JPH0479825B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光及び光硬化性流動物質を用いて所
望形状の固体を形成する光学的造形法に関する。

従来の技術及びその問題点 従来、鋳型製作時に必要とされる製品形状に対
応する模型、或いは切削加工の倣い制御用又は形
彫放電加工電極用の模型の製作は、手加工によ
り、或いはNCフライス盤等を用いたNC切削加
工により行なわれていた。しかしながら、手加工
による場合は多くの手間と熟練とを要するという
問題が存し、NC切削加工による場合は、刃物の
刃先形状変更のための交換や磨耗等を考慮した複
雑な工作プログラムを作る必要があると共に、加
工面に生じた段を除くために更に仕上げ加工を必
要とする場合があるという問題が存していた。

このような問題を解決するものとして、本発明
者は、第２図に示す光学的造形法を提案している
（特開昭60−247515号、特開昭62−101408号）。該
方法の１実施態様は、光硬化性流動物質Ａを容器
５１内に収容し、支持棒３に支持されたベースプ
レート２を、上方からの光照射により流動物質Ａ
上面からベースプレート２上面に及ぶ連続した硬
化部分が得られる深さとなるように流動物質Ａ中
に沈め、該流動物質Ａの上方から凸レンズ等の光
収束器４を介して選択的に光照射を行い、該流動
物質Ａ上面からベースプレート２上面に及ぶ硬化
部分を形成し、更に該硬化部分上において前記深
さに相当する深さをなすよう、ベースプレート２
を流動物質Ａ中に沈降させ、該流動物質Ａの上方
から選択的光照射を行つて前記硬化部分から連続
して上方へ延びた硬化部分を形成し、これらベー
スプレート２の沈降及び硬化部分の形成を繰り返
して所望形状の固体を形成するものである。第２
図に示す硬化部分Ｂは、前記所望形状の固体を形
成する途上での段階的硬化が繰り返されているも
のである。

一般に、光硬化性流動物質は、その温度上昇と
ともに粘度が低下する性質を有している。従つ
て、上述の如く、硬化部分Ｂ上に連続した硬化部
分が得られる深さだけベースプレート２を下降さ
せて該硬化部分Ｂ上に流動物質Ａを流入付加する
場合、該ベースプレート２の下降距離が極めて僅
かであることから、流動物質Ａを加熱して該流動
物質Ａの粘度を低くしておけば、上記流入付加に
要する時間を短縮することが出来る。更に、光硬
化性流動物質は、その温度上昇とともに光感度が
良好になるという特性を有している。従つて、上
記の如くに流動物質Ａを加熱することにより、該
流動物質Ａを低エネルギの光照射でもつて硬化さ
せることができ、通常用いるのと同じ光エネルギ
を有する光の照射にあつては、流動物質Ａを硬化
させるに要する時間を短縮させることもできる。

このような光硬化性流動物質の温度上昇に伴う
特性を利用するため、従来は、第３図に示すよう
に容器５１′内に電気ヒータ５２を設置し、該電
気ヒータ５２を用いて容器５１′内光硬化性流動
物質Ａの全体を加熱し、更に温度センサ５３等を
用いて温度制御を行い、該流動物質Ａを設置温度
に保持していた。しかしながら、このような流動
物質加熱方法においては、容器５１′内の全流動
物質Ａを、先ず設定温度にまで加熱しなければな
らず、流動物質Ａの量が多い場合には、固体形成
に適切な温度まで加熱するのに特に長時間を要
し、これを短縮するには、大電力及び大容量の電
気ヒータを要するという問題があつた。例えば、
１m³の光硬化性流動物質を20℃から50℃に昇温さ
せるには、該流動物質の比熱が略１であることか
ら、 10⁶×（50−20）＝３×10⁷［cal］ の加熱エネルギー要する。３相200ボルトの電源
を用いて上記エネルギを得るには、 0.24×√３×200×Ｉ×Ｔ×3600＝３×10⁷ （Ｉ：所要電流、Ｔ：所要時間） の式から、約100／Ｔ［アンペア］の電流Ｉを要す
る。所要時間Ｔを１時間とした場合、100アンペ
アの電流を要し、34kwもの電力を要することに
なる。単相100ボルト電源であれば、所要電流は
346アンペアにも達する。実際には、外気への放
熱を伴うため、より大きい値の電流、電力を必要
とし、これを換言すれば、100アンペア以上もの
電流、34kw以上もの電力を印加しても、電源投
入後から固体形成開始までに１時間を要する。ま
た、この場合、一般の３相200ボルトの電力配線
に換えて、大容量の電力配線を用いなければなら
ない。

本発明の目的は、上記問題点を解決し、少ない
エネルギの使用で済み、しかも固体形成の準備
後、短時間で該固体形成の開始をすることができ
る光学的造形法を提供することにある。

問題点を解決するための手段 本発明の前記目的は、光により硬化する光硬化
性流動物質を容器内に収容し、上下方向に延びる
支持棒に支持されたベースプレートを該流動物質
中に浸漬し、前記ベースプレートを、光照射によ
り該流動物質上面からベースプレート上面に及ぶ
連続した硬化部分が得られる深さとなるように位
置決めし、該流動物質に光を選択的に照射して該
流動物質上面からベースプレート上面に及ぶ硬化
部分を形成し、更に該硬化部分上において前記深
さに相当する深さをなすように前記ベースプレー
トを沈降させ、前記光硬化性流動物質に選択的に
光照射を行つて前記硬化部分から連続して延びた
硬化部分を形成し、これらベースプレートの沈降
及び硬化部分の形成を繰り返して所望形状の固体
を形成する光学的造形法であつて、前記ベースプ
レートとして加熱装置を具備したものを使用し、
該加熱装置を用いて前記ベースプレート上の硬化
させるべき光硬化性流動物質を加熱しつつ前記固
体形成を行うことを特徴とする光学的造形法によ
り達成される。

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。

該光硬化性流動物質に、予め顔料、セラミツク
ス粉、金属粉等の改質用材料を混入したものを使
用してもよい。

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。

実施例 以下に、本発明の実施例を、添付図面を参照し
つつ説明する。

第１図は、本発明方法を実施するための装置の
１例を示す。該装置は、光硬化性流動物質Ａを収
容する容器１と、上下方向に延びる支持棒３の下
端部に支持されたベースプレート２と、容器１上
方の光源から発せられた光を容器１中の流動物質
Ａ上面近傍で点状に収束させる光収束器４とを備
え、流動物質Ａに対し光照射位置を相対的に移動
させるようになつている。ベースプレート２は、
固体形成の基台となる平板状のプレート本体２′
と、該プレート本体２′の直下に支持された電気
ヒータ５とを備えている。プレート本体２′には、
その上面から下面に達する貫通孔７が多数分散形
成されており、電気ヒータ５は、プレート本体
２′と略同じ拡がりを有している。光源及び光収
束器４は、容器１外に固定されており、容器１に
対し、主に水平方向に移動する。この光学的造形
装置における光収束器４は、凸レンズであるが、
例えば光を反射し収束させる凹面鏡であつてもよ
い。

また、ベースプレート２を支持する支持棒３も
容器１外に固定され、該容器１に対し垂直方向に
移動する。

上記光源及び光収束器４の移動制御、又は支持
棒３の移動制御は、NC等の自動制御や人手によ
る制御等、適宜に行うことができる。

本装置を用いて所望形状の固体の造形を行うに
は、先ず容器１に光硬化性流動物質Ａを入れ、つ
ぎに支持棒３を降下させてベースプレート２を流
動物質Ａ中に浸漬し、上方からの光照射に基づき
流動物質Ａ上面からベースプレート２上面に及ぶ
連続した硬化部分が得られる深さとなるように該
ベースプレート２を位置決めする。該位置決め
後、電気ヒータ５を通電により加熱する。これに
より、電気ヒータ５近傍の加熱された流動物質Ａ
は、プレート本体２′の貫通孔７及び該プレート
本体周縁部近傍を通つて上昇し、対流によつて電
気ヒータ５上面から液面までの領域の流動物質Ａ
が温度上昇する。この後は、ベースプレート２よ
り上方の流動物質Ａが所定温度を保つように電気
ヒータ５を連続的又は断続的に通電しつつ、前述
のように、ベースプレート２の沈降と、光照射に
よる硬化部分の形成とを繰り返して所望形状の固
体を形成する。なお、流動物質Ａは、流動物質上
面付近に設置された温度センサ８の温度検知に基
づき、設定温度範囲内に保持される。

この造形法実施の過程において、プレート本体
２′上面及び電気ヒータ５上面は、流動物質上面
から極めて僅かな距離をもつて浸漬されているた
め、容器１内の流動物質Ａの量にかかわらず、該
流動物質上面とベースプレート２上面との間の流
動物質Ａは、極めて短時間で設定温度にまで加熱
され、有利な温度下での光照射による固体形成が
可能となる。また、ベースプレート２の沈降速度
は、例えば１時間に約10mmと極めて遅く、該ベー
スプレート２の１度の沈降距離は極めて僅かであ
り、硬化部分上に流入付加される流動物質Ａは、
短時間で設定温度にまで加熱される。

このように、造形初期から造形終了に至るま
で、光硬化性流動物質Ａの初期深さ分及び後の追
加分の加熱は、いずれも極く短時間に行うことが
できるので、）流動物質Ａの粘度低下に基づく
硬化部分上への流入付加時間の短縮、）付加さ
れた流動物質Ａの硬化に要する時間の短縮、が
各々確実に得られ、新たな硬化部分の形成に要す
る時間が速められ、所望形状の造形固体形成を迅
速に行い得る。

以下に、上記方法に基づき行つた光硬化性流動
物質の加熱実験を説明する。

光硬化性流動物質としてSP1507（昭和高分子(株)
製の光硬化性流動物質）を用い、該流動物質
56000c.c.を、幅600mm×奥行き400mm×高さ300mmの
容器内に入れた。また、プレート本体として幅
550mm×奥行き350mmのものを使用し、該プレート
本体下面に長さ500mmの電気ヒータ線を60mmピツ
チで取付けた。先ず、該プレート本体上面と流動
物質上面との距離が20mmとなるように、ベースプ
レートを流動物質中に浸漬し、1500wの電力を前
記電気ヒータに供給した。20℃であつたベースプ
レート上の光硬化性流動物質は、通電開始から15
分後に、固体形成開始を行い得る温度にまで上昇
した。実際には、ベースプレート上面又は硬化部
分上面と流動物質上面との距離は、上述の如く極
めて僅かであるため、前記電力供給後、固体形成
開始までに要する時間は、極めて短い時間とな
る。

なお、上記実施例においては、ベースプレート
として電気ヒータをプレート本体直下に具備した
ものを使用したが、温水等の熱媒体を循環させる
ものなど、種々の加熱装置を採用できる。また、
プレート本体内に加熱装置を具備してもよい。

発明の効果 以上から明らかなように、本発明によれば、ベ
ースプレートとして加熱装置を具備したものを使
用し、該加熱装置を用いてベースプレート上の硬
化させるべき光硬化性流動物質を加熱しつつ固体
形成を行うので、該加熱に要するエネルギを少量
とすることができ、しかも固体形成準備完了後、
短時間で該固体形成を開始することができるとい
う優れた効果を奏する光学的造形法を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは本発明の１実施例にかかる光学
的造形法を段階的に示す説明図、第２図は従来の
光学的造形法の１例を示す説明図、第３図は従来
の光学的造形法の他の例を示す説明図である。 １……容器、２……ベースプレート、３……支
持棒、４……光収束器、５……電気ヒータ、１０
……硬化部分、Ａ……光硬化性流動物質。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光により硬化する光硬化性流動物質を容器内
   に収容し、上下方向に延びる支持棒に支持された
   ベースプレートを該流動物質中に浸漬し、前記ベ
   ースプレートを、光照射により該流動物質上面か
   らベースプレート上面に及ぶ連続した硬化部分が
   得られる深さとなるように位置決めし、該流動物
   質に光を選択的に照射して該流動物質上面からベ
   ースプレート上面に及ぶ硬化部分を形成し、更に
   該硬化部分上において前記深さに相当する深さを
   なすように前記ベースプレートを沈降させ、前記
   光硬化性流動物質に選択的に光照射を行つて前記
   硬化部分から連続して延びた硬化部分を形成し、
   これらベースプレートの沈降及び硬化部分の形成
   を繰り返して所望形状の固体を形成する光学的造
   形法であつて、前記ベースプレートとして加熱装
   置を具備したものを使用し、該加熱装置を用いて
   前記ベースプレート上の硬化させるべき光硬化性
   流動物質を加熱しつつ前記固体形成を行うことを
   特徴とする光学的造形法。