JP3441241B2 - 改良されたリコ−タを有する光硬化造形装置および改良されたリコ−トプロセスを有する光硬化造形方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光硬化造形装置に関し、
特に硬化層上面を未硬化の光硬化性液で被覆（コ−ト）
するために液面に沿って走行させるリコ−タに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばＣＡＤシステムで設計された３次
元形状などのように、実存していない３次元形状を備え
た立体物を造形するために光硬化造形装置が開発されて
いる。この光硬化造形装置は、第１工程として、液面の
任意の位置に光を照射して一つの断面に相当する硬化層
を造形する。第２工程として、硬化層を沈降させる。そ
して、第３工程として、硬化層の上面を未硬化の光硬化
性液で被覆（コ−ト）する。この第１〜第３工程を１つ
のサイクルとし、多数回繰返すと、硬化層が積層されて
一体化された３次元物体が造形される。この技術は、特
開昭５６−１４４４７８号公報や米国特許第２，７７
５，７５８号明細書に記載されている。

【０００３】このような光硬化造形装置において、硬化
層の一回あたりの沈降量が大きいと、硬化層を沈降させ
るだけで周囲から未硬化液が硬化層上に導入される。し
かしながら、１回あたりの沈降量が小さいと、未硬化液
の粘性ないしは表面張力によって硬化層を沈降させるだ
けでは硬化層上に未硬化液が導入されなくなる。あるい
は、硬化層上に未硬化液が導入されるのに長時間を要す
ることもある。そこで、第３工程を実現するために、あ
るいは第３工程を促進するために各種の提案がなされて
いる。米国特許第４，５７５，３３０号明細書には、硬
化層を一旦大きく沈降させることによって硬化層上に未
硬化液を導入し、ついで硬化層を上昇させることによっ
て未硬化液の厚みを減少させる技術が記載されている。
しかしながら、この技術によると、硬化層の下降・上昇
によって液面が波立ってしまい、液面が平静になるまで
に時間を要するため、リコ−ト時間を短縮化することが
難しい。

【０００４】このような問題点を解決するために、硬化
層を沈降させた後、硬化層上をリコ−タを走行させるこ
とによってリコ−タの全面で未硬化液を押し出し、これ
によって未硬化液を硬化層上に導入する技術が開発され
ている。リコ−タを用いた光硬化造形装置の一実施例の
全体構成図を図４に示す。図４において、１０は液槽で
あり、光照射を受けると硬化する性質を有する光硬化性
液１２が満たされている。この液槽１０には、上縁から
オ−バ−フロ−する光硬化性液を回収し、回収液を再度
液槽１０に戻す図示しない循環装置が布設されており、
液位が常時上縁に一致するレベルに保たれる。液槽１０
の近傍には、光硬化性液１２を硬化させる波長のレ−ザ
光を射出するレ−ザ発振器２が配置されている。レ−ザ
発振器２から射出されたレ−ザ光は、液槽１０上に配置
されているガルバノミラ−３に入射される。ガルバノミ
ラ−３は、ミラ−角度を変えることによってレ−ザ光を
液面の任意の位置に指向させることができる。液層１０
の中には、昇降装置４により液槽１０の中を昇降可能な
昇降台１１が液面と平行に配置されている。また、走行
装置５により液槽１０の上縁（すなわち液面）に沿って
走行可能なリコ−タ１４が配置されている。レ−ザ発振
器２、ガルバノミラ−３、駆動機構４および５は、コン
トロ−ラ１により制御される。なお、液位を一定に保つ
方法、あるいはレ−ザ光で照射する方法にはこの他種々
の方法がある。リコ−タとしては、特開昭６１−１１４
８１８号公報に記載されているような平滑板を用いたも
のが知られている。これを図５に示す。また、特開平３
−２４６０２５号公報に記載されているようなブラシを
用いたものも知られている。これを図６に示す。いずれ
の場合も、リコ−タＤの下面Ａと硬化層上面Ｂとの間の
間隙に未硬化液が進入してゆく現象（吸入作用Ｇ）、リ
コ−タＤの走行により未硬化液がリコ−タ下面Ａとの間
の粘性抵抗によってひきずられる現象（ひきずり作用
Ｆ）によって未硬化液が硬化層上面に導入される。しか
しながら、この方式によると、十分な量の未硬化液を硬
化層上面に導入することが難しく、硬化層が大きく広が
っているとリコ−トされない部分、すなわちリコ−ト残
り面が発生する。これを防止しようとすると、平滑板あ
るいはブラシを何往復もさせなくてはならず、やはりリ
コ−トに時間を要してしまう。

【０００５】このような問題点を解決するために、リコ
−タＤの下面に凹部を設ける技術が開発されている。こ
れを図７に示す。このようなリコ−タを用いると、リコ
−タの凹部に未硬化液が貯留されることになり、吸入作
用（Ｇ）とひきずり作用（Ｆ）の他、リコ−タ下面Ａと
硬化層上面Ｂとの間の間隙に貯留された貯留分が減少す
る作用（Ｊ）によっても未硬化液が硬化層上面に導入さ
れるので、多量の未硬化液を硬化層上面Ｂに導入するこ
とができる。なお、図７において、リコ−タＤの両外側
面Ｄ１、Ｄ２の下端を下に向かうほど外方に拡げている
のは、リコ−タＤの外側面Ｄ、Ｄ２で発生する毛細管現
象に類似する吸引現象を抑制することによってリコ−タ
走行直後の液面に波が発生するのを効果的に抑制し、均
一の厚みでリコ−トできるようにするためである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな下面に凹部を有するリコ−タを用いても、光硬化性
液の粘度が高くなるとリコ−タの凹部内の貯留分が減少
し、また、凹部内に未硬化液が補充されるのに時間を要
するため、リコ−トに要する時間が長くなる。そこで、
本発明は、リコ−タの凹部内への未硬化液の補充のため
の時間を短縮できるリコ−タを備えた光硬化造形装置を
提供することを目的とする。また、本発明は、リコ−タ
の凹部内への未硬化液の補充のための時間を短縮できる
リコ−ト工程を備えた光硬化造形方法を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第１発明は、光硬化性液の液面の任意の位置に光を
照射する光照射手段と、光照射によって硬化した層を沈
降させる沈降手段と、沈降した硬化層上を走査して前記
硬化層上面を未硬化液で被覆するリコ−タとを備えた光
硬化造形装置において、前記リコ−タを、前記硬化層上
面と対向する下面に形成された凹部および前記凹部内に
設けられた可動部材とにより構成する。また、第２発明
は、光硬化性液の液面の任意の位置に光を照射して硬化
層を形成する第１工程と、前記硬化層を沈降させる第２
工程と、前記硬化層上をリコ−タにより走査して前記硬
化層の上面を未硬化液で被覆する第３工程を複数回繰り
返して３次元物体を造形する光硬化造形方法において、
前記第３工程に、さらに、前記リコ−タの前記硬化層上
面に対抗する下面に形成された凹部内の可動部材を下降
させて前記可動部材に前記未硬化液を付着させる工程
と、前記未硬化液が付着された可動部材を上昇させる工
程とを設ける。

【０００８】

【作用】リコ−タによって硬化層上面を走査した後、リ
コ−タの凹部内の可動部材を下降させて可動部材を未硬
化液に付着させる。次いで、可動プレ−トを上昇させる
と、可動プレ−トに未硬化液が追随するためリコ−タの
凹部内に未硬化液が補充される。これにより、粘性の高
い光硬化性液であってもリコ−タの凹部内への未硬化液
の補充を短時間に行うことができる。

【０００９】

【実施例】以下に、図１、図２、図３を用いて本発明の
一実施例を説明する。図１、図２、図３において、４０
はリコ−タの走行方向両端に配置されたブレ−ドであ
り、保持部４２にインロ−により取り付けられている。
保持部４２には、可動プレ−ト４３が取り付けられた可
動部４１がブッシュ４５により上下動可能に支持されて
いる。可動部４１にはスプリング４６の弾性力等によっ
て上方向への力が働き、可動プレ−ト４３はブレ−ド４
０と可動プレ−ト４３により形成される凹部の上部側に
位置している。また、可動部４１には電磁ソレノイド４
７等が設けられており、電磁ソレノイド４７が付勢され
ると可動部４１にスプリング４６の弾性力による上方向
への力に打ち勝つ下方向への力が働き、可動プレ−ト４
３は下降する。電磁ソレノイド４７の付勢が解除される
と、可動プレ−ト４３は再び上昇する。また、可動プレ
−ト４３の底部には、可動プレ−ト４３を上昇させる際
に凹部内に溜まっている空気をブレ−ド４０と可動プレ
−ト４３との間の間隙に移動させ易くするためのテ−パ
４４が設けられている。ブレ−ド４０に設けられた空気
排出孔４８は、凹部内の空気を排出するためのものであ
る。なお、ブレ−ド４０と液面間の距離は光硬化性液毎
に異なるので、ブレ−ド４０と液面間の距離を微調整で
きる装置を設けるとよい。また、空気排出孔４８は、ブ
レ−ド４０に数箇所設けてもよく、あるいは、凹部内の
空気を排出できる場所であればブレ−ド４０以外の場所
に設けてもよい。また、可動部４１を上昇、下降させる
機構としては、スプリングおよび電磁ソレノイド以外に
も種々可能である。

【００１０】次に、本発明の一実施例の動作を説明す
る。光硬化性液にレ−ザ光を照射して光硬化性液を硬化
させ、その後、硬化層を沈降させるとともに、硬化層上
面をリコ−タを走査して硬化層上面に未硬化液を導入す
る工程は従来と同じであるので省略する。硬化層上面を
リコ−タを走査した後、電磁ソレノイド４７を付勢して
可動部４１を下降させ、可動プレ−ト４３を未硬化液に
付着させる（図２を参照）。次いで、電磁ソレノイド４
７の付勢を解除して可動部４１、すなわち可動プレ−ト
４３を上昇させる。これにより、可動プレ−ト４３に追
随して未硬化液が上昇するので、未効果液が凹部内に補
充される（図３を参照）。このとき、ブレ−ド４０、可
動部４１、ブレ−ド４２および可動プレ−ト４３により
形成される空間内の空気は可動プレ−ト４３の上昇によ
り空気排出孔４８を介して外部に排出される。また、凹
部内の空気は可動プレ−ト４３のテ−パ４４に沿って可
動プレ−ト４３とブレ−ド４０との間の間隙に移動し、
可動プレ−ト４３とブレ−ド４０との間の間隙から空気
排出孔４８を介して外部に排出される。これにより、空
気が残留することがなくなり、リコ−タの凹部内への未
硬化液の補充が不十分となるのを防止することができ
る。

【００１１】

【発明の効果】本発明は、以上のような構成としたの
で、粘度が高い光硬化性液を使用した場合でもリコ−タ
内部への未硬化液の補充のための時間を短縮することが
できる。また、リコ−タ内部の空気を外部へ排出する機
構を設けたので、リコ−タ内部への未硬化液の補充が不
十分になることはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のリコ−タの可動プレ−トが
引き上げられているときの図である。

【図２】本発明の一実施例のリコ−タの可動プレ−トが
引き下げられて未効果液と付着しているときの図であ
る。

【図３】本発明の一実施例のリコ−タの可動プレ−トに
未硬化液が追随して引き上げられているときの図であ
る。

【図４】リコ−タを用いた光硬化造形装置の一実施例の
全体構成図である。

【図５】平滑板を用いたリコ−タの従来例を示す図であ
る。

【図６】ブラシを用いたリコ−タの従来例を示す図であ
る。

【図７】下面に凹部を設けたリコ−タの従来例を示す図
である。

【符号の説明】

１；コントロ−ラ ２；レ−ザ発振器 ３；ガルバノミラ− ４；昇降装置 ５；走行装置 １０；液槽 １１；昇降台 １２；光硬化性液 １３；硬化層 １４；リコ−タ ４０；ブレ−ド ４１；可動部 ４２；保持部 ４３；可動プレ−ト ４４；テ−パ ４５；ブッシュ ４６；スプリング ４７；電磁ソレノイド ４８；空気排出孔

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光硬化性液の液面の任意の位置に光を照
   射する光照射手段と、光照射によって硬化した層を沈降
   させる沈降手段と、沈降した硬化層上を走査して前記硬
   化層上面を未硬化液で被覆するリコ−タとを備えた光硬
   化造形装置において、前記リコ−タは、前記硬化層上面
   と対向する下面に形成された凹部および前記凹部内に設
   けられた可動部材とを有することを特徴とする光硬化造
   形装置。
2. 【請求項２】 光硬化性液の液面の任意の位置に光を照
   射して硬化層を形成する第１工程と、前記硬化層を沈降
   させる第２工程と、前記硬化層上をリコ−タにより走査
   して前記硬化層の上面を未硬化液で被覆する第３工程を
   複数回繰り返して３次元物体を造形する光硬化造形方法
   において、前記第３工程は、さらに、前記リコ−タの前
   記硬化層上面と対抗する下面に形成された凹部内の可動
   部材を下降させて前記可動部材に前記未硬化液を付着さ
   せる工程と、前記未硬化液が付着された可動部材を上昇
   させる工程とを含むことを特徴とする光硬化造形方法。