KR101533374B1

KR101533374B1 - Dlp 방식 3d 프린터

Info

Publication number: KR101533374B1
Application number: KR1020140084287A
Authority: KR
Inventors: 김진식
Original assignee: 김진식
Priority date: 2014-07-07
Filing date: 2014-07-07
Publication date: 2015-07-02

Abstract

본 발명은 DLP방식 3D 프린터에 관한 것으로서, 광경화수지가 저장된 수지저장조와; 상기 수지저장조의 하부에 배치되며, 상기 수지저장조로 조형할 성형품의 축방향 단면이미지에 대응되는 광을 조사하는 DLP 프로젝터와; 상기 수지저장조의 바닥으로부터 상방향으로 승강가능하게 구비되며, 하부에 성형품이 조형되는 조형스테이지와; 상기 DLP 프로젝터가 X축방향과 Y축방향으로 이동되도록 상기 DLP 프로젝터를 지지하는 프로젝터이송부와; 상기 성형품에 대한 한 개의 단면이미지를 상기 프로젝터이송부에 의해 상기 DLP 프로젝터가 이송되는 복수개의 조형영역에 대응되게 복수개로 분할하여 상기 DLP 프로젝터로 공급하는 이미지처리부와; 상기 이미지처리부로부터 공급받은 복수개의 분할이미지를 상기 DLP 프로젝터가 이동된 조형영역에 맞추어 공급하고, 상기 DLP 프로젝터가 각 조형영역에서 공급받은 분할이미지를 상기 수지저장조로 투사하도록 상기 이미지처리부와 상기 프로젝터이송부 및 상기 조형스테이지를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

DLP 방식 3D 프린터{DLP TYPE THREE-DIMENTION PRINTER }

본 발명은 3D 프린터에 관한 것으로, 보다 자세히는 단일 DLP 프로젝터의 광조사범위를 넘어서는 대형 크기의 3차원 형상을 해상도를 유지하며 조형할 수 있는 3D 프린터에 관한 것이다.

일반적으로 3차원의 입체 형상을 가진 성형품을 제작하기 위해서는 도면에 의존하여 수작업에 의해 이루어지는 목업(Mock up) 제작방식과 CNC 공작기계에 의한 수치제어식 자동 제작방식 등이 있다. 그러나, 목업(Mock up) 제작방식은 수작업에 의하므로 정교한 형상가공이 어렵고 많은 시간이 소요되며, CNC 공작기계 의한 제작방식은 정교한 수치제어가 가능하지만 공구간섭에 의하여 가공할 수 있는 형상에 제약이 있다.

이에 최근에는 제품의 디자이너 또는 설계자가 3차원 모델링 툴을 통해 설계된 3D 설계도면 데이터를 저장한 컴퓨터를 이용하여 3차원 입체 형상의 성형품을 제작하는 3D 프린터가 등장하였다.

3D 프린터는 광경화수지에 레이져 광을 주사하여 주사된 부분이 경화되는 원리를 이용한 SLA 방식(StereoLithography Apparatus)과, SLA 방식에서 광경화수지 대신에 기능성 고분자 또는 금속분말을 사용하며 레이저 광선을 주사하여 고결시켜 성형하는 원리를 이용한 SLS방식(Slective Laser Sintering)과, FDM방식(Fused Deposition Modeling)과, 광경화수지가 저장된 저장조의 하부로 광을 조사하여 부분적으로 경화되는 원리를 이용한 DLP방식(Digital Light Processing)이 있다.

이 중 DLP 방식의 3D 프린터는 미국특허 US8110135 "PROCESS AND FREEFORM FABRICATION SYSTEM FOR PRODUCING A THREE-DIMENSIONAL OBJECT"에 개시된 바 있다.

도 1은 종래 DLP 방식의 3D 프린터(10)의 구성을 개략적으로 도시한 개략도이다. 도시된 바와 같이 종래 3D 프린터(10)는 광경화수지(A)가 저장된 저장조(13)의 하부로 DLP 프로젝터(11)가 광을 조사한다. 투명소재의 저장조(13)의 내부로 조형스테이지(15)가 삽입된 상태로 위치하고 광이 조사된 영역이 경화되며 스테이지(15) 상에 성형품의 단면형상에 대응되는 경화층이 조형된다. 조형스테이지(15)가 점차 상승하고 경화층이 다층으로 적층되어 입체형상의 성형품이 조형된다.

그런데, 종래 DLP 방식의 3D 프린터(10)는 DLP 프로젝터(11)가 고정되어 있으므로 저장조(13)로 조사하는 광의 범위(L1)가 제한되어 조형될 수 있는 성형품의 크기(L2)가 제한되는 한계가 있었다(L2<L1). 도 2에 도시된 바와 같이 저장조(13)의 바닥면(O)으로 조사되는 성형품(K)의 단면형상(m)의 최대 크기(L2)는 렌즈(11c)를 통해 조사되는 광의 조사범위(L1)로 제한된다.

종래 DLP 방식의 3D 프린터(10)는 DLP 프로젝터(11)의 광학소자의 해상도에 의존하여 성형품이 제조된다. 이에 따라 DLP 프로젝터(11)의 0.1mm 해상도에서 3D 프린터(10)는 100mm*100mm 내외 정도의 단면적 조형이 한계였으며, 그 외 여러 개의 다중 DLP 프로젝터를 이용한 방식들에서도 한 개의 DLP 프로젝터를 사용하는 방식에 비해 성형품의 크기가 2배 내외로 제한되고 상대적으로 비용은 급수적으로 증가하여 상용화되지 못하고 있다.

본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 한 개의 DLP 프로젝터를 이용해 고해상도를 구현하면서도 크기에 제한 없이 성형품을 조형할 수 있는 DLP 방식 3D 프린터를 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

본 발명의 목적은 DLP방식 3D 프린터에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 DLP방식 3D 프린터는 광경화수지가 저장된 수지저장조와; 상기 수지저장조의 하부에 배치되며, 상기 수지저장조로 조형할 성형품의 축방향 단면이미지에 대응되는 광을 조사하는 DLP 프로젝터와; 상기 수지저장조의 바닥으로부터 상방향으로 승강가능하게 구비되며, 하부에 성형품이 조형되는 조형스테이지와; 상기 DLP 프로젝터가 X축방향과 Y축방향으로 이동되도록 상기 DLP 프로젝터를 지지하는 프로젝터이송부와; 상기 성형품에 대한 한 개의 단면이미지를 상기 프로젝터이송부에 의해 상기 DLP 프로젝터가 이송되는 복수개의 조형영역에 대응되게 복수개로 분할하여 상기 DLP 프로젝터 프로젝터로 공급하는 이미지처리부와; 상기 이미지처리부로부터 공급받은 복수개의 분할이미지를 상기 DLP 프로젝터가 이동된 조형영역에 맞추어 공급하고, 상기 DLP 프로젝터가 각 조형영역에서 공급받은 분할이미지를 상기 수지저장조로 투사하도록 상기 이미지처리부와 상기 프로젝터이송부 및 상기 조형스테이지를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 DLP 프로젝터는 광을 조사하는 광원과; 상기 광을 반사하는 미러와; 상기 미러로부터 반사된 광을 상기 수지저장조의 바닥을 향해 조사하는 렌즈와; 상기 광원, 상기 미러 및 상기 렌즈를 수용하는 프로젝터케이싱을 포함하며, 상기 프로젝터이송부는 상기 프로젝터케이싱의 하부에 결합된다.

일 실시예에 따르면, 상기 프로젝터이송부는, 상기 프로젝터케이싱의 하부에 결합되어 상기 프로젝터케이싱을 X축방향으로 이송하는 X축 이송축과; 상기 X축 이송축을 지지하는 이송프레임과; 상기 이송프레임의 하부에 결합되어 Y축 방향으로 상기 이송프레임을 이송하는 Y축 이송축을 포함하며, 상기 X축 이송축과 상기 Y축 이송축은 모터의 구동력에 의해 회전하며 상기 프로젝터케이싱과 상기 이송프레임을 이송한다.

일 실시예에 따르면, 상기 수지저장조를 수평방향에 대해 일정각도 틸팅시키는 틸팅수단이 구비된다.

한편, 본 발명의 목적은 DLP방식 3D 프린터에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 DLP방식 3D 프린터는 광경화수지가 저장된 수지저장조와; 상기 수지저장조의 하부에 배치되며, 상기 수지저장조로 조형할 성형품의 축방향 단면이미지에 대응되는 광을 조사하는 DLP 프로젝터와; 상기 수지저장조의 바닥으로부터 상방향으로 승강가능하게 구비되며, 하부에 성형품이 조형되는 조형스테이지와; 수직하게 형성된 승강축과, 상기 승강축 하부에 구비된 승강모터를 포함하며, 상기 승강모터의 구동에 의해 상기 조형스테이지를 상하로 승강시키는 스테이지승강부와; 상기 조형스테이지가 X축방향과 Y축방향으로 이동되도록 상기 조형스테이지를 지지하는 스테이지이송부와; 상기 성형품의 한 개의 단면이미지를 상기 스테이지이송부에 의해 상기 조형스테이지가 이동되는 복수개의 조형영역에 대응되게 복수개로 분할하여 상기 DLP 프로젝터로 공급하는 이미지처리부와; 상기 이미지처리부로부터 공급받은 복수개의 분할 이미지를 각 조형영역에 대응되게 상기 DLP 프로젝터로 공급하고, 상기 DLP 프로젝터가 각 조형영역에서 공급받은 분할이미지를 상기 수지저장조로 투사하도록 상기 이미지처리부와 상기 스테이지이송부 및 상기 스테이지승강부를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 스테이지이송부는 승강축결합프레임에 의해 상기 스테이지승강부의 승강축에 승강가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 DLP 방식 3D 프린터는 한 개의 DLP 프로젝터를 X축과 Y축으로 이동하여 조형영역을 확장할 수 있다. 이에 의해 DLP 프로젝터가 구현하는 해상도를 유지하면서 조형할 수 있는 성형품의 크기를 수지저장조의 면적만큼 확장할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 DLP 방식 3D 프린터는 성형품의 높이별 단면변화에 의해 선택적으로 광을 조사할 수 있어 조형시간이 길지 않고, 성형품의 크기에 맞는 다양한 크기의 수지저장조를 사용하여 고가의 광경화수지의 소모량을 줄일 수 있다.

도 1은 종래 DLP 방식 3D 프린터의 구성을 개략적으로 도시한 개략도,
도 2는 종래 DLP 방식 3D 프린터가 성형품의 단면이미지를 해석하는 해석모형을 도시한 예시도이고,
도 3은 본 발명에 따른 DLP 방식 3D 프린터의 구성을 개략적으로 도시한 개략도,
도 4는 본 발명에 따른 DLP 방식 3D 프린터의 모듈구동부의 구성을 도시한 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 DLP 방식 3D 프린터가 성형품의 단면이미지를 해석하는 해석모형을 도시한 예시도이고,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 DLP 방식 3D 프린터의 구성을 도시한 개략도이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 3은 본 발명에 따른 DLP 방식 3D 프린터(100)의 구성을 도시한 개략도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 DLP 방식 3D 프린터(100)는 희망하는 입체형상의 성형품(K)을 조형한다. 이를 위해 성형품(K)의 입체형상에 대응하는 설계 도면 데이터를 컴퓨터(미도시)에 저장하고, 컴퓨터(미도시)가 제어부(180)로 출력신호를 인가하면 제어부(180)가 설계 도면 데이터를 해석하여 DLP 프로젝터(120)로 제공한다.

본 발명의 DLP 방식 3D 프린터(100)는 일정 형상을 갖는 프레임(110)과, 광경화수지(A)가 저장된 수지저장조(140)와, 수지저장조(140)의 하부에 구비되어 수지저장조(140)로 광을 조사하는 DLP 프로젝터(120)와, DLP 프로젝터(120)를 X축과 Y축 방향으로 이동시키는 프로젝터이송부(130)와, 수지저장조(140)로부터 상방향으로 이동가능하게 구비되어 조형과정에서 성형품(K)을 지지하는 조형스테이지(150)와, 설계 도면 데이터를 DLP프로젝터(120)의 이동궤적에 따라 복수개의 분할이미지로 분할하는 이미지처리부(170)와, 각 구성들을 제어하는 제어부(180)를 포함한다.

프레임(110)은 각 구성들이 안정적으로 구동되도록 지지한다. 프레임(110)은 수평하게 배치된 베이스프레임(111)과, 베이스프레임(111)에 수직하게 형성된 수직프레임(113)을 포함한다. 도면에는 도시되지 않았으나 프레임(110)은 하우징(미도시) 내부에 수용된다. 하우징(미도시)은 도어(미도시)에 의해 개폐되어 조형이 완료된 성형품을 조형스테이지(150)로부터 분리할 수 있다.

베이스프레임(111)에는 프로젝터이송부(130)가 결합되어 DLP 프로젝터(120)를 지지한다. 수직프레임(113)에는 스테이지승강부(160)가 결합되어 조형스테이지(150)가 상하로 이동되도록 지지한다.

DLP 프로젝터(120)는 이미지처리부(170)로부터 공급받은 분할이미지에 대응되게 광을 수지저장조(140) 측으로 공급한다. DLP 프로젝터(120)는 광을 발생하는 광원(121)과, 광원(121)에서 발생된 광을 수지저장조(140) 측으로 반사시키는 미러(123)와, 미러(123)에서 반사된 광을 수지저장조(140)로 조사하는 렌즈(125)를 포함한다. 광원(121)과, 미러(123) 및 렌즈(125)는 프로젝터케이싱(127) 내부에 수용된다.

여기서, 광원(121)의 세기와, 미러(123)의 반사각, 렌즈(125)의 조사범위(L3) 등에 따라 DLP 프로젝터(120)의 해상도가 조절될 수 있다.

미러(123)은 반도체 미러 또는 마이크로미러(DLP) 또는 액정(LCD)에 의한 직접 조사방식이 사용될 수 있다.

프로젝터이송부(130)는 DLP 프로젝터(120)를 X축 및 Y축 방향으로 이송한다. 프로젝터이송부(130)는 DLP 프로젝터(120)가 이송되면서 수지저장조(140)의 각 조형영역(O1,O2,O3,O4)으로 분할이미지(m1,m2,m3,m4)에 대응되는 광을 조사하도록 한다.

도 4는 프로젝터이송부(130)의 일례를 도시한 사시도이다. 도시된 바와 같이 프로젝터이송부(130)는 프로젝터케이싱(127)의 하부에 결합되는 케이싱결합부(131)와, 케이싱결합부(131)를 관통하여 결합되는 X축이송축(133)과, X축이송축(133)이 회전하며 케이싱결합부(131)를 이송하도록 X축이송축(133)을 회전가능하게 지지하는 X축지지부재(134)와, X축지지부재(134)의 하부를 고정하는 이송프레임(135)과, 이송프레임(135)의 하부에 결합되는 Y축이송축(136)과, Y축이송축(136)을 따라 이송프레임(135)이 이동되도록 Y축이송축(136)을 회전가능하게 지지하는 Y축지지부재(137)를 포함한다.

X축이송축(133)의 단부에는 X축이송모터(133a)가 결합되고, Y축이송축(136)의 단부에는 Y축이송모터(136a)가 결합된다. 제어부(180)의 제어신호에 따라 X축이송모터(133a)가 구동되면 X축이송축(133)이 회전되고, X축이송축(133)과 나사결합된 케이싱결합부(131)가 X축이송축(133)을 따라 이동된다. 동일한 원리로 제어부(180)의 제어신호에 따라 Y축이송모터(136)가 구동되면 Y축이송축(136)이 회전되고, Y축이송축(136)과 나사결합된 프레임결합부재(135a)가 Y축이송축(136)을 따라 이동된다.

이러한 프로젝터이송부(130)의 이송에 의해 DLP 프로젝터(120)가 이동하게 된다. 프로젝터이송부(130)는 조형하고자 하는 성형품(K)의 크기에 따라 제어부(180)에 의해 DLP 프로젝터(120)를 이송하는 이동거리와 이동위치가 조절된다. 일례로, 도 5에 도시된 바와 같은 성형품(K)을 조형할 경우, 프로젝터이송부(130)는 제1조형영역(O1), 제2조형영역(O2), 제3조형영역(O3) 및 제4조형영역(O4)으로 순차적으로 DLP 프로젝터(120)를 이송한다. 제1조형영역(O1), 제2조형영역(O2), 제3조형영역(O3) 및 제4조형영역(O4)의 중심 하부에 DLP 프로젝터(120)가 위치하여 각 조형영역(O1,O2,O3,O4)에 대응되는 분할이미지(m1,m2,m3,m4)를 조사하도록 제어한다.

도 5는 네 개의 조형영역으로 분할된 것을 예시하였으나, 성형품(K)의 크기에 따라 조형영역은 6개, 9개 등으로 분할될 수 있다. 조형영역의 개수에 따라 프로젝터이송부(130)는 DLP 프로젝터(120)를 제어부(180)에 의해 정해진 이동궤적에 따라 순차적으로 이송한다.

수지저장조(140)는 내부에 광경화수지(A)를 저장한다. 광경화수지(A)는 광이 조사됨에 따라 경화된다. 수지저장조(140)는 프로젝터(120)의 상부에 위치된다. 렌즈(125)를 투과한 광이 수지저장조(140)의 바닥을 향해 조사된다.

수지저장조(140)는 내부에 광경화수지(A)가 저장되는 저장조본체(141)와, 저장조본체(141)의 일측으로부터 연장형성되는 틸팅축(143)과, 틸팅축(143)을 회전구동시키는 저장조틸팅모터(145)를 포함한다. 저장조틸팅모터(145)의 구동에 의해 구동축(145a)가 회전되면서 틸팅축(143)이 일정각도로 틸팅된다. 저장조본체(141)가 틸팅됨에 따라 조사광의 반사, 굴절, 산란 등에 의한 조사광 단면형상의 경계부분의 작은 경화찌꺼기를 분리시킬 수 있다.

수지저장조(140)는 조형하고자 하는 성형품의 크기에 따라 다양하게 결합되어 사용될 수 있다. 이에 따라 고가의 광경화수지(A)의 사용량을 줄일 수 있다.

조형스테이지(150)는 수지저장조(140)로부터 경화되어 형성되는 성형품(K)을 지지한다. 조형스테이지(150)는 판상재질로 형성된다. 조형스테이지(150)는 단부가 스테이지승강부(160)에 결합되어 상하로 승강된다. 조형스테이지(150)는 수지저장조(140)의 높이(h)에 대응되게 절곡형성된 절곡면(153)이 형성된다.

조형스테이지(150)는 조형이 시작되면 수지저장조(140) 내부에 삽입된 상태를 유지한다. 조형스테이지(150)는 수지저장조(140)의 바닥에 접촉된 상태를 유지하고, 바닥면의 광경화수지(A)가 경화되며 조형스테이지(150)의 하부면에 경화층을 형성한다. 1층의 경화층이 형성되면, 조형스테이지(150)는 DLP 프로젝터(120)의 해상도만큼의 높이로 상승하고, 1층 경화층의 밑에 2층 경화층이 적층되며 성형품(K)의 조형이 진행된다. 조형스테이지(150)의 단부에 형성된 스테이지결합부(151)는 승강축(161)에 나사결합되어 승강축(161)의 정역회전에 연동하여 상하로 이동된다.

조형스테이지(150)의 면적은 최대 조형가능한 성형품(K)의 면적을 고려하여 결정된다. 조형스테이지(150)의 면적은 수지저장조(140)의 면적에 대응되게 형성된다. 경우에 따라 조형스테이지(150)는 성형품(K)의 크기에 대응되게 교환되어 사용될 수 있다.

스테이지승강부(160)는 DLP 프로젝터(120)의 광 조사에 의한 한 층의 경화층의 경화가 완료되면, DLP 프로젝터(120)의 해상도만큼 조형스테이지(150)의 높이를 상승시켜 차순위 경화층이 적층되도록 한다. 스테이지승강부(160)는 제어부(180)의 제어에 의해 승강속도와 승강높이가 조절된다. 스테이지승강부(160)는 수직하게 형성된 승강축(161)과, 승강축(161)을 수직프레임(113)에 대해 지지하는 지지부재(165)를 포함한다. 승강축(161)의 하부에는 승강모터(163)가 구비된다. 승강모터(163)의 구동에 의해 승강축(161)이 정역회전하고, 승강축(161)에 나사결합된 스테이지결합부(151)가 상하로 승강하게 된다.

이미지처리부(170)는 성형품(K)의 3D 도면을 DLP 프로젝터(120)의 해상도에 대응하는 높이별 횡방향 단면이미지로 분석하고, 각 횡방향 단면이미지를 복수개의 분할이미지로 분할하여 DLP 프로젝터(120)로 공급한다.

도 5는 이미지처리부(170)가 이미지를 처리하는 해석모형을 도시한 예시도이다. 이미지처리부(170)는 성형품(K)의 3D 도면으로부터 각 높이별로 단면이미지(m)를 추출한다. 그리고, 한 개의 단면이미지(m)를 복수개의 조형영역(O1,O2,O3,O4)에 대응되는 분할이미지(m1,m2,m3,m4)로 분리한다.

조형영역은 DLP 프로젝터(120)가 광을 조사할 수 있는 최대 범위이다. 조형영역은 DLP 프로젝터(120)가 고정된 상태에서 성형품을 조형할 수 있는 범위이다. 이미지처리부(170)는 단면이미지(m)의 최대 크기(L4)와 DLP 프로젝터(120)의 최대 조사범위(L3)를 고려하여 조형영역의 개수를 결정한다.

이미지처리부(170)는 각 조형영역(O1,O2,O3,O4)으로 이동된 DLP 프로젝터(120)가 조형스테이지(150)로 조사할 분할이미지(m1,m2,m3,m4)를 분석한다. 그리고, DLP 프로젝터(120)가 각 조형영역(O1,O2,O3,O4)으로 이동될 때 해당 조형영역(O1,O2,O3,O4)에 대응되는 분할이미지(m1,m2,m3,m4)를 광원(121)으로 공급한다. 일례로, DLP 프로젝터(120)가 제1조형영역(O1)으로 이동되면 이미지처리부(170)는 제1분할이미지(m1)를 공급하고, DLP 프로젝터(120)가 제2조형영(O2)으로 이동되면 이미지처리부(170)는 제2분할이미지(m2)를 공급한다. 제1분할이미지(m1)와, 제2분할이미지(m2), 제3분할이미지(m3) 및 제4분할이미지(m4)가 모여서 한 개의 단면이미지(m)를 형성한다.

제어부(180)는 컴퓨터(미도시)로부터 출력신호가 인가된 성형품(K)에 대응되는 3D 설계 도면을 기초로 이미지처리부(170)가 단면이미지와 분할이미지를 분석하도록 제어한다. 그리고, 이미지처리부(170)에서 처리된 단면이미지와 분할이미지에 기초하여 DLP 프로젝터(120)가 각 조형영역으로 이동되도록 프로젝터이송부(130)를 제어한다.

프로젝터이송부(130)에 의해 DLP 프로젝터(120)가 제1조형영역에서 제4조형영역까지의 이동궤적을 따라 이동을 완료하고, 조형스테이지(150)에 경화층이 형성되면, 제어부(180)는 스테이지승강부(160)를 구동하여 조형스테이지(150)가 DLP 프로젝터(120)의 해상도에 대응되는 높이만큼 상승하도록 제어한다.

여기서, 제어부(180)는 조형영역(O1,O2,O3,O4)에 대응되는 분할이미지가 없는 경우 해당 조형영역(O1,O2,O3,O4)을 경유하여 바로 차순위 조형영역(O1,O2,O3,O4)으로 이동되도록 프로젝터이송부(130)를 제어할 수 있다.

즉, 단면이미지(m)가 복수개의 조형영역(O1,O2,O3,O4)에 걸쳐 있지 않고 특정 조형영역(O2,O4)에만 있는 경우, 이미지가 없는 조형영역(O1,O3)은 지나쳐서 지나가도록 한다.

또한, 단면이미지(m)가 단일 조형영역의 크기보다 같거나 작을 경우 단면이미지 전체를 한 번에 조사할 수 있는 위치를 계산하고 이동하여 조사함으로써 조형시간을 단축시킬 수 있다.

이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 DLP 방식 3D 프로젝터(120)의 동작과정을 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한다.

컴퓨터(미도시)로부터 출력신호가 인가되면 제어부(180)는 성형품(K)의 3D 도면을 이미지처리부(170)에서 분석하도록 신호를 인가한다. 이미지처리부(170)는 DLP 프로젝터(120)의 해상도에 따라 복수개의 단면이미지(m)를 형성한다. 그리고, 단면이미지(m)의 최대 크기(L4)와 DLP 프로젝터(120)의 광조사범위(L3)를 비교하여 조형영역의 개수를 설정한다. 도 5에 도시된 바와 같이 4개의 조형영역(O1,O2,O3,O4)으로 설정된 경우, 이미지처리부(170)는 각 단면이미지(m)를 각 조형영역(O1,O2,O3,O4)에 대응되는 분할이미지(m1,m2,m3,m4)로 분할한다.

이미지처리부(170)에서 조형영역(O1,O2,O3,O4)의 설정, 단면이미지(m) 분석 및 분할이미지(m1,m2,m3,m4)의 분할이 완료되면, DLP 프로젝터(120)로 분할이미지(m1,m2,m3,m4)가 순차적으로 공급된다.

한편, 조형스테이지(150)는 승강축(161)의 최하위까지 하강하여 수지저장조(140)의 바닥면에 위치한다. 이 때, DLP 프로젝터(120)는 제1조형영역(O1)으로 이동한다. 제어부(180)는 각 조형영역(O1,O2,O3,O4)에 대응하는 좌표값을 산출하고, 프로젝터이송부(130)를 구동하여 DLP 프로젝터(120)가 각 조형영역(O1,O2,O3,O4)으로 순차적으로 이동되도록 한다. 제1조형영역(O1)으로 이동된 DLP 프로젝터(120)는 제1분할이미지(m1)를 수지저장조(140)의 바닥면으로 조사한다. 그리고, 제2조형영역(O2)으로 DLP 프로젝터(120)가 이동하여 제2분할이미지(m2)를 조사한다. 동일한 방식으로 제3조형영역(O3)에 제3분할이미지(m3)가 조사되고, 제4조형영역(O4)에 제4분할이미지(m4)가 조사된다.

이렇게 DLP 프로젝터(120)가 이동궤적을 따라 한 바퀴 순환하면 1층 경화층이 조형스테이지(150) 상에 경화된다. 제어부(180)는 스테이지승강부(160)를 해상도의 높이만큼, 일례로 해상도가 0.1mm일 경우 조형스테이지(150)를 0.1mm 씩 상승시킨다.

앞서와 동일한 방식으로 DLP 프로젝터(120)가 제1조형영역(O1), 제2조형영역(O2), 제3조형영역(O3) 및 제4조형영역(O4)으로 이동하며 분할이미지(m1,m2,m3,m4)를 조사하여 1층 경화층의 아래에 2층 경화층이 적층되어 형성된다. 이러한 방식을 반복적으로 수행하여 복수개의 경화층을 적층하여 성형품(K)의 입체 형상을 조형하게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 DLP 방식 3D 프린터는 한 개의 DLP 프로젝터를 X축과 Y축으로 이동하여 조형영역을 확장할 수 있다. 이에 의해 DLP 프로젝터가 구현하는 해상도를 유지하면서 조형할 수 있는 성형품의 크기를 수지저장조의 면적만큼 확장할 수 있다.

한편, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 DLP 방식 3D 프린터(100a)의 구성을 개략적으로 도시한 개략도이다.

앞서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 DLP 방식 3D 프린터(100)는 조형스테이지(150)는 고정된 상태로 DLP 프로젝터(120)가 XY축으로 이동되는 방식이었다.

반면, 다른 실시예에 따른 DLP 방식 3D 프린터(100a)는 DLP 프로젝터(120)는 고정된 상태로 조형스테이지(150)가 이동된다. 이를 위해 조형스테이지(150)를 X축과 Y축으로 이동시키는 스테이지이송부(190)가 구비된다. 스테이지이송부(190)는 앞서 설명한 프로젝터이송부(130)와 동일한 메커니즘으로 동작된다. 조형스테이지(150)의 결합판(152)이 스테이지결합부(191)에 결합되어 스테이지이송부(190)와 함께 이동하게 된다.

여기서, 스테이지이송부(190)는 승강축결합프레임(197)을 포함하고, 승강축결합프레임(197)은 스테이지승강부(160)의 승강축(161)에 승강가능하게 결합된다. 스테이지이송부(190)는 제어부(180)의 제어에 따라 X축, Y축 및 승강축으로 이동하게 된다.

한편, 상술한 실시예들에서 프로젝터이송부와 스테이지이송부는 도면에 도시된 바와 같이 LM가이드 혹은 연마봉-볼부쉬 결합체 등의 직선안내면을 이용하는 방식을 선택하고 있다. 그러나, 이는 일례일 뿐이며 모터, 타이밍풀리, 타이밍 벨트의 결합을 이용하여 X축과 Y축 방향의 이송을 안내할 수도 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 DLP 방식 3D 프린터의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

100 : DLP방식 3D 프린터 110 : 프레임
111 : 베이스프레임 113 : 수직프레임
120 : DLP 프로젝터 121 : 광원
123 : 미러 125 : 렌즈
127 : 프로젝터케이싱 130 : 프로젝터이송부
131 : 케이싱결합부 133 : X축이송축
133a : X축구동모터 134 : X축지지부재
135 : 이송프레임 135a : 프레임결합부재
136 : Y축이송축 136a : Y축이송모터
137 : Y축지지부재 140 : 수지저장조
141 : 저장조본체 143 : 틸팅축
145 : 저장조틸팅모터 145a : 구동축
150 : 조형스테이지 151 : 스테이지결합부
153 : 절곡부 160 : 스테이지승강부
161 : 승강축 163 : 승강모터
165 : 지지부재 170 : 이미지처리부
180 : 제어부 190 : 스테이지이송부
191 : 스테이지결합부 193 : Y축이송축
196 : X축이송축
196a : X축이송모터 197 : 승강축결합프레임

Claims

광경화수지가 저장된 수지저장조와;
상기 수지저장조의 하부에 배치되며, 상기 수지저장조로 조형할 성형품의 축방향 단면이미지에 대응되는 광을 조사하는 DLP 프로젝터와;
상기 수지저장조의 바닥으로부터 상방향으로 승강가능하게 구비되며, 하부에 성형품이 조형되는 조형스테이지와;
상기 DLP 프로젝터가 X축방향과 Y축방향으로 이동되도록 상기 DLP 프로젝터를 지지하는 프로젝터이송부와;
상기 성형품에 대한 한 개의 단면이미지를 상기 프로젝터이송부에 의해 상기 DLP 프로젝터가 이송되는 복수개의 조형영역에 대응되게 복수개로 분할하여 상기 DLP 프로젝터로 공급하는 이미지처리부와;
상기 이미지처리부로부터 공급받은 복수개의 분할이미지를 상기 DLP 프로젝터가 이동된 조형영역에 맞추어 공급하고, 상기 DLP 프로젝터가 각 조형영역에서 공급받은 분할이미지를 상기 수지저장조로 투사하도록 상기 이미지처리부와 상기 프로젝터이송부 및 상기 조형스테이지를 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 DLP 프로젝터는,
광을 조사하는 광원과;
상기 광을 반사하는 미러와;
상기 미러로부터 반사된 광을 상기 수지저장조의 바닥을 향해 조사하는 렌즈와;
상기 광원, 상기 미러 및 상기 렌즈를 수용하는 프로젝터케이싱을 포함하며,
상기 프로젝터이송부는 상기 프로젝터케이싱의 하부에 결합되고,
상기 수지저장조는,
광경화수지가 저장되는 저장조본체와;
상기 저장조본체의 일측으로부터 연장형성되는 틸팅축과;
상기 틸팅축을 회전구동시키는 저장조틸팅모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 DLP방식 3D 프린터.
삭제
제1항에 있어서,
상기 프로젝터이송부는,
상기 프로젝터케이싱의 하부에 결합되어 상기 프로젝터케이싱을 X축방향으로 이송하는 X축 이송축과;
상기 X축 이송축을 지지하는 이송프레임과;
상기 이송프레임의 하부에 결합되어 Y축 방향으로 상기 이송프레임을 이송하는 Y축 이송축을 포함하며,
상기 X축 이송축과 상기 Y축 이송축은 모터의 구동력에 의해 회전하며 상기 프로젝터케이싱과 상기 이송프레임을 이송하는 것을 특징으로 하는 DLP방식 3D 프린터.
삭제
광경화수지가 저장된 수지저장조와;
상기 수지저장조의 하부에 배치되며, 상기 수지저장조로 조형할 성형품의 축방향 단면이미지에 대응되는 광을 조사하는 DLP 프로젝터와;
상기 수지저장조의 바닥으로부터 상방향으로 승강가능하게 구비되며, 하부에 성형품이 조형되는 조형스테이지와;
수직하게 형성된 승강축과, 상기 승강축 하부에 구비된 승강모터를 포함하며, 상기 승강모터의 구동에 의해 상기 조형스테이지를 상하로 승강시키는 스테이지승강부와;
상기 조형스테이지가 X축방향과 Y축방향으로 이동되도록 상기 조형스테이지를 지지하는 스테이지이송부와;
상기 성형품의 한 개의 단면이미지를 상기 스테이지이송부에 의해 상기 조형스테이지가 이동되는 복수개의 조형영역에 대응되게 복수개로 분할하여 상기 DLP 프로젝터로 공급하는 이미지처리부와;
상기 이미지처리부로부터 공급받은 복수개의 분할 이미지를 각 조형영역에 대응되게 상기 DLP 프로젝터로 공급하고, 상기 DLP 프로젝터가 각 조형영역에서 공급받은 분할이미지를 상기 수지저장조로 투사하도록 상기 이미지처리부와 상기 스테이지이송부 및 상기 스테이지승강부를 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 스테이지이송부는 승강축결합프레임에 의해 상기 스테이지승강부의 승강축에 승강가능하게 결합되고,
상기 수지저장조는,
광경화수지가 저장되는 저장조본체와;
상기 저장조본체의 일측으로부터 연장형성되는 틸팅축과;
상기 틸팅축을 회전구동시키는 저장조틸팅모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 DLP방식 3D 프린터.