JPH03224726A - 三次元形状の形成方法およびその装置 - 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〕 この発明は、光の照射によって硬化する光硬化性樹脂を
用いて所望の立体形状すなわち三次元形状を得る方法お
よびその装置に関する。

〔従来の技術〕

光硬化性樹脂を用いて三次元形状を形成する方法は、複
雑な三次元形状を、成形型や特別な加工工具を用いるこ
となく、簡単かつ正確に形成できる方法として、各種製
品モデルや立体模型の製造等に利用することが考えられ
ている。具体的には、例えば、特開昭６１−１１４８１
７号公報および特開昭６３−１４１７２４号公報に開示
された方法がある。

特開昭６１−１１４８１７号公報記載の方法は、つぎの
ように実施される。容器内に光硬化性樹脂液を供給して
一定厚みの樹脂液層を形成し、この樹脂液層に対して液
面上方からレーザ光を照射してこの樹脂液層を部分的に
光硬化させる。その際、レーザ光の焦点位置を順次移動
させることによって、所定のパターンを有する光硬化層
を形成することが出来る。つぎに、この光硬化層の上に
新たな樹脂液を供給して新しい樹脂液層を形成し、この
樹脂液層に再びレーザ光を照射する。このような工程を
繰り返して光硬化層を順次積み重ねることにより、所望
の立体形状を有する樹脂製品を得ることが出来る。

ところが、この方法には、光硬化層の厚みを決定する樹
脂液薄層の厚みを正確かつ迅速に設定するのが難しいと
いう問題があった。すなわち、この従来技術では、収容
容器に供給する樹脂液の量によって樹脂液薄層の厚みが
決まるので、樹脂液の供給量を極めて正確に制御しなけ
ればならない。しかし、樹脂液の供給量を高精度に制御
するのは非常に難しく、どうしても樹脂液薄層の厚みに
バラツキが生じる。樹脂液薄層の厚みにバラツキがある
と、当然、形成される光硬化層の厚みにバラツキが生じ
、三次元形状の精度が低下する。

これに対して、特開昭６３−１４１７２４号公報記載の
方法は、つぎのようにして実施されるため、上記方法の
ごとき樹脂液供給量の制御を必要としない。すなわち、
この方法は、第１１図にみるように、槽１０内に光硬化
性樹脂液２０を蓄えてお゛くとともに昇降自在な成形台
５０を設けておく。成形台５０を一旦液面下に少し沈め
たのち樹脂液面より僅か下の位置まで上昇させると、成
形台５０上には必要とする厚みに対応した厚みを有する
光硬化性樹脂液薄層２１が自然に形成される、そこで、
この光硬化性樹脂液薄層２１に対してレーザ光３０を照
射する。これによって成形台５０上に最初の光硬化層４
０が形成される。つぎに、再び、成形台５０を液面下に
沈めたのち液面下方の先よりも少し下の位置まで持ち上
げると、先に形成された光硬化層４０の上に、第２層目
に対応した厚みの新たな光硬化性樹脂液薄層２１が形成
される。そこで、再びレーザ光３０を照射して先の光硬
化層４０上に次の光硬化層４０を形成する。そして、再
び、成形台５０を沈めたのち液面下方の第２回目よりも
少し下の位置まで持ち上げて、第２回目の光硬化層４０
上に形成された第３層目に対応した厚みの新しい光硬化
性樹脂液薄層２１にレーザ光３０を照射して、つぎの光
硬化層４０を第２回目の光硬化層４０の上に積層形成す
る。以後、この工程を必要回数繰り返すと、成形台５０
上に所望の三次元形状４５が得られるのである。

この方法によれば、成形台５０を持ち上げる過程で、形
成途中の三次元形状４５上に位置する樹脂液２０の大部
分は自然に三次元形状４５の外側に排除されて、成形台
５０または先の光硬化層４０と樹脂液面との間には、樹
脂液の表面張力、粘度、比重および光硬化層（または成
形台）と樹脂液との界面張力などによって定まる厚みｔ
の樹脂液薄層２１が自然に形成されるため、先に述べた
従来技術のような樹脂液供給量の制御を行う必要がない
のである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、この方法にも下記のごとき種々の問題のある
ことが分かった。

すなわち、形成途中の三次元形状４５を成形台５０によ
って液面直下まで持ち上げるときには、三次元形状４５
上方の樹脂液２０は三次元形状４５によって持ち上げら
れつつ三次元形状４５上から排除されるが、樹脂液２０
は粘度の高い液体であるため、このとき三次元形状４５
上からはゆっくりとしか排除されない。そのために、持
ち上げ終えた直後の三次元形状４５の上に形成された新
しい樹脂液薄層２１は、表面張力等の関係で、第１２図
（ａ）−第１１図の部分Ａの拡大図−にみるように、周
囲から少し盛り上がった状態になり、その両肩２１ａ、
２１ａが丸くなっていて、その内側部分２１ｂと同じ厚
みにはならない。この状態は相当の時間を置かないと解
消しない。そのために、レーザ光を照射する段階ではま
だ、この状態の影響が残っていて、三次元形状４５の積
層構造は、第１２図（ｂ）のような平面状光硬化層４０
の積み重なりではなく、第１２図＜ａｌにみるように肩
４０ａが曲がった光硬化層４０の積み重なりになるとい
う問題が、その第１である。

形成途中の三次元形状を樹脂液溜まり内で昇降させる際
には、三次元形状の側からみると、三次元形状に対して
樹脂液が上方または下方に流れる現象が生じるが、この
樹脂液の流れにより三次元形状がダレ変形するという問
題もあった。このダレ変形は、三次元形状の肉厚が薄か
ったり、三次元形状に庇のような突き出た部分があった
りするときに最も起きやすい。三次元形状に突き出た部
分があるときには、このようなダレ変形の発生を避ける
ために、従来、突き出た部分にわざわざサポートを設け
ることが行われているが、このサポートを設ける方法は
、サポートを含む光硬化層の積層形成のために複雑な制
御を必要とするという問題があった。

三次元形状には、第１３図にみる三次元形状４５のよう
に、それぞれの上面面積に大小のある部分４５１．４５
２を有するものがある。このような三次元形状４５を成
形台５０に乗せて樹脂溜まり内を上昇させたときには、
部分４５１．４５２の上に残る樹脂液薄層２１の厚み１
．．１よに、面積の大なる部分４５１上の厚みｔｌが面
積の小なる部分４５２上の厚みｔ２よりも大きくなると
ういう差が生じる。これはつぎのような理由による。三
次元形状４５の上端が液面下の所定の位置まで上昇した
ときに、画部分上に乗っている樹脂液量は、面積の大な
る部分４５１上の量が面積の小なる部分４５２上の量よ
りも大きい。どちらの部分でも、表面張力等で保持仕切
れない樹脂液２０は各部分上から流れ出るのであるが、
このときの流出速度は、樹脂液２ｏの粘度が大きいため
に極めて小さい。そのために、レーザ光照射に移る時点
ではまだ、画部分４５１．４５２上の残存樹脂液量に大
きな差が生じていて、これが画部分の樹脂液薄層２Ｉの
厚み差となって現れるのである。水平断面積に大小のあ
る部分を有する三次元形状を形成する場合には、このよ
うにして、各光硬化層の形成段階で、水平断面積に大小
のある部分間に光硬化層の厚み差が生じるため、光硬化
層の積層形成に伴い、この厚み差が累積されて、三次元
形状の各部分の高さが設計どおりにならないという問題
が生、しるのである。

そこで、この発明は、前記のような曲面の積み重なりが
起きず、ダレ変形が生じず、高さに狂いの生じない三次
元形状の形成方法およびその装置を提供することを課題
とする。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、前記課題を解決する、この発明にががる三次元
形状の形成方法は、光硬化性樹脂液に光を照射して所定
形状の光硬化層を形成し、この光硬化層を複数層重ねて
所望の三次元形状を形成する方法において、三次元形状
の形成位置を囲む位置に、三次元形状を構成する各段階
の光硬化層の形成に合わせてその高さが各段階の光硬化
層の表面と同一高さになるよう段階的に高くなる周壁を
設けることをも形成する。

この場合において、光硬化性樹脂液溜まりを設けておい
て、三次元形状を構成する第１の光硬化層形成の各段階
ごとに、形成途中の三次元形状とこれを囲む周壁とを一
旦光硬化性樹脂液溜まり内に沈ませたのち上昇させるこ
とにより、形成途中の三次元形状の上に第１の光硬化層
となる光硬化性樹脂液層を形成するようにすることも出
来る。

また、三次元形状を構成する第１の光硬化層形成の各段
階ごとに、形成途中の三次元形状を囲む周壁内に光硬化
性樹脂液を供給することにより、形成途中の三次元形状
の上に第１の光硬化層となる光硬化性樹脂液層を形成す
るようにすることも出来る。

この発明にかかる三次元形状形成装置は、第１に、光硬
化性樹脂液を溜めている槽と、この槽内において三次元
形状を構成する第１の光硬化層およびその周囲を囲む周
壁となる第２の光硬化層を載置して上下動することによ
り形成途中の三次元形状およびこれを囲む周壁を光硬化
性樹脂液中に浸漬する昇降手段と、形成途中の三次元形
状およびこれを囲む周壁上に上記浸漬により形成された
光硬化性樹脂液層に光を照射するレーザ発生手段とを備
え、第２に、三次元形状を構成する第１の光硬化層およ
びその周囲を囲む周壁となる第２の光硬化層を載置して
上下動する昇降手段と、形成途中の三次元形状を囲む周
壁内に上方から光硬化性樹脂液を供給する手段と、形成
途中の三次元形状およびこれを囲む周壁上に上記供給に
より形成された光硬化性樹脂液層に光を照射するレーザ
発生手段とを備えるものであり、第３に、三次元形状の
形成位置を囲む位置に設けられる周壁と、この周壁内に
上下動自在に配置される昇降手段と、この昇降手段と周
壁に囲まれた空間からなる光硬化性樹脂液溜まりと、こ
の光硬化性樹脂液溜まりに対して上方から光硬化性樹脂
液を供給する手段と、光硬化性樹脂液溜まり内に光を照
射するレーザ発生手段とを備える。

周壁は、その内側に光硬化性樹脂液を溜めておけるもの
であれば、任意の材料および構造からなるものでよい。

周壁は、形成しようとする三次元形状の外形よりも外側
になる位置において三次元形状を棒状に囲むように設け
られる。周壁は、−般には、その内側の領域の大きさが
周壁のどの高さ位置においてもほぼ同じになっているよ
うにすることが好ましいが、その内部に形成される三次
元形状に合わせた水平断面形状とすることも出来る。

周壁は、後述のごとくにして、三次元形状の形成と同時
に樹脂液から形成することができ、これによれば、その
高さを三次元形状の高さが高くなるのに合わせて高くし
て行くことが出来るが、このような方法によらない場合
において周壁を段階的に高（するには、三次元形状を形
成する固定成形台の周囲を周壁で囲み、この周壁を段階
的に上昇させるようにしてもよいし、逆に、周壁を固定
しておき、成形台を段階的に下げて相対的に周壁の高さ
を高くするようにしてもよい。周壁または成形台は、通
常の機械的あるいは電気的な駆動手段で昇降させればよ
い。周壁または成形台の高さを正確に設定するには、光
硬化層の表面位置を検出するセン号手段を設けておくこ
ともできる。

この発明においては、周壁は、三次元形状の成形と同時
に、同じ成形方法により形成することも出来る。すなわ
ち、光硬化性樹脂液に光を照射して光硬化層からなる周
壁を形成するようにすることもできるのである。これを
詳しく述べると、まず、成形台等の平坦面上に光硬化性
樹脂液を供給する。そうすれば、表面張力等の作用で自
然に定まる厚みの樹脂液薄層が平坦面上に形成される。

このようにして最初の段階の樹脂液薄層が形成されたら
、つぎに、この樹脂液薄層に光を照射して、目的とする
三次元形状を構成する光硬化層を形成する。このとき、
前記三次元形状形成用の光硬化層すなわち第１の光硬化
層の外周を囲む位置にも、棒状に第２の光硬化層を形成
する。同じ樹脂液薄層から形成される両光硬化層は、当
然、同じ表面高さに形成され、両光硬化層の間には、硬
化しなかった樹脂液がやはり同じ表面高さで残る。

第２の光硬化層は、その内側に残存する光硬化性樹脂液
を溜めることができるようであれば、幅や形状は任意に
設定できる。この両光硬化層および樹脂液の表面に新た
な樹脂液を供給すれば、表面張力等の作用で定まる厚み
の樹脂液薄層が自然に形成される。そこで、前記第１光
硬化層と第２光硬化層の上に光を照射して、つぎの第１
、第２光硬化層をその上に積層形成する。以後この工程
を必要回数繰り返す。この方法では、このように、三次
元形状を構成する第１の光硬化層と周壁を構成する第２
の光硬化層とを同時に形成することによって、周壁を段
階的に高くして行くことも出来るのである。

光硬化性樹脂液を供給する手段としては、成形台を浸漬
する方法のほか、スプレーコーティング等のコーティン
グ法によることも出来る。スプレーコーティングは迅速
かつ−様な厚みで樹脂液を供給できるため好ましい手段
であるが、フローコーティングその他の各種の液供給手
段を採用することもできる。周壁の外側に流れ落ちた樹
脂液は適宜回収手段で回収することができる。

形成される樹脂液薄層２１の厚みは、表面張力の大きさ
等、樹脂液の性状により一定の厚みに決まる。しかし、
この厚みでも厚過ぎるときは、ドクターナイフ等で樹脂
液を掻き落として薄くすることが出来る。

この発明の方法において、樹脂液の材料や光の照射手段
等、前記した以外の構成については、通常の三次元形状
の形成方法と同様の構成で実施される。

〔作　　　用〕

浸漬方法やスプレ一方法などにより、三次元形状上と周
壁上および周壁の内側に残存する樹脂液表面上に供給さ
れた光硬化性樹脂液は、第１図にみるように、その一部
が、表面張力等の作用により定まる厚みｔを有する光硬
化性樹脂液薄層２１となって、三次元形状４５上と周壁
４６上および周壁４６の内側に残存する樹脂液２０の表
面上に残り、その他は周壁外側に流れ出る。このとき、
光硬化性樹脂液薄層２１の外周縁部分に位置する、周壁
４６上では、第１図にみるように、樹脂液薄層２１の肩
部２１ａに丸みが生じるが、三次元形状４５上では、三
次元形状４５の外側に周壁４６が設けられて光硬化性樹
脂液薄層２１の外周縁が周壁４６のところにまで延びて
いるために、この部分の光硬化性樹脂液薄層２１にはこ
のような丸みが全く生じない。

この場合に、光硬化性樹脂液薄層２１０表面張力等で定
まる厚みｔは、前述のように、その樹脂液２０が乗る部
分の領域の大小に応じて異なる。

そのために、三次元形状の周囲に周壁を設けることなく
、三次元形状上に樹脂液を供給するときは、三次元形状
内側各部の領域の大小に応じて、樹脂液薄層の厚みが微
妙に異なってくる。光硬化層の積層回数が多くなると、
この微妙な厚み誤差は集積されて無視出来なくなる。こ
れに対して、第２図（ａ）にみるように、三次元形状４
５を周壁４６で囲んでおくとともに、周壁内底部を開口
のない台５０としておくと、周壁４６内には、第２図（
ｂ）にみるように、樹脂液２０が周壁４６の上方に厚み
ｔになるまで常に貯えられている。この厚みｔは、周壁
４６の内側の領域の大きさに応じて定まり、三次元形状
４５の内側各部の水平断面の面積には関わりない。すな
わち、三次元形状４５内に上面面積の大きな部分４５１
と小さな部分４５２とがあっても、それぞれの上の樹脂
液薄層２１の厚み１＋　、１＊は厚みｔに合致し、両者
の間に差が生じない、また、三次元形状４５を樹脂液溜
まり内を上下させるときも、周壁４６内には静止状態の
樹脂液２０が充満しているため、三次元形状４５に対す
る樹脂液流れが起きないのである。

三次元形状４５の周囲に周壁４６を設けるときに、この
周壁４６を、第１図および第２図にみるように、その内
側の領域の大きさが周壁のどの高さ位置で測ってもほぼ
同じになるようなものにしておくと、光硬化性樹脂液薄
層２１の厚みは、周壁４６の内側断面積Ｓで定まる一定
の値に常になり、上記厚み誤差の集積を避けることが出
来る。

これにより、三次元形状４５の上には、少なくとも面積
Ｓ０の領域においては、均一な厚みの樹脂液薄層２１が
形成出来るのである。

三次元形状の形成進行と同時に光硬化性樹脂液により周
壁を形成するようにすれば、形成途中の三次元形状と全
く同じ高さの周壁を確実かつ簡単に設けることが出来る
。

周壁方向に突き出た部分を有する三次元形状を形成する
際に、突き出た部分と周壁の各一部を構成する光硬化層
の形成と同時に、突き出た部分と周壁の間をつなぐ薄い
連結層となる光硬化層をも形成するようにすると、周壁
方向に突き出た部分を有する三次元形状を容易に作製す
ることが出来る。

周壁を光硬化性樹脂液から同時形成する際に、三次元形
状を構成する第１の光硬化層形成の各段階ごとに、第１
の光硬化層と周壁を構成する第２の光硬化層との間の距
離を一定にするようにするようにすると、三次元形状形
成のための制御用データに一定値を加えたものを周壁形
成のための制御用データに利用することが出来る。

〔実　施　例〕

ついで、この発明の実施例について、図を参照しながら
以下に詳しく説明する。

第３図および第４図は、この発明の実施に用いる装置の
全体構造を示しており、槽１４の中には、例えば変性ポ
リウ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、アミノアルキドなどの光硬化性樹脂液
２０が貯蔵されている。三次元形状（成形品）４５が載
置形成される成形台５０は、開口のない板体からなり、
昇降腕５１を介して昇降機構（図示せず）につながって
おり、上下に昇降自在になっている。成形台５０上には
、三次元形状４５の周囲を囲むようにして周壁４６が設
けられている。成形台５０の上方には、レーザ照射機構
（図示せず）が設けられており、成形台５０の上にレー
ザ光３０を照射できるようになっている。レーザ照射機
構の構造は、通常の三次元形状の形成装置と同様のもの
で実施できる。たとえば、第４図にみるように、レーザ
発生器３１、シャッタ３２、集光レンズ３３および反射
鏡３４からなるものが、その−例である。

このような装置を用いる、三次元形状の形成方法につい
て説明する。

成形台５０を槽１４内の光硬化性樹脂液２０に少し浸漬
し持ち上げて、その平坦な表面上に、−様な厚みで拡が
った樹脂液薄層を形成する。余分な樹脂液２０は成形台
５０の外縁から流れ落ちて、槽１４に回収される。つぎ
に、レーザ光３０で走査露光して樹脂液薄層を光硬化さ
せ、三次元形状４５を構成する第１の光硬化層４０を形
成する。このとき、第１の光硬化層４０の外側における
、三次元形状の外形にほぼ対応する位置から少し外側に
なる位置にも、レーザ光３０を一定幅の枠状に走査露光
して、周壁４６となる枠状の第２の光硬化層４３を形成
する。この光硬化層４３の内側には、露光されなかった
樹脂液２ｏが溜まったままになっている。つぎに、再び
成形台５ｏを樹脂液２０内に浸漬して、両光硬化層４ｏ
、４３およびその間の樹脂液２０表面に、前記同様に、
様な厚みＬの樹脂液薄層２１を形成させる。このとき、
余分な樹脂液２０は三次元形状４５の外側に流れ落ちる
。そして、やはり前記同様に、レーザ光３０の走査露光
を行って、先の光硬化層４゜の上に新たな光硬化層４０
を形成する。このときも、第１の光硬化層４０の外側に
、枠状に、第２の光硬化層４３を形成する。

なお、槽１４内の光硬化性樹脂液２ｏに成形台５０を沈
めたのち持ち上げて、先の光硬化層４０上に新しい樹脂
液薄層２１を形成する際には、第３図（Ｃ１にみるよう
に、形成途中の三次元形状４５の上端を液面よりも僅か
に下になる位置まで持ってきて止めることにより、その
上に新しい樹脂液薄層２１を形成するようにすることも
出来る。成形台５０上に樹脂液薄Ｆｉ２１を形成する際
も同様である。

周壁４６は、第５図にみるように、その形状が三次元形
状の外形に相似するようにして形成する、すなわち、両
光硬化層４０．４３の間の距離が各光硬化層の形成段階
で常に一定になるようにして形成することも出来る。

このような工程を繰り返すことによって、第３図および
第５図に示すように、成形台５０上に第１の光硬化層４
０が積み重ねられて、所望の三次元形状４５が形成され
る。三次元形状４５の外側には、第２の光硬化層４３か
らなる周壁４６が形成されている。三次元形状４５が完
成すれば、周壁４６は廃棄してよい。

上記工程において、周壁４６の内側には、常に樹脂液２
０が満たされていて三次元形状４５全体を完全に覆って
いるので、三次元形状４５の内側各部の表面の樹脂液薄
層２１の厚みは、均一になっている。

この発明は、第６図にみるようにして実施することも出
来る。すなわち、まず、成形台５０の表面に、スプレー
ノズル６０から樹脂液２０をスプレーすると、樹脂液２
０が、成形台５０上に−様な厚さで拡がって、樹脂液薄
層を形成する。余分な樹脂液２０は成形台５０の外縁か
ら流れ落ちて、樹脂溜槽１４に回収される。つぎに、レ
ーザ光３０で走査露光して樹脂液薄層を光硬化させ、三
次元形状を構成する第１の光硬化層４０を形成する。こ
のとき、第１の光硬化層４０の外側で、三次元形状の外
形にほぼ対応する位置か少し外側になる位置に、レーザ
光３０を一定幅の枠状に走査露光して、周壁となる枠状
の第２の光硬化層４３を形成する。このときも、第２の
光硬化層４３の内側には、露光されなかった樹脂液２０
が溜まったままになっている。つぎに、再びスプレーノ
ズル６０から樹脂液２０をスプレーすると、両光硬化層
４０．４３およびその間の樹脂液２０表面に、前記同様
に、−様な厚みｔの樹脂液薄層が形成され、余分な樹脂
液２０は第２の光硬化層４３の外側に流れ落ちる。この
とき、スプレーノズル６０によるスプレーは、槽１４の
周壁からでなく、第２の光硬化層４３の位置から開始さ
せても良い。そして、スプレー後は、やはり前記同様に
、レーザ光３０の走査露光を行う。このときも、光硬化
層４０の外側には枠状に第２の光硬化層４３を形成する
。

なお、レーザ光３０を照射する前に、樹脂液薄層２１の
厚みｔに相当する高さだけ成形台５０を下降させておく
。これは、成形台５０が固定されたままでは、樹脂液薄
層が積み重ねて形成されるたびに、最上層の樹脂液薄層
の位置が高くなり、その分だけレーザ光３０の焦点位置
を高くする焦点合わ廿をしなければならなくなるのに対
し、成形台５０を段階的に下降させるようにすれば、樹
脂液薄層の位置が常に一定の高さになり、レーザ光３０
の焦点位置を変えなくてもよいからであるこの場合も、
このような工程を繰り返すことによって、第６図に示す
ように、成形台５０上に第１の光硬化層４０が積み重ね
られて、所望の三次元形状４５が形成される。三次元形
状４５の外側には、第２の光硬化層４３からなる周壁４
６が形成されている。三次元形状４５が完成すれば、周
壁４６は廃棄してよい。上記工程において、第２の光硬
化層４３からなる周壁４６の内側には、はぼ一定の領域
面積を有する平坦な表面が構成されているので、両光硬
化層４０．４３および樹脂液２０の表面にスプレーされ
た樹脂液２０が形成する樹脂液薄層の厚みＬは、常に一
定になる。

前記実施例においては、樹脂液２０をスプレーノズル６
０でスプレーコーティングするようにして供給している
ので、高粘度の樹脂液２０を用いても、樹脂液は迅速に
拡がって、均一で薄い樹脂液薄層を短時間で形成するこ
とができる。光硬化層４０．４３が半硬化状態の段階で
、これらの表面に樹脂液２０を乱暴に供給すると、樹脂
液２０がぶつかったときの衝撃や圧力で光硬化層４０゜
４３が変形する心配があるが、スプレーコーティングで
あれば、供給時の衝撃や圧力が少なく、半硬化状態の光
硬化層４０．４３を変形させる心配かない。なお、スプ
レーノズル６０の代わりに、複数個のシャワーノズルを
並べておくか、あるいはフローコータを用いて樹脂液２
０を供給することもできる。

つぎに、第７図は、前記実施例と一部異なる装置を示し
ている。

三次元形状４５を形成するための成形台５３は、下面に
昇降軸５４が連結されていて、上下に昇降できるように
なっている。成形台５３の外周には、摺動パツキン５９
を介して、円筒状の周壁５７が固定設置されている。成
形台５３は、この周壁５７の内側で上下動する。周壁５
７で囲まれた成形台５３の上部には、光硬化性樹脂液２
０が蓄えられている。すなわち、成形台５３の上方の空
間は、光硬化性樹脂液溜まりを構成しているのである。

周壁５７の外周面中段には、この面を伝って流れ落ちて
くる樹脂液２０を誘導するように外側に向けて湾曲した
スカート部５８が設けられている。スカート部５８に沿
って流れ落ちた樹脂液２０は、前記実施例の樹脂溜槽１
４のような回収手段で回収される。成形台５３の上方位
置には、前記同様のスプレーノズル６０が設けられてい
る上記のような装置を・用いる三次元形状の形成方法を
説明する。

まず、最初の段階では、成形台５３を周壁５７の上端と
同一面まで上昇させておく。スプレーノズル６０から成
形台５３上に樹脂液２０を供給すると、樹脂液２０は成
形台５３の表面に拡がって樹脂液薄層を形成する。その
後、レーザ光３０を走査露光して、三次元形状を構成す
る光硬化層４０を形成する。なお、この実施例では、前
記実施例のような第２の光硬化層（周壁用光硬化層）４
３は同時形成する必要がない。つぎに、成形台５３を下
降させて、光硬化層４０の表面と周壁５７の上端を同一
高さにする。周壁５７の内側であって光硬化層４０のな
い場所には、硬化しなかった樹脂液２０が溜まったまま
になり、光硬化層４０および周壁５７とともに平坦な表
面を構成する。

再び、スプレーノズル６０を作動させて、樹脂液２０を
供給すれば、周壁５７等の表面に新しい樹脂液薄層が形
成される。このような工程を繰り返すことによって、光
硬化層４０を積み重ねた三次元形状４５が形成されるの
である。

以上の諸方法において、第８図にみるように、光硬化性
樹脂液薄層２１の厚みを、表面張力で定まる厚みｔより
も薄い厚みｔｏに速やかにしたいときは、ドクターナイ
フ８０を用いて樹脂液の表面層を削り取るようにしても
良い。

三次元形状の中には、第９図（ａ）およびその要部を示
す第９図（ｂ）にみるように、周壁４６方向に突き出た
部分４５ａを有する三次元形状４５もある。このような
ものは、樹脂液２０の供給の際に、樹脂液２０の動きに
より、この部分４５ａがあおられて変形することがあり
、これを防ぐ必要がある。

そこで、この発明では、三次元形状４５を形成する際に
、この突き出た部分４５ａと周壁４６の各一部を構成す
る光硬化層の形成と同時に、突き出た部分４５ａと周壁
４６の間をつなぐ薄い連結層４８となる光硬化層をも形
成するようにする。

具体的には、第１０図（ａｌにみるように、三次元形状
４５と周壁４６を突出部分の形成位置まで形成したとこ
ろで、つぎに、第１０図（ｂ）にみるように、連結層４
８となる光硬化層を、三次元形状４５となる第１光硬化
層と周壁４６となる第２光硬化層とに連なるようにして
同時形成する。この連結層４８となる光硬化層は、サポ
ートとして働くに必要な厚みであればよいので、この厚
みに達すると、連結層４８の形成は終了する。そしてそ
のあと、第１０図（Ｃ）にみるように、突出部分４５ａ
の全厚みに相当する光硬化層をその上に積層したのち、
所望の高さまで光硬化性樹脂液を供給して、第１０図（
ｄｌに見るように三次元形状４５を得るようにする。そ
の後、連結層４８を三次元形状４５から切り離して、第
１０図ｆｅ）にみるような、所望の三次元形状４５を得
るのである。

〔発明の効果〕

この発明にかかる三次元形状の形成方法よれば、三次元
形状上の樹脂液薄層には肩部の丸みが生じなくなる。ま
た、光硬化層、周壁およびその間に溜まった樹脂液の表
面が全て、各光硬化層の形成段階ごとに、常に同じ高さ
になり、その上に新たな樹脂液を供給するようにするの
で、この樹脂液は、表面張力等の作用で、正確かつ均一
で極めて薄い樹脂液薄層を形成することができる。その
結果、各段階の光硬化層の厚みが正確かつ均一で薄いも
のとなり、三次元形状の形状精度が優れたものとなると
ともに、三次元形状における光硬化層毎の段差も目立た
ないものとなる。

この発明によれば、形成途中の三次元形状は周壁内側に
おいて静止状態にある樹脂液に埋没しているため、三次
元形状が樹脂液溜まり内を上下するときでも、三次元形
状に対する樹脂液流れが生じない。そのために、三次元
形状にダレ変形が起きないのである。

この発明において、周壁を、その内側の領域の大きさが
周壁のどの高さ位置で測ってもほぼ同じになるようなも
のにしておくと、三次元形状の上には、常に均一な厚み
の樹脂液薄層が形成出来るため、三次元形状の寸法精度
が向上する。

この発明においては、樹脂液薄層に光照射して周壁とな
る第２の光硬化層を得るようにすれば、上記の諸効果に
加え、第１の光硬化層と全く同じ高さの周壁を確実に形
成でき、周壁用の部品やその高さを変えるための機構が
不要になる。なお、第１の光硬化層に加えて第２の光硬
化層をも形成するようにしても、光の照射範囲が少し拡
がる程度であり、照射時間が大幅に増えることはない。

この方法は、周壁を作動させるのに比べて、はるかに能
率的である。

この発明においては、周壁方向に突き出た部分を有する
三次元形状を形成する場合に、突き出た部分を構成する
光硬化層の形成と同時に、突き出た部分と周壁の間をつ
なぐ薄い連結層となる光硬化層をも形成するようにする
ことが出来、これにより、突き出た部分を有する三次元
形状を変形なく容易に作製することが出来るようになる
。

この発明において、周壁を三次元形状の外形に合わせた
ものにすれば、三次元形状形成のための制御データを周
壁形成のための制御データに利用できるため、制御操作
が簡単となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の詳細な説明する説明図、第２図（ａ
ｌ　（ｂ）もこの発明の詳細な説明する説明図であって
図（ａｌは三次元形状と周壁を成形台に乗せた状態を示
す斜視図、図（′ｂ）は成形台が樹脂液溜まり内から上
昇した状態を示す断面図、第３図（ａｌ　（ｂｌはこの
発明の一実施例に用いる装置を示す断面図と平面図、第
３図（Ｃ）は第３図（ａｌの変形例を示す断面図、第４
図はこの実施例の斜視図、第５図はこの発明の別実施例
を示す断面図、第６図、第７図および第８図はこの発明
における樹脂液薄層形成方法の別の例を示す断面図、第
９図（ａｌ　（ｂ）は周壁方向に突き出た部分を持つ三
次元形状を示すものであって図（ａｌは三次元形状が樹
脂液溜まり内にある状態を示す断面図、図（ｂ）は三次
元形状と周壁のみの平面図、第１０図（ａ）〜（ｅ）は
第９図の三次元形状を作製する工程を順番に示す説明図
、第１１図は従来例を示す断面図、第１２図（ａｌ　（
ｂ）は従来の問題点を説明する説明図、第１３図（ａｌ
　（ｔ））は従来例の別の問題を説明する説明図であっ
て図（ａｌは三次元形状を成形台に乗せた状態を示す斜
視図、図（ｂｌは成形台が樹脂液溜まり内から上昇した
状態を示す断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　光硬化性樹脂液に光を照射して所定形状の光硬化層
   を形成し、この光硬化層を複数層重ねて所望の三次元形
   状を形成する方法において、三次元形状の形成位置を囲
   む位置に、三次元形状を構成する各段階の光硬化層の形
   成に合わせてその高さが各段階の光硬化層の表面と同一
   高さになるよう段階的に高くなる周壁を設けることを特
   徴とする三次元形状の形成方法。 ２　光硬化性樹脂液溜まりを設けておいて、三次元形状
   を構成する第１の光硬化層形成の各段階ごとに、形成途
   中の三次元形状とこれを囲む周壁とを一旦光硬化性樹脂
   液溜まり内に沈ませたのち上昇させることにより、形成
   途中の三次元形状の上に第１の光硬化層となる光硬化性
   樹脂液層を形成するようにする請求項１記載の三次元形
   状の形成方法。 ３　三次元形状を構成する第１の光硬化層形成の各段階
   ごとに、形成途中の三次元形状を囲む周壁内に光硬化性
   樹脂液を供給することにより、形成途中の三次元形状の
   上に第１の光硬化層となる光硬化性樹脂液層を形成する
   ようにする請求項１記載の三次元形状の形成方法。 ４　三次元形状を構成する各段階の光硬化層の形成と同
   時に、三次元形状の形成位置を囲む位置の光硬化性樹脂
   液にも光を照射して、周壁となる第２の光硬化層をも形
   成する請求項１から３までのいずれかに記載の三次元形
   状の形成方法。 ５　周壁方向に突き出た部分を有する三次元形状を形成
   する際に、その突き出た部分と周壁の各一部を構成する
   光硬化層の形成と同時に、突き出た部分と周壁の間をつ
   なぐ薄い連結層となる光硬化層をも形成するようにする
   請求項４記載の三次元形状の形成方法。 ６　周壁は、その内側の領域の大きさが周壁のどの高さ
   位置でもほぼ同じになっている請求項１から５までのい
   ずれかに記載の三次元形状の形成方法。 ７　三次元形状を構成する第１の光硬化層形成の各段階
   ごとに、第１の光硬化層と周壁を構成する第２の光硬化
   層との間の距離を一定にするようにする請求項４記載の
   三次元形状の形成方法。 ８　光硬化性樹脂液を溜めている槽と、三次元形状を構
   成する第１の光硬化層およびその周囲を囲む周壁となる
   第２の光硬化層を載置して前記槽内を上下動することに
   より形成途中の三次元形状およびこれを囲む周壁を光硬
   化性樹脂液中に浸漬する昇降手段と、形成途中の三次元
   形状およびこれを囲む周壁上に前記浸漬により形成され
   た光硬化性樹脂液層に光を照射するレーザ発生手段とを
   備える三次元形状形成装置。 ９　三次元形状を構成する第１の光硬化層およびその周
   囲を囲む周壁となる第２の光硬化層を載置して上下動す
   る昇降手段と、形成途中の三次元形状を囲む周壁内に上
   方から光硬化性樹脂液を供給する手段と、形成途中の三
   次元形状およびこれを囲む周壁上に前記供給により形成
   された光硬化性樹脂液層に光を照射するレーザ発生手段
   とを備える三次元形状形成装置。 １０　三次元形状の形成位置を囲む位置に設けられる周
   壁と、この周壁内に上下動自在に配置される昇降手段と
   、この昇降手段と周壁に囲まれた空間からなる光硬化性
   樹脂液溜まりと、この光硬化性樹脂液溜まりに対して上
   方から光硬化性樹脂液を供給する手段と、光硬化性樹脂
   液溜まり内に光を照射するレーザ発生手段とを備える三
   次元形状形成装置。 １１　周壁は、その内側の領域の大きさが周壁のどの高
   さ位置でもほぼ同じになっている請求項８から１０まで
   のいずれかに記載の三次元形状形成装置。