KR101006414B1 - 고속 적층식 광조형 장치 - Google Patents

Abstract

복수개의 재질로 이루어진 조형물을 제조할 수 있는 고속 적층식 광조형 장치가 개시된다.
상기한 고속 적층식 광조형 장치는 본체 프레임에 이동 가능하게 설치되며, 광경화성 수지가 순차적으로 적층되어 형성된 조형물이 부착되는 조형대와, 상기 조형대의 이동에 따라 상기 조형대와 인접 또는 이격되도록 배치되며, 광경화성 수지가 도포되는 조형시트와, 상기 조형시트에 복수 재질의 광경화성 수지가 도포될 수 있도록 복수개의 수지공급수단을 구비하는 수지공급부와, 상기 조형시트에 도포된 광경화성 수지를 미리 설정된 형상으로 경화시키도록 광을 조사하는 광조사부, 및 상기 조형대에 광경화성 수지가 순차적으로 적층됨에 따라 상기 조형대를 상기 조형시트로부터 인접 또는 이격되도록 이송시키는 조형대 이송부를 포함한다.
이러한 고속 적층식 광조형 장치에 의하면, 제1,2 수지공급유닛을 통해 복수개의 재질로 이루어진 조형물을 제조할 수 있다.

Description

고속 적층식 광조형 장치{RAPID LAYER UPON LAYER FORM STEREOLITHOGRAPHY}

본 발명은 적층식 광조형 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조형시트의 일면에 광경화성 수지를 도포하고 광을 조사하여 경화시킨 후 경화된 광경화성 수지를 조형물 부착부재에 순차적으로 적층시켜 고속으로 조형물을 조형할 수 있는 고속 적층식 광조형 장치에 관한 것이다.

일반적인 광조형 장치는 원하는 형상의 조형물을 얻기 위하여 다수의 층으로 분할된 판을 적층하여서 원하는 형상의 시작품을 제조하는 장치이다. 즉, 캐드시스템으로 모델링한 3차원 형상을 일정한 두께를 갖는 다수의 층으로 분할한 슬라이스 데이터로 변경한 후에 이를 사용하여 판형태의 시트를 조형하고 이를 쌓아서 조형물을 제조하는 장치이다.

한편, 근래에는 판형태의 시트를 조형하는 방법으로 조형물을 제조하는 쾌속 광조형기가 개발되었다. 쾌속 광조형기는 광경화성 수지에 빛을 조사하여 얇은 판형태의 시트를 만든 후에 이를 적층하는 방식으로서, 크게 자유 액체면 방식과 규제 액체면 방식의 쾌속 광조형기로 대별된다.

자유 액체면 방식은 광경화성 수지를 저장한 수지조 내에 베이스 플레이트를 설치하고 베이스 플레이트의 상면에 위치한 수지에 광을 조사하여 베이스플레이트에 수지경화물을 형성한다. 이후, 수지경화물이 형성된 베이스플레이트를 단계적으로 침하시킨 다음 수지경화물층을 같은 방법으로 형성시켜 적층시키는 방식이다.

한편, 규제 액체면 방식은 투명 플레이트로 형성된 바닥면을 가진 수지조의 아래쪽으로부터 광을 조사하고, 수지조에 베이스 플레이트를 위치시켜 수지조 내에서 수지를 경화시킨다. 이어, 경화된 수지경화물이 부착된 베이스 플레이트를 상향으로 이송시키면서 수지경화물을 형성시켜 적층하는 방식이다.

이러한 종래의 쾌속 광조형기의 경우, 베이스 플레이트는 수지조의 외부에 마련된 이송장치에 외팔보 형태로 결합된다. 그런데, 외팔보 형태로 결합된 베이스 플레이트는 규모가 큰 조형물을 제조할 경우 베이스 플레이트의 크기가 커짐에 따라 베이스 플레이트의 처짐이 발생하여 수평을 유지할 수 없고, 베이스 플레이트의 승강이 정밀하지 못한 문제점이 있었다.

또한, 베이스 플레이트의 처짐이 발생하여, 베이스 플레이트의 저면에 부착되는 수지경화물이 원하는 형상으로 적층되기가 어려운 문제점이 있었다.

더욱이, 상기한 자유 액체면 방식과 규제 액체면 방식은 조형물이 수지를 저장한 수지조 내에서 경화가 되어 수지가 굳을 경우 수지를 전부 버려야 하고 경화되는데 오랜 시간이 걸리는 문제점이 있었다.

또한, 규제 액체면 방식에 있어 문제가 되는 부분은 광을 수지 내부로 통과시키며 수지조에 저장된 액의 내부에서 단면을 형성시키기 때문에 강한 광원을 쓸 수 없기 때문에 단면을 만들어 내는데 있어 시간이 많이 걸리는 것이다.

이런 문제를 해결하기 위해 개발된 것이 하나의 단면에 해당하는 부피만큼만 수지액을 가상의 수지조 형태로 위치시켜 경화시키는 슬라이드 방식이다.

그런데, 상기한 자유 액체면 방식, 규제 액체면 방식, 및 슬라이드 방식은 하나의 광경화성 수지를 이용하여 조형물을 형성할 수 있을 뿐, 복수개의 광경화성 수지 재질로 이루어진 조형물을 제조할 수 없는 문제가 있다.

즉, 상기한 방식에 의한 광조형 장치는 복수개의 광경화성 수지 재질, 예를 들어, 전도성 광경화 수지와 비전도성 광경화 수지로 이루어진 조형물을 제조할 수 없는 문제가 있다.

본 발명은 복수개의 재질로 이루어진 조형물을 제조할 수 있는 고속 적층식 광조형 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 조형물을 신속히 제조할 수 있으며 광경화 수지의 소모량을 감소시켜 조형물의 제작비용을 절감할 수 있는 고속 적층식 광조형 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은 정밀도 높은 조형물을 조형할 수 있는 고속 적층식 광조형 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

더하여, 본 발명은 조형물의 해상도를 높게 하거나 조형물의 크기를 크게 할 수 있는 고속 적층식 광조형 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 다양한 색상을 가진 조형물을 제조할 수 있는 고속 적층식 광조형 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 고속 적층식 광조형 장치는 본체 프레임에 이동 가능하게 설치되며, 광경화성 수지가 순차적으로 적층되어 형성된 조형물이 부착되는 조형대와, 상기 조형대의 이동에 따라 상기 조형대와 인접 또는 이격되도록 배치되며, 광경화성 수지가 도포되는 조형시트와, 상기 조형시트에 복수 재질의 광경화성 수지가 도포될 수 있도록 복수개의 수지공급수단을 구비하는 수지공급부와, 상기 조형시트에 도포된 광경화성 수지를 미리 설정된 형상으로 경화시키도록 광을 조사하는 광조사부, 및 상기 조형대에 광경화성 수지가 순차적으로 적층됨에 따라 상기 조형대를 상기 조형시트로부터 인접 또는 이격되도록 이송시키는 조형대 이송부를 포함한다.

상기 수지공급부는 상기 수지공급수단의 이동시 상기 수지공급수단의 이동 경로를 안내하는 가이드부재를 구비하는 베이스유닛과, 상기 조형시트에 복수 재질의 광경화성 수지를 도포하도록 상기 가이드부재를 따라 이동 가능하게 설치되는 상기 수지공급수단, 및 상기 조형시트에 광경화성 수지가 도포되도록 상기 수지공급수단을 이동시키는 구동수단을 구비할 수 있다.

상기 수지공급수단은 상기 가이드부재를 따라 이동되어 상기 조형시트에 제1 광경화성 수지를 도포하는 제1 수지공급유닛과, 상기 제1 수지공급유닛이 베이스위치에 위치하는 경우 이동되어 상기 조형시트에 제2 광경화성 수지를 도포하는 제2 수지공급유닛을 구비할 수 있다.

상기 제1,2 수지공급유닛은 상기 제1,2 광경화성 수지가 수용되는 제1,2 수지저장탱크와, 상기 제1,2 수지저장탱크에 설치되어 상기 조형시트가 상기 제1,2 수지저장탱크에 유입되어 상기 제1,2 광경화성 수지에 침지된 후 유출되도록 상기 조형시트를 안내하는 안내롤을 구비할 수 있다.

상기 제1,2 수지공급유닛은 상기 제1,2 수지저장탱크에 설치되며 상기 제1,2 수지저장탱크가 베이스 위치로부터 이동시 제1,2 광경화성 수지에 침지된 후 유출되는 상기 조형시트의 일면에 도포된 제1,2 광경화성 수지를 제거하는 제1 수지제거부재, 및 상기 제1,2 수지저장탱크가 베이스 위치로 이동하는 경우 상기 조형시트의 양면에 도포된 제1,2 광경화성 수지를 제거하는 제2 수지제거부재를 더 구비할 수 있다.

상기 수지공급부는 상기 조형대에 구비되는 조형물 부착부재 또는 상기 조형물 부착부재에 적층되어 형성된 조형물의 주위에 배치되는 광경화성 수지 중에서 상기 광조사부에 의해 조사된 광에 의하여 경화되지 않고 잔류하는 광경화성 수지를 회수하는 수지회수수단을 더 구비할 수 있다.

상기 수지회수수단은 상기 제1,2 수지공급유닛에 설치되어 잔류하는 제1,2 광경화성 수지를 흡입하는 제1,2 흡입노즐을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제1,2 흡입노즐은 상기 조형대의 하강시 조형대 부착부재에 인접 배치되도록 상기 수지공급수단에 구비되는 제1,2 수지저장탱크로부터 돌출되도록 설치되며, 상기 제1,2 흡입노즐은 상기 제1,2 수지저장탱크가 상기 광조사부의 광 조사 후 베이스 위치로 복귀시 상기 조형대 부착부재 또는 상기 조형물 부착부재에 적층되어 형성된 조형물의 주위에 잔류하는 경화되지 않은 제1,2 광경화성 수지를 흡입할 수 있다.

상기 수지회수수단은 일단이 상기 흡입노즐에 연결되고 타단이 상기 제1,2 수지저장탱크에 연결되어 상기 흡입노즐에 의해 흡입된 제1,2 광경화성 수지가 상기 제1,2 수지저장탱크로 유입되도록 제1,2 광경화성 수지의 유동 경로를 제공하는 순환배관을 더 포함할 수 있다.

상기한 고속 적층식 광조형 장치는, 상기 광조사부에 의해 경화되어 상기 조형대에 적층된 조형물의 각 층에 잉크를 분사 또는 도포함으로써 조형물을 채색하는 채색부를 더 포함할 수 있다.

상기 광조사부는 광원과, 상기 광원에서 소자된 광을 균일하게 변환시키는 광도파로와, 상기 광도파로를 통과한 광을 영상칩의 크기에 맞게 확산시키고, 직선광으로 변환시키는 콘덴서 렌즈와, 제어부에서 송출된 영상신호에 따라 디지털 영상신호가 결상되며 상기 영상칩을 구비하는 디지털영상부와, 상기 디지털영상부로부터 출력되는 디지털 영상에 해당하는 광을 투과시키는 투과성 렌즈, 및 상기 투과성 렌즈를 통과한 광을 확대 투영시키는 확대용 렌즈를 구비할 수 있다.

상기 투과성렌즈는 상기 디지털영상부로부터 출력되는 디지털 영상으로 조형되는 조형물의 단면을 부드럽게 하기 위하여 상기 디지털영상부에 구비되는 영상칩의 픽셀의 절반에 해당하는 크기만큼 좌우, 상하 또는 상하좌우로 이송되며, 상기 투과성렌즈의 이동은 상기 제어부에 의해 제어될 수 있다.

상기 제어부는 상기 디지털영상부를 통과한 광의 광량을 일정하게 하기 위하여 상기 영상칩에 결상되는 디지털 영상신호의 명암 또는 색을 부분적으로 변화시킬 수 있다.

상기한 고속 적층식 광조형 장치는 상기 광조사부에서 조사된 광을 상기 조형시트로 반사시키는 반사경을 더 포함하며, 상기 광조사부는 조형물의 분할 형상에 각각 상응하는 광을 조형물의 분할 개수만큼 복수회 조사하도록 제어부에 의해 제어되고, 상기 반사경은 조형물의 분할 형상의 위치에 대응하는 상기 조형시트의 위치에 광이 조사될 수 있도록 상기 제어부에 의해 틸팅이 이루어질 수 있다.

상기 조형시트는 유리 또는 아크릴로 이루어지며, 상기 조형시트의 표면에는 테프론(Teflon), 나일론(Nylon), 투명 파이버(Transparant fiber), 폴리에스테르 중 하나 이상이 코팅될 수 있다.

상기 제1 수지공급유닛에 의해 도포되는 제1 광경화성 수지는 비전도성 수지로 이루어지며, 상기 제2 수지공급유닛에 의해 도포되는 제2 광경화성 수지는 전도성 수지로 이루어져, 상기 조형대에 부착되어 형성되는 조형물은 회로기판일 수 있다.

상기 제1 수지공급유닛에 의해 도포되는 제1 광경화성 수지는 연질 수지로 이루어지며, 상기 제2 수지공급유닛에 의해 도포되는 제2 광경화성 수지는 경질 수지로 이루어질 수 있다.

상기 제1 수지공급유닛에 의해 도포되는 제1 광경화성 수지는 비전도성 수지로 이루어지며, 상기 제2 수지공급유닛에 의해 도포되는 제2 광경화성 수지는 전도성 수지로 이루어져, 상기 조형대에 부착되어 형성되는 조형물은 회로기판일 수 있다.

상기 제1 수지공급유닛에 의해 도포되는 제1 광경화성 수지는 연질 수지로 이루어지며, 상기 제2 수지공급유닛에 의해 도포되는 제2 광경화성 수지는 경질 수지로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따르면, 제1,2 수지공급유닛을 통해 복수개의 재질로 이루어진 조형물을 제조할 수 있는 효과가 있다.

또한, 세밀한 조형물을 제작할 수 있으며 종래의 조형기보다 단시간 내에 조형이 가능하고 제작비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 광경화성 수지가 도포되는 조형시트를 통해 제1,2 수지저장탱크에 직접 광을 조사하지 않고 조형시트에 도포된 광경화성 수지에 광을 조사할 수 있으므로, 강한 광원의 조사가 가능하여 각각의 층의 조형이 신속하게 이루어질 수 있는 효과가 있다.

더하여, 광경화성 수지가 도포되는 조형시트를 통해 제1,2 수지저장탱크에 직접 광을 조사하지 않을 수 있어 제1,2 수지저장탱크 내의 수지가 경화되어 버려지는 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.

또한, 수지회수수단을 통해 조형시트에 도포된 후 경화되지 않은 수지를 다시 제1,2 수지저장탱크로 회수할 수 있으므로 조형에 소요되는 수지량을 절감할 수 있어 조형물의 제작비용의 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

그리고, 피에조 액추에이터 등 미세구동장치를 이용하여 광조사부에 구비되는 투과성 렌즈를 미세 이송시키는 방식의 영상 보정을 수행함으로써 조형물 단면 형상이 계단식으로 나타나는 현상을 최소화할 수 있게 되고, 이로 인해 세밀하고 부드러운 단면 형상을 갖는 조형물의 제작이 가능하다는 효과가 있게 된다.

더하여, 본 발명은 영상칩의 특성에 따른 광량 불균일을 제어함으로써 조형판 전체면적에 걸쳐 광경화성 수지의 경화를 일정하게 구현하여 정밀도 높은 조형물을 조형할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 조형물을 일정 개수로 분할한 영상신호를 통하여 조형물을 분할 제작하는 것이 가능하게 되어 조형물의 해상도(정밀도)를 높게 하거나 조형물의 크기를 크게 할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명은 채색부를 구비함으로써 조형물의 각층에 색상을 부여할 수 있게 되고, 동일한 층에서도 다양한 색상을 구현할 수 있게 되어 사용자의 다양한 욕구에 부응할 수 있다는 효과가 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 적층식 광조형 장치의 내부 구성을 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 고속 적층식 광조형 장치의 제1 수지공급유닛의 내부 구성을 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 고속 적층식 광조형 장치의 광조사부의 일 실시예를 도시한 광학계 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 적층식 광조형 장치의 광원의 광량을 측정하여 보정하는 실시예를 나타내는 설명도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 적층식 광조형 장치에 의해 조형될 조형물 형상의 일 예를 나타내는 영상데이터이다.
도 6은 도 5에 도시된 영상데이터를 4개로 분할한 분할 영상데이터를 나타내는 설명도이다.
도 7 내지 도 도 17은 도 1에 도시된 고속 적층식 광조형 장치의 작용을 순차적으로 도시한 단면도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안한 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 적층식 광조형 장치의 내부 구성을 도시한 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 고속 적층식 광조형 장치의 제1 수지공급유닛의 내부 구성을 도시한 단면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 고속 적층식 광조형 장치의 광조사부의 일 실시예를 도시한 광학계 구성도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 적층식 광조형 장치의 광원의 광량을 측정하여 보정하는 실시예를 나타내는 설명도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 적층식 광조형 장치에 의해 조형될 조형물 형상의 일 예를 나타내는 영상데이터이고, 도 6은 도 5에 도시된 영상데이터를 4개로 분할한 분할 영상데이터를 나타내는 설명도이다.

먼저, 도 1을 참조하면 고속 적층식 광조형 장치(100)는 본체 프레임(110), 조형대(120), 조형대 이송부(130), 조형시트(140), 수지공급부(150), 및 광조사부(210), 제어부(230)를 포함한다.

본체 프레임(110)은 고속 적층식 광조형 장치(100)의 외형을 형성하며, 상기한 조형대(120), 조형대 이송부(130), 조형시트(140), 수지공급부(150)가 내부에 설치될 수 있도록 내부공간을 가진다.

한편, 본체 프레임(110)은 하부프레임(111), 및 측면프레임(112)을 구비할 수 있다. 또한, 측면프레임(112)에는 조형대(120)의 이동시 조형대(120)를 안내하는 조형대 안내부재(113)가 구비될 수 있다.

조형대 안내부재(113)는 조형대(120)의 안정적 이송(승강)을 위해서 적어도 2개 이상 구비되는 것이 바람직할 것이다. 일 예로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 조형대 안내부재(113)은 측면 프레임(112)의 좌우측에 각각 설치될 수 있다.

이와 같이, 조형대 안내부재(113)를 복수개 구비할 수 있어 대형 조형물을 형성하는 경우에도 조형물의 하중에 의한 조형대(120)가 일측으로 처지거나 휘는 현상을 방지할 수 있어 조형하고자 하는 형상에 대응하는 조형물을 안정적으로 조형할 수 있다.

조형대(120)는 본체 프레임(110)에 이동 가능하게 설치되며 광경화성 수지가 순차적으로 적층되어 형성된 조형물이 부착되는 조형물 부착부재(122)를 구비한다. 즉, 조형대(120)는 조형대 이송부(130)에 연결되며 측면프레임(112)에 구비되는 조형대 안내부재(113)에 설치된다. 이에 따라 조형대 이송부(130)에 의해 조형대(120)는 조형대 안내부재(113)를 따라 승강될 수 있다.

또한, 조형대(120)의 하면에는 조형물이 부착되는 조형물 부착부재(122)를 구비하며, 조형대(120)의 승강에 따라 조형물 부착부재(122) 또는 조형물 부착부재(122)에 적층되어 형성된 조형물의 일부분은 조형시트(140)에 도포되는 광경화성 수지에 접촉 또는 이격된다.

한편, 조형대(120)의 일측면에는 조형대 이송부(130)에 결합되어 조형대 이송부(130)로부터의 구동력을 전달받는 구동력 전달부재(124)를 구비할 수 있다.

조형대 이송부(130)는 조형물 부착부재(122)에 광경화성 수지가 순차적으로 적층됨에 따라 조형대(120)를 조형시트(140)로부터 인접 또는 이격되도록 이송시킨다.

한편, 조형대 이송부(130)는 조형대 구동원(132)에 연결되어 회전되는 리드 스크류(134)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 리드 스크류(134)는 조형대(120)의 일측면에 구비되는 구동력 전달부재(124)에 결합되며, 리드 스크류(134)의 회전에 의해 구동력 전달부재(124)를 구비하는 조형대(120)는 리드 스크류(134)를 따라 승강될 수 있다.

또한, 조형대 구동원(132)은 조형대(120)의 승강 및 승강 거리를 용이하게 제어할 수 있도록 스태핑 모터로 이루어질 수 있다.

한편, 조형대 구동원(132)은 제어부(230)에 연결되며, 제어부(230)에 의해 조형대 구동원(132)이 제어되어 조형대(120)의 승강 거리를 조절할 수 있다.

조형시트(140)는 조형대(120)의 이동에 따라 조형대(120)와 인접 또는 이격되도록 배치되며, 광경화성 수지가 도포된다. 즉, 조형시트(140)는 조형대(120)의 하부에 배치되도록 수지공급부(150)에 양단이 고정 설치되며, 조형대(120)의 승강에 따라 조형대(120)에 구비되는 조형물 부착부재(122) 또는 조형물 부착부재(122)에 적층되어 형성된 조형물의 일부분이 조형시트(140)와 접촉 또는 이격된다.

한편, 조형시트(140)는 조형시트(140)에서 경화된 광경화성 수지가 조형시트(140)에서 용이하게 분리되어 조형물 부착부재(122) 또는 이에 먼저 적층된 조형물 일부에 부착될 수 있도록 표면에 테프론(Teflon), 나일론(Nylon), 투명 파이버(Transparant fiber), 폴리에스테르 중 하나 이상이 코팅될 수 있다.

더하여, 조형시트(140)는 유리 또는 아크릴과 같이 광조사부(210)에서 조사된 광이 조형시트(140)를 투과할 수 있도록 광투과성 재질로 이루어질 수도 있다.

수지공급부(150)는 조형시트(140)에 복수 재질의 광경화성 수지가 도포될 수 있도록 복수개의 수지공급수단(154)을 구비한다. 이를 보다 자세하게 살펴보면, 수지공급부(150)는 베이스유닛(152), 수지공급수단(154), 및 구동수단(156)을 구비할 수 있다.

베이스유닛(152)은 수지공급수단(154)의 이동시 수지공급수단(154)의 이동 경로를 안내하는 가이드부재(152a)를 구비한다. 한편, 베이스유닛(152)은 하부프레임(111)의 양측에 서로 마주보도록 고정 설치되는 한쌍의 베이스부재(152b)와, 베이스부재(152b)에 설치되는 가이드부재(152a)를 구비할 수 있다.

즉, 수지공급수단(154)는 구동수단(156)에 의해 베이스부재(152b)의 사이를 가이드부재(152a)를 따라 이동할 수 있다.

또한, 베이스부재(152b)의 상부측에는 조형시트(140)의 양단부가 고정설치될 수 있다. 즉, 베이스부재(152b)의 사이를 이동하는 수지공급수단(154)에 의해 조형시트(140)에 광경화성 수지가 도포될 수 있도록 조형시트(140)는 베이스부재(152b)의 상부측에 설치될 수 있다.

한편, 베이스유닛(152)은 베이스부재(152b)에 설치되어 수지공급수단(154)이 베이스위치로 복귀되었는지를 감지하기 위한 감지센서(152c)를 더 구비할 수 있다.

다만, 감지센서(152c)는 베이스부재(152b)에 설치되는 경우에 한정되지 않으며, 수지공급수단(154)의 위치를 감지할 수 있는 어떠한 위치에도 설치 가능할 것이다. 예를 들어, 감지센서(152c)는 조형대(120)의 저면에 설치되는 거리감지센서일 수 있다.

또한, 감지센서(152c)는 제어부(230)에 연결되며, 감지센서(152c)로부터 감지된 신호는 제어부(230)로 송출될 수 있다.

수지공급수단(154)은 조형시트(140)에 복수 재질의 광경화성 수지를 도포하도록 가이드부재(152a)를 따라 이동 가능하게 설치된다.

즉, 수지공급수단(154)은 가이드부재(152a)를 따라 이동되어 조형시트(140)에 제1 광경화성 수지를 도포하는 제1 수지공급유닛(160)과, 제1 수지공급유닛(160)이 베이스 위치에 위치하는 경우 이동되어 조형시트(140)에 제2 광경화성 수지를 도포하는 제2 수지공급유닛(170)을 구비한다.

제1 수지공급유닛(160)의 베이스 위치는 도 1의 좌측에 도시된 베이스부재(152b)에 인접하게 배치되는 위치를 말하며, 제2 수지공급유닛(170)의 베이스 위치는 도 1의 우측에 도시된 베이스부재(152b)에 인접하게 배치되는 위치를 말한다.

즉, 제1 수지공급유닛(160)은 제1 수지공급유닛(160)의 베이스 위치와 제2 수지공급유닛(170) 사이에서 이동되며, 제2 수지공급유닛(170)은 제2 수지공급유닛(170)의 베이스 위치와 제1 수지공급유닛(160) 사이에서 이동된다.

제1 수지공급유닛(160)은 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 광경화성 수지가 수용되는 제1 수지저장탱크(162), 제1 수지저장탱크(162)에 설치되어 조형시트(140)가 제1 수지저장탱크(162)에 유입되어 제1 광경화성 수지에 침지된 후 유출되도록 조형시트(140)를 안내하는 안내롤(164)을 구비할 수 있다.

제1 수지저장탱크(162)는 양측에 조형시트(140)가 유출입되는 제1 개구부(162a)와, 제2 개구부(162b)를 구비한다. 즉, 조형시트(140)는 제1,2 개구부(162a,162b)를 통해 제1 수지저장탱크(162)의 내부로 인입 또는 제1 수지저장탱크(162)로부터 인출될 수 있다.

또한, 제1 수지저장탱크(162)는 안내롤(164)이 장착되는 장착부(162c)를 구비할 수 있다. 즉, 안내롤(164)은 장착부(162c)의 하단부에 회전 가능하게 장착되어 제1,2 개구부(162a,162b)를 통해 유출입되는 조형시트(140)를 안내하는 역할을 수행한다.

즉, 제1 수지저장탱크(162)가 가이드부재(152a)를 따라 이동되는 경우 조형시트(140)는 제1 수지저장탱크(162)에 유입되어 제1 수지저장탱크(162)의 내부에 수용되는 제1 광경화성 수지에 침지된 후 제1 수지저장탱크(162)로부터 유출될 수 있다.

한편, 제1 수지공급유닛(160)은 제1 수지저장탱크(162)에 설치되며, 제1 수지저장탱크(162)가 베이스 위치로부터 제2 수지저장탱크(172) 측으로 이동시 제1 경화성 수지에 침지된 후 유출되는 조형시트(140)의 일면에 도포된 제1 경화성 수지를 제거하는 제1 수지제거부재(165)와, 제1 수지저장탱크(162)가 제2 수지저장탱크(172) 측으로부터 베이스 위치로 이동하는 경우 조형시트(140)의 양면에 도포된 제1 광경화성 수지를 제거하는 제2 수지제거부재(166)를 더 구비할 수 있다.

즉, 제1 수지제거부재(165)는 제1 개구부(162a)에 인접하게 배치되도록 제1 수지저장탱크(162)에 설치된다. 또한, 제1 수지제거부재(165)는 제1 수지저장탱크(162)로 유입되어 유출되는 조형시트(140)의 저면에 도포된 제1 광경화성 수지를 제거하는 역할을 수행한다.

한편, 제2 수지제거부재(166)는 제1 광경화성 수지에 침지된 후 제2 개구부(162b)로 유출되는 조형시트(140)의 양면에 도포된 제1 광경화성 수지를 제거하도록 제1 수지저장탱크(162)의 내부공간에 설치된다.

이에 따라, 제1 수지저장탱크(162)가 베이스 위치로 복귀한 경우 조형시트(140)에는 제1 광경화성 수지가 잔류하지 않을 수 있다.

한편, 제2 수지공급유닛(170)은 상기한 제1 수지공급유닛(160)과 동일한 구성요소를 가지며, 단지 제1 수지공급유닛(160)과 비교하여 각각의 구성요소가 서로 반대방향에 위치하는 것만이 제1 수지공급유닛(160)과 차이가 있다. 따라서, 제2 수지공급유닛(170)에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

그리고, 제1 수지공급유닛(160)과 제2 수지공급유닛(170)에 의해 조형시트(140)에 도포되는 제1,2 광경화성 수지는 예를 들어, 전도성 수지와 비전도성 수지일 수 있다.

즉, 고속 적층식 광조형 장치(100)에 의해 제조되는 조형물은 일예로서, 회로기판(PCB)일 수 있다. 이와 같이 예를 들어, 전도성 수지와 비전도성 수지인 제1,2 광경화성 수지에 의해 회로기판을 제작하는 경우 전도성 수지인 제1 광경화성 수지의 경화에 의해 형성된 부분은 주 매질로 사용되어 각 패턴 사이의 절연기능을 수행하며, 전도성 수지인 제2 광경화성 수지의 경화에 의해 형성된 부분은 기판의 패턴을 형성하게 된다.

또한, 제1 수지공급유닛(160)과 제2 수지공급유닛(170)에 의해 조형시트(140)에 도포되는 제1,2 경화성 수지는 경질 수지와 연질 수지일 수 있다.

즉, 고속 적층식 광조형 장치(100)에 의해 제조되는 조형물은 일예로서, 리모콘 하우징일 수 있다. 이와 같이 경질 수지와 연질 수지인 제1,2 광경화성 수지에 의해 리모콘 하우징을 제작하는 경우 경질 수지인 제1 광경화성 수지에 의해 형성되는 부분은 하우징 본체이며, 연질 수지인 제2 광경화성 수지에 의해 형성되는 부분은 리모콘 하우징에 구비되는 버튼일 수 있다.

그리고, 경질 수지와 연질 수지로 이루어지는 칫솔의 칫솔대와 칫솔모 등도 경질 수지와 연질 수지로 이루어지는 제1,2 광경화성 수지에 의해 제조될 수 있을 것이다.

한편, 제1,2 광경화성 수지는 상기한 전도성 수지와 비전도성 수지, 경질 수지와 연질 수지로 이루어지는 경우에 한정되지 않으며, 다른 특성을 나타내는 두 재질로 이루어질 수 있다.

한편, 수지공급부(154)는 조형물 부착부재(122) 또는 조형물 부착부재(122)에 적층되어 형성된 조형물의 주위에 배치되는 제1,2 광경화성 수지 중에서 광조사부(210)에 의해 조사된 광에 의하여 경화되지 않고 잔류하는 제1,2 광경화성 수지를 회수하는 수지회수수단(180)을 더 구비할 수 있다.

수지회수수단(180)은 제1,2 수지공급유닛(160,170)에 설치되어 잔류하는 제1,2 광경화성 수지를 흡입하는 제1,2 흡입노즐(182b,184b)을 포함하여 구성될 수 있다.

이에 대하여 보다 자세하게 살펴보면, 수지회수수단(180)은 제1,2 수지공급유닛(160,170)에 설치되는 제1,2 수지회수수단(182,184)를 구비할 수 있다.

제1 수지회수수단(182)은 제1 광경화성 수지를 흡입할 수 있도록 흡입력을 제공하는 제1 흡입펌프(182a)와, 제1 흡입펌프(182a)에 연결되며 조형물 부착부재(122) 또는 또는 조형물 부착부재(122)에 적층되어 형성된 조형물의 주위에 배치되는 경화되지 않고 잔류하는 제1 광경화성 수지를 회수하는 제1 흡입노즐(182b), 및 일단이 제1 흡입노즐(182b)에 연결되고 타단이 제1 수지저장탱크(162)에 연결되어 제1 흡입노즐(182b)로부터 흡입된 제1 광경화성 수지가 제1 수지저장탱크(162)로 유입되도록 제1 광경화성 수지의 유동 경로를 제공하는 제1 순환배관(182c)을 구비할 수 있다.

한편, 제1 흡입노즐(182b)은 조형대(120)의 하강시 조형대 부착부재(122)에 인접 배치되도록 제1 수지저장탱크(162)로부터 끝단부가 돌출되도록 설치되며, 제1 수지저장탱크(162)가 광조사부(210)의 광 조사 후 베이스 위치로 복귀시 조형물 부착부재(122) 또는 조형물 부착부재(122)에 적층되어 형성된 조형물의 주위에 잔류하는 경화되지 않은 제1 광경화성 수지를 흡입한다.

또한, 제1 흡입노즐(182b)에 의해 흡입된 제1 광경화성 수지는 제1 순환배관(182c)을 통해 다시 제1 수지저장탱크(162)로 유입될 수 있다.

한편, 제2 수지회수수단(184)는 제1 수지회수수단(182)과 동일한 구성을 구비하고 있으며, 단지 제1 수지회수수단(182)과 비교하여 각각의 구성요소가 서로 반대방향에 위치하는 것만이 제1 수지회수수단(182)과 차이가 있다. 따라서, 제2 수지회수수단(184)에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

구동수단(156)은 조형시트(140)에 광경화성 수지가 도포되도록 수지공급수단(154)을 이동시킨다. 한편, 구동수단(156)은 제1 수지공급유닛(160)을 구동시키는 제1 구동유닛(190)과 제2 수지공급유닛(170)을 구동시키는 제2 구동유닛(200)을 구비할 수 있다.

제1,2 구동유닛(190,200)은 구동력을 발생시키는 제1,2 구동모터(미도시)와, 구동모터에 연결되는 제1,2 구동풀리(192,202)와, 제1,2 구동풀리(192,202)에 연결되어 회전되는 제1,2 종동풀리(194,204)와, 제1,2 구동풀리(192,202)와 제1,2 종동풀리(194,204)에 권취되어 무한궤도 운동하는 제1,2 구동부재(196,206)를 구비할 수 있다.

한편, 제1 구동부재(196)는 제1 수지공급유닛(160)의 제1 수지저장탱크(162)에 연결되는데, 이를 위해 제1 수지저장탱크(162)에는 체결구(162d)를 구비할 수 있다.

즉, 제1 구동부재(196)는 체결구(162d)에 고정 설치되며, 이에 따라 제1 구동부재(196)의 구동시 제1 수지저장탱크(162)는 제1 구동부재(196)와 함께 이동할 수 있다.

또한, 제2 구동부재(206)는 제2 수지공급유닛(170)의 제2 수지저장탱크(172)에 연결되는데, 이를 위해 제2 수지저장탱크(172)에도 체결구(172d)를 구비할 수 있다. 즉, 제2 구동부재(206)는 체결구(172d)에 연결되어 제2 수지저장탱크(172)가 제2 구동부재(206)와 함께 이동할 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 제1,2 구동수단(156)이 구동풀리(192,202), 종동풀리(194,204), 및 벨트로 이루어진 제1,2 구동부재(196,206)로 구성되는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 제1,2 수지저장탱크(162,172)를 이동시킬 수 있는 어떠한 구성도 채용 가능할 것이다.

광조사부(210)는 조형시트(140)에 도포된 광경화성 수지를 미리 설정된 형상으로 경화시키도록 광을 조사한다.

광조사부(210)에 대하여는 도 3을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

광조사부(210)는 일예로서, 광원(211)과, 상기 광원(211)에서 조사된 광에 포함된 열을 차단하는 열차단필터(212)와, 상기 열차단필터(212)를 통과한 광을 균일하게 변환시키는 광도파로(213)와, 상기 광도파로(213)를 통과한 광의 자외선을 증폭하는 자외선증폭필터(214)와, 상기 자외선증폭필터(214)를 통과한 광을 영상칩(216a)의 크기에 맞게 확산하고 직선광으로 변환시키는 콘덴서렌즈(215)와, 제어부(230)에서 송출된 영상신호에 따라 디지털 영상신호가 결상되며 상기 영상칩(216a)을 구비하는 디지털영상부(216)와, 상기 콘덴서렌즈(215)를 통과한 광을 상기 디지털영상부(216) 측으로 반사시키는 반사부(217)와, 상기 반사부(217)에 의해 상기 디지털영상부(216)로부터 출력되는 디지털 영상으로 조형되는 조형물의 표면 거칠기를 낮추거나 단면을 부드럽게 하기 위하여 미세이동이 가능하도록 구성된 투과성렌즈(218)와, 상기 투과성렌즈(218)를 통과한 광을 확대 투영시키는 확대용렌즈(219)와, 상기 확대용 렌즈(219)로부터 나오는 광을 최종적으로 방출하는 방출부(220)를 포함하여 구성될 수 있다.

이러한 광조사부(210)의 구성은 기능의 개선 또는 간소화를 위하여 일부 구성의 생략 또는 추가가 가능하다.

이때, 상기 투과성렌즈(218)을 미세 이동시키기 위하여 피에조 액추에이터 등 미세 구동기가 사용될 수 있으며, 이러한 투과성렌즈(218)의 미세 이동은 제어부(230)에 의해 제어될 수 있다.

상기 광원(211)은 광경화성 수지의 경화가 가능한 파장의 광을 송출할 수 있다면, LED(Light- emitting diode), LD(Laser diode), 제논램프, 할로겐 램프, 자외선 램프, 적외선 램프 등 그 종류는 특별히 제한되지 않는다. 즉, 상기 광원(211)의 종류는 광경화성 수지의 종류에 따라 결정될 수 있다.

또한, 상기 디지털영상부(216)에 구비되는 영상칩(216a)은 DMD(digital micromirror device), LCOS(liquid crystal on silicon), LCD(liquid crystal display)중 어느 하나인 것으로 구성될 수 있다.

그리고, 상기 반사부(217)는 TIR 프리즘, RTIR 프리즘, 반사형 밀러 중 하나로 이루어질 수 있으며 상기 콘덴서렌즈(215)로부터의 광이 상기 영상칩(216a)에서 반사되도록 구성될 수 있다. 그러나, 이와는 달리 상기 광조사부(210)는 반사부(217)의 구성없이 콘덴서렌즈(215)로부터 직접 영상칩(216a)에 반사되도록 광을 조사하여 상기 디지털영상부(216)에서 디지털 영상신호를 결상하도록 할 수 있다.

또한, 상기 확대용렌즈(219)는 일반적인 렌즈를 사용할 수도 있으나, 더욱 세밀한 조형을 위해서 텔레센트릭(Telecentric) 렌즈를 사용하는 것도 가능하다.

한편, 고속 적층식 광조형 장치(100)는 한 층씩 적층하며 조형을 하는 방식이기 때문에 적층된 표면이 계단 모양으로 나타나게 되는 것이 문제가 될 수 있다. 또한, 영상칩(216a) 자체가 픽셀의 형태로 ON, OFF를 통해서 영상 이미지를 만들기 때문에 단면의 형상 자체도 계단식의 형태로 나타나게 된다. 이러한 문제는 조형물이 소형일 경우에도 발생하지만, 대형 조형물을 제작할 경우 큰 문제로 부각된다.

이와 같이 조형물 단면 형상이 계단식으로 나타나는 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 고속 적층식 광조형 장치(100)는 피에조 액추에이터 등 미세구동장치를 이용하여 투과성 렌즈(218)를 미세 이송시키는 방식의 영상 보정을 채택할 수 있다.

즉, 피에조 액추에이터(미도시) 등 미세 구동장치가 결합된 투과성렌즈(218)를, 영상칩(216a)에 구비된 픽셀의 절반에 해당하는 크기 정도로 상하, 좌우 또는 상하좌우로 움직여 영상칩(216a)의 픽셀과 픽셀의 사이에 가상의 픽셀이 더 있는 것처럼 보이도록 이동시킬 수 있다.

이와 같이, 투과성렌즈(218)를 영상칩(216a)에 구비된 픽셀의 절반 크기정도로 상하, 좌우 또는 상하좌우로 이동시킴으로써, 영상칩(216a)으로부터의 디지털 영상신호에 대응하는 광의 위치를 투과성렌즈(218)에 의해 이동시킬 수 있게 되어 영상칩(216a)으로 들어가는 단면 데이터를 보정해 줄 수 있게 된다. 따라서, 잔상 현상을 이용하지 않으면서 더욱 세밀하고 부드러운 단면 영상을 얻을 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 고속 적층식 광조형 장치(100)는 디지털영상부(216)를 통과한 광의 광량을 일정하게 하기 위하여 상기 영상칩(216a)에 결상되는 디지털 영상신호의 명암 또는 색을 부분적으로 변화시키도록 구성될 수 있으며, 이러한 영상칩(216a)의 제어는 제어부(230)에 의해 수행될 수 있다.

구체적으로, 도 3 및 도 4를 참조하면, 광조사부(210)에서 조사되는 빛의 광량(10a)은 영상칩(216a)의 특성에 따라 부분적으로 달라진다. 예를 들어, 영상칩(216a)으로 DMD를 사용하는 경우 도 4에 도시된 바와 같이 양측 모서리 부분의 광량이 중앙부보다 적다는 특성을 갖게 된다.

이와 같이, 영상칩(216a)으로부터 나오는 빛의 광량(10a)이 일정하지 않는 경우 낮은 광량을 갖는 부분에 대응하는 조형시트(140) 부분에서는 광경화성 수지의 경화가 충분히 이루어지지 않을 수 있다. 따라서, 영상칩(216a) 전체적으로 광량을 일정하게 할 필요가 있다.

따라서, 영상칩(216a)에서 빛의 광량이 낮은 부분을 기준으로 하여 조사할 형상의 단면 데이터(10b)의 해당부분의 광량을 감소시키게 되면, 실제 조사하는 광량(10c)은 영상칩(216a) 전체적으로 균일하게 된다.

이를 위하여, 조형 시작 이전에 광조사부(210)에서 조사되는 빛의 광량(10a)을 광량측정기로 스캔하여, 스캔한 측정데이터를 조형될 형상의 단면 데이터(10b)에 입력하여 보정함으로써, 조형물 제작시 조사하는 광량(10c)을 동일하게 함으로써 균일한 광량의 광을 조사하여 더 높은 정밀도를 가진 조형물을 얻을 수 있게 된다.

한편, 고속 적층식 광조형 장치(100)에 의해 조형될 조형물 형상이 큰 경우 또는 세밀한 형상의 조형물을 생성하는 경우에는 조형물을 일정 개수로 분할하여 영상데이터(영상신호)를 얻는 것도 가능하다.

즉, 제어부(230)는 광조사부(210)가 조형물의 분할 형상에 각각 상응하는 광을 조형물의 분할 개수만큼 복수회 조사하도록 제어하고, 광조사부(210)에서 조사된 광을 상기 조형시트(140)로 반사시키는 반사경(240)이 조형물의 분할 형상의 위치에 대응하는 상기 조형시트(140)의 위치에 광이 조사될 수 있도록 틸팅되도록 제어할 수 있다.

예를 들어, 도 5에 도시된 형상을 갖는 조형물의 영상데이터(PD)를 도 6에 도시된 바와 같이 4개의 분할 영상데이터(PD1, PD2, PD3, PD4)로 분할하여 조형하는 것도 가능하다.

즉, 도 6에서와 같이 4개의 분할 영상테이터를 갖는 경우 영상칩(도 3의 216a)에 제1 부분(20a)에 해당하는 영상신호를 제공하고, 반사경(240)의 틸팅위치를 제어하여 광조사부(210)에서 조사되는 광이 반사경(240)을 통해 반사되어 제1 부분(20a)에 해당하는 조형시트(140) 부분에 경화가 이루어지도록 할 수 있다.

순차적으로, 제2 부분(20b), 제3 부분(20c) 및 제4 부분(20d)에 대응하도록 영상칩(216a)에 분할 영상데이터를 전송하고 반사경(240)의 틸팅을 조정하는 것을 제어부(230)를 통하여 수행함으로써 조형물의 한 층을 형성할 수 있게 된다. 이러한 적층 작업을 반복하여 완성된 조형물을 얻을 수 있게 된다.

이와 같이, 조형물의 한 층을 형성하기 위하여 4개로 분할하는 경우 1/4에 해당하는 부분에 대한 영상데이터를 영상칩(216a) 전체에서 표현하게 되므로, 영상칩(216a)에 구비된 동일한 픽셀의 수를 4배로 확대하는 효과가 있게 된다.

참고로, 도 6의 경우에는 정면에서 바라볼 때 4개의 형상으로 분할한 경우를 도시하였지만, 분할의 방향은 적층되는 방향을 기준으로 하여 다양하게 변경가능하다.

이와 같이, 조형물의 영상데이터를 다수개(예를 들어, 4개)로 분할하게 되면 분할하지 않고 조형하는 경우에 비해, 동일한 크기의 조형물을 생성할 때(크기가 동일한 조형물을 4개의 부분으로 분할하여 조형)에는 더 높은 정밀도(해상도)(4배의 정밀도)를 갖게 될 수 있다.

마찬가지로, 동일한 해상도를 갖는 조형물을 조형할 때에는 작은 크기로 분할된 조형물을 합하는 효과를 갖기 때문에 더 큰 크기(4배의 크기)로 조형물을 제작할 수 있다는 이점이 있게 된다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 적층식 광조형 장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 광경화성 수지가 광조사부(210)에 의해 경화된 후 조형대(120)에 적층되어 형성된 조형물의 각각의 층에 잉크를 분사 또는 도포함으로써 조형물을 채색하는 채색부(250)를 더 포함할 수 있다.

즉, 고속 적층식 광조형 장치(100)는 광경화성 수지가 경화되어 조형대(120)에 적층된 조형물에 색상을 형성하게 된다. 일 예로서, 이러한 채색부(250)는 다수의 칼라 잉크를 보유하는 잉크젯 분사장치로 이루어질 수 있다.

이에 대하여 보다 자세하게 살펴보면, 채색부(250)는 다양한 칼라의 색상의 잉크를 저장하는 저장부(252)와, 저장부(252)에 수용된 잉크를 분사하는 분사노즐(254)을 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 채색부(250)는 조형물 한 층의 적층이 완료될 때마다 조형물의 각 층 상부에 잉크를 도포하게 된다.

한편, 도 2에서는 채색부(250)가 제1 수지저장탱크(162)에 설치되는 것으로 도시되고 있으나, 각 층의 적층이 이루어진 조형물의 상부에 잉크의 도포가 가능한 위치라면 설치위치는 한정되지 않는다.

더하여, 조형물의 각 층 위치에 잉크의 분사가 가능하도록 채색부(250)가 조형물의 상면을 좌우 또는 전후방향으로 이송되도록 구성하는 것도 가능할 것이다.

이와 같이, 채색부(250)를 구비함으로써 조형물에 다양한 색상을 부여하는 것이 가능해진다. 즉, 각 층에 색상을 달리하여 잉크를 분사하거나 도포할 수도 있고, 하나의 층에 여러가지 색상의 잉크를 분사 또는 도포하여 다양한 색상의 조형물을 얻는 것이 가능할 것이다.

이하에서는 도면을 참조하여 도 1에 도시된 고속 적층식 광조형 장치의 작용에 대하여 설명하기로 한다.

다만, 상기한 실시예에서 설명한 구성요소에 대한 도면부호는 상기와 동일한 도면부호를 사용하여 설명하기로 한다.

도 7 내지 도 도 17은 도 1에 도시된 고속 적층식 광조형 장치의 작용을 순차적으로 도시한 단면도이다.

도 7을 참조하면, 가동 준비 상태에서 조형대(120)는 조형물 부착부재(122)가 조형시트(140)으로부터 이격된 상태에 배치되도록 위치되고, 제1 수지공급유닛(160)과, 제2 수지공급유닛(170)은 베이스 위치에 배치된다.

이와 같은 상태에서 작업자에 의해 광조형 장치(100)가 구동되면, 일예로서, 도 8 내지 도17에 도시된 순서로 순차적으로 광조형 장치(100)가 구동된다.

이후, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 수지공급유닛(160)이 베이스 위치로부터 제2 수지공급유닛(170) 측으로 이동한다. 이때 제1 구동모터(미도시)에 의해 구동풀리(192)와 종동풀리(194)에 권취된 제1 구동부재(196)가 구동되고, 이에 따라 제1 구동부재(196)에 설치된 제1 수지저장탱크(162)가 이동된다.

이와 같이, 제1 수지저장탱크(162)가 이동되면, 조형시트(140)는 제1 수지저장탱크(162)에 수용된 제1 광경화성 수지에 침지된 후 제1 수지저장탱크(162)로부터 유출된다.

이에 따라, 조형시트(140)의 상면에는 제1 광경화성 수지가 도포된다. 이를 도 2를 참조하여 보다 자세하게 살펴보면, 제1 수지저장탱크(162)가 도 2의 좌측에서부터 우측으로 이동되면, 조형시트(140)는 제1 수지저장탱크(162)의 제2 개구부(162b)로 인입되어 안내롤(164)에 의해 안내된 후 제1 개구부(162a)로 유출된다.

이때, 조형시트(140)의 저면에 도포된 제1 광경화성 수지는 제1 수지제거부재(165)에 의해 제거된다. 이에 따라, 조형시트(140)의 상면에만 제1 광경화성 수지가 도포되어 제1 수지저장탱크(162)로부터 유출될 수 있다.

이와 같이, 조형시트(140)에 제1 광경화성 수지의 도포가 완료되면, 도 9에 도시된 바와 같이, 조형대(120)의 조형물 부착부재(122)가 조형시트(140)에 도포된 제1 광경화성 수지에 접촉되도록 조형대(120)가 하강한다.

이때, 조형대(120)는 조형대 구동원(132)의 구동에 의해 하강될 수 있다. 즉 조형대 구동원(132)의 구동에 따라 리드 스크류(134)가 회전되고, 이에 따라 구동력 전달부재(124)를 통해 리드 스크류(134)에 연결된 조형대(120)가 하강한다.

조형대(120)의 하강이 완료되면, 도 10에 도시된 바와 같이 조형시트(140)에 도포된 제1 광경화성 수지를 미리 설정된 형상으로 경화시키도록 광조사부(210)로부터 광이 조사된다. 이와 같이 광조사부(210)의 광 조사로 인하여 조형시트(140)에 도포된 제1 광경화성 수지가 광에 대응하는 부분에서는 경화되어 조형물 부착부재(122)에 부착되고 광이 조사되지 않는 부분에서는 액체 상태로 잔류하게 된다.

한편, 이때 조형물 부착부재(122)에는 액체 상태의 제1 광경화성 수지가 부착될 수 있다.

광조사부(210)에 의한 광 조사가 완료되면, 도 11에 도시된 바와 같이, 조형대(120)가 소정거리 상승한다. 즉, 제1 수지저장탱크(162)가 베이스 위치로 이동시 조형물 부착부재(122)에 부착된 경화된 조형물과 수지회수수단(180)과의 간섭을 방지하기 위하여 조형대(120)가 상부측으로 이동된다.

이후, 제1 수지저장탱크(162)가 도 12에 도시된 바와 같이, 베이스 위치로 이동된다. 제1 수지저장탱크(162)의 베이스 위치로의 복귀 여부는 감지센서(152c)에 의해 감지된 신호에 따라 제어부(230)가 판단한다.

한편, 제1 수지저장탱크(162)가 베이스 위치로 이동되면, 조형시트(140), 및 조형물 부착부재(122)에 잔존하는 제1 경화성 수지는 제2 수지제거부재(166, 도 2 참조)와 수지회수수단(180)을 통해 제거된다.

이에 대하여 도 2와 도 12를 참조하여 보다 자세하게 살펴보면, 제1 수지저장탱크(162)가 제2 수지저장탱크(162) 측으로부터 베이스 위치로 이동되면, 조형시트(140)는 제1 수지저장탱크(162)의 제1 개구부(162a)로 유입된 후 제2 개구부(162b)로 유출된다.

이때, 제2 개구부(162b)로 유출되는 조형시트(140)에 도포된 제1 광경화성 수지는 제2 수지제거부재(166)를 통해 제거된다.

한편, 상기에서 살펴본 바와 같이, 제1 광경화성 수지에 접촉하는 조형물 부착부재(122)에는 액체 상태의 제1 광경화성 수지가 부착될 수 있는데, 이와 같이 조형물 부착부재(122)에 부착된 액체 상태의 제1 경화성 수지는 수지회수수단(180)에 의해 제거된다.

즉, 제1 수지저장탱크(162)가 조형물 부착부재(122)의 하부를 통과할 때 제1 수지회수수단(182)의 제1 흡입펌프(182a)가 구동된다. 이에 따라, 제1 흡입노즐(182b)를 통해 조형물 부착부재(122)에 부착된 액체 상태의 제1 광경화성 수지가 흡입된다. 이후 제1 광경화성 수지는 제1 순환배관(182c)을 통해 다시 제1 수지저장탱크(162)로 유입된다.

이와 같이 제1 수지저장탱크(162)가 베이스 위치로 복귀하면, 조형물 부착부재(122)에는 경화된 제1 광경화성 수지에 의해 형성된 조형물만이 부착된 상태가 된다.

이후, 제2 광경화성 수지를 통해 조형물을 형성하고자 하는 경우, 도 13에 도시된 바와 같이, 제2 수지저장탱크(172)가 베이스 위치로부터 제1 수지저장탱크(162) 측으로 이동된다.

이에 따라, 조형시트(140)의 상면에는 제2 광경화성 수지가 도포된다. 이와 같이 제2 광경화성 수지가 도포되는 메카니즘은 제1 광경화성 수지가 도포되는 경우와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

제2 광경화성 수지가 조형시트(140)의 상면에 도포되면, 도 14에 도시된 바와 같이, 조형대(120)가 하강한다. 이에 따라, 조형시트(140)에 도포된 제2 광경화성 수지가 조형물 부착부재(122)에 접촉된다.

이러한 상태에서, 도 15에 도시된 바와 같이 조형시트(140)에 도포된 제2 광경화성 수지를 미리 설정된 형상으로 경화시키도록 광조사부(210)로부터 광이 조사된다. 이와 같이 광조사부(210)의 광 조사로 인하여 조형시트(140)에 도포된 제2 광경화성 수지가 광에 대응하는 부분에서는 경화되어 조형물 부착부재(122)에 부착되고, 광이 조사되지 않은 부분에서는 액체 상태로 잔류하게 된다.

한편, 조형물 부착부재(122) 또는/및 경화된 제1 광경화성 수지에 액체 상태의 제2 광경화성 수지가 부착될 수 있다.

광조사부(210)에 의한 광 조사가 완료되면, 도 16에 도시된 바와 같이 조형대(120)가 소정거리 상승한다. 즉, 제2 수지저장탱크(172)가 베이스 위치로 이동시 조형물 부착부재(122) 또는/및 경화된 조형물과 수지회수수단(180)과의 간섭을 방지하기 위하여 조형대(120)는 상부측으로 이동된다.

조형대(120)의 상부측으로의 이동시 완료되면, 도 17에 도시된 바와 같이 제2 수지저장탱크(172)가 베이스 위치로 이동된다. 한편, 제2 수지저장탱크(172)가 베이스 위치로 이동되면, 조형시트(140), 조형물 부착부재(122), 경화된 조형물에 잔존하는 액체 상태의 제2 광경화성 수지는 제2 수지제거부재(미도시)와 수지회수수단(180)을 통해 제거된다.

이와 같이 제2 광경화성 수지가 제거되는 메카니즘 또한 제1 광경화성 수지가 제거되는 경우와 동일하므로 자세한 설명은 그에 갈음하고 여기서는 생략하기로 한다.

이후, 상기한 작용에 따라 미리 설정된 형상으로 제1,2 광경화성 수지를 순차적으로 적층함으로써, 복수개의 재질로 이루어지는 조형물을 제조할 수 있다.

이때, 경화에 의해 순차적으로 적층되는 층은 제1 광경화성 수지만으로 이루어질 수도 있고, 제2 광경화성 수지만으로 이루어질 수 있으며, 상기한 바와 같이 제1,2 광경화성 수지가 하나의 층을 형성하도록 적층될 수도 있을 것이다.

예를 들어, 제1,2 광경화성 수지가 비전도성 수지과 전도성 수지로 이루어져 제조되는 조형물이 회로기판(PCB)인 경우 일부의 층은 제1 광경화성 수지의 경화에 의해 형성될 수 있으며, 다른 일부의 층은 제2 광경화성 수지의 경화에 의해 형성될 수 있으며, 나머지 층은 제1,2 경화성 수지가 하나의 층을 형성하도록 적층될 수도 있을 것이다.

이때, 비전도성 수지로 이루어지는 제1 광경화성 수지는 회로기판의 주 매질을 형성하며, 전도성 수지로 이루어지는 제2 광경화성 수지는 기판의 패턴을 형성할 수 있다.

100 : 고속 적층식 광조형 장치 110 : 본체 프레임
120 : 조형대 130 : 조형대 이송부
140 : 조형시트 150 : 수지공급부
160 : 제1 수지공급유닛 170 : 제2 수지공급유닛
180 : 수지회수수단 190 : 제1 구동유닛
200 : 제2 구동유닛 210 : 광조사부
230 : 제어부

Claims (17)

1. 본체 프레임에 이동 가능하게 설치되며, 광경화성 수지가 순차적으로 적층되어 형성된 조형물이 부착되는 조형대;
   상기 조형대의 이동에 따라 상기 조형대와 인접 또는 이격되도록 배치되며, 광경화성 수지가 도포되는 조형시트;
   상기 조형시트에 복수 재질의 광경화성 수지가 도포될 수 있도록 복수개의 수지공급수단을 구비하는 수지공급부;
   상기 조형시트에 도포된 광경화성 수지를 미리 설정된 형상으로 경화시키도록 광을 조사하는 광조사부; 및
   상기 조형대에 광경화성 수지가 순차적으로 적층됨에 따라 상기 조형대를 상기 조형시트로부터 인접 또는 이격되도록 이송시키는 조형대 이송부;
   를 포함하며,
   상기 수지공급부는, 상기 조형대에 구비되는 조형물 부착부재 또는 상기 조형물 부착부재에 적층되어 형성된 조형물의 주위에 배치되는 광경화성 수지 중에서 상기 광조사부에 의해 조사된 광에 의하여 경화되지 않고 잔류하는 광경화성 수지를 회수하는 수지회수수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고속 적층식 광조형 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 수지공급부는
   상기 수지공급수단의 이동시 상기 수지공급수단의 이동 경로를 안내하는 가이드부재를 구비하는 베이스유닛;
   상기 조형시트에 복수 재질의 광경화성 수지를 도포하도록 상기 가이드부재를 따라 이동 가능하게 설치되는 상기 수지공급수단; 및
   상기 조형시트에 광경화성 수지가 도포되도록 상기 수지공급수단을 이동시키는 구동수단;
   을 구비하는 것을 특징으로 하는 고속 적층식 광조형 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 수지공급수단은
   상기 가이드부재를 따라 이동되어 상기 조형시트에 제1 광경화성 수지를 도포하는 제1 수지공급유닛과, 상기 제1 수지공급유닛이 베이스위치에 위치하는 경우 이동되어 상기 조형시트에 제2 광경화성 수지를 도포하는 제2 수지공급유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 고속 적층식 광조형 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1,2 수지공급유닛은
   상기 제1,2 광경화성 수지가 수용되는 제1,2 수지저장탱크와, 상기 제1,2 수지저장탱크에 설치되어 상기 조형시트가 상기 제1,2 수지저장탱크에 유입되어 상기 제1,2 광경화성 수지에 침지된 후 유출되도록 상기 조형시트를 안내하는 안내롤을 구비하는 것을 특징으로 하는 고속 적층식 광조형 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 제1,2 수지공급유닛은
   상기 제1,2 수지저장탱크에 설치되며 상기 제1,2 수지저장탱크가 베이스 위치로부터 이동시 제1,2 광경화성 수지에 침지된 후 유출되는 상기 조형시트의 일면에 도포된 제1,2 광경화성 수지를 제거하는 제1 수지제거부재; 및
   상기 제1,2 수지저장탱크가 베이스 위치로 이동하는 경우 상기 조형시트의 양면에 도포된 제1,2 광경화성 수지를 제거하는 제2 수지제거부재;
   를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고속 적층식 광조형 장치.
6. 삭제
7. 제3항에 있어서, 상기 수지회수수단은
   상기 제1,2 수지공급유닛에 설치되어 잔류하는 제1,2 광경화성 수지를 흡입하는 제1,2 흡입노즐을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고속 적층식 광조형 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 제1,2 흡입노즐은
   상기 조형대의 하강시 조형대 부착부재에 인접 배치되도록 상기 수지공급수단에 구비되는 제1,2 수지저장탱크로부터 돌출되도록 설치되며,
   상기 제1,2 흡입노즐은 상기 제1,2 수지저장탱크가 상기 광조사부의 광 조사 후 베이스 위치로 복귀시 상기 조형대 부착부재 또는 상기 조형물 부착부재에 적층되어 형성된 조형물의 주위에 잔류하는 경화되지 않은 제1,2 광경화성 수지를 흡입하는 것을 특징으로 하는 고속 적층식 광조형 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 수지회수수단은
   일단이 상기 흡입노즐에 연결되고 타단이 상기 제1,2 수지저장탱크에 연결되어 상기 흡입노즐에 의해 흡입된 제1,2 광경화성 수지가 상기 제1,2 수지저장탱크로 유입되도록 제1,2 광경화성 수지의 유동 경로를 제공하는 순환배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 적층식 광조형 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 광조사부에 의해 경화되어 상기 조형대에 적층된 조형물의 각 층에 잉크를 분사 또는 도포함으로써 조형물을 채색하는 채색부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 적층식 광조형 장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 광조사부는
    광원;
    상기 광원에서 소자된 광을 균일하게 변환시키는 광도파로;
    상기 광도파로를 통과한 광을 영상칩의 크기에 맞게 확산시키고, 직선광으로 변환시키는 콘덴서 렌즈;
    제어부에서 송출된 영상신호에 따라 디지털 영상신호가 결상되며 상기 영상칩을 구비하는 디지털영상부;
    상기 디지털영상부로부터 출력되는 디지털 영상에 해당하는 광을 투과시키는 투과성 렌즈; 및
    상기 투과성 렌즈를 통과한 광을 확대 투영시키는 확대용 렌즈;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 고속 적층식 광조형 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 투과성렌즈는 상기 디지털영상부로부터 출력되는 디지털 영상으로 조형되는 조형물의 단면을 부드럽게 하기 위하여 상기 디지털영상부에 구비되는 영상칩의 픽셀의 절반에 해당하는 크기만큼 좌우, 상하 또는 상하좌우로 이송되며,
    상기 투과성렌즈의 이동은 상기 제어부에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 고속 적층식 광조형 장치.
13. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 디지털영상부를 통과한 광의 광량을 일정하게 하기 위하여 상기 영상칩에 결상되는 디지털 영상신호의 명암 또는 색을 부분적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 고속 적층식 광조형 장치.
14. 제1항에 있어서,
    상기 광조사부에서 조사된 광을 상기 조형시트로 반사시키는 반사경;을 더 포함하며,
    상기 광조사부는 조형물의 분할 형상에 각각 상응하는 광을 조형물의 분할 개수만큼 복수회 조사하도록 제어부에 의해 제어되고,
    상기 반사경은 조형물의 분할 형상의 위치에 대응하는 상기 조형시트의 위치에 광이 조사될 수 있도록 상기 제어부에 의해 틸팅이 이루어지는 것을 특징으로 하는 고속 적층식 광조형 장치.
15. 제1항에 있어서,
    상기 조형시트는 유리 또는 아크릴로 이루어지며,
    상기 조형시트의 표면에는 테프론(Teflon), 나일론(Nylon), 투명 파이버(Transparant fiber), 폴리에스테르 중 하나 이상이 코팅되는 것을 특징으로 하는 고속 적층식 광조형 장치.
16. 제3항에 있어서,
    상기 제1 수지공급유닛에 의해 도포되는 제1 광경화성 수지는 비전도성 수지로 이루어지며, 상기 제2 수지공급유닛에 의해 도포되는 제2 광경화성 수지는 전도성 수지로 이루어져,
    상기 조형대에 부착되어 형성되는 조형물은 회로기판인 것을 특징으로 하는 고속 적층식 광조형 장치.
17. 제3항에 있어서,
    상기 제1 수지공급유닛에 의해 도포되는 제1 광경화성 수지는 연질 수지로 이루어지며, 상기 제2 수지공급유닛에 의해 도포되는 제2 광경화성 수지는 경질 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고속 적층식 광조형 장치.

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