(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光硬化性樹脂にランプからの光を照射して順次硬化させ、積層物を形成する光造形装置において、
前記ランプ光の波長の選択を、その光路上に設置したフィルタ、反射ミラー、あるいはコーティングを施したレンズによって行い、この波長の選択によって光硬化性樹脂にランプ光を照射した時の硬化深度を調整することを特徴とするランプを用いた光造形装置。
【請求項２】
前記光硬化性樹脂にランプ光を照射した時の硬化深度を、０．２ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１記載のランプを用いた光造形装置。
【請求項３】
光硬化性樹脂にランプからの光を照射して順次硬化させ、積層物を形成する光造形装置において、
前記ランプ光の光路上に波長を選択する１又は２種以上のフィルタを切り替え可能に設置し、フィルタの切り替えによって光硬化性樹脂にランプ光を照射した時の硬化深度を調整することを特徴とするランプを用いた光造形装置。
【請求項４】
光硬化性樹脂にランプからの光を照射して順次硬化させ、積層物を形成する光造形装置において、
前記ランプ光の光路上に波長を選択する１又は２種以上のフィルタと、穴径の異なる２以上のピンホールをそれぞれが切り替え可能に設置し、これらが独立して又は互いに連動して切り替えられることを特徴とするランプを用いた光造形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液状の光硬化性樹脂に光を照射したときの硬化反応によって、光硬化性樹脂を順次積層し、所定の造形物を精度良く製作する光造形装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、この種の光造形装置は、３次元ＣＡＤで設計された図形データに合わせてレーザ光を走査し、光硬化性樹脂上をトレースして一層ずつ硬化させ、順次積層しながら所定の立体物を作る技術が知られている。この種の光造形装置では、光源にレーザ光が使用されており、主に３２５ｎｍや３６０ｎｍ前後の紫外光領域の波長で照射している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、同じ光造形であっても、造形物の形状や部位、ないしは造形物の用途等によって高い造形精度が要求される場合と、それほど精度が必要とならない場合とがある。しかしながら、従来の光造形装置にあっては、単一波長のレーザ光で照射するために、造形精度とは関係なく常に同じ条件で造形を行うこととなり、高い精度を必要としない場合には過剰品質になってしまうと共に、精度の要求度に比例した造形時間の短縮調整ができなかった。さらに、レーザは周囲の雰囲気に影響を受け易く取り扱いに細心な注意を要する他、高価なためにコストアップにつながるといった問題があった。
【０００４】
そこで、本発明は従来のレーザ光に代えて超高圧水銀灯のような紫外線を出すランプの光線を用い、ランプ光の波長の選択及び切り替えを行うことで造形精度に応じた硬化深度に調整し、造形時間の短縮を図ることを目的とする。また、光源の取り扱いを容易にすると共に、コストの低廉化を図ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係るランプを用いた光造形装置は、光硬化性樹脂にランプからの光を照射して順次硬化させ、積層物を形成する光造形装置において、前記ランプ光の波長の選択を、その光路上に設置したフィルタ、反射ミラー、あるいはコーティングを施したレンズによって行い、この波長の選択によって光硬化性樹脂にランプ光を照射した時の硬化深度を調整することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の請求項２に係るランプを用いた光造形装置は、前記光硬化性樹脂にランプ光を照射した時の硬化深度を、０．２ｍｍ以下としたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の請求項３に係るランプを用いた光造形装置は、光硬化性樹脂にランプからの光を照射して順次硬化させ、積層物を形成する光造形装置において、前記ランプ光の光路上に波長を選択する１又は２種以上のフィルタを切り替え可能に設置し、フィルタの切り替えによってランプ光の波長を選択することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項４に係るランプを用いた光造形装置は、光硬化性樹脂にランプからの光を照射して順次硬化させ、積層物を形成する光造形装置において、前記ランプ光の光路上に波長を選択する１又は２種以上のフィルタと、穴径の異なる２以上のピンホールをそれぞれが切り替え可能に設置し、これらが独立して又は連動して切り替えられることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に基づいて本発明に係るランプを用いた光造形装置の実施の形態を詳細に説明する。図１はランプを用いた光造形装置の第１の実施例を示す概略図である。この図において、符号１は液状の紫外線硬化樹脂２を収容する容器、３は容器１内を昇降動するテーブル、４はテーブル３上に積層された樹脂硬化物である。テーブル３の昇降動は図示外のＺ軸移動台によって制御され、光硬化性樹脂を一層ずつ硬化させるごとにテーブルを沈下させていく。
【００１３】
容器１の上方には光照射手段５が設置されている。この光照射手段５は、従来のレーザ光とは異なって２５０Ｗの超高圧水銀ランプ６を光源としており、この超高圧水銀ランプ６から容器１の上方位置まで光ファイバ７を延ばしてランプ光を導くようにしている。光ファイバ７は、超高圧水銀ランプ６で発した光を一本のファイバで導く場合と複数本を束ねて導く場合とがあり、その本数または光ファイバ７の直径によって照射エネルギを調整できる。
【００１４】
前記光ファイバ７の先端７ａ近傍にはランプ光の波長を選択するためのフィルタ８が配設されている。このフィルタ８は、ランプ光から発する様々な波長の光から特定の波長を選択するもので、例えば３５０ｎｍ以下の紫外光領域の波長を取り出すことによって、０．２ｍｍ以下の硬化深度の浅い照射光を得ることができ、また４００ｎｍ以上の可視光領域の波長も合わせて取り出すことで、２ｍｍ前後までの硬化深度の深い照射光を得ることができる。硬化深度は、造形精度及び積層厚と極めて深い関係があり、硬化深度の浅い方が造形精度は高くなる反面積層厚が小さくなるため造形時間が掛かることになる。硬化深度の深い場合はこれと逆になる。従って、造形物の縦方向の精度を要求される部分（微細形状）と要求されない部分（単純形状）がある場合には、フィルタ８を切り替えて波長を選択することで、所望の精度と共に造形時間の大幅な造形時間の短縮を図ることができる。なお、フィルタ８は、一枚だけで構成されて所定の波長を選択する場合と、複数枚を組み合わせて構成される場合とがある。組み合わせることで、所望の波長を精度よく取り出すことができる。また、波長を選択できるものであれば上述のフィルタ８に代えて、図２に示したように、特定波長を選択することのできる反射ミラー１２を光路上に設置しても同様の作用効果を得ることができる。なお、フィルタ８や反射ミラーで波長を選択することなく、光ファイバ７からの光を直接照射することも可能であり、この場合には造形精度は低くなるが硬化深度の深い照射が得られる。
【００１５】
上記フィルタ８の下部近傍には、フィルタ８の切替時に機械的にオンオフ制御するシャッタ９が配設され、さらにシャッタ９の下部には複数の集光レンズ１０が配設されている。フィルタ８を通過した光は、集光レンズ１０によって集光ビーム１１が形成され、光硬化性樹脂２の液面上で集光する。なお、集光レンズ１０に特殊なコーティングを施すことで、前記フィルタ８に代えて特定の波長を選択することも可能である。
【００１６】
図３及び図４は、２種以上のフィルタ８を切り替え可能とした場合の実施例を示したものである。この実施例では光ファイバ７の先端７ａ近傍に円板１５を配置し、この円板１５の周囲４個所に波長選択の異なるフィルタ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを組み込んだ以外は上記実施例と同様の構成である。円板１５の中心には回転軸１６が設けられ、手動又は自動で円板１５を回転させることで４つのフィルタ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄが切り替わって光路上に設定される。従って、この実施例では紫外光領域の波長から可視光領域の波長までの間で適当に波長選択の異なる４種類のフィルタ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを組み込むことで、造形精度と積層厚を適宜に調整しながら硬化時間の短縮を図ることができる。このように、フィルタ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを切り替えるだけで、波長領域の異なった光源の数を増やすことなく、紫外光領域から可視光領域までの波長を容易に選択することができる。なお、各フィルタ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄは、一枚のみで構成して特定の波長を選択する場合と、複数枚を組み合わせて波長を選択する場合とがある。上記実施例では４種類のフィルタ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄについて説明したが、２または３種類のフィルタでもよく、また必要があれば５種類以上でもよい。さらに、円板１５の４個所の内、１個所にはフィルタを設けずに空けておいてもよい。
【００１７】
次に、上記構成からなる光造形装置の作用を図３、図５及び図６に基づいて説明する。先ず、ＣＡＤシステム上で設計した造形データを上述した各フィルタ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ毎に分割し、この造形データに基づいて、フィルタ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを切り替えながらランプ光を光硬化性樹脂２の液面上で走査する。例えば図２に示したような形状の樹脂成形品４を得ようとする場合は、先ず紫外光領域の波長を選択するフィルタに切り替え、図５に示したように樹脂成形品４の底面１７及び側面１８を紫外光で形成する。この場合は、できるだけ積層厚を薄くして滑らかに接続し造形精度を確保する。次いでフィルタを可視光領域を含む波長に切り替え、図６に示したように、高さ方向での形状が変化しない樹脂成形品４の内部１９を形成する。可視光領域を含む波長では一回の硬化深度が深いので、前記紫外光の時に比べて積層厚を数倍にとることができ、短時間で手際よく造形することができる。即ち、紫外光では幾回も積層しなければならないところを一回の積層で済むので、造形時間の大幅な短縮が可能となる。
【００１８】
図７及び図８は、上記フィルタ８に代えてピンホール２０を設けたものである。光線をピンホール２０に通すことで、光ファイバ７の先端７ａから出てくるランプ光の光エネルギを調整することができ、特に光ファイバ７を束にしてある場合にその効果が大である。この実施例では、上述と同様に回転可能な円板２１の周囲４個所に大きさの異なるピンホール２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを設けてある。従って、この円板２１を回転することでピンホール２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを切り替えることができ、光硬化性樹脂２の液面上を走査する集光ビーム１１の照射面積を変化させることができる。この実施例では種々の波長が混ざり合った光を照射することになるので、縦方向に精度を要する造形には適さないが、造形物の内部を塗りつぶすような場合にはピンホール２０を大きくすることで硬化面積を稼ぐことができ、その分造形時間を短縮することができる。
【００１９】
図９は、本発明の第４実施例を示したものである。この実施例は、上述のフィルタ８とピンホール２０とを組み合わせたものであり、上述のような円板１２，２１を上下に接近させて配置し、一方には波長選択の異なる４種類のフィルタ８を組み込み、他方には穴の大きさが異なる４種類のピンホール２０を設けたものである。フィルタ８とピンホール２０の上下位置関係は問わない。この実施例では、光ファイバ７の先端７ａから出たランプ光の照射量をピンホール２０によって調整した後、さらにフィルタ８によって特定の波長に選択することができるので、ＣＡＤデータに基づいてフィルタ８とピンホール２０との組み合わせを最適なものに設定することができる。この場合、予めフィルタ８とピンホール２０との組み合わせを登録しておき、ＣＡＤデータに基づいて選択された一のフィルタに対して特定のピンホールが選択されるように、切り替えを互いに連動して行うことができる。なお、フィルタ８とピンホール２０とをそれぞれが独立して切り替えることも勿論可能である。このように、この実施例ではフィルタ８とピンホール２０とを組み合わせることで、造形物の精度に基づいた硬化深度を細かく制御することが可能となり、結果的に造形時間の大幅な短縮が図られる。
【００２０】
なお、上記実施例では光源として超高圧水銀ランプを使用した場合について説明したが、メタルハライドランプやキセノンランプなど電極間の距離が短い放電ランプを使用することができる。また、上記実施例では超高圧水銀ランプから光ファイバを延ばし、その先端を光硬化性樹脂上で移動させる場合について説明したが、超高圧水銀ランプ自体を直接移動させる場合も可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るランプを用いた光造形装置によれば、光源として一個のランプ光を用い、その波長を選択することで、硬化深度を制御することができたので、造形精度と積層厚を適宜に選択することで硬化時間の短縮を図ることができる。
【００２２】
また、光源としてランプ光を用いたことで、取り扱いが容易になると共にレーザ光を用いる場合に比較してコストを大幅に下げることができた。
【００２３】
さらに、ピンホールを光路上に配置したことで、光硬化性樹脂への照射量及び照射面積を適宜制御することができ、造形精度を要しない塗りつぶし造形などに効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るランプを用いた光造形装置の第１実施例を示す概略図である。
【図２】フィルタの代わりに反射ミラーを用いた場合の装置の概略図である。
【図３】本発明に係るランプを用いた光造形装置の第２実施例を示す概略図である。
【図４】フィルタの一実施例を示す平面図である。
【図５】紫外光領域の光線によって光造形を行うときの概略図である。
【図６】可視光領域の光線によって光造形を行うときの概略図である。
【図７】本発明に係るランプを用いた光造形装置の第３実施例を示す概略図である。
【図８】ピンホールの一実施例を示す平面図である。
【図９】本発明に係るランプを用いた光造形装置の第４実施例を示す概略図である。
【符号の説明】
２  光硬化性樹脂
４  樹脂成形品
６  超高圧水銀ランプ
８  フィルタ
２０  ピンホール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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