KR100892353B1 - 광조형 방법, 광조형 시스템 및 광조형 프로그램 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 계산장치(1)에 따라 광조형 장치(10)에 의해 실행되는 표적 대상물을 광조형하는데 있어, 제 1 경로(P)가 형성될 필요가 있는 표적 대상물의 3차원 CAD 모델 데이터에 대한 특정 피치로 잘려진 각 섹션의 등고선 데이터와 제 1 파라미터 데이터를 기초로 하여 광빔 조사경로로서 생성된다. 제 2 경로(P2)는 상기 3차원 CAD 모델 데이터, 제 2 파라미터 데이터, 및 상기 제거공정을 실행하는 타이밍을 나타내는 제거 타이밍 데이터를 기초로 하여 제거공정경로로서 생성된다. 구동 프로그램(P3)은 상기 제 1 경로 데이터, 상기 제 2 경로 데이터, 및 상기 제거 타이밍 데이터를 기초로 하여 상기 광빔 조사와 상기 제거공정을 포함하는 광조형공정을 실행하기 위해 생성되고, 이에 의해 상기 구동 프로그램에 따라 상기 광조형 및 제거공정을 수행한다.
광조형 방법, 광조형 시스템, 광조형 프로그램

Description

광조형 방법, 광조형 시스템 및 광조형 프로그램{Photo-shaping Method, Photo-Shaping System, And Photo-Shaping Program}
본 발명은 분말재료로부터 3차원 물체를 제조하는 광조형 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분말 재료층의 특정 위치에 광빔을 조사하여 분말층을 소결함으로써 소결된 층들의 형성을 반복하는 동안 나타나게 형성된 3차원 물체의 외부면을 제거함으로써 표적 3차원 물체를 얻는 광조형 방법과, 상기 광조형 방법을 수행하는 광조형 시스템과 광조형 프로그램에 관한 것이다.
종래 광조형 방법이 일본특허 공개공보 제2002-115004호(특허참조문헌 1)에 기재되어 있다. 이 방법에서, 광빔이 분말재료층의 특정 위치에 조사되어 분말 재료층의 해당부위를 소결하여(한번 용융된 경우를 포함하여) 소결층을 형성한다. 그런 후, 소결층은 새 분말재료층으로 덮이고 광빔이 그 특정 위치에 조사되어 상기 새 분말재료층의 해당부위를 소결함으로써 상기 밑에 놓인 소결층과 일체로 통합된 새로운 소결층을 형성한다. 소결층들을 형성하는 이러한 과정을 반복하는 한편, 소결층들을 적층함으로써 얻어진 형성된 바디의 외부면에는 소결층을 형성하는 반복 단계동안 제거공정이 행해지게 된다.
형성될 3차원 물체의 3차원 CAD 모델 데이터로부터 얻은 STL 모델 데이터를 기초로, 특허참조문헌 1에 기재된 바와 같이, 이 종래 광조형 방법에서는, 2가지 수단에 의한 광빔 조사공정 및 제거공정을 수행하기 위해 광빔조사수단과 제거공정수단의 공정경로가 계산되고, 상기 구해진 공정경로 데이터를 기초로 광빔조사수단과 제거공정수단이 구동된다.
이 공정에서, 물체를 형성하기 위해 소결층들을 적층하는데 개입되는 제거공정에 사용된 공정경로(즉, 제 2 경로)는 심지어 종래 CAD에서 높이(수직) 방향으로 공정범위를 연이어 특정함으로써 구해질 수 있다. 그러나, 분주(divisions) 회수가 높이 방향으로 증가하는 경우, 더 많은 노력과 시간이 들고 조작자의 실수가 발생할 수 있다.
예컨대, 0.05㎜의 적층 피치로 매 10개층을 적층할 때 제거공정을 수행하는 경우, 형성된 바디의 높이가 100㎜이면 분주 회수는 200이고, 5개 타입의 제거 도구들이 사용되는 경우, 총 분주 회수는 1000이 된다. 제 2 경로가 높이 범위를 설정하고 실행하는데 있어 이러한 회수만큼 계산되는 경우, 이는 조작자의 노력이 과도하게 들게 하여 실수들이 발생할 수 있다. 게다가, 프로그램은 공정순서에서 이러한 제 2 경로들의 개수를 재구성함으로써 만들어져야 하고, 제거공정수단으로 전달되어야 하며 이 작업은 또한 수동으로 행해질 때 훨씬 많은 시간과 노력이 든다.
종래 기술의 상기 문제들을 해결하기 위해, 본 발명이 이루어졌으며 본 발명의 목적은 소결층을 적층하는 반복단계동안 제거공정을 포함하여 효율적으로 광조형을 수행할 수 있는 광조형 방법, 광조형 시스템 및 광조형 프로그램을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 분말 재료층의 특정 위치에 광빔을 조사(照射)하여 상기 분말재료의 소정 부위를 소결시켜 소결층을 형성하는 단계와, 새로운 분말 재료층으로 상기 소결층을 덮는 단계와, 광빔을 상기 새로운 분말 재료층의 특정 위치에 조사하여 상기 새로운 분말 재료의 소정 부위를 소결시켜 밑에 있는 소결층과 일체로 형성된 새로운 소결층을 형성하는 단계와, 상기 소결층들을 적층하여 형성하는 공정을 반복하는 단계와, 상기 소결층들의 반복 형성공정 동안 상기 소결층들을 적층하여 형성된 바디의 외부면을 제거하는 단계를 포함하는, 계산장치에 의해 실행된 계산공정에 따라 광조형 장치에 의해 실행되는 표적 대상물 광조형 공정을 포함하는 광조형 방법을 제공한다.
상기 방법은 상기 계산장치에 의해 실행된 계산공정이 상기 광조형 공정에서 광조사 공정을 위해 제 1 파라미터 데이터베이스에 다양한 파라미터들의 제 1 파라미터 데이터를 저장하는 단계와, 상기 제거공정을 위해 상기 제 2 파라미터 데이터베이스에 다양한 파라미터들의 제 2 파라미터 데이터를 저장하는 단계와, 형성될 필요가 있는 표적 대상물의 3차원 CAD 모델 데이터에 대한 특정 피치로 잘려진 각 섹션의 등고선 데이터와 상기 제 1 파라미터 데이터베이스에 저장된 상기 제 1 파라미터 데이터를 기초로 하여 상기 광조사 공정을 위한 광빔조사경로로서 제 1 경로를 생성하는 단계와, 상기 3차원 CAD 모델 데이터, 제 2 파라미터 데이터베이스에 저장된 제 2 파라미터 데이터, 및 상기 제거공정을 실행하는 타이밍을 나타내는 제거 타이밍 데이터를 기초로 하여 상기 제거공정을 위한 제거공정경로로서 제 2 경로를 생성하는 단계와, 상기 제 1 경로 데이터, 상기 제 2 경로 데이터, 및 상기 제거 타이밍 데이터를 기초로 하여 상기 광빔 조사를 포함하는 광조형 공정과 상기 제거공정을 실행하기 위해 상기 광조형 장치를 구동하는 구동 프로그램을 생성하고, 이에 의해 상기 구동 프로그램에 따라 상기 광조형 공정 및 제거공정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 분말 재료층의 특정 위치에 광빔을 조사하여 상기 분말재료의 소정 부위를 소결시켜 소결층을 형성하고, 상기 소결층을 새로운 분말 재료층으로 덮으며, 광빔을 상기 새로운 분말 재료층의 특정 위치에 조사하여 상기 새로운 분말 재료의 소정 부위를 소결시켜 밑에 있는 상기 소결층과 일체로 형성된 새로운 소결층을 형성하고, 상기 소결층들을 적층하여 형성하는 공정을 반복하는 광조사 수단과, 상기 소결층들의 반복 형성공정동안 상기 소결층들을 적층하여 형성된 바디의 외부면을 제거하는 제거공정수단을 구비하는, 계산장치에 따라 표적 대상물을 광조형하기 위한 광조형 장치를 포함하는 광조형 시스템을 제공한다.
상기 시스템은 상기 계산장치가 상기 광조사 수단에 의해 실행된 광조형 공정에 사용하기 위한 다양한 파라미터들을 저장하는 제 1 파라미터 데이터베이스와, 상기 제거공정수단에 의해 실행된 상기 제거공정에 사용하기 위한 다양한 파라미터들을 저장하는 제 2 파라미터 데이터베이스와, 형성될 필요가 있는 표적 대상물의 3차원 CAD 모델 데이터에 대한 특정 피치로 잘려진 각 섹션의 등고선 데이터와 상기 제 1 파라미터 데이터베이스에 저장된 상기 상기 파라미터 데이터를 기초로 하여 상기 광조사 수단을 위한 광빔 조사경로로서 제 1 경로를 생성하기 위한 제 1 경로 생성수단과, 상기 3차원 CAD 모델 데이터, 제 2 파라미터 데이터베이스에 저장된 파라미터 데이터, 및 상기 제거공정을 실행하는 타이밍을 나타내는 제거 타이밍 데이터를 기초로 하여 상기 제거공정수단을 위한 제거공정경로로서 제 2 경로를 생성하기 위한 제 2 경로 생성수단과, 상기 제 1 경로 데이터, 상기 제 2 경로 데이터, 및 상기 제거 타이밍 데이터를 기초로 하여 상기 광조형 장치와 제거공정수단을 구동하기 위한 구동 프로그램을 생성하여, 이에 의해 상기 광조형 장치와 상기 제거공정수단이 상기 구동 프로그램에 따라 상기 광조형 공정 및 제거공정을 수행하는 구동 프로그램 생성수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 경로 생성수단은 상기 3차원 CAD 모델 데이터와 상기 제 2 파라미터 데이터베이스에 저장된 파라미터 데이터를 기초로 상기 제거공정수단에 사용되는 제거도구를 결정할 수 있다. 따라서, 상기 모델 형태에 적합한 적절한 도구를 사용함으로써 제거공정이 수행될 수 있다.
상기 제 2 경로 생성수단이 바람직하게는 상기 3차원 CAD 모델 데이터와 상기 제 2 파라미터 데이터베이스에 저장된 파라미터 데이터를 기초로 상기 제거 타이밍 데이터를 생성하고, 상기 제거 타이밍 데이터를 생성하는데 있어 참조되는 파라미터 데이터는 컷팅 깊이의 아랫방향 중첩량(ovr)에 대한 데이터를 포함한다. 따라서, 적절한 제거 타이밍이 상기 도구 형태에 따라 자동적으로 설정될 수 있으며, 상기 동일한 제거 타이밍으로 항상 제거하는 경우에 비하면, 제거 회수가 줄어들 수 있어 상기 도구의 컷팅 날의 길이의 사용을 효율적이게 하고, 도구의 교환 회수가 줄어들 수 있어, 중첩량이 줄어들고, 낭비되는 경로들이 절약되고, 처리시간이 단축될 수 있다.
상기 제 2 경로 생성수단이 제거 타이밍시 높이방향으로 전체 대상 모델에 대해 생성된 제 2 경로들을 구분하는 경우, 모델 형태의 시간소모 인식공정이 한번만 요구되며, 계산공정시간이 단축될 수 있다.
이 경우, 바람직하게는, 제 2 경로 생성수단이 인접한 제 2 경로들을 연이어 연결시키는 공중경로(aerial route path)를 생성하고, 생성되는 상기 제 2 경로의 대상범위 위의 형태를 무시함으로써 공중경로를 또한 생성한다. 따라서, 낭비적인 간섭검사가 생략될 수 있고, 계산처리시간이 또한 단축될 수 있다.
상기 제 2 경로 생성수단이 기설정된 제거 타이밍 데이터에 따라 높이 방향으로 상기 3차원 CAD 모델을 구분하고, 상기 구분된 모델 형태와 제거공정용 상기 제 2 파라미터 데이터베이스에 저장된 파라미터 데이터를 기초로 하여 제 2 경로를 생성한다. 따라서, 최적 제거도구가 각 구분된 모델에 사용될 수 있고 낭비없이 제 2 경로들이 구해질 수 있다.
상기 제 2 경로 생성수단은 형성시 발생된 초과 경화부의 모델을 만들 수 있고, 제거범위로서 얻은 초과 경화모델을 결정하며, 이 제거범위에 대한 제 2 경로를 생성한다. 따라서, 더 효율적인 제 2 경로들이 구해질 수 있다.
상기 제 2 경로 생성수단이 제거 타이밍에 의해 특정된 범위의 최하위 등고선과 특정량 만큼 상기 최하위 등고선으로부터 외부로 오프세트된 오프세트 등고선 사이 영역에 상기 제거범위를 결정하고, 상기 제거범위를 기초로 제 2 경로를 생성할 수 있다.
상기 제 2 경로 생성수단이 상기 구분된 모델들 간의 각 불연속 영역에 제 2 경로를 생성하고, 상기 제 2 경로를 링크하는 공중경로를 생성하는 경우, 소위 아일랜드의 일부분을 인식하기가 쉽고 낭비없이 공중경로들이 구해질 수 있다.
상기 제 2 경로 생성수단은 바람직하게는 컷팅수단으로서 상기 제거공정수단에서 상기 제 2 파라미터 데이터베이스에 포함된 도구 형태에 따라 상기 모델과의 접촉시작위치를 결정하고, 상기 접촉시작위치를 기초로 하여 제 2 경로를 생성한다. 거의 어떠한 미스-히팅(miss-hitting)없이 제 2 경로들이 구해질 수 있어, 제거시간이 단출될 수 있다.
본 발명은 또한 분말 재료층의 특정 위치에 광빔을 조사하여 상기 분말재료의 소정 부위를 소결시켜 소결층을 형성하는 단계와, 새로운 분말 재료층으로 상기 소결층을 덮는 단계와, 광빔을 상기 새로운 분말 재료층의 특정 위치에 조사하여 상기 새로운 분말 재료의 소정 부위를 소결시켜 밑에 있는 상기 소결층과 일체로 형성된 새로운 소결층을 형성하는 단계와, 상기 소결층들을 적층하여 형성하는 공정을 반복하는 단계와, 상기 소결층들의 반복 형성공정동안 상기 소결층들을 적층하여 형성된 바디의 외부면을 제거하는 단계를 포함하는, 계산공정에 따라 광조형 장치에 의해 실행된 표적 대상물을 광조형하는 공정을 실행하기 위한 컴퓨터에 의해 실행되는 구동 프로그램을 생성하는 광조형 프로그램을 제공한다.
상기 프로그램은 상기 컴퓨터에 의해 실행된 상기 계산공정이 상기 광조사 공정을 위해 제 1 파라미터 데이터베이스에 다양한 파라미터들의 제 1 파라미터 데이터를 저장하는 단계와, 상기 제거공정을 위해 상기 제 2 파라미터 데이터베이스에 다양한 파라미터들의 제 2 파라미터 데이터를 저장하는 단계와, 형성될 필요가 있는 표적 대상물의 3차원 CAD 모델 데이터에 대한 특정 피치로 잘려진 각 섹션의 등고선 데이터와 상기 제 1 파라미터 데이터베이스에 저장된 상기 제 1 파라미터 데이터를 기초로 하여 상기 광조사 공정을 위한 광빔 조사경로로서 제 1 경로를 생성하는 단계와, 상기 3차원 CAD 모델 데이터, 제 2 파라미터 데이터베이스에 저장된 제 2 파라미터 데이터, 및 상기 제거공정을 실행하는 타이밍을 나타내는 제거 타이밍 데이터를 기초로 하여 상기 제거공정을 위한 제거공정경로로서 제 2 경로를 생성하는 단계와, 상기 제 1 경로 데이터, 상기 제 2 경로 데이터, 및 상기 제거 타이밍 데이터를 기초로 하여 상기 광빔 조사공정 및 제거공정을 포함하는 광조형 공정을 실행하기 위한 상기 광조형 장치를 구동하는 구동 프로그램을 생성하고, 이에 의해 상기 구동 프로그램에 따라 상기 광조형 공정 및 제거공정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 경로는 광조형을 위한 다양한 파라미터들을 포함하는 제 1 파라미터 데이터베이스에 저장된 파라미터 데이터, 제거공정을 위한 다양한 파라미터들을 포함하는 제 2 파라미터 데이터베이스에 저장된 파라미터 데이터, 및 모델 데이터로부터 구해질 수 있고, 이들 제 1 및 제 2 경로를 연이어 실행하기 위한 구동 프로그램을 구할 수 있다. 따라서, 광조형 공정을 실행하는 조작자의 노력과 시간이 상당히 줄어들 수 있고 광조형 공정은 소결층들을 적층하는 반복 단계동안 제거공정을 실행함으로써 효율적으로 수행될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 광조형 시스템의 실시예를 도시한 블록 다이어그램이다.
도 2a 및 도 2b는 제 1 파라미터 데이터베이스에 포함된 파라미터 데이터의 설명도표이다.
도 3a 및 도 3b는 제 2 파라미터 데이터베이스에 포함된 파라미터 데이터의 설명도표이다.
도 4a 및 도 4b는 취해지는 모델 데이터의 설명도표이다.
도 5는 제 1 경로의 설명도표이다.
도 6a 및 도 6b는 제 2 파라미터 데이터베이스에 포함된 파라미터 데이터의 다른 예에 대한 설명도표이다.
도 7은 중첩 검사를 도시한 흐름도이다.
도 8은 초과 경화부와 도구를 도시한 측면도이다.
도 9는 제 2 경로들의 구분에 대한 설명도이다.
도 10a 및 도 10b는 공중경로를 도시한 설명도로서, 도 10a는 측면도이고 도 10b는 평면도이다.
도 11은 구분공정에 의해 수행된 제 2 경로 생성공정을 도시한 흐름도이다.
도 12는 모델 구분의 설명도이다.
도 13은 구분 공정에 의해 수행된 제 2 경로 생성공정의 또 다른 예를 도시한 흐름도이다.
도 14a는 모델의 예에 대한 사시도이고, 도 14b는 중첩을 갖는 구분된 모델 에 대한 설명도이다.
도 15a는 모델의 예의 측면도이고, 도 15b는 동일한 모델의 중간단계 제조에 대한 측면도이며, 도 15c는 초과 경화부에 대한 모델의 측면도이다.
도 16은 초과 경화부의 모델의 제조과정을 도시한 설명도이다.
도 17은 제 2 경로의 범위를 생성하는 결정의 또 다른 예를 도시한 설명도이다.
도 18은 중첩 검사를 위한 기준범위를 도시한 설명도이다.
도 19a는 도구로서 볼 엔드밀(ball end mill) 사용시에 문제를 도시한 측면도이고, 도 19b는 문제의 해결수단을 도시한 확대측면도이다.
도 20a는 광조형 장치의 예에 대한 분해 사시도이고, 도 20b는 부분 사시도이다.
본 출원은 2004년 10월 26일자로 일본에 출원된 일본특허출원 제2004-311506호(현재 일본특허 제3687677호로서 특허받음)에 기초한 것으로, 그 내용이 전체적으로 본 명세서에 참조로 합체되어 있다.
다음은 첨부도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 기술하고 있다. 도 20a 및 도 20b는 다른 주변장치들과 함께 주로 광조형 장치(10), 계산장치(1) 및 CAD(컴퓨터 보조설계)부를 포함하는 본 발명에 따른 광조형 시스템의 예를 도시한 것이다. 광조형 장치(10) 자체는 특허참조문헌 1에 개재된 장치와 유사하다. 보다 상세하게는, 광조형 장치(10)는 분말층 형성수단(6), 광빔 조사수단(7), 제거공정 수단(8), 및 그 내에 있는 상기 분말층 형성수단(6), 제거공정수단(8) 및 다른 것들을 포함하는 챔버(28)를 구비한다. 분말층 형성수단(6)은 외주 주위로 둘러싸인 공간내에 실린더를 상하로 이동함으로써 구동되는 스테이지(60)에 분말탱크(63)에서 나오는 금속분말을 공급한다. 공급된 금속분말은 압착 블레이드(61)에 의해 균일하게 층이 이루어져 스테이지(60)상에 소정 두께를 갖는 분말층(F)을 형성한다.
빔형태 교정부(75), 갈바노-미러(galvanor-mirror)(71) 등으로 구성된 스캐닝 광시스템에 의해 광빔조사수단(7)이 레이저 발진기(70)로부터 분말층(F)으로 방출된 레이저빔을 조사한다. 광빔조사수단(7)은 챔버(28) 외부에 배치되어 있고 상기 광빔조사수단(7)에서 나온 광빔이 챔버(28)에 형성된 광투과창(29)을 통해 분말층(F)에 조사된다. 제거공정수단(8)은 분말층 형성수단(6)의 기저부 위에 XY 구동장치(80)상에 형성된 밀링 헤드(milling head)(81)를 구비한다.
분말탱크(63)에서 흘러나온 금속분말이 스테이지(60)의 기저면에 공급되고 동시에 블레이드(61)에 의해 균일하게 평평해져 분말층(F)의 제 1 층을 형성한다. 레이저빔(LB)와 같은 광빔이 경화되어질 분말층(F)의 소정 부위에 조사되어, 그 결과 금속분말이 소결되어져 기저부와 일체로 통합되는 제 1 소결층을 형성하게 된다. 그런 후, 스테이지(60)는 약간 하강되고 다시 상기 분말탱크(63)로부터 금속분말이 새로이 공급되어 블레이드(61)에 의해 평평해지게 되며, 상기 제 1 분말층(F)과 상기 제 1 소결층 모두에 제 2 분말층(F)이 형성되어 진다. 레이저빔(LB)와 같은 광빔이 경화되어질 제 2 분말층의 소정부위에 조사되고, 상기 분말이 소결되어 밑에 있는 상기 제 1 소결층과 일체로 형성되는 제 2 소결층을 형성하게 된다.
스테이지(60)를 낮추는 한편 새 분말층(F)를 형성하고 광빔을 특정 위치에 조사하여 소결층을 형성하는 상기 공정을 반복함으로써, 복수의 소결층들이 적층으로 쌓아 올려진다. 적층된 소결층들의 두께가 예컨대 제거공정수단(8)의 밀링 헤드(81)의 도구 길이에 따라 사전 특정된 소정값에 도달하는 경우, 제거공정수단(8)이 이제까지 쌓아올려져 형성된 바디의 표면을 절단(즉, 측면 밀링)하도록 일단 구동되고, 따라서 그 외부면에는 전체면이 마감되도록 제거공정이 수행된다.
바람직하기로, 입자 크기가 10 내지 100㎛인 실질적으로 구형의 철분말이 분말로서 사용될 수 있고 이산화탄소 레이저빔이 광빔으로서 사용될 수 있으나, 본 발명은 이들 사용에 국한되지 않는다. 또한, 제거공정수단(8)은 밀링 헤드(81)를 사용하는데 국한되지 않으며 다른 절단수단들이 사용될 수 있다.
계산공정을 실행하는 계산장치(1)의 구성이 도 1a 및 도 1b를 참조로 하기에 기술되어 있다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 계산장치(1)는 광조형을 수행하기 위한 다양한 파라미터를 포함하는 제 1 파라미터 데이터베이스(2)와, 제거 또는 절단 공정을 위한 다양한 파라미터를 포함하는 제 2 파라미터 데이터베이스(3)를 포함한다. 계산장치(1)는 모델 데이터 수용부(11), 슬라이스 공정부(12), 광조형 공정을 위한 제 1 경로(P1) 생성용 제 1 경로 생성부(13), 제거 또는 절단공정을 위한 제 2 경로(P2) 생성용 제 2 경로 생성부(14)를 포함하고 또한 구동 프로그램 생성부(15)를 더 포함한다. 이 구성에서, 제 1 및 제 2 파라미터 데이터베이스(2,3)는 하나의 데이터베이스로서 형성될 수 있음이 여기서 주목된다.
도 1b에 도시된 바와 같이, CPU, RAM, 및 ROM을 포함하는 계산장치(1)는 I/O 인터페이스(101)에 의해 저장부(102), 통신부(103,103'), 마우스(105), 키보드(106), 디스플레이부(104), 및 컨트롤러(107)에 연결되어 있다.
본 발명에 따른 광조형 시스템의 공정동작이 도 1a 및 도 1b를 참조로 아래에 설명되어 있다.
특정 명령어들이 키보드 및/또는 마우스를 조작함으로써 제공되면, CPU는 명령어에 따라 ROM에 저장되거나 저장부(102)에 기록된 프로그램을 읽어내고, 상기 프로그램을 RAM에 로드시켜 실행되게 한다. 대안으로, 프로그램의 실행은 또한 통신부(103,103')로부터 수신된 정보에 의해 명령될 수 있다. 그런 후, CPU가 필요로 하는 처리결과를 내보내고 상기 처리결과가 LCD 또는 CRT로 구성된 디스플레이부(104)에 디스플레이되거나, 프린터(미도시)에 전송되거나 통신부를 통해 외부장비에 전송되거나, 저장부(102)에 저장된다.
계산장치(컴퓨터)(1)가 다양한 프로세스들을 실행하도록 프로그램들을 기술하는 단계들이 항상 필요한 것은 아니며, 상기 프로그램들은 병행하여 또는 별도로 처리될 수 있다. 계산장치(1)는 하나의 유닛으로 국한되지 않고, 또한 복수의 계산장치들이 프로그램들을 별개로 처리하는데 사용될 수 있다. 더욱이, 계산장치는 원격위치에 있을 수 있고 프로그램들은 이러한 원격 계산장치에 전달되어 실행될 수 있다.
저장부(102)는 특정 타입에 국한되지 않으며, CPU에 의해 실행되는 프로그램과 데이터가 저장될 수 있는 한, 임의의 타입의 기록매체 또는 메모리 소자가 저장부(102), 예컨대, 내부 하드 디스크 및 이동식 디스크와 같은 자기 디스크, 광자기 디스크, 광학 디스크, 비휘발성 메모리, EPROM, EEPROM, 플러쉬 메모리(flush memory) 소자와 같은 다른 반도체 메모리 소자, 및 컴퓨터에 의해 읽어질 수 있는 임의의 다른 기록매체로서 사용될 수 있다.
본 발명의 광조형 프로그램으로 기록된 컴퓨터 판독가능한 기록매체는 상기 기록매체로부터 실행되는 광조형 프로그램들을 읽어낼 수 있는 계산장치(1)와 함께 사용될 때 본 발명의 특정 효과를 나타낼 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광조형 프로그램이 계산장치(1)에 의해 처리되고 실행되는 경우, 모델 데이터 수용부(11)가 가공될 대상 물체의 3차원 CAD로부터 3차원 모델 데이터를 인출한다. 슬라이스 처리부(12)가 특정 피치로 상기 모델 데이터를 잘라 각 섹션의 등고선 데이터를 구한다. 제 1 경로 생성부(13)는 각 섹션의 등고선 데이터와 상기 제 1 파라미터 데이터베이스(2)에 저장된 파라미터 데이터를 기초로 광빔 조사노정을 설정하기 위한 제 1 경로(P1)를 생성한다. 제 2 경로 생성부(14)는 3차원 CAD 모델 데이터, 상기 제 2 파라미터 데이터베이스(3)에 저장된 파라미터 데이터, 제거공정 타이밍을 도시한 제거 타이밍 데이터를 기초로 제거공정(즉, 밀링 또는 컷팅 공정) 노정을 설정하기 위한 제 2 경로(P2)를 생성한다. 구동 프로그램 생성부(15)는 위에서 구한 상기 제 1 경로(P1)와 제 2 경로(P2)의 데이터, 및 제거 타이밍 데이터를 기초로 광조형 장치(10)와 상기 광조형 장치에 형성된 제거공정수단(8)를 구동하기 위한 구동 프로그램(P3)을 생성한다. 이는 모델 데이터 수용부(11)와 다양한 처리부(12 내지 15)들이 계산장치(1)내 동작을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램(즉, 애플리케이션 소프트웨어)에 의해 실행될 수 있는 것을 말한다.
제 1 파라미터 데이터베이스(2)는 도 2a의 표에 나타낸 바와 같이 광조형 장치 그 자체의 다양한 데이터와 도 2b의 표에 나타낸 바와 같이 조형공정에 대한 다양한 파라미터들을 저장한다. 도 2b에 도시된 데이터 표는 소결되는 각 분말재료에 대한 광빔 조사 스폿직경, 광빔 조사전력, 조사속도, 조사패턴(섹션내 솔리드 페인팅 패턴), 및 조사간격과 같은 다양한 데이터를 포함한다. 도 2b는 파라미터 데이터 표의 예를 도시한 것으로, 각 소결 분말재료와 후술되는 각 슬라이스 피치에 대한 데이터가 기술되어 있다.
제 2 파라미터 데이터베이스(3)는 광조형 장치에 형성된 밀링 또는 컷팅 공정을 수행하기 위해 제거공정수단(8)과 관련한 다양한 데이터(파라미터)를 저장한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 데이터베이스(3)는 각 가공재료와 도구재료에 유용한 도구(엔드 밀)의 언더헤드 길이와 도구 직경의 데이터를 저장한 도구 마스터 데이터부, 홀더 직경, 구형 또는 평편형과 같은 타입들의 데이터 또는 다른 사양들을 포함한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 컷팅 조건 데이터부는 각각의 마감모드에 유용한 수집도구들과 그 구동조건들을 저장한다.
다음, 계산장치(1)에 의해 수행된 계산동작이 하기에 설명된다. 먼저, 모델 데이터 수용부(11)는 3차원 솔리드 모델 또는 표면들 중 적어도 정면과 후면 특성을 기술하는 표면 모델(예컨대, STL 모델)과 같이 3차원 CAD로부터 생성되는 것이 요구되는 표적 대상물의 3차원 모델 데이터를 인출한다.
모델 데이터의 표현 포맷은 NURBS와 같은 곡률 표현과 삼각형 등에 의한 다 각형 근사표현 중 어느 하나로 특징될 수 있다. 곡률 정확도가 소정 모델에 요구되는 경우 곡률 표현이 바람직하고, 처리시간이 더 중요한 경우 다각형 근사표현이 바람직하다.
레이저 스캐닝에 의한 소결공정에서, 엄밀한 정확도가 요구되지 않으며 도 4a에 도시된 바와 같이 대략적인 다각형 근사 정확도의 모델 데이터가 사용될 수 있다. 밀링 또는 컷팅에 의한 제거공정에서, 고정확도의 모델이 요구되므로, 도 4b에 도시된 바와 같이 정확한 다각형 근사모델(예컨대, STL 표현) 데이터 또는 곡률 디스플레이 모델 데이터가 적용될 수 있다. 즉, 모델 데이터의 타입들은 조형공정을 위한 제 1 경로(P1)를 생성할 경우와 제거공정을 위한 제 2 경로(P2)를 생성할 경우 간에 다를 수 있다. 그러나, 모델 데이터 모두에서, 위치를 정의하는 좌표들에 대한 시스템들은 일치되어야 하는 것이 주목된다.
다음, 슬라이스 처리부(12)가 특정 피치로 모델 데이터를 잘라 각 섹션의 등고선 데이터를 구한다. 이 슬라이싱 공정은 예컨대 일본 특허출원 공개공보 제2001-277369호에 개시되어 있는 공지기술에 의해 알 수 있으며 간단히 하기 위해 상세히 설명하지 않는다. 도 5에 도시된 바와 같이, 이 슬라이싱 공정에서, 이 공보에 설명된 오프세트 공정에서 오프세트양(OFST)은 광빔 스폿의 직경값에 국한되지 않으며 특정량으로 기설정될 수 있다. 이 특정량은 바람직하게는 예컨대 제 1 파라미터 데이터베이스(2)에 사전 기술된 값에 대해 참조되거나 또한 공정동안 조작자에 의해 기입된 값일 수 있다. 오프세트 공정방향은 등고선의 내부면에 국한되지 않고 오프세트가 상기 등고선으로부터 외부면으로 이동될 수 있어 제거를 위한 큰 허용오차가 제거공정에 형성될 수 있게 된다.
슬라이스 피치는 조작자에 의해 기입되거나 분말재료, 모델형태 또는 필요한 정확도에 따라 자동으로 결정될 수 있다.
각 섹션의 형태가 슬라이싱 공정에서 얻어지면, 제 1 경로 생성부(13)는 제 1 파라미터 데이터베이스(2)에 저장된 파라미터 데이터를 참조하여 각 섹션의 등고선 데이터를 기초로 하여 광빔 조사의 노정을 정하기 위해 각 섹션형태에 제 1 경로(P1)를 생성한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 이러한 제 1 경로 생성단계에서, 광빔(LB)에 의한 모델의 슬라이스 섹션(M1)의 등고선상에 주사할 때 위치좌표들이 연속으로 기술되고 슬라이스된 섹션내 솔리드 페이팅 경로 좌표들이 연이어 기술된다. 따라서, 제 1 경로(P1)가 NC 제어 광조형 장치용 NC 데이터로서 유용한 포맷으로 생성된다. 광빔(LB)의 스폿 직경, 조사속도(v), 조사간격(p), 조사전력 및 기타 조사조건들이 상기 제 1 경로(P1)의 데이터에 기술되어야 하는 것이 바람직하다. 따라서, 공정을 시작할 때 별도로 이들 조건들을 반드시 설정할 필요가 없어, 작동 오류가 줄어들 수 있다.
조형을 위한 제 1 경로 생성단계에 연이어 또는 병행하여, 제 2 경로 생성부(14)가 모델 데이터와 별도로 주어진 제거 타이밍 데이터를 기초로 하여 NC 제어 제거공정수단용 NC 데이터로서 유용한 포맷으로 제 2 경로(P2)를 생성한다. 사용되는 도구에 대하여, 조작자는 제 2 파라미터 데이터베이스(3)에 저장된 도구로부터 선택할 수 있거나, 제 2 경로 생성부(14)는 후술되는 바와 같이 모델형태를 참조함으로써 사용되는 도구를 자동으로 결정할 수 있다.
사용되는 도구가 결정되면, 처리방법 및 처리되는 영역이 결정된다. 처리방법은 등고선 처리, 표면 복제 처리, 코너 스킵(conner skip) 처리 및 기타를 포함할 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
도구, 처리방법 및 처리영역들이 결정되면, 제 2 경로(P2)가 제거공정을 위해 생성된다. 이 공정은 오프세트 방법, 역 오프세트(reverse offset) 방법 및 컷팅 공정을 위한 종래 CAM에 이용되는 Z 맵 방법, 및 기타에 의해 구현될 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
그러나, 제 2 경로(P2)는 참조로 제거 타이밍 데이터의 값에 따라 높이방향으로 구분되어야 한다. 예컨대, 소결층들이 두께가 5㎜씩 쌓여올려질 때마다 제거공정이 실행되도록 제거 타이밍 데이터가 특정되는 경우, 상기 경로는 높이방향으로 매 5㎜씩 구분되어야 한다. 제거 타이밍 데이터는 조작자에 의해 특정될 수 있거나 제 2 파라미터 데이터베이스(3)내 기설정된 값을 기초로 할 수 있다. 또한, 제 2 경로 생성부(14)는 제 2 파라미터 데이터베이스(3)에 저장된 모델 데이터와 제 2 파라미터 데이터를 기초로 상기 제거 타이밍 데이터를 생성하도록 구성될 수 있다. 또한, 후술되는 바와 같이, 제거 타이밍 데이터는 사용되는 도구에 따라 자동으로 선택될 수 있다. 이 경우, 구분 방법이 후술된다.
제 1 경로(P1)가 제 1 경로 생성부(13)에 의해 생성되고 제 2 경로(P2)가 제 2 경로 생성부(14)에 의해 생성되는 경우, 구동 프로그램 생성부(15)가 제 1 경로(P1), 제 2 경로(P2), 및 제거 타이밍 데이터를 감독하는 구동 프로그램(P3)을 생성한다.
프로그램(P3)은 서브 프로그램으로서 제 1 및 제 2 경로(P1,P2)를 따라 광조형 장치(10)와 제거공정수단(8) 모두를 구동하는데 사용된다. 즉, 제 1 경로(P1)는 광조형 장치용 NC 데이터로서 사용되고 제 2 경로(P2)는 제거공정수단용 NC 데이터로서 사용된다. 구동 프로그램(P3), 제 1 경로(P1) 및 제 2 경로(P2)가 광조형 장치 및 제거공정수단의 동작을 제어하는 컨트롤러(107)로 전달된다. 조작자가 컨트롤러에 저장된 구동 프로그램(P3)의 실행을 명령하면, 상기 구동 프로그램(P3)은 필요한 제 1 경로(P1)와 제 2 경로(P2)를 연이어 인출하여, 광조형 장치 및 그 제거공정수단이 구동되어 진다. 그 결과, 광조형 장치 및 그 제거공정수단은 제 1 경로(P1)를 따라 광빔을 조사함으로써 광조형 공정을 실행함으로써, 적층되는 소결층들을 형성하고 그런 후 제거공정수단이 제거 타이밍 데이터에 의해 특정된 타이밍 마다 제거공정을 실행하기 위해 제 2 경로(P2)를 따라 동작된다. 따라서, 상기 공정을 반복함으로써 광조형 제품의 표적 대상물이 제조된다.
제거공정에 사용하기 위해 자동적으로 도구를 선택하도록, 예컨대, 기복(undulatin), 곡률(curvature rate), 절단될 대상물 표면의 수평상태 또는 수직상태에 따른 적절한 도구를 선택하기 위한 데이터가 도 6a의 표에 도시된 바와 같은 제 2 파라미터 데이터베이스(3)에 기록되거나 도 6b의 표에 도시된 바와 같이 복수의 도구들이 사용될 수 있는 도구들의 우선순위 데이터가 기록된다.
따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 제 2 경로 생성부(14)가 제 2 경로(P2)를 생성하는 경우, 표면 형태의 정보 및 인접한 중첩표면 영역의 정보가 모델 데이터로부터 얻어지고(단계 S3), 상기 표면 형태에 따른 데이터를 기초로 도구가 선택되 며(단계 S4,S5), 인접 표면에 따른 중첩이 검사되고(단계 S6), 중첩이 검출되면, 하위 우선순위 도구(주로 더 작은 직경의 도구)가 선택된다.
제거도구의 자동 선택은 종래 기술이며 새롭지 않으나, 본 실시예에서 소결층을 쌓아올리는 적층공정에서 제거공정을 실행하기 위해, 본 실시예의 선택 알고리즘은 다음의 점들에서 종래 알고리즘들과 다르다. 즉, 본 발명의 제거공정 실행시에, 제거공정을 받게되는 현재 쌓아올려진 소결층들의 높이보다 더 높은 위치에 어떠한 적층된 소결층들이 있지 않다. 따라서, "도구, 도구 홀더 또는 스핀들(spindle)의 중첩 검사"단계를 건너 뛸 수 있다. 한편, 종래 방법에서, 이러한 검사단계는 마감제품에 제거공정이 가해지는 경우 필수적이었다. 따라서, 도구선택 처리시간이 본 발명에서 현저히 단축될 수 있다.
게다가, 상기 언급한 바와 같이, 제 2 경로 생성부(14)가 모델 데이터와 제 2 파라미터 데이터베이스(3)내 제 2 파라미터 데이터를 기초로 제거 타이밍 데이터를 생성하는 경우, 제거 타이밍 데이터(컷 깊이)(T)가 도 8에 도시된 바와 같이 도구(9)의 언더헤드 길이(L)와 단부 직경(R)을 기초로 결정될 수 있다. 그러나, 실제로 하기 사항들이 고려되어야 하는 것이 바람직하다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 광조형 공정시에, 소결부의 처진 초과부(drooping excess)(50)가 현재 적층된 소결부(5)의 측면에 형성되어 있고, 상기 초과 소결부의 처진 부분(50)을 제거하는데 필요한 중첩량("ovr")이 도구(9)의 언더헤드 길이(L)와 단부 직경(R)에 더하여 제 2 파라미터 데이터베이스(3)에 포함되어야 하며, 도구(9)의 언더헤드 길이(L)에서 중첩량("ovr")과 단부 직경(R)을 뺀 값도 제 2 파라미터 데이터베이스(3)에 포 함되어야 한다. 대안으로, 상기 값보다 더 작은 값이 제거 타이밍 데이터(T)로서 설정된다. 적층 및 소결단계 동안 수행된 한 제거단계에서 복수의 도구(9)들을 사용하는 경우, 제거 타이밍 데이터(T)는 최단 언더헤드 길이(L)의 도구(9)에 일치시킴으로써 결정된다. 복수의 도구들(9)을 사용하는 경우, 각 도구(9)의 컷팅 타이밍 데이터를 적용함으로써, 이 타이밍에 도달하는 경우 도구(9)에 의해 제거공정이 수행될 수 있다.
제 2 경로(P2)를 생성하는 공정에서, 제거 타이밍 데이터(T)에 따라 실행되는 구분공정이 후술된다. 이 구분에서, 한 경우, 제 2 경로(P2)가 먼저 전체 모델 데이터에 대해 계산되고 연이어 상기 제거 타이밍 데이터(T)에 따라 상기 전체 모델 데이터에 대한 상기 제 2 경로(P2)가 구분된다. 대안으로, 또 다른 경우, 모델 데이터가 먼저 상기 제거 타이밍 데이터(T)에 따라 높이방향으로 구분될 수 있고, 그런 후 각각의 제 2 경로(P2)가 상기 각각의 구분된 모델 데이터를 기초로 하여 생성될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 전자의 경우, 전체 모델의 제 2 경로(P2)가 먼저 생성되고, 상기 제거 타이밍 데이터(T)에 의해 구분된 각 제거 높이범위에 해당하는 부분들을 연이어 상기 전체 제 2 경로(P2)로부터 적출하여, 그 결과 구분된 제 2 경로(P2)를 얻는다. 이 경우, 전체 모델의 제 2 경로(P2)가 확인될 수 있고, 빠진 처리단계나 경로가 확인될 수 있다. 제 2 경로(P2) 계산시에, 모델형태 인식공정이 필요로 하며 이 공정이 시간을 소모하더라도, 형태인식 공정은 한번만 필요하므로 전체 계산시간이 단축될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제거공정에서, 하부면에 중첩하는 것이 바람직하며, 전체 모델의 제 2 경로(P2)로부터 제거높이범위에 해당하는 부분을 적출하는 경우, 제 2 경로(P2)는 제거 타이밍 데이터(T)에 의해 구분된 각 제거높이범위를 중첩 및 설정한 후에 적출된다.
제 2 경로(P2)를 계산하는 경우, 도 10에 도시된 바와 같이 소정 제거높이범위내 다른 위치들에서 제거되어야 할 부분들(아일랜드들)이 있는 경우, 복수의 제거 제 2 경로들(P2a,P2b,P2c)이 상기 부분들(아일랜드들)에 대해 생성되고, 동시에 또는 생성 후에, 공중경로(P2')가 이들 복수의 경로들(P2a,P2b,P2c)을 연결시키기 위해 생성되며, 그 결과 하나의 제 2 경로(P2)가 생성된다.
공중경로(P2')는 쉽게 계산될 수 있는데, 이는 상술한 제거공정을 위한 도구의 자동선택의 경우에서와 같이, 제거순간 연결되는 제 2 경로(P2a,P2b,P2c)의 대상부위 위에 어떠한 것도 형성되지 않기 때문이다. 따라서, 이 부위 위에 어떠한 중첩 대상물도 없고, 특히 중첩을 고려한 공중경로(P2')를 계산할 필요가 없다. 따라서, 전체 모델로부터 제 2 경로(P2)의 계산에도 불구하고, 상기 도구 단부가 약간 위로, 예컨대, 연결되는 상기 제 2 경로(P2a,P2b,P2c)의 대상부위의 상부측보다 0.1㎜ 내지 1㎜ 더 높이 지나갈 수 있도록 제 2 경로(P2a,P2b,P2c) 위로 약간 이동시킴으로써 공중경로(P2')가 생성된다. 이 공정에서, 상기 제 2 경로(P2)를 현재 계산하는 부위 위에 도 10a의 점선으로 표시된 모델 형태를 무시할 수 있다. 중첩에 거의 어떠한 고려도 필요로 하지 않기 때문에, 연결되는 제 2 경로(P2a,P2b,P2c)들은 단지 적당한 경로, 예컨대, 최단 거리만큼 공중경로(P2') 링 크(link)를 통해 연결될 수 있다. 도 11은 공중경로(P2')를 포함하여 상기 제 2 경로(P2)를 생성하는 동작을 도시한 흐름도이다.
모델 데이터가 도 12에 도시된 바와 같이 제 2 경로(P2)가 구분된 모델 데이터에 대해 별개로 생성되도록 제거 타이밍 데이터(T)에 따라 구분되는 경우, 상기 구분된 모델 데이터의 최상부면에 대한 제 2 경로(P2)를 얻는 것이 반드시 필요하지 않으며 그 계산은 상기 제 2 경로(P2)의 계산범위로부터 배제된다. 도 13은 이 경우의 흐름도를 도시한 것이다. 필요에 따라, 공중경로(P2')가 상술한 바와 같이 생성될 수 있다.
제 2 경로(P2)는 모델 데이터의 복수의 피스들에 대해 각각 계산되므로, 구분된 복수의 모델 데이터들이 병행 처리되어질 제 2 경로 생성 프로그램들로 전달되도록 복수의 제 2 경로 생성 프로그램들이 시작되는 것이 바람직하며, 이에 따라 계산 시간이 단축될 수 있다.
더욱이, 경제적 제 2 경로(P2)가 구분된 모델 형태에 따라 적절한 도구를 사용하여 얻어질 수 있는 것이 또 다른 장점이다. 예컨대, 도 12에서, 형태의 모델(Ma)은 측면의 수직면에만 제거면을 가지고, 큰 직경의 평평한 엔드 밀이 도구로서 선택되며 컷의 큰 깊이에 의한 처리가 구현되고, 곡률 및 기울기를 갖는 도 12의 형태의 모델들(Mb, Mc, Md 및 Me)에 대해 볼 엔드 밀(ball end mills)이 표면을 완만하게 마감하는 도구로서 선택될 수 있다. 또한, 도 12의 형태의 모델들(Mc 및 Me)에는, 어떠한 계단부도 없기 때문에, 도구로서 큰 직경의 볼 엔드 밀이 즉시 처리를 위해 사용될 수 있다. 도 12의 형태의 모델들(Mb 및 Md)에는, 계단부들이 있 기 때문에, 도구로서 작은 직경의 볼 엔드 밀이 계단부를 효율적으로 처리하도록 선택된다.
형태의 모델(Me)이 도 12에 도시된 바와 같이 복수의 아일랜드들로 구분되는 경우, 쉽게 인식하기 위해, 소정 아일랜드에 대한 컷 깊이에서의 변화에 의해 수반된 제 2 경로(P2a), 다른 아일랜드에 대한 컷 깊이에서의 변화에 의해 수반된 제 2 경로(P2b), 및 이들 제 2 경로(P2a,P2b)를 링크시키기 위한 하나의 공중경로(P2')를 생성하는 것이 용이하다. 이 경우, 다수의 공중경로를 생성하는 경우에 비하면, 소정 아일랜드에 대한 높이부의 제 2 경로와 컷 깊이를 변화시키고 또한 동일 단계들을 반복한 공중경로에 의해 다른 아일랜드에 대한 높이부의 제 2 경로를 링크시킴으로써 경로들이 쉽게 단시간에 생성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제 2 경로(P2)를 생성하는 공정에서, 도 14에 도시된 바와 같이, 모델 구분시 하부면에 대해 제거공정을 중첩하는 것이 바람직하므로, 각각의 제 2 경로(P2)가 제거 타이밍 데이터(T)에 의해 표시된 양으로부터 제 2 파라미터 데이터베이스(3)에 저장된 중첩량("ovr")의 일부분 만큼 하부측까지 확장된 구분 모델로부터 계산된다.
또한, 구분된 모델을 기초로 제거경로(P2) 생성시, 하부측에 중첩되는 제 2 경로(P2)를 생성하는 경우 다음 문제를 해결하기가 용이하다. 즉, 도 15a에 도시된 바와 같이, 적당한 기울기부를 갖는 형태의 모델의 경우, 도 15b에 도시된 부분에 제거가 수행되고 소결층이 그 위에 적층된다. 그 후, 다음 제거시에, 제 2 경로(P2)의 상기 계산에서, 적정한 기울기 부분의 전체 영역이 중첩량("ovr")의 범위 내에 있기 때문에, 제 2 경로(P2)가 전체 영역에 설정된다. 그러나, 게다가, 처진 초과 경화부(50)가 도 15c에 도시된 바와 같이 적정한 기울기 부분의 일부와 중첩되고, 다른 부분은 이전 제거공정에 의해 컷오프되는 부분이며, 초과 경화부(50)가 존재하지 않게 된다. 따라서, 이 부분은 또 다른 제거공정을 필요로 하지 않으며, 제 2 경로(P2)가 단지 중첩량("ovr")만큼 하부측으로 확장된 구분 모델로부터 생성되는 경우, 제 2 경로(P2)가 시간을 소비하면서 생성된다.
그러나, 이 문제는 미리 예상된 초과 경화부(50)의 모델에 추가되는 추가 경화부 추가모델을 생성하고 이 추가 경화부 추가모델을 제거하도록 의도된 제 2 경로(P2)를 생성함으로써 해결될 수 있다.
이 때 추가 경화부(50)의 모델은 도 16에 도시된 바와 같이, 특히, 제거 타이밍 데이터(T)에 의해 섹션된 모델에서 제거될 표면에 오프세트 양(α)을 추가하고, 중첩량("ovr")의 일부 또는 파라미터 데이터로서 별도로 주어진 초과 경화부(50)의 처진량 만큼 아래방향으로 오프세트 부분의 하부측을 확장하며, 이들에 의해 둘러싸인 영역으로부터 초기 모델(이 모델은 하부층면 모델과 결합되는 제거 타이밍 데이터(T)에 의해 구분된 모델임)과 중첩하는 부분들을 배제함으로써 얻어진다.
도 17에 도시된 바와 같이, 제거 타이밍 데이터(T)에 의해 구분된 모델의 최저부분의 등고선으로부터 외측에 오프세트 양(γ)을 추가함으로써, 이 오프세트 양(γ)과 상기 초기 모델과 단지 중첩하지 않는 범위의 내측이 도구의 이동가능한 범위(Ω)로 설정되고, 제 2 경로(P2)는 중첩량("ovr")과 제거 타이밍 데이터(T)로 부터 정해진 제거범위(Z)와 도구 이동가능한 범위(Ω) 모두에 따르는 범위에서만 발생된다. 따라서, 불필요한 제 2 경로(P)를 만드는 문제가 해소될 수 있다.
이들 오프세트 양(α,γ)과 아래방향으로 확장되는 양(예컨대, 중첩량("ovr"))이 사용되는 분말 재료와 그 소결조건에 따라 미리 결정되고, 이들 양들이 제 2 파라미터 데이터베이스(3)에 저장된다.
또한, 제 2 경로(P) 계산시, 제거 타이밍 데이터(T)에 따라 구분된 각 모델을 기초로 제 2 경로(P2)를 결정할 때, 제거 타이밍 데이터(T)와 중첩량("ovr")에 의해 결정된 제 2 경로(P2)의 계산범위로부터 아래층면의 모델 형태를 또한 참조하는 것이 바람직하며, 상기 아래층면의 모델 형태를 도구를 사용한 중첩검사영역이라 한다.
도 18에 도시된 바와 같이, 볼 엔드 밀로서 도구(9)의 측면 에지에 의해 제거대상범위(Z)의 부분 개구(9a)를 컷팅 및 제거할 때, 도구(9)의 선도단부가 하부층면과 중첩될 수 있기 때문에, 제거대상범위(Z)로부터 하부부분(9b)이 기준영역으로 제 2 경로 생성부(14)로 이동된다. 참조되는 모델의 범위는 제거대상범위(Z)보다 낮은 모든 모드형태일 수 있으나, 속도를 고려하여 도구(9)의 반경(R)에 해당하는 범위일 수 있다.
전체 모델에 대한 제 2 경로(P2)를 결정한 후 제거 타이밍 데이터(T)에 따라 상기 제 2 경로(P2)를 구분하는 경우에도 동일한 문제가 있다. 그러나, 생성될 컷팅 및 제 2 경로(P2)에 대한 모델이 전체 모델이므로, 기준 범위로서 별도로 추가될 필요가 없으며, 중첩이 직접 검사될 수 있다.
어느 한 방식으로 구분하는 경우, 사용되는 도구(9)가 볼 엔드 밀이면, 다음의 사항들을 고려하여 제 2 경로(P2)를 계산하는 것이 바람직하다. 즉, 제 2 경로(P2)가 제거 타이밍 데이터(T)에 따라 생성되는 경우, 도구(9)가 볼 엔드 밀이면, 도구(9)의 선도단부가 반구형이므로, 컷팅 시작위치가 도 19a에 도시된 지점에 오게 되고, 등고선 처리에 있어 초기 경로에서, 공정 장애가 발생할 수 있는 초과 경화부(5)와의 접촉이 전혀 있지 않을 수 있다.
따라서, 도구(9)의 접촉 높이는 제 2 파리미터 데이터베이스(3)에 저장된 도구(9)의 단부 반경(R)과 초과 경화부(5)의 폭(w)의 예상된 데이터를 기초로 결정되고, 이러한 높이로부터 컷팅을 시작함으로써, 장애로 인한 처리시간 손실이 없어질 수 있다.
초과 경화부(5)와 함께 도구(9)의 접촉높이는 모델에서 제거될 부분의 상부면에서 거리 ΔH 만큼 아래로 낮춤으로써 위치값으로서 계산되며, 여기서 ΔH는 하기 공식에 의해 구해진다:
(R-ΔH)2 + (R-W)2 = R2
(R-ΔH)2 = W(2R-W)
ΔH = R-(W(2R-W))1/2
물론, 도구(9)가 평평한 엔드 밀인 경우, 컷팅 시작위치는 R≒0을 가정함으로써 결정된다.
따라서, 본 발명은 광조형을 위한 다양한 파라미터들을 포함하는 제 1 파라미터 데이터베이스에 저장된 파라미터 데이터, 제거공정을 위한 다양한 파라미터들을 포함하는 제 2 파라미터 데이터베이스에 저장된 파라미터 데이터, 제거 타이밍 데이터, 및 모델 데이터로부터 제 1 및 제 2 경로를 구할 수 있고, 이들 제 1 및 제 2 경로를 연이어 실행하기 위한 구동 프로그램을 얻을 수 있다. 따라서, 광조형 처리를 실행하는 조작자의 노력과 시간이 실질적으로 절약될 수 있고, 광조형 처리는 소결층들을 적층하는 반복단계동안 제거공정을 실행함으로써 효율적으로 실행될 수 있다.

Claims (12)

  1. 분말 재료층의 특정 위치에 광빔을 조사(照射)하여 상기 분말재료의 소정 부위를 소결시켜 소결층을 형성하는 단계와, 새로운 분말 재료층으로 상기 소결층을 덮는 단계와, 광빔을 상기 새로운 분말 재료층의 특정 위치에 조사하여 상기 새로운 분말 재료의 소정 부위를 소결시켜 밑에 있는 소결층과 일체로 형성된 새로운 소결층을 형성하는 단계와, 상기 소결층들을 적층하여 형성하는 공정을 반복하는 단계와, 상기 소결층들의 반복 형성공정 동안 상기 소결층들을 적층하여 형성된 바디의 외부면을 제거하는 단계를 포함하는, 계산장치(1)에 의해 실행된 계산공정에 따라 광조형 장치(10)에 의해 실행되는 표적 대상물 광조형 공정을 포함하는 광조형 방법으로서,
    상기 계산장치(1)에 의해 실행된 계산공정은,
    사용하는 분말재료에 대한 광빔의 스폿직경, 조사전력과 조사속도를 포함하는 상기 광조형 공정에서 광빔 조사공정을 위한 다양한 파라미터들의 제 1 파라미터 데이터를 제 1 파라미터 데이터베이스(2)에 저장하는 단계와,
    제거공정에 사용하는 제거공정수단에서의 도구 마스터데이터나 사용도구의 컷팅공정조건인 상기 제거공정을 위한 다양한 파라미터들의 제 2 파라미터 데이터를 상기 제 2 파라미터 데이터베이스(3)에 저장하는 단계와,
    형성될 필요가 있는 표적 대상물의 3차원 CAD 모델 데이터에 대한 특정 피치로 잘려진 각 섹션의 등고선 데이터와, 상기 제 1 파라미터 데이터베이스(2)에 저장된 상기 제 1 파라미터 데이터를 기초로 하여, 상기 광빔 조사공정을 위한 광빔조사경로로서 제 1 경로(P1)를 생성하는 단계와,
    상기 3차원 CAD 모델 데이터, 제 2 파라미터 데이터베이스(3)에 저장된 제 2 파라미터 데이터, 및 상기 제거공정을 실행하는 타이밍을 나타내는 제거 타이밍 데이터를 기초로 하여, 상기 제거공정을 위한 제거공정경로로서, 대상 모델 전체에 대하여 생성한 제거공정경로를, 제거 타이밍에 높이방향으로 구분하여, 구동 프로그램 생성수단으로 넘겨주는 제거공정경로의 데이터를 생성하고, 또한 인접하는 제거공정경로 사이를 연속시키는 공중경로를 생성하는 동시에, 생성하고 있는 제거공정경로의 대상범위 위의 형태를 무시하여 공중경로를 생성하는 것인 제 2 경로(P2)를 생성하는 단계와,
    상기 제 1 경로 데이터, 상기 제 2 경로 데이터, 및 상기 제거 타이밍 데이터를 기초로 하여, 상기 광빔 조사공정 및 제거공정을 포함하는 광조형 공정을 실행하는 광조형 장치(10)를 구동하는 구동 프로그램(P3)을 생성하고, 이에 의해 상기 구동 프로그램에 따라 상기 광조형 공정 및 제거공정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광조형 방법.
  2. 분말 재료층의 특정 위치에 광빔을 조사하여 상기 분말재료의 소정 부위를 소결시켜 소결층을 형성하고, 상기 소결층을 새로운 분말 재료층으로 덮으며, 광빔을 상기 새로운 분말 재료층의 특정 위치에 조사하여 상기 새로운 분말 재료의 소정 부위를 소결시켜 밑에 있는 상기 소결층과 일체로 형성된 새로운 소결층을 형성하고, 상기 소결층들을 적층하여 형성하는 공정을 반복하는 광조사 수단(7)과, 상기 소결층들의 반복 형성공정동안 상기 소결층들을 적층하여 형성된 바디의 외부면을 제거하는 제거공정수단(8)을 구비하는 계산장치(1)에 따라 표적 대상물을 광조형하기 위한 광조형 장치(10)를 포함하는 광조형 시스템으로서,
    상기 계산장치(1)는,
    상기 광조사 수단(7)에 의해 실행된 광조형 공정에 사용하기 위한 다양한 파라미터들을 저장하는 제 1 파라미터 데이터베이스(2)와,
    상기 제거공정수단(8)에 의해 실행된 상기 제거공정에 사용하기 위한 다양한 파라미터들을 저장하는 제 2 파라미터 데이터베이스(3)와,
    형성될 필요가 있는 표적 대상물의 3차원 CAD 모델 데이터에 대한 특정 피치로 잘려진 각 섹션의 등고선 데이터와, 상기 제 1 파라미터 데이터베이스(2)에 저장된 상기 상기 파라미터 데이터를 기초로 하여, 상기 광조사 수단을 위한 광빔 조사경로로서 제 1 경로(P1)를 생성하기 위한 제 1 경로 생성수단(13)과,
    상기 3차원 CAD 모델 데이터, 제 2 파라미터 데이터베이스(3)에 저장된 파라미터 데이터, 및 상기 제거공정을 실행하는 타이밍을 나타내는 제거 타이밍 데이터를 기초로 하여, 상기 제거공정수단을 위한 제거공정경로로서 제 2 경로(P2)를 생성하기 위한 제 2 경로 생성수단(14)과,
    상기 제 1 경로 데이터, 상기 제 2 경로 데이터, 및 상기 제거 타이밍 데이터를 기초로 하여, 상기 광조형 장치(10)와 제거공정수단(8)을 구동하기 위한 구동 프로그램(P3)을 생성하며, 이에 의해 상기 광조형 장치(10)와 상기 제거공정수단(8)이 상기 구동 프로그램에 따라 상기 광조형 공정 및 제거공정을 수행하는, 구동 프로그램 생성수단(15)을 구비하고,
    상기 제 2 경로생성수단(14)은, 대상 모델 전체에 대하여 생성한 상기 제 2 경로(P2)를, 제거 타이밍에 높이방향으로 구분하고, 상기 제 2 경로생성수단(14)은, 인접하는 제 2 경로 사이를 연속시키는 공중경로(P2')를 생성하는 동시에, 생성하고 있는 제 2 경로의 대상범위 위의 형태를 무시하여 공중경로를 생성하는 것을 특징으로 하는 광조형 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 경로 생성수단(14)이 상기 3차원 CAD 모델 데이터와 상기 제 2 파라미터 데이터베이스(3)에 저장된 파라미터 데이터를 기초로 상기 제거공정수단(8) 에 의해 실행된 상기 제거공정에 사용되는 제거도구를 결정하는 광조형 시스템.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 경로 생성수단(14)은 상기 3차원 CAD 모델 데이터와 상기 제 2 파라미터 데이터베이스(3)에 저장된 파라미터 데이터를 기초로 상기 제거 타이밍 데이터를 생성하고, 상기 제거 타이밍 데이터를 생성하는데 있어 참조되는 파라미터 데이터는 컷팅시 깊이의 아랫방향 중첩량(ovr)에 대한 데이터를 포함하는 광조형 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 경로 생성수단(14)이 기설정된 제거 타이밍 데이터에 따라 높이 방향으로 상기 3차원 CAD 모델을 구분하고, 상기 구분된 모델 형태와 제거공정용 상기 제 2 파라미터 데이터베이스(3)에 저장된 파라미터 데이터를 기초로 하여 제 2 경로를 생성하는 광조형 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 경로 생성수단(14)이 광조형에서 생성된 초과 경화부의 모델을 만들고, 상기 얻어진 초과 경화 모델에 의해 제거범위를 결정하며, 상기 제거범위를 기초로 제 2 경로를 생성하는 광조형 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 경로 생성수단(14)이 제거 타이밍에 의해 특정된 범위의 최하위 등고선과 특정량 만큼 상기 최하위 등고선으로부터 외부로 오프세트된 오프세트 등고선 사이 영역에 상기 제거범위를 결정하고, 상기 제거범위를 기초로 제 2 경로를 생성하는 광조형 시스템.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 경로생성수단(14)이 상기 구분된 모델들 간의 각 불연속 영역에 제 2 경로를 생성하고, 상기 제 2 경로를 연결하는 공중경로를 생성하는 광조형 시스템.
  11. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 경로 생성수단(14)은 컷팅수단으로 사용된 상기 제거공정수단(8)에 의해 실행된 제거공정에서 상기 제 2 파라미터 데이터베이스(3)에 포함된 도구 형태에 따라 제거 대상부위와 접촉하는 접촉시작위치를 결정하고, 상기 접촉시작위치를 기초로 하여 제 2 경로를 생성하는 광조형 시스템.
  12. 분말 재료층의 소정 위치에 광빔을 조사하여 상기 분말재료의 소정 부위를 소결시켜 소결층을 형성한 후, 새로운 분말 재료층으로 상기 소결층을 덮고, 광빔을 상기 새로운 분말 재료층의 소정 위치에 조사함으로써 상기 새로운 분말 재료층의 소정 부위를 소결시켜서 밑에 있는 상기 소결층과 일체로 형성된 새로운 소결층을 형성하는 것을 반복하여 소결층의 적층물을 형성하는 공정과, 상기 소결층들의 반복 형성공정동안 상기 소결층의 적층물인 조형물의 외부면의 제거가공을 행하는 단계를 포함하여, 계산공정에 따라 광조형 장치(10)에 의해 실행된 표적 대상물의 광조형 공정을 실행하기 위한 광조형 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로서,
    상기 컴퓨터(1)에 의해 실행된 상기 계산공정은,
    제 1 파라미터 데이터베이스(2)에 광빔 조사공정을 위한 다양한 파라미터들의 제 1 파라미터 데이터를 저장하고,
    상기 제 2 파라미터 데이터베이스(3)에 상기 제거가공을 위한 다양한 파라미터들의 제 2 파라미터 데이터를 저장하며,
    형성하고자 하는 표적 대상물의 3차원 CAD 모델 데이터에 대한 특정 피치로 잘려진 각 섹션의 윤곽형상 데이터와, 상기 제 1 파라미터 데이터베이스(2)에 저장된 상기 제 1 파라미터 데이터를 기초로 하여, 상기 광빔 조사공정을 위한 광빔 조사경로로서 제 1 경로(P1)를 생성하고,
    상기 3차원 CAD 모델 데이터, 제 2 파라미터 데이터베이스(3)에 저장된 제 2 파라미터 데이터 및 상기 제거가공을 실행하는 타이밍을 나타내는 제거 타이밍 데이터를 기초로 하여, 상기 제거가공을 위한 제거가공 경로로서 제 2 경로(P2)를 생성하며,
    상기 제 1 경로의 데이터, 상기 제 2 경로의 데이터, 및 상기 제거 타이밍 데이터를 기초로 하여, 상기 광빔 조사공정 및 제거가공을 포함하는 광조형 공정을 실행하기 위한 상기 광조형 장치(10)를 구동하는 구동 프로그램(P3)을 생성하고, 이에 의해 상기 구동 프로그램에 따라 상기 광조형 공정 및 제거가공을 수행하며,
    상기 제 2 경로의 생성은, 대상 모델 전체에 대하여 생성한 상기 제 2 경로(P2)를, 제거가공 타이밍에서 높이방향으로 구분하고, 상기 제 2 경로의 생성은, 인접하는 제 2 경로 사이를 연속시키는 공중경로(P2')를 생성하는 동시에, 생성하고 있는 제 2 경로의 대상범위 위쪽의 형태를 무시하여 공중경로를 생성하는 것을 특징으로 하는 광조형 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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