JPH0533901B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光及び光硬化性流動物質を用いて所
望形状の固体を形成する光学的造形法に関する。

従来の技術及びその問題点 従来、鋳型製作時に必要とされる製品形状に対
応する模型、或いは切削加工の倣い制御用又は形
彫放電加工電極用の模型の製作は、手加工によ
り、或いはNCフライス盤等を用いたNC切削加
工により行なわれていた。しかしながら、手加工
による場合は多くの手間と熟練とを要するという
問題が存し、NC切削加工による場合は、刃物の
刃先形状変更のための交換や摩耗等を考慮した複
雑な工作プログラムを作る必要があると共に、加
工面に生じた段を除くために更に仕上げ加工を必
要とする場合があるという問題が存していた。

このような問題を解決するものとして本発明者
は、以下に示す光学的造形法を提案している（特
開昭60−247515号、特開昭62−101408号）。

該方法の１実施態様は、光硬化性流動物質を容
器内に収容して該容器の上方からの光照射により
流動物質上下面に及ぶ連続した硬化部分が得られ
る深さとし、該流動物質の上方から凸レンズ等の
光収束器を介して選択的に光照射を行ない、該流
動物質上下面に及ぶ硬化部分を形成し、更に該硬
化部分上に前記深さに相当する深さをなすよう、
光硬化性流動物質を付加し、該流動物質から選択
的光照射を行なつて前記硬化部分から連続して上
方へ延びた硬化部分を形成し、これら光硬化性流
動物質の付加及び硬化物質の付加及び硬化部分の
形成を繰り返して所望形状の固体を形成するもの
である。

前記光硬化性流動物質の付加は、第９図に示す
ように、支持棒５１に支持されたベースプレート
５２を該流動物質Ａ中で下降させることにより行
なうことができ、第１０図に示すように、光透過
性を有する底壁６２を備える液密な箱状有底体６
１を流動物質Ａ中で上昇させることにより行なう
こともできる。第９図に示す硬化部分ａ及び第１
０図に示す硬化部分ｂは、それぞれ段階的硬化が
繰り返され、前記所望形状の固体を形成する途上
のものである。この固体形成過程においては、以
下に述べる種々の変形の発生が問題となる。

一般に、光硬化性流動物質Ａは、硬化時の収縮
性を有しており、段階的硬化が繰り返されること
により、硬化部分間の収縮量の差が蓄積する。従
つて、第９図に示した流動物質付加方法において
は、硬化部分ａに舌片a′を形成する際に、該舌片
a′端部に収縮量相違による変形が発生するという
問題があつた。

一方、第１０図に示した流動物質付加方法にお
いては、有底体６１を上記連続した硬化部分が得
られる深さよりも一旦上昇させて底壁６２と硬化
部分ｂとの付着を剥離し、その後有底体６１を下
降させて底壁６２下面と硬化部分ｂ上面との距離
を、前記深さに相当する距離とするのであるが、
舌片b′が上記剥離の際に有底体底壁６２に伴われ
て塑性変形を起こすという問題があつた。

更に、２つの截頭四角錐の各底面が合わせられ
た第１１ａ図に示すような形状の固体４１を得る
ために、固体形成を行なつた場合には、第１１ｂ
図に示すように、収縮量相違により四周側壁が湾
曲変形した固体４２になり、また、第１２ａ図に
示す方形屋根が張り出した形状の固体４３の形成
を行なつた場合には、第１２ｂ図に示すように屋
根部４４′の周縁が上方へ反つた固体４４になる
という問題があつた。

上記光学的造形法の他の実施態様として流動物
質Ａを収容した容器と、光源装置から発せられる
光を該容器の流動物質Ａの中に導く導光体とを相
対的に移動させ、所望形状の固体を形成する造形
法、及び２つの光源から発せられた光をそれぞれ
点状に収束させ、それぞれの光エネルギ集中照射
箇所を流動物質Ａ中で相互に交差させ、該交差部
を移動させて上記固体を形成する造形法がある
が、これらの場合にも、第９図、第１１ｂ図及び
第１２ｂ図に示したと同様の変形が発生するとい
う問題があつた。

本発明は、上記問題点を解決し、光照射による
硬化部分形成時に、変形の発生を防止し得る光学
的造形法を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明の上記目的は、光により硬化光硬化性流
動物質を容器内に収容し、該流動物質中に光照射
を行ないつつ、該光照射箇所を前記容器に対し水
平及び垂直方向に造形対象の形状に応じて相対移
動させ、所望形状の固体を形成するにあたり、該
形成過程における硬化部分の変形を防止するため
に、造形物における変形発生のおそれある箇所に
付着され、又は、造型物における該箇所と他の箇
所とにわたつて延びる補強用の形状保持部を同時
に硬化形成しつつ前記固体形成を行ない、該形成
後に前記形状保持部を必要に応じて除去すること
を特徴とする光学的造形法により達成される。

前記光硬化性流動物質としては、光照射により
硬化する種々の物質を用いることができ、例えば
変性ポリウレタンメタクリレート、オリゴエステ
ルアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキ
シアクリレート、感光性ポリイミド、アミノアル
キドを挙げることができる。

該光硬化性流動物質に、予め顔料、セラミツク
ス粉、金属粉等の改質用材料を混入したものを使
用してもよい。

前記光としては、使用する光硬化性物質に応
じ、可視光、紫外光等種々の光を用いることがで
きる。該光は通常の光としてもよいが、レーザ光
とすることにより、エネルギーレベルを高めて造
形時間を短縮し、良好な集光性を利用して造形精
度を向上させ得るという利点を得ることができ
る。

実施例 以下に、本発明の実施例を、添付図面を参照し
つつ説明する。

第１図は、目的とする側面視コ字形状の固体１
を示す。この固体１の造形法に関し、第３図は、
支持棒５１及びベースプレート５２を用いた方法
（第９図に示したもの）、第４図は、箱状有底体６
１を用いた方法（第１０図に示したもの）に、
各々本発明を適用する場合の１態様を示す。

最初に、第３図に示す本発明方法を説明する。
先ず、上述の如き光硬化性流動物質Ａ中でのベー
スプレート５２の下降及び光収束器６を介する選
択的光照射に基づく硬化部分形成を繰り返し、ベ
ースプレート５２上に固体１の基部２を形成す
る。基部２を形成した後、該基部２の一端から上
方へ延びる側壁部３を形成し、その後に該側壁部
３上に上壁部４を形成するのであるが、段階的硬
化形成を行なう過程で上壁部４の下端部に相当す
る薄い舌片４′が形成される。該舌片４′は、第９
図に示したように、固体１の段階的硬化形成途上
において、最も変形し易い。よつて、かかる形状
の固体形成の場合は、該変形発生のおそれある舌
片４′と基部２の他端近傍部とにわたつて延びる
補強用の形状保持部５を設けることとし、該保持
部５を側壁部３の硬化形成と同時に形成し、該側
壁部３及び形状保持部５を形成した後、これら上
端に連続する上辺部４を硬化形成する。従つて、
舌片４′の形成時には、基部２か延びる形状保持
部５が舌片４′を補強支持し、該舌片４′の変形発
生を防止するので変形のない上辺部４とすること
ができる。このようにして形成した固体７（第２
図参照）から形状保持部５を切断等適宜の方法で
除去することにより、変形のない所望形状の固体
１を得ることができる。

なお、一旦光照射に基づく硬化部分形成を行な
つた後、該硬化部分上に流動物質Ａを付加する場
合、実際には次の操作を行なうのが望ましい。第
７図ａに示すように、硬化部分上に連続した硬化
部分が得られる深さだけベースプレート５２を下
降させて該硬化部分上に流動物質Ａを流入させる
場合、該ベースプレート５２の下降距離が極めて
僅かであることから、第７図ｂに示すように、流
動物質Ａの表面張力により、硬化部分上に該流動
物質Ａが流入しないことがあり、常に上記付加の
確実性に欠け、更に人手による硬化部分上への流
動物質Ａの導入を要し、手間を要する。これに対
し、第８図に示すように、ベースプレート５２を
上記深さよりも下降させて硬化部分上に流動物質
Ａを流入させ、そののちベースプレート５２を上
昇させて流動物質Ａ上面と硬化部分上面との距離
を前記深さに相当する距離とすれば、流動物質Ａ
の付加を確実に行なうことができ、人手による流
動物質の導入を要しない。

つぎに第４図に示す、本発明方法を説明する。
該方法は、第１０図に示した如く、箱状有底体６
１の流動物質Ａ中での上昇、及び底壁６２を透過
する選択的光照射に基づく硬化部分形成を繰り返
して所望形状の固体を形成するものである。該方
法も、第３図に述べたと同様に、基部２を形成
し、そののち側辺部３の硬化形成を行ないつつ、
同時に基部２から変形のおそれある舌片４′にわ
たつて延びる形状保持部５を硬化形成し、更に該
側辺部３及び形状保持部５上に上辺部４を形成し
て第２図に示す形状保持部付き固体７を得、該固
体７から形状保持部５を除去して、上述の変形の
ない所望形状固体１を得るものである。この方法
によつても、変形発生のおそれある舌片４′は、
形状保持部５に補強支持され、よつて変形のない
所望形状の固体１を得ることができる。

次に、第１１ａ図に示した固体４１を形成する
場合について説明すると、第３図又は第４図に示
した光学的造形法に基づき該固体４１の外形を得
るにあたり、第５図に示すように、側壁３１を硬
化形成しつつ、対向する側壁３１どうしを垂直に
連結する補強用形状保持部３２を同時に形成すれ
ば、湾曲変形し易い側壁３１どうしが形状保持部
３２を介して互いに支持し合い、これにより前記
湾曲変形の発生が防止されて、正確な外形を有す
る形状保持部３２付き固体３３を得ることができ
る。また、第１２ａ図に示した方形屋根張り出し
形状の固体４３を得る場合には、第６ａ図及び第
６ｂ図に示すように、先ず下部筒体３５の硬化形
成の際に、該下部筒体３５下端部から外方へ張り
出す形状保持基部３６及び該基部３６周縁から上
方へ延びて屋根部３７の変形発生おそれある周縁
部３７′に連続する補強用形状保持部３８を硬化
形成し、そののち屋根部３７を形成する。これに
より、変形発生のおそれある周縁部３７′が形状
保持基部３６から延びる形状保持部３８に補強保
持され、第１２ｂ図に示したような周縁部３７′
の変形発生が防止され、第６ａ図及び第６ｂ図に
示す固体３９とすることができる。該固体３９を
得たのち、該固体３９から形状保持部３８及び形
状保持基部３６を除去することにより、所望形状
の固体４３を得ることができる。

なお、本発明方法は、上述のように、変形発生
のおそれある箇所に付着され、又は該箇所と他の
箇所とにわたつて延びる補強用の形状保持部を同
時に硬化形成しつつ所望形状の固体形成を行うこ
とを特徴とするものであり、この特徴を備える限
りにおいて、光照射に基づく種々の造形法に適用
されるものである。従つて、上記実施例に述べた
光照射に基づく造形法の外、例えば容器内の光硬
化性流動物質の上面を僅かずつ上昇させ上方から
の光照射により固体を形成する方法、容器の側壁
又は底壁の一部を透明板とし、該透明板に向けて
硬化部分支持用の基盤面を配置し、該基盤面を透
明板から遠ざけつつ該透明板を介する光照射に基
づき基盤面に固体を形成する方法などに適用され
得る。また、これら方法における光照射は、例え
ば導光体を用いた光照射、複数の光源から発せら
れる光を一点に交差させる光照射、光軸に垂直な
断面における光強度の大きい部分が環状の光量分
布を呈する光の照射などを採用できる。上記導光
体を用いる場合、該導光体の先端部を半球状のも
のとすれば、光エネルギが点状に集中するように
光を収束させて照射を行い得るという利点があ
る。また、上記複数光を交差させる光照射を採用
すれば、該光交差箇所において光エネルギを非線
形的に増加させることができ、所望形状の固体を
速やかに形成することができる。上記環状の光量
分布を有する光の照射を行えば、該光照射の１度
の走査で比較的太い帯状固体を高い寸法精度で形
成することができ、所望形状の固体形成を効率良
いものとする。

発明の効果 以上から明らかなように、本発明方法によれ
ば、光硬化性流動物質に対し、光エネルギ集中照
射箇所を相対移動させ、所望形状の固体を形成す
るにあたり、該形成過程において、造型物におけ
る変形発生のおそれある箇所に付着され、また
は、造型物における該箇所と他の箇所とにわたつ
て延びる補強用の形状保持部を同時に硬化形成し
つつ前記固体形成を行ない、該形成後に前記形状
保持部を必要に応じて除去するので、該形状保持
部に基づき、光照射による硬化部分形成時特有の
変形発生を確実に防止できる光学的造形法を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法に基づき形成する固体の１
例を示す斜視図、第２図は形状保持部付き固体の
１例を示す斜視図、第３図は本発明方法の１実施
例を概略的に示す説明図、第４図は本発明方法の
他の実施例を概略的に示す説明図、第５図は本発
明方法に基づき得られる形状保持部付き固体を示
す斜視図、第６ａ図は本発明方法に基づき得られ
る形状保持基部及び形状保持部付き固体を示す斜
視図、第６ｂ図はその縦断正面図、第７図ａ，ｂ
は支持棒及びベースプレートを用いた従来の光硬
化性流動物質の付加状態を示す説明図、第８図は
該流動物質を確実に付加し得る方法を示す説明
図、第９図は従来の光学的造形法の１例を概略的
に示す説明図、第１０図は従来の光学的造形法の
他の例を概略的に示す説明図、第１１ａ図は従来
方法に基づき得ようとする固体を示す斜視図、第
１１ｂ図は従来方法に基づき形成された固体を示
す斜視図、第１２ａ図は従来方法に基づき得よう
とする他の固体を示す斜視図、第１２ｂ図は従来
方法に基づき形成された固体を示す縦断側面図で
ある。 １……所望形状の固体、４′……上片下部（舌
片）、５，３２，３８……形状保持部、６……光
収束器、Ａ……光硬化性流動物質。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光により硬化する光硬化性流動物質を容器内
   に収容し、該流動物質中に光照射を行ないつつ、
   該光照射箇所を前記容器に対し水平及び垂直方向
   に造形対象の形状に応じて相対移動させ、所望形
   状の固体を形成するにあたり、該形成過程におけ
   る硬化部分の変形を防止するために、造形物にお
   ける変形発生のおそれある箇所に付着され、又は
   造形物における該箇所と他の箇所とにわたつて延
   びる補強用の形状保持部を同時に硬化形成しつつ
   前記固体形成を行ない、該形成後に前記形状保持
   部を必要に応じて除去することを特徴とする光学
   的造形法。