JP2019142197A - 造形装置、容器、および造形物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 樹脂液中の気泡を原因とする造形不良を低減し、造形物の精度、強度、外観を向上させる。【解決手段】 光透過部は、前記エネルギー線照射装置に対向して設置される第一部分と、前記光硬化性樹脂と接する第二部分と、前記第一部分と前記第二部分との間に流体を供給あるいは排出させて前記造形領域の気泡を前記造形領域外に移動させるために前記第二部分を変形させる機構と、を有することを特徴とする。【選択図】 図２

Description

本発明は、光硬化性樹脂を硬化させて三次元物体を造形する造形装置、容器、および造形物の製造方法に関する。

樹脂の三次元造形では、三次元物体の形状を示す三次元形状データから高さ方向の位置ごとに二次元の断面形状データを生成し、該断面形状データのそれぞれに対応する形状を有する造形層を順次形成して積層していくことで三次元物体を得る。このような三次元造形方法の一つとして、特許文献１には、光硬化性樹脂が貯留された容器にベースプレートを沈め、光硬化性樹脂が作る自由液面の上方から所望のエネルギー線を照射し、硬化物を積層していく方式の造形装置が開示されている。この方式を本明細書では自由液面方式と称する場合がある。また、特許文献２には、ベースプレートと光透過部の間に光硬化性樹脂を供給し、光透過部を介して光硬化性樹脂に所望のエネルギー線を照射し、硬化物を積層していく方式の造形装置が開示されている。この方式を本明細書では規制液面方式と称する場合がある。

特開平８−１５６１０５号公報 特開平７−１５９４号公報

しかし、特許文献１の方法では、樹脂自体の粘性や表面張力により、供給された樹脂液面が均等かつ平滑になるまで時間を要し、素早く連続的に次の硬化層を形成できないという問題がある。この問題を解決するため、ベースプレートを沈めた後、スキージブレードを走査して樹脂液面を均す技術や、樹脂液供給装置を走査して樹脂液面を均す技術が提案されているが、この液面平滑化工程は１層あたり数十秒から数分の時間を要する。

一方、特許文献２の方法では、光透過部により液面が規制されているため、光透過部とベースプレートまたは硬化層の間に樹脂液が供給された時点で樹脂液面が均等かつ平滑にされており、素早く連続的に次の硬化層を形成することができる。しかし、ベースプレートと部の間、あるいは造形物と部の間に気泡が発生してしまうことにより、造形不良を起こしてしまうという問題があった。具体的には、造形物の中に気泡があるとベースプレートと造形物、あるいは造形物の層間の密着力が低下して造形物の落下、層間剥離、積層方向の寸法精度不良等の造形不良が起こってしまう可能性がある。また、本来比較的透明であるはずのものが白色化してしまうなど造形物の見た目の品質を損なう可能性もある。

本発明は、以上のような背景を鑑みてなされたものであり、造形不良を引き起こす気泡の発生を抑制する造形装置及び造形方法を提供することを課題とする。

本発明の造形装置は、エネルギー線を透過可能な光透過部を含み、光硬化性樹脂を収容可能な容器と、前記光透過部を介して造形領域にエネルギー線を照射可能なエネルギー線照射装置と、を含む造形装置において、前記容器内において前記光透過部の前記光硬化性樹脂と接する部分を変形させることにより、前記光硬化性樹脂の中の気泡を前記造形領域の外側に移動させる機構と、を有することを特徴とする。

あるいは、本発明の造形装置は、エネルギー線を透過可能な光透過部を含み、光硬化性樹脂を収容可能な容器と、前記光透過部を介して造形領域にエネルギー線を照射可能なエネルギー線照射装置と、を含む造形装置において、光透過部は、前記エネルギー線照射装置に対向して設置される第一部分と、前記光硬化性樹脂と接する第二部分と、前記第一部分と前記第二部分との間に流体を供給あるいは排出させて前記第二部分を変形させる機構と、を有することを特徴とする。

本発明の容器は、エネルギー線を透過可能な光透過部を含み、前記エネルギー線によって硬化させるための光硬化性樹脂を収容する容器であって、前記光透過部は、エネルギー線照射装置に対向して設置される第一部分と、前記光硬化性樹脂と接する第二部分と、前記第一部分と前記第二部分との間に流体を供給あるいは排出させて前記第二部分を変形させるための圧力制御装置と、を有することを特徴とする。

本発明の造形物の製造方法は、光透過部を有する容器に収容された光硬化性樹脂の造形領域に前記光透過部を透過したエネルギー線を照射し前記光硬化性樹脂を硬化させて造形物を造形する造形物の製造方法であって、前記光透過部は、前記エネルギー線照射装置に対向して設置される第一部分と、前記光硬化性樹脂と接する第二部分とを有し、前記第一部分と前記第二部分との間に流体を供給あるいは排出させて前記第二部分を変形させ、前記造形領域の気泡を前記造形領域の外側に移動させることを特徴とする。

本発明の造形装置、容器、造形物の製造方法によれば、樹脂液中の気泡を原因とする造形不良を低減し、造形物の精度、強度、外観を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る造形装置を説明する図である。 本発明の実施形態に係る容器の断面図である。 本発明の実施形態に係る三次元造形制御手順を示したフローチャート図である。 本発明の実施形態に係る造形装置の制御系を説明する図である。

以下、添付図面に示す実施例を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す実施例はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。

［造形装置］
まず、本発明の実施形態に係る造形装置の一例を図１を用いて説明する。

図１は、造形装置の構成を断面構造として示したものである。図１において、３は光硬化樹脂を収容可能な容器であり、容器３の一部に少なくともエネルギー線発生源６のエネルギー線が透過可能なエネルギー線透過部１を有している。本明細書においては、エネルギー線発生源６を光源６と称する。また、造形装置に使用されるエネルギー線が透過可能なエネルギー線透過部を光透過部１と称する。２は光硬化性樹脂であり、容器３に収容される。５はベースプレートであり、光透過部１に対向して設置され、光透過部１に対向する面に硬化物４が造形され、三次元造形物が製造される。６はエネルギー線発生源（光源）であり、光透過部１に対して、ベースプレート５とは反対側に設置され、光透過部１に向けてエネルギー線を照射可能である。

容器３は必要に応じて光硬化性樹脂２の温度を制御するための加熱冷却機構及び温度測定機構を備えていてもよい。また、容器３には光硬化性樹脂を補充するための材料供給機構を備えていてもよい。また、光硬化性樹脂２を造形領域へ供給するのを促進するために、容器３は加圧機構や水平揺動機構、加振機構を備えていてもよい。

ベースプレート５は、光透過部１に対して接近退避動作可能な機構を備える。接近退避動作機構は、必要に応じて位置検出機構、荷重測定機構を備え、速度制御動作、荷重制御動作、位置制御動作の少なくともいずれかの動作を可能とする。

光源６から照射するエネルギー線は、赤外光、可視光、紫外光、Ｘ線などの電磁波や、電子線などから選択できるが、取扱いの簡便さから短波長の可視光や紫外光が好適に用いられる。照射の方法は、光源６の配置、反射光学系、屈折光学系などの光学系を利用し、所望の位置にエネルギー線を照射できるよう設計される。例えば、レーザー光源とミラーの駆動を利用したレーザー走査照射や、図１に示すように面光源６と画像形成素子７、屈折光学系の投影レンズ８を利用した画像投影照射が選択できる。画像形成素子７としては、例えば、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ素子）や、反射型液晶素子（ＬＣＯＳ）が挙げられる。

ベースプレート５は光透過部１に対して例えば水平状態を維持したまま容器３上方から光硬化性樹脂２に沈められ、造形位置にセッティングされる。このセッティングの際、気泡が発生してしまう場合がある。また、すでに光硬化性樹脂２の中に気泡が混入してしまっている場合がある。光透過部１とベースプレート５との間に気泡が混入した状態でエネルギー線を照射して硬化を行う際、光硬化性樹脂が光源から照射する光によって硬化する造形領域に気泡が入ってしまうと、造形物の中に空隙が形成されてしまう。さらに、この空隙内に封入されている気体が光硬化性樹脂の硬化阻害効果を持つ場合は、空隙周辺の光硬化性樹脂は硬化反応が起こらず、液状のまま残ってしまう。本実施形態においては、容器内において、光透過部１とベースプレート５との間の光硬化性樹脂の中に存在する気泡を、光透過部１を変形させて造形領域の外側に移動させこの課題を解決するものである。つまり、光透過部１とベースプレート５との間の間隔を狭める方向（光透過部１をベースプレート側に突出させるよう）に変形させることにより、光透過部１とベースプレート５との間の光硬化性樹脂２をベースプレート５の外縁部に向けて押し出す。これにより、光透過部１とベースプレート５との間の光硬化性樹脂２の中に存在する気泡を造形領域から除去することができる。本明細書において、造形領域とは、硬化により造形物が形成される領域のことである。また、一度移動した気泡が造形領域に移動して来ることがないように事前に定めておいた距離（例えば造形領域から１ｃｍ以上１０ｃｍ以下）以上離れた位置までの領域を造形領域と称する場合もある。エネルギー線を照射し光硬化性樹脂を硬化させた後、ベースプレートを光透過部１から離れる方向に移動させることにより、光透過部１の第二部分１２と硬化した造形物との間に光硬化性樹脂２がベースプレートの外側から供給される。この時、事前に定めておいた距離（例えば造形領域から１ｃｍ以上１０ｃｍ以下）以上離れた位置まで移動させておいた気泡がまた造形領域内に入り込んでしまうことがある。そのため、ベースプレートと光透過部との間に存在する光硬化性樹脂２の中から気泡が検出されないことが最も好ましい。光透過部１から離れる方向へのベースプレートの移動は、１μｍから２００μｍが好ましい。つまり、エネルギー線を照射し光硬化性樹脂を硬化させた後、光硬化性樹脂２は、１μｍから２００μｍの厚さで硬化物と光透過部との間に供給される。光透過部１は、変形させた時、光透過部１が硬化物に接触するまで変形可能であることが好ましい。つまり、光透過部１の変形量１μｍから２００μｍであることが好ましい。 次に、光透過部１について詳細に説明する。図２は、容器３を説明する図である。容器３の一部に設けられた光透過部１は、容器３の最外部の一部を構成する第一部分１１と、容器３に光硬化性樹脂２が収容されたとき光硬化性樹脂２に接触し、かつ第一部分１１と所定の距離（所定の間隔）をあけて配置された第二部分１２から構成される。第一部分１１の端部と第二部分１２の端部は、容器３の光透過部と隣接する部分に接続され、第一部分１１と第二部分１２との間に空隙（圧力室）１３を形成する。第一部分１１と第二部分１２は平行であることが好ましい。第一部分１１及び第二部分１２は光硬化性樹脂２の硬化に作用する波長を一定量透過する材料と厚さで構成される必要がある。このような第一部分１１及び第二部分１２のための材質としては、ガラス、透明セラミックス、アクリル、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＰＰまたはＰＥを含む材質で、一般的に着色されていない透明材料が好的に用いられる。また、上記のような材質であれば、第一部分１１と第二部分１２は異なる材質を用いてもよいし、同一の材質を用いてもよい。また、第一部分１１と第二部分は、別部材からなっていてもよいし、一つの部材をくりぬいて製造され、その端部が容器３の光透過部と隣接する部分と接続されていてもよい。

また、第二部分１２の厚みは、後述する圧力室１３の圧力制御装置１４によって容易に変形させることができるように選ばれる。例えば、第二部分１２の厚みは、０．１ｍｍ〜１０ｍｍが好適である。

第二部分の大きさ、材質、厚み、圧力室を加圧する圧力により変位量は異なる。第二部分の大きさは、１辺が、１５０ｍｍ以上２０００ｍｍ以下であることが好ましい。また、例えば材質がガラスの場合は、厚みを１ｍｍ以上３ｍｍ以下、圧力を０．５以上２ＫＰａ以下とすることが好ましい。アクリルの場合は、厚みを３ｍｍ以上９ｍｍ以下、圧力を０．５以上２ＫＰａ以下とすることが好ましい。ＰＦＡの場合は、厚みを０．５ｍｍ以上１１ｍｍ以下、圧力を０．００１ＫＰａ以上１ＫＰａ以下とすることが好ましい。

また、後述する光透過部１の変形プロセスを考慮すると、第一部分１１よりも第二部分１２の変形が大きいことが望ましい。そのため、第一部分１１は第二部分１２よりも高剛性である方が好ましい。第一部分１１の材質を第二部分１２よりも剛性の高い材質とする、あるいは第一部分１１と第二部分１２が同一の材質である場合は、第一部分１１の厚みは第二部分１２よりも厚くすることが好ましい。

さらに、本実施形態では、所定の距離（所定の間隔）（例えばｍｍオーダ）をあけて配置された第一部分１１と第二部分１２とによって、これら両者の間に圧力室１３を設ける。圧力室１３の内部には、圧力制御装置１４によって、流体を供給あるいは排出できるよう構成される。また、圧力制御装置１４は、後述のように造形処理の進行に応じて圧力室１３に充填した流体の圧力を（加圧／減圧）制御することができるよう構成される。つまり、流体の圧力を加圧することで、光透過部１の第二部分１２をベースプレート側に突出させるように変形させる。第一部分１１の端部と第二部分１２の端部は、容器３の光透過部と隣接する部分に接続されているので、流体の圧力を加圧することで、光透過部１の第二部分１２は中心部が一番大きく変形し、第二部分１２の端部に向かって変形量が小さくなる。つまり、第二部分１２は中心部から端部に向かって第二部分１２とベースプレート５との間隔が広がっていく。よって、光透過部１とベースプレート５との間の光硬化性樹脂２はベースプレート５の外縁部（端部）に向かってスムーズに移動させることができる。よって、光透過部１とベースプレート５との間の光硬化性樹脂２の中に存在する気泡を造形領域から除去することができる。

圧力室１３に充填する流体は、光源６の発光波長の光に対する光透過性を有している必要がある。そこで圧力室１３に充填する流体は、酸素、オゾン、空気、窒素、アルゴンなどを含む気体や水などを含む液体が考えられる。圧力室１３に充填する流体としては、例えば空気（大気）などの他、窒素、純酸素、水などを用いることができる。

圧力制御装置１４は、加減圧のためのコンプレッサおよびポンプ、制御バルブなどから構成することができる。窒素、純酸素などの気体あるいは水などの液体を用いる場合には、圧力制御装置１４には、さらにその流体を貯蔵、供給するタンクなどが追加される。

圧力室１３の内部には、圧力室１３の内圧を測定するための圧力センサを配置することができる。圧力制御装置１４による加圧ないし減圧制御において、圧力測定値を用いて圧力室１３の内圧を目標圧力値に制御することができる。制御は、ベースプレート５等を制御するステージ制御部６０７（図４参照）、圧力制御装置１４を制御する圧力制御部６０６（図４参照）、光源６や光学系を制御する光照射制御部６０５（図４参照）が制御装置９と接続されていることが好ましい。そして、制御装置９によってそれぞれ単独または他と連動して制御されることが好ましい。

容器３に加熱冷却機構、温度測定機構、材料供給機構、加圧機構、水平揺動機構、または加振機構を備えている場合は、容器３も制御装置９と接続されていてもよく、制御装置９によって単独または他と連動して制御されるように構成されていてもよい。

図４は、図１の造形装置の制御系の構成を示している。

図４の構成は、制御装置９の主体的機能を受け持つＣＰＵ６０１を中心にＲＯＭ６０２、ＲＡＭ６０３、インターフェース６０４、６０８、ネットワークインターフェース６０９などを配置したものである。

ＣＰＵ６０１には、ＲＯＭ６０２、ＲＡＭ６０３、および各種のインターフェース６０４、６０８、６０９が接続される。ＲＯＭ６０２には、ＢＩＯＳ等の基本プログラムが格納される。ＲＯＭ６０２の記憶領域には、書き換え可能な例えばＥ（Ｅ）ＰＲＯＭのようなデバイスが含まれていてよい。ＲＡＭ６０３は、ＣＰＵ６０１の演算処理結果を一時的に記憶するワークエリアとして用いられる。ＣＰＵ６０１は、ＲＯＭ６０２に記録（格納）されたプログラムを実行することにより、後述の造形制御手順を実行する。

後述の造形制御手順を実行させるプログラムをＲＯＭ６０２に記録（格納）する場合、この記録媒体は本発明を実施するための制御手順を格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を構成する。なお、後述の制御手順を実行させるプログラムは、ＲＯＭ６０２のような固定的な記録媒体に格納する他、各種フラッシュメモリや光（磁気）ディスクのような着脱可能なコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納してもよい。このような格納形態は、本発明を実施する制御手順を実行させるプログラムをインストールしたり更新したりする場合に利用できる。また、このような制御プログラムをインストールしたり更新したりする場合、上記のような着脱可能な記録媒体を用いる他、ネットワークインターフェース６０９を介してネットワーク６１１からプログラムをダウンロードする方式を利用できる。

ＣＰＵ６０１は、ネットワークインターフェース６０９を介して、例えばＴＣＰ／ＩＰのようなプロトコルを用いて通信を行うネットワーク６１１上の他の資源と通信することができる。ネットワークインターフェース６０９は、例えば有線接続（ＩＥＥＥ８０２．３など）、無線接続（ＩＥＥＥ８０２．ｘｘなど）などの各種のネットワーク通信方式によって構成することができる。また、ネットワーク６１１に配置されたサーバから後述の造形制御プログラムをダウンロードしてＲＯＭ６０２などのプログラムメモリにインストールしたり、あるいは既にインストールされているプログラムを新版に更新したりすることもできる。

造形物２を積層的に３次元（３Ｄ）造形するための３次元（３Ｄ）データは、例えば３ＤＣＡＤのようなデータ形式で、上位のホスト装置６１０からインターフェース６０８を介して送信される。インターフェース６０８は各種の例えば各種のシリアルないしパラレルインターフェース規格に基づき構成することができる。また、ホスト装置６１０は、ネットワーク端末としてネットワーク６１１に接続されていても同様に本造形装置に対して造形データを供給することができる。造形物２を積層的に３次元（３Ｄ）造形するための３次元（３Ｄ）データとともに、気泡を移動させて除去する領域（造形領域）のデータもＣＰＵに格納しておく。造形領域は、実際エネルギー線を照射する領域であってもよいし、エネルギー線を照射する領域から所定の距離が離れた部分（所定の間隔をあけた部分）までの領域であってもよい。所定の距離（所定の間隔）は例えば１ｃｍ以上１０ｃｍ以下の範囲から選択可能である。造形領域として光透過部全体の領域を設定しておいてもよい。

ＣＰＵ６０１は、インターフェース６０４を介して、光源８を制御する光照射制御部６０５、第二部分１２の変形を制御する圧力制御部６０６、ベースプレート５の昇降を制御するステージ制御部６０７と通信する。ＣＰＵ６０１は、これらの各部を所期の造形シーケンスに応じて制御することにより、全体の造形工程を進行させる。

インターフェース６０４は、例えば各種のシリアルないしパラレルインターフェース規格に基づき構成できる。なお、図４では簡略化のためインターフェース６０４は１ブロックで示しているが、インターフェース６０４の右側に図示した各部の通信仕様などに応じてそれぞれ異なる通信方式を持つインターフェース回路によって構成されていてよい。

［光硬化性樹脂］
本発明に用いる光硬化性樹脂２は、少なくとも重合性化合物を含み、その他、樹脂材料や、重合開始剤、重合禁止剤、酸化防止剤、耐熱安定剤、耐光安定剤、離型剤等の各種添加剤を含んでいてもよい。

本発明に用いる重合性化合物としては、特に制限は無く、例えば、アクリル化合物、メタクリル化合物、ビニル化合物等が挙げられるがこれらに限定されない。

また、前記樹脂材料は、例えば、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。これらは１種又は２種以上を混合して用いることができる。

本発明の光硬化性樹脂に含有される樹脂の含有量は、０．０重量％以上９９重量％以下が好ましく、０．０重量％以上５０重量％以下がさらに好ましい。

重合開始剤としては、光照射によりラジカル種を発生するものやカチオン種を発生するもの、熱によりラジカル種を発生するもの等が挙げられるがこれらに限定されない。例えば、２―ベンジル―２―ジメチルアミノ―１―（４―モルフォリノフェニル）―１―ブタノン、１―ヒドロキシ―シクロヘキシル―フェニルケトン等が挙げられるが、これらに限定されない。

なお、重合可能な樹脂成分に対する光重合開始剤の添加比率は、光照射量、更には、付加的な加熱温度に応じて適宜選択することができる。また、得られる重合体の目標とする平均分子量に応じて、調整することもできる。

本発明の光学材料の硬化・成形に用いる光重合開始剤の添加量は、重合可能な成分に対して０．０１重量％以上１０．００重量％以下の範囲が好ましい。光重合開始剤は樹脂の反応性、光照射の波長によって１種類のみで使用することもできるし、２種類以上を併用して使用することもできる。

［三次元造形物の製造方法］
次に本実施形態の造形装置を用いて、三次元造形物を製造するための製造方法の一例を図３のフローチャート図を用いて説明する。図３は、図１の装置における造形制御手順の流れを示している。なお、図３の左列のフロー（Ｓ１０〜Ｓ１５）は造形制御の主な制御手順を、また図３の右列のフロー（Ｓ２０〜Ｓ２３）は、圧力制御装置１４を用いた圧力室１３内の圧力（加圧／減圧）制御をそれぞれ示している。

図３の最初のステップＳ１０に入る前に、容器３の中に液状（未硬化）状態の光硬化性樹脂２を供給する。この手続きは作業者の手動操作によって行うか、あるいは不図示の樹脂供給装置を介して容器３に注入されるような構成でもよい。また樹脂供給装置により光硬化性樹脂２を供給する構成においては、光硬化性樹脂２の液面レベルを検出する適当な液位検出手段の出力に応じて、容器３に収容される光硬化性樹脂２の量が自動的に適量に制御されるような自動制御を行ってもよい。また、樹脂供給装置を配置する場合は、容器３から光硬化性樹脂２を吸入、排出させるような樹脂回収装置を追加し、樹脂回収装置から樹脂供給装置、さらに再度、容器３へと光硬化性樹脂２を循環させるような構成を取ってもよい。

その後、ベースプレート５を光透過部１に接近させてベースプレート５と光透過部１の間に光硬化性樹脂２を充填する。このとき、ベースプレート５と光透過部１の第二部分１２の光硬化性樹脂２と接する面との間の間隔は１μｍから２００μｍが好ましく、造形速度の観点からは２０μｍ以上がより好ましく、造形精度の観点からは１００μｍ以下がより好ましい。光透過部１の第二部分１２の光硬化性樹脂２と接する面との間の間隔は、離間距離を測定する膜厚センサなど公知のセンサを利用することで測定することができる。本実施形態においては、レーザ変位計（キーエンスＳＩ−Ｆ８０）を用いて測定した値をベースプレート５と光透過部１の第二部分１２の光硬化性樹脂２と接する面との間の間隔とする。

その後、図２のステップＳ１０の気泡有無の判定を行う。この時、造形開始前であれば光透過部１とベースプレート５が１層分の距離離間した状態、また造形開始後であれば光透過部１と硬化物４の最下面が１層分の距離離間した状態で行なう。ここで、観察装置により光透過部１とベースプレート５の間、あるいは光透過部１と硬化物４の最下面の間の、予め設定しておいた気泡を移動させて除去する領域（造形領域に気泡が挟み込まれていないかを判定する。このとき観察装置は造形面全体を確認する必要があるので、第一部分１１の下面からベースプレート５全体を計測する。観察装置は、ベースプレート全体をカメラ等により撮影し、撮影した画像を解析することにより気泡有無を計測することができる。しかしこの方法に限るものではなく、公知の測定方法、あるいは、観察者がベースプレートを目視することで気泡の有無を測定してもよい。また、エネルギー線の照射時には、光路をふさがないように退避させるか、光路から外れた位置で気泡を確認する。

気泡の有無の測定により、気泡を移動させて除去する領域（造形領域）に気泡があると判定された場合、ステップＳ２０において圧力制御装置１４によって圧力室１３を加圧して第二部分１２を凸方向に変形させる。ベースプレート５と光透過部１の第二部分１２の光硬化性樹脂２と接する面との間の間隔は１μｍから２００μｍであるので、光透過部１の第二部分１２は、変形させた時、光透過部１が硬化物に接触するまで変形可能であることが好ましい。つまり、光透過部１の第二部分１２の変形量は、１μｍから２００μｍであることが好ましい。光透過部１とベースプレート５との間の間隔を狭める方向（光透過部１をベースプレート側に突出させるよう）に変形させることにより、光透過部１とベースプレート５との間の光硬化性樹脂２をベースプレート５の外縁部（端部）に向けて押し出す。そして、気泡を移動させて除去する領域（造形領域）外に移動させる。その後、ステップＳ２１において圧力制御装置１４の減圧機構を作動させ、圧力室１３の内を減圧する。なお、ステップＳ１０において気泡が無いと判断された場合は、ステップＳ２０およびステップＳ２１は省略してよい。

その後、ステップＳ１１の第二部分１２の平面度判定を行う。判定には第二部分１２の光硬化性樹脂２と接する面が凹あるいは凸に変形していることが判別できるセンサを用いる。このセンサの具体例としては、変位センサを複数用いる、あるいはラインや面で変形を測定できるセンサ、第二部分１２の光硬化性樹脂２と接する面とベースプレート５の離間距離を測定する。あるいは第二部分１２の光硬化性樹脂２と接する面と硬化物４の離間距離を測定するような膜厚センサなどを利用することが考えられる。本明細書において平面度とは、レーザ変位計（キーエンスＳＩ−Ｆ８０）を用いて、エネルギー線照射装置側（図２の紙面下側）から光透過部１およびベースプレートに向けてレーザを照射する。そして、複数の部分（例えば１０か所）を測定し、その距離の差が所定範囲内であれば平面であると判定する。

ステップＳ１１で平面でないと判断された場合は、ステップ２２にて圧力室１３の加圧／減圧を行う。判定時の第二部分１２の形状により、加圧あるいは減圧を選定する。第二部分１２が凸形状に変形している場合は、圧力室１３を減圧し、第二部分１２が凹形状に変形している場合は、圧力室１３を加圧する。加圧減圧いずれの場合でも、ステップＳ１１で使用したセンサの値を見ながら第二部分１２が該平面に戻ったところでステップＳ２２である圧力制御装置１４の減圧（吸引）機構を停止させる。

あるいは、ステップＳ２１の圧力調整は、第二部分１２の材質、剛性、厚みなどに応じて、予め決定した圧力値を使用してもよい。圧力室１３内に圧力センサを配置し、この圧力センサを介して検出した圧力値がこの所定の圧力値となった時、ステップＳ２２の圧力制御装置１４の減圧機構を停止させる。この圧力値は、容器３に適量の光硬化性樹脂２を収容した状態で第二部分１２が初期の凹面変形を生じる陰圧値を求めるような実験を行うことにより求めることができる。

その後、ステップＳ１２で光源６を点灯させ、所望の形状のエネルギー線画像を、光透過部１を通して光硬化性樹脂２に照射する。エネルギー線の波長は例えば３６５ｎｍ、３８５ｎｍ、４０５ｎｍの紫外線や、高圧水銀ランプやハロゲンランプなどの多波長の電磁波が混在した波長が好適に用いられる。エネルギー線の強度は格別限定されないが、０．１ｍＷ／ｃｍ２から１０００ｍＷ／ｃｍ２が好ましく、１ｍＷ／ｃｍ２から１００ｍＷ／ｃｍ２がさらに好ましい。エネルギー線の照射時間はエネルギー線の強度及び光硬化性樹脂２の硬化反応特性から適宜選択できるが、照射量が１ｍＪ／ｃｍ２から１００ｍＪ／ｃｍ２となるような照射時間とするのが好ましい。照射時間が経過した後、ステップＳ１３でエネルギー線の照射を停止する。

エネルギー線の照射終了後、光硬化性樹脂２の硬化速度に応じた所定の時間だけステップＳ１４の待機をする。十分な硬化反応率を得られるのであれば、待機時間は短いほど好ましい。

その後、ステップＳ１５でベースプレート５を光透過部１から所定量退避する。退避量は１μｍから２００μｍが好ましく、造形速度の観点からは２０μｍ以上がより好ましく、造形精度の観点からは１００μｍ以下がより好ましい。ベースプレート５の退避動作は速度制御や荷重制御を単独または併用して行うことができる。所定量までステージが移動したらステップＳ１６でステージ移動を停止させる。

以上、ステップＳ１１〜Ｓ１６として示した工程は、三次元造形物の１層分の硬化物４を造形するときの手順である。ステップＳ１６終了後に再びステップＳ１０にループして次層の造形に移行することができる。ステップＳ１０〜Ｓ１６を繰り返し実行し、積層的に所望の硬化物４の高さまでベースプレート５の退避とエネルギー線の照射を繰り返し実施すると、ベースプレート５上に硬化物４が密着した状態となる。その後、ベースプレート５から硬化物４を剥離することにより三次元造形物が製造される。

得られた三次元造形物は、未反応の光硬化性樹脂２の付着を取り除くための洗浄を行ってもよい。また、硬化不足の光硬化性樹脂の硬化や、成形時の残留応力を緩和させるため、加熱アニール、エネルギー線の追加照射、無酸素雰囲気での加熱やエネルギー線照射などを行ってもよい。

１ 光透過部
１１ 第一部分
１２ 第二部分
１３ 圧力室
１４ 圧力制御装置
２ 光硬化性樹脂
３ 容器
４ 三次元物体
５ ベースプレート
６ 光源
７ 画像形成素子
８ 投影レンズ
９ 制御装置

Claims (15)

1. エネルギー線を透過可能な光透過部を含み、光硬化性樹脂を収容可能な容器と、前記光透過部を介して造形領域にエネルギー線を照射可能なエネルギー線照射装置と、を含む造形装置において、
   前記容器内において前記光透過部の前記光硬化性樹脂と接する部分を変形させることにより、前記光硬化性樹脂の中の気泡を前記造形領域の外側に移動させる機構と、を有することを特徴とする造形装置。
2. 光透過部は、前記エネルギー線照射装置に対向して設置される第一部分と、前記光硬化性樹脂と接する第二部分と、前記第一部分と前記第二部分との間に流体を供給あるいは排出させて前記第二部分を変形させる機構と、を有することを特徴とする請求項１記載の造形装置。
3. 前記流体の供給あるいは排出は、圧力制御装置によって制御されることを特徴とする請求項１または２記載の造形装置。
4. 前記流体は、空気、窒素、純酸素のいずれかである請求項１乃至３いずれか一項記載の造形装置。
5. 前記光透過部の前記第一部分または前記第二部分の材質が、ガラス、透明セラミックス、アクリル、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＰＰまたはＰＥのいずれかを含むことを特徴とする請求項１乃至４いずれか一項記載の造形装置。
6. エネルギー線を透過可能な光透過部を含み、光硬化性樹脂を収容可能な容器と、前記光透過部を介して造形領域にエネルギー線を照射可能なエネルギー線照射装置と、を含む造形装置において、
   光透過部は、前記エネルギー線照射装置に対向して設置される第一部分と、前記光硬化性樹脂と接する第二部分と、前記第一部分と前記第二部分との間に流体を供給あるいは排出させて前記第二部分を変形させる機構と、を有することを特徴とする造形装置。
7. 前記流体の供給あるいは排出は、圧力制御装置によって制御されることを特徴とする請求項６記載の造形装置。
8. 前記流体は、空気、窒素、純酸素のいずれかである請求項６または７記載の造形装置。
9. 前記光透過部の前記第一部分または前記第二部分の材質が、ガラス、透明セラミックス、アクリル、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＰＰまたはＰＥのいずれかを含むことを特徴とする請求項６乃至８いずれか一項記載の造形装置。
10. エネルギー線を透過可能な光透過部を含み、前記エネルギー線によって硬化させるための光硬化性樹脂を収容する容器であって、
    前記光透過部は、エネルギー線照射装置に対向して設置される第一部分と、前記光硬化性樹脂と接する第二部分と、前記第一部分と前記第二部分との間に流体を供給あるいは排出させて前記第二部分を変形させるための圧力制御装置と、を有することを特徴とする容器。
11. 前記流体は、空気、窒素、純酸素のいずれかであることを特徴とする請求項１０記載の容器。
12. 前記光透過部の前記第一部分または前記第二部分の材質が、ガラス、透明セラミックス、アクリル、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＰＰまたはＰＥのいずれかを含むことを特徴とする請求項１０または１１記載の容器。
13. 光透過部を有する容器に収容された光硬化性樹脂の造形領域に前記光透過部を透過したエネルギー線を照射し前記光硬化性樹脂を硬化させて造形物を造形する造形物の製造方法であって、
    前記光透過部は、前記エネルギー線照射装置に対向して設置される第一部分と、前記光硬化性樹脂と接する第二部分とを有し、前記第一部分と前記第二部分との間に流体を供給あるいは排出させて前記第二部分を変形させ、前記造形領域の気泡を前記造形領域の外側に移動させることを特徴とする造形物の製造方法。
14. 前記造形領域は、前記エネルギー線を照射する領域または前記エネルギー線を照射する領域から所定の距離が離れた部分までの領域であることを特徴とする請求項１３記載の造形物の製造方法。
15. 前記所定の距離は、１ｃｍ以上１０ｃｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項１４記載の造形物の製造方法。

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