JPH0681727U - 光造形装置の樹脂造形槽 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 造形槽の底面に槽内に成形される硬化物層と
槽底面との剥離を促すための薄膜部材を設けて、硬化物
層が引き上げられる際に、硬化物層が容易に槽底面から
剥離でき、かつ、次の硬化物層を成形するための樹脂の
供給が円滑に行える樹脂造形槽を提供する。 【構成】 光硬化性樹脂を貯留した底面が透明な樹脂造
形槽１の下方に、前記光硬化性樹脂を硬化するための光
照射装置３を水平及び垂直方向に対して移動可能なるよ
うに配置した光造形装置において、前記光照射装置によ
り光エネルギーが供給される前記樹脂造形槽内の底面１
ａに、厚さ５μｍ乃至２００μｍで、透過光率９０％以
上のフッ素樹脂系薄膜部材または高分子ポリエチレン薄
膜部材からなる樹脂硬化物層と樹脂造形槽との剥離促進
用薄膜部材が接着されていることを特徴とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、光造形装置における樹脂造形槽の改良、詳細には、光硬化性樹脂を 貯留した樹脂造形槽の下方から、光照射装置による光エネルギーを槽内の光硬化 性樹脂に照射して、槽内の光硬化性樹脂を硬化し、硬化された造形物を上方に引 き上げながら、硬化された造形物の下面に順次造形物の層を成形していく、引き 上げ方式の光造形装置おける樹脂造形槽の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来より、樹脂造形槽内の光硬化性樹脂に光エネルギーを照射して、三次元の 造形物を成形する光造形法としては各種のものが知られており、これらのうち、 広く知られている方法は、特開平２−１４１３３号公報・特開平２−３６９２５ 号公報等に開示されているように、光硬化性樹脂が貯留された樹脂造形槽内の液 面より僅かに下側に造形ステージを配置して、樹脂造形槽の上方に設けた光照射 装置より光を槽内の光硬化性樹脂に照射することで、造形ステージの上面に硬化 物層を成形し、次いで前記造形ステージの位置を若干下方に沈めて、既に硬化し た層の表面に流動する樹脂液面に光を照射して次の硬化物層を形成し、以下同様 な工程を繰り返して目的とする造形物を成形する、沈下方式によるに光造形法方 法である。

【０００３】

【考案が解決すべき課題】

また、上記のように樹脂造形槽の上方から光を照射して、造形ステージを下方 に沈めながら既設硬化物層の上に次の硬化物層を形成する沈下方式による光造形 法に対して、底面を透明とした樹脂造形槽の下方から光を照射して槽内に配置し た造形ステージと槽の底面との間に硬化物層を成形し、造形ステージを順次上方 に引き上げて、既設硬化物層と槽の底面との間に順次硬化物層を積層していく引 き上げ方式による光造形法も知られている。

【０００４】 前者の沈下方式による光造形法では、樹脂造形槽内の液面より僅かに下側に配 置した造形ステージ上の樹脂に光を照射することで硬化物層を成形した後、この 硬化物層の上面に次の硬化物層を成形するために、この成形する硬化物層の厚み に相当する深さだけ造形ステージを沈めることになるが、その場合、単に造形ス テージを所定の深さだけ沈めただけでは、樹脂自体の粘性や表面張力の作用によ って、既に成形された硬化物層の表面に樹脂を均等かつ平滑に供給することがで ぎず、そのため既設硬化物層の表面をヘラ状器具を用いて樹脂が平均に行き渡る ようなスキージ操作を行わないと、引き続いて次の硬化物層を成形できないとい う問題がある。

【０００５】 また、この沈下方式による光造形法では、硬化物層の成形に従って造形ステー ジを順次沈下させるので、樹脂造形槽内に予め多量の樹脂を貯留しておく必要が あるが、前記のように、硬化物層の成形がこのように多量の樹脂を貯留した樹脂 造形槽内の液面近くで行われるためには、槽内の樹脂温度を常に所定の温度に管 理して樹脂粘度をコントロールし、樹脂の熱膨張や収縮による液面位の変化を防 止しないと、造形ステージを沈下する過程で樹脂の供給不良とか、成形される各 硬化物層間の剥離を生ずることになるので、樹脂造形槽に例えば、電気ヒーター 等の加温装置を備えて、絶えず温度管理に留意しなければならないという問題が ある。

【０００６】 一方、後者の引き上げ方式による光造形法では、底面が透明な樹脂造形槽の下 方から光を照射して槽内に配置した造形ステージと槽の底面との間に硬化物層を 成形した後、造形ステージを順次上方に引き上げて、既設硬化物層と槽の底面と の間に順次硬化物層を成形していくので、樹脂造形槽の容量に比例して大きな形 状の硬化物層を成形できるという利点を有するが、造形ステージを順次上方に引 き上げることで成形された硬化物層を樹脂造形槽の底面から剥離する際に、硬化 物層が樹脂造形槽の底面から円滑に剥離せず、硬化物層が無理に引き剥されるこ とで破壊されるという造形法としての大きな問題点を有している。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案は、従来における上記のような光造形法のうち、樹脂造形槽の容量に比 例しく大きな形状の硬化物を成形できるという利点をもった、引き上げ方式によ る光造形法の問題点に鑑み、造形ステージを順次上方に引き上げる際に、成形さ れた硬化物層が樹脂造形槽の底面から破壊されることなく円滑に剥離できるよう にして、能率的に三次元的造形物を成形することができる光造形装置の樹脂造形 槽を提供しようとするものである。

【０００８】 本考案に係る光造形装置の樹脂造形槽は、上記の目的を達成するための具体的 な手段として、光硬化性樹脂を貯留した底面が透明な樹脂造形槽の下方に、前記 光硬化性樹脂を硬化するための光照射装置を水平及び垂直方向に対して移動可能 なるように配置した光造形装置において、前記光照射装置により光エネルギーが 供給される前記樹脂造形槽内の底面に、厚さ５μｍ乃至２００μｍで、透過光率 ９０％以上のフッ素樹脂系薄膜部材または高分子ポリエチレン薄膜部材からなる 樹脂硬化物層と樹脂造形槽との剥離促進用薄膜部材が接着されていることを特徴 とする。

【０００９】

【作用】

この考案に係る光造形装置の樹脂造形槽は、該槽内の光硬化性樹脂に対して造 形槽の下方から光を照射することで、樹脂液面に配置した造形ステージの下面と 造形槽の底面との間に所定の層厚をもった硬化物層が成形され、更に、前記硬化 物層の成形後に前記造形ステージを引き上げることで、前記の既設硬化物層の下 面と造形槽の底面との間に次の硬化物層が成形されるが、この樹脂造形槽では、 該造形槽の内部底面に前記フッ素樹脂系薄膜部材または高分子ポリエチレン薄膜 部材からなる剥離促進用薄膜部材が接着されているので、硬化物層の成形後に前 記造形ステージを引き上げる際に、この薄膜部材が弾性変形により樹脂硬化物層 と樹脂造形槽との剥離を促してスムーズに引き離すことができる。

【００１０】

【実施例】 次に、本考案に係る光造形装置の樹脂造形槽の構成を、図面に示した実施例に ついて説明すると、図１に示すように、樹脂造形槽１は、深さのあまり大きくな い比較的浅い皿形で底面１ａが透明なガラス製容器からなっており、この樹脂造 形槽１の下側に、前記樹脂造形槽１内の光硬化性樹脂２に光を照射するための光 照射装置３が、コンピュータ５の制御によってＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に対して移動可 能な駆動装置４を介して設けられ、更に、前記光硬化性樹脂２の液面には、前記 コンピュータ５の制御によって上下方向に移動可能なガラス板等からなる造形ス テージ６が配置されている。

【００１１】 また、前記樹脂造形槽１における前記底面１ａの槽内側表面には、前記光照射 装置３による光照射によって、槽内に成形される樹脂硬化物層７と該造形槽底面 １ａとの剥離を促進するための薄膜部材８が一体的に貼り付けられている。

【００１２】 この、薄膜部材８としては、厚さが５μｍ乃至２００μｍで、透過光率９０％ 以上の透明度をもつフッ素樹脂系薄膜部材または高分子ポリエチレン樹脂系薄膜 部材が使用され、フッ素樹脂系薄膜部材としては、例えば、４フッ化エチレン樹 脂（ＰＴＦＥ）、４フッ化エチレン・パーフロロプロピルビニルエーテル共重合 体（ＰＦＡ）、４フッ化エチレン・６フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、３ フッ化塩化エチレン樹脂（ＰＣＴＦＥ）、エチレン・４フッ化エチレン共重合体 （ＥＴＦＥ）等が好適に使用される。

【００１３】 この考案に係る樹脂造形槽１を利用して造形物を成形する場合には、図２ａに 示すように、樹脂造形槽１内に貯留された光硬化性樹脂２の液面に造形ステージ ６を配置し、該樹脂造形槽底面１ａと該造形ステージ６との間の樹脂２に対し、 前記造形槽１の下方の光照射装置３から光を照射して、図２ｂのように、第一層 目の硬化物層７ａを成形する。

【００１４】 前記の第一層目硬化物層７ａが成形された後、図２ｃのように、前記造形ステ ージ６を積層ステップの一段分上昇することで、第一層目硬化物層７ａを前記薄 膜部材８が接着された造形槽底面１ａから剥離させ、次に、図２ｄのように、前 記第一層目硬化物層７ａと造形槽底面１ａとの間の樹脂２に対し、造形槽１の下 方の光照射装置３から光を照射して、第二層目の硬化物層７ｂを成形し、以後同 様な操作を繰り返すことにより、前記造形ステージ６の下面に目的とする所定形 状の造形物を成形する。

【００１５】 本考案の樹脂造形槽では、底面１ａに前記のようなフッ素樹脂系の薄膜部材８ が接着されることにより、フッ素樹脂系薄膜部材のもつ炭素とフッ素との結合作 用またはエチレン重合作用によって、光硬化性樹脂が光を照射されることで成形 される硬化物層７と樹脂造形槽底面１ａとの間に、優れた耐食性及び電気的特性 とを持たせて、同時にあまり大きくない適度の粘着性と潤滑性とを備えた構成と することができる。

【００１６】 その結果、図３ａに示すように、槽内に成形された硬化物層７が造形ステージ ６によって引き上げられた際に、前記の薄膜部材８は硬化物層７との密着面に該 薄膜部材８の厚さに相当する適宜の弾性変形部分９を生ずることになり、この弾 性変形部分９が硬化物層７の剥離し易い状態を造りだすと共に、この硬化物層７ の下面に次の工程で成形される硬化物層の樹脂液を供給し易い状態とすることに なる。

【００１７】 つまり、図３ａのように硬化物層７が造形ステージ６により引き上げられるこ とで、前記のように薄膜部材８と硬化物層７との面に弾性変形部分９を生ずるが 、図３ｂのように、この弾性変形部分９は造形ステージ６が引き続いて引き上げ られることにより、硬化物層７の周辺部１０ａから中央部１０ｂへかけて順次剥 離されていくことになるので、前記周辺部１０ａにおける弾性変形部分９が硬化 物層７から剥離する瞬間に生ずる隙間１１内へ向けて、槽内の樹脂２が順次引き 込まれることになり、前記硬化物層７の下面に次の工程で成形されるべき硬化物 層の樹脂液２が供給し易い状態を与えることになる。

【００１８】 前記のように、薄膜部材８によって造形槽１内に成形された硬化物層７と造形 槽底面１ａとの剥離を容易にするという作用について考慮した場合、本考案のよ うに造形槽底面にフッ素系樹脂が設けられていれば、全て硬化物層７を造形槽底 面１ａから剥離し易い状態とすることができるかというと、必ずしもそうではな く、造形槽の底面１ａに、例えばテフロン等のフッ素系樹脂の焼き付け塗装面を 設けた場合には、どうしても表面が硬くなるため、前記のような薄膜部材の利点 である弾性変形を利用することができず、硬化物層を円滑に造形槽底面から剥離 することに問題が残る。

【００１９】 更に、前記のように、造形槽の底面１ａにテフロン樹脂等の焼き付け塗装面を 設けた場合には、焼き付け塗装面の平滑性に問題があって、造形槽の底面を通し て光を槽内の樹脂に照射する場合に乱反射の原因となり、光照射装置から槽内の 樹脂に対して安定した光エネルギーを供給できないという問題がある。

【００２０】

【考案の効果】

以上に述べたように、本考案に係る光造形装置の樹脂造形槽は、槽の下面から 光を照射し、樹脂造形槽内における光硬化性樹脂の液面に配置した造形ステージ の下面に硬化物層を成形して、この造形ステージを順次引き上げることで、目的 とする立体造形物を成形する光造形装置において、樹脂造形槽の底面に硬化物層 と該樹脂造形槽底面との剥離を促進するための薄膜部材を一体的に貼り付けたの で、次のような効果が得られる。

【００２１】 （１）造形ステージを引き上げる際に、槽内に成形された硬化物層を、薄膜部 材の接着された槽底面から容易に剥離することができるので、造形ステージを上 方に引き上げることで、樹脂造形槽の容量に比例して大きな形状の硬化物層を積 層成形できるという、引き上げ方式による光造形装置の実用的可能性を高めるこ とができる。

【００２２】 （２）造形ステージに固着されることで順次積層成形される最も下層の硬化物 層が、造形ステージの引き上げ力を受ける際に、槽の底面から容易に剥離される ので、槽の底面上に成形されて硬化した層が、造形ステージからの引っ張り応力 を受けることで破壊されることがなく、連続的に次の積層ステップへの移動を樹 脂液中で行うことができる。

【００２３】 （３）造形テステージを引き上げることで、槽内に成形された硬化物層が槽底 面から剥離される際に、薄膜部材に弾性変形部分が生じさせ、この弾性変形部分 が引き続く引っ張り力によって硬化物層の周辺部から中央部へかけて順次解消さ れていく過程で、硬化物層下面の周辺部から中央部方向へ向けて瞬間的に生ずる 隙間内に槽内の樹脂液を引き込むことができるので、次の工程で成形すべき硬化 物層の下面に対する樹脂液の供給をスムーズに行える。

【００２４】 （４）また、引き上げ方式により樹脂造形槽の容量を小さくして、槽内の樹脂 液を少量とすることと、前記の薄膜部材に生ずる弾性変形部分が硬化物層の周辺 部から中央部へかけて順次解消されていく過程で、次の工程で成形される硬化物 層の下面に樹脂液の供給をスムーズに行えることで、従来の沈下方式による光造 形法のような樹脂液の粘性や表面張力による造形阻害がなく、液面の界面管理の ための温度調節機構やヘラ状機構が不要となる。

【００２５】 （５）容量の小さい樹脂造形槽により、槽内に供給する樹脂量を造形モデルに 応じて適量に加減できる引き上げ方式の光造形法が実現可能となるので、理論的 には常に造形物の成形に必要な量の樹脂を槽内に適宜供給すればよく、樹脂使用 量のロスがないきわめて実用性の高い光造形装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る樹脂造形槽を用いた光造形装置の
構成を示す正面斜視図。

【図２】本考案の樹脂造形槽による造形物の成形工程を
示す断面図。

【図３】図２の造形物の成形工程における作用を説明す
る断面図。

【符号の説明】

１：樹脂造形槽、１ａ：槽底面、２：光硬化性樹脂、
３：光照射装置、４：駆動装置、５：コンピュータ、
６：造形ステージ、７：樹脂硬化物層８：薄膜部材、
９：弾性変形部分、１０ａ：硬化物層周辺部、１１：隙
間、

Claims (6)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 光硬化性樹脂を貯留した底面が透明な樹
   脂造形槽の下方に、前記光硬化性樹脂を硬化するための
   光照射装置を水平及び垂直方向に対して移動可能なるよ
   うに配置した光造形装置において、前記光照射装置によ
   り光エネルギーが供給される前記樹脂造形槽内の底面
   に、厚さ５μｍ乃至２００μｍで、透過光率９０％以上
   のフッ素樹脂系薄膜部材または高分子ポリエチレン薄膜
   部材からなる樹脂硬化物層と樹脂造形槽との剥離促進用
   薄膜部材が接着されていることを特徴とする光造形装置
   の樹脂造形槽。
2. 【請求項２】 前記剥離促進用薄膜部材が４フッ化エチ
   レン樹脂である請求項１の光造形装置の樹脂造形槽。
3. 【請求項３】 前記剥離促進用薄膜部材が４フッ化エチ
   レン・パーフロロプロピルビニルエーテル共重合体であ
   る請求項１の光造形装置の樹脂造形槽。
4. 【請求項４】 前記剥離促進用薄膜部材が４フッ化エチ
   レン・６フッ化プロピレン共重合体である請求項１の光
   造形装置の樹脂造形槽。
5. 【請求項５】 前記剥離促進用薄膜部材が３フッ化塩化
   エチレン樹脂である請求項１の光造形装置の樹脂造形
   槽。
6. 【請求項６】 前記剥離促進用薄膜部材がエチレン・４
   フッ化エチレン共重合体である請求項１の光造形装置の
   樹脂造形槽。