光制模设备制造技术

一种光制模设备，用于通过对光固化树脂进行光照而顺序地形成硬化层的方式形成所需形状的模型。所述装置包括第一光源，其为在光固化树脂上绘图而发射光束，扫描装置，其在所述树脂上扫描由第一光源射出光束，第二光源，其发射每次照射所述树脂的一个固定区域的光，空间光调制器，其空间调制由第二光源射出光并全面曝光所述树脂的特定区域，和曝光位置调节器，其在至少一个方向上移动由所述空间光调制器射出的光。来自所述扫描装置的光束和来自所述空间调制器的光形成每个硬化层。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及一种光制模设备，其通过对光固化树脂(如紫外线固 化树脂等)进行光照形成一个硬化层然后堆叠多个所述硬化层制成树 脂模型。
技术介绍
近年来， 一项被称为快速模型化的技术在很多制造领域已经成为 人们的焦点。快速模型化使用从CAD设备输入的三维形状数据来产 生一个目标形状的三维模型，无需任何机器制造等。已知的快速模型化技术的方法包括使用紫外线固化树脂的光制 模方法，熔融的沉积物制模(FDM)方法，其中一种热塑性的树脂被 挤压，然后该被挤压的热塑性的树脂被分层，选择性的激光烧结(SLS ) 方法，其中一种粉末被熔融、粘结并分层，片状物体制造(LOM)方 法，其中薄纸片被分层，喷墨方法，其中粉末和有效催化剂被排出并 被分层，等等。已知的三维制模方法通过下面描述的流程制作预期的三维形状 模型。具体而言，第一步是利用计算机等输入并设计由三维设计系统 CAD设备生成的目标三维形状(三维形状数据)。接下来，输入的CAD数据被转换为特定的STL格式等的三维形 状数据。该模型的方向被确定(垂直，反转，侧向等)，并且分层方向被确定。该模型然后以大约0.1至0.2毫米的厚度在分层方向以横截 面切开，从而产生每一层的横截面数据。根据每一层的横截面数据，通过改变材料如液体光固化树脂、粉 末树脂、金属树脂、蜡状树脂等材料的属性，从最低层开始， 一次一 层，增加层数，从而能够产生三维模型。具体而言，以使用液体光固化树脂为例，首先，将作为第一层的特定厚度的硬化层在沿垂直于该液体表面方向移动的移动平台上形 成。然后，该移动平台被向下移动之后，另一特定厚度的硬化层在该 第一硬化层的顶部形成。其它硬化层在分层方向上被相继形成，每个 第n硬化层被形成在第(n-l)硬化层的顶部，这样该三维模型就形成 了。通过如上所述的三维制模方法产生三维模型的制模装置能够很 容易的制作出具有自由形状表面或复杂结构的三维形状，而用机器制 造通过切割产生的三维制模方法很难制作出的。而且，该制模装置通 过复杂的自动化程序能够制作出预期的三维形状(模型)，该程序不 会产生机器必然带来的刀具磨损、噪音、振动、切割碎片等。为了这种有用的三维制模技术广泛应用于各个领域，例如，在以 外部尺寸测量方法制造从几毫米到几厘米并且精确度在几微米范围内 的高分辨率的树脂模型的领域，更高分辨率和更快速度的制模是令人 期待的。
技术实现思路
然而，已知三维制模方法和三维制模装置的精确度，由于其最初 所用于的目的，通常不超过50微米左右。如想改善精确度到例如几微 米的范围内，需要大量的制模的时间，也很难制作大区域的模型。换 句话说，制作高精确度的相对较大的模型非常困难。举例说明，利用光固化树脂如已知的紫外线固化树脂等的制模装 置，如公开号为JP-A-5-77323的日本专利申请中披露的制模装置，包 括那些使用光束扫描方法的和那些使用全面膝光(blanket expose)方法。一种使用光束扫描方法的制模装置具有光束扫描光学系统，该系 统使用从光源射出光束，如激光光束等等来进行扫描。该光学系统根 据上述切割的横截面数据，通过扫描紫外线固化树脂并一次一层的绘 制预期形状，以形成每个硬化层，然后堆积这些层来执行三维制模。 注意该光束扫描方法是光栅扫描、矢量扫描以及合成光栅-矢量扫描方法中的一种。光栅扫描，如图6A所示，通过一次在一个方向上往复 线扫绘制出了横截面的形状。矢量扫描，如图6B所示，以曲线方式 进行扫描，以减轻光滑的绘制边缘部分(边界部分)的难度，这是光 栅扫描的缺点。合成光栅-矢量扫描，如图6C所示，通过仅使用矢量 扫描来绘制边缘部分的方式来利用光栅扫描和矢量扫描的优点。如上所述的使用光束扫描方法的制模装置通过修改诸如使用长 度和透镜系统配置等因素来将光束直径变窄，以能够进行高分辨率制 模。但是，这限制了光源的强度，并且由于该形状基本上是通过单光 束扫描而绘出的，为了照射相对较大的区域以形成大表面区域的硬化 层需要特别长的时间。另外，在已知制模装置中，光学系统配置限制 了光束的扫描范围，而这限制了大区域硬化层的形成。使用全面曝光方法的制模装置具有空间光调制器(SLM )发射光 学系统，该系统具有一个空间光调制器，如液晶面板，DMD等等。 该光学系统根据如上所述的横切面数据，在每一层的紫外线固化树脂 上投影一个由该空间光调制器显示的图案，从而来形成每个硬化层， 然后堆积这些硬化层来执行三维制模。使用该全面爆光方法的制模装置能够利用诸如阵列类型的光源， 因为它不通过单光束的光束扫描绘制形状。光源因此可以更强，照射 时间可以缩短。但是，因为精确度是由空间光调制器中的像素数等确 定的，因此在精确度方面存在限制。因此每个硬化层中的边缘部分不 能被清楚形成，高分辨率的制模很困难。本专利技术提供了一种光制模设备，其能够高速执行高分辨率的光制 模并能制作出高强度的三维模型。根据本专利技术的一个具体实施方式，提供了一种光制模设备，其通 过对光固化树脂进行光照来顺序地形成硬化层以构造预期形状的模 型。该光制模设备包括第一光源，其为在光固化树脂上绘图而发射光 束，和扫描装置，其在光固化树脂上扫描由第一光源射出光束。该光 制模设备还包括第二光源，其发射的光每次照射该光固化树脂的固定 区域，和空间光调制器，其空间调制由第二光源射出光，以全面膝光 该光固化树脂的特定区域到所述空间调制的光。该光制模设备还包括 瀑光位置调节器，其在至少一个方向上移动，由该空间光调制器传送。 光模型的每个硬化层通过该扫描装置扫描的光束和通过空间光调制器 空间调制的并通过该膝光位置调节器移动了一个特定距离的光束来形 成，该特定距离不大于对应于该固定区域的距离。根据如上所述的本专利技术的具体实施方式，每个硬化层是通过利用 该扫描装置扫描的光束和由该空间光调制器调制的用来硬化该光固化 树脂的光来形成的，从而在短时间内形成了高分辨率的三维模型。另 外，利用曝光位置调节器来移动由该空间光调制器发射的光抑制了由 于未膝光部分的影响而造成的强度降低，从而可能形成高强度的三维 模型。附图说明图l是表示根据本专利技术的一个具体实施方式的光制模设备的概况的斜视图2是表示根据本专利技术的该具体实施方式的光制模设备的光学系 统的图3是表示第一电镜和物镜的示意图，和用于解释该物镜、该第 一电镜、和第二电镜的功能的图，这些都是根据本专利技术的该具体实施 方式的光制模设备的组成部分；图4是表示当^透镜被用作该物镜时的示意图，和用于解释该物 镜的功能图，该物镜是根据本专利技术的该具体实施方式的光制模设备的 元件；图5是表示双向远心图像光学系统的实施例的示意图，和用于解 释第 一和第二中继透镜的功能图，这两个透镜都是根据本专利技术的该具 体实施方式的光制模设备的组成部分；图6A是表示一种在光束扫描光学系统或类似于本专利技术的该具体 实施方式的光制模设备中使用的光栅扫描方法的平面图。图6B是表示在光束扫描光学系统或类似于本专利技术的该具体实施 方式的光制模设备中使用的矢量扫描方法的平面图。图6C是表示在光束扫描光学系统或类似于本专利技术的该具体实施 方式的光制模设备中使用的合成光束-矢量扫描方法的平面图。图7A是用于解释在根据本专利技术的具体实施方式的光制模设备的 光束扫描光学系统中通过在X轴方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光制模设备，其通过用光照射光固化树脂而顺序地形成多个硬化层来形成所需形状的模型，所述光制模设备包括：第一光源，其发射用于在光固化树脂上绘图的光束；扫描装置，其在光固化树脂上扫描由第一光源射出的光束；第二光源，其发射光，所述光每次照射所述光固化树脂的一个固定区域；空间光调制器，其空间调制由第二光源发出的光以使所述光固化树脂的一个特定区域全面曝光于所述空间调制的光；以及曝光位置调节器，其在至少一个方向上移动由所述空间光调制器射出的光；其中通过扫描装置所扫描的光束以及通过空间光调制器所空间调制的并通过所述曝光位置调节器仅移动了一个特定距离的光来形成所述模型的每个硬化层，所述特定距离不大于对应于所述固定区域的距离。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：木原信宏，山本真伸，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]