KR100243886B1 - 광섬유를 이용한 광조형 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광섬유어레이를 이용하여 광경화성수지에 자외선빔을 조사함으로서 광조형물을 형성하도록 한 광섬유를 이용한 광조형 장치에 관한 것으로, 자외선빔을 발생하는 광원(10)과, 액상의 광경화성수지(90)가 수용된 용기(80)와, 상기 광원(10)에서 발생된 자외선 빔을 상기 용기(80)내에 수용된 광경화성 수지(90)의 표면(93)으로 안내하는 광섬유어레이(20)와, 상기 광섬유어레이(20)의 각 광섬유의 자외선 빔의 통과 여부를 제어하는 광셧터(30)와, 상기 광셧터(30)의 작동을 제어하는 이미지프로세서(40)를 구비하고 있다.

Description

광섬유를 이용한 광조형 장치
본 발명은 광조형 장치에 관한 것으로, 특히, 광섬유어레이를 이용하여 광경화성수지에 자외선빔을 조사함으로서 광조형물을 형성하도록 한 광섬유를 이용한 광조형 장치에 관한 것이다.
광조형장치는 액상의 광경화성수지에 자외선빔을 주사하여 광경화성수지를 경화시키어 입체조형물을 조형하기 위한 것으로, 제1도에 도시한 바와 같이, 레이저를 발생하는 광원(1)과, 상기 광원(1)에서 발생된 자외선빔(C)를 반사하여 용기(7)에 수용된 광경화성수지(8)의 액면(d)에 촛점을 형성하도록 Y축방향으로 회전가능한 스캐닝미러(6)를 구비한다. 한편, 용기(7)는 베이스(12)에 지지되어 있고, 상기 용기(7)내의 광경화성수지(8)가 경화되어 형성되는 조형물(9)은 Z방향으로 상하이동할 수 있는 엘리베이터(10)상에 지지되어 있다. 그리고 제1동에서, (3)은 CAD데이터(2)을 받아 출력신호를 발생하는 제어계(4)에 의해 제어되어 상기 빔의 통과 여부를 결정하는 광셔터, (5)은 광집속렌즈, (11)은 용기를 Z축방향을 이동하기 위한 Z축 엑츄에이터, (13)은 용기를 Y축방향을 이동하기 위한 Y축 엑츄에이터, (14)은 용기를 X축방향을 이동하기 위한 X축 엑츄에이터를 나타낸다.
이러한 종래의 광조형 장치의 작동을 설명한다.
광원(1)에서 발생된 자외선빔(c)는 제어계(4)에 의해 제어되는 광셔터(3), 광집속렌즈(5)을 통과하여 Y축방향으로 회전운동하는 스캐닝미러(2)에 의해 반사되어 용기(7)에 수용된 광경화성수지(8)의 액면(d)에 초점을 형성하여 한 층에 대한 광경화 공정이 이루어진다.
그 후, 빔에 의해 경화된 광경화성수지층이 지지된 엘리베이터(10)은 Z축 엑츄에이터(11)에 의해 다음 한 층만큼 하강되고, 그 위에 또 다른 광경화성수지층이 형성되는 과정이 수행되어 소정의 형상의 입체조형물이 형성된다.
그런데, 종래의 광조형 장치에서는, 3차원 형상의 조형물을 조형하기 위해서는 X,Y,Z축 드라이브 및 스캐닝미러, 그에 따른 제어계가 필요하게 되어, 장치가 복잡해져 값이 비싸고, 조형하는데는 단면을 일일이 주사해야하므로 조형시간이 길어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광섬유를 이용하여 광경화성수지에 자외선빔을 조사함으로서, 장치의 구조를 단순화하여 장치의 값을 저가로 실현하고, 광경화성수지에 원하는 형상의 빔을 일괄조사하여 광조형시간을 단축할 수 있는 광섬유를 이용한 광조형 장치의 제공을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 광섬유를 이용한 광조형 장치는, 광원에서 발생된 자외선 빔을 용기내에 수용된 광경화성수지에 조형물을 형성시키는 광조형 장치에 있어서, 상기 광원에서 발생된 자외선빔을 상기 용기내에 수용된 광경화성 수지의 표면으로 안내하는 광섬유어레이와, 상기 광섬유어레이의 각 광섬유의 자외선 빔의 통과 여부를 제어하는 광셧터와, 3차원의 조형물데이터를 받아 상기 광셧터의 작동을 제어하는 이미지프로세서를 구비한 것을 특징으로 한다.
제1도는 종래의 광조형 장치의 구성도.
제2도는 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 광조형 장치의 구성도.
제3도는 본 발명의 광조형 장치의 모식도.
제4도는 본 발명의 광조형 장치의 광섬유의 사시도.
제5도는 본 발명의 광조형 장치의 광섬유 어레이의 사시도.
제6도는 본 발명의 광조형 장치의 광셔터의 구조도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 광원 20 : 광섬유어레이
22 : 광섬유 23 : 피막
24 : 코어 30 : 광셧터
31 : 액정제어구동부 32 : 액정셀
40 : 이미지프로세서 70 : Z축드라이브
71 : 엘리베이터 80 : 용기
90 : 광경화성수지 91 : 광조형물
92 : 주 경화부 93 : 수지표면
94 : 산란 경화영역
이하, 첨부 도면에 의거하여 본 발명의 광섬유를 이용한 광조형 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 광섬유를 이용한 광조형 장치는, 제2도 및 제3도에 도시된 바와 같이, 자외선 빔을 발생하는 광원(10)과, 액상의 광경화수지(90)가 수용된 용기(80)와, 상기 광원(10)에 발생된 자외선 빔을 상기 용기(80)내에 수용된 광경화성 수지(90)의 표면(93)으로 안내하는 복수의 광섬유(22)로 구성된 광섬유어레이(20)와, 상기 광섬유어레이(20)의 각 광섬유의 자외선 빔의 통과 여부를 제어하는 광셧터(30)와, 상기 광셧터(30)의 작동을 제어하는 이미지프로세서(40)를 구비하고 있다.
상기 광섬유어레이(20)의 각 광섬유(22)는, 제4도에 도시된 바와 같이, 자외선 빔이 통과하는 석영 또는 아크릴재질의 코어(24)와 상기 코어(24)를 둘러싸고 있는 피막(23)으로 구성된다.
상기 광셔터(30)는, 제6도에 도시된 바와 같이, 복수의 액정셀(32)이 상기 광섬유어레이(20)의 각 광섬유(2)에 대응하여 광섬유에서 오는 빔을 제어하도록 조합 구성되고, 상기 액정셀(32)를 빛의 투과가 가능한 오프상태 및 빛의 투과가 불가능한 상태로 구동제어하는 액정셀구동제어부(31)를 구비하고 있다. 예를 들면, 제6도에 도시된 바와 같이, 오프상태의 액정셀(C21-C33)은 광섬유(22)를 통한 빔의 투과가 가능한 상태가 되고, 온상태의 액정셀(C11-C13)은 광섬유(22)를 통한 빔의 투과가 불가능한 상태가 된다.
상기 이미지프로세서(40)는, 3차원 형상의 CAD데이터를 1 또는 0으로 양자화 작업("1"은 형상있음, "0"은 형상없음, 또는 그 반대)하여 상기 액정셀구동제어부(31)에 온/오프 이미지프로세싱 신호를 출력한다.
상기 용기(80)내의 광경화성수지(90)가 경화되어 형성되는 조형물(91)은 Z축 드라이브(70)에 의해 Z방향으로 상하이동할 수 있는 엘리베이터(71)상에 지지되어 있다.
그리고, 제2도 및 제3도에서, (50)은 CAD데이터(60)을 받아 이미지프로세서(40)의 제어신호 및 Z축 드라이브(70)의 제어신호를 발생하는 제어계, (21)은 광섬유어레이(20)의 각 광섬유의 헤드, (41)은 이미지프로세서(40)를 신호를 광셔터(30)로 전송하기 위한 케이블을 나타낸다.
아하, 본 발명의 광조형 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
제2도 내지 제5도에 도시된 바와 같이, 광원(10)에서 발생된 자외선 빔은, 광섬유어레이(20)의 각 광섬유(22)의 코어(24)를 통해 용기(80)내에 수용된 광경화성수지(90)의 표면(93)에 조사되어, 자외선 빔이 닿은 부분은 바로 경화되어 주 경화부(92)를 형성시킨다. 한편, 광경화성수지의 표면에 조사된 빔은 수지내에서 산란을 일으켜 상기 주경화부(92)보다 큰 범위에서 경화가 이루어져서 산란경화영역(94)를 형성하고, 이러한 산란 경화영역이 인접한 광섬유(22)끼리 서로 겹치도록하면 완벽한 경화층을 얻을 수 있다. 이와 같이 하여 한 층에 대한 광경화 공정이 이루어진다.
그 후, 경화된 광겨와수지층이 쌓이는 엘리베이터(71)은 Z축 드라이브(70)에 의해 다음 한 층만큼 하강되고, 또 다른 광경화수지층이 형성되는 과정이 수행되어 소정의 형상의 입체조형물이 형성된다.
이때, 단면데이터(61)를, 제어계(50)로 작동되는 이미지프로세서(40)에 의해 온/오프 이미지 프로세싱 신호가 출력되어, 상기 신호에 따라 광셧터(30)의 액정셀구동제어부(31)가 각 액정셀(32)를 빛의 투과가 가능한 오프상태 또는 빛의 투과가 불가능한 온상태로 작동되어 광섬유어레이(20)의 각 광섬유(22) 가닥마다의 자외선빔의 통과여부가 제어되어 광경화성수지의 표면에 CAD단면데이터(61)에 대응하도록 빔이 일괄조사되어 수지의 한층의 일괄적인 광경화가 이루어진다.
이상, 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 광섬유를 이용하여 광경화성수지에 자외선빔을 조사함으로서, X, Y 제어계 및 드라이브 및 스캐닝미러가 불필요하게 되어 장치의 가격을 저렴하게 할 수 있고, 또하 구조를 단순화할 수 있고, 광경화성수지에 원하는 형상의 빔을 일괄조사하여 조형함으로서 광조형시간을 단축할 수 있다.

Claims (4)

  1. 광원에서 발생된 자외선 빔을 용기내에 수용된 광경화성수지에 조형물을 형성시키는 광조형 장치에 있어서, 상기 광원에서 발생된 자외선빔을 상기 용기내에 수용된 광경화성 수지의 표면으로 안내하는 광섬유어레이와; 온/오프 동작에 의해 빔의 투과가 가능 또는 불가능 상태로 구동되어 상기 광섬유에서 오는 빔을 제어하도록 조합 구성되는 복수의 액정셀과 이미지프로세서의 온/오프 출력신호에 따라 상기 액정셀의 온/오프를 구동제어하는 액정셀구동제어부를 구비하여, 상기 광섬유어레이의 각 광섬유의 자외선 빔의 통과 여부를 제어하는 광셧터와; 3차원의 조형물데이터에 대응하도록 상기 광셧터의 작동을 제어하는 이미지프로세서를 구비한 것을 특징으로 광섬유를 이용한 광조형 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용기내의 광경화성수지가 경화되어 형성되는 광경화층을 지지하고, 상하방향으로 이동할 수 있는 엘리베이터를 구비한 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 광조형 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광섬유어레이의 각 광섬유는, 자외선 빔이 통과하는 석영 또는 아크릴재질의 코어와 상기 코어를 둘러싸고 있는 피막으로 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 광조형 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 이미지프로세서는, 3차원 형상의 CAD데이터를 1 또는 0으로 양자화하여 온/오프 이미지프로세싱 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 광조형 장치.
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