JP3352165B2 - 光造形装置における液面均し方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、液状の光硬化性樹
脂にレーザ光を照射したときの光化学硬化反応によっ
て、立体物を精度良く製作する光造形装置における液面
均し方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から液状の光硬化性樹脂にレーザ光
を照射し、照射した部分の樹脂を逐次に硬化させて所望
形状の立体物を作製する技術が知られている。この技術
は、例えば、図７乃至図１０に示したようなものであ
る。先ず、液状の光硬化性樹脂１を満たした容器２の液
面下ｄの深さにテーブル３をセットしておき、このテー
ブル３上に樹脂液を存在させておく。この樹脂液の深さ
ｄは、ＣＡＤシステム上で設計した立体形状を水平方向
に等間隔に切断した断面図形のスライス間隔と同一値で
ある。

【０００３】次に、この状態で前記断面図形のデータの
中で最下層のものを取り出し、図８に示したようにその
形状に沿ってレーザ光４を液面５に照射すると、その照
射部分で深さｄの液層が固化してワークＷ１が形成され
る。次いで、図９に示したようにテーブル３を深さｄだ
け降ろし、ワークＷ１を液中に沈降させると、その上に
未硬化の樹脂液が深さｄだけ形成される。そこで再びＣ
ＡＤシステムの断面図形のデータの中から前記最下層の
次の層を取り出し、図１０に示したようにレーザ光４に
よる照射を行なう。第２層のワークＷ２は、前記第１層
のワークＷ１上に積層されて接合される。このようにし
て、第３層、第４層と全断面図形のデータに対して上記
作業を繰り返し、全体のデータに対する積層固化が終了
した後、テーブル３を液面５上に上昇させることで立体
物を取り出すことができる。

【０００４】ところで、レーザ光４の１回の照射で固化
される液層ｄの深さは約０．１〜０．５ｍｍときわめて
微少である。従って、テーブル３を降下した時にワーク
上に形成される未硬化の樹脂液の深さｄも同じく０．１
〜０．５ｍｍと極めて微少であり、しかもこれに用いら
れる光硬化樹脂液１は適度の粘性を有している。そのた
めに、図１１に示したように、テーブルを１層分降下し
て未硬化の樹脂液をワークＷ上に形成しようとしたとき
に、ワークＷの端部と液面５との間に表面張力が生じて
凹凸部８が生じ易く、その部分だけワークＷ上に未硬化
の樹脂液が流れ込まずに、液面５の平滑性が損なわれる
といった問題があった。

【０００５】そこで、従来にあってはこのような問題点
を解決するために、例えば図１１に示したように、液面
５上にへら９を配設しておき、テーブルを下げた時に液
面５に沿ってへら９を移動させ、へら９の先端部で液面
５を掻き乱すことによって表面張力を弱め、液面５の平
滑性を得るようにしたものがあった（特開平１−１１５
６２０号公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようにへら９の先端部で液面５を均す方法では、へら９
の先端部と光硬化性樹脂１との接触面積が大きくなり、
その分、へら９を移動させたときの先端部での抵抗も大
きくなる。それ故、液面に対するへら９の高さ位置を厳
密に調整しないとワークＷの上面をへら９の先端部で傷
付けてしまう虞れがあり、またへら９の先端部には光硬
化性樹脂が付着し易いといった問題があった。

【０００７】そこで、本発明は液面を均す際の光硬化性
樹脂との接触面積を少なくし、両者間の抵抗を小さくす
ることで液面に対する高さ位置調整を容易に行えるよう
にすると共に、光硬化性樹脂が付着しにくいようにして
ワークを傷付けることなく素早く且つ確実に液面を均す
ことのできる液面均し具を提供することを目的としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明に係る液面
均し方法は、上記技術的課題を解決するために、容器中
に収容された光硬化性樹脂溶液の液面にレーザ光を照射
して樹脂液を硬化させる工程と、この硬化したワークを
光硬化性樹脂溶液中に僅かに沈降させワーク上に未硬化
の樹脂液を形成する工程とを繰り返しながら所望形状の
立体物を作製する方法において、前記硬化したワークを
光硬化性樹脂溶液中に僅かに沈降させる際に、ワークの
端部と未硬化の樹脂液との間に生じた表面張力によって
ワーク上に未硬化の樹脂液が流れ難くなるのを、容器の
両側に張り渡した緊張線を液面に沿って移動させ、液面
を切るように進ませることで流れ易くしたことを特徴と
する。

【０００９】

【作用】上述の手段によれば、テーブルを僅かに下げて
ワーク上に未硬化の樹脂液を形成する際、緊張線を液面
に沿って平行移動させる。すると、緊張線は樹脂液を切
るようにして進み、ワークの端部に生じた表面張力部を
切り崩す。その結果、液面の表面張力が低下して樹脂液
の流動性が良くなり、ワーク上に未硬化の樹脂液が素早
く形成されて液面の平滑性が保たれる。

【００１０】

【発明の実施の形態】 以下添付図面に基づいて本発明の
実施の態様を詳細に説明する。図１は本発明の液面均し
方法を実施するための光造形装置の概略図である。この
図において、符号２は液状の光硬化性樹脂１を収容する
容器、３は容器２内を昇降動するテーブル、Ｗはテーブ
ル３上に作られたワークである。テーブル３の昇降動は
Ｚ軸移動台１０によって制御され、また容器２の左右お
よび前後方向の移動はＸ軸移動台１１およびＹ軸移動台
１２によってそれぞれ制御されている。ＣＡＤシステム
上で設計したＣＡＤデータ１３はパソコン１４を介して
次々に取り出され、そのデータに基づいて光照射手段１
５からのレーザ光４によって光硬化性樹脂１の液面５上
に照射される。

【００１１】図２および図３は、上述の容器２上に配置
された液面均し具２０を具体的に示したものである。こ
の実施例において、容器２はステンレス製の箱形容器か
らなり、長方形の平面形状をしている。また、容器２の
周縁上部は２重壁構造になっていて、内周壁２１と外周
壁２２との間に容器２内から溢れ出た光硬化性樹脂１を
溜めるためのドリップ溝２３が全周に亘って設けられて
いる。なお、内周壁２１の上面２４は外周壁２２の上面
２５よりやや高くなっている。また、ドリップ溝２３の
底面には外部に連通する液抜孔２７が設けられており、
外部に溢れでた光硬化性樹脂１は注入管２８に戻され、
その先端部から再び容器２内に補充される。

【００１２】一方、容器２上に配置される液面均し具２
０は、長方形の平面形状をなす容器２の長辺側の左右外
周壁２２ａ，２２ｂ間に掛け渡されたバー材３０と、こ
のバー材３０の両端部から前記各外周壁２２ａ，２２ｂ
の下方側に回り込む一対のスライドアーム３１ａ，３１
ｂと、前記バー材３０の下面側でその長手方向に沿って
張り渡された金属線３２とを備える。また、容器２の左
右外周壁２２ａ，２２ｂの下部には上記スライドアーム
３１ａ，３１ｂをガイドするためのスライドレール３３
ａ，３３ｂが配設されている。

【００１３】更に、前記バー材３０の下面には両端部の
近傍、詳細にはドリップ溝２３上の位置にそれぞれ段差
３４ａ，３４ｂが設けられており、容器２の内周壁２１
の上面２４とバー材３０の端部側の下面３５とが同一平
面をなし、また中央側の下面３６と内周壁２１の上面２
４との間には隙間が形成されている。従って、バー材３
０の下面３５，３６は容器２の内周壁２１および外周壁
２２のいずれの上面２４，２５にも接触していない。な
お、バー材３０の中央部には上下方向に貫通する長孔３
７が開設されており、バー材３０の下面側に張り渡した
金属線３２をバー材３０の上から確認できるようになっ
ている。

【００１４】金属線３２は、前述したようにバー材３０
の下面側に張り渡されるが、その端部はバー材３０の端
部側の下面３５に接するようにしてバー材３０の上面側
に回り込んだ後にねじ３８ａ，３８ｂで固定される。な
お、金属線３２の一方側の端部はねじ３８ａとの間にば
ね３９を介して固定されることで、金属線３２に適度の
緊張状態を保持させることができる。そうすることで、
金属線３２はバー材３０が容器２上をスライドするのに
伴って容器２の長手方向に移動するが、その際金属線３
２の両端部は、容器２の内周壁２１の上面２４上を滑り
ながら動く。即ち、金属線３２は容器２内に光硬化性樹
脂１が一杯に満たされている時には、光硬化性樹脂１の
液面５を切るようにして移動することになる。なお、液
面５に対する金属線３２の位置は、上述のものには限定
されず、例えば、図４に示したように、バー材３０の中
央側の下面３６から下方に一対のピン４０ａ，４０ｂを
液中に突出させ、そのピン４０ａ，４０ｂの先端に金属
線３２を張り渡すことで、光硬化性樹脂１の液中を移動
させてもよい。

【００１５】本発明に用いられる金属線３２の種類とし
ては、ピアノ線やステンレス線、タングステン線などが
ある。また、金属線３２の線径やバー材３０の下面に配
設される本数、更には複数本の金属線３２を配置する時
の縦・横の方向性や金属線３２同士の隙間などは特に限
定されるものではなく、特に光硬化性樹脂１の粘性など
によって最適なものを選択する必要がある。

【００１６】また、本発明では液面均し具２０を作動さ
せる際に金属線３２を瞬時に加熱し、その状態で液面５
を均すようにしてもよい。これは金属線３２を加熱する
ことでこの金属線３２に触れた光硬化性樹脂１を局所的
且つ一時的に加熱することができるために、加熱を原因
とする光硬化性樹脂１の劣化を極力防ぐことができる一
方で、加熱による光硬化性樹脂１の液粘性の低下を期待
することができる。その結果、光硬化性樹脂１の液面５
での表面張力が低下し、金属線３２を移動させた時に液
面５を一段と均し易くなるといった効果がある。

【００１７】この実施例で使われる光硬化性樹脂１とし
ては、例えば変形ポリウレタン、メタクリレート、ウレ
タンアクリレート、エキポシアクリレート、感光性ポリ
イミド、アミノアルキドなどがある。そして、使用する
際にはこれらの樹脂を一種もしくは二種以上を混合して
用いる。また、光硬化性樹脂１だけでなく、この中にセ
ラミックスやチタン等の粉末体や炭素繊維などを混合し
てもよく、その場合には複合素材の造形が可能となる。

【００１８】次に、上記構成からなる液面均し具２０の
作用を図５及び図６に基づいて説明する。先ず、ＣＡＤ
システム上で設計した立体形状の断面図形データに基づ
いて光硬化性樹脂１の液面５をレーザ光４で照射する
が、その間液面均し具２０は、容器２の一側に待機させ
ておく。そして、上記レーザ光４の照射によってテーブ
ル３上にワークＷを形成したのち、テーブル３を深さｄ
だけ降ろしてワークＷを液中に沈降させる。このとき、
図６に示したように、ワークＷの上面と液面５との間に
は高さｄの段差ができるが、前述したように、ワークＷ
の端部と液面５との間に発生する表面張力によってワー
クＷの上面に凹凸部８が形成され、この凹凸部８内への
樹脂の流入が妨げられる。

【００１９】液面均し具２０の作動は、注入管２８から
液面５上に滴下される光硬化性樹脂１の補充と一緒に行
われる。図６に示したように、光硬化性樹脂１の補充に
よってワークＷ上にも補充液１ａが満たされるが、前述
した表面張力の影響によって平滑な液面５にはならな
い。このような液面５に対して、液面均し具２０は、ス
ライドアーム３１ａ，３１ｂが容器２のスライドレール
３３ａ，３３ｂにガイドされることでバー材３０が容器
２の液面５上を水平方向にスライドし、これに伴って金
属線３２が液面５を切るようにして移動していく。即
ち、容器２内の光硬化性樹脂１は前述のように液面５上
に補充されることによって容器一杯に満たされ、且つ表
面張力によって容器２の内周壁２１の上面２４より多少
盛り上がっているが、金属線３２が前記内周壁２１の上
面２４上を滑るようにしてスライドしていくために、金
属線３２が内周壁２１の上面２４より盛り上がっている
部分を切り崩しながら進むことになる。その結果、樹脂
液がワークＷ上に流れ易くなって凹凸部８に流れ込み、
平滑な液面５が形成されることになる。

【００２０】なお、図４に示したように、金属線３２を
光硬化性樹脂１の液面下に設定してある場合でも、液面
５から浅い位置であれば前述と同様に表面張力を低減す
る効果がある。このように、光硬化性樹脂１の表面張力
を崩すことで、樹脂液の表面活性が促されて流動性が良
くなり、ワークＷの上面に光硬化性樹脂１が素早く流れ
込んでワークＷに形成された凸凹部８を完全に覆い尽く
して、平滑な液面５を形成する。また、金属線３２が細
いために光硬化性樹脂１との間の抵抗が小さく、金属線
３２が移動する際に液面５が掻き乱されるといったこと
が殆どない。更に、金属線３２と光硬化性樹脂１との接
触面積も小さいために、金属線３２の回りに光硬化性樹
脂１が付着しにくいといった効果がある。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る光造
形装置における液面均し方法によれば、容器の両側に張
り渡した緊張線を液面に沿って移動させ、液面を切るよ
うに進ませることで、ワーク上に未硬化の樹脂液が流れ
易くなった。また、液面を均す際に液面を掻き乱すとい
ったことがないので、結果的に液面に対する緊張線の高
さ位置調整が容易となる。また、緊張線は液面を均す際
に光硬化性樹脂との接触面積が少なくて済み、緊張線に
光硬化性樹脂が付着しにくいので、粘性の大きな樹脂で
あっても平滑な液面を安定的に確保することができると
いった効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】光造形装置の一例を示す概略図である。

【図２】本発明に係る液面均し具の一実施例を示す斜視
図である。

【図３】上記図２におけるＡ−Ａ線断面図である。

【図４】液面均し具の他の実施例を示す図３と同様の断
面図である。

【図５】液面均し具を待機させている状態を示す断面図
である。

【図６】液面均し具を作動させている状態を示す断面図
である。

【図７】光造形の第１手順を示すテーブルをセットした
時の断面図である。

【図８】光造形の第２手順を示す第１層のレーザ照射の
断面図である。

【図９】光造形の第３手順を示すテーブルを樹脂液中に
下げた時の断面図である。

【図１０】光造形の第４手順を示す第２層のレーザ照射
の断面図である。

【図１１】従来の液面均し具の一例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

Ｗ ワーク １ 光硬化性樹脂 ２ 容器 ３ テーブル ４ レーザ光 ５ 液面 １０ Ｚ軸移動台（ワーク昇降手段） ２０ 液面均し具 ３２ 金属線（緊張線）

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器中に収容された光硬化性樹脂溶液の
   液面にレーザ光を照射して樹脂液を硬化させる工程と、
   この硬化したワークを光硬化性樹脂溶液中に僅かに沈降
   させワーク上に未硬化の樹脂液を形成する工程とを繰り
   返しながら所望形状の立体物を作製する方法において、 前記硬化したワークを光硬化性樹脂溶液中に僅かに沈降
   させる際に、ワークの端部と未硬化の樹脂液との間に生
   じた表面張力によってワーク上に未硬化の樹脂液が流れ
   難くなるのを、容器の両側に張り渡した緊張線を液面に
   沿って移動させ、液面を切るように進ませることで流れ
   易くしたことを特徴とする光造形装置における液面均し
   方法。
2. 【請求項２】 前記緊張線は液面に沿って移動する際に
   加熱してあることを特徴とする請求項１記載の光造形装
   置における液面均し方法。