JPH05261830A - 光学的造形法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 造形されるモデルの寸法精度を高める。 【構成】 側面又は底面に透光窓１３を有する容器１
１、該透光窓１３の容器１１内側面に対して接離方向に
移動可能なベース２１及び該透光窓１３を通して容器１
１内へ光を照射する光照射装置を備えた光学的造形装置
を用い、該透光窓１３を通して光を照射すると共に前記
ベース２１を徐々に窓から離反方向へ移動させ、目的形
状体の一断面に相当する硬化層２４を前記ベース２１上
に積み重ねることにより目的形状体を造形する光学的造
形法において、最も最後に形成される最終硬化層２４Ｌ
を形成する際に照射される光のエネルギー量をそれ以前
の硬化層２４形成時に照射されるエネルギー量よりも大
きくする。 【効果】 反りが全く又は殆どない寸法精度のすぐれた
造形体を製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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関す
る。

【０００２】

【従来の技術】光硬化性樹脂に光束を照射して、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、さらにその上側又は下側に光硬化性樹脂を供給
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６０−２４７５１
５号、６２−３５９６６号、６２−１０１４０８号など
により公知である。光束を走査する代りにマスクを用い
る方法も公知である。

【０００３】この光学的造形法の一例について第１、２
図を参照して説明する。

【０００４】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、石英ガラス等の透光板
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１５、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（照
射装置）が設けられている。

【０００５】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。これら移動装置１７、エレベータ２２はコンピュー
タ２３により制御される。

【０００６】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移動装置
により行なわれる。

【０００７】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２１をわずかに上昇させ、硬化層２４と透光
窓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なう。この手順を繰り返すこと
により、目的形状の硬化体が多層積層体として得られ
る。

【０００８】目的形状体のすべての層を形成した後、硬
化物（多層積層体）３０をベース２１から取り外す。そ
して、必要に応じ、硬化体全体に対しランプ等で光を当
て、仕上げ処理（後硬化処理）を施して各硬化層２４中
に残留する未硬化樹脂を硬化させる。これにより、十分
な強度を有した目的形状体を得ることができる。

【０００９】第１、２図の装置では、透光窓１３を容器
の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、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こともある。

【００１０】第１、２図の装置では透光窓を通して光の
照射を行なっているが、容器１１の上方から樹脂液面に
向って光を照射することもある。

【００１１】第１、２図の装置では、Ｘ−Ｙ移動装置１
７により光束１４を走査しているが、光源からの光をミ
ラー（図示略）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することもある。こ
の場合はミラーを回転させることにより光束を走査す
る。

【００１２】第１、２図の装置では光束１４を走査する
ことにより硬化層２４を創成しているが、例えば第３図
の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３図のその他の符号は第１、２図と同一部材を示
している。

【００１３】前記光硬化性樹脂としては、光照射により
硬化する種々の樹脂が用いられている。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である。

【００１４】前記光としては、使用する光硬化性樹脂に
応じ、可視光、紫外光等種々の光が用いられる。該光と
して、レーザ光を採用することにより、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。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】このようにして得られ
た多層積層体は、造形直後にあっては未硬化樹脂を多少
なりとも含有している。そこで、前述の通り、未硬化樹
脂を硬化させるべく、多層積層体（以下、モデルという
ことがある。）３０に対し外面から光を当てる後硬化処
理を行うことがある。

【００１６】本発明者らが種々の試作を行なったとこ
ろ、多層状積層体よりなるモデル３０が、後硬化処理に
より第４図の如く反り返ることが認められた。第４図の
ｄは上面の反り変形量を示している。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の光学的造形法
は、光硬化性樹脂を収容する容器、移動可能なベース及
び該容器内へ光を照射する光照射装置を備えた光学的造
形装置を用い、該容器内の光硬化性樹脂に光を照射する
と共に前記ベースを徐々に移動させ、目的形状体の一断
面に相当する硬化層を前記ベース上に積み重ねることに
より目的形状体を造形する光学的造形法において、最も
最後に形成される最終硬化層を形成する際に照射される
光のエネルギー量を、それ以前の硬化層形成時に照射さ
れる光のエネルギー量よりも大きくすることを特徴とす
るものである。

【００１８】

【作用】モデルの後硬化処理による反りの原因について
種々検討を重ねたところ、最終硬化層又はその近傍層に
おける光の照射エネルギー量がそれ以前の層に比べ不足
しており、それ故に最終硬化層及びその近傍層中には、
それ以前の層に比べ未硬化樹脂が多く含まれていること
が分った。

【００１９】即ち、ある層（第ｎ層）を形成すべく光を
照射する場合、その光の一部は、第ｎ層形成予定域の未
硬化樹脂液を透過し、既に形成されている第（ｎ−１）
層や第（ｎ−２）層… …にも吸収され、該第（ｎ−
１）層、第（ｎ−２）層…中の未硬化樹脂を硬化反応さ
せる。

【００２０】ところが、最終硬化層やその近傍層へは、
それに後続する硬化層が全く又は殆どない。そのため、
最終硬化層やその近傍層への照射光の総量がそれ以前の
層に比べ少なくなり、その結果として最終硬化層やその
近傍層中には未硬化樹脂が比較的多く残留するのであ
る。

【００２１】未硬化樹脂を多く含むと、それだけ後硬化
処理時の硬化収縮量が多くなるから、第４図の如く、最
終硬化層２４Ｌ側が凹む反り現象が生じる。

【００２２】本発明方法によると、最終硬化層を形成す
るときに、それ以前の層形成時よりも多量の光エネルギ
ー量を照射する。このため、最終硬化層又はその近傍層
中における未硬化樹脂量がそれ以前の硬化層と同等程度
になり、後硬化処理時の各硬化層の収縮が均等化され
る。この結果、モデルの反りが防止される。

【００２３】

【実施例】

実施例１ 第１、２図に示した装置を用い、光硬化性樹脂として変
性ポリウレタンメタクリレートを用い、波長３２５ｎｍ
のレーザ光を照射することによりモデルを形成した。こ
のモデルの各硬化層は、２０ｍｍ×１００ｍｍの長方形
状であり、厚さは０．２ｍｍである。

【００２４】第５図の如く、この硬化層を２５層積層す
ることにより、２０ｍｍ×１００ｍｍ×５ｍｍの直方体
形状のモデルを作成した。

【００２５】光束１４の走査速度は各硬化層とも共通と
し、レーザ出力を変えることにより最終硬化層及びその
近傍層への照射エネルギー量をそれ以前よりも増大させ
た。各硬化層を形成するときのレーザ出力は次の通りで
ある。

【００２６】第１層〜第２４層 １０ｍｗ 第２５層（最終層） １２．５ｍｗ その後、モデルに対し紫外線ランプによって紫外線を当
て、後硬化処理を行った。この処理後のモデル上面の反
り変形量ｄ（第４図参照）は０．１ｍｍと僅小であっ
た。

【００２７】比較例１ 実施例１において、第１層〜最終層まですべて同一レー
ザ出力（１０ｍｗ）でモデルを作成し、同様に後硬化処
理した。この処理後のモデルの反り変形量ｄは２ｍｍと
大きなものであった。

【００２８】なお、実施例１ではレーザ出力の調節によ
り照射エネルギー量を調節したが、走査速度を変化させ
る；走査ピッチを変化させる；あるいは同一硬化層を複
数回走査する（走査回数を変化させる）；等の手法によ
っても硬化層形成時の照射エネルギー量を調節でき、同
様に優れた結果を得ることができた。

【００２９】

【発明の効果】以上の通り、本発明の光学的造形法によ
ると、反りが全く又は殆どない寸法精度のすぐれた造形
体を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光学的造形装置の構成図である。

【図２】光学的造形装置の構成図である。

【図３】光学的造形装置の構成図である。

【図４】モデルの変形説明図である。

【図５】モデルの積層構成図である。

【符号の説明】

１２ 光硬化性樹脂 １３ 透光窓 １６ 光ファイバー ２０ 光源 ２１ ベース ２２ エレベータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光硬化性樹脂を収容する容器、移動可能
   なベース及び該容器内へ光を照射する光照射装置を備え
   た光学的造形装置を用い、該容器内の光硬化性樹脂に光
   を照射すると共に前記ベースを徐々に移動させ、目的形
   状体の一断面に相当する硬化層を前記ベース上に積み重
   ねることにより目的形状体を造形する光学的造形法にお
   いて、 最も最後に形成される最終硬化層を形成する際に照射さ
   れる光のエネルギー量を、それ以前の硬化層形成時に照
   射される光のエネルギー量よりも大きくすることを特徴
   とする光学的造形法。