KR101817004B1 - Ｄｌｐ 방식 3ｄ 프린터용 오토레벨링 시스템 및 이를 구비하는 ｄｌｐ 방식 3ｄ 프린터 - Google Patents

Ｄｌｐ 방식 3ｄ 프린터용 오토레벨링 시스템 및 이를 구비하는 ｄｌｐ 방식 3ｄ 프린터 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의하면, 광경화성 수지가 저장되는 수지 저장조(120)와, 상기 수지 저장조(120)로 광을 조사하는 광원(130)과, 성형품을 지지하는 빌딩 트레이(140)와, 빌딩 트레이(140)를 이송하는 빌딩 트레이 이송부를 구비하는 DLP 방식 3D 프린터를 위한 오토레벨링 시스템으로서, 상기 빌딩트레이의 기울기를 측정하기 위한 이미지센서; 상기 수지 저장조의 기울기를 조정하는 틸팅 구동부; 상기 광원의 위치를 조정하는 광원 이송부; 및 상기 이미지센서로부터 수신된 신호를 이용하여 상기 틸팅 구동부와 상기 광원 이송부로 제어신호를 전송하는 제어부를 포함하며, 상기 이미지센서는 상기 빌딩트레이와 평행한 일 평면 상에 배치되는 다수의 CMOS 셀을 구비하며, 상기 다수의 CMOS 셀은 상기 광원으로부터 조사되는 광을 수신하여 발생하는 신호량을 상기 제어부로 전송하는 것을 특징으로 하는 DLP 방식 3D 프린터용 오토레벨링 시스템이 제공된다.

Description

ＤＬＰ 방식 3Ｄ 프린터용 오토레벨링 시스템 및 이를 구비하는 ＤＬＰ 방식 3Ｄ 프린터{AUTO-LEVELLING SYSTEM FOR DLP TYPE 3D PRINTER AND DLP TYPE 3D PRINTER WITH SAME}
본 발명은 DLP 방식 3D 프린터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 DLP 방식 3D 프린터의 각 주요 구성의 레벨링에 관한 것이다.
3차원 입체 형상의 성형품을 제작하는 3D 프린터는 크게 광경화성 수지에 레이저광을 주사하는 SLA(StereoLithography Apparatus) 방식, 분말에 레이저광을 조사하는 SLS(Slective Laser Sintering) 방식, 플라스틱 필라멘트를 녹여서 노즐을 통해 토출하여 적층하는 FDM(Fused Deposition Modeling), 광경화성 수지가 저장된 저장조로 광을 조사하는 DLP(Digital Light Processing)이 있다.
DLP 방식 3D 프린터는 다른 방식의 3D 프린터에 비해 출력면의 표면 정밀도와 마이크로 단위의 레이어 증착으로 인한 출력물의 세부 묘사가 가능하다는 장점을 갖는다. 하지만, 이러한 DLP 방식 3D 프린터의 장점은 장비 제작 및 가동 간 사용자의 관련 분야의 지식 수준 및 이해도와 사용 숙련도에 따라 같은 장비르 이용함에도 불구하고 결과물이 상이할 수 있다. 이러한 문제의 가장 큰 원인은 DLP 방식 3D 프린터의 주요 구성의 수직, 수평 즉 레벨링에 있다. DLP 방식 3D 프린터는 면단위 출력으로 1회 광 조사시 출력물의 레이어가 생성되는데, 레벨링에 결함이 발생하면 출력물의 형태가 틀어지거나 3차원 Z축(높이축)에 해당하는 두께가 설계한 3D 모델링과 상이한 결과를 초래한다. 종래에 DLP 방식 3D 프린터의 레벨링은 초기 기구부 설계와 제작간 조립완성도에 크게 의존하기 때문에, 최종 조립 상태에서 레벨링 조절이 불가능하다는 문제가 있어서 개선이 요구된다.
본 발명의 목적은 DLP 방식 3Ｄ 프린터용 오토레벨링 시스템 및 이를 구비하는 DLP 방식 3D 프린터를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면,
광경화성 수지가 저장되는 수지 저장조(120)와, 상기 수지 저장조(120)로 광을 조사하는 광원(130)과, 성형품을 지지하는 빌딩 트레이(140)와, 빌딩 트레이(140)를 이송하는 빌딩 트레이 이송부를 구비하는 DLP 방식 3D 프린터를 위한 오토레벨링 시스템으로서, 상기 빌딩트레이의 기울기를 측정하기 위한 이미지센서; 상기 수지 저장조의 기울기를 조정하는 틸팅 구동부; 상기 광원의 위치를 조정하는 광원 이송부; 및 상기 이미지센서로부터 수신된 신호를 이용하여 상기 틸팅 구동부와 상기 광원 이송부로 제어신호를 전송하는 제어부를 포함하며, 상기 이미지센서는 상기 빌딩트레이와 평행한 일 평면 상에 배치되는 다수의 CMOS 셀을 구비하며, 상기 다수의 CMOS 셀은 상기 광원으로부터 조사되는 광을 수신하여 발생하는 신호량을 상기 제어부로 전송하는 것을 특징으로 하는 DLP 방식 3D 프린터용 오토레벨링 시스템이 제공된다.
상기 다수의 CMOS 셀은 격자형으로 배치될 수 있다.
상기 다수의 CMOS 셀은 횡방향과 종방향을 따라서 등간격으로 배치될 수 있다.
상기 이미지센서는 상기 빌딩 트레이에 분리가능하게 장착될 수 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면,
상기한 오토레벨링 시스템을 구비하는 DLP 방식 3D 프린터가 제공된다.
본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 격자형으로 배치되는 다수의 CMOS 셀을 구비하는 이미지센서를 이용하여 빌딩 트레이의 기울기가 정밀하게 측정되고 이에 대응하여 수지 저장조의 기울기 및 광원의 위치가 미세하게 조정되므로 DLP 방식 3D 프린터을 정밀하게 오토레벨링할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DLP 방식 3D 프린터를 도시한 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이미지센서를 도시한 사시도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 DLP 방식 3D 프린터가 측면도로서 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 DLP 방식 3D 프린터(100)는 지지 프레임(110)과, 광경화성 수지가 저장되는 수지 저장조(120)와, 수지 저장조(120)의 아래에 위치하여 수지 저장조(120)를 향해 광을 조사하는 광원(130)과, 성형품이 지지되는 빌딩 트레이(140)와, 빌딩 트레이(140)를 높이방향을 따라 이동시키는 빌딩 트레이 이송부(150)와, 오토레벨링 시스템(도면부호 미부여)을 포함한다.
지지 프레임(110)은 DLP 방식 3D 프린터(100)를 안정적으로 지지하며, 지지 프레임(110)에 DLP 방식 3D 프린터(100)의 각 구성 요소들이 설치된다.
수지 저장조(120)는 그 내부에 광경화성 수지가 저장되는 공간을 제공한다. 수지 저장조(120)에 저장된 광경화성 수지는 광원(130)으로부터 조사되는 광에 의해 경화된다. 수지 저장조(120)는 오토레벨링 시스템에 의해 틸팅 구동되어서 기울기가 조절된다. 수지 저장조(120)는 DLP 방식 3D 프린터에서 통상적으로 사용되는 수지 저장조의 구성을 포함한다.
광원(130)은 수지 저장조(120)의 연직방향 아래에 위치하여 수지 저장조(120)를 향해 광을 조사한다. 광원(130)은 오토레벨링 시스템에 의해 평면 상에서의 위치가 조절된다. 광원(130)은 DLP 방식 3D 프린터에서 통상적으로 사용되는 광원의 구성을 포함한다.
빌딩 트레이(140)는 수지 저장조(120)의 연직방향 위에 위치하고 수지 저장조(120)에서 경화되어 형성되는 성형품을 지지한다. 빌딩 트레이(140)는 빌딩 트레이 이송부(150)에 의해 연직방향을 따라서 상하이동하게 된다.
빌딩 트레이 이송부(150)는 빌딩 트레이(140)를 연직방향을 따라서 상하이동시킨다. 빌딩 트레이 이송부(150)는 빌딩 트레이(140)가 고정되는 빌딩 트레이 고정부(151)와, 빌딩 트레이 고정부(151)의 상하이동을 가이드하는 리니어 모션 가이드(154)와, 빌딩 트레이 고정부(151)의 상하이동을 구동시키는 빌딩 트레이 구동부(157)를 구비한다.
빌딩 트레이 고정부(151)는 빌딩 트레이(140)가 고정되는 제1 고정부(152)와, 리니어 모션 가이드(153)가 고정되는 제2 고정부(153)을 구비한다.
리니어 모션 가이드(154)는 프레임(110)에 고정된 상태로 상하방향을 따라 연장되는 레일(155)과, 레일(155)을 따라 이동하며 빌딩 트레이 고정부(151)의 제2 고정부(153)에 결합되는 캐리어(156)를 구비한다. 리니어 모션 가이드(154)는 통상적으로 사용되는 리니어 모션 가이드의 구성을 포함한다.
빌딩 트레이 구동부(157)은 볼스크루(158)와, 구동 모터(159)를 구비한다. 볼스크루(158)는 상하방향을 따라 연장되고 구동 모터(159)에 의해 회전하는 스크루봉(158a)과 스크루봉(158a)과 상호작용하고 빌딩 트레이 고정부(151)의 제1 고정부(152)에 고정되는 볼스크루 너트(158b)를 구비한다. 스크루봉(158a)이 구동 모터(159)에 의해 회전하며, 스크루봉(158a)의 회전방향에 따라, 볼스크루 너트(158b)가 상하이동하여 빌딩 트레이(140)가 상하이동하게 된다. 구동 모터(159)는 프레임(110)에 고정되어서 설치되고 스크루봉(158a)을 양방향 회전시킨다.
오토레벨링 시스템은 빌딩 트레이(140)의 기울기를 정밀하게 측정하여, 빌딩 트레이(140)의 기울기에 따라 수지 저장조(120)의 기울기와, 광원(130)의 위치를 미세조정한다. 오토레벨링 시스템은 빌딩 트레이(140)에 장착되어서 빌딩 트레이(140)의 기울기 검출에 이용되는 이미지센서(160)와, 수지 저장조(120)의 기울기를 미세 조정하는 틸팅 구동부(170)와, 광원(130)의 평면 위치를 미세 조정하는 광원 이송부(180)와, 제어부(미도시)를 구비한다.
이미지센서(160)는 빌딩 트레이(140)에 장착되고, 이미지센서(160)의 출력신호는 제어부(미도시)로 전송되어서 빌딩 트레이(140)의 기울기 측정에 이용된다. 도 2에는 이미지센서(160)가 사시도로서 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 이미지센서(160)는 평판 형태의 지지판(161)과, 지지판(161) 상에 격자형으로 동일 평면 상에 배치되는 다수의 CMOS 셀(165)를 구비한다. 본 실시예에서는 다수의 CMOS 셀(165)이 평면 상에서 횡방향과 종방향을 따라서 등간격으로 배치되는 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 다수의 CMOS 셀(165) 각각은 광원(130)으로부터의 광을 수신하여 발생하는 신호량을 제어부(미도시)로 전달한다. 다수의 CMOS 셀(165) 각각에서 발생하여 제어부(미도시)로 전송되는 신호량은 이미지센서(160)의 기준축선(A)(본 실시예에서는 광원(130)으로부터 조사되는 광의 광축선) 기울기 및 경사방향에 따라 달라지게 되며, 제어부(미도시)는 이를 이용하여 빌딩 트레이(140)의 기준축선(A)에 대한 기울기 및 경사방향을 측정하게 된다. 이를 위하여, 이미지센서(160)는 빌딩 트레이(140)의 하부에 빌딩 트레이(140)와 평행하도록 분리가능하도록 장착된다.
틸팅 구동부(170)는 제어부(미도시)로부터 제어신호를 수신하여 수지 저장조(120)의 기울기 및 경사방향을 미세조정한다. 수지 저장조(120)는 정밀한 성형을 위하여 빌딩 트레이(140)와 평행한 상태일 필요가 있다. 틸팅 구동부(170)에 의해 수지 저장조(120)는 빌딩 트레이(140)와 평행해지도록 그 기울기와 경사방향이 미세 조정된다.
광원 이송부(180)는 제어부(미도시)로부터 제어신호를 수신하여 광원(130)은 기준축선(A)과 직각인 평면 상에서 위치를 이동시킨다. 광원(130)은 정밀한 성형을 위하여 기울어진 빌딩 트레이(140)에 대해 적절한 위치로 이동할 필요가 있다. 광원 이송부(180)는 통상적인 X-Y 스테이지 장치로 이루어질 수 있다.
제어부(미도시)는 이미지센서(160)로부터 출력되는 각 CMOS 셀(165)의 신호량을 수신하여 빌딩 트레이(140)의 기준축(A)에 대한 기울기 및 경사방향을 결정하고, 수지 저장조(120)가 빌딩 트레이(140)와 평행하도록 틸팅 구동부(170)에 제어신호를 출력하고, 빌딩 트레이(140)의 기울기 및 경사방향에 대응하여 광원(130)의 위치가 조정되도록 광원 이송부(180)에 제어신호를 출력한다. 도시되지는 않았으나 제어부(미도시)는 오토레벨링을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 저장된 메모리장치와, 메모리장치에 저장된 오토레벨링 컴퓨터 프로그램을 실행하는 CPU 장치와, 이미지센서(160), 틸팅 구동부(170) 및 광원 이송부(180)와 신호를 주고받는 통신장치를 구비할 수 있다.
상기 설명한 오토레벨링 시스템에 의한 오토레벨링이 수행되어서, 빌딩 트레이(140)의 기울어진 상태에 따라 수지 저장조(120)의 기울기와 광원(180)의 위치가 미세 조정된 후, 성형이 수행됨으로써 우수한 품질의 성형품이 제조될 수 있다.
이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
100 : DLP 방식 3D 프린터 110 : 지지 프레임
120 : 수지 저장조 130 : 광원
140 : 빌딩 트레이 150 : 빌딩 트레이 이송부
154 : 리니어 모션 가이드 158 : 볼스크루
159 : 볼스크루 구동모터 160 : 이미지센서
165 : CMOS 셀 170 : 틸팅 구동부
180 : 광원 이송부

Claims (5)

  1. 광경화성 수지가 저장되는 수지 저장조와, 상기 수지 저장조로 광을 조사하는 광원과, 성형품을 지지하는 빌딩 트레이와, 상기 빌딩 트레이를 이송하는 빌딩 트레이 이송부를 구비하는 DLP 방식 3D 프린터를 위한 오토레벨링 시스템으로서,
    상기 빌딩 트레이에 분리가능하게 장착되어 상기 빌딩 트레이의 기울기를 측정하는 이미지센서;
    상기 수지 저장조의 기울기를 조정하는 틸팅 구동부;
    상기 광원의 위치를 조정하는 광원 이송부; 및
    상기 이미지센서로부터 수신된 신호를 이용하여 상기 틸팅 구동부와 상기 광원 이송부로 제어신호를 전송하는 제어부를 포함하며,
    상기 이미지 센서는,
    상기 빌딩 트레이와 평행한 일 평면 상에 배치되는 다수의 CMOS 셀을 구비하며, 판상으로 형성된 지지판에 상기 다수의 CMOS 셀이 횡방향과 종방향을 따라 등간격의 격자형으로 배치되며,
    상기 다수의 CMOS 셀은 상기 광원으로부터 조사되는 광을 수신하여 발생하는 신호량을 상기 제어부로 전송하며,
    상기 제어부는,
    상기 이미지센서로부터 출력되는 각 CMOS 셀의 신호량을 수신하여 상기 빌딩 트레이의 기준축(A)에 대한 기울기 및 경사방향을 결정하고, 상기 수지 저장조가 빌딩 트레이와 평행하도록 상기 틸팅 구동부에 제어신호를 출력하고, 빌딩 트레이의 기울기 및 경사방향에 대응하여 상기 광원의 위치가 조정되도록 광원 이송부의 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 DLP 방식 3D 프린터용 오토레벨링 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 기재된 오토레벨링 시스템을 구비하는 DLP 방식 3D 프린터.
KR1020160075979A 2016-06-17 2016-06-17 Ｄｌｐ 방식 3ｄ 프린터용 오토레벨링 시스템 및 이를 구비하는 ｄｌｐ 방식 3ｄ 프린터 KR101817004B1 (ko)

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