JPH10249943A

JPH10249943A - 光造形装置

Info

Publication number: JPH10249943A
Application number: JP9054423A
Authority: JP
Inventors: Norio Goto; 典雄後藤; Masahiko Ozawa; 雅彦小澤; Toshiro Endo; 敏朗遠藤; Kiyoshi Wada; 清和田; Masayuki Muranaka; 昌幸村中
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-03-10
Filing date: 1997-03-10
Publication date: 1998-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】光造形において、造形中のモデル破損が無く、
かつ高精度にモデルを光造形する方装置を提供するこ
と。【解決手段】塗布する樹脂あるいはスキージに接する樹
脂のみを造形用の光硬化樹脂容器内の光硬化樹脂の温度
以上に加熱する加熱手段を設けた塗布手段を設けること
により達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレ−ザ照射により光
硬化樹脂を硬化させ立体樹脂モデルを造形する装置に係
り、特に、造形中のモデル破損の抑止および寸法精度に
優れた光造形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、三次元ＣＡＤデータから形状モデ
ルを短期に作成する技術として光造形技術が知られてい
る。特公平６−６９７２６号公報，特公平６−６９７２
４号公報，特開昭５６−１４４４７８号公報に示されて
いるように、ＣＡＤの形状データを輪切りにして変換さ
れた等高線データにしたがって、光硬化樹脂に光レーザ
を照射して、一層一層硬化積層を繰り返して造形するも
のである。

【０００３】ここで、造形しようとするモデルの寸法よ
り大きな容器に液状の未硬化の光硬化樹脂を溜め、ワー
クテーブルを所定ピッチでこの液中に沈める手段と液面
において未硬化樹脂を塗布する手段と液面を形状データ
を輪切りにした等高線データに従って露光し、光硬化樹
脂を硬化させる手段とからなり、先ずはじめにテーブル
を液面から１ピッチ下がったところに設定し、未硬化樹
脂を塗布し、この未硬化樹脂をモデルの最下層の等高線
データにて露光硬化させ、テーブル上にモデルの最下層
をつくる。ついで、テーブルを再度所定ピッチだけ下げ
未硬化樹脂を塗布し、次の等高線データで露光硬化さ
せ、積層する。この動作を繰り返すことにより、光硬化
樹脂を硬化積層しながらモデルを造形するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】光造形においては所定
のピッチで光硬化樹脂を硬化積層する。この所定のピッ
チで積層するために、一層硬化させる毎に、硬化した層
の上に未硬化の樹脂を一定厚さで塗布することが必要で
ある。このため、未硬化樹脂を一旦厚く塗布しスキージ
で余剰分をかき取ることが行われる。しかし、光硬化樹
脂には粘性があり、スキージを移動すると、光硬化樹脂
がスキージにまとわりつき、液面が不安定になり、スキ
ージにより規定すべき所望の未硬化層の厚さが得られな
い。特に、既硬化層の端部あるいは狭い硬化部位ではス
キージにまとわりついた樹脂が盛り上がり、未硬化樹脂
層を所望値よりも厚く形成してしまう問題がある。未硬
化樹脂層が厚く形成されると、造形品の表面精度が低下
することはもとより、その部位は厚く硬化させるので、
次にスキージを動かしたときにスキージが硬化層に当た
ってしまい、造形中のモデルを壊してしまう問題があ
る。また、既硬化層が広い場合には、樹脂のまとわりつ
きにより、余剰部をかき取るよりも、逆にかき取りすぎ
て、未硬化樹脂塗布に欠損部を生じてしまう問題があ
る。

【０００５】この問題は光硬化樹脂の粘度が高いことに
起因している。粘度低下させるために光硬化樹脂の容器
ごと樹脂全体を加熱して樹脂の粘度を低下させることが
知られている。しかし、樹脂全体を加熱すると、造形中
の変形が発生する問題がある。光造形では樹脂の硬化収
縮による反り変形を抑制するためにモデルの底面あるい
は側面にサポート（支柱）をモデルと同じ樹脂で造形し
ながら、モデルを造形する。造形中にはサポート、モデ
ルとも光硬化樹脂の中に沈んでおり、樹脂全体が加熱さ
れると、サポートまで加熱されてしまう。光硬化樹脂の
硬化物の熱変形温度は一般的に低く（おおよそ４０℃〜
６０℃）、サポートが加熱されると、サポートが軟化
し、反り変形抑止に必要な剛性が得られなくなり、モデ
ルに反り変形が生じる問題がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、造形用容器
に光硬化樹脂を溜め、該光硬化樹脂の液面を形状データ
に従って露光硬化し、該硬化層の上に未硬化の光硬化樹
脂を層状に塗布し、該未硬化層を露光硬化させることを
繰り返して逐次積層して形状モデルを造形する光造形装
置において、塗布する未硬化樹脂を造形容器内の光硬化
樹脂よりも高温に加熱する手段を設けたことを光造形装
置により達成される。また、前記塗布する未硬化樹脂を
造形容器内の光硬化樹脂よりも高温に加熱する手段は、
塗布用のスキージへの加熱とすることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面を用いて説
明する。図１は本発明の一実施例の光造形装置の構成説
明図である。光硬化樹脂１は光硬化樹脂タンク２の中に
注入されている。スキージ３は光硬化樹脂１の液面に平
行に設けられたスライドレール４上に載せられており、
スキージ駆動手段５によりスライドレール上を光硬化樹
脂１の液表面に接して移動する構成となっている。光硬
化樹脂塗布手段は未硬化の光硬化樹脂をタンク２から吸
い上げる手段６とホース７と吸い上げた樹脂を仮溜めす
る小タンク８と仮溜めした樹脂を加熱する加熱手段９か
らなり、さらに小タンク８には加熱された樹脂を吐出す
るノズル１０を有している。ノズル１０を有した小タン
ク８はスライドレール４の上に載せられており、スキー
ジ３の移動に先行して移動し、加熱昇温した未硬化の光
硬化樹脂をノズル１０から吐出し、塗布しながら移動す
る。ノズル１０の移動はスキージ３とは別に移動しても
よいが、吐出、塗布した樹脂の温度が低下しないように
近接して動作させることが好ましい。光造形用ワークテ
ーブル１１はワークテーブルＺ軸移動手段１２により、
光硬化樹脂タンク２の中で光硬化樹脂１の液面に平行を
保ちつつＺ軸（深さ）方向に移動制御される。光レーザ
光１３はレーザ発振器１４に発し、ガルバノミラー（Ｘ
軸、Ｙ軸）１５を経て光硬化樹脂１の液面（塗布面）に
照射される。ガルバノミラー１５はガルバノミラー制御
回路１６により制御され、レーザ光１３が光硬化樹脂１
の液面を走査できる構成になっている。スキージ駆動手
段５、ガルバノミラー制御回路１６、ワークテーブル移
動手段１２は光造形システム制御回路１７により制御さ
れている。光造形システム制御回路１７は等高線描画デ
ータ１８に従ってガルバノミラー制御回路１６を介して
Ｘ、Ｙ軸のガルバノミラー１５を作動させ、レーザビー
ム光１３が光硬化樹脂１の液面を走査する。光硬化樹脂
１のレーザ光１３を照射された部位は直ちに硬化する。
一層分の走査が完了すると、光造形システム制御回路１
７は次の層の等高線描画データ１８’を読み込むととも
に、ワークテーブルＺ軸移動手段１２を介してワークテ
ーブル１１を積層ピッチＰだけさらに深く光硬化樹脂１
の液面より沈める。既硬化層の上に新たに未硬化の光硬
化樹脂の層を塗布する。スキージ３を移動させることに
より、規定液面より厚く塗布された未硬化樹脂部は除去
される。図２は第ｎ番目の層を硬化させた後、ワ−クテ
−ブル１１をＰだけ沈め、その上に、未硬化樹脂層を塗
布しスキージ３を移動させながら、余剰樹脂１９をかき
取っている状態を示している。図３はスキージ３を塗布
する小タンク８内の樹脂を加熱させずに塗布した場合
の、塗布した未硬化樹脂をかき取る様子を示した図であ
る。スキージ３は塗布した未硬化樹脂の余剰樹脂１９を
かき取っているが、スキージ３の移動後方に樹脂のまと
わりつき２０が大きく生じている。このため、図４に示
すように、塗布底面の既硬化層の幅が狭い部２１あるい
は端部２２では未硬化樹脂が厚く塗布される。また、塗
布面が広い部２３では樹脂が逆にもっていかれ欠損部が
生じてしまう。この結果、図５に示すように、所定厚さ
（基準線２５）で硬化すべきところが、厚すぎる部ある
い薄すぎる部が生じ、寸法精度の低下の問題となってい
る。また、厚い部では次層でのスキージ動作の際にスキ
ージ３がぶつかり、造形中のモデルを壊してしまう問題
もある。

【０００８】図６は光硬化樹脂の温度と粘度の関係の一
例を示した図である。温度を高めることにより、粘度を
大きく低下させることができる。

【０００９】小タンク８内の樹脂は加熱手段９により加
熱されている。加熱手段としては電熱ヒーターと温度セ
ンサと加熱制御回路を用い、小タンク８内の樹脂は光樹
脂タンク２の樹脂よりも高温の一定温度に制御されてい
る。この実施例ではではタンク２内の樹脂温度２５℃の
とき小タンク８内の樹脂温度４０℃とした。温度は４０
℃に限定されない、樹脂を損なわない範囲で所望の温度
に設定してよい。小タンク８内の樹脂加熱により、加熱
昇温された樹脂がタンク２の液面に塗布されるので、液
面の樹脂の粘度を低下させることができ、図７に示すよ
うに未硬化樹脂のスキージへのまとわりつき２０をわず
かなものに抑制できた。図８に示すように、塗布底面の
既硬化層の幅が狭い部２１あるいは端部２２では未硬化
樹脂が厚く盛り上がって塗布されることが防止できた。
また、塗布面が広い部２３では樹脂が逆にもっていかれ
欠損部が生じてしまうことを抑制できている。こうして
液面での樹脂の流れ性を向上させ未硬化樹脂を平坦にか
つ所定厚さで塗布したのち、次層の等高線データに従っ
てレーザをスキャンし、塗布した光硬化樹脂を硬化させ
る。図９に示すようにその硬化表面は基準線２４に対し
て平坦であり、寸法精度が良く、またスキージがぶつか
る心配もない。この動作を繰り返すことにより、等高線
の薄板を積層するがごとく、高精度に形状モデルを造形
できる。

【００１０】このとき、タンク２の樹脂は加熱されない
ので（塗布樹脂の加熱より、全体の放熱の方が大き
い）、タンク２内の樹脂全体を加熱して、樹脂の粘度を
低下させ、液面での平坦性を向上させる従来技術に比
べ、硬化収縮等による変形を防止するためモデルととも
にタンク２の液中で造形されるサポート（支柱）が加熱
による軟化し、支柱としての剛性を損ない、モデルの変
形を防止できない問題を回避できる。さらに塗布する樹
脂の粘度を下げながら、全体としての光硬化樹脂の温度
を低くできるので樹脂のポットライフを永くできる効果
もある。

【００１１】図１０は本発明の他の一実施例の光造形装
置の構成説明図である。図１の実施例との相違は、スキ
ージ３は光硬化樹脂１の液面に平行に設けられたスライ
ドレール４上に載せられており、スキージ駆動手段５に
よりスライドレール上を光硬化樹脂１の液表面に接して
移動するとともに、加熱手段２５により加熱される構成
となっていることである。

【００１２】スキージ３は加熱手段２５により加熱され
ている。加熱手段としては電熱ヒーターと温度センサと
加熱制御回路を用い、スキージの温度は光樹脂タンク２
の樹脂１よりも高温の一定温度に制御されている。この
実施例ではではタンク内樹脂温度２５℃のときスキージ
温度５０℃とした。温度は５０℃に限定されない、樹脂
を損なわない範囲で所望の温度に設定してよい。スキー
ジ３の加熱により、スキージ３に付着あるいは接した樹
脂は熱伝導により加熱される。このため、スキージ３に
付着あるいは接した樹脂の粘度を低下させることがで
き、未硬化樹脂のスキージへのまとわりつき２０をわず
かなものに抑制できた。第１の実施例で述べたと同様の
効果を得ることができる。

【００１３】この時、ノズル１０から吐出塗布される未
硬化樹脂は加熱されてなくとも良い。加熱されていれば
さらに好ましいことは言うまでもない。さらに未硬化樹
脂の塗布供給方法は本実施例のように吸上げノズル１０
から吐出する方法に限定されない。スキージ３を加熱す
ることにだけでも効果を得ることができる。

【００１４】また第１１図に示すように造形容器内の樹
脂１の液面においてスキージを２枚として、スキージ間
２６に樹脂を溜める構成においても、スキージ３あるい
は樹脂溜めに加熱手段２５を設けることにより同様の効
果を得ることができる。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、未硬化樹脂を所定厚さ
で平坦に塗布しようとしたときの未硬化樹脂のスキージ
へのまとわりつきを抑制でき、まとわりつきにより生じ
ていた樹脂の盛り上がり、あるいは塗布欠損を抑制でき
る。このことにより、光造形モデルの表面の寸法精度を
向上させることができる。また、スキージが厚くなった
部位へぶつかり、造形中にモデルを壊す問題も回避する
ことができる。さらに塗布する樹脂の粘度を下げなが
ら、全体としての光硬化樹脂の温度を低くできるので樹
脂のポットライフを永くできる効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成説明図である。

【図２】従来技術の動作説明図である。

【図３】従来技術の動作説明図である。

【図４】従来技術の動作説明図である。

【図５】従来技術の動作説明図である。

【図６】光硬化樹脂の温度と粘度の関係を示した図であ
る。

【図７】本発明の動作説明図である。

【図８】本発明の動作説明図である。

【図９】本発明の動作説明図である。

【図１０】本発明の他の実施例の構成説明図である。

【図１１】本発明の他の実施例のスキージの構成説明図
である。

【符号の説明】

１…光硬化樹脂、２…光硬化樹脂タンク、３…スキー
ジ、４…スライドレール、５…スキージ駆動手段、６…
樹脂吸上げ手段、７…ホース、８…小タンク、９…加熱
手段、１０…樹脂吐出ノズル、１１…ワークテーブル、
１２…Ｚ軸移動手段、１３…光レーザ光、１４…レーザ
発振器、１５…ガルバノミラー、１６…ガルバノミラー
制御回路、１７…光造形システム制御回路、１８…等高
線描画データ、１９…余剰樹脂、２０…樹脂のまとわり
つき、２１…既硬化層の幅が狭い部、２２…既硬化層の
端部、２３…既硬化層の幅が広い部、２４…基準線、２
５…加熱手段、２６…樹脂溜め。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者遠藤敏朗神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所マルチメディアシステム開発本部内 (72)発明者和田清神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所マルチメディアシステム開発本部内 (72)発明者村中昌幸東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】造形用容器に光硬化樹脂を溜め、該光硬化
樹脂の液面を形状データに従って露光硬化し、該硬化層
の上に未硬化の光硬化樹脂を層状に塗布し、該未硬化層
を露光硬化させることを繰り返して逐次積層して形状モ
デルを造形する光造形装置において、塗布する未硬化樹脂を造形容器内の光硬化樹脂よりも高
温に加熱する手段を設けたことを特徴とする光造形装置
【請求項２】前記塗布する未硬化樹脂を造形容器内の光
硬化樹脂よりも高温に加熱する手段は、塗布用のスキー
ジへの加熱であることを特徴とする請求項１記載の光造
形装置