JP3537161B2 - 三次元構造体の製造方法 - Google Patents
三次元構造体の製造方法Info
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- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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- B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光硬化性流動樹脂を用
いた光造形技術により、相対的可動部分を有する３次元
構造体、特に微細三次元構造体を、高分子樹脂質又はセ
ラミックス材質にて、３次元構造体を製造する方法に関
する。
いた光造形技術により、相対的可動部分を有する３次元
構造体、特に微細三次元構造体を、高分子樹脂質又はセ
ラミックス材質にて、３次元構造体を製造する方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年、マイクロマシーンの研究が盛んで
あり、特に３次元部品加工及び組立技術のニーズは大き
く、多種の微細加工技術が研究されている。これらの微
細加工技術の１つとして、金属の射出成形法、即ちＭＩ
Ｍ（Ｍetal Ｉnjection Ｍolding）があり、盛んに研究
開発されている。例えば（奥村 裕幸、金属粉末射出成
形プロセス、プレス スクール、第291 号、1992、Ｐ１
〜14）（三浦 立、金属粉末射出成形法、工業材料、第3
9号Ｎｏ．12、1991 ９月号、Ｐ18〜23）に詳しく記載さ
れている。
あり、特に３次元部品加工及び組立技術のニーズは大き
く、多種の微細加工技術が研究されている。これらの微
細加工技術の１つとして、金属の射出成形法、即ちＭＩ
Ｍ（Ｍetal Ｉnjection Ｍolding）があり、盛んに研究
開発されている。例えば（奥村 裕幸、金属粉末射出成
形プロセス、プレス スクール、第291 号、1992、Ｐ１
〜14）（三浦 立、金属粉末射出成形法、工業材料、第3
9号Ｎｏ．12、1991 ９月号、Ｐ18〜23）に詳しく記載さ
れている。
【０００３】この加工工程図を図１に示す。まず加熱混
練工程は一般に金属の微粉末たとえば粒径は１μｍ〜１
０μｍで平均５μｍのＦｅやＮｉなど、水アトマイズや
ガスアトマイズ等による微粉末製造技術により製造され
た金属粉末に、有機材料、（以後はバインダ−という）
たとえばポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレ
ン、ＥＶＡ（エチレンと酢酸ビニルの共重合体）を一定
比率で混合し、熱を加えて混練することで粘土状の軟ら
かい混合物をつくる。造粒工程は該混合物を射出成形機
に供給できるようにペレット状にする。射出成形工程で
はペレット状にした材料を射出成形機により、閉じられ
た金型の内部に材料を完全に満たし、そのままの形で取
り出し最終の目的形状を得ようとする方法で材料を溶か
す、流す、固めるという工程の繰り返しで成形される。
脱脂工程では成形体の中のバインダーを分解除去するた
め加熱する。一般に脱脂時間は１５〜１００時間が必要
で最高温度はバインダー成分にもよるが３００〜５００
℃ほどである。焼結工程では金属粉末だけになった成形
体を高温で焼結する。例えばＦｅ、Ｎｉでは水素雰囲気
中で１１００〜１２００℃にて焼結を行い本来の密度の
金属体とする方法である。この様な工程で切削無しにあ
る程度の３次元微細構造体を製造することができる。
練工程は一般に金属の微粉末たとえば粒径は１μｍ〜１
０μｍで平均５μｍのＦｅやＮｉなど、水アトマイズや
ガスアトマイズ等による微粉末製造技術により製造され
た金属粉末に、有機材料、（以後はバインダ−という）
たとえばポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレ
ン、ＥＶＡ（エチレンと酢酸ビニルの共重合体）を一定
比率で混合し、熱を加えて混練することで粘土状の軟ら
かい混合物をつくる。造粒工程は該混合物を射出成形機
に供給できるようにペレット状にする。射出成形工程で
はペレット状にした材料を射出成形機により、閉じられ
た金型の内部に材料を完全に満たし、そのままの形で取
り出し最終の目的形状を得ようとする方法で材料を溶か
す、流す、固めるという工程の繰り返しで成形される。
脱脂工程では成形体の中のバインダーを分解除去するた
め加熱する。一般に脱脂時間は１５〜１００時間が必要
で最高温度はバインダー成分にもよるが３００〜５００
℃ほどである。焼結工程では金属粉末だけになった成形
体を高温で焼結する。例えばＦｅ、Ｎｉでは水素雰囲気
中で１１００〜１２００℃にて焼結を行い本来の密度の
金属体とする方法である。この様な工程で切削無しにあ
る程度の３次元微細構造体を製造することができる。
【０００４】しかし、この場合、粘性の高い流体材料を
使用するので、微小金型に完全に流体材料を流し込むの
は困難であり、以下に列挙する欠点を有する。 (1) 高精度の成形体が得られにくい。 (2) 粘性の高い流体材料を使用しているため金型の磨耗
が大きく金型の寿命が短い。 (3) 射出成形で部品を成形するため粉体密度が均一にな
りにくくバインダの脱脂工程において不均一な寸法収縮
がおこる。 (4) 金型が不均一な寸法収縮率を考慮し設計しなければ
ないので金型における製作コストが高い。 (5) 特に微小な構成体を製造する場合に於ては、それに
必要な金型を加工することは極めて困難である。 (6) 微細構造体に相対的に可動する機構部を持たせて製
造することは、極めて困難である。
使用するので、微小金型に完全に流体材料を流し込むの
は困難であり、以下に列挙する欠点を有する。 (1) 高精度の成形体が得られにくい。 (2) 粘性の高い流体材料を使用しているため金型の磨耗
が大きく金型の寿命が短い。 (3) 射出成形で部品を成形するため粉体密度が均一にな
りにくくバインダの脱脂工程において不均一な寸法収縮
がおこる。 (4) 金型が不均一な寸法収縮率を考慮し設計しなければ
ないので金型における製作コストが高い。 (5) 特に微小な構成体を製造する場合に於ては、それに
必要な金型を加工することは極めて困難である。 (6) 微細構造体に相対的に可動する機構部を持たせて製
造することは、極めて困難である。
【０００５】従来、この他に切削工程を必要としない３
次元構造物の製造技術として近年注目されている光造形
技術がある（ＣＡＤデータから立体モデルを製作するポ
イント、省力と自動化、1992年９月号、Ｐ38〜63）（永
森 茂、紫外線硬化樹脂を用いた加工法によるマイクロ
マシンの設計・製作、機械設計、1992、Ｐ50〜55）（生
田 幸時士、光創３次元マイクロファブリケーション、
第５回マイクロマシン・シンポジウム資料、Ｐ79、Ｐ7
8）。
次元構造物の製造技術として近年注目されている光造形
技術がある（ＣＡＤデータから立体モデルを製作するポ
イント、省力と自動化、1992年９月号、Ｐ38〜63）（永
森 茂、紫外線硬化樹脂を用いた加工法によるマイクロ
マシンの設計・製作、機械設計、1992、Ｐ50〜55）（生
田 幸時士、光創３次元マイクロファブリケーション、
第５回マイクロマシン・シンポジウム資料、Ｐ79、Ｐ7
8）。
【０００６】光造形法により３次元構造を造形する具体
的な方法を、図２の工程フローチャートに示した。 (1) まず、３次元ＣＡＤに３次元構造物の図面を入力す
る。 (2) 次に、該３次元構造物から一定の積層の厚みごとに
水平方向のスライス図形データ群を作成する。 (3) つづいて、光硬化流動樹脂、例えばオリゴマー（エ
ポキシアクリレート、ウレタンアクリレートなど）反応
性希釈剤（モノマー）、光重合開始剤（ベンゾイン系、
アセトフェノン系など）の３要素からなる光硬化性流動
樹脂内に上下方向に移動するエレベータを設置し、光硬
化性流動樹脂が一定の積層厚みになる様に位置させる。
的な方法を、図２の工程フローチャートに示した。 (1) まず、３次元ＣＡＤに３次元構造物の図面を入力す
る。 (2) 次に、該３次元構造物から一定の積層の厚みごとに
水平方向のスライス図形データ群を作成する。 (3) つづいて、光硬化流動樹脂、例えばオリゴマー（エ
ポキシアクリレート、ウレタンアクリレートなど）反応
性希釈剤（モノマー）、光重合開始剤（ベンゾイン系、
アセトフェノン系など）の３要素からなる光硬化性流動
樹脂内に上下方向に移動するエレベータを設置し、光硬
化性流動樹脂が一定の積層厚みになる様に位置させる。
【０００７】(4) 更に、レーザビーム例えば紫外線の波
長領域を持つエキシマレーザ（308nm）、ＨｅＣｄレー
ザ（325nm ）、Ａｒレーザ（351 〜346 nm）を目的形状
の水平断面になぞって走査させ、光硬化性流動樹脂を硬
化させる。 (5) この後、再度エレベータを一定の積層厚みになる様
に位置させて、未硬化の光硬化性流動樹脂を流入させ
る。 (6) 次いで、目的形状の３次元構造物が完成するまで上
記(4) と(5) を繰り返す。 (7) ひきつづき、３次元構造物を取り出し、表面に付着
している未硬化の光硬化性流動樹脂を洗浄する。 (8) 最後に、後露光を行う。
長領域を持つエキシマレーザ（308nm）、ＨｅＣｄレー
ザ（325nm ）、Ａｒレーザ（351 〜346 nm）を目的形状
の水平断面になぞって走査させ、光硬化性流動樹脂を硬
化させる。 (5) この後、再度エレベータを一定の積層厚みになる様
に位置させて、未硬化の光硬化性流動樹脂を流入させ
る。 (6) 次いで、目的形状の３次元構造物が完成するまで上
記(4) と(5) を繰り返す。 (7) ひきつづき、３次元構造物を取り出し、表面に付着
している未硬化の光硬化性流動樹脂を洗浄する。 (8) 最後に、後露光を行う。
【０００８】これらの、光造形工程の詳細を図３（Ａ）
〜（Ｄ）に示す。図３は、光硬化性流動樹脂の下面より
光を照射して造形する規制液面法による光造形の造形状
態図である。まず、図３（Ａ）の各部材について説明す
る。図中の１は、光硬化性流動樹脂タンクを示す。この
タンク１の底部の一部開口されており、この開口部には
光を透過するガラス板２が設けられている。このガラス
板２上には、テーブル３が配置されている。前記ガラス
板２には、矢印に示す如く集光された紫外線レーザビー
ム４が下から上に向かうようになっている。前記紫外線
レーザビーム４としては、例えば波長330 〜364 nmのＡ
ｒレーザや、波長325 nmのＨｅＣｄレーザを使用する。
なお、図中の５は光硬化性流動樹脂であり、具体的には
例えばＸ線、紫外線、あるいは可視光等によって硬化す
る光硬化性流動樹脂、例えばオリゴマー（エポキシアク
リレート、ウレタンアクリレートなど）反応性希釈剤
（モノマー）、光重合開始剤（ベンゾイン系、アセトフ
ェノン系など）の３要素からなっている。また、６は硬
化した光硬化性流動樹脂である。
〜（Ｄ）に示す。図３は、光硬化性流動樹脂の下面より
光を照射して造形する規制液面法による光造形の造形状
態図である。まず、図３（Ａ）の各部材について説明す
る。図中の１は、光硬化性流動樹脂タンクを示す。この
タンク１の底部の一部開口されており、この開口部には
光を透過するガラス板２が設けられている。このガラス
板２上には、テーブル３が配置されている。前記ガラス
板２には、矢印に示す如く集光された紫外線レーザビー
ム４が下から上に向かうようになっている。前記紫外線
レーザビーム４としては、例えば波長330 〜364 nmのＡ
ｒレーザや、波長325 nmのＨｅＣｄレーザを使用する。
なお、図中の５は光硬化性流動樹脂であり、具体的には
例えばＸ線、紫外線、あるいは可視光等によって硬化す
る光硬化性流動樹脂、例えばオリゴマー（エポキシアク
リレート、ウレタンアクリレートなど）反応性希釈剤
（モノマー）、光重合開始剤（ベンゾイン系、アセトフ
ェノン系など）の３要素からなっている。また、６は硬
化した光硬化性流動樹脂である。
【０００９】即ち、テーブル３とガラス板２が一定の間
隔になるようにテーブル３を上昇させ、紫外線レーザビ
ーム４を照射してガラス板２を透過させ、硬化した光硬
化性流動樹脂６を製造する（図３（Ａ）参照）。図３
（Ｂ）は１層目の光硬化性流動樹脂の硬化を終了した
図、図３（Ｃ）は２層目の光硬化性流動樹脂を硬化する
為にレーザビームの照射を止め，前記テーブル３を一定
の間隔上昇させた図、図３（Ｄ）は２層目の光硬化性流
動樹脂をレーザビーム４により硬化している図である。
これらの図３（Ａ）〜（Ｄ）の手順を繰り返し、光硬化
性流動樹脂を硬化させ積層させながら構造体を造形す
る。
隔になるようにテーブル３を上昇させ、紫外線レーザビ
ーム４を照射してガラス板２を透過させ、硬化した光硬
化性流動樹脂６を製造する（図３（Ａ）参照）。図３
（Ｂ）は１層目の光硬化性流動樹脂の硬化を終了した
図、図３（Ｃ）は２層目の光硬化性流動樹脂を硬化する
為にレーザビームの照射を止め，前記テーブル３を一定
の間隔上昇させた図、図３（Ｄ）は２層目の光硬化性流
動樹脂をレーザビーム４により硬化している図である。
これらの図３（Ａ）〜（Ｄ）の手順を繰り返し、光硬化
性流動樹脂を硬化させ積層させながら構造体を造形す
る。
【００１０】また、他の方法による光造形工程の詳細を
図４に示す。図４は、光硬化性流動樹脂の上面より光を
照射して造形する自由液面法による光造形の造形形状体
図であり、上面方向からの紫外線等により硬化させる方
法である。この方法では、テーブル３が一定間隔で下降
して光硬化性流動樹脂を硬化させ、積層させながら構造
体を造形する。以上の工程で３次元構造物が製造され
る。この様な方法によって３次元構造体を切削無しに製
造することができる。
図４に示す。図４は、光硬化性流動樹脂の上面より光を
照射して造形する自由液面法による光造形の造形形状体
図であり、上面方向からの紫外線等により硬化させる方
法である。この方法では、テーブル３が一定間隔で下降
して光硬化性流動樹脂を硬化させ、積層させながら構造
体を造形する。以上の工程で３次元構造物が製造され
る。この様な方法によって３次元構造体を切削無しに製
造することができる。
【００１１】しかし、光造形法に関しては、形状が複雑
な３次元構造体を連続した工程で一挙に作ることができ
るものの、単一の樹脂材料による造形体しか造形できな
いので、相対的に可動する構造体を製造する場合は複数
の部品を造形し組立なければならない。特に、マイクロ
マシーンの部品として１ミリ以下の部品組立を行うレベ
ルには達していない、更に光造形体が樹脂材質のみであ
り、金属等の機械的強度に優れた材質にて加工すること
はできない。また、光成形法を応用した金属やセラミッ
クの構造体の成形に関する提案が、公開特許公報平４−
９９２０３に図示されている。これは、以下に記載する
内容である。
な３次元構造体を連続した工程で一挙に作ることができ
るものの、単一の樹脂材料による造形体しか造形できな
いので、相対的に可動する構造体を製造する場合は複数
の部品を造形し組立なければならない。特に、マイクロ
マシーンの部品として１ミリ以下の部品組立を行うレベ
ルには達していない、更に光造形体が樹脂材質のみであ
り、金属等の機械的強度に優れた材質にて加工すること
はできない。また、光成形法を応用した金属やセラミッ
クの構造体の成形に関する提案が、公開特許公報平４−
９９２０３に図示されている。これは、以下に記載する
内容である。
【００１２】この工程は、図５に示したフローチャート
の様に、まず、液状の光硬化性流動樹脂中に無機粉末材
料を混入し、混練した後、光を照射することにより樹脂
を硬化し光造形させる。次に、樹脂成形体中の樹脂成分
を燃焼除去する。更に、樹脂成分を燃焼除去した粉末混
合成形体を高温焼結することにより、金属やセラミック
材質の構造物、あるいは両者の混合材の構造物を成形す
る。また、金属とセラミックの成分配合比を塗布層ごと
に変化させた粉末混合樹脂層の積層体よりなる所定形状
の樹脂成形体を形成し、該樹脂成形体を高温の雰囲気で
加熱して樹脂成分を燃焼除去すると共に、含有する粉末
を焼結して所望形状の機能傾斜材料を形成する。しか
し、この方法では、単に樹脂材質で造形した構造体をセ
ラミック材質に変えるだけであり、三次元構造体を相対
的に動かすことが可能な犠牲層や仮固定部を含む構造体
についての提案はされていない。
の様に、まず、液状の光硬化性流動樹脂中に無機粉末材
料を混入し、混練した後、光を照射することにより樹脂
を硬化し光造形させる。次に、樹脂成形体中の樹脂成分
を燃焼除去する。更に、樹脂成分を燃焼除去した粉末混
合成形体を高温焼結することにより、金属やセラミック
材質の構造物、あるいは両者の混合材の構造物を成形す
る。また、金属とセラミックの成分配合比を塗布層ごと
に変化させた粉末混合樹脂層の積層体よりなる所定形状
の樹脂成形体を形成し、該樹脂成形体を高温の雰囲気で
加熱して樹脂成分を燃焼除去すると共に、含有する粉末
を焼結して所望形状の機能傾斜材料を形成する。しか
し、この方法では、単に樹脂材質で造形した構造体をセ
ラミック材質に変えるだけであり、三次元構造体を相対
的に動かすことが可能な犠牲層や仮固定部を含む構造体
についての提案はされていない。
【００１３】また、他の加工法として、相対的可動部分
を有する微小構造体を加工する方法として、半導体犠牲
層エッチングがある（江刺正喜、マイクロマシン、応用
物理、Ｖol．60、Ｎｏ．３（1991）、ｐ．230 ）。この
加工法を図６に示す。まず、Ｓｉ基板１１上に、ＳｉＯ
２膜１２及び多結晶Ｓｉ層１３を順次形成する（図６
（Ａ））。次に、熱処理を施して前記多結晶Ｓｉ層13の
周囲にＳｉＯ２膜１４を形成した後、前記ＳｉＯ２膜１
２の一部を選択的にエッチング除去する（図６
（Ｂ））。つづいて、全面に多結晶Ｓｉ層１５を形成し
た後、前記多結晶Ｓｉ層１３上に位置する多結晶Ｓｉ層
１５を選択的にエッチング除去する（図６（Ｃ））。更
に、前記ＳｉＯ２膜１２，１４をエッチング除去し、多
結晶Ｓｉ層１３，１５のみを残存させる（図６
（Ｄ））。このような一連の工程により、多結晶Ｓｉ層
１３は、Ｓｉ基板１１と多結晶Ｓｉ層１５と直接接触し
ていないため回転ができる。このような技術により、歯
車や静電マイクロモーターなどをＳｉ基板上に製作する
ことが可能になった。
を有する微小構造体を加工する方法として、半導体犠牲
層エッチングがある（江刺正喜、マイクロマシン、応用
物理、Ｖol．60、Ｎｏ．３（1991）、ｐ．230 ）。この
加工法を図６に示す。まず、Ｓｉ基板１１上に、ＳｉＯ
２膜１２及び多結晶Ｓｉ層１３を順次形成する（図６
（Ａ））。次に、熱処理を施して前記多結晶Ｓｉ層13の
周囲にＳｉＯ２膜１４を形成した後、前記ＳｉＯ２膜１
２の一部を選択的にエッチング除去する（図６
（Ｂ））。つづいて、全面に多結晶Ｓｉ層１５を形成し
た後、前記多結晶Ｓｉ層１３上に位置する多結晶Ｓｉ層
１５を選択的にエッチング除去する（図６（Ｃ））。更
に、前記ＳｉＯ２膜１２，１４をエッチング除去し、多
結晶Ｓｉ層１３，１５のみを残存させる（図６
（Ｄ））。このような一連の工程により、多結晶Ｓｉ層
１３は、Ｓｉ基板１１と多結晶Ｓｉ層１５と直接接触し
ていないため回転ができる。このような技術により、歯
車や静電マイクロモーターなどをＳｉ基板上に製作する
ことが可能になった。
【００１４】しかし、上述の半導体犠牲層エッチング法
に関しては、(1) 加工できる材料が半導体材料に制限さ
れているため耐強度等の物性的な限界がある、(2) アス
ペクト比が小さいため、２次元の平面的な構造体しか作
れない為、マイクロマシンに必要な三次元の構造体には
適さない、という問題点がある。
に関しては、(1) 加工できる材料が半導体材料に制限さ
れているため耐強度等の物性的な限界がある、(2) アス
ペクト比が小さいため、２次元の平面的な構造体しか作
れない為、マイクロマシンに必要な三次元の構造体には
適さない、という問題点がある。
【００１５】即ち、以上記載した従来の光造形による三
次元構造体の製造方法では、相対的に動かすことが可能
な機構部を持つ、微細な三次元構造体は製造できないと
いう問題点があった。
次元構造体の製造方法では、相対的に動かすことが可能
な機構部を持つ、微細な三次元構造体は製造できないと
いう問題点があった。
【００１６】本発明は上記事情を鑑みてなされたもの
で、上記の問題点を解決し、光造形法と焼結技術の少な
くともいずれか一方を用いるとともに、犠牲層除去を用
いることにより、高分子材質またはセラミック材質、金
属材質にて、相対的に動かすことが可能な機構部を持
つ、微細な三次元構造体の製造方法を提供することを目
的とする。
で、上記の問題点を解決し、光造形法と焼結技術の少な
くともいずれか一方を用いるとともに、犠牲層除去を用
いることにより、高分子材質またはセラミック材質、金
属材質にて、相対的に動かすことが可能な機構部を持
つ、微細な三次元構造体の製造方法を提供することを目
的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本願発明は、相対的に可
動する部品を有する三次元構造体の製造方法において、
光により硬化する光硬化性流動樹脂に光を照射し所定形
状の樹脂成形体とする樹脂成形工程と、犠牲層成分を含
む、または犠牲層成分となる光硬化性樹脂に光を照射し
所定の形状に犠牲層を硬化させる犠牲層硬化工程と、前
記犠牲層を除去する犠牲層除去工程とを具備することを
特徴とする三次元構造体の製造方法である。また、本願
発明は、相対的に可動する部品を有する三次元構造体の
製造方法において、光により硬化する光硬化性流動樹脂
に無機粉末材料を混練して粉末混合光硬化性流動樹脂を
作る混練工程と、前記粉末混合光硬化性流動樹脂を光造
形装置を用いて積層させ硬化させて三次元形状の粉末混
合樹脂成形体を作る樹脂造形工程と、前記粉末混合樹脂
成形体の、前記相対的に可動する部品が配置される表面
に、犠牲層成分となる光硬化性流動樹脂を光造形装置を
用いて積層させ硬化させて犠牲層を作る犠牲層造形工程
と、前記犠牲層を有する粉末混合樹脂成形体を加熱し
て、前記粉末混合樹脂成形体及び／又は犠牲層の光硬化
性流動樹脂を除去 する樹脂除去工程と、前記樹脂除去工
程で残った前記無機粉末材料を焼結する焼結工程と、を
具備することを特徴とする三次元構造体の製造方法であ
る。 更に、本願発明は、相対的に可動する部品を有する
三次元構造体の製造方法において、光により硬化する光
硬化性流動樹脂に無機粉末材料を混練して粉末混合光硬
化性流動樹脂を作る混練工程と、前記粉末混合光硬化性
流動樹脂を光造形装置を用いて積層させ硬化させて三次
元形状の粉末混合樹脂成形体を作る樹脂造形工程と、前
記粉末混合樹脂成形体の、前記相対的に可動する部品が
配置される表面に、後工程の焼結工程の温度で焼結され
ないタングステン粉体を混合した犠牲層成分となる光硬
化性流動樹脂を光造形装置を用いて積層させ硬化させて
犠牲層を作る犠牲層造形工程と、前記犠牲層を有する粉
末混合樹脂成形体を加熱して、前記粉末混合樹脂成形体
及び／又は犠牲層の光硬化性流動樹脂を除去する樹脂除
去工程と、前記樹脂除去工程で残った前記無機粉末材料
を焼結する焼結工程と、前記焼結工程の温度で焼結され
ないタングステン粉体を取り除く除去工程と、を具備す
ることを特徴とする三次元構造体の製造方法である。
動する部品を有する三次元構造体の製造方法において、
光により硬化する光硬化性流動樹脂に光を照射し所定形
状の樹脂成形体とする樹脂成形工程と、犠牲層成分を含
む、または犠牲層成分となる光硬化性樹脂に光を照射し
所定の形状に犠牲層を硬化させる犠牲層硬化工程と、前
記犠牲層を除去する犠牲層除去工程とを具備することを
特徴とする三次元構造体の製造方法である。また、本願
発明は、相対的に可動する部品を有する三次元構造体の
製造方法において、光により硬化する光硬化性流動樹脂
に無機粉末材料を混練して粉末混合光硬化性流動樹脂を
作る混練工程と、前記粉末混合光硬化性流動樹脂を光造
形装置を用いて積層させ硬化させて三次元形状の粉末混
合樹脂成形体を作る樹脂造形工程と、前記粉末混合樹脂
成形体の、前記相対的に可動する部品が配置される表面
に、犠牲層成分となる光硬化性流動樹脂を光造形装置を
用いて積層させ硬化させて犠牲層を作る犠牲層造形工程
と、前記犠牲層を有する粉末混合樹脂成形体を加熱し
て、前記粉末混合樹脂成形体及び／又は犠牲層の光硬化
性流動樹脂を除去 する樹脂除去工程と、前記樹脂除去工
程で残った前記無機粉末材料を焼結する焼結工程と、を
具備することを特徴とする三次元構造体の製造方法であ
る。 更に、本願発明は、相対的に可動する部品を有する
三次元構造体の製造方法において、光により硬化する光
硬化性流動樹脂に無機粉末材料を混練して粉末混合光硬
化性流動樹脂を作る混練工程と、前記粉末混合光硬化性
流動樹脂を光造形装置を用いて積層させ硬化させて三次
元形状の粉末混合樹脂成形体を作る樹脂造形工程と、前
記粉末混合樹脂成形体の、前記相対的に可動する部品が
配置される表面に、後工程の焼結工程の温度で焼結され
ないタングステン粉体を混合した犠牲層成分となる光硬
化性流動樹脂を光造形装置を用いて積層させ硬化させて
犠牲層を作る犠牲層造形工程と、前記犠牲層を有する粉
末混合樹脂成形体を加熱して、前記粉末混合樹脂成形体
及び／又は犠牲層の光硬化性流動樹脂を除去する樹脂除
去工程と、前記樹脂除去工程で残った前記無機粉末材料
を焼結する焼結工程と、前記焼結工程の温度で焼結され
ないタングステン粉体を取り除く除去工程と、を具備す
ることを特徴とする三次元構造体の製造方法である。
【００１８】
【作用】本発明では、緻密な三次元構造体に相対的に動
かすことが可能な機構部を持つ三次元構造体を製造させ
るために、以下に示す手段を用いている。１）光造形法
を用い三次元構造体を造形する製造法において、該構造
体となる光硬化性流動樹脂に無機材料粉末を混合し、こ
の構造体用の流動樹脂と異なる特性の光硬化性流動樹脂
により犠牲層を造形する工程と、その後該犠牲層を除去
する除去工程と、除去工程で残った前記無機粉末材料を
焼結する焼結工程によりセラミック材質、金属材質に
て、相対的に動かすことが可能な機構部を持つ、微細な
三次元構造体の製造法を提供することである。
かすことが可能な機構部を持つ三次元構造体を製造させ
るために、以下に示す手段を用いている。１）光造形法
を用い三次元構造体を造形する製造法において、該構造
体となる光硬化性流動樹脂に無機材料粉末を混合し、こ
の構造体用の流動樹脂と異なる特性の光硬化性流動樹脂
により犠牲層を造形する工程と、その後該犠牲層を除去
する除去工程と、除去工程で残った前記無機粉末材料を
焼結する焼結工程によりセラミック材質、金属材質に
て、相対的に動かすことが可能な機構部を持つ、微細な
三次元構造体の製造法を提供することである。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の実施例を示し図面を用いて詳
細に説明する。 （実施例１） 数種類の光硬化性流動樹脂を任意の箇所に造形して部品
を制作する光造形装置についての実施例を、図７及び図
８により説明する。
細に説明する。 （実施例１） 数種類の光硬化性流動樹脂を任意の箇所に造形して部品
を制作する光造形装置についての実施例を、図７及び図
８により説明する。
【００２０】図７は、光硬化性流動樹脂を硬化させ積層
させながら、任意の箇所に種類の異なる光硬化性流動樹
脂を積層する光造形装置構成を示す。図中の２１は、底
部が開口された光硬化性流動樹脂タンク（以下、第１タ
ンクと呼ぶ）である。この第１タンク２１の底部には光
を透過するガラス板２２が設けられ、このガラス板２２
に下方から上方に向かって紫外線ビーム２３が透過する
ようになっている。前記第１タンク２１内には、光硬化
性流動樹脂２４（商品名：光硬化樹脂3042、スリーボン
ド製）が収容されている。前記第１タンク２１の近くに
は、内部に洗浄液２５（例えば、アセトンやアルコー
ル）を収容した洗浄用タンク２６が配置されている。前
記洗浄用タンク２６の底部外側には、超音波発生装置４
０が配置されている。前記洗浄用タンク２６の近くには
後露光用タンク２７が配置され、更にこの後露光用タン
ク２７の内壁に多数の後露光用の紫外線光源２８が配置
されている。前記後露光用タンク２７の近くには、底部
が開口された光硬化性流動樹脂タンク（以下、第２タン
クと呼ぶ）２９が配置されている。この第２タンク２９
の底部には前記第１タンク２１と同様に光を透過するガ
ラス板２２が設けられ、このガラス板２２に下方から上
方に向かって紫外線ビーム２３が透過するようになって
いる。前記第２タンク２９内には、光硬化性流動樹脂３
０（商品名：光硬化樹脂3046、スリーボンド製）が収容
されている。
させながら、任意の箇所に種類の異なる光硬化性流動樹
脂を積層する光造形装置構成を示す。図中の２１は、底
部が開口された光硬化性流動樹脂タンク（以下、第１タ
ンクと呼ぶ）である。この第１タンク２１の底部には光
を透過するガラス板２２が設けられ、このガラス板２２
に下方から上方に向かって紫外線ビーム２３が透過する
ようになっている。前記第１タンク２１内には、光硬化
性流動樹脂２４（商品名：光硬化樹脂3042、スリーボン
ド製）が収容されている。前記第１タンク２１の近くに
は、内部に洗浄液２５（例えば、アセトンやアルコー
ル）を収容した洗浄用タンク２６が配置されている。前
記洗浄用タンク２６の底部外側には、超音波発生装置４
０が配置されている。前記洗浄用タンク２６の近くには
後露光用タンク２７が配置され、更にこの後露光用タン
ク２７の内壁に多数の後露光用の紫外線光源２８が配置
されている。前記後露光用タンク２７の近くには、底部
が開口された光硬化性流動樹脂タンク（以下、第２タン
クと呼ぶ）２９が配置されている。この第２タンク２９
の底部には前記第１タンク２１と同様に光を透過するガ
ラス板２２が設けられ、このガラス板２２に下方から上
方に向かって紫外線ビーム２３が透過するようになって
いる。前記第２タンク２９内には、光硬化性流動樹脂３
０（商品名：光硬化樹脂3046、スリーボンド製）が収容
されている。
【００２１】前記第１タンク２１の上方には、上下水平
方向（ＸＹＺ方向に）移動可能なテーブル３１が配置さ
れている。このテーブル３１には該テーブル３１を上下
に移動させる上下アクチュエータ３２が連結され、この
アクチュエータ３２には前記テーブル３１を水平方向に
移動させる水平アクチュエータ３３が連結されている。
なお、図中の３４は、硬化した光硬化性流動樹脂（商品
名：光硬化樹脂3042、スリーボンド製である。
方向（ＸＹＺ方向に）移動可能なテーブル３１が配置さ
れている。このテーブル３１には該テーブル３１を上下
に移動させる上下アクチュエータ３２が連結され、この
アクチュエータ３２には前記テーブル３１を水平方向に
移動させる水平アクチュエータ３３が連結されている。
なお、図中の３４は、硬化した光硬化性流動樹脂（商品
名：光硬化樹脂3042、スリーボンド製である。
【００２２】次に、上記構成の光造形装置を用いて、異
なる材料の構造体を造形することにより、異なる材料部
分を有する三次元構造体を製造する場合について説明す
る。まず、光硬化性樹脂２４により、図３で示した規制
液面法による工程にて光硬化性流動樹脂２４を硬化させ
任意の形状になるまで積層させて造形する。次に、テー
ブル３１を上下アクチュエータ３２，水平アクチュエー
タ３３により移動させ、洗浄用タンク２６に入れて超音
波洗浄を行う。つづいて、後露光タンク２７にテーブル
３１を入れ、硬化した光硬化性流動樹脂３４を紫外線に
より完全硬化させる。樹脂の種類によっては加熱器によ
り加熱させて硬化してもよい。次に、光硬化性流動樹脂
３０に前記テーブル３１を入れ、紫外線ビーム２３によ
り異なった光硬化性流動樹脂３０にて、さらに積層造形
させる。ここで、装置の構成として光を照射する光学系
が大型化する場合は、ＸＹＺ方向に移動可能なテーブル
３１だけではなく、第１タンク２１，洗浄用タンク２
６，後露光用タンク２７及び第２タンク２９をＸＹＺ方
向に移動させることで位置制御を行い構造体を形成させ
る。これらの工程を繰り返すことで、光硬化性流動樹脂
２４，３０を任意の箇所に造形して構造体を製作する光
造形装置が得られる。また光硬化性流動樹脂タンクを複
数設置することで数種類の光硬化性流動樹脂を任意の箇
所に造形することができる装置が得られる。
なる材料の構造体を造形することにより、異なる材料部
分を有する三次元構造体を製造する場合について説明す
る。まず、光硬化性樹脂２４により、図３で示した規制
液面法による工程にて光硬化性流動樹脂２４を硬化させ
任意の形状になるまで積層させて造形する。次に、テー
ブル３１を上下アクチュエータ３２，水平アクチュエー
タ３３により移動させ、洗浄用タンク２６に入れて超音
波洗浄を行う。つづいて、後露光タンク２７にテーブル
３１を入れ、硬化した光硬化性流動樹脂３４を紫外線に
より完全硬化させる。樹脂の種類によっては加熱器によ
り加熱させて硬化してもよい。次に、光硬化性流動樹脂
３０に前記テーブル３１を入れ、紫外線ビーム２３によ
り異なった光硬化性流動樹脂３０にて、さらに積層造形
させる。ここで、装置の構成として光を照射する光学系
が大型化する場合は、ＸＹＺ方向に移動可能なテーブル
３１だけではなく、第１タンク２１，洗浄用タンク２
６，後露光用タンク２７及び第２タンク２９をＸＹＺ方
向に移動させることで位置制御を行い構造体を形成させ
る。これらの工程を繰り返すことで、光硬化性流動樹脂
２４，３０を任意の箇所に造形して構造体を製作する光
造形装置が得られる。また光硬化性流動樹脂タンクを複
数設置することで数種類の光硬化性流動樹脂を任意の箇
所に造形することができる装置が得られる。
【００２３】また、別な装置構成として図８の装置を説
明する。ここで、図７と同部材は同符号を付して説明を
省略する。図中の４１は、テーブル３１と同様に移動可
能で任意の平面に紫外線ビームを照射するビーム照射装
置（又は、一定の箇所に設置され、任意の平面に紫外線
ビームを照射するビーム照射装置）である。
明する。ここで、図７と同部材は同符号を付して説明を
省略する。図中の４１は、テーブル３１と同様に移動可
能で任意の平面に紫外線ビームを照射するビーム照射装
置（又は、一定の箇所に設置され、任意の平面に紫外線
ビームを照射するビーム照射装置）である。
【００２４】図８の装置の操作は、次のようにして行
う。即ち、光硬化性流動樹脂２４にて図４で示した自由
液面法による工程にて光硬化性流動樹脂を硬化させ任意
の形状になるまで積層させて造形する。その他は図７に
て説明した工程と同様な工程により、光硬化性流動樹脂
２４，３０を任意の箇所に造形して構造体を製作する光
造形装置である。また、光硬化性流動樹脂タンクを複数
設置することで数種類の光硬化性流動樹脂を任意の箇所
に造形することができる。
う。即ち、光硬化性流動樹脂２４にて図４で示した自由
液面法による工程にて光硬化性流動樹脂を硬化させ任意
の形状になるまで積層させて造形する。その他は図７に
て説明した工程と同様な工程により、光硬化性流動樹脂
２４，３０を任意の箇所に造形して構造体を製作する光
造形装置である。また、光硬化性流動樹脂タンクを複数
設置することで数種類の光硬化性流動樹脂を任意の箇所
に造形することができる。
【００２５】更に、図７と図８を組み合わせ一つの装置
で光硬化性流動樹脂の上面から紫外線を照射させて造形
する自由液面法と、光硬化性流動樹脂の下面から紫外線
を照射させて造形する規制液面法ができる装置もでき
る。
で光硬化性流動樹脂の上面から紫外線を照射させて造形
する自由液面法と、光硬化性流動樹脂の下面から紫外線
を照射させて造形する規制液面法ができる装置もでき
る。
【００２６】これらの装置を使用して犠牲層を製作した
例を、実施例２〜４で説明する。 （実施例２） 高分子樹脂を主材質とし、相対的に動かすことが可能な
機構部を持つ三次元構造体を犠牲層により製造する場合
のフローチャートを図９に、その工程の実施を図８の装
置にて示す。
例を、実施例２〜４で説明する。 （実施例２） 高分子樹脂を主材質とし、相対的に動かすことが可能な
機構部を持つ三次元構造体を犠牲層により製造する場合
のフローチャートを図９に、その工程の実施を図８の装
置にて示す。
【００２７】まず、光により硬化する光硬化性流動樹脂
２４、例えばオリゴマー（エポキシアクリレート、ウレ
タンアクリレートなど）反応性希釈剤（モノマー）、光
重合開始剤（ベンゾイン系、アセトン系など）の３要素
からなっている樹脂、例えばスリーボンド製の非水溶性
である商品名：光硬化性樹脂3042を準備する。
２４、例えばオリゴマー（エポキシアクリレート、ウレ
タンアクリレートなど）反応性希釈剤（モノマー）、光
重合開始剤（ベンゾイン系、アセトン系など）の３要素
からなっている樹脂、例えばスリーボンド製の非水溶性
である商品名：光硬化性樹脂3042を準備する。
【００２８】次に、行う光造形工程は、構造体の材質と
なる光硬化性流動樹脂２４を硬化させる樹脂造形工程
と、硬化した光硬化性流動樹脂２４の表面に付着してい
る、未硬化の樹脂を洗浄する洗浄工程がある。次に、犠
牲層を造形する犠牲層造形工程と、硬化した犠牲層の表
面に付着している未硬化の犠牲層成分を含んだまたは犠
牲層成分となる光硬化性流動樹脂３０を洗浄する洗浄工
程とから構成されている。所望する箇所に犠牲層を造形
するまで、この工程を繰り返す。この樹脂造形工程は図
４にて説明した自由液面法により、硬化した光硬化性流
動樹脂２４を積層形成しながら三次元形状の硬化した光
硬化性流動樹脂３４を造形する。
なる光硬化性流動樹脂２４を硬化させる樹脂造形工程
と、硬化した光硬化性流動樹脂２４の表面に付着してい
る、未硬化の樹脂を洗浄する洗浄工程がある。次に、犠
牲層を造形する犠牲層造形工程と、硬化した犠牲層の表
面に付着している未硬化の犠牲層成分を含んだまたは犠
牲層成分となる光硬化性流動樹脂３０を洗浄する洗浄工
程とから構成されている。所望する箇所に犠牲層を造形
するまで、この工程を繰り返す。この樹脂造形工程は図
４にて説明した自由液面法により、硬化した光硬化性流
動樹脂２４を積層形成しながら三次元形状の硬化した光
硬化性流動樹脂３４を造形する。
【００２９】次の洗浄工程では、図８に示したようにテ
ーブル３１を洗浄用タンク２６に移動させ、テーブル３
１に付着造形されている硬化した光硬化性流動樹脂３４
ごと超音波洗浄にて未硬化部の光硬化性流動樹脂２４を
洗浄する。樹脂の条件によっては、その後、後露光用タ
ンク２７により紫外線を照射させ、完全硬化させる。次
に行う犠牲層造形工程では、テーブル３１を、犠牲層成
分からなる光硬化性流動樹脂タンク２９に移動させる、
犠牲層成分はスリーボンド製の商品名：光硬化性樹脂30
46、3046Ｂ、3046Ｃ、3046Ｄ、3046Ｅ等の水溶性タイプ
を使用して該樹脂成形体に犠牲層成分からなる光硬化性
流動樹脂３０を図４に示した工程により光造形する。そ
の後、洗浄用タンク２６に移動させ洗浄を行う。これら
の樹脂造形、犠牲層造形工程を繰り返すことにより、硬
化した光硬化性流動樹脂３４の任意の箇所に犠牲層を造
形した樹脂成形体を造形する。
ーブル３１を洗浄用タンク２６に移動させ、テーブル３
１に付着造形されている硬化した光硬化性流動樹脂３４
ごと超音波洗浄にて未硬化部の光硬化性流動樹脂２４を
洗浄する。樹脂の条件によっては、その後、後露光用タ
ンク２７により紫外線を照射させ、完全硬化させる。次
に行う犠牲層造形工程では、テーブル３１を、犠牲層成
分からなる光硬化性流動樹脂タンク２９に移動させる、
犠牲層成分はスリーボンド製の商品名：光硬化性樹脂30
46、3046Ｂ、3046Ｃ、3046Ｄ、3046Ｅ等の水溶性タイプ
を使用して該樹脂成形体に犠牲層成分からなる光硬化性
流動樹脂３０を図４に示した工程により光造形する。そ
の後、洗浄用タンク２６に移動させ洗浄を行う。これら
の樹脂造形、犠牲層造形工程を繰り返すことにより、硬
化した光硬化性流動樹脂３４の任意の箇所に犠牲層を造
形した樹脂成形体を造形する。
【００３０】次の犠牲層除去工程では、任意の箇所に犠
牲層を造形した樹脂成形体を水の中に入れ超音波の振動
を加え犠牲層成分のみ溶解する。溶解時間は形状により
異なるが、図１１（Ｂ）に示した、直径５ミリの回転軸
で、犠牲層の厚さ１ミリの構造体は４６時間で犠牲層成
分が完全に溶解した。次の検査工程では寸法及び可動す
る箇所の検査を行い、相対的に可動する三次元構造体を
製造する。
牲層を造形した樹脂成形体を水の中に入れ超音波の振動
を加え犠牲層成分のみ溶解する。溶解時間は形状により
異なるが、図１１（Ｂ）に示した、直径５ミリの回転軸
で、犠牲層の厚さ１ミリの構造体は４６時間で犠牲層成
分が完全に溶解した。次の検査工程では寸法及び可動す
る箇所の検査を行い、相対的に可動する三次元構造体を
製造する。
【００３１】犠牲層により、相対的に可動する三次元構
造体を製造した構造例の断面図を図１１（Ａ）に、立体
図を図１１（Ｂ）に、光造形工程における三次元構造体
の製造工程を図１０（Ａ）〜（Ｅ）に示している。図１
０（Ａ）〜（Ｅ）は光造形工程の製造工程順序であり、
図中の４１は硬化した光硬化性流動樹脂、４２は犠牲層
を示している。このような工程により、犠牲層成分を含
んで硬化した光硬化性流動樹脂を加工し、犠牲層除去工
程にて犠牲層４２を除去することで、図１１（Ａ）、図
１１（Ｂ）に示すような相対的に動かすことが可能な回
転軸機構を製造することができる。次の検査工程では、
寸法及び可動する箇所の検査を行い、相対的に可動する
三次元構造体を製造する。
造体を製造した構造例の断面図を図１１（Ａ）に、立体
図を図１１（Ｂ）に、光造形工程における三次元構造体
の製造工程を図１０（Ａ）〜（Ｅ）に示している。図１
０（Ａ）〜（Ｅ）は光造形工程の製造工程順序であり、
図中の４１は硬化した光硬化性流動樹脂、４２は犠牲層
を示している。このような工程により、犠牲層成分を含
んで硬化した光硬化性流動樹脂を加工し、犠牲層除去工
程にて犠牲層４２を除去することで、図１１（Ａ）、図
１１（Ｂ）に示すような相対的に動かすことが可能な回
転軸機構を製造することができる。次の検査工程では、
寸法及び可動する箇所の検査を行い、相対的に可動する
三次元構造体を製造する。
【００３２】（実施例３）
セラミックを成分とした無機粉末材質にて、相対的に動
かすことが可能な機構部を持つ三次元構造体を犠牲層に
より製造し、焼結構造体とする場合のフローチャートを
図１２に示す。
かすことが可能な機構部を持つ三次元構造体を犠牲層に
より製造し、焼結構造体とする場合のフローチャートを
図１２に示す。
【００３３】まず、光硬化性流動樹脂物質と無機粉末材
質を準備する。光硬化性流動樹脂は光、例えばＸ線、紫
外線、あるいは可視光等によって硬化する光硬化性流動
樹脂、例えばオリゴマー（エポキシアクリレート、ウレ
タンアクリレートなど）反応性希釈剤（モノマー）、光
重合開始剤（ベンゾイン系、アセトフェノン系など）の
３要素からなっている樹脂を準備する。更に、無機粉末
材質を粉末にする手段として水アトマイズ法またはガス
アトマイズ法などにより粉体加工した。また、他に実施
した粉体や繊維の加工方法として金属アルコキシドを常
温で加水分解してゾルを作り、この反応を進めてゲル化
した後、低温で焼成して繊維や粉体を得る、ゾルゲル法
がある。これらの加工方法により粉体とした材質はＳＵ
Ｓ316L、ＳＵＳ304 、ＦｅＣｏＶ系（Ｆｅ49％．Ｃｏ49
％．Ｖ２％）、Ｃｕ−Ｓｎ合金、Ｃｕ−Ｎｉ合金、Ｓｉ
Ｏ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＢａＴｉＯ３
等である。他にソーダガラス、鉛ガラス、パイレックス
ガラス、エポキシ系、ポリエチレン系、ポリプロピレン
系、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、チタン酸カリウム（Ｋ２
Ｏ・ｎＴｉＯ２）、グラファイト、ピリオキシメチレン
等を使用する。
質を準備する。光硬化性流動樹脂は光、例えばＸ線、紫
外線、あるいは可視光等によって硬化する光硬化性流動
樹脂、例えばオリゴマー（エポキシアクリレート、ウレ
タンアクリレートなど）反応性希釈剤（モノマー）、光
重合開始剤（ベンゾイン系、アセトフェノン系など）の
３要素からなっている樹脂を準備する。更に、無機粉末
材質を粉末にする手段として水アトマイズ法またはガス
アトマイズ法などにより粉体加工した。また、他に実施
した粉体や繊維の加工方法として金属アルコキシドを常
温で加水分解してゾルを作り、この反応を進めてゲル化
した後、低温で焼成して繊維や粉体を得る、ゾルゲル法
がある。これらの加工方法により粉体とした材質はＳＵ
Ｓ316L、ＳＵＳ304 、ＦｅＣｏＶ系（Ｆｅ49％．Ｃｏ49
％．Ｖ２％）、Ｃｕ−Ｓｎ合金、Ｃｕ−Ｎｉ合金、Ｓｉ
Ｏ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＢａＴｉＯ３
等である。他にソーダガラス、鉛ガラス、パイレックス
ガラス、エポキシ系、ポリエチレン系、ポリプロピレン
系、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、チタン酸カリウム（Ｋ２
Ｏ・ｎＴｉＯ２）、グラファイト、ピリオキシメチレン
等を使用する。
【００３４】次の混練工程では、光硬化性流動樹脂物質
に１種類または数種の単独または混合無機粉末材料等を
加圧ニーダーにより混練し、その後真空ポンプ等により
脱泡を行い、粉末と光硬化性流動樹脂を混合し、粉末混
合光硬化性流動樹脂を作る。次の光造形工程は、実施例
２で記載した工程と同様になっており、樹脂造形工程で
は、前記粉末混合光硬化性流動樹脂を硬化させた粉末混
合樹脂成形体を作り、その後、洗浄工程がある。次に、
犠牲層を造形する犠牲層造形に用いるよう、犠牲層成分
となる粉末は、後工程での焼結工程に於いて、１２００
℃〜１４００℃の高温中でも該粉末が焼結されないよ
う、タングステン粉末に光硬化性流動樹脂を混合して、
犠牲層成分となる粉末が混合された光硬化性流動樹脂に
より犠牲層を造形し紫外線ビームを照射させて犠牲層を
作る。その後、洗浄工程、樹脂造形工程、洗浄工程を行
い、犠牲層が含まれた樹脂成形体を作る。次の樹脂除去
工程では、３００〜５００℃で１０〜１００時間ほど加
熱し樹脂成形体に含まれる、樹脂成分を除去する。次の
焼結工程にて、焼結する粉末の材質がＦｅ、Ｎｉの場合
では１１００〜１２００℃にて焼結を行う。次の犠牲層
除去工程では、焼結していないタングステン粉末を超音
波洗浄機により取り除く。次の検査工程では、寸法及び
可動する箇所の検査を行い、相対的に可動する三次元構
造体を製造する。
に１種類または数種の単独または混合無機粉末材料等を
加圧ニーダーにより混練し、その後真空ポンプ等により
脱泡を行い、粉末と光硬化性流動樹脂を混合し、粉末混
合光硬化性流動樹脂を作る。次の光造形工程は、実施例
２で記載した工程と同様になっており、樹脂造形工程で
は、前記粉末混合光硬化性流動樹脂を硬化させた粉末混
合樹脂成形体を作り、その後、洗浄工程がある。次に、
犠牲層を造形する犠牲層造形に用いるよう、犠牲層成分
となる粉末は、後工程での焼結工程に於いて、１２００
℃〜１４００℃の高温中でも該粉末が焼結されないよ
う、タングステン粉末に光硬化性流動樹脂を混合して、
犠牲層成分となる粉末が混合された光硬化性流動樹脂に
より犠牲層を造形し紫外線ビームを照射させて犠牲層を
作る。その後、洗浄工程、樹脂造形工程、洗浄工程を行
い、犠牲層が含まれた樹脂成形体を作る。次の樹脂除去
工程では、３００〜５００℃で１０〜１００時間ほど加
熱し樹脂成形体に含まれる、樹脂成分を除去する。次の
焼結工程にて、焼結する粉末の材質がＦｅ、Ｎｉの場合
では１１００〜１２００℃にて焼結を行う。次の犠牲層
除去工程では、焼結していないタングステン粉末を超音
波洗浄機により取り除く。次の検査工程では、寸法及び
可動する箇所の検査を行い、相対的に可動する三次元構
造体を製造する。
【００３５】（実施例４）
セラミックを成分とした無機粉末材質にて、相対的に動
かすことが可能な機構部を持つ三次元構造体を犠牲層に
より製造し、焼結構造体とする場合のフローチャートを
図１３に示す。
かすことが可能な機構部を持つ三次元構造体を犠牲層に
より製造し、焼結構造体とする場合のフローチャートを
図１３に示す。
【００３６】この加工は、実施例３で説明した光造形工
程の犠牲層成分の光硬化性流動樹脂が樹脂除去工程にて
除去される材質、例えばスリーボンド製の商品名：光硬
化性樹脂3042を使用し犠牲層を加工し光造形工程を行
う。次の樹脂除去工程、焼結工程にて犠牲層が除去され
る。この場合、焼結工程にて部品同士が一体化しないよ
うに、高温加熱する前に、予め犠牲層が含まれる樹脂成
形体の固定方法を図１４に示す。
程の犠牲層成分の光硬化性流動樹脂が樹脂除去工程にて
除去される材質、例えばスリーボンド製の商品名：光硬
化性樹脂3042を使用し犠牲層を加工し光造形工程を行
う。次の樹脂除去工程、焼結工程にて犠牲層が除去され
る。この場合、焼結工程にて部品同士が一体化しないよ
うに、高温加熱する前に、予め犠牲層が含まれる樹脂成
形体の固定方法を図１４に示す。
【００３７】図中の５１は、平面プレート５２に載置さ
れた例えばタングステンからなる位置決め台である。こ
の位置決め台５１間の前記平面プレート５２上には、一
部が位置決め台５１上に位置するように粉末混合樹脂成
形体５３が設けられている。この粉末混合樹脂成形体５
３の一部には、犠牲層５４が埋め込まれている。なお、
図中の５５は、犠牲層５４が含まれる前記樹脂成形体５
３と位置決め台５１との隙間を示す。このように固定し
てから高温加熱を行って、樹脂成形体５３の樹脂と犠牲
層５４の樹脂の樹脂除去工程、焼結工程を行うことで、
セラミックを成分とした、相対的に可動する三次元構造
体を製造する。
れた例えばタングステンからなる位置決め台である。こ
の位置決め台５１間の前記平面プレート５２上には、一
部が位置決め台５１上に位置するように粉末混合樹脂成
形体５３が設けられている。この粉末混合樹脂成形体５
３の一部には、犠牲層５４が埋め込まれている。なお、
図中の５５は、犠牲層５４が含まれる前記樹脂成形体５
３と位置決め台５１との隙間を示す。このように固定し
てから高温加熱を行って、樹脂成形体５３の樹脂と犠牲
層５４の樹脂の樹脂除去工程、焼結工程を行うことで、
セラミックを成分とした、相対的に可動する三次元構造
体を製造する。
【００３８】
【発明の効果】上述のように本発明の光造形法により構
造体に犠牲層を作ることにより、部品の組立および接合
を行わずに、相対的に可動する部品がセラミック材質、
金属材質等の無機材質によりなる三次元構造体を製造で
きる。特に高い位置決め精度を要求される微細部品の組
立において、高精度で優れた構造体を得られるという効
果がある。
造体に犠牲層を作ることにより、部品の組立および接合
を行わずに、相対的に可動する部品がセラミック材質、
金属材質等の無機材質によりなる三次元構造体を製造で
きる。特に高い位置決め精度を要求される微細部品の組
立において、高精度で優れた構造体を得られるという効
果がある。
【図１】 従来技術であるＭＩＭによる製造プロセスを
示したフローチャート。
示したフローチャート。
【図２】 光造形法により３次元構造体を造形する具体
的な方法のフローチャート。
的な方法のフローチャート。
【図３】 規制液面法による光造形工程図。
【図４】 自由液面法による光造形工程図。
【図５】 光造形法を応用してセラミック構造体を製造
する提案の加工フローチャート。
する提案の加工フローチャート。
【図６】 半導体犠牲層をエッチングにより加工する場
合の工程断面図。
合の工程断面図。
【図７】 規制液面法による異種類の光硬化性流動樹脂
を任意の箇所に積層する製造装置の説明図。
を任意の箇所に積層する製造装置の説明図。
【図８】 自由液面法による異種類の光硬化性流動樹脂
を任意の箇所に積層する製造装置の説明図。
を任意の箇所に積層する製造装置の説明図。
【図９】 犠牲層により、相対的に可動する三次元構造
体を製造するフローチャート。
体を製造するフローチャート。
【図１０】 犠牲層を形成する工程断面図。
【図１１】 相対的に動かすことが可能な回転軸機構を
示し、同図（Ａ）は断面図、同図11（Ｂ）は斜視図。
示し、同図（Ａ）は断面図、同図11（Ｂ）は斜視図。
【図１２】 犠牲層により、相対的に可動する三次元構
造体を製造するフローチャート。
造体を製造するフローチャート。
【図１３】 犠牲層により、相対的に可動する三次元構
造体を製造するフローチャート。
造体を製造するフローチャート。
【図１４】 樹脂除去工程、焼結工程での樹脂成形体の
固定方法の説明図。
固定方法の説明図。
21…第１タンク、 22…ガラス板、 23…紫
外線ビーム、24，30…光硬化性流動樹脂、 25…洗浄
液、 26…洗浄タンク、27…後露光用タンク、
28…紫外線光源、 31…テーブル、32，33…アクチュエ
ータ、 34…硬化した光硬化性流動樹脂、40…超音波
発生装置、 41…ビーム照射装置。
外線ビーム、24，30…光硬化性流動樹脂、 25…洗浄
液、 26…洗浄タンク、27…後露光用タンク、
28…紫外線光源、 31…テーブル、32，33…アクチュエ
ータ、 34…硬化した光硬化性流動樹脂、40…超音波
発生装置、 41…ビーム照射装置。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平２−78531（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−99203（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−290903（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−306407（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B29C 67/00
B29C 67/04
Claims (2)
- 【請求項１】 相対的に可動する部品を有する三次元構
造体の製造方法において、 光により硬化する光硬化性流動樹脂に無機粉末材料を混
練して粉末混合光硬化性流動樹脂を作る混練工程と、 前記粉末混合光硬化性流動樹脂を光造形装置を用いて積
層させ硬化させて三次元形状の粉末混合樹脂成形体を作
る樹脂造形工程と、 前記粉末混合樹脂成形体の、前記相対的に可動する部品
が配置される表面に、犠牲層成分となる光硬化性流動樹
脂を光造形装置を用いて積層させ硬化させて犠牲層を作
る犠牲層造形工程と、 前記犠牲層を有する粉末混合樹脂成形体を加熱して、前
記粉末混合樹脂成形体及び／又は犠牲層の光硬化性流動
樹脂を除去する樹脂除去工程と、 前記樹脂除去工程で残った前記無機粉末材料を焼結する
焼結工程と、 を具備することを特徴とする三次元構造体の製造方法。 - 【請求項２】 相対的に可動する部品を有する三次元構
造体の製造方法において、 光により硬化する光硬化性流動樹脂に無機粉末材料を混
練して粉末混合光硬化性流動樹脂を作る混練工程と、 前記粉末混合光硬化性流動樹脂を光造形装置を用いて積
層させ硬化させて三次元形状の粉末混合樹脂成形体を作
る樹脂造形工程と、 前記粉末混合樹脂成形体の、前記相対的に可動する部品
が配置される表面に、後工程の焼結工程の温度で焼結さ
れないタングステン粉体を混合した犠牲層成分となる光
硬化性流動樹脂を光造形装置を用いて積層させ硬化させ
て犠牲層を作る犠牲層造形工程と、 前記犠牲層を有する粉末混合樹脂成形体を加熱して、前
記粉末混合樹脂成形体及び／又は犠牲層の光硬化性流動
樹脂を除去する樹脂除去工程と、 前記樹脂除去工程で残った前記無機粉末材料を焼結する
焼結工程と、 前記焼結工程の温度で焼結されないタングステン粉体を
取り除く除去工程と、を具備することを特徴とする三次
元構造体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21297493A JP3537161B2 (ja) | 1993-08-27 | 1993-08-27 | 三次元構造体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21297493A JP3537161B2 (ja) | 1993-08-27 | 1993-08-27 | 三次元構造体の製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0760844A JPH0760844A (ja) | 1995-03-07 |
| JP3537161B2 true JP3537161B2 (ja) | 2004-06-14 |
Family
ID=16631385
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21297493A Expired - Fee Related JP3537161B2 (ja) | 1993-08-27 | 1993-08-27 | 三次元構造体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3537161B2 (ja) |
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| US7012726B1 (en) * | 2003-11-03 | 2006-03-14 | Idc, Llc | MEMS devices with unreleased thin film components |
| WO2005082592A1 (ja) * | 2004-02-27 | 2005-09-09 | Nihon University | 微小部品の製造方法 |
| US7755174B2 (en) | 2007-03-20 | 2010-07-13 | Nuvotonics, LLC | Integrated electronic components and methods of formation thereof |
| US20110123783A1 (en) | 2009-11-23 | 2011-05-26 | David Sherrer | Multilayer build processses and devices thereof |
| WO2013010108A1 (en) * | 2011-07-13 | 2013-01-17 | Nuvotronics, Llc | Methods of fabricating electronic and mechanical structures |
| US9325044B2 (en) | 2013-01-26 | 2016-04-26 | Nuvotronics, Inc. | Multi-layer digital elliptic filter and method |
| US9306254B1 (en) | 2013-03-15 | 2016-04-05 | Nuvotronics, Inc. | Substrate-free mechanical interconnection of electronic sub-systems using a spring configuration |
| US9306255B1 (en) | 2013-03-15 | 2016-04-05 | Nuvotronics, Inc. | Microstructure including microstructural waveguide elements and/or IC chips that are mechanically interconnected to each other |
| EP3095159A4 (en) | 2014-01-17 | 2017-09-27 | Nuvotronics, Inc. | Wafer scale test interface unit: low loss and high isolation devices and methods for high speed and high density mixed signal interconnects and contactors |
| KR101459284B1 (ko) * | 2014-04-18 | 2014-11-07 | 주식회사 스맥 | 삼차원 물체 제조장치 및 제조방법 |
| US9878470B2 (en) | 2014-06-10 | 2018-01-30 | Formlabs, Inc. | Resin container for stereolithography |
| US10847469B2 (en) | 2016-04-26 | 2020-11-24 | Cubic Corporation | CTE compensation for wafer-level and chip-scale packages and assemblies |
| US10511073B2 (en) | 2014-12-03 | 2019-12-17 | Cubic Corporation | Systems and methods for manufacturing stacked circuits and transmission lines |
| IT201700020797A1 (it) * | 2017-02-23 | 2018-08-23 | Dws Srl | Metodo e contenitore per rimuovere residui di resina da un modello realizzato tramite stampa tridimensionale 3D |
| EP3625056B1 (en) * | 2017-05-15 | 2022-04-13 | Holo, Inc. | Viscous film three-dimensional printing systems and methods |
| TW201918363A (zh) * | 2017-11-14 | 2019-05-16 | 義大利商Ｄｗｓ有限責任公司 | 多站光固化組 |
| US10319654B1 (en) | 2017-12-01 | 2019-06-11 | Cubic Corporation | Integrated chip scale packages |
| CN113492530A (zh) * | 2020-03-18 | 2021-10-12 | 苏州苏大维格科技集团股份有限公司 | 多材料三维打印清洗装置及方法 |
-
1993
- 1993-08-27 JP JP21297493A patent/JP3537161B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH0760844A (ja) | 1995-03-07 |
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