(57)【要約】【課題】光造形物を光造形装置で作成のために用いる断面パターンデータを容易に作成することができるようにする。【解決手段】作成しようとする光造形物の内部に中空部２を設けた原型モデル１の画像データと、この中空部２と同じ大きさで同じ形状の中空部モデル３の画像と、格子モデル４の画像データとを作成し、中空部モデル３と格子モデル４とをブーリアン演算して、外形が中空部モデル３と同じ格子モデル（図３）を作成し、この格子モデルを、ブーリアン演算により、原型モデル１の中空部２に嵌め込む原型モデルの画像データ（図４）を作成する。これにより、内部からこの格子モデルによって補強された光造形物の原型モデルが得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
形成しようとする光造形物の内部を中空とした構成の原型モデルと、該中空部と同じ大きさで同じ形状の中実の中空部モデルと、格子状の補強部材のモデルとの画像データを作成する第１の工程と、
該中空部モデルと該補強部材のモデルとの画像データとをブーリアン演算し、該中空部モデルと同じ大きさで同じ形状の補強部材のモデルの画像データを形成する第２の工程と、
該第２の工程で形成された該補強部材のモデルの画像データを、ブーリアン演算により、該原型モデルの画像データの該中空部に嵌め込む第３の工程と
とからなり、中空部に格子状の補強部材が嵌め込まれて補強された光造形物の鋳造のための原型モデルの画像データを作成することを特徴とする光造形物の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光硬化樹脂の硬化層が積層されてなる光造形物に係り、特に、消失可能な鋳造用の原形（鋳型）として好適な光造形物の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業製品や部品の設計，デザインがコンピュータ上で行なわれることが広く普及しており、その一例として、このような製品や部品を鋳造するための光造形物による鋳型の設計やデザインが知られている。
【０００３】
いま、図６に示すようなドーナツ型の可燃性の光硬化樹脂からなる光造形物１００を鋳型とした場合について説明すると、図７（ａ）に示すように、かかる光造形物１００は容器１０１内の砂などの鋳型材料１０２に埋め込まれる。この光造形物１００には、ワックスなどで作成された湯口１０３や押し湯１０４が接着されており、これら湯口１０３や押し湯１０４の先端部が外部に露出するようにしている。
【０００４】
かかる状態で、容器１０１全体を加熱することにより、湯口１０３や押し湯１０４，光造形物１００を燃焼気化させる。湯口１０３や押し湯１０４が燃焼することにより、湯口１０３や押し湯１０４が空洞化するとともに、そのワックス成分が気化されて鋳型材料１０２に浸透し、この鋳型材料１０２が硬化する。また、光造形物１００が燃焼して気化すると、その気体が空洞化した湯口１０３や押し湯１０４から外部に放出される。
【０００５】
これにより、図７（ｂ）に示すように、鋳型材料１０２中に光造形物１００と同一形状で同じ大きさの鋳型空間１０５が生ずる。この鋳型空間１０５は、湯口１０３や押し湯１０４を通して、外部と連通している。そこで、この湯口１０３から鋳型空間１０５内に金属溶湯を注湯し、冷却固化することにより、光造形物１００と同一形状で同じ大きさの製品もしくは部品が得られる。
【０００６】
ところで、かかる光造形物１００は、内部まで詰まった中実の構造をなしており、このため、上記のように、加熱して気化するには、その体積分の多量の光硬化樹脂を燃焼させる必要があり、それを完全に燃焼させるためには、長時間を要し、燃焼することによって発生する多量のガスや光造形物１００自体の膨脹により、鋳型に割れが発生する恐れがあるし、また、形成された鋳型空間１０５内に燃焼した光硬化樹脂の残渣が残り、これによって鋳造不良が発生する。
【０００７】
かかる事態を回避するために、図８に示すように、内部を中空部１０８として、肉薄な壁部１０７とした中空の光造形物１０６が考えられるが、機械的強度が著しく低下し、鋳型材料１０２（図７）内に埋め込んだとき、変形するなどの問題が生ずる。
【０００８】
かかる問題を解消するものとして、中空の光造形物内にハニカム（蜂の巣）状の六角形の空間を多数形成する補強壁を設け、中空部をハニカム状に区切る構成とすることにより、この光造形物の肉薄の壁部を内部から補強するようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
この特許文献１に開示の技術によると、ハニカム状の補強壁の１つの辺を欠如させて互いに隣接する六角形の空間が連結された第１の断面部と、この第１の断面部で欠如された補強壁からなる第２の断面とが交互に配置された構造の光造形物を設計し、かかる光造形物を多数の層にスライスしたときの夫々の層の断面パターンデータを作成し、光造形装置により、夫々の層を光硬化樹脂を硬化させて積層することで光造形物を作成するものである。
【００１０】
これを図９で説明すると、同図（ａ）に示すように、光硬化樹脂液２０１が満たされたタンク２００内にステージ２０２を入れる。このとき、ステージ２０２は、エレベータ装置２０３により、光硬化樹脂液２０１の液面２０１ａから作成する光造形物の上記の層１つ分の厚さに等しい深さＤに沈めた位置に設定する。そして、レーザ源２０４からのレーザビーム２０６を回転ミラー２０５を介して液面２０１ａに照射し、この回転ミラー２０５を回転させることにより、層の断面パターンデータに応じた経路に沿ってレーザビーム２０６の照射位置を移動させることにより、その経路での光硬化樹脂を硬化する。
【００１１】
このようにして、最初の層２０７ａが形成されると、次に、図９（ｂ）に示すように、エレベータ装置２０３により、ステージ２０２を次の層の厚み分だけ沈め、液面から深さ２Ｄの位置に設定する。そして、この２番目の層の断面パターンデータに応じた経路に沿ってレーザビーム２０６の照射位置を移動させる。これにより、第１の層２０７ａの上に第２の層２０７ｂが形成される。以下同様にして、順次の層を形成し、これにより、層の断面パターンデータの硬化された光樹脂層が積層された光造形物が形成される。
【特許文献１】特開２００２ー３４７１２５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、上記特許文献１に記載の技術では、光造形物の内部を中空とし、その中空部にハニカム状の補強壁を設けることにより、光造形物での光効果樹脂の使用量を削減しつつ、その機械強度の低下を防止できるものであるが、かかる光造形物を作成する際には、上記の異なる第１の断面と第２の断面との層の断面パターンデータを用いるものであって、しかも、これらの断面パターンを交互に用いて、第１の断面の層と第２の断面の層とが交互に積層するように形成するものであるから、作成する光造形物の位置に応じて第１，第２の断面の層の断面パターンはずれるなどして異なってくることになり、光造形物の位置の層毎に異なる断面パターンのデータを作成する必要がある。このために、各層毎に断面パターンデータを作成しなければならず、手間と時間がかかるものとなる。
【００１３】
本発明の目的は、かかる問題を解消し、光造形物を光造形装置で作成するために用いる断面パターンデータを容易に作成することができるようにした光造形物の形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明は、形成しようとする光造形物の内部を中空とした構成の原型モデルと、該中空部と同じ大きさで同じ形状の中実の中空部モデルと、格子状の補強部材のモデルとの画像データを作成する第１の工程と、該中空部モデルと該補強部材のモデルとの画像データとをブーリアン演算し、該中空部モデルと同じ大きさで同じ形状の補強部材のモデルの画像データを形成する第２の工程と、該第２の工程で形成された該補強部材のモデルの画像データを、ブーリアン演算により、該原型モデルの画像データの該中空部に嵌め込む第３の工程ととからなり、中空部に格子状の補強部材が嵌め込まれて補強された光造形物の鋳造のための原型モデルの画像データを作成することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、各モデルの画像データをブーリアン演算することにより、中空部に補強部材で強度を高めた光造形物の鋳造用原型モデルの画像データを作成し、これを各層にスライスして光造形のための各層の断面パターンデータを作成するものであるから、各層の断面パターンデータを一つずつ作成する方法に比べ、かかる各層の作成が容易となり、手間がかからず、短時間で作成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面により説明する。  
図５は本発明によって形成された光造形物の一実施形態を示す図であって、同図（ａ）は外観斜視図、同図（ｂ）は中心軸Ｌ0を通るＸＺ面でみた図（以下、縦断面図という）、同図（ｃ）は中心軸Ｌ0に垂直なＸＹ面でみた図（以下、横断面図という）であり、１０は光造形物、１１は中空部、１２は補強部材である。
【００１７】
同図（ａ），（ｂ），（ｃ）において、光造形物１０はドーナツ状の外観をなすものであって、その内部は一周にわたって中空部１１が形成されている。そして、その中空部１１内に、その中空部１１の壁面に当接した格子状の補強部材１２が設けられている。
【００１８】
次に、本発明による光造形物の形成方法の一実施形態について説明するが、形成対象となる光造形物は、一具体例として、図５に示す光造形物１０とするが、これのみに限られるものではない。
【００１９】
図１は図５に示す光造形物１０を形成するための画像データを示す図であって、同図（ａ）は中空の原型モデルを示す縦断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）に示す原型モデルでの中空部と同型の中空部モデルを示す縦断面図、同図（ｃ）は格子モデルを示す斜視図であり、１は中空の原型モデル、２は中空部、３は中空部モデル、４は格子モデルである。
【００２０】
同図（ａ）〜（ｃ）において、図５に示す光造形物１０を作成する場合には、コンピュータにより、図１（ａ）に示すように、中空部２が設けられた三次元のドーナツ状の原型モデル１の画像データと、図１（ｂ）に示すように、この原型モデル１の中空部２と同じ大きさ、同じ形状の三次元の中実の中空部モデル３の画像データと、図１（ｃ）に示すように、Ｘ，Ｙ，Ｚ座標軸方向に三次元に壁部が形成されてなる格子モデル４の画像データとを作成する。ここで、これらの中心軸Ｌ0は、Ｚ座標軸に平行とする。
【００２１】
この格子モデル４は、その全体の体積が中空部モデル３全体を余裕をもって包含する大きさであり、ＹＺ平面に平行な面を示す図２（ａ）やＸＹ平面に平行な面を示す図２（ｂ）において、格子を形成する壁部４ａのＸ方向やＹ方向，Ｚ方向の間隔Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚも、また、かかる壁部４ａのＸ方向やＹ方向，Ｚ方向の厚さｄも、夫々任意に設定可能である。
【００２２】
このようにして、各モデルの画像データ（以下、モデルデータという）が作成されると、次に、中空部モデル３の画像データ（図１（ｂ））を格子モデル４（図１（ｃ））の中に、これらの中心軸Ｌ0を一致させて、埋め込み、この中空部モデル３の画像データの範囲内の部分を抽出するブーリアン演算を行なって、図３に示すように、外観が中空部モデル３の外観をなす格子モデル５の画像データを取得する。そして、次に、この格子モデル５の画像データを、原型モデル１（図１（ａ））の中空部２内に、これらの中心軸Ｌ0を一致させて、嵌め込むブーリアン演算を行なうと、図４に示す構造の光造形物１０の鋳造用原型モデル６の画像が得られる。この鋳造用原型モデル６は、図５に示す光造形物１０と同じ構造をなすものであって、中空部２内に、補強部材として格子モデル５が嵌め込まれているものである。
【００２３】
この鋳造用原型モデル６をＸＹ面に平行にスライスすることにより、各層のモデルデータが図５（ｃ）に示す構成で得られることになり、得られた各層のかかるモデルデータを断面パターンデータとし、図９に示す光造形装置でかかる断面パターンデータを用いて光造形を行なうことにより、図５に示すように、中空部１１内に格子状の補強部材１２が嵌め込まれた光造形物１０が形成されることになる。
【００２４】
このようにして、この実施形態では、形成しようとする光造形物の内部を中空とした構成の原型モデルと、この中空部と同形の中実の中空部モデルと、格子状の補強部材のモデルとの画像データを作成し、これらモデルの画像データをブーリアン演算処理することによって原型モデルに補強部材のモデルを嵌め込み、中空部で補強部材によって補強された原型モデルの画像データを作成し、かかる原型モデルの画像データをスライスして光造形装置に用いる各層の断面パターンデータを作成するものであるから、各層の断面パターンデータを１つずつ作成する上記特許文献１に記載の光造形物の形成方法に比べ、補強された光造形物の各層の作成が容易となり、手間がかからず、短時間での作成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による光造形物の形成方法の一実施形態の第１の工程を説明するための図である。
【図２】図１における格子モデルの構成の詳細を示す図である。
【図３】図１に示す第１の工程に続く第２の工程を説明するための図である。
【図４】図３に示す第２の工程に続く第３の工程を説明するための図である。
【図５】本発明によって形成された光造形物の一実施形態を示す図である。
【図６】光造形物の一例を示す外観斜視図である。
【図７】光造形装置を用いた鋳物の製造方法を示す図である。
【図８】光造形物の他の例を示す断面図である。
【図９】光造形装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  中空の原型モデル
２  中空部
３  中空部モデル
４，５  格子モデル
４ａ  格子の壁部
１０  光造形物
１１  中空部
１２  補強部材
【図２】
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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】
2009166422.tif 000009
【図１】
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【図３】
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