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JPS61114817A - 立体形状形成装置 - Google Patents

立体形状形成装置

Info

Publication number
JPS61114817A
JPS61114817A JP59237054A JP23705484A JPS61114817A JP S61114817 A JPS61114817 A JP S61114817A JP 59237054 A JP59237054 A JP 59237054A JP 23705484 A JP23705484 A JP 23705484A JP S61114817 A JPS61114817 A JP S61114817A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
resin material
photocurable resin
curable resin
supply
laser beam
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
JP59237054A
Other languages
English (en)
Inventor
Takashi Morihara
隆 森原
Fumitaka Abe
安部　文▲たか▼
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.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu 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 Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP59237054A priority Critical patent/JPS61114817A/ja
Publication of JPS61114817A publication Critical patent/JPS61114817A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
    • B01J19/121—Coherent waves, e.g. laser beams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive 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
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124—Processes 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
    • B29C64/129—Processes 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
    • B29C64/135—Processes 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2995/00—Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds
    • B29K2995/0037—Other properties
    • B29K2995/0072—Roughness, e.g. anti-slip
    • B29K2995/0073—Roughness, e.g. anti-slip smooth

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

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材にレーザビーム走査手段を用い
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
ことが困難である。
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、模型的な立体形状を比較的容易
に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−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１２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ｌ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幾つ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を照射して、選択的に露光硬化せしめて
第１硬化樹脂層４ａを形成する。
次に第１３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ｚ上の前記第１硬化樹脂層
４ａ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１４図に示すよ
うに第２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２硬化樹脂層６ａ
を形成する。
以下同様にして第１５図に示すように該昇降支持台２上
の前記第２！ｌ’化樹脂ｍＢａ上に、更に新たな三層目
の光硬化型樹脂材７を供給し、咳光硬化型樹脂材７に対
して第１６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１７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
４ａ又は６ａ上に、第１３図、第１５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３の粘度との
関係と相俟ワて、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、全形成工程時間に太
き（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、　６ａ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、各層の樹脂材供給
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、光硬化型樹脂材にレーザビーム光学系に
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、所定方
向に細長い所定幅開口部より、光硬化型樹脂材を前記光
硬化型樹脂表面に均一に供給する手段を有する構成より
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、樹脂収容容器に光硬化型樹脂材を供給する樹脂供
給手段の供給口を、該樹脂収容容器の光硬化型樹脂材面
に対するレーザビーム主走査方向に細長い形状の開口部
とし、該開口部を樹脂収容容器上にレーザビーム主走査
方向と平行に配置し、立体形状を形成するに際し、前記
樹脂収容容器を副走査台により移動すると同時に前記樹
脂材供給口より光硬化型樹脂材を樹脂収容容器内に供給
すると共に、その供給された光硬化型樹脂材面にし−ザ
ビームを選択的に主走査して露光硬化せしめることによ
り、樹脂収容容器に対する光硬化型樹脂材の供給を安定
にかつ短時間で行うことができ、更に所望とする立体形
状を高速に作成することが可能となる。
〔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する機能を有する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ると共に、該焦
点でのレーザビーム径を微小径とすることができ、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３４は該樹脂収
容容器３０の光硬化型樹脂材面に対するレーザビーム主
走査方向に細長い供給口（開口部）３５を有する樹脂材
供給機構部である。
このような構成において、上記レーザ装置２１から出射
したレーザビーム２２は光変調器２３で変調され、レン
ズ２５．２８により適当なビーム径に変換されたビーム
２２は回転多面鏡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の光硬化型樹脂材面上に焦点を結ぶ形
で照射される。
さて、上記した装置を通用して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の副走査と、該樹脂収容容器３０上にレーザビーム２
２の主走査位置より副走査方向に間隔ｌだけ離間して配
設された樹脂材供給機構部３４の細長い形状の供給口３
５より、一定量の液状光硬化型樹脂材３１の供給を開始
する。
次に第３図に示すように樹脂収容容器３０が副走査によ
り該樹脂材３１の供給開始位置より間隔４以上移動した
時点より、該供給された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作成すべき立体
模型形状を幾つかの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の主走
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、樹脂材供給口３５からの液状光硬化型樹脂材３１
の供給とレーザビーム２２の主走査による露光硬化が同
時に平行して行われる。
やがて第４図に示すように前記樹脂材供給口３５が該収
容容器３０の端に達し所定パターンの露光硬化が終了す
ると、液状光硬化型樹脂材３１の供給が停止し、樹脂収
容容器３０の副走査も停止する。
次に第５図に示すように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３ｏを降下させると共に、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。
以下、上記第２図乃至第６図により説明した工程を繰り
返し、露光硬化樹脂層を順次積層してこの積層状の立体
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の供
給と、レーザビーム２２照射による露光硬化とが殆ど同
時に平行して行われるので、液状光硬化型樹脂材３１面
に対する副走査方向の平均露光領域幅を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の供給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に対して供給される液状光硬化型
樹脂材層の層厚については、樹脂材供給機構部３４の細
長い形状の供給口３５における開口部の長さをＷ、単位
時間当たりの供給量をＳ、樹脂収容容器３０の副走査方
向への移動速度をＶとすると、開口部の長さＷと樹脂収
容容器３０の幅が等しい場合、供給される液状光硬化型
樹脂材層の層厚りは次式で表される。
ｈ＝ｓ／（ｗ−ｖ） 即ち、樹脂材の供給量Ｓを一定とすることにより、液状
光硬化型樹脂材を均一な層厚に供給することができる。
第７図乃至第１１図は本発明に係る立体形状形成装置の
他の実施例構造及び立体形状を形成する動作を順に説明
する一実施例を示す要部断面図であり、第２図乃至第６
図と同等部分には同一符号を付した。
本実施例が第２図乃至第６図による実施例と異なる点は
、樹脂材供給機構部３４の細長い形状の樹脂材供給口を
、液状光硬化型樹脂材層に照射するレーザビームの主走
査領域を挟んでその両側に設けた構成とし、樹脂収容容
器３０が載置された副走査台３３の移動走査方向に応じ
てこれら両供給口の何れか一方より選択的に液状光硬化
型樹脂材を樹脂収容容器３０内に供給するようにしたこ
とである。
即ち、第７図に示すように支持台３２上に載置された樹
脂収容容器３０の副走査すると共に、該樹脂収容容器３
０上にレーザビーム２２の主走査位置を挟んで所定間隙
をもって対向配設された樹脂材供給機構部３４の２つの
細長い形状の供給口４１．４２の内の一方の、例えば供
給口４２より第８図に示すように一定量の液状光硬化型
樹脂材３１の供給を開始する。
この樹脂材供給開始後、該供給された液状光硬化型樹脂
材層３１に対して、図示しない形状信号制御回路からの
作成すべき立体模型形状を幾つかの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の主走査による光照射によって選択的に露光硬化
を行う。
即ち、樹脂材供給口４２からの液状光硬化型樹脂材３１
の供給とレーザビーム２２の主走査による露光硬化が同
時に平行して行われる。
やがて第９図に示すように前記樹脂材供給口４２が該収
容容器３０の端に達し所定パターンの露光硬化が終了す
ると、液状光硬化型樹脂材３１の供給が停止され、樹脂
収容容器３０の副走査も停止する。
次に第１０図に示すように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を降下させると共に、
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。
しかる後、第１１図に示すように樹脂収容容器３０を前
記副走査方向とは逆方向に副走査を行い、他方の供給口
４１より一定量の液状光硬化型樹脂材３１の供給を開始
し、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の主走査による光照射によって選択的に露光
硬化を平行して行う。
以下、これらの工程を繰り返して、露光硬化樹脂層を順
次積層し、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次元立体情報を表示する立体模型形状
を、前記実施例の場合よりも更に短時間で効率よく形成
することが可能となる。
即ち、本実施例では液状光硬化型樹脂材３１面に対する
レーザビーム２２の副走査が往復走査となるため、該樹
脂収容容器３０を副走査毎に当初の所定位置へ返戻操作
する必要が無くなり、その殆どが露光硬化走査時間とい
った短時間で立体形状が形状される利点がある。
〔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
樹脂材の供給時間が大き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おいても均一な薄い層厚に
安定供給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順に説明する要
部断面図、 第７図乃至第１１図は本発明に係る立体形状形成装置の
他の実施例構造及び立体形状を形成する動作の一実施例
を順に説明する要部断面図、第１２図乃至第１７図は従
来の立体形状の形成方法を示す説明図である。 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ｆθ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は樹脂材供給機構
部、３５．４１．４２は樹脂材供給口をそれぞれ示す。 第１１１１ 第２３　　　　第３ｓ 第４図　　　　　　第５図 第６図　　　　　第７図 第８ｒｇＪ　　　　　　第９図 第１０図　　　　　　第１１図 第１２囚　　　　　　第１３図 第１４閃　　　　　第１５図 第１６図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 光硬化型樹脂材にレーザビーム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、所定方向に細長い所定
    幅開口部より光硬化型樹脂材を前記光硬化型樹脂表面に
    均一に供給する手段を有することを特徴とする立体形状
    形成装置。
JP59237054A 1984-11-09 1984-11-09 立体形状形成装置 Pending JPS61114817A (ja)

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JP59237054A JPS61114817A (ja) 1984-11-09 1984-11-09 立体形状形成装置

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