KR102063617B1 - 컬러 3d프린터 및 컬러 3d프린팅 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 컬러3D프린터 및 컬러3D프린팅 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 종래 단색의 3D프린팅 출력물을 출력한 뒤 채색과정을 거쳐야 다양한 색상을 가진 출력물을 출력할 수 있는 방식을 광원부의 해상도와 대응되는 특수분배틀에 무색 또는 유색광경화성수지를 분배하여 출력물에 해당하는 한 층을 광경화 적층하여 여러 색상을 가지는 출력물을 3D프린팅 할 수 있는 컬러3D프린터에 관한 것이다. 더 나아가 상기 컬러3D프린터를 사용하는 컬러3D프린팅방법은 특수분배틀에 형성되는 출력물의 한 층에 광경화성수지를 분배하는 방법을 제공하여 별도의 채색과정 및 후처리작업이 요구되지 않는 출력물을 3D프린팅 할 수 있고, 여러 색상을 포함하는 출력물로 인해 사용자의 심미감을 고취시킬 수 있는 컬러3D프린터 및 컬러3D프린팅 방법에 관한 것이다.

Description

컬러 3D프린터 및 컬러 3D프린팅 방법{Color 3D Printer and Color 3D Printing Method Thereof}

본 발명은 컬러 3D프린터와 이를 이용한 컬러 3D프린팅 방법에 관한 것으로 더욱 자세하게는 광원장치로부터 광을 조사받아 경화되는 광경화성수지를 이용하는 3D프린터에서 출력되는 출력물이 다양한 색을 가질 수 있는 컬러 3D프린터 및 컬러 3D프린팅 방법에 관한 것이다.

3D프린터는 매질을 원하는 위치에 적층시키며 출력물을 생산하는 방식이다. 매질의 종류 및 그 경화방법에 따라 3D프린터의 종류가 나뉘게 된다. 열가소성 매질을 노즐 속에서 녹인 후 원하는 위치에서 경화시키며 3D프린팅 하는 FDM방식의 3D프린터, 분말형태의 플라스틱, 금속, 유리 덩어리를 레이저로 녹인 뒤 응고시키며 층을 쌓는 SLS방식의 3D프린터 및 액체수지가 담긴 수조에 레이저 또는 빛을 투사하여 광경화시키는 방식의 SLA, DLP방식의 3D프린터가 그 예시이다. 이 중 DLP 방식의 3D프린터는 한국공개특허 제2018-0016867호 ("광경화 수지 적층방식의 3차원 프린터" 2018.02.20.)에 개시되어 있다. 이러한 DLP방식의 3D프린터는 광원장치로부터 빛을 조사하여 광경화성수지를 한 층(layer)경화시키는 방식이다. 최근 3D프린터 기술발전에 따라 종래 단색으로 출력되는 3D프린터 출력물을 다색 즉, 컬러로 출력하려는 시도가 이루어지고 있다. 그러나 컬러로 3D프린팅을 하려면 여러 가지 제약조건이 따르게 된다. 그 예로 광경화방식의 3D프린터의 경우 출력물이 생성되는 광경화성수지가 액체 상태이므로 여러 색상을 포함하는 출력물을 생성하려면 출력물이 광경화 될 때 마다 다른 색의 광경화성 수지를 지속적으로 특정위치에 공급하여야한다. 따라서 현재는 3D프린터로 출력물을 출력 후 해당 색을 칠하는 방법, 특정 색의 광경화성 수지가 담긴 수조를 출력물의 형성단계에서 지속적으로 교체해주는 방법 등의 여러 가지 방법이 개발되고 있지만. 3D프린터의 생산성, 광경화성수지의 취급, 한층(layer)에 여러 색을 형성하기 어려운 점 등 여러 조건들이 컬러 3D프린터의 개발에 문제점으로 발생되고 있다.

1. 한국공개특허 제2018-0016867호 ("광경화 수지 적층방식의 3차원 프린터" 2018.02.20.)

본 발명의 컬러 3D프린터는 상기한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 광경화성 수지를 이용하는 3D프린터가 출력물 생성 시 한 층(layer)마다 여러 색을 포함하여 출력물을 생성할 수 있는 컬러 3D프린터 및 컬러 3D프린팅 방법에 관한 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 컬러3D프린터는 광경화성수지가 수용되고 하부에서 빛이 투과 가능한 복수개의 격자를 가지는 특수분배틀; 출력물의 한 층에 해당하는 영역에 유색 또는 무색 광경화성수지를 상기 특수분배틀의 격자에 분배하는 수지분배부; 상기 특수분배틀로 빛을 조사하여 광경화성수지를 경화시켜 출력물의 한 층을 형성하는 광조사부; 및 출력물의 한 층이 경화된 이후 상기 특수분배틀이 이동되어 세척되는 세척부;를 포함한다.

또한, 상기 수지분배부는 상기 특수분배틀의 출력물의 한 층에 해당하는 영역의 격자마다 유색 또는 무색 광경화성수지를 분배하는 분배기 및 상기 분배기를 이동시키는 액추에이터를 포함한다.

또한, 상기 분배기는 상기 특수분배틀의 출력물의 한 층에 해당하는 영역의 격자에 무색, 단색, 다색 중 어느 하나이상의 광경화성수지를 분배하는 것을 포함한다.

또한, 상기 광조사부는 상기 특수분배틀을 향해 빛을 조사하는 광원부 상기 광원부에서 조사되는 빛이 하부에서 투과가능하며 상기 특수분배틀이 장착되도록 소정공간이 마련되는 배트 상기 배트에 배치되어 상기 특수분배틀을 진동시키는 진동모듈 및 광경화성수지의 분배가 완료된 상기 특수분배틀의 일면과 접하도록 이동하고, 상기 광원부에서 상기 특수분배틀로 광을 조사하면 상기 출력물의 한 층과 함께 상기 특수분배틀에서 출력물이 부착되어 이동하는 스테이지를 포함한다.

또한, 상기 광원부는 상기 특수분배틀의 격자 수와 대응되는 해상도의 빛을 조사하는 것을 포함한다.

상기된 컬러3D프린터를 사용하는 컬러3D프린팅방법은 상기 수지분배부에서 출력물의 한 층을 형성하기 위해 유색 또는 무색 광경화성수지를 상기 특수분배틀의 격자에 분배하는 수지분배단계; 상기 광조사부에 포함되는 광원부로부터 상기 특수분배틀로 빛을 조사하여 광경화성수지가 경화되며 출력물의 한 층이 형성되는 광경화단계; 출력물이 출력된 상기 특수분배틀이 상기 세척부에서 세척되는 세척단계;를 포함한다.

또한, 상기 세척단계 이후 상기 특수분배틀을 상기 수지분배부에 배치하는 재배치단계;를 포함한다.

또한, 상기 수지분배단계는 상기 특수분배틀의 격자들 중 출력영역격자와 비출력영역격자를 구분하는 a)단계; 상기 a)단계에서 구분된 출력영역격자 중, 유색광경화성수지가 분배될 유색영역과 무색광경화성수지가 분배될 무색영역을 구분하는 b)단계; 상기 b)단계에서 구분된 유색영역의 격자들 중 한 격자에 단색광경화성수지가 분배될 단색영역과 다색광경화성수지가 분배될 다색영역을 구분하는 c)단계; 상기 a)단계, b)단계, c)단계에서 구분된 분배영역을 저장하는 d)단계; 및 상기 d)단계에서 저장된 상기 분배영역에 상응하는 광경화성수지를 상기 특수분배틀의 격자마다 분배하는 e)단계;를 포함한다.

또한, 상기 광경화단계는 상기 광조사부에 포함되는 스테이지가 상기 특수분배틀의 일면과 맞닿도록 이동하는 하강단계 상기 광조사부에 포함되는 광원부에서 상기 특수분배틀로 빛을 조사하는 광조사단계 상기 광조사단계에서 상기 광조사부에 포함되는 배트에 배치되는 진동모듈이 상기 특수분배틀을 진동시키는 진동단계 및 상기 스테이지에 출력물이 형성되며 상기 스테이지가 이동하는 상승단계를 포함한다.

상기한 구성에 따른 본 발명의 컬러 3D프린터는 한 층마다 여러 색을 포함한 출력물을 생성할 수 있어, 종래 출력물 생성 후 채색공정이 요구되는 것을 생략할 수 있다. 따라서 3D프린터 출력에서 비용절감, 생산성 향상, 출력물로 인한 사용자의 심미감을 고취시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 컬러3D프린터를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 컬러3D프린터의 특수분배틀을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 컬러3D프린터의 수지분배부를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 컬러3D프린터의 광경화부를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 컬러3D프린터의 분배기(210)를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 컬러3D프린터를 이용하는 컬러3D프린팅방법을 나타낸 순서도.
도 7은 본 발명의 컬러3D프린팅방법 중 수지분배단계를 자세히 나타낸 순서도
도 8은 본 발명의 컬러3D프린팅방법 중 광경화단계를 자세히 나타낸 순서도

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.

컬러3D프린터의 전체적인 구성

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 컬러3D프린터는 특수분배틀(100), 수지분배부(200), 광조사부(300) 및 세척부(400)를 포함한다. 각 부에대해 자세히 설명하면 다음과 같다.

상기 특수분배틀(100)은 복수개의 격자를 포함하고 상기 격자는 하부에서 빛이 투과 가능한 것을 포함한다. 상기 복수개의 격자에 각각 해당하는 유색 또는 무색 광경화성수지를 분배받아 여러 색상의 광경화성수지를 한 층에 형성시킬 수 있고, 상기 컬러3D프린터를 통해 다양한 색상을 가진 출력물이 출력가능하게 된다. 상기 특수분배틀(100)의 자세한 설명은 도 3에서 다루고자 한다.

상기 수지분배부(200)는 출력물의 한 층에 해당하는 영역에 유색 또는 무색 광경화성수지를 상기 특수분배틀(100)의 격자에 분배하는 역할을 한다. 상기 수지분배부(200)의 자세한 설명은 도 2에서 다루고자한다.

상기 광조사부(300)는 상기 수지분배부(200)에서 광경화성수지 분배를 마친 상기 특수분배틀(100)에 빛을 조사하여 광경화과정을 통해 출력물을 형성시키는 역할을 한다. 상기 광조사부(300)의 자세한 설명은 도 4에서 다루고자한다.

상기 세척부(400)는 상기 특수분배틀(100)을 통해 출력물의 한 층을 경화시킨 후 상기 특수분배틀(100)에 미처 경화되지 못한 광경화성수지의 제거를 위한 세척을 하는 역할을 한다. 상기 세척부(400)의 자세한 설명은 도 5에서 다루고자한다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 컬러3D프린터는 수지분배부(200)를 포함하고, 상기 수지분배부(200)는 분배기(210) 및 액추에이터(220)를 포함한다. 각 부에대해 자세히 설명하면 다음과 같다.

상기 분배기(210)는 특수분배틀(100)의 출력물의 한 층에 해당하는 영역의 격자마다 유색 또는 무색 광경화성수지를 분배하는 역할을 한다. 상기 분배기(210)는 출력물을 출력 전 3D모델링 컴퓨터 프로그램 등으로 출력물의 한 층에 해당하는 영역의 정보를 외부 제어장치 또는 제어부를 통해 전달받아 상기 특수분배틀(100)의 출력물의 한 층에 해당하는 영역마다 광경화성수지를 분배하는 것이 바람직하다. 따라서 상기 분배기(210)는 광경화성수지를 공급받는 공급호스(212), 유색광경화성수지를 및 상기 특수분배틀(100)로 공급하는 노즐 및 출력물정보를 송수신하여 상기 분배기(210)를 제어할 수 있는 제어부 등 광경화성수지를 상기 특수분배틀(100)의 격자마다 분배할 수 있는 구성을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 상기 분배기(210)는 상기 특수분배틀(100)의 크기와 대응되어 공급받은 광경화성수지를 한 번에 상기 특수분배틀(100)로 분배할 수 있고, 소정크기로 마련되어 상기 특수분배틀(100)로 형성된 공간을 이동하며 상기 특수분배틀(100)에 광경화성수지를 분배할 수도 있다.

상기 액추에이터(220)는 상기 분배기(210)를 이동시키는 역할을 한다. 상기 액추에이터(220)는 상기 분배기(210)를 이동시키는 전동기(220), 상기 분배기(210) 및 상기 전동기를 지지 및 이동을 가이드 하도록 복수개의 프레임(230)을 포함할 수 있다. 상기 액추에이터(220)는 상기 분배기(210)가 상기 특수분배틀(100)과 일정거리 이격된 상태에서 상기 특수분배틀(100)에 광경화성수지를 공급하도록 상기 프레임(230)과 결합된 상기 전동기를 통해 상기 분배기(210)가 이동하고 외부 제어장치 및 제어부에 의해 출력물의 한 층의 광경화성 수지를 상기 특수분배틀(100)의 격자마다 분배할 수 있는 추가구성을 포함하는 것이 바람직하다. 따라서 상기 프레임(230)는 다양한 형태의 일실시예를 가질 수 있다. 상기 수지분배부(200)를 통해 상기 특수분배틀(100)에 광경화성수지를 분배하는 자세한 설명은 도 2 및 도 3을 참조하는 설명에서 다루고자 한다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 컬러3D프린터는 특수분배틀(100)은 격자 및 광투과성막(130)을 포함한다. 각 부에대해 자세히 설명하면 다음과 같다.

상기 격자는 복수 개 형성되어 상기 특수분배틀(100)을 구성한다. 수지분배부(200)에서 출력물의 한 층에 해당하는 영역에 무색 또는 유색 광경화성수지를 상기 격자에 분배받아 상기 컬러3D프린터를 통해 여러 색상을 포함하는 출력물을 출력할 수 있도록 한다. 상기 격자의 폭(W), 높이(H) 깊이(T)는 상기 특수분배틀(100)로 조사되는 빛의 해상도와 대응되거나 출력되는 출력물의 표현정도 즉, 출력물을 출력하는 해상도에 따라 cm단위, 픽셀단위 또는 나노단위 등으로 구성된 상기 격자는 여러 일실시예를 가질 수 있음은 물론이다.

상기 광투과성막(130)은 상기 격자의 하부에서 조사되는 빛이 상기 격자 내에 분배되는 광경화성수지에 닿을 수 있도록 하고, 상기 광경화성수지가 상기 격자내에 수용될 수 있도록 상기 격자의 하면을 실링하는 역할을 한다. 따라서 상기 광투과성막(130)은 유리, 투명필름, 아크릴 등 빛이 투과될 수 있는 투명한 재질로 형성되는 것이 바람직하고 다양한 일실시예를 가질 수 있음은 물론이다. 더 나아가 상기 특수분배틀(100)은 광조사부(300)에 탈착과정을 거치게된다. 따라서 상기 특수분배틀(100)의 외곽부에 탈착이 용이한 형상의 손잡이를 포함하는 일실시예, 상기 특수분배틀(100)의 외곽부에 탄성장치 등을 삽설하여 상기 광조사부(300)에서 탈착을 용이한 일실시예 등의 외곽부가 다양한 일실시예를 가질 수 있다. 상기 수지분배부(200)에 의해 상기 특수분배틀(100)의 격자에 광경화성수지가 분배되는 방법 및 과정은 도 7의 설명에서 다루고자한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 컬러3D프린터의 수지분배부(200)에서 특수분배틀(100)로 광경화성수지를 분배하는 방식은 다음과 같은 과정을 거치게 된다.

우선, 출력될 출력물의 한 층에 해당하는 영역을 3D프린팅을 위한 컴퓨터 3D모델링 프로그램 등을 이용하여 한 층씩 구성한다.

이후, 상기 특수분배틀(100)에 상기 출력물의 한 층에 해당되어 광경화성수지가 분배되어야하는 출력영역격자 및 상기 출력물과 관계가 없어 광경화성수지가 분배되지 않는 비출력영역격자를 구분한다.

이후, 상기 출력영역격자들 중 단색 또는 다색의 유색광경화성수지(C1, C2)가 분배되어야하는 유색영역 및 외부로 드러나지 않는 공간 즉, 출력물의 색과 관계없어 무색광경화성수지를 분배받아도 무방한 무색영역을 구분한다.

이후, 상기 유색영역(110a, 110b) 중 한 격자 내 단색 광경화성수지가 분배되는 단색영역 및 한 격자 내 다색의 광경화성수지가 분배되는 다색영역을 구분한다.

이후, 상기 특수분배틀(100)에 구분된 영역정보를 저장하고, 분배기(210)로 저장된 정보를 전달하여 상기 분배기(210)가 상기 특수분배틀(100)에 해당 광경화성수지를 격자마다 알맞게 분배하게 된다. 더욱 자세한 내용은 도 7의 컬러3D프린팅 방법의 상세한 설명에서 다루고자 한다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 컬러3D프린터는 광조사부(300)를 포함하고, 상기 광조사부(300)는 광원부, 배트(320), 진동모듈(330) 및 스테이지(340)를 포함한다. 상기 광조사부(300)는 광경화성수지가 분배된 특수분배틀(100)을 위치시킨 후 상기 특수분배틀(100)에 수용된 광경화성수지로 빛을 조사하여 출력물의 한 층을 경화시키는 장소역할을 한다. 때문에 도 4에 도시된 바와 같이 종래 3D프린터의 구성이 재사용되는 일실시예를 가질 수 있음은 물론이다.

상기 광원부(310)는 상기 광조사부(300)에서 실제 빛을 조사하는 장치이다 상기 광원부(310)는 상기 특수분배틀(100)에 형성된 격자 수 만큼의 해상도를 가지는 것이 바람직하다. 해상도는 종이나 스크린 등에 표현된 그림이나 글씨의 표현의 섬세함의 정도를 나타낸 것으로 상기 특수분배틀(100)의 격자 수를 뜻한다. 예를들어, 1920x1080의 해상도로 출력물을 출력하는 경우 상기 특수분배틀(100)은 1920x1080개의 격자 즉, 2,073,600개의 격자를 가지게 되어 각 격자가 해상도를 표현하는 픽셀역할을 한다. 따라서 상기 광원부(310)에서 조사되는 빛은 상기 2,073,600개의 격자마다 대체로 균일하게 조사되는 것이 바람직하다. 더 나아가 상기 광원부(310)는 조리개 및 이송장치 등을 통해 광량 및 광조사 방향을 제어 가능한 것이 바람직하다.

상기 배트(320)는 소정공간 상기 특수분배틀(100)을 장착 및 고정할 수 있는 역할을 한다. 상기 배트(320)는 종래 광경화성수지를 사용하는 3D프린터에서 출력물이 형성되는 광경화성수지를 수용하는 수조역할이다. 따라서 상기 배트(320)는 종래 3D프린터에 포함되는 구성을 사용할 수도 있다.

상기 진동모듈(330)은 상기 배트(320)의 소정공간에 배치되어 진동되어 상기 특수분배틀(100)을 진동시키게 된다. 상기 특수분배틀(100)에 분배되는 광경화성수지 중 한 격자 내 다색의 광경화성수지가 분배되는 경우 각각의 색상 사이에 형성되는 경계가 극심한 색농도를 가지게 되어 출력물을 감상하는 사용자의 심미감을 저하시킬 수 있는 문제를 발생시킬 수 있다. 때문에 상기 진동모듈(330)을 통해 상기 특수분배틀(100)을 진동시켜 한 격자 내 다색의 광경화성수지 사이의 경계를 희미하게 처리할 수 있는 역할을 한다. 따라서 상기 진동모듈(330)이 배치되는 배트(320)상의 위치, 상기 진동모듈(330)의 세부구성은 다양한 일실시예를 가질 수 있다.

상기 스테이지(340)는 상기 배트(320)위에 마련된 공간에서 상기 특수분배틀(100)의 일면과 접하도록 이동하고, 상기 광원부(310)에서 상기 특수분배틀(100)로 광을 조사하면 상기 출력물의 한 층과 함께 상기 특수분배틀(100)에서 출력물이 부착되어 이동하는 역할을 한다. 또한 상기 스테이지(340)는 상기 배트(320)와 같이 종래 3D프린터에 포함되는 구성을 사용할 수 있음은 물론이다.

상기 광조사부(300)에 포함되어 이동 또는 작동되는 상기 광원부(310), 상기 진동모듈 및 상기 스테이지(340)는 상기 특수분배틀(100)에 수용된 광경화성수지가 상기 광원부(310)에서 빛을 조사하여 경화되는 동안 일련의 동작들을 수행하여야 한다. 따라서 상기 광원부(310), 상기 진동모듈(330) 및 상기 스테이지(340)는 별도의 제어부를 통해 제어 가능함은 물론이다. 더욱 자세한 내용은 도 8의 상세한 설명에서 다루고자 한다.

도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 컬러3D프린터는 세척부(400)를 포함한다. 상기 세척부(400)는 상기 특수분배틀(100)에 분배된 출력물의 한 층에 해당하는 광경화성수지가 경화되어 상기 특수분배틀(100)에서 분리된 이후 상기 특수분배틀(100)에 남은 잔여물(140)을 세척하는 역할을 한다. 상기 특수분배틀(100)은 복수 개 구비되어 수지분배부(200) 및 광조사부(300)를 이동하며 출력물을 형성할 수 있어 상기 세척부(400)에서 세척된 상기 특수분배틀(100)을 재사용하게 된다. 상기 세척부(400)는 세척노즐 및 수조를 포함한다. 각 구성요소에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.

상기 세척노즐(410)은 상기 특수분배틀(100)에 남은 잔여물(140)을 세척하기 위해 세척용액을 분사하는 역할을 한다.

상기 수조(420)는 상기 세척노즐(410)에서 분사되는 세척용액 또는 상기 특수분배틀(100)에서 제거된 광경화성수지를 수용하는 역할을 한다.

광경화성수지는 인체에 유해한 독성을 가지는 고분자중합체인 경우가 많아 상기 특수분배틀(100)의 재사용을 위한 세척과정 별도의 세척용액을 사용할 수 있고, 상기 세척부를 다루는 작업자는 각별한 주의를 기울일 필요가 있다.

도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 컬러3D프린터를 이용하는 컬러3D프린팅 방법은 수지분배단계(S100), 광경화단계(S200), 세척단계(S300) 및 재배치단계(S400)를 포함한다. 각 단계에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.

상기 수지분배단계(S100)는 수지분배부(200)에서 출력물의 한 층을 형성하기 위해 유색 또는 무색 광경화수지를 특수분배틀(100)의 격자에 분배하는 단계이다.

상기 광경화단계(S200)는 상기 수지분배단계(S100)에서 상기 특수분배틀(100)에 분배된 출력물의 한 층에 빛을 조사하여 광경화시키는 단계이다.

상기 세척단계(S300)는 출력물이 출력된 상기 특수분배틀(100)이 상기 세척부(400)에서 세척되는 단계이다.

더 나아가 상기 재배치단계(S400)는 상기 세척단계 이후 세척된 상기 특수분배틀(100)을 상기 수지분배부(200)에 배치하는 단계이다.

이와 같이 상기 컬러3D프린팅방법의 일련과정을 반복하며 출력물을 한 층씩 적층하여 다색의 컬러를 포함하는 출력물을 출력하게 된다.

도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 컬러3D프린터를 이용하는 수지분배단계(S100)는 상기 특수분배틀(100)에 광경화성수지를 분배하기 앞서 a)단계(S110), b)단계(S120), c)단계(S130) 및 d)(S140)단계를 수행하여 상기 특수분배틀(100)에 분배될 광경화성수지정보를 분배기(210)로 제공받고, 상기 분배기(210)는 e)(S150)단계를 통해 상기 특수분배틀(100)의 알맞은 위치에 광경화성수지를 분배한다. 도 3을 참조하여 각 단계에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.

상기 a)단계(S110)는 상기 특수분배틀(100)의 격자들 중 출력영역격자와 비출력영역격자를 구분 및 판단하여 출력물의 한 층에 해당하는 영역을 판단하는 단계이다. 상기 a)단계(S110)에서 분류된 출력영역격자는 출력물의 한 층에 해당하는 영역으로 향후 단계에서 유색 또는 무색 광경화성수지의 분배여부를 판단 후 분배된다.

이후, 상기 b)단계(S120)는 상기 a)단계에서 구분된 출력영역격자 중, 유색광경화성수지가 분배될 유색영역과 무색광경화성수지가 분배될 무색영역을 구분 및 판단하는 단계이다. 상기 b)단계(S120)는 도 3에 도시된 바와 같은 출력물의 한 층의 경우 큰 범주로 유색광경화성수지가 분배되는 유색영역과 무색광경화성수지가 분배되는 무색영역으로 나눌 수 있다. 상기 유색영역은 상기 컬러3D프린터로 출력되는 출력물의 외부에 드러나 사용자가 관찰할 수 있는 최외곽층의 일부로 설정되는 것이 바람직하다. 더 나아가 상기 유색영역과 무색영역이 혼합된 영역을 판단하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.

이후, 상기 c)단계(S130)는 상기 b)단계에서 구분된 유색영역의 격자들 중 한 격자에 단색광경화성수지가 분배될 단색영역과 다색광경화성수지가 분배될 다색영역을 구분 및 판단하는 단계이다. 상기 c)단계(S130)는 출력할 출력물에 해당하는 정보가 광원부 또는 상기 특수분배틀(100) 격자들의 해상도와 일치하지 않는 경우 한 격자 내 여러 색이 배치되는 경우를 대비하는 방법이다.

이후, 상기 d)단계(S140)는 상기 a)단계(S110), b)단계(S120), c)단계(S130)에서 구분된 분배영역을 데이터화 하여 저장하고 상기 분배기(210)로 해당정보를 전달하는 단계이다. 특히 상기 b)단계(S140)와 상기 c)단계(S130)가 혼합된 경우를 생각할 수 있다. 도 3에 도시된 한 격자 내 무색광경화성수지(120)와 다수의 유색광경화수지(110a, 110b)가 분배되는 경우를 그 예로들 수 있다. 이러한 경우까지 상기된 판단정보를 추가적으로 저장할 수 있다.

이후, 상기 e)단계(S150)는 상기 d)단계(S140)에서 저장된 상기 분배영역에 상응하는 광경화성수지를 상기 특수분배틀(100)의 격자마다 분배하는 단계이다.

도 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 컬러3D프린터를 이용하는 광경화단계(S200)는 하강단계(S210), 광조사단계(S220), 진동단계(S230) 및 상승단계(S240)를 포함한다. 각 단계를 설명하면 다음과 같다.

상기 하강단계(S210)는 상기 광조사부(300)에 포함되는 스테이지(340)가 상기 특수분배틀(100)의 일면과 맞닿도록 이동하는 단계이다.

상기 광조사단계(S220)는 상기 광조사부(300)에 포함되는 광원부(310)에서 상기 특수분배틀(100)로 빛을 조사하는 단계이다.

상기 진동단계(S230)는 상기 광조사단계에서 상기 광조사부(300)에 포함되는 배트(320)에 배치되는 진동모듈이 상기 특수분배틀(100)을 진동시키는 단계이다. 상기 진동단계(S230)는 한 격자내에 형성되는 복수개의 유색광경화수지의 경계색상을 희미하게 형성하여 3D프린팅 이후 출력물이 자연스러운 색상을 가지도록 하는 단계이다.

상기 상승단계(S240)는 상기 특수분배틀(100)의 격자마다 각각 분배된 광경화성수지가 빛을 조사받아 출력물의 한 층에 해당하는 영역이 상기 스테이지(340)에 형성되며 상기 스테이지(340)가 이동하는 단계이다. 이외에도 본 발명의 컬러3D프린터의 설명과 중복되는 부분의 설명은 생략하도록 한다.

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.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

100 : 특수분배틀 110a, 110b : 유색영역
120 : 무색영역 130 : 광투과성막
140 : 잔여물 200 : 수지분배부
210 : 분배기 212 : 공급호스
220 : 액추에이터 230 : 프레임
300 : 광조사부 310 : 광원부
320 : 배트 330 : 진동모듈
340 : 스테이지 400 : 세척부
410 : 세척노즐 420 : 수조
C1, C2 : 유색광경화성수지
N1 : 무색광경화성수지

Claims (9)

1. 광경화성수지가 수용되고 하부에서 빛이 투과 가능한 복수개의 격자를 가지는 특수분배틀;
   출력물의 한 층에 해당하는 영역에 유색 또는 무색 광경화성수지를 상기 특수분배틀의 격자에 분배하는 수지분배부;
   상기 특수분배틀로 빛을 조사하여 광경화성수지를 경화시켜 출력물의 한 층을 형성하는 광조사부; 및
   출력물의 한 층이 경화된 이후 상기 특수분배틀이 이동되어 세척되는 세척부;
   를 포함하는 컬러3D프린터.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 수지분배부는
   상기 특수분배틀의 출력물의 한 층에 해당하는 영역의 격자마다 유색 또는 무색 광경화성수지를 분배하는 분배기 및
   상기 분배기를 이동시키는 액추에이터
   를 포함하는 컬러3D프린터.
   
3. 제 2항에 있어서, 상기 분배기는
   상기 특수분배틀의 출력물의 한 층에 해당하는 영역의 격자에 무색, 단색, 다색 중 어느 하나이상의 광경화성수지를 분배하는 것을 포함하는 컬러3D프린터.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 광조사부는
   상기 특수분배틀을 향해 빛을 조사하는 광원부
   상기 광원부에서 조사되는 빛이 하부에서 투과가능하며 상기 특수분배틀이 장착되도록 소정공간이 마련되는 배트
   상기 배트에 배치되어 상기 특수분배틀을 진동시키는 진동모듈 및
   광경화성수지의 분배가 완료된 상기 특수분배틀의 일면과 접하도록 이동하고, 상기 광원부에서 상기 특수분배틀로 광을 조사하면 상기 출력물의 한 층과 함께 상기 특수분배틀에서 출력물이 부착되어 이동하는 스테이지
   를 포함하는 컬러3D프린터.
   
5. 제 4항에 있어서, 상기 광원부는
   상기 특수분배틀의 격자 수와 대응되는 해상도의 빛을 조사하는 것을 포함하는 컬러3D프린터.
   
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항의 컬러3D프린터를 사용하는 컬러3D프린팅방법에 있어서,
   상기 수지분배부에서 출력물의 한 층을 형성하기 위해 유색 또는 무색 광경화성수지를 상기 특수분배틀의 격자에 분배하는 수지분배단계;
   상기 광조사부에 포함되는 광원부로부터 상기 특수분배틀로 빛을 조사하여 광경화성수지가 경화되며 출력물의 한 층이 형성되는 광경화단계;
   출력물이 출력된 상기 특수분배틀이 상기 세척부에서 세척되는 세척단계;
   를 포함하는 컬러 3D프린팅 방법.
   
7. 제 6항에 있어서, 상기 세척단계 이후
   상기 특수분배틀을 상기 수지분배부에 배치하는 재배치단계;
   를 포함하는 컬러3D프린팅 방법.
   
8. 제 6항에 있어서, 상기 수지분배단계는
   상기 특수분배틀의 격자들 중 출력영역격자와 비출력영역격자를 구분하는 a)단계;
   상기 a)단계에서 구분된 출력영역격자 중, 유색광경화성수지가 분배될 유색영역과 무색광경화성수지가 분배될 무색영역을 구분하는 b)단계;
   상기 b)단계에서 구분된 유색영역의 격자들 중 한 격자에 단색광경화성수지가 분배될 단색영역과 다색광경화성수지가 분배될 다색영역을 구분하는 c)단계;
   상기 a)단계, b)단계, c)단계에서 구분된 분배영역을 저장하는 d)단계; 및
   상기 d)단계에서 저장된 상기 분배영역에 상응하는 광경화성수지를 상기 특수분배틀의 격자마다 분배하는 e)단계;
   를 포함하는 컬러3D프린팅 방법.
   
9. 제 6항에 있어서, 상기 광경화단계는
   상기 광조사부에 포함되는 스테이지가 상기 특수분배틀의 일면과 맞닿도록 이동하는 하강단계
   상기 광조사부에 포함되는 광원부에서 상기 특수분배틀로 빛을 조사하는 광조사단계
   상기 광조사단계에서 상기 광조사부에 포함되는 배트에 배치되는 진동모듈이 상기 특수분배틀을 진동시키는 진동단계 및
   상기 스테이지에 출력물이 형성되며 상기 스테이지가 이동하는 상승단계
   를 포함하는 컬러3D프린팅 방법.

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