JPH0516246A - 三次元物体の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡便な方法によって三次元物体を形成する方
法を提供する。 【構成】 バルクのポリマー表面を、ポイント熱源を走
査させ、ポリマーを分解昇華させることによって立体図
形を形成する三次元物体の形成方法。ポリマーの例とし
てはポリアルキレンカーボネートがある。 【効果】 物体内部の造形も可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バルクのポリマーから
三次元の物体を形成する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】三次元物体をＣＧなどで設計し、これを
実際に形成することに興味が深まっている。この物体
は、小量多品種の生産、あるいは多量生産のための型起
こしの原型として使用する。三次元物体の形成は、従来
は切削技術が使用されてきた。しかしながら工程がかか
り、あまり安価には製造できないことから次に述べるよ
うなより簡便な方法が模索されてきた。従来この種の技
術としては、紫外線硬化樹脂を用いる方法、金属等の粉
末に接着剤を吐出硬化させる方法などが提案されてい
る。紫外線硬化樹脂を用いる方法は、立体の輪切り断面
をレーザなどの照射によって所望の形状とし、これを重
ねてゆく方法であり、既にこの方法の研究設備として４
社から市販されている。また、硬化のために接着剤を吐
出する方法はまだ研究段階であるが、この方法は金属あ
るいはセラミックなどの粉末が利用できることから材料
の選択の幅が大きくこの点で将来が期待される方法であ
る。しかしながらこの種の方法には共通の欠陥がある。
すなわち、基本的に輪切り図形の重ね合せであるために
接合面に段差が生じる点である。接着剤吐出の方法では
接着剤の毛管現象の制御性が高くないことから、紫外線
硬化樹脂を用いるものに比較して段差の程度は低くな
る。しかしながらこの性質は物体の形状精度が充分では
ないことを意味するので、材料の選択幅が広い長所を持
ってはいるものの応用の範囲は限定されることになる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の技術
には段差が形成される欠点を有しており、精密な形状物
体を作成する方法としては欠陥を有している。また従来
の方法では外形形状のみに意が払われ、肉厚は形状を保
持するためのみの役目しか負っていないことが普通であ
るので、内壁形状の精密製造には注意が払われていなか
った。したがって、ロストワックス法で作製される例が
多いゴルフ用のメタルウッドの作製などでは肉厚制御が
飛距離を決める大きな要素であるので内面用の型を別に
形成するなどの方法が採用されている。あるいは、割り
型を製造しこれを合せて使用し、継ぎ目については後で
補修する方法が一般的である。このように内面形状を効
果的に作製する手段が少なく、簡便でかつ有効な方法が
少なかった。本発明の目的は、簡便な方法によって三次
元物体を形成する方法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明を概説すれば、本
発明は三次元物体の形成方法に関する発明であって、バ
ルクのポリマー表面を、ポイント熱源を走査させ、ポリ
マーを分解昇華させることによって立体図形を形成する
ことを特徴とする。

【０００５】本発明に使用する上記ポリマーの中では、
ポリアルキレンカーボネートが最適である。ポリアルキ
レンカーボネートは、ＣＯ₂ とエポキシドモノマーを原
料として、触媒反応を用いて形成される物質である。こ
の反応を進める触媒は、東京大学の井上教授によって発
明されたものである。この物質はくすんだ透明体であっ
て材料特性的にはさほどの特徴がなく、塩化ビニルなど
のいわゆるエンジニアリングプラスチックとして使用す
るにはコストの面から有効ではない。しかしながら、こ
の物質は３２０℃程度の温度まで加熱することによって
完全に分解し、残渣を残さない特徴を持っている。すな
わち、化合以前の物質に戻ってしまう。図２にＴＧ（重
量分析）の結果を示す。すなわち図２はその結果を温度
（℃、横軸）と残量（％、縦軸）との関係で示した図で
ある。なお、昇温速度は１０℃／分である。図２から明
らかなように２４０℃付近から急峻な重量減少が開始さ
れ、特に窒素雰囲気では迅速に重量減少が進むことがう
かがえる。この効果は空気中の酸素の影響と考えられる
が詳しくは今のところ不明である。

【０００６】この特徴を用いることによって所望の形状
の物体を形成できることになる。すなわち、何らかの熱
スポットを空間内に形成できるならばこの加熱部位が選
択的に分解し、なおかつ残渣が残らないので残渣処理を
必要とせず連続して加工を行うことができる。本発明に
おいてはポイント熱源として、レーザビームをレンズで
絞り込むことによって形成される焦点位置の高熱スポッ
トを用いるとよい。

【０００７】以下、図面に基づいて本発明を具体的に説
明する。１００ｍＷの出力を有する８３０ｎｍ波長のレ
ーザダイオードを光源として集光系を組上げた。この光
学系の基本構成の模式図を図３に示す。この系は基本的
に集光レンズと対物レンズとから構成される。この場合
焦点位置は固定であって、この集光系全体をｘｙｚの３
軸ステージに搭載し、駆動することによって所定の位置
に集光スポットが来るようにコントロールする。このｘ
ｙｚの３軸制御は従来技術で充分であってこの点には新
規性はない。また、熱スポットを面形状に沿った形でな
ぞるためには熱スポットの形状が関連するがこの点に関
しても多少のコントロール用のソフトを手直しする必要
があるが、この点についても新規性はない。したがっ
て、コントロールそのものは従来技術が使用できる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を実施例により更に具体的に説
明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。

【０００９】実施例１ ブロック状のＣＯ₂ ポリマーを原材料として用意し、固
定する。三次元形状物体の形成例として、ワイングラス
の形成例を説明する。ディスクなどに保持された形状デ
ータを３軸コントローラのＣＰＵが読取り、計算を行っ
て各ｘｙｚ成分の動きをアクチュエータに伝達して駆動
する。この形成例では、従来の加工方法とは異なって所
望の形状にする方法として外側から順次荒削り・中削り
・仕上げ削りの工程を経る必要がなく、直接外形形状の
通りに習って熱スポットを位置制御すればよい。このこ
とによって残す製品部分と不要な雌型部分とが同時に形
成されることになる。もちろん最外周から順次熱スポッ
トを走査すればこのポリマーの特性通りに加熱部分は蒸
発して雌型部分は残らないように加工することが可能で
ある。図１に、本作製方法の手順を示す。なお、図１で
はモータ等は省いてある。

【００１０】実施例２ また、本発明方法によれば内部形状の任意な加工ができ
る。ガラス瓶の中に帆船を形成し、飾り物とする技術が
ある。この場合には部品はあらかじめ小さな部分から構
成され、ピンセットなどを用いることによって瓶内部に
部品を挿入し中で接着剤などで組上げてゆく。したがっ
て当初は非常に奇異に感ずるが、製造方法が分かってし
まえば簡単である。本発明方法を用いることによって非
常に微細な穴を有する容器の内部にその穴からは絶対に
出し入れできない物体を形成することができる。１ｍｍ
程度の分解生成物としての気体を逃がす穴が形成されれ
ばこのようなことが可能となる。その製造手順を図４で
説明する。すなわち図４は、本発明方法による球体中の
球体の形成方法を示す工程図である。球体の内部に球体
を作ることを試みた。外側から通気用の穴を内部に向か
って形成する。この穴の表面を熱スポットでなぞること
によって球体を形成した。次に外部球体を形成し、所望
の物体である球体が球体内部に存在するものを形成する
ことができた。

【００１１】

【発明の効果】本発明によれば、外の部分から順次形成
することも可能であるが、境界を熱スポットでなぞるこ
とによって物体と雌型とが形成できるので、型起こしが
簡便になり、また、物体内部の造形が可能であるので、
例えばゴルフ道具としてのメタルウッドの基準形状設計
において内部造作物を色々試すことができ、重心位置の
制御あるいはよい打球感へのアプローチなどが容易にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法によるワイングラスの形成手順を示
す図である。

【図２】ＣＯ₂ ポリマーの加熱重量分析結果を示す図で
ある。

【図３】熱スポット形成のための光学系の基本構成を示
す模式図である。

【図４】本発明方法による球体中の球体の形成方法を示
す工程図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バルクのポリマー表面を、ポイント熱源
   を走査させ、ポリマーを分解昇華させることによって立
   体図形を形成することを特徴とする三次元物体の形成方
   法。
2. 【請求項２】 構成材料として使用するポリマーが、ポ
   リアルキレンカーボネートである請求項１に記載した三
   次元物体の形成方法。
3. 【請求項３】 ポイント熱源が、レーザビームをレンズ
   で絞り込むことによって形成される焦点位置の高熱スポ
   ットである請求項１又は２に記載した三次元物体の形成
   方法。