JP2008168596A - 光造形物把持装置及び光造形物後処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光造形物の後処理作業を行うのに人手によらずして光造形物を把持して任意の姿勢に保つことができ、後処理作業をしやすくする光造形物後処理装置を提供する。
【解決手段】本発明は、光造形物２０を収容するための収容器１と、収容器の一内側面から当該収容器の中央部にかけて張り出させた台座２と、台座の先端部に当該台座の張出軸方向に垂直な方向で、任意の角度に傾け、かつその傾き角度で固定されるチャック基部５と、このチャック基部に固定されたモータ６と、このモータによりその出力軸周りに回転される、光造形物を把持するための造形物チャック７とを備えた光造形物把持装置を特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光造形装置にて造形した光造形物を後処理のために把持する光造形物把持装置及び光造形物の後処理を行うために用いる光造形物後処理装置に関する。

一般に光造形装置で造形した光造形物は、光造形装置から取り外してアルコール（エタノール等）で洗浄して、ポストキュア装置（紫外線硬化炉）で後硬化させることが一般的である。この後硬化は、造形工程で光造形物の表面にレーザを照射しても未硬化の樹脂が残っているためにそれを硬化させるために必要な工程である。また、表面が完全に硬化していない場合も多く、その後の塗装処理や注型の型づくりに硬化が不十分だと剥離等のトラブルが生じることが多い。これらのトラブルを回避するためにも後処理が行われる。

一般的なポストキュア装置は、紫外線ランプ（ＵＶランプ）を装置内部に配置して、光造形物を後硬化させる装置であり、単にＵＶランプが配置されただけのものと、紫外線を満遍なく光造形物に照射する目的で光造形物を回転させるための回転テーブル付きのものとがある。しかしながら、これらの装置は、光造形物の後硬化が目的の装置であり、光造形物の表面を滑らかにする後処理ができない。

そこで、従来は、この造形段差をなくすための後処理は、人手によって光造形物の表面を研磨、塗装、あるいは表面処理剤として紫外線硬化樹脂（ＵＶ樹脂）をディッピング塗布した後に手で持って光造形物を上向けたり下向けたり回転させたりして表面処理剤が光造形物の表面全体に均一な塗膜となるようにし、その後に紫外線を照射してＵＶ樹脂を硬化させるという手間のかかる作業が必要であった。
特開２００２−３４７１２４号公報 特開平８−２５２８６６号公報 特開平７−１０８６０９号公報

本発明は、このような従来の光造形物の後処理作業を行うのに人手によらずして光造形物を把持して任意の姿勢に保つことができ、後処理作業をしやすくする光造形物把持装置及び光造形物後処理装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの特徴面は、光造形物を収容するための収容器と、前記収容器の一内側面から当該収容器の中央部にかけて張り出させた台座と、前記台座の先端部に当該台座の張出軸方向に垂直な方向で、任意の角度に傾け、かつその傾き角度で固定されるチャック基部と、前記チャック基部に固定されたモータと、前記モータによりその出力軸周りに回転される、光造形物を把持するための造形物チャック手段とを備えた光造形物把持装置である。

上記光造形物把持装置では、前記チャック基部は、前記台座の張出軸に垂直な方向で回動可能なものとすることができる。

また上記光造形物把持装置では、前記チャック基部は、チャック基部モータにより前記台座と共に回動可能なものとすることができる。

本発明の別の特徴面は、収容器の天井部に設置された紫外線ランプと、前記収容器内の温度を温めるためのヒータと、前記収容器内の空気を排気するための排気手段と、上記のいずれかの光造形物把持装置とを備えた光造形物後処理装置である。

本発明の光造形物把持装置によれば、収容器内においてチャック基部を適宜の角度に傾けた状態に保持し、このチャック基部上の造形物チャック手段にて光造形物を把持させることで光造形物を任意の姿勢で把持することができ、さらにモータを回転させることで光造形物を任意の姿勢を保ったまま回転させることができる。このため、本発明によれば、光造形物の未硬化部分に紫外線を照射して後硬化させるポストキュアを行う際には、収容器内において光造形物の紫外線照射が必要な部分を紫外線ランプの方を向く姿勢のまま把持して紫外線を照射し、未硬化部分を後硬化させることができる。また、本発明によれば、表面に塗膜された紫外線硬化樹脂から溶剤を蒸発させ、その後に紫外線照射によって紫外線硬化樹脂を硬化させて表面スムージング処理をする際には、チャック基部を適宜の角度に傾けた状態に保持し、このチャック基部上の造形物チャック手段にて光造形物を把持させることで光造形物を任意の姿勢で把持することができ、また、その状態でモータを回転させることで光造形物を適宜の姿勢に把持しながら回転させることができ、表面スムージング処理するために光造形物の表面全体に均一な厚みの紫外線硬化樹脂の未硬化樹脂被膜を形成させることができ、この後に光造形物に紫外線を照射させることで、光造形物の表面全体に均一な厚みで紫外線硬化樹脂の被膜を形成させることができる。

また、本発明の光造形物後処理装置によれば、収容器内において光造形物把持装置によって光造形物を任意の姿勢で把持し、さらにモータを回転させることで光造形物を任意の姿勢を保ったまま回転させながらヒータによって収容器内を温めることで、表面スムージング処理のために光造形物の表面に均一な厚みで紫外線硬化樹脂の未硬化樹脂膜を形成し、またその紫外線硬化樹脂の未硬化樹脂膜から溶剤を効果的に蒸発させることができ、その後に紫外線照射によって紫外線硬化樹脂を硬化させることで光造形物の表面全体に均一な厚みで紫外線硬化樹脂の被膜を形成することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。

（第１の実施の形態）図１〜図３は、本発明の第１の実施の形態の光造形物後処理装置を示している。本実施の形態の光造形物後処理装置は、箱形の収容器１の一側面から当該収容器１の中央部にかけて台座２を突出するように設置している。また、収容器１における台座２の取り付け側面に隣接する他の側面に回転操作軸３を挿通し、その容器内先端部を台座２の容器内先端部に水平に、かつ直交するように挿通させている。この回転操作軸３の収容器１より外に突出する外端部には回転操作部４が取り付けてある。台座２の容器内先端部と交差する回転操作軸３の容器内先端部には、チャック基部５が固定してある。このチャック基部５には、モータ６が設置してある。さらにモータ６の出力軸には、チャック７が取り付けてある。このチャック７は、それを広く開くように緩めた状態で光造形物に予め形成してあるサポートをくわえ込ませ、その後に窄めるように閉めることでサポートを介して光造形物を把持固定するためのものである。この光造形物２０のサポートを把持する構造は、例えば、サポートに磁石を取着し、その磁石をモータ６の出力軸に接合された回転台に吸着させる構造にすることも可能であり、その他、光造形物２０を動かないように保持できる手段であれば特に限定されることはない。これらの台座２、回転操作軸３、回転操作部４、チャック基部５、モータ６及びチャック７は、光造形物把持装置８を構成する。

さらに、図１に詳しく示してあるように、収容器１内において、側面に紫外線ランプ１０が必要本数取り付けてあり、また、収容器１の底面にヒータ１１が設置してあり、また側面上部に、収容器１内の空気中の溶剤等を排出するための排気口１２が形成してあり、さらに収容器１内の空気を攪乱して収容器１内の温度分布を一様にするために送風機１３が設置してある。

次に、上記構成の光造形物後処理装置による光造形物後処理について、説明する。光造形物の表面スムージング処理あるいは表面被膜処理を行う場合、次の手順で処理を行う。

ヒータ１１により、収容器１内の温度を４０〜６０℃に設定する。紫外線硬化樹脂（ＵＶ樹脂）を光造形物２０の表面へ均一厚に塗布し、硬化させて被膜を形成するためには、ＵＶ樹脂が低粘度であることが望ましい。収容器１内の温度を上げることによりＵＶ樹脂が低粘度化して流動性が向上する。例えば、２０℃で５００ｃＰのＵＶ樹脂は、６０℃では４０ｃＰへと低粘度化する。

光造形装置で作製した光造形物２０を装置から取り出し、光造形段階でできた不要なサポート（造形物を造形段階で支える支柱）を除去し、未硬化のＵＶ樹脂（光造形樹脂あるいはＵＶ塗料）にこの光造形物２０をディッピングしてその表面全体にＵＶ樹脂を塗る。

ディッピングの後、本光造形部後処理装置における光造形物把持装置８のチャック７に光造形物２０を上述した方法で把持させる。そして、回転軸操作部４を作業員が手で持って回転軸３を回転操作することでチャック基部５を台座２に対して適宜の角度になるまで回転させてその姿勢で固定する。そしてその姿勢のままモータ６を回転させることで、図３に示すように光造形物２０を任意の姿勢ＡあるいはＢのまま回転させ、ＵＶ樹脂の未硬化塗膜を光造形物２０の表面に均一な厚みで形成させる。そしてＵＶ樹脂の未硬化塗膜が均一化した時点でＵＶランプ１０を発光させ、紫外線を光造形物２０の表面のＵＶ樹脂に照射させて硬化させる。

光造形物２０にディッピング処理にてコーティングされたＵＶ樹脂は、チャック７に取り付けた状態では下方向に流れて光造形物２０の下縁部となる部分や凹みに厚く溜まろうとするのであるが、以上のモータ６による回転と回転操作軸３を持って行う回動操作により、光造形物２０の表面全体に均一に未硬化樹脂膜を形成することができるようになる。この未硬化樹脂の塗膜形成工程では、送風機１３を回転させながらヒータ１１により収容器１内の全体を４０℃程度にすることでＵＶ樹脂の粘度を下げて流動性を良くし、また排気口１２から収容器１内に発散したＵＶ樹脂中の溶剤を外部に排出する。

そして、均一にＵＶ樹脂の未硬化樹脂塗膜を形成した後に、ＵＶランプ１０にて紫外線を光造形物２０の表面のＵＶ樹脂に照射させて硬化させる。これによって、光造形物２０の表面全体に均一な厚みのＵＶ樹脂被膜を形成することができ、効果的に表面スムージング処理、あるいは表面ハードコート処理ができる。

図４の写真は、本実施の形態の光造形物後処理装置により光造形物に対して表面ハードコート処理を施したものを撮影したものである。本実施の形態によれば、一側面には複雑な凹凸面があり、他側面はスムーズ面になった光造形物に対して、その表面全体に均一なＵＶ樹脂のハードコートが形成できることを確認できた。

本実施の形態、また次の実施の形態において、ＵＶ樹脂として、例えば、（１）アクリル系ＵＶ樹、溶剤：酢酸エチルを４０％混合したもの、（２）エポキシ系ＵＶ樹脂、溶剤：キシレンを４０％混合したもの、（３）ポリエステル系ＵＶ樹脂、溶剤：キシレンを４０％混合したもの等を用いることができる。

（第２の実施の形態）本発明の第２の実施の形態の光造形物後処理装置を、図５、図６を用いて説明する。本実施の形態は、光造形物把持装置８Ａの構成に特徴を有する。

第１の実施の形態における光造形物把持装置８にあっては、回転軸３を手動にて任意の角度に回転させ、その角度で保持し、モータ６にてチャック７を一軸周りに回転させることで、チャック７にて把持する光造形物２０を任意の姿勢で回転させながら加温してその表面のＵＶ樹脂被膜中の溶剤を蒸発させ、光造形物２０の表面全体に均一にＵＶ未硬化樹脂被膜を形成するようにした。しかしながら、この構成に限らず、図５、図６に示したように、光造形物把持装置８Ａを、台座２Ａを収容器１の側壁に対して回転可能に保持し、別のモータ１５にて回転できるようにし、その台座２Ａの先端に取り付けられたチャック７に光造形物２０を把持させる構成とすることができる。

このような構成の光造形物把持装置８Ａを用いて、図１に示したような光造形物後処理装置を構成する場合、チャック５に把持させた光造形物２０を任意の姿勢で２軸回転させながら加温してその表面のＵＶ樹脂被膜中の溶剤を蒸発させ、光造形物２０の表面全体に均一にＵＶ未硬化樹脂被膜を形成する構成にすることができる。尚、図５、図６において角度固定ねじ３Ａは、回転可能な台座２Ａに対してチャック基部５を任意の角度姿勢にして固定するための手段であり、第１の実施の形態における回転操作軸３に代えて採用したものである。また、図５、図６に示す本実施の形態にあって、図１〜図３に示した第１の実施の形態と共通する要素には同一の符号を付して示してある。

本実施の形態の光造形物後処理装置によれば、第１の実施の形態と同様の作用効果に加え、チャック７にて把持させた光造形物２０を２軸回転させながら加温してその表面のＵＶ樹脂被膜中の溶剤を蒸発させ、光造形物２０の表面全体に均一にＵＶ未硬化樹脂被膜を形成することができる。

尚、光造形物２０を把持するチャック７については、第１の実施の形態でも述べたように、この光造形物２０のサポートを把持する構造は、例えば、サポートに磁石を取着し、その磁石をモータ６の出力軸に接合された回転台に吸着させる構造にすることも可能であり、その他、光造形物２０を動かないように保持できる手段であれば特に限定されることはない。

本発明の第１の実施の形態の光造形物後処理装置の正面図。 上記実施の形態の光造形物後処理装置の側面図。 上記実施の形態の光造形物後処理装置の側面図。 上記実施の形態により後処理を施した光造形物の写真。 本発明の第２の実施の形態の光造形物後処理装置の平面図。 上記実施の形態の光造形物後処理装置の側面図。

符号の説明

１ 収容器
２ 台座
２Ａ 回転台座
３ 回転操作軸
４ 操作部
５ チャック基部
６ モータ
７ チャック
８，８Ａ 光造形物把持装置
１０ 紫外線（ＵＶ）ランプ
１１ ヒータ
１２ 排気口
１３ 送風機
１５ 回転固定ねじ
２０ 光造形物

Claims (4)

1. 光造形物を収容するための収容器と、
   前記収容器の一内側面から当該収容器の中央部にかけて張り出させた台座と、
   前記台座の先端部に当該台座の張出軸方向に垂直な方向で、任意の角度に傾け、かつその傾き角度で固定されるチャック基部と、
   前記チャック基部に固定されたモータと、
   前記モータによりその出力軸周りに回転される、光造形物を把持するための造形物チャック手段とを備えた光造形物把持装置。
2. 前記チャック基部は、前記台座の張出軸に垂直な方向で回動可能にしたことを特徴とする請求項１に記載の光造形物把持装置。
3. 前記チャック基部は、チャック基部モータにより前記台座と共に回動可能にしたことを特徴とする請求項２に記載の光造形物把持装置。
4. 収容器の側面部に設置された紫外線ランプと、
   前記収容器内の温度を温めるためのヒータと、
   前記収容器内の空気を排気するための排気手段と、
   前記１〜３のいずれかに記載の光造形物把持装置とを備えた光造形物後処理装置。