KR101648282B1 - 3 차원 물체를 위한 지지 표면이 용기의 바닥으로 간헐적으로 접근하는 운동을 포함하는 3 차원 물체를 제작하기 위한 스테레오리소그라피 방법 및 이를 이용한 스테레오리소그라피 기계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스테레오리소그라피를 통해 연속적인 층의 3차원 물체를 제조하기 위한 방법으로서, 상기 방법은, 미리 정해진 작동 위치(17)에서 액체 물질의 층(6)에 접촉하게 지지 표면(6a, 7a)을 배치하는 방식으로, 상호 정위 운동(11, 11')을 통하여 용기(2)의 바닥(2a) 가까이로 상기 지지 표면(6a, 7a)을 이동시키는 단계; 상기 지지 표면(6a, 7a)을 상기 작동 위치(17)에 두고 상기 층(6)을 경화시키기 위하여 상기 층(6)을 선택적으로 광조사하는 단계;를 포함한다. 상기 정위 운동(11)은 다수의 접근 운동(12, 12a, 12b, 12c)을 포함하고, 다수의 접근 운동(12, 12a, 12b, 12c)은 상응하는 미리 정해진 길이(13, 13a, 13b, 13c)를 갖고, 미리 정해진 시간 간격(15, 15a, 15b) 동안 상응하는 중간 정지(14, 14a, 14b)에 의하여 구분되어지고, 상기 중간 정지(14, 14a, 14b)는 상기 지지 표면(6a,7a)들이 상기 액체 물질(3)에 적어도 부분적으로 잠겨 있을 때 수행된다.

Description

3 차원 물체를 위한 지지 표면이 용기의 바닥으로 간헐적으로 접근하는 운동을 포함하는 3 차원 물체를 제작하기 위한 스테레오리소그라피 방법 및 이를 이용한 스테레오리소그라피 기계{Stereolithography method for producing a three-demensional object, comprising a movement according to which a supporting surface for said object intermittently approaches the bottom of a container, and stereolithography machine using said method}

본 발명은 3 차원 물체를 제조하기 위한 방법 스테레오리소그라피 방법 및 이를 이용한 스테레오리소그라피 기계에 관한 것이다.

공지된 바와 같이, 스테레오리소그라피 기계는 미리 정해진 조사(radiation), 통상 광조사(光照射, light radiation)에 노출되었을 때 경화되는 액체물질을 위한 용기를 포함한다.

상기 광조사는 미리 정해진 두께를 갖는 액체 물질의 층에 선택적으로 조사하고 상기 용기의 바닥에 인접하게 배치되어 상기 액체 물질을 경화시키도록 하는 광조사 방출 수단에 의하여 생성된다.

상기 스테레오리소그라피 기계는, 상기 용기의 바닥을 향하고 제작할 3 차원 물체를 위한 지지 표면을 구비한 모델링 플레이트를 포함한다.

상기 모델링 플레이트는 상기 용기의 바닥에 수직한 방향을 따라 모델링 플레이트를 이동시키도록 된 이동수단과 연결되어 있다.

상기와 같은 형태의 스테레오리소그라피 기계를 사용하여, 미리 정해진 두께를 갖는 층을 연속적으로 적층하여 3 차원 물체가 제작된다.

더욱 정확하게는, 상기 제작 방법에 따르면, 상기 모델링 플레이트는, 상기 물체의 제1 층의 두께와 동일한 상기 용기의 바닥으로부터의 거리로, 상기 액체 물질 속에 침잠된 상기 지지 표면과 함께 우선 배치된다.

액체 물질의 층은 상기 용기의 바닥에 인접하게 결정되고, 상기 물체의 제1 층의 표면 면적에 상응하는 부분에 상기 광조사 방출 수단에 의하여 선택적으로 광조사되어, 상기 모델링 플레이트를 지지하는 표면에 부착하는 상응하는 경화층을 형성하게 된다.

연속적으로, 상기 모델링 플레이트는 상기 용기의 바닥으로부터 이동되고, 상기 용기의 바닥으로부터 경화된 층을 분리시키도록 이동하게 된다.

이러한 방식으로, 상기 액체 물질이 상기 모델링 플레이트 아래로 흐를 수 있게 되고, 3 차원 물체의 연속적인 층의 형성을 위해 필요한 액체 층이 연속적으로 보충된다.

연속적으로, 상기 모델링 플레이트는 상기 용기의 바닥 가까이로 다시 이동하고, 형성될 연속적인 층의 두께와 동일한 상기 바닥으로부터의 거리로 먼저 경화된 층을 배치하게 된다.

상기 물체의 새로운 층의 경화는 앞서의 층과 유사한 방식으로 수행되고, 앞선 층의 표면에 접촉하도록 되고, 새로운 층에 대한 지지 표면으로서 역할을 하게 된다.

위에 설명된 과정은 3 차원 물체를 형성하는 모든 층들이 경화될 때까지 반복된다.

위에서 설명한 방법은, 상기 모델링 플레이트와 상기 물체의 이미 경화된 부분이 상기 용기의 바닥에 접근하는 하게 되는 이동이 어떠한 저항에 직면하는 문제점을 보여주는데, 이는 상기 이동 동안에 변위되어야 할 상기 액체 물질의 점성에 기인한다. 이러한 저항은 형성될 상기 3 차원 물체에 압축력과, 상기 용기의 바닥에 추력을 작용하게 되고, 이러한 힘의 전부는 상기 모델링 플레이트의 이동 속도와, 상기 모델링 플레이트와 이미 경화된 물체의 표면 영역, 및 상기 액체 물질의 물리적 속성에 따라 주로 결정된다.

주어진 기준값을 넘어서면, 상기 압축력은 형성될 3 차원 물체의 파손을 초래할 수 있게 되어, 처음부터 다시 시작하는 공정을 반복하여야 할 필요가 발생할 수 있다.

그러한 상황을 피하기 위하여, 상기 모델링 플레이트가 상기 용기의 바닥에 접근하는 속도를 제한할 필요가 있다.

분명히, 상기 속도의 제한은, 각각의 층에 대하여 주어진 시간보다 더 많이, 상기 모델링 플레이트의 용기 바닥에 대한 접근에 필요한 시간을 줄이는 것이 불가능하게 하고, 이러한 속도 제한은 상기 물체의 전체 제작 시간에 부정적인 영향을 주게 된다.

더욱이, 상기 압축력이 상기 파손에 대한 기준값보다 낮은 값으로 제한되더라도, 상기 스테레오리소그라피 방법을 사용하여 제작된 상기 물체의 일반적인 전형인 비교적 작은 단면적에 기인하여, 그러한 압축력은 형성될 물체를 어떠한 탄성 변형 상태에 놓이게 한다.

상기 압축력과, 그에 따른 탄성 변형은 상기 모델링 플레이트가 정지하자마자 나타나지는 않고, 그러한 상황이 나타날 때까지 어느 정도의 시간이 필요하고, 이러한 어느 정도의 시간은 상기 액체 물질의 완전한 방출과 상기 물체의 종국적인 탄성 복원을 위해 필요하는 것을 이해할 수 있을 것이다.

상기 탄성 변형이 형성될 상기 3 차원 물체에서 어떠한 왜곡을 초래하지 않을 정도의 여유 값까지 감소될 때까지 연속적인 층의 경화가 일어날 수 없다는 점은 명백하다.

종종 발생하는 바와 같이, 상기 액체 물질이 아주 점성이 높은 경우, 상기 액체 물질의 방출에는 상대적으로 긴 시간이 필요하고 이는 상기 물체의 제조 공정 시간을 증가시키게 된다.

앞에서 설명한 기계에서 제기되는 추가의 단점은, 상기 모델링 플레이트가 클수록, 상기 액체 물질에 가해지는 압축력이 높아지게 되기 때문에, 상기 모델링 플레이트의 침잠(immersion) 동안에 상기 액체 물질이 용기 바깥으로 출렁거려 나갈 위험이 있다.

그러므로, 상기 모델링 플레이트의 접근 이동의 속도가 플레이트의 크기를 증가시키는 것에 비례하여 감소하여야 하고, 이는 생산 공정의 기간을 늘리게 된다.

추가의 단점은, 앞에서 언급한 추력이 상기 용기의 바닥에 피로 응력을 생성한다는 것이고, 이러한 피로 응력은 용기를 약화시키고 시간이 지나면 부서지도록 하게 된다.

따라서, 이것은 용기를 주기적으로 교환하여야 할 필요가 있다는 것을 내포하고, 생산을 중단하여야 하는 불편을 초래하고 교체 비용을 부담하여야 하는 문제도 있다. 상기한 장치의 잘 알려진 다른 변형 실시예에서는 상기 용기를 지지하기 위하여 유리벽이 제공된다.

상기 유리벽은 용기의 변형을 제한하게 되고, 그리하여 상기 용기의 불시의 파손이 상기 장치에서 용기에 담긴 액체 물질이 출렁거려 배출되는 것을 막아주고, 용기 아래에 일반적으로 배치되는 광조사 방출 수단을 손상하는 것을 막아준다.

이러한 변형례에서 앞에서 설명한 압축에 의한 응력과 어떠한 손상이 어떤 경우에는 상기 유리벽에까지 전달될 수 있고, 상기 유리벽은 용기와 마찬가지로 점진적인 약화에 놓이게 된다는 점은 명확하다.

본 발명은 위에서 설명한 공지의 모든 단점을 해결하기 위하여 안출된 것이다.

특히, 스테레오리소그라피 장치를 사용하여 여러 층으로 된 3차원 물체를 제작하기 위한 방법을 제공하는 것이 본 발명의 제1 목적이고, 이러한 방법은, 형성되는 3차원 물체가 받게 되는 압축 응력과, 상기 용기의 바닥부에 또는 상기 모델링 플레이트의 상기 바닥부 접근동안 지지 유리벽에 작용하는 추력을 제한할 수 있도록 한다.

공지된 형태의 스테레오리소그라피 기계에 쉽게 적용할 수 있도록 상기 방법을 개발하는 것이 본 발명의 다른 목적이다.

앞에서 설명한 물체는, 청구범위의 독립항에 따라 실행된 3차원 물체를 생산하기 위한 방법에 의하여 획득된다.

본 발명의 주제인 상기 방법의 추가적인 특징과 자세한 사항은 상응하는 종속항에 기술되어 있다.

앞에서 설명한 물체는, 청구범위의 제11항에 따라 구성된 스테레오리소그라피 기계에 의해서도 의하여 획득된다.

바람직하게도, 상기 응력을 감소시키는 것은 형성되는 상기 물체가 상기 용기의 바닥에 접근하는 데 필요한 시간을 단축할 수 있도록 하여, 3차원 물체의 각각의 층을 처리하는 시간을 단축시키게 되고, 전체적인 처리 사이클의 시간도 단축시키게 된다.

바람직하게도, 상기 물체의 층들이 받게 되는 감소된 응력은, 종래의 방법에 따라 얻을 수 있는 물체보다 더 큰 단면적을 갖는 물체를 얻을 수 있도록 하는 반면, 동일한 접근 시간을 유지하고, 사용된 액체 물질의 동일한 물리적 특성을 유지하면서 실행할 수 있는 것입니다.

바람직하게도, 상기 용기나 상기 지지 유리벽에 작용하는 감소된 응력은 상기 용기나 상기 지지 유리벽의 내구성을 향상시킬 수 있어서 상기 용기나 상기 지지 유리벽을 교체할 필요성을 줄이게 된다.

바람직하게도, 상기 모델링 플레이트의 침잠(immersion) 동안에 상기 모델링 플레이트에 의해 상기 작용된 감소된 압축력은 액체 물질이 출렁거려 넘치는 위험을 감소시키게 된다.

상기한 본 발명의 목적이나 장점은 이하에서 강조될 것이고, 첨부된 도면을 참조로 하여 바람직한 몇 가지 실시예로서, 이에 한정되지는 않고, 자세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 스테레오리소그라피 기계를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 스테레오리소그라피 기계의 다른 작동 구성을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 주제인 상기 방법의 적용 동안에 상기 물체의 경화된 층을 지지하는 표면의 이동을 개략적으로 나타낸다.
도 4는 본 발명의 주제인 상기 방법의 변형례의 적용 동안에 상기 물체의 경화된 층을 지지하는 표면의 이동을 개략적으로 나타낸다.

도 1에서 도면 부호 1로서 전체를 지칭하여 나타낸 스테레오리소그라피 기계를 참조하여, 본 발명의 주제인 3차원 물체를 제조하기 위한 방법에 대하여 설명한다.

위에서 언급한 스테레오리소그라피 기계(1)는 미리 정해진 광조사(4, radiation)에 대한 노출을 통하여 경화되는 액체 물질(3)을 수용하기 위한 용기(2)를 포함한다.

상기 스테레오리소그라피 기계(1)는 또한, 미리 정해진 두께를 갖는 액체 물질(3)의 층(6)에 선택적으로 조사할 수 있고, 상기 용기(2)의 바닥(2a)에 인접하게 위치한 미리 정해진 광조사(4)를 방출하는 방출수단(5)을 포함한다.

상기 액체의 층(6)에 대한 광방출은, 도 2에 개략적으로 보인 바와 같이, 상기 물체의 상응하는 경화된 층(6')의 형성을 초래한다.

바람직하게는 그러나 필수적이지는 않고, 상기 미리 정해진 광조사(4)는, 상기 방출수단(5)을 통하여 제작될 상기 물체의 체적에 상응하는 영역을 향해 선택적으로 조사되는 레이저 빔이다.

한편, 여기에 도시되지는 않았지만, 본 발명의 다른 변형 실시예에서는 상기 방출수단은 다른 공지의 형태가 될 수 있음은 자명하다.

상기 스테레오리소그라피 기계(1)는 또한 상기 용기(2)의 바닥(2a)에 수직인 이동 방향(Z)에 따라 상기 용기(2)의 바닥(2a)에 대하여 경화된 층(6')을 이동하도록 된 액츄에이터 수단(8)을 포함한다.

바람직하게는, 상기 액츄에이터 수단(8)은 경화된 층(6')을 지지하기 위하여 상기 용기(2)의 바닥(2a)을 향하는 표면(7a)을 구비하는 모델링 플레이트(7)를 포함한다.

상기 스테레오리소그라피 기계(1)는 또한 상기 방출수단(5)과 상기 액츄에이터 수단(8)에 작동가능하게 연결된 로직 제어 유니트(9)를 포함하고, 상기 로직 제어 유니트(9)는 이하에서 설명하는 바와 같이, 본 발명에 따른 방법을 실행하도록구성되어 있다.

바람직하게는, 상기 로직 제어 유니트(9)는 IT 프로그램이 장착된 프로그램 가능한 장치이고, 상기 실행가능하도록 된 구성은 상기 프로그램 가능한 장치에 IT 프로그램을 장착하여 이루어지되, 상기 프로그램 가능한 장치에 장착된 상기 IT 프로그램은 일단 구동되면 본 발명의 방법을 실행하게 된다.

본 발명의 방법에 따르면, 상기 모델링 플레이트(7)의 표면(7a)은, 미리 정해진 연장길이를 갖고 도 3의 다이아그램에 도시된 제1 상호 정위 운동(11, mutual positioning movement)을 통하여 우선 상기 용기(2)의 바닥(2a) 가까이로 이동되고, 상기 다이아그램은 시간(T)의 함수로서 상기 이동 방향(Z)에 대하여 상기 표면(7a)의 위치를 나타낸다.

상기 모델링 플레이트(7)의 표면(7a)이 상기 바닥(2a)에 근접할 때, 상기 표면(7a)과 상기 바닥(2a) 사이의 간격은 상기 모델링 플레이트(7)의 변두리를 향하여 상기 액체 물질(3)이 방출될 수 있게 하고, 점차 간격이 좁아져서 상기 방출이 점점 더 어려워지도록 한다.

궁극적으로, 앞에서 설명한 상기 표면(7a)과 상기 바닥(2a) 위에서 상기 액체 물질(3)의 반응 추력(reaction thrust)은 상기 접근 이동 동안에 점진적으로 증가하게 된다.

예를 들어 유리로 만들어진 지지 벽 위에 상기 바닥(2a)이 안착되어 있는 경우에, 상기 바닥(2a)에 작용하는 상기 추력은 명백하게 상기 지지 벽으로 전달된다.

도 1에 보인 상기 표면(7a)이, 상기 액체 물질(3)의 층(6)의 미리 정해진 두께와 동일한 상기 바닥(2a)으로부터의 거리에 상응하는 미리 정해진 작동 위치(17)에 도달하면, 상기 액체 물질(3)은 경화된 층(6')을 형성하기 위하여 미리 정해진 광조사(4)로 광을 쬐게 된다.

도 2에 나타나 있고 도 3에서 도면부호 18로 표시된 전체 경화 단계 동안에, 상기 표면(7a)은 상기 작동 위치(17)에 유지된다.

그 다음에, 상기 액츄에이터 수단(8)이, 물러나는 이동(19)에 의하여 상기 용기(2)의 바닥(2a)으로부터 상기 경화된 층(6')을 분리한다.

상기 물체의 연속적인 층의 형성을 위하여, 상기 경화된 층(6')은, 비슷한 그러나 앞에서의 정위 운동과 반드시 일치할 필요는 없는, 제2의 정위 운동(11)을 통하여 다시 한번 더 상기 용기(2)의 바닥(2a)으로 가까이로 이동한다.

명백하게, 연속적으로 경화된 상기 층은 상기 바닥(2a)을 향하는 이미 경화된 층(6')의 표면(6a)에 의하여 지지된다.

분명히, 상기 제2의 정위 운동(11) 동안에, 상기 용기(2)의 바닥(2a)은 앞서의 정위 운동(11)과 관련하여 설명한 것과 유사한 추력을 받게 된다.

상기 추력은 또한 상기 경화된 층(6')에도 작용는데, 이는 상기 경화된 층(6')에 앞에서 설명한 바와 같은 응력이 작용하도록 하고 탄성 변형을 일으키기도 한다.

명백하게, 상기 추력 작용은 상기 3차원 물체의 연속적으로 형성되는 각각의 층에 생성된다.

특히, 경화된 층의 숫자와, 형성되는 물체의 높이가 증가함에 따라, 경화된 층에 초래되는 탄성 변형은 상기 바닥(2a)에 접근하는 동안에, 상기 액체 물질(3)의 반작용에 기인하여 점차적으로 증가하게 된다.

본 발명의 방법에 따르면, 한 번 또는 그 이상의 상기 정위 운동(11)은 각각의 미리 정해진 길이(13, 13a, 13b, 13c)를 커버하는 다수의 접근 운동(12, 12a, 12b, 12c)를 포함한다.

상기 다수의 접근 운동(12, 12a, 12b, 12c)은, 연속적인 경화 층(6')을 지지하도록 된 상기 표면(6a,7a)들이 상기 액체 물질(3)에 적어도 부분적으로 잠겨 있을 때 수행되는 각각의 미리 정해진 시간 간격(15, 15a, 15b) 동안 지속되는 중간 정지(14, 14a, 14b)에 의하여 구분되어진다.

앞에서 설명한 바와 같이, 상기 정위 운동(11)이 먼저 일어나면, 즉, 상기 정위 운동(11)이 상기 물체의 제1 층의 경화보다 먼저 이루어지면, 상기 지지 표면은 상기 모델링 플레이트(7)의 표면(7a)이 되고, 반면에 상기 정위 운동(11)이 상기 물체의 제1 층의 경화보다 뒤에 이루어지면, 상기 지지 표면은 상기 경화된 층(6)의 표면(6a)이 된다.

바람직하게도, 각각의 중간 정지는 상기 액체 물질(3)이 지지하는 상기 표면(6a, 7a)의 측면에서 방출될 수 있게 하고, 그리하여 그 표면 위에 그리고 상기 용기(2)의 바닥(2a) 위에 작용하는 압력을 제한하게 된다.

그러므로, 상기 중간 정지(14, 14a, 14b)는 형성되는 상기 물체에 대한 압축 응력과 상기 용기(2)의 바닥(2a)에 작용하는 추력을, 공지 형태의 기계의 경우에서처럼 상기 정위 운동(11)이 연속적인 운동이었다면 초래되는 값과 비교하여 낮은 값으로 제한하는 효과를 가지게 되어 본 발명에 따른 3차원 물체를 형성할 수 있게 된다.

바람직하게도, 형성되는 물체에 대한 응력을 제한함으로써 상기 물체의 탄성 변형이 제한될 수 있게도 하고, 그리하여 이어지는 탄성 복원에 필요한 시간도 단축시키게 된다.

더욱이, 바람직하게도, 상기 모델링 플레이트(7)에 의하여 상기 액체 물질(3)에 작용하는 압축력을 감소시키는 것은 상기 용기(2)의 밖으로 상기 액체 물질(3)이 튀겨 나가는 위험을 감소시키는 것을 의미한다.

또한 바람직하게도, 상기 시간 간격(15, 15a, 15b)은 내부 응력이 상기 3차원 물체 및 상기 용기(2)의 바닥(2a) 내에서 재분포하게 하고, 이는 상기 응력의 악영향을 추가로 제한하는 효과를 갖는다.

결과적으로, 바람직하게도, 본 발명의 방법은 공지의 방법에 따라 획득되는 제품에 비하여 불합격품의 숫자를 줄일 수 있게 한다.

더욱이, 바람직하게도, 본 발명의 방법에 따라 얻어지는 상기 감소된 응력은, 공지의 스테레오리소그라피 방법으로 얻을 수 있는 것에 비하여 보다 큰 단면적을 갖는 물체를 생산할 수 있도록 하고, 처리 시간과 액체 물질의 형태를 동일하게 유지하면서도 그렇게 가능하다.

유사하게, 상기 방법은 상기 용기(2)의 바닥(2a)과 상기 용기(2)의 지지 벽에 대한 인장 응력을 감소시킬 수 있게 하여, 이러한 구성 요소들의 유용한 사용기간을 연장하는 효과를 가져온다.

앞에서 설명한 모든 이점은 상기 중간 정지(14, 14a, 14b)가 있음에 기인하여 얻어지는 것이고, 따라서 상기 액츄에이터 수단(8)의 속도를 개량할 필요가 없는 점에 주목할 필요가 있다.

그러므로, 본 발명에 따른 방법은, 상기 로직 제어 유니트(9)의 프로그램을 간단히 변경함으로써 공지 형태의 스테레오리소그라피 기계에 사용될 수 있고, 상기 액츄에이터 수단(8)의 속도를 조정하기 위하여 기계적인 변경을 가하거나 복잡한 시스템을 추가할 필요가 없고, 종래의 스테레오리소그라피 기계에 본 발명의 방법을 쉽게 적용하여 3차원 물체를 얻을 수 있다.

상기 접근 운동(12, 12a, 12b, 12c) 및 상기 중간 정지(14, 14a, 14b)의 수와, 상기 미리 정해진 길이(13, 13a, 13b, 13c) 및 상기 시간 간격(15, 15a, 15b)은 다양하게 결정될 수 있다.

더욱이, 상기 접근 운동(12)의 첫째 운동은 바람직하게는, 상기 지지 표면(6a, 7a)이 상기 액체 물질(3)에서 나오는 초기 위치로부터, 상기 지지 표면(6a, 7a)이 상기 액체 물질(3)에 적어도 부분적으로 잠기는 최종 위치로 이동시키는 데 사용된다.

한편, 본 발명의 변형 실시예에서는, 상기 첫번째 접근 운동(12)은 상기 액체 물질(3)에 이미 잠긴 상기 지지 표면(6a, 7a)과 함께 시작할 수 있다.

본 발명의 변형 실시예에 따르면, 도 4의 다이아그램에 보인, 정위 운동(11')에서 마지막 접근 운동(12c)은, 상기 지지 표면(6a, 7a)이 상기 작동 위치(17)를 넘어서까지 보내지도록 된다.

상기 정위 운동(11')은 상기 지지 표면(6a, 7a)을 상기 용기(2)의 바닥(2a)으로부터 일정 길이(13d)만큼 이동하는 물러남 이동(12d)으로 끝맺는다.

상기 물러남 이동(12d)은 바람직하게는, 일정 지속기간(15c) 동안 중간 정지(14c)에 의하여 마지막 접근 운동(12c)으로부터 떨어져 있다.

바람직하게도, 바로 앞에서 설명한 상기 정위 운동(11')은 형성되는 물체의 탄성 복원 시간을 단축시킬 수 있도록 한다.

사실, 상기 마지막 접근 운동(12c)은, 경화될 상기 액체 물질(3)의 층의 두께 보다 더 짧은 상기 바닥(2a)으로부터의 거리에 상기 지지 표면(6a, 7a)을 정위시키고, 그리하여 상기 지지 표면(6a, 7a)의 변두리로부터 상기 액체 물질(3)을 더 빠르게 방출하게 한다.

연속적인 상기 물러남 이동(12d)은, 상기 작동 위치(17)에서 상기 지지 표면(6a, 7a)을 배치하는 것 외에, 형성될 상기 물체에 그리고 상기 바닥(2a)에 작용하는 응력을 감소시키는 효과도 갖는다.

바람직하게는, 상기 마지막 접근 운동(12c)과 상기 물러남 이동(12d)의 크기와, 상기 중간 정지(14c)의 지속시간은, 상기 물러남 이동(12d) 후에, 상기 물러남 이동(12d)이 완료되자 마자, 형성될 3차원 물체에 뒤틀림을 초래하지 않고, 형성될 물체의 여유 탄성 변형이 상기 층(6)에 광조사할 수 있도록 결정된다.

바람직하게는, 적용된 정위 운동(11, 11')에 대하여 독립적으로, 상기 접근 운동(12, 12a, 12b, 12c)과 상기 물러남 운동(12d)의 길이 중에서 선택된 하나 이상의 인자의 값과, 상기 중간 정지(14, 14a, 14b, 14c)의 수 및 상응하는 상기 시간 간격(15, 15a, 15b, 15c) 값은 상기 정위 운동을 시작하기 전에 정해진다.

이러한 방식으로, 상기 선택된 인자는 상기 액츄에이터 수단(8)의 어떠한 피드백에 관계없이 독립적이고, 본 발명의 방법의 정확성 및 신뢰성의 이점으로서, 상기 중간 정시에 가능한 지연을 회피하게 해준다.

바람직하게는 그러나 필수적이지는 않고, 상기 선택된 인자의 값은 상기 지지 표면(6a, 7a)의 표면 면적의 함수로서 계산된다.

바람직하게는, 상기 계산은 각각의 정위 운동(11, 11')을 최적화할 수 있도록 하는데, 상기 정위 운동의 크기와, 궁극적으로 그 지속시간의 크기를 최소한으로 감소시킬 수 있는 방식으로 최적화한다.

특히, 본 발명의 방법에 따르면, 상기 지지 표면(6a, 7a)의 상기 표면 면적의 함수로서 상기 선택된 인자의 각각을 나타내기 위하여 곡선이 바람직하게 결정된다.

상기 결정된 곡선은 상기 스테레오리소그라피 기계(1)의 로직 제어 유니트(9)에 저장될 수 있고, 상기 계산을 간략화하기 위한 방식으로 저장된다.

바람직하게는, 상기 선택된 인자의 값은 상기 표면 면적과 그것의 인자 사이의 비의 함수로서 계산되고, 이는 상기 층의 형상을 나타낸다.

이러한 방식으로, 바람직하게도, 상기 액체 물질(3)의 방출 시간은 상기 지지 표면(6a, 7a)의 표면 면적 뿐만 아니라 그것의 인자에도 좌우된다는 사실을 고려할 수 있다.

더욱 정확하게, 동일한 표면 면적을 갖는 모든 가능한 형상들 중에서, 상기 지지 표면의 원형 형상은 가장 짧은 인자를 갖는 하나의 형상이고, 그리하여 상기 액체 물질(3)이 방출될 가능성을 더 낮게 제공하는 하나의 형상이고, 방출 시간을 연장시키게 된다.

역으로, 동일한 표면 면적을 갖는 원형 층에 비교하여 더 큰 인자 특성을 갖는 지지 표면은 상기 액체 물질(3)에 방출될 더 큰 가능성을 제공하고, 방출 시간은 앞의 경우보다 짧아지게 된다.

결과적으로, 중간 정지(14, 14a, 14b)의 수 및/또는 상기 상응하는 시간 간격(15, 15a, 15b)은, 상기 지지 표면(6a, 7a)의 형상이 상기 원형 형상으로부터 점차적으로 달라질 때 감소될 수 있고, 반면에 상기 접근 운동(12, 12a, 12b, 12c)의 길이에 대해서는 정확히 상황이 반대이다.

위에서 언급한 형상비(shape ratio)에 대한 가능한 공식은 다음과 같다.

R = 4 π A/P²

여기서, R은 형상비를 나타내고, A는 상기 지지 표면의 표면 면적을 나타내고, P는 그 인자를 나타낸다.

상기 형상비는, 상기 지지 표면이 원형을 가질 때 최대값이 1과 같고, 상기 지지 표면이 평평해질수록 점차적으로 0으로 감소하는 것이 명백하다.

본 발명의 방법의 다른 변형 실시예에 따르면, 상기 선택된 인자의 계산은 위의 공식에 비하여 간략화된 공식을 갖는 추가의 형상 인자를 고려에 넣을 수 있다.

바람직하게는, 상기 형상 인자의 계산은, 상기 지지 표면(6a, 7a)의 상기 표면 면적이 미리 정해진 크기를 갖는 다수의 셀로 분할될 것을 필요로 하는데, 각각의 셀에는 인접한 셀의 수에 비례하는 웨이트가 할당된다.

상기 셀의 웨이트는 상기 형상 인자를 얻기 위하여 합산되고, 이는 상기 형상비의 대신에 상기 선택된 인자의 값을 계산하는 데 사용될 수 있다.

명백하게, 상기 선택된 인자의 계산은 상기 방법을 결합하여서도 수행될 수 있는데, 즉, 상기 표면 면적과, 상기 형상비 및/또는 상기 형상 인자를 서로 조합하여 사용하여 계산될 수 있다.

이렇게 간략화된 방법은 상기 지지 표면이 복잡한 기하학적 형상을 가질 때 사용되기에 특히 적합하다는 점이 명백하다.

바람직하게는, 상기 지지 표면이 서로 분리된 몇 개의 영역으로 구성되어 있다면, 상기 선택된 인자의 계산에서, 단지 상기 표면 면적과, 상기 형상비 및/또는, 표면 면적이 미리 정해진 값을 초과하는 부분 또는 가장 큰 표면 면적을 갖는 부분에 상응하는 형상 인자가 고려된다.

바람직하게도, 이것은 상기 접근 시간 및/또는 각각의 이동이나 운동의 크기를, 형성할 물체의 파손 위험을 증가시키지 않고, 최소화할 수 있다.

사실, 상기 부분의 각각은 다른 부분에 작용하는 추력에 실질적으로 독립적인 추력을 받게 되어, 따라서, 상기 추력이 더 큰 부분, 더 큰 표면 면적을 갖는 부분을 따라서만 상기 선택된 인자를 계산할 수 있다는 점이 고려될 수 있다.

본 발명의 방법의 다른 변형 실시예에서, 상기 접근 운동(12, 12a, 12b, 12c)과 물러남 운동(12d)의 길이와, 상기 중간 정지(14, 14a, 14b, 14c)의 수 및/또는 상기 상응하는 시간 간격(15, 15a, 15b, 15c)는 일단 결정되고 모델의 구성을 시작하기 전에 모두에 대하여 그리고 모든 층들에 대하여 변경되지 않고 유지될 수 있다.

어떠한 경우에도, 바람직하게는 그러나 필수적이지는 않고, 상기 첫번째 중간 정지(14) 이후의 상기 접근 운동(12, 12a, 12b, 12c)은 계산의 간편성을 위하여 동일하도록 결정된다.

더욱이, 상기 인자의 값은 앞에서 기술한 것 외에 다른 인자에 따라 결정될 수 있는데, 예를 들어, 그러한 인자로는, 상기 액체 물질(3)의 점성과 밀도, 상기 액츄에이터 수단(8)의 운동 속도, 상기 용기(2)에 존재하는 상기 액체 물질(3)의 최대 깊이, 상기 바닥(2a) 또는 각각의 지지 벽의 기계적 저항, 및 상기 경화된 층(6')의 기계적 저항을 들 수 있다.

예시적으로, 공지 형태의 스테레오리소그라피 기계(1)에 대하여, 1 내지 20이 포함되는 중간 정지의 수와, 5 내지 200 미크론(micron)이 포함되는 각각의 접근 운동(12a, 12b, 12c)의 길이 및 0.01 내지 1 초가 포함되는 상기 시간 간격(15, 15a, 15b)은 대부분의 적용에서 적합하게 사용될 수 있다.

앞에서 설명한 방법의 적용의 예에 따르면, 형성될 물체의 각각의 층에 대한 수치적인 표현이 처리되고 상기 로직 제어 유니트(9)에 공급된다.

공급된 데이터에 따르면, 상기 로직 제어 유니트(9)는, 상기 작동 위치(17)에서 상기 모델링 플레이트(7)의 지지 표면(7a)을 배치하기 위하여, 상기 상기 중간 정지(14, 14a, 14b, 14c)의 수와, 그것의 시간 간격(15, 15a, 15b, 15c), 및 접근 운동(12, 12a, 12b, 12c, 12d)의 크기를 결정하여, 궁극적으로 상기 액츄에이터를 작동한다.

이어서, 상기 로직 제어 유니트(9)는, 제1 경화된 층(6')을 형성하는 방식으로 상기 방출 수단(5)을 작동시킨다.

그 다음 상기 모델링 플레이트(7)가 상기 바닥(2a)으로부터 멀어지게 이동되어 상기 경화된 층(6')이 상기 바닥으로부터 분리되도록 한다.

이어지는 층이 경화되기 전에, 제2 정위 운동(11)이 상기 작동 위치(17)에서 상기 지지 표면(6a)으로 앞서 경화된 층(6a)을 위치시킨다.

이상과 같은 사실은, 앞에서 설명한 3차원 물체를 제조하기 위한 방법 및 스테레오리소그라피 기계가 모든 세트의 물체를 획득한다는 것을 보여준다.

특히, 간헐적인 정위 운동은 상기 경화된 층과 상기 용기의 바닥에 대하여, 이들 구성요소들이 서로 접근할 때, 응력을 감소시킬 수 있도록 한다.

따라서, 공지된 형태의 스테레오리소그라피 기계가 동일한 기하학적 형상을 갖는 상기 물체를 제작에 사용될 때 필요한 접근 운동의 지속시간에 비하여 지속시간을 감소시킬 수 있게 한다.

더욱이, 본 발명의 상기 방법은 기계 장치 세팅의 간단한 변경을 통하여 공지 형태의 스테레오리소그라피 기계에 쉽게 적용할 수 있는 간헐적인 운동에 기초하고 있다.

일단 실행되면, 본 발명의 주제인 상기 방법과 상기 기계에 관하여, 어떠한 경우에도, 심지어 여기에 설명되지 않았거나 도시되지 않았더라도, 특허청구범위에 속하는 한, 본 발명의 추가의 변형예는 본 발명에 의해 보호되는 것으로 간주되어야 한다.

청구범위의 구성요소에 도면부호가 병기되어 기재된 경우에, 이러한 도면부호는 단지 발명의 이해를 돕기 위한 목적으로 기재된 것일 뿐이지, 도면부호에 의해 지칭되는 구성요소의 보호에 대하여 어떠한 제한이나 한정을 가하는 것이 아님을 밝혀둔다.

1: 스테레오리소그라피 기계 2: 용기
3: 액체 물질 4: 광조사
5: 방출수단 6: 층
7: 모델링 플레이트 8: 액츙에이터 수단
9: 로직 제어 유니트

Claims (12)

1. - 미리 정해진 광조사(4)에 노출을 통하여 경화되는 액체 물질(3)을 수용하도록 된 용기(2);
   - 미리 정해진 두께를 갖는 상기 액체 물질(3)의 층(6)에 선택적으로 광을 조사하도록 되어 있고 상기 층(6)을 경화시키기 위하여 상기 용기(2)의 바닥(2a)에 인접하게 배치된, 상기 미리 정해진 광조사(4)를 방출하는 방출수단(5);
   - 상기 용기(2)의 바닥(2a)을 향하고 경화된 층(6')을 위한 지지 표면(6a, 7a);
   - 적어도 상기 바닥(2a)에 수직인 방향(Z)을 따라 상기 바닥(2a)에 대하여 상기 지지 표면(6a, 7a)을 이동시키도록 된 액츄에이터 수단(8);을 포함하는 형태의 스테레오리소그라피 기계에 의하여 연속적인 층의 3차원 물체를 제조하기 위한 방법으로서,
   - 미리 정해진 작동 위치(17)에서 액체 물질의 상기 층(6)에 접촉하게 상기 지지 표면(6a, 7a)을 배치하는 방식으로, 상호 정위 운동(11, 11')을 통하여 상기 바닥(2a) 가까이로 상기 지지 표면(6a, 7a)을 이동시키는 단계;
   - 상기 지지 표면(6a, 7a)이 상기 미리 정해진 작동 위치(17)에 도달하면 상기 층(6)을 경화시키기 위하여 상기 층(6)을 선택적으로 광조사하는 단계;를 포함하는 연속적인 층의 3차원 물체를 제조하기 위한 방법에 있어서,
   상기 정위 운동(11, 11')은 다수의 접근 운동(12, 12a, 12b, 12c)을 포함하고, 다수의 접근 운동(12, 12a, 12b, 12c)은 상응하는 미리 정해진 길이(13, 13a, 13b, 13c)를 갖고, 미리 정해진 시간 간격(15, 15a, 15b) 동안 상응하는 중간 정지(14, 14a, 14b)에 의하여 구분되어지고, 상기 중간 정지(14, 14a, 14b)는 상기 지지 표면(6a,7a)들이 상기 액체 물질(3)에 적어도 부분적으로 잠겨 있을 때 수행되는 것을 특징으로 하는, 연속적인 층의 3차원 물체를 제조하기 위한 방법.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 접근 운동(12, 12a, 12b, 12c)의 길이(13, 13a, 13b, 13c)들 중에서 선택된 하나 이상의 인자의 값과, 상기 중간 정지(14, 14a, 14b) 수 및 상응하는 상기 시간 간격(15, 15a, 15b) 값은 상기 정위 운동(11, 11')을 시작하기 전에 정해지는 것을 특징으로 하는, 연속적인 층의 3차원 물체를 제조하기 위한 방법.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 선택된 인자들(13, 13a, 13b, 13c, 14, 14a, 14b, 15, 15a, 15b)은 상기 지지 표면(6a, 7a)의 표면 면적의 함수로서 계산되는 것을 특징으로 하는, 연속적인 층의 3차원 물체를 제조하기 위한 방법.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 선택된 인자들(13, 13a, 13b, 13c, 14, 14a, 14b, 15, 15a, 15b)은 상기 지지 표면(6a, 7a)의 표면 면적과 인자 사이의 비의 함수로서 계산되는 것을 특징으로 하는, 연속적인 층의 3차원 물체를 제조하기 위한 방법.
   
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 선택된 인자들(13, 13a, 13b, 13c, 14, 14a, 14b, 15, 15a, 15b)의 계산은,
   - 상기 지지 표면(6a, 7a)의 표면 면적을 다수의 셀로 분할하는 단계;
   - 각각의 셀에, 이 셀에 인접한 셀들의 수에 비례하는 웨이트를 할당하는 단계;
   - 형상 인자를 얻기 위하여 상기 웨이트를 합산하는 단계;
   - 상기 형상 인자에 따라 상기 선택된 인자들(13, 13a, 13b, 13c, 14, 14a, 14b, 15, 15a, 15b)의 값을 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연속적인 층의 3차원 물체를 제조하기 위한 방법.
   
6. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 중간 정지(14)의 첫번째 중간 정지 다음에 이어지는 상기 접근 운동(12a, 12b, 12c)은 서로 동일한 각각의 길이(13a, 13b, 13c)를 갖는 것을 특징으로 하는, 연속적인 층의 3차원 물체를 제조하기 위한 방법.
   
7. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 표면(6a)은 상기 3차원 물체의 상기 경화된 층(6')에 속하는 것을 특징으로 하는, 연속적인 층의 3차원 물체를 제조하기 위한 방법.
   
8. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 표면(7a)은 상기 액츄에이터 수단(8)에 속하는 모델링 플레이트(7)에 속하는 것을 특징으로 하는, 연속적인 층의 3차원 물체를 제조하기 위한 방법.
   
9. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 접근 운동의 마지막 접근 운동(12c)은 상기 지지 표면(6a, 7a)을 상기 작동 위치(17)를 넘어서 이동시키도록 되어 있고, 상기 정위 운동(11')은 상기 지지 표면(6a, 7a)을 상기 바닥(2a)으로부터 물러남 이동(12d)으로 끝맺는 것을 특징으로 하는, 연속적인 층의 3차원 물체를 제조하기 위한 방법.
   
10. 삭제
11. - 미리 정해진 광조사(4)에 노출을 통하여 경화되는 액체 물질(3)을 수용하도록 된 용기(2);
    - 미리 정해진 두께를 갖는 상기 액체 물질(3)의 층(6)에 선택적으로 광을 조사하도록 되어 있고 상기 층(6)을 경화시키기 위하여 상기 용기(2)의 바닥(2a)에 인접하게 배치된, 상기 미리 정해진 광조사(4)를 방출하는 방출수단(5);
    - 상기 바닥(2a)에 수직인 방향(Z)을 따라 상기 바닥(2a)에 대하여 경화된 층(6')을 이동시키도록 된 액츄에이터 수단(8);을 포함하는 스테레오리소그라피 기계에 있어서,
    상기 방출 수단(5)과 상기 액츄에이터 수단(8)에 작동가능하게 연결되어 있는 로직 제어 유니트(9)를 포함하고, 상기 로직 제어 유니트(9)는 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 다른 방법을 실행하는 IT 프로그램이 장착된 프로그램 가능한 장치인 것을 특징으로 하는 스테레오리소그라피 기계.
    
12. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 중간 정지(14, 14a, 14b) 의 수는 1 내지 20이 포함되고, 각각의 접근 운동(12, 12a, 12b, 12c)의 상기 미리 정해진 길이(13, 13a, 13b, 13c)는 5 내지 200 미크론(micron)이 포함되고, 상기 시간 간격(15, 15a, 15b)은 0.01 내지 1 초가 포함되는 것을 특징으로 하는, 연속적인 층의 3차원 물체를 제조하기 위한 방법.
    

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