(57)【要約】【課題】  従来と同じ構造の光造形装置を用いて、かつ実際の光造形の際に必要になる光硬化性樹脂の量を削減し、光造形にかかるコストの低減を図る。【解決手段】  この光造形装置は、樹脂タンク２と、樹脂タンク内で昇降する造形テーブル３と、樹脂タンク内に貯溜された、レーザビームＢの照射によってその照射部分のみが硬化する性質を有する未硬化の光硬化性樹脂１と、樹脂タンク内に光硬化性樹脂のレーザビーム照射による造形を阻害しない範囲の量だけ、未硬化の光硬化性樹脂の液面を嵩上げするために収容した増量用粒材１０とを備えている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂タンクと、
前記樹脂タンク内で昇降する造形テーブルと、
前記樹脂タンク内に貯溜された、レーザビームの照射によってその照射部分のみが硬化する性質を有する未硬化の光硬化性樹脂と、
前記樹脂タンク内に前記光硬化性樹脂のレーザビーム照射による造形を阻害しない範囲の量だけ、前記未硬化の光硬化性樹脂の液面を嵩上げするために収容した増量用粒材とを備えたことを特徴とする光造形装置。
【請求項２】
前記増量用粒材は、前記未硬化の光硬化性樹脂中で沈むものであることを特徴とする請求項１に記載の光造形装置。
【請求項３】
前記増量用粒材は、ガラス、ステンレススチール、アルミニウム、アルミナ、ジルコニア又はテフロン（登録商標）製であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光造形装置。
【請求項４】
前記増量用粒材は、球体、中空球体又は発泡球体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光造形装置。
【請求項５】
前記増量用粒材の外径は０．５ｍｍ〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項４に記載の光造形装置。
【請求項６】
未硬化の光硬化性樹脂を貯溜している樹脂タンク内で造形テーブルを徐々に沈降させながら造形を必要とする位置にレーザビームを照射することによって該当位置の未硬化の光硬化性樹脂を硬化させる操作を繰り返すことで当該造形テーブル上に所望の造形物を造形する光造形装置に対する前記未硬化の光硬化性樹脂の充填方法であって、
前記樹脂タンク内に、前記未硬化の光硬化性樹脂を所定量だけ充填し、
前記光硬化性樹脂の充填の前、同時又は後に当該光硬化性樹脂の液面を嵩上げするための増量用粒材を前記造形作業を阻害しない範囲の量だけ充填することを特徴とする光硬化性樹脂の充填方法。
【請求項７】
前記増量用粒材は、前記未硬化の光硬化性樹脂中で沈むものであることを特徴とする請求項６に記載の光硬化性樹脂の充填方法。
【請求項８】
前記増量用粒材は、ガラス、ステンレススチール、アルミニウム、アルミナ、ジルコニア又はテフロン（登録商標）製であることを特徴とする請求項６又は７に記載の光硬化性樹脂の充填方法。
【請求項９】
前記増量用粒材は、外径は０．５ｍｍ〜１０ｍｍの球体、中空球体又は発泡球体であることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の光硬化性樹脂の充填方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光造形装置及び光造形装置における光硬化性樹脂の充填方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に光造形装置では、少なくとも目的の造形物の高さ分よりも深くなる量だけ未硬化の光硬化性樹脂を樹脂タンクに充填し、その未硬化の光硬化性樹脂中で造形テーブルを徐々に沈降させながら目的の造形物の該当高さ位置における輪切り断面形状に相当する軌跡を描くようにレーザビームを光硬化性樹脂の表面に照射することによって造形物を徐々に成長させていき、最終的に目的とする造形物を造形テーブル上に造形する。
【０００３】
従来、このような光造形装置においては、樹脂タンク内に必要なだけ多量の未硬化の光硬化性樹脂だけを充填し、光造形を行っている。この光造形に利用する光硬化性樹脂は、エポキシ系、ウレタン系、イミド系、オキセタン系等であり、いずれも比較的高価なものであり、またタンク内に長期間貯溜しているうちに劣化するためにその交換が必要になってくるので、樹脂タンク内に貯溜する光硬化性樹脂の量は最低限必要な分量だけであることがコスト的に望ましい。
【０００４】
この光造形のために消費される量、つまりレーザビームの照射で硬化されて造形物となる光硬化性樹脂の量は樹脂タンク中に貯溜されている全体量に比べればきわめて少量である。それでも、従来の光造形装置では、樹脂タンク内は、少なくとも最終的な造形物の高さ分と樹脂テーブルの高さ分との和よりも大きい液位となるように多量の光硬化性樹脂を補給しておかなければならず、ひいては光造形にはコストが嵩む問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述した従来の光造形装置の技術的課題に鑑みてなされたもので、従来と同じ構造の光造形装置を用いても実際の光造形の際に必要になる光硬化性樹脂の量を削減することができ、ひいては光造形にかかるコストの低減が図れる光造形関連技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明の光造形装置は、樹脂タンクと、前記樹脂タンク内で昇降する造形テーブルと、前記樹脂タンク内に貯溜された、レーザビームの照射によってその照射部分のみが硬化する性質を有する未硬化の光硬化性樹脂と、前記樹脂タンク内に前記光硬化性樹脂のレーザビーム照射による造形を阻害しない範囲の量だけ、前記未硬化の光硬化性樹脂の液面を嵩上げするために収容した増量用粒材とを備えたものである。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の光造形装置において、前記増量用粒材は、前記未硬化の光硬化性樹脂中で沈むものであることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は２の光造形装置において、前記増量用粒材は、ガラス、ステンレススチール、アルミニウム、アルミナ、ジルコニア又はテフロン（登録商標）製であることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１〜３の光造形装置において、前記増量用粒材は、球体、中空球体又は発泡球体であることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１〜４の光造形装置において、前記増量用粒材の外径は０．５ｍｍ〜１０ｍｍであることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項６の発明は、未硬化の光硬化性樹脂を貯溜している樹脂タンク内で造形テーブルを徐々に沈降させながら造形を必要とする位置にレーザビームを照射することによって該当位置の未硬化の光硬化性樹脂を硬化させる操作を繰り返すことで当該造形テーブル上に所望の造形物を造形する光造形装置に対する前記未硬化の光硬化性樹脂の充填方法であって、前記樹脂タンク内に、前記未硬化の光硬化性樹脂を所定量だけ充填し、前記光硬化性樹脂の充填の前、同時又は後に当該光硬化性樹脂の液面を嵩上げするための増量用粒材を前記造形作業を阻害しない範囲の量だけ充填することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項６の光硬化性樹脂の充填方法において、前記増量用粒材は、前記未硬化の光硬化性樹脂中で沈むものであることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項８の発明は、請求項６又は７の光硬化性樹脂の充填方法において、前記増量用粒材は、ガラス、ステンレススチール、アルミニウム、アルミナ、ジルコニア又はテフロン（登録商標）製であることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項９の発明は、請求項６〜８の光硬化性樹脂の充填方法において、前記増量用粒材は、外径は０．５ｍｍ〜１０ｍｍの球体、中空球体又は発泡球体であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、光造形に影響を与えない範囲で樹脂タンク内に増量用粒材を充填して光硬化性樹脂の液面を嵩上げしているので、樹脂タンク内の光硬化性樹脂の必要充填量を増量用粒材の充填量分だけ少なくすることができ、光造形にかかるコストを削減することができ、造形物の価格を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は本発明の１つの実施の形態の光造形装置の構成を示している。必要量の光硬化性樹脂１を貯溜する樹脂タンク２内に昇降する造形テーブル３が配置してある。この造形テーブル３は、図示しないモータによって昇降される駆動機構４に結合されていて、駆動機構４の昇降動作によって昇降する。通常、この造形テーブル３は、造形作業の開始当初は光硬化性樹脂３の液面の直下、例えば０．１ｍｍの位置に調整し、例えば０．１ｍｍ刻みという一定寸法刻みで降下され、その上に造形物５を一定寸法ずつ徐々に成長させていくものである。
【００１７】
造形テーブル３の上方にはコーター６とこれを支持する支持部材７が配置されている。このコーター６は造形中の造形物５の上方を平面移動することによって少なくとも造形物５の上面とその周辺に薄く一定厚の未硬化の光硬化性樹脂１の膜を形成する働きをする。
【００１８】
液面調整シリンダー８は液面下に没している造形テーブル３と駆動機構４の体積に見合う体積分だけ液中から引き上げられるものであり、これによって光硬化性樹脂１の液面Ｌが常にほぼ一定の位置に維持できるようにしてある。液面センサー９は光硬化性樹脂１の液面を監視し、その信号を駆動機構４とレーザビーム照射機構（図示せず）にフィードバックしている。この液面センター９の液面Ｌの検出信号によって駆動機構４は、造形テーブル３の沈下位置を制御し、その上の造形物５の上面位置と液面Ｌとの位置関係を一定に維持する。レーザビームＢは、レーザビーム照射機構によって液面Ｌの位置に収束しつつ予め設定してある軌跡に沿って液面Ｌ上を移動するように制御される。
【００１９】
光硬化性樹脂１としては、目的とする造形物５の特性によって様々に異なった種類のものを採用するが、例えば、エポキシ系、ウレタン系、イミド系、オキセタン系の光硬化性樹脂を使用する。さらに具体例を挙げれば、光硬化性樹脂１として、旭電化工業株式会社製、商品名：アデカラスキュアＨＳ−６８０、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、トリアリールスホニウムヘキサフルオロアンチモネートの混合物を使用することができる。
【００２０】
樹脂タンク２内に貯溜させてある光硬化性樹脂１の液中には増量用粒材１０を混入してあり、この増量用粒材１０の体積によって光硬化性樹脂１の液面Ｌを嵩上げしている。樹脂タンク２の内容積に対して光造形される造形物５のために消費される樹脂量はきわめて少量である。そして、レーザビームＢが当たり、樹脂が硬化する所は上述したように一定の高さレベルであるので、造形テーブル３や液面調整シリンダー８の下部などは光硬化性樹脂である必要がない。ところが、従来は樹脂タンク２内にコーター６の位置まで液面がほぼ達するように光硬化性樹脂１を充填していたために必要とする樹脂量が多量に上っていた。そこで本発明では、増量用粒材１０を光硬化性樹脂１中に混入して増量することにより、樹脂タンク２内に充填する実質的な樹脂量を削減している。
【００２１】
この増量用粒材１０はその目的からして光硬化性樹脂１と反応しない不活性物質であること、また作成中の造形物５に衝突して損傷を与えないこと、コーター６のコーティング作業を妨げないこと、造形テーブル３や液面調整シリンダー８の動きに対する抵抗が小さいこと等の条件を満たす形状、性状が望まれる。例えば、増量用粒材１０の形状としては、造形テーブル３を容易に移動させるものである必要があり、外形が球状（中空球、発泡球でもよい）であることが望ましい。増量用粒材１０の直径には厳密な制限はないが、０．５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であることが望ましい。増量用粒材１０の直径が小さすぎれば粒材同士で結合しあって固形化することがあり、直径が大きすぎれば液中での流動性が悪くなり、造形テーブル３の動きに対して抵抗が大きくなるためである。また、増量用粒材１０の比重についても、それが光硬化性樹脂１の液面上に浮上しないことが必要であり、かつ液中での流動性が良い方が好ましい。光硬化性樹脂１の比重は一般に１．０５〜１．５であり、増量用粒材１０としては、実際に樹脂タンク２に使用される光硬化性樹脂の比重よりも実質的な比重が若干重いものを使用する。ここで、実質比重というのは、特に中空球、発泡球についてその素材の比重ということではなく、成形した球体としての比重のことである。以上の条件から、増量用粒材１０として利用できるものには、例えば、上述した比重、粒径で、中実、中空あるいは発泡体のガラスビーズ、ステンレススチールビーズ、アルミニウムビーズ、アルミナビーズ、ジルコニアビーズ、テフロン（登録商標）ビーズを挙げることができる。
【００２２】
樹脂タンク２に充填する光硬化性樹脂１と増量用粒材１０との体積比率は特に限定されることはないが、樹脂タンク２内に光硬化性樹脂１を１００％使用する場合と、増量用粒材１０を混入する場合とでコスト的に後者の方が有利になる比率から始め、増量用粒材１０の比率を高め、極限として目的とする造形物５の完成時に液面Ｌに光硬化性樹脂１の層が若干残存しているだけの比率まで可能である。
【００２３】
また、目的と造形物に応じて比率を変化させることもある。例えば、異種のゴム弾性の樹脂やＰＰグレードの樹脂のように高価な樹脂や、造形物の部分的に着色するために着色樹脂に交換して用いる場合等にはそれらの樹脂量が最低限度必要なだけにし、多くの増量用粒材１０で増量する方法をとることができる。なお、樹脂を交換する際には、それまで使っていた樹脂を樹脂タンク２からいったん抜き取り、樹脂タンク２内の洗浄と共にタンク２内にとどまっている増量用粒材１０も洗浄し、その後に次に使用する樹脂を樹脂タンク２内に充填する方法をとる。
【００２４】
これにより、本発明によれば高価な光硬化性樹脂の使用量を削減することができ、光造形物の制作コストを低減できる。実機において、２５ｃｍ×２５ｃｍ×２５ｃｍの大きさの造形物の制作のために、従来は樹脂タンク内に約６０リットルの光硬化性樹脂を充填していたが、１０ｍｍ径のガラスビーズを増量用粒材として用い、樹脂量を半分強減らしてその分を増量用粒材で補填した場合にも従来と変わらない制作が可能であった。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の１つの実施の形態の光造形装置の断面図。
【符号の説明】
【００２６】
１  光硬化性樹脂
２  樹脂タンク
３  造形テーブル
４  駆動機構
５  造形物
６  コーター
８  液面調整シリンダー
９  液面センター
１０  増量用粒材
Ｂ  レーザビーム
Ｌ  液面
【図１】
2005119048.tif 000003