JP3641276B2 - 立体像形成方法 - Google Patents
立体像形成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3641276B2 JP3641276B2 JP33831491A JP33831491A JP3641276B2 JP 3641276 B2 JP3641276 B2 JP 3641276B2 JP 33831491 A JP33831491 A JP 33831491A JP 33831491 A JP33831491 A JP 33831491A JP 3641276 B2 JP3641276 B2 JP 3641276B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- scanning
- scan
- interval
- resin
- photocurable resin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- 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
- B29C64/10—Processes of additive manufacturing
- B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
- B29C64/124—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
- B29C64/129—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask
- B29C64/135—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask the energy source being concentrated, e.g. scanning lasers or focused light sources
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
- B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
- B29C35/08—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
- B29C35/0805—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
- B29C2035/0838—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using laser
Description
【産業上の利用分野】
本発明は立体像形成方法に関し、特に液状光硬化性樹脂の表面の所定部分に光を照射して樹脂を硬化せしめることによって立体像の一断面を形成し、順次その過程を繰返して立体像を形成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
合成樹脂による成形物の作製には、金型成形法が多く用いられている。しかし、金型成形法は金型の作製に多額の費用を要し、また成型物を得るまでに多くの工程を有するなどの問題があった。
【0003】
金型成型法の上述した問題点を解決する方法として、近年、光硬化性樹脂を所定の光ビームで露光して硬化させることによって、所望の立体像を形成する方法が、特開昭62−35966号公報その他に提案されている。
【0004】
この方法は液状光硬化性樹脂の表面の所定部分にレーザー光を照射して所定形状の硬化層を形成し、この硬化層の上にさらに未硬化の液状光硬化性樹脂を供給し、再びレーザー光を照射して硬化層を形成し、先の硬化層の上に積層する、という過程を繰返すことによって立体像を形成するものである。
【0005】
レーザー光の照射法はレーザービームのラスター走査が一般であり、そのラスター走査の方法として、大別して次の3方法がとられてきた。
【0006】
1.図2(a)に示すように、走査間隔dに比べて大きなレーザービーム径wで一方の端から他の端まで順番に塗り潰してゆく方法。
【0007】
2.図2(b)に示すように、d>wの条件で一層内をまずX方向に走査させて塗り潰した後、ついでY方向に走査させて硬化させる方法。斜線を施した部分は第二回目の走査での硬化の箇所を示す。
【0008】
3.図2(c)に示すように、一層内の同一の位置を多数回走査して硬化させる方法。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
第一の方法は均一な硬化が可能であり、平滑な表面と透明感のある成形物が得られる。しかしながらこの方法では連続した広い面積がほぼ同時に硬化するので、硬化に際しての収縮による応力が大きくなり、特に成形物に片持ち梁形状部がある場合、片持ちの張り出し部の反り上がり、全体的な変形(反り)や引け(局部的な収縮)が発生しやすく成形物は精度的には満足のいくものではなかった。
【0010】
第二の方法は反りや引けの発生は小さいものの、未硬化部が多量に残るため成形物は不透明であり、かつ表面が平滑でない。また硬化度が十分でないために成形中に液状光硬化性樹脂による膨潤を受けやすく、かつポストキュアー(成形後の後硬化)時の収縮が大きい。
【0011】
第三の方法は比較的表面の平滑さと成形精度のバランスがとれた方法であるが、走査線間の硬化度が低いためにポストキュアー時の収縮が大きい。また結果的に走査回数が多くなるために造形時間が長くなってしまう。
【0012】
以上のように従来の成形方法では、短時間で成形精度にすぐれ、かつ外観が良好で、しかもポストキュアー時の短縮を小さくするということは困難であった。
【0013】
本発明は上記従来技術の欠点に鑑みなされたものであり、短時間で高精度な立体形状を形成可能な立体像形成方法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の立体像形成方法では上記課題を解決するために、一断面の形状を光スポットで液状光硬化性樹脂の表面を所定の間隔dでラスター走査させて硬化させる際に、まず2dの間隔で第一回目の走査を行い、続いて第二回目の走査を2dの間隔でかつ、第一回目の走査の中央の位置を走査するようにして立体像を形成するものである。
【0015】
さらに好ましくは、第一回目の走査間隔2dがラスター走査による樹脂の硬化幅wと2w≧2d≧wの関係とすることにより、さらに高精度な成形が可能である。
【0016】
一断面内のレーザースポットの走査方向はすべて平行でも良いし、互いに交差する2方向のベクトルを用いても良い。前者の場合には積層レイヤー毎に走査方向をかえることがより好ましい。例えば、第n層はx方向、第n+1層は直交するy方向、第n+2層はx方向といった交互に走査方向をかえていく方法等が挙げられる。
【0017】
【作用】
本発明による立体像形成方法においては、実質的に未露光部が残らず高い硬化度が得られるために、平滑な表面を有する透明な、しかもポストキュアーでの収縮や変形も極めて小さい高精度な成形物が得られる。また第一回目および第二回目における走査のそれぞれの走査の間隔を広くとるために、各走査線の接触がなく一回の走査によって連続して硬化する面積が小さい。このため硬化収縮による収縮応力が小さくなり、反りや引けといった成形時の変形も小さくなる。さらに、高精度とするための走査回数を多くする必要がないので、短時間で成形可能である。
【0018】
【実施例】
以下に図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【0019】
図1は本発明に用い得る立体像形成装置の一例の構成を示す模式的斜視図である。この装置は液状光硬化樹脂表面へレーザービームを照射し、走査する光学系と、液状光硬化性樹脂を収容し、かつ該樹脂の硬化層を昇降させる樹脂収容系を具えている。液状光硬化性樹脂gは樹脂液槽h内に収容され、液槽hには液状光硬化性樹脂表面の硬化層iを昇降させる昇降台fが設けられている。
【0020】
光学系はレーザー発振器a,ミラーbおよびe,シャッタcおよびZフォーカスレンズdによって液状光硬化性樹脂gの表面に焦点を結ばせたレーザービームjをミラーeを回転させることによって、液状光硬化性樹脂表面を走査する。この際、レーザービームが垂直に該表面を照射するときと、ある角度をもって斜めに該表面を照射するときとで光路差を生じて合焦位置がずれるが、フォーカスレンズを使用することによって、この光路差を補正し、合焦位置を常に該表面に合わせることができる。フォーカスレンズに代えて、レーザービームの径路に沿って移動する補正レンズを設けることによって合焦位置を調整することもできる。
【0021】
立体像の形成のためには、形成すべき立体像を例えば水平方向に薄くスライスした断面形状を記憶装置に記憶し、計算機等の制御装置によってミラーの回転を制御して、一層ごとに所定形状の硬化層を作り、かつ昇降台fを制御して硬化層の厚さだけ成形物を液状光硬化性樹脂中に降下させるのであるが、記憶装置,制御装置などは図示を省略する。
【0022】
立体像形成装置としては図1に示したような可動ミラーを用いてレーザービームを走査する装置の他に、NCテーブルによって光ファイバを移動させて走査する装置なども使用可能である。
【0023】
用いる液状光硬化性樹脂も、通常用いられている液状光硬化性樹脂であれば特に限定せず用いることができ、ウレタンアクリレート,エポキシアクリレートなどを主成分とするラジカル重合型の光硬化性樹脂やエポキシ樹脂などの光カチオン重合を利用した光硬化性樹脂が一例として挙げられる。
【0024】
次に本発明によるレーザービームの走査方法について説明する。
【0025】
本発明においては、図3(a)に符号Aで示すように2dの間隔で第一回目の走査を行い、符号Bで示す第二回目の走査を同じく2dの間隔で行う。その際、第二回目の走査位置が第一回目の走査間の中央にくるようにする。レーザービームの走査をこのように行うことによって、第1回の走査で硬化しなかった斜線を施した部分を硬化させる。または図3(b)に示すように、第一回目の走査Aと第二回目の走査Bとで、走査方向を交差させてラスター走査を行う。走査方向を交差させる際にも同様に二回目の走査を一回目の走査の中央にくるようにする。すなわち、図3(b)において、走査の順は同一断面内でA1 →B1 →A2 →B2 としても良いし、A1 →A2 →B1 →B2 としてもよい。
【0026】
実施例1
実験にはソリッドクリエーターJSC−2000(ソニー株式会社製)を用いた。本装置は図1に示したような可動式ミラーと光源としてArイオンレーザーを採用した装置である。液状光硬化性樹脂はウレタンアクリレート系樹脂デソライトSCR−300(日本合成ゴム株式会社製)を用いた。
【0027】
液面でのレーザーパワー40mW、走査速度100cm/秒で図3(a)に示した方法で成形を行った。この時の一本のラスター走査による硬化幅は0.12mmであった。
【0028】
まず、中心間隔2dが0.14mmで第一回目のラスター走査を行い、続いて同じ間隔で第一回目の走査と0.07mmだけずらした位置を走査した。すなわち、第二回目の走査は第一回目の走査のちょうど中間点にくるようにした。
【0029】
このようにして成形された物体について、ゲル含率,ポストキュアー時の収縮率,反り,引けおよび外観を測定した。試験方法を以下に示す。
【0030】
1)ゲル含率
50×50×1(mm)の薄い板を1積層の厚さ0.2mmで成形する(すなわち5層積層する)。この薄板の重量をW1とする。ついでこの薄板をソックスレー抽出器を用いてメチルエチルケトンを抽出溶媒として8時間抽出を行う。ついで80℃で6時間真空乾燥を行う。乾燥後の重量をW2とする。ゲル含率は次式を用いて算出した。
【0031】
ゲル含率(%)=100×(W2/W1)
2)ポストキュアー時の収縮率
図4に示したような高さ20mm,幅5mm,長さ200mmのバーを1積層の厚さ0.2mmで成形した(すなわち100層積層した)。ポストキュアー前の長さの寸法をL1とする。ポストキュアー後の長さの寸法をL2とする。収縮率は次式を用いて算出した。
【0032】
収縮率(%)=100×(1−L2/L1)
3)反り
ポストキュアー時の収縮率を求めるのに用いたポストキュアー前のバーを図5のように片方を水平な台に固定し、他端の持ち上がり量Δh(mm)で評価した。
【0033】
4)引け
図6に示したように、高さ30mm,幅80mm,長さ100mmで中央に厚さ2mmの床を有する箱型モデルを1積層の厚さ0.2mmで成形し、ポストキュアー後に目視および指触で評価した。ここで引けとは図6のモデルの中央部の床が形成される部分の側面がへこんでしまう現象をいう。
【0034】
5)外観
ゲル含率の評価に用いた薄板の外観を目視および指触で評価した。指触で表面が滑らかなものを平滑とした。また目視で表面にレーザ走査の筋目がはっきりと見え、乱反射で透明感に欠けるものを不透明とした。
【0035】
本実施例による成形物の表面は平滑であり、かつ透明であった。また引けや反りも観察されなかった。硬化物のゲル含率は90%であり高い硬化度を示した。
【0036】
次にUVランプを用いてポストキュアーを行った。この時の照射量は10J/cm2 であり、上面,下面それぞれに5J/cm2 づつ当たるようにした。ポストキュアー時の収縮率は0.07%と極めて小さい量であった。
【0037】
評価結果をまとめて表1に示す。なお、表1における走査間隔は第一回目の走査と第二回目の走査の中心間隔dである。
【0038】
実施例2
実施例1と同様にして、図3(b)の方法でテストを行った。すなわち、まず0.28mmの間隔でX方向に第一回目の走査を行い、ついで同じ間隔でY方向に第二回目の走査を行う。ついでX方向に0.28mmの間隔で第一回目の走査のちょうど中間点にくるように第3回目の走査を行った。さらに同じ間隔でY方向に第二回目の走査の中間点にくるように走査した。引き続き、このような走査をくり返した。
【0039】
評価結果は表1に示した。
【0040】
実施例3
走査速度を200cm/秒、第一回目および第二回目の走査の中心間隔0.08mm,レーザー照射量を51mJ/cm2 とした以外は、実施例1と同様にして走査した。
【0041】
評価結果は表1に示した。
【0042】
比較例1−3
従来の走査方法、すなわち、それぞれ図2(a),(b),(c)に示した方法を用いて実施例と同様の試験を行った。結果は表1に示した。いずれの方法も引け,反りといった変形と外観、ポストキュアーでの収縮を同時に満足させることはできなかった。
【0043】
【表1】
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による立体像形成方法によれば、実質的に未露光部が残らず高い硬化度が得られるために、平滑な表面を有する透明な、しかもポストキュアーでの収縮や変形も極めて小さい高精度な成形物が得られる。また一回の走査間隔を広くとるために、各ライン間の接触がなく、このため硬化収縮による収縮応力が小さくなり、反りや引けといった成形時の変形も小さくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に使用し得る立体像形成装置の模式的斜視図である。
【図2】従来の走査方法を説明する図である。
【図3】本発明による走査方法を説明する図である。
【図4】試験のための成形物の形状を示す図である。
【図5】反りの試験方法を説明する図である。
【図6】試験のための成形物の形状を示す図である。
【符号の説明】
a レーザー発振器
b,e ミラー
c シャッタ
d Zフォーカスレンズ
f 昇降台
g 液状光硬化性樹脂
h 樹脂液槽
i 硬化層
j レーザービーム
Claims (2)
- 液状光硬化性樹脂の表面に目的形状の断面を描くように光束を走査させて、該液状光硬化性樹脂を部分的に硬化させる工程を含む立体像形成方法において、同一断面内を所定の間隔dでラスター走査を行う際に、各ラスター走査における樹脂の硬化幅をwとし、まず2dの間隔で第一回目の走査を行い、続いて第二回目の走査を2dの間隔で、かつ走査線が第1回目の走査の中央の位置に来るように走査する工程と、
前記工程において目的形状を形成した後に、ポストキュアー時の収縮率が0.1%以下であるポストキュアー工程と
を含み、前記第一回目の走査間隔2dがラスター走査による前記樹脂の硬化幅wと2w≧2d≧wの関係にあることを特徴とする立体像形成方法。 - 液状光硬化性樹脂の表面に目的形状の断面を描くように光束を走査させて、該液状光硬化性樹脂を部分的に硬化させる工程を含む立体像形成方法において、
同一断面内を所定の間隔dでラスター走査を行う際に、各ラスター走査における樹脂の硬化幅をwとし、第1の方向に2dの間隔で第一回目の走査を行い、前記第1の方向と交差する第2の方向に2dの間隔で第二回目の走査を行い、前記第1の方向に2dの間隔で、かつ走査線が第一回目の走査の中央の位置に来るように第三回目の走査を行い、および前記第2の方向に2dの間隔で、かつ走査線が第二回目の走査の中央の位置に来るように第四回目の走査を行い、
前記第1から第4の走査の間隔2dがラスター走査による前記樹脂の硬化幅wと2w≧2d≧wの関係にある
ことを特徴とする立体像形成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33831491A JP3641276B2 (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | 立体像形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33831491A JP3641276B2 (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | 立体像形成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05169551A JPH05169551A (ja) | 1993-07-09 |
JP3641276B2 true JP3641276B2 (ja) | 2005-04-20 |
Family
ID=18316972
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33831491A Expired - Lifetime JP3641276B2 (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | 立体像形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3641276B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3306125B2 (ja) * | 1992-10-01 | 2002-07-24 | シーメット株式会社 | 歪抑制能力が改善された光硬化造形法 |
JP2001225391A (ja) * | 2001-01-26 | 2001-08-21 | Sony Corp | 光学的造形方法および光学的造形装置 |
JP4834297B2 (ja) * | 2004-09-29 | 2011-12-14 | ナブテスコ株式会社 | 光造形装置及び光造形方法 |
JP6022493B2 (ja) * | 2014-02-13 | 2016-11-09 | シーメット株式会社 | 光造形方法、光造形装置、及び生成プログラム |
CN104015357B (zh) * | 2014-05-30 | 2016-03-23 | 田野 | Fdm 3d打印冷板成型树脂膜 |
JP7136815B2 (ja) * | 2017-06-30 | 2022-09-13 | 株式会社ニコン | 重合された材料で作られる物品を製造する方法 |
JP2019151050A (ja) * | 2018-03-05 | 2019-09-12 | 株式会社リコー | 立体造形方法および立体造形装置 |
-
1991
- 1991-12-20 JP JP33831491A patent/JP3641276B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH05169551A (ja) | 1993-07-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3449779B2 (ja) | 三次元物体製造方法 | |
JP2610692B2 (ja) | 三次元物体形成用光硬化性組成物および三次元物体の造形方法 | |
JPS61114818A (ja) | 立体形状形成装置 | |
JPH0757531B2 (ja) | 三次元形状の形成方法 | |
JP3641276B2 (ja) | 立体像形成方法 | |
JPH0675925B2 (ja) | 立体形状形成装置 | |
KR940018189A (ko) | 광학적 조형방법 및 광학적 조형장치 | |
JPS61114817A (ja) | 立体形状形成装置 | |
CN1031115C (zh) | 改进的固体成像方法与装置 | |
JP3173088B2 (ja) | 光学的立体像形成方法および装置 | |
JP2002144437A (ja) | 光学的立体造形装置及び造形方法 | |
JP2000263650A (ja) | 光造形装置 | |
JPH04113828A (ja) | 大型立体樹脂モデルの製造方法及びその装置 | |
JPH0834063A (ja) | 光造形方法及びその装置及び樹脂成形体 | |
KR940019470A (ko) | 광학적 조형방법 및 광학적 조형장치 | |
JPH0224122A (ja) | 光学的造形体の透明化処理方法 | |
JPS63145016A (ja) | 立体形状形成装置 | |
JPH07329190A (ja) | 三次元物体の製造方法及び製造装置 | |
JP3412278B2 (ja) | 光造形装置及び方法 | |
JP3166133B2 (ja) | 光学的造形方法および装置 | |
JPH0514839Y2 (ja) | ||
JPH081794A (ja) | 三次元物体の製造方法及び製造装置 | |
JPH07100939A (ja) | 補助サポートが取外し易い光硬化造形法 | |
JPS6232009A (ja) | 立体形状の形成方法 | |
JP2561328B2 (ja) | 三次元形状の形成方法および装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041124 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20041124 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050121 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090128 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090128 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100128 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100128 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110128 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110128 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120128 Year of fee payment: 7 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |