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1
제3축(3)에 대해 수직하고, 서로 수직한 제1축(1)과 제2축(2)을 포함하여 이루어지는 조형평면(10) 전면에 걸쳐 소정의 스캐닝패턴으로 조형광선을 조사하는 입체조형장비의 헤드장치에 있어서,상기 조형광선을 생성하는 조형광원부(15);상기 조형평면(10) 상부의 소정의 위치에 설치되고, 상기 조형광원부(15)로부터의 조형광선을 1차반사하여 제2광가이드부(30)로 입사시키는 기능을 구비하고, 측면이 소정의 개수의 광반사면을 구비하고, 소정의 회전축을 중심으로 단방향으로 회전하는 폴리곤미러(polygon mirror)를 포함하여 이루어지는 제1광가이드부(20);상기 조형평면(10) 상부의 소정의 위치에 설치되고, 상기 제1광가이드부(20)로부터 입사받은 조형광선을 2차반사하여 상기 조형평면(10) 상에 입사시키는 기능을 구비하고, 측면이 소정의 개수의 광반사면을 구비하고, 소정의 회전축을 중심으로 단방향으로 회전하는 폴리곤미러(polygon mirror)를 포함하여 이루어지는 제2광가이드부(30);상기 조형광선을 입력받고, 상기 조형광선의 에너지밀도가 상기 조형평면상의 모든 조사위치에 대하여 균일하게 되도록 상기 조형광선에 대한 조형임계강도레벨을 상회하는 영역으로서의 유효빔스팟(beam spot)크기를 조절하는 기능을 수행하는 빔스팟크기조절광학모듈(50);상기 조형광선의 구동, 상기 제1광가이드부(20) 및 상기 제2광가이드부(30)의 구동, 및 상기 빔스팟크기조절광학모듈(50)을 연동하여 제어하는 제어부(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 조형광선의 빔스팟크기 조절기능을 갖는 입체조형장비의 헤드장치
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2 |
2
청구항 1에 있어서,상기 조형광선에 대한 조형임계강도레벨을 상회하는 영역으로서의 유효빔스팟(beam spot)크기 조절은, 상기 조형광선과 조형평면이 교차하는 영역으로서의 빔스팟(beam spot) 크기를 조절하는 것을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 조형광선의 빔스팟크기 조절기능을 갖는 입체조형장비의 헤드장치
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3 |
3
청구항 1에 있어서,상기 빔스팟크기조절광학모듈(50)은, 상기 입력되는 조형광선의 빔스팟크기에 대하여 축소 또는 확대된 빔스팟크기를 갖는 출력광을 생성하는 기능을 구비하고, 제1렌즈와 제2렌즈를 포함하여 이루어지는 빔 익스팬더(beam expander)인 것을 특징으로 하는 빔스팟크기 조절기능을 갖는 입체조형장비의 헤드장치
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4 |
4
청구항 3에 있어서,상기 빔 익스팬더의 빔스팟크기 축소 또는 확대의 비율은 상기 제1렌즈와 상기 제2렌즈 사이의 거리를 변경함으로써 조절되는 것을 특징으로 하는 조형광선의 빔스팟크기 조절기능을 갖는 입체조형장비의 헤드장치
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5 |
5
청구항 3에 있어서,상기 제1렌즈와 상기 제2렌즈 중 하나 이상은 가변초점거리렌즈이고, 상기 빔 익스팬더의 빔스팟크기 축소 또는 확대의 비율은, 상기 제1렌즈 및 상기 제2렌즈 중 하나 이상의 가변초점거리렌즈의 초점거리를 변경함으로써 조절되는 것을 특징으로 하는 조형광선의 빔스팟크기 조절기능을 갖는 입체조형장비의 헤드장치
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6 |
6
청구항 1에 있어서,상기 빔스팟크기조절광학모듈은, 상기 조형평면의 중심에서부터의 거리에 관계없이, 상기 조형평면의 모든 지점에 대하여, 상기 조형광선의 유효빔스팟의 크기가 유지되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 조형광선의 빔스팟크기 조절기능을 갖는 입체조형장비의 헤드장치
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7 |
7
청구항 1에 있어서, 상기 제어부(40)는, 소정의 지점에 입사되는 조형광선을 감지하여, 상기 제1축(1) 또는 상기 제2축(2)과 평행한 방향의 복수 회의 라인스캔(line scan) 각각의 시작 타이밍을 결정하고, 상기 조형광원부(15) 및 상기 제1광가이드부(20) 또는 상기 제2광가이드부(30)의 구동을 동기화하는 기능을 구비하는 제1광센서(41)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조형광선의 빔스팟크기 조절기능을 갖는 입체조형장비의 헤드장치
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8 |
8
청구항 7에 있어서, 상기 제어부(40)는, 소정의 지점에 입사되는 조형광선을 감지하여, 상기 제1축(1) 또는 상기 제2축(2)과 평행한 방향의 복수 회의 라인스캔(line scan) 각각의 종료 타이밍을 결정하고, 상기 조형광원부(15) 및 상기 제1광가이드부(20) 또는 상기 제2광가이드부(30)의 구동을 동기화하는 기능을 구비하는 제4광센서(44)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조형광선의 빔스팟크기 조절기능을 갖는 입체조형장비의 헤드장치
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9 |
9
청구항 1에 있어서,상기 제어부(40)는, 상기 조형평면(10)의 소정의 위치로 입사되는 조형광선을 감지하여, 상기 조형평면(10)에의 조형광선 조사에 대하여 최초 시작 타이밍을 결정하고, 상기 조형광원부(15) 및 상기 제1광가이드부(20) 또는 상기 제2광가이드부(30)의 구동을 동기화하는 기능을 구비하는 제2광센서(42)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조형광선의 빔스팟크기 조절기능을 갖는 입체조형장비의 헤드장치
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10
청구항 9에 있어서,상기 제어부(40)는, 상기 조형평면(10)의 소정의 위치로 입사되는 조형광선을 감지하여, 상기 조형평면(10)에의 조형광선 조사에 대하여 최종 종료 타이밍을 결정하는 기능을 구비하는 제3광센서(43)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조형광선의 빔스팟크기 조절기능을 갖는 입체조형장비의 헤드장치
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11 |
11
청구항 1에 있어서, 상기 조형광선은 상기 제2축(2)과 소정의 각도를 이루며 상기 제1광가이드부(20)로 입사되고,상기 스캐닝패턴은, 상기 제2축(2)과 평행한 방향을 갖는 복수 회의 라인스캔(line scan) 각각이 상기 제1축(1)방향으로 소정의 간격만큼 이격(stepping)하면서 이루어지는 패턴인 것을 특징으로 하는 조형광선의 빔스팟크기 조절기능을 갖는 입체조형장비의 헤드장치
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12
청구항 11에 있어서,상기 제1광가이드부(20)는, 제1폴리곤미러(21)를 포함하여 이루어지며 상기 제1폴리곤미러(21)는 상기 제1축(1)과 평행한 제4축(4)을 회전중심축으로 하여 설치되고,상기 제2광가이드부(30)는, 제2폴리곤미러(31)를 포함하여 이루어지며, 상기 제2폴리곤미러(31)는 상기 제3축(3)과 평행한 제5축(5)을 회전중심축으로 하여 설치되며,상기 제2축(2)과 평행한 방향의 복수 회의 라인스캔(line scan)은, 상기 제1폴리곤미러(21)가 회전함으로써 이루어지고, 상기 제1축(1)방향으로 소정의 간격만큼의 이격(stepping)은, 상기 제2폴리곤미러(31)가 회전함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 조형광선의 빔스팟크기 조절기능을 갖는 입체조형장비의 헤드장치
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13 |
13
청구항 12의 입체조형장비의 헤드장치를 사용하여 조형평면(10)을 스캐닝하는 방법에 있어서,(i) 상기 제1폴리곤미러(21)가 일방향으로 회전하고, 상기 조형광원부(15)가 상기 제1폴리곤미러(21)에 조형광선을 입사하는 것을 시작하는 단계(s10);(ii) 상기 제1폴리곤미러(21)가 소정의 속도로 계속 회전을 하는 동안, 상기 제1폴리곤미러(21)에 1차반사된 조형광선이 상기 제2폴리곤미러(31)에서 2차반사된 후 상기 조형평면(10)에 대해 상기 제2축(2)과 평행한 방향으로 라인스캔(line scan)을 하는 단계(s20);(iii) 상기 조형광선(11)이 상기 조형평면(10)에 조사되지 않도록 제어되어 상기 (ii)단계에서의 라인스캔(line scan)이 종료되는 단계(s30);(iv) 상기 (ii)단계에서의 라인스캔(line scan)에 이어, 상기 제1축(1)방향으로 소정의 간격만큼 이격(stepping)한 후에 다음번 라인스캔(line scan)을 수행하기 위해, 상기 제2폴리곤미러(31)가 소정의 각변위만큼 회전하고, 상기 제1폴리곤미러(21)가 직전반사면에 인접한 다음반사면이 소정의 위치에 올 때까지 같은 방향으로 계속 회전하는 단계(s40);(v) 상기 조형평면(10)의 전면에 대해 조형광선의 조사가 완료될 때까지 상기 (i)단계 내지 상기 (iv)단계를 반복하여 수행하는 단계(s50);를 포함하여 이루어지고, 상기 제1폴리곤미러(21)는 소정의 단방향으로만 회전하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 조형평면의 스캐닝방법
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14 |
14
청구항 13에 있어서,상기 (v)단계 이후, 상기 제2폴리곤미러(31)는, 상기 (v) 단계에서의 회전방향과 같은방향으로 회전을 준비하는 단계(s55);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조형평면의 스캐닝방법
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15
청구항 13에 있어서,상기 (v)단계 이후, 상기 제2폴리곤미러(31)는, 상기 (v) 단계에서의 회전방향과 반대방향으로 회전을 준비하는 단계(s55);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조형평면의 스캐닝방법
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16
청구항 13에 있어서,상기 (iv)단계에서의 상기 제2폴리곤미러(31)의 회전과 상기 제1폴리곤미러(21)의 회전은 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 조형평면의 스캐닝방법
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17
청구항 1에 있어서, 상기 조형광선은 상기 제2축(2)과 소정의 각도를 이루며 상기 제1광가이드부(20)로 입사되고,상기 스캐닝패턴은, 상기 제1축(1)과 평행한 방향을 갖는 복수 회의 라인스캔(line scan) 각각이 상기 제2축(2)방향으로 소정의 간격만큼 이격(stepping)하면서 이루어지는 패턴인 것을 특징으로 하는 조형광선의 빔스팟크기 조절기능을 갖는 입체조형장비의 헤드장치
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18 |
18
청구항 17에 있어서,상기 제1광가이드부(20)는, 제3폴리곤미러(22)를 포함하여 이루어지며 상기 제3폴리곤미러(22)는 상기 제1축(1)과 평행한 제6축(6)을 회전중심축으로 하여 설치되고,상기 제2광가이드부(30)는, 제4폴리곤미러(32)를 포함하여 이루어지며, 상기 제4폴리곤미러(32)는 상기 제3축(3)과 평행한 제7축(7)을 회전중심축으로 하여 설치되며,상기 제1축(1)과 평행한 방향의 라인스캔(line scan)은, 상기 제4폴리곤미러(32)가 회전함으로써 이루어지고, 상기 제2축(2)방향으로 소정의 간격만큼의 이격(stepping)은, 상기 제3폴리곤미러(22)가 회전함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 조형광선의 빔스팟크기 조절기능을 갖는 입체조형장비의 헤드장치
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19
청구항 18의 입체조형장비의 헤드장치를 사용하여 조형평면(10)을 스캐닝하는 방법에 있어서,(i) 상기 제4폴리곤미러(32)가 일방향으로 회전하고, 상기 조형광원부(15)가 상기 제3폴리곤미러(22)에 조형광선을 입사하는 것을 시작하는 단계(s100);(ii) 상기 제4폴리곤미러(32)가 소정의 속도로 계속 회전을 하는 동안, 상기 제3폴리곤미러(22)에 1차반사된 조형광선이 상기 제4폴리곤미러(32)에서 2차반사된 후 상기 조형평면(10)에 대해 상기 제1축(1)과 평행한 방향으로 라인스캔(line scan)을 하는 단계(s200);(iii) 상기 조형광선(11)이 상기 조형평면(10)에 조사되지 않도록 제어되어 상기 (ii)단계에서의 라인스캔(line scan)이 종료되는 단계(300);(iv) 상기 (ii)단계에서의 라인스캔(line scan)에 이어, 상기 제2축(2)방향으로 소정의 간격만큼 이격(stepping)한 상태에서 다음번 라인스캔(line scan)을 수행하기 위해, 상기 제3폴리곤미러(22)가 소정의 각변위만큼 회전하고, 상기 제4폴리곤미러(32)가 직전반사면에 인접한 다음반사면이 소정의 위치에 올 때까지 같은 방향으로 계속 회전하는 단계(s400);(v) 상기 조형평면(10)의 전면에 대해 조형광선의 조사가 완료될 때까지 상기 (i)단계 내지 상기 (iv)단계를 반복하여 수행하는 단계(s500);를 포함하여 이루어지고, 상기 제4폴리곤미러(32)는 소정의 단방향으로만 회전하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 조형평면의 스캐닝방법
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20
청구항 19에 있어서,상기 (v)단계 이후, 상기 제3폴리곤미러(22)는, 상기 (v) 단계에서의 회전방향과 같은방향으로 회전을 준비하는 단계(s550);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조형평면의 스캐닝방법
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21
청구항 19에 있어서,상기 (v)단계 이후, 상기 제3폴리곤미러(22)는, 상기 (v) 단계에서의 회전방향과 반대방향으로 회전을 준비하는 단계(s550);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조형평면의 스캐닝방법
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청구항 19에 있어서,상기 (iv)단계에서의 상기 제3폴리곤미러(22)의 회전과 상기 제4폴리곤미러(32)의 회전은 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 조형평면의 스캐닝방법
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23
청구항 17에 있어서,상기 제1광가이드부(20)는, 제5폴리곤미러(23)를 포함하여 이루어지며, 상기 제5폴리곤미러(23)는 상기 제3축(3)과 소정의 각도를 이루는 제8축(8)을 회전중심축으로 하여 설치되고,상기 제2광가이드부(30)는, 제6폴리곤미러(33)를 포함하여 이루어지며, 상기 제6폴리곤미러(33)는 상기 제1축(1)과 평행한 제9축(9)을 회전중심축으로 하여 설치되며,상기 제1축(1)과 평행한 방향으로의 복수 회의 라인스캔(line scan)은, 상기 제5폴리곤미러(23)가 회전함으로써 수행되고, 상기 제2축(2)방향으로 소정의 간격만큼의 이격(stepping)은, 상기 제6폴리곤미러(33)가 회전함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 조형광선의 빔스팟크기 조절기능을 갖는 입체조형장비의 헤드장치
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24
청구항 23의 입체조형장비의 헤드장치를 사용하여 조형평면(10)을 스캐닝하는 방법에 있어서,(i) 상기 제5폴리곤미러(23)가 일방향으로 회전하고, 상기 조형광원부(15)가 상기 제5폴리곤미러(23)에 조형광선을 입사하는 것을 시작하는 단계(s1000);(ii) 상기 제5폴리곤미러(23)가 소정의 속도로 계속 회전을 하는 동안, 상기 제5폴리곤미러(23)에 1차반사된 조형광선이 상기 제6폴리곤미러(33)에서 2차반사된 후 상기 조형평면(10)에 대해 상기 제1축(1)과 평행한 방향으로 라인스캔(line scan)을 하는 단계(s2000);(iii) 상기 조형광선(11)이 상기 조형평면(10)에 조사되지 않도록 제어되어 상기 (ii)단계에서의 라인스캔(line scan)이 종료되는 단계(s3000);(iv) 상기 (ii)단계에서의 라인스캔(line scan)에 이어, 상기 제2축(2)방향으로 소정의 간격만큼 이격(stepping)한 상태에서 다음번 라인스캔(line scan)을 수행하기 위해, 상기 제6폴리곤미러(33)가 소정의 각변위만큼 회전하고, 상기 제5폴리곤미러(23)가 직전반사면에 인접한 다음반사면이 소정의 위치에 올 때까지 같은 방향으로 계속 회전하는 단계(s4000);(v) 상기 조형평면(10)의 전면에 대해 조형광선의 조사가 완료될 때까지 상기 (i)단계 내지 상기 (iv)단계를 반복하여 수행하는 단계(s5000);를 포함하여 이루어지고, 상기 제5폴리곤미러(23)는 소정의 단방향으로만 회전하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 조형평면의 스캐닝방법
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25
청구항 24에 있어서,상기 (v)단계 이후, 상기 제6폴리곤미러(33)는, 상기 (v) 단계에서의 회전방향과 같은방향으로 회전을 준비하는 단계(s5500);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조형평면의 스캐닝방법
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청구항 24에 있어서,상기 (v)단계 이후, 상기 제6폴리곤미러(33)는, 상기 (v) 단계에서의 회전방향과 반대방향으로 회전을 준비하는 단계(s5500);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조형평면의 스캐닝방법
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청구항 24에 있어서,상기 (iv)단계에서의 상기 제5폴리곤미러(23)의 회전과 상기 제6폴리곤미러(33)의 회전은 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 조형평면의 스캐닝방법
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28
청구항 11에 있어서,상기 제1광가이드부(20)는, 제7폴리곤미러(24)를 포함하여 이루어지며 상기 제7폴리곤미러(24)는 상기 제3축(3)과 평행한 제10축(10x)을 회전중심축으로 하여 설치되고,상기 제2광가이드부(30)는, 제8폴리곤미러(34)를 포함하여 이루어지며, 상기 제8폴리곤미러(34)는 상기 제1축(1)과 평행한 제11축(11x)을 회전중심축으로 하여 설치되며,상기 제2축(2)과 평행한 방향의 복수 회의 라인스캔(line scan)은, 상기 제8폴리곤미러(34)가 회전함으로써 이루어지고, 상기 제1축(1)방향으로 소정의 간격만큼의 이격(stepping)은, 상기 제7폴리곤미러(24)가 회전함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 조형광선의 빔스팟크기 조절기능을 갖는 입체조형장비의 헤드장치
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29
청구항 28의 입체조형장비의 헤드장치를 사용하여 조형평면을 스캐닝하는 방법에 있어서,(i) 상기 제8폴리곤미러(34)가 일방향으로 회전하고, 상기 조형광원부(15)가 상기 제7폴리곤미러(24)에 조형광선을 입사하는 것을 시작하는 단계(s10000);(ii) 상기 제8폴리곤미러(34)가 소정의 속도로 계속 회전을 하는 동안, 상기 제7폴리곤미러(24)에 1차반사된 조형광선이 상기 제8폴리곤미러(34)에서 2차반사된 후 상기 조형평면(10)에 대해 상기 제2축(2)과 평행한 방향으로 라인스캔(line scan)을 하는 단계(s20000);(iii) 상기 조형광선(11)이 상기 조형평면(10)에 조사되지 않도록 제어되어 상기 (ii)단계에서의 라인스캔(line scan)이 종료되는 단계(s30000);(iv) 상기 (ii)단계에서의 라인스캔(line scan)에 이어, 상기 제1축(1)방향으로 소정의 간격만큼 이격(stepping)한 후에 다음번 라인스캔(line scan)을 수행하기 위해, 상기 제7폴리곤미러(24)가 소정의 각변위만큼 회전하고, 상기 제8폴리곤미러(34)가 직전반사면에 인접한 다음반사면이 소정의 위치에 올 때까지 같은 방향으로 계속 회전하는 단계(s40000);(v) 상기 조형평면(10)의 전면에 대해 조형광선의 조사가 완료될 때까지 상기 (i)단계 내지 상기 (iv)단계를 반복하여 수행하는 단계(s50000);를 포함하여 이루어지고, 상기 제8폴리곤미러(34)는 소정의 단방향으로만 회전하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 조형평면의 스캐닝방법
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청구항 29에 있어서,상기 (v)단계 이후, 상기 제7폴리곤미러(24)는, 상기 (v) 단계에서의 회전방향과 같은방향으로 회전을 준비하는 단계(s55000);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조형평면의 스캐닝방법
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31
청구항 29에 있어서,상기 (v)단계 이후, 상기 제7폴리곤미러(24)는, 상기 (v) 단계에서의 회전방향과 반대방향으로 회전을 준비하는 단계(s55000);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조형평면의 스캐닝방법
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32
청구항 29에 있어서,상기 (iv)단계에서의 상기 제7폴리곤미러(24)의 회전과 상기 제8폴리곤미러(34)의 회전은 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 조형평면의 스캐닝방법
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33
조형재료를 공급받아 조형레이어를 형성하고 적층하여 입체조형물을 조형하는 입체조형장치에 있어서,조형광선의 조사는, 청구항 1 내지 청구항 12, 청구항 17, 청구항 18, 청구항 23, 및 청구항 28 중 선택되는 어느 하나의 항의 헤드장치를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 입체조형장치
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