JPH08332673A - 三次元形状の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光硬化性樹脂の硬化収縮にバラツキや偏りを
生じさせることなく、硬化収縮を良好に低減させ、形成
された成形品の形状精度を高め、経時変形を起こし難く
する。 【解決手段】 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
元形状を形成する方法であって、収縮防止用充填剤が混
入された前記光硬化性樹脂液を攪拌混合しながら前記光
の照射を行って前記光硬化層を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、三次元形状の形
成方法に関し、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物品を
成形製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光硬化性樹脂を用いて三次元形状を形成
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おり、例えば、特開昭
６２−３５９６６号公報、特開昭６１−１１４８１７号
公報等に開示されている。

【０００３】一般的な三次元形状の形成方法を説明する
と、液状の光硬化性樹脂の液面にレーザービーム等の光
を照射することによって、液面から一定深さの樹脂液が
光硬化して光硬化層が形成される。こうして一定の形状
パターンに形成された光硬化層を複数層積み重ねて一体
化させることによって、立体的な三次元形状が形成でき
るのである。

【０００４】このような方法に用いる光硬化性樹脂は、
光重合性オリゴマー、光重合性モノマー、光重合開始剤
等が混合されたものであり、液状もくしくは軟質状態の
光硬化性樹脂に光を照射すると、光の照射された部分の
みが硬化するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような三次元形
状の形成方法において、形状制度の高い正確な三次元形
状を有する成形品を形成するには、光硬化性樹脂が硬化
するときの硬化収縮が出来るだけ少ないことが要求され
る。すなわち、光の照射パターンを正確に制御したとし
ても、光照射によって硬化形成された光硬化層が硬化収
縮を起こして、所定の形状から変形してしまっては、成
形品の形状精度を向上させることは困難である。

【０００６】ところが、従来一般に用いられている光硬
化性樹脂は、硬化時の収縮率がかなり高く、そのために
形成された三次元形状の寸法精度が低下するという問題
があった。そこで、光硬化性樹脂の硬化収縮を低減する
方法として、光硬化性樹脂に各種の収縮防止用充填剤を
混合することが考えられたが、何れも満足のいく結果は
得られなかった。

【０００７】例えば、非反応性の可塑剤を用いることが
考えられたが、高分子量の可塑剤を用いると、光硬化性
樹脂に溶解するのが困難であったり、溶解しても粘度が
高くなって取り扱いが困難になる欠点があり、低分子量
の可塑剤を用いると、光硬化性樹脂が硬化反応を終了し
た後も軟らか過ぎて、三次元形状を保てなかったり、機
械強度が低下する欠点があり、可塑剤の使用は好ましく
ない。

【０００８】また、プラスチックビーズを混入すること
も考えられた。プラスチックビーズは固くて変形し難い
ので、光硬化性樹脂の収縮率を低減する効果がある。と
ころが、プラスチックビーズのような粒子状の充填剤を
光硬化性樹脂液に混入しておくと、充填剤が沈降してし
まい、光硬化性樹脂液中の充填剤の分布に偏りが生じ
る。その結果、光硬化性樹脂の硬化収縮にバラツキや偏
りが生じてしまうという欠点がある。

【０００９】この発明の課題は、前記した三次元形状の
形成方法において、光硬化性樹脂の硬化収縮にバラツキ
や偏りを生じさせることなく、硬化収縮を良好に低減さ
せ、形成された成形品の形状精度を高め、経時変形を起
こし難くすることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる三次元
形状の形成方法は、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
三次元形状を形成する方法であって、収縮防止用充填剤
が混入された前記光硬化性樹脂液を、攪拌混合しながら
前記光の照射を行って前記光硬化層を形成する。

【００１１】前記方法によれば、充填剤を光硬化性樹脂
に均等に分散させておくことができる。それによって、
充填剤が光硬化性樹脂の中で沈降するのを防止して、充
填剤が光硬化性樹脂に均等に分散された状態で光硬化さ
せることができる。その結果、光硬化性樹脂の全体の硬
化収縮を均等に抑えて、硬化収縮のバラツキや偏りがな
いようにすることができる。

【００１２】前記攪拌混合は、超音波振動による攪拌混
合であることができる。光硬化性樹脂に超音波振動を与
えて攪拌混合すれば、充填剤の沈降をより確実に防ぎ、
光硬化性樹脂内に均等に分散されるようにできる。

【００１３】

【発明の実施の形態】ついで、この発明の実施形態につ
いて以下に詳しく説明する。光硬化性樹脂としては、従
来の各種用途に用いられていた通常の光硬化性樹脂で自
由に実施できる。具体的には、例えば、光硬化性樹脂３
０００シリーズ（商品名、株式会社スリーボンド製）、
フォートボンド＃１００，＃３００，＃５００（商品
名、明星チャーチル株式会社製）、アデカウルトラセッ
ト（商品名、旭電化工業株式会社製）等が挙げられる。

【００１４】この発明では、このような光硬化性樹脂
に、硬化収縮を少なくするとともに残留応力の発生を防
止できるような充填剤を混入しておく。充填剤として、
中空粒子を用いることができる。中空粒子は、合成樹脂
等を殻材として中空の球状等に形成されたものであり、
一般にはマイクロカプセル等とも呼ばれているものであ
る。中空粒子は適度な固さを有するとともに、中実粒子
に比べて変形性があるので、光硬化性樹脂の硬化収縮を
適度に抑えるとともに、中空粒子がある程度の変形をす
ることによって、大きな残留応力が残るのを防ぐことが
できる。また、中空粒子は軽量であるので、光硬化性樹
脂を光硬化させた硬化物の軽量化にも有効である。具体
的には、エスクパンＤＥ（商品名、日本フェライト株式
会社製）が挙げられ、この中空粒子は、殻材がビニリデ
ンクロライドとアクリロニトリルのコポリマーからな
り、平均粒度が４０μｍ、粒径範囲１０〜１００μｍ、
嵩比重０．０２g/cm³ 以下、真比重０．０４g/cm³ 以下
という性状を有している。また、マツモトマイクロスフ
ェアー（商品名、松本油脂製薬株式会社製）は、殻材が
ビニリデンクロライド共重合体からなり、粒子径３０〜
８０μｍ、比重０．０２〜０．０５、殻壁の厚み約０．
２μｍである。 中空粒子としては、上記のような合成
樹脂からなるもののほか、無機材料からなるものも使用
でき、例えば、ガラスバルーン、シリカバルーン、シラ
スバルーン、カーボンバルーン、アルミナバルーン、ジ
ルコニアバルーン、フェノールバルーン等が挙げられ
る。具体的には、フィライト（商品名、日本フィライト
株式会社製）があり、この中空粒子は、アルミナシリケ
ートバルーンであって、粒子径３０〜３００μｍ、真比
重０．７g/cm³ 、嵩比重０．４g/cm³ のものである。

【００１５】つぎに、充填剤としては、ヤング率１０⁸
dyne/cm²以下の低ヤング率のゴムビーズを用いることが
できる。このようなゴムビーズは、従来の合成樹脂や無
機材料からなる中実粒子に比べて、ある程度の変形が可
能なため、光硬化性樹脂に混入して光硬化させたとき
に、残留応力の発生が少ないとともに、硬化収縮を防止
する効果も十分にある。具体的なゴムビーズとしては、
ＮＢＲ微粉末やシリコーンゴム微粉末等が挙げられる。

【００１６】充填剤として、熱線や紫外線の照射によっ
て膨張する膨張性粒子を用いることもできる。光硬化性
樹脂を光照射によって硬化させる際に、硬化用の光と同
時に加熱用の熱線等を照射することによって、光硬化性
樹脂の硬化収縮に見合う量だけ膨張性粒子を膨張させれ
ば、全体としての硬化収縮を完全に無くしたり、低く抑
えたりすることができるのである。また、膨張性粒子
は、光硬化性樹脂の硬化に合わせて徐々に膨張するの
で、残留応力の発生も少ない。膨張性粒子の膨張量を光
硬化性樹脂の硬化収縮量に合わせて制御するが、膨張性
粒子の膨張量もしくは膨張率を制御するには、膨張性粒
子の種類、混入量、加熱温度等を適宜に設定すればよ
い。

【００１７】膨張性粒子のうち、加熱によって膨張する
熱膨張性粒子として、合成樹脂に膨張剤となるイソブタ
ン等の低沸点炭化水素を含有させたものが用いられる。
具体的には、未膨張エクスパンセルＤＵ（商品名、日本
フィライト株式会社製）があり、膨張した後は、先に中
空粒子の一例として挙げたエクスパンセルＤＥと同じも
のとなる。未膨張時の性状は、平均粒径１０μｍ、粒径
範囲５〜３０μｍ、嵩比重０．７g/cm³ 、真比重１．３
g/cm³ 、膨張温度８０〜１５０℃であり、膨張率は体積
で６０倍まで膨張可能なものである。また、マツモトマ
イクロスフィアーＦ−３０（商品名、松本油脂株式会社
製）は、材質が塩化ビニリデン共重合体からなり、粒子
径１０〜２０μｍ、最高膨張倍率約７０倍、殻壁の軟化
温度７５℃のものである。さらに、マツモトマイクロス
フィアーＦ−５０（商品名、松本油脂株式会社製）は、
粒子径１０〜２０μｍ、最高膨張倍率（体積）約２０
倍、殻壁の軟化温度１００〜１５０℃である。

【００１８】熱膨張性粒子としては、上記のように、低
沸点のガス成分を含有するもののほか、加熱によって分
解ガスを発生する発泡剤を合成樹脂粒子に含有させてお
き、この発泡剤の分解ガスによって合成樹脂発泡体粒子
を形成するものでも実施できる。発泡剤および合成樹脂
としては、通常の各種用途に用いられる発泡成形品を製
造するための材料が使用でき、具体的な発泡剤として
は、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、アゾビスイソ
ブチロニトリル （ＡＩＢＮ）等が挙げられる。

【００１９】膨張性粒子としては、上記のように加熱に
よって膨張する膨張性粒子のほか、紫外線等の光照射に
よって膨張する光膨張性粒子も使用することができる。
以上に説明した光硬化性樹脂は、従来の光硬化性樹脂と
同様の各種三次元形状の形成方法に使用することができ
る。そして、光硬化性樹脂に中空粒子等の充填剤を混入
した状態で、充填剤が混入された光硬化性樹脂に光を照
射して光硬化層を形成させる。この光硬化性樹脂に光を
照射する際に、充填剤が光硬化性樹脂の中で沈降するの
を防止して、充填剤が光硬化性樹脂に均等に分散された
状態で光硬化させるために、充填剤を含む光硬化性樹脂
を攪拌混合しておく。特に、光硬化性樹脂に超音波振動
を与えて、充填剤の沈降を防ぎ、光硬化性樹脂内に均等
に分散されるようにするのが好ましい。

【００２０】超音波振動を起こす超音波としては、通常
は振動数が１．６kHz 以上で人に聞こえない程度の音波
を超音波と呼んでいるが、この発明のような、光硬化性
樹脂の攪拌混合用としては、一般の超音波洗浄用の超音
波を発生する超音波振動子を用いることができ、その周
波数は１０〜３０kHz 程度で発振出力３０〜３００Ｗ程
度のものが好適に用いられる。

【００２１】つぎに、光硬化性樹脂による三次元形状の
形成方法の詳細については、前記した従来技術の説明に
おいて説明した方法で実施できるほか、通常の各種三次
元形状の形成方法をそのまま適用することができる。光
硬化性樹脂による三次元形状の形成方法のうち、液状の
光硬化性樹脂を樹脂液槽に溜めておいて、その液面に光
を照射して所定パターンの光硬化層を形成する方法の場
合には、光硬化性樹脂液の中で、前記した充填剤が均等
に分散していることが重要であり、前記した超音波振動
を樹脂液槽に加えながら、光硬化による光硬化層の形成
を行うことが好ましい。

【００２２】

【発明の効果】この発明にかかる三次元形状の形成方法
では、充填剤を光硬化性樹脂に均等に分散させて沈降を
防止することができる。その結果、光硬化性樹脂の全体
の硬化収縮を均等に抑えて、硬化収縮のバラツキや偏り
がないようにできる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小澤 俊五 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電工 株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   形状を形成する方法であって、 収縮防止用充填剤が混入された前記光硬化性樹脂液を攪
   拌混合しながら前記光の照射を行って前記光硬化層を形
   成する三次元形状の形成方法。
2. 【請求項２】前記攪拌混合が、超音波振動による攪拌混
   合である請求項１に記載の三次元形状の形成方法。