KR100205677B1

KR100205677B1 - 사형의 적층형성 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100205677B1
Application number: KR1019960052904A
Authority: KR
Inventors: 히로모또 사또오; 유끼오 오쯔까; 모또아끼 오자끼; 마스오 시미즈; 유지 오까다; 요시즈미 센다; 소야 다까기; 마사루 오구라
Original assignee: 와다 아끼히로; 도요다 지도샤 가부시끼가이샤
Priority date: 1995-11-09
Filing date: 1996-11-08
Publication date: 1999-07-01
Also published as: EP0776713A3; EP0906801A3; CN1088415C; DE69633143D1; DE69633143T2; EP0906801A2; DE69604043T2; KR970073797A; EP0776713B1; CN1157761A; EP0776713A2; US5718279A; EP0906801B1; DE69604043D1

Abstract

본 발명은 3차원의 모래의 조형물로서의 사형의 형성에 관한 것으로서, 열가소성수지로 코팅된 모래를 얇은층의 형상으로 축적함으로써 모래층을 형성하는 단계와, 형성된 모래층 위에 소정부분에 개구부를 갖는 마스크를 배치하는 단계와, 배치된 마스크를 개재하여 개구부 아래에 위치된 모래층 부분을 가열하여 고화시키는 단계와, 사형의 단면형상의 1층을 형성하는 단계와, 처리를 반복함으로써 단면형상을 적층하여 3차원 형상으로서의 사형을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

사형의 적층형성 방법 및 장치

본 발명은 열가소성수지가 코팅된 모래의 박층을 형성하는 단계 및 상기 박층을 소정의 형상으로 경화시키는 단계를 반복함으로써 3차원 모래의 조형물로서의 사형의 형성에 관한 것이다.

주물은 용융금속을 주형에 부어서 형성되기 때문에, 주물의 제작은 상기 주형의 반전형 주형을 제조함으로써 시작한다. 주형은 재료에 따라 금형과 사형(모래주형)으로 통상 나누어진다. 비록 금형은 내구성이 있을지라도, 고가이고 동일제품의 다량생산(대량생산)에 자주 사용된다. 한편, 사형은 원형(Prototype) 및 복잡한 형상 또는 내부형상을 갖는 제품 등의 비교적 소량의 제품을 제작하기 위해 사용된다. 즉, 사형은 저렴하며, 주조 후 사형을 파괴하고 제품을 인출하기 때문에 사형으로부터 그대로 주물을 빼낼 필요는 없다. 그러므로, 복잡한 형상을 갖는 주물이 제작될 수 있다. 또, 내부 형상을 갖는 주물은 "사중자(sand core)"라 불리우는, 내부형상을 형성하는 주형을 사용함으로써 제작될 수 있다.

종래 이러한 사형을 제작하기 위해서는, 그것의(주로 나무, 수지 또는 금속으로 만들어진)반전형 주형이 우선 NC(numerical control) 가공 등에 의해 제작되었고, 모래가 상기 반전형 주형에 부어지고 사형을 형성하도록 굳혀진다. 그러나, 이러한 종래의 사형 형성방법에 의하면, 사형의 반전형 주형을 설계하는 단계에서 발취구배를 고려해야만 한다. 특히 사형의 반전형 주형은 2할분할되어야만 하기 때문에, 분할표면(분리표면)이 설정될 위치를 결정하는 분리 설계 및 각 분할된 조각의 벗겨냄방향에 의거한 발취구배 설계가 행해져야만 한다. 따라서, 주형을 구상하고 설계하는데 많은 시간이 요구되었다.

원형제작에 많은 시간을 소비하는 것은 바람직하지 않다. 그래서, 3차원 CAD(컴퓨터지원설계) 데이터로부터 직접 원형을 형성하는 급속 원형형성법이 제안되어 있다. 3차원 물체는 0.2mm의 작은 두께를 갖는 2차원 단면형상의 적층이라는 사상에 의거하여, 상기 급속 원형형성은 이러한 단면형상을 형성하고 적층함으로서 3차원 물체를 형성한다.

예를 들면, 미합중국 특허 제4,247,508호는 레이저를 이용한 상기 원형형성법 중 하나를 개시하고 있다. 즉, 박층은 열적으로 용융된 플라스틱 입자로부터 형성되고, 상기 박층의 굳어질 것이 요구되는 부분은 레이저 빔에 의해 조사되고, 레이저 빔에 노출된 상기 부분은 용융 및 고화되어 2차원 구조를 형성한다. 상기 공정을 반복하여 3차원 물체를 형성한다. 상기 방법에 의하면, 원형을 직접 형성할 수 있다.

또, 상기 종래의 기술에는 반전형 주형이 직접 형성되는 것과 모래의 조형물이 플라스틱 코팅된 모래를 사용함으로써 얻어진다는 것이 기재되어 있다. 또한, 상기 종래의 기술은 레이저 빔의 조사시 마스크를 사용할 것을 제안하고 있다.

조형물이 상기 방법에 의해 직접 얻어지기 때문에, 상술한 분리, 발취구배등을 고려할 필요가 없다. 따라서, 조형물의 CAD 데이터로부터 다양한 형상을 갖는 사형을 형성하는 것이 용이하다.

그러나, 상기 종래의 기술은 기본적으로 원형을 형성하도록 의도되고 대량생산을 고려하지 않는다. 특히, 상기 기술은 레이저빔을 단일 2차원 구조물의 생산에 있어서 굳어질 부분의 전체에 조사시키는데 많은 시간이 걸린다. 따라서, 상기 종래 기술을 사용한 다수의 대량생산용 사형을 생산하는 것은 현실적이지 않다.

사형이 급속 원형형성에 의해 형성될 때, 사형 형성시 분리 및 발취구배를 고려할 필요가 없기 때문에, 사형은 더 이상 쓸모없는 부분을 갖지 않고 형성된 주물의 불필요한 두께 및 버르(burr)가 제거될 수 있다. 따라서, 주물의 후처리 효율이 증가될 수 있고 사형이 효율적으로 형성될 수 있다면 사형을 사용하여 주물의 효율적인 대량생산을 도모할 수 있다고 생각된다.

상기 종래의 기술에 따라 레이저 빔이 조사되어 껍질 모래를 경화시키면, 경화된 모래층이 왜곡된다는 문제가 있다. 즉, 단면 형상을 형성하는 모래층이 일반적으로 0.1 내지 0.5mm의 매우 작은 두께를 갖기 때문에, 경화된 단면 형상은 마치 그것의 주변부가 모래 입자 사이의 수지의 압축으로 인해 위로 들려지는 것과 같이 대부분의 경우에 왜곡된다.

만일 이러한 왜곡이 발생한다면, 다음 모래층은 적층될 수 없거나 다음 층의 단면 형상은 변경되거나 왜곡될 수 있다. 따라서, 사형의 형성 정밀도를 저하시키는 다른 문제가 있다.

또, 상기 관련된 기술에 있어서, 마스크를 제작할 때, 마스크에는 사중자에 해당하는 독립 섬(island portion)이 요구된다. 이 경우에 있어서, 마스크 내에 섬을 수용하도록 지지자를 필요로 한다. 상기 지지자는 주물의 단면형상을 자르는 것에 의한 2차원 단면형상의 계산으로부터 얻어질 수 없고 분리하여 설계되어야 한다. 그 후, 설계자는 섬의 존재를 판정하고 종래기술의 상기 섬용 지지자를 설계한다.

본 발명의 목적은 대량생산에 적합한 사형을 적층형성하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 문제를 해결하는 본 발명의 다른 목적은 단면형상의 형성시 왜곡의 발생을 방지할 수 있는, 적층에 의한 사형 형성방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 지지자를 자동적으로 설계할 수 있는 마스크 제작방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 있어서, 산광 레이저 빔은 차광 마스크를 통하여 얇은 모래층에 조사된다. 따라서, 수지 코팅된 모래는 한 번에 굳어질 수 있고 일 층의 처리시간은 매우 단축될 수 있다. 따라서, 대량생산용 사형은 효율적으로 제작될 수 있다. 또, 산광 레이저 빔이 차광 마스크를 통하여 조사되기 때문에, 레이저 빔은 비교적 균일한 에너지 밀도로써 차광 마스크 아래에 있는 모래 위로 조사될 수 있다. 따라서, 경화된 조형물의 단면 및 평면 형상은 선명하게 될 수 있다. 즉, 세미한 집광 레이저 빔이 사용되면, 노출부는 홈 형상으로 조형되고 그것의 단면 및 평면 형상은 불선명하게 된다; 이것은 산광 레이저 빔을 사용함으로써 방지될 수 있다.

중자가 형성되는 경우, 고립된 섬이 차광 마스크에 필요로 되고 상기 섬을 지지하는 지지자가 필요하다. 본 발명의 다른 취지에 따르면, 각 층의 지지자의 위치를 변경함으로써 지지자용의 작은 구멍이 형성된 사형에 생긴다. 상기 구멍은 작게 만들어져 용융금속이 들어갈 수 없다. 상기 구멍은 주조시 가스배출구멍으로서 가능하기 때문에, 중자의 형성 및 가스배출구멍의 형성이 동시에 달성될 수 있다.

본 발명의 다른 취지에 따르면, 모래는 단열 마스크 위의 가열원에 의해 가열된다. 상기 가열원은 히터 등에 의해 매우 용이하게 형성될 수 있다. 상기 히터는 가격이 저렴하고 넓은 영역을 균일하게 가열하는 것이 용이하다. 따라서, 비교적 큰 사형이 효율적으로 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 취지에 따르면, 분리된 가열원 요소로 분할된, 비교적 큰 면적을 갖는 단열 마스크 상에 배치되어 모래층의 노출부를 가열한다. 가열원이 이런 방식으로 분할되기 때문에, 소정의 영역만 가열될 수 있다. 각 분할된 가열원 요소는 작은 영역을 가열하기 때문에, 균일한 가열을 행할 수 있다.

본 발명의 다른 취지에 따르면, 상기 분할된 가열원 요소는 독립적으로 온/오프되어 모래층 면적의 분할된 블록을 가열한다. 따라서, 노출되지 않은 블록용의 가열원 요소에 열발생이 방지될 수 있다. 이것에 의해, 총 에너지의 절감이 실현될 수 있다. 또한, 단열 마스크가 덜 가열되고, 따라서 마스크의 수명이 연장된다.

본 발명의 또 다른 취지에 따르면, 다중 스테이션이 사용된다. 이것에 의해, 복수의 사형이 일 세트의 마스크를 사용함으로써 형성될 수 있다. 따라서, 사형은 효율적으로 대량생산될 수 있다.

본 발명의 또 다른 취지에 따르면, 모래층을 형성하는 공정에 있어서 제1층은 그것이 초기에 형성된 받침대 상에 적층되어 부착되는 방식으로 받침대 상에 형성된다. 수지 코팅된 모래가 경화되면, 수지는 이러한 경화에 의해 대부분의 경우 압축된다. 경화된 모래층이 상기 압축에 의해 왜곡된다. 따라서, 형성된 사형의 정밀도가 저하된다.

본 발명의 본 취지에 따르면, 제1모래층은 받침대 상에 형성된다. 따라서, 제1층은 받침대에 부착된다. 모래층의 왜곡은 받침대의 강도에 의해 방지될 수 있다. 제1층은 왜곡되지 않기 때문에, 그 위에 형성된 각 층의 왜곡이 또한 방지된다. 따라서, 왜곡이 없는 고정밀도 사형이 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 취지에 다르면, 입자 크기 분포에 있어서 적어도 2개의 피크를 갖고 다른 입자 직경을 갖는 다른 2종류의 모래가 사형을 형성하기 위하여 사용된다.

다른 입자 직경을 갖는 모래가 이러한 방식으로 사용될 때, 작은 직경을 갖는 모래는 더 큰 입자 직경을 갖는 모래 사이의 공간으로 들어가고, 이것에 의해 모래의 체적밀도가 증가한다. 모래의 체적밀도가 증가하면, 수지의 압축에 의해 생긴 왜곡의 발생이 억제되고, 이것에 의해 왜곡이 없는 고정밀도의 사형을 형성하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 또 다른 취지에 따르면, 상술한 모래층 형성단계에 있어서, 비교적 큰 입자 직경을 갖는 모래가 살포되고, 그 후 비교적 작은 입자 직경을 갖는 모래가 살포되어 1매의 모래층을 형성한다.

다른 입자 직경을 갖는 다른 종류의 모래가 동시에 살포되는 경우, 작은 입자 직경을 갖는 모래는 모래층의 하부에 축적되고, 따라서 체적 밀도의 증가(특히 모래층의 상부)를 가능하게 한다. 큰 입자 직경을 갖는 모래가 살포된 후, 작은 입자 직경을 갖는 모래가 살포되고, 이것에 의해 작은 입자 직경을 갖는 모래는 큰 입자 직경을 갖는 모래 사이의 공간으로 들어가고, 따라서 효율적으로 체적 밀도를 증가시킨다.

본 발명의 또 다른 취지에 따르면, 모래층 형성단계에 있어서, 모래는 오실레이터에 의해 진동되어 모래를 압축하고 모래층을 형성한다. 이러한 방식으로 모래층에 진동을 제공함으로써, 모래의 체적밀도는 효율적으로 증가될 수 있다.

본 발명의 또 다른 취지에 따르면, 모래층 형성단계에 있어서, 요구된 모래층의 두께에 비해 1 내지 10% 더 큰 두께로 살포되고, 그 후 상부로부터 평판에 의해 압축된다. 본 방법에 있어서, 모래의 체적 밀도는 평판 압축에 의해 효율적으로 증가될 수 있다.

본 발명의 또 다른 취지에 따르면, 섬이 마스크 형상에 존재하는 경우, 마스크는 섬을 둘러싸는 공간내에서 소정의 간격에 있는 평행선으로 자동적으로 배치하는 지지자에 의해 제작된다. 본 발명에 있어서, 지지자는 소정의 간격의 평형선으로 배치된다. 따라서, 지지자의 배치는 용이하게 자동화될 수 있다. 평행선 지지자의 간격은 지지자가 섬을 완전하게 지지하는 것을 가능하게 하는 간격으로 설정될 수 있다. 지지자가 섬의 외곽선에 평행하게 제공되는 경우, 만일 지지자가 서로 접촉한다면 하나로 결합된다. 한편, 대부분의 경우에 있어서, 수직 섬은 XY 좌표에 의해 표현되고 X 및 Y축에 평행하다. 그 후, 평행선은 XY 좌표에 있어서 45°방향을 기초로 하는 경사진 방향의 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 취지에 따르면, 격자형상의 지지자는 섬을 둘러싸는 공간에서 소정의 간격으로 배치된다. 지지자가 이러한 격자형상으로 배치되기 때문에, 그것을 자동적으로 배치하는 것이 용이하다. 지지자의 강도는 소정의 간격으로의 배치에 의해 충분하게 될 수 있다.

본 발명의 또 다른 취지에 따르면, 섬 및 지지자 사이의 연결상태에 따라 자동으로 배치된 지지자의 위치를 변경하는 단계가 제공된다.

본 방법에서는, 지지자가 자동으로 배치된 후, 지지자의 위치가 그것의 접속상태에 따라 변경된다. 예를 들어, 프레임 형상 내부에 배치된 불필요한 지지자가 제거되거나, 소정 간격의 지지자에 의해 지지될 수 없는 섬에 지지자가 부가되거나, 또는 섬의 단부만을 지지하는 지지자의 위치가 변경된다. 이들 공정은 자동적으로 수행된다. 이것에 의해, 마스크 형상 내의 지지자의 최적배치가 자동화될 수 있다.

본 발명의 또 다른 취지에 따르면, 상기 자동적인 지지자 배치단계에 있어서, 인접하는 층에 사용된 마스크 사이에서 지지자의 배치위치를 다르게 한다.

인접한 층의 지지자의 위치가 동일하면, 지지자에 의해 형성된 주형의 공간이 연속하여 주물의 일부가 상기 공간부에 형성된다. 지지자에 의해 형성된 주형내의 공간은 인접한 층의 지지자의 위치를 변경함으로써 소정의 형상으로 형성될 수 있고, 용융금속이 상기 공간으로 들어가는 것이 방지되고, 주물의 형상에 있어서의 변경이 방지될 수 있다.

본 발명의 또 다른 취지에 따르면, 상기 자동적인 지지자 배치단계에 있어서, 적어도 인접한 층에 사용된 마스크 중에서는 지지자의 배치위치를 다르게 한다.

예를 들어, 격자형상의 지지자가 사용되는 경우, 단지 2층의 지지자 패턴을 다르게 한다면, 공통부가 생기고 상기 공통부는 주물을 위한 공간을 형성한다. 인접하는 2층의 공통부가 3층까지 연속하지 않도록 인접하는 3층의 지지자 패턴을 다르게 하여, 상술된 문제점을 제거한다.

본 발명의 또 다른 취지에 따르면, 상기 자동적인 지지자 배치단계에 있어서, 섬은 폐쇄된 외곽선으로 판정되고 동일 외곽선을 접속하는 지지자는 불필요하기 때문에 제거된다.

이것에 의해, 도나츠 형상 섬의 내부를 접속하는 불필요한 지지자가 제거될 수 있다.

본 발명의 또 다른 취지에 따르면, 상기 최적화된 변경단계에 있어서, 섬의 안정도는 상기 섬의 중심위치 및 상기 섬과 지지자의 접속위치로부터 판정되고, 상기 안정도에 따라 지지자의 접속상태가 변경된다.

섬의 단부만이 지지자에 의해 지지되면, 섬은 불안정하게 된다. 지지자는 섬의 중앙을 지지하도록 변경되어 마스크를 안정하게 만든다.

본 발명의 또 다른 취지에 따르면, 지지자가 배치될 마스크 형상에 의거하여, 레이저에 의해 판금을 가공함으로서 마스크를 제작하는 단계가 제공된다. 레이저에 의해 마스크를 형성하도록, 철판 등의 판금을 가공함으로써, 소정의 마스크형상이 용이하게 구현될 수 있다.

이렇게 형성된 마스크를 사용함으로써 각각의 모래층의 소정 영역은 고화되고 이것이 반복되어 사형을 형성한다. 또, 이렇게 형성된 사형은 주물제조를 위하여 사용되고, 이것에 의해 초벌재의 3차원 형상 데이터에 의거한 주물을 용이하게 제조하는 것이 가능하다.

특히, 본 방법에 따르면, 초벌재의 3차원 데이터로부터 주물의 형성을 위한 데이터까지 모든 데이터가 수집될 수 있고, 따라서 설계가 용이하게 변경될 수 있다. 사형은 모래층을 적층함으로써 형성되기 때문에, 본 사형의 형성에서 처리될 데이터는 용이하게 처리될 수 있는 기본적으로 2차원 형상 데이터이다. 또, 사형 형성시 발취구배 및 분리를 고려할 필요가 없고, 이것에 의해 제조가 용이하다.

따라서, 본 발명에 따르면, 마스크의 형성, 사형의 형성 및 주물의 제조가 효율적으로 행해질 수 있다.

본 발명에 따른 주물제조 방법은 주물이 상술된 방법에 의해 형성된 사형을 사용하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 이렇게 얻어진 주형은 직접 형성되기 때문에, 그것은 발취구배 및 분리가 없다. 따라서, 사형의 설계가 제품 형상의 CAD 데이터로부터 용이하게 행해질 수 있다. 또, 이렇게 얻어진 사형은 필요이상으로 두껍지 않은 주물을 얻기 위해 사용되고, 후처리가 용이하며, 재료의 효과적인 사용이 구현된다.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 첨부한 도면을 참조하여 이하에 설명된다.

제1도는 본 발명의 제1실시예의 전체구성을 나타내는 도면.

제2도는 제1실시예의 동작을 나타내는 타이밍 차트.

제3a도 및 제3b도는 레이저 조사원의 예를 나타내는 도면.

제4a도 내지 제4d도는 차광 마스크(shading mask)의 예를 나타내는 도면.

제5도는 YAG 레이저용 차광 마스크의 예를 나타내는 도면.

제6도는 모래 스프링쿨러의 예를 나타내는 도면.

제7a도 및 제7b도는 본 발명의 제1실시예와 종래의 기술 사이의 경화된 수지상태의 비교를 나타내는 도면.

제8도는 본 발명의 제1실시예와 종래의 기술 사이의 처리단계를 비교하는 도면.

제9도는 다중 스테이션의 구성을 나타내는 도면.

제10도는 다중 스테이션이 사용된 경우의 동작을 나타내는 타이밍 챠트.

제11도는 본 발명의 제2실시예의 구성을 나타내는 도면.

제12도는 제2실시예의 히터의 구성을 나타내는 도면.

제13도는 제2실시예의 이송 메카니즘을 나타내는 도면.

제14도는 본 발명의 제3실시예의 구성을 나타내는 도면.

제15도는 제3실시예의 분할된 블록을 나타내는 도면.

제16도는 제3실시예의 동작을 나타내는 흐름도.

제17도는 제3실시예의 가열상태를 나타내는 도면.

제18도는 제3실시예의 처리동작을 나타내는 흐름도.

제19a도, 제19b도 및 제19c도는 받침대의 형태 및 상기 받침대상에 형성된 모래층을 나타내는 도면.

제20도는 본 발명의 제5실시예에 따른 모래의 입자 직경 분포를 나타내는 도면.

제21도는 두 종류의 모래가 살포되는 방법을 나타내는 도면.

제22도는 2대의 다른 스프링쿨러를 나타내는 도면.

제23도는 본 발명의 제6실시예에 따른 오실레이터(oscillator)에 의해 진동이 인가되는 예를 나타내는 도면.

제24도는 모래가 평판에 의해 압축되는 예를 나타내는 도면.

제25도는 본 발명의 제7실시예에 따른 마스크를 생산하는 공정을 설명하는 도면.

제26도는 지지자 형상을 만들어내는 공정을 나타내는 흐름도.

제27도는 경사 지지자 형상의 구성을 나타내는 도면.

제28도는 2개의 다른 경사 지지자 패턴이 사용된 경우의 구성을 나타내는 도면.

제29도는 2개의 다른 격자형 지지자 패턴이 사용된 경우의 구성을 나타내는 도면.

제30도는 3개의 다른 격자형 지지자 패턴이 사용된 경우의 구성을 나타내는 도면.

제31도는 지정된 수의 마스크(M)의 반복 및 지정된 수의 지지자 패턴(N)을 설명하는 도면.

제32도는 지지자의 피치 및 폭을 설명하는 도면.

제33도는 제1패턴에서의 지지자의 배치를 나타내는 도면.

제34도는 제N패턴에서의 지지자의 배치를 나타내는 도면.

제35도는 지지자의 불필요한 부분을 설명하는 도면.

제36도는 지지자의 불필요한 부분을 설명하는 도면.

제37도는 불필요한 지지자의 예를 나타내는 도면.

제38도는 부가된 지지자를 필요로 하는 장소를 나타내는 도면.

제39도는 지지자의 부가되는 방법(부분)을 나타내는 도면.

제40도는 지지자가 부가되는 방법(전체)을 나타내는 도면.

제41도는 U자형상 섬(island portion)을 위한 지지자를 설명하는 도면.

제42도는 불안정한 섬을 설명하는 도면.

제43도는 불안정한 섬에 대한 판정을 설명하는 도면.

제44도는 지지자 위치의 기억을 설명하는 도면.

제45도는 인접패턴의 지지자 사이의 중첩을 검사하는 공정을 나타내는 흐름도.

제46도는 표시된 마스크 형상을 위한 순차의 뒤집기 기능을 설명하는 도면.

제47도는 지지자 형상 제거 기능을 설명하는 도면.

제48도는 지지자 형상 부가 기능을 설명하는 도면.

제49도는 전체 시스템의 구성을 나타내는 도면.

제50도는 컴퓨터의 기능을 설명하는 도면.

제51도는 레이저 가공처리를 나타내는 도면.

제52도는 사형의 제작에서 주물까지의 단계를 설명하는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 받침대 2 : 모래층

12 : 레이저 발진기 16 : 산광 레이저 조사원

18 : XY플로터 20 : 모래층 승강기

24 : 모래 스프링쿨러 38 : 차광 마스크

70 : 히터 72 : 단열 마스크

80 : 분할 발열체 120 : 입력장치

122 : 처리부 124 : 출력장치

S110 : 컴퓨터 S112 : 레이저 가공기

S114 : 사형제작기 S116 : 주조기

[실시예]

본 발명의 바람직한 실시예가 첨부한 도면을 참조하여 이하에 설명된다.

[실시예 1]

[구성]

도 1은 본 발명의 제1실시예의 전체 구성을 나타낸다. 레이저 발진기(12)는 가열원으로서의 레이저 빔을 발생시키고 이산화탄소 가스 레이저, YAG(이트륨·알루미늄·가넷) 레이저 등의 다양한 레이저 발진기가 사용될 수 있다. 레이저 발진기(12)로부터의 레이저 빔은 가요성 광섬유(14)를 통하여 산광 레이저 조사원(16)으로 공급된다. 산광 레이저 조사원(16)은 소정의 렌즈를 구비하고, 공급된 레이저 빔을 소정 영역 조사형 산광 레이저 빔으로 조사하여, 산광 레이저 빔을 조사한다.

산광 레이저 조사원(16)은 XY 플로터(18)에 의해 유지된다. XY 플로터(18)는 고정된 X축 레일(18a) (한 쌍) 및 상기 X축 레일(18a)을 따라 이동하는 Y축 레일(18b)를 구비하고, 산광 레이저 조사원(16)은 Y축 레일(18b)을 따라 이동하여 X-Y평면상에서 자유롭게 이동가능하다.

XY플로터(18) 아래에는, 모래층 승강기(20)가 제공된다. 모래층 승강기(20)는 개방된 톱부 및 수직으로 이동할 수 있는 저면 평판을 갖고, 사형 제조용 수지 코팅된 모래를 포함하는 수용기는 저부 평판의 상부에 형성된다. 모래층 승강기(20) 위에는, 모래 스프링쿨러(24) 및 모래 로울러(26)가 이동 가능하게 탑재된 한 쌍의 레일(22) 정렬되어 있다.

모래 스프링쿨러(24)는 저부에 개구부를 갖는 깔대기형 컨테이너이고 그것에 포함된 수지 코팅된 모래를 모래층 승강기(20)의 수용기를 향하여 아래로 살포한다. 모래 로울러(26)는 원통형이고 모래층 승강기(20)의 수용기 내에 포함된 모래의 표면을 평탄화하도록 이동할 때 구른다.

모래 스프링쿨러(24) 및 모래 로울러(26)는 연결부재(28)에 의해 연결되고 가동 실린더(30)에 의해 레일(22)을 따라 일체로 이동할 수 있다. 본 예시에서, 레일(22)은 Y축 방향으로 연장되고 모래 스프링쿨러(24) 및 모래 로울러(26)는 가동 실린더(30)의 이동에 의해 Y축 방향으로 전후방으로 이동한다. 또, 연결부재(28)의 전방에는, 레일(22)을 따라 이동할 수 있는 분리가능한 마스크 홀딩부재(32)가 제공된다.

레일(22)은 XY플로터의 도면의 본 면의 Y축 레일(18b)의 하측면 건너편으로 연장되고, 마스크 지지베이스(34)는 상기 연장부의 우측에 배치되고 마스크 수집 베이스(36)는 상기 연장부의 좌측에 배치된다.

상기 마스크 지지베이스(34) 및 마스크 수집 베이스(36) 위에는, 마스크(38)를 마스크 지지베이스(34)로부터 마스크 수집 베이스(36)로 이송하는 마스크 이송장치(40)가 배치된다. 상기 마스크 이송장치(40)는 마스크(38)를 붙잡는 마스크 홀딩부(40a), 상기 마스크 홀딩부(40a)를 수직으로 이동시키는 승강부(40b) 및 상기 승강부(40b)를 X축방향으로 이동시키는 이동부(40c)로 구성된다. 마스크 지지베이스(34) 상에 쌓여 지지된 마스크(38)는 마스크 이송장치(40)에 의해, 레일(22)상의 마스크 홀딩부재(32) 상으로의 탑재 및 마스크 홀딩부재(32)로부터 마스크 수집 베이스(36)로의 수집이 가능하다. 마스크 홀딩부재(32)는 마스크(38)를 지지하고, 마스크를 소정의 위치에 유지시켜, 마스크(38)의 구멍을 통하여 아래로 통과하는 레이저 빔을 전달한다. 마스크 홀딩부(40a)는 빨판, 전자석 등으로 형성된다.

즉, 마스크 홀딩부(40a)는 승강부(40b)에 의해 마스크 지지베이스(34) 위로 부터 지지된 마스크(38)상으로 하강된 후 마스크(38)를 붙잡는다. 마스크 홀딩부(40a)가 상승된 후, 마스크(38)는 상기 이동부(40c)에 의해 레일(22)의 연장부 상의 마스크 홀딩부재(32) 위에 위치된다. 이 지점에서, 마스크(38)는 승강부(40b)에 의해 하강되고 마스크 홀딩부(40a)는 마스크(38)를 차례로 지지하는 마스크 홀딩 부재(32) 위로 마스크(38)를 내려 놓는다. 유사한 작동으로, 마스크 홀딩부재(32)에 의해 레일(22) 상에 지지된 마스크(38)는 마스크 수집 베이스(36) 상에 탑재될 수 있다.

또, 마스크 홀딩부재(32)를 지지하는 메카니즘이 레일(22) 상의 모래 스프링쿨러(24) 및 모래 로울러를 연결하는 연결부재(28)의 전단부에 제공된다. 따라서, 본 메카니즘은 연결부재(28)가 전면으로 이동할 때 마스크 홀딩부재(32)를 지지하고, 그것이 후방으로 이동할 때는 마스크 홀딩부재(32)와 함께 마스크를 끌어당기고 그것이 전면으로 이동할 때 마스크 홀딩부재(32)를 방출함으로써, 마스크(38)는 레일(22)을 따라 Y축방향으로 이동될 수 있다.

제어기(42)는 레이저 발진기(12), XY 플로터(18), 모래층 승강기(20), 가동실린더(30), 마스크 이송장치(40) 등을 제어한다.

[작동]

본 장치의 작동이 아래에 기술된다. 본 장치를 사용하여 사형을 제조하는 경우, 우선 다수의 단면 형상이 사형의 CAD데이터로부터 얻어지고 상기 단면형상에 대응하는 복수의 마스크(38)가 마련된다. 모래 스프링쿨러(24)는 레이저 빔에 노출될 때 용융되는 플라스틱 코팅 수지가 코팅된 모래를 포함한다. 마스크(38)는 마스크 이송장치(40)에 의해 레일(22)의 연장부상의 마스크 홀딩부재(32)상에 탑재되고, 모래 스프링쿨러(24) 및 모래 로울러(26)는 가동 실린더(30)에 의해 전면으로 이동되고, 마스크(38)를 지지하는 마스크 홀딩부재(32)는 연결부재(28)에 의해 지지된다. 그 후, 모래 스프링쿨러(24), 모래 로울러(26) 및 마스크(38)는 가동 실린더(30)에 의해 후방으로 이동된다. 이 시점에서, 모래는 모래 스프링쿨러(24)에 의해 살포되고 모래층 승강기(20)의 수용기에 포함된다. 모래층 승강기(20)의 상부에서, 저부 평판의 위치가 고정되어 1층의 모래를 수용한다.

모래 스프링쿨러(24) 및 모래 로울러(26)가 후방으로 이동되면, 마스크(38)는 모래가 공급된 모래층 승강기(20) 위에 위치된다. 마스크(38)와 모래의 상부와의 거리는 수 밀리미터로 설정된다.

상기 초기 작동이 수행된 후, 도 3에 도시된 바와 같은 작동이 반복된다. 즉, 일 층의 모래가 모래층 승강기(20)에 포함되고 마스크(38)가 모래층 승강기(20) 위에 위치되면, 산광 레이저 조사원(16)은 XY플로터(18)에 의해 마스크(38)위에서 이동되고 마스크(38)상으로 레이저 빔을 조사한다.

이것에 의해, 모래의 노출부상에 코팅된 수지는 열적으로 경화되고 상기 부분은 고화된다. 본 예시에 있어서, 레이저 노출시, 산광 레이저 조사원(16)은 수차례 마스크(38) 위에서 이동되어 마스크(38)의 전체 영역으로 레이저 빔을 균일하게 조사한다.

이러한 방식으로 레이저 노출이 달성되면, 마스크는 가동 실린더(30)에 의해 모래 스프링쿨러(24) 및 모래 로울러(26)와 함께 전면으로 이동된다. 모래층 승강기(20)의 저부평판이 일층두께로 하강되는 동시에 마스크 홀딩부재(32)상의 마스크(38)가 마스크 이송장치(40)에 의해 마스크 수집 베이스(36)로 이송된 후, 마스크 지지베이스(34)상의 다음 마스크(38)를 마스크 홀딩부재(32)로 이송함으로써 마스크 교환 작동이 행해진다.

모래를 살포함으로써 각 층을 형성하고, 상기 모래 위에 마스크를 설정하고, 상술한 바와 같이 레이저 빔을 조사하는 작동을 반복하여 3차원 구조의 사형을 형성한다. 이렇게 형성된 사형은 주조를 행하기 위해 사용된다.

[산광 레이저 조사원]

도 3a에 도시된 바와 같은 고정식 산광 레이저 조사원은 상기 산광 레이저 조사원(16)으로 사용될 수 있다. 본 예시에 있어서, 산광 레이저 조사원(16)은 오목렌즈(16a)를 구비하여 이산화탄소가스 레이저 등으로부터의 고출력 레이저 빔의 조사지점 직경을 수십 센터미터까지 팽창시키고 팽창된 레이저 빔을 마스크(38)상으로 조사한다. 이것에 의해, 산광 레이저 조사원(16)이 고정되는 경우의 레이저 노출이 달성될 수 있다. 이러한 산광 레이저 조사원(16)이 사용되는 경우, XY플로터(18)는 분로하는 X축방향으로만 이동될 수 있고 산광 레이저 조사원(16)은 Y축 레일(18b)상에 고정될 수 있다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 산광 레이저 조사원(16)은 양 X 및 Y방향으로 스캐닝할 수 있다. 즉, 본 예시에 있어서, 산광 레이저 조사원(16)은 0.2mm의 빔 직경을 갖는 레이저 빔의 조사지점 직경을 수 밀리미터에서 수십 밀리미터로 팽창시키고 상기 팽창된 레이저 빔을 조사한다. 따라서, 그 상태로는 레이저 빔을 마스크의 전체면적으로 조사할 수 없다. 그래서, 그것은 XY플러터(18)에 의해 이동되어 마스크(38)의 전체 면적에 대해 스캐닝하여 조사단계를 달성한다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 산광 레이저 조사원(16) 중 어느 하나에 있어서, 레이저의 조사에너지는 0.2mm 수지 코팅된 모래의 수지를 경화하는데 적합한 에너지량으로 설정된다.

[마스크]

마스크(38)는 레이저 광을 차단할 수 있는 내구성 시트재료로 형성되고 고화될 부분을 위한 구멍을 구비한다. 예를 들어, 이산화탄소가스 레이저 또는 YAG 레이저가 사용되는 경우, 절단부를 갖는 구리판 또는 철판이 사용된다. 마스크(38)는 NC 레이저 절단기 등을 사용하여 용이하게 가공될 수 있다. 조사된 레이저 빔은 가소성 수지가 코팅된 모래(0.2mm)의 단일 층만을 경화하는 비교적 낮은 에너지 밀도를 갖기 때문에, 금속판은 마스크(38)로서 충분한 내구성을 갖는다.

형상에 따르면, 마스크(38)의 절단부는 다른 부분으로부터 분리될 수 있다. 예를 들면, 도 4a에 도시된 바와 같은 평방적형의 사형을 제작하는 경우, 마스크(38)의 저부는 단지 도 4b에 도시된 바와 같은 프레임형 주변부(38a)이다. 비록 이 경우에 아무 문제가 없을지라도, 마스크(38)의 저부 위의 상부는 중앙에 사각형의 섬(38b)를 필요로 한다. 이 경우에 있어서, 섬(38b)는 지지자(38c)에 의해 주변부(38a)에 연결되어야 한다.

본 실시예에 있어서, 도 4c 및 도 4d에 도시된 바와 같이, 인접한 구획의 마스크를 위한 지지자(38c)의 위치는 서로로부터 다르게 만들어 진다. 이것에 의해, 지지자(38c) 아래의 경화되지 않는 부분은 수직방향으로 연속되지 않는다. 이 경화되지 않은 층은 얇고 폭이 작다(예를 들어, 0.2mm×5mm). 따라서, 비록 이 경화되지 않은 층에 대응하는 공간이 사형내에 생길지라도, 주조시 용융금속은 상기 공간으로 들어가지 않는다. 또, 상기 공간이 주조시 가스 배출구로서 기능하는 이점이 얻어질 수 있다.

YAG 레이저 빔이 상기 레이저 빔으로서 사용되는 경우, YAG 레이저 빔은 수정 유리를 통하여 통과한다. 그래서, 도 5에 도시된 바와 같이, 마스크부(38e)는 금속의 증착에 의해 수정유리기판(38d)상에 형성될 수 있다. 이 수단에 의해 섬은 지지자에 의해 연결될 필요가 없다. 가스배출구는 지지자로서 기능할 필요가 없고 적절하게 형성될 수 있다.

위치선정핀이 마스크(38)의 4코너에 제공되어 이송 및 탑재시에 마스크를 위치선정하는데 편리하게 사용될 수 있다. 또, 가이드가 마스크 지지베이스(34) 및 마스크 수집 베이스(36)상에 제공되어 마스크(38)의 위치 결정을 위하여 마스크(38)를 둘러싼다. 또한, 스톱퍼가 마스크(38)의 위치 결정을 위하여 적당한 위치에 있는 모래층 승강기(20) 상에 제공되거나, 다양한 센서가 정확한 위치결정을 행하기 위하여 사용될 수 있다.

[모래]

종래에 사용된 모래는 본 발명의 본 실시예에서 사용된 모래로서 직접 사용될 수 없다. 주철 및 알류미늄 주물을 제조하는데 사용되는 소위 쉘 모울드용 수지 코팅된 모래는 일반적으로 가열된 금형으로 불어넣어지고, 구워지고, 고화된다. 본 적용에 있어서, 비교적 거친 모래(예를 들어, 15 내지 30nm)가 주조시 발생된 가스를 배출하기 위하여 사용된다. 그러나, 본 발명에 있어서는, 약 0.2mm인 층이 형성되어야만 하므로 5 내지 10nm의 미세한 구형 입자를 갖는 모래가 사용된다. 본 실시예에 있어서, 가스배출구는 상술한 바와 같이 형성된다.

또, 통상적으로 수지 코팅된 모래로서 규사가 사용되고 그것의 열팽창계수는 약 60 내지 100이다. 상기 모래가 본 실시예에 사용되는 경우, 그것은 레이저광에의 노출에 의해 팽창되고 열적 변형 및 깨짐을 일으킨다. 따라서, 질코니아(zirconia) 모래 및 뮬라이트(mullite) 모래 등의 저팽창모래(양자는 약 30 내지 50의 열팽창계수를 갖는다)가 본 실시예에 적합하다. 적용목적에 따라서, 금속분말, 세라믹 미세입자 등이 사용될 수 있다.

다양한 종류의 수지가 주조공정에 따라 코팅용 수지로서 사용된다. 본 실시예에 있어서, 열레이저 노출영역 및 비노출영역 사이의 경계를 명확하게 정의하는 것은 특히 중요하고 치수 정확성을 증가시킨다. 그래서, 좁은 영역의 경화반응온도 및 양호한 필 백(peel back) 특성을 갖는 모래가 선호된다.

[모래 스프링쿨러]

도 6은 모래 스프링쿨러(24) 등의 모래공급 구조를 나타낸다. 모래 스프링쿨러(24)는 깔대기형 콘테이너(24a) 및 그것의 저부 개구부에 배치된 회전날개(24b)로 구성된다. 회전날개(24b)를 회전시킴으로써, 콘테이너(24a)에 포함된 모래가 떨어지고 살포된다. 살포의 온/오프동작과 살포된 모래의 양은 회전날개(24b)의 회전을 제어함으로써 제어된다. 이동 방향에 있어서 상기 모래 스프링쿨러(24)의 후면(도 1의 전면)에는, 스크레이퍼(scraper)(50)가 제공된다. 상기 스크레이퍼(50)는 모래 스프링쿨러(24)와 모래 로울러(26) 사이에 배치되고 연결부재(28)에 연결된다. 스크레이퍼(50)는 도 6의 우측으로(도 1의 후면으로) 이동하면서 모래 스프링쿨러(24)에 의해 살포된 모래의 표면을 평탄화한다. 또, 스크레이퍼(50) 뒤에 제공된 모래 로울러(26)는 스크레이퍼(50)에 의해 평탄화된 모래의 표면을 가압하여 상기 모래를 압축하여 모래층 승강기(20)의 표면상에 일개의 모래층(0.2mm)을 형성한다.

이러한 방식으로, 본 실시예에 있어서는, 모래의 살포 및 로울링이 한 번의 이동에 의해 효율적으로 행해질 수 있고, 이것에 의해 모래층의 고속형성을 가능하게 한다. 또, 상술한 바와 같이, 마스크(38)가 모래층의 형성을 위한 이동시에 상기 모래층 위에 설정될 수 있기 때문에, 일층의 처리에 요구되는 시간이 매우 짧다.

[본 실시예의 효과]

이러한 방식으로, 본 발명의 본 실시예에 따르면, 마스크 및 산광 레이저 빔이 사용되기 때문에, 레이저 빔 주사는 필요하지 않고, 비록 그것이 필요하다 할지라도, 주사회수는 매우 작다. 따라서, 일 층의 처리가 빨라져서, 전체적으로 사형의 형성을 위해 필요한 시간의 단축이 가능하다. 형성된 마스크를 여러번 사용함으로써 사형이 용이하게 대량생산될 수 있기 때무넹, 상기 사형은 주물 대량생산에 매우 적합하다.

특히 종래의 기술에서와 같이, 마스크가 사용되지 않고 작은 조사지점 직경을 갖는 레이저 빔이 사용되는 경우, 레이저광에 노출될 부분만 주사하는 것이 필요하고 상기 목적을 위한 제어는 주사시 마다 요구된다. 또, 노출될 모든부분을 노출하는데 요구되는 시간은 길어지게 된다.

또, 종래기술의 방법에 있어서는 집광 빔이 사용되기 때문에, 균일한 에너지 밀도를 달성하는 것이 어렵고 에너지가 제공된 면적은 원형이다. 따라서, 도 7a에 도시된 바와 같이, 열적으로 경화된 영역은 홈형상을 이루고 그것의 단면 및 평면 경계형상은 불선명하다. 그러나, 본 실시예에 있어서는, 도 7b에 도시된 바와 같이 균일한 에너지를 공급하기 위하여 마스크 및 산광 레이저 빔의 조합이 사용되고 열적으로 경화된 영역의 양 단면형상 및 평면 형상은 선명하게 만들어질 수 있다.

이러한 방식으로, 본 실시예에 따르면, 사형은 고속으로 제작될 수 있고 본 사형은 사용하여 주물을 대량생산할 수 있다. 여기서, 본 발명의 본 실시예에 따른 방법은 주물의 설계 및 생산의 준비에 있어 다음의 이점을 갖는다.

도 8의 좌측에 도시된 바와 같이, 종래의 주조방법에 있어서, 분리/발취구배(S2), 가공 마진(S3) 및 연장척도/왜곡변형의 고려(S4)는 각 제품의 기능에 요구되는 제품형상(S1)에 대해 행해지고 주형 설계/제조(S5)가 행해진다. 이렇게 제조된 사형은 제품을 주조하기 위하여 사용된다.

따라서, S2에 도시된 바와 같이, S2의 옆에 도시된 도면과 같이 분리/발취구배로 인하여 불필요한 부분(사선으로 도시)이 생긴다. 제품이 2개의 주형만으로는 형성될 수 없기 때문에, 목중자(wood core)가 필요하다. 이러한 사형을 사용하여 얻어진 주물은 필요이상으로 두껍고 설계된 제품 형상을 갖지 않는다. 그래서, 그것은 설계된 제품형상으로 가공되어야 한다. 분리에 기인된 주물 버르(burr)가 제품에 생기고 깍아내져야 한다. 또, 가공을 위하여 가공마진이 필요하기 때문에, 제품은 필요한 것보다 훨씬 두껍게된다.

그러나, 본 실시예에 따르면, 도 8의 우측에 도시된 바와 같이, 제품형상을 갖는 컴퓨터 모델이 CAD장치에 의해 형성된다(S11). 따라서, 연장척도 및 왜곡변형의 FEM(유한요소법) 해석이 이것에 의거하여 행해지고 사형의 형상이 각각의 단면에 대해 결정되어 본 해석의 결과에 의거하여 사형을 형성한다(S12). 그 후, 상기 단면형상에 의거하여, 사형을 얻기 위해 각각의 층이 형성되고(S13) 상기 사형을 사용하여 주조를 행한다.

사형을 설계할 때는, 설계된 제품형상을 갖는 컴퓨터 모델로부터 차례로 사형의 단면형상을 적층할 수 있기 때문에, 분리 및 발취구배를 고려하는 것이 전혀 필요치 않다. 따라서, 마스크는 각각의 단면에 대해 형성되고 상술한 바와 같이 사형을 형성하기 위해 사용되고, 이것에 의해, 최종의 사형이 그대로 설계된 제품형상을 갖고 상기 사형을 사용하여 얻어진 주물은 종래의 기술에서와 같이 필요이상 두껍지 않고 설계된 제품 형상에 아주 가깝다. 따라서, 고정밀도 주물이 신속하게 대량생산될 수 있다.

주조시의 연장, 왜곡 등은 본 실시예에서도 발생한다. 그러나, 최종으로 필요한 제품을 얻는 사형의 형상은 용융금속 붓기로부터 냉각까지의 변형량을 FEM기술 등에 의해 열탄소성(thermoelastic plasticity)에 대해 해석함으로써 역으로 계산될 수 있다. 발취구배 등을 위한 제품형상에 있어서의 변경이 없기 때문에, 상기 계산은 더욱 간단하다.

[다중 스테이션]

기술된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 사형의 효율적인 제조가 가능하다. 이러한 제조는 복수의 스테이션으로 행해질 때 더 효율적이다. 도 9는 다중스테이션의 구성예를 나타낸다. 상기 도면에 도시된 바와 같이, 스테이션의 수와 동일한 수의 산광 레이저 조사원(16), 모래층 승강기(20) 등이 제공되어 있다(본 예에서는 6개). 단일 레이저 발진기(12)로부터의 레이저 빔은 레이저 분배기(52)에 의해 6개의 산광 레이저 조사원(16)으로 분배(순차적으로 공급)된다.

마스크는 마스크 적재기(54)에 적재되고 마스크 이송기(56)가 상기 마스크 적재기(54) 아래에 제공된다. 마스크 적재기(54)는 마스크(38)를 마스크 이송기(56)로 순차적으로 공급한다.

마스크 이송기는 모든 스테이션을 가로질러 배치되고 이송된 각각의 마스크(38)는 산광 레이저 조사원(16)과 모래층 승강기(20)의 모래층 사이에 위치된다. 따라서, 스테이션은 등간격으로 배치되고 마스크(38)는 그것을 상기 간격의 거리(1 스텝)만큼 이동시킴으로써 연속적으로 각 스테이션에 위치된다. 제6스테이션을 통과한 마스크(38)는 마스크 적재기(54)의 상부로 되돌려진다.

본 장치의 동작을 설명한다. 먼저, 제1층을 위한 마스크(38)가 제1스테이션에 위치된다. 이 때, 일층의 모래가 제1스테이션의 모래층 승강기(20)에 준비된다. 그 후, 제1스테이션의 산광 레이저 조사원(16)에 의해 상기 제1스테이션의 모래에 레이저 빔이 조사된다.

그 후, 제1마스크(38)는 마스크 이송기(56)에 의해 제2스테이션으로 1스텝 이동되고 제2마스크(38)가 제1스테이션에 위치된다. 제1 및 제2스테이션에서는, 레이저 빔이 조사된다. 제1마스크가 제6스테이션에 위치되고 제6마스크(38)가 제1스테이션에 위치될 때까지, 상기 처리를 반복한다. 이 상태에서, 도 10에 도시된 바와 같이, 레이저 노출이 제1 내지 제6스테이션에서 순차적으로 행해진 후, 모래층 승강기(20)를 1층 거리만큼 하강하는 동작, 마스크(38)를 이동시키는 동작 및 모래를 살포하는 동작이 연속적으로 반복된다.

이런 방식으로, 스테이션의 수(본 예시에서는 6개)에 대응하는 사형이 1세트의 마스크를 사용하여 동시에 형성될 수 있다. 레이저 노출시간이 짧기 때문에, 단일 레이저 발진기(12)로부터의 레이저 빔은 도면에 도시된 바와 같이 분배될 수 있다. 본 예에서는 산광 레이저 조사원(16)과 모래 사이의 거리가 비교적 크기 때문에, 마스크를 통과하는 빛을 모래위에 정확하게 조사하기 위하여, 한 쌍의 렌즈(58)가 사용된다.

마스크가 레이저 빔에 여섯 번 노출되어 마스크의 온도가 상승되기 때문에, 공기냉각장치 등의 냉각장치(60)가 부가된다.

이런 방식으로, 생산성이 매우 향상된다.

[실시예 2]

도 11은 본 발명의 제2실시예의 전체구성을 나타내는 도면이다. 평판 히터(70)는 외부에서 전원이 공급될 때 전체표면으로부터 열을 발생시키는 니크롬선 등의 열 발생기(70a)를 포함한다. 단열 마스크(72)는 제1실시예의 차광 마스크(38)와 거의 동일하고 소정 형상의 구멍을 갖는 소정의 수의 마스크(72)가 준비된다. 상기 단열 마스크(72)는 히터로부터 열을 차단하는 능력을 갖는다. 따라서, 단열 마스크(72)가 히터(70) 아래에 설치되는 경우, 상기 구멍 아래의 모래만이 가열된다.

모래 스프링쿨러(24), 모래 로울러(26), 스크레이퍼(50), 모래층 승강기(20)등의 구성은 제1실시예와 동일하다.

1층의 모래를 모래층 승강기(20)에 배치한 후, 단열 마스크(72)가 설치된 히터(70)가 모래 위에 위치된다. 이것에 의해, 단열 마스크(72)의 구멍 아래의 모래만이 가열되고 수지가 경화된다. 그 후, 단열 마스크(72)는 순차적으로 교환되고 각각의 모래층은 경화되어 사형을 형성한다. 가열시 마스크가 모래표면에 더 가까울 때 가열효율이 더 좋다. 그러나, 마스크가 모래와 직접 접촉되지 않는 것이 좋기 때문에, 마스크와 모래 사이의 간격은 0.1 내지 2mm인 것이 바람직하다. 또, 경화할 때마다, 단열 마스크(72)는 히터(70) 아래에 설치된다. 단열 마스크(72)는 진공에 의해 흡인되거나 전자석에 의해 히터(70)에 부착되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 12에 도시된 바와 같이, 마스크 흡인구멍(70b)이 히터(70)의 4코너에 형성된 경우, 단열 마스크(72)는 마스크 흡인구멍(70b)을 통하여 진공에 의해 흡인될 수 있고 단열 마스크(72)의 부착 및 분리는 진공흡인의 온/오프동작에 의해 제어될 수 있다.

본 예에 있어서, 히터(70)에 대해 단열 마스크(72)의 위치선정을 위해 가이드(70c)가 히터(70)이 마스크 부착표면 주위에 형성되어 단열 마스크(72)가 위치선정 될 수 있는 것이 바람직하다. 또, 위치선정 핀(70d)이 제공되는 것도 바람직하다. 이 경우에 있어서, 오목부는 각각의 위치선정 핀(70d)에 대응하는 위치에서 단열 마스크(72)에 형성된다.

또, 도 13은 마스크를 이송하는 이송로봇(74)를 나타낸다. 이러한 방식으로, 단열 마스크(72)는 상기 이송로봇(74)에 의해 차례로 모래 위로 이동되고 히터(70)는 열을 발생시켜 모래를 가열한다. 즉, (i)단열 마스크(72)를 흡인하는 동작, (ii)단열 마스크(72)를 모래 위로 이동시키고 그것을 위치선정하는 동작, (iii)히터(70a)에 전기를 인가하는 동작 및 (iv)단열 마스크(72)를 제거하는 동작은 상기 이송로봇(74)에 의해 반복되고, 이것에 의해 사형이 형성될 수 있다.

히터 제어장치(76)는 이송로봇(74)에 의해 히터(70a)의 에너지 인가를 제어하고 흡인제어장치(78)는 이송로봇(74)에 의해 단열 마스크(72)의 흡인을 제어한다.

제2실시예에 따르면, 히터(70)가 모래의 가열원으로 사용되기 때문에, 상기 가열원은 레이저 발진기보다 더 가격이 저렴하다. 또, 히터(70)의 면적을 증가시키는 것이 용이하고, 이것에 의해 큰 사형을 용이하게 제작하는 것이 가능하다. 특히, 알루미늄 또는 구리 등의 판금이 히터(70)의 아래에 배치되는 경우, 상기 판금은 일정한 온도로 가열되고, 따라서, 넓은 면적이 균일하게 가열될 수 있다. 그래서 넓은 면적을 갖는 사형이 용이하게 제조될 수 있다. 모래에 코팅된 수지가 약 300℃에서 경화되기 때문에, 상기 히터(70)에 의해 효과적으로 가열될 수 있다.

석면, 세라믹 또는 높은 융점을 갖는 금속(철판) 등의 열에 강한 재료가 단열 마스크(72)에 사용된다.

또, 복수의 모래층 승강기(20) 및 도 13에 도시된 바와 같은 이송로봇(74)등을 배치하고 단열 마스크(72)를 차례로 이송하는 것에 의해 다중 스테이션이 마련되는 경우, 다수의 사형이 1세트의 단열 마스크(72)를 사용하여 효율적으로 제작될 수 있다.

[실시예 3]

본 실시예에 있어서는, 도 14에 도시된 바와 같이, 다수의 분할 발열체(80)가 제2실시예의 히터(70)에 대신하여 사용된다. 단열 마스크(72)의 전체면적은 다수의 분할 발열체(80)에 의해 커버된다. 즉, 도 15에 도시된 바와 같이, 각각의 분할 발열체는 단열 마스크(72) 영역의 각각의 분할블록을 가열한다. 또, 각각의 분할 발열체(80)는 분리된 발열체(80a)를 내장하고, 이것에 의해 열이 독립적으로 발생된다.

가열이 행해져야하는 경우, 도 16에 도시된 바와 같이, 각 블록 내에 조형물(단열 마스크(72)의 구멍에 대응하는)이 존재하는지의 여부가 단면형상이 데이터로부터 판정되고 조형물이 있는 블록의 분할 발열체(80)의 발열체(80a)에만 전기가 공급된다. 이것에 의해, 도 15에 사선으로 도시된 바와 같이, 단열 마스크(72)의 구멍 위의 분할 발열체(80)만이 열을 발생한다. 따라서, 도 17에 도시된 바와 같이, 구멍 아래의 모래만이 효율적으로 가열된다.

분할 발열체(80)의 열발생이 이러한 방식으로 제어되기 때문에, 불필요한 에너지 손실이 없다. 또, 단열 마스크(72)는 필요이상으로 가열되지 않고 단열 마스크(72)의 수명이 연장될 수 있다.

또한, 제3실시예에 있어서는, 제1 및 제2실시예에서 처럼 다중 스테이션을 마련함으로써 1세트의 단열 마스크를 사용하여 더욱 효율적인 제작이 가능하게 된다.

[실시예 4]

본 실시예에서는, 각각의 단면형상 내의 왜곡의 발생이 받침대를 사용하여 방지된다.

도 18에 도시된 바와 같이, 받침대가 우선 형성된다(S11). 상기 받침대는 수지가 코팅된 모래(수지코팅모래)를 가열된 주형내로 붓고 종래의 기술의 사형 형성에서와 같이 수지를 경화함으로써 형성된다. 받침대는 사형을 지지하기에 충분히 두꺼워야 한다. 예를 들어, 받침대의 두께는 사형의 크기에 따라 1cm에서 5cm까지 변동할 수 있다. 받침대의 면적은 사형의 형성면적보다 약간 더 커야 한다. 예를 들어, 받침대(1)는 도 19a에 도시된 바와 같이 직사각형 평판일 수 있다.

받침대(1)는 모래층 승강기의 저부 평판상에 적재된다(S2). 후술하는 바와 같이, 상기 모래층 승강기는 그것의 저부 평판이 수직으로 이동할 수 있고 얇은 모래층(열가소성수지 코팅된 모래)이 저부 평판을 차례로 하강시킴으로써 저부 평판상에 형성된다.

받침대가 적재된 후, 저부 평판이 1층의 거리 만큼 하강되고 모래가 상기 저부 평판 위에 살포되어 제1모래층을 형성한다(S13). 예를 들어, 도 19b 및 도 19c에 도시된 바와 같이, 모래층(2)은 받침대(1) 상에 형성된다.

그 후, 레이저 빔이 사형의 단면형상에 대응하는 모래층(2)의 일부에 조사되어 상기 부분을 경화시킨다(14). 1층의 단면 형상이 형성될 때, 이것이 최종층인지 아닌지가 판정된다(S15). 만일 최종층이 아니라면, 순차적으로 각각의 층을 형성하도록 S13으로 리턴하여 3차원 사형을 형성한다.

본 실시예에 따르면, 받침대가 사용된다. 본 받침대는 금형을 사용하여 충분한 두께를 갖는 소정의 형상으로 형성된다. 따라서, 본 실시예의 받침대는 고도로 정확한 표면을 갖는다.

S13에서는, 제1층의 모래가 필요한 두께인 0.1 내지 0.5mm로 받침대 위에 살포되고 레이저 빔이 상기 모래 위에 조사된다. 받침대 및 모래층은 동일재료로 부터 형성되고 제1층은 경화되고 상기 받침대에 부착된다. 받침대는 충분한 강도를 가지고 있기 때문에, 제1층은 굽어지지 않고, 이것에 의해 왜곡을 방지하는 것이 가능하다. 또, 다음 층이 굽어지지 않은 상기 층위에 형성되기 때문에, 그것도 굽어지지 않고, 이것에 의해 왜곡 없는 사형이 형성될 수 있다.

제품을 직접 제작하기 위하여, 받침대는 나중에 제거되어야 한다. 그러나, 본 실시예에서 형성된 것은 사형이다. 그러므로, 사형에 부착되는 받침대로 인한 문제는 없고 그것은 오히려 사형의 강도를 증가시킨다. 받침대를 사용하지 않는 방법에 따르면, 레이저 빔 등에 의해 가열된 제1층의 이면측은 깨끗하게 형성될 수 없고 낮은 평탄도를 갖는다. 이에 비해, 받침대를 사용하면, 고평탄도의 받침대를 사용함으로써 고평탄도를 갖는 제1층이 형성될 수 있다.

[실시예 5]

모래 입자 사이의 수지의 수축을 억제하기 위하여는, 모래의 체적밀도를 증가시키는 것이 중요하다. 즉, 만일 체적밀도가 높다면, 경화시 수지 수축에 의해 초래된 모래의 변형을 방지하는 것이 가능하다.

본 실시예에 있어서, 도 20에 도시된 바와 같이, 사용된 모래의 입자크기 분포는 표준 정규분포로 설정되지 않고, 2개의 피크를 갖는 입자크기 분포로 설정된다. 즉, 상기 분포는 주체가 되는 입자의 피크 및 작은 입자의 다른 피크를 갖도록 설정된다.

이것에 의해, 작은 입자는 큰 입자(주체가 되는 입자) 사이의 공간으로 들어가고, 따라서 체적밀도를 증가시킨다.

작은 모래 입자의 피크 입자직경은 주체가 되는 모래 입자의 1/2 내지 1/10로 설정되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 주체가 되는 입자의 피크직경이 50㎛로 설정되고 작은 입자의 피크 직경이 10㎛로 설정될 때, 체적밀도는 매우 증가될 수 있다.

모래의 체적밀도를 증가시킴으로써, 수지의 수축시 왜곡의 발생이 억제될 수 있고 왜곡 없는 사형이 형성될 수 있다. 또, 2개의 다른 모래 입자의 모래층을 제1실시예의 받침대 상에 형성하는 것이 유익하다.

체적밀도가 증가되는 경우, 사형의 통기도는 감소한다. 그래서, 단면 형성시 미세한 홈이 사형의 일부에 형성될 수 있다. 예를 들면, 상술된 마스크의 독립된 섬을 지지하는 브릿지는 상기 목적에 적합하다.

[모래의 살포]

본 실시예에 따르면, 모래층은 다른 2종류의 모래로부터 형성된다. 그러나, 입자직경이 다른 2종류의 모래가 함께 살포되고 로울러 및 스크레이퍼에 의해 얇은 층이 형성되는 경우, 작은 입자는 상기 층의 저부에, 큰 입자는 상기 층의 상부에 축적되기 쉽다. 따라서, 상기 층의 상부는 낮은 체적밀도를 갖는 경향이 있다.

따라서, 본 실시예에서는, 도 21에 도시된 바와 같이, 비교적 큰 입자 직경을 갖는 모래는 비교적 작은 직경을 갖는 모래에 앞서 살포된다. 이것에 의해, 작은 알갱이가 먼저 살포된 큰 입자 사이의 공간으로 들어가고, 증가된 체적밀도를 초래한다.

작은 입자직경을 갖는 모래는 큰 입자 사이의 공간을 채우는 양으로만 사용된다. 즉 큰 입자의 양의 약 1/5 내지 1/20. 따라서, 소량의 상기 모래를 사용하여 충전이 효과적으로 증가될 수 있다.

또, 도 22에 도시된 바와 같이, 큰 입자를 갖는 모래를 살포하는 모래 스프링쿨러(24) 및 작은 입자를 갖는 모래를 살포하는 모래 스프링쿨러(24)가 제공되고 함께 이동되어 다른 2종류의 모래를 살포하는 경우, 이들 다른 2종류의 모래는 병렬로 살포될 수 있고, 따라서 살포하는데 필요한 시간을 단축하는 것이 가능하다. 로울러(26)는 살포된 모래의 표면을 로울링하도록 의도된다.

[실시예 6]

모래의 체적밀도를 증가시키기 위하여, 진동 또는 압력이 가해지는 것이 바람직하다. 따라서, 본 실시예에서는 이것이 행해진다.

도 23은 진동이 사용된 에를 나타낸다. 도면에 도시된 바와 같이, 진동자(90)는 모래 로울러(26) 앞에 배치되어 모래 로울러(26)에 의해 로울링될 모래에 진동을 가한다. 모래 로울러(26)와 진동자(90)는 함께 이동되어 모래의 체적밀도를 증가시킨다. 진동자(90)로서는, 모터의 회전에 의해 수 십 Hz의 주파수로 진동하는 진동자 또는 고주파 진동이 얻어질 수 있는 초음파 진동자가 사용될 수 있다.

또, 도 24는 압축에 의해 모래층의 충전도를 증가시키는 예를 나타낸다. 도면에 도시된 바와 같이, 평판(92)이 모래층(2)에 대해 가압하여 상기 모래층(2)의 모래 충전도가 증가된다. 상기 평판(92)는 모터구동 또는 유압구동에 의해 수직으로 구동될 수 있다. 압축압력이 소정의 값에 도달했을 때, 평판(92)의 하강이 정지될 수 있다.

진동이 가해져 모래층을 형성한 후 압축공정을 행하는 것이 바람직하다. 또, 본 실시예는 상기 제4실시예 및 제5실시예와 조합될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 모래의 체적밀도는 확실하게 증가될 수 있다. 따라서, 모래의 경화시의 왜곡의 발생을 억제함으로써 거의 왜곡이 없는 사형이 얻어질 수 있다.

[실시예 7]

본 실시예는 마스크 형성용 지지자가 자동으로 설계되는 것을 특징으로 한다.

(전체 처리)

도 25를 참조하여 마스크 형성의 전체공정을 설명한다. 주물이 제조될 때 발생된 수축 마진을 보정하는 주물척(casting scale)이 주조에 의해 제조될 물체(거친재료)의 3차원 형상에 부가되어 상기 거친재료의 3차원 형상을 보정한다. 즉, 주물의 제조가 고온에서 행해지기 때문에, 상온의 거친재료의 3차원 형상은 고온에서 제조되는 소정의 형상으로 보정된다. 상기 보정처리는 종래의 3차원 솔리드 모델링 시스템(solid modelling system)의 주물적 기능에 의해 자동적으로 행해진다. 동시에, 왜곡에 대한 보정도 고려된다.

거친재료의 상기 보정된 3차원형상에 의거하여, 상기 재료를 주조하는데 필요한 외부 모래형상이 3차원 시스템에 의해 설계된다. 상기 설계는 거친재료의 형상으로부터의 소정의 값보다 더 두껍고 의도되고 상기 설계를 용이하게 행하는(사형의 형상을 모델링하는)것이 가능하다. 이 때, 사형과 제품 사이의 거리가 고려된다.

따라서, 거친재료의 보정된 형상이 설계된 외측 모래형상에 배치된다. 거친 재료의 형상의 반전형상이 사형의 형상이고 상기 사형의 형상의 반전이 마스크의 형상이다. 따라서, 마스크의 형상은 거친재료의 형상이고 거친재료의 형상을 직접 배치함으로써 상기 처리가 가능해진다.

마스크 형상이 이러한 방식으로 제작되기 때문에, 이렇게 제작된 마스크 형상은 0.1mm 내지 0.3mm의 모래층 두께에 대응하는 피치로 잘라져 복수의 2차원 데이터(2차원 단면 데이터)를 얻는다.

비록 마스크가 이렇게 얻어진 2차원 데이터를 사용하여 제작될지라도, 이렇게 얻어진 마스크 형상 내의 사중자에 대응하는 섬 형상이 있을 수 있다. 상기 섬 형상은 공간으로 둘러싸여 그대로라면 떨어진다. 그래서, 상기 섬 형상을 지지하는 지지자가 필요하다. 본 실시예에 있어서는, 이들 지지자가 후술하는 바와 같이 자동적으로 제작된다.

마스크 형상은 상기 처리에 의해 결정되고, 각 마스크 형상의 외측면의 형상 데이터가 자동적으로 추출되고 NC 코드로 변환된다. NC 코드에 의거하여, 철판이 레이저에 의해 가동되어 마스크를 제작한다.

이렇게 얻어진 마스크를 사용하여, 사형이 제조되고 상기 사형을 사용하여 제품이 주조된다.

종래 기술의 주형(사형)의 제작에 있어서, 비록 제품의 3차원 형상이 이미 존재할지라도, 외부 주형 및 공동형상(cavity form)의 형성을 위한 중자 주형을 제조하기 위한 발취구배와, 주형을 분할하기 위한 분리 등이 설계되어야만 한다. 따라서, 매우 복잡한 3차원 모델링이 요구된다. 또, 3차원 형상은 일차원적 데이터로서 얻어질 수 없기 때문에, 설계를 변경하는 초기로부터 설계가 행해져야만 한다.

본 실시예에 따르면, 사형을 형성하는 주형은 2차원 형상을 갖는 철판 마스크로 구성되어 있고 필요한 부분만이 레이저 빔에 노출된다. 중자형상, 발취구배 형상, 분리 등이 필요치 않다. 따라서, 사형을 고화하는 마스크 형상은 제조될 거친재료의 형상에 주물척을 부가함으로써 얻어진 형상이고 매우 간단한 처리에 의해 제조될 수 있다. 거친재료의 형상은 마스크 형상과 연결되기 때문에, 3차원 형상은 일차원적 형상 데이터로 용이하게 변환될 수 있고 설계변경이 용이하게 이루어질 수 있다.

[자동 지지자 형상 제작 알고리즘]

지지자 형상은 적당히 배치되는 주조시에 가스배출형상이 되고 그것의 존재는 바람직하다. 그러나, 그것이 적당히 배치되지 않는 경우에는, 주조될 거친재료의 형상을 손상시킨다. 만일 다수의 지지자 형상이 존재한다면, 마스크 가공시 잘라질 외곽선의 수는 많고, 따라서 레이저에 의한 가공 및 절단에 너무 많은 시간이 소요되고, 마스크형성에 대한 비용이 증가된다.

따라서, 지지자의 형성 조건은 다음과 같다.

(i) 지지자는 거친재료의 형상을 손상시키지 않아야 한다.

(ii) 각각의 마스크의 강도는 충분해야 한다.

(iii) 지지자의 수는 최소로 해야 한다.

(iv) 지지자는 가스배출구로서의 기능을 효과적으로 수행해야 한다.

본 실시예에 있어서, 도 26에 도시된 바와 같이, 각각의 지지자 형상은 다음의 단계에 의해 제작된다.

섬 형상은 소정의 알고리즘에 의해 마스크 형상으로부터 추출되고 소정의 규칙에 의거하여 발생된 지지자는 상기 섬 형상을 둘러싼 공간에 자동으로 배치된다.

자동으로 발생된 지지자는 소정의 조건 하에서 발생되고 항상 최적으로 배치되는 것은 아니기 때문에, 예를 들어 재배치의 자동 최적화 처리가 소정의 조건 하에서 발생된 이들 지지자상에서 행해진다.

비록 지지자의 자동 최적화가 이러한 방식으로 행해질지라도, 지지자의 배치는 최종단계에서 설계자에 의해 수동으로 확인 및 수정된다. 지지자가 보강 또는 부가되어야만 하는 특수조건하에 있는 경우가 있고, 이 경우에는 수동으로 행해질 수 있다.

따라서, 마스크 형상은 지지자를 효율적으로 부가함으로써 제조될 수 있다. 각 마스크 형상의 제조가 기본적으로 자동으로 행해지기 때문에, 설계자의 부담은 매우 감소된다. 수집된 데이터로서 저장된 거친재료의 3차원형상으로부터 얻어진 2차원 단면형상으로부터 지지자가, 자동으로 발생될 수 있기 때문에, 설계변경에 기인한 수정이 용이하게 행해질 수 있다.

[자동 지지자 형상 작성처리]

지지자가 거친재료의 형상과 접촉하게 되는 경우, 그것의 형상이 손상된다. 즉, 지지자가 거친재료의 형상과 접촉하면, 양자가 접촉위치에서 하나로 결합되고 상기 접촉위치의 거친재료의 형상은 손상된다. 한편, 통상의 거친재료는 X 및 Y방향의 다수의 외곽선을 갖는다. 지지자 패턴은 거친재료 형상을 위한 설계 좌표계에서 항상 45°의 각을 갖는 경사진 평행선에 의해 형성된다. 이것은 지지자가 거친재료의 단부와 접촉하게 되는 것을 방지할 수 있고 상기 거친재료가 지지자의 폭만큼 더 커지는 것을 방지할 수 있다. 용융금속은 지지자의 단면으로 들어가지 않고 지지자는 그것이 단독이라면 가스배출구로서 기능하고, 그것은 거친재료의 형상에 악영향을 미치지 않는다.

예를 들어, 거친재료의 형상 내의 섬 형상이 직사각형인 경우, 도 27에 도시된 바와 같이, 지지자는 45°방향으로 자동으로 발생되고 공간부만이 지지자로서 추출된다.

거친재료에 따르면 45°방향은 바람직하지 않을 수 있다. 이 값은 파라미터로서 사용되고 임의의 값이 입력될 수 있다. 또, 지지자의 피치(간격)는 변경가능하게 만들어진다.

만일 지지자가 각각의 층의 마스크 내의 동일 위치에 배치된다면, 지지자는 연속되고 상기 연속되어 있는 지지자의 형상은 주물의 일부가 된다. 그래서, 각각의 층의 지지자의 형상은 변경(이동)되어야만 한다.

예를 들어, 도 28에 도시된 바와 같은 1방향의 패턴인 경우, 패턴설정이 각 층에 대해 변경되어 동일 패턴의 연속을 방지한다. 도면에 실선으로 도시된 패턴은 앞층의 패턴이고 점선으로 도시된 패턴은 인접층의 패턴이다. 본 기술에 따르면, 2개의 다른 패턴이 교대로 사용될 수 이고 패턴 작성이 매우 간단하다. 그러나, 섬 및 공간부가 큰 경우에는, 전체 마스크의 강도는 본 기술에서는 불충분하다.

따라서, 섬 및 공간부가 큰 경우에는 격자 패턴 작성이 바람직하다. 2개의 다른 격자 패턴이 마련되고 교대로 사용되는 경우, 도 29에 도시되는 바와 같이, 공통부분이 생기고 주물부분을 형성한다. 그래서, 도 30에 도시된 바와 같이, 3개의 다른 패턴(이 경우 패턴 a, b 및 c)이 마련되어 a, b, c, a,...의 순서로 사용된다. 이것은 공통부분의 발생을 방지한다. 도 30에서, 패턴(a)은 실선, 패턴(b)은 점선, 패턴(c)은 일점쇄선으로 도시된다.

[패턴결정]

상기 지지자의 배치 방법은 주조될 부분의 형상에 따라 다르다. 따라서, 각각의 층의 지지자의 배치패턴은 변경될 수 있는 것이 바람직하다. 본 실시예에 있어서, 지지자의 배치는 다음의 피라미터를 지정함으로써 결정될 수 있다.

(i) 지정된 지지자 패턴의 수 : N

사용되어야 하는 지지자 패턴의 수는 상기 파라미터(N)에 의해 결정된다. 상술한 예에서는, 2 또는 3이 선택된다.

(ii) 지정된 마스크 반복 회수 : M

동일한 패턴이 반복적으로 사용되어야 하는 회수는 상기 파라미터(M)에 의해 결정된다. 이것은 동일 위치에 배치된 지지자의 수를 지정할 수 있고 가스배출구의 크기를 제어할 수 있다.

파라미터(M)와 파라미터(N)가 도 31에 도시된다. 이러한 방식에서, M매의 지지자 패턴은 제1형상이고 다음 M매의 지지자 패턴은 제2형상이며, N형상 까지 사용된다.

(iii) 기울기 G

비록 G가 내정치이고, 45°로 설정되어 있지만, 그것은 임의의 값으로 변경될 수 있다.

(iv) 피치

도 32에 도시된 바와 같이, 피치(1)는 -45°방향의 지지자의 피치를 나타내고 피치(2)는 45°방향의 지지자의 피치를 나타낸다. 피치(1, 2)를 0으로 설정함으로써, 이들 방향에는 어떤 지지자도 배치되지 않는다. 비록 지지자의 기울기가 상기 파라미터(G)에 의해 변경될 수 있을 지라도, 2방향의 지지자는 항상 직각으로 서로를 횡단한다. 만일 G=60이고 피치(1)가 -60°라면, 피치(2)는 30°이다.

(V) 지지자 폭 : W

지지자 폭은 파라미터(M)에 의해 결정된다.

이러한 방식으로 상기 파라미터를 결정함으로써, 제1지지자 패턴은 도 33에 되된 바와 같이되어, 음의 방향의 지지자는 좌하단점으로부터 피치(1)로 나란히 배치되고 양의 방향의 지지자는 우하단점으로부터 피치(2)로 나란히 배치된다. 제2패턴은 지지자가 좌하단점 및 우하단점으로 피치(1/N) 또는 피치(2/N) 만큼 더 가깝게 되도록 한다. N번째 패턴에서는, 도 34에 도시된 바와 같이, 음의 방향의 지지자는 좌하단점으로부터 피치(1/N)로 배치되고 양의 방향의 지지자는 우하단점으로부터 피치(2/N)로 배치된다.

[지지자배치 최적화처리]

지지자의 효율적인 배치는 지지자를 상술한 파라미터를 사용하여 배치함으로써만 가능하다. 그래서, 불필요한 부분을 삭제하고 필요한 부분을 부가 및 작성하는 처리가 필요로 된다. 본 실시예에서는, 자동최적화처리가 마련된다. 통상적으로, 효율적인 배치는 상기 처리에 의해서 가능하다. 그러나, 특별조건이 있는 경우, 상기 처리는 변경되어야 한다. 그래서, 상기 처리의 내용이 설계자에 의해 확인 및 수정될 수 있다.

[자동최적화처리]

(i) 불필요한 부분의 자동삭제

상술한 바와 같이 지지자가 자동으로 배치되고 내부에 공간부가 존재하면, 지지자가 항상 배치된다. 그래서, 불필요한 지지자를 삭제하는 것이 필요하다. 도 35에 도시된 마스크 형상의 경우에 있어서, 45°방향에 있는 지지자가 배치되는 경우, 동일 형상을 연결하는 불필요한 부분이 생긴다. 도면에 있어서 공백부분은 불필요하고 흑색부분은 필요하다.

도 36에 도시된 바와 같이, 경사 직선지지자 형상은 단면(마스크) 형상부분을 제거함으로써 부분들로 분할된다. 필요한 부분을 불필요한 부분과 구별하기 위하여, 어느 루프(각각의 단면형상의 외곽선이 루프로서 인식된다)사 상기 단면 형상부를 교차하는가를 지시하는 플래그가 각각의 부분에 가해진다. 각각의 단면형상의 루프는 좌외측으로부터 연속하여 번호가 매겨진다. 상기 형상의 외부 윤곽은 시계반대방향 루프로서 지시되고 상기 형상의 내부 윤곽은 시계방향루프로서 지정된다.

이것에 의해, 도 35의 좌상측 지지자는 4개의 루프(2)와의 교점을 갖고 불필요하다. 단지 루프(4) 및 루프(7)와의 교점을 갖는 지지자부도 불필요하다. 이러한 방식으로, 지지자가 동일 루프와의 4개의 교점을 갖는 경우, 이 지지자가 불필요하다는 것이 판정될 수 있다. 따라서, 지지자의 필요성은 그것의 플래그의 값을 확인함으로써 판정된다.

만일 1 지지자가 5 또는 그 이상의 교점을 갖는다면, 도 37에 도시된 바와 같이, 지지자는 형상의 가장자리를 통과한다. 상기 지지자는 바람직하지 않기 때문에 불필요하게 된다.

(ii) 자동 지지자 부가

지지자는 소정의 피치로 균일하게 배치된다. 지지자와 만나지 않는 섬은 지지자가 없어서 상기 섬에 대하여는 지지자를 배치하는 것이 필요하다.

먼저, 여러쌍의 시계방향 및 반시계방향 루프가 순차적으로 검사되고 지지자와의 교점을 갖지 않는 쌍이 추출된다. 구멍을 갖지 않는 형상은 시계방향 루프를 갖지 않는다. 하나의 형상에 복수의 분리된 구멍이 있는 경우에는, 하나의 반시계방향 루프에 대해 복수의 시계방향 루프가 존재한다. 이들 루프는 상기의 쌍으로서 생각된다.

상기 처리에 의하여, 도 38의 형상이 좌측부분의 섬이 추출되고 파선으로 도시된 지지자가 상기 섬에 필요하다는 것이 자명해진다.

이러한 검사에 의해, 미니 맥스 박스(min-max-box)가 상기 추출된 쌍에 대해 작성된다. 즉, 도 39도에 도시된 바와 같이, 섬을 둘러싼 사각형이 작성된다. 그리고, 사격형의 중심을 통과하는 45°지지자형상이 마련된다.

이렇게 얻어진 지지자 형상부는 단면형상부를 제거함으로써 종속부분으로 분할되고 어느 루프가 교차하는지를 지시하는 플래그가 상기 부분의 교점에 주어진다.

그 후, 추출된 쌍의 시계반대방향 루프에 대한 플래그를 갖는 부분만이 취해져서 필요한 지지자 부분으로서 지정된다. 이렇게 얻어진 지지자부는 부가되어 도 40도에 도시된 바와 같이 필요한 지지자형상을 얻는다.

시계반대방향 루프에 대한 플래그만을 갖는 부분이 추출된 경우, 도 41에 도시된 U자형상 섬에 대한 내부 지지자부도 선택된다. 그래서, 지지자부가 단지 시계반대방향 루프와의 교점만을 갖는다면, 그것은 선택되지 않는다.

(iv) 불안정한 부분의 검출 및 지지자의 보강

지지자에 연결된 섬은 지지자의 연결위치에 따라 불안정할 수 있다. 예를 들면, 도 42에 도시된 바와 같이, 지지자가 가느다란 섬의 일단부에만 연결된 경우, 상기 섬의 지지자는 불안정하다.

이러한 경우의 지지자가 도 43에 도시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 미니 맥스 박스가 먼저 작성된다. 상기 미니 맥스 박스에 있어서, 상기 박스 보다 더 작은 박스가 형성되고 이들 2박스에 의해 형성된 4코너는 영역(1) 내지 (4)로 된다.

상기 지지자와 섬의 각 교점이 어느 영역에 속하는가가 판정되고, 모든 교점이 동일영역에 속하는 경우, 상기 섬의 지지자가 불안정한지가 판정된다. 교점이 2개의 영역에 속하는 경우에는, 그것이 2영역 중 하나에 속하는지가 판정된다.

섬이 불안정한지가 이러한 방식으로 판정되는 경우, 미니 맥스 박스의 중앙을 통과하는 지지자는 상술한 바와 같이 섬에 자동적으로 부가된다. U자형상 섬을 위한 처리는 상술한 것과 동일하다.

(v) 지지자 부가 및 보강시의 인접 패턴과의 중첩 검사

지지자가 상술한 바와 같이 부가 및 보강될 때, 초기의 지지자 패턴과 다른 지지자 패턴이 얻어진다. 그래서, 이러한 새로운 지지자 패턴의 지지자가 인접층의 지지자와 중첩하는 것을 방지하는 것이 필요하다.

도 44에 도시된 바와 같이, XY좌표를 45°회전시킴으로써 얻어진 X' Y' 좌표계의 지지자 중앙선의 위치가 과거 2층분이 기억된다.

새로운 지지자가 부가될 때, 그것이 인접층의 기억된 지지자와 중첩하는지의 여부가 검사된다.

예를 들면, 도 45에 도시된 바와 같이, 지지자의 폭 내부에 기억된 지지자가 존재하는지의 여부가 판정된다. 존재하는 경우는, 지지자의 위치를 양 또는 음의 방향으로 지지자 폭 +α(예를 들어, 1 내지 2mm) 만큼 이동시키는 처리가 중첩이 없게 될 때까지 반복된다. 이것에 의해, 인접층의 지지자와 중첩된 지지자의 위치는 이동될 수 있다.

[지지자형상의 확인 수동 수정기능]

상술된 자동 최적화 처리의 결과로서, 근사 최적 지지자형상이 얻어질 수 있다. 그러나, 상기 최적 지지자 형상이 필요하다면 확인되고 수동으로 수정될 수 있는 것이 유익하다. 따라서, 본 실시예는 확인 및 수동 수정기능을 갖는다.

(i) 마스크 형상 확인기능

[순차 회전기능]

먼저, 각각의 마스크의 형상이 표시될 수 있다. 도 46도에 도시된 바와 같이, 마스크의 형상은 전송 및 후송함으로써 순차로 표시될 수 있다. 이것에 의해 설계자는 순차로 마스크를 확인할 수 있다. 현재 표시된 마스크의 일련번호(현재의 마스크의 매수/마스크의 전체매수)가 스크린상에 표시된다.

[일련번호지정 및 표시기능]

또한, 마스크는 그것의 일련번호를 지정함으로써 표시된다. 이것에 의해, 수정될 필요가 있는 마스크 형상이 확인시에 조사되고 만일 발견된다면, 그것은 특정되어 나중에 수정될 수 있다.

[수정된 마스크 형상 확인기능]

수정동작이 후술할 마스크 형상 수정기능에 의해 달성되고 수정이 행해진 경우, 마스크 형상은 달성후 재계산되고 표시된다. 그 후, 수정된 마스크 형상이 확인된다.

(ii) 지지자 형상의 수정기능

[지지자 형상의 제거기능]

임의의 지지자를 제거하기 위하여, 지지자는 위치표시 점(locating points)으로 둘러싸인다. 즉, 도 47도에 도시된 바와 같이, 소정의 영역이 상기 위치표시점으로 둘러싸이고 거기에 존재하는 지지자가 제거된다. 이 경우에 있어서, 거의 환상의 영역이 7개의 위치표시 점(1 내지 7)에 의해 지정된다.

이 처리는 임의의 마스크 형상이 상술한 바와 같이 표시된 상태로 위치표시점을 순차로 입력함으로써 행해진다. 소정의 영역이 지정된 후, 지정된 지지자는 제거를 지시함으로써 제거된다. 지지자는 제거를 위하여 순차로 지정될 수 있다. 마우스를 사용하여 상기 지시를 내리는 것이 바람직하다.

[지지자 형상 부가기능]

이것은 지지자를 임의의 공간부에 부가하는 기능이다. 예를 들어, 도 48에 도시된 바와 같이, 위치표시 점(1 내지 4)으로 둘러싸인 영역이 상기 위치표시 점을 지정함으로써 지지자로서 지정된다. 이 경우에 있어서, 마스크 형상부를 제거하는 계산은 자동적으로 행해진다. 소정의 폭을 갖는 지지자는 2개의 위치표시 점을 지정함으로써 부가될 수 있다.

[시스템의 전체구성]

주물제품을 제조하는 시스템의 전체구성이 도 49에 도시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 상기 시스템은 컴퓨터(S110), 레이저 가공기(S112), 사형제작기(S114) 및 주조기(S116)로 구성된다.

컴퓨터(S110)는 거친재료의 3차원 형상으로부터 거친재료의 형상을 얻기 위해, 필요한 수의 마스크 형상을 얻는다. 레이저 가공기(S112)는 상기 얻어진 마스크 형상에 의거하여 철판을 가공함으로써 마스크를 얻는다. 상기 사형제작기(S114)는 이렇게 얻어진 마스크를 사용하여 플라스틱이 코팅된 모래의 소정 부분상에 레이저 빔을 조사하는 단계, 사형 형상의 일층을 얻는 단계 및 사형형상의 층을 인접하여 적층하는 단계를 반복함으로써 사형을 얻는다. 이렇게 얻어진 사형은 용융금속이 상기 사형속으로 부어지는 주조기(S116)로 공급된다. 그 후, 용융금속은 냉각되고 고화되며, 사형이 제거되어, 주물 제품이 얻어진다.

[마스크 형상작성]

상기 컴퓨터(S110)는 마스크 형상을 발생시키기 위하여 사용되고, 도 50의 기능블록 도면으로 도시된 바와 같이, 입력장치(120), 처리부(122) 및 출력장치(124)로 구성된다. 처리부(122)는 주물척/왜곡 보정부(122a), 2차원 단면 형성부(122b) 및 지지자 작성부(122c)를 갖는다.

입력장치(120)는 거친재료의 3차원 형상 데이터를 받고 상술한 파라미터 및 수동 동작의 지정의 입력을 받는다. 출력장치(124)는 이렇게 얻어진 마스크 형상을 데이터로서 출력한다. 출력장치(124)는 표시장치 및 프린터를 포함한다.

처리부(122)는 주물척 및 왜곡의 보정처리, 2차원 단면 데이터를 형성하는 처리 및 상술한 바와 같이 지지자를 작성하는 처리를 행한다.

[마스크 가공]

도 51에 도시된 바와 같이, 레이저 가공기(112)는 먼저 마스크 형상에 관한 데이터를 받아들여 상기 데이터에 의거하여 일 매씩 마스크를 가공한다. 즉, 상기 가공기는 철판상의 마스크 형상의 외곽선부에 레이저 빔을 조사하고 상기 철판을 절단한다. 그것은 각 마스크에 관한 데이터를 순차로 받아들이고 각각의 철판을 가공하여 1세트의 마스크(하나의 사형을 위한)를 마련한다.

[사형 및 주물의 제조]

사형제작기(S114)는 각각의 모래층을 적층하는 모래 적층장치와, 상기 모래적층장치상에 순차로 마스크를 설정하는 마스크 설정장치와, 각각의 모래층에 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사장치로 구성된다.

도 52에 도시된 바와 같이, 일층의 모래가 먼저 모래 적층장치에 적재된다(S11). 상기 모래는 열가소성 플라스틱 등의 플라스틱으로 코팅된 소정의 직경을 갖는 플라스틱 코팅모래이다. 그 후, 마스크가 상기 모래위에 설정된다(S12). 마스크가 설정된 경우, 레이저 빔이 상기 마스크 위로부터 조사된다(S13). 이것에 의해, 상기 마스크의 개구부 아래의 모래는 레이저 빔에 노출되고 상기 모래의 노출된 부분은 고화(일체화)된다.

그 후, 상기 마스크가 마지막인가(다음 마스크가 존재하는가)의 여부를 판정한다(S14). 다음 마스크가 존재하면, 루틴은 S11로 돌아가 다음 모래층의 처리를 행한다. S14에 있어서, 마스크가 마지막 것일 때, 상기 처리가 종료된다. 이러한 방식으로, 사형이 제작된다.

마침내, 이렇게 제작된 사형은 주물을 제조하기 위하여 사용된다(S15).

본 발명의 실시예에 따르면, 마스크 및 산광 레이저 빔이 사용되기 때문에, 레이저 빔 주사는 필요하지 않고, 비록 그것이 필요하다 할지라도, 주사회수는 매우 작다. 따라서, 일층의 처리가 빨라져서, 사형의 형성을 위해 필요한 전체시간의 단축이 가능하다. 형성된 마스크를 여러번 사용함으로써 사형이 용이하게 대량생산될 수 있기 때문에, 상기 사형은 주물 대량생산에 매우 적합하다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 사형은 고속으로 제작될 수 있고 본 사형을 사용하여 주물을 대량생산할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 사형을 설계할 때는, 설계된 제품형상을 갖는 컴퓨터 모델로부터 차례로 사형의 단면형상을 적층할 수 있기 때문에, 분리 및 발취구배를 고려하는 것이 전혀 필요치 않다.

따라서, 고정밀도 주물이 신속하게 대량생산될 수 있다.

Claims

열가소성 수지로 코팅된 모래를 얇은층의 형상으로 누적함으로써 모래층을 형성하는 단계; 상기 형성된 모래층 위에 소정 부분에 개구부를 갖는 마스크를 배치하는 단계; 상기 배치된 마스크를 통하여 상기 개구부 아래에 위치된 상기 모래층의 일부분에 산광 레이저 빔을 조사함으로써 가열하여 상기 부분을 고화시키는 단계; 상기 사형의 단면형상의 1층을 형성하는 단계; 및 상기한 처리들을 반복함으로써 단면형상을 적층하여 3차원 형상으로서의 사형을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사형의 적층형성 방법.
제1항에 있어서, 증자에 대응하는 섬(island portion)이 상기 마스크 내에 존재하는 경우, 다른 마스크로부터 연장되 지지자에 의해 상기 섬이 내부에서 지지되는 마스크가 사용되고 상기 지지자의 위치는 인접 모래층의 마스크 사이에 서로 다르게 되는 것을 특징으로 하는 사형의 적층형성 방법.
제1항에 있어서, 가열원이 상기 마스크 위에 배치되어 상기 모래층의 노출부분을 가열하는 것을 특징으로 하는 사형의 적층형성 방법.
제1항에 있어서, 복수의 가열원 요소로 분할된 비교적 큰 면적을 갖는 가열원이 상기 마스크 위에 배치되어 상기 모래층의 노출부분을 가열하는 것을 특징으로 하는 사형의 적층형성 방법.
제4항에 있어서, 상기 분할된 가열원 요소는 상기 모래층 면적의 각각의 분할된 블록에 대하여 독립적으로 온/오프될 수 있고 가열단계에서 단열 마스크의 노출된 부분 위에 위치된 가열원 요소만이 온되는 것을 특징으로 하는 사형의 적층형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 사형의 형성은 복수의 스테이션에서 행해져 복수의 사형을 병렬로 형성하고 상기 마스크는 상기 복수의 스테이션간에 이동가능하고 상기 복수의 스테이션에 의해 공유되는 것을 특징으로 하는 사형의 적층형성 방법.
제1항에 있어서, 제1모래층은 모래층을 형성할 때 상기 모래층을 안정하게 지지하는 받침대위에서 형성되어 그것에 부착되는 것을 특징으로 하는 사형의 적층형성 방법.
제1항에 있어서, 입자직경이 다른 적어도 2종류의 모래가 상기 모래층에 사용되는 모래로서 사용되는 것을 특징으로 하는 사형의 적층형성 방법.
제8항에 있어서, 모래층을 형성하는 단계에 있어서, 비교적 큰 입자직경을 갖는 모래가 먼저 살포된 후, 비교적 작은 입자직경을 갖는 모래가 살포되어 1매의 모래층을 형성하는 것을 특징으로 하는 사형의 적층형성 방법.
제1항에 있어서, 모래층을 형성하는 단계에 있어서, 상기 모래는 모래층을 형성하기 위하여 진동자에 의해 발생된 진동에 의해 압축되는 것을 특징으로 하는 사형의 적층형성방법.
제1항에 있어서, 모래층을 형성하는 단계에 있어서, 상기 모래층은 필요한 모래층의 두께보다 1 내지 10% 더 큰 두께로 형성된 후, 평판에 의해 위로부터 압축되는 것을 특징으로 하는 사형의 적층형성 방법.
제1항에 있어서, 주물형상의 2차원 단면형상에 의거하여 마스크 형상을 작성하는 단계와; 상기 작성된 마스크 형상으로부터 공간부에 의해 둘러싸인 섬을 검출하는 단계; 및 소정의 간격으로 배치된 평행선에 의거하여, 상기 검출된 섬을 둘러싸고 있는 상기 공간부에 소정의 간격으로 지지자를 자동으로 배치하는 단계에 의해 지지자를 배치한 후, 얻어진 마스크 형상에 의거하여 상기 마스크를 제작하는 것을 특징으로 하는 사형의 적층형성 방법.
제1항에 있어서 : 주물형상의 2차원 단면형상에 의거하여 마스크 형상을 작성하는 단계; 상기 작성된 마스크 형상으로부터 공간부에 의해 둘러싸인 섬을 검출하는 단계; 소정의 간격으로 배치된 격자형 지지자에 의거하여 상기 검출된 섬을 둘러싸고 있는 상기 공간부에 지지자를 자동으로 배치하는 단계에 의해 지지자를 배치한 후, 얻어진 마스크 형상에 의거하여 상기 마스크를 제작하는 것을 특징으로 하는 사형의 적층형성 방법.
제1항에 있어서 : 주물형상의 2차원 단면형상에 의거하여 마스크 형상을 작성하는 단계; 상기 작성된 마스크 형상으로부터 공간부에 의해 둘러싸인 섬을 검출하는 단계; 소정의 규칙에 의거하여 상기 섬을 지지하는 지지자의 배치위치를 자동으로 결정하는 단계; 및 상기 섬과 상기 지지자 사이의 연결상태에 따라, 자동으로 배치된 지지자의 상기 위치를 변경하는 단계에 의해 변경된 지지자의 배치 후, 얻어진 마스크 형상에 의거하여 상기 마스크를 제작하는 것을 특징으로 하는 사형의 적층형성 방법.
제12항에 있어서, 지지자를 자동으로 배치하는 상기 단계에 있어서, 상기 지지자의 상기 위치는 인접층에 사용된 마스크 사이에 서로 다르게 되는 것을 특징으로 하는 사형의 적층형성 방법.
제12항에 있어서, 지지자를 자동으로 배치하는 상기 단계에 있어서, 상기 지지자의 상기 위치는 적어도 3개의 인접층에 사용된 마스크 사이에 서로 다르게 되는 것을 특징으로 하는 사형의 적층형성 방법.
제12항에 있어서, 지지자를 자동으로 배치하는 상기 단계에 있어서, 상기 섬은 폐쇄 외곽선에 의해 판정되고 상기 동일 외곽선에 접속된 지지자는 불필요한 것으로서 제거되는 것을 특징으로 하는 사형의 적층형성 방법.
제14항에 있어서, 상기 지지자의 상기 섬의 상기 중앙위치 및 상기 섬과 상기 지지자의 접속위치로부터 판정된 상기 섬의 안정성에 의거하여 변경되는 것을 특징으로 하는 사형의 적층형성 방법.
제12항에 있어서, 상기 마스크는 지지자가 배치되어 있는 형상에 의거하여 레이저에 의해 판금을 가공함으로써 제작되는 것을 특징으로 하는 사형의 적층형성 방법.
열가소성 수지로 코팅된 모래를 얇은층의 형상으로 누적함으로써 모래층을 형성하는 단계; 상기 형성된 모래층 위에 소정 부분에 개구부를 갖는 마스크를 배치하는 단계; 상기 배치된 마스크를 통하여 상기 개구부 아래에 위치된 상기 모래층의 일부분에 산광 레이저 빔을 조사함으로써 가열하여 상기 부분을 고화시키는 단계; 상기 사형의 단면형상의 1층을 형성하는 단계; 상기한 처리들을 반복함으로써 단면형상을 적층하여 3차원 형상으로서의 사형을 형성하는 단계; 및 상기와 같이 얻어진 상기 사형을 사용하여 주물을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주물제조용 사형의 적층형성 방법.
열가소성 수지로 코팅된 모래를 얇은층의 형상으로 축적함으로써 모래층을 형성하는 모래층 형성장치(20, 24, 26); 소정의 부분에 개구부를 갖고 상기 형성된 모래층 위에 교환 가능하게 배치된 마스크(38); 및 상기 형성된 모래층 위체 배치된 마스크(38)를 교환하는 마스크 교환기(40, 56)와; 상기 배치된 마스크(38)를 통하여 상기 개구부 아래에 위치된 상기 모래층 부분에 산광 레이저 빔을 조사함으로써 가열하여 상기 부분을 고화시키는 가열장치(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상으로서의 사형을 형성하는 장치.