(57)【要約】【課題】透光部に撓みが生じる等しても良好な造形精度を得る。【解決手段】三次元造形装置１００は、透光部２１２を有して液状の光硬化性樹脂ＲＡを保持する容器２０１と、複数の画素を有して光源からの光を画素ごとに変調する光変調素子２５３と、光変調素子からの変調光を、透光部を通して光硬化性樹脂に照射する光学系２５５と、三次元形状データに応じて光変調素子を制御する制御部３００と、光硬化性樹脂のうち変調光を受けて硬化した硬化部ＷＡを透光部から離れる方向に移動させる移動部材２０２とを有する。制御部は、三次元形状データにおける同一断面の形状データに対応する硬化部を形成するための変調光の光硬化性樹脂への照射タイミングを画素ごとに制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光部を有し、液状の光硬化性樹脂を保持する容器と、
複数の画素を有し、光源からの光を前記画素ごとに変調する光変調素子と、
前記光変調素子からの変調光を、前記透光部を通して前記光硬化性樹脂に照射する光学系と、
三次元形状データにおける複数の断面の二次元形状データのそれぞれに基づいて前記光変調素子を制御する制御部と、
前記光硬化性樹脂のうち前記変調光を受けて硬化した硬化部を前記透光部から離れる方向に移動させる移動部材とを有し、
前記制御部は、前記複数の断面のうち同一断面の前記二次元形状データに対応する前記硬化部を形成するための前記変調光の前記光硬化性樹脂への照射タイミングを前記画素ごとに制御することを特徴とする三次元造形装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記複数の画素のうち少なくとも一部の画素からの前記照射タイミングを他の画素からの前記照射タイミングと異ならせることを特徴とする請求項１に記載の三次元造形装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記透光部の形状に関する情報に応じて前記照射タイミングを前記画素ごとに制御することを特徴とする請求項１または２に記載の三次元造形装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記透光部の形状に関する情報の変化に応じて前記照射タイミングを変更することを特徴とする請求項３に記載の三次元造形装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記透光部の形状を計測することで前記透光部の形状に関する情報を取得することを特徴とする請求項３または４に記載の三次元造形装置。
【請求項６】
前記光源とは波長が異なる検出光を発する計測用光源と、
該計測用光源から前記透光部に照射されて該透光部にて反射した前記検出光を検出する光検出手段とを有し、
前記制御部は、前記光検出手段からの出力を用いて前記透光部の形状を計測することを特徴とする請求項５に記載の三次元造形装置。
【請求項７】
前記制御部は、校正用三次元形状データにおける複数の断面の二次元形状データに基づいて前記光変調素子を制御することで形成された前記硬化部の形状を計測して得られた情報を用いて前記照射タイミングを前記画素ごとに制御することを特徴とする請求項１または２に記載の三次元造形装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記容器により保持された前記光硬化性樹脂の液量に関する情報に応じて前記照射タイミングを前記画素ごとに制御することを特徴とする請求項１または２に記載の三次元造形装置。
【請求項９】
前記液量を検出する液量検出手段を有し、
前記制御部は、前記液量検出手段からの出力を用いて前記光硬化性樹脂の液量に関する情報を取得することを特徴とする請求項８に記載の三次元造形装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記透光部における第１の領域の変形量が第２の領域の変形量より大きい場合に、前記第１領域を透過する前記画像光の前記照射タイミングを前記第２の領域を透過する前記画像光の前記照射タイミングより遅くすることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の三次元造形装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記移動部材の移動方向の前記透光部に対して直交する方向からの傾きを計測して得られた情報に応じて前記照射タイミングを前記画素ごとに制御することを特徴とする請求項１または２に記載の三次元造形装置。
【請求項１２】
前記制御部は、該三次元造形装置の温度および前記透光部の気体透過量のうち少なくとも一方に関する情報に応じて前記照射タイミングを前記画素ごとに制御することを特徴とする請求項１または２に記載の三次元造形装置。
【請求項１３】
前記同一断面の前記二次元形状データに基づいて前記複数の画素のうち第１の画素および第２の画素から前記変調光が１回ずつ前記光硬化性樹脂に照射されることで形成される前記硬化部をそれぞれ第１の硬化部および第２の硬化部とし、前記透光部から離れる方向としての厚み方向における前記第１および第２の硬化部の厚みを単位硬化厚みとするとき、
前記制御部は、前記厚さ方向における前記第１の硬化部の位置と前記第２の硬化部の位置とが前記単位硬化厚みより小さい差を持つように前記第１および前記第２の画素からの前記照射タイミングを異ならせることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の三次元造形装置。
【請求項１４】
前記同一断面の前記二次元形状データに基づいて前記複数の画素のうち第１の画素および第２の画素から前記変調光が１回ずつ前記光硬化性樹脂に照射される場合に、
前記制御部は、前記第１および前記第２の画素からの前記照射タイミングが前記変調光の１回の照射時間より短い時間差を持つように前記照射タイミングを制御することを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の三次元造形装置。
【請求項１５】
透光部を有する容器に液状の光硬化性樹脂を保持し、
複数の画素を有して光源からの光を前記画素ごとに変調する光変調素子を三次元形状データにおける複数の断面の二次元形状データのそれぞれに基づいて制御して、該光変調素子からの変調光を前記透光部を通して前記光硬化性樹脂に照射し、
前記光硬化性樹脂のうち前記変調光を受けて硬化した硬化部を前記透光部から離れる方向に移動させて三次元物体を製造する三次元物体製造方法であって、
前記複数の断面のうち同一断面の前記二次元形状データに対応する前記硬化部を形成するための前記変調光の前記光硬化性樹脂への照射タイミングを前記画素ごとに制御することを特徴とする三次元物体製造方法。
【請求項１６】
透光部を有して液状の光硬化性樹脂を保持する容器と、複数の画素を有して光源からの光を前記画素ごとに変調する光変調素子と、前記光変調素子からの変調光を前記透光部を通して前記光硬化性樹脂に照射する光学系とを有する三次元造形装置のコンピュータに三次元造形プロセスを実行させるコンピュータプログラムであって、
前記コンピュータに、
前記光変調素子を三次元形状データにおける複数の断面の二次元形状データのそれぞれに基づいて制御させ、前記光硬化性樹脂のうち前記変調光を受けて硬化した硬化部を前記透光部から離れる方向に移動させる処理を行わせ、
さらに前記複数の断面のうち同一断面の前記二次元形状データに対応する前記硬化部を形成するための前記変調光の前記光硬化性樹脂への照射タイミングを前記画素ごとに制御させることを特徴とする三次元造形プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光硬化性樹脂を硬化させて三次元物体を造形する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元造形では、三次元物体の形状を示す三次元形状データから高さ方向の位置ごとの二次元形状データ（画像データ）を生成し、該断面形状データのそれぞれに対応する形状を有する造形層を順次形成して積層していくことで三次元物体（造形物）を得る。このような三次元造形方法の一つとして、特許文献１には、光硬化性樹脂を用いる方法が開示されている。
【０００３】
具体的には、液状の光硬化性樹脂を保持する容器の底面を透光板で構成し、該透光板の下側から透光板を通して照射された光で光硬化性樹脂を硬化させる。この際、二次元配列された複数の画素を有する光変調素子によって上記断面形状データに応じて変調した光を光硬化性樹脂に一括投射（照射）することで１つの造形層の全体を同時に硬化させる。そして、硬化した造形層を上方に移動させて次の造形層を形成する工程を繰り返すことで三次元物体を造形することができる。
【０００４】
この方法によれば、造形層ごとにレーザ光（スポット）で走査して光硬化性樹脂を順次硬化させる方法に比べて、造形に要する時間を短縮することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−０１６６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１にて開示された三次元造形方法では、環境の変動、容器に保持されている光硬化性樹脂の重みおよび透光板の自重等によって透光板に撓みが生じる。容器内では透光板に沿った所定の高さ位置で造形層の硬化が行われるため、透光板が撓むことで本来は平面上に形成されるべき造形層に歪みが生じ、良好な造形精度が得られなくなる。
【０００７】
本発明は、透光板（透光部）に撓みが生じる等しても良好な造形精度が得られるようにした三次元造形装置等を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面としての三次元造形装置は、透光部を有して液状の光硬化性樹脂を保持する容器と、複数の画素を有して光源からの光を画素ごとに変調する光変調素子と、光変調素子からの変調光を、透光部を通して光硬化性樹脂に照射する光学系と、三次元形状データにおける複数の断面の二次元形状データのそれぞれに基づいて光変調素子を制御する制御部と、光硬化性樹脂のうち変調光を受けて硬化した硬化部を透光部から離れる方向に移動させる移動部材とを有する。そして、制御部は、複数の断面のうち同一断面の二次元形状データに対応する硬化部を形成するための変調光の光硬化性樹脂への照射タイミングを画素ごとに制御することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の一側面としての三次元物体製造方法は、透光部を有する容器に液状の光硬化性樹脂を保持させ、複数の画素を有して光源からの光を画素ごとに変調する光変調素子を三次元形状データにおける複数の断面の二次元形状データのそれぞれに基づいて制御して、該光変調素子からの変調光を透光部を通して光硬化性樹脂に照射し、光硬化性樹脂のうち変調光を受けて硬化した硬化部を透光部から離れる方向に移動させて三次元物体を製造する方法である。そして、該方法は、上記複数の断面のうち同一断面の二次元形状データに対応する硬化部を形成するための変調光の光硬化性樹脂への照射タイミングを画素ごとに制御することを特徴とする。
【００１０】
なお、上記三次元造形装置のコンピュータに上記三次元物体製造方法に従う三次元造形プロセスを実行させるコンピュータプログラムとしての三次元造形プログラムも、本発明の他の側面を構成する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光変調素子の複数の画素からの光硬化性樹脂に対する変調光の照射タイミングを画素ごとに制御することで、透光部に撓みが生じる等しても、良好な造形精度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１である三次元造形装置の構成を示す図。
【図２】実施例１の三次元造形装置に用いられる画像形成素子を示す図。
【図３】実施例１における造形プロセスを示すフローチャート。
【図４】実施例１における画像形成素子の画素のＯＮ／ＯＦＦタイミングを示すタイミングチャートおよび造形層の形状を示す図。
【図５】本発明の実施例２である三次元造形装置の構成を示す図。
【図６】実施例２における造形プロセスを示すフローチャート。
【図７】本発明の実施例３である三次元造形装置を示す図。
【図８】透光部が平面である場合と撓んだ場合とを示す図。
【図９】従来の三次元造形装置における画像形成素子の画素のＯＮ／ＯＦＦタイミングを示すタイミングチャートおよび造形層の形状を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１には、本発明の実施例１である三次元造形装置の構成を示す。三次元造形装置１００は、液状の光硬化性樹脂に後述する画像光を照射して硬化させることで形成した造形層を順次積層することで三次元造形物を形成する。本実施例では、画像光が紫外線（以下、ＵＶ光という）であり、光硬化性樹脂として紫外線硬化性樹脂（以下、ＵＶ硬化性樹脂という）を用いる場合を例として説明する。ただし、ＵＶ光以外の画像光およびＵＶ硬化性樹脂以外の光硬化性樹脂を用いてもよい。
【００１５】
三次元造形装置１００は、造形ユニット２００と、造形ユニット２００を制御する制御部３００とを有する。制御部３００には、外部コンピュータである画像処理装置４００が接続されている。
【００１６】
造形ユニット２００は、容器２０１と、移動部材としての保持板２０２と、移動機構２０３と、投射ユニット２５０とを有する。容器２０１は、液状のＵＶ硬化性樹脂ＲＡを保持する液槽であり、その上部には開口が形成されている。容器２０１は、容器本体２１１と、該容器本体２０１の底面に形成された開口を塞ぐように設けられた透光性を有する透光板（透光部）２１２とにより構成されている。ＵＶ硬化性樹脂ＲＡは、所定光量以上のＵＶ光が照射されたときに硬化する特性を有する。このため、硬化させる領域にのみ所定光量以上の光量のＵＶ光を照射することで、目的とする形状を有する造形物ＷＢを形成することができる。
【００１７】
透光板２１２は、ＵＶ光を透過し、かつ酸素を透過するＵＶ／酸素透過性を有する。このような透光板２１２としては、薄いフッ素樹脂板、例えばテフロン（登録商標）ＡＦ２４００を用いることができる。透光板２１２は、空気中の酸素を透過してＵＶ硬化性樹脂ＲＡとの界面に酸素豊富な雰囲気を形成することでＵＶ硬化性樹脂ＲＡのＵＶ光による硬化（ラジカル重合反応）を妨げる。すなわち、ＵＶ硬化性樹脂ＲＡは、ＵＶ光により硬化する一方、酸素豊富な環境では硬化が妨げられる特性を有する。
【００１８】
このため、図８（Ａ）に示すように、透光板２１２の近傍には、ＵＶ硬化性樹脂ＲＡがＵＶ光を受けても硬化しないデッドゾーン（不感帯）ＤＺが層状に形成される。そして、ＵＶ硬化性樹脂ＲＡのうちデッドゾーンＤＺの直上に位置する層状の部分（以下、造形樹脂液層という）ＰＡがＵＶ光（画像光）を受けることで硬化して、硬化部としての造形層（造形途中の中間物）ＷＡを形成する。これにより、造形層ＷＡが透光板２１２に付着することはない。
【００１９】
なお、透光板２１２を透過する酸素は、上述した空気中の酸素を用いてもよいし、不図示の酸素供給装置（ノズル）を透光板２１２の近傍に配置して透光板２１２に向けて酸素を供給するようにしてもよい。造形ユニット２００または三次元造形装置１００全体を高圧酸素雰囲気中に配置してもよい。
【００２０】
移動機構２０３は、容器２０１の上部開口を通して保持板２０２を上下方向に移動させる。移動機構２０３は、パルスモータとボールねじ等により構成され、制御部３００からの制御によって任意の速度または任意のピッチで保持板２０２を移動させる。以下の説明では、図１中の移動機構２０３による保持板２０２の移動方向（図の上下方向）をＺ方向（厚み方向）とし、該Ｚ方向に直交する方向（図の左右方向）をＸ方向とする。さらに、Ｚ方向およびＸ方向に直交する方向（図中の奥行き方向）をＹ方向とする。
移動機構２０３は、Ｚ方向において、保持板２０２を透光板２１２から離れる方向（上方）および透光板２１２に近づける方向（下方）に移動させる。造形中は、保持板２０２を上記デッドゾーンＤＺに近づいて対向した下端位置から上方に移動させる。保持板２０２が下端位置にある状態で透光板２１２を通して画像光をＵＶ硬化性樹脂ＲＡに照射することで最初の造形層が保持板２０２に付着した状態で形成される。そして、最初の造形層が下端位置から所定量だけ引き上げられた状態で透光板２１２を通して画像光をＵＶ硬化性樹脂ＲＡに照射することで、最初の造形層とデッドゾーンＤＺとの間で次の造形層が最初の造形層に積層されて形成される。この工程を繰り返すことで、順次形成される複数の造形層ＷＡが積層された造形物ＷＢを形成することができる。
【００２１】
容器２０１の下側には投射ユニット２５０が配置されている。投射ユニット２５０は、ＵＶ光源２５１と、ビームスプリッタ２５２と、光変調素子としての画像形成素子２５３と、駆動機構２５４と、投射光学系２５５とを有する。必要に応じて、投射ユニット２５０に投射光路を変更する別の光学素子を追加してもよい。
【００２２】
ＵＶ光源２５１、ビームスプリッタ２５２および光変調素子２５３は水平方向であるＸ方向に直列に配置されている。ビームスプリッタ２５２の上方（Ｚ方向）には、投射光学系２５５が配置されている。投射光学系２５５は、その光出射面が透光板２１２に対向するように配置されている。
【００２３】
ＵＶ光源２５１は、ＵＶ光を発するＬＥＤや高圧水銀ランプ等により構成されている。ＵＶ光源２５１から発せられたＵＶ光は、ビームスプリッタ２５２を透過して画像形成素子２５３にＵＶ光を照射する。
【００２４】
画像形成素子２５３は、複数の画素を有し、照射されたＵＶ光を画素ごとに変調して変調光としての画像光を生成する。本実施例では、画像形成素子２５３として、ＤＭＤ（Digital Micro mirror Device）を用いる。ＤＭＤとしての画像形成素子２５３は、図２に示すように、二次元配列された複数の画素２６１のそれぞれが、２つの角度位置（オン位置とオフ位置）の間で移動（回動）する微細な反射ミラーで構成されている。各画素２６１は、反射ミラーがオン位置にあるオン状態と反射ミラーがオフ位置にあるオフ状態とで明暗を表現する２値制御が可能である。
【００２５】
画像処理装置４００は、三次元物体の形状データとして予め用意された三次元形状データからＺ方向での複数の断面の二次元形状データとしての複数の画像データを生成する。各画像データは、二次元の複数の画素位置に対して造形画素位置であることを示す１または非造形画素位置であることを示す０を含む２値化データである。画像処理装置４００は、複数の画像データが時系列に配列された動画像データを制御部３００に出力する。
【００２６】
制御部３００は、動画像データ内の複数の画像データのそれぞれに基づいて、順次、画像形成素子２５３の画素２６１ごとの２値制御を行うことで、上述したようにＵＶ光を画素２６１ごとに変調して画像光を生成する。なお、制御部３００は、各画素２６１のオン状態とオフ状態との切り替えを高速で行うデューティ制御を行って中間調を表現することもできる。
【００２７】
また、本実施例では、画像形成素子２５３としてＤＭＤを用いる場合について説明するが、画像形成素子２５３として反射型液晶パネルを用いてもよいし、透過型液晶パネルを用いてもよい。この場合も、画素の反射率または透過率の２値制御による明暗表現だけでなく、反射率または透過率の高速スイッチングによる中間調表現も可能である。その他、明暗や中間調を有する画像光を形成できる素子であれば、画像形成素子２５３として用いることができる。
【００２８】
ビームスプリッタ２５２は、前述したようにＵＶ光源２５１からのＵＶ光を透過させ、画像形成素子２５３からの画像光を投射光学系２５５に向けて反射する。投射光学系２５５は、１つまたは複数のレンズにより構成されており、画像形成素子２５３（ビームスプリッタ２５２）からの画像光を、容器２０１内において画像形成素子２５３と光学的に共役な位置に結像させるように投射（照射）する。本実施例では、この画像光の結像位置を造形位置とする。造形位置は、容器２０１内における上述したデッドゾーンＤＺの直上の位置であり、ＵＶ硬化性樹脂ＲＡのうち造形位置にある造形樹脂液層ＰＡが画像光を受けることで造形層ＷＡが形成される。画像形成素子２５３の各画素からの画像光を造形位置に結像させる、すなわち最も絞った状態とすることにより、良好な解像度の造形層ＷＡを形成することができる。
【００２９】
制御部３００は、ＵＶ光源２５１、移動機構２０３、画像形成素子２５３および駆動機構２５４を制御し、上述した動画像データに応じた造形層ＷＡの形成（硬化）と同期した速度で連続的または断続的に移動機構２０３に保持板２０２を引き上げさせる。これにより、保持板２０２によって上端が保持された造形物ＷＢが成長するように三次元造形が行われる。
【００３０】
このように本実施例の三次元造形装置１００は、順次積層される複数の造形層ＷＡのそれぞれを形成する際に、投射ユニット２５０から画像光を造形位置に一括投射して造形樹脂液層ＰＡを一度に硬化させる。このため、各造形層をレーザ光の走査により形成したり、ＵＶ硬化性樹脂を塗布してから光を照射して形成したりする他の装置に比べて、造形物ＷＢの造形に要する時間を短くすることができる。
【００３１】
制御部３００は、ＣＰＵ３０１と、ＣＰＵ３０１の演算に用いられる作業領域を有するＲＡＭ３０２と、ＲＯＭ３０３とを有するコンピュータとして構成されている。ＲＯＭ３０３は、プログラム３０４が記録された記録媒体であり、ＥＥＰＲＯＭ等の書き換え可能な不揮発性のメモリである。ＣＰＵ３０１は、ＲＯＭ３０３に記録されたコンピュータプログラムとしての三次元造形プログラム３０４を読み出して造形ユニット２００を制御する後述する三次元造形プロセス（三次元物体製造方法）を実行する。
【００３２】
なお、三次元造形プログラム３０４は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、例えば不揮発性メモリ（半導体メモリ等）、記録ディスク（光ディスクや磁気ディスク）、外部記憶装置（ハードディスク）等に記録されていてもよい。
【００３３】
図８（Ａ）には、造形ユニット２００において透光板２１２が理想的な平板状態（撓みがない状態）である場合を示している。透光板２１２が平板状態にあると、その上側のデッドゾーンＤＺやデッドゾーンＤＺに面する造形位置にある造形樹脂液層ＰＡも透光板２１２の上面（平面）に沿った平板状の層となる。この状態で造形樹脂液層ＰＡに画像光が照射されることで形成される造形層も平板状（ただし、非造形部分を含む）の層となる。
【００３４】
ただし、実際には、図８（Ｂ）に示すように、容器２０１内に保持されたＵＶ硬化性樹脂ＲＡの重みや透光板２１２の自重によって透光板２１２が撓む。さらに本装置１００の温度上昇に伴う透光板２１２の変形も生じ得る。この結果、撓んだり変形したりした透光板２１２の上面（曲面）に沿ってデッドゾーンＤＺおよび造形樹脂液層ＰＡも歪む。従来の三次元造形装置（以下、従来装置という）では、このように歪んだ造形樹脂液層ＰＡに画像光を同一タイミングで一括投射するため、形成された造形層ＷＡも歪むことになる。
【００３５】
このことについて、図９（Ａ），（Ｂ）を用いて説明する。図９（Ａ）には、従来装置における造形樹脂液層ＰＡにおけるＸ方向位置（Ｘ座標）ごとの画像光の照射タイミング、すなわち画像形成素子２５３におけるＸ座標に対応する画素（造形画素）がオン状態となるＯＮタイミングを示す。なお、ＯＮタイミングでオン状態になった造形画素は、所定の照射時間（パルス幅）Ａが経過した時点であるＯＦＦタイミングでオフ状態となる。照射時間Ａは、造形画素の１回のオフ状態→オン状態→オフ状態の切り替え、すなわち１回の画像光（パルス光）が照射される時間であり、該１回の画像光の造形樹脂液層ＰＡへの照射により照射時間Ａに対応する層厚みを有する造形層が形成される。
【００３６】
図９（Ａ）は、代表的な５つのＸ座標である中心座標、両端（プラス端とマイナス端）座標およびそれらの中間位置である２つの中間（プラス中間とマイナス中間）座標に対応する造形画素のＯＮタイミングが、全て同一タイミングであることを示している。なお、図に示した５つのＸ座標だけでなく、画像形成素子２５３上に２次元に分布する全ての造形画素のＯＮタイミングが同一タイミングである。
【００３７】
図９（Ｂ）には、図９（Ａ）に示したＯＮタイミングが用いられた場合の造形層の形状を示す。図９（Ｂ）は、上記５つのＸ座標のうち透光板２１２の撓み量が最も大きい中心座標で最も大きく歪み、両端座標に向けて歪みが小さくなっていることを示している。すなわち、造形層は透光板２１２の撓みに伴って歪む。このように、透光板２１２に撓みがある状態で造形樹脂液層ＰＡの全体に対して同一の照射タイミングで画像光を照射すると、本来の平板形状から歪んだ造形層が形成され、良好な造形精度が得られない。
【００３８】
そこで本実施例の三次元造形装置は、画像形成素子２５３における画素ごとのオフセット値を記憶する記憶部３０５をＲＡＭ３０２内に有する。そして、制御部３００は、記憶部３０５から読み出したオフセット値に応じて複数の画素のＯＮタイミング（複数の画素からの画像光の照射タイミング）を相対的にオフセットさせる。言い換えれば、複数の画素のうち少なくとも一部の画素からの照射タイミングを他の画素からの照射タイミングと異ならせる。これにより、透光板２１２の撓みに起因する造形物ＷＢの歪み（以下、造形歪みという）を低減し、良好な造形精度で造形物ＷＢを形成することができるようにしている。
【００３９】
図４（Ａ）には、本実施例における造形樹脂液層ＰＡにおける図９（Ａ）に示した５つのＸ座標（中心座標、両端座標および２つの中間座標）に対応する造形画素）のＯＮタイミングを示す。本実施例でも、ＯＮタイミングでオン状態になった造形画素は、図９（Ａ）でも説明した照射時間Ａの経過のＯＦＦタイミングでオフ状態となる。
【００４０】
図４（Ａ）は、中心座標に対応する造形画素のＯＮタイミングが両端座標に対応する造形画素のＯＮタイミングよりも遅くなるようにオフセット値Ｂだけオフセットしていることを示す。また、２つの中間座標に対応する造形画素のＯＮタイミングは、両端座標に対応する造形画素のＯＮタイミングよりも遅く、かつ中心座標に対応する造形画素のＯＮタイミングより早くなるようにオフセットしている。このときの両端座標に対応する造形画素のＯＮタイミングに対する中間座標に対応する造形画素のＯＮタイミングのオフセット値をＣで示している。
【００４１】
このように画像形成素子２５３上に２次元に分布する全ての造形画素のＯＮタイミングが、それぞれのオフセット値に応じて、造形樹脂液層ＰＡの周辺部よりも中心部に対応する造形画素のＯＮタイミングの方が遅くなるようにオフセットしている。つまり、透光板２１２のうち撓み量（変形量）が大きい第１の領域を透過する画像光に対応する造形画素のＯＮタイミングが撓み量が小さい第２の領域を透過する画像光に対応する造形画素のＯＮタイミングより遅くなるように各造形画素のオフセット値を設定する。
【００４２】
図４（Ｂ）には、図４（Ａ）に示したＯＮタイミングが用いられた場合の造形層の形状を示す。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示したように造形画素ごとにＯＮタイミングをオフセットすることで、上記５つのＸ座標に歪みが生じていないことを示している。すなわち、透光板２１２が撓んでいるにもかかわらず、造形層を平板状に形成することができ、良好な造形精度が得られる。
【００４３】
図３のフローチャートには、本実施例において制御部３００内のＣＰＵ３０１が前述した三次元造形プログラムに従って実行する三次元造形プロセスの流れを示している。
【００４４】
ステップＳ１において、ＣＰＵ３０１は、画像処理装置４００から複数の画像データが時系列に配列された動画像データを取得する。
【００４５】
次にステップＳ２において、ＣＰＵ３０１は、図１に示すようにＵＶ光源２５１とは別の（ＵＶ光とは波長が異なる）計測用光源２５６から検出光を透光板２１２に照射させ、該透光板２１２で反射した検出光を受光素子（光検出手段）２５７で検出させる。そして、ＣＰＵ３０１は、受光素子２５７からの出力を用いて透光板２１２の形状（撓み）を示す透光板形状データ（透光板２１２の形状に関する情報）を取得する。つまり、ＣＰＵ３０１は透光板２１２の形状を計測する。検出光はＵＶ硬化性樹脂ＲＡが感度を持たない赤外線とすることが望ましい。これにより、検出光が造形物の造形に影響しないようにしている。
【００４６】
また実施例では、検出用光源２５６から２次元パターンを形成する赤外線を透光板２１２に照射し、二次元イメージセンサとしての受光素子２５７によって透光板２１２上に形成された２次元パターンを撮像して解析することで、透光板２１２の形状を計測する。これにより、リアルタイムで透光板２１２の形状を計測することができる。ただし、透光板２１２の形状を計測する他の方法として、例えば、レーザ変位計を複数設け、透光板２１２の各ＸＹ座標でのＺ方向の相対位置を計測する方法を用いてもよい。また、干渉計、プローブ接触方式、ＴＯＦ法等を用いて計測してもよい。
【００４７】
次にステップＳ３において、ＣＰＵ３０１は、取得した透光板形状データに基づいて２次元配列された全画素に対して、画素ごとのオフセット値を設定する。
【００４８】
次にステップＳ４において、ＣＰＵ３０１は、設定した画素ごとのオフセット値を記憶部３０５に記憶させる。
【００４９】
次にステップＳ５において、ＣＰＵ３０１は、動画像データに含まれる複数の画像データに対応する画像光を順次、造形樹脂液層ＰＡに照射する。また、画像データに対応する画像光の照射に同期して保持板２０２が上方に移動するように移動機構２０３を制御する。この際、ＣＰＵ３０１は、記憶部３０５から全画素に対して設定されたオフセット値を読み出す。そして、それぞれの画像データ（すなわち同一断面の二次元形状データ）に対応する画像光を照射する際に、各画像データにおいて造形位置となる造形画素のＯＮタイミングをその造形画像に対して設定されたオフセット値に応じて制御する。つまり、造形画素ごとにＯＮタイミング、すなわち画像光の照射タイミングを制御する。このようにして所定時間の間、複数の造形層からなる造形物の造形を行う。
【００５０】
次にステップＳ６において、ＣＰＵ３０１は、動画像データに含まれる複数の画像データの全てについて画像光の照射が終了したか否かを判断する。残りの画像データがあればステップＳ２に戻って全画像データについての画像光の照射が終了するまでステップＳ２からステップＳ５までの処理を繰り返す。
【００５１】
ここで、造形物の造形中における光硬化により生じた熱や三次元造形装置１００が設置された空間の温度の変化によって、該装置１００の温度が変化する場合がある。この場合、造形開始からの時間の経過に伴って透光板２１２の撓み量が変化するおそれがある。このため、本実施例では、上記所定時間ごとにステップＳ２からステップＳ４の処理を繰り返した上でステップＳ５にて造形を行うようにしている。すなわち、ＣＰＵ３０１は、造形中に所定時間ごとに透光板２１２の形状を計測し、該計測により得られた形状（透光板２１２の形状に関する情報）の変化に応じて画素ごとのオフセット値を変更する。これにより、造形開始から終了に至るまで造形歪みの発生を抑えることができる。
【００５２】
本実施例では、実際の造形中に所定時間ごとに透光板２１２の形状を計測するが、造形開始前や三次元形状装置１００の製造時に造形テストを行い、その際に透光板２１２の形状を計測した結果に基づいて設定したオフセット値を記憶部３０５に記憶させてもよい。そして、実際の造形時に記憶部３０５に記憶されたオフセット値を用いて造形画素ごとのＯＮタイミングを制御してもよい。
【００５３】
さらに、本実施例では、同一断面の二次元形状データである画像データに基づいて複数の造形画素のうち第１の画素および第２の画素から画像光が１回ずつＵＶ硬化性樹脂に照射される。このとき、ＵＶ硬化性樹脂のうち第１の画素および第２の画素からの画像光によって形成される硬化部をそれぞれ第１の硬化部および第２の硬化部とし、透光板２１２から離れるＺ方向（厚み方向）における第１および第２の硬化部の厚みを単位硬化厚みとする。制御部３００は、Ｚ方向における第１の硬化部の位置と第２の硬化部の位置とが単位硬化厚みより小さい差を持つように第１および第２の画素のＯＮタイミングを異ならせる。
【００５４】
言い換えれば、制御部３００は、第１および第２の画素のＯＮタイミングが画像光の１回の照射時間Ａより短い時間差を持つようにこれら第１および第２の画素のＯＮタイミングを制御する。すなわち、図４（Ｂ）に示すように、オフセット値（時間差）Ｂ，Ｃが照射時間Ａより短くなるようにそれぞれの造形画素のＯＮタイミングを制御する。これにより、単位硬化厚みより小さい造形歪みの発生を抑えることができる。
【００５５】
このような単位硬化厚みより小さい位置差または照射時間より短い時間差に対応する造形画素ごとのＯＮタイミングの制御を実現するためには、画像形成素子２５３としてＤＭＤを用いることが望ましい。ＤＭＤは、画素ごとのＯＮ／ＯＦＦタイミングを十分に細かい分解能で互いにオフセットすることができるからである。
【００５６】
また本実施例では、造形中の透光板２１２の形状の計測結果に応じてオフセット値を設定するが、他のオフセット値の設定方法を用いてもよい。例えば、造形物ＷＢ用の三次元形状データとは異なる歪み校正用三次元形状データを用意して校正用造形物の造形を行い、該校正用造形物の形状を計測した結果に基づいてオフセット値を設定して記憶部３０５に記憶させてもよい。これにより、上述した計測用光源２５６や受光素子２５７を省いたより簡易な装置構成により造形歪みの発生を抑えることができる。
【００５７】
また、三次元造形装置１００の温度を温度センサを用いて検出し、検出した温度に応じた透光板２１２の撓み量に基づいてオフセット値を設定してもよい。
【実施例２】
【００５８】
次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例における基本的な構成は実施例１と同じであり、共通する構成要素には実施例１と同符号を付して説明に代える。
【００５９】
図５には、本実施例の三次元造形装置１００′の構成を示している。容器２０１内のＵＶ硬化性樹脂ＲＡの液量に応じて透光板２１２に加わる重量が変化し、液量が多く重量が重いほど透光板２１２の撓み量は大きい。また、造形物ＷＢの造形が進んでＵＶ硬化性樹脂ＲＡの液量が少なくなると重量が軽くなって透光板２１２の撓み量が小さくなる。このため、本実施例では、容器２０１内のＵＶ硬化性樹脂ＲＡの液量を検出する液量モニタ（液量検出手段）２５８を設け、検出された液量のデータ（液量に関する情報）に応じて造形画素ごとのオフセット値を変更する。
【００６０】
実施例１では透光板２１２の形状を直接計測している。これに対して、本実施例ではＵＶ硬化性樹脂ＲＡの液量を計測し、その液量からＵＶ硬化性樹脂ＲＡの重量による透光板２１２の撓み量を予測してオフセット値を設定する。このため、ＵＶ硬化性樹脂ＲＡの液量に関する情報は、透光板２１２の形状に関する情報ということもできる。
【００６１】
図６のフローチャートには、本実施例においてＣＰＵ３０１が三次元造形プログラムに従って実行する三次元造形プロセスの流れを示している。図６のフローチャートのうちステップＳ１およびステップＳ４〜６は実施例１で図３に示したフローチャートと同じである。
【００６２】
図６のステップＳ２′では、ＣＰＵ３０１は、液量モニタ２５８を通じてＵＶ硬化性樹脂ＲＡの液量を示す液晶データを取得する。
【００６３】
さらにステップ３′では、ＣＰＵ３０１は、液量データからＵＶ硬化性樹脂ＲＡの重量を算出し、さらに該重量から透光板２１２の撓み量を算出（予測）する。そして、算出した撓み量に基づいて、２次元配列された全画素に対して画素ごとのオフセット値を設定する。この後、ステップＳ４に進む。
【００６４】
なお、ステップＳ３′で撓み量を算出しなくてもよい。すなわち、液量データごとのオフセット値を示すデータテーブルを予め記憶部３０５に記憶させておき、該データテーブルからステップＳ２′で取得した液量データに応じたオフセット値を読み出すようにしてもよい。
【００６５】
本実施例によれば、実施例１と同様に、かつ実施例１より簡易な構成で、造形開始から終了に至るまで造形歪みの発生を抑えることができる。
【００６６】
上記実施例１，２では透光板２１２の撓みに起因する造形歪みを抑える場合について説明したが、他の原因による造形歪みを画素ごとにＯＮタイミングを制御することで抑えることもできる。例えば、透過板２１２のＸＹ方向での領域ごとの酸素透過量にむらがあると、デッドゾーンＤＺの厚みにばらつきが生じ、この結果、造形歪みが発生する。この場合には、透過板２１２の領域ごとの酸素透過量や酸素透過率を計測して得られた情報（気体透過量に関する情報）を用いてオフセット値を設定してもよい。これにより、透過板２１２の酸素透過量のむらに起因する造形歪みの発生を抑えることができる。
【００６７】
また、透光板２１２に対して直交する方向（本実施例では垂直方向）であるＺ方向から移動機構２０３による保持板２０２の移動方向が傾いている場合は、造形物に傾き歪みが発生する。この場合は、透光板２１２に対して直交する方向からの保持板２０２の移動方向の傾き方向と傾き角度を計測する。そして、画像形成素子２５３において上記傾き方向に対応する方向に傾き角度に応じて大きさが線形的に変化するオフセット値を全画素に対して設定することで、造形物の傾き歪みの発生を抑えることができる。
【実施例３】
【００６８】
実施例１，２では、造形ユニット２００において、容器２０１の底部に設けられた透光板２１２を通して画像光を容器２０１内のＵＶ硬化性樹脂ＲＡに照射する場合について説明した。しかし、図７（Ａ）に示す本発明の実施例３の造形ユニット２００′のように、投射ユニット２５０からの画像光を容器２０１′の天井部に設けた透光板２１２を通してＵＶ硬化性樹脂ＲＡに照射してもよい。この場合、移動機構２０３′により保持板２０２′を下方に移動させながら造形層ＷＡを順次形成していけばよい。
【００６９】
また、図７（Ｂ）に示す造形ユニット２００″のように、投射ユニット２５０からの画像光を容器２０１″の側面部に設けた透光板２１２を通してＵＶ硬化性樹脂ＲＡに照射してもよい。この場合、移動機構２０３″により保持板２０２″を透光板２１２から離れる水平方向に移動させながら造形層ＷＡを順次形成していけばよい。
【００７０】
図７（Ａ），（Ｂ）に示す構成においても、透光板２１２はＵＶ硬化性樹脂ＲＡから受ける圧力や装置温度や自重等によってその形状が撓んだり撓み量が変化したりする。このため、実施例１，２で説明した三次元造形プロセスを実行することで、造形歪みの発生を抑えることができる。
【００７１】
また、上述した各実施例では、透光板２１２を透過した酸素によってデッドゾーンが形成される場合について説明した。しかし、ＵＶ硬化性樹脂ＲＡと透光板２１２との間にＵＶ硬化性樹脂ＲＡとは異なる離形剤（離形層）を設けてもよいし、容器２０１（２０１′，２０１″）を微細振動させることで造形層が透光板２１２に付着しないようにしてもよい。
（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【００７２】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１００，１００′  三次元造形装置
２０１，２０１′，２０１″  容器
２０２，２０２′，２０２″  保持板（移動部材）
２１２  透光板（透光部）
２５１  ＵＶ光源
２５３  画像形成素子（光変調素子）
２６１  画素
３００  制御部
【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】
2018051950.tif 000009
【図８】
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【図９】
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