JP2018154092A - 立体造形物の製造方法、及び立体造形物のデータの作成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】サポート部を除去しても、モデル部が反ることなく、正確に立体造形物の形状を再現することができる立体造形物の製造方法の提供。【解決手段】硬化性液体材料を用いて、モデル部、サポート部、及び反り防止部を構成する液膜を成膜する成膜工程と、前記成膜した液膜を硬化させる硬化工程と、を複数回繰り返す立体造形物の製造方法であって、前記反り防止部は、前記モデル部を介してサポート部と対向するように配置される立体造形物の製造方法である。【選択図】図11
Description
本発明は、立体造形物の製造方法、及び立体造形物のデータの作成方法に関する。
近年、立体造形物の製造方法として、立体造形装置のインクジェットヘッドから液体の立体造形用材料を吐出し、光硬化などにより前記材料を固化させ、固化した前記材料を積層させて造形を行う材料噴射造形方式が知られている。
例えば、前記材料噴射造形方式について、立体造形物本体の材質であるモデル部と同一の材質で、支持体であるサポート部を造形し、前記材料としての樹脂が固化した後に、前記サポート部をトリミングする方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、本体を水不溶性の光硬化性樹脂組成物を用いて造形し、また、水溶性材料でサポート部を造形し、前記材料としての樹脂が固化した後にサポート部を水で溶解する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
また、本体を水不溶性の光硬化性樹脂組成物を用いて造形し、また、水溶性材料でサポート部を造形し、前記材料としての樹脂が固化した後にサポート部を水で溶解する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
本発明は、サポート部を除去しても、モデル部が反ることなく、正確に立体造形物の形状を再現することができる立体造形物の製造方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するための手段としての本発明の立体造形物の製造方法は、硬化性液体材料を用いて、モデル部、サポート部、及び反り防止部を構成する液膜を成膜する成膜工程と、前記成膜した液膜を硬化させる硬化工程と、を複数回繰り返す立体造形物の製造方法であって、前記反り防止部は、前記モデル部を介してサポート部と対向するように配置される。
本発明によると、サポート部を除去しても、モデル部が反ることなく、正確に立体造形物の形状を再現することができる立体造形物の製造方法を提供することができる。
(立体造形物の製造方法)
本発明の立体造形物の製造方法は、硬化性液体材料を用いて、モデル部、サポート部、及び反り防止部を構成する液膜を成膜する成膜工程と、前記成膜した液膜を硬化させる硬化工程と、を複数回繰り返す立体造形物の製造方法であって、前記反り防止部は、前記モデル部を介してサポート部と対向するように配置される。
本発明の立体造形物の製造方法は、硬化性液体材料を用いて、モデル部、サポート部、及び反り防止部を構成する液膜を成膜する成膜工程と、前記成膜した液膜を硬化させる硬化工程と、を複数回繰り返す立体造形物の製造方法であって、前記反り防止部は、前記モデル部を介してサポート部と対向するように配置される。
従来、モデル部を積層する立体造形物の製造方法は、はみ出し部など重力方向に空間があるなど造形が困難な形状を有する立体造形物の造形を材料噴射造形方式で行う場合、モデル部の形状を支持するサポート部を形成し、造形する方法が知られている。
しかしながら、材料噴射造形方式は、液体の立体造形用樹脂を吐出後、光硬化などにより固化させるため、液体を吐出してから固化するまでの時間に隣接するモデル部とサポート部とが混和し、混和した状態で固化してしまうため、モデル部とサポート部との境界が不鮮明になってしまう問題があるという知見に基づくものである。
また、前記サポート部を除去すると、前記モデル部は、前記サポート部との境界面で、前記境界面が凹、又は凸となるように反ってしまい、正確に立体造形物の形状を再現することができないという問題があるという知見に基づくものである。
しかしながら、材料噴射造形方式は、液体の立体造形用樹脂を吐出後、光硬化などにより固化させるため、液体を吐出してから固化するまでの時間に隣接するモデル部とサポート部とが混和し、混和した状態で固化してしまうため、モデル部とサポート部との境界が不鮮明になってしまう問題があるという知見に基づくものである。
また、前記サポート部を除去すると、前記モデル部は、前記サポート部との境界面で、前記境界面が凹、又は凸となるように反ってしまい、正確に立体造形物の形状を再現することができないという問題があるという知見に基づくものである。
本発明者らは、上記した課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、以下の知見を得た。具体的には、前記反り防止部は、前記モデル部を介してサポート部と対向するように配置されることにより、サポート部を除去しても、モデル部が反ることなく、正確に立体造形物の形状を再現することができる。
前記反り防止部が、前記モデル部を介してサポート部と対向するように配置される部について説明する。
まず、前記モデル部と前記サポート部とが接触する点を点Aとし、点Aでの接線に垂直であり、前記モデル部の内部方向に向かう直線と、前記モデル部の形成部の一端との交点を点Bとする。点A、及び点Bを複数とり、前記点Aと異なる点を点A’、前記点Bと異なる点を点B’とする。点B、及び点B’にサポート部が形成されていない部において、点B、及び点B’を結ぶ線上を前記サポート部の対向部とし、前記反り防止部は、前記サポート部の対向部に形成される(図9等参照)。
なお、前記サポート部が対称に配置されている部、及び前記サポート部が配置されていない部の対向部においては、前記反り防止部は形成されない。
まず、前記モデル部と前記サポート部とが接触する点を点Aとし、点Aでの接線に垂直であり、前記モデル部の内部方向に向かう直線と、前記モデル部の形成部の一端との交点を点Bとする。点A、及び点Bを複数とり、前記点Aと異なる点を点A’、前記点Bと異なる点を点B’とする。点B、及び点B’にサポート部が形成されていない部において、点B、及び点B’を結ぶ線上を前記サポート部の対向部とし、前記反り防止部は、前記サポート部の対向部に形成される(図9等参照)。
なお、前記サポート部が対称に配置されている部、及び前記サポート部が配置されていない部の対向部においては、前記反り防止部は形成されない。
<成膜工程>
前記成膜工程は、硬化性液体材料の一種である、モデル部形成材料、サポート部形成材料、及び反り防止部形成材料を用いて、モデル部、サポート部、及び反り防止部を構成する液膜を成膜する工程であり、更に必要に応じてその他の処理を含む。
前記成膜工程は、硬化性液体材料の一種である、モデル部形成材料、サポート部形成材料、及び反り防止部形成材料を用いて、モデル部、サポート部、及び反り防止部を構成する液膜を成膜する工程であり、更に必要に応じてその他の処理を含む。
前記成膜は、モデル部、サポート部、及び反り防止部を構成する液膜からなる。
前記成膜は、モデル部、サポート部、及び反り防止部を構成するそれぞれの液膜に、前記モデル部形成材料、サポート部形成材料、及び反り防止部形成材料をそれぞれ付与する。
前記成膜は、モデル部、サポート部、及び反り防止部を構成するそれぞれの液膜に、前記モデル部形成材料、サポート部形成材料、及び反り防止部形成材料をそれぞれ付与する。
<<モデル部形成材料>>
前記モデル部形成材料は、モデル部を構成する液膜を成膜する。
前記モデル部形成材料は、モデル部を構成する部分を造形することができる。
本発明において、モデル部とは、本発明の立体造形物を造形する本体を構成する部を意味する。
前記モデル部形成材料は、モデル部を構成する液膜を成膜する。
前記モデル部形成材料は、モデル部を構成する部分を造形することができる。
本発明において、モデル部とは、本発明の立体造形物を造形する本体を構成する部を意味する。
前記モデル部の形状としては、前記反り防止部により、反りが防止される点から、少なくとも一部が、薄い板状、針状などでもよい。
前記モデル部を構成する液膜としては、前記モデル部形成材料を、立体造形物を造形する本体を構成する上で求められる性能に基づいて、適宜選択して付与することにより得ることができる。また、前記モデル部形成材料を同一位置に付与することにより、得られる液膜中の前記モデル部形成材料の含有量を適宜調整することができる。
前記モデル部形成材料は、光や熱等のエネルギーを付与することにより硬化する液体であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、単官能モノマー、多官能モノマー等の重合性モノマー、オリゴマーを含むことが好ましく、更に必要に応じてその他の成分を含む。好ましくはインクジェット用プリンター等に用いられるインク吐出ヘッドで吐出できる粘度や表面張力等の液物性を有する。
−重合性モノマー−
前記重合性モノマーとしては、例えば、単官能モノマー、多官能モノマーなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記重合性モノマーとしては、例えば、単官能モノマー、多官能モノマーなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
−−単官能モノマー−−
前記単官能モノマーとしては、例えば、アクリルアミド、N−置換アクリルアミド誘導体、N,N−ジ置換アクリルアミド誘導体、N−置換メタクリルアミド誘導体、N,N−ジ置換メタクリルアミド誘導体、アクリル酸などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、アクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−イソプロピルアクリルアミド、アクリロイルモルホリン、ヒドロキシエチルアクリルアミド、イソボルニル(メタ)アクリレートが好ましい。
前記単官能モノマーとしては、例えば、アクリルアミド、N−置換アクリルアミド誘導体、N,N−ジ置換アクリルアミド誘導体、N−置換メタクリルアミド誘導体、N,N−ジ置換メタクリルアミド誘導体、アクリル酸などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、アクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−イソプロピルアクリルアミド、アクリロイルモルホリン、ヒドロキシエチルアクリルアミド、イソボルニル(メタ)アクリレートが好ましい。
前記単官能モノマーとしては、重合させることにより、有機ポリマーを得ることができる。
前記単官能モノマーの含有量としては、モデル部形成材料全量に対して、0.5質量%以上90質量%以下が好ましい。
上記以外の単官能モノマーとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、3−メトキシブチル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、2−フェノキシエチル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、カプロラクトン(メタ)アクリレート、エトキシ化ノニルフェノール(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
−−多官能モノマー−−
前記多官能モノマーとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、二官能モノマー、三官能以上のモノマーなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記多官能モノマーとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、二官能モノマー、三官能以上のモノマーなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記二官能モノマーとしては、例えば、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールヒドロキシピバリン酸エステルジ(メタ)アクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルジ(メタ)アクリレート、1,3−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルジ(メタ)アクリレート、プロポキシ化オペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、エトキシ変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール200ジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール400ジ(メタ)アクリレートなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記三官能以上のモノマーとしては、例えば、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリアリルイソシアヌレート、ε−カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ε−カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、(メタ)アクリレート、ε−カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ε−カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート,プロポキシ化トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート,プロポキシ化グリセリルトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヒドロキシペンタ(メタ)アクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ペンタ(メタ)アクリレートエステルなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
−オリゴマー−
前記オリゴマーとしては、上記モノマーの低重合体や末端に反応性不飽和結合基を有するものを1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記オリゴマーとしては、上記モノマーの低重合体や末端に反応性不飽和結合基を有するものを1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
−その他の成分−
前記その他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、界面活性剤、重合禁止剤、重合開始剤、着色剤、粘度調整剤、接着性付与剤、酸化防止剤、老化防止剤、架橋促進剤、紫外線吸収剤、可塑剤、防腐剤、分散剤などが挙げられる。
前記その他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、界面活性剤、重合禁止剤、重合開始剤、着色剤、粘度調整剤、接着性付与剤、酸化防止剤、老化防止剤、架橋促進剤、紫外線吸収剤、可塑剤、防腐剤、分散剤などが挙げられる。
−−界面活性剤−−
前記界面活性剤としては、例えば、分子量200以上かつ5,000以下、具体的には、PEG型非イオン界面活性剤[ノニルフェノールのエチレンオキサイド(以下EOと略記)1〜40モル付加物、ステアリン酸EO1〜40モル付加物等]、多価アルコール型非イオン界面活性剤(ソルビタンパルミチン酸モノエステル、ソルビタンステアリン酸モノエステル、ソルビタンステアリン酸トリエステル等)、フッ素含有界面活性剤(パーフルオロアルキルEO1〜50モル付加物、パーフルオロアルキルカルボン酸塩、パーフルオロアルキルベタイン等)、変性シリコーンオイル[ポリエーテル変性シリコーンオイル、(メタ)アクリレート変性シリコーンオイル等]などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記界面活性剤の含有量は、モデル部形成材料全量に対して、通常3質量%以下であり、含有効果及び光硬化物の物性の観点から、0.1質量%以上5質量%以下が好ましい。
前記界面活性剤としては、例えば、分子量200以上かつ5,000以下、具体的には、PEG型非イオン界面活性剤[ノニルフェノールのエチレンオキサイド(以下EOと略記)1〜40モル付加物、ステアリン酸EO1〜40モル付加物等]、多価アルコール型非イオン界面活性剤(ソルビタンパルミチン酸モノエステル、ソルビタンステアリン酸モノエステル、ソルビタンステアリン酸トリエステル等)、フッ素含有界面活性剤(パーフルオロアルキルEO1〜50モル付加物、パーフルオロアルキルカルボン酸塩、パーフルオロアルキルベタイン等)、変性シリコーンオイル[ポリエーテル変性シリコーンオイル、(メタ)アクリレート変性シリコーンオイル等]などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記界面活性剤の含有量は、モデル部形成材料全量に対して、通常3質量%以下であり、含有効果及び光硬化物の物性の観点から、0.1質量%以上5質量%以下が好ましい。
−−重合禁止剤−−
前記重合禁止剤としては、例えば、フェノール化合物[ヒドロキノン、ヒドロキノンモノメチルエーテル、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール、2,2−メチレン−ビス−(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、1,1,3−トリス−(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−t−ブチルフェニル)ブタン等]、硫黄化合物[ジラウリルチオジプロピオネート等]、リン化合物[トリフェニルフォスファイト等]、アミン化合物[フェノチアジン等]などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記重合禁止剤の含有量は、モデル部形成材料全量に対して、通常5質量%以下であり、モノマーの安定性及び重合速度の観点から、0.1質量%以上5質量%以下が好ましい。
前記重合禁止剤としては、例えば、フェノール化合物[ヒドロキノン、ヒドロキノンモノメチルエーテル、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール、2,2−メチレン−ビス−(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、1,1,3−トリス−(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−t−ブチルフェニル)ブタン等]、硫黄化合物[ジラウリルチオジプロピオネート等]、リン化合物[トリフェニルフォスファイト等]、アミン化合物[フェノチアジン等]などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記重合禁止剤の含有量は、モデル部形成材料全量に対して、通常5質量%以下であり、モノマーの安定性及び重合速度の観点から、0.1質量%以上5質量%以下が好ましい。
−−重合開始剤−−
前記重合開始剤としては、例えば、熱重合開始剤、光重合開始剤などが挙げられる。これらの中でも、保存安定性の点から、光重合開始剤が好ましい。
前記光重合開始剤としては、光(特に波長220nm〜400nmの紫外線)の照射によりラジカルを生成する任意の物質を用いることができる。
前記光重合開始剤としては、例えば、アセトフェノン、2、2−ジエトキシアセトフェノン、p−ジメチルアミノアセトフェノン、ベンゾフェノン、2−クロロベンゾフェノン、p,p’−ジクロロベンゾフェノン、p,p−ビスジエチルアミノベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンジル、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾイン−n−プロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾイン−n−ブチルエーテル、ベンジルメチルケタール、チオキサントン、2−クロロチオキサントン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−1−オン、1−(4−イソプロピルフェニル)2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、メチルベンゾイルフォーメート、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルペルオキシド、ジ−tert−ブチルペルオキシドなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記重合開始剤としては、例えば、熱重合開始剤、光重合開始剤などが挙げられる。これらの中でも、保存安定性の点から、光重合開始剤が好ましい。
前記光重合開始剤としては、光(特に波長220nm〜400nmの紫外線)の照射によりラジカルを生成する任意の物質を用いることができる。
前記光重合開始剤としては、例えば、アセトフェノン、2、2−ジエトキシアセトフェノン、p−ジメチルアミノアセトフェノン、ベンゾフェノン、2−クロロベンゾフェノン、p,p’−ジクロロベンゾフェノン、p,p−ビスジエチルアミノベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンジル、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾイン−n−プロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾイン−n−ブチルエーテル、ベンジルメチルケタール、チオキサントン、2−クロロチオキサントン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−1−オン、1−(4−イソプロピルフェニル)2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、メチルベンゾイルフォーメート、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルペルオキシド、ジ−tert−ブチルペルオキシドなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記熱重合開始剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アゾ系開始剤、過酸化物開始剤、過硫酸塩開始剤、レドックス(酸化還元)開始剤などが挙げられる。
前記アゾ系開始剤としては、例えば、VA−044、VA−46B、V−50、VA−057、VA−061、VA−067、VA−086、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)(VAZO 33)、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩(VAZO 50)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)(VAZO 52)、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)(VAZO 64)、2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリル(VAZO 67)、1,1−アゾビス(1−シクロヘキサンカルボニトリル)(VAZO 88)(以上、DuPont Chemical社製)、2,2’−アゾビス(2−シクロプロピルプロピオニトリル)、2,2’−アゾビス(メチルイソブチレ−ト)(V−601)(以上、和光純薬工業株式会社製)などが挙げられる。
前記過酸化物開始剤としては、例えば、過酸化ベンゾイル、過酸化アセチル、過酸化ラウロイル、過酸化デカノイル、ジセチルパーオキシジカーボネート、ジ(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート(商品名:Perkadox 16S、Akzo Nobel社製)、ジ(2−エチルヘキシル)パーオキシジカーボネート、t−ブチルパーオキシピバレート(商品名:Lupersol 11、Elf Atochem社製)、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(商品名:Trigonox 21−C50、Akzo Nobel社製)、過酸化ジクミルなどが挙げられる。
前記過硫酸塩開始剤としては、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウムなどが挙げられる。
前記レドックス(酸化還元)開始剤としては、例えば、前記過硫酸塩開始剤とメタ亜硫酸水素ナトリウム及び亜硫酸水素ナトリウムのような還元剤との組合せ、前記有機過酸化物と第3級アミンとに基づく系(例えば、過酸化ベンゾイルとジメチルアニリンとに基づく系)、有機ヒドロパーオキシドと遷移金属とに基づく系(例えば、クメンヒドロパーオキシドとコバルトナフテートとに基づく系)などが挙げられる。
前記重合開始剤の含有量としては、モデル部形成材料全量に対して、10質量%以下が好ましく、5質量%以下がより好ましい。
−着色剤−
前記着色剤としては、前記モデル部形成材料中に溶解又は安定に分散し、更に熱安定性に優れた染料及び顔料が適している。これらの中でも、溶解性染料(Solvent Dye)が好ましい。また色の調整等で2種類以上の着色剤を適時混合することが可能である。
前記着色剤としては、前記モデル部形成材料中に溶解又は安定に分散し、更に熱安定性に優れた染料及び顔料が適している。これらの中でも、溶解性染料(Solvent Dye)が好ましい。また色の調整等で2種類以上の着色剤を適時混合することが可能である。
<<サポート部形成材料>>
前記サポート部形成材料は、サポート部を構成する液膜を成膜する。
本発明において、サポート部とは、前記モデル部が固化するまでの時間、立体造形物を所定の位置に保持するために、前記モデル部の重力方向に対する支持部に配置され、前記モデル部と接し、下方向でモデル部を支持する部を意味する。
前記サポート部を構成する液膜としては、前記モデル部形成材料を、前記モデル部を支持する性能に基づいて、適宜選択して付与することにより得ることができる。
前記サポート部形成材料は、サポート部を構成する液膜を成膜する。
本発明において、サポート部とは、前記モデル部が固化するまでの時間、立体造形物を所定の位置に保持するために、前記モデル部の重力方向に対する支持部に配置され、前記モデル部と接し、下方向でモデル部を支持する部を意味する。
前記サポート部を構成する液膜としては、前記モデル部形成材料を、前記モデル部を支持する性能に基づいて、適宜選択して付与することにより得ることができる。
前記サポート部は、液体に溶解することが好ましい。また、前記サポート部は、液体に浸漬されて溶解することがより好ましい。
前記サポート部形成材料の組成は、前記反り防止部形成材料の組成と同一でもよいし、異なっていてもよい。
<<反り防止部形成材料>>
前記反り防止部形成材料は、反り防止部を構成する液膜を成膜する。
本発明において、前記反り防止部は、前記モデル部を介してサポート部と対向するように配置されることにより、サポート部を除去しても、モデル部が反ることなく、正確に立体造形物の形状を再現することができる。
なお、前記反り防止部は、前記モデル部に対し、前記サポート部が非対称に配置されている部における前記サポート部の対向部に形成される場合を含む。
前記反り防止部形成材料は、反り防止部を構成する液膜を成膜する。
本発明において、前記反り防止部は、前記モデル部を介してサポート部と対向するように配置されることにより、サポート部を除去しても、モデル部が反ることなく、正確に立体造形物の形状を再現することができる。
なお、前記反り防止部は、前記モデル部に対し、前記サポート部が非対称に配置されている部における前記サポート部の対向部に形成される場合を含む。
前記反り防止部を構成する液膜としては、形成された前記反り防止部が、形成された前記モデル部を介して形成された前記サポート部と対向するように配置される。
反り防止部を使用しない場合、前記線分ABの長さが短いほど反りが発生しやすい。反り防止部の効果は、前記モデル部と前記サポート部とが接触する点を点Aとし、点Aでの接線に垂直であり、前記モデル部の内部方向に向かう直線と、前記モデル部の形成部の一端との交点を点Bとした場合に、線分ABの長さが短いほど顕著である。特に、前記線分ABの長さが5mm以下となる部分に、前記反り防止部が配置されない場合は、前記モデル部の反りが顕著になり、前記線分ABの長さが短くなるほど、前記モデル部の反りが大きくなる。したがって、反り防止部による反りを防止する効果の点から、前記反り防止部が配置される位置としては、前記線分ABが5mm以下となる位置が好ましく、前記線分ABが2mm以下となる位置がより好ましく、前記線分ABが1mm以下となる位置が特に好ましい。
前記反り防止部は、液体に溶解することが好ましい。また、前記反り防止部は、液体に浸漬されて溶解することがより好ましい。
前記反り防止部形成材料の組成は、前記サポート部形成材料の組成と同一でもよいし、異なっていてもよい。
前記反り防止部の液体に対する溶解性は、モデル部が反ることなく、正確に立体造形物の形状を再現する点から、サポート部と同程度、又はサポート部よりも低くてもよい。
前記反り防止部の前記モデル部との相溶性としては、モデル部の反りを軽減させる点から、前記サポート部と同程度であることが好ましい。
固化した後の反り防止部の機械的強度としては、前記サポート部と同程度であってもよい。
固化した後の反り防止部の機械的強度としては、前記サポート部と同程度であってもよい。
前記反り防止部と、前記モデル部と、の厚みの比率(反り防止部の厚み/モデル部の厚み)としては、効果的な反り防止の点から、0.005以上であることが好ましい。
前記反り防止部の厚みとしては、0.3mm以上2mm以下が好ましく、0.3mm以上1mm以下がより好ましい。前記反り防止部の厚みは、前記モデル部の反りを防止する点から、0.3mm以上であることが好ましい。また、前記反り防止部の厚みは、形成材料のコストと造形される形状の多様化との点から、2mm以下であることが好ましい。
前記反り防止部の厚みは、例えば、すきまゲージ(JIS規格品A型、株式会社スワン製)により測定できる。
前記反り防止部の厚みとしては、0.3mm以上2mm以下が好ましく、0.3mm以上1mm以下がより好ましい。前記反り防止部の厚みは、前記モデル部の反りを防止する点から、0.3mm以上であることが好ましい。また、前記反り防止部の厚みは、形成材料のコストと造形される形状の多様化との点から、2mm以下であることが好ましい。
前記反り防止部の厚みは、例えば、すきまゲージ(JIS規格品A型、株式会社スワン製)により測定できる。
<硬化工程>
前記硬化工程は、成膜工程において成膜した液膜を硬化させる工程である。
前記硬化工程は、成膜工程において成膜した液膜を硬化させる工程である。
前記硬化工程に用いられる前記硬化手段としては、例えば、紫外線(UV)照射ランプ、電子線などが挙げられる。前記液膜を硬化する手段には、オゾンを除去する機構が具備されることが好ましい。
前記紫外線(UV)照射ランプの種類としては、例えば、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライド、LEDなどが挙げられる。
前記超高圧水銀灯は、点光源であるが、光学系と組み合わせて光利用効率を高くしたDeepUVタイプは、短波長領域の照射が可能である。
前記メタルハライドは、波長領域が広いため着色物に有効であり、Pb、Sn、Fe等の金属のハロゲン化物が用いられ、重合開始剤の吸収スペクトルに合わせて選択できる。
硬化に用いられるランプとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、FusionSystem社製のHランプ、Dランプ、Vランプ等の市販品などを用いることができる。
またモデル部形成材料、サポート部形成材料、及び反り防止剤形成材料としてラジカル重合性モノマー、オリゴマーを使用する場合には、成膜、硬化工程を実施する環境における酸素濃度が低いことが好ましく、例えば、窒素等で置換された空間であることが特に好ましい。
前記紫外線(UV)照射ランプの種類としては、例えば、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライド、LEDなどが挙げられる。
前記超高圧水銀灯は、点光源であるが、光学系と組み合わせて光利用効率を高くしたDeepUVタイプは、短波長領域の照射が可能である。
前記メタルハライドは、波長領域が広いため着色物に有効であり、Pb、Sn、Fe等の金属のハロゲン化物が用いられ、重合開始剤の吸収スペクトルに合わせて選択できる。
硬化に用いられるランプとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、FusionSystem社製のHランプ、Dランプ、Vランプ等の市販品などを用いることができる。
またモデル部形成材料、サポート部形成材料、及び反り防止剤形成材料としてラジカル重合性モノマー、オリゴマーを使用する場合には、成膜、硬化工程を実施する環境における酸素濃度が低いことが好ましく、例えば、窒素等で置換された空間であることが特に好ましい。
<除去工程>
本発明の立体造形物の製造方法は、除去工程をさらに含むことが好ましい。
前記除去工程は、形成された前記サポート部、及び形成された前記反り防止部を除去する工程である。
本発明の立体造形物の製造方法は、除去工程をさらに含むことが好ましい。
前記除去工程は、形成された前記サポート部、及び形成された前記反り防止部を除去する工程である。
前記除去工程は、トリミングする方法、液体に溶解させる方法、液体に浸漬して除去する方法、温度を加える方法、超音波振動する方法、撹拌によるエネルギーを与える方法などの補助的処理を行うことができ、これらを適宜組み合せて行ってもよい。
これらの中でも、液体に溶解させる方法が好ましく、前記サポート部、及び前記反り防止部が液体に浸漬されて溶解する方法がより好ましい。
前記液体としては、例えば、水、有機溶剤などが挙げられる。
これらの中でも、液体に溶解させる方法が好ましく、前記サポート部、及び前記反り防止部が液体に浸漬されて溶解する方法がより好ましい。
前記液体としては、例えば、水、有機溶剤などが挙げられる。
<その他の工程>
前記その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、成形体の研磨工程、成形体の清浄工程などが挙げられる。
前記その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、成形体の研磨工程、成形体の清浄工程などが挙げられる。
前記立体造形物の製造方法においては、前記各工程を複数回繰り返すものである。前記繰り返し回数としては、作製する立体造形物の大きさ、形状などに応じて異なり一概には規定できないが、1層あたりの平均厚みとしては、5μm以上50μm以下が好ましい。前記平均厚みが、5μm以上50μm以下であると、精度よく、剥離することもなく造形することが可能であり、立体造形物の高さ分だけ積層することができる。
<立体造形物のデータの作成方法>
立体造形物におけるモデル部を形成するモデル部形成部と、サポート部を形成するサポート部形成部と、反り防止部を形成する反り防止部形成部と、を判断し、前記反り防止部形成部が、前記モデル部形成部を介して前記サポート部形成部と対向するように配置されるように設定される。
立体造形物におけるモデル部を形成するモデル部形成部と、サポート部を形成するサポート部形成部と、反り防止部を形成する反り防止部形成部と、を判断し、前記反り防止部形成部が、前記モデル部形成部を介して前記サポート部形成部と対向するように配置されるように設定される。
前記反り防止部形成部は、ユーザーにより定義されてもよい。
以下、本発明の立体造形物の製造方法、及び前記立体造形物のデータの作成方法の具体的な実施形態について説明するが、本発明は、これらの実施形態に何ら限定されるものではない。
<実施形態>
図1〜図3は、本発明で用いられる立体造形物を造形する立体造形装置の一例を示す概略図である。
立体造形装置1は、材料噴射造形装置であり、噴射された液体が固化された層状造形物である造形層30が形成される造形部1と、造形ステージ24に対して造形液10を吐出付与して造形層30を造形する造形ユニット5とを備えている。
図1〜図3は、本発明で用いられる立体造形物を造形する立体造形装置の一例を示す概略図である。
立体造形装置1は、材料噴射造形装置であり、噴射された液体が固化された層状造形物である造形層30が形成される造形部1と、造形ステージ24に対して造形液10を吐出付与して造形層30を造形する造形ユニット5とを備えている。
造形部1は、造形層30が積層されて立体造形物が造形される造形槽22を有する。造形槽22の底部は造形ステージ24として鉛直方向(高さ方向)に昇降自在となっており、造形ステージ24上に、造形層30が積層された立体造形物が造形される。
造形ステージ24は、後述するモータ28によって矢印Z方向(高さ方向)に昇降可能である。
造形ステージ24は、後述するモータ28によって矢印Z方向(高さ方向)に昇降可能である。
造形ユニット5は、造形ステージ24上の造形層30に造形液10を吐出する液体吐出ユニット50を備える。
液体吐出ユニット50は、キャリッジ51と、キャリッジ51に搭載された造形液付与手段である液体吐出ヘッド(以下、「ヘッド」ともいう。)52a、52bを備える。
液体吐出ユニット50は、キャリッジ51と、キャリッジ51に搭載された造形液付与手段である液体吐出ヘッド(以下、「ヘッド」ともいう。)52a、52bを備える。
キャリッジ51は、ガイド部54及び55に移動可能に保持されている。ガイド部54及び55は、両側の側板70、70に昇降可能に保持される。
キャリッジ51は、後述するX方向走査機構550を構成するX方向走査モータによってプーリ及びベルトを介して主走査方向である矢印X方向(以下、単に「X方向」という。他のY、Zについても同様とする。)に往復移動が可能である。
キャリッジ51は、後述するX方向走査機構550を構成するX方向走査モータによってプーリ及びベルトを介して主走査方向である矢印X方向(以下、単に「X方向」という。他のY、Zについても同様とする。)に往復移動が可能である。
ヘッド52a、52b(以下、区別しないときは「ヘッド52」という。)は、造形液を吐出する複数のノズルを配列したノズル列がそれぞれ2列配置されている。一方のヘッド52aの2つのノズル列は、モデル部液を吐出する。他方のヘッド52bの2つのノズル列は、サポート部形成材料、及び反り防止部形成材料をそれぞれ吐出する形態が好ましい。なお、ヘッド構成はこれに限るものではない。
これら各々の液を収容した複数のタンク60がタンク装着部56に装着され、供給チューブなどを介してヘッド52a、52bに供給される。
液体吐出ユニット50は、キャリッジ51に平坦化ローラ12と、造形液硬化手段700とを搭載する。キャリッジ51の走査方向(X方向)かつ造形プレート30を形成するときのキャリッジの移動方向に沿って、キャリッジ51に造形液硬化手段700、平坦化ローラ12、及びヘッド52が、この順に配置される。
平坦化ローラ12は、ヘッドより供給された液体により形成された液膜の微細な凹凸を均して平坦化する。
平坦化ローラ12は、造形ステージ24のステージ面に沿って矢印Y方向に、ステージ面に対して相対的に往復移動可能に配置され、後述する往復移動機構25によって移動される。また、平坦化ローラ12は、後述するモータ26によって回転駆動される。
平坦化ローラ12は、造形ステージ24のステージ面に沿って矢印Y方向に、ステージ面に対して相対的に往復移動可能に配置され、後述する往復移動機構25によって移動される。また、平坦化ローラ12は、後述するモータ26によって回転駆動される。
造形液硬化手段700は、ヘッド52から吐出された造形液10を硬化する。造形液10を硬化する手段としては、紫外線(UV)照射ランプ、電子線等が挙げられる。紫外線により発生するオゾンを除去する機構が具備されることが好ましい。ランプの種類としては、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライド、LEDランプ等がある。超高圧水銀灯は点光源であるが、光学系と組み合わせて光利用効率を高くしたUVランプは、短波長領域の照射が可能である。メタルハライドは、波長領域が広いため着色物に有効的である。Pb、Sn、Feなどの金属のハロゲン化物が用いられ、光開始剤の吸収スペクトルに合わせて選択できる。造形液10を硬化することに有効であるランプであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
X方向の一方側には、液体吐出ユニット50のヘッド52の維持回復を行うメンテナンス機構61が配置される。
メンテナンス機構61は、主にキャップ62とワイパ63で構成される。キャップ62をヘッド52のノズル面(ノズルが形成された面)に密着させ、ノズルから造形液を吸引する。ノズルに詰まった高粘度化した造形液を排出するためである。その後、ノズルのメニスカス形成(ノズル内は負圧状態である)のため、ノズル面をワイパ63でワイピング(払拭)する。また、メンテナンス機構61は、造形液の吐出が行われない場合に、ヘッドのノズル面をキャップ62で覆い、造形液10が乾燥すること、及び光による液体の硬化を防止する。
メンテナンス機構61は、主にキャップ62とワイパ63で構成される。キャップ62をヘッド52のノズル面(ノズルが形成された面)に密着させ、ノズルから造形液を吸引する。ノズルに詰まった高粘度化した造形液を排出するためである。その後、ノズルのメニスカス形成(ノズル内は負圧状態である)のため、ノズル面をワイパ63でワイピング(払拭)する。また、メンテナンス機構61は、造形液の吐出が行われない場合に、ヘッドのノズル面をキャップ62で覆い、造形液10が乾燥すること、及び光による液体の硬化を防止する。
造形ユニット5は、ベース部7上に配置されたガイド部71に移動可能に保持されたスライダ部72を有し、造形ユニット5全体がX方向と直交するY方向(副走査方向)に往復移動可能である。この造形ユニット5は、後述するY方向走査機構552によって全体がY方向に往復移動される。
液体吐出ユニット50は、ガイド部54、55とともに矢印Z方向に昇降可能に配置され、後述するZ方向昇降機構551によってZ方向に昇降可能である。
ここで、造形部1の詳細について説明する。
造形槽11は、箱型形状をなし、上面が開放された槽を備える。造形槽22内部には、造形ステージ24がそれぞれ昇降可能に配置される。造形ステージ24の側面は造形槽22の内側面に接するように配置される。造形ステージ24の上面は、水平に保持される。
造形槽11は、箱型形状をなし、上面が開放された槽を備える。造形槽22内部には、造形ステージ24がそれぞれ昇降可能に配置される。造形ステージ24の側面は造形槽22の内側面に接するように配置される。造形ステージ24の上面は、水平に保持される。
キャリッジ51に搭載された平坦化ローラ12は、造形槽22の内寸よりも長い棒状部であり、キャリッジ51と共にステージ面に沿ってX方向(主走査方向)に往復移動が可能である。
平坦化ローラ12は、モータ26によって回転されながら、造形槽22の外側から造形槽22の上方を通過するようにして水平移動する。これにより、平坦化ローラ12が造形槽22上を通過しながら、造形ステージ24上に吐出された造形液10の表面を平坦化することで造形層30が形成される。
また、図2にも示すように、平坦化ローラ12の周面に接触して、平坦化ローラ12に付着した造形液10を除去するための除去部である液体除去板13が配置されている。
液体除去板13は、平坦化ローラ12の周面に接触した状態で、平坦化ローラ12と共に移動する。また、液体除去板13は、平坦化ローラ12が平坦化を行うときの回転方向に回転するときにカウンタ方向でも、順方向での配置可能である。
液体除去板13は、平坦化ローラ12の周面に接触した状態で、平坦化ローラ12と共に移動する。また、液体除去板13は、平坦化ローラ12が平坦化を行うときの回転方向に回転するときにカウンタ方向でも、順方向での配置可能である。
次に、前記立体造形装置の制御部の概要について図5を参照して説明する。図5は同制御部のブロック図である。
制御部500は、この装置全体の制御を司るCPU501と、CPU501に本発明に係わる制御を含む立体造形動作の制御を実行させるための本発明に係るプログラムを含むプログラム、その他の固定データを格納するROM502と、造形データ等を一時格納するRAM503とを含む主制御部500Aを備える。
制御部500は、この装置全体の制御を司るCPU501と、CPU501に本発明に係わる制御を含む立体造形動作の制御を実行させるための本発明に係るプログラムを含むプログラム、その他の固定データを格納するROM502と、造形データ等を一時格納するRAM503とを含む主制御部500Aを備える。
制御部500は、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための不揮発性メモリ(NVRAM)504を備えている。また、制御部500は、画像データに対する各種信号処理等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するASIC505を備えている。
また、制御部500は、外部の造形データ作成装置600から造形データを受信するときに使用するデータ及び信号の送受を行うためのI/F506を備えている。
また、制御部500は、外部の造形データ作成装置600から造形データを受信するときに使用するデータ及び信号の送受を行うためのI/F506を備えている。
造形データ作成装置600は、最終形態の造形物(立体造形物)を造形層ごとにスライスしたスライスデータである造形データを作成する本発明に係る立体造形物を造形するデータを作成する装置であり、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置で構成されている。
次に、造形データ作成方法について説明する。
3次元CADなどを用いて準備された造形物形状は、STLなどのフォーマットのデータとしてユーザーにより準備される。
次に、サポート部82を必要とするかどうかを判断する。また、サポート部82を必要とする場合は、新たに反り防止部83を必要とするかどうかを判断する。ここで、反り防止部として、所定の厚み84、特に5mm以下の部分を持つモデル部の薄肉部、微細柱形状などを識別し、自動的に反り防止部を配置することができる。
また、所定の厚み84はユーザーが任意に決定してもよいし、材質によって可変であってもよい。ユーザーは、立体造形物の反りを防止したい部分に、任意に反り防止部をモデル部周辺に配置できる手続きを経ることも可能である。実施例において、反り防止部自動配置設定、及びユーザーの任意配置例を後述する。
3次元CADなどを用いて準備された造形物形状は、STLなどのフォーマットのデータとしてユーザーにより準備される。
次に、サポート部82を必要とするかどうかを判断する。また、サポート部82を必要とする場合は、新たに反り防止部83を必要とするかどうかを判断する。ここで、反り防止部として、所定の厚み84、特に5mm以下の部分を持つモデル部の薄肉部、微細柱形状などを識別し、自動的に反り防止部を配置することができる。
また、所定の厚み84はユーザーが任意に決定してもよいし、材質によって可変であってもよい。ユーザーは、立体造形物の反りを防止したい部分に、任意に反り防止部をモデル部周辺に配置できる手続きを経ることも可能である。実施例において、反り防止部自動配置設定、及びユーザーの任意配置例を後述する。
制御部500は、各種センサの検知信号を取り込むためのI/O507を備えている。
また、制御部500は、液体吐出ユニット50のヘッド52を駆動制御するヘッド駆動制御部508を備える。
制御部500は、液体吐出ユニット50のキャリッジ51をX方向(主走査方向)に移動させるX方向走査機構550を構成するモータを駆動するモータ駆動部510と、造形ユニット5をY方向(副走査方向)に移動させるY方向走査機構552を構成するモータを駆動するモータ駆動部512を備えている。
また、制御部500は、液体吐出ユニット50のヘッド52を駆動制御するヘッド駆動制御部508を備える。
制御部500は、液体吐出ユニット50のキャリッジ51をX方向(主走査方向)に移動させるX方向走査機構550を構成するモータを駆動するモータ駆動部510と、造形ユニット5をY方向(副走査方向)に移動させるY方向走査機構552を構成するモータを駆動するモータ駆動部512を備えている。
制御部500は、液体吐出ユニット50のキャリッジ51をZ方向に移動(昇降)させるZ方向昇降機構551を構成するモータを駆動するモータ駆動部511を備えている。なお、矢印Z方向への昇降は造形ユニット5全体を昇降させる構成とすることもできる。
制御部500は、供給ステージ23を昇降させるモータ27を駆動するモータ駆動部513と、造形ステージ24を昇降させるモータ28を駆動するモータ駆動部514を備えている。
また、制御部500は、平坦化ローラ12を回転駆動するモータ26を駆動する516を備えている。
さらに、制御部500は、液体吐出ユニット50のメンテナンス機構61を駆動するメンテナンス駆動部518を備えている。
また、制御部500は、平坦化ローラ12を回転駆動するモータ26を駆動する516を備えている。
さらに、制御部500は、液体吐出ユニット50のメンテナンス機構61を駆動するメンテナンス駆動部518を備えている。
制御部500のI/O507には、装置の環境条件としての温度及び湿度を検出する温湿度センサ560などの検知信号やその他のセンサ類の検知信号が入力される。
制御部500には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル522が接続されている。
制御部500には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル522が接続されている。
制御部500は、上述したように、造形データ作成装置600から造形データを受領する。造形データは、目的とする立体造形物の形状をスライスしたスライスデータとしての各造形層30の形状データ(造形データ)を含む。
主制御部500Aは、造形層30の造形データに基づいてヘッド52からの造形液の吐出を行わせる制御をする。
なお、造形データ作成装置600と立体造形装置601によって造形装置が構成される。
なお、造形データ作成装置600と立体造形装置601によって造形装置が構成される。
次に、造形の流れについて、図3を参照して説明する。
ここでは、造形槽22の造形ステージ24上に、1層目の造形層30が形成されている状態から説明する。この1層目の造形層30上に次の造形層30を形成するときには、造形槽22の造形ステージ24をZ方向に下降させる。
ここでは、造形槽22の造形ステージ24上に、1層目の造形層30が形成されている状態から説明する。この1層目の造形層30上に次の造形層30を形成するときには、造形槽22の造形ステージ24をZ方向に下降させる。
その後、図5に示すように液体吐出ユニット50のヘッド52b及び52aから造形ステージ24上に造形液(モデル部、サポート部、及び反り防止部)の液滴を吐出して造形層30を形成する(造形液吐出工程)。平坦化ローラ12は、造形ステージ24上に形成された造形層30の表面を平坦にし(平坦化工程)、造形液硬化手段700は、平坦化ローラ12によって表面が平坦にされた造形層30を、紫外線照射によって重合硬化する(造形層硬化工程)。前記の工程により造形層30上に所要形状の造形層30を積層形成する。
キャリッジ51にヘッド52a及び52b、平坦化ローラ12、及び造形液硬化手段700が搭載されているので、図5においてキャリッジ51のX方向(主走査方向)の矢印で示した左方に移動しながら、ヘッド52による造形液吐出工程、平坦化ローラ12による平坦化工程、造形液硬化手段700による造形層硬化工程が順次実行される。
次いで、上述したヘッド52による造形液吐出工程、平坦化ローラ12による平坦化工程、造形液硬化手段700による造形層硬化工程を繰り返して新たな造形層30を形成する。このとき、新たな造形層30とその下層の造形層30とは一体化して三次元形状造形物(立体造形物)の一部を構成する。以後、造形液吐出工程、平坦化工程、造形層硬化工程を必要な回数繰り返すことによって、立体造形物を完成させる。
以下、実施例及び比較例を示して本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
<モデル部形成材料の調製>
イソボルニルアクリレート(共栄化学株式会社製)60質量部、アクリロイルモルホリン(ACMO、KJケミカルズ株式会社製)10質量部、及びウレタンアクリレート(商品名:UV−1700B、日本合成化学工業株式会社製、分子量:2,000)30質量部をビーカーにて均一に混合した。その後、反応開始剤(商品名:イルガキュア819、BASF社製)2質量部を加え、さらに均一に混合し、フィルター(商品名:CCP−FX−C1B、ADVANTEC社製、平均孔径:3μm)を通過させてモデル部形成材料を得た。
イソボルニルアクリレート(共栄化学株式会社製)60質量部、アクリロイルモルホリン(ACMO、KJケミカルズ株式会社製)10質量部、及びウレタンアクリレート(商品名:UV−1700B、日本合成化学工業株式会社製、分子量:2,000)30質量部をビーカーにて均一に混合した。その後、反応開始剤(商品名:イルガキュア819、BASF社製)2質量部を加え、さらに均一に混合し、フィルター(商品名:CCP−FX−C1B、ADVANTEC社製、平均孔径:3μm)を通過させてモデル部形成材料を得た。
<サポート部形成材料の調製>
アクリロイルモルホリン(ACMO、KJケミカルズ株式会社製)40質量部、ポリオキシプロピレングリコール60質量部、反応開始剤(商品名:イルガキュア819、BASF社製)3質量部、及び重合禁止剤(商品名:フェノチアジン、東京化成株式会社製)0.1質量部を均一に混合し、フィルター(商品名:CCP−FX−C1B、ADVANTEC社製、平均孔径:3μm)を通過させてサポート部形成材料を得た。
アクリロイルモルホリン(ACMO、KJケミカルズ株式会社製)40質量部、ポリオキシプロピレングリコール60質量部、反応開始剤(商品名:イルガキュア819、BASF社製)3質量部、及び重合禁止剤(商品名:フェノチアジン、東京化成株式会社製)0.1質量部を均一に混合し、フィルター(商品名:CCP−FX−C1B、ADVANTEC社製、平均孔径:3μm)を通過させてサポート部形成材料を得た。
<反り防止部形成材料の調製>
反り防止部形成材料としては、前記サポート部形成材料と同一のものを用いた。
反り防止部形成材料としては、前記サポート部形成材料と同一のものを用いた。
<立体造形物の造形>
(実施例1)
図1に示す立体造形装置において、インクジェットヘッド(商品名:MH2420、リコーインダストリー株式会社製)に通じる3つのタンクに、得られたモデル部形成材料、サポート部形成材料、及び反り防止部形成材料を充填した。次に、造形する立体造形物の形状を、図11に示す奥行:60mm、高さ:62mm、厚み84:2.0mmのL字型の形状に設定し、また、反り防止部を厚み:2.0mmに設定し、各インクジェットヘッドから所定量の前記モデル部形成材料、前記サポート部形成材料、及び前記反り防止部形成材料をそれぞれ噴射させた。なお、サポート部との対向部は、ユーザーにより設定された。
次に、紫外線照射機(装置名:SPOT CURE SP5−250DB、ウシオ電機株式会社製)で350mJ/cm2の光量を照射し、前記モデル部形成材料、前記サポート部形成材料、及び反り防止部形成材料を硬化させ、これら一連の工程を繰り返した。
その後、得られた造形物を40℃、1Lの水に入れ、超音波振動を1時間かけてサポート部82、及び反り防止部83を除去し、モデル部81を残した。その後、前記モデル部81を水から取り出し、室温(25℃)で24時間乾燥させることにより、図12に示す立体造形物1を作製した。
(実施例1)
図1に示す立体造形装置において、インクジェットヘッド(商品名:MH2420、リコーインダストリー株式会社製)に通じる3つのタンクに、得られたモデル部形成材料、サポート部形成材料、及び反り防止部形成材料を充填した。次に、造形する立体造形物の形状を、図11に示す奥行:60mm、高さ:62mm、厚み84:2.0mmのL字型の形状に設定し、また、反り防止部を厚み:2.0mmに設定し、各インクジェットヘッドから所定量の前記モデル部形成材料、前記サポート部形成材料、及び前記反り防止部形成材料をそれぞれ噴射させた。なお、サポート部との対向部は、ユーザーにより設定された。
次に、紫外線照射機(装置名:SPOT CURE SP5−250DB、ウシオ電機株式会社製)で350mJ/cm2の光量を照射し、前記モデル部形成材料、前記サポート部形成材料、及び反り防止部形成材料を硬化させ、これら一連の工程を繰り返した。
その後、得られた造形物を40℃、1Lの水に入れ、超音波振動を1時間かけてサポート部82、及び反り防止部83を除去し、モデル部81を残した。その後、前記モデル部81を水から取り出し、室温(25℃)で24時間乾燥させることにより、図12に示す立体造形物1を作製した。
(実施例2)
実施例1において、反り防止部を厚み84:0.3mmに設定した以外は、実施例1と同様にして、立体造形物2を造形した(図11、及び12)。
実施例1において、反り防止部を厚み84:0.3mmに設定した以外は、実施例1と同様にして、立体造形物2を造形した(図11、及び12)。
(実施例3)
実施例1において、反り防止部を厚み84:0.1mmに設定した以外は、実施例1と同様にして、立体造形物3を造形した(図11、及び12)。
実施例1において、反り防止部を厚み84:0.1mmに設定した以外は、実施例1と同様にして、立体造形物3を造形した(図11、及び12)。
(実施例4)
実施例1において、造形する立体造形物の一部の形状が板状であり、前記板状部分の厚み84:2.0mmの図13に示す形状に設定した点、並びに、サポート部82、及び反り防止部83が配置される位置は、自動で設定された点以外は、実施例1と同様にして、立体造形物4を造形した(図14)。
なお、サポート部82は、モデル部形成材料が固化するまでの時間、立体造形物4を所定の位置に保持するように、モデル部81を支持する位置に配置されるように設定されている。
また、反り防止部83は、モデル部81に対してサポート部82と対向し、サポート部82とモデル部81とが接触する点を点Aとし、前記Aの接線に垂直に前記モデル部方向に向かう直線と、前記モデル部の他の端とが接触する点を点Bとしたときに、線分ABが5mm以下となる場合に、前記Bに接するように反り防止部83を厚み1.0mmで配置されるように、設定されている。
実施例1において、造形する立体造形物の一部の形状が板状であり、前記板状部分の厚み84:2.0mmの図13に示す形状に設定した点、並びに、サポート部82、及び反り防止部83が配置される位置は、自動で設定された点以外は、実施例1と同様にして、立体造形物4を造形した(図14)。
なお、サポート部82は、モデル部形成材料が固化するまでの時間、立体造形物4を所定の位置に保持するように、モデル部81を支持する位置に配置されるように設定されている。
また、反り防止部83は、モデル部81に対してサポート部82と対向し、サポート部82とモデル部81とが接触する点を点Aとし、前記Aの接線に垂直に前記モデル部方向に向かう直線と、前記モデル部の他の端とが接触する点を点Bとしたときに、線分ABが5mm以下となる場合に、前記Bに接するように反り防止部83を厚み1.0mmで配置されるように、設定されている。
(実施例5)
実施例4において、造形する立体造形物の形状を図15に示す鋭角部を有する形状に設定した以外は、実施例4と同様にして、立体造形物5を造形した(図16)。
なお、実施例4において、線分ABが5mm以下となる場合に、前記Bに接するように反り防止部83を厚み1.0mmで配置されるように、設定されている。
実施例4において、造形する立体造形物の形状を図15に示す鋭角部を有する形状に設定した以外は、実施例4と同様にして、立体造形物5を造形した(図16)。
なお、実施例4において、線分ABが5mm以下となる場合に、前記Bに接するように反り防止部83を厚み1.0mmで配置されるように、設定されている。
(比較例1)
実施例1において、反り防止部形成材料を噴射させず、モデル部形成材料、及びサポート部形成材料のみで立体造形物を作製した以外は、実施例1と同様にして、比較例1の立体造形物6を造形した(図17、及び18)。
実施例1において、反り防止部形成材料を噴射させず、モデル部形成材料、及びサポート部形成材料のみで立体造形物を作製した以外は、実施例1と同様にして、比較例1の立体造形物6を造形した(図17、及び18)。
(比較例2)
実施例5において、反り防止部形成材料を噴射させず、モデル部形成材料、及びサポート部形成材料のみで立体造形物を作製した以外は、実施例5と同様にして、比較例2の立体造形物7を造形した(図19、及び20)。
実施例5において、反り防止部形成材料を噴射させず、モデル部形成材料、及びサポート部形成材料のみで立体造形物を作製した以外は、実施例5と同様にして、比較例2の立体造形物7を造形した(図19、及び20)。
次に、得られた立体造形物1〜7について、以下のようにして、「モデル部の反りのなさ」を評価した。その結果を下記表1に示す。
<モデル部の反りのなさの評価>
サポート部82、及び反り防止部83を除去して得られた立体造形物1〜7について、共焦点顕微鏡(装置名:OPTELICS H1200、レーザーテック株式会社製)を用いて、図8における立体造形物のモデル部とサポート部との境界面の長さL、及び図10における反り矢高δを計測し、下記式(6)から、得られた立体造形物1〜7の曲率ρを算出した。前記曲率が大きいほど、立体造形物の反りが大きいことを意味する。
なお、反り矢高δと曲率ρとの関係式である下記式(6)は、以下のようにして求められる。
まず、図7のような扇形の図形において、反り矢高をδ、曲率半径をr、中心角を2ψ、弦の長さをlとおくと、下記式(1)〜式(3)より、下記式(4)を経て、下記式(5)が得られる。
ここで、前記式(5)において、反り矢高δは、弦の長さlと比較すると極めて小さいことから、δ2≒0とすることができる。また、曲率半径rは極めて大きい値であり、弦の長さlが、立体造形物のモデル部とサポート部との境界面の長さLと等しいとすることにより、下記式(6)を得ることができる。
−評価基準−
○:設定どおりの立体造形物が得られ、立体造形物の曲率が0.03未満であり、良好な造形である
△:設定どおりの立体造形物が得られ、立体造形物の曲率が0.03以上0.1未満であり、ある程度良好な造形である
×:得られた立体造形物は、設定した形状に対して、サポート部82との境界面、及び立体造形物の端部の少なくともいずれかに反りが発生し、立体造形物の曲率が0.1以上であり、造形不良である
サポート部82、及び反り防止部83を除去して得られた立体造形物1〜7について、共焦点顕微鏡(装置名:OPTELICS H1200、レーザーテック株式会社製)を用いて、図8における立体造形物のモデル部とサポート部との境界面の長さL、及び図10における反り矢高δを計測し、下記式(6)から、得られた立体造形物1〜7の曲率ρを算出した。前記曲率が大きいほど、立体造形物の反りが大きいことを意味する。
なお、反り矢高δと曲率ρとの関係式である下記式(6)は、以下のようにして求められる。
まず、図7のような扇形の図形において、反り矢高をδ、曲率半径をr、中心角を2ψ、弦の長さをlとおくと、下記式(1)〜式(3)より、下記式(4)を経て、下記式(5)が得られる。
ここで、前記式(5)において、反り矢高δは、弦の長さlと比較すると極めて小さいことから、δ2≒0とすることができる。また、曲率半径rは極めて大きい値であり、弦の長さlが、立体造形物のモデル部とサポート部との境界面の長さLと等しいとすることにより、下記式(6)を得ることができる。
−評価基準−
○:設定どおりの立体造形物が得られ、立体造形物の曲率が0.03未満であり、良好な造形である
△:設定どおりの立体造形物が得られ、立体造形物の曲率が0.03以上0.1未満であり、ある程度良好な造形である
×:得られた立体造形物は、設定した形状に対して、サポート部82との境界面、及び立体造形物の端部の少なくともいずれかに反りが発生し、立体造形物の曲率が0.1以上であり、造形不良である
本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
<1> 硬化性液体材料を用いて、モデル部、サポート部、及び反り防止部を構成する液膜を成膜する成膜工程と、
前記成膜した液膜を硬化させる硬化工程と、
を複数回繰り返す立体造形物の製造方法であって、
前記反り防止部は、前記モデル部を介してサポート部と対向するように配置されることを特徴とする立体造形物の製造方法である。
<2> 前記反り防止部は、前記サポート部が不要な位置に配置される前記<1>に記載の立体造形物の製造方法である。
<3> 形成された前記サポート部、及び形成された前記反り防止部を除去する除去工程をさらに含む前記<1>から<2>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<4> 前記モデル部と前記サポート部とが接触する点を点Aとし、点Aでの接線に垂直であり、前記モデル部の内部方向に向かう直線と、前記モデル部の形成部の一端との交点を点Bとした場合に、線分ABの最大の長さが、5mm以下である位置に前記反り防止部が配置される前記<1>から<3>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<5> 前記線分ABの最大の長さが、2mm以下である前記<4>に記載の立体造形物の製造方法である。
<6> 前記線分ABの最大の長さが、1mm以下である前記<5>に記載の立体造形物の製造方法である。
<7> 前記反り防止部と、前記モデル部と、の厚みの比率(反り防止部の厚み/モデル部の厚み)が、0.005以上である前記<1>から<6>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<8> 前記反り防止部の厚みが、1mm以下である前記<1>から<7>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<9> 形成された前記モデル部の少なくとも一部の形状が、板状である前記<1>から<8>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<10> 形成された前記モデル部の少なくとも一部の形状が、針状である前記<1>から<8>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<11> 前記サポート部、及び前記反り防止部が、液体に溶解する前記<1>から<10>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<12> 前記サポート部、及び前記反り防止部が、液体に浸漬されて溶解する前記<11>に記載の立体造形物の製造方法である。
<13> 前記反り防止部が、前記サポート部と同一組成である前記<1>から<12>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<14> 前記反り防止部の液体に対する溶解性が、前記サポート部と同程度、又は前記サポート部より低い前記<1>から<13>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<15> 前記反り防止部における前記モデル部との相溶性が、前記サポート部と同程度である前記<1>から<14>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<16> 前記反り防止部の機械的強度が、前記サポート部と同程度である前記<1>から<15>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<17> 立体造形物におけるモデル部を形成するモデル部形成部と、サポート部を形成するサポート部形成部と、反り防止部を形成する反り防止部形成部と、を判断し、
前記反り防止部形成部が、前記モデル部形成部を介して前記サポート部形成部と対向するように配置されるように設定されることを特徴とする立体造形物のデータの作成方法である。
<18> 前記反り防止部形成部が、ユーザーにより定義される前記<17>に記載の立体造形物のデータの作成方法である。
<1> 硬化性液体材料を用いて、モデル部、サポート部、及び反り防止部を構成する液膜を成膜する成膜工程と、
前記成膜した液膜を硬化させる硬化工程と、
を複数回繰り返す立体造形物の製造方法であって、
前記反り防止部は、前記モデル部を介してサポート部と対向するように配置されることを特徴とする立体造形物の製造方法である。
<2> 前記反り防止部は、前記サポート部が不要な位置に配置される前記<1>に記載の立体造形物の製造方法である。
<3> 形成された前記サポート部、及び形成された前記反り防止部を除去する除去工程をさらに含む前記<1>から<2>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<4> 前記モデル部と前記サポート部とが接触する点を点Aとし、点Aでの接線に垂直であり、前記モデル部の内部方向に向かう直線と、前記モデル部の形成部の一端との交点を点Bとした場合に、線分ABの最大の長さが、5mm以下である位置に前記反り防止部が配置される前記<1>から<3>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<5> 前記線分ABの最大の長さが、2mm以下である前記<4>に記載の立体造形物の製造方法である。
<6> 前記線分ABの最大の長さが、1mm以下である前記<5>に記載の立体造形物の製造方法である。
<7> 前記反り防止部と、前記モデル部と、の厚みの比率(反り防止部の厚み/モデル部の厚み)が、0.005以上である前記<1>から<6>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<8> 前記反り防止部の厚みが、1mm以下である前記<1>から<7>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<9> 形成された前記モデル部の少なくとも一部の形状が、板状である前記<1>から<8>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<10> 形成された前記モデル部の少なくとも一部の形状が、針状である前記<1>から<8>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<11> 前記サポート部、及び前記反り防止部が、液体に溶解する前記<1>から<10>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<12> 前記サポート部、及び前記反り防止部が、液体に浸漬されて溶解する前記<11>に記載の立体造形物の製造方法である。
<13> 前記反り防止部が、前記サポート部と同一組成である前記<1>から<12>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<14> 前記反り防止部の液体に対する溶解性が、前記サポート部と同程度、又は前記サポート部より低い前記<1>から<13>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<15> 前記反り防止部における前記モデル部との相溶性が、前記サポート部と同程度である前記<1>から<14>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<16> 前記反り防止部の機械的強度が、前記サポート部と同程度である前記<1>から<15>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<17> 立体造形物におけるモデル部を形成するモデル部形成部と、サポート部を形成するサポート部形成部と、反り防止部を形成する反り防止部形成部と、を判断し、
前記反り防止部形成部が、前記モデル部形成部を介して前記サポート部形成部と対向するように配置されるように設定されることを特徴とする立体造形物のデータの作成方法である。
<18> 前記反り防止部形成部が、ユーザーにより定義される前記<17>に記載の立体造形物のデータの作成方法である。
前記<1>から<16>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法、及び前記<17>から<18>のいずれかに記載の立体造形物のデータの作成方法によると、従来における前記諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成することができる。
1 造形部
5 造形ユニット
10 造形液
12 平坦化ローラ(平坦化手段)
22 造形槽
24 造形ステージ
30 造形層(層状造形物)
50 液体吐出ユニット
51 キャリッジ
52 液体吐出ヘッド
500 制御部
5 造形ユニット
10 造形液
12 平坦化ローラ(平坦化手段)
22 造形槽
24 造形ステージ
30 造形層(層状造形物)
50 液体吐出ユニット
51 キャリッジ
52 液体吐出ヘッド
500 制御部
Claims (15)
- 硬化性液体材料を用いて、モデル部、サポート部、及び反り防止部を構成する液膜を成膜する成膜工程と、
前記成膜した液膜を硬化させる硬化工程と、
を複数回繰り返す立体造形物の製造方法であって、
前記反り防止部は、前記モデル部を介してサポート部と対向するように配置されることを特徴とする立体造形物の製造方法。 - 前記反り防止部は、前記サポート部が不要な位置に配置される請求項1に記載の立体造形物の製造方法。
- 形成された前記サポート部、及び形成された前記反り防止部を除去する除去工程をさらに含む請求項1から2のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
- 前記モデル部と前記サポート部とが接触する点を点Aとし、点Aでの接線に垂直であり、前記モデル部の内部方向に向かう直線と、前記モデル部の形成部の一端との交点を点Bとした場合に、線分ABの最大の長さが、5mm以下である位置に前記反り防止部が配置される請求項1から3のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
- 前記線分ABの最大の長さが、2mm以下である請求項4に記載の立体造形物の製造方法。
- 前記線分ABの最大の長さが、1mm以下である請求項5に記載の立体造形物の製造方法。
- 前記反り防止部と、前記モデル部と、の厚みの比率(反り防止部の厚み/モデル部の厚み)が、0.005以上である請求項1から6のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
- 前記反り防止部の厚みが、2mm以下である請求項1から7のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
- 形成された前記モデル部の少なくとも一部の形状が、板状である請求項1から8のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
- 形成された前記モデル部の少なくとも一部の形状が、針状である請求項1から8のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
- 前記サポート部、及び前記反り防止部が、液体に溶解する請求項1から10のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
- 前記サポート部、及び前記反り防止部が、液体に浸漬されて溶解する請求項11に記載の立体造形物の製造方法。
- 前記反り防止部が、前記サポート部と同一組成である請求項1から12のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
- 立体造形物におけるモデル部を形成するモデル部形成部と、サポート部を形成するサポート部形成部と、反り防止部を形成する反り防止部形成部と、を判断し、
前記反り防止部形成部が、前記モデル部形成部を介して前記サポート部形成部と対向するように配置されるように設定されることを特徴とする立体造形物のデータの作成方法。 - 前記反り防止部形成部が、ユーザーにより定義される請求項14に記載の立体造形物のデータの作成方法。
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