TW201904750A - 造形裝置及光噴頭單元 - Google Patents

造形裝置及光噴頭單元

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TW201904750A TW107113951A TW107113951A TW201904750A TW 201904750 A TW201904750 A TW 201904750A TW 107113951 A TW107113951 A TW 107113951A TW 107113951 A TW107113951 A TW 107113951A TW 201904750 A TW201904750 A TW 201904750A
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Abstract

本發明之造形裝置具備載台、規制體、光照射部、及移動機構。上述載台具有載台面。上述規制體具有包含與上述載台面對向之規制面之表面、及設置於上述規制面之光觸媒層，藉由上述規制面規制構成形成於上述載台面之造形物之材料之於積層方向上之位置。上述光照射部係經由上述規制體之上述光觸媒層對上述材料照射光。上述移動機構使上述載台與上述規制體相對地移動。

Description

造形裝置及光噴頭單元
本技術係關於一種使用規制液面法，藉由材料之積層而形成三維造形物之造形裝置、及用於該造形裝置之光噴頭單元。
專利文獻1所記載之光造形裝置係利用規制液面法將樹脂積層而形成三維造形物之造形裝置。具體而言，該光造形裝置具備收容紫外線硬化樹脂之收容容器，該收容容器具有規制紫外線硬化樹脂之液面之玻璃窗。又，該光造形裝置具備位置規制機構。位置規制機構係自下方對玻璃窗施加力而規制該玻璃窗之位置，藉此防止玻璃窗因自重而向下方彎曲。藉此，玻璃窗成為大致平面，因此，硬化層之面精度提高，而積層精度提高。(例如，參照請求項1、說明書段落[0029])。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利特開2009-137048號公報
[發明所欲解決之問題] 一般地，於基於規制液面法之造形法中，每當各層之造形結束時必須自規制面將硬化層剝離。各層之造形面積越大，則剝離所需之力越大。於該情形時，有造形物變形或造形物自台座(積層造形物之載台)剝離之虞，而導致良率降低。 另一方面，若對剝離作業花費時間則可抑制如上所述之問題，但於該情形時，有造形速度降低之問題。 本發明之目的在於提供一種使材料之硬化層容易自規制面剝離而使造形速度提高的造形裝置、及用於該造形裝置之光噴頭單元。 [解決問題之技術手段] 為了達成上述目的，一形態之造形裝置具備載台、規制體、光照射部、及移動機構。 上述載台具有載台面。 上述規制體具有包含與上述載台面對向之規制面之表面、及設置於上述規制面之光觸媒層，藉由上述規制面規制構成形成於上述載台面之造形物之材料之於積層方向上之位置。 上述光照射部經由上述規制體之上述光觸媒層對上述材料照射光。 上述移動機構使上述載台與上述規制體相對地移動。 由於在規制面設置光觸媒層，故藉由光經由光觸媒層照射至材料而於光觸媒層之表面產生氣體。由於該氣體抑制材料之硬化，故硬化層自規制面之剝離變得容易，又，造形速度提高。 上述規制面亦可由平面構成。 上述表面亦可進而包含上述規制面以外之區域，且以上述規制面配置於相較上述規制面以外之區域更靠近上述載台之位置的方式構成。而且，亦可至少於上述規制面設置上述光觸媒層。 藉由利用材料之規制範圍儘可能小之規制面規制材料，而可使已硬化之材料之剝離更容易。 上述光照射部亦可對處於位於上述規制面與上述載台之間之一維狀狹縫區域的上述材料照射光。 上述光觸媒層亦可以由不同之複數種材料形成之複數層構造構成。藉此，可控制光觸媒層中之光之透過率，因此可控制產生之氣體量。其結果，可選擇性地設計剝離所需之力。 上述光觸媒層亦可包含氧化鈦及氧化鉭中之至少一者。 上述光照射部亦可構成為照射具有450 nm以下之波長之光。 上述光觸媒層之表面粗糙度亦可為100 μm以下。 一形態之光噴頭單元係用於上述造形裝置，且具備上述規制體與上述光照射部。 [發明之效果] 以上，根據本技術，樹脂硬化層自規制面之剝離變得容易，而造形速度提高。 再者，此處所記載之效果未必受限定，可為本發明中所記載之任意效果。
以下，一面參照圖式一面對本技術之實施形態進行說明。 1.實施形態1 1.1)造形裝置之構成 圖1係表示實施形態1之造形裝置之圖。造形裝置100具備載台17、造形槽19、及光噴頭單元40。 造形槽19收容成為造形物P之材料之液體之光硬化性樹脂Q。以下，儘量將光硬化性樹脂Q簡稱為「材料」。除溶劑及感光材料以外，亦可將對材料自身附加功能性之金屬或陶瓷等之微粒子混合於材料中。 載台17具有供形成造形物P之面即載台面18。載台17至少於造形時配置於造形槽19內，埋沒於造形槽19內所收容之材料中。 光噴頭單元40構成為可與載台17之載台面18對向地配置。光噴頭單元40包含具有光源22之光照射部20。 於造形槽19之上部之開口配置有規制體10。規制體10具有作為表面之規制面13、及設置於該規制面13之光觸媒層15。規制體10係藉由該規制面13規制構成形成於載台面18之造形物P之材料之位置(其積層方向上之位置)。規制面13設置於規制體10之與載台面18相對之側、即下表面側。 於本實施形態中，光觸媒層15設置於規制面13之實質上整面，但亦可於載台17之寬度之範圍內設置。 規制體10例如構成為平板狀，規制面13例如形成為平面。規制體10係由玻璃、丙烯酸系樹脂等使來自光照射部20之光實質上透過之材料構成。於規制面13之一部分設置光觸媒層15之情形時，光觸媒層15只要設置於規制面13中的覆蓋來自光照射部20之光透過之區域之範圍即可。 光觸媒層15例如係由以氧化鈦或氧化鉭為主成分之材料構成。光觸媒層15之厚度並無特別限定，係結合光之透過率、製造容易度、成本等而設定為最佳值。其厚度例如為數μm～1 mm。 光觸媒層15之表面粗糙度(Rms)並無特別限定，例如設定為數百μm以下。如下所述，材料之硬化層之積層間距例如設為數百μm以下，因此較佳為設為其以下。更佳為設為100 μm以下。 光照射部20構成為經由規制體10之光觸媒層15對載台17(或硬化層)上之未硬化之材料照射光。光係紅外線、可見光線或紫外線，不受限定。較佳為使用具有半導體製造中之光微影步驟中所使用之光之波長即450 nm以下之峰值波長的光。 作為光照射部20之光源22，使用LED(Light Emitting Diode，發光二極體)、LD(Laser Diode，雷射二極體)或CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lighting(Lamp)，冷陰極螢光燈)等。 典型而言，光照射部20具有線光源。線光源之長度方向(沿著其線之方向)係與作為與載台面18平行之面內之一方向之y方向一致。而且，造形裝置100具備x移動機構31，該x移動機構31係於與該載台面18平行之面內，使光照射部20於與y方向正交之x方向上移動。每當藉由x移動機構31使光照射部20進行掃描時便形成1層材料之硬化層。 又，造形裝置100具備使載台17於作為鉛直方向之z方向上移動之z移動機構32。z方向係與硬化層之積層方向一致。每當形成1層硬化層時，z移動機構32便使載台17下降特定之距離，藉此積層硬化層。藉此，形成立體之材料之硬化物即造形物P。上述特定之距離、即積層間距例如為數十μm～數百μm。 藉由x移動機構31及z移動機構32而構成「移動機構」。 1.2)光觸媒層之作用 若來自光照射部20之光經由光觸媒層15照射至材料，則自光觸媒層15產生氣體、例如氧氣。若產生氧氣，則抑制光照射對材料之硬化作用。其抑制度取決於氧氣量。雖然因光觸媒層15之表面所產生之氧氣而材料之硬化作用受到抑制，但於其正下方，材料藉由通常之光硬化作用而硬化。 藉此，可抑制材料硬化時的因施加至規制體10之收縮力所致之規制面13之應變或撓曲。又，可緩和當自規制體10將材料之硬化層剝離時規制面13自硬化層受到之張力。其結果，硬化層非常容易自規制面13(光觸媒層15)剝離。 又，藉由剝離變得容易，而各硬化層之平面精度提高，從而可高精度地控制各硬化層之厚度。藉此，可製造精密形狀之造形物P。 進而，由於如此硬化層自規制體10之剝離變得容易，故而可提高造形速度。即，可消除於快速剝離之情形時已硬化之造形物P產生破損之問題，因此可提高良率並且可提高造形速度。 作為本技術之比較例，有Carbon公司之CLIP(Continuous Liquid Interface Production，連續液面生產)技術。CLIP技術係於收容樹脂材料之容器之外表面側設置透氧性材料之窗，經由該窗將光照射至樹脂材料。該窗作為規制面發揮功能。於該情形時，由於在容器之外表面側設置有透氧性材料之窗，故空氣中之氧經由窗之整面進入至樹脂材料中。其結果，無須自規制面剝離硬化層，因此造形速度提高，但促進了樹脂材料之氧化，而樹脂材料之劣化提前。因此，無法再利用樹脂材料，而成本變高。 相對於此，於本技術中，僅照射有光之區域產生氧，因此可抑制照射區域周圍之未被照射光之樹脂之劣化。本技術相對於上述比較例而言，於能夠主動地選擇產生氧之區域之方面較為有利。 2.實施形態2 2.1)例1 其次，對實施形態2之造形裝置進行說明。於之後之說明中，對關於上述實施形態1之造形裝置100包含之構件或功能等實質上同樣之要素標註相同符號，並簡化或省略其說明，以不同點為中心進行說明。 圖2表示實施形態2之例1之造形裝置200之構成。光噴頭單元80包含規制體50、及具有光源22之光照射部20。例如，藉由未圖示之支持構件或連結構件而一體地支持光照射部20與規制體50，且構成為可藉由x移動機構31(參照圖1)而一體地移動。 於作為規制體50之外表面之表面53設置有光觸媒層15。表面53包含規制面53a及除此以外之區域53b。以規制面53a配置於相較規制面以外之區域53b更靠近載台17之位置之方式構成規制體50。具體而言，包含表面53之規制面53a由曲面構成，例如規制體50具有圓筒形狀之一部分、例如半圓筒形狀。 光照射部20係對處於位於規制面53a與載台17(或載台17上之硬化層)之間之一維狀狹縫區域的材料照射光。該一維方向係半圓筒形之規制體50之軸向、即沿著y軸之方向。 於本實施形態中，限定為材料之限制範圍儘可能小之限制面53a。藉此，硬化層與規制面53a之密接區域之面積變小，規制面53a受到之材料硬化時之收縮力之影響變小。其結果，可高精度地製造造形物P。又，由於該密接區域較小，故可使已硬化之材料之剝離更容易，從而造形速度提高，且良率提高。 2.2)例2 圖3表示實施形態2之例2之光噴頭單元之構成。規制體90具有三角形狀或梯形。作為規制體90之外表面之表面93具有以最接近載台之方式配置之規制面93a、及除此以外之區域93b。至少規制面93a由平面構成。僅於規制面93a設置光觸媒層15，但亦可於表面93之整面設置光觸媒層15。 即便為此種例2之造形裝置，亦可獲得與上述例1相同之效果。 3.實施形態3 圖4係表示作為另一實施形態之實施形態3之光觸媒層之放大剖視圖。該規制體130之光觸媒層55係以由不同之複數種材料形成之複數層構造構成。光觸媒層15係將例如氧化鈦及氧化鉭交替地設置而構成。層數為3以上，例如由數層～20層構成。 由於各層之材料之折射率不同，故可藉由其層數或各層之厚度等控制光觸媒層55之光之透過率。藉此，可控制因光照射產生之氣體量。其結果，可選擇性地設計剝離所需之力。 4.變化例 本技術並不限定於以上所說明之實施形態。例如，於上述實施形態2中，係一體地支持光照射部20與規制體50。但是，該等亦可未必為一體，亦可構成為藉由各別之移動機構而移動。 於上述各實施形態中，亦可構成為載台17之移動機構使載台17除了於z方向上移動以外，亦於x方向上移動，來代替x移動機構31使光噴頭單元40、80於x方向上移動。 於實施形態2中，規制體之形狀為圓筒、梯形等。但是，規制體之表面亦可為橢圓面或抛物面等二次曲面，或者亦可為曲面與平面組合而成之面。 光照射部20具有線光源作為光源22。但是，亦可為光照射部具有點光源，且具有使來自該點光源之光於材料上沿y方向掃描之機構。 亦可將以上所說明之各形態之特徵部分中之至少2個特徵部分組合。 再者，本技術亦可採用如下構成。 （１） 一種造形裝置，其具備： 載台，其具有載台面； 規制體，其具有包含與上述載台面對向之規制面之表面、及設置於上述規制面之光觸媒層，藉由上述規制面規制構成形成於上述載台面之造形物之材料之於積層方向上之位置； 光照射部，其經由上述規制體之上述光觸媒層對上述材料照射光；及 移動機構，其使上述載台與上述規制體相對地移動。 （２） 如上述(1)之造形裝置，其中 上述規制面由平面構成。 （３） 如上述(1)之造形裝置，其中 上述表面進而包含上述規制面以外之區域，且以上述規制面配置於相較上述規制面以外之區域更靠近上述載台之位置的方式構成，且 至少於上述規制面設置上述光觸媒層。 （４） 如上述(3)之造形裝置，其中 上述光照射部係對處於位於上述規制面與上述載台之間之一維狀狹縫區域的上述材料照射光。 （５） 如上述(1)至(4)中任一項之造形裝置，其中 上述光觸媒層係以由不同之複數種材料形成之複數層構造構成。 （６） 如上述(1)至(5)中任一項之造形裝置，其中 上述光觸媒層包含氧化鈦及氧化鉭中之至少一者。 （７） 如上述(1)至(6)中任一項之造形裝置，其中 上述光照射部照射具有450 nm以下之波長之光。 （８） 如上述(1)至(7)中任一項之造形裝置，其中 上述光觸媒層之表面粗糙度為100 μm以下。 （９） 一種光噴頭單元，其係用於造形裝置者，該造形裝置具備： 載台，其具有載台面；及 該光噴頭單元，其與上述載台對向地配置； 且該光噴頭單元具備： 規制體，其具有包含與上述載台面對向之規制面之表面、及設置於上述規制面之光觸媒層，藉由上述規制面規制構成形成於上述載台面之造形物之材料之於積層方向上之位置；及 光照射部，其經由上述規制體之上述光觸媒層對上述材料照射光。
10‧‧‧規制體
13‧‧‧規制面
15‧‧‧光觸媒層
17‧‧‧載台
18‧‧‧載台面
19‧‧‧造形槽
20‧‧‧光照射部
22‧‧‧光源
31‧‧‧x移動機構
32‧‧‧z移動機構
40、80‧‧‧光噴頭單元
50‧‧‧規制體
53‧‧‧表面
53a‧‧‧規制面
53b‧‧‧規制面以外之區域
55‧‧‧光觸媒層
90‧‧‧規制體
93‧‧‧表面
93a‧‧‧規制面
93b‧‧‧規制面以外之區域
100‧‧‧造形裝置
130‧‧‧規制體
200‧‧‧造形裝置
P‧‧‧造形物
Q‧‧‧光硬化性樹脂
圖1係表示實施形態1之造形裝置之圖。 圖2表示實施形態2之例1之造形裝置之構成。 圖3表示實施形態2之例2之造形裝置之構成。 圖4係表示作為另一實施形態之實施形態3之光觸媒層之放大剖視圖。

Claims (9)

  1. 一種造形裝置，其具備： 載台，其具有載台面； 規制體，其具有包含與上述載台面對向之規制面之表面、及設置於上述規制面之光觸媒層，藉由上述規制面規制構成形成於上述載台面之造形物之材料之於積層方向上之位置； 光照射部，其經由上述規制體之上述光觸媒層對上述材料照射光；及 移動機構，其使上述載台與上述規制體相對地移動。
  2. 如請求項1之造形裝置，其中 上述規制面由平面構成。
  3. 如請求項1之造形裝置，其中 上述表面進而包含上述規制面以外之區域，且以上述規制面配置於相較上述規制面以外之區域更靠近上述載台之位置的方式構成，且 至少於上述規制面設置上述光觸媒層。
  4. 如請求項3之造形裝置，其中 上述光照射部係對處於位於上述規制面與上述載台之間之一維狀狹縫區域的上述材料照射光。
  5. 如請求項1之造形裝置，其中 上述光觸媒層係以由不同之複數種材料形成複數層構造構成。
  6. 如請求項1之造形裝置，其中 上述光觸媒層包含氧化鈦及氧化鉭中之至少一者。
  7. 如請求項1之造形裝置，其中 上述光照射部照射具有450 nm以下之波長之光。
  8. 如請求項1之造形裝置，其中 上述光觸媒層之表面粗糙度為100 μm以下。
  9. 一種光噴頭單元，其係用於造形裝置者，該造形裝置具備： 載台，其具有載台面；及 該光噴頭單元，其與上述載台對向地配置；且 該光噴頭單元具備： 規制體，其具有包含與上述載台面對向之規制面之表面、及設置於上述規制面之光觸媒層，藉由上述規制面規制構成形成於上述載台面之造形物之材料之於積層方向上之位置；及 光照射部，其經由上述規制體之上述光觸媒層對上述材料照射光。
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