JP2009190223A - 立体造形物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】立体物造形システムで作成された造形物の表面の加飾を自由に行い立体造形物を意匠性に優れたものとすること。
【解決手段】光造形法又は３次元プリンタを用いて立体物を造形する段階と、前記立体物に対して樹脂シートを当接させる段階と、前記立体物及び前記樹脂シートを真空圧空成形によって張り合わせ立体造形物を形成する段階と、を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、立体的な造形物の製造方法に関する。

近年の多品種少量生産のニーズに応えるため、立体的な造形物を簡単な手順で成形する立体物造形システムがある。簡易的な造形システムとして、光造形法や３次元プリンタ等を用いたものがある（例えば、特許文献１〜３参照）。これらの立体物の立体物造形システムにおける造形の手順は、まず造形物の３次元データを取得し、そのデータを計算上で等間隔で輪切りにしスライスデータとする。そして、そのスライスデータに基づいて、光硬化性樹脂にレーザー光を当てたり熱可塑性樹脂を吐出したりして、段階的に樹脂を積み上げていく。このようにして樹脂成形品を造形する。

特開２００７−３３１１１８ 特開２００７−２３７６８３ 特開平１０−０２９２４５

しかしながら、上述のような造形システムを用いた場合、造形物は段階的に形成されていくため、その表面には小さな段差が生じてしまう。一般に、段差上に平面印刷は施しにくいため、造形を行った段階で造形物の表面に既に段差ができてしまうと、自由な加飾を施すことが困難となっていた。このため、簡易的な造形システムを用いた造形物は意匠性に乏しく、試作品として使用することはできても製品とするには問題があった。

そこで本発明の目的は、立体物造形システムで作成された造形物の表面の加飾を自由に行い立体造形物を意匠性に優れたものとすることである。

上記目的を達成するための本発明の立体造形物の製造方法は、次のとおりである。

（１）
光造形法又は３次元プリンタを用いて立体基材を造形する段階と、前記立体基材に対して樹脂シートを当接させる段階と、前記立体基材及び前記樹脂シートを真空圧空成形によって張り合わせ立体造形物を形成する段階と、を有することを特徴とする。

（２）
光造形法又は３次元プリンタを用いて立体基材を造形する段階と、前記立体基材の表面に微細な凹凸が残る程度に研磨する段階と、前記立体基材に対して樹脂シートを当接させる段階と、前記立体基材及び前記樹脂シートを真空圧空成形によって張り合わせ立体造形物を形成する段階と、を有することを特徴とする。

（３）
前記３次元プリンタにおける印刷の解像度は、５０〜２４００ｄｐｉであることを特徴とする。

（１）の立体造形物の製造方法のように、光造形法又は３次元プリンタを用いて立体基材を造形したのち、当該立体基材に対して樹脂シートを真空圧空成形により張り合わせる。このようにすると、立体基材が形成されたときの基材表面の段差が大きいものであったとしても、樹脂シートがその段差を緩和するように覆うため、意匠性を追加することができる。また、立体基材が形成された時の基材表面の段差が小さいものであった場合、樹脂シートの厚みが前述の小さな段差を吸収し、意匠性を更に向上させることができる。更に、平滑度の高い基材に真空圧空成形によって樹脂シートを張り合わせると空気だまりができるおそれがあるが、光造形法又は３次元プリンタを用いて立体基材を造形すれば、表面に自然に段差ができるためその表面の平滑度を低くすることができる。この結果、空気だまりの問題などなく造形を行うことができるというメリットもある。

（２）の立体造形物の製造方法のように、段差のある立体基材の表面を微細な凹凸が残る程度に研磨した後に、立体基材に樹脂シートを真空圧空成形によって張り合わせて立体造形物を形成すれば、樹脂シートの厚みが微細な凹凸を吸収し、表面がより平滑な立体造形物を得ることができる。

（３）の立体造形物の製造方法のように、３次元プリンタにおける印刷の解像度を好適なものにすると、立体造形物の表面に空気だまりの問題がなく、表面が平滑な立体造形物を得ることができる。

以上のように、立体基材の段差を利用した加飾を施すことができる一方で、段差をなくした加飾も施すことができる。このため、立体物造形システムで作成された立体基材の表面の加飾を自由に行い、立体造形物を意匠性に優れたものとすることができる。

〔第１実施形態〕
図を用いて本発明の第１実施形態を説明する。図１は第１実施形態の立体造形物の製造方法の全工程を模式的に説明する図である。（ａ）が立体基材を造形する段階で、（ｂ）が真空圧空成形における樹脂シートを当接させる段階で、（ｃ）が立体造形物が完成した段階である。図２は真空圧空成形工程を模式的に説明する図である。

本実施形態においては、光造形法又は３次元プリンタを用いて立体基材を造形する立体基材形成段階と、前記立体基材に対して樹脂シートを当接させる樹脂シート当接段階と、前記立体基材及び前記樹脂シートを真空圧空成形によって張り合わせ立体造形物を形成する立体造形物形成段階と、を有する。次に各段階について詳細に説明する。

〔立体基材形成段階〕
まずは立体基材を造形する。立体基材の造形においては、簡易的な立体物造形システムを用いる。

例えば図１（ａ）に示すように光造形法を用いる。光造形法においては、まず、液体Ｌの光硬化性樹脂に紫外線レーザー光Ｂを照射して、その照射した部分だけを固体に変える。１つの層の当該部分が固体に変わったら、テーブルＴを下げて、再び紫外線レーザー光Ｂを照射する。これを繰り返すことで光硬化性樹脂が段階的に固化し、積層し造形する。

また、光造形法以外の簡易的な立体物造形システムとして、図示しないが例えばインクジェットノズルから溶融樹脂を吹き出し、それを接着し固定化して積層していくインクジェット法を採用した３次元プリンタを用いてもよい。

３次元プリンタを用いる場合、その解像度は５０〜２４００ｄｐｉで行う。これは、５０ｄｐｉより解像度が低いと美しい外観が得られず、２４００ｄｐｉより解像度が高いと造形に時間がかかり産業用として実用的ではないからである。但し、より空気だまりを予防し、外観をもよくするために適切な凹凸を形成するためには、解像度を３００〜１４４０ｄｐｉとすることが好ましい。

このようにすることで、立体基材１２が形成される。ここで、いずれの簡易的な立体物造形システムを用いたとしても、段階的に積層していく方法であることには変わりがない。このため、立体基材１２の表面は、図１に示すように階段状に形成され、表面に凹凸が生じることとなる。

〔樹脂シート当接段階及び立体造形物形成段階〕
次に、図１（ｂ）に示すように、立体基材１２を表面から被覆する樹脂シート１１を、立体基材１２に対して当接させる。そして最後に、図１（ｃ）に示すように、立体基材１２及び樹脂シート１１を真空圧空成形によって張り合わせ立体造形物１０を形成する。これらの工程について図２の真空圧空成形器５０を用いて行う。

まず、図２を用いて真空圧空成形器５０の概略構成を説明する。真空圧空成形器５０は、上成型室５１及び下成型室５２を有する。上成型室５１と下成型室５２はそれぞれ、駆動装置５１ａ、駆動装置５２ａを有する。

下成型室５２の底部には、立体基材１２を固定するテーブル５４が配設される。下成型室５２の上成型室５１側端部には、樹脂シート１１を挟持するクランプ５３が配設される。また、上成型室５１と下成型室５２の側面には、空気を吸引する真空タンク５５と、圧縮空気を送る圧空タンク５６とが配設される。また、上成型室５１の内側上部にはヒーター５７が配設される。

次に各段階について説明する。

図２（ａ）に示すように、まず、上成型室５１を開放した状態で、下成型室５２のテーブル５４に立体基材１２を設置する。この状態において、立体基材１２はその表面が階段状に凹凸がある状態（図１（ｂ）参照）である。

一方、樹脂シート１１は、下成型室５２の上端においてクランプ５３に挟持される。ここで、樹脂シート１１の立体基材１２側の対向面１１ａには、接着剤が塗布されている。

図２（ｂ）に示すように、駆動装置５１ａを起動させて上成型室５１を降下させ、上成型室５１を下成型室５２に当接させる。これにより、上成型室５１及び下成型室５２で覆われた空間は気密状態になる。

図２（ｃ）に示すように、下成型室５２のテーブル５４を上昇させると、テーブル５４上の立体基材１２の上面が樹脂シート１１に当接する。ここで、真空タンク５５により、上成型室５１及び下成型室５２内から空気を抜くと、上成型室５１及び下成型室５２の内部は真空状態となる。一方、上成型室５１内ではヒーター５７を点灯し、樹脂シート１１の加熱を行う。これにより、樹脂シート１１が軟化し、また接着剤の接着性も向上する。

図２（ｄ）に示すように、上成型室５１のみを大気圧にすると、図中実線のように空気が流れる。このとき、下成型室５２が真空であるため、上成型室５１にある樹脂シート１１側から下成型室５２に向かって加圧され、この結果、立体基材１２に対して圧力がかかる。また、圧空タンク５６から圧縮空気を入れると、上成型室５１から下成型室５２に対して更に大きな圧力がかかる。

そして、上成型室５１から下成型室５２に圧力がかかったときに、樹脂シート１１の立体基材１２に対する対向面１１ａに塗布された接着剤により樹脂シート１１と立体基材１２とが一体的に張り合わされ、立体造形物１０が形成される。

樹脂シート１１と立体基材１２とが張り合わされるとき、立体基材１２の樹脂シート１１との対向面には階段状の凹凸部１２ａが形成されている。すると、樹脂シート１１が立体基材１２に張り合わされるとき、樹脂シート１１と立体基材１２との間の凹凸部１２ａから空気が逃げる。すると、樹脂シート１１の接着剤が塗布された面と立体基材１２の凹凸部１２ａとが密着する。これにより、立体造形物１０の表面を、空気だまりや模様のムラがないものにすることができる。

以上のように、まず、光造形法又は３次元プリンタを用いて立体基材１２を造形したのち、立体基材１２に対して樹脂シート１１を真空圧空成形により張り合わせる。このようにすると、立体基材１２が形成されたときの基材表面の段差が大きいものであったとしても、樹脂シート１１の厚みがその段差を緩和するように覆う。すると、樹脂シート１１の厚みを調整すれば、もともと造形時に立体基材１２にあった凹凸部１２ａの段差を利用しつつも、その段差を所望の外観になるように適度に調整することができる。このため、意匠性を追加することができる。

また、立体基材１２が形成された時の基材表面の段差が小さいものであった場合、樹脂シート１１の厚みが小さな段差を吸収し、表面を平滑なものとする。このため、意匠性を向上させることができる。

加えて、表面の平滑度が高い基材に真空圧空成形によって樹脂シートを張り合わせると空気だまりができるおそれがあるが、本実施形態のように光造形法又は３次元プリンタを用いて立体基材１２を造形すれば基材表面に自然に段差ができる。このため立体基材１２の表面の平滑度を低くすることができる。このため、空気だまりの問題などなく造形を行うことができる。

また、本実施形態によれば、段差が空気だまりを防止するために立体基材１２の表面を研磨する必要がなく、工程が少なくなる。すると、生産性がよくなるというメリットもある。

〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態を図を用いて説明する。図３は第２実施形態の立体造形物の製造方法の全工程を模式的に説明する図であり、（ａ）が立体基材を造形する段階で、（ｂ）が立体基材を研磨する段階で、（ｃ）が真空圧空成形における樹脂シートを当接させる段階で、（ｄ）が立体造形物が完成した段階である。前述と同様の構成については同符号をつけることで説明を省略する。

前述の実施形態においては、立体基材１２を造形した後、そのままの状態で真空圧空成形器５０に設置した。本実施形態においては、より立体造形物１０の表面の意匠性を多様化するために、立体基材１２の段差部分を削る研磨段階を入れる。次に詳細に説明する。

まず、図３（ａ）に示すような光造形法や不図示の３次元プリンタのインクジェット法を用いて、樹脂を積層することで立体基材１２を形成する。

次に図３（ｂ）に示すように、立体基材１２において、積層されて階段状に形成された凹凸部１２ａを、微細な凹凸が残る程度に研磨する。ここで、微細な凹凸を残すのは、表面が平滑になると真空圧空成形時に空気が逃げにくくなり、空気だまりが残ってしまうおそれがあるためである。

この状態で、図３（ｃ）及び図３（ｄ）に示すように前述の真空圧空成形器５０の内部で、樹脂シート当接段階及び立体造形物形成段階を行う。

以上のように、階段状の段差のある立体基材の表面を微細な凹凸が残る程度に研磨した後に、立体基材に樹脂シートを真空圧空成形によって張り合わせて立体造形物を形成すれば、樹脂シートの厚みが微細な凹凸を吸収し、表面がより平滑な立体造形物を得ることができる。また、微細な凹凸があるため、樹脂シート１１と立体基材１２とを張り合わせる際に微細な凹凸から空気が逃げる。このように樹脂シート１１が確実に張り付くため、空気だまりを生じることなく、立体基材１２の表面を平滑にするような加飾を施すことができる。

本発明は、立体的な造形物の製造方法に利用することができる。

第１実施形態の立体造形物の製造方法の全工程を模式的に説明する図。 真空圧空成形工程を模式的に説明する図。 第２実施形態の立体造形物の製造方法の全工程を模式的に説明する図。

符号の説明

Ｂ…紫外線レーザー光、Ｌ…液体、Ｔ…テーブル、１０…立体造形物、１１…樹脂シート、１１ａ…対向面、１２…立体基材、１２ａ…凹凸部、５０…真空圧空成形器、５１…上成型室、５１ａ…駆動装置、５２…下成型室、５２ａ…駆動装置、５３…クランプ、５４…テーブル、５５…真空タンク、５６…圧空タンク、５７…ヒーター

Claims (3)

1. 光造形法又は３次元プリンタを用いて立体基材を造形する段階と、
   前記立体基材に対して樹脂シートを当接させる段階と、
   前記立体基材及び前記樹脂シートを真空圧空成形によって張り合わせ立体造形物を形成する段階と、
   を有することを特徴とする立体造形物の製造方法。
2. 光造形法又は３次元プリンタを用いて立体基材を造形する段階と、
   前記立体基材の表面に微細な凹凸が残る程度に研磨する段階と、
   前記立体基材に対して樹脂シートを当接させる段階と、
   前記立体基材及び前記樹脂シートを真空圧空成形によって張り合わせ立体造形物を形成する段階と、
   を有することを特徴とする立体造形物の製造方法。
3. 前記３次元プリンタにおける印刷の解像度は、５０〜２４００ｄｐｉであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の立体造形物の製造方法。

Images