JP2013517153A - ステレオリソグラフィー機械用のモデリングプレート、前記モデリングプレートを使用したステレオリソグラフィー機械及び前記モデリングプレートの清掃用ツール - Google Patents

Abstract

本発明は、選択的刺激（４）を受けると、凝固する所定厚さの液状物質（３）を備える複数層（Ｅ）の積み重ねにより、三次元物体（Ａ）を生成するのに適したステレオリソグラフィー機械（１）用のモデリングプレート（６、６’、６”）である。プレート（６、６’、６”）は、物体（Ａ）を支持する作業面（７）および発達軌道（Ｘ）に沿って作業面（７）に作られた溝（８）を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステレオリソグラフィー機械用のモデリングプレート、及び前記プレートを含むステレオリソグラフィー機械に関する。本発明は、上記モデリングプレ−トの清掃用ツールにも関する。

知られるように、ステレオリソグラフィー技術は、所定刺激を受けると、凝固する液状樹脂により得られる連続した層の積み重ねにより、三次元物体を生成することを可能にする。

物体の各層は、物体の対応する部分を生成する点で、それを凝固させるように、樹脂を選択的に刺激することにより得られる。

知られるように、ステレオリソグラフィー機械は、一般に液状樹脂を容れるのに適したタンク、所定厚さを有する液状樹脂層を刺激するのに適した装置、およびその形成中に、三次元物体を支持する移動型モデリングプレート、を含む。

物体の第１層を生成するため、物体の第１層がプレートに対して形成され、かつそれに付着するように、プレート表面を刺激される上記液状層のレベルへ移動させる。

各連続層を生成するために、樹脂が連続層を形成するのに役立つ液状層を回復させることを可能にするように、プレートは物体を前の位置から離すように動かす。

次に、液状樹脂層が前の層に付着している間に、凝固するように、最後の層が液状樹脂層に対向するような位置へ、プレートが物体を戻す。

既知タイプのステレオリソグラフィー機械は、完成物体をモデリングプレートから除去することが容易でないという欠点を有する。

特に、物体がプレートに付着し、かつ非常に壊れやすいので、物体をプレート自身の表面から分離させるため、プレート上をスライドする鋭利な金属刃を使用して、それを取り外さなければならない。

この操作は、物体を変形させ、または破壊させる危険を含み、従って、手を使って非常に注意深く行わなれければならないので、労務費の増加と廃棄の危険の二重の欠点を有する。

刃は、ある表面粒子がプレートから除去されることにある、別の欠点を有する。

プレートを損傷させる他に、これは上記粒子がタンク内に存在する残留液状樹脂を汚染し、これにより続いて生成される物体の健全性に影響するという事実により代表される別の欠点を有する。

刺激装置が、刺激を透過する底部を備えるタンクの下に位置する、ステレオリソグラフィー機械は、更なる欠点を有する。

この変形で、刺激装置は、物体がモデリングプレートの下に形成され、各連続層の生成時に、プレ−トがタンク底部から徐々に上昇させるように、タンク自身の底部に隣接する樹脂層を凝固させるように構成される。

プレートの垂直移動により、樹脂は、移動方向に応じて、プレートの中心からその側面へ、またはその反対方向へ流される。

樹脂の粘度とそれによる流れの困難さにより、プレートの移動は、樹脂の粘度、プレート移動速度、およびプレートのタンク底部への近さに比例して増加する、ある圧力をタンク底部へ及ぼす。

特に、第１層の形成中に、モデリングプレートはタンク底部から百分の１ミリメートルのオーダの距離に配置される。

従って、第１層の形成中に、プレート移動により決定される圧力は、非常に高いために、プレート速度を制限する必要があり、このため処理コストを著しく増加させる不都合を伴う。上記問題は、この出願を提出したのと同じ出願人の名で、イタリア特許出願ＶＩ２００８Ａ０００３１１で取り組まれている。

この文献は、樹脂をプレートの一面からもう一つの面へ流すようにして、樹脂がプレート側面へ向かって流れることを防止する貫通孔を備えるプレートを含むステレオリソグラフィー機械について開示する。従って、有利なことに、孔の存在はタンク底部上へ及ぼされる圧力強度を低減させ、第１層の形成中でさえ、プレート移動速度の増加を可能にする。

更に、孔はプレートがタンク底部へ付着することを防止し、既知技術の上記文献に詳細に記載される、いわゆる“吸盤効果”を生成する。

しかし、孔あきプレートは、物体の取り外し、プレートの清掃及び新しい欠点の付加に関して、上記と同様の欠点を有する。

事実、層をプレート表面へ付着させるために、厳密に必要とされるより、やや厚い樹脂層を刺激する必要があることが知られている。

従って、孔あきプレートが使用される場合、物体の第１層に属する樹脂部分は孔の内側で凝固し、そこに付着したままで、これにより処理サイクルの終わりにプレートの次の取り外しを妨げる。

特に、もし、物体が上記の鋭利な金属刃により除去されるならば、孔の内部で凝固した樹脂部分は、物体の残りの部分から分離され、孔の中に付着したままになるという不都合がある。

従って、物体を取り外した後、更なる操作が孔の中に付着する樹脂を除去するために、更なる操作が必要である。

上記変形実施例と異なり、ステレオリソグラフィー機械の更なる変形実施例は、タンク上に配置され、かつ樹脂の表面層を凝固させるように構成される刺激装置を有する。

この実施例で、物体はプレート上に形成され、これが物体の構築が進行するにつれて、徐々に降下する。

たとえこの変形実施例が、タンク底部上に及ぼす圧力に関係する欠点を有さなくても、それにも拘らず、それは前の変形実施例に関して記載された、物体のプレートからの取り外し、およびプレートの清掃に関する欠点を有する。

本発明は、上で概説したような既知技術の欠点を、すべて克服することを意図する。

イタリア特許出願ＶＩ２００８Ａ０００３１１

特に、本発明の第１目的は、完成物体が既知タイプのプレートにより許容されるより、より楽に取り外されることを可能にするステレオリソグラフィー機械用のモデリングプレートを提供することである。

本発明の更なる目的は、清掃の容易なプレートを提供することである。

タンクの下に配置される刺激装置を備えるステレオリソグラフィー機械上で使用される場合、既知タイプのプレートに比べて、プレート中心からその側面に向かっての又はその反対の樹脂の流れを容易にするプレートを提供することも本発明の目的である。

上記目的は、請求項１に記載のステレオリソグラフィー機械用のモデリングプレートにより、および請求項９に記載のステレオリソグラフィー機械により達成される。

本発明の更なる特徴と詳細は、対応する従属項に記載される。

有利なことに、物体をプレートから取り外すことをより容易にすることは、労働の必要性と廃棄の数を低減させることを意味する。

更に、プレートの清掃をより容易にすることは、樹脂を汚染する危険を低下させることを意味し、これにより対応する利点を提供することも意味する。

なお有利なことに、樹脂のより容易な流れは、既知の穴あきプレートで達成できるそれらに類似するプレート移動速度が採用されることを可能にする。

従って、単一物体の処理時間を低減させ、これによりそのコストを低減させることを可能にする。

以下で強調されるその他のことと共に、前記目的と利点は、付属図面を参照して限定しない例により提供される本発明の好適実施例の記載で示される。

本発明の主題であるステレオリソグラフィー機械の不等角図である。 図１に示す機械の側断面図を示す。 図２の拡大詳細図を示す。 本発明の主題であるモデリングプレートの不等角図を示す。 図３に示すプレート詳細の側断面図を示す。 図４に示すプレートの数種の変形実施例の側断面図を詳細に示す。 図４に示すプレートの数種の変形実施例の側断面図を詳細に示す。 本発明のプレートの清掃用ツールの不等角図を示す。 図５に示すツールの部分断面図を示す。 図３のプレートを備える図５のツールの使用を図示する。 図７の詳細な側断面図を示す。

図１に示すように、本発明のステレオリソグラフィー機械１は、図２に示す選択的刺激４を受けると、凝固するのに適した液状物質３を含むのに適したタンク２を含む。

上記選択的刺激４は、それをタンク２へ向かって運搬する放射手段５を介して発生される。

好ましくは、必ずしもそうではないが、液状物質３は、光感受性樹脂であり、放射手段５はレーザビームを凝固される樹脂３の層の点上に向けるのに適した、既知のタイプのスキャナー手段５ａに関係するレーザ放射器を含む。

明らかに、本願発明の変形実施例は、それらが液状物質３を凝固させることができることを条件に、他の既知タイプの放射手段５を含んでもよい。

機械１は、前記放射手段５に面し、形成される三次元物体Ａを支持するのに適した作業面７を備えるモデリングプレート６も含む。

上記機械１は、所定厚さを有する前記凝固した樹脂３の複数層Ｅを積み重ねることにより、三次元物体Ａを生成することを可能にする。

特に、第１層はプレート６の作業面７へ付着する一方、連続する層は先の層へ付着する。

好ましくは、必ずしもそうではないが、機械１は、図１と２に示すように、モデリングプレート６の下に物体Ａを形成するように構成される。

特に、放射手段５は刺激４を透過する底部２ａを有するタンク２の下に配置される。

明らかに、この場合、プレート６はタンク２の底部２ａに面する作業面７を備える。

ここでは表示のない、本発明のステレオリソグラフィー機械の変形実施例によると、放射手段５はタンク２の上に配置される。

この第２変形実施例で、モデリングプレート６は、上方に面する作業面７を備え、三次元物体Ａはプレート上に形成される。

プレート６は、図３に示すように、互いに平行で、かつ好ましくは直線状の対応する発達軌道に沿って、作業面７内に作られた複数の溝８を含む。

プレート６の作業面７に隣接する物体Ａの第１層Ｅの形成中に、溝８内に位置する樹脂３’には、刺激４が届かず、従って、液状にとどまり、これにより図２ａに示すように、凝固した物体Ａとプレート６の間に介在する対応する数のチャンネルを画定する。

処理サイクルの終わりで、図５に示す清掃ツール１４に属する対応する細長要素１６が、上記チャンネルの各々へ挿入され、かつスライドさせることができる。

細長要素１６は、図８に示すように、それを作業面７から取り外すために、三次元物体Ａの上に推進作用を及ぼすことができる。

従って、上記溝８は完成物体Ａを作業面７から取り外すことを容易にし、これにより本発明の物体の１つを達成させることができる。

有利なことに、上記推進作用は物体Ａの損傷の危険が既知の技術より少ないことを示し、これにより物体Ａは鋭利なツールを使用して除去される。

更に、有利なことに、ツールＡは切断エッジを備えず、従って、プレート６を損傷することができない。

更に、物体Ａが完全に取り外されるので、それが溝８の内側に固形残留物を残さず、これによりプレート６の清掃を容易にするため、更なる物体を達成させる。

溝８は、好ましくは図３で明確に見られるように、モデリングプレート６の側面レベルに広がる作業面７の周辺エッジへ伸びる。

上記開口端は、プレート６自身の垂直移動中に、樹脂３が溝８からプレート６の側面エリアに向かって、又はこの反対に流れるようにすることは明らかである。

好ましくは、溝８の両端はプレート６の側面レベルで開き、有利なことに樹脂３が両方向へ流れるようにする。

従って、もしプレート６がタンク２の底部２ａに面する作業面７を備えるならば、樹脂３は、プレート６の中心からその側面に向かって、またはその反対方向へ溝８に沿って流れることができる。

従って、本発明は、特にプレート６がタンク２の底部２ａに非常に近く配置される場合、樹脂３の流れを容易にする目的を達成する。

有利なことに、樹脂３の流れの促進により、プレート６の垂直移動中に、タンク２の底部２ａ上へ及ぼす圧力を低減させることを可能にする。

従って、有利なことに、例えば、既知タイプの穴あきプレートで可能なそれらと同等の、および如何なる場合も他の既知タイプのプレートにより可能となるそれらを超えるプレート６の移動速度を選択することができる。

溝８は、好ましくは、三次元物体Ａを構成する、例えば１０分の１ミリメートル以上のオーダの層Ｅの厚さを上回る深さ９を有する。

有利なことに、もし凝固が処理の必要性、又はプレート６の位置決めミスにより、それらの内側で部分的に起こるならば、これは物体Ａの第１層を溝８の詰まりから防止することを可能にする。

第１のケースは、最も一般的なもので、プレート６の作業面７への第１層Ｅの付着を保証するために、その強さが所定厚さを有する層を凝固させるのに厳密に必要とする強さより高い刺激４が採用されるという事実から来る。

刺激のより高い強度は、図２ａに示すように、溝８の内側に配置される樹脂３’の部分的な凝固を起こす。

プレート６の上における溝８の数、それらの幅、およびそれらの相互距離は、その上でプレート６を使用しなければならない機械１の作動特性に基づき、製造者により選択することができるパラメータである。一般に、より粘度の高い樹脂３は、樹脂３の最適流れを可能にするために、より多くの溝８を必要とするだろう。

より多くの溝８は、物体Ａのプレート６から取り外しも容易にする。

他方、溝８の数を減らすと、作業面７の表面積を増加させ、これにより処理中の物体Ａの付着を改善する。

．
例により、相互距離約１ミリメートルに配置される約１ミリメートル幅の溝８は、多くの状況でよい譲歩を示すことが見られてきた。

しかし、特別な場合、１つの溝８だけしか使用しないことも可能であることは明らかである。

溝８は、好ましくは直線状軌道Ｘに沿って一様断面１１で伸びる。

特に、図４に示すように、上記断面１１は長方形である。

本発明の変形実施例のプレートによると、図４ａで符号６’により示された断面１１’は、その幅が作業面７のレベルの同一部分の幅１０を上回る面積１２を有する。

換言すると、断面１１’は、有利なことに、処理サイクル中に三次元物体Ａの溝８への付着を容易にするアンダーカット面を特徴とする。

アンダーカットは完成三次元物体Ａのプレート６からの取り外しを妨げないように十分小さい。

好ましくは、必ずしもそうでないが、上記断面１１は、溝８の底部２ａを画定する長い底辺と作業面７上の溝８の開口に対応する短底辺１０を備える台形を有する。

更なる変形実施例によると、図４ｂで符号６”で示される、断面１１”の形状は、断面１１”を横方向に限定するエッジの片側又は両側上の凹部１３を特徴とする。

有利なことに、前記凹部１３は、さらに処理サイクル中に、三次元物体Ａのプレート６への付着を改善する。

上記凹部１３の深さは、好ましくは、物体Ａの連続する取り外しを妨げないように、数十分の１ミリメートルに限定される。

他の変形実施例は、先の２つの実施例を組み合わせた特徴を有する。

図５に示す清掃ツール１４は、１つ以上の相互に平行な細長要素１６が伸び、その各々がプレート６の対応する溝８の内側をスライドするように構成される支持体１５を含む。

細長要素１６は、参照平面Ｙにより配置され、対応する溝８の間の相互距離と同じ相互距離を特徴とする。

プレート６の対応する溝８の内側の細長要素１６のスライドにより、三次元物体Ａ上に推進作用を及ぼすことを可能にし、これが有利なことに、図７と８に示すようにそれを作業面７から取り外すようにする。

好ましくは、必ずしもそうではないが、ツール１４は１パスだけで三次元物体Ａの取り外しを可能にするように、プレート６の溝８の数に等しい数の細長要素１６を備える。

しかし、ツール１４は溝８の数より少ない数の細長要素１６を備えることができることは明らかである。

図６に示すように、参照平面Ｙに平行な方向に対して、各細長要素１６の幅１７は、好ましくは均一で、プレート６の対応する溝８の幅にほぼ等しい。

このように、有利なことに、各細長要素１６は、対応する溝８と互換性がある最大幅を有し、これにより三次元物体Ａ上に及ぼす推進作用のよりよい分布を可能にする。

参照平面Ｙに直交する方向に対する細長要素１６の厚さ１８は、好ましくは細長要素１６の伸びる方向に沿って均一である。

更に、厚さ１８は、好ましくは三次元物体Ａとプレート６の間へ細長要素１６を楽に挿入することを有利に可能にするように、対応する溝８の深さ９を上回らない。

樹脂３が上記のように溝８の内側で部分的に凝固する場合でさえ、細長要素１６の貫通を容易にするように、細長要素１６の厚さ１８は溝８の深さ９より小さい。

ここに図示されていない、本発明の変形実施例によると、細長要素１６は端部から支持本体部１５に向かって増加する断面を有し、これによりウェッジとして役立つ。

細長要素１６は、好ましくは図８に示すように対応する溝８へのそれらの挿入も有利に容易にする丸い端部１６ａを有する。

細長要素１６は、好ましくは柔らかい材料、特にプラスチック材料から作られ、それを損傷する危険性を低減させるように、プレート６からの取り外し中に、物体Ａに及ぼす力をより緩やかな力にする利点を有する。

プラスチック材料の細長要素１６は、それらの硬度がモデリングプレート用に通常採用される、通常アルミニウム又は同様の硬度を有する他の材料などの硬度より低いことに更なる利点を提供する。

細長要素１６の硬度の低下は、連続処理サイクル中に、樹脂３を汚染するある金属粒子がプレート６の表面から除去されること、およびプレート６の損傷も防止する。

ツール１４は、プラスチック材料から全体を作ることができ、明らかにコスト低減の利点を有する。

この目的のため、溝８の深さ９は、好ましくは０．５ミリメートルを上回り、好ましくは、ツール１４の厚さがプラスチック材料の使用と互換性があるように、１ミリメートルのオーダである。

本発明の変形実施例で、ツール１４は如何なる材料からも作ることができることも明らかである。

明らかに、本発明のプレート６とツール１４は、両方の構成要素の利点を組み込むステレオリソグラフィー機械１で使用されることを意図したキットで供給することができる。

特に、三次元物体Ａの構築が完了した後、清掃ツール１４を使用して、それを損傷させずに、それをプレート６から楽に取り外すことができる。

特に、細長要素１６の端部１６ａは、図７に示すようにプレート６の対応する溝８へ挿入され、次に溝８に沿ってスライドする。

スライド操作中に、それが離れるまで、三次元物体Ａをプレートの外側へ向かって推進させるように、ツール１４は少し傾斜して保持される。

有利なことに、三次元物体Ａはその底部のレベルで推進され、プレート６からの分離中に、それが損傷を受けずにとどまり、図８に示すように溝８内に付着した樹脂３の固形残留物を残さない。

従って、有利なことに、新しい三次元物体の生成のために使用される前に、モデリングプレート６は、更なる清掃操作を必要としない。

本願のモデリングプレートとステレオリソグラフィー機械は、すべての設定目標を達成することを、上記は明確に示す。

特に、もし本発明のツールを使用するならば、特に、溝付きモデリングプレートは、特に完成物体のプレート自身から取り外しを特に容易にする。

本発明のツールの使用は、モデリングプレートの殆ど完全な清掃を保証する。

更に、プレートの溝は、処理サイクル中の樹脂の流れを容易にし、タンクの底部上への応力を制限し、これにより処理速度を上昇させることを可能にする。

如何なる場合も、本発明の更なる変形は、たとえそれらが明細書に記載されず、又は図面に表示されなくても、それらが以下の請求項の範囲にあるならば、全て本特許により保護されると考えるべきである。いずれかの請求項に記載される技術的特徴は、引用符号が続き、これらの引用符号は請求項の知性を増加させる単一目的のために含まれ、従って、このような引用符号は、このような引用符号により、例示により特定される各要素の保護に如何なる制限的効果も有さない。

１：ステレオリソグラフィー機械
２：タンク
２ａ：底部
３：液状物質
３’：樹脂
４：刺激
５：放射手段
５ａ：スキャナー手段
６：モデリングプレート
６’：プレート
６”：プレート
７：作業面
８：溝
９：深さ
１０：ベース
１１：断面
１１’：断面
１１”：断面
１２：エリア
１３：凹部
１４：清掃ツール
１５：支持体
１６：細長要素
１６ａ：丸い端部
１７：幅
１８：厚さ

Claims (17)

1. 選択的刺激（４）を受けると、凝固するのに適した所定厚さの液状物質（３）を有する複数層（Ｅ）の積み重ねにより、三次元物体（Ａ）の生成に適したステレオリソグラフィー機械（１）用のモデリングプレート（６、６’、６”）であって、前記プレート（６、６’、６”）は、前記物体（Ａ）を支持するのに適した作業面（７）を含み、発達軌道（Ｘ）に沿って前記作業面（７）に作られた少なくとも１つの溝（８）を含むことを特徴とするプレート（６、６’、６”）。
2. 前記溝（８）の深さ（９）は、前記層（Ｅ）の所定の厚さを上回ることを特徴とする、請求項１に記載のプレート（６、６’、６”）。
3. 前記溝（８）は、前記プレート（６、６’、６”）の側面レベルに、少なくとも１つの開口端を有するように、前記作業面（７）の周辺エッジへ伸びることを特徴とする、請求項１又２に記載のプレート（６、６’、６”）。
4. 前記溝（８）は、前記プレート（６、６’、６”）の前記側面レベルで開く両端部を有することを特徴とする、請求項３に記載のプレート（６、６’、６”）。
5. 前記溝（８）は前記発達軌道（Ｘ）に沿って一様な断面（１１、１１’、１１”）を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のプレート（６、６’、６”）。
6. 前記断面（１１”）は、その幅が前記作業面（７）のレベルで前記断面（１１”）の幅（１０）を上回ることを特徴とする、請求項５に記載のプレート（６’）。
7. 前記断面（１１”）の形状は、前記断面（１１”）の側面エッジの少なくとも１つの上に凹部（１３）を有することを特徴とする、請求項５又は６に記載のプレート（６”）。
8. 互いに平行な複数の前記溝（８）を含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のプレート（６、６’、６”）。
9. 三次元物体の生成用のステレオリソグラフィー機械（１）であって、
   ‐選択的刺激（４）を受けると凝固する液状物質（３）を容れるのに適したタンク（２）、
   ‐前記選択的刺激（４）を生成し、かつそれを前記タンク（２）に向かって搬送するのに適した放射手段（５）、を含み、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載のモデリングプレート（６、６’、６”）を含むことを特徴とするステレオリソグラフィー機械（１）。
10. 前記プレート（６、６’、６”）は、前記タンク（２）の底部（２ａ）に面する前記作業面（７）を備えることを特徴とする、請求項９に記載の機械（１）。
11. 前記プレート（６、６’、６”）の対応する溝（８）の内側をスライドすることができるように構成され、少なくとも１つの細長要素（１６）が伸びる支持体（１５）を含む、前記モデリングプレート（６、６’、６”）の清掃用ツール（１４）を含むことを特徴とする請求項９又は１０に記載の機械（１）。
12. 前記ツール（１４）は、各々が前記プレート（６、６’、６”）の対応する溝（８）の内側をスライドすることができるように構成される、複数の細長要素（１６）が伸びる支持体（１５）を含み、前記細長要素（１６）は対応する溝（８）の間の相互距離と同一の相互距離に参照平面（Ｙ）に相互に平行で、かつそれに応じて配置されることを特徴とする請求項１１に記載の機械（１）。
13. 前記参照平面（Ｙ）に平行な方向に対して、前記細長要素（１６）の各々の幅（１７）が前記プレート（６、６’、６”）の対応する溝（８）の幅（１０）にほぼ等しいことを特徴とする請求項１１または１２に記載の機械（１）。
14. 前記参照平面（Ｙ）に直交する方向における前記細長要素（１６）の各々の厚さ（１８）は対応する溝（８）の深さ（９）を上回らないことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の機械（１）。
15. 前記細長要素（１６）は、丸い端部（１６ａ）を有することを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の機械（１）。
16. 前記細長要素（１６）は柔軟であることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の機械（１）。
17. 前記細長要素（１６）の硬度は、前記プレート（６、６’、６”）の硬度より低いことを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の機械（１）。

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