(57)【要約】【課題】高精度な造形物を高強度で造形する。【解決手段】一括露光光学系１２およびビームスキャン光学系１３は、光造形の作業が行われるワーク全体領域を複数の領域に分割したワーク小領域ごとに、紫外線硬化樹脂５１を露光する。また、制御部１７は、一括露光光学系１２およびビームスキャン光学系１３を硬化層の階層ごとに制御し、所定の硬化層におけるワーク小領域どうしの境界に対して、所定の硬化層に積層される次の硬化層におけるワーク小領域どうしの境界を、積層方向からみてずれた位置とさせる。本発明は、例えば、光造形装置に適用できる。【選択図】図３
2009160859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光造形物の断面形状データに応じた光を光硬化性樹脂の表面に照射して硬化層を形成し、前記硬化層を積層することにより前記光造形物を造形する光造形装置において、
光造形の作業が行われるワーク全体領域を複数の領域に分割したワーク小領域ごとに、前記光硬化性樹脂を露光する露光手段と、
前記露光手段を前記硬化層の階層ごとに制御し、前記所定の硬化層における前記ワーク小領域どうしの境界に対して、前記所定の硬化層に積層される次の硬化層における前記ワーク小領域どうしの境界を、積層方向からみてずれた位置とさせる露光制御手段と
を備える光造形装置。
【請求項２】
前記ワーク全体領域は、矩形の前記ワーク小領域により格子状に分割されており、
前記露光制御手段は、前記所定の硬化層における前記ワーク小領域どうしの境界と、前記次の硬化層における前記ワーク小領域どうしの境界とのずれを、前記ワーク小領域の一辺の長さの略半分とさせる
請求項１に記載の光造形装置。
【請求項３】
前記露光制御手段は、前記所定の硬化層における前記ワーク小領域どうしの境界と、前記次の硬化層における前記ワーク小領域どうしの境界とを、前記ワーク小領域の直交する２つの辺に沿った２方向にずれさせる
請求項２に記載の光造形装置。
【請求項４】
光造形物の断面形状データに応じた光を光硬化性樹脂の表面に照射して硬化層を形成し、前記硬化層を積層することにより前記光造形物を造形する光造形方法において、
光造形の作業が行われるワーク全体領域を複数の領域に分割したワーク小領域ごとに、前記光硬化性樹脂を露光し、
前記所定の硬化層における前記ワーク小領域どうしの境界に対して、前記所定の硬化層に積層される次の硬化層における前記ワーク小領域どうしの境界を、積層方向からみてずれた位置とさせる
ステップを含む光造形方法。
【請求項５】
断面形状データに応じた光を光硬化性樹脂の表面に照射して硬化層を形成し、前記硬化層を積層することにより造形される光造形物において、
光造形の作業が行われるワーク全体領域を複数の領域に分割したワーク小領域ごとに、前記光硬化性樹脂が露光され、
前記所定の硬化層における前記ワーク小領域どうしの境界に対して、前記所定の硬化層に積層される次の硬化層における前記ワーク小領域どうしの境界が、積層方向からみてずれた位置とされて
造形された光造形物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光造形装置および光造形方法、並びに光造形物に関し、特に、高精度な造形物を高強度で造形することができるようにした光造形装置および光造形方法、並びに光造形物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＡＤ（Computer Aided Design）で作成された３次元形状データを用いて、立体モデル（造形物）を作成するときには、例えば、数値制御される機械加工機などが用いられ、機械加工により立体モデルが作成される。
【０００３】
また、近年、機械加工をすることなく立体モデルを作成するラピッドプロトタイピング（ＲＰ：Rapid Prototyping）と呼ばれる手法が、多くの製造現場で注目を集めている。ラピッドプロトタイピングでは、立体モデルの３次元形状データに基づいて、立体モデルをスライスした断面形状の薄板を作成し、その断面形状の薄板を積層することで立体モデルが作成される積層造形法と呼ばれる製造手法が用いられる。
【０００４】
また、ラピッドプロトタイピングは、この断面形状の薄板を作成する方法によって、紫外線硬化樹脂を用いた光造形、熱可塑性樹脂を押し出し積層する方法（ＦＤＭ）、粉末の溶融接着積層方式（ＳＬＳ）、紙を薄膜積層する方式（ＬＯＭ）、粉末や硬化触媒を吐出させ積層する方式（Ｉｎｋ−Ｊｅｔ方式）などに分類される。
【０００５】
例えば、光造形においては、ＣＡＤで作成された立体モデルの３次元形状データが、立体モデルの表面が小さな三角形の面で表現されるフォーマットであるＳＴＬ（Stereo Lithography）に変換されて、光造形装置に入力される。
【０００６】
光造形装置は、３次元形状データから、例えば、0.1〜0.2mm程度の一定間隔で、立体モデルをスライスした断面形状データを作成し、断面形状データに応じて、液状の光硬化樹脂の表面に照射する光の照射領域を決定する。光造形装置は、断面形状データの１層ごとに、液状の光硬化樹脂の表面に、その断面形状データに応じた照射領域の光を照射するとともに、液状の光硬化樹脂中の移動架台を、立体モデルをスライスした厚みに応じて垂直方向下方に移動させる。そして、光造形装置は、断面形状データの最下層から最上層まで、光の照射と移動架台の移動とを繰り返すことにより、立体モデルを生成する。
【０００７】
光造形装置において、光硬化樹脂の表面に光を照射する方式としては、光ビームを走査させるビームスキャン方式、液晶パネルなどの空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）を用いて一括して光を照射するＳＬＭ投影方式、および、ビームスキャン方式とＳＬＭ投影方式とを組み合わせた方式がある。
【０００８】
ビームスキャン方式とＳＬＭ投影方式とを組み合わせた方式では、空間光変調器を用いて、光硬化樹脂の表面の露光領域に光を一括して照射した後に、光ビームを断面形状データの輪郭線に沿って走査させることにより、短時間で、輪郭がきれいに形成される立体モデルを造形することができる。
【０００９】
ここで、特許文献１には、立体モデルの大きさに合わせて、光ビームをスキャンするためのミラーと光硬化樹脂の表面との間隔を調整することができる光造形装置が開示されている。
【００１０】
【特許文献１】特開平５−７７３２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように光造形装置は構成されているが、従来よりも高精度な造形物を高強度で造形することが求められていた。
【００１２】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、高精度な造形物を高強度で造形することができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一側面の光造形装置は、光造形物の断面形状データに応じた光を光硬化性樹脂の表面に照射して硬化層を形成し、前記硬化層を積層することにより前記光造形物を造形する光造形装置であって、光造形の作業が行われるワーク全体領域を複数の領域に分割したワーク小領域ごとに、前記光硬化性樹脂を露光する露光手段と、前記露光手段を前記硬化層の階層ごとに制御し、前記所定の硬化層における前記ワーク小領域どうしの境界に対して、前記所定の硬化層に積層される次の硬化層における前記ワーク小領域どうしの境界を、積層方向からみてずれた位置とさせる露光制御手段とを備える。
【００１４】
本発明の一側面の光造形方法は、光造形物の断面形状データに応じた光を光硬化性樹脂の表面に照射して硬化層を形成し、前記硬化層を積層することにより前記光造形物を造形する光造形方法であって、光造形の作業が行われるワーク全体領域を複数の領域に分割したワーク小領域ごとに、前記光硬化性樹脂を露光し、前記所定の硬化層における前記ワーク小領域どうしの境界に対して、前記所定の硬化層に積層される次の硬化層における前記ワーク小領域どうしの境界を、積層方向からみてずれた位置とさせるステップを含む。
【００１５】
本発明の一側面の光造形物は、断面形状データに応じた光を光硬化性樹脂の表面に照射して硬化層を形成し、前記硬化層を積層することにより造形される光造形物であって、光造形の作業が行われるワーク全体領域を複数の領域に分割したワーク小領域ごとに、前記光硬化性樹脂が露光され、前記所定の硬化層における前記ワーク小領域どうしの境界に対して、前記所定の硬化層に積層される次の硬化層における前記ワーク小領域どうしの境界が、積層方向からみてずれた位置とされて造形される。
【００１６】
本発明の一側面においては、光造形の作業が行われるワーク全体領域を複数の領域に分割したワーク小領域ごとに光硬化性樹脂が露光され、所定の硬化層におけるワーク小領域どうしの境界に対して、所定の硬化層に積層される次の硬化層におけるワーク小領域どうしの境界が、積層方向からみてずれた位置とされる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一側面によれば、高精度な造形物を高強度で造形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
まず、図１を参照して、本発明を適用した光造形装置における光造形の方式であるタイリング方式について説明する。
【００２０】
一般に、光造形において、光ビームを走査する範囲、または、空間光変調器を用いて光を照射する範囲を小さくすることで、立体モデルの輪郭を高精度に形成することができ、これにより、立体モデルの寸法精度を向上させることができる。そこで、例えば、光造形の作業が行われる全領域であるワーク全体領域を、複数のワーク小領域に分割し、ワーク小領域ごとに一括露光とビームスキャンを行うタイリング方式が提案されている。
【００２１】
図１Ａには、ワーク全体領域が示されており、図１Ｂには、ワーク全体領域の一部であるワーク小領域が示されている。
【００２２】
図１において、ワーク全体領域の縦×横は10cm×10cmであり、ワーク小領域の縦×横は1cm×1cmである。即ち、ワーク全体領域は、縦×横が10個×10個のワーク小領域により分割されている。
【００２３】
図１Ａに示すように、ワーク全体領域の中央付近のハッチングが施されている領域が、立体モデルの断面形状データに応じた露光領域であり、このワーク全体領域の下から２行目であって、左から３列目にあるワーク小領域が拡大されて、図１Ｂに示されている。
【００２４】
ここで、一括露光においては、縦×横が1000画素×1000画素である空間光変調器が用いられているとすると、図１Ｂに示すように、ワーク小領域は、空間光変調器の画素に応じて、縦×横が1000個×1000個の単位領域（即ち、空間光変調器の１画素に対応する領域）に分割される。ワーク小領域の縦×横が1cm×1cmであるので、単位領域の縦×横は10μm×10μmとなる。
【００２５】
また、図１Ｂでは、断面形状データの輪郭線が、２点鎖線で表されており、一括露光により露光される単位領域に、ハッチングが施されている。即ち、一括露光では、輪郭線より内側にある単位領域が露光されており、断面形状データの輪郭線が重なっている単位領域、および断面形状データの輪郭線より外側にある単位領域は、露光されない。
【００２６】
そして、一括露光が行われた後、断面形状データの輪郭線の内側に沿ってビームスキャンが行われ、輪郭線の内側の領域であって、一括露光により露光されていない領域が露光される。
【００２７】
ここで、一般的に、ワーク小領域の境界において、硬化層の強度が低下する。即ち、ワーク小領域が露光されることで硬化したワーク小領域の大きさの紫外線硬化樹脂（以下、適宜、タイルと称する）どうしが接合している接合位置での強度は、タイルの強度よりも低くなる。特に、各硬化層においてワーク小領域の境界が一致しているとき、即ち、各硬化層の積層方向にわたってタイルの接合位置が連続しているとき、造形物の全体的な強度が低下することがある。例えば、接合位置で積層方向に向かうクラックが生じやすくなる。
【００２８】
図２を参照して、積層方向にわたってタイルの接合位置が連続することによる造形物の強度の低下について説明する。
【００２９】
図２には、硬化層に沿った平面をＸＹ平面とし、硬化層が積層される方向をＺ方向としたときに、Ｙ方向からみた造形物が示されている。図２に示されている造形物は、Ｘ方向に４個のタイルが接合されて形成された硬化層が、Ｚ方向に４層積層されて構成されている。
【００３０】
図２に示すように、造形物は、１乃至４層目の硬化層において、各タイルの接合位置が、Ｚ方向にわたって連続している。即ち、１乃至４層目の硬化層の各タイルの接合位置が、Ｚ方向からみて重なり合っている。このような造形物では、例えば、破線で囲われている領域では、その上面から底面まで各タイルの接合位置が連続しているため、その接合位置にクラックが生じ、造形物が破損してしまう。
【００３１】
そこで、本発明を適用した光造形装置では、このような破損が発生しないように、各硬化層のタイルの接合位置がＺ方向からみてずれた位置となるようにする。
【００３２】
図３は、本発明を適用した光造形装置の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【００３３】
図３において、光造形装置１１は、一括露光光学系１２、ビームスキャン光学系１３、偏光ビームスプリッタ１４、対物レンズ１５、ワーク部１６、および制御部１７から構成され、光硬化性樹脂である紫外線硬化樹脂５１に光（紫外線）を照射して光造形を行う。なお、図３では、制御部１７が光造形装置１１を構成する各ブロックを制御することを表す線のうちの一部の図示は、図が煩雑になるため、省略してある。
【００３４】
一括露光光学系１２は、ワーク部１６にある紫外線硬化樹脂５１の表面を一括して露光する一括露光を行うための光学系であり、光源２１、シャッタ２２、偏光板２３、ビームインテグレータ２４、ミラー２５、空間光変調器２６、および集光レンズ２７から構成される。
【００３５】
光源２１としては、例えば、高出力な青色ＬＥＤをアレイ状に配置したものを用いることができ、光源２１は、一括露光を行うための光を放射する。なお、光源２１としては、コヒーレントなレーザ光源を用いる必要はない。
【００３６】
シャッタ２２は、制御部１７の制御に従って、光源２１から放射される光の通過または遮蔽を制御し、一括露光光学系１２による露光のオン／オフを制御する。
【００３７】
偏光板２３は、シャッタ２２を通過した光を所定の偏光光とする。即ち、偏光板２３は、透過型の液晶パネルからなる空間光変調器２６が、光源２１からの光を空間変調することができるように、その光を偏光する。
【００３８】
ビームインテグレータ２４は、偏光板２３により偏光された光を均一化する。ビームインテグレータ２４としては、複数のレンズエレメントを配列してなるフライアイタイプや、四角柱等の柱状のロッドレンズの内部を全反射させる構成としてなるライトロッドタイプ等の一般的なものが用いられる。
【００３９】
ミラー２５は、ビームインテグレータ２４により均一化された光を空間光変調器２６に向かって反射する。
【００４０】
空間光変調器２６は、例えば、透過型の液晶パネルからなり、ミラー２５により反射された光が、紫外線硬化樹脂５１上の断面形状データに応じた照射領域を露光するように、制御部１７の制御に従い、その光の一部を空間変調する。
【００４１】
即ち、空間光変調器２６には、断面形状データに応じて、液晶パネルの各画素を駆動させる駆動信号が制御部１７から供給され、空間光変調器２６は、その駆動信号に基づいて、照射領域に対応する画素の液晶の分子の配列を変えて透過する偏光方向を変化させる。これにより、空間光変調器２６は、液晶パネルを通過する光を空間変調し、液晶パネルの１画素に対応する領域を、露光を行う単位領域として、断面形状データに応じた形状の光を紫外線硬化樹脂５１に投影する。
【００４２】
集光レンズ２７は、空間光変調器２６により空間変調された光が対物レンズ１５を通過する際のディストーションを補正するためのレンズ群により構成され、空間光変調器２６により空間光変調された光を、偏光ビームスプリッタ１４の反射透過面上の対物レンズ１５の前焦点に集光する。例えば、集光レンズ２７と対物レンズ１５とが対称光学系となるように、それぞれのレンズ群を構成することで、ディストーションを少なくすることができる。
【００４３】
ビームスキャン光学系１３は、ワーク部１６の紫外線硬化樹脂５１の表面にレーザ光を走査させてビームスキャン露光を行うための光学系であり、光源３１、コリメータレンズ３２、アナモルフィックレンズ３３、ビームエキスパンダ３４、ビームスプリッタ３５、シャッタ３６、ガルバノミラー３７および３８、リレーレンズ３９および４０、並びに、反射光モニタ部４１から構成される。
【００４４】
光源３１は、例えば、青から紫外域程度の比較的に波長の短いレーザ光を放射する半導体レーザであり、ビームスキャン光学系１３によりビームスキャンを行うための光ビームを放射する。なお、光源３１としては、半導体レーザ以外に、ガスレーザなどを用いてもよい。
【００４５】
コリメータレンズ３２は、光源３１から放射される光ビームの発散角を変換して略平行光とする。アナモルフィックレンズ３３は、コリメータレンズ３２により略平行光とされた楕円形状の光ビームを整形して略円形状にする。
【００４６】
ビームエキスパンダ３４は、アナモルフィックレンズ３３により略円形状にされた光ビームのビーム径（ビームの直径）を、対物レンズ１５の開口、ＮＡ（開口数）等に適した所望のビーム径に変換してビーム径のサイズ調整を行う。
【００４７】
ビームスプリッタ３５は、光源３１から照射される光ビームを透過させて、ワーク部１６にある紫外線硬化樹脂５１に向かわせるとともに、紫外線硬化樹脂５１で反射され、各光学系を通過してくる戻り光を、反射光モニタ部４１に向かって反射する。
【００４８】
シャッタ３６は、制御部１７の制御に従って、ビームスプリッタ３５を透過した光ビームの通過または遮蔽を制御し、ビームスキャン光学系１３によるビームスキャン露光のオン／オフを制御する。なお、光源３１が半導体レーザであるときには、半導体レーザにおいて光ビームの放射を直接変調することにより、ビームスキャン露光のオン／オフを制御することができるので、シャッタ３６を設けずにビームスキャン光学系１３を構成するようにしてもよい。
【００４９】
ガルバノミラー３７および３８は、所定の方向に回転可能とされた反射手段と、電気信号に応じて反射手段の回転方向の角度を調整する調整手段とを有し、調整手段が反射手段の角度を調整することで、反射手段により反射される光ビームを、所定の方向に走査させる。
【００５０】
即ち、ガルバノミラー３７は、シャッタ３６を透過した光ビームを、ガルバノミラー３８に向かって反射させるとともに、紫外線硬化樹脂５１の表面である液面に平行な面内の所定の一方向であるＸ方向に走査させる。ガルバノミラー３８は、ガルバノミラー３７により反射された光ビームを、偏光ビームスプリッタ１４に向かって反射させるとともに、紫外線硬化樹脂５１の表面である液面に平行な面内の、Ｘ方向に直交する方向であるＹ方向に走査させる。
【００５１】
リレーレンズ３９および４０は、一又は複数のレンズを有するレンズ群からなり、ガルバノミラー３７および３８により光ビームがスキャンされるスキャン角度にわたり、平行入射光ビームを平行に出射する。即ち、リレーレンズ３９は、ガルバノミラー３７で反射された光ビームを、ガルバノミラー３８上に結像し、リレーレンズ４０は、ガルバノミラー３８で反射された光ビームを、偏光ビームスプリッタ１４の反射透過面上に結像する。
【００５２】
このように、ガルバノミラー３７とガルバノミラー３８との間にリレーレンズ３９を設け、ガルバノミラー３８と偏光ビームスプリッタ１４との間にリレーレンズ４０を設けることで、近接する位置に配置されていないガルバノミラー３７とガルバノミラー３８とにより光ビームをスキャンさせても、偏光ビームスプリッタ１４の反射透過面上に光ビームを結像させ、一括露光光学系１２からの光と合成させることができる。
【００５３】
反射光モニタ部４１は、紫外線硬化樹脂５１の表面で反射された戻り光を、例えば、非点収差法や三角測量法を用いて検出する。反射光モニタ部４１により検出される戻り光は、ビームスキャン光学系１３から紫外線硬化樹脂５１に照射される光ビームのフォーカス調整などに利用される。例えば、反射光モニタ部４１により検出された戻り光に基づいて、ビームエキスパンダ３４が有する複数のレンズを駆動させてビーム径のサイズを調整したり、ビームエキスパンダ３４を透過した光ビームの平行度を調整するレンズを設けて、そのレンズによりビーム径のサイズを調整したりすることができる。また、反射光モニタ部４１により検出された戻り光に基づいて、空間光変調器２６や対物レンズ１５を光軸方向に移動させることで、一括露光において紫外線硬化樹脂５１に結像される光のフォーカスを調整することができる。
【００５４】
偏光ビームスプリッタ１４は、一括露光光学系１２からの光と、ビームスキャン光学系１３からの光ビームとを合成し、それらの光を紫外線硬化樹脂５１に導く。なお、偏光ビームスプリッタ１４は、その反射透過面が、対物レンズ１５の前側焦点位置に一致するように配置されている。
【００５５】
対物レンズ１５は、一又は複数のレンズを有するレンズ群からなり、一括露光光学系１２からの光を紫外線硬化樹脂５１の表面に結像させるとともに、ビームスキャン光学系１３からの光ビームを集光する。
【００５６】
また、対物レンズ１５は、ビームスキャン光学系１３のガルバノミラー３７および３８により偏向された光ビームが、紫外線硬化樹脂５１の表面において等速度で走査されるように、即ち、紫外線硬化樹脂５１の表面において均一な走査線速度で走査されるように構成されている。
【００５７】
例えば、対物レンズ１５としては、入射角θに比例した像高Ｙをもち、焦点距離ｆと入射角θとの積が像高Ｙとなるような関係（Ｙ＝ｆ×θ）を有する所謂ｆθレンズが用いられる。換言すると、ｆθレンズは、走査される光ビームの走査速度が、レンズへの入射位置によらず、常に一定となるように設計されたレンズである。このような対物レンズ１５を用いることで、走査線速度がばらつくことによる設計形状と実際の硬化層の形状とに違いが発生することを防止することができ、高精細な造形が実現される。
【００５８】
ワーク部１６は、収容容器５２、ステージ５３、駆動部５４から構成される。
【００５９】
収容容器５２は、液状の紫外線硬化樹脂５１を収容する。
【００６０】
ステージ５３は、収容容器５２の紫外線硬化樹脂５１に浸漬され、紫外線硬化樹脂５１の表面である液面に対して直交する垂直方向（図２の矢印Ｚの方向）、および、液面に沿う方向（即ち、矢印Ｚの方向に対して垂直なＸ−Ｙ方向）に移動可能とされる。
【００６１】
駆動部５４は、制御部１７の制御に従い、収容容器５２およびステージ５３を駆動する。例えば、駆動部５４は、露光が行われるワーク小領域（図１）ごとに、Ｘ−Ｙ方向にステージ５３を移動させ、立体モデルの硬化層が１層形成されるごとに１ステップずつステージ５３をＺ方向下方に硬化層の厚さ（図２および４の厚さｄ）に従って移動させる。また、駆動部５４は、紫外線硬化樹脂５１の表面が、対物レンズ１５の後側焦点位置に一致するように、収容容器５２を垂直方向に駆動する。
【００６２】
制御部１７は、光源２１を制御して、光源２１からの光の放射をオン／オフさせたり、シャッタ２２を制御して、紫外線硬化樹脂５１の露光をオン／オフさせたり、駆動部５４を制御して、収容容器５２およびステージ５３を駆動させる。また、制御部１７は、立体モデルの断面形状データに基づいて、照射領域に対応する空間光変調器２６の画素が光を透過するように、空間光変調器２６の各画素を駆動する駆動信号を空間光変調器２６に供給する。
【００６３】
ここで、制御部１７は、立体モデルの断面形状データを、ワーク小領域（図１）ごとに分割してワーク小領域データを生成する際に、直接積層される硬化層どうしにおいてワーク小領域の境界が一致しないように、即ち、タイルの接合位置が積層方向からみてずれた位置となるように、ワーク小領域データを生成する。そして、そのようにして生成されたワーク小領域データに基づいて紫外線硬化樹脂５１がワーク小領域ごとに露光されるように、光造形装置１１の各部を制御する。
【００６４】
図４および図５を参照して、タイルの接合位置が積層方向からみてずれた位置となるように造形された光造形物の例について説明する。
【００６５】
図４には、図２と同様に、Ｙ方向からみた造形物が示されている。
【００６６】
図４の造形物において、１層目および３層目の硬化層は、Ｘ方向に４個のタイルが接合されて形成されており、２層目および４層目の硬化層は、Ｘ方向に３個のタイルが接合されるとともに、その両端に、半分の長さのタイルがそれぞれ接合されている。つまり、タイルのＸ方向の長さをＬｘとすると、２層目および４層目の硬化層では、両端に長さＬｘ／２のタイルが設けられている。
【００６７】
このようにして造形される造形物において、１乃至４層目の硬化層は、それぞれ直接積層される硬化層どうしにおいて、タイルの位置（タイルどうしの接合位置）タイルの一辺の１／２の長さだけずれた位置とされている。
【００６８】
従って、図２と同様に破線で囲われている領域において、図４の造形物では、タイルの接合位置が連続することはなく、この領域において、１層目および３層目の硬化層でタイルの接合位置でることによる強度の低下が、２層目および４層目の硬化層のタイルにより補強され、図２の場合よりも、この領域においてＺ方向に向かうクラックが生じ難くなる。つまり、図４の造形物は、一般的な建築物などにおいてレンガが互い違いに積まれることにより強度が向上される効果と同様に、その強度が向上される。
【００６９】
また、図５には、Ｚ方向からみた硬化層が示されている。
【００７０】
図５Ａには、１層目および３層目の硬化層が示されており、図５Ｂには、２層目および４層目の硬化層が示されている。図５に示すように、１層目および３層目の硬化層のタイルと、２層目および４層目の硬化層のタイルとは、Ｘ方向にＬｘ／２ずれているとともに、Ｙ方向にＬｙ／２（ここで、Ｌｙは、タイルのＹ方向の長さ）ずれている。
【００７１】
また、図５に示されている点Ｐおよび点Ｐ’は、制御部１７（図３）が、立体モデルの断面形状データを、ワーク小領域ごとに分割してワーク小領域データを生成する際に基準とする点であり、点Ｐと点Ｐ’とは、互いに、Ｘ方向にＬｘ／２ずれているとともに、Ｙ方向にＬｙ／２ずれている。また、点Ｐは、ワーク全体領域（図５では、ワーク全体領域の全体に硬化層が形成されている）の左下の頂点と一致するように設定される。
【００７２】
そして、制御部１７は、１層目および３層目では、ワーク全体領域の左下の頂点である点Ｐを基準点としてワーク小領域データを生成し、２層目および４層目では、ワーク全体領域の左下の頂点からタイルの一辺の１／２の長さだけずれている点Ｐ’を基準点としてワーク小領域データを生成する。また、制御部１７は、露光処理を行うときに、駆動部５４を制御して、１層目および３層目では、点Ｐを基準としたワーク小領域データに基づいた露光が行われるようにステージ５３を駆動させ、２層目および４層目では、点Ｐ’を基準としたワーク小領域データに基づいた露光が行われるようにステージ５３を駆動させる。
【００７３】
次に、図６は、光造形装置１１による光造形を行う処理を説明するフローチャートである。
【００７４】
例えば、光造形装置１１に、ＣＡＤで作成された立体モデルの３次元形状データが入力され、光造形を開始する操作が行われると、ステップＳ１１において、制御部１７は、ＣＡＤで作成された立体モデルの３次元形状データをＳＴＬに変換するプログラムを実行し、立体モデルの３次元形状データをＳＴＬに変換する。
【００７５】
ステップＳ１１の処理後、処理はステップＳ１２に進み、制御部１７は、ＳＴＬに変換された３次元形状データから立体モデルの断面形状データを作成し、処理はステップＳ１３に進む。また、立体モデルの断面形状データを作成する際に、例えば、立体モデルの姿勢および向きが決定され、造形中における立体モデルの転倒を防止するための部材を造形するためのデータなどが作成される。
【００７６】
ステップＳ１３において、制御部１７は、処理の対象となる硬化層の階層を示す階層数ｎに、初期値としての１をセットし、処理はステップＳ１４に進む。
【００７７】
ステップＳ１４において、制御部１７は、ワーク全体領域の左下の頂点と一致する点Ｐを、ワーク小領域データを作成する処理（ステップＳ１５の処理）、およびワーク小領域を露光する処理（ステップＳ１６の処理）で基準となる基準点として設定し、処理はステップＳ１５に進む。
【００７８】
ステップＳ１５において、制御部１７は、処理の対象となっているｎ層目の断面形状データを、ステップＳ１４で基準点として設定した点Ｐ（または、後述するステップＳ２０で基準点として設定する点Ｐ’）を基準として分割し、ワーク小領域データを作成（生成）し、処理はステップＳ１６に進む。
【００７９】
ステップＳ１６において、制御部１７は、ステップＳ１５で生成したワーク小領域データに従って、基準点として設定されている点に基づいてワーク小領域を順次露光し、ｎ層目の断面形状データの全てのワーク小領域データに従った露光を行うと、処理はステップＳ１７に進む。
【００８０】
ステップＳ１７において、制御部１７は、ステップＳ１２で作成された全ての断面形状データに基づいた露光が行われたか否かを判定する。
【００８１】
ステップＳ１７において、制御部１７が、全ての断面形状データに基づいた露光が行われていないと判定した場合、処理はステップＳ１８に進む。
【００８２】
ステップＳ１８において、制御部１７は、階層数ｎを１だけインクリメントして、次の硬化層を処理の対象とする。
【００８３】
ステップＳ１８の処理後、処理はステップＳ１９に進み、ｎ−１層目の基準点が、頂点と一致する点Ｐ、または、頂点からタイルの一辺の長さの１／２ずれた点Ｐ’のいずれであったかを判定する。
【００８４】
ステップＳ１９において、制御部１７が、ｎ−１層目の基準点が点Ｐであったと判定した場合、処理はステップＳ２０に進む。ステップＳ２０において、制御部１７は、点Ｐ’を、ワーク小領域データを作成する処理、およびワーク小領域を露光する処理で基準となる基準点として設定し、処理はステップＳ１５に進み、以下、同様の処理が繰り返される。
【００８５】
一方、ステップＳ１９において、制御部１７が、ｎ−１層目の基準点が点Ｐ’であったと判定した場合、処理はステップＳ１４に進み、以下、同様の処理が繰り返される。
【００８６】
一方、ステップＳ１７において、制御部１７が、全ての断面形状データに基づいた露光が行われたと判定した場合、立体モデルが完成しており、処理は終了する。
【００８７】
以上のように、光造形装置１１では、ワーク小領域データを作成する際の基準点、およびワーク小領域を露光する際の基準点を、硬化層の各階層ごとに点Ｐと点Ｐ’とで交互に設定することで、ワーク小領域どうしの境界がＺ方向からみて各階層ごとにずれた位置となる。これにより、図４を参照して説明したように、タイルの接合位置がずれたいちとなるので、造形物の強度を向上させることができる。
【００８８】
また、光造形においては、光硬化樹脂が硬化する際に収縮し、その収縮によりタイルの端部にソリが生じてしまい、これにより造形物が歪むことがあるが、タイルの接合位置をずらすことにより、上下の階層のタイルによりタイルの端部が押さえられるので、このようなソリが生じることが抑制される。従って、造形物が歪むことが抑制され、高精度に造形することができる。
【００８９】
このような光造形装置１１を用いて、マイクロチップや、コネクタ、マイクロカプセルなど、または、各種の微細な部品の試作品を造形することができる。そして、例えば、光造形装置１１を用いて造形された造形物は、高強度で造形されているので、ニッケルなどでメッキし、その型を転写するときに、積層方向にクラックが生じるようなことがない。
【００９０】
なお、本実施の形態においては、対物レンズ１５としてｆθレンズが用いられているが、対物レンズ１５としては、通常の集光機能を有するレンズを用いることができる。この場合、ガルバノミラー３７および３８の回転速度を制御することにより、光ビームを均一な走査線速度で走査させるようにビームスキャン光学系１３が構成される。また、光ビームをスキャンさせる手段としては、ガルバノミラー３７および３８以外に、ポリゴンミラー等を用いてもよい。
【００９１】
さらに、空間光変調器２６としては、透過型の液晶パネルの他、入力信号に応じて傾き角度が変化する微小な反射ミラーを複数配列してなるデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ：Digital Micromirror Device）や、反射型液晶素子（ＬＣＯＳ：Liquid Crystal On Silicon）等を用いてもよい。デジタルマイクロミラーデバイスを用いる場合、各マイクロミラーが１単位領域に対応し、偏光版２３を設けずに一括露光光学系１２を構成することができる。
【００９２】
また、硬化層ごとにタイルの接合位置をずらす量は、タイルの一辺の長さの１／２に限定されるものではなく、例えば、タイルの一辺の長さの１／３づつ接合位置をずらすようにしたりすることもできる。また、タイルの接合位置をずらす方向も、交互にＸ方向およびＹ方向にずらすだけではなく、例えば、基準となる硬化層に対し、次の硬化層ではＸ方向にのみずらし、その次の硬化層ではＹ方向のみにずらし、さらに次の硬化層では基準となる硬化層と一致させるということを繰り返すようにしてもよい。
【００９３】
なお、ワーク小領域は、正方形に限定されるものでなく、Ｘ方向の寸法と、Ｙ方向の寸法とが異なってもよいことは言うまでもない。
【００９４】
また、本発明は、空間光変調器１７により空間変調された光を、紫外線硬化樹脂５１の上方から照射する手法である自由液面法により光造形を行う光造形装置１１の他、例えば、空間光変調器２６により空間変調された光を、紫外線硬化樹脂５１と収容容器５２との界面に照射する手法である規制液面法により光造形を行う光造形装置に適用することができる。
【００９５】
例えば、収容容器５２の底面をガラスなどの光を透過する材料で構成し、そのガラスと紫外線硬化樹脂５１と界面に、空間光変調器２６により空間変調された光が、紫外線硬化樹脂５１の下方から照射される。即ち、立体モデルの断面形状データに応じた光が照射される紫外線硬化樹脂５１の表面は、ガラスと紫外線硬化樹脂５１と界面を含むものである。
【００９６】
規制液面法では、収容容器５２とステージ５３との距離が１層分の硬化層の厚みとなるようにステージ５３を配置し、収容容器５２の底面のガラスを介して紫外線硬化樹脂５１に照射される光により、立体モデルの硬化層が１層形成されるのに応じて、１ステップずつ１層分の硬化層の厚みとなるように垂直方向上方にステージ５３を駆動させる処理を繰り返すことにより、立体モデルが形成される。
【００９７】
このように、光が照射される紫外線硬化樹脂５１の表面（界面）を、ガラスにより規制することにより、硬化層の１層分の厚みが正確に造形されるので、積層精度を向上させることができ、これにより、立体モデルを高精度に形成することができる。
【００９８】
また、上述した制御部１７が行う一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、プログラム記録媒体からインストールされる。
【００９９】
図７は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウエアの構成例を示すブロック図である。
【０１００】
コンピュータにおいて、CPU（Central Processing Unit）１０１，ROM（Read Only Memory）１０２，RAM（Random Access Memory）１０３は、バス１０４により相互に接続されている。
【０１０１】
バス１０４には、さらに、入出力インタフェース１０５が接続されている。入出力インタフェース１０５には、キーボード、マウス、マイクロホンなどよりなる入力部１０６、ディスプレイ、スピーカなどよりなる出力部１０７、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる記憶部１０８、ネットワークインタフェースなどよりなる通信部１０９、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブルメディア１１１を駆動するドライブ１１０が接続されている。
【０１０２】
以上のように構成されるコンピュータでは、CPU１０１が、例えば、記憶部１０８に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース１０５及びバス１０４を介して、RAM１０３にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。
【０１０３】
コンピュータ（CPU１０１）が実行するプログラムは、例えば、磁気ディスク（フレキシブルディスクを含む）、光ディスク（CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disc)等）、光磁気ディスク、もしくは半導体メモリなどよりなるパッケージメディアであるリムーバブルメディア１１１に記録して、あるいは、ローカルエリアネットワーク、インタネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供される。
【０１０４】
そして、プログラムは、リムーバブルメディア１１１をドライブ１１０に装着することにより、入出力インタフェース１０５を介して、記憶部１０８にインストールすることができる。また、プログラムは、有線または無線の伝送媒体を介して、通信部１０９で受信し、記憶部１０８にインストールすることができる。その他、プログラムは、ROM１０２や記憶部１０８に、あらかじめインストールしておくことができる。
【０１０５】
なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。また、プログラムは、１つのCPUにより処理されるものであっても良いし、複数のCPUによって分散処理されるものであっても良い。
【０１０６】
なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】タイリング方式について説明する図である。
【図２】造形物の強度の低下について説明する図である。
【図３】本発明を適用した光造形装置の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【図４】タイルの接合位置が積層方向からみてずれた位置となるように造形された光造形物の例を示す図である。
【図５】タイルの接合位置が積層方向からみてずれた位置となるように造形された光造形物の例を示す図である。
【図６】光造形装置１１による光造形を行う処理を説明するフローチャートである。
【図７】コンピュータの構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１１  光造形装置，  １２  一括露光光学系，  １３  ビームスキャン光学系，  １４  偏光ビームスプリッタ，  １５  対物レンズ，  １６  ワーク部，  １７  制御部，  ２１  光源，  ２２  シャッタ，  ２３  偏光版，  ２４  ビームインテグレータ，  ２５  ミラー，  ２６  空間光変調器，  ２７  集光レンズ，  ２８  駆動部，  ３１  光源，  ３２  コリメータレンズ，  ３３  アナモルフィックレンズ，  ３４  ビームエキスパンダ，  ３５  ビームスプリッタ，  ３６  シャッタ，  ３７および３８  ガルバノミラー，  ３９および４０  リレーレンズ，  ４１  反射光モニタ部，  ５１  紫外線硬化樹脂，  ５２  収容容器，  ５３  駆動部
【図１】
2009160859.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2009160859.tif 000007
【図６】
2009160859.tif 000008
【図７】
2009160859.tif 000009