) 2009-06-03 2011-03-31 한국산업기술대학교산학협력단 블루레이 픽업 유니트를 이용한 광조형 장치

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