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WO2016060315A1 - 단방향으로 회전하는 폴리곤미러를 구비하는 입체조형장비의 헤드장치 및 이를 이용하는 조형평면의 스캐닝방법 및 이를 이용하는 입체조형장치 - Google Patents

단방향으로 회전하는 폴리곤미러를 구비하는 입체조형장비의 헤드장치 및 이를 이용하는 조형평면의 스캐닝방법 및 이를 이용하는 입체조형장치 Download PDF

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Publication number
WO2016060315A1
WO2016060315A1 PCT/KR2014/010260 KR2014010260W WO2016060315A1 WO 2016060315 A1 WO2016060315 A1 WO 2016060315A1 KR 2014010260 W KR2014010260 W KR 2014010260W WO 2016060315 A1 WO2016060315 A1 WO 2016060315A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
polygon mirror
axis
modeling
molding
plane
Prior art date
Application number
PCT/KR2014/010260
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김승택
박문수
조영준
이덕근
김종석
김형태
Original Assignee
한국생산기술연구원
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 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to EP14904146.9A priority Critical patent/EP3217208B1/en
Priority to US15/519,749 priority patent/US10690908B2/en
Publication of WO2016060315A1 publication Critical patent/WO2016060315A1/ko

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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/4097—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by using design data to control NC machines, e.g. CAD/CAM
    • G05B19/4099—Surface or curve machining, making 3D objects, e.g. desktop manufacturing
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49023—3-D printing, layer of powder, add drops of binder in layer, new powder

Definitions

  • the present invention relates to a head apparatus of a three-dimensional molding equipment and a molding plane scanning method using the same. More particularly, the present invention has a configuration including a polygon mirror that rotates in one direction, and performs a combination of these two-speed scanning at high speed.
  • the present invention provides a head apparatus of a three-dimensional molding apparatus having an effect of controlling the timing and the position of the irradiation of the molding beam, and having an effect of increasing the molding precision, and a molding plane scanning method using the same.
  • 3D printing is one of the methods of manufacturing a product, and since it uses a lamination method, it has been mainly used for prototyping because the loss of materials is small and relatively low manufacturing cost is required as compared with the conventional cutting process. Recently, technology in this field has been recognized as a next-generation production technology beyond prototyping. Increasing production speed, increasing the completeness of the output (resolution), increasing the available materials, and miniaturizing the device can be used by individuals. This is because accessibility has increased.
  • Such a method of 3D printing includes, for example, Stereo Lithography Apparatus (SLA), Selective Laser Sintering (SLS), and Fused Deposition Modeling (FDM).
  • SLA Stereo Lithography Apparatus
  • SLS Selective Laser Sintering
  • FDM Fused Deposition Modeling
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 1996-0024766 name of the invention: a three-dimensional shape forming apparatus using an optical molding apparatus, hereinafter referred to as the conventional technique 1), the optical starting apparatus of the XY plotter type near the starting point of the servo motor and driving
  • the conventional technique 1 Korean Patent Laid-Open Publication No. 1996-0024766
  • the optical starting apparatus of the XY plotter type near the starting point of the servo motor and driving
  • the sculpture is transformed into an unwanted structure
  • the control pulse is corrected based on the signal returned from the motor.
  • a three-dimensional shape forming apparatus composed of an attenuator.
  • the first problem is that the control accuracy is worse than that in the method of controlling the optical path.
  • the relatively heavy head is moved directly, and vibration occurs in accordance with the acceleration and deceleration of the head, thereby lowering the molding quality, and the third problem is that such a vibration problem becomes more serious when the molding speed is increased.
  • two sets of optical elements such as polygon mirrors
  • the two sets of angular displacements and angular velocities and the shaping light source for generating shaping rays are interlocked with each other.
  • the modeling light source unit is controlled or a separate component is introduced to correct the modeling light output density difference and modeling light path length difference of each incident point of the modeling plane.
  • the present invention has a first effect of adopting a polygon mirror that rotates in a single direction and continuously rotating the polygon mirror without stopping, thereby controlling the irradiation position of the molding beam.
  • the second effect is that, through the controller, the output value of the modeling beam is controlled, or the modeling beam incident angle correction unit 50 is applied to realize a uniform modeling beam output density on the entire surface of the modeling plane 10, thereby improving the molding quality.
  • the present invention can be applied to various types of three-dimensional molding apparatus including SLA or SLS.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the structure of the prior art.
  • Figure 2 is an explanatory view showing the configuration of one embodiment of a head device of the three-dimensional molding equipment of the present invention.
  • FIG 3 is a perspective view showing an embodiment (first-first arrangement) of a method of scanning a molding plane by using the head apparatus of the three-dimensional molding equipment of the present invention.
  • Figure 4 is a perspective view showing an embodiment of the method for scanning the molding plane (2-1-1) using the head device of the three-dimensional molding equipment of the present invention.
  • Figure 5 is a perspective view showing an embodiment (second-2 arrangement) of a method for scanning the molding plane by using the head device of the three-dimensional molding equipment of the present invention.
  • Figure 6 is a perspective view showing an embodiment (1-2 arrangement) of a method for scanning the molding plane using the head device of the three-dimensional molding equipment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view showing an embodiment of the head device and the first optical sensor 41 of the three-dimensional molding equipment of the present invention.
  • FIG 8 is a perspective view showing an embodiment of a head device, a second optical sensor 42 and a third optical sensor 43 of the three-dimensional molding equipment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing an embodiment of the shaping ray incident angle correction unit 50 of the present invention.
  • FIG. 10 shows the first polygon mirror 21 in the forward direction of the first polygon mirror 21 in one embodiment of the method of scanning the molding plane 10 using the head apparatus of the three-dimensional molding apparatus of the present invention. And explanatory drawing which shows the procedure at the time of making reverse rotation.
  • the head device of the three-dimensional molding equipment of the present invention is perpendicular to the third axis (3), and includes the first axis (1) and the second axis (2) perpendicular to each other over the entire surface of the molding plane (10)
  • a shaping light source unit 15 for generating the shaping rays, and installed at a predetermined position on the shaping plane 10, from the shaping light source unit 15
  • a first light guide portion 20 having a function of firstly reflecting a modeling beam of light and entering the second light guide unit 30, and is provided at a predetermined position on the modeling plane 10
  • a second light guide unit 30 having a function of secondly reflecting the modeling light incident from the optical guide unit 20 and incident on the modeling plane 10, on / off and output size of the modeling light
  • It includes a control unit 40 for controlling the driving of the first optical guide unit 20 and the second optical guide unit 30 in conjunction with At least one of the first light guide portion 20 and the second light guide portion 30 has a predetermined
  • the modeling beam incident angle correction unit having a function to make the molding beam perpendicular to the modeling plane 10 at all points forming the modeling plane ( 50) may be further provided.
  • the control unit 40 In the head apparatus of the three-dimensional molding apparatus of the present invention, the control unit 40, the difference in the path length required to reach the point where the modeling ray comprises the modeling plane 10 or the difference in the incident angle of the modeling ray In order to correct the difference in the shaping ray output density at each point caused by the above, it is possible to control the pulse amplitude or pulse frequency of the shaping ray.
  • the control unit 40 detects the molding light incident on a predetermined point, and a plurality of line scans in a direction parallel to the second axis (2).
  • a first optical sensor 41 having a function of determining each start timing and synchronizing driving of the modeling light source unit 15 and the first light guide unit 20 or the second light guide unit 30. It may further include.
  • control unit 40 detects the molding light incident on a predetermined point, and a plurality of line scans in a direction parallel to the second axis (2).
  • a fourth optical sensor 44 having a function of determining the respective end timings and synchronizing driving of the modeling light source unit 15 and the first light guide unit 20 or the second light guide unit 30; It can be further included.
  • the control unit 40 detects the molding light incident to a predetermined position of the molding plane 10, the first about the irradiation of the molding light to the molding plane 10
  • a second optical sensor 42 having a function of determining a start timing and synchronizing driving of the modeling light source unit 15 and the first light guide unit 20 or the second light guide unit 30 is further provided. It can be included.
  • control unit 40 detects the molding light incident to a predetermined position of the molding plane 10, the final for the irradiation of the molding light to the molding plane 10 It may further include a third optical sensor 43 having a function for determining the end timing.
  • the molding beam is incident to the first light guide portion 20 at a predetermined angle with the second axis 2, and the scanning pattern is the second axis.
  • Each of a plurality of line scans having a direction parallel to (2) may be a pattern formed by stepping a predetermined interval in the direction of the first axis 1.
  • the first optical guide portion 20 of the head device of the three-dimensional molding equipment of the present invention comprises a first polygon mirror 21, the first polygon mirror 21 is the first axis (1) and The fourth optical axis 4 parallel to the center of rotation is installed, the second optical guide portion 30 is formed by including a second polygon mirror 31, the second polygon mirror 31 is The fifth axis 5 parallel to the third axis 3 is provided as the center of rotation, and a plurality of line scans in a direction parallel to the second axis 2 are performed by the first axis.
  • the polygon mirror 21 is rotated, and a stepping of the polygon mirror 21 by a predetermined interval in the direction of the first axis 1 may be achieved by the rotation of the second polygon mirror 31.
  • the first polygon mirror 21 rotates in one direction, and the molding light source part 15 injects the molding beam into the first polygon mirror 21.
  • the molding light source part 15 injects the molding beam into the first polygon mirror 21.
  • Second while the first polygon mirror 21 continues to rotate at a predetermined speed, the shaping ray primarily reflected by the first polygon mirror 21 is secondly reflected by the second polygon mirror 31.
  • the shaping ray 11 is controlled so that the shaping plane 10 is not irradiated so that the line scan in step (ii) is finished;
  • the second line scan is performed.
  • the polygon mirror (31) rotates by a predetermined angular displacement, and the first polygon mirror (21) continues to rotate in the same direction until the next reflection surface adjacent to the immediately preceding reflection surface is in a predetermined position; Fifth, repeating the steps (i) to (iv) until the irradiation of the molding beam on the entire surface of the molding plane 10; and comprises, the first polygon mirror 21 can rotate only in a predetermined unidirectional direction.
  • the molding plane 10 scanning method of the present invention may further include, after the fifth step, preparing the second polygon mirror 31 to rotate in the same direction as the rotation direction in the fifth step. .
  • the molding plane 10 scanning method of the present invention may further include, after the fifth step, preparing the second polygon mirror 31 to rotate in a direction opposite to the rotation direction in the fifth step. .
  • the second polygon mirror 31 and the first polygon mirror 21 may be rotated at the same time.
  • the molding beam is incident to the first optical guide portion 20 at a predetermined angle with the second axis 2, the scanning pattern is the first axis
  • Each of a plurality of line scans having a direction parallel to (1) may be a pattern formed by stepping a predetermined interval in the second axis 2 direction.
  • the first optical guide portion 20, the third polygon mirror 22 comprises a third polygon mirror 22 is the first axis (1) And a sixth axis 6 parallel to the center of rotation
  • the second optical guide part 30 includes a fourth polygon mirror 32 and the fourth polygon mirror 32. Is installed with the seventh axis (7) parallel to the third axis (3) as the center of rotation, the line scan in a direction parallel to the first axis (1), the fourth polygon The mirror 32 is rotated, and the stepping in the second axis 2 direction by a predetermined interval may be achieved by the third polygon mirror 22 rotating.
  • the fourth polygon mirror 32 is rotated in one direction, and the modeling light source unit 15 injects the modeling beam into the third polygon mirror 22.
  • the modeling light source unit 15 injects the modeling beam into the third polygon mirror 22.
  • Second while the fourth polygon mirror 32 continues to rotate at a predetermined speed, the shaping ray primarily reflected by the third polygon mirror 22 is secondly reflected by the fourth polygon mirror 32.
  • the shaping ray 11 is controlled so that the shaping plane 10 is not irradiated so that the line scan in step (ii) is finished;
  • the first line scan The third polygon mirror 22 rotates by a predetermined angular displacement, and the fourth polygon mirror 32 continues to rotate in the same direction until the next reflection surface adjacent to the immediately preceding reflection surface is at a predetermined position;
  • Fifth repeating the first step to the fourth step until the irradiation of the molding beam to the entire surface of the molding plane (10) is completed; It includes, and the fourth polygon mirror 32 may be characterized in that it rotates only in a predetermined unidirectional direction.
  • the scanning method of the molding plane of the present invention may further include, after the fifth step, preparing the third polygon mirror 22 to rotate in the same direction as the rotation direction in the fifth step.
  • the scanning method of the molding plane of the present invention may further include, after the fifth step, preparing the third polygon mirror 22 to rotate in a direction opposite to the rotation direction in the fifth step.
  • the third polygon mirror 22 and the fourth polygon mirror 32 may be simultaneously rotated in the fourth step.
  • the first optical guide portion 20 includes a fifth polygon mirror 23, and the fifth polygon mirror 23 includes the third axis 3.
  • the eighth axis 8 having a predetermined angle as a rotational center axis
  • the second optical guide part 30 includes a sixth polygon mirror 33, and the sixth polygon
  • the mirror 33 is installed with the ninth axis 9 parallel to the first axis 1 as a rotation center axis, and a plurality of line scans in a direction parallel to the first axis 1 are performed.
  • Is performed by the rotation of the fifth polygon mirror 23, and stepping by a predetermined distance in the direction of the second axis 2 is performed by the rotation of the sixth polygon mirror 33.
  • the fifth polygon mirror 23 rotates in one direction, and the molding light source part 15 injects the molding beam into the fifth polygon mirror 23.
  • the molding light source part 15 injects the molding beam into the fifth polygon mirror 23.
  • Second while the fifth polygon mirror 23 continues to rotate at a predetermined speed, the shaping ray primarily reflected by the fifth polygon mirror 23 is secondly reflected by the sixth polygon mirror 33.
  • the shaping ray 11 is controlled so that the shaping plane 10 is not irradiated so that the line scan in step (ii) is finished;
  • the sixth polygon mirror 33 is rotated by a predetermined angular displacement, and the fifth polygon mirror 23 is continuously rotated in the same direction until the next reflection surface adjacent to the immediately preceding reflection surface is at a predetermined position;
  • Fifth repeating the steps (i) to (iv) until the irradiation of the molding beam to the entire surface of the molding plane 10; and comprises, the fifth polygon mirror 23 can rotate only in a predetermined unidirectional direction.
  • the molding plane 10 scanning method of the present invention further includes, after the fifth step, the sixth polygon mirror 33, preparing to rotate in the same direction as the rotation direction in the fifth step. Characterized in that the scanning method of the molding plane.
  • the molding plane 10 scanning method of the present invention may further include, after the fifth step, preparing the sixth polygon mirror 33 in a direction opposite to the rotation direction in the fifth step. .
  • the rotation of the fifth polygon mirror 23 and the rotation of the sixth polygon mirror 33 may be simultaneously performed in the fourth step.
  • the first optical guide portion 20 comprises a seventh polygon mirror 24, the seventh polygon mirror 24 is the third axis (3) And a tenth axis 10x parallel to the center of rotation, and the second optical guide part 30 includes an eighth polygon mirror 34 and the eighth polygon mirror 34.
  • an eleven axis (11x) parallel to the first axis (1) is installed as the center of rotation, a plurality of line scan (line scan) in a direction parallel to the second axis (2),
  • the eight polygon mirror 34 is rotated, and stepping by a predetermined distance in the direction of the first axis 1 may be achieved by the rotation of the seventh polygon mirror 24.
  • the eighth polygon mirror 34 rotates in one direction, and the molding light source unit 15 starts to inject the molding beam into the seventh polygon mirror 24. ; Second, while the eighth polygon mirror 34 continues to rotate at a predetermined speed, the shaping ray primarily reflected by the seventh polygon mirror 24 is secondly reflected by the eighth polygon mirror 34.
  • the polygon mirror 24 rotates by a predetermined angular displacement, and the eighth polygon mirror 34 continues to rotate in the same direction until the next reflection surface adjacent to the immediately preceding reflection surface is in a predetermined position; Repeatedly performing the first to fourth steps until the irradiation of the molding beam is completed on the entire surface of the molding plane (10); It is made to include, the eighth polygon mirror 34 can be rotated only in a predetermined unidirectional direction.
  • the seventh polygon mirror 24 may further include preparing a rotation in the same direction as the rotation direction in the fifth step.
  • the seventh polygon mirror 24 may further include preparing a rotation in a direction opposite to the rotation direction in the fifth step.
  • the rotation of the seventh polygon mirror 24 and the rotation of the eighth polygon mirror 34 may be performed simultaneously in the fourth step.
  • the three-dimensional molding apparatus of the present invention can be made using the above-described head device.
  • the head apparatus of the three-dimensional shaping equipment of the present invention the molding light source unit 15 for generating the molding beam, the first light guide unit 20 for firstly reflecting the molding beam to enter the second light guide unit 30,
  • the second light guide unit 30 having a function of secondly reflecting the modeling light incident from the first light guide unit 20 and incident on the modeling plane 10, the on-off and output size of the modeling light, and the first
  • the control unit 40 which controls the driving of the optical guide unit 20 and the second optical guide unit 30 in association with the main components, irradiates the molding beam with a predetermined scanning pattern over the entire surface of the molding plane 10. To perform the function.
  • a schematic diagram of this configuration is shown in FIG.
  • the molding plane 10 may mean an area to which the molding beam of which the path is controlled is irradiated in the head apparatus of the three-dimensional molding apparatus of the present invention, and in order to mathematically represent the actual irradiation region of the molding beam, it is perpendicular to each other. Means a logical region including a first axis (1) and a second axis (2), the position of which is described on the plane as coordinate values along the first axis (1) and the second axis (2). Sometimes.
  • the actual modeling plane 10 may be in a state of being blocked by a transparent member through which the modeling beams can pass, even if the modeling plane 10 is directly exposed to the outside or cannot be directly irradiated with the modeling beams.
  • the modeling plane 10 can be expressed as an effective forming region.
  • the first axis (1), the second axis (2), the third axis (3) is a reference when describing the positional relationship of the scanning direction and pattern or the rotation axis of the polygon mirror with respect to the molding plane 10 to be described later do.
  • the third axis 3 is an axis perpendicular to both the first axis 1 and the second axis 2.
  • the first axis 1 and the second axis 2 are arbitrarily located on the actual molding plane 10.
  • the shaping light source unit 15 performs a function of generating the shaping ray and entering the first light guide unit 20 to be described later. Since the shaping ray is sufficient as long as it has the energy necessary for curing the shaping material used, it is not limited to the kind of light, such as an ultraviolet ray (UV lay) and a laser. However, the use of a laser is not only able to focus high energy, but also easy to control its output intensity and on / off, and is suitable for use as a shaping ray. The power and wavelength of the laser must be determined corresponding to the molding material used. A device such as a laser diode (LD) or a VCSEL may be used to generate a laser, but is not limited thereto.
  • LD laser diode
  • VCSEL VCSEL
  • a relay module or the like may be used to focus and use a single laser beam.
  • the first light guide portion 20 and the second light guide portion 30 are located on the space above the molding plane 10 so as not to be parallel to each other, and these elements are used to scan the molding plane 10.
  • the irradiation position of the shaping ray is continuously determined with respect to time so that a missing part does not occur. From the standpoint of shaping rays, the shaping rays from the shaping light source portion 15 are first reflected by the first light guide portion 20 and enter the second light guide portion 30, and then are secondarily reflected to form the shaping plane ( 10) incident on the phase.
  • the side surface has a predetermined number of light reflection surface, the polygon mirror (polygon) to rotate unidirectionally about a predetermined rotation axis
  • the polygon mirror (polygon) to rotate unidirectionally about a predetermined rotation axis
  • the polygon mirror should be constructed so that the shape of the cross section perpendicular to the axis of rotation becomes a polygon and the side surface can reflect the molding ray. More preferably, it is advantageous to adopt a polygon mirror whose cross-sectional shape is a regular polygon, since it is easy to precisely control the rotation speed and the rotation direction of the polygon mirror.
  • the cross section of the polygon mirror may be square, regular pentagon, regular hexagon, regular octagon, or the like, but is not limited thereto.
  • one line scan is performed by one side reflection surface of the polygon mirror, so that the fewer variables (eg, square) of the polygon mirror cross-section are, the length of the line scan.
  • the rotation angle displacement of the polygon mirror needs to be larger to perform one line scan.
  • the rotation speed of the polygon mirror must be made larger to achieve the same molding speed. do. Therefore, it is necessary to make a trade-off between these advantages and disadvantages by selecting a polygon mirror of a suitable shape according to the size of the molding plane (10).
  • the reflective surfaces of the sides may be rectangular or trapezoidal with the same shape and size as each other.
  • the overall shape of the polygon mirror may be a regular polygonal pillar or a regular polygonal pyramid.
  • the polygon mirror is determined according to the installation angle of the rotation axis of the polygon mirror and the incident angle of the shaping ray, the mutual position between the first light guide part 20 and the second light guide part 30, or the size of the head device of the present invention. It can be configured in the shape of one of a prismatic pole or a regular polygonal pyramid. 2 to 8, the first light guide portion 20 is in the shape of a regular octagonal pillar, and the second light guide portion 30 is implemented in the shape of a regular hexagonal pillar.
  • the rotation axis of the polygon mirror may be installed at a predetermined position on the upper portion of the molding plane 10 in various ways.
  • the polygon mirror may need to be processed not only on the side but also on the upper or lower surface thereof, and this will be described later because it is related to the first optical sensor 41.
  • the polygon mirror may be applied to both the first light guide portion 20 and the second light guide portion 30, but may be applied to only one of them.
  • the first light guide part 20 receives the incident of the modeling light for the first time, and the incident direction of the modeling light incident from the modeling light source part 15 is mostly fixed, and thus, the first light guide part 20
  • the length of the rotation axis in the direction may be relatively short.
  • the second light guide part 30 is a structure for secondarily reflecting the modeling light reflected primarily from the first light guide part 20, and the length of the rotation axis direction should be set to be relatively long.
  • the control unit 40 controls the modeling light source unit 15, the first light guide unit 20, and the second light guide unit 30 in a coordinated manner, and specific control targets include on / off and output values of the modeling beam, and the first light. Driving of the guide unit 20 and the second light guide unit 30 will be.
  • the irradiation position is specified with respect to the modeling plane 10 of the modeling beam according to the rotation angle control of the first light guide unit 20 and the second light guide unit 30, and the modeling layer image information is On the basis of this, the on / off of the shaping ray can be controlled to form the shaping layer.
  • the control unit 40 includes a processing unit that largely generates an appropriate control signal for the control variable, and a driving unit that processes the control signal generated by the processing unit to generate driving of the corresponding component.
  • the processing unit may be implemented in hardware such as a circuit or may be configured in software such as a program.
  • On-off control of the shaping ray may be configured to control on / off of the shaping ray generating element-LD or VCSEL, etc., and selectively passes or blocks the shaping ray generated by the shaping ray generating element over time. Additional components such as shutters can be implemented by controlling them, but are not limited to these configurations.
  • the control of the output value of the shaping ray specifically controls the amplitude of the pulse or the frequency of the pulse constituting the shaping ray, which is the difference in the optical path length or the shaping ray required to reach each point of the shaping plane 10. It is necessary to correct the difference in the shaping ray output density at each point caused by the difference in the incident angles of.
  • the modeling ray when the modeling ray is incident perpendicularly to the modeling plane 10, the incident area is minimized, and thus the modeling light output density increases, and conversely, the modeling beam has an oblique angle to the modeling plane 10. If the incident is carried out, the incident area also becomes large, and therefore the modeled light output density becomes small.
  • the degree of hardening-photocuring or powder sintering of the shaping ray on the molding material is proportional to the size of the shaping ray output density, the uniform shaping power density is ensured for the entire area of the shaping plane 10.
  • the energy loss degree of the molding beam will also vary according to the optical path length required for the molding beam to reach each point of the molding plane 10. This requires correction.
  • Control of the first optical guide unit 20 and the second optical guide unit 30 of the control unit 40 is made by the rotation control of the polygon mirror, the main control parameters are rotation angular velocity, rotation angle displacement and rotation of the polygon mirror Angular acceleration. It is necessary to follow these control variables with a small error within a small lead time with respect to the control signal of the controller 40.
  • an electric control method More preferably, an electric servo-motor capable of realizing the rotational angular velocity, rotational angular displacement and rotational angular acceleration in response to a control signal (electrical signal) that changes with time may be used, but is not limited thereto. no.
  • control unit 40 controls the driving of the polygon mirror constituting the first light guide unit 20 and the second light guide unit 30 as described above, and controls the shaping ray incident on a predetermined point. Detect and determine a start timing of each of a plurality of line scans in a direction parallel to the first axis 1 or the second axis 2, and determine the modeling light source unit 15 and the first light.
  • the light guide unit 20 may further include a first optical sensor 41 having a function of synchronizing driving of the guide unit 20 or the second optical guide unit 30. An embodiment of the first optical sensor 41 applicable to 'first-first arrangement' to be described later is shown in FIG. 7. In the first-first arrangement, the first polygon mirror 21 rotates in one direction and performs a line scan.
  • the second polygon mirror 31 of the shaping ray reflected by the first polygon mirror 21 is performed.
  • the point of incidence on the side surface (reflection surface) of is formed from top to bottom.
  • the shaping ray is reflected on the upper surface of the second polygon mirror 31, and the first optical sensor in the path corresponding thereto.
  • the edge of the second light guide portion 30 (second polygon mirror 31) is subjected to tampering so as to have an inclined surface having a predetermined inclination angle, and the molding rays reflected on such inclined surface are detected.
  • One embodiment of the configuration is shown. However, in the first-first arrangement, since the second polygon mirror 31 is angularly displaced by a predetermined angle, the second polygon mirror 31 is configured to continuously detect the shaping rays reflected on the tampering inclined plane for each line scan.
  • One optical sensor 41 as shown in Figure 7 (b) will be arranged in a plurality of array form.
  • the output signal of the first optical sensor 41 may be transmitted to the processing unit to determine the start timing of the line scan, and by using the start timing, the modeling light source unit 15 and the first light guide unit 20 may be used.
  • First polygon mirror 21 can be synchronized.
  • the control unit 40 may perform control by precisely controlling only the angular displacement of the first optical guide unit 20 (the first polygon mirror 21), but it may be applied to a mechanical component such as a servo motor. In view of the inherent process error and response delay, it is possible to obtain an effect of correcting such an error through additional elements such as the first optical sensor 41.
  • the first light guide unit 20 (the first polygon mirror 21) and the shaping light source unit 15 are generated after the control unit 40 includes the generated signal of the first light sensor 41.
  • the first light guide unit 20 and the modeling light source unit 15 may be interlocked with each other by the drive signal.
  • the control unit 40 detects shaping rays incident on a predetermined point, and each of the plurality of line scans in a direction parallel to the first axis 1 or the second axis 2.
  • a fourth optical sensor 44 having a function of synchronizing driving of the shaping light source unit 15 and the first light guide unit 20 or the second light guide unit 30. It may further include.
  • a fourth optical sensor 44 is selectively installed at the lower end of the second optical guide part 30 (the second polygon mirror 31), thereby scanning each line.
  • control unit 40 detects modeling rays incident to a predetermined position of the modeling plane 10, determines an initial start timing for irradiation of modeling beams to the modeling plane 10, and the modeling light source unit 15. ) And a second optical sensor 42 having a function of synchronizing driving of the second optical guide unit 30. In addition, a third optical sensor 43 having a function of sensing a modeling ray incident to a predetermined position of the modeling plane 10 and determining a final end timing for the modeling beam irradiation to the modeling plane 10 is selectively selected. You can install more. In scanning the entire molding plane 10, the first start timing and the last end timing are spaced apart from each line scan of the first light guide part 20 or the second light guide part 30.
  • the processing unit includes the second optical sensor 42 and the third optical sensor.
  • the second light guide unit 30 and the shaping light source unit 15 interlock with each other by the driving signal of the second light guide unit 30 and the shaping light source unit 15 generated after receiving and processing the signal of (43). Driven.
  • the modeling light incident angle correction unit 50 having a function of causing the molding light to be perpendicular to the modeling plane 10 at all points forming the modeling plane (10). ) May be further provided. This is to make the shaped light output density uniform according to each incident point as described above.
  • the modeling light incident angle corrector 50 in the exemplary embodiment illustrated in FIG. 9 is a lens installed on the molding plane 10, and an incident angle of the modeling light reflected secondly from the second light guide part 30. In spite of being different for each point, after two refraction processes, it functions to induce vertical incidence on the molding plane 10.
  • each of a plurality of line scans is made by stepping from each other by a predetermined interval, and this pattern improves the scanning speed as described above. It is for.
  • the direction of the line scan and the direction of the stepping should be considered along with the incident direction of the shaping ray, and here, the first axis 1 and the second axis ( 2) and the third axis 3 will be described.
  • the shaping ray is incident to the first light guide portion 20 at a predetermined angle with the second axis 2, and the scanning pattern is a plurality of line scans having a direction parallel to the second axis 2.
  • the scanning pattern is a plurality of line scans having a direction parallel to the second axis 2.
  • FIG. 3 and FIG. 6 illustrate an embodiment of the first scanning pattern.
  • the shaping ray is incident to the first light guide portion 20 at a predetermined angle with the second axis 2,
  • the scanning pattern may be a pattern in which a plurality of line scans each having a direction parallel to the first axis 1 are stepped by a predetermined interval in the direction of the second axis 2. This pattern is hereinafter referred to as a second scanning pattern.
  • One embodiment of the pattern is illustrated in FIGS.
  • the shaping rays in the first scanning pattern and the second scanning pattern can also be incident in parallel with the second axis 2 and are not included in the plane consisting of the second axis 2 and the third axis 3. It may be incident in the direction.
  • the incident direction of the shaped light beam may be determined in relation to the installation positions of the first light guide part 20 and the second light guide part 30.
  • the head device of the three-dimensional molding apparatus of the present invention proposes two component configurations.
  • the first optical guide part 20 includes the first polygon mirror 21, and the first polygon mirror 21 is connected to the first axis 1.
  • the fourth axis 4 parallel to the center of rotation is provided, the second optical guide portion 30 comprises a second polygon mirror 31, the second polygon mirror 31 is a third
  • the 5th axis 5 parallel to the axis 3 is provided as a rotation center axis, and the line scan of several times in the direction parallel to the 2nd axis 2 is carried out by the 1st polygon mirror 21. Is rotated, and the stepping in the direction of the first axis 1 by a predetermined interval is performed by the second polygon mirror 31 being rotated.
  • the shaping ray is irradiated again to the site where the line scan has already been hardened, and thus, it is inefficient, and if the value is too large, the shaping ray is not irradiated. It should be taken into account that there will be no part.
  • one line scan is performed by one side reflection surface of the first polygon mirror 21 in which the incident angle of the shaping ray continuously changes while rotating, so that the first polygon mirror 21 is unidirectional. Control continues while the shaping ray passes from one side reflecting surface to another adjacent side reflecting surface, the molding light is turned off by using an additional component such as a shutter or the like.
  • the first optical guide unit 20 includes a seventh polygon mirror 24, and the seventh polygon mirror 24 has a tenth axis 10x parallel to the third axis 3 as a center of rotation.
  • the second optical guide part 30 includes an eighth polygon mirror 34, and the eighth polygon mirror 34 is an eleventh axis 11x parallel to the first axis 1.
  • one line scan is performed by one side reflection surface of the eighth polygon mirror 34 in which the incident angle of the shaping ray continuously changes while the eighth polygon mirror 34 is unidirectional.
  • Control continues while the shaping ray passes from one side reflection surface to another adjacent side reflection surface, by turning off the output of the shaping light source or by using an additional component such as a shutter.
  • an additional component such as a shutter.
  • the seventh polygon mirror 24 alternately rotates in the forward and reverse directions, only one side reflection surface of the seventh polygon mirror 24 is used in all line scans.
  • the head device of the three-dimensional molding apparatus of the present invention proposes two component configurations.
  • the first optical guide part 20 includes a third polygon mirror 22, and the third polygon mirror 22 has a sixth axis 6 parallel to the first axis 1 as a rotation center axis.
  • the second optical guide part 30 includes a fourth polygon mirror 32, and the fourth polygon mirror 32 has a seventh axis parallel to the third axis 3. ) Is installed as the center of rotation, and a line scan in a direction parallel to the first axis 1 is performed by the fourth polygon mirror 32 rotating in the direction of the second axis 2. Stepping by a predetermined interval is achieved by rotating the third polygon mirror 22.
  • One line scan is performed by one side reflecting surface of the fourth polygon mirror 32 in which the incident angle of the shaping ray continuously changes while rotating, so that the fourth polygon mirror 32 continues to rotate in one direction.
  • the control while the shaping ray passes from one side reflecting plane to another adjacent side reflecting plane may turn off the output of the shaping light source, or block the shaping ray by using an additional component such as a shutter.
  • an additional component such as a shutter.
  • the stepping of each line scan in the direction of the second axis 2 causes the third polygon mirror 22 to rotate by a predetermined angular displacement, and as a result, the fourth polygon mirror 32. Is generated as the reflection position of the shaping ray on the side reflection surface of the step is spaced apart.
  • the fourth polygon mirror 32 is rotated alternately in the forward and reverse directions, only one side reflection surface of the fourth polygon mirror 32 is used for all line scans. However, such a configuration is not preferable, which will be described later.
  • the first optical guide part 20 includes a fifth polygon mirror 23, and the fifth polygon mirror 23 defines an eighth axis 8 having a predetermined angle with the third axis 3.
  • the second optical guide part 30 includes a sixth polygon mirror 33, and the sixth polygon mirror 33 is a ninth parallel to the first axis 1. It is provided with the axis 9 as the center of rotation, and a plurality of line scans in a direction parallel to the first axis 1 are performed by the fifth polygon mirror 23 rotating, and the second Stepping by a predetermined interval in the direction of the axis 2 allows the sixth polygon mirror 33 to be performed by rotation.
  • One line scan is performed by one side reflection surface of the fifth polygon mirror 23 in which the incident angle of the shaping ray continues to change while rotating, so that the fifth polygon mirror 23 continues to rotate in one direction.
  • the control while the shaping ray passes from one side reflection surface of the fifth polygon mirror 23 to another adjacent side reflection surface turns off the output of the shaping light source, or additional components such as a shutter. It is possible to apply the method of blocking shaping rays by using or using a blocking film installed near the shaping plane, and outputting shaping rays to the extent that hardening or sintering of the shaping material does not occur even if the shaping rays enter the shaping plane. You can consider how to lower.
  • each line scan in the direction of the second axis 2 is such that the reflection positions of the shaping rays are spaced apart as the sixth polygon mirror 33 rotates by a predetermined angular displacement. stepping).
  • the fifth polygon mirror 23 is rotated alternately in the forward and reverse directions, only one side reflection surface of the fifth polygon mirror 23 is used for all the line scans.
  • the first polygon mirror 21 rotates in one direction, and the shaping light source unit 15 starts to inject shaping rays into the first polygon mirror 21.
  • the shaping ray first reflected by the first polygon mirror 21 is second reflected by the second polygon mirror 31 and then the molding plane A line scan is performed with respect to (10) in a direction parallel to the second axis (2).
  • the shaping ray 11 is controlled so as not to irradiate the shaping plane 10 so that the line scan in the second step is completed.
  • the control at this time may apply the use of additional components such as the output off of the modeling light source, the use of a shutter, the use of a shielding film installed near the modeling plane, and even if the modeling beam is incident on the modeling plane.
  • additional components such as the output off of the modeling light source, the use of a shutter, the use of a shielding film installed near the modeling plane, and even if the modeling beam is incident on the modeling plane.
  • a method of lowering the output of the modeling beam to the extent that curing or sintering of the molding material does not occur may be considered.
  • the second polygon mirror in order to perform the next line scan after stepping in the direction of the first axis 1 by a predetermined interval, the second polygon mirror ( 31 rotates by a predetermined angular displacement, and the first polygon mirror 21 continues to rotate in the same direction until the next reflective surface adjacent to the immediately preceding reflective surface is at the predetermined position.
  • the first to fourth steps are repeatedly performed until the irradiation of the molding beam is completed on the entire surface of the molding plane 10.
  • the first polygon mirror 21 rotates only in a predetermined single direction. If the first polygon mirror 21 is rotated only in this one direction, the time required between one line scan and the next line scan can be minimized, and it is necessary to accelerate the first polygon mirror 21 from a stationary state. Since the time can be minimized, the overall molding time can be reduced.
  • the first polygon mirror 21 may be configured to alternately rotate in the forward and reverse directions as shown in FIG.
  • the first polygon mirror 21 is rotated forward-stopped-reversely.
  • the time required per line scan is increased while repeating the process of stopping, which reduces the profits of applying the present invention.
  • the electric motor element for driving the first polygon mirror 21 also becomes more complicated, and it should be considered that vibration and noise are more likely to occur more seriously in the repetition of the above process.
  • the single plane should be rotated in a single direction in the course of performing irradiation on the molding plane 10.
  • the second polygon mirror 31 since the second polygon mirror 31 must be in a stopped state during the line scan, the same problem as that of the first polygon mirror 21 does not occur. In the latter case, however, the second polygon mirror 31 may not necessarily be configured as a polygon mirror.
  • FIG. 1 a description will be given of a method of scanning the molding plane 10 using the head device of the three-dimensional molding equipment having a 'first-2 arrangement'.
  • the eighth polygon mirror 34 rotates in one direction, and the shaping light source unit 15 starts to inject shaping rays into the seventh polygon mirror 24.
  • the shaping ray first reflected by the seventh polygon mirror 24 is second reflected by the eighth polygon mirror 34 and then the molding plane A line scan is performed with respect to (10) in a direction parallel to the second axis (2).
  • the shaping ray 11 is controlled so as not to irradiate the shaping plane 10 so that the line scan in the second step is completed.
  • the control at this time may apply the use of additional components such as the output off of the modeling light source, the use of a shutter, the use of a shielding film installed near the modeling plane, and even if the modeling beam is incident on the modeling plane. Considering a method of lowering the output of the modeling beam to the extent that curing or sintering of the molding material does not occur, and the like may be considered.
  • the seventh polygon mirror ( 24 rotates by a predetermined angular displacement, and the eighth polygon mirror 34 continues to rotate in the same direction until the next reflective surface adjacent to the immediately preceding reflective surface is at the predetermined position.
  • the overall molding time can be reduced.
  • the first to fourth steps are repeatedly performed until the irradiation of the molding beam is completed on the entire surface of the molding plane 10. In this method, it is preferable that the eighth polygon mirror 34 rotates only in a predetermined unidirectional direction.
  • the eighth polygon mirror 34 is rotated only in this one direction, the time required between one line scan and the next line scan can be minimized, and it is necessary to accelerate the eighth polygon mirror 34 from a stationary state. Since the time can be minimized, the overall molding time can be reduced.
  • the eighth polygon mirror 34 may be configured to rotate in the forward and reverse directions, but under such a configuration, the eighth polygon mirror 34 repeats the process of forward rotation-stop-reverse rotation-stop. The time required per scan is increased, which reduces the benefits of applying the present invention.
  • the electric motor element for driving the eighth polygon mirror 34 also becomes more complicated, and it should be considered that vibration and noise are more likely to occur more seriously in the repetition process.
  • the single plane should be rotated in one direction in the course of performing the irradiation on the molding plane 10.
  • it may be rotated in the same direction as the rotation direction in the previous molding plane 10 irradiation process, It can also be rotated in the opposite direction.
  • the seventh polygon mirror 24 since the line scan must be stopped during the line scan, the same problem as in the eighth polygon mirror 34 does not occur. In the latter case, however, the seventh polygon mirror 24 may not necessarily be configured as a polygon mirror.
  • the fourth polygon mirror 32 rotates in one direction, and the modeling light source unit 15 starts to enter the modeling beam into the third polygon mirror 22.
  • the shaping ray first reflected by the third polygon mirror 22 is second reflected by the fourth polygon mirror 32 and then the molding plane A line scan is performed with respect to (10) in a direction parallel to the first axis (1).
  • the shaping ray 11 is controlled so as not to irradiate the shaping plane 10 so that the line scan in the second step is completed.
  • the control at this time may apply the use of additional components such as the output off of the modeling light source, the use of a shutter, the use of a shielding film installed near the modeling plane, and even if the modeling beam is incident on the modeling plane.
  • additional components such as the output off of the modeling light source, the use of a shutter, the use of a shielding film installed near the modeling plane, and even if the modeling beam is incident on the modeling plane.
  • Considering a method of lowering the output of the modeling beam to the extent that curing or sintering of the molding material does not occur, and the like may be considered.
  • the third polygon mirror (22) rotates by a predetermined angular displacement, and the fourth polygon mirror 32 continues to rotate in the same direction until the next reflective surface adjacent to the immediately preceding reflective surface is at the predetermined position.
  • the first to fourth steps are repeatedly performed until the irradiation of the molding beam is completed on the entire surface of the molding plane 10.
  • the fourth polygon mirror 32 is rotated only in a predetermined unidirectional direction, and the third polygon mirror 22 also continues to be in the same direction during the process of irradiating one molding plane 10.
  • the rotation may be started in the same direction as the rotation direction in the irradiation to the previous molding plane 10, or may be rotated in another direction.
  • the third polygon mirror 22 may not necessarily be configured as a polygon mirror.
  • the fifth polygon mirror 23 rotates in one direction, and the modeling light source unit 15 starts to enter the modeling beam into the fifth polygon mirror 23.
  • the shaping ray first reflected by the fifth polygon mirror 23 is second reflected by the sixth polygon mirror 33 and then the molding plane A line scan is performed with respect to (10) in a direction parallel to the first axis (1).
  • the shaping ray 11 is controlled so as not to irradiate the shaping plane 10 so that the line scan in the second step is completed.
  • the control at this time may apply the use of additional components such as the output off of the modeling light source, the use of a shutter, the use of a shielding film installed near the modeling plane, and even if the modeling beam is incident on the modeling plane.
  • additional components such as the output off of the modeling light source, the use of a shutter, the use of a shielding film installed near the modeling plane, and even if the modeling beam is incident on the modeling plane.
  • the sixth polygon mirror to perform the next line scan in a state of being spaced at a predetermined interval in the direction of the second axis 2 following the line scan in the second stage. (33) rotates by a predetermined angular displacement, and the fifth polygon mirror 23 continues to rotate in the same direction until the next reflective surface adjacent to the immediately preceding reflective surface is at the predetermined position.
  • the overall molding time can be reduced.
  • Fifth, the first to fourth steps are repeatedly performed until the irradiation of the molding beam is completed on the entire surface of the molding plane 10.
  • the fifth polygon mirror 23 rotates only in a predetermined unidirectional direction
  • the sixth polygon mirror 33 also continues to be in the same direction during the process of irradiating one molding plane 10.
  • the rotation may be started in the same direction as the rotation direction in the irradiation to the previous molding plane 10, or may be rotated in another direction.
  • the sixth polygon mirror 33 may not necessarily be configured as a mirror of polygonal shape.
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Abstract

본 발명은, 단방향으로 회전하는 폴리곤미러를 구비하는 구성을 갖고, 이들의 조합으로 2축 스캐닝을 고속으로 수행할 수 있고, 타이밍 및 조형광선 조사 위치를 용이하게 제어할 수 있으며, 조형정밀도를 높일 수 있는 효과를 지니는 입체조형장비의 헤드장치 및 이를 이용하는 조형평면(10) 스캐닝 방법에 관한 것으로, 조형광원부(15), 조형광원부(15)로부터의 조형광선을 1차반사하여 제2광가이드부(30)로 입사시키는 기능을 구비하는 제1광가이드부(20), 제1광가이드부(20)로터 입사받은 조형광선을 2차반사하여 조형평면(10) 상에 입사시키는 기능을 구비하는 제2광가이드부(30), 조형광선의 온오프와 출력크기, 상기 제1광가이드부(20) 및 상기 제2광가이드부(30)의 구동을 연동하여 제어하는 제어부(40)를 포함하여 이루어지고, 제1광가이드부(20) 및 제2광가이드부(30) 중 적어도 하나는, 측면이 소정의 개수의 광반사면을 구비하고, 소정의 회전축을 중심으로 단방향으로 회전하는 폴리곤미러(polygon mirror)를 포함하여 이루어지는, 입체조형장비의 헤드장치를 제공한다.

Description

단방향으로 회전하는 폴리곤미러를 구비하는 입체조형장비의 헤드장치 및 이를 이용하는 조형평면의 스캐닝방법 및 이를 이용하는 입체조형장치
본 발명은, 입체조형장비의 헤드장치 및 이를 이용하는 조형평면 스캐닝 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 단방향으로 회전하는 폴리곤미러를 구비하는 구성을 갖고, 이들의 조합으로 2축 스캐닝을 고속으로 수행할 수 있고, 타이밍 및 조형광선 조사 위치를 용이하게 제어할 수 있으며, 조형정밀도를 높일 수 있는 효과를 지니는 입체조형장비의 헤드장치 및 이를 이용하는 조형평면 스캐닝 방법을 제공한다.
3D 프린팅은 제품을 제작하는 방식 중 하나로, 적층 방식을 이용하므로 종래의 절삭가공에 비하여 재료의 손실이 작고, 상대적으로 저렴한 제조 비용이 소요되므로 주로 시제품 제작에 이용하여 왔다. 최근 이 분야의 기술은 시제품 제작을 넘어 차세대 생산기술로서의 가능성을 인정받고 있는데, 제작 속도의 증대, 출력물의 완성도(해상도)가 높아지고, 사용가능한 소재가 다양해지고, 장치의 소형화로 인해 개인들도 이용 접근성이 높아졌기 때문이다. 이러한, 3D 프린팅의 방식은, 크게 SLA(Stereo Lithography Apparatus), SLS(Selective Laser Sintering), FDM(Fused Deposition Modeling) 등의 방식이 존재한다.
대한민국 공개특허 제 1996-0024766호 (발명의 명칭 : 광조형장치를 이용한 입체형상 형성장치, 이하 종래기술1이라 한다.) 에서는 X-Y 플로터방식의 광조형장치에 대하여, 서보모터의 구동 시작점부근과 구동 종료점 부근에서 나타나는 가감속구간에서 레이저 빛의 조사시간이 정속운동구간보다 길어져 조형물이 원치않는 구조로 변형되는 문제점을 해결하기 위하여 모터로부터 귀환되는 신호를 근거로 제어펄스를 보정하여 그 모터가 목표속도로 회전되게 하는 콘트롤러와, 상기 콘트롤러에서 출력되는 제어펄스에 따라 모터에 구동전압을 공급하는 모터 구동기와, 레이저빔을 발생하는 레이저 발진부와, 상기 구동전압에 따라 주사렌즈측으로 출력되는 레이저빔을 감쇠시키는 감쇠기로 구성되는 입체형상 형성장치를 개시한다.
도1에 도시된 바와 같은 종래기술1은, 2축 이동레일을 통해 헤드가 직접 광조사지점으로 이동하여 조형광선을 조사하므로, 광경로를 제어하는 방식에서보다 제어정밀도가 열악하다는 제1문제점, 상대적으로 무거운 헤드를 직접 이동시키고, 이러한 헤드의 가속, 감속에 따라 진동이 발생하여 조형품질이 저하된다는 제2문제점, 조형속도를 높이면 이와 같은 진동 문제점이 더 심각해진다는 제3문제점을 갖는다.
본 발명은, 하나의 조형평면에 대해 누락 부위 없는 조형광선조사를 구현하기 위해, 헤드가 직접 조형부위로 이동하여 조형광선을 조사하지 않고, 폴리곤미러라는 광학적 요소 두 세트를 공간상에 적절하게 배치하고, 이러한 폴리곤미러 두 세트의 각변위 및 각속도, 그리고, 조형광선을 생성하는 조형광원부를 연동제어한다. 또한, 이러한 폴리곤미러를 단방향회전하도록 함으로써, 폴리곤미러의 정지, 가속, 회전방향 변경 등에 의해 발생하는 진동 가능성을 최소화하고, 조형속도를 증대시킨다. 또한, 조형평면의 입사지점별 조형광선출력밀도 차이 및 조형광선경로길이 차이를 보정하기 위해, 조형광원부를 제어하거나, 별도의 구성요소를 도입한다.
본 발명은, 단일 방향으로 회전하는 폴리곤미러를 채택하고, 폴리곤미러를 정지없이 계속 회전하게 함으로써, 조형광선 조사를 고속으로 수행할 수 있다는 제1효과, 조형광선의 조사위치를 제어함에 있어, 두 개의 폴리곤미러의 회전각속도 및 회전각변위의 제어를 통해 제어를 수행함으로써, 헤드장치로부터 발생하는 진동 및 소음을 줄일 수 있고, 이로써, 조형평면(10)에 형성되는 조형레이어의 품질을 개선할 수 있다는 제2효과, 제어기를 통해, 조형광선의 출력값을 제어하거나, 조형광선입사각보정부(50)를 적용하여, 조형평면(10) 전면에 대해 균일한 조형광선출력밀도를 구현함으로써, 조형품질을 증대시킬 수 있다는 제3효과를 갖는다. 나아가 본 발명은, SLA 또는 SLS 방식을 포함하는 다양한 방식의 입체조형장치에 적용할 수 있다.
도 1은, 종래기술의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 입체조형장비의 헤드장치의 일실시예의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 3은 본 발명의 입체조형장비의 헤드장치를 이용하여 조형평면을 스캐닝 하는 방법의 일실시예(제1-1배치)를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 입체조형장비의 헤드장치를 이용하여 조형평면을 스캐닝 하는 방법의 일실시예(제2-1배치)를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 입체조형장비의 헤드장치를 이용하여 조형평면을 스캐닝 하는 방법의 일실시예(제2-2배치)를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 입체조형장비의 헤드장치를 이용하여 조형평면을 스캐닝 하는 방법의 일실시예(제1-2배치)를 나타내는 사시도이다.
도 7은, 본 발명의 입체조형장비의 헤드장치 및 제1광센서(41)의 일실시예를 나타내는 사시도이다.
도 8은, 본 발명의 입체조형장비의 헤드장치 및 제2광센서(42) 및 제3광센서(43)의 일실시예를 나타내는 사시도이다.
도 9는, 본 발명의 조형광선입사각보정부(50)의 일실시예를 나타내는 단면도이다.
도 10은, 본 발명의 본 발명의 입체조형장비의 헤드장치를 이용하여 조형평면(10)을 스캐닝 하는 방법의 일실시예(제1-1배치)에서, 제1폴리곤미러(21)를 순방향 및 역방향 회전하도록 할 때의 절차를 나타내는 설명도이다.
본 발명의 입체조형장비의 헤드장치는, 제3축(3)에 대해 수직하고, 서로 수직한 제1축(1)과 제2축(2)을 포함하여 이루어지는 조형평면(10) 전면에 걸쳐 소정의 스캐닝패턴으로 조형광선을 조사하는 기능을 구현하기 위해, 상기 조형광선을 생성하는 조형광원부(15), 상기 조형평면(10) 상부의 소정의 위치에 설치되고, 상기 조형광원부(15)로부터의 조형광선을 1차반사하여 제2광가이드부(30)로 입사시키는 기능을 구비하는 제1광가이드부(20), 상기 조형평면(10) 상부의 소정의 위치에 설치되고, 상기 제1광가이드부(20)로터 입사받은 조형광선을 2차반사하여 상기 조형평면(10) 상에 입사시키는 기능을 구비하는 제2광가이드부(30), 상기 조형광선의 온오프와 출력크기, 상기 제1광가이드부(20) 및 상기 제2광가이드부(30)의 구동을 연동하여 제어하는 제어부(40)를 포함하여 이루어지고, 상기 제1광가이드부(20) 및 상기 제2광가이드부(30) 중 적어도 하나는, 측면이 소정의 개수의 광반사면을 구비하고, 소정의 회전축을 중심으로 단방향으로 회전하는 폴리곤미러(polygon mirror)를 포함하여 구성할 수 있다.
또한, 본 발명의 입체조형장비의 헤드장치는, 상기 조형평면(10)을 이루는 모든 지점에서 상기 조형광선이 조형평면(10)에 대해 수직하게 입사하게 하는 기능을 구비하는 조형광선입사각보정부(50)를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 입체조형장비의 헤드장치는, 상기 제어부(40)가, 상기 조형광선이 상기 조형평면(10)을 이루는 각 지점까지 도달하는 데 필요한 경로길이의 차이 또는 상기 조형광선의 입사각도의 차이에 따라 야기되는 상기 각 지점에서의 조형광선출력밀도의 차이를 보정하기 위해, 상기 조형광선의 펄스진폭 또는 펄스주파수를 제어하도록 할 수 있다.
본 발명의 입체조형장비의 헤드장치는, 상기 제어부(40)가, 소정의 지점에 입사되는 조형광선을 감지하여, 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 포함할 수 있다.
본 발명의 입체조형장비의 헤드장치는, 상기 제어부(40)가, 소정의 지점에 입사되는 조형광선을 감지하여, 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 포함하게 할 수 있다.
본 발명의 입체조형장비의 헤드장치는, 상기 제어부(40)가, 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 포함하게 할 수 있다.
본 발명의 입체조형장비의 헤드장치는, 상기 제어부(40)가, 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 포함하게 할 수 있다.
본 발명의 입체조형장비의 헤드장치는, 상기 조형광선이 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 패턴일 수 있다.
본 발명의 입체조형장비의 헤드장치의 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 이루어질 수 있다.
본 발명의 조형평면(10) 스캐닝 방법은, 첫째, 상기 제1폴리곤미러(21)가 일방향으로 회전하고, 상기 조형광원부(15)가 상기 제1폴리곤미러(21)에 조형광선을 입사하는 것을 시작하는 단계; 둘째, 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; 셋째, 상기 조형광선(11)이 상기 조형평면(10)에 조사되지 않도록 제어되어 상기 (ii)단계에서의 라인스캔(line scan)이 종료되는 단계; 넷째, 상기 둘째단계에서의 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; 다섯째, 상기 조형평면(10)의 전면에 대해 조형광선의 조사가 완료될 때까지 상기 (i)단계 내지 상기 (iv)단계를 반복하여 수행하는 단계;를 포함하여 이루어지고, 상기 제1폴리곤미러(21)는 소정의 단방향으로만 회전할 수 있다.
본 발명의 조형평면(10) 스캐닝 방법은, 상기 다섯째 단계 이후, 상기 제2폴리곤미러(31)는, 상기 다섯째 단계에서의 회전방향과 같은방향으로 회전을 준비하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 조형평면(10) 스캐닝 방법은, 상기 다섯째 단계 이후, 상기 제2폴리곤미러(31)는, 상기 다섯째 단계에서의 회전방향과 반대방향으로 회전을 준비하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 조형평면(10) 스캐닝 방법은, 상기 넷째 단계에서의 상기 제2폴리곤미러(31)의 회전과 상기 제1폴리곤미러(21)의 회전은 동시에 이루어질 수 있다.
본 발명의 입체조형장비의 헤드장치는, 상기 조형광선이 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 패턴일 수 있다.
본 발명의 입체조형장비의 헤드장치는, 상기 제1광가이드부(20)가, 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 이루어질 수 있다.
본 발명의 조형평면(10) 스캐닝 방법은, 첫째, 상기 제4폴리곤미러(32)가 일방향으로 회전하고, 상기 조형광원부(15)가 상기 제3폴리곤미러(22)에 조형광선을 입사하는 것을 시작하는 단계; 둘째, 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; 셋째, 상기 조형광선(11)이 상기 조형평면(10)에 조사되지 않도록 제어되어 상기 (ii)단계에서의 라인스캔(line scan)이 종료되는 단계; 넷째, 상기 둘째단계에서의 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; 다섯째, 상기 조형평면(10)의 전면에 대해 조형광선의 조사가 완료될 때까지 상기 첫째단계 내지 상기 넷째단계를 반복하여 수행하는 단계; 를 포함하여 이루어지고, 상기 제4폴리곤미러(32)는 소정의 단방향으로만 회전하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 조형평면의 스캐닝방법은, 상기 다섯째 단계 이후, 상기 제3폴리곤미러(22)는, 상기 다섯째 단계에서의 회전방향과 같은방향으로 회전을 준비하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 조형평면의 스캐닝방법은, 상기 다섯째단계 이후, 상기 제3폴리곤미러(22)는, 상기 다섯째 단계에서의 회전방향과 반대방향으로 회전을 준비하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 조형평면의 스캐닝방법은, 상기 네번째 단계에서의 상기 제3폴리곤미러(22)의 회전과 상기 제4폴리곤미러(32)의 회전은 동시에 이루어질 수 있다.
본 발명의 입체조형장비의 헤드장치는, 상기 제1광가이드부(20)가, 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 수행될 수 있다.
본 발명의 조형평면(10) 스캐닝방법은, 첫째, 상기 제5폴리곤미러(23)가 일방향으로 회전하고, 상기 조형광원부(15)가 상기 제5폴리곤미러(23)에 조형광선을 입사하는 것을 시작하는 단계; 둘째, 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; 셋째, 상기 조형광선(11)이 상기 조형평면(10)에 조사되지 않도록 제어되어 상기 (ii)단계에서의 라인스캔(line scan)이 종료되는 단계; 넷째, 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; 다섯째, 상기 조형평면(10)의 전면에 대해 조형광선의 조사가 완료될 때까지 상기 (i)단계 내지 상기 (iv)단계를 반복하여 수행하는 단계;를 포함하여 이루어지고, 상기 제5폴리곤미러(23)는 소정의 단방향으로만 회전할 수 있다.
본 발명의 조형평면(10) 스캐닝방법은, 상기 다섯째단계 이후, 상기 제6폴리곤미러(33)는, 상기 다섯째, 단계에서의 회전방향과 같은방향으로 회전을 준비하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조형평면의 스캐닝방법.
본 발명의 조형평면(10) 스캐닝방법은, 상기 다섯째 단계 이후, 상기 제6폴리곤미러(33)는, 상기 다섯째 단계에서의 회전방향과 반대방향으로 회전을 준비하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 조형평면(10) 스캐닝방법은, 상기 넷째단계에서의 상기 제5폴리곤미러(23)의 회전과 상기 제6폴리곤미러(33)의 회전은 동시에 이루어질 수 있다.
본 발명의 입체조형장비의 헤드장치는, 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 이루어질 수 있다.
본 발명의 조형평면 스캐닝 방법은, 첫째, 상기 제8폴리곤미러(34)가 일방향으로 회전하고, 상기 조형광원부(15)가 상기 제7폴리곤미러(24)에 조형광선을 입사하는 것을 시작하는 단계; 둘째, 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; 셋째, 상기 조형광선(11)이 상기 조형평면(10)에 조사되지 않도록 제어되어 상기 둘째단계에서의 라인스캔(line scan)이 종료되는 단계; 넷째, 상기 둘째단계에서의 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;다섯째, 상기 조형평면(10)의 전면에 대해 조형광선의 조사가 완료될 때까지 상기 첫째단계 내지 상기 넷째단계를 반복하여 수행하는 단계; 를 포함하여 이루어지고, 상기 제8폴리곤미러(34)는 소정의 단방향으로만 회전할 수 있다.
본 발명의 조형평면 스캐닝 방법에 있어서, 상기 다섯째단계 이후, 상기 제7폴리곤미러(24)는, 상기 다섯째 단계에서의 회전방향과 같은방향으로 회전을 준비하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 조형평면 스캐닝 방법에 있어서, 상기 다섯째단계 이후, 상기 제7폴리곤미러(24)는, 상기 다섯째 단계에서의 회전방향과 반대방향으로 회전을 준비하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 조형평면 스캐닝 방법은, 상기 넷째 단계에서의 상기 제7폴리곤미러(24)의 회전과 상기 제8폴리곤미러(34)의 회전은 동시에 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 입체조형장치는 전술한 헤드장치를 이용하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 입체조형장비의 헤드장치는, 조형광선을 생성하는 조형광원부(15), 조형광선을 1차반사하여 제2광가이드부(30)로 입사시키는 제1광가이드부(20), 제1광가이드부(20)로터 입사받은 조형광선을 2차반사하여 조형평면(10) 상에 입사시키는 기능을 구비하는 제2광가이드부(30), 조형광선의 온오프와 출력크기, 제1광가이드부(20) 및 제2광가이드부(30)의 구동을 연동하여 제어하는 제어부(40)를 주요구성요소로 갖고, 조형평면(10) 전면에 걸쳐 소정의 스캐닝패턴으로 조형광선을 조사하는기능을 수행한다. 이러한 구성에 대한 개략도가 도 2에 도시되어 있다.
이하, 주요구성요소 및 실시예를 상술하는 방식으로 본 발명에 대해 설명하기에 앞서, 관련 용어들을 정의하기로 한다.
조형평면(10)은, 본 발명의 입체조형장비의 헤드장치에서 그 경로가 제어되는 조형광선이 조사되는 영역을 의미하기도 하며, 이러한 실제의 조형광선의 조사 영역을 수학적으로 나타내기 위해, 서로 수직하는 제1축(1)과 제2축(2)을 포함하여 이루어지고, 제1축(1)과 제2축(2)에 따른 좌표값으로써 그 평면상의 위치가 기술되는 논리적인 영역을 의미하기도 한다. 실제의 조형평면(10)은, 외부에 직접적으로 노출되거나, 또는 조형광선을 직접 조사받을 수 없다 하더라도, 조형광선이 투과할 수 있는 투명한 부재로 차단된 상태일 수 있다. 또한, 조형광선에 에너지가 부여되어, 실제로 광경화 또는 소결경화 등의 작용이 일어나는 것은 조형평면(10) 영역에 한정된다는 점에서, 조형평면(10)은 유효조형영역(effective forming region)이라고 표현할 수 있을 것이다.
제1축(1), 제2축(2), 제3축(3)은 후술할 조형평면(10)에 대한 조형광선의 스캐닝방향 및 패턴 또는 폴리곤미러 회전축의 위치 관계를 기술함에 있어 기준이 된다. 제3축(3)은 제1축(1)과 제2축(2) 모두에 대해 수직한 축이다. 제1축(1) 및 제2축(2)은 실제 조형평면(10) 상에는 임의적으로 위치한다.
조형광원부(15)는 조형광선을 생성하고 후술할 제1광가이드부(20)로 입사시키는 기능을 수행한다. 조형광선은, 사용되는 조형재료를 경화시키는데 필요한 에너지를 가지고 있으면 족하므로, 자외선(UV lay), 레이저(laser) 등 빛의 종류에 한정되지 않는다. 다만, 레이저를 이용하면, 높은 에너지를 집속할 수 있을 뿐만 아니라, 그 출력세기 및 온오프제어가 용이하여, 조형광선으로서의 용도에 적합하여 바람직하다. 레이저의 출력 및 파장은, 사용하는 조형재료에 대응하여 결정되어야 한다. 레이저를 생성하기 위해 레이저다이오드(LD) 또는, VCSEL 등의 소자(device)를 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 조형광선으로서 단일채널의 광선이 필요하다고 하여 반드시 단일한 소자를 사용할 필요는 없고, 복수의 소자를 사용하여 레이저 어레이(array)를 생성한 뒤, 릴레이모듈(relay module) 등을 이용하여, 하나의 레이저광으로 집속하여 사용하는 것도 가능할 것이다. 또한, 다양한 광변조모듈 또는 집속렌즈, 프리즘 등의 광학요소을 적용하여 조형광선의 품질을 개선하거나 헤드장치를 소형화하는 구성을 디자인하는 것도 고려할 수 있다.
제1광가이드부(20) 및 제2광가이드부(30)는, 서로 평행하지 않도록 조형평면(10) 상부의 공간상에 위치하며, 이들 요소는, 조형평면(10)에 대한 스캐닝에 있어, 빠진 부위가 발생하지 않도록 조형광선의 조사위치를 시간에 대해 연속적으로 결정한다. 조형광선의 관점에서는, 조형광원부(15)로부터의 조형광선이 제1광가이드부(20)에 의해 1차반사하여 제2광가이드부(30)로 입사한 후, 2차반사되어 조형평면(10) 상에 입사되는 것이다. 본 발명에서는 제1광가이드부(20) 및 제2광가이드부(30) 중 하나 이상은, 측면이 소정의 개수의 광반사면을 구비하고, 소정의 회전축을 중심으로 단방향 회전하는 폴리곤미러(polygon mirror)를 포함하여 이루어지는 것을 제안한다. 폴리곤미러는 회전축에 대해 수직한 단면의 형상이 다각형으로 되고, 측면표면이 조형광선을 반사할 수 있도록 구성되어야 한다. 더욱 바람직하게는 상기 단면형상이 정다각형인 폴리곤미러를 채택하면, 폴리곤미러의 회전속도 및 회전방향을 정밀제어하는 것이 용이하므로 유리하다. 폴리곤미러의 단면은, 정사각형, 정오각형, 정육각형, 정팔각형 등으로 하는 것이 가능하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 후술하는 바와 같이 라인스캔(line scan) 하나의 수행은, 폴리곤미러의 측면반사면 하나에 의해 수행되므로, 폴리곤미러 단면의 정다각형의 변수가 적을수록(일례로 정사각형) 라인스캔(line scan)의 길이를 길게 할 수 있다는 장점이 있으나, 라인스캔(line scan) 하나의 수행을 위해 폴리곤미러의 회전각변위가 더 커져야 하므로, 같은 조형속도를 내기 위해 폴리곤미러의 회전속도를 더 크게 해야 한다는 단점이 있게 된다. 따라서, 조형평면(10)의 크기에 따라 적절한 모양의 폴리곤미러를 선택하여 이러한 장점과 단점을 절충하는 것이 필요하다. 또한, 측면의 반사면은 서로 동일한 모양과 크기를 갖는 직사각형 또는 사다리꼴일 수 있으며. 이렇게 되면, 폴리곤미러의 전체적인 형상은 정다각기둥 또는 정다각뿔대가 될 수 있다. 폴리곤미러의 회전축의 설치각도 및 조형광선의 입사각도, 제1광가이드부(20) 및 제2광가이드부(30) 간의 상호 위치, 또는 본 발명의 헤드장치의 크기 등에 따라, 폴리곤미러를 정다각기둥 또는 정다각뿔대 중의 하나의 형상으로 구성할 수 있다. 도 2 내지 도 8에서의 실시예에서, 제1광가이드부(20)는 정팔각기둥의 형상으로, 제2광가이드부(30)는 정육각기둥의 형상으로 구현되어 있다.
폴리곤미러의 회전축은, 다양한 방법으로 조형평면(10)의 상부의 소정의 위치에 설치될 수 있다. 또한, 폴리곤미러는 측면 뿐만 아니라 상면 또는 하면도 반사면 처리하는 것이 필요할 수 있는데, 이에 대하여는 제1광센서(41)부와 관련되므로, 후술하기로 한다. 또한, 이러한 폴리곤미러는, 제1광가이드부(20) 및 상기 제2광가이드부(30) 모두에 적용될 수도 있으나, 이들 중 하나에만 적용하는 것도 가능하다.
제1광가이드부(20)는 조형광선의 입사를 최초로 받는데, 조형광원부(15)로부터 입사되는 조형광선의 입사방향은 정해진(fixed) 경우가 대부분이며, 따라서, 제1광가이드부(20)의 회전축방향 길이는 상대적으로 짧아도 된다. 반면 제2광가이드부(30)는 제1광가이드부(20)로부터 1차반사된 조형광선을 2차반사하는 구조로서, 그 회전축방향 길이는 상대적으로 길게 설정되어야 함을 고려한다.
제어부(40)는, 조형광원부(15), 제1광가이드부(20) 및 제2광가이드부(30)를 연동제어하는데, 구체적인 제어대상은, 조형광선의 온오프와 출력값, 제1광가이드부(20) 및 제2광가이드부(30)의 구동 등이 될 것이다. 제1광가이드부(20) 및 제2광가이드부(30)의 회전각제어에 따라 조형광선의 조형평면(10)에 대해 조사 위치가 특정되고, 이렇게 특정된 조사 위치에서 조형레이어 이미지정보에 의거하여 조형광선의 온오프가 제어되어야 조형레이어가 형성될 수 있다. 제어부(40)는, 크게 제어변수에 대해 적절한 제어신호를 발생시키는 처리부 및 처리부에서 발생한 제어신호를 처리하여 해당 구성요소의 구동을 발생시키는 구동부로 이루어진다. 처리부는 회로 등 하드웨어로 구현하거나, 프로그램 등 소프트웨어적으로 구성할 수 있다. 조형광선의 온오프제어는, 조형광선생성소자 -LD 또는 VCSEL 등- 의 온오프를 제어하는 구성을 취할 수도 있으며, 조형광선생성소자에 의해 생성되는 조형광선을 시간에 따라 선택적으로 통과 또는 차단하는 셔터(shutter)등의 부가적인 구성요소를 두고 이들을 제어하는 것을 통해 구현할 수 있으나, 이러한 구성에 한정되는 것은 아니다. 조형광선의 출력값 제어는 구체적으로 조형광선을 이루는 펄스의 진폭 또는 펄스의 주파수를 제어하는 것이며, 이는 조형광선이 조형평면(10)을 이루는 각 지점까지 도달하는 데 필요한 광경로길이의 차이 또는 조형광선의 입사각도의 차이에 따라 야기되는 상기 각 지점에서의 조형광선출력밀도의 차이를 보정하기 위해 필요하다. 이에 대하여 상술하자면, 조형광선이 조형평면(10)에 대해 수직으로 입사하면, 입사면적이 최소가 되므로, 조형광선출력밀도가 커지게 되며, 반대로 조형광선이 조형평면(10)에 대해 비스듬한 각도를 가지면서 입사한다면, 입사면적도 커지게 되므로, 조형광선출력밀도는 작아지게 된다. 그런데, 조형재료에 대한 조형광선의 경화-광경화 또는 분말소결 등 작용의 정도는 조형광선출력밀도의 크기에 비례하므로, 조형평면(10)의 전면적에 대해, 균일한 조형광선출력밀도를 보장하여, 조형레이어의 품질을 확보하기 위해서는 상기와 같은 조형광선의 출력값 제어가 필요하다. 또한, 특히 본 발명의 헤드장치가 대형화되는 경우, 조형광선이 조형광선이 조형평면(10)을 이루는 각 지점까지 도달하는 데 필요한 광경로길이에 따라 조형광선의 에너지 손실 정도도 차이가 생기게 될 것이므로, 이에 대한 보정이 필요한 것이다.
제어부(40)의 제1광가이드부(20) 및 제2광가이드부(30)의 제어는 폴리곤미러의 회전제어에 의해 이루어지며, 주된 제어변수는 폴리곤미러의 회전각속도, 회전각변위 및 회전각가속도가 된다. 제어부(40)의 제어신호에 대하여 이러한 제어변수들이 작은 지연시간(lead time) 내에 작은 오차를 갖고 추종하는 것이 필요하며, 이를 위해 전동식 제어방법을 이용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 시간에 따라 변화하는 제어신호(전기신호)에 대응하여 상기 회전각속도, 회전각변위, 회전각가속도를 구현할 수 있는 전동서보모터 (electric servo-motor)를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 제어부(40)는, 전술한 바와 같은 제1광가이드부(20) 및 제2광가이드부(30)를 구성하는 폴리곤미러의 구동을 제어함에 있어, 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 포함할 수 있다. 후술할 ‘제1-1배치’에 적용가능한 제1광센서(41)의 일실시예가 도 7에 나타나 있다. ‘제1-1배치’에서는 제1폴리곤미러(21)가 단방향으로 회전하면서 라인스캔(line scan)을 수행하는데, 제1폴리곤미러(21)에 반사된 조형광선의 제2폴리곤미러(31)의 측면(반사면)로의 입사점은 위에서 아래방향으로 형성된다. 하나의 라인스캔(line scan)이 종료되고 다음의 라인스캔(line scan)이 시작되기 직전, 조형광선이 제2폴리곤미러(31)의 상면에 반사되도록 하고, 이에 대응하는 경로에 제1광센서(41)를 설치하는 것을 고려한다(도 7 (a)). 상기 실시예에서는 제1광가이드부(20)가 라인 스캔(line scan)을 담당하는 요소이기 때문에, 제1광센서(41)에 의한 동기화제어는 제1광가이드부(20) 및 조형광원부(15)를 대상으로 하지만, 제2광가이드부(30)가 라인스캔을 담당하는 요소가 되는 구성(일례로 제2-1배치)에서는 제1광센서(41)에 의한 동기화제어는 제2광가이드부(30) 및 조형광원부(15)를 그 대상으로 하게 될 것이다.
도 7(b)에서는, 제2광가이드부(30)(제2폴리곤미러(31)) 의 모서리를 소정의 경사각을 갖는 경사면을 구비하도록 탬퍼링 가공하고, 이러한 경사면에 반사된 조형광선을 검지하는 구성의 일실시예를 보여주고 있다. 다만, 제1-1배치에서는 제2폴리곤미러(31)가 소정의 각도만큼의 각변위가 이루어지므로, 상기 탬퍼링 경사면에 반사하는 조형광선을 각 라인스캔(line scan)마다 계속 검지하기 위해서는 제1광센서(41)는, 도 7(b)에 도시된 바와 같이 복수개의 어레이 형태로 배치하여야 할 것이다. 이러한 제1광센서(41)의 출력신호는 처리부에 전달되어 라인스캔(line scan)의 시작 타이밍을 결정할 수 있고, 이러한 시작 타이밍을 이용하여, 조형광원부(15) 및 제1광가이드부(20)(제1폴리곤미러(21))를 동기화할 수 있다. 물론, 제어부(40)에서 제1광가이드부(20)(제1폴리곤미러(21))의 각변위만을 정밀하게 제어하는 것을 통해 제어를 수행할 수도 있지만, 서보모터 등의 기구적 구성요소에 내재하는 공정오차 및 응답지연을 감안할 때, 제1광센서(41) 등의 추가 요소를 통해, 이러한 오차 등을 보정하는 효과를 얻을 수 있다는 것이다. 결론적으로, 제1광가이드부(20)(제1폴리곤미러(21)) 및 조형광원부(15)는, 제어부(40)가 제1광센서(41)의 생성신호를 포함하여 처리한 후에 생성하는 제1광가이드부(20)구동신호 및 조형광원부(15)구동신호에 의해 서로 연동구동될 수 있다. 또한, 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 포함할 수 있다. 일례로, 도 7(c)에서는 제2광가이드부(30)(제2폴리곤미러(31))의 하단에 선택적으로 제4광센서(44)를 더 설치하여, 각 라인스캔(line scan)의 종료 타이밍을 결정케하는 구성의 일실시예가 나타나 있다.
또한, 제어부(40)는, 조형평면(10)의 소정의 위치로 입사되는 조형광선을 감지하여, 상기 조형평면(10)에의 조형광선 조사에 대하여 최초 시작 타이밍을 결정하고, 상기 조형광원부(15) 및 상기 제2광가이드부(30)의 구동을 동기화하는 기능을 구비하는 제2광센서(42)를 더 포함할 수 있다. 또한, 조형평면(10)의 소정의 위치로 입사되는 조형광선을 감지하여, 조형평면(10)에의 조형광선 조사에 대하여 최종 종료 타이밍을 결정하는 기능을 구비하는 제3광센서(43)를 선택적으로 더 설치할 수 있다. 하나의 조형평면(10) 전체를 스캐닝함에 있어, 그 최초 시작 타이밍과 최종 종료 타이밍은, 제1광가이드부(20) 또는 제2광가이드부(30) 중 각 라인스캔(line scan)의 이격(stepping)을 담당하는 요소의 구동과 직접 관계가 있다. 도8에는 ‘제1-1배치’에 대하여 설치되는 제2광센서(42) 및 제3광센서(43)의 일실시예가 도시되어 있는데, 조형평면(10)에 대한 조형광선의 조사(스캐닝)에 있어서의 최초 시작 타이밍과 최종 종료 타이밍을 제2광센서(42) 및 제3광센서(43)에 의해 결정한다. 여기서는 제2광가이드부(30)(제2폴리곤미러(31))가 라인스캔(line scan)의 이격(stepping)을 담당하는 요소이므로, 처리부가 제2광센서(42) 및 제3광센서(43)의 신호를 접수하여 처리한 후에 생성하는 제2광가이드부(30)구동신호 및 조형광원부(15)구동신호에 의해 제2광가이드부(30)와 조형광원부(15)가 서로 연동구동된다.
또한, 본 발명의 입체조형장비의 헤드장치는, 조형평면(10)을 이루는 모든 지점에서 상기 조형광선이 조형평면(10)에 대해 수직하게 입사하게 하는 기능을 구비하는 조형광선입사각보정부(50)를 더 구비할 수 있다. 이는 전술한 바와 같이 조형광선출력밀도를 각 입사지점에 따라 균일하게 하기 위한 것이다. 도 9에 도시된 일실시예에서의 조형광선입사각보정부(50)는, 조형평면(10)의 상부에 설치되는 렌즈로서, 제2광가이드부(30)로부터 2차반사된 조형광선의 입사각이 각 지점별로 상이함에도 불구하고, 두 번의 굴절과정을 통하고 나면, 조형평면(10)상에 수직으로 입사하도록 유도하는 기능을 한다.
이하, 전술한 주요구성요소들을 공간상에 배치하여, 소정의 스캐닝패턴을 구현하는 것에 대해 설명하기로 한다. 조형평면(10)상에 스캐닝패턴의 일례로, 복수 회의 라인스캔(line scan) 각각이 서로 소정의 간격만큼 이격(stepping)하면서 이루어지는 것을 고려할 수 있는데, 이러한 패턴은 전술한 바와 같이 스캐닝 속도의 향상을 위한 것이다. 나아가, 스캐닝패턴에 있어서, 라인스캔(line scan)의 방향 및 이격(stepping)의 방향은 조형광선의 입사방향과 함께 고려하여야 하며, 여기서는, 그 기준으로서 제1축(1), 제2축(2) 및 제3축(3)을 사용하여 설명한다.
조형광선은 제2축(2)과 소정의 각도를 이루며 제1광가이드부(20)로 입사되고, 스캐닝패턴은, 제2축(2)과 평행한 방향을 갖는 복수 회의 라인스캔(line scan) 각각이 제1축(1)방향으로 소정의 간격만큼 이격(stepping)하면서 이루어지는 패턴일 수 있다. (이하 제1스캐닝패턴이라 한다.) 도 3 및 도 6에 제1스캐닝패턴의 일실시예가 도시되어 있다.
또한, 조형광선은 제2축(2)과 소정의 각도를 이루며 상기 제1광가이드부(20)로 입사되고,
스캐닝패턴은, 제1축(1)과 평행한 방향을 갖는 복수 회의 라인스캔(line scan) 각각이 제2축(2)방향으로 소정의 간격만큼 이격(stepping)하면서 이루어지는 패턴일 수도 있다.(이하 제2스캐닝패턴이라 한다.) 이러한 패턴에 대하여는 도 4내지 도5에 그 일실시예가 도시되어 있다.
제1스캐닝패턴 및 제2스캐닝패턴에서의 조형광선은, 제2축(2)과 평행하게 입사되는 것도 가능하며, 제2축(2)과 제3축(3)으로 이루어지는 평면에 포함되지 않도록 하는 방향으로 입사될 수도 있다. 조형광선의 입사 방향은, 제1광가이드부(20) 및 제2광가이드부(30)의 설치위치와 관련하여 결정할 수 있다.
이하, 제1스캐닝패턴 및 제2스캐닝패턴을 구현하기 위해, 제1광가이드부(20), 제2광가이드부(30), 조형광원부(15) 등 주요 구성요소의 공간상 배치 구성에 대해 제안하기로 한다. 이러한 제안은, 최소의 구성요소를 사용하여 요구되는 기능을 구현하기 위한 것이므로, 반사경, 프리즘 기타 광학요소들을 사용하여, 배치의 일부를 변경, 변형하여 더 복잡하게 되도록 구성하는 것은 본 발명의 구성과 동일 내지 균등한 범위에 있는 것이라고 할 수 있을 것이다.
제1스캐닝패턴을 구현하기 위해, 본 발명의 입체조형장비의 헤드장치에서는 두 가지의 구성요소 배치(configuration)를 제안한다.
먼저, ‘제1-1배치’ 에 대하여, 제1광가이드부(20)는, 제1폴리곤미러(21)를 포함하여 이루어지며, 제1폴리곤미러(21)는 제1축(1)과 평행한 제4축(4)을 회전중심축으로 하여 설치되고, 제2광가이드부(30)는, 제2폴리곤미러(31)를 포함하여 이루어지며, 제2폴리곤미러(31)는 제3축(3)과 평행한 제5축(5)을 회전중심축으로 하여 설치되며, 제2축(2)과 평행한 방향의 복수 회의 라인스캔(line scan)은, 제1폴리곤미러(21)가 회전함으로써 이루어지고, 제1축(1)방향으로 소정의 간격만큼의 이격(stepping)은, 제2폴리곤미러(31)가 회전함으로써 이루어지도록 한다. 이격(stepping)의 간격에 대하여는, 그 값이 너무 작으면, 라인스캔(line scan)되어 경화가 이미 진행된 부위에 다시 조형광선이 조사되므로, 비효율적이고, 그 값이 너무 크면, 조형광선이 조사되지 않는 부분이 생기게 됨을 감안하여야 한다. 전술한 바와 같이, 라인스캔(line scan) 하나는, 회전하면서 조형광선의 입사각이 계속 변화하는 제1폴리곤미러(21)의 하나의 측반사면에 의해 수행되므로, 제1폴리곤미러(21)가 단방향으로 계속 회전하는 경우, 조형광선이 하나의 측반사면에서 인접한 다른 측반사면으로 넘어가는 동안의 제어는, 조형광원부의 출력을 오프(off)하거나, 셔터(shutter) 등의 추가구성요소를 이용하여 조형광선을 차단하거나, 조형평면 근처에 설치한 차단막을 이용하는 방식 등을 적용할 수도 있고, 조형광선이 조형평면에 입사되더라도 조형재료의 경화 또는 소결작용이 일어나지 않을정도까지 조형광선의 출력을 낮추는 방법 등을 고려할 수 있다. 이러한 구성의 일실시예가 도3에 도시되어 있다.
또한, 제1폴리곤미러(21)가 순방향 및 역방향으로 교번적 회전하는 경우에는, 모든 라인스캔(line scan)에 있어, 제1폴리곤미러(21)의 측반사면 하나만을 이용하게 된다. 그러한 구성의 일실시예가 도 10에 도시되어 있으나, 이러한 구성은 바람직한 것은 아니다. 이에 대하여는 후술한다.
다음으로, 제1-2배치에 대하여, 이러한 구성의 일실시예가 도6에 도시되어 있다. 제1광가이드부(20)는, 제7폴리곤미러(24)를 포함하여 이루어지며 제7폴리곤미러(24)는 제3축(3)과 평행한 제10축(10x)을 회전중심축으로 하여 설치되고, 제2광가이드부(30)는, 제8폴리곤미러(34)를 포함하여 이루어지며, 상기 제8폴리곤미러(34)는 제1축(1)과 평행한 제11축(11x)을 회전중심축으로 하여 설치되며, 제2축(2)과 평행한 방향의 복수 회의 라인스캔(line scan)은, 제8폴리곤미러(34)가 회전함으로써 이루어지고, 제1축(1)방향으로 소정의 간격만큼의 이격(stepping)은, 제7폴리곤미러(24)가 회전함으로써 이루어지도록 한다. 전술한 바와 같이, 라인스캔(line scan) 하나는, 회전하면서 조형광선의 입사각이 계속 변화하는 제8폴리곤미러(34)의 하나의 측반사면에 의해 수행되고, 제8폴리곤미러(34)가 단방향으로 계속 회전하므로, 조형광선이 하나의 측반사면에서 인접한 다른 측반사면으로 넘어가는 동안의 제어는, 조형광원부의 출력을 오프(off)하거나, 셔터(shutter) 등의 추가구성요소를 이용하여 조형광선을 차단하거나, 조형평면 근처에 설치한 차단막을 이용하는 방식 등을 적용할 수도 있고, 조형광선이 조형평면에 입사되더라도 조형재료의 경화 또는 소결작용이 일어나지 않을정도까지 조형광선의 출력을 낮추는 방법 등을 고려할 수 있다. 또한, 제7폴리곤미러(24)가 순방향 및 역방향으로 교번적 회전하는 경우에는, 모든 라인스캔(line scan)에 있어, 제7폴리곤미러(24)의 측반사면 하나만을 이용하게 된다.
제2스캐닝패턴을 구현하기 위해, 본 발명의 입체조형장비의 헤드장치에서는 두 가지의 구성요소 배치(configuration)를 제안한다.
먼저 ‘제2-1배치’에 대하여, 이러한 구성의 일실시예가 도4에 도시되어 있다. 제1광가이드부(20)는, 제3폴리곤미러(22)를 포함하여 이루어지며 제3폴리곤미러(22)는 제1축(1)과 평행한 제6축(6)을 회전중심축으로 하여 설치되고, 제2광가이드부(30)는, 제4폴리곤미러(32)를 포함하여 이루어지며, 제4폴리곤미러(32)는 상기 제3축(3)과 평행한 제7축(7)을 회전중심축으로 하여 설치되며, 제1축(1)과 평행한 방향의 라인스캔(line scan)은, 제4폴리곤미러(32)가 회전함으로써 이루어지고, 제2축(2)방향으로 소정의 간격만큼의 이격(stepping)은, 제3폴리곤미러(22)가 회전함으로써 이루어지도록 한다. 라인스캔(line scan) 하나는, 회전하면서 조형광선의 입사각이 계속 변화하는 제4폴리곤미러(32)의 하나의 측반사면에 의해 수행되므로, 제4폴리곤미러(32)가 단방향으로 계속 회전하도록 하는 경우, 조형광선이 하나의 측반사면에서 인접한 다른 측반사면으로 넘어가는 동안의 제어는, 조형광원부의 출력을 오프(off)하거나, 셔터(shutter) 등의 추가구성요소를 이용하여 조형광선을 차단하거나, 조형평면 근처에 설치한 차단막을 이용하는 방식 등을 적용할 수도 있고, 조형광선이 조형평면에 입사되더라도 조형재료의 경화 또는 소결작용이 일어나지 않을정도까지 조형광선의 출력을 낮추는 방법 등을 고려할 수 있다. 그리고, 제2축(2)방향으로의 각 라인스캔(line scan)의 이격(stepping)은, 제3폴리곤미러(22)가 소정의 각변위만큼의 회전하고, 그 결과 제4폴리곤미러(32)의 측반사면에의 조형광선의 반사위치가 이격(stepping)됨에 따라 발생하게 된다. 또한, 제4폴리곤미러(32)가 순방향 및 역방향으로 교번적 회전하도록 하는 경우에는, 모든 라인스캔(line scan)에 있어, 제4폴리곤미러(32)의 측반사면 하나만을 이용하게 된다.(다만, 이러한 구성은 바람직한 것은 아니다. 이에 대하여는 후술한다.)
다음으로 ‘제2-2배치’ 에 대하여, 이러한 구성의 일실시예가 도5에 도시되어 있다. 제1광가이드부(20)는, 제5폴리곤미러(23)를 포함하여 이루어지며, 제5폴리곤미러(23)는 제3축(3)과 소정의 각도를 이루는 제8축(8)을 회전중심축으로 하여 설치되고, 제2광가이드부(30)는, 제6폴리곤미러(33)를 포함하여 이루어지며, 제6폴리곤미러(33)는 제1축(1)과 평행한 제9축(9)을 회전중심축으로 하여 설치되며, 제1축(1)과 평행한 방향으로의 복수 회의 라인스캔(line scan)은, 제5폴리곤미러(23)가 회전함으로써 수행되고, 제2축(2)방향으로 소정의 간격만큼의 이격(stepping)은, 제6폴리곤미러(33)가 회전함으로써 수행되도록 한다. 라인스캔(line scan) 하나는, 회전하면서 조형광선의 입사각이 계속 변화하는 제5폴리곤미러(23)의 하나의 측반사면에 의해 수행되므로, 제5폴리곤미러(23)가 단방향으로 계속 회전하도록 하는 경우, 조형광선이 제5폴리곤미러(23)의 하나의 측반사면에서 인접한 다른 측반사면으로 넘어가는 동안의 제어는, 조형광원부의 출력을 오프(off)하거나, 셔터(shutter) 등의 추가구성요소를 이용하여 조형광선을 차단하거나, 조형평면 근처에 설치한 차단막을 이용하는 방식 등을 적용할 수도 있고, 조형광선이 조형평면에 입사되더라도 조형재료의 경화 또는 소결작용이 일어나지 않을정도까지 조형광선의 출력을 낮추는 방법 등을 고려할 수 있다. 그리고, 제2축(2)방향으로의 각 라인스캔(line scan)의 이격(stepping)은, 제6폴리곤미러(33)가 소정의 각변위만큼의 회전함에 따라 조형광선의 반사위치가 이격(stepping)되어 발생하게 된다. 또한, 제5폴리곤미러(23)가 순방향 및 역방향으로 교번적 회전하도록 하는 경우에는, 모든 라인스캔(line scan)에 있어, 제5폴리곤미러(23)의 측반사면 하나만을 이용하게 된다.
이하, 본 발명의 입체조형장비의 헤드장치를 이용하여 조형평면(10)을 스캐닝하는 방법에 대해 설명하기로 한다. 이를 위해, 전술한 조형평면(10)에는 실제로 조형재료가 공급되어 위치한다는 것을 전제한다. 하나의 조형평면(10)에 대해 조형광선의 스캐닝이 완료되고 나면, 하나의 조형레이어가 형성되는 것이며, 이러한 조형레이어가 적층되어 하나의 입체조형물을 형성하게 된다. 조형평면(10)의 스캐닝에 있어, 조형광선이 조사되지 않는 부분이 있어서는 안되며, 스캐닝 소요시간을 최소화할 수 있는 최적의 경로를 통해 스캐닝을 수행하는 것이 바람직하다.
우선, ‘제1-1배치’ 를 갖는 입체조형장비의 헤드장치를 이용한 조형평면(10)을 스캐닝하는 방법에 대해 설명하기로 한다. 첫째, 제1폴리곤미러(21)가 일방향으로 회전하고, 조형광원부(15)가 상기 제1폴리곤미러(21)에 조형광선을 입사하는 것을 시작한다. 둘째, 제1폴리곤미러(21)가 소정의 속도로 계속 회전을 하는 동안, 제1폴리곤미러(21)에 1차반사된 조형광선이 제2폴리곤미러(31)에서 2차반사된 후 조형평면(10)에 대해 제2축(2)과 평행한 방향으로 라인스캔(line scan)을 수행한다. 셋째, 상기 조형광선(11)이 상기 조형평면(10)에 조사되지 않도록 제어되어 둘째 단계에서의 라인스캔(line scan)이 종료된다. 이때의 제어는, 조형광원부의 출력오프(off), 셔터(shutter) 등의 추가구성요소의 이용, 조형평면 근처에 설치한 차단막의 이용 등을 적용할 수도 있고, 조형광선이 조형평면에 입사되더라도 조형재료의 경화 또는 소결작용이 일어나지 않을정도까지 조형광선의 출력을 낮추는 방법 등을 고려할 수 있다. 넷째, 둘째단계에서의 라인스캔(line scan)에 이어, 제1축(1)방향으로 소정의 간격만큼 이격(stepping)한 후에 다음번 라인스캔(line scan)을 수행하기 위해, 제2폴리곤미러(31)가 소정의 각변위만큼 회전하고, 제1폴리곤미러(21)가 직전반사면에 인접한 다음반사면이 소정의 위치에 올 때까지 같은 방향으로 계속 회전한다. 이 때, 제2폴리곤미러(31)의 회전과 제1폴리곤미러(21)의 회전을 동시에 이루어지도록 한다면, 전체 조형시간을 감축할 수 있다. 다섯째, 조형평면(10)의 전면에 대해 조형광선의 조사가 완료될 때까지 상기 첫째단계 내지 상기 넷째단계를 반복하여 수행한다. 이러한 방법에서는, 제1폴리곤미러(21)는 소정의 단방향으로만 회전하는 것이 바람직하다. 제1폴리곤미러(21)를 이렇게 단방향으로만 회전하도록 한다면, 하나의 라인스캔과 다음의 라인스캔 사이에 소요되는 시간을 최소화할 수 있고, 제1폴리곤미러(21)를 정지상태로부터 가속하는데 필요한 시간도 최소화할 수 있으므로, 전체적인 조형소요시간을 감축할 수 있다. 물론, 제1폴리곤미러(21)를 도 10에 도시된 경우와 같이 순방향 및 역방향으로 교번적 회전을 하도록 구성할 수도 있지만, 이러한 구성 하에서는 제1폴리곤미러(21)가 순방향회전-정지-역방향회전-정지의 과정을 반복하면서 라인스캔 당 소요시간이 커지게 되어 본 발명을 적용하는 실익이 감소 한다. 또한, 제1폴리곤미러(21)를 구동하기 위한 전동모터요소도 더 복잡해지게 될 뿐만 아니라, 상기 과정의 반복과정에서 진동, 소음이 더 심각하게 발생할 가능성이 큼을 감안하여야 한다. 제2폴리곤미러(31)의 경우도, 하나의 조형평면(10)에 대해 조사를 수행하는 과정 내에서는 계속 단일방향으로 회전하도록 하여야 하는 것은 자명하다. 다만, 하나의 조형평면(10)에 대해 조사를 완료하고 난 후, 다음 조형평면(10)을 조사할 때, 직전 조형평면(10) 조사과정에서의 회전방향과 같은방향으로 회전하도록 할 수도 있고, 반대방향으로 회전하도록 할 수도 있다. 이는, 제2폴리곤미러(31)의 경우, 라인스캔이 이루어지는 동안에는 정지상태에 있어야 하므로, 상기 제1폴리곤미러(21)에서와 같은 문제가 생기지 않기 때문이다. 다만, 후자의 경우에는 제2폴리곤미러(31)를 반드시 폴리곤형태의 미러로 구성할 필요는 없을 것이다.
우선, ‘제1-2배치’를 갖는 입체조형장비의 헤드장치를 이용한 조형평면(10)을 스캐닝하는 방법에 대해 설명하기로 한다. 이에 대하여는 도6에 그 절차의 실시예가 도시되어 있다. 첫째, 제8폴리곤미러(34)가 일방향으로 회전하고, 조형광원부(15)가 상기 제7폴리곤미러(24)에 조형광선을 입사하는 것을 시작한다. 둘째, 제8폴리곤미러(34)가 소정의 속도로 계속 회전을 하는 동안, 제7폴리곤미러(24)에 1차반사된 조형광선이 제8폴리곤미러(34)에서 2차반사된 후 조형평면(10)에 대해 제2축(2)과 평행한 방향으로 라인스캔(line scan)을 수행한다. 셋째, 상기 조형광선(11)이 상기 조형평면(10)에 조사되지 않도록 제어되어 둘째 단계에서의 라인스캔(line scan)이 종료된다. 이때의 제어는, 조형광원부의 출력오프(off), 셔터(shutter) 등의 추가구성요소의 이용, 조형평면 근처에 설치한 차단막의 이용 등을 적용할 수도 있고, 조형광선이 조형평면에 입사되더라도 조형재료의 경화 또는 소결작용이 일어나지 않을정도까지 조형광선의 출력을 낮추는 방법 등을 고려할 수 있다. 넷째, 둘째단계에서의 라인스캔(line scan)에 이어, 제1축(1)방향으로 소정의 간격만큼 이격(stepping)한 후에 다음번 라인스캔(line scan)을 수행하기 위해, 제7폴리곤미러(24)가 소정의 각변위만큼 회전하고, 제8폴리곤미러(34)가 직전반사면에 인접한 다음반사면이 소정의 위치에 올 때까지 같은 방향으로 계속 회전한다. 이 때, 제8폴리곤미러(34)의 회전과 제7폴리곤미러(24)의 회전을 동시에 이루어지도록 한다면, 전체 조형시간을 감축할 수 있다. 다섯째, 조형평면(10)의 전면에 대해 조형광선의 조사가 완료될 때까지 상기 첫째단계 내지 상기 넷째단계를 반복하여 수행한다. 이러한 방법에서는, 제8폴리곤미러(34)는 소정의 단방향으로만 회전하는 것이 바람직하다. 제8폴리곤미러(34)를 이렇게 단방향으로만 회전하도록 한다면, 하나의 라인스캔과 다음의 라인스캔 사이에 소요되는 시간을 최소화할 수 있고, 제8폴리곤미러(34)를 정지상태로부터 가속하는데 필요한 시간도 최소화할 수 있으므로, 전체적인 조형소요시간을 감축할 수 있다. 물론, 제8폴리곤미러(34)를 순방향 및 역방향으로 교번적 회전을 하도록 구성할 수도 있지만, 이러한 구성 하에서는 제8폴리곤미러(34)가 순방향회전-정지-역방향회전-정지의 과정을 반복하면서 라인스캔 당 소요시간이 커지게 되어 본 발명을 적용하는 실익이 감소 한다. 또한, 제8폴리곤미러(34)를 구동하기 위한 전동모터요소도 더 복잡해지게 될 뿐만 아니라, 상기 과정의 반복과정에서 진동, 소음이 더 심각하게 발생할 가능성이 큼을 감안하여야 한다. 제7폴리곤미러(24)의 경우도, 하나의 조형평면(10)에 대해 조사를 수행하는 과정 내에서는 계속 단일방향으로 회전하도록 하여야 하는 것은 자명하다. 다만, 하나의 조형평면(10)에 대해 조사를 완료하고 난 후, 다음 조형평면(10)을 조사할 때, 직전 조형평면(10) 조사과정에서의 회전방향과 같은방향으로 회전하도록 할 수도 있고, 반대방향으로 회전하도록 할 수도 있다. 이는, 제7폴리곤미러(24)의 경우, 라인스캔이 이루어지는 동안에는 정지상태에 있어야 하므로, 상기 제8폴리곤미러(34)에서와 같은 문제가 생기지 않기 때문이다. 다만, 후자의 경우에는 제7폴리곤미러(24)를 반드시 폴리곤형태의 미러로 구성할 필요는 없을 것이다.
다음으로는, '제2-1배치'를 갖는 입체조형장비의 헤드장치를 이용한 조형평면(10)을 스캐닝하는 방법에 대해 설명하기로 한다. 첫째, 제4폴리곤미러(32)가 일방향으로 회전하고, 조형광원부(15)가 상기 제3폴리곤미러(22)에 조형광선을 입사하는 것을 시작한다. 둘째, 제4폴리곤미러(32)가 소정의 속도로 계속 회전을 하는 동안, 제3폴리곤미러(22)에 1차반사된 조형광선이 제4폴리곤미러(32)에서 2차반사된 후 조형평면(10)에 대해 제1축(1)과 평행한 방향으로 라인스캔(line scan)을 수행한다. 셋째, 상기 조형광선(11)이 상기 조형평면(10)에 조사되지 않도록 제어되어 둘째단계에서의 라인스캔(line scan)이 종료된다. 이때의 제어는, 조형광원부의 출력오프(off), 셔터(shutter) 등의 추가구성요소의 이용, 조형평면 근처에 설치한 차단막의 이용 등을 적용할 수도 있고, 조형광선이 조형평면에 입사되더라도 조형재료의 경화 또는 소결작용이 일어나지 않을정도까지 조형광선의 출력을 낮추는 방법 등을 고려할 수 있다. 넷째, 둘째단계에서의 라인스캔(line scan)에 이어, 제2축(2)방향으로 소정의 간격만큼 이격(stepping)한 상태에서 다음번 라인스캔(line scan)을 수행하기 위해, 제3폴리곤미러(22)가 소정의 각변위만큼 회전하고, 제4폴리곤미러(32)가 직전반사면에 인접한 다음반사면이 소정의 위치에 올 때까지 같은 방향으로 계속 회전한다. 이 때, 제3폴리곤미러(22)의 회전과 제4폴리곤미러(32)의 회전을 동시에 이루어지도록 한다면, 전체 조형시간을 감축할 수 있다. 다섯째, 조형평면(10)의 전면에 대해 조형광선의 조사가 완료될 때까지 첫번째단계 내지 넷째단계를 반복하여 수행한다. 이 방법에서, 제4폴리곤미러(32)는 소정의 단방향으로만 회전하도록 하는 것이 바람직하며, 제3폴리곤미러(22)도 하나의 조형평면(10)에 대해 조사하는 과정중에서는 계속하여 동일한 방향으로 회전하도록 하여야 하나, 다음 조형평면(10)에 대한 조사가 시작될 때는 직전 조형평면(10)에 대한 조사에서의 회전방향과 같은방향으로 회전을 시작할 수도 있고, 다른 방향으로 회전하게 할 수도 있다. 후자의 경우에는 제3폴리곤미러(22)를 반드시 폴리곤형태의 미러로 구성할 필요는 없을 것이다.
다음으로는, '제2-2배치'를 갖는 입체조형장비의 헤드장치를 이용한 조형평면(10)을 스캐닝하는 방법에 대해 설명하기로 한다. 첫째, 제5폴리곤미러(23)가 일방향으로 회전하고, 조형광원부(15)가 상기 제5폴리곤미러(23)에 조형광선을 입사하는 것을 시작한다. 둘째, 제5폴리곤미러(23)가 소정의 속도로 계속 회전을 하는 동안, 제5폴리곤미러(23)에 1차반사된 조형광선이 제6폴리곤미러(33)에서 2차반사된 후 조형평면(10)에 대해 제1축(1)과 평행한 방향으로 라인스캔(line scan)을 수행한다. 셋째, 상기 조형광선(11)이 상기 조형평면(10)에 조사되지 않도록 제어되어 둘째단계에서의 라인스캔(line scan)이 종료된다. 이때의 제어는, 조형광원부의 출력오프(off), 셔터(shutter) 등의 추가구성요소의 이용, 조형평면 근처에 설치한 차단막의 이용 등을 적용할 수도 있고, 조형광선이 조형평면에 입사되더라도 조형재료의 경화 또는 소결작용이 일어나지 않을정도까지 조형광선의 출력을 낮추는 방법 등을 고려할 수 있다. 넷째, 둘째단계에서의 라인스캔(line scan)에 이어, 제2축(2)방향으로 소정의 간격만큼 이격(stepping)한 상태에서 다음번 라인스캔(line scan)을 수행하기 위해, 제6폴리곤미러(33)가 소정의 각변위만큼 회전하고, 제5폴리곤미러(23)가 직전반사면에 인접한 다음반사면이 소정의 위치에 올 때까지 같은 방향으로 계속 회전한다. 이 때, 제5폴리곤미러(23)의 회전과 제6폴리곤미러(33)의 회전을 동시에 이루어지도록 한다면, 전체 조형시간을 감축할 수 있다. 다섯째, 조형평면(10)의 전면에 대해 조형광선의 조사가 완료될 때까지 첫번째단계 내지 넷째단계를 반복하여 수행한다. 이 방법에서, 제5폴리곤미러(23)는 소정의 단방향으로만 회전하도록 하는 것이 바람직하며, 제6폴리곤미러(33)도 하나의 조형평면(10)에 대해 조사하는 과정중에서는 계속하여 동일한 방향으로 회전하도록 하여야 하나, 다음 조형평면(10)에 대한 조사가 시작될 때는 직전 조형평면(10)에 대한 조사에서의 회전방향과 같은방향으로 회전을 시작할 수도 있고, 다른 방향으로 회전하게 할 수도 있다. 후자의 경우에는 제6폴리곤미러(33)를 반드시 폴리곤형태의 미러로 구성할 필요는 없을 것이다.
본 발명을 첨부된 도면과 함께 설명하였으나, 이는 본 발명의 요지를 포함하는 다양한 실시 형태 중의 하나의 실시 예에 불과하며, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있는 것으로, 본 발명은 상기 설명된 실시 예에만 국한되는 것이 아님은 명확하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 하기의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서의 변경, 치환, 대체 등에 의해 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함될 것이다. 또한, 도면의 일부 구성은 구성을 보다 명확하게 설명하기 위한 것으로 실제보다 과장되거나 축소되어 제공된 것임을 명확히 한다.
1 : 제1축
2 : 제2축
3 : 제3축
4 : 제4축
5: 제5축
6 : 제6축
7 : 제7축
8 : 제8축
9 : 제9축
10x : 제10축
11x : 제11축
10 : 조형평면
11 : 조형광선
12 : 라인스캔(line scan)
15 : 조형광원부
20: 제1광가이드부
21 : 제1폴리곤미러
22 : 제3폴리곤미러
23 : 제 5폴리곤미러
24 : 제 7폴리곤미러
30 : 제2광가이드부
31 : 제2폴리곤미러
32 : 제4폴리곤미러
33 : 제6폴리곤미러
34 : 제 8폴리곤미러
40 : 제어부
41 : 제1광센서
42 : 제2광센서
43 : 제3광센서
44 : 제4광센서
50 ; 조형광선입사각보정부

Claims (30)

  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 구비하는 제1광가이드부(20);상기 조형평면(10) 상부의 소정의 위치에 설치되고, 상기 제1광가이드부(20)로터 입사받은 조형광선을 2차반사하여 상기 조형평면(10) 상에 입사시키는 기능을 구비하는 제2광가이드부(30);상기 조형광선의 온오프와 출력크기, 상기 제1광가이드부(20) 및 상기 제2광가이드부(30)의 구동을 연동하여 제어하는 제어부(40);를 포함하여 이루어지고,
    상기 제1광가이드부(20) 및 상기 제2광가이드부(30) 중 적어도 하나는, 측면이 소정의 개수의 광반사면을 구비하고, 소정의 회전축을 중심으로 단방향으로 회전하는 폴리곤미러(polygon mirror)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 입체조형장비의 헤드장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 입체조형장비의 헤드장치는, 상기 조형평면(10)을 이루는 모든 지점에서 상기 조형광선이 조형평면(10)에 대해 수직하게 입사하게 하는 기능을 구비하는 조형광선입사각보정부(50)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 입체조형장비의 헤드장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(40)는, 상기 조형광선이 상기 조형평면(10)을 이루는 각 지점까지 도달하는 데 필요한 경로길이의 차이 또는 상기 조형광선의 입사각도의 차이에 따라 야기되는 상기 각 지점에서의 조형광선출력밀도의 차이를 보정하기 위해, 상기 조형광선의 펄스진폭 또는 펄스주파수를 제어하는 것을 특징으로 하는 입체조형장비의 헤드장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(40)는, 소정의 지점에 입사되는 조형광선을 감지하여, 상기 제1축(1) 또는 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 입체조형장비의 헤드장치.
  5. 청구항 4에 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 입체조형장비의 헤드장치.
  6. 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 입체조형장비의 헤드장치.
  7. 청구항 6에 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 입체조형장비의 헤드장치.
  8. 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 입체조형장비의 헤드장치.
  9. 청구항 8에 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 입체조형장비의 헤드장치.
  10. 청구항 9의 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.
  11. 청구항 10에 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.
  12. 청구항 10에 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.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 (iv)단계에서의 상기 제2폴리곤미러(31)의 회전과 상기 제1폴리곤미러(21)의 회전은 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 조형평면의 스캐닝방법.
  14. 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 입체조형장비의 헤드장치.
  15. 청구항 14에 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 입체조형장비의 헤드장치.
  16. 청구항 15의 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.
  17. 청구항 16에 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.
  18. 청구항 16에 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.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 (iv)단계에서의 상기 제3폴리곤미러(22)의 회전과 상기 제4폴리곤미러(32)의 회전은 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 조형평면의 스캐닝방법.
  20. 청구항 14에 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 입체조형장비의 헤드장치.
  21. 청구항 20의 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.
  22. 청구항 21에 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.
  23. 청구항 21에 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.
  24. 청구항 21에 있어서,
    상기 (iv)단계에서의 상기 제5폴리곤미러(23)의 회전과 상기 제6폴리곤미러(33)의 회전은 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 조형평면의 스캐닝방법.
  25. 청구항 8에 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 입체조형장비의 헤드장치.
  26. 청구항 25의 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.
  27. 청구항 26에 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.
  28. 청구항 26에 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.
  29. 청구항 26에 있어서,
    상기 (iv)단계에서의 상기 제7폴리곤미러(24)의 회전과 상기 제8폴리곤미러(34)의 회전은 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 조형평면의 스캐닝방법.
  30. 조형재료를 공급받아 조형레이어를 형성하고 적층하여 입체조형물을 조형하는 입체조형장치에 있어서,
    조형광선의 조사는, 청구항 1 내지 청구항 9, 청구항 14, 청구항 15, 청구항 20 및 청구항 25 중 선택되는 어느 하나의 항의 헤드장치를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 입체조형장치.
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