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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024004362
(43)【公開日】2024-01-16
(54)【発明の名称】立体造形物製造方法
(51)【国際特許分類】
B29C 64/112 20170101AFI20240109BHJP
B29C 64/264 20170101ALI20240109BHJP
B29C 64/209 20170101ALI20240109BHJP
B29C 64/321 20170101ALI20240109BHJP
B33Y 10/00 20150101ALI20240109BHJP
【ＦＩ】
B29C64/112
B29C64/264
B29C64/209
B29C64/321
B33Y10/00
【審査請求】有
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022103993
(22)【出願日】2022-06-28
(71)【出願人】
【識別番号】594034005
【氏名又は名称】ホッティーポリマー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100089026
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 高明
(72)【発明者】
【氏名】堀田 秀敏
(72)【発明者】
【氏名】田鍋 史生
【テーマコード（参考）】
4F213
【Ｆターム（参考）】
4F213AB12
4F213WA25
4F213WB01
4F213WL03
4F213WL12
4F213WL22
4F213WL24
4F213WL25
4F213WL29
4F213WL32
4F213WL43
4F213WL64
4F213WL74
4F213WL76
4F213WL96
(57)【要約】
【課題】紫外線透過率の低い紫外線硬化材料を使用して紫外線硬化方式により立体造形物を製造することができる立体造形物製造方法を提供する。
【解決手段】紫外線硬化材料を射出して、未硬化の紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素を形成する未硬化造形物要素形成ステップＳ１と、未硬化造形物要素形成ステップＳ１により形成された未硬化の紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素に紫外線を照射することにより、硬化した紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素を形成する硬化造形物要素形成ステップＳ２と、を交互に繰り返すことにより立体造形物を製造することを特徴とする立体造形物製造方法。
【選択図】図１
【解決手段】紫外線硬化材料を射出して、未硬化の紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素を形成する未硬化造形物要素形成ステップＳ１と、未硬化造形物要素形成ステップＳ１により形成された未硬化の紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素に紫外線を照射することにより、硬化した紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素を形成する硬化造形物要素形成ステップＳ２と、を交互に繰り返すことにより立体造形物を製造することを特徴とする立体造形物製造方法。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
紫外線硬化材料が積層されるステージと、前記ステージに前記紫外線硬化材料を射出する材料射出装置と、前記ステージに射出された前記紫外線硬化材料に紫外線を照射する紫外線照射装置と、を備え、紫外線硬化材料を積層しつつ紫外線により硬化させて立体造形物を製造する３Ｄプリンタ装置を使用して立体造形物を製造する立体造形物製造方法であって、
前記材料射出装置により前記ステージに前記紫外線硬化材料を射出して、未硬化の紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素を形成する未硬化造形物要素形成ステップと、
前記未硬化造形物要素形成ステップにより形成された前記未硬化の紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素に、前記紫外線照射装置により紫外線を照射することにより、硬化した紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素を形成する硬化造形物要素形成ステップと、
を交互に実行することにより立体造形物を製造することを特徴とする立体造形物製造方法。
前記材料射出装置により前記ステージに前記紫外線硬化材料を射出して、未硬化の紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素を形成する未硬化造形物要素形成ステップと、
前記未硬化造形物要素形成ステップにより形成された前記未硬化の紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素に、前記紫外線照射装置により紫外線を照射することにより、硬化した紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素を形成する硬化造形物要素形成ステップと、
を交互に実行することにより立体造形物を製造することを特徴とする立体造形物製造方法。
【請求項2】
前記硬化造形物要素形成ステップにより形成された前記硬化した紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素の上に紫外線不透過性部材を配置する紫外線不透過性部材配置ステップを有し、
前記紫外線不透過性部材配置ステップの後に、前記未硬化造形物要素形成ステップを実行することにより、当該紫外線不透過性部材を覆う未硬化の紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素を形成した後、前記硬化造形物要素形成ステップを実行することを特徴とする請求項１記載の立体造形物製造方法。
前記紫外線不透過性部材配置ステップの後に、前記未硬化造形物要素形成ステップを実行することにより、当該紫外線不透過性部材を覆う未硬化の紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素を形成した後、前記硬化造形物要素形成ステップを実行することを特徴とする請求項１記載の立体造形物製造方法。
【請求項3】
前記紫外線硬化材料は、顔料が添加された紫外線硬化シリコーンゴムであることを特徴とする請求項１記載の立体造形物製造方法。
【請求項4】
前記材料射出装置は、
前記紫外線硬化材料を収容した材料カートリッジと、
前記材料カートリッジを交換可能に保持するカートリッジ保持部と、
前記カートリッジ保持手段に保持された前記材料カートリッジから前記紫外線硬化材料を射出させる材料射出手段と、を備え、
前記材料カートリッジは、
紫外線遮蔽材料により形成されたシリンジ状の材料容器部と、
当該材料容器部に挿入されたピストン部と、を有し、
前記材料射出手段は、前記紫外線硬化材料を前記材料容器部から射出させるべく前記ピストン部を駆動する手段であり、
前記紫外線照射部は、前記ステージ部の上面に対向する紫外線照射面を有し、該紫外線照射面は平面視方形状に形成されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の立体造形物製造方法。
前記紫外線硬化材料を収容した材料カートリッジと、
前記材料カートリッジを交換可能に保持するカートリッジ保持部と、
前記カートリッジ保持手段に保持された前記材料カートリッジから前記紫外線硬化材料を射出させる材料射出手段と、を備え、
前記材料カートリッジは、
紫外線遮蔽材料により形成されたシリンジ状の材料容器部と、
当該材料容器部に挿入されたピストン部と、を有し、
前記材料射出手段は、前記紫外線硬化材料を前記材料容器部から射出させるべく前記ピストン部を駆動する手段であり、
前記紫外線照射部は、前記ステージ部の上面に対向する紫外線照射面を有し、該紫外線照射面は平面視方形状に形成されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の立体造形物製造方法。
【請求項5】
前記材料カートリッジは、収容している前記紫外線硬化材料の種類が異なる複数種類のものが用意されていることを特徴とする請求項４記載の立体造形物製造方法。
【請求項6】
前記カートリッジ保持部及び前記紫外線照射部に対して前記ステージ部を移動させる移動手段を備えることを特徴とする請求項５記載の立体造形物製造方法。
【請求項7】
前記材料カートリッジ、前記カートリッジ保持部、前記材料射出装置、前記ステージ、前記移動手段及び前記紫外線照射装置を覆う紫外線遮蔽体を有することを特徴とする請求項６記載の立体造形物製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、紫外線硬化材料を積層しつつ紫外線により硬化させて立体造形物を製造する技術分野に属する。
【背景技術】
【0002】
紫外線硬化材料を用いて立体造形物を製造する３Ｄプリンタ装置が知られている（例えば、特許文献１－４参照）。この種の３Ｄプリンタは、紫外線硬化材料からなる未硬化の造形物を形成した後、当該未硬化の造形物に紫外線を照射することにより、未硬化の造形物を硬化させて目的の立体造形物を製造する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2019-209494号公報
【特許文献2】特開2018-111246号公報
【特許文献3】特開2015-202689号公報
【特許文献4】特開2005-205670号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、従来の立体造形物製造方法では、顔料が添加された紫外線硬化材料を使用して、造形物を良好に硬化させることは困難であった。顔料が添加された紫外線硬化材料は、顔料が添加されていない紫外線硬化材料と比較して紫外線透過率が低いためである。
【0005】
このため従来、顔料が添加された紫外線硬化材料を用いた造形物として得られる製品は、医療分野において血液等の検査に使用されるマイクロ流路、ナノインプリント用ソフトモールド、転写印刷用ブランケット、等、厚さ寸法が比較的薄く全体的に透明な製品に限られていた。
【0006】
また、従来の立体造形物製造方法では、金属部材等、紫外線を透過させない部材（以下、「紫外線不透過性部材」と称す。）が混在する造形物を製造することは困難であった。紫外線不透過性部材の影になる部分に紫外線を照射することができないからである。
【0007】
そこで、本発明は、紫外線透過率の低い紫外線硬化材料を使用した場合や、紫外線不透過性部材が混在した場合であっても、紫外線硬化方式により立体造形物を製造することができる立体造形物製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
請求項１記載の立体造形物製造方法は、紫外線硬化材料が積層されるステージと、前記ステージに前記紫外線硬化材料を射出する材料射出装置と、前記ステージに射出された前記紫外線硬化材料に紫外線を照射する紫外線照射装置と、を備え、紫外線硬化材料を積層しつつ紫外線により硬化させて立体造形物を製造する３Ｄプリンタ装置を使用して立体造形物を製造する立体造形物製造方法であって、前記材料射出装置により前記ステージに前記紫外線硬化材料を射出して、未硬化の紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素を形成する未硬化造形物要素形成ステップと、前記未硬化造形物要素形成ステップにより形成された前記未硬化の紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素に、前記紫外線照射装置により紫外線を照射することにより、硬化した紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素を形成する硬化造形物要素形成ステップと、を交互に実行することにより立体造形物を製造することを特徴とする。
【0009】
請求項１記載の立体造形物製造方法によれば、未硬化造形物要素形成ステップと硬化造形物要素形成ステップと、を交互に繰り返すことにより、紫外線硬化材料からなる薄膜の造形物要素を複数層積層して所望の厚さ寸法の立体造形物を製造することができる。
この場合、一層分の造形物要素は薄く、紫外線が良好に透過するため、顔料が添加された紫外線硬化材料など、紫外線透過率の低い紫外線硬化材料を使用した場合でも、一層分の造形物要素であれば紫外線照射により良好に硬化させることができる。
したがって、紫外線透過率の低い紫外線硬化材料を使用した場合でも、各層を形成する造形物要素毎に紫外線照射を実施してその都度、硬化させ、これを複数層積層することにより、全体的に良好に硬化した立体造形物を製造することができる。この方法によれば、一層分の造形物要素毎に紫外線照射を実施して硬化させるため、例えば、従来は製作が困難であってアンダーカット部を有する立体造形物も製造し得る。
この場合、一層分の造形物要素は薄く、紫外線が良好に透過するため、顔料が添加された紫外線硬化材料など、紫外線透過率の低い紫外線硬化材料を使用した場合でも、一層分の造形物要素であれば紫外線照射により良好に硬化させることができる。
したがって、紫外線透過率の低い紫外線硬化材料を使用した場合でも、各層を形成する造形物要素毎に紫外線照射を実施してその都度、硬化させ、これを複数層積層することにより、全体的に良好に硬化した立体造形物を製造することができる。この方法によれば、一層分の造形物要素毎に紫外線照射を実施して硬化させるため、例えば、従来は製作が困難であってアンダーカット部を有する立体造形物も製造し得る。
【0010】
請求項２記載の立体造形物製造方法は、請求項１記載の立体造形物製造方法において、前記硬化造形物要素形成ステップにより形成された前記硬化した紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素の上に紫外線不透過性部材を配置する紫外線不透過性部材配置ステップを有し、前記紫外線不透過性部材配置ステップの後に、前記未硬化造形物要素形成ステップを実行することにより、当該紫外線不透過性部材を覆う未硬化の紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素を形成した後、前記硬化造形物要素形成ステップを実行することを特徴とする。
【0011】
請求項２記載の立体造形物製造方法によれば、硬化造形物要素形成ステップと未硬化造形物要素形成ステップとの間に、紫外線不透過性部材配置ステップを実行することにより、紫外線不透過性部材を包含する立体造形物を製造することができる。
すなわち、紫外線照射方式による従来の立体造形物製造方法では、紫外線不透過性部材の影になる部分には紫外線を照射することができないため、紫外線不透過性部材包含する立体造形物を製造することは極めて困難であったが、請求項２記載の立体造形物製造方法によれば、紫外線不透過性部材の影になる部分の紫外線硬化材料を硬化させてから、その上に紫外線不透過性部材を配置するため、紫外線不透過性部材の影になる部分も良好に硬化させて、紫外線不透過性部材を包含する立体造形物を高品質に製造することができる。
すなわち、紫外線照射方式による従来の立体造形物製造方法では、紫外線不透過性部材の影になる部分には紫外線を照射することができないため、紫外線不透過性部材包含する立体造形物を製造することは極めて困難であったが、請求項２記載の立体造形物製造方法によれば、紫外線不透過性部材の影になる部分の紫外線硬化材料を硬化させてから、その上に紫外線不透過性部材を配置するため、紫外線不透過性部材の影になる部分も良好に硬化させて、紫外線不透過性部材を包含する立体造形物を高品質に製造することができる。
【0012】
請求項３記載の立体造形物製造方法は、請求項１記載の立体造形物製造方法において、前記紫外線硬化材料は、顔料が添加された紫外線硬化シリコーンゴムであることを特徴とする。
【0013】
請求項３記載の立体造形物製造方法によれば、顔料が添加された紫外線硬化シリコーンゴムを紫外線硬化材料に使用して、紫外線照射法により立体造形物を製造することができる。
【0014】
請求項４記載の立体造形物製造方法は、請求項１、２又は３記載の立体造形物製造方法において、前記材料射出装置は、前記紫外線硬化材料を収容した材料カートリッジと、前記材料カートリッジを交換可能に保持するカートリッジ保持部と、前記カートリッジ保持手段に保持された前記材料カートリッジから前記紫外線硬化材料を射出させる材料射出手段と、を備え、前記材料カートリッジは、紫外線遮蔽材料により形成されたシリンジ状の材料容器部と、当該材料容器部に挿入されたピストン部と、を有し、前記材料射出手段は、前記紫外線硬化材料を前記材料容器部から射出させるべく前記ピストン部を駆動する手段であり、前記紫外線照射部は、前記ステージ部の上面に対向する紫外線照射面を有し、該紫外線照射面は平面視方形状に形成されていることを特徴とする。
【0015】
紫外線硬化材料は、材料カートリッジのシリンジ状の材料容器部に予め収容されており、材料射出手段が材料カートリッジのピストン部を駆動することによりステージ部に射出される。材料容器部は紫外線遮蔽材料により形成されているので、材料カートリッジ内の紫外線硬化材料は劣化することなく高品質に保たれる。
【0016】
そして、この立体造形物製造方法に使用する３Ｄプリンタは、材料カートリッジが交換可能であることにより、材料カートリッジを別の材料を収容している材料カートリッジに交換するだけで、使用する材料を別の材料に変えることができるので、従来のようなディスペンサ部の洗浄作業が不要である。よって、この立体造形物製造方法によれば、立体造形物を高品質且つ高効率に製造可能である。
また、前記紫外線照射部は、前記ステージ部の上面に対向する紫外線照射面を有し、該紫外線照射面は平面視方形状に形成されていることから、薄厚の各造形物要素を形成する未硬化造形物要素に対して、面的に、かつ均一に紫外線を照射させることができ、各造形物要素の効果的な硬化が可能となる。
また、前記紫外線照射部は、前記ステージ部の上面に対向する紫外線照射面を有し、該紫外線照射面は平面視方形状に形成されていることから、薄厚の各造形物要素を形成する未硬化造形物要素に対して、面的に、かつ均一に紫外線を照射させることができ、各造形物要素の効果的な硬化が可能となる。
【0017】
請求項５記載の立体造形物製造方法は、請求項４記載の立体造形物製造方法において、前記材料カートリッジは、収容している前記紫外線硬化材料の種類が異なる複数種類のものが用意されていることを特徴とする。このように、収容している紫外線硬化材料の種類が異なる複数種類の材料カートリッジが用意されていることにより、材料カートリッジを交換するだけで、紫外線硬化材料の種類が異なる複数種類の製品を高品質且つ高効率に製造可能である。また部分ごとに、異なる数種の材料で、１つの造形物を作成することも可能となる。
【0018】
請求項６記載の立体造形物製造方法は、請求項５記載の立体造形物製造方法において、前記カートリッジ保持部及び前記紫外線照射部に対して前記ステージ部を移動させる移動手段を備えることを特徴とする。
【0019】
請求項６記載の立体造形物製造方法によれば、カートリッジ保持部とステージとを相対移動させつつ、紫外線硬化材料を材料カートリッジからステージに射出するとともに、ステージ上の紫外線硬化材料に紫外線を照射することにより、紫外線硬化材料を硬化させて、効率良く立体造形物を製造することができる。
【0020】
請求項７の立体造形物製造方法は、請求項６記載の立体造形物製造方法において、前記材料カートリッジ、前記カートリッジ保持部、前記材料射出装置、前記ステージ、前記移動手段及び前記紫外線照射装置を覆う紫外線遮蔽体を有することを特徴とする。
【0021】
請求項７の立体造形物製造方法によれば、外部からの紫外線の入射を紫外線遮蔽体により防止して、紫外線硬化材料からなる造形物を高品質に製造することができる。そして、材料容器部が紫外線遮蔽材料により形成されているので、紫外線遮蔽体と材料容器部とによる二重の紫外線遮蔽効果により、材料カートリッジに収容された紫外線硬化材料を外部からの紫外線から強力に保護することができる。
【発明の効果】
【0022】
本発明の立体造形物製造方法によれば、紫外線透過率の低い紫外線硬化材料を使用した場合や、紫外線不透過性部材が混在している場合であっても、紫外線硬化方式により立体造形物を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】一実施形態の立体造形物製造方法に使用する３Ｄプリンタの全体の構造の概念図である。
【図4】第１実施形態の立体造形物製造方法を示すフローチャートである。
【図5】第２実施形態の立体造形物製造方法を示すフローチャートである。
【図6】図６（ａ）は、未硬化造形物要素形成ステップにより、未硬化の第１層目の造形物要素が形成された状態を示す概念図である。図６（ｂ）は、第１層目の造形物要素に対し、硬化造形物要素形成ステップを実行している状態を示す概念図である。図６（ｃ）は、未硬化造形物要素形成ステップにより、未硬化の第２層目の造形物要素が形成された状態を示す概念図である。図６（ｄ）は、第２層目の造形物要素に対し、硬化造形物要素形成ステップを実行している状態を示す概念図である。
【図7】第１実施形態の立体造形物製造方法により製造された立体造形物を例示する概念図である。
【図8】図８（ａ）は、硬化した紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素の上に、紫外線不透過性部材配置ステップにより、紫外線不透過性部材を配置した状態を示す概念図である。図８（ｂ）は、紫外線不透過性部材を覆う未硬化の造形物要素を、未硬化造形物要素形成ステップにより形成した状態を示す概念図である。図８（ｃ）は、紫外線不透過性部材を覆う未硬化の造形物要素に対し、硬化造形物要素形成ステップを実行している状態を示す概念図である。図８（ｄ）は、硬化した造形物要素の上に配置された紫外線不透過性部材を覆う硬化した造形物要素が形成された状態を示す概念図である。
【図9】第２実施形態の立体造形物製造方法により製造された立体造形物を例示する概念図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
【0025】
図１及び図２に示す３Ｄプリンタ１０は、紫外線硬化材料Ｍを射出する材料射出装置（ディスペンサ）２０と、材料射出装置２０から射出された紫外線硬化材料Ｍが積層されるステージ３０と、ステージ３０に射出された紫外線硬化材料Ｍに紫外線ＵＶを照射する紫外線照射装置４０と、材料射出装置２０及び紫外線照射装置４０に対してステージ３０を移動させる移動機構部５０と、プリンタ本体６０と、これら全てを覆う筐体７０と、を有する。筐体７０は装置２０の外部から内部から浸入する紫外線を遮蔽するように構成されている。
【0026】
プリンタ本体６０は、３Ｄプリンタ１０の底部を構成する基部６１と、基部６１から上方に延びる二つの支持部６２、６３とを有する。材料射出装置２０は一方の支持部６２に支持されており、紫外線照射装置４０は他方の支持部６３に支持されている。ステージ３０は、基部６１上に設けられている。
【0027】
材料射出装置２０は、紫外線硬化材料Ｍを収容した材料カートリッジ２１と、材料カートリッジ２１を交換可能に保持するカートリッジ保持部２２と、カートリッジ保持部２２に保持（装着）された材料カートリッジ２１から紫外線硬化材料Ｍを射出させる圧縮空気供給部（材料射出手段）２３と、を有する。
【0028】
カートリッジ保持部２２は、昇降機構５１を介して支持部６２に支持されている。昇降機構５１は、カートリッジ保持部２２を上下方向（矢印Ｚで示す方向）に移動させる。
【0029】
圧縮空気供給部２３は、支持部６２に固定して設けられている。圧縮空気供給部２３は、圧縮空気を吐出する圧縮空気吐出機構２３ａと、圧縮空気吐出機構２３ａから吐出された圧縮空気を、カートリッジ保持部２２に装着された材料カートリッジ２１に供給するための圧縮空気供給管２３ｂと、を有している。
【0030】
図２に示すように、材料カートリッジ２１は、シリンジ状の材料容器部２１ａと、材料容器部２１ａに挿入されたピストン部２１ｂと、を有する。
材料容器部２１ａの基端（上端）には、圧縮空気供給管２３ｂが接続される圧縮空気入口２１ｃが設けられている。材料カートリッジ２１は、圧縮空気吐出機構２３ａから圧縮空気供給管２３ｂを通して供給される圧縮空気Ａにより、ピストン部２１ｂが押圧されることにより、材料容器部２１ａの先端（下端）に設けられた吐出口２１ｄから紫外線硬化材料Ｍを吐出する。材料容器部２１ａ及びピストン部２１ｂは紫外線遮蔽性の合成樹脂材料により形成されている。
材料容器部２１ａの基端（上端）には、圧縮空気供給管２３ｂが接続される圧縮空気入口２１ｃが設けられている。材料カートリッジ２１は、圧縮空気吐出機構２３ａから圧縮空気供給管２３ｂを通して供給される圧縮空気Ａにより、ピストン部２１ｂが押圧されることにより、材料容器部２１ａの先端（下端）に設けられた吐出口２１ｄから紫外線硬化材料Ｍを吐出する。材料容器部２１ａ及びピストン部２１ｂは紫外線遮蔽性の合成樹脂材料により形成されている。
【0031】
図１及び図２に示すように、ステージ３０は、水平移動機構５２を介して基部６１に支持されている。水平移動機構５２は、ステージ３０を左右方向（矢印Ｘで示す方向）及び前後方向（矢印Ｙで示す方向）に移動させる。
【0032】
移動機構部５０は、昇降機構５１及び水平移動機構５２により構成される。すなわち、移動機構部５０は、昇降機構５１及び水平移動機構５２により、材料射出装置２０とステージ３０とを互いに直交する３軸方向（上下、左右及び前後）に移動させ得る。そして、水平移動機構５２により、紫外線照射装置４０に対して、ステージ３０を左右方向及び前後方向に移動させ得る。
【0033】
紫外線照射装置４０は、光源としてＵＶランプ又はＵＶ－ＬＥＤを備える。紫外線照射装置４０は、ステージ３０の上面に対向する平面視方形状の紫外線出射面４０ａを有し、ステージ３０の中央部を含むワーク製造領域に積層された紫外線硬化材料Ｍに対し、紫外線出射面４０ａから紫外線を出射して、面的に、かつ照射範囲を全体として均一に照射し得るように構成されている。
この実施形態の立体造形物製造方法では、一層分の紫外線硬化材料Ｍがステージ３０に吐出される毎に、ステージ３０のワーク製造領域が紫外線照射装置４０の紫外線照射範囲に入るようにステージ３０がＹ方向に沿って移動され、ステージ３０上の紫外線硬化材料Ｍに紫外線ＵＶが照射される。
この実施形態の立体造形物製造方法では、一層分の紫外線硬化材料Ｍがステージ３０に吐出される毎に、ステージ３０のワーク製造領域が紫外線照射装置４０の紫外線照射範囲に入るようにステージ３０がＹ方向に沿って移動され、ステージ３０上の紫外線硬化材料Ｍに紫外線ＵＶが照射される。
【0034】
３Ｄプリンタ１０は図示しない制御装置を備える。制御装置は、製造すべき製品の３Ｄデータに基づいて、圧縮空気供給部２３、移動機構部５０及び紫外線照射装置４０を制御する。
【0035】
図３に示すように、材料カートリッジ２１は、収容している紫外線硬化材料Ｍの種類が異なる複数種類の材料カートリッジ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、・・・が用意されている。紫外線硬化材料Ｍは、予め一又は複数種類の硬化材料成分を含有させた溶液である。未使用の材料カートリッジ２１の圧縮空気入口２１ｃ及び吐出口２１ｄは、図示しない閉塞部材で塞がれている。閉塞部材は紫外線遮蔽性の合成樹脂材料により形成されている。
【0036】
上記のように構成された３Ｄプリンタ１０は、カートリッジ保持部２２とステージ３０とを互いに直交する３軸方向（上下、左右及び前後）に相対的に移動させつつ、紫外線硬化材料Ｍを材料カートリッジ２１からステージ３０に射出するとともに、ステージ３０上の紫外線硬化材料Ｍに紫外線を照射することにより、紫外線硬化材料Ｍを硬化させて造形物を製造する。
【0037】
紫外線硬化材料Ｍは、材料カートリッジ２１のシリンジ状の材料容器部２１ａに予め収容されており、圧縮空気供給部２３が材料カートリッジ２１のピストン部２１ｂを駆動することによりステージ３０に射出される。材料カートリッジ２１は紫外線遮蔽材により形成されているので、材料カートリッジ２１内の紫外線硬化材料Ｍは劣化することなく高品質に保たれる。
【0038】
そして、この３Ｄプリンタ１０は、材料カートリッジ２１が交換可能であることにより、材料カートリッジ２１を別の材料を収容している材料カートリッジ２１に交換するだけで、使用する紫外線硬化材料Ｍを別の紫外線硬化材料Ｍに変えることができるので、従来のようなディスペンサ部の洗浄作業が不要である。
【0039】
よって、この３Ｄプリンタ１０によれば、製品を高品質且つ高効率に製造可能である。また、この３Ｄプリンタ１０は、ディスペンサ部として、合成樹脂製の材料カートリッジ２１を使用するので、金属製のディスペンサ部を備える３Ｄプリンタと比較して安価に製造可能である。
【0040】
また、この３Ｄプリンタ１０は、材料カートリッジ２１として、収容している紫外線硬化材料の種類が異なる複数種類の材料カートリッジ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、・・・が用意されているので、材料カートリッジ２１を交換するだけで、紫外線硬化材料Ｍの種類が異なる複数種類の製品を高品質且つ高効率に製造可能である。
【0041】
また、この３Ｄプリンタ１０は、ピストン駆動機構として、圧縮空気によりピストン部２１ｂを駆動する圧縮空気供給部２３を採用したことにより、比較的簡単な構成でピストン駆動機構を実現できるので、３Ｄプリンタ１０の製造コスト及びメンテナンスコストを低減できる。
【0042】
また、この３Ｄプリンタ１０は、外部からの紫外線の入射を紫外線遮蔽体である筐体７０により防止して、紫外線硬化材料Ｍからなる造形物を高品質に製造することができる。そして、材料カートリッジ２１の材料容器部２１ａ及びピストン部２１ｂが紫外線遮蔽材料により形成されているので、筐体７０と材料容器部２１ａ及びピストン部２１ｂとによる二重の紫外線遮蔽効果により、材料カートリッジ２１に収容された紫外線硬化材料Ｍを外部の紫外線から強力に保護しつつ、紫外線照射により高品質の製品を製造することができる。
【0043】
また、この３Ｄプリンタ１０は、紫外線出射面４０ａから造形物の上面全域に均一に紫外線ＵＶを確実に照射することが可能であることから、例えば、一層分の硬化層を硬化形成した後、当該硬化層の上面に別の一層分の硬化層を形成するというような造形物の形成工程を、より確実に実行することが可能となる。その結果、多層硬化による造形物の製造を迅速、確実且つ高品質に行うことが可能となる。
【0044】
また、この３Ｄプリンタ１０の材料カートリッジ２１は、紫外線遮蔽材により形成されているので、材料カートリッジ２１内の紫外線硬化材料Ｍは劣化することなく高品質に保たれる。そして、この材料カートリッジ２１は、予め紫外線硬化材料Ｍを収容しており、３Ｄプリンタ１０のカートリッジ保持部２２に交換可能に装着されるので、３Ｄプリンタ１０の材料射出装置２０の洗浄作業を不要にする。よって、この材料カートリッジ２１を使用可能な３Ｄプリンタ１０によれば、製品を高品質且つ高効率に製造可能である。
【0045】
【0046】
［第１実施形態］
図４に示すように、第１実施形態の立体造形物製造方法は、未硬化造形物要素形成ステップＳ１と、硬化造形物要素形成ステップＳ２と、を有する。
図４に示すように、第１実施形態の立体造形物製造方法は、未硬化造形物要素形成ステップＳ１と、硬化造形物要素形成ステップＳ２と、を有する。
【0047】
未硬化造形物要素形成ステップＳ１は、材料射出装置２０によりステージ３０に紫外線硬化材料Ｍを射出することにより、図６（ａ）及び図６（ｃ）に例示するように、未硬化の紫外線硬化材料Ｍからなる薄厚の造形物要素Ｅａを形成するステップである。
未硬化造形物要素形成ステップＳ１が一回実行される毎に、一層分の未硬化の造形物要素Ｅａが形成される。紫外線硬化材料Ｍは、顔料が添加された紫外線硬化シリコーンゴムである。一層分の造形物要素Ｅａの厚さは、紫外線照射装置４０による紫外線照射により紫外線UVが良好に透過し得る厚さである。
未硬化造形物要素形成ステップＳ１が一回実行される毎に、一層分の未硬化の造形物要素Ｅａが形成される。紫外線硬化材料Ｍは、顔料が添加された紫外線硬化シリコーンゴムである。一層分の造形物要素Ｅａの厚さは、紫外線照射装置４０による紫外線照射により紫外線UVが良好に透過し得る厚さである。
【0048】
硬化造形物要素形成ステップＳ２は、未硬化造形物要素形成ステップＳ１により形成された未硬化の紫外線硬化材料Ｍからなる薄厚の造形物要素Ｅａに、図６（ｂ）及び図６（ｄ）に示すように、紫外線照射装置４０により紫外線ＵＶを照射することにより、硬化した紫外線硬化材料Ｍからなる薄厚の造形物要素Ｅｂを形成するステップである。
【0049】
図６（ａ）は、未硬化造形物要素形成ステップＳ１により、ステージ３０上に未硬化の紫外線硬化材料Ｍからなる第１層目の造形物要素Ｅａが形成された状態を例示している。図６（ｃ）に示す第２層目の未硬化の造形物要素Ｅａは、図６（ａ）に示す未硬化の第１層目の造形物要素Ｅａに対し、図６（ｂ）に示すように硬化造形物要素形成ステップＳ２を実行して、第１層目の硬化した造形物要素Ｅｂを形成した後、その造形物要素Ｅｂの上に積層して形成される。
図６（ｃ）に示す第２層目の未硬化の造形物要素Ｅａに対し、図６（ｄ）に示すように硬化造形物要素形成ステップＳ２を実行することにより、第２層目の硬化した造形物要素Ｅｂが形成される。このように、未硬化造形物要素形成ステップＳ１と硬化造形物要素形成ステップＳ２とを交互に必要回数実行することにより、図７に例示する所望の形状・寸法の立体造形物Ｗ１が製造される。
図６（ｃ）に示す第２層目の未硬化の造形物要素Ｅａに対し、図６（ｄ）に示すように硬化造形物要素形成ステップＳ２を実行することにより、第２層目の硬化した造形物要素Ｅｂが形成される。このように、未硬化造形物要素形成ステップＳ１と硬化造形物要素形成ステップＳ２とを交互に必要回数実行することにより、図７に例示する所望の形状・寸法の立体造形物Ｗ１が製造される。
【0050】
このように、第１実施形態の立体造形物製造方法によれば、未硬化造形物要素形成ステップＳ１と硬化造形物要素形成ステップＳ２と、を交互に実行することにより、紫外線硬化材料Ｍからなる薄膜の造形物要素（硬化した造形物要素Ｅｂ）を複数層積層して所望の形状・寸法の立体造形物Ｗを製造することができる。
この場合、一層分の造形物要素（未硬化の造形物要素Ｅａ）は薄く、紫外線ＵＶが良好に透過するため、顔料が添加された紫外線硬化材料Ｍを使用した場合でも、一層分の造形物要素であれば紫外線照射により良好に硬化させることができる。
したがって、顔料が添加された紫外線硬化材料Ｍを使用した場合でも、造形物要素（未硬化の造形物要素Ｅａ）毎に紫外線照射を実施して硬化させて、硬化した造形物要素Ｅｂを形成し、これを複数層積層することにより、全体的に良好に硬化した立体造形物Ｗを製造することができる。
この方法によれば、一層分の造形物要素（未硬化の造形物要素Ｅａ）毎に紫外線照射を実施して硬化させるため、図７に例示するようなアンダーカット部Ｍａを有する立体造形物Ｗ１を含む各種の複雑な形状の立体造形物を製造し得る。
この場合、一層分の造形物要素（未硬化の造形物要素Ｅａ）は薄く、紫外線ＵＶが良好に透過するため、顔料が添加された紫外線硬化材料Ｍを使用した場合でも、一層分の造形物要素であれば紫外線照射により良好に硬化させることができる。
したがって、顔料が添加された紫外線硬化材料Ｍを使用した場合でも、造形物要素（未硬化の造形物要素Ｅａ）毎に紫外線照射を実施して硬化させて、硬化した造形物要素Ｅｂを形成し、これを複数層積層することにより、全体的に良好に硬化した立体造形物Ｗを製造することができる。
この方法によれば、一層分の造形物要素（未硬化の造形物要素Ｅａ）毎に紫外線照射を実施して硬化させるため、図７に例示するようなアンダーカット部Ｍａを有する立体造形物Ｗ１を含む各種の複雑な形状の立体造形物を製造し得る。
【0051】
また、図１乃至図３に示した３Ｄプリンタ１０を使用して、第１実施形態の立体造形物製造方法により立体造形物を製造することにより、紫外線硬化材料Ｍの種類が異なる複数種類の立体造形物を高品質且つ高効率に製造することができる。
【0052】
［第２実施形態］
図５に示すように、第２実施形態の立体造形物製造方法は、未硬化造形物要素形成ステップＳ１及び硬化造形物要素形成ステップＳ２に加えて、紫外線不透過性部材配置ステップＳ３を有する。
図５に示すように、第２実施形態の立体造形物製造方法は、未硬化造形物要素形成ステップＳ１及び硬化造形物要素形成ステップＳ２に加えて、紫外線不透過性部材配置ステップＳ３を有する。
【0053】
紫外線不透過性部材配置ステップＳ３は、硬化造形物要素形成ステップＳ２により形成された硬化した紫外線硬化材料Ｍからなる薄厚の造形物要素Ｅｂの上に、図８（ａ）に示すように、紫外線不透過性部材Ｋを配置するステップである。紫外線硬化材料Ｍは、紫外線硬化シリコーンゴムである。
【0054】
紫外線不透過性部材配置ステップＳ３の後に、未硬化造形物要素形成ステップＳ１を実行することにより、図８（ｂ）に示すように、紫外線不透過性部材Ｋを覆う未硬化の紫外線硬化材料Ｍからなる薄厚の造形物要素Ｅａを形成した後、図８（ｃ）に示すように、硬化造形物要素形成ステップＳ２を実行する。これにより、硬化した紫外線硬化材料Ｍの中に紫外線不透過性部材Ｋが埋設された状態になる。
【0055】
その後、更に、未硬化造形物要素形成ステップＳ１と硬化造形物要素形成ステップＳ２とを交互に必要回数実行することにより、図９に例示するような、紫外線不透過性部材Ｋを包含した所望の形状・寸法の立体造形物Ｗ２が製造される。
【0056】
このように、第２実施形態の立体造形物製造方法によれば、硬化造形物要素形成ステップＳ２と未硬化造形物要素形成ステップＳ１との間に、紫外線不透過性部材配置ステップＳ３を実行することにより、紫外線不透過性部材Ｋを包含する立体造形物Ｗ２を製造することができる。
すなわち、紫外線照射方式による従来の立体造形物製造方法では、紫外線不透過性部材Ｋの影になる部分には紫外線ＵＶを照射することができないため、紫外線不透過性部材Ｋを包含する立体造形物Ｗ２を製造することは極めて困難であったが、第２実施形態の立体造形物製造方法によれば、紫外線不透過性部材Ｋの影になる部分の紫外線硬化材料Ｍ（紫外線不透過性部材Ｋの下の造形物要素）を硬化させてから、その上に紫外線不透過性部材Ｋを配置するため、紫外線不透過性部材Ｋの影になる部分も良好に硬化させて、紫外線不透過性部材Ｋを包含する立体造形物Ｗ２を高品質に製造することができる。
すなわち、紫外線照射方式による従来の立体造形物製造方法では、紫外線不透過性部材Ｋの影になる部分には紫外線ＵＶを照射することができないため、紫外線不透過性部材Ｋを包含する立体造形物Ｗ２を製造することは極めて困難であったが、第２実施形態の立体造形物製造方法によれば、紫外線不透過性部材Ｋの影になる部分の紫外線硬化材料Ｍ（紫外線不透過性部材Ｋの下の造形物要素）を硬化させてから、その上に紫外線不透過性部材Ｋを配置するため、紫外線不透過性部材Ｋの影になる部分も良好に硬化させて、紫外線不透過性部材Ｋを包含する立体造形物Ｗ２を高品質に製造することができる。
【0057】
また、図１乃至図３に示した３Ｄプリンタ１０を使用して、第２実施形態の立体造形物製造方法により立体造形物を製造することにより、紫外線不透過性部材Ｋを包含し且つ紫外線硬化材料Ｍの種類が異なる複数種類の立体造形物を高品質且つ高効率に製造することができる。紫外線不透過性部材Ｋを包含した紫外線硬化シリコーンゴム製の立体造形物は、医療機器、電子機器、等の、厚さ寸法の大きな立体形状の造形物を作製することが可能である。
【0058】
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、紫外線硬化材料Ｍとして紫外線硬化シリコーンゴムを使用した例を示したが、紫外線硬化材料Ｍとして紫外線硬化エポキシ、紫外線硬化ウレタン、等を使用することも可能である。
【0059】
また、上記実施形態では、材料カートリッジ２１の材料容器部２１ａ及びピストン部２１ｂが紫外線遮蔽材料により形成されているが、材料カートリッジ２１に収容された紫外線硬化材料Ｍを外部の紫外線から保護することが可能であれば、ピストン部２１ｂは紫外線遮蔽材料で形成される必要はない。
【0060】
また、上記実施形態では、移動機構部５０は、材料射出装置２０をステージ３０に対して上下に移動させる昇降機構５１と、ステージ３０を材料射出装置２０に対して水平方向に移動させる水平移動機構５２とを備えているが、昇降機構５１を省略するとともに、水平移動機構５２に代えて、ステージ３０を材料射出装置２０に対して３軸方向（上下、左右及び前後）に移動させる移動機構を採用してもよい。
【0061】
また、上記実施形態では、紫外線照射装置４０がプリンタ本体６０に固定されているが、紫外線照射装置４０は材料射出装置２０に固定されてもよい。
なお、上記実施の形態にあっては、材料カートリッジ２１を構成する材料容器２１ａの配置は、図１に示すように、材料射出装置２０の中央において、圧縮空気供給部２３を構成する圧縮空気供給管２３ｂの先端部に配置されている場合を例に説明したが、本実施の形態の配置は、材料カートリッジ２１の大きさが小型の場合であって、材料カートリッジがより大型の場合には、材料射出装置２０の中央ではなく、側部又は後部に配置され、その位置において圧縮空気供給管２３ｂを接合して供給される圧縮空気により紫外線硬化材料を送出するように構成してもよく、本実施の形態に限定されない。
なお、上記実施の形態にあっては、材料カートリッジ２１を構成する材料容器２１ａの配置は、図１に示すように、材料射出装置２０の中央において、圧縮空気供給部２３を構成する圧縮空気供給管２３ｂの先端部に配置されている場合を例に説明したが、本実施の形態の配置は、材料カートリッジ２１の大きさが小型の場合であって、材料カートリッジがより大型の場合には、材料射出装置２０の中央ではなく、側部又は後部に配置され、その位置において圧縮空気供給管２３ｂを接合して供給される圧縮空気により紫外線硬化材料を送出するように構成してもよく、本実施の形態に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【0062】
本発明は、紫外線透過率の低い紫外線硬化材料を使用した立体造形物の製造及び紫外線不透過性部材を包含した立体造形物の製造に適用することができることから、広く産業上の利用可能性を有している。
【符号の説明】
【0063】
１０ ３Ｄプリンタ
２０ 材料射出装置
２１ 材料カートリッジ
２１Ａ 材料カートリッジ
２１Ｂ 材料カートリッジ
２１Ｃ 材料カートリッジ
２１ａ 材料容器部
２１ｂ ピストン部
２１ｃ 圧縮空気入口
２１ｄ 吐出口
２２ カートリッジ保持部
２３ 圧縮空気供給部（材料射出手段）
２３ａ 圧縮空気吐出機構
２３ｂ 圧縮空気供給管
３０ ステージ
４０ 紫外線照射装置
４０ａ 紫外線出射面
５０ 移動機構部
５１ 昇降機構
５２ 水平移動機構
６０ プリンタ本体
６１ 基部
６２ 支持部
６３ 支持部
７０ 筐体（紫外線遮蔽体）
Ａ 圧縮空気
Ｍ 紫外線硬化材料
ＵＶ 紫外線
２０ 材料射出装置
２１ 材料カートリッジ
２１Ａ 材料カートリッジ
２１Ｂ 材料カートリッジ
２１Ｃ 材料カートリッジ
２１ａ 材料容器部
２１ｂ ピストン部
２１ｃ 圧縮空気入口
２１ｄ 吐出口
２２ カートリッジ保持部
２３ 圧縮空気供給部（材料射出手段）
２３ａ 圧縮空気吐出機構
２３ｂ 圧縮空気供給管
３０ ステージ
４０ 紫外線照射装置
４０ａ 紫外線出射面
５０ 移動機構部
５１ 昇降機構
５２ 水平移動機構
６０ プリンタ本体
６１ 基部
６２ 支持部
６３ 支持部
７０ 筐体（紫外線遮蔽体）
Ａ 圧縮空気
Ｍ 紫外線硬化材料
ＵＶ 紫外線
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【手続補正書】
【提出日】2023-05-24
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
紫外線硬化材料が積層されるステージと、前記ステージに前記紫外線硬化材料を射出する材料射出装置と、前記ステージに射出された前記紫外線硬化材料に紫外線を照射する紫外線照射装置と、を備え、紫外線硬化材料を積層しつつ紫外線により硬化させて立体造形物を製造する３Ｄプリンタ装置を使用して立体造形物を製造する立体造形物製造方法であって、
前記材料射出装置により前記ステージに前記紫外線硬化材料を射出して、未硬化の紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素を形成する未硬化造形物要素形成ステップと、
前記未硬化造形物要素形成ステップにより形成された前記未硬化の紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素に、前記紫外線照射装置により紫外線を照射することにより、硬化した紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素を形成する硬化造形物要素形成ステップとを交互に実行し、
前記材料射出装置は、
前記紫外線硬化材料を収容した材料カートリッジと、
前記材料カートリッジを交換可能に保持するカートリッジ保持部と、
前記カートリッジ保持部に保持された前記材料カートリッジから前記紫外線硬化材料を射出させる材料射出手段と、を備え、
前記材料カートリッジは、
紫外線遮蔽材料により形成されたシリンジ状の材料容器部と、
当該材料容器部に挿入されたピストン部と、を有し、
前記材料射出手段は、前記紫外線硬化材料を前記材料容器部から射出させるべく前記ピストン部を駆動する手段であり、
前記紫外線照射装置は、前記ステージの上面に対向する紫外線照射面を有し、該紫外線照射面は平面視方形状に形成され、
前記紫外線硬化材料は、顔料が添加された紫外線硬化シリコーンゴムであって、
一層分の造形物要素の厚さは、前記紫外線照射装置による紫外線照射により紫外線が良好に透過し得る厚さであることを特徴とする立体造形物製造方法。
前記材料射出装置により前記ステージに前記紫外線硬化材料を射出して、未硬化の紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素を形成する未硬化造形物要素形成ステップと、
前記未硬化造形物要素形成ステップにより形成された前記未硬化の紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素に、前記紫外線照射装置により紫外線を照射することにより、硬化した紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素を形成する硬化造形物要素形成ステップとを交互に実行し、
前記材料射出装置は、
前記紫外線硬化材料を収容した材料カートリッジと、
前記材料カートリッジを交換可能に保持するカートリッジ保持部と、
前記カートリッジ保持部に保持された前記材料カートリッジから前記紫外線硬化材料を射出させる材料射出手段と、を備え、
前記材料カートリッジは、
紫外線遮蔽材料により形成されたシリンジ状の材料容器部と、
当該材料容器部に挿入されたピストン部と、を有し、
前記材料射出手段は、前記紫外線硬化材料を前記材料容器部から射出させるべく前記ピストン部を駆動する手段であり、
前記紫外線照射装置は、前記ステージの上面に対向する紫外線照射面を有し、該紫外線照射面は平面視方形状に形成され、
前記紫外線硬化材料は、顔料が添加された紫外線硬化シリコーンゴムであって、
一層分の造形物要素の厚さは、前記紫外線照射装置による紫外線照射により紫外線が良好に透過し得る厚さであることを特徴とする立体造形物製造方法。
【請求項2】
前記硬化造形物要素形成ステップにより形成された前記硬化した紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素の上に紫外線不透過性部材を配置する紫外線不透過性部材配置ステップを有し、
前記紫外線不透過性部材配置ステップの後に、前記未硬化造形物要素形成ステップを実行することにより、当該紫外線不透過性部材を覆う未硬化の紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素を形成した後、前記硬化造形物要素形成ステップを実行することを特徴とする請求項１記載の立体造形物製造方法。
前記紫外線不透過性部材配置ステップの後に、前記未硬化造形物要素形成ステップを実行することにより、当該紫外線不透過性部材を覆う未硬化の紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素を形成した後、前記硬化造形物要素形成ステップを実行することを特徴とする請求項１記載の立体造形物製造方法。
【請求項3】
前記材料カートリッジは、収容している前記紫外線硬化材料の種類が異なる複数種類のものが用意されていることを特徴とする請求項１記載の立体造形物製造方法。
【請求項4】
前記カートリッジ保持部及び前記紫外線照射装置に対して前記ステージを移動させる移動手段を備えることを特徴とする請求項１記載の立体造形物製造方法。
【請求項5】
前記材料カートリッジ、前記カートリッジ保持部、前記材料射出装置、前記ステージ、前記移動手段及び前記紫外線照射装置を覆う紫外線遮蔽体を有することを特徴とする請求項１記載の立体造形物製造方法。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、紫外線硬化材料を積層しつつ紫外線により硬化させて立体造形物を製造する技術分野に属する。
【背景技術】
【0002】
紫外線硬化材料を用いて立体造形物を製造する３Ｄプリンタ装置が知られている（例えば、特許文献１－４参照）。この種の３Ｄプリンタは、紫外線硬化材料からなる未硬化の造形物を形成した後、当該未硬化の造形物に紫外線を照射することにより、未硬化の造形物を硬化させて目的の立体造形物を製造する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2019-209494号公報
【特許文献2】特開2018-111246号公報
【特許文献3】特開2015-202689号公報
【特許文献4】特開2005-205670号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、従来の立体造形物製造方法では、顔料が添加された紫外線硬化材料を使用して、造形物を良好に硬化させることは困難であった。顔料が添加された紫外線硬化材料は、顔料が添加されていない紫外線硬化材料と比較して紫外線透過率が低いためである。
【0005】
このため従来、顔料が添加された紫外線硬化材料を用いた造形物として得られる製品は、医療分野において血液等の検査に使用されるマイクロ流路、ナノインプリント用ソフトモールド、転写印刷用ブランケット、等、厚さ寸法が比較的薄く全体的に透明な製品に限られていた。
【0006】
また、従来の立体造形物製造方法では、金属部材等、紫外線を透過させない部材（以下、「紫外線不透過性部材」と称す。）が混在する造形物を製造することは困難であった。紫外線不透過性部材の影になる部分に紫外線を照射することができないからである。
【0007】
そこで、本発明は、紫外線透過率の低い紫外線硬化材料を使用した場合や、紫外線不透過性部材が混在した場合であっても、紫外線硬化方式により立体造形物を製造することができる立体造形物製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
請求項１記載の立体造形物製造方法は、紫外線硬化材料が積層されるステージと、前記ステージに前記紫外線硬化材料を射出する材料射出装置と、前記ステージに射出された前記紫外線硬化材料に紫外線を照射する紫外線照射装置と、を備え、紫外線硬化材料を積層しつつ紫外線により硬化させて立体造形物を製造する３Ｄプリンタ装置を使用して立体造形物を製造する立体造形物製造方法であって、前記材料射出装置により前記ステージに前記紫外線硬化材料を射出して、未硬化の紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素を形成する未硬化造形物要素形成ステップと、前記未硬化造形物要素形成ステップにより形成された前記未硬化の紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素に、前記紫外線照射装置により紫外線を照射することにより、硬化した紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素を形成する硬化造形物要素形成ステップとを交互に実行し、前記材料射出装置は、前記紫外線硬化材料を収容した材料カートリッジと、前記材料カートリッジを交換可能に保持するカートリッジ保持部と、前記カートリッジ保持部に保持された前記材料カートリッジから前記紫外線硬化材料を射出させる材料射出手段と、を備え、前記材料カートリッジは、紫外線遮蔽材料により形成されたシリンジ状の材料容器部と、当該材料容器部に挿入されたピストン部と、を有し、前記材料射出手段は、前記紫外線硬化材料を前記材料容器部から射出させるべく前記ピストン部を駆動する手段であり、前記紫外線照射装置は、前記ステージの上面に対向する紫外線照射面を有し、該紫外線照射面は平面視方形状に形成され、前記紫外線硬化材料は、顔料が添加された紫外線硬化シリコーンゴムであって、一層分の造形物要素の厚さは、前記紫外線照射装置による紫外線照射により紫外線が良好に透過し得る厚さであることを特徴とする。
【0009】
請求項１記載の立体造形物製造方法によれば、未硬化造形物要素形成ステップと硬化造形物要素形成ステップと、を交互に繰り返すことにより、紫外線硬化材料からなる薄膜の造形物要素を複数層積層して所望の厚さ寸法の立体造形物を製造することができる。
【0010】
この場合、一層分の造形物要素は薄く、一層分の造形物要素の厚さは、前記紫外線照射装置による紫外線照射により紫外線が良好に透過し得る厚さに形成され、紫外線が良好に透過するため、顔料が添加された紫外線硬化材料など、紫外線透過率の低い紫外線硬化材料を使用した場合でも、一層分の造形物要素であれば紫外線照射により良好に硬化させることができる。
【0011】
したがって、紫外線透過率の低い紫外線硬化材料を使用した場合でも、各層を形成する造形物要素毎に紫外線照射を実施してその都度、硬化させ、これを複数層積層することにより、全体的に良好に硬化した立体造形物を製造することができる。この方法によれば、一層分の造形物要素毎に紫外線照射を実施して硬化させるため、例えば、従来は製作が困難であってアンダーカット部を有する立体造形物も製造し得る。
【0012】
その結果、請求項１記載の立体造形物製造方法によれば、顔料が添加された紫外線硬化シリコーンゴムを紫外線硬化材料に使用して、紫外線照射法により立体造形物を製造することができる。
【0013】
また、請求項１記載の発明にあっては、紫外線硬化材料は、材料カートリッジのシリンジ状の材料容器部に予め収容されており、材料射出手段が材料カートリッジのピストン部を駆動することによりステージ部に射出される。材料容器部は紫外線遮蔽材料により形成されているので、材料カートリッジ内の紫外線硬化材料は劣化することなく高品質に保たれる。
【0014】
そして、この立体造形物製造方法に使用する３Ｄプリンタは、材料カートリッジが交換可能であることにより、材料カートリッジを別の材料を収容している材料カートリッジに交換するだけで、使用する材料を別の材料に変えることができるので、従来のようなディスペンサ部の洗浄作業が不要である。よって、この立体造形物製造方法によれば、立体造形物を高品質且つ高効率に製造可能である。
【0015】
また、前記紫外線照射装置は、前記ステージ部の上面に対向する紫外線照射面を有し、該紫外線照射面は平面視方形状に形成されていることから、薄厚の各造形物要素を形成する未硬化造形物要素に対して、面的に、かつ均一に紫外線を照射させることができ、各造形物要素の効果的な硬化が可能となる。
【0016】
請求項２記載の立体造形物製造方法は、請求項１記載の立体造形物製造方法において、前記硬化造形物要素形成ステップにより形成された前記硬化した紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素の上に紫外線不透過性部材を配置する紫外線不透過性部材配置ステップを有し、前記紫外線不透過性部材配置ステップの後に、前記未硬化造形物要素形成ステップを実行することにより、当該紫外線不透過性部材を覆う未硬化の紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素を形成した後、前記硬化造形物要素形成ステップを実行することを特徴とする。
【0017】
請求項２記載の立体造形物製造方法によれば、硬化造形物要素形成ステップと未硬化造形物要素形成ステップとの間に、紫外線不透過性部材配置ステップを実行することにより、紫外線不透過性部材を包含する立体造形物を製造することができる。
すなわち、紫外線照射方式による従来の立体造形物製造方法では、紫外線不透過性部材の影になる部分には紫外線を照射することができないため、紫外線不透過性部材包含する立体造形物を製造することは極めて困難であったが、請求項２記載の立体造形物製造方法によれば、紫外線不透過性部材の影になる部分の紫外線硬化材料を硬化させてから、その上に紫外線不透過性部材を配置するため、紫外線不透過性部材の影になる部分も良好に硬化させて、紫外線不透過性部材を包含する立体造形物を高品質に製造することができる。
すなわち、紫外線照射方式による従来の立体造形物製造方法では、紫外線不透過性部材の影になる部分には紫外線を照射することができないため、紫外線不透過性部材包含する立体造形物を製造することは極めて困難であったが、請求項２記載の立体造形物製造方法によれば、紫外線不透過性部材の影になる部分の紫外線硬化材料を硬化させてから、その上に紫外線不透過性部材を配置するため、紫外線不透過性部材の影になる部分も良好に硬化させて、紫外線不透過性部材を包含する立体造形物を高品質に製造することができる。
【0018】
請求項３記載の立体造形物製造方法は、前記材料カートリッジは、収容している前記紫外線硬化材料の種類が異なる複数種類のものが用意されていることを特徴とする。このように、収容している紫外線硬化材料の種類が異なる複数種類の材料カートリッジが用意されていることにより、材料カートリッジを交換するだけで、紫外線硬化材料の種類が異なる複数種類の製品を高品質且つ高効率に製造可能である。また部分ごとに、異なる数種の材料で、１つの造形物を作成することも可能となる。
【0019】
請求項４記載の立体造形物製造方法は、請求項５記載の立体造形物製造方法において、前記カートリッジ保持部及び前記紫外線照射装置に対して前記ステージを移動させる移動手段を備えることを特徴とする。
請求項４記載の立体造形物製造方法によれば、カートリッジ保持部とステージとを相対移動させつつ、紫外線硬化材料を材料カートリッジからステージに射出するとともに、ステージ上の紫外線硬化材料に紫外線を照射することにより、紫外線硬化材料を硬化させて、効率良く立体造形物を製造することができる。
請求項４記載の立体造形物製造方法によれば、カートリッジ保持部とステージとを相対移動させつつ、紫外線硬化材料を材料カートリッジからステージに射出するとともに、ステージ上の紫外線硬化材料に紫外線を照射することにより、紫外線硬化材料を硬化させて、効率良く立体造形物を製造することができる。
【0020】
請求項５の立体造形物製造方法は、前記材料カートリッジ、前記カートリッジ保持部、前記材料射出装置、前記ステージ、前記移動手段及び前記紫外線照射装置を覆う紫外線遮蔽体を有することを特徴とする。
【0021】
請求項５の立体造形物製造方法によれば、外部からの紫外線の入射を紫外線遮蔽体により防止して、紫外線硬化材料からなる造形物を高品質に製造することができる。そして、材料容器部が紫外線遮蔽材料により形成されているので、紫外線遮蔽体と材料容器部とによる二重の紫外線遮蔽効果により、材料カートリッジに収容された紫外線硬化材料を外部からの紫外線から強力に保護することができる。
【発明の効果】
【0022】
本発明の立体造形物製造方法によれば、紫外線透過率の低い紫外線硬化材料を使用した場合や、紫外線不透過性部材が混在している場合であっても、紫外線硬化方式により立体造形物を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】一実施形態の立体造形物製造方法に使用する３Ｄプリンタの全体の構造の概念図である。
【図4】第１実施形態の立体造形物製造方法を示すフローチャートである。
【図5】第２実施形態の立体造形物製造方法を示すフローチャートである。
【図6】図６（ａ）は、未硬化造形物要素形成ステップにより、未硬化の第１層目の造形物要素が形成された状態を示す概念図である。図６（ｂ）は、第１層目の造形物要素に対し、硬化造形物要素形成ステップを実行している状態を示す概念図である。図６（ｃ）は、未硬化造形物要素形成ステップにより、未硬化の第２層目の造形物要素が形成された状態を示す概念図である。図６（ｄ）は、第２層目の造形物要素に対し、硬化造形物要素形成ステップを実行している状態を示す概念図である。
【図7】第１実施形態の立体造形物製造方法により製造された立体造形物を例示する概念図である。
【図8】図８（ａ）は、硬化した紫外線硬化材料からなる薄厚の造形物要素の上に、紫外線不透過性部材配置ステップにより、紫外線不透過性部材を配置した状態を示す概念図である。図８（ｂ）は、紫外線不透過性部材を覆う未硬化の造形物要素を、未硬化造形物要素形成ステップにより形成した状態を示す概念図である。図８（ｃ）は、紫外線不透過性部材を覆う未硬化の造形物要素に対し、硬化造形物要素形成ステップを実行している状態を示す概念図である。図８（ｄ）は、硬化した造形物要素の上に配置された紫外線不透過性部材を覆う硬化した造形物要素が形成された状態を示す概念図である。
【図9】第２実施形態の立体造形物製造方法により製造された立体造形物を例示する概念図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
【0025】
図１及び図２に示す３Ｄプリンタ１０は、紫外線硬化材料Ｍを射出する材料射出装置（ディスペンサ）２０と、材料射出装置２０から射出された紫外線硬化材料Ｍが積層されるステージ３０と、ステージ３０に射出された紫外線硬化材料Ｍに紫外線ＵＶを照射する紫外線照射装置４０と、材料射出装置２０及び紫外線照射装置４０に対してステージ３０を移動させる移動機構部５０と、プリンタ本体６０と、これら全てを覆う筐体７０と、を有する。筐体７０は装置２０の外部から内部から浸入する紫外線を遮蔽するように構成されている。
【0026】
プリンタ本体６０は、３Ｄプリンタ１０の底部を構成する基部６１と、基部６１から上方に延びる二つの支持部６２、６３とを有する。材料射出装置２０は一方の支持部６２に支持されており、紫外線照射装置４０は他方の支持部６３に支持されている。ステージ３０は、基部６１上に設けられている。
【0027】
材料射出装置２０は、紫外線硬化材料Ｍを収容した材料カートリッジ２１と、材料カートリッジ２１を交換可能に保持するカートリッジ保持部２２と、カートリッジ保持部２２に保持（装着）された材料カートリッジ２１から紫外線硬化材料Ｍを射出させる圧縮空気供給部（材料射出手段）２３と、を有する。
【0028】
カートリッジ保持部２２は、昇降機構５１を介して支持部６２に支持されている。昇降機構５１は、カートリッジ保持部２２を上下方向（矢印Ｚで示す方向）に移動させる。
【0029】
圧縮空気供給部２３は、支持部６２に固定して設けられている。圧縮空気供給部２３は、圧縮空気を吐出する圧縮空気吐出機構２３ａと、圧縮空気吐出機構２３ａから吐出された圧縮空気を、カートリッジ保持部２２に装着された材料カートリッジ２１に供給するための圧縮空気供給管２３ｂと、を有している。
【0030】
図２に示すように、材料カートリッジ２１は、シリンジ状の材料容器部２１ａと、材料容器部２１ａに挿入されたピストン部２１ｂと、を有する。
材料容器部２１ａの基端（上端）には、圧縮空気供給管２３ｂが接続される圧縮空気入口２１ｃが設けられている。材料カートリッジ２１は、圧縮空気吐出機構２３ａから圧縮空気供給管２３ｂを通して供給される圧縮空気Ａにより、ピストン部２１ｂが押圧されることにより、材料容器部２１ａの先端（下端）に設けられた吐出口２１ｄから紫外線硬化材料Ｍを吐出する。材料容器部２１ａ及びピストン部２１ｂは紫外線遮蔽性の合成樹脂材料により形成されている。
材料容器部２１ａの基端（上端）には、圧縮空気供給管２３ｂが接続される圧縮空気入口２１ｃが設けられている。材料カートリッジ２１は、圧縮空気吐出機構２３ａから圧縮空気供給管２３ｂを通して供給される圧縮空気Ａにより、ピストン部２１ｂが押圧されることにより、材料容器部２１ａの先端（下端）に設けられた吐出口２１ｄから紫外線硬化材料Ｍを吐出する。材料容器部２１ａ及びピストン部２１ｂは紫外線遮蔽性の合成樹脂材料により形成されている。
【0031】
図１及び図２に示すように、ステージ３０は、水平移動機構５２を介して基部６１に支持されている。水平移動機構５２は、ステージ３０を左右方向（矢印Ｘで示す方向）及び前後方向（矢印Ｙで示す方向）に移動させる。
【0032】
移動機構部５０は、昇降機構５１及び水平移動機構５２により構成される。すなわち、移動機構部５０は、昇降機構５１及び水平移動機構５２により、材料射出装置２０とステージ３０とを互いに直交する３軸方向（上下、左右及び前後）に移動させ得る。そして、水平移動機構５２により、紫外線照射装置４０に対して、ステージ３０を左右方向及び前後方向に移動させ得る。
【0033】
紫外線照射装置４０は、光源としてＵＶランプ又はＵＶ－ＬＥＤを備える。紫外線照射装置４０は、ステージ３０の上面に対向する平面視方形状の紫外線出射面４０ａを有し、ステージ３０の中央部を含むワーク製造領域に積層された紫外線硬化材料Ｍに対し、紫外線出射面４０ａから紫外線を出射して、面的に、かつ照射範囲を全体として均一に照射し得るように構成されている。
この実施形態の立体造形物製造方法では、一層分の紫外線硬化材料Ｍがステージ３０に吐出される毎に、ステージ３０のワーク製造領域が紫外線照射装置４０の紫外線照射範囲に入るようにステージ３０がＹ方向に沿って移動され、ステージ３０上の紫外線硬化材料Ｍに紫外線ＵＶが照射される。
この実施形態の立体造形物製造方法では、一層分の紫外線硬化材料Ｍがステージ３０に吐出される毎に、ステージ３０のワーク製造領域が紫外線照射装置４０の紫外線照射範囲に入るようにステージ３０がＹ方向に沿って移動され、ステージ３０上の紫外線硬化材料Ｍに紫外線ＵＶが照射される。
【0034】
３Ｄプリンタ１０は図示しない制御装置を備える。制御装置は、製造すべき製品の３Ｄデータに基づいて、圧縮空気供給部２３、移動機構部５０及び紫外線照射装置４０を制御する。
【0035】
図３に示すように、材料カートリッジ２１は、収容している紫外線硬化材料Ｍの種類が異なる複数種類の材料カートリッジ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、・・・が用意されている。紫外線硬化材料Ｍは、予め一又は複数種類の硬化材料成分を含有させた溶液である。未使用の材料カートリッジ２１の圧縮空気入口２１ｃ及び吐出口２１ｄは、図示しない閉塞部材で塞がれている。閉塞部材は紫外線遮蔽性の合成樹脂材料により形成されている。
【0036】
上記のように構成された３Ｄプリンタ１０は、カートリッジ保持部２２とステージ３０とを互いに直交する３軸方向（上下、左右及び前後）に相対的に移動させつつ、紫外線硬化材料Ｍを材料カートリッジ２１からステージ３０に射出するとともに、ステージ３０上の紫外線硬化材料Ｍに紫外線を照射することにより、紫外線硬化材料Ｍを硬化させて造形物を製造する。
【0037】
紫外線硬化材料Ｍは、材料カートリッジ２１のシリンジ状の材料容器部２１ａに予め収容されており、圧縮空気供給部２３が材料カートリッジ２１のピストン部２１ｂを駆動することによりステージ３０に射出される。材料カートリッジ２１は紫外線遮蔽材により形成されているので、材料カートリッジ２１内の紫外線硬化材料Ｍは劣化することなく高品質に保たれる。
【0038】
そして、この３Ｄプリンタ１０は、材料カートリッジ２１が交換可能であることにより、材料カートリッジ２１を別の材料を収容している材料カートリッジ２１に交換するだけで、使用する紫外線硬化材料Ｍを別の紫外線硬化材料Ｍに変えることができるので、従来のようなディスペンサ部の洗浄作業が不要である。
【0039】
よって、この３Ｄプリンタ１０によれば、製品を高品質且つ高効率に製造可能である。また、この３Ｄプリンタ１０は、ディスペンサ部として、合成樹脂製の材料カートリッジ２１を使用するので、金属製のディスペンサ部を備える３Ｄプリンタと比較して安価に製造可能である。
【0040】
また、この３Ｄプリンタ１０は、材料カートリッジ２１として、収容している紫外線硬化材料の種類が異なる複数種類の材料カートリッジ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、・・・が用意されているので、材料カートリッジ２１を交換するだけで、紫外線硬化材料Ｍの種類が異なる複数種類の製品を高品質且つ高効率に製造可能である。
【0041】
また、この３Ｄプリンタ１０は、ピストン駆動機構として、圧縮空気によりピストン部２１ｂを駆動する圧縮空気供給部２３を採用したことにより、比較的簡単な構成でピストン駆動機構を実現できるので、３Ｄプリンタ１０の製造コスト及びメンテナンスコストを低減できる。
【0042】
また、この３Ｄプリンタ１０は、外部からの紫外線の入射を紫外線遮蔽体である筐体７０により防止して、紫外線硬化材料Ｍからなる造形物を高品質に製造することができる。そして、材料カートリッジ２１の材料容器部２１ａ及びピストン部２１ｂが紫外線遮蔽材料により形成されているので、筐体７０と材料容器部２１ａ及びピストン部２１ｂとによる二重の紫外線遮蔽効果により、材料カートリッジ２１に収容された紫外線硬化材料Ｍを外部の紫外線から強力に保護しつつ、紫外線照射により高品質の製品を製造することができる。
【0043】
また、この３Ｄプリンタ１０は、紫外線出射面４０ａから造形物の上面全域に均一に紫外線ＵＶを確実に照射することが可能であることから、例えば、一層分の硬化層を硬化形成した後、当該硬化層の上面に別の一層分の硬化層を形成するというような造形物の形成工程を、より確実に実行することが可能となる。その結果、多層硬化による造形物の製造を迅速、確実且つ高品質に行うことが可能となる。
【0044】
また、この３Ｄプリンタ１０の材料カートリッジ２１は、紫外線遮蔽材により形成されているので、材料カートリッジ２１内の紫外線硬化材料Ｍは劣化することなく高品質に保たれる。そして、この材料カートリッジ２１は、予め紫外線硬化材料Ｍを収容しており、３Ｄプリンタ１０のカートリッジ保持部２２に交換可能に装着されるので、３Ｄプリンタ１０の材料射出装置２０の洗浄作業を不要にする。よって、この材料カートリッジ２１を使用可能な３Ｄプリンタ１０によれば、製品を高品質且つ高効率に製造可能である。
【0045】
【0046】
［第１実施形態］
図４に示すように、第１実施形態の立体造形物製造方法は、未硬化造形物要素形成ステップＳ１と、硬化造形物要素形成ステップＳ２と、を有する。
図４に示すように、第１実施形態の立体造形物製造方法は、未硬化造形物要素形成ステップＳ１と、硬化造形物要素形成ステップＳ２と、を有する。
【0047】
未硬化造形物要素形成ステップＳ１は、材料射出装置２０によりステージ３０に紫外線硬化材料Ｍを射出することにより、図６（ａ）及び図６（ｃ）に例示するように、未硬化の紫外線硬化材料Ｍからなる薄厚の造形物要素Ｅａを形成するステップである。
未硬化造形物要素形成ステップＳ１が一回実行される毎に、一層分の未硬化の造形物要素Ｅａが形成される。紫外線硬化材料Ｍは、顔料が添加された紫外線硬化シリコーンゴムである。一層分の造形物要素Ｅａの厚さは、紫外線照射装置４０による紫外線照射により紫外線UVが良好に透過し得る厚さである。
未硬化造形物要素形成ステップＳ１が一回実行される毎に、一層分の未硬化の造形物要素Ｅａが形成される。紫外線硬化材料Ｍは、顔料が添加された紫外線硬化シリコーンゴムである。一層分の造形物要素Ｅａの厚さは、紫外線照射装置４０による紫外線照射により紫外線UVが良好に透過し得る厚さである。
【0048】
硬化造形物要素形成ステップＳ２は、未硬化造形物要素形成ステップＳ１により形成された未硬化の紫外線硬化材料Ｍからなる薄厚の造形物要素Ｅａに、図６（ｂ）及び図６（ｄ）に示すように、紫外線照射装置４０により紫外線ＵＶを照射することにより、硬化した紫外線硬化材料Ｍからなる薄厚の造形物要素Ｅｂを形成するステップである。
【0049】
図６（ａ）は、未硬化造形物要素形成ステップＳ１により、ステージ３０上に未硬化の紫外線硬化材料Ｍからなる第１層目の造形物要素Ｅａが形成された状態を例示している。図６（ｃ）に示す第２層目の未硬化の造形物要素Ｅａは、図６（ａ）に示す未硬化の第１層目の造形物要素Ｅａに対し、図６（ｂ）に示すように硬化造形物要素形成ステップＳ２を実行して、第１層目の硬化した造形物要素Ｅｂを形成した後、その造形物要素Ｅｂの上に積層して形成される。
図６（ｃ）に示す第２層目の未硬化の造形物要素Ｅａに対し、図６（ｄ）に示すように硬化造形物要素形成ステップＳ２を実行することにより、第２層目の硬化した造形物要素Ｅｂが形成される。このように、未硬化造形物要素形成ステップＳ１と硬化造形物要素形成ステップＳ２とを交互に必要回数実行することにより、図７に例示する所望の形状・寸法の立体造形物Ｗ１が製造される。
図６（ｃ）に示す第２層目の未硬化の造形物要素Ｅａに対し、図６（ｄ）に示すように硬化造形物要素形成ステップＳ２を実行することにより、第２層目の硬化した造形物要素Ｅｂが形成される。このように、未硬化造形物要素形成ステップＳ１と硬化造形物要素形成ステップＳ２とを交互に必要回数実行することにより、図７に例示する所望の形状・寸法の立体造形物Ｗ１が製造される。
【0050】
このように、第１実施形態の立体造形物製造方法によれば、未硬化造形物要素形成ステップＳ１と硬化造形物要素形成ステップＳ２と、を交互に実行することにより、紫外線硬化材料Ｍからなる薄膜の造形物要素（硬化した造形物要素Ｅｂ）を複数層積層して所望の形状・寸法の立体造形物Ｗを製造することができる。
この場合、一層分の造形物要素（未硬化の造形物要素Ｅａ）は薄く、紫外線ＵＶが良好に透過するため、顔料が添加された紫外線硬化材料Ｍを使用した場合でも、一層分の造形物要素であれば紫外線照射により良好に硬化させることができる。
したがって、顔料が添加された紫外線硬化材料Ｍを使用した場合でも、造形物要素（未硬化の造形物要素Ｅａ）毎に紫外線照射を実施して硬化させて、硬化した造形物要素Ｅｂを形成し、これを複数層積層することにより、全体的に良好に硬化した立体造形物Ｗを製造することができる。
この方法によれば、一層分の造形物要素（未硬化の造形物要素Ｅａ）毎に紫外線照射を実施して硬化させるため、図７に例示するようなアンダーカット部Ｍａを有する立体造形物Ｗ１を含む各種の複雑な形状の立体造形物を製造し得る。
この場合、一層分の造形物要素（未硬化の造形物要素Ｅａ）は薄く、紫外線ＵＶが良好に透過するため、顔料が添加された紫外線硬化材料Ｍを使用した場合でも、一層分の造形物要素であれば紫外線照射により良好に硬化させることができる。
したがって、顔料が添加された紫外線硬化材料Ｍを使用した場合でも、造形物要素（未硬化の造形物要素Ｅａ）毎に紫外線照射を実施して硬化させて、硬化した造形物要素Ｅｂを形成し、これを複数層積層することにより、全体的に良好に硬化した立体造形物Ｗを製造することができる。
この方法によれば、一層分の造形物要素（未硬化の造形物要素Ｅａ）毎に紫外線照射を実施して硬化させるため、図７に例示するようなアンダーカット部Ｍａを有する立体造形物Ｗ１を含む各種の複雑な形状の立体造形物を製造し得る。
【0051】
また、図１乃至図３に示した３Ｄプリンタ１０を使用して、第１実施形態の立体造形物製造方法により立体造形物を製造することにより、紫外線硬化材料Ｍの種類が異なる複数種類の立体造形物を高品質且つ高効率に製造することができる。
【0052】
［第２実施形態］
図５に示すように、第２実施形態の立体造形物製造方法は、未硬化造形物要素形成ステップＳ１及び硬化造形物要素形成ステップＳ２に加えて、紫外線不透過性部材配置ステップＳ３を有する。
図５に示すように、第２実施形態の立体造形物製造方法は、未硬化造形物要素形成ステップＳ１及び硬化造形物要素形成ステップＳ２に加えて、紫外線不透過性部材配置ステップＳ３を有する。
【0053】
紫外線不透過性部材配置ステップＳ３は、硬化造形物要素形成ステップＳ２により形成された硬化した紫外線硬化材料Ｍからなる薄厚の造形物要素Ｅｂの上に、図８（ａ）に示すように、紫外線不透過性部材Ｋを配置するステップである。紫外線硬化材料Ｍは、紫外線硬化シリコーンゴムである。
【0054】
紫外線不透過性部材配置ステップＳ３の後に、未硬化造形物要素形成ステップＳ１を実行することにより、図８（ｂ）に示すように、紫外線不透過性部材Ｋを覆う未硬化の紫外線硬化材料Ｍからなる薄厚の造形物要素Ｅａを形成した後、図８（ｃ）に示すように、硬化造形物要素形成ステップＳ２を実行する。これにより、硬化した紫外線硬化材料Ｍの中に紫外線不透過性部材Ｋが埋設された状態になる。
【0055】
その後、更に、未硬化造形物要素形成ステップＳ１と硬化造形物要素形成ステップＳ２とを交互に必要回数実行することにより、図９に例示するような、紫外線不透過性部材Ｋを包含した所望の形状・寸法の立体造形物Ｗ２が製造される。
【0056】
このように、第２実施形態の立体造形物製造方法によれば、硬化造形物要素形成ステップＳ２と未硬化造形物要素形成ステップＳ１との間に、紫外線不透過性部材配置ステップＳ３を実行することにより、紫外線不透過性部材Ｋを包含する立体造形物Ｗ２を製造することができる。
すなわち、紫外線照射方式による従来の立体造形物製造方法では、紫外線不透過性部材Ｋの影になる部分には紫外線ＵＶを照射することができないため、紫外線不透過性部材Ｋを包含する立体造形物Ｗ２を製造することは極めて困難であったが、第２実施形態の立体造形物製造方法によれば、紫外線不透過性部材Ｋの影になる部分の紫外線硬化材料Ｍ（紫外線不透過性部材Ｋの下の造形物要素）を硬化させてから、その上に紫外線不透過性部材Ｋを配置するため、紫外線不透過性部材Ｋの影になる部分も良好に硬化させて、紫外線不透過性部材Ｋを包含する立体造形物Ｗ２を高品質に製造することができる。
すなわち、紫外線照射方式による従来の立体造形物製造方法では、紫外線不透過性部材Ｋの影になる部分には紫外線ＵＶを照射することができないため、紫外線不透過性部材Ｋを包含する立体造形物Ｗ２を製造することは極めて困難であったが、第２実施形態の立体造形物製造方法によれば、紫外線不透過性部材Ｋの影になる部分の紫外線硬化材料Ｍ（紫外線不透過性部材Ｋの下の造形物要素）を硬化させてから、その上に紫外線不透過性部材Ｋを配置するため、紫外線不透過性部材Ｋの影になる部分も良好に硬化させて、紫外線不透過性部材Ｋを包含する立体造形物Ｗ２を高品質に製造することができる。
【0057】
また、図１乃至図３に示した３Ｄプリンタ１０を使用して、第２実施形態の立体造形物製造方法により立体造形物を製造することにより、紫外線不透過性部材Ｋを包含し且つ紫外線硬化材料Ｍの種類が異なる複数種類の立体造形物を高品質且つ高効率に製造することができる。紫外線不透過性部材Ｋを包含した紫外線硬化シリコーンゴム製の立体造形物は、医療機器、電子機器、等の、厚さ寸法の大きな立体形状の造形物を作製することが可能である。
【0058】
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、紫外線硬化材料Ｍとして紫外線硬化シリコーンゴムを使用した例を示したが、紫外線硬化材料Ｍとして紫外線硬化エポキシ、紫外線硬化ウレタン、等を使用することも可能である。
【0059】
また、上記実施形態では、材料カートリッジ２１の材料容器部２１ａ及びピストン部２１ｂが紫外線遮蔽材料により形成されているが、材料カートリッジ２１に収容された紫外線硬化材料Ｍを外部の紫外線から保護することが可能であれば、ピストン部２１ｂは紫外線遮蔽材料で形成される必要はない。
【0060】
また、上記実施形態では、移動機構部５０は、材料射出装置２０をステージ３０に対して上下に移動させる昇降機構５１と、ステージ３０を材料射出装置２０に対して水平方向に移動させる水平移動機構５２とを備えているが、昇降機構５１を省略するとともに、水平移動機構５２に代えて、ステージ３０を材料射出装置２０に対して３軸方向（上下、左右及び前後）に移動させる移動機構を採用してもよい。
【0061】
また、上記実施形態では、紫外線照射装置４０がプリンタ本体６０に固定されているが、紫外線照射装置４０は材料射出装置２０に固定されてもよい。
なお、上記実施の形態にあっては、材料カートリッジ２１を構成する材料容器２１ａの配置は、図１に示すように、材料射出装置２０の中央において、圧縮空気供給部２３を構成する圧縮空気供給管２３ｂの先端部に配置されている場合を例に説明したが、本実施の形態の配置は、材料カートリッジ２１の大きさが小型の場合であって、材料カートリッジがより大型の場合には、材料射出装置２０の中央ではなく、側部又は後部に配置され、その位置において圧縮空気供給管２３ｂを接合して供給される圧縮空気により紫外線硬化材料を送出するように構成してもよく、本実施の形態に限定されない。
なお、上記実施の形態にあっては、材料カートリッジ２１を構成する材料容器２１ａの配置は、図１に示すように、材料射出装置２０の中央において、圧縮空気供給部２３を構成する圧縮空気供給管２３ｂの先端部に配置されている場合を例に説明したが、本実施の形態の配置は、材料カートリッジ２１の大きさが小型の場合であって、材料カートリッジがより大型の場合には、材料射出装置２０の中央ではなく、側部又は後部に配置され、その位置において圧縮空気供給管２３ｂを接合して供給される圧縮空気により紫外線硬化材料を送出するように構成してもよく、本実施の形態に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【0062】
本発明は、紫外線透過率の低い紫外線硬化材料を使用した立体造形物の製造及び紫外線不透過性部材を包含した立体造形物の製造に適用することができることから、広く産業上の利用可能性を有している。
【符号の説明】
【0063】
１０ ３Ｄプリンタ
２０ 材料射出装置
２１ 材料カートリッジ
２１Ａ 材料カートリッジ
２１Ｂ 材料カートリッジ
２１Ｃ 材料カートリッジ
２１ａ 材料容器部
２１ｂ ピストン部
２１ｃ 圧縮空気入口
２１ｄ 吐出口
２２ カートリッジ保持部
２３ 圧縮空気供給部（材料射出手段）
２３ａ 圧縮空気吐出機構
２３ｂ 圧縮空気供給管
３０ ステージ
４０ 紫外線照射装置
４０ａ 紫外線出射面
５０ 移動機構部
５１ 昇降機構
５２ 水平移動機構
６０ プリンタ本体
６１ 基部
６２ 支持部
６３ 支持部
７０ 筐体（紫外線遮蔽体）
Ａ 圧縮空気
Ｍ 紫外線硬化材料
ＵＶ 紫外線
２０ 材料射出装置
２１ 材料カートリッジ
２１Ａ 材料カートリッジ
２１Ｂ 材料カートリッジ
２１Ｃ 材料カートリッジ
２１ａ 材料容器部
２１ｂ ピストン部
２１ｃ 圧縮空気入口
２１ｄ 吐出口
２２ カートリッジ保持部
２３ 圧縮空気供給部（材料射出手段）
２３ａ 圧縮空気吐出機構
２３ｂ 圧縮空気供給管
３０ ステージ
４０ 紫外線照射装置
４０ａ 紫外線出射面
５０ 移動機構部
５１ 昇降機構
５２ 水平移動機構
６０ プリンタ本体
６１ 基部
６２ 支持部
６３ 支持部
７０ 筐体（紫外線遮蔽体）
Ａ 圧縮空気
Ｍ 紫外線硬化材料
ＵＶ 紫外線
【手続補正書】
【提出日】2023-10-16
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項5】
前記材料カートリッジ、前記カートリッジ保持部、前記材料射出装置、前記ステージ、前記移動手段及び前記紫外線照射装置を覆う紫外線遮蔽体を有することを特徴とする請求項４記載の立体造形物製造方法。