KR102089605B1 - 3D printer and 3D printing method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 3차원 프린터 및 이를 이용한 3차원 프린팅 방법에 관한 것으로서, 광경화성 소재가 수용된 성형 수조에 광을 조사하여 조형물을 성형할 수 있는 3차원 프린터 및 이를 이용한 3차원 프린팅 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional printer and a three-dimensional printing method using the same, which relates to a three-dimensional printer and a three-dimensional printing method using the same, which are capable of forming a molding by irradiating light to a molding tank containing a photocurable material.
일반적으로, 3차원 프린터는 광경화수지에 레이져 광을 주사하여 주사된 부분이 경화되는 원리를 이용한 SLA 방식(Stereo Lithography Apparatus)과, SLA 방식에서 광경화수지 대신에 기능성 고분자 또는 금속분말을 사용하며 레이져 광선을 주사하여 고결시켜 성형하는 원리를 이용한 SLS 방식(Slective Laser Sintering)과, FDM 방식(Fused Deposition Modeling)과, 광경화수지가 저장된 성형 수조의 하부로 광을 조사하여 부분적으로 경화되는 원리를 이용한 DLP 방식(Digital Light Processing)이 있다.In general, a 3D printer uses a functional polymer or metal powder instead of a photocurable resin in the SLA method (Stereo Lithography Apparatus) and the SLA method using the principle that the injected part is cured by injecting laser light into the photocurable resin. The principle of partially curing by irradiating light to the lower part of the forming tank in which SLS (Slective Laser Sintering), FDM (Fused Deposition Modeling), and photocurable resin are stored using the principle of shaping by injecting and curing laser light. There is a DLP method (Digital Light Processing) used.
이 중 DLP 방식의 3D 프린터에서 활용되는 종래의 성형 수조는, 바텀업(Bottom-up) 방식의 경우 DLP 프로젝터를 통한 광에너지의 공급이 성형 수조의 바닥면을 통하여 이루어져 투명한 소재가 활용되고 있다. 또한, 경화층이 형성되는 플랫폼과 성형 수조의 바닥면 사이의 액상의 광경화수지가 경화된 후 다음 경화층을 생성하기 위해 플랫폼을 상승 및 하강하는 단계가 수행되고 있다. 이때, 경화된 층은 성형 수조의 바닥면과 서로 붙어있어 이 접착면을 분리하는 단계가 필요하다. 이에 따라, 플랫폼의 단순 상승을 통하여 분리하거나, 성형 수조를 좌우로 틸팅(Tilting)시켜 분리하는 방법이 주로 활용되고 있다.Among these, in the conventional molding tank used in the 3D printer of the DLP method, in the case of the bottom-up method, the transparent material is utilized by supplying light energy through the DLP projector through the bottom surface of the molding tank. In addition, the step of raising and lowering the platform to produce the next cured layer is being performed after the liquid photocurable resin between the platform on which the cured layer is formed and the bottom surface of the forming tank is cured. At this time, the cured layer is adhered to the bottom surface of the molding tank, so a step of separating the adhesive surface is necessary. Accordingly, a method of separating through a simple rise of the platform, or separating by tilting the forming tank from side to side is mainly used.
그러나, 이러한 종래의 3차원 프린터는, 가공 면적이 크지 않은(200mm급 이내) 경우에는 플랫폼의 상승 높이가 높지 않고, 성형 수조의 틸팅 각도가 크지 않아도 경화층과 성형 수조의 바닥면의 분리가 쉽게 이루어 졌다. 그러나, 가공 면적이 큰(300mm급 이상) 경우에는 플랫폼의 상승 높이가 높아져야 하고 성형 수조의 틸팅 각도가 커져야함으로, 성형 수조의 바닥면(주로 FEP 필름)의 손상을 초래하거나 접착면 분리에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.However, in the case of such a conventional three-dimensional printer, when the processing area is not large (within 200 mm), the height of the platform is not high, and even if the tilting angle of the forming tank is not large, separation of the cured layer and the bottom surface of the forming tank is easy. Was done. However, when the processing area is large (300mm or more), the height of the platform must be increased and the tilting angle of the forming tank must be increased, which causes damage to the bottom surface (mainly FEP film) of the forming tank or takes a lot of time to separate the adhesive surface. There was a problem that it took.
또한, 최근 세라믹 기반의 광경화성 소재 등과 같이 유/무기물 입자와 광경화수지가 혼합된 복합 소재를 활용하는 경우, 미세 입자(Particle)들이 시간 경과에 따라 성형 수조 내에서 침강되는 현상이 나타남으로써, 프린팅이 완료된 출력물의 기계적 물성이 일정하지 않은 문제점이 있었다.In addition, when using a composite material in which organic / inorganic particles and a photo-curable resin are mixed, such as a ceramic-based photo-curable material, fine particles are settled in a forming water tank over time. There was a problem in that the mechanical properties of the printed output were not uniform.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 3차원 프린터의 가공 면적이 큰 경우에도 경화층과 성형 수조 바닥면 간의 접착층의 분리가 용이하고, 성형 수조 내에서 복합 소재의 혼합이 가능한 3차원 프린터 및 이를 이용한 3차원 프린팅 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The present invention is to solve a number of problems, including the above problems, even if the processing area of the three-dimensional printer is large, the separation of the adhesive layer between the cured layer and the bottom of the forming tank is easy, and the composite material in the forming tank An object of the present invention is to provide a 3D printer capable of mixing and a 3D printing method using the same. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 3차원 프린터가 제공된다. 상기 3차원 프린터는, 내부에 제 1 소재가 수용될 수 있도록 상부가 개방된 박스 형태로 형성되고, 외부로부터 조사광이 투과될 수 있도록 바닥면이 투명한 소재로 형성되는 성형 수조; 상기 성형 수조의 내부에 구비되어, 승하강 유닛에 의해 상기 성형 수조의 높이 방향으로 승하강 이동가능하게 설치되는 플랫폼; 상기 성형 수조의 하방에 설치되어, 상기 플랫폼의 하면에 소정 형상의 경화층이 형성될 수 있도록 상기 경화층의 상기 소정 형상과 대응되게 패터닝된 상기 조사광을 조사하는 광 조사부; 및 상기 성형 수조의 내부에 상기 성형 수조의 길이 방향으로 이동가능하게 설치되어, 상기 플랫폼에 상기 경화층이 형성된 후 상승 시, 상기 길이 방향으로 이동하면서 상기 경화층과 상기 성형 수조의 바닥면에 형성된 이형 필름 사이의 접착면을 분리하는 동시에 제 2 소재를 분사하는 리코터;를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a three-dimensional printer is provided. The three-dimensional printer is formed in the form of a box with an open top so that the first material can be accommodated therein, and a forming water tank formed of a transparent material with a bottom surface so that irradiated light can be transmitted from the outside; A platform provided inside the forming water tank and installed to move up and down in the height direction of the forming water tank by a lifting unit; A light irradiation unit installed under the molding tank and irradiating the irradiation light patterned to correspond to the predetermined shape of the cured layer so that a cured layer of a predetermined shape is formed on a lower surface of the platform; And formed inside the molding tank to be movable in the longitudinal direction of the molding tank, and formed on the bottom surface of the curing layer and the molding tank while moving in the longitudinal direction when the platform is raised after the curing layer is formed on the platform. It may include; separating the adhesive surface between the release film and at the same time spraying a second material.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 리코터는, 소정의 길이로 연장되게 형성되고 그 내부에 상기 제 2 소재가 유동하는 내부 유로가 형성되는 몸체; 및 상기 내부 유로에서 유동하는 상기 제 2 소재를 상기 경화층과 상기 바닥면 사이로 분사할 수 있도록, 상기 몸체의 일면에 형성되는 적어도 하나의 분사 노즐;을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the recoater is formed to extend to a predetermined length and a body in which an internal flow path through which the second material flows is formed; And at least one spray nozzle formed on one surface of the body so that the second material flowing in the internal flow path can be injected between the cured layer and the bottom surface.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 분사 노즐은, 상기 제 2 소재가 상기 리코터의 하방으로 분사될 수 있도록 상기 몸체의 하면에 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the injection nozzle may be formed on the lower surface of the body so that the second material can be injected downward of the recoater.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 몸체는, 상기 리코터가 상기 성형 수조의 상기 길이 방향으로 이동 시 상기 경화층과 상기 바닥면에 형성된 상기 이형 필름 사이의 상기 접착면을 용이하게 분리할 수 있도록, 상기 길이 방향을 기준으로 전면 및 후면에 형성되는 경사부;를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the body can easily separate the adhesive surface between the cured layer and the release film formed on the bottom surface when the recoater moves in the longitudinal direction of the molding tank. So, it may include; inclined portion formed on the front and rear based on the longitudinal direction.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 몸체는, 상기 리코터가 상기 성형 수조의 상기 길이 방향으로 이동 시 상기 성형 수조 내의 상기 제 1 소재와 상기 분사 노즐로 분사되는 상기 제 2 소재가 균일하게 교반될 수 있도록 상면에 돌출되게 형성되는 와류 발생부;를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the body, when the recoater moves in the longitudinal direction of the forming water tank, the first material in the forming water tank and the second material injected through the spray nozzle are uniformly stirred. It may include; a vortex generating portion formed to protrude on the upper surface so as to be.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 와류 발생부는, 상기 경화층과 상기 바닥면 사이에서 와류가 발생할 수 있도록, 상기 몸체의 상면에 나선형의 돌기 형상으로 돌출되게 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the vortex generation unit may be formed to protrude in a spiral projection shape on the upper surface of the body so that vortices may be generated between the cured layer and the bottom surface.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 성형 수조는, 상기 바닥면에 투명한 FEP(Fluorinated Ethylene Propylene copolymer) 필름이 상기 이형 필름으로 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the molded water tank, a transparent FEP (Fluorinated Ethylene Propylene copolymer) film on the bottom surface may be formed of the release film.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 소재 및 상기 제 2 소재는, 서로 다른 종류의 유/무기 소재 또는 동일한 종류의 광경화성 소재일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first material and the second material may be different types of organic / inorganic materials or photocurable materials of the same type.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 3차원 프린팅 방법이 제공된다. 상기 3차원 프린팅 방법은, 상기 광 조사부에 의해 패터닝된 상기 조사광을 상기 제 1 소재가 수용된 상기 성형 수조의 상기 바닥면으로 조사하여 상기 플랫폼의 하면에 제 1 경화층을 형성하는 제 1 경화층 형성 단계; 상기 제 1 경화층이 형성된 상기 플랫폼을 제 1 높이로 상승시키는 플랫폼 상승 단계; 상기 리코터를 상기 제 1 경화층과 상기 바닥면 사이를 횡단하도록 이동시켜, 상기 제 1 경화층과 상기 바닥면에 형성된 상기 이형 필름 사이의 상기 접착면을 분리하는 리코팅 단계; 상기 리코팅 단계 후 상기 플랫폼을 상기 제 1 높이 보다 낮은 제 2 높이로 하강시키는 플랫폼 하강 단계; 및 상기 광 조사부에 의해 패터닝된 상기 조사광을 상기 성형 수조의 상기 바닥면으로 조사하여 상기 제 1 경화층의 하면에 제 2 경화층을 형성하는 제 2 경화층 형성 단계;를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a three-dimensional printing method is provided. In the three-dimensional printing method, a first cured layer forming a first cured layer on a lower surface of the platform by irradiating the irradiated light patterned by the light irradiator to the bottom surface of the molding tank in which the first material is accommodated. Forming step; A platform raising step of raising the platform on which the first cured layer is formed to a first height; A recoating step of moving the recoater to traverse between the first cured layer and the bottom surface to separate the adhesive surface between the first cured layer and the release film formed on the bottom surface; A platform lowering step of lowering the platform to a second height lower than the first height after the re-coating step; And forming a second cured layer on the bottom surface of the first cured layer by irradiating the irradiated light patterned by the light irradiator to the bottom surface of the molding tank.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 리코팅 단계에서, 상기 리코터의 이동 시 상기 제 2 소재를 상기 성형 수조의 상기 바닥면을 향해 분사할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, in the recoating step, the second material may be sprayed toward the bottom surface of the shaping tank when the recoater is moved.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 플랫폼에 형성된 경화층과 성형 수조의 바닥면 사이를 횡단하도록 이동하는 리코터를 구비하여, 3차원 프린터의 가공 면적이 큰 경우에도 경화층과 성형 수조 바닥면의 형성된 이형 필름 간의 접착층의 분리가 용이하게 이루어질 수 있다.According to an embodiment of the present invention made as described above, provided with a recoater that moves to traverse between the cured layer formed on the platform and the bottom surface of the forming tank, even if the processing area of the three-dimensional printer is large, the cured layer and Separation of the adhesive layer between the mold release films formed on the bottom of the molding tank can be easily performed.
또한, 리코터가 경화층과 성형 수조의 바닥면을 횡단 시 광경화성 소재를 분사하면서 믹싱(Mixing)하여, 유/무기물 입자와 광경화수지가 혼합된 복합 소재로 이루어진 광경화성 소재의 미세 입자 들이 성형 수조 내에서 침강하는 것을 방지함으로써, 3차원 프린팅이 완료된 출력물의 기계적 물성이 일정하도록 하여 출력물의 품질을 높일 수 있는 효과를 가지는 3차원 프린터 및 이를 이용한 3차원 프린팅 방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.In addition, the fine particles of the photocurable material composed of a composite material in which the organic / inorganic particles and the photocurable resin are mixed by mixing while mixing the photocurable material when the recoater crosses the cured layer and the bottom surface of the molding tank. By preventing sedimentation in the forming tank, it is possible to implement a three-dimensional printer and a three-dimensional printing method using the same, which have the effect of increasing the quality of the output by keeping the mechanical properties of the output of which the three-dimensional printing is completed. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 3차원 프린터의 리코터의 상면을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2의 절취선 Ⅲ-Ⅲ을 따라 취한 단면을 개략적으로 나타내는 절단 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 프린팅 방법을 순서대로 나타내는 순서도이다.
도 5 내지 도 9는 도 4의 3차원 프린팅 방법을 단계적으로 나타내는 단면도들이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a three-dimensional printer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an upper surface of the recoater of the 3D printer of FIG. 1.
3 is a cross-sectional view schematically showing a cross-section taken along line III-III of FIG. 2.
4 is a flow chart sequentially showing a 3D printing method according to another embodiment of the present invention.
5 to 9 are cross-sectional views showing the 3D printing method of FIG. 4 step by step.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, various preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.The embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following embodiments can be modified in various other forms, and the scope of the present invention is as follows. It is not limited to the Examples. Rather, these embodiments are provided to make the present disclosure more faithful and complete, and to fully convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. In addition, the thickness or size of each layer in the drawings is exaggerated for convenience and clarity of explanation.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings schematically showing ideal embodiments of the present invention. In the drawings, for example, depending on the manufacturing technology and / or tolerance, deformations of the illustrated shape can be expected. Therefore, embodiments of the inventive concept should not be interpreted as being limited to a specific shape of the region shown in this specification, but should include, for example, a change in shape resulting from manufacturing.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2는, 도 1의 3차원 프린터의 리코터(40)의 상면을 개략적으로 나타내는 단면도이며, 도 3은 도 2의 절취선 Ⅲ-Ⅲ을 따라 취한 리코터(40)의 단면을 개략적으로 나타내는 절단 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a three-dimensional printer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an upper surface of the
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터는, 성형 수조(10)와, 플랫폼(20)과, 광 조사부(30)와 리코터(40)와, 승하강 유닛(50) 및 본체(60)를 포함할 수 있다.First, as shown in Figure 1, the three-dimensional printer according to an embodiment of the present invention, the
도 1에 도시된 바와 같이, 본체(60)는, 내부에 광 조사부(30)가 설치될 수 있도록 내부 공간이 형성되는 구조체일 수 있다. 또한, 본체(60)의 상면에는 광 조사부(30)로부터 조사된 조사광(L)이 본체(60)의 외부로 조사될 수 있도록 관통부(61) 또는 투명창이 형성될 수 있다.As shown in FIG. 1, the
성형 수조(10)는, 내부에 제 1 소재(M1)가 수용될 수 있도록 상부가 개방된 박스 형태로 형성되고, 외부로부터 조사광(L)이 투과될 수 있도록 바닥면(11)이 투명한 소재로 형성될 수 있다. 예컨대, 성형 수조(10)는, 본체(60)의 상측에 관통부(61)와 대응되는 위치에 설치되어, 관통부(61)를 통해 조사되는 조사광(L)이 투명한 바닥면(11)을 통해 성형 수조(10)의 내부로 조사될 수 있다.The
이때, 성형 수조(10)의 바닥면(11)은, 투명한 FEP(Fluorinated Ethylene Propylene copolymer) 필름이 이형 필름(11a)으로 형성될 수 있다. 이러한, FEP 필름은, 마찰 계수가 매우 작고, 내마모성이 뛰어나며, 비 점착성이 우수하여 거의 모든 물질이 달라붙지 않으며 점착성이 강한 재료의 경우도 쉽게 분리되는 성질을 가지고 있으므로, 경화층(C)과 성형 수조(10)의 바닥면(11)의 원활한 분리를 위해서 성형 수조(10)의 바닥면(11)에 부착되는 이형 필름(11a)으로서 적합할 수 있다.At this time, the
따라서, 후술될 리코터(40)가 경화층(C)과 바닥면(11) 사이를 횡단하면서 경화층(C)과 바닥면(11)에 형성된 이형 필름(11a) 사이의 접착면을 분리하는 리코팅 시, 리코터(40)와 이형 필름(11a)이 접촉한 상태로 이동하더라도 이형 필름(11a)과 리코터(40) 사이에 마찰이 거의 일어나지 않으며, 마모 또한 거의 발생하지 않아 이형 필름(11a)의 사용 수명이 길어질 수 있다. 또한, 비 점착성이 우수하여 경화층(C)과 이형 필름(11a)의 분리 또한 용이하게 이루어질 수 있다.Therefore, while the
플랫폼(20)은, 성형 수조(10)의 내부에 구비되어, 승하강 유닛(50)에 의해 성형 수조(10)의 높이 방향으로 승하강 이동가능하게 설치될 수 있다. 예컨대, 플랫폼(20)은 소정의 두께를 갖는 사각의 플레이트 형상으로 형성되며, 본체(60)의 일측에 설치된 승하강 유닛(50)에 의해 성형 수조(10)의 바닥면(11)으로부터 상방으로 이동될 수 있다. The
따라서, 플랫폼(20)은, 광 조사부(30)로부터 조사된 조사광(L)에 의해 성형 수조(10) 내부의 제 1 소재(M1) 중 일부가 경화되어 플랫폼(20)의 하면에 경화층(C)이 형성되고, 다음 경화층 형성을 위해 성형 수조(10) 내부에서 상승 및 하강을 할 수 있다.Therefore, the
광 조사부(30)는, 성형 수조(10)의 하방에 설치되어, 플랫폼(20)의 하면에 소정 형상의 경화층(C)이 형성될 수 있도록, 경화층(C)의 상기 소정 형상과 대응되게 패터닝된 조사광(L)을 조사할 수 있다.The
더욱 구체적으로, 광 조사부(30)는, 본체(60)의 내부에 설치되어 관통부(61)를 통해 성형 수조(10)를 향하여 조사광(L)을 조사하는 광원(31)과, 성형 수조(10)와 광원(31) 사이에 설치되어 출력하고자 하는 출력물의 횡단면 이미지에 대응되는 조사광(L)이 조사될 수 있도록, 광원(31)으로부터 조사되는 조사광(L)을 선택적으로 투광 또는 차광하여 소정 형상으로 패터닝하는 액정표시부재(32) 및 광원(31)의 하부에 설치되어 광원(31)에서 발생되는 열을 배출하는 복수의 냉각핀(33)을 포함할 수 있다.More specifically, the
리코터(40)는, 리니어 액추에이터(A)에 의해 성형 수조(10)의 내부에서 성형 수조(10)의 길이 방향으로 이동가능하게 설치되어, 플랫폼(20)에 경화층(C)이 형성된 후 상승 시, 길이 방향으로 이동하면서 경화층(C)과 성형 수조(10)의 바닥면(11)에 형성된 이형 필름(11a) 사이의 접착면을 분리하는 동시에 제 2 소재(M2)를 분사할 수 있다.The
더욱 구체적으로, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 리코터(40)의 몸체(41)는, 소정의 길이로 연장되게 형성되고 그 내부에 제 2 소재(M2)가 유동하는 내부 유로(41a)가 형성될 수 있다. 또한, 몸체(41)의 상면 일측에는 몸체(41)와 수직한 방향으로 연결 로드(40a)가 설치되어 리코터(40)를 구동하는 리니어 액추에이터(A)와 연결될 수 있다. 아울러, 도시되진 않았지만 몸체(41)의 타측에는 외부의 소재 공급 장치와 연결되는 소재 공급관이 연결되어, 상기 소재 공급 장치로부터 제 2 소재(M2)를 공급받아 내부 유로(41a)로 유동시킬 수 있다.More specifically, as shown in FIGS. 2 and 3, the
또한, 리코터(40)의 몸체(41)는, 리코터(40)가 성형 수조(10)의 길이 방향으로 이동하면서 경화층(C)과 바닥면(11) 사이를 횡단 시 경화층(C)과 이형 필름(11a) 사이의 접착면이 용이하게 분리될 수 있도록, 상기 길이 방향을 기준으로 전면 및 후면에 경사부(41b)가 형성되어, 몸체(41)의 전단과 후단이 뾰족한 형상의 첨단(尖端)으로 형성될 수 있다.In addition, the
또한, 리코터(40)는, 몸체(40)의 내부 유로(41a)에서 유동하는 제 2 소재(M2)를 경화층(C)과 바닥면(11) 사이로 분사할 수 있도록, 몸체(41)의 일면에 적어도 하나의 분사 노즐(42)이 형성될 수 있다. 이러한, 분사 노즐(42)은, 제 2 소재(M2)가 리코터(40)의 하방으로 분사될 수 있도록 몸체(41)의 하면에 형성될 수 있으며, 분사 노즐(42)의 형상은, 원형이나 사각 또는 슬릿 형상의 분사구가 일렬로 연속되게 배치되거나, 하나의 슬릿으로 길게 형성될 수 있다.In addition, the
아울러, 리코터(40)의 몸체(41)는, 리코터(40)가 성형 수조(10)의 길이 방향으로 이동하여 경화층(C)과 바닥면(11) 사이를 횡단 시 성형 수조(10) 내의 제 1 소재(M1)와 분사 노즐(42)로 분사되는 제 2 소재(M2)가 균일하게 교반될 수 있도록 그 상면에 돌출되게 형성되는 와류 발생부(41c)를 포함할 수 있다. 예컨대, 와류 발생부(41c)는, 경화층(C)과 바닥면(11) 사이에서 와류가 강하게 발생할 수 있도록, 몸체(41)의 상면에 나선형의 돌기 형상으로 돌출되게 형성될 수 있다.In addition, the
따라서, 리코터(40)는, 성형 수조(10)의 길이 방향으로 이동하여 경화층(C)과 바닥면(11) 사이를 횡단하면서, 뾰족한 형상의 첨단으로 경화층(C)과 이형 필름(11a) 사이의 접착면을 분리할 수 있다.Therefore, the
이때, 리코터(40)의 하방으로 제 2 소재(M2)가 분사되고, 분사된 제 2 소재(M2)가 바닥면(11)과 충돌하면서 경화층(C)과 바닥면(11) 사이를 횡단하는 리코터(40)의 후방으로 와류가 발생될 수 있다. 이와 같이 발생한 와류는, 리코터(40) 몸체(41)의 상면에 형성된 와류 발생부(41c)에 의해 그 흐름이 더욱 가속화될 수 있으며, 이에 따라, 성형 수조(10) 내의 제 1 소재(M1)와 분사 노즐(42)로 분사되는 제 2 소재(M2)의 교반이 균일하게 일어날 수 있다.At this time, the second material (M2) is injected under the
성형 수조(10) 내에서 리코터(40)에 의해 교반되는 제 1 소재(M1) 및 제 2 소재(M2)는, 서로 다른 종류의 유/무기 소재 또는 동일한 종료의 광경화성 소재가 사용될 수 있다. 예컨대, 제 1 소재(M1) 및 제 2 소재(M2)는, 세라믹 기반의 광경화성 소재 등과 같은 유/무기물 입자와 광경화 수지가 혼합된 액상의 복합 소재로서, 서로 다른 성분의 유/무기 소재로 형성되거나 동일한 성분의 광경화성 소재로 형성될 수 있다.As the first material M1 and the second material M2, which are stirred by the
이하에서는 상술한 3차원 프린터를 이용한 3차원 프린팅 방법에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, a three-dimensional printing method using the above-described three-dimensional printer will be described in detail.
도 4에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 프린팅 방법을 순서대로 나타내는 순서도가 도시되어 있고, 도 5 내지 도 9에는 도 4의 순서도에 도시된 3차원 프린팅 방법을 단계적으로 나타내는 단면도들이 도시되어 있다.4 is a flowchart illustrating a 3D printing method according to another embodiment of the present invention in order, and FIGS. 5 to 9 are cross-sectional views showing the 3D printing method illustrated in the flowchart of FIG. 4 step by step. have.
먼저, 도 4를 참조하면, 상기 3차원 프린팅 방법은, 제 1 경화층 형성 단계(S10)와, 플랫폼 상승 단계(S20)와, 리코팅 단계(S30)와, 플랫폼 하강 단계(S40) 및 제 2 경화층 형성 단계(S50) 순으로 이루어질 수 있다.First, referring to FIG. 4, the three-dimensional printing method includes a first hardening layer forming step (S10), a platform raising step (S20), a recoating step (S30), and a platform lowering step (S40) and a first step. 2 may be formed in the order of forming the cured layer (S50).
예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 경화층 형성 단계(S10)에서 광 조사부(30)에 의해 패터닝된 조사광(L)을 제 1 소재(M1)가 수용된 성형 수조(10)의 바닥면(11)으로 조사하여 플랫폼(20)의 하면에 제 1 경화층(C)을 형성할 수 있다. 이때, 경화된 제 1 경화층(C1)은 성형 수조(10)의 바닥면(11)에 형성된 이형 필름(11a)과 접착되어 있다.For example, as shown in FIG. 5, the bottom of the
이에 따라, 도 6에 도시된 바와 같이, 플랫폼 상승 단계(S20)에서, 다음 경화층의 형성을 위하여 제 1 경화층(C1)이 형성된 플랫폼(20)을 제 1 높이(H1)로 상승시키면, 바닥면(11)에 형성된 이형 필름(11a) 중 제 1 경화층(C1)과 접착된 이형 필름(11a) 부분도 제 1 경화층(C)과 함께 상승될 수 있다.Accordingly, as shown in FIG. 6, in the platform raising step (S20), when the
이어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 리코팅 단계(S30)에서, 리코터(40)를 제 1 경화층(C1)과 바닥면(11) 사이를 횡단하도록 이동시켜, 제 1 경화층(C)과 이형 필름(11a) 사이의 접착면을 분리할 수 있다.Subsequently, as shown in FIG. 7, in the recoating step (S30), the
이때, 리코터(40)가 제 1 경화층(C1)과 바닥면(11) 사이를 횡단하면서 외부의 소재 공급 장치(70)로부터 제 2 소재(M2)를 공급받아 제 2 소재(M2)를 성형 수조(10)의 바닥면(11)을 향해 분사할 수 있으며, 분사된 제 2 소재(M2)가 바닥면(11)과 충돌하여 다시 상승하면서 리코터(40)의 몸체(41)의 상면 방향으로 유동되고, 몸체(41) 상면에 형성된 와류 발생부(41c)에 의해 와류의 흐름을 가짐으로써, 기존에 성형 수조(10) 내에 존재하는 제 1 소재(M1)와 균일하게 교반될 수 있다.At this time, while the
이어서, 도 8에 도시된 바와 같이, 플랫폼 하강 단계(S40)에서, 플랫폼(20)을 제 1 높이(H1) 보다 낮은 제 2 높이(H2)로 하강시킬 수 있다. 이때, 제 2 높이(H2)는, 새로운 경화층이 경화되는 두께와 동일한 높이일 수 있다.Subsequently, as illustrated in FIG. 8, in the platform lowering step S40, the
이어서, 도 9에 도시된 바와 같이, 제 2 경화층 형성 단계(S50)에서, 광 조사부(30)에 의해 패터닝된 조사광(L)을 성형 수조(10)의 바닥면(11)으로 조사하여 제 1 경화층(C1)의 하면에 새로운 제 2 경화층(C2)을 형성할 수 있다. 이러한, 경화층(C1, C2)은, 3차원 프린팅하여 형성되는 출력물의 횡단면을 이룰 수 있으며, 상술한 단계를 반복하여 실행하여 복수의 경화층을 계속해서 적층함으로써, 상기 출력물을 출력할 수 있다.Subsequently, as shown in FIG. 9, in the second curing layer forming step (S50), the irradiation light L patterned by the
따라서, 본 발명의 여러 실시예들에 따른 3차원 프린터 및 이를 이용한 3차원 프린팅 방법에 따르면, 플랫폼(20)에 형성된 경화층(C)과 성형 수조(10)의 바닥면(11) 사이를 횡단하도록 이동하는 리코터(40)를 구비하여, 3차원 프린터의 가공 면적이 큰 경우에도 경화층(C)과 성형 수조(10)의 바닥면(11)에 형성된 이형 필름(11a) 간의 접착층의 분리가 용이하게 이루어질 수 있다.Accordingly, according to the three-dimensional printer and the three-dimensional printing method using the same according to various embodiments of the present invention, traversing between the cured layer (C) formed on the
또한, 리코터(40)가 경화층(C)과 성형 수조(10)의 바닥면(11)을 횡단 시 광경화성 소재를 분사하면서 믹싱(Mixing)하여, 유/무기물 입자와 광경화수지가 혼합된 복합 소재로 이루어진 광경화성 소재의 미세 입자 들이 성형 수조 내에서 침강하는 것을 방지함으로써, 3차원 프린팅이 완료된 출력물이 유/무기물 입자가 균일한 경화층(C)으로 형성되어 기계적 물성이 일정하도록 하여 출력물의 품질을 높일 수 있는 효과를 가질 수 있다.In addition, when the
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
10: 성형 수조
11: 바닥면
11a: 이형 필름
20: 플랫폼
30: 광 조사부
40: 리코터
50: 승하강 유닛
60: 본체
70: 소재 공급 장치
M1: 제 1 소재
M2: 제 2 소재
L: 조사광
C: 경화층10: molding tank
11: bottom surface
11a: release film
20: Platform
30: light irradiation unit
40: Recoater
50: elevating unit
60: body
70: material feeder
M1: first material
M2: second material
L: irradiation light
C: hardened layer
Claims (10)
상기 성형 수조의 내부에 구비되어, 승하강 유닛에 의해 상기 성형 수조의 높이 방향으로 승하강 이동가능하게 설치되는 플랫폼;
상기 성형 수조의 하방에 설치되어, 상기 플랫폼의 하면에 소정 형상의 경화층이 형성될 수 있도록 상기 경화층의 상기 소정 형상과 대응되게 패터닝된 상기 조사광을 조사하는 광 조사부; 및
상기 성형 수조의 내부에 상기 성형 수조의 길이 방향으로 이동가능하게 설치되어, 상기 플랫폼에 상기 경화층이 형성된 후 상승 시, 상기 길이 방향으로 이동하면서 상기 경화층과 상기 성형 수조의 바닥면에 형성된 이형 필름 사이의 접착면을 분리하는 동시에 제 2 소재를 분사하는 리코터;를 포함하고,
상기 리코터는,
소정의 길이로 연장되게 형성되고 그 내부에 상기 제 2 소재가 유동하는 내부 유로가 형성되는 몸체; 및
상기 내부 유로에서 유동하는 상기 제 2 소재를 상기 경화층과 상기 바닥면 사이로 분사할 수 있도록, 상기 몸체의 일면에 형성되는 적어도 하나의 분사 노즐;을 포함하고,
상기 몸체는,
상기 리코터가 상기 성형 수조의 상기 길이 방향으로 이동 시 상기 성형 수조 내의 상기 제 1 소재와 상기 분사 노즐로 분사되는 상기 제 2 소재가 균일하게 교반될 수 있도록 상면에 돌출되게 형성되는 와류 발생부;를 포함하고,
상기 와류 발생부는,
상기 경화층과 상기 바닥면 사이에서 와류가 발생할 수 있도록, 상기 몸체의 상면에 나선형의 돌기 형상으로 돌출되게 형성되는, 3차원 프린터.A forming water tank formed in a box shape with an open top so that the first material can be accommodated therein, and a transparent material having a bottom surface so that irradiated light can be transmitted from the outside;
A platform provided inside the forming water tank and installed to move up and down in the height direction of the forming water tank by a lifting unit;
A light irradiation unit installed below the molding tank and irradiating the irradiation light patterned to correspond to the predetermined shape of the cured layer so that a cured layer of a predetermined shape is formed on a lower surface of the platform; And
When the molded water tank is installed to be movable in the longitudinal direction of the molded water tank and is formed after the cured layer is formed on the platform, the molded water tank moves in the longitudinal direction while being formed in the cured layer and the molded water tank. Includes; a separator to separate the adhesive surface between the films while spraying the second material;
The recoater,
A body formed to extend to a predetermined length and having an inner flow path through which the second material flows; And
It includes; at least one spray nozzle formed on one surface of the body, so that the second material flowing in the inner flow path can be injected between the hardened layer and the bottom surface;
The body,
A vortex generator formed to protrude on an upper surface so that the first material in the forming water tank and the second material injected through the spray nozzle are uniformly stirred when the recoater moves in the longitudinal direction of the forming water tank; Including,
The vortex generation unit,
A three-dimensional printer that is formed to protrude in a spiral projection shape on the upper surface of the body, so that a vortex may occur between the cured layer and the bottom surface.
상기 분사 노즐은,
상기 제 2 소재가 상기 리코터의 하방으로 분사될 수 있도록 상기 몸체의 하면에 형성되는, 3차원 프린터.According to claim 1,
The injection nozzle,
A three-dimensional printer that is formed on the lower surface of the body so that the second material can be injected downward of the recoater.
상기 몸체는,
상기 리코터가 상기 성형 수조의 상기 길이 방향으로 이동 시 상기 경화층과 상기 바닥면에 형성된 상기 이형 필름 사이의 상기 접착면을 용이하게 분리할 수 있도록, 상기 길이 방향을 기준으로 전면 및 후면에 형성되는 경사부;
를 포함하는, 3차원 프린터.According to claim 1,
The body,
When the recoater moves in the longitudinal direction of the molding tank, it is formed on the front and rear surfaces based on the longitudinal direction so that the adhesive surface between the cured layer and the release film formed on the bottom surface can be easily separated. Becoming inclined portion;
Including, 3D printer.
상기 성형 수조는,
상기 바닥면에 투명한 FEP(Fluorinated Ethylene Propylene copolymer) 필름이 상기 이형 필름으로 형성되는, 3차원 프린터.According to claim 1,
The molding tank,
A three-dimensional printer wherein a transparent FEP (Fluorinated Ethylene Propylene copolymer) film is formed on the bottom surface as the release film.
상기 제 1 소재 및 상기 제 2 소재는,
서로 다른 종류의 유/무기 소재 또는 동일한 종류의 광경화성 소재인, 3차원 프린터.According to claim 1,
The first material and the second material,
A 3D printer that is a different kind of organic / inorganic material or the same type of photocurable material.
상기 광 조사부에 의해 패터닝된 상기 조사광을 상기 제 1 소재가 수용된 상기 성형 수조의 상기 바닥면으로 조사하여 상기 플랫폼의 하면에 제 1 경화층을 형성하는 제 1 경화층 형성 단계;
상기 제 1 경화층이 형성된 상기 플랫폼을 제 1 높이로 상승시키는 플랫폼 상승 단계;
상기 리코터를 상기 제 1 경화층과 상기 바닥면 사이를 횡단하도록 이동시켜, 상기 제 1 경화층과 상기 바닥면에 형성된 상기 이형 필름 사이의 상기 접착면을 분리하는 리코팅 단계;
상기 리코팅 단계 후 상기 플랫폼을 상기 제 1 높이 보다 낮은 제 2 높이로 하강시키는 플랫폼 하강 단계; 및
상기 광 조사부에 의해 패터닝된 상기 조사광을 상기 성형 수조의 상기 바닥면으로 조사하여 상기 제 1 경화층의 하면에 제 2 경화층을 형성하는 제 2 경화층 형성 단계;
를 포함하는, 3차원 프린팅 방법.A three-dimensional printing method using a three-dimensional printer according to any one of claims 1, 3, 4, 7 and 8,
Forming a first cured layer on the bottom surface of the platform by irradiating the irradiation light patterned by the light irradiation unit to the bottom surface of the molding tank in which the first material is accommodated;
A platform raising step of raising the platform on which the first cured layer is formed to a first height;
A recoating step of moving the recoater to traverse between the first cured layer and the bottom surface to separate the adhesive surface between the first cured layer and the release film formed on the bottom surface;
A platform lowering step of lowering the platform to a second height lower than the first height after the re-coating step; And
Forming a second cured layer on the bottom surface of the first cured layer by irradiating the irradiated light patterned by the light irradiator onto the bottom surface of the molding tank;
Including, 3D printing method.
상기 리코팅 단계에서,
상기 리코터의 이동 시 상기 제 2 소재를 상기 성형 수조의 상기 바닥면을 향해 분사하는, 3차원 프린팅 방법.The method of claim 9,
In the recoating step,
3D printing method of spraying the second material toward the bottom surface of the molding tank when the recoater is moved.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |