立体形状模型の光造形法の開発に関する研究

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03555022
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 斎藤 勝政 北海道大学, 工学部, 教授 (40001169)
• 研究分担者: 丸谷 洋二 大阪産業大学, 工学部, 教授 (90239153) ; 楢原 弘之 北海道大学, 工学部, 助手 (80208082)
• キーワード: 模型 / 木型 / 立体形状 / 光硬化樹脂 / フォト・リソグラフィ / 光造形 / ラピッド・プロトタイピング / モックアップ

研究概要

平成4年度においては以下の3点を本研究の基本研究項目として試験研究を行った.
1.硬化点列による立体形状模型の造形性の検討
重ね照射による硬化深さと面粗さがデフォーカスビームによりどう影響されるかの検討の実験した.その結果、重ね照射のハッチ間隔hsとレーザビーム半径wの比hs/Wに対する硬化深さは、フォーーカス位置から離れるに従い硬化深さは小さくなり、また重なりの割合hs/Wが小さいほど深く硬化するという結果が得られた.面粗さに関してはhs/Wを小さくすればするほど面粗さは良くなるという数学的予測とは異なり、hs/Wの小さいところでは逆に面粗さが大きくなるという結果が得られた.
2.計算機内の形状データから硬化点軌跡を立体的に生成するための自動プログラミングシステムの開発
3次元モデルから算出された各断面は輪郭データとしてシステムに渡される.各断面を硬化させるためにはレーザスポットを走査することで直線に硬化し、硬化直線から等ピッチ平行に隔てて走査を繰り返すことで1次元の硬化から2次元の平面硬化が実現される.輪郭データ形状の内部を塗り潰すことで、各断面に対応した形状に硬化させることができる.
輪郭内を塗りつぶすためのレーザ軌跡データは、造形ひずみを低減するような照射パターンを用いながら実現されれば、高精度な模型が造形可能となる.その目的を実現するため各断面形状に対して、内外領域を判定して、照射基本パターンに従い、レーザ照射経路を自動的に生成するシステムを開発した.
3.立体形状模型の形状と表面精度の評価システムの構築
非接触デジタイジングシステムとの結合により光造形模型を含む意匠形状を計算機内に取込みデータ化して再び光造形模型として再構築可能なシステムを開発した.またこのシステムに対し更に発展させた、計算機内に取り込まれたデータを統計的処理により形状精度を評価するシステムへと構築中である.

研究成果

• [文献書誌] K.Saito: "Present Status and Future Trends of Rapid Prototyping in JAPAN" Proceeding of 2nd International Conference on Rapid Prototyping.2. 219-220 (1991)
• [文献書誌] K.Saito: "Non-Contact 3D digitizing and machining system for free-form surfaces." CIRP Annals. 40. 483-486 (1991)
• [文献書誌] 楢原 弘之他3名: "工具先端部不動点を有する5軸曲面仕上工具の研究" 精密工学会誌. 57. 63-68 (1991)
• [文献書誌] H.Narahara,et al: "Fundamental Analysis of single layer created by Three Dimensional Proto Fabrication." Proceeding of 3rd Conference on Rapid Prototyping. 3. 113-120 (1992)
• [文献書誌] 楢原 弘之他2名: "デジタイジングシステムを基にした光造形法による3次元立体構築" 型技術. 5. 108-109 (1992)
• [文献書誌] 斎藤 勝政: "ラピッドプロトタイピング(光造形法)による型・模型の創成加工技術" CIM JAPAN′92 Proceeding. 3. 146-153 (1992)
• [文献書誌] 丸谷 洋二他4名: "光造形法ーレーザーによる3次元プロッター" 日刊工業新聞社, 149 (1990)
• [文献書誌] 斎藤 勝政他3名: "工作機械ー要素と制御ー" コロナ社, 274 (1992)