JPS61114818A - 立体形状形成装置 - 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〕 本発明は光硬化型樹脂にレーザビーム照射手段を用いて
選択的に露光硬化を行い、３次元立体情報を表示する立
体模型形状を形成する立体形状形成装置に係り、特に光
硬化型樹脂材の供給手段の改良に関するものである。

３次元的な立体情報を表示する方法として、ホログラフ
ィ−による立体視表示、透視図表示、投影図表示及び等
高線表示等が開発され、一般に広く用いられている。こ
れらはホログラフィ−を除いて、何れも３次元情報を２
次元情報に変換する手順が含まれており、表示した立体
形状を直感的に把握し、充分に理解し得るには必ずしも
満足し得る技法とは言えない。

この点、前記ホログラフィ−は視覚的、直感的に上記の
技法より極めて有利であるが、立体形状を得るのに再生
装置が必要であり、又、実在しない仮想物体を表示する
ことが困難で有る。

このようなことから立体情報を直感的に把握し理解し易
く表示するためには、模型等の立体形状を作成すること
が最善であることから、立体模型形状を形成する方法と
して、樹脂材収容容器内に光硬化型樹脂材を段階的に供
給し、該樹脂材供給毎にその光硬化型樹脂材をレーザビ
ーム照射手段等により選択的に光硬化させて複雑な立体
模型形状を積層状に形成する方法が提案されている。

しかしこのような従来の形成方法にあっては、光硬化型
樹脂材を段階的に供給するのに、オーバーフロ一方式を
用いているため、供給に長時間を要し、全形成工程時間
に大きく影響する問題があり、樹脂供給時間の短縮が要
望されている。

〔従来の技術〕

従来、光硬化型樹脂材を用い、レーザビーム照射手段に
よって３次元的な立体情報を表示する模型形状を形成す
る方法としては、第７図に示すように液状の光硬化型樹
脂材３を充満した収容容器１内の昇降支持台２を所定寸
法分降下して該昇降支持台２上に一要分の光硬化型樹脂
材４をオーバーフローさせることにより供給する。

しかる後、−要分の光硬化型樹脂材４に対して、例えば
作成すべき模型形状を高さ方向に幾かの輪切り状に分割
した断面情報パターン信号の内の第１情報パターン信号
によってレーザビーム５、又は光硬化型樹脂材４側をＸ
、　Ｙ方向に移動走査してビーム照射を行い、選択的に
露光硬化せしめて第１硬化樹脂Ｆｆ４ａを形成する。

次に第８図に示すように再び前記昇降支持台２を所定寸
法分降下し、該昇降支持台２上の前記第１硬化樹脂層４
ａ上に新たな二層目の光硬化型樹脂材６を前記同様に供
給し、該光硬化型樹脂材６に対して第９図に示すように
第２情報パターン信号によって同様にレーザビーム５を
照射して、選択的に露光硬化せしめ、第２硬化樹脂層６
ａを形成する。

以下同様にして第１０図に示すように該昇降支持台２上
の前記第２硬化樹脂層６ａ上に、更に新たな三層目の光
硬化型樹脂材７を供給し、該光硬化型樹脂材７に対して
第１１図に示すように第３情報パターン信号によってレ
ーザビーム５を照射して、選択的に露光硬化せしめ、第
３硬化樹脂層７ａを形成することにより、最終的に該液
状の光硬化型樹脂材３中に積層状の立体硬化樹脂像が形
成される。

この立体硬化樹脂像を液状光硬化型樹脂材３中より取り
出し、希アルカリ洗浄溶液で該液状光硬化型樹脂材３を
洗い流すことによって、第１２図に示すように所望とす
る３次元的な立体情報を表示する模型形状８を作成して
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記形成方法における液状光硬化型樹脂
材３の供給方法が、−要分だけ降下した昇降支持台２上
、或いは該昇降支持台２上の既に形成された硬化樹脂層
４８又は６ａ上に、第８図、第１０図に示すように液状
光硬化型樹脂材４又は６を自然に流れ込ませる、所謂オ
ーバーフロ一方式により供給しているため、平坦な供給
樹脂面を得るのに該液状光硬化型樹脂材３０粘度との関
係と相俟って、かなりの供給時間を必要としている。

従って、上記のように立体形状を積層状に形成する場合
には、該液状光硬化型樹脂材３の全供給時間が、−要分
の樹脂材供給時間の層数倍となり、全形成工程時間に大
きく影響する問題がある。

又、用いられる液状光硬化型樹脂材３の粘度が高くなる
と供給時間が増大することは勿論のこと、各液状光硬化
型樹脂材層の厚さを薄く制御することが困難となり、形
成工程の高速化、高精度化に大きな障害となっている。

更に、既に露光硬化された硬化樹脂層４ａ、　６ｂ上に
液状光硬化型樹脂材３を供給する場合、各硬化樹脂層の
体積、又は表面積が一定でないため、各樹脂屡形成毎の
樹脂材供給時間が異なり、当該立体形状の全形成工程の
制御が容易でないといった欠点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、樹脂収容容器に収容された液状光硬化型
樹脂材に、レーザ光学系によりビーム照射を行って、該
光硬化型樹脂材を選択的に硬化せしめ、立体形状を形成
する装置において、上記樹脂収容容器上に、該容器の何
れ、が一方の容器幅に対応する長さの平滑板を、樹脂供
給口より樹脂収容容器に供給される液状光硬化型樹脂材
に対して、前記平滑板をその長さ方向と水平に直交する
方向に移動させて平滑面を有する均一な層厚とする構成
より成る本発明による立体形状形成装置によって解決さ
れる。

〔作用〕

即ち、樹脂収容容器上に該容器の移動方向と直交する容
器幅に対応する長さの平滑板と、光硬化型樹脂材を供給
する複数の樹脂供給口とを平列配置した構成とし、立体
形状を形成するに際し、前記樹脂供給口より光硬化型樹
脂材を樹脂収容容器内に供給し、その供給される光硬化
型樹脂材に対して所定高さに保持された平滑板を当接せ
しめることにより、樹脂収容容器に対して供給される光
硬化型樹脂材の層厚が、短時間で容易に所定層厚に均一
化されると共に、その表面も平滑面とすることが可能と
なる。

従って、上記平滑面とされて行く光硬化型樹脂材の表面
に追従して順次レーザ光学系によりビーム照射を選択的
に行い、更に以上のような操作を繰り返すと、所望とす
る立体形状を高速に作成することができる。

〔実施例〕

以下図面を用いて本発明の実施例について詳細に説明す
る。

第１図は本発明に係る立体形状形成装置の一実施例を示
す概略構成斜視図である。

同図において２１はレーザビーム２２を出射するレーザ
装置、２３は例えば音響光学効果、電気光学効果、或い
は磁気光学効果等の機能素子を用いた光変調器、２４は
反射鏡、２５．２６はレンズ、２７は回転多面鏡、２８
は回転多面鏡２７によって走査されるレーザビーム２２
を、照射面に対して等速度走査を行う機能を有するｆθ
レンズであり、該ｆθレンズ２８によって照射面にレー
ザビーム２２の焦点を設定することができ、該焦点での
レーザビーム径を微小径とすることができると共に、ビ
ームエネルギーの集中照射が可能となる。２９は走査用
反射鏡である。

又、３０は液状光硬化性樹脂材３１を収容する樹脂収容
容器、３２は支持台、３３は該支持台３２を矢印Ａの方
向に移動走査すると共に、矢印Ｂで示す上下方向にも微
動調整出来る副走査機構部であり、更に前記樹脂収容容
器３０上には、該容器３０の移動方向と直交する容器幅
に略相等する長さのスキージ３４と、液状光硬化型樹脂
材３１を供給する複数の樹脂供給口３６を備えた樹脂材
供給部３５が図示のように並列配置した構成とされて、
いる。

上記レーザ装置２１から出射されたレーザビーム２２は
光度１１器２３で変調され、レンズ２５．２６により適
当なビーム径に変換されると共に、回転多面鏡２７によ
って偏向され、更にｆθレンズ２８によって等速走査さ
れ、走査用反射鏡２９により樹脂収容容器３０の液状光
硬化型樹脂材３１表面上の走査線Ｃに焦点を結ぶ形で照
射される。

さて、上記した装置を適用して３次元的な立体情報を表
示する所望の立体模型形状を形成するには、先ず第２図
に示すように支持台３２上に載置された樹脂収容容器３
０内にスキージ３４を該容器３ｏの底面より所定高さｈ
に離間配置すると共に、ｆθレンズ２８の焦点位置も前
記所定高さｈ面に調節する。又、レーザビーム２２の主
走査位置を前記スキージ３４と副走査方向に間隔ｌだけ
離間して定める。

次に、例えば樹脂材供給部３５の複数の樹脂供給口、本
実施例では２つの樹脂供給口３６より一定量の液状光硬
化型樹脂材３１の供給後、前記樹脂収容容器３０を副走
査機構部３３により矢印Ａの方向に移動させる。

この際に供給される前記樹脂材３１は第３図に示すよう
に平滑板３４によって所定層厚に平滑にならされ、て行
き、樹脂収容容器３０が移動開始位置より間隔２以上移
動した時点より、該液状光硬化型樹脂材層３１に対して
、図示しない形状信号制御回路からの出力する信号、例
えば作成すべき立体模型形状を幾つかに輪切り状に分割
した断面情報パターン信号に基づいて、変調されたレー
ザビーム２２の走査による光照射により順次選択的に露
光硬化が行われる。

即ち、平滑板３４によって樹脂材３１を所定層厚に平滑
化することと、該樹脂材層３１に対するレーザビーム２
２の主走査による露光硬化等が略同時に並行して行われ
る。

やがて第４図に示すように平滑板３４が該収容容器３δ
の他端に達すると共に、露光硬化が終了すると同時に樹
脂収容容器３０の移動も停止する。

次に第５図に示すように次層形成分として液状光硬化型
樹脂材３１の供給・露光硬化を行う樹脂材要分の厚さ寸
法だけ副走査機構部３３により樹脂収容容器３０を矢印
Ｂの方向に降下させると共に、該樹脂収容容器３０を第
６図に示すように当初の所定位置へ迅速に戻し、更に次
層の表面が走査反射鏡２９を介してｆθレンズ２８の焦
点位置となるようにレベル調整を行う。

尚、この時、先の樹脂材３１供給での余剰樹脂材はその
まま次層形成に用いられる。

以下、上記第２図乃至第６図により説明した工程を同様
に繰り返して露光硬化樹脂層を順次積層形成し、この積
層状の立体硬化樹脂像を液状光硬化型樹脂材３１中より
取り出し、例えば希アルカリ洗浄溶液等により液状光硬
化型樹脂材３１を洗い流すことによって、所望とする３
次元的な立体情報を表示する立体模型形状を比較的短時
間で効率よく形成することが可能となる。

即ち、本実施例においては液状光硬化型樹脂材３１の層
厚の均−化及び平滑化と、レーザビーム２２照射による
露光硬化とが殆ど同時に並行して行われるので、副走査
方向の液状光硬化型樹脂材３１面に対する露光領域幅を
Ｌとした時、Ｌに対してｌを小さくすることにより、液
状光硬化型樹脂材３１の平滑化時間は殆ど無視すること
ができ、露光時間と樹脂収容容器３０を当初の所定位置
への返戻操作時間等のみの短時間で立体形状を形成する
ことが出来る。

尚、樹脂収容容器３０に対する２層目以後の樹脂材３１
供給としては、該樹脂収容容器３０を当初の所定位置へ
返戻操作する際に並行して行うようにしても良く、供給
された液状光硬化型樹脂材の層厚の均−化及び平滑化が
より迅速に行われ、当該立体形状の形成時間の短縮がよ
り効果的になされる。

又、以上の実施例では平滑板３４及び樹脂供給口３６に
対して樹脂収容容器３０を平行移動させる場合の例につ
いて説明したが、本発明はこの例に附定されるものでは
無く、例えば樹脂収容容器３０に対して平滑板３４及び
樹脂供給口３６を平行移動させ、かつ樹脂収容容器３０
内の液状光硬化型樹脂材３１に対してレーザビーム２２
をＸ、Ｙ方向に走査して照射するように変形して実施で
きることは勿論であり、同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明に係る立体形状
形成装置によれば、樹脂収容容器に対する液状光硬化型
樹脂材の平滑化に要する時間が著しく短縮されると共に
、粘度の大きい液状光硬化型樹脂材等に対しても短時間
で、かつ容易に、均一な薄い層厚の樹脂材層に平滑化す
ることが可能となる等、所望とする３次元的な立体情報
を表示する立体模型形状を液状光硬化型樹脂材により高
速に、かつ精度良く形成することが可能となる優れた利
点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る立体形状形成装置の一実施例を示
す概略構成斜視図、 第２図乃至第６図は本発明に係る立体形状形成装置によ
り立体形状を形成する動作の 一実施例を示す要部断面図、 第７図乃至第１２図は従来の立体模型形状の形成方法を
説明するための要部断面図であ る。 図中、２１はレーザ装置、２２はレーザビーム、２３は
光変調器、２４は反射鏡、２５．２６はレンズ、２７は
回転多面鏡、２８はｒθレンズ、２９は走査用反射鏡、
３０は樹脂収容容器、３１は液状光硬化型樹脂材、３２
は支持台、３３は副走査機構部、３４は平滑板、３５は
樹脂材供給部、３６は複数の樹脂供給口をそれぞれ示す
。 第１図 第２図　　　　第３図 第６図 クツ 第９因 第１１図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 樹脂収容容器に収容された液状光硬化型樹脂材に、レー
   ザ光学系によりビーム照射を行って、該光硬化型樹脂材
   を選択的に硬化せしめ、立体形状を形成する装置におい
   て、上記樹脂収容容器上に、該容器の何れか一方の容器
   幅に対応する長さの平滑板を配置し、樹脂供給口より樹
   脂収容容器に供給される液状光硬化型樹脂材に対して、
   前記平滑板をその長さ方向と水平に直交する方向に移動
   させて平滑面を有する均一な層厚とすることを特徴とす
   る立体形状形成装置。