KR0183038B1 - 개선된 스테레오리소그래피 성형기술 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부품의 상향 및 하향 형상 이상에 스킨 층을 제공하는 것을 포함하는 스테레오리소그래피에 의한 부품 성형 방법과, 노출 벡터의 교차점에서 하향 영역의 과노출을 피하는 방법 및 스킨 두께를 결정하는 방법에 관한 것이다.

Description

[발명의 명칭]

개선된 스테레오리소그래픽 성형기술

[발명의 배경]

본 출원은 미국 특허 출원 제07/429,435호의 일부 계속출원이다.

[발명의 분야]

본 발명은 고화성 재료(solidifiable material)[예를 들면 광중합체(photopolymer), 소결성 분말(sinterable powders), 접착성 분말(bindable powders)등과 같은 액체 또는 액체상 재료]로부터 고체상, 3차원 물체 (또는 부품)를 제조하는 스테레오리소그래피(streolithography)성형기술에 관한 것이다.

최근 1986년 3월 11일자 미합중국 특허 제4,575,330호 「스테레오리소그래피에 의한 3차원 물체의 제조 장치」에 개시된 것과 같은 스테레오리소그래피 시스템이 실용화되고 있다. 기본적으로, 스테레오리소그래피는 얇은 단면층을 연속적으로 고화시킴으로써 복잡한 3차원 부품을 자동적으로 성형하는 방법이다.

이들 층은 광중합체 수지 분말 재료 등으로 구성될 수 있다. 분말 재료 중 어떤 종류들은 용융 및 고화에 의해 액상 물질로부터 점착성 단면으로 변환된다. 층들은 모든 얇은 층들이 서로 결합되어 완전한 부품을 형성할 때까지 각각의 상부면에서 연속적으로 고화된다. 광경화성 중합체(photocurable polymer)는 상승 작용적 자극(synergistic stimulation)에 노출되는 경우 액체에서 고체로 변화한다. 자외선(UV)이 주사될 때 이들을 실용적인 모델 성형 재료로 만들기에 충분히 빠른 광속(photospeed)(액체에서 고체로의 변화율)을 가지는 광중합체가 많이 존재한다. 바람직한 시스템에서, 방사원(radiation source)(예를 들면, 자외선 레이저)은 검류계 또는 서보형 거울 x-y 스캐너(servo type mirror x-y scanners)에 의해 액상 광중합체 표면을 횡단하고, 작은 강도 스폿에 집중되는 빔을 발생한다. 스캐너는 벡터등을 생성하는 컴퓨터에 의해 구동된다. 부품이 제조될 때 중합되지 않은 재료는 여전히 작용 가능하며 용기에 남아서 계속적인 부품이 만들어질 때 사용될 수 있다. 이러한 기술에서는, 부품은 용기의 액상 재료(예를 들면, 수지 또는 분말)로부터 성장한다. 보다 더 상세히 말하자면, 부품은 용기의 액상 재료의 표면 근처의 박층으로부터 성장한다. 이러한 방법으로 정밀한 복합 3차원 패턴이 신속히 제조될 수 있다. 이러한 제작법은 설계 아이디어를 신속하게 물리적 형태로 변형시켜서 원형을 만드는데 아주 강력한 효과를 나타낸다.

이 기술은 전형적으로 SLA라고 불리우는 스테레오리소그래피 장치를 사용하는데, 이것은 대체로 레이저 스캐너, 광중합체 용기, 엘리베이터, 및 제어 컴퓨터를 포함한다. SLA는 단면층을 형성함으로써 자동적으로 3차원 부품을 성형하도록 프로그래밍된다.

스테레오리소그래피는 별다른 세공 없이 복잡 또는 단순한 부품을 신속하게 제작하는 신규한 방법이다. 이 기술은 이 단면 패턴을 형성하기 위해 컴퓨터의 사용에 의존하므로 자연히 컴퓨터에 의한 설계 및 제조(CAD/CAM)와 데이터의 교환이 이루어진다. 그러나 이러한 시스템은 해상도(resolution), 속도, 정밀도 이외에 구조적 응력, 수축, 커얼(curl) 및 다른 변형 등 특정한 형상을 제조하는데 여러가지 문제점들을 가지고 있따.

[관련 특허 및 출원]

후술하는 미국 특허 및 미국 출원이 참고적으로 본 발명과 관련되어 개시된다.

4,575,330

7/429,435

7/331,644

7/269,801

7/182,830

/415,134

7/339,246

4,999,143

3,015,424

7/183,012

7/268,429

7/429,911

7/415,168

7/265,039

7/249,399

PCT/US 89/04096

1989년 10월 30일 제출

발명자 : 루이스 등

명칭 : 스테레오리소그래피 장치로 형성된 물체의 개선된 후처리 시스템

본 출원은 미국 특허 출원 제07/429,435의 CIP 출원이며, 이것은 다시 미국 특허 출원 제07/331,664의 CIP 출원이며, 이것은 다시 미국 특허 출원 제07/269,801호의 CIP출원이며, 이것은 다시 미국 특허 출원 제07/182,830호의 CIP 출원이다. 미국 특허 출원 제07/429,435는 본 발명의 몇 가지 주요 특징을 설명하고 있다. 미국 특허 출원 제07/331,664는 바람직한 스테레오리소그래피 장치 및 이것을 사용하여 여러가지 부품을 성형하는 방법을 자세히 설명하고 있다. 2개의 참고 매뉴얼, SLA-250 사용자 참고매뉴얼 및 SLA-500 참고매뉴얼이 본 명세서에서 참고적으로 설명되고 미국 특허 출원 제429,435호에 부록 B 및 C로서 각각 부가되어 있다. 홀의 미국 특허 출원 제4,575,330호는 스테레오리소그래피에 대해서 일반적으로 논하고 있다. 이것은 스테레오리소그래피로 형성되는 물체의 성형에서의 각각의 단면의 완전한 중합에 대해서 개시한다.

미국 특허 출원 제07/415,134호는 스테레오리소그래피 부품 성형의 기본적 방법에 기초하여 형성된 부품 경화 후의 비흡수 피크 파장(off-absorption-peak wavelength)에 대해서 설명하고 있다.

미국 특허 출원 제07/339,246호는 커얼 뒤틀림의 몇 가지 감소 방법에 대해 설명하고 있다.

미국 특허 출원 제07/183,801호는 형성중인 부품을 지지하고 커얼을 최소화시키는 웹 지지체의 사용에 대하여 설명하고 있다.

미국 특허 출원 제07/182,015호는 커얼을 최소화시키는 스몰리즈(smalleys)의 사용에 대해 설명하고 있다.

미국 특허 출원 제07/429,911호는 스테레오리소그래피 부품의 생성에 관련되는 여러가지 경화 변수를 예측하는 수지 변수와 결합된 빔 프로필 특성치의 사용과 더불어 스테레오리소그래피 공정에서의 다중 천공 깊이의 사용에 대해 설명하고 있다. 또한, 이 출원은 스킨 필(skin fill)의 생성에 대한 빔 프로필 정보의 역할에 대해 설명하고, 부품 뒤틀림(distortion)을 감소시키기 위한 여러가지 다중 파장 경화법에 대해서 설명하고 있다. 미국 특허 출원 제07/415,168, 07/268,429 및 07/183,102호는 후처리 공정 단계에서 불연속을 매끄럽게 하도록 스테레오리소그래피 가공된 부품 표면을 마감하는 여러가지 방법을 설명하고 있다.

PCT 출원 번호 PCT/US 89/04096호의 기초가 되는 미국 특허 출원 제07/265,039 및 07/249,399호는 부품이 성형될 때 성형 재료의 알려진 표면 레벨을 유지하기 위한 시스템과 함께 스테레오리소그래피 부품의 각각의 단면 상에 알려진 두께의 균일한 수지 피복층을 얻기 위한 닥터 블레이드(doctor blade)의 사용을 개시한다.

1989. 10. 30에 출원되고, 발명의 명칭이 스테레오리소그래피에 의한 부품의 개선된 후처리 시스템인 미국 특허 출원은 후처리 기술에 대해서 기술하고 있다.

스테레오리소그래피의 통상적인 실시에서는 물체 또는 부품은 한 층씩 성형되며, 각각의 층은 성형될 부품의 얇은 단면을 나타낸다. 스테레오리소그래피 부품 성형의 초기 방법은 층의 완전한 필링(filling)(예를 들면, 적어도 층두께 만큼의 두께로 단면의 모든 영역을 실질적으로 중합시키는 것)에 기초하여 이루어진다. 이러한 필링은 광속의 주사(scanning of a pencil of light), 초점 맞춤 가능한(초점 흐림 가능한) 광속, 또는 적절한 단면 이미지의 투광 노출(flood exposure) 중의 어느 방법에 의해 수행되었다. 광속을 사용하는 방법에서는 전체 단면 패턴이 경화될 때까지 근접하는 중첩 벡터의 주사에 기초하여 단면을 완전히 필링한다. 이러한 초기 방법들은 뒤틀림, 커얼, 부정확한 치수, 구조적 일체성의 결여, 하향 방향 외관의 균일성 결여 등의 문제점을 가지고 있다.

미국의 스테레오리소그래피 기술은 연속적인 단면의 완전한 필링 대신에 부분 경화된 성형 재료의 내부 격자 [크로스-해치(cross-hatch)또는 해치]를 사용하였다. 내부 구조는 기본적으로 비변형 성형 재료(예를 들면, 액상 광중합체 등)에 의해 분리된 크로스 해치로 구성되었다. 이러한 방법에서는 각각의 층의 외부 및 내부 에지는 경계 벡터(boundary vector)(경계, 보더 벡터(border vector), 보더라고 함)의 주사에 의해 고화된다. 이들 벡터는 단면의 내부의 고체 영역을 외부의 비변형 성형 재료와 분리시킨다. 부품의 외부 영역을 경계짓는 단면 또는 단면의 일부는 크로스 해치된 후에 스킨 필(필 또는 스킨이라 함)로 완전히 충전된다. 해치는 생성 과정에서 스킨을 적절히 지지하여 뒤틀림을 최소화시킨다.

스킨, 크로스 해치 및 보더는 비변형 성형 재료(예를 들면, 액상 광중합체)를 부품 구조의 내부에 가두고 부품이 생성되는 동안 정위치에 유지한다. 가두어진 비변형 성형 재료(예를 들면 액상 광중합체) 및 경계, 해치 및 스킨을 형성하는 적어도 부분적으로 변형된 성형 재료(예를 들면, 부분적으로 경화된 중합체)는 후경화(post curing)로 알려진 이후의 공정에서 완전히 변형(예를 들면, 중합)되어진다.

매우 광범위한 후경화는 내부 크로스 해치 격자가 불연속적인 X-Z 및 Y-Z 평면 등 만을 정의하는 경우 요구될 수 있으며, 이것들은 비중합 재료의 긴 코리더(corridor)가 후처리까지 비경화 상태로 남아 있는 경우와 같이 빔에 의해 경화된 폭보다 더 넓게 서로 분리된다. 본 발명의 목적은 스테레오리소그래피에 의해 성형되는 부품의 구조적 일체성을 증대시키면서 후처리 시간 및 관련된 뒤틀림을 감소시키거나 없애는 방법을 제공하는 것이다.

스테레오리소그래피 성형 기술은 때때로 와플 형상(wafflish)의 외관 및 질감을 가진 하향 형상(down facing features)을 초래한다. 이러한 외관 및 질감은 하향 형상을 포함하는 층의 영역에 사용되는 부적절한 경화 기술에 기인한다. 하향 형상에 해치와 스킨 필이 모두 주어지면 해치와 필이 일치되는 영역에 과노출이 생길 수 있다. 마찬가지로, 과노출은 크로스 해치 벡터의 교차점에서도 생길 수 있다. 종래에는 하향 형상을 위한 균일화 경화 깊이의 요구를 무시할 수 있었는데, 이것은 다른 정밀도에 관계되는 오차가 이 효과를 가리웠기 때문이다. 그러나, 스테레오리소그래피 기술 분야에서 더 높은 정밀도를 얻기 위한 노력이 있어 왔고, 그것이 가능하게 됨에 따라 이러한 결함을 더 이상 무시할 수 없게 되었다. 본 발명은 개선된 성형 기술에 관련하여 이러한 결함을 교정하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 부품의 주기적인 성형 테스트 필요없이 그리고 빔(빔 프로필)의 에너지 분배를 고려할 필요없이 정밀한 스킨 두께를 얻을 수 있도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다. 전통적인 스킨 두께 측정 방법은 실제의 실험이나, 이론적 예측과 거리가 먼 단순한 추측이었다. 이러한 전통적인 방법에 의해 얻은 실제 스킨 두께는 빔 프로필 특성(beam profile characteristics), 스킨 벡터 간격(skin vector spacing), 드로잉 속도(drawing speed) 및 수지 특성(resin characteristics)에 크게 좌우되었다. 그러나 이들 변수는 특정한 스킨 두께를 산출하기 위해 조화되지 않는다. 예를 들면 20mils로 의도된 스킨 두께는 쉽게 15 내지 25mils 사이에서 변할 수 있다. 과거에는 이러한 두께 범위가 허용되었으나 스테레오리소그래피 기술이 발전함에 따라 소정의 스킨 두께를 얻기 위해 필요한 노출을 예측하는 보다 더 정밀하고 간편한 방법에 대한 필요성이 증대되고 있다.

[발명의 요약]

본 발명에 따르면, 외부 경계, 내부 크로스 해치, 및 스키닝 상향 및 하향 형상을 가진 물체를 형성하기 위해 적층을 형성하는 단계로 구성되는 스테레오리소그래피 방법이 제공된다. 스킨 필이 적층의 모든 영역보다 작은 영역, 하지만 물체의 상향 및 하향 형상보다 더 많은 영역에 제공된다.

본 발명에 따르면, 모든 단면층이 스킨 필과 크로스 해치를 구비한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명의 방법은 모든 단면층에 경계, 일방향 필(unidirectional fill) 또는 다중 방향 필(multidirectional fill)을 구비시키고 크로스 해치를 구비하지 않는다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명의 방법은 각각의 단면에 적절한 경계를 제공하고, 단면에 적어도 2가지 타입의 비평행 해치 벡터를 제공하며, (의미 있는 커얼을 전달할 수 있는) 유효한 접착은 두개의 해치 타입의 벡터 사이의 중첩점에서 발생한다. 부가적으로 각각의 타입의 해치 벡터는 근접 벡터에 커얼을 유도하거나 또는 근접 벡터에 의해 이들 속에 커얼이 유도될 수 있을 정도로 너무 가까운 거리에 있지 않으며 가능한한 근접하게 위치한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명의 방법은 각각의 단면에 적절한 경계를 제공하고, 이전 층상의 이들의 대응하는 타입으로부터 오프셋된(offset) 적어도 2가지 타입의 비평행 해치 벡터를 제공하고, (의미 있는 커얼을 전달할 수 있는)단면 사이의 유효한 접착은 현재 층의 2 해치 타입의 벡터 사이에서 중첩점 근처에서만 일어난다.

부가적으로 각각의 타입의 해치 벡터는 이들이 근접 벡터에 커얼을 유도하거나 근접 벡터에 의해 이들 속에 커얼이 유도될 수 있거나 커얼을 하나의 벡터에서 다른 벡터로 전달하도록 너무 근접하여 위치하지 않는 범위에서 될 수 있으면 근접하도록 이격된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 물체의 내부인 각각의 단면의 영역 (즉, 하향이나 상향 영역을 성형하는 것이 아님)은 불렛(bullets)이라는 점 노출의 형태로 경화된다. 여기서 불렛은 실질적으로 두 층 두께 깊이로 경화되고, 연속적인 층 상의 불렛들은 서로 오프셋된다. 연속적인 층 상의 점 노출은 서로 오프셋되며, 불렛은 대략 한층 두께의 깊이만큼 경화된다. 단일층 상의 점 노출의 간격은 전체가 적절히 근접하여 각각의 불렛에 관련되어 경화된 재료가 근접 불렛에 관련되어 경화된 재료에 영향을 미치지 않도록 한다. 이러한 방법에서 상향 및 하향 형상이 다양한 기술에 의해 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 물체의 내부인 단면의 각각의 영역(즉, 하향 또는 상향 영역의 성형이 아님)은 점 노출 불렛의 형태로 경화되고, 불렛은 대략 2층 두께의 깊이로 경화되며, 연속층 상의 불렛은 서로 오프셋된다. 위치 설정 패턴은 교번적으로, 즉 한층 걸러서 반복되며, 각각의 단면 상의 불렛의 간격은 이들의 경화 간격이 0보다는 크지만 이들의 상부 표면 밑의 한층 두께의 경화 폭보다 작도록 된다. 현행층 상에 경화된 불렛은 그것이 형성될 때 이전의 단면에 남아 있는 갭 속에 충전된다. 이러한 방법으로, 상향 및 하향 형상이 다양한 기술에 의해 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 물체의 내부이며 N-1 연속 단면과 함께 현행층에 존재하는 단면의 각각의 영역은 점노출 불렛의 형태로 경화된다. 각각의 단면은 약간 중첩되는 불렛의 패턴으로 분할된다. 이들 불렛은 N그룹으로 분할되며, 여기서 연속적인 그룹에 관련된 불렛이 현행 단면으로 시작되는 연속적인 단면과 관련된 재료를 노출하는데 사용된다. 각각의 불렛은 대체로 N층 두께의 깊이만큼 경화된다. 이러한 방법으로 하향 형상의 N-2층내의 단면의 영역이 전술한 방법과 유사한 변형된 기술에 의해 처리되며 상향 및 하향 특성은 다양한 기술에 의해 형성된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 적어도 상향 및 하향 형상은 스킨 필을 구비하는데 이것은 비연속적 필 벡터를 사용하는 제1패스에서의 주사에 의해 발생하고, 최초의 드로잉 벡터 사이에 충전함으로써 노출 공정을 완료하는 적어도 하나의 부가적인 패스에서의 주사가 뒤따른다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 적어도 하향 형상이 적어도 균일한 노출 적어도 하향 표면 상의 교차 벡터의 영역이 결정되고, 이들 교차 영역에서의 하나 또는 그 이상의 교차 벡터들이 감소된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 해치와 필 벡터의 결합을 포함하는 영역이 생성되고 균일한 깊이로 경화된다. 이러한 영역의 생성은 필요한 해치 벡터를 발생하는 단계와 이들의 대응 해치 벡터의 영역의 추가적인 노출에 기여하지 않는 해당 스킨 필을 발생하는 단계로 구성된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 개선된 스테레오리소그래피 방법은 스킨 필의 알려진 두께를 얻기 위해 필요한 노출, 벡터 간격 및 주사 변수(scanning parameter)를 결정하는 것을 포함한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 스테레오리소그래피 방법은 외부 경계, 내부 크로스 해치, 및 스킨 상향 및 하향 형상을 가진 물체를 형성하기 위해 적층을 형성하는 단계를 포함한다.

이 방법은 구체적으로 아래의 단계로 구성된다.

(a) 스키닝된 표면(skinned surface)이 제공된 층을 선택하는 단계,

(b) 스키닝된 표면을 갖도록 선택된 층에 소정의 깊이의 스킨 경화를 얻기 위해 필요한 총 노출량을 계산하는 수단을 구비하는 단계,

(c) 층의 각각의 영역을 노출시키는 벡터의 수를 결정하는 수단을 구비하는 단계,

(d) 먼저 경계 벡터, 다음에 해치 벡터, 다음에 스킨 벡터를 노출시킴으로써 적어도 부분적으로 층을 변형시키는 (중합시키는) 수단을 구비하는 단계,

여기서 각각의 벡터는 (b) 단계에서 계산된 소정의 깊이까지 경화시키기에 충분하며, (c) 단계에서 결정된 주어진 영역에서 벡터와 교차하는 다른 벡터의 수로 나누어진 노출을 제공한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 이러한 개선점들이 미국 특허출원 제07/339,246호, 제07/183,015호, 제07/182,801호 및 앞서 인용한 다른 특허들에서 기술된 커얼 감소 기술과 결합되어 사용된다.

예를 들면, 본 발명의 다른 특징에 따르면 상향 및 하향 형상 이상의 비연속 스킨 필과 해치의 결합된 사용으로 구성되는 개선된 스테레오리소그래피 방법을 개시한다. 또 다른 예로는 벡터의 교차점에서 노출을 감소시키고, 해치 벡터가 구비된 영역에서 다중 벡터 노출을 피하기 위해 스킨 필에 불연속을 제공하는 개선된 스테레오리소그래피방법이 개시된다.

본 발명의 다른 특징과 다른 목적 및 여러 실시예들의 장점들이 상세한 설명과 도면을 통하여 명백히 드러날 것이다.

[도면의 간단한 설명]

제 1a-1d도는 집합적으로 단면의 여러 영역에서 성형 재료의 다중 노출을 보정하지 않은 경계, 해치 및 스킨을 나타내는 평면도. 도 1a-1d는 각각 a) 경계, b) 크로스 해치, c) 스킨, 및 (d) 합해진 벡터를 표시한다.

제 2a-2d도는 집합적으로 여러 수직 평면에 의해 교차된 제1d도의 측면도를 나타내는 도면. 도 2a-2d는 각각 a) 수직 평면이 표시된 제1d도, b) 상이한 영역에서 얻어진 여러 깊이를 보여주는 평면 1을 따른 층의 단부도, c) 상이한 영역에서 얻어진 여러 깊이를 보여주는 평면 2를 따른 층의 단부도, 및 c) 상이한 영역에서 얻어진 여러 깊이를 보여주는 평면 3을 따른 층의 단부도를 나타낸다.

제 3a-3e도는 바람직한 본 방법에 의해 만들어진 경계, 해치 및 스킨을 나타내는 층의 평면도를 집합적으로 나타낸다. 도 3a-3e는 각각 a) 경계, b) 크로스 해치, c) 스킨 타입 1, d) 스킨 타입 2, 및 e) 합해진 벡터를 표시한다.

제 4a-4e도는 집합적으로 상이한 세개의 수직 평면에 의해 교차된 도 3e의 측면도를 나타낸다. 도 4a-4d는 각각 a) 수직 평면이 표시된 도 3e의 복사도, b) 상이한 영역에서 얻어진 여러 깊이를 보여주는 평면 1을 따른 층의 단부도, c) 상이한 영역에서 얻어진 여러 깊이를 보여주는 평면 2에 따른 층의 단부도, 및 d) 상이한 영역에서 얻어진 여러 깊이를 보여주는 평면 3에 따른 층의 단부도를 나타낸다.

제 5a도 및 제 5b도는 단일 벡터에 의해 제조된 경화물에 해당하는 경화된 스트링의 프로필을 표시한다.

제 6a-6d도는 다음의 실시예 II에 따라 만들어진 부품의 하향 표면 프로필을 나타낸다.

제 7a-7c도는 관례적 벡터 기법과 본 발명의 바람직한 몇 개의 구체적인 예의 여러 벡터 배열 기법 간의 비교를 보여준다. 도 7a는 벡터에 대한 연속적 드로잉 순서를 보여주는 물체의 단면의 평면도를 표시한다. 도 7b는 2회 패스로 단면을 충전하는 비연속적 순서를 사용하는, 같지만 충전된 단면을 표시한다. 도 7c는 3회 패스로 단면을 충전하는 비연속적 순서를 사용하는, 같으나 충전된 단면을 표시한다.

제 8a-8i도는 위브 성형 방식을 이용하여 샘플 단면에 대해 사용된 벡터 및 얻어진 경화 깊이를 집합적으로 나타낸다. 도 8a, 도 8c 및 도 8e는 각각 경계 벡터, X 해치 벡터 및 Y 해치 벡터 평면도를 보여준다. 도 8b, 도 8d 및 도 8f는 각각 도 8a, 도 8c 및 도 8e와 관련하여 경화된 재료의 측면도 를 표시한다. 도 8g는 도 8a, 도 8c 및 도 8f의 개별적 벡터 타입에 의해 경화된 재료의 조합물의 평면도를 나타낸다. 도 8h 및 도 8i는 두 개의 상이한 수직 평면이 도 8g의 단면과 교차하는 것과 관련된 경화 깊이의 측면도를 나타낸다.

제 9a도 및 제 9b도는 크로스 해치를 층에서 층으로 차례 차례 일방향으로 적층하는 것과 층에서 층으로 해치를 서로 엇갈리게 하는 (스태거하는)것의 차이를 보여주는 측면도이다. 도 9a는 층별로 서로 위로 적층되고 있는 해치의 측면도를 나타낸다. 도 9b는 층에서 층으로 스태거된 해치의 측면도이다.

제 10a-10c도는 본 발명의 제7실시예의 실시와 관련하여 경화된 불렛의 형상을 집합적으로 보여준다. 도 10a는 제1단면 상에서 경화된 경계 및 불렛의 평면도이다. 도10b는 제2단면 상에서 경화된 경계 및 불렛의 평면도를 나타낸다. 도 10a와 도 10b를 비교하면 불렛은 제1층과 제2층에서 서로 어긋나 있음을 알 수 있다. 도 10c는 위로 차례 차례 적층된 5단면의 경계 및 불렛의 측면도 이다.

제 11도는 본 발명의 제8실시예의 실시로 형성된 불렛의 중첩된 형태의 측면도이다.

제 12도는 비능률적 성형의 개선을 시험하기 위해 실시예 1에서 사용한 3차원 물체를 나타낸다.

제 13도는 부품에 대해 어떤 측정을 했는가를 도시하는, 도 12의 부품의 최상 단면의 평면도이다.

제 14a도 및 제 14b도는 집합적으로 CAD 설계 물체 및 본 발명의 첫 번째 바람직한 실시예의 교시에 따라 재현된 물체의 측면도를 나타낸다. 도 14a는 CAD 설계 물체를 표시하고 도 14b는 재현 물체를 보여준다.

제 15a도, 15b도 및 15c도는 집합적으로 실시예 VI의 실험에 사용된 부품을 나타낸다. 도 15a는 부품의 3차원도이다. 도15b는 부품의 평면도를 나타낸다. 도 15c는 후 경화 후 부품의 뒤틀림이 과장되기 표시된 평면도이다.

제 16a도, 16b도 및 16b'도는 물체의 상향 및 하향 특징 및 이런 특징의 각각의 단면의 서브 영역에 대한 관계를 구별짓기 위한 물체의 샘플 단면을 집합적으로 표시한다. 도 16a는 단일 샘플 단면의 한정된 및 한정되지 않은 영역의 평면도를 나타낸다. 도 16b는 물체의 세 샘플 단면의 측면도이다. 도 16b'는 중간 단면의 서브 영역의 측면도이다.

제 17a-17g도는 타일링을 위한 여러 패턴과 형상 그리고 각각의 패턴/형상 조합과 관련된 취약 벤딩측을 보여준다.

[바람직한 실시예의 상세한 설명]

본 발명은 스테레오리소그래피 방법의 네 개의 개선점을 개별적으로 또는 조합하여 개시한다. 이것들은, 첫째 후경화의 필요성을 감소시키면서 구조적 일체성을 개선하는 방법, 둘째 상이한 종류의 교차 벡터의 영역에 있어 균일한 노출을 얻는 방법, 셋째 경화 깊이를 결정하는 방법, 및 넷째 수축, 커얼 및 후경화로 인한 뒤틀림을 감소시키고자 하는 방법이다.

본 발명의 이들 네 양태는 긴밀히 상호 관련되어 있고 이따금 상호 의존적이지만 이들을 본 상세한 설명에서 순차적으로 설명하고 그 후의 실시예에서도 예시할 것이다.

[정의]

빔 프로필(beam profile)은 스테레오리소그래피 조작에 따라 광중합체 또는 기타 경화성 재료를 경화하는데 사용되는 자외선 등의 빔에 있어서 방사 에너지 분포를 나타낸다.

성형 재료(building material)는 본 발명에 있어서 3차원 부품을 형성하는데 사용될 수 있는 재료이다. 허용 가능한 성형 재료는 상승 작용적 자극에 노출됨에 따라 한 상태로부터 다른 상태로 변환될 수 있는 재료이다. 두 상태는 단일층이 상승 작용적 자극에 노출된 뒤 또는 복수개의 층이 완료된 후에는 분리 가능하다. 가장 바람직한 재료는 액체 상태로부터 응집 상태 또는 고체 상태로 변환하는 물질이다. 이들 물질에는 액상 광중합체, 소결성 분말, 접착성 분말 등이 있다. 적당한 상승 작용적 자극(예컨대 탄산 가스 레이저 등으로부터의 IR 복사)에 노출되기 전에는 분말 입자들은 서로를 지나 흐를 수 있기 때문에 액체 상태에 있으나 소결 후에는 분말 입자들은 결합하여 응집체를 형성한다. 마찬가지로, 접착성 분말은 적당한 상승 작용적 자극(예컨대 선택, 제어된 방식으로 분말 내에 배합되는 화학 결합제)에 노출되기 전에는 액체 상태에 있으나 노출된 후에는 결합 세트 및 분말(및 결합제)은 응집체를 형성한다. 상기 물질들 중 본 발명에 가장 적합한 것은 광중합체형 물질이다. 기타 허용 가능한 물질은 한 상태에서 다른 상태로 변환할 수 있는 비교적 고형인 시트 재료(sheets of material)를 포함한다. 이 시트 모양의 재료에는 건조 막(dry film) 형 광중합체 물질이 있는데 이것은 적당한 상승 작용적 자극에 노출되면 고화될 수 있고 노출된 뒤 노출 및 비노출부는 적당한 용매 중 용해도 차이에 의해 분리될 수 있다.

불렛(bullet)은 사실상 단일의 비중첩 포인트 방사로 재료를 노출하는 상승 작용적 자극 빔에 따라 고화되는 어떤 용적의 성형 물질이다. 경화된 물질의 보통의 형상은 불렛의 형상과 유사하다. 도 5b는 빔 방사에 의해 경화된 재료의 선 또는 벡터의 단면을 나타낸다. 이 도면은 또한 불렛의 2차원도를 표시하는 것으로도 해석할 수 있는데 3차원 불렛은 물체를 그 중심을 지나는 수직축 주위로 회전하여 생기는 회전체적 일 것이다.

유효 경화폭(effective cure width; ECW)은 합한 것의 경화 깊이를 크게 증가시키지 않고 주어진 개별적 경화 깊이 (즉, 각각의 벡터와 관련된 경화 깊이)를 제공할 두 벡터 사이의 가능한 최단 거리의 2배와 같은 거리이다. 바람직한 빔 형상 및 경화를 얻기 위해서는, 유효 경화폭은 최대 경화폭(maximum cure depth; MCW)(즉, 성형 재료 표면에서의 고화된 스트링의 폭) 보다 반드시 작아, 고화된 재료의 다른 선들이 경화 깊이를 증가시키지 않고서도 접착될 수 있어야 한다. 예컨대 도 5b에서 선(118)과 (120) 사이의 수평 거리가 스트링(100)에 대한 ECW를 나타낼 것이다. 전형적으로 ECW의 반이, 그 최대 경화 깊이를 크게 증가시키지 않고서도 재료의 유사한 선이 스트링(100)에 접근할 수 있는 가장 가까운 점을 나타낸다. 보다 일반적으로는 ECW는 고화된 재료의 다른 스트링(임의의 두께 및 방향) 또는 재료의 스트링 세트가 둘을 합한 것의 최대 경화 두께가 어느 한 스트링의 최대 두께보다 별로 크게 함이 없이 첫번째 스트링에 접근할 수 있는 가장 가까운 위치를 나타내는 스트링(100)과 같은 스트링의 중심선을 둘러싸는 대역이다. 두 비평행 벡터가 교차점 즉 과다 노출점에 접근할 때, EEP (둘의 결합으로 경화 깊이가 크게 증가하게 되는 점)는 빔 프로필과 두 벡터의 접근 각도에 의해 결정된다. 두 벡터가 수직이면 과다 노출점은 ECW의 1/2이다. 두 벡터가 서로 45°각도로 접근하면 과다 노출점은 1/2×1.414×ECW에 있다. ECW, 접근각 및 EEP간의 대략적 관계는 다음과 같다.

EEP=(1/2)×ECW/SIN(A),

상기 식에서 A는 두 벡터 간의 각도이다. 보다 정확한 관계는 빔 프로필, 경화 깊이, 성형 재료의 응답 특성, 및 두 벡터의 교차 방향에 관한 정보로부터 유도될 수 있다.

층(layers)은 물체를 분할하는 연속 단면 사이의 증분 두께이다. 이들 층이 성형 재료(즉, 광중합체)의 두께의 기초를 이룬다. 이 층들은 상승 작용적 자극(예컨대, 자외선 또는 기타 중합 복사선)에 충분히 노출되어야 액상 상태에서 응집 구조로 변환될 수 있다. 층들은 서로 접착되도록 만들어지고 집합적으로 고화된(예를 들어, 중합된 또는 부분 중합된)스테레오리소그래피에 의해 제조된 부품을 형성한다.

최대 경화 깊이(MCD) 및 최대경화폭(MCW)은 각각 비경화 성형 재료의 단선 또는 불렛을 상승 작용적 자극에 노출시켜서 얻게 되는 가장 깊은 경화 및 가장 넓은 경화를 말한다. 최대 경화 깊이는 일반적으로 경계 및 해치 선의 경화 깊이라고 지칭되는 것이다. 광 빔은 그 폭에 걸쳐 강도가 일정하지 않기 때문에, 한 선을 가로질러 1회 또는 수회 이 빔을 트레이싱(tracing)함으로써 얻게 되는 경화 깊이 및 폭으로는 균일한 경화 깊이 및 폭을 얻지 못한다. 경화의 최대 깊이는 일반적으로 트레이스의 단면의 중점 근방에서 일어나지만 사실 빔에 있어 강도의 분포에 따라 어디에서나 일어날 수 있다. 그 최대 깊이는 또한 트레이스를 형성하기 위한 빔의 주사 방향에도 좌우된다. 경화의 최대 폭은 재료의 경화 선의 상부(표면)에서 일어난다. 경화의 최대 깊이와 폭의 예는 도 5a에 표시되어 있는데 도 5a는 경화 재료(100)의 선(때때로 스트링으로 호칭됨)을 나타낸다. 벡터(102)는 재료의 스트링(100)을 만드는데 사용된 주사 방향을 표시한다 표면(104)은 경화성 재료의 표면의 일부를 형성하는 액상 물질로부터 만들어진 고화된 재료를 표시한다. 도 5b는 스트링(100)의 끝부분을 보여준다. 선(106)은 경화된 스트링(100)의 상부의 위치를 나타내고 한편 선(108)은 경화된 스트링의 바닥을 표시한다. (106)과 (108) 사이의 수직 거리는 스트링(100)의 최대 경화 깊이이다. 선(112)은 스트링(100)의 가장 좌측 단부를 표시하는 한편, 선(114)은 스트링(100)의 가장 우측 단부를 표시한다. (112)와 (114) 사이의 수평 거리는 스트링(100)의 최대 경화폭이다. 성형 재료로 이루어진 이러한 스트링(100)은 여러 목적을 위해 사용될 수 있다. 즉, 이러한 스트링은 1) 부품 생산과 관련된 층과 이전 층이 확실히 접착되게 하기 위해, 2) 생산되고 있는 부품의 하향 특징을 형성하기 위해, 또한 상기 두 목적 중의 하나에 사용될 일련의 이러한 경화재 스트링의 요소로서 사용될 수 있다. 상향 특징은 상황에 따라 상기 범주들 중의 하나에 적합할 수 있기 때문에 상기에는 포함되지 않았다. 상기한 첫번째 목적을 위해서는 최대 경화 깊이는 층 두께보다 큰 것이 바람직하다. 선(106)과 선(110) 사이의 수직 거리는 이런 경우의 층 두께를 나타낸다. 두번째 목적을 위해서는, MCD는 층 두께를 나타내고, 세번째 목적을 위해서는 선(106)과 선(116) 사이의 수직 거리가 층 두께를 나타낼 수 있는데 그 이유는 경화재의 순 두께는 서로 중첩하는 부분으로 인하여 증가할 수 있기 때문이다.

중첩(overlapping)이란 최대 경화 깊이(maximum cure depth)가 증가하도록 한 영역에 2이상의 노출이 제공되는 것을 말한다. 경화 형상이 반드시 단계적으로 기능해야 하는 것은 아니기 때문에 2개의 분리되어 노출된 영역이 어느 한 곳의 최대 경화 깊이를 변경함이 없이, 다른 한 영역에 접촉하여 접착할 수 있다. 2개의 라인이 서로 이웃하여 노출되는 경우에 그 최대 폭은 중첩되어 결국 이 영역에 더 큰 노출이 되고 이에 따라 깊이가 증가한다. 그러나 이러한 부가적인 노출이 각각의 라인의 최대 경화 깊이 근방의 영역에서 발생되지 않는다면, 이들의 결합된 최대 경화 깊이는 대체로 그 각각의 최대값보다 상당히 더 깊지는 않을 것이다. 중첩은 종종 서로의 최대 경화 깊이에 있어서 증가되든 되지 않든 나란히 있는 2개의 노출이 서로의 경화에 영향을 주는 경우의 상황을 의미한다. 중첩이란 용어가 사용되는 부분은 대체로 그 의미를 보다 더 명백히 할 것이다.

스텝 주기(SP)는 각각의 레이저 스텝 사이의 주기를 정의하는 부분성형 변수(part-building parameter)이다.

스텝 사이즈(SS)는 성형 재료 표면 상의 레이저 스폿에 의해 이동된 스텝의 크기를 정의하는 부분성형 변수(part-building parameter)이다.

벡터는 본 발명의 바람직한 실시예(예컨대 액상 광중합체, 또는 다른 유체상, 고화성 재료 상에 자외선 방사의 주사빔)에서 성형 재료를 고화시키는 공정에서의 방사 노출의 길이와 방향 및 길이를 나타내는 데이터이다.

스킨 벡터는 비교적 고속으로 하나의 경계에서 대향하는 경계로 전형적으로 트레이싱되는 수평 표면 벡터이며 일반적으로 양방향으로 트레이싱되는 계속적인 벡터 사이에서 실질적으로 중첩되고, 종래의 스테레오리소그래피와 본 발명의 바람직한 실시예 중 여러 예에서 스테레오리소그래피에 의해 형성된 부품의 적어도 상부 및 하부 수평 외부 표면을 한정하는 스킨 필을 전형적으로 형성한다. 전형적으로, 스킨 벡터 스페이싱은 약 14 내지 15mils인 단일 노출의 최대 경화 폭에 대하여 약 1 내지 약 4mils 이다. 물론, 이러한 예식적인 변수는 층의 요구되는 평평도, 레이저의 강도, 방사원의 가능한 속도 범위(즉, 최대 드로잉 속도), 요구되는 층 두께 및 저장이 요구되는 벡터의 수와 같은 고려할 사항에 기초해서 필요에 따라 변할 수 있다. 그러나, 본 발명의 특징에 따라 부품의 외부 표면보다 더 많은 스킨 필이 제공된다. 본 발명의 다른 특징에 따르면, 스킨 벡터는 불연속적으로 및/또는 비중첩으로 (예컨대, 제1패스 7-8mil 간격 그리고 후속하는 패스는 중간 간격) 드로잉될 수 있다. 이하에서는, 이런 특성과 다른 특성을 상세히 설명한다.

경계 벡터는 스테레오리소그래피에 의해 형성된 부품의 수직 외부 표면을 한정(각각의 단면의 범위를 한정하기 위하여)하기 위하여 트레이싱된다. 이들 벡터는 보다 큰 경화 깊이가 얻어지도록 스킨 벡터보다 천천히 주사된다. 스킨 필과는 달리 일반적으로 경계는 이들의 총경화 깊이를 얻기 위하여 중첩 오프셋 패스에 의존하지 않는다. 주어진 층위의 영역이 기존에 형성된 층(하향이 아닌 영역)의 영역을 중첩하는 상호아에서 경화 깊이의 층 두께를 넘어서 층 사이의 접착을 개선하는 것이 바람직하다. 하향 형상의 영역에서 순 경화 깊이가 실질적으로 층 두께와 동일한 것이 바람직하다.

해치 벡터는 스테레오리소그래피에 의해 형성된 부품의 내부 격자 구조를 한정하기 위하여 실질적으로 균일하고 크리시-크로스 타입 패턴(criss-cross type pattern)으로 트레이싱된다는 것을 제외하고는 경계 벡터와 유사하다.

또한 하향이 아닌 영역에 드로잉된다면, 층 사이에 접착이 개선되는 결과가 생기도록 경화 깊이가 층 두께를 초과하는 것이 바람직하다. 하향 영역에 드로잉된다면, 경화 깊이가 층 두께를 초과하는 것이 바람직하다. 본 발명의 몇몇 바람직한 구체적인 예에 있어서, 개별적인 해치 라인의 경화 깊이가 층 사이의 접착을 유도하는 커얼을 야기하기에는 부족한 2 이상의 크로스 해치 벡터 교차로부터 얻어지는 과잉 경화 깊이에 의하여 층 사이의 접착이 얻어진다.

스킨티니어스(Skintinuous)라는 용어는 부품의 단면의 상당한 부분에 실질적으로 솔리드 필 패턴을 생성시키는 형성 기술을 의미한다.

멀티패스(Multipass)는 재료가 주위의 구조물과 직접 접착하기 전에 실질적으로 반응이 되도록 한 영역을 노출시키기 위하여 하나 이상의 패스(예컨대, 라인)를 사용하는 드로잉 기술을 말한다. 상기 방법의 목적은 층 사이의 인력을 최소화 시킴으로써 커얼을 감소시키는 것이다.

인터럽티드 스캔(Interrupted Scan) 또는 브리킹(Bricking)은 전달된 스트레스를 완화시키기 위하여 반복되는 갭을 갖는 벡터를 주사하는 것을 말한다.

타일링(Tiling)은 벡터와 대비되는 것으로서 (넓은 영역은 벡터들로 이루어짐) 비교적 넓은 영역에 적용되는 인터럽팅된(interrupted) 주사 기술이다. 상기 주사는 매우 잘 맞게 함께 끼워지지만 서로 접착되어 있지는 않은 뚜렷한 형상이 되었다. 상기 방법의 의도는 커얼을 생성하는 전달된 스트레스를 감소시키면서 성형 공정 경화의 백분율을 최대화시키는 것이다.

로그 잼(Log Jam)은 몇몇 내부 해치 (또는 필) 벡터들이 접착을 피하기 위하여 층 보더로부터 수축되는 주사 기술을 말하는데, 여기서 해치 또는 필을 노출한 후에 오프셋 보더 등이 주사되어 해치와 최초의 보더를 접착한다.

퀼팅(Quilting)은 비교적 큰 크로스 해치 구조를 주사함으로써 우선 각각의 층을 팻치로 분할하는 드로잉 기술을 말한다. 그 다음에 각각의 팻치는 주사될 개별적인 영역으로서 처리된다. 상기 방법은 플로팅 재료 기술(예컨대, 로그 잼)로 비교적 큰 영역을 드로잉할 때 발생될 수 있는 문제와 관련된다.

스트롱암(Strongarm)은 하향 영역을 특별히 견고하게 만들기 위하여 과잉 노출시켜, 재료와의 접착에 의해 다음의 위층으로부터 야기되는 뒤틀림에 대한 그것의 저항능을 증대시키는 주사 기술을 말한다.

위브(Weave)는 통상 근접 솔리드 필 패턴을 생성시키는 드로잉 패턴을 말하는데, 여기에서 제1패스 [스레드(thread)] 상의 벡터는 최대 경화폭(MCW) 보다 약간 더 떨어져서 이격되어 있고 접착에 필요한 노출보다 덜 노출 (즉, 경화 부족)된다. 접착은 스레드의 교차 영역에서 발생하는 누적적인 노출에 의하여 제2패스 또는 고차수(high order)의 패스로 얻어진다.

인터레이스(Interlace)는 특정한 타입의 비연속 주사인데 여기서는 하나 걸러서 있는 벡터가 영역의 제1패스 상에 주사되고 나머지 벡터는 제2패스 상에 주사된다.

스태거드(Staggered)는 교번층(alternating layers)에 다른 드로잉 패턴이 사용되는 성형법을 말한다. 예컨대 스태거드 해치는 근접한 층 상의 해치 벡터가 서로 중첩하지 않도록 교번층 상에 해치 벡터를 오프세팅하거나 시프팅하는 것(offsetting of shifting)을 말한다. 상기 방법의 목적은 보다 동질적인 구조를 제조하고 어떤 경우에는 커얼을 가능한 줄이는 것이다.

스몰리즈(smalleys)는 주어진 단면 상의 임계 위치에 홀이나 갭이 위치되는 성형 기술을 말한다 (통상 CAD 디자인을 통해 실행되지만 각각의 단면상에 슬라이스 타입 프로그램으로도 실행할 수 있음). 이들은 층의 한 영역에서 층의 다른 영역으로 스트레스가 전파되는 것을 방해함으로써 커얼링을 줄인다.

리베팅(Riveting) 또는 스티칭(Stitching)은 주어진 층에 다른 레벨의 노출을 가하는 노출 기술을 말하는데, 여기서 어떤 노출은 접착에 필요한 것보다 부족하고 어떤 노출은 접착시키는데 충분해서 리벳과 비슷한 형태의 불연속적인 접착을 생성한다.

웹(Webs)은 CAD 디자인된 물체의 소정의 최종 복제 일부분이 아니라 스테레오리소그래피 장치에 의해서 물체를 따라 형성되어 여러 형상의 물체를 지지하고 성형 플랫폼으로부터 물체를 쉽게 분리할 수 있도록 하는 지지구조물이다.

물체의 상향 및 하향 형상(Up-facing and Down-facing Features of an Object)은 물체의 상부 또는 하부 범위를 나타내는 특정 단면상의 영역 또는 서브 영역이다.

각각의 단면은 한정된 영역(bounded region)과 한정되지 않은 영역(unbounded region)을 조합하여 형성된다. 한정된 영역은 물체의 고체 구조 부분(영역이 완전히 고화된 영역이든 크로스-해치된 영역이든 상관없음)을 형성하는 것이다. 한정되지 않은 영역은 물체의 빈 부분 또는 중공 부분을 형성하는 것이다. 이런 개념은 도 16a의 실시예에 도시되어 있다. 도 16a는 물체의 샘플 단면의 평면도를 도시한다. 이 샘플 단면은 3개의 한정된 영역과 2개의 한정되지 않은 영역으로 나누어진다. 경계(700)는 영역(705)을 한정하고 경계(710)는 영역(715)을 한정하며 경계(720)는 영역(730)을 한정한다. 영역(735) 및 (740)은 한정되지 않은 영역이다.

단면에서 각각의 한정된 영역은 주어진 단면 상의 한정된 영역과 2개의 근접한(하나는 상부이고 다른 하나는 하부) 단면상의 한정된 영역과 한정되지 않은 영역 사이의 관계에 의해 결정되는 서브 영역으로 분할될 수 있다. 단면 i의 상향 영역은 단면 i+1의 한정되지 않은 서브 영역의 아래에 있는 단면 i의 한정된 서브 영역이다. 단면 i의 하향 서브 영역은 단면 i-1의 한정되지 않은 서브 영역 위에 있는 단면 i의 한정된 서브 영역이다. 어떤 서브 영역은 상향과 하향 형상을 둘 다 나타내는데, 이 경우에는 서브 영역은 통상 하향 서브 영역이라고 생각되는데 그 이유는 하향 형상의 적절한 경화는 통상 상향 형상보다 더욱 중요하기 때문이다. 이 개념은 제16b도와 제16b'도의 예에 도시되어 있다. 단면 i (750)은 단면 i-1 (755)의 위에 있고 단면 i+1 (760)의 아래에 있다. 제16b'도는 단면 i (750)가 서브 영역으로 분할되어 있는 것을 제외하고는 제16b도와 동일한 것이다. 단면 i의 상향 한정된 서브 영역은 (761),(764) 및 (768)으로 표시되어 있다. 단면 i의 상향 한정된 서브 영역은 (761),(762) 및 (769)이다. 상향도 아니고 하향도 아닌 한정된 서브 영역은 (763),(765) 및 (767)이다. 단면 i의 한정되지 않은 영역은 서브 영역(766)과 (770)이다. 서브 영역(761)은 상향과 하향 두 가지라는 것을 알 수 있으며 그러므로 그것은 통상 하향 형상으로서 처리된다. 만약 단면 j가 완전히 한정되지 않은 단면 상에 있다면, 단면 j는 모두 하향 형상(예컨대 부품의 바닥부)이다. 만약 단면 j가 완전히 한정되지 않은 단면 아래에 있다면, 단면 j는 상향 형상(예컨대, 부품의 상부)이다.

다른 정의는 나머지 설명과 여기에 참고적으로 제시된 미국 특허 출원 제07/429,435호에 부록 B, C로서 첨부된 매뉴얼로부터 얻을 수 있다. 더욱이 SLA 하드웨어, 수지, 및 레이저 타입의 규격과 이들 부록에서 설명된 것과 개선된 스테레오리소그래피 공정에 대한 일반적인 바람직한 변수가 이 부록에 개시되어 있다.

[개선된 구조적 일체성을 얻는 바람직한 방법]

본 발명의 여러 실시예는 개선된 구조적 일체성을 얻는 방법에 관한 것이고 형성된 부품의 상향 및 하향 표면 이상의 표면에 스킨을 효과적으로 제공함으로써 후경화에 의한 뒤틀림을 줄이고, 전체 수평 뒤틀림을 줄이며 여러 경우에 전체 수직 뒤틀림(예를 들어, 수직 커얼)을 줄인다. 예를 들어, 상향 및 하향 표면상에만 스킨을 제공하고 x-z (X해치)와 y-z (Y해치) 평면에 크로스 해치를 제공하는 효과는 측면상에 적어도 부분적으로 변형된 크로스 해치와 경계 물질 및 상향과 하향 표면 상에 스킨에 의해 가두어진 실질적으로 변형되지 않은 물질로 이루어진 비교적 긴 칼럼으로 필수적으로 구성되어 있는 내부 구조를 생성하는 것이다. 따라서, 하향 또는 상향 스킨 또는 크로스 해치의 어떤 부분에서의 누출(leak)은 변형되지 않은 성형 물질의 뒤틀림과 바람직하지 않은 유출(drainage)을 야기할 가능성이 있다. 그러나, 만약 스킨이 상향 및 하향 표면 보다 많은 x-y(수평) 평면에 제공되면 크로스 해치, 경계, 및 스킨으로 가두어진 변형되지 않은 물질로 이루어진 부분은 훨씬 작아지고 보다 잘 가두어질 것이다. 추가적인 스키닝된 표면을 부품의 내부 구조 내에 제공하는데 기인하는 다른 장점은 개선된 구조적 일체성, 형성 중의 뒤틀림 감소, 후경화 시간의 감소, 후경화 뒤틀림의 감소 등을 포함한다. 부가적으로, 표면 마무리는 후경화 전에 수행될 수 있고 어떤 상황에서는 후경화를 완전히 피할 수 있다. 이러한 추가적인 필을 얻기 위해 다른 방법을 채택한 바람직한 여러 실시예가 있다.

제1군의 실시예는 필이 일련의 중첩 노출에 의해 생성되는 전통적인 스킨 필링 기술에 유사한 노출을 이용한다. 이 실시예들은 단면의 동일 영역에 크로스 해치와 필로 알려진 것의 사용을 채택하거나 채택하지 않는다.

제1의 바람직한 실시예에 있어서 물체는 단면에 경계 벡터에 대한 성형 물질의 노출에 의해 처음으로 층층이 형성되고 이어서 단면상에 크로스 해치 벡터를 노출시키고 최종적으로 단면상의 어떤 상향과 하향 영역에 스킨 필 벡터를 노출시킨다. 부가적으로 스킨 필 벡터는 하향이 아닌(non-down-facing) 그리고 상향이 아닌 영역에서 조차도 주기적인 또는(어떤 발생 확률을 갖고) 랜덤한 단면 상에 제공되고 노출된다. 예를 들어, 부품에 1/2 inch의 수직 간격마다, 여기서 10mil의 층은 50층에 해당되는데 전체 단면의 스킨을 제공하는 스킨 벡터가 생성된다. 이들 스킨 벡터는 하향인 영역과 하향이 아닌 영역을 구별하여 다른 경화 변수가 필요하다면 사용될 수 있는 형태로 제공된다. 다른 영역을 구별하는 것은 가능한데 그러나 구별하는 것이 불필요하다는 것을 알게 되었다. 상기 접근 방법의 장점은 이미 설명되었다. 물론 기하학적 선택 스페이싱을 포함하여 스킨 필의 다른 수직 스페이싱도 가능하다. 즉, 몇몇의 기하학적 형상은 어떤 스킨의 스페이싱에 의해 보다 더 잘 취급될 수 있으며 다른 것들은 다른 스킨의 스페이싱을 요한다. 본 실시예에서 층 사이의 접착을 이루기 위하여 사용되는 경계 벡터와 크로스 해치 벡터는 통상적으로 적절한 접착을 보장하기 위한 과경화에 의해 제공될 수 있다. 그러나, 하향이 아닌 영역에 사용되는 스킨 벡터는 층 두께보다 작거나, 같거나, 보다 더 큰 경화 깊이로 제공될 수 있다. 층 두께보다 큰 스킨 깊이는 과잉 커얼을 야기하므로 최적은 아니라는 것이 통상적으로 알려졌다. 한편, 하향 영역에서의 (다른 모든 타입의 벡터와 결합된) 스킨 벡터는 단지 1층 두께의 경화 깊이로 제공된다. 본 발명의 구체적인 실시예는 이후 설명된 균일 스킨 두께 방법과 전체적으로 또는 부분적으로 결합될 수 있다.

본 성형 방법은 요구되는 CAD 물체 파일 등을 두번 슬라이싱하고 다음에 수정(editing)하고 이 결과로 얻어진 슬라이스 파일을 함께 합함으로써 실질적으로 실행될 수 있다. 제1슬라이스는 예컨대 50mil 간격을 갖는 X와 60/120 크로스 해치를 사용하고 3mil 간격을 갖는 X 스킨 필을 사용하여 정상 슬라이싱 변수로 행해진다. 제2슬라이스는 스킨 필을 사용하지 않고 조밀하게 간격을 두고 있는 크로스 해치(스킨 필의 기능을 함) 타입과 제1슬라이스의 스킨 스페이싱과 동일한 스페이싱을 사용하여 행히진다. 예를 들어, 상기 실시예에 계속해서 제2슬라이스는 동일한 층 두께로 행해지지만 3mil 간격을 갖는 X타입 크로스 해치만으로 행하여진다. 제2슬라이스 파일을 생성한 후에 하향이 아닌 그리고 상향이 아닌 영역에 필을 사용하지 않는 단면과 관련된 스키닝 크로스 해치(skinning cross hatch)를 시작하고 제거할 수 있는 프로그램에 의해 또는 수동으로 수정된다. 그 다음에 제1슬라이스로부터 모든 벡터를 유지하고 제2슬라이스로부터 잔류하는 X층 크로스 해치만을 유지하는 융합 옵션(merging option)을 사용하여 두 파일이 함께 통합된다 (근접-평면 하향 크로스 해치를 포함하여 다른 모든 벡터 타입이 제거됨). 이러한 해치와 필 벡터는 여전히 통합 물체의 출처를 나타내는 블록 헤더에 의해 구별된다. 따라서, 통합된 파일은 단일 물체로서 성형될 수 있다.

각각의 타입의 벡터에 적당한 노출자를 제공하는 것이 확보되어야만 한다.

따라서, 제2슬라이스 물체로부터의 해치 벡터는 스킨 필과 등가인 관련된 노출치로 제공된다. 이 과정은 상기한 것과 실질적으로 동일한 물체를 제조할 것이다. 그러나, 이러한 실시와 요구되는 실시 사이에는 여러 가지 차이가 있다. 첫째로, 하향 형상과 상향 형상의 영역은 물체의 제2슬라이스로부터의 크로스 해치가 결합된 파일 내에 여전히 포함되어 있는지의 여부에 따라 이중 노출(이에 따른 바람직하지 않는 과잉 경화 깊이)로 제공할 수 있다. 둘째로, 현재의 슬라이스 프로그램은 통상 하향 해치와 하향이 아닌 해치를 구별하지 않기 때문에(근접-평면 영역 제외), 하향 영역에는 추가적인 경화가 있는데 그 이유는 크로스 해치는 단면 사이의 접착을 보장하기 위하여 어느 정도 과잉 경화되기 때문이다.

도 14a와 도 14b는 제1실시예의 기술에 따라 성형된 물체의 측면도를 도시한다. 도 14a는 CAD 디자인된 물체의 측면도를 나타낸다. 점선으로 표시된 영역은 고체 영역을 나타낸다. 도 14b는 불체의 구조적 일체성을 향상시키기 위하여 제3층마다 스킨된 제1의 바람직한 실시예에 따라 성형된 물체의 측면도를 나타낸다. 전방 슬래시 /로 표시된 영역은 이것들의 하향이기 때문에 스킨된 영역을 나타낸다. 후방 슬래시 ＼로 표시된 영역은 그것들의 상향이기 때문에 스킨된 영역을 나타낸다. X로 표시된 영역은 실시예에 따라서만 스킨 가능한 영역을 나타낸다. 층(1),(4),(7) 및 (10)은 본 실시예에 따라 스킨될 것이다.

제2의 바람직한 실시예에서 물체는 경계 벡터를 각각의 층상에, 크로스 해치를 각각의 층상에, 그리고 스킨 필 벡터를 각각의 층의 각각의 부분에 제공하고 노출함으로써 성형된다. 전술한 실시예와 후술할 실시예에서와 같이, 제2실시예는 벡터 데이터를 사용하여 성형하는 부품으로만 제한되지 않는다. 벡터 데이터는 단순히 본 발명의 개념의 실행으로서 사용되었으며 다른 방법의 실행도 사용될 수 있다. 본 발명의 특정 개념은 각각의 단면상에서의 고화량 및/또는 각각의 단면 상에서의 물질 고화의 순서 및/또는 각각의 단면 상의 각각의 영역의 고화 깊이 등을 다룬다. 제2실시예는 스킨-필이 단지 하향 형상, 상향 형상 및 주기적인 단면 뿐만 아니라 모든 단면의 모든 영역 상에 공급된다는 것을 제외하고는 기술된 제1실시예와 유사하다. 따라서, 제2실시예는 그 경계의 내부적으로 가두어진 실질적으로 변형되지 않은 물질이 거의 또는 전혀 없는 그린 부품(green parts)이 된다. 만약 유효 스킨 경화 깊이가 층 두께와 같거나 더 크다면 실질적으로 변형되지 않은 물질은 없을 것이다. 만약 유효 스킨 경화 깊이가 층 두께보다 작다면 실질적으로 변형되지 않은 물질이 다소 있을 것이다. 선행의 실시예와 같이, 적절한 접착을 확보하기 위해 선행 단면 영역과 중첩되는 단면 영역 사이에 순 과경화(net overcure)를 갖는 것이 요망되지만 하향 영역에서는 순 경화 깊이가 균일하고 단지 1층 두께의 경화 깊이인 것이 요망된다. 실질적으로 각각의 단면 상의 모든 물질이 실질적으로 변형되어 있는 현재의 실시예와 같은 실시예에 있어서, 수직 커얼은 통상적으로 상당히 상승하지만 수평 뒤틀림은 상당히 저하된다는 것을 알게 되었다. (수평 및 수직) 커얼량은 층 사이의 과경화량, 동일 단면 상의 근접한 라인 사이의 과경화량, 과경화가 발생되는 영역의범위, 층의 두께, 및 단면 내(intracross-sectional) 고화는 물론 단면간(intercross-sectional) 고화에 따라 상당히 변한다는 것을 알게되었다. 만약 지지되지 않는 임계 형상을 거의 포함하지 않거나 또는 비지지 형상이 웹으로 지지될 수 있는 부품이 성형된다면, 본 실시예를 직접 적용해서 부품 정밀도에 있어서 실질적인 개선을 도모할 수 있다.

만약 성형될 부품이 잘 지지될 수 없는 중요한 영역을 포함한다면, 본 실시예에 대한 개량은 결과적인 수직 커얼 타입의 뒤틀림을 감소시키는데 도움이 될 수 있다. 이러한 개량은 부품의 다른 영역에 경계, 넓게 이격된 크로스 해치, 하향 형상 스키닝 루틴(down-facing feature skinning routine) 및 상향 형상 스키닝 루틴의 표준 성형법을 계속 사용하면서 본 실시예의 기술 (또는 연속 스키닝 또는 스킨티니어스)을 적절히 지지될 수 있거나 지지되고 있는 영역에만 사용하는 것을 포함한다. 스트롱암 성형 기술이 부품의 다른 영역에서 효과적으로 사용될 수 있다. 이 개량된 방법의 결과로 비지지 영역에 있어서의 수직 정밀도의 희생 없이 지지되는 영역에 있어서 수평 정밀도가 실질적으로 향상되었다.

수직 뒤틀림의 증가를 피하기 위한 다른 개량은 함께 계류 중인 미국 특허 출원 제183,015호에 제안된 스몰리즈의 사용; 함께 계류 중인 미국 특허 출원 제182,823호와 제339,246호에 제안된 멀티패스 드로잉 기술; 함께 계류 중인 미국 특허 출원 제182,823호와 제339,246호 사본에 제안된 층 접착 기술로 리벳 타입 층의 사용; 이후 기술될 스트롱암, 로그 잼 그리고 퀼팅 및 유사한 기술 그리고 이들 기술의 결합 등을 포함한다.

기술된 성형 방법의 제1실시예에서와 같이, 본 성형 방법은 요구되는 CAD 물체 등을 2회 슬라이싱하고 그 다음 파일을 통합함으로써 실질적으로 실행할 수 있다. 제1슬라이스는 스킨 필이 사용되지 않은 것을 제외하고는 비교적 정상 슬라이싱 변수로 수행된다. 한가지 실시예는 X와 50mil 간격을 갖는 60/120 크로스 해치를 사용하는 것이다. 제2슬라이스는 스킨 필을 사용하지 않고 각각의 층 상에 스킨 필을 형성하기 위하여 요구되는 것과 동일한 간격과 밀접하게 이격된 크로스 해치 타입을 사용하여 다시 행해진다. 예컨대, 제2슬라이스가 동일 층 두께로 단지 3mil 이격된 타입의 크로스 해치로 수행될 수 있다. 제2슬라이스 파일을 생성한 후에, 제1슬라이스로부터 모든 벡터를 지키고(사용된 어떠한 스킨 필 벡터도 제외) 제2슬라이스 파일로부터 X 크로스 해치(근접-평면 하향 크로스 해치 포함)만을 지키는 융합 선택권(merging option)을 사용하여 두 파일은 통합된다(모든 다른 벡터 타입은 제거됨). 제1슬라이스로부터의 해치와 제2슬라이스로부터의 필 벡터(실제로 제2슬라이스로부터 해치 벡터)는 이것들이 나온 통합 물체를 나타내는 블록 헤더(block headers)에 의해 구별된다. 따라서, 결합된 파일은 각각의 벡터 타입에 대해 적절한 노출치를 제공하는 것을 보장하는 단일 물체로서 성형될 수 있다. 따라서, 제2슬라이스 물체로부터의 해치 벡터는 스킨 필과 동등한 관련 노출치도 제공된다. 본 공정은 본 실시예의 바람직한 방법으로서 상기한 것과 실질적으로 같은 물체를 제공한다. 그러나, 이러한 실시와 상기한 요구되는 것 사이에는 차이가 있다. 현재의 슬라이스 프로그램은 하향 해치로부터 하향이 아닌 해치를 분리하지 않기 때문에(근접-평면 영역에서는 제외), 하향 영역에서 추가적인 경화가 있을 수 있는데 이 이유는 크로스 해치는 단면 사이에 접착을 보장하기 위해 어느 정도 과경화되는 것이 필요할 수 있기 때문이다.

이후 설명될 실시예는 물론 제2실시예와 제1실시예에 있어서, 다양한 실시예를 적어도 부분적으로 실행하기 위하여 현존하는 상용 소프트웨어를 사용하거나 현재의 상용 소프트웨어로부터의 출력을 수정하는 여러가지 방법이 있다. 여기서의 실행은 단지 그러한 기술의 일 예가 될 수 있다는 것을 의미한다.

제3의 바람직한 실시예에서, 각각의 단면은 단지 경계와 스킨 필 벡터를 구비하고 제공된다(이 실시예는 크로스 해치를 이용하지 않음). 제3의 실시예에 있어서, 경계는 경계가 이전의 단면과 접착을 위해 사용되는지의 여부 또는 하향 형상을 형성하는지의 여부에 따라 층 두께와 동일하거나 층 두께보다 더 두꺼운 유효 깊이로 경화된다. 상기 실시예에서와 같이 하향이 아닌 영역에서의 스킨 벡터는 층 두께보다 작거나 동일하거나 더 큰 깊이로 경화될 수 있다. 스킨 벡터와 통상의 경화 기술에 의해 층 두께보다 더 큰 유효 깊이로 경화된다면 수직 커얼이 더 많아짐이 확인되었다. 그러므로, 그러한 깊이로 스킨 벡터를 경화하고자 한다면 멀티패스와 같은 커얼을 줄이는데 도움이 되는 드로잉 방법을 사용하는 것이 현명하다. 멀티패스는 적어도 두 단계 공정에서 재료를 고화하는 방법으로, 여기서 상승 작용적 자극에 대한 재료의 제1노출은 층두께보다 작은 경화 깊이를 초래하며 제2패스(또는 더 높은 수의 패스)는 접착을 보증하는 순 경화 깊이를 초래한다. 멀티패스는 커얼을 감소시키는데 유효한 방식이다. 멀티패스 주사의 향상에 대한 추가 설명은 다중 주사 공정 동안의 복합 파장 사용에 관한 특허 출원 제429,911호에 개시되어 있다. 짧은 침투 깊이 노출은 하나 또는 그 이상의 제1패스에 주어져서 단면 사이의 적당한 접착을 얻는데 사용되는 긴 침투 깊이를 사용하는 하나 또는 그 이상의 추가적 노출에 앞서 성형 재료의 실질적인 변형이 확실히 일어나도록 한다.

제3실시예에서 일어날 수 있는 추가적인 문제점은 수평 커얼이 과도하다는 점이다. 상기 실시예에서, 수평 커얼은 스킨의 노출에 앞서 크로스-해치의 노출에 의해 최소로 유지되며 여기서 크로스-해치는 스킨이 형성될 수 있는 안정 프레임으로서 작용한다. 이 제3실시예가 크로스-해치를 내포하지 않기에 수평 커얼 감소 기술도 활용할 필요가 있다.

상기 기술은 비연속 벡터 드로잉의 사용, 비-중첩 필 벡터의 사용(예를 들어, 이후 기술되는 실시예의 주제인 위브)과 중간 벡터에 의해 비-연속적으로 드로잉된 벡터의 필링(모든 점에서 이것은 상술한 멀티패스 기술의 수평 버전이다)을 포함한다. 벡터의 비-연속적 순서(non-consecutive ordering) 특정 간격으로 필 또는 해치 벡터를 공급하여 비연속적 방식으로 벡터를 노출하는 기술에 속한다. 종래의 스테레오리소그래피에서 필 벡터는 연속적인 순서로 경화된다.

연속 순서 및 비-연속 순서 사이의 차이점을 도시하는 실례를 도 7에 나타낸다. 도 7a는 단일 방향의 필 벡터(201) 내지 (209)를 내포하는 경계(200)의 단면을 도시한다. 종래의 스테레오리소그래피에서 드로잉의 순서는 벡터(201)에서 (209)이다. 각각의 이들 벡터를 주사하는 방향은 대체로 벡터 사이의 점핑량이 최소화되는 방향이다. 홀수 벡터는 통상 좌측에서 우측으로 드로잉되며 짝수 벡터는 우측에서 좌측으로 드로잉된다. 그러므로 전체 필은 한 벡터의 머리(head)와 다음 벡터의 꼬리(tail) 사이의 최소 점핑으로 드로잉될 수 있다.

도 7b는 비연속적 드로잉 순서의 실례가 일어날 수 있는 모든 수평 커얼을 최소화하는데 사용되는 것만 제외하고는 유사한 단면을 도시한다. 단면은 경계(220)로 둘러싸여지면서 벡터(221)에서 (229)로 채워진다. 드로잉 순서는(221)에서 (229)이므로 모든 다른 벡터는 드로잉의 제1패스 상에 스킵된 다음 제1패스 상에 스킵된 벡터는 제2패스 상에 주사된다. 이 기술은 개별적으로 각각의 벡터에 의해 경화된 재료가 연속적으로 주사된 벡터에 의해 경화된 재료와 연결되지 않도록 일정 거리만큼 두 연속적으로 주사된 벡터가 분리될 때 커얼을 최소화하는데 특히 유용하다. 그 다음 제2패스 상에서(또는 그 후 패스) 제1패스에 의해 노출된 재료 사이의 갭은 벡터를 주사하는 추가 패스에 의해 제1패스의 벡터에 대해 중간에 충전된다. 각각의 벡터의 경화폭이 벡터들 사이의 간격에 비하여 비교적 넓으면 바로 다음 벡터 이상 더 스킵될 필요가 있다. 예를 들면 제1패스 상에 한 벡터를 경화하고 세 벡터를 스킵한 다음 또 다른 벡터를 경화하고 다음 세 벡터를 스킵할 수도 있다. 제2패스 상에 한 벡터는 제1패스 상에 드로잉되지 않은 각각의 세트의 3 벡터의 중간 벡터를 경화한 다음 최종적으로 제3패스상에 남은 미노출 벡터가 주사된다. 이것은 도 7c에 도시되며, 경계(240)는 주사 순서가 (241)에서 (249)인 벡터(241) 내지 (249)로 충전된다.

스킨 벡터가 층 두께보다 작거나 동일한 유효 경화 깊이로만 주어진다면 이전의 단면을 중첩하는 현재의 단면의 부분 상에 포인트 리벳(point rivet) 등의 형태로 추가 노출을 제공할 필요가 있을 것이다. 리벳의 적정한 사용은 층들 사이에 접착을 적당하게 하나 수직 커얼도 최소로 유지되게 하는 경향도 있다. 보다 깊은 경화 깊이 방법(cure depth method)에서와 같이 이 접근 방법도 수평 커얼 감소 기술의 사용을 필요로 할 수 있다.

상술한 성형 방법에서와 같이 이 성형 방법은 소정의 CAD 물체 파일 등을 단 한번 슬라이싱함으로써 사용자에 의해 실질적으로 실시될 수 있다. 부품은 스킨 벡터없이 크로스-해치로 슬라이싱된다. 크로스 해치 벡터는 스킨 필에 대한 전형적 분리에 의해 이격된다. 하나 또는 그 이상의 크로스 해치 타입은 동시에 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 타입으로서 각기 4mil의 간격을 가지면서 두 X·Y 해치를 사용할 수 있다. 하나의 벡터를 따르는 단일 패스에 대한 경화의 최대 경화폭이 벡터들 사이의 간격과 동일 또는 더 크고 (예컨대, 12mil MCW) 연속적으로 경화된 벡터가 상호 영향을 미치기를 원하지 않는다면 도 7c에 기술된 것과 유사한 드로잉 패턴이 크로스 해치의 각각의 타입에 사용될 수 있다. 이 절차는 제3실시예의 바람직한 방법으로 제조되는 것과 실제적으로 유사한 물체를 제조할 수 있다. 그러나, 이 실시와 상기 기술한 바의 요구되는 물체 사이에는 차이가 있다. 본 슬라이스 프로그램이 하향 해치(근접-평면 영역에서 제외된)와 경계로부터 하향이 아닌 해치와의 경계를 일반적으로 분리하지 않기 때문에 크로스 해치와 단면 사이의 접착이 이루어지도록 다소 과경화될 수 있어서 하향 영역에서 추가적 경화가 아마 있을 것이다.

제4실시예는 경계 벡터를 사용하지 않는 것을 제외하고는 방금 기술된 제3실시예와 유사하다. 그러므로, 이 실시예는 단지 필 타입 벡터를 공급하여 노출시킨다. 이 실시예에서 각각의 단면과 연관된 경계가 없어서 이전의 단면과의 수직 접촉 및 근접 벡터들에 대한 수평 접촉이 있는 경우를 제외하고는 그들이 드로잉되는 바와 같이 적소에 벡터를 유지하기 위한 표면 장력 및 점도만이 있기 때문에 이 실시예의 벡터는 높게 순서 매겨진 방식(highly ordered manner)으로 드로잉되어야 한다. 벡터는 적당한 구조 지지체를 보증하는 순서 및/또는 깊이로 드로잉되어야만 전 단면이 드로잉될 때까지 각각의 벡터는 적소에 유지되게 된다. 벡터가 부적당한 순서로 드로잉되는 경우 이들 몇몇은 위치를 벗어난 드리프팅되거나 단면의 노출 및 고화의 완료에 앞서 위치를 벗어나 뒤틀리게 될 수 있다. 수직 커얼은 일반적으로 현재 드로잉된 단면상에 경화된 재료와 사전에 경화된 단면상에 경화된 재료 사이에 일어나기 때문에 이 부분에 있어서의 벡터는 비연속적 순서로 드로잉될 수 있으며 또한 두 패스 또는 멀티패스를 사용하여 경화될 수도 있어서 커얼을 최소화한다. 다음에 하향 영역에서 일어나는 벡터는 기타 해치 타입으로부터의 벡터들과 함께 비연속적 인터레이스 방식으로 커얼될 수 있다. 예를 들면, 하나 또는 그 이상의 비연속적 X 타입 벡터가 주사되고 이어서 하나 또는 그 이상의 Y 타입 벡터가 주사된 다음 모든 벡터들이 주사될 때까지 다른 X와 Y타입 벡터의 벡터들의 노출이 반복될 수 있다. 이 부분에서의 주사의 방향은 주사의 순서만큼 중요하다. 벡터의 가장 적당한 위치 설정을 보증하기 위하여 지지 영역으로부터 지지되지 않는 영역을 향하여 주사될 필요가 있다.

기타 여기에 기재된 실시예는 표준 접근 크로스 해치 벡터에 보다 유사한 방식으로 단면 상에 적어도 상당한 양의 필을 생성한다. 이것은 이들 노출 동안 상호 영향을 미치지 않을 정도의 간격을 두고 있는 벡터들을 공급하여 노출시킴으로써 이루어진다. 이들은 개별적으로 노출된 벡터들의 예기된 최대 경화폭으로 또는 약간 상회하여 이격된다. 그럼으로써, 모든 벡터들의 노출 후에는 벡터들 사이에만 단지 최소의 변형되지 않은 재료를 남긴 채 대부분이 변형된 단면이 생긴다. 이 접근 방법의 여러 실시예는 위브라는 명칭으로 널리 알려져 있다.

특히 위브는 이 개념(본 출원의 제5실시예)의 바람직한 제1의 실시예에서도 적용된다. 이 실시예는 여러 연속적인 스킨 성형 기술 중 현재 가장 바람직한 실시예이다. 이 실시예는 경계 벡터를 공급하고 노출한 다음 적어도 두 타입의 비-평형 크로스 해치를 공급하고 노출하는 것으로 이루어지며, 여기서 제1크로스 해치 타입의 노출은 이전의 단면에 수직 커얼을 유발하는데 충분한 접착을 초래하는 경화 깊이를 일으키는데 불충분하며 제2크로스 해치 타입의 노출은 제1타입에 상당하여서 중첩 부분이 충분히 노출되어 단면 사이에 접착을 일으키게 된다. 크로스 해치 벡터의 간격은 적당한 노출이 주어졌을 때 소정의 경화폭을 초래하도록 개별 벡터의 최대 경화폭보다 약간 더 이격될 정도이다.

앞서 기술된 성형 방법에서와 같이, 이 성형 방법은 소정의 CAD 물체 파일 등을 단번에 슬라이싱하도록 SLA 소프트웨어를 사용하여 실제 실행될 수 있다. 부품은 스킨 벡터없이 크로스-해치로 슬라이싱된다. 크로스 해치 벡터는 예기한 최대 경화폭보다 약간 더 큰(예컨대, 10%) 정도의 분리로 이격된다. 이 실시예를 사용하는 부품을 성형하는 현재의 바람직한 시스템은 캘리포니아 발렌시아의 3D Systems에 의해 제조된 SLA-250이다. 현재 바람직한 성형 재료는 Ciba-Geigy에 의해 제조된 XB 5081 스테레오리소그래피 수지(액상 광중합체)이다. 현재 바람직한 시스템은 전형적으로 8-9mil의 경화 깊이에 대하여 약 10-11mil 또는 그 이하의 경화폭을 초래하는 HeCd 레이저(325nm에서 작동)를 활용한다. 그러므로, 크로스 해치 벡터는 대략 12mil로 이격된다. 현재 바람직한 필 벡터는 결합된 X 및 Y 크로스 해치이다. 현재 바람직한 SLA 소프트웨어는 버전 3.60이다. 현재 바람직한 소프트웨어를 사용할 때 물체는 경계 및 벡터를 노출함으로써 형성된다. 앞서 기술한 바와 같이 단면 사이의 접착은 두 해치 타입의 교차점에서 이루어진다. 이들 교차점의 경화 깊이는 부품이 10mil 층으로 성형되는 경우에는 약 12mil이 된다. 이 성형 방법은 실제로 동일 부품이 표준 기술에 의해 성형될 때보다도 수평 뒤틀림이 적고 수직 뒤틀림은 동일하거나 더 작게 된다. 측정된 후 경화 뒤틀림은 종래 방법을 사용하는 부품 성형보다 실제로 더 적다.

이 제5실시예에 의한 단면의 형상은 도 8a 내지 도 8i에 도시된다. 도 8은 균일한 깊이로 경화되는 사각형 단면을 나타낸다. 도 8a는 경계 벡터의 주사에 의해 경화된 재료의 평면도를 도시한다. 도 8b는 선(b)을 따라 도 8a에서 경화된 재료의 단면도를 도시한다. 경계 벡터의 경화 깊이는 층두께에 약간의 과경화량(예컨대, 10mil 층두께+6mil 과경화)을 더한 것이다. 도 8c는 경계 벡터에 대응하여 경화된 재료의 점선 배경 상에 X 크로스 해치의 스캐닝에 따라 경화된 재료의 평면도를 도시한다. 도 8d는 선(d-d)을 따라 도 8c에서 경화된 재료의 단면도를 도시한다. X 크로스 해치의 경화 깊이는 한 층 두께보다 작다. (예컨대, 10mil 층두께에 대해 8mil 경화 깊이) 노출된 영역은 노출되지 않은 영역에 비하여 비교적 넓다. 즉 해치 벡터들 사이의 간격은 해치 벡터의 최대 경화폭보다도 약간 더 크다(예를 들면, 해치 벡터의 간격 12mil, 최대 경화폭 11mil).

도 8e와 도 8f는 Y 크로스 해치 벡터에 대한 유사한 경화 재료를 도시하고 있다. 도 8g는 도 8a, 도 8c 및 도 8e에 도시된 경화 재료의 중첩의 평면도를 도시하고 있다. 도 8g의 작은 정사각형 구역은 경화되지 않은 물질을 나타낸다. 이 정사각형의 크기는 대각선으로 약 1mil 또는 그 이하인 반면에 사각형 사이의 고화된 물질은 대각선으로 약 11mil이다. 도 8h는 도 8g의 선 h-h를 따라서 재료의 경화 형상의 측면도를 나타낸다. 선h-h는 X 해치 벡터로부터의 최대 경화의 바로 위에 위치한다. 도 8i는 도 8g의 선 i-i를 따라서 재료의 경화 형상의 측면도를 나타낸다. X 및 Y 해치 벡터가 중첩되는 영역의 경화 깊이는 층두께보다 다소 더 크게 증가한다. 선 i-i는 두 근접한 X 해치 벡터의 경화 사이에 위치한다. 단면의 대부분의 영역은 도 8i 보다 도 8h에 가깝다. 도 8h의 노출은 균일하지 않지만 불균일성은 부품 성형 동안에 표면을 스키닝하는 종래의 방법에서 생성된 것보다 적다. 이런 감소의 주요 원인은 6mil 과경화로 결과적으로 균일한 층두께 경화 깊이를 형성하는 스킨 벡터와 결합하는 교차점에서 11mil 과경화 이상까지의 불연속 해치 벡터의 중첩이 없다는 것이다. 대신에, 근접 간격으로 된 해치의 이중의 노출이 있어 이것에 중첩된 대략 5mil 과경화 점을 갖는 실질적으로 균일한 경화 깊이를 생성한다.

이러한 제5실시예의 변형은 모든 비 하향 영역에 위브를 사용하고, 하향 형상 상에 스키닝하기 위해 다른 종래의 방법(이하에 언급될 일정한 스키닝 방법을 포함하여)을 사용하고, 그리고 이러한 하향 형상에 층두께 경화 깊이를 제공하는 것이다.

본 발명의 제6실시예는 제6실시예에서 크로스 해치(또는 필 벡터)가 층에서 층으로 오프셋(offset) 또는 스태거된(staggered)것을 제외하고 상기한 제5실시예와 유사하다. 이러한 방법의 하나의 실시는 근접한 층 상에 1/2 해치 간격으로 벡터를 오프셋하는 것이다. 그러므로 다른 모든 층 상의 해치 벡터는 동일한 해치 경로와 중첩된다. 오프셋된 층에 대한 층의 다른 형태는 가능하고, 여기에서 해치 경로(해치 경로는 크로스 해치될 가능성을 가진 주어진 단면상의 라인이다)의 중복은 교번층 마다가 아닌 다른 주기에서 되풀이된다. 예를 들어, 해치 경로는 3 또는 그 이상의 층마다 중복되지 않는다.

오프셋된 또는 스태거된 크로스 해치는 본 발명의 다양한 실시예 뿐만 아니라 표준 성형 기술에도 이용된다. 표준 성형 기술로 오프셋된 크로스 해치(넓게 이격된 해치)를 사용하는 장점은 물체의 보다 더 매끄러운 수직 표면의 제조, 보다 더 균일한 체적 특성 그리고 층 사이에 접착이 선 대신에 점으로 이루어져 층 사이에 보다 적은 커얼 등이 발생한다는 것이다.

피복 주조(investment casting)에 대한 부품 성형에서, 중공 부품(hollow parts)은 성형 재료가 연소되면서 주형 상에 더 작은 구조적 응력을 갖게 한다. 중공 부품은 크로스 해치로 성형되지만 스킨이 없다. 그것에 의해서 크로스 해치 사이의 변형되지 않은 재료를 물체로부터 유출되도록 허용하는 경향이 있다. 고체 부품은 팽창되고 피복 주형에 크랙이 생기게 하는 경향이 있는 반면에, 중공 부품은 그러한 경향이 적다. 하지만, 만약 연속적인 단면 상에 해치 벡터가 서로의 상부에 있는 경우 스킨 필이 사용되지 않을때 중공 부품을 성형하는 것이 문제가 될 수 있다. 비변형 성형 재료는 가두어진 재료가 후에 고화될 수 있는 경계와 크로스 해치 사이에 가두어질 수 있고, 그것에 의해서 물체의 요구되는 중공 부품 특성을 잃게 된다. 만약 크로스 해치 벡터의 중심 대 중심(centering-to-centering) 간격의 길이가 최대 경화 폭의 대략 2배 보다 크다면, 다른 모든 층에 1/2 간격으로 벡터를 오프셋하는 것은 결과적으로 내부의 비변형 재료의 모든 부품이 다양한 갭을 통해 흐를 수 있고 그러므로 피복 주조를 하기 위한 부품을 사용하기 전에 제거될 수 있다. 오프셋된 크로스 해치의 이러한 장점은 도 9a와 도 9b에서 설명된다.

도 9a와 도 9b는 제6실시예를 설명하고 있고 물체의 경계 벡터는 서로로부터 오프셋되지만 경계 사이에 비변형 재료의 유출을 허용할 만큼 충분히 오프셋되지 않은 물체의 측면도를 도시하고 있다(평면 또는 근접-평면 경계를 대향하는 수직은 아니지만 가파른 경계이다). 도 9a는 중복된 크로스 해치로 성형된 부품을 도시하고 따라서 비변형 재료의 포켓은 크로스 해치 내에 가두어진다. 도 9b는 오프셋된 크로스 해치로 성형된 부품을 도시하고 따라서 내부의 비변형 재료의 제거를 위한 경로(pathway)를 허용한다. 성형 재료가 상부에서 제거될 수 없도록 하기 위해서 각각의 부분적인 물체의 상부가 재수렴한다면, 도 9a에 도시된 바와 같이, 포켓(306) 및 (308)만 유출되는 반면에 포켓(302), (304), (310), 및 (312)은 유출될 수 없다. 도 9에서, 부품 전체의 내부 영역은 하나의 서로 연결된 포켓을 형성하여 실제적으로 모든 비변형 재료가 유출될 수 있다. 만약 광중합체를 사용한다면, 수지의 점도를 줄이기 위해서 상승된 온도를 이용함으로써 유출을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 주요한 원리는 가능한 한 많은 내부 재료를 고화시키는 것이므로, 오프셋된 크로스 해치의 이러한 제6실시예는 스킨티니어스 성형 기술에서 벗어난다. 그러나, 그 자체로는 유용한 성형 방법이다. 후경화 비틀림을 감소시키는 기능은 실시예 6에서 논의된다.

성형에 대한 비중첩 방법의 다른 실시예는 이하에서 기술되어질 본 발명의 부가적인 실시예 뿐만 아니라 중첩되는 노출 기술과 함께 논의된 기술과 적당한 조합으로부터 발전될 수 있다.

이전에 설명된 주요한 두 가지 방법 외에도, 단면의 적어도 일부분 상에 중첩필 또는 비중첩필이 있고 구조적 일체성을 증가시키기 위해서 사용되는 실시예의 추가적인 종류가 있다. 스킨티니어스 실시예의 이러한 다음의 종류는 재료의 중첩 또는 비중첩 라인의 경화 대신에 불렛(Bullet)이라 불리는 재료의 불연속 포인트의 경화를 기초로 하고 있다. 실질적으로, 불렛은 다수의 비중첩 노출로서 하나의 단면과 관련하여 경화된다. 이러한 방법의 실시예는 물체의 내부 영역을 우선적으로 고화시키는 방법으로 구성되는 반면에, 물체의 하향 및 상향 영역은 여기에 기술된 다른 방법에 의해 경화된다.

스킨티니어스의 제7실시예(이러한 종류의 제1실시예)는 일련의 불연속 포인트로서 단면의 경계 내에 재료를 노출시킴으로써 소정의 단면의 내부 부분을 경화시키는 것과 관련된다. 주어진 단면에 노출된 포인트는 상승 작용적 자극에 대해 재료의 노출상에 형성된 경화 재료의 최대 직경보다 조금 더 큰 거리로 서로 이격된다. 바꾸어 말하면, 하나의 내부 단면 상에 재료의 실질적인 부분은 각각의 포인트 노출을 그 주변으로부터 분리시키는 작은 캡의 포인트 노출 형태로 경화된다. 이러한 분리는 스트레스의 전달을 멈추게 하고 따라서 커얼을 감소시킨다. 각각의 포인트는 단면 사이에 접착을 보장하기 위해 층두께와 같게 또는 보다 조금 더 깊게 경화된다. 다음의 단면 상에서의 노출 패턴은 스태거되어 또는 시프팅되어서 이러한 다음의 단면상의 포인트 노출은 이전의 단면의 포인트 사이의 갭 위로 집중된다. 부품의 소정의 영역이 완성될 때까지 불렛 노출의 이러한 시프팅 패턴은 번갈아 있는 단면상에 계속된다. 이것은 주어진 층두께로 성형되고 커얼의 양이 감소하는 한편 단면 사이에 실질적인 구조적 일체성이 발생되도록 한다.

두 개의 연속적인 중첩 샘플 단면은 도 10a와 도 10b에 도시되어 있다. 이러한 샘플 단면은 일련의 포인트 노출을 둘러싸고 있는 단면 경계(400)를 도시하고 있다. 도 10b가 도 10a의 포인트 노출로부터 오프셋된(스태거된) 포인트 노출을 도시하고 있는 반면에 도 10a는 특정한 그리드상에 위치한 포인트 노출(402)을 도시하고 있다. 두 도면을 비교하면 한 단면상의 불렛은 이전의 단면상의 불렛 사이에 간격의 중간에 중심이 위치하고 있다는 것이 나타난다. 도 10c는 선 C-C를 따라서 결합된 도 10a 및 도 10b의 측면도를 실질적으로 도시하고 있다. 적어도 2차원도에서의 이러한 도면은 불렛이 층과 층 사이에 어떻게 스태거되는지 설명하고 있다. 도 10a와 도 10b의 도시는 주어진 단면상에 포인트의 특정한 배치를 도시하고 있지만 다른 배치도 가능하다. 예를 들어, 불렛을 꽉 끼우게 하기 위해서(주어진 단면상에 비변형 재료의 더 높은 변형율을 얻기 위해, 육각형 패턴으로 포인트를 위치시킬 수 있다. 더 높은 단면과 결합할 때 이러한 육각형 패턴은 육각형 밀집-팩(close-pack) 구조를 형성할 수 있다. 그러므로 도 10a와 도 10b에 도시된 바와 같이, 각각의 불렛은 4개만 마주보면서 단면상에 6개의 최근접 이웃(nearest neighbor)을 가지고 있다.

불렛으로 성형하는 이러한 방법은 현재 3D 시스템 소프트웨어로부터 부분적으로만 실행될 수 있다. 이러한 실행은 부분적으로만 만족될 수 있다. 이러한 실시예의 적절한 이용은 수정된 소프트웨어를 필요로 한다.

현재의 소프트웨어로부터의 실행은 형성되어진 재료의 불렛의 직경보다 조금 더 큰 간격으로 크로스 해치 벡터(예를 들어, X 벡터)의 싱클 타입으로 물체를 슬라이싱 함으로써 수행된다. 선택된 크로스 해치 방향에 수직한 방향(예를 들어, Y 벡터)을 따라서 1/2 간격으로 오프셋된 부품으로 물체는 두번 슬라이싱된다. 수직한 방향(예를 들어, Y-축)을 따라서 -1/2 크로스 해치 간격으로 그리고 X-축을 따라서 1/2 크로스 해치 간격으로 제2파일을 시프팅하는 옵션을 사용하여 두 물체는 함께 결합된다. 사용된 결합 옵션 역시 크로스 해치 벡터를 제외하고 제2슬라이스 파일로부터 벡터를 모두 제거한다. 그리고, 남아있는 파일은 교번층 사이에 교번 슬라이스 파일로부터 해치 벡터를 제거하기 위해 수정된다.

벡터가 현재의 소프트웨어를 사용하여 경화되는 경우, 벡터는 연속적인 스위칭(sweeping) 빔에 의해 경화되는 것이 아니고 스텝 사이즈 또는 SS로 알려진 짧은 거리(예를 들어, 0.3mils의 정수배)를 점프하는 빔에 의해 경화되고, 그리고 나서 스텝 주기 또는 SP(예를 들어, 10microseconds의 정수배)로 알려진 시간 주기로 각각 허용된 SS위치에서 기다린다.

타이밍과 점핑을 위한 특정한 위치 결정은 드로잉된 각각의 벡터의 시작점에 기초를 둔다. 물체가 성형될 때, 사용된 SS값은 벡터(예를 들어, 20mils 또는 대략 40의 SS값) 사이의 간격과 동등하다. 두 파일은 해치 방향에 수직한 방향을 따라서 슬라이싱 될 때 오프셋 되고 이후 결합되는 동안 뒤로 함께 시프팅되므로, 각각의 불렛에 관계된 Y 값은 교번층 상에서 1/2 크로스 해치 간격만큼 오프셋될 것이다. 파일은 크로스 해치의 방향을 따라서 1/2 크로스 해치 간격으로 서로로부터 오프셋되어 결합되므로, 각각의 성분(component)에 관련된 X 값은 교번층 사이에 1/2 크로스 해치 간격으로 오프셋될 것이다. 이러한 실시 방법이 이용되지만, 최대값에서 각각의 벡터의 X 성분이 단면이 경계 바깥쪽으로 약간(1/2 크로스 해치 간격) 떨어지므로 항상 만족스럽지 못하다. 본 소프트웨어를 사용하는 실행 방법에 기초를 둔 다른 소프트웨어는 상기한 바와 같이 부품을 2배로 슬라이싱하는데 기초를 두지만, 여기서 각각의 부품들은 소정의 두께에 2배만큼 큰 층 두께로 슬라이싱 되고, 부품의 하나는 슬라이싱 전에 1/2층 두께로 시프팅되고 그리고 나서 통합되는 동안에 뒤로 시프팅된다.

본 소프트웨어로부터 이러한 실시예를 실행하기 위한 유용한 도구는, 중요한 변화 없이 크로스 해치 벡터가 특정한 양만큼 각각의 끝에서 길이가 감소되도록 하는 변수를 포함할 수 있다. 이것은 해칭 방향에 수직한 방향을 따라서 시프팅되고 벡터의 감소는 1/2 크로스 해치 간격으로 제2슬라이스에 의해 발생되고 통합되는 동안에 파일의 재기입(reregistration)에 의해 뒤따르게 된다. 통합된 파일을 통해서 읽을 수 있고 적당한 단면으로부터 선택된 벡터 타입을 제거시킬 수 있는 수집 프로그램(editing program)을 역시 사용하게 된다.

만약 하나가 직교 방향보다 커얼되기 쉬운 방향으로 물체를 성형한다면 본 실시예는 오프셋된 단일방향의(unidirectional) 크로스 해치의 실시예로 수정될 수 있다. 오프셋의 방향은 커얼되기 쉬운 방향이 될 것이고 벡터의 방향은 보다 덜 커얼되기 쉬운 방향이 될 것이다.

본 발명의 제8실시예는 현재의 단면 뿐만 아니라 이전의 단면과 관련되어 재료를 고화시키기 위해서 불렛이 경화되는 것을 제외하고는 제7실시예와 비슷하다. 그러므로 각각의 불렛의 경화 깊이는 두개의 층 두께보다 다소 크거나 전형적으로 같다. 따라서 이러한 실시예에서, 특정한 단면으로 작업할 때 현재의 단면의 내부 영역 뿐만 아니라 이전의 단면의 내부 중첩 영역을 아는 것이 중요하다. 불렛의 간격은 이전의 실시예에 있었던 간격과 현재의 단면하의 하나의 층에서 불렛의 두께 사이에 있다. 층 사이에 접착하는 것은 불렛의 상부 표면 아래에 하나의 층 두께 위치에서 현재의 단면상의 불렛의 옆면과 불렛의 상부 표면에서 이전의 단면상의 불렛의 옆면 사이에 접착에 의해 실질적으로 얻어진다. 제11도는 근접한 층상의 불렛 위치의 측면도를 도시하고 있다. 본 실시예는 우선적으로 하향 형상으로부터 두 개 또는 그 이상의 층을 갖춘 물체의 영역에 관한 것이다.

또 다른 실시예에서, 하나의 단면상에 위치한 재료의 변형은 두 개 또는 그 이상의 고층의 단면과 관련하여 주어진 노출로부터 일어날 수 있다.

상기 기술한 바와 같이, 몇몇의 새로운 스키닝 기술은 스킨 벡터의 비연속적인 순서에 기초하여 본 발명과 관련하여 유리하게 사용될 수 있다. 전통적으로, 스킨 벡터는 머리에서 꼬리(head-to-tail)로 순서가 정해지고 제1벡터 패스는 하나의 경계에서 대향 경계까지 필 경로를 따라서 형성되고, 다음 벡터를 따라 패스가 수행되고 대향 경계에서 제1경계까지 약간 오프셋(예를 들어, 제1경계로부터 1~4mils) 된다. 하지만, 본 발명의 몇몇의 바람직한 실시예에 따르면 비틀림은 적절한 비연속적인 주사와 스킨 필의 비연속적인 형성 순서에 의해 감소될 수 있다. 특히, 벡터 사이의 오프셋은 유리하게 증가(예를 들어, 2배, 4배 또는 이상)될 수 있고 형성되는 부품의 영역의 표면을 가로질러 주어진 일련의 패스에 대해 경화 성형 재료의 근접한 라인상에서 스킨 벡터는 충격을 별로 받지 않는다. 따라서, 하나 또는 그 이상의 연속적인 일련의 패스에서, 추가적인 스킨 벡터는 앞선 일련의 패스에서 드로잉된 벡터 사이에 드로잉될 수 있다. 이러한 실시예는 바람직하게는 스킨 벡터뿐만 아니라 각각의 층상에 크로스 해치 벡터를 가지고 있다.

그러나, 뒤틀림이 최소화될 수 잇는 다른 실시예는 다른 방향으로 다른 층을 스키닝하는데 관계된다. 예를 들어, 각각의 층상에 X-해치 및 Y-해치를 갖춘 부품에서, 홀수층은 X-방향으로 스킨될 수 있고 짝수층은 Y-방향으로 스킨되거나 그 반대로 될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 스킨 필은 X 및 Y 크로스 해치를 가지는 주어진 층상에 X-방향과 Y-방향의 양방향으로 제공될 수 있다.

그러나, 가장 바람직한 실시예에 따르면, x, 60°및 120°크로스 해치는 적어도 x, 60°및 120°중의 적어도 한 방향으로, 바람직하게는 각각의 방향으로 스킨 필을 구비한다. 이하에서 자세히 언급되는 본 실시예의 바람직한 변형에서, 주어진 방향의 스킨 벡터는 동일 방향의 해치 벡터 상에 직접 트레이싱 되지 않는데 이로써 주어진 위치에 과잉 노출을 피하게 된다. 더욱이, 노출이 스킨된 층에 주어진 포인트 상의 세 방향으로 구비되므로, 벡터 주사 속도는 벡터당 정상적인 노출의 1/3을 생기게 하기 위해서 3가지 요소에 의해 증가될 수 있어서, 결과적으로 모든 3방향 패스가 만들어진 후에 균일한 노출이 생기게 된다.

다른 실시예는 타일링(tiling)에 관한 것이다. 이러한 실시예에서, 전술한 방법중의 하나는 개개의 타일 형상(tile-like) 영역을 노출하는데 이용되는데, 여기에서 개개의 타일 사이의 재료의 작은 간격은 스트레스 경감 영역으로 작용하기 위해서 변형되지 않고 남게 된다. 개개의 타일의 크기는 포인트 노출의 크기로부터 전체 단면의 크기의 범위로 될 수 있으며 가장 바람직한 크기의 범위는 모서리 길이로 1/4 내지 3/4 인치 사이로 정해진다.

타일링은 스테레오리소그래피에 의해 생성된 물체의 층을 형성하는 방법인데, 여기에서 층은 일련의 영역 요소 또는 타일로 분할된다. 각각의 영역 요소는 간격에 의해 근접한 영역 요소로부터 고립된다. 각각의 영역 요소에 둘레의 간격은 적어도 모든 주변 영역 요소 또는 타일이 변형되거나 고화될 때까지 변형되지 않고 남아있다. 개개의 타일 사이의 간격은 스트레스 경감 구역으로 작용하기 위해서 변형되지 않고 남아있다. 간격의 폭은 전형적으로는 개개의 타일 폭과 비교해서 작다.

타일링은 하향 형상 위에 제2 또는 그 이상의 층 상에 실행될 때 커얼 감소를 위한 또 다른 기술로서 이용될 수 있다. 일반적으로 하향 형상에는 커얼이 발생되지 않으므로 하향 형상에 커얼 감소 기술로 타일링을 사용할 필요가 없다. 변형 과정 동안에 개개의 타일을 접착하기 위한 하부구조가 없기 때문에 타일링은 하향 형상에 일반적으로 적용될 수 없다는 것에 유의해야 한다. 즉, 타일링은 지지되지 않는 영역에 대비되는 지지되는 영역에만 적용될 수 있다.

타일은 개개의 그리고 상대적으로 불연속적인 작은 영역이므로, 타일의 사용은 타일의 경계에 대한 수축을 제한한다. 이것은 타일층 상에 특히 하향 형상 바로 위의 최초의 몇 개의 층에 커얼과 스트레스를 감소시킨다. 일반적으로 커얼은 하향 형상에서 주로 일어난다. 이러한 형상은 다음 몇 개의 중복 층의 형성의 결과로 위쪽으로 커얼을 일으킨다. 다른 한편으로는, 타일의 잠재적인 단점은 강도가 부족하다는 것이다.

보통 타일 사이의 간격은 모든 타일이 형성된 후에 변형되거나 고화될 수 있다(그라우핑 또는 모르타르를 참조). 전체 물체는 후 처리(post treating)를 감소시키기 위해서 타일링으로 만들어진다. 이러한 그라우핑은 보통 타일보다 더 적게 변형된다(더 적은 노출이 사용된다).

예시적으로, XB5081 및 5mil 층 같은 바람직한 재료를 사용할 때, 타일링은 하향 형상의 제1층 상에 제1층 내지 제20층을 형성하는데 사용되는데, 특히 10층까지 형성하는데(제1층은 고정되었다고 가정) 사용될 수 있다. 만약 10mil 층이 사용된다면, 타일링은 제1층 내지 제10층의 범위에, 그리고 특히 하향 형상 위에 제1층 내지 제5층에 바람직하게 적용될 수 있다.

바람직하게는, 타일의 크기는 레이저 빔의 폭(약 0.010 inches, 1/4mm)으로부터 약 0.120~0.150inches의 범위가, 가장 바람직하게는 모서리 길이고 3/4 내지 2mm의 범위가 된다.

타일 사이의 갭 또는 간격은 상승 작용적 자극의 빔 경화 폭과 위치 설정의 정밀도의 범위 내에서 가능한 한 작아야 한다. 이러한 갭의 전형적인 폭은 노출과 경화후 1~10mils 범위내에 있다. 간격 또는 갭 내의 재료는 스트레스를 전달하기에 충분히 경화되거나 변형되지 않는다는 것은 중요하다.

주사 거울 지향 레이저 빔(scanning mirror-directed laser beam)의 재료를 변형시키기 위해 사용되는 곳에서는 간격을 가로지르는 타일에서 타일까지의 점핑(jumping) 속도가 고려되어야 한다. 레이저를 지향시키는 미러는 자신의 각가속도율(rate of angular acceleration)을 제한하는 관성 모멘트를 가지고 있다. 만약 레이저가 하나의 타일의 에지로부터 다른 타입의 근접한 에지까지 점프한다면, 다음의 근접한 타일의 에지 상에 레이저를 적절히 지향하기 위해 감속하기 시작하기 전에 미러가 가속될 수 있는 것은 매우 작은 거리이므로 점핑 속도는 제한된다. 점핑 속도가 제한되므로, 갭 내의 재료는 점핑 레이저에 의해 의도하지 않게 부분적으로 경화될 수 있다. 타일링 방법에서, 레이저는 타일 사이에 앞뒤로 자주 점핑하므로, 이것은 특히 문제가 될 수 있다.

타일들 사이의 타일 점핑 동안 갭 내의 재료의 예기치 않은 경화는 몇 가지 방법으로 해결될 수 있다. 실제적인 상한에 신속히 도달할 수 있더라도, 보다 더 빨리 가속하는데 거울이 사용된다. 선택적으로, 셔터가 주사 거울에 도달하기 전에 양쪽 레이저빔에 제공될 수 있다. 그러나 기계적인 셔터는 또한 관성 지체(intertial lag)로부터 영향을 받으며 너무 느려져 효과가 없다고 여겨진다. 전기적으로 구동되는 수정 음파-광학 셔터(crystal acousto-optic shutter)가 고려될 수 있다. 제3의 기술인 롱 점프(long jump) 기술이 가장 적합하다. 상기 롱 점프 기술에서, 레이저는 타일(발진 타일)을 지나 가속함으로써 타일의 극단 에지(far edge)로부터 점프되어 그 후 최대 속도에서 근접 타일(랜딩 타일) 상의 떨어진 점까지 갭을 패스하고 감속하여 극단 에지 근처에서 타일의 영역을 변경하기 시작한다. 롱 점프함으로서 레이저는 가속하는 충분한 거리를 가지므로 고속도에서 갭을 지나 패스하여 갭으로부터 떨어진 랜딩 점까지 감속된다.

타일은 여러가지 패턴과 형상으로 형성될 수 있다. 한가지 기본적인 방법은 직선 그리드 패턴으로 정사각형 또는 직사각형 타일을 형성시키는 것, 즉 층의 두 방향(x 및 y 방향)으로 갭 또는 그라우트 라인(grout lines)을 계속해서 연장함으로써 형성된다. 그러나, 상기 그리드 패턴에 있어서 그라우트 라인 자체는 경화될 때 커얼되기 쉬운 상대적으로 긴 길이의 재료이다. 더욱이, 간단한 그리드 패턴을 형성하는 타일은 커얼 동안 그라우트 라인 수축에 의한 어떤 방향에서도 커얼되는 것을 저항하도록 구성되지 않는다. 따라서 직선 그리드 타일 패턴은 두개의 약한 축을 갖는다.

개량된 타일 패턴은 오프셋이거나 또는 수평 벽에서 벽돌같이 타일의 교번의 열로 스태거된 그리드이다. 타일을 이러한 방식으로 스태거된 그리드 패턴으로 함으로써 그라우트 라인은 전술한 직선 그리드 패턴처럼 두 개의 축으로 보다는 단지 한 개의 축으로 계속해서 연장한다. 부가해서 스태거된 그리드 패턴에서, 그라우트 라인은 직선 그리드 패턴에서처럼 4방식 교차보다는 단지 3방식 교차에 만난다. 결과적으로, 타일이 일측으로부터의 수축을 차단하기 때문에 그라우트 라인은 단지 한쪽 방향으로부터 수축할 수 있다. 스태거된 그리드 패턴은 단지 하나의 약한 축, 즉 인터럽트 되지 않은 그라우트 라인을 따라서 있는 축을 가지는 반면, 직선 그리드 패턴은 두 개의 약한 축을 갖는다. 스태거된 그리드 패턴 내의 타일은 커얼을 줄이며, 또한 약한 지점들을 분산시킴으로써 층을 더욱 강하게 만든다.

스태거된 그리드 패턴에서 한 방향으로 연장되는 상대적으로 긴 그라우트 라인은 실제적으로 수축될 수 있지만, 교번 타일이 구부러지는 것에 저항하기 때문에, 여전히 층의 평면이 위로 구부러지도록 할 수는 없다.

바람직한 재료(XB5081)를 사용하는 성형 재료가 경화될 때, 재료의 수축에 앞서서 약 2초 내지 3초의 지체가 있다. 결과적으로 그라우트가 사용되지 않는 경우 타일은 가능한 한 빨리 형성될 수 있다. 그러나, 그라우트를 포함하는 실시예에서 타일은 우선 경화되어야 하고 그라우트를 가하기 전에 (몇 초 동안) 수축되도록 허용해야 한다. 타일은 스키닝에 의해 경화될 수 있다. 이 스키닝은 전술한 출원 또는 기술에서 뿐만 아니라 멀티패스, 위브, 리베트를 사용하여 형성될 수 있다. 이러한 커얼 감소 기술은 심각한 커얼을 발생하지 않고서도 보다 큰 타일들이 허용될 수 있도록 한다. 타일은 전체 타일 표면 위로 스킨 필을 제공한 후 그 다음 타일로 계속 진행함으로서 경화될 수 있다. 선택적으로, 타일은 다른 타일을 부분적으로 커얼한 후 부분적으로 경화될 수 있으며(예를 들어, 1라인 트레이스) 그 후 이전의 부분적으로 경화된 타일을 완전히 경화시키기 위해 한번 이상 되돌아간다.

스태거된 그리드 패턴에서, x방향 연속적으로 뻗어있는 그라우트의 경화는 역시 y방향으로 어느 정도의 커얼을 발생하여 y방향의 수축을 초래한다. 삼각형은 타일링에서 사용될 수 있는 또 다른 패턴 형상이다. 이 패턴들은 단일의 삼각형 크기와 형상을 사용한 복제된 삼각형 패턴 또는 상이한 형상의 삼각형을 사용하는 복제 패턴일 수 있다. 부가해서, 근접 에지가 매칭되어 허용할 만한 좁은 갭을 발생하는 한 랜덤한 삼각형 패턴이 사용될 수 있다. 랜덤한 삼각형 패턴을 사용함으로써, 어떠한 약한 축도 발생하지 않도록 짧게 만들어지고 인터럽트될 수 있다.

육각형은 가장 바람직한 타일 형상이다. 육각형은 밀집하게 직접되어 얇은 분리선에 분리된 고체 타일을 형성할 수 있다. 육각형 타일 패턴은 아무리 약한 축이나 긴 그라우트 라인을 갖지 않는다. 육각형 타일 패턴(도 17a)에 뒤이어 그 다음으로 발마직한 순서를 나열하면, 랜덤 오더와 크기를 갖는 삼각형(도 17b), 잘 배열된 삼각형(도 17c), 스태거된 그리드 정다각형 타일 패턴(벽돌벽)(도 17d), 직선 그리드 타일 패턴(도 17e), 대향하여 짝지어진 삼각형의 정사각형 정규 어레이(도 17f), 및 정사각형 어레이 정규 삼각형 패턴(도 17g), 도 17a~도 17g에 도시된 패턴 이외에 상당히 등방성인 경화 영역과 약한 축 평면이 없는 패턴이 존재한다(즉, 두개의 육각형이나 육각형 형태 또는 밀집된 원형 타일에 의해 맞추어진 영역).

타일링으로 층들을 성형할 때, 층에서 층으로 타일의 위치를 스태거함으로써 타일과 근접 타일이 서로 정열되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 층들 사이에서 타일을 오프셋하는 것은 과도하게 커얼을 증가시킴 없이 강도를 향상시킨다. 층에서 층으로 정열되거나 스태거되지 않은 타일(즉 타일의 컬럼)은 하향 형상 위의 처음 몇 층에서의 타일링에 대해서는 허용될 수 있다. 고립된 타일 영역을 함께 연결시키는 성형 방법의 변환이 뒤따른다. 그러나 만약(층의 하향부는 제외한) 전체 물체가 타일링에 의해 성형된다면, 층들간의 스태거링이 바람직하다. 즉, 스태거는 간헐적일 수 있는데, 이는 물체 전체를 통해 타일의 짧은 컬럼의 그룹핑으로 이루어질 수 있다. 그라우팅이 제공되는 경우 층들 사이에서 타일을 스태거하는 것은 강도를 위해 필요하지는 않지만, 동질성을 위해서는 바람직하다.

타일링을 실행하는데 유용한 부가적인 개시가 Snead 등에 의해 출원되고, 명칭이 Boolean Layer Comparison Slice인 미국 특허 출원에 포함되어 있으며, 이 출원은 참고적으로 여기에서 기술된다. 이 출원은 하향과 각각의 단면과 관련된 또 다른 형상을 결정하기 위한 단면 비교의 이용을 개시한다. 이 기술들은 타일링될 영역을 결정하는데도 쉽게 사용될 수 있다. 타일링될 이들 영역은 하향 형상 위의 한 개 이상의 층을 포함할 수 있다. 여기에 개시된 또 다른 연속적인 스킨 방법뿐만 아니라 타일링을 실행하는 가장 바람직한 방법은 물체 설계 또는 소정의 물체 설계와 성형 표시 사이에서의 편차를 통하는 방법이며, 여기에서 이들 편차는 슬라이스형 프로그램에 의해 구현된다. 타일링을 실시하기 위한 슬라이스 프로그램의 수정은 교번하는 밀접하게 이격된 해치 경로와 보다 이격된 해치 경로의 사용을 포함한다. 밀접하게 이격된 경로 사이의 영역은 그라우팅 또는 갭 영역을 결정하는 반면 보다 더 멀리 이격된 경로 사이의 영역은 타일될 영역을 결정한다. 바람직한 제2의 방법은, 경화될 벡터의 일부와 경화되지 않고 남아 있을 일부로 분해될 수 있는 영역을 연속적으로 가로지르는 스킨 벡터의 벡터 세트를 형성하는 것이다. 경화되는 일부와 경화하지 않는 일부를 결정하는 과정은 성형 프로그램 등의 일부로서 프로세서 컴퓨터에서 만들어질 수 있다. 물론 다른 실시 방법도 존재한다.

상기 몇 가지 언급된 실시예의 주요 핵심은 근접층을 접착하기 전에 최소의 뒤틀림으로서 최대의 고화를 얻는 것이다. 너무 오랜 기간 동안의 완전한 미접착은 고화된 재료가 지정된 위치를 벗어나 표류하게 할 수 있다. 이런 층에 커얼을 발생하지 않고 떠다니는 고화된 재료의 위치를 유지하는 한가지 방법은 각각의 벡터(즉, 위브 방법을 사용할 때 해치의 제1경로의 각각의 해치 벡터)의 오직 한 점을 이전층에 접착하는 것이다(이것은 벡터를 정위치에 고정할 것이다). 일반적으로 멀티 스캔 기술은 커얼을 줄이는데 도움을 주기 위해 상기 많은 실시예에서 사용될 수 있다. 멀티 스캔은 개별 벡터 상부의 다수 경로의 형태로 행하여지든지, 벡터를 패스하거나 영역을 서로 리베팅하는 등에 의해서 행해질 수 있다. 스몰리즈의 기술과 다른 커얼 감소 기술을 이용함으로써 상기의 많은 실시예와 함께 쉽게 이용되어서 여러가지 뒤틀림을 줄일 수 있다. 여러가지 스킨티니어스 실시예에서 커얼을 줄이는 부가적인 방법을 스트롱암이라고 부른다. 이 방법에서는 지지되지 않는 영역의 제1층을 보다 더 강하게 하기 위해 여분의 경화가 주어지며, 따라서 더 약하고 얇은 상부층이 발생할 수 있는 커얼에 대해 더욱 잘 저항할 수 있다. 본 출원의 정의부에서 규정된 다른 뒤틀림 감소 기술이 역시 사용될 수 있다.

[균일 노출을 얻기 위한 바람직한 방법]

도 1 및 도 2에는 경계(10), 해치 라인(12), 및 스킨 필(14)에 대한 복수의 노출은 도 2에 도시되는 바와 같이 경화 깊이 변형을 야기하기 쉽다.

매끄러운 하향 영역을 얻기 위해서 모든 영역 요소에 대한 순 노출은 동일해야 한다. 균일한 경화 깊이가 매끄러운 하향 형상에 필요한 반면, 항상 매끄러운 상향 형상을 달성할 필요는 없다. 이러한 상향 형상은 성형 재료의 작용면(즉, 수지 표면)의 매끄러움과 후-경화 동안 수축을 포함하는 여러 힘에 의한 붕괴를 막는 스킨의 적절한 강도로부터 매끄러운 면을 얻는다.

특히, 하향 영역에서 균일한 노출을 얻기 위해 여기에 예시된 3가지 주요 방법이 있다. 제3의 방법이 가장 바람직한 반면, 아래의 설명에서 본 분야에서 통상적인 기술을 가진 자에 명백하게 될 3가지 모든 방법의 변형이 본 발명의 영역에 있듯이 나머지 두 방법도 본 발명의 영역에 있다.

차별적인 노출을 피하기 위한 제1방법은 경계와 해치 벡터의 사용을 피하는 것이며, 적절한 스킨 깊이의 결과를 낳는 균일하게 노출된 스킨 필을 이용하면서 오직 필 벡터를 사용해서 하향 영역을 경화시키는 것이다. 이것은 균일하나 노출을 얻고 이로 인해 균일한 경화 깊이를 얻을 수 있는 믿을 만한 방법이다. 하지만, 이는 상대적으로 견고한 프레임(경계와 크로스 해치)이 뒤틀림으로부터 스킨을 보호할 수 있기 때문에 이러한 방법은 뒤틀림 문제의 영향을 받을 수 있다. 만약 특별한 주의가 벡터의 드로잉 순서에 주어진다면 이 방법을 가능할 수 있다.

제2방법은 경계와 수정된 해치 벡터를 원하는 충분한 깊이까지 드로잉하는 것이다. 첫번째로, 여분의 깊이가 고화된 크로스 오버 영역에 부가되는 것을 피하기 위해 해치 벡터는 다른 해치나 경계 벡터와 교차하여서는 안된다. 남아 있는 포켓이 어떠한 경화된 경계 또는 해치 라인도 교차하지 않는 작은 스킨될 벡터로 채워진다.

제2방법은 예를 들어 두 방법 중 하나에 의해 실행될 수 있다.

제1방법은 제1해치 타입을 교차하고 각각의 다른 해치 타입을 교차하는 지점들을 점핑하는 다른 방향으로 진행하는 해치를 인터럽팅 하지 않은 벡터로서 드로잉되는 해치의 단일 방향성에 기초한다. 이들 해치 벡터는 이들의 필요 성분으로 분해되고 주사 거울의 이동을 조절하기 위한 출력 파일(종종 SLI 파일로 언급됨)에 저장된다. 시간의 일부는 드로잉하고 다른 시간의 일부는 점프하는 해치 벡터 이외에 개개의 스킨 필 벡터는 해치 및/또는 경계 벡터를 가로질러서 형성되는 각각의 포켓을 채우도록 만들어질 수 있다. 이들 필 벡터는 SLI 파일에 저장된다.

제2방법은 슬라이스, 빔 프로필, 벡터 교차 방향 및 경화 깊이 변수 등을 이용하는 시스템과 함께 SLI 파일에 저장되어 있는 표중 해치 및 스킨 필 벡터에 근거한다. 여기서 경화 깊이 변수는 벡터가 해치 벡터, 경계 벡터와 교차하는지 또는 해치 벡터가 분석되어질 벡터의 아래에 있는지에 따라 벡터를 드로잉 및 점핑 요소로 분해한다. 제2의 방법에 속하는 이들 두 방법은 해치 및 스킨 필 벡터에 대해 해치 또는 경계 벡터의 상부와 교차하거나 또는 그 상부에 놓이게 되는 것이 무엇을 의미하는지에 대한 정의를 필요로 한다. 이 정의는 노출 벡터(스킨 및 해치 모두)가 그 영역에서 최대 경화 깊이의 증가를 유발하지 않고 얼마나 가깝게 해치 또는 경계 벡터에 접근할 수 있느냐 하는 결정에 근거할 수 있다.

이 제2방법의 첫번째 방법은 큰 SLI 파일 및 큰 관련 벡터 로딩 시간을 형성하는 것을 초래할 수 있다. 따라서, 참조표와 관련하여 사용될 때 제2방법의 두번째 방법이 최근에 더욱 바람직하다. 각각의 경우에 이와 같이 표의 내용은 사용된 슬라이스 변수, 빔 프로필 특성 및 얻어질 소정의 경화 깊이에 따라 다양하며, 당업자에 의해 임의의 필요한 변수 세트로 일상적으로 형식화될 수 있다. 이 시스템은 벡터 사이의 접근각을 설명할 수 있도록 선택적으로 적용될 수 있다.

최근에 가장 바람직한 제3의 방법은 해치 벡터에 의하여 경화되는 영역의 스킨 벡터에 의한 중복 노출을 피하기 위해 해치 변수를 스킨 변수에 매칭시키는 것에 근거한다. 중복 노출은 해치 벡터 영역에 평행 또는 반평행하게(paraℓel or antiparallel) 진행하는 스킨 벡터로부터 초래된다. 이 방법은 스킨 벡터가 크로스 해치를 넘어 드로잉되어 드로잉된 스킨 벡터에는 평행하지 않는 해치 벡터에 부가적인 노출을 주게 된다는 점에서 상기한 방법과는 상이하다. 스킨 필 벡터의 이 연속성은 SLI 파일 크기가 너무길게 되지 않게 할 것이다. 이 방법은 도 3에서 공동으로 도시되며, 도 3c 및 도 3d에서 스킨 필이 평행하게 달리는 x- 및 y-해치에 대응하는 영역에서 불연속적이다. 생성 경화 깊이의 균일성은 도 4에 도시되어 있다.

하향 스킨 영역은 노출의 성질, 즉 상이한 벡터 노출 사이에 어느 정도의 중첩이 있는지를 기초한 범주 또는 서브영역으로 다음과 같이 나누어질 수 있다.

서브영역 1 -- 스킨 노출만;

서브영역 2 -- 스킨 및 해치 중첩 노출;

서브영역 3 -- 스킨 및 경계 중첩 노출;

서브영역 4 -- 해치 및 경계 중첩 노출; 및

서브영역 5 -- 스킨, 해치 및 경계 중첩 노출.

몇몇 방법은 서브영역 1 내지 5 각각의 영역에 동일한 순 노출이 주어지도록 노출시키기에 적합하다. 현재의 가장 바람직한 실시예에서 3가지 기준이 우세하다.

첫번째로 스킨 필을 지지하는 적당한 강성 프레임을 제공하기 위하여, 다음 드로잉 순서가 바람직하다. 먼저 경계 벡터, 그 다음 해치 벡터, 최종적으로 필 벡터가 드로잉된다.

두번째로 바람직하게는 필 벡터 및 해치 벡터는 바람직하게 경계 벡터의 ECW의 1/2정도 경계 벡터보다 짧게 끝나고 시작하는 것이 바람직하다(접근각을 고려해서). 이것은 경계 벡터만을 포함하는 영역에 서브영역 3, 4 및 5를 감소시켜 경계 벡터가 소정의 경화 깊이를 얻을 수 있도록 요구되는 완전한 노출이 주어져야만 한다.

끝으로, 필 벡터 세트는 사용된 해치 벡터의 각각의 타입에 평행하게 드로잉 되는 것이 바람직하며 모든 필 벡터 타입은 동일한 노출에 주어지는 것이 바람직하며 단 필 벡터는 이들의 평행 해치 타입에 의하여 노출된 영역에 더 노출되지 않도록 기여하여야 한다. 예를 들어 x- 및 y- 해치가 사용된다면 그 다음 x- 및 y- 필 벡터도 사용된다. 또한 x- 필 벡터는 x- 해치 벡터로부터 해치 라인의 ECW의 적어도 1/2 떨어져 위치하도록 이루어져야 할 것이다. y- 필 및 y- 해치에 대해서도 유사한 상관 관계가 유지되어야 한다.

이것은 서브영역 1이 각각의 필 타입의 결합 노출에 상당하는 노출을 가질 것이라는 사실을 의미한다. x- 및 y- 해치 및 필의 동일예를 이용하여 각각의 필 타입은 소정의 경화 깊이를 얻는데 필요한 노출의 1/2에 노출되어야 한다. 이 방식으로 필 벡터 노출을 제한하는 것은 서브영역 2에 상당한 영향을 가져오며 이것은 다음 두 마이크로 영역으로 구성되는 것으로 여겨질 수 있다. (a) 다양한 필 타입 뿐만 아니라 다양한 해치 유형의 중첩을 포함하는 마이크로 영역 및 (b) 다양한 필 타입 및 단일 해치 타입을 포함하는 마이크로 영역 필 벡터는 해치된 영역의 재노출을 피하도록 배재되어지기 때문에 제1마이크로 영역에는 존재하지 않을 것이다. 따라서, 첫번째 마이크로 영역은 결합 해치 타입의 노출로부터 자신의 총 노출을 받는다. 그리하여 x- 및 y- 해치에 대하여, 각각의 해치 타입 필요 노출의 1/2에 기여한다. 제2마이크로 영역에 대하여 노출 부분은 단일 해치 라인에 의하여 제공되어질 것이며 나머지는 그것에 평행하지 않은 필 타입에 의하여 제공될 것이다. 이것은 스킨 타입의 하나를 제외한 모든 것으로부터의 노출과 해치 라인의 노출의 합으로 주어지는 총 노출을 초래한다. 그러므로 노출원의 수는 교차 해치 타입의 수와 동등하며 따라서 스킨 필 타입의 수와 동등하다. x- 및 y- 해치를 이용하여, 예를 들어 x- 해치의 영역 노출이 1/2는 이 해치에 의하여 제공되며 다른 1/2은 y- 필로부터 제공되며 그리고 그 역도 가능하다.

가장 바람직한 이 방법은 다음과 같이 요약된다. 바람직한 경화 순서는 경계 벡터로 시작하여, 그 다음 해치 벡터, 그리고 최종적으로 필 벡터이다. 경계 벡터는 소정의 경화 깊이를 제공한다. 스킨 및 해치 벡터는 경계의 ECW에 기인하여 짧아진다(EEP에 의하여 짧아짐). 필 벡터는 평행 해치 벡터의 어느 면의 ECW의 1/2 내에서 (이루어진) 노출에 기여하지 않게 되어진다. 자신의 평행 스킨 타입과 해치 타입의 각각의 조합은 균일한 경화 깊이를 이루는데 이용되어진다. 그러므로 각각의 타입에 주어진 개개 부분 노출(IFE)은 필요 노출의 무차원 분수는 다른 해치 유형(NHT)의 수의 역수, 즉 IFE=1/NHT이다.

상기의 바람직한 구체적인 실시예는 현재의 바람직한 교차 해칭 방법의 이용에 근거한다. 이 바람직한 해칭 기술은 x- 및 y- 해치 대신에 x 및 60/120 해치를 이용한다. 이전의 토론이 와플 출현을 감소시키는 일반적인 바람직한 방법에 관한 것인 반면 이들 현재의 바람직한 해치 유형, 즉 동일 간격의 x, 60°및 120°해치와 관련하여 와플 감소/제거의 이 방법을 이용하는 것이 가장 바람직하다. 얻어진 해치 벡터는 이등변 삼각형을 형성한다. 따라서 하나의 해치 벡터가 존재하는 영역, 및 결코 정확한 주사를 가정하지 않은 3개의 해치 벡터가 중첩되는 영역, 및 두 벡터만이 중첩되는 영역이 존재할 것이다. 대응 스킨 필은 x, 60° 및 120°방향에 존재할 것이다. 이들 필 벡터는 경계 벡터의 ECW의 1/2 (투사각 고려) 내 및 이들의 평행 해치 벡터의 어느 면의 ECW의 1/2 내에 부가적 노출을 발생시키는 것이 다시 허용되지 않을 것이다. 경화 순서는 다시 먼저 경계, 그 다음으로 해치, 그리고 다음으로 필이다. 경계는 완전 노출로 주어져 이들을 소정의 경화 깊이로 가져갈 것이다. 해치 및 필 벡터는 다시 경계 벡터의 EEP에 의하여 각각의 단부에서 짧아질 것이다. 해치 벡터는 최종의 소정의 경화 깊이를 달성하기에 필요한 요구 노출의 1/3로 주어질 것이다. 필 벡터는 스킨만(skin only) 영역에서 순 노출이 노출의 1/3로 주어지도록 주사될 것이다.

경계 벡터의 영역을 제외하고 완전 노출에 이르기 위하여 각각의 포인트는 각각의 타입으로부터 1/3 노출의 3 벡터 타입에 의하여 주사되어야 한다. 스킨만의 영역에서, 균등한 (1/3) 및 중첩 노출의 세 개의 모든 스킨 타입이 사용된다면 1의 순노출이 얻어질 것이다. 유사하게 해치 및 스킨의 영역에 대하여, 이것에 평행하지 않는 두 스킨 타입과 함께 하나의 해치 타입이 사용된다. 순 노출 1의 영역을 얻기 위하여 각각에 1/3의 균등한 노출이 주어진다. 해치 벡터가 이등변 삼각형을 형성하고 어느 두 해치 벡터가 중첩되는 각각의 시간을 따른다면 제3해치 벡터도 역시 존재할 것이다. 각각의 해치 벡터가 1/3의 노출로 주어진다면 이 영역의 순 노출은 1이 될 것이다.

경계가 발생하는 영역에서 상기 다른 벡터 타입뿐만 아니라 경계 벡터의 존재하에 기인한 불균형 상황이 존재한다. 가능성은 1 경계 + 3 해치 벡터; 1 경계 + 1 해치 + 2 필 벡터; 또는 1 경계 + 3 스킨 벡터의 존재를 포함한다. 예를 들어, 이들 조합은 다음 두 방법 중의 한 방법으로 접근될 수 있다. (1) 경계(유효 경화폭의 1/2)에 못미쳐서 모든 해치 및 필 벡터를 중지시키고 그 다음 경계 자체에 하나의 노출을 준다. 또는 (2) 해치 타입 및 두 스킨 타입 중 둘을 선택하여 경계까지 완전하게 경화하고 경계 ECW의 1/2에서 경계에 못미쳐 다른 해지 및 스킨 타입을 중지시킨다. 다른 벡터와 동일하게 경계 벡터에 1/3 경화가 주어지면, 이 조합은 경계 영역에 1의 순 노출을 초래한다. 상기 두 선택 사항의 첫번째가 현재로서 가장 바람직하다.

다음의 구체적인 실시예는 상기 제2의 선택 사항과 함께 x 및 y 해치의 이용에 근거한다. 이 경우에 경계 영역의 노출은 경계 벡터, 하나의 해치 및 그것의 대응 필 타입과 다른 해치 및 필 타입 정지 쇼트(fill type stopping short)에 기인할 것이다. 이 구체적인 예는 경계 벡터와 필 및 해치 벡터 사이의 더 나은 접착을 확실히 하는 장점을 가진다.

다른 구체적인 예는 3 타입의 해치 및 대응 필 벡터들 중 둘의 노출과 함께 경계 벡터의 노출로 이루어지는 경계 영역에의 순 노출과 함께 x 및 60/120 해치의 이용에 근거한다.

다른 구체적인 예도 예상할 수 있다. 예를 들어, 다른 해치 및 필 타입의 주어진 노출과 비교하여 해치 타입 및 그 대응 필 타입에 다른 경화가 주어질 경우 여기서 순수 생성 노출은 여전히 소정의 스킨 깊이를 발생시킨다. 또한, 이 방법을 연장하여 상기 층으로부터 크로스 해치에 기인하여 하향 특징을 가지는 것과 같이 프린트 스루(print through)의 다른 소스를 포함하는 것도 가능하다. 이러한 높은 층 상의 크로스-해치는 사실상 낮은 층을 프린트 스루(print through)할 수 있다. 특정한 재료를 이용하는 경우, 이 프린트-스루 효과는 보다 더 큰 두께의 층이 이용될 때 감소하며 보다 더 작은 두께의 층이 이용될 때 증가한다. 실험적 또는 분석방법을 이용하여 프린트-스루의 양은 결정될 수 있으며 하향 특성을 가지는 층상의 크로스 해치는 비교적 낮은 경화로 주어진다. 이 층과 그 다음 층의 노출 후 하향 형상을 균일하게 경화될 것이다. 대부분의 경우에 있어 상기 보상 방식이 유용한 하향 형상을 곧바로 뒤따르는 층 상에는 크로스-해치 벡터가 있다. 그러나 드문 경우지만 상향 형상이 하향 형상으로서 동일 층 상에 있으며 (그러므로 형상은 두께에서 단지 1층이다), 한층 두께의 경화에 기초해서 완전하게 매칭된 해치와 필을 요구한다. 동일 영역에서 상향 및 하향 형상을 갖는 층에서, 요구되는 정도 이상의 노출을 피하기 위해 단지 하향 스킨만 경화되도록 하는 것을 중요하다.

상기 기술에서, 벡터가 서로 도달할 수 있는 근접을 기술하기 위해 단지 하나의 유효 경화폭이 예시되었지만 하나 이상의 ECW와 EEP가 적절한 상황에서 사용될 수 있다.

여기서 기술된 방식은 수정 소프트웨어를 이용하지 않고서도 x- 및 y- 해치와 필을 이용해서 실험적으로 실행되고 입증됐다. 하나의 물체가 x- 및 y- 해치와 x- 및 y- 스킨 필을 이용해서 슬라이싱될 수 있다. 이 후 발생된 SLI 파일은 손으로 편집될 수 있으며, 평행 해치 벡터의 특정 거리(이 거리가 ECW이다) 내에 있는 스킨 필 벡터를 제거한다. 이 후 이 SLI 파일은 보조 파일과 통합될 수 있다. 레인지 파일이 x- 및 y- 해치에 대해 동일한 경화를 제공하도록 준비될 수 있으며, x- 및 y- 해치로부터와 같이 해당 총 노출을 발생시키기 위해 필 벡터에 주어진 적절한 단일 라인 노출이 제공된다.

선택적으로, 소프트웨어는 다음과 같이 수정될 수 있다.

(1) 60°크로스 해치에 해당하는 스킨 타입과 120° 크로스 해치에 해당하는 또 다른 스킨 타입을 발생시킴으로써,

(2) 해치 경로 부근에서 행해지지 않는(혹은 드로잉되지 않는) 스킨 벡터에 대해 오프셋을 허용하는 슬라이스 옵션(혹은 다른 어떤 적절한 프로그램에서)을 발생시킴으로써,

(3) 각각의 단에서 요구량에 의해 크로스 해치 및 필 벡터의 감소를 허용하는 옵션을 발생시킴으로써,

균일한 스킨 깊이를 얻는 것을 다루는 본 발명의 부분의 또 다른 바람직한 실시예는 해치 벡터와 스킨 벡터에 대해 동일한 노출을 이용한다는 개념에 바탕을 둔다. 해치 벡터와 스킨 벡터는 동일 주사 속도로 드로잉된다. 앞의 실시예에서 순 영역 노출은 개별 벡터 노출과 동일하지 않다. 이번 실시예에서는 분리된 크로스 해치를 행할 필요는 없다. 그 대신 주기적으로 이격된 스킨 벡터들이 스킨 리스트로부터 빠져나와서, 남아있는 스킨 벡터를 노출하기 전에 노출을 위해 해치 리스트로 들어간다. 이러한 초기에 노출된 스킨 벡터는 크로스 해치로 작용함으로써 이 방식은 크로스 해치와 스킨 벡터에 대한 ECW의 계산을 더 이상 요구하지 않는다. 스킨 벡터를 지지하기 위한 프레임을 형성하기 위해 해치 벡터가 적절한 세기를 갖도록 하기 위해서, 개별 스킨/해치 벡터가 상대적으로 강하게 되도록 최대 간격에서 스킨 벡터를 이격시키는 것(그러나 계속해서 적절하게 균일한 경화 깊이를 형성할 수 있는)이 유용할 것이다.

[경화 깊이를 선택해서 결정하는 바람직한 방법]

한가지 이상의 계단 방법에 의해 스킨 두께를 이론적으로 결정하기 위해, 속도[스텝 주기(SP)와 스텝 사이즈(SS)], 레이저 파워, 빔 프로필, 성형 재료, 작용 커브 경화 깊이와 연관된 최대 경화폭, 및 벡터 오프셋이란 변수를 통상적으로 고려한다. 그러나, 만약 레이저빔 보다 몇 배 넓은 스킨이 형성되고 레이저 빔 폭 보다 몇 배 작은 스텝 사이즈와 오프셋이 사용될 경우, 스킨된 영역 상의 에너지 분포는 실제로 균일하게 분포할 것이다. 만약 이 에너지가 균일하게 분포한다면, 이 영역은 노출에 따라 특정 깊이로 균일하게 경화될 것이다. 따라서 노출은, 단위 영역당 에너지 = 레이저 파워 × 스텝 주기/(스텝 사이즈×오프셋)으로 정해진다. 이 관계는 노출의 로그 대 두께를 좌표에 곡선을 그림으로써 특정 두께로 표시될 수 있으며, 이것은 만약 수지의 흡수가 비어(Beer)의 법칙을 따른다면 선형 관계를 나타낼 것이다. 이 관계로부터 이 곡선의 기울기와 절편을 결정할 수 있다. 상기 관계는 확실하게는 초점, 프로필 및 머신 작용 커브 변수를 포함하지 않기 때문에, 하나의 머신에 대해 결정된 상수들은 재료, 파장, 및 주사 거울로부터 수지의 표면까지 거리의 변수가 동일한 한(혹은 해당하는 한) 또 다른 머신에 대해 직접적으로 유용하다.

이 분야에서 통상의 지식을 가진 사람에 의해서 인식되겠지만 통상적인 변형과 수정은 본 발명의 범위 내에 있으므로 앞서의 상세한 기술과 앞으로의 예들은 제한적이라기 보다는 예시적이라는 것을 이해해야만 한다. 따라서 본 발명과 본 발명에 상당하는 모든 것은 단지 첨부된 청구범위에 의해서만 한정된다.

[실시예 1]

뒤틀림을 최소화하는 점에 있어서, 실질적으로 비변형인 재료를 부품의 범위내로 가두는 것에 기초한 성형 기술과 비교해서 부품의 모든 층을 스킨하는 것이 어떤 장점을 제공하는지를 결정하기 위한 실험이 행해졌다.

이 실험에서, 두개의 그룹으로 8개의 부품이 성형됐다. 각각의 그룹은 엘리베이터 플랫폼의 중간점 앞에서 엘리베이터 플랫폼 상에 성형된 물체와 엘리베이터 플랫폼의 중간점 뒤에서 엘리베이터 플랫폼 상에 형성된 물체를 포함했으며, 이 물체들은 성형 플랫폼 상의 위치만 제외하고는 동일하다. 샘플 물체가 도 12에 도시되어 있다. 각각의 물체는 상부면과 바닥부는 없지만 100mil 두께의 벽을 갖는 1인치 입방체이다. 4개의 상이한 그룹을 만들기 위해 여러가지 슬라이스 및 결합 옵션이 사용되었다.

그룹명 내용

Skntin01 - 전방 물체는 모든 층에서 스킨을 갖는다.

후방 물체는 단지 상부와 바닥층에서 스킨을 갖는다.

Skntin02 - 전방 물체는 단지 상부와 바닥층에서 스킨을 갖는다.

후방 물체는 모든 층에서 스킨을 갖는다.

Skntin03 - 전방 물체는 모든 층에서 스킨을 갖는다.

후방 물체는 모든 층에서 스킨을 갖는다.

Skntin04 - 전방 물체는 단지 상부와 바닥층에서 스킨을 갖는다.

후방 물체는 단지 상부와 바닥층에서 스킨을 갖는다.

모든(8개 부품) 4개의 그룹은 아래의 변수로서 형성된다.

층 두께 - 20mil

층 경계에 대한 경화 두께 - 26mil

층 해치에 대한 경화 두께 - 26mil

해치 벡터는 50mil 이격된 x- 축과 y- 축에 평행하게 진행하며, 스킨 벡터는 x- 축에 평행하게 진행한다.

스킨 필에 대한 경화 두께는 두께로서 한정되는 것이 아니라(2의 SS를 갖는) 26mil 경화와 16의 스텝 사이즈(SS)에 대해 스텝 주기(SP)의 1/2로 한정되었다(참고로, 비슷한 경화 조건하에서 스킨 두께의 측정은 경화 두께가 대략 20mil임을 표시했다. 성형 재료는 DeSoto Chemical에서 제조된 SLR 800이었다).

측정은 부품의 결과적인 구조의 정확성을 결정하기 위해 각각의 부품마다 행해졌다. 경화 수축에 대해 보상하기 위한 어떠한 시도도 없었다. 일련의 측정은 각각의 부품의 상부 근처에서 행해졌다. 그 측정은 도 13에 도시되며 (501)로부터 (506)까지 명칭이 붙여져 있다. (501)부터 (503)까지의 측정은 x축에 평행한 거리를 측정하여, (504)부터 (506)까지의 측정은 y축에 평행한 거리를 측정한다. x-축을 따라 부품의 뒤틀림 정도는

뒤틀림(x) = [(501 + 503)]/2 - (502)로,

마찬가지로, y-축을 따른 뒤틀림 정도는

뒤틀림(y) = [(504 + 506)]/2 - (505)로 정의된다.

부품들은 x-방향으로 스킨되며, x-뒤틀림은 스킨 방향에 직각인 벽의 뒤틀림이며, y-뒤틀림은 스킨 방향에 평행한 벽의 뒤틀림이다.

그 결과들은 아래와 같이 요약된다.

Skntin01 -

전방 물체, x-방향을 따라 스킨된 모든 층

-스킨 방향에 직각인 벽의 뒤틀림 = 3.6mil

-스킨 방향에 평행인 벽의 뒤틀림 = 9.4mil

후방 물체, 표준 성형, 단지 상부와 바닥만이 스킨됨

-스킨 방향에 직각인 벽의 뒤틀림 = 9.6mil

-스킨 방향에 평행인 벽의 뒤틀림 = 9.7mil

Skntin02

후방 물체, x 방향을 따라 스킨된 모든 층

-스킨 방향에 직각인 벽의 뒤틀림 = 1.2mil

-스킨 방향에 평행인 벽의 뒤틀림 = 8.2mil

전방 물체, 표준 성형, 단지 상부와 바닥만이 스킨됨

-스킨 방향에 직각인 벽의 뒤틀림 = 9.1mil

-스킨 방향에 평행인 벽의 뒤틀림 = 7.0mil

Skntin03

후방 물체, x 방향을 따라 스킨된 모든 층

-스킨 방향에 직각인 벽의 뒤틀림 = 1.5mil

-스킨 방향에 평행인 벽의 뒤틀림 = 7.9mil

전방 물체, x 방향을 따라 스킨된 모든 층

-스킨 방향에 직각인 벽의 뒤틀림 = 2.0mil

-스킨 방향에 평행인 벽의 뒤틀림 = 7.7mil

Skntin04

전방 물체, 표준 성형, 단지 상부와 바닥만이 스킨됨

-스킨 방향에 직각인 벽의 뒤틀림 = 11.0mil

-스킨 방향에 평행인 벽의 뒤틀림 = 9.7mil

후방 물체, 표준 성형, 단지 상부와 바닥만이 스킨됨

-스킨 방향에 직각인 벽의 뒤틀림 = 9.5mil

-스킨 방향에 평행인 벽의 뒤틀림 = 7.9mil

요약하면, 각각의 층을 x-방향으로 스킨하면 x축에 평행하게 측정된 치수에 서는 뒤틀림이 줄어들었지만 x축에 직각 되게 측정된 치수에서는 그렇지 않다.

[실시예 2]

제2실험에서는, 부품들은 이전의 층 상에서 스킨의 방향에 직각이었던 스킨을 갖는 각각의 층을 스킨함으로써 형성된다. 부언하면, 부품들은 다른 모든 층 상에 x- 타입 스킨 필과 다른 층 상에 y- 타입 스킨 필로써 형성되었다. 부품들은 스킨의 차이를 제외하고는 실시예 1에서 기술된 것과 동일하다.

부품 GB 349

전방 물체, 모든 층이 x와 y타입을 번갈아서 스킨됨

-뒤틀림(x) = 4.9mil

-뒤틀림(y) = 4.4mil

후방 물체, 표준 성형, 단지 상부 및 바닥만 스킨됨

-뒤틀림(x) = 4.0mil

-뒤틀림(y) = 5.3mil

부품 GB 350

전방 물체, 표준 성형, 단지 상부 및 바닥만 스킨됨

-뒤틀림(x) = 3.1mils

-뒤틀림(y) = 7.4mils

후방 물체, 모든 층이 x 타입과 y 타입을 번갈아 가며 스킨됨

-뒤틀림(x) = 5.0mils

-뒤틀림(y) = -2.7mils

부품 GB 351

전방 물체, 표준 성형, 단지 상부 및 바닥만 스킨됨

-뒤틀림(x) = 5.3mils

-뒤틀림(y) = 6.2mils

후방 물체, 표준 성형, 모든 층이 단지 상부 및 바닥만 스킨됨

-뒤틀림(x) = 9.4mils

-뒤틀림(y) = 6.8mils

부품 GB 352

전방 물체, 모든 층이 x 타입과 y 타입을 번갈아 가며 스킨됨

-뒤틀림(x) = 2.5mils

-뒤틀림(y) = 3.0mils

후방 물체, 모든 층이 x-타입과 y-타입을 번갈아 가며 스킨됨

-뒤틀림(x) = 1.9mils

-뒤틀림(y) = 4.1mils

부품 GB 354

전방 물체, 모든 층 상에서 스킨되고, 모든 스킨이 y-타입

-뒤틀림(x) = 6.0mils

-뒤틀림(y) = 1.0mils

후방 물체, 모든 층 상에서 스킨되고, 모든 스킨이 x-타입

-뒤틀림(x) = 1.5mils

-뒤틀림(y) = 7.5mils

요약하면, 이 데이터는 실제로 산만하지만 마주 보는 층 상에서 x-와 y-방향의 스킨은 각각의 방향으로 어느 정도 뒤틀림을 감소시키는 것으로 나타났다.

[실시예 3]

실시예 1과 2에서와 비슷한 실험을 행하여 x-와 y-스킨 필 모두를 각각의 층 상에서 제공함으로써 x-와 y-방향 모두에서 뒤틀림을 대체적으로 감소시켰음을 보여주는 경향이 있었다. 실시예 1과 2에서와 비슷한 실험을 행하여, 각각의 단면상에서 x, 60, 및 120도(degree) 해치를 따라 x-스킨 필을 제공함으로써 양방향에서 실제적으로 뒤틀림을 줄였다.

[실시예 4]

4개의 1×1 정사각형이 스테레오리소그래피 장치 상에서 단일 성형 공정으로 성형되었다. 각각의 정사각형은 6개의 20mil 층으로 구성되었다. 각각의 층에 대한 구조적 지지는 50mil 간격으로 떨어져 있는 x-와 y-크로스 해치에 기초했다. 각각의 정사각형은 1/4의 간격에 위치해 있는 웹의 그리드에 의해 지지되었다. 웹은 10개의 20mil 층으로 구성된다. 각각의 정사각형의 상부 표면에는 표준 스킨 기술이 적용되었다. 그러므로, 상부 표면에는 x-와 y-크로스 해치의 그리드의 상부위에서 2mil 떨어져 있는 x 스킨 필이 주어졌다. 지지 웹 구조는 7부터 4까지 번호가, 정사각형 패치는 5부터 8까지(융합 순서에 기초해서) 번호가 매겨졌다.

각각의 정사각형의 제1층 상에서, x-와 y-해치가 특정 스킨 기술에 따른 특정 노출과 관련 노출을 이용하여 가해졌다. 제2층 내지 제6층은 경계와 해치에 대해 표준 26mil 경화 깊이로 주어졌다. 제1층 상에서, 경계 영역에서 복수의 노출을 최소화하려는 목적을 위한 해치와 스킨 벡터의 어떤 단순화동안 분해없이 경계 벡터에는 완전한 소정의 경화 깊이가 주어졌다. 스킨/노출 기술은 각각의 패치의 제1층에 대해 변화했다.

정사각형 패치 5 : 하향 스킨으로의 표준 방법

경계 = 26mil 경화 (SP 65, SS 2)

x- 및 y- 크로스 해치 = 26mil 경화 (SP 65, SS 2)

x- 스킨 필 = 만약 SS = 2 (SP 33, SS 16)이면 26mil 노출인 SP의 반; 필 벡터는 해치의 정확한 중첩을 제외하고 갭 없이 2mils 이격되어 있는 필 벡터.

y- 스킨 필 = 없음

정사각형 패치 6 : 약간 덜 노출된 스킨을 갖는 하향 스킨

x- 및 y- 크로스 해치 = 20mil 경화(SP 29, SS 2)

경계 = 20mil 경화 (SP 29, SS 2)

x- 스킨 필 = 만약 SS = 2 (SP 17,SS 16)이면 16mil 경화에 대한 SP; 평행 해치 벡터로부터 2mil와 4mil인(해치에 가장 가까운 스킨 필 벡터가 6mils 떨어졌다는 의미) 필 벡터가 제거된 벡터들과는 2mil 떨어져서 위치.

y- 스킨 필 = 만약 SS = 2 (SP 17,SS 16)이면 16mil 경화에 대한 SP; 평행 해치 벡터로부터 2mil와 4mil인 필 벡터가 제거된 벡터들과는 2mil 떨어져서 위치.

정사각형 패치 7 : 크로스 해치 노출에 정확히 노출된 스킨 노출을 갖는 하향 스킨

경계 = 20mil 경화 (SP 29,SS 2)

x- 및 y- 크로스 해치 = 20mil 경화 (SP 29,SS 2)

x- 스킨 필 = 만약 SS = 2 (SP 29,SS 16)이면 20mil 경화에 대한 SP; 평행 해치 벡터로부터 2mils와 4mils인 필 벡터가 제거된 벡터들과는 2mil 떨어져서 위치.

y- 스킨 필 = 만약 SS = 2 (SP 29,SS 16)인 필 벡터가 제거된 벡터들과는 2mil 떨어져서 위치.

정사각형 패치 8 : 약간 과다 노출된 스킨을 갖는 하향 스킨

경계 = 20mil 경화 (SP 29, SS 2)

x- 및 y- 크로스 해치 = 20mil 경화 (SP 29, SS 2)

x- 스킨 필 = 만약 SS = 2 (SP 65, SS 16)이면 26mil 경화에 대한 SP; 평행 해치 벡터로부터 2와 4mils인 필 벡터가 제거된 벡터들과는 2mil 떨어져서 위치.

y- 스킨 필 = 만약 SS = 2 (SP 65, SS 16)이면 26mil 경화에 대한 SP; 평행 해치 벡터로부터 2와 4mils인 필 벡터가 제거된 벡터들과는 2mil 떨어져서 위치.

이들 4개의 정사각형 패치를 성형한 후 검사되었으며, 어떠한 부품 뒤틀림의 징조를 보이지 않았다. 부품 5는 스킨 아래로 돌기된 크로스 해치가 있는 전형적인 큰 와플(waffle)을 가졌다. 부품 6은 스킨 아래로 돌기된 크로스 해치가 있는 보다 더 작은 와플을 가졌다. 부품 7은 대략 동일 레벨로 경화되어 내려간 크로스 해치와 스킨 필을 가졌다. 그러나, 크로스 해치 옆을 따라 약간의 돌기가 있으며 크로스 해치의 중심에는 스킨이 약간 과도하게 경화되어서 스킨이 크로스 해치의 적절한 경화폭 내에서 경화되지 못했다는 것을 표시하는 약간의 침하가 있었다. 부품 8은 스킨과 크로스 해치가 겹치는 상승한 과중첩 에지에 비해 중심 라인이 침하된 크로스 해치를 갖는 것처럼 보였다. 부품 8의 불연속성의 크기는 부품 7에서 보다 큰 결과를 나타내었다. 각각의 경우에 대한 개략도는 제6a-6d도에 도시되어 있다.

스크래치 테스트는 부품 7은 거의 매끄럽고 부품 8은 약간 거칠며, 부품 6은 많이 거칠며, 그리고 마지막으로 부품 5는 가장 거침을 나타냈다. 육안으로 검사할 때에는 부품 7이 가장 우수해 보이며 그 다음에 계속해서 부품 8 또는 6 그리고 최종적으로 부품 5의 순서이다.

상기 실험의 결과들은 여기에 개시된 기술이 와플을 상당히 줄였음을 보여주었다. 상기 테스트에서 사용된 변수인 해치의 세기는 뒤틀림이 없이 스킨을 지지하는데 충분한 것처럼 보였다.

[실시예 5]

부품들의 수직 뒤틀림을 증가시키거나 부가적인 지지없이 부품을 성형하기 위해서 위브(Weave)의 유용성을 시험하기 위한 실험이 행해졌다.

제1실험에서 8개의 부품이 위브 성형 기술에서 제1크로스 해치 패스로서 사용하는 가장 적절한 경화 깊이를 결정하기 위해 성형되었다. 부품들은 빔 직경이 8.7 내지 9.0mils이며 14.8mW의 출력을 갖는 HeCd 레이저와 XB-5081 스테레오리소그래피 수지를 사용하여 10mil의 층 틀로 성형되었다. 부품들은 앞서 기술된 위브 실시예에 따라서 경계와 x와 y 해치로 성형되었다. 즉, 크로스 해치 벡터들간의 간격은 벡터를 경화하는 것과 관련된 경화폭보다 약간 더 컸다. 경계 벡터는 16mil 경화로 주어졌으며 크로스 해치의 제1패스에 대한 경화 깊이는 부품마다 변했다. 층들 사이의 접착은 경계의 과경화와 크로스 해치 벡터의 2개의 동일하게 노출된 교차하는 쌍의 교차점의 순경화 깊이(과경화)에 의해서 구해진다. 상이한 부품들에 대한 크로스 해치의 제1패스 대한 경화 깊이는 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 및 14mil이었다. 7, 8 및 9mil의 초기 경화 깊이를 얻기 위해 초기 크로스 해치 노출을 사용한 부품들은 어떠한 커얼의 조짐도 보이지 않았지만 적정 접착을 보여주었음이 밝혀졌다. 10mil로 성형되고 초기 크로스 해치 경화 깊이 보다 더 큰 부품들은 용인할 수 없는 커얼을 보여주었다. 그러므로 바람직한 위브 실시예에서 크로스 해치의 제1노출은 층두께보다 작은 경화 깊이에 기초해야 한다. 층 두께 보다 약간 더 큰 경화 깊이는 작은 과경화에 대해서 층들 사이에 현저한 접착을 보여주지 않는 재료에 대해서는 허용 가능하다.

상기와 비슷한 제2실험이 위브 성형 방법을 사용해서 최적의 해치 간격을 관찰하기 위해 행해졌다. 사용된 재료는 XB 5081, 층두께는 10mil, 경계에 대한 경화 깊이는 12mil, 그리고 빔 직경은 8.8mil(최대 경화폭 = 10mil)이었다. 상이한 부품에 대한 해치 간격은 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15 및 17mil이었다. 15와 17mil의 간격으로 성형된 부품은 구조적 일체성을 갖지 못함이 밝혀졌다. 3, 5, 7 및 9mil의 간격으로 성형된 부품들은 용인할 수 없는 커얼을 보여 주었다. 마지막으로, 11과 13mil의 간격으로 성형된 부품(마찬가지로 15와 17mil의 간격으로 성형된 부품들도)은 어떠한 과도한 커얼도 나타내지 않았다.

[실시예 6]

바람직한 위브 성형 방법과, 표준 성형 방법 및 표준 간격이지만 스태거될 해치 성형 방법을 이용해서 성형하는 부품의 후경화 뒤틀림을 비교하기 위한 실험이 행해졌다.

본 실험은 상이한 성형 변수를 갖는 일련의 부품을 성형함으로써 구성되었다. 그 후 부품들은 세척되어 좌표 측정 머신(CMM) 상에서 측정된다. 이 측정의 제1세트는 그린(green)(단지 부분적으로 경화된) 부품을 측정했다. 그 후 부품들은 CMM 상에서 부품 측정의 또 다른 세트에 뒤이어 동일하게 후경화 되었다. 측정의 제2세트는 완전히 경화된 부품을 측정했다.

본 실험에서 사용된 부품은 도 15에 도시된다. 도 15a는 작은 간격을 두고 나란히 성형된 두 개의 수직벽을 도시한다. 각각의 벽의 높이(530)는 1.000인치였다. 부품들은 성형 플랫홈(도시되지 않음)에 붙어 있는 웹 지지대에 접착된 상태로 성형되어 측정됐다. 도 15b는 두 개의 벽의 평면도를 도시한다. 벽의 길이(510)는 4.000인치였다. 각각의 벽의 폭(500)은 0.100인치였고 벽의 간격은 0.050인치였다. 실질적으로 등을 맞댄 2개의 벽의 성형은 각각의 벽이 실질적으로 한쪽 벽으로부터 나오는 상승 작용적 자극에 의해 후경화될 수 있도록 한다. 상기와 같은 한쪽면으로의 경화는 물체의 예측 가능한 비균일한 경화를 초래하므로 뒤틀림의 방향을 예측할 수 있다. 각각의 벽상에서 CMM에 의해서 행해진 측정은 도 15b에서 또한 도시된다. 측정 (540), (550), (570), 및 (580)은 이 벽의 에지로부터 대략 50mil(0.050인치) 지점과 벽의 상부 표면 밑으로 대략 100mil지점에서 행해졌다. 측정 (560) 및 (590)은 벽의 동일 에지를 따라서 그리고 벽의 상부 표면의 하부로 대략 100mil 지점에서 행해졌다. 측정 (560)과 (590)가 벽의 동일 에지를 따라서 그리고 측정 (540)과 (550)과 측정 (570)과 (580)의 각각의 동일한 수직 위치에서 행해졌다. 측정 (560)과 (590)이 벽의 에지의 수평 센서에서 행해졌다.

도 15c는 후경화에 의한 벽의 뒤틀림을 도시하고 있다. 도 15c는 벽의 평면도를 도시한다. 점선(600)과 (610)은 벽의 바람직한 형상을 보여준다. 실선은 벽의 실제형상을 보여준다. 제1층의 뒤틀림을 결정하기 위해 점(540)과 (550)의 측정이 직선에 의해 연결된다. 뒤틀림의 정도(630)는 라인과 점(560)간의 직교 거리를 따른 거리이다. 제2벽의 뒤틀림을 결정하기 위해 점(570)과 점(580)의 측정은 직선으로 연결된다. 뒤틀림 정도(650)는 상기 직선과 점(590) 간의 수직 거리를 따른 길이이다.

부품들은 Ciba-Geigy에서 제조된 성형 재료 XB-5081과 HeCd 레이저를 이용해서 3D Systems에 의해 제조된 표준 SLA-250 상에서 10mil 층으로 성형된다. 후경화는 10-40 와트 흑광 램프(black light lamp)(미국 특허 출원에 개시된 27/415,134호)를 이용해서 PCA에서 행해졌다. 부품은 알코올 배스(alcohol bath)에서 2분 동안 초음파를 사용하여 세척된다. 8쌍의 부품들은 표준 접착 기술을 사용해서 성형되었다. (즉, 부품의 내부 구조를 형성하기 위해 넓게 이격된 크로스 해치를 사용함으로써 단지 물체의 하향 및 상향 형상만을 스킨함으로써) 4쌍의 부품들은 층으로부터 층까지 해치를 스태거하는 수정을 함으로써 표준 성형 기술을 사용해서 성형됐다. 2세트의 부품이 위브 방법을 사용하여 성형됐다.

그린 부품 특정(green part measurement)으로부터, 모든 부품이 용기로 부터 제거되고 세척된 후 실질적으로 아무런 뒤틀림이 없다는 것이 발견되었다. 이 단계에서 각각의 부품의 뒤틀림은 1mil 이하였다. 그러므로, 후경화 뒤틀림을 연구하기 위해 후경화 뒤틀림 데이터만 관찰하면 된다.

실험 결과를 요약하면 아래와 같다.

성형 방법 평균 뒤틀림

일반해치 12.52 mils

스태거된 해치 8.11 mils

위브 1.76 mils

상기 표를 살펴보면, 스태거된 해치 및 위브 성형 기술은 실질적으로 후경화 뒤틀림을 감소시켰음을 알 수 있다. 위브가 상기 뒤틀림을 특히 효과적으로 감소시킴을 볼 수 있다.

Claims (36)

1. 상승 작용적 자극(synergistic stimulation)에의 노출에 의해 고화될 수 있는(solidifiable) 유체상 재료(fluid-like material)로부터 3차원 물체를 층층이(layer-by-layer) 구성하기 위한 스테레오리소그래픽 방법(stereolithographic method)에 있어서, 제1세트의 평행 스킨 라인(a first set of parallel skin lines)을 제공하는 상승 작용적 자극에 상기 재료를 선택적으로 노출시킴으로써 상기 물체의 외부 표면 이상을 포함하는(including more than the exterior surface), 제1층의 제1부분 상에 제1스킨을 고화시키는 단계, 및 제2세트의 평행 스킨 라인을 제공하는 상승 작용적 자극에 의해 상기 재료를 선택적으로 노출시킴으로써 제2층의 제2부분 상에 또는 상기 제1층의 상기 제1스킨 상에서 제2스킨을 고화시키는 단계를 포함하며, 상기 제1세트의 상기 라인들은 상기 제2세트의 상기 라인들에 평행하지 않은 스테레오리소그래픽 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1세트의 스킨 라인 및 상기 제2세트의 스킨 라인은 벡터 데이터(vector data)로 제공되는 스테레오리소그래픽 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1층의 경계 부분(boundary portion)을 추적하는 벡터 패턴에 상기 재료를 노출시켜 상기 제1층의 경계 영역을 고화시키는 단계를 더 포함하는 스테레오리소그래픽 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 제2층은 상기 제1층의 형성 직후 연속적으로 형성되는(the next immediately consecutively formed)층인 스테레오리소그래픽 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 2층은 완전히 또는 부분적으로 스키닝되고(skinned), 스키닝 방향(skinning direction)은 즉각적으로 연속적으로 형성되는 각각의 층들 사이에서 교번하는(alternate) 스테레오리소그래픽 방법.
6. 제1항에 있어서, 제1세트의 해치 라인(a first set of hatch line)을 포함하는 상승 작용적 자극에 상기 재료를 선택적으로 노출시킴으로써 층의 일부분을 고화시키는 단계를 더 포함하는 스테레오리소그래픽 방법.
7. 제1항에 있어서, 노출되는 상기 부분들은 타일링 패턴을 정의하는(define a tiling pattern) 스테레오리소그래픽 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 물체의 모든 층들이 스키닝되는 스테레오리소그래픽 방법.
9. 제1항에 있어서, 하향 영역(down-facing region) 및 상향 영역 이상의 영역이 스키닝되지만 모든 층들의 모든 부분들이 스키닝되지는 않는 스테레오리소그래픽 방법.
10. 제2항에 있어서, 상기 제1세트의 벡터 및 상기 제2세트의 벡터는 외부 스킨 벡터(external skin vector)를 포함하는 스테레오리소그래픽 방법.
11. 제2항 내지 제10항에 있어서, 상기 스킨들의 뒤틀림(distortion)을 감소시키기 위해 스몰리즈(smalleys), 리베트(rivet), 웹(web), 멀티패스(multipass), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 기술을 이용하는 단계를 더 포함하는 스테레오리소그래픽 방법.
12. 제2항에 있어서, 상기 제1세트의 스킨 벡터는 스킨 벡터로 이루어진 제1부분집합(subset) 및 제2부분집합을 포함하며, 여기에서 상기 제1부분집합의 스킨 벡터들은 비연속적인 벡터(non-consecutive vector)이고, 상기 제2부분집합의 스킨 벡터들은 상기 제1부분집합의 상기 벡터들 사이에 끼워지는 스테레오리소그래픽 방법.
13. 제2항에 있어서, 상기 제1세트의 벡터들은 상기 제2세트의 벡터들에 직교하는 스테레오리소그래픽 방법.
14. 제1항 내지 제10항, 제12항, 또는 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료는 액체를 포함하는 스테레오리소그래픽 방법.
15. 제1항 내지 제10항, 제12항, 또는 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료는 광중합체(photopolymer)를 포함하는 스테레오리소그래픽 방법.
16. 제1항 내지 제10항, 제12항, 또는 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료는 분말(powder)을 포함하는 스테레오리소그래픽 방법.
17. 제15항에 있어서, 상기 상승 작용적 자극은 UV 레이저 빔인 스테레오리소그래픽 방법.
18. 제15항에 있어서, 연속하는 스킨 벡터들은 단일 스킨 라인의 등량의 노출(equivalent exposure)에 의해 야기된 경화 폭(cure width)의 반경의 1/2만큼 또는 보다 작은 거리만큼 서로 떨어져 있는 스테레오리소그래픽 방법.
19. 상승 작용적 자극에의 노출에 의해 고화될 수 있는 액체상 재료로부터 3차원 물체를 층층이 성형하기 위한 스테레오리소그래픽 장치에 있어서, 상기 재료를 제1세트의 평행 스킨 라인을 제공하는 상기 상승 작용적 자극에 선택적으로 노출시킴으로써, 상기 물체의 외부 표면 이상을 포함하는, 제1층의 제1부분 상에 제1스킨을 고화시키기 위한 수단, 및 상기 재료를 제2세트의 평행 스킨 라인을 제공하는 상승 작용적 자극에 선택적으로 노출시킴으로써 제2층의 제2부분 또는 상기 제1층의 비경계 부분(non-boundary portion)상에 제2스킨을 고화시키기 위한 수단을 포함하며, 상기 제1세트의 상기 라인들은 상기 제2세트의 상기 라인들에 평행하지 않은 스테레오리소그래픽 장치.
20. 제19항에 있어서, 상기 고화 수단은 벡터 포맷(vector format)의 상기 제1세트의 상기 스킨 라인들 및 상기 제2세트의 상기 스킨 라인들을 제공하는 수단을 포함하는 스테레오리소그래픽 장치.
21. 제20항에 있어서, 상기 제1층의 상기 경계를 추적하는 벡터 패턴에 상기 재료를 노출시킴으로써 상기 제1층의 경계를 고화시키기 위한 수단을 더 포함하는 스테레오리소그래픽 장치.
22. 제19항에 있어서, 상기 제2층은 상기 제1층의 형성 직후 연속적으로 형성되는 스테레오리소그래픽 장치.
23. 제22항에 있어서, 각각의 층은 부분적으로 스키닝되고 스키닝 방향은 각각의 즉각적이고 연속적으로 형성된 층들 사이에서 교번하는 스테레오리소그래픽 장치.
24. 제19항에 있어서, 제1세트의 해치 라인을 포함하는 상승 작용적 자극에 상기 재료를 선택적으로 노출시킴으로써 층의 일부분을 고화시키기 위한 수단을 더 포함하는 스테레오리소그래픽 장치.
25. 제19항에 있어서, 노출되는 상기 부분들은 타일링 패턴으로서 정의하기 위한 수단을 포함하는 스테레오리소그래픽 장치.
26. 제19항에 있어서, 상기 물체의 모든 층을 스키닝하기 위한 수단을 포함하는 스테레오리소그래픽 장치.
27. 제19항에 있어서, 하향 영역 및 상향 영역 이상의, 하지만 모든 층의 모든 부분보다는 적은 부분을 스키닝하기 위한 수단을 포함하는 스테레오리소그래픽 장치.
28. 제20항에 있어서, 상기 제1세트의 벡터 및 상기 제2세트의 벡터는 외부 스킨 벡터들을 포함하는 스테레오리소그래픽 장치.
29. 제20항에 있어서, 상기 스킨의 뒤틀림을 감소시키기 위해 스몰리즈, 리베트, 웹, 멀티패스, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 기술을 이용하기 위한 수단을 포함하는 스테레오리소그래픽 장치.
30. 제20항에 있어서, 스킨 벡터들로 이루어진 제1부분집합 및 제2부분집합을 포함하는 상기 제1세트의 스킨 벡터들을 정의하기 위한 수단을 포함하며, 여기에서 상기 제1부분집합의 스킨 벡터들은 인접하지 않은 벡터들(non-adjacent vectors)이고, 상기 제2부분집합의 스킨 벡터들은 상기 제1부분집합의 상기 스킨 벡터들 사이에 끼워지는 스테레오리소그래픽 장치.
31. 제20항에 있어서, 상기 제1세트의 스킨 벡터들은 상기 제2세트의 스킨 벡터들에 직교하는 스테레오리소그래픽 장치.
32. 제19항 내지 제31항에 있어서, 상기 재료는 액체를 포함하는 스테레오리소그래픽 장치.
33. 제19항 내지 제31항에 있어서, 상기 재료는 광중합체를 포함하는 스테레오리소그래픽 장치.
34. 제19항 내지 제31항에 있어서, 상기 재료는 분말을 포함하는 스테레오리소그래픽 장치.
35. 제33항에 있어서, 상기 상승 작용적 자극은 레이저 빔인 스테레오리소그래픽 장치.
36. 제33항에 있어서, 연속하는 스킨 벡터들은 단일 스킨 라인의 등량의 노출에 의해 야기된 경화 폭의 반경의 1/2만큼 또는 보다 작은 거리만큼 서로 떨어져 있는 스테레오리소그래픽 장치.