光造型装置用光学系统制造方法及图纸

提供一种能够通过光造型装置进行高精度的造型的光造型装置用光学系统。光造型装置用光学系统(10)具有：光源(11)，光扫描部(16)，使从光源(11)出射的光反射并朝向造型面(IM)扫描，以及聚光透镜(17)，配置在光扫描部(16)与造型面(IM)之间，将由光扫描部(16)反射的光聚光。在将聚光透镜(17)的焦点距离设为f，将聚光透镜(17)的造型面(IM)侧的面的最大有效直径上的法线角设为A时，光造型装置用光学系统(10)满足以下的条件式：f≤25mm，0.3＜cos(A)。0.3＜cos(A)。0.3＜cos(A)。

【技术实现步骤摘要】
光造型装置用光学系统


[0001]本技术涉及一种适合搭载于光造型装置中的光造型装置用光学系统，该光造型装置使用从激光光源或LED光源等光源出射的光将光固化性树脂固化来造型成期望的形状。

技术介绍

[0002]以多品种少量生产、缩短试制期间、削减开发成本等为目的的增材制造技术即所谓的3D打印机备受瞩目。3D打印机将由CAD等制成的三维数据作为设计图，基于其剖面形状来附着材料，由此能够对三维的物体进行造型。3D打印机的造型方式有各种方式。其中，利用激光等光使光固化性的树脂选择性地固化来进行造型的液槽光聚合(Vat Photopolymerization)(光造型)能够实现微小且高精细的造型。
[0003]作为采用了光造型方式的3D打印机，公知有例如专利文献1中记载的光造型装置。搭载在该光造型装置中的光学系统具有光源、光强度调制器、扩束镜、聚光透镜以及2个电流计镜(Galvanometer mirror)。从光源出射的光依次穿过光强度调制器、扩束镜以及聚光透镜，入射到电流计镜。电流计镜分别具有镜片和致动器，各镜片在相互正交的方向上转动。由电流计镜的各镜片依次反射的光照射到造型面上的光固化性树脂上，被光照射的部位固化。此外，通过层叠该固化的层来对三维的物体进行造型。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：日本特开2017
‑
94563号公报

技术实现思路

[0007]技术要解决的问题
[0008]近年来，随着光造型方式的造型对象的扩大，要求比以往更高精细的造型。例如，在衍射光学元件(DOE：Diffractive Optical Element)中，为了忠实地再现凹凸结构，需要比以往更高精细的造型。在光造型中，虽然能够通过使照射到造型面的光线的聚光直径即所谓的光斑直径变小来进行高精细的造型，但为了将其实现，存在各种技术课题。
[0009]在专利文献1所记载的光造型装置的光学系统中，从光源出射的光线被扩束镜放大，该放大的光线入射到聚光透镜上。由于通过放大光线的光束直径而使聚光透镜的NA(数值孔径)变大，所以能够使照射到造型面的光线的光斑直径变小。但是，在从聚光透镜到造型面之间，配置有用于扫描光线的电流计镜，所以从聚光透镜到造型面之间的距离必然变长。因此，在专利文献1所记载的光学系统中，难以进一步减小照射到造型面的光线的光斑直径，在提高造型精度方面存在限制。
[0010]本技术的目的在于，提供一种能够进行高精细的光造型的光造型装置用光学系统。
[0011]用于解决问题的手段
[0012]为了解决上述课题，本技术的光造型装置用光学系统，具有：光源，光扫描部，使从光源出射的光反射并朝向造型面扫描，以及聚光透镜，配置在光扫描部与造型面之间，将被光扫描部反射的光聚光。在这样的结构中，在将聚光透镜的焦点距离设为f，将聚光透镜的造型面侧的面的最大有效直径上的法线角设为A时，本技术的光造型装置用光学系统满足以下条件式(1)以及条件式(2)。
[0013]f≤25mm
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(1)
[0014]0.3＜cos(A)
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(2)
[0015]由于在以往的光造型装置用光学系统中，聚光透镜的焦点距离长，所以难以减小照射在造型面上的光线的光斑直径。另一方面，在本技术的光造型装置用光学系统中，将聚光透镜配置在光扫描部与造型面之间。由此，能够使聚光透镜靠近造型面，能够缩短聚光透镜的焦点距离。另外，由于也能够减小聚光透镜的NA，所以通过满足上述条件式(1)，能够使照射到造型面的光线的光斑直径变为例如10μm以下。因此，根据本技术的光造型装置用光学系统，能够在光造型装置中进行高精细的造型。
[0016]但是，在光造型装置中，通过对光固化性树脂照射光并使该部分固化来进行造型，因此即使能够减小照射到造型面的光线的光斑直径，也有可能无法通过造型面中的光照射能的分布状态实现高精细的造型。在光照射能低的部位和高的部位，造型物的分辨率会发生变化。一般来说，由于透镜的特性，随着造型面的像高变高，周边光量比有降低的倾向。在光照射能没有达到光固化性树脂的固化所需的能量的情况下，造型物的轮廓不鲜明，难以进行高精细的造型。
[0017]因此，本技术的光造型装置用光学系统通过进一步满足上述条件式(2)，抑制了照射到造型面的光线的周边光量比的降低。由此，能够实现造型面中的光照射能的分布的均匀化，因此能够进行更高精细的造型。此外，在本说明书中，法线角是指，与聚光透镜的光轴正交的方向与透镜面的法线方向之间的角度。
[0018]在上述结构的光造型装置用光学系统中，优选聚光透镜为双凸透镜，在将聚光透镜的光扫描部侧的面的曲率半径设为R1，将聚光透镜的造型面侧的面的曲率半径设为R2时，满足以下的条件式(3)。
[0019]1.0≤|R1/R2|
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(3)
[0020]通过满足条件式(3)，能够抑制在聚光透镜的造型面侧的面中的最大法线角变小，能够适当地抑制造型面上的周边光量比的降低。
[0021]在上述结构的光造型装置用光学系统中，优选在光源与光扫描部之间还具有光束整形单元。在该情况下，优选在将从光源入射的光线的横截面中的短轴的长度设为Da，将长轴的长度设为Db时，光束整形单元在出射侧以满足以下的条件式(4)的方式使短轴方向的光扩散。
[0022]0.9＜Da/Db＜1.2
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(4)
[0023]另外，从光源出射的光线的剖面形状不是圆形的情况较多。尤其是半导体激光，在其结构上，光出射面的形状是矩形，因而出射的光线的剖面形状为椭圆形。若椭圆形的光线入射到聚光透镜，则照射到造型面的光线的光斑形状也形成为椭圆形，因此造型效率降低。另外，在光斑形状为椭圆形的情况下，也难以使光斑直径变小，难以进行精细的造型。通过满足上述条件式(4)，从光源出射的光线被光束整形单元整形为大致圆形，因此能够进行高
精细的造型。
[0024]在上述结构的光造型装置用光学系统中，优选光扫描部具有反射镜，使从光束整形单元出射的光线的直径与反射镜的直径相等。由反射镜反射的光线被聚光透镜聚光到造型面上。通过使入射到光扫描部的光线的直径与反射镜的直径相等，来适当地保持由光扫描部的扫描而连续地照射到造型面上的光斑的间隔和大小，能够进行更精细的造型。
[0025]优选光束整形单元在从光源出射的光线的入射侧具有沿着长轴形成的凹面，在出射侧具有沿着长轴形成的凸面。
[0026]根据这种结构，入射到光束整形单元的光线的短轴侧的光被上述凹面放大，且在出射侧被上述凸面聚光。因此，能够使入射到光束整形单元的椭圆形的光作为大致圆形的平行光而出射。
[0027]技术的效果
[0028]根据本技术的光造型装置用光学系统，能够在光造型装置中进行高精细的造型。
附图说明
[0029]图1是搭载有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光造型装置用光学系统，其特征在于，具有：光源，光扫描部，使从所述光源出射的光反射并朝向造型面扫描，以及聚光透镜，配置在所述光扫描部与所述造型面之间，将由所述光扫描部反射的光聚光；在将所述聚光透镜的焦点距离设为f，将所述聚光透镜的所述造型面侧的面的最大有效直径上的法线角设为A时，满足以下公式：f≤25mm，0.3＜cos(A)。2.根据权利要求1所述的光造型装置用光学系统，其特征在于，所述聚光透镜为双凸透镜，在将所述聚光透镜的光扫描部侧的面的曲率半径设为R1，将所述聚光透镜的造型面侧的面的曲率半径设为...

【专利技术属性】
技术研发人员：大岛英司，铃木久则，
申请(专利权)人：康达智株式会社，
类型：新型
国别省市：