KR101851709B1 - 삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치 - Google Patents

삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 일 실시예는 광경화성 수지를 수용하는 용기, 상기 광경화성 수지를 경화시키는 광을 제공하는 광조사부, 상기 광에 의해 경화된 광경화성 수지가 부착되는 성형기판, 상기 성형기판을 상측 방향 또는 하측 방향으로 이동시키는 이송부, 상기 용기의 내측 저면과 상기 성형기판 사이에 배치되는 이형성체 레이어 및 상기 이송부에 의해 상기 성형기판이 상측 방향으로 이동될 때, 상기 경화된 광경화성 수지와 상기 이형성체 레이어를 분리하는 분리수단을 포함하는 삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치를 제공할 수 있다.

Description

삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치{APPARATUS FOR ENHANCING SPEED OF 3D PRINTER}
본 발명은 삼차원 프린터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치에 관한 것이다.
종래의 쾌속조형제작은 크게 판 형태의 고체 소재를 원하는 형태로 절단하여 접합시켜 만드는 방법과, 액상의 재료를 용착하고 경화시켜 적층 하거나 분말형태의 재료를 소결하여 적층하는 방법으로 나눌 수 있다. 이러한 쾌속조형방법 중에서 액상의 광경화성 수지를 경화시켜 적층하는 방법으로는 미국 3D system사의 SLA(StereoLithographic Apparatus)가 있으며, 이 방식을 이용한 다양한 쾌속조형 장치가 개발되어 있다.
이러한 광경화 방식을 토대로 하는 대한민국 공개공보 제10-2000-0018892에는 액정 패널 소자를 이용하여 네거티브 마스크를 생성하고, 이를 통해 임의의 3차원 조형물을 전사방식으로 형성하는 기술내용이 공개되어 있다. 그러나 상기 공개공보의 기술은 SLA기법을 토대로 단일 빔 조사를 통한 주사방식(scanning method)이 아닌 액정 패널을 이용한 전사방식(projection method)을 이용하는 것으로서, 조형 스테이지가 액상 수지 안에 잠겨서 조형 두께만큼 후퇴하면서 광경화가 이루어진다. 따라서 이 기술은 조형 스테이지가 후퇴 후 리코우터로 스테이지 위의 액상수지를 고르는 작업이 필요하기 때문에, 액체를 다루는 어려움과 실제 조형 이외에 추가적인 시간이 필요하다는 단점이 있다.
일본 특허 제3414858호에는 액상 수지에 잠겨서 조형하는 방식이 아닌 다른 3차원 조형방식이 공개되어 있는데, 구체적으로는 조형 플레이트를 상부에 위치시키고 롤투롤(roll to roll) 방식을 활용하여 필름 위에 액상수지를 도포하고, 이를 조형 플레이트에 부착 및 광경화하여 조형하는 방법이 공개되어 있다. 즉, 이 기술은 광조사가 아래에서 위로 이루어짐에 따라 경화된 조형 단층은 위에서 아래로 내려오게 된다. 따라서, 이 기술은 복잡한 형상 제작을 위한 지지(support) 재료의 이용이 불가능할 뿐만 아니라, 경화 단면에 잉크젯 프린팅을 아래에서 윗방향으로 해야 하기 때문에 제품을 제작하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허: 제10-2000-0018892호
본 발명의 일 실시예가 해결하고자 하는 과제는 삼차원 물체의 각각의 층을 처리하는 시간을 단축 시키고, 전체적인 처리 사이클의 시간도 단축할 수 있는 삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 일 실시예는 광경화성 수지를 수용하는 용기, 상기 광경화성 수지를 경화시키는 광을 제공하는 광조사부, 상기 광에 의해 경화된 광경화성 수지가 부착되는 성형기판, 상기 성형기판을 상측 방향 또는 하측 방향으로 이동시키는 이송부, 상기 용기의 내측 저면과 상기 성형기판 사이에 배치되는 이형성체 레이어 및 상기 이송부에 의해 상기 성형기판이 상측 방향으로 이동될 때, 상기 경화된 광경화성 수지와 상기 이형성체 레이어를 분리하는 분리수단을 포함하는 삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 분리수단은 상기 경화된 광경화성 수지와 상기 이형성체 레이어 사이를 지나가는 롤러를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 분리수단은 상기 경화된 광경화성 수지와 상기 이형성체 레이어 사이를 지나가는 나이프를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 분리수단은 상기 경화된 광경화성 수지의 단면과 상기 이형성체 레이어의 단면의 접촉부분 중 적어도 일부분의 접촉 형태를 면접촉에서 선접촉으로 변경되도록, 상기 경화된 광경화성 수지와 상기 이형성체 레이어를 분리할 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예는 광경화성 수지를 수용하는 용기, 상기 광경화성 수지를 경화시키는 광을 제공하는 광조사부, 상기 광에 의해 경화된 광경화성 수지가 부착되는 성형기판, 상기 성형기판을 상측 방향 또는 하측 방향으로 이동시키는 이송부, 상기 용기와 상기 성형기판 사이에 배치되는 이형성체 레이어 및 상기 성형기판이 상측 방향으로 이동될 때, 상기 이형성체 레이어와 상기 경화된 광경화성 수지가 분리되도록 상기 용기를 수평면에 대해 미리 정해진 각도로 기울게 하는 기울기 제공수단을 포함하는 삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 이형성체 레이어는 상기 용기의 내측 저면에 부착될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 이형성체 레이어의 단면의 표면적은 상기 경화된 광경화성 수지의 단면의 표면적보다 크고, 상기 용기의 내측 저면의 단면의 표면적보다 작을 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 미리 정해진 각도는 5° 이상 45° 이하일 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 기울기 제공수단이 상기 용기에 기울기를 제공할 때, 상기 이형성체 레이어가 상기 용기의 내측 저면에 고정되도록 하는 고정수단을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 실시예는 광경화성 수지를 수용하는 용기, 상기 광경화성 수지를 경화시키는 광을 제공하는 광조사부, 상기 광에 의해 경화된 광경화성 수지가 부착되는 성형기판, 상기 성형기판을 상측 방향 또는 하측 방향으로 이동시키는 이송부, 상기 용기와 상기 성형기판 사이에 배치되는 이형성체 레이어 및 상기 성형기판이 상측 방향으로 이동될 때, 상기 이형성체 레이어와 상기 경화된 광경화성 수지 사이에 유체(fluid, 流體)를 분사하는 분사수단을 포함하는 삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 유체는 상기 광경화성 수지, 공기 및 불활성 기체 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치는 삼차원 물체의 각각의 층을 처리하는 시간을 단축 시키게 되고, 전체적인 처리 사이클의 시간도 단축할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기 언급된 것으로 제한되지는 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
다양한 양상들이 이제 도면들을 참조로 기재되며, 여기서 유사한 참조 번호들은 총괄적으로 유사한 구성요소들을 지칭하는데 이용된다. 이하의 실시예에서, 설명 목적을 위해, 다수의 특정 세부사항들이 하나 이상의 양상들의 총체적 이해를 제공하기 위해 제시된다. 그러나 그러한 양상(들)이 이러한 특정 세부사항들 없이 실시될 수 있음은 명백할 것이다. 다른 예시들에서, 공지의 구조들 및 장치들이 하나 이상의 양상들의 기재를 용이하게 하기 위해 블록도 형태로 도시된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리수단이 경화된 광경화성 수지와 이형성체 레이어를 분리하는 것을 나타낸 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리수단이 나이프인 것을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 나이프를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기울기 제공수단이 구비된 삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치의 단면을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 기울기 제공수단이 용기에 일정한 기울기를 제공하는 것을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정수단이 구비된 삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치를 나타낸 모식도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 분사수단이 구비된 삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치를 나타낸 모식도이다.
상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 또는 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "～사이에"와 "바로 ～사이에" 또는 "～에 인접하는"과 "～에 직접 인접하는" 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
스테레오리소그라피(Stereolithography) 장치는 미리 정해진 조사(radiation), 통상 광조사(光照射, light radiation)에 노출되었을 때 경화되는 액체물질(예를 들어, 광경화성 수지)을 사용한다. 스테레오리소그라피 장치는 용기의 바닥에 인접하게 배치되어 광경화성 수지를 경화시키도록 하는 광조사 방출 수단을 포함하고, 미리 정해진 두께를 갖는 액체 물질의 층에 선택적으로 또는 동시에 광을 조사하여 3 차원 물체를 제작한다. 스테레오리소그라피 장치는 용기의 바닥을 향하고 제작할 3 차원 물체를 위한 지지 표면을 구비한 모델링 플레이트(예를 들어, 성형기판)를 포함할 수 있다. 성형기판은 용기의 바닥에 수직한 방향을 따라 성형기판을 이동시키도록 된 이동수단과 연결되어 있다.
이와 같은 형태의 스테레오리소그라피 장치를 사용하여, 미리 정해진 두께를 갖는 층을 연속적으로 적층하여 3 차원 물체가 제작된다. 더욱 정확하게는, 성형기판은 3 차원 물체의 제 1 층의 두께와 동일한 용기의 바닥으로부터의 거리로, 광경화성 수지 속에 침잠된 지지 표면과 함께 우선 배치된다. 광경화성 수지의 층은 용기의 바닥에 인접하게 결정되고, 3 차원 물체의 제 1 층의 표면 면적에 상응하는 부분에 광조사 방출 수단에 의하여 선택적으로 광조사되어, 성형기판을 지지하는 표면에 부착되고 이에 상응하는 경화층을 형성하게 된다. 연속적으로, 성형기판은 용기의 바닥으로부터 이동되고, 용기의 바닥으로부터 경화된 층을 분리시키도록 이동하게 된다. 이러한 방식으로, 광경화성 수지가 성형기판 아래로 흐를 수 있게 되고, 3 차원 물체의 연속적인 층의 형성을 위해 필요한 광경화성 수지가 연속적으로 보충된다.
성형기판은 용기의 바닥 가까이로 다시 이동하고, 형성될 연속적인 층의 두께와 동일한 바닥으로부터의 거리로 먼저 경화된 층을 배치하게 된다. 물체의 새로운 층의 경화는 앞서의 층과 유사한 방식으로 수행되고, 앞선 층의 표면에 접촉하도록 되고, 새로운 층에 대한 지지 표면으로서 역할을 하게 된다. 위에 설명된 과정은 3 차원 물체를 형성하는 모든 층들이 경화될 때까지 반복된다.
이하에서, 광경화성 수지는 액체 상태의 수지를 포함할 수 있고, 경화된 광경화성 수지는 현재 경화가 진행 중인 광경화성 수지뿐만 아니라 경화가 완성되어 3차원 물체의 하나의 층을 형성하는 광경화성 수지도 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치(10)는 용기(100), 광조사부(200), 성형기판(300), 이송부(400), 이형성체 레이어(500) 및 분리수단(600)을 포함할 수 있다.
용기(100)는 광경화성 수지(110)를 수용할 수 있다. 용기(100)에 수용된 광경화성 수지(110)는 미리 정해진 광(210)에 의해 경화될 수 있다. 용기(100)는 광경화성 수지(110)를 수용하고, 수용된 광경화성 수지(110)가 경화되는 장소이므로, 용기(100)는 성형기판(300)과 경화된 광경화성 수지(120)보다 크게 제작되는 것이 바람직하다. 광(210)에 의해 경화된 광경화성 수지(120)는 성형기판(300)에 부착될 수 있다. 도 1에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 용기(100)를 직육면체 형상으로 상측이 개방된 형태로 나타냈으나, 본 발명의 권리범위를 이에 한정하는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시예에 따른 용기(100)는 사용자의 요청에 따라 다양한 형상을 가질 수 있다. 이하에서는 광경화성 수지(110)를 수용하는 가장 일반적인 용기(100)를 기준으로 본원 발명의 다양한 실시예들을 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용기(100)는 광경화성 수지(110)를 경화시킬 수 있는 광(210)이 투과하는 성질을 가지는 것이 바람직하다. 즉, 광조사부(200)가 용기(100)의 하측에서 광(210)을 제공하면, 광(210)은 용기(100)를 투과하여, 용기(100)에 수용된 광경화성 수지(110)에 도달할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 용기(100)는 유리판(Bare glass), ITO(Indium Tin Oxide) 기판, COC(Cyclic olefin copolymer), PAc (Polyacrylate), PC (Polycarbonate), PE (Polyethylene), PEEK(Polyetheretherketone), PEI (Polyetherimide), PEN(Polyethylenenaphthalate), PES(Polyethersulfone), PET(Polyethyleneterephtalate), PI (Polyimide), PO (Polyolefin),PMMA(Polymethylmethacrylate), PSF (Polysulfone), PVA (Polyvinylalcohol), PVCi (Polyvinylcinnamate), TAC(Triacetylcellulose), 폴리실리콘 (Poly Silicone), 폴리우레탄 (Polyurethane) 및 에폭시수지 (Epoxy Resin)중 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있으나, 본원 발명의 권리범위를 이에 한정하는 것은 아니다.
광조사부(200)는 광경화성 수지(110)를 경화시키는 광(210)을 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광경화성 수지(110)는 제공되는 광(210)에 의해 미리 결정된 3차원 물체로 경화가 될 수 있다. 여기서, 미리 결정된 3차원 물체는 사용자 등이 제작하고자 하는 제품의 형상을 포함할 수 있다. 사용자 등이 완성하고자 하는 형상의 삼차원 데이터를 본 발명의 일 실시예에 따른 삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치(10)에 입력하면, 광조사부(200)는 입력받은 삼차원 데이터를 기초로 사용자 등이 완성하고자 하는 형상의 각각의 층을 한층 씩 적층하여 3차원 물체를 제작할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광조사부(200)는 광에너지를 제공하는 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광조사부(200)는 파장 320nm의 헬륨-카드뮴 레이저 광에너지를 광경화성 수지(110)의 표면층에 스폿(spot) 형상으로 집광시켜 조사하는 광에너지 조사 헤드(미도시), X-Y 디지털 플로터와 같은 광에너지 조사 헤드를 직교하는 수평 2방향으로 이동시키는 X-Y 위치 제어 장치(미도시) 및 레이저 광원 장치(미도시)를 포함할 수 있다. 여기서 사용한 레이저 광원 장치는 파장이 325nm의 자외선 발생 레이저로서 5 내지 10nW의 멀티 모드 발진형 레이저를 포함할 수 있다. 또한, 용도에 따라 미세 가공을 중요시하는 경우에는 출력을 3 내지 10mW의 싱글 모드 발진형 자외선 레이저를 사용할 수 있다.
광조사부(200)에서 발생된 광에너지를 효율적으로 안전하게 광에너지 조사 헤드까지 전송하기 위한 전송로인 광섬유가 사용될 수 있다. 이 장치에 조립된 광섬유는 광에너지를 효율적으로 전송하고, 고차원의 안전성을 확보하기 위해 금속성의 가요성 튜브를 외벽에 사용한 스텝 인덱스 타입의 광섬유가 사용될 수 있다. 스텝 인덱스 타입의 광섬유는 구조상 파이버 내부에서 광의 반사를 반복하면서 진행되기 때문에, 레이저광의 파형을 흐트러트리거나 파이버로부터 사출(射出)될 때 확산 된다는 이유에서, 더욱 미세 가공을 중요시하는 경우에는 레이저광의 파형을 흐트러트리지 않는 싱글 스텝 인덱스 타입의 광섬유이나 그레이티드 인덱스 타입의 광섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 광섬유로부터 사출되는 광에너지를 제어하면서 광경화성 수지(110)의 표면층에 조사하는 경우, 광조사부(200)로부터 나온 평행 광속(光束)에 의해 가까운 곳에서 광에너지를 기계적으로 ON, OFF하고, 고속 동작하는 액츄에이터 등에 의해 구동되는 메카니컬 셔터(mechanical shutter)를 복수 개 사용할 수 있다. 이 메카니컬 셔터의 개폐는 컴퓨터 모델링 시스템에서 준비된 CAD 데이터를 기초로 CAM에 의해 NC 데이터화되어 제어된 신호에 의해 제어되며, 광조사부(200)로부터 나온 광에너지를 광섬유 내로 도입 및 차단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광경화성 수지(110)를 경화시키는 광(210)은 레이저를 포함할 수 있다. 예를 들어, 레이저는 네오디움 야그(Nd:YAG), 네오디움 글래스(Nd:Glass), 루비(Ruby)레이저와 같은 고체 레이저를 포함할 수 있다. 또한, 엑시머레이저, 헬륨네온 레이저, 질소 레이저, 금속증기 레이저와 같은 기체 레이저를 포함할 수 있으나, 본 발명의 권리범위를 특정 레이저로 한정하는 것은 아니다.
광경화성 수지(110)는 광(210)에 의해 경화되는 물질이면 충분하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광경화성 수지(110)는 히드록시기 함유 아크릴레이트계 화합물, 수용성 아크릴레이트계 화합물, 다가 알코올의 폴리에스테르아크릴레이트계 화합물, 알코올 또는 다가 페놀의 에틸렌옥시드 부가물의 아크릴레이트계 화합물, 알코올 또는 다가 페놀의 프로필렌옥시드 부가물의 아크릴레이트계 화합물, 폴리우레탄아크릴레이트계 화합물, 에폭시아크릴레이트계 화합물, 카프로락톤 변성의 아크릴레이트계 화합물 및 감광성 (메트)아크릴레이트계 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 화합물이 될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광경화성 수지(110)는 400nm 이하의 파장을 가지는 자외선 레이저에 의해 경화되는 조성을 가질 수 있다. 이와 같은 조성의 광경화성 수지(110)는 아크릴레이트 수지 및／또는 에폭시 수지로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광경화성 수지(110)는 비중 1.2, 점도 1.4Ps, 분자량 약 200 내지 700의 광경화성 수지(110)가 사용될 수 있다. 광경화성 수지(110)는 저점도이며, 수축률이 비교적 높은 경화제 및／또는 중합 개시제가 첨가될 수도 있다.
성형기판(300)에는 광에 의해 경화된 광경화성 수지(110)가 부착될 수 있다. 용기(100)에는 광경화성 수지(110)가 수용되어 있고, 성형기판(300)의 적어도 일부는 용기(100)에 수용된 광경화성 수지(110)에 담지되어 있다. 광조사부(200)에 의해 광이 조사되면, 광은 광경화성 수지(110)를 경화시키고 경화된 광경화성 수지(110)는 성형기판(300)에 부착될 수 있다. 물론, 경화된 광경화성 수지(110)는 용기(100)의 내측에 있는 이형성체 레이어(500)에 부착될 수도 있다. 미리 정해진 형태의 층을 순서대로 적층하면, 사용자가 제작하고자 하는 3차원 물체를 제작할 수 있다.
성형기판(300)은 이송부(400)에 의해 상측 방향 또는 하측 방향으로 이동할 수 있다. 광조사부(200)에 의해 제공된 광(210)에 의해 광경화성 수지(110)가 경화되면 미리 정해진 3차원 물체의 제 1층이 형성될 수 있다. 경화된 광경화성 수지(120)는 성형기판(300)의 하면에 부착될 수 있다. 성형기판(300)에 경화된 광경화성 수지(120)가 부착된 상태로 성형기판(300)이 상측 방향으로 이동되면, 용기(100)와 경화된 광경화성 수지(120) 사이에 갭(gap)(예를 들어, 틈 또는 공간)이 형성되고, 갭 사이에 광경화성 수지(110)가 채워질 수 있다. 용기(100)와 경화된 광경화성 수지(120) 사이에 광경화성 수지(110)가 채워지면, 광조사부(200)에 의해 미리 정해진 3차원 물체의 제 2층이 형성될 수 있다. 이와 같은 과정이 반복되면 사용자 들이 제작하고 하는 3차원 물체가 형성될 수 있다.
그러나 광조사부(200)에 의해 경화된 광경화성 수지(120)는 성형기판(300)뿐만 아니라, 용기(100)에 있는 이형성체 레이어(500)에도 부착될 수 있다. 즉, 광조사부(200)에 의해서 광이 조사되면 용기(100)의 내측 저면(103) 및 이형성체 레이어(500)를 통과하여 성형기판(300)과 이형성체 레이어(500) 사이에 도달하게 되고, 성형기판(300)과 이형성체 레이어(500) 사이에 있는 광경화성 수지(110)가 경화되어, 경화된 광경화성 수지(120)가 형성될 수 있다. 경화된 광경화성 수지(120)는 성형기판(300)에만 부착되는 것이 바람직하지만 종래의 삼차원 프린터에서는 경화된 광경화성 수지(120)가 성형기판(300)뿐만 아니라 이형성체 레이어(500)에도 부착되는 문제점이 있었다. 경화된 광경화성 수지(120)가 용기(100)에 있는 이형성체 레이어(500)에 부착되면, 이송부(400)가 성형기판(300)을 상측 방향으로 이동시킬 때, 과도한 힘을 제공해야 하고, 결과적으로 삼차원 프린터의 속도를 저하 시킬 수 있다.
이형성체 레이어(500)는 성형기판(300)이 상측 방향으로 이동할 때, 경화된 광경화성 수지(110)가 성형기판(300)에 부착되도록 할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치(10)는 용기(100)와 성형 기판 사이에 이형성체 레이어(500)를 포함할 수 있다. 이형성체 레이어(500)는 용기(100)의 내측 저면과 경화된 광경화성 수지(120) 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 광조사부(200)에 의해 제공되는 광(210)은 용기(100)와 이형성체 레이어(500)를 통과하여, 광경화성 수지(110)를 경화시키고, 경화된 광경화성 수지(120)는 성형기판(300)에 부착될 수 있다. 만약, 이형성체 레이어(500)가 용기(100)와 경화된 광경화성 수지(120) 사이에 배치되면 경화된 광경화성 수지(120)와 용기(100)가 직접 접촉하지 않아 이송부(400)가 성형기판(300)을 상측 방향으로 이동할 때 과도한 힘을 제공하지 않더라고 빠르게 이동할 수 있다. 따라서, 이형성체 레이어(500)는 성형기판(300)에 비해 경화된 광경화성 수지(120)와 부착력이 작은 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이형성체 레이어(700)는 PDMS(polydimethylsiloxane), H-PDMS(hard-polydimethylsiloxane), X-PDMS(polydimethylsiloxane), PU(polyurethane), PFPEs(perfluoropolyethers), PMMA(poly methyl methacrylate), PS(polystyrene), PVA(poly vinyl alchol), Polycarbonate 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 이형성체 레이어(700)는 하기 [화학식 1]로 표시되는 PDMS(polydimethylsiloxane)로 이루어지는 것이 바람직하다.
[화학식 1]
Figure 112017044515326-pat00001
PDMS(polydimethylsiloxane)는 Dimethyl group의 낮은 표면 에너지와 siloxane 주쇄의 큰 유연성이 이형 코팅을 가능하게 할 수 있다. PDMS는 공기중에서 dimethyl 표면을 나타낸다. 이 dimethyl 표면은 낮은 표면에너지 즉 낮은 표면장력을 가지고 있다. PDMS의 표면장력은 21-22 dines/cm이다. 실리콘 주사슬은 모든 Si-O-Si 결합이 회전을 가지는 아주 유연한 고분자이다. 낮은 표면에너지와 함께 유연한 siloxane 주쇄가 실리콘이 독특한 이형능력을 갖게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이형성체 레이어(700)는 하기 [화학식 2] 및 [화학식 3]으로 표시되는 물질을 백금(Pt) 촉매하에 합성하여 PDMS보다 강도가 높은 H-PDMS(hard-polydimethylsiloxane)로 이루어질 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112017044515326-pat00002
[화학식 3]
Figure 112017044515326-pat00003
본 발명의 일 실시예에 따른 H-PDMS는 PDMS의 일부 측쇄를 vinyl기로 바꾼 siloxane과 PDMS의 일부 측쇄를 H로 바꾼 siloxane을 미리 정해진 비로 혼합하여 백금 촉매로 열경화하여 강도를 올린 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이형성체 레이어(700)는 이형성을 제공하는 것을 목적으로 하지만, 경화된 광경화성 수지가 수백 번 또는 수십만 번 부착과 탈착을 반복하면, 이형성체 레이어(700)가 파손되거나 이형성체 레이어(700)의 상면에 스크래치가 발생 될 수 있다. 따라서, 이형성체 레이어(700)는 이형성을 제공함과 동시에 일정한 강도를 가질 필요가 있다. H-PDMS는 PDMS와 동등한 이형성을 제공함과 동시에 일정 수준이상의 강도를 제공할 수있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이형성체 레이어(700)는 하기 [화학식 4]로 표시되는 반응식에 의해 생성되는 X-PDMS(hard-polydimethylsiloxane)로 이루어질 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112017044515326-pat00004
X-PDMS(hard-polydimethylsiloxane)는 Vinyl기를 가진 Q-siloxane을 일반 vinyl modified siloxane에 일부 적용하여 Si-H siloxane과 백금 촉매로 경화시킨 것이다. X-PDMS(hard-polydimethylsiloxane)는 가교도를 더욱 높이기 위해 Si-O 기본 주쇄에 methyl기 대신 -O- 로 blanch를 시킨 것이 Q-siloxane이다.
분리수단(600)은 이송부(400)에 의해 성형기판(300)이 상측 방향으로 이동될 때, 경화된 광경화성 수지(120)와 이형성체 레이어(500)를 분리할 수 있다. 광조사부(200)에 의해 경화된 광경화성 수지(120)는 성형기판(300)뿐만 아니라, 용기(100)의 내측 저면에 배치된 이형성체 레이어(500)에도 부착될 수 있다. 즉, 광조사부(200)에 의해서 광이 조사되면 용기(100)의 내측 저면 및 이형성체 레이어(500)를 통과하여 성형기판(300)과 이형성체 레이어(500) 사이에 도달하게 되고, 성형기판(300)과 이형성체 레이어(500) 사이에 있는 광경화성 수지(110)가 경화되어, 경화된 광경화성 수지(110)가 형성될 수 있다. 경화된 광경화성 수지(110)는 성형기판(300)에만 부착되는 것이 바람직하지만 종래의 삼차원 프린터에서는 경화된 광경화성 수지(120)가 성형기판(300)뿐만 아니라 이형성체 레이어(500)에도 부착되는 문제점이 있다. 경화된 광경화성 수지(110)가 이형성체 레이어(500)에 부착되면, 이송부(400)가 성형기판(300)을 상측 방향으로 이동시킬 때 과도한 힘을 요구하게 되고, 결과적으로 삼차원 프린터의 속도를 저하 시키는 문제가 발생한다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해, 본원 발명의 발명자는 경화된 광경화성 수지(110)와 이형성체 레이어(500)를 물리적을 분리할 수 있는 분리수단(600)을 도입하였다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리수단이 경화된 광경화성 수지와 이형성체 레이어를 분리하는 것을 나타낸 개념도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 성형기판(300)의 하면에는 7개의 경화된 경화성 수지(120, 121, 122, 123, 124, 125, 126)가 형성된 것을 확인할 수 있다. 120부터 125까지 순서대로 경화가 완성되었으며, 현재 126이 경화가 진행 중에 있다. 광조사부(200)에 의해 조사된 광(210)은 용기(100) 내에 있는 광경화성 수지(110)를 경화시키고, 경화 중인 광경화성 수지(126)는 이미 경화된 광경화성 수지(125)의 하면에 부착된다. 또한, 경화 중인 광경화성 수지(126)는 이미 경화된 광경화성 수지(125)의 하면에 부착되기도 하지만, 이형성체 레이어(500)에도 부착될 수 있다. 이때, 분리수단(600)은 경화 중인 광경화성 수지(126)와 이형성체 레이어(500) 사이를 지나가면서 경화 중인 광경화성 수지(126)와 이형성체 레이어(500)를 분리할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 분리수단(600)은 롤러(601)를 포함할 수 있다. 광조사부(200)에 의해 광경화성 수지(126)의 경화가 완성되면, 롤러(601)는 광경화성 수지(126)와 이형성체 레이어(500) 사이를 지나가면서 이동할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 롤러(601)는 광경화성 수지(126)와 이형성체 레이어(500) 사이를 회전하면서 이동할 수 있다. 롤러(601)가 회전하면서 광경화성 수지(126)와 이형성체 레이어(500) 사이를 지나가면 광경화성 수지(110)와 이형성체 레이어(500)가 분리되는 시간을 단축할 수 있다.
또한, 광조사부(200)에 의한 광(210)의 제공과 분리수단(600)에 의한 광경화성 수지(110)와 이형성체 레이어(500)의 분리는 동시에 진행될 수 있다. 즉, 도 3에 나타낸 것처럼, 일 측면에서 광경화성 수지(110)의 광경화가 진행되고, 타 측면에서는 분리수단(600)에 의한 광경화성 수지(110)와 이형성체 레이어(500)의 분리가 진행될 수 있다. 더 나아가, 성형기판(300)이 상측으로 이동하는 중에 분리수단(600)은 광경화성 수지(110)와 이형성체 레이어(500) 사이를 지나갈 수 있다.
도 4에 나타낸 것처럼, 경화 중인 광경화성 수지(126)의 단면과 이형성체 레이어(500)의 단면의 접촉부분 중 적어도 일부분의 접촉 형태는 면접촉에서 선접촉으로 변경될 수 있다. 즉, 분리수단(600)이 없는 경우 성형기판(300)을 상측 방향으로 이동시키기 위해서는 면접촉에 의한 부착력보다 큰 힘을 제공해야 광경화성 수지(126)와 이형성체 레이어(500)를 분리하는 것이 가능하다. 하지만, 분리수단(600)이 광경화성 수지(126)와 이형성체 레이어(500)를 지나가면 광경화성 수지(126)와 이형성체 레이어(500)의 접촉은 면접촉에서 선접촉으로 변경될 수 있다. 동일한 물성에 의한 부착력은 선접촉일 때가 면접촉일 때보다 1000배 이상 감소한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치(10)는 성형기판(300)을 상측 방향으로 이동시키기 위해 과도한 힘을 제공할 필요가 없으며, 작은 힘을 제공하더라고, 경화된 광경화성 수지(126)와 이형성체 레이어(500)를 분리할 수 있으므로 삼차원 프린터의 속도를 향상시킬 수 있다.
도 5에 나타낸 것처럼, 롤러(601)가 광경화성 수지(110)와 이형성체 레이어(500) 사이를 완전히 지나가게 되면 성형기판(300)은 미리 정해진 위치로 다시 이동하기 위해 하측 방향으로 이동하고, 광조사부(200)에 의해 제공되는 광(210)에 의해 다음 층의 형성이 진행된다. 분리수단(600)이 광경화성 수지(110)와 이형성체 레이어(500) 사이를 지나가면 일정한 공간이 형성되고, 이 공간에는 광경화성 수지(110)가 채워지게 되므로, 도 5에 나타낸 것처럼 광조사부(200)는 광(210)을 제공하여 광경화성 수지(127)의 경화가 진행될 수 있다. 다시 말하면, 분리수단(600)에 의해 광경화성 수지(110)와 이형성체 레이어(500)가 분리되는 것과, 광조사부(200)에 의해 광경화성 수지(127)가 경화되는 것은 동시에 진행될 수 있고, 삼차원 프린터의 속도를 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리수단이 나이프인 것을 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리수단(600)은 경화된 광경화성 수지(126)와 이형성체 레이어(500) 사이를 용이하게 지나갈 수 있도록 진행 방향에 일정한 각도가 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 나이프(603)는 경화된 광경화성 수지(110)와 이형성체 레이어(500)가 부착된 경계를 칼로 자르듯 분리하기 위해 나이프(603)의 전단(6031)은 칼과 같은 형태가 될 수 있다.
도 7에 나타낸 것처럼, 나이프(603)는 전체적으로 삼각형 형상의 단면으로 구현될 수 있다. 도 7의 (a)는 나이프(603)의 단면이 이등변 삼각형의 형태를 가지는 것을 나타낸 것으로, θ1은 5°내지 10°의 각을 가질 수 있다. θ1이 5°보다 작은 각을 갖는 경우, 나이프(603)가 경화된 광경화성 수지(126)와 이형성체 레이어(500)를 지나간 후에, 다시 경화된 광경화성 수지(126)와 이형성체 레이어(500)가 부착되는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, θ1이 10°보다 큰 각을 갖는 경우, 나이프(603)가 이형성체 레이어(500)에 스크래치를 발생시켜 이형성을 감소시키는 문제가 발생할 수 있다. 도 7의 (b)는 나이프(603)의 단면이 직각 삼각형의 형태를 가지는 것을 나타낸 것으로, θ2는 5°내지 10°의 각을 가질 수 있다. 도 7의 (b)에 나타낸 나이프(603)의 밑변은 수평면과 평행하므로 이형성체 레이어(500)에 손상을 가하지 않고, 경화된 광경화성 수지(126)와 이형성체 레이어(500) 사이를 지나갈 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기울기 제공수단이 구비된 삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치의 단면을 나타낸 것이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치(10)는 용기(100), 광조사부(200), 성형기판(300), 이송부(400), 이형성체 레이어(500) 및 기울기 제공수단(800)을 포함할 수 있다.
용기(100)는 광경화성 수지(110)를 수용할 수 있다. 용기(100)에 수용된 광경화성 수지(110)는 성형기판(300)의 적어도 일부분이 잠길 수 있는 정도로 채워지면 충분하다.
광조사부(200)는 용기(100)에 수용된 광경화성 수지(110)를 경화시키는 광을 제공할 수 있다. 광조사부(200)에 의해 제공된 광(210)은 용기(100)와 이형성체 레이어(500)를 통과하여 광경화성 수지(110)에 전달될 수 있다. 광경화성 수지(110)는 광(210)에 의해 경화가 진행될 수 있으며, 경화된 광경화성 수지(110)는 사용자가 제작하고자 하는 3차원 물체의 하나의 층으로 형성될 수 있다. 여기서, 광조사부(200)는 광(210)을 사용자가 제작하고자 하는 3차원 물체의 층을 형성하기 위해 순차적으로 광(210)을 제공할 수 있으며, 필요에 따라서 3차원 물체의 하나의 층을 형성하기 위해 동시에 광을 제공할 수도 있다.
성형기판(300)은 광조사부(200)가 제공하는 광(210)에 의해 경화된 광경화성 수지(110)가 부착될 수 있다. 경화된 광경화성 수지(120)는 성형기판(300)의 하면에 부착될 수 있으며, 이후, 형성되는 경화된 광경화성 수지는 이전에 형성된 경화된 광경화성 수지의 하면에 부착될 수 있고, 이와 같은 과정은 사용자가 제작하고자 하는 3차원 물체를 완성할 때까지 지속 된다
이송부(400)는 성형기판(300)을 상측 방향 또는 하측 방향으로 이동시킬 수 있다. 성형기판(300)에 사용자가 제작하고자 하는 3차원 물체의 한 층이 형성되고, 다음 층이 형성되기 위해서는 경화된 광경화성 수지(120)를 상측 방향으로 이동시켜 이형성체 레이어(500)와 경화된 광경화성 수지(110) 사이에 광경화성 수지(110)가 공급될 필요가 있다. 이를 위해, 이송부(400)는 성형기판(300)을 상측 방향으로 이동시키게 되고, 이형성체 레이어(500)와 경화된 광경화성 수지(110) 사이에 광경화성 수지(110)가 유입될 수 있다. 이형성체 레이어(500)와 경화된 광경화성 수지(110) 사이에 광경화성 수지(110)가 유입된 후, 성형기판(300)의 하측 방향으로 이동하여 3차원 물체의 다음 층이 형성될 수 있다.
이형성체 레이어(500)는 용기(100)와 성형기판(300) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 이형성체 레이어(500)는 용기(100)의 내측 저면(103)에 고정된 형태로 배치될 수 있다. 광경화성 수지(110)가 경화되면 용기(100)와 성형기판(300)에 부착될 수 있다. 삼차원 프린터는 3차원 물체의 층을 한 층씩 제작하므로, 경화된 광경화성 수지(110)는 성형기판(300)에 한 층씩 적층 될 필요가 있다. 경화된 광경화성 수지(110)가 용기(100)에 부착되지 않도록 하기 위해 이형성을 가지는 이형성체 레이어(500)를 용기(100)와 성형기판(300) 사이에 배치할 수 있다. 따라서, 이형성체 레이어(500)와 경화된 광경화성 수지(110)의 부착력은 성형기판(300)과 경화된 광경화성 수지(120)의 부착력보다 작은 것이 바람직하다. 성형기판(300)이 이송부(400)에 의해 상측 방향으로 이동하기 위해서는 이송부(400)가 일정한 힘 이상으로 성형기판(300)을 끌어당겨야 한다. 다만, 이형성체의 성질에도 불구하고, 이형성체 레이어(500)와 경화된 광경화성 수지(110)를 분리하기 위해서는 상당한 힘과 시간이 요구된다. 따라서, 본 발명의 발명자는 이형성체 레이어(500)와 경화된 광경화성 수지(110)의 접촉을 면 접촉에서 선 접촉으로 변경시킬 수 있는 기울기 제공수단(800)을 구비하도록 하였다. 이형성체 레이어(500)의 단면의 표면적은 경화된 광경화성 수지(110)의 단면의 표면적보다 크고, 용기(100)의 내측 저면(103)의 단면의 표면적보다 작게 구현하는 것이 바람직하다. 경화된 광경화성 수지(120)를 이형성체 레이어(500)와 분리하기 위해 고정수단(810)(810)을 사용할 경우, 고정수단(810)(810)이 이형성체 레이어(500)를 용기(100)의 내측 저면에 고정시키기 위해 경화된 광경화성 수지(110)와 겹치지 않는 부분을 용기(100)에 고정 시킬 수 있다. 또한, 이형성체 레이어(500)가 용기(100)의 내측 저면(103)의 단면의 표면적보다 큰 경우, 용기(100)의 내측 저면(103)에 이형성체 레이어(500)를 배치하는 것이 용이하지 않을 수 있다. 따라서, 이형성체 레이어(500)는 용기(100)의 내측 저면(103)을 덮을 정도의 크기인 것이 바람직하다.
기울기 제공수단(800)은 성형기판(300)이 상측 방향으로 이동될 때, 이형성체 레이어(500)와 경화된 광경화성 수지(110)가 분리되도록 용기(100)를 수평면에 대해 미리 정해진 각도로 기울게 할 수 있다. 이형성체 레이어(500)와 경화된 광경화성 수지(120)가 면 접촉을 유지한 상태에서 이송부(400)에 의해 성형기판(300)을 상측 방향으로 끌어올리기 위해서는 과도한 힘이 요구된다. 이때, 용기(100) 및 이형성체 레이어(500)에 기울기를 제공하면 이형성체 레이어(500)와 경화된 광경화성 수지(110)의 접촉은 기울기를 제공하는 측면부터 분리가 시작되고, 분리되는 접촉은 면 접촉에서 선 접촉으로 변경되므로, 작은 힘을 제공하더라고 성형기판(300)을 상측 방향으로 이동시킬 수 있다. 적은 힘으로 성형기판(300)을 이동시킬 수 있으므로 3차원 물체의 제작 시간도 단축할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 기울기 제공수단이 용기에 일정한 기울기를 제공하는 것을 나타낸 것이다.
도 9를 참조하면, 성형기판(300)에는 경화된 광경화성 수지(120, 121, 122, 123, 124, 125, 126)가 부착되어 있고, 경화된 광경화성 수지(126)는 이형성체 레이어(500)에 부착되어 있다. 이때, 용기(100) 및 이형성체 레이어(500)를 θ3의 각도로 기울게 하면, 기울기를 제공한 측면부터 경화된 광경화성 수지(126)와 이형성체 레이어(500)가 분리되기 시작한다. 위에서 설명한 것처럼, 경화된 광경화성 수지(126)와 이형성체 레이어(500)의 분리가 시작되면, 분리되는 단면의 접촉은 면 접촉에서 선 접촉으로 변경되고, 성형기판(300)이 상측 방향으로 이동하는 힘과 시간을 줄일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기울기 제공수단(800)은 용기(100) 및 이형성체 레이어(500)를 5°이상 45° 이하로 기울게 할 수 있다. 용기(100)를 5°미만으로 기울게 할 경우, 경화된 광경화성 수지(126)와 이형성체 레이어(500)가 면 접촉을 유지할 가능성이 높고, 용기(100)를 45°를 초과하여 기울게 할 경우, 용기(100)를 다시 되돌리는데 과도한 시간이 소요될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정수단이 구비된 삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치를 나타낸 모식도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치(10)는 고정수단(810)을 더 포함할 수 있다.
고정수단(810)은 기울기 제공수단(800)이 용기(100)에 기울기를 제공할 때, 이형성체 레이어(500)가 용기(100)의 내측 저면(103)에 고정되도록 할 수 있다. 성형기판(300)의 하면에는 경화된 광경화성 수지(110)가 순서대로 적층될 수 있다. 가장 최근에 경화된 광경화성 수지(110)는 이형성체 레이어(500)와 부착될 수 있다. 성형기판(300)이 상측 방향으로 이동하면, 경화된 광경화성 수지(125)와 경화된 광경화성 수지(126) 사이의 부착력은 경화된 광경화성 수지(126)와 이형성체 레이어(500) 사이의 부착력보다 크므로(예를 들어, PDMS는 이형성이 대단히 큰 물질이므로) 경화된 광경화성 수지(126)와 이형성체 레이어(500) 사이가 먼저 분리될 수 있다. 이때, 용기(100)의 내측 저면(103)에 부착된 이형성체 레이어(500)는 광경화성 수지(126)가 상측 방향으로 이동하면서 이형성체 레이어(500)를 함께 상측 방향으로 이동시킬 수 있다. 성형기판(300)이 상측 방향으로 이동을 하는 변위를 줄이기 위해서는 이형성체 레이어(500)를 용기(100)의 내측 저면(103)에 고정 시킬 필요가 있다. 물론, 이형성체 레이어(500)는 용기(100)의 내측 저면(103)에 접착제 등으로 부착될 수 있으나, 반복적인 작업으로 인해 일정 수준 이상의 사용횟수가 되면, 이형성체 레이어(500)와 용기(100)의 내측 저면(103)의 부착력도 약해진다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 기울기 제공수단(800)이 용기(100)에 기울기를 제공할 때 및 성형기판(300)이 상측 방향으로 이동할 때, 이형성체 레이어(500)를 하측 방향으로 눌러 경화된 광경화성 수지(110)와 이형성체 레이어(500)가 쉽게 분리될 수 있도록 할 필요가 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 분사수단이 구비된 삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치를 나타낸 모식도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치는 분사수단(900)을 더 포함할 수 있다.
분사수단(900)는 성형기판(300)이 상측 방향으로 이동될 때, 이형성체 레이어(500)와 경화된 광경화성 수지(110) 사이에 유체(fluid, 流體)를 분사할 수 있다. 이를 통해, 경화된 광경화성 수지(110)와 이형성체 레이어(500)가 쉽게 분리될 수 있도록 할 수 있다. 분사수단(900)이 이형성체 레이어(500)와 경화된 광경화성 수지(110) 사이에 유체를 분사하면, 이형성체 레이어(500)와 경화된 광경화성 수지(110)는 분사수단(900)이 없을 때보다 쉽게 분리될 수 있다. 여기서, 유체는 광경화성 수지(110), 공기 및 불활성 기체 중 어느 하나가 될 수 있다. 즉, 분사수단(900)은 용기(100) 내에 위치하여 광경화성 수지(110)를 유입 받은 후, 유입 받은 광경화성 수지(110)를 이형성체 레이어(500)와 경화된 광경화성 수지(110) 사이에 분사할 수 있다. 분사수단(900)이 광경화성 수지(110)를 분사하는 정도는 제작하고자 하는 3차원 물체의 성질에 따라 다양하게 조절될 수 있다. 분사수단(900)이 광경화성 수지(110)를 이형성체 레이어(500)와 경화된 광경화성 수지(110) 사이에 분사하면, 광경화성 수지(110)가 빠르게 유입되는 효과도 얻을 수 있으며, 3차원 물체의 다음 층을 형성할 때, 시간을 절약할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 유체는 공기 또는 불활성 기체가 될 수 있다. 불활성 기체는 광경화성 수지(110)와 화학적으로 반응하지 않는 기체이면 충분하고, 예를 들어, 불활성 기체는 헬륨(He), 네온(Ne), 알곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe), 라돈(Rn) 등을 포함할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 용기
103: 용기의 내측 저면
110: 광경화성 수지
120: 경화된 광경화성 수지
200: 광조사부
210: 광
300: 성형기판
400: 이송부
500: 이형성체 레이어
600: 분리수단
601: 롤러
603: 나이프
800: 기울기 제공수단
810: 고정수단
900: 분사수단

Claims (7)

  1. 광경화성 수지를 수용하는 용기;
    상기 광경화성 수지를 경화시키는 광을 제공하는 광조사부;
    상기 광에 의해 경화된 광경화성 수지가 부착되는 성형기판;
    상기 성형기판을 상측 방향 또는 하측 방향으로 이동시키는 이송부;
    상기 용기의 내측 저면과 상기 성형기판 사이에 배치되는 이형성체 레이어;
    상기 성형기판의 제1 지점에서 상기 광이 상기 광조사부에 의해 제공되는 동작과 연동하여 상기 제1 지점과 다른 상기 성형기판의 제2 지점에서 상기 경화된 광경화성 수지와 상기 이형성체 레이어를 분리하고, 상기 이송부에 의해 상기 성형기판이 상측 방향으로 이동될 때 상기 경화된 광경화성 수지와 상기 이형성체 레이어를 분리하는 분리수단;
    상기 성형기판이 상측 방향으로 이동될 때, 상기 이형성체 레이어와 상기 경화된 광경화성 수지가 분리되도록 상기 용기를 수평면에 대해 미리 정해진 각도로 기울게 하는 기울기 제공수단;
    상기 기울기 제공수단이 상기 용기에 기울기를 제공할 때, 상기 이형성체 레이어가 상기 용기의 내측 저면에 고정되도록 하는 고정 수단; 및
    상기 성형기판이 상측 방향으로 이동을 시작한 이후, 상기 이형성체 레이어와 상기 경화된 광경화성 수지 사이에 유체를 분사하는 분사수단―상기 유체는 광경화성 수지를 포함함―;
    을 포함하는,
    삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리수단은,
    상기 경화된 광경화성 수지와 상기 이형성체 레이어 사이를 지나가는 롤러;
    를 포함하는,
    삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리수단은,
    상기 경화된 광경화성 수지와 상기 이형성체 레이어 사이를 지나가는 나이프;
    를 포함하는,
    삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리수단은,
    상기 경화된 광경화성 수지의 단면과 상기 이형성체 레이어의 단면의 접촉부분 중 적어도 일부분의 접촉 형태를 면접촉에서 선접촉으로 변경되도록, 상기 경화된 광경화성 수지와 상기 이형성체 레이어를 분리하는,
    삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 이형성체 레이어는,
    상기 용기의 내측 저면에 부착되는,
    삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 이형성체 레이어의 단면의 표면적은 상기 경화된 광경화성 수지의 단면의 표면적보다 크고, 상기 용기의 내측 저면의 단면의 표면적보다 작은,
    삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 미리 정해진 각도는,
    5° 이상 45° 이하인 것을 특징으로 하는,
    삼차원 프린터의 속도를 향상시키는 장치.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000263651A (ja) * 1999-03-19 2000-09-26 Teijin Seiki Co Ltd 光学的立体造形方法
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000263651A (ja) * 1999-03-19 2000-09-26 Teijin Seiki Co Ltd 光学的立体造形方法
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