(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造形物を形成する三次元造形装置において、造形領域に、次の層形成のための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】  光透過部４の内面すなわち光硬化性樹脂２と接する側に、上面部および側面部からなる複数の凸部と、前記複数の凸部に囲まれた底面部を有する凹部と、を形成し、  前記側面部および前記底面部には、光反射膜または光吸収膜を形成することで、樹脂材料を速やかに補充する。【選択図】  図３
2019155641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光硬化性樹脂を保持する容器と、
前記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、前記光硬化性樹脂と接する光透過部とを備え、
前記光透過部は、前記硬化光を透過する材料からなり、前記光硬化性樹脂と接する、上面部および側面部からなる複数の凸部と、前記複数の凸部の側面部と、底面部とで形成される凹部と、を有し、
前記側面部または前記底面部には、光反射部または光吸収部が形成されている
ことを特徴とする三次元造形装置。
【請求項２】
前記光反射部は、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｒ、または誘電体を含むことを特徴とする請求項１記載の三次元造形装置。
【請求項３】
前記光吸収部は、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、またはＣを含むことを特徴とする請求項１または２記載の三次元造形装置。
【請求項４】
前記光透過部の面積に対する前記上面部の面積の割合が２％以上８０％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】
前記複数の凸部は、隣り合う凸部の距離が１０μｍ以上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】
前記光透過部は、ガラス、透明セラミックス、アクリル、またはフルオロポリマーのいずれかを含む、
ことを特徴とする請求項１乃至６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、多角柱形状を含む
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、六角柱形状を含む、
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、円柱形状を含む、
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】
前記凸部は、円錐台形状を含む、
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１２】
光硬化性樹脂を保持する容器であって、
前記容器の一部として、前記光硬化性樹脂と接する光透過部とを備え、
前記光透過部は、前記光硬化性樹脂を硬化する硬化光を透過する材料からなり、前記光硬化性樹脂と接する、上面部および側面部からなる複数の凸部と、前記複数の凸部に囲まれた底面部を有する凹部と、を有し、
前記側面部または前記底面部には、光反射部または光吸収部が形成されている
ことを特徴とする容器。
【請求項１３】
光硬化性樹脂を保持する容器と、
前記光硬化性樹脂を光硬化させた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、前記光硬化性樹脂と接する光透過部とを備えた三次元造形装置を用いる造形物の製造方法であって、
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部から離間する方向に移動させ、
前記光硬化性樹脂を、光反射部または光吸収部が形成された、前記光透過部に設けられた硬化光を透過する材料からなる複数の凸部の側面部または前記複数の凸部に囲まれた底面部の凹部を通じて、前記光硬化性樹脂を前記光透過部と前記三次元造形物との間に補充する、
ことを特徴とする造形物の製造方法。
【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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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】
【００１３】
本発明の三次元造形装置は、光硬化性樹脂を保持する容器と、前記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、前記光硬化性樹脂と接する光透過部とを備え、前記光透過部は、前記硬化光を透過する材料からなり、前記光硬化性樹脂と接する、上面部および側面部からなる複数の凸部と、前記複数の凸部の側面部と、底面部とで形成される凹部と、を有し、前記側面部または前記底面部には、光反射部または光吸収部が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の容器は、光硬化性樹脂を保持する容器であって、前記容器の一部として、前記光硬化性樹脂と接する光透過部とを備え、前記光透過部は、前記光硬化性樹脂を硬化する硬化光を透過する材料からなり、前記光硬化性樹脂と接する、上面部および側面部からなる複数の凸部と、前記複数の凸部に囲まれた底面部を有する凹部と、を有し、
前記側面部または前記底面部には、光反射部または光吸収部が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の造形物の製造方法は、光硬化性樹脂を保持する容器と、前記光硬化性樹脂を光硬化させた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、前記光硬化性樹脂と接する光透過部とを備えた三次元造形装置を用いる造形物の製造方法であって、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部から離間する方向に移動させ、前記光硬化性樹脂を、光反射部または光吸収部が形成された、前記光透過部に設けられた硬化光を透過する材料からなる複数の凸部の側面部または前記複数の凸部に囲まれた底面部の凹部を通じて、前記光硬化性樹脂を前記光透過部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】
【００１６】
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樹脂材料を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】
【００１７】
【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部の垂直方向の模式的断面図。（ｂ）第一の実施形態の光透過部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部の垂直方向の模式的断面図。（ｂ）第二の実施形態の光透過部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部の垂直方向の模式的断面図。（ｂ）第三の実施形態の光透過部の水平方向の模式的段面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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、液状光硬化性樹脂または単に光硬化性樹脂と記す。また、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。単に造形物、あるいは硬化物と記す場合もある。三次元造形物（造形物、硬化物）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。
【００２０】
［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。
【００２１】
（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は光透過部、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。
【００２２】
容器１は、光硬化性樹脂２を保持するための容器であり、容器１の底部は、光透過部４と遮光部５を有する。そして、容器１の光透過部４以外の部分（遮光部５と側壁部）は、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。
【００２３】
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に適量の光硬化性樹脂２が保持されるように、光硬化性樹脂を供給する。
【００２４】
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。光硬化性樹脂２は、光透過部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。光透過部４と遮光部５は、容器１の底として機能する。
【００２５】
光透過部４は、光硬化性樹脂２を固化させる波長域の光を透過させる窓である。光透過部４はエネルギー線を透過する材質であればよく、例えばガラス、透明セラミックス、アクリル、またはフルオロポリマーのいずれかを含む材料が好適に用いられる。また、これらの材料を複合して用いてもよい。
【００２６】
また、光透過部４は、光硬化性樹脂の硬化を阻害するガスを透過させる材料から形成されていてもよい。光硬化性樹脂の硬化を阻害するガスを透過させる材料は、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などが好適に用いられる。
【００２７】
光透過部４が光硬化性樹脂の硬化を阻害するガスを透過させる材料である場合、光透過部４の近傍の光硬化性樹脂は、光透過部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、光透過部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、光透過部の外気の組成や圧力を制御する機構を設けてもよい。
【００２８】
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部４を設け、それ以外の領域には遮光部５を設けている。
【００２９】
光透過部４の第一の面（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。
【００３０】
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、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、光透過部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。
【００３１】
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部の近傍にするのが望ましい。一方、光透過部４が、光硬化性樹脂の硬化を阻害するガスを透過させる材料から形成されている場合は、近すぎると硬化阻害領域と重なる可能性がある。光透過部４が、光硬化性樹脂の硬化を阻害するガスを透過させる材料から形成されている場合は、レンズ部９の焦点位置は、光透過部４の上面から６０μｍ乃至１１０μｍ上方に設定するのが望ましい。
【００３２】
尚、光源ユニット１０は、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。
【００３３】
基台１１は、その下面に三次元造形物（硬化物）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。
【００３４】
光透過部とＸ層目の硬化物が接触している状態から、基台１１を移動させることによって光透過部と硬化物を離間させ、その隙間に新たな光硬化性樹脂が供給され、新たな光硬化性樹脂に光を照射することで、Ｘ＋１層目の硬化物が形成される。これを繰り返すことで三次元造形物が製造される。
【００３５】
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。
【００３６】
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、三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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
（凸部形成領域）
光透過部４の第一の面すなわち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の光透過部４の近傍を模式的に示した断面図である。
【００４１】
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、光透過部の主面（凹部３２の底面部３１３の面を延長した面あるいは光透過部の第二の面）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。
【００４２】
第一の実施形態では、光透過部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。本実施形態においては六角柱状の凸部３１である例を示したがこれに限るものではない。例えば、凸部の全部が六角柱形状であっても一部が六角柱形状であってもよい。つまり一部が六角柱形状を含む形状であってもよい。また、凸部の全部が多角柱形状であってもよく、一部に多角柱形状を含んでいてもよい。また、凸部の全部が円柱形状であってもよく、一部に円柱形状を含んでいてもよい。そして、円柱形状の凸部が格子状に配列されていてもよい。また、凸部の全部が円錐台形状であっても、一部に円錐台形状を含んでいてもよい。また、凸部の全部が角錐台形状であっても、一部に角錐台形状を含んでいてもよい。ここで円錐台形状および角錐台形状とは、側面部が、上面部から底面部に向かって傾斜し、底面部に向かうほど上面部の面と平行な面で切断した断面積が大きくなる形状のことである。
【００４３】
そして、凸部に囲まれた底面部を有する凹部３２は、水平方向すなわち光透過部の主面（凹部３２の底面部３１３の面を延長した面あるいは光透過部の第二の面）と平行な面内で、光透過部の外部（周辺部の光透過性樹脂）に連通している。本実施形態において凹部３２は、底面部３１３を有し、凸部の側面部３１２と底面部３１３とにより凹部３２が形成される。
【００４４】
光透過部と硬化物が接触している状態から、基台１１をＺ方向に移動させることによって光透過部と硬化物を離間させると、その隙間に光硬化性樹脂が供給される。この現象は、２枚の平行平板の間を液体が流れる物理現象で説明できる。すなわち、光硬化性樹脂の供給速度は供給元と供給先の差圧が大きいほど速い。供給元の圧力は大気圧であるが、高圧ガスの導入や、光硬化性樹脂の加圧機構により大気圧よりも高い圧力にすることも可能である。供給先の圧力は光透過部に対して基台１１を移動させる際の加速度（荷重）によって生じる負圧である。また、光硬化性樹脂の供給速度は光硬化性樹脂の粘度が低いほど速い。さらに、光硬化性樹脂の供給速度は供給する長さが短い、すなわち硬化物が小さいほど速い。そして、光硬化性樹脂の供給速度は供給する流路が広い、すなわち光透過部と硬化物の間隔が大きいほど速い。光透過部と硬化物の間隔は、硬化物の一層の厚み（例えば数十μｍから１００μｍ程度）に設定される。そのため、従来は供給速度を速くすることが難しかった。
【００４５】
そこで、本実施形態においては、光透過部４に凸部形成領域６を設けることで光透過部と硬化物の間隔を広くする。凸部形成領域６は、上面部３１１と側面部３１２からなる複数の凸部３１と、光硬化性樹脂２が満たされ、平面視で光透過部４の外部（周辺部の光硬化性樹脂２）と連通した、凹部３２を含んでいる。本明細書では、凹部３２とは、底面部３１３と凸部の側面部３１２とで形成される領域のことをいう。
【００４６】
そして、凸部形成領域６は、その一部に光反射部または光吸収部が設けられている。一部とは、凸部形成領域６の凸部の上面部３１１以外の面（側面部３１２と底面部３１３）全面であることが好ましいが、側面部３１２と底面部３１３いずれか一方であっても本発明の効果は発揮される。これにより、光源ユニット１０から、光透過部４の凸部形成領域６が形成されている第一の面とは反対側の面（基台１１と逆側の面）である第二の面へ向けてエネルギー線が照射された時、凸部の上面部３１１からのみエネルギー線を出射させることができる。つまり、凸部形成領域６の光反射部または光吸収部を設けた部分からはエネルギー線が光硬化樹脂２には照射されず、凹部３２にある光硬化性樹脂２の未硬化状態を維持することができる。凹部３２は、水平方向に造形領域の周辺部の光硬化性樹脂２に連通しており、造形領域の周辺部の光硬化樹脂を供給するための流路にすることができる。
【００４７】
光反射部の材質と膜厚は適宜選択できるが、材質としてはＡｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｒ、誘電体を含む材料などから選択できる。光反射部は、光反射膜であれば簡単に光透過部に形成することができるため好ましい。本明細書において、光反射部を光反射膜と称する場合がある。光反射膜の膜厚は、１０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下が好ましい。光吸収部の材質と膜厚は適宜選択できるが、材質としてはＡｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、またはＣを含む材料から選択できる。光吸収部は、光吸収膜であれば簡単に光透過部に形成することができるため好ましい。本明細書において、光吸収部を光吸収膜と称する場合がある。光吸収膜の膜厚は、１０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下が好ましい。光透過窓上の柱状構造物及び光反射膜または光吸収膜の製造方法は、光透過窓の材質、膜材質に合わせて適宜選択可能である。一例を示すと、まず、構造物の製造方法としては、切削加工、研削加工、ウエットエッチング、ドライエッチング、型による転写などが挙げられる。次に、構造物の全面に対して光反射膜または光吸収膜を真空蒸着、スパッタ、めっきなどから選択される成膜方法で設置する。最後に構造物上面６に設置された膜を研磨、研削、ドライエッチングなどから選択される除去加工を行い製造することができる。
【００４８】
光硬化性樹脂は、エネルギー線が照射された部分だけではなく、重合反応が連鎖することによってその近傍の樹脂まで硬化する性質がある。よって、エネルギー線の照射が上面部３１１からのみであっても、隣の上面部３１１との間の光硬化性樹脂２も硬化させることができる。近傍の樹脂が硬化されても凹部３２に満たされた光硬化性樹脂２のうち、上面部３１１の面を延長した面から底面部に向かって数μｍまでであり、凹部３２に満たされた光硬化性樹脂２のほとんどが硬化されず液体の状態のまま残る。よって、光硬化性樹脂２が硬化した硬化物は、基本的には凸部の上面部３１１と接触した状態で硬化し、側面部３１２と底面部１３１には接触しない。その後、基台１１を引き上げることによって凸部の上面部３１１から硬化物を引きはがして上面部３１１と硬化物の間に隙間をあけ、その隙間に光硬化性樹脂２を充填させる。この時、硬化物と光透過部４との接触面積が凸部３１がない場合に比べて少なくなるため、引きはがしの際の抵抗が少なくてすむ。つまり、基台１１の引き上げ速度を上げても造形物の変形等の造形不良を起こす心配がない。凹部３２を、上面部３１１と硬化物の間に隙間に造形領域の周辺部の光硬化樹脂を供給するための流路にすることができるため、造形領域への光硬化性樹脂２の供給を速くすることができる。よって、造形スピードを向上させることができる。また、基台１１の引き上げ速度（加速度）をあげることができるため、これによっても造形スピードを向上させることができる。
【００４９】
少なくとも上面部３１１の面積の割合が２％以上８０％以下の範囲であるとき、本発明の効果をより顕著に得ることができる。上面部３１１の面積の割合とは、光透過部の第二の面における光透過部の面積に対するすべての上面部３１１の面積を足し合わせた面積のことである。言い換えると、図３（ｂ）において、光透過部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。しかし、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、最小の水平方向（主面（第二の面）と水平な方向）の断面積をもって上面部３１１の面積の割合を計算するものとする。上面部３１１の面積の割合が２％より小さいと、エネルギー線を出射できる領域が小さく、硬化層を十分に硬化させることができない場合がある。また、上面部３１１の面積が８０％より大きいと、流路が狭く本発明の効果を十分に得ることができない場合がある。
【００５０】
また、隣り合う凸部３１の距離Ｌ１は、１０μｍ以上２００μｍ以下の範囲であるとき、本発明の効果をさらに得ることができる。隣り合う凸部３１の距離Ｌ１が１０μｍより小さいと、流路が狭く本発明の効果を十分に得ることができない場合がある。また、隣り合う凸部３１の距離Ｌ１が２００μｍより大きいと、上面部３１１と上面部３１１の間に、十分に硬化できない部分が発生する場合がある。
【００５１】
また、凸部３１の垂直方向の高さｔ２が５０μｍ以上８００μｍ以下の範囲であるとき、本発明の効果をさらに得ることができる。凸部３１の垂直方向とは、光透過部の主面（第二の面）と垂直な方向でありＺ方向のことである。凸部３１の垂直方向の高さが５０μｍより小さいと、流路として活用できる空間が小さく、本発明の効果を十分に得ることができない場合がある。凸部３１の垂直方向の高さが８００μｍより大きいと、凸部３１が脆くなり、破損してしまう場合がある。
【００５２】
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を光透過部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。
【００５３】
（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。
【００５４】
本発明に用いる重合性化合物としては、特に制限はなく、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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
（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。
【００６１】
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内の所定水準まで光硬化性樹脂２を補充する。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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、光硬化性樹脂２に照射する。照射された部位の光硬化性樹脂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。
【００６５】
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。
【００６６】
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、光透過部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と光透過部４の間の空間には、周囲から光硬化性樹脂２が流入する。
【００６７】
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。
【００６８】
本実施形態によれば、光透過部４の上面、すなわち光硬化性樹脂２と接触する面に、凸部形成領域を設けているため、光硬化性樹脂２の流動抵抗が低減されている。このため、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。
【００６９】
三次元造形領域への光硬化性樹脂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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
本実施形態では、光透過部の内面に、ＵＶ光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。
【００７３】
［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。
【００７４】
（装置の構成）
第一の実施形態では、光透過部は容器の底として機能したが、第二の実施形態では、光透過部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は光透過部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。
【００７５】
図４において、１は容器、２は光硬化性樹脂、３は樹脂供給部、４４は光透過部、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。
【００７６】
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。
【００７７】
（凸部形成領域）
光透過部４４の下面すなわち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の光透過部４４の近傍を拡大して模式的に示した断面図である。
【００７８】
凸部形成領域４６は、硬化光を透過する複数の凸部５１と、平面視で光透過部の外部と連通し光硬化性樹脂２が満たされた空間５２を含んでいる。
【００７９】
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、光透過部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。
【００８０】
第一の実施形態では、光透過部の基部と凸部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、光透過部４４の基部と凸部５１は別種の材料で形成されていてもよい。
【００８１】
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てもよい。それ以外の凸部形成領域４６は第一の実施形態同様の態様を有している例を示す。
【００８２】
第二の実施形態においては、光透過部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。
【００８３】
第二の実施形態では、凸部５１には、光透過部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、光透過部の基部として板状の樹脂部材を準備し、その表面に、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。
【００８４】
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、光透過部の基部と、原料として使用する光硬化性樹脂の屈折率に差がある場合には、基部よりも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。
【００８５】
（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。
【００８６】
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を光透過部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、三次元造形領域に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、光透過部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。
【００８７】
［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。
【００８８】
第三の実施形態においては、第一の実施形態とは光透過部の形態が異なるので、図６を用いて説明する。
【００８９】
（凸部形成領域）
光透過部４の上面すなわち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の光透過部４の近傍を拡大して模式的に示した断面図である。
【００９０】
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、平面視で光透過部の外部と連通し光硬化性樹脂２が満たされた空間６２を含んでいる。
【００９１】
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、光透過部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。
【００９２】
第一の実施形態では、光透過部の基部と凸部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。
【００９３】
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。
【００９４】
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、光透過部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、光透過部の基部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。
【００９５】
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。
【００９６】
第三の実施形態においても、凸部形成領域６は、それ以外は第一の実施形態と同様の態様を有している。
【００９７】
（三次元造形プロセス）
本実施形態においても、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。
【００９８】
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を光透過部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。
【００９９】
［その他の実施形態］
部の凸部の形状は、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部と連通するように、凸部の形状や配置を構成すればよい。
【０１００】
光透過部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。
【０１０１】
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、光透過部を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。
【０１０２】
三次元造形装置の光透過部の配置位置と、光透過部の組合せは、上記実施形態の例に限らず変更することが可能である。
【０１０３】
本発明により得られた三次元物体の具体的な適用例としては、カメラ、プリンター、液晶プロジェクター用の外装部品などが挙げられる。
【実施例】
【０１０４】
以下に、本発明の実施例について説明する。
【０１０５】
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部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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
次に、基台を光透過部との間隔が３０μｍ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、光透過部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０．５秒間照射した後、エネルギー線の照射を停止し、さらに０．５秒間待機した。その後、基台を１５０Ｎの荷重制御で上面部３１１と硬化物の間隔が５０μｍになるまで移動させ、その５０μｍの隙間に光硬化性樹脂２が十分充填するまでの時間（退避時間）を計測し、その時間の間、退避した。そして、基台の退避とエネルギー線の照射を１セットとして繰り返し６００回実施した。その後、基台を十分に退避させて、基台から三次元造形物を剥離し、直径約３０ｍｍ、高さ約３０ｍｍの三次元造形物を得た。
【０１０９】
［実施例１］
光透過部として、材質がＢＫ７ガラス、寸法が８０ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍ厚みの平板で、光透過部の上面部に以下の凸部を設けたものを用いた。上面部と傾斜した側面部で構成される円錐台形状が格子配列された構造であり、構造の繰り返しピッチが３０μｍ、凸部の高さが２００μｍ、凸部の上面部の面積の割合が８％である光透過部を有する容器を用いた。前記凸部の傾斜した側面部と凹部の底面部に膜厚１００ｎｍのＡｌが成膜されたものを用いた。
【０１１０】
このとき、退避時間は平均０．６秒であった。また、造形に要した時間は９６０秒であった。
【０１１１】
［実施例２］
光透過部として、材質がＢＫ７ガラス、寸法が８０ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍ厚みの平板で、光透過部の上面部に以下の凸部を設けたものを用いた。上面部と側面部で構成される角柱形状が格子配列された構造であり、構造の繰り返しピッチが３０μｍ、凸部の高さが２００μｍ、凸部の上面部の面積の割合が８％である光透過部を有する容器を用いた。前記凸部の側面部と凹部の底面部に膜厚１００ｎｍのＡｌが成膜されたものを用いた。
【０１１２】
このとき、退避時間は平均０．５秒であった。また、造形に要した時間は９００秒であった。
【０１１３】
［実施例３］
光透過部として、材質がＢＫ７ガラス、寸法が８０ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍ厚みの平板で、光透過部の上面部に以下の凸部を設けたものを用いた。上面部と側面部で構成される六角柱形状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３０μｍ、凸部の高さが２００μｍ、凸部の上面部の面積の割合が８％である光透過部を有する容器を用いた。前記凸部の側面部と凹部の底面部に膜厚１００ｎｍのＡｌが成膜されたものを用いた。
【０１１４】
このとき、退避時間は平均０．３秒であった。また、造形に要した時間は７８０秒であった。
【０１１５】
［実施例４］
光透過部として、材質がＢＫ７ガラス、寸法が８０ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍ厚みの平板で、光透過部の上面部に以下の凸部を設けたものを用いた。上面部と傾斜した側面部で構成される円錐台形状が格子配列された構造であり、構造の繰り返しピッチが３０μｍ、凸部の高さが２００μｍ、凸部の上面部の面積の割合が２％である光透過部を有する容器を用いた。前記凸部の傾斜した側面部と凹部の底面部に膜厚１００ｎｍのＡｌが成膜されたものを用いた。
【０１１６】
このとき、退避時間は平均０．２２秒であった。また、造形に要した時間は７３２秒であった。
【０１１７】
［実施例５］
光透過部として、材質がＢＫ７ガラス、寸法が８０ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍ厚みの平板で、光透過部の上面部に以下の凸部を設けたものを用いた。上面部と側面部で構成される角柱形状が格子配列された構造であり、構造の繰り返しピッチが３０μｍ、凸部の高さが２００μｍ、凸部の上面部の面積の割合が７７％である光透過部を有する容器を用いた。前記凸部の側面部と凹部の底面部に膜厚１００ｎｍのＡｌが成膜されたものを用いた。
【０１１８】
このとき、退避時間は平均５秒であった。また、造形に要した時間は３６００秒であった。
【０１１９】
［実施例６］
光透過部として、材質がＢＫ７ガラス、寸法が８０ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍ厚みの平板で、光透過部の上面部に以下の凸部を設けたものを用いた。上面部と傾斜した側面部で構成される円錐台形状が格子配列された構造であり、構造の繰り返しピッチが３０μｍ、凸部の高さが５０μｍ、凸部の上面部の面積の割合が８％である光透過部を有する容器を用いた。前記凸部の傾斜した側面部と凹部の底面部に膜厚１００ｎｍのＡｌが成膜されたものを用いた。
【０１２０】
このとき、退避時間は平均４．６秒であった。また、造形に要した時間は３３６０秒であった。
【０１２１】
［実施例７］
光透過部として、材質がＢＫ７ガラス、寸法が８０ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍ厚みの平板で、光透過部の上面部に以下の凸部を設けたものを用いた。上面部と傾斜した側面部で構成される円錐台形状が格子配列された構造であり、構造の繰り返しピッチが３０μｍ、凸部の高さが８００μｍ、凸部の上面部の面積の割合が８％である光透過部を有する容器を用いた。前記凸部の傾斜した側面部と凹部の底面部に膜厚１００ｎｍのＡｌが成膜されたものを用いた。
【０１２２】
このとき、退避時間は平均０．２４秒であった。また、造形に要した時間は７４４秒であった。
【０１２３】
［実施例８］
光透過部として、材質がＢＫ７ガラス、寸法が８０ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍ厚みの平板で、光透過部の上面部に以下の凸部を設けたものを用いた。上面部と傾斜した側面部で構成される円錐台形状が格子配列された構造であり、構造の繰り返しピッチが１０μｍ、凸部の高さが２００μｍ、凸部の上面部の面積の割合が８％である光透過部を有する容器を用いた。前記凸部の傾斜した側面部と凹部の底面部に膜厚１００ｎｍのＡｌが成膜されたものを用いた。
【０１２４】
このとき、退避時間は平均５秒であった。また、造形に要した時間は３６００秒であった。
【０１２５】
［実施例９］
光透過部として、材質がＢＫ７ガラス、寸法が８０ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍ厚みの平板で、光透過部の上面部に以下の凸部を設けたものを用いた。上面部と傾斜した側面部で構成される円錐台形状が格子配列された構造であり、構造の繰り返しピッチが２００μｍ、凸部の高さが２００μｍ、凸部の上面部の面積の割合が８％である光透過部を有する容器を用いた。前記凸部の傾斜した側面部と凹部の底面部に膜厚１００ｎｍのＡｌが成膜されたものを用いた。
【０１２６】
このとき、退避時間は平均０．３５秒であった。また、造形に要した時間は８１０秒であった。
【０１２７】
［実施例１０］
光透過部として、材質がＢＫ７ガラス、寸法が８０ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍ厚みの平板で、光透過部の上面部に以下の凸部を設けたものを用いた。上面部と傾斜した側面部で構成される円錐台形状が格子配列された構造であり、構造の繰り返しピッチが３０μｍ、凸部の高さが２００μｍ、凸部の上面部の面積の割合が１．４％である光透過部を有する容器を用いた。前記凸部の傾斜した側面部と凹部の底面部に膜厚１００ｎｍのＡｌが成膜されたものを用いた。
【０１２８】
このとき、退避時間は平均０．１秒であった。また、造形に要した時間は６６０秒であった。
【０１２９】
［実施例１１］
光透過部として、材質がＢＫ７ガラス、寸法が８０ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍ厚みの平板で、光透過部の上面部に以下の凸部を設けたものを用いた。上面部と側面部で構成される角柱形状が格子配列された構造であり、構造の繰り返しピッチが３０μｍ、凸部の高さが２００μｍ、凸部の上面部の面積の割合が８５％である光透過部を有する容器を用いた。前記凸部の傾斜した側面部と凹部の底面部に膜厚１００ｎｍのＡｌが成膜されたものを用いた。
【０１３０】
このとき、退避時間は平均６．１秒であった。また、造形に要した時間は４２６０秒であった。
【０１３１】
［実施例１２］
光透過部として、材質がＢＫ７ガラス、寸法が８０ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍ厚みの平板で、光透過部の上面部に以下の凸部を設けたものを用いた。上面部と傾斜した側面部で構成される円錐台形状が格子配列された構造であり、構造の繰り返しピッチが３０μｍ、凸部の高さが３０μｍ、凸部の上面部の面積の割合が８％である光透過部を有する容器を用いた。前記凸部の傾斜した側面部と凹部の底面部に膜厚１００ｎｍのＡｌが成膜されたものを用いた。
【０１３２】
このとき、退避時間は平均６秒であった。また、造形に要した時間は４２００秒であった。
【０１３３】
［実施例１３］
光透過部として、材質がＢＫ７ガラス、寸法が８０ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍ厚みの平板で、光透過部の上面部に以下の凸部を設けたものを用いた。上面部と傾斜した側面部で構成される円錐台形状が格子配列された構造であり、構造の繰り返しピッチが５μｍ、凸部の高さが２００μｍ、凸部の上面部の面積の割合が８％である光透過部を有する容器を用いた。前記凸部の傾斜した側面部と凹部の底面部に膜厚１００ｎｍのＡｌが成膜されたものを用いた。
【０１３４】
このとき、退避時間は平均６秒であった。また、造形に要した時間は４２００秒であった。
【０１３５】
［実施例１４］
光透過部として、材質がＢＫ７ガラス、寸法が８０ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍ厚みの平板で、光透過部の上面部に以下の凸部を設けたものを用いた。上面部と傾斜した側面部で構成される円錐台形状が格子配列された構造であり、構造の繰り返しピッチが３００μｍ、凸部の高さが２００μｍ、凸部の上面部の面積の割合が８％である光透過部を有する容器を用いた。前記凸部の傾斜した側面部と凹部の底面部に膜厚１００ｎｍのＡｌが成膜されたものを用いた。
【０１３６】
このとき、退避時間は平均０．３５秒であった。また、造形に要した時間は８１０秒であった。
【０１３７】
［比較例１］
光透過部として、光透過部上面に凸部形成領域をもたない、平坦なものを用いた。光透過部以外は実施例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。
【０１３８】
このとき、退避時間は平均６．２秒であった。また、造形に要した時間は４３２０秒であった。
【０１３９】
［比較例２］
光透過部として、光透過部上面に実施例１と同様の構造を設けたものを用いた。ただし、光反射膜及び光吸収膜を設置しなかった。光透過部以外は実施例１と同様の装置で三次元造形を実施したが、硬化物が基台から脱落し造形できなかった。
【０１４０】
［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。
【０１４１】
表１において、造形速度として示すのは、基台の光透過部からの離間速度、すなわち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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
【表１】
2019155641.tif 000003
【０１４４】
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】
【０１４５】
１・・・容器
２・・・光硬化性樹脂
３・・・樹脂供給部
４・・・光透過部
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・・・凹部
４４・・・光透過部
４６・・・凸部形成領域
５１・・・凸部
５２・・・凹部
６１・・・凸部
６２・・・凹部
【図１】
2019155641.tif 000004
【図２】
2019155641.tif 000005
【図３】
2019155641.tif 000006
【図４】
2019155641.tif 000007
【図５】
2019155641.tif 000008
【図６】
2019155641.tif 000009