JPH08252866A - 光造形方法及びポストキュア装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】本発明は、溶融状態の光硬化性樹脂の露光によ
る硬化を層状に繰り返すことにより三次元のグリーン硬
化物を形成するグリーン硬化物造形工程と、このグリー
ン硬化物造形工程にて形成されたグリーン硬化物を氷中
に閉じ込めるグリーン硬化物拘持工程と、このグリーン
硬化物拘持工程にて拘持されているグリーン硬化物に光
を照射し完全に硬化させるポストキュア工程とを具備す
るものである。 【効果】本発明によれば、完全に硬化が終了していない
半硬化状態の被造形物を氷結部内に閉じ込めることによ
り、その変形を拘束することができる。したがつて、形
状誤差のない理想的形状を保持したまま被造形物を完全
の硬化することができるようになるので、光造形精度が
顕著に向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラスチック成形部位
を有する光造形方法及びポストキュア装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光造形は、溶融状態の紫外線硬化樹脂に
紫外線レーザ光を走査し、層状に硬化させることにより
三次元立体造形を行うものである。具体的には、まず三
次元ＣＡＤ（Computer Aided Design ）により三次元モ
デルを作る。つぎに、この三次元モデルのデータを光造
形システムに渡せるように変換する。そして、光造形シ
ステムに取り込んだ三次元データは、輪切りにし、断面
の集積として扱う。そして、このスライスデータを基に
レーザ光を制御しながら光硬化樹脂に照射して、何層に
も分けて連続的に積み重ねて造形していく。このとき、
光硬化樹脂は、硬化する前は、粘度の高いモノマーの状
態であり、このモノマーには、その両端をつないでポリ
マーにする重合開始剤が混合されている。このような光
硬化樹脂に混合されている重合開始剤にレーザ光が当た
ると、重合開始剤に吸収されたエネルギーによってモノ
マーの一部がつながり、この反応に触発された他のモノ
マーも連鎖的に次々につながる。最後には、これまであ
る程度自由に動けたモノマーが三次元構造を形成、動き
の取れない固体となる。このような光硬化樹脂は、昇降
台のついた直方体のタンクに入っている。このタンクに
収められた光硬化樹脂にレーザ光が当たって第１層が固
まった後、昇降台が下がり、今度は二層目る部分にレー
ザ光を照射して固め、再び昇降台が下がる仕組みとなっ
ている。このような作業を繰り返していくと、台上に三
次元被造形体が出来上がる。

【０００３】ところで、このようにして光造形された被
造形体は、光造形直後においては、完全に硬化が終了し
ていない半硬化状態であり、これをグリーン硬化物とい
う。そのため従来においては、造形工程の後工程とし
て、グリーン硬化物を硬化させるためのポストキュア工
程が行われている。このポストキュア工程としては、グ
リーン硬化物を囲繞する複数の紫外線ランプで同時にグ
リーン硬化物を照射したり、グリーン硬化物をターンテ
ーブルに載置して回転させながら、紫外線照射してい
た。

【０００４】しかしながら、上記従来のポストキュアに
おいては、紫外線光を均一にグリーン硬化物に照射する
ことがすこぶる困難であり、紫外線光の照射量は、グリ
ーン硬化物の各所でばらついていた。また、グリーン硬
化物の表面と内部では、硬化の進み具合が異なり、紫外
線光の照射量の不均一性と相俟って、グリーン硬化物に
反りや歪みを生じる原因となっていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の光造形方法は、造形工程の後工程として行われるグリ
ーン硬化物を硬化させるためのポストキュア工程を確実
に行うことができず、このことがグリーン硬化物に反り
や歪みを生じる原因となり、引いては形状精度や歩留り
低下を惹起していた。本発明は上記事情を勘案してなさ
れたもので、上述した問題を解決することのできる光造
形方法及びポストキュア装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１は、溶
融状態の光硬化性樹脂の露光による硬化を層状に繰り返
すことにより三次元のグリーン硬化物を形成するグリー
ン硬化物造形工程と、このグリーン硬化物造形工程にて
形成されたグリーン硬化物を氷中に閉じ込めるグリーン
硬化物拘持工程と、このグリーン硬化物拘持工程にて拘
持されているグリーン硬化物に光を照射し硬化させるポ
ストキュア工程とを具備することを特徴とするものであ
る。

【０００７】本発明の請求項２は、グリーン硬化物拘持
工程において、グリーン硬化物に水を噴霧状に吹き付
け、吹き付けた水を氷結することを特徴とするものであ
る。本発明の請求項３は、ポストキュア工程後に、グリ
ーン硬化物を拘持している氷を融解又は破砕し除去する
ことを特徴とするものである。

【０００８】本発明の請求項４は、溶融状態の光硬化性
樹脂の露光による硬化を層状に繰り返すことにより形成
された三次元のグリーン硬化物のポストキュアを行うポ
ストキュア装置において、上記グリーン硬化物を氷漬け
の状態にて収納し且つ上記光硬化性樹脂を硬化させる光
を透過する格納容器と、この格納容器の外側に設けられ
上記光を上記格納容器を介して上記氷漬けの状態となっ
ているグリーン硬化物に照射する投光手段とを具備する
ことを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】本発明の請求項１乃至請求項４によれば、完全
に硬化が終了していない半硬化状態の被造形物を氷結部
内に閉じ込めることにより、その変形を拘束することが
できる。したがつて、形状誤差のない理想的形状を保持
したまま被造形物を完全の硬化することができるように
なるので、光造形精度が顕著に向上する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳
述する。図１は、この実施例の光造形方法に用いられる
光造形装置Ａを示している。この光造形装置Ａは、例え
ばＳＬ５１５４（商品名：米国，チバ・ガイギー社製）
などの光硬化性樹脂１を収納する樹脂槽２と、この樹脂
槽２内の光硬化性樹脂１に浸漬され被造形物３を載置す
るワーク台４と、このワーク台４を支持して上下方向に
昇降駆動するエレベータ部５と、樹脂槽２の上部側方に
配設され例えばアルゴン（Ａｒ）などのレーザ光Ｌを照
射するレーザ光源６と、このレーザ光源６と樹脂槽２と
の間に介設されレーザ光Ｌを走査して光硬化性樹脂１を
露光するレーザ光走査部７と、このレーザ光走査部７と
エレベータ部５を制御する造形制御部８とからなってい
る。上記レーザ光源６は、レーザ光源制御部１１により
スイッチのオン・オフ等を制御されるように設けられて
いる。また、レーザ光走査部７は、レーザ光Ｌを入射し
て光硬化性樹脂１の所定の場所に出光させるガルバノミ
ラー１３と、ガルバノミラー１３の回動角度及び回動量
等を制御する走査制御部１４とからなっている。上記ガ
ルバノミラー１３は、例えば１分間に最大１０ｍ／秒程
度の速度で、Ｘ，Ｙ方向に走査できるように設けられて
いる。さらに、エレベータ部５は、樹脂槽２の側部上方
位置に設けられ、ワーク台４を支持して上下方向にスラ
イス・ピッチに応じて間欠的に昇降駆動するエレベータ
装置１８と、このエレベータ装置１８を制御するエレベ
ータ制御部１９とからなっている。さらにまた、造形制
御部８は、三次元ＣＡＤ２０にて作成された三次元形状
データ２１をメモリする三次元形状データ・メモリ部２
２と、コンピュータ断層画像撮影装置ＣＴまたは磁気共
鳴画像撮影装置ＭＲＩにて作成された多断層画像データ
２３をメモリする多断層画像データ・メモリ部２４と、
三次元形状データ２１及び多断層画像データ２３に基づ
いてスライス・ピッチごとの複数の平面群に切断した二
次元断面形状群をなすスライス・データ２５を作成する
スライス・データ作成部２６と、スライス・データ２５
に基づいてレーザ光源制御部１１及び走査制御部１４及
びエレベータ制御部１９に制御信号ＣＱ，ＣＳ，ＣＤを
各別に印加する中央制御部２７とからなっている。

【００１１】つぎに、図２は、この実施例の光造形方法
に用いられるポストキュア装置Ｂを示している。このポ
ストキュア装置Ｂは、グリーン硬化物状態の被造形物３
を氷漬けの状態にて収納し紫外線ＵＶを透過することの
できる透明ガラス製かつ有底正四角筒状をなす被造形物
格納容器３１と、この被造形物格納容器３１を着脱自在
に保持する容器保持手段（図示せず。）と、被造形物格
納容器３１の四つの側面に対向する位置及び上下位置に
６個配設された紫外線ランプ３２…とからなっている。

【００１２】つぎに、上記光造形装置Ａ及びポストキュ
ア装置Ｂを用いた本実施例の光造形方法について述べ
る。この実施例の光造形方法は、三次元形状のグリーン
硬化物の被造形物３を形成するグリーン硬化物造形工程
と、このグリーン硬化物造形工程にて形成された被造形
物３を完全に硬化させ光造形製品３ａを得るポストキュ
ア工程とからなっている。

【００１３】そこで、まず上記グリーン硬化物造形工程
について述べる。中央制御部２７からは、エレベータ制
御部１９に制御信号ＣＤが印加される。すると、このエ
レベータ制御部１９からは、エレベータ装置１８に駆動
信号ＣＤが印加され、その結果、ワーク台４は、図１に
示すように、光硬化性樹脂１の上面とワーク台４の載置
面との距離ΔＰ（大体Ｏ．２〜Ｏ．５ｍｍ）が、スライ
ス・ピッチとなる位置まで下降する。つぎに、中央制御
部２７からは、レーザ光源制御部１１及び走査制御部１
４に制御信号ＣＱ，ＣＳが出力される。すると、レーザ
光源６からレーザ光Ｌが、ガルバノミラー１３にて反射
され、樹脂槽２中の光硬化性樹脂１上を走査する。つぎ
に、中央制御部２７からエレベータ制御部１９に制御信
号ＣＤが印加され、ワーク台４は、距離ΔＰだけ下降す
る。そして、前回のスライス・レベルの場合と同様の露
光プロセスを繰り返す。以下、同様のプロセスを数百回
のスライス・レベルについて行い、最終的に所望の被造
形物３を光造形する。この被造形物３は、完全に硬化が
終了していない半硬化状態つまりグリーン硬化物の状態
となっている。

【００１４】つぎに、ポストキュア工程について述べ
る。このポストキュア工程は、完全に硬化が終了してい
ない半硬化状態つまりグリーン硬化物の状態の被造形物
３をワーク台４から取り外す被造形物離脱工程（図３，
Ｓ１）と、被造形物格納容器３１の底部に少量（全深さ
の２０分の１程度）の水Ｗ１を満たし（図４（ａ）参
照）これを固化し被造形物離脱工程にて取り出された被
造形物３を載置する氷台４１を形成する第１氷結工程
（図３，Ｓ２及び図４（ｂ）参照）と、この第１氷結工
程後に氷台４１上に被造形物３を載置する被造形物保持
工程（図３，Ｓ３）と、この被造形物保持工程後に被造
形物格納容器３１に水Ｗ２を満たす水充填工程（図３，
Ｓ４及び図４（ｃ）参照）と、この水充填工程にて充填
された水Ｗ２を氷結させ氷結部４３により被造形物３の
変形を拘束する第２氷結工程（図３，Ｓ５及び図４
（ｄ））と、この第２氷結工程にて氷結部４３中に閉じ
込められている被造形物３に６個の紫外線ランプ３２…
から紫外線ＵＶを照射し完全に硬化させる紫外線照射工
程（図３，Ｓ６及び図２参照）と、この紫外線照射工程
終了後に例えばヒータ又は赤外線照射により氷結部４３
を融解させる氷結部除去工程（図３，Ｓ７）と、この氷
結部除去工程後に被造形物３が完全に硬化した光造形製
品３ａを被造形物格納容器３１から取りだし乾燥させる
乾燥工程（図３，Ｓ７）とからなっている。ここで、第
１氷結工程と第２氷結工程は、冷凍室に被造形物格納容
器３１を格納することにより行う。

【００１５】このような本実施例のポストキュア工程に
おいては、完全に硬化が終了していない半硬化状態の被
造形物３を氷結部４３内に閉じ込めることにより、その
変形を拘束することができる。したがつて、形状誤差の
ない理想的形状を保持したまま被造形物３を完全の硬化
することができるようになるので、光造形精度が顕著に
向上する。よって、光学的非球面等の高精度の形状精度
を要求される製品の製造に適用した場合に格別の効果を
奏する。

【００１６】なお、上記実施例において、第２氷結工程
は、水４２を冷凍室にて一度に氷結する代わりに、被造
形物３に水を噴霧状に吹き付け、徐々に固化させるよう
にしてもよい。こうすることにより、水の固化に伴う体
積変化の悪影響を回避することができる。

【００１７】さらに、氷結部融解工程については、ヒー
タ又は赤外線などにより氷結部４３を徐々に融解させる
ことなく、外側から例えばノミなどを用いて破砕しても
よい。実際上、氷結部４３と被造形物３との間には、紫
外線ＵＶの照射により被造形物３にて発生した光化学反
応熱により氷結部４３の一部が融解して生じた少量の水
が存在しているので、外側からの破砕による氷結部４３
の除去方法も有効なものとなる。

【００１８】さらに、上記実施例において、被造形物格
納容器３１の材質としてガラスを例示したが、紫外線を
透過するものであれば例えばアクリル樹脂などなどでも
よい。

【００１９】さらに、上記実施例においては、光硬化性
樹脂１として紫外線硬化型のものをもちいているが、例
えば６００〜８００ｎｍの可視光領域の光により硬化反
応を起こすＫＡＹＡＲＡＤ ＤＳ−００１（商品名：日
本化薬社製）などの非紫外線硬化型の光硬化性樹脂を用
いるようにしてもよい。この場合、被造形物格納容器３
１の材質としては例えば６００〜８００ｎｍの可視光を
透過するものであればよい。

【００２０】さらに、上記実施例においては、光造形装
置として、光走査手段としてガルバノミラーを用いるも
のの例示しいるが、ＸＹプロッタやＸＹテーブルを用い
るものにも適用することができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、完全に硬化が終了して
いない半硬化状態の被造形物を氷結部内に閉じ込めるこ
とにより、その変形を拘束することができる。したがつ
て、形状誤差のない理想的形状を保持したまま被造形物
を完全の硬化することができるようになるので、光造形
精度が顕著に向上する。よって、光学的非球面等の高精
度の形状精度を要求される製品の製造に適用した場合に
格別の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の光造形方法に用いられる光
造形装置の構成図である。

【図２】本発明の一実施例の光造形方法に用いられるポ
ストキュア装置の構成図である。

【図３】本発明の一実施例の光造形方法を説明するため
のフローチャートである。

【図４】本発明の一実施例の光造形方法の説明図であ
る。

【符号の説明】

Ｂ：ポストキュア装置，３１：被造形物格納容器，３
２：紫外線ランプ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶融状態の光硬化性樹脂の露光による硬化
   を層状に繰り返すことにより三次元のグリーン硬化物を
   形成するグリーン硬化物造形工程と、このグリーン硬化
   物造形工程にて形成されたグリーン硬化物を氷中に閉じ
   込めるグリーン硬化物拘持工程と、このグリーン硬化物
   拘持工程にて拘持されているグリーン硬化物に光を照射
   し硬化させるポストキュア工程とを具備することを特徴
   とする光造形方法。
2. 【請求項２】グリーン硬化物拘持工程において、グリー
   ン硬化物に水を噴霧状に吹き付け、吹き付けた水を氷結
   することを特徴とする請求項１記載の光造形方法。
3. 【請求項３】ポストキュア工程後に、グリーン硬化物を
   拘持している氷を融解又は破砕により除去することを特
   徴とする請求項１記載の光造形方法。
4. 【請求項４】溶融状態の光硬化性樹脂の露光による硬化
   を層状に繰り返すことにより形成された三次元のグリー
   ン硬化物のポストキュアを行うポストキュア装置におい
   て、上記グリーン硬化物を氷漬けの状態にて収納し且つ
   上記光硬化性樹脂を硬化させる光を透過する格納容器
   と、この格納容器の外側に設けられ上記光を上記格納容
   器を介して上記氷漬けの状態となっているグリーン硬化
   物に照射する投光手段とを具備することを特徴とするポ
   ストキュア装置。