JP3091316B2 - 三次元形状の形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、三次元形状の形成方
法に関し、詳しくは、光の照射によって硬化する光硬化
性樹脂を用いて、立体的な三次元形状を有する物品を成
形製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光硬化性樹脂を用いて三次元形状を形成
する方法は、複雑な三次元形状を、成形型や特別な加工
工具等を用いることなく、簡単かつ正確に形成すること
ができる方法として、各種の製品モデルや立体模型の製
造等に利用することが考えられている。具体的には、例
えば、特開昭６１−１１４８１７号公報や特開昭６３−
１４１７２４号公報、特開昭６０−２４７５１５号公報
などに開示された方法がある。

【０００３】これらの方法で得られた三次元形状の樹脂
成形品には、その表面に未硬化の光硬化性樹脂液が残留
付着している。そこで、樹脂成形品の表面に付着した光
硬化性樹脂液を除去する必要がある。光硬化性樹脂液を
除去するには、有機溶剤などの洗浄液を、樹脂成形品の
表面に噴射して、洗い落とす方法が考えられている。但
し、洗浄液として、光硬化性樹脂を溶解する作用のある
液体を用いた場合には、樹脂成形品の表面が溶解して、
せっかく造形した三次元形状が崩れてしまう問題が起こ
る。そこで、このような問題を解決するため、本願出願
人は、洗浄液として、水を主成分とする液体を用いる方
法を開発し、先に、特願昭６３−２６３７８２号（特開
平２−１１１５２９号公報）として特許出願している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記よう
に、樹脂成形品の表面に洗浄液を噴射して光硬化性樹脂
液を除去する方法では、光硬化性樹脂液が十分に除去で
きないという問題があった。すなわち、樹脂成形品の表
面に残留付着している光硬化性樹脂液は、粘性が大きく
流動性の少ない状態である。特に、樹脂成形品の表面に
近い部分の光硬化性樹脂液は、光照射の作用などである
程度硬化が生じた半硬化状態である。そのため、液体で
洗浄したぐらいでは、光硬化性樹脂液を容易に除去する
ことができないのである。特に、光硬化層を複数層積み
重ねて樹脂成形品を造形するので、各段の光硬化層毎に
極めて微細な段差あるいは凹凸ができるが、この段差や
凹凸の奥あるいは隅に付着した光硬化性樹脂液は、樹脂
成形品の表面に沿って流れる洗浄液では、十分に除去さ
れないのである。

【０００５】また、前記したように、洗浄液としては、
光硬化性樹脂を溶解しないような成分からなるものを用
いなければならないため、三次元形状を形成する光硬化
性樹脂の種類を変えると、洗浄液の配合成分も変える必
要があり、使用する光硬化性樹脂に合わせて洗浄液を用
意しておくのは大変に面倒であった。そこで、この発明
の課題は、前記したような三次元形状の形成方法におい
て、樹脂成形品の表面に残留付着した光硬化性樹脂液を
確実かつ簡単に除去する方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する、こ
の発明にかかる三次元形状の形成方法は、光硬化性樹脂
液に光を照射して光硬化層を形成し、この光硬化層を複
数層積み重ねて所望の三次元形状を形成する方法におい
て、得られた三次元形状樹脂成形品の表面に、微細な固
体粒子を噴き付け、固体粒子を樹脂成形品の表面に食い
込ませて、樹脂成形品の表面に固体粒子の層を形成す
る。

【０００７】基本的な三次元形状の形成方法、すなわ
ち、樹脂液の層を形成したり、光を照射したり、光硬化
層を積み重ねたりする方法もしくは工程、いわゆる造形
工程については、前記した各従来技術に開示されている
ような、通常の三次元形状の形成方法と同様の方法が適
用できる。例えば、光硬化性樹脂液としては、従来の三
次元形状の形成方法でも用いられている各種の光硬化性
樹脂が用いられる。具体的には、ウレタン、ウレタン−
アクリレート、エポキシ、エポキシ−アクリレート系の
光硬化性樹脂などが挙げられる。

【０００８】この発明では、前記のような各種造形方法
で得られ、表面に光硬化性樹脂液が残留付着したままの
樹脂成形品の表面に対して、微細な固体粒子を噴き付け
て、光硬化性樹脂液を除去する。微細な固体粒子として
は、樹脂成形品の表面に噴き付けたときに、その衝撃等
の作用で光硬化性樹脂液を除去することができれば、合
成樹脂などの有機物、あるいは、金属やアルミナなどの
無機物、その他の任意の材料からなる固体粒子を用いる
ことができる。固体粒子の粒径は、樹脂成形品の形状
や、複数層の光硬化層を積み重ねたときに出来る段差の
大きさ、使用する粒子の種類などの各種条件によっても
異なるが、通常、０．０１〜０．２mmφ程度のものが使
用される。固体粒子の噴き付け圧力や噴き付け量、噴き
付け時間などの処理条件は、光硬化性樹脂液の残留付着
量や使用する固体粒子の種類に合わせて設定すればよ
い。

【０００９】微細な固体粒子を噴き付ける手段として
は、粉体塗装その他の用途に利用されている粉体噴射用
のスプレー装置など、通常の噴き付け手段が用いられ
る。また、具体的な噴き付け工程としては、樹脂成形品
を静置した状態で、噴き付け用のスプレーガンを樹脂成
形品の周囲を移動させながら樹脂成形品の表面全体に固
体粒子を噴き付けたり、樹脂成形品の周囲に多数のスプ
レーノズルを配置しておき同時に固体粒子を噴き付けた
り、固定されたスプレー装置に対して樹脂成形品のほう
を動かして表面全体に固体粒子が噴き付けられるように
したりすることができる。その他、一般的な塗装技術や
粉体処理技術における各種技術を組み合わせて適用する
ことができる。

【００１０】樹脂成形品の表面に、上記のような微細な
固体粒子を噴き付けることにより、残留付着した光硬化
性樹脂液が除去されると同時に、微細な固体粒子を樹脂
成形品の表面に食い込ませて、樹脂成形品の表面を微細
な固体粒子の層で覆うことができる。この場合には、固
体粒子の材料として、樹脂成形品の表面の特性を向上さ
せるなどの機能を有する材料を用いるのが好ましい。

【００１１】微細な固体粒子として、成形用樹脂からな
る固体粒子を用いれば、樹脂成形品の表面に、上記樹脂
粒子の層を形成することができる。この樹脂粒子の層
を、紫外線硬化や熱硬化により、溶融硬化させれば、樹
脂粒子が一体硬化した被覆層を樹脂成形品の表面に形成
することができる。この被覆膜により、樹脂成形品の表
面粗さを改善したり、樹脂成形品の表面特性、例えば、
硬度や引張強度、曲げ強度などの機械的性質を改善する
ことができる。

【００１２】微細な固体粒子として、三次元形状の形成
に用いた光硬化性樹脂と同じ樹脂から得られた固体粒子
を用いて、樹脂成形品の表面に、この樹脂粒子の層を形
成させた後、樹脂成形品の一括硬化工程で、紫外線露光
などで樹脂成形品とともに樹脂粒子の層を溶融硬化させ
て、樹脂成形品と被覆層を一体化させることができる。

【００１３】微細な固体粒子として、金属やセラミック
などの無機物を用いれば、樹脂成形品の材料となる光硬
化性樹脂とは全く異なる特性を、樹脂成形品の表面に付
与することができる。但し、無機物粒子の場合には、紫
外線硬化や熱硬化で溶融させて、滑らかな膜状の被覆層
を形成させることは難しい。

【００１４】

【作用】樹脂成形品の表面に、微細な固体粒子を噴き付
ければ、樹脂成形品の表面に残留付着している光硬化性
樹脂液は、固体粒子の衝突による衝撃などの作用で、樹
脂成形品の表面から脱落して除去される。微細な固体粒
子は、噴き付け時に与えられた大きな運動エネルギーを
もって、樹脂成形品の表面の細かな凹凸や段差の奥まで
到達することができるので、このような凹凸や段差の奥
に溜まった光硬化性樹脂液までもが、確実に除去される
ことになる。

【００１５】その結果、従来の洗浄液による光硬化性樹
脂液の除去に比べて、はるかに効率良く迅速に光硬化性
樹脂液の除去が行えることになる。固体粒子であれば、
洗浄液と違って、樹脂成形品を溶解させる心配はないの
で、樹脂成形品に合わせて洗浄液の成分を考慮するよう
な、面倒な手間が必要なくなる。

【００１６】つぎに、樹脂成形品の表面に微細な固体粒
子を噴き付けたときに、固体粒子を樹脂成形品の表面に
食い込ませて、樹脂成形品の表面に固体粒子の層を形成
させることができる。これは、造形された段階での樹脂
成形品は、完全には光硬化されておらず、いまだ柔らか
い状態であるので、この樹脂成形品の表面に、ある程度
以上の噴き付け圧力で固体粒子を噴き付ければ、固体粒
子が樹脂成形品の表面に食い込んで、固体粒子が並んだ
薄い層を形成することになるのである。樹脂成形品の表
面に固体粒子が食い込んだところは、つぎに別の固体粒
子がぶつかっても、この固体粒子は跳ね返されることに
なるので、樹脂成形品の表面には、固体粒子が単層で並
ぶか、わずかな数の固体粒子が重なった状態で並ぶかす
るだけであり、非常に薄く均一な固体粒子の層を形成す
ることができる。

【００１７】このように樹脂成形品の表面に層を構成す
る固体粒子の材料を、有機物あるいは無機物の中から適
当に選択すれば、樹脂成形品の表面特性を自由に調整す
ることができ、通常の光硬化性樹脂のみからなる樹脂成
形品では得られない、優れた機能や特性を発揮すること
が可能になる。微細な固体粒子が、成形用樹脂からなる
固体粒子など、紫外線や熱で溶融硬化させることのでき
る材料であれば、樹脂成形品の表面に形成された固体粒
子の層を、溶融硬化させることによって、個々の固体粒
子が全て溶融一体化するので、樹脂成形品の表面に非常
に滑らかな被覆層を形成することかできる。前記したよ
うに、樹脂成形品の表面に食い込んで形成された固体粒
子の層は、非常に薄く均一な層であるから、このような
固体粒子の層を、溶融硬化させて得られる被覆層も、き
わめて薄く均一な層となる。

【００１８】樹脂成形品の表面に被覆層を構成する固体
粒子が、樹脂成形品を作製した光硬化性樹脂と同じ樹脂
からなるものであれば、樹脂成形品と被覆層とが完全に
一体化して、全体がひとつの樹脂成形品になるととも
に、その表面をきわめて平滑なものとすることができ
る。その結果、従来における三次元形状の形成方法で
は、どうしても、積み重ねられた光硬化層毎の段差や凹
凸が樹脂成形品の表面に生じて、樹脂成形品の表面特性
を損なっていたという問題を解消することができる。

【００１９】

【実施例】ついで、この発明の実施例について図面を参
照しながら以下に説明する。図２は、三次元形状の形成
方法の具体例を表している。樹脂液槽６に光硬化性樹脂
液１を溜めておく。樹脂液槽６内には、昇降自在な成形
台３が備えられている。成形台３を、樹脂液１の液面よ
りわずか下に配置した状態で、樹脂液１の上方からレー
ザ光７を照射し、成形台３と液面の間の樹脂液層２を光
硬化させる。レーザ光７を水平方向に走査して、所定パ
ターンを有する光硬化層５が形成される。図３に示すよ
うに、光硬化層５は、レーザ光７の走査経路にしたがっ
て断面逆台形の畝状の光硬化部分が連なった形で形成さ
れ、光硬化層５の外縁部分には、上下の光硬化層５毎
に、わずかな段差あるいは凹凸が形成されることにな
る。１層分の光硬化層５が形成されれば、成形台３を少
し沈め、光硬化層５と液面の間に樹脂液１を供給して、
新たな樹脂液層２を形成する。このような工程を順次繰
り返すことによって、成形台３の上に、複数層の光硬化
層５が積み重ねられて、所望の三次元形状を有する樹脂
成形品Ｍが作製される。但し、この発明では、上記した
方法以外にも、従来採用されていた既知の造形方法が、
自由に適用できることは前記したとおりである。

【００２０】図４に示すように、樹脂液槽６から引き上
げられた樹脂成形品Ｍには、その表面に、光硬化性樹脂
液が残留付着して光硬化性樹脂液の層１２を形成してい
る。この光硬化性樹脂液層１２は、光硬化性樹脂液の粘
性や流動性等の性質と、樹脂成形品Ｍの表面形状との関
係で、場所によって厚みが違ったり、表面に流れ模様が
生じていたりする。

【００２１】図１に示すように、上記のように、光硬化
性樹脂液の残留付着層１２が形成された樹脂成形品Ｍに
対して、表面に微細な固体粒子８が噴き付けられる。そ
うすると、微細な固体粒子８の衝突によって、光硬化性
樹脂液の残留付着層１２が脱落除去される。微細な固体
粒子８は、樹脂成形品Ｍの、凹んだところや奥まったと
ころにも届くように噴き付けられる。なお、この実施例
では、固体粒子８には、成形用樹脂を用いた。

【００２２】図５に示すように、樹脂成形品Ｍの表面に
噴き付けられた微細な固体粒子８を、樹脂成形品Ｍの表
面に食い込ませて、樹脂成形品Ｍの表面に固体粒子８の
層を形成させる。固体粒子８の層は、樹脂成形品Ｍの表
面に、ほぼ１個づつの固体粒子８が並んだ状態で形成さ
れている。このように、固体粒子８の層が形成された樹
脂成形品Ｍに対して、一括硬化工程、いわゆるアフター
キュアを行う。前記したようなレーザ光７の走査露光に
よって光硬化された樹脂成形品Ｍは、全体が完全には硬
化しておらず、また、積み重ねた光硬化層５の間には未
硬化あるいは半硬化状態の光硬化性樹脂も残っている。
そこで、樹脂成形品Ｍ全体を、紫外線ランプで露光した
り、加熱したりして、樹脂成形品Ｍ全体を完全に硬化さ
せる工程、すなわち一括硬化工程を行うのである。

【００２３】一括硬化工程を行うと、図６に示すよう
に、樹脂成形品Ｍが完全硬化すると同時に、樹脂成形品
Ｍの表面に形成されていた、成形用樹脂からなる固体粒
子８の層が、溶融硬化して、個々の固体粒子８がつなが
って一体化された樹脂被覆層８８を形成する。この樹脂
被覆層８８は、固体粒子８の粒径に応じた、きわめて薄
い層であるとともに、その表面は平滑であり、光硬化層
５毎の段差や凹凸を、滑らかに覆って平坦化することに
なる。なお、このように、固体粒子８の層を溶融硬化さ
せて樹脂被覆層８８を形成させる場合は、一括硬化工程
における処理条件を、樹脂成形品Ｍの完全硬化が行える
だけでなく、固体粒子８の溶融硬化に適当な加熱温度な
どに設定しておく必要がある。

【００２４】つぎに、固体粒子８として、樹脂成形品Ｍ
と同じ光硬化性樹脂を用いる場合について説明する。図
７は、固体粒子８の製造方法を表している。図７(a) に
示すように、樹脂成形品Ｍを作製するのに用いた光硬化
性樹脂液１と同じ樹脂からなる一定量の光硬化性樹脂液
８０に光７０を照射して全体を光硬化させる。この場合
の光７０は、光硬化性樹脂液８０全体を光硬化できれば
よいので、レーザ光のように厳密に制御された光でなく
てもよい。

【００２５】図７(b) に示すように、光硬化性樹脂液８
０が光硬化した硬化体８２が得られた後、図７(c) に示
すように、硬化体８２を微粉化して、光硬化性樹脂の微
細な固体粒子８を得る。この固体粒子８を用いて、前記
図５や図６に示すように、樹脂成形品Ｍへの固体粒子８
の噴き付け、樹脂成形品Ｍの表面に形成された固体粒子
８の層の溶融硬化を行えば、樹脂成形品Ｍの表面には、
樹脂成形品Ｍの材料と同じ光硬化性樹脂からなる樹脂被
覆層８２が形成されることになる。この場合は、樹脂成
形品Ｍと樹脂被覆層８２が一体化して、全体が均一な構
造となる。また、一括硬化工程では、紫外線の透過率な
どの条件は、樹脂被覆層８２も樹脂成形品Ｍも同じなの
で、樹脂成形品Ｍのみを一括硬化させるときと同じ条件
で露光や加熱を行うことができる。

【００２６】

【発明の効果】以上に述べた、この発明にかかる三次元
形状の形成方法によれば、従来の洗浄液のかわりに、微
細な固体粒子を噴き付けて、樹脂成形品の表面に残留付
着した光硬化性樹脂液を除去することにより、樹脂成形
品の細かな凹凸構造の内部まで、確実かつ迅速に光硬化
性樹脂液を除去することが可能になる。

【００２７】その結果、外形精度が高く、表面性状も良
好な樹脂成形品が得られ、樹脂成形品に対する以後の工
程も行う易くなるなど、三次元形状の形成方法の品質向
上および作業能率の向上に大きく貢献することができ
る。特に、この発明では、樹脂成形品の表面に噴き付け
た微細な固体粒子を、樹脂成形品の表面に食い込ませ
て、樹脂成形品の表面に固体粒子の層を形成させること
により、樹脂成形品の表面特性の改善を図ることができ
る。

【００２８】さらに、樹脂成形品の表面に形成した固体
粒子の層を、溶融硬化させて、固体粒子が一体化された
被覆層を形成することにより、樹脂成形品の表面を滑ら
かな被覆層で完全に覆うことができ、樹脂成形品の表面
特性の改善をより進めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施例のうち、固体粒子の噴き付
け工程を表す側面図

【図２】 三次元形状の造形工程を表す概略断面図

【図３】 図２の状態における要部の拡大断面図

【図４】 造形工程を終えた樹脂成形品の要部拡大断面
図

【図５】 図１の状態におけるＡ部の拡大断面図

【図６】 固体粒子の層から被覆層を形成した状態の拡
大断面図

【図７】 固体粒子の作製工程を順次表す概略説明図

【符号の説明】

１２ 光硬化性樹脂液の残留付着層 ５ 光硬化層 ８ 固体粒子 Ｍ 樹脂形成品

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−111529（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−238022（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−80430（ＪＰ，Ｕ) 小林昭著、工業技術全書「プラスチッ クの加工法」誠文堂新光社、（昭29−４ −20）、ｐ．117−118 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 67/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光硬化性樹脂液に光を照射して光硬化層
   を形成し、この光硬化層を複数層積み重ねて所望の三次
   元形状を形成する方法において、得られた三次元形状樹
   脂成形品の表面に、微細な固体粒子を噴き付け、固体粒
   子を樹脂成形品の表面に食い込ませて、樹脂成形品の表
   面に固体粒子の層を形成することを特徴とする三次元形
   状の形成方法。
2. 【請求項２】 請求項１の方法において、微細な固体粒
   子として、有機物粒子を用いる三次元形状の形成方法。
3. 【請求項３】 請求項１の方法において、微細な固体粒
   子として、三次元形状の形成に用いた光硬化性樹脂と同
   じ樹脂から得られた固体粒子を用いる三次元形状の形成
   方法。
4. 【請求項４】 請求項１の方法において、微細な固体粒
   子として、無機物粒子を用いる三次元形状の形成方法。