JPH06226864A - インフロースタビライザー付光硬化造形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光硬化造形装置の液面レベルを正確に一定に
保つ。 【構成】 メインタンクの上方にサブタンクを設け、メ
インタンクからオーバーフローした液をサブタンクに戻
す。サブタンクにはオーバーフロー部を設け、オーバー
フローした液をポンプに戻す。またサブタンクの下部に
サプライ用開孔を設け、ここからサプライされる液はメ
インタンクへ戻す。 【作用】 メインタンクへのサプライ量はサブタンク内
の液位によって決まり、これはポンプ能力の変動によら
ず一定であるために、メインタンクへのサプライ量も一
定化され液位も一定化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光照射を受けると硬化
する液（これを光硬化性液という）を用いて、３次元の
物体を造形する装置（これを光硬化造形装置という）に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図４に示すように、タンクＢ中に光硬化
性液Ａを貯留しておき、エレベータＦを浅いところに位
置決めした状態で液面の必要な領域にのみ光照射をする
と、光照射された領域の光硬化性液Ａが硬化し、硬化層
Ａ１はエレベータＦ１に密着する（ａ参照）。次にエレ
ベータＦを一層分沈めると、硬化層Ａ１のうえに未硬化
の光硬化性液Ａが積層され（ｂ参照）、この状態で新た
な領域を光照射すると、光照射された領域の光硬化性液
Ａが硬化し、新たな硬化層Ａ２がもとの硬化層Ａ１に積
層される。これを繰返すことにより、硬化層Ａ１，Ａ２
…が積層された硬化物を造形する技術が開発されてお
り、その詳細は特開昭５６−１４４４７８号公報に開示
されている。

【０００３】近年この技術が実用化されるに伴い造形精
度に対する要求が厳しくなり、光硬化性液の液位を一定
に保ちたいとする要求が強くなっている。液位が一定し
ないと硬化層Ａ１，Ａ２…の厚みが安定せず、造形精度
が低下するためである。そこで図５に模式的に示されて
いるように、タンクＢの壁の上縁Ｂ１からオーバーフロ
ーする液を第１回収路Ｃで回収して補助タンクＧに集
め、この液をポンプＰで汲上げて第２回収路Ｄからタン
クＢに戻す方法が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに図５の方法は
重要な問題点を残している。図６(a)(b)はタンクＢのオ
ーバーフロー部Ｂ２を示すものである。図６(a) はオー
バーフロー部の長さを比較的長くとった場合であり、こ
の場合オーバーフロー部Ｂ２の壁の上縁Ｂ１を厳密に水
平とすることが困難である。このため、ポンプＰからの
回収量が少いときはタンクＢ内の液位がＬ１に示すよう
に低くなり、一方ポンプＰからの回収量が多いときには
タンクＢ内の液位がＬ２に示すように高くなる。図６
(b) はこれを避けるために、オーバーフロー部Ｂ１の幅
を小さくした場合であるが、この場合にもポンプＰから
の回収量の大小によって液位はＬ３〜Ｌ４のように変動
してしまう。

【０００５】ポンプＰからの回収量を一定に保つことは
実際上難しい。例えば電源電圧が変動すると回収量も変
化する。ポンプや流路に泡や異物等が混入すれば当然に
回収量も変化する。また通常のポンプは吐出量が脈動
し、脈動のないポンプを選ぶことは難しい。また光硬化
性液の粘性が変化すると吐出量も変化する。このように
なんらかの原因でポンプＰからの吐出量が変化すると、
結果的にタンクＢ内の液位も変動してしまう。今日硬化
層の一層あたりの厚みが０．２〜０．０１mm程度で実施
されており、液位の変動はそれよりも１桁程度小さい幅
内に抑える必要がある。そのため、上記の問題点は大変
重要であり、決して無視できなくなっている。そこで本
発明は上述の問題点を解決することに主題を置くもので
あり、そのために回収量（インフロー）を安定化させよ
うとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのために、本発明では
図１(a)(b)に例示されるようなインフロースタビライザ
ー付光硬化造形装置を創り出した。このインフロースタ
ビライザー付光硬化造形装置は、光硬化性液Ａを貯留し
ておくメインタンクＢと前記メインタンクＢの上縁Ｂ１
からオーバーフローする液Ａを集めてポンプＰに導く第
１回収路Ｃと前記ポンプＰから送られる液Ａをサブタン
クＥに導く第２回収路Ｄとを備えている。前記サブタン
クＥはオーバーフロー用の壁Ｅ２とその壁Ｅ２の上縁Ｅ
１よりも下方に位置するサプライ用開孔Ｅ３とを備え、
前記オーバーフロー用の壁Ｅ２の上縁Ｅ１は前記メイン
タンクＢ内の液面よりも上方に設けられているとともに
前記第１回収路Ｃに連通しており、前記サプライ用開孔
Ｅ３は前記メインタンクＢに連通している。ここで第１
回収路Ｃはオーバーフロー液の回収用樋Ｃ１とそれに続
くパイプＣ２で構成されたり、あるいはポンプＰ自体を
樋中に沈めた場合には樋のみで構成することができる。
また樋はメインタンクＢの全周を囲んでいてもよく、あ
るいは壁の一部が低くなっていれば低くなっているとこ
ろにのみ配置されていてもよい。さらにサプライ用開孔
Ｅ３はメインタンクＢ内の液位より高くても低くてもよ
い。

【０００７】

【作用】この装置によると、メインタンクＢへの回収量
はサブタンクＥ内の液位によって決まることになり、こ
の液位はオーバーフロー用の壁Ｅ２によって安定化され
ている。そこでメインタンクＢへの回収量は常時一定と
なり、メインタンク内の液位は安定化する。

【０００８】

【実施例】

（第１実施例）図２を参照して、第１実施例について説
明する。図中ｂはメインタンクを示し、ここに光硬化性
液ａが貯留される。メインタンクｂ内にはエレベータｆ
が上下方向に移動可能となっている。またメインタンク
ｂの上方には図示されていないガルバノミラーが配置さ
れており、図示しないレーザ発振器からのレーザ光をメ
インタンクｂ内の液面の任意の位置に集光して照射する
ことができる。

【０００９】メインタンクｂの上縁に沿って樋状に有底
の枠ｃ１が取囲んでいる。この有底枠ｃ１にメインタン
クｂの壁の上縁のうちの最も低い部分ｂ１をオーバーフ
ローする液が回収される。有底枠ｃ１の底面ｃ３は僅か
に傾斜しており、その最も低い部分に窪みｃ４が形成さ
れている。窪みｃ４の底にはパイプｃ２が連通してお
り、窪みｃ４内に溜った液はパイプｃ２に流れこむこと
ができるようになっている。パイプｃ２はポンプｐの吸
入口に取付けられており、ポンプｐの吐出口にはパイプ
ｄが取付けられている。パイプｄはサブタンクｅに達
し、サブタンクｅの上方にポンプｐから圧送される光硬
化性液を導く。

【００１０】サブタンクｅはメインタンクｂの上方でか
つレーザ光による液面照射を妨げない位置に図示しない
ブラケットによって固定されている。サブタンクｅの横
壁ｅ２に開孔ｅ１が設けられており、サブタンクｅへの
液供給量が増えても液位が開孔ｅ１以上にならないよう
にしている。開孔ｅ１からあふれ出た液はパイプ１によ
って前記した窪みｃ４に戻される。またサブタンクｅの
底面近くにサプライ用開孔ｅ３が設けられており、この
サプライ用開孔ｅ３からサプライされる液はパイプ２介
してメインタンクｂ内に戻される。

【００１１】樋状の有底枠ｃ１内には窪みｃ４を取囲む
ように、孔３ａが多数開けられた第１フィルタ３が着脱
可能となっている。また窪みｃ４には網状の第２フィル
タ４が着脱可能となっている。さらにサブタンクｅの上
縁に網状の第３フィルタ５が着脱可能となっている。

【００１２】またサブタンクｅの底面近くに図示されて
いるｅ４，ｅ５はサプライ量の増量用の開孔であり、必
要がなければ栓がされている。一方、サブタンクｅから
大量の液をメインタンクｂにサプライし、メインタンク
ｂから大量の液をオーバーフローさせることによってメ
インタンクｂ内の液位を保つ必要のある場合には栓を取
り外してパイプ２を取付ける。

【００１３】次のこの装置の使用方法を説明する。まず
メインタンクｂに光硬化性液を供給し、上縁ｂ１からオ
ーバーフローさせ、オーバーフローした液をポンプｐで
サブタンクｅに供給する。サブタンクｅのサプライ用開
孔ｅ３からメインタンクｂに戻される液量に比してポン
プｐの吐出量は１桁程度大きく設定されている。このた
めサブタンクｅ内の液位は上昇し、オーバーフロー用開
孔ｅ１から溢れ出す。ここでオーバーフロー用開孔ｅ１
の断面積は大きく、ポンプｐの吐出量以上をオーバーフ
ローさせることができる。

【００１４】このためメインタンクｂ内の液位は上縁ｂ
１に一致するａ１となり、サブタンクｅ内の液位はオー
バーフロー用開孔ｅ１に一致するａ２となる。そして樋
ｃ１内の液位が図示ａ４となるまで光硬化性液を供給
し、ここで供給を停止する。光硬化性液の供給を停止し
た後もポンプｐを動かし続ければ、各液位は前記したａ
１，ａ２，ａ４に維持される。

【００１５】このような状態で光造形工程を実施し、エ
レベータｆが沈降してゆくと、エレベータの支持枠ｆ１
のうち液中に沈む体積が増大する。しかしながらこのよ
うになってもサブタンクｅ内の液位はａ２に維持され、
従って開孔ｅ３を介してメインタンクｂに回収される液
量も一定となり、メインタンクｂ内の液位は正確にａ１
に維持される。なおエレベータ支持枠ｆ１の液中への浸
入に呼応して枠ｃ１内の液位がａ４からａ３に上昇する
が、枠ｃ１内の液位の変動はサブタンクｅ内の液位に全
く影響せず、結局メインタンクｂ内の液位にも影響しな
い。

【００１６】また光硬化性液ａに温度変化が生じ、液の
体積が収縮したとしても、その影響は枠ｃ１内の液位に
表れるのみで、サブタンクｅ内の液位やメインタンクｂ
内の液位に全く影響しない。さらにまた、サプライ用開
孔ｅ３からの液量は、サブタンクｅ内の液位ａ２とメイ
ンタンクｂ内の液位ａ１の差によって決まり、ポンプｐ
の吐出量とは切り離されている。従ってポンプｐに脈動
があっても、その影響はメインタンクｂへのリターン量
に影響せず、メインタンクｂ内の液位が脈動することも
ない。また電源電圧の変動、泡や異物の混入、粘性の変
化、ポンプ効率の経年的変化等、なんらかの理由によっ
てポンプｐからの吐出量が変動しても、それによってメ
インタンクｂ内の液位が変動することはない。

【００１７】本実施例の場合、ポンプｐで液が循環され
ているうちに、第１フィルタ３、第２フィルタ４、第３
フィルタ５等によって異物や硬化層断片等が除去され
る。そして各フィルタ３，４，５は着脱可能であってク
リーニングし易くなっている。

【００１８】（第２実施例）次に図３を参照して第２実
施例について説明する。なお第１実施例と均等の部材に
は同一の引用符号を用いている。図中ｂはメインタンク
であり、その横壁の上縁ｂ３はノコギリ歯状となってい
る。このノコギリ歯状の上縁ｂ３は、液の表面張力によ
ってメインタンクｂ内の液位が上縁ｂ３以上となってし
まう要素を可及的に減少させる効果をもつ。液はノコギ
リ歯状の上縁ｂ３のうち最も低い部分ｂ１を流れてオー
バーフローする。なおこのノコギリ歯状の上縁はメイン
タンクの全周にわたって設けられる必要はなく、上縁の
一部がオーバーフロー用に低くされているときにはその
低くされているところにのみ設けられていればよい。ま
たその形状はノコギリ歯状に限られるものでなく、Ｖ字
やＵ字が繰返されるもの、あるいは波打っているもの等
であってもよい。すなわち広義の意味での波形であれば
よい。

【００１９】図中ｃ１はメインタンクｂの上縁ｂ３を取
囲んでいる底面ｃ３付の枠であり、上縁ｂ３の最も低い
部分ｂ１をオーバーフローした液を回収する。この実施
例ではメインタンクｂの上縁ｂ３がほぼ水平なため枠ｃ
１は上縁の全部を取囲んでいる。しかし上縁ｂ３のうち
の一部が低いときには低い部分のみをカバーするもので
あってもよい。

【００２０】枠ｃ１の底ｃ３は後述のウェルｃ４に向け
て傾斜している。ただしこの傾斜は不可欠でない。図中
ｃ４は枠ｃ１の一部が外方に張出した部分であり、この
部分の底板ｃ５は傾斜しており他の部分より深くなって
いる。ここにパイプｃ２の大径部ｃ６が取付けられてい
る。パイプｃ２はポンプｐとパイプｄを介してウェルｃ
４内の液をサブタンクｅ内に送る。サブタンクｅはメイ
ンタンクｂのコーナ部で横壁に固定されている。サブタ
ンクｅの４つの横壁のうち、横壁ｅ２のみ他の壁より低
くなっており、この上縁ｅ１がオーバーフロー用の上縁
ｅ１となっている。サブタンクｅの上縁ｅ１からオーバ
ーフローした液は枠ｃ１内に流下する。

【００２１】サブタンクｅのオーバーフロー用上縁ｅ１
はメインタンクｂのオーバーフロー用上縁ｂ１よりも高
い位置にある。このためサブタンクｅ内の液位ａ２はメ
インタンクｂ内の液位ａ１よりも高く維持される。サブ
タンクｅの底面にはサプライ用開孔ｅ３が設けられてい
る。この開孔ｅ３はメインタンクｂの上縁ｂ１よりも低
い位置にあり、サブタンクｅ内の液とメインタンクｂ内
の液は開孔ｅ３を介して連通している。このためサブタ
ンクｅ内の液位ａ２とメインタンクｂ内の液位ａ１の差
によって決定される量がサブタンクｅからメインタンク
ｂにリターンする。

【００２２】ウェルｃ４を仕切る孔あき板３は第１フィ
ルタを示し、パイプｃ２の大径部ｃ６中に第２フィルタ
４が取付けられており、またパイプｄの出口に底面５ａ
がメッシュとなっている枠状の第３フィルタ５が取付け
られている。この実施例による場合も、液量の変化はウ
ェルｃ４内の液位変化に影響するのみで、サブタンクｅ
内の液位に影響しない。またポンプ吐出量に変動があっ
てもサブタンクｅ内の液位は変動しない。このためメイ
ンタンクｂ内の液位も正確に一定に維持される。

【００２３】

【発明の効果】この発明によると、メインタンク内の液
位が一定に保たれるために１層当りの厚みが精度よく管
理される。このため造形物の高さ方向の寸法精度が著し
く向上する。特になんらかの原因でポンプ吐出量が変動
しても、メインタンク内の液位が一定に保たれるため
に、光硬化造形装置の信頼性が向上する。また液位を一
定に保つための構造は極めて単純であり、既設の光硬化
造形装置を容易に改良することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概念を模式的に示す図

【図２】第１実施例を示す図

【図３】第２実施例を示す図

【図４】従来技術を示す図

【図５】従来技術の発展型を示す図

【図６】図５の問題点を示す図

【符号の説明】

Ａ 光硬化性液 Ｂ メインタンク Ｃ 第１回収路 Ｄ 第２回収路 Ｅ サブタンク Ｅ１ オーバーフロー用上縁 Ｅ２ 壁 Ｐ ポンプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光硬化性液を貯留しておくメインタンク
   と前記メインタンクの上縁からオーバーフローする液を
   集めてポンプに導く第１回収路と前記ポンプから送られ
   る液をサブタンクに導く第２回収路とを備え、 前記サブタンクはオーバーフロー用の壁とその壁の上縁
   よりも下方に位置するサプライ用開孔とを備え、前記オ
   ーバーフロー用の壁の上縁は前記メインタンク内の液面
   よりも上方に設けられているとともに前記第１回収路に
   連通しており、前記サプライ用開孔は前記メインタンク
   に連通していることを特徴とするインフロースタビライ
   ザー付光硬化造形装置。
2. 【請求項２】 光硬化性液がメインタンクからオーバー
   フローする部位のメインタンク上縁が、波形となってい
   ることを特徴とする請求項１に記載のインフロースタビ
   ライザー付光硬化造形装置