JP2006027015A - 光造形装置、コータ及び光造形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光造形の過程で多色着色を可能にする。
【解決手段】 この光造形装置は、樹脂タンク２と、樹脂タンク内で昇降する造形テーブル３と、樹脂タンク内に貯溜された、レーザビームＢの照射によってその照射部分のみが硬化する性質を有する未硬化で調色された光硬化性樹脂１と、調色された未硬化の光硬化性樹脂の入った多色着色タンク１３〜１５と、制御用のディスペンサー１１、樹脂を供給するコータ６を有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光造形装置、コータ及び光造形方法に関する。

一般に光造形装置では、少なくとも目的の造形物の高さ分よりも深くなる量だけ未硬化の光硬化性樹脂を樹脂タンクに充填し、その未硬化の光硬化性樹脂中で造形テーブルを徐々に沈降させながら目的の造形物の該当高さ位置における輪切り断面形状に相当する軌跡を描くようにレーザビームを光硬化性樹脂の表面に照射することによって造形物を徐々に成長させていき、最終的に目的とする造形物を造形テーブル上に造形する。

この技術によって製品のサンプル等を作るコストが大幅に下げることができる。しかし、出来上がった製品は樹脂色の単色のみであり、光造形物に多色着色する技術は知られていない。他方、光造形物に多色着色を要望する市場ニーズは大きい。
特開２００４−１２３８４０号公報 特開２００２−３３１５９２号公報 特開２００１−２３９５９２号公報

本発明は、上記従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、光造形過程で多色着色を同時に行なうことができる光造形装置、コータ及び光造形方法を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、未硬化の光硬化性樹脂を貯留している樹脂タンク内で、造形テーブルを徐々に沈降させながら造形を必要とする位置にレーザ光を照射することにより、該当位置の未硬化の光硬化性樹脂を硬化させる操作を繰り返すことで、当該造形テーブル上に所定の造形物を造形する光造形装置において、前記造形テーブル上方の造形面を移動して前記造形物の上面に一定厚みに光硬化性樹脂膜をコートするコータと、それぞれにあらかじめ染料、顔料等で調色した着色光硬化性樹脂を収容する多色着色タンクと、前記コータに内蔵され、供給されてくる未硬化の所定の着色光硬化性樹脂を前記造形物の上面に吐出する着色光硬化性樹脂ノズルと、前記多色着色タンクから所望の着色光硬化性樹脂を前記着色光硬化性樹脂ノズルに供給するディスペンサーとを備え、当該着色光硬化性樹脂ノズルから前記着色光硬化性樹脂を前記造形物の上面に吐出して光造形することを特徴とするものである。

請求項２の発明は、造形テーブル上方の造形面を移動して当該造形物の上面に一定厚みに光硬化性樹脂膜をコートするコータであって、外部から供給される未硬化の所定の着色光硬化性樹脂を前記造形物の上面に吐出する吐出孔が設けられた着色光硬化性樹脂ノズルを内蔵したことを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項２に記載のコータにおいて、多色着色光硬化性樹脂それぞれを個別に吐出する複数のノズルを内蔵したことを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項２又は３に記載のコータにおいて、前記ノズルには、前記コータの移動方向に垂直な方向に樹脂吐出用の小孔を列設したことを特徴とするものである。

請求項５の発明は、請求項２又は３に記載のコータにおいて、前記ノズルには、前記コータの移動方向に垂直な方向に樹脂吐出用のスリットを列設したことを特徴とするものである。

請求項６の発明の光造形方法は、未硬化の光硬化性樹脂を貯留している樹脂タンク内で、造形テーブルを徐々に沈降させながら造形を必要とする位置にレーザ光を照射することにより、該当位置の未硬化の光硬化性樹脂を硬化させる操作を繰り返すことで、当該造形テーブル上に所定の造形物を造形する光造形装置において、前記造形テーブル上方の造形面を移動して前記造形物の上面に一定厚みに光硬化性樹脂膜をコートするコータに着色光硬化性樹脂ノズルを取付け、多色着色タンクそれぞれにあらかじめ染料、顔料等で調色した着色光硬化性樹脂を収容し、ディスペンサーにより前記多色着色タンクから所望の着色光硬化性樹脂を前記コータの着色光硬化性樹脂ノズルに供給し、当該ノズルの小孔から前記造形物の上面に吐出し、前記コータにて均一にならした後、レーザ光を所定の軌跡を描くように照射して光造形することを特徴とするものである。

本発明によれば、多色着色した光造形物を製作することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。

（第１の発明の実施の形態）図１は本発明の１つの実施の形態の光造形装置の構成を示している。必要量の光硬化性樹脂１を貯溜する樹脂タンク２内に昇降する造形テーブル３が配置してある。この造形テーブル３は、図示しないモータによって昇降される駆動機構４に結合されていて、駆動機構４の昇降動作によって昇降する。通常、この造形テーブル３は、造形作業の開始当初は光硬化性樹脂３の液面の直下、例えば０．１ｍｍの位置に調整し、例えば０．１ｍｍ刻みという一定寸法刻みで降下され、その上に造形物５を一定寸法ずつ徐々に成長させていくものである。

造形テーブル３の上方にはコータ６とこれを支持する支持部材７が配置されている。このコータ６は造形中の造形物５の上方を平面移動することによって少なくとも造形物５の上面とその周辺に薄く一定厚の未硬化の光硬化性樹脂１の膜を形成する働きをする。

液面調整シリンダー８は液面下に没している造形テーブル３と駆動機構４の体積に見合う体積分だけ液中から引き上げられるものであり、これによって光硬化性樹脂１の液面Ｌが常にほぼ一定の位置に維持できるようにしてある。液面センサー９は光硬化性樹脂１の液面を監視し、その信号を駆動機構４とレーザビーム照射機構（図示せず）にフィードバックしている。この液面センター９の液面Ｌの検出信号によって駆動機構４は、造形テーブル３の沈下位置を制御し、その上の造形物５の上面位置と液面Ｌとの位置関係を一定に維持する。レーザビームＢは、レーザビーム照射機構によって液面Ｌの位置に収束しつつ予め設定してある軌跡に沿って液面Ｌ上を移動するように制御される。以上の一連の制御は制御用コンピュータによって実行される。

光硬化性樹脂１としては、目的とする造形物５の特性によって様々に異なった種類のものを採用するが、例えば、エポキシ系、ウレタン系、イミド系、オキセタン系の光硬化性樹脂を使用する。さらに具体例を挙げれば、光硬化性樹脂１として、旭電化工業株式会社製、商品名：アデカラスキュアＨＳ−６８０、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、トリアリールスホニウムヘキサフルオロアンチモネートの混合物を使用することができる。

樹脂タンク２内に貯溜させてある光硬化性樹脂１の液中には増量用粒材１０を混入してあり、この増量用粒材１０の体積によって光硬化性樹脂１の液面Ｌを嵩上げしている。樹脂タンク２の内容積に対して光造形される造形物５のために消費される樹脂量はきわめて少量である。そして、レーザビームＢが当たり、樹脂が硬化する所は上述したように一定の高さレベルであるので、造形テーブル３や液面調整シリンダー８の下部などは光硬化性樹脂である必要がない。

本実施の形態の光造形装置は、このような構造においてコータ６の構成及び多色着色機構に特徴を有する。図２はその詳しい構成を示している。ディスペンサー１２は、多色着色タンク１３〜１５の中に入っている調色された光硬化性樹脂Ａ，Ｂ，Ｃがコータ６に供給されるのを制御しており、着色コントロール用コンピュータ１６がディスペンサー１２を制御している。例えば造形テーブル３が、０．１ｍｍ刻みという一定寸法刻みで降下される場合には、一刻みずつ調色された光硬化性樹脂Ａ，Ｂ，Ｃのいずれをコータ６に供給するかを決めることができる。光造成のための制御は主に制御用コンピュータ１７によって実行される。そして多色着色処理の際にはこの制御用コンピュータ１７と連携して着色コントロール用コンピュータ１６がディスペンサー１２を制御する。

コータ６は、図３、図４に詳しく示してあるようにノズル１９〜２１をスキージ１８と共に内蔵した構造である。各ノズル１９〜２１にはあらかじめＡ，Ｂ，Ｃそれぞれに着色された光硬化性樹脂がディスペンサー１２から供給され、各ノズル１９〜２１の小孔２２から吐出するようにしてある。各ノズル１９〜２１の小孔２２は、図５に示すように、コータ６の移動方向に垂直な方向に列設した配列である。このように配列することで、粘性の高い光硬化性樹脂を均等に吐出することができる。

多色着色タンク１３にはＡ色に着色された光硬化性樹脂が入っており、この多色着色タンク１３はディスペンサー１２を介してノズル１９と繋がっている。同様にＢ色の多色着色タンク１４はノズル２０と、Ｃ色の多色着色タンク１５はノズル２１と繋がっている。この多色着色タンクとノズルを増やすことによって、より多色に造形することができる。

次に、上記構成の光造形装置による光造形方法について説明する。造形テーブル３上方の造形面を移動して造形物５の上面に一定厚みに光硬化性樹脂膜をコートするコータ６に着色光硬化性樹脂ノズル１９〜２１を取付け、多色着色タンク１３〜１５それぞれにあらかじめ染料、顔料等で調色した着色光硬化性樹脂を収容し、ディスペンサー１２により多色着色タンク１３〜１５から所望の着色光硬化性樹脂をコータ６の着色光硬化性樹脂ノズル１９〜２１に供給し、光造形対象面に所定の着色光硬化性樹脂を吐出し、コータ６の移動によりスキージ１８によって所定の均一な厚みにならす。その後ＰＣ１７の制御によってレーザ光源を所定の軌跡に沿って移動させ、光造形する。この着色樹脂の塗布とレーザ光Ｂの照射による硬化を繰り返し所望の位置に所望の色に着色した光造形物５を造形する。

これにより本実施の形態の光造形装置及び光造形方法では、所望の位置に所望の色に着色された光造形物５を製作することができる。

（第２の発明の実施の形態）次に、本発明の第２の実施の形態について図６を用いて説明する。第２の実施の形態の光造形装置は、コータ６に特徴を有する。すなわち、図３、図４、図５に示した第１の実施の形態のコータ６に対して、各ノズル１９〜２１に小丸孔２２を設ける代りに、図６に示すようにスリット２３がコータ６の移動方向に垂直な方向に列設された構造とする。このような配列にするのは、第１の実施の形態の小孔２２部分と同様の理由からである。

一般的な光造形装置の断面図。 本発明の第１の実施の形態の光造形装置の断面図。 上記実施の形態で使用するコータの正面図。 上記実施の形態で使用するコータに内蔵されるノズルの斜視図。 上記ノズルに設けられた小孔の配列を示す底面図。 本発明の第２の実施の形態の光造形装置で使用するノズルにおける着色光硬化性樹脂吐出用のスリットの配列を示す底面図。

符号の説明

１ 光硬化性樹脂
２ 樹脂タンク
３ 造形テーブル
４ 駆動機構
５ 造形物
６ コータ
７ 支持部材
８ 液面調整シリンダー
９ 液面センター
１０ 増量用粒材
１２ ディスペンサー
１３，１４，１５ 多色着色タンク
１６，１７ 制御用コンピュータ
１８ スキージ
１９，２０，２１ ノズル
２２ 小孔
２３ スリット
Ｂ レーザ光
Ｌ 液面

Claims (6)

1. 未硬化の光硬化性樹脂を貯留している樹脂タンク内で、造形テーブルを徐々に沈降させながら造形を必要とする位置にレーザ光を照射することにより、該当位置の未硬化の光硬化性樹脂を硬化させる操作を繰り返すことで、当該造形テーブル上に所定の造形物を造形する光造形装置において、
   前記造形テーブル上方の造形面を移動して前記造形物の上面に一定厚みに光硬化性樹脂膜をコートするコータと、
   それぞれにあらかじめ染料、顔料等で調色した着色光硬化性樹脂を収容する多色着色タンクと、
   前記コータに内蔵され、供給されてくる未硬化の所定の着色光硬化性樹脂を前記造形物の上面に吐出する着色光硬化性樹脂ノズルと、
   前記多色着色タンクから所望の着色光硬化性樹脂を前記着色光硬化性樹脂ノズルに供給するディスペンサーとを備え、
   当該着色光硬化性樹脂ノズルから前記着色光硬化性樹脂を前記造形物の上面に吐出して光造形することを特徴とする光造形装置。
2. 造形テーブル上方の造形面を移動して当該造形物の上面に一定厚みに光硬化性樹脂膜をコートするコータであって、
   外部から供給される未硬化の所定の着色光硬化性樹脂を前記造形物の上面に吐出する吐出孔が設けられた着色光硬化性樹脂ノズルを内蔵したことを特徴とするコータ。
3. 多色着色光硬化性樹脂それぞれを個別に吐出する複数のノズルを内蔵したことを特徴とする請求項２に記載のコータ。
4. 前記ノズルには、前記コータの移動方向に垂直な方向に樹脂吐出用の小孔を列設したことを特徴とする請求項２又は３に記載のコータ。
5. 前記ノズルには、前記コータの移動方向に垂直な方向に樹脂吐出用のスリットを列設したことを特徴とする請求項２又は３に記載のコータ。
6. 未硬化の光硬化性樹脂を貯留している樹脂タンク内で、造形テーブルを徐々に沈降させながら造形を必要とする位置にレーザ光を照射することにより、該当位置の未硬化の光硬化性樹脂を硬化させる操作を繰り返すことで、当該造形テーブル上に所定の造形物を造形する光造形装置において、
   前記造形テーブル上方の造形面を移動して前記造形物の上面に一定厚みに光硬化性樹脂膜をコートするコータに着色光硬化性樹脂ノズルを取付け、
   多色着色タンクそれぞれにあらかじめ染料、顔料等で調色した着色光硬化性樹脂を収容し、
   ディスペンサーにより前記多色着色タンクから所望の着色光硬化性樹脂を前記コータの着色光硬化性樹脂ノズルに供給し、当該ノズルの小孔から前記造形物の上面に吐出し、前記コータにて均一にならした後、レーザ光を所定の軌跡を描くように照射して光造形することを特徴とする光造形方法。
   
   

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