JP4423272B2 - 光造形装置 - Google Patents

Description

この発明は、光造形装置に関し、特に、立体形状を連続的に形成できる光造形装置に関する。

従来の３次元光造形装置がたとえば、特開２００２−３７０２８６号公報（特許文献１）や特開２００３−３９５６４号公報（特許文献２）に記載されている。

特許文献１によれば、ガラス面の上に透明な弾性分離層を設け、その上に光硬化性樹脂を載置し、ガラス面の下部から光を照射して光硬化性樹脂を硬化させて３次元造形を行う装置が開示されている。この装置においては、弾性分離層として、ラテックスまたはシリコンゴムのような高弾性材料の膜を使用することにより、膜はガラス面に付着せず、ガス媒体または液体媒体を膜とガラス面との間に流入させて膜と造形部分とを分離させている。

また、特許文献２によれば、特許文献１と同様の、透明板の上に弾性体が設けられ、弾性体の上に光硬化性樹脂が保持される光造形装置が開示され、弾性体は、透明板から離れるよりも、凝固された材料が弾性層からより容易に離れるように構成されている。
特開２００２−３７０２８６号公報（要約等） 特開２００３−３９５６４号公報（要約等）

従来の３次元光造形装置は上記のように構成されていた。光の照射により硬化した部分を膜から離すために、高弾性材料の膜のような特殊な処理が行われた膜や、膜とガラス面との間に媒体を流入させる装置が必要となり、装置が複雑で高価になるという問題があった。

この発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、構造が簡単でコストの安価な光造形装置を提供することを目的とする。

この発明にかかる、光造形装置は、透光性を有する板と、透光性を有する板の上に設けられ、所定の方向に移動可能なフィルムと、フィルム上に密着して設けられ、フィルム上の所定の範囲を囲うシール材と、シール材の内部に光によって硬化する光硬化性樹脂を供給する光硬化性樹脂供給装置と、光硬化性樹脂に対して、光を照射する光照射手段と、光照射手段によって硬化された光硬化性樹脂の硬化された部分を板に対して相対的に移動させる移動装置とを含む。

この発明においては、透光性を有する板の上には、所定の方向に移動可能なフィルムを設け、フィルム上に密着してフィルム上の所定の範囲を囲うシール材とを設けたため、光硬化性樹脂の所定の部分を硬化した後、フィルムを横方向に移動するだけで、フィルムと造形部とを分離できる。

その結果、構造が簡単でコストの安価な光造形装置を提供できる。

また、シール材はＶリングで構成されてもよい。さらに、フィルムを所定の方向に移動させるフィルム巻取り機構を含み、光硬化性樹脂の一部が硬化した後に、フィルム巻き取り機構でフィルムを移動させる構造にしてもよい。

さらに好ましくは、フィルムにはシリコンが塗布されている。

以下、この発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施の形態に係る、光造形装置を示す図である。図１（Ａ）は側面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）において、矢印Ｂ-Ｂで示す部分の平面図である。

図１（Ａ）および（Ｂ）を参照して、光造形装置１０は、ガラス板１１と、ガラス板１１の上にａ方向（図１（Ｂ）参照）に移動可能に設けられたフィルム１２と、フィルム１２の上に載置するされた、円筒形状のシール材１５と、後に説明する硬化した樹脂２１をテーブル１７を用いて引き上げるテーブル昇降機構１６とを含む。フィルム１２は、駆動部を有する巻き取りローラ１４と、従動ローラ１３とによって保持され、巻き取りローラ１４によって巻き取られる。ここで、テーブル昇降機構１６は移動装置として機能する。

ガラス板１１、巻き取りローラ１４、従動ローラ１３およびシール材１５は、固定枠２３で固定されている。固定枠２３は立上り部を有し、この立上り部の一部にヒンジ２５が設けられ、このヒンジ２５の先端にシール材１５を保持するためのシール材保持部２４が設けられている。ヒンジ２５は図中矢印ｃで示すように回動可能であり、フィルム１２をガラス板１１の上に通したあと、このヒンジ２５を回動させてフィルム１２上にシール材１５を載置する。

シール材１５の内部には、図示のない光硬化性樹脂供給装置から、光硬化性樹脂が適時供給されている。ガラス板１１の下部には、プロジェクタ（光照射手段）３０が設けられ、プロジェクタ３０から光硬化性樹脂を硬化するための光がガラス板１１の所定の部分（図１（Ａ）において２２で示す部分）に光路３１を経て照射され、この部分が硬化される。

光硬化性樹脂２０の硬化された部分２２は、テーブル昇降機構１６の下端に設けられたテーブル１７に接続され、テーブル１７は、テーブル昇降機構１６の図示のない駆動部によって図中ｂで示す方向に持ち上げられる。なお、フィルム１２は、弾性を有さないＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）フィルムが好ましい。また、その表面はシリコンでコートされているのが好ましい。

このような構成とすることで、材料となる光硬化性樹脂の供給量は常に積層硬化させるギャップ以上の液面高さがあればよいので、材料の供給をきわめて少なくできる。具体的には、図１に示した、硬化された部分２２の高さ以上まであればよい。この液面の制御は、図示のないセンサで行われる。

その硬化された部分の高さ（ギャップ）の寸法としては、０．０１〜０．５ｍｍに設定可能である。

図２は、光造形装置１０における制御に関する主要構成要素を示すブロック図である。図２を参照して、光造形装置１０は、光造形装置１０全体を制御するための、ＣＰＵを含む、制御部５１と、制御部５１に対して、入出力インターフェイス（Ｉ/Ｏ）５２を介して接続される、テーブル昇降機構１６と、フィルム巻取り機構５４と、光硬化性樹脂供給装置５５と、プロジェクタ３０と、プログラムやデータを保持する格納装置５６とを含む。

フィルム巻き取り機構５４は上記したフィルム１２、駆動部を有する巻き取りローラ１４および従動ローラ１３を含む。

光造形装置１０によって、光硬化性樹脂２０を用いて造形されるときは、まず、ガラス板１１の上にフィルム１２を通過させ、フィルム１２のほぼ中央にシール材１５を載置し、シール材１５の内部に光硬化性樹脂２０を図示のない、光硬化性樹脂供給装置５５を用いて供給する。この状態で、プロジェクタ３０から光を照射し、光硬化性樹脂２０の下面の一部を所望の形状に硬化させる。具体的には、上記したように、光硬化性樹脂２０のガラス面側の一部２２を所定の厚さだけ硬化する。硬化後、テーブル昇降機構１６で、硬化された光硬化性樹脂に接続されたテーブル１７を、所定の高さまで引き上げる。所定の高さとしては、通常の成形寸法に対して、１００倍程度である。通常の成形寸法が０．０５ｍｍであれば、５ｍｍにするのがよい。この理由は、隙間を設けることによって樹脂が次に硬化させる部分に流れ込むことができるようにするためである。

このとき同時に、フィルム１２を所定の長さだけ巻き取りローラ１４で巻き取る。この動作によって、硬化された部分２２のフィルム１２からの剥離が容易になる。

次に、テーブル１７とフィルム１２の上面とのギャップを所定の成形寸法とするために、テーブル１７を降下させる。

この状態で再びプロジェクタ３０から光を照射して光硬化性樹脂を硬化させる。このプロセスを繰り返すことによって、３次元造形物を生成する。

なお、この所望の形状に形成するためのプログラムは、格納装置５６に格納されており、そのプログラムに沿って、プロジェクタ３０の露光位置や露光量、および、テーブル昇降機構１６の昇降量が制御される。

次に、シール材１５について説明する。ここで用いるシール材１５としては、Ｖリングが好ましい。Ｖリングとは回転軸のシールに用いられるシール材であり、特に、フォーシェタ社のものが好ましい。図３に示すように、Ｖリング４０は、軸受部分４２をシールするために軸４１に取り付けられ、その先端部４０ａは本体４３の側面と摺動する状態で使用される。この先端部４０ａが図１におけるフィルム１２に当接する。このようなシール材であれば、フィルム１２の移動時においても、その摺動部における発熱等の問題も生じない。

次に、シール材１５の変形例について説明する。図４は、シール材の変形例を示す図である。図４を参照して、この例では、シール材１５は、光硬化性樹脂２０を保持する本体部４５を有し、本体部４５には、その外周部には環状の溝４５ａとフィルム１２に当接する先端部４５ｂとが設けられている。溝４５ａには、溝４５ａを上下方向に付勢するバネ４６が設けられ、この付勢力で先端部４５ｂがフィルム１２に当接される。このような構成であれば、光硬化性樹脂２０は十分シールされる。

なお、上記実施の形態においては、シール材として、先端部が外部に広がっている例について説明したが、これに限らず、内側に狭くなっていても良い。

また、上記実施の形態においては、フィルムに塗布する材料としてシリコンを例にあげたが、これに限らず、離型性を有するものであれば任意のものを採用してもよい。

さらに、ガラス板の代わりに、光透過性を有する任意の板を使用してもよい。また、シール材の形状は、円形に限らず、矩形状であってもよいし、楕円形であってもよい。

また、上記実施の形態においては、光照射手段としてプロジェクタを例にあげて説明したが、これに限らず、光を照射できれば、任意の形式であってもよい。

また、上記実施の形態においては、光硬化性樹脂の硬化後、テーブル昇降機構で、硬化された光硬化性樹脂に接続されたテーブルを、所定の高さとなる位置まで引き上げる例について説明したが、これに限らず、ガラス板の方を引き下げるようにしてもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

光造形において、フィルム上で成形し、所定の部分が硬化すると、テーブル昇降機構を用いて成形部分を持ち上げると同時に、フィルムを移動するようにしたため、特殊なフィルムを用いることなく、光硬化性樹脂を必要最小限の量で成形できるとともに、構成を簡単にできるため、光造形装置として有利に使用される。

この発明の一実施の形態に係る光造形装置の構成を示す図である。 光造形装置における制御に関する主要構成要素を示すブロック図である。 Ｖリングを示す図である。 シール材の他の例を示す図である。

符号の説明

１０ 光造形装置、１１ ガラス板、１２ フィルム、１３ 従動ローラ、１４ 巻き取りローラ、１５ シール材、１６ テーブル昇降機構、１７ テーブル、１８ サポート、２０ 光硬化性樹脂、３０ プロジェクタ。

Claims (5)

1. 透光性を有する板と、
   前記透光性を有する板の上に設けられたフィルムと、
   前記フィルムを前記板の上に通過移動させるための手段と、
   前記フィルム上に設けられ、前記フィルム上の所定の範囲を囲うシール材と、
   前記シール材の内部に光によって硬化する光硬化性樹脂を供給する光硬化性樹脂供給装置と、
   前記光硬化性樹脂に対して、光を照射する光照射手段と、
   を含む、光造形装置。
2. 透光性を有する板と、
   前記透光性を有する板の上に設けられたフィルムと、
   前記フィルムを前記板の上に通過移動させるための手段と、
   前記フィルム上に設けられ、前記フィルム上の所定の範囲を囲うシール材と、
   前記シール材の内部に光によって硬化する光硬化性樹脂を供給する光硬化性樹脂供給装置と、
   前記光硬化性樹脂に対して、光を照射する光照射手段と、
   前記光照射手段によって硬化された光硬化性樹脂の硬化された部分を前記板に対して相対的に移動させる移動装置と、
   を含む、光造形装置。
3. 前記シール材はＶリングである、請求項２に記載の光造形装置。
4. 前記フィルムを所定の方向に移動させるフィルム巻取り機構を含み、前記光硬化性樹脂の一部が硬化した後に、前記フィルム巻取り機構で前記フィルムを移動させる、請求項２または３に記載の光造形装置。
5. 前記フィルムにはシリコンが塗布されている、請求項２から４のいずれかに記載の光造形装置。

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