具体实施方式

下面参照附图描述根据多个实施方式的光学成形装置。

实施方式1

参照图1至图4描述根据本实施方式的光学成形装置100。光学成形装置100从液态光固化性树脂RL形成三维物体Ob。

如图1和图2所示，光学成形装置100包括树脂箱10、成形板20、移动部30、光源40、光调制器50以及控制器60，它们全部被容纳在光学成形装置100的壳体5内。树脂箱10保持液态光固化性树脂RL。三维物体Ob在成形板20的表面20a上成形。移动部30使成形板20移动。光源40发射用于使液态光固化性树脂RL进行固化的光。光调制器50将用于使液态光固化性树脂RL进行固化的光调制为基于三维物体Ob的形状的图案。光调制器50包括液晶装置52和光延迟装置54。控制器60控制光学成形装置100的每个部件。

在本发明中，为了便于理解，图2中的光学成形装置100的纵向向右方向(朝向图2的右侧的方向)被定义为+X方向，向上的方向(朝向图2的顶部的方向)被定义为+Z方向，与+X方向和+Z方向垂直的方向(朝向图2的前方的方向)被定义为+Y方向。

如图2所示，光学成形装置100的树脂箱10保持液态光固化性树脂RL。树脂箱10是在树脂箱10的+Z侧表面具有开口的箱状容器。树脂箱10包括底部12和壁部14。

树脂箱10的底部12使从光源40发射的用于使液态光固化性树脂RL进行固化的光从其中穿过。另外，底部12能够使抑制液态光固化性树脂RL的固化的气体、更具体地抑制液态光固化性树脂RL中包含的单体、低聚物等的聚合的气体(例如氧气)从其中穿过。底部12由多孔膜形成，该多孔膜使得氧气能够渗透穿过其中。多孔膜包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯(PE)等。壁部14阻挡光使液态光固化性树脂RL固化。壁部14由树脂、金属等形成。

这里，描述了液态光固化性树脂RL。液态光固化性树脂RL是通过用预定波长的光照射而固化的液态树脂。在本实施方式中，液态光固化性树脂RL通过被光源40发射的光照射而固化。液态光固化性树脂RL包括单体、低聚物、聚合引发剂等。聚合引发剂吸收由光源40发射的光以产生自由基、离子等活性物质，从而使单体、低聚物等开始聚合。在本实施方式中，液态光固化性树脂RL为液态紫外线(UV)固化性树脂。

光学成形装置100的成形板20是由树脂制成或由金属制成的平板。如图2所示，成形板20相对于树脂箱10的底部12设置于+Z侧。此外，在光学成形装置100的初始状态下，成形板20位于树脂箱10内(成形板20的初始位置)。成形板20通过移动部30在+Z方向和-Z方向上移动。成形板20在面对树脂箱10的底部12的表面20a上形成三维物体Ob。

光学成形装置100的移动部30使成形板20在+Z方向和-Z方向上移动。移动部30包括臂32和移动机构34。移动部30的臂32连接成形板20和移动机构34。移动部30的移动机构34使成形板20经由臂32在+Z方向和-Z方向上移动。移动机构34配备有电机、滚珠丝杠、滑块等(未图示)。

光学成形装置100的光源40朝向液态光固化性树脂RL(+Z方向)发射用于使液态光固化性树脂RL(+Z方向)进行固化的光。在本实施方式中，光源40相对于树脂箱10设置于-Z侧。如图3所示，光源40从位于树脂箱10侧上的上表面40a沿+Z方向发射非偏振UV光L1。光源40配备有反射片、发射UV光的发光二极管(LED)、散射片等。从光源40发射的非偏振UV光L1中的具有最大强度的波长例如是405nm。

如图2所示，光学成形装置100的光调制器50设置在树脂箱10与光源40之间。光调制器50将从光源40发射的用于使液态光固化性树脂RL固化的光调制为基于三维物体Ob的形状的图案，并且用调制后的光照射液态光固化性树脂RL。在本实施方式中，如图3所示，光调制器50利用用于使液态光固化性树脂RL进行固化的光经由树脂箱10的底部12在圆偏振状态或椭圆偏振状态下照射液态光固化性树脂RL。如图1和图2所示，光调制器50包括液晶装置52和光延迟装置54。

光调制器50的液晶装置52基于三维物体Ob的形状，调制从光源40发射的用于使液态光固化性树脂RL进行固化的光。如图3所示，液晶装置52发射调制后的光L2作为线性偏振光。液晶装置52是有源矩阵驱动的扭曲向列(TN)型液晶装置并且具有多个液晶单元。液晶单元排列成矩阵。液晶单元阻挡用于使液态光固化性树脂RL进行固化的光通过或者使该光从其中通过。

具体地，液晶装置52基于表示三维物体Ob的与+Z方向垂直的截面的形状的截面形状数据，将用于使液态光固化性树脂RL进行固化的光调制为与三维物体Ob的截面形状相对应的图案。液晶装置52以与三维物体Ob的截面形状相对应的图案发射用于使液态光固化性树脂RL进行固化的光作为线性偏振光。

光调制器50的光延迟装置54对从液晶装置52发射的线性偏振光赋予相位差。如图3所示，光延迟装置54还用赋予了相位差的光L3照射液态光固化性树脂RL。由于光延迟装置54对线性偏振光赋予相位差，因此，将要用其照射液态光固化性树脂RL的光的振动方向相对于液态光固化性树脂RL的流动方向旋转。因此，光学成形装置100能够使液态光固化性树脂RL进行固化而不依赖于液态光固化性树脂RL的流动方向，并因此能够防止或抑制固化后的光固化性树脂RS的密度不均。光学成形装置100还可以实现不依赖于聚合引发剂的跃迁矩的方向的高的光利用效率。此外，由于可以在由膜形成的底部12处防止或抑制用于使液态光固化性树脂RL进行固化的光的干涉，因此光学成形装置100能够利用用于使液态光固化性树脂RL进行固化的光均匀地照射液态光固化性树脂RL。

在本实施方式中，光延迟装置54是赋予四分之一波长的相位差的四分之一波片，并因此液态光固化性树脂RL被用圆偏振光或椭圆偏振光照射。例如，在由光源40发射的光的具有最大强度的波长(405nm)下，光延迟装置54对光赋予具有该最大强度的波长的四分之一的相位差。

光学成形装置100的控制器60控制移动部30、光源40和光调制器50。控制器60还基于表示三维物体Ob的三维形状的三维形状数据，生成表示三维物体Ob的与+Z方向垂直的截面的形状的截面形状数据。在+Z方向上以预定间隔生成表示与+Z方向垂直的截面的形状的截面形状数据。

如图1所示，控制器60包括：用于执行各种类型的处理的中央处理单元(CPU)62；用于预先存储程序和数据的只读存储器(ROM)64；用于存储数据的随机存取存储器(RAM)66；以及用于在部件之间输入和输出信号的输入输出接口68。控制器60的功能通过CPU 62执行存储在ROM 64中的程序来实现。输入输出接口68在CPU 62、移动部30、光源40、光调制器50、未图示的外部装置之间输入和输出信号。

接下来，参考图4描述三维物体Ob的成形方法。在本实施方式中，通过由光学成形装置100以预定间隔堆叠固化的光固化性树脂RS的各层来形成三维物体Ob。

图4是三维物体Ob的成形方法的流程图。三维物体Ob的成形方法包括：准备液态光固化性树脂RL和截面形状数据的步骤(步骤S10)；将成形板20设置在初始位置的步骤(步骤S20)；通过以下方式使液态光固化性树脂RL进行固化的步骤，所述方式为：(i)对从调制来自光源40的光的液晶装置52发射的线性偏振光赋予相位差，然后(ii)用赋予了相位差的光L3照射液态光固化性树脂RL(步骤S30)；以及使固化的光固化性树脂RS在赋予了相位差的光L3的发射方向上移动的步骤(步骤S40)。在本实施方式中，步骤S30和步骤S40被重复等于固化的光固化性树脂RS的层数的次数。

在步骤S10中，准备用于形成三维物体Ob的液态光固化性树脂RL和表示三维物体Ob的与+Z方向垂直的截面的形状的截面形状数据。在本实施方式中，液态光固化性树脂RL是液态UV固化性树脂。液态光固化性树脂RL被保存在光学成形装置100的树脂箱10中。截面形状数据由光学成形装置100的控制器60基于从外部装置输入的表示三维物体Ob的三维形状的三维形状数据在+Z方向上以预定间隔生成。三维数据例如是三维物体Ob的三维计算机辅助设计(CAD)。

在步骤S20中，通过移动部30使成形板20移动。如此，成形板20设置于初始位置。具体地，成形板20在液态光固化性树脂RL内设置在以下位置：(i)在其上形成三维物体Ob的表面20a与(ii)树脂箱10的底部12之间的间隔是固化的光固化性树脂RS的单层的厚度(预定间隔)。

在步骤S30中，从光源40发射UV光。所发射的UV光被液晶装置52基于第一层的截面形状数据进行调制，从而使调制后的UV光作为线性偏振光从液晶装置52发射。然后，光延迟装置54对从液晶装置52发射的线性偏振光赋予相位差。光延迟装置54经由树脂箱10的底部12用赋予了相位差的光L3照射液态光固化性树脂RL。如此，液态光固化性树脂RL固化，从而形成第一层的固化的光固化性树脂RS。

在本实施方式中，由于光延迟装置54对线性偏振光赋予相位差，因此待发射到液态光固化性树脂RL上的光的振动方向相对于液态光固化性树脂RL的流动方向旋转。因此，本实施方式的成形方法通过不依赖于由成形板20向初始位置的移动引起的液态光固化性树脂RL的流动而使液态光固化性树脂RL进行固化，能够防止或抑制固化的光固化性树脂RS的密度不均。本实施方式的成形方法还能够实现高的光利用效率而不依赖于聚合引发剂的跃迁矩的方向。

进一步，由于本实施方式中的树脂箱10的底部12由能够使氧气渗透穿过其中的多孔膜形成，因此在固化的光固化性树脂RS与底部12之间形成液态光固化性树脂RL层(抑制聚合的液态光固化性树脂RL层)。因此，能够防止固化的光固化性树脂RS与底部12紧密接触。

在步骤S40中，固化的光固化性树脂RS(成形板20)被移动部30在赋予了相位差的光L3的发射方向(+Z方向)上移动与固化的光固化性树脂RS的厚度相等的距离。如此，液态光固化性树脂RL在固化的光固化性树脂RS与树脂箱10的底部12之间流动。

接下来，返回到步骤S30，由液晶装置52基于第二层的截面形状数据调制从光源40发射的UV光，从而使调制后的UV光作为线性偏振光从液晶装置52发射。然后，光延迟装置54对从液晶装置52发射的线性偏振光赋予相位差。光延迟装置54用赋予了相位差的光L3照射液态光固化性树脂RL。如此，形成第二层的固化的光固化性树脂RS。以与步骤S30的先前重复类似的方式，待用其照射液态光固化性树脂RL的光的振动方向相对于液态光固化性树脂RL的流动方向旋转。因此，本实施方式的方法通过不依赖于步骤S40中由成形板20的移动引起的液态光固化性树脂RL的流动而使液态光固化性树脂RL进行固化，能够防止或抑制固化的光固化性树脂RS的密度不均。本实施方式的成形方法还能够实现高的光利用效率。

在本实施方式中，步骤S30和步骤S40交替执行。一旦步骤S30和步骤S40都被重复等于三维物体Ob的固化的光固化性树脂RS的层数的次数，则三维物体Ob的成形完成。通过该过程，光学成形装置100能够使三维物体Ob成形。

如上所述，由于光学成形装置100用振动方向相对于液态光固化性树脂RL的流动方向旋转的光照射液态光固化性树脂RL，所以可以使液态光固化性树脂RL进行固化而不依赖于液态光固化性树脂RL的流动方向，因此，能够防止或抑制固化的光固化性树脂RS的密度不均。光学成形装置100还能够不依赖于聚合引发剂的跃迁矩的方向而实现高的光利用效率。

此外，本实施方式的三维物体Ob的成形方法使得能够制造防止或抑制了固化的光固化性树脂RS的密度不均的三维物体Ob。

实施方式2

实施方式1的光学成形装置100利用用于使液态光固化性树脂进行固化的光经由树脂箱10的底部12照射液态光固化性树脂RL。可以从树脂箱10的开口16利用用于使液态光固化性树脂RL进行固化的光照射液态光固化性树脂RL。

参考图5描述本发明的光学成形装置100。与实施方式1的光学成形装置100类似，本发明的光学成形装置100包括树脂箱10、成形板20、移动部30、光源40、光调制器50以及控制器60。

与实施方式1的树脂箱10类似，本实施方式的树脂箱10保存液态光固化性树脂RL。本实施方式的树脂箱10是在树脂箱10的+Z侧表面具有开口16的箱状容器。在本实施方式中，从开口16利用用于使液态光固化性树脂RL进行固化的光照射液态光固化性树脂RL。本实施方式的树脂箱10的底部12和壁部14由阻挡光使液态光固化性树脂RL固化的树脂、金属等一体形成。与实施方式1类似，本实施方式的液态光固化性树脂RL是液态UV固化性树脂。

与实施方式1的成形板20类似，本实施方式的成形板20是由树脂制成或由金属制成的平板。本实施方式的成形板20位于树脂箱10内。本实施方式的成形板20通过移动部30在+Z方向和-Z方向上移动。如图5所示，本发明的成形板20在与树脂箱10的底部12相对的表面20b上形成三维物体Ob。

与实施方式1的移动部30类似，本实施方式的移动部30使成形板20在+Z方向和-Z方向上移动。本实施方式的移动部30的结构与实施方式1的移动部30相同。

本实施方式的光源40向液态光固化性树脂RL(-Z方向)发射用于使液态光固化性树脂RL进行固化的光。在本实施方式中，光源40相对于树脂箱10设置于+Z侧。光源40从位于树脂箱10侧上的下表面40b沿-Z方向发射非偏振UV光L1。本实施方式的光源40的其他特征与实施方式1的光源40的特征相同。

与实施方式1的光调制器50类似，本实施方式的光调制器50设置于树脂箱10与光源40之间。除了用赋予了相位差的光L3从树脂箱10的开口16照射液态光固化性树脂RL的特征之外，本实施方式的光调制器50的特征与实施方式1的光调制器50的特征相同。在本实施方式中，将要用其照射液态光固化性树脂RL的光的振动方向也相对于液态光固化性树脂RL流动的方向旋转。因此，光学成形装置100能够使液态光固化性树脂RL进行固化而不依赖于液态光固化性树脂RL的流动方向，并因此能够防止或抑制固化后的光固化性树脂RS的密度不均。本实施方式1的光学成形装置100还可以实现高的光利用效率而不依赖于聚合引发剂的跃迁矩的方向。

与实施方式1的控制器60类似，本实施方式的控制器60控制移动部30、光源40以及光调制器50。本实施方式的控制器60基于表示三维物体Ob的三维形状的三维形状数据，生成表示三维物体Ob的与+Z方向垂直的截面的形状的截面形状数据。除了在-Z方向上以预定间隔生成截面数据的特征之外，本实施方式的控制器60的特征与实施方式1的控制器60的特征相同。

参照图4描述本实施方式的三维物体Ob的成形方法。与实施方式1的成形方法类似，该三维物体Ob的成形方法包括：准备液态光固化性树脂RL和截面形状数据的步骤(步骤S10)；将成形板20设置在初始位置的步骤(步骤S20)；通过以下方式使液态光固化性树脂RL进行固化的步骤，所述方式为：(i)对从用于调制来自光源40的光的液晶装置52发射的线性偏振光赋予相位差，然后(ii)用赋予了相位差的光L3照射液态光固化性树脂RL(步骤S30)；以及使固化的光固化性树脂RS在赋予了相位差的光L3的发射方向上移动的步骤(步骤S40)。步骤S30和步骤S40被重复等于固化的光固化性树脂RS的层数的次数。

在步骤S10中，与实施方式1的步骤S10类似，准备用于形成三维物体Ob的液态光固化性树脂RL和表示三维物体Ob的与+Z方向垂直的截面的形状的截面形状数据。在本实施方式中，截面形状数据由光学成形装置100的控制器60基于从外部装置输入的表示三维物体Ob的三维形状的三维形状数据在-Z方向上以预定间隔生成。除此之外，该步骤与实施方式1的步骤S10相同。

在步骤S20中，与实施方式1中的步骤S20类似，通过移动部30将成形板20设置在初始位置。具体而言，成形板20在液态光固化性树脂RL内设置在以下位置：(i)在其上形成三维物体Ob的表面20b与(ii)液态光固化性树脂RL的液面之间的间隔是固化的光固化性树脂RS的单层的厚度。

在步骤S30中，从光源40发射UV光。所发射的UV光被液晶装置52基于第一层的截面形状数据进行调制，从而使调制后的UV光作为线性偏振光从液晶装置52发射。然后，光延迟装置54对从液晶装置52发射的线性偏振光赋予相位差。光延迟装置54用赋予了相位差的光L3从树脂箱10的开口16照射液态光固化性树脂RL。如此，形成了第一层的固化的光固化性树脂RS。与实施方式1的步骤S30类似，将要用其照射液态光固化性树脂RL的光的振动方向相对于液态光固化性树脂RL的流动方向旋转。因此，本实施方式的成形方法能够使液态光固化性树脂RL进行固化而不依赖于由成形板20向初始位置移动引起的液态光固化性树脂RL的流动的方向，并因此能够防止或抑制固化的光固化性树脂RS的密度不均。本实施方式的成形方法还能够实现高的光利用效率。

在步骤S40中，固化的光固化性树脂RS(成形板20)被移动部30在赋予相位差的光L3的发射方向(-Z方向)上移动与固化的光固化性树脂RS的厚度相等的距离。如此，液态光固化性树脂RL流到固化的光固化性树脂RS上。

返回步骤S30，与实施方式1类似，基于第二层的截面形状数据形成第二层的光固化性树脂RS。在本步骤中，将要用其照射液态光固化性树脂RL的光的振动方向也相对于液态光固化性树脂RL的流动方向旋转。因此，本实施方式的成形方法能够使液态光固化性树脂RL进行固化而不依赖于步骤S40中由成形板20的移动引起的液态光固化性树脂RL的流动的方向，并因此能够防止或抑制固化的光固化性树脂RS的密度不均。本实施方式的成形方法还能够实现高的光利用效率。

在本实施方式中，步骤S30和步骤S40也交替执行。一旦步骤S30和步骤S40都被重复等于三维物体Ob的固化的光固化性树脂RS的层数的次数，则三维物体Ob的成形完成。通过该过程，光学成形装置100能够形成三维物体Ob。

如上所述，本实施方式的光学成形装置100能够使液态光固化性树脂RL进行固化而不依赖于液态光固化性树脂RL的流动方向，因此，能够防止或抑制固化的光固化性树脂RS的密度不均。本实施方式的光学成形装置100还能够不依赖于聚合引发剂的跃迁矩的方向而实现高的光利用效率。进一步，本实施方式的三维物体Ob的成形方法使得能够制造防止或抑制了固化的光固化性树脂RS的密度不均的三维物体Ob。

变型例

可以在不脱离本发明的要旨的情况下以各种方式修改上述实施方式。

例如，实施方式1的树脂箱10的底部12由多孔膜形成。实施方式1的树脂箱10的底部12可以由使得用于使液态光固化性树脂RL进行固化的光能够通过其中的玻璃、树脂等形成。由玻璃、树脂等形成的底部12可以进行剥离处理(例如，硅酮涂覆处理)。如此，能够防止底部12和固化的光固化性树脂RS彼此紧密接触。

此外，如图6所示，实施方式1的树脂箱10的底部12可以包括透射部18。在这种情况下，底部12和壁部14由阻挡光使液态光固化性树脂RL固化的金属、树脂等一体地形成。透射部18由使得用于使液态光固化性树脂RL进行固化的光能够通过其中的构件形成。用赋予了相位差的光L3经由透射部18照射液态光固化性树脂RL。

液态光固化性树脂RL不限于液态UV固化性树脂。液态光固化性树脂RL例如可以是通过用可见光照射而固化的液态树脂。进一步，液态光固化性树脂RL可以包括阻聚剂、金属纳米颗粒、颜料等。

从光源40发射的光不限于UV光。光源40发射用于使液态光固化性树脂RL进行固化的光。光源40可以根据液态光固化性树脂RL中包含的聚合引发剂产生活性物质所在的波长，发射可见光。

可替选地，光源40可以配备有灯而不是LED。此外，从提高成形精度的角度出发，光源40优选地配备有准直仪，该准直仪使发射的用于使液态光固化性树脂RL进行固化的光准直，而产生准直光。

液晶装置52不限于TN型液晶装置。液晶装置52可以是垂直配向(VA)型液晶装置、边缘场开关(FFS)型液晶装置等。液晶装置52除了使得用于使液态光固化性树脂RL进行固化的光通过其中或遮挡这种光从其中通过以外，还可以调制从其中通过的用于使液态光固化性树脂RL进行固化的光的量。

优选地，光延迟装置54与液晶装置52紧密接触。例如，如果(i)将光延迟装置54堆叠在液晶装置52的在发射侧的光偏振层上，以及(ii)光延迟装置54和液晶装置52一体地形成即可。如此，能够提高光利用效率。而且，能够抑制或防止从液晶装置52发射的光扩散。从使用其照射液态光固化性树脂RL的光的强度更均匀的角度出发，在光源45发射的光的具有最大强度的波长下，光延迟装置54赋予的相位差的变化范围优选地小于或等于具有最大强度的波长的四分之一的正10％或者负10％。

进一步，优选地，实施方式1的光学成形装置100的光延迟装置54与树脂箱10的底部12紧密接触。

在实施方式1和2中，光学成形装置100通过依次堆叠固化的光固化性树脂RS的多个层来形成三维物体Ob。光学成形装置100可以通过在连续地移动成形板20的同时利用用于使液态光固化性树脂RL进行固化的光连续地照射液态光固化性树脂RL，来连续地形成三维物体Ob。

前述内容出于说明目的描述了一些示例性实施方式。尽管前面的讨论已经给出了具体实施方式，但是本领域技术人员将认识到，可以在不脱离本发明的更广泛的精神和范围的情况下在形式和细节上进行改变。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而不是限制性的。因此，该详细描述不应被理解为限制性的，并且本发明的范围仅由所包括的权利要求以及这些权利要求的等同物的全部范围来限定。

本申请要求于2019年11月5日提交的日本专利申请No.2019-201028的优先权，其全部公开通过引用并入本文。