JP6955510B2 - 立体造形方法 - Google Patents
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Description
本発明は、近年その性能を向上させてきているいわゆる３Ｄプリンタ、或いは、それ以前より実用化されている光造形技術などに代表される立体造形方法および装置に関するもので、特に強化材を含有した複合材の立体造形技術にも関わるものである。
いわゆる３Ｄプリンタは、３次元のＣＡＤデータをもとにコンピューターで造形物の断面形状を計算し、造形物を薄い輪切り状の断面構成要素に分割して、その断面構成要素を種々の方法で形成し、それを積層させて目的とする形状を得る立体造形方法である。一般的には３Ｄプリンタの名称が広く用いられているが、国際的にはＡｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、直訳すれば付加製造技術と呼ぶことが多い。本明細書に於いては主として３Ｄプリンタの用語を用いるが、使用意図に応じて適宜表現を使い分けることとする。
付加製造技術は、造形材料の種類やその積層方法によって、図２に示すように大きく７つの方式に分類される。
(1)液槽重合法（Ｖａｔ Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）
(2)材料押出法（Ｍａｔｅｒｉａｌ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ）
(3)粉末床溶融結合法（Ｐｏｗｄｅｒ ｂｅｄ ｆｕｓｉｏｎ）
(4)結合材噴射法（Ｂｉｎｄｅｒ Ｊｅｔｔｉｎｇ）
(5)シート積層法（Ｓｈｅｅｔ ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）
(6)材料噴射法（Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｊｅｔｔｉｎｇ）
(7)指向性エネルギー堆積法
（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）
(1)液槽重合法はこれらの中でも最も古い時期に実用化されたもので、３Ｄプリンタの名称が一般化する以前から、光造形法などの名称でラピッドプロトタイピング用途として用いられてきている。多くは紫外線硬化（重合）樹脂を用い、図４に示すように紫外線硬化樹脂41を槽３内に保持し、その液面に紫外線７を選択的に照射して、第１層目の硬化領域４２を形成する（図４(a)〜(c)）。該第１層目の硬化領域41は適当なサポート部材４でサポートされる。次に該サポート部材４ごと第１層目の硬化領域41を液中に沈める（図４(d)）、或いは、液面を上昇させることにより、第１層目の硬化領域41を一定深さだけ液中に沈める。次いで再び紫外線７を液面に選択的に照射して、第１層目の硬化領域41の上方に第２層目の硬化領域42を第１層目の硬化領域41と連続するように形成する（図４（ｅ））。これを繰り返すことによって、立体造形物を得る方式である。
(1)液槽重合法（Ｖａｔ Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）
(2)材料押出法（Ｍａｔｅｒｉａｌ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ）
(3)粉末床溶融結合法（Ｐｏｗｄｅｒ ｂｅｄ ｆｕｓｉｏｎ）
(4)結合材噴射法（Ｂｉｎｄｅｒ Ｊｅｔｔｉｎｇ）
(5)シート積層法（Ｓｈｅｅｔ ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）
(6)材料噴射法（Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｊｅｔｔｉｎｇ）
(7)指向性エネルギー堆積法
（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）
(1)液槽重合法はこれらの中でも最も古い時期に実用化されたもので、３Ｄプリンタの名称が一般化する以前から、光造形法などの名称でラピッドプロトタイピング用途として用いられてきている。多くは紫外線硬化（重合）樹脂を用い、図４に示すように紫外線硬化樹脂41を槽３内に保持し、その液面に紫外線７を選択的に照射して、第１層目の硬化領域４２を形成する（図４(a)〜(c)）。該第１層目の硬化領域41は適当なサポート部材４でサポートされる。次に該サポート部材４ごと第１層目の硬化領域41を液中に沈める（図４(d)）、或いは、液面を上昇させることにより、第１層目の硬化領域41を一定深さだけ液中に沈める。次いで再び紫外線７を液面に選択的に照射して、第１層目の硬化領域41の上方に第２層目の硬化領域42を第１層目の硬化領域41と連続するように形成する（図４（ｅ））。これを繰り返すことによって、立体造形物を得る方式である。
近年パーソナルユーズとして市販されている３Ｄプリンタとしては、(2)材料押出法と(6)材料噴射法のものが一般的である。
(2)材料押し出し法は、多くの場合熱可塑性樹脂からなる造形材料を加熱して溶融流動状態とし、それをノズルから押し出しながら積層して造形する方法である（図５参照）。 (6)材料噴射法は造形材料の粘度が(2)材料押し出し法のそれよりやや低めのものが多く、いわばインクジェットプリンタのインクの代わりに造形材料を吐出させて積層させながら造形していく方法である。
(3)粉末床溶融結合法と(4)結合材噴射法は造形材料として粉体状、粒状のものを用いるところが特徴である。
(3)粉末床溶融結合法は。図６に示すように、適当な槽60内に造形材料粉61を静置する。これを材料床62と呼ぶことが多い。造形材料としては金属、樹脂、セラミックなどの無機材料などエネルギー線によって溶融可能なものであれば、幅広く造形材料が選択できることが特長である。材料床62の表面を多くの場合レーザー光66を選択的に照射してその造形材料粉61を溶融合体させて、１層目の造形層67を形成する。図６ではエネルギー線源として赤外線レーザー63を用い、ガルバノ光学系64、65を用いて材料床６2表面を任意にスキャンできるようにしている。次いで、図6(b)に示すように、造形材料粉6１を一定量継ぎ足したのち、テーブル69を一定量降下させ、スキージ68を図中矢印Ａ方向に移動させることで、造形材料分を均して平らにする。これで再び材料床62が形成される。次いでレーザー光66をスキャンさせで２層目の造形層を形成する。これを繰り返しすとにより所望の立体造形物を得る方式である。
(4)結合材噴射法も(3)粉末床溶融結合法と同様、造形材料粉から成る材料床を用いる、が、材料床に対し造形材料粉を結着するいわば接着剤の機能を有する結着材料をインクジェットヘッド等から選択的に噴射することで、造形材料粉同士を結着させ造形する方式である。
(5)シート積層法はその名の通り、紙、プラスチックフィルム等のシート状材料を積層断面形状に切断しそれを順次積層、接着することにより立体造形する方式である。
最後の、(7)指向性エネルギー堆積法は、図７に代表的な構成を示すが、造形材料を供給しながら且つエネルギーも同時に選択的に付与しながら、造形材料を積層する方式である。二重管ノズル72の内側ノズル73はその内部をレーザー光71が透過し、レーザー光71は集光レンズ74によって、ベース75表面に集光される。外側ノズル76からは、シールドガスと造形材料粉末（図中矢印78で示す）がレーザー光71の集光点目指して吹き付けられる。レーザー光71の集光点において、吹き付けられた造形材料粉末78がレーザー光71によって加熱溶融され、ベース75表面に造形材料粉末78が溶融凝集した溶融池77が形成される。ベース75と二重管ノズル72の相対位置を移動させ、溶融池7７をベース材上をいわば泳がせながら、ベース上に造形材料を載置、積層していく方法である。この方式は金属材料を用いる３Ｄプリンタの代表例である。なお、この方式は見方を変えれば、古くから知られているアーク溶接法を精細化、自動化し造形方法として発展させたとも言える。
平成２５年度特許出願技術動向調査報告書（概要） ３Ｄプリンター、平成２６年３月、特許庁
さて、このような付加製造技術（３Ｄプリンタ）に用いられる造形材料には、造形後、造形物としてその形状を維持できるだけの剛性と強度が発現できることは当然であるが、さらにその使用目的により、更なる強度や剛性、耐熱性、耐候性、導電性、耐摩耗性、透明性、特定の色相といった機能特性の発現が求められる。
一方で、これら造形材料には造形時にのみ必要な諸特性も必要となる。即ち(1)液槽重合法に於いては、紫外線等の活性エネルギー線によって硬化すること、(2)材料押出法や(6)材料噴射法に於いては、造形時に適度な温度で適度な流動性や粘性を発現すること、(3)粉末床溶融結合法や(4)結合材噴射法に於いては、所定の粒径範囲にあり、所望の流動性が得られる粉体形状という特性が必要となる。(5)シート積層法において、所定厚みのシート形状が必要であり、(7)指向性エネルギー堆積法においては、同様の粉体特性、溶融特性などが要求される。
即ち、付加製造技術（３Ｄプリンタ）で用いられる造形材料には、造形後の造形物に求められる特性と、造形時にのみ必要な特性を併せ持つ必要があり、どうしても材料的に特殊なものとならざるを得ず、その単価は高価なものと成るのが一般的である。
このため、造形物が大型になるにつれ、ぞの体積や重量に比例して造形物のコストが増大するという問題が当然に発生してくる。これが第１の課題である。
さらに次のような第２の課題もある。
付加製造技術（３Ｄプリンタ）で複合材の造形を行おうという試みがある。ここでいう複合材とは、母材（マトリクス材）中に、粉体状、粒状、針状あるいは繊維状の強化材を含有させたもので、母材の材料物性（熱伝導度、電気導電度など）の改良、機械特性（剛性、強度、疲労特性など）の改良を意図してこれら強化材を含有させることが多い。特に強化材が繊維状のものは、荷重による変形を強化材に負担させることで、母材だけの場合に比してその機械特性の改良に大きな効果が得られる場合が多い。
母在中の強化材は、造形後の材料物性や機械特性に等方性を要求する場合には、母在中に可及的均一且つ等方的に分散していること（均一分散性）が好ましい。ここでいう均一とは強化材の分布密度が一様であること、等方的とは、針状、繊維状の強化材においてその配向方向がランダムであることをいう。
近年複合材を造形できる３Ｄプリンタは各種発表されているものの、これらの複合材３Ｄプリンタには３Ｄプリンタ造形方法の根本にも関わる問題が存在する。先に、３Ｄプリンタ（付加製造技術）の７つの主たる方式について説明したが、いずれの方式も、造形物を薄い輪切り状の断面構成要素に分割して、その断面構成要素を積層させて目的とする造形物を形成するという原理は同じである。
付加製造方法においては、この断面構成要素を１層、２層・・と積層していくため、必ず造形物の積層方向に見て各断面構成要素間に造形界面が形成される。複合材中では強化材は母材中に均一分散していることが好ましい場合が殆どであるが、このような造形界面が存在すると、その界面において強化材の均一分散の連続性が損なわれるという大きな問題が存在する。
従来技術よる複合材３Ｄプリンタの例を、付加製造技術として代表的な(2)材料押出法を例にもう少し詳細に説明する。図８(a)において、チャンバー21内に長繊維ペレット22が充填される。長繊維ペレット22とは強化繊維23を内部に分散した粒状の熱可塑性樹脂ペレットである。図示しない加熱機構によってチャンバー21内が加熱され、長繊維ペレット22が溶融する。溶融し流動状態となった長繊維ペレット22をここでは溶融複合材25と呼ぶ事とする。溶融複合材25は加圧部材26による加圧力Ｐにより、ノズル27から押し出される。押し出された溶融複合材25は、造形テーブル28上に載置されていく。造形テーブル28は図中矢印ＸおよびＹで示す造形テーブル28面内方向の並進自由度、矢印Ｚで示す造形テーブル28上下方向の自由度、および支軸29廻りの回転の自由度（図中矢印θ）を有している。
ノズル27から溶融複合材25が押し出されるのに合わせて、上記矢印Ｘ、Ｙ、θ方向に造形テーブル28が駆動され、造形テーブル28面上に任意の平面形状にて溶融複合材25が載置されていく。この造形テーブル28面上に最初に載置される溶融複合材層が、先述の断面構成要素としての第１層に相当する。
第１層30の成型完了後、図８(b)に示すように、造形テーブル８が下降した状態で、第２層31が第１層30の上に積層されて載置されていく。これを繰り返すことにより立体形状が造形されていく。
図８の態様において、ノズル27の内径と強化材の大きさ（ここでは強化繊維23の平均長さ）の大小関係としては、ノズル内径＞強化繊維長の平均長さ程度であることが好ましい。当然ではあるが、ノズル内径が強化材の大きさより小さければ強化材はノズルを通り抜けられない。強化繊維の場合でも、ノズル内径が平均長さ以上でないと、強化繊維23が折れ曲がったり、丸まったりして、強化材として好ましくない状態となる。
しかしながら、本願発明の効果に関して重要なのはノズル内径と強化材の相対的な大きさではない。テーブル28上に押し出された溶融複合材25の表面において、内部の強化繊維23が、図５(c)、符番37に示す表面から突出した強化繊維が存在することはまずありえない。
即ち、各断面構成要素としての層内において、隣接して配設されていく溶融複合材25相互の界面、および、第１層30と第２層31と積層されていくされる各層間の界面を、強化繊維が横断して存在することはまずありえないということになる。
(1)液槽重合法や(3)材料床溶融結合法に於いてもこれらの問題は同様である。(1)液層重合法を複合材の造形に適用した例を図９に示す。強化材90が分散された紫外線硬化樹脂等の母材91とから成る強化材分散液92を槽93中に静置しても、強化材90が強化材分散液92の液面から突出して存在することはまず考えられない。強化材90と母材91の比重が近い場合には図９(c)に示すように一部の強化材90が強化材分散液92液面から突き出した状態も確率的にはあり得るであろうが、殆どの強化材は図９(b)に示すごとく液面近傍において「寝た」状態となるのが普通である。
従って、強化材図９(b)で示すような分散状態にある液表面を紫外線７の照射によって第１層を造形せしめ、次いで第２層をその上に造形したとしても、やはり造形界面における強化材又は強化材の分散状態の分断という問題はついて廻ることとなる。
以上述べたように本願発明の第１の目的は、造形物が大型化してもそのコストアップが低減できる付加製造技術（３Ｄプリンタ）に依る立体造形方法を提供することであり、第２の目的として、複合材の造形にも適用できる付加製造技術（３Ｄプリンタ）を提供することにある。
上記課題を解決するために本願発明に於いては、立体造形方法において、立体造形物の最外殻層（スキン層）のみをスキン材によって造形し、造形済みの該最外殻層の内部（コア部）をコア材によって造形する立体造形方法であって、前記スキン材が活性エネルギー線の照射により硬化する活性エネルギー線硬化樹脂を含み、前記スキン材を前記活性エネルギー線により硬化させることで前記スキン層を付加製造技術により形成後または形成しながら、その内部に残存する未硬化の前記スキン材を流動可能なコア材に置換することにより、前記コア部を形成することを特長とする立体造形方法が提供される。
本願発明の好ましい態様に於いては、前記付加製造技術として液槽重合法を用いる立体造形方法が提供される。
本願発明の好ましい態様に於いては、前記スキン層内面同士を連結する連結部を造形することを特長とする立体造形方法が提供される。
本願発明のさらに好ましい態様に於いては、前記連結部が前記スキン層の造形と同時に前記スキン材により造形されるものであることを特長とする立体造形方法が提供される。
本願発明の別のさらに好ましい態様に於いては、前記スキン材及び／又は前記コア材が強化材を内包することを特長とする立体造形方法が提供される。
本願発明の別の態様に於いては、以上のような立体造形方法により得られた立体造形物の前記スキン層を除去することを特長とする立体造形方法が提供される。
本願発明の主旨は、立体物の造形にあたり、造形物の外郭形状を決定する最外殻層（スキン層）のみをいわゆる３Ｄプリンタ（付加製造技術）で造形し、内部（コア部）は汎用の造形方法、造形材料で造形することより、高価な３Ｄプリンタ用の造形材料の使用量を減らして、造形物全体としての造形コストを低減するに、ある。
さらに、コア部の造形には公知の成型、造形技術を適用することも容易となり、合わせて、造形材料の制約を軽減することが可能となる。
尚、コア部を３Ｄプリンタ（付加製造技術）で造形してももちろん構わない。
さらに、コア部の造形には公知の成型、造形技術を適用することも容易となり、合わせて、造形材料の制約を軽減することが可能となる。
尚、コア部を３Ｄプリンタ（付加製造技術）で造形してももちろん構わない。
また、スキン層とコア部を異なる造形材料、造形方法で造形することから、その各々に別々の特定機能を付与することも容易となる。
さらに、本願発明による造形方法によれば、コア部に複合材料を用いた場合に、前述の、造形界面における強化材又は強化材の分散状態の分断という問題を回避することが出来る、立体造形方法を提供することも可能となる。
本発明にかかわる立体造形方法による立体造形の実施態様を図１から３を用いて説明する。尚、これら図面に於いては、立体造形物及びそのスキン層、コア部の各部寸法などは、本発明の主旨の理解を用意とするため、誇張されて描かれていることに留意されたい。
図３に示す断面Ｔ字形状の立体造形物１を造形する手順について以下説明する。立体造形物１は主として、最外殻層たるスキン層１ａ及びその内部のコア部１ｂとから構成されている。
まず、従来の技術において説明した付加製造技術を用いてスキン層１ａを造形していく。スキン層１ａの造形途中の状態を図２に示す。スキン層１ａの造形には前述した付加製造技術のいずれを用いてもよいが、液槽重合法を用いるのが好ましい。本発明の主旨としてはスキン層は極力薄層であることが好ましい。液槽重合法に於いては活性エネルギー線硬化型樹脂などの液中に造形物が形成されていくのが通例であり、液中に於いては、造形物（ここではスキン層１ａ）の両側に略均等に液圧が作用する。この為スキン層１ａを両側から液相がサポートする形となり、基本的に空気中で造形が成される他の付加製造技術と比して、スキン層をより薄層に出来る場合があり好適である。
まず、従来の技術において説明した付加製造技術を用いてスキン層１ａを造形していく。スキン層１ａの造形途中の状態を図２に示す。スキン層１ａの造形には前述した付加製造技術のいずれを用いてもよいが、液槽重合法を用いるのが好ましい。本発明の主旨としてはスキン層は極力薄層であることが好ましい。液槽重合法に於いては活性エネルギー線硬化型樹脂などの液中に造形物が形成されていくのが通例であり、液中に於いては、造形物（ここではスキン層１ａ）の両側に略均等に液圧が作用する。この為スキン層１ａを両側から液相がサポートする形となり、基本的に空気中で造形が成される他の付加製造技術と比して、スキン層をより薄層に出来る場合があり好適である。
尚、液槽重合法をスキン層１ａの造形に用いた場合、スキン層１ａが図１で示すようないわゆる箱モノ形状のときに、スキン層１ａの造形後、その内部に未硬化のスキン材（活性エネルギー線硬化型樹脂）が残存する場合があるが、これは適宜公知の方法で、コア部の造形前に除去、抽出或いは造形しつつコア材と置換すればよく、本発明の実現の妨げとなるものではない。
図１はスキン層１ａの造形が完了した状態を示す。図１（及び図２）中符番２で示しているのが連結部２である。スキン層１ａは薄層であることが多く、スキン層１ａは、その造形中、及び造形後、コア部１ｂの造形完了までその立体形状を保持することが最低限必要である。スキン層１ａそれ自体の重量に依る変形や、コア部１ｂの造形時にコア材等を充填するに当たっての充填圧力等で、スキン層１ａが変形等することを防止するため、スキン層１ａの内面同士を連結する連結部２を形成することが好ましい。連結部２は、図１中では４箇所であるが、当然これに限られるわけでなく、スキン層１ａの変形が予想される箇所に適宜設けるとよい。
又、図２にも示すように、連結部２はスキン層１ａの造形途中、即ち造形と同時にスキン層１ａと同じスキン材で造形するのが、造形手順が簡略化でき好ましい。いずれの付加製造技術を用いてもこの様な連結部２の形成は容易に行うことができ好適である。
もっとも、造形物の形状によってはスキン層１ａの造形完了後に、連結部２を造形することも勿論可能である。スキン層１ａの造形後に連結部２を造形する場合、スキン層１ａとは異なる造形方法で連結部２を造形することも可能である。
又、図１において連結部１は相対するスキン層１ａ内面同士を局所的に連結する線状、棒状のものとして描いているが、ある程度の幅を有する面状のものであっても構わない。尚、後述するコア部１ｂの造形においてコア材の充填等を阻害しない程度の、大きさ、位置であることが好ましい。
ついで、コア部１ｂの造形を行う。コア部１ｂの造形はいわばスキン層１ａを外型とする型造形と見ることも出来、コア部１ｂの造形に当たっては公知の成型、造形技術、特に型造形技術を用いることも可能である。
例えば、溶融した熱可塑性樹脂等からなるコア材を単に上方から流入固化させるだけで造形可能な場合もあり、ノズル等を用いてスキン層１ａ内にコア材を注入してもよい。また、ディスペンサ、インクジェットヘッドなど公知の液体吐出技術を用いてスキン層１ａ内にコア材を充填する形態も可能である。
もちろん、コア部１ｂの造形にも、前述した各種付加製造技術を用いることも可能である。
この様に、立体造形物１の最外殻層（スキン層１ａ）の造形に主として付加製造技術を用い、内部のコア部１ｂの造形に当たっては、公知の成型や造形技術、造形材料を用いるようにすれば、付加製造技術における高価な造形材料の使用量が低減できるというメリットが生まれる。
又、コア材としても熱硬化型樹脂、熱可塑性樹脂、二液性反応硬化型樹脂など汎用の樹脂を用いることも容易となる。
又、コア材としても熱硬化型樹脂、熱可塑性樹脂、二液性反応硬化型樹脂など汎用の樹脂を用いることも容易となる。
さらに、コア材として強化材を内包する複合材料を用いることも容易となり、付加製造技術に複合材を適用した場合に問題となる、造形界面に於ける強化材の連続性の阻害という問題を回避することも可能となる。
また、例えばコア部１ｂに上記の強度、剛性に優れる複合材を用いることで立体造形物１全体としての強度、剛性の機能を発現させ、表層のスキン層１ａには、前述した耐候性、導電性、耐摩耗性、特定の色相といったコア材１ｂとは異なる各種機能特性を有するスキン材を用いることにより、コア部１ｂとスキン層１ａに異なる機能を持たせて機能分離を行うといったことも可能となる。
一方で、立体造形物１の使用形態、目的によっては立体造形物１の造形完了後、スキン層１ａを必ずしも残存させる必用のない場合、或いは残存することが好ましく無い場合も存在する。例えば、立体造形物１がその使用形態において、他部材と物理的に強度の接触（重荷重、摺動、転動など）を行い、それによりスキン層の損傷、破壊等が予想される場合、スキン層の材料的な腐食、分解等が予想される場合など、スキン層１ａが無い方が好ましい場合もある。この様な場合には立体造形物１の造形完了後、スキン層１ａを除去することが好ましい場合もある。スキン層１ａの除去には、サンドブラスト、バレル研磨、ショットピーニンングなどの公知の剥離、研磨、表面処理技術などが使える場合がある。
尚、スキン層１ａを除去する場合においては、スキン層１ａの内面即ちコア部１ｂの最外形の形状及び寸法が、所望の値となる様にスキン層１ａを造形することは言うまでもない。
尚、本発明においてスキン層１ａは必ずしも立体造形物１の最外殻全面を覆うよう造形する必要はない。実施態様に示すように、コア材を重力方向に流下充填するものである場合、コア材がスキン層１ａの上縁より流出しなければ立体造形物１の上面にはスキン層１ａを設ける必要は無い場合もある。また、立体造形物１の底面に関しても、立体造形物１は何らかの支持部材上に造形されるのが一般的であり、当該指示部材表面をスキン層１ａ内面として代用することも勿論可能である。
尚、本発明においてスキン層１ａは必ずしも立体造形物１の最外殻全面を覆うよう造形する必要はない。実施態様に示すように、コア材を重力方向に流下充填するものである場合、コア材がスキン層１ａの上縁より流出しなければ立体造形物１の上面にはスキン層１ａを設ける必要は無い場合もある。また、立体造形物１の底面に関しても、立体造形物１は何らかの支持部材上に造形されるのが一般的であり、当該指示部材表面をスキン層１ａ内面として代用することも勿論可能である。
１ 立体造形物
１ａ スキン層
１ｂ コア部
２ 連結部
３ 槽
４ サポート部材
４ａ ベース材
４ｂ 針状サポート
５ 紫外線源
６ 導入光学系
７ 紫外光
８ コリメートレンズ
９ 集光レンズ
10 硬化領域
10a 第１層目の硬化領域
10b 第２層目の硬化領域
11 紫外線レーザー
12 紫外線レーザー光
15 複合材立体造形装置
16 紫外線光ファイバ
17 ファイバ導入光学系
18 反射鏡
21 チャンバー
22 長繊維ペレット
23 強化繊維
25 溶融複合材
26 加圧部材
27 ノズル
28 造形テーブル
29 支軸
30 第１層
31 第２層
41 紫外線硬化樹脂
42 第１層目の硬化領域
43 第２層目の硬化領域
60 槽
61 造形材料粉
62 材料床
63 赤外線レーザー
64,65 ガルバノ光学系
66 レーザー光
67 １層目の造形層
68 スキージ
69 テーブル
71 レーザー光
72 二重管ノズル
73 内側ノズル
74 集光レンズ
75 ベース
76 外側ノズル
77 溶融池
90 強化材
91 母材
92 強化材分散液
93 槽
94 寝た強化材
１ａ スキン層
１ｂ コア部
２ 連結部
３ 槽
４ サポート部材
４ａ ベース材
４ｂ 針状サポート
５ 紫外線源
６ 導入光学系
７ 紫外光
８ コリメートレンズ
９ 集光レンズ
10 硬化領域
10a 第１層目の硬化領域
10b 第２層目の硬化領域
11 紫外線レーザー
12 紫外線レーザー光
15 複合材立体造形装置
16 紫外線光ファイバ
17 ファイバ導入光学系
18 反射鏡
21 チャンバー
22 長繊維ペレット
23 強化繊維
25 溶融複合材
26 加圧部材
27 ノズル
28 造形テーブル
29 支軸
30 第１層
31 第２層
41 紫外線硬化樹脂
42 第１層目の硬化領域
43 第２層目の硬化領域
60 槽
61 造形材料粉
62 材料床
63 赤外線レーザー
64,65 ガルバノ光学系
66 レーザー光
67 １層目の造形層
68 スキージ
69 テーブル
71 レーザー光
72 二重管ノズル
73 内側ノズル
74 集光レンズ
75 ベース
76 外側ノズル
77 溶融池
90 強化材
91 母材
92 強化材分散液
93 槽
94 寝た強化材
Claims (6)
- 立体造形物の最外殻層（スキン層）のみをスキン材によって造形し、造形済みの該最外殻層の内部（コア部）をコア材によって造形する立体造形方法であって、
前記スキン材が活性エネルギー線の照射により硬化する活性エネルギー線硬化樹脂を含み、前記スキン材を前記活性エネルギー線により硬化させることで前記スキン層を付加製造技術により形成後または形成しながら、
その内部に残存する未硬化の前記スキン材を流動可能なコア材に置換することにより、前記コア部を形成することを特長とする立体造形方法。 - 前記付加製造技術として液槽重合法を用いる請求項１に記載の立体造形方法。
- 前記スキン層内面同士を連結する連結部を造形することを特長とする請求項１または請求項２に記載の立体造形方法。
- 前記連結部が前記スキン層の造形と同時に前記スキン材により造形されるものであることを特長とする請求項３に記載の立体造形方法。
- 前記スキン材及び／又は前記コア材が強化材を内包することを特長とする請求項１乃至４のいずれかに記載の立体造形方法。
- 請求項１から請求項５の何れかに記載の立体造形方法により得られた立体造形物の前記スキン層を除去することを特長とする立体造形方法。
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