マイクロマシン用高分解能光造形システムの試作
【研究分野】機械工作・生産工学
【研究キーワード】
マイクロマシン / 光造形 / レーザ / 光硬化 / 樹脂 / 光造形法 / 可とう機構 / レーザー / 液位制御 / 可動部 / 圧電アクチュエータ / 異方性 / モデル化手法 / FEM / 微細加工法 / 光造形加工 / 微細加工
【研究成果の概要】
光造形法をマイクロマシン製作に応用する場合には、10μm以下の加工分解能を実現しなければならない。本研究では、まず、固化セルと呼ぶ概念を導入して、樹脂の固化現象をモデル化し、樹脂中での光子の軌跡を追跡して吸収点の分布を求めるモンテカルロシミュレーションを行ない、その結果得られた知見から樹脂の固化深さを10μm以下の一定値に保つ加工条件を求めた。その結果、加工分解能を高めるための指針として、(1)露光ビームの直径を安定化すること、(2)露光ビームの放射量を安定化すること、(3)樹脂の吸収係数を大きくすること、を得た。
これらの指針に基づいて2種類の光源・樹脂の組み合わせが可能な実験用光造形システムを試作した。一方の光源・樹脂は、市販の光造形システムに広く使用されているHe-Cdレーザと紫外光硬化性樹脂、もう一方は、光ノイズの小さいAr^+レーザと、有機染料を加えて吸収係数を大きくした可視光硬化性樹脂である。
このシステムを用いてテストモデルを作製し、加工分解能を評価する実験を行った結果、通常の紫外光硬化性樹脂を使った実験では、水平方向で約10μm、水平方向と垂直方向で同時に約30μmの分解能を実現することができた。さらに可視光硬化性樹脂を使った場合、水平方向で約2μm、水平方向と垂直方向で同時に約5μmの加工分解能を実現することができ、特に加工物のオーバハング部の下部に生成する余剰固化物の生成が大幅に抑えられることを確認することができた。さらに、本試作装置で作製した可動部を持つ機構は、最大ひずみが2%以下の時、1万回の変形動作に耐えることが分かった。
【研究代表者】