JPWO2019124526A1 - 光造形装置、光造形プログラム及び光造形方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ラピッドプロトタイピング技術には、光造形法(光造型法)、粉末結晶法(粉末床溶融結合法)、インクジェット法(材料噴射法)、シート積層法、押出法(材料押出法、溶融押出法)などがあり、光造形法は、液状の光硬化性組成物に選択的に光を照射して、造形物の1層分の硬化層を形成することを繰返すことで、硬化層を積層した試作品や製品などの立体物を造形する。
積算光量(mJ/cm2)=照度(mW/cm2)×照射時間(sec)
として得られる。
本実施の形態は、以下の態様を含む。
<1> 液状の光硬化性組成物に光を照射して光硬化させることで硬化層を形成すると共に、前記硬化層を積層して三次元の造形物を造形する光造形装置であって、前記光硬化性組成物の温度を計測する計測部と、前記硬化層を形成する際に、前記計測部の計測温度に応じた積算光量となる光を前記光硬化性組成物に照射する照射部と、を備えた光造形装置。
<3> 前記硬化層の形成と並行し、前記計測温度のうち前記積算光量の制御に用いる計測温度を所定の基準により設定可能な計測温度処理部をさらに備える<2>の光造形装置。
<4> 前記照射部は、前記計測温度のうち前記積算光量の制御に用いることが予め設定された領域及び期間の何れかにおける計測温度から得られる前記温度情報に基づき、前記積算光量の制御を行なう<2>の光造形装置。
<6> 前記取得部は、1層分の前記硬化層が形成される領域を前記造形面に沿って縦横に分割した複数の分割領域の各々について前記温度情報を設定し、前記照射部は、前記分割領域の各々に、該分割領域の前記温度情報から設定される前記積算光量となる光を照射する<5>の光造形装置。
<8> 前記計測部は、所定期間における前記光硬化性組成物の温度の変化を計測し、前記照射部は、計測された温度変化を含む温度情報に基づき前記積算光量の制御を行なう<2>から<7>の何れか1の光造形装置。
<9> 前記照射部は、積層する硬化層又は計測温度に応じて重み付けされた温度情報に基づき、前記積算光量の制御を行なう<2>から<8>の何れか1の光造形装置。
<11> 前記光硬化性組成物について、該光硬化性組成物の温度、積算光量及び積算光量に応じた前記硬化層の膜厚の関係を示す硬化情報が記憶された記憶部と、前記照射部において前記光硬化性組成物に照射するように予め設定された前記積算光量を、前記温度情報に応じて補正する補正部と、をさらに含む<2>から<10>の何れか1の光造形装置。
<12> 前記照射部から照射する光の前記積算光量は、前記温度情報から得られる前記光硬化性組成物の温度が高いほど該温度が低い場合に比べて少なくされる<2>から<11>の何れか1の光造形装置。
<14> 前記照射部は、予め設定された照度が得られる光を前記積算光量に応じた照射時間で前記光硬化性組成物に照射する<1>から<13>の何れか1の光造形装置。
<16> 前記硬化層を形成する際、該硬化層の膜厚に対して膜厚方向に5%以上、30%以下の広さとなる領域の前記光硬化性組成物が硬化されるように光が照射される<1>から<15>の何れか1の光造形装置。
本明細書中において、積算光量(mJ/cm2)、照度(mW/cm2)及び照射時間(sec)は、
積算光量(mJ/cm2)=照度(mW/cm2)×照射時間(sec)
という関係を有する。また、照度は、単位面積かつ単位時間に受ける光束であり、光源から放射される光束(以下、発光強度ともいう)に応じて変化される。
SLA方式は、スポット状のレーザ(例えば紫外線レーザ)を液状の光硬化性組成物に照射して、光硬化性組成物を選択的に光硬化させ、造形ステージ表面に所望の形状及び厚み(膜厚)の硬化層を形成する。次いで、ステージを移動(上昇又は下降)させ、硬化層の表面に次の1層分の光硬化性組成物を供給し、供給した光硬化性組成物を同様に硬化させることで硬化層を積層し、硬化層の積層操作を繰返すことで三次元造形物を造形する。
DLP方式は、面状の光(例えば、紫外光)を液状の光硬化性組成物に照射することで、所定の厚さの一層分の硬化層を形成し、形成した硬化層の表面に次の硬化層を形成する積層操作を繰返すことで、三次元造形物を造形する。
光造形装置10では、三次元造形物を造形する際に、積層ピッチpが設定される。データ生成部32は、積層ピッチpが設定されることで、記憶部28に格納されている造形データを造形物の高さ方向(z軸方向)に、積層ピッチpの間隔で分割して、積層ピッチp間隔の二次元(例えば、x−y平面)の断面データ(硬化層の1層分ずつのスライスデータ)を生成する。
積算光量(mJ/cm2)=照度(mW/cm2)×照射時間(sec)
照射部36は、設定部40において設定された積算光量が得られるようにプロジェクタ22を制御する。
図3Aには、光造形装置10における処理の概略が流れ図にて示され、図3Bには、造形処理の概略が流れ図にて示されている。
即ち、積算光量(mJ/cm2)、照度(mW/cm2)及び照射時間(sec)の間は、
積算光量(mJ/cm2)=照度(mW/cm2)×照射時間(sec)
の関係を有することから、照度及び照射時間の少なくとも一方を制御すればよい。また、照度を制御することは、照射する光の明るさ(発光強度)を制御することを含むことから、積算光量を制御することは、照射エネルギーを制御するという意味を含む。
実施例では、エトキシ化ビスフェノールAジアクリレート(EO=4mol)1000量部と、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド20重量部とを混合して得た光硬化性樹脂組成物を、光硬化性樹脂液として用いた。
光硬化性樹脂組成物の測定結果について、図8Aに示す線形関数(一次関数)を設定した。温度が10°C、25°C、40°Cの各々における線形関数の傾き及び切片を表2及び図8Bに示す。
10°C:y=22.5x−404.17
(R2=0.9998)
25°C:y=33.4x−162
(R2=0.9999)
40°C:y=51.997x−46.181
(R2=0.9996)
傾き:y=0.0171x2+0.128x+19.509 ・・・(1)
(R2=1)
切片:y=−0.2808x+25.971x−635.8 ・・・(2)
(R2=1)
光硬化性樹脂組成物の測定結果について、対数値(自然対数値)ln(E)、ln(d)を算出し、対数値ln(E)、ln(d)を表5に示すと共に、図9Aにプロットした。
10°C:y=4.4656x−9.4868
(R2=0.9688)
25°C:y=3.7986x−4.1302
(R2=0.9556)
40°C:y=1.5584x+2.591
(R2=0.9786)
傾き:y=−0.0035x2+0.0779x+4.0363 ・・・(3)
(R2=1)
切片:y=0.003x2+0.251x−12.3 ・・・(4)
(R2=1)
比較例では、光硬化性樹脂組成物の温度に応じた積算光量(照度)の制御を行わず、標準温度としている25°Cについて設定されている積算光量E(照度)が得られる光を光硬化性樹脂組成物に照射して造形するものとしている。
評価は、実施例1、実施例2及び比較例の手法において、光硬化性樹脂液の温度を、15°C、25°C、35°Cの各々に維持して、各温度について同一の造形データ(造形物50の造形データ)を用いて造形を行った。造形は、積層ピッチpを100μmとした。
これに対して、実施例1及び実施例2では、温度25°Cにおいて「○」と評価されると共に、温度15°C、35°Cの何れにおいても「○」と評価される。従って、光硬化性樹脂液の温度に応じて積算光量Eを設定し、設定した積算光量Eが得られるようにして光造形を行うことで、高精度の造形物が得られる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
Claims (18)
- 液状の光硬化性組成物に光を照射して光硬化させることで硬化層を形成すると共に、前記硬化層を積層して三次元の造形物を造形する光造形装置であって、
前記光硬化性組成物の温度を計測する計測部と、
前記硬化層を形成する際に、前記計測部の計測温度に応じた積算光量となる光を前記光硬化性組成物に照射する照射部と、
を備えた光造形装置。 - 前記計測部は、所定領域内の前記光硬化性組成物の温度を計測し、
前記照射部は、前記計測温度のうち前記積算光量の制御に用いられることが所定の基準により設定された計測温度から得られる温度情報に基づき前記光硬化性組成物に光を照射する請求項1に記載の光造形装置。 - 前記硬化層の形成と並行し、前記計測温度のうち前記積算光量の制御に用いる計測温度を所定の基準により設定可能な計測温度処理部をさらに備える請求項2に記載の光造形装置。
- 前記照射部は、前記計測温度のうち前記積算光量の制御に用いることが予め設定された領域及び期間の何れかにおける計測温度から得られる前記温度情報に基づき、前記積算光量の制御を行なう請求項2に記載の光造形装置。
- 前記計測部により計測された温度から前記硬化層が形成される造形面に対向する領域内の前記光硬化性組成物の前記温度情報を取得する取得部を含み、
前記照射部は、前記温度情報から設定される前記積算光量となる光を前記造形面に対向する領域内の前記光硬化性組成物に照射する請求項2から請求項4の何れか1項に記載の光造形装置。 - 前記取得部は、1層分の前記硬化層が形成される領域を前記造形面に沿って縦横に分割した複数の分割領域の各々について前記温度情報を設定し、
前記照射部は、前記分割領域の各々に、該分割領域の前記温度情報から設定される前記積算光量となる光を照射する請求項5に記載の光造形装置。 - 前記温度情報には、前記硬化層の膜厚方向の温度情報が含まれる請求項2から請求項6の何れか1項に記載の光造形装置。
- 前記計測部は、所定期間における前記光硬化性組成物の温度の変化を計測し、
前記照射部は、計測された温度変化を含む温度情報に基づき前記積算光量の制御を行なう請求項2から請求項7の何れか1項に記載の光造形装置。 - 前記照射部は、積層する硬化層又は計測温度に応じて重み付けされた温度情報に基づき、前記積算光量の制御を行なう請求項2から請求項8の何れか1項に記載の光造形装置。
- 前記光硬化性組成物について、該光硬化性組成物の温度、積算光量及び積算光量に応じた前記硬化層の膜厚の関係を示す硬化情報が記憶された記憶部と、
前記照射部から前記光硬化性組成物に照射する光の前記積算光量について、前記温度情報及び前記硬化情報に基づいて設定する設定部と、
をさらに含む請求項2から請求項9の何れか1項に記載の光造形装置。 - 前記光硬化性組成物について、該光硬化性組成物の温度、積算光量及び積算光量に応じた前記硬化層の膜厚の関係を示す硬化情報が記憶された記憶部と、
前記照射部において前記光硬化性組成物に照射するように予め設定された前記積算光量を、前記温度情報に応じて補正する補正部と、
をさらに含む請求項2から請求項10の何れか1項に記載の光造形装置。 - 前記照射部から照射する光の前記積算光量は、前記温度情報から得られる前記光硬化性組成物の温度が高いほど該温度が低い場合に比べて少なくされる請求項2から請求項11の何れか1項に記載の光造形装置。
- 前記照射部は、予め設定されている照射時間において前記積算光量に応じた照度が得られる光を前記光硬化性組成物に照射する請求項1から請求項12の何れか1項に記載の光造形装置。
- 前記照射部は、予め設定された照度が得られる光を前記積算光量に応じた照射時間で前記光硬化性組成物に照射する請求項1から請求項13の何れか1項に記載の光造形装置。
- 前記硬化層の各々の平均膜厚が20μm以上、150μm以下となるように三次元の前記造形物が造形される請求項1から請求項14の何れか1項に記載の光造形装置。
- 前記硬化層を形成する際、該硬化層の膜厚に対して膜厚方向に5%以上、30%以下の広さとなる領域の前記光硬化性組成物が硬化されるように光が照射される請求項1から請求項15の何れか1項に記載の光造形装置。
- 液状の光硬化性組成物に光を照射して光硬化させることで硬化層を形成すると共に、前記硬化層を積層して三次元の造形物を造形する光造形装置に設けられたコンピュータを、
前記光硬化性組成物の温度を計測する計測部と、
前記硬化層を形成する際に、前記計測部の計測温度に応じた積算光量となる光を前記光硬化性組成物に照射する照射部と、
して機能させる光造形プログラム。 - 液状の光硬化性組成物に光を照射して光硬化させることで硬化層を形成すると共に、前記硬化層を積層して三次元の造形物を造形する光造形方法であって、
前記光硬化性組成物の温度を計測する計測ステップと、
前記硬化層を形成する際に、前記計測された温度に応じた積算光量が得られる光を前記光硬化性組成物に照射する照射ステップと、
を含む光造形方法。
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