JPH07100939A - 補助サポートが取外し易い光硬化造形法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 光硬化造形法において、造形中に三次元物体
を一時的に支えておく補助サポートを取外し易くする。 【構成】 三次元物体のための照射領域と補助サポート
のための照射領域との間に距離を設け、両者間に半硬化
部が介装されるようにする。 【効果】 補助サポートは半硬化部の粘着力によって物
体を支え、完成後は半硬化部を利用して容易に取外すこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光硬化性液を用いて三次
元物体を造形する光硬化造形法に関する。

【０００２】

【従来の技術】三次元形状を定義するデータに基づい
て、その三次元形状を呈する三次元物体を造形する光硬
化造形法が開発されており、その基本構成が特開昭５６
−１４４４７８号公報に開示されている。光硬化造形法
では光照射を受けると硬化する性質を有する光硬化性液
を用い、この液面に光照射する。このとき光照射する領
域を、造形希望形状の断面に相当する領域内とする。こ
の結果、断面に相当する平面形状を備えた断面硬化層が
形成される。形成された断面硬化層を未硬化状態の光硬
化性液で被覆し、再度光照射すると、新たな断面硬化層
が形成されると同時に、新たな断面硬化層は先に形成さ
れている断面硬化層に積層一体化される。ここで層ごと
の光照射領域を造形希望形状を多層にスライスした断面
に相当するようにしつつ、光照射工程を繰返してゆく
と、断面硬化層が積層一体化されて全体として造形希望
形状を呈する三次元物体が造形される。この光硬化造形
法によると、データで定義されているものの、形状とし
ては実在していない三次元形状を容易に具象化すること
ができ、ＣＡＤシステム等で設計された三次元形状等の
検証が著しく容易化される。

【０００３】図１は光硬化造形法で造形される三次元物
体Ｓ０の一例を示している。図中参照数字２で示される
ような懸下形状を造形する場合、最下断面４を形成する
際に、最下断面４のための断面硬化層が他の断面硬化層
と接続されず、他の断面硬化層に対する相対的位置が決
まらなくなってしまうという問題が生じる。そこで光硬
化造形法では、造形中、断面硬化層４を他の断面硬化層
に一時的に接続させておく補助サポート６をも一緒に造
形し、造形完了後補助サポート６を取外すといった技法
が用いられる。

【０００４】また光硬化造形法で図中８で示すような張
り出し部を形成すると、張り出し部８が撓んでしまうと
いう現象が生じ易い。そこで、例えば図中１０に示され
るように、撓み防止用の補助サポート１０をも一緒に造
形することによって、張り出し部８の撓みを抑制し、造
形完了後に補助サポート１０を取外すといったことも行
なわれる。すなわち光硬化造形法では造形希望形状の他
に、補助サポートをも同時に造形することがしばしば行
なわれる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】補助サポート６や１０
の付加により、光硬化造形法では本来作成し難い形状の
造形が可能となり、また撓み易い形状の形状精度を向上
することができる。しかしながら当然のことながら造形
完了後に補助サポート６，１０を取外す必要があり、取
外す手間が面倒となる。また取外す際に、造形された三
次元物体が傷ついたり撓んだするという問題が生じ易
い。本発明は補助サポートが取外し易く、しかも取外し
の際に三次元物体を傷つけたり撓ませるといった事故の
生じ難い光硬化造形法を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、造形希望形状
の断面に相当する領域内の光硬化性液の液面に光照射す
る工程を繰返すことで、断面硬化層が積層・一体化され
て造形希望形状を呈する三次元物体を造形する光硬化造
形法に関する。本発明では、この光硬化造形法において
断面に相当する領域の他に、補助サポート形成用領域
を、断面硬化層と補助サポートの間に半硬化部が形成さ
れる距離だけ離して付加し、その補助サポート形成用領
域にも光照射する工程を付加する。

【０００７】

【作用】この方法によると、三次元物体と補助サポート
の間、例えば図１の例では懸下部２と補助サポート６の
間、ならびに張り出し部８と補助サポート１０の間に半
硬化部が介装された状態で、図１に示す三次元物体Ｓ０
が造成される。このため補助サポート６，１０は半硬化
部において三次元物体Ｓ０から容易に取外すことがで
き、取外しの手間が軽減される。また容易に取外せるこ
とから、取外しの際に三次元物体Ｓ０が傷付いたり撓ん
だりすることが防止される。

【０００８】

【実施例】次に図２〜４を参照しつつ、本発明の一実施
例について説明する。図２は、図１の懸下部２の最下断
面４と補助サポート６の最下断面を拡大して示したもの
である。図中４ａが造形希望形状の断面に相当する領域
を示し、図中６ａが補助サポート形成用の光照射領域を
示している。両領域４ａ，６ａの間には僅かな間隔Ｇが
設けられている。すなわち補助サポート形成用領域６ａ
は造形希望形状の断面領域４ａから距離Ｐだけ離されて
いる。

【０００９】この実施例の場合、レーザビームによって
液面を照射する。レーザビームは液面において、微小半
径の領域１４を照射するように調整され、この照射領域
１４が矢印１６，１８…に示されるように走査されるこ
とで、領域４ａ，６ａ内の光照射が行なわれる。また図
中１２はレーザビームを矢印１６に沿って走査したとき
に光硬化性液が硬化する範囲を示している。前記した間
隔Ｇの幅Ｐは、レーザビームの半径とほぼ同程度とされ
ている。

【００１０】光硬化性液は光照射を受ける前は流動性を
有しており、光照射を受けると硬化する。この両状態の
間に、半硬化状態というべき状態が存在する。この状態
は不充分な露光量で照射された場合と、硬化部の周辺に
発生する。この状態は、未硬化状態と硬化状態の間であ
り、流動性は失っているもののなお硬化はしない状態で
ある。

【００１１】さて領域４ａと６ａ間の未照射領域Ｇでは
光硬化性液が半硬化状態となる。前記したように未照射
領域Ｇの幅Ｐがレーザビームの半径程度であると、未照
射領域といえども領域４ａ，６ａのための照射の影響を
受けて半硬化状態となるからである。

【００１２】間隔Ｇでは半硬化状態といえども、流動性
を失っているために、最下断面４は補助サポートの最下
断面６に粘着し、その位置は規制される。すなわち補助
サポート６は補助サポートとしての役割を充分に達成す
る。なお造形完成後、補助サポート６は半硬化部におい
て懸下部２から取外すことができ、取外す手間が軽減さ
れ、かつ懸下部２の形が歪んだり傷付いたりすることが
ない。なお補助サポート６は造形物Ｓ０の柱部２０にも
半硬化部を介して接続されつつ造形される。図２(A) は
補助サポート６の最下断面のみを図示したが、補助サポ
ート６が所定数の積層で形成される場合には、全層で間
隔Ｇが設けられ、半硬化部が形成されるようにする。図
２(B) はレーザビームの走査方向が図２(A) と直交して
いる場合を示しており、このような場合にも間隔Ｇを設
けることで、三次元物体と補助サポートの間に半硬化部
を介装させることができる。

【００１３】図３は、三次元物体Ｓ０のベース２６と補
助サポート１０間の詳細を示している。この場合、補助
サポート１０の造形にあたって、従来は光照射していた
レベル２８における光照射が省略されている。すなわち
三次元物体の断面に相当する光照射領域３２に対して補
助サポート形成用光照射領域３０が一層２８の分だけ大
きく隔てられているわけである。このように、三次元物
体の断面に相当する光照射領域３２に対して補助サポー
ト用照射領域３０が垂直方向に距離を隔てていても、三
次元物体Ｓ０のための断面硬化層と補助サポートのため
の断面硬化層の間に半硬化部３４が介装されることにな
り、補助サポート１０がベース２６に対して自由に動く
ことなく、しかも造形完了後容易に取外すことが可能と
なる。

【００１４】図３(B) は図３(A) とは異なる例を示して
いる。この場合図３(A) では照射を省略したレベル２８
でも照射を省略しない。かわりにレベル２８でのレーザ
ビームの走査速度を極めて高速化する。レーザビームの
走査速度を高速化すると、単位面積あたりの露光量が低
減され、浅い範囲（図中３６参照）しか硬化しない。そ
して硬化層３６とベース２６との間に半硬化部３８が形
成される。このように、三次元形状のための照射領域３
２と、補助サポートのための照射領域３０間の距離が他
の造形プロセスにおける距離と同一であっても、走査速
度によって半硬化部を形成することが可能である。なお
図３(B) の場合、走査速度を高速化する他、レーザビー
ムの一部をフィルタでカットして光強度を低下させた
り、あるいはレーザの強度自体を一時的に低下させるこ
とも可能である。

【００１５】図４は張り出し部８と補助サポート１０間
を示している。この場合、補助サポート１０のための光
照射はレベル４０までで終了し、張り出し部８のための
照射開始レベル４４との間に一層分だけ光照射をしない
層２８を設ける。この場合も三次元物体のための照射領
域４３と補助サポートのための照射領域４２の間に一層
分を抜くことによって距離を設けるのである。この場合
も三次元物体のための断面硬化層と補助サポートとの間
に半硬化部４６が形成される。

【００１６】しかもこの実施例の場合、三次元物体の張
り出し部８のための照射領域４３の下に、一層を抜いて
補助サポート成形用の領域４２を水平方向に広げてい
る。このようにすると、三次元物体の張り出し部８の下
面に半硬化部４６が一様に伸びることになる。この状態
にしておいて、補助サポート１０を取除くと、半硬化部
４６は補助サポート１０から剥離して三次元物体Ｓ０の
ための断面硬化層に付着する。そこでこの状態で後照射
すると半硬化部４６が硬化し、張り出し部８の下面は極
めて平坦度の高い面に仕上げられる。

【００１７】図５は、ベース６０に脚６２が立てられ、
脚６２の上端に水平板６４が固定されている形状の三次
元物体を造形する場合を示している。光硬化造形法の応
用例として、三次元物体を格子状に形成される補助サポ
ート中に造形していく手法が知られている。この場合図
５(A) 中Ｂで示されるレベルの段面を表す図５(B) に示
されているように、脚６２のための領域の他に、格子状
補助サポート形成用の格子状の領域６６をも照射しつつ
造形してゆく。領域６６は極めて幅狭であり、通常レー
ザビームが一回走査される程度であり、図中では１本の
線として示されている。この場合格子状の補助サポート
６６とベース６０の接続部は、図３(A)または(B) に示
した手法によって半硬化部が残るように照射される。

【００１８】図４でも説明したように、水平板６４の面
粗度を向上させるためには、水平板６４の下面に沿って
補助サポート面を形成しておき、水平板６４と補助サポ
ート面の間に半硬化部が形成されるようにすることが好
ましい。図５(C) は補助サポート面７４の形成工程を示
している。

【００１９】格子状の補助サポート６６が水平板６４の
下面にまで形成されると、次に補助サポート６６の上面
に補助サポート面７４が造形される。このとき、レーザ
ビームは補助サポート面７４の輪郭に沿ってまず走査さ
れる（図５(C) 中６８参照））。このとき、レーザビー
ムの出発点と終了点は７６に示されているように、格子
状の補助サポート６６に接する点に設定されることが好
ましい。輪郭に沿った走査６８が終了した後、図中７０
で示されているように、内部を一様に硬化するための走
査をする。なお図中７２は半硬化部であり、レーザビー
ムが７０のように走査されてゆき、脚６２のための領域
に接する箇所にさしかかると、フィルタによってレーザ
ビームの強度が低下されて半硬化部状態とされる。

【００２０】レーザビームの走査順を逆にすると、すな
わちまず内部領域のための走査を先にし、次に輪郭を照
射するようにすると、内部領域のための照射領域の端部
７８が片持ち状となって撓み易い。補助サポート面が撓
むと、水平板の下面も撓んでしまう。これに対し、まず
輪郭を照射するようにすると、補助サポート面を構成す
る全ての硬化層が直接ないし間接的に格子状補助サポー
ト６６に両持ち状に支持された状態で成長し、補助サポ
ート面７４を正確に水平に形成することができる。

【００２１】補助サポート面７４が形成された後、水平
板６４の最下断面を形成するために光照射を行なう場合
には、まず内部に対する走査を先に実行し、最後に輪郭
に沿った走査を行なう。これを逆にして輪郭を先に走査
すると、輪郭によって内部の液が閉じこめられてしま
い、これが硬化してゆくときの体積変化が補償されない
ために、水平板６４の形状精度が変化し易い。これに対
し、まず内部を照射すると、硬化時の体積変化がまわり
の液によって補償され、上記の問題が軽減されるのであ
る。図５の実施例の場合、補助サポート面７４の形成時
のみ、まず輪郭を照射し、次に内部を照射する順を採用
し、三次元物体のための断面を照射するときにはまず内
部を照射し、次に輪郭を照射する順を採用している。こ
れによって歪みの少ない三次元物体の造形が可能となっ
ている。

【００２２】

【発明の効果】本発明によると、造形中に一時的に三次
元物体を支えておく補助サポートと三次元物体の間に半
硬化部が介装されるために、補助サポートが取外し易
く、しかも取外しの際に三次元物体を傷付けたり撓ませ
たりすることを効果的に予防することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】造形希望形状と補助サポートの一例を示す図

【図２】造形希望形状と補助サポート間の一例を示す図

【図３】造形希望形状と補助サポート間の他の例を示す
図

【図４】造形希望形状と補助サポート間のさらに他の例
を示す図

【図５】造形希望形状と補助サポートの他の例を示す図

【符号の説明】

６，１０，６６ 補助サポート ３４，３８，４６ 半硬化部 ７４ 補助サポート面 Ｇ 未照射用間隙

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 造形希望形状の断面に相当する領域内の
   光硬化性液の液面に光照射する工程を繰返すことで、断
   面硬化層が積層・一体化されて造形希望形状を呈する三
   次元物体を造形する光硬化造形法において、 前記断面に相当する領域の他に、補助サポート形成用領
   域を、断面硬化層と補助サポートの間に半硬化部が形成
   される距離だけ離して付加し、その補助サポート形成用
   領域にも光照射する工程を付加したことを特徴とする補
   助サポートが取外し易い光硬化造形法。