JPH1080954A - ドライフィルム化した光硬化性樹脂または光分離性樹脂を用いた光造形装置と方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作業性が良く、安全性が高く、製作時間が短
かくさらに収率が高い光造形法を確立すること。 【解決手段】 ロール式光造形装置にはＵＶ照射部を挟
んで送り出しロールと巻き取りロールが配置され、ＵＶ
照射部は昇降自在のエレベーター上に配置されたプラッ
トフォームとプラットフォーム上に搬送されてくるドラ
イフィルムにＵＶ照射をするためのＵＶレーザーなどが
設けられている。ドライフィルム化した光（ＵＶなど）
硬化性樹脂または光分離性樹脂に、ＵＶ照射部で樹脂の
必要部分のみに光を照射し、光を照射したドライフィル
ムを順次積層し、該ドライフィルム積層物から未硬化部
分または未分離部分を除去する方法である。造形物の作
製時間の短縮化と原材料ドライフィルムからの収率の向
上が図れ、同時に造形物の周囲の現像により溶解する不
要部分（未照射部）が減少する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ドライフィルム化
した光硬化性樹脂または光分離性樹脂を用いて光造形物
を作成する装置と方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ユーザーの要求が多様化、高度化するに
伴い、各種造形物の多品種少量生産あるいは製品の短納
期化が進んでいるが、このような要求に対応すべくＣＡ
Ｄ、ＣＡＭ又はＣＡＥなどコンピュータ利用の設計法が
広く使われている。

【０００３】このような状況の中で３次元ＣＡＤにより
得られるデータを用いて、目的物の実体モデルを簡単に
作製する技術として光造形法が開発された。光造形法は
目的の形状のマスクを通して光を感光性材料に照射して
薄膜状に硬化させ、それを積層して立体形状にする方法
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の光造形法では、
液状の紫外線（ＵＶ）硬化性樹脂を原材料として使用し
ている（ここでは、短波長域の可視光硬化性樹脂も紫外
線（ＵＶ）硬化性樹脂に含める。）。この場合、以下の
ような問題点がある。 （１）取り扱い性が良くない。 （２）動作時間がかかる。 （３）重合反応に際し、樹脂と空気とが接触しており樹
脂の重合を阻害する酸素が樹脂液表面に存在するために
酸素阻害がある。 （４）造形物の形状によっては、変形や倒れを防止する
ためのサポートが必要となる。

【０００５】（１）取り扱い性については、具体的には
次のような不具合がある。 液体を反応槽に流し込むなど、ハンドリングが面倒で
あり、液体を装置外部にこぼすと、その除去等でも多大
の労力がかかる。 臭いが問題になることが多い。特に、オフィス環境で
は大きな問題となる。 樹脂が液状であるため、該液が作業者の目に入る、皮
膚に付くなどの危険性があり、安全性に問題がある。

【０００６】（２）動作時間に関する問題点は次のよう
なことである。 図７（「画像処理産業応用総覧（上）」ｐ１６０より
転記）に示す自由液面法が知られている。この方法はエ
レベータ５１に取り付けられたプラットフォーム５２を
光硬化性樹脂液５３中に浸した後、プラットフォーム５
２をわずかに樹脂液５３の液面から出る高さに設定して
（レベリング）、プラットフォーム５２上の薄い樹脂液
５３に紫外線を照射して硬化薄膜層５４ａをプラットフ
ォーム５２上に形成させて、さらにこの硬化薄膜５４ａ
を再度樹脂液５３中に浸した後、再びわずかに液面から
出る高さにレベリングし、前記硬化薄膜層５４ａ上に次
の樹脂液５３から形成される硬化薄膜層５４ｂを形成さ
せる。この工程を繰り返し、硬化薄膜層の積層体からな
る立体形状の造形物５４ｃを得る方法である。

【０００７】この方法を用いると、各硬化薄膜層５４ａ
〜５４ｃを形成する毎に液表面のレベリング工程が必要
であり、時間がかかる。 図８（「高速３次元成型の基礎」ｐ３８７より転記）
には規制液面法についての説明図を示すが、この方法は
エレベータ（図示せず）に取り付けられたプラットフォ
ーム６１の下側に付着した光硬化性樹脂液６２を透明な
床材６３を介して床材６３の下方から紫外線を照射して
硬化させ、その後、少しだけプラットフォーム６１を上
げて次の硬化層６４ａを形成させる工程を繰り返して立
体形状の目的の造形物６４ｂを得る方法である。

【０００８】この方法を用いると、液表面の樹脂液６２
のレベリング時間は不要であるが、透明な床材６３と造
形物６４ａの境界部分を各硬化層６４ａ・・・毎にはが
す必要があり、プロセスとしては難しい作業である。ま
た、製作中のパーツは、プラットホームにぶら下がった
状態なので、樹脂の強度が問題になる場合がある。

【０００９】（３）の重合反応に際して酸素阻害がある
ことに関しての具体的な不具合は、例えば次の通りであ
る。 自由液面法だと、照射中の樹脂液５３表面はオープン
スペースなので空気と接触しており酸素が多く存在し、
この酸素がラジカル重合を阻害（酸素阻害）し易くな
る。これを防ぐために高出力のＵＶ光源を用いたり、樹
脂液５３が入った反応槽５５の回りの雰囲気を不活性ガ
スにするなどの対策が必要となる。 規制液面法では、オープンスペースがないので酸素阻
害は無いが、透明な床材６３をＵＶ光が通過する際に、
透明な床材６３がＵＶを吸収することにより、実効的な
露光エネルギーが減少する。

【００１０】（４）の造形物の変形や倒れを防止するた
めのサポートとは図９に示すように、一度の光照射では
積層されたテーブル状の造形樹脂７１は充分硬化しない
ので、例えばそのテーブル台部分７１ａにそりが発生す
ることがあり、それを防ぐためにサポート部材７２を用
意することが必要となり、そのためにつぎのような問題
が生じる。 造形物の最適形状、最適強度を計算の上、ＣＡＤ入力
する必要があるが、サポート部材７２まで考慮に入れた
作業をする必要があり、その作業時間が膨大である。 光照射時にサポート部材７２分の樹脂を硬化させるた
めの照射時間が必要となる。 造形物完成後に、このサポート部材７２を除去する必
要があり、この除去作業が難しく、時間もかかる。場合
によっては、除去のし易さも考慮してサポート部材７２
を設計する必要がある。

【００１１】このような多くの問題点が従来の光造形法
を非常に使いづらいものとしている。そこで本発明の課
題は作業性が良く、安全性が高く、製作時間の短かくさ
らに収率が高い光造形法を確立することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は次の
構成によって解決される。ドライフィルム化した光硬化
性樹脂または光分離性樹脂に、光を照射して必要部分を
硬化または分離させ、これを積層することにより３次元
造形物を作る光造形装置において、ドライフィルム化し
た光硬化性樹脂または光分離性樹脂とドライフィルム化
した光硬化性樹脂または光分離性樹脂を搬送、位置決め
する手段と光を必要部分のみに照射する手段と光を照射
したドライフィルムを順次積層していく手段とドライフ
ィルム積層物から未硬化部分または分離部分を除去する
手段を備えたことを特徴とするドライフィルム化した光
硬化性樹脂または光分離性樹脂を用いた光造形装置、ま
たは、

【００１３】ドライフィルム化した光硬化性樹脂または
光分離性樹脂に、光を照射して必要部分を硬化または分
離させ、これを積層することにより３次元造形物を作る
光造形方法において、ドライフィルム化した光硬化性樹
脂または光分離性樹脂を搬送して光照射部に位置決め
し、該光照射部で光硬化性樹脂または光分離性樹脂の必
要部分のみに光を照射し、光を照射したドライフィルム
を順次積層し、該ドライフィルム積層物から未硬化部分
または分離部分を除去することを特徴とするドライフィ
ルム化した光硬化性樹脂または光分離性樹脂を用いた光
造形方法である。

【００１４】本発明のドライフィルム化した光硬化性樹
脂または光分離性樹脂とは紫外線（ＵＶ）硬化性樹脂ま
たはＵＶ分離性樹脂であり、ＵＶ硬化性樹脂としては例
えばエポキシアクリレート、ウレタンアクリレートなど
をベースとするラジカル重合型又は、カチオン重合型の
感光性樹脂である。また、ＵＶ分離性樹脂としては、低
分子量アクリル樹脂やフェノール・ノボラック樹脂など
がある。上記光重合性プレポリマーに加え、反応希釈
剤、光開始剤、各種添加剤（増感剤、安定剤、脱臭剤）
等をドライフィルム成分に加えることができる。ドライ
フィルムは厚み数１０μｍ〜数１００μｍが適当であ
る。また、造形物の高さ方向の分離能の必要性に応じ、
フィルム厚の異なるものを適宜使用することも可能であ
る。

【００１５】照射光としてはＵＶ硬化性樹脂が多く入手
可能なことからＵＶが適しているが、照射光はＵＶに限
らず、樹脂の性質に応じて必要な照射光を用いることが
できる。ＵＶなどの照射光の樹脂への照射は予めＣＡＤ
などで設定される。

【００１６】ＵＶ光源／照射系としては、 ＵＶレーザー／Ｘ−Ｙスキャニング系（カルバノ系、
プロッター系）、 ＵＶランプ／マスク系（Ｃｒマスク、液晶シャッタ
ー、トナー像マスクなど）を使用することができる。

【００１７】ドライフィルムは次の本発明の実施例に示
したようにロール状のものまたはシート状のものの
どちらでも使用可能である。

【００１８】ドライフィルムの積層手段としては、 積層物を順次１回の厚み分だけ下げ、ＵＶ光源から照
射面までの距離を一定に保つ方法（上方より、ＵＶ光を
照射する場合）、 積層面の高さが増すごとに、ＵＶ光源も移動させ、照
射面までの距離を一定に保つ方法、 積層物の高さが増すごとに、ＵＶ照射系の補正を行い
常に照射面にフォーカスされる様にする方法、 などが用いられる。

【００１９】また、硬化性樹脂または分離性樹脂の光照
射の後の不要部分すなわち、硬化性樹脂では未硬化部
分、分離性樹脂では分離部分の除去方法としては、 薬液により未硬化部分または未分離部分を溶解する方
法 高圧エアー、高圧水などを吹きつけ、物理的（機械
的）に未硬化部分または未分離部分を除去する方法 を用いることができる。

【００２０】ＵＶ硬化性樹脂によっては、造形物の表面
にタッキングが残ることもあり得る（ラジカル重合型な
ど）。場合によっては、後処理としてポストキュア（Ｕ
Ｖ照射）を行ってもよい。ポストキュアには、高出力の
ＵＶランプによる照射、不活性ガス中でのＵＶ照射等が
有効である。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を詳細に説明
する。ドライフィルム（感光性樹脂組成物をフィルム状
にしたもの）化したＵＶ硬化性樹脂を用いた光造形法の
実施態様を図１〜図３に示す。

【００２２】図１に示す方法は連続式（ロール式）の光
造形装置図であり、ＵＶ照射部１を挟んで、送り出しロ
ール２と巻き取りロール３が配置されている。ＵＶ照射
部１は昇降自在のエレベーター５とその上に配置された
プラットフォーム６とプラットフォーム６の上方からプ
ラットフォーム６上に搬送されてくるドライフィルム８
にＵＶ照射をするためのＵＶレーザー１０とＡＯＭ１１
と光学系機器１２とＸ−Ｙスキャナー１３が配置されて
いる。また、プラットフォーム６上に搬送されて来たド
ライフィルム８をその下にあるＵＶ硬化処理済みの樹脂
層に圧着するためのシート圧着ロール１８と圧着された
ドライフィルム８をプラットフォーム６上でトリミング
するトリミング部材（カッター）１５と、ドライフィル
ム８上の表面フィルム１６を剥離するための表面フィル
ム除去部材１７とＵＶ照射部１に送られてくるドライフ
ィルム８を配置している。

【００２３】ドライフィルム８は、通常図２に示すよう
に感光性樹脂組成物層２１表面をカバーする表面フィル
ム１６と裏面フィルム２２でサンドイッチ状の３層構造
をしている。

【００２４】３層構造のドライフィルム８をロール状と
し、図１に示す送り出しロール２にセットし、送り出し
ロール２の近傍に配置されている裏面フィルム巻き取り
ローラー２３で裏面フィルム２２を巻き取りながらＵＶ
照射部１に送り出す。ＵＶ照射部１では表面フィルム１
６を通して樹脂層２１部分の予め設定された領域にＵＶ
を照射して樹脂を硬化させる。その後トリミング部材１
５でトリミングし、更に表面フィルム１６を除去する。
その後、エレベータ５をドライフィルム８の厚さ分だけ
下降させて次のドライフィルム８をＵＶ照射部１にセッ
トして、シート圧着ロール１８によりＵＶ硬化済みの樹
脂層２１に圧着させ、前記硬化した樹脂層２１上の所定
領域にＵＶを照射する。このようにドライフィルム８を
順次、ＵＶ照射部に送り出してはＵＶ照射を繰り返して
ＵＶ照射樹脂積層体２５を得る。

【００２５】ＵＶ照射部１を経由した後のフィルムは巻
き取りロール３で巻き取られる。ＵＶを照射してドライ
フィルム８の感光樹脂層２１上に描画する方法は、Ｕ
Ｖレーザー／Ｘ−Ｙスキャニング（図１）による方法と
ＵＶランプ／マスクによる方法がある。また、ドライ
フィルム８のトリミングはカッターでなくレーザーで行
っても良い。

【００２６】最終工程として、ＵＶ照射樹脂積層体２５
から立体形状の造形物の周囲の不要部を除去する。これ
には薬液による溶解、高圧エアー、高圧水などによ
る物理的除去などの方法が適する。なお、造形物の表面
にタックが残る場合には、ポストキュアー等を施すこと
もある。これには、高出力ＵＶランプによる全体照射
法と不活性ガス中でのＵＶ照射法などが適する。

【００２７】図３には切り出しシート式の光造形装置の
概略図を示す。この方法は、予め、同一形状（例えば正
方形）に表面フィルム１６と感光性樹脂層２１と裏面フ
ィルム２２からなる３層構造のドライフィルム８のシー
トを切り出し、これを積層していくタイプである。この
方法は図１の連続式の方法に比較して、トリミングが不
要であり、また、不要なシート部（額ぶち部）が無い利
点がある。

【００２８】ＵＶ照射部３１には昇降自在のエレベータ
ー５上に配置されたプラットフォーム６とプラットフォ
ーム６上に配置される感光性樹脂層２１にＵＶ照射をす
るための図示しないＵＶレーザーとＡＯＭと光学系機器
とＸ−Ｙスキャナーが配置されている。また、プラット
フォーム６上のドライフィルム８をセットする前に裏面
フィルム２３を剥離するための裏面フィルム除去部材１
７とプラットフォーム６上にセットされたドライフィル
ム８から表面フィルム１６を剥離するための表面フィル
ム除去部材３３およびドライフィルム８をその下にある
ＵＶ硬化処理済みの樹脂に圧着するためのシート圧着ロ
ール３４が配置されている。

【００２９】予めローダー部３５に積み重ねられている
同一形状に切り出されたシート状のドライフィルム８か
ら、裏面フィルム２３と表面フィルム１６を取り除き、
ＵＶ照射部３１にセットする。そして図１で説明したと
同一の手順で造形物を作製する。

【００３０】図３の方法で造形物を作製する場合には、
造形物の高さ方向で各ドライフィルム８の厚みを変える
ことも可能である。図４を用いてこのことを説明する。
図４（ａ）はカップ形状物のシート積層状態を示し、図
４（ｂ）はカップ形状物の斜視図である。カップ形状物
を作製する場合に土台部分は直方体形状であるので、厚
いシートを用いることができる。しかし、カップの曲面
形状部分は分解能を上げて薄いシートを使用する。こう
して、造形物の作製時間の短縮が可能となる。

【００３１】このように本発明によれば次のような作用
効果がある。 （１）ＵＶ硬化性樹脂のドライフィルム化により、作製
途中のハンドリング及び不要部分の廃棄など、取り扱い
が容易になった。 （２）ＵＶ硬化性樹脂のドライフィルム化により、液体
樹脂液のような臭み、液体の漏洩による危険性が減少
し、オフィス環境でも造形物を作製することができるよ
うになった。 （３）最終工程の現像（溶解）まで、不要部分（未照射
部）も残り、安定した形状を維持することができる。そ
のため、図９で説明したような逆テーパー等の形状に不
可欠であったサポートの設計、作り込み、除去の作業が
不要となる。このため、大幅な作製時間の短縮が達成さ
れた。 （４）自由液面法のように液面（照射面）のレベリング
が不要となり、このために必要な時間の短縮が達成され
た。 （５）ドライフィルムの表面フィルムを残した状態でＵ
Ｖ照射を行えるので、空気が遮断される。このため、ド
ライフィルムの重合時における酸素阻害作用を防止で
き、作製時間短縮及び良好なＵＶ硬化が達成された。 （６）図９に示すサポートや土台部（プラットフォーム
との接触部）が不要なので、ドライフィルムを積層した
空間内に複数の造形物をつくることが可能である。

【００３２】すなわち、図５に示すように、小さな造形
物Ａをドライフィルム８の積層体Ｂ内に多数作製するこ
とができ、また図６に示すように、異なる形状の造形物
Ｃ₁、Ｃ₂及びＣ₃を同一積層体Ｂ内にはめ込むようにし
て形成することが可能となる。

【００３３】こうして１個あたりの造形物の作製時間の
短縮化と原材料ドライフィルムからの収率の向上が図
れ、同時に造形物の周囲の現像により溶解する不要部分
（未照射部）の軽減が達成された。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の光造形装置の概略図であ
る。

【図２】 本発明の一実施例の光造形装置に用いられる
ドライフィルムの構成図である。

【図３】 本発明の一実施例の光造形装置の概略図であ
る。

【図４】 本発明の一実施例の造形物の形状に応じて各
ドライフィルムの厚みを変えることを説明する図であ
る。

【図５】 本発明の一実施例の同一形状の造形物を同一
感光性樹脂積層体内部に多数作製することを説明する図
である。

【図６】 本発明の一実施例の異なる形状の造形物を同
一感光性樹脂積層体内部に多数作製することを説明する
図である。

【図７】 自由液面法により造形物を作製する手順を説
明する図である。

【図８】 規制液面法により造形物を作製する手順を説
明する図である。

【図９】 従来の自由液面法により造形物を作製する場
合の不具合を説明する図である。

【符号の説明】

１ ＵＶ照射部 ２ 送り出しロール ３ 巻き取りロール ５ エレベーター ６ プラットフォーム ８ ドライフィルム １０ ＵＶレーザー １１ ＡＯＭ １２ 光学系機器 １３ Ｘ−Ｙスキャ
ナー １５ トリミング部材 １６ 表面フィルム １７ 表面フィルム除去部材 １８ シート圧着ロ
ール ２１ 感光性樹脂組成物層 ２２ 裏面フィルム ２３ 巻き取りローラー ２５ ＵＶ照射樹脂
積層体 ３１ ＵＶ照射部 ２３ 表面フィルム
除去部材 ３４ シート圧着ロール ３５ ローダー部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ドライフィルム化した光硬化性樹脂また
   は光分離性樹脂に、光を照射して必要部分を硬化または
   分離させ、これを積層することにより３次元造形物を作
   る光造形装置において、 ドライフィルム化した光硬化性樹脂または光分離性樹脂
   と、 ドライフィルム化した光硬化性樹脂または光分離性樹脂
   を搬送、位置決めする手段と、 光を必要部分のみに照射する手段と、 光を照射したドライフィルムを順次積層していく手段
   と、 ドライフィルム積層物から未硬化部分または分離部分を
   除去する手段を備えたことを特徴とするドライフィルム
   化した光硬化性樹脂または光分離性樹脂を用いた光造形
   装置。
2. 【請求項２】 ドライフィルム化した光硬化性樹脂また
   は光分離性樹脂に、光を照射して必要部分を硬化または
   分離させ、これを積層することにより３次元造形物を作
   る光造形方法において、 ドライフィルム化した光硬化性樹脂または光分離性樹脂
   を搬送して光照射部に位置決めし、該光照射部で光硬化
   性樹脂または光分離性樹脂の必要部分のみに光を照射
   し、光を照射したドライフィルムを順次積層し、該ドラ
   イフィルム積層物から未硬化部分または分離部分を除去
   することを特徴とするドライフィルム化した光硬化性樹
   脂または光分離性樹脂を用いた光造形方法。