特許 7195435 光造形装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-15

(45)【発行日】2022-12-23

(54)【発明の名称】光造形装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/135 20170101AFI20221216BHJP

   B29C 64/255 20170101ALI20221216BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20221216BHJP

【ＦＩ】

B29C64/135

B29C64/255

B33Y30/00

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021530494

(86)(22)【出願日】2020-04-09

(86)【国際出願番号】 JP2020015899

(87)【国際公開番号】W WO2021005858

(87)【国際公開日】2021-01-14

【審査請求日】2021-10-26

(31)【優先権主張番号】P 2019127324

(32)【優先日】2019-07-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100077665

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 剛宏

(74)【代理人】

【識別番号】100116676

【弁理士】

【氏名又は名称】宮寺 利幸

(74)【代理人】

【識別番号】100191134

【弁理士】

【氏名又は名称】千馬 隆之

(74)【代理人】

【識別番号】100136548

【弁理士】

【氏名又は名称】仲宗根 康晴

(74)【代理人】

【識別番号】100136641

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 志郎

(74)【代理人】

【識別番号】100180448

【弁理士】

【氏名又は名称】関口 亨祐

(72)【発明者】

【氏名】木森 将仁

(72)【発明者】

【氏名】高橋 啓介

【審査官】今井 拓也

(56)【参考文献】

【文献】特開平０５－２００８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１３５８２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０４７６０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１３０７３４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】中国実用新案第２０６６９０５３７（ＣＮ，Ｕ）

【文献】国際公開第２０１８／１４６５６８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０００－００６２４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ６４／００ － ６４／４０

Ｂ３３Ｙ ３０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも底面部（３２）が透光性を有し、粉末材料（３６）が混入された液状の光硬化性樹脂（１２）が供給される樹脂槽（１８）と、前記底面部を介して前記光硬化性樹脂に光（３８、７２）を照射することにより該光硬化性樹脂を硬化させて造形物（１４）を形成する光照射機構（２４）と、前記造形物を保持しつつ、前記光硬化性樹脂に対して接離可能に相対的に移動可能な保持部（２６）とを備える光造形装置（１０）において、
前記樹脂槽の一端部（４０）に設けられ、前記光硬化性樹脂を前記樹脂槽に供給する樹脂供給部（２０）と、
前記樹脂槽の他端部（４２）に設けられ、前記樹脂槽に供給された前記光硬化性樹脂を排出する樹脂排出部（２２）と、
をさらに備え、
前記樹脂槽は、少なくとも前記造形物の形成中、前記一端部から前記他端部に向かって傾斜して前記光硬化性樹脂を流動させており、
前記樹脂供給部には、少なくとも一層分の前記造形物を形成するために必要な深さの前記光硬化性樹脂を、前記一端部から前記他端部に向けて供給するための供給調整部（４８）が設けられ、
前記光硬化性樹脂の流動方向に直交し、且つ、前記底面部に沿う方向において、前記供給調整部の幅は、前記保持部の幅よりも広く、
前記樹脂供給部から前記供給調整部までの部分には、前記光硬化性樹脂が貯留され、
前記供給調整部と前記底面部との間に形成された隙間により、所定の厚みの前記光硬化性樹脂が流動される、光造形装置。

【請求項2】

請求項１記載の光造形装置において、
前記光硬化性樹脂を貯留するタンク（２８）と、
前記タンクから前記樹脂供給部に前記光硬化性樹脂を供給するための樹脂供給路（５８）と、
前記樹脂排出部から前記タンクに前記光硬化性樹脂を回収するための樹脂回収路（６２）と、
前記樹脂供給路及び前記樹脂回収路のうち、少なくとも一方に設けられ、前記光硬化性樹脂を圧送するポンプ（６０、６４）と、
前記光硬化性樹脂を所定温度に維持するヒータ（５２）と、
をさらに備える、光造形装置。

【請求項3】

請求項１又は２記載の光造形装置において、
前記樹脂槽が前記一端部から前記他端部に向けて水平方向に対して任意の角度（θ）で傾斜している場合に、前記光硬化性樹脂に対して前記保持部を上下方向に相対的に移動させる移動手段（５６）をさらに備える、光造形装置。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の光造形装置において、
前記樹脂槽の前記一端部から前記他端部に向かう傾斜角度を任意の角度に調整可能な調整機構（４４）をさらに備える、光造形装置。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載の光造形装置において、
前記樹脂槽内の前記光硬化性樹脂に振動を付与する振動付与部（５４）をさらに備える、光造形装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液状の光硬化性樹脂に光を照射して該光硬化性樹脂を硬化させることにより造形物を形成する光造形装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近時、光造形技術を利用して、所望の製品を製造することが行われている。

【0003】

特許第３５３７１６１号公報には、金属粉末（粉末材料）が混入した液状の光硬化性樹脂をタンク（樹脂槽）内に貯留させ、外部から光硬化性樹脂に光を照射して該光硬化性樹脂を硬化させることにより三次元の造形物を形成した後、脱脂工程により造形物から樹脂を除去し、最後に、樹脂が除去された造形物を焼結させることにより所望の金属製品を得ることが開示されている。

【0004】

また、特許第４２４６２２０号公報には、光硬化性樹脂を貯留する造形容器（樹脂槽）とポンプとをパイプで接続し、該ポンプを駆動させて造形容器内の光硬化性樹脂を攪拌することにより、微粒子材料（粉末材料）と液状の光硬化性樹脂との分離を防止することが開示されている。

【発明の概要】

【0005】

ところで、光硬化性樹脂に混入する粉末材料の含有量を多くすると、液状の光硬化性樹脂の粘度が高くなり、流動性が低下する。これにより、光硬化性樹脂を貯留した状態で光造形を行う場合、粉末材料を均一に光硬化性樹脂に混合するための攪拌装置等が必要な上、高粘度の光硬化性樹脂を攪拌するために、該攪拌装置を高出力化しなければならない。この結果、攪拌装置を含めて光造形装置が大型化する。

【0006】

また、外部から樹脂槽に粉末材料を混合した光硬化性樹脂（以下、粉末材料を混合した混合物である光硬化性樹脂を、単に、「光硬化性樹脂」と呼称する場合がある。）を供給し、光の照射箇所（造形部）にまで該光硬化性樹脂を流し込む場合、該光硬化性樹脂は流動性が低いため、造形部に到達するまで時間がかかる。これにより、造形物の形成時間が長くなる。

【0007】

さらに、液状の光硬化性樹脂内の粉末材料を造形前に十分に混合攪拌しても、造形前に所定時間以上貯留させてしまうと、光硬化性樹脂の造形物内に存在する粉末材料が不均一となる。この結果、該造形物を焼結して得られる最終製品の形状精度が低下すると共に、該最終製品の機械特性が低下する。

【0008】

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、液状の光硬化性樹脂を攪拌する攪拌機構を光造形装置に設けなくても、該光硬化性樹脂内の粉末材料を均一に混合した状態に維持し、且つ、粉末材料を多量に混合しても、流動性の低下を防止することで、造形速度の向上を図り、さらに、形状精度が高く且つ機械特性の高い最終製品が得られることを可能にする光造形装置を提供することを目的とする。

【0009】

本発明の態様は、少なくとも底面部が透光性を有し、粉末材料が混入された液状の光硬化性樹脂が供給される樹脂槽と、前記底面部を介して前記光硬化性樹脂に光を照射することにより該光硬化性樹脂を硬化させて造形物を形成する光照射機構と、前記造形物を保持しつつ、前記光硬化性樹脂に対して接離可能に相対的に移動可能な保持部とを備える光造形装置に関する。

【0010】

前記光造形装置は、前記樹脂槽の一端部に設けられ、前記光硬化性樹脂を前記樹脂槽に供給する樹脂供給部と、前記樹脂槽の他端部に設けられ、前記樹脂槽に供給された前記光硬化性樹脂を排出する樹脂排出部とをさらに備える。前記樹脂槽は、少なくとも前記造形物の形成中、前記一端部から前記他端部に向かって前記光硬化性樹脂を流動させる。

【0011】

本発明によれば、樹脂槽内で液状の光硬化性樹脂を貯留させることなく、樹脂槽内で該光硬化性樹脂を一方向に流動させながら造形物を形成する。これにより、樹脂槽内での光硬化性樹脂の攪拌が不要となる。しかも、少なくとも造形物の形成中は、粉末材料が混入された光硬化性樹脂が常時流動する。そのため、液状の光硬化性樹脂に粉末材料が高濃度に含有している場合でも、該光硬化性樹脂と粉末材料との分離を防止しつつ、液状の光硬化性樹脂の流動性の低下を回避することができる。また、液状の光硬化性樹脂内に粉末材料を均一に分散させた状態で樹脂槽に供給することができる。

【0012】

このように、樹脂槽内では、液状の光硬化性樹脂の滞留及び対流が発生しない。そのため、粉末材料が均一に分布した状態で液状の光硬化性樹脂に光を照射して、造形物を形成することができる。これにより、造形速度の向上を図りつつ、造形物内に粉末材料を均一に分布させることができる。この結果、造形物から形状精度が高く、且つ、機械特性が高い最終製品を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施形態に係る光造形装置の概略構成図である。

【図2】図１の樹脂槽の断面図である。

【図3】図１の樹脂槽の平面図である。

【図4】図１の樹脂槽の具体的構成の一例を図示した側面図である。

【図5】図１の光照射機構の変形例を図示した一部側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明に係る光造形装置について好適な実施形態を例示し、添付の図面を参照しながら説明する。

【0015】

［１．本実施形態の構成］
本実施形態に係る光造形装置１０は、図１に示すように、液状の光硬化性樹脂１２に光を照射して該光硬化性樹脂１２を硬化させることにより、三次元の造形物１４を形成する装置である。すなわち、光造形装置１０は、いわゆる３Ｄプリンタである。

【0016】

光造形装置１０は、図１～図３に示すように、樹脂槽１８、樹脂供給部２０、樹脂排出部２２、光照射機構２４、保持部２６、タンク２８及び制御部３０を備える。

【0017】

樹脂槽１８は、比較的浅い深さ（例えば、５ｍｍ程度の深さ）を有し、上方が開放された略矩形状の容器である。樹脂槽１８の底面部３２の中央部分には、ガラス等の透光性部材３４が設けられている。透光性部材３４の上面（光硬化性樹脂１２に接する面）には、硬化した光硬化性樹脂１２の剥離を容易にするため、不図示の難粘着性の被膜、例えば、フッ素被膜が塗布されている。

【0018】

樹脂槽１８には、粉末材料３６が混入された液状の光硬化性樹脂１２が供給される。なお、粉末材料３６は、後述する所望の最終製品を構成する金属材料の粉末である。また、液状の光硬化性樹脂１２は、粉末材料３６が混入することによりペースト状に形成され、光照射機構２４から透光性部材３４を介して照射される光（レーザ光３８）によって硬化する。また、以下の説明では、便宜上、粉末材料３６が混入した液状の光硬化性樹脂１２を「光硬化性樹脂１２」と呼称して説明する場合がある。

【0019】

樹脂槽１８の一端部４０（図１～図３の左端部）には、樹脂槽１８に光硬化性樹脂１２を供給する樹脂供給部２０が設けられている。一方、樹脂槽１８の他端部４２（図１～図３の右端部）には、樹脂槽１８内の光硬化性樹脂１２を排出（回収）するための樹脂排出部２２が設けられている。なお、本実施形態では、後述する調整機構４４（図４参照）によって、樹脂槽１８を一端部４０から他端部４２に向かって、傾斜角度θ（例えば、０°～１５°の範囲内の任意の角度）で全体的に斜め下方に傾斜させることにより、樹脂槽１８内において、樹脂供給部２０（一端部４０）から底面部３２を介して樹脂排出部２２（他端部４２）に向かう光硬化性樹脂１２の流動を発生させる。

【0020】

樹脂供給部２０は、樹脂槽１８の上面の一端部４０側に配置されたプレート２０ａと、該プレート２０ａに対して上下方向に延び、プレート２０ａを貫通して樹脂槽１８に連通するノズル２０ｂとを有する。図１～図３に示すように、ノズル２０ｂは、プレート２０ａにおける樹脂槽１８の一端側に設けられている。樹脂槽１８の一端部４０側には、図１の側面視及び図２の断面視で、ノズル２０ｂの箇所から底面部３２及び透光性部材３４に向かって斜め下方に傾斜し、且つ、図３の平面視で、ノズル２０ｂの箇所から底面部３２及び透光性部材３４に向かって拡開する傾斜部４６が形成されている。

【0021】

樹脂供給部２０におけるプレート２０ａの先端部には、樹脂槽１８の一端部４０から他端部４２に向けて光硬化性樹脂１２を供給する際、該光硬化性樹脂１２の供給量を調整するための供給調整部４８が設けられている。供給調整部４８は、図１の側面視及び図２の断面視で略Ｌ字状の部材である。この場合、供給調整部４８の先端部と樹脂槽１８の底面部３２との間には、所定幅の隙間ｄが形成されている。隙間ｄは、樹脂槽１８の一端部４０から他端部４２に向かって液状の光硬化性樹脂１２を流動させる際、少なくとも一層分（例えば、０．０１ｍｍ～０．５ｍｍの厚み）の造形物１４を形成するために必要な量に応じた位置に設定されている。

【0022】

従って、傾斜部４６、すなわち、ノズル２０ｂから供給調整部４８までの部分は、樹脂槽１８における光硬化性樹脂１２の流動方向の上流側で、該光硬化性樹脂１２を貯留するチャンバとして機能する。この場合、図３に示すように、傾斜部４６の供給調整部４８側は、保持部２６よりも幅広に設定されている。また、供給調整部４８は、チャンバからの光硬化性樹脂１２の流れを規制する隙間ｄ（開口部）を備えた規制板として機能する。

【0023】

一方、樹脂排出部２２は、樹脂槽１８の上面の他端部４２側に配置されたプレート２２ａと、該プレート２２ａに対して上下方向に延び、プレート２２ａを貫通して樹脂槽１８に連通するノズル２２ｂとを有する。図１～図３に示すように、ノズル２２ｂは、プレート２２ａにおける樹脂槽１８の他端側に設けられている。樹脂槽１８の他端部４２側には、図１の側面視及び図２の断面視で、透光性部材３４及び底面部３２からノズル２２ｂの箇所に向かって斜め上方に傾斜し、且つ、図３の平面視で、略矩形状の傾斜部５０が形成されている。

【0024】

樹脂槽１８の底面部３２の下方には、樹脂槽１８全体を加熱することにより、該樹脂槽１８内の光硬化性樹脂１２を所定温度（例えば、６０℃～８０℃）に加熱及び保温（維持）するためのヒータ５２が設けられている。また、樹脂槽１８の底面部３２の下方には、樹脂槽１８内の光硬化性樹脂１２に振動を付与するための超音波振動子等の振動付与部５４が設けられている。

【0025】

光照射機構２４は、樹脂槽１８の下方に配置され、レーザ光源２４ａとスキャナ２４ｂとを有する。レーザ光源２４ａは、液状の光硬化性樹脂１２が硬化するような所定の波長のレーザ光３８（例えば、紫外線の波長の光）を出力する。スキャナ２４ｂは、レーザ光源２４ａからのレーザ光３８を、透光性部材３４を介して液状の光硬化性樹脂１２にスキャン（照射）する。

【0026】

保持部２６は、樹脂槽１８における透光性部材３４の上方に設けられている。保持部２６は、図１の側面視及び図２の断面視で、傾斜角度θに対応して底面部分が斜め下方に傾斜する略台形状に形成されている。保持部２６の上端部には、ピストン等の昇降手段である移動手段５６が連結されている。移動手段５６によって保持部２６が上下動することにより、保持部２６は、透光性部材３４の上面を流動する液状の光硬化性樹脂１２に対して、接離可能に相対的に移動可能となる。

【0027】

なお、保持部２６は、光硬化性樹脂１２の流れに対し、底面部分が沈み込むように、該光硬化性樹脂１２に接触している。また、保持部２６は、全体が光硬化性樹脂１２に沈み込まないように、比較的肉厚に形成されている。

【0028】

前述のように、スキャナ２４ｂから透光性部材３４を介してレーザ光３８がスキャンされることで、液状の光硬化性樹脂１２が硬化する。保持部２６は、硬化した光硬化性樹脂１２を保持する。移動手段５６によって保持部２６を光硬化性樹脂１２に対して上下動させることで、所定形状の造形物１４を形成することができる。

【0029】

タンク２８には、粉末材料３６が混入された液状の光硬化性樹脂１２が貯留されている。タンク２８の下端部と樹脂供給部２０との間には、樹脂供給路５８が接続されている。樹脂供給路５８の途中には、供給ポンプ６０が配設されている。一方、タンク２８の上端部と樹脂排出部２２との間には、樹脂回収路６２が接続されている。樹脂回収路６２の途中には、排出ポンプ６４が配設されている。タンク２８の上端部には、空気を圧送するエアポンプ６６と、粉末材料３６等の投入や、タンク２８内の状況を観察するための覗き穴６８が設けられている。

【0030】

なお、上述の構成は一例であり、供給ポンプ６０、排出ポンプ６４及びエアポンプ６６に代えて、排出ポンプ６４の位置に１つの真空ポンプを配設してもよい。この場合、該真空ポンプの負圧により、樹脂排出部２２の光硬化性樹脂１２を吸引してタンク２８内に戻し、該タンク２８内を減圧することで、光硬化性樹脂１２内の気泡を除去して、光造形の精度を向上させることができる。

【0031】

制御部３０は、光造形装置１０を全体的に制御するコンピュータであって、不図示の記憶部に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、光照射機構２４（レーザ光源２４ａ、スキャナ２４ｂ）、ヒータ５２、振動付与部５４、移動手段５６、供給ポンプ６０、排出ポンプ６４及びエアポンプ６６の駆動を制御する。

【0032】

図１～図３では、光造形装置１０の構成を概念的に図示している。図４は、光造形装置１０のうち、樹脂槽１８周辺の具体的構成の一例を図示した側面図である。

【0033】

図４において、略矩形状の載置台７０には、光照射機構２４が配設されている。光照射機構２４は、レーザ光源２４ａと、レーザ光源２４ａから水平方向に出力されるレーザ光３８を上方に屈曲させる屈曲部２４ｄと、屈曲したレーザ光３８を光束７２として上方に投影するプロジェクタ２４ｅとを有する。すなわち、図４の例では、図１のスキャナ２４ｂを屈曲部２４ｄ及びプロジェクタ２４ｅに置き換えている。

【0034】

載置台７０の上面には、傾斜角度θを任意の角度に調整可能な調整機構４４が配設されている。調整機構４４は、載置台７０から上方に延びる支柱７４に支持され、水平方向に延びるベース４４ａと、ベース４４ａに対して任意の角度に傾斜可能な傾斜プレート４４ｂとを有する。傾斜プレート４４ｂから上方に延びる複数の支柱７６によって支持プレート４４ｃが支持され、該支持プレート４４ｃに樹脂槽１８が配設されている。

【0035】

この場合、ベース４４ａは、一端部側と他端部側とが上方に突出しており、一端部側、他端部側及び中央部には、略円弧状の角度調整溝７８が複数形成されている。傾斜プレート４４ｂには、不図示の孔を挿通するボルト８０が複数設けられている。複数のボルト８０は、角度調整溝７８にも挿通している。この場合、複数のボルト８０を緩めた状態で、複数の角度調整溝７８に沿い、ベース４４ａに対して傾斜プレート４４ｂを回動させた後、複数のボルト８０を締め付けると、ベース４４ａに対して傾斜プレート４４ｂを所望の傾斜角度θに固定することができる。前述のように、樹脂槽１８は、支持プレート４４ｃ及び複数の支柱７６を介して傾斜プレート４４ｂに支持されている。そのため、ベース４４ａに対して傾斜プレート４４ｂを傾斜角度θに調整すれば、樹脂槽１８を水平方向に対して傾斜角度θに傾斜させることができる。

【0036】

なお、図４は、調整機構４４の一構成例である。本実施形態では、水平方向に対して樹脂槽１８を所望の傾斜角度θに傾斜可能であれば、調整機構４４は、どのような構成であってもよい。

【0037】

また、光照射機構２４についても、上記の各構成に限定されるものではなく、図５に示す構成であってもよい。図５の構成は、一般的な３Ｄプリンタのように、光照射機構２４が、レーザ光源２４ａと、該レーザ光源２４ａから出力されるレーザ光３８を樹脂槽１８に向けて偏光させる１つ以上のガルバノミラー２４ｆと、レーザ光３８の形状を調整するＦθレンズ２４ｇとから構成してもよい。

【0038】

［２．本実施形態の動作］
以上のように構成される光造形装置１０の動作について、図１～図５を参照しながら説明する。

【0039】

先ず、調整機構４４によって樹脂槽１８を所望の傾斜角度θだけ傾斜させる。これにより、樹脂槽１８は、一端部４０から他端部４２に向かって斜め下方に傾斜する。

【0040】

次に、粉末材料３６が混入された液状の光硬化性樹脂１２がタンク２８に貯留されている場合に、制御部３０の制御によって、供給ポンプ６０、排出ポンプ６４及びエアポンプ６６を駆動させる。これにより、タンク２８内の光硬化性樹脂１２は、エアポンプ６６から圧送される空気によって下方に押圧され、下端部から樹脂供給路５８に押し出される。また、樹脂供給路５８に押し出された光硬化性樹脂１２は、供給ポンプ６０によって樹脂供給部２０に供給される。

【0041】

樹脂供給部２０に供給された光硬化性樹脂１２は、ノズル２０ｂを介して樹脂槽１８の一端部４０に供給される。前述のように、樹脂槽１８が傾斜角度θで傾斜しているので、供給された光硬化性樹脂１２は、傾斜部４６を介して樹脂槽１８の他端部４２側に流れる。

【0042】

光硬化性樹脂１２の流動方向の前方には、供給調整部４８が設けられている。この場合、供給調整部４８の先端部と底面部３２との隙間ｄは、少なくとも一層分の造形物１４の形成に必要な深さに設定されている。そのため、供給調整部４８から樹脂槽１８の中央部には、隙間ｄに相当する厚みの液状の光硬化性樹脂１２が流動する。

【0043】

そして、光硬化性樹脂１２は、透光性部材３４の上面を通過して、樹脂槽１８の他端部４２に到達する。樹脂槽１８の他端部４２には、傾斜部５０が形成されている。この傾斜部５０は、樹脂槽１８の一端部４０に形成された傾斜部４６よりも幅広である。従って、樹脂槽１８の他端部４２にまで流動した光硬化性樹脂１２は、傾斜部５０に貯留される。

【0044】

この場合、排出ポンプ６４が駆動しているので、傾斜部５０に貯留している光硬化性樹脂１２は、傾斜部５０から樹脂排出部２２のノズル２２ｂを介して樹脂回収路６２に排出される。排出された光硬化性樹脂１２は、排出ポンプ６４によって樹脂回収路６２を流れ、タンク２８に回収される。

【0045】

従って、樹脂槽１８が傾斜角度θで傾斜し、且つ、供給ポンプ６０、排出ポンプ６４及びエアポンプ６６が駆動することにより、粉末材料３６が混入された液状の光硬化性樹脂１２は、樹脂槽１８の中央部で貯留、滞留及び対流することなく、タンク２８→樹脂供給路５８→樹脂槽１８→樹脂回収路６２→タンク２８の順で流動（循環）する。

【0046】

なお、本実施形態では、樹脂槽１８を傾斜角度θで傾斜させることにより、該樹脂槽１８内では、一端部４０から他端部４２に向かって、液状の光硬化性樹脂１２の流動を発生させることができる。そのため、光造形装置１０では、供給ポンプ６０、排出ポンプ６４及びエアポンプ６６のうち、少なくとも１つのポンプが配設されていればよい。

【0047】

また、制御部３０は、ヒータ５２を駆動させることで、樹脂槽１８内を流動する光硬化性樹脂１２を所定温度に加熱及び保温（維持）してもよい。また、制御部３０は、振動付与部５４を駆動させることで、樹脂槽１８内を流動する光硬化性樹脂１２に振動を付与してもよい。このような加熱又は振動の付与によって、液状の光硬化性樹脂１２の滞留や粉末材料３６の沈殿の発生が抑制され、光硬化性樹脂１２の流動を的確にコントロールすることができる。

【0048】

なお、液状の光硬化性樹脂１２の流動をコントロール可能であればよいため、上述したタンク２８→樹脂供給路５８→樹脂槽１８→樹脂回収路６２→タンク２８の循環経路の途中にヒータ５２及び振動付与部５４が設けられてもよい。あるいは、該循環経路全体をヒータ５２で保温し、光造形中は、光硬化性樹脂１２を適切な温度に常時維持してもよい。

【0049】

このように液状の光硬化性樹脂１２の流動が確保されている状態で、制御部３０は、移動手段５６を駆動させ、透光性部材３４の上面を流動する光硬化性樹脂１２に対して接離可能に保持部２６を上下動させる。この場合、移動手段５６は、保持部２６の底面と透光性部材３４の上面との間隔が造形物１４の一層分、例えば、０．０１ｍｍ～０．５ｍｍ程度となるように、保持部２６を移動させる。また、制御部３０は、光照射機構２４を駆動させることで、透光性部材３４を介して光硬化性樹脂１２に、図１のスキャナ２４ｂでスキャンされたレーザ光３８、図４のプロジェクタ２４ｅからのレーザ光３８の光束７２、又は、図５のＦθレンズ２４ｇからのレーザ光３８を照射させる。これにより、レーザ光３８が照射された液状の光硬化性樹脂１２は硬化する。

【0050】

硬化した光硬化性樹脂１２は、保持部２６によって保持される。前述のように、少なくとも一層分の造形物１４（隙間ｄに相当する厚みの造形物１４）の形成に必要な光硬化性樹脂１２が透光性部材３４の上面を流動すると共に、保持部２６が上下動している。そのため、保持部２６が液状の光硬化性樹脂１２に接触している状態で、該光硬化性樹脂１２が硬化すると、一層分の造形物１４が形成されて保持部２６に保持される。

【0051】

一層分の造形物１４が形成されると、保持部２６は、移動手段５６によって上方へ引き上げられる。これにより、保持部２６と透光性部材３４との間に形成された造形物１４は、保持部２６に保持された状態で上方に引き上げられ、透光性部材３４と離間する。

【0052】

次に、移動手段５６は、再度、流動する液状の光硬化性樹脂１２中に向けて、一層分の造形物１４が保持された保持部２６を下方に移動させる。そして、透光性部材３４と一層分の造形物１４との間が、造形物１４の一層分、例えば、０．０１ｍｍ～０．５ｍｍ程度になるように、間隙をあけて保持部２６を位置させる。このとき、保持部２６に保持された一層分の造形物１４と透光性部材３４との間には、光硬化性樹脂１２が絶え間なく流動しているので、光造形に必要な光硬化性樹脂１２が速やかに供給される。

【0053】

この状態で透光性部材３４を介してレーザ光３８を液状の光硬化性樹脂１２に照射する。これにより、液状の光硬化性樹脂１２が硬化し、一層目に連なる二層目が形成された造形物１４が得られる。

【0054】

従って、移動手段５６による光硬化性樹脂１２に対する保持部２６の移動動作と、光硬化性樹脂１２へのレーザ光３８の照射とを繰り返し行うことで、複数の層からなる三次元の造形物１４が形成される。そして、所望の形状の造形物１４が形成された後、制御部３０は、光照射機構２４、供給ポンプ６０、排出ポンプ６４及びエアポンプ６６の駆動を停止する。次に、制御部３０は、移動手段５６によって保持部２６を上方に引き上げることで、保持部２６に保持された造形物１４を樹脂槽１８から剥離させる。

【0055】

この場合、透光性部材３４が斜め下方に傾斜している状態で、保持部２６を上方に引き上げる。これにより、透光性部材３４が水平方向に配置されている状態で保持部２６を上方に引き上げる場合と比較して、より小さな荷重で透光性部材３４から造形物１４を剥離することができる。しかも、透光性部材３４の上面には、フッ素被膜等の難粘着性の被膜が塗布されているので、透光性部材３４から造形物１４を容易に剥離することが可能となる。その後、引き上げた保持部２６から造形物１４を剥離する。

【0056】

次に、得られた造形物１４について、脱脂工程により該造形物１４から樹脂を除去する。最後に、樹脂が除去された造形物１４を焼結させることで、粉末材料３６としての金属材料からなる所望の形状の金属製品が得られる。

【0057】

［３．本実施形態の効果］
以上説明したように、本実施形態に係る光造形装置１０は、少なくとも底面部３２が透光性を有し、粉末材料３６が混入された液状の光硬化性樹脂１２が供給される樹脂槽１８と、底面部３２（透光性部材３４）を介して光硬化性樹脂１２に光（レーザ光３８、光束７２）を照射することにより該光硬化性樹脂１２を硬化させて造形物１４を形成する光照射機構２４と、造形物１４を保持しつつ、光硬化性樹脂１２に対して接離可能に相対的に移動可能な保持部２６とを備える。

【0058】

この場合、光造形装置１０は、樹脂槽１８の一端部４０に設けられ、光硬化性樹脂１２を樹脂槽１８に供給する樹脂供給部２０と、樹脂槽１８の他端部４２に設けられ、樹脂槽１８に供給された光硬化性樹脂１２を排出する樹脂排出部２２とをさらに備える。樹脂槽１８は、少なくとも造形物１４の形成中、一端部４０から他端部４２に向かって光硬化性樹脂１２を流動させる。

【0059】

この構成によれば、樹脂槽１８内で光硬化性樹脂１２を貯留させることなく、該樹脂槽１８内で光硬化性樹脂１２を一方向に流動させながら造形物１４を形成する。これにより、樹脂槽１８内での光硬化性樹脂１２の攪拌が不要となる。しかも、少なくとも造形物１４の形成中は、粉末材料３６が混入された光硬化性樹脂１２が常時流動する。そのため、液状の光硬化性樹脂１２に粉末材料３６が高濃度に含有している場合でも、光硬化性樹脂１２と粉末材料３６との分離を防止しつつ、液状の光硬化性樹脂１２の流動性の低下を回避することができる。また、液状の光硬化性樹脂１２内に粉末材料３６を均一に分散させた状態で樹脂槽１８に供給することができる。

【0060】

このように、樹脂槽１８内では、光硬化性樹脂１２の滞留及び対流が発生しない。そのため、粉末材料３６が均一に分布した状態で光硬化性樹脂１２にレーザ光３８又は光束７２を照射して、造形物１４を形成することができる。これにより、造形速度の向上を図りつつ、造形物１４内に粉末材料３６を均一に分布させることができる。この結果、造形物１４から形状精度が高く、且つ、機械特性が高い最終製品を得ることが可能となる。

【0061】

ここで、光造形装置１０は、光硬化性樹脂１２を貯留するタンク２８と、タンク２８から樹脂供給部２０に光硬化性樹脂１２を供給するための樹脂供給路５８と、樹脂排出部２２からタンク２８に光硬化性樹脂１２を回収するための樹脂回収路６２と、樹脂供給路５８及び樹脂回収路６２のうち、少なくとも一方に設けられ、光硬化性樹脂１２を圧送するポンプ６０、６４と、光硬化性樹脂１２を所定温度に維持するヒータ５２とをさらに備える。これにより、光硬化性樹脂１２の循環経路及び保持部２６が光硬化性樹脂１２の流動性を高める温度に加熱及び保温される。この結果、光造形装置１０内での光硬化性樹脂１２の滞留、及び、粉末材料３６の沈殿の発生を抑制しつつ、造形物１４の形成作業を円滑に行うことができる。

【0062】

具体的に、樹脂槽１８は、一端部４０から他端部４２に向けて傾斜していればよい。これにより、樹脂槽１８内の光硬化性樹脂１２を滞留させることなく、三次元の造形物１４の複数の層の形成作業（造形動作）を完了させることができる。また、１つの層が形成された際、速やかに造形物１４と樹脂槽１８との間に液状の光硬化性樹脂１２を流動させて補充することができる。この結果、次の層の造形動作までのサイクルタイムを短縮することができる。

【0063】

また、樹脂槽１８を傾斜させることで、造形物１４の形成後に保持部２６を上昇させる際、樹脂槽１８に対して造形物１４が強固に付着している場合でも、該造形物１４の一端側において、樹脂槽１８から造形物１４を容易に剥離させることができる。これにより、樹脂槽１８から造形物１４を無理に引き剥がすことによる造形物１４の破損等の発生を回避することができる。すなわち、大きな荷重をかけることなく、樹脂槽１８から造形物１４を剥離させることが可能となるので、樹脂槽１８及び造形物１４の破損を回避することができる。

【0064】

ここで、光造形装置１０は、樹脂槽１８が一端部４０から他端部４２に向けて水平方向に対して任意の角度（傾斜角度θ）で傾斜している場合に、光硬化性樹脂１２に対して保持部２６を上下方向に相対的に移動させる移動手段５６をさらに備える。これにより、上記の効果が容易に得られる。

【0065】

また、光造形装置１０は、樹脂槽１８の一端部４０から他端部４２に向かう傾斜角度θを任意の角度に調整可能な調整機構４４をさらに備える。これにより、光造形に用いられる光硬化性樹脂１２の粘度が変わっても、傾斜角度θを任意に変更することで、樹脂槽１８に光硬化性樹脂１２を安定して供給することができる。この結果、造形精度が向上すると共に、迅速に光造形を行うことができる。

【0066】

また、光造形装置１０は、樹脂槽１８内の光硬化性樹脂１２に振動を付与する振動付与部５４をさらに備える。これにより、光硬化性樹脂１２の流動を容易にコントロールして造形精度を高めることができる。

【0067】

また、光造形装置１０は、樹脂供給部２０から樹脂槽１８に供給された光硬化性樹脂１２を、一端部４０から他端部４２に向かって流動させる際、少なくとも一層分の造形物１４を形成するために必要な深さの光硬化性樹脂１２を、一端部４０から他端部４２に向けて供給するための供給調整部４８をさらに備える。これにより、樹脂槽１８内に必要最小限の光硬化性樹脂１２を流動させて供給することができる。この結果、粉末材料３６と光硬化性樹脂１２との分離を防止することができる。従って、常に好適な分量の粉末材料３６が混入された液状の光硬化性樹脂１２にレーザ光３８又は光束７２を照射することができる。その結果、最終製品（金属製品）の形状精度が高く、且つ、高密度及び高剛性の造形物１４が容易に得られる。

【0068】

なお、本発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることは勿論である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】