專利名稱：光學(xué)立體造型方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用光固化性樹脂組合物的光學(xué)立體造型方法和光學(xué)立體造型裝置。更詳細(xì)說本發(fā)明是涉及這樣的光學(xué)立體造型方法和光學(xué)立體造型裝置，它利用光固化性樹脂來制造從小型到大型的各種立體造型物，其造型精度高，不產(chǎn)生固化不勻，造型速度快，生產(chǎn)效率高。
背景技術(shù)：
近幾年，根據(jù)已輸入到3維CAD內(nèi)的數(shù)據(jù)使光固化性樹脂固化，制造立體造型物的光學(xué)造型方法和裝置已經(jīng)實用化。該光學(xué)造型技術(shù)引人注目的原因是在設(shè)計過程中驗證外觀設(shè)計用的模型、檢查部件功能性用的模型、制造鑄模用的樹脂型模具、制造模具用的基礎(chǔ)模型等復(fù)雜的3維物體容易進(jìn)行造型。
在利用光學(xué)造型方法來制造造型物時廣泛采用的方法是使用造型槽，此法是把液狀的光固化性樹脂裝入造型槽內(nèi)，為了在液面上獲得所需的圖形，利用由計算機(jī)進(jìn)行控制的點狀紫外線激光有選擇地進(jìn)行照射，使預(yù)定的厚度進(jìn)行光固化，形成固化樹脂層，使該固化樹脂層在造型槽內(nèi)向下方移動，使造型槽內(nèi)的光固化性樹脂液在該固化樹脂層上流動，形成光固化性樹脂液層，把點狀紫外線激光照射到該光固化性樹脂液層上，形成固化樹脂層，重復(fù)進(jìn)行上述工序直到獲得規(guī)定形狀和尺寸的立體造型物為止的這種方法已廣泛采用。
但是按照上述過去的方法利用點狀紫外線激光的情況下，一邊把一個點狀激光照射到光固化性樹脂的表面上，一邊移動，形成面狀的光固化圖形，這是所謂點掃描方式，所以存在的問題是造型所需要的時間長，生產(chǎn)效率低。而且，作為光源用的紫外線激光裝置，價格昂貴，所以這種光學(xué)立體造型裝置也是價格較高。
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，采用線形狀的曝光掩模，其中，微小點區(qū)的能控制遮光的光擋板連續(xù)地排成一行，一邊使該曝光掩模在與光擋板的排列方向相垂直的方向上進(jìn)行掃描，一邊根據(jù)規(guī)定的水平斷面形狀數(shù)據(jù)來控制光擋板，這樣，依次形成一層層光固化樹脂層。這種光學(xué)立體造型方法已由特開平4-305438號公報提出建議。在采用此法的情況下，光源不一定要使用高價的紫外線激光裝置，也可以采用像通常的紫外線燈那樣的廉價光源，并且，與采用點狀紫外線激光的上述過去的方法相比較，能加快造型速度。但是，在采用此法的情況下，在曝光掩模的掃描方向上一行一行地形成線狀的光固化部，多次反復(fù)進(jìn)行該過程，即可形成一層的斷面形狀圖形。若用這種方式來加快曝光掩模的掃描速度，則不能形成充分光固化的每一行光固化部，所以必須對曝光掩模慢慢進(jìn)行掃描。而且，由于每一行光固化部接連不斷地形成，最后形成面狀的光固化層，所以這種方式，造型時間長，因此，造型速度不夠快，在生產(chǎn)效率方面不能充分滿足要求。
并且，上述以外的其他方法是在光源和光固化性樹脂組合物的表面之間，固定布置一種面狀制圖(造型)掩模，該掩模由能用微小點區(qū)遮光和透光的液晶擋板構(gòu)成，在面狀制圖掩模的停止?fàn)顟B(tài)下，根據(jù)要形成的1層斷面形狀圖形，在面狀制圖掩模上形成規(guī)定的掩模圖形，通過該掩模圖形把光線照射到光固化性樹脂組合物的表面上，使光固化性樹脂組合物固化，形成一層斷面形狀圖形，然后經(jīng)過光固化的斷面形狀圖形上，供給下面一層光固化性樹脂組合物，在面狀制圖掩模的停止?fàn)顟B(tài)下，根據(jù)要形成的一層的斷面形狀圖形，在面狀制圖掩模上形成下面規(guī)定的掩模圖形，通過該掩模圖形把光照射到光固化性樹脂組合物的表面上，使光固化性樹脂組合物固化，形成下面一層的斷面形狀圖形，這樣的操作反復(fù)進(jìn)行制造出立體造型物。這種光學(xué)立體造型方法是已知的。
在采用此法的情況下，與以下兩種方法相比，能加快光造型速度一種是為了對光固化性樹脂組合物的表面進(jìn)行光照射以及以面狀一次形成一層的光固化的斷面形狀圖形，采用了點狀紫外線激光的過去的方法；另一種是采用行形狀的曝光掩模，其中微小點區(qū)的能控制遮光的光擋板連續(xù)地排列成一行的上述特開平4-305438號公報的方法。
在用這種方法來制造光學(xué)造型時，從造型精度(分辨率)這一點來看，從面狀制圖掩模投影的光固化性樹脂組合物表面上的鄰接的微小點區(qū)之間的距離必須在0.1mm以下。因此，像素數(shù)，例如對于造型區(qū)大小為250mm×250mm的小型立體造型物來說，至少必須是2500×2500點左右，并且，對于造型區(qū)大小為600mm×600mm的中型立體造型物來說，至少必須是6000×6000mm點左右。但是，用現(xiàn)有的液晶掩模(液晶擋板)和數(shù)字微型反射鏡擋板來制作立體造型物，達(dá)不到該分辨率，或者，即使能夠達(dá)到，也是價格極其昂貴。
并且，在固定布置的面狀制圖掩模停止的狀態(tài)下進(jìn)行光照射的這種方法的情況下，曝光形狀圖形的清晰度，取決于面狀制圖的清晰度、以及通過面狀制圖掩模投影到光固化性樹脂組合物表面上的圖形的放大、縮小率，放大率越小(縮小率越大)，在光固化性樹脂組合物表面上的光點之間的距離越小，形成的斷面形狀圖形的清晰度越高，相反，放大率越大，光固化性樹脂組合物的表面上的光點間的距離越大，形成的斷面形狀圖形的清晰度越低。
因此，在采用對面狀制圖掩模進(jìn)行固定布置的情況下，很難制造出清晰度(造型精度)高的大型立體造型物，從清晰度(造型精度)來看，當(dāng)前只能適用于制造小型立體造型物。
為了克服采用固定布置的面狀制圖掩模的上述方法的缺點，爭取使用小型液晶擋板能制造出大型立體造型物，在特開平8-112863號公報中提出了這樣一種方法把有選擇地透過光或遮擋光的液晶擋板(液晶掩模)布置成能與光固化性樹脂的液面相平行地移動的狀態(tài)，同時把液晶擋板的移動范圍分割成許多個，使液晶擋板移動到其被分割成的移動范圍的第1范圍后停止下來，在使液晶擋板停止后的狀態(tài)下，一邊使設(shè)置在液晶擋板背后的光源在該液晶擋板的范圍內(nèi)進(jìn)行移動，一邊通過該液晶擋板把光照射到光固化性樹脂表面上，形成相當(dāng)于該被分割的第1范圍的固化部分，然后，使液晶擋板移動到第2被分割成的移動范圍后停止下來，在使液晶擋板停止后的狀態(tài)下，一邊使設(shè)置在液晶擋板背部上的光源在該液晶擋板的范圍內(nèi)移動，一邊通過該液晶擋板把光照射到光固化性樹脂表面上，形成相當(dāng)于被分割成的第2范圍的固化部分，反復(fù)進(jìn)行這樣的操作，直到在光固化性樹脂組合物表面上形成1層規(guī)定的斷面形狀圖形為止，并且，上述工序反復(fù)進(jìn)行到形成規(guī)定的立體造型物為止，制造出立體造型物。
該裝置的結(jié)構(gòu)能使線狀光源通過液晶檔板上進(jìn)行分割曝光。并且，特開平7-290578公開了借助線狀液晶檔板來分割進(jìn)行圖形曝光。
但是，在采用上述特開平8-112863號公報所述的方法的情況下，反復(fù)進(jìn)行以下操作液晶擋板向被分割的第1移動范圍的移動、在液晶擋板的停止?fàn)顟B(tài)下的光照射(在光固化性樹脂表面上的光固化部的形成)、液晶擋板向被分割成的第2移動范圍的移動、以及在液晶擋板停止?fàn)顟B(tài)下的光照射(在光固化性樹脂表面的光固化部的形成)……，這樣來形成1層已固化的斷面形狀圖形，進(jìn)一步在多層上重復(fù)進(jìn)行這些操作，制造出立體造型物，當(dāng)液晶擋板正在移動到被分割成許多個的各個移動范圍位置時，不進(jìn)行光照射。因此在采用此法的情況下，不連續(xù)進(jìn)行曝光，而是斷續(xù)地進(jìn)行曝光，所以造型速度慢。而且，在采用此法的情況下，把液晶擋板的移動范圍分割成許多個，在各個分區(qū)內(nèi)在使液晶擋板停止的狀態(tài)下對光固化性樹脂組合物進(jìn)行固化，所以，在互相分割的移動區(qū)域的邊界部分上固化狀態(tài)不連續(xù)、容易出現(xiàn)不均勻，容易伴隨產(chǎn)生立體造型物整體的強(qiáng)度斑、強(qiáng)度不足、外觀不好、尺寸精度降低等。
此外，特開平7-227909公開了通過掩模進(jìn)行面狀曝光的結(jié)構(gòu)。但并不是移動光源、掩模進(jìn)行曝光，分開形成圖形。并且，日本專利第2624239號提出的方案是利用顯像管或液晶進(jìn)行掩蔽。
發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供這樣的光學(xué)立體造型方法和光學(xué)立體造型裝置，即不限于小型、中型立體造型物、即使是大型立體造型物，其也是造型精度高，而且，不僅能防止發(fā)生固化不均勻，也可提高造型速度，提高生產(chǎn)效率。
再有，本發(fā)明的目的還在于提供這樣的光學(xué)立體造型方法和光學(xué)立體造型裝置，即不使用高價的紫外線激光裝置，而使用通常的像紫外線燈那樣的廉價光源，在此情況下仍能高速度進(jìn)行造型，順利地制造出造型精度高而且沒有固化不均勻的高質(zhì)量立體造型物。
為達(dá)到上述目的本發(fā)明人反復(fù)進(jìn)行了銳意研究，其結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過面狀制圖掩模把光照射到光固化性樹脂組合物表面上，依次形成具有規(guī)定斷面形狀圖形的已光固化的樹脂層，制造立體造型物時，不是利用上述現(xiàn)有技術(shù)，在使面狀制圖掩模固定或停止的狀態(tài)下進(jìn)行光照射，而是在光照射時不使面狀制圖掩模停止，使其移動，同時，與面狀制圖掩模的連續(xù)移動相同步，根據(jù)欲形成的規(guī)定的斷面形狀圖形一邊改變采用面狀制圖掩模的掩模圖像(掩模圖形)，一邊照射光線進(jìn)行造型(例如一邊像電影和電視畫面等的動畫那樣改變面狀制圖掩模的掩模圖像，一邊照射光線，進(jìn)行造型)，這時，不僅限于小型、中型的立體造型物，也包括大型立體造型物，均能提高造型精度，而且能防止固化不均勻，提高產(chǎn)品質(zhì)量，與上述現(xiàn)有技術(shù)相比，造型速度快，生產(chǎn)效率高。
并且，本發(fā)明人在采用此法的情況下，不使用高價的紫外線激光裝置，而使用像普通的紫外線燈那樣的廉價光源，這樣也能制造出造型精度高而且固化均勻的高質(zhì)量立體造型物，其造型速度快，制造容易。
再有，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)面狀制圖掩模最好采用能用微小點區(qū)進(jìn)行遮光和透光的多個微小光擋板被布置成面狀的所謂面狀制圖掩模，尤其最好采用液晶擋板或數(shù)字微型反射鏡擋板被布置成面狀的所謂面狀制圖掩模；并且，最好在光源和面狀制圖掩模之間布置能與面狀制圖掩模相同步地移動的聚光鏡；在面狀制圖掩模和光固化性樹脂組合物的表面之間布置能與面狀制圖掩模相同步地移動的投影透鏡，根據(jù)這些實踐知識完成了本發(fā)明。
也就是說，本發(fā)明(1)是一種光學(xué)立體造型方法，在光固化性樹脂組合物的表面上，通過面狀制圖掩模進(jìn)行控制，照射光線，形成具有規(guī)定斷面形狀圖形的已經(jīng)光固化的樹脂層，然后，在該光固化的樹脂層上制作一層光固化性樹脂組合物，在該光固化性樹脂組合物的表面上通過面狀制圖掩模進(jìn)行控制，照射光線，進(jìn)一步形成具有規(guī)定斷面形狀圖形的已光固化的樹脂層，以上操作依次反復(fù)進(jìn)行直到形成規(guī)定的立體造型物為止，這樣制造出立體造型物，這種光學(xué)立體造型方法，其特征在于面狀制圖掩模使用能改變掩模圖像的面狀制圖掩模，使面狀制圖掩模在光固化性樹脂組合物的表面上以平行狀態(tài)進(jìn)行移動，同時，一邊根據(jù)欲形成的光固化的樹脂層的斷面形狀圖形，與面狀制圖掩模的移動相同步，改變面狀制圖掩模的掩模圖像，一邊在光固化性樹脂組合物的表面上通過面狀制圖掩模照射光線，形成具有規(guī)定的斷面形狀圖形的光固化的樹脂層。
并且，本發(fā)明是(2)上述第(1)項的光學(xué)立體造型方法，其特征在于面狀制圖掩模采用能用微小點區(qū)來遮光和透光的許多微小光擋板被布置成面狀的所謂面狀制圖掩模，當(dāng)面狀制圖掩模連續(xù)移動時，根據(jù)欲形成的斷面形狀圖形，利用上述許多微小光擋板一邊連續(xù)改變掩模圖像，一邊對光固化性樹脂組合物的表面進(jìn)行光照射。
(3)上述(2)的光學(xué)立體造型方法，其特征在于面狀制圖掩模把液晶擋板或數(shù)字微型反射鏡擋板布置成面狀的面狀制圖掩模。
(4)上述(1)～(3)中的任一項的光學(xué)立體造型方法，其特征在于在形成具有規(guī)定的斷面形狀圖形的一層光固化的樹脂層時，對面狀制圖掩模的連續(xù)移動速度和/或面狀制圖掩模的掩模圖像的變化進(jìn)行調(diào)整，使面狀制形的各部分的光照射量相等。
再者，本發(fā)明是(5)一種光學(xué)立體造型裝置，其特征在于具有光固化性樹脂組合物的供給裝置，用于依次向載物臺上或光固化的樹脂層上供給一層光固化性樹脂組合物；光源；面狀制圖掩模，它能改變掩模圖像；移動裝置，用于在與光固化性樹脂組合物的表面相平行的狀態(tài)下移動面狀制圖掩模；以及改變裝置，用于和面狀制圖掩模的移動相同步，改變面狀制圖掩模的掩模圖像。
并且，本發(fā)明是(6)上述(5)的光學(xué)立體造型裝置，其特征在于面狀制圖掩模是能用微小點區(qū)來遮光和透光的許多微小光擋板被布置成面狀的面狀制圖掩模。
(7)上述(5)或(6)的光學(xué)立體造型裝置，其特征在于面狀制圖掩模是把微小點區(qū)或數(shù)字微型反射鏡擋板布置成面狀的面狀制圖掩模。
(8)上述(5)～(7)中的任一項的光學(xué)立體造型裝置，其特征在于在光源和面狀制圖掩模之間具有能與面狀制圖掩模相同步移動的聚光鏡；在面狀制圖掩模和光固化性樹脂組合物的表面之間具有能與面狀制圖掩模相同步移動的投影透鏡。
附圖的簡要說明

圖1是表示本發(fā)明采用的光學(xué)立體造型裝置的一例的圖。
圖2是表示本發(fā)明采用的光學(xué)立體造型裝置的另一例的圖。
圖3是表示本發(fā)明采用的光學(xué)立體造型裝置的再另一例的圖。
圖4是表示本發(fā)明的光學(xué)立體造型方法的一例的圖。
圖5是表示本發(fā)明的光學(xué)立體造型方法的另一例的圖。
發(fā)明的
具體實施例方式
以下詳細(xì)說明本發(fā)明本發(fā)明采用以下造型操作在光固化性樹脂組合物的表面上，通過面狀制圖掩模(マスク)進(jìn)行控制，照射光線，形成具有規(guī)定斷面形狀圖形的已經(jīng)光固化的樹脂層，然后，在該光固化的樹脂層上制作一層光固化性樹脂組合物，在該光固化性樹脂組合物的表面上通過面狀制圖掩模進(jìn)行控制，照射光線，進(jìn)一步形成具有規(guī)定斷面形狀圖形的已光固化的樹脂層，以上操作依次反復(fù)進(jìn)行直到形成規(guī)定的立體造型物為止，這樣制造出立體造型物。
上述本發(fā)明的造型操作，可以采用以下造型槽法一般是在充填了液狀光固化性樹脂組合物的造型槽中，布置造型臺，使造型臺下降，在造型臺面上形成一層液狀光固化性樹脂組合物層，其上通過面狀制圖掩模進(jìn)行控制照射光線，形成具有規(guī)定圖形和厚度的光固化樹脂層(以下有時稱為“光固化層”)，然后，再使造型臺下降，在該光固化層面上形成一層液狀光固化性樹脂組合物層，通過面狀制圖掩模進(jìn)行控制，照射光射，形成具有規(guī)定圖形和厚度的光固化層，積層成一個整體，以上工序反復(fù)進(jìn)行。
并且，上述本發(fā)明的造型操作，也可以采用以下方法例如，把造型臺布置在氣體氛圍中，在造型臺面上制作一層液狀、膏狀、粉末狀或薄膜狀的光固化性樹脂組合物，通過面狀制圖掩模進(jìn)行控制，照射光射，形成具有規(guī)定圖形和厚度的光固化層，然后，在該光固化層面上施加一層液狀、膏狀、粉末狀或薄膜狀的光固化性樹脂組合物，通過面狀制圖掩模進(jìn)行控制，照射光線，形成具有規(guī)定圖形和厚度的光固化層，積層成一個整體，以上工序反復(fù)進(jìn)行。
在采用此法的情況下，也可以采用這樣的方式，即使造型臺或光固化層朝上，在其上面施加光固化性樹脂組合物，通過面狀制圖掩模照射光線，依次積層形成光固化層?；蛘卟捎眠@樣的方式，即把造型臺或光固化層布置成垂直或傾斜狀態(tài)，在造型臺面或光固化層面上施加光固化性樹脂層，通過面狀制圖掩模進(jìn)行光照射，依次積層形成光固化層?；蛘甙言煨团_或光固化層布置成朝下狀態(tài)，在造型臺面或光固化層面上施加光固化性樹脂組合物，通過面狀制圖掩模照射光線，依次在下方積層形成光固化層。當(dāng)在造型臺面或光固化層面上施加光固化性樹脂組合物時，可采用以下適當(dāng)方法，例如刮板涂敷、流延涂敷、滾輪涂敷、轉(zhuǎn)印涂敷、毛刷涂敷、噴射涂敷等。
在本發(fā)明中，當(dāng)進(jìn)行上述造型操作時，面狀制圖掩模采用能改變掩模圖像的面狀制圖掩模，使面狀制圖掩模與光固化性樹脂組合物表面呈平行狀態(tài)移動，同時，一邊根據(jù)欲形成的光固化性樹脂層的斷面形狀圖形，與面狀制圖掩模的移動相同步改變面狀制圖掩模的掩模圖像，一邊在光固化性樹脂組合物的表面上通過面狀制圖掩模照射光線，形成具有規(guī)定斷面形狀圖形的光固化性樹脂層。
在此，制圖掩模的移動可以是連續(xù)性的。并且，隨著制圖掩模的移動，制圖掩模的掩模圖像也連續(xù)地變化。
上述本發(fā)明的光學(xué)立體造型方法，利用本發(fā)明的光學(xué)立體造型裝置，即可順利地實施，該光學(xué)立體造型裝置具有光固化性樹脂組合物供給裝置，用于向載物臺上或者通過光固化性樹脂組合物固化而形成的光固化的樹脂層上，依次供給1層光固化性樹脂組合物；光源；面狀制圖掩模，它能改變掩模圖像，尤其能把用微小點區(qū)來遮光和透光的許多微小光擋板(液晶擋板、數(shù)字微型反射鏡擋板等)布置成面狀；移動裝置，使面狀制圖掩模相對于光固化性樹脂組合物的表面以平行狀態(tài)移動；以及改變裝置，用于和面狀制圖掩模的移動相同步，改變面狀制圖掩模的掩模圖像。
為使面狀制圖掩模相對于光固化性樹脂組合物表面以平行狀態(tài)進(jìn)行移動所用的裝置和方式不受特殊限制。例如，以線性導(dǎo)向、軸、扁桿(フラットバ一)等為導(dǎo)向，利用滾珠螺桿、梯形螺紋、牙輪(同步)皮帶、齒條和小齒輪、鏈條等來傳遞驅(qū)動力，驅(qū)動源可以采用AC伺服馬達(dá)、DC伺服馬達(dá)和步進(jìn)馬達(dá)等。并且，也可以利用導(dǎo)向和驅(qū)動兼用的線性馬達(dá)方式、以及多關(guān)節(jié)型機(jī)械手臂前端部。這樣，本系統(tǒng)和移動可以采用任意的裝置和方式。
進(jìn)行光造型時的面狀制圖掩模的連續(xù)移動方向和速度，根據(jù)光源的種類、對光固化性樹脂組合物表面進(jìn)行照射的光的照射強(qiáng)度、通過面狀制圖掩模的光固化性樹脂組合物表面的曝光區(qū)(曝光面積)、欲形成的斷面形狀圖形的形狀、光固化性樹脂組合物的種類、光固化性樹脂組合物的光固化特性和形成光固化層所需的曝光時間等，利用計算機(jī)等進(jìn)行控制和調(diào)整。一般，如果使面狀制圖掩模從光固化性樹脂組合物表面上的曝光區(qū)的一邊的端部向與其相對置的另一邊的端部側(cè)，相對于光固化性樹脂組合物表面以平行狀態(tài)按照等速度沿直線連續(xù)地進(jìn)行移動，那么，對光固化性樹脂組合物表面的光照射量的均勻控制很容易進(jìn)行。
在此，制圖掩模的移動可以是連續(xù)性的。并且，隨著制圖掩模的移動，制圖掩模的掩模圖像也連續(xù)地變化。
在與面狀制圖掩模的連續(xù)移動相同步，連續(xù)地(動畫方式)改變面狀制圖掩模的掩模的圖像時，根據(jù)欲形成的斷面形狀圖形的內(nèi)容和面狀制圖掩模的連續(xù)移動速度等，利用面狀制圖掩模來形成的掩模圖像的有關(guān)信息，預(yù)先存儲到計算機(jī)等內(nèi)，可以按照該信息來連續(xù)地改變面狀制圖掩模的掩模圖像。
本發(fā)明所采用的面狀制圖掩模，最好是能用微小點區(qū)遮光和透光的許多微小光擋板被布置成面狀的面狀制圖掩模。這種面狀制圖掩模的具體例子可以是液晶擋板或數(shù)字微型反射鏡擋板。希望作為本發(fā)明的面狀制圖掩模使用的液晶擋板和數(shù)字微型反射鏡擋板，作為能連續(xù)(動畫方式)形成圖像的裝置，已應(yīng)用于其化領(lǐng)域(例如電視、微機(jī)、投影儀、汽車導(dǎo)向、移動電話等)。
這些面狀制圖掩模最好是能用微小點區(qū)來遮光或透光的許多微小光擋板被并列布置成面狀(X-Y方向)的正方形狀或長方形狀的面狀制圖掩模。布置成面狀制圖掩模的微小光擋板(像素)數(shù)無特別限制，可以采用過去已知的數(shù)據(jù)。液晶擋板(液晶顯示器件)，例如可采用QVGA(像素數(shù)＝320點×240點)，VGA(像素數(shù)＝640×480點)、SVGA(像素數(shù)＝800×600點)、UXGA(像素數(shù)＝1024×768點)、QS×GA(像素數(shù)＝2560×2648點)等，這些液晶擋板早已廣泛銷售。
并且，數(shù)字微型反射鏡擋板，例如可采用德州儀器公司制的“DLPTechnology”(注冊商標(biāo))的DMD(注冊商標(biāo))器件等。
本發(fā)明希望采用的上述液晶擋板和數(shù)字微型反射鏡擋板所構(gòu)成的面狀制圖掩模，在面狀制圖掩模連續(xù)移動時根據(jù)欲形成的斷面形狀圖形，利用上述許多微小光擋板來進(jìn)行遮光和/或透光，這樣，例如可以像電視和電影等的動畫那樣，連續(xù)地改變掩模圖像。因此，一邊連續(xù)移動一邊連續(xù)改變的這種掩模圖像(動畫的掩模圖像)所對應(yīng)的光，一邊使該照射位置連續(xù)移動，一邊連續(xù)照射光固化性樹脂組合物表面，被光照射的部分的光固化性樹脂組合物表面連續(xù)地固化，形成規(guī)定的一層斷面形狀圖形。
利用上述例示的液晶擋板，使光固化性樹脂組合物的表面上的1個像素間距(相鄰的像素之間的距離)達(dá)到0.1mm(光造型所需的造型精度)，在使液晶擋板停止的狀態(tài)下，進(jìn)行光照射的這種現(xiàn)有技術(shù)的情況下，其曝光面尺寸，按QVGA為32mm×24mm；按VGA為64mm×48mm；按SVGA為80mm×60mm；按UXGA為102.4mm×76.8mm；按QS×GA為256mm×264.8，曝光面(斷面形狀圖形)的一邊的尺寸超過300mm的大型立體造型物很難制造。對此，在采用本發(fā)明的情況下，利用上述過去市場銷售的液晶擋板等作為液晶擋板掩模，使其相對于光固化性樹脂組合物表面以平行狀態(tài)而連續(xù)地移動，同時，對采用液晶擋板的掩模圖像，一邊與液晶擋板的移動相同步連續(xù)地按動畫方式進(jìn)行改變，一邊對其進(jìn)行光照射，因此，曝光面(斷面形狀圖形)的尺寸不受限制，能形成任意大小的光固化的斷面形狀圖形。所以，在采用本發(fā)明的情況下，一邊的尺寸超過300mm的大型立體造型物，也能達(dá)到造型精度高，而且造型速度快，再者制造方法簡單，生產(chǎn)效率高。
光源被布置在面狀制圖掩模的背部側(cè)，從光源來的光通過面狀制圖掩模而照射到光固化性樹脂組合物表面上。光源的種類不受特別限制，只要是能用于光學(xué)立體造型的光源，任一種均可。例如可以是氙燈、金屬鹵化物燈、水銀燈、螢光燈、鹵素?zé)?、白熾燈、Ar激光器、He-Cd激光器、LD激光器(半導(dǎo)體激勵固體激光器)等。尤其，在采用本發(fā)明的情況下，不使用光學(xué)立體造型方法中像過去使用的激光裝置那樣高價的光源，可以使用氙燈、金屬鹵化物燈、水銀燈、螢光燈、鹵素?zé)?、白熾燈等廉價的通用光源，因此，能使光學(xué)立體造型裝置價格低，使用方便。
光源的形狀、大小、數(shù)量也沒有特殊限制，可以根據(jù)面狀制圖掩模的形狀和尺寸、欲形成的光固化斷面形狀圖形的形狀和尺寸等而適當(dāng)進(jìn)行選擇，光源也可以是點狀、球狀、棒狀、面狀的，也可以是把點狀和球狀光源在面狀制圖掩模的背部側(cè)直接布置成一行或多行。
并且，光源也可以在面狀制圖掩模的背部側(cè)和面狀制圖掩模一起設(shè)置成能連續(xù)移動的狀態(tài)。或者，為了提高造型精度，提高造型速度，減輕裝置重量，提高可維修性等目的，也可以把光源設(shè)置在固定位置上使其不移動，同時，把來自光源的光通過光纖、導(dǎo)光管或其他光傳導(dǎo)裝置而引導(dǎo)到面狀制圖掩模的背部，也可以使光纖和導(dǎo)光管或其他光傳導(dǎo)裝置和面狀制圖掩模一起設(shè)置成能連續(xù)移動的狀態(tài)。
并且，為了提高造型速度，也可以采用利用多個光源進(jìn)行聚光提高光能量的方式。其優(yōu)點是尤其在使用光纖或?qū)Ч夤艿鹊那闆r下容易對多個光源進(jìn)行聚光。
本發(fā)明，為了提高造型精度、提高造型速度，減輕裝置的重量，提高易維修性，降低裝置成本等目的，最好根據(jù)布置在面狀制圖掩模的背部側(cè)的光源和種類、形狀、數(shù)量、面狀制圖掩模的形狀和尺寸等，布置以下兩種裝置一是把從光源來的光很好地引導(dǎo)到面狀制圖掩模上用的裝置(例如聚光鏡、菲涅兒透鏡等)；另一種是以很高的精度把利用面狀制圖掩模來形成的掩模圖像(通過面狀制圖掩模的光圖像)照射到光固化性樹脂組合物表面的規(guī)定位置上所用的裝置(例如投影透鏡，投射透鏡等)。這些裝置最好與面狀制圖掩模的連續(xù)移動相同步而進(jìn)行連續(xù)移動。
本發(fā)明所采用的光固化性樹脂組合物的種類沒有特別限制，可以采用能用于光造型的液狀、膏狀、粉末狀、薄膜狀等光固化性樹脂組合物中的任一種。
在本發(fā)明中，光固化性樹脂組合物可以采用光造型中過去所使用的材料，例如，尿烷丙烯酸酯低聚體、環(huán)氧丙烯酸酯低聚體、酯式丙烯酸酯低聚體、多官能環(huán)氧樹脂等各種低聚體、丙烯酸異冰片酯、甲基丙烯酸異冰片酯、二環(huán)戊二烯基丙烯酸酯、二環(huán)戊二烯基甲基丙烯酸酯、二環(huán)戊二烯氧乙基丙烯酸酯、二環(huán)戊烯基乙基甲基丙烯酸酯、二環(huán)戊烯基丙烯酸酯、二環(huán)戊二烯甲基丙烯酸酯、冰片基丙烯酸酯、冰片基甲基丙烯酸酯、2-羥乙基丙烯酸酯、環(huán)己基丙烯酸酯、2-羥丙基丙烯酸酯、苯氧基乙基丙烯酸酯、嗎啉丙烯酰胺、嗎啉甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺等丙烯系化合物和N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯己內(nèi)酰胺、醋酸乙烯酯、苯乙烯等各種單官能性乙烯基化合物、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、環(huán)氧乙烷改性的三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯、四甘醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、1，4-丁二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、二環(huán)戊二烯二丙烯酸酯、聚酯二丙烯酸酯、環(huán)氧乙烷改性的雙酚A二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、環(huán)氧丙烷改性的雙酚A二丙烯酸酯、三(丙烯氧乙基)異氰酸酯等多官能性乙烯基化合物，加氫雙酚A二環(huán)氧甘油醚-3，4-環(huán)氧環(huán)己基甲基3，4-環(huán)氧環(huán)己烷羧酸酯、2-(3，4-環(huán)氧環(huán)己基-5，5-螺-3，4-環(huán)氧基)環(huán)己烷間二氧雜環(huán)己烷、二(3，4-環(huán)氧環(huán)己基甲基)己二酸酯等各種環(huán)氧系化合物等1種或2種以上、光聚合引發(fā)劑、以及必要時增感劑等包含在內(nèi)的光固化性樹脂組合物。
并且，本發(fā)明所使用的光固化性樹脂組合物，除上述成分外，根據(jù)需要也可含有均化劑、磷酸酯鹽系表面活性劑以外的表面活性劑、有機(jī)高分子改性劑、有機(jī)增塑劑等。
本發(fā)明所采用的光固化性樹脂組合物，根據(jù)需要也可含有固體微粒子和須晶等充填劑。若采用含有充填材料的光固化性樹脂組合物，則由于固化時體積收縮量減小而能提高尺寸精度，能提高機(jī)械物性和耐熱性等。
作為充填材料使用的固體微粒子，例如可以采用碳黑微粒子等無機(jī)微粒子、聚苯乙烯微粒子、聚乙烯微粒子、聚丙烯微粒子、丙烯酸樹脂微粒子、合成橡膠微粒子等有機(jī)聚合物微粒子等?？梢允褂闷渲械囊环N或2種以上。對固體微粒子的粒徑?jīng)]有特別限制，但一般采用平均粒徑為200μm以下的，尤其最好采用100μm以下的。
并且，須晶最好用以下尺寸直徑0.3～1μm，尤其0.3～0.7μm更好；長度10～70μm，尤其20～50μm寬高比10～100，尤其20～70μm更好。而且，在此所說的須晶的尺寸和寬高比是利用激光衍射/散射式粒度分布測量裝置而測量的尺寸和寬高比。對須晶的種類沒有特別限制，例如可采用硼酸鋁系須晶、氧化鋁系須晶、氮化鋁系須晶水、氧化硫酸鎂系須晶、氧化鈦系須晶等，可以選用上述須晶中的一種或2種以上。
在使用含有固體微粒子和/或須晶的光固化性樹脂組合物的情況下，固體微粒子的含有率，最好是光固化性樹脂組合物的總?cè)萘康?～70％，并且，須晶的含有量最好是總?cè)萘康?～30％。在固體微粒子和須晶兩者同時含有的情況下，最好使兩者的合計含有量占總?cè)萘康?0～75％。
固體微粒子和/或須晶，也可以用硅烷偶合劑進(jìn)行表面處理，也可以不進(jìn)行表面處理，但最好是進(jìn)行表面處理。在固體微粒子和/或須晶用硅烷偶合劑進(jìn)行表面處理的情況下，能獲得熱變形溫度、彎曲彈性率、機(jī)械強(qiáng)度更高的光固化物。在此情況下的硅烷偶合劑，也可以采用充填劑表面處理等時過去所采用的硅烷偶合劑中的任一種，理想的硅烷偶合劑可以采用氨基硅烷、環(huán)氧硅烷、乙烯基硅烷和(甲基)丙烯基硅烷。
發(fā)明的
具體實施例方式
以下參照附圖，具體說明本發(fā)明、但本發(fā)明并不受圖示的任何限制。
圖1～圖3分別表示本發(fā)明的光學(xué)立體造型方法(光造型法)所使用的光學(xué)立體造型裝置(光造型裝置)的主要部分的具體例子。并且，圖4和圖5表示利用圖1～圖3所示的光造型裝置按照本發(fā)明的方法來進(jìn)行光造型時的工藝(操作方法)。
在圖1～圖5中，1是光源，2是聚光鏡，3是面狀制圖掩模，其中，3a是把液晶擋板布置成面狀的面狀制圖掩模(以下有時稱為“液晶式面狀制圖掩?！?，3b表示把數(shù)字微型反射鏡擋板布置成面狀的面狀制圖掩模(以下有時稱為“DMD式面狀制圖掩?！?，并且，4是投影透鏡，5是由光固化性樹脂組合物表面構(gòu)成的造型面(一層的造型面)，5a是造型面的一邊的端部，5b是造型面的另一邊的端部，6是形成在上述造型面上的曝光圖像(光固化的樹脂層)，7是光纖或光導(dǎo)管等光傳導(dǎo)裝置。
如圖1～圖5所示，來自光源1的光利用聚光透鏡2照射到面狀制圖掩模3(3a、3b等)上，對其全面進(jìn)行照射。
這時，如圖1和圖2所示，也可以把光源1直接布置到聚光透鏡2的背面?zhèn)?，把從光?來的光直接引導(dǎo)到聚光透鏡2上，也可以如圖3所示，把光源1布置在離開聚光鏡的地方，通過光纖或光導(dǎo)管等光傳輸裝置7引導(dǎo)到聚光鏡2上。
在把光源1直接布置到聚光透鏡2的背面?zhèn)鹊膱D1和圖2所示的方式的情況下，光源1和聚光鏡2、面狀制圖掩模3(3a、3b等)以及投影透鏡4一起在光造型時按照該掃描方向進(jìn)行連續(xù)移動。
并且，如圖3所示，在通過光纖或光導(dǎo)管等光傳導(dǎo)裝置7把從光源1來的光引導(dǎo)到聚光透鏡2的背面的情況下，可以把光源1固定布置到規(guī)定位置上，使光纖或光導(dǎo)管等撓性光傳導(dǎo)裝置7和聚光透鏡2、面狀制圖掩模3(3a、3b等)和投影透鏡4一起在光造型時沿其掃描方向連續(xù)移動。
對光源1的種類和形狀沒有特別限制，例如，圖1～圖4所示的光放出部也可以是圓形光源，如圖5所示，光放出部也可以是橫向長(或縱向長)的棒狀的光源，也可以是無圖示的其他形狀的光源。
在光造型操作時，在面狀制圖掩模3(3a、3b等)上，與欲形成的光固化樹脂的斷面形狀圖形相對應(yīng)，以動畫方式形成與面狀制圖掩模的移動相同步而連續(xù)變化的規(guī)定的掩模圖像。因此，經(jīng)過聚光透鏡2而被照射到面狀制圖掩模3(3a、3b等)整個面上的光，雖然在面狀制圖掩模3(3a、3b等)的作用下連續(xù)地而且不間斷地進(jìn)行變化，但經(jīng)過已形成的規(guī)定的掩模圖像時就是通過或被遮擋(反射；DMD式面狀制圖掩模的情況下)，只有無掩模(遮擋)的部分的光才經(jīng)過投影透鏡4而照射到由光固化性樹脂組合物構(gòu)成的造型面5上，在該造型面5上形成規(guī)定的形狀圖形的曝光圖像(光固化部)6。
對面狀制圖掩模3(3a、3b等)的形狀沒有特別限制，可根據(jù)欲制造的光造型物的形狀和尺寸(尤其是斷面形狀及其尺寸)等，選擇適當(dāng)?shù)男螤睢Ｃ鏍钪茍D掩模3(3a、3b等)，例如，也可以是圖1～圖4所示的正方形或大致的正方形的形狀，也可以是圖5所示的長方形狀，或者其他形狀。
再有，面狀制圖掩模3(3a、3b等)的尺寸，也可以根據(jù)欲制造的光造型物的形狀和尺寸(尤其是斷面形狀及其尺寸)等而選擇適當(dāng)?shù)某叽?。面狀制圖掩模3(3a、3b)，如圖1～圖4所示，既可以是其寬度尺寸小于欲形成的光固化的斷面形狀圖形的總寬度(造型面總寬度)，也可以如圖5所示，其寬度尺寸可以包括欲形成的規(guī)定的光固化的形狀圖形的總寬度(造型面的總寬)。
在面狀制圖掩模3采用液晶式面狀制圖掩模3a的情況下，在設(shè)計上，根據(jù)欲形成的規(guī)定的斷面形狀和液晶面狀制圖掩模3a的連續(xù)移動，預(yù)先在計算機(jī)等內(nèi)存儲有關(guān)的信息，根據(jù)該信息，在液晶面狀制圖掩模3a上布置的許多微小液晶擋板中，應(yīng)當(dāng)使光通過的部位上的液晶擋板進(jìn)行打開使光通過；另一方面，應(yīng)當(dāng)遮擋光線的部位上的液晶擋板進(jìn)行關(guān)閉，阻止光的通過，連續(xù)地(以動畫方式)反復(fù)進(jìn)行以上操作，直到形成具有規(guī)定斷面形狀的光固化樹脂層為止。
并且，在面狀制圖掩模3采用DMD式面狀制圖掩模3b的情況下，根據(jù)欲形成的規(guī)定的斷面形狀和DMD式面狀制圖掩模3b的連續(xù)移動預(yù)先在計算機(jī)等中存儲有關(guān)信息，根據(jù)該信息，在布置成面狀的許多微小反射鏡擋板中，特定的反射鏡擋板面對的方向是光能在投影透鏡4和透光面5的方向上反射(引導(dǎo))的方向；另一方面，應(yīng)當(dāng)遮擋光線的部位上的反射鏡擋板面對的方向是不能在投影透鏡4和造型面5的方向上反射(不能引導(dǎo))的方向。連續(xù)地(以動畫方式)反復(fù)進(jìn)行上述操作直到形成具有規(guī)定斷面形狀的光固化的樹脂層為止。
圖1～圖5所示的光造型裝置，在設(shè)計上，光源1或光傳導(dǎo)裝置7、聚光透鏡2、面狀制圖掩模3a或3b以及投影透鏡4，把光線照射到光固化性樹脂組合物表面上，形成光固化的樹脂層，在進(jìn)行這種光造型操作時，利用移動裝置(無圖示)使上述各部分形成一個整體，相對于造型面5(光固化性樹脂組合物表面)以平行狀態(tài)連續(xù)地進(jìn)行移動(在圖1～圖5中沿箭頭方向進(jìn)行連續(xù)移動)。
并且，面狀制圖掩模3(3a、3b等)中的掩模圖像(掩模圖形)如上所述，根據(jù)預(yù)先存儲在計算機(jī)等中的掩模圖像的有關(guān)信息，例如，如圖4和圖5所示，根據(jù)欲形成的光固化的樹脂導(dǎo)的規(guī)定斷面形狀圖形，一邊與面狀制圖掩模3(3a、3b等)的連續(xù)移動相同步，以動畫方式連續(xù)地進(jìn)行變化，一邊把光線照射到造型面5(光固化性樹脂組合物表面)上，連續(xù)地形成具有規(guī)定斷面形狀的光固化的樹脂層(曝光圖像6)。
圖4是表示利用寬度尺寸小于欲形成的規(guī)定光固化的斷面形狀圖形(曝光圖像6)的總寬度(或者造型面5的總寬度)的面狀制圖掩模3(在圖4的情況下是具有造型面5的寬度的約一半的寬度的面狀制圖掩模3)，進(jìn)行本發(fā)明的光造型的情況下的一連串操作。
首先，在開始光造型時，如圖4(1)所示，經(jīng)過面狀制圖掩模3和投影透鏡4的光的移動前端位于造型面5的端部5a處，然后，如圖4(2)～(5)所示，使光源1(或光傳導(dǎo)裝置7)、聚光鏡2、面狀制圖掩模3和投影透鏡4相對于造型面5以平行狀態(tài)連續(xù)地向造型面5的另一邊的端部5b方向移動。這時，采用面狀制圖掩模3的掩模圖像，一邊根據(jù)欲形成的規(guī)定斷面形狀圖形而以動畫方式連續(xù)地進(jìn)行變化，一邊使與該掩模圖像相對應(yīng)的光照射到造型5上，形成曝光圖像6。當(dāng)上述光造型操作進(jìn)行到圖4(5)的階段時，形成欲形成的規(guī)定斷面形狀圖形中的一半寬度的曝光圖像6，所以，在該階段，使光源1(或光傳導(dǎo)裝置7)、聚光透鏡2、面狀制圖掩模3和投影透鏡4移動到造型面5的其余的一半寬度的位置上[圖4的(6)]，從該位置起，如圖4(6)～(10)所示，反復(fù)進(jìn)行與上述相同的光造型操作，以便從造型面5的端部5b向造型面5的端部5a側(cè)移動。這樣來形成具有欲形成的規(guī)定斷面形狀圖形的一層光固化的樹脂層(曝光圖像6)。
并且，圖5表示利用寬度尺寸等于或大體等于欲形成的規(guī)定的光固化的斷面形狀圖形(曝光圖像6)的總寬度(或造型面5的總寬度)的面狀制圖掩模3，進(jìn)行本發(fā)明的光造型的情況下的一連串操作。
首先，在開始光造型時，如圖5(1)所示，使經(jīng)過面狀制圖掩模3和投影透鏡4的光的移動前端，位于造型面中未形成造型面5中的曝光圖像6的另一個端部5a附近的位置上。然后，如圖5(2)～(5)所示，使光源1，聚光透鏡2、面狀制圖掩模3和投影透鏡4相對于造型面5以平行狀態(tài)連續(xù)地向造型面5的另一邊的端部5a方向移動。這時，采用面狀制圖掩模3的掩模圖像一邊根據(jù)欲形成的規(guī)定的斷面形狀圖形以動畫方式連續(xù)地進(jìn)行變化，一邊把與該掩模圖像相對應(yīng)的光照射到造型面5上，形成具有欲形成的斷面形狀圖形的一層光固化的樹脂層(曝光圖像6)。
在進(jìn)行圖4和圖5所示的一連串光造型操作時，為了在形成一層光固化樹脂層(曝光圖像6)時(連續(xù)造型操作時)使斷面形狀圖形(曝光圖像6)的各部分中的光照射量相等，最好是光源1(或光傳導(dǎo)裝置7)、聚光透鏡2、面狀制圖掩模3和投影透鏡4連續(xù)移動時的速度相等，而且，經(jīng)過面狀制圖掩模3和投影透鏡4到達(dá)造型面5的光的強(qiáng)度在光造型操作中不發(fā)生變化。
本發(fā)明的光造型方法是，面狀制圖掩模3的掩模圖像，根據(jù)欲形成的光固化的樹脂層(曝光圖像6)的斷面形狀圖形，與面狀制圖掩模3的連續(xù)移動相同步，以動畫方式連續(xù)地改變，這樣，邊改變邊進(jìn)行光造型，在此情況下，從上述圖4和圖5中可以看出使用比規(guī)定的斷面形狀圖形(曝光圖像6)小的面狀制圖掩模3，能夠一方面使從面狀制圖掩模3投影的光固化性樹脂組合物表面上的鄰接的微小點區(qū)間的距離保持較小的值，另一方面使從小型到大型的各種光造型物制造簡單方便，而且造型精度高。因此，通過光照射而形成的曝光圖像6(光固化的樹脂層)的各部分(例如圖4的6a所示)，不是單純用一次光照射即可固化，而是經(jīng)過投影透鏡4照射到造型面5上的連續(xù)變化的動畫式的規(guī)定圖形的光，在完全通過這些部分(例如6a部分)之前的過程中，連續(xù)地進(jìn)行照射，形成光固化的樹脂層。因此，在采用本發(fā)明的情況下，加快光造型時照射光的移動速度，也能充分進(jìn)行光固化，能以較短的時間，制造出作為目的物的光造型物，生產(chǎn)效率高。而且，在采用本發(fā)明的情況下，形成的曝光圖像6(具有規(guī)定斷面形狀圖形的光固化的樹脂)的各部分的光照射量通過上述連續(xù)的光照射而達(dá)到均勻一致，所以，不會出現(xiàn)在使面狀制圖掩模3停止的狀態(tài)下照射光線的上述現(xiàn)有技術(shù)中的鄰接的照射部分之間的不連續(xù)性和光照射的不均勻性，而是能夠?qū)φ麄€斷面形狀圖形進(jìn)行均勻的無斑痕的光照射，能提高光造型物的尺寸精度和制造精度，能進(jìn)一步消除了強(qiáng)度不均勻現(xiàn)象，外觀優(yōu)良。
再有，在采用本發(fā)明的情況下，能縮小投影制圖面，進(jìn)行光造型，這樣能提高制圖分辨率。并且，通過縮小制圖面，能提高制圖部的單位面積的光強(qiáng)度，能縮短照射部的照射時間。例如使用固化靈敏度為5mJ的光固化性樹脂組合物，利用使該光固化性樹脂組合物停止(固定)的面狀制圖掩模，對250mm×250mm的尺寸進(jìn)行分批照射，這樣若圖像達(dá)到1mw/cm2，則這時的必要光照射時間為5秒。把該圖像(光照射面積)縮小到1/4尺寸(125mm×125m)，利用本發(fā)明的方法(一邊使面狀制圖掩模連續(xù)移動，同時使掩模圖像與該連續(xù)移動相同步，以動畫方式連續(xù)地進(jìn)行變化，一邊進(jìn)行光固化的方法)，最終形成與上述250mm×250mm相同的區(qū)域尺寸的曝光層的情況，與在使面狀制圖掩模停止的狀態(tài)(固定狀態(tài))下分批進(jìn)行照射的情況相比較，制圖分辨率提高到4倍。并且，單位面積的光強(qiáng)度也能達(dá)到分批照射時的4倍的4mw/cm2。這時，連續(xù)地移動250mm×250mm的區(qū)域進(jìn)行曝光所需要的時間與分批曝光時相同，為5秒。也就是說，雖然造型時間與利用停止的面狀制圖掩模分批進(jìn)行曝光的情況相同，但造型精度大大提高。
<實施例1>
使用圖4所示的光造型裝置，其中，光源1為150w金屬鹵化物燈，面狀制圖掩模3為EPSON公司制的TFT方式VGA(800×640像素)的液晶，光固化性樹脂組合物采用旭電化工業(yè)株式會社制“阿德卡拉斯古阿HSX-V2”(固化靈敏度5mJ)，對造型面5(光固化性樹脂組合物表面)的投影尺寸＝35mm(裝置的前進(jìn)方向)×47mm(與前進(jìn)方向成直角的方向)(方形)、在造型面5的光能量強(qiáng)度1mw/cw2條件下，按照圖4所示的方法，使光源1、聚光透鏡2、面狀制圖掩模3和投影透鏡4形成一個整體，在約7mm/秒的速度下與造型面5相平行沿前進(jìn)方向連續(xù)移動，這時根據(jù)由液晶構(gòu)成的面狀制圖掩模3的欲形成掩模圖像的斷面形狀圖形，以動畫方式連續(xù)地邊改變，邊進(jìn)行光照射，制造出具有圖4的斷面形狀圖形的立體造型物(縱×橫×厚＝90mm×90mm×15mm)。在該光造型操作中，光固化層各部分的照射時間為5秒，各部分的光照射量為5mJ。這樣能以高造型速度順利地制造出尺寸精度高，而且無固化斑痕、外觀和強(qiáng)度良好的立體造型物。
在本實施例中，利用移動裝置來使光源和制圖掩模進(jìn)行移動。但是，也可以把光源和制圖掩模固定在規(guī)定位置上，使光固化性樹脂組成物相對于光源和制圖掩模進(jìn)行移動。在此情況下，制圖掩模的掩模圖像隨光固化性樹脂組成物的移動而移動。
當(dāng)然，也可以把光固化性樹脂組成物和光源、制圖掩模裝置分別制成活動式的。
在本申請的裝置中，由于把移動裝置安裝在放置光固化性組成物的臺子等上，所以能使光固化性樹脂組成物移動。
使光固化性樹脂組成物進(jìn)行移動也能獲得本申請的同樣效果。
而且，面狀光本身也不一定靠照射部來達(dá)到均勻一致，通過一邊照射，一邊按一定速度移動，能使照射量在光硬化部上達(dá)到均勻一致。
具體來說，在上述實施例中，制圖掩模的移動是連續(xù)的。并且，制圖掩模的掩模圖像連續(xù)地變化。但是，本發(fā)明并非僅限于此。制圖掩模的移動也可是斷續(xù)的，每次停止在各個規(guī)定位置上。隨著制圖掩模的移動，掩模的圖像也可以斷續(xù)地變化。
并且，各個實施例，均具有聚光透鏡和投影透鏡。但是，不設(shè)置這些聚光透鏡和投影透鏡也能實施本發(fā)明。
本申請的制圖掩模不僅限于平的形狀。例如，掩模本身也可以形成彎曲狀。再者，照射到光固化性樹脂組成物上的光并不僅于構(gòu)成圖像信息的面狀光。
從上述說明中可以看出在采用本發(fā)明的情況下，不僅限于小型、中型立體造型物，而且也包括大型立體造型物，均能利用尺寸比欲形成的預(yù)定斷面形狀圖形小、價格比較低的面狀制圖掩模，能提高造型精度，而且防止固化不均勻，與過去相比，造型速度快，生產(chǎn)效率高，制作的高質(zhì)量立體造型物，尺寸精度高，強(qiáng)度、外觀性能良好。
再有，在采用本發(fā)明的情況下，在不使用高價的紫外線激光裝置，而使用像一般的紫外線燈那樣的廉價光源的情況下，也能以較高的造型速度，順利地制作出造型精度高而且沒有固化不均勻的高質(zhì)量立體造型物。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)立體造型方法，其特征在于設(shè)置光固化性樹脂組合物；在該光固化性樹脂組合物的表面上，通過制圖掩模進(jìn)行控制，照射光，形成具有預(yù)定光固化的樹脂層；通過反復(fù)進(jìn)行上述工序，重疊光固化的樹脂層而形成立體造型物；前期制圖掩模是與前期光固化性樹脂組合物大致平行地被移動的；通過供給光、及前期制圖掩?？膳c該制圖掩模的移動相連動而改變掩模圖像，由此，在前期光固化性樹脂組合物的表面上形成預(yù)定的形狀；形成具有預(yù)定斷面形狀的前期光固化層。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)立體造型方法，其特征在于作為面狀制圖掩模，采用能用微小點區(qū)來遮光和透光的許多微小光擋板被布置成面狀的制圖掩模，根據(jù)欲形成的斷面形狀圖形，利用上述許多微小光擋板改變掩模圖像。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)立體造型方法，其特征在于面狀制圖掩模是把液晶擋板或數(shù)字微型反射鏡擋板布置成二維的面狀制圖掩模。
4.如權(quán)利要求1～3中的任一項所述的光學(xué)立體造型方法，其特征在于在形成具有預(yù)定的斷面形狀圖形的一層光固化的樹脂層時，對面狀制圖掩模的連續(xù)移動速度和/或面狀制圖掩模的掩模圖像的變化進(jìn)行調(diào)整，使面狀制形的各部分的光照射量相等。
5.一種光學(xué)立體造型裝置，其特征在于具有光固化性樹脂組合物的供給裝置，用于依次向載物臺上或光固化的樹脂層上供給一層光固化性樹脂組合物；光源；制圖掩模，它能改變掩模圖像；移動裝置，用于在與光固化性樹脂組合物的表面相平行的狀態(tài)下連續(xù)地移動制圖掩模；以及改變裝置，用于和面狀制圖掩模的移動相同步，連續(xù)地改變制圖掩模的掩模圖像。
6.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)立體造型裝置，其特征在于面狀制圖掩模是能用微小點區(qū)來遮光和透光的許多微小光擋板被布置成面狀的面狀制圖掩模。
7.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)立體造型裝置，其特征在于面狀制圖掩模是把微小點區(qū)或數(shù)字微型反射鏡擋板布置成面狀的面狀制圖掩模。
8.權(quán)利要求6或所述的光學(xué)立體造型裝置，其特征在于面狀制圖掩模是把微小點區(qū)或數(shù)字微型反射鏡擋板布置成面狀的面狀制圖掩模。
9.如權(quán)利要求5～8中的任一項所述的光學(xué)立體造型裝置，其特征在于在光源和面狀制圖掩模之間具有能與面狀制圖掩模相同步連續(xù)移動的聚光鏡；在面狀制圖掩模和光固化性樹脂組合物的表面之間具有能與面狀制圖掩模相同步連續(xù)移動的投影透鏡。
10.如權(quán)利要求1～3中的任一項所述的光學(xué)立體造型裝置，其特征在于所述前期制圖掩模的移動是連續(xù)的，該制圖掩模的掩模圖像連續(xù)地變化。
11.如權(quán)利要求5～8中的任一項所述的光學(xué)立體造型裝置，其特征在于所述前期制圖掩模的移動是連續(xù)的，該制圖掩模的掩模圖像連續(xù)地變化。
全文摘要
光造型方法和光造型裝置，使用能改變掩模圖像的面狀制圖掩模，使面狀制圖掩模在光固化性樹脂組合物的表面上以平行狀態(tài)進(jìn)行移動，同時，一邊根據(jù)欲形成的光固化的樹脂層的斷面形狀圖形，與面狀制圖掩模的移動相同步，改變面狀制圖掩模的掩模圖像，一邊在光固化性樹脂組合物的表面上通過面狀制圖掩模照射光線，形成具有預(yù)定的斷面形狀圖形的光固化的樹脂層。
文檔編號B29C67/00GK1443636SQ0312018
公開日2003年9月24日 申請日期2003年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月12日
發(fā)明者上野高邦 申請人:帝人制機(jī)株式會社