(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光造形に関する１層分のデータに従って面露光に供されるマスクを作成し、このマスク越しに光硬化性樹脂の未硬化樹脂層を面露光し、この面露光操作を繰り返すことにより光造形する光造形装置であって、
上記マスクが一括面露光を可能にする液晶素子で構成され、
上記マスクが複数のマスクパターンを含み、これらマスクパターンを作成する制御装置を備え、
上記制御装置が、上記１層分のデータに従って、光を透過する部分が互いに重複することなく、なおかつ重ね合わせると前記１層分のマスクと一致する複数のマスクパターンを順次作成し、これらのマスクパターンを用いて複数回に分けて上記１層分のデータに従う面露光を実行することを特徴とする光造形装置。
【請求項２】
光造形に関する１層分のデータに従って面露光に供されるマスクを作成し、このマスク越しに光硬化性樹脂の未硬化樹脂層を面露光し、この面露光操作を繰り返すことにより光造形する光造形方法であって、
上記マスクを一括面露光を可能にする液晶素子で構成し、
上記マスクが複数のマスクパターンを含み、これらマスクパターンを作成する制御装置を設け、上記制御装置が、上記１層分のデータに従って、光を透過する部分が互いに重複することなく、なおかつ重ね合わせると前記１層分のマスクと一致する複数のマスクパターンを順次作成し、これらのマスクパターンを用いて複数回に分けて上記１層分のデータに従う面露光を実行することを特徴とする光造形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光硬化性樹脂を一括面露光して、光造形を行う光造形装置および光造形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光造形に関するデータを出力する三次元ＣＡＤ等の制御手段を備え、この制御手段からのデータに従って、光硬化性樹脂を半導体レーザ等のレーザ光で露光して、光造形を行う光造形装置が知られている。
【０００３】
この種のものは、一層分の樹脂の露光及び硬化に要する時間が長くなるため、近年、高速造形を目的としてマスクを作成し、このマスクに従ってＵＶランプにより光硬化性樹脂を一括面露光するものが提案されている。
【０００４】
これによれば、半導体レーザ等のレーザ光で露光して、光造形を行うものに比べて、圧倒的に造形速度を速めることができ、しかも半導体レーザ等が不要なため、低コストで光造形を行うことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成では、光硬化性樹脂を一括面露光する場合、この光硬化性樹脂の硬化収縮による歪みが発生し、レーザ光で露光するものに比べて、造形精度が低下するという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、造形精度を低下させることのない、一括面露光を可能にした光造形装置および光造形方法を提供することにある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
請求項１記載の発明は、光造形に関する１層分のデータに従って面露光に供されるマスクを作成し、このマスク越しに光硬化性樹脂の未硬化樹脂層を面露光し、この面露光操作を繰り返すことにより光造形する光造形装置であって、上記マスクが一括面露光を可能にする液晶素子で構成され、上記マスクが複数のマスクパターンを含み、これらマスクパターンを作成する制御装置を備え、上記制御装置が、上記１層分のデータに従って、光を透過する部分が互いに重複することなく、なおかつ重ね合わせると前記１層分のマスクと一致する複数のマスクパターンを順次作成し、これらのマスクパターンを用いて複数回に分けて上記１層分のデータに従う面露光を実行することを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、光造形に関する１層分のデータに従って面露光に供されるマスクを作成し、このマスク越しに光硬化性樹脂の未硬化樹脂層を面露光し、この面露光操作を繰り返すことにより光造形する光造形方法であって、上記マスクを一括面露光を可能にする液晶素子で構成し、上記マスクが複数のマスクパターンを含み、これらマスクパターンを作成する制御装置を設け、上記制御装置が、上記１層分のデータに従って、光を透過する部分が互いに重複することなく、なおかつ重ね合わせると前記１層分のマスクと一致する複数のマスクパターンを順次作成し、これらのマスクパターンを用いて複数回に分けて上記１層分のデータに従う面露光を実行することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１において、１は光造形装置を示している。この光造形装置１は昇降自在に構成された造形テーブル３を有し、この造形テーブル３上で１層分のデータに従って光硬化性樹脂の未硬化樹脂層５Ａを一括面露光し、この面露光操作を繰り返すことにより造形物５を光造形する。
【００１３】
上記造形テーブル３の上方には投影レンズ７が配置され、この投影レンズ７の上方には液晶素子からなるマスク９が配置されている。このマスク９の上方には光源１１が設置され、この光源１１とマスク９間にはこのマスク９を経た光を投影レンズ７に集光するレンズ１３が配置されている。
【００１４】
上記光源１１には水銀ランプ、メタルハライドランプ、或いは紫外線蛍光灯等からなる光源が用いられるが、本実施形態では、周囲の温度上昇を抑制する等の理由からストロボが用いられている。
【００１５】
１５は制御手段である。この制御手段１５は三次元ＣＡＤ等からなり、造形すべき立体モデルを例えば水平方向に薄くスライスした上記１層分の断面データを出力する。この制御手段１５には、上記造形テーブル３を昇降させるためのサーボモータ（図示せず）を駆動するサーボモータ駆動装置２１と、マスク９を構成する液晶素子に対する印加電圧を制御する制御装置２３と、光源１１に接続された光源電源２５とが接続される。
【００１６】
本実施形態では、制御手段１５から１層分のデータが出力されると、サーボモータが駆動されて、上記造形テーブル３が１層分に対応する寸法分だけ降下し、造形物５の上に１層分の未硬化樹脂層５Ａが、図示を省略した塗布手段を介して塗布される。この場合、未硬化樹脂層５Ａの上にフィルムを被せて、上記樹脂の流出を防止すれば、造形精度を向上させることができる。また造形テーブル３を容器中に浸し、液中で光造形してもよい。
【００１７】
つぎに、制御装置２３が動作し、マスク９を構成する液晶素子に対し１層分のデータに従う所定の電圧が印加される。
【００１８】
このマスク９を構成する液晶素子は、図２において、例えば、Ｘ方向およびＹ方向に延びる図示を省略した複数の電極を有し、光を透過遮断制御する画素部が、このＸ、Ｙ電極の交点で形成される。
【００１９】
本実施形態では、上記１層分のデータが、図２において、縦Ｌ１、横Ｌ２の矩形を表す断面データである場合、図２ａ、図２ｂに示す２種類のマスクパターンに従って、２回に分けて面露光することにより、当該矩形を表す断面データに従う樹脂の硬化が実行される。図２では、斜線が、光を遮蔽する部分１００を示し、白抜きが、光を透過する部分２００を示す。
【００２０】
すなわち、制御装置２３が動作し、複数の電極へ印加される電圧が制御されて、まず、図２ａに示すように、中央部分に光を透過する部分２００が形成され、その周囲に光を遮蔽する部分１００が形成される。
【００２１】
この状態で、ストロボ光源１１が点灯される。すると、光を透過する部分２００を通じて、中央部分の未硬化樹脂層５Ａに光が到達して、この部分２００に相当する未硬化樹脂層５Ａが硬化する。
【００２２】
ついで、制御装置２３が動作し、図２ｂに示すように、中央部分に光を遮蔽する部分１００が形成され、その周囲に光を透過する部分２００が形成される。この状態で、ストロボ光源１１が点灯される。すると、光を透過する部分２００を通じて、周辺部分の未硬化樹脂層５Ａに光が到達して、この部分２００に相当する未硬化樹脂層５Ａが硬化する。
【００２３】
図２ａ、図２ｂに示す光透過部分２００を重ね合わせると、縦Ｌ１、横Ｌ２の矩形を表す断面データに従う露光範囲と一致する。
【００２４】
上記構成では、縦Ｌ１、横Ｌ２の矩形を表す断面データに従って、未硬化樹脂層５Ａを硬化する場合、図２ａ、図２ｂに示す２種類のマスクパターンに従って、２回に分けて面露光するため、従来のように、縦Ｌ１、横Ｌ２の矩形を表す断面データに従う未硬化樹脂層５Ａを一度に面露光する場合に比べて、光硬化性樹脂の硬化収縮による歪みの発生が抑制される。
【００２５】
従って、上述したように、レーザ光で露光する従来のものとほぼ同程度に、造形精度を維持することができる。
【００２６】
上記マスクパターンには種々のものが提案される。例えば、図３ａ、図３ｂに示すように、縦Ｌ１、横Ｌ２の矩形を表す断面データに従う露光範囲が設定される場合、上記マスクパターンは、光を遮蔽する部分１００と、光を透過する部分２００とが市松模様状に形成される。図４ａ、図４ｂに示すマスクパターンは、光を遮蔽する部分１００と、光を透過する部分２００とが短冊模様状に形成される。これらの場合も、各図に示す光透過部分２００を重ね合わせると、当該矩形を表す断面データに従う露光範囲と一致する。
【００２７】
図５ａ〜図５ｃに示すマスクパターンを用いた場合には、３回に分けて面露光する。図５ａでは、まず、十文字状の光透過部分２００を用いて露光し、図５ｂでは、残りの部分の内、４隅を除いた形状の光透過部分２００を用いて露光し、図５ｃでは、上記４隅の光透過部分２００を用いて露光する。
【００２８】
図６ａ〜図６ｄに示すマスクパターンを用いた場合には、４回に分けて面露光する。この場合、図６ａでは、まず、中央の四角形状の光透過部分２００を用いて露光し、図６ｂ以降では、既に露光した部分を除いて、四角形状を徐々に広げた光透過部分２００を用いて露光する。また、図７ａ〜図７ｄに示すマスクパターンを用いた場合、４回に分けて面露光し、図８ａ〜図８ｈに示すマスクパターンを用いた場合、８回に分けて面露光し、図９ａ〜図９ｃに示すマスクパターンを用いた場合、３回に分けて面露光する。
【００２９】
いずれの場合も、各図に示す光透過部分２００を重ね合わせると、当該矩形を表す断面データに従う露光範囲と一致する。
【００３０】
図１０ａ〜図１０ｄに示すマスクパターンを用いた場合、４回に分けて面露光する。この場合、図１０ａ、図１０ｂに示す光透過部分２００を重ね合わせると、当該矩形を表す断面データに従う露光範囲と一致し、図１０ｃ、図１０ｄに示す光透過部分２００を重ね合わせると、当該矩形を表す断面データに従う露光範囲と一致する。これによれば、本来の露光範囲を２回に亘って露光することになるため、１回の露光時間が半分の露光時間とされる。
【００３１】
図２〜図９において、例えば、各マスクパターンを用いた露光時間が３〜５秒に設定されれば、図１０においては、各マスクパターンを用いた露光時間が１．５〜２．５秒に設定される。
【００３２】
いずれの実施形態においても、縦Ｌ１、横Ｌ２の矩形を表す断面データに従って、未硬化樹脂層５Ａを硬化する場合、複数種類のマスクパターンに従って、複数回に分けて、部分的或いは段階的に面露光するため、縦Ｌ１、横Ｌ２の矩形を表す断面データに従う未硬化樹脂層５Ａを一度に面露光する場合に比べ、光硬化性樹脂の硬化収縮による歪みの発生が抑制される。
【００３３】
従って、上述したように、レーザ光で露光する従来のものとほぼ同程度に、造形精度を維持することができる。
【００３４】
図１１は、上記マスクパターンの作成フローを示す。
【００３５】
Ｓ１〜Ｓ３は、上記１層分の断面データの作成手順である。三次元ＣＡＤ等からのデータを読み込み（Ｓ１）、このデータをスライスして上記断面データを作成する（Ｓ２）。そして、この断面データにサポート（造形中に造形物を支持する部材）に関するデータを付与する（Ｓ３）。
【００３６】
ついで、造形物（モデル）の積層数が終了したか否かを判断し（Ｓ４）、終了していない場合、モデル及びサポートの塗りつぶしデータ（上記１層分の断面データ）を計算し、記憶する（Ｓ５）。つぎに、一つ目の上記マスクパターン（例えば、図２ａ）を用いた場合の、塗りつぶしパターンを計算し、記憶し（Ｓ６）、モデル及びサポートとマスクパターンの論理積を算出し、マスク作成をおこない（Ｓ７）、そして、露光する（Ｓ８）。
【００３７】
さらに、マスクパターンが終了したか否かを判断し（Ｓ９）、終了していない場合、Ｓ６に移行し、二つ目の上記マスクパターン（例えば、図２ｂ）を用いた場合の、塗りつぶしパターンを計算し、これに基づいてマスク作成をおこない、そして、露光する（Ｓ８）。
【００３８】
上記Ｓ９で、マスクパターンが終了した場合、Ｓ４に移行して、次の層のマスクを作成し、露光を実行する。
【００３９】
これらの処理が進み、上記Ｓ４で、モデルの積層数が終了した場合、Ｓ１０に移行して、光造形を終了する。
【００４０】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものでないことは明らかである。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、複数回に分けて、部分的或いは段階的に面露光するため、従来のように、一度に面露光する場合に比べて、光硬化性樹脂の硬化収縮による歪みの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光造形装置の一実施形態を示す正面図である。
【図２】ａ、ｂはそれぞれマスクパターンを示す図である。
【図３】ａ、ｂはそれぞれマスクパターンを示す図である。
【図４】ａ、ｂはそれぞれマスクパターンを示す図である。
【図５】ａ〜ｃはそれぞれマスクパターンを示す図である。
【図６】ａ〜ｄはそれぞれマスクパターンを示す図である。
【図７】ａ〜ｄはそれぞれマスクパターンを示す図である。
【図８】ａ〜ｈはそれぞれマスクパターンを示す図である。
【図９】ａ〜ｃはそれぞれマスクパターンを示す図である。
【図１０】ａ〜ｄはそれぞれマスクパターンを示す図である。
【図１１】マスク作成手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  光造形装置
３  造形テーブル
５Ａ  未硬化樹脂層
５  造形物
７  投影レンズ
９  マスク
１１  光源
１３  レンズ
１５  制御手段
２１  サーボモータ駆動装置
２３  制御装置
２５  光源電源
１００  光遮蔽部分
２００  光透過部分
【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】
0004519274.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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