KR20140097554A

KR20140097554A - 개선된 광 유니트를 가진 스테레오리소그래피 기계장치

Info

Publication number: KR20140097554A
Application number: KR1020147018305A
Authority: KR
Inventors: 에토레 마우리지오 코스타베베르
Original assignee: 에토레 마우리지오 코스타베베르
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2012-12-24
Publication date: 2014-08-06
Also published as: RU2593448C2; CA2860143C; CN104039533A; BR112014015284A8; US9550326B2; JP6331096B2; EP2794242B1; BR112014015284A2; IL233120B; RU2014128189A; CA2860143A1; MX2014007386A; US20150070674A1; SG11201403198VA; HK1201054A1; WO2013093612A1; MX350109B; ITVI20110333A1; EP2794242A1; CN104039533B

Abstract

스테레오리소그래피 기계장치(1)는: 액체 물질(14)을 위한 컨테이너(2); 액체 물질(14)을 응고시키기에 적합한 미리 정의된 방사선 소스(3); 액체 물질(14) 내의 기준 표면(5)을 향하여 방사선을 안내하기에 적합한 광 유니트(4); 기준 표면(5)의 미리 정의된 부분을 노출시키기 위하여 광 유니트(4) 및 /또는 소스(3)를 제어하도록 구성된 로직 제어유니트(6)를 포함한다. 광 유니트(4) 는 서로에 대해 투사하고 서로 독립적인 적어도 두 개의 축(X,Y) 주위를 회전하기 위한 액츄에이터 수단(7a)과 연결된 거울이 제공되고, 그래서 그것이 두 개의 축(X,Y) 주위의 해당 회전 조합을 통해 기준 표면(5)의 각각의 점을 향하여 방사선을 안내할 수 있도록 배열된 된 마이크로-광-전자-기계 시스템(MOEMS, (7))을 포함한다.

Description

개선된 광 유니트를 가진 스테레오리소그래피 기계장치{STEREOLITHOGRAPHY MACHINE WITH IMPROVED OPTICAL UNIT}

본 발명은 복수의 중첩된 층(superimposed layer)에 의한 삼차원 물체(object) 만들기에 적합한 형태의 스테레오리소그래피(stereolithography) 기계장치에 관한 것이다.

알려진 형태의 스테레오리소그래피 기계장치는 액체 물질, 일반적으로 액체 또는 반죽 상태의 광-민감성 수지(light-sensitive resin)를 포함하는 컨테이너를 포함한다.

기계장치는 또한 액체 물질을 응고하기에 적합한 방사선을 방출하는, 일반적으로 발광 형태의 소스(source)를 포함한다.

광 유니트(optical unit)는 응고될 물체 층의 위치에 해당하는, 컨테이너 내에 배열된 기준 표면reference surface)을 향하여 상기 방사선을 운송하기 위하여 제공된다.

형성된 삼차원 물체는 컨테이너에 대하여 수직으로 이동할 수 있는 모델링 플레이트(modeling plate)에 의하여 지지되고, 그러한 방식으로 상기 기준 표면에 인접한 위치에 물체의 최종 응고된 층을 배열할 수 있다.

이러한 방식으로, 일단 각 층이 응고되면, 모델링 플레이트는 기준 표면에 인접한 응고된 층을 다시 배열하기 위하여 이동하고, 그 후, 연속적인 층을 위해 상기 공정은 반복될 수 있다.

상기 형태의 스테레오리소그래피 기계장치는, 에를 들면, 본 발명을 출원한 동일한 출원인의 이름으로, 산업 발명의 이탈리아 출원번호 VI2010A000004에 기술된 두 메인 실시 예로 나누어진다.

상기 실시 예의 제 1 실시 예에 따르면, 기준 표면은 방사선을 투과하는 컨테이너의 바닥에 인접하여 배열된다.

이 경우에, 액체 물질은 아래로부터 조사되고 삼차원 물체는 모델링 플레이트 아래에 형성된다.

제 2 실시 예에 따르면, 기준 표면은 액체 물질의 자유 표면(free surface)의 레벨에 배열된다.

이러한 제 2의 실시 예에서는, 액체 물질은 상부로부터 조사되고 삼차원 물체는 모델링 플레이트 위에 형성된다.

두 실시 예 모두에서, 방사선은 알려진 형태의 다른 광 유니트를 사용하여 기준 표면의 다른 지점에 운송될 수 있다.

광 유니트의 제 1 형태는 미리 정의된 표면상에 물체 층의 이미지를 투사하는 그러한 방법으로 개별적으로 제어할 수 있는 거울의 매트릭스(a matrix of mirror)를 포함한다.

특히, 각각의 거울은 두 개의 다른 위치, 즉, 방사선이 기준 표면의 대응점을 향하여 반사되는 능동적 위치 및 방사선이 분산 영역을 향해 반사되는 수동적 위치를 가정할 수 있다.

거울들의 상기 매트릭스는 동시에 전체 기준 표면을 조명(lighting)할 수 있으며, 따라서 단일 노출에 의해 그리고 결과적으로, 특히 빠른 방식으로, 각 층을 획득하는 것을 가능하게 할 수 있다.

그러나 거울의 매트릭스는 불규칙한 가장자리를 가진 물체를 얻게 되는 불편함 때문에 제한된 해상도를 가진다.

상기 언급한 장치의 다른 단점은 그들이 생성한 이미지가 그 전체 표면에 균일한 광도(luminous intensity)를 갖는다는 것이다. 그러므로, 이것은 상기 시스템이 기준 표면의 서로 다른 영역에서 광 전력이 변조되도록 허용하지 않는 불편함을 가져온다.

제 2 형태의 광 유니트에서 방사선은 기준 표면의 단일 지점(point)에 전달되고 상기 지점은 물체의 볼륨에 해당하는 기준표면의 전체 부분을 점진적(progressively)으로 비추는 방식으로 이동된다. 앞서 기술한 형태의 광 유니트에 비해, 이러한 광 유니트는 기준 표면상의 임의의 지점을 향해 광 빔을 안내하는 것이 가능하여, 연속 궤적을 커버하게 하며, 따라서 앞서 기술한 형태의 광 유니트로 인해 야기된 울퉁 불퉁함이 없는 물체를 획득하는 장점을 제공한다.

또한, 이러한 형태의 광 유니트는 유리하게 기준 표면의 서로 다른 영역에서 광도를 변경할 수 있다. 앞서 기술된 제 2 형태의 광 유니트의 알려진 실시 예에 따르면, 기계적 장치에 의해 두 개의 직교축 상에서 이동하는 레이저 광원이 제공된다. 이러한 실시 예는 광 빔의 움직임이 다소 느리고, 또한, 광 빔을 이동하는데 사용되는 기계 장치가 파손될 위험이 있으므로, 일정량의 유지 보수를 필요로 한다는 단점을 가진다.

광 유니트의 다른 실시 예에 따르면, 고정된 소스와 직렬(in series)로 차례로 배열된 한 쌍의 갈바노매트릭 거울(galvanometric mirrors)이 광 빔을 안내하도록 사용된다. 각각의 거울에 다른 거울의 축에 대하여 직교하는 대응 회전축 주위를 회전하도록 허용하는 방식으로 모터를 달고, 그래서 그들의 회전 조합이 기준 표면의 임의의 지점을 향해 빔을 안내하게 할 수 있다.

앞서 기술한 알려진 시스템에 비해, 위에 설명한 시스템은 단지 갈바노매트릭 거울의 낮은 관성에 기인하여 빔이 매우 빠르게 이동하도록 허용한다는 것과 더 적은 수의 기계 부품이 사용되는 덕택에 신뢰성이 더 보장된다는 이점을 제공한다. 위에서 설명한 이점에도 불구하고, 지금까지 설명한 광 유니트는 광 빔의 정확한 반사를 획득하는 방식으로, 기계장치의 구축 시에 두 개의 거울이 얼라인(align)될 것을 요구한다.

사실, 빔 방향이 거울들의 위치에 대응하도록, 빔이 각 회전축의 레벨에서 두 거울에 투사될 필요가 있다.상기 언급된 얼라인먼트(alignment) 작업은 그것이 특히 복잡하고 스테레오리소그래피 기계장치의 비용을 증가시킨다는 단점을 가진다. 상기 단점은, 사용하는 동안 하나 또는 두 개의 거울이 손상되어, 그 결과 그것들을 교체하고 정확하게 얼라인할 필요가 있을 경우에도 또한 발생한다.

추가적인 단점은 갈바노매트릭 거울이 비교적 비싸서 스테레오리소그래피 기계장치의 비용에 상당한 영향을 준다는 사실로 나타난다. 갈바노매트릭 거울을 기반으로 하는 광 유니트는 상대적으로 부피가 큰 추가적인 단점을 가진다. 높은 비용과 큰 크기는 스테레오리소그래피 기계장치를 장인의 소기업이 요구할 수 있는 소형 시리즈의 애플리케이션에는 적합하지 않게 한다.

또한, 갈바노매트릭 거울은 마모되기 쉬운 일부 기계 부품을 가지며, 그러므로 앞서 언급된 기계적 운동 장치에 비해 그들의 장점을 제한한다.

갈바노매트릭 거울은, 또한, 광 빔의 편향 속도에 영향을 미치고 그리하여 또한 전체 처리 시간에 영향을 미치는 무시할 수 없는 관성에 의해 특징 지워진다. 본 발명은 종래 기술의 전형적인, 위에서 언급한 모든 단점들을 극복하는 것이 목적이다.

본 발명이 해결하려는 과제는 갈바노매트릭 거울의 사용에 종래 알려진 형태의 스테레오리소그래피 기계장치에 의하여 제공되는 것과 동일한 이점을 제공하면서 보다 더 생산 및 사용하기 간단한 스테레오리소그래피 장치를 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 편리하게도, 얼라인(align)할 거울을 제공할 필요가 없다는 사실은 알려진 형태의 기계장치에 비해 본 발명의 스테레오리소그래피 기계장치의 구조를 상당히 단순화하며, 결과적으로 저 비용으로 이어지며 사용 중 광 유니트를 교체할 필요가 있을 때 기계유지 보수비용의 감소할 수 있는 스테레오리소그래피 장치를 제공하는데 있다.

본 발명 과제의 해결 수단은 스테레오리소그래피 기계장치(1)에 있어서, 미리 정의된 방사선(3a)에 노출을 통해서 응고되기에 적합한 액체 물질(14)을 위한 컨테이너(2); 상기 미리 정의된 방사선(3a)의 소스(3); 상기 컨테이너(2) 내에 배열된 기준 표면(5)의 임의의 지점을 향하여 상기 방사선(3a)을 선택적으로 안내하기에 적합한 광 유니트(4); 기준 표면(5)의 미리 정의된 부분을 상기 방사선(3a)에 노출시키는 방법으로 상기 광 유니트(4) 및/또는 상기 방사선 소스(3)를 제어하도록 구성된 로직 제어유니트(6)를 포함하며; 상기 광 유니트(4)는: 상기 거울(8)에 대하여 서로 투사하는 적어도 두 개의 회전축(X, Y)을 정의하기 위하여 구성된 관절 수단(7b)을 통해서 지지 구조물(9)과 연결된 거울(8); 상기 두 개의 축(X, Y) 중의 다른 하나의 주위를 운동하는 것과는 독립적으로, 상기 거울(8)을 상기 두 축(X, Y)중의 각 하나의 주위에 운동시키기에 적합한 액츄에이터 수단(7a)이 제공된 마이크로-광-전기-기계 시스템(7)을 포함하며, 상기 두 축(X, Y) 주위의 회전의 해당 조합을 통해서 상기 기준 표면(5)의 각 지점을 향하여 상기 방사선(3a)을 안내할 수 있는 그러한 방법으로 상기 방사선 소스(3)와 상기 컨테이너(2)에 대하여 상기 거울(8)를 배치시킨 스테레오리소그래피 기계장치(1)를 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 스테레오리소그래피 장치는 갈바노매트릭 거울의 사용에 종래 알려진 형태의 스테레오리소그래피 기계장치에 의하여 제공되는 것과 동일한 이점을 제공하면서 보다 더 생산 및 사용하기 간단한 유리한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 편리하게도, 얼라인(align)할 거울을 제공할 필요가 없다는 사실은 알려진 형태의 기계장치에 비해 본 발명의 스테레오리소그래피 기계장치의 구조를 상당히 단순화하며, 결과적으로 저 비용으로 이어지며 사용 중 광 유니트를 교체할 필요가 있을 때 기계유지 보수비용을 감소할 수 있는 유리한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스테레오리소그래피 기계장치를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 스테레오리소그래피 기계장치의 상세도를 나타낸 것이다.

본 발명은 종래 기술의 전형적인, 위에서 언급한 모든 단점들을 극복할 의도이다.

특히, 갈바노매트릭 거울의 사용에 기초한 알려진 형태의 스테레오리소그래피 기계장치에 의하여 제공되는 것과 동일한 이점을 제공하고 또한 후자에 비해 한층 더 생산 및 사용하기 간단한 스테레오리소그래피 장치를 제공하는 것이 본 발명의 하나의 목적이다. 특히, 제조 및 사용 동안 앞서 기술한 거울의 얼라인먼트 작업(operation)을 피하는 것이 본 발명의 하나의 목적이다.상기 목적은 메인 청구항에 따라 제작된 스테레오리소그래피 기계장치에 의해 달성된다.

본 발명의 보다 상세한 특징은 각각의 종속항에서 설명한다. 편리하게도, 얼라인(align)할 거울을 제공할 필요가 없다는 사실은 알려진 형태의 기계장치에 비해 본 발명의 스테레오리소그래피 기계장치의 구조를 상당히 단순화하며, 결과적으로 저 비용으로 이어진다. 상기 이점은 사용 중 광 유니트를 교체할 필요가 있을 때 보장되며, 기계유지 보수비용의 감소로 이어지는 것으로 또한 이해할 수 있다.또한, 장점으로, 본 발명의 스테레오리소그래피 기계장치는 균등한 잠재력을 가진 알려진 형태의 기계보다 작은 전체 치수를 가진다.

앞서 설명한 장점 둘 다 또한 발명의 스트레오리소그래피 기계장치를 알려진 형태의 스테레오리소그래피 기계장치가 적합하지 않은 매우 작은 시리즈에 적용하기에 편리하게 한다. 아래에 설명될 다른 것들과 함께, 첨부된 도면을 참조하여 비-제한적인 예로 설명한 본 발명의 일부 바람직한 실시 예에 대한 다음 설명으로부터 상기 목적 및 이점들은 명백해질 것이다:

도 1의 (1)에 의해 전체로서 표시된, 본 발명의 대상인 스테레오리소그래피 기계장치는 복수의 층들이 서로 중첩되는 프로세스(공정)에 의해 3차원의 물체를 생성하는 것을 가능하게 하며, 상기 층들은 액체 물질을 응고시키기에 적합한 미리 설정된 방사선(3a)에 액체 물질(14)을 선택적으로 노출하여 얻을 수 있다. 바람직하게는, 액체 물질(14)은 액체의 광-민감성(light-sensitive) 수지이고, 미리 정의된 방사선(3a)은 가시광선 또는 자외선 필드의 주파수를 가진 레이저 광이다.

물론, 본 발명의 구조 변형에서, 액체 물질(14)은 미리 정의된 방사선(3a)에 노출될 때 응고(solidify)에 적합하다면, 어떠한 종류의 액체 또는 페이스트(paste)도 될 수 있다. 유사하게, 상기 방사선(3a)의 소스(3)는 액체 물질(14)을 응고할 수 있다면, 앞서 언급한 것과 다른 형태의 방사선(3a)을 방출할 수 있다.

스테레오리소그래피 기게장치(1)는 상기 액체물질(14)을 위한 컨테이너(2) 및 형성될 물체(15)를 지지하기에 적합하고, 수직 이동축(Z)을 따라 모터가 달린 모델링 플레이트(16))를 포함한다. 기계장치(1)는 또한 액체 물질(14)이 차지하는 볼륨의 수준에서, 미리 정의된 방사선(3a)을 방출하기에 적합한 소스(3) 및 컨테이너(2)의 내부에 배치된 기준 표면상의 임의의 지점을 향해 방사선(3a)을 안내하기에 적합한 광 유니트(4)를 포함한다. 바람직하게는, 상기 기준 표면은 평면이고, 컨테이너(2)의 바닥(2a)에 인접하도록 배치되어 있다.

이러한 경우에, 광 유니트(4)는 바닥에서 탑까지 미리 정의된 방사선(3a)을 안내하도록 구성되며, 그래서 방사선은 바닥(2a)에 투사된다.또한, 바닥(2a)은 방사선(3a)을 통과시켜 바닥에 근접 배치된 액체물질(14)에 부딪혀(hit) 그것을 응고시킬 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 예에 따르면, 삼차원 물체(15)는 도 1에 도시한 바와 같이 모델링 플레이트(16) 아래에 생성된다. 본 명세서에 도시되지 않은 본 발명의 변형 실시 예에 따르면, 대신에, 광 유니트는 컨테이너(2)에 존재하는 액체 물질(14)의 프리 표면(free surface)상에 탑에서 바닥까지 방사선(3a)을 안내하도록 구성되어 있다. 이 경우에, 물체는 모델링 플레이트(16) 위에 생성된다. 상기 변형된 두 실시 예 모두에 있어서, 스테레오리소그래피 기계장치(1)는 기준 표면의 미리 정의된 부분의 레벨에서 액체물질(14)을 방사선(3a)에 선택적으로 노출하는 방식으로 광 유니트(4) 및/또는 소스(3)를 제어하도록 구성된 로직 제어유니트(6)를 포함한다.

보다 구체적으로, 상기 미리 정의된 부분은 때때로 삼차원 물체(15)의 각 층에 해당하는 볼륨의 부분에 해당한다. 본 발명에 따르면, 광 유니트(4)는 집적회로 기술에서 약어 "MOEMS"으로 알려져 있는 마이크로-광-전자-기계 시스템(7)을 포함한다.알려진 바와 같이, MOEMS 장치는 집적 회로를 만들기 위해 마이크로 전자공학에서 사용되는 동일한 기술, 예를 들면 고체 증착, 포토리소그래피, 에칭 등을 통해, 제조된다.

비-제한적인 예의 방법에 의해 도 2에 개략적으로 도시된 가능한 실시 예인, 상기 마이크로-광-전자-기계 시스템(7)은 구조물(9)에 관하여 상호 투사하고 바람직하게는 서로 직교하는 거울(8)의 두 개의 다른 회전 축(X, Y)을 정의하는 그러한 방법으로 구성된 관절 수단(articulation means, 7b)을 통해 지지 구조물(9)과 결합된 소형 거울(8)을 포함한다. 상기 마이크로-광-전자-기계 시스템(7)은 또한 다른 축 주변의 움직임과는 독립적으로 상기 두 축(X, Y) 중 각 하나 주위에 거울(8)을 운동시키기에 적합한, 알려진 형태의 액츄에이터 수단(actuator means, 7a)을 그 자체로 포함한다.

상기 액추에이터(7a)는 상기 MOEMS 기술의 수단에 의하여 얻을 수 있는 정전기, 자기, 열-기계 형태, 또는 임의의 다른 알려진 형태일 수 있다. 거울(8)이 소스(3) 및 컨테이너(2)에 대하여 배치되고, 그래서 그것은 두 개의 축(X, Y) 주위에 회전의 해당 조합을 통해 기준 표면의 임의의 지점을 향해 방사선을 안내하도록 미리 정의된 방사선(3a)을 반사할 수 있다. 따라서, 본 발명은 단일 한 거울을 사용하여 기준 표면의 임의의 점을 향해 방사선(3a)을 안내하는 것을 가능하게 한다.

결과적으로, 앞서 기술한 종래 기술의 경우에서와 같이, 다수의(several) 거울을 서로 얼라인할 필요는 피하게 되고, 따라서 스테레오리소그래피(1)의 생산을 단순화하기 위한 목적은 달성되고, 따라서 그 비용을 감소시킨다.분명히, 상기 이점은 사용 중 마이크로-광-전자-기계 시스템(7) 또는 동일한 시스템의 부품 교체 시에도 또한 보장되며, 따라서 기계장치(1)의 유지보수 비용을 줄이는 것을 가능하게 한다. 여전히 유리하게도, 앞서 기술된 마이크로-광-전자-기계 시스템(7)은 조립 중에 각도 포지셔닝에 있어서 높은 정밀도를 필요로 하지 않는다.

실제로, 마이크로-광-전자-기계 시스템(7)의 배열에서 임의의 경미한 각도 변화는, 그러나, 기준 표면 및 노출되는 미리 정의된 부분의 형상의 상당한 왜곡을 발생하지는 않고, 컨테이너(2)에 대한 기준 표면의 움직임에만 관여한다.또한 유리하게는, 마이크로-광-전자-기계 시스템(7)은 갈바노매트릭 거울에 기반한 시스템에 비해 더 낮은 비용을 가지며, 그것은 스테레오리소그래피 기계장치(1)의 비용을 감소시키는 이점을 더 추가한다.

게다가, 유리하게는, 마이크로-광-전자-기계 시스템(7)은 갈바노매트릭 거울보다 낮은 관성을 가지며, 따라서 더 높은 각속도(angular speed)를 획득하는 것이 가능하고, 그리하여 알려진 형태의 스테레오리소그래피에 비해, 동일한 형상의 물체를 여전히 획득하면서, 삼차원 물체(15)를 만드는데 필요한 시간을 감소시키는 것이 가능하다. 또 유리하게는, 마이크로-광-전자-기계 시스템(7)은 동일한 잠재력을 가지면서 갈바노매트릭 거울을 가진 광 유니트의 전형적인 전체 치수에 비해 더 작은 전체 치수를 가지며, 따라서 스테레오리소그래피 기계장치(1)의 전체 치수를 감소시키는 것이 가능하다.

결과적으로, 본 발명은, 감소된 비용과 제한된 전체 치수 덕분에, 알려진 형태의 스테레오리소그래피 장치가 적합하지 않은 애플리케이션에 사용하기에 적절한 스테레오리소그래피 기계장치(1)를 제조하는 것이 가능하다. 마이크로-광-전자-기계 시스템(7)에 의해 제공되는 또 다른 유리한 점은 그것이 균등한 잠재력을 가진 알려진 형태의 갈바노매트릭 거울을 가진 시스템보다 훨씬 적은 에너지를 흡수한다는 점이다. 상당한 소형화와 함께 감소된 에너지 소비는 스트레오리소그래피 기계장치(1)가 배터리로 작동되도록 허용하여, 휴대가 가능하도록 한다.

또한 앞서 기술한 스트레오리소그래피 기계장치(1)는 갈바노매트릭 거울을 가진 광 유니트를 사용한 시스템의 일반적인 모든 이점을 가지며, 특히 동일한 정밀도 및 물체(15)의 다른 영역에서 방사선(3a)의 파워를 변조하는 가능성을 가진다.

바람직하게는, 도 2에 도시한 바와 같이, 관절 수단(7b, articulation)은 회전축(X) 주위에 거울을 회전하도록 지지하고 회전축(Y)에 따른 지지 구조물(9)과 회전하도록 연결되어 있는 이동 가능한 프레임(10)을 포함한다.

이러한 유형의 연결은 앞서 언급된 회전축(X 및 Y)의 각 하나에 따라 거울(8)의 독립적 회전을 획득하는 것을 가능하게 한다.

또한, 바람직하게는, 거울(8), 프레임(9) 및 지지 구조물(9)은 단일 조각으로 획득되고 관절 수단(7b)에 속하는 해당 연결 영역(11, 12)을 통해 서로 연결되며, 거울(8)은 프레임(10)에 대하여 그리고 프레임은 지지 구조물(9)에 대하여 회전하도록 허용하기 위하여, 각각의 회전축(X, Y)에 따라 탄력적으로 휠 수 있을 만큼 충분히 얇다.

특히, 상기 각각의 연결 영역 (11, 12)은 장치의 파일럿 전압(pilot voltage)에 좌우되는 정도로 변형될 수 있는 토션 스프링(torsion)으로서 동작한다.

명백히, 본 발명의 변형된 실시 예에서, 거울(8)이 서로에게 독립적이면서 서로에게 투사하는 두 축 주위를 회전할 수 있다면, 마이크로-광-전자-기계 시스템(7)은 어떤 형상으로도 수행될 수 있다.

거울을 움직이는 액츄에이터 수단(7a)에 관해서는, 그것들은 바람직하게는 로직 제어유니트(6)에 의하여 전송되고 거울이 취해야하는 각 위치(angular position)를 대표하는 제어 신호 값에 기초하여 거울을 각 축(X, Y) 주위에 회전시키도록 구성된다.

특히, 로직 제어유니트(6)는 방사선(3a)이 하나 이상의 연속적인 궤적들에 이어 생산될 물체(15)의 층에 해당하는 미리 정의된 부분 내에 떨어지는 그런 방식으로 거울(8)를 움직이도록 구성된다.

반드시는 아니지만, 바람직하게는, 상기 움직임은 미리 정의된 부분의 전체를 커버하는 단일한 연속 궤적에 따라 수행된다.

본 발명의 변형된 실시 예에 따르면, 마이크로-광-전자-기계 시스템(7)과 해당 액츄에이터 수단(7a)은 거울(8)의 사이클릭(cyclic) 운동을 발생하도록 구성되어 방사선(3a)은 각 사이클릭에서 전체 기준 표면을 점진적으로 자극할 수 있다. 예를 들어, 상기 사이클릭 운동은 두 회전축(X, Y) 중 하나에 따라, 선택적으로는 두 방향으로, 바람직하게는 단일한 방향에 따라 다른 축 상에서의 회전과 결합된 각각의 연결 영역(11 또는 12)의 공진 주파수를 이용함으로써 얻어진 거울(8)의 진동을 포함할 수 있다.

이러한 방식으로, 방사선(3a)은 기준 표면(5)에 투사되고, 궤적의 각각의 세그먼트들로 차원들 중의 하나에서는 기준 표면(5)과 교차하고 동시에 다른 차원에 따라 이동하는 지그재그 궤적을 설명한다.

이러한 마지막 변형 실시 예에서, 로직 제어유니트(6)는 거울(8)의 상기 사이클릭 운동 중에 소스(3)의 강도를 수정하도록 구성된다.

특히, 투사 지점이 기준 표면(5)의 미리 정의된 부분 내에 있으며, 소스(3)의 강도를 그 지점에서 액체 물질(14)을 응고시키는 방식으로 증가시키고, 반면에 투사 지점이 미리 정의된 부분의 외부에 있으면 강도는 액체 물질(14)의 해당 부분의 응고를 피하는 방식으로 감소시킨다. 앞서 기술한 마이크로-광-전자-기계 시스템(7)은 바람직하게는 기계장치(1)에 전기적 연결을 위한 핀이 제공된 집적회로에 속하며, 상기 핀을 수용(housing)하여 집적회로가 기계장치(1)에 기계적으로 고정되도록 허용하는 방식으로 구성된 대응 커넥터(connector) 또는 베이스가 제공된다.

바람직하게는, 상기 커넥터 또는 베이스의 삽입은 제한된 양의 힘을 필요로 하는 형태이다.

본 발명의 변형 실시 예에서, 마이크로-광-전기-기계 시스템(7)은 커넥터 또는 베이스의 사용을 피하고, 보조(support) 전자 회로에 직접 용접할 수 있다.

광 유니트(4)에 관해서는, 바람직하게는 기준 표면(5)상에 방사선(3a)을 집중시키도록 구성된 하나 이상의 렌즈(13)를 포함한다. 바람직하게는, 상기 렌즈(13)는 평면 기준 표면 상에 방사선(3a)을 집중하는 것과 같은 소위 "플랫 필드“형태이다. 작동의 관점에서, 마이크로-광-전자-기계 시스템(7)은 스테레오리소그래피 기계장치(1)에 배치되고, 그래서 거울(8)은 소스(3)에 의해 생성된 방사선(3a)에 얼라인(align)된다.

바람직하게는, 소스(3)와 마이크로-광-전자-기계 시스템(7)의 위치는 거울(8)이 회전이 없는 상태일 때, 즉, 연결 영역(11, 12)이 비틀림(torsion)을 당하지 않을 때, 방사선(3a)은 기준 표면(5)의 중심점을 향해 반사되는 위치이다. 그러나, 상기 설명에 따르면, 마이크로-광-전기-기계 시스템(7)의 임의의 경미한 각도의 오정렬(misalignment)은 기계장치(1)의 기능에 영향을 주지 않는다.

실제 삼차원 물체(15)의 생산에 관해서는, 그 자체로 알려진 갈바노매트릭 거울을 가진 광 유니트와 함께 사용되는 것과 유사한 절차로 수행된다. 앞서 제공된 설명에 의하면, 본 발명의 스테레오리오그래피 장치는 이룰 수 있는 모든 세트 물체를 허용하는 것으로 이해될 수 있다.

특히, 갈바노매트릭 거울을 마이크로-광-전자-기계 시스템(MOEMS)으로 대체함은 단일 축상에서 각각 움직이는 두 개의 거울 대신에, 두 개의 독립적인 축 상에서 움직이는 단일 거울을 사용하는 것을 가능하게 한다.

단일 거울의 존재는 그러나, 기계장치의 잠재력을 제한하지 않고, 기계장치 생산 단계 동안 및 임의의 유지보수 후 거울에 수행되는, 갈바노매트릭 거울이 제공된 기계장치에 필요한 거울의 얼라인먼트를 피하게 한다.

또한, 마이크로-광-전기-기계 시스템은 갈바노매트릭 시스템보다 더 경제적이고, 부피가 작으며, 에너지 소모가 작아서, 작은 시리즈 제품에 적합하고 심지어 휴대할 수 있는 스테레오리소그래피 기계장치 생산을 가능하게 한다.

본 발명의 또 다른 변형된 실시 예는, 도면에 도시되지 아니하고 본 명세서에 설명되지 않았지만, 아래 표현된 청구항들의 범위 내에 있다면, 본 발명에 의해 보호되는 것으로 간주되어야 한다.

임의의 청구항에 언급된 기술의 특징은 참조 부호에 의하여 표시되고, 그러한 참조 부호들은 청구항의 명료성을 증가시키는 목적으로만 포함되었으며, 그러한 참조 부호는 그러한 참조 부호에 의한 예에 의해 확인된 각 요소의 보호에 어떠한 제한적인 영향도 미치지 않는다.

Claims

스테레오리소그래피 기계장치(1)에 있어서,
미리 정의된 방사선(3a)에 노출을 통해서 응고되기에 적합한 액체 물질(14)을 위한 컨테이너(2);
상기 미리 정의된 방사선(3a)의 소스(3);
상기 컨테이너(2) 내에 배열된 기준 표면(5)의 임의의 지점을 향하여 상기 방사선(3a)을 선택적으로 안내하기에 적합한 광 유니트(4);
기준 표면(5)의 미리 정의된 부분을 상기 방사선(3a)에 노출시키는 방법으로 상기 광 유니트(4) 및/또는 상기 방사선 소스(3)를 제어하도록 구성된 로직 제어유니트(6)를 포함하며;
상기 광 유니트(4)는: 상기 거울(8)에 대하여 서로 투사하는 적어도 두 개의 회전축(X, Y)을 정의하기 위하여 구성된 관절 수단(7b)을 통해서 지지 구조물(9)과 연결된 거울(8);
상기 두 개의 축(X, Y) 중의 다른 하나의 주위를 운동하는 것과는 독립적으로, 상기 거울(8)을 상기 두 축(X, Y)중의 각 하나의 주위에 운동시키기에 적합한 액츄에이터 수단(7a)이 제공된 마이크로-광-전기-기계 시스템(7)을 포함하며,
상기 두 축(X, Y) 주위의 회전의 해당 조합을 통해서 상기 기준 표면(5)의 각 지점을 향하여 상기 방사선(3a)을 안내할 수 있는 그러한 방법으로 상기 방사선 소스(3)와 상기 컨테이너(2)에 대하여 상기 거울(8)를 배치함을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 기계장치(1).
청구항 1에 있어서,
상기 두 개의 축(X, Y)은 서로 직교함을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 기계장치(1).
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 관절 수단(7b)은 상기 회전축의 제 1 회전축(X) 주위에 상기 거울(8)을 회전하도록 지지하는 프레임(10)을 포함하고, 상기 프레임(10)은 상기 회전축의 제 2 회전축(Y) 주위에 상기 지지 구조물(9)과 회전하도록 연결됨을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 기계장치(1).
청구항 3에 있어서,
상기 관절 수단(7b)은 상기 거울(8)과 상기 제 1 회전축(X) 주위에 탄력적으로 휘는 상기 프레임(10) 사이에 배열된 제 1 연결 영역(11) 및 상기 프레임(10)과 상기 제 2 회전축(Y) 주위에 탄력적으로 휘는 상기 지지 구조물(9) 사이에 배열된 제 2 연결 영역(12)을 포함함을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 기계장치(1).
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 관절 수단(7a)은 상기 로직 제어유니트(6)에 의해 방출되고 상기 각 위치(angular position)를 대표하는 값을 가진 제어 신호에 응하여 특정 각 위치에서 그것을 배치하는 방식으로 상기 두 축(X,Y) 중 하나의 주위에 상기 거울(8)을 회전하도록 구성됨을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 기계장치(1).
청구항 5 에 있어서,
상기 로직 제어유니트(6)는 상기 거울을 움직여 상기 기준 표면(5)상의 상기 방사선(3a) 투사점(incident point)이 상기 미리 정의된 부분 전체를 커버하는 연속적인 궤적을 정의하도록 구성됨을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 기계장치(1).
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액츄에이터 수단(7a)은 상기 거울의 사이클릭 운동(cyclic movement)을 발생시켜 상기 방사선(3a)이 각 사이클에서 전체 기준 표면(5)에 투사될 수 있도록 구성되고, 상기 로직 제어 유니트(6)는 상기 방사선(3a)이 상기 미리 정의된 부분 내에 떨어지면 상기 방사선(3a)이 상기 미리 정의된 부분 외부에 떨어질 때보다 강도가 더 높은 그런 방식으로 상기 방사선(3a)의 강도를 선택적으로 변경하도록 구성됨을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 기계장치(1).
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마이크로-광-전자-기계 시스템(7)은 전기적 연결을 위한 핀이 제공되는 집적 회로에 속하고, 상기 기계장치(1)는 상기 집적회로를 기계적으로 고정하는 그러한 방식으로 상기 핀을 수용하도록 구성된 해당 연결 수단을 포함함을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 기계장치(1).
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방사선 소스(3)는 레이저 방사체(laser emitter)임을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 기계장치(1).
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 유니트(4)는 상기 방사선(3a)을 상기 기준 표면(5) 상에 집중시키도록 구성된 적어도 하나의 렌즈를 포함함을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 기계장치(1).
액체 물질(14)을 위한 컨테이너(2) 및 방사선 소스(3)를 포함하는 스테레오리소그래피 기계장치(1)의 사용방법에 있어서,
컨테이너(2) 내에 배열된 기준 표면(5)의 임의의 점을 향해 선택적으로 직접 상기 방사선을 안내하도록 서로에 대해 투사하고 서로 독립적인 적어도 두 개의 축(X,Y) 주위를 회전하는 거울(8)이 제공된 마이크로-광-전자-기계 시스템(MOEMS, (7))의 사용방법.