JPH0224123A - 光学的造形法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光硬化性樹脂に光を照射して目的形状の硬化体
を製造する光学的造形法に係り、特に硬化の工程を２段
階に分けることにより硬化時の収縮応力を緩和するよう
にした光学的造形法に関する。

［従来の技術］ 光硬化性樹脂等の光硬化性流動物質に光束を照射して、
該照射部分を硬化させ、この硬化部分を水平方向に連続
させると共に、さらにその上側に光硬化性流動物質を供
給して同様にして硬化させることにより上下方向にも硬
化体を連続させ、これを繰り返すことにより目的形状の
硬化体を製造する光学的造形法は特開昭６０−２４７５
１５号、６２−３５９６６号、６２−１０１４０８号な
どにより公知である。また、目的形状の硬化体の一断面
に相当するスリットを有する造形用マスクを通して光を
照射して硬化させ、次に硬化層の上に未硬化の光硬化性
流動物質を存在させると共にこの造形用マスクを目的形
状の硬化体の高さ方向に隣接する一断面に相当するスリ
ットを有するものに交換し、再び光を照射する工程を繰
り返すことにより目的形状の硬化体を製造する光学的造
形法も公知である（例えば、上記特開昭６２−３５９６
６号）。

［発明が解決しようとする課題］ 光硬化性樹脂は、その硬化時に収縮を起こすので、この
収縮応力を小さくすることが造形体の精度向上及び亀裂
防止のために重要である。

［課題を解決するための手段］ 本発明の光学的造形法は、光硬化性樹脂に光を照射し、
照光の照射された部分を部分的に未硬化の光硬化性樹脂
が残留するように硬化させると共に、該硬化物を積み重
ねてほぼ目的形状の立体とする第１の硬化工程と、該立
体に光を照射し、残留する未硬化の光硬化性樹脂を硬化
させる第２の硬化工程と、を備えることを特徴とする。

［作　用］ 本発明においては、第１の硬化工程において得られる立
体は、光の照射により、光硬化性樹脂を部分的に未硬化
の樹脂が残留するように硬化されたものである。このよ
うに部分的に未硬化の光硬化性樹脂が残留するように硬
化させると、硬化による収縮応力は分散されると共に、
未硬化の部分で吸収されるようになるため、第１の硬化
工程においては、全体として収縮応力は殆ど発生しない
硬化立体（以下、「１次硬化体」ということがある、）
となる。

第２の硬化工程においては、第１の硬化工程にて得られ
た１次硬化体に更に光を照射して残留する未硬化の光硬
化性樹脂を硬化させる。この第２の硬化工程を経ること
により強度の高い硬化立体が得られる。この第２の硬化
工程においても、硬化が伝播する際に、その周囲に未硬
化の光硬化性樹脂が存在している限り、硬化進行領域に
収縮応力は殆ど発生しない、このように、本発明方法に
よれば収縮応力が発生するのは硬化工程の末期の極めて
短い期間であり、収縮応力自体も極めて小さな値となる
。

［実施例］ 第１図〜第４図は各々本発明の第１の硬化工程を実施す
るための装置の一例を示す断面図である。

第１図の装置においては、容器１１内には光硬化性樹脂
１２が収容されている。容器１１の底面にはガラス等の
透光板よりなる透光窓１３が設けられており、該透光窓
１３に向けて光束１４を照射するように、レンズを内蔵
した光出射部Ｉ５、光ファイバー１６、光出射部１５を
水平面内のＸ−Ｙ方向（Ｘ、Ｙは直交する２方向）に移
動させるＸ−Ｙ移動装置１７、光源２０等よりなる光学
系が設けられている。

容器１１内にはベース２１が設首され、該ベース２１は
エレベータ２２により昇降可能とされている。これらｘ
−ｙ６動装置１７、エレベータ２２はコンピュータ２３
により制御される。

上記装置により硬化体を製造する場合、まずベース２１
を透光窓１３よりもわずか上方に位置させ、光束１４を
目的形状物の水平断面に倣って走査させる。この走査は
コンピュータ制御されたｘ　−ｙ　Ｂ動装置１７により
行なわれる。

目的形状物の一つの水平断面（この場合は底面又は上面
に相当する部分）のすべてに光を照射した後、ベース２
１をわずかに上昇させ、硬化物２４とベース２１との間
に未硬化の光硬化性樹脂を流入させた後、上記と同様の
光照射を行う。この手順を繰り返すことにより、はぼ目
的形状の１次硬化体が多Ｎ積層体として得られる。

上記実施例は、透光窓を容器底面に設け、光を容器の下
方から照射するようにしているが、本発明においては容
器１１の側面に透光窓を設け、該容器１１の側面から光
を照射するようにしても良い。この場合、ベースは成形
過程において徐々に、側方に移動させれば良い。

上記実施例では、光ファイバーをＸ−Ｙ方向に移動させ
ることにより光を走査しているが、後述の第３図に示す
如く、光源からの光をミラーで反射させた後、レンズで
収束させて光硬化性樹脂に照射する光学系を採用しても
良い、この場合はミラーを回転させることにより光束を
走査できる。

また、本発明を公知のマスク法に適用し、例えば第２図
に示す如く目的形状物の断面に相当するスリット２５を
有したマスク２６を用いても良い。符号２７は平行光束
を示す。第２図のその他の符号は第１図と同一部材を示
している。

第１図及び第２図に示す装置は、容器の下方から光を照
射するように構成されているが、本発明においては、容
器の上部開口から光を照射するようにしても良い。第３
図及び第４図に示す装置は容器上方から光を照射する形
式の装置である。

第３図の装置においては、光硬化性樹脂１２の液面１２
ａに向けて光束１４を照射するようにレンズ２８、ミラ
ー２９、ミラー回転駆動装置２９ａ、光源２０等よりな
る光学系が設けられている。容器１１内にはベース２１
が設置され、該ベース２１はエレベータ２２により昇降
可能とされている。これら駆動装置２９ａ、エレベータ
２２はコンピュータ２３により制御される。

上記装置により１次硬化体を製造する場合、まずベース
２１上の基板２１ａを液面１２ａよりもわずか下方に位
置させ、光束１４を目的形状物の水平断面に倣つて走査
させる。この走査はコンピュータ制御されたミラー２９
の回転により行われる。

目的形状物の一つの水平断面（この場合は底面に相当す
る部分）のすべてに光を照射した後、ベース２１をわず
かに下降させ、硬化物２４の上に未硬化の光硬化性樹脂
を流入させた後、上記と同様の光照射を行う、この手順
を繰り返すことにより、はぼ目的形状の１次硬化体が得
られる。

上記実施例では、ベース２１を徐々に下降させているが
、逆に硬化性樹脂を注ぎ足すことにより、液面１２ａを
徐々に上昇させても良い。

第４図に示す装置は、目的形状物の断面に相当するスリ
ット２５を有したマスク２６を用いたものである。符号
２７は平行光束を示す。第４図のその他の符号は第３図
と同一部材を示している。

本発明においては、このような第１の硬化工程において
、光の照射により硬化を行い、はぼ目的形状の１次硬化
体を製造する際、部分的に未硬化の光硬化性樹脂が残留
するように硬化させる。

この部分的に未硬化の光硬化性樹脂が残留する状態とし
ては、硬化による収縮応力ができるだけ均一に分散する
ように、未硬化部が均一に分散した状態であることが好
ましい。

本発明においては、例えば次の■〜■のような硬化状態
となるように硬化させて、未硬化の光硬化性樹脂が均一
に分散して残留する１次硬化体とするのが好ましい。

■　立体の全体が均一な半硬化状態（即ち、光硬化性樹
脂の重合が完結していない状態）。

■　立体に硬化部（光硬化性樹脂の重合が完結した部分
）と未硬化部（光硬化性樹脂の重合が殆ど起っていない
部分）とが均一に分散している部分硬化状態。

■　立体に半硬化部と硬化部とが均一に分散している部
分硬化状態。

■　立体に硬化部、半硬化部及び未硬化部が均一に分散
している部分硬化状態。

なお、上記■〜■の部分硬化状態としては、例えば硬化
部中に未硬化部が点在するような、所謂マダラに硬化し
たものとしても良く、また、格子状あるいは縞状の硬化
部の間に未硬化部が存在するようなものであっても良い
。

■〜■のような硬化状態は、走査される光束を断続させ
たり、強弱の変化をつけたりすることにより形成できる
。また、光束の照射域同志の間に未照射域又は弱い照射
域を形成するように光束を走査することによっても組成
できる。さらに、スリットや小孔を有するマスク等を用
いて必要な箇所にのみ必要とする光量の光を照射するこ
とによっても形成できる。

なお、■〜■のいずれの形態においても、得られる１次
硬化体がその形状を保持できるような硬化状態であるこ
とが必要とされるため、光硬化性樹脂の物性や、立体の
形状、大きさ等を考慮して、硬化の程度や硬化部と未硬
化部との割合等を適宜決定する。

このようにして第１の硬化工程においてほぼ目的形状の
１次硬化体を得た後は、これを装置から取り出し、第２
の硬化工程にて、１次硬化体の全体に光を照射して、残
留する未硬化の光硬化性樹脂を硬化させる。

第５図は、第２の硬化工程の一例を示す断面図であり、
石英ガラス等の透光板３０の上に第１の硬化工程で得ら
れた立体３１を載置し、上方、下方、側方より光３２を
同時に照射している。勿論、第２の硬化工程は、このよ
うに立体の全体に同時に光を照射する方法に限らず、移
動する１つの光源により、全体に光を照射するようなも
のであっても良い。また、一方向又は二方向からのみ光
を照射し、途中で立体の姿勢を転換するようにしても良
い。

第２の硬化工程により、硬化の終了した立体は、硬化収
縮応力が小さく、しかも収縮応力が立体の全体に均一に
分散したものとなっており、寸法安定性、形状安定性に
優れる。

本発明において、前記光硬化性樹脂としては、光照射に
より硬化する種々の物質を用いることができ、例えば変
性ボリクレタンメタクリレート、オリゴエステルアクリ
レート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート
、感光性ポリイミド、アミノアルキドを挙げることがで
きる。

前記光としては、使用する光硬化性樹脂に応じ、可視光
、紫外光等種々の光を用いることができる。照光は通常
の光としてもよいが、レーザ光とすることにより、エネ
ルギーレベルを高めて造形時間を短縮し、良好な集光性
を利用して造形精度を向上させ得るという利点を得るこ
とができる。なお、第１の硬化工程の光と第２の硬化工
程の光とは同一のものであっても、異なるものであって
も良い。

［発明の効果］ 以上の通り、本発明によれば、光学的造形法において硬
化体に発生する収縮応力を減少させると共に、収縮応力
を硬化体の全体に均一に分散させることができる。従っ
て、亀裂がなくしかも収縮による寸法の誤差も殆どない
高精度のモデルを製作できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は各々実施例方法に採用される装置
の縦断面図である。 １２・・・光硬化性樹脂、　　　１４・・・光束、１６
・・・光ファイバー　　　２０・・・光源、２１・・・
ベース、　　　　　　２２・・・エレベータ。 代理人　　弁理士　　重　野　　剛 第３図 第４図 七

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光硬化性樹脂に光を照射し、該光の照射された部
   分を部分的に未硬化の光硬化性樹脂が残留するように硬
   化させると共に、該硬化物を積み重ねてほぼ目的形状の
   立体とする第１の硬化工程と、 該立体に光を照射し、残留する未硬化の光硬化性樹脂を
   硬化させる第２の硬化工程と、 を備えることを特徴とする光学的造形法。