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JP3721477B2 - Stereolithography - Google Patents

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JP3721477B2
JP3721477B2 JP06942193A JP6942193A JP3721477B2 JP 3721477 B2 JP3721477 B2 JP 3721477B2 JP 06942193 A JP06942193 A JP 06942193A JP 6942193 A JP6942193 A JP 6942193A JP 3721477 B2 JP3721477 B2 JP 3721477B2
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JP
Japan
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resin
shape
stereolithography
light beam
cylinder
Prior art date
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JP06942193A
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Japanese (ja)
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JPH06254973A (en
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茂 萩原
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Yamanashi Prefecture
Original Assignee
Yamanashi Prefecture
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Publication date
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  • Heating, Cooling, Or Curing Plastics Or The Like In General (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光硬化樹脂を硬化させて樹脂モデルを製造するための形状補正による高精度光造形法に関するものである。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来は、単位硬化形状の補正を実施するためには、コンピュータに入力された立体図形の断面輪郭を算出し、立体図形を形成する面の傾きから擬似的な3次元オフセットを行なっていたため、走査が面倒で、完全な補正が実施しにくいなどの問題点があった。
【0003】
また従来の方法では樹脂液層の中に硬化物を載せる昇降台があり、これを積層しながら沈めていたために、昇降台により押し出された樹脂が昇降台の上に流れ込み、造形物がゆらいでしまうことがある。
【0004】
さらに従来の方法では、溢れた樹脂を補助タンクに流し込む必要があるため、専用の補助タンクを必要とする。
【0005】
従来の方法では、光ビームを樹脂液面に対して垂直な方向または樹脂液面に対して垂直な方向に中心を固定し、円弧を描くように照射を行なうために立体を形成する面に沿った積層ができない。
【0006】
従来の方法では顔料等を樹脂に混入することにより、単一の色をつけることができるが、造形物を構成する樹脂の色を部分的に変化させるためには、樹脂の入れ替え作業などを必要とし、実用的でない。
【0007】
造形物に未硬化の樹脂が残っていた場合に光が照射されると形状が変化する場合がある。これは従来悪質なものとされ、利用不可能であった。
【0008】
造形物は液状の樹脂の色で造形されるのが一般的である。このため、造形途中の形状を確認することは困難である。
【0009】
液状の樹脂に、顔料、染料、粉末などを混入して、光に吸収および散乱を起こさせて硬化形状を生成させることがあるが、そこで生成される硬化形状は限られた形状しか生成することができない。
【0010】
【課題を解決するための手段】
そこでこの発明に係る形状補正による高精度光造形法は、コンピュータに入力された原立体図形から補正を行なって、得た立体図形から断面を算出し、造形を行なうことを特徴とするものである。
【0011】
またこの発明において説明する立体造形装置は、樹脂容器中にピストンを内蔵したシリンダを設け、ピストンに樹脂固着台を取り付けてシリンダ内に昇降自在に保持するとともに、ピストンの下降によって樹脂液をシリンダ外の樹脂容器中に排出して樹脂固着台上に逆流しないようにし、また樹脂容器中の光硬化樹脂液を樹脂固着台上に設けた樹脂噴出口から吐出させた上、樹脂固着台の光硬化樹脂液を平滑板でならして一層分の樹脂膜を形成し、樹脂膜に光源からの光ビームを照射して一層分の造形物を得、これを繰り返して造形物を積層しながら造形するようにしたものである。
【0012】
さらに、造形物の内部局部に未硬化樹脂を残留させて造形する。後に、光を照射して、未硬化樹脂が硬化収縮する力を用いて、造形物の形状を変化させて(または変化しようとする力を得て)作用させる。
【0013】
予め樹脂の中に光発色剤を混入し、安定した硬化形状を得るとともに、硬化した樹脂の色を変化させて、未硬化樹脂との識別を容易にする。
【0014】
この発明の形状補正による高精度光造形法は以上のように構成したので、樹脂の硬化広がりと、樹脂の収縮による変形の補正を実施することができ、精密な加工が可能となった。
【0015】
コンピュータに入力された原立体図形に補正を施してから断面を算出し、造形を行なうので、サポートの必要箇所を自動診断することにより、サポートの不足による加工の失敗がない。
【0016】
また光ビームによる塗りつぶし走査を実施する箇所は、内部に未硬化樹脂が残らない範囲で輪郭走査より速い走査速度で照射加工することにより、後硬化の進行による立体の歪みがない。
【0017】
サーフェスデータやソリッドデータをもとに精密な厚さを制御した造形が可能になる。
【0018】
走査速度を変化させることで光ビームによる単位硬化形状の大きさを変化させ、レーザー出力の連続制御を必要としないため、装置を簡単に実現できる。
【0019】
積層間隔を部分的に変化させることにより加工精度を制御することができる。
【0020】
レンズまたはホログラムから構成される小型の光制御装置により光ビームの照射方向、光分布を変化させることにより、立体図形の面に滑らかにフィットする硬化形状を作って加工することで加工精度を向上させることができる。
【0021】
シリンダを樹脂液層の中に配置して樹脂液をピストンで下降させ、樹脂液が溢流しないようにすることにより、造形物が揺らぐのを防止し、加工精度をよくすることができる。
【0022】
ピストンによって排出される樹脂を樹脂容器中に設けたシリンダ外の樹脂容器上部に移動させ、これを樹脂固着台上に吐出させて積層加工することにより、補助タンクを必要とせず、加工装置を小型にできる。
【0023】
光反応性を有する光硬化樹脂は、温度による特性の変化が大きいが、ピストンの圧力等で樹脂容器から部分的に取り出した樹脂を供給する場合に、供給する樹脂の温度を制御すれば光ビームの照射を行なう液面から順次恒温に保つことができるので、省エネ効果があり、装置が簡単となるほか、温度制御が速やか行なえるとともに、樹脂の長寿命化にもつながる。
【0024】
波長依存性の発色剤を用いて多波長の光ビームによる照射を行なうことにより、部分的または全体を創成する硬化物の色を選択的に変化させることができる。
【0025】
内部局部に未硬化樹脂を残留させて造形した造形物は、後に、光を照射して、未硬化樹脂が硬化収縮する力を用いて、造形物の形状を変化させる(または変化しようとする力を得て)ことができる。
【0026】
予め樹脂の中に光発色剤を混入することにより、顔料、染料、粉末などの混入では得られない硬化形状を得ることができる。また造形加工中に、造形物を変色したものとして容易に識別することができる。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づき、この発明の実施の形態について説明する。
【0028】
図1ないし図3は、本発明を具体化した光硬化樹脂を積層することによって立体造形物を得る立体造形装置の実施例である。
【0029】
1は樹脂容器で、この樹脂容器1内にはシリンダ2が設けられていて、シリンダ2は樹脂液中に浸されている。上記シリンダ2内には、ゴムパッキング10を介してピストン9が昇降可能に内蔵され、樹脂容器1に付設したピストン昇降台7によって昇降操作される。このピストン9は、通常シリンダ2内の樹脂液をその下方から押し出しながら下降するようになっている。
【0030】
ピストン9には樹脂固着台4が設置してあり、レーザービームの照射によって固着した造形物をこの樹脂固着台4に付着させながらピストン9を下降させて樹脂液中に沈め、それと同時にピストン9がシリンダ2内の樹脂を押し出すようになっている。押し出された樹脂液はシリンダ2の外側の樹脂容器1内に移るため樹脂液の水位が上昇し、この樹脂液は樹脂汲み上げポンプ11によって汲み上げられる。
【0031】
シリンダ2の上端面には平滑板3が設けられており、モータ5で駆動される。したがって樹脂汲み上げポンプ11により汲み上げられた樹脂をシリンダ2上に設けた樹脂噴出口8から吐出させて供給し、モータ5を駆動して平滑板3を操作することにより、平滑板3はシリンダ2の上端面に沿って移動して一層分の薄い樹脂膜を形成する。6はシリンダ2の上端面に付設した平滑板3のガイド、12は樹脂容器内上部に設けた固形物混入防止網である。
【0032】
上記樹脂容器1の上部には、レーザー光等からなる光ビームを樹脂膜に照射する光源が設置されている(図示せず)。この光源から照射される光ビームは、レンズまたはホログラムを用いて照射方向を変化させることにより、立体図形の面に滑らかにフィットする硬化形状を作って加工することが可能であり、加工精度を向上させることができる。
【0033】
光反応性を有する光硬化樹脂は、温度による特性の変化が大きいため、ピストンの圧力等で樹脂容器から部分的に取り出した樹脂を供給する配管系や樹脂噴出口8の近辺にヒータ等の温度制御手段を設けておくことが望ましい。この温度制御手段で供給する樹脂の温度を制御すれば、光ビームの照射を行なう液面から順次恒温に保つことができるので、省エネ効果があり、装置が簡単となるほか、温度制御が速やか行なえるとともに、樹脂の長寿命化にもつながる。
【0034】
また、樹脂液に波長依存性の発色剤を混入させておき、多波長の光ビームによる照射を行なえば、部分的または全体を創成する硬化物の色を選択的に変化させることができ、非常に便利である。
【0035】
次に、図4ないし図9に基いて形状補正の方法について説明する。
【0036】
例えば、図4のように円筒状の造形を行なう場合、円筒21に沿った精度の高い造形を行なうには、円筒21の形状から単位硬化形状の補正量だけずれたビーム中心図形22を予め作成し、この断面にビーム中心位置を合わせて造形すれば円筒21の外側へ硬化物が飛び出さず、精度の高い造形ができる。
【0037】
そのためには先ず、硬化物の無い例えば紫外線硬化型の光硬化樹脂表面にレーザービーム等の光ビームを1走査させるときに生じる1本の硬化物の断面を単位硬化形状23と定義する。この単位硬化形状23の1例を図5に示す。
【0038】
この単位硬化形状23を使用してコンピュータで入力された原立体図形に補正を施すには、先ず電子顕微鏡などを用いて単位硬化形状23を写し取るか、コンピュータによるシミュレーションにより形状を求めておく。この形状を生成するビームの照射位置を中心Oとして平面上に積層する場合の補正量は、単位硬化形状23の端面と中心Oの距離で求められる。このように求めた補正量24は図5のように図示することができる。この補正量24はコンピュータに記憶し、参照できるようにしておく。なお単位硬化形状23は、走査速度、光ビームの例えばレーザー光強度により変化するので、サンプルをいくつか取り、実際使用する補正量24としてはこのようにして予め保管したものを使用する。
【0039】
次に得ようとする立体形状は多数の面によって構成されているので、図6のように単位硬化形状23の面を補正量24だけシフトすれば、コンピュータ上でビーム中心位置図形を作ることができる。その後ビーム中心位置図形の断面を算出し、これに基いて光ビームを走査しながら照射することによって、高精度な立体図形を作り出せる。
【0040】
図7は中空部分を備えた立体図形の厚さ部分を塗りつぶし走査する方法について説明するためのものである。
【0041】
この場合、先ずコンピュータに入力された所定の厚さを有する原立体図形31に対して、厚さ方向の両側に単位硬化形状23の補正を施して原立体図形31から一定の距離離れた一対の図形32,33を作成する。次いでこの図形32,33に基いて断面を算出し、上記一対の図形32,33の間を、内部に未硬化樹脂が残らない範囲で輪郭走査より速い走査速度で光ビームによって塗りつぶし走査を行なうことにより、より高速に一定の厚さで加工することが可能となる。なお未硬化樹脂が残留すると、造形した立体を取り出してから強い光が当たると硬化が進行し、形状が変化してしまう。反対に過剰に光エネルギーを与えると加工速度が遅くなり、実用的でない。したがって、積層間隔中に未硬化樹脂が残らない範囲で高速に積層を進めるものが最適である。
【0042】
図8は立体図形に滑らかにフィットする単位硬化形状を得るための装置について説明するためのものである。
【0043】
図8は、レンズ13を使用した場合を例示している。これによれば、通常の単位硬化形状23を光ビーム25の光軸に対して所定の角度傾斜させた単位硬化形状23’を得ることができる。このようにして、液面に対して斜めにビームを照射して単位硬化形状を変化させることにより、立体形状によりフィットした積層が可能になる。
【0044】
図9はこの発明の形状補正による高精度光造形法の加工工程を示すフローチャートである。
【0045】
〔実施例〕予め樹脂(トリメチロールプロパントリアクリレート、1、6−ヘキサンジオールジアクリレート{1対1の混合液を主とする})中に可視光開始剤(BTTB/ケトクマリン{4対1の混合})を少量、UV開始薬光(2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン)を少量、光発色剤(4、4’、4”−トリスジメチルアミノイトリフェニルメタン)を少量混入し、アルゴンレーザの波長514.5nmおよびヘリウム−カドニュムレーザの波長325nmの2波長を用いて、選択的に照射することで、2色の立体形状を造形する。
【0046】
図10は、未硬化樹脂を故意に残留させて造形した造形物である。後に、これらをランプ等で照射し、aは、線などを束ねる材料へ用いる。bは、コネクター等に用いる。cは、積算露光計に用いた例である。
【0047】
予め樹脂(トリメチロールプロパントリアクリレート、1、6−ヘキサンジオールジアクリレート{1対1の混合液を主とする})中に光発色剤(4、4’、4”−トリスジメチルアミノイトリフェニルメタン)を少量混入し、造形を行なうことにより、樹脂の硬化反応を抑制し、高精度な加工を可能にし、さらに造形途中の形状を容易に変色した色で確認することができる。
【0048】
【発明の効果】
この発明の形状補正による高精度光造形法は以上のように構成したので、完全な3次元の形状補正を実施することができ、精密な加工が可能となった。
【0049】
コンピュータに入力された原立体図形に単位硬化形状の補正を施してから断面を算出し、造形を行なうので、サポートの必要箇所を自動診断することにより、サポートの不足による加工の失敗がない。
【0050】
また光ビームによる塗りつぶし走査を実施する箇所は、内部に未硬化樹脂が残らない範囲で輪郭走査より速い走査速度で照射加工することにより、後硬化の進行による立体の歪みがない。
【0051】
サーフェスデータやソリッドデータをもとに精密な厚さを制御した造形が可能になる。
【0052】
走査速度を変化させることで光ビームによる単位硬化形状の大きさを変化させ、レーザー出力の連続制御を必要としないため、装置を簡単に実現できる。
【0053】
積層間隔を部分的に変化させることにより加工精度を制御することができる。
【0054】
レンズまたはホログラムを用いて光ビームの照射方向を変化させることにより、立体図形の面に滑らかにフィットする硬化形状を作って加工することで加工精度を向上させることができる。
【0055】
シリンダを樹脂液層の中に配置して樹脂液をピストンで下降させ、樹脂液が溢流しないようにすることにより、造形物が揺らぐのを防止し、加工精度をよくすることができる。
【0056】
ピストンによって排出される樹脂を樹脂容器中に設けたシリンダ外の樹脂容器上部に移動させ、これを樹脂固着台上に吐出させて積層加工することにより、補助タンクを必要とせず、加工装置を小型にできる。
【0057】
光反応性を有する光硬化樹脂は、温度による特性の変化が大きいが、ピストンの圧力等で樹脂容器から部分的に取り出した樹脂を供給する場合に、供給する樹脂の温度を制御すれば光ビームの照射を行なう液面から順次恒温に保つことができるので、省エネ効果があり、装置が簡単となるほか、温度制御が速やか行なえるとともに、樹脂の長寿命化にもつながる。
【0058】
波長依存性の発色剤を用いて多波長の光ビームによる照射を行なうことにより、部分的または全体を創成する硬化物の色を選択的に変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る形状補正による高精度光造形法を実施するための立体造形装置の一実施例を示す正面図である。
【図2】図1の側面図である。
【図3】図1の平面図である。
【図4】円筒状の造形を行なう場合の光ビームの走査を示す概略図である。
【図5】単位硬化形状と補正量を示す概略図である。
【図6】直方体形状の造形を行なう場合のビーム中心位置図形を示す斜視図である。
【図7】中空部分を備えた立体図形の厚さ部分を塗りつぶし走査する方法について説明する概略図である。
【図8】立体図形に滑らかにフィットする単位硬化形状を得るための装置を示す要部断面図である。
【図9】この発明の形状補正による高精度光造形法の加工工程を示すフローチャートである。
【図10】(a),(b),(c)はそれぞれ未硬化樹脂を故意に残留させて造形した造形物を示す概略図である。
【符号の説明】
1 樹脂容器
2 シリンダ
3 平滑板
4 樹脂固着台
5 モータ
6 ガイド
7 ピストン昇降台
8 樹脂噴出口
9 ピストン
10 ゴムパッキング
11 樹脂汲み上げポンプ
12 固形物混入防止網
13 レンズ
21 円筒
22 ビーム中心図形
23,23’ 単位硬化形状
24 補正量
25 光ビーム
31 原立体図形
32,33 図形
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-precision optical modeling method by shape correction for curing a photo-curing resin to produce a resin model.
[0002]
[Background Art and Problems to be Solved by the Invention]
Conventionally, in order to correct the unit hardening shape, the cross-sectional contour of the solid figure input to the computer is calculated, and a pseudo three-dimensional offset is performed from the inclination of the surface forming the solid figure. However, it was troublesome and it was difficult to perform complete correction.
[0003]
In addition, in the conventional method, there is a lifting platform on which a cured product is placed in a resin liquid layer, and since this was submerged while being laminated, the resin extruded by the lifting platform flowed onto the lifting platform, and the modeled object fluctuated. It may end up.
[0004]
Furthermore, in the conventional method, since it is necessary to pour overflowing resin into the auxiliary tank, a dedicated auxiliary tank is required.
[0005]
In the conventional method, the center of the light beam is fixed in the direction perpendicular to the resin liquid surface or in the direction perpendicular to the resin liquid surface, and along the surface forming the solid to irradiate in a circular arc. Can not be stacked.
[0006]
In conventional methods, it is possible to add a single color by mixing pigments into the resin, but in order to partially change the color of the resin that forms the model, it is necessary to replace the resin. And not practical.
[0007]
When uncured resin remains in the modeled object, the shape may change when irradiated with light. This has traditionally been considered malicious and unavailable.
[0008]
A model is generally modeled with a liquid resin color. For this reason, it is difficult to confirm the shape in the middle of modeling.
[0009]
There are cases where pigments, dyes, powders, etc. are mixed into liquid resin, causing absorption and scattering of light to generate a cured shape, but only a limited shape is generated. I can't.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the high-precision optical modeling method by shape correction according to the present invention is characterized in that a correction is performed from an original solid figure input to a computer, a cross section is calculated from the obtained solid figure, and modeling is performed. .
[0011]
The three-dimensional modeling apparatus described in the present invention includes a cylinder with a piston built in a resin container, and a resin fixing base is attached to the piston so that the piston can be moved up and down freely. So that it does not flow back into the resin container and flow back onto the resin fixing table, and the photo-curing resin liquid in the resin container is discharged from the resin jet nozzle provided on the resin fixing table, and then the resin fixing table is photo-cured. Form the resin film for one layer by smoothing the resin liquid with a smooth plate, and irradiate the resin film with the light beam from the light source to obtain a one-layer shaped object, and repeat this to form a model while stacking the shaped objects It is what I did.
[0012]
Further, the uncured resin is left in the internal local part of the modeled object to model. Later, light is applied to change the shape of the modeled object (or obtain the force to be changed) using the force that cures and shrinks the uncured resin.
[0013]
A photochromic agent is mixed in the resin in advance to obtain a stable cured shape, and the color of the cured resin is changed to facilitate discrimination from the uncured resin.
[0014]
Since the high-accuracy stereolithography method by shape correction according to the present invention is configured as described above, it is possible to correct the spread of the cured resin and the deformation due to the shrinkage of the resin, thereby enabling precise processing.
[0015]
Since the original solid figure input to the computer is corrected, the cross section is calculated and the modeling is performed, so that the necessary diagnosis of the support is automatically diagnosed, so that there is no processing failure due to lack of support.
[0016]
In addition, the portion where the filling scan with the light beam is performed is not subjected to three-dimensional distortion due to the progress of post-curing by performing irradiation processing at a scanning speed faster than the contour scanning in a range where uncured resin does not remain inside.
[0017]
Modeling with precise thickness control based on surface data and solid data becomes possible.
[0018]
By changing the scanning speed, the size of the unit curing shape by the light beam is changed, and continuous control of the laser output is not required, so that the apparatus can be realized easily.
[0019]
The machining accuracy can be controlled by partially changing the stacking interval.
[0020]
By changing the irradiation direction and light distribution of the light beam with a small light control device consisting of a lens or hologram, the processing accuracy is improved by creating and processing a hardened shape that fits the surface of the solid figure smoothly. be able to.
[0021]
By disposing the cylinder in the resin liquid layer and lowering the resin liquid with the piston so that the resin liquid does not overflow, it is possible to prevent the molded article from shaking and improve the processing accuracy.
[0022]
The resin discharged by the piston is moved to the upper part of the resin container outside the cylinder provided in the resin container, and this is discharged onto the resin fixing table and laminated, thereby eliminating the need for an auxiliary tank and making the processing device compact. Can be.
[0023]
Photo-curing resin with photo-reactivity has a large change in characteristics due to temperature, but when supplying resin partially taken out from the resin container due to piston pressure or the like, the light beam can be controlled by controlling the temperature of the resin to be supplied. Since the liquid surface can be kept at a constant temperature from the surface where the irradiation is performed, there is an energy saving effect, the apparatus becomes simple, temperature control can be performed quickly, and the life of the resin can be extended.
[0024]
Irradiation with a multi-wavelength light beam using a wavelength-dependent color former can selectively change the color of a cured product that partially or entirely creates.
[0025]
The modeled object that is formed by leaving the uncured resin remaining in the internal local area is used to change the shape of the modeled object (or the force to be changed) by using the force that the uncured resin cures and shrinks later. Can get).
[0026]
By previously mixing a photochromic agent in the resin, a cured shape that cannot be obtained by mixing pigments, dyes, powders, or the like can be obtained. Moreover, it can identify easily as what changed the modeling thing during modeling processing.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0028]
1 to 3 show an example of a three-dimensional modeling apparatus that obtains a three-dimensional model by laminating a photo-curing resin that embodies the present invention.
[0029]
Reference numeral 1 denotes a resin container. A cylinder 2 is provided in the resin container 1, and the cylinder 2 is immersed in the resin liquid. A piston 9 is incorporated in the cylinder 2 through a rubber packing 10 so as to be movable up and down, and is lifted and lowered by a piston lift 7 attached to the resin container 1. The piston 9 is normally lowered while pushing out the resin liquid in the cylinder 2 from below.
[0030]
The piston 9 is provided with a resin fixing table 4. The piston 9 is lowered while being attached to the resin fixing table 4 while the object fixed by the laser beam irradiation is attached to the resin fixing table 4. The resin in the cylinder 2 is pushed out. Since the extruded resin liquid moves into the resin container 1 outside the cylinder 2, the water level of the resin liquid rises, and the resin liquid is pumped up by the resin pumping pump 11.
[0031]
A smooth plate 3 is provided on the upper end surface of the cylinder 2 and is driven by a motor 5. Accordingly, the resin pumped up by the resin pumping pump 11 is discharged and supplied from the resin jet 8 provided on the cylinder 2, and the motor 5 is driven to operate the smoothing plate 3. It moves along the upper end surface to form a thin resin film for one layer. Reference numeral 6 denotes a guide for the smooth plate 3 attached to the upper end surface of the cylinder 2, and 12 denotes a solid matter prevention network provided at the upper part in the resin container.
[0032]
A light source for irradiating the resin film with a light beam made of laser light or the like is installed on the top of the resin container 1 (not shown). By changing the irradiation direction of the light beam emitted from this light source using a lens or hologram, it is possible to create a hardened shape that smoothly fits the surface of a three-dimensional figure and to improve the processing accuracy. Can be made.
[0033]
Since photo-curing resin having photoreactivity has a large change in characteristics due to temperature, the temperature of a heater or the like near the piping system for supplying resin partially taken out from the resin container by the pressure of the piston or the like, or the resin outlet 8 It is desirable to provide a control means. By controlling the temperature of the resin supplied by this temperature control means, it is possible to keep the temperature constant from the surface where the light beam is irradiated, so there is an energy saving effect, the device is simplified, and temperature control can be performed quickly. In addition, the service life of the resin will be extended.
[0034]
In addition, by mixing a wavelength-dependent color former in the resin liquid and irradiating with a multi-wavelength light beam, the color of the cured product that creates a part or the whole can be selectively changed. Convenient to.
[0035]
Next, a shape correction method will be described with reference to FIGS.
[0036]
For example, when performing cylindrical modeling as shown in FIG. 4, in order to perform modeling with high accuracy along the cylinder 21, a beam center graphic 22 that is shifted from the shape of the cylinder 21 by the correction amount of the unit cured shape is created in advance. If the beam center position is aligned with this cross section, the cured product does not jump out of the cylinder 21 and high accuracy modeling can be performed.
[0037]
For that purpose, first, a unit cured shape 23 is defined as a cross section of one cured product that is generated when a light beam such as a laser beam is scanned once on a surface of an ultraviolet curable photocuring resin without a cured product. An example of the unit cured shape 23 is shown in FIG.
[0038]
In order to correct the original solid figure inputted by the computer using the unit cured shape 23, first, the unit cured shape 23 is copied using an electron microscope or the like, or the shape is obtained by computer simulation. The correction amount in the case of stacking on a plane with the irradiation position of the beam for generating this shape as the center O is obtained by the distance between the end surface of the unit cured shape 23 and the center O. The correction amount 24 thus obtained can be illustrated as shown in FIG. This correction amount 24 is stored in a computer so that it can be referred to. The unit cured shape 23 varies depending on the scanning speed and the intensity of the light beam, for example, the laser beam intensity. Therefore, several samples are taken, and the correction amount 24 actually used is the one stored in advance as described above.
[0039]
Since the three-dimensional shape to be obtained is composed of a large number of surfaces, if the surface of the unit cured shape 23 is shifted by the correction amount 24 as shown in FIG. 6, a beam center position graphic can be created on the computer. it can. Thereafter, a cross-section of the beam center position figure is calculated, and based on this, a light beam is scanned while irradiating, whereby a highly accurate three-dimensional figure can be created.
[0040]
FIG. 7 is a diagram for explaining a method of filling and scanning a thickness portion of a solid figure having a hollow portion.
[0041]
In this case, first, the original solid figure 31 having a predetermined thickness input to the computer is subjected to correction of the unit hardening shape 23 on both sides in the thickness direction so as to be separated from the original solid figure 31 by a certain distance. Figures 32 and 33 are created. Next, a cross-section is calculated based on the figures 32 and 33, and a fill scan is performed between the pair of figures 32 and 33 with a light beam at a scanning speed faster than the contour scan in a range where no uncured resin remains inside. Therefore, it is possible to process at a constant thickness at a higher speed. If the uncured resin remains, curing proceeds and the shape changes when strong light is applied after the molded solid is taken out. On the other hand, excessively applying light energy slows the processing speed and is not practical. Therefore, it is optimal to proceed the lamination at a high speed within a range where no uncured resin remains in the lamination interval.
[0042]
FIG. 8 is for explaining an apparatus for obtaining a unit cured shape that smoothly fits a three-dimensional figure.
[0043]
FIG. 8 illustrates the case where the lens 13 is used. According to this, it is possible to obtain a unit cured shape 23 ′ in which the normal unit cured shape 23 is inclined at a predetermined angle with respect to the optical axis of the light beam 25. In this way, by irradiating a beam obliquely with respect to the liquid surface to change the unit curing shape, it is possible to perform stacking that fits in a three-dimensional shape.
[0044]
FIG. 9 is a flowchart showing the processing steps of the high-precision optical modeling method by shape correction according to the present invention.
[0045]
[Example] Visible light initiator (BTTB / ketocoumarin {4 to 1 mixture) in a resin (trimethylolpropane triacrylate, 1,6-hexanediol diacrylate {mainly a mixture of 1: 1)} in advance }), A small amount of UV initiator light (2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one), a photochromic agent (4, 4 ′, 4 ″ -trisdimethylamino itriphenylmethane) A small amount is mixed, and a two-dimensional solid shape is formed by selectively irradiating with two wavelengths of an argon laser wavelength of 514.5 nm and a helium-cadmium laser wavelength of 325 nm.
[0046]
FIG. 10 is a modeled object that is formed by intentionally leaving uncured resin. Later, these are irradiated with a lamp or the like, and a is used as a material for bundling lines and the like. b is used for a connector or the like. c is an example used for an integrated exposure meter.
[0047]
Photochromic agent (4, 4 ′, 4 ″ -trisdimethylamino itriphenylmethane in advance in resin (trimethylolpropane triacrylate, 1,6-hexanediol diacrylate {mainly a 1: 1 mixture)}) ) Is mixed in a small amount, and the resin curing reaction is suppressed, high-precision processing is possible, and the shape in the middle of modeling can be easily confirmed with a discolored color.
[0048]
【The invention's effect】
Since the high-accuracy stereolithography method by shape correction according to the present invention is configured as described above, complete three-dimensional shape correction can be performed, and precise processing becomes possible.
[0049]
Since the cross-section is calculated after the unit solid shape is corrected to the original solid figure input to the computer, and modeling is performed, the failure of processing due to lack of support is prevented by automatically diagnosing the necessary part of the support.
[0050]
In addition, the portion where the filling scan with the light beam is performed is not subjected to three-dimensional distortion due to the progress of post-curing by performing irradiation processing at a scanning speed faster than the contour scanning in a range where uncured resin does not remain inside.
[0051]
Modeling with precise thickness control based on surface data and solid data becomes possible.
[0052]
By changing the scanning speed, the size of the unit curing shape by the light beam is changed, and continuous control of the laser output is not required, so that the apparatus can be realized easily.
[0053]
The machining accuracy can be controlled by partially changing the stacking interval.
[0054]
By changing the irradiation direction of the light beam using a lens or a hologram, it is possible to improve the processing accuracy by creating and processing a hardened shape that smoothly fits the surface of the three-dimensional figure.
[0055]
By disposing the cylinder in the resin liquid layer and lowering the resin liquid with the piston so that the resin liquid does not overflow, it is possible to prevent the molded article from shaking and improve the processing accuracy.
[0056]
The resin discharged by the piston is moved to the upper part of the resin container outside the cylinder provided in the resin container, and this is discharged onto the resin fixing base and laminated, thereby eliminating the need for an auxiliary tank and making the processing device compact. Can be.
[0057]
Photo-curing resin with photo-reactivity has a large change in characteristics due to temperature, but when supplying resin partially taken out from the resin container due to piston pressure or the like, the light beam can be controlled by controlling the temperature of the resin to be supplied. Since the liquid surface can be kept at a constant temperature from the surface where the irradiation is performed, there is an energy saving effect, the apparatus becomes simple, temperature control can be performed quickly, and the life of the resin can be extended.
[0058]
Irradiation with a multi-wavelength light beam using a wavelength-dependent color former can selectively change the color of a cured product that partially or entirely creates.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing an embodiment of a three-dimensional modeling apparatus for performing a high-precision optical modeling method by shape correction according to the present invention.
FIG. 2 is a side view of FIG.
3 is a plan view of FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a schematic view showing scanning of a light beam when performing cylindrical shaping.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a unit cured shape and a correction amount.
FIG. 6 is a perspective view showing a beam center position graphic when a rectangular parallelepiped shape is formed.
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a method of filling and scanning a thickness portion of a three-dimensional figure provided with a hollow portion.
FIG. 8 is a cross-sectional view of an essential part showing an apparatus for obtaining a unit cured shape that smoothly fits a three-dimensional figure.
FIG. 9 is a flowchart showing processing steps of a high-precision optical modeling method by shape correction according to the present invention.
FIGS. 10A, 10B, and 10C are schematic views showing a modeled object formed by intentionally leaving an uncured resin, respectively.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Resin container 2 Cylinder 3 Smooth plate 4 Resin adhering stand 5 Motor 6 Guide 7 Piston lift stand 8 Resin jet 9 Piston 10 Rubber packing 11 Resin pumping pump 12 Solid matter mixing prevention net 13 Lens 21 Cylinder 22 Beam center figure 23, 23 'Unit curing shape 24 Correction amount 25 Light beam 31 Original solid figure 32, 33 figure

Claims (2)

レーザビームを光硬化樹脂の水平表面に照射して樹脂モデルを製造する光造形法において、
樹脂の硬化広がりによる形状変形を補正するために、
多数の面によって構成される原立体図形の頂点(または制御点)座標を移動し(または新たに追加し)、ビーム中心位置図形を作成し、
得られたビーム中心位置図形から断面を算出し、造形することを特徴とする光造形法。
In the stereolithography method of manufacturing a resin model by irradiating a horizontal surface of a photocurable resin with a laser beam,
In order to correct the shape deformation due to the hardening spread of the resin,
Vertex of the original solid figure formed by a number of faces (or control point) coordinates to move (or newly added), to create a beam center position figure,
Stereolithography, wherein the resulting calculated cross section from the beam center position figure to stereolithography.
レーザビームを照射するに際し、内部を未硬化樹脂が残らない範囲で輪郭走査より速い速度で走査することを特徴とする請求項The laser beam is irradiated at a speed faster than the contour scanning within a range in which the uncured resin does not remain when irradiating the laser beam. 11 に記載の光造形法。Stereolithography described in 1.
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