JPH11170375A

JPH11170375A - 光造形簡易型及びその製作方法

Info

Publication number: JPH11170375A
Application number: JP9345602A
Authority: JP
Inventors: Kenji Matsuoka; 賢二松岡
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1997-12-15
Filing date: 1997-12-15
Publication date: 1999-06-29

Abstract

(57)【要約】【課題】機械加工を一切行うことなく、光造形簡易型
を作製する。【解決手段】光硬化性樹脂に光を照射することにより
所望の成形面１ａを有する光造形モデル１を製作する工
程と、光造形モデル１の成形面１ａ以外の全部または一
部を枠体２、３によって囲む工程と、光造形モデル１と
枠体２，３との隙間に熱または化学反応によって硬化可
能な流動性物質５を充填する工程と、流動性物質５を硬
化する工程と、硬化して一体となった光造形モデル１と
流動性物質５との一体物を枠体２，３から取り外す工程
と、を備えることにより、一切の機械加工が不要とな
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、光造形法を利用し
た光造形簡易型及びその製作方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】株式会社工業調査会発行（１９９６年１
１月１５日初版第１刷発行）の「積層造形システム」
１１８頁６．３．３．項には、「型の直接造形」が記載
されている。図１４及び図１５はこの造形を説明するも
のであり、図１４（Ａ）の型モデル２０から得られる同
図（Ｂ）の断面データ群２１に基づいて、図１５（Ａ）
〜（Ｃ）の順序で光造形簡易型２２の製作が進行する。

【０００３】図１４（Ａ）において、３次元ＣＡＤで定
義された型モデル２０は大径の円柱部２０ａと小径の円
柱部２０ｂとから構成されている。この型モデル２０を
図１４（Ｂ）に示すように、図の上下方向に間隔ｄ１で
順次スライスして断面データ群２１とする。断面データ
群２１には、後述する「型の直接造形」の作業手順に従
い、最下部の最初の断面データＰ１から最終断面データ
Ｐｎまでの符号を与える。

【０００４】図１５（Ａ）は初めの断面データＰ１の形
状を造形するもので、Ｌ字状の成形台２３の底面部２３
ａは、液状の光硬化性樹脂２５内に、液面２６を基準と
して型モデル２０をスライスした間隔ｄ１と同一の深さ
に沈められている。光硬化性樹脂２５内には補強剤とし
てのガラス繊維２４が混入されている。このガラス繊維
２４が混入された液状の光硬化性樹脂２５を硬化させる
ため、液面２６の上方から液面２６に向かってレーザー
光２７が照射される。

【０００５】次に、「型の直接造形」の方法を説明す
る。まず、上述した図１５（Ａ）の状態で断面データＰ
１の範囲に基づいてレーザー光２７をＸ方向すなわち左
右方向に走査する。その結果、ガラス繊維２４が混入さ
れた液状の光硬化性樹脂２５は断面データＰ１と等しい
範囲で且つ間隔ｄ１と等しい厚みに硬化し、硬化物Ｍ１
となる。さらに、図１５（Ｂ）に示すように、成形台２
３の底面部２３ａを間隔ｄ１だけ光硬化性樹脂２５の内
部に沈降させ、断面データＰ２の範囲に基づいてレーザ
ー光２７をＸ方向に走査する。これによりガラス繊維２
４が混入された液状の光硬化性樹脂２５は断面データＰ
２と等しい範囲で且つ間隔ｄ１と等しい厚みに硬化物Ｍ
１上で硬化し、硬化物Ｍ２となる。

【０００６】このような動作を断面データ群２の最終断
面データＰｎまで繰り返すことにより、図１５（Ｃ）に
示すような最終硬化物Ｍｎが形成され、その結果、ガラ
ス繊維２４が混入された液状の光硬化樹脂２５内部に型
モデル２０と形状の一致した光造形簡易型２２が形成さ
れる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術の光造形簡易型を製造する光造形法の精度は
±０．１ｍｍ程度であり、射出成形を可能にするために
必要なエジェクタピン穴、ゲート入子用穴、温調用配管
或いはモールドベースに固定する際の基準となる外周等
に必要な形状精度には対応することができない。このた
め、これらを製作するためには、高精度な機械加工を必
要とし、製作に長時間を要している。

【０００８】また、光造形簡易型に使用される光硬化性
樹脂には、ガラス繊維やシリカなどの強化粒子が混入さ
れており、このような材料を機械加工した場合には、加
工用の刃が損傷したり、摩耗して瞬時に切れなくなり、
加工不良が発生したり、寸法の狂いを生ずる。このた
め、頻繁な刃交換等が必要となり、繁雑な作業となって
いる。

【０００９】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、第１の目的は機械加工を一切行うことなく短期間
で作製できる光造形簡易型を提供することである。第２
の目的は第１の目的に加えて、より型強度を高めた光造
形簡易型を提供することである。第３の目的は、これら
の目的に加えて、さらに強度を高めた光造形簡易型を提
供することである。第４の目的は機械加工を含めて一切
の後加工を不要にした光造形簡易型の製作方法を提供す
ることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明の光造形簡易型は、強化粒子を分散
配合した光硬化性樹脂に光を照射して製作された光造形
モデルと、この光造形モデルの少なくとも成形面以外の
全部または一部を覆い、熱または化学反応によって硬化
して光造形モデルと一体的になる流動性物質と、を具備
することを特徴とする。

【００１１】この発明では、光造形モデルの成型面以外
を流動性物質で覆い、熱または化学反応によって流動性
物質を硬化することにより、硬化した流動性物質と光造
形モデルとが一体化した光造形簡易型となる。従って、
機械加工を行うことなく製作されるため、短期間での作
製ができる。

【００１２】請求項２の発明は、請求項１記載の発明で
あって、前記光造形モデルの外周側面が、型割面を基準
として９０°未満の角度範囲に存在することを特徴とす
る。

【００１３】この発明では、光造形モデルの外周面が型
割面から９０°未満となっているため、光造形モデルと
硬化した流動性物質とが強固に結合する。このため光造
形簡易型全体の強度が向上する。

【００１４】請求項３の発明は、請求項１または２記載
の発明であって、前記光造形モデルに少なくとも１つ以
上の空洞部が設けられていることを特徴とする。

【００１５】この発明では、光造形モデルに設けた空洞
部内に流動性物質が入り込んで硬化する。このため光造
形モデルと硬化した流動性物質とが強固に結合し、光造
形簡易型全体の強度が向上する。

【００１６】請求項４の発明の光造形簡易型の製作方法
は、光硬化性樹脂に光を照射することにより所望の成形
面を有する光造形モデルを製作する工程と、前記光造形
モデルの成形面以外の全部または一部を枠体によって囲
む工程と、前記光造形モデルと前記枠体との隙間に熱ま
たは化学反応によって硬化可能な流動性物質を充填する
工程と、前記流動性物質を硬化する工程と、硬化して一
体となった光造形モデルと流動性物質との一体物を前記
枠体から取り外す工程と、を有することを特徴とする。

【００１７】この発明では、光硬化性樹脂への光照射に
よって製作された光造形モデルを枠体で囲み、枠体内に
流動性物質を充填して硬化することにより、光造形モデ
ルと硬化した流動性物質とが一体化する。このため、機
械加工を行うことなく、光造形簡易型を作製することが
できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態により
具体的に説明する。なお、以下の実施の形態では一般的
な型においてキャビティと称される形状を例示するが、
構成及び作用、効果については形状に拘束されるもので
はない。

【００１９】（実施の形態１）図１〜図３は本発明の実
施の形態１を示し、図１及び図２は光造形簡易型の製作
工程、図３は作製された光造形簡易型を示す。光造形モ
デル１は硬度を補強する強化粒子が混入されている光硬
化性樹脂を硬化する一般的な光造形法によって製作され
る。強化粒子としては、ガラス繊維が使用されるが、こ
れに限定されることはなく、金属やセラミック等の様々
な素材の繊維のビーズを用いることができる。

【００２０】光造形モデル１は直方体を一面側から凹状
に刳り抜いた成形面１ａを有するように成型され、その
成形面１ａを下に向けた状態で、定盤６上に載置され
る。定盤６上に載置された光造形モデル１を略中心とし
てその周囲を囲むように、筒状の型枠２が配置されてい
る。この型枠２は、市販の高精度研削盤により、直角
度、平行度及び平面度における誤差が全て±５μｍにな
るように高精度な形状に製作されている。

【００２１】型枠２の上端は、開閉自在な板状の蓋３に
よって封鎖されている。蓋３には、硬化可能な流動性物
質５を流し込む開口部４が形成されている。これらの型
枠２及び蓋３とによって光造形モデル１を囲む枠体が構
成され、光造形モデル１、型枠２及び蓋３によって流動
性物質５が流し込まれて成型されるキャビティ３１が形
成される。

【００２２】次に、この実施の形態の光造形簡易型７の
作製手順について説明する。まず、成形面１ａを下に向
けた状態で、光造形モデル１を定盤６上に載置する。そ
して、光造形モデル１を略中心としてその周囲を囲むよ
うに、筒状の型枠２を定盤６上に配置する。次に、型枠
２の上端に蓋３を載置することにより、キャビティ３１
を形成する。その後、開口部４から硬化可能な流動性物
質５を流し込み、型枠２、蓋３の内壁と光造形モデル１
の外周面（成形面１ａを有する面は除く）との間のキャ
ビティ３１に流動性物質５を充填する。

【００２３】ここで用いる硬化可能な流動性物質５とし
ては、光造形モデル１を造形する際に使用した光硬化性
樹脂を使用しても良く、一般に用いられる２液反応型接
着剤や紫外線硬化タイプの接着剤を用いてもよい。本発
明者の検討では、ＪＩＳＺ３２８２規定のＨ６３Ａ（一
般名称：半田）を溶融したもの及び日本ゼオン株式会社
製の商品名「クインネートＭＥＺ」シリーズが好適な結
果となったものである。以上のように流動性物質５は、
使用時に流動性を有し、その後硬化して成形されるもの
であれば上述した材料に限定されるものではなく、種々
の物質を選択できる。なお、充填した流動性物質５とし
て半田を例にすると、半田は充填された後、放熱すなわ
ち温度低下によって固化物５ａとなる。

【００２４】このように流動性物質５が硬化して固化物
５ａとなった後、固化物５ａから蓋３と型枠２とを取り
外す。これにより、図３に示すように、成形面１ａが露
出した光造形モデル１と固化物５ａとが一体となった光
造形簡易型７が完成する。

【００２５】この実施の形態において、流動性物質５と
して半田を使用する場合には、光造形モデル１、型枠２
及び蓋３を予め、半田融点温度付近（Ｈ６３Ａでは、１
８３℃）まで加熱しておくことが良好で、加熱すること
によって流し込まれた半田は徐々に冷却、固化するた
め、未加熱の状態に比べて隅々まで半田を行き渡らせる
ことができ、成形性が向上する。一方、接着剤のように
流動性物質５を固化物５ａとするために化学反応を必要
とするものは、流し込んだ後、全体を加熱して化学反応
を促進する。これにより固化物５ａとなるまでの時間を
短縮できる。

【００２６】このような実施の形態によれば、精密に作
られた型枠の中央部に光造形モデルを配置し、隙間を硬
化可能な流動物質で覆うことにより、機械加工を一切行
うことなく、短期間で高精度の光造形簡易型を製作する
ことができる。

【００２７】（実施の形態２）図４及び図５は、実施の
形態２を示す。この実施の形態の光造形モデル８は、図
４に示すように、側面から見て逆台形状に成形されてい
る。すなわち、光造形モデル８は、その外周側面が上方
に向かって広がるようになっている。より具体的には、
光造形モデル８の型枠２で囲まれた部分すなわち外周側
面９は、光造形モデル８と定盤６とが当接する面すなわ
ち型割面（ＰＬ面）１０を基準として９０°（図４また
は図５におけるθ）未満の角度範囲に存在するように形
成されている。このように製作された光造形モデル８は
定盤６上に載置される。

【００２８】この実施の形態における光造形簡易型の作
製は、実施の形態１と同様な手順によって、光造形モデ
ル８，型枠２及び蓋３を配置することにより、キャビテ
ィ３１を形成し、このキャビティ３１内に流動性物質５
を内部に充填する。そして、流動性物質５に応じた処理
を施すことによって流動性物質５を硬化させ、固化物５
ａとする。この硬化によって、図５に示すように、成形
面８ａを除く光造形モデル８の外周面に固化物５ａが覆
った構造の光造形簡易型１１を作製できる。この作製の
後、型枠２、蓋３を外して、図５に示す光造形簡易型１
１を取り出す。

【００２９】このような本実施の形態では、光造形モデ
ル８の外周側面９が型割面１０に対して、９０°に満た
ない角度範囲に存在するよう形成している。一般的な成
形実施の段階では型開きの際、図５中の矢印１２に示す
方向へ過大な引張り力が生じ、この作用が光造形モデル
８の引張り破断の原因となる。しかしながら、この実施
の形態では、光造形モデル８を覆い被すように固化物５
ａを設けることにより、光造形モデル８と固化物５ａと
が強固に結合することができる。これにより、光造形モ
デル８を引っ張る方向への力に対して全体の抵抗力が増
大するため、引っ張り破断することを防止できる。これ
により、この実施の形態では、光造形簡易型１１全体の
抵抗力を向上させることができ、しかも機械加工が不要
で高精度に作製することができる。

【００３０】図６は、光造形モデル８の変形例を示し、
（Ａ）では外周側面９ａが曲面となっており、（Ｂ）で
は外周側面９ｂが階段状となっている。いずれの場合に
も、外周側面９ａ、９ｂが型割面を基準として９０°未
満の角度範囲に存在するため、固化物５ａと光造形モデ
ル８とを強固に結合させることができる。

【００３１】（実施の形態３）図７〜図９は、実施の形
態３を示す。光造形モデル１３は、図８に示すように、
全体が実施の形態１の光造形モデル１と同様な外形とな
っており、一面側には凹部となっている成形面１３ａが
形成されている。この光造形モデル１３における外周側
面１３ｂには、円形断面の空洞部１４が貫通している。
この空洞部１４は１箇所に限られることはなく複数箇所
に配置しても良く、その位置や形状及び貫通させるか否
かの区別は、実施の形態に限定されるものではない。

【００３２】以上のような構成の光造形モデル１３を図
７に示すように、成形面１３ａを下に向けた状態で定盤
６上に載置する。そして、光造形モデル１３を略中心と
してその周囲を囲むように、筒状の型枠２を定盤６上に
配置する。次に、型枠２の上端に蓋３を被せる。これに
より光造形モデル１３，型枠２及び蓋３の間に成形用の
キャビティ３１を形成する。

【００３３】その後、開口部４からキャビティ３１内に
硬化可能な流動性物質５を流し込み、型枠２及び蓋３の
内壁と成形面１３ａを除く光造形モデル１３の外周面と
の隙間に充填する。この充填では、流動性物質５が光造
形モデル１３の空洞部１４にも入り込む。その後、流動
性物質５を硬化させる適切な処理を施し、流動性物質５
を固化物５ａとする。

【００３４】最後に、型枠２、蓋３を外すことにより、
図８に示す光造形簡易型１５を取り出す。作製された光
造形簡易型１５は、成形面１３ａを除く外周側面１３ｂ
が流動性物質の固化物５ａに覆われると共に、空洞部１
４内にも流動性物質５が充填された状態で硬化してい
る。

【００３５】このような実施の形態では、光造形モデル
１３に空洞部１４を成形することにより、空洞部１４内
に入り込んだ流動性物質５が硬化するため、光造形モデ
ル１３と流動性物質５が硬化した固化物５ａとが強固に
結合されて状態となる。このため、光造形簡易型１５全
体の抵抗力が増大して、引っ張り力１２が作用しても光
造形モデル１３が引っ張り破断することがなくなる。し
かも、実施の形態１と同様に機械加工が不要な高精度な
光造形簡易型１５とすることができる。

【００３６】（実施の形態４）図１０〜図１３は実施の
形態４を示す。この実施の形態では、射出成形装置のキ
ャビティ側に用いられるゲート入子用穴へ適用するもの
である。光造形モデル１６には、図１０に示すゲート入
子１７よりも径方向に大きくなっているゲート穴１８が
空けられている。このゲート穴１８は先端小穴１８ａ
と、小穴１８ａよりも大径となっているゲート入子先端
部小軸１８ｂとが連通することによって形成されてい
る。

【００３７】このようなゲート穴１８が形成された光造
形モデル１６を、図１０に示すように、型枠２の中央部
へ配置し、次いでゲート穴１８内面と隙間を有するよう
にゲート穴の中央部にもターゲット入子１７を配置す
る。

【００３８】なお、ゲート入子１７の配置方法として
は、当初、ゲート穴１８の先端部小穴１８ａにゲート入
子１７の先端が嵌合するように、光造形モデル１６を製
作し、図１２に示すようにゲート入子１７の先端を先端
部小穴１８ａに嵌合させても良い。また、光造形モデル
１６の外周側面に対しては、実施の形態２及び３と同様
な構造としても良い。

【００３９】この実施の形態では、図１０に示すように
光造形モデル１６，型枠２，蓋３及びゲート入子１７を
配置してキャビティ３１を形成し、このキャビティ３１
に実施の形態１と同様に流動性物質５を流し込む。流動
性物質５をキャビティ３１内に充填した後、流動性物質
５を硬化させる適切な処理を施して流動性物質５を固化
物５ａとする。そして、型枠２、蓋３を外すと図１３に
示すよう光造形簡易型１９が取り出される。

【００４０】なお、この実施の形態では、射出成形装置
におけるキャビティ側について説明しているが、コア側
に配置されるエジェクタピン、温調配管等も同一の方法
によって形成することができる。

【００４１】このような実施の形態では、ゲート入子１
７だけでなく、実際の成形に必要な図示しないエジェク
タピン、温調用配管等の機械加工を含めて一切の高精度
な後加工を不要にして光造形簡易型を製作することがで
きる。また、実施の形態２及び３のように光造形モデル
と固化物とを強固に結合させる構造と組み合わせること
で、型全体の抵抗力が向上し、且つ機械加工が不要な高
精度の光造形簡易型とすることができる。

【００４２】なお、上記した具体的実施の形態から次の
ような構成の技術的思想が導き出される。（１）光硬化性樹脂に光を照射することにより所望の成
形面を有する光造形モデルを製作する工程と、前記光造
形モデルの成形面以外の全部または一部を枠で囲む工程
と、前記光造形モデルと前記枠との隙間に、熱または化
学反応によって硬化可能な流動性物質を充填する工程
と、前記流動性物質を硬化する工程と、硬化して一体と
なった前記光造形モデルと前記流動性物質とを前記枠か
ら取り外す工程と、を有することを特徴とする光造形簡
易型の製作方法。

【００４３】この発明では、機械加工することなく、精
度を有した光造形簡易型を製作することができる。

【００４４】（２）前記流動性物質を充填する工程は、
エジェクタピン、ゲート入子あるいは温調用配管の成形
部品を配置した後に行うことを特徴とする上記（１）項
に記載の光造形簡易型の製作方法。

【００４５】この発明では、型としての精度を得ること
ができ、しかも機械加工を含めた一切の後加工が不要と
なる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、機械加工を行うことなく製作でき、短期間での
作製ができる。

【００４７】請求項２の発明によれば、光造形モデルと
硬化した流動性物質とが強固に結合するため、光造形簡
易型全体の強度が向上する。

【００４８】請求項３の発明によれば、光造形モデルに
設けた空洞部内に流動性物質が入り込んで硬化するた
め、光造形モデルと硬化した流動性物質とが強固に結合
し、光造形簡易型全体の強度が向上する。

【００４９】請求項４の発明によれば、機械加工を行う
ことなく、光造形簡易型を作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における製作状態の斜視
図である。

【図２】実施の形態１における流動性物質を充填する工
程の断面図である。

【図３】実施の形態１の光造形簡易型を示す断面図であ
る。

【図４】実施の形態２における流動性物質を充填する工
程の断面図である。

【図５】実施の形態２の光造形簡易型を示す断面図であ
る。

【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態２の変形例の
断面図である。

【図７】実施の形態３における流動性物質を充填する工
程の断面図である。

【図８】実施の形態３の光造形モデルを示す断面図であ
る。

【図９】実施の形態３の光造形簡易型を示す断面図であ
る。

【図１０】実施の形態４における流動性物質を充填する
工程の断面図である。

【図１１】実施の形態４の光造形モデルを示す断面図で
ある。

【図１２】実施の形態４の変形配置を示す断面図であ
る。

【図１３】実施の形態４の光造形簡易型を示す断面図で
ある。

【図１４】（Ａ）及び（Ｂ）は、従来の光造形法を説明
する概念図である。

【図１５】（Ａ）〜（Ｃ）は、従来の造形手順を示す断
面図である。

【符号の説明】

１光造形モデル２型枠３蓋５流動性物質７光造形簡易型

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】強化粒子を分散配合した光硬化性樹脂に
光を照射して製作された光造形モデルと、この光造形モ
デルの少なくとも成形面以外の全部または一部を覆い、
熱または化学反応によって硬化して光造形モデルと一体
的になる流動性物質と、を具備することを特徴とする光
造形簡易型。
【請求項２】前記光造形モデルの外周側面が、型割面
を基準として９０°未満の角度範囲に存在することを特
徴とする請求項１記載の光造形簡易型。
【請求項３】前記光造形モデルに少なくとも１つ以上
の空洞部が設けられていることを特徴とする請求項１ま
たは２記載の光造形簡易型。
【請求項４】光硬化性樹脂に光を照射することにより
所望の成形面を有する光造形モデルを製作する工程と、
前記光造形モデルの成形面以外の全部または一部を枠体
によって囲む工程と、前記光造形モデルと前記枠体との
隙間に熱または化学反応によって硬化可能な流動性物質
を充填する工程と、前記流動性物質を硬化する工程と、
硬化して一体となった光造形モデルと流動性物質との一
体物を前記枠体から取り外す工程と、を有することを特
徴とする光造形簡易型の製作方法。