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公開番号2025041192
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-26
出願番号2023148335
出願日2023-09-13
発明の名称3次元造形装置
出願人株式会社SCREENホールディングス
代理人個人,個人,個人
主分類B29C 64/393 20170101AFI20250318BHJP(プラスチックの加工;可塑状態の物質の加工一般)
要約【課題】造形物を精度良く形成する。
【解決手段】3次元造形装置1は、材料保持部3と、光学ヘッド2と、制御部5とを備える。制御部5による制御は、第1描画モードと、第2描画モードとの間で切り替え可能である。第1描画モードでは、描画対象層92において設計データにて描画が指示されている描画領域の各位置に対して、光ビームの走査が1回のみ行われる。第2描画モードでは、光ビームの1回の走査において描画領域の各位置に対して付与される光量が第1描画モードよりも小さい状態で、描画領域の各位置に対して光ビームの走査が複数回行われる。これにより、造形物を精度良く形成することができる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
３次元造形装置であって、
粉末状の造形材料を保持するステージ、および、前記ステージ上に前記造形材料を供給する材料供給部を有する材料保持部と、
前記ステージ上に保持された前記造形材料上にて光ビームを変調しつつ走査する光学ヘッドと、
造形物の設計データに基づいて前記材料保持部および前記光学ヘッドを制御することにより、前記ステージ上に前記造形材料を供給し、供給された前記造形材料の表層である描画対象層上にて、前記光ビームを走査して、光が照射された領域の造形材料を溶融させてパターンを描画することを繰り返させる制御部と、
を備え、
前記制御部による制御は、
前記描画対象層において前記設計データにて描画が指示されている描画領域の各位置に対して、前記光ビームの走査が１回のみ行われる第１描画モードと、
前記光ビームの１回の走査において前記描画領域の各位置に対して付与される光量が前記第１描画モードよりも小さい状態で、前記描画領域の各位置に対して前記光ビームの走査が複数回行われる第２描画モードと、
の間で切り替え可能である３次元造形装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
請求項１に記載の３次元造形装置であって、
前記設計データにて描画が指示されていない非描画領域が、所定の閾値以下の幅を有する狭小非描画領域を含む場合、前記制御部により前記第２描画モードが選択される３次元造形装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の３次元造形装置であって、
前記第２描画モードにおける前記光ビームの光強度は、前記第１描画モードにおける前記光ビームの光強度と同じであり、
前記第２描画モードにおける前記光ビームの走査速度は、前記第１描画モードにおける前記光ビームの走査速度よりも大きい３次元造形装置。
【請求項４】
請求項３に記載の３次元造形装置であって、
前記第２描画モードにおける前記描画領域の各位置に対する前記光ビームの走査回数は２回であり、
前記第２描画モードにおける前記光ビームの走査速度は、前記第１描画モードにおける前記光ビームの走査速度の２倍である３次元造形装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の３次元造形装置であって、
前記第２描画モードにおける前記光ビームの走査速度は、前記第１描画モードにおける前記光ビームの走査速度と同じであり、
前記第２描画モードにおける前記光ビームの光強度は、前記第１描画モードにおける前記光ビームの光強度よりも小さい３次元造形装置。
【請求項６】
請求項１または２に記載の３次元造形装置であって、
前記第２描画モードにおける前記描画領域の各位置に対する前記光ビームの走査回数は２回であり、
前記第２描画モードにおける１回目の前記光ビームの走査にて前記描画領域の各位置に付与される光量は、前記第２描画モードにおける２回目の前記光ビームの走査にて前記描画領域の各位置に付与される光量と同じである３次元造形装置。
【請求項７】
請求項１または２に記載の３次元造形装置であって、
前記第２描画モードにおける前記描画領域の各位置に対する前記光ビームの走査回数は２回であり、
前記第２描画モードにおける１回目の前記光ビームの走査にて前記描画領域の各位置に付与される光量は、前記第２描画モードにおける２回目の前記光ビームの走査にて前記描画領域の各位置に付与される光量よりも大きい３次元造形装置。
【請求項８】
請求項１または２に記載の３次元造形装置であって、
前記光ビームは、所定の配列方向に直線状に配列された複数の光スポットにより構成されるマルチスポットビームであり、
前記マルチスポットビームは、前記配列方向に対して傾斜する所定の走査方向に走査される３次元造形装置。
【請求項９】
請求項１または２に記載の３次元造形装置であって、
前記ステージ上の前記造形材料の上面における温度分布を測定する温度測定部をさらに備え、
前記制御部は、前記温度測定部により測定された温度分布に基づいて、前記第２描画モードにおける前記光ビームの光強度または走査速度を調節する３次元造形装置。
【請求項１０】
請求項１または２に記載の３次元造形装置であって、
前記造形材料は樹脂材料である３次元造形装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元造形装置に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、樹脂粉末や金属粉末等の造形材料に変調されたレーザ光を照射することにより造形材料を溶融させ、その後固化させることにより３次元造形を行うＳＬＳ（Selective Laser Sintering）式の３次元造形装置が使用されている。
【０００３】
例えば、粉末床方式の３次元造形装置では、構築プラットフォーム上に樹脂粉末を薄く層状に敷き詰め、当該樹脂粉末の層上においてレーザ光をガルバノミラー等で走査することにより、レーザ光の照射領域の粉末樹脂を溶融させる。そして、当該動作を繰り返し、溶融した樹脂粉末を積層して固化させることにより造形物が作成される。粉末床方式の３次元造形装置では、一般的に、構築プラットフォーム上の樹脂粉末を、当該樹脂粉末の融点よりも数℃～十数℃低い所定の予熱温度まで加熱し、当該予熱温度にて維持されている樹脂粉末にレーザ光が照射される（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特表２０２１－５０９０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、構築プラットフォーム上の樹脂粉末の層では、レーザ光の照射領域（すなわち、描画領域）の温度は上昇し、描画領域の周囲の非描画領域へと熱拡散が生じる。また、描画領域と非描画領域との境界近傍ではレーザ光の光量は漸次変化するため、非描画領域の端部における光量は０ではない。このため、２つの描画領域に挟まれた細い非描画領域等では、描画領域からの熱拡散および描画領域の端部光量の影響により、意図に反する樹脂粉末の溶融が生じ、造形物の寸法精度が低下するおそれがある。
【０００６】
また、構築プラットフォームにおいて、パターンが描画された樹脂粉末の層（以下、「既描画層」とも呼ぶ。）上に新たな樹脂粉末が供給された場合、新たな樹脂粉末の層では、既描画層の描画領域および周囲の領域の直上の温度が、所定の予熱温度よりも高くなることがある。したがって、新たな樹脂粉末の層において当該描画領域の直上にレーザ光を照射した場合、レーザ光の照射領域の周囲において、意図に反する樹脂粉末の溶融が生じるおそれがある。特に、上述のように、２つの描画領域に挟まれた細い非描画領域では、意図に反する樹脂粉末の溶融が生じる可能性が高くなる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、造形物を精度良く形成することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の態様１は、３次元造形装置であって、粉末状の造形材料を保持するステージ、および、前記ステージ上に前記造形材料を供給する材料供給部を有する材料保持部と、前記ステージ上に保持された前記造形材料上にて光ビームを変調しつつ走査する光学ヘッドと、造形物の設計データに基づいて前記材料保持部および前記光学ヘッドを制御することにより、前記ステージ上に前記造形材料を供給し、供給された前記造形材料の表層である描画対象層上にて、前記光ビームを走査して、光が照射された領域の造形材料を溶融させてパターンを描画することを繰り返させる制御部と、を備える。前記制御部による制御は、前記描画対象層において前記設計データにて描画が指示されている描画領域の各位置に対して、前記光ビームの走査が１回のみ行われる第１描画モードと、前記光ビームの１回の走査において前記描画領域の各位置に対して付与される光量が前記第１描画モードよりも小さい状態で、前記描画領域の各位置に対して前記光ビームの走査が複数回行われる第２描画モードと、の間で切り替え可能である。
【０００９】
本発明の態様２は、態様１の３次元造形装置であって、前記設計データにて描画が指示されていない非描画領域が、所定の閾値以下の幅を有する狭小非描画領域を含む場合、前記制御部により前記第２描画モードが選択される。
【００１０】
本発明の態様３は、態様１または２の３次元造形装置であって、前記第２描画モードにおける前記光ビームの光強度は、前記第１描画モードにおける前記光ビームの光強度と同じである。前記第２描画モードにおける前記光ビームの走査速度は、前記第１描画モードにおける前記光ビームの走査速度よりも大きい。
（【００１１】以降は省略されています）

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