KR101887418B1 - 3d 프린팅 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3D 프린팅 장치에 있어서 저부에 광투과공을 가지고 광경화성 수지를 수용하는 수지조본체와, 상기 수지조본체의 상기 광투과공을 차단하는 투명한 탄성소재의 탄성바닥판을 갖는 수지조와; 상기 탄성바닥판과 평행한 하부면을 가지며 상기 수지조 내에 설치되는 조형판과, 상기 조형판을 승강구동시키는 조형판구동부를 갖는 조형판유니트와; 상기 수지조의 하부에서 상기 광투과공을 통해 이미지광을 조사하는 광조사부와; 상기 조형판구동부와 상기 광조사부가 연동되도록 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 수지조본체는, 상기 광투과공을 갖는 하부본체부와, 상기 하부본체부에 결합되어 상기 하부본체부와의 사이에 상기 탄성바닥판의 둘레영역이 개재되는 물림유지부를 형성하는 상부본체부를 갖는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 3D 프린팅 장치의 바닥판과 수지층을 용이하게 분리가능하며, 성형품의 품위를 유지시키는 효과를 제공한다.

Description

3D 프린팅 장치{3D PRINTER}
본 발명은 3D 프린팅 장치에 관한 것이다.
입체 조형물을 제작하는 3D 프린팅 장치는 빛에 의해 경화되는 수지를 적층하여 원하는 조형물을 제작한다. 액체수지가 담겨있는 수지조의 내부에는 바닥에 대해 승강이동가능한 조형판이 설치되어 있다. 수지조 바닥판의 하부에는 원하는 조형물 형상의 이미지광을 조사하는 광조사장치가 설치되어 있으며, 광조사장치가 빛을 조형판 방향으로 조사하면 조형판 하부와 수지조 바닥판 사이의 액체수지가 경화되어 수지층을 이룬다. 하나의 수지층이 경화되고 나면, 그 위에 새로운 수지층을 적층하기 위해 조형판을 단위 수지층 두께만큼 상승시켜 바닥판과의 사이에 새로운 수지층을 위한 간격을 형성하여 액체수지가 채워지게 한다.
그런데 경화된 수지층의 표면적이 작을 때에는 조형판이 바닥판으로부터 비교적 쉽게 분리되어 상승할 수 있지만, 경화된 수지층의 표면적이 크면 조형판의 상승을 위한 분리가 용이하지 않다. 그래서 종래의 3D 프린터에서는 바닥판 및/또는 조형판에 진동을 가하거나 조형판에 경사방향으로 편중된 힘을 가하여 상승시키기도 하였다. 하지만 이와 같은 방법에 의해서도 수지층의 표면적이 큰 경우에는 수지층의 분리가 용이하지 않고 성형품의 품위가 저하되는 등의 문제가 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 바닥판과 수지층을 용이하게 분리가능하고 성형품의 품위를 높일 수 있는 3D 프린팅 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 3D프린팅 장치는 저부에 광투과공을 가지고 광경화성 수지를 수용하는 수지조본체와, 상기 수지조본체의 상기 광투과공을 차단하는 투명한 탄성소재의 탄성바닥판과, 상기 탄성바닥판을 보강하기 위해 상기 탄성바닥판의 하부에 밀착하여 설치된 투명한 보강바닥판과, 상기 수지조본체의 하부에서 상기 탄성바닥판 및 상기 보강바닥판을 지지하며 상기 수지조본체보다 외곽으로 더욱 돌출되는 수지조지지부로 이루어진 수지조; 상기 탄성바닥판과 평행한 하부면을 가지며 상기 수지조 내에 설치되는 조형판과, 상기 조형판을 승강구동시키는 조형판구동부를 갖는 조형판유니트; 상기 수지조의 하부에서 상기 광투과공을 통해 이미지광을 상향 조사하는 광조사부; 및 상기 조형판구동부와 상기 광조사부가 연동되도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치에 의해 달성된다. 탄성바닥판의 하부에서 탄성바닥판을 지지하는 보강바닥은 탄성바닥판의 처짐방지 및 수평유지를 도모할 수 있다.
상기 수지조가 장착되는 것을 가이드하는 슬라이딩가이드부 및 상기 수지조를 탄성지지하는 스프링을 포함하는 프레임유니트를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 탄성바닥판은 상기 수지조본체, 상기 보강바닥판 및 상기 수지조지지부에 의해 편평한 바닥면을 형성하기 위하여 적어도 한번 굴곡되어 결합하는 것을 특징으로 한다.
상기 탄성바닥판은 탄성을 가진 투명한 시트 혹은 필름 상의 소재로서 복수 개가 서로 겹쳐진 상태로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 수지조를 지지하는 상기 프레임유니트는 상기 수지조지지부와 결합되는 상부프레임과, 상기 상부프레임을 지지하는 하부프레임과, 상기 상부프레임과 상기 하부프레임 사이에 개재되는 완충스프링을 포함하는 것이 성형물 성형 중 발생하는 충격을 완화하여 성형품의 품질을 보장할 수 있다.
여기서 상기 상부프레임은 상기 수지조지지부의 길이방향을 따라 상호 대향하게 배치된 슬라이딩가이드부를 포함하며, 상기 수지조지지부는 상기 슬라이딩가이드부를 통해 슬라이딩결합되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 탄성바닥판은 박판유리, 아크릴판, 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐클로라이드(PVC), 사불화에틸렌(TFE), 사불화에틸렌육불화프로필렌(FEP), 사불화에틸렌퍼플루오로알콕시에틸렌(PFA), 비닐리덴프롤라이드(ETFE), 비닐프롤라이드(PVF), 클로로트리플루오로에틸렌(DTFE), 에틸렌클로로트리플루오로에틸렌(ECTFE), 폴리에스테르(PE) 중 적어도 어느 하나의 소재로 만들어진 것이 바람직하다.
여기서 탄성바닥판은 발수용 지문방지코팅제, 발유용 지문방지코팅제, 저반사코팅제, 테프론코팅, 이형성 코팅제 중 적어도 하나로 코팅되는 코팅층을 갖는 것이 바람직하다.
또한 상기 코팅층은 폴리에스테르(PE), 사불화에틸렌(TFE), 사불화에틸렌육불화프로필렌(FEP), 사불화에틸렌퍼플루오로알콕시에틸렌(PFA), 비닐리덴프롤라이드(ETFE), 비닐프롤라이드(PVF), 클로로트리플루오로에틸렌(DTFE), 에틸렌클로로트리플루오로에틸렌(ECTFE) 중 적어도 하나의 소재로 이루어지는 것으로, 이를 통해 탄성바닥판의 사용기간을 연장시킬 수 있다.
그리고 상기 탄성바닥판의 표면에 적층되는 필름층을 더 포함하며, 상기 필름층의 일면에는 발수용 지문방지코팅제, 발유용 지문방지코팅제, 저반사코팅제, 테프론코팅, 이형성 코팅제(releasing coating) 중 적어도 하나의 소재로 코팅되며, 상기 코팅층의 배면에는 접착제가 도포되어, 상기 탄성바닥판의 표면에 접착되어 적층되는 것이 탄성바닥판의 제작시간을 절감 시키는 데 바람직하다.
여기서 상기 필름층은 폴리에스테르(PE), 사불화에틸렌(TFE), 사불화에틸렌육불화프로필렌(FEP), 사불화에틸렌퍼플루오로알콕시에틸렌(PFA), 비닐리덴프롤라이드(ETFE), 비닐프롤라이드(PVF), 클로로트리플루오로에틸렌(DTFE), 에틸렌클로로트리플루오로에틸렌(ECTFE) 중 적어도 하나의 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
상술한 본 발명의 구성에 따르면, 3D 프린팅 장치의 바닥판과 수지층을 용이하게 분리가능하며, 성형품의 품위를 높일수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅 장치의 사시도이며,
도 2는 도 1의 종단면도이며,
도 3은 수지조의 결합구조를 나타낸 확대분해단면도이고,
도 4는 수지조와 상부프레임간의 결합구조를 나타낸 사시도이다.
이하 도면을 참고하여 본 발명에 따른 3D 프린팅 장치를 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 3D 프린팅 장치는 조형물을 조형하는 광경화성 액체수지가 담긴 수지조(100)를 갖는다. 수지조(100)는 프레임유니트(500)에 지지되어 있다. 프레임유니트(500)의 내부에는 수지조(100)의 하부에 광조사부(300)가 배치되어, 수지조(100)를 향해 이미지광을 조사한다. 프레임유니트(500)는 외부의 빛이 광조사부(300)에 영향을 미치지 않도록 차단한다. 수지조(100)는 수지조본체(101) 및 수지조지지부(170)로 이루어지고, 수지조지지부(170)는 수지조본체(101)보다 외곽으로 더욱 돌출된다.
수지조(100)의 상부에는 조형판유니트(200)의 조형판(210)이 승강가능하게 설치되어 있다. 조형판(210)은 조형판구동부(230)에 의해 승강구동된다. 조형판(210)은 하강상태에서 그 하부면이 수지조(100)의 바닥과 소정의 틈새 간격을 두고 평행하게 대면하며, 광조사부(300)로부터의 광이 조사되면 해당 틈새 내의 수지가 경화되어 단위 성형층들이 조형판(210)의 하부면에 누적 적층된다. 그래서 조형판(210)은 하강상태에서 단위 성형층의 두께에 대응하는 두께만큼 단위 성형층이 형성되도록 수지조(100)의 바닥면으로부터 이격되어 배치된다. 조형판(210)을 수직구동하는 조형판구동부(230)는 광조사부(300)가 이미지광을 조사하고 수지층이 경화되면 조형판(210)을 수지층 두께만큼 상승시키고, 이 작업을 반복하여 성형물을 적층해나간다. 이와 같은 광조사부(300)와 조형판구동부(230)의 연동은 제어부(400)에 의해 제어한다.
도 2 및 도 3을 참조하면 수지조(100)는 저부에 광투과공(113)을 가지고 광경화성 수지를 수용하는 사각틀 형상의 수지조본체(101)를 갖는다. 수지조본체(101)는 상하방향에서 상호 맞물리며 결합되는 상부본체부(110)와 하부본체부(130)로 이루어진다. 상부본체부(110)는 사각틀 형상의 상부측벽(119)과, 이 상부측벽(119)의 하단으로부터 수평방향으로 절곡되어 광투과공(113)의 둘레를 따라 연장된 제1저부플랜지부(115)로 이루어져 있다. 상부본체부(110)의 상부측벽(119)은 하부가 개방되어 있고 수직 상방으로 연장된 수용공간을 형성하는 물림수용부(116)를 가진다. 이 물림수용부(116)의 천정면에는 하향 돌출된 물림돌기(117)가 간헐적으로 형성되어 있다. 하부본체부(130)에는 상부본체부(110)와 마찬가지로, 사각틀 형상의 하부측벽(139)과, 이 하부측벽(139)의 하단으로부터 수평방향으로 절곡되어 광투과공(113)의 둘레를 따라 연장된 제2저부플랜지부(135)를 갖는다. 하부측벽(139)은 상부측벽(119)의 물림수용부(116)내에 하방으로부터 삽입될 수 있다. 하부측벽(139)의 상단에는 물림수용부(116)의 물림돌기(117)에 대응하는 물림홈(137)이 형성되어 있어, 물림수용부(116)의 내부로 하부본체부(130)가 끼움결합될 때 물림돌기(117)가 물림홈(137)에 의해 고정된다.
상부본체부(110)와 하부본체부(130)의 사이에는 얇은 시트 혹은 필름 형태로 이루어지는 탄성바닥판(150)이 개재된다. 탄성바닥판(150)은 그 중앙영역이 광투과공(113)을 차단하고, 둘레 영역은 상부본체부(110)와 하부본체부(130) 사이에 끼워져 물림유지부를 형성한다. 물림유지부는 광투과공(113)의 둘레 수평영역이 제1저부플랜지부(115)와 제2저부플랜지부(135) 사이에 개재되어 제1물림영역을 가지고, 이어서 바깥영역은 상부측벽(119)과 하부측벽(139)을 따라 수직방향으로 연장된 다음 하부측벽(139)의 상단에서 수평방향으로 절곡되어 제2물림영역을 갖는다. 탄성바닥판(150)은 하부측벽(139)의 상단영역에서 물림돌기(117)에 의해 관통되어 견고히 고정된다. 이에 따라 탄성바닥판(150)은 양 본체부(110, 130)사이에 개재되어 크랭크형상으로 복수회 절곡된 형태로 이탈방지되게 유지된다.
본 실시예에서는 탄성바닥판(150)이 상부본체부(110)와 하부본체부(130) 사이에 복수회 절곡되어 물림 유지되지만, 절곡이 없거나 1~2회의 절곡 물림 구조를 갖는 물림유지부를 형성하여도 무방하다.
탄성바닥판(150)은 탄성을 가진 투명한 시트 혹은 필름 상의 소재로 만들어지며 경우에 따라서는 복수 개가 겹쳐진 상태로 설치될 수도 있다. 탄성바닥판(150)은 경우에 따라서는 0.1 내지 0.5mm의 두께를 갖는 박판유리일 수도 있다. 탄성바닥판(150)은 바람직하게는 아크릴판, 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐클로라이드(PVC), 4불화에틸렌(TFE), 4불화에틸렌6불화프로필렌(FEP), 4불화에틸렌퍼플루오로알콕시에틸렌(PFA), 비닐리덴프롤라이드(ETFE), 비닐프롤라이드(PVF), 클로로트리플루오로에틸렌(DTFE), 에틸렌클로로트리플루오로에틸렌(ECTFE), 폴리에스테르(PE) 중 어느 하나 혹은 이들의 혼합물로 제작된다.
또한 탄성바닥판(150)은 성형층과의 분리를 용이하게 하기 위해서 탄성바닥판(150)의 표면을 코팅하는 것이 바람직하다. 탄성바닥판(150)을 코팅하는 소재로는 테프론, 폴리에스테르(PE), 사불화에틸렌(TFE), 사불화에틸렌육불화프로필렌(FEP), 사불화에틸렌퍼플루오로알콕시에틸렌(PFA), 비닐리덴프롤라이드(ETFE), 비닐프롤라이드(PVF), 클로로트리플루오로에틸렌(DTFE), 에틸렌클로로트리플루오로에틸렌(ECTFE) 등과 같은 불소소재 코팅제가 가능하다. 또한, 발수용 지문방지코팅제, 발유용 지문방지코팅제, 저반사코팅제, 이형성 코팅제를 이용하여 코팅할 수 있다. 여기서 저반사코팅제는 이산화규소(SiO2), 지르코니아(ZrO2), 아이티오(Indium Tin Oxide), 이산화티타늄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3)으로 제조되는 것이 바람직하다.
경우에 따라서는 탄성바닥판(150)에 코팅된 필름층(미도시)을 외부표면에 적층하여 사용할 수도 있다. 여기서 필름층(미도시)의 상면에는 전술한 코팅제 중 적어도 하나의 소재로 코팅이 되며, 필름층(미도시)의 배면에는 접착제가 도포되어 탄성바닥판(150)과 접착되는 것이 바람직하다. 필름층(미도시)은 넓은 판상의 형태나 테이프를 여러 개 연결하여 적층될 수 있다.
수지조본체(101)의 하부에는 수지조지지부(170)가 배치되어, 수지조본체(101)와 상하방향으로 결합된다. 수지조지지부(170)에는 광투과공(113)의 둘레를 따라 상향 돌출되어 탄성바닥판(150)의 하면에 접촉하는 지지리브(171)가 형성되어 있다. 지지리브(171)는 탄성바닥판(150)과 접촉하여 탄성바닥판(150)을 지지하는 역할을 한다. 또한 수지조지지부(170)는 광조사부(300)에서 조사되는 이미지광이 통과하도록 광투과성 투명소재의 유리판으로 만들어지는 것이 바람직하다.
경우에 따라서는 지지리브(171)의 둘레를 따라 보강바닥판(미도시)이 배치되는 것이 바람직하다. 보강바닥판(미도시)은 탄성바닥판(150)의 탄성변형이 용이하도록 탄성바닥판(150)과 소정 간격 이격하여 설치된다. 경우에 따라서는 탄성바닥판(150)의 처짐을 방지하거나 탄성바닥판(150)이 수평을 유지할 수 있도록, 탄성바닥판의 하부에 밀착되게 설치하여도 좋다. 또한 보강바닥판(미도시)은 탄성바닥판(150)을 보강하기 위해 탄성바닥판(150)보다 경질의 재료로 이루어져 있는 것이 바람직하다.
도 4는 수지조(100)와 프레임유니트(500)간의 결합구조를 나타낸 사시도이다. 도 4를 참조해서 보면, 수지조(100)의 하부에는 수지조(100)를 지지하는 프레임유니트(500)가 마련된다. 프레임유니트(500)는 수지조지지부(170)와 결합되는 상부프레임(510)과, 상부프레임(510)을 지지하는 하부프레임(530)을 갖는다. 상부프레임(510)은 수지조지지부(170)를 결합고정하기위해 상부프레임(510)의 길이방향을 따라 상호 대향하게 배치된 슬라이딩가이드부(511)가 형성되어 있다. 슬라이딩가이드부(511)에는 수지조지지부(170)가 상부프레임(510)의 전후방향으로 슬라이딩 결합된다. 상부프레임(510)은 수지조지지부(170)를 보다 견고하게 결합하기 위해 판스프링(570)을 더 포함한다. 판스프링(570)은 수지조지지부(170)의 일측면과 밀착되어, 수지조(100)를 탄성 지지하는 역할을 수행한다. 이를 통해 수지조지지부(170)의 결합과 분리가 용이하며, 외부의 요동에도 견고한 위치고정이 가능하다.
상부프레임(510)의 하부에는 하부프레임(530)이 설치된다. 하부프레임(530)은 상부프레임(510)과 소정 간격 이격되어 고정볼트(560)에 의해 결합되며, 이격된 간격 사이에는 완충스프링(550)이 개재된다. 상부프레임(510)과 하부프레임(530) 사이에 개재되는 완충스프링(550)은 수지조(100) 내에 성형물이 성형 중 탄성바닥판(150)과 수지층이 분리될 때 가해지는 수직하중을 감소하는 완충작용을 수행하여 수지조(100)의 손상을 방지한다. 이로써 수지조(100)의 내구성을 향상시키며, 성형품의 품질을 보장할 수 있다.
100: 수지조 101: 수지조 본체
110: 상부본체부 113: 광투과공
115: 제1저부플랜지부 116: 물림수용부
117: 물림돌기 119: 상부측벽
130: 하부본체부 135: 제2저부플랜지부
137: 물림홈 139: 하부측벽
150: 탄성바닥판 170: 수지조지지부
171: 지지리브 200: 조형판유니트
210: 조형판 230: 조형판구동부
300: 광조사부 400: 제어부
500: 프레임유니트 510: 상부프레임
511: 슬라이딩가이드부 530: 하부프레임
550: 완충스프링 560: 고정볼트
570: 판스프링

Claims (5)

  1. 3D 프린팅 장치에 있어서,
    저부에 광투과공을 가지고 광경화성 수지를 수용하는 수지조본체와, 상기 수지조본체의 상기 광투과공을 차단하는 투명한 탄성소재의 탄성바닥판과, 상기 탄성바닥판을 보강하기 위해 상기 탄성바닥판의 하부에 밀착하여 설치된 투명한 보강바닥판과, 상기 수지조본체의 하부에서 상기 탄성바닥판 및 상기 보강바닥판을 지지하며 상기 수지조본체보다 외곽으로 더욱 돌출되는 수지조지지부로 이루어진 수지조;
    상기 탄성바닥판과 평행한 하부면을 가지며 상기 수지조 내에 설치되는 조형판과, 상기 조형판을 승강구동시키는 조형판구동부를 갖는 조형판유니트;
    상기 수지조의 하부에서 상기 광투과공을 통해 이미지광을 상향 조사하는 광조사부; 및
    상기 조형판구동부와 상기 광조사부가 연동되도록 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 보강바닥판은 상기 탄성바닥판보다 더욱 경질의 재료로 이루어지고, 상기 보강바닥판은 상기 탄성바닥판의 하부에서 상기 탄성바닥판의 처짐을 방지하고 수평유지를 도모하고,
    상기 탄성바닥판은 상기 수지조본체, 상기 보강바닥판 및 상기 수지조지지부에 의해 편평한 바닥면을 형성하기 위하여 적어도 한번 굴곡되어 결합하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수지조가 장착되는 것을 가이드하는 슬라이딩가이드부 및 상기 수지조를 탄성지지하는 스프링을 포함하는 프레임유니트를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항 및 제2항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성바닥판은 탄성을 가진 투명한 시트 혹은 필름 상의 소재로서 복수 개가 서로 겹쳐진 상태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치.
  5. 제 1항 및 제2항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성바닥판은 상기 탄성바닥판은 발수용 지문방지코팅제, 발유용 지문방지코팅제, 저반사코팅제, 이형성 코팅제 중 적어도 하나로 코팅되는 코팅층을 갖고,
    상기 코팅층은 테프론, 폴리에스테르 (PE), 사불화에틸렌 (TFE), 사불화에틸렌육불화프로필렌 (FEP), 사불화에틸렌퍼플루오로알콕시에틸렌 (PFA), 비닐리덴프롤라이드 (ETFE), 비닐프롤라이드 (PVF), 클로로트리플루오로에틸렌 (DTFE), 에틸렌클로로트리플루오로에틸렌 (ECTFE) 중 적어도 하나의 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치.
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