JPH01232025A

JPH01232025A - 光学的造形法

Info

Publication number: JPH01232025A
Application number: JP63059851A
Authority: JP
Inventors: Katsuhide Murata; 勝英村田; Koji Kawashima; 幸司川島; Takeshi Doi; 土井　丈士
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1988-03-14
Filing date: 1988-03-14
Publication date: 1989-09-18
Anticipated expiration: 2009-12-07
Also published as: JPH0698686B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は光硬化性樹脂に光束を照射して目的形状の硬化
体を製造する光学的造形法に関する。また、本発明はノ
ズルから流出された光硬化性樹脂に光を照射して該樹脂
を硬化させつつ積み重ねるようにして３次元模型を製造
する光学的造形法に関する。

［従来の技術］光硬化性樹脂に光束を照射して、該照射部分を硬化させ
、この硬化部分を水平方向に連続させると共に、さらに
その上側に光硬化性樹脂を供給して同様にして硬化させ
ることにより上下方向にも硬化体を連続させ、これを繰
り返すことにより目的形状の硬化体を製造する光学的造
形法は特開昭６０−２４７５１５号、８２−３５９６６
号、６２−１０１４０８号などにより公知である。光束
を走査する代りにマスクを用いる方法も公知である。

また、光硬化性樹脂をノズルの先端から流出させると共
に、流出された樹脂に光を照射して樹脂を硬化させ、か
つノズルを３次元模型の断面に沿フて移動させ、硬化樹
脂を積み重ねることにより３次元模型を製造する方法も
近年開発されつつある。

［発明が解決しようとする課題］光硬化性樹脂は硬化時に約５〜２０％もの収縮を伴うの
で、上記従来法により創生された立体には歪みや亀裂が
発生し易かった。また、この立体は、その寸法精度も劣
ると共に、樹脂のみからなるところから強度も低い。

［課題を解決するための手段］本発明の光学的造形法は光硬化性樹脂に充填材を含有さ
せたことを特徴とする。

［作　用］本発明では、光硬化性樹脂に充填材を含有させたので、
光硬化性樹脂の硬化時の収縮を小さくできる。また、硬
化した樹脂の補強効果も得られる。

［実施例］第１図は第１の発明を実施するための装置の構成図であ
る。

攪拌機１０を備えた容器１１内には充填材を含有する光
硬化性樹脂１２が収容され、その液面１３に向けて光束
１４を照射するようにレンズ１５、ミラー１６、ミラー
回転駆動装置１７、光源２０等よりなる光学系が設けら
れている。

容器１１内にはテーブル２１が設置され、該テーブル２
１はエレベータ２２により昇降可能とされている。これ
ら駆動装置１７、エレベータ２２はコンピュータ２３に
より制御される。

上、記装置により硬化体を製造する場合、まずテーブル
２１上の基板２１ａを液面１３よりもわずか下方に位置
させ、光束１４を目的形状物の水平断面に倣って走査さ
せる。この走査はコンピュータ制御されたミラー１６の
回転により行なわれる。

目的形状物の一つの水平断面（この場合は底面に相当す
る部分）のすべてに光を照射した後、テーブル２１をわ
ずかに下降させ、硬化物２４の上に未硬化の光硬化性流
動物質を流入させた後、上記と同様の光照射を行う。こ
の手順を繰り返すことにより、目的形状の硬化体が得ら
れる。

上記実施例では、テーブル２１を徐々に下降させている
が、逆に光硬化性流動物質を注ぎ足すことにより、液面
１３を徐々に上昇させても良い。

また、光学系は光ファイバを採用しても良い。

さらに、光学系は静止させ、容器１１を移動させること
によって光束１４を液面１３に対し相対的に移動させる
ようにしても良い。

上記実施例は、光を液面に上方から照射するようにして
いるが、本発明においては容器１１の少なくとも所要箇
所を透光性とし、該容器１１の底面や側面などから光を
照射するようにしても良い。この場合、テーブルは成形
過程において徐々に上方に引き上げたり、側方に移動さ
せたりすれば良い。

上記実施例では光束１４を走査することにより硬化物２
４を創成しているが、本発明はこれを公知のマスク法に
通用し、例えば第２図の如く目的形状物の断面に相当す
るスリット２５を有したマスク２６を、用いても良い、
符号２７は平行光束を示す。第２図のその他の符号は第
１図と同一部材を示している。

第３図は第２の本発明方法を説明する斜視図である。符
号３０．３１はそれぞれ未硬化の光硬化性樹脂及び充填
材を貯蔵する貯槽であり、定量フィーダ３２．３３を介
して混合槽へ光硬化性樹脂及び充填材を供給可能として
いる。この混合槽３４は攪拌機３５を備えている。該混
合槽３４は配管３６及びポンプ３７を介してノズル３８
に接続されており、充填材含有光硬化性樹脂が該ノズル
３８へ供給可能とされている。該ノズル３８はロボット
装置３９のロボットアーム４０の先端に取り付けられて
おり、Ｘ％Ｙ、Ｚ方向にそれぞれ移動自在とされている
。なお、Ｘ％Ｙ％Ｚは直交する３次元座標軸を示してい
る。

符号４１は光源であり、光ファイバ４２を介してノズル
３８に接続され、該ノズル３８の先端から流出される光
硬化性樹脂に光を照射可能としている。符号４３は定量
フィーダ３２．３３、ポンプ３７、ロボット装置３９及
び光源４１を制御するコンピュータである。

このように構成された装置を用いた３次元模型の製造方
法について次に説明する。

まず、コンピュータ４３に製造しようとする３次元模型
４４の水平断面データを入力しておく。

水平断面データとは、３次元模型４４を所要の高さ方向
（Ｚ方向）の厚みごとにいわゆる輪切りを行うように水
平方向に沿フてとフた断面における形状である。第１図
の３次元模型４４は自動車のモデルであり、その車体の
ルーフ近傍付近における所要の厚さをもった断面４５の
形状が一つの水平断面データとなる。この自動車モデル
としての３次元模型４４は、多数の薄い肉厚の断面の積
み重ね体として形成され、全ての断面の形状がコンピュ
ータ４３に入力される。

コンピュータ４３に入力された水平断面データに基づい
て、コンピュータ４３はポンプ３７及びロボット装置３
９の制御を行なう。（なお、定量フィーダ３２．３３は
常に設定された割合で混合槽３４へ材料を供給するよう
に制御される。）第１図の実施例では、ベース４６の上
にまずタイヤ４７の最低部が形成され、順次その上にタ
イヤ４７の中央部から上部並びに車体４８の底部が形成
され、順次上方の部分が積み重ねられる。

符号４５で示す閉じたループ形状の断面を形成する場合
、ノズル３８はループ状の軌跡を描くように移動される
。

ノズル３８から流出した樹脂にはノズル３８の先端の投
光部から光が照射される。これにより、流出した樹脂は
直ちに硬化を開始し、既に積層されかつ所要の硬度にま
で硬化している模型４４の断面４５上に積み重ねられる
。

本発明において、前記光硬化性流動物質としては、光照
射により硬化する種々の物質を用いることができ、例え
ば変性ポリウレタンメタクリレート、オリゴエステルア
クリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレ
ート、感光性ポリイミド、アミノアルキドを挙げること
ができる。

前記光としては、使用する光硬化性流動物質に応じ、可
視光、紫外光等種々の光を用いることができる。該光は
通常の光としてもよいが、レーザ光とすることにより、
エネルギーレベルを高めて造形時間を短縮し、良好な集
光性を利用して造形精度を向上させ得るという利点を得
ることができる。

本発明において、充填材としてはケイソウ土、酸化チタ
ン等の金属酸化物、ビーズ、金粉、銀粉など従来より樹
脂に添加されてきた粉末状のいわゆるフィラーのほか、
短繊維を用いることができる。短繊維としては、気相成
長炭素繊維（カーボンウィスカ）、ｓｉｃウィスカ、ボ
ロンカーバイドウィスカ、ガラス繊維、アルミナウィス
カ、金属炭繊維等が例示される。上記充填材は２種以上
併用しても良い。

これら充填材は、これを光硬化性樹脂に混合することに
より光硬化性樹脂の硬化時の収縮を小さくし、歪や亀裂
の発生を抑制すると共に、創生された立体の寸法精度を
高める。また、特に短繊維状の充填材を採用すると、該
立体の強度を著しく高めることができる。もちろん、充
填材は増量剤としての作用も有し、光硬化性樹脂の使用
量を低減させるものであるから、それらが安価であると
きには、材料コストの低減が図れる。また、充填材とし
て着色物を用いれば、色の付いた立体を創生できる。こ
の充填材は、光硬化性樹脂１００重量部に対し例えば１
〜１００重量部の割合とりわけ５〜５０重量部の割合で
添加するのが好適である。

本発明において、特に第３図に示した態様において充填
材として短繊維を採用すると、配管３６を通過したりノ
ズル３８から流出される際に短繊維が樹脂の流れ方向に
配向することになり、結果的に創成された立体の壁面に
沿う方向に短繊維が配向するようになる。そのため、著
しく高い補強効果が発揮される。

［発明の効果］以上の通り、本発明によれば硬化収縮が小さく、歪や亀
裂が防止され、かつ仕法精度の高い高強度の立体を製造
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図は本発明の実施例に係る方法
を実施するための構成図である。１２・・・光硬化性流動物質、１４・・・光束、１６・
・・ミラー、　　　　　　２０・・・光源、２１・・・
テーブル、　　　　　２２−・・エレベータ、３４・・
・混合槽、　　　　　　３８・・・ノズル。代理人　　弁理士　　重　野　　剛

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光硬化性樹脂に光を照射し、該光の照射された部
分を硬化させると共に硬化物を積み重ねる工程を有する
光学的造形法において、該光硬化性樹脂に充填材を含有させたことを特徴とする
光学的造形法。
（２）光硬化性樹脂をノズルの先端から流出させると共
に、流出された該樹脂に光を照射して樹脂を硬化させ、
かつ該ノズルを３次元模型の断面に沿って移動させ、硬
化樹脂を積み重ねることにより３次元模型を製造する方
法において、充填材を含有した光硬化性樹脂を用いることを特徴とす
る光学的造形方法。