概要
ステレオリソグラフィー（Stereolithography、略称SLA）は、光硬化性樹脂を用いて3次元物体を造形する3Dプリント技術の一つです。
紫外線レーザーや光源を使って液体樹脂を層ごとに硬化させ、徐々に立体物を作り上げていく方式で、高精度かつ滑らかな表面の造形が可能です。
工業製品の試作、医療モデル、歯科補綴物、ジュエリーなど、精密さが求められる分野で広く利用されています。
特徴
長所
- 高精度・高解像度
0.1 mm以下の微細造形も可能で、複雑な形状の造形に向いています。 - 滑らかな表面
樹脂層を薄く重ねるため、後処理での研磨が最小限で済みます。 - 自由度の高いデザイン
サポート材を使うことで、複雑な構造やオーバーハング形状も作れます。 - 短時間でプロトタイプ作成
金型を作らずに試作が可能で、設計の検証に便利です。
短所
- 材料の選択肢が限られる
光硬化性樹脂のみ使用可能で、耐熱性や機械的強度に制約があります。 - 造形サイズに制限がある
一般的に小型〜中型の部品向きです。 - 後処理が必要
支持材の除去やUV硬化、表面仕上げが必要です。 - 造形スピードが比較的遅い
他の3Dプリント手法との違い
- FDM（熱溶解積層法）
熱で溶かした樹脂を積層する方式。材料強度は高いが表面は粗く精度はSLAより低いです。 - SLS（粉末焼結法）
粉末をレーザーで焼結して造形。複雑形状は可能ですが、表面がざらつきやすいです。 - SLA（ステレオリソグラフィー）
光硬化樹脂を用いるため、精密で滑らかな造形が可能という特徴があります。
原理
ステレオリソグラフィーの原理は、光硬化性樹脂の光重合反応を利用することです。
- 液体樹脂槽に光硬化性樹脂を用意します。
- UVレーザーまたは紫外線光源で、樹脂表面を一点ずつまたは層ごとに照射します。
- 光が当たった部分のモノマー分子が重合し、固体化します。
- 一層が硬化したら、プラットフォームを少しずつ下降または樹脂槽を移動させ、次の層を硬化させます。
- このプロセスを繰り返すことで、立体物が積層されて完成します。
化学的な反応式（簡略）
光重合反応は、光開始剤 (I) に紫外線 (h\nu) が当たることで開始されます。
$$ I + h\nu \rightarrow R^\cdot $$
ラジカル (R^.) がモノマー (M) と反応し、重合してポリマー (P) を生成します。
$$ R^\cdot + n M \rightarrow P $$
このプロセスによって、液体が瞬時に固体化し、精密な造形が可能になります。
歴史
- 1980年代初頭：アメリカでチャールズ・ハル氏によってステレオリソグラフィー技術が発明されました。
- 1986年：初のSLA商用装置が発売され、産業界でのプロトタイプ作成に利用され始めました。
- 1990年代以降：光学機器、医療、歯科、ジュエリーなど多分野で採用されるようになりました。
- 現在では、高解像度・高速造形・多種樹脂への対応など技術が進化し、より多様な用途で利用されています。
応用例
産業
- 試作部品の作成
- 精密機器の部品検証
- デザインモデルの作成
医療・歯科
- 歯科用模型・補綴物
- 手術前の患者モデル作成
- インプラントや義肢の精密試作
ジュエリー・アート
- 複雑なジュエリーデザインの原型作成
- アート作品や小物の高精度造形
研究・教育
- 教材用モデル
- 材料科学や流体力学の可視化モデル
今後の展望
ステレオリソグラフィーは今後、以下の分野でさらに発展が期待されています。
- 高速化・大サイズ造形
複数レーザーの同時照射や投影型SLAによる造形速度向上 - 多材料対応
樹脂の物性や色の組み合わせによる複雑造形 - 医療用バイオプリンティング
生体材料を用いた組織や臓器モデルの3Dプリント - ナノ・マイクロ造形技術
より微細で高精度な造形への挑戦
まとめ
ステレオリソグラフィーは、光硬化性樹脂を用いた高精度3Dプリント技術です。
液体樹脂を層ごとに光で固めることで、複雑で精密な立体物を作り上げることができます。
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