JPH1024494A - 光造形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光造形において、モデル以外にモデルを支える
部分を硬化積層する為、光造形の高速化が妨げられる。
このモデル以外の硬化部分を省略し高速に光造形する方
法および装置を提供する。 【解決手段】モデルを支える保持部品を予め装置に設置
する。モデル保持部品を個別に移動制御できる機構とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は三次元ＣＡＤデータ
から形状モデルを短期に作成する技術である光造形技
術，装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来は（特公平５−３３９００号公報）
作成モデルを基盤上に形成する、前記基盤と作成モデル
の間に、モデル作成後に除去可能な支持部を光により硬
化する方法で形成するとある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】光造形ではモデルと基
盤の間に、オーバーハング部分の変形防止およびモデル
の転倒防止の為に支持部を形成することが一般的となっ
ている。この支持部の作成はモデルと同様、光による硬
化で形成される。そのため、本来の目的であるモデル形
成に費やす光の照射時間とは別に、さらにこの支持部を
作成の光照射時間が費やされ、モデル作成時間が増大す
る問題がある。また上記支持部はモデル完成後にモデル
から取り外され、廃棄される部分であり資源の無駄、コ
ストアップになる等の問題もある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】モデルを保持する複数の
保持部品をあらかじめ装置に設け、上記保持部品を積層
方向へ移動する手段および上記移動を個別制御する手段
を光造形装置に設けることで達成される。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を用い
て説明する。図１は本発明の一実施例の光造形装置の説
明図である。光硬化樹脂１は光硬化樹脂タンク２の中に
注入されている。光硬化樹脂タンク２の中には、レーザ
７により硬化する硬化層８を支える為の柱状のモデル保
持部品３が光硬化樹脂タンク２の底部に複数設置されて
いる。モデル保持部品３の設置状態は、図２で説明す
る。モデル保持部品３は光硬化樹脂タンク２内のＸ軸お
よびＹ軸方向に規制正しく配置され、配列番号（Ｘｎ，
Ｙｎ）が付けられている。本実施例では２０mm間隔で設
置しているが２０mmに限定しない。モデルを支えられる
間隔であれば、２０mmより広くてもまた狭くてもよい。
再び図１に戻り光造形装置の構成を説明をする。モデル
保持部品３は移動手段４により積層方向への動作が可能
となっている。移動手段４として、本発明ではリニア送
りタイプのパルスモータを使用しているが、油圧ポンプ
等他の手段を用いてもよい。光硬化樹脂タンク２の上方
から照射されるレーザ光７はレーザ発信器１１で発し、
ガルバノミラー１２（Ｘ軸，Ｙ軸）を経て光硬化樹脂１
の液面を走査する。光造形システム制御回路５は、等高
線描画データ１３を読み込み、ガルバノミラー１２およ
び移動手段４の動きを制御する。さらに、光造形システ
ム制御回路５は、各モデル保持部品３の配置データ６と
等高線描画データ１３の等高線で表示されるモデル輪郭
形状との関係処理機能を持っている。

【０００６】次に本発明における実際の動作を説明す
る。まずモデル保持部品３を光硬化樹脂１の液面より積
層ピッチＰだけ下方に位置する。光造形システム制御回
路５に第１層の等高線描画データ１３を読み込み等高線
描画データ１３に従いガルバノミラー１２を動作し、レ
ーザ発信器１１に発したレーザ光７を光硬化樹脂１の液
面に照射する。光硬化樹脂１のレーザ光７を照射された
部位は直ちに硬化し、硬化層８が形成される。一層分の
走査が完了後、光造形システム制御回路５は、各モデル
保持部品３の配置データ６と等高線描画データ１３の等
高線で表示されるモデル輪郭形状とを比較し、等高線描
画データ１３のモデル輪郭線の内側または、モデル輪郭
線と交差する位置に保持部品３がある時、その位置にフ
ラグを立てモデル保持部品３の移動有無を示す動作マッ
プ１０を作成する。この動作マップ１０に従い、移動手
段４はモデル輪郭線の内側または、モデル輪郭線と交差
する位置にあり、フラグの立てられたモデル保持部品３
を積層ピッチＰだけさらに深く光硬化樹脂１の液面より
沈める。次に第２層の等高線描画データ１３を読み込
む。第１層を硬化したのと同様に第２層の等高線描画デ
ータ１３に従い、レーザ光７を光硬化樹脂１の液面に照
射する。次にモデル保持部品３を移動させるが、この時
既にフラグを立てた位置のモデル保持部品３は、硬化層
８に接続されているので硬化層８を積層ピッチＰだけ沈
めるには、既に１度フラグを立てた位置のモデル保持部
品３も併せて沈める必要がある。すなわち、光造形シス
テム制御回路５は、既にフラグを立てられたモデル保持
部品３の位置と新たに読み込んだ等高線描画データ１３
とモデル保持部品３の配置データ６との関係からフラグ
を立てられたモデル保持部品３の位置から移動手段４を
稼動する動作マップ１０を作成する。この動作マップ１
０に従い、移動手段４はフラグを立てられた位置にある
モデル保持部品３を積層ピッチＰだけさらに深く光硬化
樹脂１の液面より沈める。次に第３層の等高線描画デー
タ１３を読み込む、というこれらの動作を繰り返しモデ
ルを作成する。

【０００７】図３は、この動作における動作マップ１０
の作成アルゴリズムを示す。

【０００８】図４は、モデル保持部品３の配列と等高線
描画データ１３の関係の説明図である。等高線描画デー
タ１３の範囲は斜線部で示した位置であり、モデル保持
部品３の内（Ｘ２，Ｙ２）（Ｘ２，Ｙ３）（Ｘ３，Ｙ
２）（Ｘ３，Ｙ３）が等高線描画データ１３と重なって
いる。この配置に対し、動作マップ１０にＺ動作を示す
フラグが立てられる。

【０００９】図５（ａ）は本発明におけるモデル保持部
品３を移動する移動手段４の別の形態を説明する図であ
る。前述では、各モデル保持部品３ごとに移動手段４が
有り、複数の移動手段４で構成されていたが、本形態で
は一つの移動手段４で構成されている。

【００１０】移動手段４は光硬化樹脂タンク２の外側に
有り、光硬化樹脂タンク２内に設置されたステージ９を
積層方向に移動する手段を有している。ステージ９に
は、モデル保持部品３が通過できる大きさの孔が開けら
れており、その孔を通してモデル保持部品３が設置され
ている。さらに、ステージ９の各孔部分には、モデル保
持部品３をステージ９に固定するロック機構１４が設け
られている。本発明の動作は実施形態と同様に、モデル
保持部品３を光造形硬化樹脂１の液面から積層ピッチＰ
だけ沈め、光造形制御システム回路５に読み込んだ等高
線描画データ１３に従いガルバノミラー１２を動作し、
硬化層８を形成する。光造形制御システム回路５は、一
層分のレーザ走査完了後モデル保持部品３の配列データ
６と等高線描画データ１３で描かれる等高線の輪郭線の
内側および輪郭線と交差する位置のモデル保持部品３の
位置にフラグを立てる、このフラグを立てられたモデル
部品３の位置にあるロック機構１４に対して、ロック動
作を行いモデル保持部品３をステージ９に固定し、フラ
グの無いモデル保持部品３に位置あるロック機構はロッ
ク動作を行わないことを命令する動作マップ１０を作成
する。動作マップ１０に従いロック機構１４はモデル保
持部品３をロックし、ステージ９に固定する。その後、
移動手段４を介しステージ９を積層ピッチＰだけ沈め
る。これにより、動作マップ１０に従いロックされたモ
デル保持部品３のみがステージ９の移動に伴い選択的に
移動される。次に、第１層を硬化したのと同様に、第２
層の等高線描画データ１３に従いレーザ光７を光硬化樹
脂１の液面に照射する。再び、モデル保持部品３を移動
するが、硬化層８を積層ピッチＰだけ沈めるには、モデ
ル保持部品３の配列データ６と第２層の等高線描画デー
タ１３の関係から、等高線の輪郭線内にあるかまたは輪
郭線と交差する位置にありフラグを立てられたモデル保
持部品３だけでなく、既に１回でもフラグを立てた位置
にあるモデル保持部品３についても積層ピッチＰだけ沈
める必要がある。従って、２層目以降でのロック機構１
４の動作マップ１０に記される位置は、モデル保持部品
３の配列データ６と等高線描画データ１３の関係からフ
ラグを立てられたモデル保持部品３の位置と過去フラグ
を立てたモデル保持部品３の位置とを足した位置とな
る。この過去フラグを立てられたモデル保持部品３の位
置が加えられた動作マップ１０に従い、ロック機構１４
は、モデル保持部品３をロックし、ステージ９に固定す
る。そして、ステージ９を積層ピッチＰだけ移動手段４
を介し光硬化樹脂１の液面より沈める。続いて第３層の
等高線描画データ１３に従いレーザ光７を光硬化樹脂１
の液面に硬化する、という動作を繰り返す。図５（ｂ）
は、本発明におけるモデル保持部品３が固定されるステ
ージ９の別の形態を説明する図である。ステージ９は、
光硬化樹脂タンク２の内側でなく外側にあっても構わな
い。

【００１１】図６は、本発明のモデル保持部品３におい
て別の移動方法を説明する光造形装置の構成図である。
光硬化樹脂タンク２内に注入されている光硬化樹脂１の
液中にステージ９が設置されており、ステージ９は、ス
テージ移動手段１５を介し、積層方向への移動が可能と
なっている。また、ステージ９上には約２０mm間隔で柱
状のモデル保持部品３がステージ９を貫通する形で配置
され、各モデル保持部品３には配列番号（Ｘｎ，Ｙｎ）
がつけられている。さらに、モデル保持部品３の積層方
向への移動を個別に制御するための移動手段４がモデル
保持部品３と同じ数だけステージ９に配置されている。

【００１２】光硬化樹脂タンク２の上方から照射される
レーザ光７はレーザ発信器１１で発し、ガルバノミラー
１２（Ｘ軸，Ｙ軸）を経て、光硬化樹脂１の液面に照射
される。光硬化樹脂５は等高線描画データ１３を読みガ
ルバノミラー１２と移動手段４、ステージ移動手段１５
の動きを制御する。さらに、等高線描画データ１３とモ
デル保持部品３の配置データ６との関係を処理する機能
も有している。

【００１３】本発明の動作は、モデル保持部品３を硬化
樹脂１の液面からＰだけ沈めた状態から光造形システム
回路５に第１層の等高線描画データ１３を読み込み、等
高線描画データ１３に従いガルバノミラー１２を動作
し、レーザ発信器１１に発したレーザ光７を光硬化樹脂
１の液面に照射する。一層分のレーザ走査が完了後、光
造形システム回路５は、各モデル保持部品３の配置デー
タ６と等高線描画データ１３とを比較し、等高線描画デ
ータ１３により描かれる等高線の輪郭線の内側および等
高線と交差する位置に有るモデル保持部品３の位置にフ
ラグを立てる。モデル保持部品３の配置データ６からフ
ラグの立ったモデル保持部品３の位置を除き、フラグの
立っていない位置にあるモデル保持部品３を移動手段４
を介し積層ピッチＰだけ、光硬化樹脂１の液面方向に移
動する。さらに、ステージ移動手段１５を介しステージ
９を積層ピッチＰだけ沈める。これにより硬化層８に関
係し、フラグが立てられた位置のモデル保持部品３だけ
が、レーザ走査前と比べ選択的に積層ピッチＰだけ液面
より下方に沈められた形となる。

【００１４】次に第１層を硬化したのと同様に、第２層
の等高線描画データ１３に従い、レーザ光７を光硬化樹
脂１の液面に照射する。ここで、次層を形成するため硬
化層８だけを選択的に沈めるには、等高線描画データ１
３とモデル保持部品３の配置データ６の関係からフラグ
を立てた位置のモデル保持部品３に加え、既にフラグが
立てられ、硬化層８に接続しているモデル保持部品３を
除く位置にあるモデル保持部品３を、移動手段４を介し
積層ピッチＰだけ光硬化樹脂１の液面方向に上昇させ、
ステージ移動手段１５を介し、ステージ９を積層ピッチ
Ｐだけ光硬化樹脂１の液面から沈めれば良い。

【００１５】そして、第３層の等高線描画データ１３に
従い、レーザ光７を照射するという動作を繰り返す。

【００１６】図７は動作における動作マップの作成アル
ゴリズムを示す。

【００１７】図８は本発明において、モデル保持部品３
と接続されない位置に等高線描画データ１３の輪郭線範
囲がある場合の対処法の説明図であり、モデル保持部品
３と等高線描画データ１３の関係を光硬化樹脂タンク２
の上方から示した図である。等高線描画データ１３の輪
郭線範囲がモデル保持部品３の配列ピッチより全体的に
小さいまたはＸ，Ｙ方向のどちらか一方が小さい場合に
は、等高線描画データに従い硬化される硬化層８はモデ
ル保持部品３と接続されず、次層を形成するために、積
層方向へ移動することができない問題が生じる。このよ
うな問題を生じる等高線描画データ１３が存在するとき
は、等高線描画データ１３に従い硬化される硬化層８と
等高線描画データ１３の輪郭線近くにあるモデル保持部
品３とを光硬化樹脂１を硬化してつなぐ為の接続データ
１６を作成する機能を光造形システム制御回路５に付加
することで回避できる。

【００１８】接続データ１６を作成する手順は、まずモ
デル保持部品３と未接続となる等高線描画データ１３が
第ｎ層にあった場合、第ｎ層のモデル保持部品３と未接
続となる等高線描画データ１３の輪郭線範囲と等高線描
画データの一つ前の第（ｎ−１）層における等高線描画
データ１３との輪郭線範囲を比較する。第ｎ層のモデル
保持部品３と未接続となる等高線描画データ１３の輪郭
線範囲と第（ｎ−１）層の等高線描画データ１３の輪郭
線範囲とで交差する部分があれば、第ｎ層のモデル保持
部品３と未接続となる等高線描画データ１３に従い硬化
される硬化層８は、第（ｎ−１）層の等高線描画データ
１３に従い硬化される硬化層８と接続されるため、第ｎ
層のモデル保持部品３と未接続となる等高線描画データ
１３に対しては、接続データ１６を作成する必要はな
い。第ｎ層のモデル保持部品３と未接続となる等高線描
画データ１３が、前の層である第（ｎ−１）層の等高線
描画データ１３との交わりを持たない場合には、第ｎ層
のモデル保持部品３と未接続となる等高線描画データ１
３に対しては、接続データ１６を作成する必要がある。

【００１９】図８での接続データ１６の作成方法は、モ
デル保持部品３と接続されず、かつ前層の等高線描画デ
ータ１３の輪郭線範囲との交わりのない等高線描画デー
タ１３が存在する層を対象に、接続データ１６を作成す
る方法を示している。モデル保持部品３と接続されない
等高線描画データ１３の輪郭線範囲にたいして、輪郭線
と輪郭線近くにあるモデル保持部品３とを光硬化樹脂１
を硬化することでつなぐ接続データ１６を作成する例で
ある。

【００２０】図９は本発明において、モデル保持部品３
と接続されない等高線描画データ１３が存在したとき、
これを光硬化樹脂１を硬化してつなぐための接続データ
１６を作成する別の方法を説明する図であり、光樹脂タ
ンク２の側面から見た図である。

【００２１】モデル保持部品３と接続されず、かつ前層
の等高線描画データ１３の輪郭線範囲との交わりのない
等高線描画データ１３とモデル保持部品３をつなぐ接続
データ１６は、等高線描画データ１３の下層から等高線
描画データ１３の近くにあるモデル保持部品３を枝分か
れするような形で保持する形をとっている。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、作成するモデルを支え
るための保持部分を光により硬化作成する部分を非常に
少なく押さえられる。このことにより光で保持部分を作
成していた時間を省略でき、高速な造形ができる。ま
た、一つのモデル作成にかかる時間が短縮されることに
より、レーザの効率的利用ができる。さらに、従来廃棄
していたモデル保持部の作成が非常に少ない為、原料の
節約効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の説明図。

【図２】本発明の実施形態であるモデル保持部品の配置
形態の説明図。

【図３】本発明の実施形態であるモデル保持部品の動作
を指示する動作マップを作成するアルゴリズムの説明
図。

【図４】本発明の実施形態であるモデル保持部品と等高
線描画データの関係の説明図。

【図５】本発明の実施形態であるモデル保持部品の別の
移動手段の説明図。

【図６】本発明の実施形態であるモデル保持部品の別の
移動方法の説明図。

【図７】本発明の実施形態であるモデル保持部品の別の
移動動作を指示する動作マップを作成するアルゴリズム
の説明図。

【図８】本発明の実施形態である接続データの作成方法
の説明図。

【図９】本発明の実施形態である接続データの別の作成
方法の説明図。

【符号の説明】

１…光硬化樹脂、２…光硬化樹脂タンク、３…モデル保
持部品、４…移動手段、５…光造形システム制御回路、
６…モデル保持部品配置データ、７…レーザ光、８…硬
化層、９…ステージ、１０…動作マップ、１１…レーザ
発信器、１２…ガルバノミラー、１３…等高線描画デー
タ、１４…ロック機構、１５…ステージ移動手段、１６
…接続データ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 清 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所マルチメディアシステム開 発本部内 (72)発明者 遠藤 敏朗 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所マルチメディアシステム開 発本部内 (72)発明者 村中 昌幸 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株 式会社日立製作所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】未硬化液状の光硬化樹脂の液面を等高線描
   画データに従って露光硬化し、硬化層の上に未硬化の樹
   脂層を所定厚さ形成し、未硬化樹脂層を次の等高線描画
   データに従って露光硬化させることを繰り返して逐次積
   層して形状モデルを造形する光造形装置において、造形
   する底部にあらかじめ設けられた複数の柱状のモデル保
   持部品を配置し、上記モデル保持部品は等高線描画デー
   タに従って、光造形の積層方向に個別に移動できる構成
   であることを特徴とする光造形装置。
2. 【請求項２】請求項１において、上記モデル保持部品は
   積層方向への移動手段を介し移動でき、上記モデル保持
   部品の移動は、まず複数の上記モデル保持部品の配置デ
   ータと等高線描画データを比較し、上記モデル保持部品
   の位置が、等高線で描かれるモデル形状の輪郭線の内側
   にあり、または上記輪郭線と交差する状態となっている
   位置にフラグを立て、上記フラグの立てられた位置のモ
   デル保持部品を動かすために動作ップを作成し、上記等
   高線描画データの前の層の等高線描画データとの比較に
   より、既にフラグの立てられたモデル保持部品の位置が
   あれば、その位置も含めて動作マップを作成し、 このように作成された動作マップに従い、モデル保持部
   品の移動を個別制御する手段を有する光造形装置。
3. 【請求項３】未硬化液状の光硬化樹脂の液面を等高線描
   画データに従って露光硬化し、硬化層の上に未硬化の樹
   脂層を所定厚さ形成し、未硬化樹脂層を次の等高線描画
   データに従って露光硬化させることを繰り返して逐次積
   層して形状モデルを造形する光造形装置において、光硬
   化樹脂タンク内に設置された積層方向への移動が可能な
   ステージに複数の柱状のモデル保持部品をあらかじめ配
   置し、ステージの移動とは関係なく、それらモデル保持
   部品は等高線描画データに従い、光造形の積層方向に個
   別に移動できる手段を備えた構成であることを特徴とす
   る光造形装置。
4. 【請求項４】請求項３において、上記モデル保持部品は
   積層方法への移動手段を介し移動でき、上記モデル保持
   部品の移動は、まず複数の上記柱状部品の配置データと
   等高線描画データを比較し、上記モデル保持部品の位置
   が、等高線で描かれるモデル形状の輪郭線の内側にあ
   り、または上記輪郭線と交差する状態となっている位置
   にフラグを立て、上記フラグの立てられていない位置の
   モデル保持部品を動かすための動作ップを作成し、上記
   等高線描画データの前の層の等高線描画データとの比較
   により、既にフラグの立てられたモデル保持部品の位置
   があれば、その位置を除外した動作マップを作成し、 このように作成された動作マップに従い、モデル保持部
   品の移動を個別制御する手段を有する光造形装置。
5. 【請求項５】光造形における上記等高線描画データがあ
   らかじめ設けられた上記モデル保持部品に接続されない
   位置にある時、上記等高線描画データと上記モデル保持
   部品を接続する為の接続データを作成する機能を有する
   請求項１または３に記載の光造形装置。