KR101624035B1 - 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광경화성 수지가 수용된 수용부를 나선방향을 따라 운동시킴으로써 경화된 광경화성 수지를 수용부의 바닥면으로부터 용이하게 분리할 수 있는 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치에 관한 것으로서, 광원으로부터 방출되는 광을 제공받으며, 상기 광을 통해 내부에 수용된 광경화성 수지가 경화되는 공간을 제공하는 수용부; 상기 수용부에 수용된 광경화성 수지가 상기 광에 의해 순차적으로 경화되도록 경화된 광경화성 수지를 상기 광원으로부터 멀어지는 방향으로 이동시키는 이동부; 상기 수용부에 장착되며, 경화된 광경화성 수지가 상기 수용부의 내면으로부터 분리되도록 나선방향을 따라 상기 수용부와 동시에 움직이는 분리안내부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치{THREE-DIMENSION PRINTING APPARATUS USING PHOTOCURABLE RESIN}
본 발명은 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광경화성 수지가 수용된 수용부를 나선방향을 따라 운동시킴으로써 경화된 상태로 수용부의 바닥면에 부착된 광경화성 수지를 수용부의 바닥면으로부터 용이하게 분리할 수 있는 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치에 관한 것이다.
최근에는 2차원 프린터(2D printer) 뿐만 아니라 3차원의 입체물을 프린팅할 수 있는 3차원 프린터(3D printer)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
여기서, 3차원 프린터는 설계 데이터에 따라 액체 또는 파우더 형태의 폴리머(수지), 금속 등의 재료를 가공·적층방식(Layer-by-layer)으로 쌓아올려 입체물을 제조하는 장비이다.
이는, 3차원 CAD에 따라 생산하고자 하는 형상을 레이저와 파우더 재료를 활용하여 신속 조형하는 기술을 의미하는 RP(Rapid Prototyping)에서 유래되었다. 입체형상의 재료를 기계가공 또는 레이저를 이용하여 자르거나 깎는 방식으로 입체물을 생산하는 절삭가공(Subtractive Manufacturing)과 반대되는 개념이다.
현재까지는 다양한 3차원 프린터가 개발되었으며, 필라멘트 형태의 열가소성 물질을 노즐 내부에서 용융시켜 얇은 필름 형태로 출력하는 방식으로 적층하는 용융 침착 모델링(Fused Deposition Modeling:FDM) 방식, 프린터 헤드에서 광경화성 수지와 왁스(wax)를 동시분사한 후, 자외선으로 고형화하는 방식으로 적층하는 멀티 젯팅 모델링(Multi Jetting Modeling:MJM) 방식, 액체 상태의 광경화성 수지에 조형하고자 하는 모양의 빛을 DLP(Digital Light Projector)에 투사하여 적층하는 DLP(Digital Light Processing) 방식 등이 알려져 있다.
이 중에서, DLP 방식은 가격이 저렴하고 작업속도가 균일하며, 비교적 빠른 조형 속도를 가진다는 장점이 존재하는 방식이다. 이러한 장점에도 불구하고, 광경화성 수지를 경화시키는 동안 경화된 광경화성 수지가 수용부의 내측벽면에 부착되고 이를 분리시키는 과정에서 경화된 광경화성 수지의 형상이 훼손되는 문제점이 발생한다.
따라서, 특히 DLP 방식을 통해 3차원 구조물 형상을 인쇄하는 경우에는 경화된 광경화성 수지를 수용부의 내측 벽면으로부터 얼마나 효율적으로 분리해낼 수 있는지 여부가 해결해야할 과제 중 하나로서, 이의 해결방안에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광경화성 수지가 내부에 수용되는 수용부를 나선방향을 따라 운동시킴으로써 수용부의 내측 벽면에서 경화된 광경화성 수지를 효율적으로 분리해낼 수 있는 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치를 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 광원으로부터 방출되는 광을 제공받으며, 상기 광을 통해 내부에 수용된 광경화성 수지가 경화되는 공간을 제공하는 수용부; 상기 수용부에 수용된 광경화성 수지가 상기 광에 의해 순차적으로 경화되도록 경화된 광경화성 수지를 상기 광원으로부터 멀어지는 방향으로 이동시키는 이동부; 상기 수용부에 장착되며, 경화된 광경화성 수지가 상기 수용부의 내면으로부터 분리되도록 나선방향을 따라 상기 수용부와 동시에 움직이는 분리안내부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 분리안내부는, 상기 수용부의 외면을 감싸는 몸체; 외면상에 돌출부가 형성된 회전축을 구비하며, 상기 몸체의 일단에 연결되어 상기 돌출부의 회전을 통해 상기 몸체의 일단을 중력방향을 따라 운동시키는 구동부; 상기 몸체 타단에 장착되는 한 쌍으로 마련되며, 상기 구동부의 운동시 한 쌍 중 어느 하나는 위치가 고정되고 다른 하나는 상기 몸체상에서 슬라이딩하는 슬라이딩부;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 슬라이딩부는 상기 몸체 타단의 양측 모서리에 회동가능하게 장착되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 광원, 상기 광조절부 및 상기 분리안내부를 내부에 수용하는 케이스; 상기 케이스의 내면과 연결되며, 상기 슬라이딩부가 길이방향을 따라 슬라이딩할 수 있도록 상기 슬라이딩부와 연결되는 레일부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 분리안내부는 상기 몸체가 기설정된 운동방향으로부터 이탈하는 것을 방지하도록 일단은 상기 몸체 일단의 양측 모서리에 회동가능하게 장착되고 타단은 상기 케이스의 외면을 관통하는 이탈방지부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 분리안내부는 상기 이탈방지부 상에 장착되며, 상기 이탈방지부에 탄성력을 인가함으로써 상기 분리안내부 및 상기 몸체를 원위치로 복귀시키는 탄성부재;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 케이스와 상기 몸체 사이에 연결되며, 상기 케이스와 근접하는 방향으로 상기 몸체의 운동경로를 제한함으로써 상기 수용부의 움직임을 제한하는 제한부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제한부는 상기 몸체에 착탈가능하게 연결되고, 상기 제한부가 상기 몸체로부터 이탈하는 시점을 상기 수용부와 상기 이동부가 접촉하는 시점으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 광원으로부터 방출되는 광 정보를 측정하는 광 센서부; 상기 광 센서부로부터 광 정보를 제공받아, 상기 광원으로부터 방출되는 광의 세기를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
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본 발명에 따르면, 경화된 광경화성 수지의 형상을 유지하면서 경화된 광경화성 수지를 수용부의 내측 벽면으로부터 효과적으로 분리시킬 수 있는 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치가 제공된다.
또한, 광원으로부터 방출되는 광의 세기를 측정하고 이를 바탕으로 광원으로부터 방출되는 광의 세기를 조절함으로써 효율적으로 광경화성 수지를 경화시킬 수 있다.
또한, 수용부가 반복적으로 움직이더라도 광경화성 수지를 경화시키기 위한 최초 위치로 정확하게 복귀시킬 수 있다.
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도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 2는 도 1에 따른 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치에서 이동부의 모습을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 3은 도 1에 따른 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치에서 분리안내부를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 4는 도 1에 따른 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치에서 몸체에 틸트(tilt)가 발생하는 모습을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 5는 도 1에 따른 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치에서 몸체에 회전(twist)가 발생하는 모습을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 6은 도 1에 따른 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치에서 몸체에 틸트(tilt) 및 회전(twist)가 동시에 발생하는 모습을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 7은 도 1에 따른 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치에서 광원으로부터 방출되는 광량의 변화량을 개략적으로 도시한 그래프이고,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치의 작동방법에 대한 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치(100)는 경화된 광경화성 수지의 형상의 변형시키지 않으면서 경화된 광경화성 수지를 수용부의 내측 벽면으로부터 효과적으로 분리시킬 수 있는 것으로서, 광원(110)과 광조절부(120)와 수용부(130)와 이동부(140)와 분리안내부(150)와 케이스(160)와 광센서부(미도시)와 제어부(미도시)를 포함한다.
상기 광원(110)은 광경화성 수지를 경화시키는 광을 방출하는 것이다.
본 발명의 일실시예에서 광원(110)으로부터 방출되는 광은 자외선(UV)으로 마련될 수 있다. 일반적으로 자외선은 다른 가시광선에 비하여 파장이 짧기 때문에 자외선을 광원으로 하는 위상변조 노광헤드를 갖추는 것으로 미세한 화소를 쓰는 것이 가능하다.
다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 광경화성 수지를 경화시킴으로써 3차원 구조를 인쇄할 수 있는 것이라면 전자빔(Electron Beam:EB) 또는 가시광선과 같이 어떠한 영역의 광을 사용하더라도 무방하다.
상기 광조절부(120)는 광원(110)과 후술할 수용부(130) 사이에 마련되며, 광원(110)으로부터 방출되어 수용부(130) 측에 도달하는 광의 조사 면적을 조절하는 것이다.
즉, 광조절부(120)는 광원(110)으로부터 방출되는 광의 광경로 상에 설치되어 수용부(130) 측으로 도달하는 광의 조사 면적을 조절한다.
한편, 본 발명의 일실시예에서 광조절부(120)는 광원(110)으로부터 방출되는 광의 광경로상에 진입하거나 또는 이탈함으로써 광의 진행을 결정하는 셔터(shutter)일 수 있다.
즉, 경화된 광경화성 수지를 수용부(130)의 내측 벽면으로부터 분리시키는 분리 과정 동안에 광조절부(120)는 광의 광경로 상에 완전히 진입하여 광의 진행을 완전히 차단시킬 수 있고, 인쇄되는 형상에 따라 경화되는 영역을 조절하기 위해 광조절부(120)는 광의 광경로 상에 완전히 이탈하거나 일부 진입함으로써 광의 조사 면적을 조절할 수 있다.
물론, 본 발명의 일실시예에 있어서 광조절부(120)가 상술한 내용에 의해서만 구현되는 것은 아니며, 광의 조사 면적을 조절할 수 있는 어떠한 수단이라도 적용될 수 있음은 당연하다.
상기 수용부(130)는 내부에 광경화성 수지를 수용하며, 또한 광경화성 수지가 경화되는 공간을 제공하는 것이다.
한편, 본 발명의 일실시예에서 광원(110)은 자외선 영역의 광을 방출하는 것으로 설명하였으므로, 본 발명의 일실시예에서 수용부(130) 내부에 수용되는 광경화성 수지는 자외선 영역의 광에 반응하여 경화되는 자외선 경화수질로 마련되는 것이 바람직하다.
물론, 본 발명의 일실시예와는 달리 광원(110)이 전자빔(E-Beam)을 방출하는 경우에는 수용부(130)에 수용되는 광경화성 수지는 전자빔 경화수지를 사용할 수 있으며, 또한, 광원(110)으로부터 가시광선의 영역에 해당되는 광을 방출하는 경우에는 가스광선의 영역의 광을 통해 경화되는 경화수지를 사용할 수 있다.
다시 설명하면, 광원(110)으로부터 방출되는 광 및 수용부(130)에 수용되는 광경화성 수지는 서로 대응되게 마련된다
본 발명에 있어서, 3차원 인쇄는 광이 조사되는 2차원 평면에 대응되게 광경화성 수지를 경화시키되 이러한 과정이 순차적으로 반복됨으로써 종국적으로 사용자가 의도하는 3차원 구조를 인쇄하게 되므로, 수용부(130)는 하면이 광원(110)을 마주보게 위치시킴으로써 수용부(130) 내부의 광경화성 수지를 2차원 평면으로 경화시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 일실시예에 있어서, 광경화성 수지의 경화가 발생하는 영역은 광원(110)에 근접한 영역, 즉, 수용부(130)의 하면에 근접한 영역, 더 바람직하게는 수용부(130)의 최하면일 수 있다.
도 2는 도 1에 따른 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치에서 이동부의 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 이동부(140)는 광경화성 수지를 3차원으로 순차적으로 경화시키기 위한 것으로서, 3차원 형상의 높이방향으로 이동가능하게 마련된다.
즉, 광경화성 수지가 광원(110)으로부터 방출된 광에 의해 경화가 완료되면, 이동부(140)는 경화된 광경화성 수지를 중력방향, 더 바람직하게는 사용자가 인쇄하고자 하는 3차원 구조의 높이방향을 따라 광원(110)으로부터 멀어지도록 이동시킨다. 이로 인해, 수용부(130) 내부에서 광경화성 수지의 경화가 발생하는 영역에는 경화되지 않은 광경화성 수지들이 유입되고, 이후 광조절부(120)에 의해 조사 면적이 조절된 광이 조사됨으로써, 3차원 구조의 형상에 대응되게 순차적으로 광경화성 수지가 경화된다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따르면, 이동부(140)는 광원(110)을 마주보는 하면상에 광경화성 수지들이 경화됨과 동시에 부착됨으로써, 경화된 광경화성 수지들을 이동시키도록 마련된다.
즉, 적어도 이동부(140)의 하면은 수용부(130) 내부에 위치하고, 이동부(140)의 하면과 수용부(130)의 내측 하면의 사이 영역에서 광경화성 수지의 경화가 발생한다.
여기서, 이동부(140)의 하면과 수용부(130) 내측 하면 사이의 이격 간격은 광원(110)으로부터 조사되는 광의 세기를 고려하여, 광경화성 수지가 경화됨과 동시에 이동부(140)의 하면에 부착될 수 있을 정도의 간격으로 이격되는 것이 바람직하다.
또한, 이동부(140) 하면은 광경화성 수지와의 부착력이 수용부(130)의 내측 하면보다 더 우수한 소재로 마련되는 것이 바람직하며, 이에 대해서는 후술한다.
도 3은 도 1에 따른 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치에서 분리안내부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 분리안내부(150)는 상술한 이동부(140)가 경화된 광경화성 수지를 이동시키는 경우, 경화된 광경화성 수지가 수용부(130) 내측 벽면으로부터 용이하게 분리되도록 수용부(130)를 나선방향을 따라 운동시키는 것으로, 본 발명의 일실시예에서는 몸체(151)와 구동부(152)와 슬라이딩부(155)와 이탈방지부(156)와 탄성부재(157)를 포함한다.
상기 몸체(151)는 분리안내부(150)의 메인 프레임 역할을 수행하는 것으로서, 수용부(130)의 외면을 감싸도록 배치된다. 더 바람직하게는 수용부(130)의 외면 형상에 대응되게 마련됨으로써 몸체(151)와 수용부(130)가 일체로 움직일 수 있도록 한다.
본 발명의 일실시예에서 몸체(151)는 평판형의 부재로 마련되며, 수용부(130)가 삽입될 수 있는 삽입부(151a)가 형성되나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 설명의 편의를 위해 몸체(151)는 틸트(tilt) 및 회전(twist)가 발생하지 않은 상태에서는 지면에 평행하게 배치되는 것으로 가정하여 설명한다.
도 4는 도 1에 따른 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치에서 몸체에 틸트(tilt)가 발생하는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 구동부(152)는 몸체(151)의 일단에 연결되어 몸체(151)의 일단에 틸트(tilt)가 발생하도록 안내하는 것으로, 회전축(153)과 회전축(153) 상에서 방사방향을 따라 돌출되는 돌출부(154)가 형성된다.
즉, 일반적인 상태에서는 구동부(152)의 회전축(153)이 몸체(151)의 일단과 접촉한 상태를 유지하며, 구동부(152)의 회전축(153)이 회전하여 몸체(151)의 일단에 돌출부(154)가 접촉하게 되면, 몸체(151)의 일단은 하방으로 기울어지며, 이를 틸트(tilt)라 정의한다.
여기서, 돌출부(154)와 몸체(151) 일단의 접촉 위치에 따라서 몸체(151) 일단의 기울어짐 정도가 상이해지며, 돌출부(154)가 몸체(151) 일단에 수직하게 배치되는 경우에 몸체(151) 일단의 기울어짐이 최대가 된다.
이에 따라, 수용부(130)도 몸체(151)와 함께 틸트(tilt)가 발생한다.
또한, 구동부(152)의 회전축(153)의 회전방향은 적절하게 조절될 수 있으며, 회전축(153)의 회전방향 및 후술할 한 쌍의 슬라이딩부(155) 중 고정되는 어느 하나를 적절히 조절함으로써 몸체(151)의 회전(twist) 방향을 변경할 수 있다.
도 5는 도 1에 따른 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치에서 몸체에 회전(twist)가 발생하는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 슬라이딩부(155)는 한 쌍이 몸체(151)의 타단에 장착되며, 구동부(152)의 움직임 시, 더 자세히는 돌출부(154)가 몸체(151) 일단에 접촉하게 되는 경우 한 쌍 중 어느 하는 고정되고 다른 하나는 몸체(151)의 타단에서 일단을 향하는 방향으로 슬라이딩함으로써 몸체(151)의 회전(twist)를 발생시키는 것이다.
본 발명의 일실시예에서 슬라이딩부(155)는 몸체(151) 타단의 양측 모서리에 회동가능하게 장착되며, 이는, 몸체(151) 일단에 발생하는 틸트에 의해 슬라이딩부(155) 중 다른 하나를 슬라이딩시키기 위함이다.
즉, 슬라이딩부(155)가 몸체(151) 타단의 양측 모서리에 회동가능하게 설치되면, 몸체(151) 일단의 틸트에 부정적인 영향을 배제시킬 수 있다.
또한, 한 쌍의 슬라이딩부(155) 중 어느 하나는 고정시키고 다른 하나는 슬라이딩시킴으로써, 고정된 슬라이딩부(155)를 중심으로 하여 몸체(151)를 회전시킬 수 있다. 여기서, 몸체(151)의 회전방향은 한 쌍의 슬라이딩부(155) 중 어느 슬라이딩부를 고정시키는지에 따라 결정되며, 그 방향성은 사용자의 의도에 따라 결정될 수 있다.
도 6은 도 1에 따른 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치에서 몸체에 틸트(tilt) 및 회전(twist)가 동시에 발생하는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 구동부(152)와 슬라이딩부(155)의 연동과정에 대해 다시 설명하면, 구동부(152)의 돌출부(154)에 의해 몸체(151) 일단에 틸트(tilt)가 발생하는 경우, 몸체(151)의 타단에서는 고정된 슬라이딩부(155)를 중심으로 회전(twist)가 발생한다.
즉, 몸체(151)는 틸트(tilt)와 회전(twist)가 동시에 발생함으로써 나선방향을 따라 움직이게 되며, 몸체(151)와 동시에 움직이는 수용부(130)도 나선방향을 따라 움직이게 된다.
이와 같이, 수용부(130)를 나선방향을 따라 움직이게 하는 것은 경화된 광경화성 수지를 수용부(130)의 내측 하면으로부터 효과적으로 분리하기 위함이다. 즉, 수용부(130)의 내측 하면에 부착된 광경화성 수지에 전단력 및 수직항력을 동시에 가함으로써 이를 분리해낸다. 단순히, 이동부(140)를 통해 경화된 광경화성 수지를 이동시키거나 또는 수용부(130)를 이동부(140)로부터 이격시킴으로써 경화된 광경화성 수지를 분리시키는 경우에는 경화된 광경화성 수지의 형상이 훼손될 가능성이 매우 높기 때문에, 이러한 형상의 훼손이 발생하지 않도록 본 발명의 일실시예에서는 수용부(130)에 회전(twist)와 틸트(tilt)를 동시에 가하게 된다.
여기서, 슬라이딩부(155)는 적어도 몸체(151)의 타면 양측 모서리와 접촉하는 부분이 탄성력을 가진 소재로 마련되어, 몸체(151)의 회전 발생시 슬라이딩부(155)와 몸체(151)의 연결부위에 인가되는 하중을 버틸 수 있도록 함이 바람직하다.
또한, 몸체(151)의 회전(twist) 정도는 몸체(151)의 틸트(tilt) 정도보다 작게 마련함으로써 슬라이딩부(155)와 몸체(151)의 연결부위에 인가되는 하중을 최소화시킬 수 있다.
상기 이탈방지부(156)는 일단은 몸체(151)의 일단에 회동가능하게 장착되고, 타단은 후술할 케이스(160)의 외면을 관통함으로써 구동부(152)에 의해 운동하는 몸체(151) 일단의 움직임이 기설정된 운동방향으로부터 이탈하는 것을 방지하는 것이다.
즉, 이탈방지부(156)는 몸체(151)의 운동범위를 제한하고, 이러한 운동범위 내에서 몸체(151)가 반복적으로 운동할 수 있는 상태를 유지시킨다.
이를 위해, 이탈방지부(156)는 이탈방지부(156)와 케이스(160) 사이에 배치되거나, 또는, 이탈방지부(156)를 관통하되 케이스(160)에 의해 지지되게 배치되는 탄성부재(157)를 더 포함할 수 있다.
즉, 구동부(152)의 돌출부(154)가 몸체(151) 일단에 수직으로 배치된 상태에서 구동부(152)의 회전축(153)이 더 회전할 때, 탄성부재(157)는 몸체(151)에 탄성력을 인가함으로써 몸체(151)와 회전축(153)의 접촉 상태를 유지시킨다.
다시 설명하면, 몸체(151)의 틸트(tilt)는 구동부(152)에 의해 발생되나, 탄성부재(157)에 의해 회복된다.
한편, 이탈방지부(156)는 중력방향을 따라 움직이는 것은 아니며, 회전(twist)가 발생되는 방향으로 일부 편향되게 움직인다. 물론, 트위스트(twist)되는 변위가 미소하게 발생되므로 실질적으로 중력방향을 따라 움직이는 것으로 볼 수 있을 것이다.
상기 케이스(160)는 광원(110), 광조절부(120) 및 분리안내부(150)를 내부에 수용하는 것이다.
즉, 본 발명의 일실시예에 있어서, 적어도 광경화성 수지를 경화시키는 과정이 케이스(160) 내부에서 수행되게 함으로써, 광경화성 수지를 경화시키는 과정에 부정적인 영향을 미치는 요소가 의도치않게 간섭하는 것을 배재시킬 수 있다.
한편, 케이스(160)는 분리안내부(150)의 슬라이딩부(155)와 연결되어, 슬라이딩부(155)가 슬라이딩될 수 있도록 하는 레일부(161)를 더 포함할 수 있다.
상기 레일부(161)는 케이스(160)의 내측 벽면으로부터 연장되되, 길이방향을 따라 슬라이딩부(155)가 슬라이딩할 수 있도록 슬라이딩부(155)와 연장되는 부재로서, 연결부(162)와 레일(163)을 포함한다.
상기 연결부(162)는 케이스(160)의 내측 벽면으로부터 연장되어 레일(163)의 위치를 고정하는 부재이다.
상기 레일(163)은 몸체(151)의 일단에서 타단, 또는 타단에서 일단을 향하는 방향(이하 '길이방향')으로 연장되는 부재로서, 슬라이딩부(155)가 슬라이딩가능하도록 장착되는 부재이다.
한편, 레일부(161)는 한 쌍의 슬라이딩부(155)와 대응되게 한 쌍으로 마련된다.
도 6을 참조하면, 상기 제한부(170)는 몸체(151)와 케이스(160) 사이에 연결되되, 특히, 케이스(160)와 연결되는 일단은 케이스(160)와 착탈가능하게 마련되는 부재로서, 케이스(160)에 근접하는 방향으로의 몸체(151)의 운동경로를 제한하는 것이다.
본 발명의 일실시예에서 제한부(170)는 한 쌍의 이탈방지부(156) 사이에 한 쌍이 마련되되 일단은 케이스(170)를 관통하되 일단 및 중단에 직경이 감소되는 부분에 의해 제한부(170)의 운동 경로가 제한된다. 이는, 제한부(170)의 타단과 탈착가능하게 연결된 몸체(151)의 운동 경로도 역시 제한하며, 특히, 몸체(151)가 케이스(160)에 근접하는 정도, 즉, 몸체(151)의 상향으로의 운동 경로를 제한한다.
더 나아가, 본 발명의 일실시예에서 제한부(170)는 몸체(151)와의 사이에서 전류가 발생하도록 마련될 수 있다. 이는, 수용부(130)와 이동부(140) 사이의 접촉 상태를 측정함으로써 패터닝 초기 위치를 결정하는데 이용될 수 있다.
더 자세히 설명하면, 이동부(140)의 움직임에 의해 수용부(130)와 이동부(140)가 접촉함으로써 몸체(151)에 틸트(tilt)만이 발생하는 경우에, 제한부(170)는 몸체(151)로부터 이탈되어 제한부(170)와 몸체(151)의 접촉 상태는 해제된다.
여기서, 이동부(140)의 움직임에 의해 수용부(130)의 내측 하면과 이동부(140)의 하면이 접촉하면, 수용부(130)에 중력방향으로의 힘이 인가되므로 몸체(151)에 틸트(tilt)만이 발생한다.
즉, 이동부(140)가 수용부(130) 측으로 근접하는 운동을 수행하는 과정 중에서, 몸체(151)와 제한부(170) 사이에서 전류의 흐름이 차단되면, 몸체(151)에 틸트(151)만이 발생한 경우이고, 이는 수용부(130)의 내측 하면과 이동부(140)의 하면이 접촉한 경우에 해당된다.
따라서, 몸체(151)와 제한부(170) 사이에서 전류의 흐름이 차단된 시점을 패터닝 초기 시점으로 결정하고, 이때부터 이동부(140)를 일정한 높이만큼 상승시켜 수용부(130)의 내측 하면과 이동부(140)의 하면을 일정한 간격으로 이격시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에서 수용부(130)의 내측 하면과 이동부(140)의 하면은 대략 25 ~ 50 ㎛ 이격되며, 이동부(140)를 1회마다 50 ㎛ 정도 상측으로 이동시키면, 광이 수용부(130) 측에 조사되는 시점에서는 수용부(130)의 내측 하면과 경화된 광경화성 수지의 하면이 실질적으로 동일한 간격으로 이격된 상태를 유지한다.
물론, 수용부(130)의 내측 하면과 이동부(140)의 하면의 이격 간격은 이에 제한되는 것은 아니며 필요에 따라 변경할 수 있다.
상기 광센서부(미도시)는 광원(110)으로부터 방출되는 광의 정보를 측정하는 것이다. 본 발명의 일실시예에서 광센서부(미도시)는 광의 세기를 전압으로 변환함으로써 광의 정보를 측정한다.
도 7은 도 1에 따른 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치에서 광원으로부터 방출되는 광량의 변화량을 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 7을 참조하면, 광원(110)으로부터 방출되는 광의 광량은 시간에 따라 변하게 되므로, 이를 실시간 또는 일정 시간 간격으로 측정함으로써 광원(110)으로부터 방출되는 광의 세기가 일정하게 출력되도록 할 수 있다.
상기 제어부(미도시)는 상술한 광센서부(미도시)로부터 광의 정보를 입력받아 광원(110)으로부터 방출되는 광의 세기를 조절하는 것이다. 광원(110)으로부터 방출되는 광의 세기를 조절하는 이유는 상술한 광센서부(미도시)에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 여기서는 자세한 설명을 생략한다.
지금부터는 상술한 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치의 일실시예의 작동에 대하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치의 작동방법에 대한 순서도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치의 작동 방법은 조사단계(S110)와 광조절단계(S120)와 분리단계(S130)와 이동단계(S140)와 반복단계(S150)를 포함한다.
상기 조사단계(S110)는 광원(110)으로부터 방출된 광을 수용부(130)의 외측 하면으로 조사하는 단계이다.
여기서, 광원(110)으로부터 방출되는 광은 광경화성 수지의 성질에 따라 선택되는 것은 상술한 것과 동일하다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따르면 조사단계(S110)는 광 측정단계(S111) 및 광량 제어단계(S112)를 더 포함할 수 있다.
즉, 광원(110)으로부터 수용부(130)에 조사되는 광의 세기는 일정하게 유지하는 것이 바람직함에 비해, 광원(110)으로부터 방출되는 광은 시간의 흐름에 따라 변화하게 된다. 이에 따라, 광 측정단계(S111)는 광원(110)으로부터 방출되는 광의 세기를 실시간 또는 일정 시간 간격에 따라 측정함으로써 광량의 변화량을 측정하고, 광량 제어단계(S112)는 이러한 광량의 변화량에 근거하여 제어부(미도시)를 통해 광원(110)으로부터 방출되는 광량을 조절함으로써 수용부(130)에 조사되는 광이 일정한 세기를 유지하도록 할 수 있다.
상기 광조절단계(S120)는 광조절부(120)를 통해 광원(110)으로부터 방출되는 광의 조사 면적을 조절하는 단계이다. 본 발명의 일실시예에 있어서, 수용부(130) 측으로 광의 진행이 차단되도록 광조절부(120)를 광경로 상에 배치시키나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 분리단계(S130)는 이동부(140)의 위치를 고정시킨 상태에서, 분리안내부(150)를 통해, 더 정확히는 몸체(151)의 틸트(tilt) 및 회전(twist)을 통해 수용부(130)를 나선방향을 따라 운동시킴으로써 경화된 상태로 수용부(130) 내측 바닥면에 부착된 광경화성 수지를 분리시키는 단계이다.
종래에는 단순히 수용부(130) 또는 이동부(140)를 이동시킴으로써 수직항력 또는 전단응력을 가함으로써 경화된 광경화성 수지를 수용부(130)의 내측 바닥면으로부터 분리시키는 것이 일반적이었고, 이러한 방식에 의해서는 경화된 광경화성 수지의 3차원 형상이 훼손되는 문제가 상당수 발생하였다.
이에 본 발명의 일실시예에서는 분리안내부(150)를 나선방향, 더 정확히는 몸체(110) 일단의 기울어짐을 의미하는 틸트(tilt) 및 몸체(110) 타단에 장착된 한 쌍의 슬라이딩부 중 위치가 고정된 다른 하나를 중심으로 하는 회전(twist)을 통해, 분리안내부(150)와 동시에 움직이는 수용부(130)를 운동하게 한다.
즉, 수용부(130)와 경화된 광경화성 수지의 접촉 부위에 전단력 및 수직항력을 동시에 가함으로써 종래보다 더 효과적으로, 3차원 구조의 형상변형 없이 경화된 광경화성 수지를 수용부(130) 내측 바닥면으로부터 분리시킬 수 있다.
상기 이동단계(S140)는 분리단계(S130)를 통해 수용부(130)의 내측 바닥면으로부터 분리된 광경화성 수지를 이동부(140)를 통해 상측으로 이동시키는 단계이다.
본 발명의 일실시예에서 3차원 인쇄는 수용부(130)를 단계적으로 경화시킴으로써 수행되므로, 본 이동단계(S140)는 수용부(130) 내에서 경화된 광경화성 수지는 경화가 발생하는 영역으로부터 이탈시키고 액체 상태의 광경화성 수지가 경화가 발생하는 영역으로 유입되도록 한다.
여기서, 이동부(140)에 의해 경화된 광경화성 수지를 이동시키는 간격은 경화된 광경화성 수지의 바닥면이 경화가 발생하는 영역으로부터 이탈되도록, 더 바람직하게는 경화된 광경화성 수지의 바닥면이 경화가 발생하는 영역의 경계면과 접할 때까지 광경화성 수지를 이동시킨다.
상기 반복단계(S150)는 3차원 구조의 인쇄가 완료되기까지 상술한 조사단계(S110) 내지 이동단계(S140)를 반복하는 단계이다.
즉, 이동단계(S140)가 완료된 상태에서, 다시 수용부(130)로 광을 조사하여 광경화성 수지를 경화시키고, 경화된 상태로 수용부(130)의 내측 바닥면에 부착된 광경화성 수지를 분리시키며, 2회에 걸쳐 경화된 광경화성 수지를 이동부(140)를 통해 이동시키는 일련의 과정을 수행하고, 다시 반복한다.
결국, 반복단계(S150)가 완료되는 시점에 3차원 구조의 인쇄는 완료된다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100: 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치
110: 광원 120: 광조절부
130: 수용부 140: 이동부
150: 분리안내부 160: 케이스

Claims (9)

  1. 광원으로부터 방출되는 광을 제공받으며, 상기 광을 통해 내부에 수용된 광경화성 수지가 경화되는 공간을 제공하는 수용부;
    상기 수용부에 수용된 광경화성 수지가 상기 광에 의해 순차적으로 경화되도록 경화된 광경화성 수지를 상기 광원으로부터 멀어지는 방향으로 이동시키는 이동부;
    상기 수용부에 장착되며, 경화된 광경화성 수지에 전단력 및 수직항력을 가하여 경화된 광경화성 수지가 상기 수용부의 내면으로부터 분리되도록 상기 수용부에 기울어짐(tilt) 및 회전(twist)을 발생시켜 나선방향을 따라 상기 수용부와 동시에 움직이는 분리안내부;를 포함하되,
    상기 분리안내부는,
    상기 수용부의 외면을 감싸는 몸체;
    외면상에 돌출부가 형성된 회전축을 구비하며, 상기 몸체의 일단에 연결되어 상기 돌출부의 회전을 통해 상기 몸체의 일단을 중력방향을 따라 운동시키는 구동부;
    상기 몸체 타단에 장착되는 한 쌍으로 마련되며, 상기 구동부의 운동시 한 쌍 중 어느 하나는 위치가 고정되고 다른 하나는 상기 몸체상에서 슬라이딩하는 슬라이딩부;를 포함하는 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 슬라이딩부는 상기 몸체 타단의 양측 모서리에 회동가능하게 장착되는 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 광원, 상기 광원으로부터 방출되어 상기 수용부 측에 도달하는 광의 조사 면적을 조절하도록 상기 광원과 상기 수용부 사이에 마련되는 광조절부 및 상기 분리안내부를 내부에 수용하는 케이스;
    상기 케이스의 내면과 연결되며, 상기 슬라이딩부가 길이방향을 따라 슬라이딩할 수 있도록 상기 슬라이딩부와 연결되는 레일부;를 더 포함하는 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 분리안내부는 상기 몸체가 기설정된 운동방향으로부터 이탈하는 것을 방지하도록 일단은 상기 몸체 일단의 양측 모서리에 회동가능하게 장착되고 타단은 상기 케이스의 외면을 관통하는 이탈방지부;를 더 포함하는 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 분리안내부는 상기 이탈방지부 상에 장착되며, 상기 이탈방지부에 탄성력을 인가함으로써 상기 분리안내부 및 상기 몸체를 원위치로 복귀시키는 탄성부재;를 더 포함하는 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 케이스와 상기 몸체 사이에 연결되며, 상기 케이스와 근접하는 방향으로 상기 몸체의 운동경로를 제한함으로써 상기 수용부의 움직임을 제한하는 제한부;를 더 포함하는 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제한부는 상기 몸체에 착탈가능하게 연결되고,
    상기 제한부가 상기 몸체로부터 이탈하는 시점을 상기 수용부와 상기 상기 이동부가 접촉하는 시점으로 하는 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원으로부터 방출되는 광 정보를 측정하는 광 센서부;
    상기 광 센서부로부터 광 정보를 제공받아, 상기 광원으로부터 방출되는 광의 세기를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치.
  9. 삭제
KR1020140072308A 2014-06-13 2014-06-13 광경화성 수지를 이용한 3차원 인쇄 장치 KR101624035B1 (ko)

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