JPH06155587A

JPH06155587A - 三次元形状造形物の成形方法

Info

Publication number: JPH06155587A
Application number: JP4313755A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Uchinono; 内野々良幸; Yoshikazu Azuma; 喜万東
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1992-11-24
Filing date: 1992-11-24
Publication date: 1994-06-03
Anticipated expiration: 2015-10-03
Also published as: JP3095302B2

Abstract

(57)【要約】【目的】光硬化性樹脂を用いて三次元形状を有する造
形物を成形する方法において、造形物が成形台上から分
離したり移動変形したりするのを阻止して、造形物の形
状精度や品質を向上させることのできる方法を提供す
る。【構成】光硬化性樹脂２０に光４０を照射して光硬化
層を形成し、この光硬化層を複数層積み重ねて所望の三
次元形状を有する造形物を成形する方法であり、成形台
１０上に、前記造形物と同じ方法で造形物の支持部材３
０を成形し、この支持部材３０の上に造形物を成形する
方法において、成形台１０の、一部が張り出した掛止孔
１２や掛止突起、網状部材と、支持部材３０の掛止部３
２との掛止作用で、支持部材３０が水平および垂直方向
に移動せず成形台１０に掛止固定されるように、支持部
材３０を成形しておく。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、三次元形状造形物の
成形方法に関し、詳しくは、光の照射によって硬化する
光硬化性樹脂を用いて、立体的な三次元形状を有する造
形物を成形製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光硬化性樹脂を用いて三次元形状造形物
を成形する方法は、複雑な三次元形状を、成形型や特別
な加工工具等を用いることなく、簡単かつ正確に形成す
ることができる方法として、各種の製品モデルや立体模
型の製造等に利用することが考えられている。具体的に
は、例えば、特開昭６１−１１４８１７号公報や特開昭
６３−１４１７２４号公報、特開昭６０−２４７５１５
号公報などに開示された方法がある。

【０００３】例えば、特開昭６３−１４１７２４号公報
の方法は、樹脂液の中に沈めた昇降自在な成形台を、樹
脂液の液面直下に配置して、液面にレーザ光を照射し、
成形台の上の樹脂液層を光硬化させて光硬化層を形成
し、つぎに、成形台を少し沈めた後、前記同様の作業を
行うという工程を繰り返すことにより、複数層の光硬化
層を積み重ねていく。その他の方法も、まず、光硬化性
樹脂に所定パターンで光を照射して光硬化層を形成し、
このような光硬化層を順次積み重ねて、所望の三次元形
状を備えた造形物を得るようにしている点では、共通し
ている。

【０００４】この方法で、たとえば、造形物の底面が曲
面形状であったり複雑な凹凸があったりした場合、平坦
な成形台の上にそのまま造形物を成形していくと、造形
物が安定して支持されず、成形工程中に、成形台の上で
造形物が移動したり変形したりする問題がある。また、
成形台の上に直接、造形物を成形すると、成形台から造
形物を取り出す際に、造形物の一部が成形台に付着した
まま残ったり、造形物の一部が壊れたり傷がついたりす
る問題がある。

【０００５】そのため、成形台の上に、造形物と同じ方
法、すなわち樹脂液を光硬化させる方法で成形された支
持部材を形成した後、この支持部材の上に造形物を成形
する方法が提案されている。具体的には、特開平２−５
２７２５号公報に開示された方法がある。さらに、図１
７および図１８に示す方法も考えられている。この方法
は、成形台Ａに多数の貫通孔ａを形成しておき、この成
形台Ａの上に、図１７に示すような格子枠状の支持部材
Ｂを成形し、この支持枠Ｂの上に造形物Ｃを成形する。
図１８(a) に示すように、成形開始時に、成形台Ａの上
面を樹脂液Ｄの液面に配置して、レーザ光Ｅを照射する
と、貫通孔ａの内部で樹脂液Ｄが光硬化ｂする。図１８
(b) に示すように、成形台Ａを段階的に沈めながら、支
持部材Ｂおよび造形物Ｃの成形を行うと、支持部材Ｂの
底面に、成形台Ａの貫通孔ａに嵌まり込んだ突起部ｂが
存在するので、成形台Ａに対する支持部材Ｂの支持固定
が確実に行えるというものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記した支
持部材を利用する方法では、成形工程中に、成形台と支
持部材との間、あるいは、支持部材と造形物との間が分
離してしまって、支持部材の機能が十分に果たされず、
造形物が変形したり移動したりしてしまうという問題が
あった。

【０００７】まず、平坦な成形台の上に支持部材を形成
しただけでは、支持部材が成形台に対してずれたり剥が
れたりし易い。特に、光硬化性樹脂を硬化させると、硬
化収縮による変形が生じることが判っており、支持部材
および造形物を成形する際にも、硬化収縮によって、形
状の歪みや反りが生じるので、支持部材および造形物が
成形台から剥がれ易くなるのである。

【０００８】前記した図１７、図１８の方法のように、
成形台に貫通孔を設け、この貫通孔に支持部材の突起部
が嵌まり込むようにしておけば、成形台に対して支持部
材が水平方向にずれるのは、ある程度防止できるが、支
持部材が垂直方向に移動もしくは変形すれば、突起部は
貫通孔から容易に抜けてしまうので、変形を阻止するこ
とはできない。

【０００９】上記説明は、支持部材が成形台から分離す
る場合について説明したが、支持部材と造形物が分離し
てしまうこともある。支持部材と造形物は、同じ光硬化
樹脂で連続的に成形されるので、支持部材と成形台の間
に比べれば、剥がれることは少ないが、両者の硬化収縮
量の違いなどによって、造形物が支持部材から剥がれて
しまうこともある。特に、剛体である成形台の上に載置
されている支持部材は、成形台に規制されてあまり変形
できないが、造形物はこのような規制がないので、硬化
収縮による変形が大きくあらわれ、支持部材との間にず
れや剥がれが生じ易くなるのである。

【００１０】つぎに、造形物が硬化収縮による変形をす
ると、造形物の形状精度が低下するという問題がある。
支持部材には、造形物の変形を規制するという機能も有
しているが、前記したように、支持部材と造形物が分離
してしまえば、このような機能は全く発揮できない。し
たがって、従来技術の問題点としては、成形台と支持部
材の分離、支持部材と造形物の分離、および、造形物の
変形という、３点があるとともに、これらの問題は、互
いに関連して発生し、造形物の形状精度や品質に大きな
悪影響を及ぼすことになる。

【００１１】そこで、この発明の課題は、前記のような
従来技術において、成形台と支持部材、あるいは、支持
部材と造形物とが分離したり移動変形したりするのを阻
止して、造形物の形状精度や品質を向上させることので
きる方法を提供することにある。また、造形物の反りや
変形を阻止して、その形状精度や品質を向上させること
のできる方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する、こ
の発明にかかる三次元形状造形物の成形方法のうち、請
求項１の方法は、光硬化性樹脂に光を照射して光硬化層
を形成し、この光硬化層を複数層積み重ねて所望の三次
元形状を有する造形物を成形する方法であり、成形台上
に、前記造形物と同じ方法で造形物の支持部材を成形
し、この支持部材の上に造形物を成形する方法におい
て、前記支持部材を、成形台に掛止固定されるように成
形しておく。

【００１３】光硬化性樹脂としては、従来の三次元形状
造形物の成形方法でも用いられている各種の光硬化性樹
脂が用いられる。具体的には、ウレタン、ウレタン−ア
クリレート、エポキシ、エポキシ−アクリレート系の光
硬化性樹脂などが挙げられる。光硬化性樹脂の供給方
法、光の照射方法、光硬化層の形成方法、光硬化層の積
み重ね方法など、三次元形状造形物を成形するための基
本的な技術は、従来知られているような通常の方法や装
置がそのまま適用できる。

【００１４】この発明では、成形台上に支持部材を介し
て造形物を成形する。支持部材の基本的な形状構造は、
造形物の形状構造に合わせて自由に設定でき、基本的な
構造は、従来の成形方法と同様でよい。支持部材の基本
構造としては、成形台の上に立設される柱状のもの、壁
状のもの、台状のものなどがあり、より具体的には、た
とえば、垂直な壁が縦横に格子状に配置された格子枠状
の支持部材を用いれば、様々な構造の造形物を確実に支
持することができる。

【００１５】支持部材を成形台に掛止固定するとは、支
持部材が成形台に対して、成形台の表面と平行な方向お
よびこれと直交する方向、すなわち、水平方向および垂
直方向の何れにも移動もしくは変形できないように、水
平および垂直方向の凹凸構造によって、互いに引っ掛け
られた形で固定されていることを言う。たとえば、前記
した従来技術のように、成形台の垂直な貫通孔に支持部
材の突起部が嵌まり込んでいるだけでは、垂直方向に移
動可能であるので、この発明に言う掛止固定には該当し
ない。

【００１６】請求項２〜８の方法は、それぞれ具体的な
掛止固定手段が異なる方法を示している。成形台に、表
面側よりも奥側が、成形台の表面と平行な方向に張り出
した掛止孔を設けておき、この掛止孔の内部から支持部
材の成形を開始すれば、掛止孔の形状に対応する掛止部
を備えた支持部材が成形される。この掛止部と掛止孔と
の掛止作用により、支持部材を成形台に掛止固定させる
ことができる。

【００１７】掛止孔は、成形台の表から裏まで貫通して
いてもよいし、表から途中までしか形成されいない有底
孔であってもよい。掛止孔は、深さ方向において、表面
側の１水平断面と、これよりも奥側の１水平断面を比べ
たときに、奥側の外周形状の少なくとも１部が、表面側
の外周形状よりも外側に張り出していればよい。張り出
した部分が１個所でもあれば、その他の部分は、表面側
の外周形状と全く同じであってもよいし、表面側の外周
形状よりも内側に入っているようであってもよい。

【００１８】掛止孔の構造は、支持部材の掛止固定強度
の高さや加工の容易さなどを考慮して自由に設定できる
が、たとえば、掛止孔を、表面側から裏面側へと傾斜す
るテーパー孔に形成しておいたり、段付き孔に形成して
おいたり、掛止孔の側壁に放射方向の凹みを形成してお
いたりすることができる。掛止孔の中心線を深さ方向で
傾斜させておくだけでもよい。掛止孔の断面形状は、円
形、楕円形などの曲線形状、あるいは、四角形その他の
多角形などの直線形状、あるいは曲線形状と直線形状を
組み合わせた形状などが自由に採用できる。

【００１９】掛止孔の奥側で、表面側よりも張り出した
部分の張り出し量は、成形時に、成形台の上から照射さ
れた光が、上記張り出し部分の樹脂をも光硬化できる程
度に設定しておく。光硬化性樹脂は、光の照射範囲より
も広い一定範囲が光硬化を起こすので、張り出し部分に
直接光が照射されなくても、光硬化を起こさせることが
できる。但し、成形台が非透光性材料からなる場合に
は、張り出し量が大き過ぎると、その部分の樹脂を光硬
化させることができない。成形台全体あるいは掛止孔の
部分を、透光性材料で構成しておいた場合には、張り出
し量が大きくても、樹脂の光硬化は可能である。

【００２０】掛止孔は、成形台の全体、あるいは、支持
部材を成形する個所のみに、適当な間隔で配置しておけ
ばよい。掛止孔の間隔や外径によって、支持部材の固定
力が調整できる。つぎに、上記掛止孔の代わりに、成形
台に、表面から上方に突出し、根元側よりも先端側が、
成形台表面と平行な方向に張り出した掛止突起を設けて
おき、この掛止突起の位置から支持部材の成形を開始す
れば、掛止突起の間に形成された掛止部と掛止突起の掛
止作用で、上記同様に、支持部材を成形台に掛止固定さ
せることができる。

【００２１】掛止突起の形状構造、配置などは、上記し
た掛止孔の場合と同様でよい。掛止突起の具体的形状と
しては、前記掛止孔の形状を反対にした形状が採用でき
る。たとえば、逆円錐台状、逆四角錐台状、傾斜円柱
状、傘状などが挙げられる。掛止突起の高さは、掛止突
起の位置に成形された支持部材と掛止突起との間に作用
する固定力で、支持部材あるいは造形物が確実に支持固
定されればよい。

【００２２】支持部材を成形する際には、成形台の表面
すなわち掛止突起の根元位置から、光硬化層の形成すな
わち支持部材の成形を開始してもよいが、前記した張り
出し部分よりも根元側であれば、掛止突起の高さ方向の
途中から支持部材の成形を開始するようにしてもよい。
支持部材の成形開始位置は、成形台を樹脂液に段階的に
沈めながら光の照射を行う場合には、成形台を樹脂液の
液面からどの程度の深さまで沈めた状態から、光の照射
すなわち成形を開始するかで、自由に調整することがで
きる。

【００２３】つぎに、成形台に表面から裏面側まで貫通
する掛止孔を設けておき、成形台の裏面側から支持部材
の成形を開始すれば、掛止孔の裏側外側から掛止孔の内
部にわたる掛止部が形成され、この支持部材の掛止部と
成形台の掛止孔の裏面縁部との掛止作用で、支持部材を
成形台に掛止固定することができる。この場合、掛止孔
は、前記した掛止孔のように、孔内部に張り出し部分が
なくともよく、通常の垂直円柱孔などが採用できる。成
形台の裏面側から支持部材の成形を開始するには、成形
台を樹脂液に段階的に沈めながら光の照射を行う場合に
は、成形台の裏面を、樹脂液のほぼ液面上に配置した状
態で光を照射すれば、掛止孔の裏面縁部から支持部材を
成形することができる。

【００２４】成形台が、金属や合成樹脂あるいはセラミ
ックなどからなる非透光性材料で形成されていた場合に
は、成形台の裏面に隠れている場所の奥までは、樹脂液
を光硬化させることができない。そこで、少なくとも掛
止孔の周囲を透光性材料で形成しておき、透光性材料の
裏面側から支持部材の成形を開始すれば、透光性材料の
裏面側で、十分に広い範囲にわたって樹脂液を光硬化さ
せて、この部分で、支持部材を成形台に掛止固定させる
ことができる。

【００２５】透光性材料には、透明合成樹脂、ガラスな
ど、光硬化に使用する光の波長成分に対する透過性の高
い材料が使用できる。成形台の全面を透光性材料で形成
しておいてもよいし、成形台のうち、掛止孔の周囲のみ
を透光性材料で形成し、残りの部分は非透光性材料で形
成しておくこともできる。つぎに、成形台に掛止孔を設
けておくとともに、この掛止孔を横断する網状部材を設
けておき、網部材の裏面側から支持部材の成形を開始す
れば、掛止孔の内部で網部材を埋め込んだ状態で支持部
材の掛止部が成形され、支持部材が成形台に掛止固定さ
れる。網部材は、樹脂液が通過可能な空間もしくは隙間
があれば、任意の材料あるいは網構造を有するものが使
用できる。具体的には、金属あるいは合成樹脂、ガラス
繊維、合成繊維などからなり、各種スクリーンに利用さ
れている素材を用いることができる。網部材は、個々の
掛止孔の内部に埋込取付しておいてもよいが、平面状の
網部材の両側に、掛止孔が形成された板材を貼り合わせ
て成形台を構成すれば、掛止孔の途中に網部材が設けら
れた成形台が容易に製造できる。成形台の表面あるいは
裏面に網部材を貼り付けてもよい。

【００２６】以上に説明した掛止孔、掛止突起、透光性
材料、網部材などの構成は、それぞれを単独で採用する
だけでなく、いくかの構成を互いに組み合わせることも
可能である。つぎに、請求項９の方法は、前記請求項１
と同じようにして造形物を成形する方法において、支持
部材と造形物の間に、分離阻止手段を設けておく。請求
項１０および１１の方法は、それぞれ分離阻止手段の具
体的構成が異なる方法を示している。

【００２７】まず、分離阻止手段として、支持部材を、
造形物の底面全体から側面の一部までにわたって連続す
るように成形しておく方法が採用できる。支持部材のう
ち、造形物の底面側については、従来の支持部材と同様
の構造が採用できる。造形物の側面側については、底面
との境界部分から、造形物を使用する際に支障がでない
程度の高さまでに支持部材を形成しておく。具体的に
は、底面から数mm程度の高さまで支持部材を形成してお
けばよい。

【００２８】造形物の底面および側面の一部まで支持部
材を形成するには、まず、一定の厚みを有するととも
に、中央部分にわずかな深さの凹部を有する支持部材を
成形した後、この凹部内に造形物を成形していけば、凹
部の深さ分だけ、造形物の側面まで支持部材が配置され
ることになる。なお、凹部の形状は、造形物の底面部分
の形状に対応させておく。造形物が成形された後は、凹
部に入った部分を含めて、造形物を支持部材から剥がし
て取り出せばよい。

【００２９】つぎに、分離阻止手段として、支持部材の
上部に、造形物の底面形状に対応する余盛り部を、支持
部材および造形物と同じ方法で成形した後、余盛り部の
上に造形物を成形する方法が採用できる。余盛り部は、
造形物の底面形状と同じか少し広い範囲程度に形成して
おく。支持部材が、格子枠状をなすなど、造形物の底面
形状と異なる表面形状を有している場合にも、余盛り部
の表面形状は、造形物の底面形状と同じ形状に形成して
おくのが好ましい。余盛り部は支持部材の上部に埋め込
まれる形で設けておくのが好ましい。この余盛り部の上
に造形物を成形する方法は、通常の成形方法と同じでよ
い。余盛り部と造形物の底面とは全面で接合される。

【００３０】以上に説明した分離阻止手段の構成は、前
記した支持部材を成形台に掛止固定する手段と併用する
ことができる。つぎに、請求項１２の方法は、前記請求
項１と同じようにして造形物を成形する方法において、
支持部材と造形物の間に、造形物の反り吸収手段を設け
ておく。造形物の反りとは、複数の光硬化層を積み重ね
て造形物を成形したときに、造形物に生じる硬化収縮応
力によって、造形物が全体的もしくは部分的に垂直方向
に持ち上がるように変形することを言う。請求項１３〜
１５は、それぞれ反り吸収手段の具体的構成が異なる方
法を示している。

【００３１】反り吸収手段として、支持部材を造形物よ
りも硬化度合が柔らかくなるように成形しておくことが
有効である。光硬化性樹脂の硬化度合は、光の照射エネ
ルギーの強さや照射時間の長さによって変更でき、樹脂
の硬化が十分に進行していない段階で光の照射を止めれ
ば、硬化度合の柔らかい成形物が得られる。造形物は、
使用目的などに応じて、必要な硬化度合まで硬化させる
ように、光の照射エネルギーの強さや照射時間を設定す
るので、支持部材を成形する際に、この造形物の光照射
条件よりも、硬化度合が柔らかくなるような光照射条件
を設定しておけばよい。但し、硬化度合が柔らかくなり
過ぎると、支持部材による造形物の支持ができなくなる
ので好ましくない。具体的に好ましい硬化度合は、造形
物および支持部材の形状構造によって異なる。

【００３２】また、反り吸収手段として、造形物を構成
する各光硬化層を、最終的に成形される造形物に生じる
反り量を補正できる形状に成形することも有効である。
造成物に生じる反り量は、試験的に通常の方法で造形物
を成形し、そのときに生じる反り量を測定すれば求めら
れる。この反り量から逆算して、造形物を構成する光硬
化層を、目的とする造形物の形状からは、少し外れた形
状に形成しておき、このようにして形成された光硬化層
からなる造形物が、反りを発生したときに、目的とする
正しい造形物の形状まで変形するようにしておくのであ
る。このような、光硬化層の補正形状は、経験的あるい
は力学理論的に求めることが可能であり、これらの経験
あるいは力学理論をもとに、コンピュータなどで演算処
理して、造形物を構成する各光硬化層の補正形状を算出
し、それにもとづいて、造形物の成形を行えばよい。

【００３３】上記のように、成形する造形物あるいは光
硬化層の形状を、反り量を考慮した補正形状で成形する
ときに、支持部材の表面形状を、造形物の反り量に対応
する凹凸形状に形成しておくと、造形物が反り変形を起
こしたときに、支持部材が、造形物の反りに対応して変
形することができる。具体的な支持部材の凹凸形状は、
前記した造形物あるいは光硬化層の補正形状を算出する
のと同時に、支持部材に必要な凹凸形状も算出すればよ
い。なお、支持部材は、前記したように、硬化度合を柔
らかくして、容易に変形できるようにしておく。

【００３４】以上に説明した反り吸収手段の構成は、前
記した支持部材を成形台に掛止固定する手段、あるい
は、分離阻止手段と併用することができる。

【００３５】

【作用】請求項１〜８の方法では、支持部材の掛止部が
成形台の掛止孔の内部あるいは裏面側に引っ掛かる、い
わゆるアンカー作用により、支持部材を成形台に掛止固
定しておくので、支持部材が成形台に対して、水平方向
および垂直方向の何れの方向にも、移動あるいは変形す
ることができなくなる。また、支持部材から成形台が剥
がれたりして分離することもなくなる。その結果、成形
台から支持部材が分離することによる問題が解消でき、
形状精度および品質の高い造形物を製造することが可能
になる。

【００３６】特に、請求項２の方法では、成形台に掛止
孔を加工するだけで、その他の材料や成形工程は、通常
の方法と同じでよいので、成形が容易で作業も能率的に
行える。請求項３の方法では、成形台の上に掛止突起を
取り付けるだけで、その他の材料や成形工程は、通常の
方法と同じでよいので、成形が容易で作業も能率的に行
える。また、従来の成形台をそのまま使用することもで
きる。

【００３７】請求項４の方法では、支持部材を成形台に
掛止固定させるのに必要十分な高さだけ、掛止突起に支
持部材の掛止部を掛止させることができるので、成形作
業の無駄がなく、支持部材として硬化させる光硬化性樹
脂の無駄もない。請求項５の方法では、掛止孔の形状
を、従来と同様の垂直孔など、比較的単純な形状にして
おくことができるので、掛止孔の加工が容易であり、従
来の通常の成形台をそのまま利用することも可能であ
る。

【００３８】請求項６の方法では、掛止孔の張り出し部
分の奥、あるいは、掛止孔の裏側縁部まで、透光性材料
を通して光を照射し、樹脂を光硬化させることができる
ので、支持部材と成形台の掛止固定が確実に行え、固定
力も高くなる。請求項７の方法では、支持部材と成形台
の掛止固定に必要な個所のみを透光性材料で形成すれば
よく、その他の部分は、コスト的に安価であったり、機
械的強度などに優れた通常の成形台の材料である非透光
性材料を用いればよいので、成形台の製造コストが高く
つかず、成形台の機能も低下しない。

【００３９】請求項８の方法では、網状部材が支持部材
の掛止部の中に埋め込まれた状態になるので、支持部材
と成形台の掛止固定が確実であり、固定力が高くなる。
つぎに、請求項９〜１１の方法では、分離阻止手段によ
って、造形物と支持部材を強固に接合しておくことがで
きるので、支持部材から造形物が分離することによる問
題を解消できる。特に、前記した請求項１の方法など
で、支持部材と成形台が強固に固定されている場合に
は、支持部材あるいは造形物に生じる硬化変形応力は全
て、造形物と支持部材の間に作用し、造形物が支持部材
から剥がれたりし易くなるので、分離阻止手段を設けて
おくことの利点が大きい。

【００４０】請求項１０の方法では、支持部材を、造形
物の底面全体から側面の一部までにわたって連続するよ
うに成形しておくので、造形物の底面および側面の両方
向を、支持部材で包むように支持固定することができ、
造形物の垂直方向および水平方向の移動や変形を確実に
阻止することができる。また、造形物を成形した後は、
造形物の底面と側面の一部のみで、支持部材から分離す
れば、造形物の外形状を損なうことなく、簡単に造形物
を取り外すことができる。

【００４１】請求項１１の方法では、余盛り部は支持部
材に対して、確実に支持固定しておくことができるとと
もに、造形物はその底面全体を余盛り部に接合させて支
持固定することができるので、造形物を部分的に支持部
材に接合させておくのに比べて、造形物の移動変形を良
好に阻止できる。また、造形物を成形した後は、造形物
を余盛り部から分離すれば、造形物の取り出しは容易に
行える。

【００４２】つぎに、請求項１２〜１５の方法では、造
形物の反り吸収手段を設けておくことにより、形状精度
に優れた造形物を得ることができる。請求項１３の方法
では、造形物よりも柔らかい支持部材が変形応力を吸収
するので、造形物に過大な残留応力が生じることがな
い。また、造形物と支持部材の接合部分が剥がれたりし
て分離することも防ぐことができる。

【００４３】請求項１４の方法では、造形物の反り量を
考慮して、成形時における光硬化層の形状を設定するの
で、最終的に成形された造形物に反りが生じたときに、
目的とする正確な形状の造形物を得ることができる。強
制的に反りを抑えることをしないので、造形物に大きな
残留応力が生じることがなく、成形台から取り外した造
形物に、残留応力による経時変形が生じたり、造形物の
使用時に不都合が生じたりすることが防げる。

【００４４】請求項１５の方法では、上記請求項１４の
方法で、造形物の成形形状を、予め反り量を考慮して設
定しておいたときに、この造形物が目的とする形状まで
反り変形を起こすときに、支持部材も造形物の変形にし
たがってスムーズに変形することができ、変形の過程で
造形物から支持部材が剥がれることも防止できる。

【００４５】

【実施例】ついで、この発明の実施例について図面を参
照しながら以下に説明する。図１は、成形台に掛止孔を
設けておく場合の実施例を示している。成形装置の基本
的な構造および成形方法の基本的な工程などは、従来に
おける通常の三次元形状造形物の成形方法と同様であ
り、詳しい説明は省略する。

【００４６】成形台１０には、全面に一定間隔毎に掛止
孔１２が貫通形成されている。掛止孔１２は、概略円錐
台形状をなし、成形台１０の表面側よりも裏面側の外径
が大きくなるように形成されている。この成形台１０
が、光硬化性樹脂液２０の液面近くに沈められている。
この状態で、樹脂液２０の液面にレーザー光４０などを
照射して、支持部材３０を成形する。支持部材３０の全
体構造は、前記した図１７のような、格子枠状のものな
どが採用できる。

【００４７】液面に照射されたレーザー光４０は、成形
台１０の表面から掛止孔１２の内部まで侵入して、その
部分の樹脂液２０を光硬化させる。すなわち、成形台１
０の表面上に形成される光硬化層３０の下部に、掛止孔
１２の内径に沿って、一定の厚みを有する突起状の掛止
部３２が形成されることになる。この後、成形台１０を
樹脂液２０内に段階的に沈めながら、レーザー光４０を
所定のパターン状に照射し、複数層の光硬化層を順次形
成して、支持部材の全体構造を成形し、さらに、その上
に、造形物を成形するのは、通常の成形方法と同じであ
る。

【００４８】このようにして、成形台１０の掛止孔１２
に、支持部材３０の掛止部３２が嵌まり込んで、掛止固
定された状態になっていると、支持部材３０に水平方向
および垂直方向の何れの方向に力が加わっても、支持部
材３０が成形台１０から剥がれたりずれたりすることが
ない。つぎに、図２〜図４に示す実施例は、掛止孔１２
の形状が異なる場合である。

【００４９】図２の実施例では、四角錐台形状の掛止孔
１２を用いている。図３の実施例では、円柱状をなすと
ともに、その中心線が垂直方向から傾斜した傾斜円柱状
の掛止孔１２を用いている。この場合、掛止孔１２の断
面形状は、１方向では表側よりも奥側が水平方向に張り
出しているが、その反対方向では表側よりも奥側が内側
に凹んでいる形になっている。このように、掛止孔１２
は、その一部でも、表面側よりも奥側が水平方向に張り
出した部分があれば、目的とする機能を発揮することが
できる。

【００５０】図４の実施例では、表側よりも奥側が拡大
した段付き円柱形状の掛止孔１２を用いている。この場
合、レーザー光４０の照射深さ、もしくは、液面下に沈
める成形台１０の深さ位置を調整して、掛止孔１２の段
部分よりも奥側まで樹脂液の光硬化が行われ、段付き形
状の掛止部３２が確実に形成されるようにしておく必要
がある。

【００５１】つぎに、図５および図６の実施例は、成形
台上に掛止突起を設けておく場合をあらわしている。図
５に示すように、成形台１０の上に、逆四角錐台形状を
なす掛止突起１４が、一定間隔毎に取り付けられてい
る。成形台１０を樹脂液２０の液面から下方に少し沈め
た状態で、レーザー光４０の照射を開始する。掛止突起
１４の隙間部分で、樹脂液２０の液面が露出している個
所で、樹脂液２０が光硬化して、掛止突起１４の隙間形
状に対応する掛止部３２が形成される。掛止部３２の平
面形状は、掛止突起１４の部分が一定間隔毎に空間にな
った縦横格子状もしくは網状を構成することになる。

【００５２】なお、掛止突起１４は、上面側が下面側よ
りも大きいので、真上から照射されたレーザー光４０
は、掛止突起１４の側面近くの樹脂液２０には照射され
ない。しかし、光硬化性樹脂は、光が直接に照射された
個所の周辺部分まで光硬化を起こすので、掛止突起１４
の側面に隣接する位置まで、樹脂液２０を光硬化させて
掛止部３２を形成することができる。

【００５３】成形台１０を段階的に沈めながら、レーザ
ー光４０の照射を繰り返せば、図６に示すように、掛止
突起１４の上方に支持部材３０が成形されるとともに、
支持部材３０の下部には、掛止突起１４に嵌まり込んだ
格子面状の掛止部３２が配置されることになる。この場
合も、前記実施例と同様に、成形台１０の掛止突起１４
に、支持部材３０の掛止部３２が掛止固定されるので、
支持部材３０は成形台１０から分離したり移動変形する
ことが無くなる。

【００５４】上記実施例では、図５に示すように、成形
台１０を樹脂液２０の液面よりも少し沈めた位置から、
支持部材３０の成形を開始している。しかし、支持部材
３０の成形開始位置は、成形台１０の掛止突起１４の根
元から先端までの何れかの位置を液面が配置した状態で
行えばよい。たとえば、成形台１０の表面が液面に配置
された状態から、支持部材３０の成形を開始してもよ
い。

【００５５】図７および図８には、上記実施例と掛止突
起１４の形状が異なる実施例をあらわしている。図７の
実施例では、円柱の上端に傘状の円盤を設けた形の掛止
突起１４を用いている。図８の実施例では、傾斜円柱状
の掛止突起１４を用いている。つぎに、図９の実施例
は、成形台１０を透光性材料で形成しておく場合をあら
わしている。

【００５６】図９(a) に示すように、成形台１０は、透
明合成樹脂などの透光性材料で形成されているととも
に、一定間隔毎に垂直円柱状の掛止孔１６を貫通形成し
ておく。掛止孔１６には、前記実施例のような張り出し
部分は設けていない。成形台１０の裏面を、樹脂液２０
の液面に配置した状態で、レーザー光４０の照射を行
う。レーザー光４０は、成形台１０の掛止孔１６の部分
は勿論のこと、透光性材料からなる成形台１０全体を透
過して、樹脂液２０に照射される。その結果、成形台１
０の掛止孔１６の位置から、その周囲の成形台１０で覆
われている個所までの樹脂液２０全体が光硬化して、板
状の掛止部３４が形成されることになる。

【００５７】図９(b) に示すように、成形台１０を少し
沈めると、掛止孔１６の内部に樹脂液２０が入り込んだ
状態になる。この状態でレーザー光４０を照射すれば、
前記成形台１０の裏側の掛止部３４が、掛止孔１６の内
部まで連続する形で形成されることになる。図９(c) に
示すように、成形台１０をさらに沈めて、成形台１０の
表面が液面よりも沈んだ状態にした後、通常の工程で支
持部材３０の成形を行えば、支持部材３０の下部に、掛
止孔１６の内部から成形台１０の裏面側にわたる掛止部
３４が形成されることになる。

【００５８】この場合、支持部材３０が、成形台１０の
裏面から掛止孔１６を取り囲んだ形で形成されることに
なるので、成形台１０に対する支持部材３０の掛止固定
は、より確実に行われる。つぎに、図１０の実施例は、
上記実施例において、掛止孔１６の周辺のみを透光性材
料で構成しておく場合をあらわしている。

【００５９】図１０(a) に示すように、成形台１０は、
不透明な合成樹脂などの非透光性材料で形成されてい
る。この成形台１０のうち、掛止孔１６を設ける個所
に、紫外線に対する透光性がきわめて高い石英ガラスな
どからなる円筒状の透光部材１８を埋め込んでおく。成
形工程は、前記した図９の実施例と同様に行う。すなわ
ち、成形台１０の裏面を樹脂液２０の液面に配置した状
態で、レーザー光４０の照射を開始し、成形台１０を段
階的に沈めながら、レーザー光４０の照射を繰り返し
て、支持部材３０の成形を行う。

【００６０】そうすると、図１０(b) に示すように、成
形台１０の裏面側では、掛止孔１６の周囲の透光部材１
８が設けられている範囲まで、樹脂液２０の光硬化が行
われて、成形台１０の裏側で左右に張り出した傘状突起
を有する掛止部３４が形成される。上記実施例では、透
光部材１８を石英ガラスで形成しているので、レーザー
光４０の透過性が非常によく、透光部材１８の裏面側ま
で確実に光を照射して掛止部３４を形成することができ
る。しかも、石英ガラスで成形台１０の全体を製造する
のは非常に高価につくが、透光部材１８のみを石英ガラ
スで形成すればよいので、コストが安くつく。

【００６１】つぎに、図１１の実施例は、網状部材を用
いる場合をあらわしている。図１１(a) に示すように、
成形台１０は、上部材１１と下部材１３の２つの部材に
分割形成されている。両部材１１、１３には、一定間隔
毎に垂直円柱状の掛止孔１６が貫通形成されている。両
部材１１、１３は、中間に、スクリーン状の網状部材５
０を挟み込んだ状態で、接合固定されている。したがっ
て、各掛止孔１６は、その内部途中に、網状部材５０が
孔を横切る形で設けられている。

【００６２】このような成形台１０を用い、網状部材５
０が樹脂液２０の液面に配置された状態で、レーザー光
４０の照射を開始する。レーザー光４０は、掛止孔１６
の内部で、網状部材５０を通して、下方の樹脂液２０に
照射される。網状部材５０は、細い線状の素材で構成さ
れており、樹脂液２０は、光が直接に照射された位置だ
けでなくその近辺の一定範囲内でも光硬化を起こすの
で、網状部材５０の隙間から樹脂液２０に照射されたレ
ーザー光４０で、樹脂液２０が光硬化するときには、網
状部材５０の各素線の裏側部分でも、樹脂液２０の光硬
化が起こり、掛止孔１６の内部全面で、樹脂液２０の光
硬化が生じる。その結果、網状部材５０の裏側に、掛止
孔１６の内部形状に沿った掛止部３２が形成されること
になる。

【００６３】図１１(b) に示すように、成形台１０を段
階的に沈めレーザー光４０を照射する工程を繰り返す
と、網状部材５０の上方の掛止孔１６の内部から、成形
台１０の上方にわたる支持部材３０が成形される。この
実施例では、網状部材５０が、支持部材３０に埋め込ま
れた状態になるので、網状部材５０の個々の素線が支持
部材３０の剥がれや移動を阻止することになり、支持部
材３０の成形台１０に対する掛止固定が強力に行われ
る。

【００６４】つぎに、図１２の実施例は、支持部材３０
の成形を、成形台１０の裏面側から開始する場合をあら
わしている。成形台１０には、垂直円柱状の掛止孔１６
を設けておく。図１２(a) に示すように、成形台１０の
裏面が樹脂液２０の液面に配置された状態で、レーザー
光４０の照射を開始する。レーザー光４０は、掛止孔１
６の位置のみで、液面に照射されるので、掛止孔１６の
断面形状に相当する範囲の樹脂液２０が光硬化を起こ
す。このとき、前記したように、光硬化性樹脂は、光が
直接に照射された範囲だけでなく、その周辺部分まで光
硬化を起こすという性質があるので、掛止孔１６の外周
から、成形台１０の裏面側の一定範囲までで、樹脂液２
０の光硬化が起きる。

【００６５】図１２(b) および図１２(c) に示すよう
に、成形台１０を段階的に沈め、レーザー光４０を照射
する工程を繰り返すと、掛止孔１６の内部から成形台１
０の上方に、支持部材３０が成形される。その結果、支
持部材３０の下部には、掛止孔１６の内部から、成形台
１０の裏面側で掛止孔１６の外周よりも外側に張り出し
た形の掛止部３２が形成されることになる。

【００６６】このような掛止部３２の構造は、前記図１
０の実施例でも形成されていた構造であるが、この実施
例では、成形台１０には、従来と同様の垂直円柱状の掛
止孔１６を備えたものをそのまま使用することができる
ので、設備コストが安価で済む。しかし、掛止部３２の
成形台１０裏面外側への張り出し量を大きくするには、
前記した図１０の実施例のように、透光部材１８を用い
るほうがよい。

【００６７】支持部材３０の成形を、成形台１０の裏面
を樹脂液２０の液面に配置した状態から開始する上記方
法は、前記した図１〜４の実施例のように、内部に張り
出し部分を有する掛止孔１２を用いる場合、あるいは、
図１１の実施例のように、網状部材５０を用いる場合に
も、併用することができ、支持部材３０の成形台１０に
対する掛止固定を、より確実にできる。

【００６８】つぎに、図１３の実施例は、支持部材と造
形物の間に分離阻止手段を設けておく場合をあらわして
いる。図１３(a) に示すように、樹脂液２０に沈めた成
形台１０の上に支持部材３０を成形していくのは、通常
の成形方法と同じである。支持部材３０の全体構造は、
前記図１７に示された格子枠状のものである。

【００６９】図１３(b) に示すように、支持部材３０の
上面中央に、造形物の底面形状に対応する形状の浅い凹
部３８を形成する。具体的には、支持部材３０の成形が
終了する前の、何回かの光硬化層形成工程で、凹部３８
の該当する範囲のみで、レーザー光４０の照射を行わな
ければよい。凹部３８の深さは、約０．５〜１．０mmで
よい。

【００７０】図１３(c) に示すように、支持部材３０の
凹部３８の上に、所定の工程で造形物６０を成形する。
造形物６０は、その底面および側面の一部が、凹部３８
の内面に接合された状態で成形される。図１３(d) に示
すように、成形された造形物６０および支持部材３０を
成形台１０から取り外した後、造形物６０を支持部材３
０の凹部３８から取り外せば、造形物６０の製造は完了
する。

【００７１】この実施例の方法では、造形物６０が、そ
の底面および側面の一部を、支持部材３０の凹部３８に
埋め込まれた形で成形されるので、支持部材３０に対す
る造形物６０の接合固定が強固に行われる。つぎに、図
１４の実施例は、支持部材に余盛り部を形成しておく場
合をあらわしている。

【００７２】図１４(a) に示すように、樹脂液２０に沈
めた成形台１０の上に、格子枠状をなす支持部材３０を
成形するのは、前記した実施例と同じである。図１４
(b) に示すように、支持部材３０の上部に、造形物６０
の底面形状と同じ形状の面状をなす余盛り部３９を成形
する。余盛り部３９の厚みは、約０．５〜１．０mm程度
でよい。余盛り部３９の外周には、前記格子枠状の支持
部材３０が延長形成されており、余盛り部３９が、支持
部材３０の上部に埋め込まれた形になっている。

【００７３】図１４(c) に示すように、余盛り部３９の
上に、造形物６０を成形する。造形物６０の底面は、余
盛り部３９の上面に対して全面で接合されることにな
る。図１４(d) に示すように、成形を終えた造形物６０
および支持部材３０を成形台１０から取り外した後、造
形物６０と余盛り部３９の境界部分で、造形物６０を支
持部材３０から切り離せば、造形物６０の成形は完了す
る。

【００７４】上記実施例では、格子枠状をなす支持部材
３０に直接、造形物６０を形成して、格子枠状の支持部
材３０で部分的に造形物６０を接合固定しておくのに比
べて、はるかに広い面積の余盛り部３９全面で造形物６
０を接合固定しておくことができる。余盛り部３９自体
は、支持部材３０の上部に埋め込まれた形で成形されて
いるので、支持部材３０に対する接合固定は確実であ
る。すなわち、余盛り部３９を介することによって、造
形物６０が支持部材３０に対して、強固に接合固定され
ることになるのである。

【００７５】しかも、造形物６０を取り外す際には、造
形物６０の底面と余盛り部３９の境界面のみを分離すれ
ばよいので、造形物６０の側面などを損傷することな
く、造形物６０の取り出しが行える。つぎに、図１５の
実施例は、支持部材の硬化度合を柔らかくしておく場合
をあらわしている。

【００７６】図１５(a) に示すように、樹脂液２０に沈
めた成形台１０の上に支持部材３０を成形するのは、前
記各実施例と同じである。但し、支持部材３０を成形す
る際の、レーザー光４０のエネルギー強度や、走査速
度、焦点位置などの照射条件を調整することにより、光
硬化によって形成さる支持部材３０の硬化度合が、造形
物６０を成形する際の硬化度合よりも、柔らかくなるよ
うに設定しておく。

【００７７】図１５(b) に示すように、上記のような柔
らかい支持部材３０の上に、通常の光照射条件でレーザ
ー光４０を照射して、造形物６０を成形する。光硬化層
を積み重ねて造形物６０を成形すると、硬化収縮に伴う
変形応力で、造形物６０の両端が上方側に反るように変
形する。このとき、支持部材３０は、柔らかく容易に変
形できるので、造形物６０の反り変形にしたがって、上
方側に伸びるように変形する。その結果、支持部材３０
と造形物６０の境界部分が剥がれたり、造形物６０に過
大な変形応力が残留することがない。

【００７８】但し、上記実施例では、製造された造形物
６０は、底面形状などに反りを起こしたままであるか
ら、底面形状などに高い形状精度を要求される用途には
使用し難い。つぎに、図１６の実施例は、支持部材およ
び造形物の成形形状を、造形物の反りを吸収できるよう
に設定しておく場合をあらわしている。

【００７９】図１６(a) に示すように、成形台１０の上
に支持部材３０を成形するが、この支持部材３０の上面
形状を、中央部が高く周辺に向けて低くなる、なだらか
な球面形状に形成しておく。また、この支持部材３０
は、前記実施例と同様に、硬化度合を比較的柔らかく設
定しておく。この支持部材３０の上に造形物６０を成形
する。支持部材３０の上に順次、各層の光硬化層６２を
形成すると、支持部材３０の球面形状にしたがって、下
層の光硬化層６２は、支持部材３０の外周縁部分のみに
形成され、上層の光硬化層６２になると、支持部材３０
の中央部側にも形成されるようになる。光硬化層６２を
積み重ねて形成する間も、硬化収縮に伴う変形が発生し
ているので、支持部材３０の上面の球面形状も順次変形
することになる。通常は、積み重ねた光硬化層６２の硬
化変形は、両端部が上方に反るように起こるので、支持
部材３０の上面は、球面形状が徐々になだらかになる方
向に変形を起こす。

【００８０】図１６(b) に示すように、複数層の光硬化
層６２を積み重ねて造形物６０を成形し終えた段階で
は、最初球面状をなしていた支持部材３０の表面が、ほ
ぼ平坦な平面状に変形することになる。すなわち、この
ようにして成形された造形物６０は、その底面形状を含
む全体形状が、目的とする三次元形状を構成しており、
硬化収縮に伴う反りは解消されている。

【００８１】

【発明の効果】以上に述べた、この発明にかかる三次元
形状造形物の成形方法によれば、成形台と支持部材、あ
るいは、支持部材と造形物の間が、分離したり互いに移
動変形したりするのを、良好に防止することができる。
その結果、製造された造形物の形状精度や品質性能が向
上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例における成形途中の段階を
あらわす断面図

【図２】別の実施例を示す断面図

【図３】別の実施例を示す断面図

【図４】別の実施例を示す断面図

【図５】別の実施例を示す断面図

【図６】別の実施例を示す断面図

【図７】別の実施例を示す断面図

【図８】別の実施例を示す断面図

【図９】別の実施例を(a) 〜(c) へと段階的にあらわ
す断面図

【図１０】別の実施例の成形台(a) および成形途中の
段階(b) をあらわす断面図

【図１１】別の実施例を(a) 〜(b) へと段階的にあら
わす断面図

【図１２】別の実施例を(a) 〜(c) へと段階的にあら
わす拡大断面図

【図１３】別の実施例を(a) 〜(d) へと段階的にあら
わす断面図

【図１４】別の実施例を(a) 〜(d) へと段階的にあら
わす断面図

【図１５】別の実施例を(a) 〜(b) へと段階的にあら
わす断面図

【図１６】別の実施例を(a) 〜(b) へと段階的にあら
わす断面図

【図１７】従来技術をあらわす斜視図

【図１８】従来技術を(a) 〜(b) へと段階的にあらわ
す断面図

【符号の説明】

１０成形台１２、１６掛止孔１４掛止突起１８透光部材２０樹脂液３０支持部材３２、３４、３６掛止部４０レーザー光５０網状部材３８凹部３９余盛り部６０造形物６２光硬化層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光硬化性樹脂に光を照射して光硬化層を
形成し、この光硬化層を複数層積み重ねて所望の三次元
形状を有する造形物を成形する方法であり、成形台上
に、前記造形物と同じ方法で造形物の支持部材を成形
し、この支持部材の上に造形物を成形する方法におい
て、前記支持部材を、成形台に掛止固定されるように成
形しておくことを特徴とする三次元形状造形物の成形方
法。
【請求項２】請求項１の方法において、成形台に、表
面側よりも奥側が、成形台表面と平行な方向に張り出し
た掛止孔を設けておき、この掛止孔の内部から支持部材
の成形を開始して、支持部材を成形台に掛止固定させる
三次元形状物の成形方法。
【請求項３】請求項１の方法において、成形台に、表
面から上方に突出し、根元側よりも先端側が、成形台表
面と平行な方向に張り出した掛止突起を設けておき、こ
の掛止突起の位置から支持部材の成形を開始して、支持
部材を成形台に掛止固定させる三次元形状物の成形方
法。
【請求項４】請求項３の方法において、掛止突起の高
さ方向の途中から支持部材の成形を開始して、支持部材
を成形台に掛止固定させる三次元形状物の成形方法。
【請求項５】請求項１の方法において、成形台に表面
から裏面側まで貫通する掛止孔を設けておき、成形台の
裏面側から支持部材の成形を開始して、支持部材を成形
台に掛止固定させる三次元形状物の成形方法。
【請求項６】請求項５の方法において、少なくとも掛
止孔の周囲を透光性材料で形成しておき、透光性材料の
裏面側から支持部材の成形を開始して、支持部材を成形
台に掛止固定させる三次元形状物の成形方法。
【請求項７】請求項６の方法において、成形台のう
ち、掛止孔の周囲のみを透光性材料で形成し、残りの部
分は非透光性材料で形成しておく三次元形状物の成形方
法。
【請求項８】請求項１の方法において、成形台に掛止
孔を設けておくとともに、この掛止孔を横断する網状部
材を設けておき、網部材の裏面側から支持部材の成形を
開始して、支持部材を成形台に掛止固定させる三次元形
状物の成形方法。
【請求項９】光硬化性樹脂に光を照射して光硬化層を
形成し、この光硬化層を複数層積み重ねて所望の三次元
形状を有する造形物を成形する方法であり、成形台上
に、前記造形物と同じ方法で造形物の支持部材を成形
し、この支持部材の上に造形物を成形する方法におい
て、支持部材と造形物の間に、分離阻止手段を設けてお
くことを特徴とする三次元形状造形物の成形方法。
【請求項１０】請求項９の方法において、分離阻止手
段として、支持部材を、造形物の底面全体から側面の一
部までにわたって連続するように成形しておく三次元形
状造形物の成形方法。
【請求項１１】請求項９の方法において、分離阻止手
段として、支持部材の上部に、造形物の底面形状に対応
する余盛り部を、支持部材および造形物と同じ方法で成
形した後、余盛り部の上に造形物を成形する三次元形状
造形物の成形方法。
【請求項１２】光硬化性樹脂に光を照射して光硬化層
を形成し、この光硬化層を複数層積み重ねて所望の三次
元形状を有する造形物を成形する方法であり、成形台上
に、前記造形物と同じ方法で造形物の支持部材を成形
し、この支持部材の上に造形物を成形する方法におい
て、支持部材と造形物の間に、造形物の反り吸収手段を
設けておくことを特徴とする三次元形状造形物の成形方
法。
【請求項１３】請求項１２の方法において、反り吸収
手段が、支持部材を造形物よりも硬化度合が柔らかくな
るように成形しておくことである三次元形状造形物の成
形方法。
【請求項１４】請求項１３の方法において、造形物を
構成する各光硬化層を、最終的に成形される造形物に生
じる反り量を補正できる形状に成形する三次元形状造形
物の成形方法。
【請求項１５】請求項１４の方法において、支持部材
の表面形状を、造形物の反り量に対応する凹凸形状に形
成しておく三次元形状造形物の成形方法。