JP2015024634A - 三次元造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】造形物を保持する部材から作製中の三次元造形物が落下し難くなるとともに、当該部材から作製した三次元造形物を容易に取り外すことができる三次元造形装置を提供する。
【解決手段】液体状態の光硬化性樹脂を貯留する容器の底面から該光硬化性樹脂に対して画像を投影し、上記容器内に配置された三次元造形物の土台となる造形物保持手段の下面に所定の液層厚さ分だけの硬化層を形成した後に、該所定の液層厚さ分だけ造形物保持手段を上昇させて新たな硬化層を形成する動作を順次繰り返し行うことにより、該光硬化性樹脂の硬化層を積層して三次元造形物を作製する三次元造形装置において、上記造形物保持手段の下面における硬化した光硬化性樹脂と接着する領域の接着面は、均一な凹凸のある粗面に加工されているようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、三次元造形装置に関し、さらに詳細には、光を照射すると硬化する光硬化性樹脂を用いて三次元造形物を作製する三次元造形装置に関する。

従来より、可視光または紫外光などの光の照射により硬化する特性を備えた液体状態の光硬化性樹脂を用いて三次元造形物を作製する三次元造形装置が知られている。

こうした三次元造形装置としては、例えば、所定の形状に硬化させた光硬化性樹脂を積層して立体造形を行う吊り上げ積層構造方式が用いられる。

この吊り上げ積層構造方式は、液体状態の光硬化性樹脂を貯留する容器の底面に透光板を用い、まず、当該透光板の下側にプロジェクタなどにより所定の画像を照射し、この容器内に配置された三次元造形物の土台となる造形物保持板の下面において所定の液層厚さ分だけ光硬化性樹脂を硬化させて、造形物保持板の下面に所定の液層厚さの硬化層を形成する。

次に、造形物保持板の下面と容器の底面たる透光板との間で硬化した硬化層を、造形物保持板に保持した状態で透光板から剥離し、所定の液層厚さ分だけ造形物保持板を上昇させる。

その後、透光板の下側から所定の画像を照射し、造形物保持板の下面に保持された硬化層に、さらに所定の液層厚さ分だけの光硬化性樹脂を硬化させて、硬化層を積層させる。

そして、こうした動作を順次繰り返し行うことにより、光硬化性樹脂の硬化層を積層させて立体造形を行って三次元造形物を作製することとなる。

こうした吊り上げ積層構造方式による三次元造形装置によれば、上記した動作を順次繰り返し行うことにより、所定の液層厚さ分だけの硬化層が順次積層されていくので、所望の形状の硬化層を作製することで、所望の形状の三次元造形物を作製することができるものである。

ここで、こうした吊り上げ積層構造方式の三次元造形装置においては、造形物保持板の下面と硬化層との接着力が当該硬化層と容器底面との接着力より強くなるようになされていた。

即ち、容器底面の上面にシリコン樹脂などのコーディング材を塗布することにより、容器底面と硬化層との接着力の低減を図るとともに、造形物保持板の下面に微少な凹凸を設けることにより、下面と硬化層との接着力の向上を図っていた。

しかしながら、造形物保持板の下面には、微少な凹凸が形成されて、当該下面と硬化層との接着力を一定程度高める加工がなされているものの、三次元造形装置において三次元造形物の製作を続けていくと、次第に当該下面に形成された凹凸形状が崩れて当該下面と硬化層との接着力が低下してしまっていた。これにより、三次元造形物を作成中に当該下面から硬化層が剥がれ、作製中の三次元造形物が造形物保持板から落下してしまうことが問題点として指摘されていた。

こうした問題点を解決するための手法として、作製中に三次元造形物が造形物保持板から落下するようになると、ヤスリなどにより造形物保持板の下面に凹凸を設けるようにしていたが、この場合、当該下面に凸部と凹部との高低差が大きい凹凸を設けてしまうと、作製した三次元造形物の下面（つまり、造形物保持板との接着面である。）が粗く形成されてしまったり、作製した三次元造形物を造形物保持板の下面から剥がし難くなるといった新たな問題点が生じていた。

なお、本願出願人が特許出願のときに知っている先行技術は、文献公知発明に係る発明ではないため、本願明細書に記載すべき先行技術文献情報はない。

本発明は、従来の技術の有する種々の問題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、造形物を保持する部材から作製中の三次元造形物が落下し難くなるとともに、当該部材から作製した三次元造形物を容易に取り外すことができる三次元造形装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、液体状態の光硬化性樹脂を貯留する容器の底面から該光硬化性樹脂に対して画像を投影し、上記容器内に配置された三次元造形物の土台となる造形物保持手段の下面に所定の液層厚さ分だけの硬化層を形成した後に、該所定の液層厚さ分だけ造形物保持手段を上昇させて新たな硬化層を形成する動作を順次繰り返し行うことにより、該光硬化性樹脂の硬化層を積層して三次元造形物を作製する三次元造形装置において、上記造形物保持手段の下面における硬化した光硬化性樹脂と接着する領域の接着面は、均一な凹凸のある粗面に加工されているようにしたものである。

また、本発明は、上記した発明において、上記接着面の算術平均粗さＲａは、１．３μｍ≦Ｒａ≦２．５μｍであるようにしたものである。

また、本発明は、上記した発明において、上記接着面は、サンドブラスト処理により粗面に加工されるようにしたものである。

また、本発明は、上記した発明において、上記接着面は、プレス処理により粗面に加工されるようにしたものである。

本発明は、以上説明したように構成されているので、造形物を保持する部材から作製中の三次元造形物が落下し難くなるとともに、当該部材から作製した三次元造形物を容易に取り外すことができるという優れた効果を奏するものである。

図１は、本発明による三次元造形装置の一部を破断した状態の概略構成説明図である。 図２は、造形物保持部の下面を示す説明図である。 図３は、造形物保持部の下面に形成される凹凸形状を表す説明図であり、図３（ａ）は、頂点が尖った山谷形状を示す説明図であり、また、図３（ｂ）は、ディンプル形状を示す説明図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による三次元造形装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。

まず、図１には、本発明による三次元造形装置の一部を破断した状態の概略構成説明図が示されている。

この図１に示す三次元造形装置１０は、底面１２ａが透光板により形成されるとともに、可視光または紫外光などの光の照射により硬化する液体状態の光硬化性樹脂を貯留する容器１２と、容器１２の底面１２ａへミラー１４を介して画像を投影するプロジェクタ１６と、駆動部（図示せず。）の駆動により上下方向に昇降し、容器１２内で硬化された光硬化性樹脂を保持する造形物保持部１８とを有して構成されている。

なお、この三次元造形装置１０の全体の動作は、マイクロコンピューター２０により制御されている。

より詳細には、容器１２は、ベース部材２２の上面２２ａに配設され、底面１２ａたる透光板の上面には、硬化した光硬化性樹脂の剥離性を向上させるために、底面１２ａを透過した光を透過可能なコーティング材（例えば、シリコン樹脂である。）によりコーティングがなされている。

そして、ベース部材２２内に配設されたプロジェクタ１６からミラー１４を介して投影される画像が、底面１２ａを介して容器１２内に貯留される光硬化性樹脂に投影されるようになされている。

プロジェクタ１６は、ベース部材２２内に配設されるとともに、マイクロコンピューター２０から出力された画像データに基づく画像をミラー１４を介して、容器１２に貯留された光硬化性樹脂に投影するようになされている。

なお、プロジェクタ１６から投影する画像は、作製する三次元造形物の形状を水平方向に分割して複数の層に分けた複数の画像である。

そして、プロジェクタ１６は、この複数の画像を順番に、一定時間毎に１層分ずつ投影するように、マイクロコンピューター２０に制御されている。

造形物保持部１８は、ベース部材２２の上面２２ａの後端部２２ａａに立設した立設部材２４において、上下方向に昇降自在に設けられている。

そして、造形物保持部１８は、モーターなどの駆動部（図示せず。）の駆動により、立設部材２４の前面２４ａにおいて上方側および下方側に移動することとなる。

また、造形物保持部１８は、下面１８ａにおいて、容器１２内で硬化する光硬化性樹脂と接着して三次元造形物を保持する土台となる。

なお、この造形物保持部１８の下面１８ａにおける光硬化性樹脂が接着する領域Ｓ（つまり、硬化層が形成される領域である。）は、例えば、アルミニウムやステンレスなどの金属材料で形成されている（図２を参照する。）。

そして、この金属材料においては、硬化した光硬化性樹脂の接着性を向上させるために、光硬化性樹脂が接着する接着面Ｓ１は、微少な凹凸のある粗面に加工されている。

具体的には、接着面Ｓ１には、サンドブラスト処理により微少な凹凸が均一に形成されている。

このとき、接着面Ｓ１の粗さを表す算術平均粗さＲａは、１．３μｍ≦Ｒａ≦２．５μｍとする。

なお、接着面Ｓ１に形成される凹凸形状としては、例えば、先端部が尖った山谷形状（図３（ａ）を参照する。）であってもよいし、ディンプル形状（図３（ｂ）を参照する。）であってもよい。

以上の構成において、三次元造形装置１０により三次元造形物を作製する場合には、作業者が三次元造形物の作製を指示する操作を行うと、マイクロコンピューター２０から予め記憶された画像データがプロジェクタ１６に出力される。

なお、この予め記憶された画像データは、作製する三次元造形物の形状を水平方向に分割して複数の層に分けた各層の画像を表すデータであって、一定時間毎に一層分の画像データがマイクロコンピューター２０からプロジェクタ１６に出力される。

そして、プロジェクタ１６から容器に貯留された光硬化性樹脂に画像が投影されて、造形物保持部１８の下面１８ａにおける接着面Ｓ１に当該画像に基づく硬化層が形成される。

その後、マイクロコンピューター２０により所定の液層厚さ分だけ造形物保持部１８を上昇し、マイクロコンピューター２０から当該硬化層の次の層の画像データがプロジェクタ１６に出力され、プロジェクタ１６から当該硬化層の次の層の画像データに基づく画像が容器１２に貯留された光硬化性樹脂に投影される。

こうした動作を順次繰り返し行うことにより、硬化層の下方側に新たな硬化層を形成して、三次元造形物を形成する。

ここで、三次元造形装置１０における造形物保持板１８においては、下面１８ａの接着面Ｓ１に均一な凹凸形状が形成され、接着面Ｓ１の粗さを表す算術平均粗さＲａが１．３μｍ≦Ｒａ≦２．５μｍとなるようにした。

このため、三次元造形装置１０においては、上記した従来の技術による三次元造形装置と比較して、接着面Ｓ１に接着した硬化層が、三次元造形物を作製中に当該接着面Ｓ１から剥がれることが少なくなる。

従って、三次元造形装置１０によれば、造形物保持部１８の下面１８ａから作製中の三次元造形物が落下することが少なくなり、製造効率が向上する。

また、三次元造形装置１０においては、接着面Ｓ１が適度な粗さのため、上記したように作製中に三次元造形物が落下しにくくなるが、完成した三次元造形物を造形物保持部１８の下面１８ａから容易に剥がすことができる。

さらに、三次元造形装置１０においては、接着面Ｓ１の凹凸形状が均一な形状となっているため、作業者がヤスリなどにより造形物保持板の下面に凹凸を形成するような従来の技術による三次元造形装置と比較して、三次元造形物における接着面Ｓ１との接着面の形状が均一となる。

なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（３）に示すように変形するようにしてもよい。

（１）上記した実施の形態においては、サンドブラスト処理により接着面Ｓ１に微少な凹凸形状を均一に形成するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、プレス処理により接着面Ｓ１に微少な凹凸形状を均一に形成するようにしてもよい。

（２）上記した実施の形態においては、プロジェクタ１６は、容器１２に貯留された光硬化性樹脂にミラー１４を介して画像を投影するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、プロジェクタ１６は、ミラー１４を介することなく光硬化性樹脂に画像を投影するようにしてもよい。

（３）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（２）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。

本発明は、吊り上げ積層構造方式の三次元造形装置に用いることができる。

１０ 三次元造形装置、１２ 容器、１４ ミラー、１６ プロジェクタ、１８ 造形物保持部、２０ マイクロコンピューター、２２ ベース部材、２４ 立設部材

Claims (4)

1. 液体状態の光硬化性樹脂を貯留する容器の底面から該光硬化性樹脂に対して画像を投影し、前記容器内に配置された三次元造形物の土台となる造形物保持手段の下面に所定の液層厚さ分だけの硬化層を形成した後に、該所定の液層厚さ分だけ造形物保持手段を上昇させて新たな硬化層を形成する動作を順次繰り返し行うことにより、該光硬化性樹脂の硬化層を積層して三次元造形物を作製する三次元造形装置において、
   前記造形物保持手段の下面における硬化した光硬化性樹脂と接着する領域の接着面は、均一な凹凸のある粗面に加工されている
   ことを特徴とする三次元造形装置。
2. 請求項１に記載の三次元造形装置において、
   前記接着面の算術平均粗さＲａは、１．３μｍ≦Ｒａ≦２．５μｍである
   ことを特徴とする三次元造形装置。
3. 請求項１または２に記載の三次元造形装置において、
   前記接着面は、サンドブラスト処理により粗面に加工される
   ことを特徴とする三次元造形装置。
4. 請求項１または２に記載の三次元造形装置において、
   前記接着面は、プレス処理により粗面に加工される
   ことを特徴とする三次元造形装置。

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