KR101507670B1 - 3차원 물체를 생성하기 위한 방법 및 그 방법을 채용한 스테레오리소그래피 머신 - Google Patents

3차원 물체를 생성하기 위한 방법 및 그 방법을 채용한 스테레오리소그래피 머신 Download PDF

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Abstract

액체 물질(3)을 담기에 적합한 컨테이너(2), 컨테이너(2)의 바닥(2a)에 인접한 액체 물질(3)의 층(6)을 선택적으로 고체화시키기에 적합한 미리 정의된 복사선(4)을 방출하기에 적합한 수단(5), 고체화된 층(6a)을 바닥(2a)에 대해 이동시키기에 적합한 액추에이터 수단(8)을 포함하는 스테레오리소그래피 머신(1)에 의해서 여러 층으로 3차원 물체를 생성하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은: 액체 층(6)을 선택적으로 고체화하는 단계; 서로로부터 떨어지도록 이동시키기에 적합한 이동(11)을 통해서 고체화된 층(6a)을 바닥(2a)으로부터 분리하는 단계를 포함하고, 이동(11)은 상응하는 미리 정의된 시간 간격들(15, 15a, 15b) 동안의 상응하는 중간 정지들(14, 14a, 14b)에 의해 이격된, 상응하는 미리 정의된 길이들(13, 13a, 13b, 13c)에 대한 복수의 분리 쉬프트들(12, 12a, 12b, 12c)을 포함한다. 중간 정지들(14, 14a, 14b)은 고체화된 층(6a)이 바닥(2a)으로부터 완전히 분리되기 전에 수행된다.

Description

3차원 물체를 생성하기 위한 방법 및 그 방법을 채용한 스테레오리소그래피 머신{METHOD FOR PRODUCING A THREE-DIMENSIONAL OBJECT AND STEREOLITHOGRAPHY MACHINE EMPLOYING SAID METHOD}
본 발명은 3차원 물체(three-dimensional object)의 생성을 위한 스테레오리소그래피 방법 및 상기 방법을 이용하는 스테레오리소그래피 머신에 관한 것이다.
알려져 있는 바와 같이, 스테레오리소그래피 머신은 미리 정의된 복사선, 전형적으로 빛 복사선(light radiation)에 대한 노출을 통해 고체화되기(solidified)에 적합한 액체 물질을 위한 컨테이너를 포함한다.
상술한 복사선은, 미리 정의된 두께를 갖는 액체 물질의 층을 선택적으로 비추기에(irradiate) 적합하고 이를 고체화하도록(solidify) 컨테이너의 바닥에 인접하게 배치되어 있는 복사선 방출 수단(emitting means)에 의해서 생성된다.
머신은 또한 컨테이너의 바닥을 향하는, 만들어질 3차원 물체에 대한 지지 표면(supporting surface)이 제공되는, 모델링 플레이트를 포함한다.
상술한 모델링 플레이트는 컨테이너의 바닥에 수직인 방향을 따라서 그것을 이동시키기에 적합한 이동 수단(moving means)과 연계되어 있다.
상술한 타입의 머신을 이용해서 3차원 물체를 생성하기 위하여, 물체의 형상은 미리 정의된 두께를 갖는 일련의 층들로서 조직적으로 배열된다(schematized).
생성 방법에 따르면, 모델링 플레이트는 물체의 첫 번째 층의 두께와 동일한 컨테이너의 바닥으로부터의 거리에서 액체 물질에 담기는(immersed) 지지 표면을 가지고 배치된다.
그래서, 컨테이너의 바닥에 인접한 액체 물질의 층이 형성되고, 이것은 첫 번째 층의 표면 영역에 상응하는 부분들에서 방출 수단에 의해 선택적으로 비추어져서 모델링 플레이트의 지지 표면에 부착된 상응하는 고체화된 층을 형성한다.
다음으로, 모델링 플레이트는 우선 바닥 그 자체로부터 고체화된 층을 분리시키기 위하여 컨테이너의 바닥으로부터 멀어지도록 이동해서, 액체 물질이 모델링 플레이트 아래에서 다시 흐르는 것(flow back)을 가능하게 하고, 물체의 연속적인 층(successive layer)을 형성하기 위해 필요한 액체층이 결과적으로 복구되게 한다.
다음으로, 모델링 플레이트는 연속적인 층의 두께만큼 증가된, 첫 번째 층의 형성 동안 있었던 거리에 상응하는 바닥으로부터의 거리에서 그것을 배치하기 위하여 컨테이너의 바닥 근처로 이동된다.
그래서, 본 물체의 새로운 층은 이전의 층과 유사하게 형성되고, 이 프로세스는 물체를 형성하는 모든 층들이 생성될 때까지 반복된다.
문서 US 2010/0262272는, 컨테이너의 바닥을 이용하는 대신 모델링 플레이트와 그 위에 위치한 고체화 기질(solidification substrate) 사이에서 층들이 형성되고 고체화된다는 점을 제외하고는 상술한 것과 유사한 방법을 공개한다.
상술한 방법은 플레이트가 멀어지게 이동되고 있는 동안 컨테이너의 바닥으로부터의 고체화된 층의 분리(detachment)가 어느 정도의 저항(resistance)을 발생시킨다는 단점이 있다.
분리에 대한 이 저항은 주로 고체화된 층과 컨테이너의 바닥 사이의 접촉에 의해 야기된 흡입 효과(suction effect)에 기인하고, 부분적으로 컨테이너의 바닥에 대한 고체화된 층의 부착력(adhesion)에 기인한다.
분리에 대한 상기 저항은 형성되고 있는 3차원 물체 상에서 및 컨테이너의 바닥 상에서 견인력(traction force)을 생성하고, 이것의 양은 주로 플레이트가 멀어지도록 이동하는 속도, 고체화된 층의 표면 영역, 및 액체 물질의 물리적 속성에 의존한다.
상술한 견인력 때문에, 형성되고 있는 3차원 물체를 깨뜨리는 것을 피하도록 모델링 플레이트의 상기 속도를 제한할 필요가 있다.
그 결과, 각각의 층의 형성을 위해 필요한 시간이 증가해서 물체의 생성을 위해 필요한 전체 시간 또한 증가시킨다는 다른 단점이 존재한다.
견인력은 컨테이너의 바닥에서 시간이 흐름에 따라 이에 대한 고장을 초래하는 피로 응력(fatigue stress)을 발생시킨다는 추가적 단점이 존재한다.
이것은 생성을 멈춰야 하고 교체 비용을 부담해야 한다는 불편함과 함께 주기적으로 컨테이너를 교체할 필요성을 수반한다.
상술한 분리에 대한 저항을 제한하기 위한 시도에서 채택된 공지의 스테레오리소그래피 방법에 따르면, 플레이트를 컨테이너 바닥으로부터 멀어지게 이동시키는 것은 물체 및 바닥 상에서 작용하는 견인력이 미리 정의된 최대값으로 한정되도록 하는 방식으로 제어된다.
상술한 방법에 따르면, 견인력을 결정할 필요가 있고, 이것은 적절한 센서의 사용을 요하고, 이것은 스테레오리소그래피 머신을 더욱 복잡하게 만들며 그 비용을 증가시킨다.
상술한 방법의 다양한 애플리케이션에 따르면, 견인력은 수치 계산 과정(numerical calculation procedure)을 이용해서 결정된다.
이러한 변형이 센서의 사용을 피할 수 있게 한다고 하더라도, 그 힘을 계산하기 위해 복잡한 처리 소프트웨어를 요한다는 단점이 있다.
게다가, 상기 계산은 그 힘의 실제 값에 상응하지 않을 수 있고, 시스템의 신뢰도를 감소를 시킨다는 애로를 낳을 수 있다.
본 발명은 앞서 개략적으로 설명된 바와 같은 공지의 모든 단점들을 극복하기 위해 의도된 것이다.
특히, 본 발명의 첫 번째 목적은, 서로 분리되는 동안 각각의 고체화된 층과 컨테이너의 바닥 간의 견인 응력(traction stress)을 감소시킬 수 있는, 스테레오리소그래피 머신을 이용하여 여러 층으로(in layers) 3차원 물체를 생성하기 위한 방법을 개발하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상술한 방법이 컨테이너의 바닥으로부터 고체화된 층을 분리하는데 필요한 고체화된 층의 이동의 정도를, 공지된 방법으로 획득할 수 있는 값에 비하여 더 작은 값으로 감소시킬 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 공지된 타입의 스테레오리소그래피 머신들에 쉽게 적용될 수 있도록 상술한 방법을 개발하는 것이다.
상술한 목적들은 본 출원의 주된 청구항에 따라서 구현된 3차원 물체를 생성하기 위한 방법에 의해서 달성된다.
본 발명의 주제인 방법의 추가적인 특징들 및 세부사항들은 상응하는 종속 청구항들에서 설명된다.
상술한 목적들은 또한 청구항 10에 따라서 구성된 스테레오리소그래피 머신에 의해서 달성된다.
유익하게는, 분리에 대한 감소된 저항은 물체의 동일한 기하학적 구조(geometry)를 유지함으로써 공지된 방법에 비하여 형성되고 있는 물체의 파손(breakage)을 제한하는 것을 가능하게 한다.
더욱 유익하게는, 상기 감소된 저항은 컨테이너 상에서 응력을 제한하는 것을 가능하게 하고, 그래서 그 지속시간(duration)을 증가시킨다.
게다가, 유익하게는, 물체의 층들이 받게 되는 감소된 응력은 동일한 분리 속도 및 사용된 액체 물질의 동일한 물리적 속성을 유지하면서 공지된 방법을 가지고 획득될 수 있는 물체들의 단면보다 더 큰 단면의 물체를 획득하는 것을 가능하게 한다.
더욱 유익하게는, 모델링 플레이트의 이동의 감소는 각각의 층을 만들기 위해서 필요한 시간을 감소시키는 것을 가능하게 한다.
도 1은 본 발명에 따른 스테레오리소그래피 머신을 도시한다;
도 2는 도 1에 도시된 스테레오리소그래피 머신을 다른 작동 배치상태로 도시한다;
도 3은 본 발명의 주제인 방법의 적용 동안의 고체화된 층의 이동의 개략도를 도시한다;
도 4는 본 발명의 주제인 방법의 변형예의 적용 동안의 고체화된 층의 이동의 개략도를 도시한다.
상술한 목적들 및 이점들은, 이하에서 조명될 다른 것들과 함께, 첨부된 도면들을 참조하여 비제한적인(non-limiting) 예들에 의해서 제공되는 본 발명의 몇몇 바람직한 실시 예들의 설명에서 제시된다.
본 발명의 주제인 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 도 1에서 전체로서 보이는 스테레오리소그래피 머신(stereolithography machine)을 참조하여 설명된다.
상술한 머신(1)은 미리 정의된 복사선(predefinded radiation, 4)에의 노출을 통해서 고체화되기에 적합한 액체 물질(liquid substance, 3)을 담기에 적합한 컨테이너(container, 2)를 포함한다.
머신(1)은 또한 도 2에서 개략적으로 도시된 바와 같이 물체의 상응하는 고체화된 층(solidified layer, 6a)들을 형성하도록, 미리 정의된 두께를 갖는 액체 물질(3)의 층(layer, 6)을 선택적으로 비출 수 있고 컨테이너(2)의 바닥(bottom, 2a)에 인접하게 배치된, 상기 미리 정의된 복사선(4)을 방출하기에 적합한 수단(5)을 포함한다.
필수적인 것은 아니되 바람직하게는, 상술한 미리 정의된 복사선(4)은 상기 방출 수단(5)을 통해서 생성될 물체의 부피에 상응하는 영역들을 향해서 선택적으로 겨냥된 레이저 빔(laser beam)이다.
머신(1)은 또한 적어도 바닥(2a)에 수직인 이동 방향 Z에 따라서 컨테이너(2)의 바닥(2a)에 대해, 고체화된 층(6a)을 이동시키기에 적합한 액추에이터 수단(actuator means)(8)을 포함한다.
상기 액추에이터 수단(8)은 바람직하게는, 상기 고체화된 층(6a)에 대한 지지 표면(supporting surface, 7a)이 제공되고 컨테이너(2)의 바닥(2a)을 향하는 모델링 플레이트(modelling plate, 7)를 포함한다.
스테레오리소그래피 머신(1)은 또한, 후술하는 바와 같은 본 발명에 따른 방법을 구현하도록 구성된, 방출 수단(5) 및 액추에이터 수단(8)에 동작가능하게 연결된(operatively connected) 논리 제어 유닛(logic control unit, 9)을 포함한다.
본 발명의 방법에 따르면, 우선 액체 물질(3)의 층(6)은 상술한 바와 같이 비춰져야 한다.
다음으로, 액추에이터 수단(8)은, 미리 정의된 범위(extent)를 갖는 분리 이동(separation movement, 11)을 통해서 컨테이너(2)의 바닥(2a)으로부터 이러한 방식으로 획득된 고체화된 층(6a)을 분리시키고, 고체화된 층(6a)과 바닥(2a)을 서로 멀어지게 이동시키도록 의도된다.
도 3에서 도시된 도면은 시간 T에 따라서 이동 방향 Z에 따라 고체화된 층(6a)의 이동을 예로서 도시한다.
상술한 분리 이동(11)의 초기 부분(initial part) 동안, 고체화된 층(6a)은 상술한 분리에 대한 저항으로 인해 바닥(2a)에 부착된 상태로(adherent) 남아 있다.
상술한 이동(11)의 초기 부분 동안, 고체화된 층(6a) 및 바닥(2a)은 동일한 어느 정도의 탄성 변형(elastic deformation)을 초래하는 상호 간의 견인 응력을 받는다.
바닥(2a)으로부터의 고체화된 층(6a)의 완전한 분리(complete separation)는, 고체화된 층(6a)과 바닥(2a)이 각각의 변형되지 않은 위치로 돌아갈 때, 상술한 이동(11)의 초기 부분의 최종 위치(20)의 레벨에서만 일어난다.
특히, 본 발명의 방법에 따르면, 상술한 분리 이동(11)은 각각의 미리 정의된 길이들(13, 13a, 13b, 13c)을 갖는 복수의 분리 쉬프트(separation shift)들(12, 12a, 12b, 12c)을 포함한다.
상술한 분리 쉬프트들(12, 12a, 12b, 12c)은 상응하는 미리 정의된 시간 간격들(15, 15a, 15b) 동안 지속되는 중간 정지(intermediate stop)들(14, 14a, 14b)에 의해서 인터럽트되고(interrupted), 이것은 고체화된 층(6a)이 컨테이너(2)의 바닥(2a)으로부터 완전히 분리되기 전에 일어난다.
유익하게는, 각각의 중간 정지 동안, 고체화된 층(6a)과 바닥(2a)의 견인 및 탄성 변형의 결합된 효과(combined effect)는 이들이 고체화된 층(6a)의 둘레(perimeter)의 레벨에서 부분적으로 분리되게 해서, 고체화된 층(6a)과 바닥(2a) 사이에서 액체 물질(3)의 침투(penetration)를 가능하게 한다.
상술한 침투는, 잇따른(successive) 분리 쉬프트(12, 12a, 12b, 12c) 동안 견인 응력을 감소시키도록 바닥(2a)에 붙어있는 고체화된 층(6a)의 표면 영역을 감소시킨다.
그러므로, 상술한 중간 정지들(14, 14a, 14b)은 분리 이동(11)이 연속적인(continuous) 이동인 경우에 결과로 얻어질 값들보다 더 낮은 값들로 컨테이너(2)의 바닥(2a) 및 고체화된 층(6a) 상의 견인 응력을 제한하는 효과를 가지며, 이로써 본 발명의 목적들 중의 하나를 달성한다.
게다가, 유익하게는, 간헐적인(intermittent) 분리 이동(11)은 고체화된 층(6a)과 바닥(2a) 사이에서 액체 물질(3)의 더욱 점진적인(gradual) 침투를 보장하고, 공지된 타입의 스테레오리소그래피 머신에서는 전형적인 형성되고 있는 물질이 부서지도록 할 수 있는 갑작스러운(sudden) 분리 이동을 방지한다.
더욱 유익하게는, 정지 간격들(15, 15a, 15b)은 내부 응력(inner stress)이 고체화된 층(6a) 및 컨테이너(2)의 바닥(2a)에서 재분배될 수 있도록 하고, 나아가 상기 응력의 해로운 효과들을 제한한다.
그 결과, 유익하게는, 본 발명의 방법은 공지된 방법을 가지고 획득된 것에 비하여 생산 거부(production reject)의 수를 감소시키는 것을 가능하게 한다.
게다가, 유익하게는, 본 발명의 방법을 가지고 획득된 감소된 응력은 동등한(equivalent) 스테레오리소그래피 머신을 이용해서 공지된 방법으로 획득할 수 있는 것보다 더 큰 단면을 갖는 물체를 생성하는 것을 가능하게 한다.
유사하게, 컨테이너(2)의 바닥(2a) 상의 피로 응력이 감소되고, 유익하게는 그 지속시간을 증가시킨다.
중간 정지들(14, 14a, 14b) 및 그로 인한 액체 물질(3)의 침투는 바닥(2a)으로부터 고체화된 층(6a)의 분리를 가속화한다는 추가적 이점을 낳고, 분리 이동(11)의 미리 정의된 범위를 감소시킨다는 목적을 달성할 수 있게 한다.
중간 정지들(14, 14a, 14b) 덕분에 액추에이터 수단(8)의 속도를 변경할 필요 없이 상술한 모든 이점들이 달성된다는 점이 주시되어야 한다.
그러므로, 본 발명의 방법은 기계적인 변경을 가하거나 액추에이터 수단(8)의 속도를 조정하기 위한 복잡한 시스템을 추가할 필요 없이 논리 제어 유닛(9)의 소프트웨어를 간단히 변경하여 공지의 타입의 스테레오리소그래피 머신에서 이용될 수 있고, 그래서 본 발명의 추가적인 목적을 달성할 수 있다.
바람직하게는, 각각의 중간 정지(14, 14a, 14b)는 고체화된 층(6a)이 여전히 액체 물질(3)에 적어도 부분적으로 담겨 있을 때 발생한다.
유익하게는, 이것은 고체화된 층(6a)과 바닥(2a) 사이에 액체 물질(3)이 침투하도록 힘을 가하기 위해 액체 물질(3)의 압력을 이용하는 것을 가능하게 하고, 그래서 분리 프로세스를 가속시킨다.
바람직하게는, 분리 이동(11)의 미리 정의된 범위는 고체화된 층(6a)이 결코 액체 물질(3)로부터 완전히 빠져나오지(emerge) 않도록 하는 것이다.
이것은 유익하게는, 연속적인 층의 올바른 고체화(solidification)에 영향을 줄 수 있는, 고체화된 층(6a)과 액체 물질(3) 사이에서의 기포(air bubble)의 형성을 방지하는 것을 가능하게 한다.
명백하게, 분리 쉬프트들(12, 12a, 12b, 12c)과 중간 정지들(14, 14a, 14b)의 수뿐 아니라 상응하는 미리 정의된 길이들(13, 13a, 13b, 13c)과 시간 간격들(15, 15a, 15b)은 임의의 방식으로 정의될 수 있다.
예를 들어, 미리 정의된 길이들(13, 13a, 13b, 13c)은 분리 이동(11)의 범위에 상응하는 이들의 합이 물체의 연속적인 층의 두께를 초과하도록 될 수 있다.
분리 이동(11) 이후 연속적인 층을 비추기 전에, 바닥(2a)으로부터의 거리가 고체화될 연속적인 층의 두께와 같도록 고체화된 층(6a)을 위치(17)로 가져오기 위하여 도 3에서 표시된 바와 같이 접근 이동(approach movement, 19)이 수행된다.
필수적인 것은 아니되 바람직하게는, 분리 이동(11)과 접근 이동(19)의 사이에서, 액체층의 완전한 복구(restoration)를 획득하기 위하여 고체화된 층(6a)과 바닥(2a) 사이에서 액체 물질(3)이 다시 흐를(flow back) 수 있도록 의도된 휴지기(pause, 18)가 존재한다.
바람직하게는, 분리 쉬프트들(12, 12a, 12b, 12c)과 중간 정지들(14, 14a, 14b)의 수뿐만 아니라 상응하는 미리 정의된 길이들(13, 13a, 13b, 13c)과 시간 간격들(15, 15a, 15b)은 바닥(2a)으로부터의 고체화된 층(6a)의 완전한 분리를 획득하기 위해 필요한 분리 이동(11)의 부분이 물체의 연속적인 층의 두께를 넘지 않도록 한다.
유익하게는, 이것은 상기 접근 이동(19)을 피할 수 있도록 하고, 그래서 고체화된 층(6a)의 전체 이동의 범위를 감소시킨다.
사실상, 이 경우에 고체화된 층(6a)이 연속적인 층에 상응하는 위치에 도달하기 전에 떨어질 때, 고체화된 층(6a)은 도 4에서 도시된 바와 같이 마지막 분리 쉬프트(12c)를 통해서 상술한 위치(17)에 배치될 수 있다.
다른 조건들이 동일하게 유지된 채로, 분리 이동(11)의 미리 정의된 범위는 예컨대 더 긴 시간 간격들(15, 15a, 15b) 및/또는 더 많은 중간 정지들(14, 14a, 14b)에 의해서 감소될 수 있다.
바람직하게는, 분리 쉬프트들(12, 12a, 12b, 12c)의 길이, 중간 정지들(14, 14a, 14b)의 수, 상응하는 시간 간격들(15, 15a, 15b) 중에서 선택된 하나 이상의 파라미터의 값의 결정은 분리 이동(11)을 시작하기 전에 일어난다.
이러한 식으로, 상술한 선택된 파라미터들은 액추에이터 수단(8)의 임의의 피드백 액션(feedback action)들과는 독립적이며, 본 방법의 정확도 및 신뢰도에 보탬이 되도록 중간 정지들에서 있을 수 있는 지연(delay)을 방지한다.
필수적인 것은 아니되 바람직하게는, 상술한 선택된 파라미터들의 값은 고체화될 층(6a)의 표면 영역에 따라서 계산된다.
유익하게는, 상술한 계산은 각 층에 대해 분리 이동(11)을 최적화해서, 분리 이동(11)의 범위 및 결과적으로 그 지속시간을 최소화하는 것을 가능하게 한다.
특히, 본 발명에 따르면, 곡선(curve)은 상술한 선택된 파라미터들의 각각을 층의 표면 영역의 함수로서 표현하도록 정의되어야 한다.
상술한 미리 정의된 곡선은 상술한 계산을 단순화하도록 스테레오리소그래피 머신(1)의 논리 제어 유닛(9)에 저장될 수 있다.
바람직하게는, 선택된 파라미터들의 값들은 층 그 자체의 형상을 나타내는, 고체화될 층(6a)의 상술한 표면 영역과 그 둘레 간의 비율의 함수로서 계산된다.
이것은, 유익하게는 동일한 표면 영역을 고려할 때 고체화된 층(6a)과 바닥(2a) 사이의 액체 물질(3)의 침투 속도와 고체화된 층(6a)의 둘레 간에 존재하는 관계를 계산에 포함시키는 것을 가능하게 한다.
특히, 동일한 표면 영역을 갖는 모든 가능한 형상들 중에서, 원형의 층은 최소한의 둘레를 가지며, 그래서 액체 물질(3)이 고체화된 층(6a)과 바닥(2a) 사이에 침투할 기회를 더 적게 제공하여, 분리 프로세스를 더욱 느리게 한다.
반대로, 원형의 층에 비하여 더 긴 둘레를 특징으로 하는 동일한 표면 영역을 갖는 층은 액체 물질(3)이 침투할 기회를 더 많이 제공하여, 앞의 원형의 층보다 분리 프로세스에 도움이 된다.
그 결과, 중간 정지들(14, 14a, 14b) 및/또는 상응하는 시간 간격들(15, 15a, 15b)의 수는 층의 형상이 원형에서 벗어남에 따라 감소될 수 있는 한편, 그 반대 상황이 분리 쉬프트들(12, 12a, 12b, 12c)의 길이에 대해서 일어난다.
상술한 형상 비율(shape ratio)에 대해 가능한 수식은 다음과 같고:
R = 4 π A / P²
여기서, R은 형상 비율을 나타내고, A는 층의 표면 영역을 나타내고, P는 그 둘레를 나타낸다.
상술한 형상 비율은 층이 원형을 가질 때 최대값을 1로 상정하여 층이 더욱 납작해짐에(flattened) 따라서 점점 0(영)으로 감소한다는 것이 명백하다.
본 발명의 변형예에 따라서, 앞의 것에 비하여 단순화된 수식을 갖는 추가적인 형상 파라미터를 고려하여 상술한 선택된 파라미터들의 계산이 행해질 수 있다.
바람직하게는, 상술한 파라미터의 계산은 고체화될 층(6a)의 표면 영역이 미리 정의된 치수를 갖는 복수의 셀(cell)들로 나누어질 것을 요하고, 각각의 셀에는 그에 인접한 셀의 수에 비례하는 무게가 할당된다.
셀의 무게는 상술한 형상 파라미터를 획득하기 위하여 함께 합산되고, 이것은 상기 형상 비율 대신에 선택된 파라미터들의 값을 계산하기 위해 이용된다.
명백하게, 선택된 파라미터들의 계산은 상술한 방법들을 결합해서도 수행될 수 있는 데, 즉 표면 영역, 형상 비율, 및/또는 서로 조합한 형상 파라미터를 이용해서 수행될 수 있다.
바람직하게는, 만일 선택된 파라미터들만의 계산에서 고체화된 층(6a)이 여러 개의 분리된 부분들로 구성되면, 표면 영역, 형상 비율, 및/또는 형상 파라미터는, 표면 영역이 미리 정의된 값을 갖는 부분들에 또는 단지 가장 큰 표면 영역을 갖는 부분에 대응하는 것으로 고려된다.
유익하게는, 이것은 형성되고 있는 물체를 깨뜨릴 위험을 증가시키지 않으면서 고체화된 층(6a)의 분리 시간 및/또는 상응하는 이동의 범위를 최소화하는 것을 가능하게 한다.
사실상, 상기 부분들의 각각은 다른 부분들과는 필수적으로 독립적인 방식으로 바닥(2a)으로부터 분리되고, 그러므로 더 큰 표면 영역들에 있어서, 부분들 또는 부분을 의미하는, 분리가 더욱 중대한 부분들에 따라서만 선택된 파라미터들을 정의하는 것이 가능할 것으로 고려되어야 한다.
본 발명의 방법의 추가적인 변형예에서 분리 쉬프트들(12, 12a, 12b, 12c)의 길이, 중간 정지들(14, 14a, 14b)의 수, 및/또는 상응하는 시간 간격들(15, 15a, 15b)은 모델의 구성을 시작하기 전에 최종적으로 모두에 대해 한 번 결정될 수 있고, 모든 층에 대해서 변하지 않고 유지될 수 있다.
임의의 경우에, 필수적인 것은 아니되 바람직하게는, 분리 쉬프트들(12, 12a, 12b, 12c)의 길이들은 계산 단순화를 위해서 같도록 정의된다.
게다가, 상술한 선택된 파라미터들의 값은 상술한 것들 외의 다른 파라미터들, 예컨대 액체 물질(3)의 점도(viscosity) 및 밀도, 액추에이터 수단(8)의 이동 속도, 컨테이너(2)에 존재하는 액체 물질(3)의 최대 깊이, 바닥(2a) 및 고체화된 층(6a)의 기계적 저항 등에 따라서 정의될 수 있다.
예로서, 공지된 타입의 스테레오리소그래피 머신(1)에 대해, 1과 20 사이의 중간 정지들의 수, 5과 200 미크론(micron) 사이의 각각의 분리 쉬프트(12, 12a, 12b, 12c)의 길이, 및 0.01초와 1초 사이의 시간 간격들(15, 15a, 15b)의 지속시간이 대부분의 애플리케이션들을 위해 적절할 수 있다.
상술한 방법의 애플리케이션의 예에 따라서, 생성될 물체의 각각의 층의 수치적 표현이 처리되고 논리 제어 유닛(9)에 제공되며, 논리 제어 유닛(9)은, 컨테이너(2)의 바닥(2a)으로부터 적절한 거리에서 모델링 플레이트(7)를 배치하고 이어서 상술한 설명에 따라서 각각의 고체화된 층(6a)을 형성하도록 액추에이터 수단(8) 및 방출 수단(5)을 제어한다.
다음으로, 논리 제어 유닛(9)은 중간 정지들(14, 14a, 14b)의 수, 이들의 지속시간(duration)(15, 15a, 15b)뿐 아니라 분리 쉬프트들(12, 12a, 12b, 12c)의 미리 정의된 길이들(13, 13a, 13b, 13c)을 결정하고, 그 결과 액추에이터 수단(8)을 활성화한다.
분리 이동 동안 일단 점(20)에 도달하면, 고체화된 층(6a)이 바닥(2a)에서 떨어진다.
분리 이동(11)은 완료되고, 만일 필요하다면, 연속적인 층의 고체화를 위해 적절한 위치에 모델링 플레이트(7)를 배치하도록 잇따른 접근 이동(19)이 수행된다.
상술한 본 발명에서의 3차원 물체를 생성하기 위한 방법 및 스테레오리소그래피 머신이 모든 설정된 목적들을 달성한다는 것을 이상에서 보였다.
특히, 간헐적인 분리 이동은 분리 전에 고체화된 층 및 컨테이너의 바닥 상에서 상호 간의 견인 응력을 감소시키는 것을 가능하게 한다.
게다가, 고체화된 층과 컨테이너의 바닥 사이에서 액체 물질의 점진적 침투는 고체화된 층이 컨테이너의 바닥으로부터 떨어지도록 하는데 필요한 고체화된 층의 이동의 범위를 감소시킬 수 있게 한다.
게다가, 본 발명의 방법은 간헐적인 이동을 기초로 하는데, 이것은 소프트웨어의 간단한 변경을 통해서 공지된 타입의 스테레오리소그래피 머신에 적용하기에 용이하다.
구현시, 본 발명의 주제인 방법 및 머신은, 본 명세서에서 설명되지 않고 도면에서 도시되지 않았더라도, 이하의 청구항들의 범위 안으로 들어오면 본 발명에 의해 보호되는 것으로 고려되어야 하는 추가적인 변형들에 종속될 있다.
임의의 청구항에서 언급된 기술적 특징에 참조 부호가 이어지는 경우에, 이 참조 부호들은 청구항의 명료도(intelligibility)를 증가시킬 목적으로만 포함된 것이며, 따라서 이러한 참조 부호는 이러한 참조 부호에 의해 예로서 식별되는 각각의 구성요소의 보호에 대해 임의의 한정 효과(limiting effect)를 가지지 않는다.

Claims (10)

  1. 액체 물질(3)을 담기 위한 컨테이너(container)(2);
    미리 정의된 두께를 갖는 액체 물질(3)의 층(6)을 선택적으로 비추기에 적합하고, 액체 물질(3)을 고체화하기 위하여 컨테이너(2)의 바닥(2a)에 인접하게 배치된, 미리 정의된 복사선(predefinded radiation)(4)을 방출하기 위한 수단(5);
    적어도 바닥(2a)에 수직인 방향(Z)에 따라서, 고체화된 층(6a)을 바닥(2a)에 대해 이동시키기 위한 액추에이터 수단(actuator means)(8);을
    포함하는 타입의 스테레오리소그래피 머신(stereolithography machine)(1)에 의해 여러 층으로(in layers) 3차원 물체를 생성하기 위한 방법으로서,
    고체화된 층(6a)을 획득하도록 상기 미리 정의된 복사선(4)을 가지고 액체 물질의 층(6)을 선택적으로 비추는 단계;
    미리 정의된 범위를 갖는 상호 간의 분리 이동(separation movement)(11)을 통해서 바닥(2a)으로부터 고체화된 층(6a)을 분리하는 단계;를
    포함하고,
    분리 이동(11)은, 상응하는 미리 정의된 시간 간격들(15, 15a, 15b) 동안의 상응하는 중간 정지(intermediate stop)들(14, 14a, 14b)에 의해 이격된, 상응하는 미리 정의된 길이들(13, 13a, 13b, 13c)에 대한 복수의 분리 쉬프트(separation shift)들(12, 12a, 12b, 12c)을 포함하고, 중간 정지들(14, 14a, 14b)은 고체화된 층(6a)이 바닥(2a)으로부터 완전히 분리되기 전에 수행되는 것을 특징으로 하는 3차원 물체를 생성하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    중간 정지들(14, 14a, 14b) 각각은 고체화된 층(6a)이 액체 물질(3)에 적어도 부분적으로 담겨 있을 때 발생하는 것을 특징으로 하는 3차원 물체를 생성하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    분리 쉬프트들(12, 12a, 12b, 12c)의 길이들(13, 13a, 13b, 13c), 중간 정지들(14, 14a, 14b)의 수, 및 시간 간격들(15, 15a, 15b)의 지속시간은, 바닥(2a)으로부터 고체화된 층(6a)의 완전한 분리를 획득하기 위해 필요한 분리 이동(11)의 미리 정의된 범위가 상기 물체의 연속적인 층의 두께를 넘지 않도록 정의되는 것을 특징으로 하는 3차원 물체를 생성하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    분리 쉬프트들(12, 12a, 12b, 12c)의 길이들(13, 13a, 13b, 13c), 중간 정지들(14, 14a, 14b)의 수, 및 상응하는 시간 간격들(15, 15a, 15b) 중에서 선택된 적어도 하나의 파라미터의 값에 대한 결정은 분리 이동(11)을 시작하기 전에 일어나는 것을 특징으로 하는 3차원 물체를 생성하기 위한 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    선택된 파라미터들(13, 13a, 13b, 13c, 14, 14a, 14b, 15, 15a, 15b)의 값은 고체화될 층(6a)의 표면 영역의 함수로서 계산되는 것을 특징으로 하는 3차원 물체를 생성하기 위한 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    선택된 파라미터들(13, 13a, 13b, 13c, 14, 14a, 14b, 15, 15a, 15b)의 값은 상기 표면 영역과 고체화될 층(6a)의 둘레(perimeter) 간의 비율의 함수로서 계산되는 것을 특징으로 하는 3차원 물체를 생성하기 위한 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    선택된 파라미터들(13, 13a, 13b, 13c, 14, 14a, 14b, 15, 15a, 15b)의 계산은:
    고체화될 층(6a)의 표면 영역을 복수의 셀(cell)들로 나누는 단계;
    상기 셀에 인접한 셀의 수에 비례하는 무게를 각각의 셀에 할당하는 단계;
    형상 파라미터를 획득하기 위하여 상기 무게를 합산하는 단계;
    상기 형상 파라미터에 따라서 선택된 파라미터들(13, 13a, 13b, 13c, 14, 14a, 14b, 15, 15a, 15b)의 값을 계산하는 단계;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 물체를 생성하기 위한 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    분리 쉬프트들(12, 12a, 12b, 12c)의 길이들(13, 13a, 13b, 13c)이 서로 동일한 것을 특징으로 하는 3차원 물체를 생성하기 위한 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    액추에이터 수단(8)은, 컨테이너(2)의 바닥(2a)을 향하는 고체화된 층(6a)에 대한 지지 표면(7a)이 제공된 모델링 플레이트(modelling plate)(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 물체를 생성하기 위한 방법.
  10. 액체 물질(3)을 담기 위한 컨테이너(2);
    미리 정의된 두께를 갖는 액체 물질(3)의 층(6)을 선택적으로 비추기에 적합하고, 액체 물질(3)을 고체화하기 위하여 컨테이너(2)의 바닥(2a)에 인접하게 배치된, 미리 정의된 복사선(4)을 방출하기 위한 수단(5);
    바닥(2a)에 수직인 방향(Z)에 따라서, 고체화된 층(6a)을 바닥(2a)에 대해 이동시키기 위한 액추에이터 수단(8);을
    포함하는 타입의 스테레오리소그래피 머신(1)으로서,
    방출 수단(5) 및 액추에이터 수단(8)에 동작가능하게 연결된 논리 제어 유닛(logic control unit)(9)을 포함하고,
    방출 수단(5)은 고체화된 층(6a)을 획득하도록 상기 미리 정의된 복사선(4)을 가지고 액체 물질의 층(6)을 선택적으로 비추고,
    액추에이터 수단(8)은 미리 정의된 범위를 갖는 상호 간의 분리 이동(separation movement)(11)을 통해서 바닥(2a)으로부터 고체화된 층(6a)을 분리하고,
    분리 이동(11)은, 상응하는 미리 정의된 시간 간격들(15, 15a, 15b) 동안의 상응하는 중간 정지(intermediate stop)들(14, 14a, 14b)에 의해 이격된, 상응하는 미리 정의된 길이들(13, 13a, 13b, 13c)에 대한 복수의 분리 쉬프트(separation shift)들(12, 12a, 12b, 12c)을 포함하고, 중간 정지들(14, 14a, 14b)은 고체화된 층(6a)이 바닥(2a)으로부터 완전히 분리되기 전에 수행되는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 머신(1).
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