KR102120561B1 - 장인 기술을 구현하는 3d 프린터 및 3d 프린팅 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 장인 기술을 구현하는 3D 프린터 및 3D 프린팅 시스템은, 액체 광경화 수지를 수용하는 배트; 상기 배트에 단층 이미지에 대응하는 패턴 광을 조사하여 상기 액체 광경화 수지를 경화시키는 프로젝터; 상기 액체 광경화 수지가 경화됨에 따라 조형되는 출력물을 지지하는 빌드 플랫폼; 및 상기 프로젝터와 상기 빌드 플랫폼을 제어하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로젝터는, 광원인 복수의 라이트 소스와, 상기 라이트 소스에서 발광된 광을 집광하는 컨덴싱 렌즈와, 상기 집광된 광을 단층 이미지에 대응하는 패턴 광으로 투영하는 프로젝션 패널을 포함하고, 상기 프로세서는, 기등록된 복수의 장인들 각각의 예술품에 대한 3D 모델 도면정보를 기반으로 상기 프로젝터와 상기 빌드 플랫폼을 제어한다.

Description

장인 기술을 구현하는 3D 프린터 및 3D 프린팅 시스템{3D PRINTER AND 3D PRINTING SYSTEM THAT IMPLEMENTING TECHNOLOGY OF CRAFTSMAN}

본 발명은 장인 기술을 구현하는 3D 프린터 및 3D 프린팅 시스템에 관한 것이다.

보다 상세하게는, 광의 강도를 향상시키면서도 광을 일정하게 조사하는 프로젝션을 통해 빠르고 정밀하게 3차원 물체를 출력하여 장인 기술을 구현하는 3D 프린터 및 3D 프린팅 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 3차원 입체 형상을 가진 시제품을 제작하기 위해서는 도면에 의존하여 수작업에 의해 이루어지는 목합 제작 방식과 CNC 밀링에 의한 제작 방법 등이 널리 알려져 있다.

그러나 목합 제작 방식은 수작업에 의하므로 정교한 수치제어가 어렵고 많은 시간이 소요되며, CNC 밀링에 의한 제작 방법은 정교한 수치제어가 가능하지만 공구 간섭으로 인해 가공하기 어려운 형상이 많다.

따라서, 최근에는 제품의 디자이너 및 설계자가 CAD를 이용하여 3차원 모델링 데이터를 생성하고, 생성한 데이터를 이용하여 3차원 입체 형상의 시제품을 제작하는 이른바 3차원 프린팅 방법이 등장하게 되었으며, 이러한 3D 프린터를 산업, 생활, 의학 등 다양한 분야에서 활용하고 있다.

이러한 3D 프린터는, 광경화수지에 레이져 광을 주사하여 주사된 부분이 경화되는 원리를 이용한 SLA 방식(StereoL ithography Apparatus)과, SLA 방식에서 광경화수지 대신에 기능성 고분자 또는 금속분말을 사용하며 레이저 광선을 주사하여 고결시켜 성형하는 원리를 이용한 SLS방식(Slective Laser Sintering)과, FDM방식(Fused Deposition Modeling)과, 광경화수지가 저장된 저장조의 하부로 광을 조사하여 부분적으로 경화되는 원리를 이용한 DLP방식(Digital Light Processing)이 있다.

이 중 DLP 방식의 3D 프린터는, 표면 품질이 매우 우수하여 정밀한 3차원 입체 조형물을 출력할 수 있으며, 층단위로 입체 조형물을 생성하여 출력속도가 빠른 장점이 있다.

그러나 DLP 방식의 3D 프린터는, 대형 사이즈의 3차원 물체를 정교하게 출력하기 어려운 문제가 있다. 그 이유는, 대형 사이즈로 물체를 출력하기 위해서는 물체의 크기에 맞는 패턴 광을 조사할 필요하 있는데, 패턴 광의 조사 영역이 넓어질 경우 광 강도(intensity)가 감소하고 균일한 패턴 광을 조사하기 어려워 왜곡이 발생하거나, 광경화수지의 경화가 제대로 이루어지지 않아 출력속도가 떨어지는 문제가 있다.

또한, DLP 방식의 3D 프린터에는 액체 광경화수지를 담는 배트(VAT)가 있는데, 패턴 광 조사에 따라 경화된 레진층과 배트의 바닥면과의 접착을 방지하기 위해 배트의 바닥면에는 탄성이 있는 투명 코팅제로 코팅하거나 탄성 투명필름을 씌워 경화된 레진층과 배트의 원활한 떨어지도록 할 수 있다.

그러나 이러한 탄성 코팅제와 탄성 필름은, 3D 프린팅이 이루어짐에 따라서 손상되거나 탁해지는 등의 문제로 수명이 짧아 소정의 프린팅 이후에는 제거 후 다시 코팅을 해야하는데, 코팅을 수행하는 작업은 많은 시간과 노력이 소모되므로 3D 프린터의 생산성이 떨어지는 문제가 발생한다.

KR 10-1533374 B1

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 패턴 광의 광 강도를 향상시키면서도 광을 균일하게 조사하는 프로젝터를 통해 크기에 제한 없이 정교한 3차원 물체를 빠르게 프린팅할 수 있는 3D 프린터 및 3D 프린팅 시스템을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은, 강도가 높은 패턴 광으로 빠르게 경화된 레진층 원활하게 분리되면서도 수명이 향상된 배트를 통해 프린팅 속도를 더욱 향상시킬 수 있는 3D 프린터 및 3D 프린팅 시스템을 제안하고자 한다.

더하여, 본 발명은, 3D 프린팅을 하는 과정에서의 위치적/시간적/기술적 제약을 최소화하기 위해 외부 장치 및 서버와 연동할 수 있는 3D 프린터 및 3D 프린팅 시스템을 제공하고자 한다.

다만, 본 발명 및 본 발명의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 장인 기술을 구현하는 3D 프린터 및 3D 프린팅 시스템은, 액체 광경화 수지를 수용하는 배트; 상기 배트에 단층 이미지에 대응하는 패턴 광을 조사하여 상기 액체 광경화 수지를 경화시키는 프로젝터; 상기 액체 광경화 수지가 경화됨에 따라 조형되는 출력물을 지지하는 빌드 플랫폼; 및 상기 프로젝터와 상기 빌드 플랫폼을 제어하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로젝터는, 광원인 복수의 라이트 소스와, 상기 라이트 소스에서 발광된 광을 집광하는 컨덴싱 렌즈와, 상기 집광된 광을 단층 이미지에 대응하는 패턴 광으로 투영하는 프로젝션 패널을 포함하고, 상기 프로세서는, 기등록된 복수의 장인들 각각의 예술품에 대한 3D 모델 도면정보를 기반으로 상기 프로젝터와 상기 빌드 플랫폼을 제어한다.

이때, 상기 컨덴싱 렌즈는, 상기 복수의 입사면과 하나의 출사면을 포함하는 집광렌즈를 포함하고, 상기 복수의 라이트 소스는, 각각 서로 다른 입사면에 광을 출사하고, 상기 집광렌즈는, 상기 입사면에 입사된 광을 상기 하나의 출사면으로 안내하는 복수의 광 패스를 포함한다.

또한, 상기 복수의 광 패스는, 인접한 집광렌즈의 일부와 다른 매질로 형성된다.

한편, 상기 프로젝션 패널은, 마이크로 미러 방식(DMD) 및 액정(LED)에 의한 직접 조사방식 중 어느 하나의 방식을 기반으로 상기 컨덴싱 렌즈에서 출사된 광을 상기 단층 이미지에 대응하는 패턴 광으로 변환한다.

또한, 상기 배트는, 상기 패턴 광을 투광하는 이형성 코팅제 또는 이형성 소재로 형성된 바닥부와, 상기 바닥부를 둘러싸는 측면부와, 상기 바닥부를 상기 측면부에 착탈 가능하게 결합시키는 결합부를 포함하고, 상기 배트의 내측 바닥면 상에 배치되며, 복수의 홀이 메쉬 구조로 형성된 글라스 플레이트를 더 포함하며, 상기 측면부는, 상기 글라스 플레이트를 고정시키고 상기 글라스 플레이트 측으로 공기를 투과한다.

여기서, 상기 빌드 플랫폼은, 상기 배트 내에서 광경화수지가 경화됨에 따라 조형되는 출력 물체를 지지하는 빌드 플레이트와, 빌드 플레이트를 승강 시키는 승강 모터를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 빌드 플레이트를 상기 단층 이미지에 대한 레이어 높이만큼 원 스텝으로 상승시키도록 상기 승강 모터를 제어한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 장인 기술을 구현하는 3D 프린터 및 3D 프린팅 시스템은, 상기 장인 기술을 구현하는 3D 프린터; 및 제 1 서버;를 포함하고, 상기 3D 프린터는 상기 제 1 서버와 데이터를 송수신하는 통신부;를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 제 1 서버로부터 기등록된 복수의 장인들 각각의 예술품에 대한 3D 모델 도면정보를 수신하고, 수신한 상기 3D 모델 도면정보를 기반으로 상기 프로젝터와 상기 빌드 플렛폼을 제어하며, 상기 제 1 서버는, 기설정된 기준을 만족하는 상기 복수의 장인들의 예술품 정보를 제 2 서버 및 외부 장치 중 적어도 어느 하나로부터 획득하고, 상기 획득한 예술품 정보를 기반으로 상기 예술품에 대한 3D 모델 도면정보를 생성하며, 생성한 상기 3D 모델 도면정보를 상기 통신부로 송신하고, 상기 제 1 서버는, 상기 예술품 정보 및 상기 3D 모델 도면정보 중 적어도 어느 하나를 사용자 단말로 송신하고, 상기 사용자 단말로부터 상기 사용자가 상기 3D 프린터를 통해 출력하려는 특정 예술품에 대한 선택정보를 수신하고, 수신한 상기 선택정보를 기반으로 상기 통신부로 송신할 상기 3D 모델 도면정보를 판정한다.

본 발명의 실시예에 따른 장인 기술을 구현하는 3D 프린터 및 3D 프린팅 시스템은, 높은 강도의 패턴 광을 균일하게 조사하는 프로젝터를 제공함으로써, 크기에 제한 없이 정교한 3차원 물체를 빠르게 프린팅할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 장인 기술을 구현하는 3D 프린터 및 3D 프린팅 시스템은, 높은 강도의 패턴 광에 의해 빠르게 경화된 레진층과 원활하게 분리되면서도 수명이 향상된 배트를 통해 생산성을 향상시킬 수 있다.

더하여, 본 발명의 실시예에 따른 장인 기술을 구현하는 3D 프린터 및 3D 프린팅 시스템은, 외부 장치 및 서버와 연동한 3D 프린팅 작업을 제공함으로써, 3D 프린팅을 하는 과정에서의 위치적/시간적/기술적 제약을 최소화할 수 있다.

다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있다.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 장인 기술을 구현하여 3D 프린팅 결과물을 생성하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1b은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터의 개략적인 구조를 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터의 출력과정을 나타내는 플로우차트이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 패턴 광 조사과정을 나타내는 플로우차트이다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 라이트 소스에서 출력된 광을 집광하는 컨덴싱 렌즈를 나타낸다.
도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 라이트 소스에서 출력된 광을 집광하는 컨덴싱 렌즈를 나타낸다.
도 5c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복수의 라이트 소스에서 출력된 광을 집광하는 컨덴싱 렌즈를 나타낸다.
도 5d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복수의 라이트 소스에서 출력된 광을 집광하는 컨덴싱 렌즈를 나타낸다.
도 5e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복수의 라이트 소스에서 출력된 광을 집광하는 컨덴싱 렌즈를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 프로젝션 패널의 일부를 확대한 모습을 나타낸다.
도 7a와 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 물체를 이루는 하나의 레진층을 형성하는 모습을 나타내는 도면들이다.
도 8a는 본 발명의 실시예에 따른 배트의 단면도이다.
도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배트의 단면도이다.
도 8c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배트의 단면도이다.
도 8d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배트의 단면도이다.
도 8e는 도 8c와 도 8d의 글라스 플레이트의 다양한 일례를 도시한 도면이다.
도 9는 최종적으로 3차원 물체가 출력된 모습을 나타낸다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. 또한, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

- 3D 프린팅 시스템

도 1b은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템을 나타내는 블록도이다.

도 1b을 참조하면, 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템은, 3D 스캐너(30), 3D 모델링 컴퓨터(20), 3D 프린터(10), 장인기술 관리서버(40) 및 단말(50)을 포함할 수 있다.

먼저, 3D 스캐너(30)는, 출력할 대상물을 3차원 스캔하여 3D 모델 도면을 생성하기 위한 형상 정보를 획득하고, 획득한 형상 정보를 기반으로 3D 모델 도면정보를 생성할 수 있다.

또한, 3D 스캐너(30)는, 장인기술 관리서버(40)와 연동하여 3D 모델 도면정보를 송수신할 수 있다. 즉, 3D 스캐너(30)는, 자체에서 생성된 3D 모델 도면정보 및/또는 장인기술 관리서버(40)로부터 수신한 3D 모델 도면정보를 이용하여 3D 프린터(10)의 프린팅 작업을 보조할 수 있다.

한편, 3D 모델링 컴퓨터(20)는, 제품 디자이너 또는 설계자가 3차원 모델링 툴을 통해 가상의 3차원 입체 물체를 설계하도록 할 수 있고, 설계된 가상의 3차원 입체 물체를 기반으로 3D 모델 도면정보를 생성할 수 있다.

또한, 3D 모델링 컴퓨터(20)는, 장인기술 관리서버(40)와 연동하여 3D 모델 도면정보를 송수신할 수 있으며, 자체에서 생성된 3D 모델 도면정보 및/또는 장인기술 관리서버(40)로부터 수신한 3D 모델 도면정보를 이용하여 3D 프린터(10)의 프린팅 작업을 보조할 수 있다.

실시예에서, 이러한 3D 스캐너(30) 및/또는 3D 컴퓨터(20)를 포함한 3D 프린팅 시스템은, 3D 스캐너(30)에서 출력할 대상물을 스캔하고, 3D 모델링 컴퓨터(20)에서 대상물의 스캔 데이터를 처리하여 대상물에 대한 3차원 형상을 3D 모델 도면으로 설계한 후, 설계한 3D 모델 도면정보에 따라서 3D 프린터(10)가 3차원 입체 물체를 출력함으로써, 원하고자 하는 출력 대상물을 실시간으로 조형할 수 있다.

다음으로, 장인기술 관리서버(40)는, 높은 수준의 정교한 예술품을 제작하는 장인들의 다양한 예술품에 대한 3D 모델 도면정보를 관리할 수 있으며, 다양한 예술품에 대한 3D 모델 도면정보를 3D 스캐너(30), 3D 모델링 컴퓨터(20), 3D 프린터(10), 단말(50) 및 외부의 타 서버 중 적어도 어느 하나와 네트워크를 통해 송수신할 수 있다.

즉, 장인기술 관리서버(40)는, 3D 프린팅 시스템의 타 구성요소와 데이터를 송수신하여 장인 기술을 구현하는 3D 프린터의 효과적인 제공을 보조할 수 있다.

실시예로, 장인기술 관리서버(40)는, 단말(50)에 설치된 어플리케이션의 실행에 필요한 각종 데이터를 송신할 수 있으며, 단말(50)로부터 수신한 정보를 데이터베이스화하여 저장할 수 있다.

또한, 장인기술 관리서버(40)는, 3D 프린팅 시스템의 구성요소들 간에 송수신되는 각종 데이터들에 대한 중계 역할을 수행할 수도 있다.

또한, 실시예에서 장인기술 관리서버(40)는, 제어부, 데이터베이스, 예술품 등록부 및 데이터 송수신부 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 실시예에 따라 3D 프린팅 시스템 외부의 서버일 수도 있다.

한편, 단말(50)은, 상기 장인 기술을 구현하는 3D 프린팅 기능을 제공하는 어플리케이션이 설치된 휴대용 단말일 수 있으며, 스마트 폰, 디지털방송용 단말, 휴대폰, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 태블릿 PC(tablet PC), 웨어러블 디바이스(wearable device) 및 스마트 글라스(smart glass) 등을 포함할 수 있다.

이외에도 단말(50)은, 고정형 단말인 데스크 탑 PC, 노트북 컴퓨터(laptop computer), 울트라북(ultrabook)과 같은 퍼스널 컴퓨터 등과 같이 유/무선 통신을 기반으로 장인 기술을 구현하는 3D 프린팅 서비스에 접속할 수 있는 장치를 더 포함할 수 있다.

실시예에서, 이러한 3D 프린팅 시스템은, 장인 기술이 접목된 오브젝트(Object)인 예술품을 3D 모델 도면정보, 다양한 집광 방식 및 프로젝터 등을 기반으로 3D 프린터(10)를 통해 효과적으로 출력할 수 있다.

이때, 본 발명에서 장인 기술이란, 장인(匠人)의 기술력과 같이 높은 수준의 섬세함과 정교함을 기반으로 오브젝트를 생산하는 기술을 의미한다.

즉, 실시예에서 3D 프린팅 시스템은, 매우 정교한 형상을 가지는 예술품을 높은 완성도로 빠르게 3D 프린팅할 수 있다.

그리하여 3D 프린팅 시스템은, 장인 기술의 구현이 필요한 분야에 폭 넓게 적용될 수 있으며, 3D 프린팅되는 물체를 다수의 사용자에게 제공하는 서비스에 이용될 수도 있다.

그러므로, 이러한 3D 프린팅 시스템에는, 높은 완성도의 3D 프린팅 결과물과 효과적인 서비스의 제공을 위하여, 3D 모델 도면정보에 맞게 정밀하고 빠르게 3차원 물체를 출력할 수 있는 DLP (Digital Light Processing) 타입의 3D 프린터(10)가 사용됨이 적합할 수 있다.

이하 설명의 편의를 위해 DLP(Digital Light Processing) 타입의 3D 프린터(10)를 기준으로 본 발명의 실시예를 설명하나, 광경화수지에 광을 출력하여 경화하여 출력하는 모든 방식의 3D 프린터(10)는 본 실시예가 적용될 수 있다.

한편, 3D 프린팅 시스템의 각 구성요소는, 네트워크(Network)를 통해 연결될 수 있다. 네트워크란, 3D 스캐너(30), 3D 모델링 컴퓨터(20), 3D 프린터(10), 장인기술 관리서버(40) 및 단말(50)과 같은 각각의 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 이러한 네트워크의 일 예에는 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 네트워크, LTE(Long Term Evolution) 네트워크, WIMAX(World Interoperability for Microwave Access) 네트워크, 인터넷(Internet), LAN(Local Area Network), Wireless LAN(Wireless Local Area Network), WAN(Wide Area Network), PAN(Personal Area Network), 블루투스(Bluetooth) 네트워크, 위성 방송 네트워크, 아날로그 방송 네트워크, DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 네트워크 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.

- 3D 프린터 개요

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터(10)의 개략적인 구조를 나타내는 개념도이다.

도 2를 참조하면, 실시예에 따른 3D 프린터(10)는, 프로젝터(100, 200, 300, 400)(projector), 배트(500)(vat), 빌드 플렛폼(600)(build platform), 외부 장치와 외부 서버 중 적어도 어느 하나와 데이터를 송수신하는 통신부 및 이들을 제어하는 프로세서(processor)를 포함할 수 있다.

좀더 구체적으로, 프로젝터(100, 200, 300, 400)는, 광을 조사하는 라이트 소스(100)와, 라이트 소스(100)의 광을 집광하는 컨덴싱 렌즈(200)와, 집광된 광을 단층 이미지에 대응하는 패턴 광으로 변환하는 프로젝션 패널(300)과, 패턴 광을 배트(500)로 투영하는 프로젝션 렌즈(400)를 포함할 수 있다.

그리고 배트(500)는, 액체 광경화수지가 저장된 수조일 수 있으며, 빌드 플랫폼은, 상기 배트(500) 내에서 광경화수지가 경화됨에 따라 조형되는 출력 물체를 지지하는 빌드 플레이트와, 빌드 플레이트를 승강 시키는 승강 모터를 포함할 수 있다.

마지막으로, 프로세서는, 프로젝터 내에서 순차적으로 단층 이미지에 대응하는 패턴 광으로 출력시키도록 프로젝터 패널을 제어하는 프로젝터 제어부와, 패턴 광의 순차적인 변화와 동기화하여 빌드 플레이트를 스텝 업하는 승강 모터 제어부를 포함할 수 있으며, 이하 실시예에서는 이러한 프로젝터 제어부와 승강 모터 제어부의 데이터 처리는 하나의 프로세서에서 이루어지는 것으로 설명하나, 실시예는 이에 한정되지 않는다.

- 장인 기술을 구현하는 3D 프린팅 과정

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 장인 기술을 구현하여 3D 프린팅 결과물을 생성하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다. 먼저, 도 1a 내지 도 1b를 참조하여 3D 프린팅 시스템에서 장인 기술을 구현하는 3D 프린팅을 수행하는 과정을 상세히 설명하고자 한다.

먼저, 장인기술 관리서버(40)는, 복수의 장인들 각각의 예술품 정보를 등록할 수 있다. (S101)

자세히, 실시예로 장인기술 관리서버(40)는, 기설정된 기준(예를 들면, 기술적, 예술적인 능력을 인정받아 인간문화재로 지정된 공예가 등)에 충족하는 복수의 장인들의 예술품 정보를 네트워크를 통해 웹 서버와 같은 외부의 서버와 연동하여 수집할 수 있다.

또는, 장인기술 관리서버(40)는, 기설정된 기준에 충족하는 장인들의 예술품 정보를 단말(50)이나 3D 모델링 컴퓨터(20) 등을 통하여 사용자가 입력한 정보를 기반으로 획득할 수도 있다.

그리고 장인기술 관리서버(40)는, 수신한 예술품 정보를 데이터베이스에 저장하여 등록할 수 있다.

다음으로 장인기술 관리서버(40)는, 저장된 각 예술품에 대한 3D 모델 도면정보를 획득하여 등록할 수 있다. (S103)

자세히, 실시예에서 장인기술 관리서버(40)는, 등록된 예술품 정보를 기반으로 각 예술품에 대한 3D 모델 도면정보를 생성할 수 있고, 생성한 3D 모델 도면정보를 데이터베이스에 저장할 수 있다.

예를 들어, 장인기술 관리서버(40)는, 등록된 예술품 정보가 제공하는 해당 예술품에 대한 이미지 데이터에 기초하여 3D 프린팅을 위한 3D 모델 도면정보를 생성할 수 있다.

또한, 장인기술 관리서버(40)는, 등록된 예술품 정보에 대한 3D 모델 도면정보를 3D 스캐너(30) 및/또는 3D 모델링 컴퓨터(20)로부터 수신하여 획득할 수도 있다. 예를 들면, 장인기술 관리서버(40)는, 3D 스캐너(30) 및/또는 3D 모델링 컴퓨터(20)로부터 수신한 3D 모델 도면정보와 등록된 예술품 정보가 제공하는 이미지 데이터를 비교할 수 있고, 비교 결과로 동일한 오브젝트로 판단된 경우에 해당 예술품과 상기 수신한 3D 모델 도면정보를 매칭하여 저장할 수 있다.

또는, 장인기술 관리서버(40)는, 등록된 예술품 정보에 대한 3D 모델 도면정보를 3D 도면과 관련한 외부의 타 서버로부터 수신하여 획득할 수도 있다.

이와 같이 3D 모델 도면정보를 등록한 장인기술 관리서버(40)는, 등록된 예술품 정보 및/또는 3D 모델 도면정보를 사용자 어플리케이션으로 제공할 수 있다. (S105)

상세히, 장인기술 관리서버(40)는, 장인 기술을 구현하는 3D 프린팅 기능을 제공하는 어플리케이션이 설치된 단말(50)로부터 해당 어플리케이션의 실행 신호를 수신하면, 상기 어플리케이션을 동작하기 위한 데이터를 해당 단말(50)과 송수신할 수 있다.

그리고 장인기술 관리서버(40)는, 데이터베이스에 저장된 장인들의 예술품 정보들 및/또는 3D 모델 도면정보들을 해당 단말(50)로 송신하여 사용자에게 제공할 수 있다. 상기 설명에서는, 장인기술 관리서버(40)와 사용자 단말(50)이 장인 기술을 구현하는 3D 프린팅 기능을 위한 데이터를 송수신한다고 설명하였으나, 장인기술 관리서버(40)와 3D 모델링 컴퓨터(20)가 장인 기술을 구현하는 3D 프린팅 기능을 위한 데이터를 송수신하는 등의 다양한 실시예 또한 가능할 것이다.

계속해서, 예술품 정보 및/또는 3D 모델 도면정보를 사용자 어플리케이션으로 제공한 장인기술 관리서버(40)는, 사용자 어플리케이션으로부터 특정 예술품에 대한 선택정보를 수신할 수 있다. (S107)

자세히, 장인기술 관리서버(40)는, 상기 어플리케이션이 설치된 단말(50)이 제공하는 인터페이스를 통하여 입력된 사용자가 3D 프린팅을 하고자 하는 특정 예술품에 대한 선택정보를 수신할 수 있다.

그리고 장인기술 관리서버(40)는, 수신된 선택정보를 기반으로 해당 예술품에 대한 3D 모델 도면정보를 3D 프린터(10)로 송신할 수 있다. (S109)

자세히, 장인기술 관리서버(40)는, 수신된 선택정보를 기초로 사용자가 3D 프린팅을 하기 위해 선택한 특정 예술품에 대한 3D 모델 도면정보를 판정할 수 있고, 판정된 3D 모델 도면정보를 데이터베이스에서 추출하여 3D 프린터(10)로 송신할 수 있다.

그리하여 장인기술 관리서버(40)는, 3D 프린터(10)가 사용자가 요구하는 특정 예술품을 3D 프린팅 결과물로 출력하도록 보조할 수 있다.

또한, 장인기술 관리서버(40)는, 상기와 같은 방법으로 장인 기술이 접목된 예술품을 3D 프린팅하여 제공함으로써, 사용자가 장인들의 예술품을 편리하게 획득하도록 할 수 있고, 위치적/시간적/기술적 제약을 최소화한 3D 프린팅 기능을 제공할 수 있다.

- 3D 프린터 출력과정

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터(10)의 출력과정을 나타내는 플로우차트이다. 이하, 도 3을 참조하여 이러한 3D 프린터(10)가 3차원 물체를 출력하는 과정을 상세히 설명한다.

먼저, 프로세서는, 출력할 물체에 대한 3D 모델 도면정보를 3D 스캐너(30) 및/또는 3D 모델링 컴퓨터(20)로부터 수신할 수 있다. (S201)

또한, 프로세서는, 장인기술 관리서버(40)로부터 3D 모델 도면정보를 수신할 수도 있다. 즉, 프로세서는, 장인기술 관리서버(40)를 통하여 위치와 시간 등에 대한 제약없이 3D 모델 도면정보를 획득함으로써, 각지에서 높은 기술성을 가진 장인들로부터 설계된 3D 모델 도면정보를 쉽게 획득하여 사용할 수 있다.

실시예로, 프로세서는, 정교한 음양각 형상의 무늬를 가지는 예술품(예를 들면, 나전칠기)에 대하여 높은 기술력을 가지고 있는 장인으로부터 설계된 3D 모델 도면을 손쉽게 획득할 수 있다. 이후 프로세서는, 수신한 3D 모델 도면정보를 기반으로 출력방향을 따라 3D 모델 도면을 단면 슬라이싱하여, 다수의 2차원 단층 이미지로 분해할 수 있다. (S203) 이러한 실시예와 달리, 미리 분해된 복수의 단층 이미지를 수신하여 수신한 단층 이미지를 순차적으로 출력하는 실시예 또한 당연히 가능할 것이다.

예를 들어, 프로세서는, 나전칠기 제품을 도시하는 3D 모델 도면을 출력방향에 따라 단면 슬라이싱하여 분해한 정보인 단층 이미지를 획득할 수 있다.

이후, 프로세서는, 프로젝션 패널(300)을 제어하여 단층 이미지에 대응하는 패턴 광을 배트(500) 하부에 조사할 수 있다. (S205)

패턴 광이 조사되면, 배트(500) 바닥면과 빌드 플레이트 사이의 액체 광경화수지가 패턴 광에 의해 단층 이미지에 대응하는 형상의 고체 레진층으로 경화되고, 경화된 레진층은 3차원 입체 물체를 이루는 하나의 레이어를 구성하게 된다.

레진층이 경화된 후, 승강 모터가 동작하여 빌드 플레이트를 상승시킴으로써, 다시 빌드 플레이트와 배트(500) 바닥면 사이에 액체 광경화수지가 유입시킬 수 있다. (S207)

도 7a와 도 7b를 참조하면, 이후 프로세서(700)는, 다음 단층 이미지에 대응하는 패턴 광을 조사시키고, 패턴 광에 따라 레진층이 경화되면 다시 승강 모터(620)를 제어하여 빌드 플레이트(610)를 한층 높이만큼 상승시킬 수 있다.

이와 같은 과정을 반복하여 최종 단층 이미지에 대응되는 레진층이 경화되면 3D 프린팅을 종료할 수 있다. (S209)

이후, 사용자가 빌드 플레이트(610)에서 경화된 레진층들의 결합인 출력 물체를 분리함으로써, 프린팅 된 3차원 물체가 출력될 수 있다.

이와 같이, 프로세서는, 장인기술 관리서버(40) 및/또는 외부 장치와 연동하여 3D 프린팅 작업을 수행함으로써, 보다 효율적으로 3D 오브젝트를 생성할 수 있고, 3D 프린팅을 하는 과정에서의 위치적/시간적/기술적 제약을 최소화할 수 있다.

이러한 프린팅 과정에서 좀더 빠르고 정밀한 물체를 출력하기 위해서는, 프로젝션되는 패턴 광의 강도가 강해야하며 조사 영역 전체에 균일한 강도로 패턴 광을 조사해야 할 필요가 있다.

- 프로젝터 광 조사 과정

이하, 보다 빠르고 정밀하게 3D 오브젝트를 출력하기 위한 프로젝터 광 조사 과정을 상세히 설명하고자 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 패턴 광 조사과정을 나타내는 플로우차트이다. 도 4를 참조하여 패턴 광을 조사하는 과정을 좀더 세부적으로 설명하면, 먼저, 실시예에 따른 프로젝터는, 복수의 라이트 소스(100)를 포함하며, 상황에 맞게 복수의 라이트 소스(100)를 온/오프하여 광 강도를 조절할 수 있다. (S301) 즉, 실시예에 따른 프로젝터는, 출력속도를 증가시키기 위해, 적어도 둘 이상의 라이트 소스(100)를 발광시켜 광량을 향상시킬 수 있다.

이러한 라이트 소스(100)는, 405㎚ 미만의 파장을 갖는 자외선을 발광하는 질화물계 재료를 포함하는 자외선 레이저 다이오드(UV LD)일 수 있다.

다음으로, 복수의 라이트 소스(100)에서 광은, 컨덴싱 렌즈(200)(condensing lens)를 거치며 집광될 수 있다. (S303)

자세히, 컨덴싱 렌즈(200)는, 적어도 하나 이상의 렌즈를 포함하여 복수의 라이트 소스(100)에서 각기 다른 방향으로 방출된 광들을 수렴한 후 프로젝터 패널을 향해 출사할 수 있다.

이러한 실시예에 따른 컨덴싱 렌즈(200)는 렌즈 어레이로 구성될 수 있으며, 자세히, 복수의 레이저 다이오드 광을 집광하는 집광렌즈와, 집광렌즈에서 출사된 광을 프로젝트 패널의 위치를 향해 출사하는 출력렌즈를 포함할 수 있다.

이하, 다양한 실시예에 따른 컨덴싱 렌즈(200)를 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 설명한다. 도 5a 내지 도 5d에서 렌즈의 면을 모두 평면으로 도시하였으나, 도시된 바와 달리 렌즈의 평면은, 볼록면, 평면, 오목면, 경사면 및 프레넬면 중 하나일 수 있으며, 통상의 기술자라면 정확한 렌즈의 형상은 각 렌즈의 역할에 따라 어렵지 않게 구상할 수 있을 것이다.

또한, 역할에 따라 하나의 렌즈로 도시된 렌즈 또한, 복수의 렌즈로 구현될 수도 있다.

즉, 도 5에서 도시된 렌즈는 일 역할을 하는 단위로서 하나의 사각형으로 도시하였으나, 일 역할을 실행하기 위해 형상, 개수 등을 변화하여 구성한 다양한 렌즈 어레이들 또한 본 발명에 포함된다 할 것이다.

그리고 도 5에서 화살표는, 광의 출사방향을 나타낸다.

- 컨텐싱 렌즈 제 1 실시예

도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 라이트 소스(100)에서 출력된 광을 집광하는 컨덴싱 렌즈(200)를 나타낸다.

도 5a를 참조하면, 일 실시예에 따른 컨덴싱 렌즈(200)는, 제 1 레이저 다이오드(LD1)의 광을 집광하는 제 1 집광렌즈(CL1)와, 제 2 레이저 다이오드(LD2)의 광을 집광하는 제 2 집광렌즈(CL2)와, 제 3 레이저 다이오드(LD3)의 광을 집광하는 제 3 집광렌즈(CL3)를 포함할 수 있다.

그리고 제 1 집광렌즈(CL1)는 집광된 광을 제 2 집광렌즈(CL2)로 출사하고, 제 3 집광렌즈(CL3)는 집광된 광을 제 3 집광렌즈(CL3)로 출사하며, 제 2 집광렌즈(CL2)는 제 1 및 제 3 집광렌즈(CL1, CL2, CL3)에서 출사된 광과 제 2 레이저 다이오드(LD2)에서 출사된 광을 모두 집광하여 출력렌즈(PL)로 출사할 수 있다.

마지막으로 출력렌즈(PL)는, 제 2 레이저 다이오드(LD2)에서 출사된 광을 프로젝션 패널(300)을 향해 집광출사함으로써, 강도가 높은 패널 광을 생성할 수 있다. 또한, 상황에 맞게 레이저 다이오드를 선택적으로 온/오프하여 광 강도를 조절하여 효과적으로 프로젝션 광을 출력할 수 있다.

다만, 일 실시예는 다수의 렌즈가 필요하며 렌즈를 통과함에 따라 광 효율이 떨어질 수 있고, 각기 다른 렌즈에서 출사된 광에서 왜곡이나 수차 등이 발생할 수 있다.

- 컨덴싱 렌즈 제 2 실시예

도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 라이트 소스(100)에서 출력된 광을 집광하는 컨덴싱 렌즈(200)를 나타낸다.

도 5b를 참조하면, 다른 실시예에 따른 컨덴싱 렌즈(200)는, 제 1 내지 제 3 레이저 다이오드(LD1, LD2, LD3)에서 출사된 광들이 입사되는 입사면과 출사된 광들이 집광되어 출사되는 출사면을 포함하는 집광렌즈(CL)와, 출사면에서 출사된 광을 프로젝션 패널(300)을 향해 집광출사하는 출력렌즈(PL)를 포함할 수 있다.

즉, 본 실시예에 따른 컨덴싱 렌즈(200)는, 하나의 집광렌즈(CL)가 복수의 레이저 다이오드에서 발광된 광을 하나의 입사면을 통해 집광하고 하나의 출사면에서 출사함으로써, 렌즈의 개수를 최소화하여 광 효율을 향상시킬 수 있고 출사면에서 출사된 광들을 균일하게 출사하여, 패턴 광의 광 균일도를 증가시킬 수 있다.

좀더 자세히, 집광렌즈(CL)의 입사면은, 제 1 레이저 다이오드(LD1)의 광이 입사하는 제 1 입사영역(CS1)과, 제 2 레이저 다이오드(LD2)의 광이 입사하는 제 2 입사영역(CS2)과, 제 3 레이저 다이오드(LD3)의 광이 입사하는 제 3 입사영역(CS3)을 포함할 수 있다.

그리고 제 1 내지 제 3 입사영역(CS1, CS2, CS3)에 입사된 광은, 집광렌즈(CL)의 내부를 지나며 출사면의 출사영역(ES) 측으로 집광되어 고른 균일도로 출사될 수 있다.

도 5에서는, 입사영역(CS1, CS2, CS3)과 출사영역(ES) 또한 평면으로 도시되어 있으나, 볼록면, 평면, 오목면 및 프레넬면 등 역할을 수행하기 위한 다양한 형상을 가질 수 있다.

이때, 출사영역(ES) 측으로 좀더 광을 집광시키기 위해 집광렌즈(CL)는, 입사영역에서 출사영역(ES)으로 광을 안내하는 광 패스를 더 포함할 수 있다. 이러한 광 패스는, 광 효율을 최대화하면서 출사영역(ES)으로 광을 안내하기 위하여 다른 매질이나 반사코팅 등을 통해 형성될 수 있다.

예를 들어, 광 패스는, 제 1 입사영역(CS1)에서 출사영역(ES)을 직선으로 연결하는 제 1 광 패스(OP1)와, 제 2 입사영역(CS2)에서 출사영역(ES)을 직선으로 연결하는 제 2 광 패스(OP2)와, 제 3 입사영역(CS3)에서 출사영역(ES)을 직선으로 연결하는 제 3 광 패스(OP3)를 포함할 수 있다.

이와 같은 실시예에 따른 컨덴싱 렌즈(200)는, 렌즈의 개수를 최소화하면서 프로젝션 패널(300)을 향해 고강도이며 균일도가 높은 빛을 공급하여, 패널 광의 품질을 향상시킴으로써, 출사속도를 증가시킴과 동시에 출력물체의 정밀도 또한 향상시킬 수 있다.

- 컨덴싱 렌즈 제 3 실시예

도 5c를 참조하면, 다른 실시예에 따른 컨덴싱 렌즈(200)는, 제 1 내지 제 3 레이저 다이오드(LD1, LD2, LD3)에서 출사된 광들이 입사되는 입사면과 출사된 광들이 집광되어 출사되는 출사면을 포함하는 집광렌즈(CL1)와, 집광렌즈(CL1)에서 출사된 광을 프로젝션 패널(300)을 향해 출사하는 출력렌즈(PL)를 포함할 수 있다.

좀더 자세히, 집광렌즈(CL1)의 입사면은, 제 1 레이저 다이오드(LD1)의 광이 입사하는 제 1 입사영역(CS1)과, 제 2 레이저 다이오드(LD2)의 광이 입사하는 제 2 입사영역(CS2)과, 제 3 레이저 다이오드(LD3)의 광이 입사하는 제 3 입사영역(CS3)을 포함할 수 있다.

그리고 집광렌즈(CL1)의 출사면은, 제 1 입사영역(CS1)으로 입사한 광이 출사하는 제 1 출사영역(ES1)과, 제 2 입사영역(CS2)으로 입사한 광이 출사하는 제 2 출사영역(CS2)과, 제 3 입사영역(CS3)의 광이 출사하는 제 3 출사영역(ES3)을 포함할 수 있다.

그리고 제 1 출사영역(ES1)의 출사 광은, 출력렌즈(PL)를 향한 방향으로 출사되며, 제 2 출사영역(ES2)의 출사 광 또한 출력렌즈(PL)를 향한 방향으로 출사되고, 제 3 출사영역(ES3)의 출사 광도 또한 출력렌즈(PL)를 향한 방향으로 출사될 수 있다.

즉, 각각의 출사영역(ES2)은, 경사면을 포함하여 출사시 출사방향을 출력렌즈(PL)를 향하도록 변경하여, 출력렌즈(PL)의 입사면에서 고른 균일도로 집광시킬 수 있다.

도 5c에서는, 입사영역(CS1, CS2, CS3)과 출사영역(ES1, ES2, ES3) 또한 평면으로 도시되어 있으나, 볼록면, 평면, 오목면, 경사면 및 프레넬면 등 이나 이들의 조합을 통해 다양한 형상을 가질 수 있다.

이와 같은 실시예에 따른 컨덴싱 렌즈(200)는, 렌즈의 개수를 줄여 광 효율을 향상시킬 수 있으며, 균일도가 높은 빛을 공급하여, 프로젝션 광의 품질을 향상시킴으로써, 프린팅 속도를 증가시킴과 동시에 출력물체의 정밀도 또한 향상시킬 수 있다.

- 컨덴싱 렌즈 제 4 실시예

도 5d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복수의 라이트 소스(100)에서 출력된 광을 집광하는 컨덴싱 렌즈(200)를 나타낸다.

도 5d를 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 컨덴싱 렌즈(200)는, 제 1 내지 제 3 레이저 다이오드(LD1, LD2, LD3)에서 출사된 광들이 입사되는 입사면과 출사된 광들이 집광되어 출사되는 출사면을 포함하는 집광렌즈(CL)와, 출사면에서 출사된 광을 프로젝션 패널(300)을 향해 집광출사하는 출력렌즈(PL)를 포함할 수 있다.

즉, 본 실시예에 따른 컨덴싱 렌즈(200)는, 하나의 집광렌즈(CL)가 복수의 레이저 다이오드에서 발광된 광을 복수의 입사면을 통해 집광하고 하나의 출사면에서 출사함으로써, 렌즈의 개수를 최소화하여 광 효율을 향상시킬 수 있고 출사면에서 출사된 광들을 균일하게 출사하여, 패턴 광의 광 균일도를 증가시킬 수 있다.

좀더 자세히, 집광렌즈(CL)는, 제 1 레이저 다이오드(LD1)의 광을 집광하는 제 1 입사면(CS1)과, 제 2 레이저 다이오드(LD2)의 광을 집광하는 제 2 입사면(CS2)과, 제 3 레이저 다이오드(LD3)의 광을 집광하는 제 3 입사면(CS3)과, 제 1 내지 제 3 입사면(CS1, CS2, CS3)에서 집광된 광을 출사하는 출사면(ES)을 포함할 수 있다.

즉, 전술한 일 실시예에 따른 집광렌즈(CL)와 달리 복수의 입사면(CS1, CS2, CS3)을 통해 복수의 레이저 다이오드의 광을 집광하여, 렌즈의 크기를 축소시키면서도 집광효율을 향상시킬 수 있다.

그리고 제 1 내지 제 3 입사면(CS1, CS2, CS3)에서 입사된 광은, 집광렌즈(CL)의 내부를 지나며 출사면(ES)에서 고른 균일도로 출사될 수 있다.

이때, 집광렌즈(CL)는, 출사면(ES) 측으로 좀더 광을 수렴시키기 위해 입사면에서 출사면(ES)으로 광을 안내하는 광 패스(OP1, OP2, OP3)를 더 포함할 수 있다. 이러한 광 패스(OP1, OP2, OP3)는, 광 효율을 최대화하면서 출사면(ES)으로 광을 안내하기 위하여 다른 매질이나 반사코팅 등을 통해 형성될 수 있다.

예를 들어, 광 패스는, 제 1 입사면(CS1)에서 출사면(ES)을 연결하는 제 1 광 패스(OP1)와, 제 2 입사면(CS2)에서 출사면(ES)을 연결하는 제 2 광 패스(OP2)와, 제 3 입사면(CS3)에서 출사면(ES)을 연결하는 제 3 광 패스(OP3)를 포함할 수 있다.

이와 같은 실시예에 따른 컨덴싱 렌즈(200)는, 렌즈의 개수를 최소화하면서 프로젝션 패널(300)을 향해 고강도이며 균일도가 높은 빛을 공급하여 패널 광의 품질을 향상시킴으로써, 출사속도를 증가시킴과 동시에 출력물체의 정밀도 또한 향상시킬 수 있다.

- 컨덴싱 렌즈 제 5 실시예

도 5e를 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 컨덴싱 렌즈(200)는, 제 1 내지 제 3 레이저 다이오드(LD1, LD2, LD3)에서 출사된 광들이 입사되는 입사면과 출사된 광들이 집광시켜 출사하는 출사면을 포함하는 집광렌즈(CL) 를 포함할 수 있다.

즉, 본 실시예에 따른 컨덴싱 렌즈(200)는, 하나의 집광렌즈(CL)가 복수의 레이저 다이오드에서 발광된 광을 하나의 입사면을 통해 집광한 후 하나의 출사면에서 출사함으로써, 렌즈의 개수를 최소화하여 광 효율을 향상시킬 수 있고 출사면에서 출사된 광들을 균일하게 출사하여, 패턴 광의 광 균일도를 증가시킬 수 있다.

이를 위해, 집광렌즈(CL)의 입사면과 출사면은, 볼록면, 평면, 오목면, 경사면 및 프레넬면이나 이들이 조합된 다양한 형상을 가질 수 있다.

이와 같이, 프로젝터는, 복수의 실시예에 따라 다양한 방식으로 컨덴싱 렌즈(200)를 통해 광을 출사함으로써, 패턴 광의 광 강도를 향상시키면서도 균일하게 조사하는데 일조할 수 있다.

- 프로젝션 패널

다시 광 프로젝션 과정에 대한 설명으로 돌아와, 컨덴싱 렌즈(200)에서 집광된 광들은 프로젝션 패널(300)로 공급되면, 프로젝션 패널(300)은 공급된 광을 단층 이미지에 대응되는 광 패턴으로 변경하여 출력할 수 있다. (S305)

자세히, 프로젝션 패널(300)은, 컨덴싱 렌즈(200)에서 공급된 광을 단층 이미지에 대응하도록 투영하여 프로젝션 렌즈(400)를 통해 배트(500)에 패턴 광을 조사함으로써, 패턴 광에 오버랩된 액체 광경화수지를 단층 이미지에 대응되도록 경화시킬 수 있다. (S307)

이러한 프로젝션 패널(300)은, 반도체 미러 방식, 마이크로 미러 방식(DMD) 또는 액정(LCD)에 의한 직접 조사방식 중 적어도 하나일 수 있다.

실시예에서, 프로젝션 패널(300)은, 마이크로 미러 방식(DLP)으로, 복수의 셀 마이크로 미러를 포함하는 광학 반도체(Digital Micromirror Device, DMD)을 포함할 수 있다.

자세히, 도 6을 참조하면, 프로젝션 패널(300)은, 복수의 셀을 구성하는 마이크로 미러(310)들과, 마이크로 미러 아래 배치되어 마이크로 미러를 기울여 온/오프하는 스위칭 회로(320)를 포함할 수 있다. 온(on)된 마이크로 미러의 광은 프로젝션 렌즈(400)로 반사되어 패턴 광에서는 밝은 픽셀을 표시하게 되고, 오프(off)된 마이크로 미러에서 반사된 광은 광 흡수부(Light Absober)로 반사되게 되므로 패턴 광에서는 검은 픽셀로 표시하게 되는 방식을 통해, 실시예에 따른 프로젝션 패널(300)은 단층 이미지에 대응하는 패턴 광을 투영할 수 있다.

이러한 마이크로 미러 방식의 프로젝션 패널(300)은, 미러의 반사를 통해 패턴 광을 투영하므로 다른 방식에 비해 광 손실을 적어 광 효율이 좋으며, 이와 같이 투영된 패턴 광은 픽셀 간격이 적어 조도비가 높으므로 정밀한 조형이 가능하다. 또한, LCD 방식등과 비교하여 수명 또한 긴 장점이 있다.

상기와 같이, 이러한 프로젝터를 포함하는 프로세서는, 다양한 방식으로 효과적인 광 출사를 수행하는 컨덴싱 렌즈(200)와 광 손실이 적어 광 효율이 좋은 미러 방식의 프로젝션 패널(300) 등을 기반으로 크기에 제한 없이 정교한 3차원 물체를 빠르게 프린팅할 수 있다.

즉, 프로세서는, 높은 강도의 광과 균일한 광을 출사함으로써 정밀한 3D 프린팅을 수행할 수 있고, 이를 통해 장인 기술로 만들어진 매우 정교한 형상을 가지는 오브젝트를 보다 소상하게 출력할 수 있는 효과가 있다.

또한, 이러한 프로젝터를 포함하는 프로세서는, 정밀한 형상의 오브젝트를 빠른 속도로 프린팅할 수 있으며, 이를 통해 높은 기술력을 필요로 하는 오브젝트에 대해서도 대량생산을 가능케할 수 있다.

그리하여 프로세서는, 장인 기술이 반영된 예술품을 높은 완성도로 대량생산할 수 있고, 이를 통해 많은 사람들에게 해당 예술품을 활용한 상업적인 서비스를 제공할 수 있다.

실시예로, 프로세서는, 나전칠기 제품을 도시하는 3D 모델 도면의 단층 이미지에 기반하여, 상기와 같은 방법으로 3D 프린팅을 수행해 해당 나전칠기 제품이 소상하게 구현된 품질 좋은 나전칠기 3D 프린팅 결과물을 대량생산할 수 있다.

그리하여, 본 발명의 실시예에서는, 기존에는 상당한 시간과 기술력이 필요하여 대량생산이 어려웠던 나전칠기 제품을 3D 프린팅 시스템에서의 대량생산을 통해 많은 사용자들에게 각종 서비스(예를 들면, 쇼핑몰)로 제공할 수 있다.

- 배트(VAT)

한편, 패턴 광이 배트(500) 하부에 투영되면, 배트(500)의 바닥면과 빌드 플레이트(610) 사이에 액체 광경화수지가 경화되어 고체 레진층을 이루게 된다.

배트(500)는, 일반적으로 패턴 광을 광경화수지로 투과가능한 투명 아크릴 또는 유리 등의 재질로 형성되는데, 이러한 배트(500)가 그대로 노출될 경우 경화된 레진층이 배트(500)에 접착되어 다음 레진층 형성을 위해 빌드 플레이트(610)를 스텝 업 할 때, 경화된 레진층이 손상될 수 있다.

특히, 실시예에 따른 프로젝터와 같이 고강도의 광을 출력할 경우 레진층의 경화가 빠르게 이루어지면서 경화된 레진층이 배트(500)에 흡착되는 문제가 더욱 심각해질 수 있다.

이를 방지하기 위해, 승강 모터(620)가 일 단층 이미지에 대한 원 레이어 레진층의 높이보다 더 높은 높이로 빌드 플레이트(610)를 상승시켜 레진층을 배트(500) 바닥면과 분리시킨 후 다시 원 레이어의 높이로 하강시켜 원 레이어의 레진층을 형성할 수 있다. 이와 같이, 원 레이어 레진층 형성을 위해 투 스탭으로 빌드 플레이트를 컨트롤할 경우, 바닥면과 레진층의 분리가 용이하면서도 경화된 레진층과 배트 바닥면 사이에 액체 광경화수지를 원활하게 유입시킬 수 있다. 다만, 이와 같이 투 스텝으로 레진층을 형성할 경우 프린팅 속도가 느려질 수 있다.

- 배트 제 1 실시예

이를 레진층의 흡착을 방지하기 위해, 도 8a를 참조하면, 일 실시예에 따른 배트(500)의 바닥면(BS)에는 패턴 광을 투광하는 코팅층(520)이 형성될 수 있다.

자세히, 코팅층(520)은, 패턴 광을 액체 광경화수지 측으로 광 손실을 최소화하며 통과시키기 위해 패턴광 투광도가 높아야 한다. 또한, 코팅층(520)은, 빌드 플레이트(610) 상승시 경화된 레진층을 빌드 플레이트(610) 측에는 붙고 배트(500) 바닥면(BS)과는 분리되도록 하기 위해 공기 투과율이 높아야 한다.

이를 위해, 코팅층(520)의 소재는, 패턴 광(자외선)을 투광하기 위한 이형성 코팅제 또는 이형성 소재일 수 있다. 예를 들어, 코팅층(520)은, 투명 실리콘탄성코팅제(예컨대, 실가드 184)나, 폴리테트라플루오르에틸렌 섬유(예컨대, 테프론), 투명 FEP 필름 등의 재질로형성될 수 있다.

다만, 이와 같은 코팅층(520)은, 지속적인 패턴 광에 노출될 경우 탁도가 높아져 패턴 광 투과성이 낮아지며, 잦은 레진층과의 흡착을 통해 평탄도가 낮아지므로, 일정 기간 사용한 이후 제거하고 다시 코팅을 수행해야하는 번거로움이 있다.

- 배트 제 2 실시예

도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배트(500)의 단면도이다.

도 8b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배트(500)는, 투명하고 유연하면서도 신축성이 높은 바닥부(520)와, 바닥부(520)와 착탈 가능한 측면부(510)와, 바닥부(520)를 측면부(510)에 고정시키는 결합부(530)를 포함할 수 있다.

신축성이 높은 배트(500)의 바닥부(520)는, 빌드 플레이트(610) 상승시 경화된 레진층을 빌드 플레이트(610) 측에는 붙고 배트(500) 바닥면(BS)과는 분리되도록 할 수 있다.

그리고 이러한 배트(500)의 바닥부(520)는, 별도의 코팅이 필요 없으며, 일정사용을 통해 손상되면 측면부(510)에서 탈거하고 새로운 바닥부(520)로 손쉽게 교체 가능하여, 복잡한 코팅 작업이 불필요한 장점이 있다.

또한, 배트(500)의 바닥부(520)의 재질은, 아크릴보다 공기 투과율이 높아 액체 광경화수지와 바닥부(520) 사이에 미량의 공기를 투과하여, 경화 레진층을 더욱 바닥면(BS)에서 효과적으로 분리할 수 있다.

이러한 배트(500) 바닥부(520)는, 실리콘계 탄성소재, PHEMA (Polyhydroxyethyl Methacrylate)와 PVP(PolyVinyl Pyrrolidone),　CAB(Cellulose Acetate Butylate) 중 적어도 하나의 재질로 형성되어, 높은 신축성과 투명도, 공기 투과율을 가질 수 있다.

- 배트 제 3 실시예

도 8c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배트(500)의 단면도이다.

도 8c를 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 배트(500)는, 바닥부(520)와 측면부(510)를 포함하는 기본 수조의 바닥면(BS) 상에 배치된 글라스 플레이트(550)를 포함할 수 있다.

자세히, 글라스 플레이트(550)는, 얇은 유리 판으로 공기를 투과할 수 있는 홀(h)을 포함하여, 글라스 플레이트(550)와 광경화수지 사이에 공기를 주입하여 빌드 플레이트(610) 상승시 경화된 레진층을 빌드 플레이트(610) 측에는 붙고 배트(500) 바닥면(BS)과는 원활히 분리시킬 수 있고, 바닥면과 경화된 레진층 사이에 액체 광경화수지를 유입시킬 수 있다.

좀더 자세히, 글라스 플레이트(550)가 복수개가 적층되어 배트(500)의 바닥면(BS) 상에 배치되고, 글라스 플레이트(550)의 둘레에 배치된 측면 지지부(511)는 글라스 플레이트(550) 고정시킴과 동시에 글라스 플레이트(550) 측으로 공기를 투과할 수 있는 구조를 가질 수 있다.

이러한 글라스 플레이트(550)의 수명은, 광에 영향을 받지 않고 수축/팽창에 대한 내구성이 높아 파손되지 않는한 영구적으로 사용할 수 있어, 배트의 수명이 늘어나는 장점이 있다.

- 배트 제 4 실시예

도 8d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배트(500)의 단면도이다.

또 다른 실시예에 따른 배트(500)는, 측면부(510)와, 글라스 플레이트(550)들이 적층되어 형성된 바닥부(520)를 포함할 수 있다.

자세히, 바닥부(520)는, 미세 홀(h)을 갖는 글라스 플레이트(550)가 복수개가 적층되어 배트(500)의 바닥부(520)를 이루고, 이러한 배트(500)의 바닥부(520) 둘레에는 측면 지지부(513)가 배치되어 바닥부(520)와 착탈 가능하게 결합할 수 있다. 여기서, 미세 홀(h)이란, 마이크로 단위 지름을 갖는 홀(h)을 의미한다.

이러한 글라스 플레이트(550)는, 작은 크기의 복수의 홀(h)이 랜덤하게 형성되어 높은 공기투과율을 가지므로, 글라스 플레이트(550)와 광경화수지 사이에 공기를 주입하여 빌드 플레이트(610) 상승시 경화된 레진층을 빌드 플레이트(610) 측에는 붙고 배트(500) 바닥면(BS)과는 분리시킬 수 있다.

또한, 글라스 플레이트(550)의 수명은, 광에 영향을 적게 받으며 수축/팽창에 대한 내구성이 높아 파손되지 않는한 영구적으로 사용할 수 있어, 수명이 늘어나는 장점이 있다.

이와 같은 본 발명의 실시예들의 배트(500)를 사용할 경우, 원 레이어 높이만큼 원 스텝으로 빌드 플레이트(610)를 상승시켜도 경화된 레진층과 배트(500)가 분리되어 원 스탭으로 일 레진층을 형성할 수 있다. (S309)

즉, 프로세서(700)는, 승강 모터(620)를 제어하여 한 레이어 높이만큼만 빌드 플레이트(610)를 상승시킨 후 바로 다음 단층 이미지에 대한 패턴 광을 조사하도록 하여, 출력속도를 획기적으로 향상시킬 수 있다.

도 8e는 도 8c와 도 8d의 글라스 플레이트의 다양한 일례를 도시한 도면이다.

도 8e의 (a)를 참조하면, 일 실시예에 따른 글라스 플레이트(550)는, 메쉬 타입의 복수의 홀(h)을 포함하는 형상을 가질 수 있다. 즉, 글라스 플레이트(550)는, 격자 형상을 가진 복수의 미세 홀(h)이 형성되어 높은 공기 투과율을 가질 수 있다.

도 8e의 (b)를 참조하면, 다른 실시예에 따른 글라스 플레이트(550)는, 그물망 타입의 복수의 홀(h)을 포함할 수 있다. 즉, 글라스 플레이트(550)는, 격 그물망 형상을 가진 복수의 미세 홀(h)이 형성되어 높은 공기 투과율을 가질 수 있다.

도 8e의 (e)를 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 글라스 플레이트(550)는, 랜덤한 위치에 복수의 홀(h)을 포함할 수 있다. 즉, 글라스 플레이트(550)에는, 복수의 미세 홀(h)이 형성되며, 이러한 글라스 플레이트(550)가 복층으로 적층되어도 높은 공기 투과율을 가질 수 있다.

도 9는 최종적으로 3차원 물체가 출력된 모습을 나타낸다.

도 9는 실시예에 따른 3D 프린터(10)에서 3차원 물체가 출력된 모습으로, 균일하고 강도 높은 패턴 광 조사를 통해 빠르게 레진층을 경화시켜 출력속도를 증가시킬 수 있으며, 이때, 한 레이어 당 높이를 축소시키는 것도 가능하여 출력 해상도를 높여 정밀하게 물체를 조형할 수도 있다.

나아가, 실시예에 따른 배트(500)는, 빠르게 경화되는 레진층과 쉽게 분리되어 경화된 레진층의 왜곡이 없으며, 이에 따라 원 스탭으로 빌드 플레이트(610)를 상승시켜 출력속도를 더욱 향상시킬 수 있다.

이상 설명된 본 발명에 따른 실시예는 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위하여 하나 이상의 소프트웨어 모듈로 변경될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, “필수적인”, “중요하게” 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.

또한 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (7)

1. 액체 광경화 수지를 수용하는 배트;
   상기 배트에 단층 이미지에 대응하는 패턴 광을 조사하여 상기 액체 광경화 수지를 경화시키는 프로젝터;
   상기 액체 광경화 수지가 경화됨에 따라 조형되는 출력물을 지지하는 빌드 플랫폼; 및
   상기 프로젝터와 상기 빌드 플랫폼을 제어하는 프로세서를 포함하고,
   상기 프로젝터는,
   광원인 복수의 라이트 소스와, 상기 라이트 소스에서 발광된 광을 집광하는 컨덴싱 렌즈와, 상기 집광된 광을 단층 이미지에 대응하는 패턴 광으로 투영하는 프로젝션 패널을 포함하고,
   상기 프로세서는,
   기등록된 복수의 장인들 각각의 예술품에 대한 3D 모델 도면정보를 기반으로 상기 프로젝터와 상기 빌드 플랫폼을 제어하고,
   상기 컨덴싱 렌즈는, 수평한 입사면과 출사면을 포함하는 집광렌즈를 포함하고,
   상기 집광렌즈의 입사면은 제 1 라이트 소스의 광을 집광하는 제 1 입사영역과, 제 2 라이트 소스의 광을 집광하는 제 2 입사영역과, 제 3 라이트 소스의 광을 집광하는 제 3 입사영역을 포함하고,
   상기 집광렌즈의 출사면의 중앙에는 출사영역이 형성되고,
   상기 집광렌즈는, 상기 제 1 입사영역과 상기 출사영역을 직선으로 연결하는 제 1 광 패스와, 상기 제 2 입사영역과 상기 출사영역을 직선으로 연결하는 제 2 광 패스와, 상기 제 3 입사영역과 상기 출사영역을 직선으로 연결하는 제 3 광 패스를 포함하고,
   상기 제 1 내지 제 3 광 패스는, 상기 집광렌즈의 나머지와 다른 매질로 형성되며,
   상기 배트는, 상기 배트의 내측 바닥면 상에 배치되며 복수의 홀이 형성된 다공성의 글라스 플레이트를 포함하고,
   상기 글라스 플레이트는, 메쉬 타입의 복수의 홀을 포함하는 형상, 그물망 타입의 복수의 홀을 포함하는 형상 또는 랜덤한 위치에 복수의 홀을 포함하는 형상 중 어느 하나로 구현되며, 상기 글라스 플레이트가 상기 배트 상에 복층으로 적층 가능한 구조인
   장인 기술을 구현하는 3D 프린터.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 프로젝션 패널은,
   마이크로 미러 방식(DMD) 및 액정(LED)에 의한 직접 조사방식 중 어느 하나의 방식을 기반으로 상기 컨덴싱 렌즈에서 출사된 광을 상기 단층 이미지에 대응하는 패턴 광으로 변환하는
   장인 기술을 구현하는 3D 프린터.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 배트는,
   상기 패턴 광을 투광하는 이형성 코팅제 또는 이형성 소재로 형성된 바닥부와, 상기 바닥부를 둘러싸는 측면부와, 상기 바닥부를 상기 측면부에 착탈 가능하게 결합시키는 결합부와, 상기 배트의 내측 바닥면 상에 배치되며 복수의 홀이 메쉬 구조로 형성된 글라스 플레이트를 포함하고,
   상기 측면부는,
   상기 글라스 플레이트를 고정시키고 상기 글라스 플레이트 측으로 공기를 투과하는
   장인 기술을 구현하는 3D 프린터.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 빌드 플랫폼은, 상기 배트 내에서 광경화수지가 경화됨에 따라 조형되는 출력 물체를 지지하는 빌드 플레이트와, 빌드 플레이트를 승강 시키는 승강 모터를 포함하고,
   상기 프로세서는,
   상기 빌드 플레이트를 상기 단층 이미지에 대한 레이어 높이만큼 원 스텝으로 상승시키도록 상기 승강 모터를 제어하는
   장인 기술을 구현하는 3D 프린터.
7. 제 1 항의 장인 기술을 구현하는 3D 프린터; 및
   제 1 서버;를 포함하고,
   상기 3D 프린터는 상기 제 1 서버와 데이터를 송수신하는 통신부;를 더 포함하고,
   상기 프로세서는,
   상기 제 1 서버로부터 기등록된 복수의 장인들 각각의 예술품에 대한 3D 모델 도면정보를 수신하고,
   수신한 상기 3D 모델 도면정보를 기반으로 상기 프로젝터와 상기 빌드 플랫폼을 제어하며,
   상기 제 1 서버는,
   기설정된 기준을 만족하는 상기 복수의 장인들의 예술품 정보를 제 2 서버 및 외부 장치 중 적어도 어느 하나로부터 획득하고, 획득한 상기 예술품 정보를 기반으로 상기 예술품에 대한 3D 모델 도면정보를 생성하며, 생성한 상기 3D 모델 도면정보를 상기 통신부로 송신하고,
   상기 제 1 서버는,
   상기 예술품 정보 및 상기 3D 모델 도면정보 중 적어도 어느 하나를 사용자 단말로 송신하고,
   상기 사용자 단말로부터 상기 사용자가 상기 3D 프린터를 통해 출력하려는 특정 예술품에 대한 선택정보를 수신하고,
   수신한 상기 선택정보를 기반으로 상기 통신부로 송신할 상기 3D 모델 도면정보를 판정하는
   장인 기술을 구현하는 3D 프린팅 시스템.

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