JPH08150661A - 光学的造形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 造形後のサポート部分の撤去作業を容易にす
ると共に、本体のサポート側の表面仕上げ処理を不要と
し、且つ所望厚みの立体造形物を成形する。 【構成】 光照射によって硬化する液体を貯蔵しておく
貯蔵槽１と、該貯蔵槽１内で上下する昇降テーブル４
と、前記貯蔵槽１内の液面の任意位置を光照射する光源
８とを備え、前記光源８によって前記液面に光照射し、
前記昇降テーブル４上の前記液体を硬化させて所望形状
の立体造形物11を成形する光学的造形方法において、先
ず、前記立体造形物11の本体20を重力に抗して支持すべ
きサポート30を成形し、その上に透明フィルム40を配置
した後、前記立体造形物11の本体20を成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、紫外線等の光ビームの
照射によって硬化する光硬化性樹脂を資材として、立体
造形物を成形する光学的造形方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電気機器等の各種商品の開発過程におい
ては、商品の立体モデルを作製して、デザインや機構に
ついてのチェックが行われるが、近年の商品サイクルの
短縮化に応じて、立体モデルを迅速に作製する必要が生
じている。

【０００３】そこで、貯蔵槽内の液状の光硬化性樹脂へ
光ビームを照射して、光硬化性樹脂を硬化させることに
よって立体造形物を成形する光学的造形方法が開発され
ている（雑誌「プラスチック成形技術」1994年第11巻４
号、特開平5-309747号公報）。

【０００４】この光学的造形方法は、図７に示す如き光
造形装置を用いて行われ、貯蔵槽１内の液状の光硬化性
樹脂２中に、昇降制御装置３によって駆動される昇降テ
ーブル４を水平に配置すると共に、光硬化性樹脂２の液
面へ向けて光ビームを照射すべきＸ−Ｙスキャナー５を
備え、そのＸ−Ｙスキャナー５は制御装置６によって水
平面内をＸ−Ｙ方向に移動制御される。

【０００５】Ｘ−Ｙスキャナー５には、光偏向素子７及
び集光レンズ８を介してＵＶレーザ装置９からの紫外線
レーザ光が供給される。尚、光偏向素子７はＵＶレーザ
装置９の出力を調整するものである。

【０００６】昇降制御装置３及び光偏向素子７は制御装
置６によってその動作が制御されている。上記装置では
情報処理装置10において、ＣＡＤシステムにより設計さ
れた立体造形物の形状データをスライスして等高線デー
タを作成し、等高線データを制御装置６へ供給してお
り、その等高線データに基づく制御装置６からの制御信
号の入力に従い昇降テーブル４が一定ピッチ（0.1〜0.3
mm程度）で貯蔵槽１内を降下すると共に、Ｘ−Ｙスキャ
ナー５からの紫外線レーザビームが昇降テーブル４上の
光硬化性樹脂２を等高線データに応じてＸ−Ｙ方向に走
査する。

【０００７】この結果、昇降テーブル４上には、硬化し
た樹脂層が前記等高線データに応じた形状に順次堆積
し、最終的に所望形状の立体造形物11が成形される。と
ころで、光硬化性樹脂は紫外線の照射で即座に硬化を開
始するが、完全な硬化状態が得られるまでに数十時間を
要する。

【０００８】このため、ひさし形状（オーバーハング形
状）部分を有する立体造形物11を成形する場合には、硬
化が完全となるまでの期間において自重による変形を防
止するために、最終的に得ようとする立体造形物の本体
20の形状に対して、その本体20を重力に抗して支持すべ
き適当な形状のサポート30を成形し、その上に本体20を
成形している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このため、従来の方法
ではサポート30を成形した後に本体20を成形させている
ため、造形後に本体20からサポート30部分を撤去し、そ
の撤去面を滑らかにするための表面仕上げ処理が必要で
あった。

【００１０】また、光学的造形方法では、その性質上、
照射された光ビームが光硬化性樹脂の液面に到達した瞬
間から硬化を開始し、液面からその深さ方向に硬化が進
行する。このため、複数のサポート30上に平面状のオー
バーハング形状部分を有する本体20を成形した場合に
は、図８に示すように、サポート30の存在しない領域に
おいて光硬化性樹脂が設計値以上に液面の深さ方向へ余
剰成長し、余剰成長硬化部21によって設計値よりも厚い
造形物が得られてしまうという問題があった。

【００１１】本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもの
であって、造形後のサポート部分の撤去作業を容易にす
ると共に、本体のサポート側の表面仕上げ処理を不要と
し、且つ所望厚みの立体造形物を成形することを目的と
する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、光照射によっ
て硬化する液体を貯蔵しておく貯蔵槽と、該貯蔵槽内で
上下する昇降テーブルと、前記貯蔵槽内の液面の任意位
置を光照射する光源とを備え、前記光源によって前記液
面に光照射し、前記昇降テーブル上の前記液体を硬化さ
せて所望形状の立体造形物を成形する光学的造形方法に
おいて、先ず、前記立体造形物の本体を重力に抗して支
持すべきサポートを成形し、その上に透明フィルムを配
置した後、前記立体造形物の本体を成形することを特徴
とするものである。

【００１３】具体的には、貯蔵槽内の液面を掃引する掃
引具を備え、前記昇降テーブルを沈降させ、前記掃引具
で前記液面を掃引させた後、前記光源によって前記液面
に光照射し、前記昇降テーブル上の前記液体を硬化させ
て所望形状の立体造形物を成形する光学的造形方法にお
いて、前記透明フィルムの厚みを前記昇降テーブルの最
小移動量以下に設定したことを特徴とするものである。

【００１４】

【作用】本発明によれば、下方にサポートの存在しない
立体造形物本体のオーバーハング形状部分に直接、余剰
成長硬化部が成形されることがなく、所望の深さ方向の
厚みが得られる。また、光造形終了後、貯蔵槽から立体
造形物を取り出し、立体造形物本体から透明フィルムを
剥がし取ることにより、サポートを立体造形物本体から
容易に剥離させることができると共に、サポート撤去後
に立体造形物本体のサポート側の表面仕上げ処理をする
必要がない。

【００１５】更に、透明フィルムの厚みを昇降テーブル
の最小移動量以下に設定することにより、光硬化性樹脂
の液面の掃引の邪魔になることがなく、また微小厚みの
オーバーハング形状部分を成形することが可能となる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明方法によりオーバーハング形状
部分を有する立体造形物を成形する一実施例について図
面に沿って説明する。尚、本発明の光学造形方法につい
ては、前述の光造形装置（図７）を用いて行っており、
その構成については前述の通りであるため説明を省略す
る。

【００１７】図１ないし図６は、本発明方法による造形
の手順を説明するための要部断面図である。ここでは、
積層可能な最小厚み（本実施例では、0.1mm）で、平面
状の第１オーバーハング形状部分20a及び第２オーバー
ハング形状部分20bを有する立体造形物本体20を成形す
る場合について説明する。

【００１８】先ず、上記光造形装置を用いて光造形を行
わせる前に、情報処理装置10を用いて第１及び第２オー
バーハング形状部分20a、20bを有する立体造形物本体20
についての三次元形状データをスライスして等高線デー
タを作成すると共に、そのオーバーハング形状部分20
a、20bを重力に抗して支持すべきサポート30a、30bにつ
いての三次元形状データをスライスして等高線データを
作成し、その等高線データを制御装置６に供給してい
る。この情報処理装置では、第１及び第２オーバーハン
グ形状部分20a、20bとサポート30a、30bとの対向部に、
昇降テーブル４の昇降ピッチに相当する距離だけの間隙
が生じるように、サポート30a、30bの三次元形状データ
を作成している。これは、後述する薄板状透明フィルム
40を、第１及び第２オーバーハング形状部分20a、20bと
サポート30a、30bとの対向部に介挿させて光造形させる
ためである。尚、本実施例では昇降テーブル４の昇降ピ
ッチを0.1mmに設定している。

【００１９】これにより、昇降テーブル４が貯蔵槽１内
を１ピッチ（＝0.1mm）降下する毎に、昇降テーブル４
上の光硬化性樹脂に対してＸ−Ｙスキャナー５からの光
ビームを前記等高線データに応じてＸ−Ｙ方向に走査
し、昇降テーブル４上に硬化した樹脂層を順次堆積させ
て所望形状の立体造形物11が成形される。

【００２０】具体的には、昇降テーブル４を一定ピッチ
毎に貯蔵槽１内へ降下させ、前記等高線データに応じて
光ビームをＸ−Ｙ方向へ走査して、昇降テーブル４上に
直接成形させる立体造形物本体20cとオーバーハング形
状部分20a、20bに対向するサポート30a、30bを成形する
（図１）。

【００２１】次に、昇降テーブル４上に第１オーバーハ
ング形状部分20aに対向するサポート30aが成形された時
点で、昇降テーブル４の降下を一時停止し、昇降テーブ
ル４を液面上に上昇させて成形したサポート30a上に第
１薄板状透明フィルム40aを載置せしめる（図２）。本
実施例では、第１薄板状透明フィルム40a及び後述の第
２薄板状透明フィルム40bとして、昇降テーブル４の昇
降ピッチと同一の厚さ0.1mm、ポリエチレンからなるシ
ート状透明フィルムを用いる。

【００２２】その後、再度昇降テーブル４を前記沈降位
置から更に１ピッチ降下させ、前記等高線データに応じ
た光ビームの照射を行わせる（図３）。この結果、厚さ
0.1mmの平面状の第１オーバーハング形状部分20aが、第
１薄板状透明フィルム40a上に成形されると共に、下方
にサポート30aの存在しない領域の第１薄板状透明フィ
ルム40aのサポート30a側下方に余剰成長硬化部21が成形
されることになる。

【００２３】そして、引き続き昇降テーブル４を一定ピ
ッチ毎に貯蔵槽１内へ降下させ、前記等高線データに応
じて光ビームの照射を行わせ、昇降テーブル４上に第２
オーバーハング形状部分20bに対向するサポート30bが成
形された時点で、昇降テーブル４の降下を一時停止し、
昇降テーブル４を液面上に上昇させて成形したサポート
30b上に第２薄板状透明フィルム40bを載置せしめる（図
４）。

【００２４】その後、再度昇降テーブル４を前記沈降位
置から更に１ピッチ降下させ、前記等高線データに応じ
た光ビームの照射を行わせる（図５）。この結果、厚さ
0.1mmの平面状の第２オーバーハング形状部分20bが第２
薄板状透明フィルム40b上に成形されると共に、下方に
サポート30bの存在しない領域の第２薄板状透明フィル
ム40bのサポート30b側下方に余剰成長硬化部21が成形さ
れることになる。

【００２５】以上の工程により、下方にサポート30aの
存在しないオーバーハング形状部分に直接、余剰成長硬
化部21が成形されることがなく、所望の深さ方向の厚み
が得られる。

【００２６】そして、光造形終了後、貯蔵槽１から立体
造形物11を取り出し、図６に示すように、立体造形物本
体20から薄板状透明フィルム40を剥がし取ることによ
り、サポート30及び余剰成長硬化部21も同時に、立体造
形物本体20から容易に剥離させることができる。また、
立体造形物本体20とサポート30との間に薄板状透明フィ
ルム40が介在させているため、立体造形物本体20からサ
ポート30を撤去した後に立体造形物本体20のサポート30
側の表面仕上げ処理をする必要がない。

【００２７】尚、上記実施例では薄板状透明フィルム40
としてポリエチレンからなる透明樹脂フィルムを用いた
場合について説明したが、他の樹脂からなる透明樹脂フ
ィルムを用いても構わない。

【００２８】また、この薄板状透明フィルム40の厚み
を、積層可能な最小厚みに相当する昇降テーブル４の一
定ピッチとなるように設定したが、光硬化性樹脂の液面
を掃引する掃引具を用いない場合には、掃引の邪魔にな
ることがないため、それ以上の厚みであっても構わな
い。

【００２９】但し、貯蔵槽１内に薄板状透明フィルム40
を一度浸漬せしめた後、液面からの所定位置へ昇降テー
ブル４を上昇させて光造形する方法においては、液面を
掃引する掃引具を用いないで成形した場合、薄板状透明
フィルム40上に残留した光硬化性樹脂の影響により所望
厚み以上の立体造形物本体20が成形される虞れがあるた
め、この場合には薄板状透明フィルム40の厚みを、昇降
テーブル４の最小移動量以下に設定し、光照射前に掃引
具により液面を掃引させる必要がある。

【００３０】

【発明の効果】以上のとおり本発明によれば、下方にサ
ポートの存在しない立体造形物本体に直接、余剰成長硬
化部が成形されることがなく、所望の深さ方向の厚みが
得られれ、造形精度を向上させることができる。

【００３１】また、光造形終了後、貯蔵槽から立体造形
物を取り出し、立体造形物本体から透明フィルムを剥が
し取ることにより、サポートを立体造形物本体から容易
に剥離させることができると共に、サポート撤去後に立
体造形物本体のサポート側の表面仕上げ処理をする必要
がなく、造形後の後処理が簡単となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法による造形の第１状態を説明するた
めの要部断面図である。

【図２】本発明方法による造形の第２状態を説明するた
めの要部断面図である。

【図３】本発明方法による造形の第３状態を説明するた
めの要部断面図である。

【図４】本発明方法による造形の第４状態を説明するた
めの要部断面図である。

【図５】本発明方法による造形後の状態を説明するため
の要部断面図である。

【図６】本発明方法による造形後の後処理を説明するた
めの要部断面図である。

【図７】光造形装置の概略構成図である。

【図８】従来の光学的造形方法によってオーバーハング
形状部分を有する立体造形物を造形した場合の要部断面
図である。

【符号の説明】

１ 貯蔵槽 ２ 光硬化性樹脂 ３ 昇降制御装置 ４ 昇降テーブル ８ ＵＶレーザ装置 11 立体造形物 20 立体造形物本体 21 余剰成長硬化部 30 サポート 40 薄板状透明フィルム

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光照射によって硬化する液体を貯蔵してお
   く貯蔵槽と、該貯蔵槽内で上下する昇降テーブルと、前
   記貯蔵槽内の液面の任意位置を光照射する光源とを備
   え、前記光源によって前記液面に光照射し、前記昇降テ
   ーブル上の前記液体を硬化させて所望形状の立体造形物
   を成形する光学的造形方法において、 先ず、前記立体造形物の本体を重力に抗して支持すべき
   サポートを成形し、その上に透明フィルムを配置した
   後、前記立体造形物の本体を成形することを特徴とする
   光学的造形方法。
2. 【請求項２】前記貯蔵槽内の液面を掃引する掃引具を備
   え、前記昇降テーブルを沈降させ、前記掃引具で前記液
   面を掃引させた後、前記光源によって前記液面に光照射
   し、前記昇降テーブル上の前記液体を硬化させて所望形
   状の立体造形物を成形する光学的造形方法において、 前記透明フィルムの厚みを前記昇降テーブルの最小移動
   量以下に設定したことを特徴とする請求項１記載の光学
   的造形方法。