平成9年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

光造形システムによる樹脂模型の形状測定（第2報）
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船田 昌
機械電子部

Shape誠easuTing of Resin誠odels fTOm Laser Stereolithography（Part 2）−Åpplication of Laser StereolithogT叩hy System to賊ono Production of Complex−Shape Parts〜
MasashiFUNAr）A
Mechanics ＆ Electronics L）ivisi（）n

要旨
平成8年度は，光造形システムで製作した階段状模型（厚さ 2．加町 中空模型）の形状測定を子J一い 平面鉦の変形の扶態を把握する事ができた▲ 今年度は，高精度の樹脂模型の製作JJため，変形防止リブ入り山階段伏樹脂模型の形状測定及び造形後の形状の経時変化測定を行い，変形抑制に対するリブの効果の確認した．また，掛澗
模型ザ変形防止のためリブ構造を検討するための基礎実験として，・辺が10mm，20mm，馴mm（ノバ／㍑照雄棚宮津冊模型を作製し，形状測定及び形状の経時変化の測定を行い，リブ間隔の最適値を求めた．の経時変化を把握する必要がある．そこで，前述の測定

1．緒言に関して造形後3〜5日について緯時変化を明イi射こすろ

光造形システムにより造形された樹脂模型は9 樹脂の測定を行った．

硬化の過程において収紹し，反りなどの変形を生じる．

この変形の度合は，模型の構造，造形条件，造形後の模型の保管状態などにより大きく変わる．

針∴造形条件及び測定条件

樹脂模型を精密鋳造の消失模型として使用する場合，

2．1造形装置及び造形条件

焼成時の型の割れ防止などのためには，使用する樹脂の造形装置名及び造形条件を1、往hlelに示す

最を少なくする事が有効である．このためには，模型の造形に使用した装置はち Ll）励起同体ブ／レーーレーーザを他肉厚を薄くする必要があるが，肉厚を薄くすると模型が用し可視光硬化性樹脂を硬化させる方￣式であり，ゾ／レーー変形しやすくなる。この対策として模型のリブ構造が考

レーーザは造形べ−一スの下方から照射させ梢層すろ引き卜えられる．

げ造形方式である．

そこで，平成牒年度に光造形システムで製作した階段状模型と同形状で，肉厚が薄く，リブを追加した模型を「l㌦h】ul 造形装置及び造形条件作製し，形状測定を行う事により，変形抑制に対するリ造形装置名

ブの効果の確認を行った．

造形条件

また，模型にリブを追加する場合，模型の変形量と型

Dl三＼K【ミ＼Sl．r）【引）（）（）

引き上げピッチ

0．2mmの割れ等に影響する樹脂量（リブの数）を考慮し，最適

スキャン方式シングル ／ 一部クロスな模型構造にしなけらばならない．そこで，リブ構造をスキャンスピーー・一ド 100mm／1検討するために，−】一辺が10mm9 20mm，朋mmの立方体形状

スキャン形式

ラスター￣／ベクタ】の樹脂模型を作製し†それぞれの形状測定を行い，立方ラスターーピッチ）・2mnl

体のサイズと変形量の関係を明確にした．

薄液コントローール 有り

造形後の樹脂模型ついては，光硬化樹脂の暗反応等により変形が進行する事が知られている．樹脂模型を精密2．2模型形状及び設定座標系鋳造の消失模型として使用する場合，造形終了から型製2．2．1階段状模型作まで，模型を保管する場合が考えられる．そのため，ドig。ま に階段扶植理のや朝雄棚減びリナ隠避ル概略図

高精度の鋳造品の製作のためには 造形後の模型の形朝F圧．2 に測定時に設定Lた厘腔系を示す．仝休j「狙畑÷】 24平成9年度 研究報告 大分県産業科学技循センター

平成牒年度に造形した階段状模型と同形状である．模型て造形上の理由により内厚が設計値上り厚くなる．そソ）の肉厚は水平面1。5mm，垂直面1mmである．樹脂模型は，ため，今回の模型についても設計値1m帖ケ上面肉厚に対造形ベースから切り離す前，屋外（曇り）に約こき0分放置して実寸肉厚1。5mmとなっている．そこで，造形条件ソ〕

し．その後は精密測定室（室温20±1〔C，湿度50％）に変更により上面が実寸肉厚1mmの立方体模型も作製し測おいて箱の中で保管した．積層の方向は，XY平面に平行定を行った．

でZ軸の−から ＋の方向で行った．

2．3測定部位及び測定方法

測定時の基準平面は，Fig．2の第1平面部の四隅の点

2．3．1階段状模型（●部）にて設定した．

平成8年度に行った測定部昭二と同じF∵iド．1中の耶1、巨面，第2平面，第3、1丹前紬こついての形状測定を子J・し＼設計値との比較を行った．

測定は，各平面を3分割するY座標において、▼二次ノL測定機の倣いブローーブをX軸十方向に走査させ，測定偵は得られたデーータをX軸方向に定ピッチ処理した仰を使用した．

樹脂模型の抒時変化測寺号㌔ 造形臣小心〃3＝聞及ひ5F］目に行った．
2．3．2立方体模型

Fig．1 リブ構造の概略図

肉厚1．5mmの立方体模型の測定部葎二i1，」二面及び前後左右の側面の5平面に対し，端から1mm残して5等分Lた5×5＝25点とした。各模型の測定部位の座標値をTahle2 に示す．模型の経時変化測定け，造形目から連続5日間／24時間毎に行った。
測定座標値

rrahle2

第2平面上面ゾ）X，1庵標値］
第3平面

1（）m山積型 −4，2．0，2，420m血模型

里位（mm）
側面浩Z座標値
1，∴弓，−5，7，−∬−9，−一4．5，0′4．5，9

こiOm横型 −14，一7，0，7，14

1，5．5，10，1l．5，1日

1，日，・−15．−2ソ，一2日

FTig．2 模型形状及び設定座標系
3．測定結果及び考察
2．2．2立方体模型
測定時の座標系をFig∴3 に示す．模型は，−一辺10mm，3．1階段状模型
Flg．4（之も），（h），（c）に造形当日における各平面離山測定

20m，：うOmm，上面肉厚1．5m町 側面肉厚1mmの中空の立結果を示す。第い勘師軋 ′那2平面邪，第H半袖憎けは方体形状模型である．造形後は，測定時を除き精密測定計値は，それぞれ図中のZ＝（），−10，−15mmで匡二切られた平面である．各平面ともリブの部分に成り」■Jバり／十わJり，中空模型で見られた平面の変形（くぼみ）が抑制されている事が確認された．苅l半面細の変灘牒宮瀾抹仙も，中空模型のHO川から6（）川と縮小した．また†中空模型で見られた第2，第3、日射鮎加増曲扶の変情け潮沸されている事も確認された．これはt 模ノ覧里ノ＼用；山リナノノ効果と考えられる．
Fig．5 に各平面中央部（X＝ Omm）ゾ〕偏差及び経叫変化を示す．Fig．∠1にも見られる様に，中空模型と比較しFig∴‡立方体模型設定樫標系

た場合，第2。第こう、「妬け〕傾斜け人きく／亡っていた．傾斜は，li＝】で猿人に／亡り，そ（ノ＿）後減少していろ．ニれまた．光造形隙堅け レーーザの照射に垂直な而においは，匿け針1光を、1うてと膜理裏面と模型〃両側及びFノ、＝≠力ニう ▼平成9年度 研究報告 大分県産業科学技硝センタ叫、l、、一、▼、▼︵∈∈︶苛N−0．20−−0．30＝−040」−」Lー 248 32 16

し18

1− 、」
0−16

Y軸・」− 」1

皿32

X軸（mm）

J18（mm）−48（a） 第1平面部■−＋■▲−−−一〜一一▼■■−−−−−′−、一軸−−−−−︵22︶署N† 1・∨−−一一叫−一一．．＿。．．

−14、90＿、

剛15。00ト⊥⊥⊥」 ′ 一・▼」． −−1 一り一ま︼一︼12 3 45 5 5︵∈∈︶凝N−15．10−15．50− 365

岬ほ70」⊥」−】．
ヰ832

16

穏2．50−16

X軸（mm）（c） 第3平面部
Fig。4平面部漸定結腐（造形当日）

26 ¶」

Y軸

叫32二完㌔8・5（mm）

平成9年度 研究報告 大分県産業科学技術センタ鵬

リブ（直接光が当たらない部分）との間に硬化反応速度による変形、光ゾ〕当たり方による娘化速唆しり違いによるの違いが生じるためヶ 階段状模型の平面部の傾斜を増加

変形，密封された模型の内部の気体の温度依下に上る収させる模型表面郭の収縮の変形に対してチ 傾斜を戻す方縮変形などが要因と考えられる．

向に働くリブの反り変形が，遅れて進行した事が原因と000㌣＝針考えられる．また9 内部に残った未硬化樹脂の硬化が遅◆
認罷◆
静◆
啓0川

れる事も要暦としてあげられる．

巨 −020⑳10m汀1∈遜 20汀tm
息30mm−030廣▲

−0−40

造形当≡

16後

26後

4E雀3∈：後‡Tig．7 立方体碩湾㌣二面中央値測定結果
2．0 10．0 180 21．5 275 33．5 36．5 42．5 童8−5Y座席（mml025 ＝−−mW−・−1γ−−−「FTig．5各平面中央部（X＝ O mm）の偏差及び経時変化■﹁ゝ◆ 〜野鼠ー

4儲属影二X4 Y−4 V−2
座標：mm3又2ロ︼岩XO

日2︑∴し﹁い▼X−2OO

おいても確認された．

ヒ︹■一1．．．

■ヽ︸﹁■し∧＝U

変形と考えられる．この傾向は，20mm模型す 30mm模型に当改後後後濁1Flg。6 に10mm立法体模型の上面の測定結果を示す．中央が窪んだ形状になっているがサ ニれは硝層による反り

達1．・鑓

︹︺

32，1上面肉厚15mmの立方体模型

0︵Euこ㌫車軸墜

3．2立方体模型（R）10mm模型Z＝一5mm断面偏差合計推移

W−・・︵＝U︵∈2︶長躯湖贋ハV O

Fig阜6 川m立方体模型上面測定結果

X−9 X−45 XO X45 X9 ＼ト9 Y【45、すO Y掲5 Y9座標（rnrn）（b）20mm模型Z＝一拍mm断面偏差合計推移㌢Tig。7 に用mm，20mmゥ：50汀im模型の上面中央部の偏差及瑠選嘗

2ヨ後3ヨ後二二ニ

経略変化け乱心れなかった．

薫攣

日量彩当∈
既1ヨ後合︶

iOm模型け全体的に150叩程大きい乳が確認されたが、書︵U Oけるの各座標の測定値の偏差合汁放び維時変化を示す。

、コ1・．1㌧︑手︑Fig．汚 rと1）〜（c）に各立方体模型の側面中央の断面にお0．00

nU︵︒﹂rこ︶志郎瑚煙

で弓 道形目以後変形が遅行している事が確認された。

薗腫恕

ニ■，：

り†い・・⁚〝⁚︑・︑J．︑■∴l020

る挙が確認された．また∴雲Omm模型では，偏差が 3㈹叩一章

び経時変瀧を示す。10mm模型では手 偏差が却叩以下であ尿4≡∃後ー050

ご（）mm∴肋Ⅵm模ナモーiに関しては、側面粍拝んでいる傾向がX−14 X−7見られた，経時変化に閲しては，周辺部は大きくなり，

XO X7Xlヰ Y−1ヰ Y−7 ＼′O Y7
座標（mnl）

中央になるに従って小さくなっていくの傾「司が確認され（c）：ミOmm椴ナ㌢i7＝15mm断「扇偏差合計推移た。ニれらは，積層順序による変形ク レーーザの走査方向

H㌫8倦蟻川】央測ン主伯Lリ偏差ノ．今ぎ汁及び細j＼字変化

27Y74

平成9年度 研究報告 大分県産業科学技締センター④上面肉厚1mmの立方体模型の測定結果より，レーーザ3．2．2上面肉厚1mmの立方体模型の照射に垂直な面の剛性を向上させるために沃，ス

Fig．9（a）9（h〉に10m，ご30mmの立方体模型における上面斗】央部の偏差及び経時変化を示す．20mmの立方体模型

キャニングのスピーードを遅くするなど山対策が必虻については．表面の状態不良のため測定を行わなかった．

である．

10mm，30mmの立方体模型のいずれの場合も，肉厚1．5mmの模型に比／ヾ上面肉厚1mmの模型の方が偏差が2〜3倍付 録に大きくなっている事が確認された．上面肉厚1mmの模今回，測定に使用した装置を以下に記す

型自体は，上面の剛性が低いものであり，剛性を向上さCNC三次元測定機：h11tut（）〉r（）HYr）ER K＼机（）せるた捌こii，スキャニングのスピードを遅くするなど軸精度：（1．5十1．5×レ川0（り≦2．うJjmの対策が必要である．

※l∴．出M針寸法（m汀1）

綿時変化については，上面肉厚による差違け見られな ・倣いブローーブ′○ゝつた．

000 −−一Ⅶ−002 ト ー ー ー︵∈∈︶棚嘩￣00ヰ−006トー0．08 −−−
一亡「ロ l■￣−l−l1−▲

1日巨

製作巳からの日数（a〉10mm模型

∧︳ヽ．ヽ
rヽ

∧‖∪

︵∈∈︶潮煙一1こ〔・1日呂2日自製作日からの日勤（b）30mm模型

fTig．9 立方体模型の上面中央部の偏差及び経時変化

4．まとめ
リブ構造階段状模型及び立方体模型＝0Ⅷ爪．20mm∴iOmm）の形状測定を行い，以下の寄が明らかになった．

①階段状模型∽リブ構造により，第仁平而げ窪みの変形及び第2，第3平面の湾曲の変形が抑制される事が確認された．

②階段状模型の第2，第3平面の傾斜は，時間ともに小さくなっていく傾向にある．これは，造形後の模型の保存状況ガ影響している．
③立方体模型の測定結果上り，樹脂模型の製作にあたり商い十結構度が必要な場合，10mmピッチ以下び〕リブを追加する事が望ましい．

¶− 2 −−−：Ⅵitut（）y（）ト1r）P1