WO2019058515A1 - 半硬化層の形成方法及び半硬化層形成装置 - Google Patents
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- B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
Definitions
- the present disclosure relates to a forming method and a semi-cured layer forming apparatus for forming a semi-cured layer in which a curable viscous fluid is semi-cured.
- a curable viscous fluid is discharged by a discharge device, and the curable viscous fluid is cured by irradiating ultraviolet light or the like. Thereby, a hardened layer of the curable viscous fluid is formed. Irregularities may be formed on the surface of the cured layer obtained by curing the curable viscous fluid. For example, irregularities are formed on the surface of the hardened layer due to the size of droplets of the curable viscous fluid.
- the difference in height of the unevenness due to the size of the curable viscous fluid droplet may be, for example, less than several ⁇ m (micrometer) or 1 ⁇ m, and the size of the roller etc. Very small compared to.
- the planarization apparatus such as a roller, sufficient planarization can not be achieved, and there is a possibility that fine unevenness may be left on the surface of the semi-hardened layer after the planarization processing is performed.
- the present disclosure has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a method of forming a semi-cured layer and an apparatus for forming a semi-cured layer, which can further flatten the target surface of the semi-cured layer. .
- the formation method of the semi-hardened layer of this indication semi-hardens the 1st discharge process which discharges hardenability viscous fluid, and the hardening viscosity fluid discharged in the 1st discharge process.
- a first semi-hardened layer forming process for forming a first semi-hardened layer by repeating a first semi-hardening process, the first discharge process and the first semi-hardening process, and at least one of the first semi-hardened layer Part is flattened by a flattening apparatus to form a target surface on the first semi-hardened layer, a second discharge step for discharging the curable viscous fluid on the target surface, and the second discharge step
- a second semi-curing step of semi-curing the curable viscous fluid discharged in the second step, the second dispensing step and the second semi-curing step, and the first semi-cured layer is thinner than the first semi-cured layer Forming a second semi-hardened layer to form a second semi-hardened layer; .
- a semi-cured layer forming device of the present disclosure forms a semi-cured layer by semi-curing the curable viscous fluid ejected by the ejection device for ejecting the curable viscous fluid and the ejection device.
- the first semi-hardening treatment for semi-curing the curable viscous fluid discharged in the first ejection treatment by the semi-curing device, the first ejection treatment and the first semi-hardening treatment are repeated to perform the first semi-hardening treatment
- the curable viscous fluid is applied to the target surface
- the second semi-hardening treatment is repeated to form a second semi-hardening layer forming treatment that forms a second semi-hardening layer thinner than the thickness of the first semi-hardening layer.
- the difference in height of unevenness generated on the target surface before planarization due to the size of the droplet of the curable viscous fluid, Fine asperities are formed according to the size of the planarization apparatus and the like. Therefore, by discharging the curable viscous fluid to the target surface and semi-curing it, a thinner second semi-cured layer is formed on the target surface as compared to the first semi-cured layer. Thereby, the curable viscous fluid which comprises a 2nd semi-hardening layer entraps in the fine unevenness
- FIG. 1 shows a structure forming apparatus 10 which is an embodiment of the semi-hardened layer forming apparatus of the present application.
- a structure forming apparatus 10 (hereinafter, may be abbreviated to a “forming apparatus”) according to the present embodiment includes a transport device 20, a shaping unit 22, and a control device (see FIG. 4) 26.
- the transfer device 20 and the shaping unit 22 are disposed on the base 28 of the forming device 10.
- the base 28 has a generally rectangular shape, and in the following description, the longitudinal direction of the base 28 is the X-axis direction, and the short direction of the base 28 is orthogonal to both the Y-axis direction, the X-axis direction and the Y-axis direction.
- the direction is referred to as the Z-axis direction.
- the transfer device 20 includes an X-axis slide mechanism 30 and a Y-axis slide mechanism 32.
- the X-axis slide mechanism 30 has an X-axis slide rail 34 and an X-axis slider 36.
- the X-axis slide rail 34 is disposed on the base 28 so as to extend in the X-axis direction.
- the X-axis slider 36 is slidably held in the X-axis direction by the X-axis slide rail 34.
- the X-axis slide mechanism 30 has an electromagnetic motor (see FIG. 4) 38, and drives the electromagnetic motor 38 to move the X-axis slider 36 to an arbitrary position in the X-axis direction.
- the Y-axis slide mechanism 32 also has a Y-axis slide rail 50 and a stage 52.
- the Y-axis slide rail 50 is disposed on the base 28 so as to extend in the Y-axis direction.
- One end of the Y-axis slide rail 50 is connected to the X-axis slider 36.
- the Y-axis slide rail 50 is movable in the X-axis direction as the X-axis slider 36 slides.
- the stage 52 is slidably held by the Y-axis slide rail 50 in the Y-axis direction.
- the Y-axis slide mechanism 32 has an electromagnetic motor (see FIG. 4) 56, and moves the stage 52 to an arbitrary position in the Y-axis direction by driving the electromagnetic motor 56.
- the stage 52 can be moved to any position on the base 28 by driving the X-axis slide mechanism 30 and the Y-axis slide mechanism 32.
- the stage 52 has a base 60, a holding device 62, and a lifting device 64.
- the base 60 is formed in a flat plate shape, and the base material (see FIG. 2) 70 is placed on the upper surface.
- the holding devices 62 are provided on both sides in the X-axis direction of the base 60. Then, both edges in the X-axis direction of the base 70 placed on the base 60 are held by the holding device 62, whereby the base 70 is fixedly held to the base 60. Further, the lifting device 64 is disposed below the base 60, and lifts the base 60 in the Z-axis direction.
- the modeling unit 22 is a unit that models a structure on the base 70 placed on the base 60 of the stage 52, and includes a printing unit 72 and a curing unit 74.
- the printing unit 72 includes an inkjet head 76 and discharges the curable viscous fluid 77 in a thin film form on the base material 70 placed on the base 60.
- the curable viscous fluid 77 is a viscous fluid which is cured by heat, light or the like. Examples of the curable viscous fluid 77 include metal ink and ultraviolet curing resin.
- the metal ink is obtained by dispersing metal particles in a solvent, and is fired and cured by heat.
- the ultraviolet curable resin is cured by the irradiation of ultraviolet light.
- the inkjet head 76 discharges the metal ink from a plurality of nozzles, for example, by a piezo method using a piezoelectric element. Further, when the curable viscous fluid 77 is an ultraviolet curable resin, the inkjet head 76 discharges the ultraviolet curable resin from a plurality of nozzles by, for example, a piezo method using a piezoelectric element, or heats the ultraviolet curable resin. The ultraviolet curable resin is discharged from the plurality of nozzles by a thermal method in which air bubbles are generated and discharged from the nozzles.
- the discharge device in the present application is not limited to the inkjet head 76 having a plurality of nozzles, and may be, for example, a dispenser having a single nozzle. Further, the inkjet head 76 may separately include a nozzle for discharging a metal ink and a nozzle for discharging an ultraviolet curable resin, or may share a nozzle for discharging two curable viscous fluids 77.
- the curing unit 74 includes a planarization device 78 and an irradiation device 82.
- the planarizing device 78 planarizes the upper surface of the curable viscous fluid 77 discharged onto the substrate 70 by the ink jet head 76.
- the flattening device 78 includes a roller 79 and a collection unit 80.
- the roller 79 has a cylindrical shape, and rotates and moves the surface of the curable viscous fluid 77 (for example, an ultraviolet curable resin) in a flowable state under the control of the planarizing device 78 to planarize the surface. .
- the recovery unit 80 has, for example, a blade protruding toward the surface of the roller 79, and stores and discharges the curable viscous fluid 77 scraped off by the blade.
- the recovery unit 80 for example, discharges the recovered curable viscous fluid 77 to a waste liquid tank.
- the recovery unit 80 may return the recovered curable viscous fluid 77 to the supply tank again.
- the flattening device 78 flattens the surface of the curable viscous fluid 77 by scraping the excess curable viscous fluid 77 while leveling the surface of the curable viscous fluid 77.
- the irradiation device 82 is for irradiating the curable viscous fluid 77 discharged onto the base 70 with light.
- the curable viscous fluid 77 is cured by light irradiation to form a thin cured layer 86.
- the irradiation device 82 includes a laser light irradiation device 143 (see FIG. 8) that emits a laser beam.
- the irradiation device 82 bakes and hardens the metal ink by irradiating the metal ink with the laser light using the laser light irradiation device 143.
- the baking of the metal ink is a phenomenon in which evaporation of the solvent, decomposition of the metal fine particle protective film, and the like are performed by applying energy, and the metal fine particles contact or fuse to increase the conductivity. Therefore, the irradiation device 82 can form the hardened layer 86 made of metal by baking the metal ink.
- the irradiation apparatus 82 is equipped with the ultraviolet irradiation device 133 (refer FIG. 6) which irradiates an ultraviolet-ray, for example, when the curable viscous fluid 77 is ultraviolet-ray cured resin.
- the irradiation device 82 cures the ultraviolet curing resin by irradiating the ultraviolet curing resin with the ultraviolet radiation using the ultraviolet radiation device 133, and forms a cured layer 86 made of resin.
- the irradiation device 82 of the present embodiment can form a semi-cured layer in a semi-cured state based on the control of the control device 26.
- the semi-hardened state mentioned here does not reach the completely hardened state, for example, in a gel-like state in which the viscosity is increased from the state of droplets when discharged to become fluid. is there.
- the control device 26 reduces, for example, the intensity of irradiating the curable viscous fluid 77 with laser light or ultraviolet light, the number of times of irradiation, the time of irradiation, the number of times of scanning, etc., as compared with the setting at the time of complete curing.
- the curable viscous fluid 77 is brought into a semi-cured state.
- the flattening device 78 can flatten the curable viscous fluid 77 by rotating the roller 79 on the surface of the curable viscous fluid 77 in a semi-cured state.
- the control device 26 includes a controller 102, a plurality of drive circuits 104, and a storage device 106.
- the plurality of drive circuits 104 are connected to the electromagnetic motors 38 and 56, the holding device 62, the elevating device 64, the inkjet head 76, the flattening device 78, and the irradiating device 82.
- the controller 102 includes a CPU, a ROM, a RAM, and the like, is mainly composed of a computer, and is connected to a plurality of drive circuits 104.
- the storage device 106 includes a RAM, a ROM, a hard disk, and the like, and stores a control program 107 for controlling the forming apparatus 10.
- the controller 102 can control the operation of the transfer device 20 and the shaping unit 22 by executing the control program 107 by the CPU.
- the forming apparatus 10 of the present embodiment forms the cured layer 86 or the semi-cured layer by curing the thin film-like curable viscous fluid 77, and stacks a plurality of the cured layers 86 and the like.
- Form a structure of any shape For example, in the control program 107, three-dimensional data of each layer obtained by slicing a structure is set. The controller 102 discharges and hardens the curable viscous fluid 77 based on the data of the control program 107 to form a structure.
- the structure 91 includes a resin layer 93 and a metal wire 95 formed on the upper surface 93A (an example of a symmetry plane) of the resin layer 93 in the Z-axis direction.
- FIG. 6 to 8 show steps of forming the structure 91.
- the controller 102 executes the control program 107 to control each device may be simply referred to as “device is”.
- the transfer device 20 moves the base 60 means that “the controller 102 executes the control program 107 to control the operation of the transfer device 20 and moves the base 60 by the operation of the transfer device 20.
- the controller 102 executes the control program 107 to control the operation of the transfer device 20 and moves the base 60 by the operation of the transfer device 20.
- the base 70 is set on the base 60 of the stage 52 shown in FIG.
- the transfer apparatus 20 moves the stage 52 on which the base 70 is set, to the lower side of the forming unit 22.
- step 11 hereinafter simply referred to as “S” in FIG. 6, the inkjet head 76 of the printing unit 72 discharges the ultraviolet curable resin 131 onto the base 70 as the curable viscous fluid 77.
- the discharged ultraviolet curing resin 131 adheres on the substrate 70 and spreads in a thin film (S13).
- the ultraviolet irradiation device 133 of the irradiation device 82 irradiates the ultraviolet curing resin 131 on the base 70 with ultraviolet rays to semi-cure the ultraviolet curing resin 131.
- the controller 102 controls the intensity and the like of the ultraviolet light applied to the ultraviolet curable resin 131 from the ultraviolet irradiation device 133, and brings the ultraviolet curable resin 131 into a semi-cured state.
- the ink jet head 76 further discharges the ultraviolet curable resin 131 from the top of the ultraviolet curable resin 131 in the semi-cured state.
- the discharged ultraviolet curable resin 131 is laminated on the semi-cured ultraviolet curable resin 131.
- the ultraviolet irradiation device 133 again irradiates the discharged ultraviolet curable resin 131 with ultraviolet light to make the ultraviolet curable resin 131 into a semi-cured state.
- the controller 102 repeatedly executes the step of S15 (an example of the first discharge step) and the step of S17 (an example of the first semi-curing step) described above.
- the semi-cured first semi-cured layer 135 in which the ultraviolet curable resin 131 is laminated is formed on the base material 70.
- the number of times of repeating S15 and S17 is preset according to the thickness W1 of the first semi-cured layer 135 shown in S19, that is, the thickness of the semi-cured layer to be formed.
- the controller 102 repeatedly executes S15 and S17 the number of times set in the control program 107.
- the formation method of the 1st semi-hardened layer 135 is not restricted to this.
- the discharge of S17 and the step of completely curing the discharged ultraviolet curable resin 131 are repeatedly performed to form a cured layer thinner than the thickness W1.
- a semi-cured layer may be formed on the formed cured layer. That is, only the upper part of the layer to be formed may be in a semi-cured state.
- the first semi-hardened layer 135 is sliced at a predetermined thickness in the Z-axis direction, and by keeping the thickness of each sliced layer uniform, the shaping accuracy of the thickness W1 can be maintained.
- irregularities such as undulations are formed on the upper surface 135A of the first semi-hardened layer 135 due to the error of the discharge amount for each nozzle.
- unevenness due to the size of the droplets of the ultraviolet curable resin 131 is formed.
- the controller 102 rotates the roller 79 of the planarization device 78 on the upper surface 135A of the first semi-hardened layer 135 to perform planarization.
- the roller 79 is, for example, rotated in the reverse direction to the traveling direction, and scrapes the flowable ultraviolet curable resin 131.
- the scraped UV curable resin 131 adheres to the roller 79, is scraped off by a blade (not shown) of the recovery unit 80, and is recovered by the recovery unit 80.
- the size of the droplets of the ultraviolet curing resin 131, etc. becomes, for example, a size less than several ⁇ m. Possibly, it is much smaller than the size of the roller 79. For this reason, even if the first semi-cured layer 135 on which the ultraviolet curable resin 131 is laminated is flattened by the roller 79, it is difficult to flatten the surface to a minute unevenness. As shown in S21 of FIG. 7, the uneven portion 135B, which is a fine uneven portion, is formed on the upper surface 135A after being flattened by the roller 79.
- the inkjet head 76 of the present embodiment discharges the ultraviolet curable resin 131 again on the upper surface 135A of the first semi-cured layer 135 flattened by the roller 79.
- the ultraviolet irradiation device 133 irradiates ultraviolet light toward the upper surface 135A which has discharged the ultraviolet curable resin 131, and semi-cures the discharged ultraviolet irradiation device 133.
- FIG. 9 and FIG. 10 show the state of the discharged ultraviolet curing resin 131 and the uneven portion 135B.
- 9 and 10 are schematic views, and the state of the ultraviolet curing resin 131 is not strictly shown.
- the state changes shown in FIGS. 9 and 10 are an example, and the state change differs depending on the size of the droplet of the ultraviolet curable resin 131, the curing speed, the viscosity, the size of the uneven portion 135B, and the like.
- the ultraviolet curable resin 131 discharged on the upper surface 135A (see FIG. 7) of the first semi-hardened layer 135 forms a thin film layer 137 which spreads like a thin film on the upper surface 135A.
- the thickness W2 of the thin film layer 137 is thinner than the thickness W1 of the first semi-hardened layer 135.
- the thin film layer 137 is formed by setting the minimum discharge amount capable of discharging the ultraviolet curable resin 131 with the ink jet head 76 in the process of S22 shown in FIG. That is, the thickness W2 is preferably the thinnest thickness that can be formed by the inkjet head 76.
- the thickness W2 can be appropriately changed according to, for example, the size and the depth of the uneven portion 135B. For example, when the depth of the uneven portion 135B to be formed is deep, the discharge amount and the number of scans of the inkjet head 76 may be increased.
- the controller 102 repeatedly executes the process of S22 (an example of the second ejection process) and the process of S23 (an example of the second semi-curing process) described above. As a result, as shown in FIG.
- the laminated thin film layer 137 becomes the second semi-hardened layer 139 which is spread and semi-hardened so as to close the uneven portion 135B.
- the thickness W3 of the second semi-hardened layer 139 is thinner than the thickness W1 of the first semi-hardened layer 135, and is thicker than the thickness W2 of the thin film layer 137.
- the upper surface 135A is further flattened as compared with the state immediately after the flattening by the roller 79 of S21.
- the applicants of the present application conducted verification and confirmed that, for example, the surface roughness of several tens of ⁇ m formed on the upper surface 135A is improved to several ⁇ m. Therefore, for example, the intensity of the ultraviolet light irradiated in S23, the irradiation time, the number of times of irradiation, and the like can be set according to the degree of improvement of the uneven portion 135B. For example, according to the improvement of the reduction ratio of the unevenness of the upper surface 135A before and after S23, in other words, the improvement of the planarization ratio of the upper surface 135A, by adjusting the intensity of the ultraviolet light in the irradiation device 82, etc. Flattening can be achieved.
- the number of times of repeating S22 and S23, the time interval of repeating S22 and S23, and the like can be set according to the degree of improvement of the uneven portion 135B.
- the adjustment method of the ultraviolet-ray to irradiate may adjust at least one among an intensity
- the number of times of repeatedly performing S22 and S23 is small.
- the number of times of repeating S22 and S23 may be changed according to the size and depth of the uneven portion 135B.
- the ultraviolet curable resin 131 contained in the thin film layer 137 is semi-cured, and the second semi-cured layer 139 is formed on the upper surface 135A.
- the first semi-cured layer 135 and the second semi-cured layer 139 are further cured to form a cured layer.
- the ultraviolet irradiation device 133 irradiates the first semi-hardened layer 135 and the second semi-hardened layer 139 with normal ultraviolet light, for example, in order to completely cure the first semi-hardened layer 135 and the second semi-hardened layer 139. Do.
- the normal ultraviolet light referred to here is, for example, different from the ultraviolet light whose intensity and the like used for semi-hardening such as S23 are adjusted, and the first semi-hardened layer 135 and the second semi-hardened layer 139 are cured more reliably The strength and the like for this are set.
- S25 By irradiating normal ultraviolet rays in S25, as shown in S27, a hardened layer in which the first semi-hardened layer 135 and the second semi-hardened layer 139 are hardened is formed.
- This hardened layer corresponds to the resin layer 93 of FIG. That is, the resin layer 93 is thus formed.
- the free time from the end of the step S23 to the start of the step S25 may be set in accordance with the degree of improvement in which the uneven portion 135B is flattened.
- the second semi-cured layer 139 is further cured to form the resin layer 93 (cured layer). According to this, by curing the second semi-cured layer 139, it is possible to form the resin layer 93 having the uneven portion 135B with reduced fine unevenness.
- the metal wiring 95 shown in FIG. 5 is formed on the upper surface 93A of the resin layer 93 formed in S27.
- the controller 102 forms the metal wiring 95 at a predetermined position on the upper surface 93A based on the three-dimensional data of the control program 107. More specifically, in S29, the inkjet head 76 discharges the metal ink 141 on the upper surface 93A based on the control of the controller 102. Then, in S31, the laser light irradiation device 143 of the irradiation device 82 irradiates the metal ink 141 discharged on the upper surface 93A with laser light and bakes it. The controller 102 repeatedly forms the metal wiring 95 on the resin layer 93 by repeatedly executing the steps S29 and S31. Thereby, a structure 91 shown in FIG. 5 is formed.
- the step of discharging the metal ink 141 (an example of the metal fluid) on the upper surface 93A (upper surface 135A) of the resin layer 93 (an example of the hardened layer) (S29, an example of a third ejection step) and a step of curing the ejected metal ink 141 to form a metal wiring 95 on the upper surface 93A (S31, an example of a second curing step).
- the thickness of the metal wiring 95 is uniform due to the unevenness. There is a risk of failure. Then, there is a possibility that a problem such as an increase in the electric resistance of the metal wiring 95 or a disconnection may occur.
- the metal wiring 95 having a more uniform thickness can be formed by reducing even the finer unevenness of the upper surface 135A and discharging the metal ink 141 onto the reduced upper surface 135A. As a result, the electrical resistance of metal interconnection 95 can be reduced to a desired value, and the occurrence of disconnection can be suppressed.
- the controller 102 of the forming apparatus 10 performs a first discharging step (S15) of discharging the ultraviolet curing resin 131, and a first semi curing step (S17) of semi curing the ultraviolet curing resin 131 discharged in the first discharging step. Are repeated to form the first semi-cured layer 135. Further, the controller 102 planarizes the first semi-hardened layer 135 by the planarizing device 78 to form the upper surface 135A on the first semi-hardened layer 135 (S21).
- controller 102 performs a second discharging step (S22) of discharging the ultraviolet curing resin 131 on the upper surface 135A, and a second semi curing step (S23) of semi curing the ultraviolet curing resin 131 discharged in the second discharging step. , To form a second semi-hardened layer 139.
- the ultraviolet curable resin 131 is discharged again on the upper surface 135A and semi-cured to form the second semi-cured layer 139 thinner than the first semi-cured layer 135 on the upper surface 135A.
- the ultraviolet curing resin 131 which comprises the 2nd semi-hardening layer 139 entraps into the small uneven part 135B of the upper surface 135A, and reduces the unevenness of the upper surface 135A. Therefore, it becomes possible to eliminate the fine unevenness which could not be completely planarized by the planarizing device 78 and to further planarize the upper surface 135A.
- the controller 102 of the control device 26 includes a discharge unit 110, a semi-hardened portion 112, a semi-hardened layer forming portion 114, a planarizing portion 116, and a hardened portion 118.
- the ejection unit 110 or the like is, for example, a processing module realized by executing the control program 107 in the CPU of the controller 102.
- the ejection unit 110 and the like may be configured by hardware instead of software.
- the ejection unit 110 is a functional unit for ejecting the curable viscous fluid 77 by the inkjet head 76.
- the semi-cured portion 112 is a functional portion that causes the curable viscous fluid 77 to be semi-cured by the irradiation device 82.
- the semi-cured layer forming unit 114 is a functional unit that forms a semi-cured layer by repeating the discharging process and the semi-curing process.
- the planarizing unit 116 is a functional unit that planarizes the semi-hardened layer by the planarizing device 78 to form a target surface.
- the curing unit 118 is a functional unit that cures the semi-cured layer by the irradiation device 82 to form a cured layer.
- the forming apparatus 10 is an example of a semi-hardened layer forming apparatus.
- the inkjet head 76 is an example of a discharge device.
- the ultraviolet curable resin 131 is an example of a curable viscous fluid.
- the irradiation device 82 is an example of a semi-curing device and a curing device.
- the steps performed by the discharge unit 110 are an example of the first to third discharge steps.
- the process performed by the semi-hardening unit 112 is an example of a first semi-hardening process and a second semi-hardening process.
- the process performed by the semi-hardened layer forming unit 114 is an example of a first semi-hardened layer forming process and a second semi-hardened layer forming process.
- the process performed by the curing unit 118 is an example of a first curing process and a second curing process.
- the upper surface 135A is an example of a target surface.
- planarization may be performed using another curable viscous fluid 77, for example, metal ink 141 or a support material. More specifically, for example, a semi-cured layer in which the metal ink 141 is laminated is formed, and the semi-cured layer is flattened by the roller 79 and then the metal ink 141 is discharged again and semi-cured to achieve planarization. good.
- the support material is, for example, when forming the structure 91 having a desired shape in additive manufacturing, temporarily formed for forming the mold and forming the through hole, and then using a chemical material, heat, etc. It is melted and removed from the structure 91.
- a semi-hardened layer may be formed by laminating the support material, and the semi-hardened layer may be flattened by the roller 79, and then the support material may be discharged again and semi-cured to achieve flattening.
- finer irregularities formed on the surface (the surface of the structure 91 and the inner surface of the through hole) in contact with the support material can be reduced and planarization can be achieved.
- the curable viscous fluid 77 of the present application is not limited to the ultraviolet curable resin 131 and the metal ink 141, and various curable viscous fluids which are cured by light, heat or the like can be employed.
- the flattening device 78 of the present application is not limited to a rotating body such as the roller 79, and may be, for example, a blade that scrapes off the curable viscous fluid 77 on the upper surface 135A.
- ink jet head ejection device
- 78 flattening device 82 irradiation device (semi-curing device, curing device)
- controller control device
- 110 ejection portion first to third ejection steps
- 112 semi-curing portion 1st and 2nd semi-hardening process
- 114 semi-hardened layer formation part (1st and 2nd semi-hardened layer forming process
- 118 cured part (1st and 2nd hardening process
- 131 UV curable resin curable viscosity
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Abstract
半硬化層の対象とする面をより平坦化できる半硬化層の形成方法及び半硬化層形成装置を提供すること。 本開示の構造物の形成方法では、硬化性粘性流体を吐出する第1吐出工程と、第1吐出工程において吐出された硬化性粘性流体を半硬化させる第1半硬化工程と、第1吐出工程と第1半硬化工程とを繰り返して、第1半硬化層を形成する第1半硬化層形成工程と、第1半硬化層の少なくとも一部を平坦化装置により平坦化して、第1半硬化層に対象面を形成する平坦化工程と、対象面に硬化性粘性流体を吐出する第2吐出工程と、第2吐出工程において吐出された硬化性粘性流体を半硬化させる第2半硬化工程と、第2吐出工程と第2半硬化工程とを繰り返して、第1半硬化層の厚みに比べて薄い第2半硬化層を形成する第2半硬化層形成工程と、を含む。
Description
本開示は、硬化性粘性流体を半硬化させた半硬化層を形成する形成方法及び半硬化層形成装置に関する。
紫外線硬化樹脂など、硬化性粘性流体によって構造物を形成するための技術が開発されている。詳しくは、吐出装置によって硬化性粘性流体を吐出し、その硬化性粘性流体に紫外線等を照射することで硬化させる。これにより、硬化性粘性流体の硬化層が形成される。硬化性粘性流体を硬化させた硬化層の表面には、凹凸が形成される可能性がある。例えば、硬化層の表面には、硬化性粘性流体の液滴の大きさに起因した凹凸が形成される。あるいは、吐出装置のノズルのそれぞれから同時に吐出する硬化性粘性流体の量に差が生じることで、硬化層の表面には、凹凸が形成される。これに対し、下記特許文献では、硬化性粘性流体を吐出した後に、半硬化状態の半硬化層の表面をローラなどの平坦化装置によって平坦化する技術が記載されている。
しかしながら、硬化性粘性流体の液滴の大きさに起因した凹凸の高さの差は、例えば、数μm(マイクロメートル)又は1μmに満たない大きさとなる可能性があり、ローラなどの大きさに比べて極めて小さくなる。このため、ローラなどの平坦化装置では、十分に平坦化を図れず、平坦化処理を実行した後の半硬化層の表面には、細かい凹凸が残される虞がある。本開示は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、半硬化層の対象とする面をより平坦化できる半硬化層の形成方法及び半硬化層形成装置を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本開示の半硬化層の形成方法は、硬化性粘性流体を吐出する第1吐出工程と、前記第1吐出工程において吐出された前記硬化性粘性流体を半硬化させる第1半硬化工程と、前記第1吐出工程と前記第1半硬化工程とを繰り返して、第1半硬化層を形成する第1半硬化層形成工程と、前記第1半硬化層の少なくとも一部を平坦化装置により平坦化して、前記第1半硬化層に対象面を形成する平坦化工程と、前記対象面に前記硬化性粘性流体を吐出する第2吐出工程と、前記第2吐出工程において吐出された前記硬化性粘性流体を半硬化させる第2半硬化工程と、前記第2吐出工程と前記第2半硬化工程とを繰り返して、前記第1半硬化層の厚みに比べて薄い第2半硬化層を形成する第2半硬化層形成工程と、を含む。
上記課題を解決するために、本開示の半硬化層形成装置は、硬化性粘性流体を吐出する吐出装置と、前記吐出装置により吐出された前記硬化性粘性流体を半硬化させ半硬化層を形成する半硬化装置と、前記半硬化層を平坦化する平坦化装置と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記硬化性粘性流体を前記吐出装置により吐出する第1吐出処理と、前記第1吐出処理において吐出された前記硬化性粘性流体を前記半硬化装置により半硬化させる第1半硬化処理と、前記第1吐出処理と前記第1半硬化処理とを繰り返して、第1半硬化層を形成する第1半硬化層形成処理と、前記第1半硬化層の少なくとも一部を前記平坦化装置により平坦化して、前記第1半硬化層に対象面を形成する平坦化処理と、前記対象面に前記硬化性粘性流体を前記吐出装置により吐出する第2吐出処理と、前記第2吐出処理において吐出された前記硬化性粘性流体を、前記半硬化装置により半硬化させる第2半硬化処理と、前記第2吐出処理と前記第2半硬化処理とを繰り返して、前記第1半硬化層の厚みに比べて薄い第2半硬化層を形成する第2半硬化層形成処理と、を実行する。
平坦化装置によって平坦化した第1半硬化層の対象面には、硬化性粘性流体の液滴の大きさに起因して平坦化前に対象面に発生している凹凸の高さの差、平坦化装置の大きさなどに応じて細かな凹凸が形成される。そこで、さらに、対象面に硬化性粘性流体を吐出し半硬化させることで、第1半硬化層に比べて薄い第2半硬化層を対象面に形成する。これにより、第2半硬化層を構成する硬化性粘性流体は、対象面の細かな凹凸に入り込み、対象面の凹凸を低減する。従って、平坦化装置では平坦化しきれなかった細かな凹凸をなくし、対象面をより平坦化することが可能となる。
図1は、本願の半硬化層形成装置を具体化した一実施形態である構造物形成装置10を示している。本実施形態の構造物形成装置(以下、「形成装置」と略す場合がある)10は、搬送装置20と、造形ユニット22と、制御装置(図4参照)26とを備える。それら搬送装置20と造形ユニット22とは、形成装置10のベース28の上に配置されている。ベース28は、概して長方形状をなしており、以下の説明では、ベース28の長手方向をX軸方向、ベース28の短手方向をY軸方向、X軸方向及びY軸方向の両方に直交する方向をZ軸方向と称して説明する。
搬送装置20は、X軸スライド機構30と、Y軸スライド機構32とを備えている。そのX軸スライド機構30は、X軸スライドレール34と、X軸スライダ36とを有している。X軸スライドレール34は、X軸方向に延びるように、ベース28の上に配設されている。X軸スライダ36は、X軸スライドレール34によって、X軸方向にスライド可能に保持されている。さらに、X軸スライド機構30は、電磁モータ(図4参照)38を有しており、電磁モータ38の駆動により、X軸スライダ36をX軸方向の任意の位置に移動させる。
また、Y軸スライド機構32は、Y軸スライドレール50と、ステージ52とを有している。Y軸スライドレール50は、Y軸方向に延びるように、ベース28の上に配設されている。Y軸スライドレール50の一端部は、X軸スライダ36に連結されている。これにより、Y軸スライドレール50は、X軸スライダ36のスライド移動にともなって、X軸方向に移動可能とされている。ステージ52は、Y軸スライドレール50によってY軸方向にスライド可能に保持されている。さらに、Y軸スライド機構32は、電磁モータ(図4参照)56を有しており、電磁モータ56の駆動により、ステージ52をY軸方向の任意の位置に移動させる。これにより、ステージ52は、X軸スライド機構30及びY軸スライド機構32の駆動により、ベース28上の任意の位置に移動可能となっている。
ステージ52は、基台60と、保持装置62と、昇降装置64とを有している。基台60は、平板状に形成され、上面に基材(図2参照)70が載置される。保持装置62は、基台60のX軸方向の両側部に設けられている。そして、基台60に載置された基材70のX軸方向の両縁部が、保持装置62によって挟まれることで、基材70が基台60に対して固定的に保持される。また、昇降装置64は、基台60の下方に配設されており、基台60をZ軸方向に昇降させる。
造形ユニット22は、ステージ52の基台60に載置された基材70の上に構造物を造形するユニットであり、印刷部72と、硬化部74とを有している。印刷部72は、図2に示すように、インクジェットヘッド76を有しており、基台60に載置された基材70の上に、硬化性粘性流体77を薄膜状に吐出する。硬化性粘性流体77は、熱,光等により硬化する粘性流体である。硬化性粘性流体77としては、金属インクや紫外線硬化樹脂等が挙げられる。金属インクは、金属の微粒子を溶剤中に分散させたものであり、熱により焼成し、硬化する。また、紫外線硬化樹脂は、紫外線の照射により硬化する。インクジェットヘッド76は、硬化性粘性流体77が金属インクである場合には、例えば、圧電素子を用いたピエゾ方式によって複数のノズルから金属インクを吐出する。また、インクジェットヘッド76は、硬化性粘性流体77が紫外線硬化樹脂である場合には、例えば、圧電素子を用いたピエゾ方式によって複数のノズルから紫外線硬化樹脂を吐出する、あるいは紫外線硬化樹脂を加熱して気泡を発生させノズルから吐出するサーマル方式によって複数のノズルから紫外線硬化樹脂を吐出する。なお、本願における吐出装置は、複数のノズルを備えるインクジェットヘッド76に限らず、例えば、1つのノズルを備えたディスペンサーでも良い。また、インクジェットヘッド76は、金属インクを吐出するノズルと、紫外線硬化樹脂を吐出するノズルとを別々に備えてもよく、2つの硬化性粘性流体77を吐出するノズルを共用しても良い。
図3に示すように、硬化部74は、平坦化装置78と、照射装置82とを有している。平坦化装置78は、インクジェットヘッド76によって基材70の上に吐出された硬化性粘性流体77の上面を平坦化するものである。平坦化装置78は、ローラ79と、回収部80とを有している。ローラ79は、円柱形状をなし、平坦化装置78の制御に基づいて、流動可能な状態の硬化性粘性流体77(例えば、紫外線硬化樹脂)の表面を回転しながら移動し、表面を平坦化する。回収部80は、例えば、ローラ79の表面に向かって突出するブレードを有しており、ブレードで掻き取った硬化性粘性流体77を貯めて排出する。回収部80は、例えば、回収した硬化性粘性流体77を廃液タンクに排出する。なお、回収部80は、回収した硬化性粘性流体77を、再度、供給タンクに戻しても良い。平坦化装置78は、硬化性粘性流体77の表面を均しながら余剰分の硬化性粘性流体77を掻き取ることで、硬化性粘性流体77の表面を平坦化する。
また、照射装置82は、基材70の上に吐出された硬化性粘性流体77に光を照射するものである。硬化性粘性流体77は、光の照射により硬化し、薄膜状の硬化層86となる。具体的には、照射装置82は、例えば、硬化性粘性流体77が金属インクである場合に、レーザ光を照射するレーザ光照射装置143(図8参照)を備える。照射装置82は、レーザ光照射装置143によって金属インクにレーザ光を照射することで、金属インクを焼成して硬化させる。金属インクの焼成とは、エネルギーを付与することによって、溶媒の気化や金属微粒子保護膜の分解等が行われ、金属微粒子が接触または融着をすることで、導電率が高くなる現象である。このため、照射装置82は、金属インクを焼成することで、金属製の硬化層86を形成できる。また、照射装置82は、例えば、硬化性粘性流体77が紫外線硬化樹脂である場合に、紫外線を照射する紫外線照射装置133(図6参照)を備える。照射装置82は、紫外線照射装置133によって紫外線硬化樹脂に紫外線を照射することで、紫外線硬化樹脂を硬化し、樹脂製の硬化層86を形成する。
また、本実施形態の照射装置82は、制御装置26の制御に基づいて、半硬化した状態の半硬化層を造形することが可能となっている。ここでいう半硬化した状態とは、完全に硬化した状態までには至っておらず、例えば、吐出した際の液滴の状態から粘性を高めて流動的になっているジェル状のような状態である。制御装置26は、例えば、レーザ光や紫外線を硬化性粘性流体77に照射する強度、照射する回数、照射する時間、走査する回数などを、完全に硬化する際の設定に比べて減らすことで、硬化性粘性流体77を半硬化状態にする。平坦化装置78は、半硬化状態の硬化性粘性流体77の表面でローラ79を回転させることで、硬化性粘性流体77を平坦化することが可能となる。
図4に示すように、制御装置26は、コントローラ102と、複数の駆動回路104と、記憶装置106とを備えている。複数の駆動回路104は、上記電磁モータ38,56、保持装置62、昇降装置64、インクジェットヘッド76、平坦化装置78、照射装置82に接続されている。コントローラ102は、CPU,ROM,RAM等を備え、コンピュータを主体とするものであり、複数の駆動回路104に接続されている。記憶装置106は、RAM、ROM、ハードディスク等を備えており、形成装置10の制御を行う制御プログラム107が記憶されている。コントローラ102は、制御プログラム107をCPUで実行することで、搬送装置20、造形ユニット22の作動を、制御することが可能となっている。
本実施形態の形成装置10は、上述した構成によって、薄膜状の硬化性粘性流体77を硬化させることで硬化層86又は半硬化層を形成し、硬化層86等を複数、積層させることで、任意の形状の構造物を形成する。例えば、制御プログラム107には、構造物をスライスした各層の三次元のデータが設定されている。コントローラ102は、制御プログラム107のデータに基づいて、硬化性粘性流体77を吐出、硬化等させて構造物を形成する。以下の説明では、一例として、図5に示す三次元の構造物91を形成する場合について説明する。図5に示すように、構造物91は、樹脂層93と、Z軸方向における樹脂層93の上面93A(対称面の一例)に形成された金属配線95とを備えている。
図6~図8は、構造物91の形成工程を示している。以下の説明では、コントローラ102が、制御プログラム107を実行して各装置を制御することを、単に「装置が」と記載する場合がある。例えば、「搬送装置20が基台60を移動させる」とは、「コントローラ102が、制御プログラム107を実行して搬送装置20の作動を制御し、搬送装置20の作動によって基台60を移動させる」ことを意味している。
まず、図1に示すステージ52の基台60に基材70がセットされる。搬送装置20は、基材70をセットされたステージ52を、造形ユニット22の下方に移動させる。図6のステップ(以下、単に「S」と記載する)11に示すように、印刷部72のインクジェットヘッド76は、硬化性粘性流体77として紫外線硬化樹脂131を基材70の上に吐出する。吐出された紫外線硬化樹脂131は、基材70の上に付着し薄膜状に広がる(S13)。
次に、S15に示すように、照射装置82の紫外線照射装置133は、基材70上の紫外線硬化樹脂131に対して紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂131を半硬化させる。コントローラ102は、紫外線照射装置133から紫外線硬化樹脂131に照射する紫外線の強度等を制御し、紫外線硬化樹脂131を半硬化状態にする。
次に、S17に示すように、インクジェットヘッド76は、半硬化状態にした紫外線硬化樹脂131の上からさらに紫外線硬化樹脂131を吐出する。吐出された紫外線硬化樹脂131は、半硬化状態の紫外線硬化樹脂131の上に積層される。紫外線硬化樹脂131を吐出した後、紫外線照射装置133は、S15に示すように、吐出した紫外線硬化樹脂131に紫外線を再度照射し、紫外線硬化樹脂131を半硬化状態にする。
コントローラ102は、上記したS15の工程(第1吐出工程の一例)とS17の工程(第1半硬化工程の一例)とを繰り返し実行する。これにより、図7のS19に示すように、基材70の上には、紫外線硬化樹脂131を積層した半硬化状態の第1半硬化層135が形成される。例えば、制御プログラム107には、S19に示す第1半硬化層135の厚さW1、即ち、形成したい半硬化層の厚さに応じて、S15、S17を繰り返す回数が予め設定されている。コントローラ102は、この制御プログラム107に設定された回数だけ、S15、S17を繰り返し実行する。なお、上記した第1半硬化層135の形成方法では、S15と、S17を繰り返し実行したが、第1半硬化層135の形成方法はこれに限らない。例えば、S17の吐出と、吐出した紫外線硬化樹脂131を完全に硬化させる工程とを繰り返し実行し、厚さW1よりも薄い硬化層を形成する。そして、形成した硬化層の上に、半硬化層を形成してもよい。即ち、形成する層の上部のみを半硬化状態としても良い。
ここで、第1半硬化層135を、Z軸方向において所定の厚さごとにスライスし、スライスした各層の厚みを均一に保つことで、厚さW1の造形精度を維持できる。しかし、インクジェットヘッド76の複数のノズルから同時に吐出される紫外線硬化樹脂131の量を、互いに一定の量に制御することは困難となる場合がある。その結果、図7のS19に示すように、第1半硬化層135の上面135Aには、ノズルごとの吐出量の誤差に起因してうねりのような凹凸が形成される。あるいは、第1半硬化層135の上面135Aには、紫外線硬化樹脂131の液滴の大きさに起因した凹凸が形成される。
そこで、S21に示すように、コントローラ102は、第1半硬化層135の上面135Aにおいて平坦化装置78のローラ79を回転させ、平坦化を行う。S21に示すように、ローラ79は、例えば、進行方向に対して逆方向に回転され、流動可能な状態の紫外線硬化樹脂131を掻き上げる。掻き上げられた紫外線硬化樹脂131は、ローラ79に付着し、回収部80のブレード(図示略)で掻き取られて回収部80に回収される。
しかしながら、上記したノズルの吐出量の差や紫外線硬化樹脂131の液滴の大きさなどに起因して上面135Aに形成される凹凸の高さの差は、例えば、数μmに満たない大きさとなる可能性があり、ローラ79の大きさに比べて極めて小さくなる。このため、紫外線硬化樹脂131を積層した第1半硬化層135をローラ79で平坦化したとしても、細かな凹凸まで平坦化することは困難となる。図7のS21に示すように、ローラ79によって平坦化された後の上面135Aには、細かい凹凸部分である凹凸部135Bが形成される。
そこで、図7のS22に示すように、本実施形態のインクジェットヘッド76は、ローラ79によって平坦化した第1半硬化層135の上面135Aに再度、紫外線硬化樹脂131を吐出する。次に、S23に示すように、紫外線照射装置133は、紫外線硬化樹脂131を吐出した上面135Aに向かって紫外線を照射し、吐出した紫外線照射装置133を半硬化させる。
図9及び図10は、吐出した紫外線硬化樹脂131と、凹凸部135Bとの状態を示している。図9及び図10は、模式図であり、紫外線硬化樹脂131の状態を厳密に示していない。また、図9及び図10の状態変化は一例であり、紫外線硬化樹脂131の液滴の大きさ、硬化の速度、粘性、凹凸部135Bの大きさなどに応じて状態変化が異なる。図9に示すように、第1半硬化層135の上面135A(図7参照)に吐出された紫外線硬化樹脂131は、上面135Aにおいて薄膜状に広がった薄膜層137を形成する。薄膜層137の厚さW2は、第1半硬化層135の厚さW1に比べて薄い。例えば、薄膜層137は、図7に示すS22の工程において、インクジェットヘッド76で紫外線硬化樹脂131を吐出可能な最小の吐出量を設定し、上面135Aを1回だけ走査したことで形成される。即ち、厚さW2は、インクジェットヘッド76で形成可能な最も薄い厚さであることが好ましい。なお、厚さW2は、例えば、凹凸部135Bの大きさや深さに応じて適宜変更可能である。例えば、形成される凹凸部135Bの深さが深い場合、インクジェットヘッド76の吐出量や走査回数を増やしてもよい。
薄膜状に広がった薄膜層137の紫外線硬化樹脂131は、上面135Aに付着した後に凹凸部135Bに入り込む。また、薄膜層137に含まれる紫外線硬化樹脂131は、図7のS23において紫外線を照射されることで半硬化状態となる。紫外線硬化樹脂131は、紫外線を照射され粘性が変化しつつ、凹凸部135Bに入り込む。コントローラ102は、上記したS22の工程(第2吐出工程の一例)とS23の工程(第2半硬化工程の一例)を繰り返し実行する。これにより、図10に示すように、積層された薄膜層137は、凹凸部135Bを塞ぐようにして広がって半硬化した第2半硬化層139となる。第2半硬化層139の厚さW3は、例えば、第1半硬化層135の厚さW1に比べて薄く、薄膜層137の厚さW2に比べて厚くなる。そして、上面135Aは、S21のローラ79で平坦化した直後の状態に比べてより一層平坦化される。
本願の出願人は、検証を実施し、例えば、上面135Aに形成された数十μmの凹凸が数μmまで改善されることを確認した。このため、例えば、S23で照射する紫外線の強度、照射時間、照射回数等は、凹凸部135Bの改善具合に応じて設定することができる。例えば、S23の前後における上面135Aの凹凸の低減率の向上、換言すれば、上面135Aの平坦化率の向上に応じて、照射装置82における紫外線の強度等を調整することで、より上面135Aの平坦化を図ることができる。同様に、例えば、上記したS22とS23とを繰り返す回数、S22とS23を繰り返す時間間隔などは、凹凸部135Bの改善具合に応じて設定することができる。なお、照射する紫外線の調整方法は、強度、照射時間、照射回数のうち、少なくとも1つを調整しても良い。また、可能な限り薄い第2半硬化層139を形成する上では、S22とS23とを繰り返し実行する回数は少ない方が好ましい。しかしながら、凹凸部135Bの大きさや深さに応じて、S22とS23とを繰り返す回数を変更しても良い。
S22、S23を実行することで、薄膜層137に含まれる紫外線硬化樹脂131を半硬化させ、第2半硬化層139が上面135Aに形成される。次に、S25に示すように、第1半硬化層135及び第2半硬化層139を、さらに硬化させて硬化層を形成する。S25において、紫外線照射装置133は、例えば、第1半硬化層135及び第2半硬化層139を完全に硬化させるため、通常の紫外線を第1半硬化層135及び第2半硬化層139に照射する。ここでいう通常の紫外線とは、例えば、S23のような半硬化のために用いる強度等を調整した紫外線とは異なり、第1半硬化層135及び第2半硬化層139をより確実に硬化させるための強度等が設定されたものである。S25で通常の紫外線を照射することで、S27に示すように、第1半硬化層135及び第2半硬化層139を硬化させた硬化層が形成される。この硬化層は、図5の樹脂層93に対応する。即ち、これにより、樹脂層93が形成される。なお、S23の工程を終了した後からS25の工程を開始するまでの空き時間を、凹凸部135Bが平坦化される改善具合に応じて設定しても良い。
従って、上記したように、本実施形態の半硬化層の形成方法では、第2半硬化層139をさらに硬化させて樹脂層93(硬化層)を形成する。これによれば、第2半硬化層139を硬化させることで、細かな凹凸を低減した凹凸部135Bを有する樹脂層93を形成できる。
次に、図8に示すように、S27で形成した樹脂層93の上面93Aに、図5に示す金属配線95を形成する。コントローラ102は、制御プログラム107の三次元データに基づいて、上面93Aの所定箇所に金属配線95を形成する。詳述すると、S29において、インクジェットヘッド76は、コントローラ102の制御に基づいて、上面93Aに金属インク141を吐出する。そして、S31において、照射装置82のレーザ光照射装置143は、上面93Aに吐出された金属インク141にレーザ光を照射して焼成する。コントローラ102は、S29とS31の工程を繰り返し実行することで、樹脂層93の上に金属配線95を形成する。これにより、図5に示す構造物91が形成される。
従って、上記したように、本実施形態の半硬化層の形成方法では、樹脂層93(硬化層の一例)の上面93A(上面135A)に金属インク141(金属製流体の一例)を吐出する工程(S29、第3吐出工程の一例)と、吐出された金属インク141を硬化させ、上面93Aに金属配線95を形成する工程(S31、第2硬化工程の一例)を含む。
ここで、凹凸が形成された面、例えば、図7のS19やS21の上面135Aに、金属インク141を吐出及び硬化させて金属配線95を形成すると、金属配線95の厚みが、凹凸によって均一とならない虞がある。そして、金属配線95の電気抵抗の増大や、断線などの不具合が生じる虞がある。これに対し、上面135Aのより細かい凹凸までを低減し、低減した上面135Aに金属インク141を吐出等することで、より均一な厚みの金属配線95を形成することができる。その結果、金属配線95の電気抵抗を所望の値まで低減し、断線の発生を抑制することができる。
上記した実施形態によれば、以下の効果を奏する。
形成装置10のコントローラ102は、紫外線硬化樹脂131を吐出する第1吐出工程(S15)と、第1吐出工程において吐出された紫外線硬化樹脂131を半硬化させる第1半硬化工程(S17)と、を繰り返して、第1半硬化層135を形成する。また、コントローラ102は、第1半硬化層135を平坦化装置78により平坦化して、第1半硬化層135に上面135Aを形成する(S21)。さらに、コントローラ102は、上面135Aに紫外線硬化樹脂131を吐出する第2吐出工程(S22)と、第2吐出工程において吐出された紫外線硬化樹脂131を半硬化させる第2半硬化工程(S23)と、を繰り返して、第2半硬化層139を形成する。
形成装置10のコントローラ102は、紫外線硬化樹脂131を吐出する第1吐出工程(S15)と、第1吐出工程において吐出された紫外線硬化樹脂131を半硬化させる第1半硬化工程(S17)と、を繰り返して、第1半硬化層135を形成する。また、コントローラ102は、第1半硬化層135を平坦化装置78により平坦化して、第1半硬化層135に上面135Aを形成する(S21)。さらに、コントローラ102は、上面135Aに紫外線硬化樹脂131を吐出する第2吐出工程(S22)と、第2吐出工程において吐出された紫外線硬化樹脂131を半硬化させる第2半硬化工程(S23)と、を繰り返して、第2半硬化層139を形成する。
平坦化装置78によって平坦化した第1半硬化層135の上面135Aには、紫外線硬化樹脂131の液滴の大きさに起因して平坦化前に上面135Aに発生している凹凸の高さの差、ローラ79の大きさに応じて細かな凹凸部135Bが形成される。そこで、上面135Aに紫外線硬化樹脂131を再度吐出して半硬化させることで、第1半硬化層135に比べて薄い第2半硬化層139を上面135Aに形成する。これにより、第2半硬化層139を構成する紫外線硬化樹脂131は、上面135Aの細かな凹凸部135Bに入り込み、上面135Aの凹凸を低減する。従って、平坦化装置78では平坦化しきれなかった細かな凹凸をなくし、上面135Aをより平坦化することが可能となる。
なお、制御装置26のコントローラ102は、図4に示すように、吐出部110と、半硬化部112と、半硬化層形成部114と、平坦化部116と、硬化部118とを有している。吐出部110等は、例えば、コントローラ102のCPUにおいて制御プログラム107を実行することで実現される処理モジュールである。なお、吐出部110等を、ソフトウェアで構成せずに、ハードウェアで構成しても良い。
吐出部110は、インクジェットヘッド76によって硬化性粘性流体77を吐出するための機能部である。半硬化部112は、照射装置82によって硬化性粘性流体77を半硬化させる機能部である。半硬化層形成部114は、吐出工程と半硬化工程とを繰り返して、半硬化層を形成する機能部である。平坦化部116は、平坦化装置78によって半硬化層を平坦化し、対象面を形成する機能部である。硬化部118は、照射装置82によって半硬化層を硬化させ硬化層を形成する機能部である。
因みに、上記実施例において、形成装置10は、半硬化層形成装置の一例である。インクジェットヘッド76は、吐出装置の一例である。紫外線硬化樹脂131は、硬化性粘性流体の一例である。照射装置82は、半硬化装置及び硬化装置の一例である。吐出部110により実行される工程は、第1~第3吐出工程の一例である。半硬化部112により実行される工程は、第1半硬化工程及び第2半硬化工程の一例である。半硬化層形成部114により実行される工程は、第1半硬化層形成工程及び第2半硬化層形成工程の一例である。硬化部118により実行される工程は、第1硬化工程及び第2硬化工程の一例である。上面135Aは、対象面の一例である。
なお、本開示は、上記実施例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することが可能である。
上記実施形態では、平坦化を図る対象の硬化性粘性流体77として、紫外線硬化樹脂131を採用した例について説明したが、これに限らない。他の硬化性粘性流体77、例えば、金属インク141やサポート材を用いて平坦化を実施しても良い。より具体的には、例えば、金属インク141を積層した半硬化層を形成し、その半硬化層をローラ79で平坦化した後に金属インク141を再度吐出、半硬化して平坦化を図っても良い。また、サポート材とは、例えば、積層造形において所望の形状の構造物91を形成する場合に、その型取りや貫通孔の形成のために一時的に形成された後、化学材料や熱などによって溶融され構造物91から取り除かれるものである。例えば、サポート材を積層した半硬化層を形成し、その半硬化層をローラ79で平坦化した後にサポート材を再度吐出、半硬化して平坦化を図っても良い。これにより、例えば、サポート材と接触する面(構造物91の表面や貫通孔の内面)に形成されるより細かい凹凸を低減し平坦化を図れる。
また、本願の硬化性粘性流体77は、紫外線硬化樹脂131及び、金属インク141に限らず、光、熱等により硬化する種々の硬化性粘性流体を採用することが可能である。
また、本願の平坦化装置78は、ローラ79のような回転体に限らず、例えば、上面135Aの硬化性粘性流体77を掻き取るブレードでもよい。
上記実施形態では、平坦化を図る対象の硬化性粘性流体77として、紫外線硬化樹脂131を採用した例について説明したが、これに限らない。他の硬化性粘性流体77、例えば、金属インク141やサポート材を用いて平坦化を実施しても良い。より具体的には、例えば、金属インク141を積層した半硬化層を形成し、その半硬化層をローラ79で平坦化した後に金属インク141を再度吐出、半硬化して平坦化を図っても良い。また、サポート材とは、例えば、積層造形において所望の形状の構造物91を形成する場合に、その型取りや貫通孔の形成のために一時的に形成された後、化学材料や熱などによって溶融され構造物91から取り除かれるものである。例えば、サポート材を積層した半硬化層を形成し、その半硬化層をローラ79で平坦化した後にサポート材を再度吐出、半硬化して平坦化を図っても良い。これにより、例えば、サポート材と接触する面(構造物91の表面や貫通孔の内面)に形成されるより細かい凹凸を低減し平坦化を図れる。
また、本願の硬化性粘性流体77は、紫外線硬化樹脂131及び、金属インク141に限らず、光、熱等により硬化する種々の硬化性粘性流体を採用することが可能である。
また、本願の平坦化装置78は、ローラ79のような回転体に限らず、例えば、上面135Aの硬化性粘性流体77を掻き取るブレードでもよい。
76 インクジェットヘッド(吐出装置)、78 平坦化装置、82 照射装置(半硬化装置、硬化装置)、102 コントローラ(制御装置)、110 吐出部(第1~第3吐出工程)、112 半硬化部(第1及び第2半硬化工程)、114 半硬化層形成部(第1及び第2半硬化層形成工程)、118 硬化部(第1及び第2硬化工程)、131 紫外線硬化樹脂(硬化性粘性流体)。
Claims (7)
- 硬化性粘性流体を吐出する第1吐出工程と、
前記第1吐出工程において吐出された前記硬化性粘性流体を半硬化させる第1半硬化工程と、
前記第1吐出工程と前記第1半硬化工程とを繰り返して、第1半硬化層を形成する第1半硬化層形成工程と、
前記第1半硬化層の少なくとも一部を平坦化装置により平坦化して、前記第1半硬化層に対象面を形成する平坦化工程と、
前記対象面に前記硬化性粘性流体を吐出する第2吐出工程と、
前記第2吐出工程において吐出された前記硬化性粘性流体を半硬化させる第2半硬化工程と、
前記第2吐出工程と前記第2半硬化工程とを繰り返して、前記第1半硬化層の厚みに比べて薄い第2半硬化層を形成する第2半硬化層形成工程と、
を含む、半硬化層の形成方法。 - 前記半硬化層の形成方法が、
前記第2半硬化層をさらに硬化させて硬化層を形成する第1硬化工程を含む、請求項1に記載の半硬化層の形成方法。 - 前記半硬化層の形成方法が、
前記硬化層の前記対象面に金属製流体を吐出する第3吐出工程と、
前記第3吐出工程において吐出された前記金属製流体を硬化させ、前記対象面に金属配線を形成する第2硬化工程と、
を含む、請求項2に記載の半硬化層の形成方法。 - 前記硬化性粘性流体は、紫外線硬化樹脂であり、
前記第2半硬化工程は、前記紫外線硬化樹脂に照射する紫外線の強度、照射時間、照射回数のうち、少なくとも1つを低減させることで前記硬化性粘性流体を半硬化させる、請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の半硬化層の形成方法。 - 硬化性粘性流体を吐出する吐出装置と、
前記吐出装置により吐出された前記硬化性粘性流体を半硬化させ半硬化層を形成する半硬化装置と、
前記半硬化層を平坦化する平坦化装置と、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記硬化性粘性流体を前記吐出装置により吐出する第1吐出処理と、
前記第1吐出処理において吐出された前記硬化性粘性流体を前記半硬化装置により半硬化させる第1半硬化処理と、
前記第1吐出処理と前記第1半硬化処理とを繰り返して、第1半硬化層を形成する第1半硬化層形成処理と、
前記第1半硬化層の少なくとも一部を前記平坦化装置により平坦化して、前記第1半硬化層に対象面を形成する平坦化処理と、
前記対象面に前記硬化性粘性流体を前記吐出装置により吐出する第2吐出処理と、
前記第2吐出処理において吐出された前記硬化性粘性流体を、前記半硬化装置により半硬化させる第2半硬化処理と、
前記第2吐出処理と前記第2半硬化処理とを繰り返して、前記第1半硬化層の厚みに比べて薄い第2半硬化層を形成する第2半硬化層形成処理と、
を実行する、半硬化層形成装置。 - 前記第2半硬化層を硬化させる硬化装置を備え、
前記制御装置は、
前記硬化装置により前記第2半硬化層をさらに硬化させて硬化層を形成する第1硬化処理を実行する、請求項5に記載の半硬化層形成装置。 - 前記硬化性粘性流体は、紫外線硬化樹脂であり、
前記制御装置は、
前記第2半硬化処理において、前記半硬化装置を制御し、前記半硬化装置により前記紫外線硬化樹脂に照射する紫外線の強度、照射時間、照射回数のうち、少なくとも1つを低減させることで前記硬化性粘性流体を半硬化させる、請求項5又は請求項6に記載の半硬化層形成装置。
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