(57)【要約】【課題】粘性の高い光硬化性樹脂を用いた場合であっても、スキージに付着した未硬化の光硬化性樹脂が剥落して平坦性を劣化させることが無い、光造形装置を提供する。【解決手段】光硬化性樹脂層１１の一部を、レーザ光で露光、硬化させながら積層することで、立体造形物を形成する光造形装置であって、光造形装置は、光硬化性樹脂８を満たした造形槽９と、この造形槽９内に上下自在に配置された基台１０と、造形槽９の上方に配置されて、光硬化性樹脂８の表面に当接して水平に移動させることで、基台１０上に平坦な光硬化性樹脂層１１を形成するスキージ１２と、光硬化性樹脂層１１の一部にレーザ光を照射して硬化させるレーザ光源と、スキージ１２に付着した光硬化性樹脂８を除去する除去機構１３とを備え、スキージ１２は造形槽９を越えて往復移動し、その移動端部に配置された除去機構１３でスキージ１２に付着した余分な光硬化性樹脂を除去する構成とした。【選択図】図２
2008137251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光硬化性樹脂層の一部を、レーザ光で露光、硬化させながら積層することで、立体造形物を形成する光造形装置であって、前記光造形装置は、光硬化性樹脂を満たした造形槽と、この造形槽内に上下自在に配置された基台と、前記造形槽の上方に配置されて、前記光硬化性樹脂の表面に当接して水平に移動させることで、前記基台上に平坦な光硬化性樹脂層を形成するスキージと、前記光硬化性樹脂層の一部にレーザ光を照射して硬化させるレーザ光源と、前記スキージに付着した光硬化性樹脂を除去する除去機構とを備え、前記スキージは造形槽を越えて往復移動し、その移動端部に配置された前記除去機構でスキージに付着した余分な光硬化性樹脂を除去する光造形装置。
【請求項２】
除去機構は、庇状に斜め下方にせり出した弾性体からなり、スキージを前記弾性体へ当接させた後さらに押し込むことで、前記弾性体を撓ませるとともに、この弾性体の先端を前記スキージ上に摺動させて、付着した余分な光硬化性樹脂をかき取り除去する請求項１に記載の光造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光硬化性樹脂層をレーザ光で露光、硬化させることで立体造形物を形成する光造形装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
三次元ＣＡＤのデータより、短時間で立体の形状モデルを形成する方法として、光硬化性樹脂を用いた光造形装置が知られている。図７に示すごとく、従来の光造形装置は、光硬化性樹脂１を満たした造形槽２と、この造形槽２内に配置した昇降可能な基台３と、造形槽２の上方に配置されて、水平移動可能なスキージ４と、光硬化性樹脂１を露光して硬化させるレーザ光源５とから主に構成されている。
【０００３】
まず初めに、基台３上の光硬化性樹脂１に、スキージ４を当接させて水平に移動させることで、基台３上に平坦な光硬化性樹脂層６を形成する。次に、レーザ光源５からレーザ光をこの光硬化性樹脂層６上に照射することで硬化させる。このとき、レーザ光源５は、作製する形状モデルの三次元ＣＡＤデータを記憶した制御装置７に接続されており、レーザ光を各断面のＣＡＤデータに基づいて走査することで、各断面における層状の形状モデルを形成する。そして、上記を繰り返して、層状の形状モデルを積層することで立体の形状モデルを形成するものである。
【０００４】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２０００−２１８７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来例では、光硬化性樹脂層６の表面をスキージ４で平坦化させる際、必ずスキージ４の移動方向前面に余分な光硬化性樹脂１を掻き取りながら端部まで移動させる。そのため、端部で反対方向に移動させて、スキージ４の背面で再度光硬化性樹脂層６を平坦化させる際に、この前面に付着した光硬化性樹脂１が落下することで、平坦性が劣化するという課題があった。
【０００６】
そこで本発明は、光硬化性樹脂層を高い精度で平坦化させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、光硬化性樹脂層の一部を、レーザ光で露光、硬化させながら積層することで、立体造形物を形成する光造形装置であって、前記光造形装置は、光硬化性樹脂を満たした造形槽と、この造形槽内に上下自在に配置された基台と、前記造形槽の上方に配置されて、前記光硬化性樹脂の表面に当接して水平に移動させることで、前記基台上に平坦な光硬化性樹脂層を形成するスキージと、前記光硬化性樹脂層の一部にレーザ光を照射して硬化させるレーザ光源と、前記スキージに付着した光硬化性樹脂を除去する除去機構とを備え、前記スキージは造形槽を越えて往復移動し、その移動端部に配置された前記除去機構でスキージに付着した余分な光硬化性樹脂を除去するので、スキージの移動端部で、付着した余分な光硬化性樹脂を確実に取り除くことができ、その結果、余分な光硬化性樹脂の落下の無い、平坦な光硬化性樹脂層を形成することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る光造形装置によれば、光硬化性樹脂層を往復移動させることで平坦化するスキージにおいて、その移動端部に、先端部が下方に向いた庇状の弾性体で構成される除去機構を設ける。そのため、移動端部でスキージを弾性体に当接させてさらに押し込むことで、弾性体を撓ませるとともに、この弾性体の先端をスキージの先端に向けて摺動させるので、付着した余分な光硬化性樹脂を確実に掻き取ることができ、その結果、余分な光硬化性樹脂の落下の無い、平坦な光硬化性樹脂層を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施の形態について図を用いて説明する。
【００１０】
図１は、本発明の一実施の形態を説明する光造形装置の主要部の斜視図である。
【００１１】
本実施の形態における光造形装置は、光硬化性樹脂８を満たすための造形槽９と、この造形槽９内に配置した上下方向に昇降可能な基台１０と、造形槽９の上方に配置され、基台１０上に供給された光硬化性樹脂８の表面を水平に移動することで、平坦な光硬化性樹脂層１１を形成するスキージ１２と、このスキージ１２が移動する造形槽９の両端部９ａ（図２）に配置された除去機構１３とから構成されている。
【００１２】
スキージ１２は、光硬化性樹脂８を掻き取るためのブレード１４と、このブレード１４を固定して支持するブラケット１５とから構成される。尚、ブレード１４の材料は、通常は剛性の高い薄い鋼板等を使用することで、スキージ１２の水平移動に伴うブレード１４の撓みと、光硬化性樹脂８がブレード１４の底面部に付着することを防止して、一定の厚みの光硬化性樹脂層１１を基台１０上に形成することができるものである。
【００１３】
また、スキージ１２は、ブラケット１５に固定された移動機構により水平方向（ｘ方向）に往復移動可能であり、この移動機構によりスキージ１２を水平移動させることで、基台１０上に供給された光硬化性樹脂８を、その表面に当接させたブレード１４で平坦化して一定の厚みの光硬化性樹脂層１１を形成する。そして、半導体レーザやＨｅ−Ｃｄなどのレーザ発振源、走査ミラーなどから構成されるレーザ光源（図示せず）から、レーザ光をこの光硬化性樹脂層１１に照射することで、照射部の光硬化性樹脂８を硬化させる。レーザ光源は、作製する形状モデルの三次元ＣＡＤデータより生成された断面データ（ｚ方向に薄くスライスした形状データ）に基づき、制御装置で走査ミラーを走査することで、各断面における形状モデルを作製する。基台１０は、上下方向（ｚ方向）に昇降可能な機構を備えており、一層の形状モデルを作製後に、一定量下降して再度レーザ光の照射を繰り返すことで、各層の形状モデルすなわち断面形状を積層して、短期間で立体の形状モデルを作製するものである。尚、各層の厚み、すなわち基台１０の下降量は、通常５０ミクロンから１００ミクロン程度の範囲で設定するが、要求される形状モデルの精度により適宜設定する。
【００１４】
本実施の形態における光造形装置の特徴は、ブレード１４に付着した余分な光硬化性樹脂を取り除く除去機構を、スキージ１２が往復移動するその移動端（両端部）に設けたことである。特に、試作金型用途など耐熱性や高い剛性が要求される光造形では、エポキシ基材にフィラーを含有させた高粘度の光硬化性樹脂８が用いられる。このフィラー含有タイプの光硬化性樹脂８は、ブレード１４の前面に掻き上げられて付着すると、その粘度の高さから自重で落下せず、そのまま残存する。この残存した光硬化性樹脂８が、スキージ１２を逆方向に移動させたときに落下することで、光硬化性樹脂層１１の平坦性が劣化する。本実施の形態では、スキージ１２の移動端に除去機構１３を設けて、付着した余分な光硬化性樹脂８を確実に掻き取り除去することで、付着した光硬化性樹脂８の落下を防止するものである。
【００１５】
次に除去機構１３の詳細を、図２を用いて説明する。
【００１６】
図２は、図１における光造形装置のＡ−ＡＡ断面図である。
【００１７】
本実施の形態の除去機構１３は、基台１０を挟んだ造形槽９の両端部９ａに設けられ、板状の弾性体１６と調整ポスト１７とから構成されている。板状の弾性体１６は、一端１６ａを下方に向けて、他端部１６ｂを調整ポスト１７に挟持して固定することで庇状としている。この弾性体１６の一端１６ａに、ブレード１４の前面１４ａを当接させて、さらに押し込むことで、この板状の弾性体１６を撓ませるとともに、その先端１６ａをブレード１４に沿わせて下方に摺動させることで、ブレード１４の前面１４ａに付着した余分な光硬化性樹脂８を確実に掻き取り、除去するものである。弾性体１６の材料は、必ずブレード１４の材料よりも弾性率の小さい材料を選択する。こうすることで、ブレード１４を当接させて押し込んだときに、弾性体１６が下方に撓みながらブレード１４の前面１４ａに沿わせることができるので、ブレード１４の形状によらず、確実に弾性体１６を沿わせることができる。さらに、弾性体１６の材料をブレード１４よりも硬度の低い材料を用いることで、当接時にブレード１４を傷つけることなく光硬化性樹脂８を掻き取ることができる。尚、掻き取られた余分な光硬化性樹脂８は、造形槽９へ回収される。
【００１８】
次に、この除去機構１３による掻き取り動作の詳細を説明する。
【００１９】
図３〜図６は、本実施の形態における光硬化性樹脂８の除去動作を説明する工程の側面図をそれぞれ示している。
【００２０】
まず初めに図３に示すごとく、基台１０上に供給された光硬化性樹脂８の表面にブレード１４の先端を当接させながらスキージ１２を水平方向（ｘ方向）に移動させることで、平坦な光硬化性樹脂層１１を形成する。このとき、基台１０上には、形成する光硬化性樹脂層１１の厚みよりも若干厚い光硬化性樹脂８が供給されるので、余分な光硬化性樹脂８ａがブレード１４の前面１４ａに掻き取られることとなる。
【００２１】
次に図４に示すごとく、造形槽９の端部９ａに配置された除去機構１３まで、基台１０を越えてスキージ１２をさらに水平移動させた後、基台上の光硬化性樹脂層１１を、三次元ＣＡＤデータに基づき生成された断面データに則りレーザ光を露光させて硬化させる。一方スキージ１２は、ブレード１４の前面１４ａに掻き取られた余分な光硬化性樹脂８ａを付着させた状態で、造形槽９の端部９ａに配置した除去機構１３へ当接させる。除去機構１３は、上述したように、板状の弾性体１６の先端部１６ａを下方に向けて、他端１６ｂを挟持して固定した庇状としたものである。尚、この先端部１６ａの高さは、前面１４ａで掻き取られた余分な光硬化性樹脂８ａよりも高くなるようにして、さらに取り付け角度Ｂを必ず鋭角にして調整ポスト１７に取り付けられている。
【００２２】
次に図５に示すごとく、さらにスキージ１２を水平移動させることにより、ブレード１４の前面１４ａを板状の弾性体１６に押し込む。このようにブレード１４を弾性体１６に押し込むことで、弾性体１６の少なくとも先端部１６ａは撓み、前面１４ａに沿って摺動して付着した余分な光硬化性樹脂８ａを掻き取り、除去する。このとき、スキージ１２の移動量すなわちブレード１４の押し込み量は、当接させて撓んだ弾性体１６の少なくとも先端部１６ａが、ブレード１４の先端を必ず越えるように設定する。こうすることで、底面部も含めて、ブレード１４に付着している余分な光硬化性樹脂８ａを確実に除去できるものである。さらに、取り付け角度Ｂを鋭角とすることにより、余分な光硬化性樹脂８ａを弾性体１６の裏面側１６ｃに掻き取って集めることができるので、ブレード１４を反転させて急に弾性体１６から離脱させた場合であっても、弾性体１６の跳ね上がりで掻き取った光硬化性樹脂８ａが基台１０上などへ飛散することを防止することができる。尚、先端部１６ａを、刃状の鋭角な先端角度を有する形状とすることで、より確実に裏面側１６ｃに余分な光硬化性樹脂８ａを掻き取り集めることができる。
【００２３】
最後に図６に示すごとく、基台１０を一定量降下させて新たな光硬化性樹脂８を供給した後、スキージ１２を反対方向に水平移動させて再度平坦化させる。このとき、弾性体１６の裏面側１６ｃに付着した光硬化性樹脂８ａは、ブレード１４を離脱させたときの跳ね上がりなどにより、造形槽９内に落下して回収される。尚、本実施の形態では、一端での除去動作について説明したが、他端においても同様の除去機構１３が配置されており、同様に余分な光硬化性樹脂８ａの除去が行われるものである。
【００２４】
上述したように、本発明の光造形装置は、光硬化性樹脂８を平坦化した後のブレード１４から、その移動端部において必ず付着した余分な光硬化性樹脂８ａを掻き取り除去するので、平坦化した光硬化性樹脂層１１上に未硬化あるいは余分な光硬化性樹脂８ａが落下することがなく、その結果、造形物の形成精度を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明に係る光造形装置によれば、光硬化性樹脂層を往復移動させることで平坦化するスキージにおいて、その移動端部に、先端部が下方に向いた庇状の弾性体で構成される除去機構を設ける。そのため、移動端部でスキージを弾性体に当接させてさらに押し込むことで、弾性体を撓ませるとともに、この弾性体の先端をスキージの先端に向けて摺動させるので、付着した余分な光硬化性樹脂を確実に掻き取ることができ、その結果、余分な光硬化性樹脂の落下の無い、平坦な光硬化性樹脂層を形成することができるので、光硬化性樹脂層をレーザ光で露光、硬化させることで立体造形物を形成する光造形装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施の形態における光造形装置の要部斜視図
【図２】図１に示す光造形装置のＡ−ＡＡ断面図
【図３】本発明の光造形装置の除去動作を説明する側面図
【図４】本発明の光造形装置の除去動作を説明する側面図
【図５】本発明の光造形装置の除去動作を説明する側面図
【図６】本発明の光造形装置の除去動作を説明する側面図
【図７】従来の光造形装置を説明する断面図
【符号の説明】
【００２７】
８  光硬化性樹脂
９  造形槽
１０  基台
１１  光硬化性樹脂層
１２  スキージ
１３  除去機構
１６  弾性体
【図１】
2008137251.tif 000003
【図２】
2008137251.tif 000004
【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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