KR102018570B1 - 3d 프린터의 자동정렬시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3D프린터의 자동정렬시스템에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 출력된 제품을 지지하는 빌드스테이지의 하단에 레벨센서 및 자외선센서를 구비하여, 상기 레벨센서 및 자외선센서로부터 측정된 수조와의 높이 및 상기 빌드스테이지의 기울기에 따라 스테이지구동부 및 프로젝터구동부를 제어하여 빌드스테이지와 프로젝터의 평형을 유지함으로써, 수조로부터의 높이에 따라 빌드스테이지의 평형을 자동으로 유지하며, 빌드스테이지의 하단에 조사되는 빛의 조사범위를 조정하여 빌드스테이지와 빌드스테이지로 빛을 조사하는 프로젝터 간의 평행을 유지하여, 빌드스테이지의 하단에 출력되는 제품의 완성도를 향상시킬 수 있는 3D프린터의 자동정렬시스템에 관한 것이다.

Description

3D 프린터의 자동정렬시스템{Auto Leveling System for 3D printer}
본 발명은 3D 프린터의 자동정렬시스템에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 출력물을 지지하는 빌드스테이지의 미세한 틀어짐 정도를 자동으로 측정하여 광경화성수지가 저장되는 수조에 빛을 조사하여 제품을 조형하는 프로젝터와의 평행을 유지하는 3D 프린터의 자동정렬시스템에 관한 것이다.
3D프린터는 (x, y)축으로의 인쇄만 가능하였던 기존의 2D 프린터의 방식에서, z축을 더하여 (x, y, z)축으로의 인쇄가 가능하도록 제공되는 3차원 제품을 인쇄하는 장치를 뜻한다.
이때 3D프린터는 인쇄하는 방식에 따라서 크게 적층형 및 절삭형으로 구분된다. 상기 적층형은 레이어를 z축으로 겹겹이 쌓아 올려서 입체 형상을 나타내는 방식이며, 상기 절삭형은 큰 덩어리의 물체를 절삭하여 입력된 3D 입체 형상으로 나타나도록 이루어지는 방식이다.
그리고 적층형 3D프린터의 출력 방식은 FDM(Fused Deposition Modeling), SLA(Stereo Lithography Apparatus) 및 DLP(Digital Light Processing) 등을 포함하여, 여러 방식이 시중에서 사용되고 있으며, 이 중 광경화성 성질을 갖는 레진이 담겨있는 수조에 출력물이 조형되는 빌드스테이지가 잠겨 있고, 그 위로 자외선레이저를 조사하여 레이저가 레진에 닿으면 광경화작용에 의해 레진이 굳어지며 레이어가 만들어지는 SLA 방식 및 사이 빌드스테이지가 수조의 상부에 위치하여 제품을 조형하는 DLP방식에 있어서, 출력되는 제품을 지지하는 빌드스테이지가 상하방향으로 움직임에 따라 상기 빌드스테이지가 틀어지는 문제점이 발생하여, 상기 빌드스테이지방향으로 빛을 조사하는 프로젝터의 광 조사범위가 균일하지 못하여 3D 프린터로 출력되는 제품의 완성도가 저하되는 문제점이 발생되고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하고자 한국공개특허공보 제10-2017-0082044호(3차원 프린터 및 이의 광출력 장치, 2017.07.13.)에서는 광원측으로부터 발광된 출력광에 의해 3차원 입체 출력물을 형성하게 되는 출력물재료가 저장되는 저장조와 광원과 상기 저장조 사이에 위치하여 광원측으로부터 발광된 출력광의 광경로를 조정하는 갈바노미터 및 출력광의 초점을 보정하는 포커싱보정수단을 포함하는 광출력 장치를 개시하고 있으나, 상기와 같이 종래의 3차원프린터의 자동정렬장치는 광원으로부터 출력되는 빛을 반사하는 거울 또는 레진이 저장된 수조의 기울기를 가변하여 그 평형을 맞춤에 따라서, 수조 내에 저장되는 레진의 수면높이가 균일하지 않게 되는 문제가 있으며, 최종 출력물의 완성도는 빌드스테이지와 빌드스테이지로 광을 조사하는 프로젝터와의 평형에 따라 조사되는 레이저가 만들고자 하는 마스크(Mask, 모델링 도면)의 정확성에 기인된다고 할 수 있다.
상기와 같이 종래의 빌드스테이지의 레벨링(Leveling) 작업은 일반적으로, 수조의 기울기를 가변시켜 작업자가 빌드스테이지를 수조의 하단부로 하강시킨 후, 빌드스테이지의 상방에 구비되는 레벨링조절 나사를 조절하여 Z-Alignment를 조정하였으나, 이는 개개인 마다 작업의 정밀도가 달라, 빌드스테이지의 Z-Alignment의 조정이 균일하지 못하다는 문제점이 야기되어 왔다. 이에 따라 3D프린터 기술분야에서는 빌드스테이지의 Z-Alignment를 자동으로 조절하기 위한 기술적 해결방안의 개발이 진행되고 있으나, 수조의 기울기를 가변시켜 빌드스테이지의 평형을 조정하는 작업은, 빌드스테이지에 빛을 조사하는 프로젝터간의 평행이 유지되지 않고, 프린터 내부에 구비된 프러젝터의 위치가 프린터에 고정되어 있어, 수조의 기울기에 따라 가변되는 빛의 조사범위를 반사거울을 이용하여 가변시키고 있으나 그 정밀도가 떨어지고 빛이 반사될 시의 마스크가 반전되며, 미세한 빛 번짐이 발생하여 출력물의 완성도를 저하시키며, 단일 영역에 대해 단일해상도로만 제품을 출력할 수 밖에 없는 한계가 있다.
한국공개특허공보 제10-2017-0082044호(3차원 프린터 및 이의 광출력 장치, 2017.07.13.)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 출력된 제품을 지지하는 빌드스테이지의 하단에 레벨센서 및 자외선센서를 구비하여, 상기 레벨센서 및 자외선센서로부터 측정된 수조와의 높이 및 상기 빌드스테이지의 기울기에 따라 스테이지구동부 및 프로젝터구동부를 제어하여 빌드스테이지와 프로젝터의 평형을 유지하는 3D프린터의 자동정렬시스템을 제공하고자 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 3D 프린터의 자동정렬시스템은 광경화성 수지가 저장되는 수조에 빛을 조사하는 프로젝터와 출력된 제품을 지지하는 빌드스테이지의 정렬을 위한 3D 프린터의 자동정렬시스템에 있어서, 상기 빌드스테이지에 구비되어, 상기 수조로부터의 높이에 따른 상기 빌드스테이지의 평형을 유지하도록 구동되는 스테이지구동부와 상기 프로젝터와 결합되며, 상기 프로젝터를 이동 및 회전시켜 상기 빌드스테이지의 하단에 조사되는 빛의 조사범위의 크기 및 위치를 조절하는 프로젝터구동부 및 상기 빌드스테이지와 상기 프로젝터의 평행을 유지하도록 상기 스테이지구동부 및 프로젝터구동부를 제어하는 제어부 및 상기 자동정렬시스템은 상기 빌드스테이지의 하단에 구비되어, 상기 프로젝터로부터 조사되는 빛의 조사범위를 측정하는 자외선센서를 포함하며, 상기 자외선센서는 상기 빌드스테이지의 하단에 서로 대칭되게 배치되는 복수의 제1자외선센서 및 상기 빌드스테이지의 하단에 복수의 상기 제1자외선센서의 내측으로 서로 대칭되게 배치되는 복수의 제2자외선센서를 포함하여 이루어지며, 상기 제어부는 상기 프로젝터로부터 조사되는 빛의 조사범위가 상기 제1자외선센서와 상기 제2자외선센서 사이에 위치하도록 상기 프로젝터구동부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자동정렬시스템은 상기 빌드스테이지의 하단에 구비되어, 상기 수조로부터의 높이를 측정하는 레벨센서를 더 포함할 수 있으며, 상기 레벨센서는 서로 평행한 위치에 복수개가 방사형으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 스테이지구동부는 상기 빌드스테이지의 상부에서 상기 레벨센서와 대응되는 위치에 각각 구비되며, 상기 제어부는 복수의 상기 레벨센서로부터 인가받은 상기 수조로부터의 높이에 따라 각각의 상기 스테이지구동부를 선택적으로 제어하는 것을 특징으로 한다.
더하여, 상기 자동정렬시스템은 외부로부터의 신호를 입력받아 상기 스테이지구동부 및 프로젝터구동부의 작동 및 조절 신호를 상기 제어부에 전달하는 컨트롤패널을 더 포함할 수 있다.
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상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 3D 프린터의 자동정렬시스템은 수조로부터의 높이에 따라 빌드스테이지의 평형을 자동으로 유지하여, 사용자가 직접 빌드스테이지의 Z-Alignment를 조정하지 않아도 되는 장점이 있다.
또한, 빌드스테이지의 하단에 조사되는 빛의 조사범위를 조정하여 빌드스테이지와 빌드스테이지로 빛을 조사하는 프로젝터 간의 평행을 유지하여, 빌드스테이지의 하단에 출력되는 제품의 완성도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자동정렬시스템을 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 빌드스테이지의 하단을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레벨센서의 작동을 도시한 예시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 스테이지구동부를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 자외선센서의 측정원리를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 프로젝터구동부의 작동을 도시한 예시도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 컨트롤패널을 도시한 예시도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명을 하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
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 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자동정렬시스템을 도시한 구성도로서, 도 1을 참조하면, 본 발명의 3D프린터의 자동정렬시스템(1000)은 하우징(10), 상기 하우징(10)의 상측에 형성되되 내부에 광경화성수지를 수용하는 수조(20)와 상기 수조(20)의 상방으로 구비되어 상하 방향으로 구동되는 빌드스테이지(30) 및 상기 빌드스테이지(30)가 상하로 이동하도록 동력을 전달하는 구동장치(20)를 포함할 수 있다.
본 발명은 상기한 구성과 같이, 광경화성 수지가 담겨있는 상기 수조(10)에 출력물이 조형되는 빌드스테이지(30)가 잠겨 있고, 그 위로 빛을 조사하여 조사된 빛이 상기 광경화성 수지에 닿으면 광경화작용에 의해 광경화성 수지가 굳어지며 레이어가 만들어지는 다양한 타입의 3D 프린터에 적용될 수 있으며, 이때 상기 빌드스테이지(30)가 수조(20)의 상부에 위치하여 제품을 조형하는 DLP방식에 적용되는 것이 가장 바람직하며, 하기에서는 DLP방식의 3D프린터에 따른 본 발명의 자동정렬시스템을 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 자동정렬시스템(1000)은 광경화성 수지가 저장되는 수조(20)에 빛을 조사하는 프로젝터(40)와 출력된 제품을 지지하는 빌드스테이지(30)와 상기 빌드스테이지(30)에 구비되어, 상기 수조(20)로부터의 높이에 따른 상기 빌드스테이지(30)의 평형을 유지하도록 구동되는 스테이지구동부(100), 상기 프로젝터(40)와 결합되며, 상기 프로젝터(40)를 이동 및 회전시켜 상기 빌드스테이지(30)의 하단에 조사되는 빛의 조사범위의 크기 및 위치를 조절하는 프로젝터구동부(200) 및 상기 빌드스테이지(30)와 상기 프로젝터(40)의 평행을 유지하도록 상기 스테이지구동부(100) 및 프로젝터구동부(200)를 제어하는 제어부(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 스테이지구동부(100)는 상기 빌드스테이지(30)의 상부에 구비되어, 상기 제어부(300)로부터의 신호를 인가받아, 상기 빌드스테이지(30)의 평형을 유지하도록 상기 빌드스테이지(30)의 기울기를 조절하기 위한 구성으로, 상기 수조(20) 내부의 하면으로부터의 높이를 측정하는 레벨센서(400, 도 2에 도시)로부터 측정된 레벨신호에 따라 상기 빌드스테이지(30)의 기울기의 평형을 유지할 수 있다.
상기 프로젝터구동부(200)는 상기 프로젝터(40)와 결합되어, 상기 프로젝터(40)를 이동 및 회전시키기 위한 구성으로, 상기 프로젝터(40)에서 조사되는 빛을 감지하는 자외선센서(500, 도2에 도시)가 상기 빌드스테이지(30)의 하단에 구비되어, 상기 프로젝터(40)로부터의 조사된 빛을 감지하여 상기 제어부(300)에 신호를 인가하고, 상기 프로젝터구동부(200)는 상기 제어부(300)로부터의 신호를 인가받아 상기 프로젝터(40)를 축이동 및 축회전 시키도록 구성될 수 있으며, 레일, 실린더, 모터 및 힌지 등으로 이루어진 코어(core)형의 구동장치로 이루어질 수 있으며, 상기 빌드스테이지(30)의 구성 및 그 결합구조는 상기 프로젝터(40)를 이동 및 회전시키기 위한 어떠한 구성으로 이루어질 수 있으며, 본 발명의 요지에 벗어남이 없이 다양한 변형실시가 가능할 것이다.
이때, 상기 프로젝터(40)의 이동 및 회전을 설명하기 위하여 상기 프로젝터(40)가 이동 및 회전하는 방향을 지칭하면, 도 1을 바라보는 방향을 기준으로, 좌우방향을 x축 방향, 바라보는 방향을 y축 방향, 높이방향을 z축 방향이라고 지칭할 시, 상기 프로젝터(40)의 x축 기준으로의 회전을 Rx, 상기 프로젝터(40)의 y축 기준으로의 회전을 Ry로 지칭하여 설명하기로 한다.
본 발명의 자동정렬시스템(1000)의 작동을 전체적으로 설명하면, 상기 자동정렬시스템(1000)은 상기 레벨센서(400)로부터 측정된 상기 수조(20)로부터의 빌드스테이지(30)의 하단까지의 높이 차에 따라 상기 빌드스테이지(30)의 기울기를 조정하여, 상기 빌드스테이지(30)의 평형을 유지하고, 상기 빌드스테이지(30)의 기울기에 따라 상기 빌드스테이지(30)의 하단에 조사되는 빛의 조사범위를 정밀하게 조정하기 위하여 상기 프로젝터구동부(200)는 상기 프로젝터(40)와 상기 빌드스테이지(30)가 평행을 이루도록 상기 프로젝터(40)를 이동 및 회전시킨다.
이때, 상기 빌드스테이지(30)의 하단에서 조사되는 빛의 조사범위는 상기 프로젝터(40)와 상기 빌드스테이지(30)의 하단과의 거리 및 각도에 따라, 그 크기가 가변되며, 상기 프로젝터(40)를 상하방향으로 이동하여 상기 조사범위의 크기를 키우거나 줄일 수 있으나 상기 프로젝터(40)가 상기 빌드스테이지(30)를 기준으로 일정 각도 틀어지게 될 경우, 상기 조사범위가 틀어진 방향으로 그 길이가 길게 조사됨으로써, 상기 프로젝터(40)로부터 조사되는 모델의 입체 형상 정보의 해상도가 틀어지거나 손상되어 정밀한 출력물을 출력할 수 없는 문제가 발생하며, 상기한 문제점을 해결하고자 본 발명의 프로젝터구동부(200)는 상기 프로젝터(40)와 상기 빌드스테이지(30)간의 평행을 유지하도록 상기 프로젝터(40)를 이동 및 회전시켜 상기 빌드스테이지(30)의 하단에 조사되는 조사범위의 비틀림을 방지하는 효과가 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 빌드스테이지의 하단을 도시한 도면으로서, 도 2를 참조하면, 상기 빌드스테이지(30)의 하단에는 상기 수조(20)로부터의 높이를 측정하는 레벨센서(400) 및 상기 프로젝터(40)로부터 조사되는 빛의 조사범위를 측정하는 자외선센서(500)가 구비될 수 있으며, 상기 레벨센서(400) 및 자외선센서(500)는 복수로 구성되어 각기 측정하고자 하는 위치에 적절히 선택되어 형성될 수 있다.
이때, 상기 레벨센서(400)는 서로 평행한 위치에 배치되는 것이 바람직하며, 상기 빌드스테이지(30)의 상하좌우로의 기울기를 측정하기 위해 각기 다른 방향으로 배치된 방사형으로 형성될 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 상기 레벨센서(400)는 상기 빌드스테이지(30)의 하단의 외측단에 인접하도록 구비되되, 상기 빌드스테이지(30)의 하단의 일측면의 양측모서리에 구비된 제1,2 레벨센서(400a, 400b)와 상기 제1,2 레벨센서(400a, 400b)와 대향되는 타측면에 구비된 제3 레벨센서(400c)로 이루어질 수 있다. 이때 상기 제3레벨센서(400c)는 상기 빌드스테이지(30)의 타측면의 중앙에서 상기 제1,2레벨센서(400a, 400b) 간에 대칭되는 중앙과 대응되는 위치에 구비되어 최소의 상기 레벨선서(400)로 상기 빌드스테이지(30)의 기울기를 정밀하게 측정할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 자외선센서(500)는 상기 빌드스테이지(30)의 하단 상에 복수개가 구비되어, 상기 빌드스테이지(30)의 하단에 경화되는 출력물이 생성되는 범위를 설정하여 상기 자외선센서(500)의 위치를 지정하는 것이 바람직하며, 이때 상기 빌드스테이지(30)의 하단에 구비된 복수의 자외선센서(500)에 감지되는 빛의 출력량에 따른 신호를 상기 제어부(300)에 전달하여, 상기 프로젝터(40)의 위치 또는 방향을 가변시킴으로써 상기 빌드스테이지(30)의 하단에 조사되는 빛의 조사범위(B)의 크기 및 위치를 조정할 수 있다. 더하여 조사범위(B)의 내측으로는 상기 프로젝터(40)로부터 조사된 빛이 인가됨에 따라, 복수의 상기 자외선센서(500)의 내측으로 상기 조사범위(B)가 들어오도록 조정할 수 있으며 이때 상기 자외선센서(500)는 상기 빌드스테이지(30)의 하단상에 상하좌우 방향으로 구비되거나 복수의 상기 좌외선센서(500)가 방사형으로 구비되어 상기 조사범위(B)의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 자외선센서(500)는 상기 빌드스테이지(30)의 하단에 서로 대칭되게 배치되는 복수의 제1자외선센서(510)와 상기 빌드스테이지(30)의 하단에 상기 제1자외선센서(510)의 내측으로 서로 대칭되게 배치되는 복수의 제2자외선센서(520)를 포함하여 이루어질 수 있으며, 이때 상기 제어부(300)는 상기 프로젝터(40)로부터 조사되는 빛의 조사범위(B)가 상기 제1자외선센서(510)와 상기 제2자외선센서(520) 사이에 위치하도록 상기 프로젝터(40)를 이동 및 회전시키는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레벨센서의 작동을 도시한 예시도로서, 도 3을 참조하면, 상기 빌드스테이지(30)의 하단에 구비된 복수의 레벨센서(400)는 상기 수조(20)까지의 거리를 측정하며, 이때 상기 레벨센서(400)는 상기 수조(20)의 하단 또는 상기 수조(20)의 내부에 수용되어 있는 광경화성 수지의 표면으로 LED, 레이더, 마이크로웨이브, 초음파 등을 송출하여, 반사되는 신호를 감지하여 상기 수조(20)로부터의 거리를 감지할 수 있으며, 이때 상기 수조(20)의 하단은 광을 투과시킬 수 있는 투명한 재질의 유리 및 필름 등으로 이루어지고, 상기 수조(20)의 내부에는 일정 온도 이상의 온도 시에 경화되는 광경화성 수지(레진 등)가 수용됨에 따라, 상기 수조(20)의 하단을 통과하지 않으며 상기 수조(20)의 내부에 수용되는 광경화성 수지의 경화를 발생시키지 않는 초음파 또는 주파수를 이용한 방식의 레벨센서로 이루어지는 것이 바람직하며, 이때, 상기 제어부(300)는 상기 빌드스테이지(30)의 하단에 구비된 각각의 레벨센서(400a, 400b, 400c)로부터 각기 측정된 높이 신호를 인가받아 상기 빌드스테이지(30)의 기울기를 산출할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 스테이지구동부를 도시한 도면으로서, 도 4를 참조하면 상기 스테이지구동부(100)는 상기 빌드스테이지(30)의 상부에 구비되어 상기 제어부(300)로부터 인가받은 신호에 따라 상기 빌드스테이지(30)의 기울기를 조정하기 위한 구성으로서, 상기 빌드스테이지(30)의 하단에 구비된 상기 레벨센서(400)가 구비된 위치에 대응되도록 복수개가 각각 구비될 수 있으며, 이때 상기 제어부(300)는 상기 복수의 레벨센서(400a, 400b, 400c)로부터 인가받은 상기 수조(20)로부터의 높이에 따라 각각의 상기 스테이지구동부(100a. 100b, 100c)를 선택적으로 제어 하는 것이 바람직하다.
더욱 자세하게는, 상기 스테이지구동부(100)는 빌드스테이지(30)의 상부에서 축 결합되어 상기 빌드스테이지(30)를 지지하며, 상기 레벨센서(400)와 대응되는 위치에 구비된 상기 스테이지구동부(100)는 각기 상기 빌드스테이지(30)의 상부를 가압하는 볼플렌져(110)를 포함하여 이루어질 수 있으며, 이때 상기 볼플렌져(110)가 하방으로 상기 빌드스테이지(30)를 가압함으로써 상기 빌드스테이지(30)의 기울기를 조정할 수 있으며, 상기 볼플랜져(110)가 상방으로 이동할 시 상기 빌드스테이지(30)가 상방으로 복원되도록 탄성력을 인가하는 탄성부재(도면 미도시)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 이때 상기 볼플랜져(110)는 일측에 구형의 볼이 구비되고 타측으로 나사산이 형성된 형상으로 서보모터 등의 동력부에 연결되어 회전을 제어함에 따라 길이방향으로 이동 가능한 구성으로 다양한 형상 및 구성으로 대체 또는 변형 실시 될 수 있을 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 자외선센서의 측정원리를 설명하기 위한 도면으로, 도 5를 참조하여 상기 자외선센서(500)에 따른 상기 프로젝터(40)로부터 조사된 빛의 조사범위(B)를 조정하기 위하여 상기 프로젝터(40)를 이동 및 회전 시키는 원리를 자세히 설명하기로 한다.
도 5의 (a)는 상기 조사범위(B)가 목표범위 보다 클 경우에 상기 프로젝터(40)를 조정하여 상기 조사범위(B)를 조정하는 것을 도시하고 있으며, (b)는 상기 조사범위(B)가 목표범위 보다 작을 경우 상기 프로젝터(40)를 조정하여 상기 조사범위(B)를 조정하는 것을 도시하고 있다. 이때 상기 프로젝터(40)와 상기 빌드스테이지(30)의 하단으로부터의 거리가 멀어질 수 록, 상기 조사범위(B)는 더욱 커지게 되고, 상기 프로젝터(40)를 z축방향의 상방으로 이동시켜 상기 조사범위(B)가 상기 제1자외선센서(510)의 내측에 위치하도록 조정할 수 있다. 이때, 상기 프로잭터(40)에서 조사되는 빛(자외선)이 조사되는 범위에 균일하게 조사될 시에는, 복수의 상기 자외선센서(500) 중 어느 하나의 자외선센서(500)에서 빛의 조사 세기가 더욱 크게 감지된 방향으로 상기 조사범위(B)가 치우쳐진 것으로 판단하여 상기 프로젝터(40)를 판단된 방향과 대향되는 방향으로 회전시켜 상기 조사범위(B)를 조정할 수 있으며, 상기 프로젝터(40)는 필요에 따라 적절한 크기, 조사범위 등을 갖는 다양한 프로젝터(40)로 변경가능 하며, 이때 상기 프로젝터 별로 조사범위의 자외선이 균일하지 않을 시에는, 상기 복수의 자외선센서(500)는 각기 일정 범위 또는 너비를 갖는 자외선센서 집합체로 이루어져, 각각의 자외선센서(500)에 조사되는 빛을 감지하여 상기 자외선센서 집합체에서의 빛의 조사 범위를 감지하여, 상기 프로젝터(40)로부터 조사되는 조사범위(B)가 치우쳐진 정도를 판단할 수 있으며, 본 발명의 상기 자외선센서(500)는 본 발명의 요지에 벗어남이 없이, 상기 프로젝터(40)로부터 조사되는 빛을 감지하기 위한 구성이면, 다양한 종류의 구성으로 변형실시 가능할 것이다.
또한 상기 자외선센서(500)에서 빛이 감지되지 않을 시, 상기 조사범위(B)가 목표범위 이하로 판단하여 상기 프로젝터(40)를 하방으로 이동시켜 상기 조사범위(B)를 증가시키며, 상기 조사범위(B)는 상기 제1자외선센서(510)과 제2자외선센서(520)의 사이에 위치하도록 조정되는 것이 바람직하며, 이때 상기 자외선센서(500)는 각기 서로 대칭되도록 구비되어, 상기 조사범위(B)가 목표하는 해상도를 벗어나지 않도록 하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 방면으로는 상기 자외선센서(500)는 상기 빌드스테이지(30)의 하단의 전면에 구비되어 상기 프로젝터(40)로부터 인가되는 빛을 감지하여 상기 제어부(300)로 신호를 전달하며, 상기 제어부(300)에서 기 설정된 해상도에 따른 자외선센서(500)로부터의 신호를 선별하여, 상기 프로젝터(40)로부터 조사되는 빛의 조사범위(B)를 목표로하는 해상도에 맞게 조정할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 프로젝터구동부의 작동을 도시한 예시도로서, 도 6을 참조하여, 상기 프로젝터구동부(200)를 자세히 설명하면, 상기 프로젝터구동부(200)는 상기 프로젝터(40)에 브라켓과 모터를 장착한 이동 수단을 설치한 것으로, 상기 프로젝터(40)를 x,y,z,Rx 및 Ry의 5방향으로의 미세조절을 통해 초점과 광조사 영역을 정확하게 조정하기 위한 수단으로, 상기 하우징(10)의 내부에서 상기 수조(20)의 하방으로 상기 프로젝터(40)와 결합되고, 상기 프로젝터구동부(200)는 상기 프로젝터(40)를 z축으로 이동시키기 위한 z축 이동수단, 상기 프로젝터(40)를 x축으로 이동시키기 위한 x축 이동수단, 상기 프로젝터(40)를 y축으로 이동시키기 위한 y축 이동수단, 상기 프로젝터(40)를 x축을 중심으로 회전시키기 위한 제1회전수단 및 상기 프로젝터(40)를 y축을 중심으로 회전시키기 위한 제2회전수단을 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 적외선센서(500)와의 피드백을 통해 상기 빛 조사범위(B)의 미세조정을 수행한다. 이때, 상기 빌드스테이지(30)의 구성 및 그 결합구조는 상기 프로젝터(40)를 이동 및 회전시키기 위한 구성이면 어떠한 구성으로도 이루어질 수 있으며, 본 발명의 요지에 벗어남이 없이 다양한 변형실시가 가능할 것이다.
또한, 상기 프로젝터구동부(200)는 상기 빌드스테이지(30)가 일정 각도를 갖으며 기울어 질 경우, 상기 빌드스테이지(30)에 대응하여 평행하도록 상기 프로젝터(40)를 이동 및 회전시키도록 구동되며, 상기 빌드스테이지(30)는 상기 수조(20)와의 평행을 유지하도록 1차적인 평형을 조정하지만 상기 수조(20)의 미세한 뒤틀림, 상기 수조(20)의 내부에 수용되는 광경화성 수지의 진동 또는 상기 레벨센서(400)의 감지불량으로 인해 상기 빌드스테이지(30)가 미세하게 틀어질 경우, 상기 프로젝터(40)를 상기 빌드스테이지(30)에 평행하도록 구동된다. 예컨대 상기 빌드스테이지(30)가 x축 방향으로 소정각도 틀어질 시, 상기 제어부(300)는 상기 빌드스테이지(30) 하단에 조사되는 조사범위(B)를 목표한 해상도로 맞추기 위하여 상기 프로젝터구동부(200)를 작동시키며, 이때 상기 프로젝터구동보(200)는 상기 프로젝터(40)를 상기 빌드스테이지(30)가 틀어진 방향에 대향되는 방향으로 이동시킨 후 , 상기 프로젝터(40)를 Rx방향으로 회전시켜 상기 빌드스테이지(30)와 프로젝터(40)의 평행을 유지하도록 상기 프로젝터(40)의 이동과 회전을 병행하여 작동되는 것이 바람직하다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 3D 프린터의 자동정렬시스템(1000)은 상기 하우징(10)의 외측면상에 구비되며, 외부로부터의 신호를 입력받아 상기 스테이지구동부(100) 및 프로젝터구동부(200)의 작동 및 조절 신호를 상기 제어부(300)에 전달하는 컨트롤패널(600)을 더 포함할 수 있으며, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 컨트롤패널을 도시한 예시도로서, (a)는 상기 스테이지구동부(100)의 제어화면을 도시하고, (b)는 상기 프로젝터구동부(200)의 제어화면을 도시하며, 도 3을 참조하면, 상기 컨트롤패널(600)은 작업자가 상기 자동정렬시스템(1000)이 구비되는 3D프린터의 작동을 제어할 수 있도록 신호를 입력받기 위한 구성으로써, 사용자의 편의를 제공하며, 상기 스테이지구동부(100) 및 프로젝터구동부(200)를 수동으로 조절할 수 있도록 신호를 입력할 수 있다. 이때 상기 컨트롤패널(600)은 상기 스테이지구동부(100) 및 프로젝터구동부(200)의 미세조정 값을 변경하는 기능을 추가로 구비하여 사용자의 편의를 제공할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10 : 하우징 20 : 수조
30 : 빌드스테이지 40 : 프로젝터
B : 조사범위
1000 : 자동정렬시스템
100 : 스테이지구동부 200 : 프로젝터구동부
300 : 제어부 400 : 레벨센서
500 : 자외선센서 510 : 제1자외선센서
520 : 제2자외선센서
600 : 컨트롤패널

Claims (7)

  1. 광경화성 수지가 저장되는 수조에 빛을 조사하는 프로젝터와 출력된 제품을 지지하는 빌드스테이지의 정렬을 위한 3D 프린터의 자동정렬시스템에 있어서,
    상기 빌드스테이지에 구비되어, 상기 수조로부터의 높이에 따른 상기 빌드스테이지의 평형을 유지하도록 구동되는 스테이지구동부;
    상기 프로젝터와 결합되며, 상기 프로젝터를 이동 및 회전시켜 상기 빌드스테이지의 하단에 조사되는 빛의 조사범위의 크기 및 위치를 조절하는 프로젝터구동부;
    상기 빌드스테이지와 상기 프로젝터의 평행을 유지하도록 상기 스테이지구동부 및 프로젝터구동부를 제어하는 제어부; 및
    상기 자동정렬시스템은 상기 빌드스테이지의 하단에 구비되어, 상기 프로젝터로부터 조사되는 빛의 조사범위를 측정하는 자외선센서;
    를 포함하며,
    상기 자외선센서는 상기 빌드스테이지의 하단에 서로 대칭되게 배치되는 복수의 제1자외선센서 및 상기 빌드스테이지의 하단에 복수의 상기 제1자외선센서의 내측으로 서로 대칭되게 배치되는 복수의 제2자외선센서를 포함하여 이루어지며,
    상기 제어부는 상기 프로젝터로부터 조사되는 빛의 조사범위가 상기 제1자외선센서와 상기 제2자외선센서 사이에 위치하도록 상기 프로젝터구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 자동정렬시스템.
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 자동정렬시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자동정렬시스템은 상기 빌드스테이지 하단에 구비되어, 상기 수조로부터의 높이를 측정하는 레벨센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 자동정렬시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 레벨센서는 서로 평행한 위치에 복수개가 방사형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 자동정렬시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스테이지구동부는 상기 빌드스테이지의 상부에서 상기 레벨센서와 대응되는 위치에 각각 구비되며,
    상기 제어부는 복수의 상기 레벨센서로부터 인가받은 상기 수조로부터의 높이에 따라 각각의 상기 스테이지구동부를 선택적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 자동정렬시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 자동정렬시스템은 외부로부터의 신호를 입력받아 상기 스테이지구동부 및 프로젝터구동부의 작동 및 조절 신호를 상기 제어부에 전달하는 컨트롤패널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 자동정렬시스템.
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