JP2010046800A - 光造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光造形装置においてテーブル上に造形された立体造形物を、当該テーブルから自動的に取り外すことができるようにする。
【解決手段】光硬化性樹脂４中に配置されたテーブル１０を移動させ、前記光硬化性樹脂４の液面にレーザ光を照射して前記光硬化性樹脂４を硬化させながら積層することにより立体造形物９を前記テーブル１０上に造形する光造形装置であって、前記テーブル１０を移動させる移動手段６を備え、前記テーブル１０の前記立体造形物９の造形面を複数の部品１１，１２で構成するとともに、前記移動手段６が、前記複数の部品のうちの少なくとも一の部品１１，１２を他の部品１１，１２とは独立して移動させることにより、前記テーブル１０上に造形された前記立体造形物９を前記テーブル１０から取り外すように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は光造形装置に関し、より詳しくは、得られた立体造形物をテーブルから取り外すための技術に関する。

従来から、三次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）データから立体造形物を製造する際に光造形装置が用いられることがある（例えば特許文献１参照）。
光造形装置は、三次元ＣＡＤの形状データを水平方向に輪切りにして変換された等高線データに基づいて、光硬化性樹脂に紫外線等のレーザ光を照射して、硬化・積層を繰り返すことで、立体造形物を作製するものである。この光造形装置によれば、短期間で高精度な立体造形物の作製が可能である。

具体的には、光造形装置は、光硬化性樹脂が充填されたタンク内のテーブルを段階的に下降させながら、テーブルの上方の光硬化性樹脂液面にレーザ光を照射することにより、テーブル上に立体造形物を造形（形成）する。
特開２００４−１５５０９号公報

ところで、光造形装置において、立体造形物はテーブルの上面に強固に接着して造形される。そのため、従来は、立体造形物をテーブルから取り外す際は、接着部分にヘラなどの鋭利な刃物を当て、力まかせに引き剥がしている。
しかし、この作業は作成者への負担が大きいばかりでなく、立体造形物を損傷させたり、光硬化性樹脂の硬化物が飛び散ったり、液体の光硬化性樹脂で装置周辺が汚れたりするなどの問題点があった。

従って、本発明は上記した課題に鑑みなされたものであり、光造形装置においてテーブル上に造形された立体造形物を、当該テーブルから自動的に取り外すことができるようにすることを目的とする。

上記した課題を解決するため、本発明に係る光造形装置は、光硬化性樹脂中に配置されたテーブルを移動させ、前記光硬化性樹脂の液面にレーザ光を照射して前記光硬化性樹脂を硬化させながら積層することにより立体造形物を前記テーブル上に造形するものであって、前記テーブルを移動させる移動手段を備え、前記テーブルの前記立体造形物の造形面が複数の部品で構成されるとともに、前記移動手段が、前記複数の部品のうちの少なくとも一の部品を他の部品とは独立して移動させることにより、前記テーブル上に造形された前記立体造形物を前記テーブルから取り外すように構成されている。

本発明に係る光造形装置によれば、テーブル上に接着された状態で造形された立体造形物を自動的にテーブルから取り外すことができる。従って、作業者（オペレータ）の負担が大幅に低減される。

以下、本発明に係る光造形装置を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。

〔１〕本発明の一実施形態について
図１は、本発明の一実施形態としての光造形装置１の概略構成を示すブロック図である。同図に示すように、本発明に係る光造形装置１は、ＵＶ（UltraViolet）レーザ２，スキャナミラー３，光硬化性樹脂４，タンク５，エレベータ装置（移動手段）６，リコータ７，制御装置８，及びテーブル１０を備えている。

ＵＶレーザ２は、紫外線レーザ等のレーザ光を出力するものである。なお、図中符号２ａはレーザ光を模式的に示したものである。
スキャナミラー３は、造形対象物の３次元ＣＡＤデータから得られた等高線データに基づいてレーザ光が所定のパターンを走査するよう、レーザ光の方向を変更制御するものである。

光硬化性樹脂４は、光造形による立体造形物９の材料である。光硬化性樹脂４は、レーザ光が照射されるまでは液体状であるが、レーザ光が照射されると硬化して固体になる性質を有している。
タンク５は、光硬化性樹脂４を充填する容器である。
エレベータ装置６は、テーブル１０を昇降させるものである。エレベータ装置６の動作の詳細については、後述する図４（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。

リコータ７は、タンク５内の光硬化性樹脂４の液面に対して平行に移動することで、液面の静定や液面上の泡の除去を行うものである。
制御装置８は、光造形装置１全体を制御するものである。例えば、制御装置８は、造形対象物の３次元ＣＡＤデータから得られた等高線データに基づいて、ＵＶレーザ２，スキャナミラー３，エレベータ装置６，リコータ７の駆動制御を行う。これにより、立体造形物９が造形される。

テーブル１０は、タンク５内に設けられた光造形物を作製する台である。上述したように、テーブル１０はエレベータ装置６によってタンク５内の光硬化性樹脂４中を鉛直方向または略鉛直方向に昇降する。
このような構成により、光造形装置１では、光硬化性樹脂４が充填されたタンク５内のテーブル１０がエレベータ装置６によって段階的に降下していく。そのテーブル１０の段階的な下降に対応して、ＵＶレーザ２からのレーザ光がスキャナミラー３を介してテーブル１０の上方の光硬化性樹脂４の液面に照射される。これにより、テーブル１０上の光硬化性樹脂４が硬化されながら積層され、その結果、造形対象物の３次元ＣＡＤデータに基づく任意形状の立体造形物９がテーブル１０上にテーブル１０に接着された状態で造形（形成）される。

ここで、図１〜図３を参照しながら、テーブル１０の構成についてより詳細に説明する。なお、図２はテーブル１０の立体造形物９の造形面の構成を示す斜視図であり、図３はテーブル１０を構成する一部品（後述する部品１１）の造形面部分の構成を示す斜視図である。
テーブル１０は、立体造形物９の造形面が複数の部品１１，１２で構成されている。本実施形態では、テーブル１０自体が２つの部品１１，１２によって構成される。

部品１１，１２の造形面部分は櫛型をしており、互いに噛み合うことでテーブル１０を構成している。なお、立体造形物９は部品１１，１２の両方に接した状態で造形される。換言すると、櫛型部品１１，１２の歯の部分や切り込み部分の寸法は、これら２つの部品１１，１２の両方が立体造形物９に接するように構成される。
また、各部品１１，１２は、アーム部１３，１４を有しており、これらアーム部１３，１４がエレベータ装置６に接続されている。なお、図２及び図３は図の簡略化のためにアーム部１３，１４の図示を省略している。即ち、図２及び図３における部品１１の造形面部分の端部１１ａはアーム部１３に直接接続されており、部品１２の造形面部分の端部１２ａはアーム部１４に直接接続されている。

ここで、エレベータ装置６は、テーブル１０の各部品１１，１２（即ち、アーム部１３，１４）を独立して昇降移動し得るように構成されている。
具体的には、エレベータ装置６は、立体造形物９の造形中はテーブル１０上に立体造形物９を造形すべく、テーブル１０のアーム部１３，１４を同様に動かして部品１１，１２を共に移動させ、テーブル１０を一体として移動させる。つまり、制御装置９は、立体造形物９の造形中はテーブル１０を一体的に移動させるべく、エレベータ装置６を制御する。

また、エレベータ装置６は、立体造形物９の造形後はテーブル１０から立体造形物９を取り外すべく、テーブル１０の各アーム部１３，１４を独立に制御し、複数の部品１１，１２を個別に移動させる。つまり、制御装置９は、立体造形物９をテーブル１０から引き剥がす際には、テーブル１０を分割すべくエレベータ装置６を制御する。
このように、エレベータ装置６は、テーブル１０上に造形された立体造形物９を当該テーブル１０から取り外す際に、複数の部品１１，１２のうちの少なくとも一の部品１１，１２を他の部品１１，１２とは独立して移動させることにより、立体造形物９をテーブル１０から取り外すように構成されている。

ここで図４（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、テーブル１０から立体造形物９を取り外す際の、エレベータ装置６及びテーブル１０の具体的な動作例について説明する。なお、図４（ａ）〜（ｃ）及び後述する図５（ａ）〜（ｃ）は、図２のＡ−Ａ´断面図である。これらの図において部品１１及び部品１２の符号は図の簡略化のためそれぞれ１箇所にのみ付している。

図４（ａ）は、テーブル１０上に立体造形物９が造形された直後の状態を示す。なお、図４（ａ）に示すテーブル１０上に立体造形物９が造形された際のテーブル１０の造形面の位置を基準位置とする。
そして、図４（ａ）に示す状態から、図４（ｂ）に示すように、エレベータ装置６は部品１２の位置を基準位置に固定したまま、部品１１のみを独立して上昇させる。

これにより、部品１２の造形面から立体造形物９が引き剥がされ、立体造形物９は部品１１の造形面にのみ接着された状態になる。
次いで、エレベータ装置６は、図４（ｂ）に示す状態から、部品１２の位置を基準位置に固定したまま、部品１１のみを独立して降下させて図４（ａ）に示す状態に戻す。
引き続き、エレベータ装置６は、図４（ｃ）に示すように、図４（ａ）に示す状態から、部品１２の位置を基準位置に固定したまま、部品１１のみを独立してさらに降下させる。

これにより、部品１１の造形面にのみ接着された立体造形物９は、基準位置を経由した直後から部品１２に引っ掛かるので、部品１１の造形面から引き剥がされる。その結果、テーブル１０上面（造形面）と立体造形物９とが分離される。つまり、図４（ｃ）に示す状態では、立体造形物９は部品１１，１２のいずれにも接着されておらず、完全にテーブル１０から引き剥がされた状態で部品１２上に配置されている。

したがって、光造形装置１のオペレータ（立体造形物９の作製者）は、テーブル１０から立体造形物９を引き剥がすという作業を全く行わずに、テーブル１０上の立体造形物９を取り出すことができる。
ここで、エレベータ装置６のより具体的な構成例について説明すると、エレベータ装置６は、駆動モータ（図示略）とこの駆動モータの動力をアーム部１３，１４に伝達して昇降させる動力伝達機構（図示略；例えばギア）とを有している。

そして、エレベータ装置６は、例えば、動力伝達機構のクラッチをはずしたり、あるいは、ギアの一部を移動させたりすることで、アーム部１３，１４に対して独立に、動力伝達状態と動力非伝達状態とを切り替えることができるようになっている。
なお、本発明においてエレベータ装置６の構成は限定されるものではなく、各部品１１，１２（アーム部１３，１４）を独立に移動させることができるものであればよい。

このように、本発明の一実施形態としての光造形装置１にあっては、テーブル１０の立体造形物９の造形面が複数の部品１１，１２で構成されるとともに、テーブル１０上に造形された立体造形物９をテーブル１０から取り外す際に、エレベータ装置６が、複数の部品１１，１２のうちの少なくとも一の部品１１，１２を他の部品１１，１２とは独立して移動させることにより、立体造形物９をテーブル１０から取り外すように構成されている。そのため、テーブル１０上に接着された状態で造形された立体造形物９を完全に自動的にテーブル１０から取り外す、即ち、引き剥がすことができる。従って、オペレータの負担が大幅に低減される。

また、エレベータ装置６が各部品１１，１２を独立して移動／停止させることにより、テーブル１０から立体造形物９を自動的に引き剥がすので、オペレータが手作業で引き剥がすことがなくなり、液体状の光硬化性樹脂４が飛び散ったり、あるいは、光硬化性樹脂４の硬化物が飛び散ったりして、周辺が汚れることがなくなる。特に、タンク５内の光硬化性樹脂４中で立体造形物９を引き剥がすこともできるので、これにより、周囲が汚れることを確実に抑止できる。

さらに、本発明に係る光造形装置１によれば、テーブル１０を振動させる等、テーブル１０から立体造形物９を引き剥がすために特別な動作を追加することなく、完全に自動で立体造形物９をテーブル１０から取り外すことができる。
つまり、テーブル１０を分割構造とし、さらに、エレベータ装置６を改良して各部品１１，１２を独立して造形中の動作と同じく昇降移動できるようにするだけでよい。従って、装置の大型化や高コスト化を招くこともない。

〔２〕その他
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。
例えば、上述した実施形態では、テーブル１０は、その造形面が櫛型の部品１１，１２によって構成される場合を例にあげて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、テーブル１０の造形面を構成する部品は３以上であってもよいし、それら部品の形状も櫛型に限定されない。テーブル１０は、少なくとも造形面が複数の部品によって構成され、それら部品が独立して移動可能であればよい。

さらに、上述した実施形態では、テーブル１０の造形面が矩形である場合を例にあげて説明した。しかし、本発明においてテーブル１０の造形面は矩形に限定されず、どのような形状であってもよい。
また、上述した実施形態では、エレベータ装置６が部品１１，１２のアーム部１３，１４で共有される場合を例にあげて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、テーブル１０を構成する部品１１，１２毎に専用のエレベータ装置６を備えてもよい。

さらに、上述した実施形態では、エレベータ装置６が上記図４（ａ）〜（ｃ）に示すように部品１１を移動させることによりテーブル１０から立体造形物９を取り外す場合を例にあげて説明した。しかし、本発明はこれに限定されず、例えば図５（ａ）〜（ｃ）に示すように部品１１及び部品１２を移動させてもよい。

つまり、テーブル１０上に立体造形物９が造形された直後の図５（ａ）の状態から、図５（ｂ）に示すように、エレベータ装置６は部品１２の位置を基準位置に固定したまま、部品１１のみを独立して降下させる。
これにより、部品１１の造形面から立体造形物９が引き剥がされ、立体造形物９は部品１２の造形面にのみ接着された状態になる。

次いで、エレベータ装置６は、図５（ｂ）に示す状態から、部品１２の位置を基準位置に固定したまま、部品１１のみを独立して上昇させて図５（ａ）に示す状態に戻す。
続いて、エレベータ装置６は、図５（ｃ）に示すように、図５（ａ）に示す状態から、部品１１の位置を基準位置に固定したまま、部品１２のみを独立して降下させる。

これにより、部品１２の造形面にのみ接着された立体造形物９は、部品１２の造形面から引き剥がされる。その結果、テーブル１０上面（造形面）と立体造形物９とが分離される。なお、図５（ａ）〜（ｃ）に示すようにテーブル１０の部品を移動させる場合は、上記図２に示すように、部品１１，１２の歯の連結部分１１ｂ，１２ｂは同側面に設けずに、例えば一方の連結部分１１ｂを他方の連結部分１２ｂの逆側に設け、アーム部１３，１４が干渉しないように構成する。

このように、図５（ａ）〜（ｃ）に示す方法によっても、上述した実施形態と同様の作用効果を得ることができるとともに、この方法によれば、立体造形物９の高さ方向の位置を基準位置から移動させずに、テーブル１０から引き剥がすことができ、より安定性の高い取り外しが可能になる。したがって、重心が高く不安定な立体造形物９であっても、立体造形物９を倒して傷つけることなく、安定して立体造形物９をテーブル１０から取り外すことが可能になる。

なお、テーブル１０から立体造形物９を取り外すためのエレベータ装置６による部品１１，１２の移動手順は、その他にも種々考えられ、その移動方向も限定されない。
いずれにしても、エレベータ装置６は、テーブル１０の造形面を構成する複数の部品のうちの少なくとも一つの部品を他の部品とは異なる方向に移動させ、テーブル１０の造形面を分割する。次いで、エレベータ装置６は、上記複数の部品のうちのいずれかを移動してテーブル１０を再構成させる［図４（ａ）及び図５（ａ）参照］。そして、その時点で接着している部分を引き剥がすべく、エレベータ装置６は、上記複数の部品のうちのいずれかを他の部品とは異なる方向に移動させる。これにより、テーブル１０から立体造形物９が確実に取り外される。

本発明の一実施形態としての光造形装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態としての光造形装置のテーブルの立体造形物の造形面の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態としての光造形装置のテーブルを構成する一部品の造形面部分の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態としての光造形装置のエレベータ装置及びテーブルの動作例を説明するための図であり、（ａ）はテーブルが一体に造形された状態を示す図であり、（ｂ）はテーブルのうちの一部品を上昇させた状態を示す図であり、（ｃ）は一部品を降下させた状態を示す図である。 本発明の変形例としての光造形装置のエレベータ装置及びテーブルの動作例を説明するための図であり、（ａ）はテーブルが一体に造形された状態を示す図であり、（ｂ）はテーブルのうちの一部品を降下させた状態を示す図であり、（ｃ）は他部品を降下させた状態を示す図である。

符号の説明

１：光造形装置
２：ＵＶ（UltraViolet）レーザ
３：スキャナミラー
４：光硬化性樹脂
５：タンク
６：エレベータ装置（移動手段）
７：リコータ
８：制御装置
９：立体造形物
１０：テーブル
１１，１２：部品
１１ａ，１２ａ：端部
１１ｂ，１２ｂ：連結部分
１３，１４：アーム部

Claims (1)

1. 光硬化性樹脂中に配置されたテーブルを移動させ、前記光硬化性樹脂の液面にレーザ光を照射して前記光硬化性樹脂を硬化させながら積層することにより立体造形物を前記テーブル上に造形する光造形装置であって、
   前記テーブルを移動させる移動手段を備え、
   前記テーブルの前記立体造形物の造形面が複数の部品で構成されるとともに、
   前記移動手段が、前記複数の部品のうちの少なくとも一の部品を他の部品とは独立して移動させることにより、前記テーブル上に造形された前記立体造形物を前記テーブルから取り外すように構成されたことを特徴とする、光造形装置。