JP2019111803A - 造形物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、タンク内のスラリーの任意部分をレーザ光等によって露光して硬化させ、タンクの高さを変えた後に、再度レーザ光等で任意部分を硬化させる等の工程を繰り返すタンク方式が知られている。
本第2局面では、張出部の上面に上部サポート部を作製するので、その上部サポート部は、錘として機能する。つまり、張出部を焼成する際に、上部サポート部が張出部を上方から押さえるので、張出部の変形(特に張出部の外周側が上方に曲がるような変形)を効果的に抑制することができる。
本第4局面は、造形物の好ましい製造手順を例示している。
本第8局面では、接地部及び/又は張出部と下側低硬度サポート部との間に、スラリーが未硬化の部分である未硬化部を設けるので、複合硬化物の形成後に、不要となった下側低硬度サポート部を容易に取り除くことができる。
本第10局面は、造形物の好ましい製造手順を例示している。
本第12局面では、複合硬化物と上側低硬度サポート部との間に、スラリーが未硬化の部分である未硬化部を設けるので、複合硬化物の形成後に、不要となった上側低硬度サポート部を容易に取り除くことができる。
複合硬化物と上側低硬度サポート部との間の間隙である未硬化部の厚みが0.5mmを上回る場合には、スラリーのリコート時に、間隙の中でスラリーの流動が生じ、硬化部分のスラリーが過度に盛り上がることがある。
本第14局面は、造形物の好ましい製造手順を例示している。
<以下に、本発明の各構成について説明する>
・前記スラリー(泥漿)とは、液体に固体粒子が混ざり込んだ懸濁体であり、ここでは、外部からの光や熱等の刺激によって、スラリーの一部が硬化する性質を有する。
・上部連接部及び下部連接部の上下方向における寸法(厚み)としては、300μm±200μmの範囲が挙げられる。また、上部連接部及び下部連接部の構成としては、例えばメッシュ構造等が挙げられる。
られる。
[1.第1実施形態]
ここでは、例えば光硬化性樹脂をレーザ光を用いて硬化させて、所定形状の造形物を製造する方法を例に挙げて説明する。
[1−1.造形物の構成]
まず、本第1実施形態の造形物の製造方法によって製造される造形物の構成について説明する。
[1−2.造形物の製造方法]
次に、本第1実施形態の造形物1の製造方法について説明する。
本第1実施形態では、造形物1の材料として、セラミックス粉末と光硬化性樹脂とを混合した光硬化性スラリーを用意した。
<光硬化性スラリー>
まず、光硬化性スラリーの作製方法について説明する。
<実施例及び比較例>
次に、上述したスラリーを用いた本発明の範囲内の実施例1と、本発明の範囲外の比較例1、2について説明する。
(1)まず、前記光硬化性スラリーを、光造形装置31のスラリー供給装置(図示せず)にセットした。そして、前記図2に示す複合硬化物27と下側低硬度サポート部29とを含む三次元硬化物21に対応した造形モデルのCADデータから、造形用データ(即ち造形用スライスデータ)を準備した。
ここで、上述した造形用データによって作製される三次元硬化物21の構成について説明する。
硬化物23とは、焼成後に、平板部材3及び接地部材5を備えた造形物1となる部分である。硬化物23のうち、平板部材3に対応する部分が平板部33であり、接地部材5に対応する部分が接地部35である。接地部35は、軸部材7に対応する軸部37とベース部材9に対応するベース部39とからなる。
下部サポート部25は、造形時(焼成前の硬化までの段階)および焼成時に変形する可能性がある部分(即ち張出部43)を下方より支える支持部材であり、張出部43の下面から、基台41の表面に到るように延びている。なお、下部サポート部25は、例えば円柱形状であり、その直径は例えば5mmである。
なお、スラリーの硬化状態を違える方法としては、例えば紫外線レーザ光によって付与するエネルギーの状態を変更する各種の方法を採用できる。例えば紫外線レーザ装置の出力を変更する方法、スポット径を変更する方法、スキャンする場合に隣り合う領域の重なる幅を変更する方法など、各種の方法を採用できる。
(5)次に上述した一部が硬化したスラリー層の表面に対して、前記(2)の工程と同様にして、スラリーを供給した。
(7)次に、この平坦化されたスラリーの表面に対して、前記(4)の工程と同様にして、紫外線レーザ光を照射して、照射箇所を硬化させた。
(8)次に、上述したようにして得られた三次元硬化物21は、硬化していないスラリー中に存在しているので、硬化していないスラリーを除去するとともに、下側低硬度サポート部29を除去して、硬化物23及び下部サポート部25を備えた複合硬化物27を取り出した(図5のS200参照)。なお、複合硬化物27の表面に付着したスラリーは、超音波洗浄等で除去した。
これにより、複合硬化物27が焼成された複合造形物53を得た(図5のS300参照)。
(比較例1)
比較例1では、前記実施例1と同様な方法で、実施例1と同様な造形モデル(即ち三次元硬化物)を作製した。次に、その三次元硬化物から下側低硬度サポート部を除去して複合硬化物を作製した。次に、複合硬化物から下部サポート部を除去して硬化物を作製した。
(比較例2)
比較例2では、前記実施例1と同様な方法で、下側低硬度サポート部及び下部サポート部のない硬化物の造形モデルを作製した。
[1−3.評価]
次に、上述した実施例1及び比較例1、2に対する評価について説明する。
また、得られた造形物の平面度、詳しくは、平板部材の上面の平面度を調べた。
つまり、実施例1の場合には、造形時に、造形モデルの硬化部分(即ち接地部35や下部サポート部25)に盛り上がりが発生しなかった。そのため、造形途中に硬化部分にブレードが接触することがなく、好適に造形を行うことができた。また、焼成時には、張出部43を下部サポート部25で支えるので、張出部43の変形を抑制できた。そのため、平面度を小さくできた。
つまり、比較例1の場合には、造形時に、造形モデルの硬化部分に盛り上がりが発生しなかった。しかし、焼成時には、下部サポート部が無いため、張出部を下側から支えることができず、張出部の変形を抑制できなかった。
[1−4.効果]
次に、本第1実施形態の効果について説明する。
具体的には、張出部43の基台41側の表面と基台41の表面とに接触して張出部43を支持する下部サポート部25を作製することにより、硬化物23と下部サポート部25とが一体になった複合硬化物27を作製する。次に、複合硬化物27を基台41から分離した後に、複合硬化物27を焼成して、複合造形物53を作製する。次に、複合造形物53から焼成後の下部サポート部25(即ち下部造形物55)を除去して造形物1を作製する。
[1−5.文言の対応関係]
ここで、実施形態と特許請求の範囲との文言の対応関係について説明する。
[2.第2実施形態]
次に、第2実施形態について説明するが、第1実施形態と同様な内容の説明は省略又は簡略化する。なお、第1実施形態と同様な構成については同じ番号を用いて説明する。
また、本第2実施形態では、下部連接部61の断面積S1は、それより下方の断面積S2より小さいので、焼成後には、焼成後の下部サポート部25(即ち下部造形物55)を、焼成後の下部連接部61の部分にて容易に切り離すことができる。
[3.第3実施形態]
次に、第3実施形態について説明するが、第1実施形態と同様な内容の説明は省略又は簡略化する。なお、第1実施形態と同様な構成については同じ番号を用いて説明する。
詳しくは、下部サポート部25は、その下端側に、焼成時に前記焼成基台51に接する基台側連接部65を有しており、基台側連接部65の水平方向における断面積S1は、基台側連接部65より上方の部分の水平方向における断面積S2より小さい。
また、本第3実施形態では、下部サポート部25の下端側には、先端側ほど断面積が小さくなった半球状の基台側連接部65を有している。そのため、複合硬化物27を焼成基台51上に載置して焼成する際に、複合硬化物27が縮小しても(従って下部サポート部25が摺動するように移動しても)、下部サポート部25と焼成基台51との摺動の際の抵抗が小さい。よって、焼成中の複合硬化物27(従って焼成後の造形物1)の変形を抑制できるという効果がある。
[4.第4実施形態]
次に、第4実施形態について説明するが、第1実施形態と同様な内容の説明は省略又は簡略化する。なお、第1実施形態と同様な構成については同じ番号を用いて説明する。
図10に示すように、本第4実施形態では、第1実施形態と同様に、複合硬化物27には、張出部43の下面側から基台41に達するような下部サポート部25を備えている。
この上部サポート部67は、複合硬化物27の一部であり、複合硬化物27と同様な組成及び硬度を有している。この上部サポート部67は、下部サポート部25と同様に、複合硬化物27を作製する際に、同様な方法により作製される。
また、図10に示すように、複合硬化物27の上面には、詳しくは、平面視で上部サポート部67の外側には、複合硬化物27より硬度の低い上側低硬度サポート部69を備えている。この上側低硬度サポート部69は下側低硬度サポート部29と同様な構成であり、下側低硬度サポート部29と同様にして作製される。
また、本第4実施形態では、張出部43の上面に、上部サポート部67を備えている。そのため、複合硬化物27を焼成する際には、上部サポート部67が張出部43を上方から押さえるので、張出部43の変形(特に張出部43の外周側が上方に曲がるような変形)を効果的に抑制することができる。
本第4実施形態の変形例として、図12Aに示すような断面形状(上下方向に破断した形状)の上部サポート部67を採用できる。
なお、本第4実施形態の変形例として、図12Bに示すように、上部サポート部67の下端部分の直径(従って断面積)を、下端に行くほど小さくしてもよい。
[5.第5実施形態]
次に、第5実施形態について説明するが、第1実施形態と同様な内容の説明は省略又は簡略化する。なお、第1実施形態と同様な構成については同じ番号を用いて説明する。
本第5実施形態は、第1実施形態と同様な効果を奏する。
[6.第6実施形態]
次に、第6実施形態について説明するが、第1実施形態と同様な内容の説明は省略又は簡略化する。なお、第1実施形態と同様な構成については同じ番号を用いて説明する。
本第6実施形態は、第1実施形態と同様な効果を奏する。
[7.実験例]
次に、実験例について説明する。
本実験例では、前記第1実施形態と同様に、セラミックス粉末と光硬化性樹脂とを混合した光硬化性スラリーを準備し、紫外線レーザ装置を用いてスラリーをスキャンして、第1実施形態と同様な形状の三次元硬化物の作製を行った。
以下、詳細に説明する。
本実験例で用いる光硬化性スラリーは、下記の方法で作製した。
第1実施形態と同様な、平均粒径が0.4μmのアルミナ粉末とアクリル系光硬化性樹脂とを、所定の体積比で、自転公転ミキサーで均一に撹拌して混合した。詳しくは、混合後に、せん断速度1s−1での粘度が、40Pa・sと200Pa・sとの2種類の粘度となるように、アルミナ粉末とアクリル系光硬化性樹脂との混合比率を調整して、異なる粘度のスラリーを作製した。
(実施例2)
(1)まず、第1実施形態と同様に、異なる粘度の光硬化性スラリーのうち、一方の光硬化性スラリーを、光造形装置のスラリー供給部にセットした。また、三次元硬化物に対応した造形モデルの造形用スライスデータを準備した。
そして、造形ステージをスライス厚み分(例えば100μm)下降して次の層の造形が行える状態までを1サイクルとして、所定の造形高さになるまでこのサイクルを繰り返して三次元硬化物を作製した。
(3)造形時の不具合の評価として、スラリーのリコート時にスラリーに凹凸が生じ、やがて複合硬化物に対応する硬化部分とブレードが接触する不具合を不具合[F1]、造形終了後に下部低硬度サポート部を除去する際に、複合硬化物と下部低硬度サポート部との分離が困難になる不具合を不具合[F2]として評価を行った。
実施例3では、複合硬化物と下部低硬度サポートとの間隙の厚みを0.5mmに設定し、その他は実施例2と同様に造形して、同様の評価を行った。この結果を、下記表2に記す。
比較例3では、複合硬化物と下部低硬度サポートとの間隙の厚みを0.8mmに設定し、その他は実施例2と同様に造形して、同様の評価を行った。この結果を、下記表2に記す。
比較例4では、複合硬化物と下部低硬度サポートとの間隙の厚みを0.1mmに設定し、その他は実施例2と同様に造形して、同様の評価を行った。この結果を、下記表2に記す。
それに対して、間隙が0.8mmの比較例3では、いずれの粘度のスラリーでも、盛り上がりによるブレードが接触する不具合が発生した。また、間隙が0.1mmの比較例4では、下部低高度サポート部の除去が困難であった。
[8.他の実施形態]
本発明は前記実施形態になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
例えば熱硬化性樹脂を含むスラリーに対して、例えばCO2レーザを用いてレーザ光を照射して加熱し、その熱によって所定部分を硬化させて造形物を製造してもよい。
(4)また、例えば、接地部と下部サポート部と上部サポートとを備えた複合硬化物の周囲を囲むように、下側低硬度サポート部及び上側低硬度サポート部からなる低硬度サポート部を設けてもよい。
23、81、97…硬化物
25、83…下部サポート部
27…複合硬化物
29、87…下側低硬度サポート部
35、91…接地部
41…基台
43、95…張出部
45、71、89、107…未硬化部
51…焼成基台
53…複合造形物
61…下部連接部
65…基台側連接部
67、87、101…上部サポート部
69、87、105…上側低硬度サポート部
73…上部連接部
Claims (15)
- スラリーを用いて基台上にスラリー層を形成する工程と、該スラリー層の一部を硬化させて硬化層を形成する工程と、を繰り返して3次元の硬化物を作製する積層造形法によって、前記基台に接触する接地部と、前記基台上から見た平面視で前記接地部の外側に張り出す張出部と、を備えた前記硬化物を作製し、
その後、前記硬化物を焼成して造形物を製造する造形物の製造方法において、
前記積層造形法によって、前記基台上に前記硬化物を作製するとともに、前記張出部の前記基台側の表面と前記基台の表面とに接触して前記張出部を支持する下部サポート部を作製することにより、前記硬化物と前記下部サポート部とが一体になった複合硬化物を作製する工程と、
前記複合硬化物を前記基台から分離した後に、前記複合硬化物を焼成して、複合造形物を作製する工程と、
前記複合造形物から前記焼成後の前記下部サポート部を除去して前記造形物を作製する工程と、
を有する造形物の製造方法。 - 前記積層造形法によって、前記張出部の上面に、前記複合硬化物の一部として上部サポート部を作製し、その後、前記焼成を行う、
請求項1に記載の造形物の製造方法。 - 前記上部サポート部は、前記張出部と接触する上部連接部を有するとともに、該上部連接部の水平方向における断面積は、該上部連接部より上方の部分の水平方向における断面積よりも小さい、
請求項2に記載の造形物の製造方法。 - 前記焼成後の前記上部サポート部を、前記複合造形物から除去する、
請求項2又は3に記載の造形物の製造方法。 - 前記下部サポート部は、前記張出部と接触する下部連接部を有するとともに、該下部連接部の水平方向における断面積は、該下部連接部より下方の部分の水平方向における断面積より小さい、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の造形物の製造方法。 - 前記複合造形物を作製する工程において、前記硬化物を焼成基台上に設置した場合に、前記下部サポート部は、前記焼成基台と接触する基台側連接部を有するとともに、該基台側連接部の水平方向における断面積は、該基台側連接部より上方の部分の水平方向における断面積より小さい、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の造形物の製造方法。 - 前記積層造形法によって、前記接地部を作製するとともに、前記平面視で前記接地部及び前記下部サポート部の外側に前記複合硬化物より硬度の低い下側低硬度サポート部を作製する、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の造形物の製造方法。 - 前記接地部及び前記張出部の少なくとも一方と前記下側低硬度サポート部との間に、未硬化部を設ける、
請求項7に記載の造形物の製造方法。 - 前記接地部及び前記張出部の少なくとも一方と前記下側低硬度サポート部との間の前記未硬化部の厚みが、0.2mm〜0.5mmの範囲である、
請求項8に記載の造形物の製造方法。 - 前記焼成前に、前記下側低硬度サポート部を除去する、
請求項7〜9のいずれか1項に記載の造形物の製造方法。 - 前記積層造形法によって、前記複合硬化物を作製するとともに、前記複合硬化物の上面に、前記複合硬化物より硬度の低い上側低硬度サポート部を作製する、
請求項1〜10のいずれか1項に記載の造形物の製造方法。 - 前記複合硬化物と前記上側低硬度サポート部との間に、未硬化部を設ける、
請求項11に記載の造形物の製造方法。 - 前記複合硬化物と前記上側低硬度サポート部との間の前記未硬化部の厚みが、0.2mm〜0.5mmの範囲である、
請求項12に記載の造形物の製造方法。 - 前記焼成前に、前記上側低硬度サポート部を除去する、
請求項11〜13のいずれか1項に記載の造形物の製造方法。 - 前記スラリーは、前記造形物を構成する固体成分と光硬化性樹脂とを含み、
前記スラリー層に光を照射して、前記スラリー層の一部を硬化させる、
請求項1〜14のいずれか1項に記載の造形物の製造方法。
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