JP3398481B2 - Support formation method in stereolithography - Google Patents
Support formation method in stereolithographyInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光造形法において造形
物本体を造形中に支持するサポートの形成方法に関す
る。特には、造形物のオーバーハング部とのみ接触する
ので、真にサポートが必要な造形物の部位を確実に支持
しつつ、かつ、造形後のサポート除去作業が最少で済む
という利点を有するサポート形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光造形法により造形物を作成する際に、
造形中にその造形物が変形しないよう、造形物を支持す
るサポートを同時に光造形しつつ造形を行う技術があ
る。具体的にどのようなサポートとするかは、造形物の
形状に合わせて個々にサポートを設計して光造形ＣＡＤ
データに付け加える方法（個別設計法）がある。しか
し、よく行われるのは、造形物本体の周囲（あるいは
中）にサポートを形成する領域を光造形装置の専用デー
タ編集システムに対して指示すれば、その領域内に等間
隔で薄肉の格子状のサポートを自動的に形成してしまう
やり方である（格子法）。個別設計法よりも格子法の方
が、サポート設計をしなくてすむので面倒がない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、格子法では、
造形物周囲に、言わばむやみにサポートを立てて造形物
に連結させるので、造形後に造形物からサポートを除去
し、造形物表面を手入れする作業が大変になる。
【０００４】特開平５−３０１２９３号には、この問題
を改善するためのサポート形成方法が提案されている。
この特開平５−３０１２９３号の方法は、造形物表面と
これと接続するサポートとのなす角度がある程度以下と
なる（サポートが造形物表面に沿うようになる）とき
は、そのようなサポートの部分（格子状の薄板の１エレ
メント）を形成しない（光を当てない）ようにする等の
処置を行い、上述の問題の改善を目指すものである。
【０００５】しかし、この特開平５−３０１２９３号の
方法を具体的に光造形装置の専用データ編集システム上
で実現しようとすると、上記角度の計算の量が膨大とな
ってしまい、サポートの設計時間が極めて長くなるのが
新たな問題である。また、サポートの基本に立ち返って
考えれば、サポートが真に必要なのは、造形物がある程
度以上オーバーハングした部分であり、造形物の壁面が
直立しているような部分には、サポートは不要である場
合がほとんどである。しかるに、オーバーハング部分を
選択的に支えることができ、設計も楽なサポートの提案
はなされていなかった。
【０００６】本発明は、造形物のオーバーハング部分を
選択的にサポートでき、造形後のサポート除去作業が楽
な光造形法におけるサポート形成方法を提供することを
目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の光造形法におけるサポート形成方法は、光
造形法により造形物を作成する際に造形物を支持するた
めに、同じく光造形法により形成されるサポートの形成
方法であって；造形物及びサポートは、重力方向軸（Ｚ
軸）及びこのＺ軸と直交する平面上の２軸（Ｘ軸、Ｙ
軸）上の座標によって規定される空間内において、Ｚ軸
方向にある厚みを有するとともにＸＹ平面にてある形状
を有するように形成された単位光硬化層をＺ軸方向に積
層接着しつつ形成され；ＸＹ平面上で造形物とサポート
との間に所定のギャップを持たせつつ単位光硬化層を形
成することを特徴とする。
【０００８】
【作用】ＸＹ平面上で単位光硬化層を形成する際に、造
形物とサポートとの間に所定のギャップを持たせるの
で、造形物の直立面や傾斜面（オーバーハングしていな
い斜面）とサポートとの間にはスキマが開き、サポート
は造形物に連結されない。一方、オーバーハングの角度
がある程度以上になると、造形物の単位光硬化層の端部
は一層下のサポートの単位光硬化層の上部に乗るように
なる。すなわち、ＸＹ平面上では造形物とサポート間に
ギャップがあるのであるが、Ｚ方向で造形物の単位光硬
化層とサポートの単位光硬化層との連結が生じるように
なる。したがって、造形物のオーバーハングした部分が
選択的にサポートされ、それ以外の部位では造形物とサ
ポートとはつながっていない。そのため、造形物とサポ
ートの連結部が最小限となるので、造形後のサポート除
去作業が楽になる。なお、上述のＸＹ座標の替わりに平
面極座標を用いるような光造形システムにおいても、本
発明の方法は有用であることはもちろんである。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１は、
本発明の一実施例に係る光造形法におけるサポート形成
方法により造形された造形物及びサポートの説明図であ
る。（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ断
面図、（Ｃ）は（Ｂ）における部分Ｃの拡大概念図であ
る。
【００１０】図１に示されている造形物１は、断面図
（Ｂ）に示されているように、下部の円柱軸の上に、上
方に向かって徐々に径の拡大する円錐を載せたような形
をしている。この造形物１の周囲には、直交格子状のサ
ポート３が形成されている。本発明のポイントは、
（Ｂ）に示されているように、造形物１上の直立壁１１
や小オーバーハング部１３が、サポート３とは接してお
らず、両者間にスキマ１７があることである。一方、大
オーバーハング部１５とサポート３とは接しており、同
部１５のみが選択的に支持されている。
【００１１】そのようになる仕組について、図１（Ｃ）
を参照しつつ説明する。図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）のＣ
部の拡大概念図である。造形物１は、造形物単位光硬化
層１ａ〜１ｇが積層接着されたものである。また、サポ
ート３はサポート単位光硬化層３ａ〜３ｆが積層接着さ
れたものである。そして、各層、例えばサポート単位光
硬化層３ａと造形物単位光硬化層１ａとの間には、ギャ
ップ（空間）２ａが存在している。このギャップ２ａの
巾はＳ（例えば０．３ｍｍ）であり、単位光硬化層１
ａ、３ａの厚さはｔ（例えば０．１ｍｍ）である。
【００１２】サポート単位光硬化層３ａは、造形物単位
光硬化層１ａを光造形するのと同タイミング（一連の平
面露光タイミング）で造形される。その後、単位光硬化
層３ａ、１ａ上に厚さｔの光硬化樹脂が導入され、次の
単位光硬化層３ｂ、１ｂが造形される。単位光硬化層３
ｂ、１ｂ間にも同様のスキマ２ｂが存在する。このよう
にして、次々に単位光硬化層を積層していく。
【００１３】造形物１の壁面は、上に行くほどオーバー
ハングの度が強くなっているため、造形物単位光硬化層
１ｄに至って、その左下端が、一層下のサポート単位光
硬化層３ｃの右上端と接している。さらに、造形物単位
光硬化層１ｆでは、その左端部下面が、一層下のサポー
ト単位光硬化層３ｅ上に乗っている。このため、造形物
単位光硬化層１ｆとサポート単位光硬化層３ｅとがＺ方
向に接触連結されている。
【００１４】すなわち、オーバーハングの傾斜がＳＩＮ
-1ｔ／ｓを越えた時点から、オーバーハングは、選択的
にサポートとＺ方向に接触して支持されることとなる。
そのため、真にサポートの必要な造形物の部位のみを選
択的にサポートできる。
【００１５】図２は、図１のサポートを光造形するため
の形状データを構築する方法の一例の説明図である。
（Ａ）に示されているように、Ｙ軸に沿う線ａ上でのサ
ポートの形状データ構築方法について説明する。線ａ上
の太い線２３は、同線上におけるサポートの一次単位線
である。すなわち、造形物単位光硬化層２１の一定周囲
部分を含む領域内に格子状に引かれた線の一単位線であ
る。従来のサポートにおいては、このサポート一次単位
線２３から造形物単位光硬化層２１と重なる部分を差し
引いた残りが現実のサポート形状データとなっていた。
【００１６】本実施例においては、サポートと造形物と
の間に適当なギャップを開けるために以下の操作を行
う。まず、線ａからＸ方向に想定ギャップ巾Ｓだけ離れ
た２本の線ｃ、ｂをＹ軸方向に引く。そして、線ｃ、ｂ
上における造形物の形状データ（造形物単位線２５、２
７）を計算する。
【００１７】次に、図２（Ｂ）に示されているように、
線ａ、ｂ、ｃ上における造形物単位線３１、２５、２７
に対して、想定ギャップ幅Ｓを付加するギャップ量分の
オフセットを行う。そして、線Ｃ上のトータルの形状デ
ータ（造形物単位線２７＋キャップオフセット３７、３
７’）、線ａ上のトータルの形状データ、線ｂ上のトー
タルの形状データのＹ軸上の全ての論理和を求める（各
線を線ａ上に重ね合せる）。
【００１８】次に、（Ａ）のサポート一次単位線２３か
ら、（Ｂ）の処理で得られた線ａ、ｂ、ｃ上における造
形物単位線とギャップオフセットとの重ね合せ線を差し
引く。その残りを、図２（Ｃ）に示されているように、
最終のサポート形状データとして再構築する。このよう
にすれば、Ｘ軸上の干渉をも考慮してＹ軸方向ギャップ
オフセットを行ったサポートＣＡＤデートを構築でき
る。
【００１９】以上説明した本発明の方法及び従来の方法
を用いて、パソコン操作用マウスのカバーのモデルを作
成するテストを行った。図３は、テスト造形したマウス
の形を示す図である。（Ａ）は外面の斜視図、（Ｂ）は
底面図である。マウスカバー４１は、薄肉（約２ｍｍ）
の屋根状の形をしており、寸法は、長さ１００ｍｍ、巾
６０ｍｍ、高さ３１ｍｍである。
【００２０】マウスカバー４１の内部４５に、直交格子
状にサポート４７を形成した。この際、ギャップのパラ
メーターとして０．３ｍｍを与え、格子の厚さは０．２
ｍｍとした。光造形には、帝人製機株式会社製の光造形
装置ＳＯＬＩＦＯＲＭを用いた。また、光硬化樹脂はＳ
ＯＭＯＳ３１００を用いた。また、主要な造形データ諸
元は積層ピッチ０．１５ｍｍ、レーザパワー１７０ｍ
Ｗ、スキャンピッチ０．０５０８ｍｍとした。
【００２１】造形終了後、後処理として行われているサ
ポートの取り外し、アルコールによる洗浄、表面仕上げ
を行った。従来技術での後処理時間は２時間１５分であ
ったのに対し、今回実施した例での後処理時間は、１時
間５分であり、後処理工程にかける時間を短縮すること
ができた。また、不必要なサポートの接触が避けられる
ため、表面粗度が従来技術を適用したものと比較し４５
％向上できた。
【００２２】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の光造形法におけるサポート形成方法は以下の効果を発
揮する。
造形時に、造形物の連続する断面の断面形状変化が
小さいとき（オーバーハングが小さい時）は、造形物本
体とサポート間に存在するギャップにより、両者の不必
要な接触が避けられる。
造形物本体からサポートを取り外したあとに造形物
本体に残るサポートの痕跡の量が軽減され、造形物の表
面粗度が向上する。
造形物本体とサポートとは、唯一Ｚ軸方向のみで接
触するため、本体からのサポート分離及び表面手直し作
業を行いやすい。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a support for supporting a molded article body during molding in an optical molding method. In particular, since it comes into contact only with the overhang portion of the modeled object, the support formation has the advantage that it reliably supports the part of the modeled object that really needs support, and the work of removing the support after the model is minimized About the method. 2. Description of the Related Art When a molded object is produced by an optical molding method,
There is a technique for performing modeling while simultaneously performing optical molding on a support for supporting a modeled object so that the modeled object is not deformed during modeling. Specifically, what kind of support should be used is to design the support individually according to the shape of the modeled object,
There is a method (individual design method) to be added to the data. However, it is common that when a region for forming a support around (or inside) the object body is designated to the dedicated data editing system of the optical shaping device, a thin grid-like structure is formed in the region at equal intervals. This is a method that automatically forms the support (grid method). The grid method is less troublesome than the individual design method because it does not require support design. [0003] However, in the grid method,
Since the support is connected to the formed object by setting up the support around the formed object as it is, it is difficult to remove the support from the formed object after the formation and to clean the surface of the formed object. Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-301293 proposes a support forming method for solving this problem.
The method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-301293 has a problem that when the angle between the surface of a modeled object and a support connected to the modeled object becomes a certain degree or less (the support comes along the surface of the modeled object), such a support portion is used. The above-mentioned problem is intended to be improved by performing measures such as not forming (one element of a lattice-shaped thin plate) (not irradiating light). However, if the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-301293 is to be concretely implemented on a dedicated data editing system of an optical shaping apparatus, the amount of calculation of the angle becomes enormous, and the design time of the support becomes large. Is a very new problem. Looking back at the basics of support, what is really needed is the part where the object is overhanging to some extent, and where the wall of the object is upright, no support is needed. In most cases. However, there has been no proposal for a support that can selectively support the overhang portion and that is easy to design. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a support forming method in an optical shaping method which can selectively support an overhang portion of a formed object and can easily perform a support removing operation after the formed object. [0007] In order to solve the above-mentioned problems, a support forming method in a stereolithography method according to the present invention provides a support for forming a molded object by the stereolithography method. A method of forming a support, which is also formed by stereolithography;
Axis) and two axes (X axis, Y axis) on a plane orthogonal to the Z axis.
In the space defined by the coordinates on the (axis), a unit photocurable layer having a certain thickness in the Z-axis direction and a certain shape in the XY plane is formed while being laminated and bonded in the Z-axis direction. Forming a unit photocurable layer while providing a predetermined gap between the modeled object and the support on the XY plane. When forming the unit photocurable layer on the XY plane, a predetermined gap is provided between the modeled object and the support, so that the modeled object has an upright surface or an inclined surface (not overhanging). A gap opens between the slope and the support, and the support is not connected to the object. On the other hand, when the angle of the overhang becomes a certain degree or more, the end of the unit photocurable layer of the modeled object comes on the upper portion of the unit photocurable layer of the lower support. That is, although there is a gap between the modeled object and the support on the XY plane, the connection between the unit photocurable layer of the modeled object and the unit photocurable layer of the support occurs in the Z direction. Therefore, the overhang portion of the modeled object is selectively supported, and the modeled object and the support are not connected at other portions. Therefore, the connecting portion between the modeled object and the support is minimized, and the support removing operation after the modeleding becomes easy. It should be noted that the method of the present invention is of course also useful in a stereolithography system in which planar polar coordinates are used instead of the XY coordinates described above. An embodiment of the present invention will be described below. FIG.
It is an explanatory view of a modeled object and a support formed by a support forming method in an optical forming method according to an embodiment of the present invention. (A) is a perspective view, (B) is a BB cross-sectional view in (A), and (C) is an enlarged conceptual view of a portion C in (B). [0010] As shown in the sectional view (B), the modeled object 1 shown in Fig. 1 has a cone whose diameter gradually increases upward on a lower cylindrical shaft. It is shaped like An orthogonal lattice-shaped support 3 is formed around the object 1. The point of the present invention is
As shown in (B), the upright wall 11 on the modeled object 1
And the small overhang portion 13 is not in contact with the support 3 and there is a gap 17 between the two. On the other hand, the large overhang portion 15 is in contact with the support 3, and only the large portion 15 is selectively supported. FIG. 1 (C) shows a mechanism that becomes such.
This will be described with reference to FIG. FIG. 1 (C) is a view similar to C of FIG. 1 (B).
It is an expansion conceptual diagram of a part. The modeled object 1 is obtained by laminating and bonding the unitary photocurable layers 1a to 1g. The support 3 is formed by laminating and bonding the support unit photocurable layers 3a to 3f. Then, a gap (space) 2a exists between each layer, for example, between the support unit photocurable layer 3a and the modeled object unit photocurable layer 1a. The width of the gap 2a is S (for example, 0.3 mm), and the unit photocurable layer 1
The thicknesses of a and 3a are t (for example, 0.1 mm). The support unit photo-cured layer 3a is formed at the same timing (a series of planar exposure timings) as when the photo-formed object unit photo-cured layer 1a is formed. Thereafter, a photocurable resin having a thickness t is introduced onto the unit photocurable layers 3a, 1a, and the next unit photocurable layers 3b, 1b are formed. Unit light curing layer 3
A similar gap 2b exists between b and 1b. In this way, the unit photo-cured layers are sequentially stacked. [0013] Since the degree of overhang of the wall surface of the modeled object 1 increases as it goes upward, it reaches the modeled unit light-cured layer 1d, and the lower left end of the unitary photocured layer 3c is located below the lower support unit light-cured layer 3c. It touches the upper right corner. Further, the lower surface of the left end portion of the molded article unit photocurable layer 1f lies on the lower support unit photocurable layer 3e. For this reason, the model unit light curing layer 1f and the support unit light curing layer 3e are connected in contact in the Z direction. That is, the inclination of the overhang is SIN
From the point of time exceeding -1 t / s, the overhang is selectively supported in contact with the support in the Z direction.
Therefore, it is possible to selectively support only the part of the modeled object that really needs support. FIG. 2 is an explanatory diagram of an example of a method of constructing shape data for stereolithography of the support of FIG.
A description will be given of a method of constructing support shape data on a line a along the Y-axis as shown in FIG. The thick line 23 on the line a is the primary unit line of the support on the same line. That is, it is a unit line of a line drawn in a lattice shape in a region including a fixed peripheral portion of the shaped object unit photocurable layer 21. In the conventional support, the actual support shape data is the remainder obtained by subtracting the portion of the support primary unit line 23 that overlaps with the molded object unit photocurable layer 21. In this embodiment, the following operation is performed to make an appropriate gap between the support and the object. First, two lines c and b separated from the line a by the assumed gap width S in the X direction are drawn in the Y axis direction. And lines c and b
The shape data of the modeled object (modeled unit line 25, 2
7) is calculated. Next, as shown in FIG.
Modeling object unit lines 31, 25, 27 on lines a, b, c
, An offset corresponding to the gap amount for adding the assumed gap width S is performed. Then, the total shape data on the line C (modeled object unit line 27 + cap offset 37,3
7 '), the logical sum of all the shape data on the line a and the total shape data on the line b on the Y axis is obtained (each line is superimposed on the line a). Next, from the support primary unit line 23 in (A), a superimposition line of the unit line and the gap offset on the lines a, b, and c obtained in the process (B) is subtracted. The rest is, as shown in FIG.
Reconstruct as final support shape data. In this way, a support CAD date in which a gap offset in the Y-axis direction is performed in consideration of interference on the X-axis can be constructed. Using the above-described method of the present invention and the conventional method, a test for creating a model of a cover of a mouse for operating a personal computer was performed. FIG. 3 is a diagram showing the shape of a mouse formed by test molding. (A) is a perspective view of the outer surface, and (B) is a bottom view. The mouse cover 41 is thin (about 2 mm)
The dimensions are 100 mm in length, 60 mm in width, and 31 mm in height. A support 47 is formed inside the mouse cover 41 in an orthogonal lattice. At this time, 0.3 mm was given as a parameter of the gap, and the thickness of the grid was 0.2 mm.
mm. For the stereolithography, a stereolithography device SOLIFORM manufactured by Teijin Seiki Co., Ltd. was used. The photocurable resin is S
OMOS 3100 was used. In addition, the main modeling data specifications are: 0.15mm lamination pitch, 170m laser power
W, the scan pitch was 0.0508 mm. After the completion of modeling, the support, which was performed as a post-treatment, was removed, washed with alcohol, and surface-finished. While the post-processing time in the prior art was 2 hours 15 minutes, the post-processing time in this embodiment and examples, 1:00
The time was 5 minutes , and the time required for the post-treatment step could be reduced. In addition, since unnecessary contact of the support is avoided, the surface roughness is lower than that obtained by applying the conventional technique.
% Improved. As is clear from the above description, the support forming method in the stereolithography according to the present invention exhibits the following effects. At the time of modeling, when the cross-sectional shape change of the continuous cross section of the modeled object is small (when the overhang is small), unnecessary contact between the modeled object main body and the support can be avoided by the gap existing between the two. The amount of traces of the support remaining on the modeled object main body after the support is removed from the modeled object main body is reduced, and the surface roughness of the modeled object is improved. Since the modeled object main body and the support contact only in the Z-axis direction only, the support can be easily separated from the main body and the surface repair work can be easily performed.
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るサポート形成方法によ
り造形された造形物及びサポートの説明図である。
（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面
図、（Ｃ）は（Ｂ）における部分Ｃの拡大概念図であ
る。
【図２】図１のサポートを光造形するための形状データ
を構築する方法の一例の説明図である。
【図３】テスト造形したマウスの形を示す図である。
（Ａ）は外面の斜視図、（Ｂ）は底面図である。
【符号の説明】
１ 造形物 ３ サポート
１１ 直立壁 １３ 小オーバー
ハング部
１５ 大オーバーハング部 １７ スキマ
１ａ〜ｇ 造形物単位光硬化層 ２ａ〜ｆ ギャッ
プ
３ａ〜ｆ サポート単位光硬化層 ２１ 造形物単位
光硬化層
２３ サポート一次単位線 ２５ 造形物単位
線
２７ 造形物単位線 ３１ 造形物単位
線
３３ ギャップオフセット ３５ ギャップオ
フセット
３７ ギャップオフセット ３９ サポート最
終単位線
４１ マウスカバー ４３ 側壁
４５ 内部 ４７ サポートBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory view of a modeled object and a support formed by a support forming method according to an embodiment of the present invention.
(A) is a perspective view, (B) is a BB cross-sectional view in (A), and (C) is an enlarged conceptual view of a portion C in (B). FIG. 2 is an explanatory diagram of an example of a method of constructing shape data for stereolithography of the support of FIG. 1; FIG. 3 is a diagram showing the shape of a test-molded mouse.
(A) is a perspective view of the outer surface, and (B) is a bottom view. [Description of Signs] 1 Modeled object 3 Support 11 Upright wall 13 Small overhang portion 15 Large overhang portion 17 Skimmer 1a-g Modeled object unit photocurable layer 2a-f Gap 3a-f Support unit photocured layer 21 Modeled object unit Light curing layer 23 Support primary unit line 25 Model unit line 27 Model unit line 31 Model unit line 33 Gap offset 35 Gap offset 37 Gap offset 39 Last support unit line 41 Mouse cover 43 Side wall 45 Inside 47 Support
Claims (1)
形物を支持するために、同じく光造形法により形成され
るサポートの形成方法であって；造形物及びサポート
は、重力方向軸（Ｚ軸）及びこのＺ軸と直交する平面上
の２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）上の座標によって規定される空間
内において、Ｚ軸方向にある厚みを有するとともにＸＹ
平面にてある形状を有するように形成された単位光硬化
層をＺ軸方向に積層接着しつつ形成され；ＸＹ平面上で
造形物とサポートとの間に所定のギャップを持たせつつ
単位光硬化層を形成することを特徴とする光造形法にお
けるサポート形成方法。(57) [Claims 1] A method of forming a support which is also formed by a stereolithography method to support the molded article when the molded article is formed by the stereolithography method; The object and the support have a thickness in the Z-axis direction in a space defined by a gravity direction axis (Z-axis) and coordinates on two axes (X-axis, Y-axis) on a plane orthogonal to the Z-axis. With XY
A unit photo-curing layer formed to have a certain shape on a plane is formed by laminating and bonding in the Z-axis direction; a unit photo-curing while a predetermined gap is provided between the modeled object and the support on the XY plane A support forming method in stereolithography, comprising forming a layer.
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