JP2016087866A

JP2016087866A - ３次元造形装置

Info

Publication number: JP2016087866A
Application number: JP2014222525A
Authority: JP
Inventors: 小林　光一; Koichi Kobayashi; 光一小林
Original assignee: Roland DG Corp
Current assignee: Roland DG Corp
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2016-05-23
Also published as: US20160121547A1; US9931828B2

Abstract

【課題】樹脂製の槽の白色化を抑制することが可能な３次元造形装置を提供すること。【解決手段】３次元造形装置は、プロジェクタ３１からの光を槽内に収容された光硬化性樹脂に照射する光学装置と、光学装置を制御する制御装置と、を備えている。制御装置は、槽のうちプロジェクタ３１の光が照射される領域を複数のブロックに分割する分割部５４と、プロジェクタ３１の光が照射された回数を計数する計数部５６と、計数部５６によって計数された回数が、所定の閾値に到達したか否かを判定する第１判定部５８と、第１判定部５８によって上記回数が上記所定の閾値に到達したと判定されたとき、判定されたブロックの光硬化性樹脂に対して照射するプロジェクタ３１からの光のエネルギーを、第１のエネルギーから第１のエネルギーよりも低い第２のエネルギーとする光照射部６０と、を備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、３次元造形装置に関する。

従来から、槽内に収容された液体の光硬化性樹脂に光を照射し、この光硬化性樹脂を硬化させることによって３次元造形物を造形する３次元造形装置が知られている。

この種の３次元造形装置は、３次元造形物の断面形状を用意し、光硬化性樹脂を硬化させて断面形状に対応した形状の樹脂層を順次積層することによって、３次元造形物を造形する。３次元造形装置は、例えば特許文献１に示すように、開口が形成された台と、台の上に載置され、光硬化性樹脂を収容する樹脂製の槽と、槽の上方に配置された昇降自在なホルダとを備えている。台の下方には、光を照射する光源およびミラーなどを備えた光学装置が配置されている。光源から照射された光は、ミラーで反射され、台の開口を通じて槽内の光硬化性樹脂に照射される。槽内に収容された光硬化性樹脂のうち、光が照射された部分は硬化する。

光の照射位置を制御することにより、硬化する樹脂の位置を適宜変更することができ、所望の断面形状を有する樹脂層を形成することができる。ホルダを順次上昇させることにより、所望の断面形状が下方に向かって連続的に形成される。このようにして、所望の３次元造形物が造形される。

特開２００３−３９５６４号公報

ところで、長期に亘って、同じ樹脂製の槽を使用して３次元造形物を造形していると、槽のうち光が照射された部分が白く濁ることがある（以下、このことを「白色化」という）。白色化した槽に光を照射し、槽内の光硬化性樹脂を硬化しようとした場合、槽の白色化した部分によって光の一部が遮られ、槽の白色化した部分近傍の光硬化性樹脂が適切に硬化しないことがある。これにより、所望の断面形状を形成することができず、造形物の品質が低下してしまう虞れがある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、樹脂製の槽の白色化を抑制することが可能な３次元造形装置を提供することである。

本願出願人は、樹脂製の槽が白色化するのは、以下のようなことが原因であることを見出した。樹脂製の槽の表面には、複数の微小な穴が形成されている。その微小な穴に光硬化性樹脂が入り込んだ状態で、光源からの光が照射されると、光硬化性樹脂の一部が微小な穴に入り込んだ状態で硬化する。そして、硬化した樹脂を槽から引き上げるときに、穴に入り込んだ状態で硬化した光硬化性樹脂は穴から引き抜かれる。ここで、穴に入り込んだ光硬化性樹脂の硬度が高すぎる場合には、硬化した光硬化性樹脂を穴から引き抜くときに槽の表面を傷つけることがある。この傷によって槽が白色化した。そこで、本願出願人は、微小な穴に入り込んだ状態で硬化した光硬化性樹脂の硬度が、穴から光硬化性樹脂を容易に引き抜くことができる程度の硬度であれば、槽を傷つけることを抑制することができ、その結果、槽の白色化が抑制されることを発見した。また、一度の造形時に槽の同じ領域に光を照射する回数が多い場合、ある照射回数を超えると、照射する光のエネルギーを弱くしても十分に光硬化性樹脂が硬化することを発見した。即ち、同じ強さの光を同一箇所に繰り返し照射し続けると、一回当たりの光のエネルギー（照射強度）が、一層の光硬化性樹脂を硬化させるのに必要十分で、過不足なく適切なエネルギー量であるにもかかわらず、光硬化性樹脂が硬化しすぎてしまうことを発見した。本願出願人は、光源からの光のエネルギーを調整して、光硬化性樹脂に照射する光のエネルギーを変更することによって、槽の白色化を抑制することができることを発見した。

本発明に係る３次元造形装置は、３次元造形物の断面形状を用意し、光硬化性樹脂を硬化させて前記断面形状の樹脂層を順次積層することによって前記３次元造形物を造形する３次元造形装置であって、樹脂材料によって成形され、前記光硬化性樹脂を収容する槽と、前記槽の下方に配置され、光を発する光源を少なくとも備え、前記光源からの光を前記槽内に収容された前記光硬化性樹脂に照射する光学装置と、前記光学装置を制御する制御装置と、を備えている。前記制御装置は、前記槽のうち前記光源の光が照射された領域を複数のブロックに分割する分割部と、前記分割部によって分割された前記ブロックごとに、前記光源の光が照射される回数を計数する計数部と、前記計数部によって計数された回数が、所定の閾値に到達したか否かを判定する第１判定部と、前記第１判定部によって前記回数が前記閾値に到達していないと判定されたとき、前記判定されたブロックの前記光硬化性樹脂に対して照射する前記光源からの光のエネルギーを第１のエネルギーとし、かつ、前記第１判定部によって前記回数が前記所定の閾値に到達したと判定されたとき、前記判定されたブロックの前記光硬化性樹脂に対して照射する前記光源からの光のエネルギーを、前記第１のエネルギーから前記第１のエネルギーよりも低い第２のエネルギーとする光照射部と、を備えている。

本発明に係る３次元造形装置によれば、槽のうち３次元造形物を造形する際に光源からの光が照射される回数が高いブロックにおいては、光が照射される回数が所定の閾値を超えたとき、光照射部によって光のエネルギーが第１のエネルギーよりも低い第２のエネルギーに変更される。この所定の閾値とは、例えば、光のエネルギーを第１のエネルギーからより低い第２のエネルギーに変更しても、第２のエネルギーによって槽内に収容された光硬化性樹脂が十分に硬化する光の照射回数である。このように、光照射部が光源からの光のエネルギーを調整することによって、光が照射される回数が高いブロックにおいては、光硬化性樹脂が硬化しすぎてしまうことを抑制することができる。すなわち、光が照射される回数が高いブロックにおいても、光硬化性樹脂を十分に硬化させることができると共に、光硬化性樹脂が硬化しすぎることによって槽に傷がつくことを抑制することができる。

本発明の一態様によれば、前記制御装置は、前記分割部によって分割された前記ブロックごとに、前記光源の光が照射される総数を算出する算出部と、前記算出された前記総数に対する前記計数部によって計数された前記回数の割合が、所定の割合に到達したか否かを判定する第２判定部と、を備えている。前記光照射部は、前記第１判定部によって前記回数が前記所定の閾値に到達したと判定されたときと、前記第２判定部によって前記割合が前記所定の割合に到達したと判定されたときとのうち遅く判定されたときに、前記判定されたブロックの前記光硬化性樹脂に対して照射する前記光源からの光のエネルギーを、前記第１のエネルギーから前記第２のエネルギーとする。

上記態様によれば、槽のうち３次元造形物を造形する際に光源からの光が照射される回数が高いブロックにおいては、光が照射される回数が所定の閾値を超えたときに、または、光が照射される回数が所定の割合を超えたときに、光照射部によって光のエネルギーが第１のエネルギーよりも低い第２のエネルギーに変更される。この所定の割合とは、例えば、光のエネルギーを第１のエネルギーからより低い第２のエネルギーに変更しても、該ブロックにおいて造形している３次元造形物が確実に硬化され、その形状を十分に維持できる光の照射回数である。３次元造形物を造形する際に光源からの光が照射される回数が高いブロックにおいては、光硬化性樹脂を十分に硬化させることを優先しつつ、槽の白色化を抑制することができる。このように、光照射部が光源からの光のエネルギーを調整することによって、光が照射される回数が高いブロックにおいては、３次元造形物の硬化を十分に行うと共に、特に造形の終盤において光硬化性樹脂が硬化しすぎてしまうことを抑制することができる。

本発明の一態様によれば、前記光照射部は、前記判定されたブロックの前記光硬化性樹脂に対して照射する前記光源からの光のエネルギーを、前記第１のエネルギーから前記第２のエネルギーとした後、前記判定されたブロックにおいて前記光源の光が照射される回数が増えるに従って、前記光源からの光のエネルギーを前記第２のエネルギーから段階的に低くする。

上記態様によれば、光硬化性樹脂を十分に硬化させることができると共に、光硬化性樹脂が硬化しすぎてしまうことをより抑制することができる。また、３次元造形物を造形する際に必要な光エネルギーの総量を段階的に減少させることができる。

本発明の一態様によれば、前記判定されたブロックの前記光硬化性樹脂に対して照射する前記光源からの光のエネルギーが前記光照射部によって前記第１のエネルギーから前記第２のエネルギーにされた後、前記光源は前記判定されたブロックの前記光硬化性樹脂に対して前記第２のエネルギーを備えた光のみを照射する。

上記態様によれば、光硬化性樹脂を十分に硬化させることができると共に、光硬化性樹脂が硬化しすぎてしまうことをより抑制することができる。また、光照射部が照射する光のエネルギーは第１のエネルギーまたは第２のエネルギーであるため、制御が容易である。

本発明の一態様によれば、前記複数のブロックは、第１ブロックと、前記光源の光が照射される回数が前記第１ブロックよりも多い第２ブロックとを含み、前記第１ブロックには、前記第１のエネルギーを備えた光のみが照射され、前記第２ブロックには、前記第１のエネルギーを備えた光および前記第２のエネルギーを備えた光が少なくとも照射される。

上記態様によれば、槽のうち３次元造形物を造形する際に光源からの光が照射される回数が高いブロックにおいては、光源から第１のエネルギーを備えた光と第２のエネルギーを備えた光とが少なくとも照射される。これにより、光硬化性樹脂が硬化しすぎてしまうことをより抑制することができる。また、槽のうち３次元造形物を造形する際に光源からの光が照射される回数が低いブロックにおいては、光源から第１のエネルギーを備えた光のみが照射される。光が照射される回数が低いブロックでは、光照射部によって光のエネルギーをより低い第２のエネルギーに変更しなくとも、光硬化性樹脂は硬化しすぎない。

本発明の一態様によれば、前記複数のブロックは、第１ブロックと、前記光源の光が照射される回数が前記第１ブロックよりも多い第２ブロックとを含み、前記第１ブロックおよび前記第２ブロックには、前記第１のエネルギーを備えた光および前記第２のエネルギーを備えた光が照射され、前記第１ブロックに照射する光を前記第１のエネルギーを備えた光から前記第２のエネルギーを備えた光に変更するタイミングは、前記第２ブロックに照射する光を前記第１のエネルギーを備えた光から前記第２のエネルギーを備えた光に変更するタイミングよりも早い。

上記態様によれば、光源から照射される光のエネルギーが第１のエネルギーよりも低い第２のエネルギーに変更されるタイミングはブロックによって異なる。これにより、ブロック毎に光硬化性樹脂を適切に硬化させることができると共に、樹脂製の槽の白色化を抑制することができる。

本発明によれば、樹脂製の槽の白色化を抑制することが可能な３次元造形装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る３次元造形装置の断面図である。本発明の一実施形態に係る３次元造形装置の平面図である。本発明の一実施形態に係る主要要素を示すブロック図である。槽のうち光が照射される造形領域に、造形予定領域が特定された一例を示す図である。槽のうち光が照射される造形領域が複数のブロックに分割された一例を示す図である。本発明の一実施形態に係るプロジェクタから発せられる光のエネルギーを調整する流れを示したフローチャートである。３次元造形物の構造を示す斜視図である。複数のブロックに分割された造形領域に造形予定領域が特定された一例を示す図である。造形予定領域の各ブロックに照射される光の回数を示すグラフである。本発明の他の一実施形態に係る主要要素を示すブロック図である。本発明の他の一実施形態に係るプロジェクタから発せられる光のエネルギーを調整する流れを示したフローチャートである。造形予定領域の各ブロックに照射される光の回数を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る３次元造形装置について説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化する。

図１は、本実施形態に係る３次元造形装置１０の断面図である。図２は、３次元造形装置１０の平面図である。なお、以下の説明において、特に断らない限り、図１の左、右をそれぞれ３次元造形装置１０の前、後とする。図２の上、下、左、右をそれぞれ３次元造形装置１０の左、右、前、後とする。図面中の符号Ｆ、Ｒｒ、Ｌ、Ｒは、それぞれ前、後、左、右を示している。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、３次元造形装置１０の設置態様を何ら限定するものではない。

３次元造形装置１０は、３次元造形物の断面形状を用意し、液体の光硬化性樹脂を硬化させて断面形状に対応した形状の樹脂層を順次積層することによって、３次元造形物を造形する装置である。「断面形状」とは、３次元造形物を所定の厚み（例えば、０．１ｍｍ）ごとに水平にスライスしたときの断面の形状である。「光硬化性樹脂」とは、所定の波長を含む光が照射されると、硬化する樹脂である。

図１に示すように、３次元造形装置１０は、台１１と、槽１２と、ホルダ１３と、光学装置１４と、制御装置１６と、ケース２５とを備えている。

図１に示すように、台１１は、ケース２５に支持されている。台１１には、開口２１が形成されている。開口２１は、光硬化性樹脂２３に照射する光を通過させる部位である。開口２１の形状は特に限定されない。本実施形態では、図２に示すように、開口２１は平面視矩形状に形成されている。

図１に示すように、槽１２は、液体の光硬化性樹脂２３を収容する。槽１２は、台１１上に載置される。槽１２は、台１１に取り付け可能に配置されている。図２に示すように、平面視で、槽１２は矩形状の容器である。槽１２は、台１１に載置された状態において、台１１の開口２１を覆う。槽１２は、平面視で台１１の開口２１と重なる。槽１２は、平面視矩形状の底壁１２Ａと、底壁１２Ａの左端部、右端部、前端部、後端部からそれぞれ起立した左側壁１２Ｂ、右側壁１２Ｃ、前側壁１２Ｄ、後側壁１２Ｅとを備えている。槽１２が台１１上に載置された際に、底壁１２Ａの一部は、台１１の開口２１の上方に位置する。ここでは、底壁１２Ａの後部が開口２１の上方に位置している。底壁１２Ａの全体が台１１の開口２１の上方に位置してもよい。槽１２のうち少なくとも底壁１２Ａは、光を透過させることのできる材料、例えば透明な樹脂材料によって成形されている。本実施形態では、槽１２の全体は樹脂材料によって成形されている。槽１２の全体は、例えばアクリル樹脂によって成形されている。槽１２の底壁１２Ａの表面には、シリコーン層３０が設けられている。シリコーン層３０は、光硬化性樹脂２３が底壁１２Ａに固着することを抑制する。

図１に示すように、ホルダ１３は、槽１２の上方に配置されている。ホルダ１３は、台１１の開口２１の上方に配置されている。図２に示すように、ホルダ１３は、平面視矩形状に形成されている。ホルダ１３の形状は特に限定されない。ホルダ１３は、昇降自在な部材である。ホルダ１３は、光学装置１４のプロジェクタ３１からの光が照射されることによって硬化した光硬化性樹脂２３を槽１２から引き上げる。ホルダ１３は、下降したときに槽１２内の光硬化性樹脂２３に浸漬するように構成されている。ホルダ１３は、上昇するときに、光が照射されて硬化した光硬化性樹脂２３を吊り上げるように構成されている。図１に示すように、台１１には、上下方向に延びた支柱４１が設けられている。支柱４１の前方には、スライダ４２が取り付けられている。スライダ４２は、支柱４１に沿って昇降自在であり、モータ４３によって上方または下方に移動する。ホルダ１３は、スライダ４２に取り付けられている。ホルダ１３は、モータ４３によって上方または下方に移動する。支柱４１は、スライダ４２を介して、ホルダ１３を昇降自在に間接的に支持している。ただし、支柱４１はホルダ１３を直接的に支持していてもよい。ホルダ１３は支柱４１の前方に配置されている。

図１に示すように、光学装置１４は、台１１の下方に配置されている。光学装置１４は、槽１２内に収容された液体の光硬化性樹脂２３に所定の波長からなる光を照射する装置である。光学装置１４は、プロジェクタ３１と、ミラー３２とを備えている。光学装置１４は台１１の下方に設けられたケース２５に収容されている。光学装置１４は、ケース２５に支持されている。

図１に示すように、プロジェクタ３１は光を発する光源の一例である。ただし、光学装置１４の光源はプロジェクタ３１に限定される訳ではない。本実施形態では、プロジェクタ３１は、台１１の前部の下方に配置されている。プロジェクタ３１は、ホルダ１３より前方に配置されている。プロジェクタ３１は、レンズ３４を備えている。レンズ３４は、プロジェクタ３１の後部に配置されている。レンズ３４を通じて前方から後方に向かって光が発せられる。プロジェクタ３１の投光方向は特に限定されない。ここでは、プロジェクタ３１から発せられる光は、レンズ３４の光軸３４Ａを通る水平面の下方よりも上方に多く照射される。

図１に示すように、ミラー３２は、プロジェクタ３１からの光を槽１２に向かって反射させる。ミラー３２は、台１１に形成された開口２１の下方に配置されている。ミラー３２は、プロジェクタ３１の後方に配置されている。ミラー３２は、プロジェクタ３１と前後方向に並ぶように配置されている。ミラー３２は、前下がりに傾斜して配置されている。プロジェクタ３１から発せられた光は、ミラー３２によって反射され、台１１の開口２１を通じて槽１２内の光硬化性樹脂２３に照射される。ここで、３次元造形物を造形するに先立って、プロジェクタ３１から発せられた全ての光が開口２１を通過するように、光の照射方向を調節する必要がある。本実施形態では、３次元造形物を造形するに先立って、プロジェクタ３１の位置を調節することによって光の照射方向を調整しているが、ミラー３２の角度を調整することによって光の照射方向を調整してもよい。

図１に示すように、３次元造形装置１０には、カバー４５が設けられていてもよい。カバー４５は、台１１よりも上方に配置された槽１２、ホルダ１３および支柱４１などを覆う部材である。カバー４５によって、槽１２内の光硬化性樹脂２３に外部からのゴミなどが入りにくくすることができる。また、カバー４５によって、照射された光が外部に漏れることを防止することができる。カバー４５は、光硬化性樹脂２３を硬化させる波長を含んだ光を遮断する材料で構成されていることが好ましい。カバー４５は、不透明なカバーであってもよい。

次に、制御装置１６について説明する。制御装置１６は、ホルダ１３が取り付けられたスライダ４２を昇降自在に制御するモータ４３に接続されている。制御装置１６は、光学装置１４のプロジェクタ３１に接続されている。制御装置１６は、モータ４３を制御する。制御装置１６は、モータ４３を駆動することによって、スライダ４２およびホルダ１３を上方または下方に移動させる。制御装置１６は、光学装置１４のプロジェクタ３１を制御する。制御装置１６は、プロジェクタ３１から発せられる光のエネルギー、光度、光量、光の波長帯域、光の形状、光を照射させる位置および光を発するタイミングなどを制御する。制御装置１６の構成は特に限定されない。例えば、制御装置１６は、コンピュータであり、中央演算処理装置（以下、ＣＰＵという）と、ＣＰＵが実行するプログラムなどを格納したＲＯＭと、ＲＡＭなどを備えていてもよい。

図３に示すように、制御装置１６は、記憶部４８と、作成部５０と、特定部５２と、分割部５４と、計数部５６と、第１判定部５８と、光照射部６０とを備えている。

作成部５０は、３次元造形装置１０において造形する３次元造形物の断面形状を作成する。作成部５０は、断面形状をデータ化したスライスデータを作成する。なお、制御装置１６は、作成部５０を備えていなくてもよい。この場合、断面形状のデータは、パーソナルコンピュータなどで予め作成したものであってもよいし、配布された既存の断面形状のデータであってもよい。

図４に示すように、特定部５２は、作成部５０によって作成された各断面形状のデータに基づいて、槽１２のうちプロジェクタ３１の光が照射される造形領域８０（図２も参照）において、プロジェクタ３１の光が実際に照射される造形予定領域８２を決定する。図２に示すように、造形領域８０は、槽１２のうち開口２１と重なる領域である。

図５に示すように、分割部５４は、造形領域８０（図２も参照）を複数のブロック８４に分割する。分割部５４は、格子状に造形領域８０を複数のブロック８４に分割する。造形領域８０をどのように分割するかは、予め定められている。造形領域８０を分割する方法は特に限定されない。造形領域８０をより多くのブロック８４に分割するとよい。

計数部５６は、分割部５４によって分割されたブロック８４ごとに、プロジェクタ３１の光が照射された回数を計数する。計数部５６は、３次元造形物の造形が開始されてから、造形が終了するまでの間におけるブロック８４ごとの光の照射回数を計数する。

第１判定部５８は、ブロック８４ごとに、計数部５６によって計数された回数が、所定の閾値に到達したか否かを判定する。所定の閾値は、予め定められている。本実施形態では、所定の閾値は、制御装置１６の記憶部４８に予め記憶されている。所定の閾値とは、例えば、光のエネルギーを第１のエネルギーからより低い第２のエネルギーに変更しても、第２のエネルギーによって槽１２内に収容された光硬化性樹脂２３が十分に硬化する光の照射回数である。

光照射部６０は、光学装置１４のプロジェクタ３１から発せられる光のエネルギーを調整する。光照射部６０は、計数部５６によって計数された回数が上記所定の閾値に到達していないと第１判定部５８によって判定されたとき、判定されたブロック８４の光硬化性樹脂２３に対して照射するプロジェクタ３１からの光のエネルギーを、第１のエネルギーとする。

光照射部６０は、計数部５６によって計数された回数が、上記所定の閾値に到達したと第１判定部５８によって判定されたとき、判定されたブロック８４の光硬化性樹脂２３に対して照射するプロジェクタ３１からの光のエネルギーを、第１のエネルギーから第２のエネルギーとする。

第２のエネルギーは第１のエネルギーより低い。第１のエネルギーは、槽１２内に収容された光硬化性樹脂２３に照射するプロジェクタ３１からの光の通常のエネルギー（通常時に照射する光のエネルギー）である。光照射部６０は、３次元造形物の造形を開始するとき、すべてのブロック８４において、プロジェクタ３１から照射される光のエネルギーを、第１のエネルギーとする。第１のエネルギーおよび第２のエネルギーは、予め定められている。第１のエネルギーおよび第２のエネルギーに関する情報は、制御装置１６の記憶部４８に予め記憶されている。第１のエネルギーをＡ［ｍＷ］とし、第２のエネルギーをＢ［ｍＷ］としたとき、第２のエネルギーＢは、０．７Ａ［ｍＷ］〜０．９Ａ［ｍＷ］であることが好ましい。

光照射部６０は、判定されたブロック８４の光硬化性樹脂２３に対して照射するプロジェクタ３１からの光のエネルギーを、第１のエネルギーから第２のエネルギーとした後、判定されたブロック８４においてプロジェクタ３１の光が照射される回数が増えるに従って、プロジェクタ３１からの光のエネルギーを、第２のエネルギーから段階的に低くしてもよい。光照射部６０は、判定されたブロック８４における照射回数が１回増えるたびに、プロジェクタ３１からの光のエネルギーを低くしてもよい。光照射部６０は、判定されたブロック８４における照射回数が所定の回数（例えば５回）増えるたびに、プロジェクタ３１からの光のエネルギーを低くしてもよい。

光照射部６０は、判定されたブロック８４の光硬化性樹脂２３に対して照射するプロジェクタ３１からの光のエネルギーを、第１のエネルギーから第２のエネルギーとした後、判定されたブロック８４の光硬化性樹脂２３に対して第２のエネルギーを備えた光のみを照射してもよい。

次に、プロジェクタ３１から発せられる光のエネルギーが制御装置１６によって調整される流れについて、図６のフローチャートを参照しながら説明する。ここでは、図７に示す３次元造形物８６を造形する場合を例に説明する。

先ず、ステップＳ１１では、造形したい３次元造形物８６の断面形状を用意する。ステップＳ１１において、作成部５０は、３次元造形物８６の断面形状を作成する。ここでは、作成部５０は、図７に示す３次元造形物８６を１００層にスライスした断面形状のデータを作成する。なお、断面形状のデータを作成する際に、３次元造形物８６を何層にスライスするのかは特に限定されない。

ステップＳ１３では、制御装置１６は、作成部５０によって作成された各断面形状のデータを読み込む。

ステップＳ１５では、特定部５２は、作成部５０によって作成された各断面形状のデータに基づいて、槽１２のうちプロジェクタ３１の光が照射される造形領域８０（図２も参照）において、プロジェクタ３１の光が実際に照射される造形予定領域８２（図４参照）を決定する。

ステップＳ１７では、分割部５４は、造形領域８０を複数のブロック８４に分割する。これにより、図８に示すように、造形予定領域８２は、第１ブロック８４Ａ、第２ブロック８４Ｂ、第３ブロック８４Ｃ、第４ブロック８４Ｄ、および第５ブロック８４Ｅに分割される。

ステップＳ１９では、制御装置１６は、作成部５０によって作成された各断面形状のデータに基づいて、分割部５４によって分割されたブロック８４ごとに、プロジェクタ３１から光硬化性樹脂２３に光を照射する。ステップＳ１９において、ステップＳ１３で読み込んだ各断面形状のデータに対応した形状の造形を造形した後、硬化した光硬化性樹脂２３をホルダ１３によって槽１２から引き上げる。このように、光硬化性樹脂２３を硬化して、断面形状に対応した形状の樹脂層を造形し、その造形した樹脂層を順次積層することによって、所望の３次元造形物を造形する。

ステップＳ２１では、制御装置１６は、３次元造形物８６の造形が終了したか否かを判定する。ステップＳ２１において、３次元造形物８６の造形が終了したと判定された場合、制御装置１６は、プロジェクタ３１から発せられる光のエネルギーの調整を終了する。一方、３次元造形物８６の造形が終了していないと判定された場合、ステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３では、計数部５６は、分割部５４によって分割されたブロック８４ごとに、プロジェクタ３１の光が照射された回数を計数する。所定の閾値に到達するまでは、分割された各ブロック８４には、プロジェクタ３１から第１のエネルギーを備えた光が照射される。

ステップＳ２５では、第１判定部５８は、分割されたブロック８４ごとに、計数部５６によって計数された回数が、所定の閾値に到達したか否かを判定する。ステップＳ２５において、計数部５６によって計数された回数が、所定の閾値に到達したと判定された場合、ステップＳ２７に進む。一方、計数部５６によって計数された回数が、所定の閾値に到達していないと判定された場合、ステップＳ１９に戻る。第１判定部５８は、ブロック８４ごとに上記判定を行うため、３次元造形物８６を造形しているある時点において、あるブロック８４は所定の閾値に到達し、他のあるブロック８４は所定の閾値に到達していないことがある。ここでは、図９に示すように、所定の閾値は５５に設定されている。なお、図９において、Ｎは造形予定領域８２の各ブロック８４Ａ〜８４Ｅに照射されるプロジェクタ３１からの光の照射回数を示し、Ｔは所定の閾値を示す。

ステップＳ２７では、光照射部６０は、判定されたブロック８４の光硬化性樹脂２３に対して照射するプロジェクタ３１からの光のエネルギーを、第１のエネルギーから第１のエネルギーより低い第２のエネルギーとする。すなわち、判定されていないブロック８４の光硬化性樹脂２３に対して照射するプロジェクタ３１からの光のエネルギーは、第１のエネルギーのままである。ステップＳ２７において、光照射部６０がプロジェクタ３１からの光のエネルギーを第２のエネルギーにした後、ステップＳ１９に戻る。すなわち、ステップＳ１９では、判定されたブロック８４の光硬化性樹脂２３にプロジェクタ３１から第２のエネルギーを備えた光が照射される。図９に示すように、第４ブロック８４Ｄおよび第５ブロック８４Ｅでは、プロジェクタ３１からの光の照射回数が所定の閾値５５回を超えない。このため、第４ブロック８４Ｄおよび第５ブロック８４Ｅの光硬化性樹脂２３には、常にプロジェクタ３１から第１のエネルギーを備えた光が照射される。一方、第１ブロック８４Ａ、第２ブロック８４Ｂおよび第３ブロック８４Ｃでは、プロジェクタ３１からの光の照射回数が所定の閾値を超える。所定の閾値５５回に到達するまでは、光硬化性樹脂２３には、プロジェクタ３１から第１のエネルギーを備えた光が照射される。所定の閾値５５回に到達した後（即ち５６回目の光照射から）は、光硬化性樹脂２３には、プロジェクタ３１から第２のエネルギーを備えた光が照射される。なお、ステップＳ２７において、光照射部６０は、判定されたブロック８４の光硬化性樹脂２３に対して照射するプロジェクタ３１からの光のエネルギーを、第１のエネルギーから第２のエネルギーと変更した後に、さらに第２のエネルギーから段階的に低くしてもよい。また、光照射部６０は、判定されたブロック８４の光硬化性樹脂２３に対して照射するプロジェクタ３１からの光のエネルギーを、第１のエネルギーから第２のエネルギーと変更した後は、プロジェクタ３１からの光のエネルギーを変更せず、プロジェクタ３１は第２のエネルギーを備えた光のみを照射してもよい。

以上のように、３次元造形装置１０によれば、槽１２のうち３次元造形物８６を造形する際にプロジェクタ３１からの光が照射される回数が高いブロック８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃにおいては、光が照射される回数が所定の閾値を超えたとき、光のエネルギーは、光照射部６０によって第１のエネルギーよりも低い第２のエネルギーに変更される。このように、光照射部６０がプロジェクタ３１からの光のエネルギーを調整することによって、光が照射される回数が高いブロックに８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃおいては、光硬化性樹脂２３が硬化しすぎてしまうことを抑制することができる。すなわち、光が照射される回数が高いブロック８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃにおいても、光硬化性樹脂２３を十分に硬化させることができると共に、光硬化性樹脂２３が硬化しすぎることによって槽１２のシリコーン層３０に傷がつくことを抑制することができる。この結果、槽１２の白色化を抑制することができる。

本実施形態の３次元造形装置１０によれば、光照射部６０によってプロジェクタ３１の光のエネルギーが第２のエネルギーにされた後、プロジェクタ３１の光が照射される回数が増えるに従って、プロジェクタ３１からの光のエネルギーを第２のエネルギーから段階的に低くしてもよい。これにより、光硬化性樹脂２３を十分に硬化させることができると共に、光硬化性樹脂２３が硬化しすぎてしまうことをより抑制することができる。また、３次元造形物８６を造形する際に必要な光エネルギーの総量を段階的に減少させることができる。

本実施形態の３次元造形装置１０によれば、光照射部６０によってプロジェクタ３１の光のエネルギーが第２のエネルギーにされた後、第２のエネルギーを備えた光のみを照射してもよい。これにより、光硬化性樹脂２３を十分に硬化させることができると共に、光硬化性樹脂２３が硬化しすぎてしまうことをより抑制することができる。また、光照射部６０が照射する光のエネルギーは第１のエネルギーまたは第２のエネルギーであるため、制御が容易である。

本実施形態の３次元造形装置１０によれば、図９に示すように、槽１２のうち３次元造形物８６を造形する際にプロジェクタ３１からの光が照射される回数が高いブロック８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃにおいては、プロジェクタ３１から第１のエネルギーを備えた光と第２のエネルギーを備えた光とが照射される。すなわち、所定の閾値に到達するまでは第１のエネルギーを備えた光が照射され、所定の閾値に到達した後は第２のエネルギーを備えた光が照射される。これにより、光硬化性樹脂２３が硬化しすぎてしまうことをより抑制することができる。また、槽１２のうち３次元造形物８６を造形する際にプロジェクタ３１からの光が照射される回数が低いブロック８４Ｄ、８４Ｅにおいては、プロジェクタ３１によって第１のエネルギーを備えた光のみが照射される。光が照射される回数が低いブロック８４Ｄ、８４Ｅでは、光照射部６０によって光のエネルギーをより低い第２のエネルギーに変更しなくとも、光硬化性樹脂２３は硬化しすぎない。

＜第２実施形態＞
上述した実施形態では、計数部５６によって計数された回数が、所定の閾値に到達したとき、光照射部６０は、判定されたブロック８４の光硬化性樹脂２３に対して照射するプロジェクタ３１からの光のエネルギーを、第１のエネルギーから第２のエネルギーとしていたが、これに限定されない。

上述した実施形態において、上述した制御を行って３次元造形物を造形したとき、光硬化性樹脂２３の材料の特性や造形する３次元造形物の形状によっては、光硬化性樹脂２３の硬化が部分的に不完全になってしまう現象が生じる。この現象は、特に３次元造形物の造形の終盤に発生することを本願出願人は発見した。本願出願人は、光源からの光のエネルギーを調整するタイミングを工夫して、光硬化性樹脂２３に照射する光のエネルギーを変更することによって、３次元造形物の造形の終盤に造形される部分の光硬化性樹脂２３を十分に硬化させることができると共に、該部分の光硬化性樹脂２３が硬化しすぎてしまうことをより抑制することができることを発見した。

図１０に示すように、制御装置１６は、算出部６２と、第２判定部６４とを、さらに備えている。

算出部６２は、分割部５４によって分割されたブロック８４ごとに、プロジェクタ３１の光が照射される総数を算出する。算出部６２は、これから造形する３次元造形物の造形が開始されてから、造形が終了するまでの間におけるブロック８４ごとの光の照射回数を、３次元造形物の造形が開始される前に予め算出する。算出部６２は、作成部５０によって作成された断面形状のデータに基づいて、ブロック８４ごとに、プロジェクタ３１の光が照射される総数を算出する。

第２判定部６４は、ブロック８４ごとに、算出部６２によって算出された総数に対する計数部５６によって計数された回数の割合が、所定の割合に到達したか否かを判定する。所定の割合は、予め定められている。本実施形態では、所定の割合は、制御装置１６の記憶部４８に予め記憶されている。所定の割合とは、例えば、光のエネルギーを第１のエネルギーからより低い第２のエネルギーに変更しても、該ブロックにおいて造形している３次元造形物が確実に硬化され、その形状を十分に維持できる光の照射回数である。所定の割合は、例えば、算出部６２によって算出された総数の８０％〜９５％である。

光照射部６０は、計数部５６によって計数された回数が、上記所定の閾値に到達したと第１判定部５８によって判定されたときと、算出部６２によって算出された総数に対する計数部５６によって計数された回数の割合が、上記所定の割合に到達したと第２判定部６４によって判定されたときとのうち遅く判定されたときに、判定されたブロック８４の光硬化性樹脂２３に対して照射するプロジェクタ３１からの光のエネルギーを、第１のエネルギーから第２のエネルギーとする。

光照射部６０は、計数部５６によって計数された回数が上記所定の閾値に到達しておらず、かつ、算出部６２によって算出された総数に対する計数部５６によって計数された回数の割合が上記所定の割合に到達していない場合は、プロジェクタ３１から照射される光のエネルギーを第１のエネルギーとする。光照射部６０は、計数部５６によって計数された回数が上記所定の閾値に到達しており、かつ、算出部６２によって算出された総数に対する計数部５６によって計数された回数の割合が上記所定の割合に到達していない場合は、プロジェクタ３１から照射される光のエネルギーを第１のエネルギーとする。光照射部６０は、算出部６２によって算出された総数に対する計数部５６によって計数された回数の割合が上記所定の割合に到達しており、かつ、計数部５６によって計数された回数が上記所定の閾値に到達していない場合は、プロジェクタ３１から照射される光のエネルギーを第１のエネルギーとする。

次に、プロジェクタ３１から発せられる光のエネルギーが制御装置１６によって調整される流れについて、図１１のフローチャートを参照しながら説明する。なお、図１１において、図６の各ステップと同一の処理を行うものについては、同一の符号を付し、その説明を省略する。ここでは、図７に示す３次元造形物８６を造形する場合を例に説明する。

ステップＳ１８では、算出部６２は、分割部５４によって分割されたブロック８４ごとに、プロジェクタ３１の光が照射される総数を算出する。図１２に示すように、第１ブロック８４Ａの光照射回数は１００回であり、第２ブロック８４Ｂの光照射回数は８０回であり、第３ブロック８４Ｃの光照射回数は６０回であり、第４ブロック８４Ｄの光照射回数は４０回であり、第５ブロック８４Ｅの光照射回数は２０回である。

ステップＳ２５において、計数部５６によって計数された回数が、所定の閾値に到達したと判定された場合、ステップＳ２６に進む。

ステップＳ２６では、第２判定部６４は、ブロック８４ごとに、算出部６２によって算出された総数に対する計数部５６によって計数された回数の割合が、所定の割合に到達したか否かを判定する。ステップＳ２６において、上記割合が、所定の割合に到達したと判定された場合、ステップＳ２７に進む。一方、上記割合が、所定の割合に到達していないと判定された場合、ステップＳ１９に戻る。第２判定部６４は、ブロック８４ごとに上記判定を行うため、３次元造形物８６を造形しているある時点において、あるブロック８４は所定の割合に到達し、他のあるブロック８４は所定の割合に到達していないことがある。ここでは、図１２に示すように、所定の割合は９０％に設定されている。

図１２に示すように、第４ブロック８４Ｄおよび第５ブロック８４Ｅでは、プロジェクタ３１からの光の照射回数が所定の閾値５５を超えない。このため、第４ブロック８４Ｄおよび第５ブロック８４Ｅの光硬化性樹脂２３には、常に第１のエネルギーを備えた光が照射される。一方、第３ブロック８４Ｃでは、プロジェクタ３１からの光の照射回数５４回のときに、所定の割合（９０％）を超え、プロジェクタ３１からの光の照射回数５５回のときに、所定の閾値（５５回）を超える。このため、所定の閾値５５に到達するまでは、光硬化性樹脂２３に第１のエネルギーを備えた光が照射され、所定の閾値５５回に到達した後（即ち５６回目の光照射から）には、光硬化性樹脂２３に第２のエネルギーを備えた光が照射される。

また、第２ブロック８４Ｂでは、プロジェクタ３１からの光の照射回数５５回のときに、所定の閾値（５５回）を超え、プロジェクタ３１からの光の照射回数７２回のときに、所定の割合（９０％）を超える。このため、所定の割合（即ち光の照射回数が７２回）に到達するまでは、光硬化性樹脂２３に第１のエネルギーを備えた光が照射され、所定の割合に到達した後（即ち７３回目の光照射から）には、光硬化性樹脂２３に第２のエネルギーを備えた光が照射される。さらに、第１ブロック８４Ａでは、プロジェクタ３１からの光の照射回数５５回のときに、所定の閾値（５５回）を超え、プロジェクタ３１からの光の照射回数９０回のときに、所定の割合（９０％）を超える。このため、所定の割合（即ち光の照射回数が９０回）に到達するまでは、光硬化性樹脂２３に第１のエネルギーを備えた光が照射され、所定の割合に到達した後（即ち９１回目の光照射から）には、光硬化性樹脂２３に第２のエネルギーを備えた光が照射される。

本実施形態の３次元造形装置１０によれば、槽１２のうち３次元造形物８６を造形する際にプロジェクタ３１からの光が照射される回数が高いブロック８４Ａ、８４Ｂにおいては、光が照射される回数が所定の割合を超えたときに、光のエネルギーは、光照射部６０によって第１のエネルギーよりも低い第２のエネルギーに変更される。また、ブロック８４Ｃにおいては、光が照射される回数が所定の閾値を超えたときに、光のエネルギーは、光照射部６０によって第１のエネルギーよりも低い第２のエネルギーに変更される。このように、光照射部６０がプロジェクタ３１からの光のエネルギーを調整することによって、光が照射される回数が高いブロック８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃにおいては、３次元造形物８６の硬化を十分に行うと共に、特に造形の終盤において光硬化性樹脂が硬化しすぎてしまうことを抑制することができる。

本実施形態の３次元造形装置１０によれば、図１２に示すように、槽１２のうち３次元造形物８６を造形する際にプロジェクタ３１からの光が照射される回数が高いブロック８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃにおいては、プロジェクタ３１から照射される光のエネルギーが第１のエネルギーよりも低い第２のエネルギーに変更されるタイミング異なる。これにより、ブロック８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃ毎に光硬化性樹脂２３を適切に硬化させることができると共に、樹脂製の槽の白色化を抑制することができる。

１０３次元造形装置
１２槽
１６制御装置
２３光硬化性樹脂
３１プロジェクタ
５０作成部
５２特定部
５４分割部
５６計数部
５８第１判定部
６０光照射部
８０造形領域
８２造形予定領域
８４ブロック

Claims

３次元造形物の断面形状を用意し、光硬化性樹脂を硬化させて前記断面形状の樹脂層を順次積層することによって前記３次元造形物を造形する３次元造形装置であって、
樹脂材料によって成形され、前記光硬化性樹脂を収容する槽と、
前記槽の下方に配置され、光を発する光源を少なくとも備え、前記光源からの光を前記槽内に収容された前記光硬化性樹脂に照射する光学装置と、
前記光学装置を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記槽のうち前記光源の光が照射される領域を複数のブロックに分割する分割部と、
前記分割部によって分割された前記ブロックごとに、前記光源の光が照射された回数を計数する計数部と、
前記計数部によって計数された回数が、所定の閾値に到達したか否かを判定する第１判定部と、
前記第１判定部によって前記回数が前記閾値に到達していないと判定されたとき、前記判定されたブロックの前記光硬化性樹脂に対して照射する前記光源からの光のエネルギーを第１のエネルギーとし、かつ、前記第１判定部によって前記回数が前記所定の閾値に到達したと判定されたとき、前記判定されたブロックの前記光硬化性樹脂に対して照射する前記光源からの光のエネルギーを、前記第１のエネルギーから前記第１のエネルギーよりも低い第２のエネルギーとする光照射部と、を備えた３次元造形装置。
前記制御装置は、前記分割部によって分割された前記ブロックごとに、前記光源の光が照射される総数を算出する算出部と、前記算出された前記総数に対する前記計数部によって計数された前記回数の割合が、所定の割合に到達したか否かを判定する第２判定部と、を備え、
前記光照射部は、前記第１判定部によって前記回数が前記所定の閾値に到達したと判定されたときと、前記第２判定部によって前記割合が前記所定の割合に到達したと判定されたときとのうち遅く判定されたときに、前記判定されたブロックの前記光硬化性樹脂に対して照射する前記光源からの光のエネルギーを、前記第１のエネルギーから前記第２のエネルギーとする、請求項１に記載の３次元造形装置。
前記光照射部は、前記判定されたブロックの前記光硬化性樹脂に対して照射する前記光源からの光のエネルギーを、前記第１のエネルギーから前記第２のエネルギーとした後、前記判定されたブロックにおいて前記光源の光が照射される回数が増えるに従って、前記光源からの光のエネルギーを前記第２のエネルギーから段階的に低くする、請求項１または２に記載の３次元造形装置。
前記判定されたブロックの前記光硬化性樹脂に対して照射する前記光源からの光のエネルギーが前記光照射部によって前記第１のエネルギーから前記第２のエネルギーにされた後、前記光源は前記判定されたブロックの前記光硬化性樹脂に対して前記第２のエネルギーを備えた光のみを照射する、請求項１または２に記載の３次元造形装置。
前記複数のブロックは、第１ブロックと、前記光源の光が照射される回数が前記第１ブロックよりも多い第２ブロックとを含み、
前記第１ブロックには、前記第１のエネルギーを備えた光のみが照射され、
前記第２ブロックには、前記第１のエネルギーを備えた光および前記第２のエネルギーを備えた光が少なくとも照射される、請求項１から４のいずれか一項に記載の３次元造形装置。
前記複数のブロックは、第１ブロックと、前記光源の光が照射される回数が前記第１ブロックよりも多い第２ブロックとを含み、
前記第１ブロックおよび前記第２ブロックには、前記第１のエネルギーを備えた光および前記第２のエネルギーを備えた光が照射され、
前記第１ブロックに照射する光を前記第１のエネルギーを備えた光から前記第２のエネルギーを備えた光に変更するタイミングは、前記第２ブロックに照射する光を前記第１のエネルギーを備えた光から前記第２のエネルギーを備えた光に変更するタイミングよりも早い、請求項１から４のいずれか一項に記載の３次元造形装置。