JPH0671761A

JPH0671761A - 三次元形状の形成方法

Info

Publication number: JPH0671761A
Application number: JP4227609A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Azuma; 喜万東; Yoshiyuki Uchinono; 内野々良幸; Takeshi Ikemura; 武史池村
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1992-08-26
Filing date: 1992-08-26
Publication date: 1994-03-15

Abstract

(57)【要約】【目的】光硬化性樹脂の硬化収縮に伴って生じる光硬
化層の反りや変形を抑えて、形状精度の高い三次元形状
を形成できる方法を提供する。【構成】光硬化性樹脂液に光を照射して光硬化層を形
成し、この光硬化層を複数層積み重ねて所望の三次元形
状を形成する方法において、光硬化層５を形成する際の
光の照射パターンを、ｎ層、ｎ＋１層、ｎ＋２層などの
各光硬化層５毎に違えることにより、各光硬化層５に生
じる硬化収縮応力の違いを相殺させて、硬化収縮応力に
よる光硬化層５の反りや変形を防止し、三次元形状の形
状精度を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、三次元形状の形成方
法に関し、詳しくは、光の照射によって硬化する光硬化
性樹脂を用いて、立体的な三次元形状を有する物品を成
形製造する方法に関するものである。

【０００２】

【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
工具等を用いることなく、簡単かつ正確に形成すること
ができる方法として、各種の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６１−１１４８１７号公報や特開昭６３−
１４１７２４号公報、特開昭６０−２４７５１５号公報
などに開示された方法がある。

【０００３】特開昭６１−１１４８１７号公報記載の方
法は、つぎように実施される。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、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、レーザ光の照射
位置を水平方向に順次移動させることにより、所定のパ
ターンを有する光硬化層を形成することができる。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
が得られる。

【０００４】上記方法以外にも、光硬化させる樹脂液層
の形成方法や、レーザ光の照射方法、あるいは、光硬化
層の積み重ね方法などが違う様々な方法が提案されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な従来における三次元形状の形成方法では、光の照射に
よる個々の光硬化層の形状精度が正確であっても、光硬
化層を積み重ねて三次元形状を形成すると、光硬化層が
反ったり変形したりして、最終的に形成される三次元形
状の精度が悪くなるという問題があった。

【０００６】これは、先に形成された光硬化層の上に、
新たな光硬化層を形成する際に、光硬化性樹脂の硬化収
縮によって、上下の光硬化層の間に応力が発生し、この
応力で、光硬化層の反りや変形が生じるのである。具体
的には、図３に示すように、光硬化性樹脂液Ｌの液面に
レーザ光Ｒを照射して、先に形成された光硬化層ｍ₀の
上に、新たな光硬化層ｍ₁を形成する場合について考え
る。図３(a) に示すように、レーザ光Ｒを、直線的に繰
り返し走査して、棒状の光硬化体ｃを次々と並べるよう
に形成して、面状の光硬化層ｍ₁を形成する。そうする
と、図３(b) に示すように、レーザ光Ｒを照射された、
棒状光硬化体ｃに対応する一定範囲の光硬化性樹脂Ｌ
が、光硬化を起こすと同時に硬化収縮を起こす。棒状光
硬化体ｃは、片側の側面が先に光硬化された棒状光硬化
体ｃに接合されているとともに、底面は先に形成された
光硬化層ｍ₀に接合されている。このような棒状光硬化
体ｃが硬化収縮を起こせば、棒状硬化体ｃは、先に形成
された隣接する棒状光硬化体ｃ側に収縮変形して、下側
の光硬化層ｍ₀を上方に持ち上げるようとする力が発生
する。図３のように、レーザ光Ｒを、直線的に繰り返し
走査すると、各棒状光硬化体ｃを形成する毎に、同じ方
向に硬化収縮力が作用するので、これらの硬化収縮力が
集積されて、光硬化層ｍ₀、ｍ₁を上方側に反り返るよ
うに変形させてしまうのである。

【０００７】そこで、この発明の課題は、前記したよう
な三次元形状の形成方法において、光硬化性樹脂の硬化
収縮に伴って生じる光硬化層の反りや変形を抑えて、形
状精度の高い三次元形状を形成できる方法を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する、こ
の発明にかかる三次元形状の形成方法は、光硬化性樹脂
液に光を照射して光硬化層を形成し、この光硬化層を複
数層積み重ねて所望の三次元形状を形成する方法におい
て、光硬化層を形成する際の光の照射パターンを、各光
硬化層毎に違える。

【０００９】光硬化性樹脂の材料、光の照射装置、光硬
化層を積み重ねるための装置、あるいは、樹脂液の層を
形成したり、光を照射したり、光硬化層を積み重ねたり
する方法もしくは工程については、前記した先行技術な
どに開示されているような、通常の三次元形状の形成方
法と同様の方法が適用できる。この発明では、個々の光
硬化層を形成する際における光の照射パターンを、光硬
化層毎に違える。光の照射パターンとは、レーザ光など
のビーム状の光を、光硬化層となる領域全体に照射され
るように光を走査する際における、光の走査経路のパタ
ーンを意味している。

【００１０】具体的には、前記した従来技術のように、
光を直線的に繰り返し走査するという照射パターンがあ
る。この場合、光を直線的に走査する方向を違えれば、
異なる照射パターンとなる。光を、光硬化層となる領域
の中心から外周に大きくなる多数の同心円状あるいは同
心多角形状などの同心図形状に走査するという照射パタ
ーンがある。同心図形状でなく、渦巻き状に走査する照
射パターンもある。渦巻きは、直線を屈曲させて構成す
る場合、円あるいは楕円などの曲線で構成する場合があ
る。また、渦巻き状の照射パターンは、中心から外周ま
で連続した１本の走査経路で構成する場合と、光硬化層
となる領域の外方まではみ出す渦巻き状の走査経路を設
定するが、光硬化層となる領域のみで光の照射を行うよ
うにして断続的な走査経路を構成する場合がある。

【００１１】同心状あるいは渦巻き状の場合、光硬化層
の外形と相似形状で段階的に変化する同心図形あるいは
渦巻きで構成する場合などがある。また、中心から外周
へと走査する場合と、外周から中心へと走査する場合で
照射パターンが異なる。光硬化層となる領域を、小さな
領域に分割して、この小領域毎に適当な走査経路で光を
照射して小ブロック状の光硬化層を形成し、この小ブロ
ック状の光硬化層を順次つなげて、全体の光硬化層を形
成するという照射パターンもある。この場合、前記した
小さな領域の形状は、任意の多角形あるいは曲線図形が
採用できるが、正六角形に構成しておけば、いわゆるハ
ニカム構造の光硬化層が形成され、耐変形性などの性能
が良好になる。

【００１２】以上に説明したような各種の照射パターン
を、上下に積み重ねる光硬化層毎に違えながら、各光硬
化層を形成する。上下に隣接する光硬化層で、硬化収縮
に伴って生じる応力の方向や分布が異なるような照射パ
ターンを選択して組み合わせるのが好ましい。三次元形
状を構成する複数の光硬化層は、全ての光硬化層で、光
の照射パターンが違っていてもよいが、硬化収縮応力を
互いに相殺するのに必要な複数の照射パターンの組み合
わせを、上下に何回か繰り返して、全体の光硬化層を形
成することもできる。

【００１３】

【作用】光硬化層を形成する際の光の照射パターンが違
えば、光硬化性樹脂の硬化収縮に伴って生じる応力の方
向や分布も違ってくる。上下に積み重ねる光硬化層で、
上記のような硬化収縮応力の方向や分布を違えておけ
ば、互いの硬化収縮応力が相殺されるので、全体の硬化
収縮応力は小さくなる。

【００１４】その結果、光硬化層を積み重ねて形成され
る三次元形状全体では、反りや変形の発生が少なくな
り、三次元形状の形状精度が向上する。

【００１５】

【実施例】ついで、この発明の実施例について図面を参
照しながら以下に説明する。図２は、三次元形状の形成
方法の１例を示している。樹脂液槽６には、光硬化性樹
脂液１が収容されている。樹脂液槽６の内部には、昇降
自在な成形台３が配置されている。光硬化性樹脂液１の
液面には、レーザ光７が照射されるようになっている。

【００１６】成形台３を、樹脂液１の液面近くに沈めた
状態で、レーザ光７を照射しながら、所定の照射パター
ンで走査すれば、レーザ光７の照射パターンにしたがっ
て、成形台３と液面の間の樹脂液１が光硬化し、所定の
形状を備えた光硬化層５が形成される。ひとつの光硬化
層５が形成されれば、成形台３を少し下降させて、光硬
化層５の上に新たな樹脂液１を供給する。その後、前記
同様の光の照射による光硬化層５の形成および成形台３
の段階的下降動作を繰り返せば、複数の光硬化層５が積
み重ねられた三次元形状の成形品２が作製される。

【００１７】図１は、上記のような三次元形状の形成方
法において、複数の光硬化層５毎の、光の照射パターン
を示しており、矢印の方向が、光の走査経路を表してい
る。例えば、ｎ層の光硬化層５では、概略長方形状の光
硬化層５に対して、短辺方向に直線的に光を照射し、こ
れを順次長辺方向に繰り返している。ｎ＋１層では、上
記ｎ層とは直交する方向に光を走査している。

【００１８】ｎ＋２層では、同心円状に光を走査してい
る。光の走査経路は、光硬化層５の外側にはみ出して設
定されており、この光硬化層５の外側に光の走査経路が
はみ出した領域では、光の照射を遮断して、光硬化層５
の領域のみで光が照射されるようにしている。ｎ＋３層
では、渦巻き状に光を走査している。

【００１９】ｎ＋４層では、光硬化層５の外形と相似形
状の図形が、同心状に配置されるように、光の走査経路
を設定している。ｎ＋５層では、正六角形状の小さな領
域５０に光を照射して光硬化させた後、このような小領
域５０を順次つなげて、光硬化層５を形成している。す
なわち、ハニカム構造の光硬化層５を形成している。

【００２０】

【発明の効果】以上に述べた、この発明にかかる三次元
形状の形成方法によれば、上下に積み重ねる光硬化層毎
に光の照射パターンを違えることで、光硬化層毎の硬化
収縮を相殺させて、三次元形状全体の反りや変形をなく
すことができる。その結果、特別な装置や作業工程を追
加することなく、三次元形状の形状精度を向上させるこ
とができ、光硬化性樹脂を用いた三次元形状の形成方法
の性能向上あるいは用途の拡大に大きく貢献することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例となる方法を表す斜視図

【図２】三次元形状の形成方法の１例を概略的に示す
断面図

【図３】従来技術を説明する概略斜視図(a) および断
面図(b)

【符号の説明】

１光硬化性樹脂液２三次元形状成形品３成形台５光硬化層７レーザ光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光硬化性樹脂液に光を照射して光硬化層
を形成し、この光硬化層を複数層積み重ねて所望の三次
元形状を形成する方法において、光硬化層を形成する際
の光の照射パターンを、各光硬化層毎に違えることを特
徴とする三次元形状の形成方法。
【請求項２】請求項１の方法において、光の照射パタ
ーンとして、直線状の照射経路からなる照射パターン
と、曲線状の照射経路からなる照射パターンとを組み合
わせる三次元形状の形成方法。