JPH0768647A - 積層造形方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 硬化済みの光硬化性樹脂の表面を切削するこ
となく硬化層を積層すること、および、成形後の３次元
物体を加熱した時に光硬化性樹脂で構成される３次元物
体が破壊される可能性を低減する。 【構成】 積層体ＬＳの表面に未凝固の凝固剤ＳＬを塗
布して凝固剤層ＳＬＬを形成し、冷却ローラ３０で冷却
することによって凝固剤ＳＬを硬化させる。凝固剤層Ｓ
ＬＬの所望の領域Ｒ１，Ｒ２にレーザ光を照射すること
によって凝固剤ＳＬを気化させて除去し、その領域Ｒ
１，Ｒ２に光硬化性樹脂ＰＡを充填する。そして、所定
の光を照射することによって光硬化性樹脂ＰＡを硬化さ
せる。凝固剤ＳＬとしては、尿素にポリビニールアルコ
ールと共融化合物とを添加した混合物であり、光硬化性
樹脂の熱膨張率とほぼ等しい熱膨張率を有する混合物を
使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、硬化層を積層するこ
とによって３次元物体を造形する方法、およびそのため
の装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】積層造形方法は、複雑な形状の３次元物
体を短時間で形成する方法として利用されている。積層
造形方法で作成された３次元物体は、種々の装置の部品
のモデル（プロトタイプ）として、部品の動作や形状の
良否が調べるために利用される。

【０００３】積層造形方法としては、光硬化性樹脂と、
光硬化性樹脂の周囲を固めるための凝固剤（熱可塑性樹
脂やワックスなど）とを用い、光硬化性樹脂と凝固剤で
構成される硬化層を積層していく方法がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の積層造形方法や
装置では、光硬化性樹脂と凝固剤とで構成される硬化層
の表面を切削して、その上に次の層の光硬化性樹脂を塗
布していた。硬化層の表面を切削するのは、硬化層の厚
みを所定の値に設定するためである。しかし、一度硬化
した光硬化性樹脂の表面を切削すると、光硬化性樹脂の
表面が活性を失い、その上に未硬化の光硬化性樹脂を塗
布しても上下の光硬化性樹脂同士があまり強固に接着し
なくなってしまうという問題があった。

【０００５】また、従来の積層造形方法や装置では、光
硬化性樹脂の熱膨張率に比べて凝固剤の熱膨張率がかな
り大きいという傾向があったので、成形後の３次元物体
を加熱した時に凝固剤が膨張して光硬化性樹脂で構成さ
れる３次元物体を破壊してしまうという問題もあった。

【０００６】この発明は、従来技術における上述の課題
を解決するためになされたものであり、硬化済みの光硬
化性樹脂の表面を切削することなく硬化層を積層してい
くことのできる技術を提供することを第１の目的とす
る。

【０００７】また、この発明は、成形後の積層体を加熱
した時に光硬化性樹脂で構成される物体が破壊される可
能性を低減することができる技術を提供することを第２
の目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用】上述の課題を
解決するため、この発明による第１の積層造形方法は、
（Ａ）積層体の表面の所望の第１の領域に、所定の凝固
剤で形成される凝固層を形成する工程と、（Ｂ）前記積
層体の表面における前記第１の領域を除く第２の領域に
光硬化性樹脂を充填する工程と、（Ｃ）前記光硬化性樹
脂に所定の光を照射して前記光硬化性樹脂を硬化させ、
これによって、前記凝固剤と前記光硬化性樹脂とで構成
される硬化層を形成する工程と、（Ｄ）前記工程（Ａ）
ないし工程（Ｃ）を繰り返すことによって、前記硬化層
を積層する工程と、を備える。

【０００９】工程（Ａ）において硬化済みの光硬化性樹
脂の表面を切削せずに工程（Ｂ）において光硬化性樹脂
を充填するので、各硬化層の光硬化性樹脂同士が強固に
接着する。

【００１０】なお、前記工程（Ａ）は、（Ａ−１）積層
体の表面に未凝固の凝固剤を所定の厚さに塗布すること
によって、未凝固層を形成する工程と、（Ａ−２）前記
未凝固層を硬化させることによって凝固層を形成する工
程と、（Ａ−３）前記凝固層の前記第２の領域にレーザ
光を照射することによって、前記第２の領域における凝
固剤を除去する工程と、を含むようにしてもよい。

【００１１】レーザ光を照射することによって凝固剤を
除去すれば、積層体の表面に凝固剤製の凝固層を形成す
るようにした場合にも、硬化済みの光硬化性樹脂の表面
を切削せずに硬化層を積層していくことができる。

【００１２】なお、前記凝固剤は、尿素にポリビニール
アルコールと共融化合物とを添加した混合物であって前
記光硬化性樹脂の熱膨張率とほぼ等しい熱膨張率を有す
る混合物であることが好ましい。凝固剤と光硬化性樹脂
の熱膨張率がほぼ等しいので、成形後の積層体を加熱し
た場合に、光硬化性樹脂で構成される物体が混合物の膨
張によって破壊される可能性が低い。

【００１３】また、この発明における第２の方法は、硬
化層を積層することによって３次元物体を造形する方法
であって、（Ａ）光硬化性樹脂を用いて、所望の平面形
状を有する所定の厚さの第１の硬化層領域を形成する工
程と、（Ｂ）尿素にポリビニールアルコールと共融化合
物とを添加した混合物であって前記光硬化性樹脂の熱膨
張率とほぼ等しい熱膨張率を有する混合物を用いて、前
記第１の硬化層領域の周囲に第２の硬化層領域を形成
し、これによって、前記第１と第２の硬化層領域で構成
される硬化層を形成する工程と、（Ｃ）前記工程（Ａ）
および（Ｂ）を繰り返すことによって、前記硬化層を積
層する工程と、を備える。

【００１４】混合物と光硬化性樹脂の熱膨張率がほぼ等
しいので、成形後の積層体を加熱した場合に、光硬化性
樹脂で構成される物体が混合物の膨張によって破壊され
る可能性が低い。

【００１５】この発明による積層造形装置は、硬化層を
積層することによって３次元物体を造形する装置であっ
て、積層体の表面に未凝固の凝固剤を所定の厚さに塗布
することによって、未凝固層を形成する凝固剤塗布手段
と、前記未凝固層を硬化させることによって凝固層を形
成する硬化手段と、前記凝固層の所望の領域にレーザ光
を照射することによって、前記所望の領域における凝固
剤を除去するレーザ光照射手段と、前記積層体の表面の
前記所望の領域に光硬化性樹脂を充填する工程と、前記
光硬化性樹脂に所定の光を照射して前記光硬化性樹脂を
硬化させ、これによって、前記凝固剤と前記光硬化性樹
脂とで構成される硬化層を形成する硬化光照射手段と、
を備える。この装置を利用すれば、上述の第１の方法に
従って積層体を形成することができる。

【００１６】

【実施例】

Ａ．第１の実施例：図１は、この発明の第１の実施例と
しの３次元物体造形システム１００を示す概念図であ
る。この３次元物体造形システム１００は、グラフィッ
クワークステーション２００と造形装置３００とで構成
されている。

【００１７】グラフィックワークステーション２００
は、３次元物体の形状を表わすデータに基づいて、３次
元物体の断面形状を表わす断面ベクトルデータを作成
し、作成した断面データを３次元物体造形システム１０
０に供給する。なお、ＣＡＤデータから物体の断面形状
を表わすデータを作成する方法は、ＣＡＤ（コンピュー
タ援用設計）の分野において周知であり、例えば、イス
ラエル、サイテックス社（Scitex Corp.）から市販され
ているQuantum1システムのプロット機能により実現され
ている。物体の断面形状を表わすデータを作成する方法
や装置については特開昭６３−７２５２６号公報および
特開平２−７８５３１号公報に記載されているので、こ
こではその詳細は省略する。

【００１８】造形装置３００は、次のようなサブシステ
ムによって構成されている。 （Ａ）テーブル部１０：造形中の積層体ＬＳを載置する
ためのテーブル１２と、テーブル１２を垂直方向に移動
させるモータ１４とを有している。テーブル部１０は、
さらに、テーブル１２の垂直方向の絶対位置を検出する
ための図示しない位置検出装置を備えている。モータ１
４は、物体を所定の高さだけ造形する度に、造形した高
さ分だけテーブル１２を下方に降下させる。

【００１９】（Ｂ）凝固剤塗布部２０：積層体ＬＳの表
面に凝固剤を塗布するユニットであり、液状の凝固剤を
貯蔵するタンク２２と、積層体ＬＳの表面に凝固剤を塗
布するための塗布ヘッド２４とで構成されている。塗布
ヘッド２４は、積層体ＬＳのＸ方向（紙面に垂直な方
向）の幅に渡って伸びる細長い塗布口を有している。塗
布ヘッド２４は、Ｙ方向に伸びたレール１６に係合して
おり、図示しないモータによって駆動されてＹ方向に移
動する。凝固剤は、特開平２−５５６３８号公報に記載
されている尿素系混合物が用いられる。

【００２０】上述の尿素系混合物は、尿素にポリビニー
ルアルコールと共融化合物とを添加した尿素系混合物で
ある。共融化合物は、尿素と低温で共融して共融物の融
点ないし凝固点を大きく低下させる化合物であり、安息
香酸、ベンゼンスルフィン酸、ベンゼンスルフォン酸、
塩化ベンゾイル、グリシン、ナフタレン、グルタル酸等
が使用される。また、この尿素系混合物は、融点が約１
２０℃、線膨張率が約１０^-4／℃である。この尿素系混
合物の融点は室温よりも高いので、タンク２２の周囲に
設けられたヒータ２６で加熱することによって溶融状態
に保たれる。なお、この尿素系混合物の製造方法や物性
などの詳細については、上述した特開平２−５５６３８
に記載されているので、ここではその詳細は省略する。

【００２１】（Ｃ）冷却ローラ３０：積層体ＬＳの表面
に塗布された凝固剤を冷却して完全に硬化させるための
ローラである。冷却ローラ３０もレール１６に係合され
ており、図示しないモータによって駆動されてＹ方向に
移動する。

【００２２】（Ｄ）レーザ切削部４０：図２に示すよう
に、ＹＡＧレーザ４２と、ビームエクスパンダ４４と、
一対の反射ミラー４６，４７と、フォーカシング部４８
を有している。一対の反射ミラー４６，４７とフォーカ
シング部４８は、レール１６（図１）に係合された移動
台４９に載置されている。移動台４９は、図示しない第
１のモータによって駆動されてＹ方向に移動する。ま
た、ミラー４７とフォーカシング部４８は、図示しない
第２のモータによって駆動されてＸ方向に一体となって
移動する。レーザ４２は、図示しないパルス幅制御部に
よって制御され、積層体表面上の光点の単位行程当たり
のエネルギが等しくなるようにパルス幅が調整される。
なお、このレーザ切削部４０は、積層体ＬＳの表面に形
成された硬化後の凝固剤の所望の領域を除去するために
使用される。

【００２３】（Ｅ）樹脂塗布部５０：光硬化性樹脂を貯
蔵するタンク５２と、光硬化性樹脂を積層体ＬＳの表面
に塗布する塗布ヘッド５４とで構成されている。塗布ヘ
ッド５４は、積層体ＬＳのＸ方向の幅に渡って伸びる細
長い塗布口を有している。塗布ヘッド５４は、Ｙ方向に
伸びたレール１６に係合しており、図示しないモータに
よって駆動されてＹ方向に移動する。光硬化性樹脂とし
ては、ガラス転移点が上述した尿素系混合物の融点より
も高いものが好ましい。これは、後述する工程において
光硬化性樹脂の上に溶融した尿素系混合物（凝固剤）を
塗布する際に、硬化済みの光硬化性樹脂が軟化しないよ
うにするためである。

【００２４】光硬化性樹脂としては、例えば、ウレタン
系アクリレートである日本合成ゴム株式会社製のデソラ
イトＫＣ１００３（商品名）を使用することができる。
この光硬化性樹脂は、ガラス軟化点が約１５０℃で、線
膨張率が約１０^-4／℃である。

【００２５】（Ｆ）光照射部６０：光硬化性樹脂を硬化
させるための光を発生するユニットである。光照射部
は、光源と、光源をレール１６に沿って移動させる図示
しないモータによって構成されている。光硬化性樹脂と
して紫外線硬化型樹脂を使用する場合には、いわゆる石
英製低圧水銀ランプ、重水素ランプ、殺菌ランプ、光重
合用ランプ、ブラックライトランプなどの種々の紫外線
発生用光源を使用することができる。これらの光源は紫
外線レーザよりも安価であり、また、光硬化性樹脂を硬
化させるための所望の波長範囲の光を発生する光源を選
択できる。可視光硬化性樹脂を使用する場合には、可視
光線を数十秒照射することによって硬化するので、光源
として青色蛍光ランプやメタルハライドランプなどを使
用することができる。なお、これらの光源は、レーザに
比べてより大きなエネルギを与えることができるので、
より短時間で光硬化性樹脂を完全に硬化させることがで
きるという利点もある。

【００２６】（Ｇ）制御部７０：グラフィックワークス
テーション２００から供給された３次元物体の断面ベク
トルデータに従ってレーザ切削部４０を制御するととも
に、造形装置３００内の他の各部の制御を行なう。な
お、断面ベクトルデータは、造形される３次元物体の所
定の高さ位置毎に生成される。

【００２７】図３は、３次元造形システム１００によっ
て３次元物体を製作する手順を示す工程断面図である。
図３（Ａ）の工程では、凝固剤塗布部２０の塗布ヘッド
２４が積層体ＬＳの表面上に凝固剤ＳＬを一様に塗布す
ることにより、所定の厚みの凝固剤層ＳＬＬを形成す
る。凝固剤層ＳＬＬの厚みは、約２５μｍ〜約１００μ
ｍが好ましい。

【００２８】なお、積層体ＬＳは複数の硬化層Ｌ１，Ｌ
２が積層された構造を有している。各硬化層Ｌ１，Ｌ２
は、光硬化性樹脂製の樹脂領域ＰＡＲと、凝固剤製の凝
固剤領域ＳＬＲとで構成されている。

【００２９】図３（Ｂ）の工程では、冷却ローラ３０が
凝固剤層ＳＬＬを冷却することにより、凝固剤ＳＬを凝
固させる。なお、凝固剤ＳＬは、冷却ローラ３０によっ
て冷却する前に自然に冷却されてある程度は硬化してい
る状態にあるが、冷却ローラ３０によって冷却すること
によって完全に硬化する。

【００３０】図３（Ｃ）の工程では、レーザ切削部４０
によって凝固剤層ＳＬＬの所望の領域Ｒ１，Ｒ２が切削
される。この際、切削される層の厚みが少なくとも凝固
剤層ＳＬＬの厚み以上になるように、レーザ４２のエネ
ルギを調節する。レーザ光が照射されると、凝固剤ＳＬ
は気化（昇華）して消失する。この際、凝固剤層ＳＬＬ
の下にある樹脂領域ＰＡＲが切削されないようにするた
めに、凝固剤としては、光硬化性樹脂よりも昇華温度が
低いものを使用することが好ましい。

【００３１】図３（Ｄ）の工程では、樹脂塗布部５０の
塗布ヘッド５４によって、凝固剤が切削された領域Ｒ
１，Ｒ２に光硬化性樹脂ＰＡが充填される。塗布ヘッド
５４の後端にはドクターブレード５６が備えられてお
り、不要な光硬化性樹脂ＰＡは、このドクターブレード
５６によって拭き取られる。なお、このような塗布ヘッ
ド５４を使用する代わりに、ＸＹ平面上で２次元的に移
動するノズルから光硬化性樹脂ＰＡを吐出することによ
って、領域Ｒ１，Ｒ２に光硬化性樹脂を充填するように
してもよい。このようなノズルを用いれば、光硬化性樹
脂を無駄なく使用でき、また、積層体ＬＳの側面に光硬
化性樹脂が付着することを防止できる。

【００３２】図３（Ｅ）の工程では、光照射部６０が積
層体ＬＳ表面に光を照射することによって、光硬化性樹
脂ＰＡを硬化させる。この結果、３つの硬化層Ｌ１，Ｌ
２，Ｌ３で構成される積層体ＬＳが形成される。

【００３３】光硬化性樹脂は、硬化後にその表面を切削
すると活性が低下し、その上で光硬化性樹脂を硬化させ
ても接着力が弱くなるという特徴がある。しかし、図３
の工程では、硬化層Ｌ２に含まれる光硬化性樹脂の表面
を切削していないので、２つの硬化層Ｌ２，Ｌ３の光硬
化性樹脂同士が強固に接着するという利点がある。さら
に、図３（Ｃ）の工程において、凝固剤ＳＬを刃物など
で機械的に切削していないので、硬化層Ｌ２の光硬化性
樹脂の上に凝固剤ＳＬの粉末が残存することがない。こ
のため、硬化層Ｌ２の光硬化性樹脂が硬化層Ｌ３の光硬
化性樹脂とより強く接着する。

【００３４】図３（Ａ）〜（Ｅ）の工程を繰り返すこと
によって硬化層が順次積層されて、所望の積層体ＬＳが
形成される。積層体ＬＳが完成した後は、凝固剤ＳＬの
融点（約１２０℃）以上に加熱して凝固剤ＳＬを除去す
ることにより、光硬化性樹脂ＰＡの部分のみで構成され
る３次元物体が得られる。凝固剤ＳＬとして用いられる
尿素系混合物の融点は約１２０℃であり、光硬化性樹脂
ＰＡのガラス転移点は約１５０℃なので、光硬化性樹脂
ＰＡを約１２０℃に加熱しても光硬化製樹脂ＰＡが過度
に軟化することはない。また、尿素系混合物の線膨張率
が約１０^-4／℃であり、光硬化性樹脂の線膨張率も約１
０^-4／℃なので、積層体ＬＳを約１２０℃以上に加熱し
た際にも、尿素系混合物が過度に膨張し光硬化性樹脂を
圧迫して変形させることがなく、形状精度の良い物体を
得ることができる。

【００３５】なお、上記の尿素系混合物は水に解け易い
ので、水で溶解させることによって光硬化性樹脂のみで
構成された物体を得ることも可能である。但し、尿素系
混合物を加熱して溶解すれば、その尿素系混合物を凝固
剤塗布部２０用の凝固剤として再利用できるという利点
がある。

【００３６】なお、凝固剤塗布部２０の凝固剤として
は、加熱溶融した熱可塑性エンジニアリングプラスチッ
ク（アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂など）や加熱溶融したポ
リエチレングリコール（カーボワックス）を利用するこ
とも可能である。エンジニアリングプラスチックを用い
れば、積層体ＬＳの光硬化性樹脂部分を除去することに
よって、エンジニアリングプラスチックで構成された物
体を得ることもできる。この場合に、最終的な物体の用
途に応じたプラスチックを選んで造形することができる
という利点がある。

【００３７】Ｂ．第２の実施例：図４は、本発明の第２
の実施例としての回転方式の造形装置３００ａを示す概
念図である。この造形装置３００ａは円筒形の回転台８
０を有しており、この回転台８０の上に積層体ＬＳが形
成される。回転台８０の上方には凝固剤塗布部２０が設
けられており、また、回転台８０の右上方には冷却ロー
ラ３０が、右側にはレーザ加工部４０が、下方には樹脂
塗布部５０ａが、左側には光照射部６０がそれぞれ設け
られている。なお、図４において制御部７０は省略され
ている。

【００３８】レーザ加工部４０の下方には、レーザ光の
照射によって気化した凝固剤を吸引するための吸引装置
４１が設けられている。なお、このような吸引装置４１
を図１の造形装置３００に設けておいてもよい。

【００３９】回転台８０の下方に設けられた樹脂塗布部
５０ａは、光硬化性樹脂を収納するタンク５２と、光硬
化性樹脂を積層体ＬＳの表面に塗布するための塗布ロー
ラ５５と、積層体ＬＳ表面の不要な光硬化性樹脂を拭き
取るドクターブレード５６とを有している。

【００４０】図４の造形装置３００ａでは、回転台８０
が一定周速度で時計周りに回転しながら、図３と同様な
工程に従って積層体ＬＳが形成される。図４の例では、
回転台８０の４カ所に積層体ＬＳが形成されている。こ
のように、この造形装置３００ａでは、複数の積層体Ｌ
Ｓを同時に形成していくことが可能である。なお、積層
体ＬＳの厚みが増加するにつれて、各部はそれぞれ矢印
で示すように、回転台８０の中心軸から離間するように
移動させる図示しない移動機構が各部に設けられてい
る。

【００４１】この造形装置３００ａでは、積層体ＬＳの
表面が連続しているので、凝固剤塗布部２０によって凝
固剤を均一に塗布することができ、また、樹脂塗布部５
０ａによって光硬化性樹脂を均一に塗布することが容易
であるという利点がある。さらに、複数の積層体ＬＳを
同時に形成することができるという利点もある。

【００４２】Ｃ．第３の実施例：凝固剤として上述した
尿素系混合物を用いた場合には、さらに、次のような種
々の方法で積層体を形成することが可能である。

【００４３】図５は、凝固剤として尿素系混合物を用い
た場合の第２の造形方法を示す工程断面図である。図５
（Ａ）の工程では、ノズル４１０から光硬化性樹脂ＰＡ
を吐出して、積層体ＬＳの表面上の所望の領域に光硬化
性樹脂ＰＡを塗布する。図５（Ｂ）の工程では、光照射
部４２０が所定の光を光硬化性樹脂ＰＡに照射して硬化
させる。図５（Ｃ）の工程では、凝固剤塗布部４３０
が、硬化した光硬化性樹脂ＰＡの周囲の領域に凝固剤Ｓ
Ｌを塗布する。そして、図５（Ｄ）の工程では、冷却ロ
ーラ４４０が凝固剤ＳＬを冷却して凝固させる。図５
（Ｅ）の工程では、回転切削部４５０が最上層の硬化層
Ｌ３を所定の厚みに機械的に切削し、粉末吸引部４５２
が切削された粉末を吸引する。図５（Ａ）〜（Ｅ）の工
程を繰り返すことによって、光硬化性樹脂製の所望の形
状の物体を含む積層体ＬＳが得られる。

【００４４】図６は、凝固剤として尿素系混合物を用い
た場合の第３の造形方法を示す工程断面図である。図６
（Ａ）の工程では、図示しない保持装置によって積層体
ＬＳが上下逆に保持されており、その下表面が、光硬化
性樹脂ＰＡを収納するタンク４６０内に浸されている。
図６（Ｂ）の工程では、レーザ照射部４７０がタンク４
６０の下方から積層体ＬＳの下表面の所望の領域に向け
てレーザ光を照射する。この結果、積層体ＬＳの下表面
とタンク４６０の内底面との間に存在する光硬化性樹脂
ＰＡが硬化する。なお、タンク４６０の底面は、レーザ
光を透過するように、ガラス等の光透過性部材で形成さ
れている。図６（Ｃ）の工程では、積層体ＬＳを１８０
度回転して上下を逆転させ、図６（Ｂ）の工程で硬化し
た光硬化性樹脂ＰＡが積層体ＬＳの上表面に来る状態に
する。図６（Ｄ）の工程では、凝固剤塗布部４３０が光
硬化性樹脂ＰＡの周囲の領域に液状の凝固剤ＳＬを塗布
し、冷却ローラ４４０が凝固剤ＳＬを冷却して凝固させ
る。図６（Ｅ）の工程では、回転切削部４５０が最上層
の硬化層Ｌ３を所定の厚みに機械的に切削し、粉末吸引
部４５２が切削された粉末を吸引する。図６（Ａ）〜
（Ｅ）の工程を繰り返すことによって、光硬化性樹脂製
の所望の形状の物体を含む積層体ＬＳが得られる。

【００４５】図７は、凝固剤として尿素系混合物を用い
た場合の第４の造形方法を示す工程断面図である。図７
（Ａ）の工程では、粉末散布部４８０が積層体ＬＳの上
に粉末状の凝固剤ＳＬを所定の厚みで堆積させる。図７
（Ｂ）の工程では、領域ＮＲ１，ＮＲ３，ＮＲ３に堆積
された粉末状の凝固剤ＳＬにレーザ照射部４９０がレー
ザ光を照射して凝固剤ＳＬを溶融させる。これらの領域
ＮＲ１，ＮＲ２，ＮＲ３は、光硬化性樹脂ＰＡが充填さ
れる領域Ｒ１，Ｒ２（図３参照）を除く領域である。こ
の際、領域ＮＲ１，ＮＲ２，ＮＲ３の凝固剤が溶融した
か否かをモニタ４９２で撮像して確認する。図７（Ｃ）
の工程では、冷却ファン５００によって溶融した凝固剤
ＳＬを凝固させるとともに、溶融していない凝固剤ＳＬ
を吹き飛ばす。この結果、図３（Ｃ）に示す積層構造と
同じ構造が得られる。この後は、図３（Ｄ）、（Ｅ）と
同じ工程が実行されて、所望の積層体ＬＳが得られる。

【００４６】なお、溶融していない凝固剤ＳＬが容易に
吹き飛ばない場合もある。このような場合には、図７
（Ｃ）の工程や図３（Ｄ），（Ｅ）の工程を実行せず
に、図７（Ａ），（Ｂ）の工程を繰り返すことによっ
て、溶融して凝固した凝固剤ＳＬで形成される物体を造
形することが可能である。

【００４７】なお、上述した尿素系混合物は、上記以外
の種々の積層造形方法に使用することが可能である。例
えば、特開昭６３−７２５２６号公報や特開平２−７８
５３１号公報に記載された積層造形方法において、カー
ボワックス（ポリエチレングリコール）の代わりの材料
として使用することが可能である。この際、光硬化性樹
脂としては、尿素系混合物の融点以上のガラス転移点を
有する樹脂が好ましい。

【００４８】また、特開平３−１５８２２８号公報や特
開平４−５９２３１号公報に記載された造形方法におい
て、ノズルから吐出する凝固剤として上述の尿素系混合
物を用いることも可能である。

【００４９】なお、この発明は上記実施例に限られるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の
態様において実施することが可能である。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載し
た発明によれば、硬化済みの光硬化性樹脂の表面を切削
せずに光硬化性樹脂を充填するので、各硬化層の光硬化
性樹脂同士が強固に接着するという効果がある。

【００５１】また、請求項２に記載した発明によれば、
積層体の表面に凝固剤製の凝固層を形成するようにした
場合にも、硬化済みの光硬化性樹脂の表面を切削せずに
硬化層を積層していくことができるという効果がある。

【００５２】請求項３および４に記載した発明によれ
ば、混合物と光硬化性樹脂の熱膨張率がほぼ等しいの
で、成形後の積層体を加熱した場合に、光硬化性樹脂で
構成される物体が混合物の膨張によって破壊される可能
性が低いという効果がある。

【００５３】請求項５に記載した装置によれば、請求項
１または２に記載された方法に従って積層体を形成する
ことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例としの３次元物体造形
システムを示す概念図。

【図２】レーザ加工部４０の構成を示す斜視図。

【図３】本発明に従って３次元物体を製作する手順を示
す工程断面図。

【図４】本発明の第２の実施例としての回転方式の造形
装置３００ａを示す概念図。

【図５】凝固剤として尿素系混合物を用いた第２の造形
方法を示す工程断面図。

【図６】凝固剤として尿素系混合物を用いた第３の造形
方法を示す工程断面図。

【図７】凝固剤として尿素系混合物を用いた第４の造形
方法を示す工程断面図。

【符号の説明】

１０…テーブル部 １２…テーブル １４…モータ １６…レール ２０…凝固剤塗布部 ２２…タンク ２４…塗布ヘッド ２６…ヒータ ３０…冷却ローラ ４０…レーザ切削部 ４１…吸引装置 ４２…レーザ ４６，４７…反射ミラー ４４…ビームエクスパンダ ４８…フォーカシング部 ４９…移動台 ５０…樹脂塗布部 ５２…タンク ５４…塗布ヘッド ５５…塗布ローラ ５６…ドクターブレード ６０…光照射部 ７０…制御部 ８０…回転台 ２００…グラフィックワークステーション ３００…造形装置 ４１０…ノズル ４２０…光照射部 ４３０…凝固剤塗布部 ４４０…冷却ローラ ４５０…回転切削部 ４５２…粉末吸引部 ４６０…タンク ４７０…レーザ照射部 ４８０…粉末散布部 ４９０…レーザ照射部 ４９２…モニタ ５００…冷却ファン Ｌ１〜Ｌ３…硬化層 ＬＳ…積層体 ＮＲ１…光硬化性樹脂を充填しない領域 ＰＡ…光硬化性樹脂 ＰＡＲ…樹脂領域 Ｒ１，Ｒ２…光硬化性樹脂を充填する領域 ＳＬ…凝固剤 ＳＬＬ…凝固剤層 ＳＬＲ…凝固剤領域

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 硬化層を積層することによって３次元物
   体を造形する方法であって、 （Ａ）積層体の表面の所望の第１の領域に、所定の凝固
   剤で形成される凝固層を形成する工程と、 （Ｂ）前記積層体の表面における前記第１の領域を除く
   第２の領域に光硬化性樹脂を充填する工程と、 （Ｃ）前記光硬化性樹脂に所定の光を照射して前記光硬
   化性樹脂を硬化させ、これによって、前記凝固剤と前記
   光硬化性樹脂とで構成される硬化層を形成する工程と、 （Ｄ）前記工程（Ａ）ないし工程（Ｃ）を繰り返すこと
   によって、前記硬化層を積層する工程と、を備える積層
   造形方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の積層造形方法であって、 前記工程（Ａ）は、（Ａ−１）積層体の表面に未凝固の
   凝固剤を所定の厚さに塗布することによって、未凝固層
   を形成する工程と、（Ａ−２）前記未凝固層を硬化させ
   ることによって凝固層を形成する工程と、（Ａ−３）前
   記凝固層の前記第２の領域にレーザ光を照射することに
   よって、前記第２の領域における凝固剤を除去する工程
   と、を含む積層造形方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の積層造形方法で
   あって、前記凝固剤は、尿素にポリビニールアルコール
   と共融化合物とを添加した混合物であって前記光硬化性
   樹脂の熱膨張率とほぼ等しい熱膨張率を有する混合物で
   ある積層造形方法。
4. 【請求項４】 硬化層を積層することによって３次元物
   体を造形する方法であって、（Ａ）光硬化性樹脂を用い
   て、所望の平面形状を有する所定の厚さの第１の硬化層
   領域を形成する工程と、（Ｂ）尿素にポリビニールアル
   コールと共融化合物とを添加した混合物であって前記光
   硬化性樹脂の熱膨張率とほぼ等しい熱膨張率を有する混
   合物を用いて、前記第１の硬化層領域の周囲に第２の硬
   化層領域を形成し、これによって、前記第１と第２の硬
   化層領域で構成される硬化層を形成する工程と、（Ｃ）
   前記工程（Ａ）および（Ｂ）を繰り返すことによって、
   前記硬化層を積層する工程と、を備える積層造形方法。
5. 【請求項５】 硬化層を積層することによって３次元物
   体を造形する装置であって、 積層体の表面に未凝固の凝固剤を所定の厚さに塗布する
   ことによって、未凝固層を形成する凝固剤塗布手段と、 前記未凝固層を硬化させることによって凝固層を形成す
   る硬化手段と、 前記凝固層の所望の領域にレーザ光を照射することによ
   って、前記所望の領域における凝固剤を除去するレーザ
   光照射手段と、 前記積層体の表面の前記所望の領域に光硬化性樹脂を充
   填する工程と、 前記光硬化性樹脂に所定の光を照射して前記光硬化性樹
   脂を硬化させ、これによって、前記凝固剤と前記光硬化
   性樹脂とで構成される硬化層を形成する硬化光照射手段
   と、を備える積層造形装置。