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JPH071593A - 光造形装置 - Google Patents

光造形装置

Info

Publication number
JPH071593A
JPH071593A JP5150104A JP15010493A JPH071593A JP H071593 A JPH071593 A JP H071593A JP 5150104 A JP5150104 A JP 5150104A JP 15010493 A JP15010493 A JP 15010493A JP H071593 A JPH071593 A JP H071593A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
light
liquid crystal
wavelength
ultraviolet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP5150104A
Other languages
English (en)
Inventor
Kiwamu Takehisa
究 武久
Makoto Yano
眞 矢野
Koji Kuwabara
皓二 桑原
Takeoki Miyauchi
建興 宮内
Norio Goto
典雄 後藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP5150104A priority Critical patent/JPH071593A/ja
Publication of JPH071593A publication Critical patent/JPH071593A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • B29C64/129Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask
    • B29C64/135Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask the energy source being concentrated, e.g. scanning lasers or focused light sources
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/08Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
    • B29C35/0805Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
    • B29C2035/0827Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using UV radiation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C35/0805Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
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Abstract

(57)【要約】 【構成】波長0.38μ のレーザ光1aは液晶マスク4
に入射し、液晶マスク4を通過中に、その偏光方向が制
御され、紫外線硬化樹脂8に照射すべき領域に対応する
レーザ光1eと、それ以外のレーザ光1dとに、偏光ビ
ームスプリッタ5で分離される。液晶マスク4上でのス
ポット10a内パターンが、容器9内にある液状の紫外
線硬化樹脂8の表面のスポット10bに転写され、表面
はそのパターン通りに硬化する。 【効果】紫外線源に固体レーザを用いているため、寿命
が長く、ランニングコストが低減される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光造形装置に関する。
【0002】
【従来の技術】紫外域のレーザ光を紫外線硬化樹脂に照
射して、任意形状の三次元の立体モデルを製作する技術
は、一般に、光造形技術と呼ばれている。
【0003】光造形技術では、波長325nmで発振す
るHe−Cdレーザや、波長351(あるいは364)
nmで発振するArレーザなど紫外域で連続発振するイ
オンレーザが紫外線源として利用されている。これらの
レーザから取り出されるレーザ光を、スキャンミラーを
用いて特定のパターンを形成するように、液状の紫外線
硬化樹脂の表面に照射させることで、表面の薄い層では
そのパターン状に同樹脂が硬化する。このように、パタ
ーン形状に硬化された層を積み重ねることで、三次元モ
デルが形成される。尚、光造形技術に関しては、例え
ば、レーザ研究,第18巻,第7号,第448頁から第
455頁,平成2年7月号において説明されている。
【0004】一方、液晶マスクにレーザ光を照射させ
て、液晶マスクに表示された文字などのパターンをIC
パッケージなどにマーキングする液晶マスク式レーザマ
ーカが知られている。それによると、液晶マスク上で形
成したパターンと相似形のパターンを加工物表面に転写
させることができる。尚、液晶マスク式レーザマーカに
関しては、例えば、特開平1−11088 号公報で説明され
ている。
【0005】また、このような液晶マスクを用いて、こ
こで形成された像を紫外線硬化樹脂の表面にパターン転
写させることで、各層においてパターン状に硬化させる
技術があり、これに関しては、例えば、特開平4−37182
9 号公報において説明されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】一般に、光造形技術で
は、一つの立体モデルの製作における紫外線の照射時間
は数時間から数日程度と長いため、紫外線源として用い
られるイオンレーザを長時間連続運転させる必要があ
る。ところが、イオンレーザでは、レーザ管の劣化によ
り、次第にレーザ出力が低下していくため、およそ二千
時間のレーザ動作ごとにレーザ管を交換する必要が有
り、その度に、およそ二百から三百万円の費用が掛か
る。この費用をランニングコストに含めると、全体の5
0から80%にも達し、ランニングコストが高くなる最
大の要因になっていた。
【0007】また、液晶マスクを用いたパターン転写方
式の光造形装置では、適切な紫外線源が存在しなかった
ため、実用的な装置が実現できず、以下に説明するよう
な問題があった。紫外線源にイオンレーザを用いると、
波長は約0.37μ 以下になる。一方、図2に示した液
晶マスクの透過率からわかるように、波長0.37 μ以
下では、液晶マスクに対する透過率が急激に低下し、波
長約0.33μ 以下では、レーザ光はほとんど透過しな
い。したがって、He−Cdレーザを利用することはで
きず、また、Arレーザを用いても、液晶マスクはレー
ザ光を50%程度も吸収するため、液晶の温度上昇が激
しく、その結果、液晶マスクが短期間で劣化することが
あった。
【0008】また、パターン転写方式では、紫外線源と
してレーザの代わりに水銀ランプなどの紫外線ランプを
用いることができる。ところが、紫外線ランプでは発光
スペクトルが広範囲に渡るため、液晶マスクを高く透過
し、しかも、紫外線硬化樹脂を効率良く硬化できる波長
0.37μから0.4μの間で効率良く発光する紫外ラン
プは存在しなかった。また、発光スペクトルが広くなる
と、液晶による制御性が低下する。すなわち、液晶で
は、液晶の設計パラメータが、入射光の波長に依存する
ため、設計波長以外の波長の光に対しては、液晶による
偏光方向の制御性が変化して、液晶マスクを通過後に、
偏光方向による分離能力が低下する。その結果、紫外線
硬化樹脂に対して、紫外線を照射させるべきパターン以
外の部分にも、多少の紫外線が照射されることがあり、
パターン通りに、硬化されないことがあった。
【0009】本発明の第一の目的は、ランニングコスト
が低い光造形装置を提供することにある。また、第二の
目的は、実用的なパターン転写方式の光造形装置を提供
することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記第一の目的を達成す
るために、三価のクロムイオンを含んだレーザ用結晶と
非線形光学素子とを含むレーザ光発生部を含んだもので
ある。
【0011】上記第二の目的を達成するために、前記レ
ーザ光発生部と液晶マスクとを含んだものである。
【0012】
【作用】三価のクロムイオンを含んだレーザ用結晶の多
くは、波長約0.7から0.9μでレーザ動作できること
が知られている。したがって、この種のレーザから、非
線形光学素子により、その第二高調波を発生させれば、
波長約0.37μ から約0.4μ の紫外光を発生させる
ことができる。この波長のレーザ光は、液晶マスクにお
ける透過率が約70%以上と高いため、液晶の温度上昇
を抑制でき、液晶マスクの寿命が長くなる。また、レー
ザ媒質は固体であるため、半永久的に使用できることか
ら、ランニングコストを低下させることができる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。
【0014】図1は、本発明の一実施例である光造形装
置100の斜視図である。
【0015】光造形装置100は、大きく分けて、レー
ザ光発生部2,液晶マスク4、及び紫外線硬化樹脂8が
満たされた容器9とからなる。
【0016】レーザ光発生部2では、全反射鏡11a,
11b、及びダイクロイックミラー12とでL字型にレ
ーザ共振器が組まれている。レーザ共振器中には、C
r:LiCaAlF6結晶13がレーザ媒質として用いられ
ている。複屈折プリズムなどから構成される波長選択子
14によって、この結晶から波長0.76μ のレーザ光
が基本波として発振するように設定されている。また、
レーザ共振器中には、非線形光学結晶であるBaB25
結晶15が挿入されており、集光レンズ16によって、
発振した基本波が波長変換され、波長0.38μ の第二
高調波が発生する。第二高調波は、ダイクロイックミラ
ー12を通過して、レーザ共振器外部に取り出される。
第二高調波では、図2からわかるように、液晶マスク4
に対する透過率は80%程度ある。尚、レーザ光発生部
2では、レーザ動作の励起源はXeフラッシュランプが
用いられており、パルス状のレーザ光1aが取り出され
る。
【0017】レーザ光1aは、ガルバノミラー3a,3
bにより、液晶マスク4全面をスキャンするように照射
される。液晶マスク4を通過したレーザ光1bは、結像
レンズ7に入射する。また、レーザ光1bは、液晶マス
ク4により、その偏光方向が制御され、紫外線硬化樹脂
8に照射すべきレーザ光1eと、それ以外のレーザ光1
dとに、偏光ビームスプリッタ5によって分離される。
レーザ光1dは光吸収板6に当って止められる。
【0018】尚、偏光ビームスプリッタ5は、結像レン
ズ7と、紫外線硬化樹脂8との間にあり、結像レンズ7
によるレーザ光1cの集光点近くに設置される。この理
由は、レーザ光1cの進路は、ガルバノミラー3a,3
bによって、変化するが、常に、この集光点近くを通過
するため、偏光ビームスプリッタ5は、小さなものを用
いることができる。偏光ビームスプリッタは、一般的な
レーザ用ミラーの中でも比較的に高価であるため、これ
がコンパクトなもので構成できることは、コストの低減
につながる。
【0019】液晶マスク4上でのスポット10a内パタ
ーンが、紫外線硬化樹脂8の表面のスポット10bに転
写される。スポット10bの直径は約数mmであり、従来
のスキャン方式におけるレーザ光の集光径に比べて、二
桁程度大きく、その結果、面積は四桁程度も大きくなっ
ている。しかし、レーザ光は数ジュール程度のエネルギ
を有するパルス状であるため、スポット10bでのレー
ザ光強度は十分高く、紫外線硬化樹脂を効率良く硬化さ
せることができる。
【0020】尚、レーザ光発生部2から取り出されるレ
ーザ光1aは第二高調波であるため、完全な直線偏光で
ある。したがって、液晶マスクによる偏光方向の制御性
が極めて高い。尚、これに対して、イオンレーザのよう
に紫外域で直接発振するレーザでは、通常ランダム偏光
となっており、直線偏光で発振させると、レーザ出力が
数十%低下する。
【0021】また、光造形装置100では、容器9とし
て、大きさの異なるものと交換することができる。例え
ば、液晶マスク4と同程度の表面の容器を用いるなら
ば、結像レンズ7を用いずに、容器9を液晶マスク4に
接近させて設置し、レーザ光1cを、直接、紫外線硬化
樹脂に照射させればよい。ただし、この場合には、偏光
ビームスプリッタ5の代わりに、偏光板を用いる。ま
た、液晶マスク4上の像は結像されないが、紫外線硬化
樹脂上に照射されるレーザ光のパターンは、僅かにぼけ
る程度で済む。むしろ、液晶マスク4では、その画素間
に隙間があるため、転写された像が僅かにぼけた方が、
画素間の隙間に対応する部分にも、紫外線が多少照射さ
れるため、硬化後の立体モデルの仕上りが良好になる。
【0022】
【発明の効果】本発明は紫外線源におけるレーザ媒質が
半永久的に使用できるため、ランニングコストを50か
ら80%程度下げることができる。
【0023】また、本発明では波長約0.37μから0.
4μの間で、単一波長のレーザ光を発生できる紫外線源
を用いているため、液晶マスクに対して高い透過率を有
するため、液晶が劣化しにくくなり、また、液晶による
紫外線の制御性も良好である。
【0024】また、本発明における紫外線源のレーザで
は、レーザ遷移における上準位寿命が通常数十マイクロ
秒以上となるため、フラッシュランプをレーザの励起源
として用いることが可能になり、ピークパワーが数kW
以上でエネルギが数十mジュール以上のパルス状のレー
ザ光を取り出すことができる。したがって、パターン転
写により、レーザ光を拡大して広い面積に照射しても、
高いレーザ光照射強度を確保でき、紫外線硬化樹脂を有
効に硬化させることができる。
【0025】さらに、本発明における紫外線源では、用
いるレーザ結晶の種類を変えれば、レーザ光の波長を約
0.35μから0.45μの広範囲に渡って自由に設定す
ることができる。その結果、本発明では、以下に説明す
る新たな機能が加わった。波長を短い方に合わせれば、
紫外線硬化樹脂による吸収率が高くなるため、レーザ照
射により硬化する層を薄くでき、深さ方向の精度を高め
ることができる。また逆に、波長を長い方に合わせれ
ば、硬化する層を厚くできるため、大型のモデルを製作
するのに適する。
【0026】また、このように、レーザ光の波長を約
0.35μから0.45μの間で選択できるため、液晶マ
スクの紫外域での透過率特性が種類により多少異なって
も、用いる液晶マスクの特性に合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光造形装置の斜視図。
【図2】液晶マスクの透過率を示すグラフ。
【符号の説明】 1a,1b,1c,1d,1e…レーザ光、2…レーザ
光発生部、3a,3b…ガルバノミラー、4…液晶マス
ク、5…偏光ビームスプリッタ、6…光吸収板、7…結
像レンズ、8…紫外線硬化性樹脂、9…容器、10a,
10b…スポット、11a,11b…全反射鏡、12…
ダイクロイックミラー、13…Cr:LiCaAlF6
晶、14…波長選択子、15…BaB25結晶、16…
集光レンズ、100…光造形装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮内 建興 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 後藤 典雄 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所映像メディア研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】三価のクロムイオンを含んだレーザ用結晶
    と非線形光学素子とを含むレーザ光発生部を含むことを
    特徴とする光造形装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、液晶マスクを設けた光
    造形装置。
JP5150104A 1993-06-22 1993-06-22 光造形装置 Pending JPH071593A (ja)

Priority Applications (1)

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JP5150104A JPH071593A (ja) 1993-06-22 1993-06-22 光造形装置

Applications Claiming Priority (1)

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JP5150104A JPH071593A (ja) 1993-06-22 1993-06-22 光造形装置

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JPH071593A true JPH071593A (ja) 1995-01-06

Family

ID=15489595

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JP5150104A Pending JPH071593A (ja) 1993-06-22 1993-06-22 光造形装置

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0846548A1 (en) * 1996-12-06 1998-06-10 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for producing a laminated object and apparatus for producing the same
JPH10211658A (ja) * 1997-01-31 1998-08-11 Toyota Motor Corp 粉粒体積層造形方法及びその装置
EP0856393A3 (en) * 1997-01-29 1998-09-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for producing a laminated object and apparatus for producing the same
JP2016518516A (ja) * 2013-03-05 2016-06-23 ローレンス リバモア ナショナル セキュリティー, エルエルシー 高電力ダイオードに基づく付加製造のためのシステムおよび方法
US10747033B2 (en) 2016-01-29 2020-08-18 Lawrence Livermore National Security, Llc Cooler for optics transmitting high intensity light
WO2022182466A1 (en) * 2021-02-24 2022-09-01 NEXA3D Inc. Methods and systems for photocuring liquid resin with reduced heat generation

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0846548A1 (en) * 1996-12-06 1998-06-10 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for producing a laminated object and apparatus for producing the same
EP0856393A3 (en) * 1997-01-29 1998-09-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for producing a laminated object and apparatus for producing the same
JPH10211658A (ja) * 1997-01-31 1998-08-11 Toyota Motor Corp 粉粒体積層造形方法及びその装置
JP2016518516A (ja) * 2013-03-05 2016-06-23 ローレンス リバモア ナショナル セキュリティー, エルエルシー 高電力ダイオードに基づく付加製造のためのシステムおよび方法
US10569363B2 (en) 2013-03-05 2020-02-25 Lawrence Livermore National Security, Llc System and method for high power diode based additive manufacturing
US11534865B2 (en) 2013-03-05 2022-12-27 Lawrence Livermore National Security, Llc System and method for high power diode based additive manufacturing
US12128611B2 (en) 2013-03-05 2024-10-29 Lawrence Livermore National Security, Llc System and method for high power diode based additive manufacturing
US10747033B2 (en) 2016-01-29 2020-08-18 Lawrence Livermore National Security, Llc Cooler for optics transmitting high intensity light
US11999106B2 (en) 2016-01-29 2024-06-04 Lawrence Livermore National Security, Llc Cooler for optics transmitting high intensity light
WO2022182466A1 (en) * 2021-02-24 2022-09-01 NEXA3D Inc. Methods and systems for photocuring liquid resin with reduced heat generation
US12005634B2 (en) 2021-02-24 2024-06-11 NEXA3D Inc. Methods for photocuring liquid resin with reduced heat generation

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