JP2015212071A - 三次元造形物の製造方法及び三次元造形物 - Google Patents

三次元造形物の製造方法及び三次元造形物 Download PDF

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Abstract

【課題】体積収縮を抑え、且つ、十分な硬度を有する三次元造形物の提供。【解決手段】モデル材となるインクを吐出するモデル材吐出工程を含み、上記モデル材となるインクとして、光が照射されることで硬化し、光が照射されてから８時間後の硬度が互いに異なる、少なくとも二種類の光硬化型インク１，２を用い、上記モデル材吐出工程では、上記モデル材を吐出する対象物上に、二種類の光硬化型インクにより形成されるドットが混在するように吐出する三次元造形物の製造方法。光が照射されてから８時間後の硬度が互いに異なる、少なくとも二種類の光硬化型インク１，２でモデル材の一部が形成されている三次元造形物。【選択図】図１

Description

本発明は三次元造形物の製造方法及び三次元造形物に関する。
従来、三次元造形物のモデル材は単一のモデル材用インクで構成されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２５５８３９号公報（２００４年９月１６日公開）
ところで、三次元造形物のモデル材を紫外線硬化型インクで形成すると、紫外線を照射して硬化させた際に、体積収縮が起こり、歪み及び反りが生じることがある。モデル材を形成する層に反りが生じると、層を積層させることが難しくなる。
反りを抑えるために、紫外線照射後も柔らかいインクを用いることが考えられるが、これでは、モデル材に十分な硬度を持たせることが困難となる。
本発明はこのような問題に鑑みて成されたものであり、体積収縮を抑え、且つ、十分な硬度を有する三次元造形物を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明に係る三次元造形物の製造方法は、モデル材となるインクを吐出するモデル材吐出工程を含み、上記モデル材となるインクとして、光が照射されることで硬化し、光が照射されてから８時間後の硬度が互いに異なる、少なくとも二種類の光硬化型インクを用い、上記モデル材吐出工程では、上記モデル材を吐出する対象物上に、上記二種類の光硬化型インクにより形成されるドットが混在するように吐出することを特徴としている。
硬化後の硬度が互いに異なるインクを用いることで、硬度と、歪み及び反りを防止するだけの弾性とを兼ね備えたモデル材を形成することができる。なぜなら、一方のインクは他方より硬度が低い。つまり、硬度が低い方のインクを混在させることで、硬度が高い方の体積収縮で発生する応力を緩和するための柔軟性をモデル材に与えることができる。
本発明に係る三次元造形物の製造方法では、上記モデル材は、造形部と、当該造形部を加飾する加飾部とを備え、上記造形部を上記少なくとも二種類の光硬化型インクによって形成してもよい。
主に造形部が三次元造形物の形状を形作ることになるが、この部分が粘性と硬度とを兼ね備えていれば、体積収縮は大幅に抑制することができる。よって、反りをより抑えたうえで、所望の加飾を行なった三次元造形物を製造することができる。
本発明に係る三次元造形物の製造方法では、上記三次元造形物は、複数の部位から形成されるものであり、上記モデル材吐出工程では、上記二種類の光硬化型インクを吐出する際に、上記複数の部位のうち少なくとも二つの部位において、上記二種類の光硬化型インクの混合比率を互いに異ならせて吐出し形成してもよい。
二種類の光硬化型インクの混合比率を異ならせることによって、三次元造形物に剛性が向上している部位及び可撓性が向上している部位を設けることができる。よって、形成される三次元造形物の多様性を高めることができる。
また、本発明に係る三次元造形物は、光が照射されてから８時間後の硬度が互いに異なる、少なくとも二種類の光硬化型インクでモデル材の少なくとも一部が形成されている。
モデル材を形成する一方のインクは他方より硬度が低い。硬度が低い方のインクを混在させることで、硬度が高い方の体積収縮で発生する応力を緩和するための柔軟性をモデル材に与えることができる。
本発明によれば、体積収縮を抑え、且つ、十分な硬度を有する三次元造形物を提供することができるという効果を奏する。
本発明に係る三次元造形物の製造方法の一実施形態によって印刷された、第１のモデル材１および第２のモデル材の２種類の光硬化型インクによるドットの配置を模式的に示す図である。 本発明に係る三次元造形物の一実施形態である筆箱１０の構成を示す図である。
＜本発明に係る三次元造形物の製造方法＞
本発明に係る三次元造形物の製造方法は、モデル材となるインクを吐出するモデル材吐出工程を含み、上記モデル材の少なくとも一部となるインクとして、光が照射されることで硬化し、光が照射されてから８時間後の硬度が互いに異なる、少なくとも二種類の光硬化型インクを用い、上記モデル材吐出工程では、上記モデル材を吐出する対象物上に、上記二種類の光硬化型インクにより形成されるドットが混在するように吐出する。なお、光が照射されてから８時間後の硬度が互いに異なるインクは、光が照射されてから８時間後の柔軟性、伸び率も互いに異なる。
モデル材は三次元造形物の形状を構成するものである。本発明に係る三次元造形物の製造方法では、製造過程においてモデル材の形状を支持するためのサポート材を適宜用いてもよい。つまり、サポート材となるインクを吐出する工程を含んでもよい。サポート材は、後で除去してもよいし、用途によっては、除去しなくてもよい。
モデル材となるインクとしては、光が照射されることで硬化し、光が照射されてから８時間後の硬度が互いに異なる、少なくとも二種類の光硬化型インクを用いる。
光硬化型インクの中でも、紫外線硬化型インクが好ましい。また、上記二種類の光硬化型インクとしては、一方のインクが、光の照射を受けてから８時間後の硬度が３Ｈ以上、５Ｈ以下のものであり、他方のインクが、光の照射を受けてから８時間後の硬度がＨＢ以上、Ｈ以下となる組み合わせのものが好ましい。この組み合わせによれば、十分な硬度を有し、且つ、反りを抑えたモデル材を形成することができる。市販品による例としては、ミマキエンジニアリング社製のＬＨ−１００、ＬＦ−１４０、ＬＵＳ−１５０、ＬＦ−２００、ＬＵＳ−２００のインクを適宜組み合わせればよい。例えば、ＬＨ１００とＬＦ１４０とを組み合わせてもよく、ＬＦ−１４０とＬＵＳ−１５０とを組み合わせてもよい。
また、光が照射されてから８時間後の硬度が互いに異なる、少なくとも二種類の光硬化型インクを用いて形成するモデル材は、三次元造形物を形成するモデル材の一部でもよく、全部でもよい。
モデル材の一部を上記二種類の光硬化型インクで形成すれば、少なくとも当該一部については体積収縮を抑えることができる。なお、上記二種類の光硬化型インクで形成しない部分をモデル材が含むときは、上記二種類の光硬化型インクで形成するモデル材が、全てのモデル材の中で最も体積が大きい部分となることが好ましい。これにより、硬度を確保した上で、十分に反りを抑えて、三次元造形物を製造することができる。
一部のモデル材を上記二種類の光硬化型インクで形成する形態では、残部のモデル材は、当該一部のモデル材の加飾部で有り得る。例えば、当該一部のモデル材は、三次元造形物の形状を構成する造形部であり、加飾部は造形部を加飾するものである。体積収縮を抑制して形成しつつも、所望の加飾を行なった三次元造形物を製造することができる。なお、加飾の具体例としては、例えば、着色、クリアインクでのコーティングなどが挙げられる。
モデル材吐出工程は、モデル材を吐出する工程であり、モデル材を吐出する対象物上に、上記二種類の光硬化型インクにより形成されるドットが混在するように吐出する。
二種類の光硬化型インクにより形成されるドットは、混在すればよい。例えば、二種類のインクによるドットがランダムに配置されてもよい。また、ドット同士は一部又は全部が重なり合っていてもよいし、ドット同士が重なり合うように計算及び制御してインクを吐出してもよい。また、隣接するドット同士が可能な限り異なる種のインクに由来するドットとなるように計算して吐出してもよい。例えば、印刷装置に、上記二種類の光硬化型インクを含む複数種類のインクの吐出量の割合を入力しておき、当該印刷装置に予め設定されているマスキング処理によって、インクの吐出を行なってもよい。なお、本明細書において「混在」とは、少なくとも二種類の光硬化型インクによるドットが入り混じって存在すればよく、具体的には１００μｍ２当たりに、上記少なくとも二種類の光硬化型インクによるドットが存在する領域が繰り返されていればよい。
２種類の光硬化インクを混在形成したドットの配置を図１を用いて説明する。図１は、本発明に係る三次元造形物の製造方法の一実施形態によって印刷された、第１のモデル材１および第２のモデル材２の２種類の光硬化型インクによるドットの配置を模式的に示す図である。
図１に示されている平面内におけるインク滴の配置のように、第１のモデル材１及び第２のモデル材２からなる２種類の光硬化型インクはランダムに配置されている。ここで、第１のモデル材は光の照射を受けてから８時間後の硬度が３Ｈ以上、５Ｈ以下となるインクを、第２のモデル材２は光の照射を受けてから８時間後の硬度がＨＢ以上、Ｈ以下となるインクを示している。
また、例えば、分布が均一に特定の計算式のもとランダムに吐出することが好ましい。ノズル列毎に区別しなくてもよく、同一の計算式を用いてインクを吐出すればよい。なお、それぞれのインクは異なるヘッドから吐出すればよい。
なお、モデル材を吐出する対象である対象物とは、三次元造形物を製造する際に、第一層を吐出する場合は、基板等を意味し、当該基板は三次元造形物製造後に除去できる者が好ましい。また、第二層以降は、当該層を形成する前に形成された層を意味する。つまり、第ｎ層に第ｎ＋１層を積層していくことで、三次元造形物が製造される。
＜本発明に係る三次元造形物＞
本発明に係る三次元造形物は、光が照射されてから８時間後の硬度が互いに異なる、少なくとも二種類の光硬化型インクでモデル材の少なくとも一部が形成されている。
硬化後の硬度が互いに異なるインクによってモデル材の少なくとも一部が形成されることで、当該一部において、硬度と、歪み及び反りを防止するだけの弾性とを兼ね備えた、三次元造形物となる。
上記二種類の光硬化型インクの説明は、上記＜本発明に係る三次元造形物の製造方法＞の説明に準ずる。また、本発明に係る三次元造形物は、上述の本発明に係る三次元造形物の製造方法によって好適に製造することができる。
上記二種類の光硬化型インクによって形成されるモデル材は、三次元造形物を形成するモデル材の一部でもよいし全部でもよい。上記二種類の光硬化型インクによって形成されるモデル材が、三次元造形物を形成するモデル材の一部である場合、残部は、当該一部を加飾するものであってもよい。つまり、当該一部を三次元造形物の形状を構成する造形部とし、当該残部が、当該造形部に加飾を行なう加飾部であってもよい。このようにすることで、体積収縮を抑制して形成しつつも、所望の加飾を行なった三次元造形物を製造することができる。なお、加飾の具体例としては、例えば、着色、クリアインクでのコーティングなどが挙げられる。
また、三次元造形物を形成する際に、三次元造形物の部位毎に、上記二種類の光硬化型インクの混合比率を変えてもよい。例えば、８時間後の硬度が大きい方のモデル材の比率を高めて剛性を向上させたり、８時間後の硬度が小さいモデル材の比率を高めて可撓性を向上させたりすることができる。なお、本明細書において「混合比率」とは、単位面積当たりに吐出されるインクの総量に対して、混合されている上記二種類の光硬化型インクの各量の比率をいう。また、三次元造形物が複数の部位から形成されるものである場合、複数の部位のうち、例えば二つの部位について混合比率を変えてもよいし、すべての部位について混合比率を変えてもよい。
本発明に係る三次元造形物の一実施形態である筆箱１０について図２を用いて説明する。図２は本発明に係る三次元造形物の一実施形態である筆箱１０の構成を示す図である。図２に示すように筆箱１０は筐体部１１及び折曲部１２を備えている。筐体部１１は内容物を保護するために剛性が要求される。そこで、筐体部１１では上記第１のモデル材１の比率を高めることにより剛性を向上させている。また、折曲部１２では、筐体部１１の開閉を容易とするために可撓性が高いことが要求される。そこで、折曲部１２では上記第２のモデル材２の比率を高めることにより可撓性を向上させている。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
ＬＨ−１００、ＬＦ−１４０、ＬＵＳ−１５０、ＬＦ−２００及びＬＵＳ−２００のインクの硬度（鉛筆硬度）及び柔軟性（伸び率）を測定した。
測定は次の通り行なった。つまり、インクジェット装置（ミマキエンジニアリング社製；ＵＪＦ−３０４２ＦＸ）で印刷した後、８時間経過後、硬度及び柔軟性を測定した。なお、インクが着弾してから紫外線が照射されるまでの時間は約０．１〜０．２秒と極めて短時間であるので、「印刷した後、８時間経過後」は、「紫外線の照射から８時間経過」ともいえる。
硬度の測定はＪＩＳＫ５６００−５−４に従い、引っかき硬度を測定すること（鉛筆法）によって行なった。
柔軟性の測定は、オートグラフＡＧＳ−１ＫＮＪ（島津製作所社製）を用いて伸び率を測定することによって行なった。
結果は次のとおりである。
ＬＨ−１００ 硬さ：５Ｈ、柔軟性：伸びない
ＬＦ−１４０ 硬さ：Ｈ〜３Ｈ、柔軟性：１４０％
ＬＦ−２００ 硬さ：ＨＢ〜Ｈ、柔軟性：２００％
ＬＵＳ−１５０ 硬さ：Ｈ〜３Ｈ、柔軟性：１５０％
ＬＵＳ−２００ 硬さ：ＨＢ〜Ｈ、柔軟性：２００％
本発明は、三次元造形物の製造に利用することができる。
１ 第１のモデル材
２ 第２のモデル材
１０ 筆箱
１１ 筐体部
１２ 折曲部

Claims (4)

  1. モデル材となるインクを吐出するモデル材吐出工程を含み、
    上記モデル材の少なくとも一部となるインクとして、光が照射されることで硬化し、光が照射されてから８時間後の硬度が互いに異なる、少なくとも二種類の光硬化型インクを用い、
    上記モデル材吐出工程では、上記モデル材を吐出する対象物上に、上記二種類の光硬化型インクにより形成されるドットが混在するように吐出することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
  2. 上記モデル材は、造形部と、当該造形部を加飾する加飾部とを備え、上記造形部を上記少なくとも二種類の光硬化型インクによって形成することを特徴とする請求項１に記載の三次元造形物の製造方法。
  3. 上記三次元造形物は、複数の部位から形成されるものであり、
    上記モデル材吐出工程では、上記二種類の光硬化型インクを吐出する際に、上記複数の部位のうち少なくとも二つの部位において、上記二種類の光硬化型インクの混合比率を互いに異ならせて吐出し形成することを特徴とする請求項１及び請求項２に記載の三次元造形物の製造方法。
  4. 光が照射されてから８時間後の硬度が互いに異なる、少なくとも二種類の光硬化型インクでモデル材の少なくとも一部が形成されている三次元造形物。
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