(57)【要約】  【課題】  ラピッドプロトタイピング微細穴造形では微細穴の所望のメッシュ造形品が得られず、微細穴の消滅などが発生していた。本発明は、ラピッドプロトタイピングで微細孔を造形する際、３次元ＣＡＤデータの変換によって微細穴の縮小あるい消滅することのない造形品を得る方法を提供することにある。  【解決手段】  ３次元ＣＡＤモデルにより造形品を複数の積層部分に分割し、分割した積層部分の造形素材を順次硬化し、積層部分を積み重ねる造形品生成方法において、積層厚さ以下の造形誤差を最小限に防ぐことに特徴がある。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末状の造形素材を敷き、
敷き詰められた造形素材には、固めたい個所に光ビームを含む粒子線を造形素材の敷き厚さ方向に照射して熱硬化させ、
その上に積み重ねるように造形素材を前回と同じ厚さに敷き、かつその積層された造形素材に粒子線を同様に照射して熱硬化させ、
この造形素材の積層および粒子線の照射を繰り返して造形品を形成する過程で造形品に貫通する微細穴をも一緒に形成するラビッドプロトタイピング造形方法において、
前記微細穴の丈は、各積層の厚さ分の倍数の高さを有し、かつ微細穴の上下面が各積層間の境界面に来ることを特徴とするラビッドプロトタイピング造形方法。
【請求項２】
請求項１記載のラビッドプロトタイピング造形方法を用いて作られる造形物おいて、
前記微細穴の上下面は境界面に沿って延在することを特徴とする造形物。
【請求項３】
請求項１記載のラビッドプロトタイピング造形方法を用いて作られる造形物おいて、
前記微細穴は、大きさが１ｍｍ２以下で、かつ網目状に配置されていることを特徴とする造形物。
【請求項４】
請求項１記載のラビッドプロトタイピング造形方法において、
前記造形品の形状を３次元ＣＡＤで作成し、
前記３次元ＣＡＤのデータより、前記境界面に沿ってスライスする等高線データを作成し、
前記等高線データをもとに前記粒子線の照射軌跡を描くことを特徴とするラビッドプロトタイピング造形方法。
【請求項５】
請求項４記載のラビッドプロトタイピング造形方法において、
前記３次元ＣＡＤのデータに造形に伴う造形の収縮率をかけてから前記微細穴を加えたデータを作成し、
この微細穴を加味したデータをもとに前記等高線データを作成することを特徴とするラビッドプロトタイピング造形方法。
【請求項６】
請求項５記載のラビッドプロトタイピング造形方法を用いて作られる造形物おいて、
前記造形品はパルプモールドの抄造形型であることを特徴とするラピッドプロトタイピング微細穴の高精度造形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元ＣＡＤモデルデータを用いた光造形や粉末焼結、または粉末融着等のラピッドプロトタイピング造形方法および造形品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の３次元ＣＡＤモデルデータを用いたラピッドプロトタイピングでの造形法は、特許文献１（特開２００２−１６６４８１号公報）に示されている。この造形法を図５で説明する。
【０００３】
まず、３次元ＣＡＤで作成した立体データ５１を水平方向にスライスした等高線データに変換５２する。
【０００４】
その等高線データに基づいて粉末状の造形素材を硬化させるビームの軌跡データに座標変換５３する。その後、等高線データの厚さ分（スライスピッチ）に、造形素材、例えば粉末プラスチックを散布し（敷き）、粉末プラスチックの薄膜を形成する５４。
【０００５】
そして、その敷かれた粉末プラスチックの上から敷き厚さ方向に光ビームを照射することによって、粉末プラスチックの造形素材を硬化させる５５。その上に積み重ねるように造形素材を前回と同じ厚さに敷き、かつその積層された造形素材に光ビーム（粒子線）を同様に照射して熱硬化させる。これを順次、等高線データの枚数分（積層分）繰り返し５６、粉末にあたかも埋まっているような製品Ｐが形成され、それを粉末の中から掘り出すように取り出すと５７、３次元ＣＡＤモデルデータと同様の造形品Ｐが生成される。
【０００６】
図５の右側に示した（５１ａ）〜（５７ｇ）は、図５の（５１）〜（５７）に対応して、生成される造形品のイメージを示している。この例では、造形品Ｐを生成する過程を示している。
【０００７】
ここで、図５に示す５２の過程で、立体データを水平方向にスライスし、等高線データを作成する際、積層方向に積層厚さ未満の硬化領域があった場合、その差分は硬化領域と判断される。そして図５に示す５５の過程で積層厚さ分全てを硬化するため、実質的には諸望の寸法よりも積層厚さの差分の厚さ分造形品は大きくなる。
【０００８】
例えば、図１の（Ａ）に示すように、積層厚さ１が０．１５ｍｍ、データ上の硬化領域高さ２が０．１７ｍｍの場合、硬化したい領域３はスライスデータ分割面４により３分割（場合によっては２分割）されることになる。
【０００９】
すなわち、図１の（Ａ）の場合には、高さ７が０．０１ｍｍ、高さ８が０．１５ｍｍ、高さ９が０．０１ｍｍに硬化領域を３分割した構成になっており、積層方向の硬化は照射ビームのＯＮ／ＯＦＦだけなので、０．０１ｍｍの高さを硬化したい場合でも、積層厚さ分０．１５ｍｍが硬化されてしますので、最終的には硬化結果５のように硬化領域高さ６に示す０．４５ｍｍの高さを硬化することになる。このため、３次元ＣＡＤデータには存在しない（３次元ＣＡＤデータとは異なる）不要な領域（丈の高い領域）が硬化されてしまう。
【００１０】
この３次元ＣＡＤデータとは異なる不要な領域の硬化は、特に微細穴がある場合などに顕著に現れる。このため、特に微細穴がある３次元ＣＡＤモデルデータを用いて積層造形した場合、造形品の穴は諸望の穴寸法より小さくなる現象がある。
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−１６６４８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前記従来技術は、硬化領域が積層方向であることから、積層の厚さを薄くすることにより、造形精度を向上する方法もある。しかし、造形材料散布の不均一性による硬化欠落、造形時間増加（積層厚さが薄くなれば、積層数が多くなるので造形時間が増す）のデメリットが生じ、一般的には、予め与えられた積層厚さで照射硬化処理をする。また本発明でも、ある程度の厚さの材料散布が必要である。
【００１３】
上記のような問題に対処し、本発明の目的は、諸望の３次元モデルに対し、高精度な造形品を得るラピッドプロトタイピング造形方法および造形品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、粉末状の造形素材を敷き、敷き詰められた造形素材には、固めたい個所に光ビームを含む粒子線を造形素材の敷き厚さ方向に照射して熱硬化させ、その上に積み重ねるように造形素材を前回と同じ厚さに敷き、かつその積層された造形素材に粒子線を同様に照射して熱硬化させ、この造形素材の積層および粒子線の照射を繰り返して造形品を形成する過程で造形品に貫通する微細穴をも一緒に形成するラビッドプロトタイピング造形方法において、前記微細穴の丈が、各積層の厚さ分の倍数の高さを有し、かつ微細穴の上下面が各積層間の境界面に来ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のラピッドプロトタイピングにより、複数の微細穴を塞ぐことがない生成加工を実現し、微細穴を有する所望のメッシュ造形品を生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
まず、図１に沿って説明する。
【００１７】
図１の（Ｂ）に示すように、例えば、造形素材の積層の厚さ１０が０．１５ｍｍの場合、硬化領域高さ１１を積層高さ１０の倍数とし、硬化したい領域１２の上下面をスライスデータ分割面１３と一致させることにより、諸望の硬化結果１４が得られる。
【００１８】
この記載内容から理解できるように、造形品に形成する微細穴の丈が積層の厚さと同じ（０．１５ｍｍ）ないし倍数（正の整数倍）で、かつ微細穴の上下面をスライスデータ分割面（各積層間の境界面）と一致させることにより、０．１５ｍｍの高さの穴ができる。すなわち、微細穴の丈を積層の厚さの倍数とし、かつ微細穴の上下面を各積層間の境界面に来るようにすることで、ラピッドプロトタイピングの造形品を形成する過程で造形品に貫通する微細穴をも一緒に形成できる。
【００１９】
この微細穴は、メッシュ状（網目状）に多数形成でき、しかも、精度のバラツキ等があっても上下方向の丈は最小限でも積層の厚さ分が確保される。丈の低い微細穴を塞がらずに作るには、上下面が積層間の境界面に沿って延在するように形成することが望ましい。
【００２０】
積層間の境界面は、分離される分割面とは違って熱溶着の結合面なっており、積層構造物の区分境界である。
【００２１】
微細穴の形成では収縮率等を特に注意しなければならない。
【００２２】
ラピッドプロトタイピングの造形品は、粉末状の造形素材（粉末プラスチック）を光ビームで熱硬化／熱溶着するので熱収縮し、全体が小さな寸法になってしまう。このため、微細穴は殊のほか小さくなって穴の機能を失い兼ねない。
【００２３】
そこで、次のような対応を講じた。
【００２４】
まず、図２の（Ａ）に示す従来のプロセスでは、外観形状を３次元ＣＡＤで作成２０し、さらに微細穴等を作成を加え２１、その後、形状データに造形の収縮率をかけ２２、等高線データに変換２３した。
【００２５】
この場合、２１の工程で、微細穴を積層高さ１０の倍数とし、硬化したい領域１２の上下面をスライスデータ分割面１３と一致させても、２２の工程で、微細穴に収縮率をかけることにより、微細穴は積層高さ１０の倍数とならなくなり、図１の（Ａ）のように諸望の形状が得られなくなる。
【００２６】
この現象を未然に防ぐためには、図２の（Ｂ）に示すように高精度造形のプロセスを考えた。
【００２７】
造形品の外観形状を３次元ＣＡＤで作成２４し、形状データの造形の収縮率をかけ２５、その後に微細穴等を作成２６し、等高線データに変換２７する。この方法により、収縮率をかける工程が入っても、微細穴が積層高さ１０の倍数で作り、上下面をスライスデータ分割面１３と一致させることにより、諸望の硬化結果１４が得られる。
【００２８】
図４、図３を加えて更に詳しく説明する。
【００２９】
図４の（Ａ）に示すように、Ｃ字型のモデルに複数の微細穴を有する造形品を生成する場合について説明する。
【００３０】
まず、３次元ＣＡＤ上で、Ｃ字型の外観形状を作成する。図４の（Ａ）の４１〜４４、および穴と穴の間隔はすべて図１の（Ｂ）の積層厚さ１０の倍数になるように配置し、微細穴の断面は長方形で直線的にかつ平行にあける。
【００３１】
モデルに収縮率をかける場合は、微細穴を配置する前に、Ｃ字型の外観形状をモデリングした時点で収縮率をかけ、微細穴には収縮率をかけない。その後、積層面に対し、微細穴の軸が平行になるように図４の（Ｂ）に示すように、図４の（Ａ）の３次元ＣＡＤデータを、９０度回転させる。
【００３２】
そして、硬化したい領域１２の上下面をスライスデータ分割面１３と一致させることが、本発明の造形方法である。これ以降は従来技術で示したように図５のステップ５３〜５６の処理をおこない、ステップ５７で造形品Ｐを取り出す。ここで９０度回転させることは、図４の（Ａ）の例であって、微細穴の軸と積層面の関係から、実際にはいろんな角度の場合がある。
【００３３】
図４は、ある任意の断面について示しているが、図４の（Ａ）の矢印Ｓから見た平面図は図３の（Ａ）のようになる。微細穴の断面積は１ｍｍ２以下の場合もある（前記のような問題は、微細穴の断面積が１ｍｍ２以下の場合に発生し易い）。
【００３４】
したがって、ここでは、微細穴の間隔も１ｍｍ２以下のメッシュ状に穴を有する造形品を対象にして説明する。図４の（Ｂ）に示したように穴の軸を積層面に平行に配置変換されたデータに基づいて（例えば、図５の５３に示したように）、その等高線データにより造形素材を硬化させるビームの軌跡データに座標変換する。
【００３５】
それは、例えば、図４の（Ａ）において、３次元ＣＡＤデータがＸ，Ｙ，Ｚ，のデータとして作成され、Ｘ軸方向がスライス方向で、Ｚ軸が積層方向であれば、これを図４の（Ｂ）のようにＺ´方向をスライス方向とするデータＸ´，Ｙ´，Ｚ´のデータに変換し、造形を行う（この場合積層方向はＸ´方向である）。
【００３６】
その後、等高線データの厚さ分の（通常０．１５ｍｍ）造形粉末素材を図５の５４（５４ｄ）のように薄膜散布し、図５の５５（５５ｅ）のようにビーム照射による素材硬化を行う。これを等高線データの枚数分繰り返し（図５の５４〜５６、あたかも埋まった製品を取り出すことになる（図５の５７）。その結果、微細穴は収縮率分小さくなるが、３次元モデルと同ほぼ様の造形品が生成される。
【００３７】
このようにステップ５３以降は従来技術と同じであるが、ステップ５１、５２において、図４に示したように、微細穴は全て直線状で断面が長方形の穴であること、その直線状の穴は硬化領域高さ（図１の１１）を積層高さ（図１の１０）の倍数とし、硬化したい領域（図１の１２）の上下面をスライスデータ分割面（図１の１３）と一致させることにより、諸望の硬化結果（図１の１４）を得ることに特徴がある。
【００３８】
図４の（Ａ）で、矢印方向Ｓから見た場合を図３の（Ａ）に示す。図４の（Ａ）の微細穴（４１〜４４）が図４の（Ａ）に対応した微細穴を示している。図４の（Ａ）は一断面の場合の説明図であるが、面で見ると図３の（Ａ）のようにメッシュ状に穴があけられる場合を示している。
【００３９】
この微細穴の断面積は前記のように１ｍｍ２以下である。また微細穴の間隔も１ｍｍ２以下である。その微細穴は図３の（Ｂ）に示したように平面、曲面に係わらず等間隔にあけることが要求される。本発明によれば、その場合にも対応できる。
【００４０】
ここで、微細穴が諸望の形状より小さくなる、あるいは、微細穴が消滅する原因を説明する。微細穴を有する３次元ＣＡＤデータを等高線データに変換する際、図３の（Ａ）に示すように、ｈｉ−１の微細穴がスライス面３０〜３３間にある場合、スライスデータ生成の際、ｈｉ−１の微細穴形状において３０／３１間の層は硬化、３１／３２間は硬化せず、３２／３３間は硬化、と判断され、図３の（Ａ）に示すように、ｈｉ−１の微細穴形状は、の図３の（Ｂ）に示すように、ｈｉ−１のような上下がつぶれたような形状になる。これは、スライス面３０／３１間にｈｉ−１の微細穴の不硬化領域（ｈｉ−１の上面と、スライス面３１との間）と、硬化領域（ｈｉ−１の上面と、スライス面３０との間）が存在するが、層の硬化はビーム照射のＯＮ／ＯＦＦのみで、層間に硬化領域と不硬化領域が同じＸ，Ｙ座標内に存在する場合、そこは硬化領域と判断されるためである。スライス面３２／３３間も同様である。また、図３の（Ａ）のｈｉの微細穴においては、ｈｉの上面とスライス面３４、ｈｉの下面とスライス面３６に隙間があり、層３４．３５間、および層３５．３６間のスライス面ｈｉのＸＹ座標内は硬化領域と判断され、結果的には図３の（Ｂ）のｈｉのように微細穴は消滅する。これが、微細穴が諸望の形状より小さくなる、あるいは、微細穴が消滅する要因となっている。
【００４１】
これに対して、本発明の場合は、硬化領域高さ１１を積層高さ１０の倍数とし、硬化したい領域１２の上下面をスライスデータ分割面１３と一致させることにより、微細穴が諸望の形状より小さくなる、あるいは、微細穴が消滅することを防いでいる。収縮率をかける場合は、微細穴が収縮率分多少小さくなるが、微細穴が消滅することはない。これは重要なことである。
【００４２】
また、製品への応用例として、パルプモールドの抄造型を３次元ＣＡＤで設計製造する場合も前記と同様である。３次元ＣＡＤ上で直線的な微細穴を有し、さらに微細穴の軸同士を全て平行な場合を対象にする（図１の（Ａ））。そして、３次元ＣＡＤデータをスライスし、等高線データに変換（図１の（Ｂ））する際、積層面に対し微細穴の軸が平行になるように３次元ＣＡＤデータを回転変換し配置する（図１の（Ｂ））ようにする。
【００４３】
また他の製品への応用として、通気口メッシュ部品、流路フィルタ、照明用ルーバなどに使用する微細穴を有する造形品を生成する場合にも、本発明を適用することによって品質がよい成形品を得ることができる。また、前記微細穴造形品はパルプモールドの抄造形型である。
【００４４】
本発明によれば、ラピッドプロタイピングの微細穴の造形を行う際、３次元ＣＡＤデータをスライス面に対して微細穴の軸が平行なデータに変換し、硬化したい領域の上下面をスライスデータ分割面と一致させた上で造形をおこなうことによって、目標とする断面積をもつ微細穴を有する造形品を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の理解を得るための説明図である。
【図２】本発明と従来例とを比較して示した説明図である。
【図３】微細穴が小さく出来たり、消滅してしま原因の説明図である。
【図４】３次元ＣＡＤによる積層造形のデータ変換を説明する図である。
【図５】ラピッドプロトタイピングによる造形方法の説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…微細孔、
４１〜４４…微細穴、
３…造形粉末素材。
【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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