KR102238862B1 - 삼차원 형상 조형물의 제조 방법 - Google Patents

삼차원 형상 조형물의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

언더컷부를 가지고 이루어지는 삼차원 형상 조형물을 보다 효율적으로 제조 가능한 방법을 제공하기 위해, 본 발명의 일 실시형태에서는, (i) 분말층의 소정 개소에 광 비임을 조사하여 소정 개소의 분말을 소결 또는 용융 고화시켜 고화층을 형성하는 공정, 및 (ii) 얻어진 고화층 위에 새로운 분말층을 형성하고, 새로운 분말층의 소정 개소에 광 비임을 조사하여 새로운 고화층을 형성하는 공정에 의해 분말층 형성 및 고화층 형성을 교대로 반복 실행하는 삼차원 형상 조형물의 제조 방법이 제공된다. 특히, 본 발명의 제조 방법에서는, 삼차원 형상 조형물의 제조에 앞서서, 언더컷부를 미리 특정하기 위한 모델화 처리를 실행한다.

Description

삼차원 형상 조형물의 제조 방법
본 발명은 삼차원 형상 조형물의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 분말층으로의 광 비임 조사에 의해 고화층을 형성하는 삼차원 형상 조형물의 제조 방법에 관한 것이다.
광 비임을 분말 재료에 조사하는 것을 통하여 삼차원 형상 조형물을 제조하는 방법[일반적으로는 「분말 소결 적층법」이라 칭해짐]은 종래부터 알려져 있다. 이러한 방법은, 이하의 공정 (i) 및 (ii)에 근거하여 분말층 형성과 고체층 형성을 교대로 반복 실시하여 삼차원 형상 조형물을 제조한다.
(i) 분말층의 소정 개소에 광 비임을 조사하고, 이러한 소정 개소의 분말을 소결 또는 용융 고화시켜 고화층을 형성하는 공정.
(ii) 얻어진 고화층 위에 새로운 분말층을 형성하고, 마찬가지로 광 비임을 조사하여 새로운 고화층을 형성하는 공정.
이러한 제조 기술에 따르면, 복잡한 삼차원 형상 조형물을 단시간에 제조하는 것이 가능해진다. 분말 재료로서 무기질의 금속 분말을 이용하는 경우, 얻어지는 삼차원 형상 조형물을 금형으로서 사용할 수 있다. 한편, 분말 재료로서 유기질의 수지 분말을 이용하는 경우, 얻어지는 삼차원 형상 조형물을 각종 모델로서 사용할 수 있다.
분말 재료로서 금속 분말을 이용하고, 그에 의해 얻어지는 삼차원 형상 조형물을 금형으로서 사용하는 경우를 예로 든다. 도 9에 도시하는 바와 같이, 우선, 스퀴징·블레이드(23)를 움직여 조형 플레이트(21) 상에 소정 두께의 분말층(22)을 형성한다[도 9의 (a) 참조]. 이어서, 분말층(22)의 소정 개소에 광 비임(L)을 조사하여 분말층(22)으로부터 고화층(24)을 형성한다[도 9의 (b) 참조]. 이어서, 얻어진 고화층(24) 위에 새로운 분말층(22)을 형성하고 재차 광 비임을 조사하여 새로운 고화층(24)을 형성한다. 이와 같이 하여 분말층 형성과 고화층 형성을 교대로 반복 실시하면 고화층(24)이 적층되게 되고[도 9의 (c) 참조], 최종적으로는 적층화된 고화층(24)으로 이루어지는 삼차원 형상 조형물을 얻을 수 있다. 최하층으로서 형성되는 고화층(24)은 조형 플레이트(21)와 결합한 상태가 되므로, 삼차원 형상 조형물과 조형 플레이트(21)는 일체화물을 이루게 되고, 그 일체화물을 금형으로서 사용할 수 있다.
일본 특허 공표 평1-502890호 공보
본원 발명자들은, 이른바 "언더컷부"를 갖는 삼차원 형상 조형물을 제조하는 경우, 이하의 문제가 생길 수 있는 것을 발견했다. 구체적으로는, 언더컷부(10)를 형성하는 경우[도 7의 (a) 참조], 그것을 형성하지 않는 경우[도 7의 (b) 참조]와 비교하여 큰 융기부(18)가 생길 수 있는 것을 발견했다. 특히, 본원 발명자들은, 언더컷부(10)에 있어서의 경사 형태가 보다 수직이 아니게 될수록, 언더컷부(10)의 주연에서 융기부(18)가 보다 크게 생기는 경향이 있는 것을 발견했다[도 7의 (a) 내지 (c) 참조].
특히 큰 융기부(18)가 생기는 경우, 다음의 분말층의 형성을 위해 이용하는 스퀴징·블레이드(23)[도 8의 (a) 참조]가 융기부(18)에 부딪치게 되어 버리고[도 8의 (b) 참조], 그에 의해 언더컷부(10)의 형성 영역에 있어서의 고화층(24)의 일부가 융기부(18)에 동반하여 비틀려 떼어져 버릴 우려가 있을 수 있다[도 8의 (c) 참조]. 그 때문에, 고화층(24) 상에 소망의 분말층을 형성할 수 없게 될 수 있다.
이상의 사실로, 언더컷부(10)를 갖는 삼차원 형상 조형물을 제조하는 경우, 언더컷부(10)의 형성 영역에 있어서의 융기부(18)를 제거하는 절삭 가공이 필요하다. 융기부(18)의 발생을 확인하고, 해당 융기부(18)가 발생한 부분에 절삭 가공을 순차 실시하는 것을 생각할 수 있지만, 그러한 순차의 절삭 가공에서는 효율적인 삼차원 형상 조형물의 제조가 저해될 우려가 있다. 구체적으로는, 순차의 절삭 가공은 융기부(18)의 발생 개소를 총괄적으로 파악하고 있다고는 말할 수 없다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것이다. 즉, 본 발명의 목적은 언더컷부를 가지고 이루어지는 삼차원 형상 조형물을 보다 효율적으로 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시형태에서는,
(i) 분말층의 소정 개소에 광 비임을 조사하여 해당 소정 개소의 분말을 소결 또는 용융 고화시켜 고화층을 형성하는 공정, 및
(ii) 얻어진 고화층 위에 새로운 분말층을 형성하고, 해당 새로운 분말층의 소정 개소에 광 비임을 조사하여 새로운 고화층을 형성하는 공정
에 의해 분말층 형성 및 고화층 형성을 교대로 반복 실행하는 것에 의해, 언더컷부를 가지고 이루어지는 삼차원 형상 조형물을 제조하기 위한 방법으로서,
이러한 방법의 실시에 앞서, 언더컷부를 미리 특정하기 위한 모델화 처리를 실행하는, 삼차원 형상 조형물의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 제조 방법에서는, 언더컷부를 가지고 이루어지는 삼차원 형상 조형물을 보다 효율적으로 제조할 수 있다.
도 1은 언더컷부의 개략도[도 1의 (a): 개략 사시도, 도 1의 (b): 확대 개략 단면도],
도 2는 언더컷부를 특정하는 모델화 처리를 모식적으로 나타낸 사시도[도 2의 (a): 삼차원 형상 조형물의 모델 형태, 도 2의 (b): 피스 분할된 삼차원 형상 조형물의 모델 형태, 도 2의 (c): 추출된 언더컷부의 표면],
도 3은 절삭 가공 패스를 결정하는 처리를 모식적으로 도시한 도면[도 3의 (a): 언더컷부를 포함하는 삼차원 형상 조형물 모델, 도 3의 (b): 언더컷부를 포함하는 삼차원 형상 조형물 모델로부터 취출한 복수의 슬라이스면, 도 3의 (c): 언더컷부의 형성 영역에 있어서의 고화층의 윤곽의 절삭 가공 패스의 결정],
도 4는 언더컷부의 형성 영역의 고화층 상면을 절삭 가공에 부치는 태양을 모식적으로 도시한 사시도[도 4의 (a): 절삭 가공 전, 도 4의 (b): 절삭 가공 후],
도 5는 융기부가 생긴 언더컷부를 모식적으로 도시한 단면도,
도 6은 내부 공간 영역을 갖는 삼차원 형상 조형물을 모식적으로 도시한 단면도,
도 7은 융기부의 여러 가지의 발생 형태를 모식적으로 도시한 단면도[도 7의 (a): 급준 각도(θ)가 상대적으로 큰 언더컷부, 도 7의 (b): 수직인 경사 형태를 갖는 고화층 주연부, 도 7의 (c): 급준 각도(θ)가 상대적으로 작은 언더컷부],
도 8은 융기부가 생긴 상태에서 스퀴징·블레이드를 이용하여 다음의 분말층을 형성하는 태양을 모식적으로 도시한 단면도[도 8의 (a): 융기부 접촉 전, 도 8의 (b): 융기부 접촉시, 도 8의 (c): 융기부 접촉 후],
도 9는 분말 소결 적층법이 실시되는 광 조형 복합 가공의 프로세스 태양을 모식적으로 도시한 단면도[도 9의 (a): 분말층 형성시, 도 9의 (b): 고화층 형성 시, 도 9의 (c): 적층 도중],
도 10은 광 조형 복합 가공기의 구성을 모식적으로 도시한 사시도,
도 11은 광 조형 복합 가공기의 일반적인 동작을 나타내는 흐름도.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 도면에 있어서의 각종 요소의 형태 및 치수는 어디까지나 예시에 지나지 않으며, 실제의 형태 및 치수를 반영하는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서 「분말층」이란, 예컨대 「금속 분말로 이루어지는 금속 분말층」 또는 「수지 분말로 이루어지는 수지 분말층」을 의미하고 있다. 또한 「분말층의 소정 개소」란, 제조되는 삼차원 형상 조형물의 영역을 실질적으로 가리키고 있다. 따라서, 이러한 소정 개소에 존재하는 분말에 대해 광 비임을 조사하는 것에 의해, 그 분말이 소결 또는 용융 고화하여 삼차원 형상 조형물을 구성하게 된다. 또한 「고화층」이란, 분말층이 금속 분말층인 경우에는 「소결층」을 의미하며, 분말층이 수지 분말층인 경우에는 「경화층」을 의미하고 있다.
또한, 본 명세서에서 직접적 또는 간접적으로 설명되는 "상하"의 방향은, 예컨대 조형 플레이트와 삼차원 형상 조형물과의 위치 관계에 기초하는 방향으로서, 조형 플레이트를 기준으로 하여 삼차원 형상 조형물이 제조되는 측을 「상방향」이라 하고, 그 반대측을 「하방향」이라 한다.
[분말 소결 적층법]
우선, 본 발명의 제조 방법의 전제가 되는 분말 소결 적층법에 대해 설명한다. 특히 분말 소결 적층법에 있어서 삼차원 형상 조형물의 절삭 처리를 부가적으로 실행하는 광 조형 복합 가공을 예로 하여 든다. 도 9는 광 조형 복합 가공의 프로세스 태양을 모식적으로 도시하고 있으며, 도 10 및 도 11은 분말 소결 적층법과 절삭 처리를 실시할 수 있는 광 조형 복합 가공기의 주요 구성 및 동작의 흐름도를 각각 나타내고 있다.
광 조형 복합 가공기(1)는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 분말층 형성 수단(2), 광 비임 조사 수단(3) 및 절삭 수단(4)을 구비하고 있다.
분말층 형성 수단(2)은 금속 분말 또는 수지 분말 등의 분말을 소정 두께로 까는 것에 의해 분말층을 형성하기 위한 수단이다. 광 비임 조사 수단(3)은 분말층의 소정 개소에 광 비임(L)을 조사하기 위한 수단이다. 절삭 수단(4)은 적층화된 고화층의 측면, 즉, 삼차원 형상 조형물의 표면을 절삭하기 위한 수단이다.
분말층 형성 수단(2)은, 도 9에 도시하는 바와 같이, 분말 테이블(25), 스퀴징·블레이드(23), 조형 테이블(20) 및 조형 플레이트(21)를 주로 가지고 이루어진다. 분말 테이블(25)은, 외주가 벽(26)으로 둘러싸인 분말 재료 탱크(28) 내에서 상하로 승강할 수 있는 테이블이다. 스퀴징·블레이드(23)는 분말 테이블(25) 상의 분말(19)을 조형 테이블(20) 상으로 제공하여 분말층(22)을 얻기 위해 수평 방향으로 이동할 수 있는 블레이드이다. 조형 테이블(20)은, 외주가 벽(27)으로 둘러싸인 조형 탱크(29) 내에서 상하로 승강할 수 있는 테이블이다. 그리고, 조형 플레이트(21)는 조형 테이블(20) 상에 배치되며, 삼차원 형상 조형물의 토대가 되는 플레이트이다.
광 비임 조사 수단(3)은, 도 10에 도시하는 바와 같이, 광 비임 발진기(30) 및 갈바노 미러(31)를 주로 가지고 이루어진다. 광 비임 발진기(30)는 광 비임(L)을 발하는 기기이다. 갈바노 미러(31)는 발광된 광 비임(L)을 분말층(22)에 스캐닝하는 수단, 즉, 광 비임(L)의 주사 수단이다.
절삭 수단(4)은, 도 10에 도시하는 바와 같이, 엔드 밀(40) 및 구동 기구(41)를 주로 가지고 이루어진다. 엔드 밀(40)은 적층화된 고화층의 측면, 즉, 삼차원 형상 조형물의 표면을 절삭하기 위한 절삭 공구이다. 구동 기구(41)는 엔드 밀(40)을 소망의 절삭해야 할 개소로 이동시키는 수단이다.
광 조형 복합 가공기(1)의 동작에 대해 상술한다. 광 조형 복합 가공기(1)의 동작은, 도 11의 흐름도에 나타내는 바와 같이, 분말층 형성 단계(S1), 고화층 형성 단계(S2) 및 절삭 단계(S3)로 구성되어 있다. 분말층 형성 단계(S1)는 분말층(22)을 형성하기 위한 단계이다. 이러한 분말층 형성 단계(S1)에서는, 우선 조형 테이블(20)을 Δt 낮추어(S11), 조형 플레이트(21)의 상면과 조형 탱크(29)의 상단면과의 레벨 차이가 Δt가 되도록 한다. 이어서, 분말 테이블(25)을 Δt 높인 후, 도 9의 (a)에 도시하는 바와 같이 스퀴징·블레이드(23)를 분말 재료 탱크(28)로부터 조형 탱크(29)를 향하여 수평 방향으로 이동시킨다. 이에 의해, 분말 테이블(25)에 배치되어 있던 분말(19)을 조형 플레이트(21) 상으로 이송시킬 수 있으며(S12), 분말층(22)의 형성이 실행된다(S13). 분말층(22)을 형성하기 위한 분말 재료로서는, 예컨대 「평균 입경 5㎛~100㎛ 정도의 금속 분말」 및 「평균 입경 30㎛~100㎛ 정도의 나일론, 폴리프로필렌 또는 ABS 등의 수지 분말」을 예로 들 수 있다. 분말층(22)이 형성되면, 고화층 형성 단계(S2)로 이행한다. 고화층 형성 단계(S2)는 광 비임 조사에 의해 고화층(24)을 형성하는 단계이다. 이러한 고화층 형성 단계(S2)에서는, 광 비임 발진기(30)로부터 광 비임(L)을 발하고(S21), 갈바노 미러(31)에 의해 분말층(22) 상의 소정 개소로 광 비임(L)을 스캐닝한다(S22). 이에 의해, 분말층(22)의 소정 개소의 분말을 소결 또는 용융 고화시켜, 도 9의 (b)에 도시하는 바와 같이 고화층(24)을 형성한다(S23). 광 비임(L)으로서는, 탄산가스 레이저, Nd:YAG 레이저, 파이버 레이저 또는 자외선 등을 이용해도 좋다.
분말층 형성 단계(S1) 및 고화층 형성 단계(S2)는 교대로 반복하여 실시한다. 이에 의해, 도 9의 (c)에 도시하는 바와 같이 복수의 고화층(24)이 적층화된다.
적층화된 고화층(24)이 소정 두께에 도달하면(S24), 절삭 단계(S3)로 이행한다. 절삭 단계(S3)는 적층화된 고화층(24)의 측면, 즉, 삼차원 형상 조형물의 표면을 절삭하기 위한 단계이다. 엔드 밀(40)[도 9의 (c) 및 도 10 참조]을 구동시키는 것에 의해 절삭 단계가 개시된다(S31). 예컨대, 엔드 밀(40)이 3㎜의 유효 칼날 길이를 갖는 경우, 삼차원 형상 조형물의 높이 방향을 따라서 3㎜의 절삭 처리를 실행할 수 있으므로, Δt가 0.05㎜이면 60층 분의 고화층(24)이 적층된 시점에 엔드 밀(40)을 구동시킨다. 구체적으로는 구동 기구(41)에 의해 엔드 밀(40)을 이동시키면서, 적층화된 고화층(24)의 측면에 대해 절삭 처리를 실시하게 된다(S32). 이와 같은 절삭 단계(S3)의 최종에는, 소망의 삼차원 형상 조형물이 얻어지고 있는지의 여부를 판단한다(S33). 소망의 삼차원 형상 조형물이 여전히 얻어지지 않는 경우에는, 분말층 형성 단계(S1)로 되돌아온다. 이후, 분말층 형성 단계(S1) 내지 절삭 단계(S3)를 반복 실시하여 새로운 고화층의 적층화 및 절삭 처리를 실시하는 것에 의해, 최종적으로 소망의 삼차원 형상 조형물이 얻어진다.
[본 발명의 제조 방법]
본 발명은, 상술한 분말 소결 적층법에 있어서, 삼차원 형상 조형물의 제조에 앞서서 실행하는 전처리에 특징을 가지고 있다.
구체적으로는, 삼차원 형상 조형물의 제조에 앞서서, 언더컷부를 미리 특정하기 위한 모델화 처리를 실행한다. 언더컷부는 삼차원 형상 조형물에서 "급준"인 형태를 갖는 개소인 곳, 이러한 개소를 미리 특정하기 위한 처리를 실행한다.
도 1의 (a) 및 도 1의 (b)에는 언더컷부(10)가 도시되어 있다. 본 명세서에 있어서의 「언더컷부」는, 광의로는 도 1의 (a)에 도시하는 바와 같이 급준 각도(13)를 갖는 부분을 의미하고 있다. 「급준 각도(θ)」는, 도 1의 (a)에 도시하는 바와 같이 삼차원 조형물의 하측 경사면(15)이 수평면(14)에 대해 이루는 각도(90도 미만)를 가리키고 있다. 도시하는 태양으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 명세서에서는, 급준 각도(θ)가 큰 값일수록, 언더컷부(10)가 보다 수직인 경사 형태를 갖게 된다.
언더컷부(10)는 삼차원 형상 조형물의 일부분이므로, 적층된 고화층으로 구성되어 있다[도 1의 (b) 참조]. 따라서, 협의로 말하면, 「언더컷부」는, 도 1의 (b)에 도시하는 바와 같이, 한쪽의 고화층(16)으로부터 다른쪽의 고화층(17)이 외측으로 돌출되는 형태를 가지고 있다. 보다 구체적으로는, 언더컷부(10)에서는, 한쪽의 고화층(16)의 단부면(16a)과 다른쪽의 고화층(17)의 단부면(17a)을 연결하는 선분과 해당 한쪽의 고화층(16)의 수평면(16b)과의 사이에 형성되는 각도(θ)(급준 각도)가 90도 미만으로 되어 있다. 여기서, 한쪽의 고화층(16)으로부터의 다른쪽의 고화층(17)의 돌출 치수, 즉, 오버행 치수(OH 치수)는, 각 고화층의 높이 치수가 Δt인 경우, 다음 식으로 나타낼 수 있다. 또한, 여기에서 말하는 한쪽의 고화층(16) 및 다른쪽의 고화층(17)은 반드시 서로 인접하는 위치 관계를 갖는 것에 한정되지 않으며, 그들이 서로 이격된 위치 관계를 갖는 것이어도 좋다.
[식 1]
돌출 치수(OH 치수)=Δt/tanθ
본 발명에 있어서의 모델화 처리는 삼차원 형상 조형물의 설계 데이터(예컨대, 이른바 CAD 데이터)에 근거하여 컴퓨터 상에서 실행할 수 있다. 삼차원 형상 조형물의 CAD 데이터를 이용하는 경우, 이러한 CAD 상에서 언더컷부를 특정하는 처리가 실행되게 된다. 구체적으로는, 본 발명에 있어서의 모델화 처리에서는, 제조되는 삼차원 형상 조형물의 설계 데이터에 근거하여 삼차원 형상 조형물의 표면 영역에서 어느 영역이 언더컷부의 표면 영역에 상당하는지를 추출한다. 본 발명에서는, 상대적으로 큰 융기부가 생길 수 있는 언더컷부의 형성 영역이 미리 특정되어 있다. 그 때문에, 상대적으로 큰 융기부가 생길 수 있는 언더컷부의 소정 개소에 대한 절삭 가공, 구체적으로는 언더컷부의 형성 영역에 있어서의 후술의 고화층의 윤곽 상면에 대한 절삭 가공 시에 보다 적절한 절삭 가공 패스를 미리 결정하는 것이 가능해진다. 따라서, 융기부 발생 개소를 확인/특정하고 해당 개소에 절삭 가공을 순차 실시하는 경우와 비교하여, 융기부 발생 개소의 확인/특정과 해당 개소에 대한 순차의 절삭이 필요없는 것에 기인하여 전체적으로 절삭 가공에 필요로 하는 시간이 줄어든다. 즉, 삼차원 형상 조형물의 제조 시간이 전체적으로 짧아져, 보다 효율적인 제조가 실현될 수 있다.
어느 바람직한 태양에서는, 모델화 처리에 있어서, 삼차원 형상 조형물 모델의 표면을 복수의 피스로 분할하고, 그 분할된 복수의 피스의 각각의 법선 벡터의 방향에 근거하여, 언더컷부의 표면을 삼차원 형상 조형물 모델의 표면으로부터 추출한다. 즉, 삼차원 형상 조형물의 설계 데이터로부터 얻어지는 표면 영역의 법선 벡터에 근거하여 언더컷부의 표면을 추출한다. 여기에서 말하는 「추출」이란, 컴퓨터 처리로서, 삼차원 형상 조형물 모델의 표면 전체로부터 언더컷부에 상당하는 부분의 표면 영역을 "취출하는" 또는 "발출하는" 것을 실질적으로 의미하고 있다. 또한, 본 명세서에서 말하는 「삼차원 형상 조형물 모델(삼차원 형상 조형물의 모델)」이란, 제조되는 삼차원 형상 조형물의 컴퓨터 상에서의 모델 형태를 실질적으로 가리킨다.
바람직하게는, 이러한 추출시에, 법선 벡터의 방향이 수평보다 하향인 피스를 언더컷부의 표면으로 간주한다. 즉, 복수의 법선 벡터 중에서도 소정의 방향의 법선 벡터를 갖는 피스만을 선택한다. 여기서 말하는 「수평」이란, 고화층의 적층 방향에 대해 수직인 방향을 실질적으로 가리킨다. 보다 구체적인 예로 말하면, 고화층의 폭방향에 있어서의 방향이 "수평"인 방향에 상당한다.
어느 바람직한 태양에서는, 삼차원 형상 조형물 모델로부터 복수의 슬라이스면을 취출하고, 취출한 각 슬라이스면의 윤곽 중 언더컷부에 상당하는 부분의 윤곽을 특정하고, 특정한 윤곽으로부터 복수의 포인트를 선택하고, 선택한 각 포인트의 좌표 정보를 얻는다. 즉, 컴퓨터 처리로 삼차원 형상 조형물 모델 중 언더컷부에 상당하는 부분의 윤곽의 임의의 포인트의 좌표 정보를 얻는다.
어느 바람직한 태양에서는, 삼차원 형상 조형물의 제조 방법의 실시시에 있어서, 언더컷부에 있어서의 고화층의 윤곽 상면을 절삭 가공에 부친다. 즉, 삼차원 형상 조형물의 제조시에 상대적으로 큰 융기부가 생길 수 있는 언더컷부에 있어서의 고화층의 윤곽 상면만을 절삭 가공에 부친다. 이러한 절삭 가공에 의해, 다음의 분말층을 형성하기 위해 이용하는 스퀴징·블레이드가 융기부에 부딪치는 것을 회피할 수 있다. 그 때문에, 언더컷부에 있어서의 고화층의 일부가 융기부에 동반하여 비틀려 떼어져 버리는 것을 회피할 수 있다. 그 결과, 고화층 상에 소망의 새로운 분말층을 바람직하게 형성할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 말하는 「융기부」란, 광 비임을 이용하여 분말층으로부터 고화층을 형성할 때에 고화층의 윤곽에 생기는 돌기물(단부 융기물에 상당)을 가리키고 있으며, 특별히 말하면 언더컷부에 상당하는 개소에 있어서의 고화층의 윤곽에 생기는 돌기물(단부 융기물에 상당)을 가리킨다. 특정의 이론에 구속되는 것은 아니지만, 분말층에 광 비임이 조사될 때, 주변의 분말 영역에도 광 비임이 조사되게 되어, 용융 현상에 의해 융기를 유발하는 표면 장력이 발생하므로 고화층의 윤곽에 융기부가 생기기 쉽다고 생각할 수 있다.
어느 바람직한 태양에서는, 언더컷부에 상당하는 부분의 윤곽으로부터 선택한 복수의 포인트의 좌표 정보에 근거하여 절삭 가공 패스를 형성하고, 해당 절삭 가공 패스에 따라서, 언더컷부에 있어서의 고화층의 윤곽 상면을 절삭 가공에 부친다. 즉, 삼차원 형상 조형물의 제조시에 상대적으로 큰 융기부가 생길 수 있는 언더컷부에 있어서의 고화층의 윤곽 상면을, 미리 결정한 절삭 가공 패스에 따라서 절삭 가공에 부친다. 절삭 가공 패스가 미리 결정되어 있기 때문에, 삼차원 형상 조형물의 제조시에 상대적으로 큰 융기부가 생길 수 있는 언더컷부에 있어서의 고화층의 윤곽 상면을 보다 효율적으로 절삭 가공에 부칠 수 있다. 그 때문에, 상대적으로 큰 융기부가 생길 수 있는 언더컷부에 있어서의 고화층의 윤곽 상면의 절삭 가공 시간을 짧게 할 수 있는 동시에, 다음의 분말층을 형성하기 위해 이용하는 스퀴징·블레이드가 융기부에 부딪치는 것을 회피할 수 있다.
어느 바람직한 태양에서는, 언더컷부에 있어서의 급준 각도에 따라서, 언더컷부에 있어서의 고화층의 윤곽 상면의 절삭 가공의 요부를 판단한다. 언더컷부(10)에서는 급준 각도(θ)가 큰 값일수록, 언더컷부(10)가 보다 수직인 경사 형태를 갖는 한편, 급준 각도(θ)가 작은 값일수록, 언더컷부(10)가 보다 수직이 아닌 경사 형태를 갖는다(도 7 참조). 이 점, 언더컷부(10)에서는, 그 경사면이 보다 수직이 아니게 될수록 융기부(18)가 보다 크게 생기는 경향이 있는바, 그러한 융기부(18)의 크기를 급준 각도(θ)로부터 간접적으로 파악하고, 그에 의해, 언더컷부에 있어서의 고화층의 윤곽 상면의 절삭 가공의 요부를 판단한다. 예컨대, 언더컷부(10)에 있어서의 급준 각도(θ)가 비교적 작고[즉, 언더컷부(10)가 보다 수직이 아닌 경사 형태를 갖고], 분말층 형성시의 스퀴징·블레이드(23)의 이동이 융기부(18)에 의해 저해될 수 있다고 판단되는 경우만 언더컷부(10)에 있어서의 고화층의 윤곽 상면의 절삭 가공을 실시해도 좋다. 반대로 말하면, 언더컷부(10)에 있어서의 급준 각도(θ)가 비교적 크고[즉, 언더컷부(10)가 보다 수직인 경사 형태를 갖고], 분말층 형성시의 스퀴징·블레이드(23)의 이동이 융기부(18)에 의해 저해되지 않는다고 판단되는 경우, 언더컷부(10)에 있어서의 고화층의 윤곽 상면의 절삭 가공을 실시하지 않아도 좋다.
<본 발명의 기술적 사상>
본 발명의 기술적 사상에 대해 설명해 둔다. 본 발명은 「고화층 형성시에 큰 융기부가 생긴다고 생각할 수 있는 개소를 미리 특정하여, 보다 바람직한 절삭 가공 패스를 미리 구축해 두는 것」과 같은 기술적 사상에 근거하고 있다.
본원 발명자들은, 언더컷부(10)에서는 비교적 큰 융기부(18)가 생기기 쉬운 것과 같은 현상을 발견하고 있으며, 본 발명은 이러한 현상을 감안하고 있다. 추가로 덧붙이면, 언더컷부(10)에서는 급준의 정도가 변하면, 그곳에 생기는 융기부(18)의 사이즈가 변하는 경향이 있는 것도 본원 발명자는 발견하고 있으며, 그러한 경향을 갖는 언더컷부(10)에 대해 보다 바람직하게 대처하는 경우도 감안하고 있다.
본 발명의 기술적 사상에 근거하면, 사이즈가 보다 큰 융기부가 생길 수 있는 언더컷부의 형성 영역이 미리 특정되기 때문에, 삼차원 형상 조형물의 제조를 보다 효율적으로 실행할 수 있다.
구체적으로는, 해당 언더컷부의 형성 영역의 사전 특정에 의해, 상대적으로 큰 융기부가 생길 수 있는 언더컷부의 소정 개소(고화층의 윤곽 상면에 상당)에 대한 절삭 가공시에 보다 적절한 절삭 가공 패스를 미리 결정하는 것이 가능해진다. 따라서, 융기부의 발생(발생 개소)을 확인/특정하고 해당 개소에 절삭 가공을 순차 실시하는 경우와 비교하여, 융기부 발생 개소의 확인/특정과 해당 개소에 대한 순차의 절삭이 필요없는 것에 기인하여 전체적으로 절삭 가공에 필요로 하는 시간이 줄어든다. 단적으로 말하면, 융기부의 발생 개소를 확인/특정한 후에 있어서의 순차의 절삭 대응이 아닌, 상대적으로 큰 융기부가 생길 수 있는 언더컷부의 소정 개소에 대한 절삭 대응을 「사전」에 파악하고 있는 점에 이점을 갖는다. 이상의 사실로부터, 삼차원 형상 조형물의 제조 시간이 전체적으로 짧아져, 보다 효율적인 제조가 실현될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 삼차원 형상 조형물의 제조 방법에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 본 발명은 전처리로서 실행하는 컴퓨터 처리와, 그 후에 분말 소결 적층법으로서 실행하는 삼차원 형상 조형물의 제조로 크게 나눌 수 있다.
《전처리(컴퓨터 처리)》
우선, 삼차원 형상 조형물의 제조에 앞서서 컴퓨터를 이용하여 실행하는 전처리에 대해 설명한다. 이러한 전처리는, 바람직하게는 이하의 (1) 및 (2)가 실행된다.
(1) 언더컷부의 특정
우선, 삼차원 형상 조형물을 제조하기 전에 CAD 소프트웨어를 이용하여 모델화 처리를 실행한다. 구체적으로는, 예컨대 이른바 "STL 형식"의 CAD 소프트웨어를 이용하여 모델화 처리를 실행한다. 이러한 모델화 처리는 언더컷부를 미리 특정하기 위한 컴퓨터 처리에 상당한다.
모델화 처리시에는, 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)에 도시하는 바와 같이, 삼차원 형상 조형물 모델(100')의 표면을 복수의 피스(11')로 분할한다. 바람직하게는, 삼차원 형상 조형물 모델(100')의 표면 전체를 복수의 기하학 형상의 피스(11')로 분할한다. 도시하는 바와 같이, 삼차원 형상 조형물 모델(100')의 표면 전체를 예컨대 삼각형상의 피스(11')로 분할해도 좋다.
복수의 피스(11')로 분할한 후, 도 2의 (b)에 도시하는 바와 같이, 각 피스(11')의 면에 대해 수직인 벡터의 방향, 즉, 각 피스(11')의 법선 벡터(12')의 방향을 피스(11')마다 구한다. 구체적으로는, 각 피스(11')의 각각의 정점 좌표로부터 각 피스(11')의 중심 좌표(중심점)를 구하고, 이어서 해당 중심 좌표에 대해 수직인 벡터[법선 벡터(12')]의 방향을 구한다.
법선 벡터(12')의 방향을 피스(11')마다 구한 후, 도 2의 (b) 및 도 2의 (c)에 도시하는 바와 같이, 법선 벡터(12')의 방향이 수평보다 하향인 피스(11')만을 선출한다. 여기서, 본 발명에서는 법선 벡터(12')의 방향이 하향이 되는 피스(11')를 언더컷부(10')에 있어서의 표면으로 판단한다. 또한, 도시하고 있지 않지만, 법선 벡터(12')의 방향이 수평보다 "상향"인 피스(11')에 대해서는, 언더컷부(10') 이외의 표면인 것으로 간주하고, 선출하지 않는다.
이와 같이, 본 발명에서는, 복수의 피스(11')의 각각의 법선 벡터(12')의 방향을 지표로 하고 있으며, 그에 따라서, 삼차원 형상 조형물 모델(100')의 표면 전체로부터 언더컷부(10')의 표면을 추출하고 있다.
(2) 절삭 가공 패스의 결정
언더컷부(10')를 특정한 후, 이러한 언더컷부(10')의 소정 개소(고화층의 윤곽 상면에 상당)에 대한 절삭 가공 패스를 결정하는 컴퓨터 처리를 실행한다. 이러한 처리시에는, 필요에 따라서 예컨대 CAD/CAM 소프트웨어 등을 이용해도 좋다.
우선, 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이, 형성 개소를 특정한 언더컷부(10')를 포함하는 삼차원 형상 조형물 모델(100')로부터 복수의 슬라이스면(50')을 취출한다. 해당 슬라이스면(50')은, 예컨대 수평 방향을 따라서 고화층(24')의 적층 피치로 삼차원 형상 조형물 모델(100')을 슬라이스함으로써 얻어지는 면이다. 복수의 슬라이스면(50')을 취출한 후, 도 3의 (b) 및 도 3의 (c)에 도시하는 바와 같이, 각 슬라이스면(50')의 윤곽(60') 중 언더컷부(10')에 상당하는 윤곽(60')을 특정하는[도 3의 (b) 및 도 3의 (c) 내의 굵은 선에 상당]. 언더컷부(10')에 있어서의 윤곽(60')을 특정한 후, 해당 윤곽(60')으로부터 임의의 복수의 포인트(70')를 선택한다. 또한, 언더컷부(10')에 상당하는 윤곽(60')이, 슬라이스면(50')의 윤곽(60') 중 어느 개소에 위치하는지를 특정할 때에는, 상술의 모델화 처리에 의해 추출한 언더컷부(10')의 위치 정보를 활용해도 좋다. 선택할 복수의 포인트(70')로서는, 도 3의 (c)에 도시하는 바와 같이, 예컨대, 언더컷부(10')의 윤곽(60')의 일단에 위치하는 제 1 포인트(71'), 해당 윤곽(60')의 타단에 위치하는 제 2 포인트(72'), 및 제 1 포인트(71')와 제 2 포인트(72') 사이에 위치하는 제 3 포인트(73')이면 좋다.
임의의 복수의 포인트(70')를 선택한 후에는, 각 포인트(70')의 좌표 정보(xn, yn, zn)를 얻는다. 각 포인트(70')의 좌표 정보(xn, yn, zn)를 얻으면, 각 포인트(70')가 삼차원 형상 조형물 모델(100') 중 어느 개소에 위치하는지를 정밀도 양호하게 공간 파악할 수 있다. 예컨대, 상술의 제 1 포인트(71'), 제 2 포인트(72') 및 제 3 포인트(73')를 선택하는 경우를 예로 들면, 제 1 포인트(71'), 제 2 포인트(72') 및 제 3 포인트(73')의 좌표 정보를 각각 얻는다. 구체적으로는, 제 1 포인트(71')의 좌표가 (x1, y1, z1)인 것, 제 2 포인트(72')의 좌표가 (x2, y2, z2)인 것, 및 제 3 포인트(73')의 좌표가 (x3, y3, z3)인 것을 파악한다. 또한, 상술한 바와 같이 수평 방향을 따라서 삼차원 형상 조형물 모델(100')을 슬라이스하는 경우, 소정 개소에 위치하는 1매의 슬라이스면(50')의 제 1 포인트(71')의 z좌표(z1)와, 제 2 포인트(72')의 z좌표(z2)와, 제 3 포인트(73')의 z좌표(z3)는 동일해질 수 있다.
각 포인트의 좌표 정보를 얻은 후, 각 포인트를 각각 통과하는 절삭 가공 패스(80')를 결정한다. 바람직하게는, 후술의 삼차원 형상 조형물의 제조시에 언더컷부(10)의 형성 영역의 고화층(24)의 윤곽 상면(24a)에 대한 절삭 가공이 보다 효율적이 될 수 있는 절삭 가공 패스를 선택한다(도 4 참조). 구체적으로는, 절삭 공구의 이동 거리가 최단이 될 수 있는 절삭 가공 패스(80')를 결정한다. 이에 의해, 후술의 삼차원 형상 조형물의 제조시에 언더컷부(10)에 있어서의 고화층(24)의 윤곽 상면(24a)을 절삭 가공하기 위한 시간을 짧게 할 수 있다(도 4 참조). 예컨대, 상술한 바와 같이 언더컷부(10')의 윤곽(60')으로부터 제 1 내지 제 3 포인트를 선택하는 경우, 절삭 공구의 이동 거리가 최단인 패스로서, 예컨대 제 1 포인트(71')⇒제 3 포인트(73')⇒제 2 포인트(72')를 순서대로 절삭 공구가 통과할 수 있는 절삭 가공 패스를 선택한다. 이에 한정되는 일 없이, 예컨대 제 2 포인트(72')⇒제 3 포인트(73')⇒제 1 포인트(71')를 순서대로 절삭 공구가 통과할 수 있는 절삭 가공 패스를 선택해도 좋다.
나아가, 상술의 절삭 가공 패스(80')의 결정과 함께, 후술의 삼차원 형상 조형물의 제조시에 언더컷부(10)에 있어서의 고화층(24)의 윤곽 상면(24a)을 절삭 가공할 때의 절삭 공구의 조작 조건을 미리 결정해도 좋다(도 4 참조). 예컨대, 언더컷부(10')의 급준 각도(θ)[도 3의 (a) 참조]에 따라 생길 수 있는 융기부의 치수가 변하는 것을 고려하여, 예컨대 「엔드 밀을 3000회전/분의 속도로 시계 방향으로 회전시킴」이라는 조작 조건, 및 「엔드 밀을 일단으로부터 타단까지 500㎜/분의 속도로 동작시킴」이라는 조작 조건을 조합한 것을 미리 결정해도 좋다.
이상의 사실로부터도, 삼차원 형상 조형물의 제조에 앞서서, 제조시에 언더컷부(10)의 형성 영역에 있어서의 고화층(24)의 윤곽 상면(24a)에 절삭 가공을 부치기 위한 (1) 절삭 가공 패스 및 (2) 절삭 공구의 조작 조건에 관한 데이터베이스를 미리 구축해 둔다. 해당 데이터베이스를 미리 구축해 둠으로써, 나중의 삼차원 형상 조형물의 제조시에 언더컷부(10)의 형성 영역에 있어서의 고화층(24)의 윤곽 상면(24a)에 대한 절삭 가공을 바람직하게 제어할 수 있다(도 4 참조).
《분말 소결 적층법의 실시시》
다음에, 삼차원 형상 조형물의 제조시에 있어서의 실시형태에 대해 설명한다.
삼차원 형상 조형물의 제조시에는, 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이 그에 앞서서 결정한 절삭 가공 패스에 근거하여, 언더컷부(10)의 형성 영역에 있어서의 고화층(24)의 윤곽 상면(24a)을 절삭 가공에 부쳐도 좋다.
구체적으로는, 컴퓨터 처리로 미리 결정한 절삭 가공 패스(80')[도 3의 (c) 참조]를 형성하기 위한 각 포인트(70')의 좌표 정보에 근거하여, 실제의 절삭 가공시에 고화층(24)의 윤곽 상면(24a)에 대한 절삭 수단(4)의 절삭 가공 패스를 제어해도 좋다. 보다 구체적으로는, 절삭 수단(4)으로서, 수치 제어(NC: Numerical Control) 공작 기계 또는 그에 준하는 것(이하, NC 공작 기계 등이라 함)을 이용하여, 컴퓨터 처리로 얻은 각 포인트(70')의 좌표 정보로부터 프로그램 변환한 수치 정보를, 해당 NC 공작 기계 등에 대해 명령해도 좋다. 이에 의해, NC 공작 기계 등으로서 이용하는 절삭 수단(4)의 구성요소인 엔드 밀(40)의 절삭 가공 패스를 바람직하게 제어할 수 있다.
컴퓨터 처리로 「미리 결정한 절삭 가공 패스」로서, 절삭 공구, 즉 엔드 밀(40)의 이동 거리가 최단인 패스를 선택한 경우, 언더컷부(10)의 형성 영역에 있어서의 고화층(24)의 윤곽 상면(24a)의 절삭 가공에 필요로 하는 시간을 바람직하게 줄일 수 있다. 그 결과로서, 전체적으로 삼차원 형상 조형물의 제조 시간을 보다 단축할 수 있다.
또한, 삼차원 형상 조형물의 제조시에는, 그에 앞서서 결정한 절삭 수단의 조작 조건에 근거하여, 언더컷부(10)의 형성 영역에 있어서의 고화층(24)의 윤곽 상면(24a)을 절삭 가공에 부쳐도 좋다.
구체적으로는, 컴퓨터 처리로 미리 결정한 절삭 수단의 조작 조건에 근거하여, 실제의 절삭 가공시에 절삭 수단(4)의 동작을 제어해도 좋다. 보다 구체적으로는, 절삭 수단(4)으로서, 수치 제어(NC: Numerical Control) 공작 기계 또는 그에 준하는 것(이하, NC 공작 기계 등이라 함)을 이용하여, 컴퓨터 처리로 얻은 절삭 수단의 조작 조건으로부터 프로그램 변환한 수치 정보를, 해당 NC 공작 기계 등에 대해 명령해도 좋다. 예컨대, 상술의 컴퓨터 처리로 미리 결정한 절삭 수단의 조작 조건(「엔드 밀을 3000회전/분의 속도로 시계방향으로 회전시킴」과 같은 조작 조건, 및 「엔드 밀을 일단으로부터 타단까지 500㎜/분의 속도로 동작시킴」과 같은 조작 조건을 조합한 것)으로부터 프로그램 변환한 수치 정보를, 해당 NC 공작 기계 등에 대해 명령해도 좋다. 이에 의해, 수치 정보에 근거해 동작하는 것에 기인하여, NC 공작 기계 등으로서 이용하는 절삭 수단(4)의 구성요소인 엔드 밀(40)의 조작 조건을 바람직하게 제어할 수 있다.
이상의 사실로부터도, NC 공작 기계 등으로서 이용하는 절삭 수단(4)의 구성요소인 엔드 밀(40)의 절삭 가공 패스 및 조작 조건을 바람직하게 제어할 수 있기 때문에, 삼차원 형상 조형물의 제조시에는, 언더컷부(10)의 형성 영역에 있어서의 고화층(24)의 윤곽 상면(24a)을 효율적으로 절삭 가공에 부칠 수 있다. 그 때문에, 상대적으로 큰 융기부가 생길 수 있는 언더컷부에 있어서의 고화층의 윤곽 상면의 절삭 가공 시간을 짧게 할 수 있다. 또한, 이러한 절삭 가공에 의해, 다음의 분말층을 형성하기 위해 이용하는 스퀴징·블레이드가 융기부에 부딪치는 것을 회피할 수 있다. 그 때문에, 언더컷부에 있어서의 고화층이 융기부에 동반하여 비틀려 떼어져 버리는 것을 회피할 수 있다. 그 결과, 고화층 상에 소망의 새로운 분말층을 바람직하게 형성할 수 있다. 따라서, 최종적으로 소망의 삼차원 형상 조형물을 바람직하게 제조할 수 있다.
본 발명의 제조 방법은 여러 가지의 태양으로 실시할 수 있다.
<급준 각도에 근거하는 절삭 가공의 태양>
예컨대, 본 발명에서는, 언더컷부에 있어서의 경사의 정밀도에 따라서, 언더컷부에 있어서의 고화층의 윤곽 상면의 절삭 가공의 요부를 미리 판단해서 좋다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 예컨대 2개의 다른 급준 각도(θ)를 갖도록 언더컷부(10)가 형성되는 경우, 언더컷부(10)에서는 서로 다른 사이즈의 융기부(18)가 발생할 수 있다. 구체적으로는, 급준 각도(θ)가 상대적으로 큰 언더컷부(10)의 소정 영역, 즉, 보다 수직인 경사 형태인 언더컷 영역의 경우에는, 보다 작은 융기부가 생기기 쉽다. 한편, 급준 각도(θ)가 상대적으로 작은 언더컷부의 소정 영역, 즉, 보다 수직이 아닌 경사 형태의 언더컷 영역의 경우에는, 보다 큰 융기부가 생기기 쉽다. 어디까지나 예시에 지나지 않지만, 급준 각도(θ)가 45도 미만인 언더컷 영역에서는, 급준 각도가 45도 이상인 언더컷 영역과 비교하여, 사이즈가 큰 융기부(18)가 생기기 쉬운 경향이 있다.
상기와 같은 경향 때문에, 상기 (1)의 특정에서는, 언더컷부(10') 중 급준 각도(θ)가 작은 영역과 급준 각도(θ)가 큰 영역을 미리 특정한다. 경시적으로 설명하면 다음과 같이 된다. 삼차원 형상 조형물 모델(100')의 표면 전체를 복수의 피스(11')로 분할한다[도 2의 (a) 및 도 2의 (b) 참조]. 다음에, 각 피스(11')의 법선 벡터(12')의 방향을 구하고[도 2의 (b) 참조], 이러한 방향이 수평보다 하향인 피스(11')를 추출한다[도 2의 (c) 참조]. 하향의 법선 벡터(12')를 갖는 피스(11')를 추출한 후, 해당 법선 벡터(12')의 방향과 수평 사이에 형성되는 각도의 차이로부터, 급준 각도(θ)가 작은 언더컷 영역인지, 혹은 급준 각도(θ)가 큰 언더컷 영역인지를 판단한다.
예컨대 급준 각도(θ)가 보다 큰 언더컷 영역, 즉, 언더컷부가 보다 수직인 경사 형태가 되는 영역의 경우, 융기부의 사이즈가 상대적으로 작은 것이 상정되며, 그 영역에 있어서의 고화층의 윤곽 상면을 절삭 가공에 부쳐지지 않은 것과 같은 판단을 실행해도 좋다. 이에 의해, 삼차원 형상 조형물의 제조시에 있어서, 절삭 가공을 실시하는 영역이 보다 한정적이 되기 때문에, 언더컷부에 있어서의 고화층의 윤곽 상면의 절삭 가공 시간을 줄일 수 있다. 따라서, 최종적으로는 삼차원 형상 조형물의 제조 시간을 보다 짧게 할 수 있어서, 언더컷부를 가지고 이루어지는 삼차원 형상 조형물이 보다 효율적으로 제조된다.
<고화층의 적층 수에 근거하는 절삭 가공의 태양>
본 발명에서는, 예컨대 고화층의 적층 수에 따라서 절삭 가공의 요부를 미리 판단해도 좋다.
구체적으로는, 고화층의 적층 수가 소정 수를 상회하는 경우, 적층 수가 많은 것에 기인하여 각 고화층의 언더컷부에 생기는 융기부가 커지는 경향이 있다. 이러한 경우, 분말층 형성시의 스퀴징·블레이드의 이동이 융기부에 의해 저해될 수 있으므로, 상기 (2)의 컴퓨터 처리로 절삭 가공 패스를 결정하는 판단을 실행해도 좋다. 한편, 고화층의 적층 수가 소정 수를 하회하는 경우, 각 고화층의 언더컷부의 융기부는 그다지 커지지 않았다고 상정된다. 따라서, 상기 (2)의 컴퓨터 처리로 절삭 가공 패스를 결정하지 않는 판단을 실행해도 좋다. 이에 한정되지 않고, 고화층의 적층 수와 고화층 두께를 곱한 값이 소정 값을 상회하는지의 여부에 따라서 절삭 가공 패스를 결정할지의 여부의 판단을 실행해도 좋다. 이와 같이 하면, 절삭 가공을 실시하는 타이밍을 줄일 수 있으므로, 언더컷부를 가지고 이루어지는 삼차원 형상 조형물이 보다 효율적으로 제조된다.
마지막으로, 삼차원 형상 조형물의 제조시에 언더컷부에 있어서의 고화층의 윤곽 상면을 절삭 가공에 부친 경우의 효과에 대해 설명한다.
삼차원 형상 조형물(100)의 제조시에 언더컷부(10)에 있어서의 고화층의 윤곽 상면을 절삭 가공에 부치면, 언더컷부(10)에 있어서의 고화층의 윤곽에 생길 수 있는 융기부를 해당 윤곽 상면으로부터 제거할 수 있다. 그 때문에, 다음의 분말층의 형성을 위해 이용하는 스퀴징·블레이드가 융기부에 부딪쳐 버리고, 그에 따라서 언더컷부(10)에 있어서의 고화층의 일부가 융기부에 동반하여 비틀려 떼어져 버리는 것을 회피할 수 있다. 그 때문에, 고화층 상에 새로운 분말층을 바람직하게 형성할 수 있다. 이에 의해, 언더컷부(10)의 형성 영역에서도 광 비임을 이용하여 새로운 고화층을 바람직하게 형성할 수 있다. 그 결과, 언더컷부(10)를 가진 삼차원 형상 조형물(100)을 바람직하게 제조할 수 있다.
일 예를 들면, 도 6에 도시하는 바와 같이 언더컷부(10)가 형성될 수 있는 내부 공간 영역(90)의 형성면의 일부(상측 부분) 및/또는 삼차원 형상 조형물(100)의 외면을 바람직하게 형성할 수 있다. 언더컷부(10)가 형성될 수 있는 내부 공간 영역(90)의 형성면의 일부가 바람직하게 형성되면, 삼차원 형상 조형물(100)을 금형으로서 이용하는 경우, 내부 공간 영역(90)을 온도 조절관으로서 바람직하게 이용할 수 있다. 즉, 내부 공간 영역(90)에 대해 온도 조절수를 소망 유량으로 흘릴 수 있어서, 금형으로서 바람직한 온도 조절 기능이 발휘될 수 있다. 또한, 언더컷부(10)가 형성될 수 있는 삼차원 형상 조형물(100)의 외면이 바람직하게 형성되면, 해당 외면에 크랙이 생기는 것이 회피될 수 있기 때문에, 외부로부터의 영향(예컨대 외압)에도 바람직하게 견딜 수 있다. 또한, 언더컷부(10)에 있어서의 고화층의 윤곽 상면만을 절삭 가공에 부치면, 언더컷부(10)가 형성될 수 있는 삼차원 형상 조형물(100)의 외면(측면)에 융기부가 잔존할 수 있다. 이 경우, 해당 언더컷부(10)가 형성될 수 있는 삼차원 형상 조형물(100)의 외면(측면)을 절삭 가공 등의 후가공을 바람직하게 실행해도 좋다.
이상, 본 발명의 일 실시형태에 대해 설명해 왔지만, 본 발명의 적용 범위 중 전형예를 예시한 것에 지나지 않는다. 따라서, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 여러 가지의 개변이 이루어질 수 있는 것을 당업자는 용이하게 이해할 것이다.
또한, 상술과 같은 본 발명의 일 실시형태는 다음의 바람직한 태양을 포함하고 있다.
제 1 태양:
(i) 분말층의 소정 개소에 광 비임을 조사하여 해당 소정 개소의 분말을 소결 또는 용융 고화시켜 고화층을 형성하는 공정, 및
(ii) 얻어진 고화층 위에 새로운 분말층을 형성하고, 해당 새로운 분말층의 소정 개소에 광 비임을 조사하여 새로운 고화층을 형성하는 공정
에 의해 분말층 형성 및 고화층 형성을 교대로 반복 실행하는 것에 의해서, 언더컷부를 가지고 이루어지는 삼차원 형상 조형물을 제조하기 위한 방법으로서,
상기 방법의 실시에 앞서서, 상기 언더컷부를 미리 특정하기 위한 모델화 처리를 실행하는, 삼차원 형상 조형물의 제조 방법.
제 2 태양:
상기 제 1 태양에 있어서, 상기 모델화 처리에서, 상기 제조되는 상기 삼차원 형상 조형물의 모델의 표면을 복수의 피스로 분할하고, 해당 복수의 피스의 각각의 법선 벡터의 방향에 근거하여, 상기 삼차원 형상 조형물의 상기 모델의 상기 표면으로부터 상기 언더컷부의 표면을 추출하는, 삼차원 형상 조형물의 제조 방법.
제 3 태양:
상기 제 2 태양에 있어서, 상기 추출시에, 상기 법선 벡터의 방향이 수평보다 하향인 상기 피스를 상기 언더컷부의 상기 표면으로 간주하는, 삼차원 형상 조형물의 제조 방법.
제 4 태양:
상기 제 1 태양 내지 제 3 태양 중 어느 하나에 있어서, 상기 제조되는 상기 삼차원 형상 조형물의 상기 모델로부터 복수의 슬라이스면을 취출하고, 취출한 각 슬라이스면의 윤곽 중 상기 언더컷부에 상당하는 부분의 윤곽을 특정하고, 특정한 해당 윤곽으로부터 복수의 포인트를 선택하고, 선택한 각 포인트의 좌표 정보를 얻는, 삼차원 형상 조형물의 제조 방법.
제 5 태양:
상기 제 1 태양 내지 제 4 태양 중 어느 하나에 있어서, 상기 방법의 실시시에, 상기 언더컷부에 있어서의 상기 고화층의 윤곽 상면을 절삭 가공에 부치는, 삼차원 형상 조형물의 제조 방법.
제 6 태양:
상기 제 4 태양에 종속하는 제 5 태양에 있어서, 상기 좌표 정보에 근거하여 절삭 가공 패스를 형성하고, 해당 절삭 가공 패스에 따라서, 상기 언더컷부에 있어서의 상기 고화층의 상기 윤곽 상면을 상기 절삭 가공에 부치는, 삼차원 형상 조형물의 제조 방법.
제 7 태양:
상기 제 5 태양 또는 제 6 태양에 있어서, 상기 언더컷부에 있어서의 급준 각도에 따라서, 해당 언더컷부에 있어서의 상기 고화층의 상기 윤곽 상면의 상기 절삭 가공의 요부를 판단하는, 삼차원 형상 조형물의 제조 방법.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명의 일 실시형태에 따른 삼차원 형상 조형물의 제조 방법을 실시하는 것에 의해서, 여러 가지의 물품을 제조할 수 있다. 예컨대, 「분말층이 무기질의 금속 분말층이며, 고화층이 소결층인 경우」에서는, 얻어지는 삼차원 형상 조형물을 플라스틱 사출 성형용 금형, 프레스 금형, 다이캐스트 금형, 주조 금형, 단조 금형 등의 금형으로서 이용할 수 있다. 한편, 「분말층이 유기질의 수지 분말층이며, 고화층이 경화층인 경우」에서는, 얻어지는 삼차원 형상 조형물을 수지 성형품으로서 이용할 수 있다.
[관련 출원의 상호 참조]
본 출원은 일본 특허 출원 제 2016-016090 호[출원일: 2016년 1월 29일, 발명의 명칭: 「삼차원 형상 조형물의 제조 방법」] 및 일본 특허 출원 제 2016-145594 호[출원일: 2016년 7월 25일, 발명의 명칭: 「삼차원 형상 조형물의 제조 방법」]에 근거하는 파리 조약상의 우선권을 주장한다. 해당 출원에 개시된 내용은 모두 이 인용에 의해 본 명세서에 포함되는 것으로 한다.
100: 삼차원 형상 조형물
100': 삼차원 형상 조형물 모델(삼차원 형상 조형물의 모델)
10': 삼차원 형상 조형물 모델의 언더컷부
10: 삼차원 형상 조형물의 언더컷부
11': 피스
12': 법선 벡터
13: 급준 각도
19: 분말
22: 분말층
24: 고화층
24a: 고화층의 윤곽 상면
L: 광 비임

Claims (7)

  1. (i) 분말층의 소정 개소에 광 비임을 조사하여 상기 소정 개소의 분말을 소결 또는 용융 고화시켜 고화층을 형성하는 공정, 및
    (ii) 얻어진 고화층 위에 새로운 분말층을 형성하고, 상기 새로운 분말층의 소정 개소에 광 비임을 조사하여 새로운 고화층을 형성하는 공정
    에 의해 분말층 형성 및 고화층 형성을 교대로 반복 실행하는 것에 의해, 언더컷부를 가지고 이루어지는 삼차원 형상 조형물을 제조하기 위한 방법에 있어서,
    상기 방법의 실시에 앞서서, 상기 언더컷부의 형성 영역을 미리 특정하기 위한 모델화 처리를 실행하며,
    상기 모델화 처리에 있어서, 상기 제조되는 상기 삼차원 형상 조형물의 모델의 표면을 복수의 피스로 분할하고, 상기 복수의 피스의 각각의 법선 벡터의 방향에 근거하여, 상기 삼차원 형상 조형물의 상기 모델의 상기 표면으로부터 상기 언더컷부의 표면을 추출하고, 피스의 형상은 기하학 형상인
    삼차원 형상 조형물의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 추출시에, 상기 법선 벡터의 방향이 수평보다 하향인 상기 피스를 상기 언더컷부의 상기 표면으로 간주하는
    삼차원 형상 조형물의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제조되는 상기 삼차원 형상 조형물의 상기 모델로부터 복수의 슬라이스면을 취출하고, 취출한 각 슬라이스면의 윤곽 중 상기 언더컷부에 상당하는 부분의 윤곽을 특정하고, 특정한 상기 윤곽으로부터 복수의 포인트를 선택하고, 선택한 각 포인트의 좌표 정보를 얻는
    삼차원 형상 조형물의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 방법의 실시시에, 상기 언더컷부에 있어서의 상기 고화층의 윤곽 상면을 절삭 가공에 부치는
    삼차원 형상 조형물의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 좌표 정보에 근거하여 절삭 가공 패스를 형성하고, 상기 절삭 가공 패스에 따라서, 상기 언더컷부에 있어서의 상기 고화층의 상기 윤곽 상면을 상기 절삭 가공에 부치는
    삼차원 형상 조형물의 제조 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 언더컷부에 있어서의 급준 각도에 따라서, 상기 언더컷부에 있어서의 상기 고화층의 상기 윤곽 상면의 상기 절삭 가공의 요부를 판단하는
    삼차원 형상 조형물의 제조 방법.
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