(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光硬化性樹脂を含む流動性の未硬化材料を収容した下部造形槽（４）と、
下部造形槽中に上下移動可能に設けられ、その上面側に所定厚さの未硬化材料層を形成する下部テーブル（１４）と、
下部造形槽内の未硬化材料を下部テーブル上に供給し、該未硬化材料を延展して所定厚さの未硬化材料層を形成する下部未硬化材料層形成手段（２０）と、
下部造形槽の上段に設置され、光硬化性樹脂を含む流動性の未硬化材料を収容した上部造形槽（３）と、
上部造形槽中に上下移動可能に設けられ、その上面側に所定厚さの未硬化材料層を形成する上部テーブル（１３）と、
上部造形槽内の未硬化材料を上部テーブル上に供給し、該未硬化材料を延展して所定厚さの未硬化材料層を形成する上部未硬化材料層形成手段（７０）と、
上部テーブル又は下部テーブルに形成された未硬化材料層に対し、光を照射して該未硬化材料層中に所要形状の硬化層を形成する光照射手段（５）と、
下部造形槽の上面を覆うカバー（１７）と、
該カバーによって覆われた下部造形槽上に上部造形槽を持ち上げるリフトアップ手段（１９）と、
該リフトアップ手段によって持ち上げられた上部造形槽をカバー上の所定位置まで移動させる移動手段（１８）と、
を備え、
上部形成槽、上部テーブル、及び上部未硬化材料層形成手段を着脱自在に構成し、上部造形槽、上部テーブル、及び上部未硬化材料層形成手段を含む上段部（５０）と下部造形槽、下部テーブル、及び下部未硬化材料層形成手段を含む下段部（６０）を前記所要形状の硬化層を形成する際の所要精度に応じて設置するとともに、下部造形槽を移動することなく、該下部造形槽の上段に上部造形槽を設置するようにしたことを特徴とする光造形装置。
【請求項２】
前記上部造形槽の有無を検出する造形槽有無検出手段（４３）と、
前記上部未硬化材料層形成手段及び下部未硬化材料層形成手段を駆動する駆動手段（４６、４７）と、
造形槽有無検出手段が上部造形槽有りを検出した場合は、駆動手段が上部未硬化材料層形成手段を駆動するように制御する制御手段（４１）と、
を備え、上部未硬化材料層形成手段及び下部未硬化材料層形成手段を同一の駆動手段で駆動するようにしたことを特徴とする請求項１記載の光造形装置。
【請求項３】
光硬化性樹脂を含む流動性の未硬化材料を収容した下部造形槽（４）と、
下部造形槽中に上下移動可能に設けられ、その上面側に所定厚さの未硬化材料層を形成する下部テーブル（１４）と、
下部造形槽内の未硬化材料を下部テーブル上に供給し、該未硬化材料を延展して所定厚さの未硬化材料層を形成する下部未硬化材料層形成手段（２０）と、
該下部未硬化材料層形成手段を駆動する下部駆動手段（２３）と、
下部造形槽の上段に着脱自在に設置され、光硬化性樹脂を含む流動性の未硬化材料を収容した上部造形槽（３）と、
上部造形槽中に着脱、上下移動可能に設けられ、その上面側に所定厚さの未硬化材料層を形成する上部テーブル（１３）と、
上部造形槽内の未硬化材料を上部テーブル上に供給し、該未硬化材料を延展して所定厚さの未硬化材料層を形成する上部未硬化材料層形成手段（７０）と、
該上部未硬化材料層形成手段を駆動する上部駆動手段（２２）と、
上部テーブル又は下部テーブルに形成された未硬化材料層に対し、光を照射して該未硬化材料層中に所要形状の硬化層を形成する光照射手段（５）と、
下部造形槽の上面を覆うカバー（１７）と、
該カバーによって覆われた下部造形槽上に上部造形槽を持ち上げるリフトアップ手段（１９）と、
該リフトアップ手段によって持ち上げられた上部造形槽をカバー上の所定位置まで移動させる移動手段（１８）と、
を備え、
上部未硬化材料層形成手段及び上部駆動手段を一体的かつ着脱自在に構成し、上部造形槽、上部テーブル、上部未硬化材料層形成手段及び上部駆動手段を含む上段部（５０）と下部造形槽、下部テーブル、下部未硬化材料層形成手段及び下部駆動手段を含む下段部（６０）を前記所要形状の硬化層を形成する際の所要精度に応じて設置するとともに、下部造形槽を移動することなく、該下部造形槽の上段に上部造形槽を設置するようにしたことを特徴とする光造形装置。
【請求項４】
前記上部造形槽は下部造形槽よりも小形に形成されており、上段部を用いて前記所要形状の硬化層を形成する際の精度が下段部を用いて前記所要形状の硬化層を形成する際の精度より高くなるように構成されたことを特徴とする請求項１乃至３記載の光造形装置。
【請求項５】
前記光照射手段にはレーザ光源（５６）、光学レンズ（５２、５４）、及び可動ミラー（５１）を備え、
未硬化材料層に対し選択的に光を照射する際、予め準備した上段部用補正データ又は下段部用補正データに基づいて可動ミラーの回転角を変更し、光照射面の歪みを補正するようにしたことを特徴とする請求項１乃至４記載の光造形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光造形装置、特に光硬化性樹脂を含む流動性を有する未硬化材料を造形槽（タンク）中に収容すると共に、その未硬化材料に選択的に光を照射することで所要形状の硬化層を形成し、その硬化層を順次積層して３次元物体を造形する光造形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の光造形装置には、タンク中に収容した未硬化材料に対しその上方側から光を照射する上部照射方式のものと、タンクの底部に設けた透光窓を通して未硬化材料にその下方側から光を照射する下部照射方式のものとがある。
上部照射方式のものとしては、例えば特開平３−２２７２２２号公報に記載されたものがある。この装置では、未硬化材料を収容したタンクの液面に対しレーザ光を走査してその液面近傍の未硬化材料液を昇降テーブル上で所要形状に硬化させ、その硬化層を昇降テーブルの下降により下方に沈めた後、その上に次の層を接着して積層するようになっている。この種の光照射手段は、例えばレーザ光源、レンズ等の光学系、可動ミラー等から構成されている。
【０００３】
すなわち、前記昇降テーブルを未硬化材料の液面から一層の硬化層厚さだけ下降させる。次に、コーティングが行われる。このコーティング工程においては、タンク上方に設けられ、左右方向に移動可能なディッパによって昇降テーブル上に未硬化材料が供給され、同じくディッパ後方に左右方向に移動可能に設けられたナイフによって昇降テーブル上に供給された未硬化材料が平滑化される。この後、昇降テーブル上面にコーティングされた未硬化材料に対しレーザ光を選択的に照射してその一層分を硬化させる。さらに、昇降テーブルの下降、昇降テーブル上面の未硬化材料のコーティング、レザー光照射による硬化層の形成の工程を繰り返し、硬化層を積層して３次元物体を造形し、その３次元物体を洗浄して、光造形工程が終了する。こうして、光造形処理が終了すると、同じ材料を用いる場合は前述の工程を繰り返し、３次元物体を造形する。また、他の材料を用いる場合には今回用いたコータ一式（タンク、昇降テーブル、ディッパ、及びナイフ）を次の処理に用いられるコータ一式と手動で交換する。なお、その３次元物体の造形精度は光照射手段の分解能によって決まる。また、ＸＹ方向に光を走査する２個の回転自在な可動ミラーの回転角を変更することによって、レーザ光を照射する際の昇降テーブル上の光照射面の歪みを補正する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光造形装置にあっては、一連の光造形処理後、続けて異なる硬化材料（例えば粘度の異なる樹脂）を用いて光造形を行うような場合はコータ一式を手動で交換していたので、使用者の作業負担が大きく、交換に要する時間が長いという問題がある。特に、ユーザはタンクと昇降テーブルを取り出し、新たに造形を所望するタンクと昇降テーブルを取り付ける必要がある。また、同一の光照射手段によって異なる所要精度の３次元物体を容易に造形することについては配慮がなされていない。
【０００５】
本発明は、このような問題点を改善し、コータ交換に関する使用者の負担を軽減することが可能な光造形装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、光照射手段の分解能を変更することなく、光造形の精度を容易に変更することが可能な光造形装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、光硬化性樹脂を含む流動性の未硬化材料を収容した下部造形槽（４）と、下部造形槽中に上下移動可能に設けられ、その上面側に所定厚さの未硬化材料層を形成する下部テーブル（１４）と、下部造形槽内の未硬化材料を下部テーブル上に供給し、該未硬化材料を延展して所定厚さの未硬化材料層を形成する下部未硬化材料層形成手段（２０）と、下部造形槽の上段に設置され、光硬化性樹脂を含む流動性の未硬化材料を収容した上部造形槽（３）と、上部造形槽中に上下移動可能に設けられ、その上面側に所定厚さの未硬化材料層を形成する上部テーブル（１３）と、上部造形槽内の未硬化材料を上部テーブル上に供給し、該未硬化材料を延展して所定厚さの未硬化材料層を形成する上部未硬化材料層形成手段（７０）と、上部テーブル又は下部テーブルに形成された未硬化材料層に対し、光を照射して該未硬化材料層中に所要形状の硬化層を形成する光照射手段（５）と、下部造形槽の上面を覆うカバー（１７）と、該カバーによって覆われた下部造形槽上に上部造形槽を持ち上げるリフトアップ手段（１９）と、該リフトアップ手段によって持ち上げられた上部造形槽をカバー上の所定位置まで移動させる移動手段（１８）と、を備え、上部形成槽、上部テーブル、及び上部未硬化材料層形成手段を着脱自在に構成し、上部造形槽、上部テーブル、及び上部未硬化材料層形成手段を含む上段部（５０）と下部造形槽、下部テーブル、及び下部未硬化材料層形成手段を含む下段部（６０）を前記所要形状の硬化層を形成する際の所要精度に応じて設置するとともに、下部造形槽を移動することなく、該下部造形槽の上段に上部造形槽を設置するようにしたことに特徴がある。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１において前記上部造形槽の有無を検出する造形槽有無検出手段と、前記上部未硬化材料層形成手段及び下部未硬化材料層形成手段を駆動する駆動手段と、造形槽有無検出手段が上部造形槽有りを検出した場合は、駆動手段が上部未硬化材料層形成手段を駆動するように制御する制御手段と、を備え、上部未硬化材料層形成手段及び下部未硬化材料層形成手段を同一の駆動手段で駆動するようにしたことに特徴がある。
【０００８】
請求項３記載の発明は、光硬化性樹脂を含む流動性の未硬化材料を収容した下部造形槽（４）と、下部造形槽中に上下移動可能に設けられ、その上面側に所定厚さの未硬化材料層を形成する下部テーブル（１４）と、下部造形槽内の未硬化材料を下部テーブル上に供給し、該未硬化材料を延展して所定厚さの未硬化材料層を形成する下部未硬化材料層形成手段（２０）と、該下部未硬化材料層形成手段を駆動する下部駆動手段（２３）と、下部造形槽の上段に着脱自在に設置され、光硬化性樹脂を含む流動性の未硬化材料を収容した上部造形槽（３）と、上部造形槽中に着脱、上下移動可能に設けられ、その上面側に所定厚さの未硬化材料層を形成する上部テーブル（１３）と、上部造形槽内の未硬化材料を上部テーブル上に供給し、該未硬化材料を延展して所定厚さの未硬化材料層を形成する上部未硬化材料層形成手段（７０）と、該上部未硬化材料層形成手段を駆動する上部駆動手段（２２）と、上部テーブル又は下部テーブルに形成された未硬化材料層に対し、光を照射して該未硬化材料層中に所要形状の硬化層を形成する光照射手段（５）と、下部造形槽の上面を覆うカバー（１７）と、該カバーによって覆われた下部造形槽上に上部造形槽を持ち上げるリフトアップ手段（１９）と、該リフトアップ手段によって持ち上げられた上部造形槽をカバー上の所定位置まで移動させる移動手段（１８）と、を備え、上部未硬化材料層形成手段及び上部駆動手段を一体的かつ着脱自在に構成し、上部造形槽、上部テーブル、上部未硬化材料層形成手段及び上部駆動手段を含む上段部（５０）と下部造形槽、下部テーブル、下部未硬化材料層形成手段及び下部駆動手段を含む下段部（６０）を前記所要形状の硬化層を形成する際の所要精度に応じて設置するとともに、下部造形槽を移動することなく、該下部造形槽の上段に上部造形槽を設置するようにしたことに特徴がある。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３において前記上部造形槽は下部造形槽よりも小形に形成されており、上段部を用いて前記所要形状の硬化層を形成する際の精度が下段部を用いて前記所要形状の硬化層を形成する際の精度より高くなるように構成されたことに特徴がある。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４において前記光照射手段にはレーザ光源、光学レンズ、及び可動ミラーを備え、未硬化材料層に対し選択的に光を照射する際、予め準備した上段部用補正データ又は下段部用補正データに基づいて可動ミラーの回転角を変更し、光照射面の歪みを補正するようにしたことに特徴がある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を図面に基づいて具体的に説明する。
『第１の実施の形態』
図１〜図５は本発明に係る２段式の光造形装置の一実施形態を示す図である。
まず、その装置構成を説明する。
【００１２】
図１は本実施形態に係る２段式の光造形装置で下部タンク４より小形の上部タンク３、上部テーブル１３、上部ディッパ２８、上部ナイフ２９等の上段部５０を取り付けていない状態を示している。
未硬化材料１は光硬化性樹脂等の流動性を有する材料であって、例えば所定の粘度を有する液体状の光硬化性樹脂、あるいはその樹脂に非収縮性の高い微粒径の物質等を混合したものである。この未硬化材料１に使用される光硬化性樹脂は、例えば紫外線領域の光（又は赤外紫外線領域の光や可視光等であってもよい）で硬化する性質を有する公知の樹脂である。
【００１３】
下部タンク４はこの未硬化材料１を収容するタンクで、所定形状（例えば方形、円形）の上部開口を有している。この下部タンク４は図示しないコロコンベア上に載置されており、下部タンク４の交換はそのコロコンベアを用いてマニュアルで行われる。
下部テーブル１４は下部タンク４中に上下移動可能に設けられたテーブルであり、例えばサーボモータからなるテーブル昇降モータ４８（図３に示す）やボールネジ機構等を用いて構成された昇降駆動手段によって上部開口に対し上下方向に相対移動され、造形時には、その造形物（硬化層２ａの積層体２）を構成する各硬化層の厚さ（層厚）に対応する移動量を１回の移動量として、造形開始位置から下方に向かって（上部開口から離隔する方向に）複数回移動され、積層完了時には、そのときの位置から造形開始位置まで１回で移動される。すなわち、下部タンク４中を上下に移動する下部テーブル１４の下方への移動時には、下部テーブル１４の上面側である下部タンク４の上部開口内に所定厚さの未硬化材料１層が形成されるようになっている。なお、下部タンク４の周壁部と下部テーブル１４の外周部の間には所定の隙間があり、下部テーブル１４の上下移動に際してその周壁部と下部テーブル１４が接触しないようにしている。また、上部テーブル１３も下部テーブル１４と同様に前記昇降駆動手段によって駆動され、上部タンク３中に上下移動可能に設けられている。
【００１４】
スキャナ５は未硬化材料層１ａに対し選択的に光を照射してその未硬化材料層中に所要形状の硬化層２ａを形成する。このスキャナ５は、装置上部に固定され、図２（ａ）に示すようにレーザ光源５６、メカニカルシャッタ５５、光学レンズ群５４、５２、光学シャッタ５３、可動ミラー５１を備え、この可動ミラー５１は図２（ｂ）に示すように２個の回転自在な可動ミラー５１ａ，５１ｂからなり、それぞれ独立に駆動する駆動モータＭ１，Ｍ２（図３のスキャナモータ４９に含まれる）によってＸＹ方向に回転するように構成されている。これらの部品によってレーザ光源５６から出射された光を整形および反射し、偏向して未硬化材料１の液面上に集光させつつ、光を所定領域内に走査することができる。前記レーザ光源５６から出射される光は、未硬化材料１の性質に適合する光、例えば紫外線領域の光（又は赤外線領域の光や可視光等）である。また、このスキャナ５の光走査による描画パターンは、造形物を構成する複数の硬化層のそれぞれの形状に対応するものであり、下部タンク４内の未硬化材料１の液面と下部テーブル１４の間の未硬化材料層１ａがこの描画パターンに対応して選択的に露光され硬化することで、必要形状の硬化層が形成される。
【００１５】
なお、本実施形態では上段部５０及び下段部６０を設け、造形モデルの所要精度に応じて上下段を使い分けることにより、同一のスキャナ５によって焦点距離、所要分解能、所要エネルギー量の異なる光走査を行う。この際、上下段の造形位置（高さ）に応じて光学レンズ群５２，５４を移動させることにより焦点距離を２段階に変更・設定する。また、上下段の造形位置（高さ）に応じて見かけ上の分解能及びエネルギー量を２段階に変更・設定する。この見かけ上の分解能については、上下段の造形位置によって可動ミラー５１をＸＹ方向に振る際の最小単位（上下段の液面上の振れ最小単位）が異なるため、可動ミラー５１の最小回転角は同一であるにも拘らず上段の造形最小単位が下段よりも小さくなり、上段の方が見かけ上の分解能がよくなる。本実施形態では、この上下段による見かけ上の分解能の差を利用して、上段部５０では下段部６０よりも小形・高精度のモデルを光造形するように上下段を使い分ける。さらに、造形面の中央部と周辺部においては可動ミラー５１の振れに起因する歪みが生じるので、この歪みを補正するために可動ミラー５１の位置を適宜変更する必要がある。本実施形態では、この歪みを補正するためのデータを上段部５０、下段部６０に対応させて予め二つの補正テーブルに記憶し、何れかの補正テーブルを選択的に用いて可動ミラー５１の位置を補正する。
【００１６】
下部ディッパ６は、下部タンク４の上部開口に沿って移動し、下部タンク４内から所定量の未硬化材料１を掻き出して上部開口内の下部テーブル１４上に導入する。この下部ディッパ６は、その移動により下部開口端部から移動方向後方側に未硬化材料１を下部テーブル１４上に溢れさせ、未硬化材料１の流動性の度合（粘度あるいは稠度）に応じ、下部ディッパ６の下端と下部テーブル１４との間に所定の隙間を保つように移動する。
【００１７】
また、下部ディッパ６は鉛直方向に延在し下部タンク４の前後方向（図１の紙面と直交する方向）に離間する複数のシャフト８に支持されており、これらのシャフト８は図１中左右方向に移動するキャリッジ９に上下方向移動自在に嵌合している。
キャリッジ９は前後一対の平行な水平ガイド１０によって案内されるとともに、図示しない送りねじ等の送り機構によって左右方向に駆動される。さらに、各シャフト８の上端はリフトカム１１に係合するカムフォロア部材１２に連結されており、キャリッジ９が左右一方側の移動端から下部タンク４側に移動するとき、下部ディッパ６が下部タンク４の上部開口に沿って移動するようリフトカム１１によってシャフト８がリフトされる。
【００１８】
さらに、キャリッジ９には左右一対のナイフ７が同一高さとなるよう平行に装着されている。これらナイフ７は、キャリッジ９に連動して下部ディッパ６が左右に移動するとき、キャリッジ９と一体に移動しながら、下部タンク４から掻き出された未硬化材料１を下部ディッパ６の近傍で延展すると共に下部テーブル１４上の未硬化材料層１ａの上面を平滑化するようになっている。すなわち、前記シャフト８、キャリッジ９、水平ガイド１０、リフトカム１１、カムフォロア部材１２および前記送り機構は、下部ディッパ６とナイフ７を連動して移動させることにより、下部ディッパ６と協働して未硬化材料層１ａを整形する下部未硬化材料層形成手段２０を構成している。なお、下段部６０と同様に上段部５０においてもシャフト３６、キャリッジ３７、水平ガイド３２、リフトカム３１、カムフォロア部材３３および送りねじ等の送り機構は、上部ディッパ２８とナイフ２９を連動して移動させることにより、上部ディッパ２８と協働して上部テーブル１３上の未硬化材料層（図示せず）を整形する上部未硬化材料層形成手段７０を構成する。本実施形態では、上部未硬化材料層形成手段７０と下部未硬化材料層形成手段２０は同一のコータ駆動モータ４７により駆動される。
【００１９】
次に、図３に示す制御部の構成を説明する。
コントローラ４１は、タンク有無センサ４３、コータ限界検出器４４、テーブル限界検出器４５、等の検出情報と予めＲＡＭ４２あるいは図示しないＲＯＭ等に保持した必要データを基にコータクラッチ４６、コータ駆動モータ４７、テーブル昇降モータ４８、スキャナモータ４９、等を駆動制御する。
【００２０】
このタンク有無センサ４３は、例えば光学式反射型センサであって上部タンク１３の設置位置近傍に１対配置され、下部タンク１４の上段に上部タンク１３が設置されたことを検出する。
コータ限界検出器４４は、例えばマグネットセンサであって上部未硬化材料層形成手段７０及び下部未硬化材料層形成手段２０におけるディッパ、ナイフの可動範囲内に設置されており、上部及び下部のディッパ、ナイフが各タンク内の可動範囲の限界に達したことを検出する。
【００２１】
テーブル限界検出器４５は、例えばマグネットセンサであって上部テーブル１３の可動範囲の上下の限界近傍、及び下部テーブル１４の可動範囲の下方の限界近傍の３箇所に設置され、下部テーブル移動時にはその可動範囲の上方の限界を上部テーブル１３の可動範囲の上方の限界としている。
コータ駆動モータ４７は、前記上部未硬化材料層形成手段７０及び下部未硬化材料層形成手段２０を駆動し、その駆動軸と上部及び下部未硬化材料層形成手段とはコータクラッチ４６を介して連結・接続されている。このコータクラッチ４６はコントローラ４１からの信号に基づいて駆動され、タンク有無センサ４３がＯＮの場合は上部未硬化材料層形成手段７０にコータ駆動モータ４７の駆動力を伝達せず、ＯＦＦの場合には下部未硬化材料層形成手段２０にコータ駆動モータ４７の駆動力を伝達しないように制御されている。
【００２２】
テーブル昇降モータ４８は、コントローラ４１からの信号に基づいて駆動され、上部テーブル１３及び下部テーブル１４がテーブル限界検出器４５によって検出された上下の移動限界の範囲内で移動するように制御される。
スキャンモータ４９は、コントローラ４１からの信号に基づいて駆動され、タンク有無センサ４３がＯＮの場合は下部造形位置に対応した位置に光学レンズ群５２，５４を移動させ、下段部用の前記補正テーブルに従って可動ミラー５１を回転させ光をＸＹ方向に移動させて造形面の歪みを補正するように制御される。また、スキャンモータ４９はタンク有無センサ４３がＯＦＦ場合には上部造形位置に対応した位置に光学レンズ群５２，５４を移動させ、上段部用の前記補正テーブルに従って可動ミラー５１を回転させ光をＸＹ方向に移動させて造形面の歪みを補正するように制御される。
【００２３】
本実施形態においては、予め３次元ＣＡＤシステムによって光硬化性樹脂の積層体である造形物（３次元物体）が設計され、その造形物の各層形状を含むモデリングデータに基づいて、スキャナ５による描画パターンやテーブル昇降モータ４８を含む前記昇降駆動手段によるテーブルの移動量、並びに上部及び下部未硬化材料層形成手段の作動に必要なデータが作成され、そのデータ（前記補正テーブルを含む）が前記各手段を制御するコントローラ４１の記憶部（ＲＡＭ）４２に格納されている。また、コントローラ４１は、前記描画パターンデータからスキャナ５の主・副両走査方向の走査量（可動ミラー５１の動作量を含む）等を計算し、スキャナ５、上部及び下部テーブル、上部及び下部未硬化材料層形成手段の作動タイミングを設定し、それらのデータをＲＡＭ４２に保持している。
【００２４】
次に、その造形動作を説明する。なお、上段部５０、下段部６０とも造形動作は概ね同様であるため、下段部６０を用いた場合のみ説明する。
本実施形態では、造形作業に先立ち、下部テーブル１４をテーブル限界検出器４５の検出情報に基づき所定の造形開始位置に位置させると共に、下部タンク４内に未硬化材料１を収容する。なお、下部テーブル１４の外周面と摺動自在に嵌合するシリンダ状の部材を下部タンク４の上部開口側に固定して設けるようにすれば、下部タンク４内に未硬化材料１を収容する作業は必要でない。
【００２５】
次いで、コントローラ４１により前記昇降駆動手段、スキャナ５、及び下部未硬化材料層形成手段２０の作動を制御し、造形作業を開始する。
まず、下部テーブル１４を上部開口に対し造形開始位置から１層分だけ下降させると共に、下部未硬化材料層形成手段２０を作動させ、下部ディッパ６およびナイフ７を下部タンク４の片側から他の側に移動させる。このとき、下部ディッパ６はキャリッジ９に連動し、かつリフトカム１１によりリフトされながら下部タンク４側に移動して、下部テーブル１４の一端部から移動方向後方側に未硬化材料１を溢れさせる。
【００２６】
次いで、下部ディッパ６が上部開口に沿って移動すると共に、キャリッジ９と一体に移動するナイフ７（特に移動方向後方側のもの）が下部ディッパ６と協働して下部テーブル１４上に未硬化材料１を延展しつつその上面を平滑化し、その上面が上部開口と同一高さとなるように上部開口内（近傍）に未硬化材料層１ａを整形する。なお、余剰の未硬化材料１は下部ディッパ６およびナイフ７により下部テーブル１４から他方の上部開口側に掻き出される。
【００２７】
次いで、下部ディッパ６およびナイフ７が上部開口上を通過し、下部ディッパ６はキャリッジ９と共に右側（又は左側）に移動する。
一方、下部テーブル１４上に所定層厚の未硬化材料層１ａが形成されると、その下部テーブル１４上の未硬化材料層１ａに対しスキャナ５により光が走査されて選択的な光照射がなされ、未硬化材料層中に所要形状の硬化層２ａが形成される。この際、下部テーブル１４上の下部造形位置に対応するように光学レンズ群５２，５４が移動し、下段部用の前記補正テーブルが選択されて造形面の歪みが補正されるように可動ミラー５１がＸＹ方向に振られる。この光照射は下部ディッパ６が上部開口を通過した後、最深部に達する前に行ってもよい。
【００２８】
次いで、下部テーブル１４が次の未硬化材料層の層厚分だけ下降し、下部タンク４の収容量が所定量だけ増加した後、下部未硬化材料層形成手段２０により次の未硬化材料層を形成するための未硬化材料１が上述と同様にして下部テーブル１４に溢れると共に、硬化層２（これを含む下層の材料層）上で未硬化材料１が延展され、次の未硬化材料層が整形される。
【００２９】
これ以後、上述と同様な光照射と下部テーブル１４の下降動作、下部未硬化材料層形成手段２０による未硬化材料層の形成作業が繰り返される。そして、下部テーブル１４上に複数層の硬化層が積層され、その積層体としての３次元物体が造形され、一連の積層作業が終了すると、下部テーブル１４が造形開始位置まで上方に復帰し、造形物が下部テーブル１４上から取り出し可能となる。
【００３０】
次に、図４により上段部５０を設置する動作を説明する。なお、図４（ａ）はコントローラ４１による制御を示し、図４（ｂ）はマニュアル操作の手順を示している。
本実施形態では、下段部６０による造形物よりも所要精度が高く小形の造形物については、下部テーブル１４を取り外すことなく、以下の手順で下部タンク４の上段に上部テーブル１３を含む上段部５０を設置し、この上段部５０によって造形する。
【００３１】
まず、コータ駆動モータ４７を駆動して下部ディッパ６及び下部ナイフ７を所定位置に退避させる（ステップ１０１）。この動作は図示しないリセットボタンを使用者が押下し、その信号によってコントローラ４１がコータ駆動モータ４７を駆動制御するようにしてもよい。この際、タンク有無センサ４３はＯＮ（タンク無し）であり、コータ限界検出器４４が所定の移動限界を検出するまでコータ駆動モータ４７を駆動させる。
【００３２】
次いで、下部タンク４内の未硬化材料１を保護するため、下部タンク４の上面をカバー１７（図９に示す）で覆う（ステップ１１１）。この動作は使用者がマニュアルで行うものとする。なお、図１では上段部５０の構成を明かにするために上部タンク３を水平ガイド１０及びリフトカム１１よりも上方に記載したが、実際は下部タンク４を覆うカバー１７上で水平ガイド１０及びリフトカム１１と近接する位置（図１１に示す）に設置されている。
【００３３】
次いで、そのカバー１７の上にコロコンベア１８（図１０に示す）を載置する（ステップ１１２）。この動作は使用者がマニュアルで行うものとする。
次いで、図５に示すハンドリフト１９によって上部タンク３をコロコンベア１８の高さにリフトアップする（ステップ１１３）。このハンドリフト１９は、油圧式のリフターであって、昇降切換バルブ１９ａ、ポンプハンドル１９ｂ、前後輪１９ｃ，１９ｄからなり、使用時には昇降切換バルブ１９ａを閉め、ポンプハンドル１９ｂを前後に移動させることで爪１９ｅが上昇するように構成されている。また、昇降切換バルブ１９ａを緩めることにより爪１９ｅが下降するように構成されている。このステップ１１３の動作は使用者がマニュアルで行うものとする。なお、上部タンク３に収容する未硬化材料はタンクリフトアップ時かあるいはコロコンベア上に上部タンク３を設置後に図示しない供給手段によって供給する。
【００３４】
次いで、ハンドリフト１９によって上部タンク３を下部タンク４の上段に設置すると共に上部テーブル１３を前記昇降駆動手段に取り付ける（ステップ１１４）。この動作は使用者がマニュアルで行うものとする。
次いで、上部ディッパ２８及び上部ナイフ２９をキャリッジ３３に取り付け（ステップ１１５）、上部未硬化材料層形成手段７０を形成する。
【００３５】
一方、下部タンク４の上段に設置された上部タンク３をタンク有無センサ４３が検出すると（ステップ１０２のＹＥＳ）、コントローラ４１はコータクラッチ４６を駆動してコータ駆動モータ４７を上部未硬化材料層形成手段７０側に切換え（ステップ１０３）、上段設置動作を終了する。
『第２の実施の形態』
図６〜図１１は本発明に係る２段式の光造形装置の一実施形態を示す図である。なお、全体構成は第１の実施の形態と概ね同様であるため同一の構成については同一符号を付与して説明を省略する。また、図９〜図１１では上段部５０を実線で示し、その下方にある下段部６０を点線で示している。
【００３６】
まず、その装置構成を説明する。
本実施形態では、上部未硬化材料層形成手段７０及び上部コータ駆動モータ２２を含む上部コータ１５を装置本体から着脱可能に一体構成としている。また、前記下部未硬化材料層形成手段２０を駆動するための下部コータ駆動モータ２３を本体側に固定設置する。これらのコータ駆動モータ２２，２３はコネクタ２２ａ，２３ａ，４１ｂを介してコントローラ４１と接続されるようになっており、コネクタ２２ａ，２３ａの接続切換は使用者がマニュアルで行うものとする。すなわち、下段部６０を使用する場合は図６（ａ）に示すように上部未硬化材料層形成手段７０と上部コータ駆動モータ２２を含む上部コータ１５は装着されておらず、上段部５０を使用する場合のみ、図６（ｂ）に示すように上部コータ１５が上部テーブル１３と共に装置本体に装着される。なお、本実施形態では、上部コータ限界検出器２４、下部コータ限界検出器２５を設け、上部／下部の接続切換は使用者がマニュアルでコネクタ２４ａ，２５ａを切り換えることによって行う（図７参照）。
【００３７】
次に、図７に示す制御部の構成を説明する。
コントローラ４１は、上部コータ限界検出器２４あるいは下部コータ限界検出器２５の検出情報及びテーブル限界検出器４５の検出情報と予めＲＡＭ４２あるいは図示しないＲＯＭに保持した必要データを基に、上部コータ駆動モータ２２あるいは下部コータ駆動モータ２３、テーブル昇降モータ４８、スキャナモータ４９、等を駆動制御する。
【００３８】
上部コータ限界検出器２４は、例えばマグネットセンサであって前記上部未硬化材料層形成手段７０における上部ディッパ２８、上部ナイフ２９の可動範囲内に設置されており、上部ディッパ２８及び上部ナイフ２９が可動範囲の限界に達したことを検出する。また、上部コータ限界検出器２４は使用時にコネクタ２４ａによってコネクタ４１ａを介しコントローラ４１と接続される。
【００３９】
下部コータ限界検出器２５は、例えばマグネットセンサであって下部未硬化材料層形成手段２０における下部ディッパ６、下部ナイフ７の可動範囲内に設置されており、下部ディッ６及び下部ナイフ７が可動範囲の限界に達したことを検出する。また、下部コータ限界検出器２５は使用時にコネクタ２５ａによってコネクタ４１ａを介しコントローラ４１と接続される。
【００４０】
上部コータ駆動モータ２２は、上部未硬化材料層形成手段７０を作動させるものであり、使用時にコネクタ２２ａによってコネクタ４１ｂを介しコントローラ４１と接続される。
下部コータ駆動モータ２３は、下部未硬化材料層形成手段２０を作動させるものであり、使用時にコネクタ２３ａによってコネクタ４１ｂを介しコントローラ４１と接続される。
【００４１】
次に、図８〜図１１により上段部５０を設置する動作を説明する。
本実施形態では、第１の実施形態と同様に所要精度の高い小形の造形物については、下部テーブル１４を取り外すことなく、下部タンク４の上に上段部５０を設置し、この上段部５０によって造形する。この際、以下の手順で上段部５０を設置する。
【００４２】
まず、下部ディッパ６及び下部ナイフ７を所定位置に退避させてから、下段部６０が停止している状態で、図９（ａ）に示すように下部タンク４の上面をカバー７で覆う（ステップ２０１）。この被覆動作は使用者がマニュアルで行うものとする。
次いで、図９（ｂ）に示すように装置本体と独立の上部コータ１５を装着する（ステップ２０２）。この際、上部ディッパ２８及び上部ナイフ２９は装着しない。これは後述の上部タンク３及び上部テーブル１３の装着を容易にするためである。この装着動作は使用者がマニュアルで行うものとする。
【００４３】
次いで、上部コータ限界検出器２４及び上部コータ駆動モータ２２とコントローラ４１を接続する（ステップ２０３）。この接続動作は使用者がコネクタ２４ａとコネクタ４１ａ、コネクタ２２ａとコネクタ４１ｂをマニュアルで切り換えることにより行う。
次いで、図１０（ａ）に示すようにカバー１７の上にコロコンベア１８を載置する（ステップ２０４）。この動作は使用者がマニュアルで行うものとする。
【００４４】
次いで、前述と同様にハンドリフト１９によって上部タンク３を前記コロコンベア１８の高さにリフトアップする（ステップ２０５）。この動作は使用者がマニュアルで行う。
次いで、図１１に示すようにハンドリフト１９によって上部タンク３を下部タンク４の上段に設置すると共に上部テーブル１３を前記昇降駆動手段に取り付ける（ステップ２０６）。この動作は使用者がマニュアルで行う。
【００４５】
次いで、図１１（ａ）に示すように上部ディッパ２８及び上部ナイフ２９を上部コータ１５のキャリッジ３３に取り付け（ステップ２０７）、上部未硬化材料層形成手段７０を形成して上段部設置動作を終了する。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、上部造形槽、上部テーブル、及び上部未硬化材料層形成手段の一部を着脱自在に構成したので、下段部を移動することなく上段部を装着でき、コータ交換に関する使用者の負担を軽減することが可能である。また、上部造形槽、上部テーブル、及び上部未硬化材料層形成手段を含む上段部と下部造形槽、下部テーブル、及び下部未硬化材料層形成手段を含む下段部を前記所要形状の硬化層を形成する際の所要精度に応じて選択するようにしたので、同一の光照射手段によって、光造形の精度を容易に変更することが可能である。
【００４７】
請求項２記載の発明によれば、前記上部未硬化材料層形成手段及び下部未硬化材料層形成手段を同一の駆動手段で駆動するようにしたので、コータ交換（特に上部未硬化材料層形成手段及び下部未硬化材料層形成手段の切換え）に関する使用者の負担を軽減することが可能である。
請求項３記載の発明によれば、上部未硬化材料層形成手段及び上部駆動手段を一体的かつ着脱自在に構成したので、下段部を移動することなく上段部を装着でき、コータ交換に関する使用者の負担を軽減することが可能である。また、上部造形槽、上部テーブル、上部未硬化材料層形成手段及び上部駆動手段を含む上段部と下部造形槽、下部テーブル、下部未硬化材料層形成手段及び下部駆動手段を含む下段部を前記所要形状の硬化層を形成する際の所要精度に応じて選択するようにしたので、同一の光照射手段によって、光造形の精度を容易に変更することが可能である。
【００４８】
請求項４記載の発明によれば、前記上部造形槽は下部造形槽よりも小形に形成されており、上段部を用いて前記所要形状の硬化層を形成する際の精度が下段部を用いて前記所要形状の硬化層を形成する際の精度より高くなるように構成されているので、同一の光照射手段によって、光造形の精度を上段部と下段部で容易に変更することが可能である。
【００４９】
請求項５記載の発明によれば、未硬化材料層に対し選択的にレーザ光源の光を照射する際、予め準備した上段部用補正データ又は下段部用補正データに基づいて可動ミラーの位置を変更し、光照射面の歪みを補正するようにしたので、同一の光照射手段によって、光造形の精度を上段部と下段部で容易に変更することが可能である。
【００５０】
さらに、請求項１、３記載の発明によれば、前記下部造形槽の上面を覆うカバー、そのカバーによって覆われた下部造形槽上に上部造形槽を持ち上げるリフトアップ手段、及びそのリフトアップ手段によって持ち上げられた上部造形槽をカバー上の所定位置まで移動させる移動手段を用いて、下部造形槽を移動することなく、その下部造形槽の上段に上部造形槽を設置するようにしたので、コータ交換に関する使用者の負担を軽減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る２段式の光造形装置の構成を示す図である。
【図２】図１におけるスキャナの構成を示す図である。
【図３】図１の光造形装置の制御部の構成を示す図である。
【図４】図１の光造形装置における上段部の設置手順を示すフローチャートである。
【図５】図４の上段部設置動作で用いられるハンドリフトを示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る２段式の光造形装置の上段コータ着脱を示す図である。
【図７】図６の光造形装置の制御部の構成を示す図である。
【図８】図６の光造形装置における上段部の設置手順を示すフローチャートである。
【図９】図６の光造形装置における上段部の設置動作を示す図の一部である。
【図１０】図６の光造形装置における上段部の設置動作を示す図の一部である。
【図１１】図６の光造形装置における上段部の設置動作を示す図の一部である。
【符号の説明】
１  未硬化材料
１ａ  未硬化材料層
２  積層体
２ａ  硬化層
３  上部タンク（上部造形槽）
４  下部タンク（下部造形槽）
５  スキャナ（光照射手段）
６  下部ディッパ
７  下部ナイフ
８，３６  シャフト
９，３７  キャリッジ
１０，３２  水平ガイド
１１，３１  リフトカム
１２，３３  カムフォロア部材
１３  上部テーブル
１４  下部テーブル
１５  上部コータ
１７  カバー
１８  コロコンベア（移動手段）
１９  ハンドリフト（リフトアップ手段）
２０  下部未硬化材料層形成手段
２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ，４１ａ，４１ｂ  コネクタ
２２  上部コータ駆動モータ（上部駆動手段）
２３  下部コータ駆動モータ（下部駆動手段）
２４  上部コータ限界検出器
２５  下部コータ限界検出器
２８  上部ディッパ
２９  上部ナイフ
３０  テーブル昇降モータ
４１  コントローラ（制御手段）
４２  ＲＡＭ
４３  タンク有無センサ（造形槽有無検出手段）
４６  コータクラッチ（駆動手段）
４７  コータ駆動モータ（駆動手段）
５０  上段部
５１  可動ミラー
５２，５４  光学レンズ群
５３  光学シャッタ
５５  メカニカルシャッタ
５６  レーザ光源
６０  下段部
７０  上部未硬化材料層形成手段
【図１】
0004030666.tif 000002
【図２】
0004030666.tif 000003
【図３】
0004030666.tif 000004
【図４】
0004030666.tif 000005
【図５】
0004030666.tif 000006
【図６】
0004030666.tif 000007
【図７】
0004030666.tif 000008
【図８】
0004030666.tif 000009
【図９】
0004030666.tif 000010
【図１０】
0004030666.tif 000011
【図１１】
0004030666.tif 000012