KR102184582B1

KR102184582B1 - Lcd 3d 프린터

Info

Publication number: KR102184582B1
Application number: KR1020200010433A
Authority: KR
Inventors: 서상호; 심기봉; 심민섭; 김규홍; 김시목; 김활; 황동건
Original assignee: 주식회사 덴티스
Priority date: 2020-01-29
Filing date: 2020-01-29
Publication date: 2020-11-30

Abstract

본 발명에 따른 LCD 3D 프린터는, 순차적으로 적층되는 베이스 플레이트(base plate)와 마운트 플레이트(mount plate); 마운트 플레이트를 관통하여 베이스 플레이트를 향해 연장하는 광 유도 경통; 베이스 플레이트 상에 위치되어 광 유도 경통에 의해 둘러싸이는 광 조사부; 마운트 플레이트 상에서 광 유도 경통의 양 측부에 위치되는 위치 결정 부재; 마운트 플레이트 상에서 광 유도 경통을 덮으면서 위치 결정 부재를 따라 이동하고 광 조사부의 광을 조사받아 투과시키는 무빙 플레이트(moving plate); 및 무빙 플레이트에 의해 둘러싸이며 무빙 플레이트의 상부측을 향해 노출되는 광 마스크를 포함한다.

Description

LCD 3D 프린터{3D PRINTER EQUIPPED WITH LIQUID CRYSTAL DISPLAY }

본 발명은, 광 마스크로써 엘시디 패널을 구비하여 외부의 컴퓨터로부터 전송되는 슬라이스된 이미지를 광 마스크에 디스플레이 하고 광 마스크에서 슬라이스된 이미지를 디스플레이 하는 픽셀들에 자외선 LED(light-emitting diode) 모듈의 광을 투과시켜 수조의 광경화성 액체 물질로부터 입체 성형물을 출력하는 3D 프린터에 관한 것이다.

일반적으로, 3D 프린터는 밀링, 절삭, 조립 등의 방법에서 벗어나 적층 제조 기술(additive manufacturing technology; AMT)을 활용하여 입체 성형물을 제조하는 장치를 지칭한다. 상기 3D 프린터는 수조 내 면 광원의 조사 기술에 따라 DLP(digital light processing) 방식 또는 LCD(liquid crystal display) 방식으로 구분된다.

상기 DLP 방식의 3D 프린터는 외부의 컴퓨터로부터 슬라이스된 이미지 데이터를 전송받아 빔 프로젝터를 통해 수조에 슬라이스된 이미지의 면 광원을 조사하여 수조의 광경화성 액체 물질로부터 입체 성형물을 출력하도록 구성된다. 여기서, 상기 DLP 방식의 면 광원은 빔 프로젝터의 렌즈를 통해 나오기 때문에 빔 프로젝터의 작은 구멍에서 만들어지는 이미지를 크게 확대시켜 수조에 조사된다.

상기 LCD 방식의 3D 프린터는 외부의 컴퓨터로부터 슬라이스된 이미지 데이터를 전송받아 LCD 패널에 슬라이스된 이미지를 디스플레이 하고 LCD 패널에 LED 광을 그리고 수조에 LCD 패널을 지나는 면 광원을 조사해서 수조의 광경화성 액체 물질로부터 입체 성형물을 출력하도록 구성된다. 여기서, 상기 LCD 방식의 면 광원은 LCD 패널에서 슬라이스된 이미지를 디스플레이 하는 픽셀들을 투과하는 LED 광으로부터 만들어집니다.

상기 DLP 방식의 면 광원과 LCD 방식의 면 광원을 비교하면, 상기 DLP 방식의 면 광원은 빔 프로젝터의 확대 이미지로부터 형성되기 때문에 확대 이미지의 가장자리에서 일그러짐 현상을 발생시키고, 빔 프로젝터로부터 수조의 거리에 따라 광경화성 액체 물질로부터 출력되는 입체 성형물의 정교함을 떨어지게 한다. 상기 LCD 방식의 면 광원은 LCD 패널에 가까이 위치되어 LCD 패널의 전체 면적에 LED 광을 조사해서 형성되므로 슬라이스된 이미지의 가장자리에서 일그러짐 현상이 발생하지 않는다.

따라서, 상기 LCD 방식의 3D 프린터는 입체 성형물의 출력 정교함 관점에서 DLP 방식의 3D 프린터보다 더 우수하다. 그러나, 상기 LCD 방식의 3D 프린터는 LCD 패널의 제작 업체의 선택에 따라 LCD 패널의 해상도를 다르게 가지고, LCD 패널의 해상도에 비례하여 입체 성형물의 출력 정교함을 갖는다. 상기 LCD 패널의 해상도는 LCD 패널에서 픽셀 피치를 작게 가지거나 픽셀의 개수를 많이 가질 수록 향상된다.

예로써, 도 1은 종래의 LCD 패널(30)을 도시한다. 상기 LCD 패널(30)은 복수의 픽셀(pixel; 20)로 이루어져 개별 픽셀(20)에 3개의 서브 픽셀(sub pixel; 10)을 갖는다. 상기 3개의 서브 픽셀(10)은 빨간색(R)과 녹색(G)과 파란색(B)의 컬러 필터를 가지고 빨간색(R)과 녹색(G)과 파란색(B)의 컬러 필터 아래에 액정들(도면에 미도시)을 갖는다.

상기 개별 픽셀(20)은 3개의 서브 픽셀(10)에서 액정들을 모두 통과하거나 액정들 중 일부를 통과하는 광에 빨간색(R)과 녹색(G)과 파란색(B)의 컬러 필터를 반응시켜 다양한 색을 만들어 낸다. 여기서, 상기 개별 픽셀(20)은 LCD 패널(30)에서 한점으로 표시되고 한점을 필요에 따라 다양한 색으로 디스플레이 한다. 상기 LCD 패널(30)은 하나의 화면에서 픽셀 피치를 작게 가지거나 픽셀의 개수를 많이 가질 수록 해상도 또는 선명도를 높게 갖는다.

전체적으로 고려해 볼 때, 상기 LCD 방식의 3D 프린터는 LCD 패널의 기술 발전 추세에 종속되어 개발되어 진다. 한편, 상기 LCD 방식의 3D 프린터는 한국등록특허공보 제10-1800667호에도 종래기술로써 유사하게 개시되고 있다.

한국등록특허공보 제10-1800667호

본 발명은, 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, LCD 패널의 복수의 픽셀에서 개별 픽셀에 빨간색과 녹색과 파란색의 컬러 필터를 사용하면서 개별 픽셀 단위로 LED 광을 조사시키지 않아도 LCD 패널의 해상도를 높여 LCD 패널의 기술 발전 추세에 종속되지 않는데 적합한 LCD 3D 프린터를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 LCD 3D 프린터는, 순차적으로 적층되는 베이스 플레이트(base plate)와 마운트 플레이트(mount plate); 상기 마운트 플레이트를 관통하여 상기 베이스 플레이트를 향해 연장하는 광 유도 경통; 상기 베이스 플레이트 상에 위치되어 상기 광 유도 경통에 의해 둘러싸이는 광 조사부; 상기 마운트 플레이트 상에서 상기 광 유도 경통의 양 측부에 위치되는 위치 결정 부재; 상기 마운트 플레이트 상에서 상기 광 유도 경통을 덮으면서 상기 위치 결정 부재를 따라 이동하고 상기 광 조사부의 광을 조사받아 투과시키는 무빙 플레이트(moving plate); 및 상기 무빙 플레이트에 의해 둘러싸이며 상기 무빙 플레이트의 상부측을 향해 노출되는 광 마스크를 포함하고, 상기 광 마스크는, 엘시디(liquid crystal display; L.C.D) 패널로 이루어지고, 상기 엘시디 패널의 복수의 픽셀에서 개별 픽셀(pixel)에 서브 픽셀(sub pixel) 단위로 상기 광 조사부의 상기 광을 투과시키고, 상기 무빙 플레이트와 함께, 상기 개별 픽셀에서 서브 픽셀의 일 방향 또는 타 방향의 폭보다 더 작은 크기 단위로 상기 위치 결정 부재를 따라 이동하는 것을 특징으로 한다.

상기 베이스 플레이트와 상기 마운트 플레이트와 상기 광 유도 경통은, 상기 광 조사부의 광을 불투과시키는 물질로 이루어질 수 있다.

상기 광 유도 경통은, 상기 광 조사부 주변에서 상기 광 조사부와 접촉하여 상기 광 조사부로부터 상기 무빙 플레이트를 향해 상기 광 조사부의 광을 지나가게 할 수 있다.

상기 광 조사부는, 자외선 엘이디(ultraviolet light-emitting diode; UV LED) 모듈을 구비하여 상기 광 유도 경통을 따라 광을 조사할 수 있다.

상기 위치 결정 부재는, 상기 광 유도 경통의 상기 양 측부에서 상기 서브 픽셀의 상기 일 방향 또는 상기 타 방향을 따라 마주하게 위치될 수 있다.

상기 위치 결정 부재는, 상기 광 유도 경통의 상기 양 측부에서 개별 측부에 회전 모터를 포함하고, 상기 회전 모터는, 상기 무빙 플레이트를 관통하면서 상기 무빙 플레이트와 나사산 결합하는 모터 회전축을 가질 수 있다.

상기 무빙 플레이트는, 상기 광 마스크 바로 아래에서 상기 광 조사부의 상기 광을 투과시키는 물질로 이루어질 수 있다.

상기 무빙 플레이트는, 상기 광 유도 경통의 양 측부에서 상기 위치 결정 부재를 관통시키고, 상기 위치 결정 부재와 나사산 결합을 하면서 상기 마운트 플레이트에 대해 상대적으로 움직일 수 있다.

상기 위치 결정 부재가, 상기 광 유도 경통의 상기 양 측부에서 상기 서브 픽셀의 상기 일 방향 또는 상기 타 방향을 따라 마주하게 위치되는 때. 상기 무빙 플레이트는, 상기 광 유도 경통의 상기 양 측부에서 상기 위치 결정 부재를 관통시켜 상기 위치 결정 부재를 따라 상기 서브 픽셀의 상기 일 방향 또는 상기 타 방향의 상기 폭보다 더 작은 크기 단위로 반복적으로 움직일 수 있다.

상기 광 마스크는, 상기 복수의 픽셀에서 개별 픽셀을 기준으로 3개의 서브 픽셀을 가지고, 외부의 컴퓨터로부터 복수의 슬라이스된 이미지 데이터를 순차적으로 입력받는 때, 상기 컴퓨터의 프로그램을 통해 개별 슬라이스된 이미지 데이터에 해당하는 서브 픽셀들을 선택하여 개별 슬라이스된 이미지를 디스플레이 시키고, 선택된 서브 픽셀들에서 상기 광 조사부의 광을 투과시키고, 비선택된 서브 픽셀들에서 상기 광 조사부의 상기 광을 차폐시킬 수 있다.

상기 광 마스크는, 상기 무빙 플레이트 상에서 두 개의 위치 결정 부재 사이에 위치되고, 상기 개별 픽셀을 기준으로 볼 때, 일 측부의 위치 결정 부재로부터 타측부의 위치 결정 부재를 향해 빨간색과 녹색과 파란색의 컬러 필터를 순차적으로 가지고, 외부의 컴퓨터로부터 슬라이스된 이미지 데이터를 받아 상기 컴퓨터의 프로그램의 동작에 따라 슬라이스된 이미지를 디스플레이 하는 때, 개별 컬러 필터와 관련된 서브 픽셀을 독립적으로 디스플레이 할 수 있다.

상기 무빙 플레이트가, 상기 위치 결정 부재를 따라 상기 서브 픽셀의 상기 일 방향 또는 상기 타 방향의 상기 폭보다 더 작은 크기 단위로 반복적으로 움직이는 동안, 상기 광 마스크는, 상기 서브 픽셀의 상기 일 방향 또는 상기 타 방향의 상기 폭을 벗어나 상기 서브 픽셀의 상기 일 방향 또는 상기 타 방향을 따라 서브 픽셀 중첩 자취를 형성하고, 상기 서브 픽셀의 상기 일 방향 또는 상기 타 방향의 상기 폭 안에서, 상기 서브 픽셀 중첩 자취를 볼 때, 상기 광 마스크의 첫번째 이동 안착선과 마지막번째 이동 안착선을 가질 수 있다.

상기 무빙 플레이트가, 상기 위치 결정 부재를 따라 상기 서브 픽셀의 상기 일 방향 또는 상기 타 방향의 상기 폭보다 더 작은 크기 단위로 반복적으로 움직인 후, 상기 광 마스크는, 상기 서브 픽셀의 상기 일 방향 또는 상기 타 방향의 상기 폭을 벗어나 상기 서브 픽셀의 상기 일 방향 또는 상기 타 방향을 따라 서브 픽셀 중첩 자취를 형성하고, 상기 서브 픽셀의 상기 일 방향 또는 상기 타 방향의 상기 폭 안에서, 상기 서브 픽셀 중첩 자취를 볼 때, 상기 광 마스크의 첫번째 이동 안착선과 마지막번째 이동 안착선을 가지고, 상기 서브 픽셀의 상기 일 방향 또는 상기 타 방향의 상기 폭 안에서 상기 광 마스크의 상기 마지막번째 이동 안착선으로부터 상기 광 마스크의 이동 시작선으로 복귀할 수 있다.

상기 LCD 3D 프린터는, 상기 베이스 플레이트 상에 위치되어 상기 베이스 플레이트와 상기 마운트 플레이트를 감싸는 커버 하우징; 및 상기 커버 하우징 상에 위치되어 상기 커버 하우징을 통해 상기 광 마스크와 마주하는 수조를 더 포함하고, 상기 커버 하우징은, 상기 수조 바로 아래에 광 수용 개구부를 가지고, 상기 수조는, 상기 광 조사부의 상기 광을 투과시키는 물질로 이루어질 수 있다.

상기 수조가, 광 경화성 수지를 수용하는 때, 상기 광 경화성 수지는, 상기 광 마스크의 상기 개별 픽셀에서 3개의 서브 픽셀을 기준으로 볼 때, 상기 3개의 서브 픽셀에서 인접하는 서브 픽셀로부터 독립하여 조사되는 광을 통해 경화되고, 상기 3개의 서브 픽셀은, 빨간색과 녹색과 파란색의 컬러 필터에 각각 대응될 수 있다.

상기 LCD 3D 프린터는, 상기 커버 하우징 상에서 상기 수조 주변에 위치되는 기둥 형상의 엑츄에이터; 상기 엑츄에이터를 따라 상하 운동이 가능하고 상기 엑츄에이터로부터 상기 수조를 향해 연장하는 연결 막대; 및 상기 연결 막대의 자유 단에 위치되어 상기 수조와 마주하는 출력면을 갖는 조형 출력판을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 LCD 3D 프린터는, 순차적으로 적층되는 베이스 플레이트와 마운트 플레이트를 구비하여 베이스 플레이트 상에 LED 모듈로 이루어진 광 조사부와 마운트 플레이트 상에 LED 패널로 이루어진 광 마스크를 위치시키면서, 광 마스크에 광 조사부의 광을 조사시키는 동안, 광 마스크의 개별 픽셀에서 서브 픽셀 단위로 광 조사부의 광을 조사받아 투과시켜 광 마스크의 실제적인 픽셀 개수를 서브 픽셀 단위로 계산되게 하므로, 광 마스크의 복수의 픽셀에서 개별 픽셀에 빨간색과 녹색과 파란색의 컬러 필터를 사용하면서 개별 픽셀 단위로 광 조사부의 광을 조사시키지 않아도 광 마스크의 해상도를 높여 LCD 패널의 기술 발전 추세에 종속되지 않는다.

본 발명에 따른 LCD 3D 프린터는, 순차적으로 적층되는 베이스 플레이트와 마운트 플레이트에 광 조사부와 광 마스크를 각각 구비하면서, 광 마스크에 광 조사부의 광을 조사시키는 동안, 광 마스크의 개별 픽셀에서 서브 픽셀 단위로 광 조사부의 광을 조사받아 투과시키고, 마운트 플레이트 상에서 서브 픽셀의 일 방향 또는 타 방향의 폭보다 더 작은 크기 단위로 광 마스크를 이동시켜 광 마스크의 실제적인 픽셀 개수를 분할된 서브 픽셀로 계산되게 하므로, 광 마스크의 복수의 픽셀에서 개별 픽셀에 빨간색과 녹색과 파란색의 컬러 필터를 사용하면서 개별 픽셀 단위로 광 조사부의 광을 조사시키지 않아도 광 마스크의 해상도를 높여 LCD 패널의 기술 발전 추세에 종속되지 않는다.

도 1은 종래기술에 따른 LCD 패널을 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 LCD 3D 프린터를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 3은 도 2의 LCD 3D 프린터에서 마운트 플레이트 상에 위치 결정 부재와 무빙 플레이트와 광 마스크와 수조의 위치 관계를 보여주는 평면도이다.
도 4는 도 3의 절단선 Ⅰ - Ⅰ' 를 따라 취해 마운트 플레이트 상에 위치 결정 부재와 무빙 플레이트와 광 마스크와 수조를 보여주는 단면도이다.
도 5는 도 4의 위치 결정 부재와 무빙 플레이트의 결합 관계를 보여주는 개략도이다.
도 6은 도 3 또는 도 4의 광 마스크를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 7은 도 6의 LCD 패널에서 개별 픽셀을 보여주는 평면도이다.
도 8은 도 3의 위치 결정 부재 상에서 서브 픽셀의 일 방향을 따라 광 마스크를 이동시키는 때 서브 픽셀 중첩 자취를 보여주는 평면도이다.
도 9는 도 8에서 서브 픽셀 중첩 자취를 확대하여 상세하게 보여주는 평면도이다.
도 10은 도 3의 위치 결정 부재 상에서 서브 픽셀의 타 방향을 따라 광 마스크를 이동시키는 때 서브 픽셀 중첩 자취를 확대하여 상세하게 보여주는 평면도이다.
도 11은 도 2의 LCD 3D 프린터의 사용 방법을 설명하는 개략도이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 제한적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 제한된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 LCD 3D 프린터를 개략적으로 보여주는 평면도이고, 도 3은 도 2의 LCD 3D 프린터에서 마운트 플레이트 상에 위치 결정 부재와 무빙 플레이트와 광 마스크와 수조의 위치 관계를 보여주는 평면도이다.

도 4는 도 3의 절단선 Ⅰ - Ⅰ' 를 따라 취해 마운트 플레이트 상에 위치 결정 부재와 무빙 플레이트와 광 마스크와 수조를 보여주는 단면도이고, 도 5는 도 4의 위치 결정 부재와 무빙 플레이트의 결합 관계를 보여주는 개략도이다.

도 6은 도 3 또는 도 4의 광 마스크를 개략적으로 보여주는 평면도이고, 도 7은 도 6의 광 마스크에서 개별 픽셀을 보여주는 평면도이며, 도 8은 도 3의 위치 결정 부재 상에서 서브 픽셀의 일 방향을 따라 광 마스크를 이동시키는 때 서브 픽셀 중첩 자취를 보여주는 평면도이다.

도 9는 도 8에서 서브 픽셀 중첩 자취를 확대하여 상세하게 보여주는 평면도이고, 도 10은 도 3의 위치 결정 부재 상에서 서브 픽셀의 타 방향을 따라 광 마스크를 이동시키는 때 서브 픽셀 중첩 자취를 확대하여 상세하게 보여주는 평면도이다.

도 2 내지 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 LCD 3D 프린터(180)는, 베이스 플레이트(base plate)(도 4의 43)와, 마운트 플레이트(mount plate)(도 2 또는 도 4의 46)와, 광 유도 경통(도 4의 49)과, 광 조사부(도 4의 60)와, 위치 결정 부재(도 2 내지 도 5의 80)와, 무빙 플레이트(moving plate)(도 2 내지 도 5의 90)와, 광 마스크(도 2 내지 도 4 및 도 6의 120)를 포함한다.

개략적으로 볼 때, 상기 베이스 플레이트(43)와 마운트 플레이트(46)는, 도 4에 도시된 바와 같이, LCD 3D 프린터(180)에서 순차적으로 적층된다. 상기 광 유도 경통(49)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 마운트 플레이트(46)를 관통하여 베이스 플레이트(43)를 향해 연장한다.

상기 광 조사부(60)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 베이스 플레이트(43) 상에 위치되어 광 유도 경통(49)에 의해 둘러싸인다. 상기 위치 결정 부재(80)는, 도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 마운트 플레이트(46) 상에서 광 유도 경통(49)의 양 측부에 위치된다. 상기 광 조사부(60)는, 제1 라인(L1)을 통해 외부로부터 전원을 공급받는다.

상기 무빙 플레이트(90)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 마운트 플레이트(46) 상에서 광 유도 경통(49)을 덮으면서 위치 결정 부재(80)를 따라 제1 병진 운동 방향(도 3 또는 도 5 또는 도 11의 M1)으로 이동하고 광 조사부(60)의 광(65)을 조사받아 투과시킨다. 상기 광 마스크(120)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 무빙 플레이트(90)에 의해 둘러싸이며 무빙 플레이트(90)의 상부측을 향해 노출된다.

여기서, 상기 광 마스크(120)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 엘시디(liquid crystal display; L.C.D) 패널로 이루어지고, 엘시디 패널의 복수의 픽셀(110)에서 개별 픽셀(110)에 3개의 서브 픽셀(100)을 갖는다. 상기 3개의 서브 픽셀(100)은 빨간색과 녹색과 파란색의 칼라 필터를 순차적으로 가지고, 개별 서브 픽셀(100)에 액정(도면에 미도시)을 갖는다.

또한, 본 발명을 단순하게 설명하기 위해, 컬러 필터가 개별 서브 픽셀(100)에 색깔 별로 표시되지 않았다. 상기 광 마스크(120)는, 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 엘시디 패널의 복수의 픽셀(110)에서 개별 픽셀(pixel)(110)에 서브 픽셀(sub pixel)(100) 단위로 광 조사부(60)의 광(65)을 투과시킨다.

또한, 상기 광 마스크(120)는, 무빙 플레이트(90)와 함께, 개별 픽셀(110)에서 서브 픽셀(100)의 일 방향(D1) 또는 타 방향(D2)의 폭(W1 또는 도 W2)보다 더 작은 크기(W3 또는 W4) 단위로 위치 결정 부재(80)를 따라 이동한다. 여기서, 상기 서브 픽셀(100)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 일 방향을 따라 제1 폭(W1)을 가지고, 타 방향을 따라 제2 폭(W2)을 갖는다.

좀 더 상세하게 볼 때, 상기 베이스 플레이트(43)와 마운트 플레이트(46)와 광 유도 경통(49)은, 광 조사부(60)의 광(65)을 불투과시키는 물질로 이루어진다. 상기 광 유도 경통(49)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 광 조사부(60) 주변에서 광 조사부(60)와 접촉하여 광 조사부(60)로부터 무빙 플레이트(90)를 향해 광 조사부(60)의 광(65)을 지나가게 한다.

상기 광 조사부(60)는, 자외선 엘이디(ultraviolet light-emitting diode; UV LED) 모듈을 구비하여 광 유도 경통(49)을 따라 광(65)을 도 4와 같이 조사한다. 상기 위치 결정 부재(80)는, 광 유도 경통(49)의 양 측부에서 서브 픽셀(100)의 일 방향(D1) 또는 타 방향(D2)을 따라 마주하게 위치된다.

상기 위치 결정 부재(80)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 광 유도 경통(49)의 양 측부에서 개별 측부에 회전 모터(78)를 포함한다. 상기 회전 모터(78)는, 무빙 플레이트(90)의 결합 홀(H)을 관통하면서 무빙 플레이트(90)와 나사산 결합하는 모터 회전축(74)을 갖는다. 예를 들면, 상기 모터 회전축(74)은 숫 나사산을 가지고, 상기 무빙 플레이트(90)의 결합 홀(H)은 내측벽에 암 나사산을 가질 수 있다.

따라서, 상기 모터 회전축(74)은, 회전 모터(78)의 동작 동안, 무빙 플레이트(90)에 대해 상대적으로 회전 운동(R)을 하고, 상기 무빙 플레이트(90)는, 모터 회전축(74)의 회전 운동(R) 동안, 모터 회전축(74)을 따라 제1 병진 운동 방향(M1)으로 움직인다.

상기 무빙 플레이트(90)는, 광 마스크(120) 바로 아래에서 광 조사부(60)의 광(65)을 투과시키는 물질로 이루어진다. 상기 무빙 플레이트(90)는, 도 3 또는 도 5에 도시된 바와 같이, 광 유도 경통(49)의 양 측부에서 위치 결정 부재(80)를 관통시키고, 위치 결정 부재(80)와 나사산 결합을 하면서 마운트 플레이트(46)에 대해 상대적으로 움직인다.

상기 위치 결정 부재(80)가, 광 유도 경통(49)의 양 측부에서 광 마스크(120)의 서브 픽셀(100)의 일 방향(D1) 또는 타 방향(D2)을 따라 마주하게 위치되는 때. 상기 무빙 플레이트(90)는, 광 유도 경통(49)의 양 측부에서 위치 결정 부재(80)를 관통시켜 위치 결정 부재(80)를 따라 서브 픽셀(100)의 일 방향(D1) 또는 타 방향(D2)의 폭(W1 또는 W2)보다 더 작은 크기(W3 또는 W4) 단위로 도 7과 같이 반복적으로 움직인다. 상기 무빙 플레이트(90)의 반복적인 움직임은 도 8 내지 도 10에 도시되었다.

여기서, 상기 무빙 플레이트(90)가, 위치 결정 부재(80)를 따라 반복적으로 움직이는 동안, 도 8 내지 도 10에서, 상기 광 마스크(120)는 이동 시간에 따라 여러 개의 자취 광 마스크(120A, 120B)로 표현되었다. 개별 광 마스크(120 또는 120A 또는 120B)는 동일한 크기의 개별 픽셀(100 또는 100A 또는 100B)을 갖는다. 도 9 및 도 10에서, 복수의 광 마스크(120, 120A, 120B)는 서브 픽셀(100)의 일 방향(D1) 또는 타 방향(D2)을 따라 동일 폭(W3 또는 W4)으로 움직일 때 일렬로 정렬되면서 움직이나 본 발명을 명료하게 설명하기 위해 서로 이격되게 도시되었다.

상기 무빙 플레이트(90)가, 위치 결정 부재(80)를 따라 반복적으로 움직이는 때, 상기 광 마스크(120)는, 복수의 픽셀(110)에서 개별 픽셀(110)을 기준으로 3개의 서브 픽셀(100)을 가지고, 외부의 컴퓨터(도면에 미도시)로부터 제2 라인(도 4의 L2)을 통해 복수의 슬라이스된 이미지 데이터를 순차적으로 입력받는 때, 컴퓨터의 프로그램을 통해 개별 슬라이스된 이미지 데이터에 해당하는 서브 픽셀(100)들을 선택하여 개별 슬라이스된 이미지를 디스플레이 시키고, 선택된 서브 픽셀(100)들에서 광 조사부(60)의 광(65)을 투과시키고, 비선택된 서브 픽셀(100)들에서 광 조사부(60)의 광(65)을 차폐시킨다.

구체적으로는, 상기 광 마스크(120)는, 무빙 플레이트(90) 상에서 두 개의 위치 결정 부재(80) 사이에 위치되고, 개별 픽셀(100)을 기준으로 볼 때, 일 측부의 위치 결정 부재(80)로부터 타측부의 위치 결정 부재(80)를 향해 빨간색과 녹색과 파란색의 컬러 필터를 순차적으로 가지고, 외부의 컴퓨터로부터 슬라이스된 이미지 데이터를 받아 컴퓨터의 프로그램의 동작에 따라 슬라이스된 이미지를 디스플레이 하는 때, 개별 컬러 필터와 관련된 서브 픽셀(100)을 독립적으로 디스플레이 한다. 즉, 상기 광 마스크(120)는, 개별 픽셀(110) 단위로 광 조사부(60)의 광(65)을 투과시키지 않으므로 개별 픽셀(110) 내에서 선택된 서브 픽셀(100)의 동작시 인접한 서브 픽셀(100)과 연동하지 않는다.

따라서, 상기 무빙 플레이트(90)가, 위치 결정 부재(80)를 따라 서브 픽셀(100)의 일 방향(D1) 또는 타 방향(D2)의 폭(W1 또는 W2)보다 더 작은 크기(W3 또는 W4) 단위로 반복적으로 움직이는 동안, 상기 광 마스크(120)는, 서브 픽셀(100)의 일 방향(D1) 또는 타 방향(D2)의 폭(W1 또는 W2)을 벗어나 서브 픽셀(100)의 일 방향(D1) 또는 타 방향(D2)을 따라 서브 픽셀 중첩 자취(도 8 또는 도 9의 104, 또는 도 10의 108)를 형성하고, 서브 픽셀(100)의 일 방향(D1) 또는 타 방향(D2)의 폭(W1 또는 W2) 안에서, 서브 픽셀 중첩 자취(104 또는 108)를 볼 때, 광 마스크(120)의 첫번째 이동 안착선(도 9의 102A 또는 도 10의 106A)과 마지막번째 이동 안착선(도 9의 102B 또는 도 10의 106B)을 갖는다.

또한, 상기 무빙 플레이트(90)가, 위치 결정 부재(80)를 따라 서브 픽셀(100)의 일 방향(D1) 또는 타 방향(D2)의 폭(W1 또는 W2)보다 더 작은 크기(W3 또는 W4) 단위로 반복적으로 움직인 후, 상기 광 마스크(120)는, 서브 픽셀(100)의 일 방향(D1) 또는 타 방향(D2)의 폭(W1 또는 W2)을 벗어나 서브 픽셀(100)의 일 방향(D1) 또는 타 방향(D2)을 따라 서브 픽셀 중첩 자취(104 또는 108)를 형성하고, 서브 픽셀(100)의 일 방향(D1) 또는 타 방향(D2)의 폭(W1 또는 W2) 안에서, 서브 픽셀 중첩 자취(104 또는 108)를 볼 때, 광 마스크(120)의 첫번째 이동 안착선(102A 또는 106A)과 마지막번째 이동 안착선(102B 또는 106B)을 가지고, 서브 픽셀(100)의 일 방향(D1) 또는 타 방향(D2)의 폭(W1 또는 W2) 안에서 광 마스크(120)의 마지막번째 이동 안착선(102B 또는 106B)으로부터 광 마스크(120)의 이동 시작선(102 또는 106)으로 복귀한다.

한편, 상기 LCD 3D 프린터(180)는, 커버 하우징(도 2 또는 도 11의 130)과, 수조(도 2 또는 도 3 또는 도 4 또는 도 11의 140)와, 엑츄에이터(도 2 또는 도 11의 150)와, 연결 막대(도 2 또는 도 11의 160)와, 출력판(도 2 또는 도 11의 170)을 더 포함한다. 상기 커버 하우징(130)은, 도 11에 도시된 바와 같이, 베이스 플레이트(43) 상에 위치되어 베이스 플레이트(43)와 마운트 플레이트(46)를 감싼다.

상기 수조(140)는, 커버 하우징(130) 상에 위치되어 커버 하우징(130)을 통해 광 마스크(120)와 마주한다. 여기서, 상기 커버 하우징(130)은, 수조(140) 바로 아래에 광 수용 개구부(도면에 미도시)를 갖는다. 상기 수조(140)는, 광 조사부(60)의 광(65)을 투과시키는 물질로 이루어진다.

상기 수조(140)가, 광 경화성 수지(도면에 미도시)를 수용하는 때, 상기 광 경화성 수지는, 광 마스크(120)의 개별 픽셀(110)에서 3개의 서브 픽셀(100)을 기준으로 볼 때, 3개의 서브 픽셀(100)에서 인접하는 서브 픽셀로부터 독립하여 조사되는 광(65)을 통해 경화된다. 상기 3개의 서브 픽셀(100)은, 빨간색과 녹색과 파란색의 컬러 필터에 각각 대응된다.

또한, 상기 엑츄에이터(150)는, 기둥 형상으로 이루어져 커버 하우징(130) 상에서 수조(140) 주변에 위치된다. 상기 연결 막대(160)는, 엑츄에이터(150)를 따라 제2 병진 운동 방향(도 11의 M2)으로 상하 운동이 가능하고 엑츄에이터(150)로부터 수조(140)를 향해 연장한다. 상기 출력판(170)은, 연결 막대(160)의 자유 단에 위치되어 수조(140)와 마주하는 출력면을 갖는다.

도 11은 도 2의 LCD 3D 프린터의 사용 방법을 설명하는 개략도이다. 도 11은 도 2 내지 도10을 참조하여 설명하기로 한다.

도 11을 참조하면, LCD 3D 프린터(180)가 준비될 수 있다. 상기 LCD 3D 프린터(180)는 베이스 플레이트(43)와 마운트 플레이트(46)와 커버 하우징(130)을 갖는다. 여기서, 상기 LCD 3D 프린터(180)는, 베이스 플레이트(43) 상에 광 조사부(60)를 가지고, 마운트 플레이트(46) 상에 순차적으로 적층되는 무빙 플레이트(90)와 광 마스크(120)를 가지며, 커버 하우징(130) 상에 서로로부터 이격하는 수조(140)와 엑츄에이터(150)를 갖는다.

상기 마운트 플레이트(46)는 광 유도 경통(49)을 통해 무빙 플레이트(90)를 베이스 플레이트(43)에 노출시킨다. 또한, 상기 무빙 플레이트(90)는, 마운트 플레이트(46) 상에서 광 유도 경통(49)의 양 측부에 위치되는 위치 결정 부재(80)를 관통시켜 위치 결정 부재(80)를 따라 이동된다. 상기 수조(140)는 커버 하우징(130)의 광 수용 개구부를 통해 광 마스크(120)와 마주한다.

다음으로, 상기 수조(140)에 광 경화성 액체 물질(도면에 미도시)이 적절하게 충진시킨 후, 상기 광 조사부(60)에 외부로부터 전원이 인가되고, 광 마스크(120)에 외부의 컴퓨터가 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 광 조사부(60)는 LED 모듈로 이루어져 자외선의 파장을 가진 광(65)을 광 유도 경통(49)을 통해 무빙 플레이트(90)에 조사한다.

상기 광 조사부(60)의 광(65)은 무빙 플레이트(90)와 광 마스크(120)를 순차적으로 지나 수조(140)에 도달한다. 여기서, 상기 광 마스크(120)는 위치 결정 부재(80) 상에서 무빙 플레이트(90)의 움직임에 연동하여 광 마스크(120)의 개별 픽셀(110)에서 서브 픽셀(100)의 일 방향(D1) 또는 타 방향(D2)을 향해 제1 병진 운동 방향(M1)으로 이동하여 마운트 플레이트(46) 상에 서브 픽셀 중첩 자취(104 또는 108)를 그린다.

또한, 상기 광 마스크(120)는 개별 픽셀(110)에 서브 픽셀(100) 단위로 광 조사부(60)의 광(65)을 투과시킨다. 이를 통해, 상기 광 마스크(120)는 컴퓨터로부터 슬라이스된 이미지 데이터를 전송받아 선택된 서브 픽셀(100)들에 슬라이스된 이미지를 디스플레이 하므로 슬라이스된 이미지에 높은 해상도를 부여시킬 수 있다.

상기 슬라이스된 이미지는 광 조사부(60)의 광(65)에 실려 광 경화성 액체 물질에 투영된다. 상기 광 경화성 액체 물질은 광 조사부(60)의 광(65) 조사 동안 컴퓨터의 프로그램과 광 마스크(120)의 서브 픽셀 중첩 자취(104 또는 108)를 통해 복수의 슬라이스된 이미지에 노출되어 입체 성형물(도면에 미도시)을 정교하게 출력한다.

상기 수조(140)에서 입체 성형물이 출력되는 동안, 상기 엑츄에이터(150)는 제2 병진 운동 방향(M2)을 따라 연결 막대(160)와 출력판(170)을 상하 운동시켜 출력판(170)에 입체 성형물을 부착시켜 수조(140)로부터 입체 성형물을 분리시킨다.

46; 마운트 플레이트 80; 위치 결정 부재
90; 무빙 플레이트, 120; 광 마스크
130; 커버 하우징, 140; 수조
150; 엑츄에이터, 160; 연결 막대
170; 출력판, 180; LCD 3D 프린터

Claims

순차적으로 적층되는 베이스 플레이트(base plate)와 마운트 플레이트(mount plate);
상기 마운트 플레이트를 관통하여 상기 베이스 플레이트를 향해 연장하는 광 유도 경통;
상기 베이스 플레이트 상에 위치되어 상기 광 유도 경통에 의해 둘러싸이는 광 조사부;
상기 마운트 플레이트 상에서 상기 광 유도 경통의 양 측부에 위치되는 위치 결정 부재;
상기 마운트 플레이트 상에서 상기 광 유도 경통을 덮으면서 상기 위치 결정 부재를 따라 이동하고 상기 광 조사부의 광을 조사받아 투과시키는 무빙 플레이트(moving plate); 및
상기 무빙 플레이트에 의해 둘러싸이며 상기 무빙 플레이트의 상부측을 향해 노출되는 광 마스크를 포함하고,
상기 광 마스크는,
엘시디(liquid crystal display; L.C.D) 패널로 이루어지고,
상기 엘시디 패널의 복수의 픽셀에서 개별 픽셀(pixel)에 서브 픽셀(sub pixel) 단위로 상기 광 조사부의 상기 광을 투과시키고,
상기 무빙 플레이트와 함께, 상기 개별 픽셀에서 서브 픽셀의 일 방향 또는 타 방향의 폭보다 더 작은 크기 단위로 상기 위치 결정 부재를 따라 이동하는, 엘시디 3D 프린터.
제1 항에 있어서,
상기 베이스 플레이트와 상기 마운트 플레이트와 상기 광 유도 경통은, 상기 광 조사부의 광을 불투과시키는 물질로 이루어지는, 엘시디 3D 프린터.
제1 항에 있어서,
상기 광 유도 경통은,
상기 광 조사부 주변에서 상기 광 조사부와 접촉하여 상기 광 조사부로부터 상기 무빙 플레이트를 향해 상기 광 조사부의 광을 지나가게 하는, 엘시디 3D 프린터.
제1 항에 있어서,
상기 광 조사부는,
자외선 엘이디(ultraviolet light-emitting diode; UV LED) 모듈을 구비하여 상기 광 유도 경통을 따라 광을 조사하는, 엘시디 3D 프린터.
제1 항에 있어서,
상기 위치 결정 부재는,
상기 광 유도 경통의 상기 양 측부에서 상기 서브 픽셀의 상기 일 방향 또는 상기 타 방향을 따라 마주하게 위치되는, 엘시디 3D 프린터.
제5 항에 있어서,
상기 위치 결정 부재는,
상기 광 유도 경통의 상기 양 측부에서 개별 측부에 회전 모터를 포함하고,
상기 회전 모터는,
상기 무빙 플레이트를 관통하면서 상기 무빙 플레이트와 나사산 결합하는 모터 회전축을 가지는, 엘시디 3D 프린터.
제1 항에 있어서,
상기 무빙 플레이트는,
상기 광 마스크 바로 아래에서 상기 광 조사부의 상기 광을 투과시키는 물질로 이루어지는, 엘시디 3D 프린터.
제1 항에 있어서,
상기 무빙 플레이트는,
상기 광 유도 경통의 양 측부에서 상기 위치 결정 부재를 관통시키고,
상기 위치 결정 부재와 나사산 결합을 하면서 상기 마운트 플레이트에 대해 상대적으로 움직이는, 엘시디 3D 프린터.
제1 항에 있어서,
상기 위치 결정 부재가,
상기 광 유도 경통의 상기 양 측부에서 상기 서브 픽셀의 상기 일 방향 또는 상기 타 방향을 따라 마주하게 위치되는 때,
상기 무빙 플레이트는,
상기 광 유도 경통의 상기 양 측부에서 상기 위치 결정 부재를 관통시켜 상기 위치 결정 부재를 따라 상기 서브 픽셀의 상기 일 방향 또는 상기 타 방향의 상기 폭보다 더 작은 크기 단위로 반복적으로 움직이는, 엘시디 3D 프린터.
제1 항에 있어서,
상기 광 마스크는,
상기 복수의 픽셀에서 개별 픽셀을 기준으로 3개의 서브 픽셀을 가지고,
외부의 컴퓨터로부터 복수의 슬라이스된 이미지 데이터를 순차적으로 입력받는 때, 상기 컴퓨터의 프로그램을 통해 개별 슬라이스된 이미지 데이터에 해당하는 서브 픽셀들을 선택하여 개별 슬라이스된 이미지를 디스플레이 시키고,
선택된 서브 픽셀들에서 상기 광 조사부의 광을 투과시키고,
비선택된 서브 픽셀들에서 상기 광 조사부의 상기 광을 차폐시키는, 엘시디 3D 프린터.
제1 항에 있어서,
상기 광 마스크는,
상기 무빙 플레이트 상에서 두 개의 위치 결정 부재 사이에 위치되고,
상기 개별 픽셀을 기준으로 볼 때, 일 측부의 위치 결정 부재로부터 타측부의 위치 결정 부재를 향해 빨간색과 녹색과 파란색의 컬러 필터를 순차적으로 가지고,
외부의 컴퓨터로부터 슬라이스된 이미지 데이터를 받아 상기 컴퓨터의 프로그램의 동작에 따라 슬라이스된 이미지를 디스플레이 하는 때, 개별 컬러 필터와 관련된 서브 픽셀을 독립적으로 디스플레이 하는, 엘시디 3D 프린터.
제9 항에 있어서,
상기 무빙 플레이트가,
상기 위치 결정 부재를 따라 상기 서브 픽셀의 상기 일 방향 또는 상기 타 방향의 상기 폭보다 더 작은 크기 단위로 반복적으로 움직이는 동안,
상기 광 마스크는,
상기 서브 픽셀의 상기 일 방향 또는 상기 타 방향의 상기 폭을 벗어나 상기 서브 픽셀의 상기 일 방향 또는 상기 타 방향을 따라 서브 픽셀 중첩 자취를 형성하고,
상기 서브 픽셀의 상기 일 방향 또는 상기 타 방향의 상기 폭 안에서, 상기 서브 픽셀 중첩 자취를 볼 때, 상기 광 마스크의 첫번째 이동 안착선과 마지막번째 이동 안착선을 가지는, 엘시디 3D 프린터.
제9 항에 있어서,
상기 무빙 플레이트가,
상기 위치 결정 부재를 따라 상기 서브 픽셀의 상기 일 방향 또는 상기 타 방향의 상기 폭보다 더 작은 크기 단위로 반복적으로 움직인 후,
상기 광 마스크는,
상기 서브 픽셀의 상기 일 방향 또는 상기 타 방향의 상기 폭을 벗어나 상기 서브 픽셀의 상기 일 방향 또는 상기 타 방향을 따라 서브 픽셀 중첩 자취를 형성하고,
상기 서브 픽셀의 상기 일 방향 또는 상기 타 방향의 상기 폭 안에서, 상기 서브 픽셀 중첩 자취를 볼 때, 상기 광 마스크의 첫번째 이동 안착선과 마지막번째 이동 안착선을 가지고,
상기 서브 픽셀의 상기 일 방향 또는 상기 타 방향의 상기 폭 안에서 상기 광 마스크의 상기 마지막번째 이동 안착선으로부터 상기 광 마스크의 이동 시작선으로 복귀하는, 엘시디 3D 프린터.
제1 항에 있어서,
상기 베이스 플레이트 상에 위치되어 상기 베이스 플레이트와 상기 마운트 플레이트를 감싸는 커버 하우징; 및
상기 커버 하우징 상에 위치되어 상기 커버 하우징을 통해 상기 광 마스크와 마주하는 수조를 더 포함하고,
상기 커버 하우징은,
상기 수조 바로 아래에 광 수용 개구부를 가지고,
상기 수조는,
상기 광 조사부의 상기 광을 투과시키는 물질로 이루어지는, 엘시디 3D 프린터.
제14 항에 있어서,
상기 수조가,
광 경화성 수지를 수용하는 때,
상기 광 경화성 수지는,
상기 광 마스크의 상기 개별 픽셀에서 3개의 서브 픽셀을 기준으로 볼 때, 상기 3개의 서브 픽셀에서 인접하는 서브 픽셀로부터 독립하여 조사되는 광을 통해 경화되고,
상기 3개의 서브 픽셀은,
빨간색과 녹색과 파란색의 컬러 필터에 각각 대응되는, 엘시디 3D 프린터.
제14 항에 있어서,
상기 커버 하우징 상에서 상기 수조 주변에 위치되는 기둥 형상의 엑츄에이터;
상기 엑츄에이터를 따라 상하 운동이 가능하고 상기 엑츄에이터로부터 상기 수조를 향해 연장하는 연결 막대; 및
상기 연결 막대의 자유 단에 위치되어 상기 수조와 마주하는 출력면을 갖는 조형 출력판을 더 포함하는, 엘시디 3D 프린터.