JP2020015295A - 光造形３ｄプリンタ及びその光源補正印刷方法 - Google Patents

光造形３ｄプリンタ及びその光源補正印刷方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、レーザ走査ユニットにより予め設定された照射方式で満たすことができない印刷ステージ上の領域を補正することが可能な光造形３Ｄプリンタ及びその光源補正印刷方法を提供する。【解決手段】光造形３Ｄプリンタは、処理ユニット、水槽、印刷ステージ、レーザ走査ユニット及びエネルギー検出ユニットを含む。エネルギー検出ユニットは、印刷前に印刷ステージの各領域上にレーザ走査ユニットで供給される出力電力値を検出する。処理ユニットは、レーザ走査ユニットによって作業領域に供給される出力電力値に基づいて各領域に必要なゲイン値を算出し、現在使用されている成形材料に対応する標準照射回数を取得し、標準照射回数及び各領域のゲイン値に基づいて、各領域の補正照射回数を算出する。処理ユニットは、各領域の補正照射回数に応じて印刷ステージの各領域を走査して３Ｄオブジェクトを印刷するようにレーザ走査ユニットを制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、３Ｄプリンタに関し、特に、光造形３Ｄプリンタ及びその光源補正印刷方法に関する。
近年、３Ｄ印刷技術の成熟化や３Ｄプリンタの小型化・低価格化に伴い、３Ｄプリンタが急速に普及している。
異なる方式の３Ｄプリンタが多く市場に出回っている中で、高精度であり、一度に複数の精細なオブジェクトを印刷可能な光造形（Ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，ＳＬＡ）３Ｄプリンタが消費者に愛用されている。
ＳＬＡ方式３Ｄプリンタは、主にレーザ走査ユニット（Ｌａｓｅｒ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を備える。３Ｄプリンタは、スライス処理によって得られた３Ｄ画像に基づいて、成形材料の表面にレーザ光を照射するようにレーザ走査ユニットを制御し、成形材料を硬化させて対応する形状を有する３Ｄオブジェクトを形成する。
レーザ走査ユニットは、屈折して印刷ステージ上の異なる領域に当てることができるレーザ光源を提供する。しかしながら、このレーザ光源はハードウェア上の問題を有し、即ち、レーザ光源は、印刷ステージの異なる領域に当たっているとき、異なる屈折角や異なる照射距離のために異なる電力（一般的に、領域は、屈折点に近づくほど電力が強くなり、屈折点から遠ざかるほど電力が弱くなる）を有する場合がある。
このように、３Ｄプリンタは、成形台の表面の成形材料を照射するようにレーザ走査ユニットを制御し、レーザ走査ユニットによりすべての領域に対して同じ回数（又は同じ時間）照射すると、成形材料の各位置がそれぞれ異なる硬化度を有することになる可能性がある。
また、上述したように、屈折点から離れた領域に照射するレーザ光源の電力が弱く、成形材料の硬化に必要な硬化エネルギーに達しない場合さえある。そのため、印刷ステージ上の一部の領域は使用できず（例えば、レーザ走査ユニットがカバー可能な領域の全長は１４ｃｍであるが、出力電力が十分で印刷に使用できる領域は屈折点から１０ｃｍ以内のみ）、ハードウェア的な無駄が生じてしまう。
本発明は、レーザ走査ユニットにより予め設定された照射方式で満たすことができない印刷ステージ上の領域を補正することが可能な光造形３Ｄプリンタ及びその光源補正印刷方法を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態において、光造形３Ｄプリンタは、主として成形材料を収容するための水槽と、分割された複数の領域を有し、前記成形材料に浸漬されるように制御される印刷ステージと、前記水槽の上方に配置され、前記印刷ステージ上の前記複数の領域を照射するための線光源を提供するレーザ走査ユニットと、各前記複数の領域上の前記レーザ走査ユニットの出力電力値をそれぞれ検出するエネルギー検出ユニットと、前記印刷ステージと前記レーザ走査ユニットと前記エネルギー検出ユニットとを電気的に接続し、前記複数の領域における作業領域の前記出力電力値及び前記作業領域の周辺の複数の拡張領域の前記出力電力値に基づいて、各前記複数の領域のゲイン値を算出し、前記成形材料に対応する標準照射回数を取得し、前記標準照射回数及び各前記複数の領域の前記ゲイン値に基づいて、各前記複数の領域の補正照射回数を算出する処理ユニットと、を含み、前記処理ユニットは、各前記複数の領域の前記補正照射回数に応じて、前記印刷ステージの各前記複数の領域を照射するように前記レーザ走査ユニットを制御することで、対応するスライスオブジェクトを印刷する。
本発明は、従来技術に比べ、３Ｄプリンタ上のレーザ走査ユニットに対する電力補正を行って、印刷ステージ上の各領域がレーザ走査ユニットから異なるエネルギーを得るという問題を解決することにより、印刷した３Ｄオブジェクトの精度を向上させることができる。また、本発明は、十分なエネルギーを有しない領域を補正することにより、レーザ走査ユニットの有効照射範囲を適切に拡大することができる。
本発明の第１の具体的な実施形態に係る３Ｄプリンタを示す概略図である。 本発明の第１の具体的な実施形態に係る３Ｄプリンタを示すブロック図である。 本発明の第１の具体的な実施形態に係る３Ｄプリンタを示す平面図である。 本発明の第１の具体的な実施形態の電力分布図である。 本発明の第１の具体的な実施形態の印刷のフローチャートである。 本発明の第１の具体的な実施形態のレーザ照射のフローチャートである。
以下、本発明の好ましい実施形態については、図面を参照しつつ、詳しく説明する。
図１及び図２は、それぞれ本発明の第１の具体的な実施形態に係る３Ｄプリンタを示す概略図及びブロック図である。本発明に係る光造形３Ｄプリンタ（以下、「プリンタ１」と略称する）は、主として処理ユニット１０と、水槽１１と、印刷ステージ１２と、レーザ走査ユニット（Ｌａｓｅｒ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｕｎｉｔ，ＬＳＵ）１３と、エネルギー検出ユニット１４とを含む。処理ユニット１０は、印刷ステージ１２、レーザ走査ユニット１３及びエネルギー検出ユニット１４に電気的に接続され、印刷ステージ１２、レーザ走査ユニット１３及びエネルギー検出ユニット１４を制御する。
図２の実施形態において、処理ユニット１０、エネルギー検出ユニット１４及びレーザ走査ユニット１３は、独立したユニットであるが、他の実施形態において、エネルギー検出ユニット１４は、処理ユニット１０又はレーザ走査ユニット１３に統合されてもよいが、図２に示すものに限定されない。
図１の実施形態において、本発明のプリンタ１は主に上照射タイプの光造形３Ｄプリンタであるが、条件が満たされた場合、本発明は、上照射タイプの光造形３Ｄプリンタに適用してもよく、図１に示すものに限定されない。以下、理解を容易にするために、上照射タイプの光造形３Ｄプリンタを例として詳細に説明する。
図１に示すように、レーザ走査ユニット１３は、プリンタ１全体の最上部に配置され、水槽１１は、レーザ走査ユニット１３の下方に配置される。水槽１１は、主に印刷に必要な成形材料２を収容するために用いられ、成形材料２は、レーザ光で硬化可能な材料であり、感光性樹脂が挙げられるが、これに限定されない。
図１の実施形態において、レーザ走査ユニット１３は、少なくともレーザ光源１３１とカルバノミラー１３２とを含む。本実施形態において、カルバノミラー１３２は、ポリゴンミラーであり、印刷ステージ１２の上方の中央位置に配置される。レーザ光源１３１は、カルバノミラー１３２の一側に配置され、カルバノミラー１３２に向けてレーザビームを連続的に発する。レーザ走査ユニット１３は、カルバノミラー１３２の回転によりレーザビームを印刷ステージ１２上の異なる領域に屈折させることにより、レーザ光源１３１から供給された点光源を線光源に変換し、この線光源で印刷ステージ１２上の複数の領域（例えば、図４に示す領域４１〜４５）を照射する。
印刷ステージ１２は、レーザ走査ユニット１３の下方に配置され、処理ユニット１０の制御により水槽１１内の成形材料２に浸漬されることが可能である。レーザ走査ユニット１３が水槽１１の内部に向けて照射すると、直接照射された水槽１１内の成形材料２が硬化する。印刷を行う際に、処理ユニット１０は、印刷ステージ１２の表面を走査して（即ち、線光源を照射しながら、レーザ走査ユニット１３の位置を移動させて、線光源で一方向（例えば、Ｘ軸）に走査する硬化手段を実現）、印刷ステージ１２の表面に位置する成形材料２を硬化させるようにレーザ走査ユニット１３を制御する。これにより、成形材料２を所望の形状のスライスオブジェクトにすることができる。
上記のレーザ走査ユニット１３の走査動作は、光造形（Ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，ＳＬＡ）３Ｄプリンタの常用技術手段であるため、その説明を省略する。
上述したように、レーザ走査ユニット１３は、カルバノミラー１３２の回転によりレーザ光源１３１から出射されたレーザビームを印刷ステージ１２上の複数の領域に当てるように屈折させる。そのため、各領域で得られるエネルギーの量が異なる（即ち、各領域上のレーザ走査ユニット１３の電力分布状態が異なる）。
エネルギー検出ユニット１４は、レーザ走査ユニット１３を検出することで、各領域上にレーザ走査ユニット１３によって供給された出力電力値をそれぞれ取得する。
一実施形態において、プリンタ１は、まず１つ又は複数のパラメータ（例えば、レーザ光源１３１の強度やカルバノミラー１３２の回転角度など）に基づいて印刷ステージ１２を複数の領域に分割した後に、エネルギー検出ユニット１４により各領域がレーザ走査ユニット１３から得られる出力電力値を検出してもよい。他の実施形態において、プリンタ１は、まずエネルギー検出ユニット１４を制御して印刷ステージ１２上の各位置（例えば、点位置）で得られた出力電力値を検出した後に、同じ又は類似の出力電力値を有する複数の位置をまとめて同じ領域として扱ってもよい。ただし、上記は、本発明の具体的な実施形態にすぎず、本発明を限定するものではない。
本実施形態において、エネルギー検出ユニット１４は、各領域内のすべての位置の電力値を測定し、これらの電力値で各領域の平均電力値をそれぞれ算出し、これらの平均電力値を各領域の出力電力値としてもよい。上述したように、同じ領域内の複数の位置は、同じ又は類似の電力値を得ることができる。したがって、別の実施形態において、エネルギー検出ユニット１４は、各領域内のいずれかの位置の電力値をそれぞれ測定し、直接にこれらの電力値を各領域の出力電力値と見なしてもよい。また、別の実施形態において、エネルギー検出ユニット１４は、電力値又は平均電力値の重み付けを算出して、各領域の出力電力値を生成してもよい。ただし、上記は、本発明のいくつかの実施形態にすぎず、本発明を限定するものではない。
上述したように、レーザ走査ユニット１３は、印刷ステージ１２の各領域で異なる出力電力値を有する。本発明の技術的特徴の１つは、処理ユニット１０が、出力電力値が低い又は不十分な領域を補正することで（例えば、これらの領域のレーザ走査ユニット１３の照射回数や照射時間を増加させる）、レーザ走査ユニット１３が各領域において最終的に供給可能な合計出力電力を平衡させることである。このようにして、印刷された３Ｄオブジェクトの精度を向上させるとともに、レーザ走査ユニット１３の有効作業領域を効果的に拡大することができる。
具体的に、通常の３Ｄプリンタ１は、工場出荷時に、印刷ステージ１２の中心線（一般的にカルバノミラー１３２の配置位置）から両側にどの範囲がレーザ走査ユニット１３によって安定した出力可能な作業領域に属するかがマークされる。しかし、作業領域の周辺の拡張領域は、エネルギー不足に起因する成形材料２を硬化させることが困難である問題がある。
上記の問題を解決し、上記の技術的効果を達成するために、処理ユニット１０は、エネルギー検出ユニット１４により、印刷ステージ１２上のレーザ走査ユニット１３のすべての領域（作業領域及び作業領域の周辺の拡張領域を含む）の出力電力値（例えば、領域全体の平均電力値や領域内のいずれかの位置の電力値など）を検出する必要がある。そして、処理ユニット１０は、作業領域の出力電力値及び拡張領域の出力電力値に基づいて、各領域に必要なゲイン値をそれぞれ算出する。本実施形態において、各領域のゲイン値は、それぞれ１以上である。
次に、処理ユニット１０は、プリンタ１が現在使用している成形材料２（即ち、水槽１１に現在収容されている成形材料２）に対応する標準照射回数を取得する。最後に、処理ユニット１０は、標準照射回数及び各領域のゲイン値に基づいて、各領域の補正照射回数をそれぞれ算出する。本実施形態において、各領域の補正照射回数は、それぞれ標準照射回数以上である。
標準照射回数とは、主にプリンタ１の製造業者によって予め試験される、プリンタ１の作業領域上のレーザ走査ユニット１３の出力電力で成形材料２を照射する際に、成形材料２を硬化させるが、過硬化（ｏｖｅｒ ｃｕｒｉｎｇ）させない照射回数である。異なる成形材料が異なる特性を有するため、異なる成形材料は、異なる標準照射回数を有することがある。他の実施形態において、標準照射回数を標準照射時間に置き換えてもよい（即ち、レーザ走査ユニット１３の照射回数は限定されないが、合計照射時間は固定される）。一般に、出力電力は、レーザ走査ユニット１３の最大出力電力以下であり、この出力電力の値は、使用される成形材料２に必要な硬化エネルギーによって決定することができる。
上述したように、印刷ステージ１２上の一部の特定領域（即ち、拡張領域）は、レーザ走査ユニット１３から小さい出力しか得ることができないため、これらの特定領域の照射回数が標準照射回数に達しても、成形材料２が完全に硬化しないことがある。この問題を解決するために、本発明では、上記ゲイン値でこれらの特定領域の補正照射回数を算出し、レーザ走査ユニット１３が走査する際にこれらの特定領域の照射回数を補正照射回数に達するようにする。このようにして、これらの特定領域に対する照射によって、成形材料２を完全に硬化させるが過硬化させないように確保することができる。
なお、作業領域のレーザ走査ユニット１３からの出力電力は、電力減衰の問題を有していない場合もある。この場合、作業領域のゲイン値は１である。即ち、印刷ステージ１２の作業領域に対して、補正照射回数は標準照射回数に等しくなる。
補正照射回数の算出が完了した後、処理ユニット１０は、各領域の補正照射回数に基づいて、印刷ステージ１２の各領域を照射するようにレーザ走査ユニット１３を制御する。印刷ステージ１２上の成形材料２を硬化させることにより、対応する形状のスライスオブジェクトを印刷することができる。スライスオブジェクトは、３Ｄ印刷の分野における通常の知識であるため、その説明を省略する。
図３は、本発明の第１の具体的な実施形態に係る３Ｄプリンタを示す平面図である。図４は、本発明の第１の具体的な実施形態の電力分布図である。図３に示すように、本実施形態において、レーザ走査ユニット１３は、レーザ光源１３１及びカルバノミラー１３２により、水槽１１に向けて１本の直線（即ち、線光源）状に照射する。また、１つの照射位置１３０（即ち、１本の線）上の成形材料２を硬化させた後（即ち、すべての領域の照射回数が各自の補正照射回数に達した）に、次の照射位置１３０（即ち、次の線）に移動して硬化させて、走査の効果を達成する。図３に示す実施形態において、レーザ走査ユニット１３の照射位置１３０を水槽１１の一側から他側に徐々に移動させる。これにより、成形材料２を硬化させ、対応する形状を有するスライスオブジェクト３に変換する。
一実施形態において、処理ユニット１０は、エネルギー検出ユニット１４により印刷ステージ１２上の各位置でレーザ走査ユニット１３の電力分布状態を検出し、その電力分布状態に基づいてこれらの位置をまとめて複数の領域（作業領域と拡張領域を含む）として扱う。図４の実施形態において、第１領域４１、第２領域４２、第３領域４３、第４領域４４及び第５領域４５を例に挙げている。ここで、第１領域４１の出力電力値は第１の電力Ｐｘ１であり、第２領域４２の出力電力値は第２の電力Ｐｘ２であり、第３領域４３の出力電力値は第３の電力Ｐｘ３であり、第４領域４４の出力電力値は第４の電力Ｐｘ４であり、第５領域４５の出力電力値は第５の電力Ｐｘ５である。図４の実施形態において、第１領域４１の出力電力値Ｐｘ１は減衰されない。つまり、処理ユニット１０は、第１領域４１をレーザ走査ユニット１３が安定して出力可能な作業領域と見なしてもよい。
他の実施形態において、処理ユニット１０は、直接にレーザ光源１３１の強度やカルバノミラー１３２の回転角度などのパラメータに基づいて、印刷ステージ１２を複数の領域（例えば、図４に示す第１領域４１〜第５領域４５）に分割した後に、各領域４１〜４５の出力電力値Ｐｘ１〜Ｐｘ５をそれぞれ算出してもよい。ただし、上記は、本発明の具体的な実施形態にすぎず、本発明を限定するものではない。
各領域４１〜４５の出力電力値を得て、作業領域の出力電力値を決定した後に、処理ユニット１０は、各領域４１〜４５に必要なゲイン値を算出し、さらに標準照射回数及びゲイン値に基づいて各領域４１〜４５の補正照射回数をそれぞれ算出する。
図４に示すように、第１領域４１は、レーザ走査ユニット１３の作業領域であり、その出力電力値は減衰されないので、そのゲイン値は１であり、その補正照射回数は標準照射回数に等しい。第２領域４２〜第５領域４５の出力電力値は、いずれも第１領域４１の出力電力値よりも小さいので、ゲイン値は１より大きく、補正照射回数は標準照射回数よりも多い。また、図４から分かるように、出力電力値が小さいほど、ゲイン値が大きくなり、補正照射回数が多くなる。言い換えれば、領域毎の補正照射回数はそれぞれ異なっている場合があり、各領域の補正照射回数は、その出力電力値に反比例する。
一実施形態において、処理ユニット１０は、下記数１により各領域４１〜４５のゲイン値を算出する。ここで、ゲイン値は１以上である。
また、処理ユニット１０は、主に標準照射回数に各領域４１〜４５のゲイン値を乗じて得られた積算値を各領域４１〜４５の補正照射回数として扱う。
図５は、本発明の第１の具体的な実施形態の印刷のフローチャートである。本発明に係る光源補正印刷方法（以下、「印刷方法」と略称する）は、主に図１〜図３に示すプリンタ１に適用される。ただし、本発明の印刷方法は、レーザ走査ユニットを備えた様々な光造形３Ｄプリンタに適用されることができ、図１〜図３に示すプリンタ１に限定されるものではない。
以下、説明の便宜上、図１〜図３に示すプリンタ１を例に、本発明の印刷方法の各ステップを詳細に説明する。
まず、ユーザがプリンタ１を起動する（ステップＳ１０）。次に、プリンタ１は、エネルギー検出ユニット１４により印刷ステージ１２上の各領域のレーザ走査ユニット１３の電力分布状態を検出し（ステップＳ１２）、各領域の出力電力値をそれぞれ算出する（ステップＳ１４）。
次に、処理ユニット１０は、作業領域上のレーザ走査ユニット１３の出力電力値を取得し（ステップＳ１６）、作業領域の出力電力値及び各領域の出力電力値に基づいて、各領域に必要なゲイン値を算出する（ステップＳ１８）。本実施形態において、処理ユニット１０は、下記数１により、各領域のゲイン値を算出し、ゲイン値は１以上である。
次に、処理ユニット１０は、現在使用されている成形材料を設定し（ステップＳ２０）、成形材料に対応する標準照射回数を取得する（ステップＳ２２）。
図２に示すように、本発明のプリンタ１は、処理ユニット１０に電気的に接続される記憶ユニット１５をさらに含む。記憶ユニット１５には、照射回数対応テーブル１５１が記憶されている。照射回数対応テーブル１５１には、複数の成形材料にそれぞれ対応する標準照射回数が記録されている。上記ステップＳ２２において、処理ユニット１０は、現在使用されている成形材料に応じて照射回数対応テーブル１５１を参照して、成形材料に対応する標準照射回数を取得する。
本実施形態において、プリンタ１の製造業者は、予めプリンタ１に特性の異なる各種成形材料をそれぞれ試験して、レーザ走査ユニット１３により各種成形材料を完全に硬化させる（過硬化させることなく）に必要な照射回数を取得し、照射回数対応テーブル１５１に記録してもよい。このようにして、ユーザの使用する成形材料が照射回数対応テーブル１５１に存在する限り、プリンタ１は、さらなる試験を行うことなく照射回数対応テーブル１５１から成形材料に対応する標準照射回数を直接取得することができ、非常に便利である。
なお、図２に示すように、本発明のプリンタ１は、処理ユニット１０に電気的に接続されるマンマシンインタフェース１６をさらに含む。一実施形態において、プリンタ１は、上記ステップＳ２０において、マンマシンインタフェース１６を介してユーザの外部操作を受信して、現在使用されている成形材料を設定してもよい。
具体的に、ユーザは、まず、今回の印刷に使用する成形材料２を水槽１１に入れ、マンマシンインタフェース１６（例えば、ボタン、タッチスクリーンなど）を操作して、処理ユニット１０に対して使用する成形材料２を設定する。別の実施形態において、プリンタ１は、水槽１１内にセンサ（図示せず）を配置して、このセンサにより水槽１１に収容されている成形材料２の種類を積極的に検出し、処理ユニット１０に通知してもよい。ただし、上記は、本発明の具体的な実施形態にすぎず、本発明を限定するものではない。
標準照射回数及び各領域のゲイン値を取得した後に、処理ユニット１０は、標準照射回数及び各ゲイン値に基づいて、各領域の補正照射回数を算出する（ステップＳ２４）。具体的に、処理ユニット１０は、上記ステップＳ２４において、標準照射回数と各領域のゲイン値との積算値をそれぞれ算出し、これらの積算値を各領域の補正照射回数として扱う。即ち、補正照射回数＝標準照射回数×ゲイン値である。
次に、処理ユニット１０は、各領域の補正照射回数を取得すると、各領域の補正照射回数に応じて、印刷ステージ１２の各領域に対して対応する照射を行うようにレーザ走査ユニット１３を制御する（ステップＳ２６）ことで、印刷ステージ１２上で対応するスライスオブジェクトを印刷する。
なお、各領域のレーザ走査ユニット１３の電力分布状態は、レーザ走査ユニット１３の製造後に直ちに確定できる場合があるため、上記ステップＳ１２〜ステップＳ１８はプリンタ１の製造工程において実行されて、製造工程において予めレーザ走査ユニット１３を補正しておいてもよい。
上述したように、プリンタ１の製造業者は、プリンタ１の製造工程において、印刷ステージ１２上のレーザ走査ユニット１３の各領域の電力分布状態を検出し、各領域のゲイン値を算出し、記憶ユニット１５に記録してもよい。ユーザがプリンタ１を購入して印刷処理を行う場合、処理ユニット１０は、記憶ユニット１５からゲイン値を直接取得し、リアルタイムで各領域の補正照射回数を算出することが可能である。これにより、全体的な印刷速度を効果的に向上させることができる。また、本実施形態において、プリンタ１にエネルギー検出ユニット１４を設ける必要がなくなり、製造コストをさらに低減することができる。
図６は、本発明の第１の具体的な実施形態のレーザ照射のフローチャートである。図６は、主に、図５のステップＳ２６を参照して、レーザ走査ユニット１３が走査動作をどのように行うかを説明するものである。
処理ユニット１０は、各領域の補正照射回数を取得すると、印刷処理を開始することができる。印刷処理において、処理ユニット１０は、スライス処理されて生成された３Ｄ画像を受信し、３Ｄ画像に基づいて印刷ステージ１２の各領域に対して対応する照射を行うようにレーザ走査ユニット１３を制御する（ステップＳ３０）。具体的に、ステップＳ３０において、処理ユニット１０は、カルバノミラー１３２に向けてレーザビームを連続的に発するようにレーザ光源１３１を制御するとともに、レーザビームを線光源の方式で印刷ステージ１２の各領域に当てるようにカルバノミラー１３２を回転制御する。
上述したスライス処理は３Ｄ印刷分野の常用技術手段であり、スライス処理によって生成された３Ｄ画像は、印刷する１つのスライスオブジェクトの形状に対応するものである。ここではその説明を省略する。
処理ユニット１０は、レーザ走査ユニット１３の照射処理において各領域の照射回数が補正照射回数に達したか否かを判定し続ける（ステップＳ３２）。処理ユニット１０は、各領域の照射回数が補正照射回数に達していないと判定した場合、ステップＳ３０に戻り、照射を続けるようにレーザ走査ユニット１３を制御する。処理ユニット１０は、いずれかの領域の照射回数が補正照射回数に達したと判定した場合、この領域への照射を停止するようにレーザ走査ユニット１３を制御する（ステップＳ３４）。例えば、処理ユニット１０は、カルバノミラー１３２が特定の角度まで回転すると、レーザビームを発することを停止するようにレーザ光源１３１を制御してもよい。これにより、レーザビームがその領域を照射するのを防止することができる。
次に、処理ユニット１０は、この線（即ち、線光源）上のすべての領域の照射回数が補正照射回数に達したか否かを判定する（ステップＳ３６）。本実施形態において、処理ユニット１０は、この線上のすべての領域の照射回数が補正照射回数に達するまで、ステップＳ３０〜ステップＳ３４を繰り返すことにより、各領域の成形材料２を硬化させることができる。
処理ユニット１０は、すべての領域の照射回数が各自の補正照射回数に達したと判定すると、レーザ走査ユニット１３の走査が完了したか否かをさらに判定する（ステップＳ３８）。即ち、３Ｄ画像に対応するスライスオブジェクトの印刷が完了したか否かを判定する。走査動作が完了していない場合、処理ユニット１０は、次の照射位置に移動するようにレーザ走査ユニット１３を制御する（ステップＳ４０）とともに、ステップＳ３０〜ステップＳ３８を繰り返す。これにより、プリンタ１は、レーザ走査ユニット１３の走査動作により、３Ｄ画像に対応するスライスオブジェクトを印刷することができる。
スライスオブジェクトの印刷が完了すると、処理ユニット１０は、次の３Ｄ画像を取得し、Ｚ軸上の高さを変更するように印刷ステージ１２を制御する。そして、次のスライスオブジェクトの操作動作を行うようにレーザ走査ユニット１３を制御する（以下同様）。
本発明の光造形３Ｄプリンタ及びその光源補正印刷方法は、印刷ステージ上の各領域のレーザ走査ユニットによって供給されるエネルギーの不均一の問題を効果的に克服し、印刷した３Ｄオブジェクトの精度を向上させることができる。また、本発明は、各領域で得られたエネルギーを補正することにより、レーザ走査ユニットの有効照射範囲を適切に拡大することができる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明にあっては種々の変形が可能であって、かかる変形は、特許請求の範囲内に含まれる変形である限り本発明の技術的範囲に含まれる。
１…３Ｄプリンタ
１０…処理ユニット
１１…水槽
１２…印刷ステージ
１３…レーザ走査ユニット
１３０…照射位置
１３１…レーザ光源
１３２…カルバノミラー
１４…エネルギー検出ユニット
１５…記憶ユニット
１５１…照射回数対応テーブル
１６…マンマシンインタフェース
２…成形材料
３…スライスオブジェクト
４１…第１領域
４２…第２領域
４３…第３領域
４４…第４領域
４５…第５領域
Ｐｘ１…第１の電力
Ｐｘ２…第２の電力
Ｐｘ３…第３の電力
Ｐｘ４…第４の電力
Ｐｘ５…第５の電力

Claims (10)

  1. 成形材料を収容するための水槽と、
    分割された複数の領域を有し、前記成形材料に浸漬されるように制御される印刷ステージと、
    前記水槽の上方に配置され、前記印刷ステージ上の前記複数の領域を照射するための線光源を提供するレーザ走査ユニットと、
    各前記複数の領域上の前記レーザ走査ユニットの出力電力値をそれぞれ検出するエネルギー検出ユニットと、
    前記印刷ステージと前記レーザ走査ユニットと前記エネルギー検出ユニットとを電気的に接続し、前記複数の領域内の作業領域の前記出力電力値及び前記作業領域の周辺の複数の拡張領域の前記出力電力値に基づいて、各前記複数の領域のゲイン値を算出し、前記成形材料に対応する標準照射回数を取得し、前記標準照射回数及び各前記複数の領域の前記ゲイン値に基づいて、各前記複数の領域の補正照射回数を算出する処理ユニットと、を含み、
    前記処理ユニットは、各前記複数の領域の前記補正照射回数に応じて、前記印刷ステージの各前記複数の領域を照射するように前記レーザ走査ユニットを制御することで、対応するスライスオブジェクトを印刷することを特徴とする光造形３Ｄプリンタ。
  2. 前記処理ユニットを電気的に接続し、複数の前記成形材料のそれぞれに対応する前記標準照射回数が記録される照射回数対応テーブルを記憶する記憶ユニットをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光造形３Ｄプリンタ。
  3. 前記処理ユニットを電気的に接続し、外部操作を受信して前記処理ユニットに対して現在使用されている前記成形材料を設定するためのマンマシンインタフェースをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光造形３Ｄプリンタ。
  4. 前記ゲイン値は、下記数１により定義され、１以上であることを特徴とする請求項１に記載の光造形３Ｄプリンタ。
  5. 前記処理ユニットは、前記標準照射回数と各前記複数の領域の前記ゲイン値との積算値をそれぞれ算出し、これらの積算値のそれぞれを各前記複数の領域の前記補正照射回数とすることを特徴とする請求項４に記載の光造形３Ｄプリンタ。
  6. 光造形３Ｄプリンタの光源補正印刷方法であって、
    前記光造形３Ｄプリンタは、処理ユニットと、成形材料を収容するための水槽と、分割された複数の領域を有する印刷ステージと、前記印刷ステージ上の前記複数の領域を照射するための線光源を提供するレーザ走査ユニットと、を含み、
    前記光源補正印刷方法は、
    （ａ）各前記複数の領域上の前記レーザ走査ユニットの出力電力値をそれぞれ検出するステップと、
    （ｂ）前記処理ユニットは、前記複数の領域内の作業領域の前記出力電力値及び前記作業領域の周辺の複数の拡張領域の前記出力電力値に基づいて、各前記複数の領域のゲイン値を算出するステップと、
    （ｃ）前記成形材料に対応する標準照射回数を取得するステップと、
    （ｄ）前記処理ユニットは、前記標準照射回数及び各前記複数の領域の前記ゲイン値に基づいて、各前記複数の領域の補正照射回数を算出するステップと、
    （ｅ）前記処理ユニットは、各前記複数の領域の前記補正照射回数に応じて、前記印刷ステージの各前記複数の領域を照射するように前記レーザ走査ユニットを制御することで、対応するスライスオブジェクトを印刷するステップと、を含むことを特徴とする光造形３Ｄプリンタの光源補正印刷方法。
  7. 前記光造形３Ｄプリンタは、マンマシンインタフェースをさらに含み、
    前記ステップ（ｃ）において、前記マンマシンインタフェースにより外部操作を受信して前記処理ユニットに対して前記成形材料を設定し、前記成形材料に対応する前記標準照射回数を取得することを特徴とする請求項６に記載の光造形３Ｄプリンタの光源補正印刷方法。
  8. 前記光造形３Ｄプリンタは、前記処理ユニットを電気的に接続し、複数の前記成形材料のそれぞれに対応する前記標準照射回数が記録される照射回数対応テーブルを記憶する記憶ユニットをさらに含み、
    前記ステップ（ｃ）において、設定された前記成形材料に応じて前記照射回数対応テーブルを参照して、対応する前記標準照射回数を取得することを特徴とする請求項７に記載の光造形３Ｄプリンタの光源補正印刷方法。
  9. 前記ステップ（ｂ）において、下記数１により各前記複数の領域の前記ゲイン値を算出し、かつ前記ゲイン値が１以上であり、
    前記ステップ（ｄ）において、前記標準照射回数と各前記複数の領域の前記ゲイン値との積算値をそれぞれ算出し、これらの積算値のそれぞれを各前記複数の領域の前記補正照射回数とすることを特徴とする請求項６に記載の光造形３Ｄプリンタの光源補正印刷方法。
  10. 前記ステップ（ｅ）は、
    （ｅ１）前記処理ユニットは、受信された３Ｄ画像に基づいて各前記複数の領域に対応する照射を行うように前記レーザ走査ユニットを制御するステップと、
    （ｅ２）各前記複数の領域の照射回数が各自の前記補正照射回数に達したか否かを判定するステップと、
    （ｅ３）いずれかの前記領域の照射回数が対応する前記補正照射回数に達した場合、当該領域への照射を停止するように前記レーザ走査ユニットを制御するステップと、
    （ｅ４）すべての前記領域の照射回数が各自の前記補正照射回数に達するまで、前記ステップ（ｅ１）〜前記ステップ（ｅ３）を繰り返すステップと、を含むことを特徴とする請求項６に記載の光造形３Ｄプリンタの光源補正印刷方法。
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