光造形について

樹脂層に入った紫外線硬化型樹脂の液面に紫外線レーザーをあてて一層ずつ硬化させ、重ね合わせていく方法が光造形になります。 レーザーパワーを変動させ、50μmから250μmまで積層ピッチを変動する事ができます。 現在では、「３Dプリンター」や「ナイロン粉末造形」、「金属粉末造形」なども光造形と呼ぶことがあり、広い意味を持つ言葉になりました。

一般的にはプロダクトモデル等の形状確認に使われることが多く、設計後のデータをいただき、形状・嵌合確認の為、使用されます。
デザイン関係でも使用される事が多く、ラフスケッチやポンチ絵等をデータ化して「形」にする事により、持った時の感触、重量感など、 頭の中で描いたイメージのみでは確認できないポイントを手にとって確認する事ができます。
二次的な利用方法としては、シリコン型による真空注型のマスターに使われることが多く、積層法により表面に残る段差を必要に応じてサフェーサー等を使用して仕上げを行ない、 そのモデルを型どりして複製を作成していきます。

光造形をおこなうにはSTL（STereo Lithography）データが必要です。最近のCADシステムには標準的にSTL出力機能が搭載されております。 ただ、CADシステム毎にパラメーターの名称や、与える数値の概念が違い、同じデータを出力しても表面形状に差が生じる場合があります。 中間フォーマット（igs・stp・x_t等）をいただき、STL化をおこなう事は可能ですが、ソリッドデータが必要となります。

自由液面型の光造形装置は、小型装ではXYZの寸法が250～300mm程度、中型装置では500～600mm程度、大型装置では1000mm程度（Zは500mm程度）です。

【メリット】

光造形は積層法により短時間で一体成形できる事が最大のメリットです。切削などでは分割、接着を行わなければできない形状も、一体で造形する事により精度と密閉性が確保されます。 マニホールド・流路モデル等、可視化が必要なモデルにも適しています。

液体樹脂を一層ずつレーザーで硬化させていく為、刃物による加工で生じる「角R（円柱形工具の半径）」は発生しません。その為、コネクタで多い微細な深穴等を造形し、アッセンブリをする事可能です。

【デメリット】

光造形樹脂はABS材などと比較し樹脂単価が高価な為、重量があるモデルについては高価になります。 積層時は微小なレーザーで硬化させる為、大面積を硬化させるには時間がかかってしまいます。 重量物の場合は、造形樹脂が高価な分と、大面積を硬化する時間、両方が加算される為、価格が高騰してしまいます。

光造形材料はエポキシのみになります。ABSやアクリルはありません。汎用量産材料で造形をおこなう事ができない為、強度、透明度などは再現できません。 真空注型による複製をおこなってもウレタンになる為、量産材料での試作は行えません。

光造形は液体樹脂をレーザーにより１断面ずつ硬化をさせていきます。断面積により樹脂の収縮に差がでる為、一概に精度保証はできません。 材質等でも精度は異なります。目安としては汎用機で100mmに対して±0.15mm程度といわれています。連続波長の低出力型レーザーを使用する微細モデル専用機では、±0.1mm以下の精度追求が可能です。

JMCがおこなう光造形（自由液面型）の積層ピッチは、0.05mm～0.25mmまで0.05mmピッチで可変が可能です。 積層ピッチを大きくする事により造形費用を安価にする事が可能です。お客様のご予算、用途、要求精度に応じて最適な積層ピッチをご提案します。

光造形でダイレクトにラバーライクモデルを造形します。真空注型では反転が困難なモデル（ウェザーストリップ）や、真空注型では納期対応ができないモデルに適しています。 右図については医療用CTデータからラバーライク樹脂でダイレクト造形した小児心臓モデルです。切削や注型などでは表現する事ができない右心房・左心房等の内部空洞が表現できています。

光造形モデルへの着色方法は塗装が一般的です。塗膜の厚みによる寸法誤差が気になる場合は染色をおこないます。 塗装のような色調整はできませんが、原色に近い単純な色であれば染色可能です。コネクタなどの精度要求が高いモデルに良く使われます。

一般的に光造形の価格については、造形時間☓単価が基本となり、樹脂・データ処理・仕上げ・発送費用等が加算されていきます。 ほとんどのメーカーが光造形の樹脂は１キロ、20,000～25,000円程度となっています。

CTデータ（医療用画像データ）をコンバートし、STLデータを作成します。患者様のCT/MRIのデータを直接コンバートするので、患者様ごとの実物に限りなく近い形状を製作することができます。インプラントやステント、矯正器具など患者様ごとにカスタマイズされた医療器具のデザイン・設計が可能です。

光造形を利用する事によりコネクタモデルの作成が可能です。レーザーで硬化する事により端子を圧入する角穴が「ピン角」に近い状態で造形可能です。微細モデル機で造形を行なう事により、基板との組合せや端子の圧入など、高精度なコネクタ試作が可能になります。

建築デザイナー永山祐子様の光造形によるアート作品に協賛させていただきました。 ラフスケッチからCADデータを作成し、内部に様々なキャラクターを埋め込み、透明感ふれる作品に仕上げる事ができました。

光造形モデルに蒸着メッキ、クロムメッキをかける事ができます。塗装では表現できない塗装ならではの輝きと風合いを持たせる事が可能です。 アミューズメントや車両関係によく用いられます。