(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元ＣＡＤデータから作成した二次元スライスデータをもとに樹脂フィルムに描画を行う描画ステップと、該樹脂フィルムを積層する積層ステップと、樹脂を除去する除去ステップとからなり、
前記樹脂フィルムは、構成成分の一部もしくは全部が、描画によりある化学反応が引き起こされ、描画部の性質が変化する樹脂フィルムであり、
前記描画ステップにおいて、サーマルヘッドを用いて描画し、
前記除去ステップにおいて、描画部もしくは非描画部のどちらか一方を、溶媒を高圧で噴射させて樹脂を溶媒により溶解除去し、
前記樹脂フィルムの積層と描画を順次繰り返すことにより、所望の三次元形状に対応するモデル部とそれ以外の空間部とで性質の異なる樹脂フィルムの積層立体を作成し、次いで該積層立体を処理して空間部を占める樹脂を除去し、これによりモデル部を占める樹脂からなる三次元形状を創成する、ことを特徴とするフィルム積層造形法による三次元形状創成方法。
【請求項２】
三次元ＣＡＤデータから作成した二次元スライスデータをもとに樹脂フィルムに描画を行う描画ステップと、該樹脂フィルムを積層する積層ステップと、樹脂を除去する除去ステップとからなり、
前記樹脂フィルムは、構成成分の一部もしくは全部が、描画によりある化学反応が引き起こされ、描画部の性質が変化する樹脂フィルムであり、
前記積層ステップにおいて、切断されたシート状の樹脂フィルムを光を遮る光遮光板の上に供給し、前記描画ステップにおいて、光源から出た光を光ファイバーを通して伝達し集光して樹脂フィルムに描画し、
前記除去ステップにおいて、描画部もしくは非描画部のどちらか一方を、溶媒により溶解除去し、
前記樹脂フィルムの積層と描画を順次繰り返すことにより、所望の三次元形状に対応するモデル部とそれ以外の空間部とで性質の異なる樹脂フィルムの積層立体を作成し、次いで該積層立体を処理して空間部を占める樹脂を除去し、これによりモデル部を占める樹脂からなる三次元形状を創成する、ことを特徴とするフィルム積層造形法による三次元形状創成方法。
【請求項３】
三次元ＣＡＤデータから作成した二次元スライスデータをもとに樹脂フィルムに描画を行う描画ステップと、該樹脂フィルムを積層する積層ステップと、樹脂を除去する除去ステップとからなり、
前記樹脂フィルムは、構成成分の一部もしくは全部が、描画によりある化学反応が引き起こされ、描画部の性質が変化する樹脂フィルムであり、
前記積層ステップにおいて、液状の樹脂材料を供給し、ヒータを用いて乾燥固化して樹脂フィルムを積層し、
前記除去ステップにおいて、描画部もしくは非描画部のどちらか一方を、溶媒により溶解除去し、
前記樹脂フィルムの積層と描画を順次繰り返すことにより、所望の三次元形状に対応するモデル部とそれ以外の空間部とで性質の異なる樹脂フィルムの積層立体を作成し、次いで該積層立体を処理して空間部を占める樹脂を除去し、これによりモデル部を占める樹脂からなる三次元形状を創成する、ことを特徴とするフィルム積層造形法による三次元形状創成方法。
【請求項４】
三次元ＣＡＤデータから作成した二次元スライスデータをもとに樹脂フィルムに描画を行う描画手段と、該樹脂フィルムを積層する積層手段と、樹脂を除去する除去手段とを備え、
前記樹脂フィルムは、構成成分の一部もしくは全部が、描画によりある化学反応が引き起こされ、描画部の性質が変化する樹脂フィルムであり、
前記描画手段は、樹脂フィルムを部分的に加熱して描画を行うサーマルヘッドを有し、
前記除去手段は、描画部もしくは非描画部のどちらか一方を、溶解除去する溶媒供給手段であり、該除去手段は、溶媒を高圧で噴射させて樹脂を除去する噴射装置を有し、
前記樹脂フィルムの積層と描画を順次繰り返すことにより、所望の三次元形状に対応するモデル部とそれ以外の空間部とで性質の異なる樹脂フィルムの積層立体を作成し、次いで該積層立体を処理して空間部を占める樹脂を除去し、これによりモデル部を占める樹脂からなる三次元形状を創成する、ことを特徴とする三次元形状創成装置。
【請求項５】
三次元ＣＡＤデータから作成した二次元スライスデータをもとに樹脂フィルムに描画を行う描画手段と、該樹脂フィルムを積層する積層手段と、樹脂を除去する除去手段とを備え、
前記樹脂フィルムは、構成成分の一部もしくは全部が、描画によりある化学反応が引き起こされ、描画部の性質が変化する樹脂フィルムであり、
前記積層手段は、切断されたシート状の樹脂フィルムを光を遮る光遮光板の上に供給するフィルム供給装置を有し、前記描画手段は、光源から出た光を制御する制御装置と、該光を伝達する光ファイバーと、該光を集光する集光装置とを有し、
前記除去手段は、描画部もしくは非描画部のどちらか一方を、溶解除去する溶媒供給手段であり、
前記樹脂フィルムの積層と描画を順次繰り返すことにより、所望の三次元形状に対応するモデル部とそれ以外の空間部とで性質の異なる樹脂フィルムの積層立体を作成し、次いで該積層立体を処理して空間部を占める樹脂を除去し、これによりモデル部を占める樹脂からなる三次元形状を創成する、ことを特徴とする三次元形状創成装置。
【請求項６】
三次元ＣＡＤデータから作成した二次元スライスデータをもとに樹脂フィルムに描画を行う描画手段と、該樹脂フィルムを積層する積層手段と、樹脂を除去する除去手段とを備え、
前記樹脂フィルムは、構成成分の一部もしくは全部が、描画によりある化学反応が引き起こされ、描画部の性質が変化する樹脂フィルムであり、
前記積層手段は、液状の樹脂材料を供給する材料供給ノズルと、液状の樹脂材料から薄いフィルムを形成する薄膜作成装置と、該樹脂材料を乾燥固化する材料乾燥用ヒータとを有し、
前記除去手段は、描画部もしくは非描画部のどちらか一方を、溶解除去する溶媒供給手段であり、
前記樹脂フィルムの積層と描画を順次繰り返すことにより、所望の三次元形状に対応するモデル部とそれ以外の空間部とで性質の異なる樹脂フィルムの積層立体を作成し、次いで該積層立体を処理して空間部を占める樹脂を除去し、これによりモデル部を占める樹脂からなる三次元形状を創成する、ことを特徴とする三次元形状創成装置。
【請求項７】
三次元ＣＡＤデータから作成した二次元スライスデータをもとに樹脂フィルムに描画を行う描画ステップと、該樹脂フィルムを積層する積層ステップと、樹脂を除去する除去ステップと、除去された部分にモデル部材料を供給する材料供給ステップとからなり、
樹脂フィルムの積層と描画を一回もしくは二回以上繰り返すことにより、所望の三次元形状に対応するモデル部とそれ以外の空間部とで性質の異なる樹脂フィルムの積層立体を作成し、
前記モデル部を溶解し空間部を溶解しない第１溶媒と、空間部を溶解する第２溶媒とを予め選択し、
次いで該積層立体を処理してモデル部を占める樹脂を第１溶媒により溶解除去し、
除去されたモデル部に第２溶媒により溶解されないモデル部材料を供給して別のモデル部材料に置き換え、
前記樹脂フィルムの積層と描画およびモデル部を占める樹脂の除去そして該モデル部材料での置き換えを順次繰り返すことにより、該樹脂フィルムおよび該モデル部材料により構成される積層立体を形成し、
次いで該積層立体を処理して空間部を占める樹脂を前記第２溶媒により溶解除去し、
これによりモデル部材料からなる三次元形状を創成する、ことを特徴とする三次元形状創成方法。
【請求項８】
三次元ＣＡＤデータから作成した二次元スライスデータをもとに樹脂フィルムに描画を行う描画手段と、該樹脂フィルムを積層する積層手段と、樹脂を除去する除去手段と、除去された部分にモデル部材料を供給する材料供給手段とを備え、
樹脂フィルムの積層と描画を一回もしくは二回以上繰り返すことにより、所望の三次元形状に対応するモデル部とそれ以外の空間部とで性質の異なる樹脂フィルムの積層立体を作成し、
前記除去手段は、モデル部を溶解し空間部を溶解しない第１溶媒を供給する第１溶媒供給手段と、空間部を溶解する第２溶媒を供給する第２溶媒供給手段とを有し、
前記積層立体を処理してモデル部を占める樹脂を第１溶媒により溶解除去し、
除去されたモデル部を材料供給手段を用いて第２溶媒により溶解されない別のモデル部材料に置き換え、
前記樹脂フィルムの積層と描画およびモデル部を占める樹脂の除去そして該モデル部材料での置き換えを順次繰り返すことにより、該樹脂フィルムおよび該モデル部材料により構成される積層立体を形成し、
次いで該積層立体を処理して空間部を占める樹脂を前記第２溶媒により溶解除去し、
これによりモデル部材料からなる三次元形状を創成する、ことを特徴とする三次元形状創成装置。
【請求項９】
三次元ＣＡＤデータから作成した二次元スライスデータをもとに第１又は第２の樹脂からなる第１又は第２の樹脂フィルムに描画を行う描画ステップと、該各樹脂フィルムを積層する積層ステップと、前記各樹脂を除去する除去ステップと、除去された部分にモデル部材料を供給する材料供給ステップとからなり、
前記第１及ぶ第２の樹脂フィルムは、構成成分の一部もしくは全部が、描画手段によりある化学反応が引き起こされ、描画部の性質が変化する樹脂フィルムであり、
前記第１樹脂フィルムＡの非描画部を溶解し描画部を溶解しない第１溶媒と、前記第２樹脂フィルムBの非描画部を溶解し描画部を溶解しない第２溶媒と、前記第１樹脂フィルムＡの描画部を溶解する第３溶媒とを予め選択し、
第１樹脂フィルムＡを積層して描画を行い、所望の三次元形状に対応するモデル部を占める樹脂を前記第１溶媒により溶解除去し、
次いで第２樹脂フィルムＢを積層させ、該第２樹脂フィルムＢに描画を行い、モデル部の一部を占める第２樹脂を前記第２溶媒により溶解除去し、除去された該モデル部に第２溶媒と第３溶媒により溶解除去されないモデル部材料を供給して別のモデル部材料に置き換え、
次いで残ったモデル部の樹脂を除去し、必要に応じて平坦化を行い、
前記第１及び第２樹脂フィルムの積層、描画、除去、置き換えおよび平坦化を順次繰り返すことにより、２種類以上の材料からなる積層立体を作成し、
次いで該積層立体を処理してモデル部以外の空間部を占める樹脂を前記第３溶媒により溶解除去し、これにより描画部とモデル部材料からなる三次元形状を創成する、ことを特徴とする三次元形状創成方法。
【請求項１０】
三次元ＣＡＤデータから作成した二次元スライスデータをもとに第１又は第２の樹脂からなる第１又は第２の樹脂フィルムに描画を行う描画手段と、該各樹脂フィルムを積層する積層手段と、前記各樹脂を除去する除去手段と、除去された部分にモデル部材料を供給する材料供給手段とを備え、
前記第１及ぶ第２の樹脂フィルムは、構成成分の一部もしくは全部が、描画手段によりある化学反応が引き起こされ、描画部の性質が変化する樹脂フィルムであり、
前記除去手段は、前記第１樹脂フィルムＡの非描画部を溶解し描画部を溶解しない第１溶媒を供給する第１溶媒供給手段と、前記第２樹脂フィルムBの非描画部を溶解し描画部を溶解しない第２溶媒を供給する第２溶媒供給手段と、前記第１樹脂フィルムＡの描画部を溶解する第３溶媒を供給する第３溶媒供給手段と有し、
第１樹脂フィルムＡを積層し描画手段を用いて描画を行い、所望の三次元形状に対応するモデル部を占める樹脂を前記第１溶媒により溶解除去し、
次いで第２樹脂フィルムＢを積層させ、該第２樹脂フィルムＢに描画手段を用いて描画を行い、モデル部の一部を占める第２樹脂を前記第２溶媒により溶解除去し、除去された該モデル部を材料供給手段を用いて第２溶媒と第３溶媒により溶解除去されない別のモデル部材料に置き換え、
次いで残ったモデル部の樹脂を除去し、必要に応じて平坦化を行い、
前記第１及び第２樹脂フィルムの積層、描画、除去、置き換えおよび平坦化を順次繰り返すことにより、２種類以上の材料からなる積層立体を作成し、
次いで該積層立体を処理してモデル部以外の空間部を占める樹脂を前記第３溶媒により溶解除去し、これにより描画部とモデル部材料からなる三次元形状を創成する、ことを特徴とする三次元形状創成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルム積層造形法による三次元形状創成方法とこの方法による三次元形状創成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、機械部品の高機能化と意匠性の高度化により、ますます複雑な曲線がＣＡＤによって設計されている。しかし、ＣＡＤで設計した工業製品の製造には、原型（プロトタイプ）の試作等に、依然として多大な時間と費用がかかっている。このため、工業製品の開発速度を上げるとともに開発コストを下げるために、より優れた試作品などの一品生産システムの開発が強く望まれていた。そこで登場したのが、迅速試作品生産方式である「ラピッドプロトタイピング」であった。
【０００３】
このラピッドプロトタイピング（Rapid Prototyping）は、ステレオリソグラフィー（Stereolithography）とも呼ばれ、材料を徐々に積み重ねていくことによって形状創成をするもので、その意味では付加加工の範疇に属するものである。ラピッドプロトタイピングには、様々な方式が提案されているが、共通している点は、三次元ＣＡＤデータを二次元スライスデータの積層されたものとして捉え、スライスデータによる固体薄層を積層していく点である。ラピッドプロトタイピングの方式を分類すると、光造形、粉末溶着、溶融紡糸堆積、フィルム積層の４つに大別される。
【０００４】
光造形法（又は光固化造形法）は、光硬化性樹脂を光で硬化させて三次元物体を創成するものである。図１２は光固化造形法の原理図であり、（Ａ）まず三次元ＣＡＤやＸ線ＣＴなどにより作製した三次元モデル３１のデータを、コンピュータ上で水平にスライスして断面形状データを作り、（Ｂ）次に、液状の光硬化性樹脂３２の液面に、スライスデータに沿ってレーザ光３３を走査しながら照射する。光硬化性樹脂は、レーザ光が照射された部分だけがある厚みをもって硬化し、断面形状データどおりの硬化層３４が形成される。（Ｃ）次に、この硬化層３４（造形物）を載せたテーブル３５をモデル３１をスライスしたピッチだけ移動し、硬化した層の上面に未硬化の薄い樹脂層を形成する。その際、ブレードと呼ぶ部材でリコート（Recoat）と呼ぶ平坦化操作を行い、未硬化樹脂液の表面を均一にならす。そして同様にレーザ光３３を断面形状どおりに走査しながら照射し、硬化した層は直前の硬化層３４と一体化する。（Ｄ）Ｂ及びＣの工程を繰り返すことにより、対象となる三次元モデルが造形される。
【０００５】
上述した光固化造形法は、ＣＡＤデータから型を介さずに直接三次元物体が創成できる特徴を有し、精密鋳造などのマスタモデルの製作、地図や立体像の製作等の多くの分野で用いられている。
【０００６】
一方、粉末溶着法は、液体の光硬化性樹脂の代わりに粉末を用いるものであり、ロールで粉末を一定厚さに散布した後、レーザ光を照射、加熱溶融させるものである。この方法では、粉末として樹脂、金属、セラミックが使用できる特徴がある。
また、溶融紡糸堆積法は、粒子の代わりに細径のノズルより溶融した材料を紡糸として固化と同時に走査して平面層を作って堆積する方法であり、溶融材としては樹脂系とワックス系の材料が使われる。
【０００７】
さらに、フィルム積層法は、薄いフィルムをスライスデータに従って切断し、それを積層して立体を創成する方法であり、フィルムとしては紙や金属板が用いられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のラピッドプロトタイピングにおいて、積層の際の積層厚さはなるべく薄く均一にすることが理想的である。しかし、従来の各方式では、例えば表面張力等により未硬化の薄い樹脂層の形成が困難である等の原因により、十分な薄さを実現できていない（例えば、光造形法において現状の最低厚さは約５０μｍ）。このため、積層の際の段差ができ、この段差を除去するために積層完了後の研磨加工が不可欠となる。しかし、この研磨加工は、自動化が困難であり、多くが研磨技術をもった熟練職人によって行われるため、プロセス全体の自動化の大きな妨げとなっている。また、積層厚さ以下の大きさのモデルは製造不可能であるため、ごく小さなモデル（例えば、全体が１ｍｍ以下のマイクロ部品）を高精度に作ることはできなかった。
【０００９】
更に、モデルを高精度に作るためには、描画点をできるだけ小さくすることが必要となるが、その点において上述の各種ラピッドプロトタイピング手法の中では、光学的にレーザ径を絞ることができる光造形法が優れている。しかしながら一般の光造形法では液体樹脂を使用するため、モデルにおいて空中に浮んだ部分や垂下した部分は積層が不可能であるため支持枠（サポート）を付加し、モデルの造形後にこの支持枠を取り除くという作業が必要となる。この作業は自動化が困難で、多くが手作業で行われるため、プロセス全体の自動化の大きな妨げとなっている。
【００１０】
更に、従来の光造形法では液体樹脂が硬化する際の収縮の違い等によりそり変形が発生し、精度悪化の原因となっていた。
【００１１】
更に、従来の光造形法では光硬化性樹脂以外の材料を用いて高精度な三次元モデルを作るのは困難であり、また、２種類以上の材料からなるモデルを作ることはできなかった。
【００１２】
本発明は、上述した種々の問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、積層厚さを大幅に低減でき、これにより段差を低減し研磨加工の必要性を大幅に低減することができる三次元形状創成方法を提供することにある。また、本発明の別の目的は、微小なモデルから大きなモデルまで高精度に三次元モデルを製作できる三次元形状創成方法を提供することにある。更に、本発明の別の目的は、空中に浮んだ部分や垂下した部分をもつ三次元モデルを、支持枠（サポート）を付加してモデルの造形後にこの支持枠を取り除くという作業をすることなしに製作できる三次元形状創成方法を提供することにある。更に、本発明の別の目的は、別の材料への置き換えや、２種類以上の材料からなる三次元モデルを製作できる三次元形状創成方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、三次元ＣＡＤデータから作成した二次元スライスデータをもとに樹脂フィルムに描画を行う描画ステップと、該樹脂フィルムを積層する積層ステップと、樹脂を除去する除去ステップとからなり、
前記樹脂フィルムは、構成成分の一部もしくは全部が、描画によりある化学反応が引き起こされ、描画部の性質が変化する樹脂フィルムであり、
前記描画ステップにおいて、サーマルヘッドを用いて描画し、
前記除去ステップにおいて、描画部もしくは非描画部のどちらか一方を、溶媒を高圧で噴射させて樹脂を溶媒により溶解除去し、
前記樹脂フィルムの積層と描画を順次繰り返すことにより、所望の三次元形状に対応するモデル部とそれ以外の空間部とで性質の異なる樹脂フィルムの積層立体を作成し、次いで該積層立体を処理して空間部を占める樹脂を除去し、これによりモデル部を占める樹脂からなる三次元形状を創成する、ことを特徴とするフィルム積層造形法による三次元形状創成方法が提供される。
【００１４】
また本発明によれば、積層ステップにおいて、切断されたシート状の樹脂フィルムを光を遮る光遮光板の上に供給し、描画ステップにおいて、光源から出た光を光ファイバーを通して伝達し集光して樹脂フィルムに描画する。
また本発明によれば、積層ステップにおいて、液状の樹脂材料を供給し、ヒータを用いて乾燥固化して樹脂フィルムを積層する。
【００１５】
上記本発明の方法によれば、使用するフィルム厚を薄くする（例えば１μｍ）ことにより、積層厚を極めて薄くすることができ、段差をほとんどなくし後工程で必要となる研磨加工の手間を軽減もしくは省略することができる。また、積層厚を極めて薄くできる（例えば１μｍ）ことから、例えば、全体が１ｍｍ以下のマイクロ部品のような、更に高精度で微小な三次元モデルを製作することができる。
【００１６】
更に、樹脂フィルムを用いるため、樹脂の硬化の際の収縮が小さく、そり変形の割合を小さくおさえることができ、更に高精度な三次元モデルを製作することができる。
【００１７】
更に、樹脂フィルムを用いるため、空中に浮んだ部分や垂下した部分をもつ三次元モデルを、支持枠（サポート）を付加してモデルの造形後にこの支持枠を取り除くという作業をすることなしに製作することができる。
【００１８】
更に、樹脂フィルムを用いるため、別の材料への置き換えや、２種類以上の材料からなる三次元モデルを製作することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
図１は、本発明の方法を実施するフィルム積層装置の模式図である。図１（Ａ）において、１はフィルム状の樹脂であり、ベースフィルム９により両側から挟まれた状態で樹脂供給ローラ８に巻かれている。フィルム状の樹脂１は、ベースフィルム９をはがした状態でホットローラー２を用いて接着が行われる。適当な大きさでフィルムカッタ１０を用いてフィルム状の樹脂１は切断される。（Ｂ）次いで描画手段１１を用いて描画を行う。モデル部３および空間部４から平面画像５が作成される。（Ｃ）この平面画像５を積層させることにより、樹脂の積層立体６ができ、（Ｄ）これを処理して空間部４を占める樹脂４ａを除去して、（Ｅ）所望の三次元立体７ができあがる。
【００２０】
図１のフィルム積層装置を用い、本発明の三次元形状創成方法は、以下のステップで行われる。
（１）先ず、樹脂フィルム１を接着させる。接着には、たとえばホットローラー２を用いる。樹脂フィルム１は、フィルムロール８から供給され、両面に張りついている保護膜９をはがした後、使用される。また、樹脂フィルム１は、フィルムカッタ１０を用いて適当な長さに切断される。そして、三次元モデルのＣＡＤデータから二次元スライスデータを作成し、作成したスライスデータをもとに、モデル部３を描画手段を用いて描画する。描画手段には、たとえばレーザ１１を用いる。全描画が完了して平面画像５が完成する。なお樹脂フィルムの性質によっては、空間部４を描画手段を用いて描画することもできる。
（２）平面画像５の上に新たに樹脂フィルム１を接着させ、同様に描画を行う。この操作を順次繰り返すことにより樹脂フィルムの積層立体６を作成する。なお、描画を行った後に平面画像５の上に描画後の樹脂フィルム１を接着させてもよい。
（３）次いで積層立体６を処理して空間部４を占める樹脂４ａを除去してモデル部３を占める樹脂３ａからなる三次元立体７を創成する。
【００２１】
樹脂フィルム１は、描画手段を用いた描画によりある種の化学反応を引き起こす樹脂であり、適当な溶媒により描画部もしくは非描画部のいづれか一方を溶解除去することができる。
また、樹脂フィルム１において、描画部もしくは非描画部のいづれか一方を加熱により溶解除去もしくは分解除去してもよい。
【００２２】
なお、空間部４を占める樹脂４ａを除去する手段は、これらのものに限定されず、描画手段を用いた描画、非描画の違いによる樹脂の物性差により、その一方を除去できる周知の手段を用いることができる。
【００２３】
図２は、本発明の方法を更に詳しく示すフロー図である。この図に示すように、本発明の方法は、全ての工程が全て自動化が可能であり、熟練職人の手作業等を介在することなく、三次元部品を完成させることができる。
【００２４】
図３は、本発明を実施する別のフィルム積層装置の模式図である。（Ａ）平面画像５の上部に樹脂フィルム１を接着させ、（Ｂ）サーマルヘッド１２を用いて描画を行う。（Ｃ）この操作を繰り返し樹脂フィルムの積層立体６を作成した後、（Ｄ）噴射装置１３を用いて溶媒を高圧で噴射させ、空間部４を占める樹脂４ａを除去して、（Ｅ）モデル部３を占める樹脂３ａからなる三次元立体７を創成する。
【００２５】
図４は、本発明の方法を実施する更に別のフィルム積層装置の模式図である。図４（Ａ）において、１４はフィルム供給装置であり、切断されたシート状の樹脂フィルム１ａを光遮蔽板１５の上に供給する。描画は光源１６から出た光を制御装置１７を介して光ファイバー１８を伝わり集光装置１９により集光して行われる。（Ｂ）この操作を繰り返し平面画像５の積層物２０が出来上り、（Ｃ）これを接着して樹脂の積層立体６を作成した後、積層立体６を加熱することにより、空間部４を占める樹脂４ａを除去して、（Ｄ）モデル部３を占める樹脂３ａからなる三次元立体７を創成する。
【００２６】
図５は、本発明の方法を更に詳しく示すフロー図である。この図に示すように、樹脂フィルムの接着は描画後に行ってもよい。
【００２７】
図６は本発明の方法を実施する更に別のフィルム積層装置の模式図である。図６（Ａ）において、２１は露光装置であり、空間部４の画像マスク４ｂを作成し、平面画像５を一括して露光させることができる。この構成により、更に迅速に三次元モデルを製作することができる。さらに、（Ｅ）三次元立体７を表面処理して、（Ｆ）付加機能をもった表面処理後の三次元立体７ａを製作することができる。
【００２８】
図７は本発明の方法を実施する更に別のフィルム積層装置の模式図である。材料供給ノズル２３から供給される液状の樹脂材料を、薄膜作成装置２２を用いることにより極めて薄いフィルムを形成することができる。液状の樹脂を乾燥固化させるために、材料乾燥用ヒーター２４を用いることにより、短時間に薄膜の作成ができる。
【００２９】
図８は本発明の方法を実施する更に別のフィルム積層装置の模式図である。モデル部を別の材料２５に置き換えるために、材料供給装置を備えている。
【００３０】
図９は、本発明の方法を更に詳しく示すフロー図である。樹脂フィルムを形成した後、描画を行い、この作業を１回もしくは２回以上繰り返した後、モデル部の樹脂を除去する。次いで、除去したモデル部を別の材料で置き換える。必要に応じて表面の平坦化を行う。これらの作業を繰り返し、樹脂およびモデル部材料からなる積層立体ができあがる。この積層立体を処理して空間部を除去することにより、三次元立体ができあがる。
【００３１】
図１０は本発明の方法を実施する更に別のフィルム積層装置の模式図である。２種類以上のモデル部材料へ置き換えるため、複数の材料供給装置を備えている。
【００３２】
図１１は、本発明の方法を更に詳しく示すフロー図である。樹脂フィルムＡを形成し、描画後、モデル部の樹脂を除去する。次いで、樹脂フィルムＢを形成し、描画後、モデル部の一部の樹脂を除去する。次いで、樹脂を除去した部分を別の材料で置き換え、必要に応じて表面の平坦化を行い、モデル部の樹脂の除去、樹脂フィルムＢの形成、描画、除去、置き換えおよび平坦化を繰り返し、２種類以上の材料からなる平面画像ができあがる。この平面画像を積層させることにより、２種類以上の材料からなる積層立体ができあがる。この積層立体を処理して空間部を占める樹脂を除去し、三次元立体ができあがる。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
本発明における樹脂フィルムとして、半導体やプリント板の製造プロセスで広く利用されているフォトレジスト材料を用いた。使用したフォトレジスト材料は、厚さ５０μｍのドライフィルムであり、このドライフィルムは３層構造となっているため、使用の際にベースフィルムから剥がして用いた。表１に実験装置の概要を示す。
【００３４】
【表１】
0003698340.tif 000002
【００３５】
まず土台のガラスプレートを光造形装置に固定し、その上にドライフィルムを数層ローラーを用いて貼り合わせた。この部分は後処理により溶解させ、造形モデルを土台から引き離す際に必要となる。あらかじめレーザの走査スピードと反応の起こる深さとの関係を調べ、最上層のみ反応が起こる程度の走査スピードで描画を行った。描画のためのデータは、三次元ＣＡＤデータから二次元スライスデータを作成した。一層の描画が終了したら、描画した層の上に新たにドライフィルムを貼り合わせた。この後、描画と積層を繰り返し、描画後のフィルムの積層体を作成した。この積層体を光造形装置から取り出し、炭酸ナトリウム水溶液の中に入れ、攪拌して不要部を除去した。この後、造形物を取り出し水洗して、不要部を完全に除去した。各々の実験条件を表２に示す。
【００３６】
【表２】
0003698340.tif 000003
【００３７】
上述した実験により、歯車形状の三次元形状を創成することができた。完成した造形物の大きさは、直径が約１０ｍｍ、厚さが０．６ｍｍであり、この厚さは５０μｍのフィルムを１２層積層したものである。
【００３８】
なお、本発明は上述した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００３９】
【発明の効果】
上述した本発明によれば、使用するフィルム厚を薄くする（例えば１μｍ）ことにより、積層厚を極めて薄くすることができ、段差をほとんどなくし後工程で必要となる研磨加工の手間を軽減もしくは省略することができる。また、積層厚を極めて薄くできる（例えば１μｍ）ことから、例えば、全体が１ｍｍ以下のマイクロ部品のような、更に高精度で微小な三次元モデルを製作することができる。
【００４０】
更に、樹脂フィルムを用いるため、樹脂の硬化の際の収縮が小さく、そり変形の割合を小さくおさえることができ、更に高精度な三次元モデルを製作することができる。
【００４１】
更に、樹脂フィルムを用いるため、空中に浮んだ部分や垂下した部分をもつ三次元モデルを、支持枠（サポート）を付加してモデルの造形後にこの支持枠を取り除くという作業をすることなしに製作することができる。
【００４２】
更に、樹脂フィルムを用いるため、別の材料への置き換えや、２種類以上の材料からなる三次元モデルを製作することができる。
【００４３】
従って、本発明のフィルム積層光造形法による三次元形状創成方法は、積層厚さを大幅に低減でき、これにより段差を低減し研磨加工の必要性を大幅に低減することができ、また露光時の樹脂の収縮が小さいため高精度な三次元モデルを製作でき、これにより微小な三次元モデルも高精度に製作でき、空中に浮んだ部分や垂下した部分をもつ三次元モデルも支持枠（サポート）を付加する必要がなく、また、別の材料への置き換えや、２種類以上の材料からなる三次元モデルを製作することができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の方法を実施するフィルム積層装置の模式図である。
【図２】  本発明の方法を示すフロー図である。
【図３】  本発明の方法を実施する別のフィルム積層装置の模式図である。
【図４】  本発明の方法を実施する更に別のフィルム積層装置の模式図である。
【図５】  本発明の方法を示す別のフロー図である。
【図６】  本発明の方法を実施する更に別のフィルム積層装置の模式図である。
【図７】  本発明の方法を実施する更に別のフィルム積層装置の模式図である。
【図８】  本発明の方法を実施する更に別のフィルム積層装置の模式図である。
【図９】  本発明の方法を示す別のフロー図である。
【図１０】  本発明の方法を実施する更に別のフィルム積層装置の模式図である。
【図１１】  本発明の方法を示す別のフロー図である。
【図１２】  光固化造形法の原理図である。
【符号の説明】
１，１ａ  樹脂フィルム
２  ホットローラー
３，３ａ  モデル部
４，４ａ，４ｂ  空間部
５  平面画像
６  樹脂フィルムの積層立体
７  三次元立体
８  樹脂供給ローラ
９  保護膜
１０  フィルムカッター
１１  レーザ
１２  サーマルヘッド
１３  噴射装置
１４  シート供給装置
１５  光遮蔽板
１６  光源
１７  制御装置
１８  光ファイバー
１９  集光装置
２０  描画後の樹脂フィルムの積層体
２１  露光装置
２２  薄膜作成装置
２３  材料供給ノズル
２４  材料乾燥用ヒーター
２５  別の材料
２６  モデル部材料１
２７  モデル部材料２
３１  三次元モデル
３２  光硬化樹脂
３３  レーザ光
３４  硬化層
３５  テーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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