JP2009274338A - 光造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
簡単な装置構成で気泡の混入の少ない光造形装置を提供する。
【解決手段】
液状の光硬化性樹脂１２を貯溜するタンク１１と、レーザ光線２６を液面１７に照射するレーザ光線照射装置２３と、前記タンク内を昇降する昇降テーブル１３と、前記液面を水平移動する掃引板１８と、前記タンクの液中、前記掃引板の両行程端に配設され、上端が前記掃引板の下端に接触可能な気泡止板２１，２２とを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光硬化性樹脂に光ビームを走査して光硬化樹脂を硬化させ、所望の形状を造形する光造形装置に関するものである。

樹脂成形法として光造形法があり、光造形は、３次元ＣＡＤで作成されたモデルデータに基づき立体形状を造形する際に用いられ、短期間で形状モデルの作製を可能とする技術である。予めモデルデータは、対象モデルを高さ方向に一定の間隔ｄで順次輪切りにした断面データの集まりに変換され、その断面データに基づいて光硬化性樹脂の自由液面上に紫外線等のレーザ光線が照射、描画される。

光造形装置は、主にレーザ光線により硬化する液状の光硬化性樹脂が貯留されているタンクと、紫外線等のレーザ光線を発振し光硬化性樹脂の自由液面上に２次元的に選択照射するレーザ装置と、タンク内を上下する水平な昇降テーブルと、液面を水平移動し、気泡を掃引する掃引板を具備している。

図７、図８により、従来の光造形装置について説明する。

光造形の工程は、先ず、モデルデータを輪切りにした間隔ｄと同じ深さ分昇降テーブル１を下降させ、掃引板２で液面上の気泡３を掻取り、更に液面の静定を行った後、前記断面データに基づいてレーザ光線を液面上に照射して、照射した部分の樹脂を硬化させることにより、昇降テーブル１上に断面データに対応した厚みｄの一層が造形される。

続いて次の層を形成する際には、前記昇降テーブル１を再び深さｄ分だけ下降させ、前記の動作を繰返して造形を行う。この様にして、最下部の層から最上部の層までの断面データに基づいて積層造形を繰返すことで所望の形状モデルを造形する。造形完了後は、昇降テーブル１を液面以上に上昇させ、光造形モデル４を昇降テーブル１から取外す。

光造形モデル４を複数製作する場合は、上記工程を繰返し行う。

次に、前記掃引板２による気泡掃引工程について説明する。

図７に示す様に、レーザ光線照射工程前に掃引板２がＦ方向に移動され、液面に浮遊する気泡３は掃引板２の移動方向前面（以下Ｆ面５と称す）に付着し、レーザ照射範囲外に掃引される。尚、図７では既に複数の造形層が積層された状態を示している。

次のレーザ光線照射工程では、図８に示す様に前記掃引板２は前工程とは逆の方向Ｒに移動するので、レーザ照射範囲を通過する際に掃引板２のＦ面５に付着していた気泡３が、前記掃引板２に追従して移動し、造形途中の光造形モデル４に付着してしまう。

この様に、レーザが照射される領域に気泡３が混入すると、気泡部分で樹脂が欠落し、造形不良を発生させる虞がある。仮に無事造形ができた場合でも、光造形モデル４の内部に欠陥が生じることになるので、強度や外観を低下させ、高品質な光造形モデル４を作成することができない。

特許文献１では、光硬化性樹脂が貯留されているタンクを気密構造とし、タンク内を減圧することで、液面の気泡を消滅させることが示されている。

特許文献１では気泡を消滅させる為、気泡の混入防止に効果があるが、タンクを気密構造にする、真空排気装置が必要となる等、装置構成が複雑になり、高価なものとなってしまう。

特開２００２−６７１７３号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、簡単な装置構成で気泡の混入が少ない光造形装置を提供するものである。

本発明は、液状の光硬化性樹脂を貯溜するタンクと、レーザ光線を液面に照射するレーザ光線照射装置と、前記タンク内を昇降する昇降テーブルと、前記液面を水平移動する掃引板と、前記タンクの液中、前記掃引板の両行程端に配設され、上端が前記掃引板の下端に接触可能な気泡止板とを具備する光造形装置に係るものである。

本発明によれば、液状の光硬化性樹脂を貯溜するタンクと、レーザ光線を液面に照射するレーザ光線照射装置と、前記タンク内を昇降する昇降テーブルと、前記液面を水平移動する掃引板と、前記タンクの液中、前記掃引板の両行程端に配設され、上端が前記掃引板の下端に接触可能な気泡止板とを具備するので、掃引板の行程端に集められた気泡は前記気泡止板によって移動が防止され、成形時の気泡の混入を防止し、強度の増大、外観の向上を図ることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

先ず、図１に於いて本発明の第１の実施の形態について説明する。

図１中、１１は液状光硬化性樹脂１２を貯溜するタンク、１３は前記液状光硬化性樹脂１２中に没下した昇降テーブル１３を示している。

該昇降テーブル１３は、支持アーム１４を介してテーブル昇降駆動装置１５により水平に支持されると共に昇降される様になっている。

前記タンク１１の壁面には、水平に延びるガイド１６が設けられ、該ガイド１６は前記液状光硬化性樹脂１２の液面１７より上方に配置されている。

前記ガイド１６には掃引板１８が摺動自在に設けられ、該掃引板１８はタイミングベルト等を介して掃引装置１９によって前記ガイド１６に沿って水平方向に往復動される様になっている。

前記掃引板１８は、下端が前記液面１７と一致するか、或は僅かに浮いた状態となっている。前記掃引板１８の下部断面は、台形断面であり、下端の両縁はナイフエッジとなっている。

又、前記掃引板１８の前記両行程端近傍（行程端より少なくとも前記掃引板１８の板厚より内側）には、気泡止板２１，２２が直立又は略直立状態で設けられている。該気泡止板２１，２２は、高弾性部材、例えばゴム、軟質合成樹脂製の薄板材であり、下端が固定され、上端は自由端となっており、前記液面１７と同位置か僅かに突出する。又、前記気泡止板２１，２２は前記掃引板１８と平行に設けられ、前記タンク１１の略全幅の長さを有している。

該タンク１１の上方にはレーザ光線照射装置２３が設けられている。

該レーザ光線照射装置２３は、レーザ光線射出装置２４及びレーザ光線偏向照射装置２５を具備している。前記レーザ光線照射装置２３は、前記液状光硬化性樹脂１２を硬化させる充分な光強度を有する紫外線等のレーザ光線２６を発振射出し、前記レーザ光線偏向照射装置２５は、回動可能なミラー等の偏向光学部材（図示せず）を有し、該ミラー等偏向光学部材の回動角を制御することで、前記レーザ光線２６を２次元に走査可能となっている。

前記テーブル昇降駆動装置１５、前記掃引装置１９、前記レーザ光線射出装置２４、前記レーザ光線偏向照射装置２５は、それぞれ制御装置２７によって制御される。

該制御装置２７は、記憶装置（図示せず）を具備し、該記憶装置には光造形の各工程を実行する為のシーケンスプログラムが格納され、又成形すべき光造形モデルの断面データが格納されている。

前記テーブル昇降駆動装置１５は前記昇降テーブル１３を昇降、又所定ピッチで間欠降下させる様に制御され、又前記掃引装置１９は前記掃引板１８を所定のタイミングで移動させる様に制御され、前記レーザ光線射出装置２４は所定の光強度の前記レーザ光線２６が射出される様に制御され、更に前記レーザ光線偏向照射装置２５は断面データに基づき照射方向が制御される。

以下、光造形の作動、気泡除去の作動について、図２〜図４を参照して説明する。

前記テーブル昇降駆動装置１５により前記昇降テーブル１３を前記液面１７からモデルデータを輪切りにした間隔ｄだけ降下させ、次に前記掃引装置１９により前記掃引板１８を移動させ、前記液面１７を均し、又造形面の静定を行う。同時に、前記液面１７に浮遊する気泡３，３が掻取られる（図２参照）。

前記掃引板１８の行程端、例えば図１の左行程端では、前記掃引板１８が前記気泡止板２２を撓ませつつ、該気泡止板２２の上端を乗越える。前記気泡３，３の一部は前記気泡止板２２の上端に接触することで破裂消滅し、一部は前記掃引板１８と前記気泡止板２２を越えて押出され、前記タンク１１の壁面と前記気泡止板２２との間の気泡保持部２８に保留される（図３参照）。

前記制御装置２７により、前記レーザ光線射出装置２４を駆動し、前記レーザ光線２６を発振射出し、又断面データに基づき前記レーザ光線偏向照射装置２５を駆動制御し、前記液面１７のレーザ光線照射領域に前記レーザ光線２６を照射し、前記液状光硬化性樹脂１２を凝固させる。

次層の光造形を行う為、更に間隔ｄだけ前記昇降テーブル１３を降下させ、前記掃引板１８を図１中、右側に移動させる。

該掃引板１８に付着した気泡３が、前記掃引板１８の右方向の移動に追従しようとするが、前記気泡止板２２の撓みが復帰し、該気泡止板２２の上端が僅かに前記液面１７より突出して障害物となり、前記気泡３は前記気泡止板２２に堰止められ、Ｆ面５から離反して前記気泡保持部２８に保留される（図４参照）。

前記掃引板１８の移動により、前記液面１７が均され、又造形面の静定が行われ、前記液面１７に新たに浮遊する気泡３，３が掻取られる。又、右行程端で、前記掃引板１８は前記気泡止板２１を乗越え、同様にして気泡３は右側の気泡保持部２９に保留される。

而して、前記掃引板１８によって掻取られた気泡３が、逆方向に移動する際にレーザ光線照射領域に引戻されることがなくなり、光造形モデルへの気泡３の混入を防止することができる。

前記レーザ光線照射装置２３が駆動され、前記レーザ光線２６が前記液面１７に照射され、光硬化工程が実行される。

又、上記工程が繰返されて、光造形モデルが成形される。

図５、図６に於いて、第２の実施の形態について説明する。

尚、図５、図６中、図１中で説明したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

該第２の実施の形態では、前記気泡止板２１，２２を省略し、掃引板１８のＦ面５及びその反対面であるＲ面（図示せず）にそれぞれ、気泡除去装置３１，３１を設けたものである。

以下、該気泡除去装置３１について説明する。尚、以下は前記掃引板１８の前記Ｆ面５に設けられた前記気泡除去装置３１についての説明である。

前記Ｆ面５に、水平にガイドバー３２が設けられ、該ガイドバー３２に気泡除去部材３３が摺動自在に設けられ、該気泡除去部材３３はタイミングベルト等の駆動伝達部材（図示せず）を介して図示しない気泡除去駆動部により移動（横行）される様になっている。

前記気泡除去部材３３は、高弾性材料、例えば、ゴム、軟質合成樹脂から成る薄板であり、下端は前記液面１７と一致するか、或は僅かに液中に浸漬している。

図６を参照して、気泡除去作動について説明する。尚、光造形モデルの成形については、上記第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

前記掃引板１８を前進させ、前記Ｆ面５に気泡３が溜った場合、前記気泡除去部材３３を前記掃引板１８の一端から他端に移動させる。前記気泡除去部材３３を移動させるタイミングとしては、前記掃引板１８が行程端にある場合等であり、又レーザ光線２６が照射された後、前記掃引板１８の移動前等である。

前記気泡除去部材３３が移動されることで、前記掃引板１８の前記Ｆ面５に付着した前記気泡３が掻取られ、レーザ光線照射範囲外に押出される。尚、前記気泡３が押出される範囲は、少なくとも、モデル造形領域を越えていればよい。

尚、上記第１の実施の形態の掃引板１８に前記気泡除去部材３３を追加して設けてもよい。上記第１の実施の形態の気泡止板２１，２２による掃引板１８からの気泡分離作用に合せて、前記気泡除去部材３３の気泡掻取り、作用が加わることで、気泡除去効果が更に増大する。

（付記）
又、本発明は以下の実施の態様を含む。

（付記１）液状の光硬化性樹脂を貯溜するタンクと、レーザ光線を液面に照射するレーザ光線照射装置と、前記タンク内を昇降する昇降テーブルと、前記液面を水平移動する掃引板と、該掃引板の一端から他端迄、前記掃引板の面に沿って往復動可能な気泡除去部材とを具備することを特徴とする光造形装置。

（付記２）前記タンクの液中、前記掃引板の両行程端に配設され、上端が前記掃引板の下端に接触可能な気泡止板とを更に具備する付記１の光造形装置。

本発明の第１の実施の形態を示す概略構成図である。 第１の実施の形態に於ける気泡除去作用を示す説明図である。 第１の実施の形態に於ける気泡除去作用を示す説明図である。 第１の実施の形態に於ける気泡除去作用を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態を示す概略構成図である。 第２の実施の形態に於ける気泡除去作用を示す説明図である。 従来例の説明図である。 従来例の説明図である。

符号の説明

３ 気泡
１１ タンク
１２ 液状光硬化性樹脂
１３ 昇降テーブル
１５ テーブル昇降駆動装置
１８ 掃引板
１９ 掃引装置
２１，２２ 気泡止板
２３ レーザ光線照射装置
２４ レーザ光線射出装置
２５ レーザ光線偏向照射装置
２８ 気泡保持部
３１ 気泡除去装置
３３ 気泡除去部材

Claims (1)

1. 液状の光硬化性樹脂を貯溜するタンクと、レーザ光線を液面に照射するレーザ光線照射装置と、前記タンク内を昇降する昇降テーブルと、前記液面を水平移動する掃引板と、前記タンクの液中、前記掃引板の両行程端に配設され、上端が前記掃引板の下端に接触可能な気泡止板とを具備することを特徴とする光造形装置。

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