(57)【要約】【課題】光硬化により形成された複数の層を積層して立体造形物を形成する三次元造形装置において、三次元形成領域に、次の層形成のための液状樹脂材料を速やかに補充することが困難なため、三次元造形に多大な時間を要していた。【解決手段】光透過窓４の内面すなわち液状光硬化性樹脂２と接する側に、複数の凸部３１を形成する。凸部３１同士を隔てる空間３２が、水平方向で見たとき、光透過窓４の外部と連通するように、複数の凸部３１および空間３２を配置する。凸部３１は、硬化光と硬化阻害剤を透過する材料で形成する。空間３２を設けることにより、液状光硬化性樹脂の流動抵抗を低減し、次の層形成のための液状樹脂材料を速やかに補充することを可能とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状の光硬化性樹脂を保持する容器と、
前記液状の光硬化性樹脂を光硬化させた三次元造形物を支持する基台と、
前記基台を移動させるための移動部と、
前記液状の光硬化性樹脂を硬化させる硬化光を発光する光源ユニットと、
前記容器の一部として前記光源ユニットと前記基台の間に設けられ、前記液状の光硬化性樹脂と接する光透過窓とを備え、
前記光透過窓は、硬化光と硬化阻害剤を透過する材料からなる基部と、硬化光と硬化阻害剤を透過する材料からなり前記液状の光硬化性樹脂と接する複数の凸部とを有し、
前記複数の凸部の各凸部を隔てる空間は、前記光透過窓の主面と平行な面内で、光透過窓の外部と連通している、
ことを特徴とする三次元造形装置。
【請求項２】
前記複数の凸部は、隣り合う凸部の距離が６０μｍ以上で２００μｍ以下になるよう配置されている、
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】
前記光透過窓の主面に平行な断面における前記複数の凸部の断面積が、前記光透過窓の主面において前記硬化光に照射される領域の面積に対して、４５％以上で８０％以下である、
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】
前記凸部の高さが、５０μｍ以上で８００μｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか１項に記載の三次元造形装置。
【請求項５】
前記基部が、フルオロポリマー、シリコーンポリマー、多孔質ガラスのいずれかを含む、
ことを特徴とする請求項１乃至４のうちの何れか１項に記載の三次元造形装置。
【請求項６】
前記基部と前記凸部が、同一の材料で形成されている、
ことを特徴とする請求項１乃至５のうちの何れか１項に記載の三次元造形装置。
【請求項７】
前記凸部は、前記基部よりも屈折率が前記液状の光硬化性樹脂に近い材料で形成されている、
ことを特徴とする請求項１乃至５のうちの何れか１項に記載の三次元造形装置。
【請求項８】
前記凸部は、多角柱を含む
ことを特徴とする請求項１乃至７のうちの何れか１項に記載の三次元造形装置。
【請求項９】
前記凸部は、六角柱を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至７のうちの何れか１項に記載の三次元造形装置。
【請求項１０】
前記凸部は、円柱を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至７のうちの何れか１項に記載の三次元造形装置。
【請求項１１】
液状の光硬化性樹脂を保持する容器と、
前記液状の光硬化性樹脂を光硬化させた三次元造形物を支持する基台と、
前記基台を移動させるための移動部と、
前記液状の光硬化性樹脂を光硬化させる光を発光する光源ユニットと、
前記容器の一部として前記光源ユニットと前記基台の間に設けられ、前記液状の光硬化性樹脂と接する光透過窓とを備えた三次元造形装置を用いる三次元造形方法であって、
前記光源ユニットを発光させて前記容器の内に保持された前記液状の光硬化性樹脂の一部を光硬化させた後に、
前記基台を前記光透過窓から離間する方向に移動させ、
前記液状の光硬化性樹脂を、前記光透過窓に設けられた硬化光と硬化阻害剤を透過する材料からなる複数の凸部の間の空間を通じて、前記液状の光硬化性樹脂を前記光透過窓と前記三次元造形物との間に補充する、
ことを特徴とする三次元造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光硬化性の液状樹脂材料に露光画像を投射して、三次元造形物を製造する三次元造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、所謂３Ｄプリンタへの期待が高まっている。中でも、光硬化性の液状樹脂材料に露光画像を投射して三次元造形物を製造する方式の装置開発が盛んである。
【０００３】
例えば、特許文献１には、液状の光硬化性樹脂材料を充填した容器の底を光透過性にしておき、底を通して樹脂に露光画像を投射して所望形状の樹脂硬化層を形成する装置が開示されている。かかる装置では、樹脂硬化層を１層形成すると、造形物を持ち上げて、造形物と容器の底の間に液状の光硬化性樹脂を流入させて補充し、補充が完了すると次の露光画像を投射して樹脂硬化層を積層する。こうしたプロセスを繰り返して、三次元造形物を形成していた。かかる装置の場合は、容器の底を通じて光を照射するので、樹脂の液面が変動したとしても光学的な露光条件は影響を受けないという利点がある。
【０００４】
また、特許文献１には、光透過性の容器底を通じて重合阻害剤を供給することにより、容器底の近傍の液状樹脂材料に重合禁止領域を形成し、容器底に硬化した樹脂が付着するのを防止する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１６−５０９９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、３Ｄプリンタには、産業界から造形速度の高速化を求める要請が高まっており、光硬化性の液状樹脂材料を原料として用いる方式も例外ではない。
一般に、光硬化性の液状樹脂材料に光を照射して形成される硬化層の厚みは、一層あたり０．０２ｍｍから０．２ｍｍ程度であり、造形物を完成するには多数の層を積層させる必要がある。そこで、三次元造形速度を高めるには、一層の硬化層を形成した後、次の硬化層を形成するための準備工程をいかに短時間で完了するかが重要である。言い換えれば、次の一層分の液状樹脂材料を、いかに高速に造形領域に補給するかが重要である。というのも、光硬化性の液状樹脂材料は、一般に粘度が高いため、流動に時間がかかるからである。
【０００７】
特に、大型の三次元造形物を形成する場合には、造形領域の面積が大型化するため、次の層形成のための光硬化性の液状樹脂材料の補給に要する時間が長くなる。また、積層する層数も大きくなるので、補給する回数もそれだけ増加し、三次元造形物の完成に要する時間が長くなる。
【０００８】
特許文献１の装置の場合は、容器底の近傍に形成される重合禁止領域の厚さは３０μｍから１００μｍ程度と小さく、次の層形成の準備のため硬化層を持ち上げた際に、容器の底と硬化層の間隔が狭いためコンダクタンスが小さい。そのため、周囲から液状樹脂材料が補給されるのに時間がかかるという問題があった。
【０００９】
この問題を解決するため、粘度が低い液状樹脂材料を用いる試みもなされているが、固化時の収縮が大きくなり造形物の変形が起きたり、光硬化時の重合度が上がらずに十分な強度が得られなかったり、耐熱性が低下してしまう等の問題が発生していた。光硬化による造形の後処理工程として、光や熱を加えて強度を向上させるポストキュア法も試みられたが、寸法精度の低下や変形の問題が発生していた。
また、容器に充填した液状樹脂材料全体の温度を高めておき、流動性を高める試みもされたが、熱により樹脂材料が劣化したり硬化が進んでしまったり、固化後の冷却で造形物が変形してしまう問題があった。
【００１０】
このため、複数層を積層して三次元造形物を形成する際、造形領域に層形成のための液状樹脂材料を劣化させることなく速やかに補充する方法が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の三次元造形装置は、液状の光硬化性樹脂を保持する容器と、前記液状の光硬化性樹脂を光硬化させた三次元造形物を支持する基台と、前記基台を移動させるための移動部と、前記液状の光硬化性樹脂を硬化させる硬化光を発光する光源ユニットと、前記容器の一部として前記光源ユニットと前記基台の間に設けられ、前記液状の光硬化性樹脂と接する光透過窓とを備え、前記光透過窓は、硬化光と硬化阻害剤を透過する材料からなる基部と、硬化光と硬化阻害剤を透過する材料からなり前記液状の光硬化性樹脂と接する複数の凸部とを有し、前記複数の凸部の各凸部を隔てる空間は、前記光透過窓の主面と平行な面内で、光透過窓の外部と連通していることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の三次元造形方法は、液状の光硬化性樹脂を保持する容器と、前記液状の光硬化性樹脂を光硬化させた三次元造形物を支持する基台と、前記基台を移動させるための移動部と、前記液状の光硬化性樹脂を光硬化させる光を発光する光源ユニットと、前記容器の一部として前記光源ユニットと前記基台の間に設けられ、前記液状の光硬化性樹脂と接する光透過窓とを備えた三次元造形装置を用いる三次元造形方法であって、前記光源ユニットを発光させて前記容器の内に保持された前記液状の光硬化性樹脂の一部を光硬化させた後に、前記基台を前記光透過窓から離間する方向に移動させ、前記液状の光硬化性樹脂を、前記光透過窓に設けられた硬化光と硬化阻害剤を透過する材料からなる複数の凸部の間の空間を通じて、前記液状の光硬化性樹脂を前記光透過窓と前記三次元造形物との間に補充することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、三次元造形物を形成する際、造形領域に層形成のための液状樹脂材料を劣化させることなく速やかに補充することができる。そのため、三次元造形物の形成に要する時間を、大幅に短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第一の実施形態にかかる三次元造形装置の模式的断面図。
【図２】第一の実施形態にかかる三次元造形装置の制御ブロック図。
【図３】（ａ）第一の実施形態の光透過窓の垂直方向の模式的断面図。（ｂ）第一の実施形態の光透過窓の水平方向の模式的段面図。
【図４】第二の実施形態にかかる三次元造形装置の模式的断面図。
【図５】（ａ）第二の実施形態の光透過窓の垂直方向の模式的断面図。（ｂ）第二の実施形態の光透過窓の水平方向の模式的段面図。
【図６】（ａ）第三の実施形態の光透過窓の垂直方向の模式的断面図。（ｂ）第三の実施形態の光透過窓の水平方向の模式的段面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
尚、以下の説明では、固化していない液状の光硬化性樹脂を、液状光硬化性樹脂と記す。また、液状光硬化性樹脂を光硬化させた固体造形物を、三次元造形物と記す。三次元造形物は、完成品に限らず、途中の層まで積層した段階における半完成品も含む。
【００１６】
［第一の実施形態］
図１は、本発明の第一の実施形態にかかる三次元造形装置の構造を説明するため、装置の断面を模式的に示した図である。
【００１７】
（装置の構成）
図１において、１は容器、２は液状光硬化性樹脂、３は樹脂供給部、４は光透過窓、５は遮光部、６は凸部形成領域、７は光源、８はミラー部、９はレンズ部、１０は光源ユニット、１１は基台、１２は昇降アーム、１３は昇降部、１４は三次元造形物である。
容器１は、液状光硬化性樹脂２を保持するための容器であり、液状光硬化性樹脂を固化させる波長域の光を遮る材料で形成されている。
樹脂供給部３は、液状光硬化性樹脂を貯蔵するタンクとポンプを備え、容器１に適量の液状光硬化性樹脂２が保持されるように、液状光硬化性樹脂を供給する。
【００１８】
液状光硬化性樹脂２は、特定の波長域の光を照射されると、硬化（固化）する液状の樹脂である。液状光硬化性樹脂２は、光透過窓４と遮光部５を底部とする容器１内に満たされており、気泡が入り込まないように保持されている。光透過窓４と遮光部５は、容器１の底として機能する。
【００１９】
光透過窓４は、液状光硬化性樹脂２を固化させる波長域の光を透過させ、かつ液状光硬化性樹脂の硬化を阻害するガスを透過させる窓である。例えば、ＰＦＡ，ＰＴＦＥ，ＰＥなど、フルオロポリマーやシリコーンポリマー等の樹脂、あるいは多孔質ガラスを材料として形成される。
【００２０】
光透過窓４の近傍の液状光硬化性樹脂は、光透過窓４を透過した硬化阻害ガスの作用で、光硬化の感度が低下する。硬化阻害作用を発揮するガスは、たとえば酸素なので、光透過窓４の外には通常の大気が存在すればよい。ただし、ガスの作用をより効果的にするために、光透過窓の外気の組成や圧力を制御する機構を設けてもよい。
【００２１】
より詳しく説明すると、光硬化性樹脂を硬化させて硬化物を得るには、光硬化性樹脂の硬化させたい部分にエネルギー線を照射する。そうすると、まず、エネルギー線の照射によって光硬化性樹脂に含まれる重合開始剤が開裂し、ラジカルが発生する。次に、光硬化性樹脂に含まれる重合禁止剤や溶存酸素がラジカルと反応し、ラジカルと共に消費される。この状態が続くと、やがて光硬化性樹脂に含まれる重合禁止剤や溶存酸素がほとんど無い状態に至る。続いて、エネルギー線照射を続けると、発生したラジカルは光硬化性樹脂に含まれる重合性化合物と反応し、ラジカル重合反応が起きる。その後、ラジカル重合反応が連鎖して起きることにより、低分子であった重合性化合物が高分子化する。以上の化学反応を物理現象で見ると、液体状態であった光硬化性樹脂にエネルギー線を照射すると、光硬化性樹脂が硬化し固体状態に至る。
【００２２】
一方、酸素を含む気体中、例えば大気中で光硬化性樹脂にエネルギー線を照射すると、十分にエネルギー線を照射しても大気に触れている表面部分が硬化しないという現象が起きる。これは、エネルギー線の照射によって光硬化性樹脂に含まれる重合禁止剤や溶存酸素がラジカルと反応し、消費されると同時に、大気中の酸素が光硬化性樹脂に溶け込み続け、溶存酸素が無い状態に至らない。これにより、ラジカルが重合性化合物と反応しないためである。
【００２３】
光透過窓から常に光硬化性樹脂の硬化阻害剤を供給することにより、光透過窓と造形物の間に硬化阻害領域（未硬化層）を維持することができる。この現象を利用することで、連続的な三次元造形物の形成を容易に実施できる。例えば、光透過窓の材料として酸素透過係数［ｍ３・ｍ／ｍ２・ｓ・Ｐａ］の高い材料を用い、透過窓の光硬化性樹脂と接触していない側に酸素を含む気体、例えば大気を充填する。これにより、光透過窓から常に酸素を供給し、光透過窓と造形物の間に硬化阻害領域を維持し、連続的に三次元造形物を造形することができる。
【００２４】
ここで、未硬化層の厚みは酸素の供給と酸素の消費が釣り合う位置で規定される。酸素の供給を制御する因子としては酸素分圧、光透過窓の酸素透過係数、光硬化性樹脂の酸素透過係数が主に挙げられる。酸素の消費を制御する因子としてはエネルギー線強度、重合開始剤濃度、重合開始剤の開裂エネルギーが主に挙げられる。これらの制御因子について、光透過窓として十分な酸素透過係数をもつ材質を用い、１気圧の大気を用い、一般的に光造形に用いられる光硬化性樹脂及びプロセスを用いると、およそ３０μｍ程度の未硬化層が維持される。これに対して、１気圧の純酸素を用い、エネルギー線強度を造形可能な最低限度である通常条件の４分の１とすると、およそ１００μｍ程度の未硬化層が維持される。
【００２５】
次に、遮光部５は、液状光硬化性樹脂２を固化させる波長域の光を遮る部材より成る部分である。本実施形態では、容器の底として機能する部分のうち、光源ユニット１０と基台１１の間の光路となる部分に光透過窓４を設け、それ以外の領域には遮光部５を設けている。
【００２６】
光透過窓４の上面すなわち液状光硬化性樹脂と接する側の面には、エネルギー線であるＵＶ光と、硬化阻害剤である酸素ガスを透過する凸部形成領域６が設けられている。凸部形成領域６については、後に詳述する。
【００２７】
光源７、ミラー部８およびレンズ部９は、造形すべき三次元モデルの形状に対応させた光を液状光硬化性樹脂に照射するための光源ユニット１０を構成している。光源７は、液状光硬化性樹脂を固化させる波長域の光を発する光源である。たとえば、光硬化性樹脂として紫外光に感度を有する材料を用いる場合には、Ｈｅ−ＣｄレーザやＡｒレーザ等の紫外光源が用いられる。ミラー部８は、光源７が発する光を造形すべき三次元モデルの形状に対応させて変調する部分で、マイクロミラーデバイスをアレイ状に配置したデバイスが用いられる。レンズ部９は、変調された光を、光透過窓近傍の硬化阻害領域よりも上の所定位置に集光するためのレンズである。所定位置にある液状光硬化性樹脂２は、集光された十分な強度の紫外光を照射されると、硬化する。
【００２８】
硬化物の形状の精度を確保するためには、集光レンズの焦点位置は光透過窓の近傍にするのが望ましいが、近すぎると硬化阻害領域と重なる可能性がある。そこで、レンズ部９の焦点位置は、光透過窓４の上面から６０μｍ乃至１１０μｍ上方に設定するのが望ましい。
【００２９】
尚、光源ユニット１０は、液状光硬化性樹脂を固化させる波長域の光を、造形すべき三次元モデルの形状に対応させて変調し、所定の位置に集光する機能を有するものであれば、上記の例に限るものではない。たとえば、紫外光源と透過型液晶シャッターあるいは反射型液晶素子の組み合わせや、半導体レーザダイオードアレイ、走査ミラー、結像ミラー等を用いたものでもよい。
【００３０】
基台１１は、その下面に三次元造形物１４を吊下して支持する台で、昇降アーム１２を介して昇降部１３と連結している。昇降部１３は、昇降アーム１２を上下に移動させて基台１１の高さを調整する機構であり、基台を移動させる移動部である。
【００３１】
図２は、三次元造形装置のブロック図である。２１は制御部、２２は外部装置、２３は操作パネル、３は樹脂供給部、１０は光源ユニット、１３は昇降部である。
【００３２】
制御部２１は、ＣＰＵ、制御プログラムや制御用数値テーブルを記憶した不揮発性メモリであるＲＯＭ、演算等に使用する揮発性メモリであるＲＡＭ、装置各部や外部と通信するためのＩ／Ｏポート、等を備えている。なお、ＲＯＭには、３次元造形装置の基本動作を制御するためのプログラムが記憶されている。
外部装置２２からは、三次元造形物の形状データが、Ｉ／Ｏポートを介して三次元造形装置の制御部２１に入力される。
【００３３】
操作パネル２３は、三次元造形装置の操作者が装置に指示を与えるための入力部と、操作者に情報を表示するための表示部を有する。入力部は、キーボードや操作ボタンを備えている。表示部は、三次元造形装置の動作状況等を表示する表示パネルを備えている。
制御部２１は、樹脂供給部３、光源ユニット１０、昇降部１３を制御して、三次元造形プロセスを実行させることができる。
【００３４】
（凸部形成領域）
光透過窓４の上面すなわち液状光硬化性樹脂と接する側の面は、凸部形成領域６を備えている。図３（ａ）は、図１の光透過窓４の近傍を模式的に示した断面図である。
凸部形成領域６は、硬化光及び硬化阻害剤を透過する複数の凸部３１と、平面視で光透過窓の外部と連通し液状光硬化性樹脂２が満たされた空間３２を含んでいる。
【００３５】
図３（ｂ）は、図３（ａ）の点線Ａに沿った水平方向断面の一部を拡大して模式的に示した上面図である。尚、点線Ａは、光透過窓の主面と平行な面を示している。また、図３（ａ）は、図３（ｂ）の点線Ｂに沿った垂直方向断面を模式的に示した側面図である。これらの図は、説明の便宜のため模式化してあるため、凸部の数、形状、配置は、必ずしも正確に示されているわけではない。
【００３６】
第一の実施形態では、光透過窓４の基部と凸部３１は、同一の材料で一体に形成されている。基部の厚さｔ１は、通常は、１ｍｍ乃至１０ｍｍに設定される。そして、六角柱状の凸部３１が、互いに間隔をあけて六方最密配列されている。
凸部形成領域６は、以下の態様を有している。
（１）凸部同士を隔てる空間３２は、水平方向すなわち光透過窓の主面と平行な面内で、光透過窓の外部に連通している。
（２）望ましくは、隣り合う凸部の距離Ｌ１は、６０μｍ以上で２００μｍ以下の範囲内にある。
（３）望ましくは、光透過窓の主面に平行な断面における凸部の断面積（水平方向断面積）が、光透過窓の主面において硬化光に照射される領域の面積に対して、４５％以上で８０％以下である。
【００３７】
かかる態様の凸部形成領域を設けると、光透過窓４と三次元造形物１４の間に十分な厚さの硬化阻害領域が維持されるのと同時に、空間３２内にも硬化阻害領域を形成することができる。
【００３８】
ここで、空間３２は、平面視で光透過窓の外部と連通しているため、三次元造形物１４を光透過窓から離間させる方向すなわちＺ方向に移動した際に、空間３２を、三次元造形領域に液状光硬化樹脂を供給するための流路とすることができる。第一の実施形態では、図３（ｂ）に示されるように、空間３２は、光透過窓の周囲で遮光部５の上部空間と連通しているため、遮光部５の上部空間に存在する液状光硬化性樹脂は連通路を通じて空間３２に容易に流入する。凸部形成領域６を設けることにより、三次元造形領域に液状光硬化樹脂を供給する際のコンダクタンスを大きくすることができる。
【００３９】
ここで、凸部同士を隔てる距離が２００μｍ以下であり、凸部３１の水平方向断面積の割合が４５％以上であるのが望ましい。
【００４０】
凸部３１の水平方向断面積の割合とは、図３（ｂ）において、光透過窓４の全面積に占める斜線部の割合である。尚、第一の実施形態では、柱状の凸部３１はＺ方向のどの高さにおいても水平方向断面積は等しいが、高さによって断面積の大きさが変化する形態の凸部を用いる場合には、最小の断面積をもって水平方向断面積の割合を計算するものとする。
【００４１】
水平方向断面積の割合を４５％以上とすることにより、光透過窓の上に十分な厚さの硬化阻害領域を維持できる。また、凸部３１の上面だけでなく、側面からも硬化阻害剤である酸素が拡散して液状光硬化性樹脂に供給され、空間３２内にも硬化阻害領域を形成し維持することができる。
【００４２】
一方、凸部同士を隔てる距離が２００μｍより大きいと、空間３２を満たす液状光硬化性樹脂への酸素供給が不十分になり、空間３２内の硬化阻害領域を維持することが困難となり、凸部３１と空間３２の上方の硬化阻害領域の平坦性も低下する。このため、凸部同士を隔てる距離は２００μｍ以下にするのが望ましい。
【００４３】
また、凸部同士を隔てる距離Ｌ１を６０μｍ以上とし、流路のコンダクタンスを十分に確保することが望ましい。凸部同士を隔てる距離Ｌ１が６０μｍより小さいと、流路が狭くなり、供給路として十分な効果を得ることができないためである。
【００４４】
また、凸部３１の水平方向断面積の割合は、４５％から８０％の範囲であるのが好ましい。凸部３１の水平方向断面積の割合が８０％より大きいと、流路が狭くなり、空間３２が光硬化性樹脂の供給路として十分な効果を発揮することができないためである。さらに好ましくは、４５％から７０％の範囲であるのがよい。
【００４５】
また、凸部３１の垂直方向の高さｔ２は、５０μｍ以上で８００μｍ以下の範囲内であるのが好ましい。凸部３１の高さｔ２が５０μｍより小さいと、流路として活用できる空間３２が小さく、供給路として十分な効果を得ることができない。また、高さｔ２が８００μｍより大きいと、空間３２内の硬化阻害領域を維持することが困難になるためである。
【００４６】
以上のように、凸部形成領域を備えた本実施態様によれば、三次元造形物１４を光透過窓から離間させる方向すなわちＺ方向に移動した際に、三次元造形領域に液状光硬化樹脂を供給する速度が速まり、三次元造形に要する時間を著しく短縮することができる。
【００４７】
（光硬化性樹脂）
本実施形態に用いる光硬化性樹脂は、少なくとも重合性化合物を含み、その他、樹脂材料や、重合開始剤、重合禁止剤、酸化防止剤、耐熱安定剤、耐光安定剤、離型剤等の各種添加剤を含んでいてもよい。
本発明に用いる重合性化合物としては、例えば、アクリル化合物、メタクリル化合物、ビニル化合物等が挙げられるが、これらに限定されない。
【００４８】
また、前記樹脂材料は、例えば、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。これらは１種又は２種以上を混合して用いることができる。
本発明の光硬化性樹脂に含有される樹脂の含有量は、０．０重量％以上で９９重量％以下が好ましく、０．０重量％以上で５０重量％以下がさらに好ましい。
【００４９】
重合開始剤としては、光照射によりラジカル種を発生するものやカチオン種を発生するもの、熱によりラジカル種を発生するもの等が挙げられるがこれらに限定されない。例えば、２―ベンジル―２―ジメチルアミノ―１―（４―モルフォリノフェニル）―１―ブタノン、１―ヒドロキシ―シクロヘキシル―フェニルケトン、等が挙げられるが、これらに限定されない。
【００５０】
なお、重合可能な樹脂成分に対する光重合開始剤の添加比率は、光照射量、更には、付加的な加熱温度に応じて適宜選択することができる。また、得られる重合体の目標とする平均分子量に応じて、調整することもできる。
【００５１】
本実施形態の光学材料の硬化・成形に用いる光重合開始剤の添加量は、重合可能な成分に対して０．０１重量％以上で１０．００重量％以下の範囲が好ましい。光重合開始剤は樹脂の反応性、光照射の波長によって１種類のみで使用することもできるし、２種類以上を併用して使用することもできる。
【００５２】
（三次元造形プロセス）
次に、上記の三次元造形装置を用いた三次元造形プロセスについて説明する。
まず、制御部２１は、不図示のセンサーを用いて、容器１内に所定量の液状光硬化性樹脂が収容されているか確認する。不足している場合には、樹脂供給部３を動作させ、容器１内の所定水準まで液状光硬化性樹脂２を補充する。
【００５３】
次に、制御部２１は、昇降部１３を動作させ、基台１１の上面の高さが光源ユニット１０の焦点位置よりもＺ方向で僅かに上になるように、基台１１の位置をセットする。たとえば、積層造形で三次元造形物を形成する際の一層の厚みを４０μｍとするとき、レンズの焦点位置よりも１０μｍ乃至３０μｍ程度Ｚ方向の上方に、基台１１の上面が位置するように調整する。
【００５４】
制御部２１は、外部装置２２から入力された三次元造形モデル形状データに基づいて、積層造形プロセスで用いる各層の形状データ（スライスデータ）を作成する。
【００５５】
そして、光源ユニット１０を駆動して発光させ、三次元造形物の第一層目の形状データに基づいて変調された紫外光を、液状光硬化性樹脂２に照射する。照射された部位の液状光硬化性樹脂２が硬化し、基台１１の下面に、三次元造形物の第一層目部分が形成される。
【００５６】
液状光硬化性樹脂を硬化し得るエネルギー線であれば、紫外光でなくてもよいが、３６５ｎｍ、３８５ｎｍ、４０５ｎｍの紫外線や、高圧水銀ランプやハロゲンランプなどの多波長の電磁波が混在した波長が好適に用いられる。エネルギー線の強度は格別限定されないが、０．１ｍＷ／ｃｍ２から１０００ｍＷ／ｃｍ２が好ましく、１ｍＷ／ｃｍ２から１００ｍＷ／ｃｍ２がさらに好ましい。
【００５７】
次に、第二層目を形成するための準備として、制御部２１は昇降部１３を動作させ、第一層目部分が形成された基台１１を、光透過窓から離間する方向すなわちＺ方向の上方に４０μｍ上昇させる。上昇する基台１１と光透過窓４の間の空間には、周囲から液状光硬化性樹脂２が流入する。
【００５８】
尚、基台１１の移動動作は速度制御や荷重制御を単独または併用して行うことができる。移動動作の速度は、０．００１ｍｍ／秒から１０ｍｍ／秒が好ましく、０．０１ｍｍ／秒から１ｍｍ／秒がさらに好ましい。移動動作の際の荷重は、０．０１Ｎから１００００Ｎが好ましく、０．１Ｎから１０００Ｎがさらに好ましい。
【００５９】
本実施形態によれば、光透過窓４の上面、すなわち液状光硬化性樹脂２と接触する面に、凸部形成領域を設けているため、液状光硬化性樹脂２の流動抵抗が低減されている。このため、液状光硬化性樹脂２の流入速度が速く、第二層目を形成するための準備工程の所要時間を短縮することが可能である。
【００６０】
三次元造形領域への液状光硬化性樹脂２の流入すなわち補充が完了したタイミングで、制御部２１は、光源ユニット１０を駆動して、三次元造形物の第二層目の形状データに基づいて変調された紫外光を照射する。照射された部位の液状光硬化性樹脂２が硬化し、三次元造形物の第一層目の上に、第二層目部分が積層形成される。
【００６１】
以下、同様の工程を繰り返すことで、多数層を積層し、所望の形状の三次元造形物を形成することが可能である。得られた三次元造形物は、未反応の光硬化性樹脂の付着を取り除くための洗浄を行ってもよい。また、硬化不足の光硬化性樹脂の硬化や、成形時の残留応力を緩和させるため、加熱アニール、紫外線の追加照射、無酸素雰囲気での加熱や紫外線照射などを行ってもよい。
【００６２】
尚、上述のように基台１１の移動とエネルギー線の照射を交互に繰り返し実施して１層目から順次積層してもよいが、基台１１を移動しながら同時にエネルギー線の照射を行い、連続的に三次元造形物を堆積させてもよい。その場合には、あらかじめ設定された位置に対する二次元形状データを、基台１１の位置に合わせて投影する。基台１１の位置と所望の二次元形状の投影を合わせる方法としては、例えば、基台１１の移動速度と二次元形状の投影速度をあらかじめ合わせておく方法や、基台１１の位置を計測し、計測された位置に対する二次元形状を投影する方法がある。
【００６３】
本実施形態では、光透過窓の内面に、ＵＶ光と硬化阻害剤を透過する複数の凸部と、複数の凸部の間に周囲から連通路を介して液状光硬化性樹脂を導入可能な空間とを設けることにより、三次元造形領域への液状光硬化性樹脂の補充を高速化できる。
【００６４】
［第二の実施形態］
図４は、本発明の第二の実施形態にかかる三次元造形装置の構造を説明するため、装置の断面を模式的に示した図である。
【００６５】
（装置の構成）
第一の実施形態では、光透過窓は容器の底として機能したが、第二の実施形態では、光透過窓は容器の上部に設けられており、蓋として機能している。第二の実施形態では、光源ユニット１０は光透過窓４４の上方に配され、基台１１は上面で三次元造形物１４を支持する。
【００６６】
第一の実施形と同様に、第二の実施形態でも、光透過窓には硬化阻害剤である酸素等のガスを透過する性質を備えた材料を用い、光透過窓近傍の液状光硬化性樹脂に光透過窓を通じてガスを供給する。液状光硬化性樹脂として、たとえば酸素等のガスを含むと光硬化の感度が低下するラジカル重合型樹脂材料を使用し、光透過窓近傍に硬化が阻害される領域を形成する。
【００６７】
図４において、１は容器、２は液状光硬化性樹脂、３は樹脂供給部、４４は光透過窓、５は遮光部、４６は凸部形成領域、７は光源、８はミラー部、９はレンズ部、１０は光源ユニット、１１は基台、１２は昇降アーム、１３は昇降部、１４は三次元造形物である。
第一の実施形態の装置と同様の機能を有する部分には、同一の番号を付した。これらについては、詳しい説明は省略する。
また、第二の実施形態の三次元造形装置の制御ブロックは、第一の実施形態で説明した図２と同様であるため、説明を省略する。
【００６８】
（凸部形成領域）
光透過窓４４の下面すなわち液状光硬化性樹脂と接する側の面は、凸部形成領域４６を備えている。図５（ａ）は、図４の光透過窓４４の近傍を拡大して模式的に示した断面図である。
凸部形成領域４６は、硬化光及び硬化阻害剤を透過する複数の凸部５１と、平面視で光透過窓の外部と連通し液状光硬化性樹脂２が満たされた空間５２を含んでいる。
【００６９】
図５（ｂ）は、図５（ａ）の点線Ｃに沿った水平方向断面の一部を拡大して模式的に示した上面図である。尚、点線Ｃは、光透過窓の主面と平行な面を示している。また、図５（ａ）は、図５（ｂ）の点線Ｄに沿った垂直方向断面を模式的に示した側面図である。これらの図は、説明の便宜のため模式化してあるため、凸部の数、形状、配置は、必ずしも正確に示されているわけではない。
【００７０】
第一の実施形態では、光透過窓の基部と凸部３１は、同一の材料で一体に形成されていたが、第二の実施形態においては、光透過窓４４の基部と凸部５１は別種の材料で形成されている。
また、第一の実施形態では、六角柱状の凸部が六方最密配列されていたが、第二の実施形態では、円柱状の凸部が格子状に配列されている。
【００７１】
第二の実施形態においても、凸部形成領域４６は、以下の態様を有している。
（１）凸部同士を隔てる空間５２は、水平方向すなわち光透過窓の主面と平行な面内で、光透過窓の外部に連通している。
（２）望ましくは、隣り合う凸部の距離Ｌ１は、６０μｍ以上で２００μｍ以下の範囲内にある。
（３）望ましくは、光透過窓の主面に平行な断面における凸部の断面積（水平方向断面積）が、光透過窓の主面において硬化光に照射される領域の面積に対して、４５％以上で８０％以下である。
【００７２】
かかる態様の凸部形成領域４６を設けると、光透過窓４４と三次元造形物１４の間に十分な厚さの硬化阻害領域が維持されるのと同時に、空間５２内にも硬化阻害領域を形成することができる。
【００７３】
ここで、空間５２は、平面視で光透過窓の外部と連通しているため、三次元造形物１４を光透過窓から離間させる方向すなわちＺ方向と反対方向に移動した際に、空間５２を、三次元造形領域に液状光硬化樹脂を供給するための流路とすることができる。本実施形態においても、図５（ｂ）に示されるように、空間５２は、光透過窓の周囲で遮光部５の下部空間と連通しているため、遮光部５の下部空間に存在する液状光硬化性樹脂は連通路を通じて空間５２に容易に流入する。凸部形成領域４６を設けることにより、三次元造形領域に液状光硬化樹脂を供給する際のコンダクタンスを大きくすることができる。
【００７４】
ここで、凸部同士を隔てる距離が２００μｍ以下であり、凸部５１の水平方向断面積の割合が４５％以上であるのが望ましい。
【００７５】
凸部５１の水平方向断面積の割合とは、図５（ｂ）において、光透過窓４４の全面積に占める斜線部の割合である。尚、第一の実施形態では、凸部５１はＺ方向のどの高さにおいても水平方向断面積は等しいが、高さによって断面積の大きさが変化する形態の凸部を用いる場合には、最小の断面積をもって水平方向断面積の割合を計算するものとする。
【００７６】
水平方向断面積の割合を４５％以上とすることにより、光透過窓の下に十分な厚さの硬化阻害領域を維持できる。また、凸部５１の下端面だけでなく、側面からも硬化阻害剤である酸素が拡散して液状光硬化性樹脂に供給され、空間５２内にも硬化阻害領域を形成し維持することができる。
【００７７】
一方、凸部同士を隔てる距離が２００μｍより大きいと、空間５２を満たす液状光硬化性樹脂への酸素供給が不十分になり、空間５２内の硬化阻害領域を維持することが困難となり、凸部５１と空間５２の下方の硬化阻害領域の平坦性も低下する。このため、凸部同士を隔てる距離は２００μｍ以下にするのが望ましい。
【００７８】
また、凸部同士を隔てる距離Ｌ１を６０μｍ以上とし、流路のコンダクタンスを十分に確保することが望ましい。凸部同士を隔てる距離Ｌ１が６０μｍより小さいと、流路が狭くなり、供給路として十分な効果を得ることができないためである。
【００７９】
また、凸部５１の水平方向断面積の割合は、４５％から８０％の範囲であるのが好ましい。凸部５１の水平方向断面積の割合が８０％より大きいと、流路が狭くなり、空間５２が光硬化性樹脂の供給路として十分な効果を発揮することができないためである。さらに好ましくは、４５％から７０％の範囲であるのがよい。
【００８０】
また、凸部５１の垂直方向の高さｔ２は、５０μｍ以上で８００μｍ以下の範囲内であるのが好ましい。凸部３１の高さｔ２が５０μｍより小さいと、流路として活用できる空間３２が小さく、供給路として十分な効果を得ることができない。また、高さｔ２が８００μｍより大きいと、空間３２内の硬化阻害領域を維持することが困難になるためである。
【００８１】
第二の実施形態においては、光透過窓４４の基部と凸部５１は別種の材料で形成されている。第一の実施形態では、凸部３１は基部と同種の材料で形成され、空間３２には液状光硬化性樹脂が存在するため、両者の屈折率の差が大きい場合には、硬化光の光路が乱れて造形形状の精度が低下する可能性があった。
【００８２】
第二の実施形態では、凸部５１には、硬化阻害剤を透過し、かつ光透過窓４４の基部よりも光硬化性樹脂に近い屈折率を有する材料を用いる。好適には、光透過窓の基部として板状の樹脂部材を準備し、その表面に、液状光硬化性樹脂に近い屈折率を有する別種の樹脂を用いて凸部５１を形成する。
【００８３】
液状光硬化性樹脂としては、第一の実施形態と同様の材料を用いることが可能で、屈折率Ｎｄが１．３〜１．５の範囲で多種のものが存在している。また、酸素及び紫外光を透過する材料には、例えばフルオロポリマー（Ｎｄ＝１．３〜１．４）、シリコーンポリマー（Ｎｄ＝１．３５〜１．４５）、多孔質ガラス（Ｎｄ＝１．３〜１．４）が挙げられる。そこで、光透過窓の基部と、原料として使用する液状光硬化性樹脂の屈折率に差がある場合には、基部よりも液状硬化性樹脂に屈折率が高い材料を選択して凸部を形成すればよい。
【００８４】
（三次元造形プロセス）
第二の実施形態においては、三次元造形の過程で基台をＺ方向と反対方向に移動させる点が第一実施形態と異なるが、他は共通するので、詳細な説明は省略する。
【００８５】
以上のように、凸部形成領域を備えた本実施態様によれば、三次元造形物１４を光透過窓から離間させる方向すなわちＺ方向と反対の方向に移動した際に、硬化阻害領域を維持しながら三次元造形領域に液状光硬化樹脂を供給する速度が速まる。このため、三次元造形に要する時間を著しく短縮することができる。また、光透過窓の基材と光硬化性樹脂の屈折率差が大きい場合でも、光硬化性樹脂に近い屈折率の材料で凸部を形成することにより、硬化光の照射特性を劣化させることが少なく、三次元造形物の形状精度を良好に保つことができる。
【００８６】
［第三の実施形態］
第三の実施形態は、第一の実施形態と同様に図１、図２の三次元造形装置を用いる。図１および図２の説明は共通するので省略する。
第三の実施形態においては、第一の実施形態とは光透過窓の形態が異なるので、図６を用いて説明する。
【００８７】
（凸部形成領域）
光透過窓４の上面すなわち液状光硬化性樹脂と接する側の面は、凸部形成領域６を備えている。図６（ａ）は、図１の光透過窓４の近傍を拡大して模式的に示した断面図である。
凸部形成領域６は、硬化光及び硬化阻害剤を透過する複数の凸部６１と、平面視で光透過窓の外部と連通し液状光硬化性樹脂２が満たされた空間６２を含んでいる。
【００８８】
図６（ｂ）は、図６（ａ）の点線Ｅに沿った水平方向断面の一部を拡大して模式的に示した上面図である。尚、点線Ｅは、光透過窓の主面と平行な面を示している。また、図６（ａ）は、図６（ｂ）の点線Ｆに沿った垂直方向断面を模式的に示した側面図である。これらの図は、説明の便宜のため模式化してあるため、凸部の数、形状、配置は、必ずしも正確に示されているわけではない。
【００８９】
第一の実施形態では、光透過窓の基部と凸部３１は、同一の材料で一体に形成されていたが、第三の実施形態においては、凸部６１は、基部６４よりも屈折率が液状光硬化性樹脂に近い材料で形成されている。さらに、空間６２の底面も、凸部６１と同一の材料で形成されている。
【００９０】
第一の実施形態では、凸部３１は基部と同種の材料で形成され、空間３２には液状光硬化性樹脂が存在するため、両者の屈折率の差が大きい場合には、硬化光の光路が乱れて造形形状の精度が低下する可能性があった。
【００９１】
第三の実施形態では、凸部６１及び空間６２の底面と成る部分には、硬化阻害剤を透過し、かつ光透過窓４の基部６４よりも光硬化性樹脂に近い屈折率を有する材料を用いる。好適には、光透過窓の基部６４として板状の樹脂部材を準備し、その表面に、より液状光硬化性樹脂に近い屈折率を有する別種の樹脂を一定厚で形成し、その一部に凸部６１を形成して用いる。
また、第一の実施形態では、六角柱状の凸部が六方最密配列されていたが、第三の実施形態では、直方体状の凸部が平行に配列されている。
【００９２】
第三の実施形態においても、凸部形成領域６は、以下の態様を有している。
（１）凸部同士を隔てる空間６２は、水平方向すなわち光透過窓の主面と平行な面内で、光透過窓の外部に連通している。
（２）望ましくは、隣り合う凸部の距離Ｌ１は、６０μｍ以上で２００μｍ以下の範囲内にある。
（３）望ましくは、光透過窓の主面に平行な断面における凸部の断面積（水平方向断面積）が、光透過窓の主面において硬化光に照射される領域の面積に対して、４５％以上で８０％以下である。
【００９３】
かかる態様の凸部形成領域６を設けると、光透過窓４と三次元造形物１４の間に十分な厚さの硬化阻害領域が維持されるのと同時に、空間６２内にも硬化阻害領域を形成することができる。
【００９４】
ここで、空間６２は、平面視で光透過窓の外部と連通しているため、三次元造形物１４を光透過窓から離間させる方向すなわちＺ方向に移動した際に、空間６２を、三次元造形領域に液状光硬化樹脂を供給するための流路とすることができる。本実施形態においては、空間６２はＹ方向に沿って延伸しているが、空間の両端で遮光部５の上部空間と連通しており、遮光部５の上部空間に存在する液状光硬化性樹脂は、連通路を通じて空間６２に容易に流入する。凸部形成領域６を設けることにより、三次元造形領域に液状光硬化樹脂を供給する際のコンダクタンスを大きくすることができる。
【００９５】
ここで、凸部同士を隔てる距離が２００μｍ以下であり、凸部６１の水平方向断面積の割合が４５％以上であるのが望ましい。
【００９６】
凸部６１の水平方向断面積の割合とは、図６（ｂ）において、光透過窓の全面積に占める斜線部の割合である。尚、第三の実施形態では、凸部６１はＺ方向のどの高さにおいても水平方向断面積は等しいが、高さによって断面積の大きさが変化する形態の凸部を用いる場合には、最小の断面積をもって水平方向断面積の割合を計算するものとする。
【００９７】
水平方向断面積の割合を４５％以上とすることにより、光透過窓の上に十分な厚さの硬化阻害領域を維持できる。また、凸部６１の上端面だけでなく、側面からも硬化阻害剤である酸素が拡散して液状光硬化性樹脂に供給され、空間６２内にも硬化阻害領域を形成し維持することができる。
【００９８】
一方、凸部同士を隔てる距離が２００μｍより大きいと、空間６２を満たす液状光硬化性樹脂への酸素供給が不十分になり、空間６２内の硬化阻害領域を維持することが困難となり、凸部６１と空間６２の上方の硬化阻害領域の平坦性も低下する。このため、凸部同士を隔てる距離は２００μｍ以下にするのが望ましい。
【００９９】
また、凸部同士を隔てる距離Ｌ１を６０μｍ以上とし、流路のコンダクタンスを十分に確保することが望ましい。凸部同士を隔てる距離Ｌ１が６０μｍより小さいと、流路が狭くなり、供給路として十分な効果を得ることができないためである。
【０１００】
また、凸部６１の水平方向断面積の割合は、４５％から８０％の範囲であるのが好ましい。凸部６１の水平方向断面積の割合が８０％より大きいと、流路が狭くなり、空間６２が光硬化性樹脂の供給路として十分な効果を発揮することができないためである。さらに好ましくは、４５％から７０％の範囲であるのがよい。
【０１０１】
また、凸部６１の垂直方向の高さｔ２は、５０μｍ以上で８００μｍ以下の範囲内であるのが好ましい。凸部６１の高さｔ２が５０μｍより小さいと、流路として活用できる空間６２が小さく、供給路として十分な効果を得ることができない。また、高さｔ２が８００μｍより大きいと、空間６２内の硬化阻害領域を維持することが困難になるためである。
【０１０２】
（三次元造形プロセス）
本実施形態においても、液状光硬化性樹脂は、第一の実施形態と同様の材料を用いることが可能である。第三の実施形態の三次元造形プロセスは、第一実施形態と共通するので、詳細な説明は省略する。
【０１０３】
以上のように、凸部形成領域を備えた本実施態様によれば、三次元造形物１４を光透過窓から離間させる方向すなわちＺ方向に移動した際に、硬化阻害領域を維持しつつ三次元造形領域に液状光硬化樹脂を供給する速度が速まる。このため、三次元造形に要する時間を著しく短縮することができる。
【０１０４】
［その他の実施形態］
窓の凸部の形状は、第一の実施形態のような六角柱でなくてもよく、例えば四角柱などの他の多角柱でもよい。また、第二の実施形態のような断面形状が真円の円柱でなくてもよく、断面形状が楕円形でもよい。要は、複数の凸部を隔てる空間が光透過窓と連通するように、凸部の形状や配置を構成すればよい。
【０１０５】
光透過窓の基材と凸部の材料は、第一の実施形態のように同一材料でも、第二、第三の実施形態のように異種材料でもよい。材料と断面形状は、上記実施形態の組み合わせの例に限らず、適宜変更することが可能である。
【０１０６】
また、三次元造形装置は、第一の実施形態や第二の実施形態の例に限らず、適宜変更することが可能である。たとえば、光透過窓を液状光硬化性樹脂の容器の底面や上面ではなく、側面に設けてもよい。
三次元造形装置の光透過窓の配置位置と、光透過窓の組合せは、上記実施形態の例に限らず変更することが可能である。
【実施例】
【０１０７】
以下に、本発明の実施例について説明する。
本発明の実施例として、図１のレイアウトの三次元造形装置を用いて各種の光透過窓を用いて三次元造形を実施し、三次元造形速度と得られた三次元造形物の形状精度を評価した。
【０１０８】
光硬化性樹脂として、ムトーエンジニアリング社製の光造形３Ｄプリンタ用紫外線硬化樹脂クリアＭＲ−ＣＬ１２（製品名）を用いた。
エネルギー線照射装置の光源として、波長が４０５ｎｍのＬＥＤを用いた。画像形成素子として、テキサスインスツルメンツ社製のＦｕｌｌ−ＨＤデジタルミラーデバイス（製品名）を用いた。投影レンズとして、一画素のサイズを６０μｍ×６０μｍに拡大投影する光学系を設計したレンズを用いた。エネルギー線が照射される最大のサイズはおよそ１１５ｍｍ×６５ｍｍである。
【０１０９】
まず、光透過樹脂を液槽に１００ｍｌ投入した。次に、基台を光透過窓との間隔が５０μｍとなるまで接近させた。続いて、投影画像が直径３０ｍｍとなるようにエネルギー線を、光透過窓を通して光硬化性樹脂に照射した。このとき、エネルギー線の強度は５０ｍＷ／ｃｍ２であった。エネルギー線の照射を開始してから３秒後、エネルギー線の照射を続けながら基台を１５０Ｎの荷重制御で光透過窓から離間させた。基台を３０ｍｍ光透過窓から離間させたところで、エネルギー線の照射を停止させた。その後、基台を十分に光透過窓から離間させて、基台から三次元造形物を剥離し、直径が約３０ｍｍ、高さが約３０ｍｍの三次元造形物を得た。
【０１１０】
［実施例１］
三次元造形装置の光透過窓として、材質がデュポン製ＴｅｆｌｏｎＡＦ２４００［製品名］、寸法が８０ｍｍ×８０ｍｍ×１ｍｍ厚みの平板で、光透過窓上面に以下の構造を設けたものを用いた。凸部である六角柱が六方細密配列された構造であり、六角柱の間隔が１２０μｍ、凸部の高さが４００μｍ、凸部の上面近傍の水平方向断面積の割合が４５％、底部の水平方向断面積の割合が５２％である。上記装置で三次元造形を実施し、三次元造形物を得た。このとき、１５０Ｎの荷重制御で基台の光透過窓からの離間速度は平均０．８２ｍｍ／秒であった。
【０１１１】
［実施例２］
光透過窓として、光透過窓上面に以下の構造を設けたものを用いた。凸部である円柱が格子状配列された構造であり、凸部の間隔が１２０μｍ、凸部の高さが４００μｍ、凸部の上面近傍の水平方向断面積の割合が４８％、底部の水平方向断面積の割合が６０％である。光透過窓以外は実施例１と同様の装置で三次元造形を実施し、三次元造形物を得た。このとき、１５０Ｎの荷重制御で基台の光透過窓からの離間速度は０．５３ｍｍ／秒であった。
【０１１２】
［実施例３］
光透過窓として、光透過窓上面に以下の構造を設けたものを用いた。溝と凸部である壁の繰り返し構造であり、凸部の間隔が１２０μｍ、凸部の高さが４００μｍ、凸部の上面近傍の水平方向断面積の割合が４５％、底部の水平方向断面積の割合が５２％である。光透過窓以外は実施例１と同様の装置で三次元造形を実施し、三次元造形物を得た。このとき、１５０Ｎの荷重制御で基台の光透過窓からの離間速度は０．４４ｍｍ／秒であった。
【０１１３】
［実施例４］
光透過窓として、光透過窓上面に以下の構造を設けたものを用いた。凸部である六角柱が六方細密配列された構造であり、凸部の間隔が６０μｍ、凸部の高さが４００μｍ、凸部の上面近傍の水平方向断面積の割合が４５％、底部の水平方向断面積の割合が５２％である。光透過窓以外は実施例１と同様の装置で三次元造形を実施し、三次元造形物を得た。このとき、１５０Ｎの荷重制御で基台の光透過窓からの離間速度は０．３３ｍｍ／秒であった。
【０１１４】
［実施例５］
光透過窓として、光透過窓上面に以下の構造を設けたものを用いた。凸部である六角柱が六方細密配列された構造であり、凸部の間隔が２００μｍ、凸部の高さが４００μｍ、凸部の上面近傍の水平方向断面積の割合が４５％、底部の水平方向断面積の割合が５２％である。光透過窓以外は実施例１と同様の装置で三次元造形を実施し、三次元造形物を得た。このとき、１５０Ｎの荷重制御で基台の光透過窓からの離間速度は０．８６ｍｍ／秒であった。
【０１１５】
［実施例６］
光透過窓として、光透過窓上面に以下の構造を設けたものを用いた。凸部である六角柱が六方細密配列された構造であり、凸部の間隔が１２０μｍ、凸部の高さが４００μｍ、凸部の上面近傍の水平方向断面積の割合が６２％、底部の水平方向断面積の割合が７０％である。光透過窓以外は実施例１と同様の装置で三次元造形を実施し、三次元造形物を得た。このとき、１５０Ｎの荷重制御で基台の光透過窓からの離間速度は０．３８ｍｍ／秒であった。
【０１１６】
［実施例７］
光透過窓として、光透過窓上面に以下の構造を設けたものを用いた。凸部である六角柱が六方細密配列された構造であり、凸部の間隔が１２０μｍ、凸部の高さが５０μｍ、凸部の上面近傍の水平方向断面積の割合が４５％、底部の水平方向断面積の割合が５２％である。光透過窓以外は実施例１と同様の装置で三次元造形を実施し、三次元造形物を得た。このとき、１５０Ｎの荷重制御で基台の光透過窓からの離間速度は０．３１ｍｍ／秒であった。
【０１１７】
［実施例８］
光透過窓として、光透過窓上面に以下の構造を設けたものを用いた。凸部である六角柱が六方細密配列された構造であり、凸部の間隔が１２０μｍ、凸部の高さが８００μｍ、凸部の上面近傍の水平方向断面積の割合が４５％、底部の水平方向断面積の割合が５２％である。光透過窓以外は実施例１と同様の装置で三次元造形を実施し、三次元造形物を得た。このとき、１５０Ｎの荷重制御で基台の光透過窓からの離間速度は１．４０ｍｍ／秒であった。
【０１１８】
［実施例９］
光透過窓として、光透過窓上面に以下の構造を設けたものを用いた。凸部である六角柱が六方細密配列された構造であり、凸部の間隔が１２０μｍ、凸部の高さが４００μｍ、凸部の上面近傍の水平方向断面積の割合が６０％、底部の水平方向断面積の割合が８０％である。光透過窓以外は実施例１と同様の装置で三次元造形を実施し、三次元造形物を得た。このとき、１５０Ｎの荷重制御で基台の光透過窓からの離間速度は０．２２ｍｍ／秒であった。
【０１１９】
［実施例１０］
光透過窓として、光透過窓上面に以下の構造を設けたものを用いた。凸部である六角柱が六方細密配列された構造であり、凸部の間隔が３００μｍ、凸部の高さが４００μｍ、凸部の上面近傍の水平方向断面積の割合が４５％、底部の水平方向断面積の割合が５２％である。光透過窓以外は実施例１と同様の装置で三次元造形を実施し、三次元造形物を得た。このとき、１５０Ｎの荷重制御で基台の光透過窓からの離間速度は０．８６ｍｍ／秒であった。
【０１２０】
［実施例１１］
光透過窓として、光透過窓上面に以下の構造を設けたものを用いた。凸部である六角柱が六方細密配列された構造であり、凸部の間隔が１２０μｍ、凸部の高さが４００μｍ、凸部の上面近傍の水平方向断面積の割合が３５％、底部の水平方向断面積の割合が５２％である。光透過窓以外は実施例１と同様の装置で三次元造形を実施し、三次元造形物を得た。このとき、１５０Ｎの荷重制御で基台の光透過窓からの離間速度は０．８３ｍｍ／秒であった。
【０１２１】
［比較例１］
光透過窓として、光透過窓上面に凸部形成領域をもたない、平坦なものを用いた。光透過窓以外は実施例１と同様の装置で三次元造形を実施し、三次元造形物を得た。このとき、１５０Ｎの荷重制御で基台の光透過窓からの離間速度は０．１６ｍｍ／秒であった。
【０１２２】
［比較例２］
光透過窓として、光透過窓上面に以下の構造を設けたものを用いた。円柱形状の凹部が六方細密配列された構造であり、構造の繰り返しピッチが１２０μｍ、凹部の深さが４００μｍである。凹部には、液状光硬化性樹脂が満たされているが、各凹部は孤立して配置されており、水平方向視で凹部は光透過性窓の周囲とは連通していない。光透過窓以外は実施例１と同様の装置で三次元造形を実施し、三次元造形物を得た。このとき、１５０Ｎの荷重制御で基台の光透過窓からの離間速度は０．１６ｍｍ／秒であった。
【０１２３】
［結果］
各実施例と比較例について、得られた結果を表１に示す。
表１において、造形速度として示すのは、基台の光透過窓からの離間速度、すなわち液状光硬化樹脂を造形領域に供給する速度について、比較例の速度を基準とした倍率である。
【０１２４】
また、形状精度とは、得られた三次元造形物について、基台に密着していない外面の形状精度を計測した結果である。面粗さの最大値Ｒｚが１０μｍ以下のものをＡ、１０μｍよりも大きいものをＢと記載した。
【０１２５】
【表１】
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【０１２６】
表１の結果から明らかなように、本発明の三次元造形装置及びそれを用いた三次元造形方法では、三次元造形を高速に実施することができ、得られた三次元造形物の形状精度は良好である。特に、実施例１乃至９において、造形速度と形状精度の両面できわめて良好な結果が得られた。
【符号の説明】
【０１２７】
１・・・容器／２・・・液状光硬化性樹脂／３・・・樹脂供給部／４・・・光透過窓／６・・・凸部形成領域／１０・・・光源ユニット／１１・・・基台／１２・・・昇降アーム／１４・・・三次元造形物／２１・・・制御部／３１・・・凸部／３２・・・空間／４４・・・光透過窓／４６・・・凸部形成領域／５１・・・凸部／５２・・・空間／６１・・・凸部／６２・・・空間
【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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