JP2586953Y2

JP2586953Y2 - 光造形装置

Info

Publication number: JP2586953Y2
Application number: JP1993070973U
Authority: JP
Inventors: 光後藤; 敏之赤峰
Original assignee: デンケンエンジニアリング株式会社; 株式会社アウストラーダ
Priority date: 1993-12-03
Filing date: 1993-12-03
Publication date: 1998-12-14
Anticipated expiration: 2008-12-03
Also published as: JPH0733629U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、底面が透明プレートか
らなる光硬化性樹脂造形槽の下方から、光照射装置によ
る光エネルギーを槽内の光硬化性樹脂に照射して、槽内
の樹脂液面上に配置した造形ベースプレートの下面に樹
脂の硬化物層を成形し、前記造形ベースプレートを造形
槽の透明プレートから離反する方向へ移動することによ
り、造形ベースプレートに、順次硬化物層の積層された
造形物を成形していく方式の光造形装置の改良に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、樹脂造形槽内の光硬化性樹脂
に光エネルギーを照射して、三次元の造形物を成形する
光造形法として各種のものが知られており、そのうちの
一つとして、１９９０年１０月３０日，日刊工業新聞社
発行の刊行物、丸谷洋二外４名著「光造形法」の第８０
頁乃至第８３頁に記載されているように、透明プレート
と造形ベースプレートとの間隔を造形すべき一層の厚み
に一致させて、その間隔内の光硬化性樹脂に透明プレー
トを通して光を照射することで、造形ベースプレートに
硬化物の積層された造形物を順次成形していく規制液面
方式がある。

【０００３】この規制液面方式による光造形法として
は、上方露光法、下方露光法及び薄液層法の三つの方法
があるが、いずれも予め間隔を造形される硬化物層の一
層の厚みに一致させた透明プレートもしくは既設硬化物
層と造形ベースプレートとの間で硬化物層を成形するの
で、樹脂液は常に透明プレートもしくは既設硬化物層と
造形ベースプレートとの間隔内で硬化され、従って、造
形槽内に貯留される樹脂の自由液面の性状や樹脂粘度等
の要因を受けることなく、目的とする造形物を成形する
ことができ、造形槽の容量に比例して大きな形状の造形
物を成形できるという利点を有する。

【０００４】上記の上方露光法は、所定量の光硬化性樹
脂が貯留された造形槽内において、光照射装置からの光
を透過する透明プレートと、硬化物層を付着させる造形
ベースプレートとの間隔を、造形する硬化物層の一層分
の厚みに保持し、透明プレートの上方から光を照射して
両プレート間に硬化物層を形成し、次いで造形ベースプ
レートを硬化物層一層分の間隔だけ下降して、既設硬化
物層と透明プレートとの間に次の硬化物層を成形すると
いう手順により、目的とする積層造形物を成形する。

【０００５】また、下方露光法は、所定量の光硬化性樹
脂が貯留された造形槽の底面を透明プレートとし、槽内
に沈めた造形ベースプレートと透明ベースプレートとの
間隔を造形する硬化物層の一層分の厚みに保持して、透
明プレートの下方から光を照射して両プレート間に硬化
物層を形成し、次いで造形ベースプレートを硬化物層一
層分の間隔だけ上昇して、既設硬化物層と透明プレート
との間に次の硬化物層を成形するという手順により、目
的とする積層造形物を成形する。

【０００６】更に、薄液層法は、前記の下方露光法と似
た方法であるが、光硬化性樹脂を貯留する造形槽の容量
を少なくして、常に硬化物層の一層分の厚みに相当する
樹脂を透明プレートの上に供給し、樹脂液面上に接した
造形ベースプレートと底面の透明プレートとの間の樹脂
を光により硬化して、造形ベースプレートを順次一層分
だけ引き上げることにより、目的とする積層造形物を成
形する。

【０００７】

【考案が解決すべき課題】これらの規制液面方式による
光造形法においても、光硬化性樹脂を硬化するための光
源として、紫外線レーザーを用いる場合と半導体レーザ
ーを用いる場合とが考えられるが、これらのレーザー光
の相違による光硬化性樹脂の硬化プロフィールを見る
と、図５ａに示すように、例えば、Ａｒ（アルゴン）レ
ーザー、Ｈｅ−Ｃｄ（ヘリウム−カドミウム）レーザー
等の紫外線レーザーの場合では、硬化深度が浅く、幅ｔ
１に対する深さｈ１の関係は１：０．５から３程度であ
るのに対して、図５ｂに示すように、半導体レーザーの
場合は、硬化深度が深く、幅ｔ２に対する深さｈ２の関
係は１：５０から２００程度もあり、深度ｈ２が５０ｍ
ｍ程度に到達する迄の時間も数秒から十数秒という特徴
をもっている。従って、光硬化性樹脂に対する光束の直
進集束安定性であるとか、適切な硬化深度という面から
みた場合には、半導体レーザーを用いる場合の方が多い
といえる。

【０００８】しかしながら、樹脂の硬化用光源として半
導体レーザーを使用すると、前記のように半導体レーザ
ーは光束の直進集束安定性が良いために、光照射の際に
光エネルギーが、その特性により造形槽内の樹脂を硬化
すると共に、樹脂を貫通して硬化物を付着保持している
造形ベースプレートに迄到達し、この造形ベースプレー
ト面で反射して、反射した光エネルギーが既設硬化物層
や硬化の過程にある樹脂に対して、予期していないよう
な造形形状を発生させるという造形暴走を起こすことが
ある。

【０００９】また、前記の造形暴走という問題以外に
も、造形槽内における硬化を目的としない部分の未硬化
樹脂が前記の反射光エネルギーに直接被曝されたり、あ
るいは前記の被曝された樹脂に近接した部分の樹脂が、
相互に硬化の影響を受けることになって、次の工程にお
いて光エネルギーの照射を受けた際に硬化感度の劣化を
生ずるという造形法としての大きな問題がある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本考案は、造形槽内にお
ける樹脂の自由液面による影響を受けずに硬化物層を成
形できるという利点をもった規制液面方式の光造形法
に、光照射装置の光源として半導体レーザーを用いた場
合における上記のような問題点に鑑み、光照射装置によ
る樹脂透過後の光束あるいは造形物に反射・屈折した光
エネルギーを具合よく吸収できるようにして、造形暴走
や樹脂の劣化を抑止しながら所望の三次元的造形物を成
形することのできる光造形装置を提供しようとするもの
である。

【００１１】本考案の光造形装置は、上記の目的を達成
するための具体的な手段として、底面が透明プレートか
らなる光硬化性樹脂を貯留した樹脂造形槽の下方に、前
記光硬化性樹脂を硬化するための水平及び垂直方向に対
して移動可能な半導体レーザーによる光照射装置を備
え、前記樹脂造形槽の上方には、造形物を積層固着する
ための造形ベースプレートを備えた規制液面方式による
光造形装置において、前記造形ベースプレートに前記半
導体レーザー光を吸収するための吸光面を備えているこ
とを特徴とする。

【００１２】また、本考案の光造形装置の好ましい態様
としては、前記造形ベースプレートとして金属もしくは
セラミックス等の不透過光体を使用した場合には、この
プレートの樹脂接液面側に吸光面としての黒色塗装処理
面が設けられる。また、前記造形ベースプレートとして
ガラス、合成樹脂等の透明もしくは半透明の透過光体を
使用した場合には、このプレートの樹脂接液面側もしく
は樹脂接液面側裏面に吸光面としての黒色塗装処理面が
設けられる。

【００１３】この外、前記造形ベースプレートとして、
ＣＦＲＰ（カーボン・ファイバー・レインフォースド・
プラスチック）、ＣＣ（カーボン・コンポジット）、有
色ガラス・有色プラスチック等のそれ自体が吸光体から
なるものを使用することができる。更に、前記黒色塗装
処理面からなる吸光面、もしくは前記吸光体からなる造
形ベースプレートの吸光面に粗面加工による吸光処理面
を付加するようなものであってもよい。

【００１４】

【作用】この考案に係る光造形装置では、樹脂造形槽内
に配置された造形ベースプレートと造形槽底面の透明プ
レートとの間の光硬化性樹脂に対して、透明プレートを
通して半導体レーザー光を照射し、両プレート間に一層
分の樹脂硬化物層を成形するが、この硬化物層が付着さ
れる造形ベースプレートに黒色塗装もしくは粗面加工に
よる吸光面が設けられているので、硬化物層の成形過程
において樹脂中を透過した半導体レーザーが造形ベース
プレート面で反射することをこの吸光面により的確に抑
制することができ、反射した余剰光線による造形暴走を
確実に防止して、硬化物層を常に安定した精度のある厚
みに成形することができる。

【００１５】

【実施例】次に、本発明に係る光造形装置の構成を、図
面に示した実施例について説明すると、図１に示すよう
に、樹脂造形槽１は、深さのあまり大きくない比較的浅
い皿形で、底面が透明ガラス等の透明プレート２からな
っており、この樹脂造形槽１の下側に、該造形槽内の光
硬化性樹脂３に光エネルギーを照射するための光照射装
置５が、コンピュータ６の制御によってＸ，Ｙ，Ｚ軸方
向に対して移動可能な駆動装置７を介して設けられ、更
に、前記光硬化性樹脂３の液面には、前記コンピュータ
６の制御によって上下方向に移動可能な、造形ベースプ
レート４が配置されている。

【００１６】図３に示すように、前記樹脂造形槽１内の
前記透明プレート２上には、一層分の硬化物層を成形す
るための光硬化性樹脂３が貯留され、前記造形ベースプ
レート４が光硬化性樹脂液面と接するように配置され
て、透明プレート２の下方から前記光照射装置５により
半導体レーザー光８が照射されることで、図３ａに示す
ように、透明プレート２と造形ベースプレート４との間
の、前記半導体レーザー光が照射された部分の光硬化性
樹脂３が硬化されて、一層分の硬化物層９ａが成形され
る。

【００１７】また、前記硬化物層９ａが成形されたの
ち、前記造形ベースプレート４を上方に引き上げて、造
形槽１内に再び一層分の硬化物層を成形するための光硬
化性樹脂３を供給し、次に、図３ｂに示すように、造形
ベースプレート４を前記硬化物層９ａの下面が光硬化性
樹脂３の液面と接触するような位置に下降させ、前記と
同様に透明プレート２の下方から半導体レーザー光８を
照射して、前記既設硬化物層９ａの下面に次の硬化物層
９ｂを積層成形する。

【００１８】前記造形ベースプレート４は、図２に示す
ように、前記半導体レーザー光８の照射によって造形槽
内に乱反射される光エネルギーを吸収するための吸光面
１０を有している。この造形ベースプレート４として、
一般的には、金属やセラミックス等のような不透過光
体、あるいは、ガラスやアクリル系合成樹脂のような透
過光体、もしくは、ＣＦＲＰ（カーボン・ファイバー・
レインフォースド・プラスチック）、ＣＣ（カーボン・
コンポジット）、有色ガラス・有色プラスチック等の吸
光体等が使用される。

【００１９】前記造形ベースプレート４の吸光面１０と
しては、図２ａに示すように、該造形ベースプレート４
が金属やセラミックス等のような不透過光体である場合
は、造形槽１内の光硬化性樹脂３の液面と接する側に、
黒色、好ましくは艶消しの黒色塗装処理面１１が設けら
れる。また、図２ｂに示すように、造形ベースプレート
４がガラスやアクリル系合成樹脂のような透過光体であ
る場合も基本的には、樹脂接液面側に黒または艶消しの
黒色塗装処理面１１が設けられるが、透過光体の場合に
はレーザー光がプレート内を透過するので、図２ｃに示
すように、樹脂接液面側の裏面側に同様の黒色塗装処理
面１１が設けられるようにしてもよい。

【００２０】更に、造形ベースプレート４がＣＦＲＰ
（カーボン・ファイバー・レインフォースド・プラスチ
ック）、ＣＣ（カーボン・コンポジット）、あるいは黒
色などの暗色系の有色ガラス・有色プラスチック等の吸
光体である場合には、図２ｄに示すように、樹脂接液面
側にくもり加工のような粗面加工による吸光処理面１２
が設けられる。この粗面加工を施す場合の目安として
は、ＪＩＳ−Ｂ−０６０１（１９８２）「表面粗さの定
義と表示」による、０．８Ｓから５０Ｓ値による表面処
理が好適に使用される。

【００２１】上記のように、造形ベースプレート４の材
質が不透過光体または透過光体の場合には、吸光面１０
として黒色塗装処理面１１が設けられるので、図４ａお
よび図４ｂに示すように、光照射装置５により下方から
半導体レーザー光８の照射を受けた場合、レーザー光８
はいずれもプレート４の黒色塗装処理面１１に吸収され
て反射が抑制される。

【００２２】また、造形ベースプレート４の材質が有色
ガラス等の吸光体の場合には、図４ｃに示すように、こ
のプレート４だけでも材質自体の特性によってレーザー
光８はプレート内に吸収されるが、このプレート４の樹
脂接液面側に前記のような粗面加工による吸光処理面１
２を施すと、図４ｄに示すように、光が粗面加工による
吸光処理面１２によりプレート４内に拡散されて吸収さ
れることになるので、反射による影響を的確に抑制する
ことができる。

【００２３】

【考案の効果】以上に述べたように、本考案に係る光造
形装置は、造形ベースプレートに光硬化性樹脂を硬化す
るためのレーザー光吸収用吸光面を有しているので、光
束の直進集束安定性がよく、硬化深度の深い半導体レー
ザー光を照射した場合でも、レーザー光が造形ベースプ
レートにより的確に吸収されて、プレートによる光の反
射及び屈折による造形暴走等の造形阻害現象を確実に防
止でき、しかも、硬化に対する樹脂の感度を適切に保持
して、劣化の防止を可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る光造形装置の構成を示す一部欠切
正面斜視図。

【図２】本考案の光造形装置に使用される造形ベースプ
レートの断面図。

【図３】本考案の光造形装置による硬化物層の成形工程
を示す説明図。

【図４】造形ベースプレートによるレーザー光の吸収作
用を示す断面図。

【図５】光照射装置として紫外線レーザーを使用した場
合と半導体レーザーを使用した場合における光硬化性樹
脂の硬化プロフィールの相違を示す説明図。

【符号の説明】

１：樹脂造形槽２：透明プレート３：光硬化性樹脂４：造形ベースプレ
ート５：光照射装置６：コンピュータ７：駆動装置８：半導体レーザー
光９ａ，９ｂ：硬化物層１０：造形ベースプ
レートの吸光面１１：黒色塗装処理面１２：粗面加工によ
る吸光処理面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−141725（ＪＰ，Ａ) 特開平４−349462（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B29C 67/00

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】底面が透明プレートからなる光硬化性樹
脂を貯留した樹脂造形槽の下方に、前記光硬化性樹脂を
硬化するための水平及び垂直方向に対して移動可能な半
導体レーザーによる光照射装置を備え、前記樹脂造形槽
の上方には、造形物を積層固着するための造形ベースプ
レートを備えた規制液面方式による光造形装置におい
て、前記造形ベースプレートに前記半導体レーザー光を
吸収するための吸光面を備えていることを特徴とする光
造形装置。
【請求項２】前記造形ベースプレートが金属もしくは
セラミックス等の不透過光体からなり、吸光面が樹脂接
液面側に設けられた黒色塗装処理面である請求項１の光
造形装置。
【請求項３】前記造形ベースプレートがガラス、合成
樹脂等の透明もしくは半透明の透過光体からなり、吸光
面が樹脂接液面側もしくは樹脂接液面側裏面に設けられ
た、黒色塗装処理面である請求項１の光造形装置。
【請求項４】前記造形ベースプレートがＣＦＲＰ（カ
ーボン・ファイバー・レインフォースド・プラスチッ
ク）、ＣＣ（カーボン・コンポジット）、有色ガラス・
有色プラスチック等の吸光体からなる請求項１の光造形
装置。
【請求項５】吸光面に粗面加工による吸光処理面が施
されている請求項１、請求項２、請求項３いずれかの光
造形装置。