JPH10138349A - 積層光造形法 - Google Patents

積層光造形法

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JPH10138349A
JPH10138349A JP8299000A JP29900096A JPH10138349A JP H10138349 A JPH10138349 A JP H10138349A JP 8299000 A JP8299000 A JP 8299000A JP 29900096 A JP29900096 A JP 29900096A JP H10138349 A JPH10138349 A JP H10138349A
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JP
Japan
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cured
layer
layers
cross
cured layer
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JP8299000A
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English (en)
Inventor
Mamoru Fukushima
守 福島
Mitsunori Toizumi
光紀 樋泉
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Meiko Co Ltd
Original Assignee
Meiko Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 変形の少ない立体物を短時間で容易に造形す
ることのできる積層光造形法を提供する。 【解決手段】 所望立体形状に対応する領域の光硬化性
樹脂を光照射により硬化させることにより所望立体形状
を有する立体物を造形する光造形法であって、所望立体
形状を任意厚さの断面層に区分し、各断面層における所
望立体形状の輪郭部分のみに対応する領域の光硬化性樹
脂を硬化させて輪郭硬化層を順次形成し積層する際に、
輪郭硬化層の一層もしくは複数層おきに断面そうの全部
分に対応する領域の光硬化性樹脂を硬化させて平板硬化
層を一層もしくは複数層形成し積層させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、積層光造形法に
関するものである。さらに詳しくは、この発明は、変形
の少ない立体物を短時間で容易に造形することのできる
積層光造形法に関するものである。
【0002】
【従来の技術とその課題】光造形法における積層法と
は、所望立体形状を任意の厚さを有する複数の断面層に
区分し、まず一断面層の形状に対応する領域の光硬化性
樹脂を光照射により硬化させることにより一硬化層を形
成し、この一硬化層の上若しくは下に、次の断面層の形
状に対応する領域の光硬化性樹脂を光照射により硬化さ
せることにより次の硬化層を形成して積層し、そしてこ
のような硬化層の形成および積層を各断面層毎に繰り返
すことにより所望立体形状を有する三次元物体を造形す
る方法である。
【0003】このような光造形法における積層法は、従
来より、様々な方法が開発されており、大別すると、サ
ーフェイスモデル法とソリッドモデル法とに区別され
る。サーフェイスモデル法は、中空造形法とも呼ばれ、
図1に例示したように、所望立体形状の輪郭部分に対応
する領域のみを硬化させて各輪郭硬化層を形成し、積層
することにより、三次元物体を造形する方法である。
【0004】また、ソリッドモデル法は、中実造形法と
も呼ばれ、図2に例示したように、所望立体形状の輪郭
部分だけでなく内部全てに対応する領域を硬化させて各
平板硬化層を形成し、積層することにより、三次元物体
を造形する方法である。しかしながら、このような従来
のサーフェイスモデル法およびソリッドモデル法には、
それぞれ、解決すべき問題点があった。
【0005】すなわち、まず、サーフェイスモデル法で
は、所望立体形状の輪郭部分に対応する領域のみを硬化
するため、短時間で三次元物体を造形することができる
ものの、造形される三次元物体の強度が非常に低くなっ
てしまうといった問題があった。また、輪郭部分に囲ま
れた内部には硬化していない光硬化性樹脂が残り、この
残留未硬化樹脂がアフターキュアや自己硬化反応などに
より後硬化すると、図3に例示したような樹脂自体の縮
合反応により、残留未硬化樹脂の体積が減少し、図4に
例示したように、三次元物体の表層にへこみ等の変形が
生じてしまうといった問題もあった。
【0006】そこで、このようなサーフェイスモデル法
における残留未硬化樹脂の後硬化による変形や立体物の
低強度問題を解決するため、たとえば、造形途中に、所
望立体形状の内部に対応する部分に木、金属、プラスチ
ック等の塊状物を挿入するという方法(特開平4−36
6617)が開発されている。しかしながら、この方法
は、三次元物体の内部形状と同じ形状を有する塊状物を
成形させるための塊状物成形装置等が光造形装置とは別
に必要であり、またその塊状物を挿入するための余計な
処理過程を造形途中に行う必要もあるため、効率的な光
造形法ではない。
【0007】また、格子状物もしくは網目状物を三次元
物体内部に対応する部分に構築し、強度向上を図る方法
(特開 平1−508501)も開発されている。しか
しながら、この方法では、上述のような塊状物等を用い
ずに三次元物体の強度を向上させることができるもの
の、格子間もしくは網目間に未硬化の光硬化性樹脂が残
る場合があり、前述のような残留未硬化樹脂の後硬化時
の縮合反応による変形が生じる。さらにまた、この残留
光硬化性樹脂を取り出すために、格子状物もしくは網目
状物の一部を意図的に且つ連続的に欠落させて造形する
方法もあるが、この方法においても、光硬化性樹脂の粘
度が上昇すると、細部にまでわたった残留未硬化樹脂を
完全には取り出すことができないため、やはりこの残留
光硬化性樹脂の後硬化による立体物の変形の問題を解決
することはできない。
【0008】また、ソリッドモデル法では、所望立体形
状の輪郭部分だけでなく内部領域も全て硬化するため
に、未硬化樹脂が残らず、高強度な三次元物体を造形さ
せることができるものの、造形時間が非常に長くなると
言った問題があった。このソリッドモデル法における造
形時間の短縮化は、照射するレーザ光の走査速度を高速
化することにより可能である。しかしながら、レーザ光
の走査速度を高速化する場合には、光硬化性樹脂に十分
な硬化反応を起こさせるためにレーザ光のレーザエネル
ギーを増大させる必要があり、レーザ光源や走査装置な
どの大型化および高精度化、また費用の増大等を伴うた
め、効率的な造形方法ではない。
【0009】このように、従来の積層法では、変形の少
ない立体物を短時間で効率的に造形することは非常に困
難であった。そこで、この発明は、以上の通りの事情に
鑑みてなされたものであり、塊状物や格子状物などを用
いることなく、また、造形装置の大型化や高精度化等を
必要とせずに、十分な強度を有し変形の少ない立体物を
短時間で容易に造形することのできる積層光造形法を提
供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、所望立体形状に対応する領域の
光硬化性樹脂を光照射により硬化させることにより所望
立体形状を有する立体物を造形する光造形法であって、
所望立体形状を任意厚さの断面層に区分し、各断面層に
おける所望立体形状の輪郭部分のみに対応する領域の光
硬化性樹脂を硬化させて輪郭硬化層を順次形成し積層す
る際に、輪郭硬化層の一層もしくは複数層おきに、断面
層の全部分に対応する領域の光硬化性樹脂を硬化させて
平板硬化層を一層もしくは複数層形成し積層させること
を特徴とする積層光造形法を提供する。
【0011】
【発明の実施の形態】この発明の請求項1に記載の発明
は、所望立体形状に対応する領域の光硬化性樹脂を光照
射により硬化させることにより所望立体形状を有する立
体物を造形する光造形法であって、所望立体形状を任意
厚さの断面層に区分し、各断面層における所望立体形状
の輪郭部分のみに対応する領域の光硬化性樹脂を硬化さ
せて輪郭硬化層を順次形成し積層する際に、輪郭硬化層
の一層もしくは複数層おきに、断面層の全部分に対応す
る領域の光硬化性樹脂を硬化させて平板硬化層を一層も
しくは複数層形成し積層させることを特徴とする積層光
造形法としたものであり、変形の少ない立体物を短時間
で容易に造形することができる。
【0012】図5は、この発明の積層光造形法の実施の
一形態を例示した概念図である。たとえばこの図5に例
示したように、この発明の積層光造形法では、所望立体
形状を任意厚さの断面層に区分し、まず、第1断面層に
おける所望形状の輪郭部分のみに対応する領域の光硬化
性樹脂を光照射により硬化させることにより輪郭硬化層
である第1硬化層(1)を形成する。この第1硬化層
は、図5において、所望立体形状の低部に対応した層と
なり、輪郭部分は低部と同じ形状を有しているため、平
板形状となる。
【0013】この輪郭硬化層である第1硬化層(1)の
上に、第2断面層における所望立体形状の輪郭部分のみ
に対応する領域の光硬化性樹脂を光照射により硬化させ
ることにより、輪郭硬化層である第2硬化層(2)を形
成し積層する。したがって、第1硬化層(1)と第2硬
化層(2)の輪郭硬化層が2層積層される。そして、こ
の輪郭硬化層である第2硬化層(2)の上に、第3断面
層の全部分に対応する領域の光硬化性樹脂を光照射によ
り硬化させることにより、平板硬化層である第3硬化層
(3)を形成し積層する。
【0014】次に、この第3硬化層(3)の上に、第4
断面層における所望立体形状の輪郭部分のみに対応する
領域の光硬化性樹脂を光照射により硬化させることによ
り輪郭硬化層である第4硬化層(4)を積層する。つま
り、第1硬化層(1)と第2硬化層(2)と第4硬化層
(4)とが輪郭硬化層、第3硬化層(3)が平板硬化層
であり、輪郭硬化層の間に平板硬化層が積層されてい
る。
【0015】このように、この発明の方法は、輪郭硬化
層を順次形成し積層する際に、輪郭硬化層の間に一層も
しくは複数層おきに平板硬化層を一層もしくは複数層形
成し積層させることにより、従来のソリッドモデル法よ
りも短時間で容易に、従来のフェイスモデル法による輪
郭部分のみが硬化された立体物よりも高い強度を有する
立体物を造形することができる。
【0016】ここで、平板硬化層である第3硬化層
(3)を形成する時の光の照射と光硬化樹脂の硬化との
関係について、図6(a)(b)(c)を用いて説明す
る。まず、図6(a)に例示したように、光(5)を光
硬化性樹脂(6)に照射することにより第1硬化部分
(7)を形成する。そして、図6(b)に例示したよう
に、次に硬化される第2硬化部分(8)が第1硬化部分
(7)にある程度重なって形成されるように、光(1)
を照射する。
【0017】この時、照射された光(1)の光エネルギ
ーのうち、第2硬化部分(8)を形成するために消費さ
れた光エネルギー以外の残りの光エネルギーが、先に硬
化されている第1硬化部分(7)を通り、第1硬化部分
(7)の周囲に存在する未硬化樹脂(9)に到達する。
つまり、第1硬化部分(7)が導光体のような役割を
し、光エネルギーを第1硬化部分(7)の周囲に存在す
る未硬化樹脂(9)に導く。そして、この導かれた光エ
ネルギーによって未硬化樹脂(9)が硬化される。
【0018】つまり、先の硬化部分に次の硬化部分があ
る程度重なって形成されるように、順次光照射すること
により、図6(c)に例示したように、第2硬化層
(2)における硬化輪郭部分によって囲まれた内側部分
に残留している未硬化樹脂(9)を硬化させることがで
きる。したがって、この発明では、従来のサーフェイス
モデル法のように立体物の内側部分に未硬化の光硬化性
樹脂が残留しないため、残留未硬化樹脂の後硬化による
立体物の変形を防ぐことができる。
【0019】このようにこの発明の積層光造形法は、従
来のソリッドモデル法よりも短時間で容易に、従来のサ
ーフェイスモデル法よりも変形の少ない高強度の立体物
を造形することができる。
【0020】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、変形の少ない十分な強度を有する立体物を短時間
で容易に造形することのできる積層光造形法が提供され
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のソリッドモデル法を例示した概念図であ
る。
【図2】従来のサーフェイスモデル法を例示した概念図
である。
【図3】光硬化性樹脂の硬化時の縮合反応を例示した概
念図である。
【図4】図3に例示した光硬化性樹脂の硬化時の縮合反
応による三次元物体の変形を例示した概念図である。
【図5】この発明の積層光造形法を例示した概念図であ
る。
【図6】(a)(b)(c)は、この発明の積層光造形
法における、光照射と光硬化性樹脂の硬化領域との関係
を例示した概念図である。
【符号の説明】 1 第1硬化層 2 第2硬化層 3 第3硬化層 4 第4硬化層 5 光 6 光硬化性樹脂 7 第1硬化部分 8 第2硬化部分 9 未硬化樹脂

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所望立体形状に対応する領域の光硬化性
    樹脂を光照射により硬化させることにより所望立体形状
    を有する立体物を造形する光造形法であって、所望立体
    形状を任意厚さの断面層に区分し、各断面層における所
    望立体形状の輪郭部分のみに対応する領域の光硬化性樹
    脂を硬化させて輪郭硬化層を順次形成し積層する際に、
    輪郭硬化層の一層もしくは複数層おきに、断面層の全部
    分に対応する領域の光硬化性樹脂を硬化させて平板硬化
    層を一層もしくは複数層形成し積層させることを特徴と
    する積層光造形法。
JP8299000A 1996-11-11 1996-11-11 積層光造形法 Pending JPH10138349A (ja)

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