JPH10249944A - 光造形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は光造形のモデル作成において、
液溜まり部における精度劣化の問題を解決し、高精度に
光造形モデルを作成する方法および該方法を利用した光
造形装置を提供することにある。 【解決手段】ピペット部品により、液溜まりに溜まった
未硬化樹脂を所定高さ塗布するのに必要な量を貯える、
また該未硬化樹脂を供給する機能を有するピペット部品
と所定高さを検出する高さセンサを装置に設け、該液溜
まり位置の自動算出、ピペット位置、液面高さ制御する
手段を光造形装置に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−ザ照射により紫
外線硬化樹脂を硬化させ立体樹脂モデルを作成する光造
形の装置に係り、特に寸法精度に優れた光造形物を提供
するための装置に関する。

【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、Ｕ
Ｖ硬化樹脂にＵＶ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】

【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。従来、この塗布方法として硬化層を未硬化の樹脂
液層に一旦所定ピッチ以上に深く沈め、未硬化樹脂を回
り込ませスキージで余剰分をかき取る、または未硬化樹
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
行われている。しかし、モデルの形状に液溜まりの部分
があると、この液溜まりの部分においてスキージの移動
速度が速いと液だまりとなった部分から必要以上に未硬
化樹脂をかき出してしまい、液溜まりを作っている壁の
上部角が平坦化されずだれてしまう。また、スキージの
速度が遅いと液溜まりの部分の樹脂が十分かき出され
ず、粘度、表面張力で盛り上がり所定厚さが得られない
問題がある。さらに、この盛り上がりはスキージの移動
後なので平坦化されず、未硬化樹脂層が局所的に所定値
よりも厚く形成され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事は
もとより、その部位は厚く硬化されるので、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。本発明
の課題は、これらの問題を解決することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の手段は、ＵＶ硬化樹脂を容器に溜めるとともに、その
液面を形状データに従って露光硬化し、該硬化層の上に
所定の厚さの未硬化樹脂層を形成、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、造形物が液だまりの形状と
なる部分の液面が所定高さになるようピペットにより余
剰な量の未硬化樹脂を吸い上げる、または不足している
量の未硬化樹脂を吐出する機能を有する樹脂吸排出部
品、および該所定高さを検出するための液面センサ部品
を有する光造形装置である。

【０００５】また、前記光造形装置において、第１層の
等高線データからレーザの照射領域マップおよび穴とな
る領域マップを作成し、ピペット移動フラグ無し、ピペ
ット移動無しのピペット駆動データを作成する。第２層
の等高線データから同様にレーザの照射領域マップおよ
び穴となる領域マップを作成し、該第２層の穴となる領
域マップと前レイヤの照射領域マップおよび前レイヤの
穴領域マップとを比較し、液溜まりの場合にはフラグを
立て、液溜まりを測定する位置を記したピペット駆動デ
ータを作成し、各等高線データの読み込み毎に同様にピ
ペット駆動データを作成し、これらピペット駆動データ
に従い液面センサ部品を移動させ高さを測定し、該所定
高さとなるよう該ピペット部品により未硬化樹脂を供給
または吸い上げる動作を制御する手段を有することもで
きる。

【０００６】

【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は本発明の一実施の形態である光造形装置
の構成を説明図である。ＵＶ硬化樹脂１はＵＶ硬化樹脂
タンク２の中に注入されている。スキージ３はＵＶ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４上をＵＶ硬化樹脂１の液表面に接して移動できる
構成となっている。樹脂を吸排出するピペット部品６は
ピペット部品駆動手段７によりＵＶ硬化樹脂１の液面に
平行に移動でき、かつＺ軸(深さ)方向にも移動できる構
成になっている。ピペット部品駆動手段７の動作は光造
形システム制御手段１７からのレイヤ番号、位置を含む
ピペット部品駆動データ９により制御される。液面セン
サ１０は、本発明に於いてはピペット部品６の横に設置
しているが、液面高さを測定出来る場所であればどこで
も構わない。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、ＵＶ硬化樹脂タンク２の
中でＵＶ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。ＵＶ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ＵＶ硬化樹脂１の液面に照射される。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ＵＶ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８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ＵＶ硬化樹
脂１の液面を走査する。ＵＶ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１７は次の層の等高
線描画データ８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を一旦積層
ピッチＰ以上にＵＶ硬化樹脂１の液面より深く沈め、未
硬化樹脂を回り込ませ所定位置に戻しスキージ３で余剰
分をかき取る。

【０００７】この時、光造形システム制御回路１７から
形状モデル１８に液溜まり部１９があるとのピペット部
品駆動データ９が伝えられたとき、ピペット部品駆動手
段７は該ピペット部品駆動データ９に従いピペット部品
６を液溜まり部１９に移動させる。そして、高さセンサ
１０により液溜まり部１９の未硬化樹脂液面を測定し、
所定高さ２０より高いときはピペット部品６により未硬
化樹脂１を所定高さ２０になるまで吸引する。逆に、液
溜まり部１９の液面が所定高さ２０より低い場合は、所
定高さ２０になるまでピペット部品６から未硬化樹脂を
排出する。

【０００８】図２は、スキージ３を動作させた後の液溜
まり部１９における樹脂液面が所定高さ２０より高いと
きの様子を示した図である。

【０００９】図３は、スキージ３を動作させた後の液溜
まり部１９における樹脂液面が所定高さ２０より低いと
きの様子を示した図である。

【００１０】図４は、本発明におけるピペット部品６を
駆動するデータ９の作成アルゴリズムを示す。

【００１１】まず、ピペット駆動データ９の液溜まりフ
ラグ、ピペットの移動位置をリセットする。第１層の等
高線データ８を読み込み、レーザを照射する領域Ｓ１の
マップＭＳ１作成をする。また、レーザを照射する領域
Ｓ１の輪郭線の中に、穴を示す輪郭線の有無を検索し、
穴の有無にかかわらず穴を示す領域Ｔ１のマップＭＴ１
を作成する。第１層では、液溜まり１９はできないの
で、ピペット駆動データ９の液溜まりフラグなし、ピペ
ットの移動なしとする。

【００１２】次に第２層の等高線データ８を読み込み、
レーザを照射する領域Ｓ２マップＭＳ２および、第２層
における穴領域Ｔ２のマップＭＴ２を作成する。穴を示
す領域Ｔ２が無ければこの第２層は液溜まり１９となら
ず、このレイヤでの液溜まりフラグおよびピペットの移
動はなしとしてピペット駆動データ９に記録する。穴を
示す領域Ｔ２がある場合は、穴を示す領域Ｔ２のマップ
ＭＴ２を前レイヤのレーザ照射領域Ｓ１のマップＭＳ１
に投影する。穴の領域Ｔ２がレーザ照射領域Ｓ１内に含
まれていれば、該穴の領域Ｔ２は、液溜まり部１９にな
り、このレイヤにてピペット部品６を移動するフラグを
立て、ピペット部品６を移動する座標点をピペット駆動
データ９に記録する。一方、穴の領域Ｔ２がレーザ照射
領域Ｓ１内に一部含まれる、または、全く含まれない場
合は、前レイヤのピペット駆動データ９にてピペット移
動のフラグの有無を見る。フラグが立っていなければ、
このレイヤでの液溜まりフラグおよびピペットの移動は
無しとしてピペット駆動データ９に記録し、フラグが立
っていれば、穴を示す領域Ｔ２のマップＭＴ２を前レイ
ヤの穴を示す領域Ｔ１のマップＭＴ１に投影する。穴を
示す領域Ｔ１とＴ２が全く重ならない場合は、このレイ
ヤでの液溜まりフラグおよびピペットの移動はなしとし
てピペット駆動データ９に記録し、穴を示す領域Ｔ１と
Ｔ２が一部でも重なる場合は、この部分で液溜まり１９
となるため、このレイヤにてピペット部品６を移動する
フラグを立て、ピペット部品６を移動する座標点をピペ
ット駆動データ９に記録する。次に第３層の等高線デー
タ８を読み込み、第２層と同様の操作を繰り返しピペッ
ト駆動データ９を作成していく。

【００１３】

【発明の効果】本発明によれば、形状モデル内で液溜ま
りに溜まる未硬化樹脂をピペット部品により吸引または
排出する事で未硬化樹脂の塗布量を所定厚さに規制する
ため、高精度の形状モデルが作成できる。

【００１４】さらに、従来は液面安定化のために、スキ
ージ操作後レーザ照射まで自然放置の時間を長くしてい
たが、ピペットにより強制的に液面規制することで液面
安定時間を短くする事ができ、造形時間の高速化の効果
もある。

【００１５】このために、不要に長い液面安定化時間を
繰り返すことなく、必要なときにのみ液面安定また、液
溜まり部の識別判定、ピペット位置制御は自動的にする
ことが可能なので、人間が判定する手間も不要であり、
ミス等の間違えがない。

【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】従来問題となっていた現象を説明する図であ
る。

【図３】従来問題となっていた現象を説明する図であ
る。

【図４】本発明の実施例のピペット動作を判定するアル
ゴリズムの図である。

【符号の説明】

１…ＵＶ硬化樹脂、２…ＵＶ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
…ピペット部品、７…ピペット部品駆動手段、８…等高
線データ、９…ピペット駆動データ、１０…高さセン
サ、１１…ワークテーブル、１２…ワークテーブルＺ軸
移動手段、１３…ＵＶレーザ光、１４…レーザ発振器、
１５…ガルバノミラー（Ｘ軸、Ｙ軸）、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
…形状モデル、１９…液溜まり部、２０…所定高さ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ２９Ｌ 9:00 (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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＵＶ硬化樹脂を容器に溜めるとともに、そ
   の液面を形状データに従って露光硬化し、該硬化層の上
   に所定の厚さの未硬化樹脂層を形成、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、 造形物が液だまりの形状となる部分の液面が所定高さに
   なるようピペットにより余剰な量の未硬化樹脂を吸い上
   げる、または不足している量の未硬化樹脂を吐出する機
   能を有する樹脂吸排出部品、および該所定高さを検出す
   るための液面センサ部品を有することを特徴とする光造
   形装置。
2. 【請求項２】前記光造形装置において、第１層の等高線
   データからレーザの照射領域マップおよび穴となる領域
   マップを作成し、ピペット移動フラグ無し、ピペット移
   動無しのピペット駆動データを作成し、第２層の等高線
   データから同様にレーザの照射領域マップおよび穴とな
   る領域マップを作成し、該第２層の穴となる領域マップ
   と前レイヤの照射領域マップおよび前レイヤの穴領域マ
   ップとを比較し、液溜まりの場合にはフラグを立て、液
   溜まりを測定する位置を記したピペット駆動データを作
   成し、各等高線データの読み込み毎に同様にピペット駆
   動データを作成し、これらピペット駆動データに従い液
   面センサ部品を移動させ高さを測定し、該所定高さとな
   るよう該ピペット部品により未硬化樹脂を供給または吸
   い上げる動作を制御する手段を有することを特徴とする
   請求項１記載の光造形装置。