JP4102922B2

JP4102922B2 - Stereolithography method, stereolithography program, and stereolithography apparatus

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Publication number: JP4102922B2
Application number: JP2002294725A
Authority: JP
Inventors: 一洋島田
Original assignee: JSR Corp
Current assignee: JSR Corp
Priority date: 2002-10-08
Filing date: 2002-10-08
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2022-10-08
Also published as: JP2004130529A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光造形方法及び光造形装置に関し、さらに詳しくは、内部に設けられた網目構造を有する光造形物の立体構造データの作成処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光造形方法では、造形しようとする立体モデルを複数の層にスライスして得られる断面群のデータに基づいて造形する。通常、最初に最下段の断面に相当する領域において、光硬化性樹脂液の液面に光線を照射する。すると光照射された液面部分の光硬化性樹脂液は光硬化し、立体モデルの一断面の硬化層が造形される。次いで、この断面硬化層の表面に未硬化状態の光硬化性樹脂液を所定の厚みでコートする。このとき、断面硬化層を所定の厚み分樹脂液に沈めてコートすることが一般的である。
【０００３】
そして、断面のデータに基づいた所定パターンに沿ってレーザ光線走査を行なう。光硬化性樹脂液の表面にレーザ光を照射し、光照射したコート層部分を硬化させる。硬化した部分は、下部の断面硬化層に積層一体化される。以後、光照射工程で扱う断面を隣接する断面に切り替えながら、光照射と樹脂液コートを繰り返すことによって、所望の立体モデルを造形する。光造形方法の基本構成は、例えば、特許文献１、特許文献２に開示されている。この光造形方法は従来の切削加工方法とは異なり、複雑な形状の立体モデルでも容易に形成することができるという利点を有する。
【０００４】
光造形方法により造形される立体構造物の一つに、射出成型用の金型を作成するためのマスターモデルがある。射出成型用の金型を作成するためのマスターモデルは、外形のみ所望の形状に形成されていればよい。ここで、マスターモデルを用いて射出成型用金型を作成する方法について、簡単に説明する。最初に、光造形方法により造形されたマスターモデルを用いて石膏、砂等で型を取る。次に、マスターモデルを焼失させる。その後、石膏や砂等により形成された型に溶融金属を流し込むことにより鋳造品を製造する。この鋳造品が射出成形用の金型として用いられる。
【０００５】
このような立体構造物を設計するデータの処理について図１０を用いて説明する。ここでは外形が球形の立体形状物を表現した立体構造データを作るためのデータ処理が行われている。
図１０（ａ）は、外形が球形の立体形状物を示している。この立体形状物は、その内外境界面すなわち外表面により定義された立体構造データとして表現され、通常、その内部は、中実、すなわち内部まで光硬化樹脂が詰まった構造として光造形される。このような中実の光造形物をそのまま光造形すると、レーザ照射に要する時間が長くなり、生産性が低くなる。また、焼失させることも困難になる。そこで、図１０（ｂ）に示されるように、まず、薄肉中空、すなわち内部が空洞の光造形物を定義し、その立体構造データを作成する。図１０（ｂ）に示される薄肉中空の立体形状物１は、液抜き穴１２を設けている。よって、図１０（ｂ）の立体形状物を表す立体構造データは、薄肉の外殻の内表面と外表面、およびこの内表面と外表面を連結する液抜き穴の円筒面に基づき定義される。この液抜き穴１２は、立体形状物１の中央部分の未硬化樹脂液を光造形時に内部から流出させるために設けられている。ただし、完全に中空の形状であると光造形物の強度が弱いため、図１０（ｃ）に示すように内部を網目構造、格子構造あるいはハニカム構造等の離散的に硬化させた構造（以下、総称して「網目構造」という。）を形成する（例えば、特許文献３に開示されている）。この網目構造２が外殻を支持することにより、薄肉中空の光造形物１が自重で歪むの防ぐことができる。
【０００６】
しかし、この方法では、図１０（ｂ）の立体形状物を表す立体構造データにおいて、液抜き穴１２と隣接する網目構造２との境界条件が複雑になってしまい、内側外面に合わせた立体構造データを作成するには複雑な計算を要し、データ処理に長時間を要する。さらには、液抜き穴１２の部分の処理が不適切であると、内部の未硬化樹液が排出されないという不都合が生じる。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭５６−１４４４７８号公報
【特許文献２】
特開昭６２−３５９６６号公報
【特許文献３】
特開平７−１００９４０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の光造形物を製造するためのデータ処理では、内部に網目構造を有する光造形物を作成するための処理が複雑になってしまうという問題点があった。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、内部に網目構造を有する光造形物を作成するためのデータ処理を簡単に行うことができる光造形方法及び光造形装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる光造形方法は、造形物の立体構造データに基づいて光造形物を形成する光造形方法であって、前記光造形物の立体構造データに基づいて、液抜き穴を有する中空薄肉構造データを作成するステップと、前記光造形物の立体構造データに基づいて、前記光造形物の内部に設けられる網目構造を形成するためのサポート構造データを作成するステップと、前記サポート構造データと前記中空薄肉構造データとを合成して、中空薄肉構造であって内部に網目構造を有する光造形物のデータを作成するステップと、を有するものである。
さらに、前記サポート構造データを作成するステップでは、前記光造形物の外表面のデータに基づいて、前記外表面の内側に接する前記網目構造のサポート構造が形成されていてもよい。
【００１０】
好ましい実施の形態では、前記サポート構造データを作成するステップは、前記光造形物の外表面により区画された内部空間と外部空間とを仮想的に内外反転させることにより、当該サポート構造データを作成する。
さらに、網目構造が側面に複数の菱形の穴が相互に近接する状態で配列された構造であることが望ましい。
【００１１】
本発明にかかる光造形装置は、造形物の立体構造データに基づいて光造形を実行する光造形装置であって、前記光造形物の立体構造データに基づいて、液抜き穴を有する中空薄肉構造データを作成する手段と、前記光造形物の立体構造データに基づいて、前記光造形物の内部に設けられる網目構造を形成するためのサポート構造データを作成する手段と、前記サポート構造データと前記中空薄肉構造データとを合成して、中空薄肉構造であって内部に網目構造を有する光造形物のデータを作成する手段と、を有するものである。
さらに、前記サポート構造データを作成する手段は、前記光造形物の外表面のデータに基づいて、前記外表面の内側に接する前記網目構造のサポート構造を形成することが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態１．
最初に、図１を用いて、本発明にかかる光造形方法を実行する光造形装置の一例について説明する。この光造形装置は、制御データ生成部１００、制御部２００、造形部３００及び光照射部４００により構成される。このうち、制御データ生成部１００と制御部２００は、一般的にコンピュータに所定の応用プログラムをインストールすることによって構成される。
【００１３】
制御データ生成部１００は、造形部３００及び光照射部４００における光照射・造形動作を制御する制御部２００において用いられる制御データを生成する。本発明においては、特に光造形物の中実構造データより内部に網目構造を有する光造形物の立体構造データを生成する処理を実行する。光造形物の立体構造データを生成する処理は、オペレータのデータの入力、操作に応じて、コンピュータ上のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のハードウェア資源と、ＯＳプログラム、応用プログラム等のソフトウェア資源が協働することにより実現される。尚、光造形物の立体構造データを生成する処理は、光造形装置の他に設けられたコンピュータを用いて実行し、その実行結果である立体構造データを制御データ生成部１００に入力するようにしてもよい。
【００１４】
制御部２００は、制御データ生成部１００によって生成された制御データを入力し、造形部３００における光照射・造形動作を制御する。制御部２００は、造形部３００及び光照射部４００を制御する。
造形部３００と光照射部４００は、制御部２００による制御に応じて光照射・造形を実行する。造形部３００は、容器３０１、造形台３０３、造形台駆動部３０４によって構成される。容器３０１は、光硬化性樹脂液３０２を収容するための容器である。造形台３０３は、硬化させた樹脂を順次堆積させ、載置する平板状の台である。この造形台３０３は、造形台駆動部３０４によって駆動され、容器３０１内において昇降する。造形台駆動部３０４は、制御部２００より入力される制御信号に基づいて造形台３０３を昇降させることにより、次に光照射して硬化させる一層分の光硬化性樹脂液を、先に硬化させた樹脂層上に準備する。
光照射部４００は、レーザ光線発生装置４０１とレーザ光線を光硬化性樹脂液液面に走査するガルバノミラーを備えた光走査装置４０２からなる。レーザ光線発生装置４０１と光走査装置４０２は、それぞれ複数備えていてもよい。
制御部２００より入力される制御信号に基づいて、レーザ光線発生装置４０１と光走査装置４０２を操作して、所定の強度のレーザ光線を容器３０１内に収容された光硬化性樹脂液３０２の液面に照射し、さらにその液面上を走査して任意の軌跡を描く。レーザ光線発生装置４０１は、例えば、レーザ光線を発射するレーザ発振器と、そのレーザ光線を透過又は遮断するための音響光学素子を備え、光走査装置４０２は、光線の方向を任意の方向に変動させるガルバノミラーを備えている。
【００１５】
ここで、造形部３００と光照射部４００における光照射・造形動作について説明する。まず、容器３０１に光硬化性樹脂液３０２を収容する。そして、造形台３０３をその光硬化性樹脂液３０２の表面より例えば０．０５〜０．２ｍｍの深さの位置に降下させておく。そして、レーザ光線発生装置４０１により発生させたレーザ光線４０３を、光走査装置４０２に導き、この装置中のガルバノミラーを操作して、レーザ光線４０３を光硬化性樹脂液３０２の表面に照射・走査する。これにより、光硬化性樹脂液３０２の表面層の光硬化性樹脂液３０２が硬化し、第１層目の硬化層が形成される。次にこの造形台３０３を、立体モデルをスライスした一層分に相当する深さ、例えば０．０５〜０．２ｍｍ降下させて、第２層目の硬化層を第１層目の硬化層の上に形成する。以下同様にして第３層目以降の硬化層を順次堆積させる。そして、最終層の堆積が終了すると、造形台３０３を上昇させ、その造形台３０３上に形成された造形物３０５を取り出す。造形物３０５は、表面に付着した光硬化性樹脂液を洗浄その他の方法で除去し、必要に応じて紫外線ランプ等により照射して、光硬化を更に進行させることができる。
【００１６】
続いて、図２を用いて、本発明の実施の形態１にかかる光造形用データ作成方法について説明する。ただし、本発明は、以下の具体的実施の形態、形状に限定されるものではない。
【００１７】
図２（ａ）は、図１０（ａ）と同じく、外形が球形の立体形状物を示している。この中実構造の光造形物の立体構造データに基づき、図２（ｂ）に示されるような薄肉中空の光造形物を形成するための立体構造データを作成する。図２（ｂ）に示される薄肉中空の光造形物１は、液抜き穴１２が設けられている。
その一方で、図２（ａ）に示す中実構造の光造形物を表す立体構造データについて、仮想的に内外を反転させる。つまり、光造形物の外表面により区画された内部空間と外部空間とを仮想的に内外反転させる。換言すると、光造形物１の外面の法線方向を外側から内側に反転させる変更を行う。変換後のデータで表される立体形状を図２（ｄ）に示す。図２（ｄ）に示される形状は、内側法線が向いた仮想外表面３のみからなる。この外表面３を示すデータは、厚みのない閉じた曲面のみのデータであり、液抜き穴１２に対応するデータは含まれていない。
【００１８】
続いて、図２（ｄ）に示す外表面３にかかるデータに基づいて、この外表面３の内側に接する網目構造２のサポート構造（図２（ｅ））を表すサポート構造データを作成する。サポート構造は、外表面３の内側に接する網目構造２を成す。
【００１９】
サポート構造は、一般的には、光造形時に造形物が歪むのを防止するために一時的構造体として付加される支柱構造をいい、サポート構造を表すサポート構造データは、光造形処理に関する市販の代表的なソフトウェアプログラムによって、容易に作成することができる。そのため、一般的なソフトウェアプログラムにおけるサポート構造は、造形物の外部に形成される。これに対して、本発明におけるサポート構造とは、一般的なサポート構造として作成した網目構造を、造形物の内部に形成し、かつ、一時的構造体としてではなく、光造形物の立体構造の一部として取り込んだものである。よって、本発明におけるサポート構造データは、立体構造データの一部を成すものである。そしてこのサポート構造データは光造形物の外表面３の内側に接するように形成される網目構造（格子構造、ハニカム構造を含む）のデータとする。本発明の実施の形態１にかかる立体構造データの作成方法では、仮想的な内外反転処理により外表面の内部にサポート構造を形成することができるようにしているため、一般的なソフトウェアプログラムにおけるサポート構造の作成機能を利用することができる。このサポート構造の作成処理に関しては、例えば、マテリアライズ社の工業分野のソフトウェアプログラムである「Ｍａｇｉｃｓ」を用いることができる。サポート構造の作成処理は、例えば、処理対象物の下面と、処理対象物を設置した際に接触する面とを当該接触面と垂直に連結する線分を求め、当該線分の集合部分が当該接触面と垂直方向に複数の経路を有する網目構造になるよう計算される。このサポート構造データは、液抜き穴１２にかかる部分を考慮することなく作成することができるので、より簡単な計算プロセスによりデータを作成できる。同時に、サポート構造データが連続した液通路が確保される解放系の網目構造を有するようにすれば、内部の未硬化樹脂液が格子構造の内部にトラップされることなく、外部に容易に流出する。
【００２０】
そして、図２（ｂ）に示す薄肉中空の光造形物を表すデータと、図２（ｅ）に示す網目構造２を表すデータを合成することにより、薄肉中空であって内部に網目構造を有する光造形物を示すデータを作成することができる。図２（ｃ）に、この光造形物を示す。
【００２１】
以上、説明したように、本発明の実施の形態１にかかる立体構造データの作成方法によれば、網目構造にかかるサポート構造データは、液抜き穴にかかる部分を考慮することなく作成することができるので、より簡単な計算プロセスによりデータを作成できるという効果を奏する。同時に、サポート構造データを連続した液通路が確保される解放系の網目構造を有するようにすれば、未硬化樹脂液の容易な排出も実現できる。
【００２２】
発明の実施の形態２．
本発明の実施の形態２にかかる光造形用データの作成方法について、図３乃至図９を用いて説明する。
図３は、光硬化樹脂を用いて造形される光造形物の構造を示す斜視図である。この光造形物は中央に穴部を有している。図４は、光造形物の内部に設けられた内部の網目構造２と、外部から支える外部のサポート構造４を表示したものである。
【００２３】
図５のフローチャートに示されるように、まず、中実形状データより中空構造データを作成する（Ｓ１０１）。例えば、前述のソフトウェア「Ｍａｇｉｃｓ」のＨｏｌｌｏｗＰａｒｔｓ機能を使用して薄肉化処理を実行し、中空構造データを作成する。
さらに、内部に未硬化樹脂液が閉じ込められることを防止するために、液抜き用穴をモデルに作成する（Ｓ１０２）。例えば、前述のソフトウェア「Ｍａｇｉｃｓ」のＢｏｏｌｅａｎ機能を使用することにより液抜き用穴を作成することができる。
【００２４】
次に、必要に応じて、外部のサポート構造データを作成する（Ｓ１０３）。外部のサポート構造データは、本発明のサポート構造データとは区別される、一般的なサポート構造を表すデータである。このサポート構造は、前述のソフトウェア「Ｍａｇｉｃｓ」により容易に作成することができる。図６に外部のサポート構造４を有するモデルの斜視図を示す。この例にかかる外部のサポート構造４は、光造形物を下方から指示する構造を有し、断面が網目状（格子状、ハニカム状）に構成されている。
続いて、内部のサポート構造データを作成する（Ｓ１０４）。より具体的には、まず、中実構造データの外表面の法線方向を反転する処理を実行する。尚、反転処理後の光造形物の構造には、液抜き穴は形成されていない。尚、サポート構造データを作成した後は、中実モデルのデータは使用しないため、所定の記憶手段より消去してもよい。
また、今後内部のサポート構造データ又はサポート構造データと記載した場合は実施の形態１で説明した本発明におけるサポート構造データを指し、外部のサポート構造データと記載した場合は外部に形成される一般的なサポート構造データを指すものとする。同様に今後内部のサポート構造又はサポート構造と記載した場合は光造形物の外表面の内部に形成される網目構造を指し、外部のサポート構造と記載した場合は一次的に外部に形成されるサポート構造を指すものとする。
【００２５】
さらに、反転処理後の構造データに対して、サポート構造の作成処理を実行する。このサポート構造は、前述のソフトウェア「Ｍａｇｉｃｓ」により容易に作成することができる。反転処理を行っているため光造形物の外表面の内側に作成されることになる。この反転処理が行われた内部のサポート構造は図７に示されるようになる。この例にかかるサポート構造は、図８に示されるような格子形状（ハニカム形状）を有している。即ち、側面に複数の菱形の穴が相互に近接する状態で配列された構造を有している。内部のサポート構造をこのような形状のサポートを格子状に使用することによって、内部に未硬化の樹脂液が残存することを防止できる。
【００２６】
次に、外部のサポート構造データと内部のサポート構造データを合成し、サポート造形用データを生成する（Ｓ１０５）。より具体的には、図９に示されるように、外部のサポート構造データにより得られる構成（Ｂ）と内部のサポート構造データにより得られる構成（Ｃ）とを合成することによって、構成（Ｄ）に示されるサポート造形用データを生成する。
続いて、Ｓ１０１及びＳ１０２において作成した液抜き用穴を有する中空構造データと、Ｓ１０５において作成したサポート造形用データとを合成する。この合成により、図９の構成（Ｅ）に示されるデータが作成される。外部のサポート構造データ、内部のサポート構造データ及び中空構造データの合成は、以上の記載にかかわらず、どのような順序で行ってもよいし、これら３種類のデータを一度に合成しても良い。
【００２７】
以上、説明したように、本発明の実施の形態２にかかる光造形用データの作成方法によれば、サポート構造データは、液抜き穴にかかる部分を考慮することなく作成することができるので、より簡単な計算プロセスによりデータを作成できるという効果を奏する。同時に、サポート構造データを解放系の網目すれば、未硬化樹脂液の排出も実現できる。
【００２８】
上述の例において、制御データ生成部１００において制御データを生成するコンピュータプログラムは、様々な種類の記憶媒体に格納することが可能であり、また、通信媒体を介して伝達されることが可能である。ここで、記憶媒体には、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＲＯＭカートリッジ、バッテリバックアップ付きＲＡＭメモリカートリッジ、フラッシュメモリカートリッジ、不揮発性ＲＡＭカートリッジ等を含む。また、通信媒体には、電話回線等の有線通信媒体、マイクロ波回線等の無線通信媒体等を含み、インターネットも含まれる。
【発明の効果】
本発明によれば、内部にサポート構造を有する光造形物を作成するためのデータ処理を簡単に行うことができる光造形方法及び光造形装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる光造形方法を実現するための光造形装置の構成を示す図である。
【図２】本発明にかかる光造形方法の処理を説明するための図である。
【図３】本発明にかかる光造形方法により作成する光造形物を示す斜視図である。
【図４】本発明にかかる光造形方法により作成する光造形物の構造データを示す図である。
【図５】本発明にかかる光造形方法の処理フローを示すフローチャートである。
【図６】本発明にかかる光造形方法においてモデルの外側にサポート構造を形成した様子を示す図である。
【図７】本発明にかかる光造形方法によりモデルの内側にサポート構造を形成した様子を示す図である。
【図８】本発明にかかる光造形方法により作成したモデルの内部のサポート構造の詳細な構造を示す図である。
【図９】本発明にかかる光造形方法におけるデータの合成処理を示す図である。
【図１０】従来の光造形方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１薄肉中空の光造形物２内部の網目構造
３外表面４外部のサポート構造１２液抜き穴[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical modeling method and an optical modeling apparatus, and more particularly to a process for creating three-dimensional structure data of an optical modeling object having a network structure provided therein.
[0002]
[Prior art]
In the optical modeling method, modeling is performed based on the data of a cross-sectional group obtained by slicing a three-dimensional model to be modeled into a plurality of layers. Usually, light is first applied to the surface of the photocurable resin liquid in a region corresponding to the lowermost cross section. Then, the photocurable resin liquid on the liquid surface portion irradiated with light is photocured, and a cured layer of one cross section of the three-dimensional model is formed. Next, an uncured photocurable resin liquid is coated with a predetermined thickness on the surface of the cross-section cured layer. At this time, it is common to coat the cross-section cured layer by immersing it in a resin solution by a predetermined thickness.
[0003]
Then, laser beam scanning is performed along a predetermined pattern based on the cross-sectional data. The surface of the photocurable resin liquid is irradiated with laser light, and the coat layer portion irradiated with the light is cured. The cured portion is laminated and integrated with the lower cross-section cured layer. Thereafter, a desired three-dimensional model is formed by repeating light irradiation and resin liquid coating while switching the cross section handled in the light irradiation process to an adjacent cross section. The basic configuration of the optical modeling method is disclosed in, for example, Patent Literature 1 and Patent Literature 2. Unlike the conventional cutting method, this stereolithography method has an advantage that even a three-dimensional model having a complicated shape can be easily formed.
[0004]
One of the three-dimensional structures modeled by the optical modeling method is a master model for creating a mold for injection molding. The master model for creating a mold for injection molding only needs to be formed in a desired shape only in the outer shape. Here, a method of creating an injection mold using a master model will be briefly described. First, a mold is made with gypsum, sand or the like using a master model formed by an optical modeling method. Next, the master model is burnt down. Then, a cast product is manufactured by pouring molten metal into a mold formed of gypsum or sand. This cast product is used as a mold for injection molding.
[0005]
Processing of data for designing such a three-dimensional structure will be described with reference to FIG. Here, data processing is performed to create three-dimensional structure data representing a three-dimensional object having a spherical outer shape.
FIG. 10A shows a three-dimensional object having a spherical outer shape. This three-dimensionally shaped object is expressed as three-dimensional structure data defined by the inner / outer boundary surface, that is, the outer surface. Usually, the inside of the three-dimensional shaped object is solid-shaped, that is, optically shaped as a structure filled with a photo-curing resin up to the inside. If such a solid optical modeling object is optically modeled as it is, the time required for laser irradiation becomes long and the productivity becomes low. It is also difficult to burn it down. Therefore, as shown in FIG. 10B, first, a thin hollow, that is, an optically shaped object having a hollow inside is defined, and its three-dimensional structure data is created. The thin hollow three-dimensional object 1 shown in FIG. 10B is provided with a liquid drain hole 12. Therefore, the three-dimensional structure data representing the three-dimensional object shown in FIG. 10B is defined based on the inner surface and outer surface of the thin outer shell and the cylindrical surface of the drainage hole connecting the inner surface and the outer surface. . The liquid drain hole 12 is provided to allow the uncured resin liquid in the central portion of the three-dimensional object 1 to flow out from the inside during optical modeling. However, since the strength of the optically shaped object is weak when it is a completely hollow shape, a structure in which the interior is discretely cured such as a network structure, a lattice structure, or a honeycomb structure as shown in FIG. Collectively referred to as “network structure”) (for example, disclosed in Patent Document 3). The network structure 2 supports the outer shell, so that the thin hollow stereolithography object 1 can be prevented from being distorted by its own weight.
[0006]
However, in this method, in the three-dimensional structure data representing the three-dimensional object shown in FIG. 10B, the boundary condition between the drain hole 12 and the adjacent network structure 2 becomes complicated, and the three-dimensional structure adapted to the inner and outer surfaces. Creating data requires complicated calculations, and data processing takes a long time. Furthermore, if the treatment of the portion of the drain hole 12 is inappropriate, there arises a disadvantage that the internal uncured sap is not discharged.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 56-144478 A [Patent Document 2]
JP 62-35966 A [Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 7-100940
[Problems to be solved by the invention]
Thus, in the data processing for manufacturing the conventional optical modeling thing, there existed a problem that the process for creating the optical modeling thing which has a network structure inside became complicated.
The present invention has been made to solve such a problem, and provides an optical modeling method and an optical modeling apparatus capable of easily performing data processing for creating an optical modeling object having a mesh structure inside. The purpose is to provide.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The optical modeling method according to the present invention is an optical modeling method for forming an optical modeling object based on the three-dimensional structure data of the modeling object, and is a hollow thin wall having a drain hole based on the three-dimensional structure data of the optical modeling object. Creating structure data, creating support structure data for forming a network structure provided in the stereolithography based on the stereostructure data of the stereolithography, and the support structure data; And synthesizing the hollow thin-wall structure data to create data of an optically shaped object having a hollow thin-wall structure and having a network structure inside.
Furthermore, in the step of creating the support structure data, the support structure having the mesh structure in contact with the inside of the outer surface may be formed based on the data of the outer surface of the stereolithography object .
[0010]
In a preferred embodiment, the step of creating the support structure data creates the support structure data by virtually inverting the inner space and the outer space partitioned by the outer surface of the stereolithography object inside and outside. .
Furthermore, it is desirable that the network structure is a structure in which a plurality of rhombic holes are arranged on the side surface in a state of being close to each other.
[0011]
An optical modeling apparatus according to the present invention is an optical modeling apparatus that performs optical modeling based on the three-dimensional structure data of a modeled object, and has a hollow thin-walled structure having a drain hole based on the three-dimensional structure data of the optical modeled object. Means for creating data, means for creating support structure data for forming a network structure provided in the stereolithography object based on the three-dimensional structure data of the stereolithography article, the support structure data, and the the hollow thin-walled structure data and by combining the means for creating a data stereolithography having a network structure inside a hollow thin-walled structure, it is to also have.
Furthermore, it is preferable that the means for creating the support structure data forms the support structure having the mesh structure in contact with the inside of the outer surface based on the data on the outer surface of the stereolithography object .
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 of the Invention
First, an example of an optical modeling apparatus that executes the optical modeling method according to the present invention will be described with reference to FIG. This stereolithography apparatus includes a control data generation unit 100, a control unit 200, a modeling unit 300, and a light irradiation unit 400. Among these, the control data generation unit 100 and the control unit 200 are generally configured by installing a predetermined application program in a computer.
[0013]
The control data generation unit 100 generates control data used in the control unit 200 that controls the light irradiation / modeling operation in the modeling unit 300 and the light irradiation unit 400. In this invention, the process which produces | generates the three-dimensional structure data of the optical modeling thing which has a network structure inside from the solid structure data of an optical modeling thing especially is performed. The processing for generating the three-dimensional structure data of the stereolithography object is based on the cooperation of hardware resources such as CPU, ROM, and RAM on the computer and software resources such as OS programs and application programs according to the input and operation of the operator's data. Realized by working. In addition, the process which produces | generates the three-dimensional structure data of an optical modeling thing is performed using the computer provided in addition to the optical modeling apparatus, and the three-dimensional structure data which is the execution result is input into the control data generation part 100. May be.
[0014]
The control unit 200 inputs the control data generated by the control data generation unit 100 and controls the light irradiation / modeling operation in the modeling unit 300. The control unit 200 controls the modeling unit 300 and the light irradiation unit 400.
The modeling unit 300 and the light irradiation unit 400 execute light irradiation / modeling according to control by the control unit 200. The modeling unit 300 includes a container 301, a modeling table 303, and a modeling table driving unit 304. The container 301 is a container for housing the photocurable resin liquid 302. The modeling table 303 is a flat table on which cured resins are sequentially deposited and placed. The modeling table 303 is driven by the modeling table driving unit 304 and moves up and down in the container 301. The modeling table driving unit 304 first cures the photocurable resin liquid for one layer to be irradiated with light and then cured by moving the modeling table 303 up and down based on a control signal input from the control unit 200. Prepare on the resin layer.
The light irradiation unit 400 includes a laser beam generator 401 and an optical scanning device 402 provided with a galvano mirror that scans the laser beam on the surface of the photocurable resin liquid. A plurality of laser beam generators 401 and optical scanning devices 402 may be provided.
Based on the control signal input from the control unit 200, the laser beam generator 401 and the optical scanning device 402 are operated, and the liquid of the photocurable resin liquid 302 stored in the container 301 with a laser beam having a predetermined intensity. Irradiate the surface and scan the liquid surface to draw an arbitrary trajectory. The laser beam generator 401 includes, for example, a laser oscillator that emits a laser beam and an acoustooptic element that transmits or blocks the laser beam, and the optical scanning device 402 changes the direction of the beam in an arbitrary direction. It has a galvanometer mirror.
[0015]
Here, the light irradiation / modeling operation in the modeling unit 300 and the light irradiation unit 400 will be described. First, the photocurable resin liquid 302 is accommodated in the container 301. Then, the modeling table 303 is lowered from the surface of the photocurable resin liquid 302 to a position having a depth of 0.05 to 0.2 mm, for example. Then, the laser beam 403 generated by the laser beam generator 401 is guided to the optical scanning device 402, and the galvanometer mirror in this device is operated to irradiate and scan the surface of the photocurable resin liquid 302 with the laser beam 403. To do. Thereby, the photocurable resin liquid 302 of the surface layer of the photocurable resin liquid 302 is cured, and a first cured layer is formed. Next, the modeling table 303 is lowered to a depth corresponding to one layer obtained by slicing the three-dimensional model, for example, 0.05 to 0.2 mm, and the second hardened layer is placed on the first hardened layer. To form. Thereafter, the third and subsequent hard layers are sequentially deposited in the same manner. Then, when the deposition of the final layer is finished, the modeling table 303 is raised, and the modeled object 305 formed on the modeling table 303 is taken out. The modeled product 305 can be further cured by irradiating it with an ultraviolet lamp or the like as needed by removing the photocurable resin liquid adhering to the surface by cleaning or other methods.
[0016]
Then, the data formation method for optical modeling concerning Embodiment 1 of this invention is demonstrated using FIG. However, the present invention is not limited to the following specific embodiments and shapes.
[0017]
FIG. 2A shows a three-dimensional object having a spherical outer shape as in FIG. Based on the three-dimensional structure data of the solid-shaped optical modeling object, three-dimensional structure data for forming a thin hollow optical modeling object as shown in FIG. 2B is created. The thin hollow stereolithography object 1 shown in FIG. 2B is provided with a liquid drain hole 12.
On the other hand, the inside and outside are virtually reversed with respect to the three-dimensional structure data representing the solid-shaped optically shaped object shown in FIG. That is, the internal space and the external space partitioned by the outer surface of the optical modeling object are virtually inverted inside and outside. In other words, the normal direction of the outer surface of the optically shaped object 1 is changed from the outside to the inside. A three-dimensional shape represented by the converted data is shown in FIG. The shape shown in FIG. 2 (d) consists only of the virtual outer surface 3 whose inner normal is directed. The data indicating the outer surface 3 is only data of a closed curved surface having no thickness, and does not include data corresponding to the liquid drain hole 12.
[0018]
Subsequently, based on the data on the outer surface 3 shown in FIG. 2D, support structure data representing the support structure (FIG. 2E) of the network structure 2 in contact with the inside of the outer surface 3 is created. The support structure forms a mesh structure 2 in contact with the inside of the outer surface 3.
[0019]
The support structure generally refers to a support structure added as a temporary structure in order to prevent the modeled object from being distorted during stereolithography, and the support structure data representing the support structure is commercially available for stereolithography processing. It can be easily created by a typical software program. Therefore, the support structure in a general software program is formed outside the modeled object. On the other hand, the support structure in the present invention is a network structure created as a general support structure formed inside a modeled object, and is not a temporary structure but a three-dimensional structure of an optical modeled object. It was taken in as a part. Therefore, the support structure data in the present invention forms part of the three-dimensional structure data. The support structure data is data of a network structure (including a lattice structure and a honeycomb structure) formed so as to be in contact with the inside of the outer surface 3 of the stereolithography object. In the method for creating the three-dimensional structure data according to the first embodiment of the present invention, the support structure can be formed inside the outer surface by the virtual inner / outer inversion processing. A structure creation function can be used. For example, “Magics”, which is a software program in the industrial field of Materialize, can be used for this support structure creation processing. For example, the support structure creation process obtains a line segment that vertically connects the lower surface of the processing object and the surface that contacts the processing object when the processing object is installed. Calculation is made so that a network structure having a plurality of paths in a direction perpendicular to the contact surface is obtained. Since the support structure data can be created without considering the portion related to the liquid draining hole 12, the data can be created by a simpler calculation process. At the same time, if the support structure data has an open network structure in which a continuous liquid passage is secured, the uncured resin liquid inside can easily flow out to the outside without being trapped inside the lattice structure. .
[0020]
Then, by synthesizing the data representing the thin hollow stereolithography shown in FIG. 2 (b) and the data representing the network structure 2 shown in FIG. 2 (e), it is thin hollow and has a network structure inside. Data indicating an optically shaped object can be created. FIG. 2C shows this stereolithography.
[0021]
As described above, according to the method for creating the three-dimensional structure data according to the first embodiment of the present invention, the support structure data for the network structure can be created without considering the portion for the drain hole. As a result, data can be created by a simpler calculation process. At the same time, if the support structure data has an open network structure in which a continuous liquid passage is secured, it is possible to easily discharge the uncured resin liquid.
[0022]
Embodiment 2 of the Invention
A method for creating the optical modeling data according to the second exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a perspective view showing the structure of an optically shaped article that is formed using a photocurable resin. This stereolithography has a hole in the center. FIG. 4 shows an internal mesh structure 2 provided inside the stereolithography object and an external support structure 4 supported from the outside.
[0023]
As shown in the flowchart of FIG. 5, first, hollow structure data is created from solid shape data (S101). For example, the thinning process is executed by using the Hollow Parts function of the above-mentioned software “Magics” to create hollow structure data.
Furthermore, in order to prevent the uncured resin liquid from being trapped inside, a hole for draining is created in the model (S102). For example, the drainage hole can be created by using the Boolean function of the above-mentioned software “Magics”.
[0024]
Next, external support structure data is created as required (S103). The external support structure data is data representing a general support structure that is distinguished from the support structure data of the present invention. This support structure can be easily created by the above-mentioned software “Magics”. FIG. 6 shows a perspective view of a model having an external support structure 4. The external support structure 4 according to this example has a structure for indicating the stereolithography object from below, and the cross section is configured in a mesh shape (lattice shape, honeycomb shape).
Subsequently, internal support structure data is created (S104). More specifically, first, processing for inverting the normal direction of the outer surface of the solid structure data is executed. In addition, the liquid drainage hole is not formed in the structure of the optical modeling thing after inversion processing. After the support structure data is created, the solid model data is not used and may be deleted from a predetermined storage means.
Further, when it is described as internal support structure data or support structure data in the future, it indicates the support structure data in the present invention described in Embodiment 1, and when it is described as external support structure data, it is generally formed externally. Point to the support structure data. Similarly, when it is described as an internal support structure or a support structure in the future, it means a network structure formed inside the outer surface of the optically shaped object, and when it is described as an external support structure, it is temporarily formed outside. Refer to structure.
[0025]
Further, a support structure creation process is executed on the structure data after the inversion process. This support structure can be easily created by the above-mentioned software “Magics”. Since the reversal process is performed, it is created inside the outer surface of the optically shaped object. The internal support structure subjected to this inversion process is as shown in FIG. The support structure according to this example has a lattice shape (honeycomb shape) as shown in FIG. That is, it has a structure in which a plurality of diamond-shaped holes are arranged on the side surface in a state of being close to each other. By using the internal support structure in a lattice shape, it is possible to prevent the uncured resin liquid from remaining inside.
[0026]
Next, the external support structure data and the internal support structure data are synthesized to generate support modeling data (S105). More specifically, as shown in FIG. 9, the configuration (D) is obtained by synthesizing the configuration (B) obtained from the external support structure data and the configuration (C) obtained from the internal support structure data. The data for support modeling shown in is generated.
Subsequently, the hollow structure data having the liquid draining holes created in S101 and S102 and the support modeling data created in S105 are synthesized. By this synthesis, data shown in the configuration (E) in FIG. 9 is created. The combination of the external support structure data, the internal support structure data, and the hollow structure data may be performed in any order regardless of the above description, and these three types of data may be combined at once. .
[0027]
As described above, according to the method for creating data for optical modeling according to the second embodiment of the present invention, the support structure data can be created without considering the portion related to the drain hole, There is an effect that data can be created by a simpler calculation process. At the same time, discharge of uncured resin liquid can be realized by providing support structure data as a release network.
[0028]
In the above-described example, the computer program that generates control data in the control data generation unit 100 can be stored in various types of storage media, and can be transmitted via a communication medium. . Here, the storage medium includes, for example, a flexible disk, a hard disk, a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD, a ROM cartridge, a battery-backed RAM memory cartridge, a flash memory cartridge, and a nonvolatile RAM cartridge. The communication medium includes a wired communication medium such as a telephone line, a wireless communication medium such as a microwave line, and the Internet.
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the optical modeling method and optical modeling apparatus which can perform the data processing for producing the optical modeling thing which has a support structure inside easily can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical modeling apparatus for realizing an optical modeling method according to the present invention.
FIG. 2 is a view for explaining processing of an optical modeling method according to the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing an optical modeling object created by the optical modeling method according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing structure data of an optical modeling object created by the optical modeling method according to the present invention.
FIG. 5 is a flowchart showing a processing flow of the optical modeling method according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a state in which a support structure is formed outside a model in the stereolithography method according to the present invention.
FIG. 7 is a view showing a state in which a support structure is formed inside a model by the stereolithography method according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a detailed structure of a support structure inside a model created by the stereolithography method according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a data synthesis process in the stereolithography method according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram for explaining a conventional stereolithography method.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thin hollow stereolithography object 2 Internal mesh structure 3 Outer surface 4 External support structure 12 Drainage hole

Claims

光造形物の立体構造データに基づいて光造形物を形成する光造形方法であって、
前記光造形物の立体構造データに基づいて、液抜き穴を有する中空薄肉構造データを作成するステップと、
前記光造形物の立体構造データに基づいて、前記光造形物の内部に設けられる網目構造を形成するためのサポート構造データを、前記光造形物の外表面により区画された内部空間と外部空間とを仮想的に内外反転させ、前記光造形物の下面と、前記光造形物を設置した際に接触する面とを、当該接触面と垂直に連結する線分を求め、当該線分の集合部分が当該接触面と垂直方向に複数の経路を有する網目構造になるよう計算されたデータに基づいて作成するステップと、
前記サポート構造データと前記中空薄肉構造データとを合成して、中空薄肉構造であって内部に網目構造を有する光造形物のデータを作成するステップと、を有する光造形方法。An optical modeling method for forming an optical modeling object based on the three-dimensional structure data of the optical modeling object,
Based on the three-dimensional structure data of the optically shaped object, creating hollow thin-wall structure data having a liquid draining hole;
Based on the three-dimensional structure data of the optical molded article, the support structure data for forming a network structure that is provided inside the light shaped object, inner space and outer space defined by an outer surface of said optical shaped article and Is obtained by obtaining a line segment that vertically connects the lower surface of the optical modeling object and the surface that is in contact with the optical modeling object when the optical modeling object is installed, and a set part of the line segment. Creating based on data calculated to have a network structure having a plurality of paths perpendicular to the contact surface ;
A step of synthesizing the support structure data and the hollow thin-wall structure data to create data of a stereolithography object having a hollow thin-wall structure and having a network structure therein;

前記サポート構造データを作成するステップでは、前記光造形物の外表面のデータに基づいて、前記外表面の内側に接する前記網目構造のサポート構造が形成されることを特徴とする請求項１に記載の光造形方法。 2. The support structure of the mesh structure in contact with the inside of the outer surface is formed in the step of creating the support structure data based on data of an outer surface of the stereolithography object. Stereolithography method.

前記網目構造が、側面に複数の菱形の穴が相互に近接する状態で配列された構造であることを特徴とする請求項１又は２記載の光造形方法。 3. The stereolithography method according to claim 1 , wherein the mesh structure is a structure in which a plurality of rhombic holes are arranged on a side surface so as to be close to each other.

光造形物の立体構造データに基づいて光造形を実行する光造形装置であって、
前記光造形物の立体構造データに基づいて、液抜き穴を有する中空薄肉構造データを作成する手段と、
前記光造形物の立体構造データに基づいて、前記光造形物の内部に設けられる網目構造を形成するためのサポート構造データを、前記光造形物の外表面により区画された内部空間と外部空間とを仮想的に内外反転させ、前記光造形物の下面と、前記光造形物を設置した際に接触する面とを、当該接触面と垂直に連結する線分を求め、当該線分の集合部分が当該接触面と垂直方向に複数の経路を有する網目構造になるよう計算されたデータに基づいて作成する手段と、
前記サポート構造データと前記中空薄肉構造データとを合成して、中空薄肉構造であって内部に網目構造を有する光造形物のデータを作成する手段と、を有する光造形装置。An optical modeling apparatus that performs optical modeling based on the three-dimensional structure data of the optical modeling object,
Based on the three-dimensional structure data of the optically shaped object, means for creating hollow thin-walled structure data having a liquid draining hole;
Based on the three-dimensional structure data of the stereolithography object, support structure data for forming a network structure provided inside the stereolithography object, an internal space and an external space partitioned by the outer surface of the stereolithography object, Is obtained by obtaining a line segment that vertically connects the lower surface of the optical modeling object and the surface that is in contact with the optical modeling object when the optical modeling object is installed, and a set part of the line segment. Means based on data calculated to have a network structure having a plurality of paths in a direction perpendicular to the contact surface ;
An optical modeling apparatus comprising: means for synthesizing the support structure data and the hollow thin structure data to create data of an optical modeling object having a hollow thin structure and a network structure inside.

前記サポート構造データを作成する手段は、前記光造形物の外表面のデータに基づいて、前記外表面の内側に接する前記網目構造のサポート構造を形成することを特徴とする請求項４に記載の光造形装置。It means for creating the support structure data, based on the data of the outer surface of the stereolithography material, according to claim 4, characterized in that to form the support structure of the network structure in contact with the inner side of the outer surface Stereolithography equipment.