JP5326140B2 - 光造形装置 - Google Patents
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また、造形液槽自体を上下させる場合、造形液槽と光硬化性樹脂を合わせた重量は数百kg(例えば500kg)にも達するため、この重量を精度良く制御することは非常に困難で効率的ではない。
すなわち、光硬化性樹脂の交換などのために造形液槽を洗浄する際、造形液槽に容器が固定されていると、固定箇所の洗浄が面倒であり、また、この固定箇所に古い光硬化性樹脂が残留し易くなる、という問題がある。
さらに、造形液槽の中で容器の真上のスペースは、この容器が直下に存在することで、製造可能な立体造形物の高さを制限してしまうため、立体造形物の高さによっては、この容器の真上のスペースがデットスペースになる、という問題がある。
また、造形液槽内では、バルーンが規制部材の下、或いは、造形液槽の床面の上に配置されるため、バルーンの上のスペースを造形スペースに使用することができ、造形液槽内の無駄なスペースを少なくできる。
[第1実施形態]
図1は、本実施形態に係る光造形装置100の外観構成を示す図である。
この図に示すように、光造形装置100は、大別して、液状の光硬化性樹脂2(図2)が満たされる造形液槽10と、当該光硬化性樹脂2に対して上方から光を照射する光照射装置20とを備えている。上記造形液槽10の内部には、造形テーブル11が昇降機構25により昇降可能に配置されている。
造形テーブル11は、立体造形物を製造する際に、図2に示すように、造形液槽10に入った液状の光硬化性樹脂2の液面12から所定距離dだけ引き下げられた位置に配置され、当該造形テーブル11の面上に、立体造形物の1層分に相当する液状の光硬化性樹脂層、すなわち、未硬化の光硬化性樹脂層を形成する。
立体造形物の造形動作中においては、造形液槽10の液面12が略基準液面に位置するように液面調整が行われる。この液面調整について次に説明する。
造形液槽10は略矩形の箱型を成し、液状の光硬化性樹脂2が入れられている。また、造形液槽10には、空気の供給或いは排出により膨張或いは縮小するバルーン30が入れられるとともに、このバルーン30の浮上を規制する規制部材としての規制板31が固定されており、液面下でバルーン30が膨張或いは縮小することで、造形液槽10の液面12の調整が行われる。
また、バルーン30は、造形液槽10の上面視略中央に配置されており、バルーン30の膨張或いは縮小により生じる液面12の波打ちが静定する時間の短縮化が図られている。すなわち、バルーン30を膨張或いは縮小して液面12の調整動作を行った場合でも、液面12が速やかに静定するので、立体造形物の製造時間の短縮化が図れる。
バルーン30が造形液槽10の床面10Aに沿って広がるシート状に形成されていると、さらに液面静定までの時間を短縮することができる。また、バルーン30をシート状とすることで高さが抑えられるため、造形液槽10のコンパクト化が図られる。
また規制板31には、表裏に貫通する貫通部として10mm程度の径の貫通孔32が約400mmピッチで格子状に形成されている。これらの貫通孔32が設けられることで、造形液槽10に液状の光硬化性樹脂2を入れたときに規制板31の下側に入った空気が溜まることなく速やかに上側に逃がすことができる。このように規制板31の下に空気が溜まることがないから、立体造形物を製造している最中に、規制板31に溜まっていた空気が浮上して製造品質が損なわれることがない。
ポンプ41は、コンピュータ50の制御によって駆動され、バルーン30に接続されたホース45に空気を送り込む。このポンプ41には、単位時間あたり所定風量(例えば18リットル/min)の電磁式のエアーポンプが用いられる。
排出用電磁弁43は、ホース45から分岐して端部が開放した分岐経路45Aの途中に設けられ、コンピュータ50の制御によって開いてバルーン30の空気を排出する。
圧力計44は、ホース45の途中に設けられ、バルーン30の内部圧力を検出し、コンピュータ50に出力する。
またバルーン30ごとに、ポンプ41、供給用電磁弁42、排出用電磁弁43及び圧力計44を設けて、それぞれのバルーン30の膨張及び縮小を互いに独立して制御する構成とすることで、液面調整の精度を高めることもできる。
さらに詳述すると、I/O制御部52は、液面センサ40の検出結果に基づいて、液面12が基準液面から許容値(例えば±8μm)以上移動したことを検知すると、液面12の移動を許容値以内にすべく、ポンプ41を駆動して供給用電磁弁42を開いてバルーン30を膨張させ、或いは、排出用電磁弁43を開いてバルーン30を縮小させる。
同図に示すように、バルーン30への空気供給/排出時間と液面12の上下動量との間には相関があり、また空気供給/排出時間をms単位で制御することで、液面12をμm単位で制御できることが分かる。
次いで、コンピュータ50は、液面センサ40の検出結果に基づいて、液面12が基準液面から許容値以内の位置に移動したか否かを判断する。液面12が基準液面から許容値以内であればコンピュータ50は液面調整動作を終了する。また液面12が基準液面から許容値以内でなければ、コンピュータ50は、再度、図4に示す関係に基づいて空気供給/排出時間を決定し、同様にしてバルーン30への空気供給/排出を行い、係る動作を、液面12が基準液面から許容値以内なるまで繰り返す。
この図に示されるように、液面調整にバルーン30を用いた場合、従来のブロックを用いた場合に比べ、液面調整時間の平均が短縮される。さらに、バルーン30を用いた場合には、ほぼ5秒以内に液面調整が完了するのに対し、従来のブロックを用いた場合には、液面調整に5秒〜10秒以上を要することが多くなる。このように液面調整時間が短縮化されることで立体物造形に要する時間の短縮化が図られる。
すなわち、本実施形態では、造形液槽10の中にバルーン30を入れるとともに、バルーン30の上を覆って浮上を規制する固定自在な規制板31を造形液槽10に設け、この規制板31の下でバルーン30を膨張或いは縮小させて造形液槽10の液面12を調整する構成とした。
この構成によれば、造形液槽10の中に入れたバルーン30を固定自在な規制板31で押さえ付けて浮上を規制する構成としたため、造形液槽10の洗浄時には、規制板31を取り外すことでバルーン30を容易に取り出すことができるため、造形液槽10の洗浄作業が容易となる。
また、造形液槽10内では、バルーン30が規制板31の下に配置されるため、バルーン30の上のスペースを造形スペースに使用することができ、造形液槽10内の無駄なスペースを少なくできる。さらに、この無駄なスペースに充填される光硬化性樹脂は、バルーン30の容積分だけ量が減るため、無駄になる光硬化性樹脂の量を抑えることができる。
これにより、目的の立体造形物の高さに応じて造形液槽10の実効的な深さLを可変でき、また、各深さLに合わせて造形液槽10を個別に製造する必要もない。さらに、規制板31の下の無駄なスペースを埋めるように1又は複数のバルーン30を配置することで、無駄になる光硬化性樹脂の量を抑えることができる。
バルーン30を覆って浮上を規制する規制部材として板状の規制板31を用いたが、これに限らない。すなわち、バルーン30の浮力に耐える剛性を有するメッシュ状部材を規制部材に用いてもよく、また、複数の棒状部材を、互いに平行に或いは格子状に組んで規制部材を構成してもよい。
図6は、第2実施形態に係る光造形装置200の構成を示す図である。なお、同図において、第1実施形態の光造形装置100と同様な部材については同一の符号を付して説明を省略する。
この図に示すように、本実施形態では、造形液槽10の中でバルーン30の浮上を規制板31で規制するのではなく、重り35を用いて規制する点で構成を異にする。重り35は、バルーン30の製造時に予め袋内に封じたものであり、バルーン30の浮力に抗する重さ分だけ設けられている。なお、重り35をバルーン30に紐などでしっかりと括り付けてもよい。
また、造形液槽10内では、バルーン30が床面10A上に配置されるため、バルーン30の上のスペースを造形スペースに使用することができ、造形液槽10内の無駄なスペースを少なくできる。
特に本実施形態によれば、バルーン30が床面10A上に位置するため、液面12からバルーン30までの深さを大きくとることができる。
例えば、各実施形態では、バルーン30に空気を供給することで体積を変化させたが、これに限らず、液体を供給して体積を可変しても良い。
またバルーン30は、気体又は/及び液体の供給/排出に伴い、液状の光硬化性樹脂2の中で体積が可変する密封袋体であれば任意の素材を用いることができる。また、バルーン30の形状には、シート状に限らず、直方体状や球状など任意の形状を採用できる。
10 造形液槽
10A 床面
12 液面
30 バルーン
31 規制板(規制部材)
32 貫通孔(貫通部)
33A、33B 規制板挟持部材(調整手段)
40 液面センサ
41 ポンプ
42 供給用電磁弁
43 排出用電磁弁
44 圧力計
50 コンピュータ
100、200 光造形装置
Claims (3)
- 造形液槽に入った液状の光硬化性樹脂に光を照射して光硬化層を形成し、該光の照射を繰り返して光硬化層を積層形成して立体造形物を製造する光造形装置において、
前記造形液槽の中に1又は複数のバルーンを入れ、前記バルーンの上を覆って浮上を規制する固定自在な規制部材を設け、或いは、前記バルーンに浮上を規制する重りを設け、
前記規制部材の下で、或いは、前記造形液槽の床面の上で前記バルーンを膨張或いは縮小させて前記造形液槽の液面を調整することを特徴とする光造形装置。 - 前記規制部材の固定位置を、前記造形液槽の複数の深さ位置に調整する調整手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の光造形装置。
- 前記規制部材に、下側に入り込んだ気泡を上側に逃がす貫通部を形成したことを特徴とする請求項1又は2に記載の光造形装置。
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