JPH0596632A - 光学的造形方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光造形法による立体モデル作製の高速化を達
成する。 【構成】 超音波振動供給部４により光硬化性樹脂溶液
に超音波振動を与えて流動性を高めておき、レーザ光に
より光硬化性樹脂２の自由液面を基準とする所定領域に
おいて光硬化性樹脂２を硬化させ、硬化した樹脂を支持
した状態でエレベータ５を下降させることにより発生す
る凹入部が平坦化されるまでの所要時間を短縮する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は紫外線等の光線を硬化
樹脂に照射して樹脂を所望形状に硬化させることにより
立体モデルを作製する光造形方法およびその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、作製できる立体モデルの自由
度に制約が殆どないこと、作業工数を少なくできるこ
と、立体モデル作製所要時間を短縮できること等の利点
に着目して、光硬化性樹脂を容器内に収容しておき、光
硬化性樹脂の界面に、作製すべき立体モデルの断面形状
に対応させてビーム状の光を走査して光硬化性樹脂の該
当部分のみを硬化させ、その後、硬化した光硬化性樹脂
を少しだけ後退させて上記処理を反復するようにした光
造形方法が提案されている。

【０００３】図３（Ａ）は光造形方法を実施する従来装
置の一例を概略的に示す図であり、上面が開放された容
器３１の内部に光硬化性樹脂３２を収容しておくととも
に、光硬化性樹脂３２に浸漬された状態で下降される所
定サイズのエレベータ３３を設けておき、さらに容器３
１の上方に光源３４を設けている。上記エレベータ３３
は作製する立体モデルよりも小さくない所定サイズに設
定されている。また、光源３４は例えばＨｅ−Ｃｄレー
ザ、Ａｒレーザ等の紫外線領域に発光特性を有するもの
であり、光源からの光をエレベータ３３のサイズに対応
する範囲内で走査させる光学系を有している。

【０００４】したがって、先ず、光硬化性樹脂３２の自
由液面より少しだけ下方に位置するようにエレベータ３
３の位置を制御し、この状態において立体モデルの最下
層の断面形状に対応させて光源３４により光を走査す
る。この処理により立体モデルの最下層領域が作製され
る。次いで、エレベータ３３を少しだけ下降させて再び
光源３４により光を走査し、立体モデルの次の層の領域
が作製される。

【０００５】以下、エレベータ３３の下降および光源３
４による光の走査を反復することにより所望形状の立体
モデルを作製できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図３（Ａ）の構成の装
置を採用した場合には、光硬化性樹脂３２の粘性がかな
り高いのであるから、エレベータ３３を少しだけ下降さ
せた場合に、先行する硬化部分に対応して光硬化性樹脂
３２の該当部分の自由液面が凹入した状態になってしま
い（図３（Ｂ）参照）、この凹入部分に光硬化性樹脂３
２が流入して自由液面が平坦になるまで長時間がかかっ
てしまう。逆に、エレベータ３３を上昇させながら立体
モデルの各層を順次形成する場合には、光硬化性樹脂３
２が部分的に盛り上がり、この盛り上がり部分の光硬化
性樹脂が流下して自由液面が平坦になるまで長時間がか
かってしまう。したがって、光の照射に伴なう光硬化性
樹脂の必要部分の硬化処理自体は高速に達成できるので
あるが、自由液面が平坦になるまでの待ち時間がかなり
長いのであるから、所望の立体モデルを作製するために
必要な所要時間が著しく長くなってしまうという不都合
がある。

【０００７】また、このような不都合を解消するため
に、エレベータ３３を下降させた後、エレベータ３３を
上昇させる動作を反復して光硬化性樹脂の上記凹入部ま
たは盛り上がり部に対応して隆起部を形成し、自由液面
をスキージ等で強制的に規制することが考えられるが、
エレベータ３３の位置制御が複雑化するのみならず、エ
レベータ３３の動作と同期してスキージを制御しなけけ
ればならず、制御が一層複雑化する。さらに機構部品が
増加するのでコストアップを招くという不都合もある。

【０００８】さらに、スキージを設ける代わりにヒータ
を設けて光硬化性樹脂を昇温させ、流動性を高めること
も考えられるが、ヒータによる加熱を行なうと光硬化性
樹脂が経時的に劣化するという不都合がある。

【０００９】

【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、立体モデル作製の所要時間を短くできる
光学的造形方法およびその装置を提供することを目的と
している。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの、請求項１の光学的造形方法は、光硬化性樹脂に超
音波振動を与えて光硬化性樹脂の流動性を高める方法で
ある。ここで光硬化性樹脂としては、樹脂成分、希釈
剤、架橋剤および光開始剤を含む混合溶液が例示され、
樹脂成分としてはエポキシ、エポキシアクリレート、ウ
レタンアクリレート、ポリエステルアクリレート等が例
示される。

【００１１】請求項２の光学的造形装置は、光硬化性樹
脂に超音波振動を与えて光硬化性樹脂の流動性を高める
超音波振動供給手段を含んでいる。

【００１２】

【作用】請求項１の光学的造形方法であれば、光線の照
射を受けることにより該当箇所が硬化する光硬化性樹脂
を上部が開放された容器内に収容しておき、光硬化性樹
脂の自由液面と対向する移動台を光硬化性樹脂の硬化さ
せるべき厚みに対応させて光硬化性樹脂の自由液面から
離れる方向に移動させ、硬化性樹脂を硬化させるための
光を照射することにより層状の硬化層を順次形成し、最
終的に所望の３次元形状を得る場合において、光硬化性
樹脂に超音波振動を与えて流動性を高めているのである
から、移動台の下降に伴なって凹入部が発生しても迅速
に光硬化性樹脂が凹入部に流入して光硬化性樹脂の自由
液面を平坦化できる。したがって、自由液面平坦化のた
めの待ち時間が短くなり、立体モデルの作製に必要な所
要時間を短くできる。 請求項２の光学的造形装置であ
れば、光線の照射を受けることにより該当箇所が硬化す
る光硬化性樹脂を上部が開放された容器内に収容してお
き、光硬化性樹脂の自由液面と対向する移動台を光硬化
性樹脂の硬化させるべき厚みに対応させて光硬化性樹脂
の自由液面から離れる方向に移動させ、硬化性樹脂を硬
化させるための光を照射することにより層状の硬化層を
順次形成し、最終的に所望の３次元形状を得る場合にお
いて、超音波振動供給手段により光硬化性樹脂に超音波
振動を与えて流動性を高めているのであるから、移動台
の下降に伴なって凹入部が発生しても迅速に光硬化性樹
脂が凹入部に流入して光硬化性樹脂の自由液面を平坦化
できる。したがって、自由液面平坦化のための待ち時間
が短くなり、立体モデルの作製に必要な所要時間を短く
できる。

【００１３】

【実施例】以下、実施例を示す添付図面によって詳細に
説明する。図１はこの発明の光学的造形装置の一実施例
を示す概略図であり、光硬化性樹脂溶液２が収容され
た、上部が開放された容器１の上方に、レーザ光源３ａ
およびレーザ光を光透過部１ａに導く光学系３ｂを配置
してある。そして、光硬化性樹脂溶液２に超音波振動を
与えて流動性を高める超音波振動供給部４を配置してあ
る。また、容器１の内部にエレベータ５を昇降可能に設
けている。

【００１４】上記超音波供給部４は、光硬化性樹脂溶液
２自体またはその表面に対して超音波振動を与えるもの
であり、複数の点状、リング状等任意の位置関係で配置
しておけばよい。但し、超音波供給部４はエレベータ５
と一体に設けること等が可能である。上記光学系３ｂと
しては、例えばガルバノミラー、シャッタ等を含み、レ
ーザ光源３ａからのレーザ光を所定範囲内において走査
できるようにしている。また、コントローラ３ｃにより
ガルバノミラーを制御することによりレーザ光の走査を
制御し、シャッタを制御することによりレーザ光のＯＮ
／ＯＦＦを制御する。上記エレベータ５は作製する立体
モデルの最大サイズに対応する平面形状を有しており、
例えば図示しない産業用ロボットにより昇降される。但
し、立体モデルの作製途中においては上昇動作のみを行
ない、次の立体モデルを作製する前に下降動作を行な
う。

【００１５】また、上記レーザ光源３ａとしては例えば
Ａｒレーザが用いられ、この場合には光硬化性樹脂溶液
として紫外線硬化樹脂溶液が用いられる。但し、Ａｒレ
ーザ以外のレーザ光源を用い、レーザ光に感応して硬化
する光硬化性樹脂溶液を用いてもよいことはもちろんで
ある。さらに、レーザ光以外の光源であっても、光学系
により十分に細いビーム化できるものであれば同様に適
用できる。

【００１６】上記構成の光学的造形装置の作用は次のと
おりである。容器１に光硬化性樹脂溶液２を収容し、エ
レベータ５を光硬化性樹脂２の自由液面よりも少しだけ
下方に位置させた状態で、コントローラ３ｃにより制御
される光学系３ｂを介してレーザ光を走査することによ
り、エレベータ５の上方に存在する光硬化性樹脂溶液２
の該当部分を硬化させ、立体モデルの第１層目部分を作
製する。

【００１７】次いで、エレベータ５をさらに所定距離だ
け下降させ、光硬化性樹脂２の自由液面が平坦化した後
に、レーザ光をコントローラ３ｃにより制御される光学
系３ｂを介して走査して既に硬化した部分の端面を含む
平面より上方に存在する光硬化性樹脂溶液２の該当部分
を硬化させ、立体モデルの第２層目部分を作製する。以
下、エレベータ５の移動およびレーザ光を照射すること
による光硬化性樹脂溶液の該当部分の硬化を必要回数だ
け反復して所望の立体モデルを作製する。

【００１８】尚、次に硬化すべき光硬化性樹脂層を形成
する間、超音波振動供給部４により光硬化性樹脂２、ま
たはエレベータ５に超音波振動を与えているのであるか
ら、光硬化性樹脂２の流動性が向上し、エレベータ５の
下降に伴なって発生する凹入部が短時間で平坦化され
る。この結果、光硬化性樹脂２の自由液面が平坦化する
までの待ち時間を短縮でき、立体モデルの作製に必要な
時間を短縮できる。また、光硬化性樹脂２を加熱しない
のであるから劣化を抑制できる。

【００１９】

【実施例２】図２は光造形方法の一実施例を示すフロー
チャートであり、ステップＳＰ１において光硬化性樹脂
２の自由液面に対するエレベータ５の位置を初期設定
し、ステップＳＰ２において、作製すべき立体モデルの
第１層目の形状を得、ステップＳＰ３において、得られ
た形状に基づいてレーザ光を走査して光硬化性樹脂溶液
２の該当部分のみを硬化させる。そして、ステップＳＰ
４において立体モデルの作製が完了したか否かを判別す
る。このステップＳＰ４において立体モデルの作製が完
了していないと判別された場合には、ステップＳＰ５に
おいて、作製すべき立体モデルの次の層の形状を得、ス
テップＳＰ６において超音波振動の印加を開始し、ステ
ップＳＰ７においてエレベータ５をさらに所定距離だけ
光硬化性樹脂２の自由液面から離し、ステップＳＰ８に
おいて超音波振動の印加を停止し、再びステップＳＰ３
の処理を行なう。逆に、ステップＳＰ４において立体モ
デルの作製が完了したと判別された場合には、ステップ
ＳＰ９において、作製された立体モデルを光硬化性樹脂
溶液２から取出し、そのまま一連の処理を終了する。し
たがって、この実施例の場合にも、光硬化性樹脂２の自
由液面が平坦化するまでの待ち時間を短縮でき、立体モ
デルの作製に必要な時間を短縮できる。また、光硬化性
樹脂２を加熱しないのであるから劣化を抑制できる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明は、移動台
の移動に伴なって生じる凹入部が平坦化されるまでの所
要時間を短縮して立体モデル作製所要時間を短縮できる
とともに、光硬化性樹脂の劣化を抑制できるという特有
の効果を奏する。請求項２の発明も、移動台の移動に伴
なって生じる凹入部が平坦化されるまでの所要時間を短
縮して立体モデル作製所要時間を短縮できるとともに、
光硬化性樹脂の劣化を抑制できるという特有の効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の光学的造形装置の一実施例を示す概
略図である。

【図２】この発明の光学的造形方法の一実施例を示すフ
ローチャートである。

【図３】従来の光学的造形装置の一例を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

１ 容器 ２ 光硬化性樹脂溶液 ４ 超音波振動供給部 ５ エレベータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光線の照射を受けることにより該当箇所
   が硬化する光硬化性樹脂（２）を上部が開放された容器
   （１）内に収容しておくとともに、光硬化性樹脂（２）
   の自由液面と対向する移動台（５）を光硬化性樹脂
   （２）の硬化させるべき厚みに対応させて光硬化性樹脂
   （２）の自由液面よりも下方に移動させることにより層
   状の硬化層を順次形成し、最終的に所望の３次元形状を
   得る光学的造形方法において、光硬化性樹脂（２）に超
   音波振動を与えて光硬化性樹脂（２）の流動性を高める
   ことを特徴とする光学的造形方法。
2. 【請求項２】 光線の照射を受けることにより該当箇所
   が硬化する光硬化性樹脂（２）を上部が開放された容器
   （１）内に収容しておくとともに、光硬化性樹脂（２）
   の自由液面と対向する移動台（５）を光硬化性樹脂
   （２）の硬化させるべき厚みに対応させて光硬化性樹脂
   （２）の自由液面よりも下方に移動させることにより層
   状の硬化層を順次形成し、最終的に所望の３次元形状を
   得る光学的造形装置において、光硬化性樹脂（２）に超
   音波振動を与えて光硬化性樹脂（２）の流動性を高める
   超音波振動供給手段（４）を含んでいることを特徴とす
   る光学的造形装置。