KR20000070084A - 광조형장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

발명의 목적은 소형이고 염가인 광학조형장치를 제공함에 있다. 다수의 청색 LED를 준비하여, 그 각각에 광섬유를 접속하고, 그것들 광섬유의 선단의 끝에 GRIN렌즈를 배치하여, 노출헤드(23)를 구성한다. 노출헤드(23)는 광경화성 수지의 노출영역(24)상에, 각 광섬유의 선단면의 상을 광점(photo spot)(55)으로서 결상한다. 광점(55)의 직경은 예컨대 0.5mm이지만, 노출영역(24)내의 픽셀(pixel)(71)의 사이즈는 훨씬 작은 예컨대 62.5㎛이다. 각 광점(55)이 주주사(Y축)방향으로 픽셀(71)의 피치 62.5㎛에서 나란히 서도록 노출헤드(23)상의 다수의 광섬유는 지그재그 형상으로 변위한 매트릭스에 배열된다. 노출헤드(23)가 부주사(X축)방향으로 노출영역(24)을 주사하면서 노출영역(24)내의 경화대상의 낱낱의 픽셀(71)에 대하여 이 픽셀에 빛을 닿게 할 수 있는 모든 광점을 온하여 다중노출을 한다.

Description

광조형장치 및 방법{OPTICAL FORMATION DEVICE AND METHOD}

광조형장치에 대하여, 예컨대 일본국 특허 제1827006호를 비롯하여 수많은 발명이 공지되어 있다. 종래의 광조형장치는 일반적으로, 자외선 레이저를 출력하는 가스레이저 발진기를 광원으로서 사용하고 있다.

가스레이저 발진기의 사이즈는 상당히 크며(예컨대 150cm×30cm×30cm), 결과적으로 광조형장치 본체의 사이즈도 상당히 대형이다. 더하여, 가스레이저 발진기는 그 자체가 고가이고, 나아가 발진기의 종류에 따라서는 200V 전원이 필요하였거나 수냉장치(chiller)가 필요하다거나 하였다. 따라서, 종래의 광조형장치의 가격은 대단히 고액이다(예컨대, 수 1000만원).

따라서, 본 발명의 목적은 소형이고 염가인 광조형장치를 제공함에 있다.

본 발명은 광경화성 수지를 사용하여 3차원형상 모형을 작성하는 광조형장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 한 실시형태에 관한 광조형장치의 전체구성을 나타낸 블록도.

도 2는 노출헤드(23)의 외관을 나타낸 사시도.

도 3은 낱낱의 LED의 구성을 도시한 측면도.

도 4는 노출헤드(23)에 있어서의 광섬유(55)의 배열예를 도시한 평면도.

도 5는 노출헤드(23)에 있어서의 광섬유(55)의 다른 배열예를 도시한 평면도.

도 6은 하나의 광섬유(55)로부터 수지액면에 투영된 하나의 광점(59)과, 노출영역의 픽셀(71)과의 관계를 도시한 평면도.

도 7은 다중노출의 원리를 도시한 평면도.

도 8은 제어컴퓨우터(3)의 처리를 도시한 순서도.

도 9는 발광패턴을 생성하는 방법을 설명하기 위하여 배열된 광섬유의 좌표와 픽셀의 좌표를 도시한 평면도.

도 10은 LED광원의 별도의 항정리를 도시한 사시도.

본 발명에 관한 광조형장치는 광경화성 수지의 액을 수용하는 액조와, 액조내의 광경화성 수지의 액조내의 설정된 노출영역과, 이 노출영역에 빛을 조사하는 노출장치와, 노출영역내의 선택된 픽셀(pixel)을 경화하도록 노출장치를 제어하는 제어장치 등을 구비하고 있다. 노출영역은 조형물에 요구되는 치수정밀도를 만족하는 세밀한 다수의 픽셀의 2차원 집합으로서 정의할 수 있다. 노출장치는 온·오프 전환이 가능하고 온일때의 광점(photo spot)을 노출영역에 조사하는 1개이상의 광점발생기를 구비하고 있다. 노출영역에 조사되는 1광점의 사이즈 노출영역의 1픽셀보다 크다. 그리고, 노출장치는 그 광점발생기에 의하여 노출영역을 주사하여, 그 주사(scanning)의 사이를 통하고, 제어장치는 선택된 픽셀에 광점을 조사할 수 있는 위치에 존재하는 합계 여러 개의 광점발생기를 온으로 한다.

여기서, 「연복수개(延複修個)」라 함은 물리적으로 다른 여러 개의 광점발생기로부터 여러 개의 광점을 동시에 같은 픽셀을 조사하는 경우 뿐 아니라, 물리적으로 1개의 광점발생기를 주사하는 동안에 여러번 사용하여 상이한 시각에 몇번이나 광점을 같은 픽셀에 조사하는 것도 포함한 의미이다.

본 발명의 광조형장치에서는 광점발생기로부터 노출영역에 조사하는 광점의 사이즈는 노출영역의 픽셀만큼은 미소하지는 않으며, 픽셀보다 큰 사이즈이다. 또, 각 픽셀의 노출은 연복수개의 광점을 사용하여 다중으로 실시하므로, 낱낱의 광점발생기의 출력은 비교적으로 작아도 좋다. 그러므로, 광점발생기의 광원에는 종래의 대형이고 고가인 가스레이저 발진기를 사용할 필요가 없고, 소형이고 염가 LED와 같은 고체발광소자를 사용할 수 있다. 결과적으로 종래보다 크게 값싼(예컨대, 종래의 수 1,000만원에 대하여 수 100만원정도의) 광조형장치를 제공할 수 있다.

노출의 효율의 면에서 광점발생기는 여러 개있는 편이 바람직하다. 그 경우, 상술한 다중노출을 실시하도록 하기 위하여, 여러 개의 광점발생기로부터의 광점은 노출영역상에 주주사방향으로 광점의 직경보다 작은 제1피치(전형적으로는 픽셀의 피치)로 배열되어 있어, 그것들 여러 개의 광점이 노출영역을 부주사방향으로 주사하도록 구성되어 있음이 바람직하다. 또, 노출영역의 주주사방향의 전체길이에 걸쳐서 다수의 광점이 배열되어 있다면 한층 바람직하다.

상기와 같이 여러 개의 광점을 작은 제1피치로 배열하는 경우, 2개이상의 광점발생기를 광점의 직경이상의 제2피치로 주주사방향으로 일렬로 늘어세워둔 광점발생기 배열(array)을 여러개 준비하여, 그것들의 광점발생기 배열을 상호간에 주주사방향으로 잇따라서 상기 제1피치에 같은 변위를 갖고, 부주사방향으로 배치할 수 있다. 이와 같은, 배열방법을 채택함으로써, 제1피치보다 광점발생기의 사이즈의 편이 훨씬 컷어도, 그것들 커다란 광점발생기를 주주사방향으로 제1피치에서 배열할 수 있게 된다.

상기의 다중노출을 가능하게 하기 위하여 제어장치는 노출장치를 다음과 같이 제어할 수 있다. 즉, 제어장치는 먼저, 조형물의 단면형상을 나타낸 데이터를 받고, 이 데이터에 일정한 오프셋량을 적용하여 단면형상을 팽창시킨다. 다음에, 광점발생기가 노출영역을 주사하는 동안 제어장치는 그 광점의 중심점이 팽창시킨 단면형상에 포함되는 각 픽셀에 위치하고 있는 광점발생기를 온한다. 이 오프셋 팽창처리를 채택한 방법에 의하면 각 광점발생기를 광점중심점의 픽셀값에 따라서 온/오프한다고 하는 단순한 광점구동방법을 실시하는 것만으로, 조형물의 단면형상의 모든 픽셀에 대하여(특히, 형상내부의 픽셀뿐 아니라 윤곽 근방의 픽셀에 대하여도) 효과적인 다중노출을 할 수 있게 된다.

전술한 바와 같이, 각 광점발생기의 광원에는 LED와 같은 고체발광소자를 사용할 수 있다. 바람직하기는 각 LED에 광섬유를 접속하여, 그 광섬유의 선단부에서 광점을 노출면에 조사하도록 구성할 수 있다. 더욱 바람직하기는 광섬유 선단부의 끝에 GRIN렌즈(Gradient Index Lens : 굴절률 분포형 렌즈)를 배치하여, 광섬유의 선단부의 상을 노출영역에 결상시키도록 구성할 수 있다. 이와 같이 구성하면, 광섬유의 직경(예컨데 0.5mm)에 상당하는 작은 직경의 광점을 생성할 수 있다. 이 정도로 작은 광점을 사용한다면, 광조형의 일반적 용도에서 충분히 실용가능한 치수정밀도를 가진 조형물을 작성할 수 있다. 그에 더하여, 종래의 가스레이저를 사용한 광조형장치에 비교하여 가격이 단위차이만큼이나 낮고, 또한 장치도 소형화하기 때문에, 본 발명의 광조형장치의 실제상의 장점은 대단히 크다.

광원으로서의 LED는 가급적 에너지의 높은(즉, 파장의 짧은) 파장광을 발생하는 것이 바람직하며, 그러한 광점에서 청색 LED를 사용하는, 또는 입수할 수 있다면 자외선 LED를 사용하는 것이 바람직하다.

그 위에, 광원으로서의 LED는 노출영역을 주사하는 광점발생기(노출헤드)와 일체화 되어 있어서, 노출헤드와 함께 이동할 수 있도록 되어 있어도 좋으며, 나중에 설명하는 실시형태와 같이 노출헤드로부터 떨어진 장소에 고정되어 있어서, 광섬유로 노출헤드와 연결되어 있는 구성이 였어도 좋다.

본 발명은 또 광조형방법도 제공한다. 이 방법에서는 광경화성 수지의 노출영역을 그 픽셀보다 큰 사이즈의 적어도 1개의 광점으로 주사하면서 선택된 픽셀에 조사할 수 있는 광점을 온하여, 그에 따라 연복수개의 광점을 선택된 픽셀에 닿게 하여 다중노출을 한다. 이 방법에 의하여, 예컨대 상술한 LED와 광섬유의 조합과 같이 픽셀보다 큰 광점밖에 발생할 수 없고, 또한 광점의 출력도 작으나 반면에 소형으로 대단히 염가인 광점발생기를 사용하여 실용적인 광조형을 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시형태에 관한 광조형장치의 전체구성을 나타내고 있다.

이 조형장치(100)는 광조형에 필요한 기계기구나 광원이나 그것들의 구동장치를 포함한 장치본체(1)와, 이 본체(1)의 동작을 제어하기 위한 제어컴퓨우터(3) 등을 구비한다. 제어컴퓨우터(3)는 이더넷(Ethernet)과 같은 통신네트워어크(9)를 통하여, 3차원 CAD시스템(5)이나, 제어데이터 생성용 워크스테이션(work station)(7)과 접속할 수 있다. 3차원 CAD시스템(5)은 조형물의 3차원 모형제작업(modeling)을 하여 조형물의 3차원 형상 데이터를 생성한다. 제어데이터 생성용 워크스테이션(7)은, 그 3차원 형상데이터를 다수의 얇은 층에 슬라이스(slice)하여 각 층의 2차원 형상을 생성하여, 그 각 층의 2차원형상 데이터나 두께 데이터 등을 제어컴퓨우터(3)에 공급한다.

장치본체(1)내에는 수지액조(11)가 설치되었고, 거기에 광경화성 수지액(13)이 소정액위까지 충만되어 있다. 액위(液位)를 제어하기 위하여, 액면검지센서(31)가 액위를 검지하여, 그 검지신호에 따라서 제어컴퓨우터(3)가 액면조정 구동장치(35)를 제어하고, 그 제어에 따라서 액면조정 구동장치(35)가 액면조정체적(3)을 기능하게 한다.

수지액조(11)내에는 Z축 엘레베이터(15)가 있으며, 이 엘레베이터(15)상에 트레이(Tray)(19)가 놓이게 된다. 엘레베이터(15)는 제어컴퓨우터(3)에 의하여 제어되는 Z축 엘레베이터 구동장치(21)에 의하여 Z축방향(상하방향)으로 이동시킬 수 있다. 주지하는 바와 같이, 조형중, 트레이(19)상에 조형물(17)이 형성되어감에 따라서, 엘레베이터(15)는 서서히 강하하여 간다.

트레이(19)의 상방의 액면상에는 액면에 경화용의 빛을 조사하는 노출헤드(23)가 배치되어 있다. 도 2의 사시도에 도시한 바와 같이 노출헤드(23)는 Y축방향으로 길게, 또한 제어컴퓨우터(3)에 의하여 제어되는 스캔축 구동장치(25)에 의하여, X축방향으로 이동시킬 수 있다. 노출헤드(23)가 이동하면서 커버하는 노출영역(24)은 본 실시형태에서는 X축방향 64mm 및 Y축방향 64mm이며, 따라서 작성할 수 있는 조형물(17)의 최대의 평면사이즈는 64mm×64mm이다(단, 나중에 설명하는 오프셋량의 적용에 의한 팽창때문에, 실제에 작성되는 조형물(17)의 최대평면 사이즈는 약 60mm×60mm이다). 노출헤드(23)는 광섬유다발(39)을 통하여, LED광원(37)에 접속되어 있다. 이 부분의 상세한 구성은 나중에 설명한다.

조형물(17)의 노출면(액면)에 접하여, 그 노출면(액면)을 평활하게 하기 위한 Y축방향으로 길다란 레코오더(27)가 배치되어 있다. 레코오더(27)는 제어컴퓨우터(3)에 의하여, 제어되는 레코오더 구동장치(29)에 의하여 X축방향으로 이동시킬 수 있다.

수지액(13)의 온도를 제어하기 위하여, 여러 개소에서 온도센서(41, 43)가 수지액(13)의 온도를 검출하여, 그 검출온도에 따라서 제어컴퓨우터(3)가 온도조절기(45)를 제어하여, 그 제어에 따라서 온도조절기(45)가 히이터(47)를 구동한다.

이상의 구성중에서, 특히 주목하여야 할 것은, 광원부분(노출헤드(23), 광섬유다발(39) 및 LED광원(37))의 구조와, 그 광원부분의 제어컴퓨우터(3)에 의한 제어이다. 이하, 이 점에 관하여 상세히 설명한다.

3차원 CAD시스템(5)으로 작성된 3차원형상 모형은 Z축방향으로 예컨대 0.1mm의 폭으로 썬다. 슬라이스된 각 층의 데이터는 XY평면에 있어서의 2차원형상 데이터이며, 이것이 광조형장치(100)의 제어컴퓨우터(3)에 공급된다. 제어컴퓨우터(3)는 먼저, 각 층의 2차원형상 데이터를 1024비트×1024비트의 비트맵 데이터에 전개한다. 이 비트맵 데이터는 XY평면상의 상술한 노출영역(24)(64mm×64mm)의 영상을 나타내고 있다. 바꾸어 말하면, 이 비트맵 데이터는 노출영역(24)의 64mm×64mm의 영상을 나타내고 있다. 바꾸어 말하면, 이 비트맵 데이터는 노출영역(24)의 64mm×64mm의 영상을 1024픽셀×1024픽셀의 래스터(raster)영상으로서 표현하고 있다. 따라서, 이 비트맵 데이터의 각 1비트는 노출영역(24)내의 62.5㎛×62.5㎛의 각 픽셀에 대응하여 각 비트의 값 "1" 및 "0"은 각 픽셀에서 수지를 경화한다(광원을 온한다) 및 경화하지 않는다(광원을 오프한다)를 각기 의미한다.

LED광원(37)에는 노출영역(24)의 Y축방향의 －라인의 픽셀수에 상당하는 1024개의 LED가 포함되어 있다. 그것들 1024개의 LED는 제어컴퓨우터(3)로부터의 지령으로 개별로 온/오프할 수 있도록 되어 있다. 도 3은 낱낱의 LED의 구성을 나타내고 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 각 LED(51)는 시판의 LED램프(53)의 헤드부의 렌즈부분(54)을 커트한 것이며, 이에 광섬유(55)가 접속되어 있으며, 실질적으로 출력광의 전부가 광섬유(55)에 입사하도록 구성되어 있다. 각 LED(53)는 가급적 자외선에 가까운 단파장의 고에너지광을 발하는 것이 바람직하며, 이 실시형태에서는 청색광(파장 470nm, 출력 3mW)을 발하는 것을 사용하고 있다.

LED광원(37)내의 1024개의 LED(51)에 접속된 1024개의 광섬유(55)는 도 1에 나타낸 광섬유다발(39)로서, 노출헤드(23)에 안내되고 있다. 노출헤드(23)에서는 1024개의 광섬유(55)의 선단부가 도 4를 참조하여 나중에 설명하는 바와 같은 형태로 배열되어 있으며, 그 하방에 다수의 원기둥형상의 GRIN렌즈(굴절율 분포형렌즈)를 평면형상으로 계속된 도 3에 도시한 바와 같은 GRIN렌즈·평판(57)이 배치되어 있다. 이 GRIN렌즈·평판(57)은 낱낱의 광섬유(55)의 선단면의 상(즉, 광섬유(55)와 같은 지름의 광점)(59)을 그 하방의 수지액면에 결상한다. 각 광섬유(55)의 직경은 예컨대 0.5mm이며, 따라서, GRIN렌즈(57)에 의하여 결상되는 각 광점(59)의 직경도 0.5mm이다.

도 4는 노출헤드(23)에 있어서의 광섬유(55) 선단부의 평면배열의 한 형태를 나타내고 있다.

1024개의 광섬유(55)의 각각은 노출영역(24)의 Y축에 잇따른 1024개의 각 픽셀위치를 노출하기 위한 것이다. 따라서, 노출헤드(23)에 있어서의 1024개의 광섬유(55)의 선단부는 노출영역(24)의 픽셀의 피치에 같은 62.5㎛의 피치로 Y축에 잇따라서 배열될 필요가 있다. 그러나, 각 광섬유(55)의 직경은 픽셀피치 62.5㎛보다 훨씬 큰 0.5mm이므로, 이 피치로 일렬로 광섬유(55)를 배열하는 것은 불가능하다.

그리하여, 도 4에 도시한 바와 같은 128개×8행의 섬유배열을 채용한다. 즉, 128개의 광섬유(55)를 그 직경에 같은 0.5mm피치로 Y축방향으로 일직선으로 나란하게, 길이 64mm의 1개의 광섬유배열 63①을 작성한다. 마찬가지로 전부 8개의 광섬유배열 63①∼63⑧을 준비한다. 각 광섬유배열 63①∼63⑧은 구체적으로는 길이 64mm의 홈을 가진 베이스(65)의 홈에 128개의 광섬유(55)를 끼워넣음으로서 작성할 수 있다. 이것들의 8개의 광섬유배열 63①∼63⑧을 각기 Y축방향으로 평행으로, 또한 상호간에 Y축방향으로 픽셀피치와 같은 62.5㎛만큼 변위하도록 하여, X축방향으로 적당한 간격으로 배치한다(따라서, 노출헤드(23)의 외관은 도 2에 도시한 바와 같이 8개의 베이스(65)가 나란하게 된다).

도 4에 도시한 바와 같이 8개의 광섬유배열 63①∼63⑧이 나란히 노출헤드(23)를 X축방향으로 주사시켜 나아감으로써, 그 1024개의 광섬유(55)는 노출영역(24)의 Y축에 잇따른 1024개의 픽셀의 위치를 각기 주사하게 된다. 예컨대. 그 1024개의 픽셀에 대하여 끄트머리부터 0번, 1번, …, 1023번과 같이 번호를 붙였다고 하면, 도 4에 나타낸 첫째줄째의 배열 63①의 광섬유(55)는 0번, 8번, 16번, …과 같이, 0번의 픽셀에서 8픽셀피치마다의 128개의 픽셀의 위치를 주사하게 되며, 둘째줄째의 배열 63①의 광섬유(55)는 1번, 9번, 17번, …와 같이 1번의 픽셀에서 8픽셀 피치에 걸려서의 128개의 픽셀의 위치를 주사하게 된다.

그 위에, 도 4에 도시한 섬유배열 한예이며, 다른배열 예컨대 도 5에 도시한 바와 같은 배열도 채용할 수 있다. 도 5의 배열에서는 첫째줄째의 배열 63①의 이웃에 도 4에 배열에 있어서의 5행째의 배열 63⑤이 배치된 바와 같이 배열간의 Y방향의 변위가 섬유반지름인 0.25mm와 같은 2개의 배열끼리가 인접하여 배치된다. 이 배치에서는 인접하는 배열의 X방향의 간격을 최소로 할 수 있으므로, 노출헤드(23)의 X축방향의 사이즈가 최소로 된다.

도 6은 하나의 광섬유(55)에서 수지액면에 투영된 하나의 광점(59)과, 그 수지액면 픽셀(71)과의 관계를 나타내고 있다.

이미 설명한 바와 같이, GRIN렌즈·평판(57)에 의하여 수지액면에 투영된 각 광점(59)의 직경은 각 광섬유(55)의 직경과 같은 0.5mm이다. 이에 대하여, 낱낱의 픽셀(71)의 사이즈는 62.5㎛×62.5㎛이다. 그 때문에, 광점(59)은 그 중심점에 위치하는 픽셀(73)(도 4를 참조한 섬유배열의 설명에서 「각 광섬유(55)가 주사하는 픽셀」와 같이 설명한 픽셀)뿐만 아니라, 그 주위의 많은 픽셀에도 조사하게 된다. 이것을 다른 측면에서 보면, 하나의 픽셀(73)에는 이 픽셀(73)을 중심으로 하는 직경 0.5mm의 범위내에 중심점을 가진 다수의 광점이 조사됨을 알 수 있다. 본 실시형태에서는 이것을 이용하여, 하나의 픽셀을 다수의 광점에서 다중으로 노출함으로써, 광원인 LED의 출력광을 최대한으로 이용하도록 하고 있다.

도 7은 이 다중노출의 원리를 도시하였다. 도 7에 도시한 바와 같이, 어떤 픽셀(73)을 경화시킬 경우, 이 픽셀(73)을 중심으로 하는 직경 0.5mm의 범위내의 모든 픽셀(도면중 「+」표로 나타낸 픽셀)위치에 중심점을 가진 모든 광점을 점등시키도록 한다. 이 다중노출은 도 4나 도 5에 예시한 바와 같은 픽셀피치에서 나란한 광섬유배열을 사용하는 것과 나중에 설명하는 조형물의 형상에 대한 오프셋량의 적용등에 의하여 실현된다.

도 8은 상술한 구성의 광원을 구동하기 위한 제어처리의 흐름을 나타내고 있다.

이미 설명한 바와 같이 먼저 3차원 CAD시스템(5)이 조형물의 3차원형상 데이터를 모형화하는(스텝 S1). 다음에 워크스테이션(7)이 Z축방향으로 소정피치에서 3차원형상을 슬라이스(단결정박판)하여 슬라이스한 각 층의 2차원형상 데이터를 작성하여, 이것을 조형장치(100)의 제어컴퓨우터(3)에 보낸다(S2).

다음에, 제어컴퓨우터(3)가 각층의 2차원형상 데이터에 일정한 오프셋량을 적용하여, 그 2차원형상을 오프셋량만큼 팽창시킨다(S3). 예컨대 도 8에 도시한 바와 같이 원래의 2차원형상이 원(圓)(81)이 였을 경우, 그 반지름에 오프셋량(83)을 가하여, 보다 큰 지름의 원(85)으로 팽창시킨다. 또, 도해는 없으나, 원래의 2차원형상이 예컨대 바퀴였을 경우, 그 바깥지름은 오프셋량만큼 확대시키지만, 안지름은 오프셋량만큼 축소시킨다. 요는 윤곽을 오프셋량만큼 바깥쪽으로 약간 위치이동하게 한다.

이 오프셋 팽창처리를 하는 이유는 다음과 같다. 즉, 나중에 설명하는 바와 같이 각 LED(51)의 온/오프는 각 광점(59)의 중심점의 픽셀값에 의하여 결정된다. 그러기때문에 워크스테이션(7)으로부터의 2차원형상 데어터를 그대로 사용하여 LED(51)의 온/오프를 하면, 2차원형상의 윤곽(끝) 근방의 픽셀을 노출하는 광점수가 적어지게 되어(왜냐하면, 윤곽선의 바깥쪽의 픽셀을 중심점으로 하는 광점은 오프이므로), 상술한 다중노출의 효과를 충분히 얻을 수 없게 된다. 그리하여, 2차원형상의 윤곽선상의 픽셀에 대하여도, 그 픽셀을 중심으로 하는 직경 0.5mm범위내의 픽셀을 중심점으로 하는 모든 광점이 온되도록, 오프셋량을 적용하여 윤곽선을 바깥쪽으로 이동시킨다. 따라서, 오프셋량은 광점의 반지름인 0.25mm가 표준이다. 그러나, 가장적합한 오프셋량은 수지의 경화특성이나 광점의 점등시간의 조정 등에 의존하므로, 마이너스값을 포함하여 임의의 오프셋량을 설정할 수 있도록 되어 있음이 바람직하다.

상기 처리에 의하여 팽창시킨 2차원형상 데이터는 콘타·데이터이라 호칭한다. 제어컴퓨우터(3)는 다음에 이 콘타·데이터를 1024비트×1024비트의 비트맵 영상(87)으로 전개한다. 비트맵 영상(87)의 각 비트값은 예컨대 "1"이 LED 온(픽셀을 경화한다). "0"이 LED 오프(픽셀을 경화하지 않는다)를 의미한다(물론, 반대라도 좋다).

다음에, 제어컴퓨우터(3)는 노출헤드(23)의 주사를 개시하여, 주사가 이루어지고 있는 동안, 비트맵 영상(87)으로부터 비트값을 판독하여 발광패턴을 작성하고, 이에 기초하여 LED광원(37)을 구동한다(S5).

발광패턴은 다음의 방법으로 작성한다. 전제로서, 광섬유(55)가 도 4에 도시한 128개×8행의 배열로 되어 있다고 한다. 또, 도 9에 도시한 바와 같이 각 광섬유(55)를 노출헤드(23)상에서의 좌표(p, q)로 식별한다. 여기서, 번호 p(p=0∼7)는 각 광섬유배열 63①∼63⑧의 행(行)번호(p=0∼7)이며, 번호 q(q=0∼1023)는 각 광섬유배열내에서의 각 광섬유(55)의 위치번호이다. 또, 노출헤드(23)상에서의 각 광섬유배열 63①∼63⑧의 X축방향(주사방향)위치를, 1행째의 광섬유배열 63①과 각 광섬유배열 63①∼63⑧과 사이의 간격을 픽셀피치 62.5㎛로 나눈 배수값(Np)으로 나타낸다. 예컨대 1행째의 배열 63①(p=0)에 대하여는 N0=0이며, 2행째 배열 63②(p=1)에 대하여는 N1=8(즉, 1행째 배열과의 간격은 0.5mm), 3행째 배열 63③(p=2)에 대하여는 N2=18(즉, 2행째 배열과의 간격은 0.625mm) 등으로 되어 있다. 또, 각 픽셀(71)을 노출영역(24)(비트맵 영상 87)내의 좌표(i, j)로 식별하게 된다. 여기서, 번호 i, j는 각기 비트맵 영상(87)내의 행번호(X좌표) 및 열(列)번호(Y좌표)이다. 또한, 노출헤드(23)의 1픽셀피치 62.5㎛씩 X축방향으로 이동하여 가는 방법으로 실행되며, 주사중의 시각(t)은 주사개시 시점에서 t=0, 이후 m픽셀피치만큼 이동한 시점에서 t=m과 같이 나타낸다.

이상의 전제하에서, 제어컴퓨우터(3)는 주사중의 낱낱의 시각(t)에 있어서, 좌표(p, q)의 광섬유(55)에 접속된 LED(51)를 다음식,

i＝t－Np

j＝p＋8×q

로 결정되는 좌표(i, j)의 픽셀값에 기초하여 온/오프한다(단, j가 마이너스값 또는 1024이상일 때는 LED(51)는 오프이다).

예컨대, 주사개시시각 t=0에서는 1행째의 광섬유 배열 63①(p=0, Np=0)이 노출개시위치에 위치하고 있다. 이때, 이 1행째의 광섬유배열 63①에 대하여서만 발광패턴을 부여하게 된다(2행째 이후의 배열에 대하여는 i가 마이너스이다). 즉, 이 1행째의 위치번호 q=0, 1, 2, …, 127의 각 광섬유(55)의 LED(51)에 대하여, 상기 식에서 결정한 좌표 (0, 0), (0, 8), (0, 16), …, (0, 1016)의 픽셀값의 발광패턴을 부여할 수 있게 된다.

이후, t=1, 2, …, 7의 각 시점에서는 1행째 배열 63①에 대하여서만 상기 식에서 결정한 발광패턴을 부여할 수 있게 된다.

개시로부터 8픽셀피치만큼 이동한 t=8의 시점에서 2행째의 광섬유배열 63②(p=1, Np=8)이 노출개시위치에 온다. 이 시점으로부터 1행째 배열 63①와 2행째배열②에 대하여 발광패턴을 부여하게 된다(3행째 이후의 배열에 대하여는 i가 마이너스이다). 즉, 1행째의 위치번호 q=0, 1, 2, …, 127의 각 LED(51)에 대하여, 상기 식에서 결정한 좌표 (8, 0), (8, 8), (8, 16), …, (8, 1016)의 픽셀값의 발광패턴이 또, 2행째의 위치번호 q=0, 1, 2, …, 127의 각 LED(51)에 대하여, 상기 식에서 결정한 좌표 (0, 1), (0, 9), (0, 17), …, (0, 1017)의 픽셀값의 발광패턴을 부여하게 된다.

이후, t=9, 10, …, 17의 각 시점에서는 1행째와 2행째의 배열 63①, 63②에 대하여서만, 상기 식에서 결정한 발광패턴을 부여하게 된다.

개시로부터 18픽셀피치만큼 이동한 t=18의 시점에서 3행째의 광섬유배열 63③(p=2, Np=18)이 노출개시위치에 온다. 이 시점으로부터, 1행째 배열 63①과 2행째 배열 63②과 3행째 배열 63③에 대하여 발광패턴을 부여하게 된다(4행째이후의 배열에 대하여는 i가 마이너스이다). 이 발광패턴도 상기의 식에 따라서 결정된다.

이하, 마찬가지로하여 1픽셀 피치만큼 노출헤드(23)가 진행할때마다. 상기 식에 의하여 발광패턴이 계산되어서 이 LED(51)가 구동된다. 그리고 8행째의 광섬유배열 63⑧에 대하여 상기 식으로 계산한 i가 1023으로 되기까지(또는 픽셀값 "1"이 존재하는 i의 최대값으로 되기까지), 상기 제어동작이 반복되어, 이것으로 하나의 층의 노출을 종료한다.

하나의 층의 노출이 종료하면, 제어컴퓨우터(3)는 엘레베이터(15)를 층의 두께분만큼 강하시켜, 다음의 층에 대하여 재차같은 제어방법으로 노출을 한다. 이것을 조형물의 상단의 층까지 반복한다.

도 10은, 본 실시형태에서 사용할 수 있는 LED광원(37)의 다른 구성예를 도시한 것이다.

이 구성에서는 도 3에 도시한 바와 같은 LED램프는 사용하지 않고, 반도체기판(또는, 적당재료의 절연기판)(91)상에 예컨대 매트릭스 형상으로, 다수의 고체발광소자 전형적으로 LED칩(92)을 형성(또는, 마운트(mount))한 것을 사용한다. 그리고, 각 LED소자(92)의 바로위에 각 광섬유(93)의 일단이 각 LED소자(92)에 극히 근접 또는 접촉한 상태에서 배치되어 있다. 각 광섬유(93)의 선단은 노출헤드(23)에 도입된다. 이 구성에 의하면, 도 3의 램프를 사용하는 구성보다 한층 효율이 좋고, LED소자(92)의 발광을 광섬유(93)에 받아 넣을 수 있다.

이상 본 발명의 가장 적합한 한 실시형태를 설명하였으나, 이 실시형태는 본 발명의 설명을 위한 예시로서, 본 발명을 이 실시형태에만 한정하는 취지는 아니다. 본 발명은 그 이외의 여러 가지의 형태라도 실시할 수 있다.

Claims (18)

1. 광경화성수지의 용액을 수용하는 액조와, 상기 액조내의 상기 광경화성 수지의 액내에 설정되는 다수의 픽셀의 2차원 집합으로 된 노출영역과, 상기 노출영역에 빛을 조사하는 노출장치와, 상기 노출영역내의 선택된 픽셀을 경화하도록 상기 노출장치를 제어하는 제어장치 등을 구비하고, 상기 노출장치는 온/오프 전환이 가능하여, 온일때에 각 픽셀보다 큰 사이즈의 각 광점을 상기 노출영역에 조사하는 1개이상의 광점발생기를 구비하였으며, 이 광점발생기에 의하여 상기 노출영역을 주사하고, 상기 제어장치는 상기 광점발생기가 상기 노출영역을 주사하는 동안, 상기 선택된 픽셀에 상기 광점을 조사할 수 있는 위치에 존재하는 연복수개의 상기 광점발생기를 온으로 함을 특징으로 하는 광조형장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 노출장치는 주주사방향으로 상기 광점의 직경보다 작은 제1피치로 배열된 여러 개의 광점을 상기 노출영역에 조사하는 여러 개의 광점발생기를 구비하여, 이것들 여러 개의 광점발생기로 상기 노출영역을 부주사방향으로 주사함을 특징으로 하는 광조형장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1피치가, 상기 픽셀의 피치와 같음을 특징으로 하는 광조형장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 노출장치가 적어도 2개의 광점발생기를 상기 제1피치보다 큰 제2피치로 상기 주주사방향으로 1열로 나란하게 된 광점발생기 배열을 적어도 2개 구비하여, 그것들 광점발생기 배열이 상기 주주사방향으로 잇따라서 상기 제1의 피치에 같은 변위를 상호간에 갖고, 상기 부주사방향으로 배치되어 있음을 특징으로 하는 광조형장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 제어장치가,

   1) 조형물의 단면형상을 도시한 데이터를 받아서, 이 데이터에 소정의 오프셋량을 적용하여 상기 단면형상을 팽창시키고,

   2) 상기 광점발생기가 상기 노출영역을 주사하는 동안, 상기 광점발생기로부터의 상기 광점의 중심점이 팽창시킨 상기 단면형상에 포함되는 각 픽셀에 위치할 때에, 상기 광점발생기를 온으로 함을 특징으로 하는 광조형장치.
6. 제1항에 있어서, 각 광점발생기가 광원으로서 고체발광소자를 구비하였음을 특징으로 하는 광조형장치.
7. 제6항에 있어서, 각 광점발생기가 광원으로서 고체발광소자가 LED임을 특징으로 하는 광조형장치.
8. 제6항에 있어서, 상기 광조형장치가 상기 고체발광소자에 접속된 광섬유를 새로이 구비하였고, 상기 광섬유의 선단부가 상기 광점발생기에 포함되어 있음을 특징으로 하는 광조형장치.
9. 제6항에 있어서, 상기 광점발생기가 상기 고체발광소자로부터의 빛을 받아서 상기 광점을 형성하는 GRIN렌즈를 새로이 구비하였음을 특징으로 하는 광조형장치.
10. 제7항에 있어서, 상기 LED가 청색 LED임을 특징으로 하는 광조형장치.
11. 광경화성 수지액의 노출영역을 적어도 1개의 광점으로 주사하는 스텝으로서, 상기 노출영역은 다수의 픽셀의 2차원 집합으로 되었고, 상기 광점의 사이즈는 각 픽셀보다 크며, 상기 광점은 온오프 전환이 가능한 주사스텝과, 상기 광점이 상기 노출영역을 주사하는 동안 선택된 픽셀에 주사할 수 있는 위치에 있는 연복수개의 상기 광점을 온으로 하는 제어스텝 등을 구비하였음을 특징으로 하는 광조형방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 주사스텝에서는 여러 개의 상기 광점에 의하여 상기 노출영역을 부주사방향으로 주사하고, 상기 여러 개의 광점은 상기 노출영역의 주주사방향으로 상기 광점의 직경보다 작은 제1피치로 배열되어 있음을 특징으로 하는 광조형방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 제1피치가 상기 픽셀의 피치에 같음을 특징으로 하는 광조형방법.
14. 제12항에 있어서, 상기 여러 개의 광점은 적어도 2개의 상기 광점이 상기 제1피치보다 큰 제2피치에서 상기 주주사방향으로 1열로 나란하게 된 광점배열을 적어도 2개를 포함하고, 그것들 광점배열이 상기 주주사방향으로 잇따라서 상기 제1피치에 같은 변위를 상호간에 갖고, 상기 부주사방향으로 배치되어 있음을 특징으로 하는 광조형방법.
15. 제11항에 있어서, 상기 제어스텝이

    1) 조형물의 단면형상을 나타낸 데이터를 받고, 이 데이터에 소정의 오프셋량을 적용하여 상기 단면형상을 팽창시키는 스텝과,

    2) 상기 광점이 상기 노출영역을 주사하는 동안, 상기 광점의 중심점을 팽창시킨 상기 단면형상에 포함되는 각 픽셀에 위치할 때에 상기 광점을 온으로 함을 특징으로 하는 광조형방법.
16. 제11항에 있어서, 상기 광점의 광원이 고체 발광소자임을 특징으로 하는 광조형방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 고체발광소자가 LED임을 특징으로 하는 광조형방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 LED가 청색 LED임을 특징으로 하는 광조형방법.