JPH07100940A - ハニカムモデルの面粗度を向上させる光硬化造形法 - Google Patents

ハニカムモデルの面粗度を向上させる光硬化造形法

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JPH07100940A
JPH07100940A JP5250575A JP25057593A JPH07100940A JP H07100940 A JPH07100940 A JP H07100940A JP 5250575 A JP5250575 A JP 5250575A JP 25057593 A JP25057593 A JP 25057593A JP H07100940 A JPH07100940 A JP H07100940A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 外皮が内部から補強リブで支えられているハ
ニカムモデルを光硬化造形法で造形すると、補強リブと
外皮の接する箇所で外表面に凹凸が生じ易いのでそれに
対策する。 【構成】 輪郭線を内側に所定距離オフセットしたライ
ンを求め、補強リブ用走査線とそのオフセットラインの
交点を走査限界とする。 【作用】 走査限界での光照射によって、リブは外皮の
内表面に接続されるとともに、外皮の外表面とリブ用照
射範囲間の最短距離が一定値以上確保され、外皮の外表
面側にリブ用光照射の影響が及ぶことを防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光硬化造形法に関するも
のであり、特にハニカムモデルを造形する光硬化造形法
に関する。
【0002】
【従来の技術】光硬化造形法では、造形希望形状を複数
の層にスライスする断面群のデータに基づいて造形す
る。通常最初に最下断面に相当する領域において光硬化
性液の液面に光照射する。光硬化性液は光照射を受ける
と硬化する性質を有しており、前記光照射によって最下
断面に相当する平面形状を備えるとともに所定の厚みだ
け硬化された断面硬化層が形成される。断面硬化層が形
成されたら、その表面を未硬化状態の光硬化性液でコー
トし、コート後、隣接する次の断面、この場合下から2
番目の断面に相当する領域において光硬化性液の液面に
光照射する。この結果、下から2番目の断面に相当する
平面形状を備える断面硬化層が新たに形成されると同時
にこの新たに形成される断面硬化層が先に形成されてい
る最下断面層に積層一体化される。以後、光照射工程で
扱う断面を隣接する断面に切換えながら、光照射とコー
トを繰返すこと、すなわち3層照射→コート→4層照射
→コート→5層照射…と工程を進めてゆくことで、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
するモデルが造形される。この光硬化造形法は特開昭5
6−144478号公報に開示されている。
【0003】この光硬化造形法において、ハニカムモデ
ルを造形する技術が実用化されている。ここでハニカム
モデルとは図5に例示されているように、モデル50の
うちの輪郭(ないしは外表面)が硬化されて造形希望形
状を呈する外波を備えているものの、内部は一様には硬
化されず、図中52で例示されるように補強リブのみが
離隔的に硬化されているモデルをいう。ここでいうハニ
カムとはモデル内部に補強リブが形成されているものを
総称するものであり、補強リブのパターンが蜂の巣状と
なっているものに限定されない。
【0004】この種のハニカムモデルを造形する場合に
は、各照射工程で、断面群のうちの一断面の輪郭線とそ
の輪郭線の内側にあって補強リブを形成する走査線に沿
って、光ビームを走査することによって光照射を実行す
る。このようにすると、輪郭が積層一体化されて外皮が
構成され、その内部に、補強リブが積層一体化されて形
成されているハニカムモデルが造形される。このハニカ
ムモデルによると内部を一様に光照射する必要がなくな
るために造形時間を大幅に短縮化できる。また補強リブ
で外皮が内部から補強されているために必要な強度や精
度を得ることができる。そのため応用例が多い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明者がハニカムモ
デルを数多く造形しているうちに、外皮51の表面に5
3,54に例示する筋状の凹凸が発生し易いことを見出
した。このような凹凸はハニカムモデルの面粗度を低下
させるものであり、克服されなければならない。本発明
はハニカムモデルの外表面に筋状の凹凸が発生しないよ
うにすることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らが筋状の凹凸
の発生メカニズムを検討した結果、まず第1に筋状の凹
凸は外皮51と補強リブ52が接する線に沿って形成さ
れ易いことを見出した。さらに深く検討したところ、外
皮とリブがほぼ直角に接する部位55では凹凸が発生せ
ず、外皮とリブが小さな角度で接する部位で凹凸が発生
し易く、しかも接する角度が小さくなるほど凹凸が大き
くなる傾向を有していることを見出した。本発明の解決
手段は、この知見から凹凸の成長原因を推論し、その成
長原因を除去する試みのなかで見出されたものである。
【0007】さてリブ52は外皮51に接続される必要
はあるものの外皮51の外側に突出するものであっては
ならない。そこで従来は図4のようにしてリブ形成用走
査ラインの走査限界を定めている。図中51は直径Dの
レーザビームBを矢印41に沿って走査することで形成
される外皮を示している。L0は輪郭線であり、レーザ
ビームBの中心がこの輪郭線に沿って走査される。図中
Iはリブ形成用の走査線を示している。ここでリブ形成
用のレーザビームBの走査限界I1は、外皮形成用輪郭
線L0から内側に走査線Iに沿ってD/2だけオフセッ
トされた点とされている。D/2だけオフセットする
と、リブと外皮は接続され、しかもリブが外皮の外側に
まで伸びることはない。このことは走査線Jについても
同様であり、輪郭線L0から走査線Jに沿ってD/2だ
けオフセットした点J1を走査限界とすると、リブは外
皮51に接続され、かつ外皮51の外側にまで伸びるこ
とはない。にもかかわらず、走査限界をJ1としてもな
お凸部53が実際には形成されてしまうのである。
【0008】この原因を本発明者が推論したところ、次
のように考えるのが最も妥当と思われる。まず走査線I
についてみると、走査限界I1における照射範囲43と
外皮の外表面間にはD/2だけの距離がある。これに対
し走査線Jでみると、走査限界J1における照射範囲4
4と外皮51の外表面間の最短距離42はD/2より相
当に小さくなってしまう。そこで照射範囲44としては
外皮の外表面を越えなくとも、外表面までの距離が小さ
くなると、走査限界J1における光照射が外皮の外表面
外にも影響を及ぼすようになる。
【0009】かかる知見に基づいて本発明では、造形希
望形状を複数の層にスライスする断面群のデータに基づ
いて、前記断面群のうちの一断面の輪郭線とその輪郭線
の内側にあって補強リブを形成する走査線に沿って光硬
化性液の液面を光照射する工程と、前記光照射工程で形
成される硬化層表面を未硬化状態の光硬化性液でコート
する工程とを、前記光照射工程で扱う断面を隣接する断
面に切換えながら繰返すことによって、輪郭と輪郭を内
部から補強するリブが積層一体化されて全体として造形
希望形状を呈するハニカムモデルを造形する従来の光硬
化造形法に対して、前記輪郭線を内側に所定距離オフセ
ットしたオフセットラインを算出する工程と、前記工程
で算出されたオフセットラインと前記補強リブ用走査線
の交点を算出する工程と、前記補強リブ用走査線に沿っ
た光照射を前記工程で算出された交点間に規制する工程
とを付加したことを特徴とする。
【0010】
【作用】本発明の作用を図2を参照して説明する。まず
L0は従来の光硬化造形法でも利用される輪郭線であ
る。簡単にいうと、造形希望形状の断面領域が図中21
のラインの内部であるとし、かつ光照射に用いるレーザ
ビームBの直径がDであるとすると、輪郭線L0はライ
ン21を内側にD/2だけオフセットしたものである。
このようにオフセットすると、輪郭線L0に沿ってレー
ザビームBの中心を走査することで、ライン21まで光
硬化され、造形希望形状の断面を形成することができ
る。なお断面の限界ライン21から内側にD/2だけオ
フセットして輪郭線L0を求める技術は光硬化造形技術
では周知である。
【0011】さてこの発明では輪郭線L0から内側に所
定距離CだけオフセットしたラインL2を算出する。な
お前述のようにオフセットしたラインを求める手法自体
は周知の技術である。オフセットしたラインL2が求め
られたら次に走査線I,JとオフセットラインL2との
交点が求められ、求められた交点が走査限界とされる。
【0012】図2において、ラインL2はラインL0か
らビームの直径分Dだけオフセットした例を示してい
る。このオフセットラインL2と走査ラインIとの交点
がI2として示され、走査ラインJとの交点がJ2とし
て示されている。I2における照射範囲22は外皮51
の内表面に接続され、同様にJ2における照射範囲23
も外皮51の内表面に接する。しかも外皮の外表面まで
の最短距離はともにDであり、Dだけ距離があれば、外
皮の外表面外側にまでリブ用照射が影響を与えることは
ない。
【0013】もう一つのオフセットラインL2aは輪郭
線L0からD/2だけオフセットしたラインを示してい
る。この場合の交点は走査線IについてI2aとなり、
走査線JについてJ2aとなる。明らかにリブは外皮に
接続されることにより、しかもリブ用照射範囲から外皮
51の外表面までの最短距離は走査線I,JともにD/
2となる。図4の走査線Iについて説明したように、外
皮の外表面までの距離がD/2だけであると、リブ用照
射が外皮の外表面外にまで影響を及ぼすことがない。
【0014】このように輪郭線L0の内側にD/2〜D
の範囲でオフセットしたオフセットラインL2,L2a
等を求め、これとリブ用走査線I,J等との交点を求め
ることでリブ用光照射の走査限界を規制するようにする
と、リブは外皮の内表面に接し、しかもリブと外皮のな
す角の大小によらず、リブ用照射範囲と外皮の外表面間
の最短距離を一定の値以上とできることから、リブ用照
射が外皮の外表面外にまで影響して外皮の外表面に凸が
形成されることが防止される。なお実施例の記載から明
らかとなるように、オフセット距離はD〜D/2の範囲
外であってもよい。
【0015】
【実施例】さて図1はこの発明を具体化した一つの処理
手順を示している。図1のステップS2では、造形希望
形状を定義する三次元形状に関するデータを光硬化造形
装置に入力する。このデータは三次元CADシステムで
設計されたものであってもよいし、また三次元計測機等
で測定されたデータであってもよい。
【0016】図1中Nは断面の番号を示し、1が最下断
面に相当し、Mが最上断面に相当する。ステップS4で
N=1とされたあと、ステップS20からステップS2
2を経てステップS6に戻る処理がN≦Mの間繰返され
ることから、ステップS6〜S18の処理は全ての断面
について実行される。
【0017】さてステップS6は、第N断面の輪郭線デ
ータを算出し、これをL0(N)として記憶する。図2
の例について説明すると、断面が21のラインにまで拡
がっている層についてこれを内側にD/2だけオフセッ
トしたラインを求めることによって輪郭線データL0を
求めるのである。
【0018】ステップS8は省略可能な処理であり、図
2は省略した場合を例示し、図3は省略しない場合を示
している。図1のステップS8では、輪郭線L0(N)
をさらに内側にDだけオフセットしたラインL1(N)
を求めるのである。図3から明らかなように、L1
(N)を求め、L1(N)に沿ってレーザビームBを走
査すると、外皮が内外の2層で構成されることになる。
このようにすると外皮が一層丈夫になる他、リブ形成用
の照射が外皮の外表面外側に影響するのを確実に防止す
ることが可能となる。なお必要に応じて外皮を3層、4
層…で構成してもよい。あるいはまた図2に示したよう
に外皮を1層で構成することもできる。
【0019】図1のステップS10では輪郭線L0
(N)を内側に所定距離Cだけオフセットしたオフセッ
トラインL2(N)を算出する。図2で説明したよう
に、外皮を1層で構成する場合にはD/2≦C≦Dの範
囲でオフセット距離を設定する。また外皮を2層で構成
する場合には、内層の外皮の厚みDだけ輪郭線L0から
のオフセット距離を大きくする。すなわち1.5D≦C
≦2Dとする。なおこのことはオフセットラインL1か
ら0.5D〜Dの距離だけオフセットすることに等し
い。このようにすると、図3からも明らかなように、リ
ブは内層側の外皮の内表面に接続される。しかもなお外
皮の外表面とリブ用照射範囲との間の最短距離が1.5
D以上確保され、外皮の外表面の面粗度は著しく良好な
ものとなる。
【0020】さて図1のステップS12はオフセットラ
インL2(N)と補強リブ成形用走査ラインI,J…と
の交点を求める。そしてステップS14で走査ライン
I,Jについて交点間に限って走査する。これによって
まず内側のリブが先に形成される。次にステップS18
が実行されていれば、ステップS16が実行され、外皮
のうちの内側の層を硬化させる。この結果リブと外皮が
接続される。なおステップS8が省略されていればステ
ップS16も省略される。最後にステップS18が実行
され、外皮を構成する外側の層が完成する。
【0021】以上の処理が全ての断面について繰返され
ることで、外皮とその外皮を内側から補強するリブで構
成されるハニカムモデルが造形される。このとき、輪郭
線を内側にオフセットしたラインによってリブ用照射の
走査限界が規制されるために、リブと外皮のなす角の大
小によらず、リブ用照射範囲と外皮の外表面間の最短距
離が確保され、外皮表面に凹凸が形成されることがな
い。
【0022】
【発明の効果】本発明によると、補強リブと外皮のなす
角の大小によらず、補強リブ用の照射範囲と外皮の外表
面間の最短距離を一定値以上とできることから、補強用
リブ形成用の光照射の影響が外皮の外表面外にまで及ぶ
ことを防止でき、外皮の面粗度を良好なものとできる。
さらに外皮を複数の層で構成することにし、その内側の
層に対して本発明を利用すると、補強用リブのための光
照射が外皮の外表面の外側にまで影響を及ぼすことが確
実に防止され、外表面がスムースに仕上げられる。しか
もこのようにすると丈夫な外皮が造形される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を具体化する一処理手順を示す図
【図2】一実施例の処理内容を示す図
【図3】他の実施例の処理内容を示す図
【図4】従来の実施例の処理内容を示す図
【図5】従来技術の問題を説明する図
【符号の説明】
L0 輪郭線 L2 オフセットライン B レーザビーム I,J 補強リブ用走査線 I1,J1,I2,J2,I2a,J2a 走査限界 53,54 凹凸

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 造形希望形状を複数の層にスライスする
    断面群のデータに基づいて、前記断面群のうちの一断面
    の輪郭線とその輪郭線の内側にあって補強リブを形成す
    る走査線に沿って光硬化性液の液面を光照射する工程
    と、 前記光照射工程で形成される硬化層表面を未硬化状態の
    光硬化性液でコートする工程とを、 前記光照射工程で扱う断面を隣接する断面に切換えなが
    ら繰返すことによって、輪郭と輪郭を内部から補強する
    リブが積層一体化されて全体として造形希望形状を呈す
    るハニカムモデルを造形する光硬化造形法において、 前記輪郭線を内側に所定距離オフセットしたオフセット
    ラインを算出する工程と、 前記工程で算出されたオフセットラインと、前記補強リ
    ブ用走査線の交点を算出する工程と、 前記補強リブ用走査線に沿った光照射を前記工程で算出
    された交点間に規制する工程とを付加したことを特徴と
    するハニカムモデルの面粗度を向上させる光硬化造形
    法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003500256A (ja) * 1999-05-31 2003-01-07 エミテク・ゲゼルシャフト・フュール・エミシオーンテクノロギー・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング 挿入物を備えるセラミックハニカム体

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003500256A (ja) * 1999-05-31 2003-01-07 エミテク・ゲゼルシャフト・フュール・エミシオーンテクノロギー・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング 挿入物を備えるセラミックハニカム体

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