WO2018155993A1 - 3차원물체 성형데이터 생성장치, 성형데이터 생성방법, 3차원물체 성형장치 및 그 성형방법 - Google Patents

3차원물체 성형데이터 생성장치, 성형데이터 생성방법, 3차원물체 성형장치 및 그 성형방법 Download PDF

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Carima (South Korea)
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Definitions

  • Conventional three-dimensional object molding apparatus, or 3D printer to form a desired 3D object by sequentially laminating the unit molding layer on the molding plate.
  • Each unit molding layer is formed by curing the liquid resin exposed to the image light provided by the light irradiation apparatus.
  • the correction shape data may be a set of unit images to be sequentially irradiated.
  • a 3D molding method for molding a three-dimensional object by the exposure curing method comprising the steps of: preparing correction shape data having different physical property levels for each part of the three-dimensional object; Extracting the physical property level for each part from the correction shape data; And changing the exposure condition of the image light based on the extracted physical property level and irradiating for each unit image of the shape data.
  • a 3D molding apparatus for molding a three-dimensional object by an exposure curing method, comprising: a resin tank accommodating a photocurable liquid resin; A molding plate on which the three-dimensional object is molded; Molding plate driving unit for lifting the molding plate; An image light irradiator which irradiates image light corresponding to a unit image toward a forming surface formed on the molding plate; And a controller configured to extract the physical property level for each part from the corrected shape data having different physical property levels for each part of the 3D object, and to change the exposure condition of the image light of the image light irradiator based on the extracted physical property level. It is characterized by.
  • the apparatus and method for forming a 3D object of the present invention it is possible to add property data to the 3D data by setting molding to different property levels for each part of the 3D object, and convert the 3D object from the 3D data to which the property data is added.
  • the physical properties can be molded differently for each part.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a three-dimensional object forming apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart of a hardness setting program for setting hardness data, which is one of physical property data, for each part of a three-dimensional object according to the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional perspective view of a three-dimensional object after molding according to the present invention, showing a part "F" of the object.
  • the liquid photocurable polymer resin 10 is stored in the resin tank 30.
  • the photocurable polymer resin 10 is used by mixing an epoxy resin and an acrylic resin. Epoxy resins have higher hardness than acrylic resins. Epoxy resins harden and react with visible and ultraviolet light. Acrylic resins react with the ultraviolet rays.
  • the polymerization initiator (E) suitable for the curing reaction of the epoxy resin and the polymerization initiator (A) suitable for the curing reaction of the acrylic resin are mixed and used together.
  • the three-dimensional object 1 is attached to the molding plate 20.
  • the three-dimensional object 1 is formed such that the thin plate-shaped unit molding layers are sequentially stacked along the Z-axis direction to have a three-dimensional shape.
  • the molding plate is lowered, but the system in which the molding plate is raised can also be configured.
  • the uppermost surface of the resin bath 30 corresponds to the molding surface 2 to which image light is irradiated.
  • the image light 41 generated by the image light irradiating part 40 is exposed to an uncured liquid resin applied to the forming surface 2 on the top surface of the molding plate 20.
  • the image light 41 irradiated by the image light irradiator 40 cures the resin in the liquid state applied to the molding surface 2, and the liquid photocurable polymer is cured in the solid state to form an upper portion of the object 1.
  • the modeling plate 20 descends a certain height by the lowering operation of the modeling plate driver 60, the liquid resin fills the molding surface 2 again, and the next layer is formed by the image light irradiated from the image light irradiation part 40. Molded. By repeating these steps, the three-dimensional object having the final target shape is formed.
  • the hardness setting program execution unit 80 for setting the hardness for each part of the three-dimensional object according to the present invention can be installed inside or outside the 3D molding apparatus.
  • the control unit 50 of the 3D molding apparatus executes by accessing the memory 70 incorporating the hardness setting program.
  • the hardness setting program is executed by a controller (not shown) included in the hardness setting program execution unit 80 itself, and the hardness is set for each part.
  • the control unit of the 3D molding apparatus receives 3D data having a hardness set and molds it to different hardness for each part of the 3D object.
  • the controller 50 of the 3D molding apparatus controls the image light irradiation unit 40 and the model plate driving unit 60 according to the shape and hardness data of the 3D object to form the 3D object.
  • the three-dimensional molding apparatus sequentially stacks the unit forming layers by intermittently lowering or raising the molding plate, and sequentially sequencing image light corresponding to the unit image while continuously lowering or raising the molding plate. It can also be adopted in the continuous molding method of changing and irradiating.
  • the present invention has been described in the resin tank method, the present invention is not limited to the 3D printing apparatus of the resin bath method.
  • the hardness setting program is executed by the hardness setting program execution unit 80 of FIG.
  • 3D data is received (S10).
  • the 3D data includes shape data of a three-dimensional object.
  • a menu for entering hardness information is displayed (S20).
  • the menu to display the shape of the three-dimensional object and to input the hardness for each part (S30).
  • the hardness is input for each part by the shape of the three-dimensional object (S40).
  • the corrected 3D data is generated by adding the hardness value to the initial 3D data (S50). Such hardness data may be generated to correspond to each pixel value of the 3D data.
  • the hardness has been described as an embodiment, not only the hardness but also the physical property level of the 3D object may be set differently. There are various physical properties of three-dimensional objects, such as hardness, strength, and toughness.
  • FIG. 4 shows the hardness setting menu 420 for designating the hardness for each part of the 3D object.
  • a letter “hardness setting” is displayed in the uppermost box 421 of the hardness setting menu 420.
  • the text "object shape” is displayed in the object column 430.
  • Each area of the vertical axis of this area displays the object shape of the detail of the three-dimensional object.
  • 431 to 434 represent four leg areas.
  • 435 represents the top of the cube.
  • 436 shows the lower shape of the cube.
  • the region for each object name 430 and the corresponding part name is the part name column 440. In this column, the letters A, B, C, D, E, and F are recorded (symbols 441 to 446).
  • the last column is a hardness column 450 for inputting the longitude that can be specified by the user.
  • the user may input the hardness at each part corresponding to A to F of the 3D object.
  • the hardness “1.5” is input to the areas A to D corresponding to the four leg regions.
  • the corrected 3D data is generated by adding the hardness value input for each part of the object to the initial 3D data having only the shape data of the 3D object.
  • the corrected 3D data has both shape data and hardness data of the three-dimensional object.
  • Hardness 1.0 indicates the hardness of acrylic resin in the mixed liquid resin of epoxy resin and acrylic resin.
  • Hardness 1.5 is the hardness of epoxy / acrylic mixed resin cured by mixing a certain ratio of epoxy resin and acrylic resin having a stronger hardness than acrylic resin. If the epoxy is cured at a mixing ratio of 50% acrylic 50%, the epoxy / acrylic mixed resin has a hardness of 1.5.
  • Hardness 1.0 is a case where it is hardened with acrylic resin.
  • Hardness 0.6 is a case where the hardness is more weakly molded than when cured with an acrylic resin. This case is achieved by forming a bubble which unexposures an inner region spaced a certain distance from the surface of the molded object. Hardness 0.6 can be achieved by forming about 40% of the bubble area inside.
  • three-dimensional objects there are various physical properties of three-dimensional objects, such as hardness, strength, and toughness.
  • hardness In addition to hardness, other physical property levels of the 3D object may be selected and input for each part.
  • 3 is a flowchart of the 3D molding apparatus for molding by changing the light wavelength in accordance with the hardness value according to the present invention.
  • 3D data of the hardness setting of Figs. 2 and 4 is input to the 3D molding apparatus to start molding.
  • 3D printing is started (S100).
  • the controller of the 3D printer extracts the hardness data from the 3D data having the shape data of the three-dimensional object and the hardness data of each part.
  • ultraviolet light which is an optical wavelength capable of curing reaction of both epoxy resin and acrylic resin.
  • the image light irradiation part 40 of FIG. 1 irradiates the shaping
  • the photocurable polymer resin 10 stored in the resin tank 30 is used by mixing an epoxy resin and an acrylic resin, and the epoxy resin hardens and reacts with visible light and ultraviolet rays. Acrylic resins react with the ultraviolet rays.
  • the polymerization initiator (E) suitable for the curing reaction of the epoxy resin and the polymerization initiator (A) suitable for the curing reaction of the acrylic resin are mixed and used together. Ultraviolet light photocuring reaction of both epoxy resin and acrylic resin. Therefore, the epoxy resin and the acrylic resin can be adjusted to cure at 50:50.
  • the extracted hardness value is molded to the site of the three-dimensional object with a hardness of less than 1.0, it is controlled so as to irradiate visible light, which is an optical wavelength, to which the acrylic resin having a low hardness is cured (S140). Subsequently, a non-exposure portion is set such that bubbles of a predetermined size are continuously formed in the inner region spaced a predetermined distance from the surface of the tertiary oriented object (S150).
  • the hardness can be formed differently by changing the light wavelength.
  • the same effects as those of varying the light wavelength can be achieved by varying the light intensity, varying the exposure time, or varying the exposure pattern. Therefore, the present invention is not limited to the embodiment of FIG.
  • the present invention is used in the precision electronics industry, such as 3D printer, optical industry, machinery industry, chemical industry and the like.

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Abstract

본 발명은 3차원물체 성형데이터 생성장치 및 성형데이터 생성방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 3차원물체 성형장치 및 그 성형방법에 관한 것이다. 노광경화방식에 의하여 3차원물체를 성형하기 위한 3D 형상데이터 생성방법에 있어서, 3차원물체의 기초 형상데이터를 준비하는 단계; 3차원물체의 형상을 표시하고 3차원물체의 부위별 물성레벨을 선택할 수 있도록 유저인터페이스를 제공하는 단계; 및 유저인터페이스를 통해 선택된 부위별 물성레벨을 기초 형상데이터에 반영한 보정 형상데이터를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 노광경화방식에 의하여 3차원물체를 성형하는 3D 성형장치에 있어서, 광경화성 액상수지를 수용하는 수지조; 3차원물체가 성형되는 조형판; 조형판을 승강시키는 조형판구동부; 조형판에 형성되는 성형면을 향하여 단위이미지에 대응하는 이미지광을 조사하는 이미지광조사부; 및 3차원물체의 부위별로 물성레벨이 상이한 보정 형상데이터로부터 부위별 물성레벨을 추출하고, 추출된 물성레벨을 기초로 이미지광조사부의 이미지광의 노광조건을 변경하도록 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 본 발명 3차원 성형장치는 3차원물체를 부위별로 서로 다른 경도의 수지로 성형이 가능하다.

Description

3차원물체 성형데이터 생성장치, 성형데이터 생성방법, 3차원물체 성형장치 및 그 성형방법
본 발명은 3차원물체 성형데이터 생성장치 및 성형데이터 생성방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 3차원물체 성형장치 및 그 성형방법에 관한 것이다. 특히, 3차원물체의 물성레벨을 포함한 3차원물체 성형데이터 생성장치 및 그 방법과, 이 3차원물체의 물성레벨을 포함한 3차원물체를 성형하는 성형장치 및 그 방법에 관한 것이다.
종래의 3차원 물체 성형장치 즉 3D 프린터는 조형판에 단위성형층을 순차적으로 적층하여 목적하는 3D 물체를 성형한다. 각 단위성형층은 광조사 장치에서 제공되는 이미지광에 노광된 액체수지가 경화됨으로서 형성된다.
그런데 이러한 종래의 3D 성형장치에서는 액체수지의 재료에 의한 단일 물성레벨의 3차원물체를 성형 할 수 있을 뿐이다. 3D프린터 혹은 3차원성형장치의 보급이 점점 일반화 되면서 3차원물체의 각 부위별로 서로 다른 물성의 수지로 성형할 필요성이 있었다. 수지의 물성 중에는 경도, 강도, 인성 등이 있다. 종래의 기술은 이와 같은 필요성을 충족 시켜 줄 수가 없다.
본 발명의 목적은 3차원물체를 부위별로 서로 다른 물성의 수지로 성형이 가능하도록 하는 3차원물체 성형장치 및 그 성형방법을 제공하는 것이다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 노광경화방식에 의하여 3차원물체를 성형하기 위한 3D 형상데이터 생성방법에 있어서, 상기 3차원물체의 기초 형상데이터를 준비하는 단계; 상기 3차원물체의 형상을 표시하고 상기 3차원물체의 부위별 물성레벨을 선택할 수 있도록 유저인터페이스를 제공하는 단계; 및 상기 유저인터페이스를 통해 선택된 부위별 물성레벨을 상기 기초 형상데이터에 반영한 보정 형상데이터를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 보정 형상데이터는 순차적으로 조사될 단위이미지의 집합인 것을 특징으로 한다.
상기 물성레벨은 경도레벨이며, 광강도, 광파장, 노광시간, 노광패턴 중 적어도 어느 하나에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적은, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 노광경화방식에 의하여 3차원물체를 성형하기 위한 3D 형상데이터 생성장치에 있어서, 데이터입력부; 디스플레이부; 및 상기 데이터입력부를 통하여 수령한 상기 3차원물체의 기초 형상데이터에 기초하여 상기 디스플레이부에 상기 3차원물체의 형상 및 상기 3차원물체의 부위별 물성레벨을 선택할 수 있도록 유저인테페이스를 표시하고, 상기 유저인터페이스를 통해 선택된 부위별 물성레벨을 상기 기초 형상데이터에 반영한 보정 형상데이터를 생성하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 형상데이터 생성장치에 의해서도 달성된다.
본 발명의 다른 분야에 따르면, 노광경화방식에 의해 3차원물체를 성형하는 3D 성형방법에 있어서, 3차원물체의 부위별로 물성레벨이 상이한 보정 형상데이터를 준비하는 단계; 상기 보정 형상데이터로부터 부위별 물성레벨을 추출하는 단계; 및 상기 추출된 물성레벨을 기초로 이미지광의 노광조건을 변경하여 상기 형상데이터의 단위이미지별로 조사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 분야에 따르면, 노광경화방식에 의하여 3차원물체를 성형하는 3D 성형장치에 있어서, 광경화성 액상수지를 수용하는 수지조; 상기 3차원물체가 성형되는 조형판; 상기 조형판을 승강시키는 조형판구동부; 상기 조형판에 형성되는 성형면을 향하여 단위이미지에 대응하는 이미지광을 조사하는 이미지광조사부; 및 상기 3차원물체의 부위별로 물성레벨이 상이한 보정 형상데이터로부터 부위별 물성레벨을 추출하고, 상기 추출된 물성레벨을 기초로 상기 이미지광조사부의 상기 이미지광의 노광조건을 변경하도록 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 3차원물체 성형장치 및 방법에 따르면 3차원물체의 부위별로 서로 다른 물성레벨로 성형하도록 설정하여 3D 데이터에 물성데이터를 부가할 수 있고, 물성데이터가 부가된 3D 데이터로부터 3차원 물체를 부위별로 물성이 다르게 성형할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 3차원물체 성형장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 3차원물체의 부위별로 물성데이터 중 하나인 경도 데이터를 설정하기 위한 경도설정 프로그램의 플로우챠트이다.
도 3은 본 발명에 따른 경도값에 따라 광파장을 변경하여 성형하는 3D 성형장치의 플로우챠트이다.
도 4는 본 발명에 따른 경도설정 프로그램의 경도설정 메뉴를 통하여 3차원물체의 부위별로 경도 데이터를 설정하는 것을 보여주는 유저인터페이스 화면이다.
도 5는 본 발명에 따른 3차원물체의 성형 후 단면 사시도로서, 물체의 부위 “F"를 보여준다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 특징 및 이점들은 첨부된 도면에 의거한 바람직한 실시예에 대한 설명으로 더욱 명백해 질 것이다. 본 발명은 3차원물체의 물성데이터 중 경도를 다르게 설정하는 것을 실시예로 설명한다. 이와같은 살시예는 경도에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 3차원물체 성형장치의 개념도이다. 수지조(30)에는 액상의 광경화성 폴리머 수지(10)가 저장된다. 광경화성 폴리머 수지(10)는 에폭시계열의 수지와 아크릴계열의 수지를 혼합하여 사용한다. 에폭시계열 수지는 아크릴계열 수지보다 경도가 높다. 에폭시계열수지는 가시광선 및 자외선에 경화 반응한다. 아크릴계열수지는 자외선에 경화 반응한다. 에폭시계열수지의 경화반응에 적합한 중합개시제(E)와 아크릴계열수지의 경화반응에 적합한 중합개시제(A)를 같이 혼합하여 사용한다.
조형판(20)에는 3차원물체(1)가 부착되어있다. 3차원물체(1)는 얇은 판상의 단위 성형층들이 Z축 방향을 따라 순차적으로 적층되어 입체적 형상을 갖도록 성형된다. 도1의 경우에는 조형판이 아래로 하강하는 경우이나, 조형판이 상승하는 시스템도 구성할 수 있다. 수지조(30)의 최상면은 이미지광이 조사되는 성형면(2)에 해당한다. 이미지광조사부(40)가 발생하는 이미지광(41)은 조형판(20)의 최상면에 있는 성형면(2)에 도포된 경화되지 아니한 액체수지에 노광시킨다. 이미지광조사부(40)에 의하여 조사된 이미지광(41)은 성형면(2)에 도포된 액체상태의 수지를 경화시키고, 액체상태의 광경화성 폴리머는 고체 상태로 경화되어 물체(1)의 상부에 적층된다. 조형판(20)이 조형판구동부(60)의 하강동작으로 일정높이 하강하면 액체상태의 수지가 다시 성형면(2)을 채우고 이미지광조사부(40)로부터 조사되는 이미지광에 의하여 그 다음 층이 성형된다. 이와 같은 단계를 반복하여 최종 목표 형상을 갖는 3차원물체가 성형된다.
본 발명에 따른 3차원물체의 부위별로 경도를 설정하기 위한 경도설정 프로그램 실행부(80)은 3D 성형장치 내부 혹은 외부에 설치가 가능하다. 3D 성형장치 내부에 설치된 경우에는, 3D 성형장치의 제어부(50)가 경도설정프로그램을 내장한 메모리(70)을 엑세스함으로써 실행한다. 3D 성형장치 외부에 설치된 경우에는, 경도설정 프로그램실행부(80) 자체가 가지는 제어부(미도시)에 의하여 경도설정 프로그램을 실행하고 부위별로 경도를 설정한다. 이때는 3D 성형장치의 제어부는 경도가 설정된 3D 데이터를 수령하여 3차원물체의 부위별로 다른 경도로 성형한다.
3D 성형장치의 제어부(50)는 3차원물체의 형상 및 경도 데이터에 따라 이미지광조사부(40) 및 조형판구동부(60)을 제어하여 3차원물체를 성형한다.
본 발명에 따른 3차원 성형장치는 전술한 바와 같이 조형판을 단속적으로 하강 혹은 상승시켜 단위성형층을 적층하는 방식뿐만 아니라, 조형판을 연속적으로 하강 혹은 상승시키면서 단위이미지에 대응하는 이미지광을 순차적으로 변경하여 조사하는 연속성형방식에서도 채용할 수가 있다. 본 발명은 수지조 방식으로 실시예를 설명하였으나, 수지조 방식의 3D 프린팅 장치에 한정되지 않는다.
도 2는 본 발명에 따른 3차원물체의 부위별로 경도 데이터를 설정하기 위한 경도설정 프로그램의 플로우챠트이다. 경도설정 프로그램은 도 1의 경도설정 프로그램 실행부(80)에 의하여 실행된다. 먼저 3D 데이터를 수령한다(S10). 3D 데이터는 3차원물체의 형상 데이터를 포함한다. 경도설정 프로그램을 실행하면 경도 정보 입력이 가능한 메뉴를 표시한다(S20). 또한, 3차원물체의 형상을 디스플레이하고 부위별로 경도 입력이 가능 하도록 메뉴를 표시한다(S30). 3차원물체의 형상에 의한 부위별로 경도를 입력한다(S40). 초기의 3D 데이터에 경도값을 부가하여 보정된 3D 데이터를 생성한다(S50). 이와 같은 경도 데이터는 3D 데이터의 각 픽셀값에 대응하도록 생성할 수 있다.
경도를 설정하는 것을 실시예로 설명하였으나, 경도 뿐만 아니라 3차원 물체의 물성레벨을 다르게 설정할 수 있다. 3차원물체의 물성에는 경도, 강도, 인성 등 여러 가지가 있다.
도 4는 본 발명에 따른 경도설정 프로그램의 경도설정 메뉴를 통하여 3차원물체의 부위별로 경도 데이터를 설정하는 것을 보여주는 유저인터페이스 화면이다. 도 1의 경도설정 프로그램 실행부(80)에 의해 경도설정 프로그램이 실행되면 도 4와 같은 경도설정 메뉴에 해당하는 유저 인터페이스가 나타난다. 도 4의 좌측은 3차원물체의 형상을 보여주는 3차원물체 표시 인터페이스(410)이다. 이 사용자 인터페이스에는 다양한 형태의 3차원 물체의 형상을 사시도 혹은 단면도 혹은 3차원 물체의 내부까지 각 부위를 지정할 수 있다. 도 4에서는 4개의 다리를 가지는 육면체 형상의 구조물을 보여준다. 4개의 다리에는 각각 A, B, C, D의 순서로 부위를 지정한다. 육면체 형상은 최상위의 일정 부분은 E 부위로, 아래쪽 중앙 부위는 F 부위로 명명한다. 이와 같은 부위는 3차원 물체에 따라 다양한 번호 및 넘버링이 가능하다.
도 4의 우측은 3차원 물체의 부위별로 경도를 지정하는 경도설정메뉴(420)를 보여준다. 경도 설정 메뉴(420)의 최 상위 박스(421)에는 “경도설정”이라는 문자가 디스플레이 된다. 물체형상칼럼(430)에는 “물체형상”이라는 문자가 디스플레이 된다. 이 영역의 세로축의 각 영역에는 3차원물체의 세부부위의 물체형상을 디스플레이 한다. 431에서 434는 4개의 다리부위를 나타낸다. 435는 육면체의 상부를 나타낸다. 436은 육면체의 하부 형상을 나타낸다. 물체형상(430)과 각각 대응하는 부위이름에 대한 영역은 부위이름칼럼(440)이다. 이 칼럼에는 A, B, C, D, E, F의 문자가 기록된다(기호 441~446). 마지막 칼럼에는 사용자가 지정할 수 있는 경도를 입력하는 경도칼럼(450)이다. 사용자는 3차원물체의 A~F에 해당하는 각 부위에 각각 경도를 입력할 수 있다. 실시예에서는 4개의 다리영역에 해당하는 A~D 부위에는 경도 “1.5”를 입력한다. 육면체의 상부에 해당하는 "E" 영역에는 경도 “1.0”을 입력한다. 육면체의 하부에 해당하는 “F"영역에는 경도 “0.6”을 입력한다.
이와같은 경도 설정 프로그램에 의하여 경도가 입력되면, 3차원 물체의 형상데이터만 가지고 있던 초기의 3D 데이터에 물체의 부위별로 입력된 경도값을 추가하여 보정된 3D 데이터를 생성한다. 이 보정된 3D 데이터는 3차원물체의 형상데이터와 경도 데이터를 같이 가진다.
경도 1.0은 에폭시수지계열 및 아크릴계열수지의 혼합 액상수지에서 아크릴계열의 수지가 가지는 경도를 표시한다. 경도 1.5는 아크릴계열 수지보다 더욱 강한 경도를 갖는 에폭시계열수지와 아크릴계열수지가 일정 비율 혼합하여 경화된 에폭시/아크릴 혼합 수지가 갖는 경도이다. 에폭시가 50% 아크릴 50% 정도의 혼합 비율로 경화한다면 에폭시/아크릴 혼합 수지는 경도 1.5에 해당한다. 경도 1.0은 아크릴계열 수지로 경화한 경우이다. 경도 0.6은 아크릴계열 수지로 경화한 경우보다 경도를 더욱 약하게 성형한 경우이다. 이 경우는 성형한 물체의 표면으로부터 일정 거리 이격된 내부의 영역을 비노광하는 기포가 형성되도록 하여 달성한다. 경도 0.6은 내부의 기포 영역을 약 40% 형성하여 달성 할 수 있다.
3차원물체의 물성에는 경도, 강도, 인성 등 여러 가지가 있다. 경도뿐만 아니라 3차원 물체의 다른 물성레벨도 부위별로 선택하여 입력할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 경도값에 따라 광파장을 변경하여 성형하는 3D 성형장치의 플로우챠트이다. 도 2 및 도 4의 경도 설정이 끝난 3D 데이터는 3D 성형장치에 입력되어 성형을 시작한다. 3D 프린팅이 시작된다(S100). 3D 프린터의 제어부는 3차원물체의 형상데이터와 각 부위별 경도 데이터를 갖는 3D 데이터로부터 경도 데이터를 추출한다.
추출한 경도 값이 1.0 이상인 3차원물체의 부위에 대한 성형의 경우에는(실시예와 같은 경도 1.5인 경우에는), 에폭시계열수지와 아크릴계열수지 둘 다 경화 반응 시킬 수 있는 광파장인 자외선을 조사하도록 제어한다(S120). 도 1의 이미지광조사부(40)은 자외선을 성형면(2)에 조사한다. 수지조(30) 내부에 저장된 광경화성 폴리머 수지(10)는 에폭시계열의 수지와 아크릴계열의 수지를 혼합하여 사용하고, 에폭시계열수지는 가시광선 및 자외선에 경화 반응한다. 아크릴계열수지는 자외선에 경화 반응한다. 에폭시계열수지의 경화반응에 적합한 중합개시제(E)와 아크릴계열수지의 경화반응에 적합한 중합개시제(A)를 같이 혼합하여 사용한다. 자외선은 에폭시계열 수지와 아크릴계열 수지 모두 광 경화 반응한다. 따라서, 에폭시계열수지와 아크릴계열 수지가 50:50으로 경화하도록 조절할 수 있다.
추출한 경도 값이 1.0 인 3차원물체의 부위에 대한 성형의 경우에는, 경도가 낮은 아크릴계열수지가 경화하는 광파장인 가시광선을 조사하도록 제어한다(S130). 마찬가지로 이미지광조사부(40)는 가시광선을 성형면(2)에 조사한다. 수지조(30) 내부에 저장된 광경화성 폴리머 수지(10)는 에폭시계열의 수지와 아크릴계열의 수지를 혼합하여 사용하고, 에폭시계열수지는 가시광선 및 자외선에 경화 반응한다. 아크릴계열수지는 자외선에 경화 반응한다. 강시광선에만 경화 반응하는 수지는 아크릴계열수지이다. 따라서, 경도값이 1.0으로 설정된 3차원물체의 특정 부위는 아크릴계열수지로 경화하여 경도 1.0을 달성한다.
추출한 경도 값이 1.0 보다 작은 경도로 3차원물체의 부위에 대한 성형을 하는 경우에는, 경도가 낮은 아크릴계열수지가 경화하는 광파장인 가시광선을 조사하도록 제어한다(S140). 이후에, 3차우원 물체의 표면으로부터 일정 거리 이격된 내부 영역에는 일정 사이즈의 기포가 연속해서 형성되도록 비노광부분을 설정한다(S150).
이상과 같이 광파장을 달리하여 경도를 다르게 성형할 수 있는 실시예를 설명하였다. 그러나, 광강도를 달리하거나, 노광시간을 달리하거나, 노광 패턴을 달리하여도 광파장을 달리하는 것과 동일한 효과를 달성할 수 있다. 따라서, 본원발명은 도 3의 실시예에 한정되지 않는다.
도 5는 본 발명에 따른 3차원물체의 성형 완성품에 대한 단면 사시도로서, 물체의 부위 “F"를 보여준다. 이상과 같은 본 발명에 의한 최종 성형품의 모양을 보여준다. 실시예에서의 성형품의 4다리 영역인 A, B, C, D 부위는 경도 1.5로 설정하였으므로, 성형은 에폭시계열 수지와 아크릴계열수지의 약 50:50 에 의한 비율로 혼합한 수지로 성형을 하였다. 또한, 육면체의 상부에 해당하는 E 영역은 아크릴계열수지로 성형하여 경도 1.0을 달성하였다. 육면체의 하부 영역에 해당하는 F 영역은 경도 0.6으로 설정한 영역으로서, 도 4의 S140 및 S150의 방법을 사용하여, 아크릴계열의 수지로 성형하되, 표면으로부터 일정 거리 이격된 내부 영역을 일정 사이즈의 기포를 형성하도록 비노광부를 두어 경도 0.6을 달성하였다. 약 40% 정도의 기포를 설정 한 것이다. 경도 0.6에 대한 정의는 실제 경도가 0.6에 해당한다는 의미가 아니라 약 60% 정도의 수지를 사용하여 성형한다는 의미가 된다. 이렇게 성형을 하여도 외관에는 전혀 표시가 되지 않으며, 강도 및 구조상에서 동일한 품질을 확보하면서 수지의 수요를 절감할 수 있다.
기포의 직경을 “"d" 로 하고, 기포와 기포의 간격 “L”이라 할때, "d"는 0.3~10mm 각 적절하며, "L"은 0.5mm~25mm에서 적절하게 선택할 수 있다.
1 : 물체
2 : 성형면
10 : 수지
20 : 조형판
30 : 수지조
40 : 이미지광조사부
41 : 이미지 조사광
50 : 제어부
60 : 조형판 구동부
70 : 메모리
80 : 경도설정 프로그램 실행부
410 : 3차원물체 표시 인터페이스
420 : 경도설정 메뉴
본 발명은 3D프린터와 같은 정밀전자산업, 광학산업, 기계산업, 화학산업 등에 이용된다.

Claims (12)

  1. 노광경화방식에 의하여 3차원물체를 성형하기 위한 3D 형상데이터 생성방법에 있어서,
    상기 3차원물체의 기초 형상데이터를 준비하는 단계;
    상기 3차원물체의 형상을 표시하고 상기 3차원물체의 부위별 물성레벨을 선택할 수 있도록 유저인터페이스를 제공하는 단계; 및
    상기 유저인터페이스를 통해 선택된 부위별 물성레벨을 상기 기초 형상데이터에 반영한 보정 형상데이터를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 형상데이터 생성방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 보정 형상데이터는 순차적으로 조사될 단위이미지의 집합인 것을 특징으로 하는 3D 형상데이터 생성방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 물성레벨은 경도레벨이며, 광강도, 광파장, 노광시간, 노광패턴 중 적어도 어느 하나에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 3D 형상데이터 생성방법.
  4. 노광경화방식에 의하여 3차원물체를 성형하기 위한 3D 형상데이터 생성장치에 있어서,
    데이터입력부;
    디스플레이부; 및
    상기 데이터입력부를 통하여 수령한 상기 3차원물체의 기초 형상데이터에 기초하여 상기 디스플레이부에 상기 3차원물체의 형상 및 상기 3차원물체의 부위별 물성레벨을 선택할 수 있도록 유저인테페이스를 표시하고, 상기 유저인터페이스를 통해 선택된 부위별 물성레벨을 상기 기초 형상데이터에 반영한 보정 형상데이터를 생성하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 형상데이터 생성장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 보정 형상데이터는 순차적으로 조사될 단위이미지의 집합인 것을 특징으로 하는 3D 형상데이터 생성장치.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 물성레벨은 경도레벨이며, 광강도, 광파장, 노광시간, 노광패턴 중 적어도 어느 하나에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 3D 형상데이터 생성장치.
  7. 노광경화방식에 의해 3차원물체를 성형하는 3D 성형방법에 있어서,
    3차원물체의 부위별로 물성레벨이 상이한 보정 형상데이터를 준비하는 단계;
    상기 보정 형상데이터로부터 부위별 물성레벨을 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 물성레벨을 기초로 이미지광의 노광조건을 변경하여 상기 형상데이터의 단위이미지별로 조사하는 것을 특징으로 하는 3D 성형방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 보정 형상데이터를 준비하는 단계는, 상기 3차원물체의 기초 형상데이터를 준비하는 단계, 상기 3차원물체의 형상을 표시하고 상기 3차원물체의 부위별 물성레벨을 선택할 수 있도록 유저인터페이스를 제공하는 단계, 및 상기 유저인터페이스를 통해 선택된 부위별 물성레벨을 상기 기초 형상데이터에 반영한 보정 형상데이터를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 성형방법
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 물성레벨은 경도레벨이며, 광강도, 광파장, 노광시간, 노광패턴 중 적어도 어느 하나에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 3D 성형방법.
  10. 노광경화방식에 의하여 3차원물체를 성형하는 3D 성형장치에 있어서,
    광경화성 액상수지를 수용하는 수지조;
    상기 3차원물체가 성형되는 조형판;
    상기 조형판을 승강시키는 조형판구동부;
    상기 조형판에 형성되는 성형면을 향하여 단위이미지에 대응하는 이미지광을 조사하는 이미지광조사부; 및
    상기 3차원물체의 부위별로 물성레벨이 상이한 보정 형상데이터로부터 부위별 물성레벨을 추출하고, 상기 추출된 물성레벨을 기초로 상기 이미지광조사부의 상기 이미지광의 노광조건을 변경하도록 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 성형장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 보정 형상데이터는, 상기 3차원물체의 기초 형상데이터를 준비하는 단계, 상기 3차원물체의 형상을 표시하고 상기 3차원물체의 부위별 물성레벨을 선택할 수 있도록 유저인터페이스를 제공하는 단계, 및 상기 유저인터페이스를 통해 선택된 부위별 물성레벨을 상기 기초 형상데이터에 반영한 보정 형상데이터를 얻는 단계를 통하여 생성되는 것을 특징으로 하는 3D 성형장치.
  12. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,
    상기 물성레벨은 경도레벨이며, 광강도, 광파장, 노광시간, 노광패턴 중 적어도 어느 하나에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 3D 성형장치.
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