KR102171015B1 - 누수방지 기능을 향상시킨 3d 프린터용 수조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3D 프린터용 이형 수조에 관한 것으로서, 상기 수조 바닥면이 투명판으로 형성되며, 상기 투명판의 상부에 이형성 필름을 소정간격을 두고 결합시키는 형태로 구성하여, 플로팅 영역을 형성하는 3D 프린터용 이형 수조를 제공한다.

Description

누수방지 기능을 향상시킨 3D 프린터용 수조{Resin tank being capable releasing for 3D printer with improved separation and elasticity}

본 발명은 SLA 방식, DLP 방식 등의 3D 프린터에서 광경화수지를 저장한 상태에서 성형물을 제작하는 3D 프린터용 수조에 관한 것이다.

21세기 첨단기술의 총아로 손꼽히는 3D 프린터는 컴퓨터 설계 프로그램으로 만든 3차원 데이터를 바탕으로 실물의 입체 모양 그대로 성형품을 제작할 수 있는 프린터이다.

3D 프린터는 열에 녹는 고체 플라스틱 소재를 실타래처럼 뽑아 이것을 조금씩 녹여가며 쌓는 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식을 비롯하여, 광경화수지에 레이저 광을 주사하여 주사된 부분이 경화되는 원리를 이용한 SLA(StereoLithography Apparatus) 방식, SLA 방식에서 광경화수지 대신에 기능성 고분자 또는 금속분말을 사용하며 레이저 광선을 주사하여 고결시켜 성형하는 원리를 이용한 SLS(Slective Laser Sintering) 방식, 광경화수지가 저장된 저장조의 하부로 광을 조사하여 부분적으로 경화되는 원리를 이용한 DLP(Digital Light Processing) 방식 등이 있다.

이 중에서 SLA 방식 및 DLP 방식의 3D 프린터는 모두 광경화성 액상수지를 이용하는데, 광경화성 액상수지를 저장하면서 광이 투과되는 투명 수조가 이용된다.

이때, 기존 투명 수조는 도 13b와 같이, 수조 바닥에 투명필름 한 장으로 구성되어 있어, 외부의 충격 등으로 인해 필름이 찢어지거나 구멍이 뚫리면 내부의 액체 수지(5)가 흘러나와 3D 프린터 내부를 오염시키게 된다. 이렇게 오염된 3D 프린터 장치는 수리가 어렵거나 손상된 부품을 교체해야 하는 문제점이 있다.

또한, 투명 수조는 통상 아크릴, PC, 유리 등의 재질로 제작되어 사용되고 있는데, 이러한 재질로 이루어진 투명 수조는 도 13a와 같이, 성형물 경화 후에 이형성이 떨어지는 문제점이 있다.

이에 본 출원인은 선출원으로 특허출원번호 10-2018-0103191호에서 이러한 문제점을 해결하고 있으나, 3D 프린터 장치의 출력시간이 짧아짐에 따라 이형성이 저감되는 문제점이 있어 이를 강화시킬 필요성이 있다.

KR 등록특허 10-1406900호 KR 등록특허 10-1533374호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 이형성 필름을 갖는 상부 구조와 상기 필름이 찢어졌을 때 액체 수지를 수용할 수 있는 투명판을 갖는 하부구조를 결합하여 액체 수지의 누수를 방지할 수 있는 3D 프린터 수조를 제공함에 그 목적이 있다.

게다가, 3D 프린터 수조에서 출력시간이 짧아짐에 따라 플로팅 영역을 형성하여 이형성을 향상시키고 이형성 필름의 교체를 용이하게 함에 그 목적이 있다.

이를 위해, 본 발명은 광경화성 수지를 담는 용기형 구조로 이루어진 3D 프린터용 수조에 있어서, 상기 수조 바닥면이 투명판으로 형성되며, 상기 투명판의 상부에 이형성 필름을 소정간격을 두고 결합시키는 형태로 구성하여, 플로팅 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 이형 수조를 제공한다.

또한, 상기 투명판의 재질은 PC이고, 상기 이형성 필름층은 테프론 필름이 바람직하다.

또한, 상기 수조는 상하부가 모두 개방되고 측면의 상부 벽면부를 갖는 상부 수조와, 상기 상부 수조와 상부 벽면부와 결합하는 하부 벽면부 및 바닥부로서 투명판을 통해 상기 광경화성 수지의 누수를 방지하는 하부 수조를 포함할 수 있다.

또한, 상기 상부 수조는 필름 모듈과, 상기 필름 모듈과 결합되는 상부 수조 지지체로 구성되고, 상기 상부 수조 지지체는 상하부가 모두 개방되고 측면의 상부 벽면부로 구성되고, 상기 필름 모듈은 내부에 빈 공간을 갖고 소정 곡률을 갖고 단차를 형성한 프랜지 형태로 사각형 테두리를 형성하는 상하부의 필름 그리퍼를 형성하고, 상기 하부 필름 그리퍼 상에 상기 이형성 필름을 형성하고 상기 상부 필름 그리퍼를 상기 이형성 필름 상에 형성하여, 볼트로 상기 상부 필름 그리퍼와 상기 하부 필름 그리퍼를 체결하여 상기 이형성 필름을 고정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하부 수조는 상기 투명판과, 상기 투명판과 결합되는 하부 수조 지지체로 구성되고, 상기 하부 수조 지지체는 상하부가 모두 개방되고 측면의 하부 벽면부를 가지며, 상기 하부 벽면부는 상기 상부 수조의 상부 벽면부(116)와 결합하고, 바닥부를 형성하는 투명판과 결합되어 밀폐된 공간을 형성하므로 액체 수지의 누수 방지 구조를 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하부 벽면부와 상기 투명판을 양면 테이프로 상호 부착하거나 초음파 융착을 통해 결합시키는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명의 주요한 과제 해결 수단들은, 아래에서 설명될 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용', 또는 첨부된 '도면' 등의 예시를 통해 보다 구체적이고 명확하게 설명될 것이며, 이때 상기한 바와 같은 주요한 과제 해결 수단 외에도, 본 발명에 따른 다양한 과제 해결 수단들이 추가로 제시되어 설명될 것이다.

본 발명에 따른 3D 프린터용 이형 수조는, 투명 필름막을 갖는 상부 구조와 필름이 찢어졌을 때 액체 수지를 수용할 수 있는 투명판을 가진 하부구조가 결합된 3D 프린터 수조를 통해 액체 수지의 누수를 방지할 수 있게 한다.

이를 통해, 필름이 찢어졌을 때 새어나온 수지를 받아내어 3D 프린터 장비 내부를 오염시키는 문제를 방지할 수 있고, 중요 광학 부품을 새어나온 수지로부터 보호하여 수리 비용을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

게다가, 3D 프린터 수조에서 출력시간이 짧아짐에 따라 플로팅 영역을 형성하여 이형성을 향상시키고 이형성 필름의 교체를 용이하게 하는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 프린터용 이형 수조(100)를 도시한 측단면도,
도 2는 도 1의 3D 프린터용 이형 수조(100)를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 3D 프린터용 이형 수조(100)에서 상부 수조(110)에서 필름 모듈(115)을 형성하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 3D 프린터용 이형 수조(100)에서 형성된 필름 모듈(115)을 상부 수조(110)에 결합하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2의 3D 프린터용 이형 수조(100)에서 하부 수조(120)를 형성하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 4 및 도 5에서 형성된 상부 수조(110)와 하부 수조(120)의 결합과정을 나타낸 도면이다.
도 7은 DLP 방식의 3D 프린터에 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이형 수조(100)가 적용된 상태가 도시된 구성도이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이형 수조(100)를 이용한 성형물 형성 과정 및 성형물 분리 과정이 도시된 참고도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이형 수조(100)에서 필름 손상시 누수된 수지를 방지하는 예를 도시한 도면이다.
도 12는 SLA 방식의 3D 프린터에 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이형 수조(100)가 적용된 상태가 도시된 구성도이다.
도 13은 일반 수조를 이용할 경우에 나타나는 문제를 설명하기 위한 참고도이다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 프린터용 이형 수조(100)를 도시한 측단면도, 도 2는 도 1의 3D 프린터용 이형 수조(10)를 도시한 분해사시도이다. 이때, 동일한 구성요소에 대해서는 동일 도면 부호를 부여하여 자세한 설명을 생략하며, 차이점 위주로 설명한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터용 이형 수조(10)는, 광경화성 수지(R)를 담을 수 있도록 용기형 구조로 이루어지는데, 상하부가 모두 개방되고 측면의 상부 벽면부를 갖는 상부 수조(110)와, 상기 상부 수조(100)의 상부 벽면부와 결합하는 하부 벽면부 및 바닥부를 통해 액체 수지의 누수 방지 구조를 형성하는 하부 수조(120)로 구성될 수 있다. 이때, 용기형 구조의 형상으로 상부 수조(110)와 하부 수조(120)는 상부 및 하부가 모두 개방된 육면체형을 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 원통형 등 실시 조건에 따라 다양하게 구성할 수 있다.

이러한 이형 수조(100)는 상부 수조(110)의 상부 벽면부와 하부 수조(120)의 하부 벽면부의 결합을 통해 수지 누수 방지벽을 형성하고, 필름이 손상되었을 때 누수된 액체 수지가 담지는 되는 공간을 형성할 수 있게 된다.

도 3은 도 2의 3D 프린터용 이형 수조(100)에서 상부 수조(110)에서 필름 모듈(115)을 형성하는 과정을 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 3D 프린터용 이형 수조(100)에서 형성된 필름 모듈(115)을 상부 수조(110)에 결합하는 과정을 나타낸 도면이고, 도 5는 도 2의 3D 프린터용 이형 수조(100)에서 하부 수조(120)를 형성하는 과정을 나타낸 도면이고, 도 6은 도 4 및 도 5에서 형성된 상부 수조(110)와 하부 수조(120)의 결합과정을 나타낸 도면이다.

도 3 내지 도 6을 참조하여, 보다 자세히 살펴보면 다음과 rkxelk.

즉, 상부 수조(110)는 필름 모듈(115)과, 상기 필름 모듈(115)과 결합되는 상부 수조 지지체(117)로 구성될 수 있다. 이때, 상부 수조 지지체(117)는 상하부가 모두 개방되고 측면의 상부 벽면부(116)를 갖고 상기 필름 모듈(115)를 지지할 수 있는 사각형 테두리의 프랜지 형태의 필름 모듈 지지부를 갖는 육면체 형태로 구성될 수 있다.

도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같이, 필름 모듈(115)은 내부에 빈 공간을 갖고 소정 곡률을 갖고 단차를 형성한 프랜지 형태로 사각형 테두리를 형성하는 상하부 2개의 필름 그리퍼를 형성한다.

먼저, 도 3a를 참조하면, 상부 필름 그리퍼(113)와 하부 필름 그리퍼(114)를 형성하며, 상부 및 하부 필름 그리퍼(113, 114)의 각각 사각형 테두리를 따라 16개의 나사 또는 볼트 체결을 위한 나사홀 또는 볼트홀(119)을 형성한다. 또한, 상부 및 하부 필름 그리퍼(113, 114)의 사이 공간에 이형성 필름(112)이 삽입되어 지지되므로, 이형성 필름(112)에도 동일한 나사홀 또는 볼트홀(119)이 형성된다. 여기서, 나사홀 또는 볼트홀(119)의 개수는 각 단면당 소정 간격을 두고 대칭적으로 4개씩 4면에 대해 총 16개를 형성하였으나, 이에 한정되는 것을 아니며 필요에 따라 적정수로 형성될 수 있다.

이어, 도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 하부 필름 그리퍼(114) 상에 이형성 필름(112)을 놓고 상부 필름 그리퍼(113)를 상기 이형성 필름(112) 위에 올린다. 이때, 상하부 필름 그리퍼(113, 114)와 이형성 필름(112)에 형성된 나사홀 또는 볼트홀(119)은 균일 맞춤을 통해 일치 선상에 놓이게 된다.

이어, 도 3d에 도시된 바와 같이, 16개의 M3 볼트(118)로 상부 필름 그리퍼(113)와 하부 필름 그리퍼(114) 및 사이 공간에 형성된 이형성 필름(112)의 나사홀 또는 볼트홀(119)와 체결하여 이형성 필름(112)을 상하부 필름 그리퍼(113, 114) 상에 고정한다. 이렇게 형성된 필름 모듈(115)은 이형성 필름(112)과 이를 고정하는 상하부 필름 그리퍼(113, 114)가 결합된 하나의 결합체로서, 필름 손상에 따른 교체시 소비자에게 모듈 형태로 공급되므로 손상시에는 각 모듈만 교체하면 되므로 수리 및 보상이 손쉬워서 사용자의 편의성을 제공할 수 있다.

이어, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 필름 모듈(115)을 상하부가 모두 개방되고 측면의 상부 벽면부(116)로 형성된 직사각 형태의 상부 수조 지지체(117)의 배면에 놓는다. 이러한 상부 수조 지지체(117)의 배면은 상기 필름 모듈(115)를 지지할 수 있는 사각형 테두리의 프랜지부를 형성하고 이를 통해 필름 모듈 지지 할 수 있게 한다.

이어 도 4c에 도시된 바와 같이, 필름 모듈(115)을 상부 수조 지지체(117)의 배면에서 M4 볼트(119A)로 고정한다. 이를 위해, 상부 수조 지지체(117)의 프랜지부에는 8개의 나사홀 또는 볼트홀을 형성하고, 상기 나사홀 또는 볼트홀에 M4 볼트(119A)를 체결하여 고정시킨다. 이때, 도 4d에 도시된 바와 같이, M4 볼트 (119A)로 체결시 이형성 필름(112)이 늘어나면서 텐션을 가지고 팽팽하게 유지된다.

또한, 이형성 필름(112)으로는 이형성이 우수한 테프론(Teflon) 필름이 바람직하며, 도 4d에서와 같이 이형성 필름(112)이 이형 수조(100)에서 텐션을 가지고 팽팽하게 유지되므로, 이형 수조(100)에서 성형물(F)을 분리할 때, 성형물(F)이 이형 수조(100)에 붙어서 뜯기는 현상이 발생하지 않고, 이형 수조(100)로부터 원활하게 분리될 수 있게 된다.

이어, 도 5a를 참조하면, 하부 수조(120)는 누수 방지를 위한 바닥부로서 투명판(121)과, 상기 투명판(121)과 결합되는 하부 수조 지지체(127)로 구성될 수 있다. 이때, 하부 수조 지지체(127)는 상하부가 모두 개방되고 측면의 하부 벽면부(126)를 갖는 육면체 형태로 구성될 수 있다. 또한, 하부 벽면부(126)는 상부 수조(110)의 상부 벽면부(116)와 결합되는데, 상부 벽면부(116)가 상단 및 하단의 2단의 계단식 결합형태를 형성하고, 상부 벽면부(116)의 하단이 하부 벽면부(126)에 삽입되는 형태로 결합된다. 이때, 상부 벽면부(116)의 하단과 하부 벽면부(126)의 높이는 동일한 높이 또는 거의 같은 크기를 갖는 게 바람직하다.

이때, 광이 투과되는 바닥부로서 투명판(121)은, 유리(Glass)와, 아크릴 수지(PMMA, Poly-methylmethacrylate), PC(Polycarbonate), PET(Polyethyleneterephthalate) 등의 투명 플라스틱 재질로 형성될 수 있다. 이때, 이형 수조(100)의 하부 수조(120)의 바닥부는 투명 재질 판(plate) 형태로 형성되고 이를 위해 PC(폴리카보네이트) 재질이 바람직한데, 이는 광투과율이 90% 정도이고, 내충격성이 높으며, 굴절률이 1.58로 높아, 다른 투명 재질보다 충격강도가 우수하여 깨짐이 적고 가벼워 광이 투과되는 투명 수조의 용도에 적합한 장점이 있다.

또한, 하부 벽면부(126)는 PC 재질 이외에 기타 투명 재질로서 아크릴 수지 등의 투명 소재로 제작할 수 있으며, 상부 및 하부 벽면부(116, 126)는 필요에 따라서는 투명 소재가 아닌 불투명 소재(플라스틱, 금속재 등)를 이용하여 구성할 수 도 있다.

이어, 상하부가 모두 개방되고 측면의 하부 벽면부(126)로 형성된 직사각 형태의 하부 수조 지지체(127) 상에 방수 테이프로서 양면 테이프(122)를 부착한다.

이때, 하부 수조 지지체(127)의 하부면에는 양면 테이프(122)를 부착할 수 있고, 투명판(121)을 지지할 수 있는 사각형 테두리의 프랜지부를 형성하고 이를 통해 투명판(121)을 지지할 수 있게 한다.

이어, 도 5b에 도시된 바와 같이, 투명판(121)을 상기 양면 테이프(122)가 부착된 하부 수조 지지체(127)의 프랜지부 놓고 눌러 압착하는 방식으로 고정시킨다. 즉, 하부 수조 지지체(127)와 투명판(121)을 양면 테이프(122)로 상호 부착하거나 초음파 융착을 통해 결합시키는 구조이다.

또한, 본 실시예에서는 바닥부로서 투명판(121)을 전체가 투명 PC 재질로 제작된 것을 설명하였으나, 실시 조건에 따라서는 광이 투과되는 부분과 출력물이 지지되는 부분만을 투명 PC 재질로 제작하여, 다른 소재로 이루어진 부분과 결합시켜 구성하는 것도 가능하다.

이어, 도 6a에 도시된 바와 같이, 필름 모듈(115)이 결합된 상부 수조(110)를 투명판(121)이 결합된 하부 수조(120)에 삽입하여 도 6b와 같이 결합한다.

이후 도 6c에 도시된 바와 같이, 상부 수조(110)와 하부 수조(120)의 각 사각형 프랜지에서 각 모서리 부분에 4개의 나사 또는 볼트 체결을 위한 나사홀 또는 볼트홀(미도시)을 형성한다. 또한, 나사홀 또는 볼트홀의 개수는 대칭적으로 4개를 형성하였으나, 이에 한정되는 것을 아니며 필요에 따라 적정수로 형성될 수 있다.

이어, 4개의 나사홀 또는 볼트홀에 M5 볼트(100A)로 결합하여 상부 수조(110)와 하부 수조(120)의 조립을 완성한다.

이때, 바닥의 투명판(121) 상에 필름 모듈(115)이 소정의 간격을 두고 상부에 위치하게 되고, 이를 통해 틈새 공간을 형성하는데, 형성된 틈새공간이 플로팅 영역에 해당된다.

이러한 플로팅 영역을 통해 기존에 바닥의 투명판(121) 상에 이형성 필름이 증착되거나 코팅되어 일체화되므로 거의 틈새 공간이 없는 형태이나, 반면에 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이형 수조(100)는 적어도 상하부의 필름 그리퍼의 두께 만큼의 틈새 공간을 형성하게 되고 이러한 플로팅 영역을 통해 이형성을 향상시킬 수 있다. 즉, 3D 프린터의 출력속도가 짧아지면서(속도가 빨라지면서) 기존과 같이 바닥판과 필름사이에 틈새공간이 없을 경우에는 빠른 출력속도에 따라 출력물의 이형성 필름상에서 경화속도를 빠르게 하여 이형성을 약화시킨다.

반면에, 플로팅 영역을 통해 열전달을 방지하여 빠른 출력속도에 따른 경화온도 상승에 따른 빠른 경화를 방지하고 경화속도를 완화시켜 이형성을 강화시키는 효과가 있게 된다.

한편, 판(plate) 형태의 바닥 투명판(121) 상에 실리콘 코팅층(미도시)을 형성할 수 있다. 이때, 실리콘(silicone)은 규소와 산소의 결합(...-Si-O-Si-O-...)을 주축으로 하는 중합체를 의미하며, 실리콘 코팅층은 졸-겔법을 이용해 실리콘계 무기물에 경화제를 반응시켜 얻어진 유-무기 하이브리드형 코팅 용액을 상기 PC 투명판(121) 상에 도포하여 경도가 높은 피막을 형성하게 된다. 이러한 피막 형성은 상온에서 가능하나 60~80℃ 범위에서 20 ~30분 정도 가열하면 피막 형성시 속도를 향상시킬 수 있다.

또한, 실리콘 코팅층은 결정 형태의 실리콘에 염화메틸(CH₃Cl)을 반응시켜 디메틸디클로로실란(dichlorodimethylsilane)을 합성한 후 가수분해시키면 실록산 결합(...-Si-O-Si-O-...)이 형성된다. 이때, 여러 종류의 중합체, 즉 폴리실록산(Polysioxane) 중에서 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)의 실리콘계 무기물을 이용하는 것이 바람직하며, 경화(촉진제)로는 나노물질로서 탄소나노튜브(CNT), 메조포러스 실리카 나노 입자, 그래핀 등이 사용된다.

가령, 톨루엔 등의 일반 용매에 실리콘계 무기물 PDMS와 경화제 탄소나노튜브, 메조포러스 실리카 나노입자, 그래핀 등을 소정비로 혼합하여 교반하여 혼합된 나노물질을 고르게 분산시켜 실리콘 코팅액을 형성한다. 이때, 폴리실록산으로 PDMS와 경화제 나노물질의 혼합비는 중량%(wt%)로 100:10~20% 범위에서 혼합하는 것이 바람직하다. 이를 통해, 탄성계수와 열팽창 계수를 증가시키고, 주름이나 균열 등의 PDMS 기계적 안정성을 향상시킨다.

또한, 실리콘 코팅액을 도포하여 경화시켜 형성된 실리콘 고무 코팅층을 200℃까지 내열성이 있으나, 광경화성에 따른 내열성 향상을 위해 열안정제를 도입할 수 있다. 가령, PDMS와 경화제 실리카 나노물질 등이 혼합된 혼합 실리콘 코팅액의 전체 중량(wt%) 대비 0.5~1% 범위에서 열안정제로서 무기질 Ca과 Zn 나노 입자를 혼합하여 잘 분산시킨다.

또한, 소수성을 강화시키기 위해, PDMS와 경화제 실리카 나노물질 등이 혼합된 혼합 실리콘 코팅액의 전체 중량(wt%) 대비 0.3~0.5% 범위에서 불화 실리콘오일(boron alkoxide와 플루오로알킬실란)을 첨가하여 장시간 열경화성 수지를 침지하더라도 흡수율 1% 범위 이하로 유지하고, 투명 수조의 안개 서림을 방지할 수 있다.

이처럼, 본 발명에서는 수조 바닥면이 투명한 PC Plate로 이루어지며, 투명 PC Plate 위에 이형성 필름을 소정간격을 두고 결합시키는 형태로 이루어짐으로써, 플로팅 영역을 통해 이형성 강화로 종래 수조 대비 수조면과 성형품의 분리가 용이해지게 한다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터용 이형수조(100)를 DLP 방식의 3D 프린터에 적용하여 이용할 경우에 대해, 도 7 내지 도 10을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 7은 DLP 방식의 3D 프린터에 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이형 수조(100)가 적용된 상태가 도시된 구성도이다.

DLP 방식의 3D 프린터는, 도 7에 개략적으로 도시된 바와 같이, 광경화성 수지(R)가 저장되는 이형 수조(100)와, 이 이형 수조(100)의 상부에 위치되어 성형물(F)을 지지하는 프린팅 베드(20)와, 이형 수조(100)의 하부에서 수지를 경화시키는 광을 조사하는 광원(30)으로 이루어진다.

여기서, 상기 프린팅 베드(20)는 이형 수조(100)의 상부에서 성형물(F)을 지지할 수 있도록 주변 구조물에 고정되어 설치된다.

또한, 광원(30)은 광경화성 수지(R)를 경화시키는 레이저를 조사하는 DLP 프로젝터로 구성될 수 있다.

이러한 프린팅 베드(20) 및 광원(30)은 DLP 방식의 3D 프린터의 공지된 구성이므로 구체적인 설명은 생략한다. 또한 광원(30)과 이형 수조(100) 사이에는 광 조사 방향을 조절하는 미러가 설치될 수 있으며, 이와 같은 구성 요소 외에 DLP 방식의 3D 프린터에 필요한 공지의 구성이 포함되어 구성될 수 있다.

도 8을 참조하여 동작 과정을 살펴보면, 이형 수조(100) 내에 열경화성 수지(R)를 넣고, 광원(30)을 통해 광을 조사하여 수지를 차례로 경화시켜 원하는 성형물(F)을 출력하여 제작한다. 이때 이형 수조(100)는 분리장치를 구성하는 베이스 플레이트(41)의 상부에 위치된다.

이후, 성형물(F)을 이형 수조(100)에서 분리하기 위해, 도 8에 도시된 바와 같이 분리장치의 모터(43)를 구동하여 베이스 플레이트(41)의 한쪽 높이를 달리하면, 베이스 플레이트(41)가 힌지(45)를 중심으로 회전하면서 경사지게 위치되고, 이때 도 9 및 도 10에서와 같이 이형 수조(100)도 함께 경사지게 위치되면서 프린팅 베드(20)에 지지된 성형물(F)이 떨어지게 된다.

여기서, 도 13a를 참조하면, 기존 이형 필름 등 이형제(5)가 코팅된 수조(1)의 경우에는 성형물(F)을 분리하는 과정에서 이형제(5)가 뜯기는 현상이 발생한다.

하지만, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이형 수조(100)는 수조 바닥면이 투명한 PC Plate로 이루어지며, 투명 PC Plate 위에 이형성 필름을 소정간격을 두고 결합시키는 형태로 이루어짐으로써, 플로팅 영역을 통해 이형성 강화로, 도 10에서와 같이, 성형물(F)이 이형 수조(100)에 붙어서 뜯기는 현상이 발생하지 않고, 이형 수조(100)로부터 원활하게 분리될 수 있게 된다.

또한, 상부 수조와 하부수조의 결합구조를 통해 완전히 밀폐된 벽면을 형성하여 수지 누수 방지벽을 형성하게 된다. 또한, 바닥부를 형성하는 투명판(121)과 결합되어 누수된 수지가 담기는 공간을 형성하여 밀폐된 공간을 형성하므로 액체 수지의 누수 방지 구조를 형성하게 된다(도 1 참조). 이에 따라, 도 11a에 도시된 바와 같이, 필름이 찢어져 광경화성 수지가 유출되더라도, 도 11b와 같이, 수조 분해시에 수지가 전술한 누수 방지 구조에 의해 수조 밖으로 수지가 새어나오지 않게 된다. 이에 도 11c와 같이 수조 바닥은 수지 오염 없이 깨끗하여 3D 프린터 장치를 보호할 수 있음을 확인할 수 있다. 이와 같이, 액체 수지의 누수를 방지하고 필름 손상시 모듈 형태로 교환으로 손쉽게 교체하여 수리 보수의 편의성을 제공한다.

다음, SLA 방식의 3D 프린터에 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이형 수조(100)가 적용된 상태를 도 12를 참조하여 설명한다.

도 12를 참조하면, SLA 방식의 3D 프린터는 이형 수조(100) 내에 광경화성 수지(R)를 저장하고, 이형 수조(100) 하부에서 레이저 조사기(51)를 통해 조사된 레이저를 다이내믹 미러(55)를 통해 조절하면서 광경화성 수지(R)를 경화시켜 원하는 성형물(F)을 제작하도록 구성된다.

이형 수조(100)는 앞서 설명한 DLP 방식의 3D 프린터에서와 같이 상부가 개방된 직육면체 형태로서, 수조 바닥면이 투명한 PC Plate로 이루어지며, 투명 PC Plate 위에 이형성 필름을 소정간격을 두고 결합시키는 형태로 이루어짐으로써, 플로팅 영역을 통해 이형성을 강화시킨다.

이러한 SLA 방식의 3D 프린터에서도, 도 9에서와 같은 모터(43), 베이스 플레이트(41) 등으로 이루어진 분리장치를 통해 이형 수조(100)에서 성형물(F)을 분리할 때, 성형물(F)이 이형 수조(100)에 붙어서 뜯기는 현상이 발생하지 않고, 이형 수조(100)로부터 원활하게 분리될 수 있게 된다.

상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

100 : 이형 수조
121 : 투명판
112: 이형성 필름
20 : 프린팅 베드 30 : 광원
41 : 베이스 플레이트 43 : 모터
45 : 힌지 51 : 레이저 조사기
55 : 다이내믹 미러 60 : 프린팅 베드
R : 광경화성 수지 F : 성형물

Claims (7)

1. 액체 수지를 담는 용기형 구조로 이루어진 3D 프린터용 수조에 있어서,
   상기 수조는,
   필름 모듈과, 상기 필름 모듈과 결합되고 상/하부가 모두 개방되고 측면의 상부 벽면부로 구성되는 상부 수조 지지체를 구비한 상부 수조와;
   바닥부로서 투명판과, 상기 투명판과 결합되고 상/하부가 모두 개방되고 측면의 하부 벽면부로 구성되는 하부 수조 지지체를 구비한 하부 수조;를 포함하며,
   상기 필름 모듈은, 내부에 빈 공간을 갖고 소정 곡률을 갖고 단차를 형성한 프랜지 형태로 사각형 테두리를 형성하는 상부 및 하부 필름 그리퍼를 형성하고, 상기 하부 필름 그리퍼 상에 이형성 필름을 형성하고 상기 상부 필름 그리퍼를 상기 이형성 필름 상에 형성하여, 상기 상부 필름 그리퍼와 상기 하부 필름 그리퍼를 체결하여 상기 이형성 필름을 고정하며,
   상기 필름 모듈이 결합된 상부 수조를 상기 투명판이 결합된 하부 수조에 삽입하고 상기 하부 벽면부와 상기 상부 벽면부를 결합하여,
   상기 액체 수지의 누수를 방지하고 플로팅 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 이형 수조.
2. 제1항에 있어서,
   상기 투명판의 재질은 PC인 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 이형 수조.
3. 제1항에 있어서,
   상기 이형성 필름은 테프론 필름인 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 이형 수조.
4. 제1항에 있어서,
   상기 상부 수조 지지체에 상기 필름 모듈을 지지할 수 있는 사각형 테두리의 제1 프랜지부를 형성하고,
   상기 하부 수조 지지체에 상기 투명판을 지지하는 사각형 테두리의 제2 프랜지부를 형성하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 이형 수조.
5. 제1항에 있어서,
   상기 상부 벽면부가 상단 및 하단의 계단식 결합 형태를 형성하고, 상기 상부 벽면부의 하단이 상기 하부 벽면부에 삽입되는 형태로 결합되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 이형 수조.
6. 제1항에 있어서,
   상기 투명판 상에 실리콘 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 이형 수조.
7. 제1항에 있어서,
   상기 하부 벽면부와 상기 투명판을 양면 테이프로 상호 부착하거나 초음파 융착을 통해 결합시키는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 이형 수조.

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