KR102226189B1 - 3차원 객체의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

스테레오리소그래피 공정에서 3차원 객체의 제조를 위해, 복수의 층(30)이 시간 순서로 경화되며, 그럼으로써 상기 층들 전체가 3차원 객체를 형성하게 된다. 층들은 2개 이상의 부분 영역(31, 32)으로 분할되고, 이들 부분 영역은 층의 내부에서 실질적으로 서로 나란히 위치하며, 일측 부분 영역은, 동일한 층의 타측 부분 영역으로 향하는 에지 구역(34) 내에, 형상 결합 방식으로 타측 부분 영역 안쪽으로 돌출되는 구역 섹션(35)들을 포함한다. 상기 부분 영역들은 차례로 전개되고 이렇게 다 함께 요구되는 층 영역들을 형성한다.

Description

3차원 객체의 제조 방법

본 발명은 3D 프린팅 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 스테레오리소그래피 공정에서 3차원 객체를 제조하기 위한 방법으로서, 시간 순서(chronological sequence)로 복수의 층을 전개하며, 이들 층 전체는 3차원 객체를 형성하되, 층들 중 적어도 하나는 2개 이상의 부분 영역(partial region)으로 분할되고, 이들 부분 영역은 실질적으로 서로 나란히 위치하며, 요컨대 이렇게 결정된 부분 영역들은 서로 분리된 전개 단계들에서 전개되는 것인, 상기 3차원 객체를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 층, 또는 층의 부분 영역의 전개는 일반적으로 이를 위해 적합한 물질을 경화하는 것을 통해 수행된다.

상기 유형의 방법들은 공지되어 있으며, 스테레오리소그래피 외에도, 고속적층조형법(Rapid Prototyping), 광 고형화(photo-solidification) 또는 3D 프린팅과 같은 다른 다양한 명칭들도 익히 공지되어 있다. 스테레오리소그래피 공정에서, 층들 또는 층 정보들을 층마다 또는 연속해서 나란히 배열하는 것을 통해 감광 물질(photosensitive substance)로 이루어진 1차원 몸체가 생성된다. 이런 유형의 제조 공정의 경우, 층마다, 예컨대 디지털 마스크를 통해, 또는 이동되는 레이저 빔을 통해 생성될 수 있는 기하학적 층 정보를 생성하는 것을 통해, 사전 설정 가능한 요구되는 형상을 갖는 3차원 객체("몸체" 또는 "대상")를 제조하기 위해, 경화성 물질(curable substance)이 이용된다. 경화성 물질은 일반적으로 액상 또는 반죽형(pasty)이고 적합한 광을 통한 조사(irradiation) 동안 경화되는 감광 재료(light-sensitive material)이며, 대개는 액상 모노머 제형(liquid monomer formulation)이다.

현재 감광 재료로 이루어진 3차원 객체들의 생성(generation)을 위한 상이한 3D 프린팅 방법들은 공지되어 있다. 이런 경우, 각각의 방법에 따라서, 반죽형 재료, 액상 재료, 또는 과립형 재료 역시도 전자기 방사선의 작용을 통해(예컨대 UV 방사선, IR 방사선을 통해) 고형화된다. 이에 대한 한 예시는, 감광 재료를 국소적으로 목표한 바대로 경화시키기 위해, 픽셀 기반 마스크 노광 방법(pixel-based mask light-exposure method)를 이용하는 스테레오리소그래피 방법들이다. 이들 방법의 경우, 초기의 층 정보는, 결과적으로 일부 영역에서 경화되도록 하기 위해, 개별 층들의 부분 영역들을 위한 부분 정보들로 변환될 수 있다.

층 정보를 생성하기 위해, 픽셀 기반 마스크 노광 시스템들[예컨대, DLP 상표명으로도 공지되어 있는 마이크로 광학 미러 장치들, 또는 MEMS(마이크로 전기기계 시스템; microelectromechanical system)]을 이용하는 노광 시스템들은 픽셀의 분해능이 정해진 조건에서 정해진 크기의 노광 영역으로 제한된다. 그 결과, 3D 프린팅 방법에서, 단지 사전 설정된 노광 영역에 부합하는 객체들만이 생성될 수 있다. 이는, 예컨대 갈바노 스캐너(Galvano scanner)를 이용하는 광학 시스템들과 같은 다른 노광 방법들에도 적용된다.

크기와 관련한 상기 제한을 피하기 위한 공지된 접근법은, 노광 영역에 대해 너무 큰 층 정보가 상대적으로 더 작은 부분 영역들로 분할되어 상기 부분 영역들의 형태로 순차적으로 노광된다는 점에 있다.

상기 유형의 방법의 한 예시는 EP 1946910 A2호에 기재되어 있다. 상기 유럽 공보에서는, 상대적으로 더 큰 노광 영역을 획득하기 위해, 복수의 투영 장치(projection device)가 논리 결합(logic combination)을 통해 결합된다. 상기 노광 영역은 인접하는 단일상들(singla image)의 가장자리들에 선 형태의 중첩부들(overlap), 즉 이른바 "시임들(seam)"을 포함한다. 또한, EP 1946910 A2호에는, 이른바 회색 음영들(gray scale)의 이용, 다시 말하면, 그 내에서 세기가 하나의 층의 완전한 전개를 위해 필요한 전체 세기에 상응하지 않은 ½ 내지 1개의 픽셀의 크기의 영역들의 이용도 기재되어 있다. 그에 따라, 전체 층 정보는 경계선들을 결정하는 것을 통해 개별 영역들로 분할되고, 그 다음 개별 영역들은 상응하는 조사원(irradiation source)을 통해 전개되며, 해당 영역의 에지들은 회색 음영들에 의해 그 자체로 완전하게 중첩된다.

EP 1666235 A1호에는, 분해능이 정해진 조건에서 층 정보가 픽셀 기반 마스크의 개별 노광면보다 더 크고 대응하는 노광 공정은 이동 장치와 동기화된 비디오의 투영을 통해 수행되는 것인, 연속 노광 방법이 기재되어 있다. 따라서 협폭이지만, 그러나 길이와 관련하여 이론상 제한되지 않은 영역이 위치 선택적으로 경화될 수 있다. 이렇게 선형 스캐닝을 통해, 이동 방향에 대한 횡방향의 치수 역시도 임의로 확장될 수 있다. 그 결과, 다시금, 서로 나란히 위치하는 스트립들의 결합을 달성하기 위해, 그 내에서 조사 세기(irradiation intensity)의 변조를 통한 이중 노광(double light-exposure)이 수행되는 것인 중첩 영역들이 생성된다.

그러나 공지된 방법들에는 약간의 단점들이 있다. 분리된 전개 단계들에서 생성되는 부분 영역들 간의 경계부들에서는, 자주, 제조된 객체의 파손으로 이어질 수도 있는 경계선들 또는 심지어는 틈들이 발생한다. 또한, 재료에 따른 노후화 효과들은, 특히 단일상들의 중첩 영역에서 회색 음영들의 이용 시, 불완전한 경화를 야기한다. 또한, 부분 층 정보들의 선 형태의 중첩 영역들은 제조된 객체의 불균일한 강도를 초래하며, 그리고 그 외에도 외관의 품질을 저하시킬 수 있다.

본 발명의 과제는, 부분 영역들로 구성되는 층들을 이용하여 공지된 스테레오리소그래피 방법의 전술한 단점들을 방지하는 것에 있다. 특히 본 발명의 과제는, 불완전한 전개의 결과로서 단일상들의 중첩 영역들 내의 하자들 및 사전 설정된 파괴점들이 방지되며, 그리고 향상된 3차원 결합으로 상대적으로 더 큰 강도를 달성하기 위해 선 형태의 중첩부들의 작용들이 제거되게 하는 것에 있다. 특히 본 발명의 과제는, 결함 있는 것으로 형성되어 객체의 파손을 야기할 수 있는 경계선들을 통해 노광 공정에서 발생하는 결함들이 방지되게 하는 것에 있다.

상기 과제는, 최초에 설명한 유형의 방법을 기반으로, 본 발명에 따라서 부분 영역들 중 적어도 하나가, 동일한 층의 타측 부분 영역으로 향하는 에지 구역(edge area) 내에, 형상 결합 방식으로, 예컨대 빗(comb) 형태로, 그리고/또는 갈고리(hook) 형태로, 그리고/또는 제비 꼬리 유형으로 타측 부분 영역 안쪽으로 돌출되는 구역 섹션들(area section)을 포함하는 것을 통해 해결된다.

상기 해결책은, 초기의 전체 층 정보를 개별 부분 영역들로 분할하는 점에서 출발하여, 부분 영역들 내의 이미지 정보들(image information)을 정합(stitching)하여 하나의 전체 층 정보를 형성하기 위한 새로운 접근법이다. 부분 영역들 사이에서 직선이거나, 또는 극미하게만 만곡된 분리선 대신, 부분 영역들 사이의 경계 영역은, 부분 영역들이 서로 맞물려서 서로 부분 영역들의 형상 결합식 연결에 관여하도록 형성된다. 요컨대 그 다음 부분 영역들의 합은 다 함께 층을 생성하거나, 또는 상기 층의 층 정보를 생성한다.

이런 경우, "형상 결합식 연결"은, 부분 구역들 중 적어도 하나가 할당된 부분 영역과 연결되고 연결 구역의 폭은 할당된 부분 영역 쪽의 방향으로 갈수록 증가하지 않는다는 점을 의미하며, 요컨대 이 경우 특히 바람직게는, 예컨대 제비 꼬리 유형의 연결의 경우에서처럼, 또는 부분 구역의 주요부(main part)보다 더 작은 폭을 보유하는 "목(neck) 유형의" 섹션을 통한 연결의 경우에서처럼, 부분 구역이 상대적으로 더 작거나, 또는 심지어 감소하는 폭을 갖는 연결 구역을 통해 대응하는 부분 영역과 연결될 수 있다. 형상 결합식 연결의 경우, 연결된 섹션들의 상호 간 분리는 가능하지 않으며, 그리고 이와 동시에, 예컨대 타측 부분 영역 안쪽으로 돌출되는 구역 섹션들 중 하나 이상의 구역 섹션의 분리를 통해 발생할 수 있는 것처럼 상기 섹션들은 변형되지도, 또는 심지어 파괴되지도 않는다. 또한, 부분 영역 내에서 부품의 강도는 다른 접근법들에 비해 증가되는데, 그 이유는 부분 영역들 상호 간의 맞물림을 통해 균열들이 쉽게 확산될 수 없기 때문이다. 이런 부분 영역들은 차례로 전개되고 이렇게 다 함께 요구되는 층 영역들을 형성하며, 다시금 상기 층 영역들은 다 함께 제조 대상 3차원 객체를 형성한다.

본 발명의 바람직한 양태에서, 하나의 층 내에서 서로 인접하는 부분 영역들의 에지 구역들은 서로 연결될 수 있다. 요컨대 이런 경우 상기 에지 구역들은 빗 형태로, 그리고/또는 형상 결합 방식으로 서로 맞물릴 수 있다. 상기 양태의 바람직한 실시형태에 따라서, 서로 인접하는 부분 영역들의 에지 구역들은, 에지 구역들 또는 부분 영역들의 형태를 보존하는 이격 밀착(pressing apart from each other)을 허용하지 않는 분할선을 따라서 서로 맞물릴 수 있다. 이런 방식으로, 부분 영역들 사이에서 객체 내부의 결속성은 분명하게 향상될 수 있다.

상기 양태의 일 변형예는 서로 연결되는 에지 구역들의 형성을 서로 겹쳐 적층되는 복수의 층으로 확장한다. 그에 상응하게, 서로 겹쳐 적층되는 복수의 층이 기하학적으로 서로 상응하는 부분 영역들로 분할되고, 서로 겹쳐서 적층되는 층들의 서로 상응하는 부분 영역들의 에지 구역들은 한데 합쳐져서 서로 연결되는 3차원 형태를 형성하며, 이렇게 형성된 3차원 형태들은 상호 간에 서로 맞물리면서, 상기 3차원 형태들의 형태를 보존하는 이격 밀착을 허용하지 않을 수 있다.

본 발명의 바람직한 개선예에 따라서, 하나의 층 내에서 서로 인접하는 부분 영역들 중 적어도 2개는 형상 결합 방식으로 각각 타측 부분 영역 안쪽으로 돌출되는 구역 섹션들을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따라서, 하나의 층의 서로 인접하는 2개의 부분 영역 사이에 중첩 구역이 제공될 수 있고, 상기 중첩 구역은 이 중첩 구역에 관여하는 두 부분 영역의 에지 구역들을 포함하며, 에지 구역들은 형상 결합 방식으로 각각 타측 부분 영역 안쪽으로 돌출되는 구역 섹션들을 포함한다. 요컨대, 이런 경우, 각각의 중첩 구역 내에서 층의 전개는 각각 부분적으로 중첩 구역에 관여하는 부분 영역들에 속하는 전개 단계들에서 수행된다. 바람직하게는 관여하는 두 부분 영역은 중첩 구역 내에서 생성 대상 층 또는 층 정보와 관련하여 서로 상보적이다. 상기 구현예의 경우, 중첩 구역 내에서의 분할은, 예컨대 중첩 구역이 모자이크 유형으로 구역 피스들(area piece)로 분할되며, 그리고 이렇게 형성된 구역 피스들은 중첩 구역에 관여하는 부분 영역들에 무작위로 할당되는 것을 통해 수행될 수 있다. 이와 같은 무작위 분포를 통해, 신뢰성이 있으면서 안정된 전이가 달성되며, 이런 전이는 그와 동시에 규칙적인 구조들을 통한 패턴 형성(pattern formation)을 방지한다. 부분 영역들 상호 간의 최대한 섬세한 맞물림을 달성하기 위해, 바람직하게는, 모자이크 유형의 분할은, 픽셀들로, 또는 픽셀들의 기결정된 그룹들로 층의 분할과 일치하는 방식으로 수행될 수 있다.

층들의 전개는 일반적으로 층의 경화를 개시하는 방사선을 이용한 노광을 통해 수행될 수 있다. 물질의 경화의 개시를 위해 적합한 상기 유형의 방사선은 여기서는 화학 방사선(actinic radiation)으로서도 지칭된다.

일반적으로 전개 공정은, 부분 영역들이 시간 순서로 노광되도록, 바람직하게는 각각 하나의 층의 부분 영역들이 시간상 직접적으로 연속해서 노광되도록 형성된다.

또한, 서로 겹쳐 적층되는 층들 내에서, 부분 영역들로 층들의 분할은, 상이한 층들(예컨대 연속되는 층들)의 에지 구역들이 서로 반사되고, 그리고/또는 서로 전도(inversion)되는 기하구조들을 보유하는 방식으로 수행될 수 있다.

외부 윤곽과 관련하여 생성 대상 몸체의 형상의 품질 저하를 방지하기 위해, 바람직하게는, 형상 결합 방식으로 타측 부분 영역 안쪽으로 돌출되는 구역 섹션들은 제조 대상 3차원 객체의 외부 윤곽으로부터, 바람직하게는 사전 설정된 최소 이격 간격으로 이격될 수 있다.

본 발명의 일 개선예에서, 모든 층, 또는 층들의 개별 층의 전개는 복수(즉, 2개 이상)의 노광 통로 내에서 수행될 수 있으며, 하나의 층의 노광 통로들은 시간 순서로, 그리고 각각 실질적으로 전체 층에 대해 제공된다. 이런 경우에, 본 발명은, 노광 통로들 중에서 적어도 하나 내에서 해당 층이 적어도 2개의 부분 영역으로 분할되고, 이들 부분 영역은 실질적으로 서로 나란히 위치하여 각각 분리된 전개 단계들에서 전개되며, 상기 부분 영역들 중 적어도 하나는 동일한 층의 타측 부분 영역 쪽으로 향하는 에지 구역 내에 동일한 노광 통로에서 형상 결합 방식으로 타측 부분 영역 안쪽으로 돌출되는 구역 섹션들을 포함하게 되도록 구현될 수 있다.

본 발명의 범위에서, 노광 및 그에 따른 층 정보의 생성 역시도 지속적으로도 수행될 수 있다. 예컨대 이는 노광면과 광원 간의 상대 이동을 통해 달성될 수 있으며, 예컨대 마스크 노광 시스템(예: DMD, DLP)이 이용되고, 이런 마스크 노광 시스템의 생성되는 노광 패턴은, 각각 노광면 또는 광원의 위치에 따라서, 해당 위치 및 상응하는 상대 속도에 상응하게 지속적으로 변동되고 그에 따라 지속적인 투영을 나타낸다.

추가 구현예들 및 장점들과 함께 본 발명은 하기에서 첨부한 도면들에 도시되어 있는 제한하지 않는 일 실시예에 따라서 더 상세하게 기재된다. 도면들은 개략적인 방식으로 도시되어 있다.

도 1은, 각각 부분 영역들로 분할되는 복수의 층으로 구성되는 3차원 객체의 구조를 도시한 개략도이다.
도 2a ~ 2e는 2개의 부분 영역으로 층의 분할을 도시한 개략도이되, 도 2a는 3차원 객체를 위한 층 정보를 포함하는 층을 도시한 도면이고, 도 2b는 2개의 부분 영역으로 층의 분할을 도시한 도면이고, 도 2c는 중첩 구역의 결정을 도시한 도면이며, 그리고 도 2d 및 도 2e는 각각 빗 유형으로, 그리고 갈고리 유형으로 맞물려 있는 경계 영역들을 포함하는 중첩 구역의 분할을 도시한 도면이다.
도 3은 두 부분 영역에 대한 무작위 할당에 따르는 중첩 구역의 픽셀들의 분할을 포함하는 실시형태를 도시한 개략도이다.
도 4는 무작위 할당 및 회색 음영들에 따르는 중첩 구역의 픽셀들의 분할을 포함하는 실시형태를 도시한 개략도이다.
도 5는 서로 겹쳐 적층되는 층들이 서로 맞물리는 본 발명의 실시형태를 도시한 개략도이다.
도 6은 도 5의 하나의 층의 상면도이다.

도 1의 사시도에는, 3차원 몸체(2)가 그 내에서 스테레오리소그래피 방법에 의해 생성되는 것인 공간 영역(1)이 도시되어 있다. 통상적인 절차에 따라서, 공간 영역(1)은 서로 겹쳐서 적층되는 복수의 층(3)으로 분할된다. 요컨대, 층(3)들은 바람직하게는 균일한 두께를 보유한다. 공간 영역(1) 내에서는, 3차원 몸체(2)가 서로 겹쳐서 적층되는 복수의 층 정보(4)로 형성된다. 이런 경우, 층 정보는, 층 내부의 영역들이면서 생성 대상 몸체(2)에 따라서 전개되는 상기 영역들을 지칭한다. 도면부호 4로는 예시로서 최상위 층의 층 정보가 표시되어 있다. 또한, 도 1에는, 예시로서, 내부에 각각 층 정보(4a, 4b)를 포함한 층들 중 2개의 층(3a, 3b)도 도시되어 있다. 층 정보(4, 4a, 4b)들은 시간상 연속해서 전개되며, 예컨대 최상위 층에서 개시되어 하부 방향으로 나아가는 방식으로 전개되며(다른 실시 변형예들에서는 경우에 따라 그 반대 방향으로 전개되며), 그럼으로써 몸체(2)는 층마다 생성되게 된다. 몸체(2)의 형태는 임의로 선택될 수 있다. 몸체(2)는 파지부(미도시)에 의해 파지되되, 몸체는 제1 생성된 층 정보(4)(즉, 여기서는 최상위 층의 층 정보)를 통해 상기 파지부와 연결되며, 그리고 일반적으로 제조 공정 동안 연결된 상태로 유지된다. 대부분, 몸체(2)는, 제1 생성된 층 상에서의 상기 파지 위치를 제외하고, 완전하게 전체 영역(1)의 내부에 위치된다. 그러나 몸체(2)는 더 나아가 공간 영역(1)의 하나 이상의 측면 표면 상에서 안착될 수 있다. 예컨대 도시된 실시예에서 도시된 것처럼 몸체(2)는 전체 영역(1)의 전면(front side)에 안착될 수 있다.

본 발명에 따라서, 층 내의 감광 재료의 전개는 시간상 분리된 적어도 2개의 전개 단계에서 수행되며, 이들 전개 단계는 층의 각각 하나의 부분 영역을 전개시킨다. 이를 위해, 층은, 층의 내부에서 실질적으로 서로 나란히 위치하는 2개 이상의 부분 영역으로 분할되며, 일측 부분 영역은, 동일한 층의 타측 부분 영역 쪽으로 향하는 에지 구역 내에, 형상 결합 방식으로 타측 부분 영역 안쪽으로 돌출되는 구역 섹션들을 포함한다. 이런 부분 영역들은 차례로 전개되며, 그리고 이렇게 다 함께 각각 하나의 층의 요구되는 층 영역들을 형성한다. 그에 따라, 모든 층의 부분 영역들은 다 함께 전체의 3차원 몸체를 생성한다.

층(3, 3a, 3b)들은, 도 1에서, 이미 본 발명에 따른 부분 영역들로 분할된 상태로 도시되어 있다. 도시된 실시형태에서, 층들의 분할은 실질적으로 균일하지만, 그러나 본 발명의 범위에서 분할은 층마다 다를 수 있다.

도 2a 내지 도 2e에는, 2개의 부분 영역으로 하나의 층의 분할이 도시되어 있다. 도 2a에는 3차원 객체의 층 정보(40)를 포함한 예시의 층(30)이 도시되어 있다. 층(30)은 (예컨대 층 자신이 개별 노광 공정에 대해 너무 크기 때문에, 또는 다른 이유에서) 2개의 부분 영역(31, 32)으로 분할되며, 이들 부분 영역은 예컨대 도 2b에 도시된 것처럼 분리선(33)(parting line)의 양쪽에 위치한다. 여기서 도시되는 분리선(33)은 직선이지만, 그러나 상기 분리선은 다른 실시형태들에서는 만곡될 수도 있거나, 또는 직선이거나 만곡된 곡선 부분들로 구성될 수도 있다. 그 다음, (도 2c에서처럼), 분리선을 따라서, 예컨대 도시된 실시예에서 분리선을 따라서 변함이 없는 폭(B)을 가지면서 연장되는 중첩 구역(또는 중첩 영역)(34)이 결정된다. 그러나 중첩 구역의 폭은, 특히 분리선이 만곡되거나, 또는 다양한 방향들을 갖는 부분들로 구성될 때, 분리선의 형상을 따라서도 가변될 수 있다. 그 다음, 중첩 구역은 두 부분 영역으로 다시 분할되고, 일측 부분 영역에 속하는 구역 섹션들은 타측 부분 영역에 속하는 구역 섹션들 사이로 돌출된다. 이런 방식으로, 두 부분 영역(31, 32)의 형상 결합식 연결이 달성된다. 많은 예시 중 일부 예시로서, 도 2d에는, 빗 유형으로 맞물린 경계 영역들을 포함한 중첩 구역(35)의 분할이 도시되어 있고, 도 2e에는, 갈고리 유형으로 서로 맞물리는 구역 섹션들을 포함하는 중첩 구역(36)이 도시되어 있다.

분할은, 예컨대 중첩 구역이 분리선을 따라서 연속되는 구역 섹션들로 분할되고 이 구역 섹션들은 교호적으로 인접한 부분 영역들에 할당되는 것을 통해 수행될 수 있다. 구역 섹션들은 예컨대 평행하게 배향된 스트립들이거나 직사각형들일 수 있으며, 그럼으로써 도 2d에서와 같은 빗 유형의 분할이 달성될 수 있게 된다. 추가로, 구역 섹션들은 돌출부들 또는 곡류 패턴들(meander pattern)을 형성할 수 있으며, 그럼으로써 구역들은 서로 뒤섞이는 방식으로 포착(catch)된다. 이런 모든 경우에서, 형상 결합 방식으로 각각의 타측 부분 영역 안쪽으로 돌출되는 구역 섹션들을 이용한 맞물림이 달성되며, 바람직하게는 하나의 층 내에서 서로 인접하는 부분 영역들의 에지 구역들은 각각 서로 연결된다. 또한, 도 2d 및 2e의 예시들에 따라서도 확인할 수 있는 것처럼, 중첩 구역(34) 내에서 분리선은 복잡한 분할선으로 대체되며, 이 분할선을 따라서는 서로 인접하는 부분 영역들의 에지 구역들이 서로 맞물린다. 이런 방식으로, 두 부분 영역의 밀접한 연결이 보장된다. 요컨대, 특히 에지 구역들 상호 간의 이격 밀착은 불가능하며, 이와 동시에 중첩 구역 내에서 또는 그 옆에서 변형이나 파손은 발생하지 않는다.

본 발명에 따라서, 부분 영역들 내에 형성되는 이미지 정보는 층마다 자신의 국소적 위치 및 치수와 관련해서뿐만 아니라 형성된 기하구조와 관련해서도 가변될 수 있다. 이는, 예컨대 부분 영역들 또는 중첩 구역들 내에 형성된 패턴이 상기 영역 내에서 선행하는 층 및/또는 다음 생성 대상 층의 패턴과 다르다는 점을 의미한다.

따라서, 예컨대 가장 단순한 경우, 층마다 중첩 구역 또는 이 중첩 구역의 하나의 부분 내에, 선행 층의 중첩 구역 내 패턴의 기하학적 정보의 반사 및/또는 전도가 형성될 수 있다. 반사는 예컨대 분리선 또는 중첩 구역의 중심선에서, 또는 그에 대해 수직인 선에서 수행될 수 있으며, 그리고 또한 점 반사(point reflection) 역시도 (예컨대 해당 구역의 중심점에서) 실행될 수 있다. 전도는 관여하는 두 부분 영역에 대한 구역 섹션들의 할당의 반전을 의미하거나, 또는 달리 말해, 회색 음영들로 표현한다면, 전도는 x의 회색 음영 값을 1-x의 값으로 대체하는 것을 의미한다. 그에 따라, 반사되고, 그리고/또는 전도된 패턴, 또는 형상 결합식 패턴의 전도된 형태가 상이한 층들의 연속적인 중첩 구역들에서 이용된다. 이는 중첩 구역 내 패턴의 계산을 간소화한다.

또한, 중첩 구역은 모자이크 유형으로 구역 피스들로 분할될 수 있으며, 그리고 그 다음 모자이크 유형의 구역 피스들은 사전에 결정된 방법에 따라서, 또는 무작위로[예컨대 의사 난수 생성기(pseudorandom number generator)에 의해] 관여하는 부분 영역들에 할당된다. 특히 간단하지만, 그러나 그럼에도 효과적인 특별한 경우에, 모자이크 유형의 분할은 픽셀들(또는 n과 m은 양의 정수이고 n = m > 1 역시도 가능한 조건에서, 예컨대 각각 n x m개의 픽셀마다 픽셀 구역들을 갖는 픽셀들의 기결정된 그룹들)에 따라서 수행될 수 있으며, 이때 상기 픽셀들은 층의 래스터(raster) 기반 전개를 기반으로 한다.

도 3에는, 3개의 픽셀의 폭을 갖는 중첩 구역(23)의 분할의 한 예시가 도시되어 있다. 중첩 구역의 픽셀은 규칙 없이("무작위로") 일측 부분 영역(21) 또는 타측 부분 영역(22)에 할당되며, 이는 도면에 상응하는 빗금들로 예시되어 있다.

또한, 본 발명에 따른 방법은 회색 음영들에 따른 노광과도 조합될 수 있다. 이런 경우, 중첩 구역 내에서 부분 구역들 또는 픽셀들(또는 픽셀 그룹들)의 할당은 바로 두 부분 영역들에 대해 수행되는 것이 아니라, 0%와 100% 사이의 값들에 상응하는 0과 1 사이의 값들을 취할 수 있는 회색 값들(gray value)에 대해 수행된다. 회색 값들은 스테레오리소그래피 공정들에서 중첩 영역들 내의 노광에 대해 공지되어 있다. 이런 경우, 일측 구역에 대해 전개를 위해 필요한 노광량(exposure dose)이 각각 부분적으로 두 전개 단계에서 관여하는 두 부분 영역으로 공급되며, 그럼으로써 전체적으로 필요한 노광량이 예컨대 각각 50%로, 또는 각각 40% 및 60%로[회색 음영(x) = 0.4는 40%임] 달성된다. 특수한 경우, 회색 음영 값(x) = 100%는, 제1 부분 영역의 노광 단계에서 완전하게 노광이 수행된다는 점을 의미하며, 그에 반해, x = 0%는 (단지) 제2 부분 영역의 노광 단계에서의 노광을 의미한다.

중첩 구역의 폭(B) 및 위치는 변함이 없을 수 있거나, 또는 층마다 가변될 수 있다. 따라서, 예컨대 하나의 중첩 스트립이 B = 5개의 픽셀 열로 이루어진 층(n) 내에서, 4개의 픽셀 열로 이루어진 선행 층(n-1) 내에서, 그리고 8개의 픽셀 열로 이루어진 후속 층(n+1)에서 형성될 수도 있다. 여기에 명시된 수치들은 당연히 예시일 뿐이다. 그에 따라, 층의 중첩 구역들 또는 이 중첩 구역들 내에 형성된 부분 구역들의 치수는 변동될 수 있다.

도 4에는, 회색 음영들을 포함한 도 3의 분할의 일 변형예가 도시되어 있다. 또한, 빗금을 통해서, 부분 영역(41 및 42)들에 대한 중첩 구역(43) 내의 픽셀들의 할당들(=회색 음영 100% 또는 0%)도 상징화되어 있다. 점으로 표시된 픽셀(44)들은 회색 음영을 유지한다. 예컨대 회색 음영의 값은 50%이며, 다시 말해 픽셀들은 두 부분 영역(41 및 42)의 두 노광 단계에서 각각 반까지 노광된다. 다른 변형예들에서, 회색 음영들은 상이하게 선택될 수 있다. 예컨대 회색 음영들은 교호적으로, 또는 무작위로 분포되는 방식으로 30% 및 70%의 값들을 취할 수 있다. 당연히, 또 다른 회색 음영 값들 및 더 많은 수의 회색 음영 값 역시도 각각의 요구되는 적용에 따라서 이용될 수 있다.

도 다른 변형예들은 도 5 및 도 6에 도시되어 있다. 일측 픽셀(또는 구역 섹션)에 100%를 초과하는 노광량이 공급된다면, 이는 나머지 층보다 더 높은 두께를 갖는 층 영역을 달성한다. 이런 방식으로, 각각 그 위에 위치하는 층 안쪽으로 돌출되는 핀들(pin) 또는 치부들(tooth)이 형성될 수 있다. 예컨대 도 5에서 부분 영역(51)은 부분 영역(52)으로 향하는 경계부에 치부(53)들을 포함하며, 이 치부들은 예컨대 부분 영역의 주요 구역 내에서 "정상적인(normal)" 노광량의 200%를 이용한 노광을 통해 생성될 수 있다. 상기 치부(53)들은 그 위에 위치하는 층의 부분 영역(61)의 개구부(60)들 안쪽으로 돌출된다. 상기 개구부들은 0%를 이용한 노광에 상응한다. 상부 층의 다른 영역(62)은 다시금 (미도시한) 제3 층 내로 맞물릴 수 있는 치부들 등을 포함한다. 도 6에는, 도 5의 상부 (제2) 층의 상면도가 도시되어 있으며, 부분 영역(61 및 62)들 사이의 분리선을 따라서는 그 아래 위치하는 층의 치부(53)들이면서 위로 돌출된 상기 치부(53)들을 확인할 수 있다.

본 발명의 상기 양태는, 층들 및 그 부분 영역들의 기하구조 정보가, 전체로서, 형성된 객체의 층들의 맞물림에 기여하는 반면, 파손 또는 분리 형성을 수월하게 할 수도 있는 단순한 선 형태의 시임의 형성은 방지되도록 변형되게 하는 점을 가능하게 한다.

본 발명에 따라서, 서로 인접하는 적어도 2개의 부분 영역의 적어도 부분적인 중첩을 통해 형성되는 부분 영역들의 합을 통해 층 정보가 생성되며, 이 층 정보는 다시 형성 대상 객체의 요구되는 층 기하구조와 일치한다. 본 발명의 범위에서, 일측 부분 영역의 중첩 구역 내 각각 하나의 부분 구역이 적어도 전체로서 생성 대상 층의 노광면의 하나의 부분을 나타낸다. 이 경우, 노광 공정은 부분 구역과 이 부분 구역이 속하는 부분 영역 간에 상이한 노광 시간들, 순서들 및 세기들을 이용하여 실행될 수 있다.

일반적으로, 서로 겹쳐 적층되는 복수의 층은 (바람직하지만, 그러나 필요하지 않은 방식으로 기하학적으로 서로 상응하는) 부분 영역들로 분할될 수 있으며, 그리고 상기 부분 영역들은 형상 결합 방식으로 서로 맞물린다. 또한, 이런 경우, 서로 겹쳐 적층되는 층들의 서로 상응하는 부분 영역들의 에지 구역들은 한데 합쳐져서 서로 연결되는 3차원 형태를 형성할 수 있으며, 그럼으로써 이렇게 형성된 3차원 형태들은 상호 간에 서로 맞물리면서, 형태를 보존하는 이격 밀착을 허용하지 않게 된다.

자명한 사실로서, 본 발명은 도시된 실시예들로 제한되지 않으며, 오히려 본 발명은 특허청구범위에 따르는 모든 구현예들을 포함한다. 본 발명에 따라서, 중첩 영역은 "섹터들(sector)"(즉, 부분 구역들)로 분할되며, 이 섹터들은 인접하는 부분 영역들 사이의 분리선을 나타내는 초기의 경계선들에 걸쳐서 중첩되며, 그리고 이런 점에서 더 이상 초기의 기하학적 정보에 상응하지 않는다. 관여하는 부분 영역들의 섹터들의 중첩을 통해 비로소, 층 영역의 초기의 기하학적 정보는 다시 형성된다.

부분 영역들의 상응하는 섹터들의 조합을 통해, 다시, 각각의 층의 완전한 층 정보는, 예컨대 상응하는 섹터들이 자신들의 기하학적 정보와 관련하여 서로 보충하는 방식으로 작용하는 것을 통해, 다시 말해 서로 상보적인 것을 통해 달성된다. 그 결과, 층들의 초과 노광은 방지된다. 이는, 상기에서 기재한 회색 음영들, 예컨대 x 및 1-x의 값들의 회색 음영들과 조합하여서도 수행될 수 있다. 회색 음영들 대신, 픽셀 기반 노광 시스템들에서 펄스폭 변조(PWM) 역시도 달성될 수 있다.

또한, 바람직하게는, 중첩 구역들 내에 형성된 부분 구역들(즉, "섹터들")은 부분 영역들의 층 정보의 초기 기하구조, 특히 생성 대상 3차원 몸체의 표면에 상응하는 윤곽들을 고려할 수 있다. 예컨대 하나의 섹터는 부분 영역의 기하구조, 즉 분리선의 윤곽의 하나의 부분을 포함할 수 있다. 몸체를 생성할 때 적어도 몸체의 외부 윤곽이 유지되거나, 또는 정확하게 투영되어야 하기 때문에, 바람직하게는 외부 윤곽으로부터 소정의 최소 이격 간격(예: 2개의 픽셀)부터 비로소 본 발명에 따른 복잡한 분할이 (예컨대 상기에서 기재한 것과 같은 모자이크 또는 맞물림을 통해) 수행될 수 있다. 예컨대 이런 경우에 의사 난수 생성기는 몸체의 외부 표면으로부터 소정의 이격 간격에서 비로소 본 발명에 따르는 중첩 구역 내 부분 구역들 또는 픽셀들의 분할을 개시할 수도 있다. 요컨대 (최소) 이격 간격은 예컨대 픽셀들 또는 절대 단위들(예: 밀리미터)로 정의되는 오프셋에 따라서 사전 설정될 수 있다.

또한, 하나의 섹터의 노광은 수회 수행될 수도 있으며, 요컨대 또 다른 노광 단계들에서 두 부분 영역에 속하는 두 섹터에 추가로, 그리고 상이한 시간 순서들 및 세기들로 수행될 수도 있다. 특히 하나의 층은, 각각 [예컨대 요구되는 최종 세기의 노광 세기(= 1/k)를 갖는] 노광의 일부분을 공급하는 복수(k > 1)의 통로에서 노광될 수 있다. 요컨대 각각의 통로에서 부분 영역들로 층의 또 다른 분할이 제공될 수 있으며, 그럼으로써 통로들의 중첩 구역은 서로 상이해진다. 따라서 하나의 통로 내에서 하나의 구역 피스는 중첩 구역의 하나의 섹터에 상응할 수 있으며, 상기 섹터는, 각각의 통로의 관여하는 부분 영역들 중 하나에 상응하는 세기로 한 번 노광될 수 있다. 요컨대 나머지 통로들에서 상기 구역 피스는 하나의 부분 영역의 중앙에 위치할 수 있으며, 그럼으로써 상기 통로들 내에서 각각의 부분 영역에 따르는 세기를 이용한 노광이 수행되게 된다. 이에 대한 일 변형예에서, 정해진 구역 피스에 대해, 추가로, 상이한 통로들의 세기 값들은, 세기들의 총합이 변함이 없도록, 요컨대 요구되는 노광 세기가 되도록 가변될 수 있다. 이는 추가로 하나의 층 및 복수의 층 내의 부분 영역들 및 섹터들 상호 간의 내부 결속성을 향상시킬 수 있다.

Claims (13)

1. 스테레오리소그래피 공정에서 3차원 객체(2)를 제조하기 위한 방법으로서, 시간 순서로 복수의 층(3; 30)을 전개하며, 이들 층 전체는 3차원 객체를 형성하되, 층들의 전개는 층의 경화를 개시하는 방사선을 이용한 노광을 통해 수행되며, 층(3; 30)들 중 적어도 하나는 2개 이상의 부분 영역(3a, 3b; 21, 22; 31, 32; 41, 42; 51, 52; 61, 62)으로 분할되고, 이들 부분 영역은 분리선(33)의 양측에 위치하면서도 실질적으로 서로 나란히 위치하며, 그리고 각각 시간상 분리된 전개 단계들에서 전개되며, 폭(B)을 갖는 분리선(33)을 따라 연장되는 중첩 구역(23, 34, 35, 36)이 제공되되, 상기 중첩 구역은 이 중첩 구역에 관여하는 두 부분 영역의 에지 구역들을 포함하며, 서로 인접하는 부분 영역들의 에지 구역들은, 상기 에지 구역들의 형태를 보존하는 이격 밀착을 허용하지 않는 분리선(33)을 따라서 형상 결합 방식으로 서로 안쪽으로 돌출되면서 서로 맞물리며, 중첩 구역 내에서는 층의 전개가 각각 부분적으로 중첩 구역에 관여하는 부분 영역들에 속하는 전개 단계들에서 수행되는 것인, 상기 3차원 객체의 제조 방법에 있어서, 상기 중첩 구역의 폭(B) 및 위치는 변함이 없거나, 또는 층마다 가변되며, 그럼으로써 상기 층 내의 스트립은 픽셀 열들로 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 객체의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 하나의 층(30) 내에서 서로 인접하는 부분 영역(31, 32)들의 중첩 구역(35; 36) 내 에지 구역들은 서로 연결되며, 그리고 빗 형태로, 또는 갈고리 형태로 서로 맞물리는 것을 특징으로 하는 3차원 객체의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 서로 겹쳐서 적층되는 다수의 층은 기하학적으로 서로 상응하는 부분 영역(51, 52; 61, 62)들로 분할되며, 서로 겹쳐서 적층되는 층들의 서로 상응하는 부분 영역들의 에지 구역들은 한데 합쳐져서 서로 연결되는 3차원 형태를 형성하며, 이렇게 형성된 상기 3차원 형태들은 상호 간에 서로 맞물리면서, 형태를 보존하는 이격 밀착을 허용하지 않는 것을 특징으로 하는 3차원 객체의 제조 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중첩 구역(23, 43) 내에서의 분할은, 상기 중첩 구역이 모자이크 유형으로 구역 피스들로 분할되고 이렇게 형성된 구역 피스들은 중첩 구역에 관여하는 부분 영역들에 무작위로 할당되는 것을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 3차원 객체의 제조 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 모자이크 유형의 분할은, 픽셀들로, 또는 픽셀들의 기결정된 그룹들로 층의 분할과 일치하는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 3차원 객체의 제조 방법.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부분 영역들은 시간 순서로 노광되되, 각각 하나의 층의 부분 영역들은 시간상 직접적으로 연속해서 노광되는 것을 특징으로 하는 3차원 객체의 제조 방법.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 서로 겹쳐서 적층되는 층들 내에서 부분 영역들로 층의 각각의 분할이 수행되며, 상이한 층들 내의 에지 구역들은 서로 반사되고, 그리고/또는 서로 전도되는 기하구조들을 보유하는 것을 특징으로 하는 3차원 객체의 제조 방법.
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 형상 결합 방식으로 타측 부분 영역 안쪽으로 돌출되는 구역 섹션들은 제조 대상 3차원 객체(2)의 외부 윤곽으로부터, 요컨대 사전 설정된 최소 이격 간격으로 이격되는 것을 특징으로 하는 3차원 객체의 제조 방법.
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