(57)【要約】【課題】コスト高を招来することなく高い造形精度を示す三次元造形装置および三次元造形方法を提供する。【解決手段】液体状態の光硬化性樹脂を貯留する容器の底面部に位置する該光硬化性樹脂との界面たる画像投影面に対して画像を投影し、上記容器内に配置された三次元造形物の土台となる造形物保持手段の下面に所定の液層厚さ分だけの硬化層を形成した後に、該所定の液層厚さ分だけ造形物保持手段を上昇させて上記画像投影面に対して画像を投影して新たな硬化層を形成する動作を順次繰り返し行うことにより、該光硬化性樹脂の硬化層を積層して三次元造形物を作製する三次元造形装置において、それぞれ上記画像投影面の異なる領域に画像を投影することで、上記画像投影面に対して所定の画像を投影する複数の画像投影手段を有するようにしたものである。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体状態の光硬化性樹脂を貯留する容器の底面部に位置する該光硬化性樹脂との界面たる画像投影面に対して画像を投影し、前記容器内に配置された三次元造形物の土台となる造形物保持手段の下面に所定の液層厚さ分だけの硬化層を形成した後に、該所定の液層厚さ分だけ造形物保持手段を上昇させて前記画像投影面に対して画像を投影して新たな硬化層を形成する動作を順次繰り返し行うことにより、該光硬化性樹脂の硬化層を積層して三次元造形物を作製する三次元造形装置において、
それぞれ前記画像投影面の異なる領域に同じタイミングで画像を投影することで、前記画像投影面に対して所定の画像を投影する複数の画像投影手段を有する
ことを特徴とする三次元造形装置。
【請求項２】
液体状態の光硬化性樹脂を貯留する容器の底面部に位置する該光硬化性樹脂との界面たる画像投影面に対して画像を投影し、前記容器内に配置された三次元造形物の土台となる造形物保持手段の下面に所定の液層厚さ分だけの硬化層を形成した後に、該所定の液層厚さ分だけ造形物保持手段を上昇させて前記画像投影面に対して画像を投影して新たな硬化層を形成する動作を順次繰り返し行うことにより、該光硬化性樹脂の硬化層を積層して三次元造形物を作製する三次元造形装置における三次元造形方法において、
前記画像投影面に投影される画像は、複数の画像投影手段によって同じタイミングで前記画像投影面のそれぞれ異なる領域に対して投影された複数の画像により形成される
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、三次元造形装置および三次元造形方法に関し、さらに詳細には、光を照射すると硬化する光硬化性樹脂を用いて三次元造形物を作製する三次元造形装置および三次元造形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、可視光または紫外光などの光の照射により硬化する特性を備えた液体状態の光硬化性樹脂を用いて三次元造形物を作製する三次元造形装置が知られている。
【０００３】
こうした三次元造形装置としては、例えば、所定の形状に硬化させた光硬化性樹脂を積層して立体造形を行う吊り上げ積層構造方式が用いられる。
【０００４】
この吊り上げ積層構造方式は、液体状態の光硬化性樹脂を貯留する容器の底面に透光板を用い、まず、当該透光板の下側にプロジェクタなどにより所定の画像を照射し、この容器内に配置された三次元造形物の土台となる造形物保持板の下面において所定の液層厚さ分だけ光硬化性樹脂を硬化させて、造形物保持板の下面に所定の液層厚さの硬化層を形成する。
【０００５】
次に、造形物保持板の下面と容器の底面たる透光板との間で硬化した硬化層を、造形物保持板に保持した状態で透光板から剥離し、所定の液層厚さ分だけ造形物保持板を上昇させる。
【０００６】
その後、透光板の下側から所定の画像を照射し、造形物保持板の下面に保持された硬化層に、さらに所定の液層厚さ分だけの光硬化性樹脂を硬化させて、硬化層を積層させる。
【０００７】
そして、こうした動作を順次繰り返し行うことにより、光硬化性樹脂の硬化層を積層させて立体造形を行って三次元造形物を作製することとなる。
【０００８】
こうした吊り上げ積層構造方式による三次元造形装置によれば、上記した動作を順次繰り返し行うことにより、所定の液層厚さ分だけの硬化層が順次積層されていくので、所望の形状の硬化層を作製することで、所望の形状の三次元造形物を作製することができるものである。
【０００９】
ここで、こうした吊り上げ積層構造方式の三次元造形装置においては、１台のプロジェクタから容器底面と容器に貯留された光硬化性樹脂との界面たる画像投影面に画像が投影される。
【００１０】
このため、硬化層の精度、つまり、三次元造形物の造形精度は、プロジェクタの解像度に依存してしまっていた。
【００１１】
したがって、こうした三次元造形装置において、造形精度を高めるためには、高価な高解像度のプロジェクタを用いなければならず、三次元造形装置の製造コストが上昇してしまうものであった。
【００１２】
また、三次元造形装置においては、１台のプロジェクタにより画像投影面に画像を投影するため、照射される光量が多くなることにより硬化速度が上昇する光硬化性樹脂の硬化速度を向上することができず、三次元造形物の製造時間を一定時間以上短縮することが難しかった。
【００１３】
このため、製造コスト高を招来することなく造形精度を高めることができる三次元造形装置および三次元造形方法の提案が望まれていた。
【００１４】
また、三次元造形物の作製時間を短縮することのできる三次元造形装置および三次元造形方法の提案が望まれていた。
【００１５】
なお、本願出願人が特許出願のときに知っている先行技術は、文献公知発明に係る発明ではないため、本願明細書に記載すべき先行技術文献情報はない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、従来の技術の有する上記したような要望に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、コスト高を招来することなく高い造形精度を達成することができる三次元造形装置および三次元造形方法を提供しようとするものである。
【００１７】
また、本発明の目的とするところは、三次元造形物の作製時間を短縮することができる三次元造形装置および三次元造形方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明により三次元造形装置は、液体状態の光硬化性樹脂を貯留する容器の底面部に位置する該光硬化性樹脂との界面たる画像投影面に対して画像を投影し、上記容器内に配置された三次元造形物の土台となる造形物保持手段の下面に所定の液層厚さ分だけの硬化層を形成した後に、該所定の液層厚さ分だけ造形物保持手段を上昇させて上記画像投影面に対して画像を投影して新たな硬化層を形成する動作を順次繰り返し行うことにより、該光硬化性樹脂の硬化層を積層して三次元造形物を作製する三次元造形装置において、それぞれ上記画像投影面の異なる領域に同じタイミングで画像を投影することで、上記画像投影面に対して所定の画像を投影する複数の画像投影手段を有するようにしたものである。
【００１９】
また、本発明による三次元造形方法は、液体状態の光硬化性樹脂を貯留する容器の底面部に位置する該光硬化性樹脂との界面たる画像投影面に対して画像を投影し、上記容器内に配置された三次元造形物の土台となる造形物保持手段の下面に所定の液層厚さ分だけの硬化層を形成した後に、該所定の液層厚さ分だけ造形物保持手段を上昇させて上記画像投影面に対して画像を投影して新たな硬化層を形成する動作を順次繰り返し行うことにより、該光硬化性樹脂の硬化層を積層して三次元造形物を作製する三次元造形装置における三次元造形方法において、上記画像投影面に投影される画像は、複数の画像投影手段によって同じタイミングで上記画像投影面のそれぞれ異なる領域に対して投影された複数の画像により形成されるようにしたものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、以上説明したように構成されているので、コスト高を招来することなく高い造形精度を達成できるという優れた効果を奏するものである。
【００２１】
また、本発明は、以上説明したように構成されているので、三次元造形物の作製時間を短縮することができるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明による三次元造形装置の一部を破断した状態の概略構成説明図である。
【図２】図２は、図１の三次元造形装置におけるプロジェクタから画像投影面に画像を投影した状態を示す説明図である。
【図３】図３は、画像を４つに分割した分割画像を示す説明図である。
【図４】図４（ａ）は、従来の技術による三次元造形装置により所定のサイズの画像を画像投影面に投影した状態を示す説明図であり、また、図４（ｂ）は、本発明による三次元造形装置により所定のサイズの画像を画像投影面に投影した状態を示す説明図であり、また、図４（ｃ）は、従来の技術による三次元造形装置により所定のサイズの２倍の画像を画像投影面に投影した状態を示す説明図であり、また、図４（ｄ）は、本発明による三次元造形装置により所定のサイズの２倍の画像を画像投影面に投影した状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による三次元造形装置および三次元造形方法の一例を詳細に説明することとする。
【００２４】
まず、図１には、本発明による三次元造形装置の一部を破断した状態の概略構成説明図が示されており、また、図２には、図１に示す三次元造形装置におけるプロジェクタから画像投影面に画像を投影した状態を示す説明図が示されている。
【００２５】
この図１に示す三次元造形装置１０は、底面１２ａが透光板により形成されるとともに、可視光または紫外光などの光の照射により硬化する液体状態の光硬化性樹脂を貯留する容器１２と、容器１２の底面１２ａへ画像を投影するプロジェクタ１６と、駆動部（図示せず。）の駆動により上下方向に昇降し、容器１２内で硬化された光硬化性樹脂を保持する造形物保持部１８とを有して構成されている。
【００２６】
なお、この三次元造形装置１０の全体の動作は、マイクロコンピューター２０により制御されている。
【００２７】
より詳細には、容器１２は、ベース部材２２の上面２２ａに配設され、底面１２ａたる透光板の上面には、硬化した光硬化性樹脂の剥離性を向上させるために、底面１２ａを透過した光を透過可能なコーティング材（例えば、シリコン樹脂である。）によりコーティングがなされている。
【００２８】
そして、ベース部材２２内に配設されたプロジェクタ１６から投影される画像が、底面１２ａと容器１２内に貯留された光硬化性樹脂との界面たる画像投影面Ｓに投影されるようになされている。
【００２９】
プロジェクタ１６は、プロジェクタ１６ａ、１６ｂ、１６ｂ、１６ｄの４台のプロジェクタから構成されている。なお、プロジェクタ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄはそれぞれ同一の構成のプロジェクタとなっている。
【００３０】
このプロジェクタ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄはそれぞれ、マイクロコンピューター２０から出力された画像データに基づいて、画像投影面Ｓの異なる領域に画像を投影するようになされており、各プロジェクタから各領域に同一のタイミングで投影される画像により、画像投影面Ｓに１つの大きな画像を投影するようになされている。
【００３１】
即ち、プロジェクタ１６ａは画像投影面Ｓにおける領域Ｓ１に画像を投影し、プロジェクタ１６ｂは画像投影面Ｓにおける領域Ｓ２に画像を投影し、プロジェクタ１６ｃは画像投影面Ｓにおける領域Ｓ３に画像を投影し、プロジェクタ１６ｄは画像投影面Ｓにおける領域Ｓ４に画像を投影する。
【００３２】
なお、領域Ｓ１は、領域Ｓ２および領域Ｓ３と隣接し、領域Ｓ２は、領域Ｓ１および領域Ｓ４と隣接し、領域Ｓ３は、領域Ｓ１および領域Ｓ４と隣接し、領域４は、領域Ｓ２および領域Ｓ３と隣接している。また、領域Ｓ１、領域Ｓ２、領域Ｓ３および領域Ｓ４はそれぞれ同じ面積となっている。
【００３３】
こうしてプロジェクタ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄにより、画像投影面Ｓに投影される１つの大きな画像（「以下、「大画像」と適宜に称することとする。）は、作製する三次元造形物の形状を水平方向に分割して複数の層に分けた複数の画像である。
【００３４】
なお、画像投影面に投影される大画像は、上記したように４台のプロジェクタ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄから投影された画像により形成されるため、作製する三次元造形物の形状を水平方向に分割して形成した１層分の画像（この１層分の画像とは大画像である。）は、画像投影面Ｓの領域Ｓ１〜Ｓ４と同様にして４分割される。
【００３５】
即ち、例えば、画像投影面Ｓに投影される大画像が「Ａ」とすると、大画像「Ａ」を、領域Ｓ１に投影する分割画像Ｐ１と、領域Ｓ２に投影する分割画像Ｐ２と、領域Ｓ３に投影される分割画像Ｐ３と、領域Ｓ４に投影される分割画像Ｐ４とに分割し、分割画像Ｐ１〜Ｐ４の画像データを大画像「Ａ」を形成するための画像データとして、マイクロコンピューター２０に記憶する。
【００３６】
そして、画像投影面Ｓに大画像「Ａ」を投影する際には、マイクロコンピューター２０において、同一のタイミングで、プロジェクタ１６ａに分割画像Ｐ１の画像データを出力し、プロジェクタ１６ｂに分割画像Ｐ２の画像データを出力し、プロジェクタ１６ｃに分割画像Ｐ３の画像データを出力し、プロジェクタ１６ｄに分割画像Ｐ４の画像データを出力することとなる。
【００３７】
つまり、プロジェクタ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄは、作製する三次元造形物の形状を水平方向に分割して複数の層に分けた複数の画像を順番に、一定時間毎に１層分ずつ画像投影面Ｓに投影するように、マイクロコンピューター２０により制御されている。
【００３８】
造形物保持部１８は、ベース部材２２の上面２２ａの後端部２２ａａに立設した立設部材２４において、上下方向に昇降自在に設けられている。
【００３９】
そして、造形物保持部１８は、モーターなどの駆動部（図示せず。）の駆動により、立設部材２４の前面２４ａにおいて上方側および下方側に移動することとなる。
【００４０】
また、造形物保持部１８は、下面１８ａにおいて、容器１２内で硬化する光硬化性樹脂と密着して三次元造形物を保持する土台となる。
【００４１】
以上の構成において、三次元造形装置１０により三次元造形物を作製する場合には、作業者が三次元造形物の作製を指示する操作を行うと、マイクロコンピューター２０から予め記憶された画像データがプロジェクタ１６に出力される。
【００４２】
なお、この予め記憶された画像データは、作製する三次元造形物の形状を水平方向に分割して複数の層に分けた各層の画像を表すデータであって、一定時間毎に１層分の画像データがマイクロコンピューター２０からプロジェクタ１６に出力される。
【００４３】
つまり、プロジェクタ１６に１層分の画像データが出力されるとは、プロジェクタ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄに１層分の画像の分割画像の画像データがそれぞれ同一のタイミングで出力されることとなる。
【００４４】
より詳細には、プロジェクタ１６ａには、１層分の画像のうちの領域Ｓ１に投影される分割画像の画像データが出力され、プロジェクタ１６ｂには、１層分の画像のうちの領域Ｓ２に投影される分割画像の画像データが出力され、プロジェクタ１６ｃには、１層分の画像のうちの領域Ｓ３に投影される分割画像の画像データが出力され、プロジェクタ１６ｄには、１層分の画像のうちの領域Ｓ４に投影される分割画像の画像データが出力される。
【００４５】
なお、こうした分割画像の画像データは、複数の層の画像の各層毎に、各層を表す画像データとしてマイクロコンピューター２０に予め記憶されている。
【００４６】
そして、プロジェクタ１６から画像投影面Ｓに１層分の画像が投影されて、造形物保持部１８の下面１８ａに当該画像に基づく硬化層が形成される。
【００４７】
その後、マイクロコンピューター２０により所定の液層厚さ分だけ造形物保持部１８を上昇し、マイクロコンピューター２０から当該硬化層の次の層の画像データがプロジェクタ１６に出力され、プロジェクタ１６から当該硬化層の次の層の画像データに基づく画像が画像投影面Ｓに投影される。
【００４８】
こうした動作を順次繰り返し行うことにより、硬化層の下方側に新たな硬化層を形成して、三次元造形物を形成する。
【００４９】
ここで、三次元造形装置１０においては、画像投影面Ｓに１層分の画像を投影するプロジェクタ１６として、４台のプロジェクタ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄを用いるようにし、この４台のプロジェクタ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄからそれぞれ異なる領域に投影される画像により画像投影面に１層分の画像データを投影するようにした。
【００５０】
このため、三次元造形装置１０においては、１つのプロジェクタから画像投影面に１層分の画像を投影するようにした従来の技術による三次元造形装置と比較して、造形精度を高くすることができる。
【００５１】
即ち、例えば、従来の技術による三次元造形装置により画像投影面Ｓに１層分の画像を投影したときに、プロジェクタの１ピクセルが画像投影面Ｓにおいて１ｍｍであったとすると（図４（ａ）を参照する。）、プロジェクタ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄとして従来の技術による三次元造形装置と同様のプロジェクタを用いた三次元造形装置１０では、画像投影面Ｓに同じサイズの１層分の画像を投影するときには、１ピクセルが画像投影面において０．５ｍｍとなる（図４（ｂ）を参照する。）。
【００５２】
つまり、本発明による三次元造形装置１０においては、従来の技術による三次元造形装置におけるプロジェクタと同じプロジェクタを用いて、従来の技術による三次元造形装置の２倍の造形精度を得ることができることとなる。
【００５３】
したがって、三次元造形装置１０によれば、高価な高解像度のプロジェクタを用いることなく、安価なプロジェクタを用いて高い造形精度の三次元造形物を作製することが可能となる。
【００５４】
また、三次元造形装置１０においては、画像投影面に投影した１層分の画像に対する光量が多くなる。
【００５５】
このため、三次元造形装置１０によれば、従来の技術による三次元造形装置と比較して、より短時間で三次元造形物を作製することができることとなる。
【００５６】
ここで、従来の技術による三次元造形装置においては、より大きな三次元造形物を作製する際には、画像投影面のより広い範囲にプロジェクタからの画像を投影しなければならないため、プロジェクタと画像投影面との距離を調整して、画像投影面に投影される画像のサイズを大きくしていた。
【００５７】
具体的には、所定のサイズの２倍のサイズの三次元造形物を作製する場合には、投影画像面とプロジェクタとの距離を調整して、所定のサイズの三次元造形物を作製する際に画像投影面に投影されていた画像の２倍の大きさの画像を画像投影面に投影する。
【００５８】
このため、所定のサイズの三次元造形物を作製する際の画像では、例えば、プロジェクタの１ピクセルが画像投影面では１ｍｍであったとすると（図４（ａ）を参照する。）、所定のサイズの２倍のサイズの三次元造形物を作製する際の画像では、プロジェクタの１ピクセルが画像投影面では２ｍｍとなってしまう（図４（ｃ）を参照する。）。
【００５９】
これに対して、本発明による三次元造形装置１０においては、４台のプロジェクタ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄにより画像投影面Ｓに画像を投影するため、上記所定のサイズの２倍のサイズの三次元造形物を作製する際の画像では、プロジェクタの１ピクセルが画像投影面では１ｍｍのままとすることができる（図４（ｄ）を参照する。）。
【００６０】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（４）に示すように変形するようにしてもよい。
【００６１】
（１）上記した実施の形態においては、プロジェクタ１６として、４台のプロジェクタ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄを設けるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、プロジェクタの個数としては、画像投影面Ｓに投影する画像の大きさ、および三次元造形物の造形精度に応じて２台、３台あるいは５台以上のプロジェクタを用いるようにしてもよい。
【００６２】
これにより、本発明による三次元造形装置１０においては、作製する三次元造形物の形状に合わせて、より精度の高い三次元造形物を作製することができる。
【００６３】
（２）上記した実施の形態においては、プロジェクタ１６は、容器１２の底面１２ａと容器１２に貯留された光硬化性樹脂の界面たる画像投影面Ｓに直接画像を投影するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、ミラーを介して画像投影面に画像を投影するようにしてもよい。
【００６４】
（３）上記した実施の形態においては、特に記載していなかったが、プロジェクタ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄは、画像投影面Ｓに投影する画像の大きさに応じて作業者が適宜設置位置を決定するようにしてもよいし、マイクロコンピューター２０により入力された画像データから、画像の大きさに応じて設置位置を変更する機構を設けるようにしてもよい。
【００６５】
（４）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（３）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、吊り上げ積層構造方式の三次元造形装置に用いることができる。
【符号の説明】
【００６７】
１０  三次元造形装置、１２  容器、１６  プロジェクタ、１８  造形物保持部、２０  マイクロコンピューター、２２  ベース部材、２４  立設部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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