KR102196036B1 - 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치에 관한 것으로서, 내부가 비어 있고 전면에는 도어를 통해 개폐될 수 있도록 형성된 하우징과, 상기 하우징의 내측 하부에 형성되며 3차원 적층체가 거치될 수 있도록 형성되는 거치대와, 상기 하우징의 내측면에 형성되며 상기 3차원 적층체의 외면에 자외선을 조사하여 경화시키는 경화유닛과, 상기 경화유닛에서 조사되는 자외선의 출력량 또는 출력패턴을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치{An ultraviolet light curing device capable of varying the ultraviolet output according to the state of the three-dimensional laminate}

본 발명은 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치에 관한 것으로서, 3D 프린터로 출력된 3차원 적층체를 경화시킬 때 온도 변화에 따른 열변형 또는 변색이 발생되지 않도록 방지하고 강도 및 수축률을 향상시킬 수 있는 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치에 관한 것이다.

차세대 정밀 가공 기술로 각광받는 3D 프린팅 기술은 재료를 용융시킨 상태에서 X축, Y축, Z축 방향으로 재료를 분사함으로써 설정된 모양대로 적층시켜 3차원 물체를 제작하는 기술을 말한다.

이러한 3D 프린팅 기술은 통상 2차원 단면을 연속적으로 재구성하여 용융된 재료를 한 층씩 인쇄하면서 적층하여 3차원 적층체를 생성하며, 3차원 적층체는 용융된 재료로 만들어졌기 때문에 이를 경화시켜 모양이 고정되도록 하는 경화 공정이 반드시 필요하다.

일반적으로 경화를 위한 수단으로 열(Fused Deposition Modeling: FDM), 레이저(Selective lasersintering: SLS), UV 광(Stereolithography Apparatus: SLA, Digital Light Processing: DLP)을 이용한 방식이 통상적으로 이용되고 있다.

그러나 열을 이용한 재료 경화 방식은 재료 경화 과정에 지지대가 필수적으로 요구되며 생산 과정에서의 소요 시간이 크게 발생하고, 레이저를 이용한 재료 경화 방식은 레이저 발생을 위한 넓은 작업 공간이 요구되며 공정 비용에 대한 부담이 크게 발생한다는 문제점이 있었다.

이에 따라 생산 소요 시간 및 생산 유지비에 대한 부담이 상대적으로 덜하며 고품질의 출력물 획득이 가능한 UV(Ultraviolet)를 이용한 재료 경화 방식이 선호되고 있다.

그러나 상기와 같은 자외선 경화방식은 UV램프를 사용하게 되는데, UV램프의 발광시 발생하는 고열로 인해 경화가 제대로 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 한국특허 공개번호 제10-2015-0066898호는 UV-LED모듈을 이용한 경화장치에 관한 것으로서, 경화 대상물 또는 노광 대상물을 이송시키는 이송부, 상기 이송부의 이송 경로상에 배치되고, 상기 이송부를 통해 이송되는 경화대상물을 경화시키거나 또는 노광대상물에 패턴을 형성시키는 본체부를 포함하여 구성하고, 상기 본체부내의 상면에는 상기 본체부를 통과하는 경화대상물 또는 노광대상물의 평면상에 UV광원을 조사하도록 제 1 UV-LED와 제 1 기판으로 이루어진 제 1 광원모듈이 탑재된 제 1 광원본체를 배치 구성하며, 상기 본체부내의 하단측 양측면에는 상기 본체부를 통과하는 경화대상물의 에지부에 UV광원을 조사하도록 제 2UV-LED와 제 2 기판으로 이루어진 제 2 광원모듈이 탑재된 제 2 광원본체를 배치 구성하고, 상기 제 1,2 광원본체에는 각각 UV광원을 조사하는 상기 제 1,2 UV-LED에서 발생하는 열을 방열시키도록 히트파이프로 이루어진 방열부를 적어도 하나 이상 배치하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

그러나 상기와 같은 종래기술의 경우 주로 2차원 평면으로 이루어진 휴대폰, 태블릿, 카메라모듈, 광학시트, 케이스 등에 합착시키기 위해 사용되는 것으로 3차원으로 이루어진 적층체의 외면에 자외선을 고루 조사하지 못한다는 문제점이 있었다.

또한 상기와 같은 종래기술의 경우 경화 대상물에 지속적으로 자외선이 조사되면서 자외선에 의해 발생되는 열에 의해 외형이 변형되거나 표면의 색상이 변색되는 문제점이 있었다.

한국특허 공개번호 제10-2015-0066898호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 3차원 적층체가 경화될 때 자외선에 의한 표면 온도에 따라 자외선의 출력을 제어하여 열변형 및 변색을 방지할 수 있는 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 3차원 적층체의 외면에 자외선을 고루 조사하여 3차원 적층체의 강도 및 수축률을 향상시킬 수 있는 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 다수의 LED를 이용하여 이종 파장으로 이루어진 자외선을 조사함으로써 3차원 적층체를 경화시키는 시간을 감소시키고 경화성능을 높일 수 있는 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 LED가 일정한 파장으로 자외선을 조사하도록 냉각시키면서 3차원 적층체의 외면의 알코올을 증발시켜 건조할 수 있는 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치는 내부가 비어 있고 전면에는 도어를 통해 개폐될 수 있도록 형성된 하우징과, 상기 하우징의 내측 하부에 형성되며 3차원 적층체가 거치될 수 있도록 형성되는 거치대와, 상기 하우징의 내측면에 형성되며 상기 3차원 적층체의 외면에 자외선을 조사하여 경화시키는 경화유닛과, 상기 경화유닛에서 조사되는 자외선의 출력량 또는 출력패턴을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치는 상기 하우징의 내측면에 형성되며 상기 3차원 적층체의 표면 온도를 감지 및 측정하는 온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치의 상기 제어부는 상기 온도센서에 의해 측정된 온도가 상기 3차원 적층체의 변형 온도에 도달하면 상기 경화유닛의 출력량을 감소시키거나 설정된 시간 간격으로 상기 경화유닛을 ON, OFF시켜 상기 3차원 적층체의 표면 온도가 감소되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치의 상기 경화유닛은 자외선을 조사하기 위해 다수의 LED가 형성된 LED모듈과, 상기 하우징 내측면에 형성되며 상기 LED모듈을 지지하고, 상기 LED모듈에서 조사된 후 반사되는 자외선을 상기 3차원 적층체로 재입사될 수 있도록 난반사시키는 반사판으로 이루어지며, 상기 반사판은 다각도로 형성되어 있어 자외선의 반사율을 높이는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치의 상기 경화유닛은 자외선을 조사하기 위한 다수의 LED모듈을 더 포함하며, 상기 LED모듈에는 자외선 파장이 385nm인 LED와, 405nm인 LED가 순차적으로 형성되어 있어 상기 3차원 적층체에 이종 파장을 동시에 조사하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치는 상기 거치대에 형성되며 상기 경화유닛에서 조사되는 자외선의 출력량을 측정하는 조도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치의 상기 경화유닛은 상기 하우징 내측면에 설정된 간격으로 형성되는 다수의 LED모듈을 더 포함하며, 상기 거치대는 상기 3차원 적층체의 외면에 상기 자외선이 고루 조사되도록 동력에 의해 회전되도록 형성되고, 상기 조도센서는 상기 거치대를 따라 회전되면서 각각의 상기 LED모듈에서 조사되는 출력량을 측정하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치에 의하면 3차원 적층체가 경화될 때 자외선에 의한 표면 온도에 따라 자외선의 출력을 제어하여 열변형 및 변색을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치에 의하면 3차원 적층체의 외면에 자외선을 고루 조사하여 3차원 적층체의 강도 및 수축률을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치에 의하면 다수의 LED를 이용하여 이종 파장으로 이루어진 자외선을 조사함으로써 3차원 적층체를 경화시키는 시간을 감소시키고 경화성능을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치에 의하면 LED가 일정한 파장으로 자외선을 조사하도록 냉각시키면서 3차원 적층체의 외면의 알코올을 증발시켜 건조할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술인 UV-LED모듈을 이용한 경화장치를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치의 전면을 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치의 경화유닛을 분리시켜 나타낸 분해도.
도 4는 본 발명에 따른 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치의 후면 및 배면을 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치의 내부에 공기가 유입되는 경로를 나타낸 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치의 내부에 공기가 유입되는 경로를 나타낸 측면도.
도 7은 본 발명에 따른 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치의 전체적인 구성을 나타낸 구성도.
도 8은 본 발명에 따른 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치의 자외선의 출력을 제어하는 모습을 나타낸 그래프.

본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 이하에서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.

본 발명은 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치에 관한 것으로서, 3D 프린터로 출력된 3차원 적층체를 경화시킬 때 온도 변화에 따른 열변색 또는 변색이 발생되지 않도록 방지하고 강도 및 수축률을 향상시킬 수 있는 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치에 관한 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치의 전면을 나타낸 사시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치는 내부가 비어 있고 전면에는 도어(110)를 통해 개폐될 수 있도록 형성된 하우징(100)과, 하우징(100)의 내측 하부에 형성되며 3차원 적층체가 거치될 수 있도록 형성되는 거치대(300)와, 하우징(100)의 내측면에 형성되며 3차원 적층체의 외면에 자외선을 조사하여 경화시키는 경화유닛(200)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 거치대(300)는 3차원 적층체가 거치되면 3차원 적층체를 회전 및 틸팅시켜 경화유닛(200)으로부터 조사되는 자외선의 입사량을 증가시키는 것을 특징으로 한다.

하우징(100)은 경화유닛(200)과 거치대(300)를 수용할 수 있도록 내부가 비어 있으며, 전면은 개구된 후 하우징(100) 내부에 3D 프린터로 출력된 3차원 적층체를 하우징(100) 내부에 인입시킬 수 있도록 도어(110)가 형성되어 있다.

도어(110)는 하우징(100)의 일측에서 회동될 수 있도록 형성되어 있어 하우징(100)의 전면을 개폐할 수 있게 되며, 하우징(100)의 전면 상부에는 전원버튼, 동작버튼, 시간설정버튼과 함께 동작 및 시간을 나타내는 디스플레이가 형성되어 있다.

경화유닛(200)은 하우징(100)의 내측면에 형성되어 있으며, 거치대(300)에 거치된 3차원 적층체의 상, 하, 좌, 우, 후면 방향에서 자외선을 조사함으로써 3차원 적층체를 경화시키게 된다.

거치대(300)는 하우징(100)의 내측 하부면에 형성되어 있으며 도 6의 회전모터(310)에 의해 회전될 수 있어, 상부에 3차원 적층체가 거치되면 3차원 적층체가 거치대(300)에 의해 회전되면서 경화유닛(200)에 의해 3차원 적층체의 모든 면에 자외선이 조사될 수 있게 한다.

또한 거치대(300)는 회전과 동시에 틸팅이 가능하여 3차원 적층체를 설정된 각도로 기울일 수도 있으며, 틸팅된 상태에서 거치대(300)가 회전되어 복잡한 형상으로 된 3차원 적층체도 사각지대 없이 자외선이 조사될 수 있게 된다.

이때 틸팅된 상태에서 3차원 적층체가 거치대(300)의 상부면에서 미끄러지지 않도록 거치대(300)의 상부면에는 다수의 돌기 또는 거치단이 형성되어 있는 것이 바람직하며 거치대(300)는 투명하게 형성되어 있어 하우징(100)의 하부면에서 조사되는 자외선이 거치대(300)를 통과하여 3차원 적층체로 입사될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이를 통해 복잡한 형상으로 된 3차원 적층체를 경화시킬 때 사각지대 없이 모든 면에 자외선이 조사될 수 있게 된다.

또한 하우징(100)의 전면에 형성되며 도어(110)의 개폐상태를 확인하여, 도어(110)의 개폐유무에 따라 경화유닛(200)에 전원을 공급하거나 차단하는 감지센서(120)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

감지센서(120)는 도어(110)의 개폐상태를 확인하기 위한 것으로 마그네틱을 센서로 이루어져 있으며, 도어(110)를 하우징(100) 전면에 밀착되도록 닫으면 도어(110) 내측면에 형성된 자석이 감지센서(120)에 밀착되면서 감지센서(120)가 하우징(100) 내부에 전원을 공급하는 스위칭 역할을 하게 된다.

즉, 도어(110)가 닫힌 상태에서만 감지센서(120)에 의해 하우징(100) 내부에 전원이 공급되어 경화유닛(200) 및 거치대(300)가 동작되게 되며, 도어(110)가 열리게 되면 감지센서(120)에 의해 하우징(100) 내부 전원이 차단되어 경화유닛(200)과 거치대(300)의 동작이 정지되게 된다.

따라서 도어(110)가 열린 상태에서 경화유닛(200)에 의해 조사되는 자외선이 외부로 조사되지 않도록 방지할 수 있으며, 경화 중에 도어(110)를 여는 경우 전원이 차단되어 사용자의 피부나 눈에 자외선이 조사되지 않도록 방지할 수 있다.

또한 도어(110)에는 3차원 적층체의 경화상태를 확인할 수 있도록 내부확인창(111)이 형성되어 있으며, 내부확인창(111)은 자외선이 외부로 노출되지 않도록 자외선차단필터가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

내부확인창(111)은 하우징(100) 내부에서 경화유닛(200)에 의해 경화되고 있는 3차원 적층체의 상태를 확인하기 위한 것으로, 도어(110)의 전면에서 후면으로 관통되도록 형성되어 있다.

또한 내부확인창(111)에는 하우징(100) 내부에서 경화유닛(200)에 의해 조사되는 자외선을 차단하기 위한 자외선차단필터가 형성되어 있으며, 자외선차단필터에 의해 사용자는 자외선의 노출 염려 없이 하우징(100) 내부에서 경화되는 3차원 적층체를 확인할 수 있게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치의 경화유닛(200)을 분리시켜 나타낸 분해도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치의 경화유닛(200)은 3차원 적층체의 외면을 향해 자외선을 조사할 수 있도록 형성된 다수의 LED모듈과, 3차원 적층체의 상부, 하부, 좌측, 우측, 후면에 형성되고 LED모듈에서 조사되는 자외선을 반사시켜 3차원 적층재로 재입사되도록 하는 반사판(210)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

LED모듈(220, 230)은 3차원 적층체의 상부, 하부, 좌측, 우측, 후면에서 자외선을 조사할 수 있도록 다수 개로 형성되어 있으며, 각각의 LED모듈(220, 230)은 반사판(210)에 부착되어 고정되게 된다.

이때 반사판(210)은 전면이 개구되어 있어 전면으로 3차원 적층체를 인입시킬 수 있게 되며, 전면을 제외한 면에는 LED모듈(220, 230)이 형성되어 있어 3차원 적층체를 향해 자외선을 조사할 수 있도록 형성된다.

또한 반사판(210)은 도 2의 하우징(100) 내측면으로부터 이격되도록 형성되고, 하우징(100)과 반사판(210) 사이의 공간에 LED모듈(220, 230)이 위치되며, 반사판(210)의 각 면에는 관통되는 입사홀(211)이 형성되어 있어 LED모듈(220, 230)이 반사판(210) 내부로 자외선을 조사할 수 있게 된다.

반사판(210)은 스테인리스 재질로 형성되어 있어 LED모듈(220, 230)이 반사판(210) 내부에 자외선을 조사할 때 3차원 적층체에 흡수되지 않은 자외선을 반사시켜 3차원 적층체를 향해 재입사시켜 경화시간을 단축시킬 수 있게 된다.

즉, 반사판(210)은 다각형으로 형성되어 있어 자외선이 반사되면 다각도로 반사되어 3차원 적층체에 재입사될 수 있도록 하는 것이 바람직하며, LED모듈(220, 230)은 반사판(210)의 각 면에 형성되어 있어 다양한 방면에서 자외선을 조사할 수 있도록 하여야 한다.

LED모듈(220, 230)은 반사판(210)의 양측면과 후면에 각각 형성되는 제1LED모듈(220)과, 반사판(210)의 상부와 하부에 각각 형성되는 제2LED모듈(230)로 이루어져 있다.

제1LED모듈(220)은 반사판(210)의 좌측, 우측, 후면에 각각 위치되어 3차원 적층체의 측면에 자외선을 조사하게 되고, 제2LED모듈(230)은 반사판(210)의 상부와 하부에 각각 위치되어 3차원 적층체의 상부면과 하부면에 자외선을 조사하게 된다.

이때 제1LED모듈(220)은 LED가 세로 방향으로 형성되어 있어 반사판(210)에 장착되면 3차원 적층체의 세로 방향으로 자외선을 조사할 수 있게 되며, 제1LED모듈(220)의 전면에는 반사판(210)과 결합될 수 있도록 하는 지지구(222)와, 지지구(222)의 전면에 형성되며 조사되는 자외선을 확산시키는 투광판(221)이 형성되게 된다.

투광판(221)은 LED에서 조사되는 빛을 확산시켜 3차원 적층체에 자외선이 입사될 수 있도록 하기 위한 것으로 투명하게 형성되어 있으며 LED가 형성된 위치에 대응되어 확산렌즈가 각각 배치되어 있다.

지지구(222)는 후면에는 제1LED모듈(220)이 삽입되고 전면에는 투광판(221)이 삽입될 수 있도록 전면과 후면에 각각 홈이 형성되어 있으며, LED가 통과될 수 있도록 중앙이 관통되어 있다.

또한 지지구(222)는 반사판(210)의 외면에 결합되어 제1LED모듈(220)과 투광판(221)의 위치를 고정시킬 수 있게 된다.

제2LED모듈(230)은 반사판(210)의 상부와 하부에서 형성되어 있으며 원형 또는 반원형으로 LED가 형성되어 있으며, 반사판(210)의 입사홀(211)을 통해 자외선을 조사하여 도 2의 거치대(300)에 의해 회전되는 3차원 적층체의 상부면과 하부면을 경화시키게 된다.

이때 제2LED모듈(230)을 반사판(210)의 상부와 하부에 고정하기 위해 제2LED모듈(230)과 반사판(210) 사이에는 확산판(231)이 형성되게 되며, 확산판(231)에는 LED에서 조사되는 자외선을 확산시키기 위한 렌즈가 형성되어 있다.

또한 지지구(222) 및 확산판(231)은 열 흡수가 용이한 알루미늄 또는 구리로 형성되어 있어 제1LED모듈(220)에서 발생하는 열을 흡열하여 외부로 방출하는 히트싱크 역할도 할 수 있으며, 이 경우 지지구(222) 및 확산판(231)의 외면은 다수의 홈 및 돌기가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한 지지구(222) 및 확산판(231)은 제1LED모듈(220) 및 제2LED모듈(230)에서 발생한 열을 반사판(210)으로 전달함으로써, 면적이 넓은 반사판(210)에 의해 제1LED모듈(220) 및 제2LED모듈(230)을 빠르게 냉각시킬 수 있게 된다.

또한 경화유닛(200)은 자외선을 조사하기 위한 다수의 LED모듈(220, 230)을 더 포함하며, LED모듈(220, 230)은 자외선 파장이 380~390nm인 LED와, 400~410nm인 LED가 교번하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

제1LED모듈(220)과 제2LED모듈(230)에 형성된 LED는 UV램프에서 발생하는 경화효과를 유사하게 구현하기 위해 서로 다른 파장을 조사하는 LED가 순차적으로 형성되어 있어 3차원 적층체에 이종의 자외선 파장이 조사하게 되게 된다.

LED모듈(220, 230)에서 조사되는 제1파장은 380~390nm로 이루어지고, 제2파장은 400~410nm로 이루어져 있으며, 이상적인 파장은 제1파장을 385nm, 제2파장은 405nm의 LED를 교번시켜 LED모듈(220, 230)에 형성시키는 것이 바람직하다.

제1파장과 제2파장은 3D 프린터에서 3차원 적층체를 출력할 때 수지에 혼입된 광개시제의 흡광도가 높은 파장대로 이루어져 있어 두 파장에 의해 광개시제의 경화속도를 높이고 경화되었을 때 강도를 향상시킬 수 있게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치의 후면 및 배면을 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치의 내부에 공기가 유입되는 경로를 나타낸 평면도이며. 도 6은 본 발명에 따른 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치의 내부에 공기가 유입되는 경로를 나타낸 측면도이다.

도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치는 하우징(100)의 후면에 형성되며 외기를 흡입하여 경화유닛(200)을 냉각시키는 냉각팬(130)과, 하우징(100)의 하부면에 형성되며 경화유닛(200)을 냉각한 공기가 가열된 상태로 배출되도록 하는 배출구(140)를 더 포함하며, 냉각팬(130)을 통해 유입된 공기는 경화유닛(200)의 LED모듈(220, 230)을 냉각하면서 가열되고, 가열된 공기가 3차원 적층체와 접촉되면서 배출구(140)로 이동되어 3차원 적층체를 건조시키는 것을 특징으로 한다.

냉각팬(130)은 하우징(100)의 후면에 형성되어 있으며 하우징(100) 내부로 외부 공기를 흡입하여 경화유닛(200)의 LED에서 발생되는 열을 냉각시켜 고온에 의해 LED의 출력이 저하되는 것을 방지하기 위해 형성된다.

이때 냉각팬(130)에 의해 흡입된 공기 중 일부는 도 5와 같이 하우징(100)의 내측면에서 이격되도록 형성된 반사판(210)의 외면을 따라 이동하고, 일부는 도 6과 같이 반사판(210)의 상부로 이동되게 된다.

이때 공기는 제1LED모듈(220)과 제2LED모듈(230)과 직접 접촉되면서 이동되어 대류열전달에 의해 제1LED모듈(220)과 제2LED모듈(230)에서 열을 흡열하여 가열되면서 제1LED모듈(220)과 제2LED모듈(230)을 냉각시키게 된다.

또한 제1LED모듈(220)과 제2LED모듈(230)과 접촉되는 반사판(210)도 히트싱크와 같은 역할을 하여 제1LED모듈(220)과 제2LED모듈(230)에서 발생되는 열을 흡열하도록 형성되는 경우 공기가 이동되면서 반사판(210)과 접촉되는 면적이 넓어져 흡열할 수 있는 속도가 빨라지므로 제1LED모듈(220)과 제2LED모듈(230)을 보다 효율적으로 냉각시킬 수 있게 된다.

또한 반사판(210)에는 다수의 분사홀(212)이 형성되어 있으며, 냉각팬(130)에 의해 하우징(100)과 반사판(210) 사이로 유입된 공기는 분사홀(212)을 통해 하우징(100)의 하부 중앙에 형성된 거치대(300) 방향으로 분사된 후 반사판(210)의 하부를 통해 배출구(140)로 배출되게 된다.

이때 거치대(300)에 거치된 3차원 적층체는 제1LED모듈(220)과 제2LED모듈(230)을 냉각시키면서 가열된 공기가 직접 접촉되면서 이동하기 때문에 공기가 3차원 적층체의 외면에 묻은 물기나 알코올을 증발시켜 건조시킬 수 있게 된다.

즉, 냉각팬(130)에 의해 흡입된 공기는 하우징(100)과 반사판(210) 사이로 이동되어 제1LED모듈(220)과 제2LED모듈(230)을 1차적으로 냉각시키면서 가열되게 되고, 가열된 공기는 거치판의 중앙을 향해 분사되어 3차원 적층체를 건조시키게 된다.

이후 공기는 거치대(300) 하부에 형성된 분사홀(212)을 통해 하우징(100) 하부에 형성된 배출구(140)를 통해 외부로 빠져나가게 된다.

도 7은 본 발명에 따른 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치의 전체적인 구성을 나타낸 구성도이고, 도 8은 본 발명에 따른 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치의 자외선의 출력을 제어하는 모습을 나타낸 그래프이다.

도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치는 경화유닛(200)에서 조사되는 자외선의 출력량 또는 출력패턴을 제어하는 제어부(600)와, 하우징(100)의 내측면에 형성되며 3차원 적층체의 표면 온도를 감지 및 측정하는 온도센서(400)와, 거치대(300)에 형성되며 경화유닛(200)에서 조사되는 자외선의 출력량을 측정하는 조도센서(500)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

제어부(600)는 하우징(100)의 밀폐된 공간에 격리되어 있으며 하우징(100)에 형성되는 감지센서(120), 온도센서(400), 조도센서(500)와 연결되어 하우징(100) 내부의 환경정보를 수집할 수 있게 되고, 이를 통해 냉각팬(130), 경화유닛(200), 거치대(300)의 회전모터(310)의 동작을 조절하여 3차원 적층체의 경화가 효율적으로 이루어질 수 있도록 제어하게 된다.

온도센서(400)는 하우징(100)의 내부에 형성되어 거치대(300)에 거치된 3차원 적층체의 온도를 측정하기 위한 것으로서, 적외선 또는 레이저를 이용하여 경화되는 3차원 적층체의 표면온도를 측정하여 제어부(600)로 측정 정보를 전송하게 된다.

이때 온도센서(400)는 도 3과 같이 경화유닛(200)의 반사판(210) 상부에 형성되어 있어 거치대(300)에 거치된 3차원 적층체의 표면 온도를 지속적으로 측정할 수 있게 되며, 필요에 따라 반사판(210)에 다수 개가 형성되어 있어 3차원 적층체의 표면 온도를 다각도에서 측정할 수도 있다.

온도센서(400)에 의해 검출된 온도에 따라 제어부(600)는 경화유닛(200)의 출력량을 조절하여 3차원 적층체 표면온도가 감소되도록 점진적으로 감소되도록 하며, 이를 통해 온도 상승에 따라 발생되는 3차원 적층체의 열변형 및 변색을 방지하게 된다.

조도센서(500)는 한 개 또는 다수 개가 거치대(300)의 가장자리에 형성되어 있으며 경화유닛(200)으로부터 조사되는 자외선의 광량을 측정함으로써 3차원 적층체에 도달하는 실질적인 자외선의 출력량을 파악하기 위한 것이다.

조도센서(500)에서 측정된 자외선 출력량은 제어부(600)로 전송되며, 제어부(600)는 조도센서(500)로부터 전송된 측정값을 사전에 설정된 출력량과 비교 판단하여 3차원 적층체에 설정된 출력량만큼 자외선이 조사되도록 경화유닛(200)을 제어하게 된다.

이때 제어부(600)는 하우징(100)의 외부에 형성된 버튼을 이용하여 3차원 적층체의 물리적, 화학적 특성에 따라 자외선 출력량을 조정하거나 설정할 수 있게 되며, 3차원 적층체의 크기 또는 조성물에 따라서 자외선의 출력량을 제어부(600)에 미리 저장한 후 설정값을 선택하여 사용하도록 하는 것이 바람직하다.

경화유닛(200)은 자외선을 조사하기 위해 다수의 LED가 형성된 LED모듈(220, 230)과, 하우징(100) 내측면에 형성되며 LED모듈(220, 230)을 지지하고, LED모듈(220, 230)에서 조사된 후 반사되는 자외선을 3차원 적층체로 재입사될 수 있도록 난반사시키는 반사판(210)로 이루어지며, 반사판(210)은 다각도로 형성되어 있어 자외선의 반사율을 높이는 것을 특징으로 한다.

또한 경화유닛(200)은 자외선을 조사하기 위한 다수의 LED모듈(220, 230)을 더 포함하며, LED모듈(220, 230)에는 자외선 파장이 385nm인 LED와, 405nm인 LED가 순차적으로 형성되어 있어 3차원 적층체에 이종 파장을 동시에 조사하는 것을 특징으로 한다.

경화유닛(200)은 다수의 LED모듈(220, 230)이 하우징(100) 내부에 형성된 반사판(210)에 설정된 간격으로 이격된 후 거치대(300)를 향해 자외선을 조사할 수 있도록 형성되어 있으며, 하나의 LED모듈(220, 230)에는 다수의 LED가 일정한 간격으로 이격되어 있다.

반사판(210)은 도 3과 같이, 전면이 개구되고 상, 하, 좌, 우, 후면은 자외선을 난반사할 수 있도록 스테인리스로 형성되거나 내측면에 반사층이 형성되어 있으며, 외면에 형성되는 LED모듈(220, 230)이 반사판(210)의 내측면으로 자외선을 조사할 수 있도록 다수의 입사홀(211)이 형성되어 있다.

입사홀(211)을 통해 LED모듈(220, 230)에 형성된 LED는 반사판(210) 내부로 자외선을 조사할 수 있게 되며, LED모듈(220, 230)의 전면에 형성된 도 3의 투광판에 의해 LED에서 출력되는 자외선이 집광되어 3차원 적층체로 조사되게 된다.

도 3의 투광판은 다수의 LED에서 조사되는 빛이 투과되면 빛을 집광시키는 렌즈가 형성되어 있어 각각의 LED에서 출력되는 자외선을 3차원 적층체에 집중적으로 조사될 수 있게 된다.

또한 각각의 LED모듈(220, 230)에는 파장이 385nm인 LED와, 405nm인 LED가 순차적으로 배치되어 있어 3차원 적층체에 포함된 광개시제에 따라 두 파장 중 어느 하나만 선택적으로 조사하거나, 이종의 파장을 동시에 조사하여 경화성능을 높일 수 있게 된다.

일반적으로 광개시제는 종류에 따라 경화되는 자외선 파장의 범위가 상이한데, 서로 다른 범위의 이종의 파장을 동시에 이용함으로써 단일 파장에 비해 특정 광개시제의 경화 파장에 근접한 파장을 조사할 수 있게 된다.

또한 상기 경화유닛(200)은 상기 하우징(100) 내측면에 설정된 간격으로 형성되는 다수의 LED모듈(220, 230)을 더 포함하며, 상기 거치대(300)는 상기 3차원 적층체의 외면에 상기 자외선이 고루 조사되도록 동력에 의해 회전되도록 형성되고, 상기 조도센서(500)는 상기 거치대(300)를 따라 회전되면서 각각의 상기 LED모듈(220, 230)에서 조사되는 출력량을 측정하는 것을 특징으로 한다.

조도센서(500)는 도 6과 같이 거치대(300)의 가장자리에 형성되어 있으며 거치대(300)가 회전모터(310)에 의해 회전되면 거치대(300)를 따라 조도센서(500)가 회전되면서 반사판(210)에 형성된 각각의 LED모듈(220, 230)에서 조사되는 자외선의 출력량을 측정하게 된다.

이때 제어부(600)는 회전모터(310)의 회전각을 이용하여 조도센서(500)에서 측정되는 자외선의 출력량이 어느 LED모듈(220, 230)에서 조사되는 것인지 추정할 수 있게 되며, 이를 통해 특정 LED모듈(220, 230)에서 조사되는 자외선 출력이 저하되거나 과도한 경우 해당 LED모듈(220, 230)의 출력을 조정할 수 있게 된다.

또한 조도센서(500)는 각 LED모듈(220, 230)에서 조사되는 자외선을 차단하지 않도록 거치대(300)의 하부 가장자리에 형성되는 것이 바람직하며, 조도센서(500)의 케이블은 거치판의 중앙에 형성된 슬립 링 커넥터를 통해 하우징(100)에 형성된 제어부(600)와 연결되는 것이 바람직하다.

또한 제어부(600)는 온도센서(400)에 의해 측정된 온도가 3차원 적층체의 변형 온도에 도달하면 경화유닛(200)의 출력량을 감소시키거나 설정된 시간 간격으로 경화유닛(200)을 ON, OFF시켜 3차원 적층체의 표면 온도가 감소되도록 하는 것을 특징으로 한다.

제어부(600)는 3차원 적층체 표면에는 자외선이 집중적으로 조사되게 되므로 자외선에서 발생되는 열에 의해 표면 온도가 상승되게 되고, 이러한 온도 상승은 3차원 적층체의 형태를 변형시키거나 표면의 색상이 변색되게 된다.

이를 방지하기 위해 제어부(600)는 온도센서(400)를 통해 3차원 적층체의 온도를 실시간으로 측정하게 되고, 온도센서(400)에 의해 측정된 온도가 제어부(600)에 설정된 온도에 도달한 경우 3차원 적층체의 온도를 낮추기 위해 도 8-A와 같이 LED모듈(220, 230)의 출력량을 점진적으로 감소시키게 된다.

도 8-A에서 세로축인 P는 각각의 LED모듈(220, 230)의 자외선 출력량을 나타낸 것으로 0%는 LED모듈(220, 230)에서 자외선이 출력되지 않는 상태이고, 100%는 제어부(600)에 의해 설정된 LED모듈(220, 230)의 자외선 최대 출력 상태를 나타내는 것이며, 가로축의 t는 시간을 나타낸 것이다.

자외선 최대 출력 상태(100%)는 조도센서(500)에 의해 각각의 LED모듈(220, 230)에서 측정된 출력량에 기초하여 각각의 LED모듈(220, 230)이 일정한 출력량으로 자외선을 수 있도록 제어부(600)가 각각의 LED마다 설정한 출력량을 말하며 이러한 설정값은 조도센서(500)에 의해 주기적으로 변경될 수 있다.

제어부(600)는 온도센서(400)에 의해 3차원 적층체의 온도가 설정된 온도까지 상승되게 되면, 각각의 LED모듈(220, 230)의 출력량을 설정된 시간을 따라 점진적으로 감소시켜 출력량이 감소되도록 함으로써 자외선에 의해 가열된 3차원 적층체의 온도를 감소시키게 된다.

이때 보다 효과적으로 3차원 적층체의 온도를 감소시키기 위해 제어부(600)는 냉각팬(130)의 회전속도를 상승시켜 하우징(100) 내부로 유입되는 공기의 유량을 증가시킬 수 있으며, 유입된 공기가 각각의 LED모듈(220, 230) 및 3차원 적층체를 통과하면서 외부로 배출되기 때문에 3차원 적층체의 냉각속도를 향상시킬 수 있게 된다.

냉각이 진행되면서 3차원 적층체의 온도가 제어부(600)에 저장된 설정된 냉각온도에 도달하게 되면 제어부(600)는 LED모듈(220, 230)의 출력량을 다시 증가시켜 3차원 적층체를 경화시키게 되며, 제어부(600)는 3차원 적층체가 과열되지 않는 범위 내에서 LED모듈(220, 230)의 출력량을 증가시켜 유지할 수도 있게 된다.

도 8-B와 같이 제어부(600)는 설정된 시간동안 경화유닛(200)의 LED모듈(220, 230)을 설정된 시간동안 점등 및 소등시키는 PWM(Pulse Width Modulation) 방식을 이용하여 LED모듈(220, 230)의 자외선 출력을 제어하는 것을 특징으로 한다.

LED모듈(220, 230)은 제어부(600)에 의해 설정된 시간동안만 점등되고 이후 설정된 시간동안 소등되면서 3차원 적층체에 자외선을 조사할 수 있으며, 이 경우 자외선이 지속적으로 3차원 적층체에 조사되지 않기 때문에 3차원 적층체가 짧은 시간동안 냉각될 수 있어 가열을 방지할 수 있게 된다.

이때 도 8-B에서는 100ms 단위로 점등 또는 소등이 되도록 형성되어 있으나 이러한 주기는 3차원 적층체의 조성물에 따라 변경될 수 있으며, 3차원 적층체가 가열되어 온도가 상승하는 경우 점진적으로 LED모듈(220, 230)의 출력량을 감소시킬 수도 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치에 의하면 3차원 적층체가 경화될 때 자외선에 의한 표면 온도에 따라 자외선의 출력을 제어하여 열변형 및 변색을 방지할 수 있고, 3차원 적층체의 외면에 자외선을 고루 조사하여 3차원 적층체의 강도 및 수축률을 향상시킬 수 있으며, 다수의 LED를 이용하여 이종 파장으로 이루어진 자외선을 조사함으로써 3차원 적층체를 경화시키는 시간을 감소시키고 경화성능을 높일 수 있고, LED가 일정한 파장으로 자외선을 조사하도록 냉각시키면서 3차원 적층체의 외면의 알코올을 증발시켜 건조할 수 있는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명은, 바람직한 실시 예를 중심으로 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.

100 : 하우징 110 : 도어
111 : 내부확인창 120 : 감지센서
130 : 냉각팬 140 : 배출구
200 : 경화유닛 210 : 반사판
211 : 입사홀 212 : 분사홀
220 : 제1LED모듈 221 : 투광판
222 : 지지구 230 : 제2LED모듈
231 : 확산판 300 : 거치대
310 : 회전모터 400 : 온도센서
500 : 조도센서 600 : 제어부

Claims (7)

1. 내부가 비어 있고 전면에는 도어를 통해 개폐될 수 있도록 형성된 하우징과;
   상기 하우징의 내측 하부에 형성되며 3차원 적층체가 거치될 수 있도록 형성되는 거치대와;
   상기 하우징의 내측면에 형성되며 상기 3차원 적층체의 외면에 자외선을 조사하여 경화시키는 경화유닛과;
   상기 경화유닛에서 조사되는 자외선의 출력량 또는 출력패턴을 제어하는 제어부;를 포함하며,
   상기 거치대의 가장자리에 형성되며 상기 경화유닛에서 조사되는 자외선의 광량을 측정함으로써 상기 3차원 적층체에 도달하는 자외선의 출력량을 파악하는 조도센서;를 더 포함하며,
   상기 제어부는 상기 조도센서로부터 전송된 측정값을 사전에 설정된 출력량과 비교 판단하여 상기 3차원 적층체에 설정된 출력량만큼 자외선이 조사되도록 상기 경화유닛을 제어하고,
   상기 거치대는 상기 3차원 적층체가 거치되면 회전 및 틸팅되어 상기 경화유닛에 의해 조사되는 자외선이 상기 3차원 적층체의 모든 면에 조사될 수 있도록 형성되며,
   상기 거치대의 상부면에는 틸팅된 상태에서 상기 3차원 적층체가 미끄러지지 않도록 다수의 돌기 또는 거치단을 더 포함하고,
   상기 거치대는 투명하게 형성되어 상기 하우징의 하부면에서 조사되는 자외선이 상기 3차원 적층체로 입사될 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는
   3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 하우징의 내측면에 형성되며 상기 3차원 적층체의 표면 온도를 감지 및 측정하는 온도센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
   3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 제어부는
   상기 온도센서에 의해 측정된 온도가 상기 3차원 적층체의 변형 온도에 도달하면 상기 경화유닛의 출력량을 감소시키거나 설정된 시간 간격으로 상기 경화유닛을 ON, OFF시켜 상기 3차원 적층체의 표면 온도가 감소되도록 하는 것을 특징으로 하는
   3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 경화유닛은
   자외선을 조사하기 위해 다수의 LED가 형성된 LED모듈과;
   상기 하우징 내측면에 형성되며 상기 LED모듈을 지지하고, 상기 LED모듈에서 조사된 후 반사되는 자외선을 상기 3차원 적층체로 재입사될 수 있도록 난반사시키는 반사판;으로 이루어지며,
   상기 반사판은 다각도로 형성되어 있어 자외선의 반사율을 높이는 것을 특징으로 하는
   3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 경화유닛은 자외선을 조사하기 위한 다수의 LED모듈;을 더 포함하며,
   상기 LED모듈에는 자외선 파장이 385nm인 LED와, 405nm인 LED가 순차적으로 형성되어 있어 상기 3차원 적층체에 이종 파장을 동시에 조사하는 것을 특징으로 하는
   3차원 적층체의 상태에 따라 자외선 출력 가변이 가능한 자외선 광 경화장치.
   
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