JPH026877A - 光硬化性流動物質及び重液を併用した光学的造形法 - Google Patents

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］ 本発明は光硬化性流動物質及び重液を併用した光学的造
形法に係り、特に目的とする形状体を高い形状精度、寸
法精度にて製造することができる光硬化性流動物質及び
重液を併用した光学的造形法に関する。

［従来の技術］ 光硬化性樹脂等の光硬化性流動物質に光を照射して、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流動物質を供給
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６０−２４７５１
５号、６２−３５９６６号、６２−１０１４０８号など
により公知であ、る。

この方法は、第３図（ａ）に示す如く、容器２０内に光
硬化性流動物質２１が収容され、光硬化性流動物１１Ｌ
２１の液面２１ａに向けて光２２を照射するように光学
系が設けられ、かつ、容器２０内には昇降可能なベース
プレート２３が設置されている装置を用い、まず、ベー
スプレート２３を液面２１ａよりもわずか下方に位置さ
せ、光２２を目的形状物の水平断面に倣って走査させる
。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、ベースプレート
２３をわずかに下降させ、硬化物の上に未硬化の光硬化
性流動物質２１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、第３図（ｂ）に
示す如く、目的形状の硬化体２４が得られる。

なお、光を走査する代わりにパターンマスクを用いて光
を照射する場合もある。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来法では、硬化させようとする光硬化性流動物質
を透過した光や、屈折した光等によって、硬化させざる
べき部分の光硬化性流動物質も硬化してしまい、得られ
る硬化体の形状精度が低いという欠点がある。即ち、例
えば、第３図（ａ）、（ｂ）に示す方法で硬化体２４を
製造する場合、第３図（ｂ）の■部の拡大図である、第
４図に示す如く、硬化層２４ａを透過した光２２ａによ
り、硬化層２４ａの下側の光硬化性流動物質２１が硬化
して液垂れのような固化物２５が硬化層２４ａの下部に
形成され、目的形状の硬化物を高い形状精度、寸法精度
で製造することができない。

また、容器２０内には光硬化性流動物質２１を少なくと
も目的形状の硬化物の高さとなるように収容しておく必
要があり、一連の操作で形成される硬化物は同一の光硬
化性流動物質よりなる単色物に限られ、異なる材質、異
なる色の光硬化性流動物質を用いて２ｆ！１以上の色を
付与することはできなかった。

更に、このように光硬化性流動物質を容器内に多量に収
容しておく必要があることから、必要とする光硬化性流
動物質量が、作製する硬化体゛に比べ著しく多量となり
、材料コストが高くつくという欠点もあった。

本発明は上記従来の問題点を解決し、目的形状の硬化体
を高い寸法精度、形状精度にて、低コストで作製するこ
とができ、しかも多色成形体や２種以上の材料を複合し
た硬化体を作製することも可能な光硬化性流動物質を併
用した光学的造形法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の光硬化性流動物質を併用した光学的造形法は、
光硬化性流動物質及び、該光硬化性流動物質よりも比重
が大きく、かつ光硬化性流動物質と非混和性の光非硬化
性の重液が収容された容器内の該光硬化性流動物質の表
面に光を照射して、目的形状体の断面形状の硬化層を形
成する第１の工程； 重液の液面レベルが該硬化層の上面に一致するように重
液を浸漬させる第２の工程；並びに形成する硬化層の厚
み分に相当する液深さになるように光硬化性物質を供給
する第３の工程；を繰り返し行うことにより光硬化性流
動物質の硬化層を積層して目的形状体を製造する方法で
ある。

［作用コ 本発明の光学的造形法では、光硬化性流動物質と、光硬
化性流動物質よりも比重が大きくかつ光硬化性流動物質
と非混和性の光非硬化性の重液（以下、単に１重液」と
称する。）とを用い、まず第１の工程において、形成す
る硬化層の鉛直方向の高さと等しい深さの光硬化性流動
物質表面に光を照射して、目的形状体の断面形状の硬化
層を形成する。次いで、第２の工程において、該硬化層
の上面に一致するように重液の液面レベルを上昇させる
。ざらに第３の工程において容器内の重液上に、形成す
る硬化層の鉛直方向の高さと等しい深さとなるように、
光硬化性流動物質を供給する。

このため、硬化層の下には、常に、重液又は前工程で形
成された硬化層が存在するようになり、硬化層の下に光
硬化性流動物質が存在することはない。従って、第４図
に示す如く、硬化層２４ａを透過した光が該硬化層２４
ａ下部の光硬化性流動物質２１を硬化させて、液垂れの
ような固化物２５ができることはなく、高い寸法精度、
形状精度にて目的とする形状体を得ることができる。

しかも、光硬化性流動物質の液面は重液により上昇させ
ることができ、従来の如く、ベースプレートを昇降させ
る機構は不要である。

更に、容器内に供給する光硬化性流動物質量は、形成す
る硬化層の高さとなる量だけ容器内にあれば良いので、
光硬化性流動物質が少量で足り、材料コストが低廉化さ
れる。

しかも、第２の工程の次の第３の工程の実施に際して異
なる光硬化性流動物質を供給することにより、材質、色
等の異なる硬化層を積層してゆくことができ、色や材質
が部分的に異なる成形体を作製することができる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する
。

第１図は本発明の実施に好適な光学的造形装置の一例を
示す断面図である。

容器１の底面にベースプレート２が載置されており、容
器１の底面及びベースプレート２に設けられた間口１ａ
に供給管３が接続され、重液タンク４内の重液５が定量
ポンプＰ＋により定量供給されるように構成されている
。符号２ａはベースプレート２に設けられた開口を示す
、また、容器１の上方からは、光硬化性流動物質タンク
６より、光硬化性流動物質７が定量ポンプＰ２により定
量供給されるように供給管８が設置されている。

容器１内の光硬化性流動物質７の液面７ａにレーザー光
９を照射するために、光ファイバ１０の先端の放射部１
０ａが容器１上方のＸ　−Ｙ　移動装置１１に取り付け
られている。光ファイバ１０の他端はシャッタ１３を介
して光源１２に接続されている。符号１４は液面センサ
及び膜厚センサであって、昇降装置１５により昇降自在
とされている。

なお、シャッタ１３、Ｘ　−Ｙ　ｉ３動装置１１、定量
ポンプＰ　Ｉ　％　Ｐ　２　％液面センサ及び膜厚セン
サ１４並びに昇降装置１５は、すべてコンピュータ１６
にて制御される。

１７は硬化層１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ・・・を
積層して得られた硬化体である。

このように構成された造形用装置により目的とする硬化
体を製造する方法について第２図（ａ）〜（ｆ）を参照
して説明する。

■　まず、第２図（ａ）の如く、容器ｉ内のベースプレ
ート２上にタンク６内の光硬化性流動物質７を所定深さ
ｄ、となるように供給する。光硬化性流動物質７の深さ
ｄ＋は形成する硬化Ｎ（第２図（ｂ）の１７８）の鉛直
方向の高さと等しくする。

■　次いで、Ｘ−Ｙ移動装置により光ファイバ１０の放
射部１０ａを目的形状物の水平断面に倣って走査させて
容器１内の光硬化性流動物質７に光を照射し、目的形状
物の底面に相当する部分の硬化層１７ａを得る（第２図
（ｂ））。硬化層１７ａはベースプレート２に密着する
。

■　その後、タンク４内の重液５を容器ｉ内に開口１ａ
、２ａより導入する。この際、センサ１４にて液面を検
出して重液５の液面５ａが硬化層１７ａの上面と等しく
なるようにする（第２図（Ｃ））。

■　再び光硬化性流動物質７を容器１内に供給し、光硬
化性流動物質７の深さｄ２を２層目の硬化層（第２図（
ｅ）の１７ｂ）の高さと等しくなるようにする（第２図
（ｄ））。この時、光硬化性流動物質７は重液５よりも
比重が小さく、重液５と非混和性であるため、両者は混
和することなく、重液５の液面５ａ及び硬化層１７ａの
上面で形成される平面上に、光硬化性流動物′Ｊｉｔ７
の均一厚さの層が形成される。

■　■と同様に光９を容器１内の光硬化性流動物質７に
照射して、目的形状物の下より第２層に相当する水平断
面の硬化層１７ｂを形成する（第２図（ｅ））。

■　■〜■と同様の操作を繰り返して、硬化層１７ｃ、
１７ｄ、１７ｅを形成し、目的形状の硬化体１７を形成
する（第２図（ｆ））。

かかる造形法によれば、第２図（ｅ）、（ｆ）から明ら
かな如く、光が照射されている光硬化性流動物質は極め
て浅い層となっており、既に硬化した硬化層の側方の部
分には光硬化性流動物質が存在しない。従って、第４図
の如き既に硬化した暦の側面に液垂れの如き固化物２５
が副生ずることが防止される。

なお、上記第２図の造形法において、容器内に注入する
光硬化性流動物質の種類を変えることにより、例えば、
硬化層１７ａと硬化層１７ｂとで光硬化性流動物質の種
類を変えることにより、異なる色、材質の層より構成さ
れる硬化物を容易に製造することができる。

本発明において、証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。

本発明においては、このような光硬化性流動物質を、目
的形状物の作製に必要な量とほぼ同程度の量しか必要と
せず、経済的である。即ち、例えば第２図（ａ）〜（ｆ
）の例において、容器内に過剰に供給した光硬化性流動
物質量は、第２図（ｆ）の７ａ、７ｂ、７ｃの部分の光
硬化性流動物質のみであり、ごく少量である。

また、重液としては、上記光硬化性流動物質よりも比重
が大きく、かつ光硬化性流動物質と非混和性の光非硬化
性の液体であれば良く、特に制限はないが、例えば、エ
チレングリコール、重水等が挙げられる。これらの重液
は再利用可能である。

本発明に用いる光としては、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。

なお、上記実施例では光フアイバケーブルを走査するこ
とにより照射光束を走査しているが、レンズにより光を
集束し、このレンズを回動させることにより照射光束を
走査しても良い。さらに、光学系は静止させ、容器を８
動させることによりて光を光硬化性流動物質の液面に対
し相対的に８動させるようにしても良い。

本発明にあっては、照射光束を走査する代わりにパター
ンマスクを用いても良い、また、液面の所望部位に光を
照射できるその他の手段を採用しても良い。

［発明の効果］ 以上詳述した通り、本発明の光硬化性流動物質及び重液
を併用した光学的造形法によれば、次のような優れた効
果が奥され、高品質の製品を低コストで効率的に製造す
ることができる。

■　硬化すべき面にのみ光硬化性流動物質が存在し、硬
化層の下に未硬化の光硬化性流動物質が存在しないため
、硬化層の透過光や屈折光により、不要部分に光硬化性
流動物質の固化物が形成されることがない。このため、
目的形状の硬化体を高い形状精度、高い寸法安定性にて
、容易かつ効率的に製造することができる。

■　昇降装置を必要とせず、動力コスト、設備コストが
低電化される。

■　製品に材質や色の異なる部分を形成することができ
装飾性に優れた製品を得ることができる。

■　光硬化性流動物質が少量で足り、材料コストが低減
される。

■　重液も再利用可能であるため、重液コストも著しく
小さい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施に好適な装置の一例を示す断面図
、第２図（ａ）〜（ｆ）は本発明の一実施方法を説明す
る断面図、第３図（ａ）、（ｂ）は従来法を示す断面図
、第４図は第３図（ｂ）のＩＶ部の拡大図である。 １・・・容器、　　　　　　　２・・・ベースプレート
、３．８・・・供給管、　　　　４．６・・・タンク、
５・・・重液、 ７・・・光硬化性流動物質、１０・・・光ファイバ、９
・・・レーザー光、　　　　１２・・・光源、１４・・
・センサ、　　　　　１６・・・コンピュータ、１７・
・・硬化体、 １７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ・・・硬化層
。 代 理 人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光硬化性流動物質及び、該光硬化性流動物質より
   も比重が大きく、かつ光硬化性流動物質と非混和性の光
   非硬化性の重液が収容された容器内の該光硬化性流動物
   質の表面に光を照射して、目的形状体の断面形状の硬化
   層を形成する第１の工程； 重液の液面レベルが該硬化層の上面に一致するように重
   液を浸漬させる第２の工程；並びに形成する硬化層の厚
   み分に相当する液深さになるように光硬化性流動質を供
   給する第３の工程；を繰り返し行うことにより光硬化性
   流動物質の硬化層を積層して目的形状体を製造する光硬
   化性流動物質及び重液を併用した光学的造形法。