KR101199496B1 - 소형 디엠디와 유브이-엘이디를 이용한 저가형 광조형 시스템에서 대면적 구조물의 가공방법 - Google Patents

소형 디엠디와 유브이-엘이디를 이용한 저가형 광조형 시스템에서 대면적 구조물의 가공방법 Download PDF

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Abstract

3차원 모델을 STL 파일로 변환하는 단계; 상기 변환된 STL 파일을 적층 두께로 슬라이싱하고 단면이미지를 생성하는 단계; 상기 단면이미지 내에서 단위면적별로 분할하여 U(Ux,Uy) 좌표를 획득하는 단계; 광조형장치 상의 X, Y스테이지를 이송하여 스테이지의 이송좌표인 DMD(x,y)좌표를 검출하고, 상기 U(Ux,Uy) 좌표와 DMD(x,y) 좌표를 비교하는 단계; 상기 U(Ux,Uy) 좌표와 DMD(x,y)가 동일한 경우 U(Ux,Uy) 좌표에 해당되는 단위면적의 정보를 DMD에 전송하는 단계; 상기 DMD에 전송된 단위면적과 동일하게 UV-LED를 조사하고 수지를 경화하여 단위면적 형성을 완성하는 단계; 및 상기 단면이미지 내의 다른 단위면적을 DMD 및 UV-LED를 이용하여 동일 방식으로 경화하는 단계를 포함하는 소형 DMD와 UV-LED를 이용한 저가형 광조형 시스템에서 대면적 구조물의 가공방법을 개시한다. 본 발명에 따르면, 고비용의 부품을 사용하지 않아 전체 시스템의 가격이 저비용이며, SL에서 한계를 가지는 대면적 크기의 3차원 모델을 X,Y축의 트래블만 주어진다면 제작이 가능하다. 또한 소형 DMD에서 단위면적에 따라 제작되므로 마이크로 구조와 매크로 구조를 제작할 수 있고 정밀성이 높다.

Description

소형 디엠디와 유브이-엘이디를 이용한 저가형 광조형 시스템에서 대면적 구조물의 가공방법{Processing method of large area structure in low cost type stereolithography system using small DMD and UV-LED}
본 발명은 소형 DMD와 UV-LED를 이용한 저가형 광조형 시스템에서 대면적 구조물의 가공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대면적의 3차원 모델을 소형 DMD와 LED를 이용하여 저비용으로 제작이 가능하고 마이크로 구조와 매크로 구조를 제작할 수 있는 소형 DMD와 UV-LED를 이용한 저가형 광조형 시스템에서 대면적 구조물의 가공방법에 관한 것이다.
마이크로 기계 부품, 정보 및 통신 기기, 의료 기기 등과 같은 초정밀 부품에 대한 수요가 날로 증가하고 있으며, 이를 지원하기 위해 MEMS(Micro Electro Mechanical System), LIGA(x-ray LIthographie, Galvanoformung, Abformtechnik)와 같은 기술들이 각종 응용분야에 다양한 형태로 제안되고 있다. 그러나 이러한 기술들은 복잡한 3차원 부품 또는 기기들을 제작하는데 기술적인 한계를 가지고 있다.
마이크로 광조형 기술은 기존의 광조형 기술과 비교해 가공방법, 사용재료, 표준 파일 포맷 등에서 거의 유사하다. 이와 같은 광조형 기술은 CAD 프로그램을 사용하여 형성된 모델링 형상으로부터 3각형 면으로 이루어진 STL 파일로 변환하고, 적층 두께만큼 슬라이싱하여 각 층들에 대한 단면 데이터를 생성한 후, 생성된 단면 데이터를 바탕으로 가공 경로를 생성하여 이미 가공된 단위층상에 새로운 단위층을 연속 적층함으로써 최종적으로 원하는 형상의 마이크로 구조물을 만들게 된다. 이와 비슷한 미세 영역의 구조물을 제작할 수 있는 마이크로 광조형 기술은 현재까지 MEMS, LIGA 기술과 비교해서 가공할 수 있는 재료(광 경화성 수지)가 한정적임에도 불구하고 복잡한 3차원 형상의 마이크로 구조물을 형성{실질적으로 마이크로 구조물을 형성하기 위한 폴리머 몰드(polymer mold)의 제작에 적용되고 있다}하는데 유용한 것으로 알려지고 있어 그 적용을 위한 기술이 다양하게 연구되고 있다.
미세 광 조형 기술은 SL(Stereolithography)에 근거를 두고 연구되어 왔다. 이러한 미세 광 조형 기술은 주사방식의 스캐닝 방법과 전사방식의 프로젝션 방법으로 나눌 수 있다.
주사방법은 하나 또는 여러 개의 레이져 광원을 x, y축에 고정시켜 가공 패스로 이송해 마이크로 구조물을 제작하거나 x, y축을 대신해 갈바노 미러를 사용하는 방법이다. 이러한 방법은 시스템의 비용이 비싸고 3d 모델에 의하여 가공 패스가 산출됨으로 정밀한 반면 가공시간이 길다는 문제점이 있다.
반면 전사방법은 MEMS, LIGA 등에 사용되는 비효율적인 마스크를 동적 형상 생성기를 사용해 입사된 빔을 3d 모델의 단면이미지로 반사시킨 패턴 빔을 사용한다. 이러한 방법은 단면형상을 한번에 제작할 수 있기 때문에 레이져의 스팟으로 제작하는 스캐닝 방법보다 가공시간이 단축된다. 시스템 비용이 스캐닝 방법에 비하여 저렴하고 가공속도가 빠른 반면 정밀도가 떨어지는 문제점을 가진다.
이러한 두 방법을 사용해 미세 구조물 제작에서 정밀도와 새로운 응용 방안으로 광 경화성 수지의 수지표면제어기법, 다양한 적층 방향기법, 대면적 구조물을 제작하기 위한 기법의 시스템 등으로 다양하게 발전하여 왔다. 또한 광경화 수지 소재의 물성을 높이기 위한 다양한 광경화성 레진이 시판되거나 연구되고 있으며, 미세 광조형 장치의 응용분야가 확대되고 있다.
대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2004-0102531호 "마이크로 광 조형 방법 및 장치"는 소정의 광학계를 통하여 수 ㎛ 직경을 갖는 초점된 레이저 빔을 광 경화성 수지 표면 위에 주사하는 레이저 빔 주사 단계와; 레이저 빔 주사 단계를 통해 소정의 광 경화성 수지 단면 층을 성형하는 성형 단계; 및 성형 단계에 의해 상기 단면층이 성형되었으면, 단면 층위에 성형 단계를 반복 적용하여 광 경화성 수지 단면 층을 연속적으로 적층 성형하여 3차원 광 경화성 수지 구조물을 조형하는 조형 단계를 포함하는 마이크로 광 조형 방법을 제안하였고, 레이저 광원과; 레이저 광원에서 출력되는 레이저 빔을 수 ㎛ 직경을 갖는 초점된 레이저 빔으로 하기 위한 광학계수단과; 레이저 빔의 경로를 X축 및 Y축 방향으로 제어하기 위한 X-Y축 스테이지와; 레이저 빔에 의해 경화되는 광 경화 수지의 단면 층 두께를 조절하기 위한 Z축 스테이지를 포함하고, X-Y축 스테이지를 통해 레이저 빔을 광 경화성 수지 표면 위에 주사하여 광 경화성 수지 단면 층을 성형하고 이를 Z축 스테이지를 통해 연속적으로 적층 성형시킴으로써 최종적으로 3차원 마이크로 광 경화성 수지 구조물을 조형하도록 된 마이크로 광조형 장치를 제안하고 있다.
이와 같은 기술은 광조형 기술에서 주사방식(scanning method)을 적용한 것이다. 주사방식의 마이크로 광조형 기술은 슬라이싱 단면을 따라서 레이저 빔의 위치가 이동함으로써 한 단위층이 경화되며, 이를 반복적으로 적층시킴으로써 원하는 형상을 만들게 된다. 이와 같은 주사방식의 광조형 기술에 의하면, 수백 ㎚의 정밀도를 가진 수 μm 크기의 마이크로 구조물을 형성할 수 있는 것으로 알려져 있다. 그러나, 이와 같은 주사방식은 마이크로 구조물을 형성하기 위한 작업시간이 전사방식에 비해 상대적으로 오래 걸린다는 문제점이 있다. 즉, 주사방식은 슬라이싱 단면을 초점화된 레이저 스팟을 이동하면서 경화시켜 결과적으로 하나의 단면을 경화시키는데, 이는 레이저 주사 경로의 생성이라는 부분이 추가가 되며, 상용 장비의 경우 단면의 윤곽을 그린 후, 지그재그 방식으로 X 방향 및 Y 방향으로 채워나가는 해칭 등의 추가 작업이 필요하게 되므로 작업시간이 길어지는 것이다. 또한, 초점화된 레이저 스팟은 매우 미세한 가우시안 형태의 에너지 분포를 가지며, 이러한 레이저 스팟이 중첩이 되면서 하나의 단면을 경화시키므로, 표면이 거칠어지는 문제점이 있는 것이다.
한편, 한국정밀공학회 제23권 제11호(통권188호) 2006. 11. "Digital Micromirror Device를 이용한 3차원 마이크로구조물 제작"과 Journal of Mechanical Science and Technology(KSME Int. J.), Vol. 20, No. 12, pp.2094~2104, 2006. "Design of Microstereolithography System Based on Dynamic Image Projection for Fabrication of Three-Dimensional Microstructures"에는 미세 광조형 기술에서 전사방식(projection method)을 적용한 기술을 개시하고 있다. 전사방식의 광조형 기술은 주사방식과 같이 적층을 통하여 최종 형상이 얻어지지만, 각 층의 가공 방식에 있어서 차이점이 있다. 즉, 마스크를 통과하며 형성된 광 패턴을 이용하여 하나의 단위층을 한꺼번에 가공함으로써, 더욱 빠른 시간에 마이크로 구조물을 제작할 수 있으며, 특히 동적 마스크(dynamic mask)를 이용하여 마스크의 제작없이 다양한 모양의 패턴을 생성시킬 수 있는 장점이 있다. 이러한 동적 마스크에는 LCD(Liquid Crystal Display)와 DMD(Digital Micromirror Device)가 있다. 이와 같은 전사방식의 마이크로 광조형 장치는 수평 및 수직 방향에 대하여 수 ㎛의 정밀도를 유지하면서 수 mm까지의 크기를 갖는 다양한 마이크로 구조물을 제작하는데 적용되고 있다.
이와 같이 전사방식의 마이크로 구조물 제조방법은 슬라이싱 단면에 대해서 바이너리 이미지만 생성하면 되기 때문에 가공 데이터의 생성이 용이하고, 전술한 주사방식에 비해 더욱 빠른 시간에 마이크로 구조물을 제작할 수 있으며, 동적 마스크를 사용할 수 있고, 윤곽부분을 제외한 내부 부분은 거의 균일한 에너지 분포를 가지기 때문에 주사방식에 비해 상대적으로 깨끗한 표면을 가지는 장점이 있는 반면, 그 제조가능한 마이크로 구조물의 크기가 상대적으로 제한되는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 주사방법과 전사방법의 각 문제점을 극복하고 두 방법을 혼용하여 사용할 수 있으며, 미세구조물부터 대면적 구조물 또는 미세구조물과 대면적 구조물을 동시에 가지는 메조 구조물을 제작할 수 있는 신규한 광조형 가공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기 신규한 광조형 가공방법을 이용하여 제조된 광조형물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
3차원 모델을 STL 파일로 변환하는 단계;
상기 변환된 STL 파일을 적층 두께로 슬라이싱하고 단면이미지를 생성하는 단계;
상기 단면이미지 내에서 단위면적별로 분할하여 U(Ux,Uy) 좌표를 획득하는 단계;
광조형장치 상의 X, Y스테이지를 이송하여 스테이지의 이송좌표인 DMD(x,y)좌표를 검출하고, 상기 U(Ux,Uy) 좌표와 DMD(x,y) 좌표를 비교하는 단계;
상기 U(Ux,Uy) 좌표와 DMD(x,y)가 동일한 경우 U(Ux,Uy) 좌표에 해당되는 단위면적의 정보를 DMD에 전송하는 단계;
상기 DMD(digital micromirror device)에 전송된 단위면적과 동일하게 UV-LED를 조사하고 수지를 경화하여 단위면적 형성을 완성하는 단계; 및
상기 단면이미지 내의 다른 단위면적을 DMD 및 UV-LED를 이용하여 동일 방식으로 경화하는 단계를 포함하는 소형 DMD와 UV-LED를 이용한 저가형 광조형 시스템에서 대면적 구조물의 가공방법을 제공한다.
상기 단면이미지 중 해당 층의 마지막 단위면적 형성을 완료한 경우 적층을 위한 두께만큼 Z축이 하강하는 단계를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.
상기 Z축이 마지막까지 이동되고, 마지막 단위면적까지 경화가 완료되는 경우 제작된 구조물의 용매를 제거하고 후가공을 실시하는 것이 바람직하다.
상기 단위면적은 전체 단면이미지를 스캐닝하면서 경화되는 구역을 산출하고, 전체 단면이미지와 DMD의 픽셀수를 비교하여 U 좌표를 정하고 저장하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
3차원 모델을 STL 파일로 변환하고, 상기 변환된 STL 파일을 적층 두께로 슬라이싱하고 단면이미지를 생성한 다음 상기 단면이미지 내에서 단위면적별로 분할하여 U(Ux,Uy) 좌표를 획득하고 광조형장치 상의 X, Y스테이지를 이송하여 스테이지의 이송좌표인 DMD(x,y)좌표를 검출하고, 상기 U(Ux,Uy) 좌표와 DMD(x,y) 좌표를 비교하여 상기 U(Ux,Uy) 좌표와 DMD(x,y)가 동일한 경우 U(Ux,Uy) 좌표에 해당되는 단위면적의 정보를 DMD에 전송하고, 상기 DMD에 전송된 단위면적과 동일하게 UV-LED를 조사하고 수지를 경화하여 단위면적 형성을 완성하며, 상기 단면이미지 내의 다른 단위면적을 DMD 및 UV-LED를 이용하여 동일 방식으로 경화하여 얻어지는 광조형물을 제공한다.
본 발명의 가공방법에 따르면, 소형 DMD, UV-LED를 사용해 이전의 고가 부품을 사용하지 않아 전체 시스템의 가격을 저비용 구성할 수 있으며, SL에서 하나의 가공방법으로의 가공 한계 또는 대면적 크기의 메조구조물 등을 제작하기 힘든 부분을 본 발명의 X,Y축의 트래블만 주어진다면 제작이 가능하다.
또한 소형 DMD에서 단위면적이 X,Y축의 이송과 동기화되어 입력되고 조사되므로 DMD의 단위면적은 X,Y축의 이송에 대한 프레임을 가져 애니메이션(본 발명에서 still-motion method로 칭한다)과 같은 효과를 가진다. 이러한 스틸모션기법의 효과로 패터닝 된 이미지는 수지의 경화 에너지를 만족된다면 X,Y의 이송에 따라 동시에 경화가 가능하여 빠른 가공이 가능하다.
또한 일반적인 전사방식을 사용해 마이크로 구조물 또는 대면적 구조물을 제작할 수 있으며, 다양한 단위면적의 크기를 사용해 X,Y축의 툴패스(Tool-path)로 주사방식과 같은 스캐닝 기법을 구사할 수 있다. 더욱 큰 장점은 이러한 전사방식과 주사방식을 적절히 혼용하여 미세구조물과 대면적을 가는 메조 구조물을 제작할 수 있으며 정밀성이 높일 수 있는 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 가공방법을 실시하는 광조형 장치를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 3D 모델링을 적층 높이로 슬라이싱하는 단계를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 단면이미지에서 단위형상에 따른 경화위치를 생성하는 단계를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따라 광조형 시스템에서 주사 및 전사방식을 이용한 제조방법의 순서도를 도시한다.
이하, 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 3차원 모델을 STL 파일로 변환하는 단계; 상기 변환된 STL 파일을 적층 두께로 슬라이싱하고 단면이미지를 생성하는 단계; 상기 단면이미지 내에서 단위면적별로 분할하여 U(Ux,Uy) 좌표를 획득하는 단계; 광조형장치 상의 X, Y스테이지를 이송하여 스테이지의 이송좌표인 DMD(x,y)좌표를 검출하고, 상기 U(Ux,Uy) 좌표와 DMD(x,y) 좌표를 비교하는 단계; 상기 U(Ux,Uy) 좌표와 DMD(x,y)가 동일한 경우 U(Ux,Uy) 좌표에 해당되는 단위면적의 정보를 DMD에 전송하는 단계; 상기 DMD에 전송된 단위면적과 동일하게 UV-LED를 조사하고 수지를 경화하여 단위면적 형성을 완성하는 단계; 및 상기 단면이미지 내의 다른 단위면적을 DMD 및 UV-LED를 이용하여 동일 방식으로 경화하는 단계를 포함하는 소형 DMD와 UV-LED를 이용한 저가형 광조형 시스템에서 대면적 구조물의 가공방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 가공방법을 실시하는 광조형 장치를 도시한다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 광조형 장치는 플랫폼에 3차원으로 이송이 가능한 X축, Y축, Z축 스테이지를 구비하고, 소형 디지털 마이크로미러 장치(digital micromirror device: DMD)는 DMD 코어와 DMD 광학파트로 구성된다. X 축 스테이지는 x축 방향의 이송을 위한 스테이지이고, Y축 스테이지는 y축 방향의 이송을 위한 스테이지이고, Z축 스테이지는 z축 방향의 이송을 위한 스테이지이다. DMD 코어는 광 패턴이미지로 광경화 수지를 경화하므로 광패턴을 생성시키기 위하여 마이크로 미러들을 배열하여 구성된다. 소형 DMD는 X, Y축 레일에 고정시키고 축 드라이브에 의해 이송된다. 또한 제작하고자 하는 3D 모델링을 적층 두께로 슬라이싱하여 생성된 단면이미지를 DMD 코어에 스틸 모션(still-motion) 기법으로 전달하여 이송스테이지의 이송에 따라 해당 단면 이미지를 순차적으로 입력시킬 수 있다. '스틸 모션(still-motion)' 기법이란 여러 장의 관련된 비트맵 이미지를 특정한 시간 동안에 걸쳐 프레임 단위로 변경시키는 영상기법을 의미한다. 이러한 스틸 모션 기법을 이용함으로써 광조형 제작에 있어서의 정밀성을 높일 수 있다.
본 발명에서 사용된 DMD는 변경된 형태의 DMD로서 소형 DMD(예: pico-dlp:texas instrument사 제조)는 Red, Green, Blue 3개 LED에 의해 전달되어진 광원이 DMD 소자에 반사되어 일반 DLP와 같은 효과를 갖는다. 구체적으로는 이러한 소형 DMD를 본 발명에 적용하기 위하여 3개의 R.G.B LED를 제거하고 자외선 영역의 파장대를 갖는 UV-LED로 교체한다. 또한 기존 3개 LED의 광패스를 위한 빔 스프릿트를 교환하여 출력에 따른 UV-LED를 제어할 수 있다. 이러한 R.G.B LED와 UV-LED의 교체는 광경화 수지의 개시제 특성에 의해 결정되며, 반드시 UV-LED만으로 교체하지 않고 제작환경에 따라 관련 LED로 얼마든지 교체가 가능하다.
또한 이러한 UV-LED는 각자의 드라이버를 사용해 광 조사에너지를 조절 가능하게 설계될 수 있다. 이러한 광조사 에너지는 수지에서 경화두께를 제어할 수 있으므로 오버행을 가진 구조물의 제작에 유리하다.
본 발명은 소형 디지털 마이크로미러 장치를 이용하여 대면적 구조물을 제작할 수 있다. 이러한 방법의 장점은 기존 SL(Stereolithography) 기술을 토대로 고비용의 레이저와 갈바노미러 등을 사용하지 않고 광 패턴 생성기인 DMD를 사용하여 적은 비용으로 시스템을 구현할 수 있다는 것이다.
본 발명은 DMD에 입력되는 단면이미지를 주사방식과 전사방식을 혼용하여 사용할 수 있고, 가공영역대는 미세구조물부터 대면적 구조물 또는 미세구조물과 대면적 구조물을 동시에 가지는 메조 구조물을 제작할 수 있는 새로운 방법을 제공한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 3D 모델링을 적층 높이로 슬라이싱한 단면 이미지를 생성하는 단계를 도시하고 있다. 도 2를 참조하면, 제작할 3D 모델을 Computer Aided Design(CAD)를 사용해 설계하고, STL 파일로 저장한다. 저장된 STL 파일을 수지특성에 맞는 적층 두께로 슬라이싱한다. 다음으로 이러한 슬라이싱된 이미지를 단면이미지라 하고, 1 Bit 비트맵 이미지로 적층방향을 따라 생성된다. 이러한 단계를 거치면서 DMD의 픽셀과 사용할 레진의 경화특성을 고려한 최소 단위면적 형상을 파악한다. 최소 단위면적 형상은 레진이 경화 가능한 DMD의 최소 픽셀수를 가진 형상을 의미한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 단면이미지에서 단위형상에 따른 경화위치를 생성하는 단계를 도시한다. 도 3을 참조하면, 최소 단위형상으로 슬라이싱된 단면이미지를 단위면적 단위로 잘게 분할하면서 해당되는 X, Y축 U(Xu, Yu)좌표가 얻어진다. 광조형 시스템 상에서 X, Y축 스테이지를 이송하여 스테이지의 이송좌표인 DMD(x,y)좌표를 검출하고, 상기 U(Ux,Uy) 좌표와 DMD(x,y) 좌표를 비교한다. 비교결과 U(Ux,Uy) 좌표와 DMD(x,y) 좌표가 동일한 경우 U(Ux,Uy) 좌표에 해당되는 단위면적의 정보를 DMD에 전송한다. 이어서 상기 DMD에 전송된 단위면적과 동일하게 UV-LED를 조사하도록 하고 수지를 경화하여 단위면적 형성을 완성한다.
상기 단위면적은 전체 단면이미지를 스캐닝하면서 경화되는 구역을 산출하고, 전체 단면이미지와 DMD의 픽셀수를 비교하여 U 좌표를 정하고 저장하는 것이 바람직하다. 단면이미지를 바탕으로 정해진 픽셀 크기의 단위형상이 지나가면서 단면이미지 내 해당하는 부분을 단위면적의 크기만큼 출력한다. 그와 동시에 출력된 단위면적의 좌표가 X, Y 스테이지의 이송시 해당되면 DMD에 의해 출력되고 UV 조사에 의해 수지가 경화되는 것이다.
슬라이싱된 단면이미지를 각각의 단위면적 형상으로 나누는 방법은 단면이미지 내에서 경화가 가능한 최소한의 픽셀 수로 정의할 수 있다. 이러한 단위면적의 갯수는 DMD 내 전체크기의 픽셀 수를 넘기지 못하며, 픽셀로 반사되는 광 조사에너지가 수지가 경화되는 임계에너지보다 커야 하기 때문에 수지의 경화특성에 맞게 픽셀의 크기를 정해야 한다. 이렇게 정한 픽셀 크기 즉 단위면적 형상은 단면이미지를 나누기 위해 MATLAB을 사용해 전체 단면이미지를 프로그램 상 스캐닝하면서 단위면적에 포함되는 경화구역을 산출하고 단면이미지 내 좌표값을 저장한다.
슬라이싱된 하나의 단면이미지 중 일부 단위면적의 형성이 완료되고 나면 상기 단면이미지 내의 다른 단위면적을 상기 설명한 바와 동일하게 DMD 및 UV-LED를 이용하여 경화하는 단계를 거치게 된다. 이러한 방식에 의하여 미세형상의 조형물도 제작이 가능할 수 있는 것이다. 또한 X, Y축 이송이 가능하고, DMD 설치가 가능하게 되면 상당한 대면적의 조형물이라도 제작할 수 있다는 장점이 있을 수 있다.
단면이미지 중 해당 층의 마지막 단위면적 형성을 완료한 경우 적층을 위한 두께만큼 Z축이 하강하는 단계를 추가로 거치게 된다. 상기 Z축이 마지막까지 이동되고, 마지막 단위면적까지 경화가 완료되는 경우 제작된 구조물의 용매를 제거하고 후가공을 실시하는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 광조형 시스템에서 주사 및 전사방식을 이용하는 가공공정 순서도를 도시한 것이다. 도 4를 참고하면, 입체 조형물의 단면 형상으로 슬라이싱하여 단면이미지를 나누고 그 단면형상이 전체 단면이미지에 해당하는 U좌표와 함께 추출한다. 이렇게 추출된 U좌표값은 DMD가 장착된 스테이지가 이송할 때 출력되는 좌표값과 동일할 경우 단면형상이 DMD에 입력되고 정해진 광 조사시간 동안 UV-LED로 특정 파장의 UV를 출력한다. 이 과정을 마친 후 단면이미지 내 다른 단면형상이 존재할 경우 스테이지가 이송하면서 해당 단면형상을 입력하고 더 이상 존재하지 않을 경우까지 반복한다.
이러한 반복으로 해당 층의 마지막 단위면적 형성이 완료되면 수지의 도포를 위해 Z축은 정해진 적층 두께만큼 하강한다. 하강된 위치에서 슬라이싱된 단면이미지를 다시 단위면적만큼 분할하여 상기 공정을 반복하여 해당 단위면적이 모두 형성되고 나면 다시 수지의 도포를 위해 Z축은 정해진 적층 두께만큼 하강하는 것을 반복한다. 이러한 공정을 더 이상 적층이 없을 때까지 반복한다. 슬라이싱된 모든 단면이미지 내의 단위면적이 모두 형성되어 조형물이 생성되고 나면 마지막으로 제작되어진 구조물의 수지를 용매로 제거하고 후가공을 실시한다.
본 발명에 따르면, 경화되어야 하는 X, Y축의 해당 위치에 도달하면 소형 DMD에 단면이미지의 단위면적을 이송시켜 제작하는 방법으로서 X, Y축의 이송과 같이 이루어지기 때문에 소형 DMD에서는 애니메이션 형태의 이미지가 지속적으로 전달되면서 경화될 수 있다.
본 발명에 따른 광조형 시스템에서 전사 및 주사방법을 이용하여 광조형물을 제작하게 됨으로써 기존의 SL방식과 비교하여 간단한 하드웨어로 제작이 가능하고, 레이저, 갈바노미러 등을 사용하지 않기 때문에 제작비용이 매우 저렴하다. 또한 X,Y축 스테이지를 이송할 수 있는 트래블만 있으면 대면적의 가공도 가능하고, 소형 DMD에서 단위면적에 따라 제작되므로 마이크로 구조와 매크로 구조를 제작할 수 있고 스틸모션(still-motion) 기법을 이용하여 정밀성이 높다는 장점이 있으며 가공속도가 증가되며 다양한 응용기법을 활용할 수 있다.

Claims (5)

  1. 3차원 모델을 STL 파일로 변환하는 단계;
    상기 변환된 STL 파일을 적층 두께로 슬라이싱하고 단면이미지를 생성하는 단계;
    상기 단면이미지 내에서 단위면적별로 분할하여 U(Ux,Uy) 좌표를 획득하는 단계;
    광조형장치 상의 X, Y스테이지를 이송하여 스테이지의 이송좌표인 DMD(x,y)좌표를 검출하고, 상기 U(Ux,Uy) 좌표와 DMD(x,y) 좌표를 비교하는 단계;
    상기 U(Ux,Uy) 좌표와 DMD(x,y)가 동일한 경우 U(Ux,Uy) 좌표에 해당되는 단위면적의 정보를 DMD에 전송하는 단계;
    상기 DMD에 전송된 단위면적과 동일하게 UV-LED를 조사하고 수지를 경화하여 단위면적 형성을 완성하는 단계; 및
    상기 단면이미지 내의 다른 단위면적을 DMD 및 UV-LED를 이용하여 동일 방식으로 경화하는 단계를 포함하는 소형 DMD와 UV-LED를 이용한 저가형 광조형 시스템에서 대면적 구조물의 가공방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단면이미지 중 해당 층의 마지막 단위면적 형성을 완료한 경우 적층을 위한 두께만큼 Z축이 하강하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 DMD와 UV-LED를 이용한 저가형 광조형 시스템에서 대면적 구조물의 가공방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 Z축이 마지막까지 이동되고, 마지막 단위면적까지 경화가 완료되는 경우 제작된 구조물의 용매를 제거하고 후가공을 실시하는 것을 특징으로 하는 소형 DMD와 UV-LED를 이용한 저가형 광조형 시스템에서 대면적 구조물의 가공방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 단위면적은 전체 단면이미지를 스캐닝하면서 경화되는 구역을 산출하고, 전체 단면이미지와 DMD의 픽셀수를 비교하여 U 좌표를 정하고 저장하는 것을 특징으로 하는 소형 DMD와 UV-LED를 이용한 저가형 광조형 시스템에서 대면적 구조물의 가공방법.
  5. 삭제
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