KR102060800B1 - 3d 프린터의 광량 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3D 프린터의 광량 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광원으로부터 조사되는 빛을 산란시켜 광량을 측정하는 장치에 관한 것이다.
본 발명의 목적은, 광원으로부터 조사되는 광을 산란시켜 광원이 Vat에 투과할 때의 광량을 측정 가능하도록 하는 3D 프린터의 전체 광량 측정 장치의 제공을 목적으로 하며, 광이 산란되도록 형성된 내부 공간에 광을 조사하고, 광을 산란시켜 측정부가 광원이 조사하는 광량을 용이하게 측정할 수 있다.

Description

3D 프린터의 광량 측정 장치 {Apparatus for measuring total light intensity of 3D printers}
본 발명은 3D 프린터의 광량 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광원으로부터 조사되는 빛을 산란시켜 광량을 측정하는 장치에 관한 것이다.
3D 프린터는 3차원 형상을 제작하는 장치로서, 1980년대 미국의 한 회사에서 플라스틱 액체를 굳혀 입체 물품을 만들어내는 프린터를 시초로 하여 개발되었다. 초기에는 3D 프린터와 관련된 높은 생산 비용 및 지적재산권 등의 이유로 항공이나 자동차 산업 등에서 시제품을 만드는 용도로 제한적으로 사용되었으나, 최근 몇 년 사이에 3D 프린터를 제작하는 비용이 급격히 떨어지고 지적재산권의 행사 기간이 종료됨에 따라 본격적으로 개발되어 보급되고 있다.
3D 프린터의 종류는 대표적으로 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식, SLS(Selective Laser Sintering) 방식, SLA(Stereo Lithography Apparatus) 방식, DLP(Digital Light Processing) 방식 등이 있다. FDM 방식의 3D 프린터는 필라멘트를 고온에서 녹여 노즐 구멍을 통해 필라멘트를 짜내고 적층하여 형상을 만드는 방식으로, 구조와 프로그램이 간단하고 장비의 가격과 유지보수 비용이 낮은 장점이 있으나, 층층이 쌓은 형태가 그대로 드러나 마감 품질이 떨어지고 적층 방향으로 강도가 약하며 제작 속도가 느린 단점이 있다. SLS 방식은 분말 형태의 재료를 특정 부분만 선택적으로 가열하여 굳어지도록 하고 분말 내의 받침대가 이동하여 출력물을 층층이 쌓아가는 방식으로, 분말을 재료로 사용하여 지지 구조가 불필요하며 이로 인해 설계가 자유로운 장점이 있으나, 비교적 시간이 오래 걸리고 장비가 고가라는 단점이 있다. SLA 방식의 3D 프린터는 광경화성 액체 수지를 이용하여 액체 수지 내에서 받침대가 이동하며 경화된 수지의 층을 한층 한층 쌓아가는 방식으로, 효율적인 적층 속도와 정밀도가 높은 장점이 있으나, 서포터 생성시간이 부가적으로 들어가며 재료, 장비 및 유지보수 비용이 비싼 단점이 있다. DLP 방식은 레진이 담긴 수조에 UV 광원을 비춰 레진을 경화시켜 출력물을 형성하는 방식으로, 면 단위 조형을 하기 때문에 비교적 조형 속도가 빠르고 정밀도가 높은 장점이 있으나, 제작 가능한 조형물의 크기가 제한적이고 레진이 고가라는 단점이 있다. 한국특허공개 제2016-0128963호("광 조형 방식 3D 프린터의 적층방법", 2016.11.08)에는 SLA 방식, DLP 방식의 3D 프린터 기술이 잘 개시되어 있다.
앞서 설명한 여러 방식들 중 DLP 방식의 3D 프린터의 경우 상술한 바와 같은 장단점으로 인하여, 대량생산 공정에는 적합하지 않겠으나, 의료적 보형물 등과 같이 비교적 소형이면서 복잡한 형상의 제작물을 주로 제작하는 경우에는 매우 적합하다. 이에 특히 의료계 등과 같은 실무 현장에서 DLP 방식의 3D 프린터의 사용이 점차 늘어나고 있다.
상기한 바와 같이 DLP 방식은 레진이 담긴 수조에 UV 광원을 비춰 레진을 경화시켜 출력물을 형성하는 방식으로, 레진은 광원이 조사하는 광량에 따라 경화에 소요되는 시간이나 경화도에 차이가 발생한다.
광량을 측정하기 위한 것으로 UV sensor가 사용되고 있으나, UV sensor는 작은 면적의 광량 측정이 가능한 것으로, 광원이 조사하는 전체 광량은 측정할 수 없다는 문제점이 있다.
1. 한국등록특허 제10-1767599호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 광원으로부터 조사되는 광을 산란시켜 광원이 Vat에 투과할 때의 광량을 측정 가능하도록 하는 3D 프린터의 전체 광량 측정 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 3D 프린터의 조사부로부터 레진이 수용되는 수조의 일면을 향해 조사되는 광의 전체적인 광량을 측정하기 위한 광량 측정 장치에 있어서, 상기 광량 측정 장치는, 상기 조사부로부터 조사되어 상기 수조의 바닥면을 통과한 광이 확산되도록 상기 수조의 내측 타면에 설치되는 확산부와, 상기 확산부의 상면에 결합되며, 단면이 사다리꼴 또는 아치 형태로 형성되어 내부 공간을 형성하고, 상기 확산부를 통과한 광이 상기 내부 공간에서 난반사되도록 하는 반사부를 포함하는 산란부; 및 상기 반사부의 상부에 형성된 홈에 삽입 설치되는 측정부;를 포함하며, 상기 측정부는 상기 내부 공간에서 산란된 광량을 측정함으로써, 상기 조사부로부터 조사된 광의 전체적인 광량을 측정할 수 있는 것을 특징으로 한다.
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또한, 상기 확산부는, 표면에 그루브가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반사부는 표면에 그루브가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 측정부는, 상기 산란부의 일면에 형성된 홀에 삽입되어 산란부 내부에서 산란된 광의 광량을 측정하는 것을 특징으로 하며, 상기 측정부를 감싸는 형태로 형성되되, 상기 산란부에 형성된 홀에 삽입되어 상기 산란부 내부 공간이 밀폐되도록 하는 커버;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 커버는, 표면에 그루브가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광량 측정 장치는, 상기 측정부의 동작을 제어하는 제어부; 및 상기 측정부로부터 측정된 값을 저장하는 저장부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 산란부 내부에 광이 산란되도록 미리 설정된 시간 이후에 상기 측정부에 전원을 공급하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 3D 프린터의 광량 측정 장치는, 광이 산란되도록 형성된 내부 공간에 광을 조사하고, 광을 산란시켜 측정부가 광원이 조사하는 광량을 용이하게 측정할 수 있다.
도 1은 종래 3D 프린터의 광량 측정 장치 개략도
도 2 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 광량 측정 장치 개략도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 광량 측정 장치의 확산부 확대 정면도
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 광량 측정 장치의 반사부 확대 정면도
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 광량 측정 장치의 커버 확대 정면도
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 광량 측정 장치 개략도
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 광량 측정 장치 블록도
이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 종래 3D 프린터의 광량 측정 장치 개략도를 도시하고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 종래에는 수조(10)의 바닥면에 복수 개의 측정 센서(30)가 설치되어 있으며, 조사부(20)가 수조(10)의 바닥면을 향하여 조사했을 때, 각각의 측정 센서(30)로부터 측정된 값을 합산하여 수조(10)의 바닥면을 통과한 광량 값을 측정한다.
이때, 수조(10)의 바닥면에 측정 센서(30)가 전체적으로 설치돼야 하기 때문에 비용이 비싸다는 문제점이 있으며, 측정 센서(30) 중 하나가 작동하지 않을 경우 정확한 값을 측정할 수 없다는 문제점이 있다.
또한, 유지 보수하기 까다롭다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같이 종래 광량 측정 장치의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 측정부(400)가 하나만 구비되는 경우에도 조사부(200)의 광량을 측정할 수 있음과 동시에 유지 보수도 용이한 광량 측정 장치를 제공함에 있다.
도 2 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 광량 측정 장치 개략도를 도시하고 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 수조(100)가 위치하고 있으며, 수조(100)의 하부에는 광을 조사하는 조사부(200)가 설치되어 있다.
이때, 수조(100)는 레진을 수용하도록 형성된 수조(100)일 수도 있지만, 정확한 결과 값을 얻기 위해 판 형상인 수조(100)의 바닥면만 형성되는 것이 바람직하다.
수조(100)의 상면에는 조사부(200)로부터 조사되어 수조(100)를 투과한 광이 산란되는 내부 공간을 형성하는 산란부(300)가 형성되어 있다.
이때, 조사부(200), 수조(100), 산란부(300)의 위치는 하나의 실시예를 설명하기 위한 것으로, 수조(100)의 상부에 조사부(200)가 설치되고 산란부(300)가 수조(100)의 하면에 설치될 수도 있으므로, 조사부(200), 수조(100), 산란부(300)의 위치는 통상의 기술자로부터 용이하게 변경될 수 있다.
산란부(300)는 수조(100)의 상면과 접촉하고 조사부(200)로부터 조사된 광을 확산시키는 확산부(310)와 확산부(310)를 투과하며 산란된 광을 산란부(300) 내부에서 산란되도록 난반사시키는 반사부(320)를 포함하여 이루어진다.
반사부(320)의 일측에는 산란부(300) 내부에 산란된 광의 광량을 측정하는 측정부(400)가 설치된다. 이때, 측정부(400)는 반사부(320)의 상단 중앙에 형성된 홀에 삽입되어 설치되는 것이 바람직하며, 측정부(400)를 감싸는 형태로 형성되는 커버(410)를 더 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하여 조사부(200)로부터 조사된 광의 이동 경로를 보다 자세히 설명하도록 한다.
도 3에 도시된 바와 같이 조사부(200)로부터 조사된 광은 수조(100)를 투과한다. 수조(100)를 투과한 광은 확산부(310)를 통과하며 산란부(300) 내부에서 확산된다. 확산부(310)를 통과하여 확산된 광은 도 4에 도시된 바와 같이 반사부(320)와 충돌하며 난반사되고, 난반사에 의해 산란부(300) 내부에 전체적으로 광이 산란된다.
이때, 확산부(310)를 통과한 측정부(400)를 감싸는 커버(410)와도 충돌하여 난반사가 발생할 수 있다.
본 발명의 3D 프린터의 광량 측정 장치를 구성하는 확산부(310), 반사부(320), 커버(410)는 광을 산란시키기 용이한 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 도 5 내지 도 7을 참조하여 보다 자세히 설명하고자 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 광량 측정 장치의 확산부 확대 정면도를 도시하고 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 확산부(310)는 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 판 형상이되 요철이 형성된 형태일 수 있으며, (b)에 도시된 바와 같이 판 형상이되 골과 마루가 형성된 파형 형태일 수도 있다.
상기한 형태뿐만 아니라 표면에 그루브(groove)가 형성된 형태라면 어떤 형상이든 적용 가능하다. 확산부(310)를 통과한 광은 표면에 형성된 그루브에 의해 충돌하기 때문에 산란부(300)에 광을 용이하게 산란시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 광량 측정 장치의 반사부 확대 정면도를 도시하고 있다. 반사부(320)는 확산부(310)의 상면에 결합하여 광이 산란되는 내부 공간을 형성하기 위해 구비되는 것으로, 하면의 면적이 상면의 면적보다 넓은 사다리꼴 형태 또는 위로 볼록한 아치 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 반사부(320)는 상단보다 하단의 너비가 넓은 사다리 꼴의 형상일 수도 있으며 외면에 그루브가 형성되어 있을 수 있다. 또한, (b)에 도시된 바와 같이 반사부(320)는 사다리꼴 형상이되 측면이 계단이 형성된 형태일 수 있으며 이를 확대하면 외면에 그루브가 형성될 수 있다. 아울러, (c)에 도시된 바와 같이 아치 형태일 수 있으며 마찬가지로 이를 확대하면 외면에 그루브가 형성되어 있을 수 있다.
확산부(310)를 통과한 광은 반사부의 외면에 형성된 그루브에 충돌하며 난반사가 많이 발생하고, 이로 인해 산란부(300) 내부에 광이 빠르게 산란될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 광량 측정 장치의 커버 확대 정면도를 도시하고 있다. 반사부(320)에 형성된 홀에 삽입되어 설치되는 측정부(400)의 외면을 감싸도록 설치되는 커버(410) 또한 도 7에 도시된 바와 같이 외면에 그루브가 형성될 수 있다.
이로 인해, 산란부(300) 내부에 광이 빠르게 산란될 수 있으며, 측정부(400)를 삽입하기 위해 반사부(320)의 상면에 설치된 홈이 커버(410)의 외면을 감싸도록 설치되되, 산란부(300)가 밀폐되도록 설치되기 때문에 광이 산란부(300) 밖으로 새지 않는 효과도 얻을 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 광량 측정 장치 개략도를 도시하고 있다. 도 8에 도시된 바와 같이 광이 산란부(300) 내부에 충분히 산란되었다고 가정했을 때, 측정부(400)에서 산란부(300) 내부에 산란된 광의 광량을 측정한다.
산란부(300) 내부에 산란된 광의 광량 측정 방법은 도 9의 블록도를 참조하여 보다 자세히 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 광량 측정 장치 블록도를 도시하고 있다. 도 9에 도시된 바와 같이 본 발명의 광량 측정 장치는 측정부(400)의 동작을 제어하는 제어부(500)를 더 포함할 수 있다.
조사부(200)로부터 조사된 광이 산란부(300) 내에서 산란되도록 일정 시간이 지난 후에 측정부(400)가 광량을 측정하도록 하는 것이 바람직하다. 제어부(500)는 일정 시간이 지난 후에 측정부(400)를 동작시키고, 측정부(400)로부터 측정된 광량 값을 별도의 저장부(600)에 저장하기 위한 것이다.
조사부(200)로 사용되는 제품은 조사하는 광량에 차이가 있으며, 광량을 조절하기 위한 별도의 장치가 더 구비되어 광이 조사될 수도 있다. 따라서, 작업 환경에 따라 적절한 조사부(200)를 선택해서 사용하는 것이 바람직하다.
이때, 본 발명의 광량 측정 장치를 이용하여 조사부(200)로부터 조사된 광이 조사되고, 산란부(300) 내부에서 확산부(310)와 반사부(320)에 의해 산란된 광량을 측정부(400)가 측정하고 측정된 값은 별도의 저장부(600)에 저장되기 때문에 각각의 조사부(200) 별로 광량 비교를 용이하게 할 수 있다.
이때, 정확한 광량 측정을 위해 산란부(300) 내부에서 광이 산란되도록 하는 시간은 일정해야 하며, 측정부(400)가 측정하는 시간 또한 일정해야 한다.
따라서, 본 발명의 광량 측정 장치는 조사부(200)에 따라 수조면에 전체적으로 조사되는 광량을 측정부(400)가 하나만 구비되더라도 용이하게 측정할 수 있으며, 광량 값을 조사부(200) 별로 쉽게 비교할 수 있기 때문에 사용자가 조사부(200)를 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.
또한, 측정부(400)가 하나만 구비되어도 되기 때문에 경제적인 효과도 있으며, 보관 및 유지 보수 또한 용이하다는 효과가 있다.
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.
10, 100 수조
20, 200 조사부
30 측정 센서
300 산란부
310 확산부
320 반사부
400 측정부
410 커버
500 제어부
600 저장부

Claims (9)

  1. 3D 프린터의 조사부로부터 레진이 수용되는 수조의 일면을 향해 조사되는 광의 전체적인 광량을 측정하기 위한 광량 측정 장치에 있어서,
    상기 광량 측정 장치는,
    상기 조사부로부터 조사되어 상기 수조의 바닥면을 통과한 광이 확산되도록 상기 수조의 내측 타면에 설치되는 확산부와,
    상기 확산부의 상면에 결합되며, 단면이 사다리꼴 또는 아치 형태로 형성되어 내부 공간을 형성하고, 상기 확산부를 통과한 광이 상기 내부 공간에서 난반사되도록 하는 반사부를 포함하는 산란부; 및
    상기 반사부의 상부에 형성된 홈에 삽입 설치되는 측정부;
    를 포함하며,
    상기 측정부는 상기 내부 공간에서 산란된 광량을 측정함으로써, 상기 조사부로부터 조사된 광의 전체적인 광량을 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 전체 광량 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 확산부는,
    표면에 그루브가 형성된 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 전체 광량 측정 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 반사부는
    표면에 그루브가 형성된 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 전체 광량 측정 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 측정부는,
    상기 산란부의 일면에 형성된 홀에 삽입되어 산란부 내부에서 산란된 광의 광량을 측정하는 것을 특징으로 하며,
    상기 측정부를 감싸는 형태로 형성되되, 상기 산란부에 형성된 홀에 삽입되어 상기 산란부 내부 공간이 밀폐되도록 하는 커버;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 전체 광량 측정 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 커버는,
    표면에 그루브가 형성된 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 전체 광량 측정 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 광량 측정 장치는,
    상기 측정부의 동작을 제어하는 제어부; 및
    상기 측정부로부터 측정된 값을 저장하는 저장부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 전체 광량 측정 장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 산란부 내부에 광이 산란되도록 미리 설정된 시간 이후에 상기 측정부에 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 전체 광량 측정 장치.


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