JP2000318049A - 光造形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光硬化樹脂にレーザービームを照射して硬化さ
せるとき、特に周囲に存在する酸素が樹脂の重合を阻害
するよう作用して、硬化時間が短くできなかった。 【解決手段】造形動作の初期に行われる脱泡工程におい
て、脱泡用タンク内に樹脂槽内の樹脂を移動させる移動
ステップと、樹脂貯溜槽を内在する密閉構造内を窒素で
満たす窒素供給ステップと、該窒素供給ステップで窒素
で満たされた前記密閉機構内の樹脂槽に脱泡用タンク内
の樹脂を戻す返還ステップと、前記密閉機構内で造形操
作を行う造形ステップと、から構成された光造形方法で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光造形方法に関す
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、商品立体モデルを作成して、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、このような必要性に応じて、光造
形装置により、光硬化性樹脂へレーザーを照射して、光
硬化性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】前述の光造形装置は、例えば特開平５-３
０５６７２号公報に示されている。

【０００５】このものは、図８に示すように、樹脂槽２
６内の光硬化性樹脂２７中に昇降制御手段２８により駆
動される昇降テーブル２９を水平に配置するとともに、
光硬化性樹脂２７の液面へ向けて光ビームを照射すべき
プロジェクター３０を備え、該プロジェクター３０は、
移動制御手段３１により水平面内をＸ−Ｙ方向に移動制
御される。

【０００６】プロジェクター３０には、光フィルタ３２
を介してＵＶレーザ手段３３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３２はＵＶレーザ手段
３３の出力を調整するものである。上記昇降制御手段２
８、移動制御手段３１及び光フィルター３２は制御コン
ピュータ３４によって動作が制御されている。

【０００７】上記手段においては、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２７へ供給することにより、昇降テーブル２９が一定
ピッチ（０．０５〜０．３ｍｍ程度）で樹脂槽２６内を
降下するとともに、プロジェクター３０からの紫外線レ
ーザービームが昇降テーブル２９上の光硬化性樹脂２７
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。

【０００８】この結果、昇降テーブル２９上には、降下
した樹脂槽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。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光造形
を行う空間は空気中であるため、ラジカル重合によって
硬化する樹脂、例えばウレタンアクリレート系樹脂で
は、光硬化する過程の重合において、空気中に含まれる
酸素が反応を阻害して、反応速度を遅くし、よって造形
にかかる時間を長くしていた。

【００１０】また、光硬化する際、酸素の少ない樹脂内
部から硬化を開始し、その後表面が硬化するので、樹脂
内部に分散しているビーズが、内部から硬化が開始する
ことにより、表面に押し出され、その分表面が粗くなる
という問題も生じている。

【００１１】本発明は、かかる課題を解決するためのも
のである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明による光造形方
法は、外気と遮断した空間を形成する密閉構造と、該密
閉構造内に配置した光造形樹脂を貯溜する樹脂槽と、前
記樹脂の脱泡を行うための脱泡用タンクと、該脱泡用タ
ンク内を真空にする真空手段と、前記密閉構造及び前記
脱泡用タンクに不活性ガス発生手段で発生した不活性ガ
スを供給する不活性ガス供給手段と、を備える光造形装
置において、前記脱泡用タンク内に前記樹脂槽内の樹脂
を移動させる移動ステップと、前記脱泡用タンクを前記
真空手段で真空にして樹脂から脱泡する真空脱泡ステッ
プと、前記密閉構造内を不活性ガスで満たす不活性ガス
供給ステップと、該不活性ガス供給ステップで不活性ガ
スで満たされた前記密閉機構内の樹脂槽に前記真空脱泡
ステップで脱泡された樹脂を戻す返還ステップと、前記
密閉機構内で光造形操作を行う光造形ステップと、を備
えたことを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１において、１は光を照射する
とラジカル重合して硬化する、例えばウレタンアクリレ
ート系樹脂となる光硬化性樹脂２を貯溜する樹脂貯溜
槽、３は造形物４を載置する昇降テーブル、５は前記昇
降テーブルを上下移動させる昇降制御手段、６は光硬化
性樹脂２の液面へ向けてレーザービーム７を照射し、造
形物４を成形するプロジェクター、８は該プロジェクタ
ー６を樹脂貯溜槽１内をＸ−Ｙ方向（水平面内）に移動
させる移動制御手段、９は光フィルター１０を介してプ
ロジェクター６に紫外線レーザー光を供給するＵＶレー
ザ手段である。

【００１４】１１は前記昇降制御手段５、移動制御手段
８及び光フィルター１０の動作を制御する造形制御手段
となる制御コンピュータである。

【００１５】１２は前記樹脂貯溜槽１を外気と密閉した
密閉構造、１３は不活性ガスとなる窒素ガスを発生させ
る不活性ガス発生手段となる窒素発生手段、１４は樹脂
内の脱泡を行うための脱泡用タンク、１５は不活性ガス
供給手段となる窒素発生手段１３と密閉機構１２と連結
する連結パイプ、１６は窒素発生手段１３と脱泡用タン
ク１４とを連結する連結パイプ、１７は樹脂貯溜槽１と
脱泡用タンク１４とを連結し、樹脂貯溜槽１と脱泡用タ
ンク１４との間で樹脂２を移送するための移送パイプで
ある。

【００１６】前記連結パイプ１５は窒素発生手段１３側
にバルブ１８を介設している。また連結パイプ１６は、
窒素発生手段１３側にバルブ１９を、脱泡用タンク１４
側にバルブ２０を介設している。さらに、移送パイプ１
７は、樹脂貯溜槽１側にバルブ２１を、脱泡用タンク１
４側にバルブ２２を介設している。

【００１７】２３はバルブ２０近傍の窒素発生手段１３
側の連結パイプ１６に介設した窒素供給ポンプ、２４は
脱泡用タンク１４とバルブ２５を介して連結した脱泡用
タンク１４内を真空にする真空ポンプである。

【００１８】前記脱泡用タンク１４内には、図２に示す
ように、中央に球状のボール部２６と、ボール部２６の
中央から水平方向に延設された網部２７とを有するフロ
ート部材２８を配置している。該フロート部材２８は、
脱泡用タンク１４内に樹脂２が供給された場合は、図３
（ａ）に示すように、樹脂２の上面に浮き、樹脂２内か
ら押し出される空気の泡を網部２７で早くつぶす機能を
有し、また樹脂２が樹脂貯溜槽１内に戻されたとき、図
３（ｂ）に示すように、ボール部２６で移送パイプ１７
の開口部１７ａを塞ぐよう作用する。

【００１９】また、密閉機構１２は、その上面部にプロ
ジェクタ６からのレーザービーム７が通過可能な、石英
ガラス１２ａを配置し、該石英ガラス１２ａを通して造
形する。

【００２０】かかる構成の動作を、図４に基づいて説明
する。

【００２１】まず、ステップＳ１で樹脂貯溜槽１内の樹
脂の脱泡を行うと共に、気密機構１２内を窒素で満た
す。以後、窒素供給手段１３から窒素を供給しながら造
形動作を行う。

【００２２】ステップS２では制御コンピュータ１１に
造形物４の造形データをセットする。ステップＳ３で
は、制御コンピュータ１１内にセットされた造形データ
から、これから造形する１層分の造形データを解析す
る。そして、１層分の高さ分だけ、昇降テーブル３を樹
脂２内に沈める。ステップＳ４では、解析した１層分の
データに基づいて、移動制御手段８でＸ−Ｙ方向にプロ
ジェクター６を移動して、樹脂貯溜槽１内の光硬化性樹
脂２の液面上をプロジェクタ６から照射するレーザービ
ーム７を走査する。この時、解析した１層分の造形デー
タに基づいて、光フィルタ１０を制御してレーザー供給
手段９からプロジェクタ６に供給されるレーザービーム
出力も同時に調整している。

【００２３】ステップＳ５では、１層分のレーザービー
ムの走査が終了したかどうか判定する。このステップ
で、１層分の走査が終了していないと判定したときは、
ステップＳ４を終了するまで実行し、また１層分の走査
が終了したと判断したとき、ステップＳ６に移行する。

【００２４】ステップＳ６では、造形作業が終了したか
どうか判定する。このステップで造形作業が終了してい
ないと判定すれば、残りの層の造形を行うべく、ステッ
プＳ７に移行する。ステップＳ６では次に造形する１層
分のデータを解析して、ステップＳ８に移行する。ステ
ップＳ７では、１層の高さ分だけさらに昇降テーブル３
を降下させる。この後は、ステップＳ４に戻り、残りの
層の造形が終了するまで、ステップＳ４からステップＳ
８を繰り返し実行する。

【００２５】ステップＳ６で、造形作業が終了したと判
定したとき、ステップＳ９に移行する。ステップＳ９で
は、造形した造形物４を取り出すべく、昇降テーブル３
を樹脂貯溜槽１内の光硬化性樹脂２内から上昇させる。

【００２６】前述のステップS１の脱泡工程について、
図６を参照しながら、図５に基づいて説明する。

【００２７】まずステップS１０では、脱泡用タンク１
４内を真空ポンプ２４の駆動により真空にする。具体的
には、図６（ａ）に示すように、バルブ２０及び２２を
閉じ、バルブ２５を開いて真空ポンプ２４を駆動し、脱
泡用タンク１４内の空気を排出して真空状態とする。

【００２８】ステップS１１では、樹脂貯溜槽１内の樹
脂２を脱泡用タンク１４内に移送パイプ１７を介して移
送する。具体的には、図６（ｂ）に示すように、バルブ
２１および２２を開くことにより、樹脂２に脱泡用タン
ク１４内の真空による吸引力が作用し、その作用により
樹脂２を移送する。ステップS１１では第１の一定時間
が経過したときまたは誦し２が所定量移送されたとき、
移送が完了したと見なしてステップS１２に移行する。
ステップS１２では、図６（ｃ）に示すように、バルブ
２１および２２を閉じ、この状態でさらに第２の一定時
間真空ポンプによる真空状態を維持させる。この時、樹
脂２内に潜在する空気を抜き出し、樹脂２内の空気、特
に酸素を除去する。

【００２９】ステップS１３では、図６（ｄ）に示すよ
うに、窒素発生手段１３からの窒素を密閉機構１２内に
送風し、密閉機構１２内の空気を排出し、窒素で充満さ
せる。なお、該ステップS１３はステップS１２と並行に
動作させても良い。

【００３０】ステップS１４では、ステップS１３で密閉
機構１２内が窒素で満たされれば、脱泡用タンク１４内
の空気を除去した樹脂２を樹脂貯溜槽１内に移送パイプ
１７を介して戻す。具体的には、図６（ｅ）に示すよう
に、真空ポンプ２４を停止し、バルブ２５を閉じた後、
バルブ１９、２０、２１及び２２を開くと共に、窒素供
給ポンプ２３を駆動して窒素発生手段１３の窒素を脱泡
用タンク１４内に圧送する。この圧送力により、脱泡用
タンク１４から樹脂２を移送パイプ１７を介して樹脂貯
溜槽１内に移動させる。このステップは樹脂貯溜槽１の
樹脂２が所定量に達すれば、移送が完了したと見なして
バルブ１９、２０、２１及び２２を閉じて終了する。

【００３１】以上の動作により、図７に示すように、空
気中で造形作業を行うより窒素で満たされた密閉構造中
で造形作業したほうが同じエネルギーに対する硬化深度
が深くなり、空気、特に酸素に触れず造形作業が進めら
れるので、樹脂２の光硬化速度も速くなり、造形時間が
短縮できるものである。

【００３２】なお、前述の実施例では、密閉機構１２
は、樹脂貯溜槽１を内在する構成であるが、これに限ら
ず、昇降制御手段５、プロジェクタ６、移動制御手段
８、レーザービーム供給手段９及び光フィルタ１０を内
在する構造であっても良い。

【００３３】また、密閉構造中を満たす気体を窒素とし
ていたが、本発明はこれに限定されるものでなく、安定
した気体、例えばアルゴンなどの不活性ガスであっても
良い。

【００３４】

【発明の効果】この発明によれば、造形速度が向上でき
ると共に表面の仕上がりも向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の造形装置の概略システムを示す図で
ある。

【図２】 フロート部財を示す図である。。

【図３】 フロート部財の動作を示す図である。

【図４】 本発明の造形動作を示すフローチャート図で
ある。

【図５】 脱泡工程の動作フローチャート図である。

【図６】 図６の動作を順序を示す図である。

【図７】 照射エネルギーと硬化深度との関係を示す図
である。

【図８】 従来の造形装置を示す図である。

【符号の説明】

１ 樹脂槽 ２ 光硬化樹脂 １２ 密閉構造 １３ 窒素発生手段 １４ 脱泡用タンク ２４ 真空ポンプ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外気と遮断した空間を形成する密閉構造
   と、該密閉構造内に配置した光造形樹脂を貯溜する樹脂
   槽と、前記樹脂の脱泡を行うための脱泡用タンクと、該
   脱泡用タンク内を真空にする真空手段と、前記密閉構造
   及び前記脱泡用タンクに不活性ガス発生手段で発生した
   不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、光造形を
   実行する造形制御手段と、を備える光造形装置におい
   て、前記脱泡用タンク内に前記樹脂槽内の樹脂を移動さ
   せる移動ステップと、前記密閉構造内を不活性ガスで満
   たす不活性ガス供給ステップと、該不活性ガス供給ステ
   ップで不活性ガスで満たされた前記密閉機構内の樹脂槽
   に前記真空脱泡ステップで脱泡された樹脂を戻す返還ス
   テップと、前記密閉機構内で光造形操作を行う光造形ス
   テップと、を備えたことを特徴とする光造形方法。
2. 【請求項２】 前記脱泡用タンクを前記真空手段で真空
   にして樹脂から脱泡する真空脱泡ステップを更に有した
   ことを特徴とする請求項１に記載の光造形方法。
3. 【請求項３】 前記樹脂槽内の樹脂は、光を照射すると
   ラジカル重合により硬化する光造形樹脂であることを特
   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
   の光造形方法。