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液槽光重合 / VPP(Vat Photopolymerization) | 3Dプリンターの造形方式

液槽光重合は光造形法ともよばれ、タンクに貯めた液体の光硬化性樹脂にレーザーなどを照射することで必要な部分を硬化させ、積層させる造形法です。光を照射する向き(上面 / 下面)と照射する方法(レーザー / プロジェクター)の違いで分類できます。

液槽光重合 / VPP(Vat Photopolymerization) | 3Dプリンターの造形方式

液槽光重合では、光硬化性樹脂を用いるため、造形物は材料が持つ特性の影響を受けます。また、光を照射する方法の違いによって、造形物の精度や造形時間、導入する設備の価格に違いがあるため、それぞれ解説します。

液槽光重合 / VPP(Vat Photopolymerization)の種類

液槽光重合に含まれる造形方式の種類について解説していきます。

SLA(Stereo Lithography)

SLAはタンク内に貯めた光硬化性樹脂の必要な部分に、ガルバノミラーを用いて紫外線レーザーなどの光を照射することで立体造形物を作成する造形法で、光造形法ともよばれます。

サポート材がモデル材と同じため複雑な形状にも対応でき、造形物の表面は比較的滑らかな仕上がりです。一方で、光硬化性樹脂を用いるため太陽光や温度に弱いというデメリットがあります。

SLAは光を照射する方法の違いで、規制液面法と自由液面法の2種類に分けられます。

規制液面法は光硬化性樹脂が貯められたタンクの下から、ガラス面などを通してレーザーを照射する方法です。自由液面法に比べて造形時間が短くできるので、SLAの3Dプリンターでは規制液面法が多く用いられています。

タンクの中に造形物の土台となるプラットフォームを入れ、底面から一層分の高さだけ浮かせます。そうすると浮かせた部分に光硬化性樹脂が流れ込むため、硬化させる必要がある部分にのみレーザーを照射し、硬化したら再度一層分だけプラットフォームを浮かせます。これを繰り返すことで、造形物を完成させます。

自由液面法はタンクの上面からレーザーを照射する方法です。タンクの中にテーブルを浮かべ、一層分だけテーブルの上に光硬化性樹脂が乗るように少し下げます。硬化が必要な部分にレーザーを照射し、硬化が完了したらさらにもう一層下げ、レーザーを照射して硬化させることを繰り返します。

テーブルを下げた際に、粘度の高い光硬化性樹脂がテーブルの上に行きわたりにくいため、テーブルを余分に下げてから一層分の高さに上げる手法が取られています。しかし、これも樹脂が盛り上がってしまうなどの課題があり、造形時間が長くなるためあまり一般的ではありません。

SLAでは、最後まで造形したあとにプラットフォームやテーブルから引きはがした後で、余分な光硬化性樹脂を除去するために、イソプロピルアルコールなどの溶剤を用いて洗浄する必要があります。

DLP(Direct Light Processing / Digital Light Processing)

DLPのDはDirectで表記される場合と、Digitalで表記される場合がありますが、基本的には同じ造形法を指しています。SLAはガルバノミラーを用いて照射する部位を選択しますが、DLPではプロジェクターなどの光源で広い範囲に光を照射します。焦点を絞ることで、照射範囲を調整することが可能です。

DLPの造形の流れに関して、光を照射する部分以外はSLAと同様です。また、SLAと比較して導入コストを低く抑えることが可能ですが、SLAほど細かい精度を実現することができないため、目的に応じて選択する必要があります。

DLPは光の照射範囲が広いため、造形時間を短縮することが可能です。しかし、時間を短縮するために照射の範囲を広げると、その分精度が悪化してしまう可能性があるため、バランスを取る必要があります。

また、DLPと類似の造形法として、光源から照射された光を液晶パネルで必要な部分だけ透過させるLCDという方式もあり、DLPよりも精度は悪化しますが安価に導入できます。

光硬化性樹脂で滑らかな造形物を実現する液槽光重合

液槽光重合は、光硬化性樹脂の必要な部分に光を照射することで硬化させる造形法です。光の当てる向きで規制液面法と自由液面法に分けられますが、造形時間が短い規制液面法が一般的です。また、どのように光を照射するかで、SLAとDLP、LCDに分類できます。

それぞれ、設備導入をする際のコストや造形物の精度、造形時に必要な時間などが異なるので、3Dプリンターを導入する際の目的に合わせた造形法を選択しましょう。

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