KR101653583B1 - 3차원 조형 장치 - Google Patents

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KR101653583B1
KR101653583B1 KR1020150006729A KR20150006729A KR101653583B1 KR 101653583 B1 KR101653583 B1 KR 101653583B1 KR 1020150006729 A KR1020150006729 A KR 1020150006729A KR 20150006729 A KR20150006729 A KR 20150006729A KR 101653583 B1 KR101653583 B1 KR 101653583B1
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오제훈
이창규
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한양대학교 에리카산학협력단
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Abstract

본 발명은 3차원 조형 장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 인쇄장치는, 가공체의 3차원 형상의 데이터로부터 2차원 단위층 형상의 데이터를 추출하여 인쇄 영역 및 인쇄 경로를 결정하는 제어부, 인쇄 재료를 토출하는 분사부; 및 제1 스테이지, 및 상기 제1 스테이지의 상부에 적층되는 제2 스테이지를 포함하는 스테이지부;를 포함한다.

Description

3차원 조형 장치{3-Dimensional Printer}
본 발명은 3차원 조형 장치에 관한 것이다.
3차원 프린팅의 기본원리는 3차원 형상의 CAD 데이터로부터 아주 얇은 각 층의 형상정보를 추출하고 이 단위 층 형상대로 적층을 반복하여 직접적으로 최종 3차원 부품을 제작하는 것이다. 이러한 단위층의 적층을 위해서 필라멘트 형태의 플라스틱 수지를 이용하는 압출식 적층 조형(Fused Filament Fabrication, FFF), 금속분말의 융용을 이용하는 선택적 레이저 소결(Selective Laser Sintering, SLS) 그리고 광경화성 레진을 이용하는 광수지조형(Stereolithography, SL) 등이 대표적이다.
압출식 적층 조형(FFF) 방식은 고체 필라멘트 형태의 플라스틱을 재료로 하여 노즐에서 필라멘트를 녹이고 이를 분사하여 각 층을 형성하는 방식이다. 노즐에서 토출된 재료는 분사 후 즉시 경화되며, ABS, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 플리프로필렌, 왁스 등의 원료 등을 사용할 수 있다.
광수지조형(SL) 방식은 전자기 복사에 의해 경화되는 광 경화성 레진에 빛을 입사하고 노출된 레진이 경화되어 고체화되면 빌드 플랫폼을 아래로 움직여 액체 상태의 레진이 고체화된 레진 위에 위치하게 한 후, 다시 빛을 노출시켜 고체층 위에 또 다른 고체층을 형성하는 방식이다. 비록 사용할 수 있는 재료가 광 경화성 레진으로 제한되고 가공시간이 오래 걸린다는 단점이 있으나, 복잡하고 정교한 마이크로 구조물을 형성 가능하다는 장점이 있다.
광수지조형(SL) 방식에서 사용되는 광원으로는 자외선, 초단파 레이저, LED 다이오드 등이 있다. 이러한 광원들은 스캐닝 혹은 전사(projection) 방식으로 광 경화성 레진에 입사된다. 스캐닝 방식에서는 고정된 레이저 광원에 대해 스테이지를 미세하게 조절하거나 갈바노 미러를 이용하여 가공패스를 적용하여 마이크로 구조체를 제작하는데 가공 정밀도가 지금까지 보고된 모든 3차원 프린팅 방식 중에서 가장 정밀하다. 전사방식은 디지털 마이크로 미러 디바이스(Digital micro - mirror device, DMD) 등의 동적 형상 생성기를 사용해 단면이미지의 형상으로 광원을 입사시키는 방식으로, 단면 형상을 한 번에 입사시킬 수 있기 때문에 스캐닝 방식보다 가공시간이 단축된다.
선택적 레이저 소결(SLS) 방식은 파우더 형태의 폴리머나 메탈원료에 레이저를 입사시켜 고형화를 시킴으로써 각 층을 형성하는 방식이다. 한 층을 형성한 후에는 그 위에 다시 파우더를 얇고 균일하게 뿌린 후 고형화 과정을 반복한다. 메탈재료를 사용하기 힘든 압출식 적층 조형, 광수지 조형에 비해 나일론, 유리섬유 그리고 메탈재료 등을 사용할 수 있다는 장점이 있다.
하지만, 종래기술에 따른 3차원 조형 장치는 하기 선행기술문헌의 특허문헌에 개시된 바와 같이, 가이드에 의한 힘 리플(Force ripple), 마찰(Stack-slip), 그리고 기구적인 조립오차에 영향을 받는다는 단점 때문에 마이크로 수준의 정밀 이송이 어려운 문제점이 존재한다.
KR 10-0880593 B1
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일측면은 넓은 작업영역을 확보하는 동시에 가공의 정밀도를 향상시키고, 서로 다른 크기 또는 성질의 복수의 분사 장치를 구비하여, 가공시간을 단축하는 3차원 조형 장치를 제공하기 위한 것이다.
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본 발명의 실시예에 따른 3차원 조형 장치는 가공체의 3차원 형상의 데이터로부터 2차원 단위층 형상의 데이터를 추출하여 인쇄 영역 및 인쇄 경로를 결정하는 제어부; 인쇄 재료를 토출하는 분사부; 및 제1 스테이지, 및 상기 제1 스테이지의 상부에 적층되는 제2 스테이지를 포함하는 스테이지부; 를 포함하되, 상기 제1 스테이지는 하부 양측에 배치되는 X축 가이드를 통해 X축 방향으로 이동하는 제1-1 스테이지; 및 상기 제1-1 스테이지의 상부에 적층되고, 하부 양측에 배치되는 Y축 가이드를 통해 Y축 방향으로 이동하는 제1-2 스테이지; 를 포함하고, 상기 제2 스테이지는 유동부; 상기 유동부를 X축 방향으로 이송하는 제1 피에조 액츄에이터(actuator); 및 상기 제1 피에조 액츄에이터와 수직으로 배치되고, 상기 유동부를 Y축 방향으로 이송하는 제2 피에조 액츄에이터(actuator);를 포함하며, 상기 제2 스테이지는 상기 제1-2 스테이지 내부에 삽입되어, 상기 제1-2 스테이지의 상부면에 적층될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 조형 장치에 있어서, 상기 분사부는, 상이한 내경을 가지는 복수의 분사 장치를 포함하되, 상기 복수의 분사 장치는 고정밀(high precision) 영역 및 저정밀(low precision) 영역에 각각 대응하면서 상기 인쇄 재료를 토출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 조형 장치는 가공체의 3차원 형상의 데이터로부터 2차원 단위층 형상의 데이터를 추출하고, 전사(projection) 영역 및 전사 경로를 결정하는 제어부; 광 경화성 재료를 저장하는 챔버; 상기 챔버에 저장된 상기 광 경화성 재료를 경화시키는 광 조형 모듈; 및 제1 스테이지, 및 상기 제1 스테이지의 상부에 적층되는 제2 스테이지를 포함하는 스테이지부; 를 포함하되, 상기 제1 스테이지는 하부 양측에 배치되는 X축 가이드를 통해 X축 방향으로 이동하는 제1-1 스테이지; 및 상기 제1-1 스테이지의 상부에 적층되고, 하부 양측에 배치되는 Y축 가이드를 통해 Y축 방향으로 이동하는 제1-2 스테이지; 를 포함하고, 상기 제2 스테이지는 유동부; 상기 유동부를 X축 방향으로 이송하는 제1 피에조 액츄에이터(actuator); 및 상기 제1 피에조 액츄에이터와 수직으로 배치되고, 상기 유동부를 Y축 방향으로 이송하는 제2 피에조 액츄에이터(actuator);를 포함하며, 상기 제2 스테이지는 상기 제1-2 스테이지 내부에 삽입되어, 상기 제1-2 스테이지의 상부면에 적층될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 조형 장치에 있어서, 상기 광 조형 모듈은 서로 다른 정밀도 및 분해능을 가지는 복수의 광 조형 장치; 를 포함하되, 상기 광 조형 장치는 저분해능(Low-resolution)을 가지는 전사(projection)형태의 조형 장치 및 고분해능(High-resolution)을 가지는 초단파 레이저(ultra short pulse laser) 조형 장치로 각각 이루어질 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따르면, 넓은 작업영역을 확보하는 동시에 가공의 정밀도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 서로 다른 크기 또는 서로 다른 성질의 복수의 분사 장치를 구비하여, 가공시간을 단축하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 조형 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스테이지부의 개략도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 제1 스테이지의 개략도이다.
도 3b는 본 발명에 따른 제2 스테이지의 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 제어부가 가공체를 정밀도에 따라 영역을 분할한 개략도이다.
도 5a 내지 5b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 분사 장치의 사용을 도시한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 조형 장치의 개략도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 조형 장치의 개략도, 도 2는 본 발명에 따른 스테이지부의 개략도, 도 3a는 본 발명에 따른 제1 스테이지의 개략도, 도 3b는 본 발명에 따른 제2 스테이지의 개략도, 도 4는 본 발명에 따른 제어부가 가공체를 정밀도에 따라 영역을 분할한 개략도, 및 도 5a 내지 5b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 분사 장치의 사용을 도시한 개략도이다.
도 1 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 조형 장치(10)는, 가공체의 3차원 형상의 데이터로부터 2차원 단위층 형상의 데이터를 추출하여 인쇄 영역 및 인쇄 경로를 결정하는 제어부(110), 인쇄 재료를 토출하는 분사부(120), 및 제1 스테이지(150), 및 상기 제1 스테이지(150)의 상부에 적층되는 제2 스테이지(160)를 포함하는 스테이지부(140)를 포함한다.
본 발명의 제1 실시예는 FFF(Fused Filament Fabrication) 방식에 의한 3차원 조형 장치(10)에 관한 것이다.
상기 제어부(110)는 가공하려는 가공체의 3차원 형상 데이터로부터 2차원 단위층 형상 데이터를 추출하여, 인쇄 영역 및 인쇄 경로를 결정하는 역할을 한다. 여기서, 제어부(110)는 연산 장치 및 컨트롤러를 총칭한다.
본 발명에 따른 3차원 조형 장치(10)는, X축, 및 Y축에 의한 2차원적인 단위층을 형성하고, Z축 방향(특히, 하측)으로의 높이를 조절하여 단위층 형성을 반복함으로써, 최종적으로 가공체를 가공한다. 따라서, 가공체의 2차원 단위층에 관한 데이터로부터 미리 인쇄 영역 및 경로를 계산하여 결정할 필요가 있다.
상기 분사부(120)는 3차원 형상을 제조하는 인쇄 재료를 토출하는 역할을 한다. 여기서, 인쇄 재료는 고체 필라멘트 형태의 플라스틱으로서, 분사부(120)에서 필라멘트를 녹인 후 이를 분사할 수 있다. 인쇄 재료는 예를 들어, ABS, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리프로플렌, 왁스 등 일 수 있다.
한편, 상기 분사부(120)는, 상이한 내경을 가지는 복수의 분사 장치(122)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 4 내지 도 5b에 도시된 바와 같이, 고정밀(high precision)의 가공이 필요한 영역에 대해서는 내경이 작은 분사 장치(122)를 이용하여 인쇄 재료를 분사하고, 그렇지 않은(low precision) 영역에 대해서는 내경이 큰 분사 장치(122)를 이용하여 인쇄 재료를 분사할 수 있다. 내경이 큰 분사 장치(122)는, 단위 시간에 많은 양의 인쇄 재료를 토출할 수 있으므로, 가공 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 가공체의 외측, 즉 테두리 부분은 고정밀이 요구되는 것이 일반적이므로, 이러한 부분은 내경이 작은 분사 장치(122)를 이용하면 가공의 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과도 있다.
또한, 가공체가 형성되는 공간인 기판(미도시)이 구비될 수 있다. 구체적으로, 분사부(120)에서 토출된 인쇄 재료가 기판에 적층되며, 기판을 지지하는 스테이지부(140), 또는 스테이지부(140)를 지지하는 플레이트(180)의 수직 방향(Z축 방향) 높이가 조절되어, 적층과정을 반복할 수 있다. 한편, 기판은 예를 들어, 금속 기판, 세라믹 기판, 또는 고분자 기판등이 사용될 수 있다.
도 2 내지 도 3b는 스테이지부와 스테이지부를 구성하는 제1 스테이지 및 제2 스테이지의 개략도이다.
상기 스테이지부(140)는 기판(미도시)을 지지하고, 형상을 가공하기 위하여, 기판을 이송하는 역할을 한다. 스테이지부(140)는 제1 스테이지(150) 및, 상기 제1 스테이지(150)의 상부에 적층되는 제2 스테이지(160)를 포함할 수 있다.
상기 제1 스테이지(150)는 로터리 모터 또는 리니어 모터(미도시) 등에 의해 구동되며, 넓은 영역에서 빠르게 이동할 수 있다. 여기서, 제1 스테이지(150)는, X축 방향으로 이동하는 제1-1 스테이지(152), 및 상기 제1-1 스테이지(152)의 상부에 적층되어, Y축 방향으로 이동하는 제1-2 스테이지(154)를 포함할 수 있다. 이때, 도 2 및 도 3a에 도시된 바와 같이, 제1-1 스테이지(152) 및 제1-2 스테이지(154)는 X축 가이드(156) 및 Y축 가이드(158)에 의하여 이동할 수 있다.
예를 들어, 제1-1 스테이지(152)의 하부 양측에 X축 가이드(156)가 배치되고, 제1-2 스테이지(154)의 하부 양측에 Y축 가이드(158)가 배치될 수 있다. 여기서, X축 가이드(156) 또는 Y축 가이드(158)는, 제1 스테이지(150)를 X축 방향 또는 Y축 방향으로 이동할 수 있도록 안내하는 역할을 한다.
구체적으로, 제1-1 스테이지(152)가 X축 가이드(156) 상에서 수평으로 왕복 운동을 할 수 있도록 구비될 수 있다. 또한, 제1-1 스테이지(152)의 상부에 제1-2 스테이지(154)가 이격되어 적층되되, 제1-1 스테이지(152)와 제1-2 스테이지(154)의 이격된 공간에는, Y축 가이드(158)가 배치될 수 있다. 이때, 제1-2 스테이지(154)의 하부 양측에 Y축 가이드(158)가 배치되며, 제1-2 스테이지(154)가 Y축 가이드(158) 상에서 수평으로 왕복 운동을 할 수 있다. 또한, X축 가이드(156)와 Y축 가이드(158)는 수직을 형성한다.
상기 제2 스테이지(160)는, 피에조(piezo) 이송 시스템에 의하여 좁은 영역에서 천천히 이동하므로 정밀한 이송이 가능하다. 여기서, 제2 스테이지(160)는 제1-2 스테이지(154) 상에 적층되는데. 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 스테이지(160)는 제1-2 스테이지(154) 내부에 삽입되는 방식으로 제1-2 스테이지(154)의 상부면에 적층될 수 있다. 이로써, 제2 스테이지(160)가 제1-2 스테이지(154) 내부에서 흔들리지 않고 고정됨으로써, 오차 없이 정밀한 가공을 가능하게 한다.
한편, 제2 스테이지(160)는, 유동부(162), 상기 유동부(162)를 X축 방향으로 이송하는 제1 피에조 액츄에이터(164, actuator), 및 상기 제1 피에조 액츄에이터(164)와 수직으로 배치되고, 상기 유동부(162)를 Y축 방향으로 이송하는 제2 피에조 액츄에이터(166, actuator)를 포함할 수 있다.
상기 제1 피에조 액츄에이터(164) 및 제2 피에조 액츄에이터(166)는 피에조 시스템을 기반으로 한다. 피에조는 전원공급장치(미도시)를 통해 외부로부터 전원이 인가되면, 전압이 인가되는 방향에 따라 길이 방향으로 수축 또는 팽창하는 성질을 가진다. 피에조 액츄에이터는 피에조 압전 효과를 응용한 위치 결정 소자로서, 일반적으로 세라믹으로 구성될 수 있으며, 나노 미터부터 수백 미크론 미터까지의 위치 결정을 정확하게 할 수 있다.
상기 유동부(162)의 상부에는 기판(미도시)이 배치되어, 유동부(162)가 X축 또는 Y축 방향으로 이동함으로써, 기판도 함께 이동하고, 기판에 인쇄 재료가 토출되어 가공체의 단위층이 형성될 수 있다. 이때, 유동부(162)의 X축으로의 이동은 제1 피에조 액츄에이터(164), Y축으로의 이동은 제2 피에조 액츄에이터(166)에 의하여 구현된다.
구체적으로, 전원공급장치(미도시)에 의해 제1 피에조 액츄에이터(164) 및 제2 피에조 액츄에이터(166)에 전원이 인가되면, 제1 피에조 액츄에이터(164)의 피에조가 수축 또는 팽창함으로써 유동부(162)를 X축 방향으로 이동시키고, 제2 피에조 액츄에이터(166)의 피에조가 수축 또는 팽창하면, 유동부(162)를 Y축 방향으로 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 유동부(162)의 상부면에 배치된 기판도 함께, X축 또는 Y축 방향으로 이동할 수 있다.
추가적으로, 상기 스테이지부(140)를 지지하고, 높이 조절이 가능한 플레이트(180)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 스테이지부(140) 또는 상기 플레이트(180)를 Z축 방향, 즉 상하로 이송하는 구동부(170)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 제어부(110)가 인쇄 영역 및 경로를 결정하여, 스테이지부(140)가 X축, Y축 방향으로 이동하면서 기판상에 가공체의 단위층이 적층되면, Z축 방향(특히, 하측)으로의 높이를 조절하면서 단위층의 적층을 반복하여 최종적으로 가공체를 가공할 수 있다. 이때, 스테이지부(140)를 지지하면서, 높이 조절이 가능한 별도의 플레이트(180)가 구비되고, 플레이트(180)를 상하로 구동하는 구동부(170)가 구비될 수 있다. 여기서, 구동부(170)는 높이 조절을 가능하게 하는 당업계에 공지된 모든 방식을 포함할 수 있다. 또는, 플레이트(180)가 구비되지 않는 경우, 구동부(170)가 직접 제1 스테이지(150)를 상하로 구동시킬 수도 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 조형 장치(10)의 개략도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 조형 장치(10)는, 가공체의 3차원 형상의 데이터로부터 2차원 단위층 형상의 데이터를 추출하고, 전사(projection) 영역 및 전사 경로를 결정하는 제어부(110), 광 경화성 재료를 저장하는 챔버(210), 상기 챔버(210)에 저장된 상기 광 경화성 재료를 경화시키는 광 조형 모듈(220), 제1 스테이지(150), 및 상기 제1 스테이지(150)의 상부에 적층되는 제2 스테이지(160)를 포함하는 스테이지부(140)를 포함한다.
본 발명의 제2 실시예는 SL(Stereolithography) 방식에 의한 3차원 조형 장치(10)에 관한 것이다. 이하, 본 발명의 제1 실시예와 중복되는 구성은 간단히 설명하거나 생략한다.
상기 제어부(110)는 가공하려는 가공체의 3차원 형상 데이터로부터 2차원 단위층 형상 데이터를 추출하여, 전사(projection) 영역 및 전사 경로를 결정하는 역할을 한다. 여기서, 제어부(110)는 연산 장치 및 컨트롤러를 총칭한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 조형 장치(10)는, X축, 및 Y축에 의한 2차원적인 단위층을 형성하고, Z축 방향(특히, 하측)으로의 높이를 조절하여 단위층 형성을 반복함으로써, 최종적으로 가공체를 가공한다. 따라서, 가공체의 2차원 단위층에 관한 데이터로부터 미리 전사 영역 및 경로를 계산하여 결정할 필요가 있다.
제어부(110)가 전사 영역 및 전사 경로를 결정하면, 스테이지부(140)가 X축, Y축 방향으로 이동되면서 가공체의 단위층이 적층되도록 하고, 스테이지부(140) 또는 플레이트(180)의 Z축 방향으로의 높이를 조절한 후, 단위층 형성을 반복하여 최종적으로 가공체를 가공할 수 있다.
상기 챔버(210)는 광원에 의해 경화되는 광 경화성 재료(215)를 저장하는 역할을 한다. 여기서, 광 경화성 재료(215)는 광 경화성 레진 등의 당업계에 공지된 광 경화성 재료(215)를 모두 포함할 수 있다.
상기 광 조형 모듈(220)은, 광 경화성 재료(215)에 광원을 입사시키는 모듈로서, 여기서 사용되는 광원으로는 자외선, 초단파 레이저, LED 다이오드 등의 당업계에 공지된 광원을 모두 포함할 수 있다. 이러한 광원들은 스캐닝 혹은 전사 방식으로 광 경화성 재료(215)에 입사된다.
여기서, 광 조형 모듈(220)은 서로 다른 정밀도 및 분해능(resolution)을 가지는 복수의 광 조형 장치(222)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 저분해능(Low-resolution)을 가지는 전사(projection)형태의 조형 장치 및 고분해능(High-resolution)을 가지는 초단파 레이저(ultra short pulse laser) 조형 장치를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명의 권리범위가 이에 한하는 것은 아니며, 서로 다른 전사(projection) 형태와 정밀도를 가지는 광 조형 장치(222)를 조합하는 것이라면 어떠한 조합도 무방하다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(110)가 고정밀이 필요한 영역과 그렇지 않은 영역을 구분하면, 서로 다른 전사(projection) 영역 및 서로 다른 분해능(resolution)을 가지는 조형 장치를 함께 구비함으로써, 그에 따라 적절히 광원을 전사할 수 있다. 예를 들어, 상술한 바와 같이, 가공체의 외측, 즉 테두리 부분은 고정밀이 요구되는 것이 일반적이므로, 이러한 부분은 고분해능을 가지는 초단파 레이저 등을 이용하면 정밀도를 향상시킬 수 있다.
상기 스테이지부(140)는 제1 스테이지(150) 및 상기 제1 스테이지(150)의 상부에 적층되는 제2 스테이지(160)를 포함한다. 도 2 내지 도 3b, 및 상술한 바와 같이, 제1 스테이지(150)는 넓은 영역에서 빠르게 이동할 수 있고, 제2 스테이지(160)는 좁은 영역에서 정밀한 이동이 가능하므로, 제1 스테이지(150) 및 제2 스테이지(160)를 조합하여, 넓은 영역에서 정밀한 조형을 가능하게 한다. 또한, 제1 스테이지(150)의 구성 및 제2 스테이지(160)의 구성은 상술한 제1 실시예와 동일하므로, 설명을 생략하기로 한다.
추가적으로, 상기 스테이지부(140)의 높이 조절이 가능하도록, 플레이트(180)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 스테이지부(140) 또는 플레이트(180)를 Z축 방향, 즉 상하로 이송시키는 구동부(170)를 더 포함할 수 있다.
상기 플레이트(180)는 스테이지부(140)의 높이 조절을 가능하게 한다. 구체적으로, 제1 스테이지(150) 및 제2 스테이지(160)는 X축 및 Y축 방향으로만 이동이 가능하다. 다만, 광 경화성 레진이 광원에 의해 경화되어 단위층이 적층된 후, 반복적인 적층을 위해서는 스테이지부(140)가 하측으로 이동하여야 한다. 따라서, 플레이트(180)는 Z축 방향으로의 높이 조절이 가능하도록 구비된다. 이때, 상기 플레이트(180)를 상하로 구동하는 구동부(170)가 구비될 수 있으며, 여기서 구동부(170)는 스텝 모터(step motor)등의 높이 조절을 가능하게 하는 당업계에 공지된 모든 방식을 포함할 수 있다. 또는, 플레이트(180)가 구비되지 않는 경우, 구동부(170)가 직접 제1 스테이지(150)를 상하로 이송시킬 수도 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
10: 3차원 조형 장치 110: 제어부
120: 분사부 122: 분사 장치
140: 스테이지부 150: 제1 스테이지
152: 제1-1 스테이지 154: 제1-2 스테이지
156: X축 가이드 158: Y축 가이드
160: 제2 스테이지 162: 유동부
164: 제1 피에조 액츄에이터 166: 제2 피에조 액츄에이터
170: 구동부 180: 플레이트
210: 챔버 220: 광 조형 모듈
222: 광 조형 장치

Claims (10)

  1. 가공체의 3차원 형상의 데이터로부터 2차원 단위층 형상의 데이터를 추출하여 인쇄 영역 및 인쇄 경로를 결정하는 제어부;
    인쇄 재료를 토출하는 분사부; 및
    제1 스테이지, 및 상기 제1 스테이지의 상부에 적층되는 제2 스테이지를 포함하는 스테이지부; 를 포함하되,
    상기 제1 스테이지는
    하부 양측에 배치되는 X축 가이드를 통해 X축 방향으로 이동하는 제1-1 스테이지; 및
    상기 제1-1 스테이지의 상부에 적층되고, 하부 양측에 배치되는 Y축 가이드를 통해 Y축 방향으로 이동하는 제1-2 스테이지; 를 포함하고,
    상기 제2 스테이지는
    유동부;
    상기 유동부를 X축 방향으로 이송하는 제1 피에조 액츄에이터(actuator); 및
    상기 제1 피에조 액츄에이터와 수직으로 배치되고, 상기 유동부를 Y축 방향으로 이송하는 제2 피에조 액츄에이터(actuator);를 포함하며,
    상기 제2 스테이지는 상기 제1-2 스테이지 내부에 삽입되어, 상기 제1-2 스테이지의 상부면에 적층되는 것을 특징으로 하는 3차원 조형 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 분사부는, 상이한 내경을 가지는 복수의 분사 장치를 포함하되,
    상기 복수의 분사 장치는
    고정밀(high precision) 영역 및 저정밀(low precision) 영역에 각각 대응하면서 상기 인쇄 재료를 토출하는 것을 특징으로 하는 3차원 조형 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 가공체의 3차원 형상의 데이터로부터 2차원 단위층 형상의 데이터를 추출하고, 전사(projection) 영역 및 전사 경로를 결정하는 제어부;
    광 경화성 재료를 저장하는 챔버;
    상기 챔버에 저장된 상기 광 경화성 재료를 경화시키는 광 조형 모듈; 및
    제1 스테이지, 및 상기 제1 스테이지의 상부에 적층되는 제2 스테이지를 포함하는 스테이지부; 를 포함하되,
    상기 제1 스테이지는
    하부 양측에 배치되는 X축 가이드를 통해 X축 방향으로 이동하는 제1-1 스테이지; 및
    상기 제1-1 스테이지의 상부에 적층되고, 하부 양측에 배치되는 Y축 가이드를 통해 Y축 방향으로 이동하는 제1-2 스테이지; 를 포함하고,
    상기 제2 스테이지는
    유동부;
    상기 유동부를 X축 방향으로 이송하는 제1 피에조 액츄에이터(actuator); 및
    상기 제1 피에조 액츄에이터와 수직으로 배치되고, 상기 유동부를 Y축 방향으로 이송하는 제2 피에조 액츄에이터(actuator);를 포함하며,
    상기 제2 스테이지는 상기 제1-2 스테이지 내부에 삽입되어, 상기 제1-2 스테이지의 상부면에 적층되는 것을 특징으로 하는 3차원 조형 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 광 조형 모듈은
    서로 다른 정밀도 및 분해능을 가지는 복수의 광 조형 장치; 를 포함하되,
    상기 광 조형 장치는
    저분해능(Low-resolution)을 가지는 전사(projection)형태의 조형 장치 및 고분해능(High-resolution)을 가지는 초단파 레이저(ultra short pulse laser) 조형 장치로 각각 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 조형 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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