JP5870414B2 - ３次元物体を作製するためのステレオリソグラフィ機械及び前記機械に適用可能なステレオリソグラフィ方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステレオリソグラフィ機械及び前記ステレオリソグラフィ機械に適用可能なステレオリソグラフィ方法に関する。

公知のように、ステレオリソグラフィ技術を使用して、光源への暴露により重合することができる感光性液体樹脂のいくつかの層を連続的に堆積することにより３次元物体が作製される。

具体的には、各樹脂層を、作製される３次元物体の直前の層に重ね合わせ、物体自体の体積に一致する点で選択的に凝固させる。

公知の実施形態によるステレオリソグラフィ機械は、前記液体樹脂を収容するのに適し、透過性の底部を備える容器を備える。

一般的にはレーザエミッタ又はプロジェクタである光源も存在し、この光源は、液体樹脂が凝固するように容器の底部に隣接して配置された液体樹脂の層に選択的に照射することができる。

この機械は、３次元物体の凝固層を支持するのに適したモデリングプレートも備え、このモデリングプレートは、プレートを容器の底部に垂直な方向に移動させるのに適したアクチュエータ手段と関連付けられる。

上述した機械を使用する、公知の種類のステレオリソグラフィ方法によれば、まず、モデリングプレートが、凝固される層の厚さと等しい、容器の底部からの距離で配置される。

続いて、容器の底部に隣接する液体樹脂層が凝固されるように、光源によりこの液体樹脂層を選択的に照射する。

モデリングプレートは、凝固層がモデリングプレートに接着するように構成される一方で、反対に、容器の底部は、そのような接着を減らす被覆物（ｃｏｖｅｒｉｎｇ）を備える。

続いて、モデリングプレートは、液体樹脂から凝固層を出現させるように容器の底部から離され、したがって物体の次の層の加工に必要な液体樹脂の厚みを回復することが可能になる。

実際には、モデリングプレート及び凝固層を持ち上げることは、液体樹脂にくぼみを残すことを意味し、このくぼみは樹脂自体の自然な流れによって充填される。

前記水平化（ｌｅｖｅｌｌｉｎｇ）作用により、物体の新たな層を凝固するのに必要な液体樹脂の厚みが回復し、さらに、次にモデリングプレートを下げる間、３次元物体の次の層の完全性に影響を与えるおそれのある気泡が液体樹脂内に捕捉されたままになることを防止する。

前記自然の水平化が完了すると、モデリングプレートが再び液体樹脂に浸漬され、物体のさらなる層が凝固される。

上記した方法は、３次元物体の全体的な加工時間が、液体樹脂を水平にするための、物体の各層の凝固の後に必要な待機時間のためにかなり長くなるという欠点をもたらす。

ステレオリソグラフィにより得られる物体を形成する層の数は、数百に達することがあるので、上述した待機時間により加工時間のかなりの増加がもたらされることが理解できよう。

当然ながら、待機時間は液体樹脂の粘度に比例する。したがって、上述した欠点は、セラミック中に粒子を含む、いわゆる「ハイブリッド」型の樹脂又はポリマー成分と混合した他の材料が使用されるとき特に重要である。

前記ハイブリッド樹脂は、高い機械抵抗を有する物体を作製するのに適しているが、その一方でハイブリッド樹脂の粘度は、ステレオリソグラフィに通常使用される他の樹脂と比べてかなり高い。

特許出願国際公開第２０１０／０４５９５０号パンフレットに記載された、公知の実施形態では、ステレオリソグラフィ機械は、円形の回転槽、及び樹脂と接触して配置され、槽に対して径方向に展開する固定された水平化パドルを含む。

各層の凝固の前に、モデリングプレートが持ち上げられるときに、水平化パドルがモデリングプレートによって残されたへこみを充填するように槽を回転させる。

この実施形態は、槽の直径がパドルの長さの少なくとも２倍であり、したがってモデリングに必要な最小面と比較すると、非常により大きな場所を占めるという欠点をもたらす。

国際公開第２０１０／０４５９５０号パンフレット

本発明は、上記で概説された、公知の技術のすべての欠点を克服することを目的とする。

特に、上記の公知の種類の方法を用いるときよりも迅速に流体物質を複数層に凝固することにより３次元物体の作製を可能にする、ステレオリソグラフィ方法及びステレオリソグラフィ機械を提供することが本発明の目的である。

公知の種類の機械と比べて、機械の全体の寸法を制限することが本発明のさらなる目的である。

上述した目的は、請求項１に記載の、３次元物体を複数層で作製するためのステレオリソグラフィ機械によって達成される。

上記した目的は、請求項３に記載の、上記したステレオリソグラフィ機械への適用に適したステレオリソグラフィ方法によっても達成される。

本発明のさらなる特徴及び詳細は、対応する従属請求項に記載される。

有利には、本発明の主題である方法及び機械により、使用される流体物質の粘度とは実質的に関係のない全体時間で３次元物体を作製することが可能になる。

したがって、有利なことに、本発明は、例えば上述したハイブリッド樹脂のような高粘度の液体物質又は粘度がさらに高いペースト状流体物質で使用するのに特に適している。

さらに有利には、全体寸法が減少することで、機械をより小さい場所で使用することが可能になる。

以下で強調することになる他の目的及び利点と共に、前記目的及び利点を、添付の図面を参照して、非限定的な例として提供される本発明のいくつかの好ましい実施形態の説明に示す。

作動構成における本発明のステレオリソグラフィ機械の概略的側面図である。 異なる作動構成における本発明のステレオリソグラフィ機械の概略的側面図である。 異なる作動構成における本発明のステレオリソグラフィ機械の概略的側面図である。 異なる作動構成における本発明のステレオリソグラフィ機械の概略的側面図である。 異なる作動構成における本発明のステレオリソグラフィ機械の概略的側面図である。 異なる作動構成における本発明のステレオリソグラフィ機械の概略的側面図である。

本発明の方法を、全体が図１の１として示され、予め定義した照射４ａへの暴露により凝固するのに適した流体物質３を収容する容器２を備えるステレオリソグラフィ機械を参照して説明する。

ここで、用語「流体物質」は、容器２に分散されるのに適した物質を意味するので、したがって流体物質の表面は、例えば液体又はペースト状物質の形状のような実質的に平坦な形状が想定されることを明記する。

流体物質３は、必ずしもその必要はないが、好ましくは、感光性ポリマー液体樹脂であり、予め定義された照射は、光照射である。

特に、前記樹脂は、セラミック中に粒子を含むいわゆる「ハイブリッド」型の樹脂、又は一度樹脂が凝固すると樹脂の機械抵抗を増大することができる他の材料である。

しかし、本発明の方法及び機械を、予め定義された照射への暴露後に凝固することができるという条件で、あらゆる種類の流体物質で使用することができる。

機械１は、予め定義した照射４ａを放出するのに適し、予め定義した厚さを有する流体物質３の層を選択的に照射することができ、流体物質３を凝固するように容器２の底部２ａに隣接して配置された手段４も備える。

図２に示すように、エミッタ手段４は、好ましくは容器２の下に配置され、予め定義した照射４ａを、照射に対して透過性である容器２の底部２ａへ向けるように構成される。

好ましくは、流体物質３が感光性樹脂である場合、エミッタ手段４は、光ビームを流体物質３の上述した層のあらゆる点へ向けるのに適した手段と関連付けられたレーザ光エミッタを備える。

本明細書には示していない、本発明の変形実施形態によれば、エミッタ手段４は、凝固される流体物質３の層の表面領域に対応する発光像を生成するのに適したプロジェクタを備える。

ステレオリソグラフィ機械１は、容器２の底部２ａに面し、形成される３次元物体１１を支持するのに適したモデリングプレート５も備える。

モデリングプレート５は、モデリングプレート５を底部２ａに垂直であるモデリング方向Ｘに従って、当該底部２ａに対して移動させるのに適したアクチュエータ手段７と関連付けられる。

特に、モデリングプレート５は、流体物質３が凝固するとモデリングプレート５に接着するように構成される。

その反対に、容器２の底部２ａは、好ましくは前記接着を防止する材料から作られる。

本発明の方法によれば、モデリングプレート５は、モデリングプレート５が、得られる凝固層の厚さと等しい、底部２ａからの距離で配置されるまで流体物質３に浸漬される。

次に、図２及び図３に示すように、流体物質３の層は、凝固層６を得るために選択的に照射され、この凝固層６はモデリングプレート５に接着する。

続いて、図４に示すように、モデリングプレート５は、凝固層６が流体物質３から出現するまで、凝固層６を底部２ａから離すように持ち上げられる。

上述の、凝固層６を底部２ａから離す移動の後、容器２に収容される流体物質３中には、陥凹領域３ａが、モデリングプレート５及び／又は形成された３次元物体１１によって以前に占められた位置のレベルで依然として存在する。

本発明の方法によれば、上述した凹部３ａを充填するために、流体物質３と接触して配置された水平化手段８により流体物質３を凹部３ａの方へ押すことによって流体物質３が容器２に再分散される。

特に、前記水平化手段８は、本明細書には示していないが、それ自体は公知の動力手段と関連付けられ、この動力手段は、流体物質３を上記のように再分散するように、水平化手段８を流体物質３と接触して容器２の底部２ａに対して移動させるように構成される。

続いて、モデリングプレート５は再度下げられ、上記した操作が、物体１１のさらなる層の凝固を得るために繰り返される。

上述の水平化手段８により、充填作用が流体物質の自然な再分散によるものである前述の公知の方法と比べてかなり迅速に凹部３ａを充填することが可能になることは理解できよう。

したがって、物体の各層の凝固の後、流体物質３を水平化するための待機時間は、かなり減少し、したがって、公知の種類の方法が必要する時間と比べて、全体的な加工時間を減少する目的に達する。

特に、使用される流体物質３の粘度がより高いほど、全体的な加工時間はより短いものとなる。

したがって、本発明の方法は、前に説明したように、流体物質３が高粘度を有するハイブリッド樹脂であるときに使用するのに特に適している。

好ましくは、水平化手段８は、流体物質３を凹部３ａへ向かって押すことができるように、水平化手段８のレベルが凹部３ａの高さにおける流体物質３のレベルよりも高い領域で流体物質３の表面に接触して置かれる。

さらに、容器２は、モデリングプレート５に対して移動方向Ｙに移動することができる。

水平化手段８は、モデリングプレート５に対して対向する側に配置され、前記移動方向Ｙに垂直な長手方向に従って主に展開する２つのパドル９、１０を備える。

好ましくは、パドル９、１０の長さは容器２の幅に一致する。

図面において、パドル９及び１０は側面図で示されており、したがって、パドル９及び１０の長手方向は、図面自体の面に垂直である。

当然ながら、パドル９、１０は、容器２に収容された流体物質３の表面を水平にするために、流体物質３の表面への接触に適しているという条件で、図面に示された形状とは異なっていてもあらゆる形状を有することができる。

図５及び図６に示すように、流体物質３の再分散は、パドル９、１０を固定して維持し、容器２を前記移動方向Ｙに移動させることによって実施される。

このように、図６に示すように、移動方向に対して凹部３ａの上流に配置されたパドルが流体物質３を凹部に押し、したがって凹部３ａが充填される。

有利には、２つのパドル９及び１０の存在により、流体物質３を容器２の２つの移動方向のうちの任意の一方向に再分散することが可能になり、したがって各層を凝固する前に容器２を最初の位置に戻す必要がなくなる。

より明確には、各層を凝固した後、図５に見える凹部３ａがある領域が、モデリングプレート５に対して位置をずらすように、容器２が移動され、こうして、図６に示すように、モデリングプレート５を凹部３ａによって影響を受けない容器２の異なる領域と位置合わせする。

したがって、次の層の凝固は、容器２のこの新たな領域のレベルで行うことができる。

同時に、容器２の移動中、凹部３ａは、以前の領域をさらなる層の次の凝固に使用できるように充填される。

当然ながら、容器２が２つの相対する向きのそれぞれの向きに移動するときに、同時に流体物質３を再分散できることにより、公知の技術分野で使用される円形容器の表面積と比較して小さい容器２を使用することが可能になる。

実際、容器２は長細い形状を有してもよく、この容器２の長さは移動方向Ｙに従って、モデリングに必要な最小寸法のほぼ２倍に等しく、この容器２の幅は前記最小寸法にほぼ等しい。

反対に、円形漕を使用する、公知の種類の機械では、容器の最小直径は、前記最小寸法のほぼ２倍に等しいものでなければならない。

好ましくは、パドル９及び１０の動力手段は、各パドルが流体物質３に浸漬され、他のパドルから独立して流体物質３から取り出されるように構成される。

このように、有利なことに、流体物質３の再分散は、モデリングプレート５に対して、容器２の移動方向Ｙに従った下流、又は換言すれば凹部３ａの上流に配置されたパドルを使用するだけで実施することができる。

このように、他のパドルが凹部３ａから離れた流体物質３を押すのを防止し、再分散工程が容易になる。

上記のことは明らかに本発明がすべての設定された目的を達成することを示している。

特に、物体の各層を凝固した後、流体物質に存在する凹部を充填するための水平化手段を使用することにより、次の層を凝固する前の待機時間を減少させることが可能になる。

その結果、３次元物体を作製するのに必要な全体時間が、公知の種類のステレオリソグラフィ方法を使用するときに必要な時間と比べてかなり減少し、前記時間の減少は、使用する流体物質の粘度が増大するにつれてより大きなものとなる。

さらに、モデリングプレートの対応する両方の側に配置された２つのパドルの存在により、容器の２つの反対の向きの交互の運動により流体物質を水平化することが可能になり、したがってかなり嵩張る円形容器を使用する必要性が回避される。

本明細書に記載されず、図面に示されないとしても、本発明の主題である方法及び機械は、さらなる変更を受けることができ、これらの変更はすべて、以下の特許請求の範囲の範囲内にあるという条件で、本特許によって保護されると考えるべきである。

あらゆる請求項で述べる技術的特徴の後に参照符号が続く場合、これらの参照符号は、特許請求の範囲の理解度を上げる唯一の目的として含められており、したがってそのような参照符号は、そのような参照符号によって例として特定される各要素の保護に対していかなる限定効果も有するものではない。

１ 機械
２ 容器
２ａ 底部
３ 流体物質
３ａ 陥凹領域
３ａ 凹部
４ 手段
４ａ 放射線
５ モデリングプレート
６ 層
７ アクチュエータ手段
８ 水平化手段
９ パドル
１０ パドル
１１ ３次元物体
Ｘ モデリング方向
Ｙ 移動方向

Claims (6)

1. −予め定義された放射線（４ａ）への暴露により凝固させるのに適した、液体又はペースト状態の流体物質（３）のための容器（２）；
   −前記流体物質（３）を凝固するために、予め定義された厚さを有し前記容器（２）の底部（２ａ）に隣接して配置した前記流体物質（３）の層を選択的に照射するのに適した、前記予め定義された放射線（４ａ）を放出するための手段（４）；
   −前記凝固層（６）を支持するのに適したモデリングプレート（５）；
   −前記底部（２ａ）に垂直であるモデリング方向（Ｘ）に少なくとも従って、前記モデリングプレート（５）を前記底部（２ａ）に対して移動させるのに適したアクチュエータ手段（７）；
   −水平化手段（８）であって、前記流体物質（３）が前記容器（２）に再分散されるように、前記流体物質（３）と接触する前記水平化手段（８）を前記容器（２）の前記底部（２ａ）に対して移動するように構成された動力手段と関連付けられた水平化手段（８）；
   −移動方向（Ｙ）の２つの反対の向きのそれぞれの向きに前記容器（２）を移動するように構成される前記動力手段を備えているステレオリソグラフィ機械（１）において：
   前記水平化手段（８）が、前記移動方向（Ｙ）に垂直な長手方向に従って主に展開し、前記モデリングプレート（５）に対して２つの対応する両方の側に配置された少なくとも２つのパドル（９、１０）を備えることを特徴とするステレオリソグラフィ機械（１）。
2. 前記動力手段が、前記移動方向（Ｙ）の前記２つの反対の向きのそれぞれの向きに前記容器（２）を移動する間、前記パドル（９、１０）を固定して維持するよう構成されることを特徴とする、請求項１に記載のステレオリソグラフィ機械（１）。
3. 前記動力手段が、前記底部（２ａ）に対して垂直な前記パドル（９、１０）の各１つを移動し、前記パドル（９、１０）の各１つを、前記パドル（９、１０）の他方から独立して前記流体物質（３）に浸漬し前記流体物質（３）から取り出すように構成されることを特徴とする、請求項１に記載のステレオリソグラフィ機械（１）。
4. 請求項１又は２に記載のステレオリソグラフィ機械（１）により３次元物体（１１）を複数層に作製するための方法であって、以下の操作：
   −前記流体物質（３）の複数層のうちの第１の層を前記凝固層（６）と一致する層を得るように選択的に照射すること；
   −前記凝固層（６）を前記流体物質（３）から出現させるように前記凝固層（６）を前記底部（２ａ）から離すこと；
   −前記凝固層（６）を持ち上げることによって生じた凹部（３ａ）を充填するように、前記水平化手段（８）を前記容器（２）に対して移動し、且つ前記水平化手段（８）を前記流体物質（３）と接触して置くことによって前記流体物質（３）を前記容器（２）に再分散すること；
   −前記複数層の第２の層のために上記の操作を繰り返すこと；
   を含む方法において、
   前記再分散工程が、前記移動方向（Ｙ）の互いに対向する向きに従って実施される前記容器（２）の２つの移動を含むことを特徴とする方法。
5. 前記流体物質（３）を前記容器（２）に再分散する工程が、前記容器（２）の２つの移動の間、前記水平化手段（８）が固定して維持されることを含むことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 前記２つの移動のそれぞれの移動の間、対応する前記移動方向（Ｙ）に従って前記凹部（３ａ）の下流に配置された前記パドル（９、１０）が、前記流体物質（３）から引き上げておかれることを特徴とする、請求項４に記載の方法。

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