CN111511530A - 三维打印机及打印系统 - Google Patents

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CN111511530A CN201880082570.6A CN201880082570A CN111511530A CN 111511530 A CN111511530 A CN 111511530A CN 201880082570 A CN201880082570 A CN 201880082570A CN 111511530 A CN111511530 A CN 111511530A
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朴成镇
李烘周
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Liujinlai Co ltd
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Abstract

提供一种三维打印机及打印系统，包括：收纳部，其形成为上部被开放的盒体状而在内部收纳光固化性树脂；透光部件，其构成上述收纳部的底面并且使从上述收纳部的下部照射的光透射至上述收纳部；自发光部件，其设于上述透光部件的下部而朝向上述收纳部照射光，以二维的面形态照射光；支承部件，其设于上述自发光部件的下部而提供支承力，防止上述自发光部件下垂；板，其可升降地设于上述收纳部的上部而浸入于上述光固化性树脂中，将通过上述自发光部件的光而固化的上述光固化性树脂层叠到底面而形成三维造型物；及升降部件，其使上述板进行升降。

Description

三维打印机及打印系统
技术领域
本说明书中公开的实施例涉及3D打印机，更具体地，涉及如下的利用平面自发光光源的光固化性3D打印机：放大平面光源的方法，使用包括微型LED、LED、O LED或FED等的自发光元件而将光固化性树脂固化，从而执行3D打印。
背景技术
在一般情况下，3D打印机(三维造型机)是利用由数字文件构成的物体的三维信息，将物体结构化(切割)为非常薄的层，然后根据该信息一层一层地堆积材料物质，由此实现实际造型物的技术。
这样的3D打印机大分为如下的技术。
FDM(FFF)方式：叫做熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling)(或FusedFilament Fabrication：熔丝制造)。具体地，FDM方式中，将ABS、PLA等合成树脂高温加热为200度左右的高温而构成熔化的凝胶(gel)状态，然后通过排出机而推出时，凝胶状态的树脂层叠到常温的基板而快速凝固，并将此一层一层地堆起而获得所希望的造型物。
光固化层叠方式：作为材料而使用受到特定波长的光例如紫外线等光时被凝固的光固化性树脂(树脂，resin)。利用紫外线激光(SLA，Stereo lithographic annealing：立体光刻)或紫外线灯(DLP，Digital light processing：数字光处理器)，通过装有树脂的装置而向要造型的区域照射紫外线时，受光部分被凝固，将凝固的部分垂直地提起，当一层一层地反复进行“光照射-固型”时，可获得精密地层叠的造型物。
此外，还有向粉末形态的材料选择性洒下粘接树脂(光固化性)而获得所希望的造型物的聚合物喷射(polyjet)方式和向金属、陶瓷等粉末选择性地照射高功率激光，通过瞬间的熔化-烧结而实现造型物的SLS(Selective laser solidification，选择性激光烧结方式)等。
其中，在向光固化性树脂照射紫外线等光而一层一层地进行造型的DLP方式作为在物体造型时利用具备光学系统的Projector(投影仪)而将要投影的图像放大为“面”来进行投影的技术，还称为掩模投影图像固化方式。
这样的DLP方式由叫做水槽的材料供给装置和将此一层一层地固化成所希望的样子的投影仪(Projector)构成，并由将固化的物体(Object)移动到下一次的致动器及与此连接的板(Plate)等构成。在DLP方式的情况下，利用光学系统而将小的图像放大而投影，因此为了输出大面积造型物，导致DLP方式的3D打印机的大小变大，输出物的大小受限，并且随着光学系统的结构变得复杂，由此存在价格大幅上升的缺点。并且，因为是放大造型图像的方式，因此在体现放大而投影的图像时，产生光均匀性的问题，因此存在难以实现水槽的周边部的造型的缺点。
为了改善上述方式的缺点，作为使光一对一地对应要层叠的位置而确保光的均匀度，可大面积地形成大的造型物，从而可一次同时层叠多个的方法，研发出了利用L CD和作为平面光源的LED的方法。
但是，如上述的现有技术为平面光源，具有局限于LCD和LED的缺点。并且，在LED光源通过LCD而图像化时，LED光量经过LCD结构而被吸收，因LED光源的透过率的减少，导致增加造型时间或曝光时间(exposure time)，由此想要快速制造出造型物(三维输出物)是有限的。
作为相关的现有技术，具有在韩国授权专利公报第10-1787880号中公开的彩色3D打印机。
在如上述的现有技术为从收纳有光固化性物质的罐的下部提供光源，从而在造型板上层叠造型物的结构。
这样的现有技术不具有支承光源的下部的结构，存在光源下垂的问题，只能在造型板的底面生成造型物。
因此，需要一种用于解决上述的问题的技术。
另一方面，上述的背景技术是发明人为了导出本发明而保留或在本发明的导出过程中所得到的技术信息，因此绝对不能视为在本发明的申请之前对一般的公众所公开的公知技术。
发明内容
技术课题
本说明书中公开的实施例的目的在于公开一种关于提供平面光源的结构，从以往的技术脱离而利用自发光元件来将光固化性树脂固化并由此能够实现3D打印的三维打印机及打印系统。
具体地，本说明书中公开的实施例的目的在于公开一种以二维的面形态提供自发光元件的光，从而可省略另设的开关装置的结构，防止自发光元件下垂的三维打印机及打印系统。
另外，本说明书中公开的实施例的目的在于提供一种能够将自发光元件物理性地弯曲而以聚光形态提供光的三维打印机及打印系统。
另外，本说明书中公开的实施例的目的在于提供一种从收纳部的上部提供光，从而能够在板的上表面进行造型物的层叠的三维打印机及打印系统。
解决课题的手段
作为用于解决上述技术课题的技术手段，一个实施例的三维打印机可包括：收纳部，其形成为上部被开放的盒体状而在内部收纳光固化性树脂；透光部件，其构成上述收纳部的底面并且使从上述收纳部的下部照射的光透射至上述收纳部；自发光部件，其设于上述透光部件的下部而朝向上述收纳部照射光，以二维的面形态照射光；支承部件，其设于上述自发光部件的下部而提供支承力，防止上述自发光部件下垂；板，其可升降地设于上述收纳部的上部而浸入于上述光固化性树脂中，将通过上述自发光部件的光而固化的上述光固化性树脂层叠到底面而形成三维造型物；及升降部件，其使上述板进行升降。
另外，作为用于解决上述技术课题的技术手段，另一个实施例的三维打印机可包括：收纳部，其形成为上部被开放的盒体状而在内部收纳光固化性树脂；自发光部件，其设于上述收纳部的上部而朝向上述收纳部照射光，以二维的面形态照射光；板，其可升降地设于上述收纳部而浸入于上述光固化性树脂中，将通过上述自发光部件的光而固化的上述光固化性树脂层叠到上表面而形成三维造型物；及升降部件，其使上述板进行升降。
另外，作为用于解决上述技术课题的技术手段，另一个实施例的打印系统，其包括：图像处理部，其对造型对象的三维图按照各个高度分析横向截面图像，将分析的各个横向截面图像依次传送到上述三维打印机，上述三维打印机包括：控制部，其控制上述自发光部件照射与上述横向截面图像对应的二维平面的光。
发明效果
根据上述的用于解决课题的一个手段，能够提供如下的三维打印机及打印系统：自发光部件通过自发光元件而以二维的面形态提供光，因此能够省略另设的开关装置的结构，并在不导致光效率下降的情况下提供光，由此能够将光固化性树脂均匀地固化。
根据上述的用于解决课题的一个手段，能够提供如下的三维打印机及打印系统：在自发光部件追加设有微透镜的情况下，自发光部件的光被会聚、分散或平行照射，因此能够以各种形态和深度提供自发光部件的光。
另外，根据上述的用于解决课题的一个手段，能够提供如下的三维打印机及打印系统：自发光部件通过弯曲部件而物理性地被弯曲，因此能够使照射到收纳部的自发光部件的光向收纳部的中央部分会聚或向收纳部的外廓分散。
另外，根据上述的用于解决课题的一个手段，能够提供如下的三维打印机及打印系统：自发光部件设于收纳部的上部而向下部照射光而在板的上表面实现造型物的层叠的情况下，不会向自发光部件施加收纳部的荷重，因此能够省略支承部件的结构和透光部件的结构。
公开的实施例中所获得的效果不限于上述提及的效果，所公开的实施例所属技术领域的技术人员可从下面的记载清楚地理解在此未提及的其他效果。
附图说明
图1是示出第一实施例的三维打印机的结构图。
图2是示出在第一实施例的三维打印机添加了追加结构的状态的结构图。
图3是示出第二实施例的三维打印机的结构图。
图4是示出在第二实施例的三维打印机添加了追加结构的状态的结构图。
图5是示出一个实施例的打印系统的框图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的实施例进行详细说明，以本发明所属技术领域的技术人员容易实施本发明。但本发明可以各种不同的形态体现，不限于在此说明的实施例。并且，在图中为了对本发明进行清楚的说明，省略了与说明无关的部分，并且在整个说明书中，对类似的部分赋予了类似的附图标记。
在整个说明书中，在记载为某一部分与其他部分“连接”时，这不仅包括“直接连接”的情况，而且还包括在其中间隔着其他元件而“间接连接”的情况。另外，在提到某一部分“包括”某一结构要素时，在没有特别相反的记载的情况下，并非排除其他结构要素，而是表示还可以包括其他结构要素。
图1是示出第一实施例的三维打印机的结构图，图2是示出在第一实施例的三维打印机添加了追加结构的状态的结构图。
参照图1，第一实施例的三维打印机(10)包括收纳部(100)、透光部件(200)、自发光部件(300)、支承部件(400)、板(500)及升降部件(600)而构成。
收纳部(100)构成为上部被开放的容器形态而收纳通过光而固化的光固化性树脂。
在此，光固化性树脂在接收紫外线等光的情况下被固化，可适用本发明所属领域公知的所有结构。
上述透光部件(200)是构成收纳部(100)的底面并且使从收纳部(100)的下部通过后述的自发光部件(300)而照射的光透射至收纳部(100)的结构要素。
例如，透光部件(200)由离型膜构成，包括构成离型膜的上部而与后述的板(500)相对的上部膜(210)和构成离型膜的下部而供后述的自发光部件(300)紧贴的下部膜(220)而构成。
在此，上部膜(210)由氟树脂形态的膜或铁氟龙膜构成，下部膜(220)由PE T膜构成。
上述自发光部件(300)是设于透光部件(200)的下部而朝向收纳部(100)照射光且以二维的面形态照射光的结构要素。
这样的自发光部件(300)由自发光的显示元件中的一个元件构成。更具体地，自发光部件(300)例如由选自包括微型LED(Light Emitting Diode：发光二极管)、LED、OLED(Organic Light Emitting Diode：有机发光二极管)、FED(Field Emis sion Display：场发射显示器)的自发光显示元件的组中的任一个元件的集合体构成，此外还可包括提供具备规定的波长的光源的元件。即，在自发光部件(300)中，自发光显示元件以集合体构成具备规定的面积的面板，从而自发光部件(300)使光以面形态发光。
上述支承部件(400)是设于自发光部件(300)的下部而防止自发光部件(300)下垂的结构要素。
这样的支承部件(400)由具备刚性的平面结构物构成，以在自发光部件(300)的下部提供支承力，无需使自发光部件(300)的光透过，因此可由不透明材料构成。
另一方面，支承部件(400)可具备三轴位移台的结构，该三轴位移台支承自发光部件(300)并且能够使自发光部件(300)沿着横向或纵向移动并进行升降以能够调节自发光部件(300)的位置。
上述板(500)作为形成三维造型物的结构要素，可升降地设于收纳部(100)的上部而随着下降来浸入于光固化性树脂中，将通过上述的自发光部件(300)的光而固化的光固化性树脂层叠到底面来形成三维造型物。
具体地，板(500)通过后述的升降部件(600)而下降来与上述的透光部件(200)相对，在该状态下照射自发光部件(300)的光的情况下，与照射光的平面形态对应的光固化性树脂固化而层叠到底面之后再次通过升降部件(600)而上升。
上述升降部件(600)是在收纳部(100)的上部使板(500)升降的结构要素。
这样的升降部件(600)包括升降轨道(610)及滑块(620)而构成。
升降轨道(610)与收纳部(100)相邻地设置并在垂直方向上延伸而提供板(500)的升降路径。
滑块(620)在固定到板(500)的状态下可移动地结合到升降轨道(610)，并通过控制而沿着升降轨道(610)移动来使板(500)升降。
在此，滑块(620)及升降轨道(610)由滚珠丝杠方式或直线电机方式或齿条和小齿轮方式构成，由此在直线运动的同时使板(500)升降。
另外，升降部件(600)设有可水平移动滑块(620)的未图示的水平移动部件，以校正板(500)的位置。
另一方面，参照图2，在上述的自发光部件(300)的上部设有微透镜(350)。
上述微透镜(350)用于提高自发光部件(300)的光源的强度或精密度，设于自发光部件(300)的上部并且使从自发光部件(300)照射的光会聚、分散或平行照射。
具体地，微透镜(350)构成为凸出、凹入、平面、球形、多边形等各种形状，由此通过形态而使光会聚、分散或平行照射来提供给收纳部(100)。
另一方面，上述的支承部件(400)构成为通过外力的加压而可弯曲。例如，支承部件(400)由通过重力而使中央部分弯曲的厚度或材料形成。
这样的支承部件(400)通过弯曲部件(450)的加压而向上部或下部弯曲来与上述的自发光部件(300)一起弯曲。
具体地，弯曲部件(450)可由支承支承部件(400)的中央下端部的液压缸构成，将支承部位向上部加压而使其上升或向下部下降，从而使支承部件(400)及自发光部件(300)向上部或下部弯曲。
在此，在自发光部件(300)的中央部分向下部弯曲的情况下，光被会聚，在自发光部件(300)的中央部分向上部弯曲的情况下，光被分散。
另一方面，图3是示出第二实施例的三维打印机的结构图，图4是示出在第二实施例的三维打印机添加了追加结构的状态的结构图。
参照图3，第二实施例的三维打印机(10')与第一实施例的三维打印机(10)不同地，从收纳部(100)的上部照射到光，从而光固化性树脂层叠到板(500)的上表面。
具体地，第二实施例的三维打印机(10')包括收纳部(100)、自发光部件(300)、板(500)及升降部件(600)而构成，可省略上述的透光部件(200)及支承部件(400)的结构。
上述收纳部(100)形成为上部被开放的盒体状，底面也由相同的材料构成而可收纳固化性树脂。
上述自发光部件(300)具备与上述的第一实施例相同的结构，设于收纳部(100)的上部而将光朝向下部的收纳部(100)而以面形态进行照射。
上述板(500)设为在收纳部(100)的内部通过后述的升降部件(600)而进行升降来浸入于光固化性树脂中，将通过自发光部件(300)的光而固化的光固化性树脂层叠到上表面而形成三维造型物。
具体地，板(500)在收纳部(100)的内部浸入于光固化性树脂的状态下通过后述的升降部件(600)而上升来与自发光部件(300)相对，在该状态下被照射到自发光部件(300)的光时，与照射的光的平面形态对应的光固化性树脂被固化而层叠到上表面之后重新通过升降部件(600)而下降。
上述升降部件(600)作为用于使板(500)升降的结构要素，包括板升降轨道(650)及板滑块(660)而构成。
板升降轨道(650)设于收纳部(100)的两侧壁而在垂直方向上延伸来提供板(500)的升降路径。
板滑块(660)以固定到板(500)的两侧的状态可移动地结合到板升降轨道(650)，并通过控制而沿着板升降轨道(650)移动来使板(500)升降。
在此，板滑块(660)及板升降轨道(650)通过滚珠丝杠方式或直线电机方式或齿条和小齿轮方式构成而直线运动，从而使板(500)进行升降。
另一方面，参照图4，在自发光部件(300)的下部设有上述的微透镜(350)来使光会聚、分散或平行照射，在自发光部件(300)的上部设有上述的弯曲部件(450)而使自发光部件(300)向上部或下部弯曲。
在此，微透镜(350)及弯曲部件(450)具备与第一实施例相同的结构，因此省略详细的说明。
另一方面，第二实施例的三维打印机(10')还可包括光源升降部件(700)而构成。
上述光源升降部件(700)是将自发光部件(300)可升降地结合到收纳部(100)而根据光固化性树脂的水位来使自发光部件(300)进行升降，从而将自发光部件(300)和板(500)的层叠面的距离保持均匀的结构要素。
即，在光固化性树脂的水位下降的情况下，光源升降部件(700)使自发光部件(300)下降，在光固化性树脂的水位上升的情况下，光源升降部件(700)使自发光部件(300)上升，从而使自发光部件(300)的光强度均匀地照射到光固化性树脂的上表面。
具体地，光源升降部件(700)包括光源升降轨道(710)及光源滑块(720)而构成。
光源升降轨道(710)设于收纳部(100)的两侧壁而在垂直方向上延伸来提供自发光部件(300)的升降路径。
这样的光源升降轨道(710)在上述的板升降轨道(650)延伸而形成。
光源滑块(720)以固定到自发光部件(300)的两侧的状态可移动地结合到光源升降轨道(710)，并通过控制而沿着光源升降轨道(710)移动来使自发光部件(300)进行升降。
在此，光源滑块(720)及光源升降轨道(710)通过滚珠丝杠方式或直线电机方式或齿条和小齿轮方式构成而进行直线运动的同时使自发光部件(300)进行升降。
另一方面，在收纳部(100)设有用于探测光固化性树脂的水位的水位传感器(730)，使光源滑块(720)基于光固化性树脂的水位探测信号而进行升降。
如图5所示，包括如上述的结构要素的三维打印机(10)(10')适用于包括图像处理部(20)的打印系统(1)并通过3D控制部(30)的控制而执行打印。
具体地，图像处理部(20)对造型对象的三维图按照各个高度分析横向截面图像之后，将分析的多个横向截面图像依次传送到三维打印机(10)(10')。
此时，从造型对象的上端部的截面图像起依次被传送到第一实施例的三维打印机(10)，并从造型对象的下端部的截面图像起依次被传送到第二实施例的三维打印机(10')。
并且，控制部(30)控制自发光部件(300)而将与该截面图像对应的形态的二维平面的光照射到收纳部(100)而将光固化性树脂层叠到板(500)的底面或上表面。
如上述，根据一个实施例的三维打印机(10)(10')及打印系统(1)，自发光部件(300)通过自发光元件而以二维的面形态提供光，因此可省略另设的开关装置的结构，并在不降低光效率的情况下提供光，由此能够使光固化性树脂均匀地固化。
上述的实施例仅为例示，本领域技术人员应该可以理解在不改变技术思想或必要特征的情况下，可容易地将上述的实施例变形为其他具体的形态。因此，上述的实施例在所有的方面仅为例示，本发明不限于此。例如，可以将作为单一结构而说明的各个结构要素分散而实施，同样地，也可以将作为分散的情况而说明的结构要素以结合的形态实施。
关于通过本说明书而要保护的范围，与上述详细的说明相比，更是通过后述的权利要求书来表示，并且可包括从权利要求书的意思、范围及其均等的概念导出的所有的变更或变形的方式。

Claims (13)

1.一种三维打印机，其包括：
收纳部，其形成为上部被开放的盒体状而在内部收纳光固化性树脂；
透光部件，其构成上述收纳部的底面并且使从上述收纳部的下部照射的光透射至上述收纳部；
自发光部件，其设于上述透光部件的下部而朝向上述收纳部照射光，以二维的面形态照射光；
支承部件，其设于上述自发光部件的下部而提供支承力，防止上述自发光部件下垂；
板，其可升降地设于上述收纳部的上部而浸入于上述光固化性树脂中，将通过上述自发光部件的光而固化的上述光固化性树脂层叠到底面而形成三维造型物；及
升降部件，其使上述板进行升降。
2.根据权利要求1所述的三维打印机，其中，
上述自发光部件由选自包括微型LED、LED、OLED(Organic Light Emitting Diode)及FED(Field Emission Display)的自发光显示元件的组中的任一个元件的集合体构成而进行面发光。
3.根据权利要求1所述的三维打印机，其中，
上述透光部件包括：
上部膜，其与上述板相对；及
下部膜，其设于上述上部膜的下部而与上述上部膜构成一体，并且上述自发光部件紧贴到该下部膜。
4.根据权利要求1所述的三维打印机，其中，
上述三维打印机还包括：
微透镜，其设于上述自发光部件的上部并且使从上述自发光部件照射的光会聚、分散或平行照射。
5.根据权利要求1所述的三维打印机，其中，
上述支承部件通过外力的加压而可弯曲地构成，
上述三维打印机还包括：
弯曲部件，其支承上述支承部件的中央下端部并且使支承部位上升或下降，从而使上述支承部件及上述自发光部件弯曲。
6.一种三维打印机，其包括：
收纳部，其形成为上部被开放的盒体状而在内部收纳光固化性树脂；
自发光部件，其设于上述收纳部的上部而朝向上述收纳部照射光，以二维的面形态照射光；
板，其可升降地设于上述收纳部而浸入于上述光固化性树脂中，将通过上述自发光部件的光而固化的上述光固化性树脂层叠到上表面而形成三维造型物；及
升降部件，其使上述板进行升降。
7.根据权利要求6所述的三维打印机，其中，
上述自发光部件由选自包括微型LED、LED、OLED(Organic Light Emitting Diode)及FED(Field Emission Display)的自发光显示元件的组的任一个元件的集合体构成来进行面发光。
8.根据权利要求6所述的三维打印机，其中，
上述三维打印机还包括：
微透镜，其设于上述自发光部件的下部并且使从上述自发光部件照射的光会聚、分散或平行照射。
9.根据权利要求6所述的三维打印机，其中，
上述升降部件包括：
板升降轨道，其在垂直方向上形成于上述收纳部的两侧壁；及
板滑块，其分别设于上述板的两侧而可移动地结合到上述升降轨道，并沿着上述升降轨道而移动来使上述板进行升降。
10.根据权利要求6所述的三维打印机，其中，
上述三维打印机还包括：
光源升降部件，其将上述自发光部件可升降地结合到上述收纳部，并根据上述光固化性树脂的水位而使上述自发光部件进行升降。
11.根据权利要求10所述的三维打印机，其中，
上述光源升降部件包括：
光源升降轨道，其在垂直方向上形成于上述收纳部的两侧壁；及
光源滑块，其分别设于上述自发光部件的两侧而可移动地结合到上述光源升降轨道，并沿着上述光源升降轨道移动来与上述自发光部件一起进行升降。
12.根据权利要求6所述的三维打印机，其中，
上述三维打印机还包括；
弯曲部件，其支承上述自发光部件的中央上端部而使支承部位上升或下降来使上述自发光部件弯曲。
13.一种打印系统，其包括权利要求1至12中的任一项所述的三维打印机，
该打印系统包括：
图像处理部，其对造型对象的三维图按照各个高度分析横向截面图像，将分析的各个横向截面图像依次传送到上述三维打印机，
上述三维打印机包括：
控制部，其控制上述自发光部件照射与上述横向截面图像对应的二维平面的光。
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