KR101969075B1 - 3차원 프린터의 리코팅 시스템 - Google Patents

3차원 프린터의 리코팅 시스템 Download PDF

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Abstract

수지의 공급 과정 및 구성부품을 간소화하여 제품의 공정 효율성 및 생산성이 개선되도록, 본 발명은 상부가 개구되며 내부에 선택적으로 승강되는 플랫폼부가 배치되고 수지가 수용되는 메인수지조; 상기 메인수지조의 상부에 배치되며 기저장된 이미지에 대응하여 상기 수지에 경화광을 조사하는 광원공급수단; 상기 메인수지조의 양측단에 각각 구비되며 내부에 상기 수지가 수용되는 보조수지조; 상기 메인수지조에 수용된 상기 수지를 보충하고 표면을 평탄화하기 위해 상기 메인수지조 및 상기 보조수지조를 선택적으로 횡단하도록 구비된 리코터부; 및 상기 플랫폼부, 상기 광원공급수단 및 상기 리코터부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 3차원 프린터의 리코팅 시스템을 제공한다.

Description

3차원 프린터의 리코팅 시스템{recoating system for three dimentional printer}
본 발명은 3차원 프린터의 리코팅 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수지의 공급 과정 및 구성부품을 간소화하여 제품의 공정 효율성 및 생산성이 개선된 3차원 프린터의 리코팅 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 쾌속조형의 하나인 광조형법(SLA: StereoLithography Aperture)은 3차원 CAD 데이터의 변환을 통해 미세 두께의 단면 이미지를 생성한 후, 해당 단면 이미지를 선택적으로 통과하는 광을 액체상태의 광경화성 수지에 조사하여 미세 두께로 경화시키는 과정을 반복하여 한층씩 연속적으로 적층해 나가면서 3차원 CAD 데이터로 구현된 구조물을 제작하는 기술이다.
이와 같은, 쾌속조형 기술은 마이크로/나노 산업분야에 적용되어 마이크로 초정밀부품, 정보/통신 기기, 의료기기 등을 제조하는데 사용될 수 있다.
상기와 같은, 마이크로 쾌속조형 기술은 광경화성 수지로 가공재료가 한정되는 단점은 있으나, 복잡한 3차원 형상의 마이크로 구조물이나 마이크로 구조물을 형성하기 위한 폴리머 몰드(polymer mold) 등을 용이하게 제작할 수 있어 그 활용도가 증대되고 있는 추세이다.
한편, 종래의 쾌속조형장치는 광경화성 수지가 저장되는 투영성 수지용기의 하부에 기설정된 패턴으로 광을 투과시키는 패턴생성부를 구비하고, 광원부의 광이 상기 패턴생성부를 통과하여 상기 패턴에 대응되는 광경화성 수지를 경화하였다.
여기서, 종래의 쾌속조형장치는 상기 각 단면층에 광이 조사되어 단면층이 경화되면. 상기 단면층을 지지하는 플랫폼이 상기 수지용기 내부에서 하강 또는 상승하여 새로운 액상층을 형성한다. 이때, 상기 경화된 단면층은 표면장력으로 인해 주변 액체 상태의 수지보다 수위가 높아져 새로운 액상층이 평탄하지 않아 치수 정밀도가 떨어지는 문제점이 있었다.
따라서, 종래의 쾌속조형장치에는 새로운 액상층의 형성시 상기 수지용기 내부에 충진된 수지의 외면을 평탄화하기 위해 리코터가 구비되었다. 이러한, 상기 리코터는 상기 수지용기의 양단 사이를 수평하게 이동하여 내부에 충진된 수지의 외면을 쓸어내어 평탄화 작업을 수행한다. 이때, 상기 리코터는 상기 수지의 외면을 횡단하는 사이에 수위가 높은 부분을 쓸어 내고 수위가 낮은 부분에 수지를 공급하기 위해 내부에 보충용 수지가 충진된다.
그러나, 성형물의 제조 도중 상시로 상기 리코터에 수지를 보충하기 위한 공정이 진행되어 제조 공정의 소요시간이 증가됨에 따라 성형물의 제조 효율이 저하되는 문제점이 있었다. 더욱이, 상기 리코터에 상기 보충용 수지가 충진되도록 별도의 정량 펌프 등이 구비됨에 따라 제품의 규모가 커지고 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.
한국 등록특허 제10-0178875호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 수지의 공급 과정 및 구성부품을 간소화하여 제품의 공정 효율성 및 생산성이 개선된 3차원 프린터의 리코팅 시스템을 제공하는 것을 해결과제로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상부가 개구되며 내부에 선택적으로 승강되는 플랫폼부가 배치되고 수지가 수용되는 메인수지조; 상기 메인수지조의 상부에 배치되며 기저장된 이미지에 대응하여 상기 수지에 경화광을 조사하는 광원공급수단; 상기 메인수지조의 양측단에 각각 구비되며 내부에 상기 메인수지조의 표면고를 초과하도록 설정된 표면고의 수지가 수용되는 보조수지조; 상기 메인수지조에 수용된 상기 수지를 보충하고 표면을 평탄화하기 위해 상기 메인수지조 및 상기 보조수지조를 선택적으로 횡단하도록 구비된 리코터부; 상기 보조수지조와 상기 메인수지조 간의 구획된 각 구획격벽부에 상기 리코터부의 횡단 통과시 가압되어 탄발변형되면서 상기 보조수지조의 입구를 개폐하도록 구비되는 탄성구획부재; 및 상기 플랫폼부, 상기 광원공급수단 및 상기 리코터부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 리코터부의 하단부는 상기 광원공급수단으로부터 기설정된 거리에 설정되는 경화높이에 대응되도록 배치되며, 상기 리코터부에는 상기 보조수지조의 최대 수용량을 초과하는 상기 수지가 상기 메인수지조 측으로 배출되도록 길이방향을 따라 적어도 하나 이상의 수지배출홀이 형성되고, 상기 리코터부의 하단부 일측 및 타측에는 상기 보조수지조에 수용된 상기 수지를 이동방향에 대응하여 쓸어내도록 스윕면이 형성되는 제1스윕돌기 및 제2스윕돌기가 돌설되며, 상기 제1스윕돌기 및 상기 제2스윕돌기 사이에는 상기 메인수지조에 보충하기 위한 상기 수지가 수용되는 보조공급홈이 형성되고, 상기 제어부는 모델링데이터로부터 산출되는 예상 수지소모량에 대응하여 상기 보조수지조에 상기 수지가 보충되도록 제어함을 특징으로 하는 3차원 프린터의 리코팅 시스템을 제공한다.
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상기의 해결 수단을 통하여, 본 발명에 따른 3차원 프린터의 리코팅 시스템은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 상기 메인수지조는 양측단에 각각 구비된 보조수지조를 선택적으로 횡단하는 리코터부에 의해 내부에 수용된 표면이 평탄화될 뿐만 아니라 보조수지조에 수용된 수지가 자동으로 보충되므로 정량 펌프와 같은 별도의 공급장치가 구비되지 않고도 수지가 보충되므로 제품이 단순화되어 경제성이 더욱 향상될 수 있다.
둘째, 상기 탄성구획부재는 보조수지조와 메인수지조 간의 구획된 각 구획격벽부에 구비되어 리코터부의 횡단 통과시 가압되어 탄발변형됨에 따라 메인수지조 측으로 수지를 공급하므로 별도의 수지 보충 과정이 생략될 수 있어 공정 과정이 간소화되고 소요시간이 절감되므로 공정 효율성이 더욱 향상될 수 있다.
셋째, 상기 리코터부에는 보조수지조의 최대 수용량을 초과하는 수지가 메인수지조 측으로 배출되도록 수지배출홀이 형성되어 수지의 범람이 방지되고, 하단부에 제1스윕돌기 및 제2스윕돌기가 돌출되어 횡단 이동시 수지 공급 및 평탄화 과정을 이중으로 수행하므로 3차원 구조물의 치수 정밀성이 더욱 개선될 수 있다.
넷째, 상기 보조수지조는 단면층 형성 과정 이전에 모델링데이터로부터 산출되는 예상 수지소모량에 대응하여 수지가 미리 보충된 상태이므로 프린팅 작업 도중 상기 보조수지조에 수용된 수지의 부족으로 인한 공정 과정의 중지가 미연에 방지되므로 프린팅 작업의 안정성이 더욱 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터의 리코팅 시스템을 정면에서 바라본 단면예시도.
도 2는 도 1의 A-B 방향에서 바라본 단면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터의 리코팅 시스템을 나타낸 블록도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터의 리코팅 시스템에서 리코팅 과정을 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터의 리코팅 시스템을 나타낸 흐름도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터의 리코팅 시스템에서 메인수지조 및 보조수지조에 수지가 보충되는 과정을 나타낸 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3차원 프린터의 리코팅 시스템을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터의 리코팅 시스템을 정면에서 바라본 단면예시도이고, 도 2는 도 1의 A-B 방향에서 바라본 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터의 리코팅 시스템을 나타낸 블록도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터의 리코팅 시스템에서 리코팅 과정을 나타낸 예시도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터의 리코팅 시스템을 나타낸 흐름도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터의 리코팅 시스템에서 메인수지조 및 보조수지조에 수지가 보충되는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 1 내지 도 6에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터의 리코팅 시스템(100)은 메인수지조(10), 광원공급수단(20), 보조수지조(30), 리코터부(40) 및 제어부(50)를 포함하여 구비된다.
여기서, 상기 메인수지조(10)는 상부가 개구된 용기형상으로 구비될 수 있으며, 내부에 수지(r1)가 수용된다. 이때, 수지라 함은 광경화성 수지, 분말 수지 등으로 이해함이 바람직하며, 경우에 따라 상기 메인수지조(10) 내부에는 유동성을 갖는 액체 또는 고체분말 상태에서 일정한 파장의 광을 통해 경화 또는 소결되어 소정의 형상으로 고정 및 조형되는 다양한 소재로 구비될 수도 있다.
또한, 상기 메인수지조(10)의 내부에는 플랫폼부(15)가 배치된다. 이때, 상기 플랫폼부(15)는 베이스부(11), 승강수단(12) 및 베이스고정부(13)를 포함하여 구비된다. 상세히, 상기 베이스부(11)는 상기 메인수지조(10)의 내부에 수용된 수지(r1)에 잠기도록 배치된다. 이때, 상기 베이스부(11)는 판 형상으로 구비될 수 있으며 상부에 조형대상물에 대응되는 3차원 구조물(D)이 안정적으로 조형되도록 수평 상태가 유지된 상태로 배치된다.
그리고, 상기 승강수단(12)은 상기 베이스부(11)의 상부 및 하부 중 적어도 어느 일측에 구비되되 상기 베이스부(11)가 상호 연결된다. 또한, 상기 승강수단(12)은 상기 제어부(50)의 제어에 대응하여 상기 베이스부(11)가 상하방향으로 선택적으로 승강되도록 구동된다. 이때, 상기 승강수단(12)은 동력원을 제공하는 모터의 회전력을 직선방향으로 전환하는 액츄에이터와 연결되어 상기 베이스부(11)가 상하방향으로 승강될 수 있는 승강력을 제공할 수 있다.
이때, 본 실시예에서는 상기 승강수단(12)이 상기 베이스부(11)의 하부에 구비되어 상기 메인수지조(10)의 내부에 배치된 것을 예로써 도시 및 설명하였으나, 경우에 따라 상기 베이스부(11)의 상부에 배치될 수도 있으며, 상기 베이스부(11)가 상하방향으로 승강될 수 있는 구조라면 다양한 구조로 구비될 수도 있다.
한편, 상기 베이스고정부(13)는 상기 베이스부(11)의 상부에 구비되며, 상기 베이스부(11)의 하강시 상기 메인수지조(10)의 내부에 수용된 수지(r1)에 잠기도록 구비될 수 있다. 또한, 상기 베이스고정부(13)는 상기 메인수지조(10)의 내부에 수용된 수지(r1)에 잠긴 상태에서 상면부에 상기 광원공급수단(20)에 의해 경화광이 조사됨에 따라 희생층이 형성되며, 상기 희생층의 상부에 조형대상물을 형성하는 각 단면층이 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다.
여기서, 상기 베이스고정부(13)에는 상하 방향으로 타공부가 형성됨이 바람직하며, 상기 희생층과의 결합면적이 증가되어 상기 베이스부(11)의 상하 이동시 상기 단면층의 무게나 충격 발생에 따른 분리가 예방될 수 있다.
그리고, 상기 광원공급수단(20)은 상기 메인수지조(10)의 개구된 상부에 배치된다. 이때, 상기 광원공급수단(20)은 상기 메인수지조(10)에 수용된 수지(r1)의 경화를 위해 설정된 파장의 경화광을 방출하는 장치로서 DLP 장치 등으로 구비될 수 있다.
또한, 상기 광원공급수단(20)은 후술되는 이미지처리부(미도시)에 입력된 모델링데이터로부터 기설정된 적층두께에 따라 분할된 단면층이 상기 메인수지조(10)에 수용된 수지(r1)의 결상부에 복원되도록 경화광을 조사한다. 이를 통해, 상기 메인수지조(10)에 수용된 수지(r1)의 결상부에는 경화광이 공급되어 상기 모델링데이터가 기설정된 적층두께에 따라 분할된 단면층의 형상으로 조형될 수 있다. 여기서, 상기 메인수지조(10)에 수용된 수지의 결상부라는 말은 상기 플랫폼부(15)의 상부에 인접하게 배치된 수지로 상기 광원공급수단(20)으로부터 방출된 경화광에 의해 직접적으로 경화되는 부분을 의미한다.
그리고, 선행 조형된 단면층의 상부에 후속적으로 단면층이 조형되는 과정이 반복됨에 따라 복수의 단면층이 상호 연결되도록 조형되어 하나의 완결된 상기 3차원 구조물(D)이 형성될 수 있다.
한편, 상기 보조수지조(30)는 상기 메인수지조(10)의 양측단에 각각 구비된다. 이때, 상기 보조수지조(30)는 상부가 개구되어 내부에 수지(r2)가 수용된다. 여기서, 상기 보조수지조(30)에 수용된 수지(r2)는 실질적으로 상기 메인수지조(10)에 수용되는 수지(r1)와 상호 대응되는 수지로 이해함이 바람직하다.
상세히, 상기 보조수지조(30)는 상기 메인수지조(10)에 대응되는 길이로 연장되어 상기 메인수지조(10)의 각 양측면에 일체로 연결된다. 이때, 상기 보조수지조(30)는 바닥부가 상기 메인수지조(10)의 바닥부로부터 상측으로 단차지게 형성될 수 있다. 이를 통해, 상기 보조수지조(30)에 수용된 수지(r2)는 상기 메인수지조(10)보다 적은 양으로 수용되더라도 상기 메인수지조(10)에 수용된 수지(r1)의 표면고(s1) 이상의 표면고(s2)를 갖도록 구비될 수 있다.
이때, 상기 메인수지조(10) 및 상기 보조수지조(30)는 수지공급부(60)와 연결될 수 있다. 여기서, 상기 수지공급부(60)는 수지의 경화를 방지하도록 광을 차단하는 소재로 구비되어 내부에 수지를 보관할 수 있으며 상기 메인수지조(10) 및 상기 보조수지조(30)에 수지를 공급할 수 있다.
그리고, 상기 메인수지조(10)의 양단부에는 각 보조수지조(30)와 구획되도록 구획격벽부(16)가 형성될 수 있다. 여기서, 상기 구획격벽부(16)는 상기 보조수지조(30)의 길이에 대응되도록 연장되되 양측단이 상기 보조수지조(30)의 내벽에 일체로 연결될 수 있다. 이를 통해, 상기 메인수지조(10)에 수용된 수지(r1)가 수용되는 저장공간과 상기 보조수지조(30)에 수용된 수지(r2)가 수용되는 저장공간이 상호 구획될 수 있다.
이때, 상기 구획격벽부(16)의 단부에는 탄성구획부재(31)가 구비됨이 바람직하다. 상세히, 상기 탄성구획부재(31)는 소정의 탄성을 갖는 고무 등의 탄성 재질로 형성됨이 바람직하다. 또한, 상기 탄성구획부재(31)는 상기 구획격벽부(16)의 연장방향에 대응되도록 상하방향으로 배치되어 일단부가 상기 구획격벽부(16)의 외측면 및 내측면 중 어느 일측면에 접착 내지 체결수단 등에 의해 고정될 수 있다. 여기서, 상기 구획격벽부(16)의 외측이라 함은 상기 보조수지조(30)와 대면되는 방향으로 이해함이 바람직하고, 상기 구획격벽부(16)의 내측이라 함은 상기 메인수지조(10)의 내부와 대면되는 방향으로 이해함이 바람직하다.
또한, 상기 탄성구획부재(31)는 상기 메인수지조(10) 및 상기 보조수지조(30)의 내부에 수용되는 각 수지(r1,r2)의 수용량이 증가되도록 소정의 높이로 상측을 향해 연장 형성될 수 있다. 그리고, 상기 탄성구획부재(31)는 상기 리코터부(40)의 횡단 통과시 상기 리코터부(40)의 이동력에 의해 가압되어 탄발변형될 수 있으며 상기 보조수지조(30)의 입구를 개폐할 수 있다.
여기서, 상기 보조수지조(30)의 입구라 함은 실질적으로 상기 보조수지조(30)에 수용된 수지(r2)가 상기 메인수지조(10) 측으로 보충되거나 상기 메인수지조(10)에 수용된 수지(r1)가 상기 보조수지조(30) 측으로 유입되도록 탄발변형되는 상기 탄성구획부재(31)가 고정된 부분으로 이해함이 바람직하다.
이를 통해, 상기 탄성구획부재(31)는 상기 리코터부(40)에 의해 가압됨에 따라 선택적으로 상기 보조수지조(30)의 입구를 개폐하므로 상기 리코터부(40)의 이동시 자동으로 상기 보조수지조(30)에 수용된 수지(r2)가 상기 메인수지조(10) 측으로 공급될 수 있다.
이에 따라, 상기 탄성구획부재(31)는 상기 리코터부(40)의 횡단 통과시 가압되어 탄발변형됨에 따라 상기 보조수지조(30)의 입구를 개폐하여 상기 메인수지조(10) 측으로 수지를 공급하므로 별도의 수지 보충 과정이 생략될 수 있어 공정 과정이 간소화되고 소요시간이 절감되므로 공정 효율성이 더욱 향상될 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 리코터부(40)는 상기 메인수지조(10)의 전후방향 길이에 대응하는 길이로 연장되어 상기 메인수지조(10)의 개구된 상부 측에 배치된다. 그리고, 상기 리코터부(40)는 측면이 상기 탄성구획부재(31)와 대면되는 방향으로 배치되어 상기 메인수지조(10) 및 상기 각 보조수지조(30) 사이를 선택적으로 횡단하도록 이동수단(미도시)에 연결될 수 있다. 이때, 상기 이동수단(미도시)은 상기 제어부(50)의 제어에 따라 선택적으로 구동된다.
여기서, 상기 리코터부(40)는 하단부가 상기 광원공급수단(20)으로부터 기설정된 거리(h2)에 설정되는 경화높이에 대응되도록 배치된다. 이를 통해, 상기 리코터부(40)의 하단부가 상기 메인수지조(10)에 수용된 수지(r1)의 표면과 접촉된 상태로 상기 메인수지조(10)의 상부를 횡단하여 이동하면 상기 메인수지조(10)에 수용된 수지(r1)의 표면이 평탄화될 수 있다. 그리고, 상기 메인수지조(10)에 수용된 수지(r1)의 표면과 상기 광원공급수단(20)의 최하단부(21) 사이의 수직간격이 상기 기설정된 거리(h2)에 대응되도록 형성될 수 있다.
이때, 상기 보조수지조(30)의 표면고(s2)는 상기 메인수지조(10)의 표면고(s1)를 초과하도록 설정됨이 바람직하다. 여기서, 표면고라 함은 상기 메인수지조(10) 및 상기 보조수지조(30)에 수용된 각 수지(r1,r2)의 표면 높이로 이해함이 바람직하다. 상세히, 상기 보조수지조(30)에 수용된 수지(r2)의 표면고(s2)는 상기 메인수지조(10)에 수용된 수지(r1)의 표면고(s1)보다 상측으로 단차지게 형성됨이 바람직하다. 즉, 상기 메인수지조(10)에 수용된 수지(r1)의 표면고(s1)와 상기 보조수지조(30)에 수용된 수지의 표면고(s2) 사이에는 단차간격(h1)이 형성될 수 있다. 이때, 상기 리코터부(40)에 의해 상기 탄성구획부재(31)가 탄발변형되면 상기 보조수지조(30)에 수용된 수지(r2)가 상기 메인수지조(10) 측으로 유입될 수 있다.
여기서, 상기 메인수지조(10) 및 상기 보조수지조(30)에 수용된 각 수지(r1,r2)의 표면고(s1,s2)를 검출하기 위해 상기 메인수지조(10)의 내부에는 제1높이감지센서(71)가 구비되고 상기 보조수지조(30)의 내부에는 제2높이감지센서(72)가 구비될 수 있다.
한편, 상기 리코터부(40)는 상기 메인수지조(10)에 수용된 수지(r1)를 보충하고 표면을 평탄화하기 위해 제1스윕돌기(41) 및 제2스윕돌기(42)를 포함하여 구비된다. 상세히, 상기 제1스윕돌기(41) 및 상기 제2스윕돌기(42)는 상기 리코터부(40)의 하단부로부터 일체로 돌설된다. 이때, 상기 제1스윕돌기(41) 및 상기 제2스윕돌기(42)의 하단부에는 각각 제1평탄면(41b) 및 제2평탄면(42b)이 형성된다. 이때, 상기 제1스윕돌기(41) 및 상기 제2스윕돌기(42)는 각 평탄면(41b,42b)이 상호 대응되는 높이를 갖도록 상호 대응되는 길이로 연장됨이 바람직하다.
그리고, 상기 각 평탄면(41b,42b)은 상기 경화높이에 대응되도록 배치된다. 즉, 상기 리코터부(40)의 하단부는 실질적으로 상기 각 평탄면(41b,42b)으로 이해함이 바람직하다. 이를 통해, 상기 각 평탄면(41b,42b)은 상기 메인수지조(10)에 수용된 수지(r1)의 표면을 상기 경화높이에 대응되도록 평탄화할 수 있다.
한편, 상기 제1스윕돌기(41) 및 상기 제2스윕돌기(42) 사이에는 상기 메인수지조(10)에 보충하기 위한 수지가 수용되도록 보조공급홈(43)이 형성될 수 있다. 상세히, 상기 보조공급홈(43)은 상기 제1스윕돌기(41) 및 상기 제2스윕돌기(42) 사이에 상기 리코터부(40)의 하단부로부터 상측을 향해 함몰 형성된다.
이때, 상기 보조공급홈(43)은 상측을 향해 오목하게 함몰 형성되어 상측으로 갈수록 단면적이 협소화되도록 라운드진 외면 프로파일로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 보조공급홈(43)의 테두리는 상기 제1스윕돌기(41) 및 상기 제2스윕돌기(42)의 각 대향면으로부터 연속적인 프로파일로 형성될 수 있다. 이를 통해, 상기 보조공급홈(43)의 내측에는 수지가 수용될 수 있는 공간이 확보되면서도 각 스윕돌기(41,42)에 의해 원활하게 수지가 쓸릴 수 있다.
여기서, 상기 제1스윕돌기(41)는 상기 리코터부(40)의 하단부 일측으로부터 일체로 돌설되어 상기 리코터부(40)의 일측면과 연속적인 프로파일로 제1스윕면(41a)이 형성된다. 그리고, 상기 제2스윕돌기(42)는 상기 리코터부(40)의 하단부 일측으로부터 일체로 돌설되어 상기 리코터부(40)의 타측면과 연속적인 프로파일로 제2스윕면(42a)이 형성된다.
이때, 상기 각 스윕면(41a,42a)은 상기 리코터부(40)의 이동방향에 대응하여 상기 보조수지조(30)에 수용된 수지(r2)를 쓸어내어 상기 메인수지조(10)에 공급할 수 있다.
상세히, 도 4를 참조하면, 상기 리코터부(40)가 일측 보조수지조(30A)에 배치된 상태로 타측으로 이동되는 경우 상기 리코터부(40)는 일측 탄성구획부재(31A)를 탄발변형시키며 상기 메인수지조(10) 측으로 이동된다. 이때, 상기 일측 보조수지조(30A)에 수용된 수지(r2)의 일부가 상기 제2스윕면(42a)에 의해 상기 메인수지조(10) 측으로 쓸리게 된다. 그리고, 상기 리코터부(40)는 상기 일측 보조수지조(30A)에 수용된 수지(r2)의 일부가 상기 보조공급홈(43)의 내측에 수용된 상태로 이동될 수 있다.
여기서, 상기 메인수지조(10)에 수용된 수지(r1)의 표면 중 상기 경화높이보다 낮은 높이를 갖는 부분에는 상기 리코터부(40)가 횡단하며 이동됨에 따라 상기 제2스윕면(42a)에 의해 쓸려온 수지가 자동으로 보충될 수 있다. 그리고, 수지가 보충된 부분이 상기 제2평탄면(42b)에 의해 상기 경화높이에 대응되도록 1차적으로 평탄화될 수 있다.
그리고, 상기 제2스윕돌기(42)가 수지가 자동으로 보충된 부분을 통과하면 상기 제2평탄면(42b)에 의해 평탄화된 부분에 상기 보조공급홈(43)에 수용된 수지가 2차적으로 보충될 수 있다. 즉, 상기 메인수지조(10)에 수용된 수지(r1)의 표면에 상기 리코터부(40)의 이동속도에 따라 상기 제2스윕면(42a)에 의해 쓸려온 수지가 원활하게 공급되지 않은 경우, 상기 보조공급홈(43)으로부터 수지가 2차적으로 공급될 수 있다.
또한, 상기 보조공급홈(43)으로부터 수지가 2차적으로 보충되면 상기 제1스윕돌기(41)에 형성된 제1평탄면(41b)에 의해 2차적으로 평탄화 작업이 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 메인수지조(10)에는 상기 리코터부(40)의 횡단 이동시 부족한 수지가 보충되고 수용된 수지의 표면이 평탄화되는 과정이 이중으로 진행되므로 상기 메인수지조(10)에 수용된 수지(r1)의 표면고(s1)가 상기 경화높이에 대응되도록 정밀하게 설정될 뿐만 아니라 조형되는 상기 3차원 구조물(D)의 치수 정밀성이 더욱 개선될 수 있다.
또한, 상기 리코터부(40)는 상기 메인수지조(10)의 상부를 수평하게 이동하며 수지 보충 및 평탄화작업을 수행한 후 타측 보조수지조(30B)으로 이동된다. 이때, 상기 리코터부(40)의 가압력에 의해 타측 탄성구획부재(31B)가 탄발변형되어 상기 타측 보조수지조(30B)의 입구가 개방되며, 상기 제2평탄면(42b)에 의해 쓸려온 수지의 잔량이 상기 타측 보조수지조(30B)에 회수될 수 있다.
이와 같이, 상기 리코터부(40)는 상기 일측 보조수지조(30A)로부터 수지를 상기 메인수지조(10)에 보충하고 표면의 평탄화 작업을 수행한 후 상기 타측 보조수지조(30B)에 수지의 잔량이 회수되도록 이동될 수 있다. 물론, 상기 리코터부(40)는 상기와 같은 원리를 이용해 타측에서 일측방향으로 이동되어 수지 보충 및 평탄화 작업을 수행하는 것도 가능하다.
이에 따라, 상기 메인수지조(10)에는 상기 리코터부(40)의 평탄화 작업시 자동으로 수지가 보충됨에 따라 상기 메인수지조(10)에 수지를 보충하기 위한 별도의 공정없이도 프린팅 작업이 가능하므로 정량 펌프와 같은 별도의 공급장치가 구비되지 않고도 상기 리코터부(40)의 이동만으로도 수지가 보충되므로 제품이 단순화되어 경제성이 더욱 향상될 수 있다.
한편, 상기 리코터부(40)에는 길이방향을 따라 적어도 하나 이상의 수지배출홀(45)이 형성됨이 바람직하다. 상세히, 상기 수지배출홀(45)은 상기 각 스윕면(41a,42a)의 상측에 관통 형성될 수 있다. 또한, 상기 수지배출홀(45)은 상기 리코터부(40)의 길이 미만으로 형성되되 상기 리코터부(40)의 길이 방향에 대응되도록 수평하게 형성될 수 있다.
여기서, 상기 수지배출홀(45)은 상기 보조수지조(30)로부터 범람하는 수지가 상기 메인수지조(10) 측으로 유입되도록 형성된다. 예컨대, 상기 리코터부(40)가 일측에서 타측으로 이동되는 경우, 상기 타측 보조수지조(30B)에는 상기 제2평탄면(42b)에 의해 쓸려온 수지의 잔량이 회수된다. 이때, 상기 제2평탄면(42b)에 의해 쓸려온 수지의 잔량이 과도하게 많은 경우, 상기 타측 보조수지조(30B)에는 최대 수용량을 초과하도록 수지가 수용될 수 있다.
그리고, 최대 수용량을 초과하는 수지는 상기 수지배출홀(45)을 통해 상기 메인수지조(10) 측으로 배출될 수 있다. 이때, 상기 보조수지조(30)는 실질적으로 상기 보조수지조(30)에 수용된 수지(r2)의 표면(s2)이 상기 탄성구획부재(31)의 상단부에 대응되도록 수용되면 최대 수용량에 도달할 수 있다. 따라서, 상기 수지배출홀(45)은 상기 탄성구획부재(31)의 상단부보다 높은 위치에 형성됨이 바람직하다. 이를 통해, 상기 보조수지조(30)에 수지가 과도하게 수용되더라도 상기 메인수지조(10) 측으로 배출되므로 상기 보조수지조(30)의 외벽을 넘어 수지의 범람이 방지되므로 낭비되는 수지의 양이 최소화되어 경제성이 향상될 수 있다.
이때, 본 실시예에서는 상기 수지배출홀(45)이 상기 리코터부(40)의 길이방향을 따라 하나의 홀로 형성된 것을 예로써 도시 및 설명하였으나, 상기 수지배출홀은 복수로 구비되어 상기 리코터부(40)의 길이방향으로 배열되는 것도 가능하다.
한편, 상기 메인수지조(10)에는 수지회수부가 더 구비될 수도 있다. 여기서, 상기 수지회수부는 상기 제1높이감지센서(71)로부터 검출되는 상기 메인수지조(10)에 수용된 수지(r1)의 표면고(s1)가 기설정된 안전수용높이를 초과하는 경우 상기 제어부(50)에 의해 구동될 수 있다. 이때, 상기 수지회수부는 펌프 등으로 구비되어 상기 메인수지조(10)와 연통되도록 형성된 회수라인을 통해 상기 메인수지조(10)에 수용된 수지(r1)를 상기 수지공급부(60) 측으로 유동시킬 수 있다. 이를 통해, 상기 메인수지조(10)로부터 범람하는 수지가 낭비되지 않고 회수되므로 재료의 절감을 통한 생산성이 향상될 수 있다.
그리고, 상기 제어부(50)는 상기 플랫폼부(15), 상기 광원공급수단(20), 상기 리코터부(40) 및 상기 수지공급부(60)의 구동을 제어한다. 이때, 상기 제어부(50)는 상기 3차원 프린터의 리코팅 시스템(100)의 구동을 제어하는 제어모듈을 의미한다.
한편, 상기 3차원 프린터의 리코팅 시스템(100)은 상기 이미지처리부(미도시) 및 산출처리부(미도시)를 더 포함하여 구비될 수 있다. 여기서, 상기 이미지처리부(미도시)에는 상기 3차원 구조물(D)에 대한 모델링데이터가 입력될 수 있다. 이때, 상기 이미지처리부(미도시)는 상기 모델링데이터를 해석하여 적층 조형에 적합하도록 기설정된 적층두께에 따라 분할된 단면층 이미지를 설정 및 생성하는 이미지처리모듈을 의미한다.
여기서, 상기 적층두께는 하나의 단면층이 형성되는 두께를 의미하며, 조형 정밀도 향상을 위해 미세한 두께로 설정되되, 수지의 반응민감도, 경화속도, 경화광의 침투깊이 등을 고려하여 조절될 수 있다.
또한, 상기 산출처리부(미도시)는 상기 제어부(50)에 수신된 상기 메인수지조(10) 및 상기 보조수지조(30)의 각 표면고(s1,s2)를 입력받아 비교하거나 상기 보조수지조(30)에 수용된 수지(r2)의 저장량 및 상기 3차원 구조물(D)의 조형시 사용되는 예상 수지소모량을 산출할 수 있다. 이때, 상기 산출처리부(미도시)는 기입력된 데이터 내지 검출된 표면고를 통해 결과값을 산출하는 산출모듈을 의미한다.
그리고, 상기 제어부(50), 상기 이미지처리부(미도시) 및 상기 산출처리부(미도시)는 독립된 기능에 따라 분류된 것으로 하나의 프로세서 내에 구비되거나 상호 독립된 복수의 프로세서 내에 구비되는 것도 가능하다.
한편, 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터의 리코팅 시스템은 다음과 같이 진행된다.
먼저, 상기 3차원 구조물(D)에 대한 상기 모델링데이터가 입력된다(s10). 여기서, 상기 모델링데이터는 상기 이미지처리부(미도시)에 입력될 수 있으며, 상기 3차원 구조물(D)에 대한 상기 모델링데이터가 입력되면, 상기 이미지처리부(미도시)는 상기 3차원 구조물(D)을 기설정된 적층두께에 따라 분할한 단면층 이미지로 저장한다.
여기서, 상기 3차원 구조물(D)에 대한 모델링데이터가 입력되면(s10), 상기 광원공급수단(20), 상기 플랫폼부(15) 및 상기 리코터부(40)가 활성화된다(s20).
이때, 상기 광원공급수단(20), 상기 플랫폼부(15) 및 상기 리코터부(40)가 활성화되는 것은 전원 인가시 정상 구동 여부의 확인과정 등과 같이 각 구성부품의 구동이 준비되는 개념으로 이해함이 바람직하다. 물론, 경우에 따라 상기 모델링데이터 입력 과정(s10) 및 상기 광원공급수단(20), 상기 플랫폼부(15) 및 상기 리코터부(40)의 활성화 과정(s20)은 각 순서가 변경되거나 동시에 진행될 수도 있다.
그리고, 상기 광원공급수단(20), 상기 플랫폼부(15) 및 상기 리코터부(40)가 활성화(s20)되면, 상기 메인수지조(10) 및 상기 보조수지조(30)에 수지가 보충된다(s30). 여기서, 도 6을 참조하면, 상기 메인수지조(10) 및 상기 보조수지조(30)에 수지가 보충되는 단계(s30)는 다음과 같이 진행된다.
먼저, 상기 제1높이감지센서(71)로부터 상기 메인수지조(10)에 수용된 수지(r1)의 표면고(s1)가 검출된다(s31). 이때, 상기 제1높이감지센서(71)로부터 상기 검출된 상기 메인수지조(10)의 표면고(s1)는 상기 제어부(50)에 전송된다.
또한, 상기 메인수지조(10)에 수용된 수지(r1)의 표면고(s1)가 검출되면(s31), 상기 제어부(50)에 의해 상기 제1높이감지센서(71)로부터 전송된 상기 메인수지조(10)의 표면고(s1)가 기설정된 기준치 이상인지 여부가 판단된다(s32).
여기서, 상기 메인수지조(10)의 표면고(s1)가 기설정된 기준치 미만으로 판단되면(s32), 상기 수지공급부(60)를 구동하여 상기 메인수지조(10)에 수지가 보충된다(s33). 이때, 상기 메인수지조(10)에 수지가 보충되는 과정(s33)은 상기 메인수지조(10)의 표면고(s1)가 기설정된 기준치 이상으로 판단될 때까지 반복적으로 수행된다.
그리고, 상기 메인수지조(10)의 표면고(s1)가 기설정된 기준치 이상으로 판단되면(s32), 상기 모델링데이터에 대응하는 예상 수지소모량이 산출된다(s34).
이때, 상기 예상 수지소모량은 상기 메인수지조(10)의 내부에 수용된 수지(r1)의 광경화 과정에서 부피의 수축량에 대응하여 산출될 수 있으며, 기입력된 수지의 수축률과 상기 모델링데이터의 부피 데이터를 기반으로 상기 산출처리부(미도시)에 의해 산출될 수 있다.
한편, 예상 수지소모량이 산출되면(s34), 상기 보조수지조(30)에 수용된 수지의 저장량이 산출된다(s35). 상세히, 상기 제어부(50)는 상기 제2높이감지센서(72)로부터 검출된 상기 보조수지조(30)에 수용된 수지(r2)의 표면고(s2)를 입력받는다. 또한, 상기 산출처리부(미도시)는 상기 제어부(50)에 입력된 상기 보조수지조(30)의 표면고(s2)와, 기입력된 상기 보조수지조(30)의 단면적을 통해 상기 보조수지조(30)의 내부에 수용된 수지(r2)의 저장량을 산출할 수 있다.
그리고, 상기 보조수지조(30)에 수용된 수지의 저장량이 산출되면(s35), 상기 보조수지조(30)에 수용된 수지(r2)의 저장량이 상기 예상 수지소모량 이상인지 여부가 판단된다(s36). 여기서, 상기 산출처리부(미도시)는 상기 보조수지조(30)에 수용된 수지의 저장량과 상기 예상 수지소모량을 비교할 수 있으며, 비교된 결과값이 상기 제어부(50)에 전송될 수 있다.
여기서, 상기 보조수지조(30)에 수용된 수지(r2)의 저장량이 상기 예상 수지소모량 미만으로 판단되면(s36), 상기 제어부(50)는 상기 수지공급부(60)가 구동되도록 제어하여 상기 보조수지조(30)에 수지가 보충된다(s37). 이때, 상기 제어부(50)는 상기 산출처리부(미도시)로부터 입력받은 비교된 결과값에 대응하여 상기 수지공급부(60)의 구동을 제어할 수 있다. 여기서, 상기 보조수지조(30)에 수지가 보충되는 과정(s37)은 상기 보조수지조(30)의 저장량이 상기 예상 수지소모량 이상으로 판단될 때까지 반복적으로 수행된다.
이에 따라, 상기 보조수지조(30)에는 단면층 형성 과정 이전에 예상 수지소모량에 대응하여 수지가 미리 보충된 상태이므로 프린팅 작업 도중 상기 보조수지조(30)에 수용된 수지(r2)의 부족으로 인한 공정 과정의 중지가 미연에 방지되므로 프린팅 작업의 안정성이 더욱 향상될 수 있다. 물론, 경우에 따라 상기 메인수지조(10)의 표면고(s1)가 상기 기설정된 기준치 이상인지 비교되는 단계(s32)와, 상기 보조수지조(30)의 저장량이 상기 예상 수지소모량 이상인지 비교되는 단계(s36)는 각 순서가 변경되거나 동시에 진행될 수도 있다.
한편, 상기 메인수지조(10) 및 상기 보조수지조(30)에 수지가 보충되면(s30), 기설정된 높이에 대응하여 상기 플랫폼부(15)가 승강 이동된다(s40). 이때, 상기 제어부(50)는 상기 모델링데이터가 기설정된 적층두께로 분할된 단면층의 적층순서에 대응하여 상기 플랫폼부(15)가 상승 또는 하강되도록 제어할 수 있다.
그리고, 기설정된 높이에 대응하여 상기 플랫폼부(15)가 승강 이동되면(s40), 상기 메인수지조(10)에 수용된 수지(r1)의 표면고(s1)와, 상기 보조수지조(30)에 수용된 수지(r2)의 표면고(s2)가 검출되어 상기 메인수지조(10)의 표면고(s1) 및 상기 보조수지조(30)의 표면고(s2)가 비교되는 단계가 더 포함될 수도 있다. 여기서, 상기 보조수지조(30)의 표면고(s2)가 상기 메인수지조(10)의 표면고(s1)보다 낮은 위치로 판단되면 상기 제어부(50)는 상기 광원공급수단(20), 상기 플랫폼부(15) 및 상기 리코터부(40)가 비활성화되도록 제어할 수 있다. 또한, 상기 3차원 프린터의 리코팅 시스템(100)은 디스플레이부(미도시)를 더 포함하여 구비될 수도 있으며, 상기 제어부(50)는 상기 디스플레이부(미도시)를 통해 경고 알림이 출력되도록 제어할 수도 있다.
여기서, 상기 플랫폼부(15)가 승강 이동되면(s40), 상기 리코터부(40)가 이동되고 상기 메인수지조(10)에 수용된 수지(r1)의 표면이 평탄화된다(s50). 이때, 상기 메인수지조(10)는 수용된 수지(r1)의 표면이 평탄화될 뿐만 아니라 상기 리코터부(40)에 의해 상기 보조수지조(30)로부터 수지가 보충된다.
그리고, 상기 메인수지조(10)에 수용된 수지(r1)의 표면이 평탄화되면(s50), 상기 모델링데이터에 대응하여 상기 메인수지조(10)에 수용된 수지(r1)의 표면에 상기 광원공급수단(20)을 통해 경화광이 조사되고 단면층이 형성된다(s60). 이때, 상기 단면층은 상기 이미지처리부(미도시)에 저장된 단면층 이미지에 대응하여 적층순서에 따라 형성될 수 있다. 또한, 상기 단면층이 형성되면(s60), 조형된 단면층이 상기 모델링데이터의 최상위 영역에 대응되는지 여부가 판단된다(s70).
여기서, 상기 모델링데이터의 최상위 영역이라 함은 기설정된 적층두께에 따라 분할된 상기 모델링데이터의 단면층 중 최상부에 배치되는 단면층으로 이해함이 바람직하다. 즉, 조형된 단면층이 상기 모델링데이터의 최상위 영역에 대응되는지 여부가 판단되면 실질적으로 단면층의 적층이 마무리되고 3차원 조형물이 완성되었는지 여부가 확인될 수 있다.
이때, 상기 조형된 단면층이 상기 모델링데이터의 최상위 영역에 대응되지 않는 것으로 판단되면(s70), 기설정된 높이에 대응하여 상기 플랫폼부(15)가 승강 이동되는 과정(s40)으로 회귀하여 후속 단면층이 조형되어 적층되는 과정이 반복된다. 즉, 상기 단면층이 조형된 후 상기 플랫폼부(15)는 기설정된 적층두께에 대응하여 하측으로 이동되고 기조형된 단면층의 상부에 후속 단면층이 조형될 수 있다.
그리고, 상기 조형된 단면층이 상기 모델링데이터의 최상위 영역에 대응되는 것으로 판단되면(s70), 상기 광원공급수단(20), 상기 플랫폼부(15) 및 상기 리코터부(40)가 비활성화(s80)되며 상기 3차원 구조물(D)이 완성될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구하는 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형 실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형예는 본 발명의 범위에 속한다.
10: 메인수지조 15: 플랫폼부
20: 광원공급수단 30: 보조수지조
40: 리코터부 41: 제1스윕돌기
42: 제2스윕돌기 43: 보조공급홈
45: 수지배출홀 50: 제어부
100: 3차원 프린터의 리코팅 시스템

Claims (5)

  1. 상부가 개구되며 내부에 선택적으로 승강되는 플랫폼부가 배치되고 수지가 수용되는 메인수지조;
    상기 메인수지조의 상부에 배치되며 기저장된 이미지에 대응하여 상기 수지에 경화광을 조사하는 광원공급수단;
    상기 메인수지조의 양측단에 각각 구비되며 내부에 상기 메인수지조의 표면고를 초과하도록 설정된 표면고의 수지가 수용되는 보조수지조;
    상기 메인수지조에 수용된 상기 수지를 보충하고 표면을 평탄화하기 위해 상기 메인수지조 및 상기 보조수지조를 선택적으로 횡단하도록 구비된 리코터부;
    상기 보조수지조와 상기 메인수지조 간의 구획된 각 구획격벽부에 상기 리코터부의 횡단 통과시 가압되어 탄발변형되면서 상기 보조수지조의 입구를 개폐하도록 구비되는 탄성구획부재; 및
    상기 플랫폼부, 상기 광원공급수단 및 상기 리코터부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 리코터부의 하단부는 상기 광원공급수단으로부터 기설정된 거리에 설정되는 경화높이에 대응되도록 배치되며, 상기 리코터부에는 상기 보조수지조의 최대 수용량을 초과하는 상기 수지가 상기 메인수지조 측으로 배출되도록 길이방향을 따라 적어도 하나 이상의 수지배출홀이 형성되고,
    상기 리코터부의 하단부 일측 및 타측에는 상기 보조수지조에 수용된 상기 수지를 이동방향에 대응하여 쓸어내도록 스윕면이 형성되는 제1스윕돌기 및 제2스윕돌기가 돌설되며, 상기 제1스윕돌기 및 상기 제2스윕돌기 사이에는 상기 메인수지조에 보충하기 위한 상기 수지가 수용되는 보조공급홈이 형성되고,
    상기 제어부는 모델링데이터로부터 산출되는 예상 수지소모량에 대응하여 상기 보조수지조에 상기 수지가 보충되도록 제어함을 특징으로 하는 3차원 프린터의 리코팅 시스템.
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