KR20040102531A - 마이크로 광 조형 방법 및 장치 - Google Patents

마이크로 광 조형 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20040102531A
KR20040102531A KR1020030034028A KR20030034028A KR20040102531A KR 20040102531 A KR20040102531 A KR 20040102531A KR 1020030034028 A KR1020030034028 A KR 1020030034028A KR 20030034028 A KR20030034028 A KR 20030034028A KR 20040102531 A KR20040102531 A KR 20040102531A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
laser beam
molding
micro
axis stage
cross
Prior art date
Application number
KR1020030034028A
Other languages
English (en)
Inventor
조동우
이인환
이승재
Original Assignee
학교법인 포항공과대학교
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 학교법인 포항공과대학교 filed Critical 학교법인 포항공과대학교
Priority to KR1020030034028A priority Critical patent/KR20040102531A/ko
Publication of KR20040102531A publication Critical patent/KR20040102531A/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • B29C64/129—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask
    • B29C64/135—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask the energy source being concentrated, e.g. scanning lasers or focused light sources
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264—Arrangements for irradiation
    • B29C64/268—Arrangements for irradiation using laser beams; using electron beams [EB]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264—Arrangements for irradiation
    • B29C64/277—Arrangements for irradiation using multiple radiation means, e.g. micromirrors or multiple light-emitting diodes [LED]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/08—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
    • B29C35/0805—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
    • B29C2035/0822—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using IR radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/08—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
    • B29C35/0805—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
    • B29C2035/0827—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using UV radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/08—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
    • B29C35/0805—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
    • B29C2035/0838—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using laser

Abstract

본 발명은 자외선(UV; ultraviolet) 또는 적외선 레이저에 경화되는 광 경화성 수지를 적층하여 3차원 형태의 마이크로 구조물을 제작할 수 있고, 레이저 빔을 초점 제어하여 수 ㎛ 크기의 빔(beam) 반경을 갖도록 할 수 있는 마이크로 광 조형 방법 및 장치에 관한 것이다. 한편, 본 발명은 자유액면방식을 사용하며 x-y축 스테이지(stage) 위에 설치된 광학계로 레이저 주사 경로를 제어하고 독립된 z축 스테이지로는 단면층 두께만을 제어할 수 있도록 된 마이크로 광 조형 방법 및 장치에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명 방법은 소정의 광학계를 통하여 수 ㎛ 직경을 갖는 초점된 레이저 빔을 광 경화성 수지 표면 위에 주사하는 레이저 빔 주사 단계와; 상기 레이저 빔 주사 단계를 통해 소정의 광 경화성 수지 단면 층을 성형하는 성형 단계; 및 상기 성형 단계에 의해 상기 단면 층이 성형되었으면, 상기 단면 층위에 상기 성형 단계를 반복 적용하여 광 경화성 수지 단면 층을 연속적으로 적층 성형하여 3차원 광 경화성 수지 구조물을 조형하는 조형 단계를 포함하여 된 것을 특징으로 하고,
본 발명 장치는 레이저 광원과; 상기 레이저 광원에서 출력되는 레이저 빔을 수 ㎛ 직경을 갖는 초점된 레이저 빔으로 하기 위한 광학계 수단과; 상기 레이저 빔의 경로를 x축 및 y축 방향으로 제어하기 위한 x-y축 스테이지와; 상기 레이저 빔에 의해 경화되는 광 경화 수지의 단면 층 두께를 조절하기 위한 z축 스테이지를포함하고, 상기 x-y축 스테이지를 통해 상기 레이저 빔을 상기 광 경화성 수지 표면 위에 주사하여 광 경화성 수지 단면 층을 성형하고 이를 상기 z축 스테이지를 통해 연속적으로 적층 성형시킴으로써 최종적으로 3차원 마이크로 광 경화성 수지 구조물을 조형하도록 된 것을 특징으로 한다.

Description

마이크로 광 조형 방법 및 장치{Micro-stereolithography method and apparatus}
본 발명은 마이크로 광 조형 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 자외선(UV; ultraviolet) 또는 적외선 레이저에 경화되는 광 경화성 수지를 적층하여 3차원 형태의 마이크로 구조물을 제작할 수 있고, 레이저 빔을 초점 제어하여수 ㎛ 크기의 빔(beam) 반경을 갖도록 할 수 있는 마이크로 광 조형 방법 및 장치에 관한 것이다.
한편, 본 발명은 자유액면방식을 사용하며 x-y축 스테이지(stage) 위에 설치된 광학계로 레이저 주사 경로를 제어하고 독립된 z축 스테이지로는 단면층 두께만을 제어할 수 있도록 된 마이크로 광 조형 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 마이크로 광 조형 기술은 폴리머 몰드(polymer mold) 제작 과정에서 널리 사용되는 쾌속 조형 기술의 일종인 광 조형 기술로부터 파생된 기술이고, 이 같은 마이크로 광 조형 기술을 실시하기 위한 장치가 도 1에 도시한 바와 같은 마이크로 광 조형 장치이다. 마이크로 광 조형 장치의 동작 과정을 도 1을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, 마이크로 광 조형 장치는 상용화된 CAD 소프트웨어로부터 설계된 CAD 모델을 균일한 두께로 슬라이싱(slicing)하여 2차원의 단면층의 시리즈로 만들게 된다. 마이크로 광 조형 장치는 상기와 같이 슬라이싱 과정을 거쳐 생성된 2차원 단면 정보로부터 스테이지 구동 코드를 만들게 되며, 이러한 구동 코드를 사용하여 x-y축 스테이지(10)를 구동시킴으로써 원하는 형상으로 레이저를 주사하게 된다. 레이저의 초점된 UV 빔은 모노머(monomer)와 광 개시제(photoinitiator)로 구성된 광 경화성 수지(1)에 흡수되게 되며, 이때 액체상태의 모노머에서 고체상태의 폴리머가 되는 광 경화 반응을 이끌어내게 된다. 이러한 과정을 거쳐 슬라이싱된 2차원 형상의 폴리머 층이 성형되게 된다. 한 층의 성형이 끝난 후, 엘리베이터(20)와 연결된 z축의 스테이지(18)를 내려줌으로써 수지 충전 과정을 거치게되고, 새로운 층의 성형이 동일한 방식으로 진행되게 된다. 결국 x-y축 스테이지(10)와 z축 스테이지(18) 이송에 의하여 층 단위로 이루어진 복잡한 형상의 3D 구조물을 조형할 수 있게 된다.
도 1에서 미설명된 도면부호 2는 광원이고, 4는 셔터(shutter), 6은 ND 필터, 8은 빔 익스펜더(beam expander), 12는 CAD 데이터, 14는 CAD 소프트웨어가 설치된 컴퓨터, 16은 광학 테이블(optical table), 24는 렌즈, 26은 용기(container)로서, 이들 각각의 구성부재들은 당업자에게 자명할 것이다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기와 같은 기술을 기반으로 하여 자외선(UV; ultraviolet) 또는 적외선 레이저에 경화되는 광 경화성 수지를 적층하여 3차원 형태의 마이크로 구조물을 제작할 수 있고, 레이저 빔을 초점 제어하여 수 ㎛ 크기의 빔(beam) 반경을 갖도록 할 수 있는 마이크로 광 조형 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 자유액면방식을 사용하며 x-y축 스테이지(stage) 위에 설치된 광학계로 레이저 주사 경로를 제어하고 독립된 z축 스테이지로는 단면층 두께만을 제어할 수 있도록 된 마이크로 광 조형 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로 광 조형 장치의 일실시예의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로 광 조형 방법의 흐름도.
도 3a, 3b는 본 발명에 따른 마이크로 광 조형 장치의 일부 발췌 구성도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
2 : 광원 4 : 셔터(shutter)
6 : ND 필터 8 : 빔 익스펜더(beam expander)
10 : x-y축 스테이지 18 : z축 스테이지
20 : 엘리베이터 22 : 미러
24 : 렌즈
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 마이크로 광 조형 방법은, 소정의 광학계를 통하여 수 ㎛ 직경을 갖는 초점된 레이저 빔을 광 경화성 수지 표면위에 주사하는 레이저 빔 주사 단계와; 상기 레이저 빔 주사 단계를 통해 소정의 광 경화성 수지 단면 층을 성형하는 성형 단계; 및 상기 성형 단계에 의해 상기 단면 층이 성형되었으면, 상기 단면 층위에 상기 성형 단계를 반복 적용하여 광 경화성 수지 단면 층을 연속적으로 적층 성형하여 3차원 광 경화성 수지 구조물을 조형하는 조형 단계를 포함하여 된 것을 특징으로 한다.
본 발명 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 레이저 빔은 자외선 레이저 빔 또는 적외선 레이저 빔이다.
본 발명 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 각 단계는 수지(resin)의 자유액면 상태에서 수행된다.
그리고, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로 광 조형 장치는, 레이저 광원과; 상기 레이저 광원에서 출력되는 레이저 빔을 수 ㎛ 직경을 갖는 초점된 레이저 빔으로 하기 위한 광학계 수단과; 상기 레이저 빔의 경로를 x축 및 y축 방향으로 제어하기 위한 x-y축 스테이지와; 상기 레이저 빔에 의해 경화되는 광 경화 수지의 단면 층 두께를 조절하기 위한 z축 스테이지를 포함하고, 상기 x-y축 스테이지를 통해 상기 레이저 빔을 상기 광 경화성 수지 표면 위에 주사하여 광 경화성 수지 단면 층을 성형하고 이를 상기 z축 스테이지를 통해 연속적으로 적층 성형시킴으로써 최종적으로 3차원 마이크로 광 경화성 수지 구조물을 조형하도록 된 것을 특징으로 한다.
본 발명 장치의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 광 경화성 수지 단면 층의 성형 및 구조물의 조형은 자유액면 수지(resin) 상태에서 달성된다.
본 발명 장치의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 수지의 점성에 따른 영향을 감소시키기 위해 상기 z축 스테이지에 연결된 엘리베이터를 상기 광 경화성 수지 단면 층의 두께 높이보다 더 깊이 아래 방향으로 이동시킨 후, 재차 위쪽 방향으로 이동시켜 소정시간 대기한 후 상기 광 경화성 수단 단면 층의 성형을 시작한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 마이크로 광 조형 방법 및 장치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로 광 조형 방법은, 도 1에 도시한 바와 같은 광원(2), 셔터(4), ND 필터(6), 빔 익스펜더(8), 미러(22) 및 렌즈(24) 등을 포함하여 구성되는 광학계를 통하여 수 ㎛ 직경을 갖는 초점된 레이저 빔을 광 경화성 수지(1) 표면 위에 주사하는 레이저 빔 주사 단계(S10)와; 레이저 빔 주사 단계(S10)를 통해 소정의 광 경화성 수지 단면 층(5)을 성형하는 성형 단계(S20); 및 성형 단계(S20)에 의해 단면 층(5)이 성형되었으면, 단면 층(5)위에 성형 단계(S20)를 반복 적용하여 도 3에 도시한 바와 같이 광 경화성 수지 단면 층(5)을 연속적으로 적층 성형하여 3차원 광 경화성 수지 구조물을 조형하는 조형 단계(S30)(S40)를 포함하여 이루어진다. 상기에서 초점된 레이저 빔은 광 경화성수지의 종류에 따라 바람직하게 자외선 레이저 빔 또는 적외선 레이저 빔이 되고, 상기 각 단계(S10, S20, S30, S40)는 수지(27))의 자유액면 상태에서 수행된다.
한편, 본 발명에 따른 마이크로 광 조형 장치는 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이 자외선 또는 적외선 레이저 광원(2)과; 레이저 광원(2)에서 출력되는 레이저 빔을 수 ㎛ 직경을 갖는 초점된 레이저 빔으로 하기 위한 광학계 수단으로서, 셔터(4), ND 필터(6), 빔 익스펜더(8), 미러(22) 및 렌즈(24)와; 상기 레이저 빔의 경로를 x축 및 y축 방향으로 제어하기 위한 x-y축 스테이지(10)와; 상기 레이저 빔에 의해 경화되는 광 경화 수지의 단면 층(5) 두께를 조절하기 위한 z축 스테이지(18); 및 z축 스테이지(18)에 연결되어 광 경화 수지 단면 층을 승강 또는 하강시키는 엘리베이터(20)를 포함하여 이루어진다.
본 발명에서 x-y축 스테이지(10)와 z축 스테이지(18)는 광 경화성 수지 단면 층의 성형시 레이저 빔을 이동시킴으로써, 수지(27) 속에서 성형되는 마이크로 구조물이 수지의 점성 및 스테이지(10)(18) 이동 속도에 의한 관성의 영향을 받지 않게 된다. 본 발명에서 사용되는 수지는 자외선 또는 적외선 레이저에 반응하는 광 경화성 수지이다. 한편, 본 발명은 자유액면 방식을 사용하며, 수지의 점성에 따른 영향을 감소시키기 위해 엘리베이터(20)를 층 두께 높이 보다 더 깊이 아래 방향으로 이동시킨 후 다시 위 방향으로 이동시켜 일정시간 대기한 후 성형을 시작하도록 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 마이크로 광 조형 방법 및 장치를 도 1 내지 도 3을 참조하여 더 상세하고 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 마이크로 광 조형 방법 및 장치에서는 전술한 바와 같이 자유액면방식을 사용하였으며, 단면층 성형 모습은 도 2에 도시한 바와 같다. 단면 층(5) 두께의 조절은, 전술한 바와 같이 한 층(5)을 성형하고 다음 층을 성형하기 위해서 z축 스테이지(18), 즉 엘리베이터(20)를 수지 단면 층(5) 두께 높이보다 더 깊이 아래 방향으로 이동시킨 후, 다시 위 방향으로 이동시켜 원하는 경화두께를 얻는다. 이때 광 경화성 수지의 점성 때문에 바로 수지를 경화시키면 원하는 경화 두께를 얻을 수 없기 때문에, 수지의 표면이 편평해지도록 일정시간 대기한 후 레이저를 주사하여 원하는 두께 만큼 수지가 경화되도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, 크게 실제 성형을 위한 움직임을 일으킬 수 있는 스테이지 제어 시스템과 레이저 및 여러 광학부품으로 이루어진 광학계 부분으로 나뉘어지는데 이에 대해 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
스테이지(10)(18)를 제어하기 위한 제어 시스템은, CAD 데이터(12; 도 1)를 바탕으로 작성된 조형물 가공에 필요한 코딩(coding)을 컴퓨터(14)에 설치된 인터페이스 소프트웨어를 통해 읽어들인 후 이를 미도시된 제어기에서 구동모터를 제어하여 스테이지(10)(18)를 동작하게 하는 역할을 한다. 이때 성형시 중요한 두가지 인자를 결정짓게 되는데 먼저 한가지는 스테이지(10)(18)의 이송속도 즉, 레이저의 주사속도가 되며, 다른 한가지는 스테이지(10)(18)의 이송경로 즉, 레이저의 주사경로를 담당하게 된다. 부가적으로, 상기 스테이지 제어 시스템에서는 셔터(4)의 온/오프(on/off)를 제어하게 된다. 이는 상기 스테이지 제어기에서 인터페이스 소프트웨어로부터 셔터(4)의 구동과 관련된 부분을 인식하여 일정한 전압을 내보내는방식을 갖는다.
본 발명 장치의 일실시예 따른 실제 동작 특징은 다음과 같다.
광 경화성 수지가 담긴 용기(26) 안에 z축 스테이지(18)와 연결된 엘리베이터(20)를 위치시켜 상하 방향(z축 방향)으로의 구동만 발생시킨다. 또한, x-y축 스테이지(10) 위에는 광학 미러(22)를 설치하여 레이저 빛의 경로를 x-y축 방향으로 이동할 수 있게 한다. 이러한 방식의 구동 시스템은 성형시 레이저 빛의 경로만 이동시킴으로 수지(27; resin) 안에서 성형되는 구조물은 수지(27)의 점성 및 스테이지 속도에 따른 영향을 받지 않게 된다.
본 발명 장치를 이루는 구성부분 중에는 광학계 부분도 있는데, 이 광학계 부분은 레이저 및 광학 장치로 이루어진다. 본 발명에서 사용된 레이저는 351.1nm의 파장을 갖는 Ar+CW(continuous wave) 레이저이다. 그러나, UV 파장 영역의 레이저는 어떤 종류의 레이저라도 사용가능하다. 레이저는 마이크로 광 조형 장치에서 광 중합 반응을 일으키는 소스로써 작용하며, 성형시에 고려하여야 할 또다른 인자가 된다. 레이저로부터 나온 자외선 레이저 빔은 도 1에 도시한 바와 같이 셔터(4)를 통과하여 ND 필터(Neutral Density filter; 6)를 통과하게 된다. 여기서, ND 필터(6)의 역할은 수백 ㎽에 상응하는 레이저 파워를 수㎼로 줄여주는 역할을 하게 된다. ND 필터(6)를 통과한 레이저는 빔 익스펜더(beam expander; 8)를 통과하여 약 3배로 확대되게 된다. 이는 마지막에 수지 표면에 맺히는 초점 반경을 줄여 주는 역할을 하게 된다. 빔 익스펜더(8)를 통과한 레이저 빔은 빔 스플리터(beamsplitter) 및 거울(mirror)(22)을 통하여 최종적으로 수지의 표면에 수직으로 레이저 빔이 입사할 수 있도록 가이드를 받게 된다. 최종적으로 레이저 빔은 초점 렌즈(24)에 의하여 수지 표면에서 초점을 형성하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로 광 조형 장치의 광학계 부분은 레이저 빔의 가이드 및 파워의 조절을 담당하며, 스테이지 제어 시스템은 레이저 빔의 주사 속도 및 주사 경로를 제어하게 된다. 이 두가지가 통합됨으로써 광 경화성 수지를 원하는 위치에서 원하는 광량으로 경화시킴으로써 마이크로 크기를 갖는 성형품을 제작하게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 따른 마이크로 광 조형 방법 및 장치는, 자외선(UV; ultraviolet) 또는 적외선 레이저에 경화되는 광 경화성 수지를 적층하여 3차원 형태의 마이크로 구조물을 제작할 수 있고, 레이저 빔을 초점 제어하여 수 ㎛ 크기의 빔(beam) 반경을 갖게 함으로써 마이크로 크기의 성형품을 효율적으로 제조할 수 있게 하는 이점을 제공한다.
또한, 본 발명은 자유액면방식을 사용하며 x-y축 스테이지(stage) 위에 설치된 광학계로 레이저 주사 경로를 제어하고 독립된 z축 스테이지로는 단면층 두께만을 제어할 수 있게 함으로써 다양한 형상의 3차원 마이크로 구조물을 효과적으로 만들 수 있는 이점을 제공한다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

Claims (7)

  1. 마이크로 광 조형 방법에 있어서,
    소정의 광학계를 통하여 수 ㎛ 직경을 갖는 초점된 레이저 빔을 광 경화성 수지 표면 위에 주사하는 레이저 빔 주사 단계;
    상기 레이저 빔 주사 단계를 통해 소정의 광 경화성 수지 단면 층을 성형하는 성형 단계;
    상기 성형 단계에 의해 상기 단면 층이 성형되었으면, 상기 단면 층위에 상기 성형 단계를 반복 적용하여 광 경화성 수지 단면 층을 연속적으로 적층 성형하여 3차원 광 경화성 수지 구조물을 조형하는 조형 단계를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 마이크로 광 조형 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 레이저 빔은 자외선 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 마이크로 광 조형 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 레이저 빔은 적외선 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 마이크로 광 조형 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 각 단계는 수지(resin)의 자유액면 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 마이크로 광 조형 방법.
  5. 마이크로 광 조형 장치에 있어서,
    레이저 광원;
    상기 레이저 광원에서 출력되는 레이저 빔을 수 ㎛ 직경을 갖는 초점된 레이저 빔으로 하기 위한 광학계 수단;
    상기 레이저 빔의 경로를 x축 및 y축 방향으로 제어하기 위한 x-y축 스테이지;
    상기 레이저 빔에 의해 경화되는 광 경화 수지의 단면 층 두께를 조절하기 위한 z축 스테이지를 포함하고,
    상기 x-y축 스테이지를 통해 상기 레이저 빔을 상기 광 경화성 수지 표면 위에 주사하여 광 경화성 수지 단면 층을 성형하고 이를 상기 z축 스테이지를 통해 연속적으로 적층 성형시킴으로써 최종적으로 3차원 마이크로 광 경화성 수지 구조물을 조형하도록 된 것을 특징으로 하는 마이크로 광 조형 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 광 경화성 수지 단면 층의 성형 및 구조물의 조형은 자유액면 수지(resin) 상태에서 달성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 광 조형 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 수지의 점성에 따른 영향을 감소시키기 위해 상기 z축 스테이지에 연결된 엘리베이터를 상기 광 경화성 수지 단면 층의 두께 높이보다 더 깊이 아래 방향으로 이동시킨 후, 재차 위쪽 방향으로 이동시켜 소정시간 대기한 후 상기 광 경화성 수단 단면 층의 성형을 시작하도록 된 것을 특징으로 하는 마이크로 광 조형 장치.
KR1020030034028A 2003-05-28 2003-05-28 마이크로 광 조형 방법 및 장치 KR20040102531A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030034028A KR20040102531A (ko) 2003-05-28 2003-05-28 마이크로 광 조형 방법 및 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030034028A KR20040102531A (ko) 2003-05-28 2003-05-28 마이크로 광 조형 방법 및 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20040102531A true KR20040102531A (ko) 2004-12-08

Family

ID=37378774

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030034028A KR20040102531A (ko) 2003-05-28 2003-05-28 마이크로 광 조형 방법 및 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20040102531A (ko)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100921939B1 (ko) * 2007-11-01 2009-10-15 한국산업기술대학교산학협력단 광 픽업 유니트를 이용한 광조형 장치 및 그 장치를이용하여 구조물을 형성하는 방법
KR100930788B1 (ko) * 2008-10-28 2009-12-09 주식회사 캐리마 대, 소형 광조형 장치.
KR101016384B1 (ko) * 2008-12-03 2011-02-18 포항공과대학교 산학협력단 광조형기술을 이용한 생체재료의 3차원구조물 제조방법 및 그 제품
KR101109288B1 (ko) * 2009-07-20 2012-01-31 부산대학교 산학협력단 마이크로 광 조형에서의 다중 레진의 미세 구조물 제조장치 및 이의 제조방법
US8512622B2 (en) 2010-06-23 2013-08-20 Postech Academy-Industry Foundation Manufacturing method for 3D structure of biomaterials using stereolithography technology and products by the same
KR101333323B1 (ko) * 2011-12-21 2013-12-02 한국과학기술원 대구경 테라헤르츠 ｍｅｍｓ 스캐닝 거울
KR101504419B1 (ko) * 2013-05-30 2015-03-19 서울과학기술대학교 산학협력단 3차원 프린터 및 3차원 프린팅 방법
KR101518406B1 (ko) * 2014-04-17 2015-05-11 엔젯 주식회사 광투과영역의 조절이 가능한 마스크를 이용한 3차원 인쇄 장치
WO2016086376A1 (zh) * 2014-12-03 2016-06-09 大族激光科技产业集团股份有限公司 3d打印机及其采用的镜头模组

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100921939B1 (ko) * 2007-11-01 2009-10-15 한국산업기술대학교산학협력단 광 픽업 유니트를 이용한 광조형 장치 및 그 장치를이용하여 구조물을 형성하는 방법
KR100930788B1 (ko) * 2008-10-28 2009-12-09 주식회사 캐리마 대, 소형 광조형 장치.
KR101016384B1 (ko) * 2008-12-03 2011-02-18 포항공과대학교 산학협력단 광조형기술을 이용한 생체재료의 3차원구조물 제조방법 및 그 제품
KR101109288B1 (ko) * 2009-07-20 2012-01-31 부산대학교 산학협력단 마이크로 광 조형에서의 다중 레진의 미세 구조물 제조장치 및 이의 제조방법
US8512622B2 (en) 2010-06-23 2013-08-20 Postech Academy-Industry Foundation Manufacturing method for 3D structure of biomaterials using stereolithography technology and products by the same
KR101333323B1 (ko) * 2011-12-21 2013-12-02 한국과학기술원 대구경 테라헤르츠 ｍｅｍｓ 스캐닝 거울
KR101504419B1 (ko) * 2013-05-30 2015-03-19 서울과학기술대학교 산학협력단 3차원 프린터 및 3차원 프린팅 방법
KR101518406B1 (ko) * 2014-04-17 2015-05-11 엔젯 주식회사 광투과영역의 조절이 가능한 마스크를 이용한 3차원 인쇄 장치
WO2016086376A1 (zh) * 2014-12-03 2016-06-09 大族激光科技产业集团股份有限公司 3d打印机及其采用的镜头模组
US10197798B2 (en) 2014-12-03 2019-02-05 Han's Laser Technology Industry Group Co., Ltd. 3D printer and lens module used by same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5018076B2 (ja) 光造形装置及び光造形方法
JP4957242B2 (ja) 光造形装置
CN105751511B (zh) 双光子聚合3d打印机及打印方法
JP2001145956A (ja) 光硬化性樹脂三次元造形物の積層造形装置及びその積層造形方法
JP2010510089A (ja) ポリマーオブジェクトオプティカル製造工程
CN104085106A (zh) 一种基于dlp原理的3d打印机
WO2007023724A1 (ja) 光造形装置および光造形方法
KR20040102531A (ko) 마이크로 광 조형 방법 및 장치
Vehse et al. A new micro-stereolithography-system based on diode laser curing (DLC)
JP2008162189A (ja) 光造形装置
JPH06246839A (ja) 光造形装置
JPH0224121A (ja) 光学的造形法
JP2617532B2 (ja) 三次元形状の形成方法および装置
CN109203468A (zh) 一种快速光固化3d打印装置
JPH08238678A (ja) 光造形装置
CN113276408A (zh) 一种液体内连续光固化成型增材制造装置及其制造方法
JPH0493228A (ja) 立体形状物の形成方法
JPH0596631A (ja) 光学的造形方法およびその装置
KR100243885B1 (ko) 가압 액면 규제 방식의 광조형 장치
KR100236566B1 (ko) 다중 광조형 장치 및 방법
JPH02108519A (ja) 三次元形状の形成方法および装置
JP3412278B2 (ja) 光造形装置及び方法
JPH09141746A (ja) ３次元モデリング装置
JPS6299753A (ja) 立体形状の形成方法
CN215151851U (zh) 一种液体内连续光固化成型增材制造装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application