JP2000085019A - 造形物の段差処理装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】製造者が直接調整して研磨法やメニスカススム
ージング法などを利用して段差処理していたので、手間
と時間がかかっていた。 【解決手段】製作した造形物１１の表面に生じている段
差に、エキシマーレーザー９を積層材料６に照射して超
微粒子１０を発生させ、この超微粒子１０をノズル１７
を介して照射し、積層させ、造形物１１の表面に存在す
る段差を埋める構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光造形など
で形成した造形物に生じる段差を埋めてなくすように処
理する造形物の段差処理装置およびその方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気機器などの各種商品の開発過程にお
いては、商品立体モデルを作製して、デザインや機構に
ついてチェックが行われているが、近年の商品のライフ
サイクルの短縮化に応じて、立体モデルを迅速に製作す
る必要が生じている。

【０００３】そこで、この様な必要性に応じて、光造形
装置により、光硬化性樹脂へレーザーを照射して該樹脂
を硬化させ立体モデルを形成したり、超高速切削法によ
り造形物を製作する方法が試みられている。特に、光造
形装置では、短い商品サイクルに対応するために、製品
の樹脂金型用モデルを直接製作しようという試みも為さ
れている。

【０００４】前述のうち、光造形装置は、特開平５−３
０５６７２号公報に示されている。このものは、図６に
示すように、樹脂層２２内の光硬化性樹脂２３中に昇降
制御装置２４により駆動される昇降テーブル２５を水平
に配置するとともに、光硬化性樹脂２３の液面へ向けて
光ビームを照射すべきプロジェクター２６を備え、該プ
ロジェクター２６は、移動制御装置２７により水平面内
をＸ−Ｙ方向に移動制御される。

【０００５】プロジェクター２６には、光フィルタ２８
を介してＵＶレーザ装置２９からの紫外線レーザー光が
供給される。なお、光フィルター２８はＵＶレーザ装置
２９の出力を調整するものである。上記昇降制御装置２
４、移動制御装置２７及び光フィルター２８は制御コン
ピュータ３０によって動作が制御されている。

【０００６】上記装置においては、ＣＡＤシステムによ
り設計された立体造形物の形状データをスライスして等
高線データを作成し、該等高線データを制御コンピュー
タ３０へ供給することにより、昇降テーブル２５が一定
ピッチ（０．１〜０．３ｍｍ程度）で樹脂層２２内を降
下するとともに、プロジェクター２６からの紫外線レー
ザービームが昇降テーブル２５上の光硬化性樹脂３１を
前記等高線データに応じてＸ−Ｙ方向に走査するのであ
る。

【０００７】この結果、昇降テーブル２５上には、降下
した樹脂層が前記等高線データに応じた形状に順次堆積
し、最終的に所定形状の立体造形物が形成される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述で形成された造形
物は、一定のピッチで昇降テーブル２５を昇降して成形
させれるため、その成形上どうしても造形物の表面にピ
ッチ分の段差が生じてしまう。

【０００９】造形物を立体モデルとしてより仕上げを向
上させるためには、段差をヤスリなどで人手により削り
取る研磨法や、成形した造形物を再度樹脂層６内に沈め
た後、少しずつ引き上げ、造形物の段差に残った樹脂に
再度紫外線レーザーを照射して固め段差を生めるメニス
カススムージング法や、さらに造形物を沈めたままで紫
外線レーザーを斜めから照射して段差にある樹脂を固め
て段差を生める斜め照射法などが用いられていた。

【００１０】また、超高速切削法においても、早く仕上
げるために、荒く削って制作するため、造形物の表面に
段差ができ、この段差をなくすために前述の研磨法など
を使用して仕上げていた。

【００１１】しかしながら、前述の研磨法では、表面を
研磨するのに、時間と手間がかかり、またメニスカスス
ムージング法や斜め照射法では、段差が大きくなればな
るほど段差が埋まりにくく段差がなくせなくなるので、
前述の研磨法を併用すると、さらに時間と手間がかかっ
てしまう。したがって、この様な段差処理に手間取っ
て、制作時間がかかり、商品サイクルの短縮化という必
要性に逆行してしまうことになる。

【００１２】本発明は、斯かる課題を解決するためのも
のである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明によれば、製作
した造形物の表面に生じる段差を処理する方法におい
て、レーザーにより材料を超微粒子に粉砕する第１ステ
ップと、粉砕した超微粒子を光造形物の段差に積層させ
る第２ステップと、段差を埋めるように超微粒子の積層
量を制御する第３ステップと、とからなることを特徴と
する。

【００１４】また、前記第２ステップでは、段差に超微
粒子を積層させるために赤外線レーザーを超微粒子に照
射して焼結させながら積層することを特徴とする。

【００１５】また、前記第３ステップでは、光造形物の
設計データに基づいて段差の積層量を制御することを特
徴とする。

【００１６】また、積層材料にレーザーを照射して超微
粒子を形成する超微粒子形成手段と、該超微粒子形成手
段で形成した超微粒子を造形物の表面に存在する段差に
積層させる積層手段と、段差を埋めるように前記積層手
段の積層量を制御する制御手段と、を備えたことを特徴
とする。

【００１７】また、前記積層手段は、赤外線レーザーを
有し、該赤外線レーザーを超微粒子に照射して焼結させ
ながら積層することを特徴とする。

【００１８】さらに、前記制御手段は、造形物の設計デ
ータに基づいて段差の積層量を制御することを特徴とす
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の段差処理装置の第１の実
施例を、以下に説明する。

【００２０】図１において、１はヘリウムガスを２気圧
乃至１０気圧で充満した第１チャンバー、２は真空に近
い状態に保っている第２チャンバー、３は第２チャンバ
ー２内を真空状態に保つためにチャンバー内のガスを排
気する排気装置、４は該排気装置３で排気された排気風
内のヘリウムガスを回収するヘリウムガス回収装置、５
は該ヘリウムガス回収装置で回収したヘリウムガスを第
１チャンバー１に供給し、チャンバー内を２気圧乃至１
０気圧に保つための供給装置である。

【００２１】６は第１チャンバー１内に配置された後述
する段差を埋める積層材料、７は第１チャンバー１内に
配置した第１レーザー照射部８から積層材料６に対して
照射するエキシマーレーザー９を発生する超微粒子形成
手段となるエキシマーレーザー発生装置、１０は積層材
料６にエキシマーレーザー９を照射して粉砕し、形成し
た超微粒子である。

【００２２】１１はたとえば光造形により成形した造形
物であり、表面にはその製造法により生じた段差１１ａ
が存在している。１２は造形物１１を載置し、Ｘ方向、
Ｙ方向及びＺ方向に移動自在に第２チャンバー２内に配
置したＸＹＺステージ、１３は該ＸＹＺステージ１２を
移動制御するステージ移動制御装置である。

【００２３】１４は造形物１１の位置決めを行うため
に、第２チャンバー２内に配置した位置検出部１５によ
り造形物１１の特定点を検出する位置検出装置、１６は
第１チャンバー１と第２チャンバー２との仕切り板、１
７は該仕切り板１６の略中央に貫通して設けられたノズ
ルである。前記ノズル１７は、図２に示すように、中空
であり、また第２チャンバー２内に位置する先端部１７
ａは、先端部開口径が１００μｍ以下に先を細くして絞
られている。

【００２４】第１チャンバー１内はヘリウムガスを供給
装置５により供給することで２気圧以上に保たれ、第２
チャンバー２内では排気装置３により真空に近い状態に
保たれている。言うまでもなく、第１チャンバー１と第
２チャンバー２との間には気圧差が生じている。ノズル
１７は仕切り板１６を貫通しているので、第１チャンバ
ー２のヘリウムガスは、ノズル１７を介して第２チャン
バー２内に吹き出す。この時、ノズル１７の先端部１７
ａは細く絞られているので、ジェット流のようにヘリウ
ムガスが第２チャンバー２内に吹き出しているのであ
る。

【００２５】この状態で、第１チャンバー１内でエキシ
マーレーザー９を積層材料６に照射して粉砕し、超微粒
子１０を形成させると、超微粒子１０は前述のジェット
流に乗ってノズル１７から第２チャンバー２内に吹き出
させることができる。この超微粒子１０を造形物１１の
段差１１ａに当てることにより、すなわち照射すること
により超微粒子１０を段差１１ａに積層させ、積層６ａ
を形成するのである。

【００２６】２１はエキシマーレーザー発生装置７や移
動装置１３の駆動を制御する制御装置である。前記ステ
ージ移動装置１３とノズル１７と制御装置２１とは本発
明の積層手段の相当する。また制御手段２１は、エキシ
マーレーザー発生装置を制御しているので本発明の制御
手段に相当する。

【００２７】かかる構成の動作を図３に基づいて説明す
る。

【００２８】ステップＳ１では、排気装置３及び供給装
置５を駆動して第１チャンバー１内をヘリウムガスで充
満し、また第２チャンバー２内を真空に近い状態に保
つ。

【００２９】ステップＳ２では、まず造形物１１を基準
位置に配置する。具体的には、制御装置２１が、ステー
ジ移動装置１３を駆動してＸＹＺステージを移動し、位
置検出装置１４で検出した位置と予め供給されている造
形物１１のＣＡＤデータ（設計データ）と比較し、検知
部１５で検知した位置が特定点に移動できるまで位置あ
わせを行う。この特定点は、少なくとも３点の位置あわ
せを行う必要がある。

【００３０】ステップＳ３では、制御装置２１がＸＹＺ
ステージ１２をステージ移動装置１３で移動させて、ノ
ズル１７の先端部１７ａが最初に造形物１１に存在する
段差のうち、最初に超微粒子を積層したい位置に移動さ
せる。

【００３１】ステップＳ４では、制御装置２１がエキシ
マーレーザー発生装置７を駆動して超微粒子１０を形成
し、段差１１ａに積層６ａを形成させる。

【００３２】この超微粒子１０の発生する量は、エキシ
マレーザー発生装置７からのレーザー出力値やレーザー
照射時間により変化する。この関係は、予め実験や解析
等により熟知されている。段差１１ａに積層される積層
量は、超微粒子の形成量に比例するので、積層量はエキ
シマーレーザー発生装置７のレーザー出力や照射時間を
制御装置２１から指示することにより調整できる。

【００３３】ステップＳ５では所望量が積層されれば次
の積層位置にノズル１７の先端部１７ａを配置する。具
体的には、所望の位置までＸＹＺステージ１２を移動さ
せて造形物１１を移動させる。この移動は、制御装置２
１が予め造形物１１のＣＡＤデータ（設計データ）を与
えられているので、このデータに基づいて移動位置を決
めるのである。

【００３４】ステップＳ６では造形物１１表面のすべて
段差１１ａに積層６ａを形成し終えたかどうか、すなわ
ち段差処理が終了したかどうか判断する。終了していな
ければステップＳ４乃至ステップＳ５を段差処理が終了
するまで繰り返す。

【００３５】ステップＳ６で終了と判断すれば、ステッ
プＳ７で段差処理装置の動作を停止し、段差処理を終了
するのである。

【００３６】次に、図４に従い第２の実施例を説明す
る。なお、図１と同じ番号が付された部分は同じ機能を
有するので説明を省略する。

【００３７】１８は第２チャンバー２内に配置した第２
照射部１９から造形物１１の段差１１ａに形成した超微
粒子１０の積層６ａに照射する赤外線レーザー２０を発
生する赤外線レーザー発生装置である。

【００３８】該赤外線レーザー１８は、段差１１ａの積
層６ａを造形物１１にさらに強固に固着するために、積
層６ａの超微粒子に照射し、焼結させて固めるために使
用される。該赤外線レーザー発生手段は、本発明の積層
手段に含まれる。

【００３９】かかる構成の動作を図５に基づいて説明す
る。

【００４０】ステップＳ２０では、排気装置３及び供給
装置５を駆動して第１チャンバー１内をヘリウムガスで
充満し、また第２チャンバー２内を真空に近い状態に保
つ。

【００４１】ステップＳ２１では、まず造形物１１を基
準位置に配置する。具体的には、制御装置２１が、ステ
ージ移動装置１３を駆動してＸＹＺステージを移動し、
位置検出装置１４で検出した位置と予め供給されている
造形物１１のＣＡＤデータ（設計データ）と比較し、検
知部１５で検知した位置が特定点に移動できるまで位置
あわせを行う。この特定点は、少なくとも３点の位置あ
わせを行う必要がある。

【００４２】ステップＳ２２では、制御装置２１がＸＹ
Ｚステージ１２をステージ移動装置１３で移動させて、
ノズル１７の先端部１７ａが最初に造形物１１に存在す
る段差のうち、最初に超微粒子を積層したい位置に移動
させる。

【００４３】ステップＳ２３では、制御装置２１がエキ
シマーレーザー発生装置７を駆動して超微粒子１０を形
成し、造形物１１の段差１１ａに積層６ａを形成させ
る。

【００４４】この超微粒子１０の形成する量は、エキシ
マレーザー発生装置７からのレーザー出力値やレーザー
照射時間により変化する。この関係は、予め実験や解析
等により熟知されている。段差に積層される積層量は、
超微粒子の形成量に比例するので、積層量はエキシマー
レーザー発生装置７のレーザー出力や照射時間を制御装
置２１から指示することにより調整できる。

【００４５】ステップＳ２４では、制御装置２１が段差
１１ａに積層された超微粒子に、第２照射部１９を介し
て赤外線レーザー２０を照射し、造形物１１に超微粒子
を焼結させ固める。

【００４６】ステップＳ２５では所望量が積層されれば
次の積層位置にノズル１７の先端部１７ａを配置する。
具体的には、所望の位置までＸＹＺステージ１２を移動
させて造形物１１を移動させる。この移動は、制御装置
２１が予め造形物１１のＣＡＤデータ（設計データ）を
与えられているので、このデータに基づいて移動位置を
決めるのである。

【００４７】ステップＳ２６では造形物１１のすべての
段差処理が終了したかどうか判断する。終了していなけ
ればステップＳ２３乃至ステップＳ２５を段差処理が終
了するまで繰り返す。

【００４８】ステップＳ２６で終了と判断すれば、ステ
ップＳ２７で段差処理装置の駆動を停止し、段差処理を
終了するのである。

【００４９】上記第１の実施例及び第２の実施例におい
て、積層材料６は、さまざまな種類が利用できる。たと
えば、材料を金属材料とすれば、造形物１１の表面の熱
伝導性が向上するとともに表面強度が向上できるので、
造形物１１を樹脂製成形用の簡易金型として利用でき
る。また、積層材料６をセラミック系材料とすると、造
形物１１の表面の熱伝導性が悪くなり、樹脂成形用簡易
金型に使用した場合、金型内に射出される樹脂の温度低
下が少なくなり、肉圧の薄い部分があったとしても十分
に樹脂が流れ込み細かな部品の射出成形が可能となる。

【００５０】さらに、この段差処理は、制御装置２１が
予め与えられたＣＡＤデータ（設計データ）にしたがっ
て、実行するので、造形物１１の表面寸法が、段差処理
により補正され、造形物１１の寸法精度も向上できるの
である。

【００５１】前述の各実施例では、光造形物を対象に説
明したが、本発明はこれに限定されるものではない。た
とえば、超高速切削加工して製作された造形物の表面に
も段差が存在しているのでこの段差をなくすための段差
処理にも利用できる。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、造形物に存在する段差
処理の手間と時間がかからず、また造形物の表面の仕上
がり状態も向上することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す概略図である。

【図２】図１中の要部拡大断面図である。

【図３】図１の動作フローチャートを示す図である。

【図４】本発明の第２の実施例を示す概略図である。

【図５】図４の動作フローチャートを示す図である。

【図６】従来の光造形装置の該略図である。

【符号の説明】

１ 第１チャンバー ２ 第２チャンバー ６ 積層材料 ６ａ 積層 ７ エキシマーレーザー発生装置 １０ 超微粒子 １１ 造形物 １１ａ 段差 １３ ステージ移動装置 １４ 位置検出装置 １８ 赤外線レーザー発生装置 ２１ 制御装置

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 製作した造形物の表面に生じる段差を処
   理する方法において、レーザーにより材料を超微粒子に
   粉砕する第１ステップと、粉砕した超微粒子を光造形物
   の段差に積層させる第２ステップと、段差を埋めるよう
   に超微粒子の積層量を制御する第３ステップと、とから
   なることを特徴とする造形物の段差処理方法。
2. 【請求項２】 前記第２ステップでは、段差に超微粒子
   を積層させるために赤外線レーザーを超微粒子に照射し
   て焼結させながら積層することを特徴とする請求項１に
   記載の造形物の段差処理方法。
3. 【請求項３】 前記第３ステップでは、光造形物の設計
   データに基づいて段差の積層量を制御することを特徴と
   する請求項１または請求項２のいずれか１つに記載の造
   形物の段差処理方法。
4. 【請求項４】 積層材料にレーザーを照射して超微粒子
   を形成する超微粒子形成手段と、該超微粒子形成手段で
   形成した超微粒子を造形物の表面に存在する段差に積層
   させる積層手段と、段差を埋めるように前記積層手段の
   積層量を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とす
   る造形物の段差処理装置。
5. 【請求項５】 前記積層手段は、赤外線レーザーを有
   し、該赤外線レーザーを超微粒子に照射して焼結させな
   がら積層することを特徴とする請求項４に記載の造形物
   の段差処理装置。
6. 【請求項６】 前記制御手段は、造形物の設計データに
   基づいて段差の積層量を制御することを特徴とする請求
   項４または請求項５のいずれか１つに記載の造形物の段
   差処理装置。