平成10年度 研究報告 大分県産業科学技補センタ…

光造形モデルの形状精度に関する検討
一光造形システムによる複雑形状部品の一品生産に関する研究一大塚裕俊
機械電子部

Study on Shape Accuracy of LaserStereoli山ograp桓Model−ApplicationofLaserStereolithographySvstemtoMonoProductionofComplexpshapePart−
HirotoshiOHTSUKA
Mechanics＆Electronics Division

要旨
光樹脂模型を利用した鋳造法においては，光樹脂型の精度・強度などの新しい要因と従来の鋳造工学の知識との連携により，合理的な製造プロセスの開発を行う必要がある．とりわけ光造形モデルの形状精度（マクロ・ミクロ）は，高精度製品の製作のためにたいへん重要である．そこで基本形状（半球）の光造形モデルについてモデル化を行い，形状測定（マクロ・ミクロ）を行った．

形データであるSTLファイルに変換されなければなら1．はじめにない．このときソリッドモデルの表面データがSTLフ

光樹脂模型を利用した鋳造法では，最終的な金属製品

ァイルと呼ばれる面を3角形パッチの集合体データに変の品質・精度の確保が重要である，そのためには樹脂型換される．このとき対象が平面ならば問題ないが，空間（光造形モデル）の精度が，全体的な形状（マクロ）と中の自由曲面などは3角形パッチの密度により精度がき局所的な部分（ミクロ）について同時に必要となる．

まる．この公差（トレランス）はCAこ）側で入力する．

光造形モデルの精度を決めるものは，樹脂の硬化を含

今回はTable．1のようなトレランスを変えたファイル

めた製作機の精度（ハード）とCADデータの精度（ソを3種作成ン，もっとも細かいパッチのデータを利用しフト）に大きく分けられる．ソフトについてはCADでた．また光造形に際する諸データもあわせて＝乱1に示のデータ変換による精度管理が問題となり前報で検討しす．

た．

光造形モデルは樹脂の硬化に伴い，全体の形状にソリ・変形を生じる．それとともに光造形特有のZ方向の量モデル： 半球殻（半径25mm：厚さ3mm）

子化誤差（積層化誤差）による階段状の造形結果（ギザZ方向引上げピッチ： 0．15mmギザ）を生じる．これについても表面形状の品質の問題

レーザ操作間隔： 0，1mm（Ⅹ，Y）となる．これら2つの種類の誤差（マクロ・ミクロ）をレ】ザ操作速度：1mm／s

同じ光造形モデルにより同時に評価できれば都合がよい．

そこで今回は半球殻の光樹脂型のモデルを対象として造形と測定を行った．球の表面は急斜面から緩斜面までの表面要素を含んでおり，Z方向の量子化誤差（積層化誤差）の影響がどのようにこれらに表れているかを調べることが出来る．

2．研究内容2．1光造形モデル

今回の対象となるのは半球殻の形状である．これをFi8．1に示す．
2。2 CA Dデータ

Fig，1StandardModei（hemisphermodel）

CADの中で作成されたソリッドモデルは，まず光造−100−平成10年度 研究翫告 大分県産業科学枝術センター

Mode旦Number

法線方向誤差く』R）

Shape（KB）︵∈∈ ︶ 拙 琶

henlispher

597

heIⅥispher 0．005 1179

3

henユ1Spher 0・0025

0 ﹂
増強2r

4 3 2 10︒0∵0︒0しlⅢ申

2Tabie．i CAD Data

角度（∂〉

Fig・2 Deねma也omoぎbemisphermodei■n▼色0▲5叩乱内議乱眉叩匂ふクー．

正値はR＝0．0312mmであった．

胃−興V一息こ5ニー2323222

その測定子は片角スタイラス，スタイラスの先端Rの補2︵∈∈︶N利用した形状測定機は㈱ミツトヨ製CDH−431，

鼠22．3 形状測定機

測定は，ある断面に沿った球面上の法線方向への移動

8109量（全体形状）と，球面上の局所部分（8＝250，8＝4X（nnrn）5ロ．6＝65て）の表面形状について行った．法線方向（a）8＝ 250とは球の中心から外側へFlg．1のような角度∂におけ19。竃

る方向を指す．

19．15
1918．853。測定結果．、18．7

測定は造形後60日後のモデルを使って行った．

∈1臥55

∈！8．ヰ

ある断面に沿った球面上の法線方向への移動量（全体芯ほ2518．1
17．95
17．817．6517．515形状）をFlg．2，球面上の局所部分（β＝25C β＝45，8＝65ロ）の表面形状についての剰定結果をFlg．3（a）〜（c）に示す．
F土g．2に示すように，半球の全体形状では頂上に若干の凹部がある。また全体的には法線方向の距離は部分々

1817ズーr．■珊jで複雑に変化している．凹凸の誤差幅は0．2mm程度に仲）8＝450達している．なお0値はR＝24．9714であり球全体の収12．1
12．25

縮が認められる，12．習また局所部分の表面については，Z方向引上げピッチ（0．15mm）による表面の階段形状はそれほど明瞭でない．

大まかな凹凸は認められるが，引上げピッチよりも小さ︵∈∈︶Nな凹凸も多く存在している．

以上の測定結果によれば，光造形後の時間的な変形が11．9511．811．85
11．5琶瑠。2

造形物の形状に大きな影響を与えていることがわかる．

10．9

これに対して局所的な表面形状は，予想されたような階

10．丁5

10，810．15
10．3
10．15
10

段状の形状は明瞭には現れておらず，いくぶんRをともなう滑らかな表面形状となった．

またこれは傾斜の緩急を問わず同こ傾向を示した．これはおそらくレ…ザビームによる光樹脂の硬化が起こるヱl

ヱ2X（mm）（C）∂＝650

際に，その硬化樹脂のビーム側から削れた端の方での硬化の形状（丸みを帯びた形状）に関連していると思われる．

Fig．3 SuぬceSぬpe−ユ01−23平成10年度 研究報告 大分県産業科学技術センター
エl・㌻言急斜面から緩斜面までの表面要素を含む，基本的な半球殻の光樹脂型のモデルを対象として造形と形状測定を行った．その軋定の対象を，ある断面に沿った半球面上の法線方向への移動量（全体形状）と，球面上の局所部分（∂＝250，β＝450，8＝65G）の表面形状（局所形状）にわけて行った結果，次の結果を得た．
（1〉半球の全体形状では頂上に若干の凹部があり，また全体的には中心から法線方向の表面距離は部分々で複雑に変化しており，全体的に若干の収縮が認められた．
（2）局所部分の表面については，Z方向引上げピッチ（0，15mm）による表面の階段形状はそれほど明瞭でない．大まかな凹凸は認められるが，引上げピッチよりも小さな凹凸も多く存在している．
（3）全体形状の誤差は，光造形後の時間的な変形によるものと考えられる．局所的な表面形状は，Z引き上げピッチによる階段形状は明瞭には現れておらず，やや滑らかな表面形状となった．これはレーザビーム（点光源）による光樹脂の硬化の形状に関連していると思われる．
最後に本研究の遂行にあたり，測定技術の面で多大なご援助を賜りました岡村英雄氏をはじめ㈱ミツトヨの皆様に深く感謝いたします．

文献1）大中逸雄，長坂悦敬，村上俊彦‥ 鋳造方案システム￣JS−CAST」の概要と解析例 ，素形材，5（1996）
2）前川佳徳，牧本展政： 点光源による光造形シミュレ
ーション用FEMソルバーの検討ノ＼型技術ワークショ
ップ論文集95，1995−102∬