KR100257135B1 - 서포트를 포함하는 스테레오리스그래피를 이용한 3차원 물체 형성방법 및 장치 - Google Patents
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- B29C64/129—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask
- B29C64/135—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask the energy source being concentrated, e.g. scanning lasers or focused light sources
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Abstract
방사(radiation), 입자 충돌(particle bombardment), 또는 화학적 반응에 의한 적합한 상승작용적 자극에 따라 물리적 상태를 변경할 수 있는 유체 매질의 선정된 표면에, 물체를 위해 구축되는 서포트를 제공하기 위해 특별히 맞추어진 물체 정의 정보를 이용하여, 형성하려는 3차원 물체의 단면 패턴을 생성함으로써 3차원 물체를 생성하기 위한 개선된 스테레오리소그래피 시스템이 개시되어 있다. 이러한 시스템은 휘말림과 왜곡을 줄이고 해상도, 강도, 정확성, 속도 및 재생의 경제성을 증가시킨다. 물체의 연속적으로 인접한 단면에 해당하는 연속적으로 인접한 래미나(laminae)를 자동으로 형성하고 소정의 물체에 대한 스텝 방식 래미나를 제공하기 위해 이를 결합하여 통합시킴으로써, 3차원 물체가 형성되고 형성 공정 동안에 유체 매질의 실질적으로 편평한 표면으로부터 그려진다. 웹 서포트(web support)라 알려진 바람직한 실시예를 포함하여, 물체를 위한 스테레오리소그래픽 서포트가 설명되어 있다.
Description
[발명의 명칭]
서포트를 포함하는 스테레오리스그래피를 이용한 3차원 물체 형성방법 및 장치
[발명의 배경]
1. 관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 1988년 4월 18일 출원된 미합중국 특허출원 제182,823호, 제182,830호, 제183,015호, 제182,801호, 제183,016호, 제183,014호 및 제183,012호와 관련되어 있으며, 상기 모든 출원은 본 명세서에서 완전히 참조된다. 미합중국 특허출원 제182,830호, 제183,016호, 제183,014호 및 제183,012호의 일부계속출원(continuation-in-Part)은 1988년 11월 8일자로 출원되었으며, 상기 모든 출원은 본 명세서에서 완전히 참조된다. 전술한 일부계속출원 중 출원번호가 각각 제269,801호, 제268,816호, 제268,337호, 제268,907호인 것은 미합중국 특허출원 제182,830호의 일부 계속 출원에 해당하며, 제268,429호는 제183,016호에 대한 일부계속출원, 제268,408호는 제183,014호에 일부계속출원, 그리고 제268,428호는 제183,012호의 일부계속출원에 해당한다. 미합중국 특허출원 제269,801호에 대한 일부계속출원이 1989년 3월 31일자로 출원되었으며, 이 출원은 본 명세서에서 완전히 참조된다.
2. 첨부된 부록에 대한 교차 참조
이하의 부록이 첨부되어 있으며, 이는 본 명세서에서 완전히 참조된다.
부록 D:3D 시스템즈 인코오퍼레이티드, SLA-1, 훈련용 매뉴얼, 제3.0판(1988년 4월)
3. 발명이 속한 기술분야
본 발명은 일반적으로는 유체 매질(fluid medium)로부터 3차원 물체를 형성하기 위한 향상된 방법 및 장치에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 진보된 데이타 조작 및 리소그래픽(lithographic) 기법을 3차원 물체의 생성에 적용시킴으로써 물체를 보다 빠르고, 신뢰성 있으며, 정확하게, 그리고 경제적으로 형성하고자 하는 것과 관련된 새롭고 개선된 스테레오리소그래픽(stereolithography) 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 물체의 스테레오리소그래픽에 필요한 서포트(support)에 관련된 것이다.
4. 발명의 배경
플래스틱 부품 및 그 유사품을 생산하는데 있어서, 우선 이러한 부품을 설계하고 그런 후에 부품의 원형(原型)을 힘들게 생산하는 것이 일반적이며, 이 모든 과정은 상당한 시간과 노력과 비용을 필요로 한다. 그 이후에야 설계가 검토되므로, 때로는 전술한 힘든 과정이 다시 반복된 후에 비로소 설계가 최적화되는 경우도 있다. 설계가 최적화되면, 다음 단계에서 생산이 이루어진다. 대부분의 대량 생산 플래스틱 부품은 사출 성형(injection molding)으로 제작된다. 설계 시간과 금형 제작(tooling) 비용이 매우 크므로, 대개 대규모 생산에 있어서만 플래스틱 부품이 실용적이다. 플래스틱 부품을 생산하기 위해, 직접적인 기계 가공 작업이나 진공 성형(vacuum forming) 및 직접 성형(direct forming)과 같은 공정들도 이용될 수 있지만, 이러한 방법들은 전형적으로 단기 생산의 경우에만 비용 효과성이 있을 뿐이며, 생산된 부품은 대개 성형된 부품에 비해 질이 낮다.
종래에, 유체 매질 내에 3차원 물체를 생성하기 위한 매우 복잡한 방법이 개발되었는데, 이는 3차원적 부피로 된 유체 매질 내의 선정된 교차점에 선택적으로 초점이 집중되도록 하는 빔 방사(beams of radiation)을 이용하여 유체 매질을 선택적으로 경화시킴으로써 그 유체 매질 내에 3차원 물체를 생성하는 방법이다.
이러한 3차원 시스템의 전형적인 예는 미합중국 특허번호 제4,041,476호, 제4,078,229호, 제4,238,840호, 및 제4,228,861호에 설명되어 있다. 이러한 모든 시스템은 유체 부피 내의 다른 모든 지점은 그대로 두고, 유체 부피 내 깊은 곳의 선택된 지점에 상승적 에너지화(synergistic energization)를 구축하는 방식에 따른다. 그러나 불행히도, 이러한 3차원 성형 시스템은 해상도(resolution) 및 노출 제어에 관련된 다수의 문제에 직면하게 된다. 교차점이 유체 매질 내부로 깊이 이동함에 따라 초점이 집중된 스포트(spot)의 방사 강도 및 이미지 형성 해상도가 감소되므로 인해 제어가 복잡한 상황이 되는 것은 분명하다고 볼 수 있다. 흡수, 산란, 분산 및 회절 모두는 유체 매질 내의 깊숙한 곳에서의 작업을 경제적이고 신뢰적인 방식으로 실현하는데 있어서 어려움을 더해 주고 있다.
최근에는, 발명의 명칭이 “스테레오리소그래픽에 의한 3차원 물체의 제조 장치”인 미합중국 특허 제4,575,330호(이는 본 명세서의 일부로서 참조된다)에 설명되어 있는 바와 같은 “스테레오리소그래픽” 시스템을 사용하게 되었다. 기본적으로, 스테레오리소그래픽이란 광중합체(photopolymer)(액체 플래스틱 등)의 단면을 서로의 상부에 연속적으로 인쇄(print)함으로써 이러한 얇은 층들이 함께 결합되어 완전한 하나의 부품을 형성하도록 하여, 복잡한 플래스틱 부품을 자동으로 구축하는 방법을 의미한다. 이 방법을 이용하면, 액체 플래스틱이 담긴 수조(vat)내에서 부품이 완전해진다. 이러한 제조 방법은 설계 사상을 물리적 형태로 신속하게 구체화하여 또 원형으로 제작하는 시간을 줄이는데 극히 강력한 효과가 있다. 광경화성 중합체는 빛이 있으면 액체에서 고체로 변화하며, 자외선(UV)에 대한 감광속도가 매우 빨라서 실용적인 모형 제작 재료로 충분히 적합하다. 부품이 제조되는 동안 중합화되지 않은 재료는 수조에 그대로 남아 연속적으로 부품이 제작되는 동안 계속해서 사용될 수 있다. 자외선 레이저는 작고 강도가 센 자외선의 스포트를 발생시킨다. 이 스포트는 전압계 미러(mirror) X-Y 스캐너(scanner)에 의해 액체 표면을 가로질러 이동된다. 이 스캐너는 컴퓨터가 발생시킨 벡터(vector) 등에 의해 구동된다. 이러한 기법을 이용하면, 정밀하고 복잡한 패턴을 신속하게 생산할 수 있다.
레이저 스캐너, 광중합체 수조 및 엘리베이터는 제어용 컴퓨터와 함께 결합하여 하나의 “SLA”라는 스테레오리소그래픽장치를 형성한다. SLA는 한번에 한 단면씩을 그리고 이를 층층이 쌓음으로써 플래스틱 부품을 자동 제작할 수 있도록 프로그램된다.
스테레오리소그래픽은 금형 제작 없이도 복잡하거나 간단한 부품을 신속히 제작할 수 있는 새로운 방법이다. 이 기술에서는 그 단면 패턴을 발생시키는데 있어서 컴퓨터를 사용하고 있기 때문에, CAD/CAM에 데이타를 링크(link)시키는 것은 당연하다. 그러나, 이러한 시스템은 수축(shrinkage), 휘말림(curl), 비틀림, 해상도 및 정확도에 관련된 문제점뿐만 아니라 특정 물체의 형상을 제조하는데 있어서의 문제점을 갖고 있다.
미합중국 특허 제4,575,330호의 도면에 서포트가 도시되어 있는데, 이 서포트들은 물체를 플랫폼에 부착시키는 역할을 한다.
원래 사용되었던 종류의 포스트(post:지지용 기둥)/서포트는 실제로 단일 지점을 경화시킴으로써 형성되었다. 이들 점은 적절한 경화 깊이 및 이에 대응하는 경화 폭을 가질 수 있도록 특정 길이의 시간 동안 경화된다. 이러한 종류의 포스트는 그 강도에 제한이 있으며, 또한 (소정의 강도를 얻을 수 있더라도) 이러한 수준의 강도를 얻는데 요구되는 연관된 경화 시간에도 제한이 있다.
층간의 접착 강도를 증가시킬 필요성에 따라 또다른 종류의 포스트/서포트가 생성되었다. 접착 강도는 층간의 접촉 면적에 비례한다. 임의의 점을 경화시키면 경화 폭은 더 이상의 경화폭이 불가능한 한계점에 금방 도달함에 따라, 접촉 면적을 증가시키기 위한 또다른 방법이 구현되었다. 이 새로운 방법은 단면에 점 벡터(point vector)가 있는 서포트를 경화하는 대신에, 단면에 다각형이 있는 서포트를 사용한다. 이러한 다각형은 삼각형, 사각형, 팔각형 등으로 될 수 있다. 이러한 구조에 의하면, 층사이의 접촉 면적이 훨씬 더 커지며(접촉 강도가 더 강해지며), 또한 수평 천이(translation)에 대한 구조적 강도 역시 더 커진다. 이러한 서포트들은 적당한 효과를 나타냈지만, 1)물체로부터 제거하기가 곤란하며, 2)물체 벡터(object vector) 중 제한된 수에 대해서만 서포트를 제공하고, 3) 이러한 종류의 서포트 구조물에서는 구멍이 뚫린 플랫폼을 확실히 부착하기 위해 다각형을 지지해 줄 베이스(base)를 사용해야 한다는 등의 문제점을 여전히 갖고 있다.
다카시 나카이(Takashi Nakai)와 요지 마루타니(Yoji Matutani)가 쓴 논문(덴시 조호 쯔신 가까이 론분시(Denshi Joho Tsushin Gakkai Ronbunshi), 제71-D권 제2호, 1988년 2월, 페이지 416 내지 423)에 기재된 바와 같이, 3차원 물체를 생성하기 위한 다양한 스테레오리소그래픽 기법이 알려져 있다. 기본적으로, 2가지의 상이한 접근 방식이 설명되어 있는데, 즉 소위 “자유로운 액체 레벨 기법(free liguid level technique)”(액체 표면이 대기측으로부터의 레이저 빔에 의해 즉시 조사(照射)되는 기법)과 “제한된(restricted) 액체 레벨 기법”(액체를 간섭하는 투명한 표면을 통해 액체 표면에 대한 조사가 수행되는 기법)이다. 제한된 레벨 기법에 대한 우측면 상승(right side-up) 및 상부 하향(upside-down) 실시예 모두가 개시되어 있다.
제한된 액체 레벨 기법의 하강부 상승(downside-up) 실시예와 관련하여, 다음 층을 위해 신선한 액체 수지가 그들 사이로 흐를 수 있도록 하기 위해 물체의 이미 응고된 부품을 투명 평면으로부터 제거할 때, 응고된 수지가 투명 평면에 고착되는 경향이 있기 때문에, 종래 기술 방식에서는 문제가 발생된다고 언급되어 있다. 이러한 문제는 상이한 단면 층간에 상당한 천이가 발생하는 물체 부분에서 특히 심각한데, 기본적으로 이전 층의 단면에 대응되는 새로운 층의 일부만이 평면으로부터 제거되고 나머지 부분은 쪼개어져 투명 평면에 남게 되기 때문이다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 외부 서포트 구조물을 첨가하고 레이저를 반복하여 스캐닝하여 각각의 부분을 형성함으로써 층의 강도를 증가시킨다.
또다른 구축 기법으로는 소위 “벡터 스캐닝 방법(vector scanning method)”를 사용하는 것이다. 이 방법은 물체의 외부 표면, 즉 물체의 윤곽을 단단히 할 뿐이다.
이러한 방법을 이용하여 형성된 부품, 특히 사각형의 단면부를 갖는 부품에 대해서는 물체의 벽이 외부로 약간 확장되는 경향이 있다는 문제점이 언급되어 있다. 이러한 확장을 억제하기 위해, 내부 립(rib)을 구축하는 것이 제안되어 있다.
유럽특허 제250,121호(독립항의 전제부를 형성함)에는, 액체를 포함하는 용기의 하부 표면상에 3차원 물체를 형성하기 위한 모델링 장치가 공지되어 있다. 격리된 부분을 갖는 복잡한 물체를 형성하기 위해, 지지되어야 할 부하에 의해 판단되는 두께를 갖는 원통형 벌크 서포트 받침(cylindrical bulk support legs)을 제공하는 것이 언급되어 있다. 또한, 서로에 대해 형성되어 있는 물체의 두 부분을 고정하기 위한 중간 지지대를 제공하는 것도 언급되어 있다. 이러한 중간 지지대는 격리된 부분을 결합시키는 수평적으로 확장된 서포트 그물망(mesh)을 제공함으로써 이루어진다.
[발명의 요약]
따라서, 본 발명의 목적은 구축될 부품의 정확성을 더욱 향상시키고 또한 생산 시간을 줄일 수 있는 스테레오리소그래픽 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본원 발명의 한 특징에 따르면, 3차원 물체를 스테레오리소그래픽 방식으로 만들어 내기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 형성될 3차원 물체에 대한 스테레오리소그래픽 데이터를 제공하는 단계를 포함한다. 이 스테레오리소그래픽 데이터는 3차원 물체를 나타내는 물체 데이터와 이 물체가 형성되는 동안에 지지될 필요가 있는 이 물체의 하향 표면(down-facing surfaces)을 지지하는 서포트 구조물을 지정하는 서포트 구조물 데이터를 포함한다. 또한, 이 방법은, 위쪽 수직 방향으로 연속적으로 인접해 있는 단면들을 통합함으로써 3차원 물체를 자동 형성하기 위해 스테레오리소그래픽 데이터를 이용하는 단계를 더 포함하며, 상기 서포트 구조물은 지지되어야 할 표면까지 수직 방향으로 뻗도록 형성된다. 이 방법은 서포트 구조물이 세로형 구조로 된 웹 서포트(web support)인 것에 특징이 있으며, 이 서포트는 지지되어야 할 표면에 접촉한다.
본원 발명의 두 번째 특징에 따르면, 3차원 물체를 스테레오리소그래픽 방식으로 만들어내기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 형성된 3차원 물체에 대한 스테레오리소그래픽 데이터를 제공하는 단계를 포함한다. 이 스테레오리소그래픽 데이터는 3차원 물체를 나타내는 물체 데이터와 이 물체가 형성되는 동안에 지지할 필요가 있는 물체의 표면을 지지하는 서포트 구조물을 지정하는 서포트 구조물 데이터를 포함한다. 또한, 이 방법은 수직 방향으로 인접해 있는 단면을 통합함으로써 3차원 물체와 서포트 구조물을 자동으로 동시에 형성하기 위해 스테레오리소그래픽 데이터를 이용하는 단계를 더 포함한다. 이 방법은 지지될 상기 표면에 뻗는 대각선 서포트를 포함하는 것에 그 특징이 있다. 본원 발명의 제1특징 및 제2특징은 물체 형성 과정을 도시한 제43도에 예시되어 있다.
제43도를 살펴보면, 단계(431)에서 변수 N을 초기값 0으로 설정한다. 단계(432)에서, 형성될 3차원 물체를 기술하는 데이터가 제공된다. 단계(433)에서는, 소정의 영역까지 뻗는 적어도 하나의 길고 가는 서포트를 포함하는 서포트 구조물 또는 적어도 하나의 대각선 서포트 구조물을 정의한다. 어떠한 형태의 서포트 구조물이던 간에 서포트 구조물은 지지될 표면에 접촉하여야 한다.
단계(434)에서, 수직 레벨(N+1)에서의 물체 및 서포트 구조물을 기술하는 단면 데이터 및 서포트 구조물 데이터가 제공되고, 단계(435)에서는 레벨(N+1) 상에서의 단면 데이터가 형성되고 레벨(N)의 단면 데이터와 통합된다.
단계(436)에서, 레벨(N+1)이 마지막 레벨인지를 판단한다. 레벨(N+1)이 마지막 레벨이라면 물체 형성이 완료됨을 나타내는 단계(438)로 진행한다. 반면에, 레벨(N+1)이 마지막 레벨이 아니라면 N값을 1증가시키는 단계(437)로 진행한다. 일단, N이 증가하면, 처리는 다시 단면 데이터 및 구조물 데이터를 제공하는 단계(434)로 진행한다.
본원 발명의 제3특징에 따르면, 본원 발명의 상기 제1특징을 구현하기 위한 향상된 스테레오리소그래픽 장치가 제공된다.
본원 발명의 제4특징에 따르면, 본원 발명의 상기 제2특징을 구현하기 위한 향상된 스테레오리소그래픽 장치가 제공된다.
좀더 구체적으로, 본 발명에 따른 스테레오리소그래픽 시스템은 부품 정확성을 상당히 향상시키고 생산 기간을 줄일 수 있는 2개의 독특한 종류의 서포트 구조물을 제공한다. 제1실시예에 따르면, 위쪽 방향으로 형성되는 물체의 하향 특징을 지지하기 위해, 세로형 구조를 갖는 웹(web) 서포트를 형성한다. 이러한 종류의 서포트 구조물을 사용함으로써, 매우 얇은 층이더라도 투명 평면을 사용하지 않고 매우 정확하게 생성할 수 있다. 따라서, 이와 연관된 부착 문제는 해결할 수 있다. 제2실시예에 따른 서포트 구조물을 사용함으로써 복잡한 부품의 면(geometry)에도 효과적으로 이 서포트 구조물을 적용시킬 수 있다.
본 발명의 또 하나의 장점은 부품의 배수(drain)를 보다 신속하고 양호하게 할 수 있다는 점이다. 본 발명은 자유 부동 경계선(free floating boundary)을 고정시켜 준다(즉, 크로스-해치가 그려질 때까지 경계선이 제자리에 유지될 수 있도록 한다). 비틀림, 침강(dipping)과 연관된 응력, 및 부품의 무게로 인한 변형을 방지한다. 본 발명은 다른 어느 것에도 부착되지 않는 부품 섹션(section)을(나중에 다른 층이 그려질 때까지) 고정시켜 준다.
단지 예시하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 본 발명은 컴퓨터 그래픽의 원리와 스테레오리소그래픽법을 결합시킴으로써, 즉 리소그래픽 기법을 3차원 물체의 생산에 응용함으로써, 컴퓨터 명령으로부터 직접 3차원 물체를 생산하기 위해 CAD(Computer Aided Design)와 CAM(Computer Aided Manufacturing)을 동시에 실행하고 있다. 본 발명은 제품 개발의 설계 단계에서 모형 및 원형을 조형하기 위해 응용될 수 있으며, 제조 시스템으로서, 또는 심지어 순수예술의 형태로서도 응용될 수 있다.
“스테레오리소그래픽”은 경화성 물질의 얇은 층, 예를 들면 서로의 상부에 겹겹이 쌓은 경화성 물질을 연속적으로 “인쇄”함으로써 고체 물질을 제조하는 방법 및 장치이다. 경화성 액체의 표면 또는 층에 조사되는 프로그램된 가동(可動) 자외선 스포트(spot) 빔을 사용하여 액체의 표면에 물체의 고형 단면을 형성한다. 그 후에, 프로그램된 방식으로 물체가 액체 표면으로부터 한 층의 두께만큼 이동되고, 다른 단면이 그 후에 형성되어 물체를 정의하는 바로 이전 층에 부착된다. 이러한 공정이 계속되어 완전한 물체가 형성된다.
본 발명의 기법을 이용하여 실질적인 모든 종류의 물체 형상을 제작할 수 있다. 프로그램 명령을 발생시키고 그런 후에 프로그램 신호를 스테레오리소그래픽 물체 형성 서브시스템(subsystem)으로 전송하는 컴퓨터 기능을 사용함으로써, 복잡한 형태를 보다 쉽게 제작할 수 있다.
물론, 경화성 유체 매질을 위한 다른 형태의 적절한 상승작용적 자극(stimulation), 예를 들면 입자 충격(bombardment, 전자 빔이나 그와 유사한 것), 매스크(mask)를 통해 물질을 스프레이하거나 잉크를 분사하는 것에 의한 화학반응, 또는 자외선이 아닌 다른 복사광을 부딪치게 하는 것 등도 본 발명의 취지와 범위를 벗어남 없이 본 발명의 실시에 사용될 수 있다는 사실을 알 수 있을 것이다.
예를 들어, 본 발명을 실시함에 있어, 소정의 자극에 반응하여 고화(固化)될 수 있는 유체 매질의 덩어리(body)를 우선 임의의 적당한 용기에 적절히 담음으로써, 연속적인 단면 래미나(laminae)가 생성될 수 있는 유체 매질의 지정된 작업 표면을 정의한다.
그 후, 자외선 등의 스포트와 같은 적절한 형태의 상승작용적 자극을 유체 매질의 지정된 작업 표면상에 그래픽 패턴으로 적용시켜, 표면에 얇은 고체의 개별적인 층들을 형성하는데, 이들 각각의 층은 생산될 3차원 물체의 인접 단면을 나타낸다. 본 발명에 따르면, 물체를 정의하는 정보는 휘말림과 비틀림을 감소시키기 위해 특별히 처리되어, 해상도, 강도, 정확도, 속도 및 재생의 경제성을 증가시킨다.
각 층이 형성될 때, 서로에 대해 연속적으로 인접한 층이 자동적으로 중첩되어, 층끼리 결합함으로써 소정의 3차원 물체를 정의하게 된다. 이와 관련하여, 작업 표면에서 유체 매질이 경화하고 고체 물질이 얇은 래미나의 형태로 형성되면서, 첫번째 래미나가 부착되어 있던 적절한 플랫폼(platform)은 임의의 적절한 액츄에이터(actuator)에 의해, 미리 프로그램된 방식으로 작업 표면으로부터 멀어지며, 이 모든 것은 전형적으로 마이크로컴퓨터 등의 제어 하에 이루어진다. 이러한 방식으로, 초기에 작업 표면에 형성된 고체 물질은 그 표면으로부터 멀어지고, 새로운 액체가 작업 표면 위치로 흘러 들어온다. 이번에는, 이 새로운 액체의 일부가 프로그램된 광선 스포트에 의해 고체 물질로 변환되어 새로운 래미나를 정의하게 되며, 이 새로운 래미나는 자신과 인접해 있는 물질, 즉 바로 이전에 형성된 래미나에 접착성을 가지고 결합된다. 이 공정은 완전한 3차원 물체가 형성될 때까지 계속된다. 형성된 물체를 용기에서 제거한 후에는, 이 장치를 이용해서 첫번째 물체와 동일한 물체, 또는 컴퓨터 등에 의해 생성된 완전히 새로운 물체를 바로 생산할 수 있다.
CAD 시스템의 데이타 베이스는 여러가지 형태를 취할 수 있다. 그중 한 형태는 물체의 표면을 다각형, 전형적으로는 삼각형으로 구성된 그물망(mesh)으로서 표현하는 방법이 있다. 이들 삼각형은 물체의 내부 및 외부 표면 전체를 구성한다. 이러한 방식의 CAD 표현은 또한 각각의 삼각형에 대한 단위 길이 법선(法線;normal) 벡터를 포함하고 있다. 이 법선은 상기 삼각형이 그 외표면을 구성하고 있는 중실부로부터 밖으로 멀어져 나가는 방향을 가리키며 경사도(slope)를 나타낸다. 본 발명은 “피그스(PHIGS)”나 이와 유사한 형태로서 제공될 수 있는 CAD 데이타를 스테레오리소그래픽을 통해 모형을 형성하는데 사용될 수 있는 층별(layer-by-layer)벡터 데이타로 처리하기 위한 수단을 제공해 준다. 이러한 정보는 궁극적으로 래스터 주사(raster scan) 출력 데이터 등으로 변환될 수 있다.
전술한 바와 같이, 스테레오리소그래피는 가동레이저 빔을 이용하여 액체 플래스틱의 연속적인 층을 고화시킴으로써 부품을 제작하는 3차원 인쇄 공정이다. 휘말림과 응력(stress)을 감소시키기 위한 본 발명의 개념을 응용한 이러한 방법을 이용하여, 설계자는 CAD 시스템 상에서 설계를 생성하고 적절한 서포트를 구비하여 수시간 내에 정확한 플래스틱 모형을 제작할 수 있게 된다. 본 발명에 따른 스테레오리소그래픽 공정은 이하의 단계를 포함할 수 있다.
우선, 스테레오리소그래픽 공정과는 구체적인 관련 없이 CAD 시스템 상에서 보통의 방법으로 고체 모형을 설계한다. 스테레오리소그래픽을 위한 모형 준비에 있어서는 최적의 방향 선택, 서포트(support)의 추가, 적절한 응력 감소 수단의 구축, 및 스테레오리소그래픽 시스템의 운용 파라미터 선택 등이 관련되어 있다. 최적 방향은 (1) 물체의 배수가 가능하고, (2) 지지되지 않은(unsupported) 표면 수를 최소화하며, (3) 중요 표면들을 최적화하고, (4) 물체가 수지 수조(resin vat) 내에 수용될 수 있도록 해 주는 방향이다. 부착되지 않은 섹션을 고정하거나 그밖의 목적을 위해서는 서포트를 추가해 주어야 하며, 이를 위해 서포트에 대한 CAD 라이브러리(library)가 준비될 수 있다. 스테레오리소그래픽 운용 파라미터에는 모형의 축척(scale)과 층(슬라이스;slice)의 두께를 선택하는 것이 포함된다.
그 후에, 고체 모형의 표면은 삼각형으로, 전형적으로는 “PHIGS”로 분할된다. 삼각형은 벡터 계산시에 가장 덜 복잡한 다각형이다. 삼각형이 많이 형성될수록 표면 해상도가 개선되며, 따라서 CAD 설계에 의해 형성된 물체도 더욱 정확해진다.
이제, 삼각형의 좌표 및 그 법선을 표시하는 데이타 점(point), 전형적으로는 PHIGS를 이더넷(ETHERNET)과 같은 적절한 네트워크 통신을 통해, 스테레오리소그래픽 시스템에 전송한다. 그러면, 스테레오리소그래픽 시스템의 소프트웨어가 이 삼각형 섹션들을 소정의 층 두께마다 수평으로(X-Y 평면에 평행하게) 슬라이스한다(slice).
다음에, 스테레오리소그래픽(SLA)는 섹션 경계선 벡터, 해치 벡터, 및 수평 표면(스킨;skin) 벡터를 계산한다. 해치 벡터는 경계 백터간에 크로스-해칭(cross-hatching)으로 구성된다. 슬라이싱 방식에는 몇가지의 “스타일(style)”이 있다. 스킨 벡터는 넓게 중첩되어 고속으로 추적되며, 물체의 외부 수평 표면을 형성한다. 천정 및 바닥의 스킨 내에 있는 내부 수평 영역은 크로스 해치 벡터에 의해서만 채워진다. 벡터에 관한 더욱 상세한 설명은 미국 특허출원번호 제182,830호와 그의 일부계속출원인 출원번호 제269,801호, 및 그의 일부계속출원인 출원번호 제331644호에 기재되어 있다.
SLA는 이제 헬륨-카드뮴 레이저의 자외선 빔 등을 광경화성 수지의 표면을 가로질러 이동시켜 빔이 닿는 곳의 액체를 고화시킴으로써, 한번에 하나의 수평층씩 물체를 형성한다. 레이저 광은 수지에서의 흡수로 인해 깊이 투과하지 못하므로 얇은 층의 형성이 가능하다. 각 층은 전형적으로 경계선-해치-표면의 순서로 그려지는 벡터들로 구성되어 있다.
SLA에 의해 그려지는 제1층은 액체 표면의 바로 아래에 위치한 수평 플랫폼에 접착된다. 이 플랫폼은 컴퓨터 제어에 의해 플랫폼을 하강시켜 주는 엘리베이터에 부착되어 있다. 한 층을 그린 후에, 플랫폼은 수 밀리미터와 같은 짧은 거리만큼 하강하여 액체에 잠기어 이전에 경화된 층이 새로운 액체로 코팅되도록 한 후에, 다시 이보다 더 작은 거리만큼 상승하여 제2층을 형성하는 액체의 박막을 남긴다. 액체의 표면이 편평해질 때까지 잠시 휴지(休止)한 후에, 다음 층이 그려진다. 수지는 접착성을 가지고 있으므로, 제2층은 제1층에 견고하게 부착된다. 모든 층이 그려지고 완전한 3차원 물체가 형성될 때까지 이 공정이 반복된다. 통상적으로, 물체의 기부(基部)에서 0.25인치 정도는 그 위에 소정의 부품을 제작하기 위한 서포트 구조물(support structure)이 된다. 광에 노출되지 않은 수지는 수조에 남아 다음 부품을 위해 사용된다. 따라서, 재료의 낭비가 거의 없다.
전형적으로, 후속 처리(post processing)에는 여분의 수지를 제거하기 위해 형성된 물체를 배수하기, 중합화를 완성하기 위한 자외선 또는 열 경화, 및 서포트의 제거 등이 포함한다.
연마(sanding) 및 작동 가능한 모형으로의 조립을 포함하는 추가 처리 또한 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면 서포트는 “웹(webs)”형태로 제공된다. 웹은 그 단면이 길고 가늘며 사각형인 구조이다. 후속 경화 이후에 부품으로부터 웹을 제거하기 용이하게 웹의 폭은 얇게 설계된다. 웹의 길이는 1) 엘리베이터 플랫폼에(베이스 없이) 양호하게 부착될 수 있을 만큼 길어야 한다는 요건과, 2) (크로스 해치 및 이것을 둘러싸는 경계선을 지지하기 위해) 물체의 단면 사이를 연결할 수 있을 정도로 길어야 한다는 요건을 충족시킬 수 있도록 설계된다.
이 모든 종류의 서포트는 물체를 플랫폼(엘리베이터)에 부착하는데 사용되지만, 또한 물체의 중요 영역을 추가적으로 지지하기 위해서도 사용된다. 이들 중요 영역에는 윈도우의 위쪽 모서리, 캔틸레버(cantilever) 등이 포함된다. 웹은 엘리베이터 플랫폼에서 시작하여, 지지될 필요가 있는 섹션까지 이르도록 만들어질 수 있으며, 또는 실제로 부품의 한 섹션에서 시작하여, 지지될 필요가 있는 또 하나의 섹션에 이르도록 만들어질 수도 있다.
본 발명의 새로운 개선된 스테레오리소그래픽 시스템은 현재 플래스틱 물체 생산에 사용되고 있는 장치들에 비해 수많은 장점을 가지고 있다. 본 발명의 장치와 방법을 사용하면, 설계 레이아웃과 도면 작성이 필요 없으며, 금형 제작 도면과 금형 제작도 필요 없게 된다. 설계자는 컴퓨터와 스테레오리소그래픽 장치를 가지고 직접 작업할 수 있으며, 컴퓨터의 출력 화면에 표시된 설계 내용이 만족스럽다고 판단되면 직접적인 검사를 위해 부품을 제작해 볼 수 있다. 설계를 변경해야 할 경우에는 컴퓨터를 통해 쉽게 할 수 있으며, 이러한 변경이 타당한 것인가를 검증하기 위해 또 한번 부품을 제작해 볼 수 있다. 상호 영향을 미치는 설계 파라미터를 갖는 여러 부품에 대한 설계가 요구되는 경우, 본 발명에 의하면 모든 부품 설계를 신속히 변경하고 다시 제작하여 어셈블리 전체를 제작하고 검토할 수 있으며, 필요하다면 이 모든 과정을 반복할 수 있다는 점에서 발명의 방법은 더욱 유용해진다. 더구나, 본 발명의 데이타 처리 기법에 의하면, 까다롭고 복잡한 물체 형상에 대해서도 응력, 휘말림, 왜곡도를 감소시키고 해상도, 강도, 정확도, 속도 및 생산의 경제성을 증가시키면서 물체를 생산할 수 있다.
설계가 완성된 후에는 부품 생산이 즉각적으로 시작될 수 있으므로 설계와 생산간에 몇주나 몇달씩 시간이 경과하는 일이 없어진다. 스테레오리소그래픽은 금형 제작이 필요없게 되고 생산 준비 시간이 최소화되므로 특히 단기 생산에 유용하다. 마찬가지로, 설계 변경과 주문 제작 부품도 이 기법을 이용하면 손쉽게 구현될 수 있다. 스테레오리소그래픽에서는 부품 제작이 용이하므로 현재 금속이나 기타 소재로 된 부품이 사용되고 있는 많은 곳에 플래스틱 부품의 사용이 가능해진다. 더욱이, 보다 값비싼 금속 또는 기타 소재로 된 부품을 제작할 것인지를 결정하기 전에 물체의 플래스틱 모형을 신속하고 경제적으로 제작해 볼 수 있다..
그러므로, 본 발명의 새로운 개선된 스테레오리소그래픽 방법과 장치는 3차원 부품 등을 응력과 휘말림을 줄이고 적절한 서포트를 구비하여 신속하게, 신뢰성 있게, 정확하게 그리고 경제적으로 설계 제작할 수 있는 능력을 가진 개선된 CAD와 CAM 인터페이스 시스템에 대한 오랜 숙원을 충족시킨다.
본 발명의 전술한 목적과 장점 그리고 기타의 목적과 장점은 첨부된 도면의 예시적인 실시예와 관련된 이하의 상세한 설명으로부터 명백히 알 수 있을 것이다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명을 실시하기 위한 스테레오리소그래픽 시스템의 개략적 블록도.
제2도와 제3도는 본 발명의 스테레오리소그래픽의 방법을 실시하는데 적용되는 기본 개념을 도시하는 흐름도.
제4도는 본 발명을 실시하기에 적합한 시스템의 개념과 수직 단면도를 결합시킨 블럭도.
제5도는 본 발명을 실시하기 위한 스테레오리소그래픽 시스템의 제2실시예에 대한 수직 단면도.
제6도는 스테레오리소그래피 시스템에서 전체적인 데이터 흐름, 데이터 처리 및 데이터 관리를 좀더 상세하게 도시한 소프트웨어 구조 흐름도.
제7(a)도 및 제7(b)도는 크로스-해치 벡터가 작도될 때까지 서포트가 층 경계선을 제자리에 고정시키는 방법을 예시한 도면.
제8(a)도 내지 제8(b)도는 서포트가 캔틸레버 빔 유사한 구조의 변형 및 휘말림을 방지하는 방법을 예시한 도면.
제9(a)도 내지 제9(b)도는 부분이 생성되는 동안, 일시적으로 부착되지 않을 수 있는 층 섹션을 서포트가 부착시키는 방법을 예시한 도면.
제10(a)도 내지 제10(b)도는 수직형 웹 서포트가 층의 기울어짐을 방지하는 방법을 예시한 도면.
제11도는 대각선 서포트(diagonal support)의 사용을 예시한 도면.
제12도는 스테레오리소그래픽 공정을 예시한 도면.
제13(a)도 내지 제13(b)도는 SLA-1 및 후속 경화 장치를 예시한 도면.
제14도는 SLA-1의 주요 구성요소를 예시한 도면.
제15도는 SLA-1 레이저와 광학 시스템을 예시한 도면.
제16도는 후속 경화 장치를 예시한 도면.
제17(a)도 내지 제17(b)도는 레이저 경고문 및 안전에 관한 안내 라벨(label)의 위치를 예시한 도면.
제18도는 시험(test)부품을 예시한 도면.
제19도는 곡선형 표면을 근사하기 위해서는 많은 수의 삼각형이 요구됨을 예시한 도면.
제20도는 어떤 임의의 CAD 물체라도 편평 삼각형, 금사편형 삼각형, 및 급경사 삼각형에 의하여 완전히 묘사될 수 있음을 예시한 도면.
제21도는 슬라이스(SLICE)가 3차원 스테레오리소그래픽(.STL) 파일을 단면분할(Cross-Section)하여 슬라이스(.SLI) 파일을 생성하는 방법을 예시한 도면.
제22도는 삼각형의 종류에 따라 층경계간의 영역이 크로스해치되는지 스킨필되는지를 판단하는 방법을 예시한 도면.
제23도는 삼각형의 분류가 근사편평에서 급경사로 바뀌는 각도를 SLI 파라미터 MSA에 의해 정의되는 방법을 예시한 도면.
제24도는 SLA-1 메뉴 시스템을 예시한 도면.
제25도는 제어 컴퓨터와 슬라이스 컴퓨터간에 이더넷을 통해 파일을 전송하는 네트워크(NETWORK)를 예시한 도면.
제26도는 사용자가 제어컴퓨터로부터 슬라이스를 원격조작할 수 있게 해주는 단말 유틸리티(TERMINAL UTILITY)를 예시한 도면.
제27도는 머지(MERGE) 기능이 하나의 부품에 대한 모든 파일(서포트 및 물체 파일)을 결합하여 층(.L)파일, 벡터(.V)파일 및 범위(range)(.R) 파일을 생성하는 것을 예시한 도면.
제28도는 뷰(VIEW) 기능을 통해 제어 컴퓨터 화면상에 스테레오리소그래피(.STL) 파일 및 슬라이스(.SLI)파일이 디스플레이되는 것을 예시한 도면.
제29도는 .STL 파일의 그래프 작성을 예시한 도면.
제30도는 .SLI 파일의 그래프 작성을 예시한 도면.
제31도 내지 제32도는 생성(BUILD) 상태 화면을 예시한 도면.
제33(a)도 내지 제33(c)도는 작업중 각각 다른 단계에서의 PCA를 도시한 도면.
제34도는 SLA-1 He-Cd 레이저를 예시한 도면.
제35도는 포토이니시에터(photoinitiator) 분자의 여기와 이완을 예시한 도면.
제36도는 온도의 작은 변화로 인해 점성에 큰 변화가 일어나는 것을 예시한 도면.
제37도는 빔의 중심부 근처에서 최대치를 갖는 강도 프로필(profile)을 예시한 도면.
제38도는 굴절 지수의 변화가 불릿(bullet) 형을 개선시키는 것을 예시한 도면.
제39도는 스텝 주기값이 불릿의 전체 치수를 판단하는 방법을 예시한 도면.
제40도는 스텝 크기가 불릿의 최대 직경보다 작거나 같은 경우 어떻게 임의의 지점이 심하게 경화되는지를 예시한 도면.
제41도는 작업 곡선(working curve)을 예시한 도면.
제42도는 밴조탑(banjotop)을 예시한 도면.
제43도는 본원 발명에 따른 물체 형성 과정을 도시한 흐름도.
[발명의 상세한 설명]
스테레오리소그래피 부품은 엘리베이터 플랫폼 위에 직접 구축되는 것이 아니라 바람직하게는 서포트라 알려진 구조물 상에 만들어진다. 서포트를 사용하는 첫번째 이유는 플랫폼으로부터 부품을 분리해 내는데 있다. 플랫폼에 직접 경화되는 부품을 제거하기에는 어려움이 있으며, 특히 접착 표면이 넓은 경우에는 더욱 그러하다. 더욱이, 플랫폼이 비틀리거나 부적절하게 설치되는 경우에는 플랫폼 위에 형성되는 제1층의 두께를 정확하게 제어할 수 없으며, 변화가 심해질 수도 있다. 플랫폼에 접착될 수 있을 만큼 충분히 깊게 경화되지 않은 라인으로 인해, 휘말림을 촉진시킬 수 있는 상태가 된다. 이런 잠재적인 문제가 없더라도, 플랫폼내의 구멍은 플랫폼 상에 직접 제조한 부품의 하부 표면상에 이에 상응하는 융기부(bump)를 생성하게 된다. 플랫폼이 잠길 때의 액체 변위는 제1층의 두께를 변화시킬 수 있고, 이러한 효과는 부품 자체 내에 바람직하지 못하다.
서포트를 사용하는 두번째 이유는 부품을 둘러싼 액체 흐름을 향상시키는데 있다. 향상된 액체 흐름으로 액체의 표면이 더 빠르게 경화되므로, 침강 시간이 더욱 짧아진다. 또한, 완성된 부품으로부터 여분의 수지가 더욱 빠르게 배수되어 후속 처리 시간이 줄어든다.
또한, 흔들리는 경향이 있는 부품 섹션을 고정시키고 침강 동안 휘말리거나 손상되기 쉬운 영역을 강화시키기 위해 서포트를 사용한다.
이제 도면, 특히 도면중 제1도를 참조하면, 본 발명의 실시에 적합한 스테레오리소그래픽 시스템 전체에 대한 블록도가 도시되어 있다. CAD 발생기(2)와 적절한 인터페이스(3)는 전형적으로는 PHIGS 포맷으로 형성하려는 물체의 데이타 기술(data description)을 이더넷 등의 네트워크 통신을 통해 인터페이스 컴퓨터(4)에 제공하고, 여기에서는 대상 데이타를 조작하여 최적화되도록 하고 또한 비교적 다루기 어렵고 복잡한 물체의 형상에 있어서도 응력(stress), 휘말림(curl), 비틀림(distortion)을 감소시키고 해상도(resolution), 강도(strength)와 정확도와 속도 및 재생산의 경제성을 증가시키도록 하는 출력 벡터를 제공하게 하도록 한다. 인터페이스 컴퓨터(4)는 CAD 데이타를 슬라이싱하고 층두께를 변경하고 다각형의 꼭지점들을 라운딩하고, 필링(filling)하고, 편평 스킨과 근사편평스킨, 상향스킨(un-facing skin)과 하향스킨(down-facing skin)을 발생시키며 스케일하고 크로스해칭하며 벡터를 오프셋시키고(offsetting), 벡터 순서를 결정함에 의해서 층 데이타를 발생시킨다. 이는 미국특허출원 제182,830호, 그의 일부계속출원 제269,801호, 및 그의 일부계속출원 제331,644호에 상세히 설명되어 있다. 요약하면, 경계 벡터를 이용하여 물체의 각각의 단면에 대한 윤곽선을 밝혀내고, 크로스 해치 벡터를 이용하여 각 단면의 내부 부분을 밝혀낸다. 이들 벡터는 경계, 크로스해치 및 스킨의 순서로 밝혀진다.
컴퓨터(4)로부터의 벡터 데이타와 파라미터는 시스템의 스테레오리소그래픽 레이저, 미러, 엘리베이터 등을 작동시키기 위해 제어기 서브시스템(5)으로 보내진다.
제2도와 제3도는 스테레오리소그래피를 이용하여 3차원 물체를 발생시키기 위한 본 발명의 기본 시스템을 도시하는 흐름도이다.
자외선광(UV)의 조사 또는 적합한 마스크를 통해 또는 잉크분사에 의해 도포된 반응성 화학물질, 가시광선 또는 비가시광선, 전자 빔과 같은 기타 형태의 상승작용적 자극에 의해 고체 상태의 중합체 플래스틱으로 변화하도록 유도될 수 있는 액체 상태의 화학 물질로는 많은 종류가 알려져 있다. 자외선 경화성 화학 물질은 현재 고속 인쇄를 위한 잉크로서, 종이나 기타 물질의 코팅 공정에서 접착제로서, 그리고 기타 특수 영역에서 현재 사용되고 있다.
리소그래피란 다양한 기법을 사용하여 그래픽 물체를 재생(reproduce)하는 기술이다. 현대적인 것으로는 사진적 재생(photographic reproduction), 복사(xerography) 및 마이크로 일렉트로닉스 제품 생산에 쓰이는 미소리소그래피(microlithography) 등을 예로 들수 있다. 플로터나 음극선관 상에 디스플레이되는 컴퓨터 발생 그래픽(computer generated graphics) 역시도 그 영상이 컴퓨터 코드화된 물체(computer coded object)의 그림이라는 의미에서 리소그래피의 한 형태라고 볼 수 있다.
캐드(CAD:computer aided design)와 캠(CAM:computer aided manufacturing)는 컴퓨터의 능력을 설계와 제조의 과정에 응용시키는 기법이다. CAD의 전형적인 예는 전자 인쇄회로기판(electronic printed circuit board) 설계 분야에서 볼 수 있으며, 여기서는 컴퓨터 데이타 입력으로 설계 파라미터가 주어지면 컴퓨터와 플로터가 인쇄회로기판의 설계 내용을 제도한다. CAM의 전형적인 예로는 수치제어밀링머신(numerically controlled milling machine)이 있는데, 여기서는 적절한 프로그래밍 명령이 주어지면 컴퓨터와 밀링 머신이 금속 부품을 생산한다. CAD와 CAM의 양자는 모두 중요하고도 급성장하는 기술이다.
본 발명의 주 목표는 컴퓨터 발생 그래픽의 원리를 이용하고 자외선 경화성 플래스틱 등을 결합하여 CAD와 CAM을 동시에 실행하여 컴퓨터 명령으로부터 삼차원 물체를 직접적으로 생산할 수 있도록 하는 것이다. 스테레오리소그래피라 불리우는 본 발명은 제품 개발의 설계 단계에서 모형과 원형을 조형(造形)하는데 사용되거나, 제조 장치로서 혹은 심지어 예술양식으로서도 사용될 수 있다. 본 발명은 본 발명의 발명자중 한 사람인 찰즈 더블유 헐에게 1986년 3월 11일 허여된 미합중국 특허번호 4,575,330에 개시된 스테레오리소그래피의 개발 내용을 더욱 향상시킨 것이다.
이제 좀더 구체적으로 도면의 제2도를 참조하면, 스테레오리소그래픽 방법이 개략적으로 도시되어 있다. 제8단계에서는 시스템에 의해 형성될 3차원 물체를 표현할 CAD나 기타 데이타를 전형적으로 디지털 형태로서 발생시킬 것이 요구되고 있다. 이 CAD 데이터는 대개 표면을 다각형 포맷으로 정의하는데, 즉 삼각형과, 이 삼각형이 이루는 평면에 수직하며 기울기를 나타내는 법선이 현재 선호되며, 본 발명의 현재 바람직한 실시예에서는, 이제는 ANSI 표준으로서 채택된 “피그스(PHIGS:Programmer′s Hierarchical Interactive Graphics System:프로그래머를 위한 계층적-상호작용적 그래픽 시스템)”와 일치한다. 이 표준은 예를 들어 캘리포니아주 샌디에고의 템플리트, 메가테크코오퍼레이션에 의해 간행된 “PHIGS의 이해(Understanding PHIGS)”라는 간행물에 설명되어 있으며, 이 책은 본 출원에서 완전히 기술한 것과 다름없이 본 명세서의 일부로서 참조된다.
제9단계에서는, 본 발명에 따라, PHIGS 데이터 또는 그의 동등물들이, 특유의 변환 시스템에 의해, 3차원 물체의 형성에 있어서 스테레오리소그래픽 출력 시스템을 구동하기 위한 변형된 데이타 베이스로 변환된다. 이에 따라 물체를 정의하는 정보는 응력과 휘말림과 비틀림을 감소시키고 해상도와 강도와 재생의 정확성을 증가시킬 수 있도록 특수하게 처리된다.
제2도의 제10단계에서는 형성될 3차원 물체의 단면을 표시하는 개개의 중실의 래미나의 발생을 요구하고 있다. 제11단계는 선별적 경화가 되도록 시스템내에 프로그램된 소기의 3차원 물체를 형성하도록 연속적으로 형성된 인접한 래미나를 서로 결합해 준다.
그러므로, 본 발명의 스테레오리소그래픽 시스템은 복사선의 조사(照射)나 전자빔이나 기타의 입자충격 또는 가해진 화학물질(잉크의 분사에 의해 또는 유체 표면에 인접하게 놓은 매스크 위에서 스프레이를 함에 의해) 등의 적절한 상승작용적 자극에 반응하여 그 물리적 상태를 변화할 수 있는, 예를 들면 자외선 경화성 액체 등의 유체 매질의 선별된 표면에서 형성될 물체의 단면을 만들어 냄으로써 3차원 물체를 발생시킨다. 일련의 인접하는 물체의 단면에 해당하는 일련의 인접한 래미나들은 자동적으로 형성되어 서로 결합되어 물체를 단계적 래미나 즉 얇은 층으로써 축조시키며, 이에 의해 형성 과정 중에 유체 매질의 실질적으로 편평하거나 종잇장 형태인(sheet-like) 표면으로부터 3차원 물체가 형성되고 그려진다.
제2도에 도시된 전술한 기법은 제3도의 흐름도에 보다 구체적으로 개요가 설명되어 있으며, 이 흐름도에서는 또 다시 제8단계에서는 시스템에 의해서 형성될 3차원 형상을 표현하는 CAD나 기타 데이터를 디지털 형태로 발생시킨다. 제9단계에서 PHIGS 데이터는 특유의 변환 시스템에 의해 3차원 물체의 형성에 있어서 스테레오리소그래픽 출력 시스템을 구동하기 위한 변형된 데이타 베이스로 다시 변환된다. 제12단계에서는 소정의 반응성 자극에 반응하여 고화될 수 있는 유체 매질을 용기에 담는다. 제13단계에서는 제1도의 컴퓨터(4)로부터의 데이타 출력에 응답하여 지정된 유체 표면에 상기 자극을 그래픽 패턴으로서 인가하게 되고, 이에 의해 표면에서 얇은 고체의 개별적인 층이 형성되며, 이 때 각 층은 생산될 3차원 물체의 인접하는 단면을 나타낸다. 본 발명의 실제의 응용에 있어서는 각 래미나는 얇은 래미나이지만, 단면을 형성할 만큼 그리고 형성되는 물체의 다른 단면을 정의하는 인접 래미나에 접착될 만큼 적절한 접착성을 가질 수 있을 정도로는 두껍다.
제3도의 제14단계에서는 연속적 인접층 즉 래미나가 형성되는 대로 서로 중첩시킴으로써, 여러 층을 결합시키고 소기의 3차원 물체를 정의하게 된다. 발명의 통상의 실시에 있어서는, 유체 매질이 경화되고 고체 물질이 형성되어 한 래미나를 정의함에 따라, 이 래미나는 유체 매질의 작업 표면으로부터 이동하여 멀어지고 직전에 형성된 래미나가 있던 자리로 들어온 새 액체에서 다음 래미나가 형성되므로, 각 연속적 래미나는 중첩되며, 다른 모든 단면 래미나와(경화된 유체매질이 본질적으로 갖는 접착성에 의해서) 결합된다. 물론, 앞서 지적한 바와 같이 본 발명은 또한 수직과 수평 형상간의 천이에 있어서 발생하는 문제점들 역시도 다루고 있다.
이러한 단면 래미나를 생산하는 과정은 완전한 3차원 물체가 형성될 때까지 되풀이하여 반복한다. 그후 물체를 수조에서 제거하고 나면 시스템은 다른 물체를 생산할 준비가 완료되고, 이 다른 물체는 직전에 형성된 물체와 동일한 것일 수도 있고 또는 스테레오리소그래픽 시스템을 제어하는 프로그램을 변경함에 의해서 형성되는 완전히 새로운 것일 수도 있다.
도면의 제4도 및 제5도는 제1도 내지 제3도의 시스템과 흐름도에 의해 도시되고 기술된 스테레오리소그래픽 방법을 실시하기에 적합한 여러 장치를 도시한다.
앞서 설명한 바대로, “스테레오리소그래피”란 예를 들어 자외선 경화성 물질과 같은 경화성 소재의 얇은 층을 한 층이 다른 층위에 겹치도록 연속적으로 “인쇄”함에 의해서 고체 물체를 제작하는 방법 및 장치이다. 자외선 경화성 액체의 표면이나 층위에 조사되는 자외선 광의 프로그램 가능 가동 스포트 빔(programmable movable spot beam)을 사용하여 액체 표면에 물체의 고체 단면을 형성한다. 그리고 나서 물체를 프로그램된 방식으로 한 층 두께만큼 액체 표면으로부터 멀어지게 이동시키고, 그후에 다음 단면이 형성되고 상기 다음 단면이 물체를 정의하는 직전의 층에 접착된다. 이 과정은 완전한 물체가 형성될 때까지 계속된다.
본질적으로 본 발명의 기법을 사용하면 모든 종류의 물체 형상을 만들어 낼 수 있다. 복잡한 형상인 경우라면 프로그램된 명령을 발생시키고 다시 프로그램 신호를 스테레오리소그래픽 물체 형성 서브시스템으로 보내 주는 것을 도와줄 컴퓨터의 기능들을 사용하면 보다 쉽게 만들어 낼 수 있다.
CAD 시스템의 데이타 베이스에는 여러 가지 형태가 있을 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 그중 한 형태는 물체의 표면을 삼각형으로 구성된 그물망(mesh)으로서 표현하는 것(PHIGS)으로 구성된다. 이 삼각형들은 물체의 내표면 및 외표면 전체를 구성한다. 이러한 방식의 CAD 표현은 또한 각 삼각형에 대한 단위 길이 법선 벡터도 포함하고 있다. 이 법선은 상기 삼각형이 그 외표면을 구성하고 있는 중실부로부터 밖으로 멀어져 가는 방향을 가리킨다(The normal points away from the solid which the triangle is bounding). 본 발명은 이러한 CAD 데이터를 스테레오리소그래픽에 의해 물체를 형성하는데 필요한 층별 벡터 데이타로 처리하는 수단을 제공해 준다. 상이한 벡터 종류에 대한 좀더 상세한 설명은 미국특허출원 제182,830호와 그의 일부계속출원 제269,801, 및 일부계속출원 제331,644호에 기재되어 있다.
스테레오리소그래피가 성공적으로 수행되려면, 한 층과 다른 층의 사이의 접착이 양호해야 한다. 그러므로, 임의의 층의 플래스틱은 직전층을 만들 때 형성된 플래스틱에 중첩되지 않으면 안된다. 수직 세그먼트(vertical segment)들로 구성된 모형을 제작할 때는, 어떤 층에 형성된 플래스틱은 직전의 층의 기 형성된 플래스틱 위에 정확히 일치하여 중첩하므로 접착이 양호하다. 그러나 수직 형상에서 수평 형상으로, 층의 두께를 유한하게 점프시켜서(using finite jumps in layer thickness) 천이하기 시작하면, 결국 한 층에 형성된 플래스틱이 직전층에 형성된 플래스틱과 전혀 접촉하지 않는 점에 도달하게 되고, 이것은 심각한 접착 문제를 초래할 수 있다. 수평표면자체는 접착 문제를 야기시키지 않는데 이는 수평하기 때문에 한 층위에 전체의 단면이 형성되어 측면 방향으로의 접착으로 인해 구조적 일체성이 유지되기 때문이다. 본 발명은 어떤 표면을 완전히 둘러싸는 방법과 형성된 물체내의 응력과 비틀림을 감소시키는 방법을 제공함과 동시에 수직에서 수평으로 또는 수평에서 수직 섹션으로 천이할 때 층간에 적당한 접착을 확보하는 일반적인 수단을 제공한다.
새로이 개선된 스테레오리소그래픽 시스템의 현재의 바람직한 실시예는 제4도의 수직 단면도에 도시되어 있다. 용기(21)는 자외선 경화성 액체(22) 등에 의해 채워져서 지정된 작업 표면(23)을 제공한다. 프로그램 가능 자외선 광원(26) 등에 의해 표면(23)의 평면에 자외선광의 스포트(27)가 생긴다. 이 스포트(27)는 광원(26)과 함께 사용되는 미러나 기타 광학적 또는 기계적 요소(제4도에는 도시되지 않았음)의 움직임에 의해서 표면(23)을 가로질러 이동 가능하다. 표면(23)의 스포트(27)의 위치는 컴퓨터 제어 시스템(28)에 의해 제어된다. 앞서 지적한 대로, 시스템(28)은 CAD 설계 시스템에서의 발생기(20) 등에 의해 만들어져, PHIGS 포맷이나 그와 동등물(equivalents)의 형태로 컴퓨터화된 변환 시스템(25)으로 보내지는 CAD 데이타의 제어 하에 있고, 변환 시스템(25)에서는 응력, 휘말림과 비틀림을 감소시키고 해상도, 강도 및 재생의 정확도를 증가시킬 수 있도록 물체를 정의하는 정보가 특수하게 처리된다.
용기(21)내의 가동 엘리베이터 플랫폼(29)은 선택적으로 위 또는 아래로 움직일 수 있으며, 플랫폼의 위치는 시스템(28)에 의해 제어된다. 장치가 작동됨에 따라, 부재번호 30a, 30b 및 30c와 같은 결합된 래미나의 단계적 구축에 의해 3차원 물체(30)가 생산된다.
자외선 경화성 액체(22)의 표면은 용기(21)내에서 일정한 수위로 유지되며, 액체를 경화시켜 고체 물질로 변환시킬 정도로 충분한 조도를 가진 자외선 광의 스포트(29)나 기타 적절한 형태의 반응성 자극이, 프로그램된 방식으로 작업 표면(23)을 가로질러 이동된다. 액체(22)가 경화하고 고체물질이 형성됨에 따라, 원래 표면(23)의 바로 아래 있었던 엘리베이터 플랫폼(29)은 프로그램된 방식으로 임의의 적절한 액츄에이터(actuator)에 의해서 아래로 이동한다. 이런 식으로, 초기에 형성된 고체 물질은 표면(23)아래로 보내져서 새 액체(22)가 표면(23)을 가로질러 흐른다. 이 새 액체의 일부는 다시 프로그램된 자외선광 스포트(27)에 의해 고체 물질로 변환되고, 이 새 물질은 그 아래에 있는 물질에 접착성을 가지고 결합된다. 이 과정은 완전한 3차원 물체(30)가 형성될 때까지 계속된다. 물체(30)는 이제 용기(21)로부터 제거되고, 장치는 또다른 물체를 생산할 준비가 완료된다. 그러면 또 하나의 물체가 생산되거나, 혹은 컴퓨터(28)의 프로그램 변경에 의해 새로운 물체가 생산될 수도 있다.
예를 들면 자외선 경화성 액체와 같은 경화성 액체(22)는 몇가지 중요한 성질을 가져야만 한다:(A) 실용성이 있을 정도의 물체형성 시간을 가능하게 하기 위해서는 기존 자외선 광원에 의해서 충분히 빨리 경화되어야만 한다. (B) 연속적 층끼리 서로 접착하도록 접착성이 있어야 한다. (C) 엘리베이터가 물체를 이동시키면 새 액체 물질이 표면을 가로질러 신속하게 흐를 수 있도록 점성이 충분히 낮아야 한다. (D) 자외선을 흡수해야 하므로 형성된 필름이 적당히 얇아야 한다. (E) 물체가 형성된 후에 물체로부터 자외선 경화성 액체와 부분 경화된 액체가 완전히 씻어내질 수 있도록, 용제에 용해되고 고체 상태가 된 후에는 동일한 용제(溶劑)에 대해 적당히 불용성(不溶性)이어야 한다. (F) 가능한 한 최대로 무독성, 무자극성이어야 한다.
경화된 물질은 또한 일단 고체 상태가 된 후에도 바람직한 성질을 가져야 한다. 이 성질들은 기타 플래스틱 물질의 종래의 용도에 있어서와 마찬가지로, 관련된 용도에 따라서 다르다. 고려할 성질들로는 색, 조직(texture), 강도, 전기적 성질, 가연성(flammability), 및 유연성(flexibility) 등이 있다. 그리고 많은 경우 재료의 원가가 중요할 것이다.
작동가능한 스테레오리소그래픽의 현재 바람직한 실시예(예:제3도)에서 사용된 자외선 경화성 물질은 일리노이주 데스 플레인즈의 데소토 인코오퍼레이티드에 의해 제조된 DeSoTo SLR 800 스테레오리소그래피용 수지이다.
광원(26)은 소기의 물체의 세부가 형성될 수 있을 정도로 충분히 작으나, 사용되는 자외선 경화성 액체를 실용성이 있을 만큼 신속하게 경화시키기에 충분한 조도를 가진 자외선 광의 스포트(27)를 만들어 낸다. 광원(26)은 집속된 스포트(27)가 액체(2)의 표면(23)을 가로질러 이동하도록 움직이고, 온 또는 오프되도록 프로그램되는 방식으로 설계할 수 있다. 그러므로, 스포트(27)가 움직임에 따라, 스포트(27)는 액체(22)를 고체로 경화시키고, 챠트 기록 장치나 플로터가 펜을 사용하여 종이에 패턴을 그리는 것과 아주 똑같은 방법에 의해서 표면상에 고체 패턴을 “그린다”.
스테레오리소그래픽의 현재 바람직한 실시예에서의 광원(26)은 전형적으로 캘리포니아 서니베일의 리코닉스에 의해 제조된 모델 4240-N HeCd 멀티모드 레이저와 같은 헬륨-카드뮴 자외선 레이저이다.
제4도의 시스템에 있어서는, 초점(焦点)스포트(27)가 고정된 초점 평면상에 정확히 초점이 맞은 상태로 유지되어 작업 표면을 따라 얇은 층을 형성하는데 있어서 최대의 해상도가 확보되게끔, 표면(23)을 일정한 수위로 유지하고 물체가 제거된 후에 재료를 재공급해 주는 수단도 구비할 수 있다. 그러므로 정확히 작업 표면(23)상에 고 조도 영역을 제공하고, 그 아래에서는 저 조도로 급속히 발산하여 경화 과정이 일어나는 깊이를 제한함으로써 물체의 단면 래미나가 적절한 범위에서 가장 얇은 형성될 수 있도록 초점을 형성하는 것이 바람직하다.
엘리베이터 플랫폼(29)은 형성되는 물체를 지지하고 고정하며, 그것을 위 아래로 필요에 따라 이동시키는데 쓰인다. 전형적으로, 한 층이 형성된 후에, 물체(30)는 다음 층의 수위를 일단 지나도록 이동하여 액체(22)가 고체가 형성된 자리에 남은 표면(23)상의 일시적인 공동(momentary void)으로 유입되게 해 주며, 그후에 다음 층의 정확한 수위까지 다시 이동하여 돌아온다. 엘리베이터 플랫폼(29)의 요건은 적절한 정밀도를 가지고 적절한 속도로 프로그램된 방식으로 이동할 수 있어야 한다는 것과, 형성되는 물체(30)의 중량을 다루기에 충분할 정도로 강력해야 한다는 것이다. 그리고 셋업 단계동안 및 물체가 제거될 때에는 엘리베이터 플랫폼 위치를 수동으로 미세 조정할 수 있으면 유용할 것이다.
엘리베이터 플랫폼(29)은 기계식, 공압식(pneumatic), 유압식(hydraulic) 또는 전기식중 어느 것도 가능하며, 또한 정확한 위치 제어를 위해 광학적 또는 전자적 궤환방식을 사용할 수도 있다. 엘리베이터 플랫폼(29)은 전형적으로 유리나 알루미늄으로 제조되지만, 경화된 플래스틱 물질이 접착할 수 있는 소재라면 어떤 것도 적합하다.
작업 표면(23)에서 액체(22)의 수위를 일정하게 유지하기 위해 컴퓨터 제어 펌프(도시되지 않음)도 사용될 수 있다. 유체의 부피 변화를 보상하고 표면(23)에 일정한 유체 수위를 유지하기 위해서, 유체 매질 속에 잠겨 있다가 엘리베이터 플랫폼이 유체 매질 내로 깊이 이동해 들어감에 따라 유체 매질로부터 빠져나오는 고체봉(도시되지 않았음)과 같은 액체 변위장치나 또는 유체 펌프를 구동할 목적으로 해당 기술분야에서 주지된 적절한 수위 검출 시스템 및 궤환 네트워크가 사용될 수도 있다. 그 대안으로서 광원(26)을 검출된 수위(23)에 연동시켜서 작업 표면(23)에 정확한 초점이 자동적으로 유지되도록 할 수 있다. 이 모든 대안은 컴퓨터 제어 시스템(28)과 결합하여 적절하게 데이터를 운영함으로써 쉽게 실시할 수 있다.
제6도는 본 발명이 실시될 수 있는 스테레오리소그래피 시스템의 소프트웨어 전체 구조를 도시한 것이다.
개괄적으로 살펴보면, “슬라이스(SLICE)”라고 불리우는 공정부분에서 생성하려는 물체와 그것을 좀 더 강화시키는데 필요한 뼈대 또는 서포트를 함께 얻는다. 이들 서포트는 전형적으로 사용자의 CAD에 의해 발생된다. 슬라이스가 하는 첫번째 일은 물체의 윤곽선과 그 서포트를 찾아내는 일이다.
슬라이스는 소정의 규정된 제어 방식에 따라 각 마이크로섹션 또는 층을 한번에 하나씩 정의해 준다. 슬라이스는 물체의 중실부분의 경계선을 만들어 낸다. 예를 들어, 어떤 물체가 공동(空洞)형이라면, 이 물체는 외표면과 내표면을 갖게 된다. 이 경우에는 이 윤곽선이 가장 중요한 정보가 된다. 슬라이스 프로그램은 윤곽선 또는 일련의 윤곽선을 취하며, 이 때 서로 결합하지 않는 외부 스킨과 내부 스킨을 생성한다고 하면, 그 사이에 액체를 갖게 되므로 붕괴될 수 있다. 따라서, 실제 생산에 이러한 점을 고려하여, 임의의 방향에서 바라본 삼각형(PHIGS)의 경사도나 이전의 정보를 기억하여, 한 층이 다음 층의 상부와 맞붙지 않을 정도로 완만한 경사도를 가진 곳에서는 표면들 사이에 스킨을 추가하거나 그 사이에 있는 모든 것을 고화하거나 또는 그 사이에 크로스해칭을 집어넣음으로써 실제의 부품으로 변화시킨다. 슬라이스는 이 모든 일들을 수행하며, 광중합체의 화학적 특성, 레이저의 강도, 시스템을 운용하는데 사용되는 각각의 출력 벡터를 노출시키는 기간을 나타내는 관련 파라미터에 관한 몇몇의 참조표를 이용할 수 있다. 이들 출력 벡터는 동일시될 수 있는 집단으로 구성된다. 한 집단은 경계선 또는 윤곽선으로 구성된다. 다른 집단은 크로스 해치로 구성된다. 또 다른 집단은 스킨으로 구성되며, 여기에는 서로 약간 달리 취급해야 하는 상향스킨과 하향스킨 등의 부집단이 있다. 이들 부집단은 소정의 물체 및 서포트를 형성하기 위해 출력 데이터가 적절히 관리되는 과정에서, 서로 약간씩 다른 처리를 거치게 될 수도 있으므로, 서로 다른 방식으로 밝혀진다. 이러한 벡터 종류들은 미국출원 제182,830호와 그의 일부계속출원 제269,801호, 및 그의 일부계속출원 제331,644호에 더욱 상세히 설명되어 있다.
3차원 물체(30)가 형성된 후에, 엘리베이터 플랫폼(29)은 상승되고 물체는 후속처리를 위해 플랫폼으로부터 제거된다.
또한, 본 발명의 실시에 있어서는 여러 개의 용기(21)이 사용될 수 있는데, 각각의 용기에는 스테레오리소그래픽 시스템에 의해 자동적으로 선택될 수 있는 상이한 종류의 경화성 물질을 담고 있다. 이와 관련하여, 다양한 물질에 의해 상이한 색을 가진 플래스틱이 제공될 수 있으며, 전자 제품의 다양한 층으로 사용 가능한 절연성 물질이나 도전성 물질이 제공될 수도 있다.
제5도에 도시된 바와 같이, 경화성 액체(22)에 대해 비혼합성이며 비습윤성인 무거운 투과성 액체(32) 상에 자외선 경화성 액체(22) 등이 떠 있는 대안적인 스테레오리소그래피 구성이 도시되어 있다. 예를 들면, 중간 액체 층(32)으로서는 에틸렌 글리콜이나 중수가 적합하다. 제4도의 시스템에서는, 3차원 물체(30)가 제3도에 도시된 바와 같이 유체 매질 속으로 더 깊이 아래로 이동되는 것이 아니라, 오히려 액체(22)로부터 위로 끌어올려진다.
제5도의 자외선 광원(26)은 스포트(27)의 초점을 비혼합성 중간 액체층(32)와 액체층(22)의 사이에 있는 경계면에 맞추며, 자외선은 용기(21)의 바닥에 지지되어 있는 수정 등으로 만들어진 적합한 자외선 투과성 창(33)을 통과한다. 경화성 액체(22)는 비혼합성 층(32)의 위에 매우 얇은 층으로 공급되므로, 이상적으로는 초박형 래미나가 제공되기 때문에 경화 깊이를 제한하기 위해 흡수 등에만 전적으로 의존하지 않고도 직접 층두께를 제한할 수 있다는 장점을 가진다. 그러므로, 형성이 이루어지는 영역은 보다 정밀하게 정의될 수 있으며, 어떤 표면은 제5도의 시스템을 이용하면 제4도의 시스템을 이용하는 경우보다 더 용이하게 형성될 수 있다.
또한, 자외선 경화성 액체(22)의 양도 더 적게 필요하며, 한 경화성 물질을 다른 경화성 물질로 대치하기가 쉬워진다.
상업적인 스테레오리소그래픽 시스템은 제1도 내지 제5도에 개략적으로 도시된 시스템과 관련하여 이전에 도시된 것들 이외에 추가적인 구성요소 및 서브시스템을 구비할 수 있다. 예를 들어, 상업적 시스템은 또한 프레임과 하우징(housing), 및 제어 패널도 포함할 수 있다. 상업적 시스템은 과다한 자외선 또는 가시광으로부터 운용자를 차폐해 줄 수단이 있어야 하고, 또한 물체가 형성되는 동안 물체(30)를 보여줄 수 있는 수단도 있어야 한다. 상업적 제품은 종래의 고전압 안전 보호장치 및 인터로크(interlock)뿐 아니라, 오존과 유독성 증기를 제어할 수 있는 안전수단을 구비하게 될 것이다. 이러한 상업적 제품은 또한 민감한 전자회로를 전자파 잡음원으로 부터 효과적으로 차폐해 줄 수단도 구비해야 한다.
본 발명에 따르면, 부품 서포트들은 CAD 설계시 사용자에 의해 제공된다. 다음은 초기 어플리케이션에서 제공된 서포트에 필요한 개략적인 설명이다.
[부품 서포트의 요구사항]
A. 플랫폼으로부터 부품을 분리시키기 위하여
1. 경화된 부품을 더욱 쉽게 제거할 수 있어야 한다.
2. 제1층의 두께를 제어를 향상시켜야 한다.
3. 플랫폼 내의 구멍들이 부품상에 일치하는 패턴을 발생시킨다.
B. 부품 내부 및 주위 유체 흐름을 개선하기 위해
1. 유체를 더욱 빠르게 안정시킨다.
2. 침강 시간(dip time)을 최소화한다.
3. 부품이 더욱 신속하고 양호하게 배수되도록 한다.
C. 자유로운 부유층 경계를 고정시키기 위하여
1. 구의 경우, 적도 아래의 층 경계 지름이 신속하게 증가된다.
2. 해치 벡터가 그려질때까지 층경계가 표류할 것이다.
a. 기류
b. 유체의 대류 흐름
3. 적도 위에는 외부 서포트가 요구되지 않지만 내부에서는 요구될 수 있다.
제7도에는 크로스-해치 벡터가 그려질 때까지 서포트가 층 경계를 제자리에 고정시키는 방법이 도시되어 있다.
D. 그 밖의 지지되지 않은 층섹션을 강화시키기 위하여
1. 변형방지
a. 침강 중
b. 부품의 무게 증가로 인해
2. 휘말림 방지
a. 층섹션이 응력을 견딜 수 없음
b. 스몰리(Smalley) 또는 서포트를 사용할 수 있다.
제8도는 캔틸레버 빔 및 유사구조의 변형과 휘말림을 서포트가 방지하는 방법을 도시하고 있다.
E. 부착되지 않은 층섹션을 고정시키기 위하여
1. 이러한 층 섹션은 침강 동안 표류할 것이다.
2. 서포트는 어느 부품이 구축되는가에 따라 달라진다.
3. 서포트는 접촉되지 않은 제1섹션 아래의 적어도 하나의 층에 존재하여야 한다.
제9도는 침강동안 표류되는 층섹션을 서포트가 부착시키는 방법을 도시하고 있다.
다음은 웹 서포트의 개략적인 설명이며, 이후의 어플리케이션에 제공된다.
[웹 서포트]
본 발명의 바람직한 실시예에서, “웹(web)”서포트가 바람직하다.
A. 가장 실용적인 형태
1. 제거하기 쉬움
2. 플랫폼을 통해 떨어지지 않아야 함
3. 그리는데 오래 걸리지 않음
a. 등을 맞댄(back to back) 층 경계
b. 크로스-해치가 필요 없음
c. 스킨이 필요 없음
B. 공통으로 사용되는 서포트 형태의 CAD 라이브러리를 만들 수 있다.
1. 많은 상이한 부품에 유사한 서포트를 사용함
2. 새로운 것을 만들기보다는 기존의 서포트를 변경하는 것이 더 신속함
예 A:제7(a)도 및 제7(b)도에 도시된 고체구의 하부 근처에, 층경계 벡터들은 연속적인 층 각각의 직경이 빠르게 증가하는 원으로 구성된다. 크로스-해치 벡터가 그려질 때까지, 다수의 층경계는 유체 표면에 자유롭게 떠다닌다. 유체의 기류와 대류로 인해 그들이 위치를 벗어날 수 있다.
제7(b)도에 도시된 바와 같이, 구의 적도로 연장되는 서포트를 추가함으로써, 이러한 문제를 해결한다. 적도 위의 층경계들은 이전 층의 크로스-벡터에 직접 형성되므로, 더 이상의 서포트가 필요 없이 견고하게 고정된다.
예 B:제8(a)도 및 제8(b)도(즉, 지지되지 않은 층경계)에 도시된 캔틸레버 빔의 제1층은 부품이 침강될 때 유체의 정전 저항에 의해 영구히 변형될 수 있다. 또한, 이 층은 다음 층이 형성될 때 위로 휘말릴 수 있다. 이러한 모든 문제는 서포트를 부가함으로써 해결된다.
예 C:제9(a)도 및 제9(b)도에 도시된 찻잔 손잡이의 제1층은 형성시에 완전히 부착되지 않아 부품이 침강되면 표류할 것이다. 서포트는 손잡이가 만들어지는 표면이 엘리베이터 플랫폼 또는 찻잔의 몸체에 고정될 수 있도록 한다.
[서포트 설계]
서포트의 가장 실용적인 형태는 이전 설명에 도시된 얇고 수직인 웹이다. 웹 서포트는 후속 공정 동안 제거되기 용이하며, 적절히 설계되는 경우, 엘리베이터 플랫폼 내의 구멍을 통해 떨어지지 않을 것이다. 다른 형태도 필요한 서포트를 제공할 수 있지만, 그리는데 많은 시간이 걸리는 단점이 있다.
일반적으로, 서포트는 부품 파일과는 개별적인 단일 CAD 파일로서 함께 설계된다. 부품이 설계되어 스테레오리소그래피용으로 방향조정된 후에 그 고형 모델에 대한 서포트의 상대적인 위치가 설정된다. 물체 파일 및 서포트 파일은 이후의 스테레오리소그래피 공정에서 병합되어 하나의 파일로서 그려진다. 각각의 어플리케이션에 대한 특정 서포트를 설계하기보다는 CAD 내의 서포트 라이브러리가 추천된다. 어느 경우이든, 서포트는 이하의 지침에 따라 설계되어 부품에 부착된다.
배치:서포트는 부품이 생성될 수 있는 단단한 기반을 제공하는데 필요한 곳에 배치되어야 한다. 또한, 이전의 예에서 설명되었듯이, 서포트는 그밖의 다른 표면을 고정시키거나 강화시키도록 부착되어야 한다.
부품이 후속-경화되고 서포트가 제거된 후, 일반적으로 부품 표면에 융기부가 남게 된다.(융기부는 절단되어 갈아지거나 연마될 수 있다.) 따라서, 가능하다면, 미적 또는 기능적인 이유로 인해 유연할 필요가 있는 표면 상에는 서포트를 배치하는 것을 피한다. 서포트가 반드시 엘리베이터 플랫폼에 부착될 필요는 없으며, 부품의 단단한 섹션에 고정될 수도 있다.
간격:일반적으로, 서포트는 충분히 밀착된 간격을 유지하여 약간의 기울어짐(sag)이나 휘말림이 발생하지 않도록 한다. 그러나, 서포트가 너무 많으면 부품 생성 공정이 느려지게 된다. 웹 서포트는 전형적으로 0.1 내지 0.8인치 정도의 간격을 유지하여야 한다.
방향조정:제10(a)도 및 제10(b)도에 도시된 바와 같이, 부품에 대한 모든 웹 서포트가 서로 평행하게 정렬되어 있으면, 부품이 생성되는 동안 부품 무게로 인해 웹이 옆으로 빠지게 된다. 그러면, 후속 층들은 이전 층에 대해 약간씩 갈라져 나오게(비뚤어지게) 된다. 평행한 웹에 다소 수직적인 웹 서포트를 추가시킴으로서 이러한 층의 비뚤어짐을 방지하게 된다.
높이:구부러지거나 기울어짐을 방지하고 작도 시간을 최소화하기 위하여, 웹 서포트는 필요 이상으로 더 클 필요가 없다. 그러나, 부품은 엘리베이터 플랫폼 위로 최소한 0.25인치 떠 있도록 함으로써 유체의 배수 및 안정화(누그러짐)이 최적으로 될 수 있도록 한다. 긴 웹이 필요한 경우, 제1웹에 수직인 제2웹은 부가 서포트용으로 추가되어야 한다. 단면을 보면, 결합된 서포트는 제10도에 도시된 바와 같이 플러스(+) 기호처럼 보이게 된다.
길이:작도 시간을 최소화하기 위해, 서포트는 최소 필요한 길이로 되어야 한다. 그러나, 플랫폼 상에 구축되는 웹 서포트는 플랫폼에 접촉되는 위치로부터 최소 0.65인치는 되어야 하는데, 그렇지 않으면 웹 서포트가 처지거나 구멍을 통해 떨어질 수 있다. 부품 상의 대각선 서포트 시작과 끝부분은 제11도에 도시된 바와 같이 부벽으로 설계되어야 하며, 그것들이 제거되기 어렵게 부품의 구석 부분으로 연장되지 않도록 한다.
폭:웹 서포트는 1-2밀(mil) CAD 두께의 판(slab)으로 설계되어야 한다. 레이저로 그려진 라인 폭은 보통 10 내지 20밀이기 때문에, 실제 서포트는 CAD 설계보다 상당히 두꺼워진다. CAD 부피를 갖지 않고 단일 표면으로 설계된 서포트는 크로스 해칭을 생성하는 소프트웨어를 혼동시키게 되므로 피해야 한다.
빔 폭 보상 알고리즘은 레이저로 그려진 라인 두께를 보상하게 되므로, 빔폭 보상이 사용되는 경우, 서포트는 소정의 실제 폭인 10-20밀로 설계되어야 한다. 빔폭 보상에 대해서는 미국출원 제182,830호, 그의 일부계속출원 제269,801호, 및 그의 일부계속출원 제331,644호에 더욱 상세히 설명되어 있다.
부착:부품이 서포트에 견고하게 부착되도록 하기 위해서는, 부품이 2개 내지 3개 층 두께(일반적으로, 40 내지 60밀s) 정도로 중첩하여 웹 서포트를 설계해야 한다.
[서포트의 공동형태]
스트레이트 웹(straight web)는 대체로 0.02인치 미만인 매우 얇은 직사각형 또는 핀(fin) 형태이다. 스트레이트 웹 서포트는 단일 표면이 아닌 부피로 정의되어야 한다.
크로스 웹(cross web)는 직각으로 교차하는 두개의 스트레이트 웹으로 이루어진다. 크로스 웹 서포트가 스트레이트 웹보다 더 강하다.
원형 웹(circular web)는 목적물에 강하게 접착되는 공동 튜브(hollow tubes)이다. 원형 튜브는 스트레이트 및 크로스 웹 서포트보다 더욱 강하게 지지할 수 있다. 그러나, 원형 웹은 많은 삼각형을 필요로 하게 되어 많은 메모리를 사용한다.
삼각형 웹(triangular web)는 삼각형을 이루는 3개의 스트레이트 웹으로 이루어져 있다. 이들 서포트는 정점을 교차하는 스트레이트 웹과 함께 사용될 수 있다. 삼각형 웹 서포트는 다른 형태의 웹 서포트보다 더 강하다.
[서포트 구축]
이미 설명된 바와 같이, 서포트는 부품 파일과는 개별적인 단일 CAD 파일에 함께 설계된다. 이들 스테레오리소그래피(.STL) 파일은 하나의 파일로 병합되기 이전에 슬라이스되거나 단면화된다. 서포트에 응용될 수 있는 슬라이스용 소프트웨어와 머지(MERGE)용 소프트웨어 특징은 이하에서 설명하기로 한다. 슬라이스 및 머지의 상업적인 실시예에 관한 더욱 상세한 설명은 미국특허출원 제182,830호, 그의 일부계속출원 제269,801호, 및 그의 일부계속출원 제331,644호에 제공되어 있다.
슬라이싱 서포트 파일:슬라이스는 서포트 파일을 슬라이싱할 때 통상 0으로 설정되는 여러 옵션을 갖고 있다. 웹 서포트가 얇아 크로스 해칭이 필요 없기 때문에, X, Y 및 60/120 해치 간격 값은 0으로 설정되어야 한다. 같은 이유로, 서포트는 스킨을 필요로 하지 않으므로, X 및 Y 스킨 필 값도 역시 0으로 될 수 있다. 웹 서포트가 근사편평(near-flat) 스킨을 필요로 하지 않고 크로스 해칭을 갖지 않기 때문에, 주사된 면에 대한 최소 표면각(MSA)과 최소 해치 교차각(MIA)은 0으로 설정되어야 한다.
서포트 파일에 대하여 선택된 슬라이스 크기와 Z 간격치는 부품 파일에 대하여 선택된 값과 호환성이 있어야 한다. 즉, 서포트 슬라이스 두께는(중첩 영역의) 부품 파일의 슬라이스 두께와 동일하거나 대등하게 분할되어야 한다. 그렇지 않은 경우, 동일한 층에서 서포트와 부품에 대한 선을 그리는 것이 불가능할 것이다.
스텝 주기의 선택:웹 서포트(1밀 간격)의 벽을 형성하면서, 제1벽을 그리는 동안 노출되는 층경계는, 비교적 넓은 레이저선폭 때문에, 제2벽이 그려지는 동안 다시 노출될 것이다. 이것은 스텝 주기를 효과적으로 증가시킨다. 그러므로, 작업곡선으로부터 얻어진 스텝 주기는 그것이 입력되기 전에 2개로 분할될 수 있다.
층 제어 파일 편집:서포트를 형성하는데 필요한 최종 운용자의 행위는 프리페어(PREPARE) 메뉴 옵션을 사용하여 서포트의 제1층을 형성하는 층경계 벡터에 대한 스텝 주기 디폴트값을 증가시키는 것이다. 이렇게 함으로써, 층 두께(경화 깊이)를 증가시킨다. 통상적으로, 서포트 스텝 주기 디폴트값을 3배로 하면, 서포트의 제1층을 플랫폼에 적당히 부착시킬 수 있다.
웹 서포트를 생성하는 또 다른 방법은 경화되는 부품 아래에 내부 크로스 해칭을 갖는 상자를 생성하는 것이다. 이러한 접근 방식에서, 해치 벡터를 생성하기 위해 기존에 구현된 슬라이스 알고리즘을 사용하여 웹 서포트를 생성할 수 있다. 이러한 접근 방식에 의하면, 전술한 바와 같이 CAD/CAM 시스템에서 웹 서포트를 설계할 필요가 없다. 상자는 개별적인 .STL 파일에 생성되고, 그 자신의 .STL 파일에 놓이며, 슬라이싱 이후에 부품용 .SLI 파일로 병합된다. 특히, 스트레이트 웹은 X 또는 Y방향으로 해칭되어 생성될 수 있다. 십자형 웹 서포트는 X 및 Y 방향으로 해칭하여 구현될 수 있다. 삼각형 웹 서포트는 60/120도에서, 또는 X 또는 Y 방향 중 한방향으로 해칭함으로써 구현될 수 있다. 또한, 해치 간격은 필요한 서포트에 따라 1/4″ 내지 1″로 선택될 수 있다.
미국 켈리포니아주 발레시아 소재 3D 시스템즈 인코포레이티드(사)에 의해 제공되는, 본 발명을 구현한 상업 시스템의 실시예가 첨부된 부록 D에 의해 설명되어 있는데, 부록 D는 3D 시스템즈 모델SLA-1 스테레오리소그래피 시스템에 대한 훈련 교범이다.
새롭게 향상된 스테레오리소그래피 방법 및 장치는 플라스틱 물체를 생성하는 종래 방법보다 많은 장점을 갖고 있다. 이 방법에 의하면, 금형 제작 도면을 생성하고 금형 제작해야 할 필요가 없다. 설계자는 컴퓨터와 스테레오리소그래피 장치로 직접 작업할 수 있으며, 설계자가 컴퓨터의 출력 화면상에 디스플레이된 설계에 만족스러우면, 직접 검사를 위해 부품을 제조할 수 있으며, 물체를 정의하는 정보를 이용하여 서포트를 제공함으로써 휘말림과 왜곡을 줄일 수 있고, 해상도, 강도 및 재생산의 정확도도 증가시킬 수 있다. 설계가 변경될 필요가 있는 경우, 컴퓨터를 통해 쉽게 이루어질 수 있으며, 올바르게 변경된 것인지를 검증하기 위해 또 다른 부품을 제작해 볼 수 있다. 상호 작용하는 설계 파라미터를 갖는 여러 부품의 설계가 요구되는 경우에, 본 방법에 의하면 모든 부품 설계가 신속히 변경되고 다시 제작되며 전체적으로 조립되고 검사될 수 있으며, 필요에 따라서는 이를 반복할 수 있으므로, 본 발명이 더욱 유용하다고 볼 수 있다.
설계가 완료된 이후에, 부품 생산을 곧 시작할 수 있으므로 설계와 생산간에 몇 주 또는 몇 달씩 걸리는 것을 피할 수 있다. 최종적인 생산율과 부품 단가는 단기 실행 생산을 위한 현재의 사출성형(injection molding) 단가와 비슷하며, 노동 단가는 사출성형과 연관된 노동 단가보다 낮다. 사출성형은 대량의 동일한 부품이 필요한 경우에만 경제적이다. 스테레오리소그래피는 금형 제작이 필요없고 생산 준비(set-up) 시간이 최소화되기 때문에 생산공정을 단축시키는데 특히 유용하다. 게다가. 본 기법을 이용하면 설계 변동 및 주문용 부품이 용이하게 제공될 수 있다. 스테레오리소그래피는 부품 제작의 용이성 덕분에 현재 금속 또는 다른 재료의 부품이 사용되고 있는 많은 곳에 플라스틱 부품을 사용할 수 있도록 한다. 게다가, 비싼 금속 또는 다른 재료의 부품을 생성할 지를 판단하기 이전에, 물체의 플라스틱 모형을 신속하고 경제적으로 제공할 수 있다.
본 발명은 본 기술 분야에서 3차원 플래스틱 부품 등을 빠르고 신뢰성 있고, 정확하며 경제적으로 설계할 수 있으며 제조할 수 있는 CAD 및 CAM 시스템에 대한 필요성을 만족시킨다.
본 발명의 특정 형태가 도시되어 있고 설명되어 있지만, 발명의 정신 및 범위를 벗어남 없이 다양한 변형이 이루어질 수 있음을 전술한 설명으로부터 명백히 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해서만 제한된다.
[부록 D]
3D 시스템스사
판권소유
[3D 시스템스사]
훈련용 교범
1988. 4
[목차]
[머리말]
(목적과 범위)
이 훈련교범은 스테레오리소그라피를 만드는데 필요한 내용을 다루고 있다. 그 내용은 5개의 절로 나뉘어져 있으며, 각 절마다 스테레오리소그래피의 서로 다른 속성들을 설명하고 있다.
제1절:스테레오리소그라피의 처리과정과 하드웨어, 소프트웨어에 대하여 개괄적으로 설명되어 있다.
제2절:레이저 및 화학 안전에 관해 다룬다.
제3절:부품을 조립하는 순서에 따라 13개의 소절(小節)로 나누어 자세한 부품조립방법을 설명하여 놓았다. 필요에 따라 이 소절을 기본장과 중간장등으로 세분한 곳도 있다.
제4절:스테레오리소그라피의 한계와 일반적인 부품 생산 상의 문제점에 대한 조치방법에 대하여 논의하였다.
제5절:레이저와, 화학, 작업곡선등의 배경 소양에 관한 내용이다. 훈련일정과 스테레오리소그라피의 용어해설 또한 이 교범에 포함되어 있는데, 독자의 신속한 참조에 도움이 되도록 색상으로 표시하여 놓았다. SLA-1 훈련계획은 5일 과정이다. 첫 이틀 동안에는 기본 부품의 생산 과정과 간단한 부품을 생산하기 위한 SLA-1의 동작요령을 다루었는데, 중간에 클래스룸 전체의 토의시간을 삽입하였다. 나머지 사흘동안에는 중급의 내용을 다루는데 보다 복잡한 부품을 생산하는 SLA-1의 사용요령을 점진적으로 보인 것이다. 이 5일 코오스를 마쳤을 때 여러분은 CAD 데이타로 부터 직접 다양한 종류의 부품을 생산하는데 SLA-1을 작동할 수 있게 될 것이다.
[약어(略語)]
CAD 컴퓨터를 이용한 설계나 디자인
CFM ft3/분
DOS 디스크 오퍼레이팅 시스템
MIA 해치간 최소 교차각(θ)
MSA 스캐닝된 다면체의 최소 표면각
MSDS 물질 안전도 자료표
NIOSH 국립 취업안전 및 건강 기판
PCA 포스트 큐어링 장치
RHR 시계방향(오른손잡이의) 규칙
SEA 스테레오리소그라피 장치
UV 자외선
[기호]
^ 공백(스페이스)
콘트롤/브레이크키
[파일의 확장 형태]
[용어]
부품:결합된 목적물과 서포트
목적물:CAD 모델(세부부품의 결합제)
서포트:물체가 생성되는 지지 구조물
[훈련일정표]
1일차:클래스에 대한 소개, 교육일정, 개관 안전수칙, 랩 1-부품생산 1
스테레오리소그래피-그 시작으로부터 종료까지
CAD 설계, 방향조정과 서포트, CAD의 인터페이스, 슬라이스 컴퓨터, 슬라이스-베이직
랩 2-슬라이스
2일자:스테레오리소그래피-그 시작으로부터 종료까지(1일차에서 계속)
제어 컴퓨터, 유틸리티-베이직, 랩 2-유틸리티
네트워크-베이직
랩 2-네트워크
머지
랩 2-머지
준비-베이직
랩 2-준비
생성-베이직
랩 2-생성
후속 프로세스
랩 2-후속 프로세스
체크리스트
3일차:스테레오리소그래피-그 시작으로 종료까지(2일차에서 계속)
슬라이스-중급
랩 3-슬라이스
유틸리티-중급
랩 3-유틸리티
네트워크
랩 3-네트워크
뷰
랩 3-뷰
준비-중급
랩 3-준비
생성-중급
랩 3-생성
4일차:점(bullet), 밴조톱(Banjotops)과 작업곡선
자료파일
랩 4-부품 생성 4
그룹 토론
5일차:문제해결기법
부품 생성 상의 문제점 및 해결방법
학생들간의 부문별 토의
스테레오리소그래피의 설치, 고객지원
훈련평가
종료사
[제1절]
[개관]
스테레오리소그래피는 CAD 데이터로부터 CAD 입체 또는 표면 모형을 정확하게 재현하여 주는 3차원 방식(입체적인)의 프린팅 공정이다. 이 공정은 컴퓨터에 의해 지시되는 가동 레이저빔을 사용하여 광경화성 액화 플래스틱의 표면상에 모형의 단면부를 인쇄하거나 그리게 된다. 일단 하나의 단면이 그려지면 엘리베이터에 의해 한 층의 깊이만큼 하강되어 액화 플래스틱 수조에 잠기고, 또 하나의 단면이 첫번째 단면의 상부에 직접 그려진다. 액화 플래스틱의 특성상 각 층은 마지막까지 접착된다. 이 공정은 스테레오리소그래피의 모형이 그 바닥쪽에서 위를 향하여 입체적인 형상으로 완성될 때까지 한층씩 반복된다. 이렇게 하여 스테레오리소그래피는 재래식의 공구를 사용하는 모형 제작방법보다 훨씬 단시간내에 CAD로 디자인된 모형을 재현하여 준다. 현행의 방법으로 며칠, 몇주 혹은 몇달이 걸릴 수도 있는 작업이 스테레오리소그래피를 사용하여 불과 몇시간만에 가능해지는 것이다. 스테레오리소그래피는 다양한 용도에 작용하여 사용이 가능한데, 예를 들자면;
● 디자인 공학
자동차 산업
대기권과 우주분야
상용
의료분야
● 제조공학
● 건축설계
● 기타의 과학분야
등이 있다.
1.1 스테레오리소그래피 프로세스
스테레오리소그래피의 프로세스는 3개의 주요장치에서 9개의 기본 과정을 거쳐 이루어진다(제12도 참조)
[CAD 시스템]
[CAD 디자인(1단계)]
스테레오리소그래피에 대한 특별한 참고사항없이 CAD 시스템상에 입체 혹은 평면 모형으로서 부품이 설계된다.
[방향조정 및 서포트(2단계)]
CAD 모형은 스테레오리소그래피용 3차원 공간에(CAD 시스템내에) 맞추어져 있다. 베이스, 혹은 서포트는 부품이 생성되는 동안(화면에서의 화상구성) 그 부품을 고착하고 지지하도록 설계되어 있다.
[CAD 인터페이스(3단계)]
CAD 모형은 인터페이스를 통해 스테레오리소그래피용으로 포맷팅된 파일을 생성하도록 처리된다. 이 .STL 파일은 CAD 디자인 모형의 모든 표면에 관한 정보를 통합하여 갖고 있는 파일이다. 인터페이스는 CAD 업자를 통하여 구입할 수 있다.
[스테레오리소그래피 장치]
[슬라이스(4단계)]
3차원 물체를 나타내는 스테레오리소그래피 파일(.STL)은 사용자가 원하는 두께의 층을 생성하기 위해 슬라이스 컴퓨터 상에서 단면화된다.
[네트워크(5단계)]
슬라이스된 파일은 이더넷이나 디스켓을 통해 슬라이스 컴퓨터로부터 제어 컴퓨터로 전송된다.
[병합(6단계)]
부품에 대한 슬라이스된 파일(즉, 서포트 및 부품 자체에 대한 모든 파일)이 결합되어 SLA-1을 작동하는데 사용할 수 있도록 재 포맷팅된다.
[준비(7단계)]
사용자는 각 부품의 위상과 최종 사용에 맞도록 부품 생성의 파라미터들을 지정한다.
[생성(8단계)]
부품은 레이저 빔의 촛점을 감광수지의 표면에 맞추어 레이저 빔이 닿는 부분의 수지를 굳히면서 1회 조사시마다 한 층씩 그 모양이 형성된다. 제1층(맨아래 층)은 수지 표면의 바로 아래에 위치한 수평 플랫폼에 접착된다. 이 플랫폼은 엘리베이터에 부착되어 컴퓨터의 제어에 의해 한 층만큼 아래로 하강한다. 일단 한 층을 생성할 때마다 플랫폼은 수지의 아랫쪽으로 한 층 만큼 하강하여 표면의 수지층에 다음 단면이 형성될 수 있도록 하는 것이다. 엘리베이터가 한 층만큼 하강한 후에 잠깐 멈추는 것은 수지의 표면이 수평으로 되는 시간을 보장하기 위한 것이다. 수지는 점착성을 가지고 있으므로 다음에 생성된 단면은 처음에 생성된 단면에 견고하게 고착된다. 입체 형상의 물체가 완성될 때까지 이러한 과정이 반복된다. 레이저 빔에 조사되지 않고 수조에 남게 된 여분의 수지는 다음의 부품 생성에 사용된다. 이렇게 하여 수지의 낭비는 거의 없게 된다.
[후속 경화 장치]
[후속 공정(9단계)]
이렇게 만들어진 부품은 배수되어 여분의 수지를 제거하고, 중합과정을 마치도록 자외선을 쬔 다음 서포트를 제거한다. 필요에 따라 연마, 작동 모형에의 결합, 도색 등도 수행할 수 있다.
1.2 스테레오리소그래피 시스템(제13(a)도-제13(b)도 참조)
● 스테레오리소그래피 장치
● 후속 경화장치
[스테레오리소그래피 장치]
SLA-1의 주요구성부품은 다음과 같다(제14도 참조):
● 제어 컴퓨터
● 레이저 및 광학 시스템
● 프로세스 챔버
● 제어 패널
● 슬라이스 컴퓨터
[제어 컴퓨터]
네트워크에서 생성에 이르는 모든 스테레오리소그래피 공정은 제어 컴퓨터상에서 이루어진다. 이 컴퓨터에는 메뉴 프로그램이 탑재되어 프로그램 및 파라미터 선택을 용이하게 할 수 있다.
● MSDOS를 탑재한 286컴퓨터(단독사용, 단일 업무)
● 모노크롬 단말
● 40MB 용량의 하드 디스크
● 36-38MB의 디스크 스페이스
● 이더넷 인터페이스
[레이저와 광학시스템]
SLA-1 레이저와 광학 시스템은 프로세스 챔버 위에 그대로 장착된다. 이 구성 부품들은 컴퓨터 제어 하에서 레이저 빔을 발생시켜 액화수지 표면에 조사한다. SLA-1에 사용되는 것은 헬륨-카드뮴(HeCd)와, 다증 모우드의 자외선 레이저이다. 레이저 빔의 출력은 조절 가능한데 공식적으로는 325 나노미터의 파장에서 15밀리왓트의 출력을 가진다. 제15도에 도시된 바와 같이, SLA-1 광학 시스템은 셔터 어셈블리, 2개의 직각 빔 반전 미러(beam-turning mirror), 빔 증폭기, 렌즈위에 장착된 X-Y 이동식 미러들로 구성되어 있다. 2인치 직경의 정밀렌즈는 챔버 환경으로부터 광학용 구성품들이 고립되는 동안 레이저 빔이 챔버로 진입하도록 하기 위한 것이다.
솔레노이드 방식의 셧터는 인터록(interlock) 스위치가 활성될 때 레이저 빔을 차단하도록 작동한다. 인터록 스위치는 레이저빔의 제거와 렌즈의 덮개와 프로세스 챔버도의 개방을 감시한다.
직각 빔 반전 미러는 파장 325 나노미터의 빔만 고효율로 반사하고 다른 파장의 빔들을 반사하지 않도록 특수 코팅처리되어 있다. 제1반전 미러는 레이저로부터 나온 빔을 빔 증폭기의 인입구멍으로 반사한다. 제2미러는 빔 증폭기 배출구멍으로부터 이동 미러(dynamic mirror)로 레이저 빔을 반사한다.
이때 진로가 변경되지 않은 레이저 빔은 약간의 거리를 두고 흩어지게 된다. 스테레오리소그래피에 사용되는 레이저빔은 고정도의 촛점이 필요한데 그 이유는 집속 강도가 높을수록 출력이 높아져서 플래스틱을 보다 확실하게 혹은 보다 신속하게 접착시켜 줄 수 있기 때문이다. 빔 증폭기는 발산하는 레이저 빔을 증폭기의 인입구 직경의 4배만큼 증폭해 주었다가, 다시 집속하여 수지의 표면에 한점으로 빔이 수렴되도록 하여준다.
고속의 이동 미러는 컴퓨터의 제어하에 레이저 빔을 편향시켜 수지 표면에 벡터를 형성한다. 빔 반전 미러와 마찬가지로, 이동식 미러는 고반사도를 갖는 것으로서 역시 325 나노미터파장의 빔만 주로 반사하고 다른 파장의 빔을 발산시켜 버리도록 고안되어 있다.
[프로세스 챔버]
주위여건에 따라 제어되는 프로세스 챔버는 엘리베이터와 플랫폼, 그리고 수지 수조와 프로필러(profiler)로 구성되어 있으며 스테레오리소그래피의 최종 부품을 생성하여 주는 기능을 한다.
이 챔버는 사용자의 안전과 균일한 작업 여건이 유지되도록 설계되어 있다. 공기는 활성 탄소를 통하여 순환되고 걸러진다. 또 챔버의 상부에는 수지 수조와 수지 표면을 밝혀주는 조명이 장착되어 있다. 억세스 도어(access dorr)에 있는 인터록은 도어가 열리면 레이저빔을 차단하도록 셔터를 동작시킨다. 투명한 아크릴 도어는 작업자에게 자외선이 가지 않도록 막는 역할을 한다.
엘리베이터는 컴퓨터의 제어하에서 상승하거나 하강하며 플랫폼은 부품이 생성되는 동안 부품을 지지한다.
수지 수조는 가로 세로 높이가 모두 9인치이며 챔버 내의 엘리베이터와 플랫폼이 정렬되는 지침선 상에 설치된다. 수조의 오버플로우(overflow) 시스템은 남은 수지를 처리용기로 흘려 보내어 항상 일정한 수지의 양을 유지하도록 제어한다.
2개의 빔 프로필러가 프로세스 챔버내에 장치되어 있는데, 수지 수조의 양측면에 각각 놓여져 있다. 이 빔 프로필러는 레이저 출력과 집속 강도를 역시 컴퓨터의 제어하에 항상 측정하고 있다.
[제어 패널]
SLA-1 제어 패널은 아래의 부품을 포함한다.
전원 스위치:주전원을 레이저, 전원, 프로세스 챔버, 및 제어 컴퓨터로 스위치함
오븐 라이트(oven light) 스위치:프로세스 챔버의 상부 조명등을 켜고 끄는 스위치.
레이저온 표시기:레이저 빔의 조사를 표시해 주는 표시기
셧터 온 표시기:레이저빔의 조사중 셧터의 개방을 표시하는 표시기
[슬라이스 컴퓨터]
슬라이스 컴퓨터는 단면의 .STL 파일로부터 .SLI 파일을 생성시켜 준다.
● UNIX를 탑재한 386 컴퓨터(다중 사용자처리, 다중업무용)
● 단색 단말
● 70MB 용량의 하드디스크
● __ MB 이용가능한 디스크 스페이스
● 이더넷 인터페이스
[후속 경화장치(제16도 참조)]
후속 경화 장치(PCA)는 SLA-1으로 제작한 부품을 경화하는데 사용된다. 작업내용은 밀폐되고 배수구를 가진 챔버안에서 단순히 자외선을 부품에 쬐어 주는 것이며 PCA는 가로, 세로, 높이 12인치까지의 모든 부품을 수용할 수 있다. 그 주된 부품은 아래와 같다.
● 최적의 경화를 위해 챔버 내에 위치한 반사경(reflectore)와 3개의 400와트 불활성 금속재질의 자외선 램프. 적업수명이 750시간 이상이라야 한다.
● 균일한 경화를 위해 부품을 분당 1회전시키는 회전 테이블
● 부품을 넣고 꺼내기 위한 2개의 도어(하나는 챔버의 윗쪽, 하나는 챔버의 앞쪽). 2개의 도어 모두가 개방되면 자외선 램프와 턴테이블을 정지시키도록 인터록이 되어 있으며, 작업자의 부품관찰시 자외선을 차단시켜 주는 창이 부착되어 있다.
● 분당 240ft을 냉각시키고 환기시킬 수 있는 팬.
● 전원 스위치와 타이머가 부착된 제어 패널.
[제2절]
[안전]
2.1 레이저의 안전
(안전의 특성)
SLA-1은 1등급의 레이저 장치로 설계되어 있는데, 이는 정상적인 작동하에서는 레이저 빔이 장치 외부로 유출하지 않는다는 것을 의미한다. 기타의 SLA-1의 안전 특성은 다음과 같다.
● 인터록 회로가 활성되면 레이저와 광학 덮개, 그리고 레이저빔을 차단시키는 셔터를 작동시키는 프로세스 챔버의 도어를 인터록시킨다.
● 레이저가 가동중이거나 인터록 회로가 활성되어 있는지를 표시하기 위한 제어 패널 램프
[경고와 안전에 관한 정보 레이블]
SLA-1에는 아래와 같은 레이저 안전 레이블이 부착되어 있다. 딱지의 부착위치는 제17(a)도 내지 제17(b)도에 도시되어 있다.
[ID/증명표시]
2개의 증명 레이블이 CFR 레이저안전적용기준에 대한 적합성을 증명하며 사용 전력 및 식별 데이터를 제공한다.
[인터록 보호덮개 레이블]
3개의 인터록 보호 덮개 레이블이 3개의 인터록 스위치 가까이에 부착되어 있다. 이 레이블은 IIIb 등급으로 고장 가능성이 있는 인터록에 적용되는 기준에 부합하는 것이다.
[논-인터록 보호덮개 레이블]
1개의 인터록되지 않은 보호덮개 레이블은 레이저 커버를 제거하면 보이는 셔터 보호 하우징에 부착되어 있다. 이 레이블은 인터록되지 않은 IIb 등급의 요구사항에 부합되는 것이다.
[안전 주의]
이 교범에서 제시하지 않은, 기계의 조작이나 조정 혹은 작업 방법을 취했을 때 눈에 보이지 않는 유해한 레이저 방사파에 노출될 위험이 있다. SLA-1을 정상적으로 조작하여 사용하기만 한다면 일단은 레이저빔이 사용자에게 해를 주지 않는다. 그러나, 어떠한 이유(SLA-1의 사용법을 설명한 이 교범의 내용대로 사용했을 경우까지도 포함하여)로 인해 인터록에 장애가 발생한 경우, 325nm 파장에서 최고 100nm의 힘을 갖는 헬륨-카드뮴 레이저에 노출될 가능성이 있다. 만일 SLA-1의 훈련교범대로 작업하다가 인터록이 고장나면 즉시 자외선 차단경을 착용하고 레이저빔에 직접 노출되는 것을 피하라. 또한, 레이저 빔을 직접 쳐다보거나 미러 또는 기타 반들거리는 표면에서 반사되는 레이저 빔을 쳐다보는 일을 절대로 하지 말아야 한다.
2.2 화학안전
(안전지침)
스테레오리소그래피에서 사용되는 광중합체에는 잘못 취급할 경우 유해할 수도 있는 다기능의 아크릴 화합물이 포함되어 있다. 화학약품을 취급하는 업무에 종사하는 작업자는 반드시 MSDS(물질 안전자료표)의 안내지침을 입수하여 업무에 참고하여야 한다. 데쏠라이트 SLR 800수지에 관한 안전 안내지침을 아래에 요약하여 놓았다.
자외선 경화성 수지는 눈과 피부에 화상을 입힐 수도 있다. 반복적으로 또는 장시간 수지를 피부에 접촉시키면 감각에 이상이 발생할 수 있다. 또한, 수지 증기도 유해할 수 있다.
● 수지를 다룰 때 측면 보호판이 부착된 안전경을 작용한다.
● 수지를 다룰 때 내화학성 장갑을 착용하고 보호의를 입는다.
● 작업이 끝났을 때, 식사전에, 흡연하거나 화장실에 가기 전에 반드시 몸 구석구석을 철저히 씻어낸다.
● 적합한 환기가 되도록 유의한다. 수지 증기나 연무를 흡입하지 않도록 특히 주의한다.
● 열이나, 전기불꽃, 화염을 멀리한다. 햇빛이나 형광등의 불빛에 노출되지 않도록 한다. 밀폐된 수지 용기가 과도한 열에 노출되면 파열되거나 폭발하는 수도 있다.
국립 소방협회의 B등급 소화기를 사용하라(이산화탄소 분말소화제, 거품 소화제)
● 경화된 부품을 연마하거나 절단할 때 국립취업안전 및 건강기관(NIOSH)에서 승인한 방독면을 착용하고 적절한 환기를 취하라.
● 수지의 폐기는 규정된대로 하라. 빈 수지통을 재사용하는 일도 없어야 한다.
[응급치료 안내지침]
(피부접촉)
물과 비누로 철저히 세척한다. 오염된 옷과 신발은 즉시 벗는다. 만일 피부가 자극되었다면, 즉시 의사에서 보인다. 옷은 재사용하기 전에 세탁하고 오염된 피혁제 구두나 다른 의장은 폐기처분한다.
(눈 접촉)
15분동안 다량의 물로 집중 세척하고 나서, 햇빛이나 형광등 불빛 또는 기타 자외선을 보이지 않도록 하고 의사에게 보인다.
(흡입의 경우)
환자를 신선한 공기가 있는 곳으로 옮겨 인공호흡을 시키거나 규정된 CPR 조치를 취한다. 호흡이 곤란하면 산소호흡을 시키고 의사에게 보인다.
[제3절]
[스테레오리소그래피-그 시작부터 종료까지]
이 절은 모두 13개의 소절로 나뉘어져 있으며 스테레오리소그래피의 부품을 제작하는 과정을 상세히 다루고 있다. 각각의 소절에는 시작 명령어와 작업 과정을 설명하는 기본장이 포함되어 있으며, 어떤 소절들에는 보다 복잡한 부품의 조립을 설명하기 위한 중간의 장이 포함되어 있다.
3.1 CAD 디자인
3.2 방향조정과 써포트
3.3 CAD 인터페이스
3.4 슬라이스 컴퓨터
3.5 슬라이스
3.6 제어 컴퓨터
3.7 유틸리티
3.8 네트워크.
3.9 병합
3.10 관찰
3.11 준비
3.12 생성
3.13 후속 공정
각각의 소절의 기본장의 예로서 동일한 부품(제18도 참조)을 사용하기로 한다. 학생들은 아래와 같이 첫 이틀간의 훈련동안 이 부품을 조립하고, 그런 후에, 중급의 소재를 공부한 다음 보다 복잡한 부품을 제작하게 된다. 이절의 맨 뒤에는 부품을 조립하는데 필요한 체크리스트가 제공되어 있다.
3.1 CAD 디자인
(표면)
물체는 막힌 체적을 명확하게 정의하는 폐쇄 표면으로 표현되어야 한다. 즉, 모형 데이터는 물체의 고형 물질 내부와 내부가 아닌 것을 구체화하여야 한다. 그래야만 모든 수평 단면이 물체의 내부와 외부를 명백히 분리하는 폐곡선으로 구성될 수 있다.
(CAD 해상도)
곡면의 형상을 갖는 물체(예를 들어 구, 원기둥)를 생성하고자 할 경우에는 곡면이 다수의 정다면체나 정다각형으로 근사되어 형성됨을 염두에 둔다. 다면체나 다각형의 면, 각의 수효가 크면 클수록 더욱더 곡면에 근사할 것이고 더욱더 부드러운 곡면을 갖는 부품을 만들 수 있게 된다. 그러나, 면이나 각의 수효가 크면 클수록 슬라이싱에 소요되는 시간이 오래 걸리고, 결과적으로 슬라이스 파일의 크기도 커질 것이다. 대체로, 최하로 허용 가능한 해상도를 사용한다.
(벽의 두께)
곡면 물체에 최소 권고 벽 두께는 0.020인치이다. 이보다 작은 벽 두께는 특별한 조건하에서만 작업이 가능하다. 벽의 두께의 절대 최소치는 레이저 빔폭의 2배이다.
3.2 방향조정과 서포트
(CAD 모형의 방향조정)
스테레오리소그래피로 처리하기 위하여는, CAD 부품은 X, Y, Z 직교 좌표계의 양(陽)의 공간에 존재해야 한다. 그런 후에, 이하의 조건에 따라 방향조정되어야 한다.
● 부품과 CAD 좌표 원점과의 거리를 최소화해야 한다.
● 서포트 구조물의 높이를 최소화해야 한다.
부품은 효율적인 배수를 위해 플랫폼에서 적어도 0.25인치 상방에 위치해야 한다. 그러나, 서포트가 너무 높으면 제작하는 시간이 오래 걸리고 부품이 생성되는 동안 증가하는 부품의 무게로 인해 뒤틀릴 수도 있다.
● 물체의 높이를 최소화하여야 한다. 이렇게 함으로써 생성될 층의 수가 줄어들고, 따라서 작업시간도 단축된다.
● 부품 배수를 최적화한다.
● 경사면의 수를 최소한으로 한다. 이들 면은 층을 중첩하여 형성되므로, 각 층의 두께가 스텝 높이로 되어, 그 면이 “계단 스텝”형태로 되기 때문이다.
● 부드러운 표면이나 미적으로 중요한 표면은 수직면이나 혹은 상향의 수평면이 되도록 한다(수직면 및 상향의 수평면은 하향 표면보다 더 부드럽다).
● 부품이 생성됨에 따라 소요되는 수지의 체적이 최소가 되도록 배치하라. 소요되는 양이 많을수록 액화 수지를 고착시키는데 장시간이 소요되고, 층의 하강 후 수지 표면이 수평을 잡는데 소요되는 시간이 길어져 부품 생성 상의 시간이 더욱 길어진다.
● 중요한 원형 단면이 X-Y 평면상에 배치되었는가 확인하라. X-Y 평면에서 좀더 고해상도가 가능하다.
● 부품이 수지 수조에 수용 가능한 크기인지를 확인하라. 부품이 너무 큰 경우에는 분할되어, 여러 차례에 걸쳐 생성된 후에 후속 공정 중에 재조합될 수 있다.
상기 각각의 요소에 대한 중요성은 부품을 제작하는 목적에 따라 판단된다.
(서포트)
스테레오리소그래피의 물체는 엘리베이터의 플랫폼 상에 직접 만들어지는 것이 아니라 서포트위에서 생성된다. 서포트를 사용하는 주된 이유는
● 플랫폼으로부터 물체를 분리해 낸다. 이는
- 후속 공정 동안에 쉽게 서포트를 제거할 수 있다.
- 심지어 플랫폼이 휘어 있거나 부적절하게 설치되어 있더라도, 물체의 제1층은 균일한 두께를 유지할 수 있다.
- 여분의 수지가 플랫폼을 통하여 신속히 배수된다. 이로 인해 부품이 잠긴 후에 수지 표면이 더욱 신속하게 편평하게 되기 때문에, 부품을 제작하는데 요구되는 시간이 줄어든다. 또한, 여분의 수지가 완성된 부품에서 빨리 배수되면 후속 공정에 소요되는 시간도 단축된다.
● 부품을 플랫폼 또는 그밖의 부품 섹션에 단단히 고정시킨다.
● 침강 동안 비틀림이나 손상되는 것을 방지한다.
[서포트의 상용(常用) 형태]
스트레이트 웹:일반적으로 0.002인치 이하의 두께의 매우 얇은 직사각형 또는 지느러미 형태의 돌출부이다. 스트레이트 웹은 하나의 평면이 아니라 체적으로 정의되어야 한다.
크로스 웹:서로 직교하는 2개의 스트레이트 웹으로 이루어진 웹이다. 크로스 웹이 스트레이트 웹보다 지지력이 좋다.
원형 웹:물체를 강력히 받쳐 주는 튜브 형태의 웹이다. 원형 웹은 스트레이트 웹이나 크로스 웹보다 큰 하중을 감당할 수 있다. 그러나, 이는 더욱 많은 삼각형을 필요로 하므로 메모리의 소요가 증가한다.
삼각형 웹:삼각형을 이루는 3개의 스트레이트 웹으로 구성된다. 이 웹은 정점을 가지는 스트레이트 웹과 연결하여 사용될 수도 있다. 삼각형 웹이 어떤 다른 웹보다 물체에 대한 지지력이 강하다.
[예 1]
고형구의 바닥 근처에(제7(a)도 내지 제7(b)도 참조), 층 경계 벡터는 연속적인 층 각각에 대해 빠르게 증가하는 직경을 갖는 원들로 구성된다. 다른 벡터가 그려질 때까지, 대부분의 층 경계선은 수지 표면상에 자유롭게 떠다닌다. 액체내의 기류 또는 대류 흐름으로 인해 층 경계선들이 제위치를 일탈할 수 있다.
도시된 바와 같이, 구의 적도까지 연장되는 서포트를 추가함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있다. 적도보다 위에 층 경계선이 이전 층의 크로스 해치 벡터 상에 직접 형성되며, 더 이상의 서포트 없이 단단히 고정됨을 주목한다.
[예 2]
캔틸레버된 빔의 제1층(제8(a)도 내지 제8(b)도 참조)은 부품이 침강될 때 액체의 정전 저항성으로 인해 영구히 변형될 수 있다. 또한, 다음 층이 형성될 때 그 층이 윗방향으로 휘어질 가능성도 있다. 이 모두가 서포트를 부착하면 해결될 수 있을 것이다.
[예 3]
부품이 형성되면 찻잔 손잡이의 제1층(제9(a)도 내지 제9(b)도)은 완전히 떨어지게 되고 부품이 침강되면 그 층은 표류하게 될 것이다. 서포트는 엘리베이터 플랫폼이나 찻잔 몸체에 고정되는 평면을 제공하여 그 위에 손잡이가 만들어질 수 있도록 한다.
[서포트의 생성]
주의:
● 서포트는 CAD 공간의 양의 영역내에 완전히 포함되어야 한다.
● 바닥 서포트는 물체의 맨 아래층을 약 0.040 내지 0.060인치 정도로(보통 2-3층의 두께에 해당) 중첩시켜야 한다. 물체와 서포트의 결속을 견고하게 하기 위한 방편이다.
● 측면 서포트의 경우에도 역시 물체와 중첩시켜 지지력을 확보한다.
일반적으로, 서포트는 물체의 파일과는 구별되는 하나의 CAD 파일로 함께 설계된다. 물체가 디자인되어 스테레오리소그라피용으로 방향조정된 후에 물체에 대해 서포트가 배치된다(물체와 서포트 파일은 병합되어, 이후의 스테레오리소그라피 처리에서 하나의 파일로 그려진다). CAD 시스템내에 포함되어 있는 서포트 파일 라이브러리를 이용함으로써, 개개 물체마다 개별적인 서포트를 설계할 필요성이 줄어든다. 어떠한 경우에도, 서포트는 이하의 지침에 따라 설계되고 물체에 부착되어야 한다.
위치선정:서포트는 물체가 생성될 수 있는 단단한 기반을 제공할 수 있는 위치에 배치되어야 한다. 여기에는 구석과 모서리도 포함된다. 또한, 앞의 예에서 설명한 바와 같이, 다른 표면을 고정하거나 지지하는 방향으로 배치되어야 한다. 가능하다면, 미적인 이유 또는 기능적인 이유 때문에 매끈하게 성형될 필요가 있는 표면상에 서포트를 배치하는 것을 피한다. 부품이 후속 경화되어 서포트가 제거된 후에, 이랑의 흔적이 부품의 표면상에 남게 된다(그러나, 이러한 흔적은 절삭하여 연마하거나 문질러 없앨 수 있다). 서포트는 엘리베이터의 플랫폼뿐만 아니라 부품의 가장 강한 부분에 부착되는 것이 좋다.
배치 간격:서포트의 배치간격은 보통 0.1∼0.8인치이다. 일반적으로, 상당한 침하나 휘말림이 발생하지 않도록 충분히 조밀한 간격으로 서포트를 배치한다. 그러나, 과도하게 많은 수의 서포트를 배치하면 그만큼 부품 생산 공정에 더 많은 시간이 소요됨을 염두에 두어야 한다.
방향조정:층의 비틀어짐을 방지하기 위해 크로스 웹을 사용한다. 제10(a)도 내지 제10(b)도에 도시된 바와 같이, 부품을 위한 강한 웹 서포트가 서로 병렬적으로 정렬되어 있다면, 부품이 생성되는 동안에 부품 무게로 인해 웹들이 옆으로 기울어질 수 있다. 그러면, 이후의 층들도 이전 층에 비해 약간씩 밀리게 된다.
높이:서포트는 엘리베이터 플랫폼을 기준으로 했을 때 최소한 0.25인치 상방의 위치에서 부품을 지지해 주어야 작업 중 수지의 배수 작업과 표면의 수평화가 순조로워진다. 물체가 구부러지거나 기울어지는 것을 방지하고 그리기 시간을 최소화하기 위해서는 서포트가 요구된 것보다 높아서는 안된다. 높은 서포트가 필요한 경우에는, 크로스, 원형 또는 삼각형 웹을 사용하여 지지력을 보강해 주어야만 한다.
폭:서포트의 폭은 그들이 플랫폼에 접촉하는 부분에서 최소한 0.65인치 이상이 되어야 한다. 그렇지 않은 경우에는 서포트가 기울어지거나 플랫폼의 배수구멍에 빠질 수 있다. 그러나, 도면 작성 시간을 최소화하기 위해, 서포트 폭은 너무 커서도 안되고 꼭 필요한 만큼이라야 한다. 제11도에 도시된 바와 같이, 부품의 몸체에서 출발하여 몸체 내에서 끝나는 경사 서포트는 부벽(buttresses)으로 설계되어야 하며, 부품의 구석으로 확장되어 제거를 어렵게 하지 않도록 한다.
두께:서포트의 두께는 가능한 한 최소가 되도록 설계하여야 한다(웹 서포트의 두께는 1밀리인치라야 한다). 레이저로 그려지는 라인 두께가 보통 10-20밀리인치이므로, 실제 서포트는 CAD 설계 시보다 상당히 두꺼워진다. CAD 체적이 없는 단일 표면으로 설계된 서포트는 허용될 수 없다.
부착:물체가 서포트에 견고히 부착되도록 하기 위해, 설계시에 물체를 수직방향으로 서로 0.040-0.60인치(보통 2-3층 두께) 정도로 중첩시키는 것이 바람직하다.
3.3 CAD 인터페이스
[테슬레이션(바둑판무늬) 이론]
대부분의 CAD 및 고형 모형화 시스템은 부품의 표면을 삼각형 집합으로 나타낸다. 삼각형이란 계산하기에 가장 간단한 다변체이며, 충분히 많은 수를 사용한다면 거의 모든 표면을 근사시킬 수 있다.
삼각형 이외에 가장 용이한 기하학적 도형은 사각형이다. 가장 해석하기 곤란한 것이 곡선이다. 제19도에서 도시된 바와 같이, 사각형은 대변을 서로 맞댄 2개의 삼각형으로 형성될 수 있다. 반면에 곡면인 경우에는 엄청난 수의 삼각형에 의해서만 근사시킬 수 있다. SLA-1은 스테레오리소그래피의(.STL) 파일당 최대 14,000개까지의 삼각형을 처리함으로서 정확한 원형 및 그밖의 곡면을 생성할 수 있다.
(삼각형의 분류)
제20도에 도시된 바와 같이, CAD의 삼각형은 스테레오리소그래피의 사용 목적상 편평(수평), 근사편평(near-flat)과 급경사(steep:수직, 혹은 수직근사)으로 그 형태가 분류된다. 단순화된 자동차 지붕은 편평 삼각형의 집합으로 구성된다. 후드와 트렁크는 근사편평 삼각형으로 이루어진다. 차의 앞부분과 측면, 뒷부분은 급경사 삼각형들의 구성체이다.
(.STL 포맷파일)
슬라이스에 입력하기 요구되는 .STL 파일은 외향(고형체로부터) 단위법선을 갖는 삼각형들로 구성되어 있다. 이 포맷은 각각의 삼각형들의 정점과 단위법선들의 X, Y, Z 좌표를 설정한다. .STL 파일을 파생하기 위한 인터페이스 장치는 CAD 업자들에 의해 공급된다.
.STL 파일의 구성은 ASCII 이거나 2진포맷의 코드일 수 있다. 작업의 효율이나 디스크 스페이스 등을 고려하면 2진 코드가 바람직하다. ASCII는 인터페이스의 디버깅이 용이하므로 그 경우에만 때때로 사용된다.
3.4 슬라이스 컴퓨터
(개관)
스테레오리소그래피 파일은 슬라이스 컴퓨터에 입력되어 슬라이스 프로그램에 의해 단면화된다. 슬라이스된 파일은 이후의 처리를 위해 제어 컴퓨터로 전송된다. 모든 파일의 전송은 이더넷 또는 플로피 디스켓을 통해 이루어진다.
(UNIX 사용)
UNIX는 복수 업무, 복수 사용자 기능의 오퍼레이팅 시스템이다. 모든 명령은 소문자로 입력된다. 슬라이스 컴퓨터는 본 셸(Bourne shell)을 실행시킨다.
(시작)
Login:로그인(login) 프롬프트에 사용자 ID를 입력한다.
Password:패스워드를 입력한다. 패스워드는 화면에는 출력되지 않는다.
UNIX 프롬프트:UNIX 프롬프트가 나오면 UNIX 코맨드를 치거나 슬라이드 프로그램을 실행한다.
dosget:DOS 포맷된 디스켓으로부터 작업 디렉토리로 파일을 복사할 때 사용한다. ASCII 파일인 경우에는 -a, 이진 파일인 경우에는 -b를 각각 지정해준다.
주의:슬라이스 컴퓨터는 파일형태(ASCII 또는 2진) 지정을 요구하지 않는다. 디폴트값은 ASCII이다.
[파일의 복사와 Logoff]
dosput:작업 디렉토리에서 DOS 포맷의 디스켓으로 파일을 복사할 때 사용한다.
Logoff:Logoff UNIX
Abort:슬라이르를 끝내려면 엔터키 또는 델(Delete) 키를 이용한다.
[UNIX 코맨드]
UNIX는 수많은 코맨드와 선택사양을 가지는 매우 강력한 오퍼레이팅시스템이다. 그러나, 일상적인 작업에 사용되는 코맨드라면 아래에 열거된 것으로 충분할 것이다. 이 이외의 코맨드는 UNIX 자료를 참조해야 한다.
cat:화면에 파일을 표시하기 위해 사용한다. 예를 들어, newfile.ext를 화면에 표시하기 위해서는
라고 친다.
cd:한 디렉토리에서 다른 디렉토리로 옮길 때 cd(디렉토리 전환)을 사용한다. 예를 들어, 홈(home) 디렉토리에서 newdir 디렉토리로 가려면
를 치면 된다.
다시 홈 디렉토리로 오고 싶으면
를 친다.
cp:파일을 복사할 때 사용한다. 이미 존재하는 oldfile과 꼭같은 내용의 newfile이란 파일을 현재의 디렉토리내에서 그대로 생성하고 싶으면
을 치면 된다.
df:남아 있는 디스크 블록의 수를 표시한다.
du:디스크의 사용도를 요약한다.
ls:디렉토리내의 파일과 서브디렉토리들은 알파벳순으로 열거한다. 아무 내용이 없는 디렉토리인 경우에는 $프롬프트만 표시된다.
ls는 인자로서 파일명 또는 디렉토리명을 받는다. 파일명을 사용하는 경우, 그 파일이 디렉토리 내에 있다면 화면에 열거될 것이다.
디렉토리를 지정한 경우, 디렉토리 내의 모든 파일이 열거될 것이다.
ls 코맨드와 사용될 수 있는 몇가지 옵션이 있는데, 다음이 가장 유용하다.
#ls^-1:디렉토리내의 각 파일에 대한 모드, 링크 수, 소유자, 그룹, 파일 크기, 최종 변경 시기를 나타낸다.
mv:파일이나 디렉토리의 내용 변경 없이 이름만 바꿀 때 사용한다. 예를 들어 newfile을 oldfile로 이름을 변경하고자 할 때
을 치면 된다.
pwd:현재 작업 중인 디렉토리의 내용을 화면에 표시할 때
을 치면 된다.
rm:디렉토리에서 파일을 지울 때에 rm(remove)를 사용한다. 예를 들어, 현재 디렉토리 내에서 newfile을 제거할 때는
을 치면 된다.
who am:현재 사용하고 있는 작업자의 이름을 알고 싶으면 who am i를 사용하는데
이라고 친다.
3.5 슬라이스
[개관(제21도 참조)]
제21도에 도시된 바와 같이, 슬라이스는 스테레오리소그래피의 3차원(.STL) 파일을 단면으로 쪼개어 3차원 물체를 생성하기 위해 각각이 그 다음의 것 위에 얹혀지는 X-Y 평면상의 층 모양의 단면들로 구성되는 Slice(.STL) 파일을 생성한다.
[일반 사항]
슬라이스 컴퓨터에서 바로 로그온하거나, 혹은 리모우트 유저(REMOTE USER)를 사용하여 제어 컴퓨터에서 로그온 한다. UNIX 프롬프트($)에서 슬라이스를 실행한다. 다음 단계는 기본 옵션을 바꾸고, 필요에 따라 특별한 파라미터를 입력하는 것이다. 이러한 옵션들은 슬라이싱을 직접 제어하며 나중에 스테레오리소그래피에서 만들어지는 부품에 중대한 영향을 미친다. 이러한 옵션(파라미터등)은 나중에 이와 동일하거나 유사한 작업이 있을 때를 대비하여 옵션 파일(.STL)에 저장될 수 있다. 마지막 단계는 .STL 파일을 슬라이스 옵션에 맞추어 슬라이싱하여 슬라이스(.STL) 파일을 생성하는 것이다.
[층 경계, 크로스 해치와 스킨필(제22도 참조)]
층 경계(layer border):층 경계 벡터는 경계표면을 정의한다.
크로스해치(crosshatch):크로스해치 벡터는 층 경계간의 수지를 부분적으로 고착시켜 지지하도록 슬라이스에 의해 슬라이스 파일내에 생성된다. 크로스해치와 사용된 유형간의 간격은 슬라이스를 실행시키기 이전에 선택된다.
스킨 필(skin fill):수평(윗면과 바닥)면은 스킨 형태를 형성하는 인접된 일련의 병렬 벡터로 이루어진다. 스킨간의 층은 일반적으로 지지력의 보강을 위하여 크로스 해치된다.
[층 두께]
층 두께는 사용자가 층의 두께를 선정하고 두께에 변화를 줄 수 있는 슬라이스 파라미터로서 부품의 수직 해상도에 해당하는 것이다. 보다 얇은 층을 사용할수록 부품의 정밀도와 수직(Z) 축의 해상도는 높아진다. 수직축의 정밀도와 해상도는 1층의 두께로 제한된다.
경사진(근사편평) 표면은 계단식으로 나타나는 보다 작은 수평 및 수직면들로 근사된다. 선택된 층의 두께는 이 사면의 한 계단높이가 된다. 층 경계간의 갭은 스킨 필로 채워진다. 필요한 경우에는 그밖의 영역들이 크로스 해치될 수 있다. 근사 편평 영역의 층 두께를 감소시키면, 각 스텝 높이가 줄어들기 때문에 좀더 매끈한 표면이 될 수 있다.
두꺼운 층을 이용하여 부품을 강화할 수 있으며 어떠한 경우에는 부품을 생성하는데 필요로 되는 시간을 감소시킬 수 있다. 그러나, 두꺼운 층을 그리기 위해서는 수지 표면 위로 레이저가 좀더 느린 속도로 투사되어야 하므로, 두껍게 작성함으로써 절약되는 시간 및 이에 따라 줄어든 층수는 그리기 속도가 줄어드는 것에 의해 일부 상쇄된다.
[벡타 블록]
슬라이스(프로그램)는 다양한 2점 벡터들에 대하여 벡터 블록을 생성시켜 준다. 블록의 식별을 아래와 같은 연상 코드(mnemonic)법칙에 따른다.
[슬라이스 해상도]
슬라이스 해상도는 각각의 CAD 유닛에 포함된 슬라이스 유닛의 개수를 지정함으로써 .STL 파일을 CAD 공간에서 Slice 공간으로 옮긴다.
Slice 해상도=Slice 유닛의 갯수/CAD 유닛
[슬라이스의 주 메뉴]
[명령어의 종류]
Alter:표준 슬라이싱 파라미터의 변경
Extra:Alter 메뉴에 없는 기타 파라미터의 선택한다. 이들 기타 파라미터는 부품 생성에 대한 수직축을 지정한다.
(디폴트) Z축을 따라 부품을 슬라이싱한다.
-X축을 따라 부품을 슬라이싱한다.
-Y축을 따라 부품을 슬라이싱한다.
Save:화면에 표시된 옵션, 현재 옵션 파일 내의 가변 층의 두께표와 기타 파라미터를 저장한다.
DoSlice:현재 옵션을 사용하여 슬라이스 프로그램을 실행한다.
Quit:슬라이스를 종료함. Quit는 옵션 파일을 저장하지 않는다(우선 SAVE를 해야한다).
[변경(Alter) 메뉴]
데이타베이스 파일명:슬라이스될 .STL 파일과 그 파일의 ASCII 혹은 이진코드 여부를 지정해준다. 파일명만 입력한다. .STL라는 확장명은 자동으로 부여된다.
해상도:CAD 단위를 보다 작은, 3차원 격자를 생성하는데 필수적인, 보다 작은 슬라이스로 나눈다. 따라서, CAD 모형이 인치 단위로 설계되고 해상도가 1000으로 설정되는 경우, 부품의 각 인치는 1000개의 슬라이스 단위로 나뉘고, 각각은 0.001인치의 길이를 갖는다.
주의:
● 해상도가 높을수록 삼각형의 왜곡도가 감소되고 크로스 해칭 오류는 줄어든다.
● 1개 부품을 구성하는 모든 파일(모든 서포트와 물체 파일)은 동일한 해상도로 슬라이스되어야 한다.
● CAD 모형의 가장 큰 X, Y, Z축 좌표는 슬라이스 해상도에 대한 허용 최대치가 판단된다.
(최장길이)*슬라이스총수＜65,535 이내이다.
● 우수리 없는 수를 사용한다(예, 1000, 2000, 5000 등)
층의 두께:CAD 단위의 수직방향 Slice 두께를 결정한다(층의 두께는 나중에 CAD 단위 및 슬라이스 단위 모두로 표시되지만 입력은 반드시 CAD 단위로 해야한다).
층의 두께는 전체 파일에 대하여 고정되거나(즉, 모든 층에 동일한 층 두께가 할당됨) 변할 수도 있다.(층의 그룹별로 다른 두께를 갖는다). 많이 쓰이는 층의 두께치는 0.002에서 0.030인치까지이다.
예를 들어, 0.01인치 두께의 층으로 형성되는 부품을 만들고자 한다면 .01을 입력한다. 그러면, 화면에 SLICE UNIT이라는 제목 아래에 자동으로 슬라이스 단위의 층 두께가 표시된다. 사용될 수 있는 층의 최대 갯수는 16384개이다(이는 8.0인치의 부품을 0.0005인치 두께의 층으로 슬라이싱한 것에 해당한다).
해치 간격:(4), (5), (6)의 옵션은 X축, Y축에 평행하게 그려지거나 X축으로부터 60 또는 120°기울어져 도시된 인접 해치 벡타들 간의 수직 거리를 CAD 단위로 지정한다.
주의:
● 많이 쓰이는 해치 간격 값은 0.05-0.10인치이다.
● 웹 써포트에는 0값을 준다(웹 써포트는 서로 등을 맞대는 수직 표면으로 설계되므로 크로스 해치값이 불필요하다). 0의 의미는 크로스 해치가 발생되지 않는다는 뜻이다.
● X와 Y 크로스 해치는 사각격자를 형성하기 위해 통상적으로 동시에 사용된다.
● X와 60/120 크로스 해치가 가장 빈번히 사용되는 경향이 있는데 X나 Y 크로스 해치를 단독 사용했을때 보다는 부품의 구조가 보다 견고해지기 때문이다.
필 간격:옵션(7)과 (8)은 X축이나 Y축에 각각 평행하게 그려진 스킨 벡타 간의 수직 거리를 CAD 단위로 지정한다.
주의:
● 많이 쓰이는 필 간격 값은 0.001-0.004인치이다.
● X와 Y 필을 동시에 함께 사용하면 표면에 응력을 가해져 변향될 수 있기 때문에 동시에 사용하지 않는다.
● 써포트용으로 0값을 이용한다.
출력파일명:Slice 출력파일에 할당되는 파일명이다.
정지:주메뉴 프로그램으로 제어를 넘겨준다.
[작업순서(랩2-슬라이스)]
[시작하기 전에]
● .STL 파일을 슬라이스 컴퓨터로 전송한다.
● UNIX를 로그온 한다.
단계 1) UNIX 프롬프트에서, 슬라이스 프로그램을 실행시키고 물체 파일명을 입력한다.
단계 2)
슬라이스 주 메뉴에서, 표준 옵션을 바꾸기 위해서는 “A”를 누른다.
단계 3) 현재 물체:CAM_PART
변경(Alter) 메뉴에서, 다음 옵션을 갱신하거나 확인한다.
Q를 눌러 슬라이스 주 메뉴로 되돌아간다.
단계 4) E를 눌러 기타 파라미터를 설정하고 -y를 입력한다.
단계 5) S를 눌러 옵션 파일을 cam_part.UII로 저장한다.
단계 6)
슬라이스 주 메뉴에서, D를 눌러 cam_part 파일을 슬라이스한다.
단계 7)
슬라이스 종료되면,
를 눌러 슬라이스 주 메뉴로 되돌아온다.
단계 8) 슬라이스 주메뉴에서, A를 눌러 써포트 파일(cam_bass)에 대한 표준 옵션을 변경한다.
단계 9) 변경(alter) 메뉴에서, 아래의 옵션을 갱신한다.
해치, 스킨필, MSA(스캐닝된 다면체의 최소 표면각) 값을 0으로 한다(옵션(4)∼(9)).
단계 10) E를 누른 다음 기타 파라미터를 -y로 설정한다.
단계 11) S를 눌러 옵션 파일을 cam_bass.UII로 저장한다.
단계 12) 슬라이스 주 메뉴에서, D를 눌러 cam_bass 파일을 슬라이스한다.
단계 13) 슬라이스 주 메뉴에서, Q를 눌러 슬라이스 프로그램을 종료시킨다. 그러면, UNIX 프롬프트로 되돌아온다.
[중급 주제]
[슬라이스 주 메뉴]
Load:다른 파일을 로드한다. 화면에 이전에 열거된 옵션들은 자동적으로 저장되지 않는다(반드시 SAVE 명령을 사용한다). LOAD 명령을 사용하는 것은 슬라이르 프로그램을 종료하고 슬라이스에 새로운 파일을 재입력하는 것과 동일하다.
Write:옵션을 다른 물체의 옵션 파일에 기록한다.
Copy:먼저 저장된 물체의 옵션 파일을 현재의 옵션 파일로 복사한다. COPY 명령어를 사용하면 이전 것이 실행되는 중에 입력된 값과 유사한 옵션을 다시 입력하는 수고를 덜 수 있다.
[변경(alter) 메뉴]
[가변 층두께]
층 두께를 변화시킬 수 있으므로, 층 두께가 개별적으로 지정될 수 있는 층집함(범위)이 파일에 생성될 수 있다.
얇은 층은 통상 다음의 경우에 사용된다.
● 경사표면의 계단식 흔적을 최소화시킬 때
● 매우 중요한 수직 치수 및 부품의 미세 부분의 정확성을 개선하기 위해 두꺼운 층은 지지되지 않는 영역을 강화하거나 더욱 강하고 단단한 층을 생성하려고 할 때 종종 사용된다.
[층 두께 명령]
A:테이블에 새로운 Z 레벨을 추가시킨다. Z 레벨은 지정된 두께로 슬라이싱을 시작하기 위한 수직 치수를 지정한다. 시작 치수와 층 두께는 모두 CAD 단위로 입력된다. 또다른 Z 레벨이 지정될 때까지는 이 간격으로 슬라이싱이 계속될 것이다. 제1(최하위) Z 레벨은 슬라이스될 물체의 바닥이나 그보다 아래에서 출발하여야 한다.
D:테이블로부터 Z 레벨을 삭제한다.
S:테이블을 저장한후 변경(alter) 메뉴에 제어를 넘긴다.
Q:테이블을 저장하지 않고 변경(alter) 메뉴로 되돌아간다.
H:전술한 내용과 유사한 도움(help) 메뉴를 출력한다.
[MSA]
SLICE 파라미터 MSA(스캐닝된 다면체의 최소표면각)는 삼각형 분류가 근사편평에서 급경사로 변화하는 임계각을 정의한 것이다. 제23도에서 도시된 바와 같이, 근사편평 삼각형은(수평면에 대하여) 0보다 큰 각도를 가지며 MSA 보다는 작거나 큰 각을 갖는다. 급경사 삼각형은 MSA 보다는 크지만 90°보다는 작은 각으로 배치되어 있다.
주의:
● MSA 보다 경사도가 작은 삼각형은 근사편평으로 분류된다. 이러한 삼각형의 경우, 슬라이스는 인접해 있는 층 경계간의 갭을 채우기 위해 근사편평 스킨을 생성한다. MSA 각을 너무 크게 하면, 슬라이스는 필요 이상의 스킨 벡터를 생성하도록 하여, 실행 시간이 길어지고 파일 크기가 커진다. MSA 각을 너무 작게 하면, 최종 완성부품의 갭으로 인해 물체의 벽 외부로 액체가 배수되는 결과를 가져온다.
● 올바른 MSA 값은 사용되는 층 두께에 따라 변한다.
권장할만한 MSA 값은 다음과 같다.
● 웹 써포트에는 0값을 준다.
[MIA]
부품 생성상 문제를 일으킬 수 있는 특정 해치 벡터를 제거할 수 있도록 해준다. 이는 고급(advanced) 옵션이므로, 3D 시스템의 응용 엔지니어에게 상의하기 바란다.
[작업순서(랩3-슬라이스)]
변수:층 두께
단계 1)
변경(alter) 메뉴에서 3을 눌러 “(3)층 두께”를 선택한다.
단계 2)
V를 눌러 가변 두께를 선택한다.
단계 3) 필요하다면 Z 레벨을 추가하거나 삭제한다.
주의:최초의 Z 레벨은 부품의 바닥이나 혹은 그 이하에서 출발해야 한다.
단계 4)
S를 눌러 층두께 테이블을 저장한다.
단계 5) Q를 눌러 변경(alter) 메뉴로 되돌아온다.
단계 6) 필요에 따라 다른 표준 옵션을 변경시킨다.
(4) X 해치 간격 .050
(9) MSA 55
단계 7) E를 누르고 기타 파라미터를 -y로 설정한다.
단계 8) S를 눌러 옵션 파일을 spike_p.UII로 저장한다.
단계 9) 슬라이스 주 메뉴에서 D를 눌러 spike_p 파일을 슬라이스한다.
단계 10) 파라미터의 설정을 반복하고 spike_b 파일을 슬라이스한다.
3.6 제어 컴퓨터
[개관]
머지(MERGE)에서 빌드(BUILD)에 이르는 모든 스테레오리소그라피 처리과정이 제어 컴퓨터에서 실행된다. 이는 슬라이스 파일의 전송 및 병합으로부터 부품을 만들기 위해 엘리베이터와 이동식 미러를 제어하는 것까지의 모든 기능을 포함한다.
운용의 편의상, 프로그램 및 작동 파라미터들은 메뉴에서 선택된다. 탑-다운 방식으로 구성된 내부 프로그램은 주메뉴에서 시작하여 부메뉴, 데이타 입력 화면과 현재상태표시화면등으로 이루어진다. 원하는 옵션을 선택하기 위해서는 그 옵션의 해당 숫자키를 누르거나 화살표키를 사용하여 포인터를 원하는 위치에 두고, ＜엔터＞ 키를 누르면 된다.
SLA-1의 메뉴 구조는 제24도 및 이하 도면에 예시되어 있다. 각각의 메뉴에는 다음의 상위 메뉴로 복귀될 수 있도록 빠져나감(exit) 또는 quit(종료) 옵션을 포함하고 있음을 주목한다. 주 메뉴에서의 빠져나감(exit) 옵션은 SLA-1 운용 시스템으로부터 빠져나가 MSDOS 상태로 되는 것을 의미한다.
[흔히 사용되는 MSDOS 명령]
제어 컴퓨터는 단일 사용자, 단일 타스크 MSDOS 운용 시스템에서 작동된다. MSDOS 프롬프트는 디폴트 디스크 드라이브에서 근거를 두고 있다. 파일명은 최대 8글자로 제한되며 확장자명으로 최대 3글자가 붙을 수 있다(예, .SLI).
MSDOS는 강력한 운용 체제로서 다수의 명령어들이 선택 가능하다. 그러나, SLA-1의 모든 동작에서 요구되는 대부분의 기능은 다음에 요약된 소수 명령들을 이용하여 이루어질 수 있다.
Cd:디렉토리 변경
Copy:파일을 복사한다.
아래의 예는 동일 디스크의 동일 디렉토리내에서 한 파일을 다른 이름으로 복사하는 경우이다. 그러면, 양 파일은 동일한 데이터를 포함하지만, 서로 다른 이름을 갖게 된다.
파일을 플로피 디스크로 복사할 수도 있다. 예를 들어, 현재 디렉토리의 TEST1.EXT를 디스크 드라이브 A로 복사한다.
Delete:파일을 삭제한다.
아래의 예는 현재 디렉토리에서 TEST1.EXT 파일을 삭제하는 것이다.
공통되는 파일명 또는 파일명 확장자로 여러 파일을 삭제하기 위해, 공통되는 이름 대신에 별표(*)를 이용한 명령을 입력한다. 예를 들어,
를 입력하면, 확장명이 무엇이든 현재 디렉토리내에서 TEST1의 이름을 가진 모든 파일이 삭제되고,
를 입력하면 확장명이 ext인 모든 파일이 삭제된다.
그러나 *를 사용할 때는 극도의 주의를 요한다.
Directory:디렉토리내의 파일과 서브디렉토리들을 목록화하여 보여준다. 현재의 디렉토리내의 모든 파일목록을 보고 싶으면
한다.
다음의 예는 현재 디렉토리내의 Filel이라는 이름의 화일들만(그 확장명에 관계없이) 현재의 디렉토리에서 목록화하는 경우이다.
아래의 경우는 파일명에 관계없이 확장명이 .EXT인 모든 파일을 볼 때이다.
Help:사용가능한 MSDOS 명령이나 완전한 문법 혹은 특정 명령의 축약형을 보여준다. 이 명령을 사용하지 못하는 시스템도 있을 수 있다.
모든 명령을 목록화하려면
하면 되고 완전한 문법이나 코맨드의 축약형을 화면에 표시하고 싶으면
하면 된다.
Rename:파일의 이름을 바꾸어 줄 때 사용한다.
예를 들어 아래와 같은 경우 TEST1이라는 파일 이름을 TEST로 바꾸어 준다.
파일이름을 변경한 후에는 TEST1이라는 파일이 더 이상 이 디렉토리에 존재하지 않으나, 동일한 파일이 TEST라는 이름 하에 존재하게 된다.
3.7 유틸리티
(개관)
유틸리티 메뉴 옵션은 부품 생성 과정에서 사용되며 그 기능은 아래와 같다.
● SLA-1 하드웨어의 전원을 키고 끈다.
● 레이저 빔의 집속 강도와 촛점을 측정한다.
● 부품을 제작하기 이전과 이후에 엘리베이터 플랫폼을 이동시킨다.
● 밴조톱에서 측정된 경화 깊이와 라인폭에 대해 데이터를 입력한다.
● 텍스트 파일을 에디팅한다.
● 시험 부품을 제작한다.
[유틸리티 메뉴]
[파워 시퀀서]
제어 컴퓨터의 키보드로부터 직접 레이저, 이동식 미러와 엘리베이터 이동기를 키거나 끄고 레이저 셔터를 개방하거나 폐쇄할 수 있다. 또한, 각 구성부위의 현재 상태가 화면의 하단에 표시된다.
[빔분석]
레이저빔의 집속 강도와 초점을 측정하여 필드엔지니어가 레이저를 조정할 수 있도록 한다.
[빔 파워(Beam Power)]
프로세스 챔버내에 설치된 2개의 빔 프로우필러에 레이저 빔을 가리키게 한 후에, 평균 빔 출력을 계산한다. 레이저 파워의 현재 값은 프리페어 메뉴(PREPARE MENU)의 옵션인 재료 관리자(MATERIAL MANAGER)가 경화 깊이를 계산하려고 할 때 필요하다.
[엘리베이터 이동기(Elevator Mover)]
엘리베이터 이동기 프로그램에서 제어 컴퓨터의 숫자키 패드상의 위쪽 및 아랫쪽 화살표 키를 사용하여 엘리베이터 플랫폼의 위치를 설정할 수 있다. 스페이스 바를 누르면 이동하던 엘리베이터의 동작이 정지된다.
D를 사용하면 엘리베이터 플랫폼을 인치단위로 일정한 거리만큼 이동시킬 수 있는데 양수값을 주면 플랫폼은 하강하고 음수값인 경우에는 상승한다.
T는 화면 아래에 표시된 파라미터 정보를 토글링한다.
[작업순서(랩2-유틸리티)]
[파워 시퀀서]
단계 1)
단계 2) 유틸리티 메뉴에서 1을 눌러 파워 시퀀서를 선택한다.
파워 시퀀서 메뉴에서 해당 숫자키를 누른다. 화면 하단에 표시된 각 구성 부위의 상태표시가 자동적으로 조정된다.
[빔 분석]
단계 1)
유틸리티 메뉴에서 2을 눌러 “빔 분석”을 선택한다.
단계 2)
빔 분석 메뉴에서, 1을 눌러 프로필 디스플레이를 선택하거나 4를 눌러 빔 파워를 선택한다.
단계 3)
[디스플레이 프로필]
프로우필을 재검토한 다음
를 눌러 빔 분석 메뉴로 되돌아온다.
[빔 파워]
출력판독이 끝났으면, 평균값을 입력한 후 빔 분석 메뉴로 되돌아간다.
[엘리베이터 이동기]
단계 1)
유틸리티 메뉴에서, 3을 눌러 “Elevator Mover(엘리베이터 이동기)”를 선택한다.
단계 2)
엘리베이터 플랫폼을 올리거나 내릴 때에는 숫자 키패드상의 화살표키를 눌러 조작하고, 엘리베이터를 정지시킬 때는 스페이스바를 누르면, 엘리베이터를 특정거리만큼 이송시킬 때는(인치 단위로), D를 눌러 그 거리만큼의 값(하강시킬 때는 양수로, 상승시킬 때는 음수로)을 입력하여 준다.
[중급 소재]
[일반사항]
[파일편집]
텍스트 파일의 에디팅에 사용한다.
[시험부품 생성]
시험부품 생성은 밴조톱을 생성하는데 이용된다.
[재료 관리자]
재료데이타 로드:재료(.MAT) 파일을 목록화하여 보여주고 다음에 로드될 파일의 입력을 요구한다.
재료데이타 뷰:화면에 재료데이타를 표시하여 준다.
새로운 재료데이타 입력:밴조톱에서 측정된 재료데이타를 입력한다.
[데이터의 종류]
● 스텝 주기(SP)값
● 각 밴조톱 스트링의 라인높이
● 각 밴조톱 스트링으로 부터의 최소 및 최대 라인폭 “새로운 재료데이타 입력”은 그런 다음 작업곡선을 계산하고 화면에 곡선의 경사도와 Y-인터셉트를 표시하여 준다.
주의:밴조톱과 작업곡선 및 해당내용을 더욱 자세히 알 필요가 있으면 소절 5.3을 참조하라.
[작업순서(랩3-유틸리티))
[재료 관리자]
단계 1)
유틸리티 메뉴에서 4를 눌러 재료 관리자를 선택한다.
단계 2)
재료 관리자 메뉴에서 해당되는 옵션의 숫자키를 누른다.
단계 3)
[재료 데이타 로드]
재료(.MAT) 파일명을 입력한다.
재료 데이터를 검토한 후에
를 누른다.
[새로운 재료 데이터 입력]
주의:우선 밴조톱을 만들기 위해 유틸리티 메뉴에서 6. 시험부품 생성 옵션을 실행시키면, 밴조톱 스트링을 측정하여 재료파일용 데이터를 생성하게 된다.
재료 데이터의 파일명에 확장명 .MAT를 붙여 입력한다.
BEAM POWER(빔 파워)에서 판독한 평균 레이저 출력 판독치를 입력한다.
밴조톱에서 측정된 데이타쌍의 수효를 입력한다.
스텝주기/라인높이 쌍은 몇 개나 됩니까? 3
스텝주기(SP), 라인높이(LH), 최소 및 최대라인폭(WMIN, WMAX)을 밴조톱에서 측정된 값대로 입력한다.
만일 WMIN, WMAX 값이 측정되지 않았다면 0값을 준다.
데이터 정확성을 검토한 후에
를 누른다.
3.8 네트워크
[개관]
네트워크(프로그램)는 이서넷을 경유하여 제어 컴퓨터와 슬라이스 컴퓨터간의 파일을 전송하고, 제어 컴퓨터의 키보드를 조작하여 슬라이스 컴퓨터의 원격조종 제어를 가능하게 해주는 프로그램이다(제25도 참조).
[네트워크 메뉴]
[파일 전송 프로그램]
슬라이스 컴퓨터 디렉토리내의 파일을 복사하여 제어 컴퓨터의 작업 디렉토리로 이동시키거나 그 반대로의 이동을 수행한다. 일반적으로, FTP는 .SLI 파일을 제어 컴퓨터로 전송하는데 사용된다. 몇몇 명령어가 이용 가능하다.
프롬프트:FTP＞
[파일 전송 명령]
get:슬라이스 컴퓨터로부터의 파일을 제어 컴퓨터의 작업 디렉토리로 전송한다. 파일은 복사되므로, 전송이 완료된 후에도 슬라이스 컴퓨터의 디렉토리에 남아 있다.
mget:get과 유사하지만, 동시에 복수개의 파일을 전송할 수 있다는 차이점이 있다.
put:제어 컴퓨터의 작업 디렉토리로부터 파일 복사본을 슬라이스 컴퓨터에 전송한다. 파일이 복사되므로, 전송이 완료된 후에도 제어 컴퓨터의 디렉토리에 남아 있다.
mput:put과 유사하지만, 동시에 복수개의 파일을 전송할 수 있다는 차이점이 있다.
dir:슬라이스 컴퓨터 디렉토리 내의 모든 파일 목록을 보여 준다. 목록 보여주기를 멈추기 위해서는 CNTRL-S를 누르고, 다시 시작하려면 CNTRL-Q를 누른다.
ldir:제어 컴퓨터의 작업 디렉토리 내의 모든 파일 목록을 보여 준다.
bye:FTP를 종료하고 주메뉴로 돌아온다.
help:모든 이용 가능한 명령들을 보여주고 설명한다.
[작업순서(랩2-네트워크)]
단계 1)
주메뉴에서, 네트워크를 선택한다.
1 또는 포인터를 둠
단계 2)
네트워크 메뉴에서, 2를 눌러 FTP를 선택한다.
단계 3) 프롬프트에서, 리모트 사용자 이름을 입력한다.
단계 4) 프롬프트에서, 패스워드를 입력한다. 화면에 표시되지는 않는다.
단계 5) ftp＞프롬프트에서, 적절한 명령을 입력한다.
주의:전송할 파일의 포맷(ASCII 또는 이진)을 지정하여야 한다.
● 슬라이스 파일은 ASCII 포맷으로 되어 있으며, .STL 파일은 ASCII 또는 이진 포맷으로 되어 있다. 디폴트는 ASCII 포맷이다.
● UNIX(슬라이스 컴퓨터)로부터 MSDOS(제어 컴퓨터)로 전송되는 파일은 DOS 파일명 규칙에 적합하여야 한다. 즉, 파일명은 8개 문자로 제한되며, 확장자는 3개 문자로 제한된다.
[중급 소재]
[단말 유틸리티]
제26도에 도시된 바와 같이, 단말 유틸리티는 사용자가 제어 컴퓨터 키보드로부터 슬라이스 컴퓨터를 로그온하여 원격으로 슬라이스 프로그램 및 그밖의 프로그램을 작동시킬 수 있도록 한다. 이러한 옵션은 드물게 수행되는데, 부품을 생성하기 위해서는 일반적으로 제어 컴퓨터가 사용되기 때문에, 이러한 옵션은 드물게 수행된다.
[작업순서(랩3-네트워크)]
단계 1)
단계 2) 주 메뉴에서, 네트워크를 선택한다.
1 또는 포인터를 둠
단계 2)
네트워크 메뉴에서, 텔넷을 선택하기 위해 1을 누른다.
단계 3) 프롬프트에서, 리모트 사용자 이름을 입력한다.
단계 4) 프롬프트에서, 패스워드를 입력한다. 화면에 표시되지는 않는다.
단계 5) UNIX 프롬프트에서, 필요한 명령을 입력한다.
단계 6) 완료되면, TELNET를 종료한다.
3.9 머지(Merge)
[개관]
제27도에 도시된 바와 같이, 머지는 부품에 대한 모든 슬라이스 파일(서포트 및 물체 파일)을 결합하여 층(.L), 벡터(.V), 및 범위(.R) 파일을 생성한다.
층(file.L) 파일:각 층의 벡터 블럭 유형를 정의한다.
벡터(file.V) 파일:각 층을 그리게 위해 생성(BUILD)에 의해 사용되는 벡터 데이터를 포함한다.
범위(file.R) 파일:생성(BUILD)용 작도 파라미터와 침강 파라미터를 지정한다. 부품 생성 파라미터를 추가하기 위해 프리페어 옵션을 이용하여 이 파일을 변경할 수 있다.
[머지 정보 화면]
머지 정보 화면은 파일 정보를 입력하는데 사용된다. 이 화면은 머지가 실행되고 있을 때 이하의 상태 정보를 표시한다.
● 각각의 층 두께 범위에 대한 Z 레벨의 시작값과 끝값
● 현재 Z 레벨이 머지되고 있다.
● 실행이 완료되면, 처리된 범위의 총수와 각 범위에서 머지된 층의 수
[작업순서(랩2-머지)]
[시작 전에]
네트워크 메뉴의 옵션 FTP를 실행하여 모든 필요한 슬라이스 파일을 제어 컴퓨터의 작업 디렉토리로 전송한다.
단계 1)
단계 2) 주 메뉴에서, 머지를 선택한다.
2 또는 포인터를 둠
단계 2) 병합될 파일명을 입력한다.
단계 3) 층, 벡터 및 범위 파일을 입력하거나, 디폴트 파일명을 선택하기 위해 ＜엔터키＞를 누른다.
출력 파일명:프리픽스(Prefix)
단계 4) 프롬프트에서, 디폴트 층 두께를 선택하기 위해
를 누른다.
층 두께(mils[10])?
단계 5)
머지가 완료된 때를 판단하기 위해 스크린을 본다.
주의:3.0 버전 이전의 슬라이스 파일은 Z-간격의 입력을 요구할 수 있다.
[중간 소재]
[머지 옵션]
/Z 파일의 수직 위치를 서로에 대하여 조정한다. 이 옵션은 물체를 수직으로 정렬시키는데 사용된다. 조정될 파일 다음에 슬라이스 단위로 오프셋을 입력한다.
슬라이스 파일명:cam_part^cam_base/z100
/X 파일의 X 방향 위치를 서로에 대하여 조정한다.
/Y 파일의 Y 방향 위치를 서로에 대하여 조정한다.
3.10 뷰(View)
[개관]
뷰는 제28도에 도시된 바와 같이 스테레오리소그래피(.STL)과 슬라이스(.SLI) 파일을 제어 컴퓨터 상에 디스플레이한다. 다음과 같은 목적으로 주로 사용된다.
● 층 두께를 변화시킬 필요가 있는지를 평가한다.
● 모든 벡터 블럭이 요구되는 것인지를 판단한다.
● 츰 밀 부품 특성을 연구한다.
● 슬라이스 파일을 체크한다.
[뷰 메뉴]
[삼각형 그래프]
새로운 파일(New Files):그래프로 도시될 새 파일명을 지정한다. “삼각형 그래프”옵션이 선택되면 작업 디렉토리내 .STL이 열거된다.
그래프:파일을 그래프로 도시한다.
회전(Rotation):오른손 규칙(RHR) 규정에 따라 X, Y, Z축으로 회전하는 각도를 지정한다. 예를 들면, 부품과 같은 크기의 뷰를 도시하기 위해, X축은 30도, Y축은 15도, 그리고 Z축은 0도 회전시킨다.
ESC:“삼각형 그래프”기능을 빠져 나와 뷰 메뉴로 돌아간다.
윈도우 모드:상급 소재.
범위 선택:상급 소재.
[슬라이스된 층 그래프]
새로운 파일:그래프로 도시될 파일명을 지정한다. “슬라이스된 층 그래프”옵션이 선택되면, 작업 디렉토리내의 .SLI 파일목록이 나타난다.
층 선택:파일내의 각 층의 벡터 블럭 목록을 나타낸다. 이 파라미터는 중요한 벡터를 갖는 슬라이스 층을 선택하는데 사용된다. 층이 선택되면, 선택된 층에 대한 X 및 Y 최소/최대 값이 슬라이스 단위로 표시되며, 층의 모든 블럭에 대한 연상 기호가 표시된다.
블럭:부품이 도시될 때 표시될 벡터 블럭을 지정한다. 토글 기능을 사용하면, 파일의 다음 그래프에서는 선택된 블럭이 생략될 수 있다.
그래프:파일을 그래프로 도시한다.
ESC:슬라이스 파일 디스플레이 기능을 빠져나와 뷰 메뉴로 복귀된다.
윈도윙(Windowing):상급 소재
[화면 모드 전환]
스테레오리소그래피와 슬라이스 파일간에 사용 가능한 디스크 공간을 할당한다. 대부분의 경우, 디폴트는 변경될 필요가 없다. 그러나, 매우 큰 .STL 파일이 도시된다면, 더 많은 삼각형이(최대 10,921까지) 할당된다. 매우 큰 .SLI 파일이 도시된다면, 더 많은 층이(최대 10,921까지) 할당된다. 두가지 파일 모두가 도시된다면, 디스크 공간을 적당히 배분한다.
[작업순서(랩-뷰)]
[시작 전에]
.STL 파일을 디스플레이하기 위해:
● 파일을 ASCII 또는 이진 포맷으로 생성한다.
● 플로피 디스크나 “데이터 전송”옵션을 이용하여 그 파일을 제어 컴퓨터 작업 디렉토리로 전송한다.
.SLI 파일을 디스플레이하기 위해:
● 파일이 생성되지 않은 경우 슬라이스(SLICE)를 실행한다.
● 플로피 디스크나 “데이터 전송”옵션을 이용하여 그 파일을 제어 컴퓨터 작업 디렉토리로 전송한다.
[화면 모드 전환]
단계 1)
주 메뉴에서, 뷰를 선택한다.
3 또는 포인터를 둠
단계 2)
파일에 메모리가 재할당되어야 하는지를 판단하기 위해 화면의 하단에 도시된 디스크 공간을 검토한다. 대부분의 경우에는 디폴트값을 바꿀 필요 없다.
단계 3) 할당을 바꿀 필요가 있는 경우에는, “화면 모드 전환”을 선택하기 위해 3을 누른 후에, 프롬프트에서 적절한 슬라이스 층수를 입력한다.
[스테레오리소그래피 파일 보기(viewing)]
단계 1) 주메뉴에서, 뷰를 선택한다.
3 또는 포인터를 둠
단계 2) 뷰메뉴에서, “삼각형 그래프”를 선택하기 위해 1을 누른다.
단계 3) 프롬프트에서, 스테레오리소그래피 파일명을 입력한다.
단계 4) 프롬프트에서, 파일 종류(ASCII 또는 이진)을 입력한다.
단계 5)
단계 6) 디스플레이 축을 회전시키기 위해, R을 누른 후에 X, Y, Z 축에 대한 회전 각도를 입력한다.
각 축의 선택된 회전을 도시하기 위해 화면이 자동 갱신된다.
단계 7) 디스플레이 모드간에 토글하기 위해 W를 누른다.
단계 8) 디스플레이 축을 변경하기 위해, A를 누른 후 프롬프트에서 디스플레이 축을 입력한다.
선택된 디스플레이 축을 도시하기 위해 스크린 자동으로 재주사하여 갱신될 것이다.
단계 9) 도시될 새 파일을 지정하기 위해, N을 누른 후에 프롬프트에서 파일명을 입력한다.
단계 10) 파일을 도시하기 위해, G를 누른다.(제29도 참조)
[슬라이스된 파일 보기]
단계 1) 주메뉴에서 뷰를 선택한다.
3 또는 포인터를 둠
단계 2) 뷰메뉴에서, “슬라이스된 파일 그래프”를 선택하기 위해 1을 누른다.
단계 3) 프롬프트에서, 슬라이스 파일명을 입력한다.
단계 4)
단계 5) 도시될 특정 파일을 선택하기 위해, L을 누르고 프롬프트에서 층 번호를 입력한다. 리스트의 앞쪽으로 이동하기 위해 PgDn 키를 누르며 뒤로 이동하기 위해서는 PgUp을 누른다.
벡터 블럭 연상 기호 밀 층의 최대/최소 치수를 슬라이스 단위로 표시하기 위해 화면이 자동 갱신된다.
단계 6) 온 또는 오프로 토글될 층의 벡터 블럭을 선택하기 위해, B를 누르고 프롬프트에서 블럭 종류를 입력한다.
새로운 층이 선택되거나 새로운 파일이 로드될 때까지는 선택된 벡터 블럭이 온 또는 오프로 토글될 것이다.
단계 7) 디스플레이 모드를 토글하기 위해 W를 누른다.
단계 8) 슬라이스 파일을 그래프로 도시하기 위해, G를 누른다.(제30도 참조)
3.11 프리페어(prepare)
[개관]
프리페어 메뉴 옵션은 레이저 작도 속도와 엘리베이터 침강시간과 같은 부품 구축 파라미터를 지정하고 범위(.R) 파일을 편집하는데 사용된다.
[부품 구축 지침]
[층 중첩]
각 층을 0.006인치 과경화시킴으로써 층간 접착력이 좋게 할 수 있다.(즉 0.020인치 두께층에는 경화깊이가 0.026인치이다.)
[침강 지연]
부품이 침강한 후 수지 표면이 평평해지고 안정될 때까지 필요한 시간. 부품의 형태와 다른 여러 요인에 좌우된다.
[공통의 부품 구축 파라미터]
SS(스텝 크기) SLA-1은 벡터를 연속적인 움직임으로만 그린다. 동적 미러는 실제로 빔을 이산 스텝으로 이동시킨 후 잠시 지연을 둔다. 스텝 크기는 미러 비트단위의 이동의 크기이다. 일반적으로, 경계와 크로스 해치에 대한 스텝 크기는 2(최소 허용치)로 설정되어 있다. 스킨 필 벡터에 대한 스텝 크기는 전형적으로 16으로 설정되어 있다.
SP(스텝 주기)는 각 레이저 스텝을 뒤따르는 지연의 길이이다. SP가 클수록, 레이저 작도 속도가 느리고 따라서 경화된 플라스틱의 깊이가 크다.
ZW 침강후 수지 표면이 안정되고 평평해지는 레벨링 시간을 지정. 일반적으로, ZW는 서포트에 대해 30에서 60초. 보통 부품 구축에는 45 내지 180초로 설정한다.
[범위]
범위는 CAD 단위 또는 슬라이스 단위로 정의된 최소 및 최대 치수에 의해 정의된 하나 이상의 슬라이스 층 그룹으로 된다. 층의 그룹에 대한 부품 생성 파라미터 값이 지정될 필요가 있을 때마다 범위가 생성된다.
예를 들어, 서포트 층을 위해서는 30초의 침강 지연이 필요하고, 모든 나머지 층들을 위해서는 60초가 사용될 경우, 2개의 범위가 정의되어야 한다. 제1범위에는 30의 ZW로 된 부품 층이 포함되고, 제2범위에는 지연 60으로 된 모든 층이 포함된다.
범위가 종종 사용되는 또다른 예는 층 경화 깊이를 변형시키는데 있다. 소수의 제1서포트 층을 포함하는 범위는 나머지 층에 대해 지정된 범위보다 더 넓은 경화 깊이로 생성될 것이다.
프리페어 메뉴 옵션을 사용하여 필요한 범위를 생성한다.
[프리페어 주메뉴]
[파라미터 관리자 메뉴]
파라미터 관리자를 사용하여 부품 생성 파라미터를 추가시키거나 변경한다.
[Z-피치]
이 파라미터는 수직 치수로 부품의 크기 조절을 제어한다.
[XY-한정 스케일 인자]
XY-한정 스케일 인자는 슬라이스 단위의 거리를 수지 표면상의 레이저 빔 이동치로 변환한다.
이동식 미러의 특징은 미러 구동기로 전송되는 매 3446미러 비트(또는 mm당 140비트)에 대해 레이저 빔을 수지 표면상에서 1인치 이동시킨다는 점이다. 3556은 슬라이스 해상도로 사용하기에는 부적절한 수이기 때문에, 변환 인자를 사용한다.
예를 들면, 인치 단위로 설계된 CAD 파일을 해상도 1000으로 슬라이스하는 경우, 물체의 모든 인치는 3556 대신에 1000개의 슬라이스 단위로 표현된다. 따라서, .V 파일의 모든 벡터는 인자 1000/3556=.3556에 의해 너무 짧게 되므로, 이를 그대로 사용한다면, 최종 부품이 너무 작아지게 된다. 빌드는 .V 파일의 모든 벡터 좌표를 XY-한정 스케일 인자로 곱한다. 따라서, 이 파라미터를 3556/1000=3.556으로 설정하여 벡터를 적합한 길이로 조정한다. 일반적으로, 공식은
XY-한정 스케일=3556 미러 비트/# 인치당 슬라이스 단위
라고 표현된다.
XY-한정 스케일 인자를 이용하여 부품 크기를 재조절할 수 있다. 예를 들어, 전술한 부품의 수평 치수를 10퍼센트 증가시키기 위해, 3.556*1.10=3.912 스케일 인자를 이용한다.
수평 치수를 50퍼센트 줄이기 위해,
3.556*0.50=1.778이다.
[최대 벡터 카운트]
이 파라미터는 부품을 생성하기 위해 이동식 미러가 이동하기 시작하기 이전에 이동식 미러 버퍼에 로드될 수 있는 벡터의 최대 개수를 지정한다.
[최소/최대 뷰포트 좌표]
빌드 뷰포트 좌표는 빌드 상태표시 화면에 도시된 수조의 윈도우 디스플레이의 최소 및 최대 좌표를(미러 비트 단위로) 지정한다. 좌표의 한계는 (0, 0)과 (65535, 65535)이다.
예를 들면, 캠이 생성되는 동안 캠을 보기 원하는 경우, 뷰포트 좌표를 사용한다.
주의:캠은 대략 직경이 1인치 정도이다.
X-Y 오프셋용으로 계산된 좌표는 부품 중심을 위한 것이기 때문에, 전체 부품을 디스플레이하기 위해서는 오프셋으로부터 미러 비트를 감하여야 한다. 최소한, 부품 폭의 1/2정도와 유사한 수를 최대 오프셋에 더하여야 한다.
전체 9인치*9인치의 작업 표면을 도시하기 위해, 다음을 입력한다.
[복수 부품 위치설정]
이들 파라미터는 엘리베이터 플랫폼 상에 부품의 위치를 설정하고 동일한 빌드 실행시에 복수의 부품을 생성하는데 사용된다.
수지 수조의 중심에 부품을 위치설정하기 위해 필요한 좌표를 계산하기 위해, 다음을 알아야 한다.
● CAD 공간의 부품 중심 좌표
● 수조의 중심 좌표, 약 (3267, 32767) 정도이다. 필요하다면, 정확한 좌표가 얻어질 수 있다.
예를 들어, 부품의 X-Y 중심이(2.3인치, 4.1인치)이고, 수조 중심이 (32767, 32767)이라면,
또한, 복수 부품 위치설정 좌표는 동일한 실행에서 부품의 사본을 복수개 만들려고 하는 경우에 사용될 수 있다. 예를 들어, 전술한 예에서 사용된 부품의 4개 사본을 만들려고 한다면, 4개 부품 각각에 대한 중심(X1/Y1, X2/Y2, X3/Y3, X4/Y4)을 나타내는 좌표의 4개 집함을 계산해야 된다.
부품에 대한 4개 사본 전부가 수지 수조의 중심에 모여 있고, X 및 Y 양방향으로 약 2인치씩 떨어져 있다면, 전술한 예와 같은 방식으로 수조 중심 좌표를 먼저 계산한 후에, 각 부품의 사이에 소정의 거리의 1/2값과 동일한 미러 비트를 더하고 뺀다.
분리 간격=2인치/2=3556비트
X1=Xc+3556=24588+3556=28144
Y1=Yc+3556=18187+3556=21743
X2=Xc-3556=21032
Y2=Yc-3556=14631
X3=Xc+3556=28144
Y3=Yc-3556=14631
X4=Xc-3556=21032
Y4=Yc+3556=21743
[빌드 옵션 라인]
이들 파라미터는 빌드 뷰포트의 방향을 정의한다.
[디스크 상의 빌드 파라미터 갱신]
이 명령은 build.prm 파일의 디스크 엔트리에 그밖의 모든 파라미터 관리자를 저장한다.
[범위 관리자 메뉴]
범위 관리자는 다음에 사용된다.
● 범위의 추가 또는 삭제
● 스텝 주기 계산(레이저 작도 속도)
● 침강 지연을 변경하기 위해 범위를 편집할 때
● 범위(.R) 파일을 저장할 때
범위 관리자 메뉴 리스트:
● 범위(.R) 파일명
● 범위가 추가될 때 할당되는 범위 번호
● CAD 단위 및 슬라이스 단위로 표시된 시작과 끝 범위 치수. 도시된 화면에서는, 슬라이스 해상도가 5000이므로, CAD 치수 0.73인치(부품의 하단)와 1.37인치(부품의 상단)은 슬라이스 단위 3650과 6850에 해당한다.
● CAD 단위 및 슬라이스 단위로 표시된 층 두께.
● 각 범위 내의 층의 총수.
● .R 파일을 변경하거나 저장하는데 사용되는 명령
[범위 관리자 명령]
A 범위를 일시적인 범위 파일에 추가한다. .R 파일은 세이브(SAVE) 명령이 사용되기 이전에는 변경되지 않는다. 시작 범위 층은 슬라이스 단위 또는 CAD 단위로 입력될 수 있다. 브레이크 포인트(break point)는 범위의 제1층이다.
D 화면으로부터 범위를 삭제한다. 하나 이상의 범위가 남아 있는 경우에, 다음으로 높은 범위로 결합된다(예를 들어, 범위 2로부터 삭제된 데이터는 범위 3으로 통합될 것이고, 범위 3이 없는 경우에는 범위 1로 결합될 것이다).
E 지정된 범위내의 각 벡터 블럭을(편집을 위해) 열거한다. 이 명령은 침강 파라미터를 범위에 추가시킬 때 주로 사용된다.
V 각 범위에 포함되어 있는 벡터 블럭만이 일시적인 .R 파일에 편집용으로 리스트되어 있음을 .L 파일을 통해 증명한다. 이들 블럭은 스텝 주기, 스텝 크기, 및 그밖의 부품 생성 파라미터를 제어하기 위해 편집되는 블럭이다. 벡터 블럭 및 범위는 파일이 S 명령을 이용하여 저장되기 이전에는 디스크 상의 .R 파일에 기록되지 않는다.
R 화면상의 각 범위 내의 벡터 블럭을 디스플레이하거나 선택적인 프리터 포트를 통해 하드카피로 출력된다.
X 범위 관리자를 빠져 나와 프리페어 메뉴로 복귀된다. .R 파일은 이 명령을 이용하여 저장되지 않는다.
S 범위 관리자를 이용하여 입력된 모든 정보를 포함하는 .R 파일을 디스크 상에 영구 저장한다.
C 스텝 주기를 계산하여 일시적인 범위 파일로 경화 깊이/스텝 주기 정보를 입력한다. CALC SP 명령은 다음과 같다.
R 재료 데이터(.MAT) 파일로부터 라인 높이와 폭 데이터를 판독한다. 작업 디렉토리 내의 .MAT 파일은 편의상 화면에 열거된다.
P 화면에 표시된 레이저 파워 판독치를 유틸리티 “빔 분석”에 의해 측정된 최근 판독치로 변경한다.
E 화면상에 도시된 경화 깊이 및 추정 스텝 주기를 편집한다.
V 재료 데이터(.MAT) 파일로부터 재료 데이터를 디스플레이한다.
Q CALC SP 기능을 종료하고 주메뉴로 복구한다. 프리페어 메뉴 옵션을 사용하여 입력된 변경치는 저장되지 않는다.
S 일시적인 범위 파일 내의 적합한 벡터 블럭에 SP 및 SS 레이저 각도 파라미터를 추가한다. 파라미터는 파일 내의 모든 벡터 블럭에, 경계 및 해치 블럭에만, 또는 필 블럭에만 추가될 수 있다. 또한, 단지 특정 머지-집합만을 갱신할 수 있다.(머지 집함은 머지로 입력되는 슬라이스 파일 중의 단지 하나의 파일로부터의 벡터 블럭으로 구성될 수 있다. 머지 집합은 각 벡터 블럭(즉, LB2)에 추가되는 수에 의해 서술된다. 이러한 갱신 명령은 .R 파일을 갱신하는 것이 아니라 단지 일시적인 범위 파일만을 갱신함을 주목한다. .R 파일을 디스크에 저장하기 위해서는 범위 관리자 메뉴의 세이브 명령을 사용한다.
X CALC SP를 빠져 나와 범위 관리자 메뉴로 돌아간다.
[작업순서(랩2-프리페어)]
[파라미터 관리자]
단계 1) 주메뉴에서, 프리페어 기능을 선택하기 위해 4를 누른다.
단계 2) 프롬프트에서, 부품 파일의 프리픽스를 입력한다.
프리페어 주메뉴에서, 파라미터 관리자를 선택하기 위해 1을 누른다.
단계 4) XY 한정 스케일 팩터를 .7112(3556/5000)으로 설정한다.
단계 5) X 오프셋을 17000(32767-(4.5*3556))으로 설정한다.
단계 6) X 오프셋을 17000으로 설정한다.
단계 7) (선택적) 2개의 부품을 만들기 위해,
(X1, Y1)을 (15000, 15000) 그리고
(X2, Y2)를 (15000, 25000)으로 한다.
단계 8) 뷰포트 좌표를
Xmin, Ymin=5000, 5000
Xmax, Ymax=35000, 35000
으로 한다.
단계 9) 디스크의 파일을 갱신하기 위해 U를 누른다.
[범위 관리자]
[시작하기 전에]
현재의 레이저 출력을 측정하기 위해 유틸리티 빔 분석(BEAM ANALYSIS)를 실행시킨다. 센서1과 2의 판독치의 평균을 기록한다.
단계 1)
프리페어 주메뉴에서, 범위 관리자를 선택하기 위해 2를 누른다.
[범위 추가]
단계 1)
범위 관리자 메뉴에서, 범위를 추가하기 위해 A를 누른다.
단계 2) 슬라이스 단위로 범위 치수를 추가하기 위해 Z를 누르거나, CAD 단위로 치수를 입력하기 위해 C를 누른다.
[Adding Range]
단계 3) 슬라이스 단위로 범위의 시작을 입력한다.
단계 4)
범위가 적절하게 추가됨을 증명하기 위해 화면을 검사한다.
단계 5) 4950에서 시작하는 또다른 범위를 추가한다.
단계 6) 6000에서 시작하는 네 번째 범위를 추가한다.
[범위 삭제]
단계 1)
범위 관리자 메뉴에서, 범위를 삭제하기 위해 D를 누른다.
단계 2)
삭제하려는 범위 번호를 입력한다.
범위가 삭제됐음을 확실히 하기 위해 화면을 검사한다.
단계 1)
범위 관리자 메뉴에서, 블럭을 검증하기 위해 V를 누른다.
단계 2) 주의 메시지에서 y를 입력한다.
[보고]
단계 1)
범위 관리자 메뉴에서, 리포트용으로 R을 누른다.
단계 2)
화면상에 리포트를 보기 위해 V를 누르거나, 프린터 상에 리포트를 프리트하기 위해 P를 누른다. 프린터 옵션이 선택되는 경우, 리포트가 화면상에 도시되지 않을 것이다.
단계 3)
계속하려면,
를 누른다.
스텝 주기를 계산한다.
단계 1)
범위 관리자 메뉴에서, 스텝 주기를 계산하기 위해 C를 누른다.
단계 2)
CALC SP 메뉴에서, 레이저 파워 판독치를 변경하기 위해 P를 누른다.
단계 3) 빔 분석으로부터 평균 파워를 입력한다.
단계 4) CALC SP 메뉴에서, 경화 깊이/스텝 주기 데이터를 편집하기 위해 E를 누른다.
단계 5) (서포트의 처음 2개 층을 포함하여) “로스트(roast)” 제1범위를 플랫폼에 접착시키기 위해 필요한 경화 깊이를 C를 누른 후 범위 번호와 새로운 경화 깊이를 입력한다.
주의:선정된 경화 깊이는 층간의 적합한 본딩을 위해 층 두께보다 적어도 6밀은 커야 한다. 서포트의 처음 2개 층에 대한 경화 깊이는 플랫폼에 대한 강한 본딩을 위해 깊어야 한다. 이러한 경우, 요구되는 경화 깊이는 35밀이다.
단계 6) 모든 층 경계를 위해 16의 경화 깊이와 범위 2 내지 3의 해치를 입력한다.
단계 7)
CALC SP 메뉴에서, 변경을 검증한다.
단계 8) CALC SP 메뉴에서, 범위를 세이브하기 위해 S를 누른다.
단계 9)
어떠한 벡터 그룹을 갱신할지 지장하거나 괄호 안에 도시된 디폴트 그룹을 선택하기 위해
를 누른다.
사용할 블럭 그룹 [1]?
단계 10) 갱신하려는 머지 집합을 지정하거나 괄호 안의 디폴트를 선택하기 위해
를 누른다.
단계 11) E를 누른 후에 26밀(이는 선정된 20밀 층 두께보다 6밀스 큰 것이다)의 경화 높이를 입력함으로써 스킨 경화 깊이의 편집을 시작한다.
단계 12) 최종의 스텝 주기(90)를 반으로 나누어, E를 누른 후에 범위 2 내지 3의 스킨 필 SP 값을 입력한다.
단계 13) 파일을 저장하기 위해 S를 누른다.
단계 14) 프롬프트에서, 스킨 필 블럭의 갱신을 지정한다(블럭 그룹 2).
단계 15) 프롬프트에서, 모든 머지 집합을 갱신하기 위해
를 누른다.
단계 16) CALC SP 메뉴에서, CALC SP 기능을 빠져나가기 위해 X를 누른다.
단계 17) 범위 관리자 메뉴에서, 침강 지연을 추가하기 위해 범위를 편집하려면 E를 누른다.
단계 18) 프롬프트에서, 범위 1을 편집하기 위해 1을 누른다.
단계 19) 프롬프트에서, #BTM 레코드에 30초의 침강 지연을 추가한다.
단계 20) 30초의 침강 지연을 추가하기 위해 범위 2를 편집한다.
단계 21) 120초의 침강 지연을 추가하기 위해 범위 3을 편집한다.
단계 22)
범위 관리자 메뉴에서, .R 파일을 디스크에 저장하기 위해 S를 누른다.
[중간 토픽]
[층 관리자 메뉴]
층관리자(LAYER MANGER)은 주로 .L 파일에서 특정 벡터 블럭을 찾기 위해 사용된다. 편집(EDIT) 및 갱신(UPDATE) 등의 다른 기능은 상위 기능이다.
총 관리자 화면은 다음을 리스트한다:
- .L 파일명
- .R 파일에 지정된 범위의 수
- 슬라이스 단위로 된 시작과 끝 범위 치수
- 슬라이스 단위로 된 층 두께
- 범위에 있는 총 층수
- 작동 명령어
[층관리자 명령어]
F .L 파일에서 특정 벡터 블럭을 찾고 층수를 리스트한다. 예를 들어, 병합-세트 3이 Z공간에서 어디서 시작하는지 결정하고 싶으면, F를 눌러 블럭을 찾고 L3와 ALL을 프롬프트 상태에서 입력한다. 층관리자는 화면상에 벡터 블럭 L3를 포함하는 모든 슬라이스층을 리스트한다. 이것은 프리페어 메뉴를 빠져나가 뷰를 실행하여 특정 벡터 블럭을 찾는 것에 비해 빠르고 편리하다.
[통계치(statistics)]
통계치(STATISTICS)는 층, 범위 벡터 파일 정보를 리스트하고 다음을 포함한다.
- 바이트 단위의 파일 크기
- 파일이 생성된 시간과 날짜
- 남아 있는 디스크 공간
[작업 순서(랩3-프리페어)]
[통계치]
단계 1)
프리페어 주메뉴에서, 4를 눌러 통계치를 선택한다.
계속하려면
를 누른다.
3.12 BUILD
[개관]
BUILD는 벡터(.V)파일과 범위(.R)파일을 읽어서 적절한 명령과 파라미터를 동적 미러와 엘리베이터 구동기에 보냄으로써 부품-제작 공정을 관리한다. 이것은 다음과 같은 것을 포함한다:
- 수지 수조의 표면상의 벡터를 추적하도록 레이저빔을 편향시킨다.
- 레이져 통과 속도를 제어하여 적절한 경화 깊이가 되도록 한다.
- 층간 침강 시퀀스[침강, 레이즈(raise), 레벨]를 제어한다.
[BUILD 옵션 화면]
이 화면은 부품 파일명을 입력하고 부품 구축 정보를 디스플레이하는데 사용된다.
옵션:중간 토픽 또는 프리페어 메뉴 옵션 PARAMETER MANAGER 참조
XY-축척:XY-한정 축척 벡터를 리스트한다.
부품수:생성될 중복되는 부품수를 보인다.
X, Y:다수의 부품 위치설정 좌표를 리스트함.
부품 디렉토리 리스팅:작업 디렉토리내의 파일 리스트함.
부품 파일명:구축될 부품 특정
BUILD 상태 화면 BUILD 상태 화면은 제31도 참조
본 화면은 부품이 구축되는 동안 현 상태 정보를 디스플레이한다.
부품:구축되는 부품의 명칭
제어:범위 제어 특정(디폴트)
액션:현 BUILD 액션 리스트함.
로딩(LOADING):레이저 빔 위치설정 데이타가 버퍼로 로딩되는 경우.
레벨링(LEVELING):BUILD가 침강중 또는 침강후 수조가 안정되고 평평해지는 것을 기다리고 있는 경우.
드로잉(DRAWING, 작도):수지 수조의 표면에서 벡터가 그려지고 있는 경우.
분석(ANALYSING):BUILD가 레이저 미러 부유(drifting)를 분석하거나 교정하고 있는 경우.
시간(TIME):침강 지연에 몇초 남아 있는지 리스트함.
개시/종료 시간(START/END TIMES):BUILD 개시 및 종료 시간과 날짜 리스트함.
개시/계속/종료 층(START/ON/END LAYER):부품의 개시와 종료층 번호, 현재 그려지는 층 리스트.
블럭(BLOCK):현재 처리되고 있는 벡터 블럭의 기호(mnemonic) 리스트
뷰포트(VIEWPORT):수지 수조 단면도와 부품 단면 도시. 벡터가 수지의 표면에 그려지는 동안 화면에도 그려진다.
[작업순서(랩2-BUILD)]
[개시전에]
- 엘리베이터 이동기를 사용하여 수지의 표면 아래로 엘리베이터 플랫폼을 이동시킴
- 수조 전면의 수지 유출 배수구(spillway valve)를 열어서 수조가 플랫폼 지지봉으로 대치되어 오버플로우 용기로 넘치도록 한다.
- 플랫폼의 상부면이 수지 면보다 약간 위에 올 때까지 엘리베이터를 올린다.
- 프로세스 챔버로의 문을 닫는다.
- 레이저 온과 셔터 개방 지시기가 켜져 있는지 확인한다. 요구에 따라 파워 시퀀서를 사용하여 레이져를 켜거나 셔터를 닫는다.
단계 1)
주메뉴에서 BUILD를 선택한다.
5 또는 포인터 위치를 잡고
단계 2)
리스트된 파일에서 부품 파일명을 입력한다.
단계 3) (BUILD 상태 화면의 제32도 참조)
상태 화면과 부품을 주기적으로 점검하여 다음을 확인한다.
- 처음 몇층이 엘리베이터 플랫폼에 부착되는가.
- 부품이 수지 수조에서 중앙에 오는가?
- 서로 다른 층두께를 갖는 층이 서로 접착되는가?
부품 제조상의 문제가 발생하면 를 누름으로써 BUILD를 중단한다. 이렇게 하면 주메뉴로 돌아간다.
[중간 토픽(INTERMEDIATE TOPICS)]
[키보드 명령]
레벨링 액션 동안 BUILD는 3개의 키보드 명령을 수용한다.
P 다른키가 눌릴 때까지 BUILD 정지, 레벨링 시간은 0으로 계속 진행한다.
정지 메세지가 화면 하단의 커맨드 라인에 디스플레이된다.
C 남아 있는 레벨링 시간을 무시하고 다음 층을 곧바로 개시함으로써 부품 구축 공정을 계속한다.
S 특정 Z 레벨로 뛰어넘는다. Z 래벨의 또는 그 상부의 제1층이 그려진다. 이 명령은 낮은 Z 레벨에서 높은 Z 레벨로만 동작가능
[커맨드 라인 옵션]
/LOFF:동적 미러 구동기를 끈다. 이 옵션은 /ZOFF와 같이 사용되어 부품을 만들지 않으면서 BUILD를 수행하는데 사용.
/ZOFF:엘리베이터 구동기를 끈다. 이 옵션은 /LOFF와 같이 사용어 부품을 만들지 않으면서 BUILD를 수행하는데 사용.
/START:부품구축시 개시 Z 레벨을 지정. 이보다 낮은 모든 층은 스킵된다. 부품의 중간부터 구축하기를 개시할 때 /START 사용. 예를 들어, Z 레벨 5000에서 견본 부품을 만들기 시작하면 다음과 같이 입력한다.
부품 파일명:
/STOP:부품 구축시 종료 2 레벨을 지정. 모든 상부층은 스킵된다. 이 옵션을 /START와 함께 사용하여 부품의 단면을 구축한다. 예를 들어, Z 레벨 5000에서 5500의 층을 구축하려면 다음과 같이 입력한다.
최종 층이 그려진 후에 엘리베이터는 침강하지 않는다.
/LOFF와 /ZOFF 커맨드는 /START와 /STOP과 함께 사용되어 부품이 뷰포트에 들어가는지 점검하는데 흔히 이용된다.
예를 들어 다음과 같이 입력한다.
미러는 층을 그리지 않고, 엘리베이터는 이동하지 않을 것이다. 부품이, 뷰포트에 적절히 디스플레이되는 경우, 커맨드 라인 옵션 없이 BUILD를 재개시하여 부품을 구축한다. 그렇지 않은 경우, PARAMETER MANAGER를 이용하여 뷰포트 좌표를 편집한다.
3.13 후속 프로세스
[개관]
후속 프로세스는 그린 스테레오그래픽 부품을 경화하고 끝손질(finishing)하는 것이다. 그린 부품은 반-교체 플라스틱과 액체로 구성되어 있고 그 정확한 구성은 사용된 수지와 선택된 크로스해칭 유형 등 몇가지 요소에 좌우된다.
주요 후속 경화 단계는 다음과 같다.
- 여분의 수지를 수지 수조로 배수(draining)
- 코너와 기타 부품의 세부로부터 수지를 제거하기 위한 위킹(wicking)
- 부품에서 경화되지 않은 부분을 고화하기 위한 자외선 경화
- 서포트 제거
- 선택적인 끝손질:연마(sanding), 모래분사(sandblasting), 페인팅(painting)
[일반적 정보]
[배수]
액체 수지를 부품으로부터 수지 수조로 배수시킨다. 배수 시간은 일반적으로 30분에서 24시간 범위이다. 그러나, 대기중에 오래 노출시키면 부품 구조가 약해져서 UV 경화를 방해할 수도 있다는 것에 유의할 것. 열 오븐이 이 프로세스를 가속화시키지만 부품의 치수를 부정확하게 만드는 악영향을 끼칠 수도 있다.
그린 부품을 기울이거나 다를 때는 주의를 요한다. UV 경화 전에는 레이저에 의해 쉽게 벗겨지거나 변형될 수 있다.
[위킹(wicking)]
코너와 부품의 세부 근처에 고여 있는 여분의 액체를 제거한다.
[자외선 경화]
중합화 공정을 완료하여 고체의 플라스틱 부품을 만든다. 경화가 완전한지 확인하기 위해 표면의 딱딱함을 검사한다.
일반적인 작업순서는 부품을 플랫폼에 부착한 채로 모든 노출된 표면을 경화하고, 플랫폼을 제거한 후 모든 남아 있는 표면을 경화한다.
[공기중(In Air)]
가장 흔한 경화 방법. 구조적으로 튼튼하게 하기 위해 공기중에서 12시간 노출시킨다. 공기 경화의 단점은 과조한 가열에 의해 부품이 누렇게 되고 변형될 수 있다는 것이다.
[수중(InWater)]
부품을 물에 담금으로써 경화 시간이 크게 단축될 수 있는데, 이는 물이 자와광을 흡수하지 않고 “열싱크(heat sink)”로 작용하여 부품을 식히고 변형을 최소화하기 때문이다. 공기방울은 물집(blistering)이 생기게 할 수 있으므로 모든 공기방울을 없앤다. 짧고, 신속한 경화(5분)가 효과가 좋다.
[서포트 제거]
잘라내거나 연마(clipping or sanding)하여 서포트를 부품으로부터 제거한다.
[작업순서(랩2-후속 프로세스)]
[배수]
단계 1)
주메뉴에서 UTILITIES를 선택한다.
6 또는 포인터 위치를 잡고
단계 2)
유틸리티 메뉴에서, 3을 눌러서 엘리베이터 이동기를 선택한다.
단계 3) 숫자판 키보드의 상향 화살표 키를 사용하여 엘리베이터를 천천히 3인치 올린다.(부품 변형을 방지하기 위해 천천히 한다)
단계 4) 여분의 수지가 수지 수조로 배수될 때까지 30분 기다린다.
[챔버로부터 부품과 플랫폼 제거]
단계 1) 배수 패드를 배수 트레이에 놓는다.
단계 2) 배수 트레이를 수지 수조 위에 엘리베이터 플랫폼 밑에 놓는다.
주의:플랫폼을 엘리베이터봉(rod)으로부터 제거할 때 엘리베이터를 배수 트레이로 충돌시키지 말 것. 엘리베이터를 손상시킬 수도 있음.
단계 3) 하향 화살표 키를 눌러서 엘리베이터 플랫폼을 낮추어서 드레인 패드의 1/4인치 위가 되도록 한다.
단계 4) 번갈아가며 엘리베이터 샤프트(shaft) 손잡이(knobs)를 반시계 방향으로 한번 돌린다. 이렇게 하면 샤프트의 한쪽 끝이 플렛폼으로부터 풀려질 것이다. 플랫폼이 샤프트로부터 분리되어 배수 패드로 떨어질 때까지 상기 과정을 반복한다.
단계 5) 상향 화살표 키를 눌러서 배수 트레이와 플랫폼 제거에 필요한 만큼 엘리베이터 샤프트를 올린다.
단계 6) 배수 트레이와 플렛폼에 부품이 부착된 상태에서 프로세스 챔버로부터 제거한다. 부품의 손상을 막기 위해 플랫폼을 수평으로 유지한다.
[위킹(wicking)]
단계 1) 배수 트레이와 부품이 부착된 엘리베이터 플랫폼을 작업 표면에 놓는다.
단계 2) 면봉(swab)을 이용하여 코너와 세부 및 완전히 배수되지 않은 다른 영역에서 여분의 수지를 부드럽게 닦는다. 필요한 만큼 기다렸다가 반복한다.
[후속 경화]
주의:항상 장갑을 낄 것
단계 1) 배수 트레이와 부품이 부착된 엘리베이터 플랫폼을 PCA에 놓는다.
주의:배수 패드나 다른 가연성(flammable) 재료를 PCA에 놓지 말 것
단계 2) 자외선 램프에 노출된 모든 표면이 진득진득하지 않을 때까지 부품을 후속 경화한다.
단계 3) 미세한 톱을 사용하여 서포트가 플랫폼에 부착된 부분 근처에서 자른다.
단계 4) 계속하기 전에 부품을 씻어서 톱밥과 기타 조각을 제거한다. 마너지를 적절히 처분한다(properly dispose of residue).
단계 5) PCA 내의 자외선 램프에 경화되지 않은 표면을 노출시키기 위해 부품을 거꾸로 한다(또는 옆으로 돌린다.)
단계 6) 모든 표면이 진득거리지 않을 때까지 후속 경화한다. 몇번 실행해야 할 수도 있다.
[플랫폼 교체(replacement)]
단계 1) 수지 잔여분을 플랫폼으로부터 긁어낸다. 플랫폼에 #10-32 탭으로 나사구멍을 낸다(tap out threaded holes).
단계 2) 엘리베이터봉 아래의 플랫폼을 고정하여 플랫폼의 나사구멍이 봉의 나사형 종단부(threaded end)와 일렬이 되게 한다.
단계 3) 번갈아 가며 샤프트 손잡이를 시계방향으로 한번 돌린다. 플랫폼이 엘리베이터 샤프트에 확실하게 장착될 때까지 본 단계를 반복한다.
[서포트 제거와 끝정리]
단계 1) 줄(files), 그라인딩 도구(grinding tools), 측면 절단 펜치(side cutting pliers) 또는 적절한 도구로 서포트를 잘라낸다.
단계 2) 줄로 표면을 평활화한다.
단계 3) 필요에 따라 부품에 연마(sand), 모래분사(sandblast) 및 페인트칠한다.
[PCA 작동]
단계 1) 제33(a)도에 도시된 바와 같이, 부품이 플랫폼에 부착된 상태로 오븐 중앙에 넣는다. 가장 많은 표면에 노출이 고르게 되도록(되도록 90도에 가깝게) 램프 방향을 조정한다.
단계 2) 타이머를 10에서 20분으로 맞춘다.
단계 3) 시간 경과후 주파워 스위치(MAIN POWER)를 끈다.
단계 4) 부품과 플랫폼을 오븐에서 꺼내고 부품을 플랫폼으로부터 분리시킨다. 경화되지 않은 표면을 변형시키지 않도록 주의한다.
단계 5) 남은 표면이 대부분이 경화되도록 제33(b)도에 도시된 바와 같이 턴테이블 위에 부품의 방향을 바꾸어 놓는다.
단계 6) 단계 2와 3을 반복한다.
단계 7) 제33(c)도에 도시된 바와 같이 모든 남은 표면을 경화하도록 부품과 램프의 방향을 재조정한다. 몇번 실행해야 할 수도 있다.
3.14 파트빌딩 점검표
[범위(SCOPE)]
이 점검표는 스테레오리소그래픽 부품의 구축에 단계적으로 안내자 역할을 한다. 시발점은 스테레오리소그래픽을 전혀 참조하지 않는 캐드 설계이다. 모든 필요한 하드웨어나 소프트웨어시스템은 설치되어 있고 작동가능한 것으로 본다.
[점검표]
1. 캐드설계
- 물체가 폐새 볼륨을 둘러싸는 것을 확인한다.
- 요구되는 캐드 해상도를 선택한다.
2. 부품의 방향 조정(ORIENT PART)
- 부품을 최대한 원점에 근접하여 전체가 양의 캐드 공간에 오도록 위치시킨다.
- 다음을 위해 방향을 최적화한다:
부품이 수지 수조에 들어가도록 한다.
지지되지 않는 표면의 수를 최소화한다.
수직 또는 상향 수평 표면을 최대로 한다.
경사가 지거나 기울어진 면을 최소화한다.
배수를 최적화한다.
내부에 고여 있는(entrapped) 액체의 양을 최소화시킨다.
3. 서포트 설계 및 방향 조정
- 서포트 설계
위치지정(placement)
간격 두기
방향 조정
높이
넓이
두께
- 서포트의 2 내지 3층을 물체와 중첩시킴
4. 캐드 인터페이스
- 스테레오리소그래피 화일을 생성한다.
- .STL 파일을 슬라이스 컴퓨터에 전송한다.
5. 슬라이스
- 표준 옵션을 변경한다.
데이타 베이스 화일명
해상도
층두께
해치 간격
스킨 필 간격
스캔된 패싯에 대한 최소 표면각
최소 해치 교차각
출력 파일명
- 여분의 파라미터 지정
- 옵션 화일의 저장
- 화일을 분할하기 위해 슬라이스 수행
- 물체 및 서포트 파일 슬라이스 계속
6. 제어 컴퓨터로 슬라이스 파일 전송
- 메인 메뉴에서 네트워크 선택.
- FTP를 실행.
- 파일 GET 또는 MGET
- 전송 확인하기 위해 제어 컴퓨터 작업 디렉토리 확인
7. 병합(MERGE)
- 메인 메뉴에서 MERGE 선택.
- 입력 및 출력 파일명을 입력.
- 파일명과 입력한 시퀀스 기록.
- 실행이 완전한가 확인하기 위해 MERGE 화면 점검.
8. 레이저 파워 측정.
- 메인 메뉴 화면에서 유틸리티를 선택.
- 빔분석(MEAN ANALYSIS)을 실행.
- 감지기 눈금들로부터 평균 파워를 기록.
9. 파라미터 관리자(PARAMETER MANAGER)
- X-Y 한정(ONLY) 축척 계수 계산하고 입력한다.
- 최소/최대 뷰포트(viewport) 좌표값을 계산하고 입력한다.
- 다수 부품 위치설정 좌표 계산하고 입력한다.
10. 범위 파일을 준비(PREPARE RANGE FILE).
- 범위를 더한다.
- 블록을 확인한다.
- 스탭 주기를 계산하기 위하여 경화 깊이를 편집한다.
- 침강 파라미터를 편집한다.
- 범위 파일을 저장한다.
11. 시스템 체크
- 수지 수조의 뚜껑을 연다.
- 오버플로우 밸브를 연다.
- 레이저와 셔터의 상태 지시계를 점검한다.
- 엘리베이터 이동기를 이용하여 엘리베이터 플랫폼의 위치 설정한다.
12. 부품 구축
- 메인 메뉴 화면에서 BUILD를 선택한다.
- 처음 몇층이 플랫폼에 잘 부착되는지 수조에서 적절한 위치에 있는지 점검.
13. 후속 처리
- 부품을 들어내고 남는 수지를 수조로 배출시킨다.
- 남아 있는 수지를 닦아낸다.
- 플랫폼 상의 부품를 자외선 경화시킨다.
- 경화를 끝손질하고 부품을 플랫폼으로부터 분리시킨다.
- 부품으로부터 서포트들을 제거한다.
- (옵션) 재끝손질한다.
- 플랫폼을 닦고 재설치한다.
14. (옵션) 스테레오리소그래피와 슬라이스 파일 뷰.
- .STL 파일을 조회할 때 FTP를 이용하여 파일을 전달한다.
- 메인 메뉴에서 VIEW를 선택한다.
- 파일명을 입력하고 뷰잉 파라미터를 지정한다.
[제4절]
[문제 해결 기법]
4.1 스테레오리소그래피의 한계
[파일 크기]
·최대 스테레오리소그래피(.STL) 파일 크기는 대략 14,000 삼각형으로 제한되어 있다.
·모든 MERGE 입력 파일의 전체 크기는 제어 컴퓨터 하드 디스크의 이용 가능한 공간의 1/2이다.
이용 가능한 하드 디스크 공간을 알아보기 위해 DOS 메뉴 옵션 DISK USAGE STATS을 사용한다.
·BUILD 작업 파일-벡터(.V), 범위(.V), 층(.L), BUILD, PRM-의 최대 크기는 제어 컴퓨터 하드 디스크의 이용 가능한 공간에 의해 제한된다.
[부품(part) 구축 제한 사항]
·부품(물체과 서포트) 형성은 모든 차원에서 9인치로 제한되어 있다. 그러나 몇번의 실행에 의해 큰 부품의 일부 구역들을 생성하고 후속 처리시 다시 짜 맞출 수 있다.
·부품은 플랫폼(platform)에 부착되어야 한다(자유 공간에서 구축될 수 없다). 잠재적인 자유 플로팅(flating) 부분도 부품이 침강될 때 제자리를 유지하게 하기 위해 지지되어야 한다.
·최대(추천사항) 경화 깊이는 0.036인치이다. 경화 깊이와 스텝 주기의 관계식을 만들기 위한 작업 커브가 36mils 이상 확장되지 않기 때문이다. 결과적으로 최대층 두께는 0.030인치로 제한된다.
·수직 및 상향(up-facing) 수평 스킨은 하향 스킨보다 평활하다. 모양에 중요한 표면을 수직 또는 상향 방향이 되도록 부품 방향을 결정함으로써 이 제한 사항을 최소화할 수 있다.
·수직 해상도는 한층 두께로 제한되어 있다. 수직 해상도와 치수가 중요한 영역에서는 얇은 표면을 특정하도록 가변층 두께를 사용함으로써 이 제한 사항을 최소화할 수 있다. 수직 차원이 변하도록 부품 방향을 결정할 수도 있다.(예를 들면 Z에서 X로 또는 Z에서 Y로).
·이론상 최대 슬라이스(slice) 해상도는 65.535bit이다.
·레이저 빔의 위치 설정 정밀도(positioning accuracy)는 작업 필드(working field)의 어느 곳에서든지 2mils로 제한되어 있다.
·한번 수행에 병합되고 생성될 수 있는 최대 파일수는 10이다.
·기본 디폴트값으로는 SP 파라메타는 10보다 적다. 그러나 디폴트 값은 Prepare 메뉴 옵션을 이용하여 고칠 수 있다.
·최종 부품의 해상도는 STL file 생성에 사용되는 CAD 모델의 해상도에 좌우된다.
·디솔라이트(Desolite) SLR 800 수지는 후속 경화후 깨지기 쉽다.
4.2 부품 구축시의 문제와 치유방법
부품 구축시 문제와 그 치유 대책이 이하에 도시되어 있다. 하드웨어 및 소프트웨어 문제점은 나타나 있지 않다.
[제5.0절]
[참고 자료]
5.1 레이저 이론
5.2 스테레오리소그래피의 화학적 이론
5.3 블릿, 벤조탑 및 작업 곡선
5.1 레이저이론
[SLA-1 레이저]
SLA-1은 광경화성(photo-curable) 수지에 백터를 그려 고체 플라스틱 부품을 만들기 위해 헬륨-카드뮴과 다중 모드 자외선 레이저를 이용한다. 레이저 빔의 파워는 다양하며 보통 325나노미터 파장에 15밀리와트이다.
자외광은 비가시광선이지만 수지를 포함한 거의 모든 물질에 SLA-1 레이저에서 나오는 강도(intensity)로 자외선을 쬐였을 때 물질에서 형광빛이 나온다. 그러므로 레이저빔이 어느 표면에 비춰졌는지를 알 수 있다. 그것은 특히 광학 장치를 정렬할 때 유용하고 또한 수지표면에 레이저가 그리는 것을 볼 수 있게 해준다.
제 ?도에 도시된 바와 같이, 레이저는 양끝이 전극으로 되어 있고 직선 구역의 한쪽 끝에 광학 창을 가진 U자형의 유리 플라즈마 방전관(discharge tube)으로 구성되어 있다. 플라즈마 관은 저압력의 헬륨가스로 채워져 있고 고체 카드뮴의 저장부가 부착되어 있다.
카드뮴 저장부는 카드뮴을 증발시켜 헬륨가스와 혼합되도록 하기 위해 가열된다. 플라즈마관의 전극에 공급된 고전압 전위는 전기장을 만들기 위해 그 기체의 혼합물을 이온화한다. 전기장에 의해 활성화된 자유전자는 카드뮴원자에 충돌하여 에너지를 전달한다. 이 에너지는 카드뮴 원자가 불안정한 여기된(excited) 에너지 상태가 되게 한다. 이 여기된 원자는 자발적으로 그들의 초과 에너지(excess energy)를 버리고 비여기(unexcited) 안정상태로 돌아온다. 이 초과 에너지는 카드뮴의 정확한 파장 특성에서 광자(빛에너지의 이산단위)의 형태로 방출된다.
위에서 언급한 장치는 레이저가 아니라 약한 플라즈마 방전 램프이다. 레이저를 만들기 위해 플라즈마관의 한쪽 끝에 완벽하게 병렬로 정렬된 미러들을 설치한다. 그 미러들은 광학 공진기이고, 다른 파장은 통과시키면서 카드뮴 고유 파장중 하나(325 나노미터)를 갖는 광자는 반사시키도록 고안되었다.
공진기축에 병렬로 전달되는 광자들중 적은 양이 공진 반사경에 반사되어 플라즈마관으로 되돌아간다. 반사된 광자중 하나가 이미 여기된 카드뮴 원자와 충돌했을 때 원자를 자극하여 반사된 광자와 이동 방향, 위상, 파장이 같은 광자형태로 초과된 에너지를 방출하도록 한다.
첫번째 광자가 이와 같은 상호작용에 의해 소모되지 않기 때문에 두개의 동일한 광자는 플라즈마 관속에서 반사경 사이에서 앞뒤로 반사되면서 더 많은 같은 종류의 광자를 생성한다.
레이저 출력부분에 위치한 공진반사경은 이 응집성(coherent) 광자의 많은 부분을 반사시키고 적은 부분을 통과시킨다. 이 투과된 광자를 SLA-1이 스테레오리소그래피 수지를 경화하는데 사용한다.
[레이저 모드]
SLA-1 레이저는 서로 다른 TEMS(Transverse Electromagretic Modes)에 동시에 레이저빛을 발한다. TEMS는 플라즈마 방전관에 있는 전기장의 생성물이다. 이 자기장은 플라즈마관의 물리적 치수와 광학 공진 반사경의 정확한 정렬전도에 따라 좌우되는 다양한 정상파 패턴을 형성한다. 만일 광학 공진기가 적절히 정렬되어 있다면 그 레이저는 TEMS를 생성하기 위해 어떤 파형으로도 동시에 레이저빛을 발한다.
TEMS는 레이저빔의 횡단면에 나타나는 검은선(노드)의 수에 의해 분류된다. 예를 들면 레이저빔의 횡단면에 검은선이 없으면 TEM00 모드로 분류된다. 횡단면에 한개의 수직선이 있으며 TEM01, 세개의 수평선과 두 개의 수직선이 있으면 TEM32로 분류된다. 최대 파워 강도를 이루기 위해 공진반사경은 레이저가 동시에 많은 모드에서 빛을 발할수 있도록 정렬되어야 한다. 이런 경우에 모드 패턴은 각 개별적 TEM 모드 형태의 조합으로 구성될 것이다.
일반적으로 레이저와 광학 장치가 오래될수록 모드 패턴은 변화하며, 그 결과 비균형 레이저 형태와 파워 하강이 발생한다. 많은 경우 공진 반사경을 조절함으로써 모드구조를 개선하여 레이저 강도를 증가시킬 수 있다. 그러나 어떤 경우는 얻을 수 있는 최대 레이저 파워 강도에 따르면 스테레오리소그래피 부품이 적절한 타이밍으로 그려지는 것이 불가능할 수도 있다.(레이저 강도가 낮을수록 프로세스가 느려진다.) 이 경우 레이저는 교체되어야 할 것이다.
5.2 스테레오리소그래피의 화학적 이론
스테레오리소그래피는 자외선 노출상에서 액체 수지 단량체가 고체 중합체로 변하는 광중합 반응에 의해 가능하게 되었다. 중합이 얼마나 일어났느냐 하는 정도 즉 물질의 고화 정도는 흡수된 전체 빛에너지에 좌우된다.
액체수지의 중합은 새로운 기술이 아니며 20년전부터 자외선 잉크, 코팅, 니스, 도포된 회로와 같은 분야에서 많이 응용되어 쓰여져 왔다. 그러나 빛에너지원으로서 레이저 사용은 원래 기본 학술 연구 프로그램에서만 시작되어 사용해 왔던 아주 최근의 기술혁신이다. 3D 시스템사에 의해 개발되어진 스테레오리소그래피 처리과정은 전체적으로 새로운 응용분야이다.
[광중합체]
스테레오리소그래피에서 사용되는 광중합체는 두개의 기본 물질로 구성되어 있다. 첫번째는 photoinitiator(광개시제)로서 레이저 에너지를 흡수하고 중합처리과정을 초기화하는 반응성 라디칼기(reactive radical species)를 형성한다. 광중합체는 또한 자유 라디칼기에 노출된 상태에서 중합반응을 일으키는 아크릴 기능화된(functionalized) 단량체와 저중합체(oligomer)를 포함한다.
어떤 중합체는 열에 민감한 열경화성(thermoset) 물질을 포함하고 이로 인해 최종 부품의 열경화가 가능하다. 전체적으로 자외선 경화 중합체는(UV-Ccurable polymer)는 레이저에 의해 경화된 후에 열을 받으면 눈에 띌 정도로 중합화되지 않는다. 그러나, 액체 형태일 때는 과열되면 제어불가능하게 중합 반응이 일어난다.
전술한 광중합체와 후술할 광중합 반응 처리 과정은 스테레오리소그래피를 좀더 이해하기 위해 필요한 기본적인 개관들을 알려줄 것이다. 광중합체와 광중합반응의 좀더 자세한 정보는 UV curing volumes I과 II. 편집자 S.Perter Pappas, Science. Technology Marketing Corp. Norwalk Connecticut(1980)라는 책에서 알 수 있다.
[광중합 반응과정]
포토폴리머화 과정중 일어나는 일련의 일은 다음과 같다.
[광초기제(photoinitiators)]
광초기화 분자(PI)는 레이저로부터 자외선광을 흡수하고 여기된 상태(싱글렛 상태1P1*)로 변한다. 이런 단수명의 고에너지기는 제35도에 도시된 바와 같이 재빨리 낮은 에너지 여기 상태(트리플렛3P1*)로 변한다.
[기본 라디칼기(R·)]
여기된3P1* 분자들은 원시 라디칼기(primary radical)(R·)라고 불리는 하나 이상(보통은 하나)의 기의 형성에 촉매작용을 한다.
3P1* ----→ R·
[중합체 체인]
원시 라디칼은 새로운 라디칼기(RM·)를 형성하기 위해 아크릴 단량체와 함께 반응한다. 이 반응은 중합체 체인을 형성하기 위해 계속 반복되는 체인 전달 과정(chain propagation process)(중합화)를 개시한다.
[고화(solidification)]
중합체는 고체가 될 때까지 분자량이 급격히 증가한다. 만일 빛에너지가 제거된다면 반응은 즉각 멈출 것이다. 반응은 이용가능한 단량체 농도가 낮아지면 차차 느려지고 마침내 멈출 것이다.
광중합체 표면에 자외선 레이저가 집속되었을 때 형성된 고체중합체의 전체 치수(깊이, 넓이)는 레이저빔의 광도와 노출 시간에 의해 조절된다. 긴 노출 시간과 레이저 에너지의 증가는 고체 영역의 깊이와 넓이를 증가시킨다.
[[광중합체의 물리적 특성]]
Desolite SLR800의 액체로서, 기체로서의 물리적특성은 다음과 같다.
[액체 특성]
점성도(Brook field cps at 25℃) 1350센티프와즈
고체(반응성 물질) ＞ 99퍼센트
낮은 휘발성
[고체(경화후)의 특성]
추출물(extractables)(MEK 용매사용) ＜ 5퍼센트
장력 계수(tensile modulus) 140kpsi
장력 크기 6.7kpsi
브레이크시 장력 연장(tensile elongation at break) 7퍼센트
SLR 800 수지를 사용하여 준비한 플라스틱은 자외선 후속 경화 후 깨지기 쉽다. 그러나 경화된 플라스틱을 충분히 주의하여 연마하고(sand) 모래분사하고(sandblast) 구멍을 뚫을(drill)수 있다.
완성된 부품의 표면은 연마 후(MEK와 수지의 1:1혼합물인) 희석된 수지의 얇은 층을 자외선 경화함으로써 유리처럼 매끈해질 수 있다.
부품의 불량(파열, 조각과 구멍)은 유사한 수지/자외선 경화 기법을 이용하여 제거할 수 있다.
완성품은 아크릴의 전형적인 접착 특성(adhesion properties)을 보여주고 있다. 그러므로 두 부품의 결합에 표준 에폭시 아교 사용이 가능하다. 지금까지 가장 좋은 아교중의 하나가 자외선에 의해 경화되는 수지 그 자체이다.
[점성도]
제36도에서 보는 것처럼 온도에 있어서 상대적으로 작은 변화는 액체 수지 점성도에 큰 변화를 일으킨다. 즉 온도가 증가함에 따라 점성도가 감소하고 온도가 감소함에 따라 점성도 증가현상이 나타난다. 높은 온도와 점성도의 저하는 액체가 희석되게 하고 이에 따라 침강 과정에서 빨리 안정되게(settle) 되고 후속 처리동안 빠르게 배수되게 된다.
높은 온도처리가 부품이 생성되는 동안 부품의 구조적 결합력을 감소시켜서, 액체 수지가 제어 불가능하게 중합화될 수도 있다는 것을 제외하고는 바람직하다.
5.3 블릿(Bullets), 벤조탑(Banjotops) 및 작업 곡선
[블릿]
광중합체의 표면에 집속된 자외선 레이저 빔은 작은 블릿모양의 액체 볼륨을 고화 또는 경화시킨다. 이 특성은 다음과 같이 설명할 수 있다.
제37도의 레이저 빔의 강도 프로파일에서 보는 것처럼 큰 값이 높은 광도를 나타내고, 점에 따라 변하며 최대값은 빔의 중심 근처이다. 액체는 매우 얇은 수평시트(sheet)로 구성된 것으로 생각할 수 있으며 이것은 레이저빔의 일부(예를 들어 약 1/2)를 흡수하며 나머지는 다음 밑에 있는 시트로 전달할 것이다. 만일 레이저빔이 1초동안 액체를 수직으로 비추고 그 시간동안에 X 단위광이 맨위의 시트에 입사된다면 그 시트는 X/2 단위만큼 흡수하고 나머지는 다음 시트의 한 점에 전달된다. 세번째 시트로는 X/4 단위만큼 전달되고 이 과정이 계속된다. 빛을 많이 흡수하면 할수록 중합화가 더 잘 일어나기 때문에 맨 위의 시트는 가장 고화될 것이고 다음 단계 시트로 내려갈수록 고체가 점점 덜 형성되며 주위의 액체보다 더 고화되지 않은, 에너지 흡수가 거의 없는 시트까지 계속 이런 현상이 일어날 것이다. 만일 고체 플라스틱이 액체로부터 당겨진다면 이 최종 시트는 남게 되는데 이유는 고체 플라스틱의 결속력이 아래의 액체의 결속력보다 크지 않기 때문이다.
경화된 플래스틱 깊이는 X가 증가되고 감소되어짐에 따라 변화하고(강도 프로파일에 도시된 것처럼) 빔의 앞부분이 일정하지 않기 때문에 레이저빔의 폭을 가로질러서도 변한다. 따라서 빔의 중심은 가장 강도가 높은 영역이므로 가장 큰 깊이로 경화되고 빔중심 주변 부분은 빔중심보다 적은 깊이로 경화될 수 있다. 경화후 얻어진 최대 고체깊이를 경화 깊이(cure-depth)라 한다.
불릿 모양에 영향을 주는 제2요소가 또 있다. 고체 플라스틱의 굴절 지수가 액체의 굴절 지수보다 약간 높기 때문에 그 레이저 빛은 액체가 고화되감에 따라 그 정도가 변하면서 안으로 굴절되어질 것이다. 어떤 각도에서는 경계로부터로 빛이 굴절될 것이다. 제38도에 도시된 이 특성은 빔의 강도만을 고려한 경우보다 좁은 모양의 블릿을 제공한다.
[스텝 주기(step period)]
블릿은 연속적인 블릿 형태의 중첩이 라인을 형성하고 라인들의 중첩이 표면을 형성하는 스테레오리소그래피의 구축 블럭(building block)이다. 전술한 바와 같이, 블릿모양은 빔의 프로파일과 광학 효과에 의해 크게 좌우된다. 즉, 전체 치수는 얼마나 에너지가 액체에 입사되었는가-노출(exposure)이라고 함-에 따라 결정된다. 노출은 레이저 강도와 스텝 주기의 곱에 비례하고, 라인이 형성될 때 레이저 운동 사간 증가분을 10microsecond의 몇배인지로 정하는 동작 파라미터이다. 따라서, 스텝 주기는 레이저가 특정 위치에 초점을 맞추는 시간과 다음 위치로 이동하는데 필요한 짧은 경과(transit) 시간의 척도이다.
SLA-1에 의해 만들어진 실제 불릿의 측정 결과 불릿의 치수를 변화시킬 뿐 아니라 큰 스텝 주기값(5-4000밀이 사용가능)이 불릿의 모양에 영향을 준다는 것을 보여준다. 표본 블릿 모양과 다양한 스텝 주기에 따른 상대적 치수가 제39도에 도시되어 있다.
[스텝 크기]
제40도에 도시된 바와 같이, 블릿은 중첩되어 라인을 형성한다. 레이저가 블릿을 형성하는 사이에 움직이는 거리는 스텝 크기로 잘 알려진 파라미터이다. 만일 스텝 사이즈가 블릿의 최대 지름(즉 불릿의 상부를 가로질러 측정된)보다 작거나 같으면 그 블릿은 중첩되고 연속적 라인이 형성될 것이다. 스텝크기 선택에 따라 액체내에 그려진 라인의 경로를 따라 있는 많은 점은 한 스텝 주기이상 노출된다. 이 점들은 도시된 바와 같이 주위에 있는 점보다 좀더 많이 경화되어질 것이다.
[결합(bonding)과 중첩(overlap)]
라인의 두께는 라인을 형성하는 블릿의 누적된 경화 깊이이다. 연속적인 층에 있는 라인이 서로 접착되거나 결합될 때 층들이 수직으로 중첩되게 하기 위해 상부 라인의 두께는 층사이의 간격(층두께)보다 크다.
층과 층사이의 결합은 상부 층이 형성되는 동안에 하부 층은 빛을 흡수하고 더 경화될 만큼 표면과 충분히 가깝기 때문에 일어난다. 따라서 하부 층과 가장 최근에 형성된 상부 층 사이에서 화학결합이 일어난다.
강한 층과 층사이의 결합 따라서 충분한 중첩은 강한 부품 형성에 필요하다. 중요한 점은 과도한 중첩은 층을 비틀어지게 한다는 것이다 6∼8mils의 전형적인 중첩이 적절하고 이 때 5∼30mils의 층 두께를 이룬다.
[작업 커브]
적당한 중첩을 얻기 위해 어떤 스텝 주기값이 어떤 경화 깊이를 생산하는지 알아야 한다. 또한 다른 스텝 주기값 하에서 생성된 라인 폭을 알 필요가 있는데, 특히, 얇은 수직벽을 형성할 때, 틈(gap)을 없애기 위해 스킨 필을 필요로 하는 경사면의 각도를 결정할 때 그러하다.
[작업 커브 정의]
작업 커브는 스텝 주기값의 함수로서 라인 높이와 라인폭을 보여주는 그래프이다. 제41도에서 보는 것처럼 이 관계는 선형이 아니고 대수적이다. 즉, 만일 스텝 주기에 X가 곱해지면 스텝 주기의 라인높이와 폭은 X배 큰 것이 아니라 이것보다 훨씬 더 적은 만큼 증가한다.
작업 커브는 스텝 주기의 대수가 라인 높이 또는 폭에 대해 그려질 때 직선보다 다소 처진다는 것을 보여준다. 그러므로 한 라인은 한점에 대한 스텝 주기값의 라인높이와 폭에 대한 대략적 관계를 나타내는 선형 방정식을 얻도록 맞추어진다.
[작업 커브에 영향을 주는 변수들]
몇몇 변수들은 작업 커브의 교차점과 경사에 영향을 준다. 여러가지 다른 수지들은 레이저의 자외선 빛에 각각 다른 감도를 보인다. 또한 레이저 파워도 SLA에 따라 다르고 같은 SLA에서도 날짜마다 다르다. 최종적으로, 레이저가 액체 표면에 집속되는 정도(즉, 광학 장치가 잘 정렬되었는지 청결한지)는 작업 커브에 영향을 준다.
[작업 커브에 대한 데이타 산출]
특정 수지와 레이저를 사용하여 다양한 스텝 주기값에 대한 라인 높이와 폭 데이타는 벤조탑이라 불리는 아주 작은 단일층 부품의 생성과 측정에 의해 얻어진다. 벤조탑은 액체 표면상에 생성되며 엘리베이터 플랫폼이 부착되어 있지 않다. 제42도에서 보는 것처럼, 벤조탑은 고정된 스텝 크기 2와 서로 다른 스텝 주기를 사용하여 다섯개의 라인을 형성한다.
벤조탑이 배수되고 후속 경화된 후에 그 라인의 높이와 폭이 측정되었다. 스텝 주기의 넓은 범위를 평가하기 위해 하나의 스텝 주기가 양쪽에 쓰이도록 하여 두개의 벤조탑을 생성하였다. SLA가 5∼4000의 스텝 주기를 허락한다. 한 벤조탑은 2560, 1280, 640, 320, 160의 스텝 주기로 만들어졌고, 다른 벤조탑은 160, 80, 40, 20의 스텝 주기로 만들어졌다.
[벤조탑 줄의 측정]
유틸리티 매뉴얼 옵션인 MAKE TEST PART.을 이용하여 벤조탑을 그린다. 다음과 같이 벤조탑 라인의 높이와 폭을 측정하라.
스텝 1) 측정 현미경대나 비접촉 측정장치에 상부면이 보이게 벤조탑을 놓아라.
스텝 2) 측정될 첫번째 줄을 스테이지 움직임의 축에 수직으로 하고, 그 줄의 중심은 눈으로 볼 수 있는 부분의 중간지점으로 한다.
스텝 3) 크로스 헤어가 줄의 한쪽 끝에 중심이 오도록 측정대를 이동시킨다. 교차가락들의 중간에 놓는다. 스크류 위치설정에서 백래쉬의 영향 최소화하기 위해 측정이 한 방향으로 이루어지는 위치로 측정대를 움직여야 한다는 것이 주의한다.
스텝 4) 측정대를 이동을 측정하는 카운터를 영으로 하거나 측정대의 위치를 기록하라.
스텝 5) 크로스 헤어가 줄의 반대 끝에 오도록 측정대를 움직이고 값을 기록한다. 측정대가 지나치게 이동하였으면, 정확한 위치를 지나치도록 되돌아가서 다시 시도한다.
스텝 6) 단계 2∼5를 반복하여 나머지 줄의 폭을 측정한다. 스텝 주기에 대한 라인폭 데이타를 표에 적는다(compile).
스텝 7) 첫번째 벤조탑 짧은 변이 위로 오도록 고정시키고 단계 2∼5를 반복하여 라인 높이를 측정하라. 측정된 후 각 줄을 절단하여 다음 줄이 나타나게 한다.
스텝 8) 남아 있는 줄에 대해 스텝 7을 반복하라. 스텝주기값에 대해 라인 높이 데이타를 표에 적는다.
[표본 작업 커브 계산]
벤조탑으로부터 측정된 데이터를 유틸리티 메뉴 MATERIAL MANAGER를 이용하여 입력한다. 최소의 자승법을 이용하여 데이타점들은 한 라인에 근사시켜 각 라인의 기울기와 Y 절편을 계산한다.
작업 커브의 기울기와 Y 절편을 사용하여 스텝 주기에 대한 라인 높이와 폭의 방정식 쓸 수 있다. 이 방정식은 다음과 같다.
(1) 높이=기울기 log SP+Y 절편 또는,
SP=10((높이-Y절편)/기울기)
(2) 폭=기울기 log SP+Y 절편 또는,
SP=10((폭-Y절편)/기울기)
MATERIAL MANAGER가 이 방정식들을 어떻게 사용하는지 예로서, 층 두께 20mils에 대해 정확한 스텝 주기를 찾기로 한다. 층간 적절한 접착력이 있으려면 경화깊이를 26mils이 되어야 한다는 것을 명심한다. 높이 커브의 기울기 13.76과 Y 절편-6.50을 사용한다. 방정식(1)의 두번째 식을 이용하여 적당한 스텝주기를 찾으면 다음과 같다.
방정식(2)의 첫번째 식을 이용하여 230의 스텝주기에서 라인폭을 계산하라.
폭 커브는 기울기 6.52와 Y 절편 2.91로 가정하자.
라인폭은 근사 편평 표면을 설계할 때, 층사이의 틈을 없애기 위한 스킨(skin)의 표면각을 알아야 할 때 유용하다.
또한, 스텝 주기가 스킨 벡터에 대해 계산될 때 중요하다. 스킨벡터는 각각 1∼4mils 이격되어 있고 서로 많은 부분이 중첩되어 있다(예를 들어 8mil 폭에 스킨의 사이 간격이 2mil이라면 4번 중첩하여 노출될 것이다.). 따라서, 소기의 스킨 두께를 얻으려면, 이 두께의 단일 라인에 대한 스텝 주기값은 라인폭과 필벡터 간격의 비율만큼 감소되어야 한다. 예를 들어 2mil 간격에 대해 8/2=4의 비율이다.
[작업 커브 재교정]
보통 작업 커브는 수지 타입과 레이저와 광학 특성을 알아보기 위해 한번만 만들어진다. 그러나 레이저 파워가 변하므로 부품 만들기 전에 현재의 파워를 측정할 필요가 있다. 프리패어 메뉴 옵션 RANGE MANAGER는 레이저파워가 변할 때 .R 범위 파일에 스텝주기값을 갱신하기 위해 사용된다.
[용어설명]
Claims (72)
- 스테레오리소그래픽(sterelithographic) 장치에 있어서, i) 형성될 3차원 물체에 대한 스테레오리소그래픽 데이터-상기 스테레오리소그래픽 데이터는 상기 3차원 물체를 나타내는 물체 데이터와 상기 물체를 형성하는 동안 지지될 필요가 있는 상기 물체의 하향(down-facing) 표면을 지지하기 위한 서포트 구조물(support structure)을 지정하는 서포트 구조물 데이터를 포함함-를 제공하기 위한 제1수단, ii) 위쪽 수직 방향으로 연속적으로 인접해 있는 단면들을 상기 스테레오리소그래픽 데이터에 따라 통합함으로써 상기 3차원 물체 및 상기 서포트 구조물을 자동으로 형성하기 위한 제2수단을 포함하며, iii) 상기 서포트 구조물은 상기 지지될 표면에 상기 수직 방향으로 뻗고, iv) 상기 서포트 구조물은 세로형 구조로 된 웹(web) 서포트이며, 상기 웹 서포트는 상기 지지될 표면의 일부에 접촉하며, 상기 웹 서포트는 물체 형성 이후에 상기 물체로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래픽 장치.
- 스테레오리소그래픽 장치에 있어서, i) 형성될 3차원 물체에 대한 스테레오리소그래픽 데이터-상기 스테레오리소그래픽 데이터는 상기 3차원 물체를 나타내는 물체 데이터와 상기 물체를 형성하는 동안 지지될 필요가 있는 상기 물체의 표면을 지지하기 위한 서포트 구조물을 지정하는 서포트 구조물 데이터를 포함함-를 제공하기 위한 제1수단, ii) 수직 방향으로 연속적으로 인접해 있는 단면들을 상기 스테레오리소그래픽 데이터에 대하여 통합함으로써 상기 3차원 물체 및 상기 서포트 구조물을 동시에 자동으로 형성하기 위한 제2수단을 포함하며, iii) 상기 서포트 구조물은 상기 지지될 표면으로 뻗는 대각선 서포트를 포함하며 상기 대각선 서포트는 물체 형성 이후에 제거되는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래픽 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 서포트 구조물 데이터를 제공하기 위한 상기 제1수단은 상기 물체에 대한 웹 서포트를 지정하는 스테레오리소그래픽 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 서포트 구조물 데이터를 제공하기 위한 상기 제1수단은 상기 서포트 구조물의 높이가 2개 층만큼 연장되고 상기 서포트 구조물의 단면 치수가 길어지도록 지정하는 스테레오리소그래픽 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1수단은 상기 지지될 표면을 마주 보는(opposing) 제2표면에 접촉하는 고체 서포트를 지정하는 스테레오리소그래픽 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 제1수단은 상기 지지될 표면을 마주 보는 제2표면에 접촉하는 고체 서포트를 지정하는 스테레오리소그래픽 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 제2표면은 상기 스테레오리소그래픽 장치의 플랫폼(platform) 표면인 스테레오리소그래픽 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 제2표면은 상기 스테레오리소그래픽 장치의 플랫폼 표면인 스테레오리소그래픽 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 플랫폼 표면은 각각이 직경을 갖는 다수의 구멍으로 관통되고 상기 제1수단은 상기 서포트 구조물의 수평 치수가 상기 플랫폼 표면을 따라 있는 상기 직경보다 크게 확대되도록 지정하는 스테레오리소그래픽 장치.
- 제9항에 있어서, 상기 제1수단은 상기 플랫폼 표면을 따라 있는 상기 서포트 구조물의 수평 치수가 16.5밀리(0.65인치)보다 크거나 같게 되도록 지정하는 스테레오리소그래픽 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 제2표면은 상향 표면인 스테레오리소그래픽 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 제2표면은 상향 표면인 스테레오리소그래픽 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 제1수단은 단면에 폐공동 루프(closed hollow loop)를 지정하는 서포트 구조물 데이터를 제공하는 스테레오리소그래픽 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 제1수단은 단면에 폐공동 루프를 지정하는 서포트 구조물 데이터를 제공하는 스테레오리소그래픽 장치.
- 제1항 또는 제4항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 3차원 물체는 선정된 자극에 노출됨에 따라 고화될 수 있는 매질로 형성되는 스테레오리소그래픽 장치.
- 제15항에 있어서, 상기 매질은 광중합체인 스테레오리소그래픽 장치.
- 제16항에 있어서, 상기 서포트 구조물은 제1구조물이고 상기 서포트 구조물 데이터를 제공하기 위한 상기 제1수단은 제2의 제거 가능한 서포트 구조물을 추가적으로 지정하는 스테레오리소그래픽 장치.
- 제17항에 있어서, 상기 제1수단은 상기 제1서포트 구조물과 상기 제2서포트 구조물이 교차되도록 지정하는 스테레오리소그래픽 장치.
- 제17항에 있어서, 상기 제1수단은 상기 제1서포트 구조물과 상기 제2서포트 구조물이 서로 간격을 유지하도록 지정하는 스테레오리소그래픽 장치.
- 제15항에 있어서, 상기 제2수단은 물체 슬라이싱 옵션(slicing option)을 상기 3차원 물체를 나타내는 물체 데이터와 연관시키기 위한 수단, 서포트 구조물 슬라이싱 옵션을 상기 서포트 구조물 데이터와 연관시키기 위한 수단, 및 상기 물체 및 서포트 구조물을 나타내는 단면 표현을 각각 형성하기 위해 상기 물체 및 서포트 구조물 슬라이싱 옵션-상기 물체 및 서포트 구조물 슬라이싱 옵션은 서로 다를 수 있음-을 이용하기 위한 수단을 더 포함하는 스테레오리소그래픽 장치.
- 제16항에 있어서, 상기 제2수단은 물체 슬라이싱 옵션을 상기 3차원 물체를 나타내는 물체 데이터와 연관시키기 위한 수단, 서포트 구조물 슬라이싱 옵션을 상기 서포트 구조물 데이터와 연관시키기 위한 수단, 및 상기 물체 및 서포트 구조물을 나타내는 단면 표현을 각각 형성하기 위해 상기 물체 및 서포트 구조물 슬라이싱 옵션-상기 물체 및 서포트 구조물 슬라이싱 옵션은 서로 다를 수 있음-을 이용하기 위한 수단을 더 포함하는 스테레오리소그래픽 장치.
- 제15항에 있어서, 상기 제2수단은 물체 구축(building) 옵션과 상기 3차원 물체를 나타내는 물체 데이터를 연관시키기 위한 수단, 서포트 구조물 구축 옵션과 상기 서포트 구조물 데이터를 연관시키기 위한 수단, 및 상기 물체 및 서포트 구조물을 각각 형성하기 위해 상기 물체 및 서포트 구조물 구축 옵션-상기 물체 및 서포트 구조물 구축 옵션은 서로 다를 수 있음-을 이용하기 위한 수단을 더 포함하는 스테레오리소그래픽 장치.
- 제16항에 있어서, 상기 제2수단은 물체 구축 옵션과 상기 3차원 물체를 나타내는 물체 데이터를 연관시키기 위한 수단, 서포트 구조물 구축 옵션과 상기 서포트 구조물 데이터를 연관시키기 위한 수단, 및 상기 물체 및 서포트 구조물을 각각 형성하기 위해 상기 물체 및 서포트 구조물 구축 옵션-상기 물체 및 서포트 구조물 구축 옵션은 서로 다를 수 있음-을 이용하기 위한 수단을 더 포함하는 스테레오리소그래픽 장치.
- 제20항에 있어서, 상기 제2수단은 물체 구축 옵션과 상기 3차원 물체를 나타내는 물체 데이터를 연관시키기 위한 수단, 서포트 구조물 구축 옵션과 상기 서포트 구조물 데이터를 연관시키기 위한 수단, 및 상기 물체 및 서포트 구조물을 각각 형성하기 위해 상기 물체 및 서포트 구조물 구축 옵션-상기 물체 및 서포트 구조물 구축 옵션은 서로 다를 수 있음-을 이용하기 위한 수단을 더 포함하는 스테레오리소그래픽 장치.
- 제21항에 있어서, 상기 제2수단은 물체 구축(building) 옵션과 상기 3차원 물체를 나타내는 물체 데이터를 연관시키기 위한 수단, 서포트 구조물 구축 옵션과 상기 서포트 구조물 데이터를 연관시키기 위한 수단, 및 상기 물체 및 서포트 구조물을 각각 형성하기 위해 상기 물체 및 서포트 구조물 구축 옵션-상기 물체 및 서포트 구조물 구축 옵션은 서로 다를 수 있음-을 이용하기 위한 수단을 더 포함하는 스테레오리소그래픽 장치.
- 제15항에 있어서, 상기 제2수단은 물질 표면상에 스캔될 때 상기 물질에 상응하는 경화 폭을 발생시키는 빔 직경을 갖는 선정된 자극의 빔을 제공하기 위한 소스(source)를 포함하며, 상기 서포트 구조물 폭은 상기 물질의 경화폭의 대략 2배보다 작은 스테레오리소그래픽 장치.
- 제16항에 있어서, 상기 제2수단은 물질 표면상에 스캔될 때 상응하는 경화 폭을 상기 물질에 발생시키는 빔 직경을 갖는 선정된 자극의 빔을 제공하기 위한 소스(source)를 포함하며, 상기 서포트 구조물 폭은 상기 물질의 경화폭의 대략 2배보다 작은 스테레오리소그래픽 장치.
- 제16항에 있어서, 상기 서포트 구조물은 상기 물질이 2개의 인접한 라인에 따라 상기 선정된 자극에 노출될 때 형성되도록 지정되는 스테레오리소그래픽 장치.
- 제15항에 있어서, 상기 선정된 자극은 전자 빔, 가시광선, 비가시광선 또는 반응성 화학물질에 의해 이루어지는 스테레오리소그래픽 장치.
- 제16항에 있어서, 상기 선정된 자극은 자외 방사선인 스테레오리소그래픽 장치.
- 스테레오리소그래피 방법에 있어서, i) 형성될 3차원 물체에 대한 스테레오리소그래픽 데이터-상기 스테레오리소그래픽 데이터는 상기 3차원 물체를 나타내는 물체 데이터와 상기 물체가 형성되는 동안 지지될 필요가 있는 상기 물체의 하향 표면을 지지하기 위한 서포트 구조물을 지정하는 서포트 구조물 데이터를 포함함-를 제공하는 단계, ii) 위쪽 수직 방향으로 연속적으로 인접해 있는 단면을 통함시킴으로써 상기 3차원 물체와 상기 서포트 구조물을 자동으로 형성하기 위해 상기 스테레오리소그래픽 데이터를 이용하는 단계를 포함하며, iii) 상기 서포트 구조물은 상기 지지될 표면에 상기 수직 방향으로 뻗도록 형성되며, iv) 세로형 구조로 된 웹 서포트-상기 웹 서포트는 상기 지지될 표면에 접촉함-인 상기 서포트 구조물을 제공하는 단계와 물체 형성 이후에 상기 웹 서포트를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 방법.
- 스테레오리소그래피 방법에 있어서, i) 형성될 3차원 물체에 대한 스테레오리소그래픽 데이터-상기 스테레오리소그래픽 데이터는 상기 3차원 물체를 나타내는 물체 데이터와 상기 물체가 형성되는 동안 지지될 필요가 있는 상기 물체의 표면을 지지하기 위한 서포트 구조물을 지정하는 서포트 구조물 데이터를 포함함-를 제공하는 단계, ii) 수직 방향으로 연속적으로 인접해 있는 단면들을 통합시킴으로써 상기 3차원 물체와 상기 서포트 구조물을 자동적으로 동시에 형성하기 위해 상기 스테레오리소그래픽 데이터를 이용하는 단계를 포함하며, iii) 상기 서포트 구조물은 상기 지지될 표면으로 뻗는 대각선 서포트를 포함하며 물체 형성 이후에 상기 대각선 서포트를 제거하는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 방법.
- 제32항에 있어서, 상기 서포트 구조물 데이터를 제공하는 상기 단계는 상기 물체에 대한 웹 서포트를 지정하는 스테레오리소그래피 방법.
- 제31항에 있어서, 상기 서포트 구조물 데이터를 제공하는 상기 단계는 상기 서포트 구조물의 높이가 2개층만큼 연장되고 상기 서포트 구조물의 단면 치수가 길어지도록 지정하는 스테레오리소그래피 방법.
- 제31항에 있어서, 상기 서포트 구조물 데이터를 제공하는 상기 단계는 상기 지지될 표면을 마주보는 제2표면에 접촉하는 고체 서포트를 지정하는 스테레오리소그래피 방법.
- 제34항에 있어서, 상기 서포트 구조물 데이터를 제공하는 상기 단계는 상기 지지될 표면을 마주보는 제2표면에 접촉하는 고체 서포트를 지정하는 스테레오리소그래피 방법.
- 제35항에 있어서, 상기 제2표면은 스테레오리소그래픽 장치의 플랫폼 표면인 스테레오리소그래피 방법.
- 제36항에 있어서, 상기 제2표면은 스테레오리소그래픽 장치의 플랫폼 표면인 스테레오리소그래피 방법.
- 제38항에 있어서, 상기 플랫폼 표면은 각각이 직경을 갖는 다수의 구멍으로 관통되고, 상기 서포트 구조물 데이터를 제공하는 상기 단계는 상기 서포트 구조물의 수평 치수를 상기 플랫폼 표면을 따라 있는 상기 직경보다 크게 확대하여 지정하는 스테레오리소그래피 방법.
- 제39항에 있어서, 상기 서포트 구조물 데이터를 제공하는 상기 단계는 상기 플랫폼을 따라 있는 상기 서포트 구조물의 상기 수평 치수를 16.5밀리(0.65인치)보다 크거나 같게 되도록 지정하는 스테레오리소그래피 방법.
- 제35항에 있어서, 상기 제2표면은 상향 표면인 스테레오리소그래피 방법.
- 제36항에 있어서, 상기 제2표면은 상향 표면인 스테레오리소그래피 방법.
- 제34항에 있어서, 상기 서포트 구조물 데이터를 제공하는 상기 단계는 단면에 폐공동 루프를 지정하는 스테레오리소그래피 방법.
- 제35항에 있어서, 상기 서포트 구조물 데이터를 제공하는 상기 단계는 단면에 폐공동 루프를 지정하는 스테레오리소그래피 방법.
- 제31항 또는 35항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 3차원 물체는 선정된 자극에 노출됨에 따라 고화될 수 있는 매질로 이루어지는 스테레오리소그래피 방법.
- 제45항에 있어서, 상기 매질은 광중합체인 스테레오리소그래피 방법.
- 제46항에 있어서, 상기 서포트 구조물은 제1서포트 구조물이고 상기 서포트 구조물 데이터를 제공하는 상기 단계는 제2의 제거 가능한 서포트 구조물을 추가적으로 지정하는 스테레오리소그래피 방법.
- 제47항에 있어서, 상기 서포트 구조물 데이터를 제공하는 상기 단계는 상기 제1서포트 구조물과 상기 제2서포트 구조물이 교차되도록 지정하는 스테레오리소그래피 방법.
- 제47항에 있어서, 상기 서포트 구조물 데이터를 제공하는 상기 단계는 상기 제1서포트 구조물과 상기 제2서포트 구조물이 서로 간격을 유지하도록 지정하는 스테레오리소그래피 방법.
- 제45항에 있어서, 물체 슬라이싱 옵션을 상기 3차원 물체를 나타내는 물체 데이터와 연관시키는 단계, 서포트 구조물 슬라이싱 옵션을 상기 서포트 구조물 데이터와 연관시키는 단계, 및 상기 물체 및 서포트 구조물의 단면 표현을 각각 형성하기 위해 상기 물체 및 서포트 구조물 슬라이싱 옵션-상기 물체 및 서포트 구조물 슬라이싱 옵션은 서로 다를 수 있음-을 이용하는 단계를 더 포함하는 스테레오리소그래피 방법.
- 제46항에 있어서, 물체 슬라이싱 옵션을 상기 3차원 물체를 나타내는 물체 데이터와 연관시키는 단계, 서포트 구조물 슬라이싱 옵션을 상기 서포트 구조물 데이터와 연관시키는 단계, 및 상기 물체 및 서포트 구조물의 단면 표현을 각각 형성하기 위해 상기 물체 및 서포트 구조물 슬라이싱 옵션-상기 물체 및 서포트 구조물 슬라이싱 옵션은 서로 다를 수 있음-을 이용하는 단계를 더 포함하는 스테레오리소그래피 방법.
- 제45항에 있어서, 물체 구축 옵션을 상기 3차원 물체를 나타내는 물체 데이터와 연관시키는 단계, 서포트 구조물 구축 옵션을 상기 서포트 구조물 데이터와 연관시키는 단계, 및 상기 물체 및 서포트 구조물을 각각 형성하기 위해 상기 물체 및 서포트 구조물 구축 옵션-상기 물체 및 서포트 구조물 구축 옵션은 서로 다를 수 있음-을 이용하는 단계를 더 포함하는 스테레오리소그래피 방법.
- 제46항에 있어서, 물체 구축 옵션을 상기 3차원 물체를 나타내는 물체 데이터와 연관시키는 단계, 서포트 구조물 구축 옵션을 상기 서포트 구조물 데이터와 연관시키는 단계, 및 상기 물체 및 서포트 구조물을 각각 형성하기 위해 상기 물체 및 서포트 구조물 구축 옵션-상기 물체 및 서포트 구조물 구축 옵션은 서로 다를 수 있음-을 이용하는 단계를 더 포함하는 스테레오리소그래피 방법.
- 제50항에 있어서, 물체 구축 옵션을 상기 3차원 물체를 나타내는 물체 데이터와 연관시키는 단계, 서포트 구조물 구축 옵션을 상기 서포트 구조물 데이터와 연관시키는 단계, 및 상기 물체 및 서포트 구조물을 각각 형성하기 위해 상기 물체 및 서포트 구조물 구축 옵션-상기 물체 및 서포트 구조물 구축 옵션은 서로 다를 수 있음-을 이용하는 단계를 더 포함하는 스테레오리소그래피 방법.
- 제51항에 있어서, 물체 구축 옵션을 상기 3차원 물체를 나타내는 물체 데이터와 연관시키는 단계, 서포트 구조물 구축 옵션을 상기 서포트 구조물 데이터와 연관시키는 단계, 및 상기 물체 및 서포트 구조물을 각각 형성하기 위해 상기 물체 및 서포트 구조물 구축 옵션-상기 물체 및 서포트 구조물 구축 옵션은 서로 다를 수 있음-을 이용하는 단계를 더 포함하는 스테레오리소그래피 방법.
- 제45항에 있어서, 상기 매질을 물리적으로 변형시킬 수 있는 선정된 자극은, 물질 표면상에 스캔될 때 상응하는 경화 폭을 상기 물질에 발생시키는 빔 직경을 갖는 빔으로서 제공되며, 상기 서포트 구조물 폭은 상기 물질의 경화폭의 대략 2배보다 작은 스테레오리소그래픽 방법.
- 제46항에 있어서, 상기 매질을 물리적으로 변형시킬 수 있는 선정된 자극은, 물질 표면상에 스캔될 때 상응하는 경화 폭을 상기 물질에 발생시키는 빔 직경을 갖는 빔으로서 제공되며, 상기 서포트 구조물 폭은 상기 물질의 경화폭의 대략 2배보다 작은 스테레오리소그래픽 방법.
- 제46항에 있어서, 상기 서포트 구조물은 상기 물질이 2개의 인접한 라인을 따라 상기 선정된 자극에 노출될 때 형성되도록 지정되는 스테레오리소그래픽 방법.
- 제45항에 있어서, 상기 선정된 자극은 전자 빔, 가시광, 비가시광, 또는 반응성 화학물질에 의해 이루어지는 스테레오리소그래픽 방법.
- 제46항에 있어서, 상기 선정된 자극은 자외 방사선인 스테레오리소그래픽 방법.
- 제2항 또는 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 3차원 물체는 선정된 자극에 노출됨에 따라 고화될 수 있는 매질로 형성되는 스테레오리소그래픽 장치.
- 제61항에 있어서, 상기 매질은 광중합체인 스테레오리소그래픽 장치.
- 61항에 있어서, 상기 제2수단은 물체 슬라이싱 옵션을 상기 3차원 물체를 나타내는 물체 데이터와 연관시키기 위한 수단, 서포트 구조물 슬라이싱 옵션을 상기 서포트 구조물 데이터와 연관시키기 위한 수단, 및 상기 물체 및 서포트 구조물을 나타내는 단면 표현을 각각 형성하기 위해 상기 물체 및 서포트 구조물 슬라이싱 옵션-상기 물체 및 서포트 구조물 슬라이싱 옵션은 서로 다를 수 있음-을 이용하기 위한 수단을 더 포함하는 스테레오리소그래픽 장치.
- 제61항에 있어서, 상기 제2수단은 물체 구축 옵션과 상기 3차원 물체를 나타내는 물체 데이터와 연관시키기 위한 수단, 서포트 구조물 구축 옵션과 상기 서포트 구조물 데이터를 연관시키기 위한 수단, 및 상기 물체 및 서포트 구조물을 각각 형성하기 위해 상기 물체 및 서포트 구조물 구축 옵션-상기 물체 및 서포트 구조물 구축 옵션은 서로 다를 수 있음-을 이용하기 위한 수단을 더 포함하는 스테레오리소그래픽 장치.
- 제61항에 있어서, 상기 선정된 자극은 전자 빔, 가시광선, 비가시광선 또는 반응성 화학물질에 의해 이루어지는 스테레오리소그래픽 장치.
- 제62항에 있어서, 상기 선정된 자극은 자외 방사선인 스테레오리소그래픽 장치.
- 제32항 또는 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 3차원 물체는 선정된 자극에 노출됨에 따라 고화될 수 있는 매질로 이루어지는 스테레오리소그래피 방법.
- 제67항에 있어서, 상기 매질은 광중합체인 스테레오리소그래피 방법.
- 제67항에 있어서, 물체 슬라이싱 옵션을 상기 3차원 물체를 나타내는 물체 데이터와 연관시키는 단계, 서포트 구조물 슬라이싱 옵션을 상기 서포트 구조물 데이터와 연관시키는 단계, 및 상기 물체 및 서포트 구조물의 단면 표현을 각각 형성하기 위해 상기 물체 및 서포트 구조물 슬라이싱 옵션-상기 물체 및 서포트 구조물 슬라이싱 옵션은 서로 다를 수 있음-을 이용하는 단계를 더 포함하는 스테레오리소그래피 방법.
- 제67항에 있어서, 물체 구축 옵션을 상기 3차원 물체를 나타내는 물체 데이터와 연관시키는 단계, 서포트 구조물 구축 옵션을 상기 서포트 구조물 데이터와 연관시키는 단계, 상기 물체 및 서포트 구조물을 각각 형성하기 위해 상기 물체 및 서포트 구조물 구축 옵션-상기 물체 및 서포트 구조물 구축 옵션은 서로 다를 수 있음-을 이용하는 단계를 더 포함하는 스테레오리소그래피 방법.
- 제67항에 있어서, 상기 선정된 자극은 전자 빔, 가시광, 비가시광, 또는 반응성 화학물질에 의해 이루어지는 스테레오리소그래픽 방법.
- 제68항에 있어서, 상기 선정된 자극은 자외 방사선인 스테레오리소그래픽 방법.
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