KR102031069B1 - 리사쥬 패턴을 이용한 3d 프린팅 방법 및 리사쥬 패턴을 이용한 3d 프린터 - Google Patents

리사쥬 패턴을 이용한 3d 프린팅 방법 및 리사쥬 패턴을 이용한 3d 프린터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리사쥬 패턴을 이용하여 2개의 레이저 빔 축이 고속으로 동시에 작동되어 고속으로 정밀하게 출력물을 출력하는 3D 프린팅 공정을 진행하는 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린팅 방법 및 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린터에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 본 발명은 적층하고자 하는 대상물의 크기를 측정하는 대상물 크기 측정단계와, 적층재료 경화에 필요한 레이저 빔의 최소 직경을 계산하는 최소 직경 계산단계와, 상기 레이저 빔과 스캔 미러를 동기화하는 동기화 단계와, 리사쥬 패턴을 이용하여 상기 레이저 빔의 가공경로를 설정하는 가공경로 설정단계와, 상기 가공경로를 기준으로 상기 레이저 빔이 상기 적층재료를 경화시키는 적층재료 경화단계를 포함하며, 상기 적층재료 경화단계에서는 상기 가공경로에서 상기 대상물의 형성되는 지점에서 상기 레이저 빔이 조사되는 것을 특징으로 하는 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린팅 방법을 제공한다.

Description

리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린팅 방법 및 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린터 {3D printing method and 3D printer using Lissajous pattern}
본 발명은 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린팅 방법 및 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리사쥬 패턴을 이용하여 2개의 레이저 빔 축이 고속으로 동시에 작동되어 고속으로 정밀하게 출력물을 출력하는 3D 프린팅 공정을 진행하는 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린팅 방법 및 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린터에 관한 것이다.
일반적으로 3D 프린팅 기술은 청사진, 도면 등의 2D 평면 인쇄와 달리 입체적으로 형상을 구현 및 복제하는 기술이며, 불과 수 시간 정도의 짧은 시간에 제품 모습을 그대로 제작해 낼 수 있어 산업 전반에 걸쳐 기획부터 제품 생산에 이르기까지 많은 변화를 야기했다.
3D 프린팅 기술은 기존에 사용하던 평면 프린팅 방식을 개선하여 출력물을 단계별로 쌓아 실제 모양을 만들어 내게 되며, 의료산업에서는 치아 모형, 수술 전 모의수술 실험용 형상 등에 사용되고 있고, 건설산업에서는 소형 건축물 및 실시간 건축 디자인 형상 제작에 실제로 적용되고 있다.
또한, 3차원 프린팅 기술은 이미 제작된 형상물을 복제하거나, 3차원 컴퓨터 지원 설계(CAD)를 이용해 만든 형상을 실물로 제작함으로써 설계 오차를 줄이고 리버스 엔지니어링(완성된 제품을 상세히 분석해 기본적인 설계내용을 추적) 설계가 이루어질 수 있도록 해주고 있다.
이러한 3D 프린팅 기술에 적용되는 방법 중 하나인 래스터(raster) 패턴을 이용하여 대상물을 가공함으로써 구현하고자 하는 형상을 가지는 제품을 제작할 수 있다.
래스터 패턴 레이저 빔방식은 2개의 레이저 빔 축을 사용하며, 상술한 2개의 레이저 빔 축은 각각 고속 축과 저속 축으로 구성되어 있고, 서로 직교된 상태에서 이동함과 동시에 평면에 레이저를 주사한다.
그러나 이러한 래스터 패턴 레이저 빔방식은 고속 축이 이동하는 동안 저속 축이 고정되어야 하므로 공정 속도가 느린 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1767116호 (발명의 명칭: 고속, 고화질 광학 시스템을 위한 스캐너의 리사쥬 스캔 방법, 공고일: 2017년 08월 11일)
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 리사쥬 패턴을 이용하여 2개의 레이저 빔 축이 고속으로 동시에 작동되어 고속으로 정밀하게 출력물을 출력하는 3D 프린팅 공정을 진행하는 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린팅 방법 및 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린터를 제공한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 적층하고자 하는 대상물의 크기를 측정하는 대상물 크기 측정단계와, 적층재료 경화에 필요한 레이저 빔의 최소 직경을 계산하는 최소 직경 계산단계와, 상기 레이저 빔과 스캔 미러를 동기화하는 동기화 단계와, 리사쥬 패턴을 이용하여 상기 레이저 빔의 가공경로를 설정하는 가공경로 설정단계와, 상기 가공경로를 기준으로 상기 레이저 빔이 상기 적층재료를 경화시키는 적층재료 경화단계를 포함하며, 상기 적층재료 경화단계에서는 상기 가공경로에서 상기 대상물의 형성되는 지점에서 상기 레이저 빔이 조사되는 것을 특징으로 하는 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린팅 방법을 제공한다.
여기서, 상기 가공경로 설정단계는 상기 가공경로의 교점 간의 시간간격을 계산하는 교점 시간간격 계산단계 및 상기 교점에 해당하는 시간 데이터에 따라 레이저 조사 벡터 값을 배열하는 벡터 값 배열단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 적층재료 경화단계에서 상기 가공경로의 중심부에서의 레이저 빔 파워는 가장자리에서의 레이저 빔 파워보다 강할 수 있다.
또한, 상기 적층재료 경화단계에서 상기 레이저 빔의 온오프 구동은 상기 벡터 값에 따라 토글될 수 있다.
또한, 상기 벡터 값 배열단계에서 상기 레이저 빔이 조사되는 마지막 교점은 레이저 빔이 조사되지 않도록 변경할 수 있다.
또한,
상기 최소 직경 계산단계에서는 리사쥬 패턴의 매개변수를 이용한 하기 수학식 1을 통해 상기 레이저 빔의 최소 직경인 R을 계산할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112018082840645-pat00001
(여기서 X, Y는 각각 x축과 y축의 진폭을 의미하며 fx, fy는 각각 x축과 y축의 주파수를 의미하고, Cx는 0,1,2 내지 2fy를 의미하고, P는 X 또는 Y를 의미함)
또한, 상기 교점 시간간격 계산단계에서는 하기 수학식 2를 통해 상기 시간 데이터에 해당하는 △를 계산할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112018082840645-pat00002
또한, 본 발명은 적층재료가 적층되어 대상물이 형성되는 스테이지와, 상기 적층재료를 경화시키는 레이저 빔을 조사하는 레이저부와, 상기 스테이지와 상기 레이저부 사이에 배치되는 스캔 미러와, 상기 레이저부 및 상기 스캔 미러의 구동을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 적층하고자 하는 대상물의 크기를 측정하는 대상물 크기 측정부와, 적층재료 경화에 필요한 레이저 빔의 최소 직경을 계산하는 최소 직경 계산부와, 상기 레이저 빔과 상기 스캔 미러를 동기화하는 동기화부와, 리사쥬 패턴을 이용하여 상기 레이저 빔의 가공경로를 설정하는 가공경로 설정부와 상기 가공경로를 기준으로 상기 레이저 빔이 상기 적층재료를 경화시키는 적층재료 경화부를 포함하고, 상기 적층재료 경화부에서는 상기 가공경로에서 상기 대상물의 형성되는 지점에서 상기 레이저 빔이 조사되는 것을 특징으로 하는 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린터를 제공한다.
여기서, 상기 가공경로 설정부는 상기 가공경로의 교점 간의 시간 간격을 계산하는 교점 시간간격 계산부 및 상기 교점에 해당하는 시간 데이터에 따라 레이저 조사 벡터 값을 배열하는 벡터 값 배열부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 적층재료 경화부에서 상기 가공경로의 중심부에서의 레이저 빔의 파워는 가장자리에서의 파워보다 강할 수 있다.
또한, 상기 적층재료 경화부는 상기 벡터 값에 따라 토글되어 상기 레이저 빔을 온오프 구동할 수 있다.
또한, 상기 벡터 값 배열부는 상기 레이저 빔이 조사되는 마지막 교점은 레이저 빔이 조사되지 않도록 변경할 수 있다.
또한, 상기 스캔 미러는 멤스(MEMS: Micro-Electro Mechanical Systems) 스캔 미러로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린팅 방법 및 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린터는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 리사쥬 패턴을 이용하여 2개의 레이저 빔 축이 고속으로 동시에 작동됨으로써 보다 효율적이고, 빠르며, 해상도가 높은 대상물의 적층을 수행할 수 있는 이점이 있다.
둘째, 2개의 레이저 빔 축이 리사쥬 패턴으로 대상물을 패터닝하여 2개의 레이저 빔 축 모두 공진 주파수를 사용할 수 있게 됨으로써 멤스 스캔 미러로 제작이 가능하여 제작 속도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
셋째, 레이저 빔 작동의 기준이 되는 벡터 값 중 레이저 빔이 조사되지 않는 경우의 기호 앞에 위치한 레이저 빔이 조사되는 경우의 기호를 레이저 빔이 조사되지 않는 경우의 기호로 변경함으로써 높은 해상도를 가지는 대상물을 제작할 수 있도록 하는 이점이 있다.
넷째, 가공경로의 중심부에서의 레이저 빔 파워가 가장자리에서의 레이저 빔 파워보다 강하게 형성됨으로써 적층재료의 경화가 전체적으로 균일하게 이루어질 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린팅 방법의 블럭도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린팅 방법의 레이저 빔의 간격 및 레이저 빔의 최소 직경을 계산하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린팅 방법의주사 간격에 대한 인쇄 크기의 비율 S1에 따른 레이저 빔의 간격 비율과, 레이저 빔의 동작 주파수에 따른 최소 인쇄 해상도를 그래프로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린팅 방법을 이용하여 리사쥬 패턴의 궤적을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린팅 방법의 시간 데이터에 따른 벡터 값을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린터의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.
도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린팅 방법의 일 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린팅 방법은 대상물 크기 측정단계, 최소 직경 계산단계(S100), 동기화 단계(S200), 가공경로 설정단계(S300), 적층재료 경화단계(S400)를 포함한다.
상기 대상물 크기 측정단계는 적층하고자 하는 대상물의 크기를 측정하며, 보다 정확하게는 형성하고자 하는 대상물의 최대 단면적을 측정함으로써, 상기 대상물 크기 측정단계에서 측정한 대상물의 최대 단면적을 기준으로 대상물에 조사될 레이저 빔의 간격과 레이저 빔의 최소 직경을 계산한다.
상기 최소 직경 계산단계(S100)는 상기 대상물 크기 측정단계에서 측정한 대상물의 최대 단면적을 기준으로 대상물을 제작하기 위하여 적층재료의 경화에 필요한 레이저 빔의 최소 직경을 계산한다.
상기 레이저 빔의 최소 직경을 계산하기 위하여, 리사쥬 패턴의 매개변수들을 이용하며, 상기 매개변수는 X축과 Y축을 기준으로 매개변수 수학식 1 및 매개변수 수학식 2를 포함하며, 상기 매개변수 수학식 1 및 상기 매개변수 수학식 2는 다음과 같다.
매개변수 수학식 1:
Figure 112018082840645-pat00003
매개변수 수학식 2:
Figure 112018082840645-pat00004
상술한 매개변수 수학식 1 및 매개변수 수학식 2를 이용하여, 상기 레이저 빔의 최소 직경 R의 계산은 수학식 1을 통해 이루어지며, 상기 수학식 1은 다음과 같다.
Figure 112018082840645-pat00005
여기서, 상기 X, Y는 각각 x축과 y축의 진폭을 의미하며 fx, fy는 각각 x축과 y축의 주파수를 의미하고, Cx는 0,1,2 내지 2fy를 의미하고, P는 X 또는 Y를 의미하고, φx, φy는 각각 x축과 y축의 위상을 의미한다.
상기 수학식 1을 통해 레이저 빔의 최소 직경을 계산하여, 대상물을 적층하기 위한 해상도를 조절할 수 있게 된다.
상기 동기화 단계(S200)는 상기 레이저 빔과 스캔 미러를 동기화하는 단계이며, 본 실시예에 따른 스캔 미러는 멤스(MEMS: Micro-Electro Mechanical Systems) 스캔 미러로 구성된다.
이는, 상기 대상물을 적층하기 위한 2개의 레이저 빔 축이 리사쥬 패턴으로 대상물을 패터닝하여 2개의 레이저 빔 축 모두 공진 주파수를 사용할 수 있게 됨으로써 멤스 스캔 미러로 제작이 가능하게 된다.
본 실시예에서 스캔 미러가 멤스 스캔 미러로 구성됨에 따라 대상물을 고속으로 제작할 수 있게 된다.
상기 가공경로 설정단계(S300)는 상기 리사쥬 패턴을 이용하여, 상기 레이저 빔의 가공경로를 설정하며, 구체적으로 상기 가공경로 설정단계(S300)는 교점 시간간격 계산단계(S310), 벡터 값 배열단계(S320)를 포함한다.
상기 교점 시간간격 계산단계(S310)에서는 상기 대상물을 가공하기 위하여 상기 레이저 빔이 이동하는 영역의 교점 간의 시간간격을 계산하며, 상기 교점은 수학식 2를 통해 계산된다.
Figure 112018082840645-pat00006
상기 벡터 값 배열단계(S320)에서는 상기 교점에 해당하는 시간 데이터에 따라 레이저 조사 벡터 값을 배열한다.
예를 들어, 상기 벡터 값 배열단계(S320)에서 상기 벡터 값은 상기 레이저 빔이 작동되는 경우의 기호와 상기 레이저 빔이 작동되지 않는 경우의 기호로 표시된다.
일예로, 상기 벡터 값 배열단계(S320)에서 상기 벡터 값은 상기 레이저 빔이 작동되는 경우에는 1로 표시되며, 상기 레이저 빔이 작동되지 않는 경우에는 0으로 표시될 수 있다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 레이저 빔이 a 영역에 위치하여 시간 데이터가 1일 때 상기 레이저 빔이 작동되어야 하므로, 상기 벡터 값은 1로 표시되어 (1,1) 값을 가지며 배열되고, 레이저 빔이 b 영역에 위치하여 시간 데이터가 n일 때 상기 레이저 빔이 작동되지 않아야 하므로, 상기 벡터 값은 0으로 표시되어 (n,0)의 값을 가지며 배열된다.
또한, 상기 벡터 값 배열단계(S320)에서 상기 레이저 빔이 조사되는 마지막 교점은 레이저 빔이 조사되지 않도록 변경한다. 즉, 상기 벡터 값 배열 중 벡터 값 0 앞에 위치한 벡터 값 1을 0으로 변경한다.
예를 들어, 레이저 빔이 c 영역에 위치하여 상기 시간 데이터가 n-1일 때, 상기 벡터 값은 1로 표시되어 작동되어야 하지만, 시간 데이터 n-1 뒤인 시간 데이터가 n일 때의 상기 벡터 값이 0인 경우, 상기 c 영역은 (n-1, 0)의 값을 가지며 배열되는 것이 바람직하다.
이는 레이저 빔이 0n 상태에서 Off 상태로 전환될 때, 벡터 값이 0인 경우에 레이저 빔이 조사되어 적층재료가 적층되는 것을 방지하기 위함으로, 이에 따라 높은 해상도를 가지는 대상물을 제작할 수 있게 된다.
물론, 상기 벡터 값의 기호는 상술한 0, 1에 한정하지 아니하며, 레이저 빔을 On/Off 구동하는데에 무리가 없는 기호로 대체 가능하다.
상기 적층재료 경화단계(S400)는 상기 가공경로, 상기 시간 데이터 및 상기 벡터 값을 기준으로 상기 레이저 빔이 구동하여 대상물을 가공한다. 이때, 상기 레이저 빔의 온오프 구동은 상기 벡터 값에 따라 토글된다.
또한, 상기 적층재료 경화단계(S400)에서 상기 가공경로의 중심부에서의 레이저 빔 파워는 가장자리에서의 레이저 빔 파워보다 강하게 형성된다. 이는, 상기 가공경로의 가장자리는 중심부보다 조밀하게 형성되어 상기 레이저 빔이 겹치게 되는 현상이 발생하게 될 수도 있으므로, 상기 가공경로의 중심부에서의 레이저 빔 파워를 가장자리에서의 레이저 빔 파워보다 강하게 함으로써 적층재료의 경화가 균일하게 이루어질 수 있도록 한다.
또한, 본 발명은 상기 대상물 크기 측정단계와 최소 직경 계산단계(S100) 사이에 레이저 빔 간격 계산단계를 더 포함한다.
상기 레이저 빔 간격 계산단계는, 리사쥬 패턴으로 이동하는 레이저 빔 간격의 최소 간격을 계산하는 것으로서, 이는, 레이저 빔 간격이 최소로 형성되었을 때, 레이저 직경에 따라 적층재료가 레이저에 과도하게 노출되는 것을 방지하기 위함이 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
상기 레이저 빔의 최소 간격 dn은 수학식 3을 통해 이루어지며, 상기 수학식 3은 다음과 같다.
Figure 112018082840645-pat00007
여기서, L은 X 또는 Y이며, n은 시간 데이터를 의미하고, Sn은 'dn-dn -1'을 의미한다.
레이저 빔 간격이 거의 일정해야 하는 인쇄 영역은 최대 인쇄 크기의 63.2%로 설정된다(그림 3의 경우 레이저 빔 간격이 최대 라인 간격의 60% 이내일 것으로 가정). 레이저 빔이 스캔되어 인접한 두 스캔 라인 사이의 인쇄 영역을 완전히 조사하게 되며, 인쇄 균일성을 유지하려면 레이저 빔의 가우스 강도 프로필에 따라 45%로 선택된 레이저 스폿 반경을 일정한 비율로 겹쳐야 한다. 따라서 레이저 스폿 반경 R은 그림 2의 (b)에서 볼 수 있듯이 약 0.645R로 형성된다. 이를 통해, 최소 인쇄 해상도는 레이저 빔의 변조에 필요한 인쇄 속도와 최소 시간으로 결정된다.
상술한 과정을 거침으로써 본 발명에 따른 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린팅 방법은 보다 높은 해상도를 가지며, 빠른 속도로 제작될 수 있는 대상물(도 4의 (b), (d), (f))을 제작할 수 있게 된다.
도 6을 참조하여 본 발명에 따른 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린터를 설명하면 다음과 같다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린터는 스테이지(300), 레이저부(100), 스캔 미러(200), 제어부(400)를 포함한다.
상기 스테이지(300)는 제작하고자 하는 대상물이 적층된다.
상기 스캔 미러(200)는 상기 스테이지(300)와 상기 레이저부(100) 사이에 배치되며, 상기 스캔 미러(200)는 멤스(MEMS: Micro-Electro Mechanical Systems) 스캔 미러(200)로 구성된다.
이는, 상기 대상물을 적층하기 위한 2개의 레이저 빔(110) 축이 리사쥬 패턴으로 대상물을 패터닝하여 2개의 레이저 빔(110) 축 모두 공진 주파수를 사용할 수 있게 됨으로써 멤스 스캔 미러로 제작이 가능하게 되며, 이를 통해 대상물을 고속으로 제작할 수 있게 된다.
상기 레이저부(100)는 상기 스테이지(300) 측으로 레이저 빔(110)을 조사하여 대상물을 제작하며, 후술하는 상기 제어부(400)에 의하여 구동되며, 상기 레이저부(100)에서 조사하는 상기 가공경로의 중심부에서의 레이저 빔 파워는 가장자리에서의 레이저 빔 파워보다 강하게 형성된다. 이는, 상기 가공경로의 가장자리는 중심부보다 조밀하게 형성되어 상기 레이저 빔(110)이 겹치게 되는 현상이 발생하여 상기 적층재료에 레이저 빔이 과도하게 노출될 수도 있으므로, 상기 가공경로의 중심부에서의 레이저 빔 파워를 가장자리에서의 레이저 빔 파워보다 강하게 함으로써 적층재료의 경화가 균일하게 이루어질 수 있도록 한다.
상기 제어부(400)는 상기 레이저부(100)와 상기 스캔 미러(200)의 구동을 제어하며, 구체적으로 상기 제어부(400)는 대상물 크기 측정부, 최소 직경 계산부, 동기화부, 가공경로 설정부, 적층재료 경화부 및 스캔 미러 구동부를 포함한다.
상기 대상물 크기 측정부는 적층하고자 하는 대상물의 크기를 측정한다.
상기 최소 직경 계산부는 상기 대상물의 가공에 필요한 레이저 빔(110)의 최소 직경을 계산하며, 상기 최소 직경 계산부에는 상술한 수학식 1이 기저장되어 있어, 상기 수학식 1을 기준으로 대상물의 가공에 필요한 레이저 빔(110)의 최소 직경을 계산한다.
상기 동기화부는 상기 레이저 빔과 상기 스캔 미러를 동기화 시킨다.
상기 가공경로 설정부는 리사쥬 패턴을 이용하여 상기 레이저 빔(110)의 가공경로를 설정하며, 구체적으로 상기 가공경로 설정부는 교점 시간간격 계산부와 벡터 값 배열부를 포함한다.
상기 교점 시간간격 계산부는 상기 가공경로의 교점 간의 시간 간격을 계산하며, 상기 교점 시간간격 계산부에는 상술한 수학식 2가 기저장되어 있어, 상기 수학식 2를 기준으로 상기 가공경로의 교점 간의 시간 간격을 계산한다.
상기 벡터 값 배열부는 상기 교점에 해당하는 시간 데이터에 따라 벡터 값을 배열하며, 상기 벡터 값은 상기 레이저 빔(110)이 조사되는 경우의 기호와 상기 레이저 빔(110)이 조사되지 않는 경우의 기호로 표시된다.
예를 들어, 예를 들어 상기 벡터 값은 상기 레이저 빔(110)이 작동되는 경우에는 1로 표시되며, 상기 레이저 빔(110)이 작동되지 않는 경우에는 0으로 표시된다.
또한, 상기 벡터 값 배열부는 상기 벡터 값 배열 중 상기 레이저 빔(110)이 조사되지 않는 경우의 기호 앞에 위치한 상기 레이저 빔(110)이 조사되는 경우의 기호를 상기 레이저 빔(110)이 조사되지 않는 경우의 기호로 변경할 수 있다.
예를 들어, 상기 벡터 값 배열 중 벡터 값 0 앞에 위치한 벡터 값 1을 0으로 변경한다. 이는 레이저 빔(110)이 0n 상태에서 Off 상태로 전환될 때, 벡터 값이 0인 경우에 레이저 빔(110)이 조사되어 대상물이 적층되는 것을 방지하기 위함으로, 높은 해상도를 가지는 대상물을 제작할 수 있게 된다.
상기 적층재료 경화부는 상기 가공경로 설정부에서 설정된 상기 레이저 빔(110)의 가공경로를 기준으로 상기 레이저부(100)를 구동시키며, 상기 벡터 값에 따라 토글되어 상기 레이저 빔(110)을 온오프 구동하여 레이저부(100)를 구동함으로써 상기 대상물을 제작할 수 있다.
이 외, 본 발명에 따른 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린터의 상세한 설명은 상술한 본 발명에 따른 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린팅 방법과 동일하므로, 이에 대한 상세 설명은 생략한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정한 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.
100: 레이저부
110: 레이저 빔
200: 스캔 미러
300: 스테이지
400: 제어부

Claims (13)

  1. 적층하고자 하는 대상물의 크기를 측정하는 대상물 크기 측정단계;
    적층재료 경화에 필요한 레이저 빔의 최소 직경을 계산하는 최소 직경 계산단계;
    상기 레이저 빔과 스캔 미러를 동기화하는 동기화 단계;
    2개의 레이저 빔 축이 고속으로 동시에 작동되도록 하며, 상기 2개의 레이저 빔 축 모두 공진 주파수를 사용할 수 있도록 하는 리사쥬 패턴을 이용하여 상기 레이저 빔의 가공경로를 설정하는 리사쥬 패턴 가공경로 설정단계; 및
    상기 가공경로를 기준으로 상기 레이저 빔이 상기 적층재료를 경화시키는 적층재료 경화단계;를 포함하며,
    상기 리사쥬 패턴 가공경로 설정단계는,
    상기 가공경로 중 상기 리사쥬 패턴에 의하여 형성되는 교점 간의 시간간격을 계산하는 교점 시간간격 계산단계; 및
    상기 교점에 해당하는 시간 데이터에 따라 레이저 조사 벡터 값을 배열하는 벡터 값 배열단계;를 포함하며,
    상기 벡터 값 배열단계에서 상기 교점마다 상기 레이저 빔의 구동여부를 결정함으로써 상기 대상물이 형성되도록 상기 적층재료의 경화를 수행할 수 있게 하고,
    상기 적층재료 경화단계에서 상기 레이저 빔의 온오프 구동은 상기 벡터 값에 따라 토글되며,
    상기 적층재료 경화단계에서는 상기 가공경로 중 상기 대상물의 형성되는 지점의 상기 교점에서 상기 레이저 빔이 조사되는 것을 특징으로 하는 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린팅 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적층재료 경화단계에서 상기 가공경로의 중심부에서의 레이저 빔 파워는 가장자리에서의 레이저 빔 파워보다 강한 것을 특징으로 하는 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린팅 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 벡터 값 배열단계에서 상기 레이저 빔이 조사되는 마지막 교점은 레이저 빔이 조사되지 않도록 변경하는 것을 특징으로 하는 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린팅 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 최소 직경 계산단계에서는 리사쥬 패턴의 매개변수를 이용한 하기 수학식 1을 통해 상기 레이저 빔의 최소 직경인 R을 계산하는 것을 특징으로 하는 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린팅 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112018082840645-pat00008

    (여기서 X, Y는 각각 x축과 y축의 진폭을 의미하며 fx, fy는 각각 x축과 y축의 주파수를 의미하고, Cx는 0,1,2 내지 2fy를 의미하고, P는 X 또는 Y를 의미함)
  7. 제1항에 있어서,
    상기 교점 시간간격 계산단계에서는 하기 수학식 2를 통해 상기 시간 데이터에 해당하는 △를 계산하는 것을 특징으로 하는 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린팅 방법.
    [수학식 2]
    Figure 112019094312812-pat00009
  8. 적층재료가 적층되어 대상물이 형성되는 스테이지;
    상기 적층재료를 경화시키는 레이저 빔을 조사하는 레이저부;
    상기 스테이지와 상기 레이저부 사이에 배치되는 스캔 미러; 및
    상기 레이저부 및 상기 스캔 미러의 구동을 제어하는 제어부;를 포함하되,
    상기 제어부는,
    적층하고자 하는 대상물의 크기를 측정하는 대상물 크기 측정부;
    적층재료 경화에 필요한 레이저 빔의 최소 직경을 계산하는 최소 직경 계산부;
    상기 레이저 빔과 상기 스캔 미러를 동기화하는 동기화부;
    2개의 레이저 빔 축이 고속으로 동시에 작동되도록 하며, 2개의 상기 레이저 빔 축 모두 공진 주파수를 사용할 수 있도록 하는 리사쥬 패턴을 이용하여 상기 레이저 빔의 가공경로를 설정하는 리사쥬 패턴 가공경로 설정부; 및
    상기 가공경로를 기준으로 상기 레이저 빔이 상기 적층재료를 경화시키는 적층재료 경화부;를 포함하고,
    상기 리사쥬 패턴 가공경로 설정부는,
    상기 가공경로 중 상기 리사쥬 패턴에 의하여 형성되는 교점 간의 시간 간격을 계산하는 교점 시간간격 계산부; 및
    상기 교점에 해당하는 시간 데이터에 따라 레이저 조사 벡터 값을 배열하는 벡터 값 배열부;를 포함하며,
    상기 벡터 값은 상기 교점마다 상기 레이저 빔의 구동여부를 결정함으로써 상기 대상물이 형성되도록 상기 적층재료의 경화를 수행할 수 있게 하고,
    상기 적층재료 경화부는 상기 벡터 값에 따라 토글되며,
    상기 적층재료 경화부에서는 상기 가공경로에서 상기 대상물의 형성되는 지점의 상기 교점에서 상기 레이저 빔이 조사되는 것을 특징으로 하는 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린터.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 적층재료 경화부에서 상기 가공경로의 중심부에서의 레이저 빔의 파워는 가장자리에서의 파워보다 강한 것을 특징으로 하는 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린터.
  11. 삭제
  12. 제8항에 있어서,
    상기 벡터 값 배열부는 상기 레이저 빔이 조사되는 마지막 교점은 레이저 빔이 조사되지 않도록 변경하는 것을 특징으로 하는 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린터.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 스캔 미러는 멤스(MEMS: Micro-Electro Mechanical Systems) 스캔 미러로 구성되는 것을 특징으로 하는 리사쥬 패턴을 이용한 3D 프린터.
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