Development of Nonlaminate Stereolithography System Using TFTLCD

使用 TFTLCD 的非层压立体光刻系统的开发

• 批准号: 12555033
• 负责人: TAKAYA Yasuhiro
• 金额: $ 8.06万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12555033/
• 关键词: Stereolithography; LCD mask; Micropart; Image exposure; Overthang form; Color doped resin; Solidification process analysis; FDTD simulation; 動画像マスク; 動的露光法; 濃淡画像マスク

The purpose of this study is to establish a new rapid prototyping technology which makes it possible to fabricate a micropart with satisfying required geometrical quantities such as tolerances, surface roughness and waviness.We propose a new photo-stereolithography method using a liquid crystal display (LCD) as the live-motion mask. Simultaneous exposure using the LCD live-motion mask makes it possible to precisely fabricate each layer at high speed without scanning. A complex 3D structure is fabricated by the continuous laminating of thin layers. Ideally, this method realizes the nonlaminate fabrication.Main results of this study are summarized as follows:(1) Mask exposure method makes it possible to satisfy higher resolution and shorter fabricating time together. We propose a new micro stereolithography (SL) process using the live-motion images outputted to the liquid crystal desplay (LCD) as the masks and have developed the nonlaminate mask exposure SL system. The lateral resolution … More of 3μm and the vertical laminating resolution of 1μm are achieved by optimum control of exposure time.(2) We have combined the nonlaminate mask exposure SL system with the originally developed 3D CAD/CAM system for generating LCD mask image data. Using the system, it is possible to evaluate the accuracy of a fabricated object compared with tha CAD model.(3) The results of fundamental experiments to fabricate a double-gear with module of 20μm, pitch circle diameters of 2000μm and 500μm verify the feasibility of our proposed method to fabricate the micro 3D object percisely and rapidly.(4) Optical and process properties of color doped resin are analyzed using the developed resin solidification process simulator based on FDTD method. The photo-chemical reaction curve for color doped resin is obtained. The simulation results make it clear that the new stereolithography method using a LCD with this curve has possibility to fabricate overhang form. Experimental results indicated that overhang form with high accuracy can be successfully fabricated by our method with color doped resin. Less

本研究的目的是建立一种新的快速原型技术，使制造满足公差、表面粗糙度和波纹度等几何量要求的微型零件成为可能。我们提出了一种使用液晶显示器（LCD）的新光立体光刻方法）作为实时动态掩模，使用 LCD 实时动态掩模可以高速精确地制造每一层，而无需扫描，通过连续层压薄层来制造复杂的 3D 结构。理想情况下，该方法实现了非层压制造。本研究的主要结果总结如下：（1）掩模曝光方法可以同时满足更高的分辨率和更短的制造时间。我们提出了一种新的微立体光刻（SL）工艺。将实时动态图像输出到液晶显示器（LCD）作为掩模，并开发了非层压掩模曝光SL系统，通过优化实现了3μm的横向分辨率和1μm的垂直层压分辨率。 (2)我们将非层压掩模曝光SL系统与最初开发的3D CAD/CAM系统相结合，用于生成LCD掩模图像数据。使用该系统，可以与制造的物体相比来评估制造物体的精度。 (3)模数为20μm、节圆直径分别为2000μm和500μm的双齿轮的基础实验结果验证了所提出方法的可行性。 (4)利用基于FDTD方法开发的树脂固化过程模拟器对掺色树脂的光学和工艺性能进行了分析，得到了掺色树脂的光化学反应曲线。显然，使用具有该曲线的 LCD 的新立体光刻方法有可能制造出悬垂形状，实验结果表明，通过我们的方法可以使用较少的颜色掺杂树脂成功地制造出高精度的悬垂形状。

项目成果

Hideaki NISHINO, Takashi MIYOSHI, Yasuhiro TAKAYA, Satoru TAKAHASHI: "Nonlaminate Micro Photo-Stereolithography using LCD Live-Motion Mask"Proceedings of International Congress on Laser Advanced Materials Processing 2002 (LAMP'02), SPIE. Vol.4830. 201-205

Hideaki NISHINO、Takashi MIYOSHI、Yasuhiro TAKAYA、Satoru TAKAHASHI：“使用 LCD Live-Motion Mask 的非层压微光立体光刻”2002 年国际激光先进材料加工大会论文集 (LAMP02)，SPIE。

白鳥わか子,三好隆志,高谷裕浩,高橋哲,林照剛: "TFT液晶を用いた一体型光造形法に関する研究(第5報)-マスクパターンの樹脂硬化シミュレーション-"2001年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集 東京. (発表予定). (2001)

白鸟若子、三好隆、高谷博宏、高桥智、林照武：《利用TFT液晶的集成立体光刻研究（第5次报告）-掩模图案的树脂固化模拟-》2001年精密工程学会春季会议学术论文集东京（预定的演示文稿）（2001）。

Hideaki NISHINO, Takashi MIYOSHI, Yasuhiro TAKAYA, Satoru TAKAHASHI: "Nonlaminate Micro Photo-Stereolighography using LCD Live-Motion Mask"Proceedings of International Congress on Laser Advanced Materials Processing 2002 (LAMP'02), SPEI. Volume 4830. 202-

Hideaki NISHINO、Takashi MIYOSHI、Yasuhiro TAKAYA、Satoru TAKAHASHI：“使用 LCD 实时运动掩模的非层压微光立体光刻”2002 年国际激光先进材料加工大会论文集 (LAMP02)，SPEI。

林照剛,三好隆志,高谷裕浩,高橋哲: "液晶マスクを用いた非積層光造形法に関する研究"型技術. vol.15,No.8. 52-53 (2000)

Terutake Hayashi、Takashi Miyoshi、Hirohiro Takatani、Satoshi Takahashi：“使用液晶掩模的非层压立体光刻技术”，第 15 卷，第 52-53 期（2000 年）。

林照剛,三好隆志,高谷裕浩,高橋哲: "TFT液晶を用いた一体光造形法に関する研究(第2報)-液晶動画像による連続形状創成-"2000年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集 東京. 79-79 (2000)

Terutake Hayashi、Takashi Miyoshi、Hirohiro Takatani、Satoshi Takahashi：“使用 TFT 液晶的整体立体光刻研究（第 2 次报告） - 使用液晶移动图像的连续形状创建 -”2000 年日本精密工程学会春季会议论文集东京演讲79-79（2000）