JP2005047096A

JP2005047096A - 光造形装置

Info

Publication number: JP2005047096A
Application number: JP2003204861A
Authority: JP
Inventors: Sosei Takehiro; 草生竹廣
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2005-02-24

Abstract

【課題】三次元造型物への異物混入、気泡の混入を防止して、造型物の造型成功率を高め、造型不良を排除できる光造形装置を提供することにある。
【解決手段】造形タンク２よりオーバーフローする光硬化性樹脂液をサブタンク３に流入させる光硬化性樹脂液循環系Ｒを備え、造形タンク２のオーバーフローにより規制される液面ｆ０の樹脂液に光を照射して光硬化層をすることで三次元の樹脂の造形物Ｍを製作する光造形装置において、サブタンク３にオーバーフローしてきた樹脂液を受け入れるフィルタ１９を配備し、フィルタ１９とその下方の樹脂液の液溜り２１との間に、フィルタ１９から滴下する樹脂液を受ける液受け面Ｆ及び液受け面から流下する樹脂液を液溜り２１に案内するガイド部ｇを有した泡立ち防止部材２２を配備した。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、造形タンク内の光硬化性樹脂液への光照射により三次元の樹脂モデルを形成する光造形装置に関し、特に、造形タンクに連結される光硬化性樹脂液循環系に配備され、造形タンク内よりオーバーフローする光硬化性樹脂液が流入するサブタンクを備えた光造形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複雑な三次元形状を成形型や特別な加工工具を用いることなく容易に製作できる手段として、光造形装置が用いられている。
この光造型装置は、例えば、図６に示すように、光硬化性樹脂液である樹脂液を滞留させる造形タンク１００と、造形タンク１００の流出口１１０からオーバーフローする樹脂液をフィルタ１２０を通して低部に滞留させるサブタンク１３０と、サブタンク１３０からの樹脂液を造形タンク１００に流入させるポンプ１４０とを備え、造形タンク１００及びサブタンク１３０は光硬化性樹脂液循環系Ｒによって連結されている。造形タンク１００内には上下方向に所定送り間隔δｔを介して昇降可能な昇降テーブル１５０が配置され、昇降テーブル１５０の上方には、レーザ光を照射する光照射部１６０が配置される。光照射部１６０は三次元モデルの所定送り間隔毎の断面形状に基づいてレーザ光を昇降テーブル１６０上側の樹脂液に照射し、断面形状対応部を順次硬化させて三次元の造型物Ｍ１を成形するようになっている。
【０００３】
ところで、造形タンク１００からオーバーフローする樹脂液はゴミ等の固形物をフィルタ１２０で排除され、サブタンク１３０内の低部の液溜りに一端収容され、再度ポンプ１４０により造形タンク１００に供給されていることで、造型物Ｍ１の一部に異物が混入することを防止し、造型物Ｍ１の成形不良が発生することを防止している。
【０００４】
なお、特開平５−３２９９４３号公報（特許文献１）には造型物の成形時において、成形途中にある形状物自体が撓み等によって変形し、位置ずれを生じ、成形不良を生じることを防止できる光学的造型方法の一例が開示される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−３２９９４３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光造型装置は、フィルタ１２０とサブタンク１３０内の低部の液溜りとの間に所定間隔を確保し、これによって液溜りの液面ｆが上下変動してもフィルタ１２０側と接触することを防止している。ここでフィルタ１２０通過の樹脂液は液溜りに滴下し、この際、樹脂液が飛散し、液溜り内に多数の気泡ｖが生じやすい。この気泡ｖは一端生じると、樹脂液の粘度が比較的高い関係上、消滅することなく造形タンク１００内で流動し、そのまま造型物Ｍ１の一部として成形される場合がある。このように造型物Ｍ１の一部に気泡が混入すると、造型物の強度を低下させることとなり、造型物が透明性を必要とする場合であると、その透光性が低下してしまい、いずれも造型不良品となり、無駄な樹脂液使用となるし、造型時間が長期化するという問題がある。
【０００７】
なお、特許文献１の光学的造型方法では光硬化性樹脂液循環系がフィルタを配備せず、やはり、三次元の造型物の一部に異物が混入し易く、三次元造型物の成形不良が発生する頻度が高い。
本発明は、上述のような実情に応えるために成されたものであり、造型物への異物混入、気泡の混入を防止して、造型物の造型成功率を高め、造型不良を排除できる光造形装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る光造形装置では、造形タンクよりオーバーフローする光硬化性樹脂液をサブタンクに流入させる光硬化性樹脂液循環系を備え、上記造形タンクのオーバーフローにより規制される液面位置の光硬化性樹脂液に光を照射して光硬化層をすることで三次元の樹脂の造形物を製作する光造形装置において、上記サブタンクにオーバーフローしてきた光硬化性樹脂液を受け入れるフィルタを配備し、フィルタとその下方の光硬化性樹脂液の液溜りとの間に、フィルタから滴下する光硬化性樹脂液を受ける液受け面及び液受け面から流下する光硬化性樹脂液を液溜りに案内するガイド部を有した泡立ち防止部材を配備したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る光造形装置では、請求項１記載の光造形装置において、泡立ち防止部材の液受け面は傾斜面であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る光造形装置では、請求項１記載の光造形装置において、泡立ち防止部材のガイド部は上記液受け面の端縁に上端が連結し下端が上記サブタンクの低壁に当接する脚状部であることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１にはこの発明の実施の形態としての光造形装置１の全体構成を示す。
図１に示す光造形装置１は、レーザ光ｒの照射によって硬化する光硬化性樹脂液（以後単に樹脂液と記す）を貯留する造形タンク２、造形タンク２の側壁側に併設されるサブタンク３、造形タンク２の上部側方に装着される昇降手段４、造形タンク２の上開口５の上方に対向配備されるレーザ光照射手段６、サブタンク３の樹脂液を吸入し、造形タンク２内に流動させるポンプ７と、ポンプ７、昇降手段４、レーザ光照射手段６を駆動制御する制御手段８を備える。
【００１２】
造形タンク２、サブタンク３、ポンプ７は光硬化性樹脂液循環系Ｒを形成し、ポンプ７の駆動によって、常時樹脂液が光硬化性樹脂液循環系Ｒを循環している。
造形タンク２は造型対象の三次元の造型物Ｍを内部に収容するに十分な容積の液貯留室９を確保するように形成され、上方に上開口５が形成される。低壁近傍に樹脂液の流入口１１が形成され、上開口５の近傍に流出口１２が形成され、流出口１２から樹脂液がサブタンク３にオーバフローすることにより液貯留室９の樹脂液の液面ｆ０の高さが設定されている。
【００１３】
昇降手段４は、造形タンク２内の樹脂液がレーザ光ｒの照射（例えば直径３００μｍの点照射）によって硬化した造型物Ｍを載置して上下方向Ｚに移動する板状の昇降テーブル１２、昇降テーブル１２を上下方向Ｚに所定送り間隔δｔ（例えば２００μｍ）毎に昇降駆動させる螺子送り機構部１３、螺子送り機構部１３を駆動するモータ１４、モータ１４に接続される制御手段８とを備える。
【００１４】
レーザ光照射手段６は、液面ｆ０にレーザ光ｒを照射する光照射部１５と、光照射部１５のレーザ光照射位置を所定の範囲で走査する走査制御部１６とを備え、これらは制御手段８に接続される。制御手段８から描写の指令を受けた光照射部１５は三次元モデル１７（図３参照）の所定送り間隔δｔ毎の断面形状ｃ１〜ｃｎ（図３参照）に基づいてレーザ光ｒを昇降テーブル１２上側の樹脂液に走査し、断面形状対応部を順次硬化させて造型物Ｍの光硬化層である部分造型部ｐｓ（図３参照）を成形するようになっている。
【００１５】
図２に示すように、サブタンク３は上方開口１７の矩形容器であり、上開口１７側全域を覆うように網状のフィルタエレメント１８を配備したフィルタ１９と、そのフィルタ１９の下部側の液溜り２１と、フィルタ１９と液溜り２１の液面ｆ１との間に設けられた泡立ち防止部材２２と低壁に形成された下側口２７とを有する。下側口２７はポンプ７の吸入端に連結されている。サブタンク３の液溜り２１は光硬化性樹脂液循環系Ｒの樹脂液の流動変化に応じて液面ｆ１が上下変動することを考慮し、所定の空間部ｅを確保しており、同空間部ｅに泡立ち防止部材２２が配備される。
【００１６】
フィルタエレメント１８は樹脂液が光硬化性樹脂液循環系Ｒを循環する間に混入するゴミや、樹脂液内に生じた固形物を排除する濾過特性を備えたものが採用され、造形タンク２からオーバーフローしてきた樹脂液を下方に流動させた上で下方に滴下させる。
泡立ち防止部材２２は、フィルタ１９の下面全域と対向する液受け面Ｆと、液受け面Ｆから流下する樹脂液を液溜り２１にまで案内するガイド部ｇを備える。
【００１７】
ここでの泡立ち防止部材２２は長板鋼板を２箇所でアールを付けて折り曲げることで、傾斜平面状を成す液受け面Ｆと、両端のガイド部ｇを成す脚状部２３とを形成している。ここでフィルタ１９から滴下する樹脂液を液受け面Ｆで受け、液溜り２１に速やかに流れ込ませるので、フィルタ１９から滴下する樹脂液が液溜り２１に直接滴下することにより生じやすい気泡（図６の符号ｖ参照）を排除できる。更に、液受け面Ｆの上端縁と下端縁（図２において左右端）は脚状部２３の上端にアール状部２４を成して連続して形成されることで、液受け面Ｆ上の樹脂液をスムーズに液溜り２１に流れ込ませることができ、この点でも樹脂液内の気泡の発生を防止できる。
【００１８】
制御手段８は、コンピュータからなり光書込み制御部８０１とポンプ制御部８０２と、昇降手段制御部８０３としての機能を備えている。光書込み制御部８０１は入力部２５を介して三次元モデル１７の製作情報の入力を受けると、カットデータ演算処理機能によって、三次元モデル情報をＣＡＤデータＡ（図３参照）に変更し、ＣＡＤデータＡから三次元モデル１７のカットデータＢ１〜Ｂｎを作成する。カットデータＢ１〜Ｂｎは、一定距離（送り間隔δｔ）毎の三次元モデル１７の断面形状データであり、各カットデータＢ１〜Ｂｎに基づきレーザ光ｒの走査範囲が制御されるようになっている。
【００１９】
ポンプ制御部８０２は、造型作動指令を受けると常時ポンプ７をオンするように制御する。
昇降手段制御部８０３は、成形時において、各カットデータＢ１〜Ｂｎに基づく書込み終了毎に送り指令を受け、その際、所定送り間隔δｔ相当分モータ１４を駆動し、昇降テーブル１２を液面ｆ０より下方に移動制御するという制御を繰り返す。
【００２０】
このような光造形装置１が駆動し、制御手段８がオンするとする。
まず、制御手段８の入力部より、三次元モデル１７の製作情報が入力され、同情報に応じてカットデータ演算部が三次元モデル１７のカットデータＢ１〜Ｂｎを作成する。
【００２１】
次いで、入力部２５より造型作動指令が入力されると、ポンプ７がオンされ光硬化性樹脂液循環系Ｒを樹脂液が循環し、造形タンク２の流出口１２より樹脂液がオーバーフローすることで液貯留室９の樹脂液の液面ｆ０が所定位置を保持する状態が確保される。更に、昇降手段制御部が昇降テーブル１２を液面ｆ０直下の第１の送り位置ｈ１にセットする。
【００２２】
このセット完了に応じて光書込み制御部８０１は三次元モデル１７の最下端のカットデータＢ１に沿ってレーザ光による光書込みを液面ｆ０直下の樹脂液に行ない、カットデータＢ１相当の部分造型部ｐｓ１が成形され、同部は昇降テーブル１２に接合する。
【００２３】
この部分造型部ｐｓ１の造形が完了すると、三次元モデル１７の最下端の次ぎのカットデータＢ２に沿ってカットデータＢ１相当の部分造型部ｐｓ２が成形され、同部は部分造型部ｐｓ１に接合する。この操作が繰り返され、三次元モデル１７の最上端のカットデータＢｎ相当の部分造型部ｐｓｎが成形された時点で、光書込み制御部８０１は書込み完了信号を発し、同信号に応じて昇降手段制御部８０３が適時に昇降テーブル１２を下端位置ｈｎより液面ｆ０上方の最上端位置ｈ０にリフトさせ、この回の造形作動を終了させる。
【００２４】
このような、造形作動終了後に昇降テーブル１２上の硬化した三次元モデル１７相当の造形物Ｍは適宜の手段によって昇降テーブル１２より分断され、次の造形待機状態に戻る。
このような、造形作動中、造形タンク２の流出口１２よりサブタンク３にオーバーフローしてくる樹脂液中には造形タンク２内で混入したゴミや、レーザ光ｒによる光書込みに伴い樹脂液の一部が不要部分として固形化したまま分離して流入することがあるが、これらはフィルタ１９で除去され、サブタンク３の液溜り２１側に滴下する。この際、滴下する樹脂液はフィルタ１９直下の泡立ち防止部材２２の傾斜した液受け面Ｆに滴下し、液溜り２１内に直接滴下することがない。この場合、液受け面Ｆに滴下した樹脂液の大部分は液受け面Ｆの下端縁に達し、アール状部２４より脚状部２３に伝わって流下し、スムーズに液溜り２１に流れ込むため、樹脂液内の気泡の発生を確実に防止できる。
【００２５】
しかも、気泡を排除するので、造形物Ｍの素材である樹脂が透光性を確保する場合、その造形物Ｍの透明度が十分に確保される。更に、気泡やゴミの混入で造形不良を起こすことが無いので、造形不良による無駄な液体樹脂の使用が無くなり、造形時間を短時間化することもできる。また、造形成功率が向上することにより造形予想時間を見積もりやすい。
【００２６】
【実施例１】
次に、この発明の実施例１として光造形装置１ａを説明する。
図４に示す光造形装置１ａは図１で説明した光造形装置１と比較し、サブタンク３ａ内の泡立ち防止部材２２ａの構成以外は同一であり、ここでは重複する説明を略す。
図４に示す光造形装置１ａのサブタンク３ａは図１のサブタンク３と同様に上方開口１７にフィルタ１９を配して造形タンク２の流出口１２よりオーバーフローしてくる樹脂液を受取り、ゴミや固形化部分を除去し液溜り２１側に滴下する。
【００２７】
このフィルタ１９の直下の泡立ち防止部材２２ａはフィルタ１９の下面全域と対向する液受け面Ｆと、液受け面Ｆから流下する樹脂液を液溜り２１にまで案内するガイド部ｇを備えている。泡立ち防止部材２２ａは液受け面Ｆが角錐体状に形成され、液受け面Ｆの４つの縁部はアール状２４ａに下向きに屈曲されて矩形筒状のガイド部ｇを形成する。ガイド部ｇはその下端がサブタンク３ａの低壁に当接し、樹脂成形されている。
【００２８】
ガイド部ｇには複数の開口２６が形成され、ガイド部ｇとサブタンク３の内壁面との間に流入した樹脂液の下側口２７への流動を容易化している。
この場合も、フィルタ１９から滴下する樹脂液を角錐体状の液受け面Ｆで受け、液溜り２１に速やかに流れ込ませるので、フィルタ１９から滴下する樹脂液が液溜り２１内に直接滴下して気泡が生じることを排除できる。特に、角錐体状の最高位置の突端ｋより４方向に樹脂液が分離して流れ、液受け面Ｆ上の樹脂液が比較的速やかに液溜り２１に流下し、液受け面Ｆ上の樹脂液に滴下する樹脂液が当って飛散することで気泡が生じることをより確実に防止できる。この場合も、光造形装置１と同様に、造形不良による無駄な液体樹脂の使用が無くなり、造形時間を短時間化することができ、造形成功率が向上することにより造形予想時間を見積もりやすい。
【００２９】
【実施例２】
次に、この発明の実施例２として光造形装置１ｂを説明する。
図５に示す光造形装置１ｂは図１で説明した光造形装置１と比較し、サブタンク３ｂ内の泡立ち防止部材２２ｂの構成以外は同一であり、ここでは重複する説明を略す。
図５に示す光造形装置１ｂのサブタンク３ｂは図１のサブタンク３と同様に上方開口１７にフィルタ１９を配して造形タンク２の流出口１２よりオーバーフローしてくる樹脂液を受取り、ゴミや固形化部分を除去し液溜り２１側に滴下する。
【００３０】
このフィルタ１９直下の泡立ち防止部材２２ｂはフィルタ１９の下面全域と対向する液受け面Ｆと、液受け面Ｆから流下する樹脂液を液溜り２１にまで案内するガイド部ｇを備えている。この泡立ち防止部材２２ｂは液受け面Ｆが矩形のじょうろ状に形成され、略矩形の外周縁ｊが高位置に配備され、中央穴２８の開口部が最低位置に配備される。
【００３１】
中央穴２８を形成する絞り筒状部２９はサブタンク３の低壁より所定量上方位置に達しており、その開口より樹脂液をサブタンク３の低壁側に向けて排出するよう形成される。なお、４つの外周縁ｊはアール状に下向きに屈曲されて脚部３１が形成される。この脚部３１もガイド部ｇを成し、複数の開口３２が形成され、ガイド部ｇとサブタンク３の内壁面との間に流入した樹脂液の下側口２７への流動を容易化している。
【００３２】
この場合も、フィルタ１９から滴下する樹脂液をじょうろ状の液受け面Ｆで受け、中央のガイド部ｇを成す絞り筒状部２９より速やかに液溜り２１に樹脂液を流れ込ませるので、フィルタ１９から滴下する樹脂液が液溜り２１内に直接滴下して気泡が生じることを排除できる。この場合も、光造形装置１ｂと同様に、造形不良による無駄な液体樹脂の使用が無くなり、造形時間を短時間化することができ、造形成功率が向上することにより造形予想時間を見積もりやすい。
【００３３】
上述の光造形装置はその光硬化性樹脂液循環系内の造型タンクとサブタンクとを相互に付き合わせて配備する構成を採っていたが、光造形装置の光硬化性樹脂液循環系が造型タンクとサブタンクを分離し、両者間を樹脂液循環パイプ等によって連結するようなものであってもよく、このように光硬化性樹脂液循環系が相違しても本発明を幅広く適用できる。
【００３４】
【発明の効果】
この発明の請求項１によれば、フィルタでごみ等の固形物が除去された後、フィルタから滴下する光硬化性樹脂液を泡立ち防止部材の液受け面で受け、光硬化性樹脂液を液溜りに穏やかに流れ込ませるので、フィルタから滴下する光硬化性樹脂液が下方の液溜り内に直接滴下することにより生じやすい気泡を排除できる。しかも、気泡を排除するので、造形物の透明度が良い。更に、造形不良をおこさないので液体樹脂の使用量を削減できるとともに造形時間を短時間化することができる。また、造形成功率が向上することにより造形予想時間を見積もりやすい。
【００３５】
この発明の請求項２によれば、フィルタから滴下する光硬化性樹脂液を傾斜面で受けることで、衝撃を緩和して気泡の発生をより低減させ、しかも、液受け面で受けた光硬化性樹脂液をスムーズにガイド部に導き液溜りに穏やかに流れ込ませることができ、この点でも気泡の発生を防止できる。
【００３６】
この発明の請求項３によれば、上記液受け面の端縁より脚状部上端に光硬化性樹脂液をスムーズに流動させ、液受け面での滞留時間を抑制でき、しかも、脚状部に沿って光硬化性樹脂液をスムーズに液溜りに流れ込ませることができ、この点でも光硬化性樹脂液内の気泡の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態としての光造形装置の概略構成図である。
【図２】図１の光造形装置で用いるサブタンクの拡大構成図である。
【図３】図１の光造形装置の制御手段が光書込み制御部として機能する場合の機能説明図である。
【図４】本発明の実施例１の光造形装置で用いるサブタンクの概略構成図である。
【図５】本発明の実施例２の光造形装置で用いるサブタンクの概略構成図である。
【図６】従来の光造形装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ光造形装置
２造形タンク
３サブタンク
１９フィルタ
２１液溜り
２２、２２ａ、２２ｂ泡立ち防止部材
ｆ０オーバーフローにより規制される液面
ｇガイド部
ｐｓ部分造型部（光硬化層）
Ｆ液受け面
Ｍ造形物
Ｒ光硬化性樹脂液循環系

Claims

造形タンクよりオーバーフローする光硬化性樹脂液をサブタンクに流入させる光硬化性樹脂液循環系を備え、上記造形タンクのオーバーフローにより規制される液面位置の光硬化性樹脂液に光を照射して光硬化層を形成することで三次元の樹脂の造形物を製作する光造形装置において、
上記サブタンクにオーバーフローしてきた光硬化性樹脂液を受け入れるフィルタを配備し、フィルタとその下方の光硬化性樹脂液の液溜りとの間に、フィルタから滴下する光硬化性樹脂液を受ける液受け面及び液受け面から流下する光硬化性樹脂液を液溜りに案内するガイド部を有した泡立ち防止部材を配備したことを特徴とする光造形装置。
請求項１記載の光造形装置において、
泡立ち防止部材の液受け面は傾斜面であることを特徴とする光造形装置。
請求項１記載の光造形装置において、
泡立ち防止部材のガイド部は上記液受け面の端縁に上端が連結し下端が上記サブタンクの低壁に当接する脚状部であることを特徴とする光造形装置。