JP2000318050A - 光造形装置及び光造形方法 - 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、特に周囲の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】光造形樹脂２の液面に向けてレーザー７を
照射するプロジェクター６と、造形物の水平方向のスラ
イスデータに基づいて昇降テーブル３上に所望の造形物
を積層して造形する制御コンピュータ１１と、不活性ガ
ス発生手段１２と、該不活性ガス発生手段１２で発生し
た不活性ガスを前記レーザー６の照射部分に吹き付ける
不活性ガス吹き付け手段１５と、を備え、前記制御コン
ピュータ１１は、前記プロジェクター６のレーザー照射
部分に不活性ガスを吹き付けながら光造形を進める構成
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５に示すように、樹脂槽１
６内の光硬化性樹脂１７中に昇降制御手段１８により駆
動される昇降テーブル１９を水平に配置するとともに、
光硬化性樹脂１７の液面へ向けて光ビームを照射すべき
プロジェクター２０を備え、該プロジェクター２０は、
移動制御手段２１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２０には、光フィルタ２２
を介してＵＶレーザ手段２３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２２はＵＶレーザ手段
２３の出力を調整するものである。上記昇降制御手段１
８、移動制御手段２１及び光フィルター２２は制御コン
ピュータ２４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１７へ供給することにより、昇降テーブル１９が一定
ピッチ（０．０５〜０．３ｍｍ程度）で樹脂槽１６内を
降下するとともに、プロジェクター２０からの紫外線レ
ーザービームが昇降テーブル１９上の光硬化性樹脂１７
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１９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手
段は、光造形樹脂を貯溜する樹脂槽と、該樹脂槽内に昇
降自在に配置した昇降テーブルと、該昇降テーブルの昇
降動作を制御する昇降制御手段と、前記光造形樹脂の液
面に向けてレーザーを照射するレーザー照射手段と、該
レーザー照射手段から照射するレーザーの出力を制御す
るレーザー出力制御手段と、前記レーザー照射手段を水
平方向に移動させるレーザー水平移動手段と、造形物の
水平方向のスライスデータに基づいて前記昇降制御手段
と前記レーザー照射手段と前記レーザー出力制御手段と
前記レーザー水平移動手段とに制御指示を行い、前記昇
降テーブル上に所望の造形物を積層して造形する造形制
御手段と、不活性ガス発生手段と、該不活性ガス発生手
段で発生した不活性ガスを少なくとも前記樹脂槽の前記
レーザー照射部分に吹き付ける不活性ガス吹き付け手段
と、を備え、前記造形制御手段は、少なくとも前記レー
ザー照射手段によるレーザー照射部分に、不活性ガス吹
き付け手段により不活性ガスを吹き付けながら光造形を
進めることを特徴とする。

【００１３】また、この発明による光造形方法は、光造
形樹脂を貯溜する樹脂槽と、該樹脂槽内に昇降自在に配
置した昇降テーブルと、該昇降テーブルの昇降動作を制
御する昇降制御手段と、前記光造形樹脂の液面に向けて
レーザーを照射するレーザー照射手段と、該レーザー照
射手段から照射するレーザーの出力を制御するレーザー
出力制御手段と、前記レーザー照射手段を水平方向に移
動させるレーザー水平移動手段と、造形物の水平方向の
スライスデータに基づいて前記昇降制御手段と前記レー
ザー照射手段と前記レーザー出力制御手段と前記レーザ
ー水平移動手段とに制御指示を行い、前記昇降テーブル
上に所望の造形物を積層して造形する造形制御手段と、
不活性ガス発生手段と、該不活性ガス発生手段で発生し
た不活性ガスを前記樹脂槽の少なくとも前記レーザー照
射部分に吹き付ける不活性ガス吹き付け手段と、を備え
る光造形装置において、前記樹脂槽の液面に向けて不活
性ガス吹き付け手段により不活性ガスを吹き付ける吹き
付けステップと、該ステップで不活性ガスが吹き付けら
れている液面に前記レーザー照射手段によりレーザーを
照射して光造形樹脂を硬化させる硬化ステップと、前記
造形物の水平方向のスライスデータに基づいてレーザー
照射手段のレーザー照射位置を変更する照射位置変更ス
テップと、を有することを特徴とする。

【００１４】

【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。

【００１５】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の動作を制御する制御コンピュ
ータである。

【００１６】１２は窒素ガスを発生させる不活性ガス発
生手段、１３は該不活性ガス発生手段１２で発生した窒
素を樹脂槽１に導く移送パイプ、１４は不活性ガス発生
手段１２近傍に設け移送パイプ１４を開閉するバルブ、
１５は移送パイプ１３の樹脂槽１側先端に取り付けら
れ、光硬化樹脂２の液面に水平方向に幅広く噴出させる
フラットノズルである。

【００１７】該フラットノズル１５は、図２に示すよう
に、開口部が水平方向に幅広に形成されている。このフ
ラットノズル１５からは、光硬化樹脂２の液面に対し
て、水平方向に広がった窒素ガス膜を形成するように吹
き付けられる。

【００１８】また、フラットノズル１５は、プロジェク
ター６からのレーザー照射位置に、常に窒素ガスが吹き
付けられるようにプロジェクター６に連結され、固定さ
れている。したがって、プロジェクター６が移動制御手
段８で移動できるよう移送パイプ１３も移動可能に取り
付けられている。

【００１９】なお、フラットノズル１５は、プロジェク
ター６に固定されなくとも、樹脂槽１に対し一定の位置
に固定しておいても良い。但し、フラットノズル１５か
ら吹き付けられる窒素ガスは、樹脂槽１の液面全面に吹
き付けるようにしておく必要がある。

【００２０】かかる構成の動作を、図２に基づいて説明
する。

【００２１】まず、ステップＳ１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S２
ではバルブ１４を開放して不活性ガス発生手段１２を駆
動し、樹脂槽１の液面に窒素ガスの吹き付けを開始す
る。

【００２２】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Ｓ
４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１
０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。
また、このレーザー照射中は、フラットノズル１５から
光硬化樹脂２の液面に窒素ガスが吹き付けられている。

【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】以上の動作により、空気中の酸素に触れず
造形作業が進められるので、図４に示すように、空気中
の造形作業に比べ、窒素を吹き付けながらの造形作業の
ほうが、硬化深度が深くなる。特に、照射するレーザー
の照射出力が小さい場合に効果がある。したがって、硬
化深度が深くなるので、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。

【００２７】なお、前述の実施例では、不活性ガス発生
手段１５から窒素を発生させ、光硬化樹脂の液面に吹き
付けていたが、本発明はこれに限らず、例えばアルゴン
ガスなどの不活性ガスであれば良い。

【００２８】

【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】 （ａ）はフラットノズルの外観図であり、
（ｂ）は樹脂液面に窒素ガスを吹きつける様子を示す図
である。

【図３】 本発明の造形動作を示すフローチャート図で
ある。

【図４】 照射エネルギーと硬化深度との関係を示す図
である。

【図５】 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 不活性ガス発生手段 １５ フラットノズル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光造形樹脂を貯溜する樹脂槽と、該樹脂
   槽内に昇降自在に配置した昇降テーブルと、該昇降テー
   ブルの昇降動作を制御する昇降制御手段と、前記光造形
   樹脂の液面に向けてレーザーを照射するレーザー照射手
   段と、該レーザー照射手段から照射するレーザーの出力
   を制御するレーザー出力制御手段と、前記レーザー照射
   手段を水平方向に移動させるレーザー水平移動手段と、
   造形物の水平方向のスライスデータに基づいて前記昇降
   制御手段と前記レーザー照射手段と前記レーザー出力制
   御手段と前記レーザー水平移動手段とに制御指示を行
   い、前記昇降テーブル上に所望の造形物を積層して造形
   する造形制御手段と、不活性ガス発生手段と、該不活性
   ガス発生手段で発生した不活性ガスを少なくとも前記樹
   脂槽の前記レーザー照射部分に吹き付ける不活性ガス吹
   き付け手段と、を備え、前記造形制御手段は、少なくと
   も前記レーザー照射手段によるレーザー照射部分に、不
   活性ガス吹き付け手段により不活性ガスを吹き付けなが
   ら光造形を進めることを特徴とする光造形装置。
2. 【請求項２】 光造形樹脂を貯溜する樹脂槽と、該樹脂
   槽内に昇降自在に配置した昇降テーブルと、該昇降テー
   ブルの昇降動作を制御する昇降制御手段と、前記光造形
   樹脂の液面に向けてレーザーを照射するレーザー照射手
   段と、該レーザー照射手段から照射するレーザーの出力
   を制御するレーザー出力制御手段と、前記レーザー照射
   手段を水平方向に移動させるレーザー水平移動手段と、
   造形物の水平方向のスライスデータに基づいて前記昇降
   制御手段と前記レーザー照射手段と前記レーザー出力制
   御手段と前記レーザー水平移動手段とに制御指示を行
   い、前記昇降テーブル上に所望の造形物を積層して造形
   する造形制御手段と、不活性ガス発生手段と、該不活性
   ガス発生手段で発生した不活性ガスを少なくとも前記樹
   脂槽の前記レーザー照射部分に吹き付ける不活性ガス吹
   き付け手段と、を備える光造形装置において、前記樹脂
   槽の液面に向けて不活性ガス吹き付け手段により不活性
   ガスを吹き付ける吹き付けステップと、該ステップで不
   活性ガスが吹き付けられている液面に前記レーザー照射
   手段によりレーザーを照射して光造形樹脂を硬化させる
   硬化ステップと、前記造形物の水平方向のスライスデー
   タに基づいてレーザー照射手段のレーザー照射位置を変
   更する照射位置変更ステップと、を有することを特徴と
   する光造形方法。