KR100949650B1 - 광 조형 장치 및 광 조형 방법 - Google Patents

Abstract

종래에는 두께가 불균일한 경화 수지층이 형성되고, 결과로서 원하는 입체 형상을 얻을 수 없었다. 본 발명에 따른 광 조형 장치는, 광 경화성 수지액에 선택적으로 빛을 조사하여 경화 수지층을 형성하고, 상기 경화 수지층 위에 추가로 상기 광 경화성 수지액을 도포하여, 상기 광 조사에 의해 경화 수지층을 형성하는 사이클을 반복함으로써, 상기 경화 수지층을 차례로 적층하여 입체상을 형성하는 광 조형 장치이며, 테이블과, 상기 테이블 위에 상기 광 경화성 수지액을 공급하는 디스펜서와, 상기 광 경화 수지를 도포하는 리코터와, 상기 리코터의 도포 동작시에, 상기 리코터의 이동 거리에 기초하여 상기 리코터의 이동 속도를 감소시키는 제어부를 갖는다.

광 조형 장치, 경화 수지층, 리코터

Description

광 조형 장치 및 광 조형 방법{STEREOLITHOGRAPHY APPARATUS AND STEREOLITHOGRAPHY METHOD}

본 발명은, 광 경화성 수지액에 선택적으로 빛을 조사하여 경화 수지층을 형성하고, 상기 경화 수지층을 차례로 적층하여 입체상을 형성하는 광 조형 장치 및 광 조형 방법에 관한 것이다.

종래의 광 적층 조형 방법(이하, "광 조형 방법"이라고 함)에서는, 조형하고자 하는 입체 모델을 복수의 층에 슬라이스하여 얻어지는 단면군의 데이터에 기초하여 조형한다. 통상적으로 최초로 최하단의 단면에 상당하는 영역에서, 광 경화성 수지액의 액면에 광선을 조사한다. 그 결과, 광 조사된 액면 부분의 광 경화성 수지액이 광 경화되어, 입체 모델의 한 단면의 경화 수지층이 조형된다. 이어서, 이 경화 수지층의 표면에 미경화 상태의 광 경화성 수지액을 소정의 두께로 코팅한다. 이때, 경화 수지층을 소정의 두께만큼 수지조에 채워진 광 경화성 수지액에 침지하여 코팅하는 것이 일반적이다. 또한, 비교적 소량의 광 경화성 수지를 한 층의 경화 수지층을 형성할 때마다 리코터에 의해 전면에 도포하는 것도 행해진다. 그리고, 그 표면에 소정 패턴에 따라 레이저 광선 주사를 행하여, 광 조사한 코팅층 부분을 경화시킨다. 경화한 부분은, 하부의 경화 수지층에 적층 일체화된다. 이후, 광 조사 공정에서 취급하는 단면을 인접하는 단면으로 전환하면서, 광 조사와 광 경화성 수지액의 코팅을 반복함으로써 원하는 입체 모델을 조형한다(하기 특허 문헌 1 및 2 참조).

특허 문헌 1: 일본 특허 공개 (소)56-144478호 공보

특허 문헌 2: 일본 특허 공개 (소)62-35966호 공보

그러나, 필요량의 광 경화성 수지를 조형 테이블(이하, 간단히 "테이블"이라고도 함) 위에 도포하는 광 조형 장치 및 광 조형 방법, 특히 적층하는 한 층의 두께가 50 ㎛ 이하로 얇은 경우, 리코터의 진행 방향 전측에 저장된 광 경화성 수지액이 리코터가 이동함에 따라 리코터와 조형 테이블 사이에 충분히 공급되지 않게 되어, 입체 모델을 양호한 정밀도로 형성할 수 없다는 문제점이 발생하였다. 이러한 문제점에 대하여 도 6A 내지 도 6C를 이용하여 설명한다. 도 6A 내지 도 6C는 광 조형의 모습을 나타내는 단면도이고, 도 6A는 광 경화성 수지액을 조형 테이블 위에 공급하여, 도포를 개시한 직후의 상태를 나타내고 있다. 도 6B는 침지한 광 경화성 수지를 리코터에 의해 길게 늘인 후를 나타낸다. 도 6A 내지 도 6C에서는 단순화를 위해, 조형 테이블 (204) 위에는 아직 1층도 경화 수지층이 형성되어 있지 않지만, 1층 이상의 경화 수지층이 형성되어 있는 경우에도, 도 6A 내지 도 6C 에서 조형 테이블 (204)의 상면을 최상층의 경화 수지층의 상면으로서 보는 것 이외에는 마찬가지이다. 적층하는 한 층의 두께가 50 ㎛ 이하로 얇은 광 조형법의 구체예 중 하나에는, 예를 들면 디지털 마이크로 미러 디바이스(DMD)를 사용하여, 일정한 영역마다(이하, "투영 영역"이라고 함) 일괄 노광을 반복하여 실행하는 광 조형법이 포함된다.

도 6A에 도시된 바와 같이, 광 경화성 수지 (210)은 조형 테이블 (204) 위에 공급된다. 리코터 (206)을 도면 중의 화살표의 방향으로 이동시킴으로써, 광 경화성 수지 (210)을 길게 늘인다. 이때 리코터 (206)의 진행 방향 전면에는, 광 경화성 수지 (210)이 어느 정도 저장된 상태가 된다. 리코터 (206)에 접하고 있는 수지액과, 리코터 (206)으로부터 떨어져 있는 부분의 수지액에서는, 조형 테이블을 향해 낙하하는 속도가 상이하다(도 6C 참조). 수지 공급 위치에 가깝고, 많은 수지액이 리코터 (206)의 진행 방향 전면에 부착되어 있는 사이는, 낙하 속도가 느린 위치에서도 수지 이동량이 크기 때문에, 리코터 (206)과 조형 테이블 (204) 사이에 수지액이 충분히 공급되어, 수지의 막 두께를 유지하는 것이 가능하다. 그러나, 리코터 (206)이 이동함에 따라, 그 진행 방향 전면에 부착되는 수지액이 줄어들어, 리코터 (206) 표면 근방에서의 수지의 이동 속도가 작기 때문에, 수지의 막 두께가 서서히 얇아진다. 따라서, 도 6B에 도시된 바와 같이 광 경화성 수지 (210)이 길게 늘어진 상태에서는, 광 경화성 수지 (210)의 두께가 균일해지지 않는다는 현상이 확인되었다. 이러한 상태에서 광 조사를 행하면 두께가 불균일한 경화 수지층이 형성되고, 결과로서 원하는 입체 형상을 얻을 수 없다.

본 발명은, 이들 광 조형이 가진 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 광 조형 장치, 조형물 자체의 고안정성, 고생산성을 확보하는 것이 가능하고, 적층하는 한 층의 두께가 50 ㎛ 이하로 얇은 경우에도 각 층의 두께를 고정밀도로 제어할 수 있으며, 고정밀도의 조형을 행하는 것이 가능한 광 조형 장치 및 광 조형 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 광 조형 장치는, 광 경화성 수지액에 선택적으로 빛을 조사하여 경화 수지층을 형성하고, 상기 경화 수지층을 차례로 적층하여 입체상을 형성하는 광 조형 장치이며, 테이블과, 상기 테이블 위에 상기 광 경화성 수지액을 공급하는 디스펜서와, 상기 광 경화 수지를 테이블 위에 도포하는 리코터와, 상기 리코터의 도포 동작시에 상기 리코터의 이동 속도를 변화시키는 제어부를 갖는다. 또한, 이동 속도의 변화는, 이동 거리에 기초하여 감소시키는 것이 바람직하다. 또한, 이 이동 속도의 변화는 그 정밀도, 제어 용이성 등을 감안하여, 포물선상, 스텝상, 직선상으로 변화시키는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 광 조형 방법은, 광 경화성 수지액에 선택적으로 빛을 조사하여 경화 수지층을 형성하고, 상기 경화 수지층을 차례로 적층하여 입체상을 형성하는 광 조형 방법이며, 테이블 위에 상기 광 경화성 수지액을 공급하는 공정과, 상기 광 경화 수지액을, 리코터의 이동 속도를 변화시키면서 상기 테이블 위에 도포하는 공정을 갖는다. 또한, 이동 속도의 변화는, 이동 거리에 기초하여 감소시키는 것이 바람직하다. 또한, 이 이동 속도의 변화는 그 정밀도, 제어 용이성 등을 감안하여, 포물선상, 스텝상, 직선상으로 변화시키는 것이 바람직하다. 또한, 이동 속도를 이동 거리에 기초하여 감소시킨다는 것은, 1회의 리코터의 소인(掃引)의 대부분에서 감소 경향이 있으면 되는 것을 의미하며, 예를 들면 1회의 소인의 개시시와 종료시에 리코터의 속도는 0이기 때문에, 개시 직후에는 이동 속도가 0으로부터 급증하고, 종료 직전에는 이동 속도가 0으로 급감하게 되지만, 이들 순간적인 속도 변화를 말하는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 정도이면, 1회의 리코터의 소인 중에 이동 속도가 증가되는 부분이 있어도, 전체로서 감소 경향이 있으면 된다.

본 발명에 따른 광 조형 장치는, 광 경화성 수지액에 선택적으로 빛을 조사하여 경화 수지층을 형성하고, 상기 경화 수지층을 차례로 적층하여 입체상을 형성하는 광 조형 장치이며, 테이블과, 상기 테이블 위에 상기 광 경화성 수지액을 공급하는 디스펜서와, 상기 광 경화 수지를 테이블 위에 도포하는 리코터와, 상기 리코터의 도포 동작시에 상기 리코터의 선단부와 상기 테이블 상면과의 거리를 증대시키는 제어부를 갖는다. 또한, 이 리코터의 선단부와 테이블 상면과의 거리는, 테이블 상면에 평행한 방향의 이동 거리에 기초하여 증대시키는 것이 바람직하다. 또한, 리코터의 선단부와 테이블 상면과의 거리를 이동 거리에 기초하여 증대시킨다는 것은, 1회의 리코터의 소인의 대부분에서 증대 경향이 있으면 된다는 것을 의미하고, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 정도이면, 1회의 리코터의 소인 중에 해당 거리가 감소되는 부분이 있어도, 전체로서 증대 경향이 있으면 된다.

또한, 본 발명에 따른 광 조형 방법은, 광 경화성 수지액에 선택적으로 빛을 조사하여 경화 수지층을 형성하고, 상기 경화 수지층을 차례로 적층하여 입체상을 형성하는 광 조형 방법이며, 테이블 위에 상기 광 경화성 수지액을 공급하는 공정과, 상기 광 경화 수지액을, 리코터의 선단부와 상기 테이블 상면과의 거리를 변화시키면서 상기 테이블 위에 도포하는 공정을 갖는다.

<발명의 효과>

본 발명의 광 조형 장치 및 광 조형 방법에 의해, 1개의 수지층 중에서 막 두께의 차가 발생하는 것을 방지할 수 있고, 보다 고정밀도인 입체 모델의 형성이 가능해진다.

[도 1] 본 발명의 실시 형태에 따른 광 조형 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.

[도 2] 발명의 실시 형태 1에 따른 리코터의 이동 거리와 이동 속도를 나타내는 도면이다.

[도 3] 발명의 실시 형태 2에 따른 리코터의 이동 거리와 이동 속도를 나타내는 도면이다.

[도 4] 발명의 실시 형태 3에 따른 리코터의 이동 거리와 이동 속도를 나타내는 도면이다.

[도 5] 발명의 실시 형태 4에 따른 리코터의 수평 방향과 수직 방향의 이동 거리를 나타내는 도면이다.

[도 6A] 종래의 광 조형 장치에서의 수지 막 두께의 변화를 나타내는 도면이다.

[도 6B] 종래의 광 조형 장치에서의 수지 막 두께의 변화를 나타내는 도면이다.

[도 6C] 종래의 광 조형 장치에서의 수지 막 두께의 변화를 나타내는 도면이 다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1: 광원

2: DMD

3: 렌즈

4: 조형 테이블

5: 디스펜서

6: 리코터

7: 제어부

8: 기억부

9: 리코터 동작 제어부

10: 수지액

11: 경화 수지

100: 광 조형 장치

204: 조형 테이블

206: 리코터

210: 광 경화성 수지

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

이하, 본 발명을 적용 가능한 실시 형태에 대하여 설명한다. 이하의 설명은 본 발명의 실시 형태를 설명하는 것이며, 본 발명이 이하의 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 설명의 명확화를 위해, 이하의 기재는 적절하게 생략 및 간략화가 이루어져 있다. 또한, 당업자이면 이하의 실시 형태의 각 요소를 본 발명의 범위에서 용이하게 변경, 추가, 변환하는 것이 가능하다.

발명의 실시 형태 1

도 1을 이용하여, 광 경화 조형 장치(이하, "광 조형 장치"라고 함)의 일례에 대하여 설명한다. 이 광 조형 장치는, 상술한 디지털 마이크로 미러 디바이스(DMD)를 사용하여 일정한 영역마다(이하, "투영 영역"이라고 함) 일괄 노광을 반복하여 실행하는 광 조형법을 이용하는 광 조형 장치이다. 광 조형 장치 (100)은 광원 (1), 디지털 마이크로 미러 디바이스(DMD) (2), 렌즈 (3), 조형 테이블 (4), 디스펜서 (5), 리코터 (6), 제어부 (7), 기억부 (8)을 구비하고 있다. 또한, 본 실시 형태에서의 광 조형 장치 (100)은, 제어부 (7) 내에 리코터 (6)의 동작을 제어하는 리코터 동작 제어부 (9)를 갖고 있다.

광원 (1)은, 광 경화성 수지 (11)을 경화시키기 위한 빛을 발생시킨다. 광원 (1)에는, 예를 들면 405 ㎚의 레이저광을 발생시키는 레이저 다이오드(LD)나 자외선(UV) 램프가 사용된다. 광원 (1)의 종류는, 광 경화성 수지의 경화 파장과의 관계에서 선택되는 것이며, 본원 발명의 광 조형 장치 또는 광 조형 방법은, 광원 (1)의 종류를 한정하지 않는다.

디지털 마이크로 미러 디바이스(DMD) (2)는, 텍사스ㆍ인스트루먼트사에 의해 개발된 디바이스이며, CMOS 반도체 위에 독립적으로 움직이는 마이크로 미러가 수십만 내지 수백만개, 예를 들면 48만 내지 131만개가 빈틈없이 깔려 있다. 이러한 마이크로 미러는, 정전계 작용에 의해 대각선을 축으로 약 ±10도, 예를 들면 ±12도 정도 기울이는 것이 가능하다. 마이크로 미러는, 각 마이크로 미러의 피치의 1 변의 길이가 약 10 ㎛, 예를 들면 13.68 ㎛인 사각형의 형상을 갖고 있다. 인접하는 마이크로 미러의 간격은, 예를 들면 1 ㎛이다. 본 실시 형태 1에서 사용하는 DMD (2)의 전체는, 40.8×31.8 ㎜의 사각 형상을 갖고(이 중 미러부는 14.0×10.5 ㎜의 사각 형상을 가짐), 1 변의 길이가 13.68 ㎛인 마이크로 미러 786,432개에 의해 구성되어 있다. 해당 DMD (2)는, 광원 (1)로부터 출사된 레이저 광선을 각각의 마이크로 미러에 의해 반사시켜, 제어부 (7)에 의해 소정의 각도로 제어된 마이크로 미러에 의해 반사된 레이저광만 집광 렌즈 (3)을 통해 조형 테이블 (4) 위의 광 경화성 수지 (11)에 조사한다.

렌즈 (3)은, DMD (2)에 의해 반사된 레이저 광선을 광 경화성 수지 (11) 위에 유도하여, 투영 영역을 형성한다. 렌즈 (3)은, 볼록 렌즈를 사용한 집광 렌즈일 수도 있고, 오목 렌즈를 사용할 수도 있다. 오목 렌즈를 사용하면, DMD (2)의 실크기보다 큰 투영 영역을 얻을 수 있다. 본 실시 형태 (1)에 따른 렌즈 (3)은 집광 렌즈이며, 입사광을 약 8배 축소하여, 광 경화성 수지 (11) 위에 집광하고 있다.

조형 테이블 (4)는 경화시킨 수지를 차례로 퇴적시켜 재치(裁置)한 평판상의 대이다. 이 조형 테이블 (4)는 도시하지 않은 구동 기구, 즉 이동 기구에 의해 수평 이동 및 수직 이동이 가능하다. 이 구동 기구에 의해, 원하는 범위에 걸쳐 광 조형을 행할 수 있다.

디스펜서 (5)는, 광 경화성 수지액 (10)을 수용하여 미리 정해진 양의 광 경화성 수지액 (10)을 소정 위치에 공급한다.

리코터 (6)은 이동 기구를 구비하고, 광 경화성 수지 (10)을 균일하게 도포한다. 여기서, 본 실시 형태의 리코터 (6)의 이동 기구는, 주어지는 펄스 신호 등에 기초하여 동작하는 펄스 제어 모터 등으로 구성하는 것이 가능하다. 또한, 수평 이동 및 수직 이동이 가능하다.

제어부 (7)은, 노광 데이터를 포함하는 제어 데이터에 따라 광원 (1), DMD (2), 조형 테이블 (4), 디스펜서 (5)를 제어한다. 또한, 제어부 (7)은, 리코터 동작 제어부 (9)를 통해 리코터 (6)의 동작도 제어한다. 제어부 (7)은, 전형적으로 컴퓨터에 소정의 프로그램을 인스톨함으로써 구성할 수 있다. 전형적인 컴퓨터의 구성은, 중앙 처리 장치(CPU)와 메모리를 포함하고 있다. CPU와 메모리는, 버스를 통해 보조 기억 장치로서의 하드 디스크 장치 등의 외부 기억 장치에 접속된다. 이 외부 기억 장치가 제어부 (7)의 기억부 (8)로서 기능한다. 기억부 (8)로서 기능하는 플렉시블 디스크 장치, 하드 디스크 장치, CD-ROM 드라이브 등의 기억 매체 구동 장치는, 각종 컨트롤러를 통해 버스에 접속된다. 플렉시블 디스크 장치 등의 기억 매체 구동 장치에는, 플렉시블 디스크 등의 가반형 기억 매체가 삽입된다. 기억 매체는 운영 체제와 협동하여 CPU 등에 명령을 부여하고, 본 실시 형태를 실시하기 위한 소정의 컴퓨터 프로그램을 기억할 수 있다.

기억부 (8)에는, 조형하고자 하는 입체 모델을 복수의 층에 슬라이스하여 얻어지는 단면군의 노광 데이터를 포함하는 제어 데이터가 저장되어 있다. 제어부 (7)은, 기억부 (8)에 저장된 노광 데이터에 기초하여, 주로 DMD (2)에서의 각 마이크로 미러의 각도 제어, 조형 테이블 (4)의 이동(즉, 입체 모델에 대한 레이저광의 조사 범위의 위치)을 제어하여, 입체 모델의 조형을 실행한다.

컴퓨터 프로그램은, 메모리에 로드됨으로써 실행된다. 컴퓨터 프로그램은 압축되고, 복수로 분할되어 기억 매체에 기억할 수 있다. 또한, 유저ㆍ인터페이스ㆍ하드웨어를 구비할 수 있다. 유저ㆍ인터페이스ㆍ하드웨어로서는, 예를 들면 마우스 등의 입력을 행하기 위한 포인팅ㆍ디바이스, 키보드 또는 시각 데이터를 사용자에게 제시하기 위한 디스플레이 등이 있다.

리코터 동작 제어부 (9)는, 예를 들면 제어부 (7) 위에서 동작하는 소프트웨어로부터 컨트롤 가능한 부분이다. 예를 들면, 상기한 바와 같은 리코터의 이동 기구가 펄스 제어 모터이면, 이 리코터 동작 제어부 (9)는 소프트웨어로부터의 컨트롤에 따라 펄스 신호를 생성하는 장치일 수 있다. 리코터 동작 제어부 (9)는, 소프트웨어 등으로부터의 지시에 따라, 리코터 (6)의 이동 속도, 이동 거리를 제어하는 신호를 생성하거나, 리코터 (6)의 수평 방향, 수직 방향의 이동을 제어하는 신호를 생성한다. 이와 같이, 리코터 (6)은 이동 속도를 변화시키거나, 수직으로 이동시키는 것이 가능하다.

광 경화성 수지액 (10)에는, 가시광 및 가시광 영역 외의 빛에 의해 경화되는 수지를 사용할 수 있다. 예를 들면, 15 ㎛ 이하(500 mJ/㎠)의 경화 심도를 갖고, 점도가 1500 내지 2500 Paㆍs(25 ℃)인 405 ㎚ 대응의 아크릴계 수지를 사용할 수 있다.

이어서, 본 실시 형태에 따른 광 조형 장치 (100)의 광 조형 동작에 대하여 설명한다. 우선, 디스펜서 (5)에 미경화 상태의 광 경화성 수지액 (10)을 수용한다. 조형 테이블 (4)는 초기 위치에 있다. 디스펜서 (5)는, 수용된 광 경화성 수지액 (10)을 소정량만 조형 테이블 (4) 위에 공급한다. 리코터 (6)은, 광 경화성 수지액 (10)을 길게 늘이도록 소인하여, 경화시키는 한 층분의 코팅층을 형성한다. 본 실시 형태에서는, 이 리코터 (6)이 광 경화성 수지액 (10)을 길게 늘이는 1회의 소인에서, 리코터의 이동 속도가 변화된다. 구체적으로는 도면 우측으로부터 좌측을 향한 1회의 소인에서 그 소인 속도가 서서히 늦어지도록 변화된다. 이 속도 제어의 상세한 설명은 후술한다.

광원 (1)로부터 출사한 레이저 광선은, DMD (2)에 입사한다. DMD (2)는 제어부 (7)에 의해 제어되어, 레이저 광선을 광 경화성 수지액 (10)에 조사하는 부분에 대응하는 마이크로 미러의 각도를 조정한다. 이에 따라, 그 마이크로 미러를 반사한 레이저 광선이 집광 렌즈 (3)을 통해 광 경화성 수지액 (10)에 조사되고, 그 밖의 마이크로 미러를 반사한 레이저 광선은 광 경화성 수지액 (10)에 조사되지 않는다. 광 경화성 수지액 (10)으로의 레이저 광선의 조사는 예를 들면 0.4초간 행해진다. 이때, 광 경화성 수지 (11)로의 투영 영역은 예를 들면 1.3×1.8 ㎜ 정도이고, 0.6×0.9 ㎜ 정도까지 축소시킬 수도 있다. 투영 영역의 면적은, 통상적으로 100 ㎟ 이하인 것이 바람직하다. 이 때문에, 하나의 투영 영역의 크기보다 큰 입체 모델을 형성하는 경우에는, 레이저 광선의 조사 위치를 이동시켜 조사시킬 필요가 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이 광 조형의 최대 크기 (X×Y)로 하면, 이것을 복수의 투영 영역 (x×y)로 분할하여, 각각을 1 쇼트씩 레이저 광선의 조사를 실행한다. 광 조형의 최대 크기는, 예를 들면 X=150 ㎜, Y=150 ㎜이고, 높이가 50 ㎜이다. 투영 영역의 크기는, 예를 들면 x=1.8 ㎜, y=1.3 ㎜이다. 이와 같이 하여 투영 영역을 주사하면서 레이저 광선의 조사를 실행함으로써, 광 경화성 수지액 (10)이 경화되고, 제1층째의 경화 수지층이 형성된다. 1층분의 적층 피치, 즉 경화 수지층 1층의 두께는, 예를 들면 1 내지 50 ㎛, 바람직하게는 2 내지 10 ㎛, 더욱 바람직하게는 5 내지 10 ㎛이다.

이어서, 동일한 공정으로 목적으로 하는 형상의 입체 모델의 2층째를 형성한다. 구체적으로는, 1층째로서 형성된 입체 모델의 외측에 디스펜서 (5)로부터 공급된 광 경화성 수지액 (10)을, 리코터 (6)에 의해 1층째의 입체 모델의 위에 균일한 두께로 도포한다. 그리고, 레이저 광선을 조사함으로써, 제2층째의 경화 수지층을 제1층째의 경화 수지층 위에 형성한다. 이하 동일하게 하여 제3층째 이후의 경화 수지층을 차례로 퇴적시킨다. 그리고, 최종층의 퇴적이 종료되면, 조형 테이블 (4) 위에 형성된 조형물을 취출한다. 조형물은, 표면에 부착된 광 경화성 수지액을 세정 이외의 방법으로 제거하고, 필요에 따라 가열하여 경화를 더욱 진행시킬 수 있다.

여기서, 상기한 1회의 소인에서 리코터 (6)의 속도를 서서히 느리게 하는 동작에 대하여 상세히 설명한다. 리코터 (6)으로 수지를 길게 늘이는 경우, 수지와 리코터가 접하고 있는 부분에서는 테이블을 향한 수지의 낙하 속도가 느리고, 접하지 않는 부분에서는 테이블을 향한 수지의 낙하 속도가 빨라진다. 그 때문에, 리 코터 (6)이 소인됨에 따라, 상술한 바와 같은 수지의 막 두께가 서서히 얇아진다는 문제점이 발생한다. 따라서, 본 실시 형태에서는 수지 낙하 속도의 차를 고려하여, 각 회의 리코터에 의한 수지의 도포 개시시에 가장 리코터의 이동 속도를 빠르게 하고, 그 후 속도를 감소시키면서 필요한 범위로 수지를 길게 늘인다. 이와 같이 1회의 소인에서 속도를 변화시킴으로써, 수지액의 이동 속도가 느린 부분에서도 막 두께를 유지할 수 있을 만큼의 수지가 낙하되도록 제어한다.

도 2는, 본 발명의 제1 실시 형태에서의 리코터의 이동 속도와, 리코터의 이동 거리의 관계를 나타낸 도면이다. 도 2에 도시한 바와 같이 제1 실시 형태에서는, 리코터의 리코터와 수지가 접촉된 부분 (A)(수지의 도포 개시 지점)로부터 수지를 길게 늘이는 것을 종료하는 지점 (B)(도포 종료 지점)를 향해, 그 속도가 리코터의 이동 거리에 대하여 포물선을 그리도록 리코터를 제어한다. 리코터에 접하고 있는 부분과 리코터로부터 먼 부분의 수지의 이동 속도의 차는, 수지의 점도, 수지의 양, 접촉 면적 등에 따라 상이하지만, 상세하게는 하겐ㆍ푸아죄유의 법칙(예를 들면, 이와나미 리카가꾸 사전 제4판; 구보 료고 외 편찬, 1987년 이와나미 서점 발행을 참조) 등을 바탕으로 추정하는 것이 가능하다. 기본적으로 이 속도차는 포물선상으로 변화되기 때문에, 1회의 소인에서의 이동 속도를 포물선상으로 변화시킴으로써, 균일한 막 두께를 갖는 수지층으로 할 수 있다. 또한, 2층째 이후의 수지층에 대해서도 동일한 속도 제어를 행함으로써, 균일한 막 두께의 수지층을 적층할 수 있다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 리코터의 속도 제어를 행함으로써, 광 경화 수지층을 다층으로 중첩하여 입체 모델을 형성할 때의 각 층을 균일하게 형성하는 것이 가능해진다. 따라서, 보다 고밀도인 입체 모델을 형성하는 것이 가능해진다.

실시 형태 2

도 3은, 본 발명의 실시 형태 2에 따른 리코터의 속도와 이동 거리의 관계를 나타낸 도면이다. 본 실시 형태에서는 리코터의 속도 제어가 상이할 뿐, 그 이외의 점에 대해서는 실시 형태 1과 동일하기 때문에 설명을 생략한다.

실시 형태 2도 1회의 소인에서 리코터의 속도를 감소시킨다는 점은 실시 형태 1과 동일하다. 실시 형태 1에서는, 포물선을 그리도록 속도를 변화시킨 것에 비해, 실시 형태 2에서는 스텝상으로 속도를 변화시키고 있다.

상술한 바와 같이, 광 조형 장치에서는 펄스 제어되는 모터 등에 의해 리코터를 이동시키고 있다. 일반적으로 펄스 제어 모터 등에서는, 그 회전 속도를 포물선상으로 변환시키기 위해 매우 복잡한 제어가 필요해진다. 그에 비해, 소정 시간, 일정 속도를 반복하여 그 속도를 스텝상으로 변화시키는 것이면, 예를 들면 기억부 (8)에 이동 거리와 속도를 대응시키는 테이블 등을 준비할 수 있으며, 용이하게 속도 제어가 가능해진다.

그 때문에, 실시 형태 2에서는, 예를 들면 기억부 (8) 등에 이 테이블을 복수개 준비하여, 광 조형시에 제조하고자 하는 입체 모델에 맞춘 테이블을 선택함으로써 광 조형을 행한다. 이와 같이 함으로써 리코터의 속도 제어가 용이해지고, 입체 모델 제조시의 생산성이 향상된다.

1회의 리코터의 소인에 포함되는 스텝의 수나, 각 스텝마다 리코터의 이동 속도의 감소량은, 본원 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서 적절하게 결정할 수 있다. 또한, 리코터의 이동 속도를 스텝상으로 감소시키는 경우에도, 1회의 리코터의 소인 전체로서는, 실시 양태 1에 도시한 바와 같이 대략 방사선상으로 감소하고 있는 것이 바람직하다.

실시 형태 3

도 4는, 본 발명의 실시 형태 3에 따른 리코터의 속도와 이동 거리의 관계를 나타낸 도면이다. 본 실시 형태에서는 리코터의 속도 제어가 상이할 뿐, 그 이외의 점에 대해서는 다른 실시 형태와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.

실시 형태 3에서는, 리코터의 이동 속도가 이동 거리에 대하여 직선상으로 변화된다. 실시 형태 3에서는, 이동 거리와 속도에 대응하는 테이블을 준비할 필요가 있지만, 본 실시 형태에서는 수지의 도포 개시 지점에서의 초속과, 도포 종료 지점에서의 종속(終速)을 설정하는 것만으로도 1회의 소인에서의 속도를 감소시키면서 수지를 도포하는 것이 가능해진다. 본 실시 형태와 같이, 직선상으로 리코터 이동 속도를 변화시키는 경우에는, 수지의 도포 개시 시점에서의 속도가 일정하면 감속률을 지정하는 것만으로도 바람직하다.

이와 같이 제어를 행함으로써, 리코터의 속도의 제어가 보다 용이해진다. 또한, 모터로 리코터를 이동시킨다고 생각한 경우, 모터는 일정한 감속률로 감속시키는 것이 매우 용이하기 때문에, 입체 모델의 생산성이 보다 향상된다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 리코터의 속도 제어를 행함으로써, 광 경화 수지층을 다층으로 중첩하여 입체 모델을 형성할 때의 각 층을 균일하게 형성하는 것이 가능해진다. 본건 발명자들의 실험에 따르면, 광 조형 방법에 의해 적층되는 수지의 각 층이 수 ㎛여도, 1층 부근의 막 압력의 오차를 1 ㎛ 이하로 하는 것이 가능해져, 고정밀도의 조형을 행하는 것이 가능해진다.

이와 같이, 실시 형태 1 내지 3에서는 리코터의 속도 제어를 행함으로써, 광 경화 수지층을 다층으로 중첩하여 입체 모델을 형성할 때의 각 층을 균일하게 형성하는 것이 가능해진다. 따라서, 보다 고정밀도인 입체 모델을 형성하는 것이 가능해진다. 이어서, 실시 형태 4에서는 리코터를 상승시킴으로써, 막 두께를 유지하는 방법에 대하여 설명한다.

본 실시 형태에서는, 이 리코터 (6)이 광 경화성 수지액 (10)을 길게 늘이는 1회의 소인에서, 리코터가 수직 방향으로 이동한다. 구체적으로는 도면 우측으로부터 좌측을 향한 1회의 소인에서, 리코터가 서서히 상승한다. 이 수직 방향의 이동에 대하여 상세히 설명한다.

리코터 (6)으로 수지를 길게 늘이는 경우, 수지와 리코터가 접하고 있는 부분에서는 테이블을 향한 수지의 낙하 속도가 느리고, 접하고 있지 않은 부분에서는 테이블을 향한 수지의 낙하 속도가 빨라진다. 그 때문에, 리코터 (6)이 소인됨에 따라, 상술한 바와 같은 수지의 막 두께가 서서히 얇아진다는 문제점이 발생한다. 따라서 실시 형태 4에서는, 이 리코터의 선단과 테이블 또는 경화시킨 수지층 표면까지의 간격이 서서히 커지도록 리코터를 이동시킨다.

즉, 각 회의 리코터에 의한 수지의 도포 개시시에 가장 테이블(또는 수지층 표면)과 리코터 (6)의 간격이 좁고, 그 후 리코터 (6)을 서서히 상승시키면서, 테 이블면과 평행한 수평 방향으로도 이동시킨다. 이와 같이 1회의 소인에서 리코터를 상승시킴으로써, 막 두께를 유지할 수 있도록 제어한다.

도 5는, 실시 형태 4에서의 리코터의 선단과 테이블(또는 수지 표면층)의 간격과, 블레이드의 이동 거리의 관계를 나타낸 도면이다. 도 5에 도시한 바와 같이 실시 형태 4에서는, 리코터와 수지가 접촉한 부분 (A)(수지의 도포 개시 지점)로부터 수지를 길게 늘이는 것을 종료하는 지점 (B)(도포 종료 지점)를 향해, 서서히 상승하도록 리코터를 제어한다. 이 상승의 방법은 수지의 점도, 수지의 양, 종류 등에 따라 다양한 변형이 가능하지만, 예를 들면 리코터의 선단과 테이블 또는 경화시킨 수지층 표면까지의 간격 (y)가 리코터의 이동 거리 (x)의 이차 함수가 되도록, 리코터를 상승시키는 것 등이 가능하다. 이 경우의 이차 함수란, 일반적으로 x=αy²+βy+γ로 표시된다. 식 중, α는 양의 정수, β는 0 이상의 정수, γ는 수지의 도포 개시시에서의 y의 초기값이고, 0 이상의 정수이다. α, β 및 γ는, 상술한 바와 같이 수지의 점도, 수지의 양, 종류 등에 따라 적절하게 결정할 수 있다. 이러한 이차 함수로 함으로써, y는, x가 증가됨에 따라 증가 경향이 된다. 또한, 장치의 구성이나 제어의 용이성을 고려하여, 스텝상, 직선상으로 상승시킬 수도 있다. 도 5에는, 스텝상으로 리코터를 상승시킨 경우의 모습을 나타내고 있다. 스텝상으로 하는 경우, 1회의 리코터의 소인에 포함되는 스텝의 수나, 리코터의 선단과 테이블 또는 경화시킨 수지층 표면까지의 간격의 각 스텝마다의 증가량은, 본원 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서 적절하게 결정할 수 있다. 또 한, 리코터의 선단과 테이블 또는 경화시킨 수지층 표면까지의 간격을 스텝상으로 증대시키는 경우에도, 1회의 리코터의 소인 전체로서는, 상술한 이차 함수상으로 증대되고 있는 것이 바람직하다.

또한, 실시 형태 4에서의 리코터의 동작은, 예를 들면 기억부 (8)에 수지의 양, 종류, 형성하는 층 등에 따라 수직 방향의 이동을 설정하는 파라미터 등을 준비함으로써 실현하는 것이 가능하다. 예를 들면, 도포하고자 하는 수지층에 맞추어 제어부 (7)이 기억부 (8)에 기억된 파라미터로부터 수직 방향의 이동에 대한 정보를 판독하고, 소프트웨어를 처리함에 있어서 리코터 동작 제어부 (9)가 리코터를 수직 방향으로 이동시킴으로써 실현이 가능하다. 또한, 제어부 (7)의 외부 입력 기기로부터 수직 방향의 이동에 대한 파라미터를 입력하고, 그에 기초하여 리코터가 동작하는 구성으로 할 수도 있다.

이상 상세히 설명한 바와 같이, 수지를 도포하는 1회의 소인에서 리코터의 수직 방향의 이동을 행함으로써, 광 경화 수지층을 다층으로 중첩하여 입체 모델을 형성할 때의 각 층을 균일하게 형성하는 것이 가능해진다. 따라서, 보다 고정밀도인 입체 모델을 형성하는 것이 가능해진다.

이상 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 리코터의 속도 제어를 행함으로써, 광 경화 수지층을 다층으로 중첩하여 입체 모델을 형성할 때의 각 층을 균일하게 형성하는 것이 가능해진다. 또한, 수지를 도포하는 1회의 소인에서 리코터의 수직 방향의 이동을 행함으로써, 광 경화 수지층을 다층으로 중첩하여 입체 모델을 형성할 때의 각 층을 균일하게 형성하는 것이 가능해진다.

본 발명은, 경화 수지층을 차례로 적층하여 입체상을 형성하는 광 조형 장치 및 광 조형 방법에 적용할 수 있다.

Claims (23)

1. 삭제
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3. 삭제
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7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 광 경화성 수지액에 선택적으로 빛을 조사하여 경화 수지층을 형성하고, 상기 경화 수지층 위에 추가로 상기 광 경화성 수지액을 도포하여, 상기 광 조사에 의해 경화 수지층을 형성하는 사이클을 반복함으로써, 상기 경화 수지층을 차례로 적층하여 입체상을 형성하는 광 조형 장치이며,

    테이블과,

    상기 테이블 위에 상기 광 경화성 수지액을 공급하는 디스펜서와,

    상기 광 경화성 수지액을 도포하는 리코터와,

    상기 리코터의 도포 동작시에, 상기 리코터의 상기 테이블 상면에 대하여 평행한 방향의 이동 거리에 기초하여, 상기 리코터의 선단부와 상기 테이블 상면과의 거리를 증대시키는 제어부를 갖는 광 조형 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 제어부가, 상기 리코터의 선단부와 상기 테이블 상면과의 거리를, 상기 리코터의 상기 테이블 상면에 평행한 방향의 이동 거리의 이차 함수로서 증대시키는 것을 특징으로 하는 광 조형 장치.
14. 제12항에 있어서, 상기 제어부가, 상기 리코터의 상기 테이블 상면에 평행한 방향의 이동 거리에 기초하여, 상기 리코터의 선단부와 상기 테이블 상면과의 거리를 스텝상으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 광 조형 장치.
15. 제12항에 있어서, 상기 제어부가, 상기 리코터의 상기 테이블 상면에 평행한 방향의 이동 거리에 기초하여, 상기 리코터의 선단부와 상기 테이블 상면과의 거리를 직선상으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 광 조형 장치.
16. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사이클마다 형성되는 경화 수지층의 두께가 2 내지 10 ㎛인 광 조형 장치.
17. 광 경화성 수지액에 선택적으로 빛을 조사하여 경화 수지층을 형성하고, 상기 경화 수지층을 차례로 적층하여 입체상을 형성하는 광 조형 방법이며,

    테이블 위에 상기 광 경화성 수지액을 공급하는 공정과,

    상기 광 경화성 수지액을, 리코터의 선단부와 상기 테이블 상면과의 거리를 해당 리코터의 상기 테이블 상면에 대하여 평행한 방향의 이동 거리에 기초하여 증대시키면서 도포하는 공정을 갖는 광 조형 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 리코터의 선단부와 상기 테이블 상면과의 거리를, 상기 리코터의 상기 테이블 상면에 대하여 평행한 방향의 이동 거리의 이차 함수로서 증대시키는 것을 특징으로 하는 광 조형 방법.
19. 제17항에 있어서, 상기 리코터의 선단부와 상기 테이블 상면과의 거리가, 해당 리코터의 상기 테이블 상면에 평행한 방향의 이동 거리에 기초하여 스텝상으로 변화되는 것을 특징으로 하는 광 조형 방법.
20. 제17항에 있어서, 상기 리코터의 선단부와 상기 테이블 상면과의 거리가, 해당 리코터의 상기 테이블 상면에 평행한 방향의 이동 거리에 기초하여 직선상으로 변화되는 것을 특징으로 하는 광 조형 방법.
21. 제17항에 있어서, 상기 리코터의 선단부와 상기 테이블 상면과의 거리 변화에 대한 파라미터를 판독하는 공정을 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 광 조형 방법.
22. 제17항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사이클마다 형성되는 경 화 수지층의 두께가 2 내지 10 ㎛인 광 조형 방법.
23. 제22항에 있어서, 상기 빛의 조사가, 투영 영역을 단위로 하여, 일괄 노광을 반복함으로써 실행하는 것을 특징으로 하는 광 조형 방법.

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