KR102184503B1

KR102184503B1 - 3차원 프린터 및 3차원 프린팅 방법

Info

Publication number: KR102184503B1
Application number: KR1020200030916A
Authority: KR
Inventors: 배성우
Original assignee: 배성우
Priority date: 2020-03-12
Filing date: 2020-03-12
Publication date: 2020-11-30

Abstract

본 발명은 3차원 입체 조형물을 조형할 수 있는 3차원 프린터 및 3차원 프린팅 방법에 관한 것으로서, 3차원 입체 조형물을 조형할 수 있는 작업 영역이 형성되는 작업 테이블과, 상기 작업 테이블의 상방에 이동 가능하게 설치되고, 상기 작업 영역에 광경화 물질을 포함하는 소재를 잉크젯 방식으로 분사하는 프린팅 모듈과, 상기 작업 테이블의 상방에 이동 가능하게 설치되고, 상기 작업 영역에 자외선을 조사하는 램프 모듈과, 상기 작업 테이블의 상기 작업 영역에 설치되고, 상기 프린팅 모듈에서 분사되는 상기 소재가 수용되어, 상기 램프 모듈에서 조사되는 자외선에 의해 상기 소재가 경화되어 내부에서 상기 입체 조형물이 조형되는 조형 모듈과, 상기 작업 테이블의 상방에 이동 가능하게 설치되고, 상기 프린팅 모듈의 이동 방향을 기준으로 경사지게 각도 조절이 되는 롤러부를 구비하여 상기 조형 모듈에 적층된 상기 소재를 가압하는 가압 모듈 및 상기 프린팅 모듈, 상기 램프 모듈, 상기 조형 모듈 및 상기 가압 모듈 중 적어도 어느 하나의 모듈의 구동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

3차원 프린터 및 3차원 프린팅 방법{3D printer and 3D printing method}

본 발명은 3차원 프린터 및 3차원 프린팅 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 3차원 입체 조형물을 조형할 수 있는 3차원 프린터 및 3차원 프린팅 방법에 관한 것이다.

3차원 프린팅 기술은 3차원 입체 도면을 기반으로 3차원 공간 안에 인쇄하듯 물품을 만들어내는 제조기술을 말한다. 개발 초기에는 플라스틱 소재에만 국한되고 제한된 용도로 사용되었지만, 나일론과 금속 등으로 범위가 확대되고, 휴대전화 케이스, 자동차 부속품까지 출력할 수 있는 정도로 전 산업분야에 응용되고 있는 추세이다.

일반적으로, 대다수 산업용 금속 3D 프린터는 금속 분말을 도포하고 원하는 부분만 레이저로 용융시켜 제품을 만드는 선택적 레이저 소결(SLS) 방식을 따르고 있다. 그러나, 선택적 레이저 소결 방식은, 정교한 제품 제작은 가능하지만 대형 제품 제작이 어렵고 생산 속도가 느리다는 단점이 있다. 이에 따라, 최근에는, 용액 형태의 소재를 젯팅 토출시키고 자외선 등을 이용하여 고형화시키는 머트리얼 젯(MJ, Material-Jet) 방식이 부각되고 있다.

이러한, 머트리얼 젯 방식의 3차원 프린터는, 프린팅 헤드에서 소재를 원하는 곳에 분사한 후 자외선 램프로 경화시키며 3차원의 입체 조형물을 조형하는 방식으로써, 프린팅 헤드가 이동하는 방향대로 소재가 분사된 후 경화되기 때문에 입체 조형물의 횡단면에 복수의 줄 형상이 층층이 형성되어 프린팅 헤드의 이동 경로대로 분사 자국이 그대로 남는 문제점이 있었다. 이에 따라, 입체 조형물의 표면 조도, 정밀도 및 강도의 문제점이 발생할 수 있기 때문에, 롤러를 설치하여 프린팅 헤드가 분사한 소재의 표면을 소정의 압력으로 가압하여 3차원 프린터에서 조형되는 입체 조형물의 표면 조도를 향상시키고 있다.

그러나, 이러한 종래의 3차원 프린터 및 3차원 프린팅 방법은, 소재를 분사하는 프린팅 헤드의 이동 방향과 분사된 소재의 표면을 가압하는 롤러의 이동 방향이 평행하게 형성되어, 입체 조형물의 표면 조도는 다소 향상될 수 있으나 입체 조형물의 횡단면에 복수의 줄 형상이 층층이 형성되어 프린팅 헤드의 이동 경로대로 생기는 분사 자국은 완전히 없어지지 않는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 프린팅 헤드의 이동 방향을 기준으로 경사지게 각도 조절이 되는 롤러부를 구비한 가압 모듈을 이용하여 프린팅 헤드에서 분사된 소재의 표면을 가압함으로써, 입체 조형물의 표면 조도를 향상시키고, 입체 조형물의 횡단면에 복수의 줄 형상이 층층이 형성되는 분사 자국을 완전히 해소할 수 있는 3차원 프린터 및 3차원 프린팅 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 3차원 프린터가 제공된다. 상기 3차원 프린터는, 3차원 입체 조형물을 조형할 수 있는 작업 영역이 형성되는 작업 테이블; 상기 작업 테이블의 상방에 이동 가능하게 설치되고, 상기 작업 영역에 광경화 물질을 포함하는 소재를 잉크젯 방식으로 분사하는 프린팅 모듈; 상기 작업 테이블의 상방에 이동 가능하게 설치되고, 상기 작업 영역에 자외선을 조사하는 램프 모듈; 상기 작업 테이블의 상기 작업 영역에 설치되고, 상기 프린팅 모듈에서 분사되는 상기 소재가 수용되어, 상기 램프 모듈에서 조사되는 자외선에 의해 상기 소재가 경화되어 내부에서 상기 입체 조형물이 조형되는 조형 모듈; 상기 작업 테이블의 상방에 이동 가능하게 설치되고, 상기 프린팅 모듈의 이동 방향을 기준으로 경사지게 각도 조절이 되는 롤러부를 구비하여 상기 조형 모듈에 적층된 소재를 가압하는 가압 모듈; 및 상기 프린팅 모듈, 상기 램프 모듈, 상기 조형 모듈 및 상기 가압 모듈 중 적어도 어느 하나의 모듈의 구동을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 가압 모듈은, 상기 작업 테이블 상에 상기 조형 모듈의 양측에 설치되는 한 쌍의 레일부; 상기 한 쌍의 레일부에 이동 가능하게 설치되고 그 길이가 가변되는 지지부; 및 상기 지지부에 설치되는 상기 롤러부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 한 쌍의 레일부는, 상기 조형 모듈의 일측에 설치되는 제 1 레일; 상기 제 1 레일 상에 이동 가능하게 설치되는 제 1 무빙 플레이트; 상기 제 1 레일의 일측에 설치되어 상기 제 1 무빙 플레이트를 구동하는 제 1 구동체; 상기 조형 모듈을 기준으로 상기 제 1 레일과 대향되게 상기 조형 모듈의 타측에 설치되는 제 2 레일; 상기 제 2 레일 상에 이동 가능하게 설치되는 제 2 무빙 플레이트; 및 상기 제 2 레일의 일측에 설치되어 상기 제 2 무빙 플레이트를 구동하는 제 2 구동체;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 지지부는, 상기 제 1 무빙 플레이트 상에 피봇(Pivot) 가능하게 설치되는 제 1 힌지; 상기 제 2 무빙 플레이트 상에 피봇 가능하게 설치되는 제 2 힌지; 및 일측이 상기 제 1 힌지에 슬라이딩 가능하게 결합되고 타측이 상기 제 2 힌지에 결합되며, 상기 롤러부를 지지하는 지지 플레이트;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 지지부에 설치된 상기 롤러부가 상기 조형 모듈에 적층된 소재를 가압하기 전에 상기 프린팅 모듈의 이동 방향을 기준으로 경사지게 조절될 수 있도록, 상기 제 1 구동체 또는 상기 제 2 구동체에 제어신호를 인가하여 상기 제 1 무빙 플레이트 또는 상기 제 2 무빙 플레이트를 소정 거리 이동시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 지지 플레이트는, 일측에 설치된 이동핀이 상기 제 1 힌지에 형성된 선형 슬롯(Slot)에 삽입되어 상기 제 1 힌지에 슬라이딩 가능하게 결합될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 지지부는, 상기 제어부가 상기 제 1 구동체 또는 상기 제 2 구동체에 제어신호를 인가하여 상기 제 1 무빙 플레이트 또는 상기 제 2 무빙 플레이트를 소정 거리 이동 시, 상기 이동핀이 상기 선형 슬롯에서 이동하면서 그 길이가 가변될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 지지부에 설치된 상기 롤러부가 경사지게 조절된 후 경사진 상태로 상기 조형 모듈에 적층된 소재를 가압할 수 있도록, 상기 제 1 구동체 및 상기 제 2 구동체에 동일한 제어신호를 인가하여 상기 제 1 무빙 플레이트 및 상기 제 2 무빙 플레이트를 동일한 속도로 이동시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 롤러부는, 원통 형상으로 형성되어 상기 조형 모듈에 적층된 소재의 표면을 가압하는 롤러; 상기 지지 플레이트에 설치되어 상기 롤러를 승하강 가능하게 지지하는 롤러 브라켓; 및 상기 롤러 브라켓의 일측에 설치되어 상기 롤러를 회전 구동하는 롤러 구동체;를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 3차원 프린팅 방법 제공된다. 상기 3차원 프린팅 방법은, 상기 프린팅 모듈이 상기 작업 테이블의 상기 작업 영역에 설치된 상기 조형 모듈의 상방에서 이동하면서 상기 소재를 분사하는 단계; 상기 가압 모듈의 상기 롤러부를 상기 프린팅 모듈의 이동 방향을 기준으로 경사지게 조절하여 상기 조형 모듈에 적층된 상기 소재를 가압하는 단계; 및 상기 램프 모듈이 상기 조형 모듈의 상방으로 이동하여 상기 조형 모듈에 적층된 상기 소재에 자외선을 조사하여 상기 소재를 경화시키는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 소재를 가압하는 단계에서, 상기 롤러부의 일측을 소정 거리 이동시켜 상기 롤러부를 상기 프린팅 모듈의 이동 방향을 기준으로 경사지게 조절하는 단계; 및 경사지게 조절된 상기 롤러부를 경사진 상태로 전진시킬 수 있도록, 상기 롤러부의 양측을 동일한 속도로 이동시켜 상기 조형 모듈에 적층된 상기 소재를 가압하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 프린팅 헤드의 이동 방향을 기준으로 경사지게 각도 조절이 되는 롤러부를 구비한 가압 모듈을 이용하여 프린팅 헤드에서 분사된 소재의 표면을 가압함으로써, 입체 조형물의 표면 조도를 향상시키고, 입체 조형물의 횡단면에 복수의 줄 형상이 층층이 형성되는 분사 자국을 완전히 해소할 수 있는 3차원 프린터 및 3차원 프린팅 방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터를 개략적으로 나타내는 전면 사시도이다.
도 2는 도 1의 3차원 프린터의 가압 모듈을 개략적으로 나타내는 전면 사시도이다.
도 3 및 도 4는 도 2의 가압 모듈을 개략적으로 나타내는 후면 사시도 및 측면도이다.
도 5는 도 2의 가압 모듈의 롤러부의 각도를 조절한 모습을 개략적으로 나타내는 전면 사시도이다.
도 6 및 도 7은 도 5의 가압 모듈을 개략적으로 나타내는 측면도 및 평면도이다.
도 8 내지 도 10은 도 1의 3차원 프린터가 입체 조형물을 조형하는 과정을 단계적으로 나타내는 단면도들이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

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.

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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터(1000)를 개략적으로 나타내는 전면 사시도이고, 도 2는 도 1의 3차원 프린터(1000)의 가압 모듈(100)을 개략적으로 나타내는 전면 사시도이며, 도 3 및 도 4는 도 2의 가압 모듈(100)을 개략적으로 나타내는 후면 사시도 및 측면도이다.

그리고, 도 5는 도 2의 가압 모듈(100)의 롤러부(130)의 각도를 조절한 모습을 개략적으로 나타내는 전면 사시도이고, 도 6 및 도 7은 도 5의 가압 모듈(100)을 개략적으로 나타내는 측면도 및 평면도이며, 도 8 내지 도 10은 도 1의 3차원 프린터(1000)가 입체 조형물(A)을 조형하는 과정을 단계적으로 나타내는 단면도들이다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터(1000)는, 가압 모듈(100)과, 작업 테이블(200)과, 프린팅 모듈(300)과, 램프 모듈(400) 및 조형 모듈(500)을 포함할 수 있다. 또한, 가압 모듈(100)과, 프린팅 모듈(300)과, 램프 모듈(400) 및 조형 모듈(500)과 전기적으로 연결되어 이들 모듈 중 적어도 어느 하나의 모듈을 제어할 수 있는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 작업 테이블(100)은, 평평한 형태의 테이블로써, 그 상면에 3차원 입체 조형물(A)을 조형할 수 있는 작업 영역이 형성되고, 가압 모듈(100)과, 프린팅 모듈(300)과, 램프 모듈(400) 및 조형 모듈(500)을 지지할 수 있다. 이러한, 작업 테이블(100)은, 도시되진 않았지만 프레임 구조체에 의해 그 하면이 지지될 수 있다. 예컨대, 상기 프레임 구조체는, 일체형 사출 구조물이나, 주물이나, 다양한 형상의 판재, 선재, 파이프재, 수직 부재, 수평 부재 및 경사 부재들을 서로 용접하거나 연결하여 이루어지는 프레임 구조체일 수 있다.

프린팅 모듈(300)은, 작업 테이블(200)의 상방에 작업 테이블(200)의 폭 방향, 길이 방향 또는 높이 방향으로 이동 가능하게 설치될 수 있다. 예컨대, 프린팅 모듈(300)은, 도시되진 않았지만 작업 테이블(200)에 지지되어 있는 LM가이드와 같은 선형 구동체에 설치되어 작업 테이블(200)의 상방에 이동 가능하게 설치될 수 있다.

더욱 구체적으로, 프린팅 모듈(300)은, 광경화 물질을 포함하는 소재를 잉크젯 방식으로 분사하는 프린팅 헤드(310) 및 작업 테이블(200)의 폭 방향 또는 길이 방향으로 구동하는 상기 선형 구동체에 설치되어 프린팅 헤드(310)를 작업 테이블(200)의 높이 방향으로 승하강 가능하게 지지하는 헤드 지지부(320)를 포함할 수 있다.

이에 따라, 프린팅 모듈(300)의 프린팅 헤드(310)가 작업 테이블(200) 상에서 작업 테이블(200)의 폭 방향, 길이 방향 또는 높이 방향으로 이동 가능하게 설치되어, 작업 테이블(200)의 상기 작업 영역으로 이동하여 광경화 물질을 포함하는 상기 소재를 분사할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 램프 모듈(400)은, 작업 테이블(200)의 상방에 이동 가능하게 설치되고, 작업 테이블(200)의 상기 작업 영역에 자외선을 조사할 수 있다. 예컨대, 램프 모듈(400)은, 프린팅 모듈(300)에 설치되어 프린팅 모듈(300)이 상기 작업 영역에 소정의 형상으로 상기 소재를 도포한 후, 프린팅 모듈(300)의 이동에 따라 이동하면서 도포된 상기 소재를 경화시킬 수 있다. 이러한, 램프 모듈(400)은, 프린팅 모듈(300)에 설치되어 이동하는 것을 예로 들었지만, 반드시 이에 국한되지 않고, 후술될 가압 모듈(100)에 설치되어 이동하거나, 별도의 이동 구조체에 설치되어 프린팅 모듈(300) 및 가압 모듈(100)과 별도로 이동되게 설치될 수도 있다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 조형 모듈(500)은, 작업 테이블(200)의 상기 작업 영역에 설치되고, 프린팅 모듈(300)에서 분사되는 상기 소재가 수용되어, 램프 모듈(400)에서 조사되는 자외선에 의해 상기 소재가 경화되어 적층됨으로써, 내부에서 입체 조형물(A)이 조형될 수 있다.

더욱 구체적으로 조형 모듈(500)은, 상기 소재가 수용되어 입체 조형물(A)이 조형될 수 있는 내부 공간(511)이 형성될 수 있도록 상방이 개방된 박스 형상으로 형성되는 조형 챔버(510) 및 조형 챔버(510)의 내부에 승하강 가능하게 구비되고 프린팅 모듈(300)의 프린팅 헤드(310)에서 분사되어 램프 모듈(400)에서 조사되는 자외선에 의해 경화되는 상기 소재에 의해 상면에 입체 조형물(A)이 복수의 레이어층으로 적층되어 조형되는 조형 스테이지(520)를 포함할 수 있다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 가압 모듈(100)은, 작업 테이블(200)의 상방에 이동 가능하게 설치되고, 프린팅 모듈(300)의 이동 방향을 기준으로 경사지게 각도 조절이 가능한 롤러부(130)를 구비하여 조형 모듈(500)에 적층된 상기 소재를 가압할 수 있다.

예컨대, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 가압 모듈(100)은, 작업 테이블(200) 상에 조형 모듈(500)의 양측에 설치되는 한 쌍의 레일부(110)와, 한 쌍의 레일부(110)에 이동 가능하게 설치되고 그 길이가 가변되는 지지부(120) 및 지지부(120)에 설치되는 롤러부(130)를 포함할 수 있다.

더욱 구체적으로, 한 쌍의 레일부(110)는, 조형 모듈(500)의 일측에 설치되는 제 1 레일(111)과, 제 1 레일(111) 상에 이동 가능하게 설치되는 제 1 무빙 플레이트(112)와, 제 1 레일(111)의 일측에 설치되어 제 1 무빙 플레이트(112)를 구동하는 제 1 구동체(113)와, 조형 모듈(500)을 기준으로 제 1 레일(111)과 대향되게 조형 모듈(500)의 타측에 설치되는 제 2 레일(114)과, 제 2 레일(114) 상에 이동 가능하게 설치되는 제 2 무빙 플레이트(115) 및 제 2 레일(114)의 일측에 설치되어 제 2 무빙 플레이트(115)를 구동하는 제 2 구동체(116)를 포함할 수 있다.

또한, 지지부(120)는, 제 1 무빙 플레이트(112) 상에 피봇(Pivot) 가능하게 설치되는 제 1 힌지(121)와, 제 2 무빙 플레이트(115) 상에 피봇 가능하게 설치되는 제 2 힌지(122) 및 일측이 제 1 힌지(121)에 슬라이딩 가능하게 결합되고 타측이 제 2 힌지(122)에 결합되며 롤러부(130)를 지지하는 지지 플레이트(123)를 포함할 수 있다.

따라서, 상기 제어부가 제 1 구동체(113) 및 제 2 구동체(114)에 제어신호를 인가하여 제 1 구동체(113) 및 제 2 구동체(114)를 구동하면, 제 1 무빙 플레이트(112)가 제 1 레일(111) 상에서 선형으로 이동하고, 제 2 무빙 플레이트(115)가 제 2 레일(114) 상에서 선형으로 이동할 수 있다. 이에 따라, 제 1 무빙 플레이트(112) 상에 설치된 제 1 힌지(121) 및 제 2 무빙 플레이트(115) 상에 설치된 제 2 힌지(122)도 함께 선형으로 이동하면서 롤러부(130)를 지지하는 지지 플레이트(123)가 함께 선형으로 이동할 수 있다.

또한, 지지부(120)의 지지 플레이트(123)에 설치되는 롤러부(130)는, 원통 형상으로 형성되어 조형 모듈(500)에 적층된 소재의 표면을 가압하는 롤러(131)와, 지지 플레이트(123)에 설치되어 롤러(131)를 승하강 가능하게 지지하는 롤러 브라켓(132) 및 롤러 브라켓(132)의 일측에 설치되어 롤러(131)를 회전 구동하는 롤러 구동체(133)를 포함할 수 있다. 여기서 롤러 구동체(133)와 롤러(131)는 벨트와 풀리 조합이나, 기어 조합이나 체인과 스프로켓 조합 등에 의해 연결되어, 롤러 구동체(133)의 구동력을 롤러(131)로 전달함으로써 롤러(131)를 회전시킬 수 있다.

이때, 지지부(120)에 설치된 롤러부(130)가 조형 모듈(500)에 적층된 상기 소재를 가압하기 전에 프린팅 모듈(300)의 이동 방향을 기준으로 경사지게 조절될 수 있도록, 상기 제어부가 제 1 구동체(113) 또는 제 2 구동체(116)에 제어신호를 인가하여 제 1 무빙 플레이트(112) 또는 제 2 무빙 플레이트(115)를 소정 거리 이동시킬 수 있다.

예컨대, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제어부가 제 1 구동체(113)에 제어신호를 인가하여 제 1 무빙 플레이트(112) 만을 소정 거리 이동 시킴으로써, 제 1 무빙 플레이트(112) 상에 피봇(Pivot) 가능하게 설치되는 제 1 힌지(121) 및 제 2 무빙 플레이트(115) 상에 피봇 가능하게 설치되는 제 2 힌지(122)가 회동하면서 롤러부(130)를 지지하는 지지 플레이트(123)가 경사지게 형성될 수 있다.

더욱 구체적으로, 지지 플레이트(123)는, 일측에 설치된 이동핀(P1)이 제 1 힌지(121)에 형성된 선형 슬롯(S)에 삽입되어 제 1 힌지(121)에 슬라이딩 가능하게 결합됨으로써, 지지부(120)는, 상기 제어부가 제 1 구동체(113)에 제어신호를 인가하여 제 1 무빙 플레이트(112)를 소정 거리 이동 시, 이동핀(P1)이 선형 슬롯(S)에서 이동하면서 그 길이가 가변될 수 있다. 이때, 지지 플레이트(123)의 타측은 고정핀(P2)에 의해 제 2 힌지(122)에 완전히 고정될 수 있다. 그러나, 반드시 이에 국한되지 않고, 제 2 힌지(122)에도 선형 슬롯을 형성하여 지지 플레이트(123)의 타측에 설치된 고정핀(P2)이 슬라이딩 가능하게 지지할 수도 있다.

이에 따라, 이격 거리가 일정한 제 1 레일(111)과 제 2 레일(114)의 사이에서, 제 1 무빙 플레이트(112) 만을 소정 거리 이동시킴으로써, 롤러부(130)를 지지하는 지지 플레이트(123)를 경사지게 조절할 수 있다.

또한, 본 실시 예에서는, 상기 제어부가 제 1 구동체(113)를 구동하여 제 1 무빙 플레이트(112) 만을 소정 거리 이동시키는 것을 예로 들었지만, 반드시 이에 국한되지 않고, 상기 제어부가 제 2 구동체(116)를 구동하여 제 2 무빙 플레이트(115) 만을 소정 거리 이동시키거나, 제 1 구동체(113)와 제 2 구동체(116)에 서로 다른 제어신호를 인가하여 제 1 무빙 플레이트(112)와 제 2 무빙 플레이트(115)의 이동 거리를 다르게 함으로써, 롤러부(130)를 지지하는 지지 플레이트(123)를 경사지게 조절할 수 있다.

이어서, 지지부(120)에 설치된 롤러부(130)가 경사지게 조절된 후 경사진 상태로 전진하여 조형 모듈(500)에 적층된 소재를 가압할 수 있도록, 상기 제어부는, 제 1 구동체(113) 및 제 2 구동체(116)에 동일한 제어신호를 인가하여 제 1 무빙 플레이트(112) 및 제 2 무빙 플레이트(115)를 동일한 속도로 이동시킬 수 있다.

따라서, 도 8에 도시된 바와 같이, 프린팅 모듈(300)이 작업 테이블(200)의 상기 작업 영역에 설치된 조형 모듈(500)의 상방에서 이동하면서 조형 챔버(510)의 내부 공간(511)에 광경화 물질을 포함하는 상기 소재를 분사함으로써, 상기 소재가 조형 스테이지(520) 상에 소정 두께로 적층될 수 있다.

이어서, 도 9에 도시된 바와 같이, 롤러부(130)를 지지하는 지지부(120)를 프린팅 모듈(300)의 이동 방향을 기준으로 경사지게 조절한 후, 경사진 상태의 지지부(120)를 전진시킴으로써, 프린팅 모듈(300)의 이동 방향을 기준으로 경사진 롤러부(130)를 이용하여 조형 스테이지(520) 상에 적층된 상기 소재를 가압할 수 있다.

예컨대, 롤러부(130)의 일측을 소정 거리 이동시켜 롤러부(130)를 상기 소재를 분사하는 프린팅 모듈(300)의 이동 방향을 기준으로 경사지게 조절한 후, 롤러부(130)의 양측을 동일한 속도로 이동시켜 경사지게 조절된 롤러부(130)를 경사진 상태로 전진시킴으로써, 조형 모듈(500)의 조형 스테이지(520) 상에 적층된 상기 소재의 표면을 가압할 수 있다.

이어서, 도 10에 도시된 바와 같이, 롤러부(130)를 지지하는 지지부(120)를 후진시키고, 램프 모듈(400)을 조형 모듈(500)의 상방으로 이동시켜, 조형 스테이지(520) 상에 소정의 형상으로 적층된 상기 소재에 자외선을 조사함으로써, 입체 조형물(A)의 단면층과 대응되는 형상으로 광경화 물질을 포함하는 상기 소재의 적어도 일부분을 경화시킬 수 있다. 이때, 소정의 형상을 가지는 단면층 형성을 위해, 프린팅 모듈(300)의 프린팅 헤드(310)가 일정 수준 이상으로 점도가 있는 액상의 상기 소재를 조형 스테이지(520) 상에 분사하거나, 조형 스테이지(520) 상에 소정 두께로 형성된 액상의 상기 소재에 램프 모듈(400)이 소정의 형상으로 패터닝된 자외선을 조사할 수 있다.

이후, 다음 단면층 형성을 위해, 조형 스테이지(520)가 단면층의 두께와 대응되는 소정 거리 만큼 하강 하고, 상술한 단계를 반복하여 진행함으로써, 복수의 단면층을 적층하여 형성하면서 입체 조형물(A)을 조형 챔버(510) 내에서 조형할 수 있다. 이때, 조형 스테이지(520)는, 조형 챔버(510)의 하부에 설치된 구동부(D)에 의해 승하강 될 수 있으며, 조형 스테이지(520)의 하측에 조형 스테이지(520)의 승하강 운동을 가이드하는 가이드봉(G)이 복수개가 설치되어, 조형 챔버(510)의 내부에서 안정적으로 승하강할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터(1000)는, 프린팅 모듈(300)의 이동 방향을 기준으로 경사지게 각도 조절이 되는 롤러부(130)를 구비한 가압 모듈(100)을 이용하여 프린팅 헤드(310)에서 분사된 상기 소재의 표면을 가압함으로써, 프린팅 헤드의 이동 경로대로 입체 조형물(A)의 횡단면에 복수의 줄 형상이 층층이 형성되는 분사 자국을 완전히 해소할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터(1000)는, 입체 조형물(A)의 표면 조도를 향상시키고, 이에 따라 입체 조형물(A)의 정밀도 및 강도 또한 향상시킬 수 있는 효과를 가질 수 있다.

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.

100: 가압 모듈
110: 한 쌍의 레일부
120: 지지부
130: 롤러부
200: 작업 테이블
300: 프린팅 모듈
310: 프린팅 헤드
320: 헤드 지지부
400: 램프 모듈
500: 조형 모듈
510: 조형 챔버
520: 조형 스테이지
A: 입체 조형물
S: 선형 슬롯
P1: 이동핀
P2: 고정핀
1000: 3차원 프린터

Claims

3차원 입체 조형물을 조형할 수 있는 작업 영역이 형성되는 작업 테이블;
상기 작업 테이블의 상방에 이동 가능하게 설치되고, 상기 작업 영역에 광경화 물질을 포함하는 소재를 잉크젯 방식으로 분사하는 프린팅 모듈;
상기 작업 테이블의 상방에 이동 가능하게 설치되고, 상기 작업 영역에 자외선을 조사하는 램프 모듈;
상기 작업 테이블의 상기 작업 영역에 설치되고, 상기 프린팅 모듈에서 분사되는 상기 소재가 수용되어, 상기 램프 모듈에서 조사되는 자외선에 의해 상기 소재가 경화되어 내부에서 상기 입체 조형물이 조형되는 조형 모듈;
상기 작업 테이블의 상방에 이동 가능하게 설치되고, 상기 프린팅 모듈의 이동 방향을 기준으로 경사지게 각도 조절이 되는 롤러부를 구비하여 상기 조형 모듈에 적층된 상기 소재를 가압하는 가압 모듈; 및
상기 프린팅 모듈, 상기 램프 모듈, 상기 조형 모듈 및 상기 가압 모듈 중 적어도 어느 하나의 모듈의 구동을 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 가압 모듈이 상기 소재를 가압하기 전에 상기 롤러부를 상기 프린팅 모듈의 이동 방향을 기준으로 경사지게 조절하고, 상기 롤러부가 경사지게 조절된 상태로 상기 프린팅 모듈의 이동 방향과 동일한 방향으로 전진시켜 상기 조형 모듈에 적층된 상기 소재를 가압하는, 3차원 프린터.
제 1 항에 있어서,
상기 가압 모듈은,
상기 작업 테이블 상에 상기 조형 모듈의 양측에 설치되는 한 쌍의 레일부;
상기 한 쌍의 레일부에 이동 가능하게 설치되고 그 길이가 가변되는 지지부; 및
상기 지지부에 설치되는 상기 롤러부;
를 포함하는, 3차원 프린터.
제 2 항에 있어서,
상기 한 쌍의 레일부는,
상기 조형 모듈의 일측에 설치되는 제 1 레일;
상기 제 1 레일 상에 이동 가능하게 설치되는 제 1 무빙 플레이트;
상기 제 1 레일의 일측에 설치되어 상기 제 1 무빙 플레이트를 구동하는 제 1 구동체;
상기 조형 모듈을 기준으로 상기 제 1 레일과 대향되게 상기 조형 모듈의 타측에 설치되는 제 2 레일;
상기 제 2 레일 상에 이동 가능하게 설치되는 제 2 무빙 플레이트; 및
상기 제 2 레일의 일측에 설치되어 상기 제 2 무빙 플레이트를 구동하는 제 2 구동체;를 포함하고,
상기 지지부는,
상기 제 1 무빙 플레이트 상에 피봇(Pivot) 가능하게 설치되는 제 1 힌지;
상기 제 2 무빙 플레이트 상에 피봇 가능하게 설치되는 제 2 힌지; 및
일측이 상기 제 1 힌지에 슬라이딩 가능하게 결합되고 타측이 상기 제 2 힌지에 결합되며, 상기 롤러부를 지지하는 지지 플레이트;
를 포함하는, 3차원 프린터.
제 3 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 지지부에 설치된 상기 롤러부가 상기 조형 모듈에 적층된 상기 소재를 가압하기 전에 상기 프린팅 모듈의 이동 방향을 기준으로 경사지게 조절될 수 있도록, 상기 제 1 구동체 또는 상기 제 2 구동체에 제어신호를 인가하여 상기 제 1 무빙 플레이트 또는 상기 제 2 무빙 플레이트를 소정 거리 이동시키는, 3차원 프린터.
제 4 항에 있어서,
상기 지지 플레이트는, 일측에 설치된 이동핀이 상기 제 1 힌지에 형성된 선형 슬롯(Slot)에 삽입되어 상기 제 1 힌지에 슬라이딩 가능하게 결합되는, 3차원 프린터.
제 5 항에 있어서,
상기 지지부는,
상기 제어부가 상기 제 1 구동체 또는 상기 제 2 구동체에 제어신호를 인가하여 상기 제 1 무빙 플레이트 또는 상기 제 2 무빙 플레이트를 소정 거리 이동 시, 상기 이동핀이 상기 선형 슬롯에서 이동하면서 그 길이가 가변되는, 3차원 프린터.
제 4 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 지지부에 설치된 상기 롤러부가 경사지게 조절된 후 경사진 상태로 상기 조형 모듈에 적층된 상기 소재를 가압할 수 있도록, 상기 제 1 구동체 및 상기 제 2 구동체에 동일한 제어신호를 인가하여 상기 제 1 무빙 플레이트 및 상기 제 2 무빙 플레이트를 동일한 속도로 이동시키는, 3차원 프린터.
제 3 항에 있어서,
상기 롤러부는,
원통 형상으로 형성되어 상기 조형 모듈에 적층된 상기 소재의 표면을 가압하는 롤러;
상기 지지 플레이트에 설치되어 상기 롤러를 승하강 가능하게 지지하는 롤러 브라켓; 및
상기 롤러 브라켓의 일측에 설치되어 상기 롤러를 회전 구동하는 롤러 구동체;
를 포함하는, 3차원 프린터.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 3차원 프린터를 이용한 3차원 프린팅 방법에 있어서,
상기 프린팅 모듈이 상기 작업 테이블의 상기 작업 영역에 설치된 상기 조형 모듈의 상방에서 이동하면서 상기 소재를 분사하는 단계;
상기 가압 모듈의 상기 롤러부를 상기 프린팅 모듈의 이동 방향을 기준으로 경사지게 조절하여 상기 조형 모듈에 적층된 상기 소재를 가압하는 단계; 및
상기 램프 모듈이 상기 조형 모듈의 상방으로 이동하여 상기 조형 모듈에 적층된 상기 소재에 자외선을 조사하여 상기 소재를 경화시키는 단계;
를 포함하는, 3차원 프린팅 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 소재를 가압하는 단계에서,
상기 롤러부의 일측을 소정 거리 이동시켜 상기 롤러부를 상기 프린팅 모듈의 이동 방향을 기준으로 경사지게 조절하는 단계; 및
경사지게 조절된 상기 롤러부를 경사진 상태로 전진시킬 수 있도록, 상기 롤러부의 양측을 동일한 속도로 이동시켜 상기 조형 모듈에 적층된 상기 소재를 가압하는 단계;
를 포함하는, 3차원 프린팅 방법.