KR102078575B1 - 3차원 프린터 - Google Patents

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KR102078575B1
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Abstract

본 발명은 3차원 프린터에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 3차원 입체출력물을 형성시키기 위한 성형재료가 수용되는 공간을 제공하는 성형부; 상기 성형부의 하측에 마련되며, 상기 3차원 입체출력물을 형성시키기 위한 빛을 생성하여 상기 성형부 측으로 조사하는 광조사부; 상기 성형부 및 상기 광조사부가 장착되며, 상기 성형부 및 상기 광조사부를 지지하여주는 프레임부; 상기 프레임부에 장착되며, 상기 성형부에서 상기 3차원 입체출력물이 성형되는 과정이 진척되는 정도에 따라 상기 3차원 입체출력물을 상향 이동시켜주는 액츄에이터부; 및 상기 프레임부에 장착되어 상기 프레임부의 지지를 받으며, 상기 성형부에서 형성된 상기 3차원 입체출력물이 세척되는 공간을 제공하는 세척부; 를 포함하되, 상기 액츄에이터부에 의하여 상기 3차원 입체출력물이 상기 성형부로부터 상기 세척부 측으로 위치이동될 수 있으므로 3차원 입체출력물에 대한 생산효율을 증진시킬 수 있는 3차원 프린터에 관한 기술이 개시된다.

Description

3차원 프린터{3 Dimension Printer}
본 발명은 3차원 프린터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나의 3차원 프린터으로 3차원 입체 출력물을 성형하고 세척도 할 수 있는 3차원 프린터에 관한 것이다.
비교적 최근에 물품에 대한 3차원 데이터를 이용하여 그 물품을 그대로 성형하여 재현해 낼 수 있는 3차원 프린터 기술이 개발되어 그 사용이 날로 증대되어 가고 있다.
이러한 3차원 프린터는 프린팅방식에 따라 크게 FDM(Fused Deposition Modeling)방식, DLP(Digital Light Processing)방식, SLA(StereoLithography Apparatus)방식, SLS(Selective Laser Sintering) 방식 등 4가지 방식으로 기술이 분류되고 있으며, 그 사용재료로는 세라믹, 플라스틱, 금속, 수지 등 다양한 종류가 사용되고 있다.
FDM 방식은 대상물체를 2차원의 평면형태로 성형하면서 3차원으로 적층하여 형태를 만들어가는 방식으로서 열가소성 수지로 된 와이어 형태의 필라멘트를 공급하고, 공급된 필라멘트를 노즐을 통해 용융시켜서 적층함으로서 물체를 3차원으로 성형하는 기술방식이며, 이에 관련하여 대한민국 공개특허 10-2015-0134186호 등이 제시되고 있다.
SLS방식은 기능성고분자 또는 금속분말을 사용하며, 레이저 광선을 주사하여 고결시켜서 셩헝하는 기술방식이고, SLA 방식은 광경화수지에 광(light)을 주사하여 주사된 부분이 경화되는 원리를 이용한 기술방식이며, DLP방식은 SLA 방식처럼 광경화수지가 광에 반응하여 경화되는 것을 이용한 것으로, 광경화수지에 빔프로젝션을 조사하여 성형시키는 기술방식이다.
이러한 DLP방식에 관하여는 대한민국 등록특허 제10-533374호 등과 같은 기술이 개발되어 소개되고 있다. 그리고, 3차원 프린터를 통해 3차원 입체출력물의 출력이 끝나면 3차원 입체출력물을 꺼내어 별도의 세척장치로 이동시켜서 세척을 하였었다.
대한민국 공개특허 제10-2017-0088312호 대한민국 공개특허 제10-2018-0072253호
본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 3차원 입체출력물의 형성과 세척을 수행할 수 있는 3차원 프린터를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린터는 3차원 입체출력물을 형성시키기 위한 성형재료가 수용되(며, 상기 3차원 입체출력물의 성형이 이루어지는)는 공간을 제공하는 성형부; 상기 성형부의 하측에 마련되며, 상기 3차원 입체출력물을 형성시키기 위한 빛을 생성하여 상기 성형부 측으로 조사하는 광조사부; 상기 성형부 및 상기 광조사부가 장착되며, 상기 성형부 및 상기 광조사부를 지지하여주는 프레임부; 상기 프레임부에 장착되며, 상기 성형부에서 상기 3차원 입체출력물이 성형되는 과정이 진척되는 정도에 따라 상기 3차원 입체출력물을 상향 이동시켜주는 액츄에이터(actuator)부; 및 상기 프레임부에 장착되어 상기 프레임부의 지지를 받으며, 상기 성형부에서 형성된 상기 3차원 입체출력물이 세척되는 공간을 제공하는 세척부; 를 포함하되, 상기 액츄에이터부에 의하여 상기 3차원 입체출력물이 상기 성형부로부터 상기 세척부 측으로 위치이동되는 것을 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 프레임부는, 상기 광조사부가 장착되는 베이스플레이트; 상기 베이스플레이트의 상측에 일정 높이로 이격되어 배치되며, 상기 성형부, 상기 세척부 및 상기 액츄에이터부 중 적어도 어느 하나가 장착되는 마운트플레이트; 및 상기 베이스플레이트와 상기 마운트플레이트 사이에 위치하되, 상기 마운트플레이트가 상기 베이스플레이트로부터 일정 높이로 이격되어 위치하도록 상기 베이스플레이트 및 상기 마운트플레이트와 결합된 다수개의 필러(pillar); 를 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
나아가, 상기 광조사부는 상기 프레임부의 상기 베이스플레이트에 장착되며, 상기 성형부에서 상기 3차원 입체출력물을 형성시키기 위한 빛을 생성하는 광조사장치; 및 상기 프레임부의 상기 베이스플레이트에 장착되며, 상기 광조사장치로부터 생성된 빛이 상기 성형부 측으로 조사되도록 반사시켜주는 미러장치; 를 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
또한, 상기 세척부는, 상기 마운트플레이트의 상측에 배치되며, 상기 성형부에서 형성된 상기 3차원 입체출력물을 세척시키기 위한 세척액이 수용되는 세척액수조; 및 상기 마운트플레이트에 장착되며, 상기 세척액수조 측으로 초음파를 제공하는 초음파진동장치; 를 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
나아가, 상기 세척부는, 상기 마운트플레이트에 장착되며, 상기 세척액수조 내에서 세척액에 적어도 일부분이 담가지는 상기 3차원 입체출력물 측으로 상기 초음파진동장치에서 생성된 상기 초음파를 전달하기 위한 매질을 수용하는 초음파수조 를 더 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 프레임부에 장착되어 상기 프레임부의 지지를 받으며, 상기 세척부에서 세척된 상기 3차원 입체출력물이 건조 또는 경화되는 공간을 제공하는 경화부; 를 더 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
나아가, 상기 세척부에서 세척된 상기 3차원 입체출력물이 상기 액츄에이터부에 의하여 상기 세척부로부터 상기 경화부 측으로 위치이동될 수 있는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
나아가, 상기 경화부는, 상기 프레임부에 장착되고, 상기 3차원 입체출력물이 건조 또는 경화되는 경화공간을 형성하는 경화조; 및 상기 경화조에 장착되며, 상기 경화조 내에 위치된 상기 3차원 입체출력물이 경화될 수 있도록 빛을 조사하여 주는 경화광원; 을 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
더 나아가, 상기 경화조는 상측이 개방되어 있고, 바닥면의 적어도 일부분은 다수의 타공이 형성된 타공플레이트인 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
더 나아가, 상기 경화부는, 상기 경화조 또는 상기 프레임부에 장착되며 상기 경화조 내의 온도 또는 상기 3차원 입체출력물의 온도를 상승시킴으로써 상기 경화조 내에 위치된 상기 3차원 입체출력물을 경화시키기 위한 히터;를 더 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
또한 상기 경화부는, 상기 경화조의 내측 또는 하측에 위치하여 상기 3차원 입체출력물이 건조 또는 경화되도록 상기 경화조 내에 바람을 형성시키는 경화팬; 및 상기 경화조 또는 상기 프레임부에 장착되며 상기 경화팬의 회전에 의해 바람이 형성되도록 상기 경화팬을 회전시켜주는 경화팬모터; 를 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
또한 상기 액츄에이터부는, 상기 성형부에서 형성되는 상기 3차원 입체출력물의 일부 부분과 결합되어 상기 3차원 입체출력물을 홀딩하는 빌드플랫폼; 일측단이 상기 빌드플랫폼과 결합되고, 상기 빌드플랫폼을 지지하여 주는 암; 길이방향이 상하방향이 되도록 직립 배치되고, 상기 암의 타측단과 역학적으로 연결되며, 상기 빌드플랫폼을 상향 또는 하향으로 이동시켜주기 위한 볼스크류; 상기 볼스크류를 내재하며, 상기 성형부 측을 향하여 개방된 승하강홈이 형성되어 있고, 상기 볼스크류에 결합된 상기 암의 일부분이 상기 승하강홈을 통해 내측에 위치하고 있으며, 상기 볼스크류의 회전에 의해 상기 암 또는 상기 빌드플랫폼이 상기 승하강홈을 따라서 승강 또는 하강할 수 있도록 상기 볼스크류를 지지하는 실린더; 및 상기 실린더의 하측단에 배치되어 상기 실린더와 연결되며, 상기 빌드플랫폼의 상향이동 또는 하향이동이 이루어질 수 있도록 상기 볼스크류를 회전시켜주는 상하구동장치; 를 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
나아가, 상기 액츄에이터부는, 상기 상하구동장치의 하측에 위치하고, 상기 빌드플랫폼이 상기 성형부, 상기 세척부 및 상기 경화부 중 어느 하나의 상측으로 위치이동될 수 있도록 상기 실린더를 축회전시켜주는 회전구동장치;를 더 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
더 나아가, 상기 액츄에이터부는, 일측단이 상기 암에 결합되고 타측단이 상기 볼스크류에 결합된 암보강대를 더 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
더 나아가 상기 액츄에이터부는, 상기 프레임부에 체결되고, 상기 실린더가 상기 프레임부에 대하여 직립된 상태를 유지할 수 있도록 상기 실린더를 받쳐주는 지지대를 더 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
본 발명에 따른 3차원 프린터는 3차원 입체출력물을 형성시킴을 물론이고, 출력된 3차원 입체출력물에 대한 세척과 경화까지 실시할 수 있으므로 별도의 세척장비 또는 경화장비가 요구되지 않기에 공간과 비용이 절감되고 3차원 입체 출력물을 경화까지 완성시키는 시간을 단축시킬 수 있으므로 생산성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린터를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린터를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린터의 세척부 부분을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린터의 경화부 부분을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린터의 액츄에이터부를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
이하에서는 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 이해할 수 있도록 첨부된 도면을 참조한 바람직한 실시 예를 들어 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린터를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린터를 개략적으로 나타낸 평면도이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린터의 세척부 부분을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린터의 경화부 부분을 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린터의 액츄에이터부를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린터는 성형부, 광조사부, 프레임부, 액츄에이터(actuator)부 및 세척부를 포함하며, 좀 더 바람직하게는 경화부를 더 포함할 수도 있다.
프레임부는 본 발명에 따른 3차원 프린터의 골격을 이룬다. 이러한 프레임부에는 기본적으로 성형부(100) 및 광조사부(610, 620)가 장착되며, 액츄에이터부(400), 세척부(200), 경화부(300) 또한 프레임부에 장착될 수 있다.
그리고 프레임부는 성형부(100) 및 광조사부(610, 620)를 지지하며, 액츄에이터부(400), 세척부(200), 경화부(300) 또한 지지한다. 이러한 프레임부에는 베이스플레이트(530), 마운트플레이트(510) 및 필러(520)가 포함하는 것이 바람직하다.
베이스플레이트(530)는 도면에서 참조되는 바와 같이 3차원 프린터의 지지기반이 된다. 그리고, 베이스플레이트(530)에 광조사부(610, 620)가 장착된다.
마운트플레이트(510)는 베이스플레이트(530)의 상측에 일정한 높이로 이격되어 있도록 배치된다. 그리고 성형부(100), 세척부(200) 및 액츄에이터부(400) 중 적어도 어느 하나가 장착된다. 그리고 도면에서 참조되는 바와 같이 경화부(300) 또한 마운트플레이트(510)에 장착되어 지지될 수 있다.
필러(pillar)(520)는 베이스플레이트(530)와 마운트플레이트(510) 사이에 위치하며, 마운트플레이트(510)가 베이스플레이트(530)로부터 일정 높이로 이격되어 위치하도록 베이스플레이트(530) 및 마운트플레이트(510)와 결합된다.
이러한 필러(520)는 다수개가 마련되어 있는 것이 바람직하다. 다수개의 필러(520)가 베이스플레이트(530)와 마운트플레이트(510) 사이에 체결되어 마운트플레이트(510)가 베이스플레이트(530)에 의해 지지될 수 있도록 받쳐준다.
광조사부(610, 620)는 프레임부의 베이스플레이트(530)에 장착되며, 성형부(100)의 하측에 배치된다. 그리고 3차원 입체출력물(미도시)을 형성시키기 위한 빛을 생성하고, 빛을 성형부(100) 측으로 조사한다.
이러한 광조사부는 광조사장치(610) 및 미러장치(620)를 포함하는 것이 바람직하다. 광조사장치(610)는 프레임부의 베이스플레이트(530)에 장착된다. 그리고 성형부(100)에서 3차원 입체출력물이 형성될수 있도록 빛을 생성한다.
미러장치(620) 또한 프레임부의 베이스플레이트(530)에 장착된다. 그리고 광조사장치로부터 생성된 빛이 성형부(100) 측으로 조사되도록 빛을 반사시켜준다.
이처럼 광조사장치(610)에서 생성된 빛이 미러장치(620)에 의해 반사되어 성형부(100)의 내측으로 입사되며, 성형부(100)의 내측에서 3차원 입체출력물의 형성이 이루어지게 된다.
여기서, 광조사장치(610)에서 생성되는 빛은 레이저인 것이 바람직하다.
성형부(100)는 프레임부의 마운트플레이트(510)에 장착되어 배치된다. 성형부(100)는 3차원 입체출력물을 형성시키기 위한 성형재료를 수용한다. 그리고 성형부(100)는 3차원 입체출력물의 성형이 이루어지는 성형공간을 제공한다. 이러한 성형부(100)는 도면에서 참조되는 바와 같이 상측이 개방된 수조와 같은 형태를 갖추고 있는 것도 바람직하다.
이러한 성형부(100)의 내측 공간에 성형재료가 수용된다. 그리고 성형부(100)의 바닥에는 광조사장치(610)로부터 생성되어 조사되어 오는 빛이 입사될 수 있도록 투과성 있는 재질로 이루어질 수도 있다.
액츄에이터부(400)는 프레임부에 장착된다. 좀 더 바람직하게는 프레임부의 마운트플레이트(510)에 장착된다.
액츄에이터부(400)는 성형부(100)에서 3차원 입체출력물이 성형되는 과정이 진척되는 정도에 따라 3차원 입체출력물을 상향이동 시켜준다. 따라서 성형부(100)에서 3차원 입체출력물의 형성이 완료되면 액츄에이터부(400)에 의해 3차원 입체출력물이 성형부(100)의 상측에 소정의 높이로 위치하게 된다.
그리고, 액츄에이터부(400)에 의해 3차원 입체출력물이 성형부(100)로부터 세척부(200) 측으로 위치이동된다.
이러한 액츄에이터부(400)는 빌드플랫폼(410), 암(arm)(420), 볼스크류(430), 실린더(440) 및 상하구동장치(450)를 포함하며, 바람직하게는 회전구동장치(460), 암보강대(425) 그리고 지지대(470)를 더 포함한다.
빌드플랫폼(410)은 성형부(100)에서 형성되는 3차원 입체출력물의 일부 부분과 결합되어 3차원 입체출력물을 홀딩하여준다.
암(420)은 일측단이 빌드플랫폼(410)과 결합되어 있으며, 빌드플랫폼(410)을 지지한다. 그리고 암(420)의 타측단은 빌드플랫폼(410)이 상향이동 또는 하향이동될 수 있도록 후술할 볼스크류(430)와 볼트-너트 처럼 결합된다.
암보강대(425)는 도면에서 참조되는 바와 같이 일측단이 암(420)에 결합되고 타측단이 볼스크류(430)에 결합된다. 필요에 따라서는 암보강대(425)의 일측단이 빌드플랫폼(410)에 체결된 형태 또한 가능하다.
그리고, 암보강대(425)의 타측단에 나사홈이 형성되어 있고, 볼스크류(430)의 나사산과 볼트-너트결합 형태로 결합된 것이 바람직하다. 이처럼 볼트-너트결합 형태로 결합되면 볼스크류(430)의 회전에 따라 후술할 실린더(440)의 승하강홈의 길이방향을 따라서 암과 함께 상향이동 또는 하향이동 될 수 있다.
이러한 암보강대(425)가 마련되어 있으면 암(420)에 걸리는 하중스트레스가 분산될 수 있으므로 바람직하다.
볼스크류(430)는 후술할 실린더(440) 내에 내재된다. 그리고 볼스크류(430)는 길이방향이 상하방향이 되도록 직립 배치되고, 암(420)의 타측단과 역학적으로 연결된다. 여기서 역학적으로 연결된다는 것은, 예를 들어 다수개의 기어들의 맞물림 연결관계처럼, 회전력과 같은 힘이 전달될 수 있는 연결관계를 말한다.
도면에서 참조되는 바와 같이 암(420)의 타측단에 마련된 나사홈과 나사-볼트결합이 되면 볼스크류(430)의 회전에 의해 암(420)의 위치이동이 이루어지게 된다. 그 결과 빌드플랫폼(410)을 상향 또는 하향으로 이동시켜줄 수 있게 된다.
실린더(440)는 볼스크류(430)를 내재하며, 성형부(100) 측을 향하여 개방된 승하강홈이 형성되어 있다. 그리고, 도면에서 참조되는 바와 같이 볼스크류(430)에 결합된 암(420)의 일부분이 승하강홈을 통해 내측에 위치하고 있으며, 볼스크류(430)의 회전에 의해 암(420) 또는 빌드플랫폼(410)이 승하강홈을 따라서 승강 또는 하강할 수 있도록 볼스크류(430)를 지지하여 준다.
지지대(470)는 프레임부의 마운트플레이트(510)에 체결된다. 그리고 도면에서 참조되는 바와 같이 지지대(470)는 실린더(440)가 프레임부의 마운트플레이트(510)에 대하여 직립된 상태를 유지할 수 있도록 실린더(440)를 받쳐준다.
그리고 실린더(440)는 후술할 회전구동장치(460)에 의해 회전된다. 따라서, 실린더(440)가 안정적으로 회전할 수 있도록 실린더(440)에 외주면 일부에 외경을 따라 둘러싸서 접하는 지지대(470)의 링(ring) 부위에는 볼베어링이 마련된 것 또한 바람직하다.
상하구동장치(450)는 마운트플레이트(510)의 하측에 배치되며, 실린더(440)의 하측단에 배치되어 실린더(440)와 연결되어 있다. 그리고 빌드플랫폼(410)의 상향이동 또는 하향이동이 이루어질 수 있도록 볼스크류(430)를 회전시켜준다. 이러한 상하구동장치(450)는 외부로부터 전력을 공급받아 회전할 수 있는 전기모터를 포함한다.
도면에 자세히 도시되지는 못하였으나, 상하구동장치(450)인 전기모터의 중심회전축이 볼스크류(430)와 체결되어 있고, 상하구동장치(450)와 실린더(440)가 결합되어 있다.
회전구동장치(460)는 상하구동장치(450)의 하측에 위치한다. 그리고, 빌드플랫폼(410)이 성형부(100), 상기 세척부(200) 및 상기 경화부(300) 중 어느 하나의 상측으로 위치이동될 수 있도록 실린더(440)를 회전시켜준다.
이러한 회전구동장치(460)에 전기모터가 포함된 것이 바람직하다.
회전구동장치(460)의 회전축이 상하구동장치(450)와 체결되어있다. 따라서 회전구동장치(460)의 회전축이 회전함에 따라 상하구동장치(450) 또한 함께 회전한다. 그리고 회전구동장치(460)는 실린더(440)와 체결되어 있다. 따라서 회전구동장치(460)에 의해 상하구동장치(450)가 회전할 때 실린더(440)도 함께 회전하게 된다.
실린더(440)가 회전하게 되면 암(420)과 빌드플랫폼(410)도 함께 회전하게 된다. 따라서, 빌드플랫폼(410)에 홀딩된 3차원 입체출력물이 성형부(100)의 상측에서 세척부(200)의 상측으로 위치이동되거나 세척부(200)의 상측에서 경화부(300)의 상측으로 위치이동이 이루어지게 된다.
세척부(200)는 프레임부에 장착되며, 프레임부의 지지를 받는다. 좀 더 구체적으로 세척부(200)는 프레임부의 마운트플레이트(510)에 장착된다. 그리고 세척부(200)는 성형부(100)에서 형성된 3차원 입체출력물이 세척되는 공간을 제공한다.
이러한 세척부(200)에는 세척액수조(210) 및 초음파진동장치(220)가 포함되는 것이 바람직하다. 여기에 초음파수조(230)를 더 포함하는 것 또한 바람직하다.
세척액수조(210)는 마운트플레이트(510)의 상측에 배치된다. 또는 마운트플레이트(510)의 상측에 배치된 초음파수조(230)의 내측에 배치된 것도 바람직하다.
성형부(100)에서 성형된 3차원 입체출력물을 세척시키기 위한 세척액이 세척액수조(210)에 수용된다. 따라서, 세척액이 저장된 세척액수조(210)로 3차원 입체출력물이 담가진다.
여기서 세척액으로서, 에틸알콜을 사용할 수도 있다.
여기서 3차원 입체출력물이 세척액수조(210) 내 세척액에 담가질 수 있도록 상하구동장치(450)가 볼스크류(430)를 회전시키고, 볼스크류(430)의 회전에 의해 빌드플랫폼(410)이 하향이동된다. 빌드플랫폼(410)이 하향이동됨에 따라 빌드플랫폼(410)에 홀딩된 3차원 입체출력물이 세척액에 담가지게 되는 것이다.
세척액속에 3차원 입체출력물이 담가진 후에 초음파진동장치(220)로부터 전달되어 오는 초음파에 의해 세척이 이루어지게 된다.
초음파진동장치(220)는 마운트플레이트(510)에 장착되며, 세척액수조(210) 측으로 초음파를 제공한다. 따라서, 초음파진동장치(220)에 의해 형성된 초음파는 세척액수조(210)로 전달되며 초음파와 세척액에 의해 3차원 입체출력물이 세척된다.
초음파수조(230)는 마운트플레이트(510)에 정착된다. 그리고 초음파수조(230)의 내측에 세정액수조(210)가 수용될 수 있다.
초음파수조(230)는 세척액수조(210) 내에서 세척액에 적어도 일부분이 담가지는 3차원 입체출력물 측으로 초음파진동장치(220)에서 생성된 초음파를 전달하기 위한 매질을 수용한다.
여기서 매질은 세척액수조(210)로 초음파를 고르게 전달하는 역할을 하며, 물과 같은 액체도 매질로서 이용될 수 있다.
이처럼 세척액수조(210)와 초음파수조(230)으로 구분하여 배치하면 세척액관리에 있어서 편의성과 관리효율성을 증진시켜줄 수 있다.
경화부(300)는 프레임부의 마운트플레이트(510)에 장착되어 마운트플레이트의 지지를 받는다. 그리고 세척부(200)에서 세척된 3차원 입체출력물이 건조 또는 경화되는 공간을 제공한다.
그리고 세척부(200)에서 세척된 3차원 입체출력물이 액츄에이터부(400)에 의하여 세척부(200)로부터 경화부(300) 측으로 위치이동될 수 있는 것이 바람직하다.
이러한 경화부(300)는 경화조(310) 및 경화광원(320)을 포함하는 것이 바람직하며, 경화팬(330) 및 경화팬모터(미도시)와 히터(미도시)를 더 포함하는 것 또한 바람직하다.
경화조(310)는 프레임부의 마운트플레이트(510)에 장착된다. 그리고, 3차원 입체출력물이 건조 또는 경화되는 경화공간을 형성한다.
이러한 경화조(310)는 상측이 개방되어 있는 것이 바람직하다. 그리고 도 4에서 참조되는 바와 같이, 바닥면의 적어도 일부분은 다수의 타공이 형성된 타공플레이트(315)인 것이 바람직하다.
타공플레이트(315)의 타공을 통해 3차원 입체출력물에 남아있던 세척액이 경화조(310) 외부로 배출될수 있다. 또한 타공을 통하여 타공플레이트(315)의 하측에 배치된 경화팬에 의해 형성되는 바람이 유입되어 3차원 입체출력물의 건조 또는 경화가 이루어지게 된다. 또한 후술할 히터의 열기 또한 타공을 통해 유입되어 3차원 입체출력물의 건조 또는 경화가 이루어지도록 한다.
경화광원(320)은 경화조(310)에 장착된다. 그리고 경화광원(320)은 경화조(310) 내에 위치된 3차원 입체출력물이 경화될 수 있도록 빛을 조사하여 준다.
이러한 경화광원(320)으로서 자외선 LED가 이용되는 것도 바람직하다.
히터는 경화조(310) 또는 프레임부의 마운트플레이트(510)에 장착될 수 있다. 도 4에서는 히터가 내재된 박스(340)가 도시되었으며, 히터가 내재된 박스(340)가 경화조(310) 또는 마운트플레이트(510)에 체결됨으로써 장착될 수 있다.
히터가 내재된 박스(340)의 내측에는 경화팬모터 또한 내재될 수 있으며 도 4에서는 편의상 생략되었음을 밝혀둔다.
그리고 경화조(310) 내의 온도 또는 3차원 입체출력물의 온도를 상승시킴으로써 경화조(310) 내에 위치된 3차원 입체출력물을 경화시킨다.
경화팬(330)은 경화조(310)의 내측 또는 하측에 위치된 것이 바람직하다. 도 4에서는 경화팬(330)이 타공플레이트(315)의 아래에 배치되어 있는 형태를 예시적으로 도시하였다. 그리고 경화팬(330)은 경화팬모터의 회전에 의해 3차원 입체출력물이 건조 또는 경화되도록 경화조(310) 내에 바람을 형성시킨다.
경화팬모터는 경화조(310) 또는 프레임부의 마운트플레이트(510)에 장착될 수 있으며, 경화팬(330)의 회전에 의해 바람이 형성되도록 경화팬을 회전시켜준다.
한 편 이와 같은 구성에 제어부와 디스플레이부가 더 마련된 것 또한 바람직하다. 제어부에 의해 세척부(200)에서 세척이 이루어지는 세척시간을 조절할 수 있는 것이 바람직하다. 여기서 세척시간은 3차원 입체출력물이 세척액에 담겨진 상태에서 초음파진동장치(220)가 동작을 하는 시간이라고 할 수 있으며, 제어부에 의해 초음파진동장치(220)의 작동개시 및 종료가 제어될 수 있다.
그리고 경화부(300)의 경화조(310) 내에 온도센서가 마련되고, 온도센서가 감지한 경화조(310) 내의 온도가 제어부의 제어하에 디스플레이부를 통해 표시되는 것도 바람직하다.
일정한 온도에 도달하거나 경화과정의 진행시간에 따라서 제어부의 제어에 따라 디스플레이부를 통해 표시를 하고 히터, 경화팬모터 또는 경화광원의 작동이 중지시키거나 재작동시키는 동작이 이루어지는 것도 바람직하다는 것이다.
제어부의 제어에 의해 경화팬모터의 RPM(분당회전수)를 제어하는 것 또한 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 3차원 프린터는 3차원 입체출력물을 형성시킴을 물론이고, 출력된 3차원 입체출력물에 대한 세척과 경화까지 실시할 수 있으므로 별도의 세척장비 또는 경화장비가 요구되지 않기에 비용이 절감되는 장점이 있다.
또한, 별도의 세척장비나 경화장비를 갖추지 않아도 되므로 공간을 절약할 수 있으며, 세척과 경화까지 본 발명에 따른 3차원 프린터 내에서 모두 이루어지므로 전체적인 출력물완성시간이 단축되는 장점 또한 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시 예들에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시 예들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시 예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.
100 : 성형부
200 : 세척부
210 : 세척액수조 220 : 초음파진동장치
230 : 초음파수조
300 : 경화부(300)
310 : 경화조 315 :타공플레이트
320 : 경화광원 330 : 경화팬
400 : 엑츄에이터부
410 : 빌드플랫폼 420 : 암
425 : 암보강대 430 : 볼스크류
440 : 실린더 470 : 지지대
510 : 마운트플레이트 520 :필러
530 : 베이스플레이트

Claims (15)

  1. 3차원 입체출력물을 형성시키기 위한 성형재료가 수용되(며, 상기 3차원 입체출력물의 성형이 이루어지는)는 공간을 제공하는 성형부;
    상기 성형부의 하측에 마련되며, 상기 3차원 입체출력물을 형성시키기 위한 빛을 생성하여 상기 성형부 측으로 조사하는 광조사부;
    상기 성형부 및 상기 광조사부가 장착되며, 상기 성형부 및 상기 광조사부를 지지하여 주는 프레임부;
    상기 프레임부 상에 장착되어 상기 프레임부에 접촉되며, 상기 성형부에서 상기 3차원 입체출력물이 성형되는 과정이 진척되는 정도에 따라 상기 3차원 입체출력물을 상향 이동시켜주는 액츄에이터(actuator)부;
    상기 프레임부 상에 장착되어 상기 프레임부에 접촉되며, 상기 성형부에서 형성된 상기 3차원 입체출력물이 세척되는 공간을 제공하는 세척부; 및
    상기 프레임부 상에 장착되어 상기 프레임부에 접촉되며, 상기 세척부에서 세척된 상기 3차원 입체출력물이 건조 또는 경화되는 공간을 제공하는 경화부; 를 포함하되,
    상기 프레임부는,
    상기 광조사부가 장착되는 베이스플레이트;
    상기 베이스플레이트의 상측에 일정 높이로 이격되어 배치되며, 상기 성형부, 상기 세척부 및 상기 액츄에이터부 중 적어도 어느 하나가 장착되는 마운트플레이트; 및
    상기 베이스플레이트와 상기 마운트플레이트 사이에 위치하되, 상기 마운트플레이트가 상기 베이스플레이트로부터 일정 높이로 이격되어 위치하도록 상기 베이스플레이트 및 상기 마운트플레이트와 결합된 다수개의 필러(pillar); 를 포함하고,
    상기 세척부는,
    상기 마운트플레이트의 상측에 배치되며, 상기 성형부에서 형성된 상기 3차원 입체출력물을 세척시키기 위한 세척액이 수용되는 세척액수조;
    상기 마운트플레이트에 장착되며, 상기 세척액수조 측으로 초음파를 제공하는 초음파진동장치; 및
    상기 마운트플레이트에 장착되며, 상기 세척액수조 내에서 세척액에 적어도 일부분이 담가지는 상기 3차원 입체출력물 측으로 상기 초음파진동장치에서 생성된 상기 초음파를 전달하기 위한 매질을 수용하는 초음파수조; 를 포함하고,
    상기 액츄에이터부는,
    상기 성형부에서 형성되는 상기 3차원 입체출력물의 일부 부분과 결합되어 상기 3차원 입체출력물을 홀딩하는 빌드플랫폼;
    일측단이 상기 빌드플랫폼과 결합되고, 상기 빌드플랫폼을 지지하여 주는 암;
    길이방향이 상하방향이 되도록 직립 배치되고, 상기 암의 타측단과 역학적으로 연결되며, 상기 빌드플랫폼을 상향 또는 하향으로 이동시켜주기 위한 볼스크류;
    상기 볼스크류를 내재하며, 상기 성형부 측을 향하여 개방된 승하강홈이 형성되어 있고, 상기 볼스크류에 결합된 상기 암의 일부분이 상기 승하강홈을 통해 내측에 위치하고 있으며, 상기 볼스크류의 회전에 의해 상기 암 또는 상기 빌드플랫폼이 상기 승하강홈을 따라서 승강 또는 하강할 수 있도록 상기 볼스크류를 지지하는 실린더;
    상기 실린더의 하측단에 배치되어 상기 실린더와 연결되며, 상기 빌드플랫폼의 상향이동 또는 하향이동이 이루어질 수 있도록 상기 볼스크류를 회전시켜주는 상하구동장치; 및
    상기 상하구동장치의 하측에 위치하고, 상기 빌드플랫폼이 상기 성형부, 상기 세척부 및 상기 경화부 중 어느 하나의 상측으로 위치이동될 수 있도록 상기 실린더를 축회전시켜주는 회전구동장치; 를 포함하고,
    상기 액츄에이터부에 의하여 상기 3차원 입체출력물이 상기 성형부로부터 상기 세척부 측으로 또는 상기 세척부 측으로부터 상기 경화부 측으로 위치이동되는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 광조사부는
    상기 프레임부의 상기 베이스플레이트에 장착되며, 상기 성형부에서 상기 3차원 입체출력물을 형성시키기 위한 빛을 생성하는 광조사장치; 및
    상기 프레임부의 상기 베이스플레이트에 장착되며, 상기 광조사장치로부터 생성된 빛이 상기 성형부 측으로 조사되도록 반사시켜주는 미러장치; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 세척부에서 세척된 상기 3차원 입체출력물이 상기 액츄에이터부에 의하여 상기 세척부로부터 상기 경화부 측으로 위치이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 경화부는,
    상기 프레임부에 장착되고, 상기 3차원 입체출력물이 건조 또는 경화되는 경화공간을 형성하는 경화조; 및
    상기 경화조에 장착되며, 상기 경화조 내에 위치된 상기 3차원 입체출력물이 경화될 수 있도록 빛을 조사하여 주는 경화광원; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 경화조는 상측이 개방되어 있고, 바닥면의 적어도 일부분은 다수의 타공이 형성된 타공플레이트인 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 경화부는,
    상기 경화조 또는 상기 프레임부에 장착되며 상기 경화조 내의 온도 또는 상기 3차원 입체출력물의 온도를 상승시킴으로써 상기 경화조 내에 위치된 상기 3차원 입체출력물을 경화시키기 위한 히터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 경화부는,
    상기 경화조의 내측 또는 하측에 위치하여 상기 3차원 입체출력물이 건조 또는 경화되도록 상기 경화조 내에 바람을 형성시키는 경화팬; 및
    상기 경화조 또는 상기 프레임부에 장착되며 상기 경화팬의 회전에 의해 바람이 형성되도록 상기 경화팬을 회전시켜주는 경화팬모터; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 액츄에이터부는,
    일측단이 상기 암에 결합되고 타측단이 상기 볼스크류에 결합된 암보강대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 액츄에이터부는,
    상기 프레임부에 체결되고, 상기 실린더가 상기 프레임부에 대하여 직립된 상태를 유지할 수 있도록 상기 실린더를 받쳐주는 지지대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.

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