JP2014226780A - 光造形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】美しい最下面が得られ、作業が容易な光造形方法を提供する。【解決手段】光造形方法は、光硬化性樹脂に選択的に光線を照射して光硬化性樹脂を硬化させることによって三次元形状物を昇降テーブル１５上に造形する。光造形方法は、昇降テーブル１５上に平面プレート１６を固定するサポート２１を、光硬化性樹脂に光線を照射して硬化させることで形成し、平面プレート１６をサポート２１に設置し、三次元形状物を平面プレート１６の上面１６ｃに造形する。【選択図】図３

Description

本発明は、硬化性材料に選択的に光線を照射して三次元形状物を造形する光造形方法に関する。

硬化性材料に光線を照射してその一部を硬化させ、三次元形状物を造形する光造形装置が実用化されている。この光造形装置は、ＣＡＤシステムで設計した機械部品等を容易に実体化して、設計の確認と直接的な評価とを行うことができる（例えば、特許文献１参照）。

光造形装置は、硬化性材料として液状の光硬化性樹脂で満たされた液槽中に昇降可能な昇降テーブルを備えている。液槽の上部が開口しており、上部から光線が照射される。光造形装置は、三次元形状物を造形する際に、まず、昇降テーブルを液状の光硬化性樹脂の液面から最下層の厚さ分だけ下降した高さに位置させる。光造形装置は、この状態でスキャナによって光線を必要な範囲内に走査して、最下層を光硬化させる。次に、光造形装置は、昇降テーブルを最下層から二番目の層の厚さ分だけ下降させ、同様にして二番目の層を光硬化させる。以降、光造形装置は、同様にして、下から順に一層ずつ光硬化させることによって三次元形状物を造形する。

特開２０１１−２１８８２１号公報

ところで、上記の光造形装置では、三次元形状物において美しい最下面を得たい場合には、昇降テーブルの上面に固定するプレート上に直接造形している。このプレートは、造形後に造形物とともに取り外すために、昇降テーブルに毎回固定しなければならず、作業が煩雑である。このため、美しい最下面が得られ、作業が容易な光造形方法が求められている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、美しい最下面が得られ、作業が容易な光造形方法を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
上記課題を解決する光造形方法は、硬化性材料に選択的に光線を照射して前記硬化性材料を硬化させることによって三次元形状物を昇降テーブル上に造形する光造形方法において、前記昇降テーブル上に平面プレートを固定するサポートを、前記硬化性材料に光線を照射して硬化させることで形成し、前記平面プレートを前記サポートに設置し、前記三次元形状物を前記平面プレートの上面に造形することをその要旨としている。

同構成によれば、平面プレートを固定するサポートを硬化性材料によって形成して、このサポートに平面プレートを設置して、平面プレートの上面に三次元形状物を造形する。このため、平面プレートを昇降テーブルに固定するための固定作業を行う必要がなく、三次元形状物が平面プレート上に造形されることで、美しい最下面が得られ、作業が容易である。また、サポートを複数回使えば、サポート自体の形成時間を省略することができる。

上記光造形方法について、前記平面プレートの上面にフィルムを貼った状態で、前記三次元形状物を前記平面プレートの上面に造形することが好ましい。
同構成によれば、平面プレートの上面に貼ったフィルムの上面に三次元形状物を造形する。このため、三次元形状物をフィルムとともに取り外すことで、三次元形状物を平面プレートから容易に取り外すことができる。

上記光造形方法について、前記サポートの上面の位置は、前記サポートに固定した前記平面プレートの上面の位置と一致させることが好ましい。
同構成によれば、サポートの上面の位置がサポートに固定した平面プレートの上面の位置と一致する。このため、平面プレートをサポートに設置した際に、平面プレートの上面の位置とサポートの上面の位置とが一致するか否かによって、平面プレートの高さ方向の位置をサポートの上面によって確認することができる。

上記光造形方法について、前記サポートは、前記平面プレートの各隅を固定する位置に形成することが好ましい。
同構成によれば、サポートが平面プレートの各隅を固定する位置に形成する。このため、平面プレートの全周を覆うサポートの樹脂容量よりも、サポートの樹脂容量を減らすことができる。

上記光造形方法について、造形された前記三次元形状物は、前記平面プレートに造形された状態で後処理を行うことが好ましい。
同構成によれば、造形された三次元形状物が平面プレートに造形された状態で、洗浄、ＵＶ処理や熱処理等の後処理を行う。このため、後処理の過程で、造形された三次元形状物に変形が発生することを抑制できる。

本発明によれば、美しい最下面が得られ、作業が容易にできる。

光造形装置の概略構成を示す側面図。 光造形装置の昇降テーブル、サポート、平面プレート、及び造形物の位置関係を示す上面図。 光造形装置の昇降テーブル、サポート、平面プレート、及び造形物の位置関係を示す図２の３−３断面図。 別例の光造形装置の昇降テーブル、サポート、平面プレート、及び造形物の位置関係を示す上面図。

以下、図１〜図３を参照して、光造形方法の一実施形態について説明する。本実施形態では、三次元形状物の最下面を美しくしたい場合の光造形方法を説明する。
図１に示されるように、光造形装置１０は、硬化性材料として液状の光硬化性樹脂で満たされた液槽１１と、光線を出射するレーザ１２と、レーザ１２から出射された光線を液槽１１に照射するスキャナ１３とを備えている。レーザ１２から出射された光線は、光学系装置１４を介してスキャナ１３に入射される。光造形装置１０は、液槽１１内において上下方向に昇降可能な昇降テーブル１５を備えている。光造形装置１０は、液状の光硬化性樹脂で満たされた液槽１１の昇降テーブル１５の上面に光線を選択的に照射することで液状の光硬化性樹脂を硬化して三次元形状物を造形する。造形した三次元形状物を造形物と記載する。昇降テーブル１５は、液槽１１に満たされた光硬化性樹脂が下面側から上面側へ通過し易いようにパンチングプレートが用いられる。

図２及び図３に示されるように、昇降テーブル１５の上面には、平面プレート１６を固定するサポート２１が光造形によって造形される。サポート２１は、平面プレート１６を固定できるように収容部２１ａを有した箱状に、通常の三次元形状物の造形と同様に造形される。昇降テーブル１５は、水平が補償されていない。このため、昇降テーブル１５上に光造形によってサポート２１を造形することで、サポート２１によって水平が補償される。サポート２１を複数回使用する場合には、昇降テーブル１５を光造形装置１０から取り外さなければ水平が補償される。

平面プレート１６には、十分な強度を持ち、造形後に行う洗浄、ＵＶ処理や熱処理等の後処理によって樹脂に影響を与えない材料が使用される。平面プレート１６は、例えばＳＵＳやアルミニウムからなる。平面プレート１６は、厚みが一定であり、平板状である。

サポート２１には、平面プレート１６の大きさに合わせて収容部２１ａが設けられている。サポート２１の収容部２１ａの内壁は、平面プレート１６の底面１６ａと側面１６ｂと接触する。すなわち、平面プレート１６の周囲をサポート２１が囲んでいる。平面プレート１６は、サポート２１によって固定される。サポート２１の上面２１ｂの位置は、サポート２１の収容部２１ａに収容した平面プレート１６の上面１６ｃの位置よりも低く設定されている。

三次元形状物２２は、光造形によって平面プレート１６の上面１６ｃに造形される。平面プレート１６はサポート２１によって水平が補償されている。このため、造形物は、平面プレート１６の上面１６ｃから水平補正をすることなく造形できる。

次に、前述のように構成された光造形装置１０の造形方法について説明する。
まず、造形物が造形される平面プレート１６を準備する。そして、平面プレート１６の大きさに合わせてサポート２１を設計し、昇降テーブル１５上にサポート２１を造形する。サポート２１には、平面プレート１６を収容する収容部２１ａが設けられている。

続いて、平面プレート１６を昇降テーブル１５のサポート２１上に設置する。すなわち、昇降テーブル１５を上昇させることで、サポート２１を光硬化性樹脂の液面から突出させて、サポート２１の収容部２１ａに平面プレート１６を設置する。サポート２１によって水平が補償されているので、設置された平面プレート１６の上面１６ｃは水平となっている。

続いて、昇降テーブル１５を下降させることで、平面プレート１６の上面１６ｃを光硬化性樹脂の液面直下に位置させる。そして、平面プレート１６の上面１６ｃ上に三次元形状物２２を造形する。

続いて、三次元形状物２２の造形が終了すると、造形物とともに平面プレート１６をサポート２１から取り外し、造形物に対して洗浄、ＵＶ処理や熱処理等の後処理を行う。その後、平面プレート１６から造形物を取り外す。

さて、平面プレート１６上に三次元形状物２２を造形することによって造形物の最下面を美しくすることができ、昇降テーブル１５上に造形したサポート２１によって平面プレート１６を昇降テーブル１５から容易に着脱することができる。よって、美しい最下面が得られ、作業が容易である。

以上、説明した実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）平面プレート１６を固定するサポート２１を硬化性材料によって形成して、このサポート２１に平面プレート１６を設置して、平面プレート１６の上面１６ｃに三次元形状物２２を造形する。このため、平面プレート１６を昇降テーブル１５に固定するための固定作業を行う必要がなく、三次元形状物２２が平面プレート１６上に造形されることで、美しい最下面が得られ、作業が容易である。また、サポート２１を複数回使えば、サポート２１自体の形成時間を省略することができる。

（２）サポート２１の上面２１ｂの位置がサポート２１に固定した平面プレート１６の上面１６ｃの位置よりも低い。このため、三次元形状物２２を造形する際に、光硬化性樹脂の液面が平面プレート１６の上面１６ｃに確実に行き渡らせることができる。

（３）造形された三次元形状物２２が平面プレート１６に造形された状態で、洗浄、ＵＶ処理や熱処理等の後処理を行う。このため、後処理の過程で、造形された三次元形状物２２に変形が発生することを抑制できる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
・上記実施形態では、平面プレート１６に造形物が組み付けられた状態で後処理を行った。しかしながら、造形物が後処理によって反り変形しなければ、平面プレート１６から造形物を取り外してから後処理を行ってもよい。

・上記実施形態では、平面プレート１６の全周を囲むようにサポート２１を形成した。しかしながら、図４に示されるように、平面プレート１６の４隅を固定する位置にサポート２３，２４，２５，２６を形成してもよい。サポートの形状は、平面プレート１６を固定できれば任意に設定できる。

・上記実施形態では、サポート２１の上面２１ｂの位置がサポート２１に固定した平面プレート１６の上面１６ｃの位置よりも低い。しかしながら、図３の二点鎖線で示されるように、サポート２１の上面２１ｂの位置がサポート２１に固定した平面プレート１６の上面１６ｃの位置と一致してもよい。このようにすれば、平面プレート１６をサポート２１に設置した際に、平面プレート１６の上面１６ｃの位置とサポート２１の上面２１ｂの位置とが一致するか否かによって、平面プレート１６の高さ方向の位置をサポート２１の上面２１ｂによって確認することができる。

・上記実施形態において、図３の二点鎖線で示されるように、平面プレート１６の上面１６ｃにフィルム１７を貼った状態で、三次元形状物２２を平面プレート１６の上面１６ｃに造形してもよい。このようにすれば、三次元形状物２２をフィルム１７とともに取り外すことで、三次元形状物２２を平面プレート１６から容易に取り外すことができる。

・上記実施形態において、昇降テーブル１５に対する平面プレート１６の大きさは、平面プレート１６が昇降テーブル１５よりも大きくなければ任意に設定できる。

１０…光造形装置、１１…液槽、１２…レーザ、１３…スキャナ、１４…光学系装置、１５…昇降テーブル、１６…平面プレート、１６ａ…底面、１６ｂ…側面、１６ｃ…上面、１７…フィルム、２１，２３，２４，２５，２６…サポート、２１ａ…収容部、２１ｂ…上面、２２…三次元形状物。

Claims (5)

1. 硬化性材料に選択的に光線を照射して前記硬化性材料を硬化させることによって三次元形状物を昇降テーブル上に造形する光造形方法において、
   前記昇降テーブル上に平面プレートを固定するサポートを、前記硬化性材料に光線を照射して硬化させることで形成し、
   前記平面プレートを前記サポートに設置し、
   前記三次元形状物を前記平面プレートの上面に造形する
   ことを特徴とする光造形方法。
2. 請求項１に記載の光造形方法において、
   前記平面プレートの上面にフィルムを貼った状態で、前記三次元形状物を前記平面プレートの上面に造形する
   ことを特徴とする光造形方法。
3. 請求項１又は２に記載の光造形方法において、
   前記サポートの上面の位置は、前記サポートに固定した前記平面プレートの上面の位置と一致させる
   ことを特徴とする光造形方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の光造形方法において、
   前記サポートは、前記平面プレートの各隅を固定する位置に形成する
   ことを特徴とする光造形方法。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の光造形方法において、
   造形された前記三次元形状物は、前記平面プレートに造形された状態で後処理を行う
   ことを特徴とする光造形方法。

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