JP2012187807A - ３次元造型機 - Google Patents

Abstract

【課題】槽内の光硬化性樹脂が台の上に飛び散ったとしても３次元物体の生成効率が低下しない３次元造型機を提供する。
【解決手段】３次元造型機１は、液体状の光硬化性の樹脂４０を収容する槽３が載置される台２と、台２の下方に配置され、少なくとも光を発する光源１１を有し、台２の開口４を通じて光源１１からの光を槽３内の樹脂４０に照射する光学装置１０と、光が照射されて硬化した樹脂を引き上げる昇降自在なホルダ８と、開口４を開閉自在に覆うシャッター２０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は３次元造型機に関する。

従来から、槽内に収容された液体状の光硬化性樹脂に光を照射し、上記樹脂を硬化させることによって３次元物体を生成する３次元造型機が知られている。例えば特許文献１には、そのような３次元造型機が開示されている。

特許文献１に開示された３次元造型機は、開口が形成された台と、台の上に載置された槽と、槽の上方に配置された昇降自在なキャリアプラットホームとを備えている。槽の中には、光が照射されると硬化する液体材料が収容されている。以下では、上記液体材料は光硬化性の樹脂であるとして説明する。台の下方には、光源および反射鏡等が配置されている。光源から照射された光は反射鏡で反射され、開口を通じて槽内の樹脂に照射される。光が照射された樹脂は硬化する。光の照射位置を制御することにより、硬化する樹脂の位置を適宜変更することができ、硬化後の樹脂によって所望の断面形状を形成することができる。キャリアプラットホームを順次上昇させることにより、所望の断面形状が下方に向かって連続的に形成される。これにより、硬化後の樹脂によって所望の３次元物体が生成される。

特開２００３−３９５６４号公報

ところで、３次元造型機では、３次元物体を生成する前に、液体状の樹脂が収容された槽を台の上に載置する作業が必要である。また、３次元物体を生成した後に、液体状の樹脂が残った槽を台の上から移動させる作業が必要である。この際、樹脂が台の上に飛び散り、開口を通じて反射鏡等に付着してしまう場合がある。しかし、光硬化性樹脂が反射鏡等に付着してしまうと、反射鏡等の性能を低下させるおそれがある。

開口を通じて樹脂が反射鏡等に付着しないように、透明な板で開口を塞いでしまうことが考えられる。しかし、光源から発せられた光が樹脂に照射される前に、上記透明板で減衰されてしまい、樹脂を効率的に硬化できなくなるおそれがある。そのため、樹脂を効率的に硬化させるためには、出力の大きな光源が必要になる。また、樹脂が反射鏡に付着することを防止できたとしても、開口を塞ぐ透明板に樹脂が付着してしまい、付着した樹脂によって光源からの光が遮られてしまうおそれがある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、樹脂が台の上に飛び散ったとしても３次元物体の生成効率が低下しない３次元造型機を提供することにある。

本発明に係る３次元造型機は、開口が形成され、液体状の光硬化性の樹脂を収容する槽が載置される台と、前記台の下方に配置され、少なくとも光を発する光源を有し、前記開口を通じて前記光源からの光を前記槽内の前記樹脂に照射する光学装置と、前記光が照射されて硬化した前記樹脂を引き上げる昇降自在なホルダと、前記開口を開閉自在に覆うシャッターと、を備えたものである。

前記３次元造型機によれば、樹脂が入った槽を台の上に載置する際および台の上から離反させる際にシャッターを閉じておくことにより、槽から飛び散った樹脂が開口を通じて光学装置に付着することを防止することができる。また、槽から飛び散った樹脂がシャッターに付着したとしても、樹脂に光を照射する際にはシャッターを開くので、シャッターに付着した樹脂が上記照射を邪魔することはない。よって、３次元物体の生成効率が低下するおそれはない。

本発明によれば、樹脂が台の上に飛び散ったとしても３次元物体の生成効率が低下しない３次元造型機を提供することができる。

シャッターが開いたときの３次元造型機の断面図である。 シャッターが開いたときの台の平面図である。 シャッターが開いたときのシャッター等の側面図である。 シャッターが閉じたときの３次元造型機の断面図である。 シャッターが閉じたときの台の平面図である。 シャッターが閉じたときのシャッター等の側面図である。 （ａ）および（ｂ）は、槽が台の上に載置されていることを検出する検出装置の一例を説明するための図である。

図１に示すように、３次元造型機１は、槽３が載置される台２と、槽３内に収容される光硬化性樹脂４０に光を照射する光学装置１０と、硬化した樹脂を引き上げるホルダ８とを備えている。

槽３は、光を透過させることのできる材料、例えば透明な樹脂またはガラス等で形成されたものである。本実施形態では、槽３は透明なアクリル樹脂で形成されている。図示は省略するが、槽３の底板の表面には、光硬化性樹脂４０が固着してしまうことを抑制する層、例えばシリコン層が設けられている。

図２は台２の平面図である。図２に示すように、台２には開口４が形成されている。開口４の形状は特に限定される訳ではないが、本実施形態では略矩形状に形成されている。光学装置１０からの光は、開口４を通じて、槽３内の光硬化性樹脂４０に照射される。

図１に示すように、光学装置１０はケース９内に収容されている。光学装置１０は、光を発する光源１１と、光源１１からの光を反射する鏡１２と、鏡１２によって反射された光を集光するレンズ１３を備えている。

鏡１２の角度は自由に制御することができる。鏡１２の角度を制御することにより、槽３内における光の照射位置を適宜変更することができる。光の照射位置を適宜変更することにより、所望の位置で光硬化性樹脂４０を硬化させることができ、硬化後の樹脂によって所望の断面形状を形成することができる。

光源１１の種類は何ら限定されないが、例えば、レーザダイオード等を好適に用いることができる。本実施形態では、光源１１および鏡１２は同一のケーシング内に収容され、ガルバノミラー３５を構成している。なお、鏡１２およびレンズ１３は必要に応じて設ければよく、必ずしも必要ではない。

台２には、支柱５が設けられている。支柱５の内部には、モータ７の駆動力を受けて回転するガイド軸６が設けられている。ガイド軸６にはスライダ１８が取り付けられている。スライダ１８は、ガイド軸６の回転に伴って昇降する。ホルダ８は、スライダ１８に取り付けられている。そのため、ホルダ８は昇降自在であり、モータ７によって上方または下方に駆動される。ホルダ８は開口４の上方に配置されている。

３次元造型機１は、開口４を開閉自在に覆うシャッター２０を備えている。シャッター２０は、開口４の面積よりも大きな表面積を有する遮蔽板２１と（図３参照）、遮蔽板２１の両側に位置する側板２２とを有している。側板２２は遮蔽板２１に対して直交している。本実施形態では、遮蔽板２１の上面は平面となっているが、遮蔽板２１の上面は曲面であってもよい。遮蔽板２１の形状は特に限定される訳ではない。側板２２には、側方に突出する軸２３が形成されている。図３に示すように、軸２３はモータ２４に連結されている。モータ２４が軸２３を回転させると、遮蔽板２１が開口４を覆わない開位置（図１〜３参照）と、遮蔽板２１が開口４を下方から覆う閉位置（図４〜６参照）との間で、シャッター２０が移動する。シャッター２０は、モータ２４によって開閉される。

図１に示すように、側板２２には側方に突出するピン２５が形成されている。ピン２５には、トーションばね２６が引っ掛けられている。シャッター２０はトーションばね２６により、閉じる方向（図１の時計回り方向）の力を受けている。外部から力を加えない限り、シャッター２０はトーションばね２６の力により閉じた状態となる。なお、シャッター２０を閉じる方向に付勢する手段は、トーションばね２６に限定されない。上記手段は他の種類のばねであってもよく、ばね以外の付勢手段であってもよい。

シャッター２０の材料は何ら限定されず、例えば金属であってもよく、樹脂であってもよい。本実施形態では、シャッター２０は鉄製であり、遮蔽板２１および側板２２は一体的に形成されている。ただし、シャッター２０は複数の部品からなっていてもよい。シャッター２０は、実質的に光を透過しない材料によって構成されている。そのため、台２の上に槽３を置いていないときに誤って光源１１の電源がＯＮされたとしても、光源１１からの光が開口４を通じて外部に漏れ出すことは防止される。ただし、実質的に光を透過する材料でシャッター２０を構成することも勿論可能である。

３次元造型機１は、各種の制御を行う制御装置１５を備えている。制御装置１５は、光源１１、鏡１２を駆動するモータ（図示せず）、ホルダ８を昇降させるモータ７、およびシャッター２０を駆動するモータ２４を制御する。制御装置１５は単一のコンピュータで構成されていてもよいが、複数のコンピュータによって構成されていてもよい。なお、ここでいうコンピュータは、マイクロコンピュータ等を含む意味である。

３次元造型機１の電源ＯＦＦ時には、モータ２４は駆動されず、シャッター２０は閉じた状態となる。３次元造型機１を用いて３次元物体を生成する際には、電源をＯＮする前またはＯＮした後に、液体状の光硬化性樹脂４０が収容された槽３を台２の上に載置する。この際、図５に示すようにシャッター２０は開口４を塞いでいるので、たとえ槽３内の光硬化性樹脂４０が台２の上に飛び散ったとしても、その樹脂４０が開口４を通じてケース９内に入り込むことはなく、上記樹脂４０がレンズ１３等に付着してしまうことはない。

台２の上に槽３を載置した後、ユーザは図示しないスイッチを入力することにより、モータ２４を駆動する。すると、図１に示すように、シャッター２０が開かれる。ユーザが３次元造型機１の動作を開始させると、光源１１から光が発せられる。光源１１からの光は、鏡１２に反射されかつレンズ１３を通過した後、開口４を通過する。開口４を通過した光は、槽３の底板を通過し、底板とホルダ８との間に位置する光硬化性樹脂４０に照射される。光を受けた光硬化性樹脂４０は硬化する。鏡１２の角度が適宜変更されることにより、光の照射位置が適宜変更され、光硬化性樹脂４０によって、所望の断面形状を有する固体の樹脂の層が形成される。

上記層が形成されると、モータ７が駆動され、ホルダ８は上方に移動する。すると、ホルダ８に保持された固体の樹脂層は引き上げられ、その樹脂層と槽３との間に隙間が形成され、この隙間に液体状の光硬化性樹脂４０が流れ込む。そして、光源１１からの光が上記隙間内の光硬化性樹脂４０に照射され、所望の断面形状を有する次の固体樹脂層が形成される。以後、同様の動作が繰り返され、所望の３次元形状を有する物体が生成される。

本実施形態に係る３次元造型機１によれば、台２の開口４を開閉自在に覆うシャッター２０を備えている。台２の上に槽３を載置するまではシャッター２０を閉じておくことにより、槽３内の液体状の光硬化性樹脂４０が台２の上に飛び散ったとしても、上記樹脂４０が開口４を通じてケース９の内部に入り込むことを防止することができる。よって、上記樹脂がレンズ１３等に付着することを防止することができ、３次元造型機１の性能の低下を防ぐことができる。一方、３次元物体の生成の際にはシャッター２０を開くことにより、光源１１からの光を開口４を通じて、槽３内の光硬化性樹脂４０に照射することができる。３次元造型機１によれば、開口４に透明なカバーが設けられている訳ではないので、開口４を通過する際の光の減衰を招くことなく、効率のよい３次元物体の生成が可能である。

本実施形態では、シャッター２０は軸２３を中心として水平軸周りに回転可能である。シャッター２０は、回転式のシャッターである。しかし、シャッター２０は回転式に限定されない。例えば、シャッター２０は、水平方向にスライドするスライド式のシャッター等であってもよい。

ただし、シャッター２０が回転式であれば、シャッター２０を閉じているときに遮蔽板２１に付着した樹脂は、シャッター２０を開いたときに遮蔽板２１から落下しやすくなり、円滑に排出されやすくなる。そのため、シャッター２０が回転式であれば、遮蔽板２１に付着した樹脂を円滑に除去しやすいという効果が期待できる。なお、シャッター２０を開いたときの遮蔽板２１の最下端部分の下方に、排出された樹脂を受けるトレイ等を設けるようにしてもよい。

ユーザが誤って、槽３を台２の上に載せる前にシャッター２０を開いてしまう可能性がある。また、ユーザが誤って、シャッター２０が開いた状態のまま、槽３を台２の上から持ち上げてしまう可能性がある。そこで、槽３を台２の上に置かなければシャッター２０が開かないようにするロック手段を設けるようにしてもよい。ロック手段の具体的構成は特に限定されず、例えば、フック等の機構を設けてもよく、制御装置１５の制御によってロック手段を構築することも可能である。

槽３が台２の上に載置されていることを検出する検出装置を設け、検出装置により台２の上に槽３が載置されていることが検出されると、ロック手段のロックを解除するようにしてもよい。上記検出装置の具体的構成は特に限定されず、従来から公知の各種の検出装置を利用することができる。

例えば図７（ａ）に示すように、台２に出没自在な突起３１を設けるようにしてもよい。台２の上に槽３を載置していない場合には、突起３１はばね３２の力を受けて、台２から突出した状態となる。一方、図７（ｂ）に示すように、台２の上に槽３を載置した場合、突起３１は槽３の自重によって押し下げられ、台２に埋没した状態となる。したがって、突起３１の状態に基づいて、槽３が台２の上に載置されているか否かを検出することができる。

また、検出装置として、光学式センサ、接触式センサ等を用いることも勿論可能である。

制御装置１５は、台２の上に槽３が置かれているか否かに応じて、シャッター２０を開閉させるモータ２４を自動的に制御するように構成されていてもよい。制御装置１５は、槽３が台２の上に載置されていることが上記検出装置により検出されないときには、シャッター２０を閉じるようにモータ２４を制御するように構成されていてもよい。この場合、制御装置１５は、シャッター２０を閉じた状態にロックし、槽３が台２の上に載置されるとロックを解除するロック手段として機能する。

また、上記制御装置１５は、槽３が台２から離反するとシャッター２０を閉じる自動閉鎖手段として機能する。これにより、シャッター２０が開いているときに槽３を台２の上から持ち上げたとしても、シャッター２０は直ちに自動的に閉じられる。そのため、ユーザが誤ってシャッター２０を閉め忘れたまま槽３を台２の上から持ち上げたとしても、槽３内の光硬化性樹脂４０が開口４を通じて光学装置１０に付着することを防ぐことができる。

なお、シャッター２０はトーションばね２６によって、常に閉じる方向の付勢力を受けている。そのため、槽３が台２の上に載置されていることが上記検出装置により検出されないときには、モータ２４への通電を停止するようにしてもよい。これにより、シャッター２０はトーションばね２６の付勢力により、自動的に閉じられる。

前記実施形態では、シャッター２０はモータ２４によって開閉されるように構成されていた。しかし、シャッター２０は手動で開閉されるように構成されていてもよい。

前記実施形態では、シャッター２０の遮蔽板２１は単一の部材により構成されていた。しかし、遮蔽板２１は複数の部材から構成されていてもよい。例えば、開口４を開閉するシャッターは、互いに接近および離反する２枚のスライド板によって構成されていてもよい。シャッター２０の構成は何ら限定されるものではない。

１ ３次元造型機
２ 台
３ 槽
４ 開口
８ ホルダ
１０ 光学装置
１１ 光源
１２ 鏡
１３ レンズ
１５ 制御装置（ロック手段、自動閉鎖手段）
２０ シャッター
２１ 遮蔽板（遮蔽体）
２３ 軸
２４ モータ（駆動装置）
２６ トーションばね
４０ 光硬化性樹脂

Claims (7)

1. 開口が形成され、液体状の光硬化性の樹脂を収容する槽が載置される台と、
   前記台の下方に配置され、少なくとも光を発する光源を有し、前記開口を通じて前記光源からの光を前記槽内の前記樹脂に照射する光学装置と、
   前記光が照射されて硬化した前記樹脂を引き上げる昇降自在なホルダと、
   前記開口を開閉自在に覆うシャッターと、
   を備えた３次元造型機。
2. 前記シャッターを閉じた状態にロックし、前記槽が前記台上に載置されるとロックを解除するロック手段を備えている、請求項１に記載の３次元造型機。
3. 前記シャッターを駆動する駆動装置と、
   前記駆動装置を制御する制御装置と、
   前記槽が前記台上に載置されていることを検出する検出装置と、を備え、
   前記ロック手段は、前記槽が前記台上に載置されていることが前記検出装置により検出されないと前記シャッターが開かないように前記駆動装置を制御する前記制御装置によって構成されている、請求項２に記載の３次元造型機。
4. 前記槽が前記台から離反すると前記シャッターを閉じる自動閉鎖手段を備えている、請求項１または２に記載の３次元造型機。
5. 前記シャッターを駆動する駆動装置と、
   前記駆動装置を制御する制御装置と、
   前記槽が前記台上に載置されていることを検出する検出装置と、を備え、
   前記自動閉鎖手段は、前記槽が前記台上に載置されていることが前記検出装置により検出されないと前記シャッターを閉じるように前記駆動装置を制御する前記制御装置によって構成されている、請求項４に記載の３次元造型機。
6. 前記自動閉鎖手段は、前記シャッターを閉じる方向に付勢するばねを有している、請求項４または５に記載の３次元造型機。
7. 前記シャッターは、前記開口の面積よりも大きな表面積を有する遮蔽体と、前記遮蔽体が前記開口を塞ぐ閉位置と前記遮蔽体が前記開口を塞がない開位置との間で前記遮蔽体を回転自在に支持する軸と、を備えている、請求項１〜４のいずれか一つに記載の３次元造型機。
   

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