JP2001062927A - 可溶性シートを使用する造形方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来のシート積層式造形技術では、輪郭外部の
不要シート部の除去作業が面倒で、造形時間の短縮化の
障害となっている。そこで、輪郭外部の不要シート部の
除去作業が容易なシート積層式造形技術を実現する。 【解決手段】可溶性シート群を貯蔵する装置２、可溶性
シートの任意の領域内に非溶融性材料を塗布する装置１
０、可溶性シートを積層する装置１６、積層体を溶剤で
溶融する装置を有する造形装置を用いて、断面内領域に
非溶融性材料が塗布された可溶性シートをすでに積層さ
れている積層体に追加して積層し、全シートの積層後に
積層体の断面外領域を溶剤で溶融する。この技術による
と、輪郭外部の不要部が容易に除去され、立体物が短時
間で造形される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シートを積層して
立体物を造形する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】シートを積層して立体物を造形する技術
が開発されており、例えば特開平７-195531号公報に開
示されている。従来のシートを積層して立体物を造形す
る技術では、１枚のシートを積層し、積層されたその１
枚のシートを立体の断面形状に合わせて切断するという
操作を単位とし、これを積層する全シートについて繰返
す。必要な枚数の最後のシートまで積層したときに、積
層体は直方体形状となっており、これから立体物の輪郭
外部にある不要部を除去する。即ち、積層された各シー
トは輪郭に沿って切断されているので、その切断された
輪郭の外部にあるシート部分を除去する。除去すること
で、直方体形状の積層体の中から所望の立体形状をした
立体物が現れる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このシート積層式造形
技術は高速造形に適しており、しかも、装置を安価に生
産できることから、多いにその将来性が期待されてい
る。しかしながら、従来のシート積層式造形技術では、
輪郭外部の不要シート部の除去作業が面倒で、造形時間
の短縮化の障害となっている。本発明は、輪郭外部の不
要シート部の除去作業が容易なシート積層式造形技術を
実現するものである。

【０００４】

【課題を解決するするための手段とその作用とそれによ
る効果】本発明の方法は、立体の断面形状を持つシート
を積層した立体物を造形する方法であり、断面内領域に
非溶融性材料が塗布された可溶性シートをすでに積層さ
れている積層体に積層し、全シートの積層後に積層体の
断面外領域を溶剤で溶融することを特徴とする。ここ
で、非溶融性材料の塗布工程は、積層工程に先立って実
施されてもよいし、積層工程後に実施されてもよい。ま
た、断面内領域に非溶融性材料が塗布される場合、領域
内に一様に塗布されることもあれば、離隔的に塗布され
ることもある。後者の場合、少なくとも輪郭に沿って非
溶融性材料が塗布されることが好ましい。断面形状が小
さいときなど、場合によっては、輪郭に沿って所定巾で
非溶融性材料が塗布されたその内側には非溶融性材料が
塗布されないこともある。また塗布される場合、液状の
非溶融性材料たとえば液状の非溶融性樹脂が塗布される
ものであってもよいし、粉体の非溶融性材料が静電転写
技術で転写されること等もある。またこの方法は輪郭外
部に非溶融性材料を塗布することを妨げず、特に、輪郭
外部領域に疎に非溶融性材料を塗布することや、輪郭外
部にはみ出して塗布することが有効なことがある。さら
に、輪郭線に沿って物理的に切断する手法と組み合せて
用いることもできる。

【０００５】この方法によると、断面内領域には非溶融
性材料が塗布されて積層されるために、積層体を溶剤で
溶融しても輪郭内領域まで溶融することがなく、積層さ
れた積層体の全体を溶剤に曝すことで、輪郭外部の不要
部のみを除去することができる。このために、輪郭外部
の不要シート部の除去作業が容易化される。このために
造形時間が短縮化されるほか、従来のシート積層式造形
技術では除去が困難で結局は造形不能であった立体形状
まで造形することが可能となる。

【０００６】本発明の装置は、可溶性シート群を貯蔵す
る装置、可溶性シートの任意の領域内に非溶融性材料を
塗布する装置、可溶性シートを積層する装置とを有す
る。上記装置は、各部分装置が一体に結合されていても
よいし、部分装置が組合わされて用いられることで全体
として造形装置を構成するものであってもよい。

【０００７】この造形装置によると、溶剤に曝すことで
立体物が出現する積層体をつくることができ、立体物を
短時間で造形することが可能となり、造形可能な立体形
状の巾が増えるほか、装置全体を安価に構築することが
可能となる。

【０００８】

【実施の形態】まず第１の実施形態について図１を参照
して説明する。図１において、２は未使用の可溶性シー
ト群４を搭載して貯蔵しておくトレイテーブルを示す。
このトレイテーブル２は使用された可溶性シートの厚み
分だけ上昇し、未使用の可溶性シート群４の最上面に位
置するシートの高さを一定に保つ。６は未使用のシート
群４の最上面に位置した１枚の可溶性シートを図面右下
方向に送り出す第１ローラを示す。８は第１ローラ６で
送り出された１枚の可溶性シートを後記する積層テーブ
ル１６の上方に送り出す第２ローラを示す。第２ローラ
８は可溶性シートを非溶融性樹脂塗布装置１０に押付け
る機能を兼用する。非溶融性樹脂塗布装置１０は、液状
の非溶融性樹脂を可溶性シートに吹付けるジェットノズ
ル群が長手方向に配置され、各ジェットノズルが独立に
制御されるものであって、可溶性シートの送りとあいま
って、可溶性シートの任意の領域に非溶融性樹脂を塗布
する。非溶融性樹脂は、第２ローラ８で送り出されるシ
ートの下面に塗布される。１６は積層テーブルであっ
て、第２ローラ８で送られるシートをその上に積層す
る。１４は積層された可溶性シート群で構成された積層
体である。１２は積層テーブル１６の上方位置に固定さ
れている加圧加熱板であり、積層テーブル１６が上昇す
ることで、新たに積層された１枚の可溶性シートをそれ
以前に積層されている積層体１４に押付ける。このと
き、最上面の可溶性シートの下面に塗布されている非溶
融性性樹脂を上下の可溶性シートに含浸させ、かつ上下
の可溶性シートを接着する。積層テーブル１６は上下動
可能であり、第２ローラ８から可溶性シートが送り出さ
れるときは、積層体１４の最上面が非溶融性樹脂塗布装
置１０の上面よりもわずかに低い高さに位置させ、それ
までの積層体１４の上面上に新たな可溶性シートを積層
し、新たに積層された可溶性シートをそれまでの積層体
１４に一体化するときに上昇して加圧可熱板１４との間
で積層体１４を加圧加熱する。なお、この加圧加熱処理
は、数枚の可溶性シートが積層される毎に実施される。
１度に加圧加熱する枚数は、適宜調整することができ
る。全シートが積層されるまで加圧加熱処理をせず、全
シートの積層完了後に一括して加圧加熱処理してもよ
い。この実施の形態では加熱することで液状の非溶融性
樹脂の硬化を促進させているが、常温で接着する樹脂を
用いる場合には、加熱する必要がない。

【０００９】使用する可溶性シートとしては水に溶融す
るものが好ましく、例えば、三島製紙株式会社が製造す
るディゾルボという商標の可溶性シートが好適に用いら
れる。非溶融性樹脂としては、株式会社キラ・コーポレ
ーションが製造するＴＫ−１０ＢＫの商品記号を持つ樹
脂粉末を溶剤に溶融させたものが好適に用いられる。非
溶融性樹脂の他、積層体を洗浄するときに用いる溶剤に
溶融しない低融点金属材料を用いることもできる。非溶
融性樹脂塗布装置１０としては、ジェットプリンタ用の
ものが好適に流用できる。以上の材料を用いて、図１に
示す装置で積層造形したものを、４０度の温水で洗浄し
たところ、見事に意図した立体形状を備えた立体物が得
られた。

【００１０】次に第２の実施形態を説明する。この実施
の形態では、図１の液状の非溶融性樹脂を塗布する装置
１０に代えて、レーザプリンタで多用されている静電転
写式の塗布装置を用いる。実際には、京セラ株式会社が
製造するＬ-９８０の商品記号を有するレーザプリンタ
を用いて、株式会社キラ・コーポレーションが製造する
ＴＫ−１０ＢＫの商品記号を持つ樹脂粉末を塗布した。
その他の点は、第１実施形態と同様である。加圧加熱板
１２で積層体１４を加圧加熱することで、非溶融性の樹
脂粉末が溶解して上下のシートに含浸し、上下のシート
が接着された。この場合にも、４０度の温水で洗浄した
ところ、見事に意図した立体形状を備えた立体物が得ら
れた。

【００１１】次に第３の実施形態について説明する。こ
の実施形態では、第２の実施形態と同様の装置を用い、
輪郭に沿って内側に所定巾で前記樹脂粉末を塗布した。
輪郭内部を塗りつぶさなくとも、立体物が溶剤におかさ
れて所望の形状からずれてしまうことを防止できること
が確認された。所定巾の塗布範囲の内側にはまったく非
溶融性樹脂を塗布しなくてもよいし、離隔的に塗布して
もよい。

【００１２】次に第４の実施形態について説明する。こ
の実施の形態では、第１の実施形態の装置の加熱加圧板
１２の下方で、積層テーブル１６の上方位置に、積層さ
れた最上面の１枚の可溶性シートのみを輪郭に沿ってナ
イフで切断する切断装置を加えた。この切断装置は、特
開平７-195531号公報に開示されているものである。こ
の切断装置は、簡単に言うとＸＹプロッタに、１枚のシ
ート厚み分だけを切断するナイフを取付けたものであ
り、そのＸＹプロッタの枠が加圧加熱板１２や積層テー
ブル１６よりも大きく、ナイフを待機位置に位置させる
と、その枠内を積層体１４が上下動可能になっている。
この実施の形態では、輪郭外部に所定巾はみだして非溶
融性材料を塗布し、積層後にナイフで輪郭に沿って切断
する。

【００１３】このようにして積層した積層体を溶剤で溶
融すると、輪郭外部に所定巾の皮をかぶった立体物を得
ることができる。そこでその一皮をめくることで所望の
立体形状を備えた立体物が造形できる。この場合、輪郭
に沿って物理的に切断されているために、最終的に得ら
れる立体物の形状制度が良好で、しかも、一皮向くと言
う簡単な操作で輪郭外部の不要部が除去でき、極めて有
用である。

【００１４】この実施の形態では、可溶性シートの全面
に水溶性の接着剤（例えばクラレ株式会社が製造したポ
バール樹脂が好適に用いられる）を塗布したシートを用
いることが好ましく、この種のシートを用いると、ナイ
フによる切断時にシートがナイフの移動に追従して移動
してしまうことがない。溶剤で輪郭外部領域を溶融する
ときにはその水溶性の接着剤が容易に溶融するために、
不要部を溶融させる上で障害となることもない。切断時
のシートずれを防止するために、シート全面に溶剤で溶
融する接着剤を塗布しておいてもよいが、これに代え
て、輪郭外部領域に疎に非溶融性材料を塗布してもよ
い。疎に塗布されている程度では溶剤を用いた溶融処理
を妨げない。また、輪郭に沿って物理的に切断するとき
には、非溶融性材料を輪郭外部にはみ出して塗布しても
よいが、輪郭内側にのみ正確に塗布してもよい。

【００１５】次に第５の実施形態について図２を参照し
て説明する。ここでは図１と同一ないし同等の部材には
同じ参照番号を付することで詳しい説明は省略する。こ
の実施形態では、積層テーブル１６の上で、非溶融性材
料の塗布と輪郭に沿った切断を実施する。トレイテーブ
ル２上の未使用の可溶性シート群４から１枚づつ可溶性
シートを積層テーブル１６上に送るために、３つのロー
ラ６、８、９が用いられている。積層テーブル１６の上
方位置にＸＹプロッタ２０が配置されている。ＸＹプロ
ッタ２０は、一対のＸレール２２、２４と、両レール間
にまたがってＸ方向に移動するＸ移動体２６と、そのＸ
移動体２６に対してＹ方向に移動するＹ移動体２８とで
構成されており、この構成を備えることでＹ移動体２８
はＸＹ方向に移動する。Ｙ移動体２８には前記したナイ
フ３０と非溶融性材料塗布用のジェットノズル３２が取
付けられている。Ｘ方向レール２２，２４は長く、Ｘ移
動体２６が図示右端部に移動したときに、積層体１４の
上方からＸＹプロッタ２０の構成部品は待避し、積層体
１４がＸＹプロッタ２０の存在高さからさらに上方に移
動できる。その上方位置に加圧加熱板１２が固定されて
いる。図示の明瞭化のために、加圧加熱板１２は一部し
か図示されていないが、積層するシートと同一サイズを
持っている。

【００１６】この造形装置は、次のように作動する。 第１ステップ：ローラ６、８、９が作動して１枚の可溶
性シートが積層体１４の上に送り出される。このとき、
積層体１４の最上面の高さが、ローラ８と９が接する高
さよりもわずかに低くなるように積層テーブル１６の高
さが調整されている。 第２ステップ：積層テーブル１６が上昇して最上面の可
溶性シートを積層体１４とともに加圧加熱板１２に押付
ける。このとき、ＸＹプロッタ２０は待避位置に置かれ
ている。また、後で説明する第４ステップから理解され
るように、それまでの積層体１４の上面に非溶融性材料
が塗布されており、これによって新たに積層されたシー
トがそれまでの積層体１４に接着されて一体化される。 第３ステップ：積層テーブル１６は下降し、積層体１４
の最上面が切断高さに置かれる。ここで、ＸＹプロッタ
２０がナイフ３０を活動姿勢に調整してＸＹ方向に移動
して、最上面の１枚の可溶性シートのみを輪郭３４に沿
ってナイフで切断する。このとき、最上面の可溶性シー
トは積層体１４に一体化されており、ナイフ３０の移動
に追従することはない。 第４ステップ：ＸＹプロッタ２０がナイフ３０を待避姿
勢に調整し、ジェットノズル３２を作動させながらＸＹ
方向に移動して、輪郭内部ならびに輪郭外部に所定距離
はみ出した領域３６（図示では領域３６の一部にのみハ
ッチを付与している）に非溶融性材料を塗布する。 以上によって１枚の可溶性シートに対する処理が完了
し、それに続けて、次に積層される可溶性シートに対し
て前記の第１〜第４ステップが実施される。これが全シ
ートについて繰返される。

【００１７】以上の結果得られる積層体１４を溶剤、こ
の場合には温水で洗浄すると、輪郭に近接する部分まで
溶融し、不要部が溶融して除去される。最後に一皮向く
ことで形状精度が高く、表面がきれいな立体物が得られ
る。

【００１８】以上に述べた実施の形態のほか、本発明は
特許請求範囲に記載の技術的範囲内でさまざまな形態で
実施することができる。あるいはこれにさまざまな付加
的改良を施すこともできる。たとえば積層時に輪郭外側
の不要部にエンドミルで孔をあけるようにすることで、
不要部に溶剤が進入しやすくすること等はこの技術の付
加的改良であって、特許請求の範囲に記載された技術の
範囲に属する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施の形態に係わる造形装置を示す。

【図２】 他の実施の形態に係わる造形装置を示す。

【符号の説明】

２： トレイテーブル ４： 未使用の可溶性シート群 ６，８，９：送りだしローラ １０： 非溶融性材料塗布装置 １２： 加圧加熱板 １４： 積層体 １６： 積層テーブル ２０： ＸＹプロッタ ３０： ナイフ ３２： ジェットノズル ３４： 輪郭 ３６： 塗布領域

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 立体の断面形状を持つシートを積層した
   立体物を造形する方法であり、断面内領域に非溶融性材
   料が塗布された可溶性シートをすでに積層されている積
   層体に積層し、全シートの積層後に積層体の断面外領域
   を溶剤で溶融することで立体物を造形する方法。
2. 【請求項２】 可溶性シート群を貯蔵する装置、可溶性
   シートの任意の領域内に非溶融性材料を塗布する装置、
   可溶性シートを積層する装置とを有する立体物の造形装
   置。