[发明专利]光学建模装置

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请包含与2006年12月22日提交日本专利局的日本专利申请JP 2006-346577有关的主题，通过引用将其整个内容结合在此。

技术领域

本发明涉及一种光学建模装置，该光学建模装置通过对可光固化树脂诸如可紫外线固化树脂或类似物曝光以便形成硬化层，然后堆叠硬化层形成模型，形成所希望形状的树脂模型。

背景技术

近年来，一种称为快速原型制备的技术已经成为许多制造环境中关注的焦点。快速原型制备使用从CAD设备输入的三维形状数据建立目标形状的三维模型，而无需进行任何机加工或类似操作。

被称为快速原型技术的方法包括使用可紫外线固化树脂的光学建模、对热塑性树脂进行模压，并且对模压的热塑性树脂分层的熔凝沉积建模(FDM)、对粉末进行熔化、粘合和分层的选择性激光烧结(SLS)、对薄纸膜分层的层压对象制造(LOM)、排出粉末和有效的催化剂，并且对其分层的喷墨方法等。

已知的三维建模方法通过下面描述的处理流形成所希望的三维形状的模型。具体地，第一个步骤使用计算机等输入并且设计由作为三维设计系统的CAD设备创建的目标三维形状(三维形状数据)。

接着，将输入的CAD数据转换为STL格式或类似格式的指定的三维形状数据。确定放置模型的朝向(竖立的、倒转的、斜向的等)和分层方向。然后将模型在分层方向上将模型分片为厚度大约为0.1到0.2毫米的横截面，并且为每层创建横截面数据。

然后基于每层的横截面数据，每次一层地从最低层开始，并且逐步递增层次，通过改变材料诸如液体可光固化树脂、粉末树脂、金属粉末、蜡等的性质，可以生成三维模型。

具体地，使用液体可光固化树脂的情况作为例子，首先，在垂直于液体表面的方向上移动的移动平台上形成作为第一层的指定厚度的硬化层。接着，在将移动平台向下移动后，在第一硬化层上面形成指定厚度的另一个硬化层。以在第(n-1)个硬化层上面形成每个第n个硬化层的形式，在分层方向上连续形成附加的硬化层，从而生成三维模型。

以类似于上述的三维建模方法生成三维模型的建模装置可以容易地生成具有自由形态表面的三维形状或难以通过在使用机加工的三维建模方法中进行切割而产生的复杂结构。另外，通过不产生机加工中必然出现的工具磨损、噪音、振动、切割碎屑等的完全自动的处理，该建模方法可以生成所希望的三维形状(模型)。

为了将这类有用的三维建模技术应用于广泛的领域，例如，具有从几个毫米到几个厘米外部尺寸测量，以及几微米范围内的精确程度的高精度树脂造型的制造中，希望可以更高的分辨率和速度建模。

发明内容

然而，已知的三维建模方法和三维建模装置的精确程度，由于它们最初的使用目的，通常不会好于大约50微米。当例如进行将精度改进为几微米的努力时，需要大量的建模时间，并且难以生成大区域的模型。换言之，极难生成具有高分辨率的比较大的模型。

例如，使用诸如已知的可紫外线固化树脂等的可光固化树脂的建模装置，诸如日本专利申请公开号JP-A-5-77323，包括使用束扫描方法的建模装置和使用全面曝光方法的建模装置。

使用束扫描方法的建模装置具有使用从光源发出的光束，诸如激光束等的束扫描光学系统以便进行扫描。该光学系统通过基于上述的分片横截面形状数据，扫描可紫外线固化树脂并且每次一层地绘制所希望的形状，从而形成每个硬化层，然后堆积这些层。注意，束扫描方法是光栅扫描、向量扫描以及组合光栅向量扫描之一。光栅扫描，如图6A中所示，通过一次在一个方向上的往复线性扫描绘制横截面形状。向量扫描，如图6B中所示，以曲线进行扫描，以便降低平滑地绘制边缘部分(边界部分)的难度，这是光栅扫描的不足之处。组合光栅向量扫描，如图6C中所示，通过仅使用向量扫描绘制边缘部分，利用光栅扫描和向量扫描两者的长处。

使用上述的束扫描方法的建模装置可以通过修改系数，诸如使用的波长和透镜系统的配置以便将束的直径变窄，执行高分辨率建模。然而，存在对光源强度的限制，并且由于基本上以单个光束扫描绘制形状，需要极长的时间段，以便将比较大的区域暴露于光束下以便可以形成具有大的表面面积的硬化层。另外，在已知的建模装置中，光学系统的配置限制光束的扫描范围，这对大区域的硬化层的形成带来了限制。