JPH04118221A - 立体形状形成装置 - Google Patents

立体形状形成装置

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JPH04118221A
JPH04118221A JP2238725A JP23872590A JPH04118221A JP H04118221 A JPH04118221 A JP H04118221A JP 2238725 A JP2238725 A JP 2238725A JP 23872590 A JP23872590 A JP 23872590A JP H04118221 A JPH04118221 A JP H04118221A
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resin liquid
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直久 松下
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忠明 原田
Shusaku Nishiyama
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    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • B29C64/129Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask
    • B29C64/135Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask the energy source being concentrated, e.g. scanning lasers or focused light sources

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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】 〔概要〕 液状光硬化性樹脂の光硬化による積層を繰り返すことで
立体形状を形成する方法および装置に関し、 光硬化性樹脂の液面の所定領域に光を照射して光硬化さ
せた後、所定のピッチだけ光硬化層を下降させ、その上
の樹脂液に再び光照射するという動作を繰り返すことで
、立体形状を形成していく方法において、波の発生や液
面のレベル変動による硬化不良や加工精度の低下を防止
可能とすることを目的とし、 液状の光硬化性樹脂が入った加工槽の中に下降テーブル
を設け、 この下降テーブルの上で、該樹脂液の液面の所定領域に
光を照射して光硬化させた後、該下降テーブルを所定ピ
ッチ下降させた状態で、再び液面を所定領域のみ光硬化
させることを繰り返すことにより、立体形状を形成して
いく方法において、該加工槽中の樹脂液を常にオーバー
フローさせながら、光照射を行なうことで、立体形状を
形成する。
[産業上の利用分野〕 液状の光硬化性樹脂(以下「樹脂液」と略す)の膜に所
定の領域のみ光照射して光硬化させ、その上において同
様に樹脂液の光硬化処理を繰り返し、光硬化によって層
を重ねていくことで、所定の立体形状を形成していく手
法が知られている。
本発明は、このように液状光硬化性樹脂の光硬化による
積層を繰り返すことで立体形状を形成する方法および装
置に関する。
〔従来の技術〕 第3図は従来の立体形状形成方法を示す側面図、第4図
は同方法によって立体形状が積層形成されていく過程を
示す斜視図である。第3図に示すように、樹脂液1の入
った加工槽2の上側に、レーザ光学系3が配設され、該
レーザ光学系3は、X−Yテーブルによって、任意の領
域内をビーム走査できるようになっている。図示のよう
に、樹脂液1の液面1hにレーザ光学系3でレーザ光L
Bを照射すると、レーザ光が届いた深さだけ、樹脂液l
が光硬化される。このようにレーザ光が届く範囲内ΔZ
のピッチで間欠的に下降する下降チーフル5が、加工槽
2の中に配設され、昇降機4に連結されている。
第3図(a)に示すように、樹脂液lの液面1hからΔ
Zだけ下降テーブル5を沈ませた状態で、第4図(a)
に示すように、下降テーブル5の上側の領域において、
樹脂液1の液面1hにレーザ光LBを走査する。このと
き、X−Yテーブルによって、予め指定された領域のみ
、レーザ光学系3が走査することで、■のようにレーザ
光走査が行なわれた領域のみ、光硬化する。
第4図のO))は、こうして■の領域すべてが光硬化さ
れた状態であり、次に昇降機4によって下降テーブル5
をΔZだけ下降させ、第3図(b)の状態にする。この
状態で、第4図(C)のように再び所定領域■の液面を
光走査した後、第3図(C)のように再度下降テーブル
5をΔZだけ下降させた後、第4図(d)のように■の
領域の液面を光走査する。
このように、下降テーブル5上で、厚さΔZずつ所定領
域を光硬化させて、光硬化層を■■・・・と積層してい
くことで、所望の立体形状を作製することができ、製品
開発段階におけるモデル作製期間(試作期間)を短縮す
るうえで極めて有効である。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、レーザ光学系3を駆動するためのX−Yテー
ブルの動きや、下降テーブル5を駆動する昇降機の動き
などのために、加工槽2中の液面lhに波が発生し易い
。そのため、第5図に示すように、波の山の部分の深さ
dが、積層ピッチΔZよりも深くなり、レーザ光LBが
充分届かなくなる。
そのため、硬化不十分となり、すでに光硬化した下の硬
化層■とその上の硬化層との接着性が低下する。
また、横波が発生している部分に光照射されると、硬化
しながら流されるために、硬化位置がずれ、設計上の形
状と異なってしまう。
別の問題として、温度変化による、加工槽中の樹脂液l
の体積変化により、液面ihが上下動する。
そのために、光硬化層のピッチΔZが変動することにな
り、精度の高い形状を得られない。
すなわち、光硬化反応を促進させるために、加工槽2に
ヒータを装備して、樹脂液1を加熱することが行なわれ
る。一般に樹脂の熱膨張係数はl’C1m当たり数十μ
mと大きい。そのため、ヒータが動作する前と動作時と
では、液面1hの高さが数−一炭化する。液面1hの高
さが変動すると、光硬化層のピッチをΔZに維持できな
くなり、レーザ光照射部における液面1hからの深さが
ΔZより大きくなると、前記のように硬化不十分となり
、またレーザ光の光軸方向に液面が変動するために、レ
ーザ光のスポット径が変動し、光硬化領域が変動するこ
とで、加工精度が安定しない。
本発明の技術的課題は、このような問題に着目し、光硬
化性樹脂の液面の所定領域に光を照射して光硬化させた
後、所定のピッチだけ光硬化層を下降させ、その上の樹
脂液に再び光照射するという動作を繰り返すことで、立
体形状を形成していく方法において、波の発生や液面の
レベル変動による硬化不良や加工精度の低下を防止可能
とすることにある。
〔課題を解決するための手段〕
第1図は本発明による立体形状形成方法および立体形状
形成装置の基本原理を説明する断面図である。2は加工
槽であり、樹脂液1が入っている。
この加工槽2の上側に、レーザ光学系3などの光照射手
段が配設され、加工槽2の中には、下降テーブル5が水
平に配設されている。
この装置において、該下降テーブル5の上で、該樹脂液
1の液面1hの所定領域に光を照射して光硬化させた後
、該下降テーブル5を所定ピッチΔZだけ下降させた状
態で、再び液面1hを所定領域のみ光硬化させることを
繰り返すことにより、立体形状を形成していく。Wは、
形成途中の加工物である。
(1)本発明では、このように光硬化層を積層形成する
際に、該加工槽2中の樹脂液lを常にオーバーフローさ
せながら、光照射を行なう。
(2)また、本発明の装置は、前記のようにオーバーフ
ロー可能な加工槽2の内部に、少なくとも光照射による
光硬化処理を行なう領域を囲むように、波エネルギーを
吸収する消波手段6が配設されている。なお、必要に応
じて、加工槽底部の内側または外側にヒータ14が装備
される。
(3)  さらに、加工槽2と仕切り壁11を隔てて、
補充槽12を設けるとともに、加工槽2の底部側の位置
において、加工槽2と補充槽12とを連通する開口13
を仕切り壁11に設けである。そして、この補充槽12
に、サプンタンク9から樹脂液を補充するようになって
いる。
〔作用〕
(1)加工槽2の内部の樹脂液1が常時オーバーフロー
する状態において、液面1hから深さΔZの厚さだけ、
所定の領域において光硬化させるため、オーバーフロー
によって、液面1hのレベルが常時一定となる。しかも
、樹脂液1の温度のいかんに関係なく、一定レベルとな
るため、温度と関係なしに、常にΔZの深さのみ光硬化
でき、硬化層の厚さが一定で、精度の高い立体形状を形
成できる。
また、振動などによって液面1hに波が生じても、波立
った液面もオーバーフローし、光硬化領域に波が停滞す
るのを抑制できる。
液面1hの周囲に壁がある場合は、波が壁に当たって戻
ってくるため、波が減衰するのに時間がかかる。ところ
が、本発明のようにオーバーフローする方法では、波は
液面とともに流出するのみで、戻ってくることは有り得
ないため、波立ちの防止は一層効果的である。
(2)前記のように樹脂液lを加工槽2からオーバーフ
ローさせることで、波の発生を抑制できるが、加工槽2
の内部に、少なくとも光照射による光硬化処理を行なう
領域を囲むように、波エネルギーを吸収する消波手段6
を配設した構成とすることで、消波手段6によって波エ
ネルギーが減衰され、波による凹凸のない、水平な液面
となる。
その結果、波立ちによって樹脂液の深さが変化し、レー
ザ光のスポット径が変化して加工精度が落ちたり、光硬
化が不十分で、未硬化部が発生し、下側の既硬化部との
接着不良が生じるなどの問題が解消される。
(3)また、オーバーフローを維持できるように樹脂液
を補うために、請求項3に記載のように、補充槽12に
サブタンク9から樹脂液を補充するが、加工槽2と補充
槽12が仕切り壁11で仕切られているため、加工槽2
の液面1hが波立たないように補充することができる。
(実施例] 次に本発明による立体形状形成方法および立体形状形成
装置が実際上どのように具体化されるかを実施例で説明
する。本発明の方法によって、加工槽2中の樹脂液1を
オーバーフローさせるには、第2図に示すように加工槽
2の開口の金縁を一定高さとすることで、全周からオー
バーフローさせるのが有効であるが、部分的に壁を要す
る場合は、オーバーフローが不可能な壁を部分的に有す
る装置でも差支えない。加工槽2からのオーバーフロー
量は、液面1hを常に一定高さに維持できる範囲で、よ
り少ない方が、光硬化途中の樹脂が流れるのを防止する
上で有効である。
光硬化性の樹脂液としては、光硬化に使用される光によ
って異なるが、He−Cd レーザの場合は、エポキシ
系の樹脂が通し、アルゴンレーザの場合は、アクリル系
の樹脂が通している。なお、特願平1−274444に
記載のように、レーザ光で走査するのでなく、断面積の
大きな光を使用して、−瞬に光硬化させることもできる
第2図は本発明による立体形状形成装置の実施例を示す
部分断面斜視図である。加工槽2の中には、昇降機で上
下動される下降テーブル5が配設され、加工槽2の内壁
には、先の尖った多数の突起からなる消波手段6が設け
られている。
そして、加工槽2の上方に、X−Yテーブル15で走査
されるレーザ光学系3が配設されている。
加工槽2は、仕切り壁11によって、補充槽12から仕
切られており、仕切り壁11の下側で、補充槽12と加
工槽2が連通している。この補充槽12に、サブタンク
9から樹脂液を補充することで、補充時に加工槽2の液
面が波立つのを防止している。
加工槽2の外周には、オーバーフローした樹脂液を回収
するために、受は槽7を設け、受は槽7にオーバーフロ
ーした樹脂液1aを、ポンプ8でサブタンク9に回収し
、戻し管10で補充槽12に補充するようになっている
。このとき、液面1hの波立ちを防止するために、仕切
り壁11の加工槽2例の内壁にも、前記の消波手段6が
配設される。
消波手段6は、いろいろな構成が可能であるが、先端が
尖った突起を多数有する構成が効果的である。
なお、受は槽7からサブタンク9に樹脂液をポンプアッ
プするのでなく、受は槽7から回収槽に流して溜めてお
き、所定時間ごとにサブタンク9に補充しておくことも
できる。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、加工槽2の内部における
光硬化性樹脂液1の液面1hを光硬化させた後、既に光
硬化した層を所定ピッチ下降させて、再度液面を光硬化
させる動作を繰り返すことで立体形状を形成する際に、
常時樹脂液をオーバーフローさせるため、液面のレベル
変動や波立ちが抑制され、完成した立体形状品の寸法精
度が低下したり、未硬化により硬化層と接着不良となる
などの問題が解消される。
また、加工槽2の内壁に消波手段6を設けたり、サブタ
ンク9から樹脂液を補充するための補充槽12を仕切り
壁11によって加工槽2から仕切るなどの構成により、
加工槽2の液面の波立ちを防止すると共に、発生した波
を効果的に消去でき、波立ちによる寸法精度の低下や硬
化不良も防止できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による立体形状形成方法および立体形状
形成装置の基本原理を説明する断面図、第2図は本発明
による立体形状形成装置の実施例を示す部分断面斜視図
、 第3図は従来の立体形状形成方法を示す側面図、第4図
は同立体形状形成方法による積層過程を示す斜視図、 第5図は従来の立体形状形成方法における波立ちによる
影響を説明する側面図である。 図において、1は液状光硬化性樹脂(樹脂液)、lhは
液面、2は加工槽、3はレーザ光学系、LBはレーザ光
、5は下降テーブル、■・■・・・は1層目・2層目の
硬化層、Wは加工物、6は消波手段、7は受は槽、9は
サブタンク、11は仕切り壁、12は補充槽、13は開
口、14はヒータをそれぞれ示す。 特許出願人     富士通株式会社 復代理人 弁理士  福 島 康 文 淑立ち1菟グ1響 勇5閘

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、液状の光硬化性樹脂(1)が入った加工槽(2)の
    中に下降テーブル(5)を設け、この下降テーブル(5
    )の上で、該樹脂液(1)の液面(1h)の所定領域に
    光を照射して光硬化させた後、該下降テーブル(5)を
    所定ピッチ下降させた状態で、再び液面(1h)を所定
    領域のみ光硬化させることを繰り返すことにより、立体
    形状を形成していく方法において、 該加工槽(2)中の樹脂液(1)を常にオーバーフロー
    させながら、光照射を行なうことを特徴とする立体形状
    形成方法。 2、請求項1記載の加工槽(2)の内部に、少なくとも
    光照射による光硬化処理を行なう領域を囲むように、波
    エネルギーを吸収する消波手段(6)を設けたことを特
    徴とする立体形状形成装置。 3、請求項1記載の加工槽(2)と仕切り壁(11)を
    隔てて、補充槽(12)を設け、加工槽(2)の底部側
    の位置において、加工槽(2)と補充槽(12)とを連
    通する開口(13)を仕切り壁(11)に設け、 サブンタンク(9)から補充槽(12)に樹脂液を補充
    する構成としたことを特徴とする立体形状形成装置。
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