JP2001322177A - 立体造形方法および立体造形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 造形時間を短縮できる立体造形技術を提供す
る。 【解決手段】 立体造形装置１は、硬化閾値以上の光強
度で硬化する液状の光硬化性樹脂８を貯留する貯留槽２
１と、芯材９を回転させる回転機構２２と、レーザ発信
器３１とを有している。この立体造形装置１では、レー
ザ発信器３１から出射されたビームＬａを焦点部Ｆｃに
集光させ、焦点部Ｆｃのみで上記の硬化閾値以上の光強
度にするように調整されている。そして、光硬化性樹脂
８の液中で回転機構２２により芯材９を回転させつつ、
焦点部ＦｃをＸ方向およびＺ方向に走査することによ
り、芯材９の表面から光硬化性樹脂の硬化層が順次に形
成され造形が行われる。これにより、芯材部分の造形時
間が不要となるため、造形時間を短縮できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、硬化性材料を用い
て立体物を造形する立体造形方法および立体造形装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】立体物を造形する方法として、所定の条
件で硬化する硬化性材料を利用して立体物を造形する方
法がある。

【０００３】この立体造形方法としては、例えば特開平
１１−１７０３７７号公報に開示されているものがあ
る。これは、液状の光硬化性樹脂に光を照射して、光硬
化性樹脂の硬化層を順次に形成することにより、所望の
造形物を得るものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の立体
造形方法では、何もない状態、すなわちゼロから造形を
行うため、造形物が完成するまでの造形時間が長くなっ
てしまう。

【０００５】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、造形時間を短縮できる立体造形技術を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１の発明は、所定の光強度で硬化する液状の
硬化性材料を貯留する貯留槽を用いて、立体物を造形す
る立体造形方法であって、(a)貯留槽中の前記硬化性材
料に芯材を浸す工程と、(b)前記貯留槽中の前記芯材の
周囲で前記所定の光強度以上となる集光光線を生成する
工程と、(c)前記貯留槽中の前記硬化性材料に浸された
前記芯材の周囲を前記集光光線によって選択的かつ相対
的に走査する工程と、を備え、前記芯材の周囲に前記硬
化性材料の硬化層を順次に形成して立体物を造形する。

【０００７】また、請求項２の発明は、光で硬化する液
状の硬化性材料を貯留する貯留槽を用いて、立体物を造
形する立体造形方法であって、(a)前記芯材の一部を前
記貯留槽中の硬化性材料の液中に浸した状態で前記芯材
を回転させ、それによって前記芯材の周囲への前記硬化
性材料の付着部を前記硬化性材料の液外に露出させる芯
材回転工程と、(b)前記液外において、前記付着部を選
択的に露光して硬化させる硬化工程と、(c)前記芯材を
さらに回転させ、硬化させた前記付着部を前記硬化性材
料の液中に再び浸す再浸工程と、を備え、前記芯材への
前記硬化性材料の新たな付着部につき、前記液外におい
て前記光線で選択的に露光することによって、前記芯材
の周囲に前記硬化性材料の硬化層を順次に形成して立体
物を造形する。

【０００８】また、請求項３の発明は、所定の条件で硬
化する硬化性材料を用いて、立体物を造形する立体造形
方法であって、(a)芯材の周囲に流動状の硬化性材料を
選択的に吐出し、それによって前記芯材の周囲に前記硬
化性材料の付着部を選択的かつ順次に形成する吐出工程
と、(b)前記付着部を順次に硬化させる硬化工程と、を
備え、前記芯材の周囲に前記硬化性材料の硬化層を順次
に形成し前記立体物を造形する。

【０００９】また、請求項４の発明は、請求項１ないし
請求項３のいずれかの発明に係る立体造形方法におい
て、前記芯材として、形状の異なる複数の芯材のうち前
記立体物の外形面に内包され、かつ体積が最大となる芯
材を選択する選択工程をさらに備える。

【００１０】また、請求項５の発明は、請求項１ないし
請求項４のいずれかの発明に係る立体造形方法におい
て、前記芯材は、前記硬化性材料と同一材料で形成され
ている。

【００１１】また、請求項６の発明は、請求項１ないし
請求項５のいずれかの発明に係る立体造形方法におい
て、前記芯材の全表面について前記硬化性材料の最初の
硬化層を形成する前処理工程、をさらに備える。

【００１２】また、請求項７の発明は、所定の光強度で
硬化する硬化性材料を用いて、立体物を造形する立体造
形装置であって、(a)液状の硬化性材料を貯留し、前記
硬化性材料に芯材が浸される貯留槽と、(b)前記貯留槽
中の前記芯材の周囲で前記所定の光強度以上となる集光
光線を生成する集光光線発生手段と、(c)前記貯留槽中
の前記硬化性材料に浸された前記芯材の周囲を前記集光
光線によって選択的かつ相対的に走査する走査手段と、
を備え、前記芯材の周囲に前記硬化性材料の硬化層を順
次に形成して立体物を造形する。

【００１３】また、請求項８の発明は、光で硬化する硬
化性材料を用いて、立体物を造形する立体造形装置であ
って、(a)液状の硬化性材料を貯留する貯留槽と、(b)前
記芯材の一部を前記貯留槽中の硬化性材料の液中に浸し
た状態で前記芯材を回転させ、それによって前記芯材の
周囲への前記硬化性材料の付着部を前記硬化性材料の液
外に露出させる芯材回転手段と、(c)前記液外におい
て、前記付着部を選択的に露光して硬化させる走査手段
と、を備え、前記付着部の選択的硬化の後に前記芯材を
さらに回転させ、硬化させた前記付着部を前記硬化性材
料の液中に再び浸すとともに、前記芯材への前記硬化性
材料の新たな付着部につき、前記液外において選択的に
露光することによって、前記芯材の周囲に前記硬化性材
料の硬化層を順次に形成して立体物を造形する。

【００１４】また、請求項９の発明は、所定の条件で硬
化する硬化性材料を用いて、立体物を造形する立体造形
装置であって、(a)流動状の硬化性材料を前記芯材の一
部に向けて吐出する吐出手段と、(b)前記硬化性材料の
吐出ラインと前記芯材とを相対的に移動させることによ
り前記芯材の周囲を前記硬化性材料によって選択的かつ
順次に走査する走査手段と、を備え、前記芯材の周囲に
前記硬化性材料の硬化層を順次に形成して前記立体物を
造形する。

【００１５】また、請求項１０の発明は、請求項７ない
し請求項９のいずれかの発明に係る立体造形装置におい
て、前記芯材として、形状の異なる複数の芯材のうち前
記立体物の外形面に内包され、かつ体積が最大となる芯
材を選択する選択手段をさらに備える。

【００１６】また、請求項１１の発明は、請求項７ない
し請求項１０のいずれかの発明に係る立体造形装置にお
いて、前記芯材は、前記硬化性材料と同一材料で形成さ
れている。

【００１７】また、請求項１２の発明は、請求項７ない
し請求項１１のいずれかの発明に係る立体造形装置にお
いて、前記走査手段を制御することによって、前記芯材
の全表面について前記硬化性材料の最初の硬化層を形成
する前処理制御手段、をさらに備える。

【００１８】

【発明の実施の形態】＜第１実施形態＞ ＜立体造形装置の要部構成＞図１は、本発明の第１実施
形態に係る立体造形装置１の要部構成を示す図である。

【００１９】立体造形装置１は、立体物を造形する造形
部２と、光を照射する光学部３と、これら造形部２およ
び光学部３を制御するコントローラ１０とを備えてい
る。

【００２０】造形部２は、液状の光硬化性樹脂８を貯留
する貯留槽２１と、貯留槽の上方に設けられている回転
機構２２とを有している。この光硬化性樹脂８は、硬化
閾値以上の光強度すなわち光エネルギーで硬化する特性
を有している。

【００２１】貯留槽２１は、光学部３からのビームが透
過するように透明な材料で形成されている。なお、貯留
槽２１全部が透明である必要はなく、光学部３からのビ
ームが通過する部分が少なくとも透明であれば良い。

【００２２】回転機構２２は、芯材９を支持する棒状の
支持部材２３をモータにより回転方向Ｐｒに回転できる
とともに、支持部材２３をＺ軸の方向Ｐｕに昇降できる
ように構成されている。また、芯材９は完成した造形物
の核となるもので、この芯材９を中心にして光硬化性樹
脂で所望の立体物が形成される。なお、支持部材２３
は、剛性を高くするのが好ましい。これは、造形物の重
心と回転機構２２の回転軸とが一致しない場合、すなわ
ち偏心している場合に、支持部材２３の剛性が十分でな
いと、造形物の回転によって支持部材２３が湾曲してし
まうためである。

【００２３】図２は、芯材９の形状の例を示す図であ
る。支持部材２３で支持される芯材９は、形状の異なる
３種類の芯材９ａ、９ｂ、９ｃから選択できるようにな
っている。また、芯材９ａ、９ｂ、９ｃは、光硬化性樹
脂８と同一の材料で形成されている。これは、光硬化性
樹脂８と同一材料の場合には、芯材への光硬化性樹脂の
接着性が良くなるためである。なお、芯材９ａ、９ｂ、
９ｃの材質は、光硬化性樹脂と同一であるのは必須では
なく、芯材と光硬化性樹脂との接着性が適切に確保でき
る材料であれば良い。

【００２４】光学部３は、レーザ発信器３１と、レーザ
発信器３１から出射されたビームＬａの幅を拡張するビ
ームエキスパンダ３２と、ビームエキスパンダ３２で拡
張されたビームＬｂを集光するレンズ３３とを有してい
る。また、光学部３には、ビームエキスパンダ３２とレ
ンズ３３との間にビーム移動機構３４が設けられてい
る。

【００２５】レーザ発信器３１は、半導体レーザを利用
している。なお、レーザ発信器３１は、ガスレーザを利
用するものでも良い。

【００２６】レンズ３３は、ビームＬｂを焦点部Ｆｃに
集光させるものである。また、レンズ３３は、Ｘ軸の方
向ＱｆおよびＺ軸の方向Ｑｕに移動でき、これに伴って
焦点部ＦｃがＸ軸方向およびＺ軸方向に移動できる。こ
の焦点部Ｆｃのみにおいて、上述した光硬化性樹脂８が
硬化する硬化閾値以上の光強度となるようにレーザ発信
器３１の出力が調整されている。これにより、レンズ３
３を通過したビームＬｃは、貯留槽２１内の光硬化性樹
脂８においても焦点部Ｆｃ以外では光硬化性樹脂を硬化
させることがなく、焦点部Ｆｃのみで光硬化性樹脂の硬
化を行うことができる。このように、集光光線として働
く焦点部（集光部）Ｆｃは、光硬化性樹脂の硬化閾値以
上となるビームの箇所に相当し、焦点とその近傍とを含
む概念である。

【００２７】ビーム移動機構３４は、例えばガルバノミ
ラーを利用して、レンズ３３のＺ軸方向の移動に追従し
てビームＬ２の出射位置をＺ軸方向に移動できるように
なっている。

【００２８】コントローラ１０は、ＣＰＵおよびメモリ
を有しており、回転機構２２による芯材９の回転、レー
ザ発信器３１の出力、レンズ３３の移動などを有機的に
制御する。

【００２９】また、コントローラ１０のメモリには、所
定の操作により入力できる造形物の３次元形状データＤ
ａと、３種類の芯材９ａ、９ｂ、９ｃの３次元形状デー
タＤｂとが格納されている。ここで、立体造形において
光硬化性樹脂で造形する箇所は、３次元形状データＤａ
に係る造形物の形状から、３次元形状データＤｂに係る
芯材の形状が抜き出された部分となる。なお、この３次
元形状データＤａ、Ｄｂは、実際の立体物を３次元形状
計測装置により計測して生成された形状データや３次元
ＣＡＤにより生成された形状データを利用しても良い。

【００３０】＜立体造形装置１の動作＞図３は、立体造
形装置１の基本的な動作を説明するフローチャートであ
る。また、図４は、立体造形装置１により造形される造
形物９１の例を示す図である。なお、図４（ａ）は立体
造形物９１の外形図を示しており、図４（ｂ）は図４
（ａ）のIV−IV位置から見た拡大断面図を示している。

【００３１】ステップＳ１では、図２に示す３種類の芯
材９ａ、９ｂ、９ｃから、造形物９１の外形面に内包さ
れる芯材を選択する。

【００３２】ステップＳ２では、ステップＳ１で選択さ
れた芯材が複数であるかを判定する。ここで、複数であ
る場合には、ステップＳ３に進み、単数である場合に
は、ステップＳ４に進む。

【００３３】ステップＳ３は、複数の芯材のうち体積が
最大となる１つの芯材を選択する。これは、芯材の体積
が大きいほど造形に使用する光硬化性樹脂の量が減るた
め、造形時間短縮に有効となるためである。

【００３４】ステップＳ４では、選択された芯材９の種
類をコントローラ１０に所定の操作を行って入力する。
また、選択された芯材９を支持部材２３にセットする。

【００３５】上記のステップＳ１〜Ｓ４の動作はユーザ
が行うこととなるが、コントローラ１０により造形物９
１の３次元形状データＤａと３種類の芯材９ａ、９ｂ、
９ｃの３次元形状データＤｂとを比較し、上記の条件を
満足するものとして選択すべき芯材を自動判定してユー
ザに知らせるようにしてもよい。

【００３６】以下では、ステップＳ５以降の動作を説明
するが、この動作はコントローラ１０により自動的に実
行される。

【００３７】ステップＳ５では、回転機構２２により支
持部材２３を降下させ、支持部材２３で支持される芯材
９を貯留槽２１に浸漬する。

【００３８】ステップＳ６では、回転機構２２により、
支持部材２３で支持される芯材９を回転する。

【００３９】ステップＳ７では、レンズ３３を方向Ｑ
ｆ、Ｑｕに移動することにより、芯材９に対してビーム
の焦点部ＦｃをＺ方向に走査する。ここでは、芯材９が
１回転するごとに焦点部ＦｃをＺ方向に移動させて、芯
材９に全表面において被膜として働く光硬化性樹脂８の
最初の硬化層（第１硬化層）９１ａ（図４（ｂ））を確
実に形成するようにする。なお、最初の硬化層９１ａを
確実に形成するためには、例えば第２硬化層以降の層形
成スピードより遅く層形成を行うと良い。

【００４０】ステップＳ８では、前処理、すなわち芯材
９の表面全体において光硬化性樹脂８の被膜形成が完了
したかを判定する。ここで、前処理が完了している場合
には、ステップＳ９に進む。この前処理により、芯材９
の材質が光硬化性樹脂の材料と異なる場合でもステップ
Ｓ９以降の造形動作は光硬化性樹脂８と同一材料の芯材
を用いる時と同様に良好な接着性を確保できる。また、
前処理が完了してない場合には、ステップＳ６に進む。

【００４１】ステップＳ９では、ステップＳ６と同様に
芯材９を回転する。

【００４２】ステップＳ１０では、ステップＳ７と同様
に、芯材９に対してビームの焦点部ＦｃをＸ方向および
Ｚ方向に走査する。ここでは、図４（ｂ）に示すよう
に、芯材９の周囲に第２硬化層９１ｂ、第３硬化層９１
ｃ、第４硬化層９１ｄの順に、木の年輪のように造形を
行う。なお、説明の便宜上、図４（ｂ）では光硬化性樹
脂の硬化層を４層とし、また各層の境界を強調して表現
している。

【００４３】また、図４（ａ）に示す造形物９１の凹部
９１ｇでは光硬化性樹脂８の硬化が不要であるため、こ
の凹部９１ｇではコントローラ１０がレーザ発信器３１
からのビームＬａ出力をＯＦＦにする制御が行われる。
すなわち、焦点部ＦｃをＸ方向およびＺ方向に走査する
とともにビームＬａ出力のＯＮ・ＯＦＦを制御するこ
と、つまり芯材９の周囲を焦点部Ｆｃによって選択的か
つ相対的に走査することにより、様々な形状の造形物９
１が造形できる。

【００４４】ステップＳ１１では、造形物９１の造形が
完了しているかを判定する。ここで、造形が完了してい
る場合には、ステップＳ１２に進み、完了していない場
合には、ステップＳ９に進む。

【００４５】ステップＳ１２では、回転機構２２により
支持部材２３を上昇させ、完成した造形物９１を貯留槽
２１から引き上げる。そして、支持部材２３から造形物
９１を取り外し、造形物９１を得る。

【００４６】以上の立体造形装置１の動作により、芯材
部分の造形時間が不要となるため、造形時間の短縮が図
れる。

【００４７】＜第２実施形態＞ ＜立体造形装置の要部構成＞図５は、本発明の第２実施
形態に係る立体造形装置４の要部構成を示す図である。
また、図６は、図５のV−V位置から見た断面図である。

【００４８】立体造形装置４は、立体物を造形する造形
部５と、レーザ発信器５５と、これら造形部５およびレ
ーザ発信器５５を制御するコントローラ４０を備えてい
る。

【００４９】造形部５は、液状の光硬化性樹脂８を貯留
する貯留槽５１と、貯留槽５１の側方に設けられている
回転機構５２とを有している。この光硬化性樹脂８は、
第１実施形態と同様に、硬化閾値以上の光強度すなわち
光エネルギーで硬化する特性を有している。

【００５０】回転機構５２は、芯材９を支持する支持部
材５３をモータにより回転方向Ｓｒに回転できるととも
に、Ｚ軸の方向Ｓｕに昇降できるように構成されてい
る。

【００５１】レーザ発信器５５は、半導体レーザを利用
するものであり、またＸ軸の方向Ｔｆに移動できるよう
になっている。

【００５２】コントローラ４０は、第１実施形態と同様
に、ＣＰＵおよびメモリを有しており、回転機構５２に
よる芯材９の回転、レーザ発信器５５のレーザビームＬ
ｄの出射などを有機的に制御する。

【００５３】また、コントローラ１０のメモリには、第
１実施形態と同様に、所定の操作により入力できる造形
物の３次元形状データＤａと、３種類の芯材９ａ、９
ｂ、９ｃの３次元形状データＤｂとが格納されている。

【００５４】以上の立体造形装置４の構成により、図５
および図６に示すように、芯材９の一部を貯留槽５１の
光硬化性樹脂８の液中に浸して芯材９に回転を加える
と、液中で芯材９の表面に付着した光硬化性樹脂８の液
層部８ａが回転によって、回転方向Ｓｒに引っぱり上げ
られ、液外に露出する。そして、この液層部８ａに対し
てビームＬｄを照射することにより、芯材９の表面上で
光硬化性樹脂８５を硬化できる。さらに、芯材９を回転
させ、硬化した光硬化性樹脂８５を液中に再び浸すこと
により、この硬化部に新たな光硬化性樹脂８５を付着で
きる。この付着部に光照射を行うことにより、硬化部の
積層が可能となる。

【００５５】立体造形装置４では、第１実施形態のよう
に、液中で光硬化性樹脂８を硬化させることがないた
め、光学部５の構成を簡素化できる。

【００５６】＜立体造形装置４の動作＞図７は、立体造
形装置４の基本的な動作を説明するフローチャートであ
る。また、本動作により図４に示す造形物９１の造形を
行うものとする。

【００５７】ステップＳ２１〜Ｓ２４は、図３に示すフ
ローチャートのステップＳ１〜Ｓ４と同様の動作を行
う。

【００５８】ステップＳ２５では、回転機構５２を降下
させ、図５に示すように支持部材５３により支持される
芯材９の一部を貯留槽５１に浸漬する。

【００５９】ステップＳ２６では、回転機構２２によ
り、支持部材２３で支持される芯材９を回転する。上述
したように、図６に示す光硬化性樹脂の液層部８ａが液
外に露出される。

【００６０】ステップＳ２７では、レーザ発信器５５を
方向Ｔｆに移動させることにより、ステップＳ２５で露
出された光硬化性樹脂の液層部８ａに対してビームＬｄ
をＸ方向に走査する。ここでは、図３に示すフローチャ
ートのステップＳ７と同様に、芯材９に表面全体におい
て被膜として働く光硬化性樹脂８の最初の硬化層（第１
硬化層）９１ａ（図４（ｂ））を確実に形成するように
する。

【００６１】ステップＳ２８では、前処理、すなわち芯
材９の表面全体において光硬化性樹脂８の被膜形成が完
了したかを判定する。ここで、前処理が完了している場
合には、ステップＳ２９に進み、前処理が完了してない
場合には、ステップＳ２６に進む。

【００６２】ステップＳ２９では、ステップＳ２６と同
様に芯材９を回転する。

【００６３】ステップＳ３０では、ステップＳ２７と同
様に、レーザ発信器５５を方向Ｔｆに移動させることに
より、ステップＳ２９で露出された光硬化性樹脂の液層
部８ａに対してビームＬｄをＸ方向に走査する。ここで
は、第１実施形態と同様、図４（ｂ）に示すように、芯
材９の周囲に第２硬化硬化層９１ｂ、第３硬化層９１
ｃ、第４硬化層９１ｄの順に、木の年輪のように造形を
行う。

【００６４】また、第１実施形態と同様に、図４（ａ）
に示す造形物９１の凹部９１ｇでは光硬化性樹脂８の硬
化が不要であるため、この凹部９１ｇではコントローラ
４０がレーザ発信器５５からのビームＬｄ出力をＯＦＦ
にする制御が行われる。すなわち、ビームＬｄをＸ方向
に走査するとともにビームＬｄ出力のＯＮ・ＯＦＦを制
御すること、つまり光硬化性樹脂の液層部８ａを選択的
に露光することにより、様々な形状の造形物９１が造形
できる。

【００６５】ステップＳ３１では、造形物９１の造形が
完了しているかを判定する。ここで、造形が完了してい
る場合には、ステップＳ３２に進み、完了していない場
合には、ステップＳ２９に進む。

【００６６】ステップＳ３２では、回転機構５２を上昇
させ、完成した造形物９１を貯留槽５１から引き上げ
る。そして、支持部材５３から造形物９１を取り外し、
造形物９１を得る。

【００６７】以上の立体造形装置４の動作により、第１
実施形態と同様に、芯材部分の造形時間が不要となるた
め、造形時間の短縮が図れる。

【００６８】＜第３実施形態＞ ＜立体造形装置の要部構成＞図８は、本発明の第３実施
形態に係る立体造形装置６の要部構成を示す図である。

【００６９】立体造形装置６は、回転機構６１と、流動
状の樹脂８５を吐出する吐出部６５とを備えている。

【００７０】回転機構６１は、モータにより芯材９を支
持する棒状の支持部材６２を回転方向Ｖｒに回転でき
る。なお、支持部材２３は、第１実施形態と同様に剛性
を高くするのが好ましい。

【００７１】吐出部６５は、ノズル６６と、ノズル６６
内の樹脂８５を加熱するヒータ６７とを有している。

【００７２】ノズル６６は、樹脂８５を供給する供給タ
ンク（図示せず）から樹脂８５の供給を受けて芯材９に
対して樹脂８５を吐出できるとともに、ノズル６６の吐
出口６６ａが曲線Ｖｕに沿って移動できるようになって
いる。ここで、曲線Ｖｕは円弧部Ｖｐを有しているが、
この円弧部Ｖｐは芯材９の端面９ｅに樹脂８５を適切に
付着させるためのものである。すなわち、円弧部Ｖｐで
は円弧に沿って吐出口６６ａの角度が変更され、芯材９
の端面９ｅに適切な角度で樹脂８５を付着できることと
なる。

【００７３】樹脂８５は、加熱により軟化する特性の熱
可塑性樹脂である。この樹脂８５としては、例えばポリ
エチレンやポリエステル樹脂などを使用できる。

【００７４】ヒータ６７は、熱可塑性樹脂８５がノズル
６７で硬化せず、流動するように加熱するものである。
そして、ノズル６７から吐出された樹脂は、芯材９表面
上の付着部Ｆｔに付着して、常温の条件下で硬化される
ことにより、芯材９を核として造形を行うことができ
る。なお、上記の供給タンクからノズル６６までの樹脂
供給ラインについても、樹脂８５が硬化しないように加
熱が行われる。

【００７５】コントローラ６０は、第１実施形態と同様
に、ＣＰＵおよびメモリを有しており、回転機構６１に
よる芯材９の回転、ノズル６６からの樹脂８５の吐出な
どを有機的に制御する。

【００７６】また、コントローラ１０のメモリには、第
１実施形態と同様に、所定の操作により入力できる造形
物の３次元形状データＤａと、３種類の芯材９ａ、９
ｂ、９ｃの３次元形状データＤｂとが格納されている。

【００７７】＜立体造形装置６の動作＞図９は、立体造
形装置６の基本的な動作を説明するフローチャートであ
る。また、本動作により図４に示す造形物９１の造形を
行うものとする。

【００７８】ステップＳ４１〜Ｓ４４は、図３に示すフ
ローチャートのステップＳ１〜Ｓ４と同様の動作を行
う。

【００７９】ステップＳ４５では、回転機構６１によ
り、支持部材６２により支持される芯材９を回転する。

【００８０】ステップＳ４６では、曲線Ｖｕに沿ってノ
ズル６６の吐出口６６ａを移動させつつ、芯材９に対し
て樹脂８５を吐出し付着部Ｆｔを移動させる。ここで
は、図３に示すフローチャートのステップＳ７と同様
に、芯材９の表面全体において被膜として働く樹脂８５
の最初の硬化層（第１硬化層）９１ａ（図４（ｂ））を
確実に形成するようにする。

【００８１】ステップＳ４７では、前処理、すなわち芯
材９の表面全体において樹脂８５の被膜形成が完了した
かを判定する。ここで、前処理が完了している場合に
は、ステップＳ４８に進み、前処理が完了してない場合
には、ステップＳ４５に進む。

【００８２】ステップＳ４８では、ステップＳ４５と同
様に芯材９を回転する。

【００８３】ステップＳ４９では、ステップＳ４６と同
様に、曲線Ｖｕに沿ってノズル６６を移動させつつ、芯
材９に対して樹脂８５を吐出し付着部Ｆｔを移動させ
る。ここでは、第１実施形態と同様、図４（ｂ）に示す
ように、芯材９の周囲に第２硬化層９１ｂ、第３硬化層
９１ｃ、第４硬化層９１ｄの順に、木の年輪のように造
形を行う。

【００８４】また、第１実施形態と同様に、図４（ａ）
に示す造形物９１の凹部９１ｇでは光硬化性樹脂８の硬
化が不要であるため、この凹部９１ｇではコントローラ
６０がノズル６６からの樹脂８５の吐出をＯＦＦにする
制御が行われる。すなわち、ノズル６６を曲線Ｖｕに沿
って移動しつつ樹脂８５の吐出のＯＮ・ＯＦＦを制御す
ること、つまり樹脂８５の吐出ラインを走査し樹脂８５
を選択的に吐出することにより、様々な形状の造形物９
１が造形できる。

【００８５】ステップＳ５０では、造形物９１の造形が
完了しているかを判定する。ここで、造形が完了してい
る場合には、ステップＳ５１に進み、完了していない場
合には、ステップＳ４８に進む。

【００８６】ステップＳ５１では、完成した造形物９１
を支持部材５３から取り外し、造形物９１を得る。

【００８７】以上の立体造形装置６の動作により、第１
および第２実施形態と同様に、芯材部分の造形時間が不
要となるため、造形時間の短縮が図れる。

【００８８】＜変形例＞ ◎上記第１実施形態の立体造形装置１については、図１
０に示すように芯材９を載置する載置部１５をさらに備
える構成でもよい。

【００８９】この立体造形装置１Ａでは、回転機構２２
がＸ軸の方向Ｐｆにさらに移動できる構成となってい
る。これにより、載置部１５における３種類の芯材９
ａ、９ｂ、９ｃから１つの芯材を選択し、この芯材を支
持部材２３で支持することにより回転機構にセットでき
る。なお、立体造形装置１Ａでは、３種類の芯材９ａ、
９ｂ、９ｃを１つづつ載置するようになっているが、複
数載置するようにしても良い。

【００９０】立体造形装置１Ａの動作については、立体
造形装置１と類似の動作となるが、図３に示すフローチ
ャートのステップＳ１〜Ｓ４の動作がコントローラ１０
により実行できるため、自動化が可能となる。

【００９１】なお、第２実施形態の立体造形装置４およ
び第３実施形態の立体造形装置６についても、芯材を載
置する載置部をさらに設けて同様の動作を行わせるよう
にしても良い。

【００９２】◎上記の各実施形態については、図４に示
す回転対称の造形物９１だけでなく、図１１に示す非回
転対称の造形物９２も造形できる。この場合にも、上記
の各実施形態のように樹脂の第１硬化層９２ａから第５
硬化層９２ｅまでを順に形成していくこととなるが、第
３層９２ｃ〜第５層９２ｅではリング層の一部に欠落部
９２ｋを生じさせるように造形を行う。

【００９３】◎上記の各実施形態の芯材については、３
種類の芯材から選択するのは必須ではなく、２種類また
は４種類以上の芯材から選択しても良い。また、造形に
１種類の芯材のみを用いるようにしても良い。

【００９４】◎上記の各実施形態の芯材の形状について
は、円筒状であることは必須ではなく、楕円状、球状や
直方体状の形状でも良い。

【００９５】◎上記の第１実施形態については、レンズ
で集光して焦点部を形成するのは必須ではなく、複数の
レーザ発信器からのビームを一点に集中させることによ
り集光部を形成してもよい。

【００９６】◎上記の第１実施形態については、芯材に
対して焦点部を走査して造形するのは必須ではなく、焦
点部を固定し芯材を昇降動作させることにより造形を行
っても良い。また、第２実施形態および第３実施形態に
ついても同様である。

【００９７】◎第１実施形態の貯留槽については、芯材
の回転方向Ｐｒと同じ方向に回転させるようにしても良
い。これにより、芯材と芯材周辺の光硬化性樹脂との相
対速度が低減でき、芯材に対する光硬化性樹脂の接着性
を向上できる。

【００９８】◎上記の第３実施形態については、常温で
硬化する樹脂を用いるのは必須ではなく、高温で硬化す
る樹脂や光硬化性樹脂などを用いても良い。高温で硬化
する樹脂の場合には、芯材に付着した樹脂を加熱するこ
とにより造形を行う。また、光硬化性樹脂の場合には、
芯材に付着した樹脂に光を照射することにより造形を行
うこととなる。

【００９９】◎上記の各実施形態については、芯材の全
表面に第１硬化層を形成するのは必須ではなく、芯材の
一部の表面のみに第１硬化層を形成しても良い。

【０１００】◎上記の各実施形態については、芯材が造
形物の外形面に内包されるのは必須ではなく、芯材の外
形の一部を造形物に利用できる場合には、芯材のその部
分は造形物に内包する必要がない。

【０１０１】◎この発明における「液状」とは、「ゲル
状」も含む概念である。

【０１０２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし請
求項１２の発明によれば、芯材の周囲に硬化性材料の硬
化層を順次に形成し立体物を造形するため、造形時間を
短縮できる。

【０１０３】特に、請求項４および請求項１０の発明に
おいては、形状の異なる複数の芯材のうち立体物の外形
面に内包され、かつ体積が最大となる芯材を選択するた
め、造形に適切な芯材が選択できる。

【０１０４】また、請求項５および請求項１１の発明に
ついては、芯材が硬化性材料と同一材料で形成されるた
め、芯材に対して硬化性材料の接着性が良くなる。

【０１０５】また、請求項６および請求項１２の発明に
ついては、芯材の全表面について硬化性材料の最初の硬
化層を形成するため、芯材が硬化性材料と同一材料でな
い場合でも良好に造形が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る立体造形装置１の
要部構成を示す図である。

【図２】芯材９の形状の例を示す図である。

【図３】立体造形装置１の基本的な動作を説明するフロ
ーチャートである。

【図４】立体造形装置１により造形される造形物９１の
例を示す図である。

【図５】本発明の第２実施形態に係る立体造形装置４の
要部構成を示す図である。

【図６】図５のV−V位置から見た断面図である。

【図７】立体造形装置４の基本的な動作を説明するフロ
ーチャートである。

【図８】本発明の第３実施形態に係る立体造形装置６の
要部構成を示す図である。

【図９】立体造形装置６の基本的な動作を説明するフロ
ーチャートである。

【図１０】本発明の変形例に係る立体造形装置１Ａの要
部構成を示す図である。

【図１１】造形物９２の例を示す図である。

【符号の説明】

１、１Ａ、４、６ 立体造形装置 ８ 光硬化性樹脂 ９、９ａ、９ｂ、９ｃ 芯材 ２２、５２、６１ 回転機構 ３１、５５ レーザ発信器 ６６ ノズル ８５ 樹脂 ９１、９２ 造形物 Ｆｃ 焦点部 Ｆｔ 付着部

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の光強度で硬化する液状の硬化性材
   料を貯留する貯留槽を用いて、立体物を造形する立体造
   形方法であって、 (a)貯留槽中の前記硬化性材料に芯材を浸す工程と、 (b)前記貯留槽中の前記芯材の周囲で前記所定の光強度
   以上となる集光光線を生成する工程と、 (c)前記貯留槽中の前記硬化性材料に浸された前記芯材
   の周囲を前記集光光線によって選択的かつ相対的に走査
   する工程と、を備え、 前記芯材の周囲に前記硬化性材料の硬化層を順次に形成
   して立体物を造形することを特徴とする立体造形方法。
2. 【請求項２】 光で硬化する液状の硬化性材料を貯留す
   る貯留槽を用いて、立体物を造形する立体造形方法であ
   って、 (a)前記芯材の一部を前記貯留槽中の硬化性材料の液中
   に浸した状態で前記芯材を回転させ、それによって前記
   芯材の周囲への前記硬化性材料の付着部を前記硬化性材
   料の液外に露出させる芯材回転工程と、 (b)前記液外において、前記付着部を選択的に露光して
   硬化させる硬化工程と、 (c)前記芯材をさらに回転させ、硬化させた前記付着部
   を前記硬化性材料の液中に再び浸す再浸工程と、を備
   え、 前記芯材への前記硬化性材料の新たな付着部につき、前
   記液外において前記光線で選択的に露光することによっ
   て、前記芯材の周囲に前記硬化性材料の硬化層を順次に
   形成して立体物を造形することを特徴とする立体造形方
   法。
3. 【請求項３】 所定の条件で硬化する硬化性材料を用い
   て、立体物を造形する立体造形方法であって、 (a)芯材の周囲に流動状の硬化性材料を選択的に吐出
   し、それによって前記芯材の周囲に前記硬化性材料の付
   着部を選択的かつ順次に形成する吐出工程と、 (b)前記付着部を順次に硬化させる硬化工程と、を備
   え、 前記芯材の周囲に前記硬化性材料の硬化層を順次に形成
   し前記立体物を造形することを特徴とする立体造形方
   法。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
   載の立体造形方法において、 前記芯材として、形状の異なる複数の芯材のうち前記立
   体物の外形面に内包され、かつ体積が最大となる芯材を
   選択する選択工程をさらに備えることを特徴とする立体
   造形方法。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれかに記
   載の立体造形方法において、 前記芯材は、前記硬化性材料と同一材料で形成されてい
   ることを特徴とする立体造形方法。
6. 【請求項６】 請求項１ないし請求項５のいずれかに記
   載の立体造形方法において、 前記芯材の全表面について前記硬化性材料の最初の硬化
   層を形成する前処理工程、をさらに備えることを特徴と
   する立体造形装置。
7. 【請求項７】 所定の光強度で硬化する硬化性材料を用
   いて、立体物を造形する立体造形装置であって、 (a)液状の硬化性材料を貯留し、前記硬化性材料に芯材
   が浸される貯留槽と、 (b)前記貯留槽中の前記芯材の周囲で前記所定の光強度
   以上となる集光光線を生成する集光光線発生手段と、 (c)前記貯留槽中の前記硬化性材料に浸された前記芯材
   の周囲を前記集光光線によって選択的かつ相対的に走査
   する走査手段と、を備え、 前記芯材の周囲に前記硬化性材料の硬化層を順次に形成
   して立体物を造形することを特徴とする立体造形装置。
8. 【請求項８】 光で硬化する硬化性材料を用いて、立体
   物を造形する立体造形装置であって、 (a)液状の硬化性材料を貯留する貯留槽と、 (b)前記芯材の一部を前記貯留槽中の硬化性材料の液中
   に浸した状態で前記芯材を回転させ、それによって前記
   芯材の周囲への前記硬化性材料の付着部を前記硬化性材
   料の液外に露出させる芯材回転手段と、 (c)前記液外において、前記付着部を選択的に露光して
   硬化させる走査手段と、を備え、 前記付着部の選択的硬化の後に前記芯材をさらに回転さ
   せ、硬化させた前記付着部を前記硬化性材料の液中に再
   び浸すとともに、前記芯材への前記硬化性材料の新たな
   付着部につき、前記液外において選択的に露光すること
   によって、前記芯材の周囲に前記硬化性材料の硬化層を
   順次に形成して立体物を造形することを特徴とする立体
   造形装置。
9. 【請求項９】 所定の条件で硬化する硬化性材料を用い
   て、立体物を造形する立体造形装置であって、 (a)流動状の硬化性材料を前記芯材の一部に向けて吐出
   する吐出手段と、 (b)前記硬化性材料の吐出ラインと前記芯材とを相対的
   に移動させることにより前記芯材の周囲を前記硬化性材
   料によって選択的かつ順次に走査する走査手段と、を備
   え、 前記芯材の周囲に前記硬化性材料の硬化層を順次に形成
   して前記立体物を造形することを特徴とする立体造形装
   置。
10. 【請求項１０】 請求項７ないし請求項９のいずれかに
    記載の立体造形装置において、 前記芯材として、形状の異なる複数の芯材のうち前記立
    体物の外形面に内包され、かつ体積が最大となる芯材を
    選択する選択手段をさらに備えることを特徴とする立体
    造形装置。
11. 【請求項１１】 請求項７ないし請求項１０のいずれか
    に記載の立体造形装置において、 前記芯材は、前記硬化性材料と同一材料で形成されてい
    ることを特徴とする立体造形装置。
12. 【請求項１２】 請求項７ないし請求項１１のいずれか
    に記載の立体造形装置において、 前記走査手段を制御することによって、前記芯材の全表
    面について前記硬化性材料の最初の硬化層を形成する前
    処理制御手段、をさらに備えることを特徴とする立体造
    形装置。