JP4485413B2 - モデル支持方法およびモデル造形装置 - Google Patents
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Description
本発明は、光造形におけるモデル支持手段（サポートおよび／または架台）によるモデル支持方法および構造に関する。
従来、液体状態にある光硬化性樹脂に光を照射してテーブル上方に平面状に硬化層を形成し、テーブルと光照射位置の相対的位置関係を順にずらして硬化層を積み上げ形成することにより、三次元形状の造形物（モデル）を光造形する方法は知られている。
この従来の光造形では、通常、モデルとテーブルとの間にモデル支持手段が光造形される。モデル支持手段は、モデルを構成する硬化層のうち下側の硬化部から大きくはみ出て下側の硬化部によって支持されない硬化層の垂れ下がりを防ぐために硬化層の少なくとも一部を下側から支持するサポートとしての目的や、モデルおよびモデル支持手段をテーブルから切断、分離することが容易なようにモデルおよびサポートをテーブルから上方に隔てて形成するための架台としての目的のために設けられる。
モデル支持手段はモデルの造形中にモデルと一体に形成される。たとえば特開平６−８３４２号公報に開示されているように、また、図５〜図７に示すように、従来のモデル支持手段１は、閉じた壁２で水平方向の周囲を囲まれた横断面をもち上下方向に延びるセル３（小室）を複数個有する。そして、モデル支持手段１の各セル３の周囲の壁の上端は、各セルの周囲方向全長で、モデル４の底面５に一体に結合している。光造形終了後、モデルとモデル支持手段の一体物は架台の部分で切断されてテーブルから取り外され、さらにモデル支持手段はモデルから分離、除去される。
この従来の光造形では、通常、モデルとテーブルとの間にモデル支持手段が光造形される。モデル支持手段は、モデルを構成する硬化層のうち下側の硬化部から大きくはみ出て下側の硬化部によって支持されない硬化層の垂れ下がりを防ぐために硬化層の少なくとも一部を下側から支持するサポートとしての目的や、モデルおよびモデル支持手段をテーブルから切断、分離することが容易なようにモデルおよびサポートをテーブルから上方に隔てて形成するための架台としての目的のために設けられる。
モデル支持手段はモデルの造形中にモデルと一体に形成される。たとえば特開平６−８３４２号公報に開示されているように、また、図５〜図７に示すように、従来のモデル支持手段１は、閉じた壁２で水平方向の周囲を囲まれた横断面をもち上下方向に延びるセル３（小室）を複数個有する。そして、モデル支持手段１の各セル３の周囲の壁の上端は、各セルの周囲方向全長で、モデル４の底面５に一体に結合している。光造形終了後、モデルとモデル支持手段の一体物は架台の部分で切断されてテーブルから取り外され、さらにモデル支持手段はモデルから分離、除去される。
しかし、従来の光造形におけるモデル支持手段によるモデルの支持方法にはつぎの問題がある。
光造形終了後、モデルとモデル支持手段が一体のままテーブルから取り外されたとき、モデル支持手段の各セルは水平方向の周囲をセルの璧で支持され、モデル支持手段をモデルから分離、除去する際にモデル底面にモデル支持手段の壁が残ってしまうという問題がある。
本発明の目的は、そのような従来の問題を解決することである。
光造形終了後、モデルとモデル支持手段が一体のままテーブルから取り外されたとき、モデル支持手段の各セルは水平方向の周囲をセルの璧で支持され、モデル支持手段をモデルから分離、除去する際にモデル底面にモデル支持手段の壁が残ってしまうという問題がある。
本発明の目的は、そのような従来の問題を解決することである。
上記課題を解決するために本発明のモデル造形方法は、液状樹脂からモデルを造形する工程において、閉じた壁で周囲を囲まれた横断面を持つセルを複数有し前記複数のセルを並べたモデル支持構造を光造形し、セルの周囲の上下方向の壁の上端を、斜めにモデル底面に沿わせて階段状に形成し、この階段の角のみでモデル支持手段とモデルとを線状に結合させ、各セルの壁上端とモデル底面との間に形成される側面視が三角形状の隙間を連通路とする工程を有している。
この構成により本発明のモデル造形方法は、モデルとモデル支持手段との分離後におけるモデル底面にモデル支持手段の壁が残らないか又は残ったとしても微量となるので、モデル支持手段をモデルから分離しやすい方法が実現できる。
この構成により本発明のモデル造形方法は、モデルとモデル支持手段との分離後におけるモデル底面にモデル支持手段の壁が残らないか又は残ったとしても微量となるので、モデル支持手段をモデルから分離しやすい方法が実現できる。
このように本発明によれば、モデルとモデル支持手段との分離後におけるモデル底面にモデル支持手段の壁が残らないか又は残ったとしても微量となるので、モデル支持手段をモデルから分離しやすい方法および装置が提供できる。
以下に、本発明の望ましい実施例を図１〜図４を参照して説明する。
本発明実施例の光造形におけるモデル支持手段によるモデル支持方法は、閉じた壁２で水平方向の周囲を囲まれた横断面をもち上下方向に延びるセル３（小室）を複数有するモデル支持手段１の架台１ｂの部分を光造形する工程と、モデル４の造形と同時にモデル支持手段１のサポート１ａの部分を光造形する工程と、からなる。そして、上記光造形工程において、モデル支持手段１の各セル３の周囲の壁２の上部（上端および上端近傍部を含む）の周囲方向の全長の一部に、セル３の内側を該セル３の外側と連通する連通路５を形成する。各セル３はそのセルを形成する周囲の壁に設けられた連通路５単独またはその連通路５でつながった他のセルを形成する周囲の壁に設けられた他の連通路５を介して最終的にモデル支持手段１の外部と連通している。連通路５の存在する部位においては、セル３の壁２はモデル底面７と非結合に形成される。
本発明実施例の光造形におけるモデル支持手段によるモデル支持構造は、モデル４の光造形中に、閉じた壁２で水平方向の周囲を囲まれた横断面をもち上下方向に延びるセル３（小室）を複数有するモデル支持手段１（サポート１ａと架台１ｂの少なくとも一方からなる手段）を光造形し、モデル支持手段１の各セル３の周囲の壁２の上端でモデル４の少なくとも一部を支持した構造からなる。そして、上記構造において、モデル支持手段１の各セル３の周囲の壁２の上部（上端および上端近傍部を含む）の周囲方向の全長の一部に、セル３の内側を該セル３の外側と連通する連通路５が形成される。各セル３はそのセルを形成する周囲の壁に設けられた連通路５単独またはその連通路５でつながった他のセルを形成する周囲の壁に設けられた他の連通路５を介して最終的にモデル支持手段１の外部と連通している。連通路５の存在する部位においては、セル３の壁２はモデル底面７と非結合に形成される。
本発明実施例の光造形におけるモデル支持手段によるモデル支持方法は、閉じた壁２で水平方向の周囲を囲まれた横断面をもち上下方向に延びるセル３（小室）を複数有するモデル支持手段１の架台１ｂの部分を光造形する工程と、モデル４の造形と同時にモデル支持手段１のサポート１ａの部分を光造形する工程と、からなる。そして、上記光造形工程において、モデル支持手段１の各セル３の周囲の壁２の上部（上端および上端近傍部を含む）の周囲方向の全長の一部に、セル３の内側を該セル３の外側と連通する連通路５を形成する。各セル３はそのセルを形成する周囲の壁に設けられた連通路５単独またはその連通路５でつながった他のセルを形成する周囲の壁に設けられた他の連通路５を介して最終的にモデル支持手段１の外部と連通している。連通路５の存在する部位においては、セル３の壁２はモデル底面７と非結合に形成される。
本発明実施例の光造形におけるモデル支持手段によるモデル支持構造は、モデル４の光造形中に、閉じた壁２で水平方向の周囲を囲まれた横断面をもち上下方向に延びるセル３（小室）を複数有するモデル支持手段１（サポート１ａと架台１ｂの少なくとも一方からなる手段）を光造形し、モデル支持手段１の各セル３の周囲の壁２の上端でモデル４の少なくとも一部を支持した構造からなる。そして、上記構造において、モデル支持手段１の各セル３の周囲の壁２の上部（上端および上端近傍部を含む）の周囲方向の全長の一部に、セル３の内側を該セル３の外側と連通する連通路５が形成される。各セル３はそのセルを形成する周囲の壁に設けられた連通路５単独またはその連通路５でつながった他のセルを形成する周囲の壁に設けられた他の連通路５を介して最終的にモデル支持手段１の外部と連通している。連通路５の存在する部位においては、セル３の壁２はモデル底面７と非結合に形成される。
さらに詳しくは、光硬化性樹脂の液中に、テーブル６上に樹脂液の薄層が形成されるようにテーブル６を沈め、テーブル６上の樹脂液に光（レーザ）を照射して平面形状の所定の図を描き、その部分を硬化させて硬化層を形成し、ついでテーブル６を所定量下降させて硬化層の上の液層を光硬化させることを繰り返して、硬化層を順次積層形成し、三次元形状のモデル４を形成する。モデル４の硬化層が全面あるいは端部で下側の硬化層によって支持されない場合は、生成時に自重で垂れ下がるので、それを防止するために、その層の形成前にその層の下側にサポート１ａを形成しておく。サポート１ａの生成はモデル４の生成と同方法により、同じ高さの硬化層の形成時に、モデル部分とサポート部分を生成する。また、サポート１ａの下側には架台１ｂが光造形により形成される場合があり、モデルが架台１ｂに直接支持される場合もある。サポート１ａと架台１ｂを合わせたものがモデル支持手段１を構成する。
モデル支持手段１の各セル３の周囲の壁２は、厚さが約０．３ｍｍである。断面内で複数のセル３を格子状に並べた場合は、壁２は図１に示すように平面が格子状のグリッドを形成する。セル３の壁２を光硬化により形成していくと、セル３内の硬化されていない樹脂液はそのまま閉じ断面を構成する壁２内にとじ込められていく。モデル支持手段１は順次高さ方向に形成されていくが、モデル支持手段１の上端部には、各セル３の周囲の壁２の上端部の、周囲方向の一部に、連通路５が形成される。
この連通路５は、種々の形態をとることを許される。
たとえば、モデル４の底面７が斜めに、直線状または湾曲状に延びる場合は、セルの周囲の壁２の上端を、斜めに底面７に沿わせて階段状に形成し、この階段の角８のみでモデル支持手段１とモデル４とを線状に結合させ、各セル３の上端の水平に延びる壁上端９と斜めのモデル底面７との間に形成される側面視が三角形状の隙間を連通路５とする。この場合は、連通路５が存在する部位において壁２の上端はモデル底面７と非結合である。
また、モデル４の底面７が水平に延びる場合は、各セル３の周囲の壁２のうち、Ｘ軸方向に延びる壁部分２ａとＹ軸方向に延びる壁部分２ｂとの少なくとも一方の上端に、切欠き１０を形成して、この切欠き１０の縁部とモデル底面７とによって囲まれた開口を連通路５とする。この場合は、連通路５が存在する部位において壁２の上端はモデル底面７と非結合である。
請求項２および４でいう連通路５が存在する部位において壁２はモデル底面７と非結合であるという構成は、上記の階段状、切欠きの両方の場合を含むほか、モデル底面７が連通路５の縁の上辺を形成する全ての場合を含む。
また、図４に示すように、連通路５は壁２の上端から下方に若干隔たった位置に形成された適宜の形状、たとえばスリット状、の開口１１であってもよい。この場合は、連通路５が存在する部位においても壁２の上端はモデル底面７と結合している。
たとえば、モデル４の底面７が斜めに、直線状または湾曲状に延びる場合は、セルの周囲の壁２の上端を、斜めに底面７に沿わせて階段状に形成し、この階段の角８のみでモデル支持手段１とモデル４とを線状に結合させ、各セル３の上端の水平に延びる壁上端９と斜めのモデル底面７との間に形成される側面視が三角形状の隙間を連通路５とする。この場合は、連通路５が存在する部位において壁２の上端はモデル底面７と非結合である。
また、モデル４の底面７が水平に延びる場合は、各セル３の周囲の壁２のうち、Ｘ軸方向に延びる壁部分２ａとＹ軸方向に延びる壁部分２ｂとの少なくとも一方の上端に、切欠き１０を形成して、この切欠き１０の縁部とモデル底面７とによって囲まれた開口を連通路５とする。この場合は、連通路５が存在する部位において壁２の上端はモデル底面７と非結合である。
請求項２および４でいう連通路５が存在する部位において壁２はモデル底面７と非結合であるという構成は、上記の階段状、切欠きの両方の場合を含むほか、モデル底面７が連通路５の縁の上辺を形成する全ての場合を含む。
また、図４に示すように、連通路５は壁２の上端から下方に若干隔たった位置に形成された適宜の形状、たとえばスリット状、の開口１１であってもよい。この場合は、連通路５が存在する部位においても壁２の上端はモデル底面７と結合している。
モデル支持手段１の上側にはモデル４の少なくとも一部が形成される。モデル支持手段１とモデル４の光造形終了後、モデル４より下側の架台部分１ｂで切断されて、モデル４とモデル支持手段１の一体造形物はテーブル６から取り外され、樹脂液層外に取り出される。
この時、モデル支持手段１の各セル３内にはモデル支持手段１の上部の連通路５を通って外部の空気が容易に入ることができ、セル内に入っている樹脂液は自重で容易にセル３の下端の開口を通って樹脂液層内に抜け落ち、セル３内に滞留することなない。したがって、従来のようにモデル支持手段１をモデル４から分離するときにはじめてセル３内に滞留していた樹脂腋が開放されて落下するようなことは生じない。したがって、樹脂液を効果的に回収できコストアップを抑えることができ、作業環境の悪化も防止できる。
この時、モデル支持手段１の各セル３内にはモデル支持手段１の上部の連通路５を通って外部の空気が容易に入ることができ、セル内に入っている樹脂液は自重で容易にセル３の下端の開口を通って樹脂液層内に抜け落ち、セル３内に滞留することなない。したがって、従来のようにモデル支持手段１をモデル４から分離するときにはじめてセル３内に滞留していた樹脂腋が開放されて落下するようなことは生じない。したがって、樹脂液を効果的に回収できコストアップを抑えることができ、作業環境の悪化も防止できる。
樹脂液層から取り出された後、モデル４とモデル支持手段１の一体造形物からモデル支持手段１が分離、除去され、小刀等でモデル底面に残っているモデル支持手段の壁部分が削りとられ、モデル４のモデル支持手段分離面が仕上げられる。この場合、モデル支持手段１のセル周囲壁２はセル周囲方向の全長の一部のみでモデル４と結合しているのみであるから、モデル支持手段１のモデル結合部に、ミシン目が入れられたと同じ状態となっており、ミシン目（連通路５）に沿って容易に分離され得る。また、モデル支持手段分離後のモデル底面は、モデル支持手段の連通路５があった部分にはサポート壁が残らないか、または残ったとしても微量のため、モデル底面の仕上げが容易になる。
１ モデル支持手段
１ａ サポート
１ｂ 架台
２ （セルの）壁
３ セル
４ モデル
５ 連通路
６ テーブル
７ モデルの底面
８ 角
９ 壁上端
１０ 切欠き
１１ 開口
１ａ サポート
１ｂ 架台
２ （セルの）壁
３ セル
４ モデル
５ 連通路
６ テーブル
７ モデルの底面
８ 角
９ 壁上端
１０ 切欠き
１１ 開口
Claims (1)
- 液状樹脂からモデルを造形する工程において、
閉じた壁で周囲を囲まれた横断面を持つセルを複数有し前記複数のセルを並べたモデル支持構造を光造形し、セルの周囲の上下方向の壁の上端を、斜めにモデル底面に沿わせて階段状に形成し、この階段の角のみでモデル支持手段とモデルとを線状に結合させ、各セルの壁上端とモデル底面との間に形成される側面視が三角形状の隙間を連通路としたことを特徴とするモデル支持方法。
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