KR101909661B1 - 3d 프린터의 틸팅 속도 가변 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광경화성 플라스틱을 이용한 3D 프린터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 인쇄층의 단면적이나 형상에 따라 베드의 틸팅 속도를 가변하여 인쇄 속도를 향상시킨 3D 프린터의 틸팅 속도 가변 방법 및 이를 이용한 3D 프린터에 관한 것이다.

Description

3D 프린터의 틸팅 속도 가변 방법{Variable Method of Tilt Rate for Three Dimensional Printer}

본 발명은 광경화성 플라스틱을 이용한 3D 프린터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 인쇄층의 단면적이나 형상에 따라 베드의 틸팅 속도를 가변하여 인쇄 속도를 향상시킨 3D 프린터의 틸팅 속도 가변 방법 및 이를 이용한 3D 프린터에 관한 것이다.

3차원 프린터는 상품을 내놓기 전 시제품을 만들기 위해 개발되어, 실제 상품에 어떤 문제점이 있는지 알아보기 위하여 실제상품을 만드는 대신 3차원 프린터를 이용하여 실제상품과 똑같은 시제품을 생산하여, 비용과 시간을 절약하며 실제상품의 문제점을 알아볼 수 있기 때문에 대기업과 공장에서 사용하기 시작했다.

이러한 3차원 프린터는 캐드시스템과 같은 소프트웨어를 통해 모델링된 3차원 형상을 복수의 얇은 단면 층으로 분할한 슬라이스 데이터로 변경한 후에 이를 사용하여 판형 시트를 조형하고, 이를 적층하여 조형물을 완성한다. 이렇게 판 형태의 시트를 조형하는 방법으로 쾌속조형 방식이 개발되어있다.

이러한 쾌속조형 방식에는 석고나 나일론 등의 가루를 사용하는 파우더를 이용한 쾌속조형 방식, 광경화성 플라스틱을 녹인 액체(레진)를 사용하는 플라스틱 액체를 이용한 쾌속조형 방식, 플라스틱을 실처럼 자아낸 고체를 사용하는 플라스틱 실을 이용한 쾌속조형 방식으로 나눌 수 있다.

그 중에서도, 플라스틱 액체를 이용한 쾌속조형 방식은 광이 닿으면 딱딱하게 굳는 광경화성 수지가 담긴 수조에 광을 조사하여, 광이 조사된 광경화성 수지는 광의 모양에 따라 굳어 얇은 판형 시트가 생성되면 이를 적층하는 방식으로서, 크게 규제 액체면 방식과 자유 액체면 방식이 있다.

이중에서도 규제 액체면 방식은 투명 플레이트로 형성된 바닥면을 가진 수조의 하부에서 광을 조사하고, 수조에 베드를 위치시켜 수조 내에서 수지를 경화시킨다. 이어서, 경화된 수지경화물이 부착된 베드를 상향으로 이송시키면서 수지경화물을 형성시켜 적층하는 방식이다. 이때 수지경화물이 부착된 베드가 수조에서 용이하게 탈착되도록 베드와 투명 플레이트 사이에는 일정한 탄성을 갖는 필름이 부착된다. 위 필름은 시간이 지날수록 탄성이 떨어지고, 표면이 훼손되기 때문에 일정 시간이 지나면 교체해서 사용하게 된다.

도 1 내지 3에는 베드를 상향으로 이송시키면서 수지경화물 형성 시 베드의 틸팅을 나타낸 3D 프린더의 배드부 개략 단면도가 도시되어 있다.

인쇄물 출력 시 3D 형상을 슬라이스 프로그램을 이용하여 복수의 층으로 나누게 되면, 층별로 이미지 파일이 형성되고, 각각의 이미지 파일을 토대로 3D 프린터는 순차적으로 수지를 경화 및 적층시키게 된다.

즉 도 1에 도시된 바와 같이 베드부(300)의 베드와 수조(100)의 필름 사이를 층의 두께만큼 이격시킨 상태에서 광 조사수단(200)을 통해 광을 조사하면, 수지가 경화되면서 샘플의 1층(Sample layer 1)이 형성된다.

다음으로 도 2에 도시된 바와 같이 베드부(300)를 상승시켜 샘플의 1층이 위 필름에서 탈착되도록 하고, 샘플의 1층과 바닥면 사이에 수지를 유입시킨다.

다음으로 도 3에 도시된 바와 같이 샘플의 1층과 필름 사이를 층의 두께만큼 이격시킨 상태에서 광을 조사하면, 수지가 경화되며 샘플의 2층(Sample layer 2)이 형성됨과 동시에 샘플의 1층에 적층되는 것이다.

이때 샘플의 층을 적층시키기 위해 베드부(300)를 상승 및 하강 시키는 동작을 틸팅이라고 하며, 틸팅의 속도를 빠르게 하면, 샘플이 베드 측에 붙지 않고, 필름 측에 붙거나, 적층이 제대로 되지 않고 이탈되는 경우가 발생한다. 반대로 틸팅의 속도를 느리게 하면, 위와 같은 현상은 발생되지 않으나, 출력 시간이 길어지는 단점이 있다.

또한, 틸팅 후 다음 틸팅까지의 지연시간 역시 길거나 짧게 할 경우도 위와 같은 현상이 발생하게 된다.

한편, 위 샘플의 1층과 같이 단면적이 넓은 층을 인쇄하는 경우에는 틸팅 속도를 줄이고, 지연시간을 길게 가져가는 것이 바람직하나, 위 샘플의 2층과 같이 단면적이 비교적 좁은 층을 인쇄하는 경우에는 틸팅 속도를 늘리고, 지연시간을 짧게 가져가도 위와 같은 문제가 발생되지 않는다.

그러나 종재의 3D 프린터의 경우 틸팅 시간과 지연시간이 층별 인쇄마다 동일하고, 그 기준이 단면적이 가장 넓은 층을 인쇄하는 경우로 계산되어 있기 때문에 인쇄시간이 길어지는 문제가 발생된다.

한국등록특허 제10-0606457호(2006.07.21.)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 베드부 틸팅 시 틸팅 속도를 인쇄층의 단면적에 따라 가변시켜 인쇄 시간을 줄인 3D 프린터의 틸팅 속도 가변 방법 및 이를 이용한 3D 프린터를 제공함에 있다.

또한, 베드부의 틸팅 지연시간 역시 인쇄층의 단면적에 따라 가변시켜 인쇄 시간을 줄인 3D 프린터의 틸팅 속도 가변 방법 및 이를 이용한 3D 프린터를 제공함에 있다.

또한, 인쇄층의 단면적뿐만 아니라 인쇄층의 지오메트리를 고려하여 베드부의 틸팅 속도 및 지연시간을 가변시킨 3D 프린터의 틸팅 속도 가변 방법 및 이를 이용한 3D 프린터를 제공함에 있다.

본 발명의 일실시 예에 따를 3D 프린터의 틸팅 속도 가변 방법은, 바닥이 투명한 레진 수조(100)와, 상기 레진 수조(100)의 하부에 위치하여 레진 수조(100)의 하부로 광을 조사하는 광 조사 수단(200)과, 상기 레진 수조(100)의 상측에 위치하며 레진 수조(100) 내부에 베드가 위치하도록 베드를 상하 이동시키는 베드부(300)를 포함하는, 3D 프린터에 있어서, 상기 3D 프린터는, 베드의 하측에 인쇄층이 형성된 상태에서 베드부(300)를 상방 이동시켜 제1 인쇄층을 상기 레진 수조에서 탈착하고, 다음 인쇄층의 인쇄를 위해 베드부(300)를 다시 하방 이동시키는 베드 부 틸팅을 수행하되, 상기 베드 부 틸팅 속도는, 상기 인쇄층의 단면적에 따라 가변되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 틸팅 속도 가변 방법은, 상기 배드 부 틸팅 후 다음 틸팅 까지의 지연 시간이 상기 인쇄층의 단면적에 따라 가변되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 틸팅 속도는, 상기 인쇄층의 단면적이 좁을수록 빨라지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 지연 시간은, 상기 인쇄층의 단면적이 좁을수록 빨라지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 틸팅 속도는, 상기 인쇄층의 단면적이 동일한 경우, 인쇄층의 구성체 수가 늘어날수록 느려지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 지연 시간은, 상기 인쇄층의 단면적이 동일한 경우, 인쇄층의 구성체 수가 늘어날수록 길어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 틸팅 속도는, 상기 인쇄층의 구성체 수가 동일한 경우, 각 구성체간의 이격거리가 길수록 느려지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 지연 시간은, 상기 인쇄층의 구성체 수가 동일한 경우, 각 구성체간의 이격거리가 길수록 길어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시 예에 따른 3D 프린터는 상기 3D 프린터의 틸팅 속도 가변 방법을 이용한다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 3D 프린터의 틸팅 속도 가변 방법 및 이를 이용한 3D 프린터는 각 층 인쇄 시 층의 단면적이나 지오메트리를 고려하여 베드부의 틸팅 속도 및 틸팅 지연시간을 최적화하기 때문에 기존 대비 인쇄시간을 획기적으로 줄여 3D 프린터의 생산성이 향상된 효과가 있다.

도 1 내지 도 3은 일반적인 베드부의 틸팅 과정을 나타낸 개략단면도
도 4는 본 발명의 광경화성 플라스틱을 이용한 3D 프린터의 사시도 및 단면도
도 5 내지 도 8는 본 발명의 베드부의 틸팅 과정을 나타낸 개략단면도

이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4에는 본 발명의 일실시 예에 따른 광경화성 플라스틱을 이용한 3D프린터(1000)의 사시도(도 4a)와 본 발명의 일실시 예에 따른 광경화성 플라스틱을 이용한 3D프린터(1000)의 단면도(도 4b)가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이 위 3D프린터(1000)는 규제 액체면 방식으로 이루어지며, 바닥이 투명한 레진 수조(100)와, 레진 수조(100)의 하부에 위치하여 레진 수조(100)의 하부로 광을 조사하는 광 조사 수단(200)과, 레진 수조(100)의 상측에 위치하며 레진 수조(100) 내부에 베드가 위치하도록 베드를 상하 이동시키는 베드부(300)를 포함하여 구성된다.

위와 같은 구성의 3D프린터(1000)는 레진 수조(100)에 광경화성 플라스틱을 녹인 액체를 수용하고, 레진 수조(100)에 베드를 위치시킨 상태에서 광 조사 수단(200)을 통해 베드의 하면에 광을 조사하여 수지를 경화시킨다. 이어서, 경화된 수지경화물이 부착된 베드를 상향으로 이송시키면서 수지경화물을 형성시켜 적층하는 방식으로 3D조형물을 인쇄하게 된다.

이때 한 층의 조형물이 인쇄된 상태에서 베드를 상향 이동시켜 조형물을 필름에서 탈착하고, 베드를 하향 이동시켜 다음 층의 조형물을 인쇄하기 위한 동작을 베드의 틸팅 과정이라고 하며, 이하 본 발명의 일실시 예에 따른 3D 프린터의 틸팅 속도 가변 방법 및 이를 이용한 3D 프린터에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 5 내지 도 8에는 조형물의 단면적 또는 형성 대비 3D 프린터의 틸팅 속도를 나타낸 개략 단면도가 도시되어 있다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명은 인쇄층의 단면적이 넓을수록 틸팅 속도가 느리고, 인쇄층의 단면적이 좁을수록 틸팅 속도를 빠르게 구현한 것을 특징으로 한다.

즉 도 5에 도시된 바와 같이 단면적이 넓은 층을 인쇄한 경우에는 베드부(300)의 상승 및 하강 속도를 느리게 하여 인쇄층이 필름에 붙거나 베드부 측에서 이탈되는 것을 방지하게 된다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이 단면적이 좁은 층을 인쇄한 경우에는 베드부(300)의 상승 및 하강 속도를 빠르게 하여 인쇄시간을 줄이도록 구성한다.

도면상에는 도시하지 않았으나, 다음 틸팅을 위한 지연 시간 역시 단면적이 넓은 층을 인쇄한 경우에는 베드부(300)의 하강 후 상승까지의 지연 시간을 길게 하여 인쇄층이 필름에 붙거나 베드부 측에서 이탈되는 것을 방지하게 된다.

또한, 단면적이 좁은 층을 인쇄한 경우에는 베드부(300)의 하강 후 상승까지의 지연 시간을 짧게 하여 인쇄시간을 줄이도록 구성한다.

또한, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 인쇄층의 단면적이 동일한 경우에도 인쇄층의 형상이 단순한 경우 틸팅 속도를 빠르게 하고, 인쇄층의 형상이 복잡한 경우 틸팅 속도를 느리게 구현한 것을 특징으로 한다.

즉 도 7에 도시된 바와 같이 인쇄층의 형상이 단순 즉 단일 구성체로 이루어진 경우에는, 베드부(300)의 상승 및 하강 속도를 빠르게 하여 인쇄시간을 줄이도록 구성한다. 인쇄층이 필름에 붙거나 베드부 측에서 이탈되는 것을 방지하게 된다.

또한, 도 8에 도시된 바와 같이 인쇄층의 형상이 복잡 즉 복수의 구성체가 서로 이격되어 형성된 경우 베드부(300)의 상승 및 하강 속도를 느리게 하여 인쇄층이 필름에 붙거나 베드부 측에서 이탈되는 것을 방지하게 된다.

도면상에는 도시하지 않았으나, 다음 틸팅을 위한 지연 시간 역시 인쇄층이 단일 구성체로 이루어진 경우에는 베드부(300)의 하강 후 상승까지의 지연 시간을 짧게 하여 인쇄시간을 줄이도록 구성한다.

또한, 인쇄층이 복수 구성체로 이루어진 경우에는 베드부(300)의 하강 후 상승까지의 지연 시간을 길게 하여 인쇄층이 필름에 붙거나 베드부 측에서 이탈되는 것을 방지하게 된다.

아울러 인쇄층이 복수의 구성체로 이루어지고 구성체의 개수가 같은 경우에도 각각의 구성체의 이격거리에 따라 틸팅 속도 및 지연시간을 가변시키도록 구성할 수도 있다.

구성체의 이격거리가 짧은 경우에는 틸팅 속도를 빠르게 하고, 지연시간을 짧게하여 인쇄시간을 줄이고, 구성체의 이격거리가 긴 경우에는 틸팅 속도를 느리게 하고, 지연시간을 길게하여 인쇄층이 필름에 붙거나 베드부 측에서 이탈되는 것을 방지하게 된다.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

1000 : 3D 프린터
100 : 레진 수조
G : 투명 플레이트
F : 필름
200 : 광 조사 수단
300 : 베드부

Claims (9)

1. 바닥이 투명한 레진 수조(100)와, 상기 레진 수조(100)의 하부에 위치하여 레진 수조(100)의 하부로 광을 조사하는 광 조사 수단(200)과, 상기 레진 수조(100)의 상측에 위치하며 레진 수조(100) 내부에 베드가 위치하도록 베드를 상하 이동시키는 베드부(300)를 포함하고,
   베드의 하측에 인쇄층이 형성된 상태에서 베드부(300)를 상방 이동시켜 제1 인쇄층을 상기 레진 수조(100)에서 탈착하고, 다음 인쇄층의 인쇄를 위해 베드부(300)를 다시 하방 이동시키는 베드부 틸팅을 수행하는 3D 프린터의 틸팅 속도를 가변하는 방법에 있어서,
   상기 베드부(300)의 틸팅 속도는, 상기 인쇄층의 단면적, 인쇄층의 구성체 수 및 구성체 간의 이격거리에 따라 가변되되,
   인쇄층의 단면적이 넓어질수록 틸팅 속도가 느려지고, 인쇄층의 단면적이 좁을수록 틸팅 속도가 빨라지고,
   인쇄층의 단면적이 동일한 경우에는 인쇄층의 구성체 수가 늘어날수록 틸팅 속도가 느려지고,
   인쇄층의 구성체 수가 동일한 경우 인쇄층의 구성체 간의 이격거리가 길수록 틸팅 속도가 느려지며,
   상기 베드부(300) 틸팅 후 다음 틸팅 까지의 지연 시간은 상기 인쇄층의 단면적, 인쇄층의 구성체 수 및 구성체 간의 이격거리에 따라 가변되되,
   인쇄층의 단면적이 넓어질수록 지연 속도가 느려지고, 인쇄층의 단면적이 좁을수록 지연 시간이 빨라지고,
   인쇄층의 단면적이 동일한 경우 인쇄층의 구성체 수가 늘어날수록 지연 시간이 길어지며,
   인쇄층의 구성체 수가 동일한 경우 인쇄층의 구성체 간의 이격거리가 길수록 지연시간이 길어지는 것을 특징으로 하는, 3D 프린터의 틸팅 속도 가변 방법.
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