KR102478944B1 - 3차원 물체의 생산을 위한 스테레오리소그래피 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 층을 서로 중첩하여 3 차원 물체를 생성하는 스테레오 리소그래피 방법에 관한 것이다. 이 방법은, 도포 및 미리 정해진 광조사(4)에 노출을 통해 고체화되기에 적합하고 액체 또는 반죽의 베이스 물질(2)을 제1 라미나 요소(51) 및 제2 라미나 요소(52)에 속하는 지지 표면(3)으로 적용하는 단계; 고체화된 층(2b)을 얻기 위한 방식으로 지지 표면(3)과 접촉하는 소정 두께의 베이스 물질(2)을 갖는 층을 선택적으로 조사하는 단계; 및 서로 멀어지게 하는 이동을 통해 지지 표면(3)에서 고체화된 층(2b) 분리하는 단계;를 포함한다. 베이스 물질(2)을 도포하는 작업은 적어도 미리 정해진 두께에 해당하는 두께를 가진 단일 층(2a)을 증착하여 형성된 3 차원 물체의 부피에 적어도 상응하는 영역에서 제2 라미나 요소(52)와 접촉하도록 수행된다. 선택적 조사의 작업은 형성되는 물체의 부피에 적어도 상응하는 영역에서 제1 라미나 요소(51)에 대해 수행되고 동시에 제2 라미나 요소(52)에 베이스 물질(2)을 적용하는 단계와 동시에 수행된다. 베이스 물질(2)을 제1 라미나 요소(51)에 적용하는 작업은 베이스 물질(2)을 제2 라미나 요소(52)에 적용하는 작업 전에 실행된다.

Description

3차원 물체의 생산을 위한 스테레오리소그래피 방법 및 그 장치

본 발명은 복수의 층을 서로 중첩하여 3 차원 물체를 생성하는 입체 조형법인 스테레오리소그래피 방법(stereolithography method) 및 상기 방법을 사용하는 입체 조형 장치인 스테레오리소그래피 장치에 관한 것이다.

공지된 스테레오리소그래피 기술은 상기 물체의 부피의 가상 세분화로부터 시작하여 미리 정해진 두께를 갖는 층들로 3 차원 물체를 생성하는 것을 가능하게 하고, 상기 층들은 상기 물체를 얻기 위해 그 층들을 서로 중첩하는 스테레오리소그래피 장치에 의해 순차적으로 만들어진다.

이 기술의 공지된 실시예에 따르면, 광경화 액체 물질, 일반적으로 중합체 수지가 투명한 바닥을 갖는 격납 탱크 내부에 배치된다.

연속하여, 만들어질 물체의 제1 층의 두께와 동일한, 탱크 바닥으로부터의 거리에 놓일 때까지 지지판이 광경화성 액체 물질에 침지된다.

연속하여, 지지판과 탱크 바닥 사이에 개재된 액체 물질층에 제어된 양의 빛 에너지가 선택적으로 조사되어, 형성될 물체의 해당 부피에 상당하는 지점에서 상기 물질층을 고체화시킨다.

그런 다음 지지판은 고체화된 층을 바닥 자체에서 분리하고 연속적인 층을 만드는 데 필요한 액체층을 얻을 수 있도록 하는 방식으로 격납 탱크의 바닥에서 멀어진다. 이 작업은 앞에서 수행한 작업과 유사한 작업이다다.

이 과정은 물체를 구성하는 모든 층이 완성될 때까지 반복된다.

전술한 공지된 스테레오리소그래피 방법은 몇 가지 단점을 내포하고 있다.

첫 번째 단점은 물체를 만드는 데 필요한 광경화 물질의 과도한 소비로 나타난다.

사실, 위에서 설명한 스테레오리소그래피 방법에 따르면, 격납 탱크는, 3차원 물체의 각 층에 필요한 액체 물질의 층을 형성하는 방식으로, 지지판이 그 안에 잠길 수 있도록 충분한 양의 광경화 재료로 채워져야 한다. 따라서 사용되는 재료의 양은 3 차원 물체를 만드는 데 실제로 필요한 재료의 양보다 불가피하게 더 많아질 것이다.

또한, 명백히 탱크의 크기는 지지판의 크기보다 커야 한다. 따라서, 액체 물질 층의 크기는 물체의 각 층을 만드는 데 꼭 필요한 크기보다 더 커서 필요한 재료의 양이 더욱 증가한다. 또한 대상물이 완성된 후 탱크 내부에 남아 있는 과도한 광경화 물질은 연속적인 처리주기 동안 재사용할 수 없으므로 작동 환경으로 인해 오염된 먼지 및 불순물이 존재하기 때문에, 무엇보다도 빛에 대한 노출로 인해 반드시 폐기되어야 한다.

상기 광경화 재료의 낭비는 물체의 생산 비용을 증가시킨다.

전술한 스테레오리소그래피 방법에 의해 제기된 또 다른 단점은 상이한 재료의 층을 포함하는 3 차원 물체를 만드는 것이 불가능하다는 점에 있다.

사실, 이러한 물질들이 서로 혼합될 것이기 때문에 격납 탱크에 상이한 광경화 물질을 배치하는 것은 불가능하다. 이러한 단점을 극복하기 위해 물체를 생산하는 동안 변경되는 다양한 재료를 포함하는 여러 개의 격리 탱크가 사용되는 것으로 알려져 있다.

단점으로,이 솔루션은 물체를 만드는 데 필요한 재료의 수와 동일한 수의 탱크를 사용해야하므로 물체의 생산 시간이 길어지고 기계의 구조적 복잡성이 증가한다.

상술한 방법에 의해 제기된 또 다른 단점은 지지판을 제거한 후 광경화 물질이 탱크 바닥을 자발적이고 균일하게 덮을 때까지 기다려야한다는 사실로 나타나며, 이는 3 차원 물체를 만들기 위한 소요 시간을 증가시킨다.

위에서 설명한 방법에 의해 제기된 또 다른 단점은 지지판을 제거하는 동안 탱크 바닥에서 고체화된 층이 분리되어 어느 정도의 저항이 발생한다는 점에 있는데, 지지판이 액체 물질에 잠겨 있는다는 사실에 기인한 유체역학적 힘에 의해 주로 초래된다. 이 저항은 형성중인 3 차원 물체에 견인력을 가하여 파손 또는 변형을 일으키고, 피로 응력을 탱크 바닥에 전달하여 시간이 지남에 따라 손상을 초래한다. 이러한 단점을 극복하기 위해 지지판이 탱크의 바닥으로부터 멀어지게 이동하는 속도가 상기 응력을 감소시키는 방식으로 제한된다는 것이 알려져 있다.

상기 결점을 극복하기 위해 채택된 또 다른 공지된 시스템에 따르면, 탱크의 바닥으로부터 멀어지는 지지판의 이동은 본 출원인의 이름으로 출원된 유럽 특허 EP2665594에 설명된 바와 같이 복수의 간헐적 이동으로 세분된다.

그러나,이 두 가지 해결책을 사용하면 각 층, 따라서 전체 물체를 만드는 데 필요한 시간이 상당히 증가한다.

공지된 기술에서 채택된 추가 솔루션에 따르면, 위에서 설명한 분리에 대한 저항을 제한하기 위해 탱크 바닥으로부터 지지판의 이동은 적절한 센서를 사용하거나 수치 계산 과정을 통해 관련된 견인력을 결정하여 제어된다. 이 두 경우 모두 대상의 생산 비용에 영향을 미치는 특정 센서 또는 처리 소프트웨어를 사용해야 한다.

상기 언급된 단점을 극복하기 위해 사용되고 미국 공개특허공보 US 2014/0265032에 기술된 또 다른 공지된 시스템에 따르면, 광경화 재료층이 형성될 물체의 층에 실질적으로 대응하는 영역 상에 선택적으로 증착된다. 그러나, 이 시스템에 따르면 선택적 증착 및 조사는 단일 이동 가능한 플레이트에서 발생하고, 상기 플레이트는 증착 작업의 경우 인쇄 헤드를 향하거나 조사 단계의 경우 에너지원을 향하도록 대안적으로 배치된다. 단점으로, 이 시스템을 사용하면 플레이트를 이동하는 데 필요한 대기 시간으로 인해 3 차원 물체의 생산 시간이 매우 길어진다.

전술한 공지된 기술에 의해 제기되는 또 다른 단점은 고체화된 층을 보다 쉽게 분리하기 위해 탱크의 바닥이 실리콘 또는 동등한 재료로 덮여 있다는 사실과 관련된다.

사실, 이 물질은 빛에 노출되기 때문에 점진적으로 불투명해져서 탱크를 자주 교체해야 한다.

명백히, 탱크의 반복적인 교체는 추가 비용을 포함하고 이는 제품 가격에 반영되고, 더욱이, 제품 자체의 생산에도 더 긴 공정시간을 초래한다.

다른 공지된 기술에 따르면, 인쇄 헤드는 형성될 물체층의 비트 맵 이미지에 대응하는 광경화 물질층을 지지 표면에 증착하는 데 사용되며, 물체층에는 이를 경화시키기 위하여 비선택적 방식으로 연속적으로 조사된다.

이 기술은 앞에서 설명한 기술에 비해 재료 낭비를 제한할 수 있게 한다.

그러나, 단점으로는, 인쇄 헤드의 해상도가 제한되고 결과적으로 이 기술을 사용하여 생성된 물체는 상응하게 제한된 기하학적 정밀도를 가지게 된다.

본 발명은 공지된 기술에서 발견되는 상기 언급된 모든 결점을 극복하고자 한다.

유럽 특허 EP2665594 미국 공개특허공보 US 2014/0265032

특히, 본 발명의 첫 번째 목적은 복수의 층을 서로 중첩시켜 3 차원 물체를 제조하는 방법을 제공하는 것이며, 여기서 상기 방법은 사용되는 광경화 재료의 양을 줄일 수 있도록 하고, 동시에 높은 수준의 해상도와 정확도를 특징으로 하는 3 차원 물체를 얻을 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 고체화층과 격납 탱크 바닥이 분리되어 서로 멀어지는 동안 둘 사이의 견인력을 감소시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 탱크 자체의 바닥의 불투명화로 인해 격납 탱크를 교체할 필요가 없도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 기계의 구조적 복잡성에 영향을 주지 않고 상이한 재료의 층을 포함하는 3 차원 물체를 생성하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 3 차원 물체의 생산 시간과 비용을 줄이는 것이다.

전술한 목적은 주요 청구항에 따른 스테레오리소그래피 방법에 의해 달성된다.

상기 목적은 또한 청구항 12에 따라 제조된 스테레오 리소그래피 기계에 의해 달성된다. 본 발명의 추가 세부 사항 및 특징은 각각의 종속 청구항에 명시되어있다.

바람직하게도, 사용되는 광경화 재료의 양을 줄이는 것은 폐기물을 줄이고 결과적으로 재료의 처리 및 폐기로 인한 비용을 줄이는 것을 의미하며, 나아가 물체 자체의 생산과 관련된 비용을 줄이는 것을 의미하고, 그러면서도 형성한 물체의 정밀도에 영향을 주지 않는다.

여전히 유리하게도, 고체화층과 격납 탱크 바닥 사이의 분리 저항 및 견인력을 줄이면 탱크에 가해지는 응력을 줄일 수 있으므로 탱크의 지속 시간을 늘리고 파손으로 인해 교체해야 하는 주기를 줄일 수 있다.

또한, 유리하게도, 상기 감소된 저항은 동일한 기하학적 형상을 갖는 물체를 고려하더라도, 형성된 물체의 파손이 공지된 방법에 비해 제한되도록 한다.

여전히 유리하게도, 바닥의 불투명화로 인해 탱크를 교체할 필요가 없다는 것은 대상물의 생산 시간과 비용을 줄이는 것을 의미한다.

추가로 유리하게도, 상이한 광경화 재료를 사용할 수 있는 가능성은 상이한 요구에 따라 상이한 화학적-물리적 특성을 갖는 중첩된 층에 의해 형성된 3 차원 물체를 생성하는 것을 가능하게 한다.

도 1a, 1b, 1c 및 1d는 본 발명의 주제인 방법의 구현 동안 서로 다른 몇가지 작동 구성에서 본 발명에 따른 스테레오리소그래피 장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스테레오리소그래피 장치를 도시한다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 방법의 2 개의 각각의 변형 실시예의 개략도이다.

위에서 설명된 목적 및 이점은 아래에서 강조될 다른 것들과 함께 본 발명의 일부 바람직한 실시예의 설명에 예시되어 있으며, 이것은 첨부된 도면을 참조하여 비한정적인 예로서 제공된다.

본 발명의 스테레오리소그래피 방법은도 1a에서 전체적으로 1로 표시된 스테레오리소그래피 장치를 참조하여 설명된다. 스테레오리소그래피 장치(1)는 미리 정해진 광조사(4)에 대한 노출을 통해 고체화되기에 적합한 액체 또는 반죽인 베이스 물질(2)을 지지하기에 적합한 지지 표면(3)을 포함한다.

바람직하게는, 반드시 그런 것은 아니지만, 상기 베이스 물질(2)은 광조사에 의해 자극될 때 중합하기에 적합한 감광성 수지이다.

특히, 스테레오리소그래피 기술로 통상적으로 사용되는 공지 기술의 광경화성 수지, 예를 들어 특허 문헌 JP2005336302 및 WO2015028855에 기재된 광경화성 수지는 본 발명에 사용하기에 적합한 감광성 수지이다.

스테레오리소그래피 장치(1)는 또한 미리 정해진 광조사(4)로, 고체화층(2b)을 얻을 수 있도록, 미리 정해진 두께를 갖고 지지 표면(3)과 접촉하여 배치된 베이스 물질(2) 층을 다음과 같은 방식으로 선택적으로 조사하기에 적합한 방출기 유닛(7)을 포함한다.

명확성을 위해, 본 발명을 설명하는 도면에서 고체화된 물질은 검은 색으로 표시되고, 고체화되지 않은 물질은 흰색으로 표시된다.

스테레오리소그래피 장치(1)는 또한 지지 표면(3)에 수직인 제1 방향(Z)에 따라 지지 표면(3)에 대해 고체화층(2b)을 이동시키는 데 적합한 액추에이터 장치(8)를 포함한다. 바람직하게는, 상기 액추에이터 장치(8)는 상기 고체화층(2b)을 지지하기 위해 지지 표면(3)을 향하는 지지 표면을 갖는 지지판(8a)을 구비한다.

본 발명의 스테레오리소그래피 방법에 따르면, 베이스 물질(2)은 지지 표면(3)에 도포된다.

연속적으로, 도 1c에 도시된 바와 같이 상응하는 고체화층(2b)을 얻기 위하여, 미리 정해진 두께를 갖고 지지 표면(3)과 접촉하여 배치된 상기 베이스 물질(2)의 층은 미리 정해진 광조사(4)에 의해 형성될 물체에 대응하는 영역에만 선택적으로 조사된다.

바람직하게는, 미리 정해진 광조사(4)는, 방출기 유닛(7)에 의해 지지 표면(3)을 통해 베이스 물질(2)을 향해 조사되고, 상기 방출기 유닛은 베이스 물질(2)이 증착되는 쪽과 반대쪽의 지지 표면(3)을 향한다. 이 경우, 지지 표면(3)은 미리 정해진 광조사(4)에 대해 투명하다.

도면에 도시되지 않은 본 발명의 변형 실시예에 따르면, 방출기 유닛(7)은베이스 물질(2)이 증착되는 지지 표면(3)의 동일한 면을 향한다. 이 경우, 미리 정해진 광조사(4)는 지지표면(3)을 통과하지 않는다. 따라서 방사선에 대해 투명할 필요가 없다.

고체화층(2b)은 도 1d에 도시된 바와 같이 지지표면(3)으로부터 서로 멀리 이동시킴으로써 연속적으로 분리된다.

바람직하게는, 상기 고체화층(2b)의 분리 후, 지지 표면(3)에 남아있는 베이스 물질(2)이 제거된다.

본 발명에 따르면, 베이스 물질(2)을 지지 표면(3)에 적용하는 상기 작업은 적어도 상기 미리 정해진 두께에 상응하는 두께를 갖는 베이스 물질(2)의 단일 층(2a)을 증착함으로써 수행되어 지지 표면(3)과 접촉하게 된다.

적어도 고체화되는 층의 두께에 상응하는 두께로 베이스 물질(2)의 단일 층(2a)을 증착함으로써 사용되는 베이스 물질의 양을 정밀하게 제어할 수 있고, 따라서 베이스 물질의 낭비를 억제할 수 있다.

고체화되는 베이스 물질(2)의 층 두께의 정확한 결정은 스테레오리소그래피 공정 동안 지지 표면(3)에 대한 지지판(8a)의 위치를 정밀하게 제어함으로써 얻어진다. 층의 각각의 고체화 사이클에서 지지판(8a)은 지지 표면(3)에 더 가깝게 이동하여 동일한 지지판(8a)의 하부면 또는 마지막 고체화층의 하부면을 지지 표면(3)으로부터 고체화될 다음 층의 두께와 동일한 거리에 놓는다. 이러한 방식으로, 지지판(8a)의 상기 하부 표면과 지지 표면(8a) 사이 또는 최종 고체화층의 상기 하부 표면과 지지 표면(3) 사이에, 정확히 고체화될 층과 동일한 두께를 갖는 베이스 물질(2)의 단일 층(2a)이 결정된다.

단일 층(2a)은 3 차원 물체의 부피에 적어도 대응하는 영역에 그리고 획득 될 3 차원 물체에 속하지 않는 하나 이상의 영역에 베이스 물질(2)을 증착하지 않고 선택적 방식으로 증착된다. 특히, 방출기 유닛(7)이 레이저인 경우, 상기 지지 표면(3)에 대응하는 XY 평면을 따라, 고체화될 각 단일 층의 각 주변 지점에 대해 초과 증착되는 베이스 물질(2)의 최소량은 각 X 또는 Y 축에 대해 평면의 특정 지점에서 레이저 스폿 교차점의 타원체의 가장 큰 직경의 1 ~ 2 배이다. 이렇게 하면 동일한 베이스 물질(2)의 절약을 최적화할 수 있으면서 동시에 상기 바람직한 결정에 해가 없다. 상기 문맥에서 주변이라는 용어는 특정층의 영역을 한정하는 특정한 층의 내부 및/또는 외부 윤곽으로 이해되어야 한다.

대신에 DLP, DMD, LCD 또는 일반적으로 도트 매트릭스 프로젝션 장치가 XY 평면을 따라 방출기 유닛(7)으로 사용되는 경우, 고체화될 각 단일 층의 각 주변 지점에 대하여 초과하여 증착되어야 하는 베이스 물질(2)의 최소량은, 각 X 또는 Y 축에 대해 DLP나 DMD, LCD 또는 기타 도트 매트릭스 투영 장치의 정의 픽셀의 선형 치수를 포함하는 베이스 물질(2)의 양과 동일해야 한다.

바람직하게는, 상기 선택적 증착으로 인해 각 층에 사용되는 베이스 물질(2)의 양을 추가로 제한할 수 있고, 따라서 물체를 생산하는 데 필요한 베이스 물질(2)의 양을 상당히 줄일 수 있다. 더욱이, 동일한 기하학적 형태로 물체를 생산하는 것을 고려하면, 물체가 완성되면 폐기되어야 하는 베이스 물질(2)의 양도 감소된다.

바람직하게는, 단일 층(2a)은 3 차원 물체의 체적에 대응하는 영역에만 선택적으로 증착되어, 전술한 이점을 더욱 향상시킨다.

그러나, 본 발명의 변형에 따르면, 상기 단일 층은 물체의 체적에 대응하는 상기 영역보다 더 큰 영역에 선택적으로 증착될 수 있다는 것을 배제할 수 없다.

더욱 바람직하게는, 베이스 물질(2)은 형성될 3차원 물체의 대응 층의 디지털 모델에 따라 선택적으로 증착된다.

유리하게도, 상기 디지털 모델은 알려진 디지털 설계 처리 및 생성 기술을 사용하여 만들어질 수 있다.

더욱이, 상기 디지털 모델은 만들어질 물체의 3차원 원형을 스캔하기에 적합한 스캐닝 장치에 의해 생성될 수 있다.

바람직하게는, 반드시 그런 것은 아니지만, 공지된 기술에 따른 상기 디지털 모델의 처리는 본 발명에 따른 방법에 포함되는 작업 동안 형성되는 물체의 증가된 안정성을 보장하는 지지 구조물을 물체의 3차원 모델에 추가하는 것을 포함할 수 있다. 상기 지지 구조물은 스테레오 리소그래피 기계로 생성 된 3 차원 물체의 통합 부분이되고 후자가 완성되면 물체의 나머지로부터 분리된다.

베이스 물질(2)의 선택적 증착과 선택적 조사의 조합은 보다 정밀한 3차원 물체를 얻을 수 있게 하면서 동시에 알려진 기술에서 사용된 양에 비해 적은 양의베이스 물질(2)를 사용한다. 따라서 본 발명의 목적 중 하나를 달성한다.

바람직하게, 선택적 조사는 형성하고자 하는 3차원 물체의 부피에 해당하는 영역에만 레이저 빔을 지향하는 방식으로 수행되며, 이는 베이스 물질(2)의 선택적 증착이 제공하는 이점을 레이저 빔의 정밀도에 결합할 수 있게 하여, 매우 정밀한 3차원 물체를 얻을 수 있게 한다.

또한, 생성될 물체에 대응하는 지점에서 베이스 물질(2)을 선택적으로 고체화시키는 데 적합하다는 것이 명백한 경우, 본 발명의 변형례에서 광조사는 임의의 미리 정의된 광조사(4)를 통해 발생할 수 있다. 상기 효과를 얻을 수 있게 하는 장치는 프로젝터 기술을 포함하는데, 예를 들어, DLP(Digital Light Processing) 프로젝터, LCD(Liquid Crystal Screen) 프로젝터, LCOS(Liquid Crystal on Silicium) 프로젝터 및 D-ILA(Direct Drive Image Light Amplifier) 프로젝터와 같은 프로젝터 기술이 포함되고, EBM 전자빔 방출기 및 기타 전자기 방사 장치도 포함된다.

바람직하게는, 베이스 물질(2)을 지지 표면(3)에 적용하는 작업과, 미리 정해진 두께를 갖는 층의 선택적 조사 및 지지 표면(3)으로부터 고체화된 층(2b)의 분리가 형성될 3차원 물체의 각각의 연속된 층에 대해 반복된다.

바람직하게는, 베이스 물질(2)의 선택적 증착은 도 1b에 도시된 바와 같이지지 표면(3)에 대해 이동되는 노즐(6)을 통해 베이스 물질(2)을 전달함으로써 얻어진다.

바람직하게는, 상기 노즐(6)은 3차원 물체의 체적에 대응하는 영역에만 베이스 물질(2)을 선택적으로 증착하도록 작동된다.

더욱 바람직하게는, 그림 3b와 같이 지지 표면(3)에 점별로 베이스 물질(2)이 선택적으로 증착되도록 하는 방식으로, 상기 노즐(6)은 지지 표면(3)에 평행하고 서로 직교하는 2 개의 축 X 및 Y를 따라 데카르트 운동(Cartesian movement)으로 이동된다.

본 발명의 상기 실시예의 변형에 따르면, 노즐(6)은 또한 처음 2 개의 축에 직교하는 제3 축을 따라 지지 표면(3)상에서 이동된다.

본 발명의 상기 실시예의 다른 변형에 따르면, 노즐(6)은 도 3a에 도시된 바와 같이 단지 하나의 축 X를 따라 지지 표면(3)상에서 이동된다.

이 경우, Y 축에 따른 노즐(6)의 폭은 방출기 유닛(7)에 의해 조사될 수 있는 지지 표면(3)의 영역의 폭과 적어도 동일하다.

이러한 방식으로, 상기 노즐(6)은 직사각형 영역에 베이스 물질(2)을 증착할 수 있고, 상기 직사각형 영역의 Y- 축에 따른 치수가 상기 지지 표면(3)의 영역의 폭과 동일하고 X- 축을 따라 필요에 따라 가변적이다.

또한, 지지 표면(3)에 대한 노즐(6)의 이동은 노즐(6)에 작동 가능하게 연결된 이동 유닛(9)을 통해 얻어진다.

바람직하게는, 반드시 필요한 것은 아니지만, 상기 이동 유닛(9)은 가변적이고 조절 가능한 속도로 노즐(6)을 이동시키도록 구성된다.

더욱 바람직하게는, 노즐(6)을 통한 베이스 물질(2)의 흐름은 조절 유닛(10)에 의해 조절된다.

바람직하게는, 상기 조절 유닛(10)은 지지 표면(3)상의 베이스 물질(2)의 층의 형성을 제어 및 조절하는 방식으로 노즐(6)을 통한 베이스 물질(2)의 유동을 조절하는 것을 가능하게 한다.

더욱이, 상기 이동 유닛(9) 및 상기 조절 유닛(10)은 상기 미리 정해진 두께를 갖는 베이스 물질(2)의 단일 층(2a)을 선택적으로 증착하는 방식으로 제어 유닛(12)에 의해 조정되는 방식으로 작동된다.

방출기 유닛(7)을 통한 선택적 광조사는 고체화될 3차원 물체의 부피에 대응하는 영역만을 조사하는 것을 가능하게 하고, 따라서 공지된 방법으로 얻은 결과에 비해 그것의 해상도 및 정확도를 증가시킨다.

따라서, 본 발명은 높은 해상도와 정확성을 특징으로하는 물체를 얻는 동시에 베이스 물질(2)의 소비를 제한하는 목표를 달성한다.

바람직하게는, 방출기 유닛(7)은 미리 정해진 공조사(4)의 빔을 생성될 물체의 부피에 대응하는 영역으로만 선택적으로 지향하도록 적합한 방출기를 포함하며, 이는 바람직하게도 베이스 물질(2)이 조사되는 정밀도를 증가시킨다. 바람직하게는, 상기 레이저 방출기는 베이스 물질(2)이 높은 정밀도로 조사될 수 있게 한다. 다른 한편으로, 본 발명의 변형 실시예에서 방출기 유닛(7)은 베이스 물질(2)을 고체화시키기 위해 선택적인 방식으로 미리 정해진 광조사(4)를 방출하기에 적합하다면 임의의 유형일 수 있음이 명백하다. 위에 설명된 방식으로 사용하기에 적합한 장치로는 DLP(디지털 광 처리) 프로젝터, LCD(액정 스크린) 프로젝터, LCOS(실리콘 액정) 프로젝터 및 D-ILA(직접 구동 이미지 광 증폭기) 프로젝터가 있다. EBM 전자빔 방출기 및 기타 전자기 방사 장치도 사용된다.

바람직하게는, 상기 제어 유닛(12)은 형성될 물체에 속하지 않는 영역에서베이스 물질(2)의 흐름을 차단하는 방식으로 조절 유닛(10)에 작용하여 단일 층(2a)이 선택적으로 증착될 수 있도록 한다.

바람직하게는, 상기 노즐(6)은 상기 베이스 물질(2)을 포함하는 격납 체임버(6a)와 연결된다. 이러한 방식으로, 증착 작업 동안,베이스 물질(2)은 지지 표면(3)에 증착되기 위해 상기 격납 체임버(6a)로부터 노즐(6)로 흐르고, 바람직하게는 제어 가능한 흐름 및 속도로 흐른다.

그러나, 본 발명의 다른 실시예에서 상기 노즐(6)은 서로 다른 각각의 베이스 물질을 포함하고 미리 정해진 광조사(4)에 노출을 통해 고체화되기에 적합한 복수의 격납 체임버(6a)와 연결될 수 있다는 것을 배제하지 않는다.

도면에 도시되지 않은 본 발명의 변형 실시예에 따르면, 본 발명의 주제인 스테레오리소그래피 장치(1)는 전술한 것들 중에서 선택된 대응하는 복수의 베이스 물질(2)을 증착하기에 적합한 복수의 상기 노즐(6)을 포함한다. .

바람직하게는, 상기 복수의 노즐(6)의 존재는 단일 층 상에 여러 상이한 재료를 증착하는 것을 가능하게 하고, 따라서 동시에 여러 재료를 포함하는 물체를 형성할 수 있게 하며, 여기서 상기 재료는 상이한 화학적-물리적 특성과 다른 색상을 가진다. 지지 표면(3)과 관련하여, 이는 바람직하게는 도 2에 도시된 바와 같이 제1 라미나 요소(51, laminar element)에 속한다.

바람직하게는, 상기 제1 라미나 요소(51)는 지지 표면(3)으로부터 고체화된 층(2b)의 분리에 적합한 실리콘 또는 다른 유사한 재료로 만들어진 표면을 포함한다.

베이스 물질(2)은 전술한 방법에 따라 라미나 요소(51)의 표면에 증착된다.

바람직하게는, 제1 라미나 요소(51)는 선택적 조사 동작 후에 제2 라미나 요소(52)로 교체된다. 이 교체 작업은 고체화된 층(2b)의 분리 후 지지 표면(3)에 남아 있는 베이스 물질(2)의 잔류물을 제거할 수 있게 하는데, 이는 노즐(6)로 얻을 수 있는 선택적 증착물의 정밀도에 비해 방출기 유닛(7)에 의해 더 높은 정밀도를 확보할 수 있음에 기인하고, 노즐(6)의 경우 일반적으로 실제로 조사될 영역에 비해 더 넓은 영역에 선택적 증착을 수행할 필요가 있다.

상기 교체는 또한 새로운 라미나 요소 상에 베이스 물질(2)의 각 층을 증착하는 것을 가능하게 하여 지지 표면(3)의 불투명화를 방지하고 따라서 본 발명의 추가 목적을 달성한다.

반드시 그런 것은 아니지만, 바람직하게는, 상기 제2 라미나 요소(52)는 형상, 크기 및 재료 측면에서 제1 라미나 요소(51)에 실질적으로 대응한다.

더욱 바람직하게는, 제1 라미나 요소(51) 및 제2 라미나 요소(52)는 동일한 필름(5)에 속하고, 제1 라미나 요소(51)를 제2 라미나 요소(52)로 교체하는 상기 작업은 방출기 유닛(7)에 대해 상기 필름(5)을 이동시킴으로써 수행된다.

바람직하게는, 필름(5)은 지지 표면(3)으로부터 고체화된 층의 분리를 용이하게 하는 실리콘 또는 유사한 재료로 제조된다.

특히, 필름(5)은 연속적으로 배치된 복수의 라미나 요소(51, 52)를 포함한다.

또한 바람직하게는, 필름(5)은 라미나 요소(51, 52) 각각을 선택적으로 배치하는 방식으로 방출기 유닛(7)에 대해 라미나 요소(51, 52)를 이동시키기에 적합한 공급 유닛(11)과 작동가능하게 연결되어있다. 바람직하게는, 반드시 그런 것은 아니지만, 상기 공급 유닛(11)은 필름(5)이 풀리는 회전 실린더를 포함한다.

보다 바람직하게는, 도 2에 도시 된 바와 같이, 공급 유닛(11)은 각각 지지 표면(3)의 상류 및 하류에 배치 된 2 개의 상기 회전 실린더를 포함하여 필름(5)이 장력을 유지하도록 한다.

그러나, 본 발명의 대안적인 실시예에서 회전 실린더의 수가 2 개보다 더 많을 수 있다는 것을 배제하지 않는다.

바람직하게는, 획득되는 3차원 물체의 각 층에 대해, 베이스 물질(2)은 전술한 바와 같이 진행함으로써 필름(5)의 제1 라미나 요소(51) 상에 증착된다. 이어서, 제1 라미나 요소(51)로부터 분리된 고체화된 층(2b)을 얻기 위해 선택적 조사의 작업이 수행된다.

상기 분리 작업에 이어 또는 동시에, 공급 유닛(11)은 여분의 베이스 물질(2)을 제거하는 방식으로 제1 라미나 요소(51)를 제2 라미나 요소(52)로 교체하기 위해 필름(5)을 이동시킨다.

마지막으로, 형성되는 3차원 물체의 새로운 층을 얻기 위해 상기 제2 라미나 요소(52) 상에서 증착, 조사 및 분리 작업이 반복된다.

도면에 도시되지 않은 본 발명의 변형 실시예에 따르면, 각 라미나 요소(51, 52)가 방출기 유닛(7)을 향하도록 배치되기 전에, 베이스 물질(2)의 층(2a)이 각 라미나 요소(51, 52) 상에 증착된다. 바람직하게는, 상기 증착은 이전의 라미나 요소(51, 52) 상에 배치된 층(2a)의 광조사 동안 수행된다. 이것은 증착 작업과 광조사 작업이 연속적으로 수행되는 것이 아니라 동시에 수행될 수 있기 때문에 처리 시간을 줄이는 것을 유리하게 가능하게 한다.

실제로, 본 발명의 상기 변형 실시예는 다음 작업 단계를 포함한다 : 제1 라미나 요소(51) 상에 베이스 물질(2)의 단일 층(2a)을 선택적으로 증착하고, 방출기 유닛(7)을 향하도록 상기 제1 라미나 요소(51)를 배열하는 방식으로 상기 제1 라미나 요소(51)를 제2 라미나 요소(52)로 교체하고, 고체화된 층(2b)을 얻기 위한 방식으로 상기 방출기 유닛(7)을 통해 상기 단일 층(2a)을 선택적으로 조사하고 동시에 베이스 물질(2)의 새로운 단일 층을 선택적으로 증착하는 것을 포함한다. 상기 변형 실시예에 따르면, 일단 상기 작업이 완료되면, 제1 라미나 요소(51)는, 제2 라미나 요소(52)가 방출기 유닛(7)을 향하도록 배치하는 방식으로 제2 라미나 요소(52)로 다시 한번 교체된다. 상기 이동 작업 동안, 금방 고체화된 층(2b)을 분리하는 작업도 수행된다. 이렇게 새로운 구성이 획득되면, 제2 라미나 요소(52)의 선택적 광조사 및 제1 라미나 요소(51)상의 베이스 물질(2)의 선택적 증착 작업이 동시에 반복된다.

3 차원 물체를 구성하는 모든 층을 얻기 위해 위에서 설명한 일련의 작업을 반복하도록 특정되어야 한다. 또한 이 변형 실시예의 경우, 이미 위에서 언급한 바와 같이, 제1 및 제2 라미나 요소(51 및 52)는 바람직하게는 동일한 필름(5)에 속하고, 제1 라미나 요소(51)를 제2 라미나 요소(52)로 또는 그 반대로 교체하는 상기 작업은 상기 필름을 이동시킴으로써 수행된다. 이상의 설명에 따르면, 3 차원 물체의 제작을 위한 스테레오리소그래피 방법과 상술한 스테레로리소그래피 장치가 모든 설정 목표를 달성함을 알 수 있다.

특히, 선택적 조사 작업의 정밀도와 관련하여 고체화된 층의 두께에 상응하는 미리 정해진 두께를 갖는 단일 층의 선택적 증착은 생산 중에 광경화 재료의 낭비를 감소시킬 수 있게 하고, 결과적으로 3 차원 물체의 생산 비용을 감소시키고, 동시에 높은 수준의 해상도와 정확도를 특징으로 하는 3차원 물체를 생산할 수 있게 한다.

다시 말하자면, 미리 정해진 두께로 단일 층을 증착하면 고체화된 층과 지지 표면이 분리되어 서로 멀어지는 동안 발생하는 그 사이의 견인력을 줄일 수 있다.

더욱이, 여러 개의 교체 가능한 라미나 요소를 포함하는 지지 표면의 사용은 다수의 미리 정해진 광조사에 대한 노출로 인한 지지 표면 자체의 불투명화를 감소시키는 것을 가능하게 한다.

더욱이, 동일한 층을 얻기 위해 지지 표면에 여러 다른 재료를 증착할 수 있다는 것은 장치의 구조적 복잡성에 영향을 주지 않고 물체 자체의 생산 시간을 늘리지 않으면서 서로 다른 재료로 구성되는 층들을 포함하는 3차원 물체를 생산할 수 있도록 한다.

마지막으로, 본 발명에 따른 방법의 구현은 3차원 물체의 가공 시간 및 생산 비용을 감소시킬 수 있는데, 이는 지지판을 베이스 물질에 담글 필요가 없기 때문이고, 결과적으로 각 고체화된 층을 지지 표면에서 분리하고 새로운 베이스 물질 층의 즉각적인 형성에 필요한 대기 시간을 피할 수 있기 때문이다.

더욱이, 본 발명에서는 연속적인 층을 구성할 광경화 물질을 증착하기 전에 물체의 층의 광조사가 완료될 때까지 기다릴 필요가 없기 때문에, 처리 시간은 당 업계에 알려진 공지 시스템에 포함된 처리 시간보다 빨라진다.

본 발명의 실행 시, 본 발명의 주제인 상기 방법 및 장치는 추가로 수정이나 변경 또는 개량될 수 있으며, 여기에 설명되지 않고 도면에 도시되어 있지 않더라고, 첨부된 청구범위 범위에 속하는 한, 모두 본 특허에 의해 보호되는 것으로 간주되어야 한다.

Claims (17)

1. 복수의 층을 서로 중첩시켜 3 차원 물체를 생성하는 스테레오리소그래피 방법으로서,
   a. 액체 또는 반죽이고 미리 정해진 광조사(4)에 노출되어 고체화되는 베이스 물질(2)을 지지 표면(3)에 적용하는 단계;
   b. 고체화된 층(2b)을 얻는 방식으로, 미리 정해진 두께를 갖고 상기 미리 정해진 광조사(4)를 통해 상기 지지 표면(3)과 접촉하는 상기 베이스 물질(2)의 층의 선택적 광조사를 실행하는 단계로서, 획득될 상기 3차원 물체의 부피에 상응하는 영역에 대해서만 선택적인 광조사를 지향함으로써, 선택적 광조사가 실행되도록 하는, 선택적 광조사를 실행하는 단계;
   c. 서로로부터 멀어지도록 의도된 이동을 통해 상기 지지 표면(3)으로부터 상기 고체화된 층(2b)을 분리하는 단계;를 포함하는, 스테레오리소그래피 방법에 있어서,
   -상기 지지 표면(3)은 제1 라미나 요소(51) 및 제2 라미나 요소(52)에 속하고;
   -상기 베이스 물질(2)을 상기 지지 표면(3)에 적용하는 증착 작업은 상기 베이스 물질(2)의 단일 층(2a)을 증착하여 상기 제2 라미나 요소(52)와 접촉하도록 수행되고, 상기 단일 층(2a)은 상기 미리 정해진 두께에 적어도 상응하는 두께를 가지고, 상기 증착 작업은 상기 3차원 물체의 부피에 상응하는 영역으로 선택적으로 수행되되, 획득될 3차원 물체에 속하지 않는 하나 또는 그 이상의 영역으로는 상기 베이스 물질(2)이 증착되지 않도록 하고;
   -상기 선택적 광조사의 작업은 적어도 상기 3차원 물체의 부피에 상응하는 영역으로만 상기 제1 라미나 요소(51) 상에서 수행되고, 상기 베이스 물질(2)을 제2 라미나 요소(52)에 적용하는 상기 작업과 동시에 수행되고, 상기 제1 라미나 요소(51)에 상기 베이스 물질(2)을 도포하는 작업은 상기 제2 라미나 요소(52)에 상기 베이스 물질(2)을 적용하는 상기 작업 전에 수행되는 것을 특징으로 하는, 스테레오리소그래피 방법.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 미리 정해진 광조사(4)를 방출하도록 구성된 방출기 유닛(7)과 마주하도록 상기 제1, 제2 라미나 요소(51, 52) 각각을 선택적으로 배치하도록 하는 교체 작업을 포함하고, 상기 교체 작업은 상기 선택적 광조사 작업 후에 수행되는 것을 특징으로 하는, 스테레오리소그래피 방법.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1, 제2 라미나 요소(51, 52)는 동일한 필름(5)에 속하는 것을 특징으로 하는, 스테레오리소그래피 방법.
   
4. 제3항에 있어서, 교체작업이 상기 필름(5)을 이동시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는, 스테레오리소그래피 방법.
   
5. 제2항에 있어서, 상기 교체작업이 상기 분리 작업과 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는, 스테레오리소그래피 방법.
   
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 선택적 광조사 작업은 상기 3차원 물체의 부피에 상응하는 영역에만 레이저 빔을 지향하도록 함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는, 스테레오리소그래피 방법.
   
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분리 작업 후에 상기 지지 표면(3)에 남아 있는 상기 베이스 물질(2)을 상기 지지 표면(3)으로부터 제거하는 작업을 포함하는 것을 특징으로 하는, 스테레오리소그래피 방법.
   
8. 제7항에 있어서, 상기 제거하는 작업은 상기 제1 라미나 요소(51)를 상기 제2 라미나 요소(52)로 교체하는 작업을 통하여 수행되는 것을 특징으로 하는, 스테레오리소그래피 방법.
   
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 선택적 증착 작업은 상기 베이스 물질(2)을 노즐(6)을 통하여 이송함으로써, 그리고 상기 노즐(6)을 상기 지지 표면(3)에 대하여 이동시킴으로써 실행되는 것을 특징으로 하는, 스테레오리소그래피 방법.
   
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 미리 정해진 두께를 갖는 상기 베이스 물질(2)의 상기 층(2a)을 선택적으로 증착하는 작업은 상기 3차원 물체의 대응 층의 디지털 모델에 따라 실행되는 것을 특징으로 하는, 스테레오리소그래피 방법.
    
11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 베이스 물질(2)을 상기지지 표면(3)에 적용하는 것과, 미리 정해진 두께를 갖는 상기 층(2a)을 선택적으로 조사하는 것, 및 상기 3 차원 물체의 각각의 연속적인 층에 대해 상기 고체화된 층(2b)을 분리하는 것을 반복하는 것을 특징으로 하는, 스테레오리소그래피 방법.
    
12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 베이스 물질(2)의 단일 층(2a)을 증착함으로써 상기 베이스 물질(2)을 상기 지지 표면(3)에 적용하는 상기 작업은, 상기 선택적 조사 작업이 레이저 빔을 지향함으로써 수행되는 경우에, 각 X 또는 Y 축에 대해, 상기 단일 층(2a)의 각 주변 지점에 대해 상기 베이스 물질(2)의 양을 상기 레이저 빔의 스폿 교차점의 타원체의 가장 큰 직경의 1 배 내지 2 배 초과하여 증착할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는, 스테레오리소그래피 방법.
    
13. 스테레오리소그래피 장치(1)로서:
    ● 미리 정해진 광조사(4)에 노출되어 고체화되는 베이스 물질(2)을 지지하도록 구성된 지지 표면(3);
    ● 미리 정해진 두께를 갖고 상응하는 고체화된 층(2b)을 형성하는 방식으로 상기 지지 표면(3)에 접촉하여 배치되는 상기 베이스 물질(2)의 층에 상기 미리 정해진 광조사(4)를 선택적으로 전달하도록 된 방출기 유닛(7);
    ● 상기 지지 표면(3)에 수직인 제1 방향(Z)을 따라 상기 지지 표면(3)에 대해 상기 고체화된 층(2b)을 이동시키도록 되어 있는 액추에이터 장치(8);
    ● 상기 베이스 물질(2)을 상기 지지 표면(3) 상으로 이송하도록 되어 있는 노즐(6);
    ● 상기 지지 표면(3)에 대해 상기 노즐(6)을 이동시키도록 되어 있는 이동 유닛(9);
    ● 상기 노즐(6)을 통해 상기 베이스 물질(2)의 흐름을 조절하도록 되어 있는 조절 유닛(10);
    ● 상기 미리 정해진 두께에 적어도 상응하는 두께를 갖는 상기 베이스 물질(2)의 단일 층(2a)을 3 차원 물체의 부피에 대응하는 영역에서만 선택적으로 증착하는 방식으로 상기 이동 유닛(9) 및 상기 조절 유닛(10)의 조정된 작동을 위한 제어 유닛(12);을 포함하고,
    ● 상기 지지 표면(3)이 제1 라미나 요소(51) 및 제2 라미나 요소(52)에 속하고, 상기 스테레오리소그래피 장치(1)는 상기 방출기 유닛(7) 통해 상기 미리 정해진 광조사(4)를 상기 제1 라미나 요소(51) 상으로 선택적으로 전달하고, 그리고 동시에 상기 베이스 물질(2)을 상기 노즐(6)을 통해 상기 제2 라미나 요소(52)로 운반하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 장치.
    
14. 제13항에 있어서, 상기 제1 라미나 요소(51) 및 상기 제2 라미나 요소(52)는 동일한 필름(5)에 속하며, 상기 필름(5)은 상기 방출기 유닛(7)에 대해 상기 필름(5)을 이동 시키도록 구성된 공급 유닛(11)과 작동 가능하게 연결되어, 상기 제1, 제2 라미나 요소(51, 52) 각각이 상기 방출기 유닛(7)을 향하도록 선택적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 장치.
    
15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 방출기 유닛(7)은 상기 단일 층(2a)으로 레이저 빔이 선택적으로 지향하도록 레이저 방출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 장치.
    
16. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 노즐(6)은 상기 베이스 물질(2)을 수용하도록 구성된 격납 체임버(6a)에 연결되는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 장치.
    
17. 제13항 또는 제14항에 있어서, 대응하는 복수의 상기 베이스 물질(2)을 증착하도록 된 복수의 상기 노즐(6)을 포함하는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 장치.

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