KR101848859B1 - 이종재료 성형 지원형 광경화 3d 프린터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이종재료 성형 지원형 광경화 3D 프린터에 관한 것으로서, 이종의 광경화 수지를 독립적으로 저장할 수 있도록 된 복수 개의 분할 수지저장조와, 분할 수지 저장조들을 수용할 수 있도록 된 메인 수용조와, 메인 수용조에 수용된 복수개의 분할수지 저장조의 바닥으로부터 상방으로 빌드판을 승강할 수 있게 설치된 복수개의 승강 조형스테이지와, 메인 수용조의 하부에 배치되어 메인 수용조에 수용된 분할수지 저장조들에 대해 각각 조형할 분할 성형이미지에 대응되는 광을 조사하는 광조사부를 구비한다. 이러한 이종재료 성형 지원형 광경화 3D 프린터에 의하면, 이종재료의 동시 성형이 가능하며, 재료 소모를 최적화하면서 성형할 수 있으며, 대면적의 성형도 지원할 수 있는 장점을 제공한다.

Description

이종재료 성형 지원형 광경화 3D 프린터{stereo lithography 3D printer for multi materials}
본 발명은 이종재료 성형 지원형 광경화 3D 프린터에 관한 것으로서, 상세하게는 이종 재료를 동시에 광경화에 의해 성형할 수 있도록 된 이종재료 성형 지원형 광경화 3D 프린터에 관한 것이다.
3D 프린터는 형성하고자 하는 입체 모양을 인쇄기법에 의해 성형할 수 있는 장치를 말한다.
최근에는 제품의 디자이너 및 설계자가 CAD 나 CAM을 이용하여 3차원 모델링 데이터를 생성하고, 생성한 데이터를 이용하여 3차원 입체 형상의 시제품을 제작하는 이른바 3차원 프린팅 방법이 등장하게 되었으며, 이러한 3D 프린터를 산업, 생활, 의학 등 매우 다양한 분야에서 활용하고 있다.
일반적인 3D 프린터의 기본적인 원리는 얇은 2D 레이어를 쌓아서 3D 물체를 만드는 것이다.
즉, 3D 프린터 방법에는 광경화성 수지에 레이저 광선을 주사하여 주사된 부분이 경화되는 원리를 이용한 SLA(Stereo Lithography Apparatus)와, SLA에서의 광경화성 수지 대신에 기능성 고분자 또는 금속분말을 사용하여 레이저 광선으로 주사하여 기능성 고분자 또는 금속분말을 고결시켜 성형하는 원리를 이용한 SLS(Selective Laser Sintering), FDM방식(Fused Deposition Modeling)과, 광경화수지가 저장된 저장조의 하부로 광을 조사하여 부분적으로 경화되는 원리를 이용하는 DLP(Digital Light Processing) 방식 및 LCD를 이용하여 인쇄하는 광경화 방식 등이 있다.
기존의 SLA 방식은 광경화성 수지를 이용하는 방법으로 미국특허 4,575,330호에 게시되어 있다.
또한, DLP방식은 국내 등록특허 제10-1533374호에 게시되어 있다.
한편, 광경화성 수지를 이용하는 종래의 광경화방식은 광경화성 폴리머 수지를 하나의 수조에 넣고 성형하는 방식으로 되어 있어, 이종의 소재로 동시에 성형할 수 없는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 이종재료의 동시 성형을 지원할 수 있는 이종재료 성형 지원형 광경화 3D 프린터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이종재료 성형 지원형 광경화 3D 프린터는 이종의 광경화 수지를 독립적으로 저장할 수 있도록 된 복수 개의 분할 수지저장조와; 상기 분할 수지 저장조들을 수용할 수 있도록 된 메인 수용조와; 상기 메인 수용조에 수용된 복수개의 상기 분할수지 저장조의 바닥으로부터 상방으로 빌드판을 승강할 수 있게 설치된 복수개의 승강 조형스테이지와; 상기 메인 수용조의 하부에 배치되어 상기 메인 수용조에 수용된 분할수지 저장조들에 대해 각각 조형할 분할 성형이미지에 대응되는 광을 조사하는 광조사부;를 구비한다.
바람직하게는 상기 메인 수용조는 바닥면이 정사각형 형상으로 형성되어 있고, 상기 분할수지 저장조는 상기 메인 수용조의 바닥면을 등간격으로 정사각형이 되게 분할한 단위 분할영역 또는 단위 분할영역의 정수배의 크기를 갖게 형성된다.
또한, 상기 승강 조형 스테이지는 상기 빌드판을 자력 생성 또는 해제에 의해 탈착할 수 있도록 된 마그네틱 탈착부;를 구비하고, 상기 빌드판은 자력에 감응하는 소재로 형성된다.
더욱 바람직하게는 상기 마그네틱 탈착부의 저면에는 상호 이격되어 상방으로 인입된 위치 정렬홈이 형성되어 있고, 상기 빌드판의 상면에는 상기 위치 정렬홈에 각각 삽입될 수 있게 돌출된 위치 정렬 돌기가 형성된다.
본 발명에 따른 이종재료 성형 지원형 광경화 3D 프린터에 의하면, 이종재료의 동시 성형이 가능하며, 재료 소모를 최적화하면서 성형할 수 있으며, 대면적의 성형도 지원할 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종재료 성형 지원형 광경화 3D 프린터를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광조사부가 적용된 광경화 3D 프린터를 나타내 보인 도면이고,
도 3은 도 1의 메인 수용조 내에 적용되는 분할수지저장조를 설명하기 위한 메인 수용조의 평면도이고,
도 4는 도 1의 마그네틱 탈착부와 빌드판을 분리하여 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이종재료 성형 지원형 광경화 3D 프린터를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종재료 성형 지원형 광경화 3D 프린터를 나타내 보인 측면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 이종재료 성형 지원형 광경화 3D 프린터(100)는 광조사부(110), 메인 수용조(130), 분할 수지 저장조(141)(142), 승강 조형스테이지(160)를 구비한다.
광조사부(110)는 메인 수용조(130)의 하부에 배치되어 메인 수용조(130)에 수용된 분할수지 저장조(141)(142)들에 대해 각각 조형할 분할 성형이미지에 대응되는 광을 조사할 수 있도록 되어 있다.
광조사부(110)는 메인 수용조(130)에 대해 할당된 분할영역 각각에 대응되는 광을 출사하는 복수개의 광원모듈(111)과, 광원모듈(111)에서 출사된 광을 각각 분할 영역에 대응되게 렌즈부(113) 및 각 분할영역에 대응되는 성형 이미지에 대응되게 광을 투과 또는 차단하는 LCD(117)를 구비한다.
광원모듈(111)은 다수의 발광다이오드가 어레이된 것이 적용될 수 있다.
렌즈부(113)는 광원모듈(111)에서 출사된 광을 분할영역에 대응되게 광로를조정할 수 있게 형성되면 된다.
렌즈부(113)는 광원모듈(111)의 광축을 중심으로 메인 수용조(130)를 향하는 방향으로 순차적으로 마련된 콜리메이팅 렌즈(113a) 및 프레넬 렌즈(113b)가 적용되었다.
LCD(117)는 메인 수용조(130) 영역에 대응되는 크기를 갖는 것이 적용되며, 분할영역에 대응되는 성형 이미지에 대응되게 광을 투과 또는 차단한다.
제어부(미도시)는 설정된 성형 조건에 대응되게 광원모듈(111) 및 LCD(117)의 구동을 제어한다.
한편 광조사부는 도시된 예와 다르게, 국내 등록특허 제10-1533374호에 적용된 DLP방식으로 구축될 수 있다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 광조사부(210)는 메인 수용조(130)의 분할영역에 각각 대응되게 마련된 광원모듈(211)에서 콜리메이팅 렌즈(213a)를 통해 각각 출사된 광을 미러모듈(215)에서 형성 이미지에 대응되게 반사하고, 확산렌즈(213c) 및 프레넬 렌즈(213b)를 통해 메인 수용조(130)로 조사할 수 있는 구조가 적용될 수 있다.
메인 수용조(130)는 분할 수지 저장조(141)(142)들을 수용할 수 있도록 되어 있다.
메인 수용조(130)는 도 3에 도시된 바와 같이 바닥면(132)이 정사각형 형상으로 형성되어 있다.
분할 수지 저장조(141)(142)는 이종의 광경화 수지를 독립적으로 저장할 수 있으면서 메인 수용조(130) 내에 수용될 수 있는 크기로 형성되어 있다.
분할수지 저장조(141)(142)는 메인 수용조(130)의 바닥면을 등간격으로 정사각형이 되게 분할한 단위 분할영역 또는 단위 분할영역의 정수배의 크기를 갖게 형성된다.
도시된 예에서는 상호 다른 크기를 갖으며 메인 수용조(130) 내에 함께 수용될 수 있는 분할 수지 저장조(141)(142)가 예시되어 있고, 적용가능한 분할 수지 저장조의 구조를 도 3을 함께 참조하여 설명한다.
먼저, 도 3에 도시된 메인 수용조(130)의 바닥면을 9개로 분할하고, 9개의 단위 분할영역에 대해 독립적으로 광을 조사할 수 있게 광조사부가 마련된 경우 분할 수지 저장조는 9분할 된 단위분할영역에 대응하는 크기로 형성될 수 있다.
또한, 분할 수지 저장조는 9분할 된 단위분할영역에 대해 직렬상으로 2개의 단위분할 영역 또는 3개의 단위분할영역에 대응되는 크기로 형성될 수 있다. 즉, 분할 수지 저장조는 영문자 a1, a2를 점유하는 크기 또는 영문자 a1, a2, a3를 점유하는 크기로 형성될 수 있다.
또한, 분할 수지 저장조는 9분할 된 단위분할영역에 대해 가로상으로 2개 및 세로상으로 2개의 단위분할 영역을 점유하는 크기로 형성될 수 있다. 즉, 분할 수지 저장조는 영문자 a1, a2, b1, b2를 점유하는 크기로 형성될 수 있다.
또한, 분할 수지 저장조는 9분할 된 단위분할영역에 대해 가로상으로 2개 및 세로상으로 3개의 단위분할 영역을 점유하는 크기로 형성될 수 있다. 즉, 분할 수지 저장조는 영문자 a1, a2, b1, b2, c1,c2를 점유하는 크기로 형성될 수 있다.
한편, 메인 수용조(130)에 대해 적용하는 단위분할 영역의 개수는 4개 또는 16개 등 적절하게 조정될 수 있음은 물론이다.
승강 조형 스테이지(160)는 메인 수용조(130)에 수용된 복수개의 분할수지 저장조(141)(142)의 바닥으로부터 상방으로 빌드판(151)(152)을 승강할 수 있게 설치되어 있다.
승강 조형 스테이지(160)는 프레임(161)에 설치된 모터(162)에 의해 회전되는 리드스크류(163)와 리드스크류(163)의 회전에 의해 승하강될 수 있게 결합된 승하강부재(165)의 하단에 결합된 마그네틱 탈착부(167) 및 마그네틱 탈착부(167)에 착탈되는 빌드판(151)(152)을 구비한다.
마그네틱 탈착부(167)는 빌드판(151)(152)을 자력 생성 또는 해제에 의해 탈착할 수 있도록 되어 있다.
마그네틱 탈착부(167)는 수동 조작스위치(168)의 조작에 의해 자력생성 방향을 변화시켜 빌드판(151)(152)을 착탈하는 방식 또는 전력 인가 유무에 따라 자기력이 생성 또는 해제되는 전자석이 적용될 수 있다.
마그네틱 탈착부(167)의 저면에는 상호 이격되어 상방으로 인입된 위치 정렬홈(169)이 형성되어 있다.
빌드판(151)(152)은 광경화수지의 광조사에 대응되는 성형폼을 형성할 수 있도록 된 것으로, 판형으로 자력에 감응하는 소재 예를 들면 철 소재로 형성된다.
빌드판(151)(152)의 상면에는 위치 정렬홈(169)에 각각 삽입될 수 있게 돌출된 위치 정렬 돌기(154)가 형성되어 있다.
도 1에서 참조부호 152로 표기된 빌드판(152)은 두 개의 단위 분할영역에 대응되는 크기를 갖는 분할 수지저장조(152)의 크기에 대응되게 형성되어 두 개의 승강 조형스테이지(160)에 의해 연동되어 승강되며, 참조부호 151로 표기된 빌드판(151)은 하나의 단위 분할영역에 대응되는 크기를 갖는 분할 수지저장조(151)의 크기에 대응되게 형성되어 하나의 승강 조형스테이지(160)에 의해 승강된다.
이와 같이 빌드판(151)(152)은 원하는 성형면적에 대응되게 다양한 크기로 형성하되 위치 정렬홈(169)에 각각 삽입될 수 있게 위치 정렬 돌기(154)을 형성하면 호환장착이 가능하다.
한편, 메인 수용조(130)에 대해 9개의 단위 분할영역을 적용하는 경우 9개의 단위 분할 영역 각각에 대응되게 9개의 승강 조형스테이지(160)가 마련된다.
또한, 광조사부(110)(210)는 9개의 단위 분할영역 각각에 대해 독립적으로 광을 조사할 수 있도록 구축된다.
이러한 이종재료 성형 지원형 광경화 3D 프린터는 성형크기를 하나의 단위 분할영역에서부터 9개의 단위 분할영역 모두에 해당한 전체 영역까지 다양하게 조정할 수 있고, 상호 다른 광경화 재료가 수용된 분할 수지 저장조를 통해 이종재료를 성형할 수 있다.
이상에서 설명된 이종재료 성형 지원형 광경화 3D 프린터에 의하면, 이종재료의 동시 성형이 가능하며, 성형크기에 따라 분할수지 저장조의 크기를 조정하여 적용할 수 있어 재료 소모를 최적화하면서 성형할 수 있으며, 대면적의 성형도 지원할 수 있는 장점을 제공한다.
110, 210: 광조사부 130: 메인 수용조
141, 142: 분할 수지 저장조 160: 승강 조형스테이지

Claims (4)

  1. 이종의 광경화 수지를 독립적으로 저장할 수 있도록 된 복수 개의 분할 수지저장조와;
    상기 분할 수지 저장조들을 수용할 수 있도록 된 메인 수용조와;
    상기 메인 수용조에 수용된 복수개의 상기 분할수지 저장조의 바닥으로부터 상방으로 빌드판을 승강할 수 있게 설치된 복수개의 승강 조형스테이지와;
    상기 메인 수용조의 하부에 배치되어 상기 메인 수용조에 수용된 분할수지 저장조들에 대해 각각 조형할 분할 성형이미지에 대응되는 광을 조사하는 광조사부;를 구비하고,
    상기 메인 수용조는 바닥면이 정사각형 형상으로 형성되어 있고, 상기 분할수지 저장조는 상기 메인 수용조의 바닥면을 등간격으로 정사각형이 되게 분할한 단위 분할영역 또는 단위 분할영역의 정수배의 크기를 갖게 형성되며,
    상기 단위 분할영역은 9개 또는 16개로 되어 있고, 상기 광조사부는 상기 단위 분할영역에 대해 독립적으로 광을 조사할 수 있게 형성된 것을 특징으로 하는 이종재료 성형 지원형 광경화 3D 프린터.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 승강 조형 스테이지는
    상기 빌드판을 자력 생성 또는 해제에 의해 탈착할 수 있도록 된 마그네틱 탈착부;를 구비하고, 상기 빌드판은 자력에 감응하는 소재로 형성된 것을 특징으로하는 이종재료 성형 지원형 광경화 3D 프린터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 마그네틱 탈착부의 저면에는 상호 이격되어 상방으로 인입된 위치 정렬홈이 형성되어 있고,
    상기 빌드판의 상면에는 상기 위치 정렬홈에 각각 삽입될 수 있게 돌출된 위치 정렬 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 이종재료 성형 지원형 광경화 3D 프린터.


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