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JP2007021993A - Micromachine component, method for manufacturing micromachine component, and method for manufacturing mold for micromachine component - Google Patents

Micromachine component, method for manufacturing micromachine component, and method for manufacturing mold for micromachine component Download PDF

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JP2007021993A
JP2007021993A JP2005210155A JP2005210155A JP2007021993A JP 2007021993 A JP2007021993 A JP 2007021993A JP 2005210155 A JP2005210155 A JP 2005210155A JP 2005210155 A JP2005210155 A JP 2005210155A JP 2007021993 A JP2007021993 A JP 2007021993A
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Japan
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manufacturing
mold
component
micromachine
photocurable resin
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Application number
JP2005210155A
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Japanese (ja)
Inventor
Munehiro Mitsui
宗洋 三井
Kimitaka Morohoshi
公貴 諸星
Toshio Teramoto
俊夫 寺本
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JSR Corp
Original Assignee
JSR Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】 複雑な三次元形状、特に、オーバーハング部を有する三次元構造、を有するマイクロ機械部品を精度良く、簡便かつ迅速に形成することができる製造方法を提供すること。
【解決手段】 本発明に係るマイクロ機械部品等の製造方法は、投影領域を単位として一括露光を繰り返すことにより、光硬化性樹脂液に選択的に光を照射して硬化樹脂層を形成し、該硬化樹脂層を順次積層して三次元形状を形成するものである。本発明は、マイクロ機械部品等の構造が、オーバーハング部を有する複雑な三次元構造である場合に、特に有効である。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method capable of forming a micromechanical component having a complicated three-dimensional shape, in particular, a three-dimensional structure having an overhang portion, accurately and simply.
A method of manufacturing a micromechanical component or the like according to the present invention forms a cured resin layer by selectively irradiating light to a photocurable resin liquid by repeating collective exposure in units of projection areas. The cured resin layers are sequentially laminated to form a three-dimensional shape. The present invention is particularly effective when the structure of a micromechanical component or the like is a complicated three-dimensional structure having an overhang portion.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、光硬化性樹脂液に選択的に光を照射して硬化樹脂層を形成し、該硬化樹脂層を順次積層して三次元構造を形成することを特徴とするマイクロ機械部品の製造方法、マイクロ機械部品用型の製造方法、及び当該マイクロ機械部品用型により製造されたマイクロ機械部品に関する。   The present invention provides a micromechanical component manufacturing method in which a photocurable resin liquid is selectively irradiated with light to form a cured resin layer, and the cured resin layer is sequentially laminated to form a three-dimensional structure. The present invention relates to a method, a method of manufacturing a mold for a micro machine component, and a micro machine component manufactured by the mold for the micro machine component.

近年においては、携帯端末等に代表される各種電子機器や各種装置において、小型軽量化、高性能化が強く求められている。このため、電子機器等に用いられるネジ、歯車、モータのハウジング、バネ等の機械部品の微小化のニーズが高まっている。なお、本明細書にいう微小サイズの機械部品(以下、「マイクロ機械部品」という)とは、マイクロメーター(μm)オーダの解像度が要求されるものをいうものとする。また、マイクロ機械部品が用いられる用途としては、各種電子機器や各種装置に用いられるものに限られず、各種構造物全般に適用されるものを含むものとする。   In recent years, various electronic devices and various devices typified by portable terminals and the like have been strongly demanded to be small and light and to have high performance. For this reason, there is an increasing need for miniaturization of mechanical parts such as screws, gears, motor housings, and springs used in electronic devices. Note that a micro-sized mechanical component (hereinafter referred to as “micro-mechanical component”) in the present specification refers to a component that requires a micrometer (μm) order resolution. In addition, the use of the micro mechanical component is not limited to that used in various electronic devices and various apparatuses, but includes those applied to various structures in general.

機械部品の製造方法としては、従来、金属材料等を切削する切削加工法が用いられてきた。また、機械部品を微小化する技術として、リソグラフィー技術をベースとした二次元的構造物の製造方法の研究が精力的に成されてきた。リソグラフィー技術において、犠牲層を設ける中間工程を採用することにより、オーバーハング部を有する構造を形成する技術も提案されている(特許文献1及び2)。三次元的な機械部品を加工する方法としては、X線リソグラフィー(非特許文献1)、放電加工(非特許文献2)などの方法が提案されている。また、半導体プロセスを用いて構造体の各断面形状をドナー基板上に一括作製し、常温接合法を用いてターゲット基板に転写積層する積層造形法が提案されている(特許文献3)。また、光硬化造形方法(以下、単に「光造形方法」という)(非特許文献3)も提案されている。   Conventionally, a cutting method for cutting a metal material or the like has been used as a method for manufacturing a machine part. In addition, as a technique for miniaturizing mechanical parts, research on a method for manufacturing a two-dimensional structure based on a lithography technique has been energetically performed. In the lithography technique, a technique for forming a structure having an overhang portion by adopting an intermediate step of providing a sacrificial layer has also been proposed (Patent Documents 1 and 2). As a method of processing a three-dimensional mechanical component, methods such as X-ray lithography (Non-patent Document 1) and electric discharge machining (Non-Patent Document 2) have been proposed. In addition, a layered manufacturing method has been proposed in which each cross-sectional shape of a structure is batch-produced on a donor substrate using a semiconductor process and transferred and laminated on a target substrate using a room temperature bonding method (Patent Document 3). Further, a photo-curing modeling method (hereinafter simply referred to as “optical modeling method”) (Non-Patent Document 3) has also been proposed.

光造形方法は、造形しようとする立体モデルを複数の層にスライスして得られる断面群のデータに基づいて造形する。通常、最初に最下段の断面に相当する領域において、光硬化性樹脂液の液面に光線を照射する。すると、光照射された液面部分の光硬化性樹脂液が光硬化し、立体モデルの一断面の硬化樹脂層が造形される。次いで、この硬化樹脂層の表面に未硬化状態の光硬化性樹脂液を所定の厚みでコートする。このとき、硬化樹脂層を所定の厚み分だけ、樹脂槽に満たされた光硬化性樹脂液に沈めてコートすることが一般的である。また、比較的少量の光硬化性樹脂を一層の硬化樹脂層を形成する毎にリコータにより全面に塗布することも行われる。そして、この表面に所定パターンに沿ってレーザ光線走査を行ない、光照射したコート層部分を硬化させる。硬化した部分は、下部の硬化樹脂層に積層一体化される。以後、光照射工程で扱う断面を隣接する断面に切り替えながら、光照射と光硬化性樹脂液のコートを繰り返すことによって、所望の立体モデルを造形する(特許文献4及び特許文献5参照)。光造形方法は、CADデータに基づき、オーバーハング部を有する三次元構造を簡便かつ迅速に形成することのできる技術である。
International Micromechanism Symposium IFToMM,June, W.Menz 1993 106頁 IEEE MEMS−90 Workshop T.Masaki 1990 21〜26頁 IEEE MEMS−94 Workshop T.Takagi 1994 211〜216頁 特開2004−69733号公報 特開2004−9183号公報 特開平10−305488号公報 特開昭56−144478号公報 特開昭62−35966号公報
An optical modeling method models based on the data of the cross-section group obtained by slicing the three-dimensional model to be modeled into a plurality of layers. Usually, light is first applied to the surface of the photocurable resin liquid in a region corresponding to the lowermost cross section. Then, the photocurable resin liquid on the liquid surface portion irradiated with light is photocured, and a cured resin layer of one cross section of the three-dimensional model is formed. Next, an uncured photocurable resin liquid is coated on the surface of the cured resin layer with a predetermined thickness. At this time, it is common to coat the cured resin layer by immersing it in a photocurable resin liquid filled in the resin tank by a predetermined thickness. In addition, a relatively small amount of a photocurable resin is applied to the entire surface by a recoater every time one cured resin layer is formed. Then, laser beam scanning is performed on the surface along a predetermined pattern, and the coat layer portion irradiated with light is cured. The cured portion is laminated and integrated with the lower cured resin layer. Thereafter, a desired three-dimensional model is formed by repeating light irradiation and coating with a photocurable resin liquid while switching the cross section handled in the light irradiation process to an adjacent cross section (see Patent Document 4 and Patent Document 5). The stereolithography method is a technique that can easily and quickly form a three-dimensional structure having an overhang portion based on CAD data.
International Micromechanism Symposium IFToMM, June, W.M. Menz 1993, page 106 IEEE MEMS-90 Worksshop T.E. Masaki 1990, pp. 21-26 IEEE MEMS-94 Workshop T.E. Takagi 1994, pages 211-216 JP 2004-69733 A JP 2004-9183 A JP-A-10-305488 JP 56-144478 A JP-A-62-35966

マイクロ機械部品の製造に際して、リソグラフィー技術を用いる場合には、原則としてオーバーハング部を有しない構造に限定されるため、三次元構造からなるマイクロ機械部品を製造することは困難であった。また、犠牲層を形成する中間工程を採用して、三次元構造を形成した場合には、犠牲層を除去する工程が別途必要であるため、製造工程が複雑になり、製造時に長時間を要する等の問題があった。また、X線リソグラフィー技術を用いる場合には、装置が大がかりであるという問題点に加え、被加工材料としてX線レジストに限定されてしまうという問題点があった。また、放電加工においては、非導電材料の加工ができないという問題点があった。また、切削、研削等の方法は、微細加工工具等が必要であるという問題点の他、内部に空間を持つ機械部品の製造ができないという問題点があった。   When a micromechanical component is manufactured, when a lithography technique is used, the micromechanical component having a three-dimensional structure is difficult to manufacture because it is generally limited to a structure having no overhang portion. In addition, when a three-dimensional structure is formed by employing an intermediate process for forming a sacrificial layer, a separate process for removing the sacrificial layer is required, which complicates the manufacturing process and requires a long time for manufacturing. There was a problem such as. In addition, when the X-ray lithography technique is used, there is a problem that the apparatus is limited to an X-ray resist in addition to the problem that the apparatus is large. Further, in the electric discharge machining, there is a problem that the non-conductive material cannot be machined. Further, the methods such as cutting and grinding have a problem that a machine part having a space inside cannot be manufactured in addition to a problem that a fine processing tool or the like is required.

また、上記特許文献1に記載の積層造形法は、機械部品の各断面形状のそれぞれをドナー基板上に作製し、これらを精密に位置あわせをする工程を設ける必要があるため、製造工程が複雑になるという問題があった。さらに、従来の光造形方法では、造形物の解像度を上げることが困難であり、典型的な解像度は、数十μmであって、より高解像度を要するマイクロ機械部品の製造に用いることは困難であった。   In addition, the additive manufacturing method described in Patent Document 1 requires that a manufacturing process is complicated because it is necessary to provide each of the cross-sectional shapes of mechanical parts on a donor substrate and to precisely align them. There was a problem of becoming. Furthermore, it is difficult to increase the resolution of a modeled object by the conventional stereolithography method, and the typical resolution is several tens of μm, and it is difficult to use it for manufacturing a micromachine part that requires higher resolution. there were.

本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複雑な3次元構造の形成が可能であって、精度良く、簡便かつ迅速に形成することができるマイクロ機械部品の製造方法を提供することである。   The present invention has been made in view of the above-described background, and an object of the present invention is to form a micro three-dimensional structure that is capable of forming a complicated three-dimensional structure and can be formed easily and quickly with high accuracy. It is to provide a manufacturing method.

本発明に係るマイクロ機械部品等の製造方法は、投影領域を単位として一括露光を繰り返すことにより、光硬化性樹脂液に選択的に光を照射して硬化樹脂層を形成し、該硬化樹脂層を順次積層して三次元構造を形成するものである。本発明は、マイクロ機械部品等の構造が、オーバーハング部を有する複雑な三次元構造である場合に、特に有効である。   The method for manufacturing a micromechanical component or the like according to the present invention includes forming a cured resin layer by selectively irradiating light to a photocurable resin liquid by repeating collective exposure in units of projection areas, and the cured resin layer. Are sequentially laminated to form a three-dimensional structure. The present invention is particularly effective when the structure of a micromechanical component or the like is a complicated three-dimensional structure having an overhang portion.

ここで、前記投影領域の面積が100mm以下の場合に、本発明に係る光造形方法を用いれば、より精度良く光学部品等を形成することができる。
同様に、前記硬化樹脂層の1層の厚さは10μm以下の場合に、本発明に係る光造形方法を用いれば、より精度良くマイクロ機械部品等を形成することができる。本発明に係るマイクロ機械部品等の製造方法は、前記光硬化性樹脂液を、ディジタルミラーデバイスによって反射された光によって硬化させる場合に好適に用いられる。
Here, in the case where the area of the projection region is 100 mm 2 or less, the optical component or the like can be formed with higher accuracy by using the optical modeling method according to the present invention.
Similarly, when the thickness of one layer of the cured resin layer is 10 μm or less, a micromechanical component or the like can be formed with higher accuracy by using the optical modeling method according to the present invention. The method for manufacturing a micromechanical component or the like according to the present invention is suitably used when the photocurable resin liquid is cured by light reflected by a digital mirror device.

また、本発明に係るマイクロ機械部品等の製造方法は、前記光硬化性樹脂液にセラミックス粉体を配合することにより、より強度を持たせたセラミックスを材料とするマイクロ機械部品等を製造することができる。また、前記光硬化性樹脂液にフィラーを配合することにより、当該フィラーの特性を兼ね備えたマイクロ機械部品等を製造することができる。   In addition, the method for manufacturing a micromechanical component or the like according to the present invention is to manufacture a micromechanical component or the like made of ceramic with higher strength by blending ceramic powder with the photocurable resin liquid. Can do. Further, by blending a filler into the photocurable resin liquid, a micromechanical component having the characteristics of the filler can be produced.

本発明によれば、複雑な3次元構造の形成が可能であって、精度良く、簡便かつ迅速に形成することができるマイクロ機械部品の製造方法を提供することができるという優れた効果を有する。   According to the present invention, it is possible to form a complicated three-dimensional structure, and it has an excellent effect that it is possible to provide a method of manufacturing a micromechanical component that can be formed easily and quickly with high accuracy.

以下、本発明を適用した実施形態の一例について説明する。なお、本発明の趣旨に合致する限り、他の実施形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。   Hereinafter, an example of an embodiment to which the present invention is applied will be described. It goes without saying that other embodiments may also belong to the category of the present invention as long as they match the gist of the present invention.

[実施形態1(マイクロ機械部品の製造方法)]
図1は、本実施形態1に係るマイクロ機械部品を製造する光硬化造形装置(以下、「光造形装置」という)の装置構成の一例を説明するための図である。同図に示すように、光造形装置100は、光源1、ディジタルミラーデバイス(以下「DMD」と略記する)2、レンズ3、造形テーブル4、ディスペンサ5、リコータ6、制御部7、記憶部8等を備えている。
[Embodiment 1 (Manufacturing method of micro mechanical component)]
FIG. 1 is a diagram for explaining an example of a device configuration of a photo-curing modeling apparatus (hereinafter referred to as “optical modeling apparatus”) that manufactures the micro mechanical component according to the first embodiment. As shown in the figure, the optical modeling apparatus 100 includes a light source 1, a digital mirror device (hereinafter abbreviated as “DMD”) 2, a lens 3, a modeling table 4, a dispenser 5, a recoater 6, a control unit 7, and a storage unit 8. Etc.

光源1には、レーザ光線を発振可能なものが搭載されている。光源1から発生するレーザ光線を、後述する光硬化性樹脂液に照射せしめることにより、光硬化性樹脂液を硬化させることができる。従って、光硬化性樹脂液10を硬化可能な波長のレーザ光線を搭載する必要がある。光源1の具体例としては、405nmのレーザ光を発生させるレーザダイオード(LD)や紫外線(UV)ランプ等を挙げることができる。   The light source 1 is mounted with a laser beam capable of oscillating. The photo-curable resin liquid can be cured by irradiating a photo-curable resin liquid described later with a laser beam generated from the light source 1. Therefore, it is necessary to mount a laser beam having a wavelength capable of curing the photocurable resin liquid 10. Specific examples of the light source 1 include a laser diode (LD) that generates 405 nm laser light and an ultraviolet (UV) lamp.

ディジタルミラーデバイス(DMD)2は、テキサス・インスツルメンツ社によって開発されたデバイスであり、CMOS半導体上に独立して動くマイクロミラーが数十万〜数百万個、例えば、48万〜131万個敷き詰められているものである。個々のマイクロミラーは、静電界作用によって、それぞれ独立に対角線を軸に約±10度、例えば、±12度程度傾けることが可能である。個々のマイクロミラーの角度を制御することにより、後述する造形テーブルに形成された光硬化性樹脂液の所望の位置に光照射することができる。   The digital mirror device (DMD) 2 is a device developed by Texas Instruments, and hundreds of thousands to millions of micromirrors that move independently on a CMOS semiconductor, for example, 480,000 to 1.31 million are spread. It is what has been. Individual micromirrors can be tilted by about ± 10 degrees, for example, about ± 12 degrees about the diagonal line by an electrostatic field effect. By controlling the angle of each micromirror, it is possible to irradiate a desired position of a photocurable resin liquid formed on a modeling table described later.

DMD2に備えられたマイクロミラーは、各マイクロミラーのピッチの1辺の長さが約10μm、例えば、13.68μmの四角形の形状を有している。隣接するマイクロミラーの間隔は、例えば1μmである。本実施形態1で用いたDMD2の全体は、40.8×31.8mmの四角形状を有し(うち、ミラー部は、14.0×10.5mmの四角形状を有する。)、1辺の長さが13.68μmのマイクロミラー786,432個により構成されている。光源1から出射されたレーザ光線は、DMD2の構成部材であるマイクロミラーによって反射される。そして、DMD2において、集光レンズ3に向かって反射されたレーザ光線が造形テーブル4上の光硬化性樹脂液10に照射されることになる。   The micromirror provided in the DMD 2 has a square shape in which the length of one side of the pitch of each micromirror is about 10 μm, for example, 13.68 μm. The interval between adjacent micromirrors is, for example, 1 μm. The entire DMD 2 used in the first embodiment has a square shape of 40.8 × 31.8 mm (of which the mirror portion has a square shape of 14.0 × 10.5 mm). It is composed of 786,432 micromirrors having a length of 13.68 μm. The laser beam emitted from the light source 1 is reflected by a micromirror that is a constituent member of the DMD 2. In the DMD 2, the laser beam reflected toward the condensing lens 3 is irradiated to the photocurable resin liquid 10 on the modeling table 4.

レンズ3は、DMD2によって反射されたレーザ光線を光硬化性樹脂液10上に導き、投影領域を形成する役割を担う。レンズ3は、凸レンズを用いた集光レンズであってもよいし、凹レンズを用いてもよい。凹レンズを用いると、DMD2の実サイズよりも大きな投影領域を得ることができる。本実施形態1に係るレンズ3は、凸レンズからなる集光レンズであって、入射光を約15倍縮小し、光硬化性樹脂液10により形成されたコート層9上に集光している。   The lens 3 plays a role of guiding the laser beam reflected by the DMD 2 onto the photocurable resin liquid 10 to form a projection region. The lens 3 may be a condenser lens using a convex lens or a concave lens. When a concave lens is used, a projection area larger than the actual size of DMD 2 can be obtained. The lens 3 according to the first embodiment is a condensing lens composed of a convex lens, and reduces incident light about 15 times and condenses it on a coat layer 9 formed of the photocurable resin liquid 10.

造形テーブル4は、平板状の載置台からなる。造形テーブル4上で、光硬化性樹脂液10のコート層9が形成され、レンズ3を介してレーザ光線が照射されて光硬化性樹脂液10の硬化が行われる。造形テーブル4は、図示しない駆動機構、即ち移動機構によって、水平移動及び垂直移動が移動自在に構成されている。この駆動機構により、所望の範囲に亘って光造形を行なうことができる。ディスペンサ5は、光硬化性樹脂液10を収容し、予め定められた量の光硬化性樹脂液10を所定位置に供給可能なように構成されている。また、リコータ6は、例えば、ブレード機構と移動機構を備え、光硬化性樹脂液10を均一に塗布可能なように構成されている。   The modeling table 4 is composed of a flat mounting table. The coating layer 9 of the photocurable resin liquid 10 is formed on the modeling table 4, and the photocurable resin liquid 10 is cured by being irradiated with a laser beam through the lens 3. The modeling table 4 is configured so that horizontal movement and vertical movement can be freely moved by a driving mechanism (not shown), that is, a moving mechanism. With this drive mechanism, stereolithography can be performed over a desired range. The dispenser 5 is configured to store the photocurable resin liquid 10 and supply a predetermined amount of the photocurable resin liquid 10 to a predetermined position. The recoater 6 includes, for example, a blade mechanism and a moving mechanism, and is configured so that the photocurable resin liquid 10 can be uniformly applied.

制御部7は、露光データを含む制御データに応じて光源1、DMD2、造形テーブル4、ディスペンサ5、リコータ6を制御する。制御部7は、典型的には、コンピュータに所定のプログラムをインストールすることによって構成することができる。典型的なコンピュータの構成は、中央処理装置(CPU)とメモリとを含んでいる。CPUとメモリとは、バスを介して補助記憶装置としてのハードディスク装置などの外部記憶装置に接続される。この外部記憶装置が、制御部7の記憶部8として機能する。記憶部8として機能するフレキシブルディスク装置、ハードディスク装置、CD−ROMドライブ等の記憶媒体駆動装置は、各種コントローラを介してバスに接続される。フレキシブルディスク装置等の記憶媒体駆動装置には、フレキシブルディスク等の可搬型記憶媒体が挿入される。記憶媒体にはオペレーティングシステムと協働してCPUなどに命令を与え、本実施形態を実施するための所定のコンピュータプログラムを記憶することができる。   The control unit 7 controls the light source 1, DMD 2, modeling table 4, dispenser 5, and recoater 6 according to control data including exposure data. The control unit 7 can typically be configured by installing a predetermined program in a computer. A typical computer configuration includes a central processing unit (CPU) and memory. The CPU and the memory are connected to an external storage device such as a hard disk device as an auxiliary storage device via a bus. This external storage device functions as the storage unit 8 of the control unit 7. A storage medium drive device such as a flexible disk device, a hard disk device, or a CD-ROM drive that functions as the storage unit 8 is connected to a bus via various controllers. A portable storage medium such as a flexible disk is inserted into a storage medium driving apparatus such as a flexible disk apparatus. The storage medium can store a predetermined computer program for executing the present embodiment by giving instructions to the CPU in cooperation with the operating system.

記憶部8には、造形しようとする立体モデルを複数の層にスライスして得られる断面群の露光データを含む制御データが格納されている。制御部7は、記憶部8に格納された露光データに基づいて、主としてDMD2における各マイクロミラーの角度制御、造形テーブル4の移動(即ち、立体モデルに対するレーザ光の照射範囲の位置)を制御し、立体モデルの造形を指示する。   The storage unit 8 stores control data including exposure data of cross-sectional groups obtained by slicing a three-dimensional model to be modeled into a plurality of layers. Based on the exposure data stored in the storage unit 8, the control unit 7 mainly controls the angle control of each micromirror in the DMD 2 and the movement of the modeling table 4 (that is, the position of the laser beam irradiation range with respect to the three-dimensional model). Instructing the modeling of the three-dimensional model.

コンピュータプログラムは、メモリにロードされることによって実行される。コンピュータプログラムは、圧縮したり、複数に分割して記憶媒体に記憶することができる。さらに、ユーザ・インターフェース・ハードウェアを備えることができる。ユーザ・インターフェース・ハードウェアとしては、例えば、マウスなどの入力をするためのポインティング・デバイス、キーボード、あるいは視覚データをユーザに提示するためのディスプレイなどがある。   The computer program is executed by being loaded into a memory. The computer program can be compressed or divided into a plurality of pieces and stored in a storage medium. In addition, user interface hardware can be provided. Examples of the user interface hardware include a pointing device for inputting such as a mouse, a keyboard, or a display for presenting visual data to the user.

光硬化性樹脂液10としては、レーザ光線によって硬化するものを選定する。レーザ光線としては、例えば可視光、紫外光を好適に用いることができる。例えば、15μm以上(500mJ/cm)の硬化深度を有し、粘度が1500〜2500Pa・s(25℃)の405nm対応のアクリル系樹脂を用いることができる。 As the photocurable resin liquid 10, one that is cured by a laser beam is selected. As the laser beam, for example, visible light or ultraviolet light can be suitably used. For example, an acrylic resin corresponding to 405 nm having a curing depth of 15 μm or more (500 mJ / cm 2 ) and a viscosity of 1500 to 2500 Pa · s (25 ° C.) can be used.

次に、本実施形態1に係る光造形装置100の光造形動作について説明する。まず、ディスペンサ5に未硬化状態の光硬化性樹脂液10を収容する。造形テーブル4は初期位置にある。ディスペンサ5は、収容された光硬化性樹脂液10を所定量だけ造形テーブル4上に供給する。リコータ6は、光硬化性樹脂液10を引き伸ばすようにして掃引し、硬化させる一層分のコート層9を形成する。   Next, the optical modeling operation of the optical modeling apparatus 100 according to the first embodiment will be described. First, the uncured photocurable resin liquid 10 is accommodated in the dispenser 5. The modeling table 4 is in the initial position. The dispenser 5 supplies the stored photocurable resin liquid 10 on the modeling table 4 by a predetermined amount. The recoater 6 sweeps the photocurable resin liquid 10 so as to stretch and forms a coat layer 9 for one layer to be cured.

光源1から出射したレーザ光線は、DMD2に入射する。DMD2は、記憶部8に格納された露光データに応じて制御部7により制御され、制御部7により光硬化性樹脂液10により形成されたコート層9の所望の位置にレーザ光線が照射されるようにマイクロミラーの角度が調整される。これにより、そのマイクロミラーを反射したレーザ光線が集光レンズ3を介して光硬化性樹脂液10のコート層9に照射され、その他のマイクロミラーを反射したレーザ光線は光硬化性樹脂液10のコート層9に照射されない。光硬化性樹脂液10へのレーザ光線の照射は例えば0.4秒間行なわれる。このとき、光硬化性樹脂液10のコート層9への投影領域は例えば、1.3×1.8mm程度であり、0.6×0.9mm程度まで縮小することもできる。投影領域の面積は、通常、100mm以下であることが望ましい。 The laser beam emitted from the light source 1 enters the DMD 2. The DMD 2 is controlled by the control unit 7 according to the exposure data stored in the storage unit 8, and the control unit 7 irradiates the laser beam to a desired position of the coat layer 9 formed by the photocurable resin liquid 10. Thus, the angle of the micromirror is adjusted. As a result, the laser beam reflected from the micromirror is applied to the coating layer 9 of the photocurable resin liquid 10 through the condenser lens 3, and the laser beam reflected from the other micromirrors is applied to the photocurable resin liquid 10. The coat layer 9 is not irradiated. Irradiation of the laser beam to the photocurable resin liquid 10 is performed for 0.4 seconds, for example. At this time, the projection region of the photocurable resin liquid 10 onto the coat layer 9 is, for example, about 1.3 × 1.8 mm, and can be reduced to about 0.6 × 0.9 mm. The area of the projection region is usually desirably 100 mm 2 or less.

レンズ3に、凹レンズを用いることにより、投影領域を6×9cm程度まで拡大することもできる。投影領域をこのサイズを超えて拡大すると、投影領域に照射されるレーザ光線のエネルギー密度が低くなるため、光硬化性樹脂液10の硬化が不十分となることがある。レーザ光線の投影領域のサイズよりも大きい立体モデルを形成する場合には、例えば造形テーブル4を移動機構によって水平移動させることにより、レーザ光線の照射位置を移動させて全造形領域を照射する。投影領域毎に1ショットずつレーザ光線の照射を実行していく。各投影領域に対するレーザ光線の照射の制御については後に詳述する。   By using a concave lens for the lens 3, the projection area can be expanded to about 6 × 9 cm. If the projection area is enlarged beyond this size, the energy density of the laser beam applied to the projection area is lowered, so that the photocurable resin liquid 10 may be insufficiently cured. In the case of forming a three-dimensional model larger than the size of the laser beam projection area, for example, the modeling table 4 is moved horizontally by a moving mechanism to move the irradiation position of the laser beam and irradiate the entire modeling area. Laser beam irradiation is performed one shot at each projection area. Control of laser beam irradiation to each projection area will be described in detail later.

このようにして、投影領域を移動させて、各投影領域を単位としてレーザ光線の照射、即ち露光を実行することによって、光硬化性樹脂液10のコート層9が硬化し、第1層目の硬化樹脂層が形成される。1層分の積層ピッチ、即ち、硬化樹脂層1層の厚みは、例えば、1〜50μm、好ましくは、2〜10μm、さらに好ましくは、5〜10μmである。従来の光造形方法では、造形物の解像度を上げることが困難であり、典型的な解像度は、数10μmであって、より高解像度を要するマイクロ機械部品の製造に用いることは困難であった。本実施形態1に係る光造形方法によれば、例えば、解像度を積層方向に5μm程度、造形テーブルと平行な平面方向解像度を2μm程度に上げることができる。   In this way, by moving the projection area and performing irradiation of the laser beam with each projection area as a unit, that is, exposure, the coat layer 9 of the photocurable resin liquid 10 is cured, and the first layer A cured resin layer is formed. The lamination pitch for one layer, that is, the thickness of one cured resin layer is, for example, 1 to 50 μm, preferably 2 to 10 μm, and more preferably 5 to 10 μm. In the conventional optical modeling method, it is difficult to increase the resolution of a modeled object, and the typical resolution is several tens of μm, and it is difficult to use it for manufacturing a micromechanical component that requires higher resolution. According to the optical modeling method according to the first embodiment, for example, the resolution can be increased to about 5 μm in the stacking direction, and the planar resolution parallel to the modeling table can be increased to about 2 μm.

続いて、同様の工程で所望形状の立体モデルの2層目を同時形成する。具体的には、1層目として形成された硬化樹脂層の外側にディスペンサ5より供給された光硬化性樹脂液10をリコータ6によって立体モデルを越えて引き伸ばされるように均一厚さに塗布する。そして、レーザ光線を照射することにより、第2層目の硬化樹脂層を第1層目の硬化樹脂層の上に形成する。以下同様にして第3層目以降の硬化樹脂層を順次堆積させる。そして、最終層の堆積終了後、造形テーブル4上に形成された造形物を取り出す。造形物は、表面に付着した未硬化の光硬化性樹脂液を洗浄その他の方法で除去する。その後、必要に応じて造形物は、紫外線ランプ等により照射し又は加熱して、硬化を更に進行させてもよい。   Subsequently, a second layer of a three-dimensional model having a desired shape is simultaneously formed in the same process. Specifically, the photocurable resin liquid 10 supplied from the dispenser 5 is applied to the outside of the cured resin layer formed as the first layer so as to be stretched beyond the three-dimensional model by the recoater 6. Then, a second cured resin layer is formed on the first cured resin layer by irradiating with a laser beam. Thereafter, the third and subsequent cured resin layers are sequentially deposited in the same manner. And after completion | finish of deposition of the last layer, the modeling thing formed on the modeling table 4 is taken out. The molded object removes the uncured photocurable resin liquid adhering to the surface by washing or other methods. Thereafter, the molded article may be further irradiated with an ultraviolet lamp or the like as necessary to further cure.

次に、本実施形態に係る製造方法により製造することができるマイクロ機械部品の一例について説明する。マイクロ機械部品の三次元構造は、上記の光造形装置の解像度の範囲内であれば、任意の構造のものを製造することができる。例えば、マイクロネジ、マイクロ歯車、マイクロギヤ、マイクロモータのハウジング、マイクロタービンのハウジング、マイクロバネ、マイクロコイル、マイクロカムやロッドなどの機構部品等、更にはこれら部品を適切な位置に配置するための冶具やシャーシ等を製造することができる。本実施形態に係るマイクロ機械部品等の製造方法は、特に、オーバーハング部を有するような複雑な三次元構造を有するマイクロ機械部品等の製造に好適である。オーバーハング部を有する三次元構造の具体例としては、図2に示すようなマイクロタービン等を挙げることができる。   Next, an example of a micromechanical component that can be manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment will be described. As long as the three-dimensional structure of the micromechanical part is within the resolution range of the above-described stereolithography apparatus, an arbitrary structure can be manufactured. For example, micro screws, micro gears, micro gears, micro motor housings, micro turbine housings, micro springs, micro coils, mechanism parts such as micro cams and rods, etc., and for placing these parts in appropriate positions Jigs, chassis, etc. can be manufactured. The method for manufacturing a micromachine component or the like according to this embodiment is particularly suitable for manufacturing a micromachine component or the like having a complicated three-dimensional structure having an overhang portion. As a specific example of the three-dimensional structure having an overhang portion, a micro turbine as shown in FIG. 2 can be cited.

ここで、「オーバーハング部を有する」とは、その三次元構造体をいかなる方向に回転させて設置した場合でも、垂直方向から見てオーバーハング部が少なくとも一部に存在することをいうものとする。また、オーバーハング部とは、ある部分の水平幅よりもより上部の水平幅の方が大きい構造を有する部分であって、典型的には、柱部と柱部の上に接して柱部よりも水平方向に張り出したいわば天井部からなる構造であるが、直線的な構造に限定するものではなく、垂直方向に立ち上がりつつ水平方向へ張り出す曲面を有する形状や、いわゆる逆テーパー形状等も含む概念である。例えば、円筒形状は、筒状側面を水平面に接した状態で垂直方向から見ると下半分がオーバーハング部であるが、底面を水平面に接した状態で垂直方向から見るとオーバーハング部は無いので、オーバーハング部を有する三次元構造ではない。他方、球形状は、オーバーハング部を有する三次元構造である。本発明の製造方法が、オーバーハング部を有する三次元構造の造形に特に適しているのは、ある方向から見ればオーバーハング部を有しない構造であれば、オーバーハング部を本質的に製造困難な他の製造方法を用いてもその三次元構造の造形が可能となる場合もあり得るからである。   Here, “having an overhang portion” means that the overhang portion is present at least in part when viewed from the vertical direction even when the three-dimensional structure is rotated and installed in any direction. To do. In addition, the overhang portion is a portion having a structure in which the horizontal width of the upper portion is larger than the horizontal width of a certain portion. Typically, the overhang portion is in contact with the column portion and the column portion than the column portion. However, it is not limited to a linear structure, but includes a shape having a curved surface that rises in the vertical direction and protrudes in the horizontal direction, and a so-called reverse tapered shape. It is a concept. For example, the cylindrical shape is an overhang when viewed from the vertical direction with the cylindrical side in contact with the horizontal plane, but there is no overhang when viewed from the vertical direction with the bottom in contact with the horizontal plane. It is not a three-dimensional structure having an overhang portion. On the other hand, the spherical shape is a three-dimensional structure having an overhang portion. The manufacturing method of the present invention is particularly suitable for modeling a three-dimensional structure having an overhang portion. If the structure has no overhang portion when viewed from a certain direction, the overhang portion is essentially difficult to manufacture. This is because even if other manufacturing methods are used, it may be possible to form the three-dimensional structure.

図2に示すマイクロタービン20は、上記製造方法に従って製造したものである。このマイクロタービン20は、3次元曲面形状のブレード21を9枚備えている。同図に示す例においては、硬化樹脂層の1層辺りの厚みを10μmとし、全総数を50層(全厚みを5mm)とした。   The micro turbine 20 shown in FIG. 2 is manufactured according to the above manufacturing method. The micro turbine 20 includes nine blades 21 having a three-dimensional curved surface shape. In the example shown in the figure, the thickness of one layer of the cured resin layer is 10 μm, and the total number is 50 layers (total thickness is 5 mm).

本実施形態1に用いられる光硬化性樹脂液は、特に限定されるものではないが、通常、ラジカル重合性化合物及び/又はカチオン重合性化合物を有してなる光硬化性樹脂液組成物が好適に用いられる。また、これらの光硬化性樹脂液組成物には、通常、ラジカル重合又はカチオン重合にそれぞれ対応した光重合開始剤が添加される。   The photocurable resin liquid used in Embodiment 1 is not particularly limited, but a photocurable resin liquid composition comprising a radical polymerizable compound and / or a cationic polymerizable compound is usually preferable. Used for. In addition, a photopolymerization initiator corresponding to radical polymerization or cationic polymerization is usually added to these photocurable resin liquid compositions.

上述の光造形方法により得られた硬化物からなる立体形状物は、光造形装置から取り出し、その表面や内部に残存する未反応の組成物(未硬化)を除去した後、必要に応じて洗浄する。ここで、洗浄剤としては、イソプロピルアルコール、エチルアルコール等のアルコール類に代表されるアルコール系有機溶剤;アセトン、酢酸エチル、メチルエチルケトン等に代表されるケトン系有機溶剤;テルペン類に代表される脂肪族系有機溶剤が挙げられる。   The three-dimensional object made of the cured product obtained by the above-described stereolithography method is taken out from the stereolithography apparatus, and after removing the unreacted composition (uncured) remaining on the surface and inside thereof, it is washed as necessary. To do. Here, as the cleaning agent, alcohol-based organic solvents typified by alcohols such as isopropyl alcohol and ethyl alcohol; ketone-based organic solvents typified by acetone, ethyl acetate, methyl ethyl ketone, etc .; aliphatics typified by terpenes Based organic solvents.

上記工程により、光硬化性樹脂の硬化物からなるマイクロ機械部品を得ることができる。上記製造方法によれば、軽量化を達成できるマイクロ機械部品を製造することができる。また、樹脂材料からなるため、ディスポーザブル化用途に用いるのに好適である。ディスポーザブル化による廃棄数量の増大に対しても、焼却処理にて対応が可能である。また樹脂材料は、簡便かつ迅速に製造することができるので、装置等の試作用のマイクロ機械部品として利用するのに好適である。   Through the above-described steps, a micromechanical component made of a cured product of a photocurable resin can be obtained. According to the manufacturing method, it is possible to manufacture a micromechanical component that can achieve weight reduction. Moreover, since it consists of resin material, it is suitable for using for a disposable use. It is possible to cope with the increase in the number of discarded items due to the disposal by incineration. In addition, since the resin material can be easily and quickly manufactured, it is suitable for use as a prototype micro-mechanical part such as a device.

上記マイクロ機械部品をセラミックで製造したい場合には、光硬化性樹脂液組成物に、セラミック粉体を配合することができる。セラミック粉体の数平均粒径は、電子顕微鏡法による測定で、通常、0.01〜0.5μmである。好ましくは、0.02〜0.3μmであり、さらに好ましくは、0.05〜0.2μmである。セラミック粉体の粒径は、電子顕微鏡法により測定されるが、特に、走査型電子顕微鏡法が好ましい。セラミック粉体の形状は、粒径を定義できる程度の粒状性を有していれば、特に限定されるものではない。例えば、球状に限らず、粉砕体等であってもよい。球状以外の形状である場合の粒径は、電子顕微鏡像における最大径により定義される。光硬化性樹脂液へのセラミック粉体の混合量は、特に限定されないが、光硬化性樹脂液10より形成されたコート層9がレーザ光線により十分に硬化可能な量にする必要がある。   In the case where it is desired to manufacture the above-mentioned micromechanical component with ceramic, ceramic powder can be blended with the photocurable resin liquid composition. The number average particle size of the ceramic powder is usually 0.01 to 0.5 μm as measured by electron microscopy. Preferably, it is 0.02-0.3 micrometer, More preferably, it is 0.05-0.2 micrometer. The particle size of the ceramic powder is measured by electron microscopy, but scanning electron microscopy is particularly preferred. The shape of the ceramic powder is not particularly limited as long as it has a granularity that can define the particle size. For example, it is not limited to a spherical shape, and may be a pulverized body or the like. The particle diameter in the case of a shape other than a spherical shape is defined by the maximum diameter in the electron microscope image. The mixing amount of the ceramic powder in the photocurable resin liquid is not particularly limited, but it is necessary that the coating layer 9 formed from the photocurable resin liquid 10 is sufficiently hardened by the laser beam.

セラミック粉体を構成する材質は、照射波長の光を実質的に吸収しないものであれば特に制限されない。例えば、アルミナ、ジルコニア、チタニア、酸化亜鉛、フェライト、チタン酸バリウム、アパタイト、シリカ等の酸化物、炭化ジルコニウム、炭化ケイ素等の炭化物、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、サイアロン(SiAlON)等の窒化物、又はこれらの混合物等の各種セラミックスを用いることができる。通常、(A)成分としては、アルミナ、ジルコニア、シリカ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、又はこれらの混合物等が好適に用いられる。   The material constituting the ceramic powder is not particularly limited as long as it does not substantially absorb the light having the irradiation wavelength. For example, oxides such as alumina, zirconia, titania, zinc oxide, ferrite, barium titanate, apatite, silica, carbides such as zirconium carbide and silicon carbide, nitrides such as aluminum nitride, silicon nitride, and sialon (SiAlON), or Various ceramics such as a mixture thereof can be used. Usually, as the component (A), alumina, zirconia, silica, aluminum nitride, silicon nitride, or a mixture thereof is preferably used.

セラミック粉体を配合した光硬化性樹脂液を光硬化させて得られた立体形状物を焼成すると、セラミックス焼成体からなるマイクロ機械部品となる。上記光硬化性樹脂液の硬化物に比して、マイクロ機械部品の機械的強度、耐久性、耐熱性の高いマイクロ機械部品を得ることができる。なお、ここで用いる焼成方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。   When a three-dimensionally shaped product obtained by photocuring a photocurable resin liquid containing a ceramic powder is fired, a micromechanical component made of a ceramic fired body is obtained. Compared with the hardened | cured material of the said photocurable resin liquid, the micro mechanical component of the mechanical strength of a micro mechanical component, durability, and high heat resistance can be obtained. In addition, the baking method used here is not specifically limited, A well-known method can be used.

本実施形態に係るマイクロ機械部品の耐熱性を高めたい場合には、光硬化性樹脂液組成物に、耐熱性を向上できるフィラー(以下、単に「耐熱性フィラー」と略記する)を配合することができる。耐熱性フィラーの数平均粒径は、電子顕微鏡法による測定で、通常、10〜700nmである。好ましくは、50〜500nmである。耐熱性フィラーの粒径は、電子顕微鏡法により測定されるが、特に、走査型電子顕微鏡法が好ましい。フィラーの形状は、粒径を定義できる程度の粒状性を有していれば、特に限定されるものではない。例えば、球状に限らず、粉砕体等であってもよい。球状以外の形状である場合の粒径は、電子顕微鏡像における最大径により定義される。   When it is desired to increase the heat resistance of the micromechanical component according to this embodiment, a filler capable of improving the heat resistance (hereinafter simply referred to as “heat-resistant filler”) is added to the photocurable resin liquid composition. Can do. The number average particle size of the heat-resistant filler is usually 10 to 700 nm as measured by electron microscopy. Preferably, it is 50-500 nm. The particle size of the heat-resistant filler is measured by electron microscopy, but scanning electron microscopy is particularly preferable. The shape of the filler is not particularly limited as long as it has a granularity that can define the particle size. For example, it is not limited to a spherical shape, and may be a pulverized body or the like. The particle diameter in the case of a shape other than a spherical shape is defined by the maximum diameter in the electron microscope image.

好適に用いることができる耐熱性フィラーとしては、例えば、有機ポリマー粒子や無機粒子を挙げることができる。有機ポリマー粒子としては、エラストマー粒子等、特に、コア・シェル構造を有するエラストマー粒子等が好ましく、無機粒子としては、シリカ粒子等が好ましい。フィラーを構成する材質は、照射波長の光を実質的に吸収しないものであれば特に制限されない。フィラーの添加量は、特に限定されないが、光硬化性樹脂がレーザ光線により十分に硬化可能な量にする必要がある。なお、耐熱性フィラーに代えて、導電性フィラーや磁性フィラー等を光硬化性樹脂液に混合させ、得られる硬化物の特性を代えてもよい。各種フィラーを添加することにより、所望の物性を有するマイクロ機械部品を得ることができる。   Examples of the heat-resistant filler that can be suitably used include organic polymer particles and inorganic particles. The organic polymer particle is preferably an elastomer particle, particularly an elastomer particle having a core / shell structure, and the inorganic particle is preferably a silica particle. The material constituting the filler is not particularly limited as long as it does not substantially absorb light having an irradiation wavelength. Although the addition amount of a filler is not specifically limited, It is necessary to make the photocurable resin into an amount that can be sufficiently cured by a laser beam. In addition, it replaces with a heat resistant filler, and a conductive filler, a magnetic filler, etc. may be mixed with a photocurable resin liquid, and the characteristic of the hardened | cured material obtained may be changed. By adding various fillers, a micromechanical component having desired physical properties can be obtained.

本実施形態1によれば、光照射工程で扱う断面を隣接する断面に切り替えながら、光照射と光硬化性樹脂液のコートを繰り返すことによって、所望のマイクロ機械部品を精度良くかつ簡便に造形することができる。また、記憶部8に格納された露光データを書き換えるのみで、形状の異なるマイクロ機械部品を簡便かつ迅速に製造することができるというメリットを有する。従って、少量多品種のマイクロ機械部品やオーダメイドのマイクロ機械部品を提供する場合に特に適している。また、オーバーハング構造を有する構造を、簡便かつ迅速に形成することができる。さらに、光硬化性樹脂液に、セラミック粉体や各種フィラーを混合することにより、機械的強度や、耐熱性等を高めることができるので、各種用途に応じた特性を有するマイクロ機械部品を簡便に製造することができる。   According to the first embodiment, a desired micromechanical component is accurately and easily shaped by repeating the light irradiation and the coating of the photocurable resin liquid while switching the cross section handled in the light irradiation process to the adjacent cross section. be able to. In addition, there is an advantage that micromechanical parts having different shapes can be easily and quickly manufactured only by rewriting the exposure data stored in the storage unit 8. Therefore, the present invention is particularly suitable for providing a small amount of various types of micro mechanical parts and custom-made micro mechanical parts. In addition, a structure having an overhang structure can be formed easily and quickly. Furthermore, by mixing ceramic powder and various fillers into the photo-curable resin liquid, the mechanical strength, heat resistance, etc. can be increased, making it possible to easily produce micromechanical parts having characteristics according to various applications. Can be manufactured.

[実施形態2(マイクロ機械部品用型の製造方法)]
次に、マイクロ機械部品用型の製造方法について説明する。基本的な光造形方法は、上記実施形態1と同様であるが、以下の点が異なる。すなわち、上記実施形態1においては、光造形方法によりマイクロ機械部品自体を造形したが、本実施形態2においては、マイクロ機械部品の製造に用いられる型を光造形方法により造形して製造する点が異なる。なお、ここでいう型とは、雌型とマスター型を含む。いずれも当該光造形方法により造形、製造することができる。ここで、雌型とは、その型から形状を写し取ってマイクロ機械部品を製造する型のことを言い、マスター型とは、最終的に製造しようとするマイクロ機械部品の原型であって、マスター型の形状を写し取って前述の雌型を製造するための型のことを言う。
[Embodiment 2 (Manufacturing method of mold for micro mechanical component)]
Next, a method for manufacturing a micro mechanical component mold will be described. The basic stereolithography method is the same as that of the first embodiment except for the following points. That is, in Embodiment 1 described above, the micromachine component itself is modeled by the optical modeling method. However, in Embodiment 2, the mold used for manufacturing the micromachine component is modeled and manufactured by the optical modeling method. Different. Here, the mold includes a female mold and a master mold. Both can be modeled and manufactured by the optical modeling method. Here, the female mold refers to a mold for copying a shape from the mold to manufacture a micro machine part, and the master mold is a prototype of the micro machine part to be finally manufactured, and is a master mold. This is a mold for producing the above-described female mold by copying the shape.

雌型としては、例えば、第1の雌型基板と、第2の雌型基板とを接合することによって、その内部空間が目的とする造形物の形状を有しているものを用いることができる。この場合、第1の雌型基板と第2の雌型基板には、接合手段のほか、位置決め手段を設ける。接合手段及び位置決め手段の具体例としては、第1の雌型基板の枠体部等に凸部を設け、第2の雌型基板に、前記凸部と勘合する凹部を設け、これらを勘合せしめる方法を挙げることができる。また、ピン等の係合部及びこのピンに係合する被係合部を第1の雌型基板、第2の雌型基板に設けてもよい。また、第1の雌型基板及び第2の雌型基板を接合したときに形成される内部空間にマイクロ機械部品形成用の液体を注入するための注入口を、第1の雌型基板又は/及び第2の雌型基板に光造形時に同時に形成しておく。   As the female mold, for example, the first female substrate and the second female substrate can be joined to each other so that the internal space has the shape of the target object. . In this case, the first female substrate and the second female substrate are provided with positioning means in addition to the joining means. As specific examples of the joining means and the positioning means, a convex portion is provided on the frame body portion or the like of the first female substrate, and a concave portion to be fitted to the convex portion is provided on the second female substrate so that these can be fitted together. A method can be mentioned. Further, an engaging portion such as a pin and an engaged portion that engages with the pin may be provided on the first female substrate and the second female substrate. In addition, an injection port for injecting a liquid for forming a micromechanical component into the internal space formed when the first female substrate and the second female substrate are joined is provided as the first female substrate or / And formed on the second female substrate at the same time as the optical modeling.

雌型として、第1の雌型基板及び第2の雌型基板により構成する方法に代えて、所望の造形物の内部空間構造を有する一体的な雌型を直接光造形方法により製造してもよい。この場合にも、内部空間にマイクロ機械部品形成用の液体を注入するための注入口を同時に光造形方法により形成しておく。なお、光造形時に、注入口を形成する方法に代えて、雌型を造形後にマイクロ機械部品形成用の液体を注入するための貫通孔を開けてもよい。   Instead of the method of forming the first female substrate and the second female substrate as a female mold, an integral female mold having an internal space structure of a desired modeled object may be manufactured by a direct optical modeling method. Good. Also in this case, an injection port for injecting a liquid for forming a micromechanical component into the internal space is simultaneously formed by an optical modeling method. In addition, at the time of stereolithography, instead of the method of forming the injection port, a through-hole for injecting a liquid for forming a micromechanical component after the female mold is formed may be formed.

雌型からマイクロ機械部品を製造する場合には、雌型の中に、例えば、加水分解性基を有するシラン化合物等を注入して、加熱等により加水分解・縮合反応を生じせしめて、雌型の形状を写し取ったポリシロキサン等からなる三次元構造物を得る。この三次元構造物を雌型から剥離させることにより、マイクロ機械部品を得ることができる。第1の雌型基板と第2の雌型基板を接合した場合には、これらを分離しマイクロ機械部品を得ればよい。また、内部空間構造を有する一体的に形成された雌型の場合には、メス等により当該雌型を切開し、マイクロ機械部品を取り出すことができる。マイクロ機械部品形成用の液体としては、マイクロ機械部品に要求される機械的強度、耐久性等の要件を満たす材料であって、型に流し込んで充填した後に適当な方法で硬化できる材料であればよく、上記例に限定されるものではない。例えば、溶融金属を用いてもよいし、アクリル系樹脂等の熱硬化性の未硬化樹脂を充填した後に、熱を加えて型の内部で硬化させたり、熱可塑性樹脂を熱溶融して充填した後に、型内部を冷却することにより硬化させたりしてもよい。また、これらの樹脂にセラミック粉体やフィラーを配合することもできる。   When manufacturing micromachine parts from a female mold, for example, a silane compound having a hydrolyzable group is injected into the female mold, and a hydrolysis / condensation reaction is caused by heating or the like. A three-dimensional structure made of polysiloxane or the like that is copied from the shape is obtained. By separating the three-dimensional structure from the female mold, a micromechanical component can be obtained. When the first female substrate and the second female substrate are joined, they may be separated to obtain a micromechanical component. Further, in the case of an integrally formed female mold having an internal space structure, the female mold can be cut out with a scalpel or the like, and the micromechanical component can be taken out. The liquid for forming the micro mechanical component is a material that satisfies the requirements such as mechanical strength and durability required for the micro mechanical component, and can be cured by an appropriate method after being poured into a mold and filled. Well, it is not limited to the above example. For example, molten metal may be used, and after filling a thermosetting uncured resin such as an acrylic resin, heat is applied to cure inside the mold, or a thermoplastic resin is melted and filled. Later, the inside of the mold may be cooled to be cured. Moreover, ceramic powder and a filler can also be mix | blended with these resin.

雌型の構造が複雑である場合には、雌型を破壊しなければ剥離させることができない場合がある。このような場合には、例えば、300℃×6時間程度の熱処理により雌型を構成する硬化樹脂を焼失させたり、エタノール等の有機溶剤に浸漬して超音波処理を1時間程度行うことにより雌型を構成する硬化樹脂を膨潤させる等の方法により、雌型を破壊することができる。光硬化性樹脂液からなる雌型は、剥離のために破壊しない場合であっても、金型等に比較すると機械強度が劣るため、マイクロ機械部品を製造することができる回数は限定的である。しかし、金型と異なり、簡便且つ迅速に雌型が得られるため、様々な形状のマイクロ機械部品を試作する場合等に有効である。   If the structure of the female mold is complicated, the female mold may not be peeled unless the female mold is destroyed. In such a case, for example, the cured resin constituting the female mold is burned away by heat treatment at 300 ° C. for about 6 hours, or the ultrasonic treatment is performed for about 1 hour by immersing in an organic solvent such as ethanol. The female mold can be destroyed by a method such as swelling of the cured resin constituting the mold. Even if the female mold made of the photocurable resin liquid is not broken due to peeling, the mechanical strength is inferior to that of a mold or the like, so the number of times that a micromechanical component can be manufactured is limited. . However, unlike a metal mold, a female mold can be obtained easily and quickly, which is effective for trial production of micromachine parts having various shapes.

マイクロ機械部品の雌型をセラミック材料としたい場合には、上記実施形態1と同様の方法により光硬化性樹脂液組成物にセラミック粉体を配合することができる。これにより、上記光硬化性樹脂液の硬化物に比して機械的強度の高いマイクロ機械部品の雌型を得ることができる。これにより、複製回数、耐久性を向上させることができる。また、上記実施形態1と同様の方法により光硬化性樹脂液組成物にフィラーを配合することにより、フィラー含有のマイクロ機械部品の雌型を得ることもできる。   When it is desired to use the female die of the micro mechanical part as a ceramic material, the ceramic powder can be blended with the photocurable resin liquid composition by the same method as in the first embodiment. Thereby, the female type | mold of a micro mechanical component with high mechanical strength compared with the hardened | cured material of the said photocurable resin liquid can be obtained. Thereby, the number of times of duplication and durability can be improved. Moreover, the female type | mold of a filler containing micromachine part can also be obtained by mix | blending a filler with a photocurable resin liquid composition by the method similar to the said Embodiment 1. FIG.

マイクロ機械部品の雌型は、真空注型法により製造してもよい。真空注型法とは、FRPやシリコンゴムを金型の代わりに複製用の型として使用し、真空中でその型に対して樹脂を流し込み、複製を製作する方法をいう。例えば、真空注型法としては、以下の製造方法を採用することができる。光硬化法によりマイクロ機械部品のマスター型を製造する。この際、雌型から成形樹脂等を注入するための注入口も同時に形成しておく。次いで、これを型枠内にセットする。型枠のサイズ、マスター型のサイズにより、シリコン樹脂量を計算し、計量する。その後、硬化剤をシリコン樹脂に注入して攪拌して予備脱泡し、これを型枠内に注入して真空脱泡する。これにより、シリコン樹脂を隅々まで充填することができる。シリコン樹脂の硬化を促進させるために、一定温度の熱を所定時間加える。   The female die of the micromechanical part may be manufactured by a vacuum casting method. The vacuum casting method is a method for producing a replica by using FRP or silicon rubber as a replica mold instead of a mold and pouring resin into the mold in a vacuum. For example, the following manufacturing method can be adopted as the vacuum casting method. A master mold for micro mechanical parts is manufactured by a photocuring method. At this time, an injection port for injecting molding resin or the like from the female mold is also formed at the same time. Next, this is set in a mold. The amount of silicon resin is calculated and weighed according to the size of the mold and the size of the master mold. Thereafter, the curing agent is poured into the silicon resin and stirred to perform preliminary defoaming, and this is poured into the mold and vacuum defoamed. Thereby, silicon resin can be filled to every corner. In order to accelerate the curing of the silicon resin, heat at a constant temperature is applied for a predetermined time.

シリコン樹脂が完全に硬化した後、型枠を取り外し、シリコン樹脂にメスを入れて雌型を切開し、マスター型を取り外す。その後、成形樹脂量を計算して計量し、2液硬化性のポリウレタン樹脂等の硬化性樹脂を、真空状態でシリコンからなる雌型の注入口より注入する。真空状態と大気圧の差により、樹脂を雌型の内部空間構造の隅々にまで行き渡らせることができる。その後、定温で加熱硬化せしめる。硬化後、常温まで冷却し、型枠を取り外すことによりマイクロ機械部品を得ることができる。マイクロ機械部品の雌型としてシリコン樹脂を用いているので、柔軟性に優れる。このため、マスター型の破損を少なくすることができる。雌型としてシリコン樹脂を用いた場合には、一般的には20〜50個程度のマイクロ機械部品を得ることができる。従って、少量を製造したい場合に特に適している。   After the silicone resin is completely cured, the mold is removed, a knife is inserted into the silicone resin, the female mold is opened, and the master mold is removed. Thereafter, the amount of molding resin is calculated and measured, and a curable resin such as a two-component curable polyurethane resin is injected from a female injection port made of silicon in a vacuum state. Due to the difference between the vacuum state and the atmospheric pressure, the resin can be spread to every corner of the female internal space structure. Thereafter, it is cured by heating at a constant temperature. After curing, the micromachine part can be obtained by cooling to room temperature and removing the formwork. Since silicon resin is used as a female mold for micro mechanical parts, it is excellent in flexibility. For this reason, damage to the master mold can be reduced. When silicon resin is used as the female mold, generally about 20 to 50 micromechanical parts can be obtained. Therefore, it is particularly suitable when a small amount is desired.

また、マイクロ機械部品の雌型として、ロストワックス法を用いてもよい。ロストワックス法は、まず、光硬化法によりマイクロ機械部品のマスター型を製造する。この際、雌型から内部空間にマイクロ機械部品形成用の樹脂液や溶融金属等を注入するための注入口も同時に形成しておく。次いで、このマスター型に石膏やセラミックのスラリーを塗布しては固める工程を繰り返し、これを焼成することにより、マイクロ機械部品の雌型を得る。ロストワックス法により製造されたマイクロ機械部品の雌型によれば、溶融金属を流し込めるだけの耐熱性を兼ね備えているので、金属製のマイクロ機械部品を得ることができる。これにより、機械的強度の高い金属製のマイクロ機械部品を得ることができる。   Further, the lost wax method may be used as the female mold of the micro mechanical component. In the lost wax method, first, a master mold of micro mechanical parts is manufactured by a photocuring method. At this time, an injection port for injecting a resin liquid for forming a micro mechanical part, molten metal, or the like into the internal space from the female mold is also formed at the same time. Next, a process of applying and hardening a gypsum or ceramic slurry to the master mold is repeated, and the master mold is fired to obtain a female mold of a micromachine part. According to the female die of the micro mechanical part manufactured by the lost wax method, the metal micro mechanical part can be obtained because it has heat resistance enough to pour molten metal. Thereby, a metal micromechanical component having high mechanical strength can be obtained.

マスター型からマイクロ機械部品を製造する場合には、例えば、マスター型の表面にNi電気鋳造を行った後、マスター型を剥離してマスター型の形状を写し取った雌型を作製する。これにより、金型の雌型を得ることができる。金属性の雌型とすることにより、雌型の耐久性を大幅に向上させることができる。この雌型には、前述と同様に加水分解性基を有するシラン化合物を注入・反応させ、雌型から剥離させることによりポリシロキサン製のマイクロ機械部品を得ることができる。また、溶融金属を雌型に流し込み、金属からなるマイクロ機械部品を得ることもできる。   In the case of manufacturing a micromechanical part from a master mold, for example, after electroforming Ni on the surface of the master mold, the master mold is peeled off to produce a female mold in which the shape of the master mold is copied. Thereby, a female die can be obtained. By using a metallic female mold, the durability of the female mold can be greatly improved. In this female mold, a polysiloxane micromechanical component can be obtained by injecting and reacting a silane compound having a hydrolyzable group in the same manner as described above and peeling it from the female mold. Alternatively, molten metal can be poured into a female mold to obtain a micromechanical component made of metal.

本実施形態2によれば、光照射工程で扱う断面を隣接する断面に切り替えながら、光照射と光硬化性樹脂液のコートを繰り返すことによって、所望のマイクロ機械部品用型を精度良くかつ簡便に造形することができる。また、本実施形態2に係る製造方法により製造されたマイクロ機械部品用型を用いて、樹脂材料、金属材料、セラミック材料等の各種材料からなるマイクロ機械部品を製造することができる。このため、各種用途に最適な材料からなるマイクロ機械部品を得ることができる。   According to the second embodiment, by repeating light irradiation and coating with a photocurable resin liquid while switching the cross section handled in the light irradiation step to an adjacent cross section, a desired micro mechanical component mold can be accurately and easily obtained. Can be shaped. In addition, micromachine parts made of various materials such as a resin material, a metal material, and a ceramic material can be produced using the mold for micromachine parts produced by the production method according to the second embodiment. For this reason, it is possible to obtain a micromechanical component made of a material optimal for various applications.

実施形態1に係る光造形装置の概略構成の一例を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an example of a schematic configuration of the optical modeling apparatus according to the first embodiment. 実施形態1に係る光造形装置により製造したマイクロタービンの一例を示す写真。3 is a photograph showing an example of a microturbine manufactured by the optical modeling apparatus according to the first embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 光源
2 DMD
3 集光レンズ
4 造形テーブル
5 ディスペンサ
6 リコータ
7 制御部
8 記憶部
9 コート層
10 光硬化性樹脂液
20 マイクロタービン
100 光造形装置
1 Light source 2 DMD
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Condensing lens 4 Modeling table 5 Dispenser 6 Recoater 7 Control part 8 Memory | storage part 9 Coat layer 10 Photocurable resin liquid 20 Micro turbine 100 Stereolithography apparatus

Claims (15)

投影領域を単位として一括露光を繰り返すことにより、光硬化性樹脂液に選択的に光を照射して硬化樹脂層を形成し、該硬化樹脂層を順次積層して三次元構造を形成することを特徴とする、マイクロ機械部品の製造方法。   By repeating collective exposure with the projection area as a unit, selectively irradiating light to the photocurable resin liquid to form a cured resin layer, and sequentially laminating the cured resin layer to form a three-dimensional structure. A method for manufacturing a micromechanical component. 前記マイクロ機械部品の三次元構造が、オーバーハング部を有する、請求項1に記載のマイクロ機械部品の製造方法。   The method for manufacturing a micromachine component according to claim 1, wherein the three-dimensional structure of the micromachine component has an overhang portion. 前記投影領域の面積は、100mm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光学部品の製造方法。 The method of manufacturing an optical component according to claim 1, wherein an area of the projection region is 100 mm 2 or less. 前記硬化樹脂層の1層の厚さは10μm以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のマイクロ機械部品の製造方法。   4. The method of manufacturing a micromechanical component according to claim 1, wherein a thickness of one layer of the cured resin layer is 10 μm or less. 前記光硬化性樹脂液は、ディジタルミラーデバイスによって反射された光によって硬化することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のマイクロ機械部品の製造方法。   The method of manufacturing a micromechanical component according to claim 1, wherein the photocurable resin liquid is cured by light reflected by a digital mirror device. 前記光硬化性樹脂液が、セラミックス粉体又はフィラーを含有するものである、請求項1〜5のいずれか1項に記載のマイクロ機械部品の製造方法。   The manufacturing method of the micro mechanical component of any one of Claims 1-5 whose said photocurable resin liquid contains ceramic powder or a filler. 投影領域を単位として一括露光を繰り返すことにより、光硬化性樹脂液に選択的に光を照射して硬化樹脂層を形成し、該硬化樹脂層を順次積層して三次元構造を形成することを特徴とする、マイクロ機械部品用型の製造方法。   By repeating collective exposure with the projection area as a unit, selectively irradiating light to the photocurable resin liquid to form a cured resin layer, and sequentially laminating the cured resin layer to form a three-dimensional structure. A method for producing a mold for a micromechanical component. 前記マイクロ機械部品の三次元構造が、オーバーハング部を有する、請求項7に記載のマイクロ機械部品用型の製造方法。   The method for manufacturing a mold for a micromachine component according to claim 7, wherein the three-dimensional structure of the micromachine component has an overhang portion. 前記投影領域の面積は、100mm以下であることを特徴とする請求項7又は8に記載の光学部品用型の製造方法。 The method for manufacturing an optical component mold according to claim 7 or 8, wherein the area of the projection region is 100 mm 2 or less. 前記硬化樹脂層の1層の厚さは10μm以下であることを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載のマイクロ機械部品用型の製造方法。   10. The method for manufacturing a mold for a micromechanical component according to claim 7, wherein the thickness of one layer of the cured resin layer is 10 μm or less. 前記光硬化性樹脂液は、ディジタルミラーデバイスによって反射された光によって硬化することを特徴とする請求項7〜10のいずれか1項に記載のマイクロ機械部品用型の製造方法。   The method of manufacturing a mold for a micro mechanical component according to any one of claims 7 to 10, wherein the photocurable resin liquid is cured by light reflected by a digital mirror device. 前記マイクロ機械部品用型が、マイクロ機械部品を製造するための雌型である、請求項7〜11のいずれか1項に記載のマイクロ機械部品用型の製造方法。   The method for manufacturing a micromachine component mold according to any one of claims 7 to 11, wherein the micromachine component mold is a female mold for manufacturing a micromachine component. 前記マイクロ機械部品用型が、マイクロ機械部品用雌型を製造するためのマスター型である、請求項7〜11のいずれか1項に記載のマイクロ機械部品用型の製造方法。   The method for manufacturing a micromachine part mold according to any one of claims 7 to 11, wherein the micromachine part mold is a master mold for manufacturing a micromachine part female mold. 前記光硬化性樹脂液が、セラミックス粉体又はフィラーを含有するものである、請求項12又は13に記載のマイクロ機械部品用型の製造方法。   The method for manufacturing a mold for a micro mechanical component according to claim 12 or 13, wherein the photocurable resin liquid contains ceramic powder or a filler. 請求項7〜14のいずれか1項に記載のマイクロ機械部品用型の製造方法により製造されたマイクロ機械部品用型を用いて製造されたことを特徴とするマイクロ機械部品。   A micromechanical component manufactured using the micromechanical component mold manufactured by the method for manufacturing a micromechanical component mold according to any one of claims 7 to 14.
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