光造型装置用配件的制作方法

1.本发明涉及在利用激光光源等使光固化性树脂固化来造型期望的立体形状物的光造型装置上装配的光造型装置用配件。


背景技术：

2.以多品种少量生产、缩短试制期间以及削减开发成本等为目的增材制造技术、所谓的3d打印备受瞩目。作为3d打印的造型方式存在多种方式，其中，利用光使光固化性的树脂选择性地固体化来造型立体形状的液槽光聚合(vat photopolymerization)(光造型)能够实现微小且高精细的造型。
3.作为采用了光造型方式的3d打印，已知例如专利文献1中所记载的光造型装置。专利文献1的光造型装置使用dlp(注册商标：digital light processing，数字光处理装置)作为照射单元。通过使用dlp作为照射单元，能够一次照射与立体形状物的截面数据对应的光。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：美国专利申请公开第2017/0291355号说明书


技术实现要素：

7.发明要解决的问题
8.以往，产品的开发和试制需要几个月的时间。利用基于光造型方式的造型能够在短时间内造型期望的立体形状物，因此能够期待大幅缩短开发时间、试制时间。另一方面，随着光造型装置的造型精度的提高，能够造型的立体形状物的种类变得丰富，在按照各种产品的规格开发试制产品的阶段想要对多种大小的尺寸的试制品进行造型的要求越来越高。
9.利用光造型装置造型的造型物的大小取决于造型面上的光的照射范围。在专利文献1所记载的光造型装置中，若使从dlp到造型面的距离伸长，则虽然能够扩大dlp的投影范围，但是造型面上的投影像变得模糊。难以利用专利文献1所记载的光造型装置进行精细的立体形状物的造型。
10.本发明的目的在于提供能够对多种大小的立体形状物进行造型的光造型装置用配件。尤其是提供能够发挥自由聚焦的光造型装置的特长且能够对多种大小的尺寸的立体形状物进行造型的光造型装置用配件。
11.用于解决课题的方法
12.本发明的光造型装置用配件能够相对于光造型装置进行装拆，光造型装置通过使从光扫描部射出的光线经由造型台的开口部照射至槽内的光固化性树脂来造型立体形状物，光造型装置用配件的特征在于，具备：基座部，能够相对于造型台进行装拆；以及支撑单元，固定于基座部。基座部具有形成有开口部的四边框状形状，来自光扫描部的光线能够通
过开口部。支撑单元在从光扫描部到槽的距离比从光扫描部到造型台的距离长的位置将槽支撑为大致水平。
13.在本发明的光造型装置用配件中，支撑单元在从光扫描部到槽的距离比从光扫描部到造型台的距离长的位置将槽支撑为大致水平。在以光扫描部为基准的情况下，槽位于比造型台更远的位置。从光扫描部射出的光线通过基座部的开口部，照射至槽内的光固化性树脂。
14.如上所述，利用光造型装置造型的立体形状物的大小取决于照射至造型面的光线的照射范围。在从光扫描部射出的光线的扫描范围恒定的情况下，立体形状物的大小依赖于从光扫描部到槽的距离。根据上述结构，从光扫描部到槽的距离比以往的光造型装置伸长。因此，在贮存在槽内的光固化性树脂的造型面上，光线的扫描范围扩大，能够造型比以往更大尺寸的立体形状物。另一方面，由于基座部能够相对于造型台进行装拆，因此能够将本发明的光造型装置用配件从造型台拆下，通过像以往一样将槽直接固定于造型台，或者经由夹具等而间接地固定于造型台，能够造型比将光造型装置用配件安装于造型台的情况更小尺寸的立体形状物。因此，根据本发明的光造型装置用配件，能够造型从小尺寸的立体形状物到大尺寸的立体形状物的多种大小的立体形状物。
15.在上述结构的光造型装置用配件中，优选基座部是大致长方体形状的引导部和连结棒交替地连结而构成的。
16.本发明的光造型装置用配件的基座部具有四边框状形状。作为基座部的具体结构，例如具有大致长方体形状的引导部和连结棒交替地连结的结构。通过将引导部形成为向造型台装拆的部位，并且在连结棒的两端部分别固定引导部，能够以简单的结构构成轻量的基座部。
17.在上述结构的光造型装置用配件中，优选支撑单元具有板状的第一支撑部件和板状的第二支撑部件，第一支撑部件以及第二支撑部件分别隔着基座部的开口部相面对并且相对于基座部大致垂直地设置。
18.若形成为由板状的第一支撑部件以及板状的第二支撑部件支撑槽的结构，则能够确保从光扫描部射出的光线的路径并实现支撑单元的轻量化。
19.在上述结构的光造型装置用配件中，优选第一支撑部件以及第二支撑部件具有槽的一部分能够嵌入脱离的贯通孔。
20.通过使槽的一部分嵌入设置于第一支撑部件以及第二支撑部件的贯通孔，能够在从造型台离开预定的距离的位置以简单的结构支撑槽。另外，通过将槽的一部分从这些贯通孔拔出，能够将槽从光造型装置用配件拆下。
21.再有，在上述结构的光造型装置用配件中，若第一支撑部件以及第二支撑部件由挠性材料形成，则能够通过使第一支撑部件以及第二支撑部件的一方或两方弯曲，使槽的一部分嵌入第一支撑部件以及第二支撑部件的贯通孔。此外，即使仅将第一支撑部件以及第二支撑部件中的任一方由挠性材料形成，也能够得到同样的作用效果。
22.在上述结构的光造型装置用配件中，优选支撑单元还具备固定棒。优选固定棒设置在第一支撑部件与第二支撑部件之间，并且在隔着贯通孔与连结棒对置的位置固定第一支撑部件和第二支撑部件。
23.在由设置于第一支撑部件以及第二支撑部件的贯通孔支撑槽的一部分的结构中，
仍有因光造型装置造型时的振动等而使槽的位置变动的隐患。槽的位置的变动将导致立体形状物的造型精度降低。通过在第一支撑部件和第二支撑部件架设固定棒，光造型装置用配件的刚性提高。而且由于是固定棒在隔着贯通孔与连结棒对置的位置架设于第一支撑部件以及第二支撑部件的结构，因此能够更可靠地固定槽，能够适当地抑制利用光造型装置进行的立体形状物的造型精度降低。
24.发明效果
25.根据本发明的光造型装置用配件，能够在光造型装置中造型多种大小的立体形状物。
附图说明
26.图1是示出装配有槽的光造型装置的立体图。
27.图2是图1所示的光造型装置中的槽引导件的侧视图。
28.图3是槽的立体图。
29.图4是示意地示出向图1所示的光造型装置槽的装配方法的立体图。
30.图5是示出本实施方式的光造型装置用配件的立体图。
31.图6是示出本实施方式的光造型装置用配件的立体图。
32.图7是示出装配有图6所示的光造型装置用配件的光造型装置的立体图。
33.图8是图7所示的光造型装置的俯视图。
34.图9是图8所示的光造型装置的a
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a剖视图。
35.图10是图8所示的光造型装置的a
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a剖视图。
36.图11是图8所示的光造型装置的a
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a剖视图。
37.图12是示意地示出从光扫描部到光造型装置用配件的光路的图。
38.附图标记说明：
39.10：光造型装置，100：基台，101a、101b、101c、101d、101e、101f：造型台支柱，102：造型台，102a：开口部，103a、103b：支柱，104：光学引擎，104a：聚光透镜，105：直动机构，106：托架，107：标准平台，108：扩展平台，200：槽引导件，201：引导件主体，202：调整螺钉，203：板簧，300：槽，301：底面部，302：侧面部，303：凸缘部，400：光造型装置用配件，401a、401b：引导部，402a、402b：连结棒，403：第一支撑部件，403a、403b：槽支撑孔，404：第二支撑部件，404a、404b：槽支撑孔，405a、405b：固定棒，500、501：立体形状物。
具体实施方式
40.参照附图，对将本发明具体化的一实施方式进行详细地说明。
41.本实施方式的光造型装置用配件假设装配于采用液槽光聚合(光造型)方式的光造型装置，液槽光聚合(光造型)方式是利用激光光源等光使光固化性的树脂选择性地固体化来进行造型的方式。
42.首先，对光造型装置的基本结构进行说明。如图1所示，光造型装置10具有：平板状的基座100；从基座100的上表面朝向上方延伸设置的圆柱状的造型台支柱101a、101b、101c、101d、101e以及101f；以及被这6跟支柱101a～101f支撑的平板状的造型台102。造型台102与基座100大小大致相同，其周边部被造型台支柱101a～10f支撑。此外，在基座100的
底面侧的四角螺合有调节螺栓(调整支脚)，能够将造型台102的上表面调整为水平。
43.在造型台102的中央设置有矩形状的开口部102a。在开口部102a的一个长边附近的上表面，从造型台102的上表面朝向上方沿垂直方向竖立设置有长方体状的支柱103a。另外，从造型台102的底面朝向下方沿垂直方向突出设置有支柱103b。
44.在造型台102的开口部102a的大致中央下方，作为光扫描部的光学引擎104经由托架而固定于支柱103b。光学引擎104具备激光光源等的光源、准直透镜、反射镜等光学元件以及二维mems(micro electro mechanical systems：微机电系统)镜。从光源射出的光线经由光学元件而入射至二维mems镜。二维mems镜是电磁驱动式的镜，能够在二维方向上转动。被二维mems镜反射的光线随着二维mems镜的运动而进行扫描。在光学引擎104与造型台102之间，利用与光学引擎104相同的托架固定聚光透镜104a。
45.在支柱103a的开口部102a侧的面上，沿该支柱103a固设有直动机构105。直动机构105是具备滑动部件，并借助马达的驱动力使该滑动部件沿垂直方向(上下方向)移动的机构。在该滑动部件上固定有倒l字型的托架106。
46.在托架106上悬挂安装有标准平台107。标准平台107由具有大致长方体形状的主体和向上方突出的悬吊部构成。通过将标准平台107的悬吊部螺纹固定于托架106的突出部，标准平台107被悬挂安装于托架106。标准平台107经由托架106而一体地固定于直动机构105的滑动部件，通过直动机构105的驱动而沿上下方向移动。
47.在造型台102上，以从短边侧夹入开口部102a的方式载设有槽引导件200。如图2所示，槽引导件200具备引导件主体201、调整螺钉202以及板簧203。引导件主体201是倒l字型的块。在引导件主体201的檐形状的突出部分，在垂直方向上贯通形成有两处能够螺合调整螺钉202的螺纹孔。调整螺钉202的前端部形成半球状。在与调整螺钉202的前端部对置的位置配设有带状的板簧203。在板簧203的两端设置有朝向调整螺钉202突出的凸部。
48.槽300相对于槽引导件200装拆。在槽300中贮存立体形状物的材料。材料是光固化性树脂，例如以丙烯酸树脂(聚合物型丙烯酸酯)、聚氨酯树脂(聚氨酯丙烯酸酯)等紫外线固化树脂为代表。
49.如图3所示，槽300是一部分开口的透明原材料的容器，形成为能够容易确认光固化性树脂的贮存量的构造。槽300由矩形状的底面部301和以包围该底面部301的外周缘的方式竖立设置的侧面部302构成。在侧面部302的底面侧，沿着周向设置有凸缘部303。该凸缘部303形成为，短边方向的长度ta比侧面部302的短边方向的长度la长，长边方向的长度tc比侧面部302的长边方向的长度lb长。另外，凸缘部303的厚度tb比槽引导件200的调整螺钉202的前端部与板簧203的凸部的间隔稍厚。
50.在将槽300向光造型装置装配时，如图4所示，将槽300的凸缘部303插入槽引导件200的调整螺钉202的前端部与板簧203之间。通过在插入有槽300的状态下旋紧调整螺钉202，由此槽300被槽引导件200夹持。即，槽300经由槽引导件200而被固定于造型台102。以下，将这样地槽300经由槽引导件200而被直接固定于造型台102的状态称为“标准状态”。
51.在进行立体形状物的造型时，使标准平台107下降而浸渍于槽300内的光固化性树脂中。从光学引擎104射出的光经由聚光透镜104a而照射至标准平台107的底面(造型面)。由此，槽300的底面部301与标准平台107的造型面之间的光固化性树脂固化。通过使标准平台107上升预定的间距，光固化性树脂流入已固化的层之下。通过重复这样的一连串的步
骤，造型出立体形状物。
52.接下来，对本实施方式的光造型装置用配件进行说明。通过将本实施方式的光造型装置用配件装配于光造型装置，能够造型出比标准状态下造型的立体形状物更大的立体形状物。在此，参照图5以及图6对能够造型大小不同的两个立体形状物的光造型装置用配件进行说明。
53.本实施方式的光造型装置用配件400通过改变从光学引擎104到槽300的距离来改变造型出的立体形状物的大小。为了方便，将标准状态下造型出的立体形状物称为小尺寸的立体形状物，将通过装配光造型装置用配件400而能够造型的立体形状物称为中尺寸的立体形状物以及大尺寸的立体形状物。图5是示出在光造型装置用配件400中槽300装配在用于造型中尺寸的立体形状物的位置的状态的立体图。另一方面，图6是示出在光造型装置用配件400中槽300装配于用于造型大尺寸的立体形状物的位置的状态的立体图。
54.光造型装置用配件400由经由槽引导件200而能够相对于造型台102装拆的基座部和将槽300支撑在预定的位置的支撑单元构成。支撑单元固定于基座部。
55.基座部具有四边框状形状。从光学引擎104射出的光能够穿过基座部的中央的开口部而通过。基座部由大致长方体形状的引导部401a以及401b和连结棒402a以及402b交替地连结而构成为四边框状。引导部401a和引导部401b并列设置，并且各自的端部被同样并列设置的两根连结棒402a以及402b连结。在本实施方式中，被这些引导部401a、连结棒402b、引导部401b以及连结棒402a包围的矩形状的空间相当于开口部。
56.连结棒402a以及402b是横截面形状为圆形的实心棒。连结棒402a以及402b的轴向长度与槽300的长度lb大致相同。此外，连结棒402a以及402b并不限定于横截面形状为圆形的实心棒，例如也可以是横截面形状为椭圆、三角形或四边形等多边形的实心棒。另外，连结棒402a以及402b并不限定于实心棒，也可以是空心棒。
57.引导部401a以及401b是供基座部插入槽引导件200以及从槽引导件200拔出的部位。引导部401a以及401b的高度(厚度)与槽300的凸缘部303的厚度tb大致相同。另外，引导部401a以及402b的宽度、即沿连结棒402a以及402b的轴向的长度设定为，从引导部401a的外侧侧面到引导部401b的外侧侧面的沿该轴向的长度与槽300的凸缘部303的长度tc大致相同。
58.根据引导部401a以及401b的这样的形状，基座部的宽度与槽300的凸缘部303的长度tc大致相同，基座部的两端部的厚度分别与槽300的凸缘部303的厚度tb大致相同，因此基座部能够相对于造型台102装拆。具体来说，通过将基座部的引导部401a以及401b插入槽引导件200，能够将基座部装配于造型台102。相反地，通过将基座部的引导部401a以及401b从槽引导件200拔出，能够将基座部从造型台102拆下。
59.支撑单元由板状的第一支撑部件403和板状的第二支撑部件404构成。第一支撑部件403以及第二支撑部件404分别以从短边侧夹入基座部的开口部的方式相面对地竖立设置，并且与基座部的引导部401a、401b大致垂直地设置。这些第一支撑部件403以及第二支撑部件404由挠性材料形成。
60.在第一支撑部件403上，朝向上方地并列设置有槽支撑孔403a以及403b两个贯通孔。槽支撑孔403b贯穿设置于第一支撑部件403的端部附近。槽支撑孔403a贯穿设置于第一支撑部件403的基部与端部的中间位置附近。同样地在第二支撑部件404上，也朝向上方地
并列设置有槽支撑孔404a以及404b两个贯通孔。槽支撑孔404b贯穿设置于第二支撑部件404的端部附近，槽支撑孔404a贯穿设置于第二支撑部件404的基部与端部的中间位置附近。另外，这些设置于第一支撑部件403的槽支撑孔403a、403b和设置于第二支撑部件404的槽支撑孔404a、404b在水平方向上孔形状一致，并且贯穿设置位置一致。
61.槽支撑孔403a、403b、404a以及404b(以下称为“槽支撑孔403a～404b”)形成为供槽300的凸缘部303的一部分嵌入脱离自如。具体来说，槽支撑孔403a～404b是矩形状的贯通孔，其宽度与槽300的凸缘部303的长度ta大致相同，其高度与槽300的凸缘部303的厚度tb大致相同。这些槽支撑孔403a～404b在第一支撑部件403以及第二支撑部件404的各支撑部件上以长边侧成为水平的状态配置。通过将槽300的凸缘部303插入槽支撑孔403a以及404a，或插入槽支撑孔403b、404b，在从光学引擎104到槽300的距离比从光学引擎104到造型台102的距离长的位置，能够将槽300支撑为大致水平。
62.在第一支撑部件403与第二支撑部件404之间，设置有固定棒405a、405b。固定棒405a、405b的轴向长度与槽300的长度lb大致相同。固定棒405a和固定棒405b隔开比槽300的长度la稍宽的间隔而并列地配置。固定棒405a、405b在槽支撑孔403a～404b的周边部，具体来说在隔着槽支撑孔403a～404b与连结棒402a、402b对置的位置，架设于第一支撑部件403和第二支撑部件404。
63.第一支撑部件403和第二支撑部件404上架设固定棒405a、405b的位置，因槽300被支撑的位置而不同。在槽300被槽支撑孔403a、404a(以下称为“第一层槽支撑孔”)支撑的情况下，固定棒405a以及405b以从侧面部302的外侧夹入槽300的容器部分的方式，在槽支撑孔403a、404a的上方架设于第一支撑部件403和第二支撑部件404。另一方面，在槽300被槽支撑孔403b、404b(以下称为“第二层槽支撑孔”)支撑的情况下，固定棒405a以及405b以从侧面部302的外侧夹入槽300的容器部分的方式，在槽支撑孔403b、404b的上方架设于第一支撑部件403和第二支撑部件404。这样，固定棒405a以及405b在更接近槽支撑孔403a～404b的上方的端部的位置架设于第一支撑部件403和第二支撑部件404，由此光造型装置用配件400的刚性提高。此外，在本实施方式中，第一支撑部件403以及第二支撑部件404和固定棒405a、405b在固定棒405a、405b的各自的两端螺纹固定。
64.如图5所示，在造型中尺寸的立体形状物时，槽300的凸缘部303插入第一层槽支撑孔。另一方面，在造型大尺寸的立体形状物时，如图6所示地，槽300的凸缘部303插入第二层槽支撑孔。第一支撑部件403以及第二支撑部件404由挠性材料形成，因此在支撑槽300时，能够通过使第一支撑部件403或第二支撑部件404弯曲来将槽300的凸缘部303夹入地进行支撑。例如，使第一支撑部件403的上端部向外侧扩张，将槽300的凸缘部303穿过槽支撑孔404a。接下来去除施加于第一支撑部件403的上端部的力，并将槽300的凸缘部303穿过槽支撑孔403a，由此能够由第一层槽支撑孔来支撑槽300。
65.通过由第一层槽支撑孔来对支撑槽300，从光学引擎140到槽300的距离变得比从光学引擎104到造型台102的距离长。另外，若由第二层槽支撑孔支撑槽300，则与由第一层槽支撑孔支撑的情况相比，能够使从光学引擎140到槽300的距离更长。
66.在此，以造型大尺寸的立体形状物的情况为例，对通过将本实施方式的光造型装置用配件装配于光造型装置而能够进行比以往更大型的立体形状物的造型的原理进行说明。此外，由于立体形状物大型化，所以如图7以及图8所示，在本实施方式的光造型装置中，
代替标准平台107，在托架106上安装大一圈的扩展平台108。
67.在造型大尺寸的立体形状物的情况下，如图6所示，将槽300的凸缘部303插入第二层槽支撑孔，并且将固定棒405a、405b螺纹固定在第二层槽支撑孔的端部上方。而且，如图7以及图8所示，将光造型装置用配件400的引导部401a以及401b插入槽引导件200，将光造型装置用配件400装配于造型台102。此外，在本实施方式中，第一支撑部件403以及第二支撑部件404由挠性材料形成，因此也能够在将光造型装置用配件400装配于造型台102后将槽300的凸缘部303插入第二层槽支撑孔。
68.在对立体形状物进行造型时，将扩展平台108浸渍于槽300内的光固化性树脂。在扩展平台108已浸渍于槽300内的光固化性树脂的状态下，从光学引擎104射出光。从光学引擎104射出的光经由聚光透镜104a而照射至扩展平台108的底面(造型面)。由此，槽300的底面部301与扩展平台108的造型面之间的光固化性树脂固化。通过使扩展平台108上升预定的间距，新的光固化性树脂流入该已固化的层之下。通过重复这一连串的步骤，如图10所示，造型出立体形状物500。
69.在图11中，与大尺寸的立体形状物500一起示出在标准状态下造型出的小尺寸的立体形状物501。如图11所示，即使光学引擎104的扫描范围相同，在装配光造型装置用配件400进行造型的情况下，与将槽300直接固定于造型台102进行造型的情况相比，能够造型大尺寸的立体形状物。
70.在此以造型大尺寸的立体形状物的情况为例进行了说明，但若使用第一层槽支撑孔，则能够造型与该立体形状物大小不同的立体形状物。如图12所示，在从光学引擎104射出的光线的扫描范围恒定的情况下，立体形状物的大小依赖于从光学引擎104到槽300的距离。若将槽300的凸缘部303插入第一层槽支撑孔，则能够造型中等尺寸的立体形状物、即立体形状物500(大尺寸)与立体形状物501(小尺寸)之间的大小的立体形状物(中等尺寸)。因此，根据本实施方式的光造型装置用配件400，则能够造型大中小三种尺寸的立体形状物。
71.本发明的光造型装置用配件并不限定于上述实施方式。通过设置多个槽支撑孔，能够进行各种尺寸的立体形状物的造型。例如，若使第一支撑部件403以及第二支撑部件404向上方伸长，且在槽支撑孔403b、404b的上方分别设置槽支撑孔，则能够造型比立体形状物500更大的尺寸的立体形状物。
72.上述实施方式中通过将引导部401a、401b和连结棒402a、402b交替地连结来构成基座部。基座部的结构并不限定于本实施方式。例如，也可以通过在四边形状的平板的大致中央贯穿设置开口部来构成基座部。希望开口部的大小基于来自光学引擎104的光线能够通过的开口面积来决定。如果使平板的厚度与槽200的凸缘部303的厚度tb大致相同，使平板的宽度与槽300的凸缘部303的长度tc大致相同，则通过将基座部插入槽引导件200，能够将光造型装置用配件装配于造型台102。
73.支撑单元只要是能够支撑槽的结构即可。例如，也可以由在上下方向上中心部开口的四棱柱构成支撑单元，使其内部尺寸与基座部的开口尺寸大致相同。作为支撑单元，通过这样的结构，也能够通过在四棱柱的上端面载置槽来支撑槽。另外，也可以形成为通过马达驱动使槽沿上下方向上连续移动的结构。简而言之，支撑单元只要是能够将槽支撑在从光扫描部到槽的距离比从光扫描部到造型台的距离长的位置的结构即可。
74.将光造型装置用配件相对于光造型装置的造型台装拆的方法并不限定于本实施
方式的方法，即使用槽引导件200的装拆方法。例如，在光造型装置的造型台为强磁性体金属等的情况下，也可以形成为在基座部的造型面侧设置磁铁，借助该磁铁的力将光造型装置用配件相对于造型台装拆的结构。另外，还可以形成为在造型台形成螺纹孔，通过螺钉与螺纹孔的螺合来将光造型装置用配件相对于造型台装拆的结构。
75.如以上说明的，在将上述实施方式的光造型装置用配件应用于光造型装置的情况下，能够造型多种大小的立体形状物。
76.工业实用性
77.本发明能够作为在对多种大小的立体形状物进行造型的光造型装置上装配的配件应用。