光学三维造型方法及装置制造方法及图纸

一种方法和装置包括使用可以连续改变掩模图像的平面绘制掩模；相对于光硬化树脂组合物的表面连续移动平面绘制掩模，并且通过平面绘制掩模使光硬化树脂组合物的表面被光照射，同时根据将要形成的光硬化树脂层的横截面轮廓图案并且与平面绘制掩模的运动同步地连续改变平面绘制掩模的掩模图像，由此形成具有预定横截面轮廓图案的光硬化树脂层；以及进行光学造型操作以使得光硬化树脂层中相邻绘制区域之间的边界区域在最终获得的立体造型三维物体中不显眼。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用光硬化树脂组合物的立体造型方法和立体造型装置。更具体地说，本专利技术涉及以很高的造型精度、以很高的造型速度并且以很高的生产率采用光硬化树脂组合物制造立体造型三维物体的立体造型方法和立体造型装置，其中在三维物体的表面中不会出现任何不期望的线条、条纹和脊线，并且三维物体具有很高的表面质量和尺寸精度并且不存在强度和硬度的不均匀性。就本专利技术来说，从小到大的各种类型的立体造型三维物体都可以平滑地制造。
技术介绍
近年来，基于数据输入三维CAD系统通过使光硬化树脂硬化来制造立体造型三维物体的立体造型方法和装置已经进入实际使用。该立体造型技术获得了大量的关注，因为采用该方法可以很轻松地造型复杂的三维物体，如在设计工作的过程中用于验证外观设计的模型、用于检验部件功能的模型、或者用于制作塑料或金属模以用于制造铸模的基本模型。在通过立体造型术制造三维物体的时候，一种使用造型浴的方法通常被使用。作为该方法的步骤而广泛采用的方法包括下面工序将液体光硬化树脂放入造型浴中；选择性地照射点状UV激光束由此使树脂光学硬化至预定厚度，以至由此形成硬化的树脂层，其中所述激光束由计算机控制以至于在液体的表面上获得期望的图案；在造型浴内向下移动硬化的树脂层以使造型浴中的光硬化树脂液体在硬化的树脂层上面流动，由此形成一个光硬化树脂液体层；将点状UV激光束照射到光硬化树脂液体层上，由此形成硬化的树脂层；并且重复上述步骤直到形成预定形状和尺寸的立体造型三维物体。但是，使用点状UV激光束的上述传统方法是所谓的点刻法，并且具有包括大量时间消耗和低生产率的造型问题，该方法通过以运动方式将一个点状激光束照射到光硬化树脂的表面上而形成平面光硬化图案。而且，用作光源的UV激光系统非常昂贵，这使得这种立体造型装置很昂贵。为了解决传统技术的上述缺陷，立体造型方法已经被提出(参见JP4-305438A)，其中使用了直线曝光掩模，由此通过沿着与光学快门的设置方向垂直的方向扫描曝光掩模的方式根据预定的水平横截面轮廓数据控制光学快门，由此顺序形成一层光硬化树脂层。在采用这种方法的情况下，并非总是需要使用昂贵的UV激光系统作为光源，并且可以使用经济的光源，如普通UV灯。与使用点状UV激光束的传统方法相比，该方法使得能够提高造型速度。但是，该方法是下面所述的方案其中直线光硬化部分的各行沿光掩模的扫描方向依次形成，并且一层的横截面轮廓图案通过很多次重复形成直线光硬化部分而形成。如果光掩模的扫描速度增加，就不能逐行形成充分硬化的光硬化部分。因此，光掩模必须缓慢地扫描。而且，该方法是通过逐行地依次形成光硬化部分而形成平面光硬化层，这包括用于造型整个物件的大量时间消耗。因此，造型速度不能设定为非常快，并且考虑到生产率不能达到非常令人满意。用于制造立体造型三维物体的另一种公知的方法重复下面工序在光源与光硬化树脂组合物的表面之间固定放置平面绘制掩模，该掩模设置有能够遮蔽光和使光通过微点区域的液晶快门；使平面绘制掩模保持静止，同时根据将要形成的一层横截面轮廓图案在平面绘制掩模上面形成预定的掩模图案；经由掩模图案使光硬化树脂组合物的表面被光照射，由此使光硬化树脂组合物硬化，由此形成该层的横截面轮廓图案；在光硬化的横截面轮廓图案上面供应一层光硬化树脂组合物；使平面绘制掩模保持静止，同时根据将要形成的一层横截面轮廓图案在平面绘制掩模上面形成下一个预定的掩模图案；并且经由掩模图案使光硬化树脂组合物的表面被光照射，由此使下一层的光硬化树脂组合物硬化，由此形成该层的横截面轮廓图案。根据该方法，光硬化树脂组合物的表面被光照射，由此通过单个操作以平面方式形成一层光硬化横截面轮廓图案。因此，与使用点状UV激光的上述传统方法和JP4-305438A中所述的方法相比，可以提高光学造型速度，其中JP4-305438A中所述的方法在前面已经提到并且使用直线形曝光掩模，所述曝光掩模包括能够控制以直线连续布置的微点区域中的光屏蔽的光学快门。当立体造型三维物体采用该方法制造时，从造型精度(分辨率)的观点来看，从平面绘制掩模投影到光硬化树脂组合物表面上的相邻微点区域之间的间隔要求为0.1mm或更小。因此，例如，其造型面积具有250mm×250mm尺寸的小物件需要至少大约2500×2500点的像素数量。在造型面积具有600mm×600mm尺寸的中等尺寸物件的情况下，需要的像素数量大约为6000×6000点。但是，实现这种高分辨率的液晶掩模(液晶快门)或数字微镜快门目前还不能得到，或者即使可以得到也非常昂贵。在固定位置的平面绘制掩模停止而实现光照射的方法中，曝光轮廓图案的精确度由平面绘制掩模的精确度(粗糙度)和通过平面绘制掩模投影在光硬化树脂组合物表面上的图案的放大或缩小因子确定。放大因子设定得越小(缩小因子越大)，光硬化树脂组合物表面上的光点之间的距离就变得越小，因此横截面轮廓图案的精确度提高。同时，放大因子设定得越大，光硬化树脂组合物表面上的光点之间的距离就变得越大，因此横截面轮廓图案的精确度降低。因此，就平面绘制掩模固定设置的这种方法来说，在当前环境下，在制造具有提高的精确度(造型精度)的大尺寸立体造型三维物体时就会碰到困难，并且考虑到精确度(造型精度)，该方法只能应用于小尺寸立体造型三维物体。为了解决使用固定设置的平面绘制掩模的方法中的缺陷并且使得能够通过使用小尺寸的液晶快门制造大尺寸的立体造型三维物体，下面方法已经被提出(JP8-112863A)。该方法是用于通过重复下面工序制造立体造型三维物体将选择性地使光透射通过和将其遮蔽的液晶快门(液晶掩模)设置为允许光平行于光硬化树脂液体的表面前进；将液晶快门的前进范围划分成很多细分区域；移动液晶快门至前进范围的细分第一区域并且在该位置停止快门；使快门保持静止，将来自设置在液晶快门背面的光源的光经由液晶快门照射到光硬化树脂的表面上，同时光源在液晶快门的范围内移动，由此形成对应于细分第一区域的硬化区域；移动液晶快门至细分第二前进区域并且在该位置停止液晶快门，使快门保持静止，将来自设置在液晶快门背面的光源的光经由液晶快门照射到光硬化树脂的表面上，同时光源在液晶快门的范围内移动，由此形成对应于细分第二区域的硬化区域；进行相同的操作直到一层预定横截面轮廓图案形成于光硬化树脂组合物的表面上；并且重复这些工序直到形成预定的立体造型三维物体。但是，就JP-8-112863A中所述的方法来说，一层硬化横截面轮廓图案通过重复下面操作而形成即，将液晶快门移动到细分第一前进区域的操作；将液晶快门保持静止同时使光硬化树脂的表面被光照射(在光硬化树脂的表面上形成光硬化区域)的操作；将液晶快门移动到细分第二前进区域的操作；将液晶快门保持静止同时使光硬化树脂的表面被光照射(在光硬化树脂的表面上形成光硬化区域)的操作。立体造型三维物体通过对很多层重复这些操作而制造。在液晶快门已经运动至所述很多细分前进区域中的每一个区域时，没有进行光的照射。因此，在该方法中，光照射不是连续而是断续地进行，因此造型速度变得很慢。此外，在该方法中，液晶快门的前进范围被划分成很多细分区域，并且光硬化树脂组合物在每个细分区域中硬化，同时液晶快门保持静止。在细分前进区域之间的边界中硬化状态很可能变得不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成立体造型三维物体的立体造型方法，该方法顺序重复下面的光学造型步骤直到形成预定的立体造型三维物体：以受控的方式通过平面绘制掩模使光硬化树脂组合物的表面被光照射，由此形成具有预定横截面轮廓图案的光硬化树脂层；在光硬化树脂层上面施加一层光硬化树脂组合物；并且以受控的方式通过平面绘制掩模使光硬化树脂组合物的表面被光照射，由此进一步形成具有预定横截面轮廓图案的光硬化树脂层；所述方法包括：将可以连续改变掩模图像的平面绘制掩模用作所述平面绘制掩模；进行下面的造型操作：在至少一个光学造型步骤中相对于光硬化树脂组合物的表面连续移动平面绘制掩模，并且通过平面绘制掩模使光硬化树脂组合物的表面被光照射，同时根据将要形成的光硬化树脂层的横截面轮廓图案并且与平面绘制掩模的运动同步地连续改变平面绘制掩模的掩模图像，由此形成具有预定横截面轮廓图案的光硬化树脂层；以及进行光学造型操作以使得光硬化树脂层中相邻绘制区域之间的边界区域在最终获得的立体造型三维物体中不显眼。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：上野高邦，
申请(专利权)人：纳博特斯克株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]