KR100361476B1 - Apparatus and method for stereolithography for multi-color 3D Model - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광을 조사하여 광경화성수지를 경화시킴으로써 3차원 모델을 제작하는 광조형법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a photoforming method for producing a three-dimensional model by irradiating light and curing a photocurable resin, and an apparatus thereof.
본 발명에 의하면, 사용되는 광경화성수지는 거의 무색을 띄는 광경화성수지 및 유색의 광경화성수지를 이용한다. 특히, 특정한 색상의 안료를 첨가하여 얻을 수 있는 유색의 광경화성수지를 이용함으로써 색상이 첨가되어 있는 모델을 얻을 수 있다. 그리고 이러한 광조형법을 위해서는, 기존의 광조형장치에 더하여, 유색의 광경화성수지를 별도로 공급할 수 있는 장치를 필요로 하고, 조형시 비경화수지를 흡입하여 제거할 수 있는 노즐을 이용한 흡입장치를 필요로 하게 된다. 이러한 본 발명에 의하면, 완성된 제품 자체가 다양한 색상을 가질 수 있기 때문에, 별도로 추가적인 착색과정을 필요로 하지 않는 장점을 가진다.According to the present invention, the photocurable resin to be used utilizes a photochromic resin which is almost colorless and a colored photocurable resin. In particular, by using a colored photocurable resin obtained by adding a pigment of a specific color, a model to which a color is added can be obtained. In addition, the photo-forming method requires a device capable of separately supplying colored photo-curable resins in addition to the existing optical molding devices, and a suction device using a nozzle that can suck and remove non-cured resins during molding. Done. According to the present invention, since the finished product itself can have a variety of colors, there is an advantage that does not require additional coloring process separately.
Description
본 발명은 3차원 모델을 제조하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 컬러를 가지는 3차원 모델을 제조할 수 있도록 구성되는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for manufacturing a three-dimensional model, and more particularly to an apparatus and method configured to be able to produce a three-dimensional model having a variety of colors.
기계부품을 제작하는 데는 제거가공, 변형가공, 부가가공 등의 여러 가지 종류가 있다. 광조형법(Stereolithography)은 이러한 가공방법들 중에서 부가가공법의 한 종류로 부품제작의 시간, 비용 등의 측면에서 우수성을 가지고 널리 이용되고 있다. 광조형법은 형상을 구현하기 위한 재료로써 광경화성수지를 사용하고 있으며, 이러한 광경화성수지에 특정 파장대의 광을 조사함으로써 원하는 형상을 만들어 내는 방법을 말한다. 이러한 광조형법은 특히 SLA라는 장치명으로도 널리 보급되어 활용되고 있는 실정이다.There are many kinds of mechanical parts, such as removal, deformation, and additional machining. Steoliolithography is one of the additional processing methods among these processing methods and is widely used with superiority in terms of time and cost of component manufacturing. Photoforming method uses photocurable resin as a material for forming a shape, and refers to a method of producing a desired shape by irradiating the photocurable resin in a specific wavelength band. In particular, the optical molding method is widely used under the device name of SLA.
도 1에는 종래의 광경화성수지에 의한 모델의 제조 공정이 모식적으로 도시되어 있다. 도시한 바와 같이 무색의 광경화성수지(R)가 일정한 높이까지 채워져 있는 용기(2)의 내부에는 승하강장치(4)가 설치되어 있다. 상기의 승하강장치(4)는 도시하지 않은 메카니즘 및 그 제어장치에 의하여, 상기 용기(2)의 내부를 승하강할 수 있도록 구성되는 장치이다.1 schematically shows a manufacturing process of a model using a conventional photocurable resin. As shown in the drawing, the elevating device 4 is provided inside the container 2 in which the colorless photocurable resin R is filled to a certain height. The lifting device 4 is a device configured to move up and down the inside of the container 2 by a mechanism (not shown) and a control device thereof.
그리고 상기 승하강장치(4)의 상부에는, 특정한 파장대의 광을 하방으로 조사할 수 있는 광학계(8)가 설치되어 있으며, 이러한 광학계의 광원은 UV 레이저를 주로 사용한다. 다음에는 이와 같이 구성되는 장치를 이용하여 광조형에 의한 3차원 모델을 제작하는 과정에 대해 살펴보기로 한다.In addition, an optical system 8 capable of irradiating light of a specific wavelength region downward is provided on the elevating device 4, and a light source of such an optical system mainly uses a UV laser. Next, a process of fabricating a 3D model using light molding using the apparatus configured as described above will be described.
그리고 상기 승하강장치(4)에 연결되어 있는 수평 플레이트(6)의 상면은, 조형 초기상태에서는 광경화성수지(R)가 그 위에 조형가능한 특정한 두께를 가지고 상기 광학계(8)의 광조사에 따라 서포트(A)를 생성한다. 서포트(A)를 생성한 후 실제의 형상테이터에 따라 최초의 1층을 성형하게 된다.In addition, the upper surface of the horizontal plate 6 connected to the elevating device 4 has a specific thickness that the photocurable resin R can be molded thereon in the initial molding state according to light irradiation of the optical system 8. Create a support (A). After the support A is generated, the first one layer is molded according to the actual shape data.
이렇듯 상기 광학계(8)의 광조사에 의해 성형된 1층은 실질적으로 성형하고자 하는 모델에 대하여, 수평방향으로 일정한 두께를 가지는 일부분이 되는것이다. 이렇게 해서 경화된 일부분을 도 1에서는 부분(B)로 표시하고 있다. 그리고 이렇게 1층이 경화된 다음에는 상기 승하강장치(4)를 일정 간격으로 하강시키게 된다. 상기 승하강장치(4)가 일정한 높이 만큼 하강하게 되고, 상술한 과정을 거쳐서 상기 부분(B)의 상면에는 다시 경화된 부분(C)가 성형되는 것이다.As described above, one layer formed by light irradiation of the optical system 8 becomes a part having a constant thickness in the horizontal direction with respect to the model to be molded substantially. The part hardened | cured in this way is shown by the part B in FIG. Then, after the first layer is cured, the elevating device 4 is lowered at regular intervals. The elevating device 4 is lowered by a certain height, and the hardened portion C is molded on the upper surface of the portion B through the above-described process.
이러한 과정을 반복하는 것에 의하여, 최종적으로 일정한 모델(D)의 형상이 제조된다. 이러한 모델(D)는 실제로 3차원 형상을 가지는 것이고, 상술한 바와 같은 광조형법은, 신제품의 개발과 관련되어 많은 산업분야에서 사용되고 있는 실정이다. 그러나 상술한 바와 같은 광조형법에 의하면 다음과 같은 한계를 가지고 있다. 종래의 광조형법에 의하여 완성되는 모델은 실제로 다양한 칼라를 가질 수 없는 것으로, 단색으로 밖에 표현될 수 없다. 이러한 모델에 색체감을 표현하기 위해서는 별도로 모델의 외부를 페인팅하는 공정이 수반되어야 한다.By repeating this process, the shape of the constant model D is finally manufactured. Such a model D actually has a three-dimensional shape, and the above-described optical molding method is used in many industrial fields in connection with the development of a new product. However, the above-described optical molding method has the following limitations. The model completed by the conventional photoforming method can actually have various colors and can only be expressed in a single color. In order to express color sense in such a model, the process of painting the exterior of the model must be accompanied separately.
만일 기존의 광조형법에 의하여 모델을 제작하는 경우, 모델의 성형과 동시에 일정한 색채를 구현할 수 있다면, 상술한 종래의 단점을 해결하는 것임과 동시에, 칼라링이 구현된 모델을 제공할 수 있는 아주 편리한 이점이 있을 것이다.If the model is manufactured by the conventional optical shaping method, if a certain color can be realized at the same time as the molding of the model, the above-mentioned disadvantages of the conventional method can be solved, and at the same time, a very convenient advantage of providing a model in which coloring is implemented Will be there.
본 발명의 목적은 성형되는 대상물에 원하는 색채를 넣음으로써, 색채를 가지는 모델을 제조하는 것이 가능한 광조형법과 광조형장치를 제공하고자 하는 것이다.An object of the present invention is to provide an optical molding method and an optical molding apparatus capable of producing a model having color by inserting a desired color into an object to be molded.
도 1은 종래의 광조형의 공정을 보이는 설명도1 is an explanatory diagram showing a conventional optical molding process
도 2는 본 발명에 의한 광조형 공정을 보이는 설명도2 is an explanatory diagram showing a photoforming process according to the present invention.
＊도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＊ Explanation of symbols for main parts of drawing
10 ..... 용기 12 ..... 승하강장치10 ..... Vessel 12 ..... Lifting device
14 ..... 수평 플레이트 16 ..... 유색수지 공급부14 ..... Horizontal plates 16 ..... Colored resin supply
18 ..... 광학계 20 ..... 흡입노즐18 ..... Optics 20 ..... Suction nozzle
22 ..... 진공펌프22 ..... Vacuum Pump
상기 목적을 제공하기 위한 본 발명에 의한 광조형장치는 무색의 광경화성수지를 담고 있는 용기와； 상기 용기 내부에는 승하강하는 승하강장치； 상기 승하강장치에 연결되어 실제로 조형을 하기 위한 수평 플레이트； 상기 수평 플레이트의 상부에 유색의 광경화성수지를 공급하기 위한 유색수지 공급부； 상기 수평 플레이트의 상면의 광경화성수지에 광을 조사하는 것에 의하여, 수지를 경화시키기 위한 광학계； 그리고, 상기 광학계에 의해 광이 조사되지 않아, 미경화된 수지를 흡입하여 제거하기 위하여, 진공펌프와 노즐로 구성되어 흡입력을 가지는 진공 흡입 시스템을 포함하여 구성된다.An optical molding apparatus according to the present invention for providing the above object is a container containing a colorless photo-curable resin; a lifting device for lifting up and down inside the container; a horizontal plate connected to the lifting device for actually forming A colored resin supply unit for supplying colored photocurable resin to the upper portion of the horizontal plate; an optical system for curing the resin by irradiating light to the photocurable resin on the upper surface of the horizontal plate; and by the optical system In order to suck and remove uncured resin because light is not irradiated, a vacuum suction system composed of a vacuum pump and a nozzle and having a suction force is included.
그리고 본 발명에 의한 방법에 의하면, 무색의 광경화성수지에 소정 파장의 광을 조사하여 경화시킴으로써, 3차원 모델을 적층 성형하는 광조형법에 있어서； 상기 광경화성수지의 적어도 일부는 안료가 첨가된 유색광경화성수지를 사용하는 것에 의하여, 광조형법에 의하여 완성되는 모델이 색채를 가지는 것을 특징으로 한다.According to the method of the present invention, in a photoforming method in which a three-dimensional model is laminated by molding a colorless photocurable resin by irradiation with light having a predetermined wavelength, at least a part of the photocurable resin is colored with a pigment. By using a photocurable resin, the model completed by the photoforming method has color.
이와 같은 본 발명에 의하면, 광조형법에 의하여 완성되는 모델은 그 자체가 색상을 가지고 있기 때문에, 별도의 착색과정을 필요로 하지 않는 장점을 기대할 수 있게 된다.According to the present invention as described above, the model completed by the optical molding method itself has a color, it can be expected that the advantage that does not require a separate coloring process.
다음에는 도면에 도시한 바에 기초하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.Next, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
도 2에서는 본 발명에 의한 광조형법의 공정을 예시하고 있다. 먼저(a)를 이용하여 본 발명에 의한 장치로부터 설명하기로 한다. 본 발명에 의한 장치는 투명한 광경화성수지를 담고 있는 용기(10)와, 상기 용기(10)의 내부를 승하강하는승하강장치(12) 및 수평 플레이트(14)는 실질적으로 종래의 광조형법에서 이용하는 것과 동일한 것이다.In FIG. 2, the process of the optical shaping | molding method by this invention is illustrated. First, using (a) will be described from the apparatus according to the present invention. The apparatus according to the present invention comprises a container 10 containing a transparent photocurable resin, a lifting device 12 and a horizontal plate 14 for lifting up and down the inside of the container 10 substantially in a conventional optical molding method. It is the same thing as using.
그리고 상기 승하강장치(12)에 연결되어 있는 수평 플레이트(14)의 상부에 일정한 파장의 광을 조사하기 위한 광학계(18)와, 유색광경화성수지를 공급하기 위한 유색수지 공급부(16)를 포함하고 있다. 상기 광학계(18)는 후술하는 광경화성수지를 경화시키기 위한 소정 파장의 광을 조사하는 부분이다.And an optical system 18 for irradiating light of a predetermined wavelength on the horizontal plate 14 connected to the elevating device 12, and a colored resin supply unit 16 for supplying colored photocurable resin. Doing. The said optical system 18 is a part which irradiates the light of a predetermined wavelength for hardening | curing the photocurable resin mentioned later.
이러한 광원은 주로 레이저를 이용하고, 예를 들면 He-Cd 레이저를 들 수 있다.Such a light source mainly uses a laser, for example, He-Cd laser.
그리고 광경화성수지에 일정한 파장의 광을 조사하는 것에 의하여, 수지를 경화하기 위한 방식으로는 UV Laser를 이용하는 경우에는 갈바노 미러 또는 XY 테이블을 이용한 스캐닝 방식이 있는데, 어떠한 방법도 본 발명에서 적용 가능하다.In addition, there is a scanning method using a galvano mirror or an XY table in the case of using a UV laser as a method for curing the resin by irradiating a photocurable resin with light of a predetermined wavelength, and any method may be applied to the present invention. Do.
그리고 상기 유색수지 공급부(16)는 투명한 광경화성수지에 일정한 안료등을 혼합시키는 것에 의하여, 레이저광에 의해 경화되면서 자체가 일정한 색상을 가질 수 있도록 구성되는 것이다.In addition, the colored resin supply unit 16 is configured to mix a certain pigment and the like in the transparent photocurable resin, so that the colored resin itself can have a certain color.
이러한 유색수지는 기존의 광경화성수지의 광경화 반응 특성이 저하되지 않는 정도의 안료를 혼합하는 것에 의하여 만들어진다. 이러한 유색수지 공급부(16)는, 상기 수평 플레이트(14)의 상면에서 만들어지는 모델에 대하여, 특정 위치에 일정한 양의 수지를 공급할 수 있도록 구성되어야 할 것이다.Such colored resins are made by mixing pigments to such an extent that the photocuring reaction characteristics of conventional photocurable resins are not degraded. The colored resin supply unit 16, with respect to the model made on the upper surface of the horizontal plate 14, it should be configured to be able to supply a certain amount of resin at a specific position.
그리고 본 발명에 의하면 승하강장치(12)의 인접한 부분에는 진공흡입부가 설치되어 있으며, 이러한 진공흡인부는 흡입노즐(20)과 진공펌프(22)로 구성되어있어, 후술하는 바와 같이 경화되지 않는 액상의 수지를 흡입할 수 있도록 구성되는 것이다.In addition, according to the present invention, a vacuum suction unit is installed in an adjacent portion of the elevating device 12, and the vacuum suction unit is composed of a suction nozzle 20 and a vacuum pump 22, and as described later, a liquid that does not harden It is configured to inhale the resin.
다음에는 이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 장치를 이용하여, 3차원 모델을 제조하는 과정에 대하여 살펴보기로 한다.Next, a process of manufacturing a 3D model using the apparatus according to the present invention having the above configuration will be described.
먼저(a)에 도시한 바와 같이 수평 플레이트(14)의 상부에 서포트(14a)를 생성시킨다.First, as shown in (a), the support 14a is formed on the upper portion of the horizontal plate 14.
그리고 다음에는 서포트(14a)의 상부에 형성된 광경화성수지의 면상에 데이터에 따라 광을 조사함으로써 수지를 경화시킨다. 이 때, 예를 들면 상기의 투명한 광경화성수지를 이용하여, 외곽 부분 또는 도시한 바와 같은 기판부분을 성형할 수 있을 것이다.Then, the resin is cured by irradiating light on the surface of the photocurable resin formed on the upper portion of the support 14a according to the data. At this time, for example, the outer portion or the substrate portion as shown may be formed by using the transparent photocurable resin.
그리고 (b)에 도시한 바와 같이, 상기 승하강장치(12)를 일정 높이만큼 하강시킨 다음에 투명한 부분을 경화시킨다.And as shown in (b), the lifting device 12 is lowered by a certain height, and then the transparent portion is cured.
이상과 같은 투명부분에 대한 성형은 용기(10)에 담겨 있는 투명한 광경화성수지를 이용하여 경화시키게 된다. 이러한 과정에 의해 경화, 성형된 부분은 (b)의 우측에 단면으로 표시되어 있다.Molding for the transparent portion as described above is to be cured using a transparent photocurable resin contained in the container (10). The part hardened and molded by this process is shown by the cross section on the right side of (b).
그리고 (b)과정에서 광을 조사하는 것에 의하여 일정한 부분이 경화되면, 승하강장치(12)를 용기(10)에 담겨있는 수지 액면의 위로 상승시킨 다음, 미경화된 수지를 제거하는 과정이 진행된다. 즉, 상기 진공펌프(22)에 의하여 일정한 흡입력을 가지는 흡입노즐(20)을 이용하여, 광이 조사되지 않아서 경화되지 않은 부분의 수지를 완전히 제거하게 된다.And when a certain portion is cured by irradiating light in step (b), the elevating device 12 is raised above the resin liquid level contained in the container 10, and then the process of removing the uncured resin proceeds. do. That is, by using the suction nozzle 20 having a constant suction force by the vacuum pump 22, the light is not irradiated to completely remove the resin of the uncured portion.
이와 같이 하여 미경화된 수지가 제거된 다음에는 유색수지 공급부(16)에 의하여 원하는 색을 가진 유색의 광경화성수지를 원하는 부분에 공급한 다음, 이러한 부분을 경화시키는 것에 의하여 색상을 가져야 할 부분을 성형하게 된다. 이러한 과정이 (c)에 도시되어 있다. 그리고 (d)과정에서는 상기와 같은 과정을 반복하는 것에 의하여 적어도 일부분에 각각 다른 색상을 가지는 3차원 모델이 완성될 수 있을 것이다.After the uncured resin is removed in this way, the colored resin supply unit 16 supplies colored photocurable resin having a desired color to a desired portion, and then hardens such a portion to prepare a portion to have a color. Molding. This process is illustrated in (c). And in the step (d) by repeating the above process will be able to complete a three-dimensional model having different colors at least in part.
즉, 상기 유색수지 공급부(16)을 이용하여, 다른 색상을 가지는 유색수지를 공급하고, 광학계(18)에 의하여 광을 조사하는 것에 의하여, 그 부분을 각각 경화시키게 된다. 그리고 (e)에서 도시한 바와 같이, 각각 다른 색채를 가지는 부분이 경화된 다음에는, 그 상부에 다시 투명한 광경화성수지를 광의 조사에 의하여 경화시키는 것에 의하여, 전체적으로 다색을 가지는 3차원 모델이 완성된다.That is, the colored resin supply unit 16 is used to supply colored resins having different colors and to irradiate light with the optical system 18 to harden the respective portions. And as shown in (e), after each part having a different color is cured, the three-dimensional model having a whole color is completed by curing the transparent photocurable resin on the upper part again by light irradiation. .
상기 유색수지 공급부(16)는, 원하는 장소에 유색의 광경화성수지를 도포할 수 있는 3차원 운동이 가능하게 구성되어야 하며, 이러한 구성은 현재 널리 사용되고 있는 로봇을 이용하는 것에 의하여 충분히 실현 가능함은 물론이다. 그리고, 상기 유색수지 공급부(16)는 다색의 유색수지를 공급하기에 적합하도록 복수개로 구성하거나 또는 내부에서 색상을 혼합하여 원하는 색의 수지를 공급할 수 있도록 하는 것이 바람직할 것이다.The colored resin supply unit 16 should be configured to enable a three-dimensional motion that can be applied to a colored photo-curable resin in a desired place, such a configuration can be sufficiently realized by using a robot that is widely used at present. . In addition, the colored resin supply unit 16 may be configured to provide a plurality of colored resins suitable for supplying the colored resin or to mix the color in the interior to supply a resin of a desired color.
이렇게 하여 완성된 3차원 모델은 상기 승하강장치에서 분리하고, 그 저면의 시포느를 제거하는 것에 의하여 실질적으로 완성될 것이다.The three-dimensional model thus completed will be substantially completed by separating it from the hoist and removing the siphon at its bottom.
그리고, 상술한 실시예와는 달리, 특정한 색채를 가지는 광경화성수지를 이용하되, 모델의 원하는 부분에 원하는 색채를 구현하는 것이 가능하게 됨은 물론이다.And, unlike the above-described embodiment, while using a photo-curable resin having a specific color, it is of course possible to implement the desired color in the desired portion of the model.
이상과 같이 구성되는 본 발명에 의하면, 광조형법에 의하여 광경화성수지를 이용하여 3차원 모델을 제조하는 경우에 적용되는 것으로, 특히 유색의 광경화성수지를 이용하는 것에 의하여, 다색의 3차원 모델을 제조할 수 있는 것을 기술적 요지로 하고 있다.According to the present invention configured as described above, the present invention is applied to the production of a three-dimensional model using a photocurable resin by a photoforming method. A multicolor three-dimensional model is produced by using a colored photocurable resin. I can do it the technical point.
이상과 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 장점을 기대하는 것이 가능하게 된다.According to the present invention as described above it is possible to expect the following advantages.
종래의 광조형법에 의하여 얻어지는 결과물(모델)은 단색의 것에 불과한 것이었으나, 본 발명에 의하면 원하는 색상을 가지는 3차원 모델을 얻을 수 있는 장점이 있다. 따라서 입체적인 모델을 제조할 때, 그 내부는 물론 외부의 부분에 색채를 부여하는 것에 의하여, 종래의 것에 비하여 시각적, 산업적으로 훨씬 적용범위가 광대하게 되는 장점을 기대하는 것이 가능하게 된다.Although the resultant (model) obtained by the conventional optical shaping method is only a single color, the present invention has an advantage of obtaining a three-dimensional model having a desired color. Therefore, when manufacturing a three-dimensional model, by giving color to the inside as well as the outside part, it becomes possible to expect the advantage that the range of application becomes much more visually and industrially compared with the conventional.
또한 본 발명에 의하면, 별도의 착색과정을 거치지 않고, 하나의 장치에서 색채감을 가지는 모델을 제조하는 것이 가능하게 되는 이점이 있어서, 색채를 가지는 3차원 모델의 제작에 있어서, 시간의 단축은 물론, 비용을 절감하는 것이 가능하게 되는 효과를 기대할 수 있게 된다.In addition, according to the present invention, there is an advantage that it is possible to manufacture a model having a sense of color in one device, without going through a separate coloring process, in the production of a three-dimensional model having a color, of course, shortening of time, It is possible to expect the effect of making it possible to reduce costs.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20081105 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |