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JP4459742B2 - Optical 3D modeling equipment - Google Patents
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JP4459742B2 - Optical 3D modeling equipment - Google Patents

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JP4459742B2 JP2004209454A JP2004209454A JP4459742B2 JP 4459742 B2 JP4459742 B2 JP 4459742B2 JP 2004209454 A JP2004209454 A JP 2004209454A JP 2004209454 A JP2004209454 A JP 2004209454A JP 4459742 B2 JP4459742 B2 JP 4459742B2
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本発明は光硬化性樹脂組成物を用いて光造形を行うのに使用する光学的立体造形装置、および該装置を用いて光造形を行う方法に関する。より詳細には、本発明は、光硬化性樹脂組成物を用いて、寸法精度、外観、強度、均質性などに優れる高品質の立体造形物を、高い造形精度で且つ速い造形速度で、生産性良く製造するための光学的立体造形装置および方法に関するものであり、本発明による場合は小型から大型に至る各種の立体造形物を円滑に製造することができる。   The present invention relates to an optical three-dimensional modeling apparatus used for performing optical modeling using a photocurable resin composition, and a method for performing optical modeling using the apparatus. More specifically, the present invention uses a photocurable resin composition to produce a high-quality three-dimensional structure that is excellent in dimensional accuracy, appearance, strength, homogeneity, etc., with high modeling accuracy and a high modeling speed. The present invention relates to an optical three-dimensional modeling apparatus and method for manufacturing with good performance, and according to the present invention, various three-dimensional models ranging from small to large can be manufactured smoothly.

近年、三次元CADに入力されたデータに基づいて光硬化性樹脂を硬化させて立体造形物を製造する光学造形方法および装置が実用化されている。この光造形技術は、設計の途中で外観デザインを検証するためのモデル、部品の機能性をチェックするためのモデル、鋳型を製作するための樹脂型、金型を製作するためのベースモデルなどのような複雑な三次元物体を容易に造形できることから注目を集めている。   In recent years, an optical modeling method and apparatus for manufacturing a three-dimensional model by curing a photocurable resin based on data input to a three-dimensional CAD has been put into practical use. This stereolithography technology includes a model for verifying the appearance design in the middle of design, a model for checking the functionality of parts, a resin mold for manufacturing a mold, a base model for manufacturing a mold, etc. It attracts attention because it can easily form such complex three-dimensional objects.

光造形技術によって造形物を製造するに当たっては、造形浴を用いる方法が汎用されており、その手順としては、造形浴に液状の光硬化性樹脂を入れ、液面に所望のパターンが得られるようにコンピューターで制御されたスポット状の紫外線レーザー光を選択的に照射して所定の厚みに光硬化させて硬化樹脂層を形成し、その硬化樹脂層を造形浴内で下方に移動させて造形浴内の光硬化性樹脂液を該硬化樹脂層上に流動させて光硬化性樹脂液の層を形成させ、その光硬化性樹脂液層にスポット状の紫外線レーザー光を照射して硬化樹脂層を形成し、前記の工程を所定の形状および寸法の立体造形物が得られるまで繰り返して行う方法が広く採用されている。   A method using a modeling bath is widely used for manufacturing a modeled object by optical modeling technology. As a procedure, a liquid photocurable resin is put in the modeling bath so that a desired pattern can be obtained on the liquid surface. A spot-shaped ultraviolet laser beam controlled by a computer is selectively irradiated to be photocured to a predetermined thickness to form a cured resin layer, and the cured resin layer is moved downward in the modeling bath to form a modeling bath. The photocurable resin liquid is flowed onto the cured resin layer to form a layer of the photocurable resin liquid, and the cured resin layer is formed by irradiating the photocurable resin liquid layer with a spot-like ultraviolet laser beam. A method of forming and repeating the above steps until a three-dimensional object having a predetermined shape and size is obtained is widely adopted.

しかしながら、スポット状の紫外線レーザー光を用いる上記した従来技術による場合は、1個のスポット状レーザー光を光硬化性樹脂の表面に照射しながら移動させて面状の光硬化したパターンを形成するいわゆる点描方式であるため、造形に長い時間を要し、生産性が低いという問題がある。しかも、光源として用いられる紫外線レーザー装置は極めて高価であるため、この種の光学的立体造形装置を高価格なものにしている。   However, in the case of the above-described conventional technique using spot-like ultraviolet laser light, a so-called photo-cured pattern is formed by moving one spot-like laser light while irradiating the surface of the photocurable resin. Since it is a stippling method, it takes a long time for modeling, and there is a problem that productivity is low. Moreover, since the ultraviolet laser device used as the light source is extremely expensive, this type of optical three-dimensional modeling apparatus is made expensive.

上記した従来技術の欠点の解消を目的として、微小ドットエリアでの遮光制御が可能な光シャッターを連続的に一列配置したライン形状の露光マスクを用い、該露光マスクを光シャッターの配列方向と直交方向に走査させながら、所定の水平断面形状データに応じて光シャッターを制御することによって1層分の光硬化した樹脂層を順次形成する光学的立体造形技術が提案されている(特許文献1を参照)。この光造形技術による場合は、光源として高価な紫外線レーザー装置を必ずしも使用する必要がなく、通常の紫外線ランプのような安価な光源を用いることができ、またスポット状の紫外線レーザー光を用いる前記従来の方法に比べて造形速度を速くすることができる。しかしながら、この光造形技術による場合は、線状の光硬化部を露光マスクの走査方向に1列ずつ形成し、それを多数回繰り返すことによって1層分の断面形状パターンを形成してゆく方式であることにより、露光マスクの走査速度を速くすると、十分に光硬化した1列毎の光硬化部を形成することができなくなるため、露光マスクをゆっくり走査する必要がある。しかも、1列毎の光硬化部を次々と形成して面状の光硬化層を形成する方式のため造形に時間がかかる。そのため、造形速度が十分に速いとは言えず、生産性の点で十分に満足のゆくものではない。   For the purpose of eliminating the drawbacks of the prior art described above, a line-shaped exposure mask in which optical shutters capable of light shielding control in a minute dot area are continuously arranged in a row is used, and the exposure mask is orthogonal to the arrangement direction of the optical shutters. An optical three-dimensional modeling technique has been proposed in which a photocured resin layer for one layer is sequentially formed by controlling an optical shutter in accordance with predetermined horizontal sectional shape data while scanning in a direction (see Patent Document 1). reference). In the case of this stereolithography technique, it is not always necessary to use an expensive ultraviolet laser device as a light source, and an inexpensive light source such as a normal ultraviolet lamp can be used, and the conventional laser using spot-like ultraviolet laser light is used. Compared with this method, the modeling speed can be increased. However, in the case of this stereolithography technique, a linear photocuring part is formed in a row in the scanning direction of the exposure mask, and a cross-sectional shape pattern for one layer is formed by repeating this many times. For this reason, if the scanning speed of the exposure mask is increased, it is not possible to form a photocured portion for each row that has been sufficiently photocured, and therefore it is necessary to scan the exposure mask slowly. In addition, it takes time for modeling because of the method of forming the photo-curing portion for each row one after another to form a planar photo-curing layer. For this reason, it cannot be said that the modeling speed is sufficiently high, and it is not satisfactory in terms of productivity.

また、上記とは別に、光源と光硬化性樹脂組成物の表面との間に、微小ドットエリアでの遮光および透光が可能な液晶シャッターよりなる面状描画マスクを固定配置し、面状描画マスクの停止状態で、形成しようとする1層分の断面形状パターンに応じて面状描画マスクに所定のマスクパターンを形成させ、そのマスクパターンを介して光硬化性樹脂組成物の表面に光を照射して光硬化性樹脂組成物を硬化させて1層分の断面形状パターンを形成させ、次いで該光硬化した断面形状パターンの上に次の1層分の光硬化性樹脂組成物を供給し、面状描画マスクの停止状態で、形成しようとする1層分の断面形状パターンに応じて面状描画マスクに次の所定のマスクパターンを形成させ、そのマスクパターンを介して光硬化性樹脂組成物の表面に光を照射して光硬化性樹脂組成物を硬化させて次の1層分の断面形状パターンを形成させるという操作を繰り返して立体造形物を製造する光造形技術が知られている。   In addition to the above, a planar drawing mask composed of a liquid crystal shutter capable of shielding and transmitting light in a minute dot area is fixedly arranged between the light source and the surface of the photocurable resin composition, and the planar drawing is performed. With the mask stopped, a predetermined mask pattern is formed on the planar drawing mask according to the cross-sectional shape pattern for one layer to be formed, and light is applied to the surface of the photocurable resin composition through the mask pattern. Irradiating to cure the photocurable resin composition to form a cross-sectional shape pattern for one layer, and then supplying the photocurable resin composition for the next layer onto the photocured cross-sectional shape pattern In the stop state of the planar drawing mask, the following predetermined mask pattern is formed on the planar drawing mask according to the cross-sectional shape pattern for one layer to be formed, and the photocurable resin composition is formed through the mask pattern. On the surface of things Irradiating the optical molding technique by curing a photocurable resin composition for producing a three-dimensional object by repeating the operation of forming the next one layer of sectional shape pattern are known.

この光造形技術による場合は、光硬化性樹脂組成物の表面への光照射および1層分の光硬化した断面形状パターンを、面状で一度に形成するため、スポット状の紫外線レーザーを用いる上記した従来技術や、微小ドットエリアの遮光制御可能な光シャッターを連続的に1列配置したライン形状の露光マスクを用いる上記した特許文献1に記載されている光造形技術に比べて、光造形速度を速くすることができる。
この光造形技術によって立体造形物を製造するに当たっては、造形精度(解像度)の点から、面状描画マスクから投影される光硬化性樹脂組成物表面での隣接する微小ドットエリア間の距離は0.1mm以下であることが必要であるとされており、そのため、画素数は、例えば、造形エリアサイズが250mm×250mmの小型のもので少なくとも2500×2500ドット程度必要であり、また造形エリアサイズが600mm×600mmの中型のものでは少なくとも6000×6000ドット程度必要である。しかしながら、現存する液晶マスク(液晶シャッター)や、デジタルマイクロミラーシャッターではこれを実現する解像度のものは存在しないか、または存在しても極めて高価である。
In the case of this stereolithography technique, the above-described use of a spot-like ultraviolet laser is used to form a light-irradiated surface of the photo-curable resin composition and a photo-cured cross-sectional shape pattern for one layer at a time. Compared to the conventional optical technique and the optical modeling technique described in Patent Document 1 described above using a line-shaped exposure mask in which one row of optical shutters capable of controlling light shielding in a minute dot area is continuously arranged. Can be faster.
In manufacturing a three-dimensional modeled object by this optical modeling technique, the distance between adjacent minute dot areas on the surface of the photocurable resin composition projected from the planar drawing mask is 0 from the viewpoint of modeling accuracy (resolution). Therefore, it is necessary that the number of pixels is small, for example, a modeling area size of 250 mm × 250 mm and at least about 2500 × 2500 dots, and the modeling area size is The medium size of 600 mm × 600 mm requires at least about 6000 × 6000 dots. However, existing liquid crystal masks (liquid crystal shutters) and digital micromirror shutters do not have resolutions that realize this, or even if they exist, they are extremely expensive.

また、固定配置した面状描画マスクを通して光照射を行う上記した光造形技術による場合は、露光形状パターンの精細度は、面状描画マスクの精細度(粗さ)と面状描画マスクを介して光硬化性樹脂組成物表面に投影されるパターンとの拡大・縮小率によって決定され、拡大率が小さいほど(縮小率が大きいほど)光硬化性樹脂組成物の表面での光ドット間の距離が小さくなって造形面に形成される断面形状パターンの精細度が向上し、反対に拡大率が大きいほど光硬化性樹脂組成物の表面での光ドット間の距離が大きくなり、造形面に形成される断面形状パターンの精細度が低下する。
そのため、面状描画マスクを固定配置したこの光造形技術による場合は、精細度(造形精度)に優れる大型の立体造形物を製造することは困難であり、精細度(造形精度)の点から小型の立体造形物の製造にしか適用できないというのが現状である。
In addition, in the case of the above-described stereolithography technique in which light irradiation is performed through a fixedly arranged planar drawing mask, the definition of the exposure shape pattern is determined by the definition (roughness) of the planar drawing mask and the planar drawing mask. It is determined by the enlargement / reduction ratio with the pattern projected on the surface of the photocurable resin composition. The smaller the enlargement ratio (the greater the reduction ratio), the more the distance between the light dots on the surface of the photocurable resin composition. The fineness of the cross-sectional shape pattern formed on the modeling surface becomes smaller, and the distance between the light dots on the surface of the photocurable resin composition increases as the enlargement ratio increases. The definition of the cross-sectional shape pattern is reduced.
For this reason, in the case of this stereolithography technique in which a planar drawing mask is fixedly arranged, it is difficult to produce a large three-dimensional modeled object with excellent definition (modeling accuracy), and small in terms of definition (modeling accuracy). The present situation is that it can be applied only to the manufacture of 3D objects.

固定配置した面状描画マスクを用いる上記した技術の欠点を解消して、小型の液晶シャッターを使用して大型の立体造形物の製造を可能にすることを目的として、光を選択的に透過または遮光する液晶シャッター(液晶マスク)を光硬化性樹脂の液面に対して平行に走行し得るように配置すると共に、液晶シャッターの走行範囲を複数に分割し、液晶シャッターをその分割された走行範囲の第1の範囲まで移動して停止させ、液晶シャッターを停止させた状態で液晶シャッターの背部に設けた光源を該液晶シャッターの範囲で移送しながら該液晶シャッターを介して光硬化性樹脂表面に光を照射して該分割された第1の範囲に相当する硬化部分を形成させ、次いで液晶シャッターを第2の分割された走行範囲まで移動して停止させ、液晶シャッターを停止させた状態で液晶シャッターの背部に設けた光源を該液晶シャッターの範囲で移送しながら該液晶シャッターを介して光硬化性樹脂表面に光を照射して該分割された第2の範囲に相当する硬化部分を形成させ、それと同じ操作を1層分の所定の断面形状パターンが光硬化性樹脂組成物の表面に形成されるまで行い、そして前記工程を所定の立体造形物が形成されるまで繰り返して立体造形物を製造する光造形技術が提案されている(特許文献2を参照)。   In order to eliminate the drawbacks of the above-described technique using a fixedly arranged planar drawing mask and enable the production of a large three-dimensional object using a small liquid crystal shutter, light is selectively transmitted or A liquid crystal shutter (liquid crystal mask) that shields light is arranged so that it can run parallel to the liquid surface of the photocurable resin, and the liquid crystal shutter travel range is divided into a plurality of parts, and the liquid crystal shutter is divided into travel ranges. The light source provided on the back of the liquid crystal shutter in a state where the liquid crystal shutter is stopped in a state where the liquid crystal shutter is stopped is transferred to the surface of the photocurable resin through the liquid crystal shutter while the liquid crystal shutter is stopped. The cured portion corresponding to the divided first range is formed by irradiating light, and then the liquid crystal shutter is moved to the second divided traveling range and stopped. The second range divided by irradiating light onto the surface of the photocurable resin through the liquid crystal shutter while the light source provided on the back of the liquid crystal shutter is transported in the range of the liquid crystal shutter in a state where the shutter is stopped The cured portion corresponding to is formed, and the same operation is performed until a predetermined cross-sectional shape pattern for one layer is formed on the surface of the photocurable resin composition, and the above-described process is performed to form a predetermined three-dimensional model. Until now, an optical modeling technique for producing a three-dimensional modeled object has been proposed (see Patent Document 2).

しかしながら、特許文献2に記載されている光造形技術による場合は、液晶シャッターの分割された第1の走行範囲への移動−液晶シャッターの停止状態での光照射(光硬化性樹脂表面での光硬化部の形成)−液晶シャッターの分割された第2走行範囲への移動−液晶シャッターの停止状態での光照射(光硬化性樹脂表面での光硬化部の形成)・・・という操作の繰り返しによって1層分の硬化した断面形状パターンが形成され、それを更に多層にわたって繰り返すことによって立体造形物を製造しており、液晶シャッターが複数に分割されたそれぞれの走行範囲位置まで移動しているときには光照射が行われない。そのため、この光造形技術による場合は、露光が継続して行われず、断続的になされるため、造形速度が遅くなる。しかも、この光造形技術による場合は、液晶シャッターの走行範囲を複数に分割し、各々区分において液晶シャッターを停止させた状態で光硬化性樹脂組成物の硬化を行うために、互いに分割された走行区域の境界部分で硬化状態が不連続になったり不均一になり易く、それに伴って立体造形物全体の強度ムラ、強度不足、外観不良、寸法精度の低下などを生じ易い。   However, in the case of the optical modeling technique described in Patent Document 2, the liquid crystal shutter is moved to the divided first traveling range-light irradiation with the liquid crystal shutter stopped (light on the surface of the photocurable resin). Formation of curing part)-Movement of liquid crystal shutter to divided second traveling range-Light irradiation with liquid crystal shutter stopped (formation of photocuring part on photocurable resin surface) ... When a cross-sectional pattern that has been cured by one layer is formed by the above, a three-dimensional model is manufactured by repeating the pattern over multiple layers, and the liquid crystal shutter is moved to the respective travel range positions divided into a plurality of parts. There is no light irradiation. Therefore, in the case of this stereolithography technique, the exposure is not continuously performed and is intermittently performed, so that the modeling speed is slowed down. In addition, in the case of this stereolithography technique, the traveling range of the liquid crystal shutter is divided into a plurality of parts, and in order to cure the photocurable resin composition in a state where the liquid crystal shutter is stopped in each section, the traveling parts are separated from each other. The cured state tends to be discontinuous or non-uniform at the boundary between the areas, and accordingly, uneven strength, insufficient strength, poor appearance, and reduced dimensional accuracy of the entire three-dimensional structure are likely to occur.

上記した従来技術の改良のために、マスク画像を動画的に連続的に変化させ得る面状描画マスクを使用し、面状描画マスクを光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に対して平行状態で連続的に移動させると共に、面状描画マスクのマスク画像を、形成しようとする光硬化した樹脂層の断面形状パターンに対応させて面状描画マスクの移動と同期させて連続的に変えながら光造形を行う方法および装置が知られている(特許文献3)。この特許文献3の光造形技術による場合は、比較的安価な小型の面状描画マスクを使用し、更には紫外線ランプのような安価な光源を用いて、高い造形精度で高品質の立体造形物を従来よりも速い造形速度で製造することができるが、光造形技術の分野では、造形時間の短縮、造形装置の簡略化などに対する要望が近年ますます強くなっている。 In order to improve the above-described prior art, a planar drawing mask that can continuously change the mask image in a moving image is used, and the planar drawing mask is in a state parallel to the modeling surface made of the photocurable resin composition. The mask image of the planar drawing mask is continuously changed in synchronization with the movement of the planar drawing mask in correspondence with the cross-sectional shape pattern of the photocured resin layer to be formed. A method and apparatus for modeling are known ( Patent Document 3). In the case of the optical modeling technique of Patent Document 3, a high-quality three-dimensional model is manufactured with high modeling accuracy by using a relatively inexpensive small planar drawing mask and further using an inexpensive light source such as an ultraviolet lamp. However, in the field of stereolithography technology, demands for shortening of modeling time and simplification of modeling equipment are increasing in recent years.

特開平4−305438号公報JP-A-4-305438 特開平8−112863号公報JP-A-8-112863 特開2003−266546号公報JP 2003-266546 A

本発明の目的は、高価な紫外線レーザー装置を用いることなく紫外線ランプのような安価な光源を用いて、更に現在入手が困難であるか又は入手できても極めて高価な液晶描画マスク(例えば画素数が大きく且つ一辺の寸法が300mmを超えるような液晶シャッター)などを使用せずに汎用の安価な小型の液晶描画マスク(液晶シャッターなど)を使用して、小型、中型、大型に至る各種の立体造形物を、硬化ムラや強度ムラの発生を防止しながら、短い造形時間で効率良く、しかも高い寸法精度で円滑に製造できる光学的立体造形装置を提供することである。   It is an object of the present invention to use an inexpensive light source such as an ultraviolet lamp without using an expensive ultraviolet laser device, and to obtain a liquid crystal drawing mask (for example, the number of pixels) that is currently difficult to obtain or extremely expensive even if it is available. Various types of solids ranging from small to medium to large using a general-purpose, inexpensive, small-sized liquid crystal drawing mask (such as a liquid crystal shutter) without using a large liquid crystal shutter whose size is larger than 300 mm. An object of the present invention is to provide an optical three-dimensional modeling apparatus capable of producing a modeled object efficiently in a short modeling time and smoothly with high dimensional accuracy while preventing the occurrence of curing unevenness and strength unevenness.

上記の目的を達成すべく本発明者らは検討を重ねてきた。そして面状描画マスクを介してそのマスク画像に対応する光形状パターンを光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に照射して光硬化した樹脂層を順次形成させる光学的立体造形装置において、光源および面状描画マスクなどの光学手段から構成される光学装置系を複数組配置し、複数組の光学装置系の各面状描画マスクを介して造形面に所定の光形状パターンを同時に照射すると、1個の面状描画マスクを介して光造形を行う場合に比べて造形時間を大幅に短縮できるという知見を得た。   In order to achieve the above object, the present inventors have repeatedly studied. In an optical three-dimensional modeling apparatus for sequentially forming a photocured resin layer by irradiating a modeling surface made of a photocurable resin composition with a light shape pattern corresponding to the mask image through a planar drawing mask, When a plurality of sets of optical device systems composed of optical means such as a planar drawing mask are arranged and a predetermined light shape pattern is simultaneously irradiated onto the modeling surface via the respective planar drawing masks of the plurality of sets of optical device systems, 1 The knowledge that modeling time can be significantly shortened compared with the case where stereolithography is performed through individual planar drawing masks was obtained.

そこで、前記した知見を踏まえて更に検討したところ、複数組の光学装置系をそれぞれ別々に移動させて光造形を行った場合に、複数組の光学装置系が互いに離れた位置にあるときは複数組の光学装置系における各面状描画マスクや他の光学部材間の衝突、進路妨害などが生じず複数組の光学装置系を同時に移動させながら各面状描画マスクを介して造形面に所定の形状パターンの光を同時に照射して造形を行うことができるが、複数組の光学装置系が互いに接近した位置にあるときには移動中に面状描画マスクや他の光学部材間に衝突や、進路妨害などの装置間の干渉が生じ易いものであった。そして、装置間の干渉が生ずる恐れがある場合は、装置間の干渉を防ぐために複数組の光学装置系のうちの1つまたは2つ以上を所定位置に停止させて休止させ、その状態で残りの光学装置系のみを活用して光造形を行わなければならず、複数組の光学装置系を使用するメリットが十分に活かされないことが判明した。
さらに、複数組の光学装置系のいずれかを休止させることなく全ての光学装置系を活用しながら造形しようとする場合は、造形時における各光学装置系の移動経路の設計および制御を極めて厳密に行う必要があることなどが判明した。
また、複数組の光学装置系の各々を個別に移動させながら光造形を行う場合は、各光学装置系を移動させるために複数の駆動装置がそれぞれ必要になり駆動系が複雑で高価になることが判明した。
Therefore, when further examination was performed based on the above-described knowledge, when a plurality of sets of optical device systems are separately moved and optical modeling is performed, a plurality of sets of optical device systems are located at positions separated from each other. Collisions between other planar drawing masks and other optical members in the set of optical device systems, path obstructions, etc. do not occur, while a plurality of sets of optical device systems are moved simultaneously, and a predetermined surface is formed on the modeling surface via each planar drawing mask. Although it is possible to perform modeling by simultaneously irradiating the light of the shape pattern, when multiple sets of optical device systems are in close proximity to each other, collisions between the planar drawing mask and other optical members during travel and path obstruction Interference between devices is likely to occur. If there is a risk of interference between the devices, one or more of the plurality of optical device systems are stopped at a predetermined position and stopped in order to prevent interference between the devices, and remain in that state. It has been found that optical modeling must be performed using only the optical device system, and the merit of using a plurality of sets of optical device systems cannot be fully utilized.
Furthermore, when trying to model while utilizing all of the optical device systems without suspending any of the multiple sets of optical device systems, the design and control of the movement path of each optical device system during modeling is extremely strict. It turns out that there is a need to do it.
In addition, when performing optical modeling while moving each of a plurality of optical device systems individually, a plurality of drive devices are required to move each optical device system, and the drive system is complicated and expensive. There was found.

そこで、本発明者らは、複数組の光学装置系を用いて光造形を行った際に生ずる上記した問題を解消すべく更に検討を重ねた。その結果、複数組の光学装置系のそれぞれを別々に移動させるのではなく、複数組の光学装置系を互いに位置ずれを生ずることなく一緒(一体)にして移動させ、その際に複数組の光学装置系における各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に照射される複数の光形状パターンを互いに連接させて全体で1つの連続した形状パターンを形成する連続パターン化手段を複数組の光学装置系の少なくとも1つに設けると、現在広く流通している小型の液晶シャッターなどを面状描画マスクとしてそのまま使用して、複数組の光学装置系のトータルの移動距離を短縮しながら、更には光学装置系を移動させるための駆動装置の数を抑制しながら、硬化ムラや強度ムラなどを生ずることなく、高い造形精度で、小型から大型に至る種々の光造形物を短い造形時間で生産性よく製造できることを見出した。   Therefore, the present inventors have further studied to solve the above-described problems that occur when optical modeling is performed using a plurality of sets of optical device systems. As a result, rather than moving each of a plurality of sets of optical device systems separately, the plurality of sets of optical device systems are moved together (integrated) without causing any positional deviation, and at that time, a plurality of sets of optical devices are moved. A continuous pattern in which a plurality of light shape patterns irradiated onto the modeling surface through each planar drawing mask are connected to each other when the entire surface of each planar drawing mask is transmitted through the apparatus system to form one continuous shape pattern as a whole. If at least one of the plurality of optical device systems is provided with a small liquid crystal shutter or the like that is currently widely used as a planar drawing mask, the total movement distance of the plurality of optical device systems While reducing the number of drive units for moving the optical system, while reducing the number of drive units and without causing unevenness of curing or unevenness of strength, with high modeling accuracy and from small to large Found that can be produced with good productivity at various stereolithography was short molding times throughout.

さらに、本発明者らは、上記した光学的立体造形装置を用いた場合は、エネルギー強度の均一な所定の形状パターンを有する光を光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に照射でき、それによって硬化ムラや強度ムラのない光学的立体造形が得られることを見出した。また、本発明者らは、上記の光造形装置を使用すると、複数組の光学装置系における面状描画マスクや他の光学部材同士の衝突や進路妨害などの装置間の干渉がなくなり、複数組の光学装置系を同時に活用しながら複数の面状描画マスクを介して造形面に光を照射して造形を行えるため、造形時間が大幅に短縮されることを見出した。また、本発明者らは、上記の光造形装置を用いて光造形を行うに当って、複数組の光学装置系における各面状描画マスクのそれぞれを介して造形面に照射される複数の光形状パターン同士を所定の配置状態にし、その配置状態を維持しながら造形を行うと、面状描画マスクの移動方向の如何に拘わらず光造形時に広い硬化領域を確保でき、造形時間が一層短縮できることを見出した。さらに、本発明者らは、前記した方法で光造形を行う際に、複数組の光学装置系を一緒に連続的に移動させ且つ面状描画マスクのマスク画像を連続的(動画的)に変化させながら造形を行うと、造形速度および造形精度が一層向上することを見出し、それらの知見に基づいて本発明を完成した。   Furthermore, when using the above-described optical three-dimensional modeling apparatus, the present inventors can irradiate a modeling surface made of a photocurable resin composition with light having a predetermined shape pattern with uniform energy intensity, thereby It has been found that optical three-dimensional modeling without curing unevenness and strength unevenness can be obtained. In addition, when the above-described stereolithography apparatus is used, the present inventors eliminate interference between apparatuses such as collisions between plane drawing masks and other optical members and path obstructions in a plurality of optical apparatus systems, and a plurality of sets. It has been found that the modeling time can be greatly shortened because modeling can be performed by irradiating the modeling surface with light through a plurality of planar drawing masks while simultaneously utilizing the optical device system. In addition, the present inventors, when performing optical modeling using the above-described optical modeling apparatus, a plurality of lights irradiated on the modeling surface via each of the planar drawing masks in a plurality of sets of optical device systems When shaping is carried out while maintaining the arrangement state between the shape patterns, a wide curing area can be secured during stereolithography regardless of the movement direction of the planar drawing mask, and the modeling time can be further shortened. I found. Furthermore, when performing the optical modeling by the above-described method, the present inventors continuously move a plurality of sets of optical device systems together and change the mask image of the planar drawing mask continuously (moving image). When modeling was performed, modeling speed and modeling accuracy were further improved, and the present invention was completed based on these findings.

すなわち、本発明は、
(1) (I)載置台上または光硬化した樹脂層上に、1層分の光硬化性樹脂組成物を順次供給して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面を順次形成するための手段;
(II)光発射手段および面状描画マスクを少なくとも備え、光発射手段から発射された光を、面状描画マスクを介して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に面状描画マスクのマスク画像に対応した所定の形状パターンで照射するための光学装置系の複数組;
(III)複数組の光学装置系における各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に照射される各光形状パターン同士を各光形状パターンの端部または端部近傍で互いに密接させるかまたはオーバーラップさせて光硬化性樹脂組成物よりなる造形面において全体で1つの連続した光形状パターンを形成するための連続パターン化手段;および、
(IV)複数組の光学装置系の配置形態を、前記(III)の連続パターン化手段によって前記した全体で1つの連続した光形状パターンを造形面に形成させ得る配置形態に維持しながら、複数組の光学装置系を一緒に移動させるための手段;
を有することを特徴とする光学的立体造形装置である。
That is, the present invention
(1) (I) Means for sequentially supplying a photocurable resin composition for one layer on a mounting table or a photocured resin layer to sequentially form a modeling surface made of the photocurable resin composition ;
(II) A mask image of the planar drawing mask comprising at least a light emitting means and a planar drawing mask, and the light emitted from the light emitting means is applied to the modeling surface made of the photocurable resin composition through the planar drawing mask. A plurality of sets of optical device systems for irradiating with a predetermined shape pattern corresponding to
(III) Each light shape pattern irradiated to the modeling surface through each surface drawing mask when the entire surface of each surface drawing mask in the plurality of sets of optical device systems is transmitted is the end or end of each light shape pattern. Continuous patterning means for forming one continuous light shape pattern on the modeling surface of the photocurable resin composition in close proximity to each other or overlapping each other; and
(IV) While maintaining the arrangement form of a plurality of sets of optical device systems in an arrangement form that allows one continuous light shape pattern to be formed on the modeling surface as a whole by the continuous patterning means of (III) above, Means for moving a set of optical systems together;
It is an optical three-dimensional modeling apparatus characterized by having.

そして、本発明は、
(2) 前記(III)の連続パターン化手段が、複数組の光学装置系のうちの少なくとも1つの光学装置系における面状描画マスクの下流に配置した偏角プリズムである前記(1)の光学的立体造形装置である。
And this invention,
(2) The optical system according to (1), wherein the continuous patterning unit according to (III) is a declination prism disposed downstream of a planar drawing mask in at least one of the plurality of optical device systems. 3D modeling apparatus.

さらに、本発明は、
(3) 複数組の光学装置系における各面状描画マスクが方形の面状描画マスクであり、複数組の光学装置系の配置形態が、各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に照射される複数の方形の光形状パターンが、方形の光形状パターンの対角線上の端部で互いに対角配置状態で密接またはオーバーラップして全体で1つの連続した形状パターンを造形面に形成するか、或いは方形の光形状パターンの辺部で互いに直列配置状態で密接またはオーバーラップして全体で1つの連続した形状パターンを造形面に形成する配置形態であって、前記(III)の連続パターン化手段が複数組の光学装置系の前記配置形態下に全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に照射される複数の方形の光形状パターンを前記した対角配置状態または直列配置状態で密接またはオーバーラップして全体で1つの連続した形状パターンを造形面に形成する手段である前記した(1)または(2)の光学的立体造形装置である。
Furthermore, the present invention provides
(3) Each planar drawing mask in a plurality of sets of optical device systems is a rectangular planar drawing mask, and the arrangement form of the plurality of sets of optical device systems corresponds to each planar drawing when the entire surface of each planar drawing mask is transparent. A plurality of rectangular light shape patterns irradiated onto the modeling surface through the mask are closely or overlapped with each other at diagonal ends of the rectangular light shape pattern, thereby forming one continuous shape as a whole. Forming a pattern on a modeling surface, or an arrangement form that forms one continuous shape pattern on the modeling surface as a whole by closely or overlapping each other in a series arrangement state at sides of a rectangular optical shape pattern, The continuous patterning means of (III) described above has a plurality of rectangular light shape patterns irradiated onto the modeling surface via each planar drawing mask when the entire surface is transparent under the arrangement form of a plurality of sets of optical device systems. Diagonal The optical three-dimensional modeling apparatus according to (1) or (2), which is a means for forming one continuous shape pattern on the modeling surface as a whole by closely or overlapping in a placed state or a serially arranged state.

そして、本発明は、
(4) 各光学装置系が面状描画マスクの下流に投影レンズを有し、面状描画マスクの下流に前記(III)の連続パターン化手段を有する光学装置系では面状描画マスクの下流で且つ前記(III)の連続パターン化手段の上流に投影レンズを有する前記(1)〜(3)のいずれかの光学的立体造形装置;
(5) 各光学装置系における面状描画マスクが、微小ドットエリアでの遮光および透光が可能な複数の微小光シャッターを面状に配置した面状描画マスクである前記(1)〜(4)のいずれかの光学的立体造形装置;および、
(6) 各光学装置系における面状描画マスクが、液晶シャッターまたはデジタルマイクロミラーシャッターを面状に配置した面状描画マスクである前記(1)〜(5)のいずれかの光学的立体造形装置;
である。
And this invention,
(4) Each optical device system has a projection lens downstream of the planar drawing mask, and in the optical device system having the continuous patterning means (III) downstream of the planar drawing mask, downstream of the planar drawing mask. And the optical three-dimensional modeling apparatus in any one of said (1)-(3) which has a projection lens upstream of the continuous patterning means of said (III);
(5) The planar drawing mask in each optical device system is a planar drawing mask in which a plurality of minute light shutters capable of shielding and transmitting light in minute dot areas are arranged in a planar shape. ) Any of the optical three-dimensional modeling apparatuses; and
(6) The optical three-dimensional modeling apparatus according to any one of (1) to (5), wherein the planar drawing mask in each optical device system is a planar drawing mask in which a liquid crystal shutter or a digital micromirror shutter is arranged in a plane. ;
It is.

さらに、本発明は、
(7) 複数組の光学装置系における各面状描画マスクがマスク画像を連続的に変化させ得る面状描画マスクであり、複数組の光学装置系を一緒にして移動させる前記(IV)の手段が複数組の光学装置系を一緒にして連続移動させ得る手段であり、各面状描画マスクのマスク画像を複数組の光学装置系の連続移動に対応させて連続的に変化させる手段を有する前記(1)〜(6)のいずれかの光学的立体造形装置である。
そして、本発明は、
(8) 前記(1)〜(7)のいずれかの光学的立体造形装置を用いて光造形を行う方法である。
Furthermore, the present invention provides
(7) Each of the planar drawing masks in the plurality of sets of optical device systems is a planar drawing mask capable of continuously changing the mask image, and the means of (IV) for moving the plurality of sets of optical device systems together Is means for continuously moving a plurality of sets of optical device systems together, and has means for continuously changing the mask image of each planar drawing mask corresponding to the continuous movement of the plurality of sets of optical device systems. It is an optical three-dimensional modeling apparatus in any one of (1)-(6).
And this invention,
(8) A method for performing optical modeling using the optical three-dimensional modeling apparatus according to any one of (1) to (7).

本発明の光学的立体造形装置を用いて光造形を行うことにより、現在広く流通している小型で安価な液晶シャッターやデジタルマイクロミラーシャッターなどを面状に配列した液晶マスクやデジタルマイクロミラーマスクなどを面状描画マスクとして使用して、光学装置系のトータルの移動距離を短く保ちながら、更には光学装置系を移動させるために少数の駆動装置を使用して、小型から大型の造形物まで、高い造形精度で、硬化ムラや強度ムラのない高品質の光学的立体造形物を極めて短い時間で生産性良く製造することができる。
本発明の光学的立体造形装置を用いて光造形を行うことにより、エネルギー強度にムラや分布のない均一な光を連続した大きな光形状パターンで光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に照射することができるので、硬化ムラや強度ムラのない均一で高品質の光学的立体造形を製造することができる。
本発明の光学的立体造形装置では、造形面上に複数組の光学装置系を配置してあっても、光学装置系を移動させながら造形する際に、光学装置間の衝突や経路妨害などの装置間の干渉が生じないために、複数組の光学装置系を同時に活用しながら複数組の光学装置系における各面状描画マスクを介して造形面に所定の光形状パターンを同時に照射できるので、効率よく光造形を行うことができ、造形速度が一層向上する。
By performing optical modeling using the optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention, a liquid crystal mask or a digital micromirror mask in which small and inexpensive liquid crystal shutters and digital micromirror shutters that are currently widely distributed are arranged in a planar shape, etc. As a planar drawing mask, while keeping the total movement distance of the optical device system short, and using a small number of drive devices to move the optical device system, from small to large shaped objects, With high modeling accuracy, it is possible to manufacture a high-quality optical three-dimensional model without curing unevenness or strength unevenness with high productivity in an extremely short time.
By performing optical modeling using the optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention, uniform light having no unevenness or distribution in energy intensity is irradiated onto a modeling surface made of a photocurable resin composition with a continuous large light shape pattern. Therefore, it is possible to produce a uniform and high-quality optical three-dimensional modeling without unevenness of curing and unevenness of strength.
In the optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention, even when multiple sets of optical device systems are arranged on the modeling surface, when modeling while moving the optical device system, such as collision between optical devices and path obstruction Since there is no interference between devices, a predetermined light shape pattern can be simultaneously irradiated onto a modeling surface via each planar drawing mask in a plurality of sets of optical devices while simultaneously using a plurality of sets of optical devices. The optical modeling can be performed efficiently, and the modeling speed is further improved.

本発明において、複数組の光学装置系における各面状描画マスクとして、その全面透光時に方形のマスク画像を形成する方形の面状描画マスクを採用し、各面状描画マスクの全面透光時に各液晶描画マスクを介して造形面に照射される複数の光形状パターンの配置形態を、隣り合う方形の光形状パターンの一方の方形の光形状パターンの対角線上の一方の端部ともう一方の方形の光形状パターンの対角線上の一方の端部とが該隣り合う方形の光形状パターンの対角配置状態で互いに点状に密接して位置し全体で1つの連続した光形状パターンを形成するように複数組の光学装置系を配置し且つそのための偏角プリズムなどの光学手段を用い、前記配置形態を維持しながら複数組の光学装置系を造形面上で一緒に移動させながら光造形を行うように設計すると、複数組の光学装置系を一体状態で造形面に対していずれの方向(例えば横方向と縦方向)に移動させても、広い光硬化領域を確保することができ、それによって造形速度を一層向上させることができる。   In the present invention, as each planar drawing mask in a plurality of sets of optical apparatus systems, a rectangular planar drawing mask that forms a square mask image when the entire surface is transparent is adopted, and when each planar drawing mask is completely transparent The arrangement form of a plurality of light shape patterns irradiated on the modeling surface through each liquid crystal drawing mask is set such that one end portion on the diagonal line of one rectangular light shape pattern and the other side of the adjacent rectangular light shape pattern. One end of the rectangular light shape pattern on the diagonal line is closely located in a dotted manner in the diagonal arrangement state of the adjacent rectangular light shape patterns, and forms one continuous light shape pattern as a whole. In this way, a plurality of sets of optical device systems are arranged, and optical means such as a declination prism is used for that purpose, and the plurality of sets of optical device systems are moved together on the modeling surface while maintaining the arrangement form. I will do it If designed, a plurality of sets of optical device systems can be secured in a single state to ensure a wide photocuring region by moving in any direction (for example, the horizontal direction and the vertical direction) with respect to the modeling surface. The speed can be further improved.

また、本発明の光学的立体造形装置を、複数組の光学装置系を一緒にして連続的に移動させ且つ複数組の光学装置系における各面状描画マスクとしてマスク画像を連続的に動画的に変え得るものを採用した場合には、複数組の光学装置系を一緒にして連続移動させながら液晶描画マスクのマスク画像を動画的に連続的に変化させながら光造形を行うことができ、それによって寸法精度、外観、強度などに一層優れる高品質の立体造形物を、より速い造形速度で、より高い造形精度を維持しながら、極めて短い時間で生産性良く製造することができる。   In addition, the optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention is continuously moved together with a plurality of sets of optical apparatus systems, and the mask image is continuously animated as each planar drawing mask in the plurality of sets of optical apparatus systems. When adopting what can be changed, it is possible to perform optical shaping while continuously changing the mask image of the liquid crystal drawing mask while moving continuously with a plurality of optical device systems together, thereby It is possible to manufacture a high-quality three-dimensional structure that is further excellent in dimensional accuracy, appearance, strength, and the like with high productivity in a very short time while maintaining higher modeling accuracy at a higher modeling speed.

さらに、本発明の光学的立体造形装置を用いて光造形する場合は、小型、中型の立体造形物に限らず、大型の立体造形物であっても、高い寸法精度および速い造形速度で円滑に製造することができる。
また、本発明の光学的立体造形装置では、光源として高価な紫外線レーザー装置を用いずに通常の紫外線ランプのような安価な光源を使用することができ、その場合にも前記した高品質の立体造形物を、速い造形速度で円滑に製造することができる。
Furthermore, when performing optical modeling using the optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention, not only small and medium-sized three-dimensional modeling objects, but also large three-dimensional modeling objects can be smoothly smooth with high dimensional accuracy and high modeling speed. Can be manufactured.
Further, in the optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention, an inexpensive light source such as a normal ultraviolet lamp can be used without using an expensive ultraviolet laser device as a light source, and in that case, the above-described high-quality three-dimensional modeling apparatus can be used. A model can be manufactured smoothly at a high modeling speed.

以下に本発明について詳細に説明する。
本発明の光学的立体造形装置は、光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に、複数組の光学装置系の各面状描画マスクを介して制御下に所定の形状パターンの光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を形成した後、該光硬化した樹脂層の上に1層分の光硬化性樹脂組成物を施して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面を形成し、その造形面に前記複数の面状描画マスクを介して制御下に所定の形状パターンの光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を更に形成する光造形工程を所定の立体造形物が形成されるまで順次繰り返して立体造形物を製造するための装置である。
The present invention is described in detail below.
The optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention irradiates a modeling surface made of a photocurable resin composition with light of a predetermined shape pattern under control through each planar drawing mask of a plurality of sets of optical device systems. After forming a photocured resin layer having a predetermined cross-sectional shape pattern, a photocurable resin composition for one layer is applied on the photocured resin layer to form a modeling surface made of the photocurable resin composition. An optical modeling step of forming and forming a photocured resin layer having a predetermined cross-sectional shape pattern by irradiating light of a predetermined shape pattern under control through the plurality of planar drawing masks on the modeling surface It is an apparatus for repeatedly manufacturing a three-dimensional modeled object until a predetermined three-dimensional modeled object is formed.

前記した造形操作は、一般に、液状の光硬化性樹脂組成物を充填した造形浴中に造形テーブルを配置し、造形テーブルを下降させることによって造形テーブル面に1層分の液状の光硬化性樹脂組成物層(造形面)を形成させ、その造形面にそれぞれの面状描画マスクを介して制御下に光を照射して所定のパターンおよび厚みを有する光硬化した樹脂層(以下「光硬化層」ということがある)を形成した後、造形テーブルを更に下降させて該光硬化層面に1層分の液状の光硬化性樹脂組成物層(造形面)を形成させてそれぞれの面状描画マスクを介して制御下に光を照射して所定のパターンおよび厚みを有する光硬化層を一体に積層形成する工程を繰り返して行う、造形浴法を採用して行うことができる。   The above-described modeling operation is generally performed by placing a modeling table in a modeling bath filled with a liquid photocurable resin composition and lowering the modeling table to lower the modeling table for one layer of liquid photocurable resin. A composition layer (modeling surface) is formed, and a light-cured resin layer (hereinafter referred to as “photocured layer”) having a predetermined pattern and thickness is formed by irradiating the modeling surface with light through each planar drawing mask under control. After forming the molding table, a liquid photocurable resin composition layer (modeling surface) for one layer is formed on the surface of the photocured layer, and each planar drawing mask is formed. The molding bath method can be employed in which the process of irradiating light under control to repeatedly laminate and form a photocured layer having a predetermined pattern and thickness is performed.

また、前記した造形操作は、例えば、気体雰囲気中に造形テーブルを配置し、その造形テーブル面に1層分の液状、ペースト状、粉末状または薄膜状の光硬化性樹脂組成物を施してそれぞれの面状描画マスクを介して制御下に光を照射して所定のパターンおよび厚みを有する光硬化層を形成した後、該光硬化層面に1層分の液状、ペースト状、粉末状または薄膜状の光硬化性樹脂組成物を施してそれぞれの面状描画マスクを介して制御下に光を照射して所定のパターンおよび厚みを有する光硬化層を一体に積層形成する工程を繰り返して行う方法を採用して行うこともできる。この方法による場合は、造形テーブルまたは光硬化層を上向きにしておき、その上面に光硬化性樹脂組成物を施し、それぞれの面状描画マスクを介して光照射して光硬化層を順次積層形成してゆく方式を採用してもよいし、造形テーブルまたは光硬化層を垂直または斜めに配置しておいて造形テーブル面または光硬化層面上に光硬化性樹脂層を施し、それぞれの面状描画マスクを介して光照射して光硬化層を順次積層形成してゆく方式を採用してもよいし、或いは造形テーブルまたは光硬化層を下向きに配置しておいて造形テーブル面または光硬化層面に光硬化性樹脂組成物を施してそれぞれの面状描画マスクを介して光照射して順次下方に光硬化層を積層形成してゆく方式を採用してもよい。造形テーブル面または光硬化層面に光硬化性樹脂組成物を施すに当たっては、例えば、ブレード塗装、流延塗装、ローラー塗装、転写塗装、ハケ塗り、スプレー塗装などの適当な方法を採用することができる。   In addition, the above-described modeling operation is performed by, for example, arranging a modeling table in a gas atmosphere and applying a liquid, paste, powder, or thin film photocurable resin composition for one layer on the modeling table surface, respectively. After forming a photocured layer having a predetermined pattern and thickness by irradiating light through a planar drawing mask, a liquid, paste, powder or thin film for one layer is formed on the photocured layer surface. A method of repeatedly applying a photocurable resin composition and irradiating light under control through respective planar drawing masks to integrally form a photocured layer having a predetermined pattern and thickness. It can also be adopted. When using this method, the modeling table or photocuring layer is left facing upward, the photocurable resin composition is applied to the top surface, and light is irradiated through each planar drawing mask to sequentially form the photocuring layer. It is possible to adopt a method that does this, or place a modeling table or photocuring layer vertically or diagonally, apply a photocurable resin layer on the modeling table surface or photocuring layer surface, and draw each planar shape You may adopt the method of irradiating light through a mask and sequentially laminating and forming a photocuring layer, or placing a modeling table or a photocuring layer downwards on the modeling table surface or the photocuring layer surface. You may employ | adopt the system which gives a photocurable resin composition, irradiates light through each planar drawing mask, and laminates | stacks and forms a photocuring layer below one by one. In applying the photocurable resin composition to the modeling table surface or the photocured layer surface, for example, an appropriate method such as blade coating, cast coating, roller coating, transfer coating, brush coating, spray coating, or the like can be employed. .

したがって、本発明の光学的立体造形装置において、前記した(I)の手段(載置台上または光硬化した樹脂層上に1層分の光硬化性樹脂組成物を順次供給して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面を順次形成するための手段)は、載置台上または光硬化した樹脂層上に、液状、ペースト状、粉末状または薄膜状の光硬化性樹脂組成物を、載置台の下降、ブレード塗装、流延塗装、ローラー塗装、転写塗装、ハケ塗り、スプレー塗装などの適当な方法により1層分ずつ順次形成できる手段であればいずれでもよい。   Accordingly, in the optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention, the above-mentioned means (I) (one-layer photocurable resin composition is sequentially supplied onto the mounting table or the photocured resin layer to form a photocurable resin. The means for sequentially forming a modeling surface made of the composition) is a liquid, paste-like, powdery or thin-film photocurable resin composition on the mounting table or photocured resin layer. Any means can be used as long as it can sequentially form one layer at a time by an appropriate method such as descending, blade coating, cast coating, roller coating, transfer coating, brush coating, spray coating or the like.

本発明の光学的立体造形装置は、光発射手段および面状描画マスクを少なくとも備え、光発射手段から発射された光を、面状描画マスクを介して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に面状描画マスクのマスク画像に対応した所定の形状パターンで照射するための光学装置系の複数組を有する。
本発明の光学的立体造形装置を構成する複数組の光学装置系の各光学装置系としては、光源などの光発射手段と面状描画マスクを少なくとも備えていて、光発射手段から発射された光を面状描画マスクを介して面状描画マスクのマスク画像に対応した形状パターンで光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に良好に照射できる光学装置系であればいずれでもよい。
本発明の光学的立体造形装置では、造形精度の向上、造形速度の向上、装置の軽量化、保守性の向上、装置コストのダウンなどの目的で、面状描画マスクの上流(背部側)に配置する光源などの光発射手段の種類、形状、数、面状描画マスクの形状やサイズなどに応じて、各光学装置系に、光発射手段からの光を面状描画マスクに良好に導くための手段(例えばロッドレンズ、結像レンズ、反射鏡、集光レンズやフレネルレンズなど)、また面状描画マスクによって形成されたマスク画像(面状描画マスクを通った光画像)を光硬化性樹脂組成物の表面の所定位置に高造形精度で照射させるための手段(例えば投影レンズ、プロジェクタレンズなど)などの光学部材を配置することが好ましい。各光学装置系では、光造形時に、面状描画マスクの移動と同期させて前記した各光学部材を一体に移動するようにしておく。
The optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention comprises at least a light emitting means and a planar drawing mask, and the light emitted from the light emitting means is applied to a modeling surface made of a photocurable resin composition via the planar drawing mask. A plurality of sets of optical device systems for irradiating with a predetermined shape pattern corresponding to the mask image of the planar drawing mask are provided.
Each optical device system of the plurality of sets of optical device systems constituting the optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention includes at least light emitting means such as a light source and a planar drawing mask, and light emitted from the light emitting means. As long as the optical device system can satisfactorily irradiate the modeling surface made of the photocurable resin composition with a shape pattern corresponding to the mask image of the planar drawing mask through the planar drawing mask.
In the optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention, in the upstream (back side) of the planar drawing mask for the purpose of improving modeling accuracy, improving modeling speed, reducing the weight of the apparatus, improving maintainability, and reducing the cost of the apparatus. Depending on the type, shape, number, and shape and size of the planar drawing mask of the light emitting means such as the light source to be arranged, in order to guide the light from the light emitting means to the planar drawing mask satisfactorily to each optical device system (For example, a rod lens, an imaging lens, a reflecting mirror, a condensing lens, a Fresnel lens, etc.), and a mask image (light image that has passed through the planar drawing mask) formed by a planar drawing mask. It is preferable to arrange an optical member such as means (for example, a projection lens, a projector lens, etc.) for irradiating a predetermined position on the surface of the composition with high modeling accuracy. In each optical apparatus system, the above-described optical members are moved together in synchronism with the movement of the planar drawing mask during stereolithography.

各光学装置系に設ける光源などの光発射手段の種類は特に制限されず、光学的立体造形で使用され得る光発射手段であればいずれでもよく、例えば、キセノンランプ、メタルハライドランプ、水銀灯、蛍光灯、ハロゲンランプ、白熱ランプ、Arレーザー、He−Cdレーザー、LDレーザー(半導体励起固体レーザー)、LEDなどを挙げることができる。特に、本発明の光学的立体造形装置では、光学的立体造形で従来用いられてきたレーザー光装置のような高価な光源を使用せずに、キセノンランプ、メタルハライドランプ、水銀灯、蛍光灯、ハロゲンランプ、白熱ランプなどのような安価な汎用の光源を使用することができ、それによって光学的立体造形装置を低コスト化がすることができる。
複数組の光学装置系における各面状描画マスクに対して、同じ種類の光発射手段を用いてもよいし、場合によっては種類の異なる光発射手段を用いてもよい。
The type of light emitting means such as a light source provided in each optical device system is not particularly limited and may be any light emitting means that can be used in optical three-dimensional modeling. For example, a xenon lamp, a metal halide lamp, a mercury lamp, a fluorescent lamp And halogen lamps, incandescent lamps, Ar lasers, He—Cd lasers, LD lasers (semiconductor-excited solid state lasers), LEDs, and the like. In particular, in the optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention, an xenon lamp, a metal halide lamp, a mercury lamp, a fluorescent lamp, and a halogen lamp are used without using an expensive light source such as a laser beam apparatus conventionally used in optical three-dimensional modeling. An inexpensive general-purpose light source such as an incandescent lamp can be used, thereby reducing the cost of the optical three-dimensional modeling apparatus.
The same type of light emitting means may be used for each planar drawing mask in a plurality of sets of optical device systems, or different types of light emitting means may be used in some cases.

各光学装置系における光源の形状、大きさ、数は特に制限されず、面状描画マスクの形状や寸法、形成しようとする光硬化断面形状パターンの形状やサイズなどに応じて適宜選択することができる。光源などの光発射手段は、例えば、点状、球状、棒状、面状であってもよいし、また点状や球状の光源を面状描画マスクの背部側に直接状に一列または複数列で配置してもよい。
また、光源などの光発射手段は、面状描画マスクの上流(背部側)に面状描画マスクと共に移動可能に設けてもよいし、または造形精度の向上、造形速度の向上、装置の軽量化、保守性の向上などの目的で、光源を固定位置に動かないように設けると共に光源からの光を光ファイバー、ライトガイドやその他の光伝達手段を通して面状描画マスクの背部に導き、光ファイバーやライトガイドやその他の光伝達手段を面状描画マスクと共に移動可能に設けてもよい。
また、造形速度の向上のために複数の光源を用いて集光し光エネルギーを高くさせる方式を採ってもよい。特に光ファイバーやライトガイドなどを使用する場合は複数光源を集光させ易いというメリットがある。
The shape, size, and number of light sources in each optical device system are not particularly limited, and may be appropriately selected according to the shape and size of the planar drawing mask, the shape and size of the photocuring cross-sectional shape pattern to be formed, and the like. it can. The light emitting means such as the light source may be, for example, a dot shape, a spherical shape, a rod shape, or a plane shape, and the dot shape or the spherical light source is directly or directly arranged on the back side of the planar drawing mask. You may arrange.
Further, the light emitting means such as a light source may be provided so as to be movable together with the planar drawing mask upstream (back side) of the planar drawing mask, or the modeling accuracy is improved, the modeling speed is improved, and the apparatus is reduced in weight. For the purpose of improving maintainability, the light source is provided so as not to move to a fixed position, and the light from the light source is guided to the back of the planar drawing mask through an optical fiber, a light guide or other light transmission means, and the optical fiber or the light guide. And other light transmission means may be provided so as to be movable together with the planar drawing mask.
Moreover, you may employ | adopt the system which condenses and raises light energy using a some light source for the improvement of modeling speed. In particular, when an optical fiber or a light guide is used, there is an advantage that a plurality of light sources can be easily condensed.

複数組の光学装置系における各面状描画マスクとしては、微小ドットエリアでの遮光および透光が可能な複数の微小光シャッターを面状に配置した面状描画マスクを用いることが好ましい。そのような面状描画マスクの具体例としては、液晶シャッターまたはデジタルマイクロミラーシャッターを挙げることができる。複数組の光学装置系における各面状描画マスクとして好ましく用いられる液晶シャッターやデジタルマイクロミラーシャッターは、連続的(動画的)な画像形成が可能な手段として、他の分野(例えばテレビジョン、パソコン、プロジェクター、カーナビ、携帯電話など)において既に用いられているので、液晶シャッターやデシタルマイクロミラーシャッターを面状描画マスクとして使用した場合には、面状描画マスクのマスク画像を光学装置系の連続移動と連動されてテレビジョンや映画などにおけるように動画的に連続的に変化させながら光造形を行うことができる。   As each planar drawing mask in a plurality of sets of optical device systems, it is preferable to use a planar drawing mask in which a plurality of minute light shutters capable of shielding and transmitting light in minute dot areas are arranged in a planar shape. Specific examples of such a planar drawing mask include a liquid crystal shutter or a digital micromirror shutter. Liquid crystal shutters and digital micromirror shutters, which are preferably used as planar drawing masks in a plurality of sets of optical device systems, can be used in other fields (for example, televisions, personal computers, Already used in projectors, car navigation systems, mobile phones, etc.) When a liquid crystal shutter or a digital micromirror shutter is used as a planar drawing mask, the mask image of the planar drawing mask is used as a continuous movement of the optical system. In conjunction with this, it is possible to perform stereolithography while continuously changing in a moving manner as in television and movies.

面状描画マスクの形状や寸法は特に制限されず、製造しようとする光造形物の形状や寸法(特に断面形状やその寸法)などに応じて適当な形状や寸法のものを採用することができるが、本発明の光学的立体造形装置で好ましく用いられる上記した液晶シャッターやデシタルマイクロミラーシャッターなどからなる面状描画マスクは、微小ドットエリアでの遮光および透光が可能な複数の微小光シャッターを面状(X−Y方向)に並列配置した方形形状(正方形または長方形)で一般に製作・販売されているので、本発明では方形(正方形または長方形)の面状描画マスクが好ましく採用される。面状描画マスクに配置されている微小光シャッター(画素子)の数は特に制限されず、従来から知られているものなどを使用することができる。液晶シャッター(液晶表示素子)としては、例えば、QVGA(画素数=320ドット×240ドット)、VGA(画素数=640×480ドット)、SVGA(画素数=800×600ドット)、UXGA(画素数=1024×768ドット)、QSXGA(画素数=2560×2648ドット)などを用いることができ、これらの液晶シャッターは従来から広く販売されている。
また、デジタルマイクロミラーシャッターとしては、例えば、テキサスインスツルメンツ社製の「DLPテクノロジー」(登録商標)のDMD(登録商標)デバイスなどを使用することができる。
The shape and dimensions of the planar drawing mask are not particularly limited, and those having an appropriate shape and dimensions can be adopted according to the shape and dimensions (particularly the cross-sectional shape and dimensions thereof) of the optically shaped object to be manufactured. However, the planar drawing mask made up of the liquid crystal shutter or the digital micromirror shutter preferably used in the optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention has a plurality of micro light shutters capable of shielding and transmitting light in a micro dot area. Since it is generally manufactured and sold in a rectangular shape (square or rectangular) arranged in parallel in a planar shape (XY direction), a rectangular (square or rectangular) planar drawing mask is preferably employed in the present invention. The number of minute light shutters (image elements) arranged on the planar drawing mask is not particularly limited, and conventionally known ones can be used. As a liquid crystal shutter (liquid crystal display element), for example, QVGA (number of pixels = 320 dots × 240 dots), VGA (number of pixels = 640 × 480 dots), SVGA (number of pixels = 800 × 600 dots), UXGA (number of pixels) = 1024 × 768 dots), QSXGA (number of pixels = 2560 × 2648 dots), and the like, and these liquid crystal shutters have been widely sold.
As the digital micromirror shutter, for example, a DMD (registered trademark) device of “DLP Technology” (registered trademark) manufactured by Texas Instruments Inc. can be used.

本発明の光学的立体造形装置は、複数組の光学装置系における各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に照射される各光形状パターン同士をその端部または端部近傍で互いに密接させるかまたはオーバーラップさせて全体で1つの連続した光形状パターンを形成させながら光造形を行うように設計されているので、従来から広く販売されている比較的安価な上記した種々の液晶シャッターやデジタルマイクロミラーシャッターなどを面状描画マスクとしてそのまま使用することができ、それによって大型で寸法精度に優れる高品質の立体造形物をも短い造形時間で生産性よく製造することができる。
具体的には、前記で例示した液晶シャッターを用いて、光硬化性樹脂組成物よりなる造形面での1画素ピッチ(隣り合う画素間の距離)が0.1mm(光造形に必要とされる造形精度)になるようにして、液晶シャッターを停止させた状態で光照射を行う従来技術による場合には、その露光面サイズはQVGAで32mm×24mm、VGAで64mm×48mm、SVGAで80mm×60mm、UXGAで102.4mm×76.8mm、QSXGAで256mm×264.8mmであり、露光面(断面形状パターン)の一辺のサイズが300mmを超えるような大型の立体造形物の製造は困難であった。それに対して本発明の光学的立体造形装置を用いる場合は、複数組の光学装置系の各光学装置系ごとに前記した従来市販の液晶シャッターなどを面状描画マスクとして配置し、各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に形成される各光形状パターン(全体では複数の光形状パターン)が互いに連接して全体で1つの連続した大きな光形状パターンとなる配置形態を維持しながら光学装置系を移動させて光造形を行うので、一辺のサイズが300mmを超えるような大型の立体造形物をも、高い造形精度で、しかも速い造形速度で、簡単に、生産性良く製造することができる。
ここで、本明細書における「面状描画マスクの全面透光時」とは、面状描画マスクが全面で開いていて光の遮断部分がない状態を意味し、例えば面状描画マスクが方形である場合は面状描画マスクのマスク画像は面状描画マスクと同じ方形をなす。
本発明の光学的立体造形装置では、複数組の光学装置系に設ける面状描画マスクは、互いに種類、サイズ、ドット数などが同じあってもよいし又は互いに異なっていてもよい。
The optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention irradiates a modeling surface made of a photocurable resin composition through each planar drawing mask when the entire surface of each planar drawing mask in a plurality of sets of optical device systems is transparent. Since it is designed to perform optical modeling while forming one continuous light shape pattern as a whole by closely contacting or overlapping the light shape patterns at or near their ends, The various inexpensive liquid crystal shutters and digital micromirror shutters that are sold on the market can be used as they are as planar drawing masks, and as a result, high-quality three-dimensional objects that are large and have excellent dimensional accuracy are also short. It can be manufactured with good productivity in modeling time.
Specifically, using the liquid crystal shutter exemplified above, one pixel pitch (distance between adjacent pixels) on the modeling surface made of the photocurable resin composition is 0.1 mm (required for optical modeling). In the case of the conventional technique in which light irradiation is performed with the liquid crystal shutter stopped, the exposure surface size is 32 mm × 24 mm for QVGA, 64 mm × 48 mm for VGA, and 80 mm × 60 mm for SVGA. , UXGA 102.4 mm x 76.8 mm, QSXGA 256 mm x 264.8 mm, and it was difficult to produce a large three-dimensional modeled object in which the size of one side of the exposed surface (cross-sectional shape pattern) exceeded 300 mm . On the other hand, when the optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention is used, the above-described conventional commercially available liquid crystal shutter is arranged as a planar drawing mask for each optical device system of a plurality of sets of optical device systems, and each planar drawing is performed. Each light shape pattern (a plurality of light shape patterns as a whole) formed on the modeling surface via each surface drawing mask when the entire surface of the mask is transparent is connected to each other to form one continuous large light shape pattern. Since optical modeling is performed by moving the optical device system while maintaining the arrangement form, even a large three-dimensional model having a side size exceeding 300 mm can be easily obtained with high modeling accuracy and at a high modeling speed. It can be manufactured with high productivity.
Here, “when the planar drawing mask is fully transparent” means that the planar drawing mask is open on the entire surface and has no light blocking portion. For example, the planar drawing mask is square. In some cases, the mask image of the planar drawing mask has the same square shape as the planar drawing mask.
In the optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention, the planar drawing masks provided in a plurality of sets of optical apparatus systems may have the same type, size, number of dots, or the like, or may be different from each other.

複数組の光学装置系における各面状描画マスクとして液晶式面状描画マスクを用いた場合は、形成しようとする所定の断面形状と光学装置系の移動、ひいては液晶面状描画マスクの移動に対応させてコンピューターなどに予め記憶させた情報に応じて、液晶面状描画マスクに配置された複数の微小な液晶シャッターのうち、光を通過させるべき箇所に位置する液晶シャッターは光を通過させるように開き、一方光を遮蔽させるべき箇所に位置する液晶シャッターは閉じて光の通過を阻止し、そのような操作を、所定の断面形状を有する光硬化した樹脂層が形成されるまで連続的(動画的)に繰り返すように設計することができる。
また、光学装置系における面状描画マスクとしてDMD式面状描画マスクを用いた場合は、形成しようとする所定の断面形状とDMD式面状描画マスクの連続移動に対応させてコンピューターなどに予め記憶させた情報に応じて、面状に配置された複数の微小なミラーシャッターのうち特定のミラーシャッターは光が投影レンズおよび透光面の方向に反射される(導かれる)方向に向き、一方光を遮蔽させるべき箇所に位置するミラーシャッターは光が投影レンズおよび造形面の方向に反射されない(導かれない)方向に向き、そのような操作を、所定の断面形状を有する光硬化した樹脂層が形成されるまで連続的(動画的)に繰り返すように設計することができる。
When a liquid crystal planar drawing mask is used as each planar drawing mask in multiple sets of optical device systems, it corresponds to the predetermined cross-sectional shape to be formed and the movement of the optical device system, and consequently the movement of the liquid crystal planar drawing mask. Depending on the information stored in advance in the computer, etc., the liquid crystal shutter located at the position where the light should pass through among the plurality of minute liquid crystal shutters arranged on the liquid crystal surface drawing mask should pass the light. The liquid crystal shutter, which is opened and closed at the place where light should be shielded, is closed to prevent the passage of light, and such operation is continued until a photocured resin layer having a predetermined cross-sectional shape is formed (video Can be designed to repeat.
In addition, when a DMD type surface drawing mask is used as a surface drawing mask in the optical apparatus system, it is stored in advance in a computer or the like in correspondence with the predetermined cross-sectional shape to be formed and the continuous movement of the DMD type surface drawing mask. Depending on the information, a specific mirror shutter among a plurality of minute mirror shutters arranged in a plane is directed in a direction in which light is reflected (guided) in the direction of the projection lens and the light-transmitting surface, and one-sided light The mirror shutter located at a position where the light should be shielded is directed in a direction in which light is not reflected (not guided) in the direction of the projection lens and the modeling surface, and such a manipulation is performed by a photocured resin layer having a predetermined cross-sectional shape. It can be designed to repeat continuously (animated) until it is formed.

限定されるものではないが、本発明の光学的立体造形装置を構成する各光学装置系の要部を図により示すと、例えば図1に示すような光学装置系を挙げることができる。
図1において、1は光源、2はロッドレンズ、3は凸レンズ、4は反射鏡、5は集光レンズまたはフレネルレンズ、6は面状描画マスク、7は投影レンズ、8は光硬化性樹脂組成物よりなる造形面を示す。
光源1から発射された光は、ロッドレンズ2、凸レンズ5および反射鏡4を経た後に、集光レンズまたはフレネルレンズ5を用いて面状描画マスク6にその全面をカバーするようにして照射される。
なお、図1では、光源1から発射された光をロッドレンズ2および凸レンズ3を経て反射鏡4に導くようにしているが、場合によってはロッドレンズ2、凸レンズ3、反射鏡4などを設けずに、光源1を集光レンズまたはフレネルレンズ5の背面側に直接配置して光源1からの光を集光レンズまたはフレネルレンズ5に直接導くようにしてもよい。また、光源1を集光レンズまたはフレネルレンズ5とは離れた場所に配置しておいて光源1からの光を光ファイバーやライトガイドなどの光伝達手段を介して集光レンズまたはフレネルレンズ5に直接導くようにしてもよい。
Although not limited, when the principal part of each optical apparatus system which comprises the optical three-dimensional model | molding apparatus of this invention is shown with a figure, an optical apparatus system as shown, for example in FIG. 1 can be mentioned.
In FIG. 1, 1 is a light source, 2 is a rod lens, 3 is a convex lens, 4 is a reflecting mirror, 5 is a condensing lens or Fresnel lens, 6 is a planar drawing mask, 7 is a projection lens, and 8 is a photocurable resin composition. The modeling surface which consists of a thing is shown.
The light emitted from the light source 1 passes through the rod lens 2, the convex lens 5, and the reflecting mirror 4, and then is irradiated so as to cover the entire surface of the planar drawing mask 6 using the condensing lens or the Fresnel lens 5. .
In FIG. 1, the light emitted from the light source 1 is guided to the reflecting mirror 4 through the rod lens 2 and the convex lens 3, but the rod lens 2, the convex lens 3, the reflecting mirror 4 and the like are not provided in some cases. Alternatively, the light source 1 may be arranged directly on the back side of the condenser lens or Fresnel lens 5 so that the light from the light source 1 is directly guided to the condenser lens or Fresnel lens 5. In addition, the light source 1 is disposed at a location away from the condenser lens or the Fresnel lens 5, and the light from the light source 1 is directly applied to the condenser lens or the Fresnel lens 5 through a light transmission means such as an optical fiber or a light guide. You may make it guide.

本発明の光学的立体造形装置は、上記光学装置系の複数組を有すると共に、更に、
・該複数組の光学装置系における各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に照射される各光形状パターン同士を各光形状パターンの端部または端部近傍で互いに密接させるかまたはオーバーラップさせて光硬化性樹脂組成物よりなる造形面において全体で1つの連続した光形状パターンを形成するための連続パターン化手段;および、
・複数組の光学装置系の配置形態を、前記した連続パターン化手段によって前記した全体で1つの連続した光形状パターンを造形面に形成させ得る配置形態に維持しながら、複数組の光学装置系を一緒に移動させるための手段[以下これを単に「移動手段」ということがある];
を有する。
The optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention has a plurality of sets of the above optical apparatus system, and further,
・ Each light shape pattern irradiated to the modeling surface through each planar drawing mask when the entire surface of each planar drawing mask in the plurality of sets of optical devices is transparent is the end of each light shape pattern or the vicinity of the end. A continuous patterning means for forming one continuous light shape pattern on the modeling surface made of the photocurable resin composition in close contact with each other or overlapping each other; and
A plurality of sets of optical apparatus systems while maintaining the arrangement form of a plurality of sets of optical apparatus systems in an arrangement form in which one continuous light shape pattern can be formed on the modeling surface as a whole by the continuous patterning means described above. Means for moving them together [hereinafter, this may be simply referred to as “moving means”];
Have

複数組の光学装置系における各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に照射される各光形状パターン同士を、連続パターン化手段によって、各光形状パターンの端部または端部近傍で互いに密接させるかまたはオーバーラップさせて光硬化性樹脂組成物よりなる造形面において全体で1つの連続した光形状パターンを形成する点について、複数組の光学装置系における各面状描画マスクが長方形の面状描画マスクであって、該長方形の面状描画マスクの全面透光時の光形状パターンが長方形である場合を例に挙げて図2〜図4を参照して以下に説明する。   Each light shape pattern irradiated on the modeling surface through each surface drawing mask when the entire surface of each surface drawing mask is transmitted through the plurality of sets of optical device systems is continuously edged by the continuous patterning means. Each surface in a plurality of sets of optical device systems in that a single continuous light shape pattern is formed on a modeling surface made of a photocurable resin composition by being in close contact with each other or overlapping each other in the vicinity of a portion or an end portion With reference to FIG. 2 to FIG. 4, an example in which the shape drawing mask is a rectangular planar drawing mask, and the light shape pattern of the rectangular planar drawing mask when light is transmitted through the entire surface is rectangular. Explained.

図2〜図4は、光学的立体造形装置が3組の光学装置系を有し、各光学装置系が同じサイズを有する長方形の面状描画マスク(図2〜図4では省略)を1個ずつ備え、各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に、3つの方形の形状パターンA,B,Cの光(以下「光形状パターンA」、「光形状パターンB」、「光形状パターンC」ということがある)が照射された場合を模式的に示した図(平面図)である。   2 to 4, the optical three-dimensional modeling apparatus has three sets of optical device systems, and each optical device system has one rectangular planar drawing mask (omitted in FIGS. 2 to 4) having the same size. The light of three rectangular shape patterns A, B, and C (hereinafter referred to as “light”) is formed on the modeling surface made of the photocurable resin composition through each of the planar drawing masks when the entire surface of each planar drawing mask is transparent. FIG. 6 is a diagram (plan view) schematically showing a case where a shape pattern A ”, a“ light shape pattern B ”, and a“ light shape pattern C ”may be irradiated.

図2は、隣り合う2つの方形の光形状パターンAおよびBにおいて、一方の光形状パターンAの対角線上の一方の端部a2ともう一方の光形状パターンBの対角線上の一方の端部b1とが光形状パターンAおよびBの対角配置状態(光形状パターンAと光形状パターンBの直角の角隅部が互いに対向した配置状態)で互いに点状に密接またはオーバーラップして位置し、さらに隣り合う2つの光形状パターンBおよびCにおいて、一方の光形状パターンBの対角線上の一方の端部b2ともう一方の光形状パターンCの対角線上の一方の端部c1とが光形状パターンBおよびCの対角配置状態(光形状パターンBと光形状パターンCの直角の角隅部が互いに対向した配置状態)で互いに点状に密接またはオーバーラップして位置し、各面状描画マスクの全面透光時に3つの方形の光形状パターンA,BおよびCの全体で1つの連続した千鳥状の光形状パターンを造形面に形成するように配置させた場合の例を示したものである。 FIG. 2 shows that in one of two adjacent rectangular light shape patterns A and B, one end portion a 2 on the diagonal line of one light shape pattern A and one end portion on the diagonal line of the other light shape pattern B are shown. b 1 is located in the form of a diagonal arrangement of the light shape patterns A and B (positions where the right-angled corners of the light shape pattern A and the light shape pattern B face each other) closely or overlap each other in a dotted manner Further, in two adjacent light shape patterns B and C, one end b 2 on the diagonal of one light shape pattern B and one end c 1 on the diagonal of the other light shape pattern C Are located close to each other in a dot-like manner in the diagonal arrangement state of the light shape patterns B and C (the arrangement state in which the right-angle corners of the light shape pattern B and the light shape pattern C face each other), Planar drawing mask This shows an example in which one continuous staggered light shape pattern is arranged so as to be formed on the modeling surface in the whole of the three rectangular light shape patterns A, B and C when the entire surface is transparent. is there.

3個の面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に照射される3つの方形の光形状パターンA、BおよびCが図2に示した配置形態を維持するようにしながら、3組の光学装置系を互いに位置ずれが生じないようにして一緒(一体)に移動させながら、3組の光学装置系の各面状描画マスク(3個の面状描画マスク)のそれぞれを介して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に形成しようとする断面形状パターンに対応した所定の形状パターンの光を照射して、造形面に所定の断面形状パターンの光硬化層を形成させる。その際に、3組の光学装置系、ひいては3組の光学装置系における各面状描画マスクは、それらの全面透光時における3つの長方形の光形状パターンA、B、Cの配置形態が図2に示す形態をなすように互いの位置関係を維持しつつ、3組の光学装置系の各面状描画マスクのマスク画像は、造形面に形成しようとする光硬化層の断面形状パターンに対応して変化しながら造形操作が行われる。そのため、立体造形物を製造するための実際の造形操作時には3組の光学装置系の各面状描画マスクを介して造形面に照射される光形状パターンは、互いに連続しているとは限らず離れていることもある。   The three rectangular light shape patterns A, B, and C irradiated on the modeling surface through the respective planar drawing masks when the entire surface of the three planar drawing masks is transmitted so as to maintain the arrangement form shown in FIG. On the other hand, the three sets of optical device systems are moved together (integrally) so as not to be displaced from each other, and each of the plane drawing masks (three plane drawing masks) of the three sets of optical device systems is moved. Irradiate light of a predetermined shape pattern corresponding to the cross-sectional shape pattern to be formed on the modeling surface made of the photocurable resin composition via each, and form a photo-curing layer of the predetermined cross-sectional shape pattern on the modeling surface Let At that time, each of the planar drawing masks in the three sets of optical device systems, and thus in the three sets of optical device systems, shows the arrangement of the three rectangular light shape patterns A, B, and C when the entire surface is transparent. The mask image of each planar drawing mask of the three sets of optical device systems corresponds to the cross-sectional shape pattern of the photocured layer to be formed on the modeling surface while maintaining the positional relationship so as to form the configuration shown in FIG. The modeling operation is performed while changing. Therefore, the optical shape patterns irradiated on the modeling surface through the respective planar drawing masks of the three sets of optical device systems during the actual modeling operation for manufacturing the three-dimensional modeled object are not always continuous with each other. May be separated.

図2の配置形態では、3つの光形状パターンA、B、Cが図2の配置形態を維持しながら図2のX方向に移動するようにして3組の光学装置系を一緒に移動させるときにはその造形寸法Wxが1個の面状描画マスクにより形成される長方形の光形状パターンの縦寸法の3倍(L1×3)になる。また、3つの光形状パターンA、B、Cが図2の配置形態を維持しながら図2のY方向に移動するようにして3組の光学装置系を一緒に移動させるときにはその造形寸法Wyが1個の面状描画マスクにより形成される長方形の光形状パターンの横寸法の3倍(L2×3)になる。また、3つの光形状パターンA、B、Cが図2の配置形態を維持しながら図2のS方向に移動するようにして3組の光学装置系を一緒に移動させるときにはその造形寸法Wsが1個の面状描画マスクにより形成される長方形の光形状パターンの対角線寸法の3倍(L3×3)になる。それによって、光学装置系を移動させながら造形を行う際の造形領域が、1組の光学装置系における1個の面状描画マスクを用いて造形を行う場合に比べて格段に広くなり、造形時間を大幅に短縮することができる。 In the arrangement form of FIG. 2, when the three optical device systems are moved together so that the three light shape patterns A, B, and C move in the X direction of FIG. 2 while maintaining the arrangement form of FIG. The modeling dimension Wx is three times (L 1 × 3) the vertical dimension of the rectangular optical shape pattern formed by one planar drawing mask. When the three optical device systems are moved together so that the three light shape patterns A, B, and C move in the Y direction of FIG. 2 while maintaining the arrangement form of FIG. This is three times (L 2 × 3) the horizontal dimension of the rectangular optical shape pattern formed by one planar drawing mask. When the three optical device systems are moved together so that the three light shape patterns A, B, and C move in the S direction in FIG. 2 while maintaining the arrangement form of FIG. This is three times the diagonal dimension (L 3 × 3) of the rectangular optical shape pattern formed by one planar drawing mask. As a result, the modeling area when performing modeling while moving the optical device system is much wider than when modeling using one planar drawing mask in one set of optical device system, and the modeling time is increased. Can be greatly shortened.

図3および図4は、隣り合う2つの長方形の光形状パターンAおよびBにおいて、一方の光形状パターンAの1つの辺a4ともう一方の光形状パターンBの1つの辺b3とが光形状パターンA,Bの直列配置状態で互いに線状に密接するかまたはオーバーラップして(重なって)位置し、また隣り合う2つの方形の光形状パターンBおよびCにおいて、一方の光形状パターンBの1つの辺b4ともう一方の光形状パターンCの1つの辺c3とが光形状パターンB,Cの直列配置状態で互いに線状に密接するかまたはオーバーラップして(重なって)位置し、3つの長方形の光形状パターンA,BおよびCの全体で1つの連続した光形状パターン(1つの大きな長方形状の光形状パターン)を造形面に形成するように配置させた場合の例を示したものである。 3 and 4 show that, in two adjacent rectangular light shape patterns A and B, one side a 4 of one light shape pattern A and one side b 3 of the other light shape pattern B are light. In the state in which the shape patterns A and B are arranged in series, they are close to each other in a linear manner or overlapped (overlapped) with each other, and in the two adjacent rectangular light shape patterns B and C, one light shape pattern B The one side b 4 of the light source and the one side c 3 of the other light shape pattern C are close to each other in a linear arrangement or overlap (overlapping) with the light shape patterns B and C arranged in series. And an example in which one continuous light shape pattern (one large rectangular light shape pattern) is arranged on the modeling surface in the whole of the three rectangular light shape patterns A, B, and C. Indicated Than is.

3組の光学装置系における各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に照射される3つの長方形の光形状パターンA、BおよびCが図3または図4に示した配置形態を維持するようにしながら、3組の光学装置系、ひいては各面状描画マスクを一緒(一体)にして移動させながら、各面状描画マスク(3個の面状描画マスク)のそれぞれを介して造形面に所定の形状パターンの光を照射して、造形面に所定の断面形状パターンの光硬化層を形成させる。その際に、3組の光学装置系における各面状描画マスクの全面透光時における3つの長方形の光形状パターンA、B、Cの配置形態が図3または図4に示す形態をなすように互いの位置関係を維持しつつ、各面状描画マスクのマスク画像は、造形面に形成しようとする光硬化層の断面形状パターンに対応して変化しながら造形操作が行われる。そのため、この場合にも、立体造形物を製造するための実際の造形操作時には、3組の光学装置系の各面状描画マスクを介して造形面に照射される光形状パターンは、互いに連続しているとは限らず、離れていることもある。   3 or 4 shows three rectangular light shape patterns A, B, and C that are irradiated on the modeling surface through the respective surface drawing masks when the entire surface of each surface drawing mask in the three sets of optical device systems transmits light. While maintaining the arrangement shown in the drawing, each of the three optical drawing masks (three planar drawing masks) is moved while moving the three sets of optical device systems and eventually each of the planar drawing masks together (integrated). By irradiating the modeling surface with light of a predetermined shape pattern through each of them, a photocured layer having a predetermined cross-sectional shape pattern is formed on the modeling surface. At that time, the arrangement form of the three rectangular light shape patterns A, B, and C when the entire surface of each of the planar drawing masks in the three sets of optical device systems is transparent is formed as shown in FIG. 3 or FIG. While maintaining the mutual positional relationship, the mask image of each planar drawing mask is subjected to a modeling operation while changing in accordance with the cross-sectional shape pattern of the photocured layer to be formed on the modeling surface. Therefore, also in this case, at the time of the actual modeling operation for manufacturing the three-dimensional modeled object, the optical shape patterns irradiated on the modeling surface through the respective planar drawing masks of the three sets of optical device systems are continuous with each other. Not always, but sometimes it is far away.

図3または図4の配置形態では、3つの光形状パターンA、B、Cが図3または図4の配置形態を維持しながら図3または図4のX方向に移動するようにして3組の光学装置系を一緒に移動させるときには、その造形寸法Wxが1個の面状描画マスクにより形成される長方形の光形状パターンの縦寸法(L1)の3倍(L1×3)となる。また、3つの光形状パターンA、B、Cが図3または図4の配置形態を維持しながら図3または図4のY方向に移動するようにして3組の光学装置系を一緒に移動させるときには、その造形寸法Wyは1個の面状描画マスクにより形成される長方形の光形状パターンの横寸法(L2)と同じになる。そのため、面状描画マスクの移動時の造形領域が、1個の面状描画マスクを用いて造形を行う場合に比べて大きくなり(X方向に移動したとき)、造形時間を短縮することができる。 3 or 4, the three light shape patterns A, B, and C are moved in the X direction of FIG. 3 or 4 while maintaining the arrangement of FIG. 3 or FIG. When the optical device system is moved together, the modeling dimension Wx is three times (L 1 × 3) the vertical dimension (L 1 ) of the rectangular light shape pattern formed by one planar drawing mask. Also, the three optical device systems are moved together so that the three light shape patterns A, B, and C move in the Y direction of FIG. 3 or 4 while maintaining the arrangement form of FIG. 3 or FIG. Sometimes, the modeling dimension Wy is the same as the lateral dimension (L 2 ) of the rectangular light shape pattern formed by one planar drawing mask. Therefore, the modeling area at the time of movement of the planar drawing mask becomes larger (when moved in the X direction) than when modeling using one planar drawing mask, and the modeling time can be shortened. .

図2〜図4では、3組の光学装置系における各面状描画マスクが長方形でその全面透光時に長方形の光形状パターンが形成される場合について説明したが、上記したように、面状描画マスクは長方形に限定されるものではなく、正方形であってもよいし、またはそれ以外の形状(例えば円形、ひし形、多角形など)であってもよい。
また、図2〜図4には、3組の光学装置系がそれぞれ同じ寸法の長方形の面状描画マスクを各1個ずつ備えている場合に各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して光を照射して造形面に同じ寸法を有する3つの長方形の光形状パターンが形成される場合について記載したが、図2〜図4に限定されるものではない。
本発明の光学的立体造形装置では、複数組の光学装置系における各面状描画マスクの形状および寸法がすべて同じであってもよいし、または互いに異なっていてもよい。例えば、複数組の光学装置系のうち、1つが長方形の面状描画マスクを備え、他の光学装置系は正方形の面状描画マスクを備えていてもよいし、また1つの光学装置系が長方形の面状描画マスクを備え、他の光学装置系がそれとは縦横寸法の異なる長方形の面状描画マスクを備えていてもよく、いずれの場合も複数組の光学装置系における各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に照射される光形状パターン同士が端部で互いに密接またはオーバーラップして全体で1つの連続した光形状パターンを造形面に形成するように設計することが必要である。
2 to 4, the case where each planar drawing mask in the three sets of optical device systems is rectangular and a rectangular optical shape pattern is formed when the entire surface is transparent is described. However, as described above, planar drawing is performed. The mask is not limited to a rectangle, and may be a square or other shapes (for example, a circle, a rhombus, and a polygon).
2 to 4, when each of the three sets of optical device systems has one rectangular planar drawing mask of the same size, each planar drawing mask is transparent when the entire surface is transparent. Although the case where three rectangular optical shape patterns having the same dimensions are formed on the modeling surface by irradiating light through the drawing mask has been described, it is not limited to FIGS.
In the optical three-dimensional model | molding apparatus of this invention, the shape and dimension of each planar drawing mask in a plurality of sets of optical apparatus system may all be the same, or may mutually differ. For example, one of a plurality of sets of optical device systems may include a rectangular planar drawing mask, the other optical device system may include a square planar drawing mask, or one optical device system may be rectangular. The other optical device system may be provided with a rectangular surface drawing mask having different vertical and horizontal dimensions. In either case, each of the planar drawing masks in the plurality of sets of optical device systems may be provided. Forming one continuous light shape pattern on the modeling surface as a whole by closely or overlapping the light shape patterns irradiated to the modeling surface through the respective planar drawing masks when the entire surface is transparent It is necessary to design.

また、図2〜図4では、3組の光学装置系における各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に互いに連接した3つの光形状パターンを形成させる場合について説明したが、光学装置系の数、ひいては面状描画マスクの数は3つに限定されるものではなく、2つであってもよいし、または4つ以上であってもよい。
さらに、複数組の光学装置系における各面状描画マスクを介して各面状描画マスクの全面透光時に造形面に形成される光形状パターンの配置形態は、図2に示すような直角状を保った対角配置、図3および図4に示すような直列配置であることが装置の設計の容易性、造形領域を広くできる点、画面制御の容易性などの点から好ましい。しかしながら、それに限定されるものではなく、複数組の光学装置系における各面状描画マスクを介して各面状描画マスクの全面透光時に造形面に照射される複数の光形状パターンが全体で連続した1つの光形状パターンとなるような配置形態になっている限りは、図2〜図4以外の配置形態(例えば方形の光形状パターンA、光形状パターンBおよび光形状パターンCが曲がった状態で対角線上の端部で接している場合など)になるようにして光学装置系同士の配置形態や、連続パターン化手段の種類、形状、構造などを選択することができる。
Also, in FIGS. 2 to 4, when three light shape patterns connected to the modeling surface are formed through the respective surface drawing masks when the entire surface of each of the surface drawing masks in the three optical device systems is transparent. As described above, the number of optical device systems, and thus the number of planar drawing masks, is not limited to three, but may be two or four or more.
Furthermore, the arrangement form of the optical shape pattern formed on the modeling surface when the entire surface of each planar drawing mask is transmitted through each planar drawing mask in a plurality of sets of optical device systems is a right angle as shown in FIG. A diagonal arrangement that is maintained, and a series arrangement as shown in FIGS. 3 and 4 are preferable from the standpoints of ease of device design, widening of the modeling area, ease of screen control, and the like. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of light shape patterns irradiated to the modeling surface when the entire surface of each planar drawing mask is transmitted through the respective planar drawing masks in a plurality of sets of optical device systems are continuous. As long as the arrangement form is one light shape pattern, the arrangement forms other than FIGS. 2 to 4 (for example, the rectangular light shape pattern A, the light shape pattern B, and the light shape pattern C are bent). In this case, the arrangement form of the optical device systems and the type, shape, structure, etc. of the continuous patterning means can be selected.

本発明の光学的立体造形装置を用いて、複数組の光学装置系における各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に形成される光形状パターン同士を端部または端部近傍で密接またはオーバーラップさせて全体で1つの連続した光形状パターンを形成するに当り、隣り合う光形状パターン同士が接しておらず、両者の間に間隙があると(各面状描画マスクの全面透光時に造形面に形成される複数の光形状パターン全体で1つの連続した光形状パターンが形成されていない場合)、造形時に光の照射が行われない箇所や光硬化ムラなどを生じて、高品質の光造形物が得られなくなるので注意を要する。   Using the optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention, when the entire surface of each planar drawing mask in a plurality of sets of optical apparatus systems is transparent, the optical shape patterns formed on the modeling surface via each planar drawing mask are end portions. Alternatively, when forming one continuous light shape pattern in close proximity or overlapping in the vicinity of the end portion, adjacent light shape patterns are not in contact with each other and there is a gap between them (each surface shape) (When one continuous light shape pattern is not formed in the whole of the plurality of light shape patterns formed on the modeling surface when the entire surface of the drawing mask is light-transmitted) Note that a high quality stereolithography product cannot be obtained.

本発明の光学的立体造形装置における連続パターン化手段としては、複数組の光学装置系における各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に照射される各光形状パターン同士を各光形状パターンの端部または端部近傍で互いに密接させるかまたはオーバーラップさせて光硬化性樹脂組成物よりなる造形面において全体で1つの連続した光形状パターンを形成し得る手段であればいずれも採用できる。そのうちでも、本発明では、連続パターン化手段として、面状描画マスクを介して形成された所定の形状パターンを有する光の進行方向を、前記形状パターンを維持しながら変えることのできる偏角プリズム、ミラーなどが好ましく採用される。本発明の光学的立体造形装置では、複数組の光学装置系のうち、各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に照射される光形状パターン同士を端部で密接またはオーバーラップさせて1つの連続した光形状パターンとするために面状描画マスクを通過した所定の形状パターンの光の進行方向を変える必要のある光学装置系の面状描画マスクの下流側に、偏角プリズムなどの連続パターン化光学手段を配置する。その際に、光学装置系では、面状描画マスクの下流に投影レンズを配置し、投影レンズの下流側、特に直下に偏角プリズムなどの連続パターン化光学手段を配置することが、画面調整の容易性などの点から好ましい。   As the continuous patterning means in the optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention, each light shape irradiated to the modeling surface through each planar drawing mask when the entire surface of each planar drawing mask in a plurality of sets of optical apparatus is transparent A means capable of forming one continuous light shape pattern as a whole on the modeling surface made of the photocurable resin composition by bringing the patterns into close contact with each other at or near the end of each light shape pattern. Any can be used. Among them, in the present invention, as a continuous patterning means, a declination prism that can change the traveling direction of light having a predetermined shape pattern formed through a planar drawing mask while maintaining the shape pattern, A mirror or the like is preferably employed. In the optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention, among the plurality of sets of optical apparatus systems, the optical shape patterns irradiated on the modeling surface through the respective planar drawing masks when the entire surface of each planar drawing mask is transmitted are end portions. The downstream side of the planar drawing mask of the optical device system that needs to change the traveling direction of the light of the predetermined shape pattern that has passed through the planar drawing mask in order to closely or overlap with each other to form one continuous light shape pattern In addition, continuous patterning optical means such as a declination prism is arranged. At that time, in the optical apparatus system, it is possible to arrange a projection lens downstream of the planar drawing mask and to arrange a continuous patterning optical means such as a declination prism downstream of the projection lens, particularly directly below. It is preferable in terms of ease.

連続パターン化手段として好ましく用いられる偏角プリズムとしては、図5に例示するような偏角プリズム9であって、αの角度が10゜〜80゜、βの角度がαの角度の1/2であるV型の偏角プリズムが内部反射の点から好ましく用いられる。なお、図5の(a)は偏角プリズムの全体を示した概略図であり、図5の(b)は偏角プリズムのV型端面から見た図である。また、図5の(c)は、図5の偏角プリズムに入射した光が偏角プリズム9によって屈折されて出射される様子を模式的に示し図である。図5において、αの角度が10゜〜80゜で、βの角度がαの角度の1/2である偏角プリズム、特にαの角度が30゜、35°、40°、45゜、50゜、55゜、60゜で、βの角度がαの角度の1/2である偏角プリズムは、従来から市販されており、本発明ではそのような市販の偏角プリズムを用いることができる。図5に示すような偏角プリズム9においては、角αおよび角βにおける角隅部は一般に光の屈折(光の進路の変更)に関与しないので必ずしも尖っている必要はなく、角隅部の破損防止などの観点から、図5に示すように切り欠いてあってもよいし、または丸く仕上げてあっても構わない。   A declination prism preferably used as the continuous patterning means is a declination prism 9 as illustrated in FIG. 5, wherein the angle α is 10 ° to 80 ° and the angle β is 1/2 of the angle α. The V-shaped declination prism is preferably used from the viewpoint of internal reflection. FIG. 5A is a schematic diagram showing the entire deflection prism, and FIG. 5B is a view seen from the V-shaped end face of the deflection prism. FIG. 5C is a diagram schematically showing a state in which light incident on the deflection prism of FIG. 5 is refracted and emitted by the deflection prism 9. In FIG. 5, a declination prism in which the angle α is 10 ° to 80 ° and the angle β is ½ of the angle α, particularly the angle α is 30 °, 35 °, 40 °, 45 °, 50 Declination prisms having an angle of β, 55 °, 60 ° and β being ½ of α have been commercially available in the past, and such commercially available declination prisms can be used in the present invention. . In the declination prism 9 as shown in FIG. 5, the corners at the angles α and β generally do not need to be sharp because they are not involved in light refraction (change in the light path). From the standpoint of preventing breakage, it may be cut out as shown in FIG. 5 or may be rounded.

複数組の光学装置系における各面状描画マスクの全面透光時に、3つの長方形の光形状パターンが造形面で互いに端部で密接して図2に示すような1つの連続した千鳥状の光形状パターンを造形面に形成するためには、限定されるものではないが、本発明の光学的立体造形装置を、例えば図6および図7に記載したような配置形態および構造にするとよい。なお、図6は、3組の光学装置系(A1,B1,C1)から構成される光学的立体造形装置を全体的にみた鳥瞰図であり、図7は図6の光学的立体造形装置を矢印イの方向からみた図(正面図)である。また、図6および図7に示した光学的立体造形装置は、3組の光学装置系(A1,B1,C1)におけるフレネルレンズ5a、5b、5cの上流側に、図示していないが、光源、ロッドレンズ、凸レンズ、反射鏡などの光学部材を各光学装置系ごとに備えている。   One continuous staggered light as shown in FIG. 2 in which three rectangular light shape patterns are in close contact with each other at the edge of the modeling surface when the entire surface of each planar drawing mask is transparent in a plurality of sets of optical device systems In order to form the shape pattern on the modeling surface, the optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention may be arranged and structured as shown in FIGS. 6 and 7, for example. 6 is a bird's-eye view of the entire optical three-dimensional modeling apparatus including three sets of optical device systems (A1, B1, C1), and FIG. 7 is an arrow indicating the optical three-dimensional modeling apparatus of FIG. It is the figure (front view) seen from the direction of a. The optical three-dimensional modeling apparatus shown in FIGS. 6 and 7 is not shown on the upstream side of the Fresnel lenses 5a, 5b, and 5c in the three sets of optical apparatus systems (A1, B1, and C1). Each optical device system includes optical members such as a rod lens, a convex lens, and a reflecting mirror.

図6および図7に示した光学的立体造形装置では、3組の光学装置系(A1,B1,C1)の各々は例えば図1に示すような光学装置系からなり、3組の光学装置系における各面状描画マスクは長方形の形状をなしている。光学装置系A1およびC1における投影レンズ7a,7cの直下に偏角プリズム9aおよび9cを配置してあり、光学装置系A1により形成される光形状パターンA(フレネルレンズ5a、面状描画マスク6aおよび投影レンズ7aを通過した光形状パターン)および光学装置系C1により形成される光形状パターンC(フレネルレンズ5c、面状描画マスク6cおよび投影レンズ7cを通過した光形状パターン)の各々を面状描画マスク6aまたは6cを通って形成されたのと同じ光形状パターンを保ちながら偏角プリズム9aまたは9cで屈折させて(進路を変更させて)、中央の光学装置系B1により形成される光形状パターンB(フレネルレンズ5b、面状描画マスク6bおよび投影レンズ7bを通過した光形状パターン)の両側に対角配置状態で端部で点状に密接させる。それによって、図2に示すような、3つの光形状パターン(A,B,C)が互いに対角配置状態で密接またはオーバーラップして全体で1つに連続した千鳥状の光形状パターンが造形面に照射される。   In the optical three-dimensional modeling apparatus shown in FIG. 6 and FIG. 7, each of the three sets of optical device systems (A1, B1, C1) is composed of, for example, an optical device system as shown in FIG. Each of the planar drawing masks in FIG. Deflection prisms 9a and 9c are arranged immediately below the projection lenses 7a and 7c in the optical device systems A1 and C1, and the light shape pattern A (Fresnel lens 5a, planar drawing mask 6a and the like) formed by the optical device system A1 is provided. Each of the optical shape pattern that has passed through the projection lens 7a and the optical shape pattern C that is formed by the optical device system C1 (the optical shape pattern that has passed through the Fresnel lens 5c, the planar drawing mask 6c, and the projection lens 7c) is drawn in a planar manner. A light shape pattern formed by the central optical device system B1 is refracted by the declination prism 9a or 9c (changing the path) while maintaining the same light shape pattern as that formed through the mask 6a or 6c. On both sides of B (light shape pattern that has passed through Fresnel lens 5b, planar drawing mask 6b, and projection lens 7b) It is close to point-like at the end in square arrangement. As a result, as shown in FIG. 2, three light shape patterns (A, B, and C) are closely or overlapped with each other in a diagonal arrangement state, and a staggered light shape pattern that is continuous as a whole is formed. The surface is irradiated.

複数組の光学装置系における各面状描画マスクの全面透光時に、3つの長方形の光形状パターンが造形面で互いに辺部分で密接またはオーバーラップして図3または図4に示すような1つの連続した大きな長方形の光形状パターンを造形面に形成するためには、限定されるものではないが、本発明の光学的立体造形装置を、例えば図8および図9に記載したような配置形態および構造にするとよい。なお、図8は、3組の光学装置系(A1,B1,C1)から構成される光学的立体造形装置を全体的にみた鳥瞰図であり、図9は図8の光学的立体造形装置を矢印イの方向からみた図(正面図)である。また、図8および図9に示した光学的立体造形装置は、3組の光学装置系(A1,B1,C1)におけるフレネルレンズ5a、5b、5cの上流側に、図示していないが、光源、ロッドレンズ、凸レンズ、反射鏡などの光学部材を各光学装置系ごとに備えている。   As shown in FIG. 3 or 4, three rectangular light shape patterns are closely or overlapped with each other on the side of the modeling surface when the entire surface of each of the planar drawing masks in the plurality of sets of optical device systems is transparent. In order to form a continuous large rectangular optical shape pattern on the modeling surface, the optical three-dimensional modeling apparatus according to the present invention is not limited to the arrangement form as shown in FIG. 8 and FIG. It should be structured. FIG. 8 is a bird's-eye view of the entire optical three-dimensional modeling apparatus composed of three sets of optical device systems (A1, B1, C1), and FIG. 9 shows the optical three-dimensional modeling apparatus of FIG. It is the figure (front view) seen from the direction of a. 8 and 9 is not shown on the upstream side of the Fresnel lenses 5a, 5b, and 5c in the three sets of optical device systems (A1, B1, and C1). Each optical device system includes optical members such as a rod lens, a convex lens, and a reflecting mirror.

図8および図9に示した光学的立体造形装置では、3組の光学装置系(A1,B1,C1)の各々は例えば図1に示すような光学装置系からなり、3組の光学装置系における各面状描画マスクは長方形の形状をなしている。光学装置系A1およびC1における投影レンズ7a,7cの直下に偏角プリズム9aおよび9cを配置してあり、光学装置系A1により形成される光形状パターンA(フレネルレンズ5a、面状描画マスク6aおよび投影レンズ7aを通過した光形状パターン)および光学装置系C1により形成される光形状パターンC(フレネルレンズ5c、面状描画マスク6cおよび投影レンズ7cを通過した光形状パターン)の各々を面状描画マスク6aまたは6cを通って形成されたのと同じ光形状パターンを保ちながら偏角プリズム9aまたは9cで屈折させて(進路を変更させて)、中央の光学装置系B1により形成される光形状パターンB(フレネルレンズ5b、面状描画マスク6bおよび投影レンズ7bを通過した光形状パターン)の両側に直列配置状態で辺部で線状に密接させるかまたはオーバーラップさせる。それによって、図3または図4に示すような、全体で1つに連続した大きな長方形の光形状パターンが造形面に照射される。   In the optical three-dimensional modeling apparatus shown in FIGS. 8 and 9, each of the three sets of optical device systems (A1, B1, and C1) includes, for example, an optical device system as shown in FIG. Each of the planar drawing masks in FIG. Deflection prisms 9a and 9c are arranged immediately below the projection lenses 7a and 7c in the optical device systems A1 and C1, and the light shape pattern A (Fresnel lens 5a, planar drawing mask 6a and the like) formed by the optical device system A1 is provided. Each of the optical shape pattern that has passed through the projection lens 7a and the optical shape pattern C that is formed by the optical device system C1 (the optical shape pattern that has passed through the Fresnel lens 5c, the planar drawing mask 6c, and the projection lens 7c) is drawn in a planar manner. A light shape pattern formed by the central optical device system B1 is refracted by the declination prism 9a or 9c (changing the path) while maintaining the same light shape pattern as that formed through the mask 6a or 6c. On both sides of B (light shape pattern that has passed through Fresnel lens 5b, planar drawing mask 6b, and projection lens 7b) Or brought into intimate linearized with sides or to overlap with the column arrangement. Thereby, as shown in FIG. 3 or FIG. 4, the modeling surface is irradiated with a large rectangular light shape pattern that is continuous as a whole.

図6〜図9に例示する光学的立体造形装置を含めて、本発明の光学的立体造形装置では、各面状描画マスクの全面透光時に面状描画マスクを介して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に形成される光形状パターンが例えば図2〜図4に示すように全体で1つの連続した光形状パターンを維持するようにしながら複数組の光学装置系を互いの位置関係がずれないように一緒(一体)にして造形面上を移動させて光造形を行う。実際の造形作業時には、複数組の光学装置系における各面状描画マスクのマスク画像は、全面透光時でのマスク画像ではなく、造形面に形成しようとする光硬化した断面形状パターンに対応したマスク画像となっているから、実際の造形作業時には複数組の光学装置系によって造形面に形成(照射)される光形状パターンは、図2〜図4で例示したような光形状パターンにはなっておらず、造形面上に形成しようとする断面形状パターンどおりのものとなっている。   In the optical three-dimensional model | molding apparatus of this invention including the optical three-dimensional model | molding apparatus illustrated in FIGS. 6-9, it is a photocurable resin composition through a planar drawing mask at the time of the whole surface transparency of each planar drawing mask. As shown in FIGS. 2 to 4, for example, the optical shape pattern formed on the modeling surface is maintained as one continuous optical shape pattern, and the positional relationship between the plurality of optical device systems is shifted. Perform optical modeling by moving together (integrated) on the modeling surface so that there is no such thing. At the time of actual modeling work, the mask image of each planar drawing mask in a plurality of sets of optical device systems corresponded to the photocured cross-sectional shape pattern to be formed on the modeling surface, not the mask image at the time of the entire surface transmission Since it is a mask image, the optical shape pattern formed (irradiated) on the modeling surface by a plurality of sets of optical device systems at the time of actual modeling work is the optical shape pattern illustrated in FIGS. It is not according to the cross-sectional shape pattern to be formed on the modeling surface.

投影レンズの下に連続パターン化手段として好ましく配置される偏角プリズムの種類(特に偏角プリズムにおけるαおよびβの角度、偏角プリズムの各部の長さ寸法など)は、複数組の光学装置系の大きさや配置形態、面状描画マスクの画素数、形状、サイズ、面状描画マスクを介して造形面に照射される光形状パターンの形やサイズ、投影レンズと造形面の距離、製造を目的とする立体造形物のサイズ(断面形状パターンのサイズ)などに応じて、複数組の光学装置系における各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に形成される光形状パターン同士の干渉などを生ずることなく端部または端部近傍で互いに密接またはオーバーラップして1つの連続した光形状パターンに形成できるものを選択して使用する。   The types of declination prisms that are preferably arranged as continuous patterning means under the projection lens (especially the angles α and β in the declination prism, the length dimensions of each part of the declination prism, etc.) Size, arrangement, number of pixels of planar drawing mask, shape, size, shape and size of optical shape pattern irradiated to modeling surface via planar drawing mask, distance between projection lens and modeling surface, and production Depending on the size of the three-dimensional object to be formed (the size of the cross-sectional shape pattern), etc., each surface drawing mask in a plurality of sets of optical device systems is formed on the modeling surface via each surface drawing mask when light is transmitted through the entire surface. Those that can be formed into one continuous light shape pattern by closely or overlapping each other at or near the end without causing interference between the light shape patterns are selected and used.

本発明の光学的立体造形装置を用いて光造形を行うに当っては、複数組の光学装置系を互いの位置関係がずれないように一緒(一体)にして連続的にまたは断続的に移動させ、それに応じて複数組の光学装置系における各面状描画マスクのマスク画像を光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に形成しようとする断面形状パターンに応じて連続的にまたは断続的に変化させて造形を行うことができる。そのうちでも、面状描画マスクとしてマスク画像を連続的(動画的)に変えることのでき液晶シャッターまたはデジタルマイクロミラーシャッターを面状に配置したもの(液晶マスクまたはデジタルマイクロミラーマスク)を使用し、複数組の光学装置系を互いに位置関係がずれないように一緒にして連続的に移動させ、それに応じて複数組の光学装置系における各面状描画マスクのマスク画像を光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に形成しようとする断面形状パターンに応じて動画的に連続的に変えながら造形を行う方式(以下これを「連続造形方式」ということがある)を採用することが好ましい。   When performing optical modeling using the optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention, a plurality of sets of optical apparatus systems are moved together (integrally) so that their positional relationships are not shifted, and are moved continuously or intermittently. Accordingly, the mask image of each planar drawing mask in a plurality of sets of optical device systems is changed continuously or intermittently depending on the cross-sectional shape pattern to be formed on the modeling surface made of the photocurable resin composition. Can be modeled. Among them, the mask image can be changed continuously (moving image) as a planar drawing mask, and liquid crystal shutters or digital micromirror shutters arranged in a planar shape (liquid crystal mask or digital micromirror mask) are used. The optical device systems of the set are continuously moved together so that the positional relationship does not deviate from each other, and the mask image of each planar drawing mask in the plurality of sets of optical device systems is made of a photocurable resin composition accordingly. It is preferable to employ a method of modeling while changing continuously in a moving image according to a cross-sectional shape pattern to be formed on the modeling surface (hereinafter, this may be referred to as “continuous modeling method”).

連続造形方式を採用した場合には、光硬化性樹脂組成物よりなる造形面において、液晶マスクまたはデジタルマイクロミラーマスクなどの面状描画マスクから投影される隣接する微小ドットエリア間の距離を小さく保ちながら、小型から大型に至る各種のサイズの光造形物を、速い造形速度で且つ高い造形精度で円滑に製造することができる。その上、光照射によって造形面に形成される光硬化した樹脂層の各部は、単に1回の光照射のみによって硬化されるのではなく、面状描画マスクを介して造形面に照射される連続的に変化する動画的な所定パターンの光が、該各部を完全に通過し終えるまでの間中、連続的に照射されて光硬化した樹脂層が形成されるので、光造形時の照射光の移動速度を速くしても十分な光硬化を行うことができ、目的とする光造形物を短時間で生産性良く製造することができる。しかも、造形面に形成される所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層の各部における光照射量が前記した連続的な光照射によって均一化されるため、隣接する照射部間の不連続性や光照射の不均一が生じず、断面形状パターン全体に均一な斑のない光照射が行われて、光造形物の寸法精度および造形精度が向上し、さらに強度斑がなくなり、外観により優れたものとなる。   When the continuous modeling method is adopted, the distance between adjacent minute dot areas projected from a surface drawing mask such as a liquid crystal mask or a digital micromirror mask is kept small on the modeling surface made of the photocurable resin composition. However, it is possible to smoothly manufacture an optically shaped object of various sizes ranging from a small size to a large size at a high modeling speed and high modeling accuracy. In addition, each part of the photocured resin layer formed on the modeling surface by light irradiation is not simply cured by only one light irradiation, but is continuously irradiated on the modeling surface through a planar drawing mask. Since the light of a predetermined pattern that changes in a moving manner is completely irradiated and light-cured resin layer is formed until it completely passes through each part, the light of the irradiation light at the time of optical modeling is formed. Even if the moving speed is increased, sufficient photocuring can be performed, and the target optically shaped article can be manufactured with high productivity in a short time. Moreover, since the light irradiation amount in each part of the photocured resin layer having a predetermined cross-sectional shape pattern formed on the modeling surface is made uniform by the continuous light irradiation described above, discontinuity between adjacent irradiation parts No light unevenness occurs, light irradiation is performed without uniform spots on the entire cross-sectional shape pattern, the dimensional accuracy and modeling accuracy of the optically shaped object is improved, and there is no intensity unevenness, and the appearance is superior It will be a thing.

本発明の光学的立体造形装置を用いて前記した連続造形方式によって造形を行う際の複数組の光学装置系、ひいては各面状描画マスクの連続移動の方向や速度は、光源の種類、光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に照射される光の照射強度、造形面での露光エリア(露光面積)、形成しようとする断面形状パターンの形状、光硬化性樹脂組成物の種類、光硬化性樹脂組成物の光硬化特性と光硬化層を形成するのに必要な露光時間などに応じて、コンピューターなどを使用して制御、調整する。複数組の光学装置系、ひいては複数の面状描画マスクを所定の配置形態を維持しながら一緒に直線状に連続移動させると光硬化性樹脂組成物よりなる造形面への光照射量の均一制御が容易であるが、勿論、それに限定されない。   A plurality of sets of optical apparatus systems when performing modeling by the above-described continuous modeling method using the optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention, and the direction and speed of continuous movement of each planar drawing mask are the type of light source, photocuring Intensity of light irradiated on a modeling surface made of a curable resin composition, exposure area (exposure area) on the modeling surface, shape of a cross-sectional pattern to be formed, type of photocurable resin composition, photocurability It is controlled and adjusted using a computer or the like according to the photocuring characteristics of the resin composition and the exposure time required to form the photocured layer. Uniform control of the amount of light applied to a modeling surface made of a photocurable resin composition when a plurality of sets of optical device systems, and thus a plurality of planar drawing masks, are continuously moved linearly together while maintaining a predetermined arrangement form. However, it is of course not limited thereto.

複数組の光学装置系、ひいては各面状描画マスクを一緒にして連続的に移動させるのと同期させて各面状描画マスクのマスク画像を連続的(動画的)に変化させるに当たっては、形成しようとする断面形状パターンの内容および複数組の光学装置系、各面状描画マスクの連続移動速度などに対応させて、面状描画マスクによって形成されるべきマスク画像に関する情報を予めコンピューターなどに記憶させておき、その情報に基づいて各面状描画マスクのマスク画像を連続的に変化させるようにするとよい。   In order to change the mask image of each planar drawing mask in a continuous (moving image) manner in synchronism with the continuous movement of a plurality of sets of optical device systems, and thus each planar drawing mask together, try to form The information about the mask image to be formed by the planar drawing mask is stored in advance in a computer or the like in correspondence with the contents of the cross-sectional shape pattern, multiple sets of optical device systems, the continuous moving speed of each planar drawing mask, etc. It is preferable to continuously change the mask image of each planar drawing mask based on the information.

また、複数組の光学装置系を一緒(一体)にして造形面上を移動させるための手段は特に制限されず、例えば、リニアガイド、シャフト、フラットバーなどをガイドにし、駆動をボールネジ、台形ネジ、タイミングベルト、ラック&ピニオン、チェーンなどを用いて伝達し、駆動源はACサーボモータ、DCサーボモータ、ステッピングモータ、パルスモータなどを用いることができる。また、ガイドと駆動を兼ねたリニアモーター方式、さらに多関節型のロボットのアーム先端部を利用することもできる。特に、駆動源としてパルスモータを使用した場合には、面状描画マスクをミクロピッチで精密に連続移動させることができるので、面状描画マスクのマスク画像を動画のように連続的に変化させながら光造形を行う場合は有利である。
いずれの移動装置を採用する場合であっても、本発明の光学的立体造形装置では、複数組の光学装置系をそれぞれ個別に移動させるのではなく、一緒(一体)にして移動させるので、光学装置系の移動手段数を低減でき、移動手段を簡略化することができる。
The means for moving a plurality of sets of optical devices together (integrated) on the modeling surface is not particularly limited. For example, a linear guide, a shaft, a flat bar, etc. are used as a guide, and the drive is a ball screw or a trapezoidal screw. , A timing belt, a rack and pinion, a chain, and the like, and an AC servo motor, a DC servo motor, a stepping motor, a pulse motor, and the like can be used as a drive source. Also, a linear motor system that serves both as a guide and a drive, and an arm tip of an articulated robot can also be used. In particular, when a pulse motor is used as a drive source, the planar drawing mask can be moved continuously with a fine pitch precisely, so that the mask image of the planar drawing mask is continuously changed like a movie. It is advantageous when performing stereolithography.
Regardless of which moving device is used, in the optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention, the plurality of sets of optical device systems are not moved individually but moved together (integrated), so that The number of moving means in the apparatus system can be reduced, and the moving means can be simplified.

本発明の光学的立体造形装置を使用して光造形を行う際に用いる光硬化性樹脂組成物の種類は特に制限されず、光造形に用い得る液状、ペースト、粉末状、薄膜状などの光硬化性樹脂組成物のいずれもが使用できる。
使用し得る光硬化性樹脂組成物としては、例えば、光造形において従来から用いられている、ウレタンアクリレートオリゴマー、エポキシアクリレートオリゴマー、エステルアクリレートオリゴマー、多官能エポキシ樹脂などの各種オリゴマー;イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、ジシクロペンテニルメタクリレート、ジシクロペンテニロキシエチルアクリレート、ジシクロペンテニロキシエチルメタクリレート、ジシクロペタニルアクリレート、ジシクロペタニルメタクリレート、ボルニルアクリレート、ボルニルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、モルホリンアクリルアミド、モルホリンメタクリルアミド、アクリルアミドなどのアクリル系化合物やN−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタム、酢酸ビニル、スチレンなどの各種の単官能性ビニル化合物;トリメチロールプロパントリアクリレート、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ジシクロペンタニルジアクリレート、ポリエステルジアクリレート、エチレンオキサイド変性ビスフェノールAジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、プロピレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリアクリレート、プロピレンオキサイド変性ビスフェノールAジアクリレート、トリス(アクリロキシエチル)イソシアヌレートなど多官能性ビニル化合物;水素添加ビスフェノールAジグリシジルエーテル、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル−5,5−スピロ−3,4−エポキシ)シクロヘキサン−メタ−ジオキサン、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペートなどの各種エポキシ系化合物などを挙げることができ、これらの1種または2種以上と光重合開始剤および必要に応じて増感剤などを含有する光硬化性樹脂組成物を用いることができる。
The kind of the photocurable resin composition used when performing optical modeling using the optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention is not particularly limited, and light such as liquid, paste, powder, and thin film that can be used for optical modeling. Any of the curable resin compositions can be used.
Examples of photocurable resin compositions that can be used include various oligomers such as urethane acrylate oligomers, epoxy acrylate oligomers, ester acrylate oligomers, and polyfunctional epoxy resins that are conventionally used in stereolithography; isobornyl acrylate, Isobornyl methacrylate, dicyclopentenyl acrylate, dicyclopentenyl methacrylate, dicyclopentenyloxyethyl acrylate, dicyclopentenyloxyethyl methacrylate, dicyclopetanyl acrylate, dicyclopetanyl methacrylate, bornyl acrylate, bornyl methacrylate , 2-hydroxyethyl acrylate, cyclohexyl acrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, phenoxyethyl acrylate, mole Acrylic compounds such as phosphorus acrylamide, morpholine methacrylamide and acrylamide, and various monofunctional vinyl compounds such as N-vinyl pyrrolidone, N-vinyl caprolactam, vinyl acetate and styrene; trimethylolpropane triacrylate, ethylene oxide modified trimethylolpropane Triacrylate, ethylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol diacrylate, 1,4-butanediol diacrylate, 1,6-hexanediol diacrylate, neopentyl glycol diacrylate, dicyclopentanyl diacrylate, Polyester diacrylate, ethylene oxide modified bisphenol A diacrylate, pentaerythritol triacryl , Pentaerythritol tetraacrylate, propylene oxide modified trimethylolpropane triacrylate, propylene oxide modified bisphenol A diacrylate, tris (acryloxyethyl) isocyanurate, etc .; hydrogenated bisphenol A diglycidyl ether, 3, 4-epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexanecarboxylate, 2- (3,4-epoxycyclohexyl-5,5-spiro-3,4-epoxy) cyclohexane-meta-dioxane, bis (3,4-epoxy And various epoxy compounds such as (cyclohexylmethyl) adipate, and a photocurable resin containing one or more of these compounds, a photopolymerization initiator, and a sensitizer if necessary. A fat composition can be used.

また、光硬化性樹脂組成物は、上記した成分以外にも、必要に応じて、レベリング剤、リン酸エステル塩系界面活性剤以外の界面活性剤、有機高分子改質剤、有機可塑剤などを含有していてもよい。
さらに、光硬化性樹脂組成物は、必要に応じて、固体微粒子やウィスカーなどの充填材を含有していてもよい。充填材を含有する光硬化性樹脂組成物を用いると、硬化時の体積収縮の低減による寸法精度の向上、機械的物性や耐熱性の向上などを図ることができる。
In addition to the above-described components, the photo-curable resin composition may include a leveling agent, a surfactant other than a phosphate ester surfactant, an organic polymer modifier, an organic plasticizer, and the like as necessary. May be contained.
Furthermore, the photocurable resin composition may contain a filler such as solid fine particles or whiskers as necessary. When a photocurable resin composition containing a filler is used, it is possible to improve dimensional accuracy by reducing volume shrinkage at the time of curing, improve mechanical properties and heat resistance, and the like.

充填材として用いる固体微粒子としては、例えば、カーボンブラック微粒子などの無機微粒子、ポリスチレン微粒子、ポリエチレン微粒子、ポリプロピレン微粒子、アクリル樹脂微粒子、合成ゴム微粒子などの有機重合体微粒子などを挙げることができ、これらの1種または2種以上を用いることができる。固体微粒子の粒径は特に制限されないが、一般的には平均粒径が200μm以下、特に100μm以下のものが好ましく用いられる。   Examples of the solid fine particles used as the filler include inorganic fine particles such as carbon black fine particles, and organic polymer fine particles such as polystyrene fine particles, polyethylene fine particles, polypropylene fine particles, acrylic resin fine particles, and synthetic rubber fine particles. 1 type (s) or 2 or more types can be used. The particle size of the solid fine particles is not particularly limited, but generally those having an average particle size of 200 μm or less, particularly 100 μm or less are preferably used.

また、ウィスカーとしては、径が0.3〜1μm、特に0.3〜0.7μm、長さが10〜70μm、特に20〜50μmおよびアスペクト比が10〜100、特に20〜70μmのものが好ましく用いられる。なお、ここで言うウイスカーの寸法およびアスペクト比は、レーザー回析/散乱式粒度分布測定装置を用いて測定した寸法およびアスペクト比である。ウイスカーの種類は特に制限されず、例えば、ホウ酸アルミニウム系ウイスカー、酸化アルミニウム系ウイスカー、窒化アルミニウム系ウイスカー水、酸化硫酸マグネシウム系ウイスカー、酸化チタン系ウイスカーなどを挙げることができ、前記したウイスカーの1種または2種以上を用いることができる。   The whisker preferably has a diameter of 0.3 to 1 μm, particularly 0.3 to 0.7 μm, a length of 10 to 70 μm, particularly 20 to 50 μm, and an aspect ratio of 10 to 100, particularly 20 to 70 μm. Used. In addition, the dimension and aspect ratio of a whisker here are the dimension and aspect ratio measured using the laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring apparatus. The type of whisker is not particularly limited, and examples thereof include aluminum borate whisker, aluminum oxide whisker, aluminum nitride whisker water, magnesium oxide whisker, titanium oxide whisker, and the like. Species or two or more can be used.

固体微粒子および/またはウィスカーは、シランカップリング剤で表面処理されていても表面処理されていなくてもよいが、表面処理されていることが好ましい。固体微粒子および/またはウイスカーがシランカップリング剤で表面処理されている場合には、熱変形温度、曲げ弾性率、機械的強度の一層高い光硬化物を得ることができる。その場合のシランカップリング剤としては、充填剤の表面処理などに従来から用いられているシランカップリング剤のいずれもが使用でき、好ましいシランカップリング剤としては、アミノシラン、エポキシシラン、ビニルシランおよび(メタ)アクリルシランを挙げることができる。   The solid fine particles and / or whiskers may or may not be surface-treated with a silane coupling agent, but are preferably surface-treated. When the solid fine particles and / or whiskers are surface-treated with a silane coupling agent, a photocured product with higher heat deformation temperature, flexural modulus, and mechanical strength can be obtained. In this case, as the silane coupling agent, any of silane coupling agents conventionally used for filler surface treatment and the like can be used. Preferred silane coupling agents include aminosilane, epoxy silane, vinyl silane, and ( Mention may be made of (meth) acrylic silanes.

以下に本発明について具体的に説明するが、本発明は実施例のものに何ら限定されるものではない。
《実施例1》
(1) 図1に示す同じ光学装置系の3組(A1,B1,C1)を準備し、3組の光学装置系(A1,B1,C1)を図6および図7に示すように配置して、互いに位置ずれを生ずることなく一緒(一体)に連続移動するようにした。その際に、光源として三菱電気オスラム株式会社製の超高圧水銀ランプ「HXPR120W」(出力120W)、ロッドレンズ2として有限会社ワイエルティー製のロッドレンズ(Φ50)」、反射鏡4として光伸光学工業株式会社製「コールドミラー」、フレネルレンズ5(5a,5b,5c)として日本特殊光学樹脂株式会社製のフレネルレンズを、面状描画マスク(液晶描画マスク)6(6a,6b,6c)としてカシオ計算機株式会社製のVGA液晶(640×480画素)、投影レンズ7(7a,7b,7c)として株式会社ニコン製「EL−Nikkor」を使用した。また、光学装置系A1およびC1における投影レンズ7aおよび7cの直下に、偏角プリズム9a,9cとして守田光学工業社製の偏角プリズム「45゜」(偏角プリズムにおけるαの角度=45゜、βの角度=22.5゜)を、図6および図7に示すようにして取り付けた。
The present invention will be specifically described below, but the present invention is not limited to the examples.
Example 1
(1) Three sets (A1, B1, C1) of the same optical device system shown in FIG. 1 are prepared, and the three sets of optical device systems (A1, B1, C1) are arranged as shown in FIGS. Thus, they are continuously moved together (integrally) without causing any positional deviation. At that time, the ultra-high pressure mercury lamp “HXPR120W” (output 120 W) manufactured by Mitsubishi Electric OSRAM Co., Ltd. is used as the light source, the rod lens (Φ50) manufactured by Weilty Co., Ltd. Company "Cold Mirror", Fresnel lens made by Nippon Special Optical Resin Co., Ltd. as Fresnel lens 5 (5a, 5b, 5c), Casio calculator as planar drawing mask (liquid crystal drawing mask) 6 (6a, 6b, 6c) “EL-Nikkor” manufactured by Nikon Corporation was used as a VGA liquid crystal (640 × 480 pixels) manufactured by Corporation and a projection lens 7 (7a, 7b, 7c). Further, right under the projection lenses 7a and 7c in the optical device systems A1 and C1, as the deflection prisms 9a and 9c, a deflection prism “45 °” manufactured by Morita Optical Co., Ltd. (the angle α of the deflection prism = 45 °, The angle of β = 22.5 ° was attached as shown in FIGS.

(2) 光硬化性樹脂組成物としてシーメット株式会社製「CPX−1000」[硬化感度2.5mJ;紫外線硬化波長365nm;光重合開始剤としてイルガキュア(登録商標)651を含有])を用いて、図6および図7のように配置した3組の光学装置系(A1,B1,C1)を各光学装置系間の位置ずれ(各面状描画マスク間の位置ずれ)が生じないようにして一緒(一体)にして、各面状描画マスク(6a,6bまたは6c)による造形面8(光硬化性樹脂組成物表面)への全面透光時での各投影サイズ=28.8mm×38.4mm(方形)[(装置の進行方向;図2に示すX方向)×(進行方向と直角の方向;図2に示すY方向)]、3つの光形状パターンが互いに密接して形成される連続した1つの光形状パターン(全体の投影サイズ)=86.4mm×115.2mm(対角配置状態の千鳥状形状)[(装置の進行方向;図2に示すX方向)×(進行方向と直角の方向;図2に示すY方向)]、造形面8での光エネルギー強度4mW/cm2、3組の光学装置系を一体にした光照射時の連続移動速度=30mm/secの条件下に、各面状描画マスク(6a,6b,6c)のマスク画像を動画的に連続的に変えながら光造形を行って、図10の断面形状パターンを有する立体造形物(縦×横×厚さ=220mm×220mm×15mm)を製造した。
(3) この実施例1で要した全造形時間は6.2時間であり、1枚の面状描画マスクを使用して同じ立体造形物を製造した場合の約1/3の造形時間であった。また、光ビーム(光ビームのエネルギー強度=120mW、移動速度=5m/sec)により点描方式で造形を行って同じ立体造形物を製造した場合の造形時間(約74.5時間)に比べて、極めて高速で短時間で光造形を行うことができた。得られた立体造形物は、外観、強度に優れるものであった。
(2) “CPX-1000” (curing sensitivity: 2.5 mJ; ultraviolet curing wavelength: 365 nm; containing Irgacure (registered trademark) 651 as a photopolymerization initiator) manufactured by C-met as a photocurable resin composition, The three optical device systems (A1, B1, C1) arranged as shown in FIGS. 6 and 7 are joined together so as not to cause misalignment between the optical device systems (position misalignment between the planar drawing masks). (Integrated), each projection size at the time of the whole surface transmission to the modeling surface 8 (photocurable resin composition surface) by each planar drawing mask (6a, 6b or 6c) = 28.8 mm × 38.4 mm (Rectangular) [(traveling direction of apparatus; X direction shown in FIG. 2) × (direction perpendicular to traveling direction; Y direction shown in FIG. 2)] A series of three light shape patterns formed in close contact with each other One light shape pattern (total projection Size) = 86.4 mm × 115.2 mm (staggered shape in a diagonal arrangement) [(traveling direction of apparatus; X direction shown in FIG. 2) × (direction perpendicular to traveling direction; Y direction shown in FIG. 2) ], Each surface drawing mask (6a, 6b) under the condition of light energy intensity of 4 mW / cm 2 on the modeling surface 8 and continuous moving speed at the time of light irradiation with three sets of optical device systems integrated = 30 mm / sec. , 6c) was subjected to optical modeling while continuously changing the mask image in a moving manner, and a three-dimensional modeled object (vertical × horizontal × thickness = 220 mm × 220 mm × 15 mm) having the cross-sectional shape pattern of FIG. 10 was manufactured.
(3) The total modeling time required in Example 1 was 6.2 hours, which was about 1/3 of the modeling time when the same three-dimensional model was manufactured using one planar drawing mask. It was. In addition, compared to the modeling time (about 74.5 hours) when the same three-dimensional model is manufactured by performing the modeling by the pointillization method with the light beam (energy intensity of the light beam = 120 mW, moving speed = 5 m / sec), Stereolithography could be performed at an extremely high speed in a short time. The obtained three-dimensional model was excellent in appearance and strength.

本発明の光学的立体造形装置は、寸法精度および外観に優れ、しかも高い強度を有する高品質の立体造形物を、速い造形速度および高い造形精度で、生産性良く製造するのに有効に使用することができる。
そして、本発明の光学的立体造形装置は、小型から大型に至る各種の立体造形物の製造に有効に使用することができる。
本発明の光学的立体造形装置による場合は、精密部品、電気・電子部品、家具、建築構造物、自動車用部品、各種容器類、鋳物、金型、母型などのためのモデルや加工用モデル、複雑な熱媒回路の設計用の部品、複雑な構造の熱媒挙動の解析企画用の部品、その他の複雑な形状や構造を有する各種の立体造形物を、高い造形速度および寸法精度で円滑に製造することができる。
The optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention effectively uses a high-quality three-dimensional modeled object having excellent dimensional accuracy and appearance and high strength at a high modeling speed and high modeling accuracy with high productivity. be able to.
And the optical three-dimensional model | molding apparatus of this invention can be effectively used for manufacture of the various three-dimensional model | molding thing ranging from small size to large size.
In the case of the optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention, models for precision parts, electrical / electronic parts, furniture, building structures, automobile parts, various containers, castings, molds, mother molds, etc. Smoothly design parts for complex heat transfer circuits, parts for analysis planning of heat transfer behavior of complex structures, and other various 3D objects with complicated shapes and structures with high modeling speed and dimensional accuracy Can be manufactured.

本発明の光学的立体造形装置を構成する各光学装置系の例を示す図である。It is a figure which shows the example of each optical apparatus system which comprises the optical three-dimensional model | molding apparatus of this invention. 本発明の光学的立体造形装置における複数組の光学装置系によって、光学装置系における各面状描画マスクの全面透光時に光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に形成される連続した光形状パターンの例を示す図である。The continuous optical shape pattern formed on the modeling surface made of the photocurable resin composition when the entire surface of each planar drawing mask in the optical device system is transparent by the plural optical device systems in the optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention. It is a figure which shows the example of. 本発明の光学的立体造形装置における複数組の光学装置系によって、光学装置系における各面状描画マスクの全面透光時に光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に形成される連続した光形状パターンの別の例を示す図である。The continuous optical shape pattern formed on the modeling surface made of the photocurable resin composition when the entire surface of each planar drawing mask in the optical device system is transparent by the plural optical device systems in the optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention. It is a figure which shows another example of. 本発明の光学的立体造形装置における複数組の光学装置系によって、光学装置系における各面状描画マスクの全面透光時に光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に形成される連続した光形状パターンの更に別の例を示す図である。The continuous optical shape pattern formed on the modeling surface made of the photocurable resin composition when the entire surface of each planar drawing mask in the optical device system is transparent by the plural optical device systems in the optical three-dimensional modeling apparatus of the present invention. It is a figure which shows another example of these. 本発明の光学的立体造形装置に用いる偏角プリズムの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the declination prism used for the optical three-dimensional model | molding apparatus of this invention. 図2に示す光形状パターンを造形面に形成するのに用いる本発明の光学的立体造形装置の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the optical three-dimensional modeling apparatus of this invention used in forming the optical shape pattern shown in FIG. 2 in a modeling surface. 図6の光学的立体造形装置を矢印イの方向から見た図である。It is the figure which looked at the optical three-dimensional modeling apparatus of FIG. 6 from the direction of arrow A. 図3または図4に示す光形状パターンを造形面に形成するのに用いる本発明の光学的立体造形装置の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the optical three-dimensional model | molding apparatus of this invention used for forming the optical shape pattern shown in FIG. 3 or FIG. 4 in a modeling surface. 図8の光学的立体造形装置を矢印イの方向から見た図である。It is the figure which looked at the optical three-dimensional modeling apparatus of FIG. 8 from the direction of arrow A. 実施例1で製造した立体造形物の断面形状パターンを示した図である。3 is a diagram showing a cross-sectional shape pattern of a three-dimensional structure manufactured in Example 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

A 1個の面状描画マスクの全面透光時に造形面に形成される光形状パターン
B 1個の面状描画マスクの全面透光時に造形面に形成される光形状パターン
C 1個の面状描画マスクの全面透光時に造形面に形成される光形状パターン
A1 光学装置系
B1 光学装置系
C1 光学装置系
1 光源
2 ロッドレンズ
3 凸レンズ
4 反射鏡
5 集光レンズまたはフレネルレンズ
5a フレネルレンズ
5b フレネルレンズ
5c フレネルレンズ
6 面状描画マスク
6a 面状描画マスク
6b 面状描画マスク
6c 面状描画マスク
7 投影レンズ
7a 投影レンズ
7b 投影レンズ
7c 投影レンズ
8 光硬化性樹脂組成物よりなる造形面
9 偏角プリズム
9a 偏角プリズム
9c 偏角プリズム
A Optical shape pattern formed on the modeling surface when one surface drawing mask is transparent on the entire surface B B Optical shape pattern formed on the modeling surface when one surface drawing mask is transparent on the entire surface C One surface shape Optical shape pattern formed on the modeling surface when the entire surface of the drawing mask is transparent A1 Optical device system B1 Optical device system C1 Optical device system 1 Light source 2 Rod lens 3 Convex lens 4 Reflecting mirror 5 Condensing lens or Fresnel lens 5a Fresnel lens 5b Fresnel lens Lens 5c Fresnel lens 6 Planar drawing mask 6a Planar drawing mask 6b Planar drawing mask 6c Planar drawing mask 7 Projection lens 7a Projection lens 7b Projection lens 7c Projection lens 8 Modeling surface made of photocurable resin composition 9 Deflection angle Prism 9a Deflection prism 9c Deflection prism

Claims (8)

(I)載置台上または光硬化した樹脂層上に、1層分の光硬化性樹脂組成物を順次供給して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面を順次形成するための手段;
(II)光発射手段および面状描画マスクを少なくとも備え、光発射手段から発射された光を、面状描画マスクを介して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に面状描画マスクのマスク画像に対応した所定の形状パターンで照射するための光学装置系の複数組;
(III)複数組の光学装置系における各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に照射される各光形状パターン同士を各光形状パターンの端部または端部近傍で互いに密接させるかまたはオーバーラップさせて光硬化性樹脂組成物よりなる造形面において全体で1つの連続した光形状パターンを形成するための連続パターン化手段;および、
(IV)複数組の光学装置系の配置形態を、前記(III)の連続パターン化手段によって前記した全体で1つの連続した光形状パターンを造形面に形成させ得る配置形態に維持しながら、複数組の光学装置系を一緒に移動させるための手段;
を有することを特徴とする光学的立体造形装置。
(I) Means for sequentially supplying one layer of the photocurable resin composition on the mounting table or the photocured resin layer to sequentially form a modeling surface made of the photocurable resin composition;
(II) A mask image of the planar drawing mask comprising at least a light emitting means and a planar drawing mask, and the light emitted from the light emitting means is applied to the modeling surface made of the photocurable resin composition through the planar drawing mask. A plurality of sets of optical device systems for irradiating with a predetermined shape pattern corresponding to
(III) Each light shape pattern irradiated to the modeling surface through each surface drawing mask when the entire surface of each surface drawing mask in the plurality of sets of optical device systems is transmitted is the end or end of each light shape pattern. Continuous patterning means for forming one continuous light shape pattern on the modeling surface of the photocurable resin composition in close proximity to each other or overlapping each other; and
(IV) While maintaining the arrangement form of a plurality of sets of optical device systems in an arrangement form that allows one continuous light shape pattern to be formed on the modeling surface as a whole by the continuous patterning means of (III) above, Means for moving a set of optical systems together;
An optical three-dimensional modeling apparatus characterized by comprising:
前記(III)の連続パターン化手段が、複数組の光学装置系のうちの少なくとも1つの光学装置系における面状描画マスクの下流に配置した偏角プリズムである請求項1に記載の光学的立体造形装置。   The optical solid according to claim 1, wherein the (III) continuous patterning means is a declination prism arranged downstream of a planar drawing mask in at least one of the plurality of optical device systems. Modeling equipment. 複数組の光学装置系における各面状描画マスクが方形の面状描画マスクであり、複数組の光学装置系の配置形態が、各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に照射される複数の方形の光形状パターンが、方形の光形状パターンの対角線上の端部で互いに対角配置状態で密接またはオーバーラップして全体で1つの連続した形状パターンを造形面に形成するか、或いは方形の光形状パターンの辺部で互いに直列配置状態で密接またはオーバーラップして全体で1つの連続した形状パターンを造形面に形成する配置形態であって、前記(III)の連続パターン化手段が複数組の光学装置系の前記配置形態下に全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に照射される複数の方形の光形状パターンを前記した対角配置状態または直列配置状態で密接またはオーバーラップして全体で1つの連続した形状パターンを造形面に形成する手段である請求項1または2に記載の光学的立体造形装置。   Each planar drawing mask in the plurality of sets of optical device systems is a rectangular planar drawing mask, and the arrangement form of the plurality of sets of optical device systems is arranged via each planar drawing mask when the entire surface of each planar drawing mask is transparent. A plurality of rectangular light shape patterns irradiated on the modeling surface are closely or overlapped with each other at diagonal ends of the rectangular light shape pattern to form one continuous shape pattern as a whole. Or an arrangement in which one continuous shape pattern is formed on the molding surface by closely or overlapping each other in a side-by-side arrangement with the sides of the rectangular optical shape pattern, The continuous patterning means of the above-described diagonal arrangement of a plurality of rectangular light shape patterns irradiated on the modeling surface through the respective planar drawing masks when the entire surface is transparent under the arrangement form of a plurality of sets of optical device systems Status Other stereolithography apparatus according to claim 1 or 2 which is a means for forming into a shaped surface of one continuous shape pattern across closely or overlapping in a series arrangement. 各光学装置系が面状描画マスクの下流に投影レンズを有し、面状描画マスクの下流に前記(III)の連続パターン化手段を有する光学装置系では面状描画マスクの下流で且つ前記(III)の連続パターン化手段の上流に投影レンズを有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学的立体造形装置。   Each optical device system has a projection lens downstream of the planar drawing mask, and the optical device system having the continuous patterning means (III) downstream of the planar drawing mask is downstream of the planar drawing mask and ( The optical three-dimensional model | molding apparatus of any one of Claims 1-3 which has a projection lens upstream of the continuous patterning means of III). 各光学装置系における面状描画マスクが、微小ドットエリアでの遮光および透光が可能な複数の微小光シャッターを面状に配置した面状描画マスクである請求項1〜4のいずれか1項に記載の光学的立体造形装置。   The planar drawing mask in each optical device system is a planar drawing mask in which a plurality of minute light shutters capable of shielding and transmitting light in minute dot areas are arranged in a planar shape. The optical three-dimensional modeling apparatus described in 1. 各光学装置系における面状描画マスクが、液晶シャッターまたはデジタルマイクロミラーシャッターを面状に配置した面状描画マスクである請求項1〜5のいずれか1項に記載の光学的立体造形装置。   The optical three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein the planar drawing mask in each optical device system is a planar drawing mask in which a liquid crystal shutter or a digital micromirror shutter is arranged in a planar shape. 複数組の光学装置系における各面状描画マスクがマスク画像を連続的に変化させ得る面状描画マスクであり、複数組の光学装置系を一緒にして移動させる前記(IV)の手段が複数組の光学装置系を一緒にして連続移動させ得る手段であり、各面状描画マスクのマスク画像を複数組の光学装置系の連続移動に対応させて連続的に変化させる手段を有する請求項1〜6のいずれか1項に記載の光学的立体造形装置。   Each planar drawing mask in a plurality of sets of optical device systems is a planar drawing mask capable of continuously changing a mask image, and the means (IV) for moving a plurality of sets of optical device systems together is a plurality of sets. And a means for continuously changing the mask image of each planar drawing mask corresponding to the continuous movement of a plurality of sets of optical device systems. 6. The optical three-dimensional modeling apparatus according to claim 1. 請求項1〜7のいずれか1項の光学的立体造形装置を用いて光造形を行う方法。
The method of performing optical modeling using the optical three-dimensional model | molding apparatus of any one of Claims 1-7.
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