(57)【要約】【課題】タンク内の浮遊物を容易に検出し、造形不良の発生を低減することができるように改良された光造形装置を提供する。【解決手段】タンク内の光硬化性樹脂の液面にレーザ光照射して、立体造形品を造形する光造形装置において、浮遊物は造形不良の原因となっており、適宜除去される必要がある。本発明にかかる光造形装置は、タンク内の光硬化性樹脂中に配置された昇降テーブルの上部にレーザ光を照射して、当該照射部分の光硬化性樹脂を硬化させ積層する造形動作を行って、所定の形状モデルを造形する光造形装置において、前記タンクは少なくとも一部が透明に構成され、前記タンクの透明部分に備えられた固形物検出手段と、前記固形物検出手段により固形物が検出されると光造形動作を停止する制御部とを備えたことを特徴とする。【選択図】図４
2009214305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンク内の光硬化性樹脂中に配置された昇降テーブルの上部にレーザ光を照射して、当該照射部分の光硬化性樹脂を硬化させ積層する造形動作を行って、所定の形状モデルを造形する光造形装置において、
前記タンクは少なくとも一部が透明に構成され、前記タンクの透明部分に備えられた固形物検出手段と、前記固形物検出手段により固形物が検出されると光造形動作を停止する制御部とを備えたことを特徴とする光造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光硬化性樹脂の液面にレーザ光を照射して、立体造形品を造形する光造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タンク内の光硬化性樹脂の液面にレーザ光照射して、立体造形品を造形する光造形装置において、タンク内に浮遊する不要な樹脂硬化物（浮遊物）およびゴミ・埃等は造形不良の原因となっており、適宜除去される必要がある。
例えば、特許文献１はタンクの側壁面にレーザ光入射用の透光窓板を備える光造形装置を開示する。
特許文献１で開示されている光造形装置は、造形用のレーザ光を、透光窓板を通して入射させるため、透光窓板付近には光造形に必要な各装置が設置されており、作業員がタンク外部から透光窓板を通して浮遊物を確認することは困難である。
【特許文献１】特開平９−９４８８３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上述した背景からなされたものであって、タンク内の浮遊物を容易に検出し、造形不良の発生を低減することができるように改良された光造形装置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】
【０００４】
上記目的のために、本発明にかかる光造形装置は、タンク内の光硬化性樹脂中に配置された昇降テーブルの上部にレーザ光を照射して、当該照射部分の光硬化性樹脂を硬化させ積層する造形動作を行って、所定の形状モデルを造形する光造形装置において、前記タンクは少なくとも一部が透明に構成され、前記タンクの透明部分に備えられた固形物検出手段と、前記固形物検出手段により固形物が検出されると光造形動作を停止する制御部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
タンク内の浮遊物を容易に検出し、造形不良の発生を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本願発明の理解を助けるために、まず、自由液面法により造形を行う一般的な光造形装置を説明する。
以下、一般的な光造形装置である第１の光造形装置１において造形物が造形される過程について説明する。
図１は、一般的な光造形装置である第１の光造形装置１において造形物が造形される過程を示す図であって、（ａ）は第１層目の造形物が造形される過程を示し、（ｂ）はリコータ１１６が動作する過程を示し、（ｃ）は第２層目の造形物が造形される過程を示す。
図１（ａ）に示すように、第１の光造形装置１は、第１の樹脂タンク１００、エレベータ装置１０４、テーブル１０６、レーザ発光装置１０８、ミラー１１０、ミラー駆動装置１１２、造形物１１４、リコータ１１６などから構成される。
第１の第１の樹脂タンク１００は、光硬化性樹脂１０２を貯留する。
なお、各図においては、実質的に同じ構成部分には、同じ符号が付される。
【０００７】
図１（ａ）に示すように、第１の光造形装置１は、ミラー１１０およびミラー駆動装置１１２により、レーザ発光装置１０８から照射されたレーザ光を光硬化性樹脂１０２の液面上で走査させ、第１層目の造形物を作製する。
次に、第２層目の造形物作製のため、図１（ｂ）に示すように、エレベータ装置１０４がテーブル１０６を降下させる。
テーブル１０６がエレベータ装置１０４により降下された後、リコータ１１６はリコータ駆動装置１１８により、光硬化性樹脂１０２の液面を平行に移動させられ、
光硬化性樹脂１０２を供給し、液面の静定および泡の除去を行う。
上述のリコータ１１６の動作後に、図１（ｃ）に示すように、第１の光造形装置１は、第２層目の造形物を作製する。
【０００８】
しかしながら、第１の樹脂タンク１００に貯留されている光硬化性樹脂１０２に浮遊物が混入したときに、上述したリコータ１１６の動作により造形不良品が作製される場合がある。
その他、ゴミ・埃等も造形不良の原因となり得るが、以下説明の具体化・明確化のために上述した浮遊物（固形物）が光硬化性樹脂１０２に混入する場合を具体例として説明する。
以下、浮遊物が混入する原因の一例を説明する。
【０００９】
［浮遊物］
一般的に、第１の光造形装置１において、テーブル１０６と造形物１１４の間にサポートとよばれる造形物が造形される。
造形物１１４は、テーブル１０６から取り外される際に、サポートにより保護される。
つまり、造形物１１４の造形完了後に、サポートとテーブル１０６との間にヘラなどが差し込まれ、サポートが崩されることにより、造形物１１４が取り出される。
しかしながら、サポートが崩される際に、サポートの欠片（樹脂硬化物）が第１の樹脂タンク１００に貯留されている光硬化性樹脂１０２に混入し、浮遊物となる。
【００１０】
以下、第１の樹脂タンク１００に貯留されている光硬化性樹脂１０２に浮遊物が混入している場合におけるリコータ１１６による造形不良品形成過程を、図２および図３を用いて説明する。
【００１１】
図２は、第１の樹脂タンク１００に貯留されている光硬化性樹脂１０２に浮遊物１２０が混入している場合におけるリコータ１１６の動作を示す図であって、（ａ）はリコータ１１６が動作する前の状態を示し、（ｂ）はリコータ１１６が動作中の状態を示し、（ｃ）はリコータ１１６が動作した後の状態を示す。
図２（ａ）に示すように、浮遊物１２０は造形物１１４に付着し、突起となってしまうことがある。
図２（ｂ）に示すように、浮遊物１２０が造形物１１４に付着した状態で、リコータ１１６が移動すると、リコータ１１６が浮遊物１２０に接触し、図２（ｃ）に示すように、リコータ１１６の移動後には、造形物１１４が削りとられてしまい、削りとられた造形物は、新たな浮遊物となってしまう。
ここで、図２（ｃ）において、造形物１１４の第３層目が削りとられたものとする。
【００１２】
図３は、リコータ１１６により造形物１１４の第３層目が削りとられた状態において、造形物１１４がさらに造形される過程を示す図であって、（ａ）は第４層目の造形物が造形される過程を示し、（ｂ）は、第５層目の造形物が造形される過程を示す。
図３（ａ）に示すように、ミラー１１０およびミラー駆動装置１１２は、レーザ発光装置１０８から照射されたレーザ光を、光硬化性樹脂１０２の液面上で走査させ、第４層目の造形物を造形するが、造形物１１４の第３層目が削りとられてしまっているため、第４層目の造形物が浮いてしまい、新たな浮遊物として第１の樹脂タンク１００内の光硬化性樹脂１０２に混入してしまう。
同様に、図３（ｂ）に示すように、第５層目の造形物も浮いてしまい、新たな浮遊物として第１の樹脂タンク１００内の光硬化性樹脂１０２に混入してしまう。
【００１３】
上述したように、第１の樹脂タンク１００内光硬化性樹脂１０２に混入した浮遊物は、適宜検出除去されなければならないが、一般に、第１の樹脂タンク１００は、ステンレスなどの金属製で不透明であるため、例えば、作業員が第１の樹脂タンク１００の外部から浮遊物を確認することは困難である。
しかしながら、浮遊物を除去する作業（浮遊物除去作業）は、多大な手間を要するため、作業員は、第１の樹脂タンク１００内の浮遊物の状況を適宜把握し、浮遊物除去の適切な作業時期を見極める必要がある。
以下に説明する第２の光造形装置２は、上述した課題を解決し得るように改良されている。
【００１４】
［第２の光造形装置２］
図４は、本発明にかかる第２の光造形装置２の構成を示す断面図である。
第２の光造形装置２は、第２の樹脂タンク２１０、エレベータ装置１０４、テーブル１０６、レーザ発光装置１０８、ミラー１１０、ミラー駆動装置１１２、造形物１１４、リコータ１１６、リコータ駆動装置１１８、検出装置２０および制御装置１４から構成される。
検出装置２０は、発光装置２００および受光装置２０２から構成される。
制御装置１４は、ＣＰＵ１４０、メモリ１４２、データ通信を行うための通信装置１４４、および、キーボードおよび表示装置などを含む外部入出力装置１４６などから構成される。
【００１５】
光硬化性樹脂１０２は、例えばアクリル基、エポキシ基などを持つ光重合樹脂が用いられ、紫外線（ＵＶ）レーザ等のレーザ光により硬化される。
エレベータ装置１０４は、制御装置１４の制御に従って、テーブル１０６を昇降させる。
テーブル１０６は、エレベータ装置１０４により昇降され、造形物１１４を載置する。
【００１６】
レーザ発光装置１０８は、制御装置１４の制御に従って、紫外線レーザ等のレーザ光を照射する。
ミラー１１０は、ミラー駆動装置１１２の制御に従って回転し、レーザ発光装置１０８により照射されたレーザ光を反射する。
ミラー駆動装置１１２は、制御装置１４の制御に従って、ミラー１１０を回動し、ミラー１１０を回転させる。
【００１７】
造形物１１４は、ミラー１１０により反射されたレーザ光により、光硬化性樹脂１０２が硬化されることにより形成され、テーブル１０６上に積層される。
リコータ１１６は、リコータ駆動装置１１８の制御に従って、光硬化性樹脂１０２の液面を平行に移動し、光硬化性樹脂１０２の供給、液面の静定および泡の除去を行う。
リコータ駆動装置１１８は、制御装置１４の制御に従って、リコータ１１６を動作させる。
【００１８】
第２の樹脂タンク２１０は、透明な材料を第１の樹脂タンク１００と同形に形成したもので、光硬化性樹脂１０２を貯留する。
発光装置２００は、制御装置１４の制御に従って、レーザ光を照射する。
受光装置２０２は、制御装置１４の制御に従って、発光装置２００により発光されたレーザ光を受光する。
また、受光装置２０２は、受光したレーザ光の情報を、検知された浮遊物の量または光硬化性樹脂１０２の粘性などを示す浮遊物検知データとして制御装置１４に出力する。
【００１９】
制御装置１４は、メモリ１４２に記憶された制御プログラム２２（図５を参照して後述）を、ＣＰＵ１４０により実行し、形状データの読取り、エレベータ装置１０４の制御、レーザ発光装置１０８の制御、ミラー駆動装置１１２の制御およびリコータ駆動装置１１８の制御を行う。
【００２０】
以下、上述の形状データを説明する。
まず、３次元ＣＡＤソフトにより、所望の形状を示す３次元ＣＡＤデータが作成され、次に、作成された３次元ＣＡＤデータが、エレベータ装置１０４によりテーブル１０６を降下させるステップ幅で水平方向にスライス（輪切り）にされた断面をそれぞれ示す複数の断面データとして作成され、これらの断面データを含む形状データが作成される。
つまり、上述の形状データは、複数の断面データから構成される。
上述の形状データは、あらかじめ記録媒体（図示せず）などを介して提供され、記録装置（図示せず）などにより読み出されて、制御装置１４のメモリ１４２にロードされる
【００２１】
以下、制御装置１４において実行される制御プログラム２２を説明する。
図５は、図４に示した制御装置１４において実行される制御プログラム２２の構成を示す図である。
図５に示すように、制御プログラム２２は、データ読取部２２０、エレベータ装置制御部２２２、リコータ駆動装置制御部２２４、ミラー駆動装置制御部２２６、レーザ発光装置制御部２２８、全体制御部２３０および浮遊物検出プログラム２４から構成される。
浮遊物検出プログラム２４は、検出装置制御部２４０、検知データ受信部２４２、判定部２４４、閾値記憶部２４６および出力部２４８から構成される。
【００２２】
制御プログラム２２は、ＣＰＵ１４０およびメモリ１４２（ＲＯＭおよびＲＡＭなどを含む）などから構成されるコンピュータに、メモリ１４２に書かれた状態で供給され、ＯＳ（図示せず）を介して、このコンピュータのハードウェア資源を、具体的に利用して実行される。
【００２３】
データ読取部２２０は、メモリ１４４にロードされた形状データから１層分の断面データを読取り、全体制御部２３０に対して出力する。
エレベータ装置制御部２２２は、全体制御部２３０の制御に従って、エレベータ装置１０４を制御する。
リコータ駆動装置制御部２２４は、全体制御部２３０の制御に従って、リコータ駆動装置１１８を制御する。
【００２４】
ミラー駆動装置制御部２２６は、全体制御部２３０の制御に従って、ミラー駆動装置１１２を制御する。
レーザ発光装置制御部２２８は、全体制御部２３０の制御に従って、レーザ発光装置１０８を制御する。
全体制御部２３０は、データ読取部２２０から入力された１層分の断面データに基づいて、エレベータ装置制御部２２２、リコータ駆動装置制御部２２４、ミラー駆動装置制御部２２６、レーザ発光装置制御部２２８、検出装置制御部２４０および検知データ受信部２４２を制御し、所望の形状を造形し、さらに、浮遊物の検出を行う。
【００２５】
検出装置制御部２４０は、全体制御部２３０の制御に従って、発光装置２００および受光装置２０２を制御し、発光装置２００からレーザ光を照射させ、受光装置２０２で照射されたレーザ光を受光させる。
上述した発光装置２００から照射されるレーザ光は、浮遊物を検知するために用いられ、樹脂を硬化させない。
検知データ受信部２４２は、全体制御部２３０の制御に従って、受光装置２０２から樹脂硬化物検知データを受信し、判定部２４４に対して出力する。
【００２６】
閾値記憶部２４６は、検知された浮遊物の量または光硬化性樹脂１０２の粘性などを示す浮遊物検知データにおける所定の値を閾値として記憶する。
なお、浮遊物検知データの閾値は、あらかじめ、外部入出力装置１４６などを介して、設定されている。
判定部２４４は、検知データ受信部２４２から入力された樹脂硬化物検知データと、閾値記憶部２４６から入力された閾値とを比較し、検知データ受信部２４２から入力された樹脂硬化物検知データが閾値より高い場合には、アラームを出力部２４８に対して出力する。
【００２７】
出力部２４８は、判定部２４４から入力されたアラームを、通信装置１４４または外部入出力装置１４６に対して出力する。
具体的には、出力部２４８は、アラームを外部入出力装置１４６の表示装置に表示させたい場合には、外部入出力装置１４６に対して出力し、作業員のＥ−ｍａｉｌアドレスなどに通知させたい場合には、通信装置１４４に対して出力する。
【００２８】
以上説明した制御プログラム２２の浮遊物検出プログラム２４の処理の流れを、さらに説明する。
全体制御部２３０は、検出装置制御部２４０を制御し、検出装置制御部２４０は発光装置２００および受光装置２０２を制御して、浮遊物の検知を開始する。
また、全体制御部２３０は、検知データ受信部２４２を制御し、検知データ受信部２４２は、受光装置２０２から浮遊物検知データを受信し、判定部２４４に対して出力する。
【００２９】
判定部２４４は、検知データ受信部２４２から入力された浮遊物検知データが閾値より高いか否かを判断する。
検知データ受信部２４２から入力された浮遊物検知データが閾値より高いときには、判定部２４４は、出力部２４８に対して出力する。
出力部２４８は、入力されたアラームを通信装置１４４（図４）または外部入出力装置１４６に対して出力する。
【００３０】
以上説明した第２の光造形装置２は、浮遊物検知データが閾値より高い場合には、アラームを、通信装置１４４（図４）または外部入出力装置１４６に対して出力するように構成されたが、アラームの出力の替わりに、造形処理を中止するように構成されてもよい。
【００３１】
［第２の光造形装置２の変形例］
また、図４に示した第２の樹脂タンク２１０は、検出装置２０の発光装置２００がレーザ光を照射する部分および受光装置２０２がレーザ光を受光する部分のみに透明な材質が用いられるように構成されてもよい。
つまり、第２の樹脂タンク２１０は、第２の樹脂タンク２１０の一部のみに透明な材質が用いられるように構成されてもよい。
また、第２の樹脂タンク２１０において、透明な材質が用いられる場所は適宜変更されうる。
また、発光装置２００および受光装置２０２は、第２の樹脂タンク２１０において、透明な材質が用いられた部分を介してレーザ光の照射およびレーザ光の受光がなされるように、設置される。
【００３２】
また、図４に示した第２の光造形装置２は、検出装置２０をカメラ（図示せず）に置き換えた構成を採ってもよい。
第２の光造形装置２においては、カメラは、光硬化性樹脂１０２に含まれる浮遊物を撮影し、撮影された画像を示すデータを、制御装置１４が処理を行うように構成されることにより、浮遊物が検知される。
【００３３】
以上説明したように、本発明にかかる自由液面法光造形装置は、タンク内の浮遊物を容易に検出し、造形不良の発生を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】一般的な光造形装置である第１の光造形装置において造形物が造形される過程を示す図である。
【図２】第１の樹脂タンクに貯留されている光硬化性樹脂に浮遊物が混入している場合におけるリコータの動作を示す図である。
【図３】リコータ１１６により造形物１１４の第３層目が削りとられた状態において、造形物１１４がさらに造形される過程を示す図である。
【図４】本発明にかかる第２の光造形装置の構成を示す断面図である。
【図５】図４に示した制御装置において実行される制御プログラムの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１・・・第１の光造形装置
２・・・第２の光造形装置
１００・・第１の樹脂タンク
１０２・・・光硬化性樹脂
１０４・・・エレベータ装置
１０６・・・テーブル
１０８・・・レーザ発光装置
１１０・・・ミラー
１１２・・・ミラー駆動装置
１１４・・・造形物
１１６・・・リコータ
１１８・・・リコータ駆動装置
１２０・・・浮遊物
１４・・・制御装置
１４０・・・ＣＰＵ
１４２・・・メモリ
１４４・・・通信装置
１４６・・・外部入出力装置
２０・・・検出装置
２００・・・発光装置
２０２・・・受光装置
２１０・・・第２の樹脂タンク
２２・・・制御プログラム
２２０・・・データ読取部
２２２・・・エレベータ装置制御部
２２４・・・リコータ駆動装置制御部
２２６・・・ミラー駆動装置制御部
２２８・・・レーザ発光装置制御部
２３０・・・全体制御部
２４・・・浮遊物検出プログラム
２４０・・・検出装置制御部
２４２・・・検知データ受信部
２４４・・・判定部
２４６・・・閾値記憶部
２４８・・・出力部
【図１】
2009214305.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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