KR102309323B1 - 3차원 프린터 및 3차원 프린터의 프린팅 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 입체 조형물을 조형할 수 있는 3차원 프린터의 프린팅 방법에 관한 것으로서, 3차원 프린터에서 3차원 모델링을 입력받는 입력 단계 및 입력된 상기 3차원 모델링을 소정의 층두께를 가지는 복수의 레이어(Layer)로 슬라이싱(Slicing)하고, 상기 3차원 프린터의 조형 스테이지 상에 상기 복수의 레이어가 순차적으로 적층되도록 출력하여 3차원 형상의 입체 조형물로 출력하는 출력 단계를 포함하고, 상기 출력 단계에서, 슬라이싱된 레이어의 외면의 경사 각도가 사전에 설정된 설정 각도 이상일 경우, 이에 해당되는 레이어의 층두께 및 출력 조건 중 적어도 어느 하나를 변경할 수 있다.

Description

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

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

대다수 산업용 금속 3D 프린터는 금속 분말을 도포하고 원하는 부분만 레이저로 용융시켜 입체 조형물을 조형하는 선택적 레이저 소결(SLS) 방식을 따르고 있다. 이러한, 선택적 레이저 소결 방식은, 대량의 작은 입자 형태의 분말 소재를 작업테이블에 얇게 도포하여 분말층으로 만들고 높은 열의 레이저로 녹여 적층시켜 조형하는 방식으로서, 기존의 금속 주조 방법에 의해 제조되던 복잡한 형상의 제품 제조 뿐만 아니라, 고부가 산업 제품군인 인체 맞춤형 의료부품, 항공기용 부품, 군사용 부품 등의 높은 정밀도가 요구되는 제품에도 응용되어 적용될 수 있는 장점이 있다.

일반적으로, 선택적 레이저 소결 방식을 이용한 3차원 프린터의 프린팅 방법은, 입력받은 3차원 모델링을 3차원 형상의 입체 조형물로 출력할 때 슬라이싱(Slicing)이라는 과정을 거치게 된다. 슬라이싱은, 3차원 모델링을 일정 간격마다 수평 방향으로 자르는 것을 의미한다. 이러한, 슬라이싱을 통해 3차원 모델링은 3차원 프린터가 출력할 수 있는 형태로 변환되며, 3차원 프린터는 슬라이싱된 복수의 레이어로 차례대로 출력하여 적층함으로써, 3차원 형상의 입체 조형물을 출력하게 된다.

그러나, 이러한 종래의 3차원 프린터 및 3차원 프린터의 프린팅 방법은, 출력해야될 입체 조형물의 각도가 45도 이상이면 슬라이싱된 각 레이어 간의 단차로 인한 계단효과가 심해져 정밀성이 떨어지는 문제점이 있었다. 또한, 이를 해결하기 위해, 슬라이싱 간격을 작게 하면 더 많은 레이어가 필요하고 이에 따라 더 오랜 출력 시간이 걸려 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 입력 받은 3차원 모델링을 슬라이싱 하는 과정에서 슬라이싱 된 레이어의 외면의 경사 각도가 사전에 설정된 설정 각도 이상일 경우, 레이어의 층두께 및 레이어의 출력 조건 중 적어도 어느 하나를 조절하여 3차원 프린팅의 출력 정밀성과 생산성을 동시에 향상시킬 수 있는 3차원 프린터 및 3차원 프린터의 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 프린터의 프린팅 방법이 제공된다. 상기 3차원 프린터의 프린팅 방법은, 3차원 프린터에서 3차원 모델링을 입력받는 입력 단계; 및 입력된 상기 3차원 모델링을 소정의 층두께를 가지는 복수의 레이어(Layer)로 슬라이싱(Slicing)하고, 상기 3차원 프린터의 조형 스테이지 상에 상기 복수의 레이어가 순차적으로 적층되도록 출력하여 3차원 형상의 입체 조형물로 출력하는 출력 단계;를 포함하고, 상기 출력 단계에서, 슬라이싱된 레이어의 외면의 경사 각도가 사전에 설정된 설정 각도 이상일 경우, 이에 해당되는 레이어의 층두께 및 출력 조건 중 적어도 어느 하나를 변경할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 출력 단계는, 상기 3차원 모델링의 적어도 일부분을 제 1 두께를 가지는 제 1 레이어로 슬라이싱하여 상기 조형 스테이지 상에 상기 제 1 레이어를 출력하는 제 1 레이어 출력 단계; 및 상기 3차원 모델링의 상기 제 1 레이어에 해당하는 부분의 상단의 적어도 일부분을 제 2 두께를 가지는 제 2 레이어로 슬라이싱하여 상기 제 1 레이어 상에 상기 제 2 레이어를 출력하는 제 2 레이어 출력 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 출력 단계는, 상기 3차원 모델링의 상기 제 n-1 레이어에 해당하는 부분의 상단의 적어도 일부분을 제 n 두께를 가지는 제 n 레이어로 슬라이싱하여 상기 제 n-1 레이어 상에 상기 제 n 레이어를 출력하는 제 n 레이어 출력 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 레이어 출력 단계는, 상기 3차원 모델링의 하단의 적어도 일부분을 제 1 두께를 가지는 제 1 레이어로 슬라이싱하는 슬라이싱 단계; 상기 제 1 레이어의 외면의 제 1 경사 각도를 확인하는 제 1 경사 각도 확인 단계; 및 상기 조형 스테이지 상에 상기 제 1 레이어를 출력하는 레이어 출력 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 레이어 출력 단계는, 상기 제 1 경사 각도 확인 단계에서, 상기 제 1 레이어의 상기 제 1 경사 각도가 상기 설정 각도 미만일 경우, 상기 레이어 출력 단계를 진행할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 레이어 출력 단계는, 상기 제 1 경사 각도 확인 단계에서, 상기 제 1 레이어의 상기 제 1 경사 각도가 상기 설정 각도 이상일 경우, 상기 레이어 출력 단계 전에 상기 제 1 레이어를 상기 제 1 두께 보다 얇은 제 1-1 두께를 가지는 제 1-1 레이어로 재슬라이싱하는 재슬라이싱 단계; 및 상기 제 1-1 레이어의 외면의 제 1-1 경사 각도를 확인하는 제 1-1 경사 각도 확인 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 레이어 출력 단계는, 상기 제 1-1 경사 각도 확인 단계에서, 상기 제 1-1 레이어의 상기 제 1-1 경사 각도가 상기 설정 각도 미만일 경우, 상기 레이어 출력 단계를 진행할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 레이어 출력 단계는, 상기 제 1-1 경사 각도 확인 단계에서, 상기 제 1-1 레이어의 상기 제 1-1 경사 각도가 상기 설정 각도 이상일 경우, 상기 레이어 출력 단계 전에 상기 제 1-1 레이어의 상기 출력 조건을 변경하는 출력 조건 변경 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 출력 단계는, 상기 조형 스테이지 상에 도포된 분말층에 레이저빔을 조사하여 상기 분말층을 선택적으로 소결시켜 상기 입체 조형물을 출력하는 선택적 레이저 소결(SLS) 방식이고, 상기 출력 조건 변경 단계에서, 상기 레이저빔의 조사 횟수, 에너지 밀도, 스캔 방향, 스캔 속도 및 상기 레이저빔의 직경 중 적어도 어느 하나를 변경할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 3차원 프린터가 제공된다. 상기 3차원 프린터는, 분말 소재가 수용되어 입체 조형물이 조형될 수 있는 조형 공간이 형성될 수 있도록 상방이 개방된 박스 형상으로 형성되고, 내부에 승하강 가능하게 구비되어 상면에 상기 입체 조형물이 복수의 레이어(Layer)로 적층되어 조형되는 조형 스테이지를 포함하는 조형 박스; 상기 조형 박스가 수납되는 조형 박스 수납부가 형성되는 몸체; 상기 몸체의 상부의 일측에 설치되어, 상기 조형 박스 수납부에 수납된 상기 조형 박스의 상기 조형 스테이지 상에 소정 두께의 분말층이 형성될 수 있도록 상기 분말 소재를 도포하는 분말 도포 장치; 상기 몸체의 상부의 타측에 설치되어 상기 조형 스테이지 상에 도포된 상기 분말층에 레이저빔을 조사하여 상기 분말층을 선택적으로 소결시키는 프린팅 장치; 상기 조형 박스 수납부의 하부에 설치되어 상기 조형 박스의 상기 조형 스테이지를 승하강시키는 승하강 장치; 및 상기 분말 도포 장치와, 상기 프린팅 장치 및 상기 승하강 장치를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 입력 받은 3차원 모델링을 슬라이싱 하는 과정에서 슬라이싱 된 레이어의 외면의 경사 각도가 사전에 설정된 설정 각도 이상일 경우, 레이어의 층두께 및 레이어의 출력 조건 중 적어도 어느 하나를 조절할 수 있다.

즉, 종래의 3차원 프린터의 프린팅 방법과 같이 슬라이싱되는 모든 레이어에 동일한 층두께 및 동일한 출력 조건을 설정하지 않고, 각 레이어의 특성에 따라 레이어의 층두께나 출력 조건이 최적으로 설정될 수 있도록 가변 슬라이싱함으로써, 출력되는 입체 조형물의 각 레이어 간에 발생할 수 있는 계단효과를 줄여 정밀도를 향상시키면서 동시에 생산성을 증가시킬 수 있는 3차원 프린터 및 3차원 프린터의 프린팅 방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터의 프린팅 방법을 순서대로 나타내는 순서도이다.
도 2는 도 1의 3차원 프린터의 프린팅 방법으로 출력된 입체 조형물을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 3차원 프린터의 프린팅 방법의 제 1 레이어 출력 단계를 순서대로 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 프린터를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5 내지 도 8은 도 4의 3차원 프린터가 입체 조형물을 출력하는 과정을 단계별로 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 프린터의 프린팅 방법을 순서대로 나타내는 순서도이고, 도 2는 도 1의 3차원 프린터의 프린팅 방법으로 출력된 입체 조형물(A)을 개략적으로 나타내는 단면도이며, 도 3은 도 1의 3차원 프린터의 프린팅 방법의 제 1 레이어 출력 단계(S210)를 순서대로 나타내는 순서도이다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터의 프린팅 방법은, 크게, 입력 단계(S100) 및 출력 단계(S200)를 포함할 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 입력 단계(S100)에서, 3차원 프린터(1000)가 3차원 모델링을 입력받고, 출력 단계(S200)에서, 입력된 상기 3차원 모델링을 소정의 층두께를 가지는 복수의 레이어(Layer)(L)로 슬라이싱(Slicing)하고, 3차원 프린터(1000)의 조형 스테이지(310) 상에 복수의 레이어(L)가 순차적으로 적층되도록 출력하여 3차원 형상의 입체 조형물(A)로 출력할 수 있다.

이때, 출력 단계(S200)에서, 슬라이싱된 레이어의 외면의 경사 각도(a)가 설정 각도 이상일 경우, 이에 해당되는 레이어의 층두께 및 출력 조선 중 적어도 어느 하나를 변경할 수 있다.

더욱 구체적으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 출력 단계(S200)에서, 상기 3차원 모델링의 적어도 일부분을 제 1 두께(T1)를 가지는 제 1 레이어(L1)로 슬라이싱하여 조형 스테이지(310) 상에 제 1 레이어(L1)를 출력하는 제 1 레이어 출력 단계(S210)와, 상기 3차원 모델링의 제 1 레이어(L1)에 해당하는 부분의 상단의 적어도 일부분을 제 2 두께(T2)를 가지는 제 2 레이어(L2)로 슬라이싱하여 제 1 레이어(L1) 상에 제 2 레이어(L2)를 출력하는 제 2 레이어 출력 단계(S220) 및 상기 3차원 모델링의 제 n-1 레이어(Ln-1)에 해당하는 부분의 상단의 적어도 일부분을 제 n 두께(Tn)를 가지는 제 n 레이어(Ln)로 슬라이싱하여 제 n-1 레이어(Ln-1) 상에 제 n 레이어(Ln)를 출력하는 제 n 레이어 출력 단계(S290)를 통해서, n개의 레이어(A)를 조형 스테이지(310) 상에 순차적으로 출력함으로써, 3차원 형상의 입체 조형물(A)을 출력할 수 있다.

이러한, 출력 단계(S200)에서, 각 레이어(L1, L2,...,Ln-1, Ln)를 슬라이싱 하는 간격은 기본적으로 입체 조형물(A)의 출력 생산성을 고려하여 설정함으로써, 각 레이어(L1, L2,...,Ln-1, Ln)의 층두께(T1, T2,...,Tn-1, Tn)가 결정될 수 있다. 그러나, 입체 조형물(A)의 출력 생산성만을 고려하여 각 레이어(L1, L2,...,Ln-1, Ln)의 층두께(T1, T2,...,Tn-1, Tn)를 모두 동일하게 설정하여 슬라이싱하면 3차원 입체 조형물(A)의 출력 생산성은 증대시킬 수 있으나, 입체 조형물(A)의 외면의 경사 각도(a)가 클 경우에는 각 레이어(L1, L2,...,Ln-1, Ln)의 외면 간에 단차로 인해 계단효과가 발생하여 입체 조형물(A)의 정밀도가 떨어질 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터의 프린팅 방법은, 출력 단계(S200)에서, 슬라이싱된 레이어의 외면의 경사 각도(a)가 설정 각도 이상일 경우, 이에 해당되는 레이어의 층두께 및 출력 조건 중 적어도 어느 하나를 변경함으로써, 계단효과가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

더욱 구체적으로, 출력 단계(S200)의 제 1 레이어 출력 단계(S210)를 예로 들어 설명하면, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 레이어 출력 단계(S210)는, 먼저, 슬라이싱 단계(S211)를 통해 상기 3차원 모델링의 하단의 적어도 일부분을 제 1 두께(T1)를 가지는 제 1 레이어(L1)로 슬라이싱하고, 제 1 경사 각도 확인 단계(S212)를 통해 슬라이싱된 제 1 레이어(L1)의 외면의 제 1 경사 각도(a)를 확인할 수 있다.

이때, 제 1 경사 각도 확인 단계(S212)에서, 제 1 레이어(L1)의 제 1 경사 각도(a)가 사전에 설정된 설정 각도 미만일 경우, 조형 스테이지(310) 상에 제 1 레이어(L1)를 출력하는 레이어 출력 단계(S216)를 바로 진행할 수 있다.

그러나, 제 1 경사 각도 확인 단계(S212)에서, 제 1 레이어(L1)의 제 1 경사 각도(a)가 상기 설정 각도 이상일 경우, 레이어 출력 단계(S216) 전에 제 1 레이어(L1)를 제 1 두께(T1) 보다 얇은 제 1-1 두께를 가지는 제 1-1 레이어로 재슬라이싱하는 재슬라이싱 단계(S213)를 실시하여 레이어의 층두께를 조절하여 슬라이싱을 다시 할 수 있다.

여기서, 상기 설정 각도는, 출력되는 입체 조형물(A)에 요구되는 정밀도에 따라 사용자가 사전에 설정할 수 있으며, 통상적으로, 45도로 설정되는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 재슬라이싱 단계(S213)에서 재설정되는 상기 제 1-1 레이어의 상기 제 1-1 두께는 제 1 두께(T1) 보다 얇을 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 3차원 프린터(1000)에서 지원하는 최소 층두께로 설정할 수 있다.

이어서, 제 1-1 경사 각도 확인 단계(S213)를 통해 재슬라이싱된 상기 제 1-1 레이어의 외면의 제 1-1 경사 각도를 확인하고, 제 1-1 경사 각도 확인 단계(S214)에서, 상기 제 1-1 레이어의 상기 제 1-1 경사 각도가 상기 설정 각도 미만일 경우, 레이어 출력 단계(S216)를 진행할 수 있다.

그러나, 제 1-1 경사 각도 확인 단계(S214)에서, 상기 제 1-1 레이어의 상기 제 1-1 경사 각도가 상기 설정 각도 이상일 경우에는, 레이어 출력 단계(S216) 전에 상기 제 1-1 레이어의 상기 출력 조건을 변경하는 출력 조건 변경 단계(S215)를 추가적으로 실시한 후, 레이어 출력 단계(S216)를 진행할 수 있다.

더욱 구체적으로, 본 발명의 3차원 프린터의 프린팅 방법은, 조형 스테이지(310) 상에 도포된 분말층에 레이저빔을 조사하여 상기 분말층을 선택적으로 소결시켜 입체 조형물(A)을 출력하는 선택적 레이저 소결 방식일 수 있다. 이에 따라, 출력 조건 변경 단계(S215)에서, 상기 레이저빔의 조사 횟수, 에너지 밀도, 스캔 방향, 스캔 속도 및 상기 레이저빔의 직경 중 적어도 어느 하나를 변경함으로써 레이어의 출력 조건을 변경할 수 있다.

이와 같이, 레이어의 층두께 조절만으로 외면의 경사 각도가 상기 설정 각도 미만으로 조절되지 않을 경우, 레이어의 출력 조건 변경으로 출력되는 레이어의 정밀도를 최대한으로 증가시킬 수 있다. 예컨대, 출력되는 레이어의 정밀도를 증가시킬 수 있도록 레이저빔의 조사 횟수나 에너지 밀도를 증가시키거나, 스캔 방향을 최적화시키거나, 스캔 속도를 줄이거나, 레이저빔의 직경을 줄이는 방식으로 출력 조건을 조절할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른, 3차원 프린터의 프린팅 방법은, 상술한 제 1 레이어 출력 단계(S210)를 제 2 레이어 출력 단계(S200) 내지 제 n 레이어 출력 단계(S290)에 동일하게 적용함으로써, 조형스테이지(310) 상에 복수의 레이어(L)가 순차적으로 적층된 입체 조형물(A)을 출력할 수 있다.

이하에서는, 상술한, 3차원 프린터의 프린팅 방법을 이용하여 입체 조형물(A)을 출력할 수 있는 3차원 프린터(100)의 장치 및 3차원 프린팅 과정에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 프린터(1000)를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 5 내지 도 8은 도 4의 3차원 프린터(1000)가 입체 조형물(A)을 출력하는 과정을 단계별로 나타내는 단면도들이다.

먼저, 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 프린터(1000)는, 분말 도포 장치(100)와, 몸체(200)와, 조형 박스(300)와, 프린팅 장치(400) 및 승하강 장치(500)를 포함할 수 있다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 조형 박스(300)는, 분말 소재(M)가 수용되어 입체 조형물(A)이 조형될 수 있는 내부 공간이 형성될 수 있도록 상방이 개방된 박스 형상으로 형성되고, 내부에 승하강 가능하게 구비되어 상면에 입체 조형물(A)이 복수의 레이어(Layer)로 적층되어 조형되는 조형 스테이지(310)를 포함할 수 있다.

또한, 몸체(200)는, 내부에 조형 박스(300)가 수납되는 조형 박스 수납부(210)가 형성되고, 그 상면에 분말 도포 장치(100)와, 프린팅 장치(400)가 설치되어 지지할 수 있는 일종의 프레임 구조체일 수 있다. 예컨대, 이러한 몸체(200)는, 일체형 사출 구조물이나, 주물이나, 다양한 형상의 판재, 선재, 파이프재, 수직 부재, 수평 부재 및 경사 부재들을 서로 용접하거나 연결하여 이루어지는 프레임 구조체일 수 있다.

분말 도포 장치(100)는, 몸체(200)의 상부의 일측에 설치되어, 조형 박스 수납부(210)에 수납된 조형 박스(300)의 조형 스테이지(310) 상에 소정 두께의 분말층이 형성될 수 있도록 분말 소재(M)를 정량으로 도포할 수 있다. 여기서, 분말 소재(M1)는, 선택적 레이저 소결(SLS) 방식의 3차원 프린팅일 경우 금속 분말일 수 있다.

더욱 구체적으로, 분말 도포 장치(100)는, 상방이 개방된 역피라미드 형상으로 형성된 호퍼 몸체(11)를 포함하여 내부에 분말 소재(M)가 저장되는 분말 호퍼(10)와, 분말 호퍼(10)와 리코터부(30)의 사이에 분말 호퍼(10)의 하부와 연결되게 설치되어 분말 호퍼(10)에 저장된 분말 소재(M)를 공급 받고, 공급된 분말 소재(M)를 리코터부(30)로 전달하는 분말 공급 조절부(20) 및 작업테이블(T) 상면에 설치된 한 쌍의 레일(R)에 왕복 이동 가능하게 설치되어, 일방향으로 이동하면서 분말 공급 조절부(20)를 통해 분말 호퍼(10)로부터 전달받은 분말 소재(M)를 작업테이블(T) 상면에 도포하고, 상기 일방향과 반대 방향인 타방향으로 이동하면서 작업테이블(T) 상면에 도포된 분말 소재(M)를 균일한 높이로 가압하는 리코터부(30)를 포함할 수 있다.

또한, 프린팅 장치(400)는, 몸체(200)의 상부 타측에 설치되고, 몸체(200)의 작업 스테이지 상에서 XY축으로 이동할 수 있는 프린팅 헤드(410)를 구비하여, 선택적 레이저 소결 방식일 경우, 조형 스테이지(310) 상에 도포된 상기 분말층에 레이저빔(B)을 조사하여 상기 분말층을 선택적으로 소결시킬 수 있다. 아울러, 승하강 장치(500)는, 조형 박스 수납부(210)의 하부에 설치되어 조형 박스(300)의 조형 스테이지(310)를 승하강시킬 수 있다.

따라서, 3차원 프린터(1000)는, 조형 스테이지(310) 상에 기 적층된 제 1 레이어(L1) 위에 새로운 분말 소재(M)를 도포하기 전에, 승하강 장치(500)를 구동하여 조형 스테이지(310)를 하강시킬 수 있다.

이때, 조형 스테이지(310)가 하강되는 거리는 다음에 적층될 제 2 레이어(L2)의 층두께와 동일하게 설정될 수 있으며, 제 2 레이어(L2)의 층두께가 결정되는 과정은 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터의 프린팅 방법과 동일하게 진행될 수 있다.

이어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 분말 도포 장치(100)가 3차원 프린터(1000)의 작업테이블(T) 상에서 일방향으로 이동하면서, 리코터부(30)의 공급 챔버(31)에 수용된 분말 소재(M)를 피딩 롤러(32)의 회전에 의해 조형 박스(300)의 조형 스테이지(310) 상에 도포할 수 있다. 이때, 공급 챔버(31)의 내부에서 교반 롤러(33)가 회전하여, 공급 챔버(31)에 수용된 분말 소재(M)를 뭉치지 않도록 교반시킬 수 있다.

이와 같이, 조형 스테이지(310) 상에 도포된 분말 소재(M)의 표면은 다소 불규칙하게 형성될 수 있는데, 도 7에 도시된 바와 같이, 분말 도포 장치(100)가 상기 일방향과 반대 방향으로 되돌아오면서, 리코팅 롤러(34)를 이용하여 조형 스테이지(310) 상에 도포된 분말 소재(M)를 균일한 높이로 가압함으로써, 조형 스테이지(310) 상에 도포된 분말 소재(M)의 표면을 매우 균일하게 형성하면서 분말 소재(M)의 밀도를 높일 수 있다.

이어서, 도 8에 도시된 바와 같이, 프린팅 장치(400)의 레이저 발광부(430)로부터 발생한 레이저빔(B)을 광학 렌즈(420)를 통해 전달 받아 집광하는 스캔 미러(410)가 이동하면서 레이저빔(B)을 분말층에 조사하여 상기 분말층을 선택적으로 소결시킴으로써, 제 1 레이어(L1) 상에 제 2 레이어(L2)를 적층시킬 수 있다.

이후, 다음 레이어의 적층을 위해 승하강 장치(500)에 의해 조형 스테이지(310)가 소정 거리 하강하여 상술한 단계를 반복하여 진행함으로써, 복수의 레이어(L)을 적층하여 형성하면서 입체 조형물(A)을 출력할 수 있다.

따라서, 본 발명의 3차원 프린터(1000) 및 3차원 프린터의 프린팅 방법에 따르면, 입력 받은 상기 3차원 모델링을 슬라이싱 하는 과정에서 슬라이싱 된 레이어의 외면의 경사 각도가 사전에 설정된 설정 각도 이상일 경우, 레이어의 층두께 및 레이어의 출력 조건 중 적어도 어느 하나를 조절할 수 있다.

그러므로, 종래의 3차원 프린터의 프린팅 방법과 같이 슬라이싱되는 모든 레이어에 동일한 층두께 및 동일한 출력 조건을 설정하지 않고, 각 레이어의 특성에 따라 레이어의 층두께나 출력 조건이 최적으로 설정될 수 있도록 가변 슬라이싱함으로써, 출력되는 입체 조형물의 각 레이어 간에 발생할 수 있는 계단효과를 줄여 정밀도를 향상시키면서 동시에 생산성을 증가시키는 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.

10: 분말 호퍼
20: 분말 공급 조절부
30: 리코터부
100: 분말 도포 장치
200: 몸체
210: 조형 박스 수납부
300: 조형 박스
310: 조형 스테이지
400: 프린팅 장치
410: 프린팅 헤드
500: 승하강 장치
B: 레이저빔
M: 분말 소재
T: 작업 테이블
1000: 3차원 프린터

Claims (10)

1. 3차원 프린터에서 3차원 모델링을 입력받는 입력 단계; 및
   입력된 상기 3차원 모델링을 소정의 층두께를 가지는 복수의 레이어(Layer)로 슬라이싱(Slicing)하고, 상기 3차원 프린터의 조형 스테이지 상에 상기 복수의 레이어가 순차적으로 적층되도록 출력하여 3차원 형상의 입체 조형물로 출력하는 출력 단계;를 포함하고,
   상기 출력 단계에서,
   슬라이싱된 레이어의 외면의 경사 각도가 사전에 설정된 설정 각도 이상일 경우, 이에 해당되는 레이어의 층두께를 조절할 수 있도록 더 얇은 두께로 재슬라이싱하고, 층두께 조절만으로 외면의 경사 각도가 상기 설정 각도 미만으로 조절되지 않을 경우에는 출력 조건을 변경하는, 3차원 프린터의 프린팅 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 출력 단계는,
   상기 3차원 모델링의 적어도 일부분을 제 1 두께를 가지는 제 1 레이어로 슬라이싱하여 상기 조형 스테이지 상에 상기 제 1 레이어를 출력하는 제 1 레이어 출력 단계; 및
   상기 3차원 모델링의 상기 제 1 레이어에 해당하는 부분의 상단의 적어도 일부분을 제 2 두께를 가지는 제 2 레이어로 슬라이싱하여 상기 제 1 레이어 상에 상기 제 2 레이어를 출력하는 제 2 레이어 출력 단계;
   를 포함하는, 3차원 프린터의 프린팅 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 출력 단계는,
   상기 3차원 모델링의 제 n-1 레이어에 해당하는 부분의 상단의 적어도 일부분을 제 n 두께를 가지는 제 n 레이어로 슬라이싱하여 상기 제 n-1 레이어 상에 상기 제 n 레이어를 출력하는 제 n 레이어 출력 단계;
   를 더 포함하는, 3차원 프린터의 프린팅 방법.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 레이어 출력 단계는,
   상기 3차원 모델링의 하단의 적어도 일부분을 제 1 두께를 가지는 제 1 레이어로 슬라이싱하는 슬라이싱 단계;
   상기 제 1 레이어의 외면의 제 1 경사 각도를 확인하는 제 1 경사 각도 확인 단계; 및
   상기 조형 스테이지 상에 상기 제 1 레이어를 출력하는 레이어 출력 단계;
   를 포함하는, 3차원 프린터의 프린팅 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제 1 레이어 출력 단계는,
   상기 제 1 경사 각도 확인 단계에서, 상기 제 1 레이어의 상기 제 1 경사 각도가 상기 설정 각도 미만일 경우, 상기 레이어 출력 단계를 진행하는, 3차원 프린터의 프린팅 방법.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 제 1 레이어 출력 단계는,
   상기 제 1 경사 각도 확인 단계에서, 상기 제 1 레이어의 상기 제 1 경사 각도가 상기 설정 각도 이상일 경우, 상기 레이어 출력 단계 전에 상기 제 1 레이어를 상기 제 1 두께 보다 얇은 제 1-1 두께를 가지는 제 1-1 레이어로 재슬라이싱하는 재슬라이싱 단계; 및
   상기 제 1-1 레이어의 외면의 제 1-1 경사 각도를 확인하는 제 1-1 경사 각도 확인 단계;
   를 포함하는, 3차원 프린터의 프린팅 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 제 1 레이어 출력 단계는,
   상기 제 1-1 경사 각도 확인 단계에서, 상기 제 1-1 레이어의 상기 제 1-1 경사 각도가 상기 설정 각도 미만일 경우, 상기 레이어 출력 단계를 진행하는, 3차원 프린터의 프린팅 방법.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 제 1 레이어 출력 단계는,
   상기 제 1-1 경사 각도 확인 단계에서, 상기 제 1-1 레이어의 상기 제 1-1 경사 각도가 상기 설정 각도 이상일 경우, 상기 레이어 출력 단계 전에 상기 제 1-1 레이어의 상기 출력 조건을 변경하는 출력 조건 변경 단계;
   를 더 포함하는, 3차원 프린터의 프린팅 방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 출력 단계는,
   상기 조형 스테이지 상에 도포된 분말층에 레이저빔을 조사하여 상기 분말층을 선택적으로 소결시켜 상기 입체 조형물을 출력하는 선택적 레이저 소결(SLS) 방식이고,
   상기 출력 조건 변경 단계에서, 상기 레이저빔의 조사 횟수, 에너지 밀도, 스캔 방향, 스캔 속도 및 상기 레이저빔의 직경 중 적어도 어느 하나를 변경하는, 3차원 프린팅 방법.
10. 분말 소재가 수용되어 입체 조형물이 조형될 수 있는 조형 공간이 형성될 수 있도록 상방이 개방된 박스 형상으로 형성되고, 내부에 승하강 가능하게 구비되어 상면에 상기 입체 조형물이 복수의 레이어(Layer)로 적층되어 조형되는 조형 스테이지를 포함하는 조형 박스;
    상기 조형 박스가 수납되는 조형 박스 수납부가 형성되는 몸체;
    상기 몸체의 상부의 일측에 설치되어, 상기 조형 박스 수납부에 수납된 상기 조형 박스의 상기 조형 스테이지 상에 소정 두께의 분말층이 형성될 수 있도록 상기 분말 소재를 도포하는 분말 도포 장치;
    상기 몸체의 상부의 타측에 설치되어 상기 조형 스테이지 상에 도포된 상기 분말층에 레이저빔을 조사하여 상기 분말층을 선택적으로 소결시키는 프린팅 장치;
    상기 조형 박스 수납부의 하부에 설치되어 상기 조형 박스의 상기 조형 스테이지를 승하강시키는 승하강 장치; 및
    제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 3차원 프린터의 프린팅 방법으로 상기 분말 도포 장치와, 상기 프린팅 장치 및 상기 승하강 장치를 제어하는 제어부;
    를 포함하는, 3차원 프린터.

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