JP3556358B2 - 均一化された面露光式光硬化造形装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、光硬化造形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光硬化造形装置では、液面の任意領域を露光する処理を繰返し実行する。このとき、光ビームの照射位置をＸ−Ｙ方向に制御して露光領域を制御する方式が多用されているが、それでは露光時間が長くなるために、特開平１−２６３０３１号公報の技術が提案されている。
この技術では、液面の上方に液晶パネルを設置し、この液晶パネルの透明・不透明領域をコントロールすることで露光領域を制御する。この方式によると、面的露光が行なわれるために、液面の露光に要する時間が短縮化される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
面露光方式の場合、露光時間の短縮化が可能である反面、露光強度が面内で一様とならない。前記した特開平１−２６３０３１号公報の技術では、液晶パネルの上方に多数の光源を並べることによって、面内の露光強度分布を一様化する工夫を示しているものの、それでも光源の直下位置と、光源間位置とでは露光強度が同一とならない。
光硬化造形装置の場合、面内の露光強度分布が均一化されていないと、硬化厚みがばらついたり、あるいは硬化物が歪むといった現象が生じるために、面内の露光強度分布がよく均一化されていることが求められる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この発明に係る光硬化造形装置では、光硬化性液の液面の任意領域を露光する手段を、紫外線ランプと、その紫外線ランプが発生する光の強度分布を均一化する手段と、その紫外線ランプが発生する光によって前記液面に像を投影する手段とで構成する。その均一化手段は、周面で内部反射することによって光ビームの強度分布を均一化するロッドホモジナイザであることを特徴とする。
【０００５】
【作用】
この構成によると、紫外線ランプが発生する光の強度分布が均一化された状態で液面が露光されるために、硬化厚が不均一となったり、硬化物が歪むといったことを抑制することができる。また、周面で内部反射することによって光ビーム強度の弱い周辺部の光ビーム強度を増大することによって光ビームの強度分布を均一化するロッドホモジナイザを利用するために、良好に均一化される。
【０００６】
【実施例】
第１実施例
図１は本発明を具現化した第１実施例を示す。図中７は光硬化性液１０のためのタンクで上面が開放されている。このタンク７内でＺテーブル８が上下動可能となっている。
図中１はレーザ発振器であり、２はミラーであり、３はビームホモジナイザである。レーザ発振器１から放射されるレーザ光は（１） に示すようなガウス分布を有している。なお（１） において縦軸はビーム強度であり、横軸はＡ−Ｂ断面内での距離を示している。ビームホモジナイザ３はレーザ光の光強度分布を均一化するものであり、例えばシグマ光機株式会社製のロッドホモジナイザが好適に用いられる。このホモジナイザはガラスロッドを用い、ロッドの周面での内部反射を利用して、ビーム強度の弱い周辺部のビーム強度を増大する。この結果、レーザ光の強度分布が良好に均一化される。
【０００７】
強度分布の均一化されたレーザ光はビームエキスパンダ４で拡げられる。拡げられたあとのレーザ光の横断面内の強度分布は、（２） に示すように均一化されている。このようにして拡げられ、かつ強度分布が均一化されたビームがＤ．Ｍ．Ｄ．（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）５に入射される。Ｄ．Ｍ．Ｄ．はＣＭＯＳのＲＡＭの表面を各セルに対応するマイクロミラーで覆った構造であり、例えば２．３ｃｍ２ の表面に７６８×５７６のマイクロミラーを覆ったものが利用可能とされている。各ミラーは、ＣＭＯＳのＲＡＭへの書き込み信号によって角度を変えることから、各セルへ与える信号によって反射像を形成することができる。
【０００８】
図中６は凸レンズであり、これによってＤ．Ｍ．Ｄ．５で形成された反射像が液面に鮮明に投影される。この結果、面に対する一斉露光が可能となる。なお光硬化造形法で周知なように、露光とＺテーブルの移動が１セットとされて、この動作が繰返し実行される。この結果タンク７内に立体造形物９が作成される。
【０００９】
この場合、ビームホモジナイザ３によって、液面での強度分布が一定とされているため、部位によって硬化厚さが分布したり、あるいは硬化程度が不均一となって硬化物９が歪むといった問題が抑制される。なおＤ．Ｍ．Ｄ．は像を投影するものであって、強度分布に直接影響するものでない。
【００１０】
第２実施例
この実施例ではレーザ発振器１に代えて紫外線ランプ１１を用いる。そしてビームホモジナイザ３が紫外線ランプ１１からの紫外光の強度分布を均一化する。
またこの場合、Ｄ．Ｍ．Ｄ．でなく、液晶パネル１２によって像を形成する。このために、Ｄ．Ｍ．Ｄ．に代えてミラー１５が用いられ、液面の上方に液晶パネル１２が設けられている。この場合も、液晶パネル１２に入射される光の強度分布がビームホモジナイザ３で均一化されているために、実施例１と同等の作用・効果が得られる。
【００１１】
なお照射する液面は、液の上面に限られるものでなく、透明タンク７を用いることによって、底面ないし側面で照射することができる。底面から照射する方式ではＺテーブル８を上方に移動させ、側面で照射する方式ではテーブルを側方に移動させる。またＺテーブル８を上下動させるかわりに、液面を変化させてもよい。この場合、膜厚の薄い液膜を重ねてゆく方式がとりえる。このようにしても、硬化層と液面の関係を移動させることができ、硬化層を次々に積層してゆくことができる。
本発明は上記の方式のいずれのものにも適用することができる。
【００１２】
【発明の効果】
本発明によると、面内を一斉に露光する長所を活かしながら一斉に露光する方式の欠点を解消することができるために、精度のよい立体造形物を短時間に造形することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例を示す図
【図２】第２実施例を示す図
【符号の説明】
３ ビームホモジナイザ
４ ビームエキスパンダ
５ Ｄ．Ｍ．Ｄ．
１２ 液晶パネル
Claims (1)
- 光硬化性液の液面の任意領域を露光する手段と、前記露光手段で露光されて硬化した硬化層を液面から移動させる手段と、前記露光手段による露光と前記移動手段による移動を繰り返し実行させる手段とを備えた光硬化造形装置において、
前記露光手段を、紫外線ランプと、その紫外線ランプが発生する光の強度分布を均一化する手段と、その紫外線ランプが発生する光によって前記液面に像を投影する手段とで構成し、前記均一化手段は、周面で内部反射することによって光ビームの強度分布を均一化するロッドホモジナイザであることを特徴とする均一化された面露光式光硬化造形装置。
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